JP2008159331A - 蓄電装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】 集電体の表面に複数の電極部が形成された電極体を、固体電解質層を介して積層する場合には、電極部が形成されていない部分において、集電体が互いに近づく方向に変形するおそれがある。
【解決手段】 固体電解質層（１３）と、固体電解質層を介して積層され、集電体（１１）上に複数の電極部（１２ａ、１２ｂ）が形成された電極体（１０）とを有し、固体電解質層の一部が、この固体電解質層に対して積層方向での少なくとも一方に位置する電極体のうち、積層方向と直交する方向で隣り合う電極部の間に位置している。
【選択図】 図２
【解決手段】 固体電解質層（１３）と、固体電解質層を介して積層され、集電体（１１）上に複数の電極部（１２ａ、１２ｂ）が形成された電極体（１０）とを有し、固体電解質層の一部が、この固体電解質層に対して積層方向での少なくとも一方に位置する電極体のうち、積層方向と直交する方向で隣り合う電極部の間に位置している。
【選択図】 図２
Description
本発明は、集電体の表面に複数の電極部が形成された電極体を有する蓄電装置に関するものである。
従来、二次電池等に用いられる電極体（正極体、負極体及びバイポーラ電極を含む）として、集電体の表面全体に略均一な厚さを有する電極層（正極や負極に応じた活物質層）を形成したものが用いられている（例えば、特許文献１、２参照）。
一方、集電体上に、電極層を構成する複数の微小セル（電極部）を形成することによって、電極体での応力を緩和するようにしているものがある（例えば、特許文献３参照）。具体的には、集電体の表面において、複数の微小セルを同一の間隔でマトリクス状に配置している。
しかしながら、特許文献３に記載の二次電池では、積層方向において隣り合う二次電池用電極において、微小セルの間にのみ電解質層が位置するように構成しているため、以下に説明する不具合が生じてしまう。
上述した特許文献３の構成では、微小セルが形成されていない領域において、集電体が露出しており、この露出部分が空間を介して互いに向かい合うようになっている。ここで、二次電池が外力等を受けたときや、充放電等に伴う二次電池の膨張及び収縮が発生したときには、集電体の露出部分が互いに近づく方向に変形してしまうおそれがある。
そこで、本発明は、集電体の表面に複数の電極部を形成した構成において、電極部が形成されていない部分において、積層方向で隣り合う集電体が互いに近づく方向に変形するのを抑制することのできる蓄電装置を提供することを目的とする。
本発明である蓄電装置は、固体電解質層と、固体電解質層を介して積層され、集電体上に複数の電極部が形成された電極体とを有し、固体電解質層の一部が、この固体電解質層に対して積層方向での少なくとも一方に位置する電極体のうち、積層方向と直交する方向で隣り合う電極部の間に位置していることを特徴とする。
ここで、固体電解質層の一部を、電極部及び集電体に接触させることができる。
また、電極体のうち、中心側に位置する第１の領域内における電極部の形成密度を、第１の領域に対して端部側に位置する第２の領域内における電極部の形成密度よりも低くすることができる。
一方、蓄電装置の近傍に熱源が配置されている場合には、電極体のうち、熱源側に位置する第１の領域内における電極部の形成密度を、第１の領域に対して熱源側とは反対側に位置する第２の領域内における電極部の形成密度よりも低くすることができる。
ここで、固体電解質層は、この固体電解質層を形成する材料を電極体に対して塗布することによって形成することができる。そして、固体電解質層としては、ゲル電解質、高分子固体電解質又は無機固体電解質で構成することができる。また、電極部は、正極又は負極に応じた活物質を含んでいる。
一方、本発明は、第１の固体電解質層と、第１の固体電解質層を介して積層され、集電体上に複数の電極部が形成された電極体と、第１の固体電解質層に対して積層方向での少なくとも一方に位置する電極体のうち、積層方向と直交する方向で隣り合う電極部の間に配置された第２の固体電解質層とを有することを特徴とする。
本発明によれば、集電体の表面に複数の電極部が形成された電極体を用いた場合において、固体電解質層によって積層方向で隣り合う電極体を仕切ることができる。これにより、電極部が形成されていない領域において、集電体同士が互いに近づく方向に変形するの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に用いられるバイポーラ電極の正面図であり、図２は、本実施例のバイポーラ型電池の一部を示す断面図である。
本実施例のバイポーラ型電池は、固体電解質層１３を介して複数のバイポーラ電極１０を積層したものである。言い換えれば、本実施例のバイポーラ型電池は、複数の単電池（二次電池）を積層した組電池である。
なお、以下の実施例では二次電池について説明するが、蓄電装置としての電気二重層キャパシタ（コンデンサ）にも本発明を適用することができる。この電気二重層キャパシタは、複数の正極及び負極を、セパレータを介して交互に重ね合わせたものである。そして、電気二重層キャパシタにおいては、例えば、集電体としてアルミ箔、正極活物質及び負極活物質として活性炭、セパレータとしてポリエチレンからなる多孔質膜を用いることができる。
図１及び図２において、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、複数の電極部１２ａが形成されている。これらの電極部１２ａは、後述するように所定の配列パターンで配置されている。
また、集電体１１の他方の面には、複数の電極部１２ｂが形成されている。これらの電極部１２ｂの配列パターンは、図１に示す電極部１２ａの配列パターンと同様である。すなわち、電極部１２ａ及び電極部１２ｂは、集電体１１の面に対して対称に形成されている。
ここで、集電体１１の同一面内に形成された複数の電極部１２ａによって、電極層（正極層）が構成される。また、集電体１１の同一面内に形成された複数の電極部１２ｂによって、電極層（負極層）が構成される。
電極部１２ａ、１２ｂが形成された集電体１１によって、バイポーラ電極１０が構成される。なお、本実施例では、バイポーラ電極１０を用いた場合について説明するが、これに限るものではない。具体的には、集電体の両面に同一の電極層（正極層又は負極層）が形成された電極を用いたり、集電体の片面のみに電極層が形成された電極を用いたりすることができる。
集電体１１は、例えば、アルミニウム箔で形成したり、複数の金属で形成したりすることができる。また、金属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、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。
各電極部１２ａ、１２ｂは、正極又は負極に応じた活物質を含んでいる。また、各電極部１２ａ、１２ｂ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固体電解質、高分子ゲル電解質、高分子電解質、添加剤などが含まれる。各電極部１２ａ、１２ｂ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、電極部１２ａの正極活物質として、ニッケル酸化物を用い、電極部１２ｂの負極活物質として、ＭｍＮｉ（５−ｘ−ｙ−ｚ）ＡｌｘＭｎｙＣｏｚ（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、電極部１２ａの正極活物質として、リチウム−遷移金属複合酸化物を用い、電極部１２ｂの負極活物質として、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。
各電極部１２ａ、１２ｂは、インクジェット方式等を用いた塗布によって、集電体１１上に形成することができる。
図１に示すように、各電極部１２ａは、矩形状に形成されており、すべての電極部１２ａが略同一（製造上の誤差を含む）の大きさ（面積）を有している。また、電極部１２ａの厚さ（Ｚ方向の長さ）は、すべての電極部１２ａにおいて略同一（製造誤差を含む）である。電極部１２ｂについても同様である。
積層方向（Ｚ方向）において隣り合うバイポーラ電極１０の間には、固体電解質層１３が配置されている。ここで、固体電解質層１３は、図２に示すように、集電体１１の表面のうち、電極部１２ａが形成されていない領域にも形成されている。言い換えれば、集電体１１上に形成された電極部１２ａが、固体電解質層１３によって覆われている。
固体電解質層１３の一方の面（電極部１２ｂと接触する面）は、略平坦（製造誤差を含む）な面で構成されている。一方、固体電解質層１３の他方の面は、電極部１２ａが形成された側のバイポーラ電極の面（凹凸面）に沿った形状に形成されている。ここで、固体電解質層１３の一方の面と、電極部１２ｂが形成された集電体１１の面との間には、空間Ｓが形成される。
固体電解質層１３は、例えば、集電体１１上に電極部１２ａを形成した後に、この電極部１２ａが形成された面に対して電解質を塗布することによって形成することができる。この場合には、固体電解質層１３が、電極部１２ａの外周面及び、電極部１２ａが形成されていない集電体１１の表面に接触することになる。
なお、固体電解質層１３を形成する方法は、上述した方法に限るものではない。すなわち、固体電解質層１３を、電極部１２ａを覆った状態でバイポーラ電極１０の間に配置させることができれば、いかなる方法を用いることもできる。
例えば、固体電解質層１３を、型を用いて成形することもできる。すなわち、固体電解質層１３の一方の面（電極部１２ｂに接触する面）を略平坦に成形するとともに、他方の面を、バイポーラ電極１０のうち電極部１２ａが形成された面に沿うように凹凸状に成形することができる。
この場合には、固体電解質層１３のうち凸形状の部分が、隣り合う電極部１２ａの間に位置することになる。このとき、固体電解質層１３の凸形状の部分は、電極部１２ａの側面（電極部１２ａの厚さ方向に延びる面）や集電体１１の表面に接触したり、接触しなかったりすることがある。
なお、本実施例では、上述したように電極部１２ａを覆うように固体電解質層１３を形成した場合について説明したが、図３に示すように、電極部１２ｂを覆うように固体電解質層１３を形成することができる。図３に示す構成では、固体電解質層１３の一方の面と、電極部１２ｂが形成された集電体１１の面との間に、空間Ｓが形成される。
また、図４に示すように、電極部１２ａ、１２ｂを覆うように固体電解質層１３を形成することもできる。ここで、図４に示す構成では、積層方向で隣り合うバイポーラ電極１０の間のスペースが、固体電解質層１３で満たされていることになる。
一方、図５に示すように、固体電解質層を配置することもできる。図５に示す構成では、積層方向で隣り合う電極部１２ａ、１２ｂの間に第１の固体電解質層１３ａが配置されている。また、積層方向と直交する方向で隣り合う電極部１２ａの間に第２の固体電解質層１３ｂが配置されている。
なお、積層方向と直交する方向で隣り合う電極部１２ｂの間に第２の固体電解質層１３ｂを配置することもできるし、隣り合う電極部１２ａの間と、隣り合う電極部１２ｂの間に、第２の固体電解質層１３ｂを配置することもできる。
ここで、図５に示す構成を得る方法としては、まず、集電体１１のうち電極部１２ａが形成されていない領域に塗布等によって固体電解質層を形成した後、電極部１２ａの先端部分に塗布等によって固体電解質層を形成することができる。
本実施例のように、積層方向で隣り合うバイポーラ電極１０を、固体電解質層１３によって仕切ることにより、電極部１２ｂが形成されていない領域において集電体１１が外力等を受けて変形しても、他の集電体１１に接触することはない。また、固体電解質層１３によって電極部１２ａを覆うことにより、電極部１２ａが集電体１１から剥がれてしまうのを抑制することができる。さらに、固体電解質層１３を用いているだけであるため、集電体１１同士の接触を防止するために他の材料を用いる場合に比べて、コストダウンを図ることができる。
ここで、固体電解質層１３は、高分子固体電解質、無機固体電解質又はゲル電解質によって構成することができる。ゲル電解質は、イオン伝導性を有する高分子電解質に、電解液を保持させたものである。
高分子固体電解質としては、ポリエチレンオキシド（ＰＥＯ）、ポリプロピレンオキシド（ＰＰＯ）及び、これらの共重合体等を用いることができる。
また、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、Ｌｉ３Ｎ、ＬｉＩ、Ｌｉ３Ｎ−ＬｉＩ−ＬｉＯＨ、ＬｉＳｉＯ４、ＬｉＳｉＯ４−ＬｉＩ−ＬｉＯＨ、Ｌｉ３ＰＯ４−Ｌｉ４ＳｉＯ４、Ｌｉ２ＳｉＳ３、Ｌｉ２Ｏ−Ｂ２Ｏ３、Ｌｉ２Ｏ２−ＳｉＯ２、Ｌｉ２Ｓ−ＧｅＳ４、Ｌｉ２Ｓ−Ｐ２Ｓ５、ＬｉＩ−Ｌｉ２Ｓ−Ｐ２Ｓ５を用いることができる。
次に、電極部１２ａの配列パターンについて説明する。
図１に示すように、複数の電極部１２ａのうち、Ｙ方向で隣り合う２つの電極部１２ａの間隔は、互いに異なっている。すなわち、隣り合う電極部１２ａの間隔は、バイポーラ電極１０（集電体１１）の中心部から外周部に向かって徐々に小さくなるように設定されている。具体的には、以下に説明する関係となっている。なお、ここでいう中心部及び外周部は、積層方向と直交する面内（Ｘ−Ｙ平面内）での位置を示す。
図１に示すように、集電体１１の中心部に位置する電極部１２ａと、この電極部１２ａに対してＹ方向で隣り合う電極部１２ａとの間隔、言い換えれば、電極部１２ａが形成されていない領域におけるＹ方向の長さをｄ１とする。同様に、集電体１１の外周部（端部）に位置する電極部１２ａと、この電極部１２ａに対してＹ方向で隣り合う電極部１２ａとの間隔をｄｎとする。また、Ｙ方向における任意の位置において隣り合う電極部１２ａの間隔をｄｋとする。
このとき、ｄ１＞・・ｄｋ＞ｄｋ＋１＞・・・ｄｎの関係が成り立つ。なお、ｋは、１〜ｎの範囲内の任意の値である。
ここで、隣り合う電極部１２ａの間隔（ｄ１〜ｄｎ）は、従来のバイポーラ電極を用いたときの温度分布曲線を考慮した上で、設定することができる。ここで、従来のバイポーラ電極とは、集電体の全面に単一層となる電極層が形成された電極をいう。
図６は、バイポーラ電極上での温度分布曲線を示している。図６において、縦軸はバイポーラ電極上の温度を示し、横軸はバイポーラ電極上の位置（図１のＹ方向における位置）を示している。
図６の点線で示すように、従来のバイポーラ電極では、中心部において熱が溜まりやすいため、他の部分に比べて温度が高くなる。そして、バイポーラ電極の中心部から外周部に近づくにつれて、温度が徐々に低下していく。これは、バイポーラ電極の外周部側のほうが、熱が逃げやすいためである。
図６の点線で示す温度分布曲線を考慮すると、中心部における電極部１２ａの間隔（ｄ１）を最も広くし、外周部側に向けて電極部１２ａの間隔を徐々に小さくしていくことが好ましい。
このように電極部１２ａを配置することで、バイポーラ電極１０上における温度分布曲線を図６の実線とすることができる。すなわち、バイポーラ電極１０の中心部側における放熱効率を向上させることができ、バイポーラ電極１０のＹ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。特に、電極部１２ａの間隔を外周部側から中心部側に向けて徐々に大きくすることで、バイポーラ電極１０のＹ方向における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では、図２に示すように、集電体１１上における電極部１２ｂの間に空間Ｓが形成されることになる。ここで、バイポーラ電極１０の中心部側における電極部１２ｂの間隔は、外周部側における電極部１２ｂの間隔よりも広くなっているため、中心部側の空間Ｓは、外周部側における空間Ｓよりも大きくなる。
このため、バイポーラ電極１０の中心部側で発生した熱は、比較的大きな空間Ｓを介して外部に逃げやすくなっており、バイポーラ電極１０の中心部側での放熱効率を向上させることができる。なお、バイポーラ型電池の外部から、上記空間Ｓ内に冷却媒体（冷却用の気体や液体）を供給するようにしてもよく、この場合には、バイポーラ電極１０上での温度上昇を効率良く抑制することができる。
なお、本実施例では、Ｙ方向で隣り合う電極部１２ａの間隔を、集電体１１の外周部から中心部に向けて徐々に大きくしているが、これに限るものではない。具体的には、一部の領域において、隣り合う電極部１２ａの間隔が同一となる場合（例えば、ｄｋ＝ｄｋ＋１となる場合、図１参照）を含んでいてもよい。すなわち、隣り合う電極部１２ａの間隔を異ならせなくても、バイポーラ電極１０上の温度差が許容値（概ねゼロを含む）以下となるものであれば、隣り合う電極部１２ａの間隔を同一の値に設定してもよい。
一方、本実施例のバイポーラ型電池は、バイポーラ電極１０での熱膨張を抑制するために、図７に示すように、バイポーラ型電池１００の両側（バイポーラ電極１０の積層方向）からエンドプレート（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７中の矢印で示すように、バイポーラ型電池１００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１００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を用いれば、バイポーラ電極１０の中心部側での放熱効率が外周部側よりも高くなっているため、中心部側での熱膨張を抑制することができる。これにより、図７に示す構造を用いたとしても、バイポーラ型電池１００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。
なお、本実施例では、図１に示すように、Ｙ方向において隣り合う電極部１２ａの間隔を異ならせているが、これに限るものではない。すなわち、Ｘ方向において隣り合う電極部１２ａの間隔を異ならせてもよいし、Ｘ方向及びＹ方向において隣り合う電極部１２ａの間隔を異ならせてもよい。この場合においても、中心部側における電極部１２ａの間隔を、外周部側における電極部１２ａの間隔よりも広くすればよい。
ここで、Ｘ方向及びＹ方向において隣り合う電極部１２ａの間隔を異ならせれば、バイポーラ電極のＸ方向及びＹ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。
また、本実施例では、各電極部１２ａ、１２ｂを矩形状に形成しているが、これに限るものではなく、他の様々な形状に形成することができる。例えば、電極部を、三角形状等の多角形状や、円形状に形成することができる。また、異なる形状の電極部を集電体上に形成することもできる。
さらに、本実施例では、図１に示すように、複数の電極部１２ａ（電極部１２ｂも同様）をマトリクス状に配置しているが、これに限るものではない。例えば、バイポーラ電極の中心部に配置された電極部を中心として、他の電極部を同心円状に配置することができる。この場合にも、中心部側において隣り合う電極部の間隔が、外周部側において隣り合う電極部の間隔よりも広くなるように設定する。
このように、電極部を同心円状に配置することで、バイポーラ電極において、Ｘ−Ｙ平面内のあらゆる方向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に示すように、Ｘ方向に延びる複数の電極部２２ａをＹ方向に並べて配置することもできる。この場合にも、隣り合う電極部２２ａの間隔は、集電体１１の外周部から中心部に向かって大きくなるように設定される。そして、固体電解質層によって、集電体１１の少なくとも一方の面に形成された電極部（電極部２２ａを含む）を覆う。
さらに、本実施例では、集電体１１上に形成された各電極部１２ａの厚さ（図２のＺ方向の長さ）は、すべての電極部１２ａについて略同一の値に設定しているが、これに限るものではない。すなわち、集電体１１上の位置に応じて、電極部の厚さを変えてもよい。
具体的には、特定の方向（Ｘ方向やＹ方向等）において互いに隣り合う２つの電極部のうち、中心部側に位置する電極部の厚さを、外周部側に位置する電極部の厚さよりも薄くすることができる。そして、図９に示すように、バイポーラ電極の外周部から中心部に向かって、電極部３２ａの厚さを徐々に薄くすることができる（ｔ１＜ｔ２＜ｔ３）。なお、厚さが略等しい（製造誤差を含む）少なくとも２つの電極部が含まれていてもよい。
このように、電極部３２ａの厚さを異ならせる場合には、固体電解質層（図２に示す固体電解質層１３に相当する）の厚さも異ならせることが好ましい。このように構成することで、積層方向で隣り合う２つの集電体１１の間隔を略均一にさせることができる。この場合においても、固体電解質層が、集電体１１の少なくとも一方の面に形成された電極部を覆うように構成される。
上述したように、集電体１１の中心部側における電極部３２ａの厚さを薄くすれば、中心部側における電流密度を低下させて、中心部側での発熱を抑えることができる。これにより、バイポーラ電極上での温度分布のバラツキを抑制することができる。
一方、集電体１１上の位置に応じて、電極部を構成する活物質の密度（電極部内に占める正極活物質の体積の割合）を異ならせることもできる。具体的には、バイポーラ電極の中心部側に位置する電極部の活物質の密度を、外周側に位置する電極部の活物質の密度よりも低くすることができる。また、外周部から中心部に向けて、電極部の活物質の密度を徐々に低くすることができる。なお、活物質の密度が略等しい（製造上の誤差を含む）、少なくとも２つの電極部が含まれていてもよい。
上述したように、中心部側に位置する電極部の活物質の密度を低くすれば、中心部側における電流密度を低下させて、中心部側での発熱を抑えることができる。これにより、バイポーラ電極上の温度分布のバラツキを抑制することができる。
なお、上述した電極部の間隔、電極部の厚さ、電極部の活物質の密度といった、３つのパラメータに基づいて、電極部を形成することもできる。電極部の間隔だけでなく、電極部の厚さや活物質の密度を異ならせることで、集電体１１上において、電極部が形成されていない領域を小さくすることができる。
一方、バイポーラ電極を図１０に示す構成とすることもできる。ここで、図１０は、バイポーラ電極の正面図である。なお、図１で説明した部材と同一の機能を有する部材については、同一符号を用いる。
図１０に示すように、略円形に形成された集電体１１の一方の面には、同心円状に複数の電極部１２ａが形成されている。また、集電体１１の他方の面には、電極部１２ａの配列パターンと同様の配列パターンを有する複数の電極部（不図示）が形成されている。ここで、複数の電極部１２ａが正極層を構成し、集電体１１の他方の面に形成された複数の電極部が負極層を構成する。
電極部１２ａの幅（径方向の長さ）は略同一（製造誤差を含む）となっている。また、径方向において隣り合う電極部１２ａの間隔は、外周部から中心部に向かって徐々に大きくなっている。なお、隣り合う電極部１２ａの間隔が略同一（製造誤差を含む）となる部分を含んでいてもよい。
図１０に示すバイポーラ電極１０の構成において、径方向における内側の領域は、径方向における外側の領域に比べて、熱がこもりやすい。そこで、径方向の内側における電極部１２の間隔を、径方向の外側における電極部１２ａの間隔よりも広くすることにより、径方向の内側における放熱性を向上させることができる。これにより、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。
ここで、図１０に示すバイポーラ電極１０を複数用意しておき、これらのバイポーラ電極１０を、固体電解質層（不図示）を介してＺ方向で積層することにより、円筒型の電池を構成することができる。この構成においても、図２〜図４に示した構成と同様に、集電体１１の少なくとも一方の面に形成された電極部を覆うように、固体電解質層を形成することができる。
このように、積層方向（Ｚ方向）で隣り合うバイポーラ電極１０を仕切るように固体電解質層を配置することにより、電極部が形成されていない領域において、集電体１１同士が接触してしまうのを防止することができる。また、固体電解質層によって、集電体１１上に形成された電極部を覆うことにより、電極部が集電体１１から剥がれてしまうのを抑制することができる。
ここで、図１０に示す構成に加えて、図９等で説明したように、電極部１２の厚さ（Ｚ方向の長さ）を異ならせたり、電極部１２に含まれる活物質の密度を異ならせたりすることもできる。
一方、バイポーラ電極を捲き回させて、電池を構成することもできる。
具体的には、図１１に示すように、集電体１１の一方の面に、Ｙ方向に延びる複数の電極部１２ａを形成する。また、集電体１１の他方の面に、電極部１２ａの配列パターンと同様の配列パターンを有する複数の電極部（不図示）を形成する。これにより、バイポーラ電極１０が構成される。ここで、電極部１２ａは正極層を構成し、集電体１１の他方の面に形成された複数の電極部は負極層を構成する。
複数の電極部１２ａの幅（Ｘ方向の長さ）は略等しくなっている。また、Ｘ方向において隣り合う電極部１２ａの間隔は、図１１中の下側から上側に向かって徐々に小さくなっている。なお、隣り合う電極部１２ａの間隔が略同一（製造誤差を含む）となる部分が含まれていてもよい。
図１１に示すバイポーラ電極１０は、図１１中の下側に位置する端部から矢印で示す方向に沿って巻くことにより、円筒型の電池が構成される。ここで、バイポーラ電極１０の少なくとも一方の面には、固体電解質層が形成される。そして、この固体電解質層は、集電体上に形成された電極部を覆うように形成される。
１つのバイポーラ電極１０を捲き回して構成された円筒型の電池において、径方向（バイポーラ電極の積層方向）における内側の領域は、径方向における外側の領域よりも熱がこもり易くなっている。
したがって、図１１に示すように、径方向内側に位置する領域（図１１中の下側の領域）における隣り合う電極部１２ａの間隔を、径方向外側に位置する領域（図１１中の上側の領域）における隣り合う電極部１２ａの間隔よりも広くすることにより、径方向の内側での放熱性を向上させることができる。これにより、円筒型の電池においても、温度分布のバラツキを抑制することができる。
また、積層方向で隣り合うバイポーラ電極１０を固体電解質層によって仕切ることにより、電極部が形成されていない部分において、集電体１１同士が接触するのを防止することができる。また、固体電解質層によって、バイポーラ電極１０における少なくとも一方の面に設けられた電極部を覆うことにより、この電極部が集電体１１から剥がれるのを防止することができる。
次に、本発明の実施例２であるバイポーラ型電池について、図１２を用いて説明する。ここで、図１２は、本実施例のバイポーラ型電池に用いられるバイポーラ電極の一部の構成を示す図である。
上述した実施例１では、電極部の幅を略均一にしつつ、隣り合う電極部の間隔を互いに異ならせた構成について説明したが、本実施例では、隣り合う電極部の間隔を略等しく（製造上の誤差を含む）しつつ、電極部の幅（面積）を異ならせたものである。
具体的には、図１２に示すように、バイポーラ電極（集電体）の外周部側から中心部側に向けて、電極部４２ａの大きさ（Ｙ方向における幅）を減少させている。すなわち、Ｙ方向において隣り合う電極部４２ａの間隔が、すべて一定値ｄｋ（任意の値）となっているとともに、各電極部４２ａの幅Ｗ１〜Ｗ５が、「Ｗ５＞Ｗ４＞Ｗ３＞Ｗ２＞Ｗ１」の関係が成り立つようになっている。
ここで、集電体の両面には、図１２に示す配列パターンを有する複数の電極部が形成される。これにより、バイポーラ電極が構成される。集電体の一方の面に形成された複数の電極部は正極層を構成し、集電体の他方の面に形成された複数の電極部は負極層を構成する。
本実施例のバイポーラ型電池では、上述した複数のバイポーラ電極が固体電解質層を介して積層されている。ここで、固体電解質層は、実施例１と同様に、積層方向で隣り合うバイポーラ電極を仕切るとともに、バイポーラ電極の少なくとも一方の面に設けられた電極部を覆っている。
本実施例のように構成しても、実施例１と同様に、バイポーラ電極の中心部側における電極部４２ａの形成密度を、外周部側における電極部４２ａの形成密度よりも低くすることができ、バイポーラ電極の中心部側における放熱効率を向上させることができる。これにより、バイポーラ電極上の温度分布のバラツキを抑制することができる。
また、固体電解質層によって、積層方向で隣り合うバイポーラ電極を仕切ることにより、電極部が形成されていない部分において、集電体同士が接触するのを防止することができる。さらに、バイポーラ電極における電極部を固体電解質層によって覆うことにより、この電極部が集電体から剥がれてしまうのを防止することができる。
なお、図１２に示す構成では、Ｙ方向で並ぶすべての電極部４２ａの幅Ｗ１〜Ｗ５を異ならせているが、幅が略等しい少なくとも２つの電極部を含んでいてもよい。
また、本実施例においても、実施例１で説明したのと同様に、電極部４２ａの厚さを異ならせたり、電極部を構成する活物質の密度を異ならせたりすることができる。また、実施例１のように電極部の間隔を異ならせつつ、本実施例のように電極部の幅を異ならせることもできる。
さらに、実施例１で説明した図１０や図１１の構成を適用することもできる。すなわち、図１０や図１１に示すバイポーラ電極の構成では、電極部の幅を略一定にしつつ、隣り合う電極部間の間隔を異ならせているが、隣り合う電極部の間隔を略一定にしつつ、各電極部の幅を異ならせることもできる。
具体的には、図１０に示すバイポーラ電極の構成では、径方向において隣り合う電極部の間隔を略同一としつつ、中心側に位置する電極部の幅を、外周側に位置する電極部の幅よりも狭くすることができる。また、図１１に示すバイポーラ電極の構成では、Ｘ方向において隣り合う電極部の間隔を略同一としつつ、図１１中の下側に位置する電極部の幅（Ｘ方向の長さ）を、図１１中の上側に位置する電極部の幅よりも狭くすることができる。
上述した実施例１、２は、バイポーラ電極上（Ｘ−Ｙ平面内）における電極部の配置に関するものであるが、バイポーラ電極を積層した構成のバイポーラ型電池においては、積層方向の位置に応じて、各バイポーラ電極上における電極部の配列パターンを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、各バイポーラ電極上での温度分布が異なってくる。このため、積層方向におけるバイポーラ電極の位置に応じて、このバイポーラ電極上における電極部の配列パターンを異ならせることで、積層方向における各バイポーラ電極において、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、実施例１で説明した構成（図１）において、中心層側に位置するバイポーラ電極における電極部の間隔と、外層側に位置するバイポーラ電極における電極部の間隔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間隔が、中心層側のバイポーラ電極のほうが大きくなるように設定することができる。より具体的には、中心層側に位置するバイポーラ電極における中心部での電極部の間隔ｄ１（図１参照）を、外層側に位置するバイポーラ電極における中心部での電極部の間隔ｄ１よりも広くすることができる。
一方、上述した実施例１、２では、バイポーラ型電池自体の放熱特性を考慮して電極部の配列パターン（電極部の間隔、電極部の幅等）を設定しているが、外部からの熱的影響によるバイポーラ型電池の放熱特性を考慮して電極部の配列パターンを設定することもできる。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、より具体的には、バイポーラ型電池に対して積層方向と直交する方向に熱源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、他の領域に比べて放熱性が低くなることがある。
そこで、バイポーラ電極のうち熱源側の領域における電極部の形成密度を、他の領域における電極部の形成密度よりも低くすることで、バイポーラ電極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、上述した実施例１、２と同様に、電極部の間隔や電極部の幅等を異ならせて、集電体上での電極部の形成密度を異ならせることができる。
ここで、熱源からの熱的影響を踏まえたバイポーラ電極上での温度分布特性を考慮することで、電極部の形成密度を設定することができる。
一方、バイポーラ型電池に対して、この積層方向に熱源が配置されている場合には、複数のバイポーラ電極のうち積層方向で対応する領域における電極部の形成密度を異ならせることができる。
具体的には、積層された複数のバイポーラ電極のうち、熱源側（積層方向のうち一方の最外層側）に位置するバイポーラ電極（１つ又は複数）における電極部の形成密度を、他のバイポーラ電極（例えば、積層方向のうち他方の最外層側に位置するバイポーラ電極）における電極部の形成密度よりも低くすることができる。
一方、上述した実施例１、２では、バイポーラ電極における電極部の形成密度を異ならせた場合について説明したが、バイポーラ電極の全面において電極部の形成密度が略一定である場合にも、本発明を適用することができる。この場合においても、電極部が形成されていない部分において、積層方向で隣り合う集電体１１が互いに接触してしまうのを防止できる。また、集電体１１上に形成された電極部が剥がれてしまうのを防止することができる。
上述した実施例１、２で説明したバイポーラ型電池は、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。
１０：バイポーラ電極
１１：集電体
１２ａ、１２ｂ：電極部（正極層、負極層）
１３：固体電解質層
１００：バイポーラ型電池
１１：集電体
１２ａ、１２ｂ：電極部（正極層、負極層）
１３：固体電解質層
１００：バイポーラ型電池
Claims (6)
- 固体電解質層と、
該固体電解質層を介して積層され、集電体上に複数の電極部が形成された電極体とを有し、
前記固体電解質層の一部が、該固体電解質層に対して積層方向での少なくとも一方に位置する前記電極体のうち、前記積層方向と直交する方向で隣り合う前記電極部の間に位置していることを特徴とする蓄電装置。 - 前記固体電解質層の一部が、前記電極部及び前記集電体に接触していることを特徴とする請求項１に記載の蓄電装置。
- 前記電極体のうち、中心側に位置する第１の領域内における前記電極部の形成密度が、前記第１の領域に対して端部側に位置する第２の領域内における前記電極部の形成密度よりも低いことを特徴とする請求項１又は２に記載の蓄電装置。
- 該蓄電装置の近傍に熱源が配置されており、
前記電極体のうち、前記熱源側に位置する第１の領域内における前記電極部の形成密度が、前記第１の領域に対して前記熱源側とは反対側に位置する第２の領域内における前記電極部の形成密度よりも低いことを特徴とする請求項１又は２に記載の蓄電装置。 - 前記固体電解質層は、該固体電解質層を形成する材料を前記電極体に対して塗布することによって形成されていることを特徴とする請求項１から４のいずれか１つに記載の蓄電装置。
- 前記電極部は、正極又は負極に応じた活物質を含む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。
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