(57)【要約】【課題】  出力、放熱性、耐熱性および防振性を向上できるバイポーラ電池を提供する。【解決手段】  本発明のバイポーラ電池１０は、集電体１１の一方の面に正極活物質層１２が形成され他方の面に負極活物質層１３が形成されてなるバイポーラ電極１６と、バイポーラ電極１６と交互に積層され、電解質を保持するセパレータ１４と、を有し、隣接する正極活物質層１２、セパレータ１４、および負極活物質層１３を含んで構成される単電池層１５において、正極活物質層１２および負極活物質層１３の少なくとも一方が、セパレータ１４よりも厚さが薄いことを特徴とする。【選択図】            図１
2005340089.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
集電体の一方の面に正極活物質層が形成され他方の面に負極活物質層が形成されてなるバイポーラ電極と、
前記バイポーラ電極と交互に積層され、電解質を保持するセパレータと、
を有し、
隣接する前記正極活物質層、前記セパレータ、および前記負極活物質層を含んで構成される単電池層において、前記正極活物質層および前記負極活物質層の少なくとも一方が、前記セパレータよりも厚さが薄いことを特徴とするバイポーラ電池。
【請求項２】
前記正極活物質層および前記負極活物質層の少なくとも一方の厚さは、セパレータの厚さの０．５倍〜１．０倍であることを特徴とする請求項１に記載にバイポーラ電池。
【請求項３】
前記単電池層の厚さは、１００μｍ以下であることを特徴とする請求項１または請求項２に記載のバイポーラ電池。
【請求項４】
前記セパレータの厚さが２０μｍ以下であることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載のバイポーラ電池。
【請求項５】
前記セパレータの硬度は、硬度ＪＩＳ−Ａ２０〜１１０であることを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載のバイポーラ電池。
【請求項６】
前記正極活物質層を構成する正極活物質の平均粒径が２μｍ以下であることを特徴とする請求項１〜５のいずれか一項に記載のバイポーラ電池。
【請求項７】
前記負極活物質層を構成する負極活物質の平均粒径が２μｍ以下であることを特徴とする請求項１〜６のいずれか一項に記載のバイポーラ電池。
【請求項８】
前記セパレータは、ポリエステル系樹脂、アラミド系樹脂、ポリオレフィン系樹脂から成る群より、単独、若しくは複合で選ばれることを特徴とする請求項１〜７のいずれか一項に記載のバイポーラ電池。
【請求項９】
前記単電池層の厚さは、５０μｍ以下であることを特徴とする請求項１〜８のいずれか一項に記載のバイポーラ電池。
【請求項１０】
前記セパレータの硬度は、前記単電池層ごとに均一ではないことを特徴とする請求項１〜９のいずれか一項に記載のバイポーラ電池。
【請求項１１】
積層の外側に配置される前記セパレータの方が、積層の内側に配置される前記セパレータよりも硬度が高いことを特徴とする請求項１０に記載のバイポーラ電池。
【請求項１２】
前記正極活物質層には、Ｌｉ・Ｍｎ系複合酸化物が用いられ、
前記負極活物質層には、結晶性炭素材または非結晶性炭素材が用いられることを特徴とする請求項１〜１１のいずれか一項に記載のバイポーラ電池。
【請求項１３】
前記単電池層が少なくとも２層形成されてなることを特徴とする請求項１〜１２のいずれか一項に記載のバイポーラ電池。
【請求項１４】
請求項１〜１３に記載のバイポーラ電池を複数個接続してなる組電池。
【請求項１５】
請求項１〜１３に記載のバイポーラ電池、または請求項１４に記載の組電池を駆動用電源として搭載してなる車両。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、バイポーラ電池、該バイポーラ電池を複数接続した組電池、これらを搭載した車両に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、環境保護のため二酸化炭素排出量の低減が切に望まれている。自動車業界では、電気自動車（ＥＶ）やハイブリッド電気自動車（ＨＥＶ）の導入による二酸化炭素排出量の低減に期待が集まっており、これらの実用化の鍵を握るモータ駆動用二次電池の開発が鋭意行われている。二次電池としては、高エネルギー密度、高出力密度が達成できる積層型のバイポーラ電池に注目が集まっている。
【０００３】
バイポーラ電池は、バイポーラ電極と電解質層とを交互に積層してなる電池要素を含む。バイポーラ電極は、集電体の一方の面に正極活物質層を形成し他方の面に負極活物質層を形成してなる。
【０００４】
このようなバイポーラ電池においては、従来から高容量を目的として、設計されているものが多い。このため、正極活物質層および負極活物質層は、電解質層と比べ厚く形成されている。あるいは、正極活物質層および負極活物質層と、電解質層との厚さの比率については、特に着目していない（たとえば、特許文献１および特許文献２参照）。
【特許文献１】特開２０００−１００４７１号公報
【特許文献２】特開２０００−１９５４９５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかし、上記のように、正極活物質層および負極活物質層が厚いと、その部分の拡散抵抗、イオン移動抵抗が大きくなり、高出力の達成を妨げるという問題がある。
【０００６】
また、拡散抵抗、イオン移動抵抗が高い正極活物質層および負極活物質層は、発熱量が大きく、かつ、熱が外部に逃げにくい。このため、放熱性が低く、耐熱性が弱いという問題がある。
【０００７】
車両にバイポーラ電池を搭載する場合、車両の振動に耐えうる防振性が望まれる。しかし、正極活物質層および負極活物質層が電解質層よりも厚いと、車両の振動に共振してしまい防振性が低いという問題がある。
【０００８】
本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、出力、放熱性、耐熱性および防振性を向上できるバイポーラ電池、組電池、およびこれらを搭載した車両を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
（１）本発明のバイポーラ電池は、集電体の一方の面に正極活物質層が形成され他方の面に負極活物質層が形成されてなるバイポーラ電極と、前記バイポーラ電極と交互に積層され、電解質を保持するセパレータと、を有し、隣接する前記正極活物質層、前記セパレータ、および前記負極活物質層を含んで構成される単電池層において、前記正極活物質層および前記負極活物質層の少なくとも一方が、前記セパレータよりも厚さが薄いことを特徴とする。
【００１０】
（２）本発明の組電池は、上記（１）のバイポーラ電池を複数個接続してなる。
【００１１】
（３）本発明の車両は、上記（１）のバイポーラ電池または上記（２）の組電池を駆動用電源として搭載してなる。
【発明の効果】
【００１２】
上記（１）のバイポーラ電池によれば、正極活物質層および負極活物質層の少なくとも一方が、セパレータよりも厚さが薄い分、拡散抵抗およびイオン移動抵抗が小さく、高出力のバイポーラ電池が得られる。
【００１３】
さらに、本発明のバイポーラ電池では、抵抗が小さいので、発熱量が少ない。また、正極活物質層および負極活物質層が薄い分、熱がこもる正極活物質層および負極活物質層の中心部分が放熱性に優れた金属性の集電体に近くなるので、熱がスムーズに集電体に移動し、効率よく放熱される。放熱性が向上したバイポーラ電池が得られる。
【００１４】
加えて、本発明のバイポーラ電池では、正極活物質層および負極活物質層の少なくとも一方が、セパレータよりも厚さが薄いので、バイポーラ電極の振動を、セパレータにより吸収できる。防振性が向上したバイポーラ電池が得られる。
【００１５】
上記（２）の組電池によれば、バイポーラ電池を複数接続することによって、高容量、高出力を得ることができ、しかも一つひとつのバイポーラ電池の信頼性が高いため、組電池としての長期的信頼性を向上させることができる。
【００１６】
上記（３）の車両によれば、上記（１）のバイポーラ電池または上記（２）の組電池のような各種特性を有し、コンパクトな車両用電源を提供できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
以下、図面を参照して、本発明の実施の形態を説明する。なお、以下の図面では、説明の明確のために各構成要素を誇張して表現している。
【００１８】
（第１実施形態）
図１は、バイポーラ電池用の電池要素の構造を示す断面図である。
【００１９】
図１は本発明を適用したバイポーラ電池の構造を説明するための断面図である。
【００２０】
本発明のバイポーラ電池１０は、両端部以外の集電体１１の両面中央に正極活物質層１２と負極活物質層１３が形成されており、この集電体１１の正極活物質層１２と負極活物質層１３との間にセパレータ１４を挟んで単電池層１５を構成し、この単電池層１５が同じ順番で複数積層された構造を持つ。集電体１１の片面に正極活物質層１２が形成され、他面に負極活物質層１３が形成されたものをバイポーラ電極１６という。なお、両端部にある集電体（端部集電体１７と称する）は、このバイポーラ電池全体の電極と接続される。
【００２１】
集電体１１を挟んで正極活物質層１２と負極活物質層１３を設けた構成をバイポーラ電極という。
【００２２】
ここで、セパレータ１４は、たとえば、ポリエステル系樹脂、アラミド系樹脂およびポリオレフィン系樹脂からなる群から、単独もしくは複合で選ばれてなる樹脂で形成されたポリマー骨格である。セパレータ１４は、数重量％〜９８重量％程度電解液を含むゲル電解質または液体電解質を保持することにより、電解質層を構成する。また、セパレータ１４は、自身が固体電解質により形成されることにより、電解質を保持することもできる。実施形態１では、セパレータ１４に、ゲル電解質を保持する場合について説明する。
【００２３】
セパレータ１４がゲル電解質を保持する場合、単電池層１５からの液漏れを防止するために、一つひとつの単電池層１５の周囲を取り囲み、集電体１１間、または、集電体１１および端部集電体１７の間に配置されるシール部材１８を設けている。
【００２４】
シール部材１８は、たとえば、基材の両面に粘着材が塗布されている両面テープである。基材は、ポリプロピレン（ＰＰ）、ポリエチレン（ＰＥ）、ポリアミド系合成繊維などの絶縁性樹脂により形成されている。粘着剤は、合成ゴム、ブチルゴム、合成樹脂、アクリルなどの耐溶剤性のある材料により形成されている。このような材料をシール部材１８に用いることによって、単電池層１５からの液漏れを防止することができ、また集電体同士の接触による短絡を防止することができる。
【００２５】
以上のように、セパレータ１４とバイポーラ電極１６とが交互に積層され、単電池層１５の周囲にシール部材１８が配置されて、電池要素２０が形成されている。
【００２６】
電池要素２０には、電流を引き出すための電極タブ３０ａ、ｂが接続されている。電極タブ３０ａは、電池要素２０の正極側に接続され、電極タブ３０ｂは、負極側に接続される。電池要素２０は、外装４０により密閉されている。
【００２７】
外装４０は、２枚のラミネートシート４１により形成されている。ラミネートシート４１は、アルミニウム層の両面が樹脂層で被覆された三層構造を有する。少なくとも一方のラミネートシート４１は、電池要素２０を内包する空間を設けるために、中高状に加工されている。ラミネートシート４１の縁は、熱融着等により接着される。これにより、外装４０内部に、電池要素２０が密閉される。
【００２８】
本発明の特徴は、電池要素を構成する各層の厚さ、材料、硬度等にある。これらの特徴について説明する。
【００２９】
（厚さ）
図２は電池要素を示す図、図３は本発明の単電池層と従来の単電池層とを比較した図である。
【００３０】
電池要素２０は、上述の通り、正極活物質層１２と、負極活物質層１３と、セパレータ１４、集電箔１１からなる単電池層１５が複数積層されてなる。図２では、３層の単電池層が積層された電池要素２０を示している。
【００３１】
従来の単電池では、図３左側に示すように、正極活物質層１２’および負極活物質層１３’の厚さがセパレータ１４’の厚さの２〜５倍もあり、非常に厚かった。たとえば、正極活物質層１２’および負極活物質層１３’の厚さは、５０〜１００μｍであったのに対し、セパレータ１４’の厚さは２０〜４０μｍであった。
【００３２】
本実施形態１の電池要素２０では、図３右側に示すように、正極活物質層１２および負極活物質層１３の少なくとも一方の厚さが、セパレータ１４の厚さ以下である。これを満たしつつ、たとえば、正極活物質層１２および負極活物質層１３の厚さは、４〜３５μｍであり、セパレータ１４の厚さは、５〜４０μｍである。
【００３３】
正極活物質層１２および負極活物質層１３の少なくとも一方の厚さは、セパレータ１４の厚さの０．５倍〜１．０倍であることが好ましい。
【００３４】
正極活物質層１２および負極活物質層１３の厚さが、セパレータ１４の厚さの０．５倍以下になると、単電池層１５の容量が小さくなりすぎ、一般用途に使いにくくなるからである。
【００３５】
また、単電池層１５の厚さの合計は、１００μｍ以下であることが好ましい。たとえば、集電体１１の厚さは１０〜１５μｍ程度であり、正極活物質層１２の厚さは２５〜３０μｍ、負極活物質層１３の厚さは２５〜３０μｍ、セパレータ１４の厚さは２５〜４０μｍの範囲であり、集電体１１の厚さは１０〜１５μｍ程度であり、合計した単電池層１５の厚さが１００μｍ以下となるように、各層の厚さが調整される。
【００３６】
図４は電池要素をマスバネモデル化した図である。
【００３７】
図４に示すように、電池要素２０は、質量（マス）３１と、バネ３２およびダンパー３３とが交互に配置された振動系のモデルに見立てることができる。
【００３８】
このモデルでは、バイポーラ電極１６がマス３１に相当し、セパレータ１４がバネ３２およびダンパー３３に相当する。
【００３９】
ここで、図３左側に示す従来構造のように、正極活物質層１２’および負極活物質層１３’が厚いと、マス３１がバネ３２およびダンパー３３に比べて大きい。これでは、質量の大きなマス３１は振動しやすく、バネ３２およびダンパー３３により振動を吸収しにくい。
【００４０】
一方で、図３右側に示す本実施形態のように、正極活物質層１２および負極活物質層１３が薄いと、バネ３２およびダンパー３３により、マス３１の振動を抑制でき、また振動を吸収できる。
【００４１】
このように各層の厚さを調整することにより、電池要素２０のバランスがとれ、振動を抑制できる。
【００４２】
なお、図４では、各セパレータ１４の硬度が各層で等しく、モデル化したときに各層のバネ３２のバネ係数Ｋと、ダンパー３３の減衰係数Ｃとが等しい。このようにセパレータ１４の硬度が等しい電池要素２０を、以下では発明構造１と称する。
【００４３】
また、各層の厚さについて、セパレータ１４の厚さは、２０μｍ以下であることがさらに好ましい。セパレータ１４を２０μｍ以下とすることによって、セパレータの内部抵抗が低くなり、発熱が少なくなるからである。セパレータ１４が薄くなることによって、セパレータ１４内部に熱がこもりにくく、集電体１１にすぐに伝達されるので、放熱性も向上する。
【００４４】
各層の厚さについて、さらに、好ましくは、単電池層１５の厚さの合計は、５０μｍ以下であることが好ましい。集電体１１の厚さは、１０〜１５μｍ程度である。正極活物質層１２の厚さは４〜１１μｍ、負極活物質層１３の厚さは６〜１３μｍ、セパレータ１４の厚さは７〜１５μｍの範囲であり、合計した単電池層１５の厚さが５０μｍ以下となるように、各層の厚さが調整される。
【００４５】
（硬度）
セパレータ１４は、硬度が、硬度ＪＩＳ−Ａで２０〜１１０の範囲内である。好ましくは、硬度ＪＩＳ−Ａで２５〜９５の範囲内である。理由は、次の通りである。
【００４６】
硬度がＪＩＳ−Ａ２０以下になると、セパレータがやわらかすぎて、電池要素２０が共振する周波数が低周波側になり、車両上で生じうる１００Ｈｚ以下の振動と共振してしまうからである。共振すると、電池要素の破壊等の原因となってしまう。また、ＪＩＳ−Ａ１１０以上では硬すぎて、上述の振動系モデルにしてみたときに、バネ３２とダンパー３３との機能を発揮せず、防振効果が得られない。
【００４７】
また、セパレータ１４の硬度は、全ての層において均一でないことが好ましい。通常、各層で同一の材料を用いているので、振動系モデルに置き換えると、各マス３１、バネ３２、ダンパー３３は、それぞれ等しくなる。しかし、一部のセパレータ１４の硬度を他と異ならせることで、より防振性能を向上できる。
【００４８】
防振性能を向上するためには、積層の外側に配置される前記セパレータの硬度の方が、積層の内側に配置される前記セパレータの硬度よりも高いことが好ましい。この場合の、振動系モデルを図５に示す。
【００４９】
図５は電池要素をマスバネモデル化した図である。
【００５０】
図５に示す電池要素５０は、図３と同様のバイポーラ電極１６を含む。図５では、バイポーラ電極１６に挟まれるセパレータ５１、５２の硬度が異なる。積層の外側に配置されるセパレータ５１の方が、積層の内側に配置されるセパレータ５２よりも硬度が高い。
【００５１】
この電池要素５０は、図５に示すように、マス３１、バネ５３、５４、ダンパー５５、５６から構成される振動系にモデル化される。
【００５２】
マス３１は、バイポーラ電極１６（集電体１１の片面に正極活物質層１２が形成され、他面に負極活物質層１３が形成されたもの）で構成され、マスのチューニングは、正極活物質１２の厚さを変化させ、または、負極活物質１３の厚さを変化させ、または、集電体１１の厚さを変化させることにより行うことが可能である。
バネ５３のバネ係数をＫ１、バネ５４のバネ係数Ｋ２、ダンパー５５の減衰係数をＣ１、ダンパー５６の減衰係数をＣ２とする。すると、Ｋ１＞Ｋ２となり、Ｃ１＜Ｃ２となる。積層内側の方が、バネ係数が低く、高いダンピング性能を有する。
【００５３】
このように、積層内側のセパレータ５２の硬度を低くすることにより、電池要素５０が共振する振動数を高周波側にずらし、かつ、振動のピーク高さを低くできる。電池要素５０は、車両に搭載したときに、より、防振性能を発揮できる。
【００５４】
さらに、積層内側のセパレータ５２の硬度を低くすることにより、電池要素５０の中でも最も熱がこもりやすい内側の放熱性を高められる。
【００５５】
以下では、積層内側のセパレータ５２の硬度が低い電池要素５０を、発明構造２と称する。
【００５６】
（材料）
セパレータ１４は、ポリエステル系樹脂、アラミド系樹脂、ポリオレフィン系樹脂から成る群より、単独、若しくは複合で選ばれる樹脂からなる。セパレータ１４を薄くするためには、アラミド系が好ましいが、これに限定するものではない。これらの材料によりセパレータを形成することにより、多孔質構造を形成できる。これらの他にも、防水性、防湿性、冷熱サイクル性、耐熱安定性、絶縁性を有する樹脂をセパレータに用いることができる。
【００５７】
正極活物質層１２を構成する正極活物質および負極活物質層を構成する負極活物質は、共に平均粒径が２μｍ以下であることが好ましい。これは、本実施形態１では、正極活物質層１２および負極活物質層１３が従来よりも薄膜化されることによる。特にセパレータ１４の厚さが２０μｍ以下になると、正極活物質および負極活物質の平均粒径がセパレータ１４の厚さの１／１０程度でないと、均一な正極活物質層１２および負極活物質層１３の表面が形成することが困難である。表面が均一でないと、セパレータ１４が電極表面の凹凸を吸収できなくなる虞があるので、平均粒径を２μｍ以下に制限する必要がある。
【００５８】
以上、各層の厚さ、硬度、材料について、説明してきた。次に、電池要素の上記発明構造１および発明構造２が、従来の電池要素の構造に対して、どれだけ異なるかを実験した結果を示す。
【００５９】
図６は電池要素に通電したときの時間と温度の関係を示す図、図７は電池要素に加えた振動の周波数と振動伝達率の関係を示す図である。
【００６０】
図３左側に示すように、セパレータ１４’に対して、正極活物質層１２’および負極活物質層１３’が厚い従来の単電池層１５’を複数積層してなる従来構造の電池要素と、上述の本発明の発明構造１の電池要素２０と、発明構造２の５０を用意した。
【００６１】
そして、一つ目の実験として、従来構造、発明構造１、発明構造２のそれぞれに同量の電流を６０分間流した後、放熱性を温度変化により調べた。
【００６２】
すると、図６に示すように、従来構造では、温度が５５度位まで上昇した。通電を停止した後４０分経過しても、室温まで戻らなかった。
【００６３】
一方、発明構造１では、通電停止時に４３度程度まで上昇していたが、通電を停止して１０分が経過する頃には、室温まで戻っていた。
【００６４】
また、発明構造２では、通電停止時に３４度程度までしか上昇せず、通電停止後５分程度で、室温まで戻った。
【００６５】
図６に示す実験結果を参照すると、従来構造では、発明構造１および発明構造２に比べて、温度上昇が大きく、放熱性が十分でないでない可能性があることがわかる。これは、正極活物質層１２’および負極活物質層１３’が厚くいので、抵抗が大きく発熱量が多いことと、発熱した熱がこもって放熱されにくいことによる。
【００６６】
発明構造１では、正極活物質層１２および負極活物質層１３がセパレータ１４よりも薄いので、電気抵抗が小さくて発熱量が少なく、発熱した熱もすばやく集電体１１等に伝達して放熱されている。
【００６７】
発明構造２では、積層内側のセパレータ５２がやわらかいので、積層構造の中で最も熱がこもりやすい内側の放熱性が高まり、発明構造１よりも温度上昇が低く、放熱時間も短くなっている。
【００６８】
次に、二つ目の実験として、従来構造、発明構造１、発明構造２のそれぞれに異なる周波数の振動を加え、どの程度の周波数で共振するかを調べた。
【００６９】
すると、図７に示すように、従来構造では、主に１００Ｈｚ以下の低周波の振動に共振した。
【００７０】
一方、発明構造１および発明構造２では、１００Ｈｚ以上で、２００Ｈｚ前後の高周波の振動に共振した。特に、発明構造２では、同じ周波数でも、発明構造１よりも振動伝達率が低かった。これは、発明構造２では、積層内側のセパレータ５２の硬度が積層外側よりも低いので、上述の通り、防振性能が発明構造１よりも高いからである。
【００７１】
以上のように、本発明のバイポーラ電池１０によれば、正極活物質層１２および負極活物質層１３の少なくとも一方が、セパレータ１４よりも厚さが薄い分、拡散抵抗およびイオン移動抵抗が小さく、高出力のバイポーラ電池１０が得られる。
【００７２】
さらに、本発明のバイポーラ電池１０では、抵抗が小さいので、発熱量が少ない。また、正極活物質層１２および負極活物質層１３が薄い分、熱がこもる正極活物質層１２および負極活物質層１３の中心部分が放熱性に優れた金属性の集電体１１に近くなるので、熱がスムーズに集電体１１に移動し、効率よく放熱される。放熱性が向上したバイポーラ電池１０が得られる。
【００７３】
加えて、本発明のバイポーラ電池１０では、正極活物質層１２および負極活物質層１３の少なくとも一方が、セパレータよりも厚さが薄いので、バイポーラ電極１０の振動を、セパレータ１４により吸収できる。防振性が向上したバイポーラ電池１０が得られる。
【００７４】
なお、本発明のバイポーラ電池の構成は、特に説明したものを除き、一般的なリチウムイオン二次電池に用いられている公知の材料を用いればよく、特に限定されるものではない。以下に、このバイポーラ電池に使用することのできる集電体、正極活物質層、負極活物質層、電解質等について参考までに説明する。
【００７５】
［集電体］
集電体は、その表面材質がＳＵＳである。表面材質がＳＵＳであると、形成される活物質層が固体高分子電解質を含む場合であっても、高い機械的強度を有する活物質層となる。集電体は表面材質がＳＵＳであれば、その構成については特に限定されない。集電体がＳＵＳそのものであってもよい。また、集電体の表面がＳＵＳで被覆されている形態であってもよい。つまり、ＳＵＳ以外の物質（チタン、ＹＵＳ、これらの合金など）の表面に、ＳＵＳを被覆させた集電体であってもよい。場合によっては、正極側がアルミニウム、負極側が銅となる２以上の板を張り合わせた集電体を用いてもよい。耐蝕性、作り易さ、経済性などの観点からは、ＳＵＳ箔単体を集電体として用いることが好ましい。
【００７６】
［正極活物質層］
正極活物質層は、正極活物質、固体高分子電解質を含む。この他にも、イオン伝導性を高めるために支持塩（リチウム塩）、電子伝導性を高めるために導電助剤、スラリー粘度の調整溶媒としてＮＭＰ（Ｎ−メチル−２−ピロリドン）、重合開始材としてＡＩＢＮ（アゾビスイソブチロニトリル）などが含まれ得る。
【００７７】
正極活物質としては、溶液系のリチウムイオン電池でも使用される、リチウムと遷移金属との複合酸化物を使用できる。具体的には、ＬｉＣｏＯ２などのＬｉ・Ｃｏ系複合酸化物、ＬｉＮｉＯ２などのＬｉ・Ｎｉ系複合酸化物、スピネルＬｉＭｎ２Ｏ４などのＬｉ・Ｍｎ系複合酸化物、ＬｉＦｅＯ２などのＬｉ・Ｆｅ系複合酸化物などが挙げられる。この他、ＬｉＦｅＰＯ４などの遷移金属とリチウムのリン酸化合物や硫酸化合物；Ｖ２Ｏ５、ＭｎＯ２、ＴｉＳ２、ＭｏＳ２、ＭｏＯ３などの遷移金属酸化物や硫化物；ＰｂＯ２、ＡｇＯ、ＮｉＯＯＨなどが挙げられる。正極活物質層活物質としてリチウム一遷移金属複合酸化物を用いることにより、積層型電池の反応性、サイクル耐久性を向上させ、低コストにすることができる。Ｌｉ・Ｍｎ系複合酸化物を用いれば、過充電、過放電で電池が故障するときにも反応が穏やかであり、異常時の信頼性が高い。
【００７８】
固体高分子電解質は、イオン伝導性を有する高分子であれば、特に限定されるものではない。イオン伝導性を有する高分子としては、ポリエチレンオキシド（ＰＥＯ）、ポリプロピレンオキシド（ＰＰＯ）、これらの共重合体などが挙げられる。かようなポリアルキレンオキシド系高分子は、ＬｉＢＦ４、ＬｉＰＦ６、ＬｉＮ（ＳＯ２ＣＦ３）２、ＬｉＮ（ＳＯ２Ｃ２Ｆ５）２などのリチウム塩をよく溶解しうる。また、架橋構造を形成することによって、優れた機械的強度が発現する。本発明において固体高分子電解質は、正極活物質層または負極活物質層の少なくとも一方に含まれる。ただし、バイポーラ電池の電池特性をより向上させるためには、双方に含まれることが好適である。
【００７９】
支持塩としては、Ｌｉ（Ｃ２Ｆ５ＳＯ２）２Ｎ、ＬｉＢＦ４、ＬｉＰＦ６、ＬｉＮ（ＳＯ２Ｃ２Ｆ５）２、またはこれらの混合物などが使用できる。ただし、これらに限られるわけではない。
【００８０】
導電助剤としては、アセチレンブラック、カーボンブラック、グラファイト等が挙げられる。ただし、これらに限られるわけではない。
【００８１】
正極活物質層における、正極活物質、固体高分子電解質、リチウム塩、導電助剤の配合量は、電池の使用目的（出力重視、エネルギー重視など）、イオン伝導性を考慮して決定すべきである。例えば、活物質層内における固体高分子電解質の配合量が少なすぎると、活物質層内でのイオン伝導抵抗やイオン拡散抵抗が大きくなり、電池性能が低下してしまう。一方、活物質層内における固体高分子電解質の配合量が多すぎると、電池のエネルギー密度が低下してしまう。したがって、これらの要因を考慮して、目的に合致した固体高分子電解質量を決定する。
【００８２】
ここで現状レベルの固体高分子電解質（イオン伝導度：１０−５〜１０−４Ｓ／ｃｍ）を用いて電池反応性を優先するバイポーラ電池を製造する場合について、具体的に考えてみる。かような特徴を有するバイポーラ電池を得るには、導電助剤を多めにしたり活物質のかさ密度を下げたりして、活物質粒子間の電子伝導抵抗を低めに保つ。同時に空隙部を増やし、該空隙部に固体高分子電解質を充填する。かような処理によって固体高分子電解質の割合を高めるとよい。
【００８３】
正極活物質層の厚さは、特に限定するものではなく、配合量について述べたように、電池の使用目的（出力重視、エネルギー重視など）、イオン伝導性を考慮して決定すべきである。
【００８４】
［負極活物質層］
負極活物質層は、負極活物質、固体高分子電解質を含む。この他にも、イオン伝導性を高めるために支持塩（リチウム塩）、電子伝導性を高めるために導電助剤、スラリー粘度の調整溶媒としてＮＭＰ（Ｎ−メチル−２−ピロリドン）、重合開始材としてＡＩＢＮ（アゾビスイソブチロニトリル）などが含まれ得る。負極活物質の種類以外は、基本的に「正極活物質」の項で記載した内容と同様であるため、ここでは説明を省略する。
【００８５】
負極活物質としては、溶液系のリチウムイオン電池でも使用される負極活物質を用いることができる。負極活物質は、結晶性炭素材、非結晶性炭素材から選ばれることが好ましい。これらの材料を用いることにより、電圧を計測することで充電状態を調べられるようになる。過充電、過放電状態を検知し対処できるので、電池の信頼性を向上できる。この効果は、非結晶性炭素材において顕著である。
【００８６】
［電解質層］
イオン伝導性を有する高分子から構成される層であり、イオン伝導性を示すのであれば材料は限定されない。液漏れの防止のために固体電解質を用いることが好ましい。固体電解質としては、ポリエチレンオキシド（ＰＥＯ）、ポリプロピレンオキシド（ＰＰＯ）、これらの共重合体のような公知の固体高分子電解質が挙げられる。固体高分子電解質層中には、イオン伝導性を確保するために支持塩（リチウム塩）が含まれる。支持塩としては、ＬｉＢＦ４、ＬｉＰＦ６、ＬｉＮ（ＳＯ２ＣＦ３）２、ＬｉＮ（ＳＯ２Ｃ２Ｆ５）２、またはこれらの混合物などが使用できる。ただし、これらに限られるわけではない。ＰＥＯ、ＰＰＯのようなポリアルキレンオキシド系高分子は、ＬｉＢＦ４、ＬｉＰＦ６、ＬｉＮ（ＳＯ２ＣＦ３）２、ＬｉＮ（ＳＯ２Ｃ２Ｆ５）２などのリチウム塩をよく溶解しうる。また、架橋構造を形成することによって、優れた機械的強度が発現する。
【００８７】
また、高分子ゲル電解質とは、一般的に、イオン伝導性を有する全固体高分子電解質に、電解液を保持させたものをいう。電解液（電解質塩および可塑剤）としては、特に制限されるべきものではなく、従来既知の各種電解液を適宜使用することができるものである。例えば、ＬｉＰＦ６、ＬｉＢＦ４、ＬｉＣｌＯ４、ＬｉＡｓＦ６、ＬｉＴａＦ６、ＬｉＡｌＣｌ４、Ｌｉ２Ｂ１０Ｃｌ１０等の無機酸陰イオン塩、ＬｉＣＦ３ＳＯ３、Ｌｉ（ＣＦ３ＳＯ２）２Ｎ、Ｌｉ（Ｃ２Ｆ５ＳＯ２）２Ｎ等の有機酸陰イオン塩の中から選ばれる、少なくとも１種類のリチウム塩（電解質塩）を含み、プロピレンカーボネート、エチレンカーボネート等の環状カーボネート類；ジメチルカーボネート、メチルエチルカーボネート、ジエチルカーボネート等の鎖状カーボネート類；テトラヒドロフラン、２−メチルテトラヒドロフラン、１，４−ジオキサン、１，２−ジメトキシエタン、１，２−ジブトキシエタン等のエーテル類；γ−ブチロラクトン等のラクトン類；アセトニトリル等のニトリル類；プロピオン酸メチル等のエステル類；ジメチルホルムアミド等のアミド類；酢酸メチル、蟻酸メチルの中から選ばれる少なくともから１種類または２種以上を混合した、非プロトン性溶媒等の可塑剤（有機溶媒）を用いたものなどが使用できる。ただし、これらに限られるわけではない。
【００８８】
［ラミネートシート］
ラミネートシートは電池の外装材として用いられる。一般には、熱融着性樹脂フィルム、金属箔、剛性を有する樹脂フィルムがこの順序で積層された高分子金属複合フィルムが用いられる。
【００８９】
熱融着性樹脂としては、たとえばポリエチレン（ＰＥ）、ポリプロピレン（ＰＰ）、変性ポリエチレン、変性ポリプロピレン、アイオノマー、エチレンビニルアセテート（ＥＶＡ）等を用いることができる。金属箔としては、たとえばＡｌ箔、Ｎｉ箔を用いることができる。剛性を有する樹脂としては、たとえばポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）などのポリエステルやポリアミド（ナイロン（登録商標））など、ポリアミド系合成繊維等を用いることができる。具体的には、シール面側から外面に向けて積層したＰＥ／Ａｌ箔／ＰＥＴの積層フィルム；ＰＥ／Ａｌ箔／ナイロン（登録商標）の積層フィルム；アイオノマー／Ｎｉ箔／ＰＥＴの積層フィルム；ＥＶＡ／Ａｌ箔／ＰＥＴの積層フィルム；アイオノマー／Ａｌ箔／ＰＥＴの積層フィルム等を用いることができる。熱融着性樹脂フィルムは、電池要素を内部に収納する際のシール層として作用する。金属箔や剛性を有する樹脂フィルムは、湿性、耐通気性、耐薬品性を外装材に付与する。ラミネートシートは、ヒートシール、インパルスシール、超音波融着、高周波融着等の熱融着を用いて、容易かつ確実に接合させることができる。
【００９０】
（第１実施例）
次に、実際に上記電池要素の構成を採用したバイポーラ電池を製作して評価を行った実施例について説明する。
【００９１】
＜サンプル作製＞
実施例として、仕様が異なる実施例１〜６のバイポーラ電池を作成した。
【００９２】
図８および図９は、実施例１〜６のバイポーラ電池の仕様を示す図である。実施例１〜６においては、単電池層が１層となるように、図８および図９に示す仕様に基づいて、バイポーラ電池を作製した。各実施例の詳細な構成は次の通りである。
【００９３】
（実施例１）
積層の両端に配置される端部集電体として、厚さ２０μｍのステンレス（ＳＵＳ）箔を２枚用意した。一方の端部集電体の片面には、平均粒径が５μｍでＬｉ・Ｍｎ系複合酸化物からなる正極活物質を、厚さ１５μｍとなるように塗布・乾燥して、正極活物質層だけを形成した。これを正極とした。
【００９４】
他方の端部集電体には、平均粒径が６μｍで非結晶性炭素材からなる負極活物質を、厚さ１５μｍとなるように塗布・乾燥して、負極活物質層だけを形成した。これを負極とした。
【００９５】
これらの電極の間に、架橋型ゲル電解質の前駆体を厚さ２５μｍで硬度ＪＩＳ−Ａ  ６０のポリエステル不織布セパレータに染み込ませた電解質層を挟んで重ね、１層構造の電池要素を構成した。
【００９６】
電池要素の総厚は、７０μｍとなった。このとき、正極活物質層の厚さを、セパレータの厚さで除算した値は、０．６０であった。また、電池要素の内部抵抗を測定すると、２７Ωｃｍ２であった。
【００９７】
この電池要素の正極端側には、厚さ１００μｍで幅１００ｍｍのアルミニウムのタブを振動溶着し、負極端側には厚さ１００μｍで幅１００ｍｍの銅のタブを振動溶着した。これを、ラミネート材で封止して、約８０℃で約２時間加熱架橋し、実施例１のバイポーラ電池とした。
【００９８】
以下の実施例２〜６では、実施例１と同様の製造工程によりバイポーラ電池を作製した。実施例２〜６では、各層の厚さや材料だけを説明する。
【００９９】
（実施例２）
実施例２では、集電体は、厚さ１５μｍのステンレス箔により形成した。正極活物質層は、平均粒径５μｍのＬｉ・Ｍｎ系複合酸化物により、厚さ２７μｍに形成した。負極活物質層は、平均粒径６μｍの非結晶性炭素材により、厚さ２８μｍに形成した。セパレータには、厚さ３０μｍで硬度ＪＩＳ−Ａ  ３０のポリエステル不織布を用いた。
【０１００】
電池要素の総厚は１００μｍとなった。正極活物質層の厚さを、セパレータの厚さで除算した値は、０．９０であった。また、電池要素の内部抵抗を測定すると、３０Ωｃｍ２であった。
【０１０１】
（実施例３）
実施例３では、集電体は、厚さ１５μｍの、銅とアルミニウムとのクラッド板により形成した。正極活物質層は、平均粒径８μｍのＬｉ・Ｍｎ系複合酸化物により、厚さ３３μｍに形成した。負極活物質層は、平均粒径９μｍの結晶性炭素材により、厚さ３５μｍに形成した。セパレータには、厚さ３７μｍで硬度ＪＩＳ−Ａ  ８５のポリオレフィン不織布を用いた。
【０１０２】
電池要素の総厚は１２０μｍとなった。正極活物質層の厚さを、セパレータの厚さで除算した値は、０．８９であった。また、電池要素の内部抵抗を測定すると、３３Ωｃｍ２であった。
【０１０３】
（実施例４）
実施例４では、集電体は、厚さ１５μｍのステンレス箔により形成した。正極活物質層は、平均粒径２μｍのＬｉ・Ｍｎ系複合酸化物により、厚さ１１μｍに形成した。負極活物質層は、平均粒径２μｍの非結晶性炭素材により、厚さ１１μｍに形成した。セパレータには、厚さ１３μｍで硬度ＪＩＳ−Ａ  ９０のアラミド不織布を用いた。
【０１０４】
電池要素の総厚は５０μｍとなった。正極活物質層の厚さを、セパレータの厚さで除算した値は、０．８５であった。また、電池要素の内部抵抗を測定すると、２３Ωｃｍ２であった。
【０１０５】
（実施例５）
実施例５では、集電体は、厚さ１５μｍのステンレス箔により形成した。正極活物質層は、平均粒径２μｍのＬｉ・Ｎｉ系複合酸化物により、厚さ７．５μｍに形成した。負極活物質層は、平均粒径２μｍの非結晶性炭素材により、厚さ１２μｍに形成した。セパレータには、厚さ１３μｍで硬度ＪＩＳ−Ａ  ９０のアラミド不織布を用いた。
【０１０６】
電池要素の総厚は４７．５μｍとなった。正極活物質層の厚さを、セパレータの厚さで除算した値は、０．５８であった。また、電池要素の内部抵抗を測定すると、２３Ωｃｍ２であった。
【０１０７】
（実施例６）
実施例６では、集電体は、厚さ１５μｍのステンレス箔により形成した。正極活物質層は、平均粒径０．８μｍのＬｉ・Ｎｉ系複合酸化物により、厚さ４μｍに形成した。負極活物質層は、平均粒径０．８μｍの非結晶性炭素材により、厚さ６μｍに形成した。セパレータには、厚さ７μｍで硬度ＪＩＳ−Ａ  １０５のアラミド不織布を用いた。
【０１０８】
電池要素の総厚は２７μｍとなった。正極活物質層の厚さを、セパレータの厚さで除算した値は、０．５７であった。また、電池要素の内部抵抗を測定すると、２０Ωｃｍ２であった。
【０１０９】
（比較例１）
比較例１として、上記実施例１と同様の製造工程によりバイポーラ電池を作製した。比較例１のバイポーラ電池では、集電体は、厚さ１５μｍのステンレス箔により形成した。正極活物質層は、平均粒径５μｍのＬｉ・Ｍｎ系複合酸化物により、厚さ５０μｍに形成した。負極活物質層は、平均粒径６μｍの非結晶性炭素材により、厚さ６０μｍに形成した。セパレータには、厚さ２５μｍで硬度ＪＩＳ−Ａ  ６０のポリエステル不織布を用いた。
【０１１０】
電池要素の総厚は１５０μｍとなった。正極活物質層の厚さを、セパレータの厚さで除算した値は、２．００であった。また、電池要素の内部抵抗を測定すると、６０Ωｃｍ２であった。
【０１１１】
＜試験＞
以上のように作製した各実施例１〜６および比較例１のバイポーラ電池について、以下の試験を行った。
【０１１２】
（共振周波数の測定）
電池要素の単電池層の略中央に加速度ピックアップを設け、インパルスハンマーによってハンマリングしたときの加速度ピックアップの振動スペクトルを測定した。該測定のための各種設定については、ＪＩＳ  Ｂ  ０９０８（振動および衝撃ピックアップの校正方法・基本概念）に従った。
【０１１３】
測定スペクトルを、ＦＦＴ分析器により解析し、周波数と加速度の次元に変換した。この得られた周波数に関して平均化とスムージングを行い、振動伝達率スペクトルを得た（図７参照）。
【０１１４】
上記振動伝達率スペクトルについて、上記各実施例１〜６および比較例１について、それぞれ、最も低周波側に現れる最大ピーク周波数を求めた。該最大ピーク周波数のことを、以下では、第１共振ピークという。
【０１１５】
（振動減衰率の測定）
上記「共振周波数の測定」で得た振動伝達率スペクトルについて、１０〜３００Ｈｚまでの振動伝達率の平均を算出した。この平均値を以下では、振動平均値という。比較例１の従来構造の場合の振動平均値を基準とし、各実施例１〜６の振動平均値がどれだけ低減しているかを調べた。低減している割合は、百分率で示す。たとえば、平均減衰率が０％の場合は、比較例１と同等の平均振動値であり、減衰が起きていないことを示す。また、たとえば、平均振動率が３０％である場合は、比較例１に対して実施例の振動平均値が３０％低減されたことを示す。
【０１１６】
（熱上昇および放熱時間の測定）
電池要素の集電体の縁に熱電対を取り付けて、１０Ｃのサイクル試験を６０分行い、試験中の電池要素の最高到達温度を、熱上昇として測定した。また、６０分のサイクル試験の後、電流を止め、室温で放置した場合の温度変化を調べ、室温に戻るまでの時間を測定した。測定は、最大６０分まで行い、６０分で室温まで戻らない場合は、６０分以上と測定結果に記した。
【０１１７】
試験結果は、まとめて、図１０に示す通りである。
【０１１８】
＜試験結果＞
図１０は、試験結果を示す図である。
【０１１９】
試験結果において、第１共振ピークを参照する。比較例１では、第１共振ピークが８０Ｈｚであり、車上で発生しうる振動数の範囲内（１００Ｈｚ以下）であった。したがって、比較例１では、車両に搭載すると、共振してしまうことがわかった。
【０１２０】
一方、実施例１〜６では、いずれも第１共振ピークが１００Ｈｚ以上であり、車両に搭載しても共振しないことがわかった。
【０１２１】
試験結果において、振動減衰率を参照する。振動減衰率は、実施例１〜６のいずれも３０％以上であり、従来構造の比較例１に対して格段に振動を減衰できることがわかった。実施例１〜６の中では、実施例６の振動減衰率が最も高かった。これは、実施例６が最も正極活物質層および負極活物質層が薄く、総厚も薄かったため、電池要素のバランスがとれていたからである。このことから、電池要素は、正極活物質層および負極活物質層を薄く形成し、総厚を形成することが好ましいことがわかる。
【０１２２】
試験結果において、熱上昇を参照する。熱上昇は、実施例１〜６の中では、実施例３が最大で２０δＴであった。しかし、比較例１の３０δＴと比べると、２／３まで温度上昇が低減されていることがわかった。実施例１〜６の中では、実施例６の熱上昇が最も低かった。これは、実施例６が最も正極活物質層および負極活物質層が薄く、内部抵抗が最も低かったため、発熱量が他の実施例１〜５よりも小さかったからである。加えて、通電中にも、正極活物質層および負極活物質層内に熱がこもらず、集電体を通じて放熱されていたので、熱上昇が小さかったと考えられる。
【０１２３】
試験結果において、放熱時間を参照する。放熱時間は、比較例では６０分以上だったのに対し、実施例１〜６では、最大でも１５分であった。この結果から、実施例１〜６のように、従来構造よりも正極活物質層および負極活物質層の厚さを薄くすることによって、放熱特性が格段に向上することがわかる。放熱時間については、実施例６が最も短かった。
【０１２４】
以上のように、実施例１〜６のいずれも、正極活物質層および負極活物質層を従来構造よりも薄くすることによって、従来構造の比較例１に比べて、放熱性、耐熱性および防振性が向上していることがわかる。加えて、実施例１〜６では電池要素の内部抵抗が、比較例１の電池要素の内部抵抗よりも格段に小さくなっているので、出力も向上できる。
【０１２５】
（第２実施例）
第１実施例では、単電池層が１層のバイポーラ電池だけを用いて、実験を行った。これに対し、第２実施例では、実施例１〜６のバイポーラ電池のいずれかの単電池層が複数積層された電池要素を有するバイポーラ電池を作製した。
【０１２６】
（実施例７）
実施例７では、実施例１の単電池層が３層積層されてなる電池要素を有するバイポーラ電池を作製した。詳細な、作製工程は次の通りである。
【０１２７】
厚さ２０μｍのステンレス（ＳＵＳ）箔を集電体として使用した。集電体の片面には、平均粒径が５μｍでＬｉ・Ｍｎ系複合酸化物からなる正極活物質を、厚さ１５μｍとなるように塗布・乾燥して、正極活物質層を形成した。
【０１２８】
さらに、集電体の他方の面には、平均粒径が６μｍで非結晶性炭素材からなる負極活物質を、厚さ１５μｍとなるように塗布・乾燥して、負極活物質層を形成した。このようにバイポーラ電極を形成した。
【０１２９】
また、上記と同様の集電体に同様の正極材または負極材だけを片面に塗布して、積層の両端に配置するための端部電極を形成した。
【０１３０】
これらの電極の間に、架橋型ゲル電解質の前駆体を厚さ２５μｍで硬度ＪＩＳ−Ａ  ６０のポリエステル不織布セパレータに染み込ませた電解質層を挟んで重ね、３層構造の電池要素を構成した。
【０１３１】
この電池要素の正極端側には、厚さ１００μｍで幅１００ｍｍのアルミニウムのタブを振動溶着し、負極端側には厚さ１００μｍで幅１００ｍｍの銅のタブを振動溶着した。これを、ラミネート材で封止して、約８０℃で約２時間加熱架橋し、実施例７の３層構造のバイポーラ電池とした。
【０１３２】
以下の実施例８〜１６では、実施例７と同様の製造工程によりバイポーラ電池を作製した。実施例８〜１６については、上述のどの実施例と同様の単電池層を何層積層したかについて説明する。
【０１３３】
（実施例８）
実施例８では、実施例２の単電池層を３層積層したバイポーラ電池を作製した。
【０１３４】
（実施例９）
実施例９では、実施例３の単電池層を３層積層したバイポーラ電池を作製した。
【０１３５】
（実施例１０）
実施例１０では、実施例４の単電池層を３層積層したバイポーラ電池を作製した。
【０１３６】
（実施例１１）
実施例１１では、実施例５の単電池層を３層積層したバイポーラ電池を作製した。
【０１３７】
（実施例１２）
実施例１２では、実施例６の単電池層を３層積層したバイポーラ電池を作製した。
【０１３８】
（実施例１３）
実施例１３では、実施例４の単電池層を１０層積層したバイポーラ電池を作製した。
【０１３９】
（実施例１４）
実施例１４では、実施例４の単電池層を１００層積層したバイポーラ電池を作製した。
【０１４０】
（実施例１５）
実施例１５では、実施例３の単電池層の間に、実施例２の単電池層が挟まれてなる３層のバイポーラ電池を作製した。
【０１４１】
（実施例１６）
実施例１６では、実施例６の単電池層の間に、実施例５の単電池層が挟まれてなる３層のバイポーラ電池を作製した。
【０１４２】
（比較例２）
比較例２として、比較例１の単電池層を３層積層したバイポーラ電池を作製した。
【０１４３】
（比較例３）
比較例３として、比較例１の単電池層を１０層積層したバイポーラ電池を作製した。
【０１４４】
（比較例４）
比較例４として、比較例１の単電池層を１００層積層したバイポーラ電池を作製した。
【０１４５】
＜試験＞
以上のように作製した各実施例７〜１６および比較例２〜４のバイポーラ電池について、第１実施例と同様に、「共振周波数の測定」、「振動減衰率の測定」「熱上昇および放熱時間の測定」の試験を行った。なお、熱上昇の測定では、実施例７〜１２、１５、１６および比較例２については、２層目の温度を測定し、実施例１３、１４および比較例３、４については、５層目を測定した。
【０１４６】
試験結果は、まとめて図１１に示す通りである。
【０１４７】
＜試験結果＞
図１１は、試験結果を示す図である。
【０１４８】
試験結果において、第１共振ピークを参照する。実施例７〜１６は、いずれも、第１共振ピークが１００Ｈｚ以上であり、車両に搭載しても、共振しないことがわかった。一方、比較例２〜４は、いずれも、第１共振ピークが１００Ｈｚ以下であり、車両に搭載すると、共振するという結果が得られた。これにより、本発明のように正極活物質層および負極活物質層を薄くすることによって、単電池層の積層数を増やしても、車両の振動に共振しないバイポーラ電池が得られることがわかった。
【０１４９】
試験結果において、振動減衰率を参照する。実施例７〜１６のいずれも比較例１よりは、振動減衰率が高いことがわかった。また、実施例１１、１３、１４を比較すると、積層数が多い方が、振動減衰率が高くなっていることがわかった。
【０１５０】
比較例２〜４については、積層数を多くしても、振動減衰率はほとんど、比較例１と変わらないことがわかった。
【０１５１】
試験結果において、熱上昇を参照する。熱上昇は、実施例７〜１６の中では、実施例９が最大で２２δＴであった。しかし、比較例２〜４を参照すると、４０δＴ、６０δＴ、８０δＴといずれもかなり温度が上昇したことがわかる。実施例７〜１６では、正極活物質層および負極活物質層が薄く、電池要素全体の内部抵抗が、比較例２〜４に比べて小さいため、発熱量が少なかったからである。
【０１５２】
実施例１６の熱上昇が最も低かった。これは、実施例１６では、実施例６の単電池層の間に実施例５の単電池層を挟んだ構造を有するからである。実施例６の単電池のセパレータの硬度は、実施例５のセパレータの硬度よりも高い。したがって、硬度が低い方が放熱性が高められるので、熱がこもる積層内側の方で放熱性が高められる。したがって、内側で放熱が促進される分、熱上昇が低くなった。
【０１５３】
実施例１５と実施例１６とを比較してみると、同じように、各層の単電池層でセパレータの硬度が異なる。しかし、それぞれを構成する単電池層の厚さが、実施例１６の方が薄いので、実施例１６の方が熱上昇が小さい。
【０１５４】
試験結果において、放熱時間を参照する。放熱時間は、比較例２〜４では６０分以上だったのに対し、実施例７〜１６では、最大でも１８分であった。この結果から、実施例７〜１６のように、従来構造よりも正極活物質層および負極活物質層の厚さを薄くすることによって、放熱特性が格段に向上することがわかる。
【０１５５】
放熱時間については、実施例１６が最も短かった。これは、熱上昇が低かったのと同じ理由で、放熱性が高いからである。
【０１５６】
以上のように、実施例７〜１６のいずれも、従来構造の比較例２〜４に比べて、振動特性および温度特性について、向上していることがわかる。
【０１５７】
（第２実施形態）
第２実施形態では、上記第１実施形態のバイポーラ電池を複数個、並列および／または直列に接続して、組電池を構成する。
【０１５８】
図１２はバイポーラ電池の平面図、図１３はケースに格納されたバイポーラ電池を示す三面図、図１４は組電池を示す三面図である。
【０１５９】
図１２に示すように、バイポーラ電池１０を平面方向から見ると、正極タブ３０ａおよび負極タブ３０ｂが両側に引き出されている。このようなバイポーラ電池１０を、たとえば、図１３に示すように、４枚重ねてケース６０に格納する。図１３では、正極タブ３０ａ同士、負極タブ３０ｂ同士を同じ側に配置し、正極ターミナル６１および負極ターミナル６２により相互に接続されている。
【０１６０】
バイポーラ電池１０が格納された電池ケース６０を積層して、連結板７１および固定ねじ７２より一体化され、図１３に示すような組電池７０が形成される。組電池７０では、各電池ケース６０の正極ターミナル６１同士および負極ターミナル６２同士が、板状のバスバー７３、７４によりそれぞれ接続されている。
【０１６１】
このように、複数のバイポーラ電池が並列接続された組電池７０が形成される。
【０１６２】
この組電池７０においては、バイポーラ電池１０を複数個接続する際の接続方法として、超音波溶接、熱溶接、レーザー溶接、リベット、かしめ、電子ビームなどを用いることができる。このような接続方法をとることで、長期的信頼性のある組電池７０を製造することができる。
【０１６３】
組電池７０によれば、前述した第１実施形態に係るバイポーラ電池１０を用いて組電池化することで、高容量、高出力を得ることができ、しかも一つひとつの電池の信頼性が高いため、組電池としての長期的信頼性を向上させることができる。
【０１６４】
また、上記のように少数のバイポーラ電池１０を接続するためのケースを用いることにより、多くの組電池種を製造せずに、多様な設計の組電池を構成できるので、製造コストを低減できる。
【０１６５】
なお、組電池としてのバイポーラ電池１０の接続は、上記のように並列接続に限られるものではない。複数個全て直列に接続してもよく、さらに、直列接続と並列接続とを組み合わせても良い。
【０１６６】
（第３実施形態）
第３実施形態では、上記第１実施形態のバイポーラ電池１０または第２実施形態の組電池７０を駆動用電源として搭載して、車両を構成する。バイポーラ電池１０または組電池７０をモータ用電源として用いる車両としては、たとえば電気自動車、ハイブリッド自動車など、車輪をモータによって駆動している自動車がある。
【０１６７】
参考までに、図１５に、組電池７０を搭載する自動車８０の概略図を示す。自動車に搭載される組電池７０は、上記説明した特性を有する。このため、組電池７０を搭載してなる自動車は高い耐久性を有し、長期間に渡って使用した後であっても充分な出力を提供しうる。
【図面の簡単な説明】
【０１６８】
【図１】バイポーラ電池用の電池要素の構造を示す断面図である。
【図２】電池要素を示す図である。
【図３】本発明の単電池層と従来の単電池層とを比較した図である。
【図４】電池要素をマスバネモデル化した図である。
【図５】電池要素をマスバネモデル化した図である。
【図６】電池要素に通電したときの時間と温度の関係を示す図である。
【図７】電池要素に加えた振動の周波数と振動伝達率の関係を示す図である。
【図８】実施例１〜６のバイポーラ電池の仕様を示す図である。
【図９】実施例１〜６のバイポーラ電池の仕様を示す図である。
【図１０】試験結果を示す図である。
【図１１】試験結果を示す図である。
【図１２】バイポーラ電池の平面図である。
【図１３】ケースに格納されたバイポーラ電池を示す三面図である。
【図１４】組電池を示す三面図である。
【図１５】組電池を搭載する自動車の概略図を示す。
【符号の説明】
【０１６９】
１０…バイポーラ電池、
１２…正極活物質層、
１３…負極活物質層、
１４、５１、５２…セパレータ、
１５…単電池層、
１６…バイポーラ電極、
１７…端部集電体、
１８…シール部材、
２０…電池要素、
３０ａ…正極タブ、
３０ｂ…負極タブ、
３１…マス、
３２、５３、５４…バネ、
３３、５５、５６…ダンパー、
４０…外装、
４１…ラミネートシート、
５０…電池要素、
６０…電池ケース、
６１…正極ターミナル、
６２…負極ターミナル、
７０…組電池、
７１…連結板、
７３…バスバー、
８０…自動車。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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