(57)【要約】      （修正有）【課題】バイポーラ電池用集電箔の溶出を抑え、電池性能を改良し得るバイポーラ電池を提供する。【解決手段】正極活物質としてリチウムー遷移金属複合酸化物、負極活物質としてカーボンもしくはリチウムー遷移金属複合酸化物、電解質としてゲル電解質材料を用いたバイポーラ電池であって、Ｃｒを１６〜２６質量％、Ｍｏを０．５〜７．０質量％含有するステンレス鋼を集電箔に用いる。【効果】正極側の集電箔の腐食を抑えることができ、耐久性、寿命特性を向上することができる。【選択図】なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
Ｃｒを１６〜２６質量％、Ｍｏを０．５〜７質量％含有するステンレス鋼を集電箔に用いることを特徴とするバイポーラ電池。
【請求項２】
前記ステンレス鋼が、さらにＮｉを０〜２０質量％含有することを特徴とする請求項１に記載のバイポーラ電池。
【請求項３】
正極活物質としてリチウム−遷移金属複合酸化物を用い、負極活物質としてカーボンもしくはリチウム−遷移金属複合酸化物を用いてなることを特徴とする請求項１または２に記載のバイポーラ電池。
【請求項４】
電解質としてゲル電解質材料を用いてなることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載のバイポーラ電池。
【請求項５】
請求項１〜４に記載のバイポーラ電池を複数個接続して構成してなることを特徴とする組電池。
【請求項６】
請求項１〜４に記載のバイポーラ電池および／または請求項５に記載の組電池を駆動用電源として搭載してなることを特徴とする車両。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、バイポーラ電池、かかる電池を用いた組電池、前記電池を用いた車両に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、先端電子産業の発達により電池の需要が増大している。特に、高出力密度および高エネルギー密度を有する電池が要求されている。かかる電池の一つとして、集電箔の一方の面に正極用活物質を、残りの面に負極用活物質を塗布した電極を利用するバイポーラ電池が提案されている（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
バイポーラ電池用集電箔としては、バイポーラ電極構造を有しない通常のリチウムイオン２次電池用集電箔（正極集電箔および負極集電箔）が利用できる。なかでも、比較的安定であり、腐食して金属が溶け出しにくく、リチウム（Ｌｉ）金属と合金化しにくい特性を有することから、ステンレス鋼のＳＵＳ３０４が使用されている。
【特許文献１】特開２００４−２２０８２９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、バイポーラ電池用集電箔の材料として好適とされているＳＵＳ３０４であっても、正極側が高電位（約４．２Ｖ）のため、長期の使用では正極側の金属が腐食して溶出する。そのため、集電箔にＳＵＳ３０４を用いたバイポーラ電池では、長期使用する間に電池特性が低下していく問題があり、改良の余地があった。
【０００５】
そこで、本発明の目的は、バイポーラ電池用集電箔の金属溶出を抑え、電池性能を改良し得るバイポーラ電池を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明は、Ｃｒを１６〜２６質量％、Ｍｏを０．５〜７質量％含有するステンレス鋼を集電箔に用いることを特徴とするバイポーラ電池により達成することができる。
【発明の効果】
【０００７】
本発明のバイポーラ電池では、集電箔に用いるステンレス鋼をＣｒを１６〜２６質量％、Ｍｏを０．５〜７質量％含有するような組成範囲にすることで、正極側の集電箔の腐食を抑えることができる。これにより、バイポーラ電池の電池特性、特に耐久性、寿命特性を向上することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
本発明のバイポーラ電池は、Ｃｒを１６〜２６質量％、Ｍｏを０．５〜７質量％含有するステンレス鋼を集電箔に用いることを特徴とするものである。上記課題を解決するために、一般に正極集電体として用いられているアルミニウム（Ａｌ）箔をバイポーラ用集電箔として用いると、既存のＳＵＳ３０４のような正極側の金属溶出の問題を解消することができるが、低電位の負極側でＡｌとＬｉが合金化し、電池性能が低下する問題が新たに生じる。またクラッド材のように正極側にＡｌ箔、負極側にＬｉとの合金化を生じさせないＳＵＳ３０４等を貼り合わせたバイポーラ電池用集電箔を用いることも考えられる。しかしながら、クラッド材のように極めて薄い金属箔同士を貼り合わせて用いる場合にはピンホールが生じやすい。集電箔にピンホールがあるとバイポーラ電池ゆえに起こる隣接するセル間の短絡（液絡）の問題が起こり得ることから、バイポーラ電池用集電箔として利用可能な厚さにまで薄くできない。そのため、当該ピンホールができない程度の厚さに制限されるクラッド材をバイポーラ電池用集電箔として利用することは実用性に乏しく、実際に使用するのは困難であった。これに対し、本発明の集電箔を用いる場合には、正極側の腐食（金属溶出）を防ぐことができ、電池の耐久性、寿命特性が向上する。更に、負極側でのＬｉとの合金化の問題も生じさせないので、電池性能の低下を防止することができる点でも優れている。また、本発明の集電箔では、ＳＵＳ３０４のように長期の使用で抵抗が増大するのを抑えることもできる（実施例の表１の評価３「電池抵抗」欄の各実施例と比較例とを対比参照のこと）。また、クラッド材のような貼りあわせによるピンホール問題もなく、バイポーラ電池用集電箔として好適な厚さまで容易に薄膜化することができる。これによって集電箔の内部抵抗を下げることができるほか、電池の体積効率を高めることもでき、電池性能をより一層向上させることができる点でも有利である。
【０００９】
以下、本発明のバイポーラ電池について、バイポーラリチウムイオン電池を代表例として、図面を用いて説明する。
【００１０】
図１は、本発明の積層型のバイポーラリチウムイオン二次電池（以下、単にバイポーラ電池とも称する）の全体構造を模式的に示す概略断面図である。図２は、図１のバイポーラ電池のバイポーラ電極の基本構造を説明するための概略断面図である。図３は、図１のバイポーラ電池のうち、バイポーラ電極を電解質層を挟んで複数枚直列に積層した積層例を説明するための部分断面図である。
【００１１】
図１〜３に示すように、本発明のバイポーラ電池１では、集電箔２の片方の面上に正極活物質層３を積層し、他方の面上に負極活物質層４を積層したバイポーラ電極５を、電解質層６を介して複数枚積層した構造の電極積層体（バイポーラ電池本体）７からなるものである。また、こうしたバイポーラ電極５を複数枚積層した電極積層体７の最上層と最下層の電極５ａ、５ｂは、バイポーラ電極構造でなくてもよく、集電箔２または端子板（図示せず）に必要な片面のみの正極活物質層３または負極活物質層４を配置した構造としてもよい。なお、バイポーラ電極５（電極５ａ、５ｂを含む）の積層回数は、所望する電圧に応じて適宜調節すればよい。
【００１２】
さらに、図３Ａは、電解質層が全固体高分子電解質（さらにセパレータに全固体高分子電解質を保持させた場合を含む）から形成されているバイポーラ電池での積層例として、電極間に絶縁層を用いない例を示している。図３Ｂは、電解質層がゲル電解質または液体電解質（さらにセパレータにゲル電解質または液体電解質を保持させた場合を含む）を用いて形成されているバイポーラ電池での積層例として、電極間に絶縁層を用いた例を示している。いずれの場合にも、集電箔２、負極活物質層４、電解質層６、正極活物質層３、集電箔２、・・の順に上から下に、バイポーラ電極５で電解質層６を挟んで複数枚直列に積層した構造となっている。図３Ｂに示すように、電解質層６がゲル電解質または液体電解質（さらにセパレータにゲル電解質または液体電解質を保持させた場合を含む）を用いて形成されている場合には、図３Ａの構成に加えて、さらにゲル電解質や液体電解質（電解液）が外部に漏洩して液短や隣接する電極（集電箔）間が接触して短絡しないように、スペーサ（絶縁プレートないし絶縁層）１５が設けられているのが望ましい。また、図３Ａに示す電解質層が全固体高分子電解質（さらにセパレータに全固体高分子電解質を保持させた場合を含む）から形成されているバイポーラ電池でも、スペーサ（絶縁プレートないし絶縁層）９を設けるのが望ましい。これにより隣接する電極（集電箔）間が接触して短絡しないようにすることができるためである。ここで、負極活物質層４、電解質層６、正極活物質層３を順次積層したものを単電池（セル）８と称する（図１参照）。
【００１３】
また、バイポーラ電池１には、上下両端の集電箔２にそれぞれ、正極端子板１１および負極端子板１２を介して正極リード１３および負極リード１４が接合されている。また、上下両端の集電箔から出力端子（タブ）を直接取り出すようにしてもよい（図示せず）。
【００１４】
また、本発明のバイポーラ電池１では、使用する際の外部からの衝撃、環境劣化を防止するために、電極積層体７部分が電池外装材（外装ケース）１５に減圧封入されている。
【００１５】
なお、電池の初充電は、電池外装材に封入（一部未封入部分を残しておく）した後に行ってもよい。そして初充電後に電池外装材に上下から熱をかけながらプレスを行って、完全に封入してもよい。これにより、最もガス発生量が多くなる電池の初充電時に発生したガスを、電池外装材の外部に抜き出すことができる。その結果、発生ガスによる電池の膨れや電池性能の低下を効果的に防止することができる。なお、熱プレスなどの方法は従来の電池の場合に準ずる。ただし、電解質にゲル電解質や全固体高分子電解質材料を用いてなるバイポーラ電池では、液絡や電極間接触（短絡）を防止するために電極間の外周囲にスペーサ（絶縁プレートないし絶縁層）９を設けるのが望ましい。そのため、電池の初充電は、電池外装材（外装ケース）に封入する前に行い、その後に電池外装材内に封入してもよいことはいうまでもない。こうした場合には、スペーサ（絶縁プレートないし絶縁層）９も一部未形成のままとして電池の初充電後に行い、その後に、スペーサ（絶縁プレートないし絶縁層）９の未形成部分を充填し、減圧封入ないし熱をかけながらプレスを行って未形成部分の絶縁シールを行いながら、電池外装材内に減圧封入してもよい。
【００１６】
このバイポーラ電池１の基本構成は、複数積層した単電池層（単セル）が直列に接続された構成ともいえるものである。
【００１７】
次に、上述した本発明のバイポーラ電池の各構成要件ごとに詳しく説明する。
【００１８】
［集電箔］
本発明のバイポーラ電池では、図２に示すように、集電箔２として、Ｃｒを１６〜２６質量％、Ｍｏを０．５〜７．０質量％含有するステンレス鋼を用いることを特徴とするものである。
【００１９】
バイポーラリチウムイオン二次電池用集電箔に要求される特性として、正極側は、Ｌｉ／Ｌｉ＋に対して４Ｖ以上と非常に高電位のため、腐食のない（金属の溶出のない）金属箔でなければならない。また、負極側は、低電位でＬｉ金属と合金化しない金属箔でなければならない。すなわち、バイポーラ電池においては、これらの要求特性を１つの集電箔で成立させなければならない。従来では、バイポーラ電池用集電箔に、ＳＵＳ３０４を用いていたが、正極側が高電位（４．２Ｖ）のため金属が腐食して溶出することにより、電池特性が低下する問題があった。これに対し、本発明の集電箔を用いる場合には、正極側の腐食（金属溶出）を防ぐことができ、負極側でもＬｉとの合金化を起こさないので、電池の耐久性、寿命特性を向上することができるものである。
【００２０】
本発明の集電箔に用いられるステンレス鋼の各成分組成につき説明する。
【００２１】
（ｉ）Ｃｒ
ステンレス鋼中のＣｒの含有量は、１６〜２６質量％の範囲である。ステンレス鋼中に上記成分組成の範囲で存在するＣｒは表面を不働態化させることにより耐食性を上げることができる点で優れている。Ｃｒの含有量が１６質量％未満の場合には、当該ステンレス鋼を用いた集電箔２の表面全体を不働態化させることが困難となるおそれがあり耐食性向上効果が十分に得られないおそれがある。一方、ステンレス鋼中のＣｒの含有量が２６質量％を超えて多く含まれ過ぎると、ステンレス鋼の硬度が上がり、加工性が低下し、さらにはコスト増につながってしまう。
【００２２】
（ｉｉ）Ｍｏ
ステンレス鋼中のＭｏの含有量は、０．５〜７．０質量％の範囲である。ステンレス鋼中に上記成分組成の範囲で存在するＭｏは、Ｃｒよりさらに耐食性が優れている。Ｍｏの含有量が０．５質量％未満の場合には、当該ステンレス鋼を用いた集電箔２の耐食性を高める効果が十分に得られないおそれがある。一方、ステンレス鋼中のＭｏの含有量が７．０質量％を超える場合には、ステンレス鋼の硬度が上がり、加工性が低下し、さらにはコスト増につながってしまう。
【００２３】
（ｉｉｉ）Ｎｉ
ステンレス鋼中のＮｉの含有量は、０〜２０質量％の範囲である。このＮｉは任意成分であり、含まれていても含まれていなくても良い。
【００２４】
（ｉｖ）Ｆｅ
上記ステンレス鋼は、Ｃｒ、Ｍｏ、更に必要に応じてＮｉを上記範囲で含有すればよく、残部はＦｅとなる。したがって、該Ｆｅの含有量は、後述する他の有効成分の有無等によっても異なることから一義的に規定することはできないが、通常４０〜８３．５質量％、好ましくは５０〜８３．５質量％の範囲とするのが望ましい。
【００２５】
（ｖ）他の有効な組成成分
ステンレス鋼中には、上記のＣｒ、Ｍｏ、Ｎｉ、Ｆｅのほか、更に必要に応じて、Ｔｉ、Ｎｂ、Ａｌ、Ｎなどの成分を適量含有していても良い。各成分の含有量は、本発明の作用効果を損なわない範囲内であれば良く、好ましくは各成分の持つ特性を十分に発現し得る量を含有させればよい。
【００２６】
（ｖｉ）Ｃ（不純物成分）
ステンレス鋼においては、製造過程で使用するＣが含まれ得る。ステンレス鋼を集電箔として利用する場合には、このＣは、有用成分とはならず、むしろ不純物となる。そのため、不純物となるＣの含有量は、可能な限り減らすのが望ましく、０．０８質量％以下、好ましくは０．０３質量％以下、より好ましくは０．０２質量％以下とするのが望ましい。
【００２７】
（ｖｉｉ）Ｃ以外の不純物成分
ステンレス鋼中には、上記のＣ分以外にも、製造過程で不可避的に含まれる成分として、Ｓｉ、Ｍｎ、Ｐ、Ｓなどの不純物が、本発明の作用効果を損なわない範囲内で、極微量残存する場合も含まれえる。しかしながら、上記Ｃ成分と同様に、可能な限り減らすのが望ましい。
【００２８】
本発明の集電箔の厚さは、特に制限されるものではなく、通常１〜５０μｍ、好ましくは５〜２０μｍの範囲である。
【００２９】
［負極活物質層（負極）］
負極活物質層には、負極活物質を含む。この他にも、電子伝導性を高めるための導電助剤、イオン伝導性を高めるためのリチウム塩、バインダ、高分子ゲル電解質（ポリマーマトリックス、電解液など）などが含まれ得る。
【００３０】
ここで、負極用活物質としては、従来公知の材料であれば特に制限はされないが、リチウム金属、リチウム合金、Ｌｉ４Ｔｉ５Ｏ１２などの遷移金属とリチウムとの複合酸化物（リチウム−遷移金属複合酸化物）、ハードカーボン、グラファイトなどの炭素材料（カーボン）、酸化物材料などから適宜選択することができる。好ましくは、出力特性、容量、反応性、サイクル耐久性に優れ、低コストな材料であるカーボンもしくはリチウム−遷移金属複合酸化物を好適に使用できる。さらに必要に応じて、電子伝導性を高めるためのアセチレンブラック、カーボンブラック、グラファイト、炭素繊維などの導電助剤；ポリフッ化ビニリデン、スチレンブタジエンゴムなどのバインダ；ポリエチレンオキシド（ＰＥＯ）、ポリプロピレンオキシド（ＰＰＯ）、それらの共重合体などの固体電解質；ＬｉＰＦ６、ＬｉＢＦ４、ＬｉＣｌＯ４、ＬｉＡｓＦ６、ＬｉＴａＦ６、ＬｉＡｌＣｌ４、Ｌｉ２Ｂ１０Ｃｌ１０、ＬｉＣＦ３ＳＯ３、Ｌｉ（ＣＦ３ＳＯ２）２Ｎ、Ｌｉ（Ｃ２Ｆ５ＳＯ２）２Ｎなどのイオン伝導性を高めるための電解質支持塩などを用いることができる。なお、負極用活物質層の膜厚は、通常、１〜５００μｍ程度である。
【００３１】
［正極活物質層（正極）］
正極活物質層には、正極活物質を含む。この他にも、電子伝導性を高めるための導電助剤、イオン伝導性を高めるためのリチウム塩、バインダ、高分子ゲル電解質などが含まれ得る。
【００３２】
ここで、正極用活物質としては、特に制限されるものではなく、従来公知の材料を用いることができる。好ましくは、出力特性、容量、反応性、サイクル耐久性に優れ、低コストな材料であるリチウム−遷移金属複合酸化物を好適に使用できる。具体的には、ＬｉＭｎ２Ｏ４などのＬｉ・Ｍｎ系複合酸化物、ＬｉＣｏＯ２などのＬｉ・Ｃｏ系複合酸化物、Ｌｉ２Ｃｒ２Ｏ７、Ｌｉ２ＣｒＯ４などのＬｉ・Ｃｒ系複合酸化物、ＬｉＮｉＯ２などのＬｉ・Ｎｉ系複合酸化物、ＬｉＦｅＯ２などのＬｉ・Ｆｅ系複合酸化物およびこれらの遷移金属の一部を他の元素により置換したもの（例えば、ＬｉＮｉｘＣｏ１−ｘＯ２（０＜ｘ＜１）等）などが使用できる。さらに必要に応じて、電子伝導性を高めるための導電助剤、バインダ、固体電解質、イオン伝導性を高めるための電解質支持塩などを用いることができる。なお、正極用活物質層の膜厚は、通常、１〜５００μｍ程度である。
【００３３】
正極用活物質としてはリチウム−遷移金属複合酸化物を、負極用活物質としてはカーボン若しくはリチウム−遷移金属複合酸化物を用いることが好ましい。容量、出力特性に優れた電池を構成できるからである。
【００３４】
［電解質層］
電解質層としては、特に制限されるものではなく、従来公知の材料、例えば、（ａ）高分子ゲル電解質、（ｂ）高分子固体電解質または（ｃ）これら電解質を含浸させたセパレータ（不織布セパレータを含む）（ｄ）液体電解質を用いることができる。好ましくは、出力特性、容量、反応性、サイクル耐久性に優れ、低コストな材料である、ゲル電解質材料を好適に使用できる。
【００３５】
（ａ）高分子ゲル電解質
高分子ゲル電解質とは、ポリマーマトリックス中に電解液を保持させたものをいう。高分子ゲル電解質として用いるポリマーマトリックス（高分子）は、たとえば、ポリエチレンオキシドを主鎖または側鎖に持つポリマー（ＰＥＯ）、ポリプロピレンオキシドを主鎖または側鎖に持つポリマー（ＰＰＯ）、ポリエチレングリコール（ＰＥＧ）、ポリアクリロニトリル（ＰＡＮ）、ポリメタクリル酸エステル、ポリフッ化ビニリデン（ＰＶｄＦ）、ポリフッ化ビニリデンとヘキサフルオロプロピレンの共重合体（ＰＶｄＦ−ＨＦＰ）、ポリ（メチルメタクリレート）（ＰＭＭＡ）およびそれらの共重合体が望ましく、中でもＰＥＯ、ＰＰＯおよびそれらの共重合体、あるいは、ＰＶｄＦ−ＨＦＰを用いることが望ましい。電解液とは、電解質塩を溶媒に溶かしたものであり、電解質としては、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種が、溶媒としては、エチレンカーボネート（ＥＣ）、プロピレンカーボネート（ＰＣ）、γ−ブチロラクトン（ＧＢＬ）、ジメチルカーボネート（ＤＭＣ）、ジエチルカーボネート（ＤＥＣ）およびそれらの混合物が望ましい。
【００３６】
本発明におけるゲル電解質中の電解液の割合としては、特に制限されるべきものではないが、イオン伝導度などの観点から、数質量％〜９８質量％程度とするのが望ましい。本発明では、電解液の割合が７０質量％以上の、電解液が多いゲル電解質について、特に効果がある。
【００３７】
（ｂ）高分子固体電解質
全固体高分子電解質としては、例えば、ＰＥＯ、ＰＰＯ、これらの共重合体などの公知の固体高分子電解質が挙げられる。固体高分子電解質中には、イオン伝導性を確保するためにリチウム塩が含まれる。リチウム塩としては、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。
【００３８】
（ｃ）上記電解質を含浸させたセパレータ（不織布セパレータを含む）
セパレータに含浸させることのできる電解質としては、既に説明した（ａ）および（ｂ）と同様のものを用いることができる。
【００３９】
上記セパレータとしては、例えば、上記電解質を吸収保持するポリマーからなる多孔性シートおよび不織布を挙げることができる。
【００４０】
多孔性シートとしては、例えば、微多孔質セパレータを用いることができる。該ポリマーとしては、例えば、ポリエチレン（ＰＥ）、ポリプロピレン（ＰＰ）などのポリオレフィン；ＰＰ／ＰＥ／ＰＰの３層構造をした積層体、ポリイミド、アラミドが挙げられる。上記セパレータの厚みとして、使用用途により異なることから一義的に規定することはできないが、電気自動車（ＥＶ）やハイブリッド電気自動車（ＨＥＶ）、燃料電池自動車（ＦＣＶ）などのモータ駆動用二次電池などの用途においては、単層あるいは多層で４〜６０μｍであることが望ましい。上記セパレータの微細孔径は、最大で１μｍ以下（通常、数十ｎｍ程度の孔径である）、その空孔率は２０〜８０％であることが望ましい。
【００４１】
不織布としては、綿、レーヨン、アセテート、ナイロン、ポリエステル；ＰＰ、ＰＥなどのポリオレフィン；ポリイミド、アラミドなど従来公知のものを、単独または混合して用いる。また、不織布のかさ密度は、含浸させた高分子ゲル電解質により十分な電池特性が得られるものであればよく、特に制限されるべきものではない。不織布セパレータの空孔率は５０〜９０％であることが好ましい。さらに、不織布セパレータの厚さは、電解質層と同じであればよく、好ましくは５〜２００μｍであり、特に好ましくは１０〜１００μｍである。厚さが５μｍ未満では電解質の保持性が悪化し、２００μｍを超える場合には抵抗が増大することになる。
【００４２】
（ｄ）液体電解質（電解液）
電解液とは、電解質塩を溶媒に溶かしたものが挙げられる。ここで、電解質としては、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種が、溶媒としては、ＥＣ、ＰＣ、ＧＢＬ、ＤＭＣ、ＤＥＣおよびそれらの混合物が望ましい。
【００４３】
電解質のなかでは、ゲル電解質を含浸させたセパレータが好ましい。容量、出力特性に優れた電池を構成できるからである。
【００４４】
［電池外装材］
電池外装材としては、従来公知のケースを用いることができ、アルミニウムを含むラミネートフィルムを用いた素電池を覆うことができる袋状のケースを挙げることができる。ラミネートフィルムは、例えば、ＰＰ、アルミニウム、ナイロンをこの順に積層してなる３層構造のラミネートフィルムである。
【００４５】
［スペーサ（絶縁プレートないし絶縁層）］
スペーサ（絶縁プレートないし絶縁層）は、電池内で隣り合う集電箔同士が接触したり、積層電極の端部の僅かな不ぞろいなどによる短絡が起こったりするのを防止する目的で、各電極の周囲に形成される。必要に応じて、電極の周囲にスペーサを設ける。該スペーサとしては、例えば、ＰＥ、ＰＰなどのポリオレフィン樹脂、エポキシ樹脂、ゴム、ポリイミドなどが使用でき、耐蝕性、耐薬品性、製膜性、経済性などの観点からは、ポリオレフィン樹脂が好ましい。
【００４６】
［正極および負極端子板］
正極および負極端子板は、必要に応じて使用する。例えば、最外部の集電箔から出力電極端子（タブ）を直接取り出す場合には、正極および負極端子板は用いない。
【００４７】
正極および負極端子板の材料は、従来公知のリチウムイオン電池で用いられる材料を用いることができる。例えば、アルミニウム、銅、チタン、ニッケル、ステンレス鋼、これらの合金を利用することができるほか、本発明の集電箔と同種のステンレス鋼を用いてもよい。耐蝕性、作り易さ、経済性などの観点からは、アルミニウムを用いることが好ましい。さらに、端子部での内部抵抗を抑える観点から、正極および負極端子板の厚さは、通常、０．１〜２ｍｍ程度が望ましい。
【００４８】
［正極および負極リード］
正極および負極リードに関しては、公知のリチウムイオン電池で用いられるリードを用いることができる。なお、電池外装材から取り出された部分は、周辺機器や配線などに接触して漏電したりして製品（例えば、自動車部品、特に電子機器等）に影響を与えないように、耐熱絶縁性の熱収縮チューブなどにより被覆するのが好ましい。
【００４９】
本発明のバイポーラ電池は、電気自動車やハイブリッド電気自動車や燃料電池自動車やハイブリッド燃料電池自動車などの大容量電源として、高体積エネルギー密度、高体積出力密度が求められる車両駆動用電源や補助電源に好適に利用することができる。
【００５０】
＜バイポーラ電池の製造方法＞
本発明のバイポーラ電池の製造方法としては、特に制限されるものではなく、従来公知の製造方法を用いることができる。以下、バイポーラ次電池の好適な態様の１つである、電解質層に高分子ゲル電解質を含むセパレータを用いてなるバイポーラリチウムイオン二次電池の製造方法を例にとり説明する。
【００５１】
［当該製造方法の概要］
まず、Ｃｒを１６〜２６質量％、Ｍｏを０．５〜７．０質量％含有するステンレス鋼製の集電箔２の片面に正極活物質層（正極）３を作製し、集電箔２の正極活物質層３が作製された面と他方の面に負極活物質層（負極）４を作製することにより、単電池（セル）８とする。次に、作製した単電池（セル）を高分子ゲル電解質を含むセパレータからなる電解質層６を介して複数積層して電極積層体７とする。このとき、正極側の最外層には最外層集電箔に正極活物質層のみが形成された電極５ａが配置され、負極側の最外層には最外層集電箔に負極活物質層のみが形成された電極５ｂを配置する。その後、各最外層集電箔から端子板１１、１２を介してリード１３、１４（ないし出力端子）を取り出し、電池ケース１５などに収容することによりバイポーラ電池１を作製する（図１〜３参照）。以下、各工程ごとに説明する。
【００５２】
［バイポーラ電極の作製の概要］
本発明の特定の成分組成を持つステンレス製の集電箔２の片面に正極活物質層３を作製する段階では、正極用組成物を調製する。次に集電箔２の片面上に、調製した正極用組成物を塗布し、乾燥および重合することにより正極活物質層３を作製する。続いて、集電箔２のもう一方の面に負極活物質層４を作製する段階では、負極用組成物を調製する。次に、集電箔２の他の片面上に、調製した負極用組成物の適正な順序で塗布し、乾燥および重合することにより負極活物質層４を作製し、バイポーラ電極５を作製する。
【００５３】
（１）正極用組成物の調製
正極用組成物は、通常、インクないしスラリー（以下、正極用スラリーともいう）ないしインク（正極用インク）として得られ、集電箔の一方の面に順に塗布される。
【００５４】
この正極用スラリーは、正極活物質を含む溶液である。他成分として、導電助剤、バインダ、重合開始剤、高分子ゲル電解質の原料であるホストポリマーおよびリチウム塩などが任意で含まれる。例えば、正極用スラリーは、正極活物質を含む溶媒中に、バインダ、導電助剤、重合開始剤、高分子ゲル電解質の原料であるホストポリマーおよびリチウム塩等を添加し、ホモミキサー等で攪拌することで得られる。あるいは、正極用スラリーを２つに分けてもよい。例えば、正極活物質、導電助剤、バインダ等を含む活物質スラリーと、重合開始剤、高分子ゲル電解質の原料であるホストポリマーやリチウム塩等を含む電解質スラリー（高分子電解質の前駆体溶液ないしプレゲル溶液等）とに分けてもよい。この場合、活物質スラリーを塗布して電極活物質層を形成後に、電極活物質層上に電解質スラリーを塗布、含浸し、熱や紫外線照射等により架橋重合させるなどして電極活物質層を形成することができる。
【００５５】
正極用スラリーの構成成分である正極活物質、導電助剤、バインダ、リチウム塩、高分子ゲル電解質の高分子原料（ホストポリマー）等に関しては、本発明のバイポーラ電池の構成要件である正極活物質層の項で記載した内容と同様であるため、ここでの説明を省略する。
【００５６】
上記正極用スラリーを調整する際に必要に応じて用いられる溶媒としては、Ｎ−メチル−２−ピロリドン（ＮＭＰ）、ｎ−ピロリドンなどのスラリー粘度調製用溶媒が挙げられ、上記正極用スラリーの種類に応じて適宜選択して用いる。
【００５７】
正極活物質、リチウム塩、導電助剤の添加量は、得られるバイポーラ電池が所定の関係を満たすように適宜決定すればよい。
【００５８】
上記重合開始剤は、重合方法（熱重合法、紫外線重合法、放射線重合法、電子線重合法など）や重合させる化合物に応じて適宜選択する必要がある。例えば、紫外線重合開始剤としてベンジルジメチルケタール（ＢＤＫ）、熱重合開始剤としてアゾビスイソブチロニトリル（ＡＢＩＮ）などが挙げられるが、これらに制限されるべきものではない。重合開始剤の添加量は、ホストポリマーに含まれる架橋性官能基の数に応じて決定される。通常は上記ホストポリマー（高分子ゲル電解質の高分子原料）に対して０．０１〜１質量％程度である。
【００５９】
（２）正極活物質層の作製
調製した正極用スラリーを集電箔２の片面に塗布した後、乾燥して含まれる溶媒を除去することにより正極活物質層を作製する。更に必要に応じて、所望の膜厚になるようにプレスを行ってもよい。
【００６０】
正極用スラリーを集電箔上に塗布する手法は、コーター、スクリーン印刷法など公知の方法により行えばよいが、好ましくは自走式ダイコータによる塗布または、インクジェット式等による塗布である。
【００６１】
塗布した正極用スラリーを乾燥するには、真空乾燥機など従来公知の装置を用いることができる。乾燥条件は塗布した正極用スラリーに応じて決定すればよい。
【００６２】
作製した正極活物質層は、表面の平滑性および厚さの均一性を向上させるためにプレス操作を行うのがよい。プレス操作は冷間でプレスロールする方法または熱間でプレスロールする方法のいずれの方法でも良い。熱間でプレスロールする方法の場合は、電解質支持塩や重合性ポリマーが分解する温度以下で行うのが望ましい。プレス圧力は線圧で２００〜１０００ｋｇ／ｃｍで行うことが望ましい。
【００６３】
（３）負極用組成物の調製
負極用組成物は、通常、スラリー（負極用スラリー）として得られ、集電箔（負極集電箔を含む）の上に塗布される。
【００６４】
各種の負極用スラリーに関しては、各種の正極用スラリーにおいて正極を負極としたことを除けば、使用される原料や添加量のほか、各種スラリーの調製方法や高分子電解質用スラリーを他の成分と分ける手法等の説明についても、「（１）正極用組成物の調製」における説明と同様であるため、ここでは説明を省略する。
【００６５】
（４）負極活物質層の作製
調製した負極用スラリーを、集電箔の正極活物質層が作製された面とは反対側の面に塗布した後、乾燥して含まれる溶媒を除去することにより負極活物質層を作製する。更に必要に応じて、所望の膜厚になるようにプレスを行ってもよい。
【００６６】
負極用スラリーの塗布方法、乾燥条件、プレス操作等に関しては、正極を負極としたことを除けば、「（２）正極活物質層の作製」における説明と、基本的に同様であるためここでの説明は省略する。
【００６７】
なお、プレス操作は、集電箔の片面に正極活物質層を形成し、他面に負極活物質層を形成した後に、正極活物質層および負極活物質層をまとめてプレス操作を行っても良い。プレス操作に要する工数を低減することができるためである。このようにプレス操作の対象や時期については、必要に応じて適宜選択すればよい。また、プレス条件については、正極活物質層と負極活物質層をまとめて行う場合であっても、上記「（２）正極活物質層の作製」の項で説明したプレス条件の範囲内において調製することができる。
【００６８】
（５）電極積層体（バイポーラ電池本体）の作製
上述の通りに作製した単電池（セル）を所望のサイズに切り出し、セパレータを介して複数積層して積層体を作製した後、これにゲル原料溶液（プレゲル溶液）を含浸し、重合させて電極積層体の作製を行う。
【００６９】
セパレータは、本発明のバイポーラ電池の構成要件である電解質層の項で記載した内容と同様であるため、ここでの説明を省略する。
【００７０】
単電池（セル）の積層数は、バイポーラ電池に求める電池特性を考慮して決定される。
【００７１】
また、電極積層体において、正極側の最外層には、最外層集電箔上に正極層のみを形成した電極を配置する。負極側の最外層には、最外層集電箔上に負極層のみを形成した電極を配置する。また、正極側および負極側に用いられる両最外層集電箔は、中間層の集電箔よりも厚いものを用いてもよい。
【００７２】
電極積層体に含浸させるゲル原料溶液とは、高分子ゲル電解質の原料高分子（ホストポリマー）、リチウム塩、重合開始剤等を溶媒に溶解させて調製した溶液を意味する。ホストポリマー、リチウム塩などは、バイポーラ電池の正極活物質層において記載した説明を同様であるため、ここではその説明を省略する。また溶媒や重合開始剤の種類（具体例）、添加量及び重合方法については、上記「（１）正極用組成物の調製」における説明と同様であるため、ここでは説明を省略する。
【００７３】
ゲル原料溶液の含浸は、単電池（セル）をセパレータを介して複数積層した後、作製した電極積層体をゲル溶液に浸漬またはゲル原料溶液を注入することにより行う。ゲル原料溶液は、まだゲル状になっていないため、電極およびセパレータに浸透していく。また、前記含浸には、アプリケーターやコーターなどを用いれば微量の供給も可能である。
【００７４】
その後、ゲル原料溶液を含浸させた積層体に含まれるホストポリマーを、熱、紫外線、放射線、電子線等により重合（架橋）する。重合には、簡便かつ確実に重合を行うことができることから、熱重合を行うことが正しい。乾燥ないし熱重合は、真空乾燥機など従来公知の装置を用いることができる。乾燥ないし熱重合の条件はゲル原料溶液などに応じて適宜決定すればよい。得られる電解質層の幅は、単電池（セル）の集電箔の電極形成部サイズよりも若干小さくすることが多いが、特に制限されるものではない。
【００７５】
なお、電極積層体を作製する際には、電池内部に水分等が混入するのを防止する観点から、アルゴン、窒素などの不活性雰囲気下で行うことが好ましい。
【００７６】
本発明において、電解質層は、好ましくはゲル原料溶液やポリマー電解質原料溶液をセパレータに含浸させて重合（架橋）されてなる。セパレータを用いることにより、電解液の充填量を高めることができるとともに、熱伝導性を確保することができるため、好適に用いられる。しかし、本発明の電解質層は、かような構成に限定されず、セパレータを含まない従来公知の電解質層を用いてもよい。
【００７７】
（６）スペーサ（絶縁プレートないし絶縁層）の形成
スペーサ（絶縁プレートないし絶縁層）は、例えば、まず、電極積層体の単電池（セル）の周囲を、所定の幅でエポキシ樹脂などに浸漬またはエポキシ樹脂を注入ないし含浸し、その後、エポキシ樹脂を硬化させることにより形成する。事前に、集電箔は離型性マスキング材等を用いてマスキング処理しておくのが好ましく、エポキシ樹脂を硬化させた後、マスキング材を剥がせばよい。
【００７８】
あるいは、後述する実施例のように、バイポーラ型電極の少なくとも一方の電極活物質層の周辺部にスペーサ（絶縁プレートないし絶縁層）として、上記エポキシ樹脂等を配置し熱と圧力をかけ集電箔と該スペーサ（絶縁プレートないし絶縁層）を融着させてもよい。この場合には、更に電極極活物質層中にゲル電解質を含浸保持させた後に、ゲル電解質を含浸保持したバイポーラ型電極とゲルポリマー電解質層とを交互に複数枚積層させ、熱と圧力をかけ、対向する集電箔のもう一方の電極活物質層の周辺部と該スペーサ（絶縁プレートないし絶縁層）を融着させて電極積層体（バイポーラ電池本体）を形成してもよい。このように、当該スペーサ（絶縁プレートないし絶縁層）の形成は、必ずしも電極積層体（バイポーラ電池本体）の作製後である必要はなく、所望のスペース保持効果及び絶縁シール効果を発現させることができるものであれば、最も作業効率のよいときに当該スペーサ（絶縁プレートないし絶縁層）を形成すればよい。
【００７９】
（７）タブの接続
電極積層体の両最外層上にそれぞれ、正極用タブ、負極用タブを接合接続する。正極用タブおよび負極用タブの接合方法としては、接合温度の低い超音波溶接等が好適に利用し得るものであるが、これに限定されるべきものではなく、従来公知の方法を適宜利用することができる。
【００８０】
（８）パッキング（電池の完成）
最後に、電極積層体全体を、外部からの衝撃、環境劣化を防止するために、電池外装材ないし電池ケースで封止し、バイポーラ電池を完成させる。封止の際には、正極用タブ、負極用タブの一部を電池外部に取り出す。電池外装材（電池ケース）の材質は、内面がポリプロピレンフィルム等の絶縁体で被覆された金属（アルミニウム、ステンレス、ニッケル、銅など）が好適である。
【００８１】
（組電池）
本発明では、上記バイポーラ電池を複数個、並列接続または直列接続または並列−直列接続または直列−並列接続の少なくとも一つを用いて組電池（車両用サブモジュール）とすることができる。
【００８２】
以下、当該組電池の実施形態につき、図面を用いて説明する。代表的な組電池には、バイポーラ電池を組合せた電池（図４）、バイポーラ電池と非バイポーラ電池を組合せた電（図５）、複合組電池（図６）が挙げられる。
【００８３】
図４は、本発明のバイポーラ電池（２４Ｖ、５０ｍＡｈ）を２直２０並に接続した組電池（４２Ｖ１Ａｈ）の模式図である。（ａ）は平面図、（ｂ）は正面図、（ｃ）は右側面図である。ここで、２直２０並に接続した組電池とは、４０個のバイポーラ電池を用い、２個ずつ２０組に分け、２個の電池を直列に接続し、かつ、直列に接続した２０組の電池全部を並列に接続した電池をいう。図４において、４０個のバイポーラ電池を準備し、２行５列で配列し、これを４段重ねる。１段目において、上下２個ずつ直列に接続し、直列に接続した５組全てを並列で接続し、さらに２〜４段目も同様に行って、最終的に直列に接続した２０組の電池全部を並列に接続して素組電池を得る。なお、直列部分はタブ４８、４９同士を振動溶着して接続し、並列部分のタブは銅のバスバー５６、５８で接続する。
【００８４】
得られた素組電池を金属製の組電池ケース５５に収納する。このように、複数個のバイポーラ電池４１を直並列に接続することによって、所望の電流、電圧、容量に対応できる組電池５１を提供することができる。
【００８５】
直列部分の端部を組電池ケースに取り付けられた端子６２、６４に接続し、正負の端子を構成する。具体的には、組電池ケース５５の側面前部に形成された正極端子６２、負極端子６４のそれぞれは、各端子リード５９を介して各バスバー５６に接続される。
【００８６】
また、該組電池５１には、各単電池層、更にはバイポーラ電池の端子間電圧などの電池電圧を監視するため、組電池ケース５５の側面前部に、検知タブ端子５４が設置される。そして、検知タブ端子５４は、検知線５３を介して各バイポーラ電池４１の電圧検知タブ６０に接続される。
【００８７】
組電池ケース５５の底部には、合成ゴムなどの外部弾性体５２が取り付けられる。組電池５１を複数積層して複合組電池を形成する場合に、組電池５１間の距離を一定に保ち、防振性、耐衝撃性、絶縁性、放熱性などを向上することができる。
【００８８】
また、この組電池５１には、使用用途に応じて、上記検知タブ端子５４以外にも各種計測機器や制御機器類を設けることができる。
【００８９】
さらに、バイポーラ電池１の電極タブ（４８、４９）同士や検知タブ６０と検知線５３さらにバスバー５６、５８と端子リード５９等を連結する方法は、特に制限されることはなく、例えば、超音波溶接、熱溶接、レーザ溶接または電子ビーム溶接、または、リベットのようなバスバー５６、５８を用いる方法、カシメの手法を挙げることができる。
【００９０】
また、本発明の組電池では、本発明のバイポーラ電池と、該バイポーラ電池と正負極電極材料を同一とし該バイポーラ電池の構成単位数を直列することにより電圧を同一にした本発明のリチウムイオン二次電池（以下、単に非バイポーラ型電池ともいう）と、を並列に接続したものであってもよい。すなわち、組電池を形成する電池は、本発明のバイポーラ電池と非バイポーラ型電池（但し、全ての電池が必ずしも本発明の電池でなくともよい）とを混在させてもよい。これにより、出力重視のバイポーラ電池と、エネルギー重視の非バイポーラ型電池の組み合わせでお互いの弱点を補う組電池ができ、組電池の質量・サイズを小さくすることができる。バイポーラ電池と非バイポーラ型電池をどの程度の割合で混在させるかは、組電池として要求される安全性能、出力性能に応じて決める。
【００９１】
図５は、本発明のバイポーラ電池Ａ（４２Ｖ、５０ｍＡｈ）と公知の非バイポーラ型電池Ｂ（４．２Ｖ、１Ａｈ）１０直（４２Ｖ）を並列に連結した組電池の一例を示す図面である。ここで、（ａ）は平面図、（ｂ）は正面図、（ｃ）は右側面図である。図５において、非バイポーラ型電池Ｂ１０枚を端から順番にバスバー５６を介して振動溶着し、直列に接続する。さらに、バイポーラ電池Ａと直列接続された両端の非バイポーラ型電池Ｂとをそれぞれバスバー５６で並列に接続し、その後金属製の組電池ケース５５に収納する。この組電池５１’でも、並列部分及び図の横方向に隣り合う非バイポーラ型電池Ｂ間を直列接続する部分のタブは銅のバスバー５６で接続し、図の縦方向に隣り合う一般電池Ｂ間を直列接続する部分はタブ３９、４０同士を振動溶着して接続する。このような構成により、非バイポーラ型電池Ｂとバイポーラ電池Ａは電圧が等しくなり、その部分で並列接続を形成している。この組電池５１’は、出力の分担をバイポーラ電池Ａが有し、エネルギーの分担を非バイポーラ型電池Ｂが有する構造である。これは、出力とエネルギーを両立することが困難な組電池において、非常に有効な手段である。このように、バイポーラ電池Ａを任意の個数直並列に接続することによって、所望の電流、電圧、容量に対応できる組電池５１’を提供することができる。
【００９２】
バイポーラ電池Ａの両側には、バイポーラ電池Ａの各層の電圧を検知するタブ６０を取り出し、それらの検知線（図示せず）を組電池５１’の前部に取り出している以外は、図４の組電池５１と同様であるので、同じ部材には同じ符号を付した。
【００９３】
該組電池５１’にも、正極端子６２、負極端子６４が組電池ケース５５の側面前部に形成されており、各端子に、例えば、各バスバー５６が端子リード５９で接続される。タブ４８，４９はそれぞれバスバー５６と接続する。
【００９４】
また、該組電池５１’には、バイポーラ電池Ａの各単電池層、更にはバイポーラ電池Ａ及び非バイポーラ型電池Ｂの端子間電圧などの電池電圧を監視するため、検知タブ端子５４が組電池ケース５５の側面前部に設置されている。そして、各バイポーラ電池Ａ（更には非バイポーラ型電池Ｂ）の検知タブ６０が全て検知線（図示せず）を介して検知タブ端子５４に接続されている。
【００９５】
組電池ケース５５の低部には、合成ゴムなどの外部弾性体５２が取り付けられている。組電池５１’を複数積層して複合組電池を形成する場合に、組電池５１’間の距離を一定に保ち、防振性、耐衝撃性、絶縁性、放熱性などを向上することができる。
【００９６】
さらに、本発明の組電池では、上記の組電池を第１組電池ユニットとし、この第１組電池ユニットの端子間電圧と電圧を同一にするバイポーラ電池以外の二次電池が直並列接続されてなる第２組電池ユニットを形成し、この第１組電池ユニットと第２組電池ユニットを並列接続することによって組電池とすることもできる。
【００９７】
なお、組電池の他の構成要件に関しては、何ら制限されるべきものではなく、従来公知の組電池用の構成部材および製造技術が利用できる。
【００９８】
次に、上記の組電池は少なくとも２以上直列、並列、または直列と並列の複合接続した複合組電池（車両用組電池）とすることができる。複合組電池とすることによって、使用目的ごとの電池容量や出力に対する要求に、新たに組電池を作製することなく、比較的安価に対応することができる。すなわち、複合組電池は、組電池（本発明のバイポーラ電池ないし非バイポーラ型電池だけで構成したもの、本発明のバイポーラ電池と非バイポーラ型電池とで構成したものなど）を少なくとも２以上直列、並列、または直列と並列の複合接続するものである。したがって、基準の組電池を製造し、それを組み合わせて複合組電池とすることで、組電池の仕様をチューニングできる。これにより、仕様の異なる組電池種を製造しなくてよく、複合組電池コストを減少できる。
【００９９】
図６は複合組電池の一例を示す図面である。例えば、図４に記載の本発明のバイポーラ電池を用いた組電池（４２Ｖ、１Ａｈ）６組を並列に接続した複合組電池（４２Ｖ、６Ａｈ）の模式図が図６である。ここで、（ａ）は平面図、（ｂ）は正面図、（ｃ）は右側面図である。複合組電池を構成する各組電池は連結板と固定ねじにより一体化し、組電池の間に弾性体を設置して防振構造を形成する。また、組電池のタブは板状のバスバーで連結している。すなわち、図６において、上記の組電池５１を６組並列に接続して複合組電池７０とするには、各組電池ケース５５の蓋体に設けられた組電池５１のタブ（正極端子６２および負極端子６４）を、板状のバスバーである外部正極端子部を有する組電池正極端子連結板７２、外部負極端子部を有する組電池負極端子連結板７４を用いてそれぞれ電気的に接続する。また、各組電池ケース５５の両側面に設けられた各ネジ孔部（図示せず）に、該固定ネジ孔部に対応する開口部を有する連結板７６を固定ネジ７７で固定し、各組電池５１同士を連結する。また、各組電池５１の正極端子６２および負極端子６４は、それぞれ正極および負極絶縁カバーにより保護され、適当な色、例えば、赤色と青色に色分けすることで識別されている。また、組電池５１の間、詳しくは組電池ケース５５の底部に合成ゴムなどの外部弾性体５２を設置して防振構造を形成している。
【０１００】
このように、基本となるリチウム二次電池を組み合わせることにより種々の車両ごとの容量・電圧の要望を満たすことができる。その結果、種々の車両ごとに異なる電池を設計、生産する必要がなく、基本となる電池の大量生産が可能となり、量産化によるコスト削減が可能となる。
【０１０１】
また、上記複合組電池では、これを構成する複数の組電池をそれぞれ脱着可能に接続しておくのが望ましい。このように、組電池を複数直並列接続されてなる複合組電池では、一部の電池、組電池が故障しても、その故障部分を交換するだけで修理が可能となる。
【０１０２】
また、本発明に用いられる車両は、上記組電池および／または上記複合組電池を搭載することができる。これにより、軽く小さい電池にすることでスペース要望の大きな車両要望に合致できる。電池のスペースを小さくすることで、車両の軽量化も達成できる。
【０１０３】
（車両）
図７は、電気自動車の車体中央部の座席下に複合組電池または電池が搭載された一例を示す図面である。電気自動車８０の座席下に複合組電池７０を搭載すれば、車内空間およびトランクルームを広く取ることができる。なお、かかる電池を搭載する場所は、座席下に限らず、車両の床下、シートバック裏、後部トランクルームの下部または、車両前方のエンジンルームでもよい。
【０１０４】
なお、本発明では、複合組電池単独、組電池単独、または複合組電池と組電池を組み合わせて車両に搭載することができる。また、上記電池を駆動用電源や補助電源として搭載することのできる車両としては、上記の電気自動車、燃料電池自動車やこれらのハイブリッドカーが好ましいが、これらに制限されるものではない。本発明の電池や組電池等を電気自動車、燃料電池自動車やこれらのハイブリッドカーに用いることにより、高寿命で信頼性の高い車両とすることができる。
【実施例】
【０１０５】
以下、実施例を用いて本発明を詳細に説明する。
【０１０６】
予めバイポーラ電極用スラリー、ゲル電解質を作製した。
【０１０７】
＜バイポーラ電極用スラリー＞
（ｉ）正極
以下の材料を括弧内に示した質量比で混合して正極スラリーを作製した。
【０１０８】
・正極用活物質として、平均粒径５μｍのＬｉＭｎ２Ｏ４（８５ｗｔ％）を用いた。
【０１０９】
・導電助剤として、平均粒径０．１μｍのアセチレンブラック（５ｗｔ％）を用いた。
【０１１０】
・バインダとして、ＰＶｄＦ（１０ｗｔ％）を用いた。
【０１１１】
・スラリー粘度調整溶媒として、ＮＭＰ（適量）を用いた。
【０１１２】
（ｉｉ）負極
以下の材料を括弧内に示した質量比で混合して負極スラリーを作製した。
【０１１３】
・負極用活物質として、平均粒径５μｍのハードカーボン（９０ｗｔ％）を用いた。
【０１１４】
・バインダとして、ＰＶｄＦ（１０ｗｔ％）を用いた。
【０１１５】
・スラリー粘度調整溶媒として、ＮＭＰ（適量）を用いた。
【０１１６】
＜ゲル電解質層の形成＞
厚さ２０μｍの不織布をセパレータとして用いた。上記セパレータに、ポリマーとして重量平均分子量約５０万のＰＶｄＦ−ＨＦＰ（ポリフッ化ビニリデン−ヘキサフルオロプロピレン）ポリマーを１０ｗｔ％、電解液としてＥＣ＋ＰＣ（体積比で１:１）に１．０ＭのＬｉＰＦ６を溶解させたものを９０ｗｔ％、および希釈溶媒としてＤＭＣ（適量）からなるプレゲル溶液を含浸させた後、溶媒を除去することによりゲル電解質層を作成した。
【０１１７】
＜電池作製＞
集電箔として、下記表１に示す成分組成のステンレス鋼を用いて、以下に示す実施例１〜１３および比較例のバイポーラ電池を作製した。
【０１１８】
実施例１
下記表１に示すように、成分組成が１６〜１８質量％Ｃｒ、１０〜１４質量％Ｎｉ、２〜３質量％Ｍｏ、残部Ｆｅ（単に、６〜１８Ｃｒ−１０〜１４Ｎｉ−２〜３Ｍｏとのみ表記する。）（以後の実施例及び比較例においても同様である。また、０．０３０質量％以下Ｃを含有する場合には、ＬＣ（≦０．０３０）と表記する。０．０２０質量％以下Ｃを含有する場合にはＵＬＣ（≦０．０２０）と表記する。）のステンレス鋼を用いた集電箔（厚さ１０μｍ）の片面に、上記負極スラリーを塗布し乾燥・プレスにより、厚さ１５μｍの負極を形成した。負極を塗布した集電箔の反対面に、上記正極スラリーを塗布し乾燥・プレスにより、厚さ１５μｍの正極を形成した。以上のように、集電箔の両面に正極と負極を有するバイポーラ電極を形成した。
【０１１９】
上記バイポーラ電極とゲル電解質を、電極の正極と負極が上記ゲル電解質層を挟むように積層した。１０層積層した後、積層体をラミネートパックで封止し、１０セル構成のバイポーラ電池を形成した。
【０１２０】
実施例２
下記表１に示すように、成分組成が「１６〜１８Ｃｒ−１２〜１５Ｎｉ−２〜３Ｍｏ−ＬＣ（≦０．０３０）」のステンレス鋼を用いた集電箔（厚さ１０μｍ）を用いた以外は、実施例１と同様にして１０セル構成のバイポーラ電池を形成した。
【０１２１】
実施例３
下記表１に示すように、成分組成が「１６〜１８Ｃｒ−１２〜１６Ｎｉ−２〜３Ｍｏ−ＵＬＣ（≦０．０２０）」のステンレス鋼を用いた集電箔（厚さ１０μｍ）を用いた以外は、実施例１と同様にして１０セル構成のバイポーラ電池を形成した。
【０１２２】
実施例４
下記表１に示すように、成分組成が「１８〜２０Ｃｒ−１１〜１５Ｎｉ−３〜４Ｍｏ」のステンレス鋼を用いた集電箔（厚さ１０μｍ）を用いた以外は、実施例１と同様にして１０セル構成のバイポーラ電池を形成した。
【０１２３】
実施例５
下記表１に示すように、成分組成が「１８〜２０Ｃｒ−１１〜１５Ｎｉ−３〜４Ｍｏ−ＬＣ（≦０．０３０）」のステンレス鋼を用いた集電箔（厚さ１０μｍ）を用いた以外は、実施例１と同様にして１０セル構成のバイポーラ電池を形成した。
【０１２４】
実施例６
下記表１に示すように、成分組成が「１８〜２０Ｃｒ−１１〜１５Ｎｉ−３〜４Ｍｏ−０．２Ｎ−ＬＣ（≦０．０３０）」のステンレス鋼を用いた集電箔（厚さ１０μｍ）を用いた以外は、実施例１と同様にして１０セル構成のバイポーラ電池を形成した。
【０１２５】
実施例７
下記表１に示すように、成分組成が「１８〜２０Ｃｒ−１１〜１６Ｎｉ−４．５〜５．５Ｍｏ」のステンレス鋼を用いた集電箔（厚さ１０μｍ）を用いた以外は、実施例１と同様にして１０セル構成のバイポーラ電池を形成した。
【０１２６】
実施例８
下記表１に示すように、成分組成が「２３〜２６Ｃｒ−１２〜１６Ｎｉ−０．５〜１．２Ｍｏ」のステンレス鋼を用いた集電箔（厚さ１０μｍ）を用いた以外は、実施例１と同様にして１０セル構成のバイポーラ電池を形成した。
【０１２７】
実施例９
下記表１に示すように、成分組成が「１８〜２２Ｃｒ−１３〜１７Ｎｉ−２．５〜３．５Ｍｏ−ＬＣ（≦０．０３０）」のステンレス鋼を用いた集電箔（厚さ１０μｍ）を用いた以外は、実施例１と同様にして１０セル構成のバイポーラ電池を形成した。
【０１２８】
実施例１０
下記表１に示すように、成分組成が「１９〜２１Ｃｒ−１７〜２０Ｎｉ−５．５〜６．５Ｍｏ−ＵＬＣ（≦０．０２０）」のステンレス鋼を用いた集電箔（厚さ１０μｍ）を用いた以外は、実施例１と同様にして１０セル構成のバイポーラ電池を形成した。
【０１２９】
実施例１１
下記表１に示すように、成分組成が「１６〜１８Ｃｒ−０．７５〜１．２５Ｍｏ」のステンレス鋼を用いた集電箔（厚さ１０μｍ）を用いた以外は、実施例１と同様にして１０セル構成のバイポーラ電池を形成した。
【０１３０】
実施例１２
下記表１に示すように、成分組成が「１７〜２０Ｃｒ−１．７５〜２．５Ｍｏ」のステンレス鋼を用いた集電箔（厚さ１０μｍ）を用いた以外は、実施例１と同様にして１０セル構成のバイポーラ電池を形成した。
【０１３１】
実施例１３
下記表１に示すように、成分組成が「１８〜２０Ｃｒ−１．７５〜２．５Ｍｏ」のステンレス鋼を用いた集電箔（厚さ１０μｍ）を用いた以外は、実施例１と同様にして１０セル構成のバイポーラ電池を形成した。
【０１３２】
比較例
下記表１に示すように、成分組成が「１８〜２０Ｃｒ−８〜１１Ｎｉ」のステンレス鋼（ＳＵＳ３０４）を用いた集電箔（厚さ１０μｍ）を用いた以外は、実施例１と同様にして１０セル構成のバイポーラ電池を形成した。
【０１３３】
（評価１）
それぞれの電池において、サイクル試験（１Ｃ  定電流（ＣＣ）充放電）を行った。５００サイクル後の初期からの容量維持率（％）を表１に示す。容量維持率（％）は、（５００サイクル後の放電容量／初期の放電容量）×１００により算出した値を用いた。
【０１３４】
いずれの実施例の電池も、初回充放電において全く問題がなく、容量維持率（％）においても、良好な電池特性を示した。各実施例の電池を分解してみても、正極側での集電箔の腐食は見られなかった。
【０１３５】
一方、比較例の電池では、同様に初回充放電においては全く問題がなく、良好な電池特性を示したが、１００サイクル、２００サイクルとサイクル数が増すにつれ、容量低下が見られ、５００サイクルではそれが顕著に表れた。比較例の電池を分解してみると、正極側でのＳＵＳ３０４集電箔の腐食が見られた。
【０１３６】
（評価２）
それぞれの電池において、満充電保存試験（高温）を行った。３０日後の電池電圧を表１に示す。いずれの実施例の電池も電池電圧の低下が抑制され、良好な電池特性を示した。一方、比較例の電池は顕著な電圧低下が見られた。電池を分解してみると、正極側でのＳＵＳ３０４集電箔の腐食が見られた。
【０１３７】
（評価３）
それぞれの電池において、初期（上記満充電保存試験前）及び保存試験後の電池抵抗を測定した。いずれの実施例の電池、および、比較例の電池においても、初期の電池抵抗は同等の値を示した。
【０１３８】
保存試験後の電池抵抗上昇率（％）を表１に示す。電池抵抗上昇率（％）は、それぞれの実施例および比較例において、（保存試験後の電池抵抗／初期の電池抵抗）×１００により算出した値を用いた。
【０１３９】
いずれの実施例の電池も、電池抵抗の上昇が抑制され、良好な電池特性を示した。一方、比較例の電池は顕著な電池抵抗の上昇が見られた。
【０１４０】
【表１】
2007242424.tif 000002
【図面の簡単な説明】
【０１４１】
【図１】本発明のバイポーラリチウムイオン二次電池の全体構造の一例を模式的に示す断面図である。
【図２】本発明のバイポーラ電極を説明するための断面図である。
【図３】本発明のバイポーラ電池における層の積層例を説明するための一部破断した断面図である。図３Ａは、電解質層が固体高分子電解質から形成されているバイポーラ電池での積層例として、電極間に絶縁層を用いない例を示した図面である。図３Ｂは、電解質層がゲル電解質または液体電解質を用いて形成されているバイポーラ電池での積層例として、電極間に絶縁層を用いた例を示した部面である。
【図４】本発明のバイポーラ電池を２直２０並に接続した組電池の一例の模式図である。
【図５】本発明のバイポーラ電池Ａと、非バイポーラ型電池Ｂとを並列に連結した組電池の一例を示す図面である。
【図６】複合組電池の一例を示す図面である。
【図７】電気自動車の車体中央部の座席下に複合組電池または電池が搭載された一例を示す図面である。
【符号の説明】
【０１４２】
１    バイポーラ電池、
２    集電箔、
３    正極活物質層（正極）、
４    負極活物質層（負極）、
５    バイポーラ電極、
５ａ    最上層の電極、
５ｂ    最下層の電極、
６    電解質層、
７    電極積層体（バイポーラ電池本体）、
８    単電池層（ないし単セル）、
９    絶縁層、
１１    正極端子板、
１２    負極端子板、
１３    正極リード、
１４    負極リード、
１５    電池外装材（外装ケース）。
【図１】
2007242424.tif 000003
【図２】
2007242424.tif 000004
【図３】
2007242424.tif 000005
【図４】
2007242424.tif 000006
【図５】
2007242424.tif 000007
【図６】
2007242424.tif 000008
【図７】
2007242424.tif 000009