JP5504708B2 - 双極型二次電池 - Google Patents

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Description

本発明は、双極型二次電池、ならびに該電池を用いた組電池および車両に関する。
従来、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た双極型電極が電解質層やセパレータを介して複数積層された発電要素を有する双極型二次電池が知られている。この双極型二次電池は、正極活物質層、電解質層、および、負極活物質層が一つの単電池層を形成しており、該単電池層が集電体を介して複数積層した構造となっていると換言できる。
この双極型二次電池において、液体電解質や高分子ゲル電解質などの電解液を含む電解質を用いる場合、単電池層から電解液が外部に漏れ、他の単電池層の電解液と接触し、液絡を起こすという問題が生じうる。この液絡を防止するため、単電池層の外周部を包囲するようにシール部を配置して、単電池層を封止する技術が知られている（特許文献１参照）。
特開平９−２３２００３号公報
しかしながら、電池の充放電時等において、電極の膨張収縮あるいは熱膨張が起こると、電極の端部において、集電体の応力が集中して、電池の耐久性が低下する可能性があるという問題があった。
本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、双極型二次電池の集電体に発生する応力を緩和する技術を提供することを目的とする。
本発明による双極型二次電池は、集電体の一方の面に形成された正極活物質層および集電体の他方の面に形成された負極活物質層を有する双極型電極を有し、双極型電極およびセパレータの周縁部がシール部を介して接合されてなる。この双極型二次電池において、集電体を介して対向する正極活物質層および負極活物質層のエッジの位置は、正極活物質層および負極活物質層の積層方向において揃っていない。また、正極活物質層および負極活物質層のエッジのうちの内側に位置するエッジと対向するシール部のエッジは、正極活物質層および負極活物質層のエッジのうちの外側に位置するエッジよりも、内側に位置する。このような構成とすることにより、上記課題を解決する。
本発明によれば、電極エッジによる集電体への応力集中による集電体の変位が集電体を介して対向するシール部によって拘束されるため、集電体への応力が緩和される。これにより、電池の耐久性の低下を防止することができる。
双極型二次電池の全体構造を模式的に表した断面概略図である。 双極型電池の代表的な実施形態である積層型の扁平な双極型二次電池の外観を表した斜視図である。 組電池の代表的な実施形態の外観図であって、図３（ａ）は、組電池の平面図であり、図３（ｂ）は、組電池の正面図であり、図３（ｃ）は、組電池の側面図である。 組電池を搭載した車両の概念図である。 図５（ａ）は、第１の実施の形態における双極型二次電池のシール部３１の配置を示す図であり、図５（ｂ）は、従来の双極型二次電池のシール部の配置を示す図である。 第２の実施の形態における双極型二次電池のシール部の配置を示す図である。 第３の実施の形態における双極型二次電池のシール部の配置を示す図である。 第４の実施の形態における双極型二次電池のシール部の配置を示す図である。 第５の実施の形態における双極型二次電池のシール部の配置を示す図である。 第６の実施の形態における双極型二次電池のシール部の配置方法を示す図であり、積層方向の真上から見た図である。
後述する各実施の形態における双極型二次電池は、双極型電極と、セパレータとが積層されてなる発電要素を有する。双極型電極は、導電性を有する樹脂層を含む集電体、集電体の一方の面に形成された正極活物質層、および、集電体の他方の面に形成された負極活物質層を有する。双極型電極およびセパレータの周縁部は、シール部を介して接合されてなる。
以下、図面を参照しながら各実施の形態について説明する。なお、図面の説明において、同一の要素には同一の符号を付し、重複する説明は省略する。
−第１の実施の形態−
図１は、双極型二次電池１０の全体構造を模式的に表した断面概略図である。図１に示す双極型二次電池１０は、実際に充放電反応が進行する略矩形の発電要素２１が電池外装材であるラミネートフィルム２９の内部に封止された構造を有する。
図１に示すように、双極型二次電池１０の発電要素２１は、集電体１１の一方の面に電気的に結合した正極活物質層１３が形成され、集電体１１の反対側の面に電気的に結合した負極活物質層１５が形成された複数の双極型電極２３を有する。各双極型電極２３は、電解質層１７を介して積層されて発電要素２１を形成する。
なお、電解質層１７は、基材としてのセパレータの面方向中央部に電解質が保持されてなる構成を有する。この際、一の双極型電極２３の正極活物質層１３と一の双極型電極２３に隣接する他の双極型電極２３の負極活物質層１５とが電解質層１７を介して向き合うように、各双極型電極２３および電解質層１７が交互に積層されている。すなわち、一の双極型電極２３の正極活物質層１３と、一の双極型電極２３に隣接する他の双極型電極２３の負極活物質層１５との間に電解質層１７が挟まれて配置されている。
隣接する正極活物質層１３、電解質層１７、および、負極活物質層１５は、一つの単電池層１９を構成する。従って、双極型二次電池１０は、単電池層１９が積層されてなる構成を有するとも言える。
なお、発電要素２１の最外層に位置する正極側の最外層集電体１１ａには、片面のみに正極活物質層１３が形成されている。また、発電要素２１の最外層に位置する負極側の最外層集電体１１ｂには、片面のみに負極活物質層１５が形成されている。ただし、正極側の最外層集電体１１ａの両面に正極活物質層１３が形成されてもよい。同様に、負極側の最外層集電体１１ｂの両面に負極活物質層１５が形成されてもよい。
図１に示す双極型二次電池１０では、正極側の最外層集電体１１ａに隣接するように正極集電板２５が配置され、これが延長されて電池外装材であるラミネートフィルム２９から導出している。一方、負極側の最外層集電体１１ｂに隣接するように負極集電板２７が配置され、同様にこれが延長されて電池の外装であるラミネートフィルム２９から導出している。
単電池層１９の外周部にはシール部（絶縁部）３１が配置されている。シール部３１の詳細な配置方法については後述する。このシール部３１は、電解質層１７からの電解液の漏れによる液絡や、電池内で隣り合う集電体１１同士が接触したり、発電要素２１における単電池層１９の端部の僅かな不揃いなどに起因する短絡が起こったりするのを防止する目的で設けられる。シール部３１の設置により、長期間の信頼性および安全性が確保され、高品質の双極型二次電池１０が提供されうる。
なお、単電池層１９の積層回数は、所望する電圧に応じて調節する。また、双極型二次電池１０では、電池の厚みを極力薄くしても十分な出力が確保できれば、単電池層１９の積層回数を少なくしてもよい。双極型二次電池１０でも、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、発電要素２１を電池外装材であるラミネートフィルム２９に減圧封入し、正極集電板２５および負極集電板２７をラミネートフィルム２９の外部に取り出した構造とするのがよい。以下、双極型二次電池の主な構成要素について説明する。
双極型電極は、集電体と、該集電体の表面に形成されてなる活物質層とを有する。より詳しくは、一つの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る。活物質層は、正極活物質または負極活物質を含み、必要に応じてその他の添加剤をさらに含む。
集電体は、正極活物質層と接する一方の面から、負極活物質層と接する他方の面へと電子の移動を媒介する機能を有する。本実施の形態に係る集電体は、導電性を有する樹脂層を含み、必要に応じてその他の層をさらに含みうる。
樹脂層は、電子移動媒体としての機能を有することはもちろんのこと、集電体の軽量化に寄与しうる。該樹脂層は、樹脂基材と、必要に応じて、導電性フィラー等のその他の部材を含みうる。
樹脂基材は、非導電性の高分子材料によって構成されている。非導電性の高分子材料とは、例えば、ポリエチレン（ＰＥ：高密度ポリエチレン（ＨＤＰＥ）、低密度ポリエチレン（ＬＤＰＥ））、ポリプロピレン（ＰＰ）、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、ポリエーテルニトリル（ＰＥＮ）、ポリイミド（ＰＩ）、ポリアミドイミド（ＰＡＩ）、ポリアミド（ＰＡ）、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）、スチレン−ブタジエンゴム（ＳＢＲ）、ポリアクリロニトリル（ＰＡＮ）、ポリメチルアクリレート（ＰＭＡ）、ポリメチルメタクリレート（ＰＭＭＡ）、ポリ塩化ビニル（ＰＶＣ）、ポリフッ化ビニリデン（ＰＶＤＦ）、および、ポリスチレン（ＰＳ）などである。これらの非導電性高分子材料は、優れた耐電位性または耐溶媒性を有しうる。これらの高分子材料は、１種を単独で用いてもよいし、２種以上を組み合わせて混合物として使用してもよい。また、非導電性の高分子材料に、導電性の高分子材料を適宜混合してもよい。
樹脂基材には、樹脂層の導電性を確保するために、必要に応じて導電性フィラーが添加されうる。導電性フィラーは、導電性を有する物質であれば特に制限なく用いることができる。例えば、導電性、耐電位性、または、リチウムイオン遮断性に優れた材料として、金属および導電性カーボン等が挙げられる。
金属としては、特に制限はないが、Ｎｉ、Ｔｉ、Ａｌ、Ｃｕ、Ｐｔ、Ｆｅ、Ｃｒ、Ｓｎ、Ｚｎ、Ｉｎ、Ｓｂ、および、Ｋからなる群から選択される少なくとも１種の金属、もしくは、これらの金属を含む合金または金属酸化物を含むことが好ましい。これらの金属は、集電体表面に形成される正極または負極の電位に対して耐性を有する。例えば、Ａｌは正極電位に対して、Ｎｉ、Ｃｕは負極電位に対して、ＴｉおよびＰｔは、両極の電位に対して耐性を有する。これらのうち、Ｎｉ、Ｔｉ、Ａｌ、Ｃｕ、Ｐｔ、Ｆｅ、および、Ｃｒからなる群から構成される少なくとも１種の金属を含む合金であることがより好ましい。
合金としては、具体的には、ステンレス鋼（ＳＵＳ）、インコネル（登録商標）、ハステロイ（登録商標）、および、その他Ｆｅ−Ｃｒ系合金、Ｎｉ−Ｃｒ合金等が挙げられる。これらの合金を用いることにより、より高い耐電位性が得られうる。
導電性カーボンとしては、特に制限はないが、アセチレンブラック、バルカン、ブラックパール、カーボンナノファイバー、ケッチェンブラック、カーボンナノチューブ、カーボンナノホーン、カーボンナノバルーン、および、フラーレンからなる群から選択される少なくとも１種を含むことが好ましい。これらの導電性カーボンは、電位窓が非常に広く、正極電位および負極電位の双方に対して幅広い範囲で安定であり、さらに、優れた導電性を有する。なかでも、カーボンナノチューブ、カーボンナノホーン、ケッチェンブラック、カーボンナノバルーン、および、フラーレンからなる群から選択される少なくとも１種を含むことがより好ましい。これらの導電性カーボンは中空構造を有するので、質量あたりの表面積が大きく、集電体をより一層軽量化することができる。なお、これらの金属および導電性カーボンなどの導電性フィラーは、１種を単独で用いてもよいし、２種以上を組み合わせて使用してもよい。
導電性フィラーの形状は、特に制限はなく、粒状、繊維状、板状、塊状、布状、およびメッシュ状などの公知の形状を適宜選択することができる。例えば、樹脂に対して広範囲にわたって導電性を付与したい場合は、粒状の導電性フィラーを使用することが好ましい。一方、樹脂において特定方向への導電性をより向上させたい場合は、繊維状等の形状に一定の方向性を有するような導電性フィラーを使用することが好ましい。
導電性フィラーの大きさは、特に制限はなく、樹脂層の大きさや厚さまたは導電性フィラーの形状によって、様々な大きさのフィラーを使用することができる。一例として、導電性フィラーが粒状の場合の平均粒子径は、樹脂層の成形を容易にする観点から、０．１〜１０μｍ程度であることが好ましい。なお、本明細書中において、「粒子径」とは、導電性フィラーの輪郭線上の任意の２点間の距離のうち、最大の距離Ｌを意味する。「平均粒子径」の値としては、走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）や透過型電子顕微鏡（ＴＥＭ）などの観察手段を用い、数〜数十視野中に観察される粒子の粒子径の平均値として算出される値を採用するものとする。後述する活物質などの粒子径や平均粒子径も同様に定義することができる。
樹脂層に含まれる導電性フィラーの含有量も特に制限はない。特に、樹脂が導電性高分子材料を含み、十分な導電性が確保できる場合は、導電性フィラーを必ずしも添加する必要はない。しかしながら、樹脂が非導電性高分子材料のみからなる場合は、導電性を付与するために導電性フィラーを添加する必要がある。この際の導電性フィラーの含有量は、非導電性高分子材料の全質量に対して、好ましくは５〜３５質量％であり、より好ましくは５〜２５質量％であり、さらに好ましくは５〜１５質量％である。このような量の導電性フィラーを樹脂に添加することにより、樹脂層の質量増加を抑制しつつ、非導電性高分子材料にも十分な導電性を付与することができる。
樹脂層中の導電性フィラーの分散の形態は特に制限はなく、基材である樹脂中に均一に分散されている形態であってもよいし、部分的に局在して分散されていてもよい。樹脂層全体にわたって均一に導電性を付与したい場合は、導電性フィラーは樹脂全体に均一に分散されていることが好ましい。
導電性を有する樹脂層の１層分の厚さは、１〜２００μｍであることが好ましく、１０〜１００μｍであることがより好ましく、１０〜５０μｍであることがさらに好ましい。樹脂層の厚さがこのような範囲にあると、厚み方向の抵抗を十分低く抑えることができる。そのため、集電体の導電性を確保した上で、軽量化による電池の出力密度を高めることができる。さらに、液絡低減による寿命特性向上や、耐振動性向上を図ることができる。
集電体の形態は、導電性を有する樹脂層を含むものであれば特に制限はなく、様々な形態を取り得る。例えば、集電体の形態は、樹脂層の他に必要に応じてその他の層を含む積層体であってもよい。樹脂層以外のその他の層としては、金属層または接着層などが挙げられるが、これらに制限されるものではない。例えば、１種の導電性を有する樹脂層が単独で集電体を形成してもよいし、２種以上の導電性を有する樹脂層が積層された形態であってもよい。かように樹脂層を複数積層することによって、もしも各樹脂層で微小なクラックが生じた場合であっても、クラックの位置が一致しないため、液絡を防止することができる。また、樹脂層以外にも、アルミニウム、ニッケル、もしくは銅などの金属、または、これらの合金等を含む金属層を樹脂層の間に有してもよい。かような金属層を含むことにより、樹脂層内のイオン透過による双極型電極内の正極活物質層と負極活物質層との間の液絡を防ぐことができ、寿命特性が向上した長期信頼性に優れた双極型二次電池を構築できる。
なお、樹脂層と金属層とを積層する方法としては、樹脂層に金属蒸着する方法、金属箔状に樹脂を融着する方法などが挙げられる。また、集電体が２つ以上の樹脂層または金属層を積層してなる場合、層の境界面での接触抵抗を低減したり、接着面の剥離を防いだりする観点から、２つの層は接着層を介して接着されてもよい。かような接着層に使用される材料としては、酸化亜鉛、酸化インジウム、酸化チタンなどを含む金属酸化物系の導電性ペースト、カーボンブラック、カーボンナノチューブ、グラファイトなどを含むカーボン系の導電性ペーストが好ましく使用される。
集電体の厚さは、軽量化により電池の出力密度を高める上では、薄い方が好ましい。双極型二次電池においては、双極型電極の正極活物質層と負極活物質層の間に存在する集電体は、積層方向に水平な方向の電気抵抗が高くてもよいため、集電体の厚さは薄くすることが可能である。具体的には、集電体の厚さは、１〜２００μｍであることが好ましく、５〜１５０μｍであることがより好ましく、１０〜１００μｍであることがさらに好ましい。かような厚さを有することによって、出力特性に優れ、長期信頼性に優れた電池を構築できる。
正極活物質層は正極活物質を含む。正極活物質は、放電時にイオンを吸蔵し、充電時にイオンを放出する組成を有する。好ましい一例としては、遷移金属とリチウムとの複合酸化物であるリチウム−遷移金属複合酸化物が挙げられる。具体的には、ＬｉＣｏＯ2などのＬｉ・Ｃｏ系複合酸化物、ＬｉＮｉＯ2などのＬｉ・Ｎｉ系複合酸化物、スピネルＬｉＭｎ2Ｏ4などのＬｉ・Ｍｎ系複合酸化物、ＬｉＦｅＯ2などのＬｉ・Ｆｅ系複合酸化物およびこれらの遷移金属の一部を他の元素により置換したものなどが使用できる。これらリチウム−遷移金属複合酸化物は、反応性、サイクル特性に優れ、低コストな材料である。そのため、これらの材料を電極に用いることにより、出力特性に優れた電池を形成することが可能である。このほか、正極活物質としては、ＬｉＦｅＰＯ4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、Ｖ2Ｏ5、ＭｎＯ2、ＴｉＳ2、ＭｏＳ2、ＭｏＳ3などの遷移金属酸化物や硫化物、ＰｂＯ2、ＡｇＯ、ＮｉＯＯＨなどを用いることもできる。上述した正極活物質は、単独で使用してもよいし、２種以上の混合物の形態で使用してもよい。
正極活物質の平均粒子径は、特に制限されないが、正極活物質の高容量化、反応性、サイクル耐久性の観点からは、好ましくは、１〜１００μｍ、より好ましくは、１〜２０μｍである。このような範囲であれば、二次電池は、高出力条件下での充放電時における電池の内部抵抗の増大が抑制され、十分な電流を取り出し得る。なお、正極活物質が２次粒子である場合には、２次粒子を構成する１次粒子の平均粒子径が１０ｎｍ〜１μｍの範囲であるのが望ましいといえるが、本形態では、必ずしも上記範囲に制限されるものではない。ただし、製造方法にもよるが、正極活物質が凝集、塊状などにより２次粒子化したものでなくても良いことはいうまでもない。かかる正極活物質の粒径および１次粒子の粒径は、レーザー回折法を用いて得られたメディアン径を使用できる。なお、正極活物質の形状は、その種類や製造方法等によって取り得る形状が異なり、例えば、球状（粉末状）、板状、針状、柱状、角状などが挙げられるが、これらに限定されるものではなく、いずれの形状であれ問題なく使用できる。好ましくは、充放電特性などの電池特性を向上し得る最適の形状を適宜選択するのが望ましい。
負極活物質層は、負極活物質を含む。負極活物質は、放電時にイオンを放出し、充電時にイオンを吸蔵できる組成を有する。負極活物質は、リチウムを可逆的に吸蔵および放出できるものであれば特に制限されないが、負極活物質の例としては、ＳｉやＳｎなどの金属、あるいは、ＴｉＯ、Ｔｉ2Ｏ3、ＴｉＯ2、もしくは、ＳｉＯ2、ＳｉＯ、ＳｎＯ2などの金属酸化物、Ｌｉ4/3Ｔｉ5/3Ｏ4もしくは、Ｌｉ7ＭｎＮなどのリチウムと遷移金属との複合酸化物、Ｌｉ−Ｐｂ系合金、Ｌｉ−Ａｌ系合金、Ｌｉ、または天然黒鉛、人造黒鉛、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、もしくはハードカーボンなどの炭素材料などが好ましく挙げられる。また、負極活物質は、リチウムと合金化する元素を含むことが好ましい。リチウムと合金化する元素を用いることにより、従来の炭素系材料に比べて高いエネルギー密度を有する高容量および優れた出力特性の電池を得ることが可能となる。上述した負極活物質は、単独で使用してもよいし、２種以上の混合物の形態で使用してもよい。
上記のリチウムと合金化する元素としては、以下に制限されることはないが、具体的には、Ｓｉ、Ｇｅ、Ｓｎ、Ｐｂ、Ａｌ、Ｉｎ、Ｚｎ、Ｈ、Ｃａ、Ｓｒ、Ｂａ、Ｒｕ、Ｒｈ、Ｉｒ、Ｐｄ、Ｐｔ、Ａｇ、Ａｕ、Ｃｄ、Ｈｇ、Ｇａ、Ｔｌ、Ｃ、Ｎ、Ｓｂ、Ｂｉ、Ｏ、Ｓ、Ｓｅ、Ｔｅ、Ｃｌ等が挙げられる。これらの中でも、容量およびエネルギー密度に優れた電池を構成できる観点から、炭素材料、および／または、Ｓｉ、Ｇｅ、Ｓｎ、Ｐｂ、Ａｌ、Ｉｎ、およびＺｎからなる群より選択される少なくとも１種以上の元素を含むことが好ましく、炭素材料、Ｓｉ、またはＳｎの元素を含むことが特に好ましい。これらは１種単独で使用してもよいし、２種以上を併用してもよい。
負極活物質の平均粒子径は、特に制限されないが、負極活物質の高容量化、反応性、サイクル耐久性の観点からは、好ましくは１〜１００μｍ、より好ましくは、１〜２０μｍである。このような範囲であれば、二次電池は、高出力条件下での充放電次における電池の内部抵抗の増大が抑制され、十分な電流を取り出し得る。なお、負極活物質が２次粒子である場合には、２次粒子を構成する１次粒子の平均粒子径が１０ｎｍ〜１μｍの範囲であることが望ましいと言えるが、本実施形態では、必ずしも上記範囲に制限されるものではない。ただし、製造方法にもよるが、負極活物質が凝集、塊状などにより２次粒子化したものでなくても良いことはいうまでもない。かかる負極活物質の粒径および１次粒子の粒径は、レーザー回折法を用いて得られたメディアン径を使用できる。なお、負極活物質の形状は、その種類や製造方法等によって取り得る形状が異なり、例えば、球状（粉末状）、板状、針状、柱状、角状などが挙げられるが、これらに限定されるものではなく、いずれの形状であれ問題なく使用できる。好ましくは、充放電特性などの電池特性を向上し得る最適の形状を適宜選択するのが望ましい。
活物質層には、必要であれば、その他の物質が含まれてもよい。例えば、導電助剤、バインダ等が含まれうる。また、イオン伝導性ポリマーが含まれる場合には、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。
導電助剤としては、活物質層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、アセチレンブラック、カーボンブラック、ケッチェンブラック、グラファイト等のカーボン粉末や、気相成長炭素繊維（ＶＧＣＦ；登録商標）等の種々の炭素繊維、膨張黒鉛などが挙げられる。しかし、導電助剤がこれらに限定されないことはいうまでもない。
バインダとしては、ポリフッ化ビニリデン（ＰＶＤＦ）、ポリイミド（ＰＩ）、ＰＴＦＥ、ＳＢＲ、合成ゴム系バインダ等が挙げられる。しかし、バインダがこれらに限定されないことは言うまでもない。また、バインダとゲル電解質として用いるマトリックスポリマーとが同じ場合には、バインダを使用する必要はない。
活物質層に含まれる成分の配合比は、特に限定されない。配合比は、双極型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。活物質層の厚さについても特に制限はなく、双極型二次電池についての従来公知の知見が適宜選択されうる。一例を挙げると、活物質層の厚さは、好ましくは１０〜１００μｍ程度であり、より好ましくは２０〜５０μｍである。活物質層が１０μｍ程度以上であれば、電池容量が十分に確保されうる。
集電体表面上への正極活物質層（または負極活物質層）の形成方法は、特に制限されず、公知の方法が同様にして使用できる。例えば、上述したように、正極活物質（または負極活物質）、ならびに必要であれば、イオン伝導性を高めるための電解質塩、電子伝導性を高めるための導電助剤、およびバインダを適当な溶剤に分散、溶解などして、正極活物質スラリー（または負極活物質スラリー）を調製する。これを集電体上に塗布、乾燥して、溶剤を除去した後、プレスすることによって、正極活物質（または負極活物質層）が集電体上に形成される。この際、溶剤としては、特に制限されないが、Ｎ−メチル−２−ピロリドン（ＮＭＰ）、ジメチルホルムアミド、ジメチルアセトアミド、メチルホルムアミド、シクロヘキサン、ヘキサンなどが用いられうる。バインダとして、ポリフッ化ビニリデン（ＰＶＤＦ）を採用する場合には、ＮＭＰを溶媒として用いるとよい。
上述した方法において、正極活物質スラリー（または負極活物質スラリー）を集電体上に塗布・乾燥した後、プレスする。この際、プレス条件を調節することにより、正極活物質層（または負極活物質層）の空隙率が制御されうる。
プレス処理の具体的な手段やプレス条件は特に制限されず、プレス処理後の正極活物質層（または負極活物質層）の空隙率が所望の値となるように、適宜調節される。プレス処理の具体的な形態としては、例えば、ホットプレス機やカレンダーロールプレス機などが挙げられる。また、プレス条件（温度、圧力など）も特に制限されず、従来公知の知見が適宜参照される。
電解質層は、電極間でリチウムイオンの移動する際の媒体としての機能を有する。本実施形態において、電解質層を構成する電解質は、電解液として支持塩および媒体を含むものであれば特に制限はなく、従来公知の液体電解質および高分子ゲル電解質を適宜採用することができる。
液体電解質は、溶媒に支持塩であるリチウム塩が溶解したものである。溶媒としては、例えば、ジメチルカーボネート（ＤＭＣ）、ジエチルカーボネート（ＤＥＣ）、ジプロピルカーボネート（ＤＰＣ）、エチルメチルカーボネート（ＥＭＣ）、プロピオン酸メチル（ＭＰ）、酢酸メチル（ＭＡ）、ギ酸メチル（ＭＦ）、４−メチルジオキソラン（４ＭｅＤＯＬ）、ジオキソラン（ＤＯＬ）、２−メチルテトラヒドロフラン（２ＭｅＴＨＦ）、テトラヒドロフラン（ＴＨＦ）、ジメトキシエタン（ＤＭＥ）、エチレンカーボネート（ＥＣ）、プロピレンカーボネート（ＰＣ）、ブチレンカーボネート（ＢＣ）、および、γ−ブチロラクトン（ＧＢＬ）などが挙げられる。これらの溶媒は、１種を単独で使用してもよいし、２種以上を組み合わせた混合物として使用してもよい。
また、支持塩（リチウム塩）としては、特に制限はないが、ＬｉＰＦ6、ＬｉＢＦ4、ＬｉＣｌＯ4、ＬｉＡｓＦ6、ＬｉＴａＦ6、ＬｉＳｂＦ6、ＬｉＡｌＣｌ4、Ｌｉ2Ｂ10Ｃｌ10、ＬｉＩ、ＬｉＢｒ、ＬｉＣｌ、ＬｉＡｌＣｌ、ＬｉＨＦ2、ＬｉＳＣＮ等の無機酸陰イオン塩、ＬｉＣＦ3ＳＯ3、Ｌｉ（ＣＦ3ＳＯ2）2Ｎ、ＬｉＢＯＢ（リチウムビスオキサイドボレート）、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（Ｃ2Ｆ5ＳＯ2）2Ｎとも記載）等の有機酸陰イオン塩などが挙げられる。これらの電解質塩は、単独で使用してもよいし、２種以上の混合物の形態で使用されてもよい。
一方、高分子ゲル電解質は、リチウムイオン伝導性を有するマトリックスポリマーに、上記の液体電解質が注入されてなる構成を有する。リチウムイオン伝導性を有するマトリックスポリマーとしては、例えば、ポリエチレンオキシドを主鎖または側鎖に持つポリマー（ＰＥＯ）、ポリエチレングリコール（ＰＥＧ）、ポリアクリロニトリル（ＰＡＮ）、ポリメタクリル酸エステル、ポリフッ化ビニリデン（ＰＶＤＦ）、ポリフッ化ビニリデンとヘキサフルオロプロピレンの共重合体（ＰＶＤＦ−ＨＦＰ）、ポリアクリロニトリル（ＰＡＮ）、ポリ（メチルアクリレート）（ＰＭＡ）、ポリ（メチルメタクリレート）（ＰＭＭＡ）などが挙げられる。また、上記のポリマー等の混合物、変成体、誘導体、ランダム共重合体、交互共重合体、グラフト共重合体、ブロック共重合体なども使用できる。これらのうち、ＰＥＯ、ＰＰＯおよびそれらの共重合体、ＰＶＤＦ、ＰＶＤＦ−ＨＦＰを用いることが望ましい。このようなマトリックスポリマーには、リチウム塩等の電解質塩がよく溶解し得る。また、マトリックスポリマーは、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揮しうる。
本実施の形態における双極型二次電池は、電解質層が液体電解質や高分子ゲル電解質から構成されることから、電解液を保持する目的で電解質層にセパレータを用いることが好ましい。セパレータの形態は特に制限はなく、微細な孔を多数有する多孔質膜や、不織布、または、これらの積層体でありえる。他に、ポリオレフィン系樹脂不織布またはポリオレフィン系樹脂多孔膜を補強材層に用い、補強材層中にフッ化ビニリデン樹脂化合物を充填した複合樹脂膜なども挙げられる。
シール部３１を構成する材料としては、絶縁性、固体電解質の脱落に対するシール性や外部からの水分の透湿に対するシール性（密封性）、電池動作温度下での耐熱性などを有するものであればよい。例えば、ウレタン樹脂、エポキシ樹脂、ポリエチレン樹脂、ポリプロピレン樹脂、ポリイミド樹脂、ゴムなどが用いられうる。なかでも、耐蝕性、耐薬品性、作り易さ（製膜性）、経済性などの観点から、ポリエチレン樹脂やポリプロピレン樹脂が絶縁部３１の構成材料として好ましく用いられる。
図２は、双極型電池の代表的な実施形態である積層型の扁平な双極型二次電池の外観を表した斜視図である。
図２に示すように、積層型の扁平な二次電池４０では、長方形状の扁平な形状を有しており、その両側部からは電力を取り出すための正極タブ４８、負極タブ４９が引き出されている。発電要素（電池要素）４７は、二次電池４０の電池外装材４２によって包まれ、その周囲は熱融着されており、発電要素（電池要素）４７は、正極タブ４８および負極タブ４９を外部に引き出した状態で密封されている。ここで、発電要素（電池要素）４７は、先に説明した図１に示す双極型二次電池１０の発電要素（電池要素）２１に相当するものであり、正極（正極活物質層）１３、電解質層１７および負極（負極活物質層）１５で構成される単電池層（単セル）１９が複数積層されたものである。
なお、上記二次電池は、積層型の扁平な形状のものに制限されるものではなく、巻回型の二次電池では、円筒型形状のものであってもよいし、こうした円筒型形状のものを変形させて、長方形状の扁平な形状にしたようなものであってもよく、形状に特に制限されるものではない。上記円筒型の形状のものでは、その外装材に、ラミネートフィルムを用いてもよいし、従来の円筒缶（金属缶）を用いてもよいなど、特に制限されるものではない。好ましくは、発電要素（電池要素）がアルミニウムラミネートフィルムで外装される。当該形態により、軽量化が達成される。
また、図２に示すタブ４８、４９の取り出しに関しても、特に制限されるものではなく、正極タブ４８と負極タブ４９とを同じ辺から引き出すようにしてもよいし、正極タブ４８と負極タブ４９をそれぞれ複数に分けて、各辺から取り出すようにしてもよいなど、図２に示すものに制限されるものではない。また、巻回型の二次電池では、タブに代えて、例えば、円筒缶（金属缶）を利用して端子を形成すればよい。
上記二次電池は、電気自動車やハイブリッド電気自動車、また、燃料電池車やハイブリッド燃料電池自動車などの大容量電源として、高体積エネルギー密度、高体積出力密度が求められる車両駆動用電源や補助電源に好適に利用することができる。
組電池は、上記双極型電池を複数個接続して構成したものである。詳しくは、少なくとも２つ以上用いて、直列化あるいは並列化あるいは、その両方で構成されるものである。直列、並列化することで容量および電圧を自由に調節することが可能になる。
図３は、組電池の代表的な実施形態の外観図であって、図３（ａ）は、組電池の平面図であり、図３（ｂ）は、組電池の正面図であり、図３（ｃ）は、組電池の側面図である。
図３に示すように、組電池３００は、双極型電池を複数、直列または並列に接続して装脱着可能な小型の組電池２５０を形成し、この装脱着可能な小型の組電池２５０をさらに複数、直列または並列に接続して、高体積エネルギー密度、高体積出力密度が求められる車両駆動用電源や補助電源に適した大容量、大出力を持つ組電池３００を形成する。図３（ａ）は、組電池の平面図、図３（ｂ）は正面図、図３（ｃ）は側面図を示しているが、作成した装脱着可能な小型の組電池２５０は、バスバーのような電気的な接続手段を用いて相互に接続し、この組電池２５０は接続治具３１０を用いて複数段積層される。何個の双極型電池を接続して組電池２５０を作成するか、また、何段の組電池２５０を積層して組電池３００を作成するかは、搭載される車両（電気自動車）の電池容量や出力に応じて決めればよい。
図４は、上述した組電池を搭載した車両の概念図である。上述した組電池は、長期信頼性および出力特性に優れた高寿命の電池であるから、ＥＶ走行距離の長いプラグインハイブリッド電気自動車や、一充電走行距離の長い電気自動車を構成できる。言い換えれば、双極型電池またはこれらを複数個組み合わせてなる組電池を、例えば、自動車ならばハイブリッド車、燃料電池車、電気自動車（いずれも、四輪車（乗用車、トラック、バスなどの商用車、軽自動車など）のほか、二輪車（バイク）や三輪車を含む）に用いることにより、高寿命で信頼性の高い自動車となるからである。ただし、用途が自動車に限定されるわけではなく、例えば、他の車両、電車などの移動体の各種電源であっても適用は可能であるし、無停電電源装置などの載置用電源として利用することも可能である。
図４に示すように、組電池３００を電気自動車４００のような車両に搭載するには、電気自動車４００の車体中央部の座席下に搭載する。座席下に搭載すれば、車内空間およびトランクルームを広く取ることができるからである。なお、組電池３００を搭載する場所は、座席下に限らず、後部トランクルームの下部でもよいし、車両前方のエンジンルームでもよい。以上のような組電池３００を用いた電気自動車４００は高い耐久性を有し、長期間使用しても十分な出力を提供しうる。さらに、燃費、走行性能に優れた電気自動車、ハイブリッド自動車を提供できる。
第１の実施の形態における双極型二次電池は、シール部３１の配置に特徴がある。図５（ａ）は、第１の実施の形態における双極型二次電池のシール部３１の配置を示す図であり、図５（ｂ）は、従来の双極型二次電池のシール部の配置をそれぞれ示している。図５（ｂ）では、図５（ａ）に示す各要素に対応する要素の符号にｐを付している。
図５（ａ）に示す例では、集電体１１の周縁部において、集電体間にシール部３１が配置されており、隣り合う集電体同士が接触するのを防止している。ここでは、シール部３１のうち、正極活物質層１３と同一の積層面で、正極活物質層１３と対向するシール部をシール部３１ａと呼ぶ。また、負極活物質層１５と同一の積層面で、負極活物質層１５と対向するシール部をシール部３１ｂと呼ぶ。
第１の実施の形態における双極型二次電池では、正極活物質層１３の面積が負極活物質層１５の面積よりも広く、正極活物質層１３のエッジと、負極活物質層１５のエッジが揃っていない。すなわち、正極活物質層１３のエッジは、集電体１１を介して対向する負極活物質層１５のエッジよりも外側に位置している。また、負極活物質層１５のエッジと対向するシール部３１ｂのエッジは、集電体１１を介して積層方向の反対側に位置する正極活物質層１３のエッジよりも内側（図５（ａ）では、右側）に位置する。内側とは、シール部３１ｂに対して、負極活物質層１５が位置する側のことである。
ここで、シール部３１ａ，３１ｂに対して、正極活物質層１３，負極活物質層１５が薄い場合、積層方向に加重がかかる際に、シール部３１ａ，３１ｂが先に加重を受けるため、正極活物質層１３，負極活物質層１５への加重分配割合が低くなる。正極活物質層１３，負極活物質層１５への加重が低いと面圧も低くなり、正極活物質層１３，負極活物質層１５と集電体１１との間の接触抵抗が高くなる。従って、正極活物質層１３，負極活物質層１５と集電体１１との間の接触抵抗を低減するために、シール部３１ａ，３１ｂの厚みに対して、正極活物質層１３，負極活物質層１５の厚みを厚くしている。このため、正極活物質層１３，負極活物質層１５のエッジ部分において、特に、正極活物質層１３，負極活物質層１５の膨張収縮時に、集電体１１に応力が発生しやすい。
しかしながら、第１の実施の形態における双極型二次電池では、例えば、正極活物質層１３が膨張した場合でも、正極活物質層１３のエッジの延長上において、集電体１１を挟んだ反対側には、負極活物質層１５と対向するシール部３１ｂが存在するため、集電体１１の変位を拘束して、応力を緩和することができる。また、負極活物質層１５が膨張した場合には、負極活物質層１５のエッジの延長上において、集電体１１を挟んだ反対側には、正極活物質層１３が存在するため、集電体１１の変位を拘束して、応力を緩和することができる。
一方、従来の双極型二次電池では、図５（ｂ）に示すように、正極活物質層１３ｐのエッジと、負極活物質層１５ｐのエッジとが揃っている。この場合、電極の熱膨張や膨張収縮により、電極の端部で集電体１１ｐに応力が発生し、電池の耐久性が低下する可能性がある。また、正極活物質層１３ｐのエッジと、負極活物質層１５ｐのエッジとが揃っていない構造であっても、従来の双極型二次電池では、正極活物質層１３ｐおよび負極活物質層１５ｐのエッジのうち、より外側に位置するエッジの延長上において、集電体１１ｐを挟んだ反対側は、空間となっていた。従って、電極の膨張収縮等が起こると、集電体１１ｐの変位は拘束されず、電極端部で集電体１１ｐに応力が発生し、電池の耐久性が低下する可能性がある。
（実施例）
本発明の作用効果を、以下の実施例を用いて説明する。ただし、本発明の技術的範囲が以下の実施例のみに制限されるわけではない。
＜双極型電極の作製＞
正極活物質としてＬｉＭｎ2Ｏ4、導電助剤としてアセチレンブラック（ＡＢ）、バインダとしてポリフッ化ビニリデン（ＰＶＤＦ）、および、粘度調整溶媒としてＮ−メチルピロリドン（ＮＭＰ）を混合し、正極活物質スラリーを調製した。各成分の配合比は、ＬｉＭｎ2Ｏ4：ＡＢ：ＰＶＤＦ＝８５：５：１０（質量比）である。
負極活物質としてハードカーボン、導電助剤としてアセチレンブラック（ＡＢ）、バインダとしてポリフッ化ビニリデン（ＰＶＤＦ）、および、粘度調整溶媒としてＮ−メチルピロリドン（ＮＭＰ）を混合し、負極活物質スラリーを調製した。各成分の配合比は、ハードカーボン：ＡＢ：ＰＶＤＦ＝８５：５：１０（質量比）である。
集電体は、ポリエチレン、ポリイミドなどの樹脂材料を基材として、アセチレンブラック等の導電助剤を混合して、押し出し成型法等により薄膜化することによって作製した。
調製した正極活物質スラリーを集電体の一方の面に塗布し、乾燥させることによって、正極活物質層を形成した。また、集電体の他方の面に負極活物質スラリーを塗布し、乾燥させることによって、負極活物質層を形成した。かようにして、集電体の一方の面に正極活物質層を、他方の面に負極活物質層を形成した双極型電極を得た。
得られた双極型電極、シール部、および、セパレータを、図５（ａ）に示すように積層し、周辺部分の３辺を上下からプレス（０．２ＭＰａ、２００℃、５秒）して、集電体、シール部、セパレータを融着した。シール部としては、ポリエチレン系の熱可塑性樹脂を用いた。
電解液として、プロピレンカーボネート（ＰＣ）とエチレンカーボネート（ＥＣ）とを１：１（体積比）で混合した混合溶媒に、リチウム塩であるＬｉＰＦ6が１．０Ｍの濃度に溶解した溶液を準備した。そして、上記の双極型二次電池構造体のシールしていない残りの１辺から電解液を注入し、双極型電極間に配されたセパレータに保持させることにより、電解質層を形成し、シールしていない残りの１辺を、上記と同様の条件でプレスして、シールした。
双極型電池要素の投影面全体を覆うことのできるアルミニウム板の一部が電池投影面外部まで伸びている部分がある強電端子を作成した。この端子でバイポーラ型電池要素を挟み込み、これらを覆うようにアルミラミネートフィルムで真空密封し、双極型電池要素全体を大気圧で両面を押すことにより、加圧されて、強電端子−電池要素間の接触が高められたゲル電解質型双極型二次電池が完成した。
上記の方法で作製した双極型二次電池について、２５℃の雰囲気下、定電流方式（ＣＣ、電流：０．５Ｃ）で４．２Ｖまで充電し、１０分間休止させた後、定電流（ＣＣ、電流：０．５Ｃ）で２．５Ｖまで放電し、放電後１０分間休止させた。この充放電過程を１サイクルとし、５０サイクルの充放電試験を行った。図５（ａ）に示す第１の実施の形態における双極型二次電池によれば、上述したように、集電体に発生する応力を緩和することができるので、５０サイクルの充放電後であっても、電池電圧が維持され、良好なサイクル特性を示した。
以上、第１の実施の形態における双極型二次電池は、集電体１１の一方の面に形成された正極活物質層１３および集電体１１の他方の面に形成された負極活物質層１５を有する双極型電極と、セパレータ１７とが積層されてなる発電要素２１を有し、双極型電極およびセパレータ１７の周縁部がシール部３１を介して接合されてなる双極型二次電池である。この双極型二次電池において、集電体１１を介して対向する正極活物質層１３および負極活物質層１５のエッジは互いにオフセットしている。また、互いにオフセットしている正極活物質層１３および負極活物質層１５のエッジのうちの内側に位置するエッジと対向するシール部のエッジは、互いにオフセットしている正極活物質層１３および負極活物質層１５のエッジのうちの外側に位置するエッジよりも、内側に位置する。このような構成とすることにより、正極活物質層１３および／または負極活物質層１５が膨張収縮した場合でも、外側に位置する活物質層のエッジの延長上において、集電体１１を挟んだ反対側には、シール部が存在するため、集電体１１の変位を拘束して、応力を緩和することができる。
−第２の実施の形態−
図６は、第２の実施の形態における双極型二次電池のシール部３１の配置を示す図である。第２の実施の形態における双極型二次電池では、負極活物質層１５の面積が正極活物質層１３の面積よりも広く、負極活物質層１５のエッジが、集電体１１を介して対向する正極活物質層１３のエッジよりも外側に位置している。また、正極活物質層１３のエッジと対向するシール部３１ａのエッジは、集電体１１を介して積層方向の反対側に位置する負極活物質層１５のエッジよりも内側に位置する。
電池の充放電時の膨張収縮は、正極よりも負極の方が大きい傾向がある。第２の実施の形態における双極型二次電池では、より外側に位置する負極活物質層１５のエッジの延長上において、集電体１１を挟んだ反対側には、シール部３１ａが存在するため、一般的に膨張収縮が大きい負極活物質層１５のエッジにおける集電体１１の変位を拘束して、応力を緩和することができる。また、正極活物質層１３が膨張した場合でも、正極活物質層１３のエッジの延長上において、集電体１１を挟んだ反対側には、負極活物質層１５が存在するため、集電体１１の変位を拘束して、応力を緩和することができる。
第２の実施の形態における双極型二次電池に対して、上述したような５０サイクルの充放電試験を行ったが、５０サイクルの充放電後であっても、電池電圧が維持され、良好なサイクル特性を示した。
−第３の実施の形態−
図７は、第３の実施の形態における双極型二次電池のシール部３１の配置を示す図である。第２の実施の形態と同様に、正極活物質層１３のエッジと対向する、シール部３１ａのエッジは、集電体１１を介して積層方向の反対側に位置する負極活物質層１５のエッジよりも内側に位置する。これにより、一般的に膨張収縮が大きい負極活物質層１５のエッジにおける集電体１１の変位を拘束することができる。
また、図７に示すように、シール部３１ａ，３１ｂの厚みは、外側よりも内側、すなわち、正極活物質層１３，負極活物質層１５に近い側の方が薄い。特に、正極活物質層１３，負極活物質層１５に近くなるほど、シール部３１ａ，３１ｂの厚みが薄くなっている。これにより、正極活物質層１３，負極活物質層１５の膨張収縮時に、シール部３１ａ，３１ｂの薄い領域において、正極活物質層１３，負極活物質層１５の膨張収縮を吸収して、集電体１１への応力集中を緩和することができる。
第３の実施の形態における双極型二次電池に対して、上述したような５０サイクルの充放電試験を行ったが、５０サイクルの充放電後であっても、電池電圧が維持され、良好なサイクル特性を示した。
なお、正極活物質層１３の面積が負極活物質層１５の面積よりも広く、正極活物質層１３のエッジが、集電体１１を介して対向する負極活物質層１５のエッジよりも外側に位置している構造の場合でも同様である。すなわち、シール部３１ａ，３１ｂの厚みが外側よりも内側、換言すると、正極活物質層１３，負極活物質層１５に近い側の方を薄くする構成とすることができる。
−第４の実施の形態−
図８は、第４の実施の形態における双極型二次電池のシール部３１の配置を示す図である。第２の実施の形態と同様に、正極活物質層１３のエッジと対向する、シール部３１ａのエッジは、集電体１１を介して積層方向の反対側に位置する負極活物質層１５のエッジよりも内側に位置する。これにより、一般的に膨張収縮が大きい負極活物質層１５のエッジにおける集電体１１の変位を拘束することができる。
また、図８に示すように、正極活物質層１３，負極活物質層１５の厚みは、内側よりも外側、すなわち、シール部３１ａ，３１ｂに近い側の方が薄い。特に、シール部３１ａ，３１ｂに近くなるほど、正極活物質層１３，負極活物質層１５の厚みが薄くなっている。これにより、正極活物質層１３，負極活物質層１５の膨張収縮時に、電極端部における集電体１１への応力集中を緩和することができる。
第４の実施の形態における双極型二次電池に対して、上述したような５０サイクルの充放電試験を行ったが、５０サイクルの充放電後であっても、電池電圧が維持され、良好なサイクル特性を示した。
なお、正極活物質層１３の面積が負極活物質層１５の面積よりも広く、正極活物質層１３のエッジが、集電体１１を介して対向する負極活物質層１５のエッジよりも外側に位置している構造の場合でも同様である。すなわち、正極活物質層１３，負極活物質層１５の厚みが内側よりも外側、換言すると、シール部３１ａ，３１ｂに近い側の方を薄くする構成とすることができる。また、シール部３１ａ，３１ｂの厚みが外側よりも内側の方が薄い第３の実施の形態の特徴を組み合わせるようにしてもよい。
−第５の実施の形態−
図９は、第５の実施の形態における双極型二次電池のシール部３１の配置を示す図である。第２の実施の形態と同様に、正極活物質層１３のエッジと対向する、シール部３１ａのエッジは、集電体１１を介して積層方向の反対側に位置する負極活物質層１５のエッジよりも内側に位置する。これにより、一般的に膨張収縮が大きい負極活物質層１５のエッジにおける集電体１１の変位を拘束することができる。
また、図９に示すように、シール部３１ａと正極活物質層１３との間、および、シール部３１ｂと負極活物質層１５との間に隙間が空かないように、シール部３１ａ，３１ｂを配置した。シール部３１ａ，３１ｂと、正極活物質層１３，負極活物質層１５との間に隙間が存在する場合、正極活物質層１３，負極活物質層１５の膨張収縮時に、隙間部分において集電体１１の変形が生ずる。しかし、隙間が存在しないようにシール部３１ａ，３１ｂを配置することにより、集電体１１の変位を拘束して、集電体１１に発生する応力を緩和することができる。
第５の実施の形態における双極型二次電池に対して、上述したような５０サイクルの充放電試験を行ったが、５０サイクルの充放電後であっても、電池電圧が維持され、良好なサイクル特性を示した。
なお、正極活物質層１３の面積が負極活物質層１５の面積よりも広く、正極活物質層１３のエッジが、集電体１１を介して対向する負極活物質層１５のエッジよりも外側に位置している構造の場合でも同様である。すなわち、シール部３１ａ，３１ｂと、正極活物質層１３，負極活物質層１５との間に隙間が存在しないように、シール部３１ａ，３１ｂを配置する構成とすることができる。また、第３の実施の形態、および／または、第４の実施の形態の特徴を組み合わせるようにしてもよい。
−第６の実施の形態−
図１０は、第６の実施の形態における双極型二次電池のシール部３１の配置方法を示す図であり、積層方向の真上から見た図である。ここでは、第２〜第５の実施の形態と同様に、負極活物質層１５の面積が正極活物質層１３の面積よりも広いものとする。この場合、負極活物質層１５と対向するシール部３１ｂのエッジ１０１は、正極活物質層１３と対向するシール部３１ａのエッジ１０２よりも外側に位置する。
第６の実施の形態では、図１０に示すように、シール部３１ａのエッジ１０２を直線形状とせず、波形形状とした。上述したように、シール部３１ｂのエッジ１０１は、シール部３１ａのエッジ１０２よりも外側に位置するはずであるが、設計時の寸法誤差等により、シール部３１ｂのエッジ１０１とシール部３１ａのエッジ１０２とが同じ位置となった場合でも、直線状にエッジが揃うのを防ぐことができる。これにより、電極端部における集電体１１への応力集中を緩和することができる。
第６の実施の形態における双極型二次電池に対して、上述したような５０サイクルの充放電試験を行ったが、５０サイクルの充放電後であっても、電池電圧が維持され、良好なサイクル特性を示した。
なお、波形形状としたシール部３１ａのエッジ１０２と対向する正極活物質層１３のエッジの形状も波形形状としてもよいし、シール部３１ａのエッジ１０２を直線形状として、正極活物質層１３のエッジのみを波形形状としてもよい。
また、図１０では、シール部３１ａのエッジ１０２を波形形状としたが、シール部３１ｂのエッジ１０１を波形形状としてもよい。この場合、シール部３１ｂのエッジ１０１と対向する負極活物質層１５のエッジの形状も波形形状としてもよいし、シール部３１ｂのエッジ１０１を直線形状として、負極活物質層１５のエッジのみを波形形状としてもよい。
なお、正極活物質層１３の面積が負極活物質層１５の面積よりも広く、正極活物質層１３のエッジが集電体１１を介して対向する負極活物質層１５のエッジよりも外側に位置している構造の場合でも同様の構成とすることができる。また、第３〜第５の実施の形態で説明した特徴のうち、１つまたは複数の特徴を組み合わせるようにしてもよい。
本発明は、上述した各実施の形態に限定されることはなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内で様々な変形や応用が可能である。例えば、第６の実施の形態では、直線状にエッジが揃うのを防ぐために、エッジの形状を波形形状としたが、波形形状に限定されることはなく、直線形状以外の形状であればよい。
上述した各実施の形態では、集電体の構造が導電性を有する樹脂層を含むものとして説明したが、樹脂層を含まず、金属層からなる構造であってもよい。ただし、金属層からなる集電体よりも、樹脂層を含む集電体の方が、正極活物質層１３，負極活物質層１５の膨張収縮の影響を受けやすいため、本発明の効果がより大きい。
１０…双極型二次電池
１１…集電体
１３…正極活物質層
１５…負極活物質層
１７…電解質層
１９…単電池層
２１…発電要素
２３…双極型電極
２５…正極集電板
２７…負極集電板
３１，３１ａ，３１ｂ…シール部
３００…組電池
４００…電気自動車

Claims (10)

  1. 集電体の一方の面に形成された正極活物質層および前記集電体の他方の面に形成された負極活物質層を有する双極型電極と、セパレータとが積層されてなる発電要素を有し、
    前記双極型電極および前記セパレータの周縁部がシール部を介して接合されてなる双極型二次電池であって、
    前記集電体を介して対向する前記正極活物質層および前記負極活物質層のエッジの位置は、前記正極活物質層および前記負極活物質層の積層方向において揃っておらず、
    前記正極活物質層および前記負極活物質層のエッジのうちの内側に位置するエッジと対向するシール部のエッジは、前記正極活物質層および前記負極活物質層のエッジのうちの外側に位置するエッジよりも、内側に位置することを特徴とする双極型二次電池。
  2. 前記負極活物質層のエッジは、前記集電体を介して対向する前記正極活物質層のエッジよりも外側に位置することを特徴とする請求項１に記載の双極型二次電池。
  3. 前記シール部の厚みは、外側に比べて内側の方が薄いことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の双極型二次電池。
  4. 前記正極活物質層および前記負極活物質層の厚みは、内側に比べて外側の方が薄いことを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の双極型二次電池。
  5. 前記シール部は、対向する前記正極活物質層および前記負極活物質層との間に隙間が存在しないように配置されていることを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか一項に記載の双極型二次電池。
  6. 前記正極活物質層と対向する前記シール部のエッジ、および、前記負極活物質層と対向する前記シール部のエッジのうち、少なくとも一方を直線形状以外の形状とすることを特徴とする請求項１から請求項５のいずれか一項に記載の双極型二次電池。
  7. 前記正極活物質層のエッジ、および、前記負極活物質層のエッジのうち、少なくとも一方を直線形状以外の形状とすることを特徴とする請求項１から請求項６のいずれか一項に記載の双極型二次電池。
  8. 前記集電体は、導電性を有する樹脂層を含むことを特徴とする請求項１から請求項７のいずれか一項に記載の双極型二次電池。
  9. 請求項１から請求項８のいずれか一項に記載の双極型二次電池を電気的に複数接続して構成される組電池。
  10. 請求項１から請求項８のいずれか一項に記載の双極型二次電池、または、請求項９に記載の組電池を、モータ駆動用電源として搭載した車両。
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