JP2005259379A - バイポーラ電池 - Google Patents

Abstract

【課題】 バイポーラ電池の剛性を向上させる手段、およびバイポーラ電池をより簡便かつ迅速に製造しうる手段の双方を提供する。
【解決手段】 集電体１３の片面に正極層１５が形成され、他方の面に負極層１７が形成されてなるバイポーラ電極１１が、電解質層１９を介して積層されてなる電池要素２１を有するバイポーラ電池において、前記バイポーラ電極を構成する集電体の各々の周縁部が２枚のフレーム１ａ、１ｂによって挟持されてなるバイポーラ電極−フレーム複合体を有し、前記電池要素の積層方向に隣接する前記バイポーラ電極−フレーム複合体の、隣接する前記フレームどうしは、前記電池要素の積層方向に連結されてフレーム積層体を形成する、バイポーラ電池である。
【選択図】図４

Description

本発明は、バイポーラ電池に関する。詳細には、本発明は、バイポーラ電池を迅速に製造可能な方法の改良、およびバイポーラ電池の剛性を向上させうる構造の改良に関する。

近年、大気汚染や地球温暖化に対処するため、二酸化炭素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盛んに行われている。

モータ駆動用二次電池としては、全ての電池の中で最も高い理論エネルギーを有するリチウムイオン二次電池が注目を集めており、現在急速に開発が進められている。リチウムイオン二次電池を用いる場合には、通常、複数個を直列に接続して電池モジュールとし、さらに、前記電池モジュールを直列に接続して組電池を形成することにより、高いエネルギー密度を得ている。しかし、かような組電池では、電池間の接続および電池モジュール間の接続による抵抗が加算され、充放電時の組電池全体の内部抵抗が高まり、高出力密度が得られないという問題があった。

上記の問題を解決する手段として、一枚の集電体の片面に正極層が形成され、他方の面に負極層が形成されたバイポーラ電極が、電解質層を介して複数積層されてなる電池要素を有するバイポーラ型リチウムイオン二次電池（本明細書中、単に「バイポーラ電池」とも称する）が提案されている（例えば、特許文献１および２を参照）。言い換えれば、バイポーラ電池の電池要素は、複数の単電池が直列に接続された構成を有している。

近年では、上記のような構成を有し、さらに高出力密度のバイポーラ電池が求められており、それに伴って、積層される単電池の数は増加の一途を辿っている。現在では、積層される単電池の数は、通常、１０〜１００個程度にまで達している。
特開２０００−１００４７１号公報 特開２０００−１９５４９５号公報

前記特許文献１および２に記載されているような従来のバイポーラ電池を製造する際には、バイポーラ電極と電解質層とを交互に積層して電池要素を作製するのが一般的である。ここで、積層する際の積層体の剛性は、主にバイポーラ電極の集電体により確保されている。しかしながら、バイポーラ電極の厚さは、通常５０〜１０００μｍと極めて薄い。また、バイポーラ電極や電解質層は、可撓性である。したがって、バイポーラ電極と電解質層とを積層する際の、各構成成分の取り回しが煩雑である場合や、積層体の剛性が充分に確保されない場合がある。その結果、電池の製造が極めて煩雑となり、迅速な製造が困難であるという問題があった。この問題は、バイポーラ電池における単電池の積層数が増加しつつある現在では、ますます深刻の度を深めている。

そこで、本発明は、バイポーラ電池の剛性を向上させる手段、およびバイポーラ電池をより簡便かつ迅速に製造しうる手段の双方を提供することを目的とする。

本発明は、集電体の片面に正極層が形成され、他方の面に負極層が形成されてなるバイポーラ電極が、電解質層を介して積層されてなる電池要素を有するバイポーラ電池において、前記バイポーラ電極を構成する集電体の各々の周縁部が２枚のフレームによって挟持されてなるバイポーラ電極−フレーム複合体を有し、前記電池要素の積層方向に隣接する前記バイポーラ電極−フレーム複合体の、隣接する前記フレームどうしは、前記電池要素の積層方向に連結されてフレーム積層体を形成する、バイポーラ電池である。

本発明のバイポーラ電池は、バイポーラ電極を構成する各集電体の周縁部が、それぞれ２枚のフレームにより挟持されてなるバイポーラ電極−フレーム複合体を有している。また、隣接するフレームどうしは、電池要素の積層方向に連結されている。このため、従来と比較して、電池要素を作製する際の積層体の剛性が確保されうる。その結果、バイポーラ電池の製造がより簡便になり、より迅速な製造が可能となる。

本発明の第１は、集電体の片面に正極層が形成され、他方の面に負極層が形成されてなるバイポーラ電極が、電解質層を介して積層されてなる電池要素を有するバイポーラ電池において、前記バイポーラ電極を構成する集電体の各々の周縁部が２枚のフレームによって挟持されてなるバイポーラ電極−フレーム複合体を有し、前記電池要素の積層方向に隣接する前記バイポーラ電極−フレーム複合体の、隣接する前記フレームどうしは、前記電池要素の積層方向に連結されてフレーム積層体を形成する、バイポーラ電池である。

以下、本発明のバイポーラ電池について、詳細に説明する。なお、本発明においては、集電体の各々の周縁部が２枚のフレームによって挟持されてなるバイポーラ電極−フレーム複合体を有し、さらに、電池要素の積層方向に隣接するバイポーラ電極−フレーム複合体の、隣接するフレームどうしが、電池要素の積層方向に連結されてフレーム積層体を形成している点を除いては、従来のバイポーラ電池に用いられていた材料が、同様に用いられうる。このため、正極層、電解質層、負極層、タブ、電池外装体などについては、簡単に説明するが、これらの形態が、例示する材料や形状に限定されるわけではない。また、新たに開発された材料や形状が用いられてもよい。

ここで「フレーム」について、図面を参照して簡単に説明する。図１は、本発明において用いられるフレームの好ましい形態を示す模式斜視図である。図１（ａ）は、集電体１３を挟持する２枚のフレーム１のうち、集電体１３の上面に接するフレーム１（本明細書中、「フレームＡ」１ａとも称する）を示す模式斜視図である。図１（ｂ）は、集電体１３を挟持する２枚のフレーム１のうち、集電体１３の下面に接するフレーム１（本明細書中、「フレームＢ」１ｂとも称する）を示す模式斜視図である。図１（ｃ）は、図１（ａ）に示すフレームＡ１ａを反対側から見た模式斜視図である。図２は、２枚のフレーム１によりバイポーラ電極１１を構成する集電体１３の周縁部が挟持される好ましい形態を示す模式斜視図である。図２（ａ）は、バイポーラ電極１１を構成する集電体１３の周縁部が２枚のフレーム１（図１に示すフレームＡ１ａおよびフレームＢ１ｂ）によって挟持されてなるバイポーラ電極−フレーム複合体２の好ましい形態を示す模式斜視図である。図２（ｂ）は、図２（ａ）に示すＡ−Ａ線に沿った模式断面図である。なお、これらの図面は、説明の都合上、誇張して記載されており、各フレーム１の厚さや幅等の比率は、実際とは異なる場合がある。また、本発明の技術的範囲は、上記で図示した形態のみに制限されない。これらは、以下の図面についても同様である。

本発明において、「フレーム」とは、バイポーラ電極１１を構成する集電体１３の周縁部を挟持するための枠体をいう。本発明においては、２枚のフレーム１により集電体１３の周縁部が挟持されて、バイポーラ電極−フレーム複合体２が形成される。また、電池要素の積層方向に隣接するフレーム１どうしは、隣接方向に連結されてフレーム積層体２を形成する。フレーム１どうしが連結される形態については、以下で詳細に説明するが、例えば、連結部を介して連結される形態（例えば、後述する図４等を参照）が例示される。

（第１実施形態）
以下、第１実施形態の構成と効果について、簡単に説明する。

まず、図３および図４を参照して、バイポーラ電池の一般的な構成について説明する。図３は、第１実施形態のバイポーラ電池における、フレーム１が連結されてフレーム積層体が形成されてなる電池要素２１の外観を示す模式斜視図である。また図４は、図３に示すＡ−Ａ線に沿った模式断面図である。なお、図３および図４は例示のためのものであり、電池要素２１の形態が図３および図４に示す形態のみに制限されるわけではない。例えば、図３および図４に示すバイポーラ電池の電池要素は、負極用最外層集電体２７が最下層に位置する構成を有しているが、正極用最外層集電体２５が最下層に位置する構成を有していてもよい。

図４に示すように、バイポーラ電池は、一般に、集電体１３の片面に正極層１５が形成され、他方の面に負極層１７が形成されてなるバイポーラ電極１１が、電解質層１９を介して積層されてなる電池要素２１を有する。第１実施形態の電池要素２１において具体的には、電解質層１９が正極層１５および負極層１７により挟持されてなる３個の単電池２３が、４枚の集電体１３と交互に積層される形で電池要素２１を構成している。前記電池要素２１において、正極側の最外層に配置される集電体（本明細書中、「正極用最外層集電体」とも称する）２５は正極層１５のみを有し、負極側の最外層に配置される集電体（本明細書中、「負極用最外層集電体」とも称する）２７は負極層１７のみを有する。また、図３に示すように、前記最外層集電体２５，２７には、電流を外部に取り出すための正極用タブ２９および負極用タブ３１が接合される。さらに、前記電池要素２１は、通常、前記正極用タブ２９および負極用タブ３１を外部に露出する形で、電池外装体（図示せず）中に封入される。なお、場合によっては、前記集電体１３間の短絡（液絡）を防止する目的で、隣接する集電体１３間に絶縁層が設けられてもよい。

従来、バイポーラ電池を製造する際には、バイポーラ電極と電解質層とを交互に積層して電池要素を作製するのが一般的である。ここで、積層する際の積層体の剛性は、主にバイポーラ電極の集電体により確保されている。しかしながら、集電体の厚さは、通常１０〜２００μｍと極めて薄い。したがって、バイポーラ電極の取り回しは必ずしも容易ではなく、作り損じが生じる場合がある。また、バイポーラ電極と電解質層とを積層する際の積層体の剛性が充分に確保されない場合もある。このため、場合によっては、最終的に製造される電池においても充分な剛性が確保されないという問題があった。さらに、場合によっては、隣接する集電体間の短絡（液絡）を防止するための絶縁層を単電池の周囲に配置し、最終的に熱加圧等の手段によりシールする工程を経る必要がある。その結果、電池の製造が極めて煩雑となり、製造に時間がかかるという問題もあった。

バイポーラ電池と電解質層とを積層する際、積層体に剛性を持たせるには、バイポーラ電池の集電体や電解質層に用いられるセパレータを厚くするという手段も考えられる。しかしながら、積層体に充分な剛性を持たせるようにこれらを厚くすると、バイポーラ電池全体が厚くなってしまい、体積が増加して、車両等への搭載時に不利である。また、単電池の積層数が著しく増加しつつある現在では、この手段を採用すると上記の問題がより顕在化すると考えられる。よって、集電体等を厚くするのみでこの問題に対処することは、実際には困難である。

これに対し、本発明のバイポーラ電池は、上述したように、集電体１３の各々の周縁部が２枚のフレーム１ａ，１ｂによって挟持されてなるバイポーラ電極−フレーム複合体２を有している。さらに、隣接するフレーム１どうしは、電池要素２１の積層方向に連結されてフレーム積層体３を形成している。かような形態を採用することによって、従来と比較して、電池要素２１を作製する際の積層体の剛性が確保されうる。その結果、バイポーラ電池の製造がより簡便になり、より迅速な製造が可能となる。

以下、フレーム１の好ましい形態、バイポーラ電極−フレーム複合体２の好ましい形態、および、フレーム１どうしが連結されてなるフレーム積層体３の好ましい形態につき、図面を参照して詳細に説明する。

上述したように、図３は、第１実施形態のバイポーラ電池における電池要素２１の外観を示す模式斜視図である。また図４は、図３に示すＡ−Ａ線に沿った模式断面図である。

第１実施形態における電池要素２１において具体的には、図２〜図４に示すように、バイポーラ電極１１を構成する各集電体１３の周縁部が、２枚のフレーム１ａ，１ｂにより挟持されることによって、バイポーラ電極−フレーム複合体２が形成されている。また、隣接する前記フレーム１どうし（例えば、図４中の１ａ’および１ｂ’）が、電池要素の積層方向に連結されることによって、フレーム積層体３が形成されている。そして、このフレーム積層体３は、バイポーラ電極１１と電解質層１９とが積層されてなる電池要素２１の周囲に位置している。

本発明のバイポーラ電池の製造方法については、後で詳細に説明するが、第１実施形態のバイポーラ電池においては、電池要素２１を作製する際に、フレーム１により積層体に剛性が付与される。このため、従来と比較して電池要素２１を作製する際の工程が簡便になり、バイポーラ電池の迅速な製造が可能となる。

また、本発明のバイポーラ電池においては、フレーム１を採用したことによって、耐振動性が向上しうる。以下、この効果について詳細に説明する。

一般に、車両等への搭載を目的とする積層型のバイポーラ電池は、高出力を得るために面積が大きく、その面積は通常、０．３〜２．０ｍ^２程度である。また、電圧を大きくするために単電池（セル）の積層数を増加させると、バイポーラ電池の厚さも増加し、その厚さは通常、５〜２０ｍｍ程度である。したがって、バイポーラ電池をそのまま車両等に搭載すると、車両の走行時等の振動による影響を受けやすく、バイポーラ電池の電極層等の剥離が生じ、電池性能が低下するという問題がある。

これに対し、本発明のバイポーラ電池においては、バイポーラ電極１１を構成する集電体１３の各々の周縁部が２枚のフレーム１によって挟持されてなるバイポーラ電極−フレーム複合体２を有し、さらに、隣接するフレーム１どうしが、電池要素２１の積層方向に連結されてフレーム積層体３を形成している。これにより、従来のバイポーラ電池と比較して、電池要素２１の剛性が向上する。その結果、車両の走行時等に生じる振動の、電池要素２１を構成する電極層１５，１７等への伝達が低減される。すなわち、バイポーラ電池の耐振動性が向上する。

また、図４に示すように、第１実施形態において、各集電体１３は、２枚のフレーム１によって挟持されることで、隣接する他の集電体１３と、絶縁されている。これにより、隣接する集電体１３間の短絡（液絡）が効率的に防止されうる。また、電池要素２１の作製時には、絶縁層を配置して、熱加圧等により前記絶縁層をシールする手間が省けるため、より簡便な工程で迅速にバイポーラ電池を製造することが可能となる。しかし、この形態に制限されず、単電池２３の周囲や、隣接するバイポーラ電極−フレーム複合体２の間に、別途、絶縁層（図示せず）が設けられてもよいことは勿論である。

さらに、図４に示すように、本発明においては、バイポーラ電極−フレーム複合体２を構成する前記フレーム１は、前記電池要素２１の積層方向に隣接する他のバイポーラ電極−フレーム複合体２を構成する前記フレーム１と連結するための、連結部５を有していることが好ましい。これにより、バイポーラ電池の剛性が向上し、その結果、製造が容易となり、耐振動性も向上しうる。

本発明において、バイポーラ電極−フレーム複合体２を構成する一のフレーム１は、図４に示すように、前記電池要素２１の積層方向に隣接する他のバイポーラ電極−フレーム複合体２を構成する他のフレーム１と連結するための連結部５を有することが好ましい。

図４に示す形態（構造１）において、具体的には、前記連結部５は、隣接するフレーム１のうち、一方が有する凸部５ａ、および、他方が有する凹部５ｂである。第１実施形態においては、前記凸部５ａを、前記凹部５ｂに嵌合させることにより、前記凸部５ａを有するフレーム１と、前記凹部５ｂを有するフレーム１とが連結される。本発明のバイポーラ電池においては、各集電体１３が２枚のフレーム１により挟持されることで、電池要素２１の剛性が向上するが、第１実施形態においては、前記集電体１３を挟持するためのフレーム１どうしがさらに連結されることにより、電池要素２１の剛性がさらに向上しうる。また、電池要素２１の作製時には、例えば、電池要素２１の各構成成分および各フレーム１を、下から順に積層していくことにより、電池要素２１が作製されうる。また、電池要素２１を作製する際、フレーム１によって積層体が固定されながら各成分が積層されていくため、電池要素２１作製時に積層体の剛性が保たれる。その結果、電池要素２１の作製がさらに簡便になり、より迅速に電池要素２１を作製することが可能となる。

また、図４に示す形態（構造１）においては、隣接するバイポーラ電極−フレーム複合体２に属するフレーム１どうし（例えば、図４に示す１ａ’および１ｂ’）だけでなく、一の集電体１３を挟持するための２枚のフレーム１どうし（例えば、図４に示す１ａ”および１ｂ”）も、連結部５を介して連結されている。このように、一の集電体１３を挟持するための２枚のフレーム１どうしが連結部５を介して連結されていても、上記と同様の効果が得られるため、好ましい。このように、本発明において用いられるフレーム１が、上記で説明したような連結部５を有する場合であっても、全ての隣接するフレーム１どうしが連結部５によって連結されている必要はなく、一部の隣接するフレーム１どうしが連結部５によって連結されていてもよい。また、連結部５の存在は必須ではない。隣接するフレーム１どうしは、例えば、公知の接着剤等を用いて接着されていてもよい。

なお、図４に示す形態（構造１）において、正極用最外層集電体２５を挟持するフレーム１のうち、前記正極用最外層集電体２５の上面に接するフレーム１（本明細書中、「フレームＣ」１ｃとも称する）、および負極用最外層集電体２７を挟持するフレーム１のうち、前記負極用最外層集電体２７の下面に接するフレーム１（本明細書中、「フレームＤ」１ｄとも称する）は、上記で説明したフレーム１ａ，１ｂとは異なる形状を有している。すなわち、前記フレームＣ１ｃは、その上面が平らであり、前記フレームＤ１ｄは、その下面が平らである。ただし、この形態に制限されない。例えば、前記フレームＣ１ｃおよび前記フレームＤ１ｄが前記フレームＡ１ａまたは前記フレームＢ１ｂと同一の形状を有している形態が採用されてもよい。

集電体１３を挟持するためのフレーム１が有する、隣接する他のフレーム１と連結するための連結部５の具体的な形態については、特に制限はない。以下、上述した第１実施形態以外の実施形態につき、より詳細に説明する。以下の形態についても、第１実施形態と同様に、例示のためのものであり、本発明の技術的範囲がこの形態のみに制限されるものではない。

図５〜図９は、本発明のバイポーラ電池の好ましい形態における電池要素を示す模式断面図である。

図５〜図９に示すように、これらの電池要素２１の形態は、連結部５の形態が異なること以外は、上述した第１実施形態のバイポーラ電池における電池要素２１と基本的に同じである。よって以下、図５〜図９に示す電池要素２１における連結部５の形態を中心に、詳細に説明する。

なお、図５〜図９に示す形態においては、いずれも、図４に示す形態（構造１）と同様に、隣接するバイポーラ電極−フレーム複合体２に属するフレーム１どうし（例えば、図５に示す１ａ’および１ｂ’）、並びに、一の集電体１３を挟持するための２枚のフレーム１どうし（例えば、図５に示す１ａ”および１ｂ”）が、連結されている。しかし、連結の形態は図示したこれらの形態のみに制限されない。

図５に示す形態（構造２）においては、連結部５として、上記で説明した凸部５ａおよび凹部５ｂに加えて、爪および前記爪を掛止させるための溝も採用されている。具体的には、フレームＡ１ａ、フレームＢ１ｂ、およびフレームＣ１ｃが、その外周部に、自身の下部に位置するフレーム１と連結するための連結部５である爪を有している。また、フレームＢ１ｂ、フレームＣ１ｃ、およびフレームＤ１ｄは、その外周部に、自身の上部に位置するフレーム１と連結するための連結部５である溝を有している。前記凸部５ａを前記凹部５ｂに嵌合させることに加えて、前記爪を前記溝に掛止させることにより、隣接するフレーム１どうしが連結される。かかる形態において、爪および溝についての具体的な形態は特に制限されない。例えば、爪および溝の大きさや、設けられる位置および数は、特に制限されず、適宜選択されうる。

図６に示す形態（構造３）において、フレームＡ１ａ、フレームＢ１ｂ、およびフレームＣ１ｃは、その下部に、連結部５として凸部５ａを有し、前記凸部５ａに、自身の下部に位置するフレーム１と連結するための連結部５である爪を有している。また、これに対応して、フレームＢ１ｂ、フレームＣ１ｃ、およびフレームＤ１ｄは、その上部に凹部５ｂを有し、前記凹部５ｂに、自身の上部に位置するフレーム１と連結するための連結部５である溝を有している。前記凸部５ａを前記凹部５ｂに嵌合させ、さらに前記爪を前記溝に掛止させることによって、隣接するフレーム１どうし（例えば、図６に示す１ａ”および１ｂ”）が連結される。

図７に示す形態（構造４）において、フレームＡ１ａ、フレームＢ１ｂ、およびフレームＣ１ｃは、その下部に、連結部５として凸部５ａを有し、これに対応して、フレームＢ１ｂ、フレームＣ１ｃ、およびフレームＤ１ｄは、その上部に凹部５ｂを有している。また、各フレーム１は、前記凸部５ａおよび前記凹部５ｂに加えて、連結部５として、電池要素２１の積層方向の穴を有している。この形態においては、前記凸部５ａを前記凹部５ｂに嵌合させ、さらに前記穴に棒状の支持体７を貫通させることにより、隣接するフレーム１どうし（例えば、図７に示す１ａ”および１ｂ”）が連結される。

ここで、連結部５としての穴の大きさや、設けられる位置および数などの具体的な形態は、特に制限されない。棒状の支持体７についても、その材質や太さなどの具体的な形態は、特に制限されない。棒状の支持体７としては、例えば、高分子樹脂棒、セラミックス棒、絶縁処理を施した金属棒等が例示される。また、棒状の支持体７により固定する形態も特に制限されず、図７に示すようなボルト−ナット構造により固定される形態のほか、棒の上下部に貫通穴を設け、前記穴に固定具を貫通させることにより固定される形態、棒の両端に留め金を溶接することにより固定される形態等の形態が例示される。

図８に示す形態（構造５）において、フレームＡ１ａ、およびフレームＣ１ｃは、その下部に、連結部５として凸部５ａを有し、これに対応して、フレームＢ１ｂ、およびフレームＤ１ｄは、その上部に凹部５ｂを有している。また、前記凸部５ａおよび前記凹部５ｂに加えて、各フレーム１は、連結部５として、電池要素２１の積層方向に略垂直な方向の穴を有している。この形態においては、前記穴に棒状の支持体７を貫通させることにより、隣接するフレーム１どうし（例えば、図８に示す１ａ”および１ｂ”）が連結される。ここで、連結部５としての穴の大きさや、設けられる位置および数などの具体的な形態は、特に制限されない。棒状の支持体７についても、その材質や太さなどの具体的な形態は、特に制限されない。棒状の支持体７としては、例えば、高分子樹脂棒、セラミックス棒、絶縁処理を施した金属棒等が例示される。また、棒状の支持体７により固定する形態も特に制限されず、図８に示すように鋲カシメにより固定される形態のほか、棒の先端に貫通穴を設け、前記穴に固定具を貫通させることにより固定される形態や、棒の先端に留め金を溶接することにより固定する形態等の形態が例示される。

以上、隣接するフレーム１どうしを連結するための連結部５の好ましい形態について詳細に説明したが、本発明の技術的範囲は、かような形態のみに制限されない。例えば、図９に示すように外部支持体９により連結される形態が採用されてもよい。

図９に示す形態（構造６）において、フレームＡ１ａ、フレームＢ１ｂ、およびフレームＣ１ｃは、その下部に、連結部５として凸部５ａを有し、これに対応して、フレームＢ１ｂ、フレームＣ１ｃ、およびフレームＤ１ｄは、その上部に凹部５ｂを有している。また、さらに各フレーム１は、外部支持体９を用いることにより、電池要素２１の積層方向に連結されている。ここで、固定するために用いられる外部支持体９や、固定される位置および固定される箇所の数などの具体的な形態は、特に制限されない。固定の形態としては、例えば、カシメ固定、挟み固定等が例示される。

なお、各フレーム１が連結部５を有する場合であっても、全てのフレーム１が同一の連結部５を有している必要はなく、フレーム１ごとに異なる連結部５を有していてもよい。さらに、連結部５を設ける形態と、外部支持体９を用いて固定する形態とが併用されてもよい。

本発明において、例えば電解質層に液体電解質やゲル高分子電解質が用いられる場合には、電解液がフレーム１の隙間より漏れないことが好ましい。かかる観点から、本発明においては、フレーム１と集電体１３との間、およびフレーム１どうしの間に、密封処理を施すことが好ましい。

前記密封処理としては、例えば、図４〜図９に示すように、前記フレーム１と前記集電体１３とが隣接している部位、および／または前記フレーム１どうしが隣接している部位に、溝を設け、前記溝に、パッキン３５を配置する形態が挙げられる。パッキン３５については特に制限されず、丸断面形状（Ｏリング状）パッキン、三角断面形状パッキン、多角形断面形状パッキン等の従来公知のものが用いられうる。パッキン３５を配置するための溝を設ける形態も、図４〜図９に示す形態のみに制限されず、適宜設定されうる。

前記密封処理として、パッキン３５を用いる形態は、あくまでも一例であり、これに制限されることはない。パッキン３５を配置する形態のほかに、例えば、集電体１３とフレーム１とを、および／またはフレーム１どうしを、公知の接着剤等を用いて接着する形態が採用されてもよい。

一般に、バイポーラ電池の電池要素２１は、単電池２３が直列に接続された構成を有している。前記電池要素２１を構成する各単電池２３は、通常は全て等しい電圧を示すが、製造時の不良や使用時の環境等によって、各単電池２３間の電圧がばらつく場合がある。各単電池２３間の電圧がばらつくと、一部の単電池２３のみの劣化が進行し、最終的にはバイポーラ電池全体の寿命等の性能が低下する場合がある。よって、バイポーラ電池の、長期間にわたる安定した運転を保証するためには、電池の製造後や使用中にも、各単電池２３間の電圧を検知しうることが好ましい。かかる観点から、本発明においては、図３および図４に示すように、各集電体１３に、隣接する単電池２３間の電圧を測定するための、電圧検知タブ３７を設けることが好ましい。ここで、電圧検知タブ３７の材質、大きさ、および設けられる箇所等の具体的な形態は、特に制限されない。例えば、導体からなる箔を電圧検知タブ３７として各集電体１３に接続し、各フレーム１の上面に沿ってフレーム１の外部に導出する形態が例示される。

本発明のバイポーラ電池においては、図４に示すように、フレーム１どうしが隣接している部位に、緩衝材３９が配置されていてもよい。前記緩衝材３９の材質や、設けられる位置等の具体的な形態は、特に制限されない。

ここで、緩衝材３９を設けることにより生じる効果について、図面を用いて説明する。図１０は、図４に示す緩衝材３９を設けたバイポーラ電池と、緩衝材３９を設けていないバイポーラ電池についての、振動スペクトルを示す図面である。図１０において、緩衝材３９を設けたバイポーラ電池は、「緩衝材構造」と記載され、緩衝材３９を設けていないバイポーラ電池は、「緩衝材なし構造」と記載されている。図１０によれば、緩衝材３９を有するバイポーラ電池は、緩衝材３９を有しないバイポーラ電池と比較して、振動伝達率が低減され、耐振動性に優れることがわかる。これは、緩衝材３９が配置されることにより、バイポーラ電池が振動状態にさらされた場合であっても、前記緩衝材３９により振動が吸収されるためであると考えられる。

本発明のバイポーラ電池においては、図４に示すように、フレーム１に、外部に通気させるための通気口４１が設けられていてもよい。かような通気口４１は、電解液を注入する目的や、初回充放電時に発生したガスを抜く目的で用いられうる。その他の目的で用いられてもよい。なお、前記通気口４１の大きさや、設けられる位置等の具体的な態様は、特に制限されない。しかし、前記通気口４１は、複数設けられることが好ましい。前記ゲル高分子電解質層を構成するホストポリマーや、液体電解質を保持するためのセパレータに電解液を注入する際には、一旦電解液を注入し、その後に電池外装体の内部を減圧させて、ホストポリマーやセパレータの全体に電解液を浸透させるのが一般的である。ここで、通気口４１が複数設けられていると、同時に複数の通気口４１から電解液を注入することができる。その結果、電解液を注入するのに要する時間が削減されうる。また、通気口４１が複数設けられることにより、電解液を注入するための通気口４１と、電池外装体の内部を減圧するための減圧装置を接続するための通気口４１とを別々にすることができる。その結果、ホストポリマーやセパレータに電解液をより均一に浸透させうる。なお、前記通気口４１は、その目的を達した後に、封止されてもよい。本発明のバイポーラ電池においては、上記のように完成時に通気口４１が封止されている場合であっても、通気口４１が設けられている形態に含むものとする。

続いて、バイポーラ電池１１を構成する部材について、順に説明する。

単電池２３は、バイポーラ電池１１において電池反応が進行する部位であり、正極層１５および負極層１７によって、電解質層１９が挟持されてなる構成を有する。すなわち、正極層１５／電解質層１９／負極層１７の順に、積層される。なお、本発明において「挟持」とは、ある部材が、２つの他の部材の間に介在している状態を意味する。部材間の接触面積は特に制限されない。

正極層１５は、正極活物質を含む。正極活物質としては、リチウム−遷移金属複合酸化物が好ましく、例えば、ＬｉＭｎ_２Ｏ_４などのＬｉ−Ｍｎ系複合酸化物やＬｉＮｉＯ_２などのＬｉ−Ｎｉ系複合酸化物が挙げられる。場合によっては、２種以上の正極活物質が併用されてもよい。

負極層１７は、負極活物質を含む。負極活物質としては、上記のリチウム遷移金属−複合酸化物や、カーボンが好ましい。カーボンとしては、例えば、天然黒鉛、人造黒鉛等の黒鉛系炭素材料、カーボンブラック、活性炭、カーボンファイバー、コークス、ソフトカーボン、ハードカーボン等が挙げられる。

正極層１５および負極層１７には、必要であれば、その他の物質が含まれてもよい。例えば、バインダ、導電助剤、リチウム塩（支持電解質）、イオン伝導性ポリマー等が含まれうる。また、イオン伝導性ポリマーが含まれる場合には、前記ポリマーを重合させるための重合開始剤が含まれてもよい。

バインダとしては、ポリフッ化ビニリデン（ＰＶｄＦ）、スチレンブタジエンゴム（ＳＢＲ）等が挙げられる。

導電助剤とは、正極層１５または負極層１７の導電性を向上させるために配合される添加物をいう。導電助剤としては、グラファイトなどのカーボン粉末が挙げられる。

リチウム塩（支持電解質）としては、ＬｉＢＥＴＩ（リチウムビス（パーフルオロエチレンスルホニルイミド）；Ｌｉ（Ｃ_２Ｆ_５ＳＯ_２）_２Ｎ）、ＬｉＰＦ_６、ＬｉＢＦ_４、ＬｉＣｌＯ_４、ＬｉＡｓＦ_６、ＬｉＣＦ_３ＳＯ_３等が挙げられる。

イオン伝導性ポリマーとしては、例えば、ポリエチレンオキシド（ＰＥＯ）系およびポリプロピレンオキシド（ＰＰＯ）系のポリマーが挙げられる。ここで、前記イオン伝導性ポリマーは、本発明のバイポーラ電池１１の電解質層１９において電解質として用いられるイオン伝導性ポリマーと同じであってもよく、異なっていてもよいが、同じであることが好ましい。

重合開始剤は、イオン伝導性ポリマーの架橋性基に作用して、架橋反応を進行させるために配合される。開始剤として作用させるための外的要因に応じて、光重合開始剤、熱重合開始剤などに分類される。重合開始剤としては、例えば、アゾビスイソブチロニトリル（ＡＩＢＮ）やベンジルジメチルケタール（ＢＤＫ）等が挙げられる。

正極層１５および負極層１７中に含まれる成分の配合比は、特に限定されない。配合比は、リチウムイオン二次電池についての公知の知見を適宜参照することにより、調整されうる。

電解質層１９を構成する電解質としては、一般に、液体電解質またはポリマー電解質が挙げられる。本発明においては、好ましくはポリマー電解質が用いられる。ポリマー電解質を用いることにより、電解質などの液漏れが防止され、バイポーラ電池１１の安全性が向上しうる。

ポリマー電解質は、イオン伝導性ポリマーから構成され、イオン伝導性を示すのであれば材料は限定されない。優れた機械的強度を発現させることが可能である点で、高分子電解質形成用の重合性ポリマーを熱重合、紫外線重合、放射線重合、電子線重合により架橋構造を形成することにより作製されるものが好適に用いられる。かかる高分子電解質により形成される電解質層では、液漏れが起こらないため、電池の信頼性が向上し、かつ簡易な構成で出力特性に優れたバイポーラ電池１１が形成される。

ポリマー電解質としては、全固体高分子電解質、およびゲル高分子電解質が挙げられる。

全固体高分子電解質としては、特に限定されないが、ポリエチレンオキシド（ＰＥＯ）、ポリプロピレンオキシド（ＰＰＯ）、およびこれらの共重合体等が挙げられる。かようなポリアルキレンオキシド系高分子には、ＬｉＢＥＴＩ、ＬｉＢＦ_４、ＬｉＰＦ_６、ＬｉＮ（ＳＯ_２ＣＦ_３）_２、ＬｉＮ（ＳＯ_２Ｃ_２Ｆ_５）_２等のリチウム塩がよく溶解しうる。また、これらの高分子は、架橋構造を形成することによって、優れた機械的強度を発現しうる。本発明においては、電極特性をより向上させるために、全固体高分子電解質が正極層および負極層の双方に含まれることが好ましい。

また、ゲル高分子電解質とは、一般的に、イオン伝導性を有する全固体高分子電解質（ホストポリマー）に、電解液を保持させたものをいう。なお、本願では、イオン伝導性を有し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、前記ゲル高分子電解質に含まれるものとする。用いられる電解液（電解質塩および可塑剤）の種類等は特に制限されない。

また、電解質層１９がゲル高分子電解質からなる場合、前記電解質層１９は、ゲル原料溶液を不織布などのセパレータに浸透させた後、上記の種々の方法を用いて重合することにより形成されたものであってもよい。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、電池内部の熱伝導性が確保される。なお、本願においては、イオン伝導性高分子（ホストポリマー）が重合する前であっても、「ゲル高分子電解質」に含まれるものとする。

集電体１３は、バイポーラ電池１１の電池要素２１において、上記で説明した単電池２３のそれぞれを挟持する、金属製の部材である。すなわち、電池要素２１においては、集電体１３／正極層１５／電解質層１９／負極層１７／集電体１３の順に、積層される。言い換えれば、電池要素２１においては、集電体１３の片面に正極層１５が形成され、他方の面に負極層１７が形成されてなるバイポーラ電極１１が、電解質層１９を介して複数積層されている。

集電体１３は、アルミ箔、銅箔、ステンレス（ＳＵＳ）箔など、導電性の材料から構成される。集電体１３の一般的な厚さは、１０〜２００μｍである。ただし、この範囲を外れる厚さの集電体１３を用いてもよい。集電体１３の大きさは、バイポーラ電池１１の使用用途に応じて決定される。大型の電池に用いられる大型の電極を作製するのであれば、面積の大きな集電体１３が用いられる。小型の電極を作製するのであれば、面積の小さな集電体１３が用いられる。

フレーム１が充分な剛性を保つことができるのであれば、フレーム１を構成する材料等の具体的な形態は、特に制限されない。フレーム１を構成する材料としては、例えば、高分子材料およびセラミックス材料等の絶縁性の材料や、金属材料等の導電性の材料などが挙げられる。新たに開発された材料が用いられてもよい。なお、フレーム１は、自ら製造したものを用いてもよく、市販のものを用いてもよい。

本発明においては、図４〜図９に示すように、フレーム１の少なくとも１つを構成する材料は、導電性の材料であることが好ましい。図４〜図９に示す形態においては、フレームＡ１ａ、フレームＣ１ｃ、およびフレームＤ１ｄは、絶縁性の材料である樹脂で構成されており、フレームＢ１ｂは、導電性の材料である金属材料で構成されている。なお、隣接する集電体１３間を絶縁するため、隣接する集電体１３間に位置するフレームＡ１ａおよびフレームＢ１ｂの少なくとも一方は絶縁性の材料からなる必要があるが、これを満足するのであれば、その他の形態は特に制限されず、種々の形態が採用されうる。

フレーム１を構成する絶縁性の材料としては、成形性に優れ、充分な剛性も有しているという点で、樹脂、セラミックス、エラストマー材、各種ゴム材、並びにこれらの複合材料等が好ましい。また、フレーム１を構成する導電性の材料としては、例えば、金属材料や、導電性プラスチック、カーボン等が例示される。さらに、前記金属材料としては、ステンレス（ＳＵＳ）、チタン、銅、およびアルミニウム等が例示される。なお、各フレーム１は、その全体が単一の材料のみからなることが、製造が容易であることから好ましいが、これに制限されない。例えば、フレーム１は、金属等の導電性の材料からなる骨格を、樹脂等の絶縁性の材料で被覆してなるものであってもよい。

また、本発明の一般的な形態においては、集電体１３の上面に接して前記集電体１３を挟持するフレームＡ１ａ、集電体１３の下面に接して前記集電体１３を挟持するフレームＢ１ｂ、電池要素２１の最上部に位置する１個のフレームＣ１ｃ、および電池要素２１の最下部に位置する１個のフレームＤ１ｄの４種のフレーム１が用いられるが、フレーム１の材質等の具体的な形態は、フレーム１ごとに同一であってもよく、異なっていてもよい。

以下、フレーム１の少なくとも１つを導電性の材料で構成することによる効果につき、説明する。

上記で説明したように、バイポーラ電池においては、単電池２３間の電圧を検知する目的で、各集電体１３に電圧検知タブ３７を接続することが好ましい。ここで、フレーム１は集電体１３と接触していることから、フレーム１を導電性の材料で構成することで、前記電圧検知タブ３７の設置が極めて容易になる。すなわち、フレーム１を樹脂等の絶縁性の材料で構成した場合には、フレーム１の内部に位置する集電体１３に電圧検知タブ３７を接続し、これをさらにフレーム１の外部へ導出させる必要がある。これに対し、フレーム１を導電性の材料で構成すれば、前記フレーム１を介して単電池２３間の電圧を検知することができることから、電圧検知タブ３７はフレーム１の外部に設置されうる。場合によっては、電圧検知タブ３７を設けずに、フレーム１に直接電圧検知用リードを接続し、これを用いて単電池２３間の電圧を検知してもよい。

また、一般に、バイポーラ電池の使用に伴って、電池要素２１の内部の温度が上昇し、電極の活物質等の劣化が進行する場合がある。ここで、金属材料等の導電性の材料は、樹脂等の絶縁性の材料と比較して、放熱性に優れる。このため、フレーム１の少なくとも１つを導電性の材料で構成すると、電池要素２１の放熱性が向上する。その結果、電池要素２１の内部における温度上昇が抑制され、活物質等の劣化が効率的に防止されうる。

さらに、金属材料等の導電性の材料は、樹脂等の絶縁性の材料と比較して、一般に剛性が高い。このため、フレーム１の少なくとも１つを導電性の材料で構成すると、電池要素２１全体の剛性が向上する。その結果、バイポーラ電池の耐振動性が向上する。また、バイポーラ電極１１の集電体１３を剛性の高いフレーム１により挟持し、これを用いてバイポーラ電池を製造することで、電池要素２１作製時の積層体の剛性も向上し、簡便かつ迅速に電池要素２１を作製することが可能となる。

上述したように、本発明において、各集電体１３は、２枚のフレーム１によって挟持されることで、隣接する他の集電体１３と、絶縁されている。これにより、隣接する集電体間の短絡（液絡）が効率的に防止されうる。しかし、必要であれば、各単電池２３の周囲に絶縁性の材料からなる絶縁層が配置されてもよい。この絶縁層は、電池内で隣り合う集電体どうしが接触したり、電池要素における単電池の端部の僅かな不ぞろいなどによる短絡が起こるのを防止する目的で設けられる。かような絶縁層の設置により、長期間の信頼性および安全性が確保され、高品質のバイポーラ電池が提供されうる。

また、本発明のバイポーラ電池においては、例えば図３および図４に示すように、電流を取り出す目的で、正極用タブ２９が正極用最外層集電体２５に、負極用タブ３１が負極用最外層集電体２７に、接合される。

タブの材質は、特に制限されず、従来バイポーラ電池に用いられている公知の材質が用いられうる。例えば、アルミニウム、銅、チタン、ニッケル、ステンレス鋼（ＳＵＳ）、これらの合金等が例示される。なお、正極用タブ２９と負極用タブ３１とでは、同一の材質が用いられてもよいし、異なる材質が用いられてもよい。

本発明のバイポーラ電池においては、使用時の外部からの衝撃や環境劣化を防止するために、電池要素２１は、好ましくは電池ケース等の電池外装体に収容される。前記電池外装体としては、特に制限されず従来公知の外装体が用いられうる。自動車の熱源から効率よく熱を伝え、電池内部を迅速に電池動作温度まで加熱しうる点で、好ましくは、熱伝導性に優れた高分子−金属複合ラミネートフィルム等が用いられうる。

かかる電池外装体に電池要素２１を収容するには、前記電池外装体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、前記電池要素２１を密封状態で収容することが好ましい。この際、正極用タブ２９および負極用タブ３１は、前記熱融着により接合された部位に挟まれて前記電池外装体の外部に導出される。

フレーム１に電圧検知タブ３７が設けられる場合、電圧検知タブ３７の材質としては、上記の正極用タブ２９および負極用タブ３１と同様のものが用いられうる。また、電池外装体の外部において電圧を検知するために、各電圧検知タブ３７には、電圧検知用リードが接続されることが好ましい。電圧検知タブ３７に接続された電圧検知用リードは、正極用タブ２９および負極用タブ３１と同様に、電池外装体の外部に導出される。

また、図４に示すように、フレーム１どうしが隣接している部位に、緩衝材３９が配置される場合、前記緩衝材３９の材質等の具体的な形態は特に制限されない。効率的に振動を吸収しうるという観点から、前記緩衝材３９は、弾性体からなることが好ましい。前記弾性体としては、ゴム、エラストマー、高分子樹脂等が例示される。前記弾性体として好ましくは、シリコンゴム、フッ素ゴム、およびエチレンプロピレンゴム等が挙げられる。これらの材料は、振動の吸収能に優れるのみならず、電解液に接触しても耐蝕性に優れ、さらには使用時の減圧環境および８０℃程度の高温環境に対する耐性にも優れるためである。

本発明のバイポーラ電池は、複数個連結されて組電池を形成しうる。すなわち、本発明の第２は、本発明のバイポーラ電池を含む、組電池である。前記組電池において、本発明のバイポーラ電池は、その複数個が、または他の電池と組み合わせて、並列接続、直列接続、並列−直列接続または直列−並列接続により接続されてなる。これにより、種々の車両用ごとの容量および電圧の要望に対して、基本のバイポーラ電池を様々に組み合わせることで対応することが可能となる。その結果、必要なエネルギーおよび出力を設計することが容易になる。そのため種々の車両用ごとに異なるバイポーラ電池を設計、生産する必要がなく、基本となるバイポーラ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。

また、本発明の組電池は、本発明のバイポーラ電池と、前記バイポーラ電池と正負極電極材料が同一であって、前記バイポーラ電池の構成単位数直列接続されることにより電圧が同一とされた電池（好ましくはバイポーラ型でないリチウムイオン二次電池（本明細書中、「一般リチウムイオン二次電池」とも称する））と、を並列に接続したものであってもよい。すなわち、本発明の組電池を形成する電池には、本発明のバイポーラ電池と一般リチウムイオン二次電池等とが混在していても良い。これにより、出力重視のバイポーラ電池と、エネルギー重視の一般リチウムイオン二次電池との組み合わせで、お互いの弱点を補う組電池が形成され、組電池の軽量化およびコンパクト化が図られる。それぞれのバイポーラ電池と一般リチウムイオン二次電池と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、出力性能に応じて適宜決定されうる。

さらに、上記の組電池を少なくとも２以上直列、並列、または直列と並列の複合接続することで、複合組電池を形成してもよい。これにより、新たに組電池を作製することなく、使用目的ごとの電池容量や出力に対する要求に比較的安価に対応することが可能となる。また、組電池が複数直並列接続されてなる複合組電池は、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のみで修理が完了しうる。

なお、本発明の組電池および複合組電池のその他の構成および製造方法等の具体的な形態は、何ら制限されず、従来公知の一般リチウムイオン二次電池を用いた組電池および複合組電池の構成および製造方法等と同様の形態が適宜適用されうる。例えば、特開２００３−３０３５８３号公報に記載されているような、従来公知の組電池および複合組電池の構成および製造方法が利用されうる。

上記のバイポーラ電池、組電池、複合組電池は、例えば、電気自動車（ＥＶ）、シリーズまたはパラレルハイブリッド電気自動車（ＨＥＶ）、燃料電池自動車、ハイブリッド燃料電池自動車等に搭載され、高エネルギー密度、高出力密度が求められる車両駆動用電源や補助電源として好適に利用されうる。前記バイポーラ電池、組電池、複合組電池のうち少なくとも１つが車両に搭載される場合には、特に制限されないが、車両中央部の座席下、車両の床下、トランクルーム、エンジンルーム、屋根、ボンネットフード内等に設置されうる。

本発明のバイポーラ電池の製造方法は、特に制限されないが、好ましくは、以下の方法により製造されうる。すなわち、本発明の第３は、集電体の片面に正極層が形成され、他方の面に負極層が形成されてなるバイポーラ電極が、電解質層を介して積層されてなる電池要素を有するバイポーラ電池の製造方法であって、連結可能な２枚のフレームにより、前記バイポーラ電極を挟持して、バイポーラ電極−フレーム複合体を作製する工程（１）と、前記バイポーラ電極−フレーム複合体と、電解質層とを交互に積層して、積層体を作製する工程（２）と、前記積層体の積層方向に隣接する前記フレームどうしを連結して、前記電池要素を作製する工程（３）とを有する、バイポーラ電池の製造方法である。

以下、本発明の製造方法について、各工程に沿って詳細に説明する。しかし、以下の説明における工程の順序はあくまでも説明のためのものであり、本発明の製造方法における工程の順序を規定するものと解釈されるべきではない。

＜バイポーラ電極の作製＞
まず、バイポーラ電極１１を作製する。

バイポーラ電極１１は、集電体１３の片面に正極層１５を形成し、他方の面に負極層１７を形成することにより、作製されうる。集電体１３の片面に正極層１５を形成する形態としては、例えば、正極用組成物を調製し、その後に、集電体１３の片面上に前記正極用組成物を塗布し、乾燥および重合させる形態が例示される。負極層１７の形成についても同様である。以下、より詳細に説明する。また、負極用最外層集電体２７の有する負極層１７、および正極用最外層集電体２５の有する正極層１５を形成する形態についても、以下の形態が同様に採用されうる。なお、この形態において用いられる集電体１３、正極層１５、および負極層１７の具体的形態は特に制限されず、本発明の第１において好ましい形態として説明した形態が例示される。このため、ここでは説明を省略する。

正極用組成物は通常はスラリー（正極用スラリー）として得られ、集電体１３（正極用最外層集電体２５を含む）の片面に塗布される。

正極用スラリーは、正極活物質を含む溶液である。また、正極用スラリーは、正極活物質および溶媒の他にも、必要であれば、導電助剤、バインダ、重合開始剤、ゲル高分子電解質の原料であるイオン伝導性高分子（ホストポリマー）、およびリチウム塩等を含んでもよい。正極用スラリーは、例えば、正極活物質を含む溶媒中に、バインダ、導電助剤を添加し、ホモミキサー等で攪拌することによって調製されうる。

正極活物質、導電助剤、バインダ、イオン伝導性高分子（ホストポリマー）、およびリチウム塩に関しては、基本的に本発明のバイポーラ電池の構成要件である正極層の項で説明した内容と同様の形態が用いられうるため、ここでは説明を省略する。

溶媒としては、Ｎ−メチル−２−ピロリドン（ＮＭＰ）、ｎ−ピロリドン等のスラリー粘度調整用溶媒が挙げられ、正極用スラリーの種類に応じて適宜選択されうる。

正極活物質、リチウム塩、導電助剤等の添加量は、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されうる。

上記で調製された正極用スラリーを集電体上に塗布した後、乾燥させて、含まれる溶媒を除去する。

正極用スラリーを集電体１３上に塗布するには、例えば、得られる正極層１５の厚さが１０〜２００μｍとなるように、コーター、スクリーン印刷法等の従来公知の方法が用いられうる。

集電体１３上に塗布された正極用スラリーを乾燥させるには、真空乾燥機等の従来公知の装置が用いられうる。この際の乾燥条件は、塗布された正極用スラリーの性質に応じて適宜決定されうる。

形成された正極層１５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によりプレスされることが好ましい。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あってもよい。熱間でプレスロールする場合は、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ことが望ましい。プレス圧力は線圧で２００〜１０００ｋｇ／ｃｍで行うことが望ましい。

次に、集電体１３の正極層１５が作製された面の他方の面に負極層１７を形成する。この際には、例えば、上記で説明した正極層１５の形成と同様に、負極用組成物を調製した後に、前記負極用組成物を集電体１３上に塗布し、乾燥させることによって、負極層１７が形成されうる。以下、より詳細に説明する。

負極用組成物は通常はスラリー（負極用スラリー）として得られ、集電体１３（負極用最外層集電体２７を含む）の正極層１５が作製された面とは反対の面に塗布される。

負極用スラリーは、負極活物質を含む溶液である。また、負極用スラリーは、負極活物質および溶媒の他にも、必要であれば、導電助剤、バインダ、重合開始剤、ゲル高分子電解質の原料であるイオン伝導性高分子（ホストポリマー）、およびリチウム塩等を含んでもよい。使用される原料や添加量については、「正極用組成物の調製」において説明したものと同様の形態が用いられるため、ここでは説明を省略する。

上記で調製された負極用スラリーを集電体に塗布した後、乾燥させて、含まれる溶媒を除去する。塗布方法、乾燥条件等については、「正極層の作製」において説明したものと同様の形態が用いられるため、ここでの説明は省略する。

また、上記「正極層の形成」において説明したプレス操作は、例えば、集電体１３の片面に正極層１５を形成し、他面に負極層１７を形成した後に、正極層１５および負極層１７をまとめて行ってもよい。また、集電体１３の片面に正極層１５を形成した後にプレス操作してもよいし、集電体１３の片面に負極層１７を形成した後にプレス操作してもよいなど、プレス操作の対象や時期等の形態は、必要に応じて適宜選択されうる。また、プレス条件については、正極層１５または負極層１７単独の場合でも、正極層１５および負極層１７をまとめて行う場合であっても、上記「正極層の形成」の項で説明した範囲内において適宜選択されうる。

上記で作製されたバイポーラ電極１１は、所望のサイズに切り出され、以下の工程において電池要素２１を形成するために用いられる。

＜バイポーラ電極−フレーム複合体の作製＞
続いて、バイポーラ電極−フレーム複合体２を作製する。

まず、上記で作製したバイポーラ電極１１を挟持しうる、連結可能な２枚のフレーム１ａ，１ｂを準備する。かようなフレームは特に制限されないが、例えば、本発明の第１のバイポーラ電池において採用されるフレーム１が例示される。フレーム１の作製方法は特に制限されないが、例えば、樹脂の射出成形、ブロー成形、金属板のプレス成形および削り出し成形、セラミックスの焼結成形等によって作製されうる。また、フレーム１が金属材料からなる場合には、金属板をプレスすることにより、フレーム１を形成することが可能である。かような形態は、コスト削減の観点からは好ましい。以下、本発明の第１のバイポーラ電池において採用されるフレーム１を用いる製造方法について説明するが、下記の形態のみには制限されない。

また、必要であれば、本発明の第１において説明したように、フレーム１に電圧検知タブ３７を設けてもよく、緩衝材３９を配置してもよく、通気口４１を設けてもよい。これらの具体的な形態としては、本発明の第１の説明の欄において説明した形態が同様に用いられうる。また、これらを設ける方法についても特に制限されない。例えば、電圧検知タブ３７は、金属箔を接着、蒸着、またはメッキしたり、金属ワイヤーを接合させたりすることによって設けられうる。緩衝材３９は、緩衝材を接着剤により接着したり、フレームと緩衝材とを一体成形することによって配置されうる。通気口４１は、穴あけ加工や、削り出し成形などによって設けられうる。

その後、準備した２枚のフレーム１ａ，１ｂにより、上記で作製したバイポーラ電極１１を挟持して、バイポーラ電極−フレーム複合体２を作製する。この際、バイポーラ電極１１の周縁部の電極層１５，１７を剥離させて集電体１３の周縁部を露出させ、露出した集電体１３の周縁部をフレーム１により挟持してもよい。挟持は、手動の方法により行われてもよく、半自動または全自動の工程により行われてもよい。また、バイポーラ電極１１が挟持されることによりフレーム１とバイポーラ電極１１とが接触する部位を、接着させてもよいし、接着させなくてもよい。なお、フレーム１によってバイポーラ電極１１を挟持する際には、以下の工程において電池要素２１を形成することが可能であれば、正極層１５および負極層１７のいずれが上を向くように挟持してもよい。また、ここでいう「バイポーラ電極」には、集電体１３の片面のみに正極層１５または負極層１７のいずれかが形成されてなる正極用最外層集電体２５および負極用最外層集電体２７も含まれるものとする。すなわち、図４を例に挙げて説明すると、電池要素２１の最上部に位置する正極用最外層集電体２５は、前記正極用最外層集電体２５の下面に接してこれを挟持するフレームＢ１ｂと、上面に接してこれを挟持しうるフレームＣ１ｃとによって、挟持される。また、電池要素２１の最下部に位置する負極用最外層集電体２７は、前記負極用最外層集電体２７の上面に接してこれを挟持しうるフレームＡ１ａと、下面に接してこれを挟持しうるフレームＤ１ｄとによって、挟持される。

＜電解質層の作製＞
さらに、電解質層１９を作製する。

電解質層１９は、例えば、セパレータに、イオン伝導性高分子（ホストポリマー）を含むゲル原料溶液を浸透させた後、前記イオン伝導性高分子（ホストポリマー）を重合させることにより、形成される。よって以下、かかる形態を例に挙げて説明するが、この形態のみには制限されず、本発明の第１のバイポーラ電池の構成の欄において説明された形態が用いられてもよい。例えば、以下の実施例において採用されるように、セパレータに前記ゲル原料溶液を浸透させた後、イオン伝導性高分子（ホストポリマー）を重合させずに、以下の積層体の形成工程に用いてもよい。この場合、積層体を作製した後に、種々の重合方法を用いて、イオン伝導性高分子（ホストポリマー）を重合させてもよい。

電解質層１９に用いられるセパレータとしては、厚みが５〜２５μｍ程度の微孔性ポリエチレンフィルム、微孔性ポリプロピレンフィルム、微孔性エチレン−プロピレン−コポリマーフィルムなど一般的に用いられているものが挙げられる。

前記ゲル原料溶液は、ゲル高分子電解質の原料であるイオン伝導性高分子（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である。ホストポリマー、リチウム塩等は、本発明のバイポーラ電池の正極層１５の説明において説明したものと同様の形態が用いられるため、ここではその説明を省略する。

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されうる。特に制限されないが、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（ＡＩＢＮ）等が挙げられる。また、溶媒としては、特に制限されないが、例えば、Ｎ−メチル−２−ピロリドン（ＮＭＰ）、およびｎ−ピロリドンなどのスラリー粘度調整用溶媒等が挙げられる。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適宜決定されうる。通常は、上記ホストポリマーに対して０．０１〜１質量％程度である。

ゲル原料溶液の浸透は、例えば、セパレータをゲル原料溶液に浸漬させることにより、またはセパレータにゲル原料溶液を注入することにより行われうる。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うる。また、アプリケーターやコーター等を用いることで微量の供給も可能である。

その後、ゲル原料溶液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）させる。なかでも、簡便かつ確実に重合を行うことができる点で、好ましくは熱重合が行われうる。乾燥および熱重合の際には、真空乾燥機等の従来公知の装置が用いられうる。乾燥および熱重合の条件はゲル原料溶液の性質に応じて適宜決定されうる。得られる電解質層の幅は、単電池を構成する電極のサイズよりも若干小さくすることが一般的であるが、特に制限されない。

＜積層体の作製＞
続いて、積層体を作製する。

積層体は、上記で形成したバイポーラ電極−フレーム複合体２と、同じく上記で作製した電解質層１９とを、交互に積層することにより、作製されうる。

ここで、バイポーラ電池を製造する従来の方法においては、上記で説明したようなフレーム１を用いることなく、単にバイポーラ電極１１と電解質層１９とを交互に積層して、積層体を作製するのが一般的であった。また、積層体を作製する際の剛性は、バイポーラ電極１１の集電体１３によるものであった。しかしながら、一般に、集電体１３は極めて薄く、可撓性であるために、電解質層１９上への積層時に所定の位置へ積層することが困難であり、作り損じが発生する場合もあった。

これに対し、本発明のバイポーラ電池を製造する際には、上記で説明したようなフレームを用いてバイポーラ電極−フレーム複合体を作製し、これを用いて積層体を作製することによって、バイポーラ電極の取り回しが容易になり、作り損じも抑制されうる。その結果、極めて迅速にバイポーラ電池を製造することが可能となり、作り損じにより生じていたコストも削減されうる。

積層体を作製する際に積層されるバイポーラ電極−フレーム複合体２および電解質層１９の数は、特に制限されず、製造されるバイポーラ電池の電圧が所望の値となるように適宜調整されうる。本発明のバイポーラ電池の全体電圧は、好ましくは１０〜５００Ｖ、より好ましくは４０〜４００Ｖである。

続いて、前記積層体の積層方向に隣接するフレーム１どうしを連結させて、電池要素２１を作製する。前記フレーム１を連結させる具体的な形態は、特に制限されない。例えば、本発明の第１のバイポーラ電池の説明の欄において説明した形態が例示される。また、フレームどうしを連結させる工程は、上記で説明した積層体を作製する工程と並行して行われてもよく、積層体を作製する工程の後に、独立して行われてもよい。

なお、電池要素２１の作製は、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、窒素等の不活性雰囲気下で行うことが好ましい。

以下、電池要素２１を作製する好ましい一形態について、図面を参照して詳細に説明する。図１１は、本発明の第１実施形態のバイポーラ電池の製造方法の好ましい一形態を示す模式断面図である。図１１に示す形態により製造されるバイポーラ電池は、図４の形態を示す。

まず、本発明の第１において用いられるフレームＡ１ａおよびフレームＤ１ｄを準備する。次いで、前記フレームＡ１ａおよびフレームＤ１ｄにより、片面に負極層１７のみが形成された負極用最外層集電体２７を、前記負極層１７が上を向くように挟持し、バイポーラ電極（負極用最外層集電体）−フレーム複合体を作製する。なお、ここでは、負極用最外層集電体２７が最下層に位置し、正極用最外層集電体２５が最上層に位置するバイポーラ電池の電池要素２１を、下から順に積層することにより作製する場合を例に挙げて説明するが、この形態のみに制限されず、場合によっては、正極用最外層集電体２５を最下層に配置し、下から順に積層して電池要素２１を作製してもよい。

本発明の第１のバイポーラ電池の説明の欄においても説明したように、図１１に示す形態において、フレームＡ１ａは、下部に位置するフレームＤ１ｄと連結するための連結部５として、凸部５ａをその下部に有しており、これに対応して、フレームＤ１ｄは、上部に位置するフレームＡ１ａと連結するための連結部５として、凹部５ｂをその上部に有している。したがって、前記フレームＡ１ａおよび前記フレームＤ１ｄによりバイポーラ電極１１を挟持する際には、フレームＡ１ａの有する連結部５である凸部５ａを、フレームＤ１ｄの有する連結部５である凹部５ｂに嵌合させることにより、前記フレームＡ１ａと前記フレームＤ１ｄとが連結される。これは、以下で説明する、バイポーラ電極１１を挟持するための各フレーム１についても同様である。

続いて、前記負極層１７上に、電解質層１９を積層する。

さらに、バイポーラ電極１１が、本発明の第１において用いられるフレームＡ１ａおよびフレームＢ１ｂにより挟持されてなるバイポーラ電極−フレーム複合体を、前記電解質層状に積層する。この際、バイポーラ電極１１は、負極層１７が上を向くようにフレームＡ１ａおよびフレームＢ１ｂにより挟持されており、前記バイポーラ電極−フレーム複合体を前記電解質層１９上に積層することにより、負極層１７、電解質層１９、および正極層１５が下からこの順に積層されてなる単電池が１層形成される。

なお、本発明の第１のバイポーラ電池の説明の欄においても説明したように、図１１に示す形態において、フレームＡ１ａは、上部に位置するフレーム１と連結するための連結部５として、凹部５ｂをその上部に有しており、一方、フレームＢ１ｂは、下部に位置するフレーム１と連結するための連結部５として、凸部５ａをその下部に有している。したがって、前記バイポーラ電極−フレーム複合体２を積層する際には、同時に、積層方向に隣接するフレーム１どうし（例えば、図１１に示すフレーム１ａ”およびフレーム１ｂ”）が連結される。すなわち、図１１に示す形態においては、電解質層１９上にバイポーラ電極−フレーム複合体２を積層する工程と、積層方向に隣接するフレーム１どうしを連結する工程とは、並行して行われる。しかし、この形態のみには制限されない。例えば、本発明の第１の説明の欄において、図７や図９を参照して説明したように、各フレーム１が連結部５として積層方向の穴を有し、棒状の支持体により連結される形態や、各フレーム１が連結部５を有さず、外部支持体によりカシメ固定される形態においては、各フレーム１は、積層体を形成した後に、連結されうる。

続いて、上記で説明した、電解質層１９とバイポーラ電極−フレーム複合体とを交互に積層する工程を繰り返すことにより、単電池２３がもう１層形成され、計２層となる。さらに単電池２３の数を増やしたい場合には、この工程を所望の回数繰り返せばよい。この際の具体的な形態は上記の説明と同様であるため、ここでは説明を省略する。

さらに、最上層に位置するバイポーラ電極１１の負極層１７上に、電解質層１９を積層する。この工程も、上記で説明したのと同様に行われうる。

一方、本発明の第１において用いられるフレームＢ１ｂおよびフレームＣ１ｃを準備する。次いで、前記フレームＢ１ｂおよびフレームＣ１ｃにより、片面に正極層１５のみが形成された正極用最外層集電体２５を、前記正極層１５が下を向くように挟持し、バイポーラ電極（正極用最外層集電体）−フレーム複合体を作製する。

最後に、上記で作製されたバイポーラ電極（正極用最外層集電体）−フレーム複合体を、積層体の最上部に位置する電解質層１９上に、正極用最外層集電体２５に形成された正極層１５と前記電解質層１９とが向き合うように、積層させて、電池要素２１を完成させる。この際、上記で説明したのと同様に、フレームＢ１ｂは、下部に位置するフレームＡ１ａと連結するための連結部５として、凸部５ａをその下部に有しており、フレームＡ１ａは、上部に位置するフレームＢ１ｂと連結するための連結部５として、凹部５ｂをその上部に有している。したがって、前記バイポーラ電極（正極用最外層集電体）−フレーム複合体を積層する際には、同時に、積層方向に隣接するフレーム１どうしが連結される。

以上、電池要素２１を作製する好ましい一形態について説明したが、上記の形態のみに制限されるべきではない。

例えば、セパレータへのゲル原料溶液の浸透およびホストポリマーの重合は、積層体の完成後に行われてもよい。すなわち、本発明のバイポーラ電池の製造方法において、未完成のセパレータのみを積層して電池要素２１を形成し、その後に、電池要素２１の内部にイオン伝導性高分子を含むゲル原料溶液を注入してセパレータに浸透させた後、イオン伝導性高分子を重合させて、電解質層１９を完成させてもよい。

すなわち、本発明の第４は、集電体の片面に正極層が形成され、他方の面に負極層が形成されてなるバイポーラ電極が、電解質層を介して積層されてなる電池要素を有するバイポーラ電池の製造方法であって、連結可能な２枚のフレームにより、前記バイポーラ電極を挟持して、バイポーラ電極−フレーム複合体を作製する工程（１）と、前記バイポーラ電極−フレーム複合体と、セパレータとを交互に積層して、積層体を作製する工程（２）と、前記積層体の積層方向に隣接する前記フレームどうしを連結させる工程（３）と、
前記セパレータに、イオン伝導性高分子を含むゲル原料溶液を浸透させ、前記イオン伝導性高分子を重合させて、電池要素を作製する工程（４）とを有する、バイポーラ電池の製造方法である。

本発明の第４の製造方法においては、電解質層１９に代えてセパレータを積層し、ゲル原料溶液の注入、およびイオン伝導性高分子（ホストポリマー）の重合を、積層体の作成後に行って、電池要素２１を作製すること以外は、本発明の第３の製造方法の説明の欄において説明した形態が同様に用いられうる。このため、ここでは説明を省略する。

本発明の第３および第４の製造方法は、必要であれば、隣接する集電体１３間の短絡（液絡）を防止するための絶縁層を形成する工程をさらに有していてもよい。絶縁層を形成する工程の具体的な形態は特に制限されず、適宜決定されうる。例えば、上記で説明した電解質層１９とバイポーラ電極−フレーム複合体とを交互に積層する工程において、電解質層１９の積層前または積層後に、絶縁層を構成する樹脂等の絶縁体からなる枠体形状のシートを、集電体１３の周縁部に配置する形態が例示される。また、可能であれば、前記絶縁層の配置後に、電池要素２１を熱加圧することにより、前記絶縁層を熱融着させて、集電体１３と接着させてもよい。

本発明の製造方法は、上記の積層体にタブを接合させ、タブの接合した積層体を電池外装材で封止する工程をさらに有していてもよい。以下、かかる工程の好ましい形態について説明するが、下記の形態のみには制限されない。

積層体の正極側および負極側の最外層集電体２５，２７上にそれぞれ、正極用タブ２９および負極用タブ３１を接合させる。

正極用タブ２９および負極用タブ３１を最外層集電体２５，２７に接合させる、および、電圧検知タブ３７を各集電体１３（または各フレーム１）に接合させる、具体的な方法は、特に制限されず従来公知の溶接接続等の接続方法が用いられうる。溶接接続としては、例えば、超音波溶接、スポット溶接等が用いられうる。なかでも、超音波溶接が好ましく用いられる。超音波溶接は、接合される部分に高周波振動を与えることによって金属の原子を拡散させ、再結晶させることによって機械的な接合を行う方法である。このため、同種、異種の金属の重ね溶接に対して非常に効果的である。また、接合時に高い温度に達することなく、接合面の最高温度は融点の３５〜５０％程度に抑えられるため、高温溶接時の母材の溶融やもろい鋳造組織の形成等の問題が生じない。

さらに、電池要素２１全体を電池ケース等の電池外装体で封止することにより、バイポーラ電池の完成としてもよい。これにより、外部からの衝撃に対する耐性が向上し、環境劣化が防止される。封止の際には、正極用タブ、負極用タブ、および電圧検知タブの一部が電池外部に取り出される。

以下、実施例により本発明をより詳細に説明する。ただし、以下の実施例は本発明の最良の形態を例示するためのものであり、本発明の技術的範囲は下記の形態のみには限定されない。

＜電池作成例＞
実施例１
以下の方法により、図４に示す構造１の電池要素を有するバイポーラ電池を作製した。

＜バイポーラ電極の作製＞
まず、ステンテス（ＳＵＳ）製の集電体（厚さ：２０μｍ）を準備した。

次いで、正極活物質としてＬｉＭｎ_２Ｏ_４（平均粒子径：２０μｍ）、導電助剤としてグラファイト、およびバインダとしてＰＶｄＦを、スラリー粘度調整溶媒であるＮ−メチル−２−ピロリドン（ＮＭＰ）に添加し、ホモジナイザーでよく撹拌混合して、正極用スラリーを調製した。前記正極用スラリーを脱泡機により脱泡し、コーターを用いて前記集電体上に塗布して、正極層を形成させた。正極活物質、導電助剤およびバインダの添加量の質量比（正極活物質：導電助剤：バインダ）は、９０：４：６であり、スラリー粘度調整溶媒は、前記正極活物質、導電助剤およびバインダの混合物に対して等質量使用した。

次に、負極活物質として非結晶性炭素材料ハードカーボン（平均粒子径：２０μｍ）、およびバインダとしてＰＶｄＦを用いて、前記正極層と同様の方法および装置により、前記集電体の正極層を形成させた面と反対の面上に、負極層を形成させ、バイポーラ電極を作製した。負極活物質およびバインダの添加量の質量比（負極活物質：バインダ）は、９０：１０であった。

正極層および負極層はロールプレスにより軽くプレスし、それぞれ１００μｍの厚さとした。また、このバイポーラ電極を１３０ｍｍ×８０ｍｍの矩形に切断した後、正極層および負極層ともに、周縁部を１０ｍｍの幅で剥離し、集電体であるステンレス（ＳＵＳ）の表面を露出させた。なお、両最外層のバイポーラ電極の外側の面には電極を形成させず、集電体表面が露出した最外層集電体とした。

＜ゲル高分子電解質層の作製＞
プロピレンカーボネート（ＰＣ）とエチレンカーボネート（ＥＣ）との等容積混合液を用意し、これにリチウム塩としてＬｉＢＥＴＩ（ＬｉＮ（ＳＯ_２Ｃ_２Ｆ_５）_２）を１．０Ｍの濃度となるように添加して電解液とした。これらに、ポリマー前駆体としてイオン伝導性高分子であるポリエチレンオキシド（ＰＥＯ）とポリプロピレンオキシド（ＰＰＯ）との共重合体（平均分子量：７５００〜９０００）、および重合開始剤としてパーオキシエステルをさらに添加して、プレゲル溶液を調製した。なお、前記プレゲル溶液中の、ＰＣおよびＥＣの等容積混合液と、ＰＥＯおよびＰＰＯの共重合体との質量比（ＰＣ＋ＥＣ：ＰＥＯ＋ＰＰＯ）は、９０：１０であり、パーオキシエステルの添加量は、添加前のプレゲル溶液の全量に対して、１０００〜３０００ｐｐｍであった。

前記プレゲル溶液を、セパレータであるポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）製不織布（厚さ：１００μｍ、大きさ：１３０ｍｍ×８０ｍｍ）に浸漬させて、ゲル高分子電解質層を作製した。

＜構造１の電池要素の作製＞
集電体を固定するためのフレームとして、図４に示すフレームＡ１ａを１０個、フレームＢ１ｂを１０個、フレームＣ１ｃを１個、およびフレームＤ１ｄを１個準備した。なお、フレームＡ、フレームＣ、およびフレームＤはアクリル系樹脂により構成し、フレームＢは、導電性の金属材料であるステンレス（ＳＵＳ）により構成した。

フレームＡの厚さ（図４および図１１中の長さＬ_１）は約２００μｍとし、フレームＢ、フレームＣ、およびフレームＤの厚さ（図４および図１１中の長さＬ_２）はそれぞれ約１００μｍとした。

まず、片面に負極層のみが形成された負極用最外層集電体を、その上面に位置するフレームＡおよびその下面に位置するフレームＣにより、前記負極層が上を向くように挟持し、バイポーラ電極（負極用最外層集電体）−フレーム複合体を作製した。

また、片面に正極層のみが形成された正極用最外層集電体を、その上面に位置するフレームＤおよびその下面に位置するフレームＢにより、前記正極層が下を向くように挟持し、バイポーラ電極（正極用最外層集電体）−フレーム複合体を作製した。

さらに、バイポーラ電極を、その上面に位置するフレームＡおよびその下面に位置するフレームＢにより、集電体の片面に形成された正極層が上を向くように挟持し、バイポーラ電極−フレーム複合体を９個作製した。

次いで、前記バイポーラ電極（負極用最外層集電体）−フレーム複合体の負極層上に、上記で作製したゲル高分子電解質層を積層した。

さらに、上記で作製したバイポーラ電極−フレーム複合体、および上記で作製したゲル高分子電解質層を交互に積層する操作を、電解質層が１０層積層されるまで繰り返した。この際、フレームＢの有する連結部である凸部を、下部に位置するフレームＡの有する連結部である凹部に嵌合させることにより、隣接するフレームどうしを連結させた。

最後に、最上部に積層された電解質層上に、上記で作製したバイポーラ電極（正極用最外層集電体）−フレーム複合体を、正極層が下を向くように積層し、構造１の電池要素を作製した。この際にも、フレームＢの有する連結部である凸部を、下部に位置するフレームＡの有する連結部である凹部に嵌合させることにより、隣接するフレームどうしを連結させた。

なお、各フレームＢには、銅製の電圧検知タブ（厚さ：１０μｍ）を接続した。また、各フレームＢの上面には、全周にわたって、図４に示すようなフッ素ゴム製の緩衝材（厚さ約５０μｍ）を配置した。さらに、図４に示すように、フレームと集電体とが隣接している部位、およびバイポーラ電極−フレーム複合体が隣接している部位には、幅約２０μｍの溝を設け、前記溝には、ポリエステル製のパッキン（直径：約２０μｍ）を配置した。

＜バイポーラ電池の完成＞
上記で作製した電池要素の、正極用最外層集電体にはアルミニウム製の正極用タブ（厚さ：２００μｍ、幅：１００ｍｍ）を、負極用最外層集電体には銅製の負極用タブ（厚さ：２００μｍ、幅：１００ｍｍ）を、それぞれ振動溶着により取り付けた。

タブの取り付けられた電池要素をラミネートパック中に入れ、正極用タブおよび負極用タブ、並びに電圧検知タブを外部に導出させて、前記ラミネートパックを熱融着により真空密封し、バイポーラ電池とした。

得られたバイポーラ電池を約８０℃で２時間加熱することにより、ゲル高分子電解質層のイオン伝導性高分子を架橋させ、構造１の電池要素を有するバイポーラ電池を完成させた。

実施例２
フレームＡ〜Ｄおよびこれを用いて作製される電池要素の構造を、図５に示す構造２とし、実施例１と同様の方法及び装置を用いて、バイポーラ電池を製造した。なお、実施例２においては、フレームＡの厚さ（図５中の長さＬ_１）は約５００μｍとし、フレームＢ、フレームＣ、およびフレームＤの厚さ（図５中の長さＬ_２）はそれぞれ約３００μｍとした。また、緩衝材の材料としてシリコンゴムを採用し、負極活物質としては非結晶性炭素材を用いた。

実施例３
フレームＡ〜Ｄおよびこれを用いて作製される電池要素の構造を、図６に示す構造３とし、実施例１と同様の方法及び装置を用いて、バイポーラ電池を製造した。なお、実施例３においては、フレームＡの厚さ（図６中の長さＬ_１）は約５００μｍとし、フレームＢ、フレームＣ、およびフレームＤの厚さ（図６中の長さＬ_２）はそれぞれ約３００μｍとした。また、緩衝材の材料としてエチレンプロピレンゴムを採用し、負極活物質としては非結晶性炭素材を用いた。

実施例４
フレームＡ〜Ｄおよびこれを用いて作製される電池要素の構造を、図７に示す構造４とし、実施例１と同様の方法及び装置を用いて、バイポーラ電池を製造した。各フレームには４隅に積層方向の穴を開けておき、アクリロニトリル・ブタジエン・スチレン共重合体（ＡＢＳ）系樹脂製の棒状の支持体を前記穴に貫通させた後、ボルト−ナット構造により固定した。なお、実施例４においては、フレームＡの厚さ（図７中の長さＬ_１）は約２００μｍとし、フレームＢ、フレームＣ、およびフレームＤの厚さ（図７中の長さＬ_２）はそれぞれ約１００μｍとした。また、負極活物質としては非結晶性炭素材を用いた。

実施例５
フレームＡ〜Ｄおよびこれを用いて作製される電池要素の構造を、図８に示す構造５とし、実施例１と同様の方法及び装置を用いて、バイポーラ電池を製造した。各フレームにはフレーム中心の位置（４箇所）に積層方向に略垂直な穴を開けておき、アルミナ焼結体製の鋲形状の棒状の支持体（直径：１ｍｍ）を前記穴に打ち付けることにより固定した。なお、実施例５においては、フレームＡの厚さ（図８中の長さＬ_１）は約２００μｍとし、フレームＢ、フレームＣ、およびフレームＤの厚さ（図８中の長さＬ_２）はそれぞれ約１００μｍとした。また、緩衝材を配置せず、正極活物質としてはＬｉＮｉＯ_２を用い、負極活物質としては非結晶性炭素材を用いた。

実施例６
フレームＡ〜Ｄおよびこれを用いて作製される電池要素の構造を、図９に示す構造６とし、実施例１と同様の方法及び装置を用いて、バイポーラ電池を製造した。外部支持体としてはアルミニウム製のもの（幅：１ｃｍ）を用い、各フレームの各辺の中央の位置（４箇所）を固定した。なお、実施例６においては、フレームＡの厚さ（図９中の長さＬ_１）は約５ｍｍとし、フレームＢ、フレームＣ、およびフレームＤの厚さ（図９中の長さＬ_２）はそれぞれ約５ｍｍとした。また、緩衝材を配置せず、正極活物質としてはＬｉＮｉＯ_２を用い、負極活物質としては非結晶性炭素材を用いた。

比較例１
電池要素を作製する際に、集電体を固定するためのフレームＡ〜Ｄを用いず、各層を絶縁するための絶縁層としてポリプロピレン樹脂製のテープ（厚さ：３０μｍ）を配置したこと以外は、実施例１と同様の方法及び装置を用いて、バイポーラ電池を製造した。

＜製造容易性＞
各実施例および比較例において製造されたバイポーラ電池について、製造に要する時間を測定した。その結果、比較例のバイポーラ電池の製造には約１０時間程度を要したのに対し、全ての実施例のバイポーラ電池は、約２〜３時間程度で作製することができた。これにより、本発明によれば、バイポーラ電極を構成する各集電体の周縁部を、それぞれ２枚のフレームにより挟持してバイポーラ電極−フレーム複合体を形成することにより、バイポーラ電池の製造が簡便となり、より迅速な製造が可能になることが示される。

＜振動の減衰試験（平均減衰量の測定）＞
以下の方法により平均減衰量を測定して、振動の減衰試験を行った。

まず、各実施例および比較例で得られたバイポーラ電池の略中央部に加速度ピックアップを設定し、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。設定方法は、ＪＩＳ Ｂ ０９０８（振動及び衝撃ピックアップの校正方法・基本概念）に準拠した。測定スペクトルは、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およびスムージングを行い、振動伝達率スペクトルを得た。この加速度スペクトルの１０〜３００Ｈｚまでの平均を振動平均値とした。

比較例１のスペクトルの振動平均値を比較基準とし、下記式（１）にしたがって平均低減量を算出した。

したがって、平均減衰量＝０％の場合には、比較例１と各実施例の振動平均値は同等であって、減衰が起きていないことを示し、平均減衰量＝３０％の場合には、比較例に対する実施例の振動平均値が３０％低減されたことを示す。上記の試験方法により得られた結果を下記の表１に示す。

＜フレームの耐振動性向上に対する寄与＞
表１より、本発明によれば、バイポーラ電池を、図４〜図９に示すような構造１〜６とすることにより、すなわち、バイポーラ電極を構成する各集電体の周縁部を、それぞれ２枚のフレームにより挟持してバイポーラ電極−フレーム複合体を形成することにより、従来のバイポーラ電池と比較して１０〜６０％程度振動が低減され、耐振動性が向上しうることが示される。

したがって、本発明のバイポーラ電池は、常に振動を受けながら長期間にわたって安定して電力を供給することが求められる車両等に搭載される場合に、特に有用である。

＜放熱性（温度上昇抑制率の測定）＞
上記の各実施例で得られたバイポーラ電池について、１０Ｃサイクル試験を１時間行い、バイポーラ電池の電池中央部の表面部位における前記サイクル試験中の平均温度を、熱電対を用いて測定した。なお、試験開始時における温度は２５℃であった。

参考例のバイポーラ電池として、上記の実施例１〜６において、フレームＢをステンレス（ＳＵＳ）ではなくＡＢＳ系樹脂で構成したものを作製し、上記と同様に平均温度を測定した。

前記参考例のバイポーラ電池の平均温度を比較基準とし、下記式（２）にしたがって温度上昇抑制率を算出した。

したがって、温度上昇抑制率＝０％の場合には、参考例と実施例との温度上昇は同等であって、温度上昇を抑制する効果が現れていないことを示し、温度上昇抑制率＝３０％の場合には、参考例に対して実施例の温度上昇が３０％低減されたことを示す。上記の試験方法により得られた結果を下記の表２に示す。また、実施例６のバイポーラ電池についての上記サイクル試験中の平均温度の推移を、図１２に示す。図１２によれば、実施例６のバイポーラ電池の平均温度は、２５℃から３４℃まで変化しており、温度上昇は９℃である。一方、対応する参考例（図１２中に「参考例６」として示す）のバイポーラ電池の平均温度は、２５℃から４０℃まで変化しており、温度上昇は１５℃である。これより、実施例６のバイポーラ電池における温度上昇抑制率は、４０％と算出される。

＜フレーム構成材料の温度上昇抑制に対する寄与＞
表２より、本発明のバイポーラ電池において、バイポーラ電極の集電体を挟持するためのフレームの少なくとも１つを、金属材料等の導電性の材料で構成することにより、フレームの全てが樹脂で構成された参考例のバイポーラ電池と比較して、温度上昇が４０〜５０％程度低減され、放熱性が向上しうることが示される。

したがって、本発明のバイポーラ電池は、長期間にわたって活物質等の劣化を防止し、安定して電力を供給することが求められる車両等に搭載される場合に、特に有用である。

本発明において用いられるフレームの好ましい形態を示す模式斜視図である。図１（ａ）は、集電体を挟持する２枚のフレームのうち、集電体の上面に接するフレーム（本明細書中、「フレームＡ」とも称する）を示す模式斜視図である。図１（ｂ）は、集電体を挟持する２枚のフレームのうち、集電体の下面に接するフレーム（本明細書中、「フレームＢ」とも称する）を示す模式斜視図である。図１（ｃ）は、図１（ａ）に示すフレームＡを反対側から見た模式斜視図である。 ２枚のフレーム（図１に示すフレームＡおよびフレームＢ）によりバイポーラ電極の集電体が挟持される好ましい形態を示す模式斜視図である。図２（ａ）は、バイポーラ電極を構成する集電体の周縁部が２枚のフレームによって挟持されてなるバイポーラ電極−フレーム複合体の好ましい形態を示す模式斜視図である。図２（ｂ）は、図２（ａ）に示すＡ−Ａ線に沿った模式断面図である。 第１実施形態のバイポーラ電池における、フレームが連結されてフレーム積層体が形成されてなる電池要素の外観を示す模式斜視図である。 図３に示すＡ−Ａ線に沿った模式断面図（構造１）である。 本発明のバイポーラ電池の他の好ましい形態における電池要素を示す模式断面図（構造２）である。 本発明のバイポーラ電池のさらに他の好ましい形態における電池要素を示す模式断面図（構造３）である。 本発明のバイポーラ電池のさらに他の好ましい形態における電池要素を示す模式断面図（構造４）である。 本発明のバイポーラ電池のさらに他の好ましい形態における電池要素を示す模式断面図（構造５）である。 本発明のバイポーラ電池のさらに他の好ましい形態における電池要素を示す模式断面図（構造６）である。 緩衝材を設けたバイポーラ電池（緩衝材構造）と、緩衝材を設けていないバイポーラ電池（緩衝材なし構造）についての、振動スペクトルを示す図面である。 本発明の第１実施形態のバイポーラ電池の製造方法の好ましい一形態を示す模式断面図である。 実施例６のバイポーラ電池についての上記サイクル試験中の平均温度の推移を示す図である。

符号の説明

１ フレーム、
１ａ，１ａ’，１ａ” フレームＡ、
１ｂ，１ｂ’，１ｂ” フレームＢ、
１ｃ フレームＣ、
１ｄ フレームＤ、
２ バイポーラ電極−フレーム複合体、
３ フレーム積層体、
５ 連結部、
５ａ 凸部、
５ｂ 凹部、
５ｃ 爪、
５ｄ 溝、
７ 棒状の支持体、
９ 外部支持体、
１１ バイポーラ電極、
１３ 集電体、
１５ 正極層、
１７ 負極層、
１９ 電解質層、
２１ 電池要素、
２３ 単電池、
２５ 正極用最外層集電体、
２７ 負極用最外層集電体、
２９ 正極用タブ、
３１ 負極用タブ、
３５ パッキン、
３７ 電圧検知タブ、
３９ 緩衝材、
４１ 通気口。

Claims (19)

1. 集電体の片面に正極層が形成され、他方の面に負極層が形成されてなるバイポーラ電極が、電解質層を介して積層されてなる電池要素を有するバイポーラ電池において、
   前記バイポーラ電極を構成する集電体の各々の周縁部が２枚のフレームによって挟持されてなるバイポーラ電極−フレーム複合体を有し、
   前記電池要素の積層方向に隣接する前記バイポーラ電極−フレーム複合体の、隣接する前記フレームどうしは、前記電池要素の積層方向に連結されてフレーム積層体を形成する、バイポーラ電池。
2. 前記フレームの少なくとも１つを構成する材料は、導電性の材料である、請求項１に記載のバイポーラ電池。
3. 前記バイポーラ電極−フレーム複合体を構成する一のフレームは、前記電池要素の積層方向に隣接する他のバイポーラ電極−フレーム複合体を構成する他のフレームと連結するための、連結部を有する、請求項１または２に記載のバイポーラ電池。
4. 前記一のフレームは、前記連結部として、爪を有し、
   前記他のフレームは、前記連結部として、前記爪を掛止させるための溝を有し、
   前記爪を前記溝に掛止させることによって、前記一のフレームと、前記他のフレームとが連結される、請求項３に記載のバイポーラ電池。
5. 前記一のフレームおよび前記他のフレームは、前記連結部として、前記電池要素の積層方向の穴を有し、
   棒状の支持体を前記穴に貫通させることによって、前記一のフレームと、前記他のフレームとが連結される、請求項３に記載のバイポーラ電池。
6. 前記一のフレームおよび前記他のフレームは、前記連結部として、前記電池要素の積層方向に略垂直な方向の穴を有し、
   棒状の支持体を前記穴に貫通させることによって、前記一のフレームと、前記他のフレームとが連結される、請求項３に記載のバイポーラ電池。
7. 前記バイポーラ電極−フレーム複合体を構成する前記フレームは、外部支持体を用いて固定されることにより、前記電池要素の積層方向に隣接する他のバイポーラ電極−フレーム複合体を構成する前記フレームと連結される、請求項１〜６のいずれか１項に記載のバイポーラ電池。
8. 前記バイポーラ電極−フレーム複合体において前記フレームと前記集電体とが隣接している部位、および／または前記フレームどうしが隣接している部位に、溝が設けられ、前記溝に、パッキンが配置されている、請求項１〜７のいずれか１項に記載のバイポーラ電池。
9. 前記フレームどうしが隣接している部位に、緩衝材が配置されている、請求項１〜８のいずれか１項に記載のバイポーラ電池。
10. 前記フレームに、外部に通気させるための通気口が設けられている、請求項１〜９のいずれか１項に記載のバイポーラ電池。
11. 前記導電性の材料は、金属材料である、請求項２〜１０のいずれか１項に記載のバイポーラ電池。
12. 前記金属材料は、ステンレス（ＳＵＳ）、チタン、銅、またはアルミニウムである、請求項１１に記載のバイポーラ電池。
13. 前記緩衝材を構成する材料は、シリコンゴム、フッ素ゴム、またはエチレンプロピレンゴムである、請求項９〜１２のいずれか１項に記載のバイポーラ電池。
14. 前記正極層は、正極活物質としてＬｉ−Ｍｎ系複合酸化物を含む、請求項１〜１３のいずれか１項に記載のバイポーラ電池。
15. 前記負極層は、負極活物質として結晶性炭素材または非結晶性炭素材を含む、請求項１〜１４のいずれか１項に記載のバイポーラ電池。
16. 請求項１〜１５のいずれか１項に記載のバイポーラ電池を含む、組電池。
17. 請求項１〜１５のいずれか１項に記載のバイポーラ電池、または請求項１６に記載の組電池を搭載する車両。
18. 集電体の片面に正極層が形成され、他方の面に負極層が形成されてなるバイポーラ電極が、電解質層を介して積層されてなる電池要素を有するバイポーラ電池の製造方法であって、
    連結可能な２枚のフレームにより、前記バイポーラ電極を挟持して、バイポーラ電極−フレーム複合体を作製する工程（１）と、
    前記バイポーラ電極−フレーム複合体と、電解質層とを交互に積層して、積層体を作製する工程（２）と、
    前記積層体の積層方向に隣接する前記フレームどうしを連結させて、前記電池要素を作製する工程（３）と、
    を有する、バイポーラ電池の製造方法。
19. 集電体の片面に正極層が形成され、他方の面に負極層が形成されてなるバイポーラ電極が、電解質層を介して積層されてなる電池要素を有するバイポーラ電池の製造方法であって、
    連結可能な２枚のフレームにより、前記バイポーラ電極を挟持して、バイポーラ電極−フレーム複合体を作製する工程（１）と、
    前記バイポーラ電極−フレーム複合体と、セパレータとを交互に積層して、積層体を作製する工程（２）と、
    前記積層体の積層方向に隣接する前記フレームどうしを連結させる工程（３）と、
    前記セパレータに、イオン伝導性高分子を含むゲル原料溶液を浸透させ、前記イオン伝導性高分子を重合させて、電池要素を作製する工程（４）と、
    を有する、バイポーラ電池の製造方法。

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