JP2004179053A

JP2004179053A - バイポーラ電池、バイポーラ電池の製造方法、組電池および車両

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Publication number: JP2004179053A
Application number: JP2002345745A
Authority: JP
Inventors: Tatsuhiro Fukuzawa; 達弘福沢; Kenji Hosaka; 賢司保坂; Koichi Nemoto; 好一根本
Original assignee: Nissan Motor Co Ltd
Current assignee: Nissan Motor Co Ltd
Priority date: 2002-11-28
Filing date: 2002-11-28
Publication date: 2004-06-24
Anticipated expiration: 2022-11-28
Also published as: JP4096718B2

Abstract

【課題】高分子ゲル電解質を用いた単電池層を複数積層して電池を構成した場合でも単電池層同士の液絡を防止したバイポーラ電池を提供することである。
【解決手段】本発明のバイポーラ電池１は、集電体２の一方の面に正極活物質層３が形成され他方の面に負極活物質層４が形成されてなるバイポーラ電極が、ゲル電解質層５を挟んで積層されてなるバイポーラ電池１であって、隣接する正極活物質層３、ゲル電解質層５４、および負極活物質層を含んで構成される単電池層６の周囲を取り囲むように配置される両面粘着部材９を有する。両面粘着部材９は、基材１０の役割を果たす絶縁材と、該絶縁材の両面に設けられた粘着剤１１とからなり、単電池層６と共に２つの集電体２に挟まれて粘着剤１１により該２つの集電体２に接着されてなる。
【選択図】図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、バイポーラ電池に関し、特に電解質に高分子ゲル電解質を用いたバイポーラ電池、該バイポーラ電池の製造方法、組電池、該バイポーラ電池を搭載した車両に関する。
【０００２】
【従来の技術】
リチウム二次電池では、その中に封入する電解質として、固体電解質を用いたもの、液体電解質を用いたもの、そして高分子ゲル電解質を用いたものがある。
【０００３】
固体電解質には、たとえばポリエチレンオキシドなどの全固体高分子電解質が用いられ、一方、液体電解質には、１００％電解液を用いる。高分子ゲル電解質は、これらの中間とも言うべきもので、たとえばポリフッ化ビニリデン（ＰＶＤＦ）などのそのもの自体はリチウムイオン伝導性を持たない高分子の骨格中に電解液を保持させたものである（例えば、特許文献１参照。）。
【０００４】
【特許文献１】
特開平１１−２０４１３６号公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
この高分子ゲル電解質を用いて単電池層を構成し、この単電池層を複数積層してバイポーラ電池を製作した場合、各単電池層間において電解質が染み出し、他の単電池層の電解質と接触して液絡と称する単電池層同士の短絡が発生してしまうという問題があった。
【０００６】
そこで本発明の目的は、高分子ゲル電解質を用いた単電池層を複数積層して電池を構成した場合でも単電池層同士の液絡を防止したバイポーラ電池を提供することである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明の第１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が、ゲル電解質層を挟んで積層されてなるバイポーラ電池であって、隣接する前記正極活物質層、前記ゲル電解質層、および前記負極活物質層を含んで構成される単電池層の周囲を取り囲むように配置される両面粘着部材を有し、前記両面粘着部材は、基材の役割を果たす絶縁材と、該絶縁材の両面に設けられた粘着剤とからなり、前記単電池層と共に２つの集電体に挟まれて前記粘着剤により該２つの集電体間に接着されてなるバイポーラ電池である。
【０００８】
本発明の第２は、集電体の中央に、正極活物質層、ゲル電解質層および負極活物質層の少なくとも一つを積層し、さらに、前記集電体の縁に、基材および該基材の両面に粘着剤が設けられてなる両面粘着部材を積層してなる単セルを複数作製し、前記単セルを積層するとともに、前記両面粘着部材の前記粘着剤により単セル同士を接着するバイポーラ電池の製造方法である。
【０００９】
【発明の効果】
本発明の第１のバイポーラ電池によれば、単電池層の周囲を取り囲むように配置される両面粘着部材が２つの集電体間に接着されることによりシール層の役割を果たし、単電池層のゲル電解質の漏れ出しによる短絡を防止し、外部からの水分等の浸入を防止することができ、加えて、バイポーラ電池自体の強度を向上することができる。
【００１０】
本発明の第２のバイポーラ電池の製造方法によれば、先に単セルを作製しておき、後で、単セルを積層し接着するので、単セルの製造時にはバイポーラ電池の積層数を考慮することなく大量に製造しておき、個別のバイポーラ電池の製造時に必要な単セルを用意すれば足りる。したがって、単セルの製造と、バイポーラ電池の製造という２段階に分けることができるので、設計変更による積層数の変更にも柔軟に対応することができ、加えて、作業時間を短縮することができる。
【００１１】
【発明の実施の形態】
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。
【００１２】
（第１の実施の形態）
本発明の第１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が、ゲル電解質層を挟んで積層されてなるバイポーラ電池であって、隣接する前記正極活物質層、前記ゲル電解質層、および前記負極活物質層を含んで構成される単電池層の周囲を取り囲むように配置される両面粘着部材を有し、前記両面粘着部材は、基材の役割を果たす絶縁材と、該絶縁材の両面に設けられた粘着剤とからなり、前記単電池層と共に２つの集電体に挟まれて前記粘着剤により該２つの集電体間に接着されてなるバイポーラ電池である。
【００１３】
また、本発明の第２は、集電体の中央に、正極活物質層、ゲル電解質層および負極活物質層の少なくとも一つを積層し、さらに、前記集電体の縁に、基材および該基材の両面に粘着剤が設けられてなる両面粘着部材を積層してなる単セルを複数作製し、前記単セルを積層するとともに、前記両面粘着部材の前記粘着剤により単セル同士を接着するバイポーラ電池の製造方法である。
【００１４】
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り、図２は、このバイポーラ電池を構成する単電池の部分拡大断面図である。
【００１５】
バイポーラ電池１は、両端部以外の一つの集電体２の両面中央に正極活物質層３と負極活物質層４が形成されており、この集電体２の正極活物質層３と負極活物質層４との間に電解質層５を挟んで単電池層６を構成し、この単電池層６が複数積層された構造を持つ。なお、両端部にある集電体（端部集電体７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。
【００１６】
そして、集電体２を挟んで正極活物質層３と負極活物質層４を設けた構成をバイポーラ電極という。
【００１７】
ここで、電解質層５は、たとえば、ポリマー骨格中に、数重量％〜９８重量％程度電解液を保持させたゲル電解質で、特に本実施の形態においては、７０重量％以上電解液を保持したゲル電解質を使用することができる。
【００１８】
このバイポーラ電池１では、単電池層６からの液漏れを防止するために、一つひとつの単電池層６の周囲を取り囲み、集電体２間、または、集電体２および端部集電体７の間に配置される両面粘着部材９を設けている。
【００１９】
両面粘着部材９は、基材１０と、該基材１０の両面に設けられた粘着剤１１とを含んでなる両面テープである。基材１０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１１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。このような材料を両面粘着部材９に用いることによって、単電池層６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。
【００２０】
次に、本発明のバイポーラ電池１の製造手順について説明する。
【００２１】
図３〜図７は本発明のバイポーラ電池の製造手順を説明するための図である。
【００２２】
図３は集電体上にゲル電解質層および両面粘着部材を積層する様子を示す図、図４は両面粘着部材を積層した様子を示す図、図５は図４に示す積層物のＡ−Ａ断面図、図６は単セルを積層する様子を示す平面図、図７は単セルを積層する様子を示す側面図である。
【００２３】
本発明のバイポーラ電池１の製造手順としては、図３に示すように、まず、端部集電体７上に電極層（正極活物質層３または負極活物質層４、例えば、正極活物質層３）を積層し、その上にさらにゲル電解質層５を積層する。そして、端部集電体７の縁上に両面粘着部材９を配置する。ここで、両面粘着部材９は、端部集電体７の縁のみを覆うように、中央に貫通孔が形成されている。
【００２４】
このように両面粘着部材９まで積層されると、図４に示すように、両面粘着部材９は、ゲル電解質層５の周りを取り囲むように配置される。ここで、両面粘着部材９は両面に粘着剤１１が設けられているので、集電体７上に積層された瞬間に接着される。
【００２５】
なお、両面粘着部材９の厚さは、図５に示すように、正極活物質層３およびゲル電解質層５の厚さより厚い。両面粘着部材９の厚さとしては、正極活物質層３、ゲル電解質層５、および、後に積層する負極活物質層４の合計の厚さ、すなわち、単電池層６の厚さの±３０μｍ以内であることが望ましい。単電池層６の合計厚さに両面粘着部材９の厚さをあわせることによって、積層数の増加に伴う集電体２、７の歪みを防止でき、歪みによる反応性の低下、短絡を防止することができる。また、両面粘着部材９の幅は、バイポーラ電池１の小型化の要請から５ｍｍ程度が望ましい。
【００２６】
以上のように積層された端部集電体７、正極活物質層３、ゲル電解質層５、および両面粘着部材９を単セル１２と称する。なお、バイポーラ電池１の中部に位置する単セル１３については、集電体２の両面に電極層を設け、たとえば、上面に正極活物質層３を設け下面に負極活物質層４を設けたものをいう。すなわち、負極活物質層４、集電体２、正極活物質層３を積層してなるバイポーラ電極上にゲル電解質層５を積層し、集電体２の縁に両面粘着部材９を積層したものを単セル１３とする。単セル１３の積層数を増やすことによって、バイポーラ電池１を所望の積層数にすることができる。
【００２７】
また、バイポーラ電池１の最後に積層する単セル１４は、上述の最初に積層する単セル１２とは異なり、負極活物質層４に端部集電体７を積層したものをいう。
【００２８】
このように、単セル１２〜１４を一単位として、複数の単セルを予め製作しておき、バイポーラ電池１に必要な個数だけ積層する。単セル１２〜１４を積層する様子について説明する。
【００２９】
図６および図７に示すように、最初の単セル１２に、中部の単セル１３を積層する。これを繰り返すことによって、単セル１２上の単セル１３の積層数が増加する。単セル１２に単セル１３を積層した場合、単セル１２の両面粘着部材９の粘着剤１１が単セル１３の集電体２の下面に接着される。同様に、単セル１３上に他の単セル１３を積層した場合にも、下側の単セル１３の粘着剤１１が上側の単セル１３の集電体２の下面に接着される。このように、両面粘着部材９は、単セル１３が積層されていくたびに集電体２と接着されていき、ゲル電解質層５を密閉していく。これによりゲル電解質層５からの液漏れを防止することができる。
【００３０】
最後に、図７に示すように、単セル１４を積層して、該単セル１４の集電体７が単セル１３の両面粘着部材９と接着されることにより、バイポーラ電池１が完成する。
【００３１】
以上のように、本発明のバイポーラ電池１では、単電池層６と共に該単電池層６を囲い込むように両面粘着部材９が集電体間に配置されるようにしたので、両面粘着部材９が２つの集電体間に接着されることによりシール層の役割を果たし、単電池層６のゲル電解質層５からの液漏れを防止することができる。したがって、液漏れによる液絡も未然に防止することができる。加えて、両面粘着部材９により、外部からの水分等の浸入を防止することができ、バイポーラ電池自体の強度を向上することができる。
【００３２】
また、ゲル電解質層５に含まれる電解液の割合が７０重量％以上で、ゲル電解質層５の液化が起こりやすい場合でも、液漏れがないので液絡を防止することができる。
【００３３】
さらに、本発明のバイポーラ電池１では、単セル１２〜１４の積層により形成されるので、単セルの製造時にはバイポーラ電池１の積層数を考慮することなく大量に製造しておき、個別のバイポーラ電池１の製造時に必要な単セル１２〜１４を用意すれば足りる。したがって、単セルの製造と、バイポーラ電池１の製造という２段階に分けることができるので、設計変更による積層数の変更にも柔軟に対応することができ、加えて、作業時間を短縮することができる。
【００３４】
上記バイポーラ電池１について、両面粘着部材９以外の電池を構成する部材は、一般的なリチウムイオン二次電池に用いられているものと同じでよい。
【００３５】
以下に、このバイポーラ電池１に使用することのできる集電体、正極、負極、ゲル電解質等について説明する。
【００３６】
［集電体］
集電体は、製法上、スプレーコートなどの薄膜製造技術により、いかような形状を有するものにも製膜積層して形成し得る必要上、たとえば、アルミニウム、銅、チタン、ニッケル、ステンレス鋼（ＳＵＳ）、これらの合金などの金属粉末を主成分として、これにバインダー（樹脂）、溶剤を含む集電体金属ペーストを加熱して成形してなるものであり、上記金属粉末およびバインダーにより形成されてなるものである。また、これら金属粉末を１種単独で用いてもよいし、２種以上を混合して用いてもよいし、さらに、製法上の特徴を生かして金属粉末の種類の異なるものを多層に積層したものであってもよい。
【００３７】
上記バインダーとしては、特に制限されるべきものではなく、たとえば、エポキシ樹脂など、従来公知の樹脂バインダー材料を用いることができるほか、導電性高分子材料を用いても良い。
【００３８】
集電体の厚さは、特に限定されないが、通常は１〜１００μｍ程度である。
【００３９】
［正極活物質層］
正極は、正極活物質を含む。この他にも、イオン伝導性を高めるために電解質、リチウム塩などが含まれ得る。また、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。特に、正極または負極の少なくとも一方に電解質、好ましくは固体高分子電解質が含まれていることが望ましいが、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。
【００４０】
上記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、遷移金属とリチウムとの複合酸化物を使用できる。具体的には、ＬｉＣｏＯ_２などのＬｉ・Ｃｏ系複合酸化物、ＬｉＮｉＯ_２などのＬｉ・Ｎｉ系複合酸化物、スピネルＬｉＭｎ_２Ｏ_４などのＬｉ・Ｍｎ系複合酸化物、ＬｉＦｅＯ_２などのＬｉ・Ｆｅ系複合酸化物などが挙げられる。この他、ＬｉＦｅＰＯ_４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；Ｖ_２Ｏ_５、ＭｎＯ_２、ＴｉＳ_２、ＭｏＳ_２、ＭｏＯ_３などの遷移金属酸化物や硫化物；ＰｂＯ_２、ＡｇＯ、ＮｉＯＯＨなどが挙げられる。
【００４１】
正極活物質の粒径は、製法上、正極材料をペースト化してスプレーコートなどにより製膜し得るものであればよい。さらにバイポーラ電池の電極抵抗を低減するために、電解質が固体でない溶液タイプのリチウムイオン電池で用いられ一般に用いられる粒径よりも小さいものを使用するとよい。具体的には、正極活物質の平均粒径が１０〜０．１μｍであるとよい。
【００４２】
上記正極に含まれる電解質としては、固体高分子電解質、高分子ゲル電解質、およびこれらを積層したものなどが利用できる。すなわち、正極を多層構造とすることもでき、集電体側と電解質側とで、正極を構成する電解質の種類や活物質の種類や粒径、さらにはこれらの配合比を変えた層を形成することもできる。
【００４３】
高分子ゲル電解質は、イオン導伝性を有する固体高分子電解質に、通常リチウムイオン電池で用いられる電解液を含んだものであるが、さらに、リチウムイオン導伝性を持たない高分子の骨格中に、同様の電解液を保持させたものも含まれる。
【００４４】
ここで、高分子ゲル電解質に含まれる電解液（電解質塩および可塑剤）としては、通常リチウムイオン電池で用いられるものであればよく、たとえば、ＬｉＰＦ_６、ＬｉＢＦ_４、ＬｉＣｌＯ_４、ＬｉＡｓＦ_６、ＬｉＴａＦ_６、ＬｉＡｌＣｌ_４、Ｌｉ_２Ｂ_１０Ｃｌ_１０等の無機酸陰イオン塩、ＬｉＣＦ_３ＳＯ_３、Ｌｉ（ＣＦ_３ＳＯ_２）_２Ｎ、Ｌｉ（Ｃ_２Ｆ_５ＳＯ_２）_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有機溶媒（可塑剤）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。
【００４５】
高分子ゲル電解質に用いられるリチウムイオン導伝性を持たない高分子としては、たとえば、ポリフッ化ビニリデン（ＰＶＤＦ）、ポリビニルクロライド（ＰＶＣ）、ポリアクリロニトリル（ＰＡＮ）、ポリメチルメタクリレート（ＰＭＭＡ）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。なお、ＰＡＮ、ＰＭＭＡなどは、どちらかと言うとイオン伝導性がほとんどない部類に入るものであるため、上記イオン伝導性を有する高分子とすることもできるが、ここでは高分子ゲル電解質に用いられるリチウムイオン導伝性を持たない高分子として例示したものである。
【００４６】
上記リチウム塩としては、たとえば、ＬｉＰＦ_６、ＬｉＢＦ_４、ＬｉＣｌＯ_４、ＬｉＡｓＦ_６、ＬｉＴａＦ_６、ＬｉＡｌＣｌ_４、Ｌｉ_２Ｂ_１０Ｃｌ_１０等の無機酸陰イオン塩、Ｌｉ（ＣＦ_３ＳＯ_２）_２Ｎ、Ｌｉ（Ｃ_２Ｆ_５ＳＯ_２）_２Ｎ等の有機酸陰イオン塩、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。
【００４７】
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。
【００４８】
正極における、正極活物質、電解質（好ましくは固体高分子電解質）、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。たとえば、正極内における電解質、特に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、正極内における電解質、特に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。従って、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。
【００４９】
正極の厚さは、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。一般的な正極活物質層の厚さは１０〜５００μｍ程度である。
【００５０】
［負極活物質層］
負極は、負極活物質を含む。この他にも、イオン伝導性を高めるために電解質、リチウム塩や導電助剤などが含まれ得る。負極活物質の種類以外は、基本的に「正極活物質層」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。
【００５１】
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。たとえば、金属酸化物、リチウム−金属複合酸化物金属、カーボンなどが好ましい。より好ましくは、カーボン、遷移金属酸化物、リチウム−遷移金属複合酸化物である。さらに好ましくは、チタン酸化物、リチウム−チタン複合酸化物、カーボンである。これらは１種単独で用いてもよいし、２種以上を併用してもよい。
【００５２】
［電解質］
電解質としては、高分子ゲル電解質である。この電解質は多層構造とすることもでき、正極側と負極側とで、電解質の種類や成分配合比を変えた層を形成することもできる。高分子ゲル電解質を用いる場合、該高分子ゲル電解質を構成するポリマーと電解液との比率（質量比）が、２０：８０〜２：９８と比較的電解液の比率が大きい範囲である。
【００５３】
このような高分子ゲル電解質としては、イオン導伝性を有する固体高分子電解質に、通常リチウムイオン電池で用いられる電解液を含んだものであるが、さらに、リチウムイオン導伝性を持たない高分子の骨格中に、同様の電解液を保持させたものも含まれるものも含まれる。これらについては、［正極］に含まれる電解質の１種として説明した高分子ゲル電解質と同様であるため、ここでの説明は省略する。
【００５４】
これら固体高分子電解質もしくは高分子ゲル電解質は、電池を構成する高分子電解質のほか、上記したように正極および／または負極にも含まれ得るが、電池を構成する高分子電解質、正極、負極によって異なる高分子電解質を用いてもよいし、同一の高分子電解質を使用してもよいし、層によって異なる高分子電解質を用いてもよい。
【００５５】
電池を構成する電解質の厚さは、特に限定するものではない。しかしながら、コンパクトなバイポーラ電池を得るためには、電解質としての機能が確保できる範囲で極力薄くすることが好ましい。一般的な固体高分子電解質層の厚さは１０〜１００μｍ程度である。ただし、電解質の形状は、製法上の特徴を生かして、電極（正極または負極）の上面ならびに側面外周部も被覆するように形成することも容易であり、機能、性能面からも部位によらず常に略一定の厚さにする必要はない。
【００５６】
［電池外装材（電池ケース）］
バイポーラ電池は、外部からの衝撃、環境劣化を防止するために、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、バイポーラ電池本体である型板を含めた電池積層体全体を電池外装材ないし電池ケース（図示せず）に収容するとよい。
【００５７】
軽量化の観点からは、アルミニウム、ステンレス、ニッケル、銅などの金属（合金を含む）をポリプロピレンフィルム等の絶縁体で被覆した高分子−金属複合ラミネートフィルムやアルミラミネートパックなど、従来公知の電池外装材を用いて、その周辺部の一部または全部を熱融着にて接合することにより、電池積層体を収納し密封した構成とするのが好ましい。
【００５８】
この場合、上記正極および負極リードは、上記熱融着部に挟まれて上記電池外装材の外部に露出される構造とすればよい。また、熱伝導性に優れた高分子−金属複合ラミネートフィルムやアルミラミネートパックなどを用いることが、自動車の熱源から効率よく熱を伝え、電池内部を電池動作温度まですばやく加熱することができる点で好ましい。
【００５９】
［正極および負極端子板］
正極および負極端子板は、端子としての機能を有するほか、薄型化の観点からは極力薄い方がよいが、製膜により積層されてなる電極、電解質および集電体はいずれも機械的強度が弱いため、これらを両側から挟示し支持するだけの強度を持たせることが望ましい。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程度が望ましいといえる。
【００６０】
正極および負極端子板の材質は、通常リチウムイオン電池で用いられる材質を用いることができる。たとえば、アルミニウム、銅、チタン、ニッケル、ステンレス鋼（ＳＵＳ）、これらの合金などを利用することができる。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。
【００６１】
正極端子板と負極端子板との材質は、同一の材質を用いてもよいし、異なる材質のものを用いてもよい。さらに、これら正極および負極端子板は、材質の異なるものを多層に積層したものであってもよい。
【００６２】
正極および負極端子板の形状は、型板と兼用する場合には、自動車の熱源外面等をトレースした形状に、また、型板と対極する位置に設けられる端子板では、該端子板を設置する集電体外面をトレースした形状であればよく、プレス成形等によりトレースして形成すればよい。なお、型板と対極する位置に設けられる端子板では、集電体と同様にスプレーコートにより形成してもよい。
【００６３】
［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、通常リチウムイオン電池で用いられる公知のリードを用いることができる。なお、電池外装材（電池ケース）から取り出された部分は、自動車の熱源との距離がないことから、これらに接触して漏電したりして自動車部品（特に電子機器）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しておくのが好ましい。
【００６４】
図８は、図１および２に示したバイポーラ電池１をアルミラミネートパックにより電池２０として構成した場合の外観を示す図面である。この電池２０は、バイポーラ電池１の端部集電体７に上記の正極および負極端子板を設け、さらにリードを取り付けて、電極２３および２４としている。
【００６５】
次に、実際上記バイポーラ電池１を製作して評価を行った実験例について説明する。
【００６６】
実験例
＜液絡評価＞
上述した実施の形態と同様にしてバイポーラ電池１を製作し、単電池同士の液絡の評価を行った。
【００６７】
（サンプル作製）
実施例として実際に作製したバイポーラ電池１は、下記の通りである。
【００６８】
集電体２は、２０μｍのステンレス（ＳＵＳ）箔を使用し、端部集電体７には正極活物質層３または負極活物質層４を形成し、集電体２には正極活物質層３および負極活物質層４を形成した。
【００６９】
正極活物質層３は、ＬｉＭｎ_２Ｏ_４に、導電助剤としてアセチレンブラック、バインダーとしてポリフッ化ビニリデン（ＰＶＤＦ）、粘度調整溶媒としてＮ−メチル−２−ピロリドン（ＮＭＰ）を混合して正極スラリーを作製し、これを正極活物質として、集電体であるステンレス箔（厚さ２０μｍ）の片面に塗布し、乾燥させて膜厚４０μｍの正極活物質層３としている。
【００７０】
負極活物質層４は、Ｌｉ_４Ｔｉ_５Ｏ_１２に、導電助剤としてアセチレンブラック、バインダーとしてＰＶＤＦ、粘度調整溶媒としてＮＭＰ、混合して負極スラリーを作製し、この負極スラリーを正極活物質層３を塗布したステンレス箔の反対面に塗布し、乾燥させて膜厚５０μｍの負極活物質層４としている。
【００７１】
高分子ゲル電解質層５は、厚さ１００μｍのポリプロピレン（ＰＰ）不識布に、ポリマー（ポリエチレンオキシドとポリプロピレンオキシドの共重合体）５重量％、混合比１：３のエチレンカーボネート（ＥＣ）＋ジメチルカーボネート（ＤＭＣ）９５重量％、ＥＣ＋ＤＭＣ電解液に対して１．０ｍｏｌ／ｌのＬｉ（Ｃ_２Ｆ_５ＳＯ_２）_２Ｎ、からなるゲル電解質を保持させたものである。
【００７２】
両面粘着部材９は、基材１０にポリプロピレン（ＰＰ）を用い、粘着剤１１に合成ゴムを用いて、幅５ｍｍ、厚さ１９０μｍのものを用意した。
【００７３】
単電池層６の積層数は５層とし、単セル１２〜１４の積層時に両面粘着部材９の粘着剤１１により各単セル間を接着およびシーリングした。
【００７４】
また、この評価の比較例として、両面粘着部材９を持たない、同様構造のパイポーラ電池を形成した。
【００７５】
液絡の評価は、実施例および比較例のバイポーラ電池１の充放電サイクル試験を行うことにより評価した。充放電のサイクルは、０．５Ｃの電流で充電し、０．５Ｃの電流で放電を行い、これを１サイクルとした。
【００７６】
（評価結果）
実施例のバイポーラ電池１では、充放電サイクルを５０サイクル超えても電極間の液絡（短絡）は起こらず、出力電圧が維持されていた。
【００７７】
一方、比較例のバイポーラ電池１では、初回の充電を行っている途中に、電解液が単電池層外に染み出し、他の単電池層の電解質層５と接触して液絡が起こり、電池電圧が著しく低下した。
【００７８】
この評価結果から、単電池層６ごとに、これを取り囲む両面粘着部材９を設けることで、単電池同士の液絡を確実に防止できることがわかる。
【００７９】
＜両面粘着部材９の厚さ試験＞
次に、両面粘着部材９の厚さを変えて試験を行った。
【００８０】
（サンプル作製）
実施例として作製したバイポーラ電池１は、上記＜液絡評価＞と同一構造である。実施例のバイポーラ電池が有する両面粘着部材９の厚さは、単電池層６の厚さ、すなわち、正極活物質層３（４０μｍ）、ゲル電解質層５（１００μｍ）、負極活物質層４（５０μｍ）の合計厚さに合わせて１９０μｍである。
【００８１】
評価の比較例としては、両面粘着部材９の厚さのみ異なるバイポーラ電池を作製した。比較例１〜６として、順に、両面粘着部材９の厚さを１００μｍ、１２０μｍ、１６０μｍ、２２０μｍ、２６０μｍ、３００μｍのバイポーラ電池を作製した。
【００８２】
厚さの評価は、実施例および比較例１〜６のバイポーラ電池について、それぞれ、１０回充放電サイクルを繰り返し、１０サイクル目の放電容量を比較した。充放電のサイクルは、０．５Ｃの電流で充電し、０．５Ｃの電流で放電を行い、これを１サイクルとした。
【００８３】
（評価結果）
図９は両面粘着部材の厚さに対する放電容量についての評価結果を示す図である。図９では、実施例のバイポーラ電池（厚さ１９０μｍ）の１０サイクル目の放電容量を１００％として、比較例の放電容量について示している。図９に示すように、比較例３および比較例４では、比較的放電容量が大きく、比較例１，２、５、６では放電容量が著しく低下した。
【００８４】
この評価結果から、両面粘着部材９の厚さが単電池層６の厚さに近いほど放電容量がよく、単電池層の厚さに対して両面粘着部材９の厚さが誤差３０μｍ程度であれば、電池の性能を保てることがわかる。
【００８５】
（第２の実施の形態）
本発明の第３は、上記第１の実施の形態のバイポーラ電池１を複数個、並列および／または直列に接続してなる組電池である。
【００８６】
図１０は、第２の実施の形態による組電池の斜視図であり、図１１は、内部構成を上方から見た図面である。
【００８７】
図１０および図１１に示すように組電池５０は、上述した第１の実施の形態によるバイポーラ電池１をラミネートパックによりパッケージした電池２０（図８参照）複数個直接に接続したものをさらに並列に接続したものである。電池２０同士は、導電バー５３により各電池の電極２３および２４が接続されている。この組電池５０には電極ターミナル５１および５２が、この組電池５０の電極として組電池５０の一側面に設けられている。
【００８８】
この組電池においては、電池２０を直接に接続しさらに並列に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を製造することができる。
【００８９】
本第２の実施の形態による組電池によれば、前述した第１の実施の形態による電池を用いて組電池化することで、高容量、高出力と得ることができ、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。
【００９０】
なお、組電池としての電池２０の接続は、電池２０を複数個全て並列に接続してもよいし、また、電池２０を複数個全て直列に接続してもよい。
【００９１】
（第３の実施の形態）
本発明の第４は、上記第１実施形態のバイポーラ電池１または第２実施形態の組電池５０を駆動用電源として搭載してなる車両である。バイポーラ電池１または組電池５０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である。
【００９２】
参考までに、図１２に、組電池５０を搭載する自動車１００の概略図を示す。自動車に搭載される組電池５０は、上記説明した特性を有する。このため、組電池５０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】
【図１】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。
【図２】このバイポーラ電池を構成する単電池の部分拡大断面図である。
【図３】集電体上にゲル電解質層および両面粘着部材を積層する様子を示す図である。
【図４】両面粘着部材を積層した様子を示す図、図５は図４に示す積層物の部分断面図である。
【図５】図４に示す積層物のＡ−Ａ断面図である。
【図６】単セルを積層する様子を示す平面図である。
【図７】単セルを積層する様子を示す側面図である。
【図８】バイポーラ電池をラミネートパックにした電池の外観を示す斜視図である。
【図９】両面粘着部材の厚さに対する放電容量についての評価結果を示す図である。
【図１０】組電池の斜視図である。
【図１１】組電池の内部構成を上方から見た図面である。
【図１２】組電池を搭載する自動車の概略図である。
【符号の説明】、
１…バイポーラ電池、
２…集電体、
３…正極活物質層、
４…負極活物質層、
５…ゲル電解質層、
６…単電池層、
７…端部集電体、
９…両面粘着部材、
１０…基材、
１１…粘着剤、
１２〜１４…単セル、
５０…組電池、
１００…自動車。

Claims

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が、ゲル電解質層を挟んで積層されてなるバイポーラ電池であって、
隣接する前記正極活物質層、前記ゲル電解質層、および前記負極活物質層を含んで構成される単電池層の周囲を取り囲むように配置される両面粘着部材を有し、
前記両面粘着部材は、基材の役割を果たす絶縁材と、該絶縁材の両面に設けられた粘着剤とからなり、前記単電池層と共に２つの集電体間に挟まれて前記粘着剤により該２つの集電体に接着されてなるバイポーラ電池。
２つの集電体に挟まれる前記絶縁材および前記接着剤の合計厚さは、該２つの集電体に挟まれる単電池層の合計厚さに対して誤差３０μｍである請求項１に記載のバイポーラ電池。
前記両面粘着部材は、
前記基材に、ポリプロピレン、ポリエチレン、ポリアミド系合成繊維からなる群から選択された樹脂が用いられ、
前記粘着剤に、合成ゴム、ブチルゴム、合成樹脂、アクリルからなる群から選択された耐溶剤性を有する材料が用いられている請求項１または請求項２に記載のバイポーラ電池。
前記正極活物質層には、リチウムと遷移金属との複合酸化物が含まれ、
前記負極活物質層には、カーボンもしくはリチウムと遷移金属との複合酸化物が含まれる請求項１〜請求項３のいずれか一項に記載のバイポーラ電池。
集電体の中央に、正極活物質層、ゲル電解質層および負極活物質層の少なくとも一つを積層し、さらに、前記集電体の縁に、基材および該基材の両面に粘着剤が設けられてなる両面粘着部材を積層してなる単セルを複数作製し、
前記単セルを積層するとともに、前記両面粘着部材の前記粘着剤により単セル同士を接着するバイポーラ電池の製造方法。
請求項１〜４のいずれか一つに記載のバイポーラ電池、または、請求項５に記載の製造方法により製造された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なる組電池。
請求項１〜４のいずれか一つに記載のバイポーラ電池、請求項５に記載の製造方法により製造されたバイポーラ電池、または、請求項６に記載の組電池を駆動用電源として搭載してなる車両。