JP2008159330A - 蓄電装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 積層方向と直交する面内における温度分布のバラツキを抑制することのできる蓄電装置を提供する。
【解決手段】 電解質層（１４）と、集電体（１１）及び電極層（１２、１３）を備え、電解質層を介して積層された複数の電極体（１０）とを有し、電解質層のうち、積層方向と直交する面内における第１の位置での厚さを、第１の位置よりも放熱性の高い第２の位置での厚さよりも厚くし、集電体のうち、第１の位置に対応した位置での厚さを、第２の位置に対応した位置での厚さよりも薄くする。
【選択図】 図１

Description

本発明は、電解質層を有する二次電池等の蓄電装置に関するものである。

二次電池は、ノートパソコンや携帯電話等の携帯型電子機器の電源として広く使用されており、電気自動車等の動力用電源としても用いられている。そして、温度変化に伴う電池性能の劣化を抑制するために、様々な提案がなされている（例えば、特許文献１、２参照）。

ここで、特許文献１には、複数の単電池を積層して構成された電池構造体が記載されている。この電池構造体では、電極の短辺長さ及び面積と、電池構造体の厚みを、所定の関係式を満たすように設定することで、電池構造体の放熱性を向上させるようにしている。

また、特許文献２に記載のバイポーラ型電池では、正極活物質層及び負極活物質層のうち少なくとも一方の厚さを、セパレータの厚さよりも薄くすることによって、バイポーラ型電池の放熱性を向上させるようにしている。

特開２００６−１７３０９５号公報（段落０００８−００１１、００１５−００２２、図１等） 特開２００５−３４００８９号公報（段落００２９−００３２、図３等） 特開２００５−１１６６０号公報 特開２００５−７１７８４号公報 特開２００４−１３９７７５号公報

しかしながら、特許文献１に記載の電池構造体では、各単電池における放熱性については、考慮されていない。このため、単電池毎の放熱が不十分となり、単電池内において温度分布にバラツキが生じてしまうことがある。

また、特許文献２に記載のバイポーラ型電池では、活物質層やセパレータの厚さが均一であるため、積層方向と直交する面内において、温度分布のバラツキが生じてしまう。すなわち、電解質層を介して複数のバイポーラ電極を積層した構造のバイポーラ型電池では、積層方向と直交する面内において、放熱性が互いに異なる領域が存在する。例えば、積層方向と直交する面内において、中心部側に領域は、外周部側の領域に比べて、放熱性が低いことがある。

この場合において、セパレータ等の厚さが均一であると、上述した放熱性の違いに起因した温度分布のバラツキを抑制することができない。

そこで、本発明の主な目的は、積層方向と直交する面内において、温度分布のバラツキを抑制することのできる蓄電装置を提供することにある。

本発明である蓄電装置は、電解質層と、集電体及び電極層を備え、電解質層を介して積層された複数の電極体とを有し、電解質層のうち、積層方向と直交する面内における第１の位置での厚さが、第１の位置よりも放熱性の高い第２の位置での厚さよりも厚く、集電体のうち、第１の位置に対応した位置での厚さが、第２の位置に対応した位置での厚さよりも薄いことを特徴とする。

ここで、電極層の厚さを、略等しくすることができる。この場合において、電解質層のうち第１及び第２の位置間における厚さの差を、集電体のうち第１及び第２の位置に対応した位置間における厚さの差と略等しくすることができる。

また、電極層のうち、第１の位置に対応した位置での厚さを、第２の位置に対応した位置での厚さよりも薄くすることができる。この場合において、電解質層のうち第１及び第２の位置間における厚さの差を、電極体（すなわち、集電体及び電極層）のうち第１及び第２の位置に対応した位置間における厚さの差と略等しくすることができる。

また、第１の位置を、電解質層の略中心部に相当する位置とし、第２の位置を、第１の位置に対して、電解質層の端部側の位置とすることができる。この場合において、電解質層の厚さを、端部側から中心部側に向かって連続的又は段階的に増加させるとともに、集電体の厚さを、端部側から中心部側に向かって連続的又は段階的に減少させることができる。

ここで、電極層の厚さを、端部側から中心部側に向かって連続的又は段階的に減少させることができる。なお、電解質層としては、例えば、固体電解質層を用いることができる。

本発明によれば、電解質層の厚さを、積層方向と直交する面内での位置（第１及び第２の位置）に応じて異ならせているため、積層方向と直交する面内における温度分布のバラツキを抑制することができる。具体的には、第１の位置における厚さを、第１の位置よりも放熱性の高い第２の位置における厚さよりも厚くすることにより、充放電等に伴う第１の位置での温度上昇を抑制でき、第１及び第２の位置間での温度分布のバラツキを抑制することができる。

また、本発明では、電解質層の厚さを厚くした部分（第１の位置）については、集電体の厚さを薄くし、電解質層の厚さを薄くした部分（第２の位置）については、集電体の厚さを厚くすることにより、蓄電装置内での厚さのバラツキを抑制することができる。

以下、本発明の実施例について説明する。

本発明の実施例１である蓄電装置としてのバイポーラ型電池（二次電池）について、図１及び図２を用いて説明する。図１は、本実施例のバイポーラ型電池（一部）の断面図である。また、図２は、本実施例のバイポーラ型電池に用いられる固体電解質層の正面図を示すとともに、固体電解質層及び集電体上の位置と、固体電解質層及び集電体の厚さとの関係を示している。

本実施例のバイポーラ型電池１は、図１に示すように、複数のバイポーラ電極（電極体）１０が固体電解質層１４を介して積層された構造を有する。

なお、本実施例では、バイポーラ型の二次電池１について説明するが、バイポーラ型ではない二次電池についても本発明を適用することができる。ここで、バイポーラ型ではない二次電池では、集電体の両面に同一の電極層（正極層又は負極層）が形成された電極が用いられたり、集電体の片面のみに電極層が形成された電極が用いられたりする。

また、以下の実施例では二次電池について説明するが、蓄電装置としての積層型キャパシタ（電気二重層キャパシタ）にも本発明を適用することができる。

図１において、バイポーラ電極１０は、基体としての集電体１１を有する。また、集電体１１の互いに向かい合う面（Ｘ−Ｙ平面）のうち、一方の面には正極層１２が形成され、他方の面には、負極層１３が形成されている。

集電体１１の厚さ（Ｚ方向の長さ）は、図２に示すように、Ｘ方向及びＹ方向における位置に応じて、互いに異なっている。具体的には、Ｘ方向及びＹ方向において、中心部での厚さが最も薄くなっており、外周部での厚さが最も厚くなっている。また、中心部から外周部に向かって、集電体１１の厚さが連続的に増加している。

これにより、図１に示すように、集電体１１の互いに向かい合う面（電極層１２、１３が形成される面）は、曲面を有することになる。この集電体１１は、集電体１１を構成する材料を、インクジェット方式等を用いた塗布によって形成したり、プレス成形によって形成したりすることができる。なお、集電体１１の形成方法は、上述した方法に限るものではなく、本実施例で説明する集電体１１の形状を得られるものであれば、いかなる方法を用いることもできる。

なお、本実施例のバイポーラ型電池１は、複数の単電池を積層した組電池であって、積層方向（Ｚ方向）における両端には、組電池での電流を取り出すための正極タブ及び負極タブ（不図示）が設けられている。

ここで、単電池は、固体電解質層１４及び、この固体電解質層１４に接触する電極層１２、１３によって構成される発電要素である。また、正極タブ及び負極タブは、バイポーラ型電池１の積層方向における両端に位置する集電体１１に電気的及び機械的に接続される。ここで、正極タブ及び負極タブと接続される集電体１１の接続面は、上述した曲面形状に形成されておらず、略平坦な面形状となっている。ただし、集電体１１の接続面は、上述した曲面であってもよく、この場合には、正極タブ及び負極タブが集電体１１の接続面に沿って配置されることになる。

正極層１２は、集電体１１上において、略均一な厚さ（製造誤差を含む）を有している。同様に、負極層１３は、集電体１１上において、略均一な厚さ（製造誤差を含む）を有している。ここで、上述したように、集電体１１の表面は曲面で構成されているため、集電体１１上に電極層１２、１３を形成した状態においては、電極層１２、１３の表面も曲面で構成されることになる。すなわち、各電極層１２、１３の一方の面が凹面で構成され、他方の面が凸面で構成される。

各電極層１２、１３は、インクジェット方式等を用いることにより、集電体１１上に形成することができる。

集電体１１は、例えば、アルミニウム箔で形成したり、複数の金属（合金）で形成したりすることができる。また、金属（アルミニウムを除く）の表面にアルミニウムを被覆させたものを集電体１１として用いることもできる。

なお、集電体１１として、複数の金属泊を貼り合わせた、いわゆる複合集電体を用いることもできる。この複合集電体を用いる場合においては、正極用集電体の材料としてアルミニウム等を用い、負極用集電体の材料としてニッケルや銅等を用いることができる。また、複合集電体としては、正極用集電体及び負極用集電体を直接接触させたものを用いたり、正極用集電体及び負極用集電体の間に導電性を有する層を設けたものを用いたりすることができる。

各電極層１２、１３には、正極又は負極に応じた活物質が含まれている。また、各電極層１２、１３には、必要に応じて、導電助材、バインダ、イオン伝導性を高めるための無機電解質、高分子ゲル電解質、高分子電解質、添加剤などを含めることができる。各電極層１２、１３を構成する材料については、公知の材料を用いることができる。

例えば、ニッケル−水素電池では、正極層１２の活物質として、ニッケル酸化物を用い、負極層１３の活物質として、ＭｍＮｉ_{（５−ｘ−ｙ−ｚ）}Ａｌ_ｘＭｎ_ｙＣｏ_ｚ（Ｍｍ：ミッシュメタル）等の水素吸蔵合金を用いることができる。また、リチウム二次電池では、正極層１２の活物質として、リチウム−遷移金属複合酸化物を用い、負極層１３の活物質として、カーボンを用いることができる。また、導電剤として、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、カーボンナノチューブを用いることができる。

一方、各固体電解質層１４は、積層方向（Ｚ方向）において隣り合う２つのバイポーラ電極１０の間に配置されている。具体的には、固体電解質層１４は、一方のバイポーラ電極１０の正極層１２と、他方のバイポーラ電極１０の負極層１３とによって挟まれている。

また、固体電解質層１４は、図２に示すように、Ｘ方向及びＹ方向の位置に応じて、この厚さが互いに異なっている。具体的には、Ｘ方向における固体電解質層１４の厚さ（Ｚ方向の長さ）は、中心部が最も厚いとともに、外周部が最も薄くなっている。そして、中心部から外周部に向かって、固体電解質層１４の厚さが連続的に減少している。また、Ｙ方向においても、固体電解質層１４の厚さは、中心部が最も厚いとともに、外周部が最も薄くなっている。そして、中心部から外周部に向かって、固体電解質層１４の厚さが連続的に減少している。

これにより、固体電解質層１４の表面（電極層１２、１３と接触する面）は、曲率を持った凸形状の面（曲面）となっている。

本実施例では、固体電解質層１４の厚さを中心部側から外周部側に向けて連続的に薄くしつつ、集電体１１の厚さを中心部側から外周部側に向けて連続的に厚くしているため、各単電池におけるＸ−Ｙ平面内の位置に応じて、この厚さ（図１に示す厚さｄｃｅｌｌ）にバラツキが生じるのを抑制することができる。なお、単電池の厚さは、図１に示すように、積層方向において隣り合う２つの集電体１１の中心間の距離となる。

ここで、本実施例では、固体電解質層１４の厚さを異ならせた分だけ、集電体１１の厚さを異ならせている。すなわち、固体電解質層１４の厚さの変化量と、集電体１１の厚さの変化量を略等しくしているため、単電池の厚さ（ｄｃｅｌｌ）を略均一にすることができる。なお、上述した変化量とは、Ｘ−Ｙ平面内の任意の２つの位置における厚さの差を示すものである。

固体電解質層１４には、複数の粒子からなる粒子群と、この粒子群を結着させるための結着剤とが含まれている。ここで、固体電解質層１４としては、無機固体電解質や高分子固体電解質を用いることができる。

無機固体電解質としては、例えば、Ｌｉの窒化物、ハロゲン化物、酸素酸塩、硫化リン化合物を用いることができる。より具体的には、Ｌｉ_３Ｎ、ＬｉＩ、Ｌｉ_３Ｎ−ＬｉＩ−ＬｉＯＨ、ＬｉＳｉＯ_４、ＬｉＳｉＯ_４−ＬｉＩ−ＬｉＯＨ、Ｌｉ_３ＰＯ_４−Ｌｉ_４ＳｉＯ_４、Ｌｉ_２ＳｉＳ_３、Ｌｉ_２Ｏ−Ｂ_２Ｏ_３、Ｌｉ_２Ｏ_２−ＳｉＯ_２、Ｌｉ_２Ｓ−ＧｅＳ_４、Ｌｉ_２Ｓ−Ｐ_２Ｓ_５、ＬｉＩ−Ｌｉ_２Ｓ−Ｐ_２Ｓ_５を用いることができる。

また、高分子固体電解質としては、例えば、上記の電解質と電解質の解離を行う高分子とから構成された物質、高分子にイオン解離基を持たせた物質を用いることができる。電解質の解離を行う高分子としては、例えば、ポリエチレンオキサイド誘導体および該誘導体を含むポリマー、ポリプロピレンオキサイド誘導体および該誘導体を含むポリマー、リン酸エステルポリマーを用いることができる。なお、無機固体電解質及び高分子固体電解質を併用することもできる。

ここで、リチウム二次電池において、固体電解質層１４を構成する材料（粒子群）として硫化物を用いれば、リチウムイオンの伝導性を向上させることができる。硫化物としては、例えば、硫化リチウムや硫化ケイ素を用いることができる。

なお、本実施例では、固体電解質層１４を用いた場合について説明したが、これに限るものではない。例えば、セパレータ（電解質層）として、電解液を含んだ不織布を用いることもできる。この場合には、面積（大きさ）が互いに異なる複数の不織布を積層することによって、Ｘ−Ｙ平面内の位置に応じて厚さの異なるセパレータを形成することができる。これにより、本実施例の固体電解質層１４を用いた場合と同様の効果を得ることができる。

ここで、電解液を用いた場合には、積層方向において隣り合う集電体の間にシール材を設けることにより、電解液が単電池外に漏れるのを防止する必要がある。

本実施例において、固体電解質層１４の厚さは、従来のバイポーラ型電池における温度分布（Ｘ−Ｙ平面内での温度分布）に基づいて設定することができる。ここで、従来のバイポーラ型電池とは、略均一の厚さを有する固体電解質層と、略均一の厚さを有するバイポーラ電極とを備えた電池である。

ここで、図３に、バイポーラ型電池１（単電池）のＸ方向（又はＹ方向）における位置と温度との関係を示す。図３において、縦軸は単電池内の温度を示し、横軸はＸ方向（又はＹ方向）における位置を示す。

図３の点線は、従来のバイポーラ型電池（単電池）を用いたときの温度分布曲線Ｃを示す。この温度分布曲線Ｃに示すように、バイポーラ型電池の中心部で最も温度が高く、外周部側に向かって温度が低下している。すなわち、単電池の中心部では、熱がこもりやすく、単電池外への熱伝達（放熱性）が低いために、他の部分に比べて温度が高くなってしまう。

温度分布曲線Ｃに示すように、Ｘ−Ｙ平面内（言い換えれば、積層方向と直交する積層面内）での温度分布のバラツキが生じると、バイポーラ型電池の性能が劣化し易くなってしまう。

そこで、本実施例では、上述したように、固体電解質層１４の厚さを、Ｘ−Ｙ平面内での位置に応じて異ならせている。具体的には、中心部側における厚さを、外周部側における厚さよりも厚くしている。

このように固体電解質層１４を構成すれば、厚さを厚くした部分（中心部側）において、電流密度を減らすことができ、バイポーラ型電池１の充放電に伴う発熱を抑制することができる。

ここで、固体電解質層１４において、中心部側での厚さを、外周部側での厚さよりも厚くした場合には、中心部側において、イオン（例えば、リチウム二次電池の場合には、リチウムイオン）の移動経路が制限されることで、電流値が小さくなる。また、固体電解質層１４の厚さを厚くすることで、固体電解質層１４中の抵抗は中心部側が大きくなる。

ここで、一般的に、熱として消費されるエネルギは、電流値の二乗と抵抗値に比例する。このため、上記エネルギに対しては、電流値が大きく影響することになる。本実施例の固体電解質層１４の構成では、上述したように、中心部側において、電流値が小さくなるとともに、抵抗値が大きくなる。したがって、電流値が小さい部分、言い換えれば、固体電解質層１４の中心部側において、発熱を効率良く抑制することができる。

このように、中心部側での発熱を抑制することで、バイポーラ型電池１のＸ−Ｙ平面内における温度分布のバラツキを抑制することができる。

本実施例のバイポーラ型電池１において、初期の動作段階では、温度分布曲線が図３の一点鎖線で示す曲線Ａとなる。これは、固体電解質層１４の中心部側における厚さが、外周部側における厚さよりも厚くなっているために、初期の動作段階において、中心部側の温度が外周部側の温度よりも低くなってしまうことがある。

ただし、経時変化によって、バイポーラ型電池１のＸ−Ｙ平面内での温度分布曲線が一点鎖線で示す曲線Ａから実線で示す曲線Ｂに変化する。

これは、バイポーラ型電池１（単電池）の中心部が他の部分に比べて放熱性が低いために、中心部での温度が徐々に上昇してくるためである。そこで、この温度上昇分を考慮して、中心部における厚さを予め設定しておくことで、図３の温度分布曲線Ｂに示すように、バイポーラ型電池１（単電池）のＸ−Ｙ平面において温度分布を略均一にさせることができる。本実施例のバイポーラ型電池１を実際に使用する場合には、温度分布曲線が図３の実線で示す曲線Ｂに到達した状態で使用することが好ましい。

一方、本実施例のバイポーラ型電池１では、充放電等に伴う熱膨張を主に抑制するために、図４に示すように、バイポーラ型電池１の積層方向における両端側から狭持部材２００によって狭持される構成となっている。具体的には、図４中の矢印で示すように、バイポーラ型電池１の外周部側で狭持する構成となっている。

この構成では、バイポーラ型電池１の外周部側での熱膨張を抑制することはできるが、中心部側での熱膨張を抑制することができない。これにより、中心部側の領域だけが熱膨張によって変位してしまうことがある。

そこで、本実施例のバイポーラ型電池１を用いれば、Ｘ−Ｙ平面内での温度分布のバラツキを抑制できるため、中心部側での熱膨張を抑制することができる。したがって、図４に示す構造を用いたとしても、バイポーラ型電池１の中心部側の領域だけが熱膨張によって変位してしまうのを抑制することができる。

しかも、本実施例では、上述したように、単電池の厚さを略均一にしているため、狭持部材２００によって、バイポーラ型電池１の全面に対して略均一な圧力を与えることができる。

なお、本実施例では、図２に示すように、Ｘ方向及びＹ方向において、固体電解質層１４の厚さを連続的に変化させているが、Ｘ方向及びＹ方向のうちの一方向において、固体電解質層１４の厚さを変化させてもよい。この場合には、固体電解質層１４の厚さの変化に応じて、集電体１１の厚さも変化させる。これにより、固体電解質層１４の厚さを変化させた方向において、温度分布のバラツキを抑制することができる。

また、本実施例では、集電体１１の略全面に電極層１２、１３を形成した場合（図１参照）について説明したが、集電体１１上に電極層が形成されていない領域を設けるようにしてもよい。この変形例について、図５及び図６を用いて、具体的に説明する。

ここで、図５は、本実施例の変形例であるバイポーラ型電池に用いられる固体電解質層の正面図を示すとともに、固体電解質層上の位置（Ｘ方向における位置）と固体電解質層の厚さとの関係を示す。また、図６は、本変形例であるバイポーラ型電池（一部）の側面図である。

図６に示すように、集電体２１の互いに向かい合う面にはそれぞれ、正極層２２及び負極層２３が形成されている。ここで、正極層２２及び負極層２３はそれぞれ、後述するように、３つの領域を有している。

集電体２１の一方の面には、この中心部に位置する第１正極層２２ａと、第１正極層２２ａに対してＸ方向の両側に位置する第２正極層２２ｂ及び第３正極層２２ｃとが形成されている。そして、図６のＸ方向において隣り合う正極層２２ａ〜２２ｃの間には、正極層２２ａ〜２２ｃが形成されていない領域が存在する。ここで、上述した正極層２２ａ〜２２ｃは、同じ材料で構成されている。

また、集電体２１の他方の面には、この中心部に位置する第１負極層２３ａと、第１負極層２３ａに対してＸ方向の両側に位置する第２負極層２３ｂ及び第３負極層２３ｃとが形成されている。そして、図６のＸ方向において隣り合う負極層２３ａ〜２３ｃの間には、負極層２３ａ〜２３ｃが形成されていない領域が存在する。ここで、上述した負極層２３ａ〜２３ｃは、同じ材料で構成されている。

固体電解質層２４は、各電極層２２、２３が形成された領域に対応した領域に形成されている。具体的には、第１正極層２２ａ及び第１負極層２３ａの間に位置する第１固体電解質層２４ａと、第２正極層２２ｂ及び第２負極層２３ｂの間に位置する第２固体電解質層２４ｂと、第３正極層２２ｃ及び第３負極層２３ｃの間に位置する第３固体電解質層２４ｃとを有している。

ここで、第１固体電解質層２４ａでは、図５に示すように、Ｘ方向の中心部における厚さが最も厚くなっており、外周部側（第２固体電解質層２４ｂ側や第３固体電解質層２４ｃ側）に向かって厚さが連続的に薄くなっている。また、第２固体電解質層２４ｂや第３固体電解質層２４ｃにおいては、中心部側（第１固体電解質層２４ａ側）での厚さが最も厚くなっており、外周部に向かって厚さが連続的に薄くなっている。

本変形例のように、集電体２１上に電極層２２、２３や固体電解質層２４を形成しない領域（空間）を設けることによって、この領域を用いてバイポーラ型電池２内で発生した熱を外部に放出させることができる。特に、Ｘ−Ｙ平面内の中心部が最も温度が高くなり易くなるため、この中心部側の位置に、電極層２２、２３等を形成しない領域を設けることで、バイポーラ型電池２内（単電池内）の熱を効率良く放出させることができる。

また、各固体電解質層２４ａ〜２４ｃにおいて、Ｘ方向の位置に応じて厚さを異ならせているため、Ｘ方向における温度分布のバラツキを抑制することができる。

なお、本変形例では、電極層２２、２３が形成された領域に対応させて固体電解質層２４を形成したが、固体電解質層２４を本実施例（図１参照）のように一体的に形成してもよい。このように構成すれば、積層方向において隣り合う集電体２１が、外力を受けて変形することによって互いに接触してしまうのを防止することができる。

また、本変形例では、電極層２２、２３等を形成しない領域として、２つの領域を設けた場合について説明したが、これに限るものではなく、電極層２２、２３等を形成しない領域の数は、適宜設定することができる。なお、電極層２２、２３を形成しない領域が増えると、バイポーラ型電池２のエネルギ効率が低下してしまうため、必要最小限の範囲において、電極層２２、２３を形成しない領域を設けることが好ましい。

上述した実施例及び変形例では、固体電解質層や集電体の厚さを連続的に変化させた場合について説明したが、これに限るものではなく、固体電解質層や集電体の厚さを段階的に変化させることもできる。例えば、図２における固体電解質層及び集電体の厚さを示す曲線に沿うように、固体電解質層及び集電体の厚さを段階的に変化させることができる。このように構成しても、バイポーラ型電池（単電池）のＸ−Ｙ平面内における温度分布のバラツキを抑制することができるとともに、単電池内での厚さのバラツキを抑制することができる。

一方、上述した実施例及び変形例では、１つの固体電解質層において、Ｘ−Ｙ平面内の位置に応じて厚さを異ならせるものであるが、図１に示すように、複数の単電池を積層した構成の組電池においては、積層方向の位置に応じて、固体電解質層の厚さを互いに異ならせることもできる。

ここで、積層構造のバイポーラ型電池では、積層方向における中心層側と外層側とで、熱の逃げやすさが異なり、単電池毎に温度分布（積層方向における温度分布）が異なることがある。このため、積層方向における固体電解質層の位置に応じて、この固体電解質層の厚さを異ならせることで、積層方向における温度分布のバラツキも抑制することができる。なお、この場合にも、各固体電解質層の構成は、上述した構成（図１参照）と同様であり、中心部側の厚さが外周部側の厚さよりも厚くなっている。

具体的には、中心層側に位置する固体電解質層の厚さと、外層側に位置する固体電解質層の厚さとを比較したときに、積層方向で互いに対応する位置での厚さが、中心層側の固体電解質層のほうが厚くなるように設定することができる。

また、中心層側に位置する固体電解質層として、本実施例及び本変形例で説明した固体電解質層を用い、外層側に位置する固体電解質層として、従来の固体電解質層（厚さが略均一な固体電解質層）を用いることもできる。

一方、本実施例及び本変形例では、バイポーラ型電池自体の放熱特性を考慮して固体電解質層の厚さを異ならせているが、外部からの熱的影響を受けてＸ−Ｙ平面内での温度分布にバラツキが生じる場合には、この熱的影響を考慮して、固体電解質層の厚さを異ならせることもできる。以下、具体的に説明する。

例えば、バイポーラ型電池の近傍に熱源（エンジンやモータ等）が配置されている場合には、この熱源からの熱的影響を受けることによって、バイポーラ型電池における熱源側の領域は、他の領域に比べて高温となる（言い換えれば、放熱性が悪化する）ことがある。

そこで、固体電解質層のうち、熱源側の領域における厚さを、他の領域における厚さよりも厚くすることで、Ｘ−Ｙ平面内での温度分布のバラツキを抑制することができる。すなわち、本実施例と同様に、Ｘ−Ｙ平面内での位置に応じて固体電解質層の厚さを異ならせることで、電流密度を異ならせることができ、バイポーラ型電池（単電池）内での温度分布のバラツキを抑制することができる。

ここで、熱源からの熱的影響を踏まえたＸ−Ｙ平面内での温度分布特性（予め予測可能である）を考慮することで、固体電解質層の厚さを予め設定することができる。また、このように固体電解質層の厚さを設定した場合には、本実施例と同様に、固体電解質層の厚さに応じて、集電体の厚さを異ならせる。すなわち、単電池内での厚さにバラツキが生じるのを抑制できるように、集電体の厚さを異ならせる。

例えば、本実施例で説明した固体電解質層の構成に加えて、又は、本実施例で説明した固体電解質層の構成に代えて、固体電解質層のうち熱源側に位置する領域（例えば、一方の外周部側の領域）での厚さを、他の領域（例えば、他方の外周部側の領域）での厚さよりも厚くすることができる。これにより、バイポーラ型電池の充放電に伴う発熱と、外部からの熱的影響によって、Ｘ−Ｙ平面内で温度分布がばらつくのを抑制することができる。

ここで、熱源からの熱的影響によって、固体電解質層のうち熱源側の領域において、最も温度が高くなる場合（最も放熱性が低くなる場合）には、熱源側の領域における厚さを最も厚くすることができる。

一方、図１等に示すように単電池を積層した構成の組電池に対して、この積層方向に熱源が配置されている場合には、複数の単電池のうち熱源側に位置する単電池が熱源からの熱的影響を受け易くなっている。そこで、熱源側に位置する単電池における固体電解質層の構成と、熱源側とは反対側に位置する単電池における固体電解質層の構成とを異ならせることができる。

具体的には、熱源側（積層方向における一方の最外層側）に位置する固体電解質層（１つ又は複数）の厚さを、他の固体電解質層（例えば、積層方向における他方の最外層側に位置する固体電解質層）の厚さよりも厚くすることができる。すなわち、複数の固体電解質層のうち、積層方向において対応する領域における厚さを互いに異ならせることができる。

例えば、積層方向における中心層側と、熱源に近い最外層側とに位置する固体電解質層の厚さを、他の固体電解質層の厚さよりも厚くすることができる。このように構成することで、積層構造のバイポーラ型電池が熱源からの熱的影響を受けた場合でも、積層方向における温度分布のバラツキを抑制することができる。なお、この場合にも、各固体電解質層の構成は、上述した構成（図１参照）と同様であり、中心部側の厚さが外周部側の厚さよりも厚くなっている。

なお、熱源に近い最外層側に位置する単電池での温度が最も高くなる場合（言い換えれば、放熱性が最も低くなる場合）場合には、この単電池における固体電解質層の厚さを最も厚くすることができる。

一方、本実施例では、図１に示すように、集電体１１の両面を曲面（凹面）で構成したが、これに限るものではない。例えば、図７に示すように、集電体３１の一方の面を略平坦な面（製造誤差を含む）で構成し、他方の面を、固体電解質層３４の表面（曲面）に対応した曲面（凹面）で構成することもできる。ここで、固体電解質層３４の構成は、図１に示す固体電解質層１４の構成と同様である。

この場合において、集電体３１の曲面には、略均一な厚さを有する電極層（正極層及び負極層の一方）３２が形成され、集電体３１の平坦面には、厚さの異なる電極層（正極層及び負極層の他方）３３が形成される。すなわち、電極層３３は、集電体３１に接触する略平坦な面と、固体電解質層３４に接触する曲面（凹面）とを有しており、中心部から外周部に向かって連続的に厚さが増加している。なお、集電体３１及び電極層３２、３３によって、バイポーラ電極３０が構成される。

図７に示す構成においても、固体電解質層３４の厚さを、Ｘ−Ｙ平面内の位置に応じて異ならせているため、Ｘ−Ｙ平面内での温度分布のバラツキを抑制することができる。また、固体電解質層３４の厚さに応じて、集電体３１及び電極層３３の厚さ（言い換えれば、バイポーラ電極３０の厚さ）も異ならせているため、単電池内での厚さにバラツキが生じるのを抑制することができる。すなわち、集電体３１及び電極層３３の厚さを異ならせることによって、単電池内において、固体電解質層３４の厚さの変化を相殺するようにしている。

また、図１に示す構成では、固体電解質層１４の両面（電極層１２、１３に接触する面）を曲面（凸面）で構成しているが、これに限るものではない。具体的には、固体電解質層の両面のうち、一方の面を曲面（凸面）で構成し、他方の面を略平坦な面で構成することができる。この場合にも、固体電解質層の厚さを、外周部から中心部に向かって連続的に増加させることができ、Ｘ−Ｙ平面内における温度分布のバラツキを抑制することができる。

この場合には、固体電解質層の曲面（凸面）に接触する電極層の一方の面を曲面（凹面）で構成しつつ、この電極層の他方の面を略平坦な面で構成することができる。すなわち、電極層の厚さを異ならせることにより、単電池内において、固体電解質層の厚さの変化を相殺させることができる。

また、固体電解質層の曲面（凸面）に接触する電極層の厚さを略均一にしつつ、この電極層に接触する集電体の一方の面を曲面（凹面）で構成することもできる。すなわち、集電体の厚さを異ならせることにより、単電池内において、固体電解質層の厚さの変化を相殺させることができる。

一方、バイポーラ型電池（単電池）を、図８に示す構成とすることもできる。図８に示す構成では、電極層４２、４３及び集電体４１の厚さをＸ−Ｙ平面内の位置に応じて異ならせている。ここで、固体電解質層４４の構成は、図１に示す固体電解質層１４と同様の構成であり、端部から中心部に向かって厚さが連続的に厚くなっている。

具体的には、集電体４１の両面を曲面（凹面）で構成することによって、集電体４１の厚さを、中心部から外周部に向かって連続的に厚くしている。また、各電極層４２、４３の両面を曲面（凹面及び凸面）で構成することによって、各電極層４２、４３の厚さを、中心部から外周部に向かって連続的に厚くすることができる。

図８に示す構成においても、固体電解質層４４の厚さをＸ−Ｙ平面内の位置に応じて異ならせているため、Ｘ−Ｙ平面内での温度分布のバラツキを抑制することができる。また、図８に示す構成では、固体電解質層４４の厚さに応じて、各電極層４２、４３及び集電体４１の厚さ（言い換えれば、バイポーラ電極４０の厚さ）を異ならせているため、単電池内での厚さにバラツキが生じるのを抑制することができる。

ここで、各電極層４２、４３の厚さの変化量と集電体４１の厚さの変化量との和（言い換えれば、バイポーラ電極４０の厚さの変化量）を、固体電解質層４４の厚さの変化量と略等しくする（製造誤差を含む）ことで、単電池の厚さを略均一にすることができる。ここでいう変化量とは、Ｘ−Ｙ平面内の任意の２つの位置における厚さの差を示す。

一方、図１に示す構成では、固体電解質層１４の両面（曲面）が略等しい曲率を有しているが、これらの曲面が互いに異なる曲率を有するように構成することもできる。このように構成しても、固体電解質層の厚さを、端部側から中心部側に向かって連続的に厚くすることができ、Ｘ−Ｙ平面内での温度分布のバラツキを抑制することができる。

この場合には、固体電解質層の両面にそれぞれ接触する正極層及び負極層の表面（曲面）が互いに異なる曲率を有することになる。

上述した実施例で説明したバイポーラ型電池（二次電池）は、例えば、電気自動車（ＥＶ）、ハイブリッド自動車（ＨＥＶ）、燃料電池車（ＦＣＶ）におけるモータ駆動用の蓄電装置として用いることができる。

本発明の実施例１であるバイポーラ型電池の断面図である。 実施例１のバイポーラ型電池において、固体電解質層及び集電体の厚さと、Ｘ−Ｙ平面内での位置との関係を示す図である。 バイポーラ型電池における温度分布を示す図である。 バイポーラ型電池の狭持構造を示す斜視図である。 実施例１の変形例であるバイポーラ型電池において、固体電解質層の厚さとＸ方向の位置との関係を示す図である。 実施例１の変形例であるバイポーラ型電池の断面図である。 実施例１の他の変形例であるバイポーラ型電池の断面図である。 実施例１の他の変形例であるバイポーラ型電池の断面図である。

符号の説明

１：バイポーラ型電池
１１：集電体
１２：正極層
１３：負極層
１４：固体電解質層

Claims (8)

1. 電解質層と、
   集電体及び電極層を備え、前記電解質層を介して積層された複数の電極体とを有し、
   前記電解質層のうち、積層方向と直交する面内における第１の位置での厚さが、前記第１の位置よりも放熱性の高い第２の位置での厚さよりも厚く、
   前記集電体のうち、前記第１の位置に対応した位置での厚さが、前記第２の位置に対応した位置での厚さよりも薄いことを特徴とする蓄電装置。
2. 前記電解質層のうち前記第１及び第２の位置間における厚さの差が、前記集電体のうち前記第１及び第２の位置に対応した位置間における厚さの差と略等しいことを特徴とする請求項１に記載の蓄電装置。
3. 前記電極層の厚さが、略等しいことを特徴とする請求項１又は２に記載の蓄電装置。
4. 前記電極層のうち、前記第１の位置に対応した位置での厚さが、前記第２の位置に対応した位置での厚さよりも薄いことを特徴とする請求項１に記載の蓄電装置。
5. 前記電解質層のうち前記第１及び第２の位置間における厚さの差が、前記電極体のうち前記第１及び第２の位置に対応した位置間における厚さの差と略等しいことを特徴とする請求項４に記載の蓄電装置。
6. 前記第１の位置が、前記電解質層の略中心部に相当する位置であって、
   前記第２の位置が、前記第１の位置に対して、前記電解質層の端部側の位置であることを特徴とする請求項１から５のいずれか１つに記載の蓄電装置。
7. 前記電解質層の厚さが、前記端部側から前記中心部側に向かって連続的又は段階的に増加しているとともに、前記集電体の厚さが、前記端部側から前記中心部側に向かって連続的又は段階的に減少していることを特徴とする請求項６に記載の蓄電装置。
8. 前記電極層の厚さが、前記端部側から前記中心部側に向かって連続的又は段階的に減少していることを特徴とする請求項７に記載の蓄電装置。