CN102160227A - 双极性二次电池、双极性二次电池的制造方法、双极性电极、双极性电极的制造方法以及电池组 - Google Patents

双极性二次电池、双极性二次电池的制造方法、双极性电极、双极性电极的制造方法以及电池组 Download PDF

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Abstract

一种双极性二次电池，其包括多个双极性电极，各双极性电极均包括集电体，集电体具有在集电体的一个表面上的正极层和在集电体的相反表面上的负极层。隔膜被布置在相邻的两个双极性电极之间，使得一个双极性电极的正极层和相邻双极性电极的负极层沿着隔膜的长度彼此相对。正极层和负极层形成有凸部，凸部被布置于沿着集电体的长度彼此偏离的位置处。

Description

双极性二次电池、双极性二次电池的制造方法、双极性电极、双极性电极的制造方法以及电池组
相关申请的交叉引用
本申请要求2008年9月26日提交的日本专利申请NO.2008-247721和2009年6月3日提交的日本专利申请NO.2009-133934的优先权，该两项日本专利申请的全部内容通过引用包含于此。
技术领域
本发明涉及双极性二次电池、双极性二次电池的制造方法、双极性电极、双极性电极的制造方法以及电池组。
背景技术
双电极型(double-pole)二次电池(也被称为双极性(bipolar)二次电池)包括多个双极性电极，各双极性电极均包括集电体、布置于集电体的一面的正极以及布置于集电体的相反面的负极。在双极性电极的该构造中，多个双极性电极彼此堆叠，使得正极和负极隔着包括电解质层的隔膜彼此相对(参考日本特开平11-204136号公报)。因此，在双极性二次电池中，一个电池单元(单元电池)由布置在集电体之间的正极、负极以及隔膜(电解质层)构成。
发明内容
日本特开平11-204136号公报公开了通过将分别用于正极和负极的活性材料涂布到集电体的表面而形成正极和负极。在通过这样涂布活性材料来形成电极的情况下，电极分别在其端部具有隆起部(凸部)。
如果各电极的隆起部隔着电极之间的隔膜彼此对准，则隔膜的局部区域(local area)将由于隆起部的存在而承受强力。隔膜的该局部区域的厚度趋于被过度地减小或该局部区域趋于被贯通，从而导致正极和负极之间短路。
本发明的实施方式提供一种能够防止各单元电池中的内部短路的双极性二次电池。
根据本发明的双极性二次电池的一个示例包括：双极性电极，其具有形成于集电体的第一表面的第一电极层和形成于集电体的第二表面的第二电极层。此外，多个双极性电极被堆叠使得第一电极层和第二电极层隔着被布置于第一电极层和第二电极层之间的隔膜而彼此相对。被布置于第一电极层的端部的凸部位于与被布置于第二电极层的端部的凸部的位置不同的位置。
利用该配置，防止被布置于第一电极层和第二电极层各自的端部的凸部隔着被布置于第一电极层和第二电极层之间的隔膜以彼此对准的方式相对。因此，可以抑制双极性二次电池中的各单元电池内部发生短路。
以下将说明这些实施方式以及其它实施方式的具体内容及其变型例。
附图说明
这里的说明以附图为参考，其中，在全部视图中，相同的附图标记指代相同的部件，其中：
图1是示出根据本发明的第一实施方式的双极性二次电池的示意性内部构造的说明图；
图2A是用于根据第一实施方式的双极性二次电池的双极性电极的侧视图；
图2B是当从正极层一侧观察时图2A的双极性电极的俯视图；
图3是示出根据第一实施方式的双极性二次电池中的双极性电极的堆叠方向的立体图；
图4A和图4B是示出根据第一实施方式的双极性二次电池的功能的说明图；
图5是示出双极性电极的说明图，其中，布置于涂布开始位置的端部和布置于涂布结束位置的端部被配置成彼此偏离；
图6A是根据第一实施方式的电池组的俯视图；
图6B是根据图6A的电池组的主视图；
图6C是根据图6A的电池组的侧视图；
图7是示出使用了根据第一实施方式的电池组的车辆的说明图；
图8A是根据本发明的第二实施方式的双极性二次电池中使用的双极性电极的侧视图；
图8B是当从正极层一侧观察时图8A的双极性电极的俯视图；
图9是示出根据第二实施方式的双极性二次电池中的双极性电极的堆叠方向的立体图；
图10是从正极层一侧观察时在根据本发明的第三实施方式的双极性二次电池中使用的双极性电极的俯视图；
图11是示出根据第三实施方式的双极性二次电池中的双极性电极的堆叠方向的立体图；
图12是示出在堆叠方向上彼此邻接布置并且用于根据本发明的第四实施方式的双极性二次电池中的两个双极性电极的侧视图；
图13是示出根据第四实施方式的双极性二次电池中的双极性电极的堆叠方向的立体图；
图14是示出根据第四实施方式的双极性二次电池中的双极性电极的堆叠方向的变型例的立体图；
图15A和15B是示出根据第一实施方式的双极性二次电池的其它功能的说明图。
具体实施方式
以下参考附图说明本发明的某些实施方式。图中，部件的尺寸和比例与其实际的尺寸和比例不同，因此，仅为了便于说明而夸张或简化了尺寸和比例。
首先，参考图1至图3，根据第一实施方式的双极性二次电池1包括多个双极性电极10，各双极性电极均具有形成于集电体11的第一表面的正极层(第一电极层)12和形成于集电体11的第二表面的负极层(第二电极层)13。第二表面与第一表面相反。正极层12含有正极活性材料，负极层13含有负极活性材料。
图1示出了双极性二次电池1的基本结构而未示出双极性电极10的详细结构(参见图2A示出的详细结构)。
双极性电极10经由含有电解质的隔膜14彼此堆叠。正极层12、隔膜14和负极层13构成单元电池15。被布置在最外层位置的集电体11(称为最外层集电体11a和最外层集电体11b)在第一表面和第二表面中的仅一方具有负极层13或正极层12中的任一方。
单元电池15在其外周面具有使相邻的集电体11彼此绝缘的密封构件51。
这些结构元件(发电元件)由层压板52密封。集电板53a被布置于负极侧最外层集电体11a的外侧，集电板54b被布置于正极侧最外层集电体11b的外侧。集电板53a延伸以形成负极片53，集电板54b延伸以形成正极片54。集电板53a的厚度和集电板54b的厚度均大于集电体11的厚度，从而便于收集来自彼此堆叠的多个单元电池15的电流。
最外层集电体11a和11b的厚度能够增大，并且最外层集电体11a和11b能够延伸到层压板52的外侧，使得最外层集电体11a的延伸部用作负极片53以及最外层集电体11b的延伸部用作正极片54，而不用设置集电板53a和54b。此外，可以在最外层集电体11a和集电板53a之间以及最外层集电体11b和集电板54b之间布置电极活性材料。也就是说，在相反的两面均具有电极活性材料的集电体11能够被用作最外层集电体，而不是仅在相反的两面中的一方具有电极活性材料的最外层集电体11a和11b被用作最外层集电体。
如图2A所示，在第一实施方式的双极性电极10中，正极层12和负极层13形成于一个集电体11。被布置于正极层12的端部的凸部(隆起部)12a和被布置于负极层13的端部的凸部(隆起部)13a被不对准(即不对齐(nonaligned)或偏离)地配置。凸部12a和凸部13a被布置在如后面详细说明的开始涂布活性材料的涂布开始位置。
如图2A、图2B和图3所示，根据第一实施方式的双极性二次电池1包括双极性电极10，所述双极性电极10以使得正极层12和负极层13沿着设置在正极层12和负极层13之间的隔膜14彼此相对的方式彼此堆叠。通过这种构造，防止被布置在相应的电极层(正极层12和负极层13)的端部的凸部12a和凸部13a沿着隔膜14位于相同的位置，也就是说，防止凸部12a的位置和凸部13a的位置彼此对准。为了简单地图解堆叠构造，图3仅示出了双极性电极10。
现在说明在正极层12的端部形成凸部(或隆起部)12a和在负极层13的端部形成凸部(或隆起部)13a的现象。
在正极层12和负极层13形成于集电体11期间，形成相应的电极层的活性材料浆料(浓稠的粘液)被涂布于集电体11上，然后被干燥。在涂布处理中，在使狭缝喷嘴(slit nozzle)在集电体11上方移动的状态下从狭缝喷嘴挤出活性材料浆料。在涂布开始位置，浆料在狭缝喷嘴被停止的状态下被挤出，并且狭缝喷嘴从一定量的浆料被滴到集电体11的表面上的时刻开始移动。因此，在涂布开始位置处粘附到集电体11的表面的浆料的涂层厚度稍大于活性材料的期望厚度。由于浆料的表面张力和弹性，与被涂布到除涂布开始位置之外的位置的其余部分的浆料相比，被布置在涂布开始位置处的浆料具有大的体积并隆起。这导致在相应的电极层的端部形成凸部12a和凸部13a。
从而，由于涂布处理，经常并且显著地导致在涂布开始位置形成凸部12a和凸部13a。然而，取决于涂布方法和浆料的粘度，也会在相应的电极层的沿着浆料的涂布方向的涂布结束位置或侧端部形成凸部12a和凸部13a。因此，如果所采用的方法使得在除涂布开始位置之外的位置处产生隆起部(凸部)，则如下是优选的：防止正极层的端部和负极层的端部隔着正极层的端部和负极层的端部之间的隔膜以对准方式彼此面对。
现将参照图4A和图4B说明根据本实施方式的双极性二次电池1的功能。
在图4A中，双极性二次电池1的单元电池部分的正极层12的凸部12a和负极层13的凸部13a隔着凸部12a和凸部13a之间的隔膜14彼此不对准地布置。另一方面，图4B示出双极性二次电池的单元电池部分的构造，其中，正极层12的凸部102a和负极层13的凸部103a隔着隔膜14的相同侧边彼此对准。
根据被涂布以形成正极层12和负极层13的浆料的粘度以及涂布浆料的装置，各凸部的尺寸(高度)不同。在如图4A所示的沿堆叠各层的方向截取的截面图中，从集电体11的表面延伸的各电极层(正极层12和负极层13)被形成为具有大约40μm～200μm的厚度，从各电极层的平坦部(表面)延伸的各凸部具有大约5μm～40μm的尺寸。
在第一实施方式的双极性二次电池1的各单元电池中，如图4A所示，正极层12的凸部12a和负极层13的凸部13a被布置在彼此偏离的位置。因此，凸部12a和凸部13a隔着位于凸部12a和凸部13a之间的隔膜14被定位成彼此不对准。结果，即使在单元电池的上下方向上压单元电池，隔膜14可能会稍微变形，但能够免于承受来自隔膜14两侧的局部压力。因此，能够防止隔膜14在其局部区域出现厚度减小和贯穿，从而防止正极层12的端部和负极层13的端部之间短路。
相反，如图4B所示，当正极层12的凸部102a和负极层13的凸部103a被形成于相应的电极层12和13的相似的端部时，单元电池中的凸部102a和凸部103a被定位成隔着隔膜14彼此对准。因此，如果在单元电池的上下方向上压单元电池，隔膜14将被凸部102a和凸部103a从隔膜14的两侧局部地压。因此，隔膜14的被局部地压的部分会导致能引起单元电池中的内部短路的厚度减小和贯穿。另外，即使在初始制造阶段没有发生短路，在久而久之的使用期间双极性电池1的反复振动也会导致短路，从而降低电池的功效。
在如上所述的第一实施方式中，正极层12的凸部12a和负极层13的凸部13a位于彼此偏离的位置。通过这种配置，即使在使用时长时间地向双极性二次电池1施加振动，也能够抑制内部短路的发生。
优选的，被布置在集电体11的第一表面的正极层12的凸部12a(涂布开始位置)和被布置在集电体11的第二表面的负极层13的凸部13a(涂布开始位置)的偏离量在沿堆叠方向截取的截面图中为例如2mm以上。其理由如下。由于凸部12a和凸部13a可以被形成为已涂布的活性材料的从最外端部(out-most portion)(已涂布的活性材料的边缘)向上延伸大约2mm的部分，所以当凸部12a和凸部13a之间的偏离量被设定为2mm以上时能够防止隆起部彼此干涉。考虑到抑制内部短路，只要偏离量是2mm以上，则偏离量的上限并无特别的限制。然而，如果偏离量过大，则一个电极层的尺寸会变得太小，这里所述一个电极层指正极层12。在一个实施方式中，大约5mm的偏离量作为上限值是令人满意的。另外，偏离量能够被设定成正极层12或负极层13的从集电体11的表面的厚度的至少10倍，或者能够被设定成不小于凸部12a或凸部13a的从对应的电极层的平坦部延伸的高度的大约50倍。在这种情况下，大约5mm的偏离量也是令人满意的。
尽管通过参照图4A和图4B说明了防止隔膜14由于从隔膜14的两侧向隔膜14的局部区域施压而发生内部短路的功能，但是，第一实施方式还可以执行防止集电体11发生内部短路的功能。
图15A和图15B图解了该功能。如图15A所示，第一实施方式的双极性二次电池1包括双极性电极10，其中，如上所述，正极层12和负极层13被布置于同一集电体11的相反的两面。在该构造中，位于正极层12用的活性材料的涂布开始位置的凸部12a和位于负极层13用的活性材料的涂布开始位置的凸部13a关于集电体11彼此偏离。也就是说，形成于同一集电体11的第一表面的正极层12的端部和形成于同一集电体11的与第一表面相反的第二表面的负极层13的端部彼此不对准。
这里，在双极性二次电池1中，如图1所示，发电元件由层压板52密封。因此，在层的堆叠方向上将压缩力(compression force)施加于集电体11。在正极层12的端部的凸部12a和负极层13的端部的凸部13a被定位成彼此对准的情况下，力会经由凸部12a和凸部13a施加到集电体11的局部区域。如果长时间持续对该局部区域施力，则集电体11由此可能会发生会贯穿或断裂。
如后面详细说明的，集电体11用的材料基本为金属。集电体11的厚度非常薄，例如，不超过100μm，在某些情况下可以是50μm、25μm或更薄。因此，在集电体11具有极薄的厚度情况下，即使集电体11由金属材料制成，由于在集电体11的局部区域上持续施加压力，也会导致贯穿或断裂。尤其是当双极性二次电池1被安装到如后面所述的车辆时，集电体11的承受压力的局部区域会承受由于从车辆传递来的振动而产生的更大的力，使得贯穿或断裂将更有可能发生。
另外，集电体11用的材料可以是非金属材料，并且可以是例如后面详细说明的导电树脂。即使在这种情况下，也存在发生贯穿或断裂的风险。
一旦集电体11发生贯穿或断裂，正极活性材料和负极活性材料将彼此直接接触，从而导致正极活性材料和负极活性材料之间短路或经由集电体11通过电池的电解质在正极活性材料和负极活性材料之间的不期望的电池反应。
在第一实施方式中，如图15A所示，形成于同一集电体11的第一表面的正极层12的端部的凸部12a和形成于同一集电体11的第二表面的负极层13的端部的凸部13a被布置于彼此偏离的位置。如图15B所示，由于凸部12a和凸部13a之间的偏离，即使沿堆叠方向将压缩力施加到发电元件，也能够防止集电体11承受由凸部12a和凸部13a从集电体11的两侧施加到集电体11的同一局部区域的压力。结果，可以防止集电体11被贯穿或断裂。
与凸部12a和凸部13a的在隔膜14中的偏离量类似，凸部12a和凸部13a之间的偏离量可以是例如2mm以上。与两个凸部在隔膜14中的偏离量的上限类似，偏离量的上限可以是最大大约5mm。
在第一实施方式中，双极性二次电池1被构造成执行参考图4A和图4B所述的功能以及参考图15A和图15B所述的功能。这是因为：双极性电极10是通过将正极层12用的活性材料和负极层13用的活性材料在彼此不同的涂布开始位置涂布到集电体11而制成，并且双极性电极10以正极层12和负极层13隔着正极层12和负极层13之间的隔膜14彼此相对的方式彼此堆叠。利用该构造，能够同时避免由于施加到隔膜14的局部压力而发生的内部短路和由于施加到集电体11的局部压力而发生的内部短路。
双极性二次电池1还能够被构造成仅执行上述功能中的任一方。具体地，位于正极层12的端部的凸部12a和位于负极层13的端部的凸部13a可以在隔膜14的相反侧上相对于彼此偏离，但是凸部12a和凸部13a可以被布置成隔着凸部12a和凸部13a之间的集电体11彼此对准。利用该构造，能够确实地避免由于施加到隔膜14的局部压力而发生的内部短路。可选择地，位于正极层12的端部的凸部12a和位于负极层13的端部的凸部13a可以被布置成在集电体11的第一表面和第二表面上彼此不对准，但是凸部12a和凸部13a可以被布置成隔着凸部12a和凸部13a之间的隔膜14彼此对准。在这种情况下，能够确实地避免由于施加到集电体11的局部压力而发生的内部短路。从而，能够可选择地执行上述功能中的任一方。
接着，说明第一实施方式的双极性二次电池的制造方法。
如下所述制备双极性电极10，其中，如图2A和图2B所示，正极层12的凸部12a和负极层13的凸部13a被定位成彼此不对准。正极层12用的活性材料被涂布到集电体11的第一表面并且被干燥以形成正极层12。负极层13用的活性材料被涂布到集电体11的第二表面并且被干燥以形成负极层13。在涂布开始位置彼此偏离的状态下，沿着相同方向将相应的活性材料涂布到集电体11的第一表面和第二表面。在使用具有相同宽度的狭缝喷嘴的情况下，优选但并不必需的是，将负极层13的尺寸形成为比正极层12的尺寸大。因此，从集电体11的最外侧周边开始涂布负极层13用的活性材料。另一方面，沿与涂布负极层13用的活性材料的方向相同的方向从相对于负极层13的端部向内偏离的位置开始涂布正极层12用的活性材料。结果，负极层13的表面区域比正极层12的表面区域大。通过这样形成正极层12和负极层13，可以抑制由于双极性二次电池1重复充放电循环而形成的锂枝状结晶(lithium dendrite)。负极层13用的活性材料的涂布可以在正极层12用的活性材料的涂布之前进行，反之亦然。
然而，制备最外层集电体11a和11b：其仅在相反的两面中的一面形成有正极层12和负极层13中的一方。
随后，如图3所示，多个所制备的双极性电极10以如下的方式逐一堆叠：正极层12和负极层13隔着正极层12和负极层13之间的隔膜14彼此相对，并且凸部12a和凸部13a不对准。在堆叠时，密封构件51也被装配到各单元电池15的外周。
在这种情况下，在待堆叠的多个双极性电极10的每一个双极性电极中，当从双极性电极10的俯视方向观察时，正极层12和负极层13用的活性材料的涂布开始位置可以位于各双极性电极10的任一侧。在图3中，在所有待堆叠的多个双极性电极10中，当从双极性电极10的俯视方向观察时，正极层12和负极层13用的活性材料的涂布开始位置的端部位于右侧(图2A)。需要注意的是，图2A中的右侧对应于图3中的底侧，而图2A中的左侧对应于图3中的顶侧。然而，在待堆叠的多个双极性电极10中，正极层12和负极层13用的活性材料的涂布开始位置的端部也可以位于图2A的左侧。这是因为，在第一实施方式的各双极性电极10中，正极层12和负极层13用的活性材料的涂布开始位置彼此偏离，使得凸部12a形成于正极层12的涂布开始位置，凸部13a形成于负极层13的涂布开始位置。
随后，如图1所示，引出电极片53和电极片54，并用层压板52密封堆叠体，从而完成双极性二次电池1。
在如上所述的实施方式中，仅形成于正极层12用的活性材料的涂布开始位置的凸部12a和形成于负极层13用的活性材料的涂布开始位置的凸部13a被定位成彼此不对准。然而，正极层12和负极层13的被布置于正极层12和负极层13用的活性材料的涂布结束位置的其它端部也可以被定位成彼此不对准。
图5是示出双极性电极10的示意图，其中，形成于正极层12用的活性材料的涂布开始位置的凸部12a与形成于负极层13用的活性材料的涂布开始位置的凸部13a被定位成彼此不对准，并且形成于正极层12用的活性材料的涂布结束位置的凸部12b与形成于负极层13用的活性材料的涂布结束位置的凸部13b也被定位成彼此不对准。
在图5所示的双极性电极10中，正极层12和负极层13被布置在同一集电体11的相反侧，形成于正极层12用的活性材料的涂布结束位置的凸部12b与形成于负极层13用的活性材料的涂布结束位置的凸部13b被构造成使得凸部12a从凸部13a向内偏离。
利用上述配置，在各单元电池15中，与形成于正极层12用的活性材料的涂布开始位置的凸部12a和形成于负极层13用的活性材料的涂布开始位置的凸部13a一样，形成于正极层12用的活性材料的涂布结束位置的凸部12b与形成于负极层13用的活性材料的涂布结束位置的凸部13b也被定位成彼此不对准。
如之前所述，已涂布的活性材料根据不同的涂布方法具有不同的隆起部，但是通常，隆起的活性材料在涂布开始位置具有增大的高度。然而，在某些情况下，已涂布的活性材料在涂布结束位置也具有隆起部。因此，即使通过在涂布结束位置也形成活性材料的隆起部的方法来涂布活性材料，也可以通过如图5所示的使正极层12的端部的凸部和负极层13的端部的凸部不但在涂布开始位置彼此移位而且在涂布结束位置也彼此移位来避免内部短路。
下面说明第一实施方式的双极性二次电池1的各部分。
所说明的第一实施方式的双极性二次电池1的第一部分为集电体11。
集电体11由导电材料形成，并且如上所述，集电体11在其一个表面(例如第一表面)上具有正极层，并且在其另一表面(例如第二表面)上具有负极层。被布置于最外层位置的集电体11仅在面对发电元件侧的内侧形成有电极(正极或负极)。根据电池的用途确定集电体11的尺寸。例如，面积大的集电体11可用于要求高能量密度的大电池。
只要用于集电体11的材料具有导电性，该材料就不局限于特定材料。例如，可以采用金属和导电聚合物。材料的具体例子包括例如铝、镍、铁、不锈钢、钛和铜等金属材料。另外，还可以使用由镍和铝形成的复层(clad)金属材料、由铜和铝形成的复层金属以及由上述金属的任意组合形成的镀敷(plating)材料。此外，也可以使用通过表面覆盖有铝的金属形成的箔(foil)。在上述材料中，考虑到电子导电性和电池工作电位，优选铝和铜。
只要能够执行集电体11的功能，集电体11的厚度就不受特别的限制。例如，根据某些实施方式的集电体11的厚度优选在0.1μm～100μm的范围内。在堆叠多个单元电池15(例如数十层或不少于一百层)的情况下，具有这样厚度的集电体11用于减小电池整体的重量。
此外，集电体11可以由导电树脂形成。可用于集电体11的导电树脂可以例如呈在集电体11中形成的具有导电性的树脂层形态。以特定形态设置具有导电性的树脂层。树脂层的一种形态可以包括树脂材料和导电材料(导电性填充物)。树脂层的另一种形态可以包括作为树脂用的聚合物材料的导电聚合物。考虑到在选择树脂材料和导电材料方面的众多选择，在某些实施方式中较优选的是包括树脂材料和导电材料的树脂层形态。
现简单地说明树脂层的另一形态，该树脂层包括作为树脂用聚合物材料的导电聚合物。所述导电聚合物可以选自具有导电性但对用作电荷传送介质的离子没有传导性的材料。导电聚合物被认为归因于其由共轭聚烯(conjugated polyene)形成的能带而表现出导电性。聚烯基导电聚合物的典型例子包括那些现今实践中已被用于电解电容器的聚烯基导电聚合物。优选的聚烯基导电聚合物的具体例子包括：聚苯胺、聚吡咯、聚噻吩、聚乙炔、聚对苯撑(polyparaphenylene)、聚苯撑乙烯撑(polyphenylenevinylene)、聚丙烯腈、聚噁二唑以及这些聚合物的混合物。在这些聚合物中，考虑到电子导电性和电池中的使用稳定性，较优选的是聚苯胺、聚吡咯、聚噻吩和聚乙炔。
接着，说明包括树脂和导电材料的树脂层的一个示例。导电材料(导电性填充物)可以选自具有导电性的材料。考虑到在具有导电性的树脂层中的抑制离子渗透，优选但非必需的是，使用对被用作电荷传送介质的离子没有传导性的材料。
导电材料的某些例子是：铝材料、不锈钢(SUS)材料、例如石墨和碳黑等碳材料、银材料、金材料、铜材料和钛材料，但是导电材料并不特别地局限于此。这些导电材料可以单独使用或以其中任意两种以上的组合使用。这些导电材料也可以以其合金的形态使用。在这些导电材料中，优选的是银材料、金材料、铝材料、不锈钢(SUS)材料和碳材料，较优选的是碳材料。此外，导电材料还可以是通过电镀等涂覆有如上所述的导电材料的粒子基陶瓷材料或树脂材料。
导电材料的形状(或形态)可以是颗粒形态，但是导电材料的形状(或形态)并不局限于此。导电材料的形状可以是除实际已用于所谓的填充物基导电性树脂组合物的颗粒形态之外的其它形态，例如碳纳米管。
除碳黑和石墨之外，碳材料的例子还有碳纤维和c/c复合物(即石墨和碳纤维的混合物)。例如碳黑和石墨等碳粒子具有非常宽的电位窗(potential window)，并且在宽范围内对正极电位和负极电位均呈现好的稳定性以及呈现优异的导电性。另外，碳粒子具有极轻的重量，从而用于使电池的质量的增加最小化。此外，碳粒子趋于通常被用作增强电极的导电性的导电助剂(electrically conducting assistant)。因此，即使电极与作为导电助剂的碳粒子接触，由于电极和导电助剂由相同的材料形成，所以也能够相当大地降低电极和导电助剂之间产生的接触电阻。在碳粒子被用作导电粒子的情况下，通过对碳粒子的表面进行疏水性处理可以降低与电解质的相容性，从而防止集电体的孔易被电解质浸渍。
导电材料的平均粒径并不受特别限制，但优选为大约0.01μm～10μm。这里所用的术语“粒径”是指导电材料的粒子轮廓线上的两点之间的距离中的最大距离L。对于“平均粒径”，采用以使用例如扫描电子显微镜(SEM)、透射电子显微镜(TEM)等观察装置在数个至数十个视野中观察到的粒子的粒径的平均值计算出的值。以下所提到的活性材料的粒子的粒径和平均粒径可以以相同的方法定义。
此外，在树脂层的形态含有导电材料的情况下，形成树脂层的树脂除了含有导电材料外，还可以含有用于粘接导电材料且没有导电性的聚合物材料。通过将聚合物材料用作构成树脂层的材料，可以增强导电材料的粘接性，从而提高电池的可靠性。聚合物材料可以选自能够抵抗施加到集电体的正极电位和负极电位的材料。
聚合物材料的例子是：聚乙烯(PE)、聚丙烯(PP)、聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)、聚醚腈(PEN)、聚酰亚胺(PI)、聚酰胺(PA)、聚四氟乙烯(PTFE)、丁苯橡胶(SBR)、聚丙烯腈(PAN)、聚丙烯酸甲酯(PMA)、聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)、聚氯乙烯(PVC)、聚偏1，1-二氟乙烯(PVdF)、环氧树脂以及它们的混合物。这些材料具有非常宽的电位窗并且对正极电位和负极电位均呈现稳定性。另外，这些材料重量轻，从而使电池呈现高输出密度。
出现在树脂层中的导电材料的比例并不受特别限制，例如其质量可以是聚合物材料和导电材料的总质量的1％～30％。由于存在足够量的导电材料，所以能够完全确保树脂层的导电性。
树脂层可以含有除导电材料和树脂之外的添加剂，但是，优选的是，树脂层仅由导电材料和树脂组成。
可以通过例如喷镀或涂覆等传统已知的方法来制造树脂层。具体地，可以通过制备含有聚合物材料的浆料然后涂布并固化该浆料来形成树脂层。用于制备浆料的聚合物材料的具体形态如上所述，因此，在此省略其说明。浆料中可以包含的另一成分是导电材料。导电材料的具体例子如上所述，因此，在此省略其说明。可选择的，也可以通过用传统已知的混合方法将聚合物材料、导电材料和其它添加剂混合，然后将所获得的混合物成型为膜来获得树脂层。此外，例如，可以通过日本特开第2006-190649号公报中公开的喷墨印刷方法来制作树脂层。
集电体的厚度并不受特别限制，但是该厚度优选地尽可能薄而又足够厚以增大电池的电力(power)输出密度。在双极性二次电池中，在正极和负极之间的树脂集电体在与堆叠方向平行的方向上能够具有高电阻。因此，可以减小集电体的厚度。具体地，集电体的厚度在某些实施方式中为0.1μm～150μm，在其它实施方式中较优选地为10μm～100μm。
接着说明的是双极性二次电池1的第一实施方式的正极层12和负极层13。
正极层12和负极层13分别含有活性材料，并且，如果必要的话，还可以含有其它添加剂。
正极活性材料的例子为：LiMn2O4、LiCoO2、LiNiO2、Li(Ni-Co-Mn)O2以及锂-过渡金属复合氧化物，在锂-过渡金属复合氧化物中，其它元素由如下物质置换：过渡金属、含有锂和过渡金属的磷酸盐化合物、含有锂和过渡金属的硫酸盐化合物等的一部分。这些正极活性材料可采用任意两种以上材料的组合。在这些正极活性材料中，优选的是锂-过渡金属复合氧化物。其它正极活性材料也可用于本发明的实施方式。
负极活性材料的例子为：比如石墨、软碳、硬碳等碳材料；锂-过渡金属复合氧化物(例如Li4TiO12)；金属材料以及锂-金属合金材料。这些负极活性材料可采用两种以上的材料的组合。在这些负极活性材料中，优选的是碳材料和锂-过渡金属复合氧化物。其它负极活性材料也可用于本发明。
此外，添加剂的例子为：粘接剂、导电助剂、电解质盐(锂盐)以及离子导电聚合物。
导电助剂是用于增强正极活性材料或负极活性材料的导电性的添加剂。导电助剂可包括例如碳黑的碳材料，所述碳黑比如是乙炔黑、石墨、气相成长碳纤维等。在活性材料层含有导电助剂的情况下，能够在活性材料层中有效地形成电子网络(electronic network)，从而用于增强电池的输出特性。
电解质盐(锂盐)的例子为Li(C2F5SO2)2N、LiPF6、LiBF4、LiClO4、LiAsF6和LiCF3SO3。
离子导电聚合物的例子为聚环氧乙烷(PEO)类聚合物和聚环氧丙烷(PPO)类聚合物。
在正极活性材料和负极活性材料中含有的成分的配比并不受特别限制。可以通过适当地参照对非水溶剂二次电池的传统已知的认识来控制配比。
正极活性材料的厚度和负极活性材料的厚度均不受特别限制，均可通过适当地参照对电池的传统已知的认识来控制。
根据这里所述的第一实施方式的双极性二次电池1的第三部分是隔膜14。
隔膜14可以是例如由比如聚乙烯和聚丙烯等聚烯烃制成的多孔(fine porous)膜。隔膜14被浸渍有液体电解质。
液体电解质可通过将作为支持盐的锂盐溶解到作为可塑剂的有机溶剂中来制备。能用作可塑剂的有机溶剂的例子是碳酸乙酯(EC)、碳酸丙烯酯(PC)等。支持盐(锂盐)的例子是能够被添加到电极活性材料层的例如LiBETI等的化合物。
聚合物电解质自身可被用作隔膜14，而不用被浸渍有这样的液体电解质的隔膜14。聚合物电解质被分为以下两类：含有液体电解质的凝胶电解质和不含液体电解质的本征聚合物电解质。
凝胶电解质具有如下的结构：液体电解质注入由离子导电聚合物构成的基料聚合物(matrix polymer)中。用作基料聚合物的离子导电聚合物的例子是聚环氧乙烷(PEO)、聚环氧丙烷(PPO)以及它们的共聚物。例如锂盐等电解质盐被良好地溶解到这些聚环氧烷基聚合物中。
如果电解质层由液体电解质和凝胶电解质形成，则电解质层能够用作隔膜14。在这种情况下，隔膜14的具体形态可以是例如由比如聚乙烯和聚丙烯等聚烯烃制成的多孔膜。
本征聚合物电解质具有如下的结构：在没有有机溶剂作为可塑剂的状态下，支持盐(锂盐)被溶解到如上所述的基料电解质中。因此，在电解质层由本征聚合物电解质形成的情况下，能够防止液体从电池漏出，从而增强电池的可靠性。
凝胶电解质的基料聚合物或本征聚合物电解质建立交联结构，从而赋予隔膜优异的机械强度。可如下形成交联结构：通过用适当的聚合引发剂对形成聚合电解质所采用的聚合性聚合物(例如PEO和PPO)进行聚合处理，所述聚合处理例如是热聚合、紫外光聚合、放射线聚合以及电子聚合等。
接着，参考图6A至图6C说明使用第一实施方式的双极性二次电池的电池组。
电池组300包括多个可拆装紧凑电池组250，所述可拆装紧凑电池组250通过以串联或并联的方式电连接多个双极性二次电池1而形成。通过以串联或并联的方式电连接紧凑电池组250而形成具有高体积能量密度和高体积输出密度的电池组300。这种电池组300能够被构造成具有适用于车辆驱动电源和辅助电源的大容量和大输出。
紧凑电池组250经由例如母线(bus bar)等电连接构件而被彼此电连接并借助连接夹具310被堆叠以形成多层。可以基于承载电池的车辆(例如电动汽车)所要求的电池容量和电力输出来确定要使用的紧凑电池组250的数量。
因为构成本实施方式的电池组300的各双极性二次电池1具有优异的耐久性，所以电池组300也具有优异的耐久性。因此，可以减少可拆装的紧凑电池组250或紧凑电池组250中的各双极性二次电池1因发生故障的更换频率。
接着，参考图7说明承载电池组的车辆。
电动车辆400承载电池组300，电池组300被安装在车体的中央部的座位下，并且用作电动车辆400的电动机所使用的电源。通过将电池组300安装到座位下，可以增大车辆400的内部空间和后备箱。用于安装电池组300的位置并不限于座位下，还可以是车辆400后部的后备箱的下部或者车辆400前部的发动机舱。
既然构成电池组300的双极性二次电池1具有优异的耐久性，所以使用电池组300的电动车辆400即使长时间使用后也能够提供足够的电力输出。特别的是，双极性二次电池1被构造成能够抵御由于振动而发生内部短路。因此，双极性二次电池1最适宜用于车辆。
双极性二次电池1或电池组300能够用作例如以下车辆的电动机电源：不用汽油的纯电动车、例如串联式混合动力车和并联式混合动力车等混合动力车、例如通过电动机驱动车轮的燃料电池车等机动车。此外，双极性二次电池1或电池组300能够用作比如二轮车(自行车)、三轮车或电动轨道车等移动单元所使用的各种电源或二次电池。
此外，本实施方式的双极性二次电池1或电池组300还能够用作不间断供电装置等用的载置电源(mounting power source)。
参考图8A、图8B和图9开始说明本发明的第二实施方式的双极性二次电池中所用的双极性电极。尽管图9仅示出了双极性电极而省略了其它部件，但是双极性二次电池的整体构造与图1所示的构造相同。
如图8A至图8B所示，第二实施方式的双极性二次电池中的双极性电极20被构造成：形成于正极层12的涂布开始位置的凸部12a和形成于负极层13的涂布开始位置的凸部13a在集电体11的相反表面上位于集电体11的相反侧边。也就是说，正极活性材料的浆料的涂布从集电体11的一侧边开始。随后，集电体11的第二表面上的负极活性材料的浆料的涂布从集电体11的与集电体11的开始涂布正极活性材料的侧边相反的另一侧边开始。由此形成双极性电极20。
如图9所示，通过使双极性电极20隔着双极性电极之间的隔膜14彼此堆叠，使得正极层12和负极层13隔着隔膜14彼此相反(参见图8A)，能够防止分别形成于涂布开始位置的凸部12a和凸部13a与第一实施方式类似地彼此对准。
因此，与第一实施方式类似，可以防止隔膜14承受单元电池15内的局部压力，从而避免在单元电池15中发生内部短路。另外，正极层12的凸部12a和负极层13的凸部13a位于被布置于正极层12和负极层13之间的集电体11的相反侧并且被定位成彼此不对准。利用这种构造，能够防止集电体11承受局部压力，从而能够避免在二次电极20中发生内部短路。
除制备构造与第一实施方式中的双极性电极的构造不同的双极性电极20的步骤之外，第二实施方式的双极性二次电池的制造方法与第一实施方式的双极性二次电池的制造方法相同。此外，利用层压板52进行密封以及引出电极片53和电极片53以与第一实施方式同样的方式进行。
此外，第二实施方式的各部分所用的材料可以与上述的第一实施方式中的材料相同。第二实施方式的双极性二次电池也可以构成电池组，并且该电池组可以被安装到车辆。与第一实施方式类似，电池组和具有该电池组的车辆能够获得优异的耐久性。
参考图10和图11说明用于本发明的第三实施方式的双极性二次电池的双极性电极。尽管图11仅示出了双极性电极而省略了其中的其它部件，但是双极性二次电池的整体构造与图1所示的构造基本相同。
在第三实施方式中，通过将电极活性材料涂布到集电体11的相反的两表面而形成于正极层12的涂布开始位置的凸部12a和形成于负极层13的涂布开始位置的凸部13a分别位于集电体11的第一表面的侧边和第二表面的侧边，第一表面的侧边和第二表面的侧边在俯视图上彼此垂直地延伸。
具体地，当形成于正极层12的涂布开始位置的凸部12a被设置成沿着集电体11的第一表面的侧边(即第一侧边)时，形成于负极层13的涂布开始位置的凸部13a被设置成沿着集电体11的第二表面的当从俯视图观察时与第一侧边垂直地延伸的侧边(第二侧边)。
如图10所示，双极性电极30优选形成为正方形。当双极性电极30为正方形时，用于开始涂布集电体11的第一表面和第二表面的正极活性材料和负极活性材料的浆料的涂布开始位置位于相对于彼此角度上偏转90度角的位置。因此，能够使用具有相同尺寸的狭缝喷嘴，以便于制造双极性电极30。如果使用彼此尺寸(即狭缝的宽度)不同的狭缝喷嘴，则双极性电极30的形状可以为矩形。
如图11所示，双极性电极30被彼此堆叠，使得正极层12和负极层13在隔膜14的相反侧上彼此相对。从而提供了包括正极层12和负极层13的双极性二次电池，其中，正极层12的凸部12a和负极层13的凸部13a位于隔膜4的彼此垂直延伸的侧边。也就是说，正极层12的凸部12a和负极层13的凸部13a被布置于隔膜14的相反的两表面，并位于相对于彼此角度上偏转90度角的位置。此外，正极层12的凸部12a和负极层13的凸部13a还可以位于相对于彼此角度上偏转180度角的位置。
如上所述，通过将凸部12a和凸部13a设置于彼此垂直的不同位置，能够防止形成于用于形成正极层12的涂布开始位置的凸部12a和形成于用于形成负极层13的涂布开始位置的凸部13a在隔膜14的相反侧彼此对准。因此，在第三实施方式中，与第一实施方式类似，隔膜14能够免于承受单元电池15内的局部压力，从而抑制单元电池15中的内部短路。另外，在第三实施方式中，与第一实施方式类似，正极层12的凸部12a和负极层13的凸部13a被定位成彼此不对准。利用这种构造，能够防止集电体11承受局部压力，从而避免发生内部短路。
除制备层叠构造与第一实施方式的双极性电极的层叠构造不同的双极性电极30的步骤之外，第三实施方式的双极性二次电池的制造方法与第一实施方式的双极性二次电池的制造方法相同。此外，利用层压板52进行密封以及引出电极片53和电极片53被以与第一实施方式同样的方式进行。第三实施方式的各部分所用的材料可以与上述的第一实施方式中的材料相同。最后，与第一实施方式类似，第三实施方式的双极性二次电池也可以构成电池组，且该电池组可以被安装在车辆中。与第一实施方式类似，该电池组和具有该电池组的车辆能够获优异的耐久性。
参考图12和图13说明用于本发明的第四实施方式的双极性二次电池的双极性电极。尽管图13仅示出了双极性电极而省略了其中的其它部件，但是双极性二次电池的整体构造与图1所示的构造基本相同。
在第四实施方式中，在同一双极性电极40中的形成于正极层12的涂布开始位置的凸部12a和形成于负极层13的涂布开始位置的凸部13a被定位成彼此对准。
如图13所示，当双极性电极40彼此堆叠使得正极层12和负极层13隔着隔膜14彼此相对时，在堆叠方向上彼此邻接的双极性电极40在水平方向(交替方向)上被交替地配置成使得邻接的双极性电极40中的一个双极性电极40的凸部12a位于隔膜14的一个表面的一侧边，而邻接的双极性电极40中的另一个双极性电极40的凸部13a位于隔膜14的相反面的另一侧边。
利用第四实施方式的双极性二次电池的上述构造，防止隔着隔膜14在隔膜14的长度方向上彼此相对的正极层12的凸部12a和负极层13的凸部13a彼此对准。
现在说明第四实施方式的双极性二次电池的制造方法。首先，通过如下的方式制备双极性电极40：在相同的涂布开始位置开始涂布电极活性材料的浆料以形成正极层12和负极层13。由此制备的双极性电极40以如下方式被彼此堆叠：将隔膜14夹在制备的双极性电极40之间，同时在水平方向上交替地配置所制备的双极性电极40。也就是说，交替的双极性电极被转动180度，使得涂布开始位置沿堆叠方向交替。
随后，与第一实施方式类似，在密封构件51被装配到各单元电池15的外周后，引出电极片53和电极片54。然后，用层压板52密封堆叠体。
在第四实施方式的由此制造的双极性二次电池中，当形成于正极层12的涂布开始位置的凸部12a和形成于负极层13的涂布开始位置的凸部13a通过隔膜14彼此相对时，能够防止凸部12a和凸部13a彼此对准。利用这种构造，与第一实施方式类似，能够防止凸部12a和凸部13a压隔膜14的局部区域，从而能够抑制单元电池15中的内部短路的发生。
此外，第四实施方式的各部分所用的材料可以与如上所述的第一实施方式中的材料相同。与第一实施方式类似，第四实施方式的双极性二次电池可以构成电池组，并且该电池组可以被安装到车辆。与第一实施方式类似，该电池组和具有该电池组的车辆能够获优异的耐久性。
尽管图13示出矩形的双极性电极40，但是双极性电极40还可以形成为正方形。如图14所示，在双极性电极40为正方形的情况下，双极性电极40可被以如下方式彼此堆叠：邻接的双极性电极40中的一个双极性电极40的形成于正极层12的涂布开始位置的凸部12a和形成于负极层13的涂布开始位置的凸部13a被定位成与邻接的双极性电极40中的另一个双极性电极40的凸部12a和凸部13a在角度上偏转90度角。即使在这种情况下，当凸部12a和凸部13a通过凸部12a和凸部13a之间的隔膜14彼此相对时，也能够防止凸部12a和凸部13a彼此对准。因此，可以抑制由于电极层的被布置于涂布开始位置的隆起端部而导致的内部短路的发生。
接着说明根据上述实施方式的双极性二次电池的示例。以下述方式制造电池，并通过对电池进行充放电循环试验和振动试验来评价电池。
1)负极层
通过以预定配比混合以下材料来制备负极浆料：
负极活性材料：Li4Ti5O12，85wt％
导电助剂：乙炔黑，5wt％
粘接剂：PVDF，10wt％
浆料粘度控制溶剂：NMP
将制备的负极浆料涂布到作为集电体的SUS箔(厚度：20μm)的一个表面，然后干燥，从而形成负极层。在涂布和干燥后观察负极层，可以看到负极层的隆起部被形成于浆料的涂布开始的位置。
2)正极层
通过以预定配比混合以下材料来制备正极浆料：
正极活性材料：LiMn2O4，85wt％
导电助剂：乙炔黑，5wt％
粘接剂：PVDF，10wt％
浆料粘度控制溶剂：NMP
将制备的正极浆料涂布到SUS箔的与形成有负极层的表面相反的表面，然后干燥，从而形成正极层。在涂布和干燥后观察正极层，可以看到正极层的隆起部被形成于浆料的涂布开始的位置。
由此制造了双极性电极，该双极性电极在作为集电体的SUS箔的两表面形成有正极层和负极层。该双极性电极为正方形。
3)隔膜
凝胶电解质被用作含有电解质的隔膜。
如下制备作为隔膜的凝胶电解质。用预凝胶溶液浸渍由聚丙烯形成的50μm厚的无纺布，该预凝胶溶液由5wt％的具有7500至9000的平均分子量(聚环氧乙烷和聚环氧丙烷的共聚物)的离子导电性聚合物基料的前体的单体溶液、95wt％的电解液(EC+DMC(1∶3))、1.0M LiBF4和聚合引发剂(BDK)形成。浸渍后的无纺布被夹在石英玻璃基板之间，并用紫外线照射15分钟，以使前驱物交联，从而获得凝胶聚合物电解质层。
4)堆叠步骤
承载着电解质的无纺布被放置于双极性电极的负极上，然后三层热熔涂层围绕无纺布的外周形成并用作密封构件。由此制备的双极性电极和隔膜与密封构件一起被堆叠以形成五层结构，通过加热和挤压使密封构件从上方和下方熔融，从而密封各层。
随后，用层压板密封堆叠体。由此制成双极性二次电池。
示例1
当制备各双极性电极时，以使获得的正极的尺寸与涂布到集电体的背面的负极相比在横向和纵向上减小2.5mm的方式，将正极浆料涂布到集电体的正面(front surface)。
示例2
当制备各双极性电极时，从集电体的相反面的彼此对准的位置开始涂布正极浆料和负极浆料。所制备的双极性电极在交替地旋转180度角的状态下被彼此堆叠。
示例3
当制备各双极性电极时，在涂布了正极浆料后，以使得负极浆料的涂布开始位置被布置于之前涂布的正极浆料的涂布结束位置侧的方式涂布负极浆料。
比较例1
当制备各双极性电极时，在涂布了正极浆料后，以使得负极浆料的涂布开始位置被布置于之前涂布的正极浆料的涂布开始位置侧的方式涂布负极浆料。并且，在隔着隔膜的状态下正极浆料的涂布开始位置与负极浆料的涂布开始位置对准，以当双极性电极和隔膜处于堆叠位置时使涂布开始位置彼此对准。
使用充放电循环试验进行评价。示例1-3和比较例1的双极性二次电池各制备20个，并对这些双极性二次电池进行充放电循环试验。一次循环试验包括：以0.5C的电流对双极性二次电池进行恒流充电(C C)直到达到13.5V，然后进行恒压充电直到总充电时间达到5小时。随后，以0.5C的电流对双极性二次电池进行放电直到达到7.7V。
即使充放电循环试验的循环次数超过50次，示例1-3的双极性二次电池，即，形成于电极层的端部(涂布边缘部分)的隆起部隔着隔膜彼此不对准的双极性电池，也能够防止电池中发生短路并且被维持在适当的电位并呈现良好的循环特性。
比较例1中获得的20个双极性二次电池中的6个双极性二次电池在初次充电或若干次充电时在电极层的端部(涂布边缘部分)发生短路，从而相当大地降低了电池电位。
还使用振动试验来进行评价。从示例1-3和比较例1的各20个双极性二次电池中各自选出5个未发生短路的双极性二次电池，以0.5C的电流对这些双极性二次电池进行恒流充电直到达到13.5V，然后进行恒压充电直到总充电时间达到5小时。随后，对五个双极性二次电池长时间施加振动，然后对五个双极性二次电池进行电压测量，以测量电池的电压维持率。
在下面的试验条件下进行振动试验。沿竖直方向向示例1-3的各自的5个双极性二次电池施加频率为50HZ、振幅为3mm的简单振动200小时。随后，对示例1-3的各自的5个双极性二次电池进行电池电压测量，从而测量电池在振动试验后的电压维持率。
振动试验前施加到示例1的5个双极性二次电池的电压平均为13.47V，而振动试验后施加到示例1的5个双极性二次电池的电压平均为13.33V。因此，示例1的5个双极性二次电池的平均电压维持率为98.96％。
振动试验前施加到示例2的5个双极性二次电池的电压平均为13.48V，而振动试验后示例2的5个双极性二次电池的电压平均为13.21V。因此，示例2的5个双极性二次电池的平均电压维持率为98.00％。
振动试验前施加到示例3的5个双极性二次电池的电压平均为13.46V，而振动试验后施加到示例3的5个双极性二次电池的电压平均为13.18V。因此，示例3的5个双极性二次电池的平均电压维持率为97.92％。
振动试验前施加到比较例1的5个双极性二次电池的电压平均为13.46V，而振动试验后施加到比较例1的5个双极性二次电池的电压平均为12.23V。因此，比较例1的5个双极性二次电池的平均电压维持率为90.86％。
根据振动试验的上述结果，可以看出示例1-3的双极性二次电池具有高的抗振性和优异的耐久性。
在表1中示出并列举了上述试验结果。
表1
Figure BPA00001331092900291
根据示例1-3和比较例1的各自试验的上述结果，可以看出，本发明的双极性二次电池的实施方式不仅增强了双极性二次电池的充放电循环特性还增强了双极性二次电池的抗振性。
上述实施方式和示例能够具有以下效果。
隔着隔膜14彼此相对的正极层12和负极层13具有开始涂布电极活性材料的端部，这些端部被布置于彼此不同的位置(即彼此不对准)。利用这种构造，即使在涂布电极活性材料时隆起部(凸部)形成在正极层12和负极层13的端部，也能防止隔膜14被正极层12和负极层13的隆起部局部地压，从而抑制单元电池中的内部短路的发生，由此增强隔膜14的耐久性并且由此增强了任意的包括这些元件的电池的耐久性，
此外，由于正极层12的涂布开始位置和负极层13的涂布开始位置关于单个集电体11彼此偏离，所以，在制造电池时无需考虑双极性电极10的朝向。另外，通过将涂布开始位置的偏离量设定为不小于2mm，能够确定地防止形成于正极层12和负极层13的端部的隆起部彼此对准。
此外，正极层12的涂布开始位置和负极层13的涂布开始位置可被布置于单个集电体11的相反侧。利用这种构造，即使隆起部形成于正极层12和负极层13的端部，即，形成于涂布开始位置，也能防止隔膜14受到来自隆起部的压力。因此，能够避免单元电池中的内部短路的发生，并增强电池的耐久性。
此外，单个集电体11的正极层12的涂布开始位置和负极层13的涂布开始位置可被布置成彼此垂直。利用这种构造，即使隆起部形成于正极层12和负极层13的端部，即，形成于涂布开始位置，也能防止隔膜14受到来自隆起部的压力。因此，能够避免单元电池中的内部短路的发生，并增强整合有该单元电池的电池的耐久性。特别地，在双极性电极10形成为正方形的情况下，在制造电池时无需考虑双极性电极10的朝向。
此外，当堆叠均具有彼此相反排列的正极层12和负极层13的各双极性电极10时，可以在彼此不同的朝向上交替地布置双极性电极10，使得正极层12和负极层13的被布置在涂布开始位置的部分位于彼此不同的位置。利用这种构造，能够以相同的方式涂布正极层12用的电极活性材料的浆料和负极层13用的电极活性材料的浆料，从而便于制造双极性二次电池。
负极层13和正极层12可被构造成使得负极层13的面积大于正极层12的面积。这样，可以抑制由于双极性二次电池的重复充放电循环而形成锂枝状结晶。
在双极性电极10自身中，被布置于集电体11的相反面的正极层12和负极层13具有被布置于彼此不同位置的端部。利用这种构造，能够防止集电体11承受由被布置于正极层12和负极层13的端部的隆起部(凸部)所施加的压力。因此，可以抑制由于隆起部施加到集电体11的压力而导致发生内部短路。这增强了双极性电极10的耐用性。
尽管以上说明了本发明的实施方式和示例，但是本发明并不限于上述实施方式和示例。例如，正极层和负极层的端部无需在所有双极性电极中都彼此偏离，而是正极层和负极层可以被交替地放置于不同的位置，使得隔膜的相反面上的正极层和负极层的端部被布置成不对准。
因此，为易于理解本发明已经说明了上述实施方式，但上述实施方式并不限制本发明。相反，本发明意图覆盖包含在所附的权利要求书的范围中的各种变型和等同配置，所附的权利要求书的范围应根据最宽的解释，以涵盖法律所允许的所有变型和等同结构。

Claims (21)

1.一种双极性二次电池，其包括：
多个双极性电极，各双极性电极均包括板状集电体、形成于所述集电体的第一表面的第一电极层以及形成于所述集电体的与所述第一表面相反侧的第二表面的第二电极层，所述多个双极性电极以如下方式被彼此堆叠：所述多个双极性电极中的一个双极性电极的所述第一电极层与所述多个双极性电极中的相邻的双极性电极的所述第二电极层相对；以及
隔膜，其被布置在相邻的双极性电极之间；
各第一电极层的第一端部和第二端部中的至少一方具有凸部；
各第二电极层的第一端部和第二端部中的至少一方具有凸部；并且
当所述多个双极性电极处于堆叠位置时，所述多个双极性电极中的一个双极性电极的所述第一电极层的凸部与所述多个双极性电极中的相邻的双极性电极的所述第二电极层的凸部被布置于彼此不对准的位置。
2.根据权利要求1所述的双极性二次电池，其特征在于，所述第一电极层的凸部和所述第二电极层的凸部被布置成接近所述集电体的外周边。
3.根据权利要求1或2所述的双极性二次电池，其特征在于，沿着所述集电体的外周边的第一侧边布置所述第一电极层的凸部，沿着所述集电体的外周边的第二侧边布置所述第二电极层的凸部。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的双极性二次电池，其特征在于，所述第一侧边和所述第二侧边是所述集电体的所述周边的相同侧边。
5.根据权利要求1-4中任一项所述的双极性二次电池，其特征在于，所述第一电极层的凸部和所述第二电极层的凸部为线状，并且所述第一电极层的凸部和所述第二电极层的凸部与所述集电体的外周边的至少一个侧边平行地取向。
6.根据权利要求1-5中任一项所述的双极性二次电池，其特征在于，所述第一电极层的凸部和所述第二电极层的凸部被布置于彼此偏离至少2mm的位置。
7.根据权利要求1-5中任一项所述的双极性二次电池，其特征在于，所述第一电极层的凸部和所述第二电极层的凸部被布置于彼此偏离所述第一电极层的或所述第二电极层的自所述集电体的对应表面起的厚度的至少10倍的位置，和/或所述第一电极层的凸部的自所述第一电极层的最外表面起的高度的至少50倍的位置或所述第二电极层的凸部的自所述第二电极层的最外表面起的高度的至少50倍的位置。
8.根据权利要求1至3中任一项所述的双极性二次电池，其特征在于，所述第一侧边和所述第二侧边是所述集电体的所述外周边的相反侧边。
9.根据权利要求1至3中任一项所述的双极性二次电池，其特征在于，所述外周边的所述第一侧边和所述第二侧边彼此垂直。
10.根据权利要求3所述的双极性二次电池，其特征在于，所述双极性电极为正方形。
11.根据权利要求1所述的双极性二次电池，其特征在于，第一双极性电极的第一电极层的第一凸部和第二电极层的第二凸部彼此对准；第二双极性电极的第一电极层的第一凸部和第二电极层的第二凸部彼此对准；并且
当所述第一双极性电极和所述第二双极性电极处于彼此邻接的堆叠位置时，所述第一双极性电极的第一凸部和第二凸部与所述第二双极性电极的第一凸部和第二凸部不对准。
12.根据权利要求1-12中任一项所述的双极性二次电池，其特征在于，所述第一电极层为正极层，所述第二电极层为负极层，所述负极层的表面面积大于所述正极层的表面面积。
13.一种双极性二次电池的制造方法，其包括：
制备双极性电极，所述双极性电极包括板状集电体、第一电极层和第二电极层，其中，所述集电体具有第一表面以及与所述第一表面相反侧的第二表面，所述第一电极层形成于所述第一表面并且所述第一电极层的端部具有凸部，所述第二电极层形成于所述集电体的第二表面并且所述第二电极层的端部具有凸部；以及
以下述方式在所述双极性电极之间布置有隔膜的情况下将多个所述双极性电极彼此堆叠：所述双极性电极中的一个双极性电极的第一电极层和相邻双极性电极的第二电极层以所述隔膜在两者之间的方式彼此相对，所述双极性电极中的所述一个双极性电极的所述第一电极层的凸部和所述相邻双极性电极的所述第二电极层的凸部被布置在彼此不对准的位置。
14.根据权利要求13所述的双极性二次电池的制造方法，其特征在于，制备所述双极性电极包括：
沿着所述集电体的所述第一表面，通过从第一电极第一位置开始到第一电极第二位置为止将第一电极活性材料涂布到所述集电体的所述第一表面而形成所述第一电极层；以及
沿着所述集电体的所述第二表面，通过从第二电极第二位置开始到第二电极第二位置为止将第二电极活性材料涂布到所述集电体的所述第二表面而形成所述第二电极层，其中，所述第一电极第一位置沿着所述集电体的长度方向与所述第二电极第一位置偏离和/或所述第一电极第二位置与所述第二电极第二位置偏离。
15.根据权利要求13所述的双极性二次电池的制造方法，其特征在于，制备所述双极性电极包括：
沿着所述集电体的所述第一表面，通过从第一位置开始将第一电极活性材料涂布到所述集电体的所述第一表面而形成所述第一电极层；以及
沿着所述集电体的所述第二表面，通过从第二位置开始将第二电极活性材料涂布到所述集电体的所述第二表面而形成所述第二电极层，其中，所述第一位置和所述第二位置彼此对准；
其中，堆叠多个所述双极性电极包括以如下方式使所述双极性电极的取向交替：一个双极性电极的第一电极层的凸部和第二电极层的凸部与相邻双极性电极的第一电极层的凸部和第二电极层的凸部不对准。
16.根据权利要求13所述的双极性二次电池的制造方法，其特征在于，制备所述双极性电极包括：
沿着所述集电体的所述第一表面，通过从第一电极第一位置开始到第一电极第二位置为止将第一电极活性材料涂布到所述集电体的所述第一表面而形成所述第一电极层；以及
沿着所述集电体的所述第二表面，通过从第二电极第一位置开始到第二电极第二位置为止将第二电极活性材料涂布到所述集电体的所述第二表面而形成所述第二电极层；并且
其中，所述第一电极层的凸部位于所述第一电极第一位置和所述第一电极第二位置中的至少一方，所述第二电极层的凸部位于所述第二电极第一位置和所述第二电极第二位置中的至少一方。
17.一种双极性电极，其包括：
集电体，其具有第一表面以及与所述第一表面相反的第二表面；
第一电极层，其形成于所述集电体的所述第一表面，所述第一电极层的端部具有凸部；以及
第二电极层，其形成于所述集电体的所述第二表面，所述第二电极层的端部具有凸部，
其中，所述第一电极层的凸部和所述第二电极层的凸部被布置在彼此不对准的位置。
18.根据权利要求17所述的双极性电极，其特征在于，所述第一电极层的凸部和所述第二电极层的凸部在彼此偏离的位置处被布置于所述集电体的外周边的相同侧边。
19.根据权利要求18所述的双极性电极，其特征在于，所述第一电极层的凸部和所述第二电极层的凸部沿着所述集电体的长度彼此偏离至少2mm。
20.一种双极性电极的制造方法，其包括：
通过从第一位置开始将第一电极活性材料涂布到集电体的第一表面而形成第一电极层；以及
通过从第二位置开始将第二电极活性材料涂布到所述集电体的第二表面而形成第二电极层，其中，所述第二位置偏离开始涂布所述第一电极活性材料的所述第一位置。
21.一种电池组，其包括：
多个权利要求1所述的双极性二次电池，所述多个双极性二次电池以串联和/或并联的方式彼此连接。
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