WO2011145608A1 - 双極型二次電池 - Google Patents

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WO2011145608A1
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case
electrode current
collector plate
positive electrode
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賢司 保坂
志保 井上
鈴木　正明
一希 宮竹
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日産自動車株式会社
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Definitions

  • the present invention relates to protection of a bipolar secondary battery from a short-circuit current.
  • JP2009-252548A issued by the Japan Patent Office in 2009, has proposed a fluid sealant for use in bipolar secondary batteries such as lithium-ion batteries composed of stacked cells.
  • the positive electrode active material is disposed at one end of the cell stacking direction, and the negative electrode active material is disposed at the other end.
  • the fluid sealant is disposed around the electrolyte so that the electrolyte of the cell is not deteriorated by moisture in the air, and has a role of blocking the cell from the air.
  • a fluid sealant such as paraffin causes electrolysis under high voltage.
  • the electrolyzed fluid sealant cannot maintain the required insulation.
  • the prior art divides the fluid sealant into a plurality of sealed layers, thereby preventing a high voltage from being applied to the fluid sealant and realizing a structure in which electrolysis hardly occurs.
  • the bipolar secondary battery according to the prior art provides an effect of preventing a high voltage load on the fluid sealant even in such a situation, but does not have an action of interrupting a short circuit current or preventing heat generation of the battery itself.
  • an object of the present invention is to protect a bipolar secondary battery from a short-circuit current.
  • a bipolar secondary battery comprises a battery body, a case for housing the battery body inside, one surface joined to the inner peripheral surface of the case, and the other surface to the battery body.
  • a positive current collector plate joined to one end of the battery and extending to the outside of the case; and a negative current collector extending to the outside of the case while joining one surface to the inner peripheral surface of the case and the other surface to the other end of the battery body And a board.
  • the battery body consists of a single or a plurality of serially connected laminates.
  • the laminate is a bipolar electrode composed of a plate-shaped current collector, a positive electrode active material layer disposed on one surface of the current collector, and a negative electrode active material layer disposed on the other surface of the current collector. It is configured by stacking a plurality of layers through layers.
  • the bipolar secondary battery further includes a cutting mechanism that disconnects the electrical connection between the positive electrode current collector plate and the negative electrode current collector plate via the battery body in accordance with the expansion and deformation of the case.
  • FIG. 1 is a perspective view of a bipolar secondary battery according to the present invention.
  • FIG. 2 is FIG. 1 is a longitudinal sectional view of a bipolar secondary battery taken along line AA in FIG.
  • FIG. 3 is a schematic longitudinal sectional view of a bipolar secondary battery according to a second embodiment of the present invention.
  • FIG. 4 is FIG. 3 shows a variation on the folded part.
  • FIG. 5 is FIG. 3 shows another variation on the folded part.
  • FIG. 6 is FIG. 3 shows a third embodiment of the invention, similar to FIG.
  • FIG. 7 is a longitudinal sectional view of a current collector plate according to a third embodiment of the present invention.
  • FIG. 8 is FIG. 6 is similar to FIG.
  • FIG. 9 is FIG. 6 shows another variation on the folded part.
  • FIG. 8 is FIG. 6 is similar to FIG.
  • FIG. 9 is FIG. 6 shows another variation on the folded part.
  • FIG. 8 is FIG. 6 is similar to FIG.
  • FIG. 9 is FIG. 6
  • FIG. 10 is a schematic configuration diagram including a schematic longitudinal section of a bipolar secondary battery according to a fourth embodiment of the present invention.
  • FIG. 11A-11C are a front view, a rear view, and a longitudinal sectional view of a bipolar electrode according to the present invention.
  • FIG. 12A and 12B are a front view and a cross-sectional view of a bipolar electrode with a seal precursor attached thereto.
  • FIG. 13A and 13B are a front view and a cross-sectional view of a bipolar electrode with a separator attached thereto.
  • FIG. 14 is a schematic side view of a press machine for explaining the final formation process of the bipolar secondary battery.
  • FIG. 15 is a vertical cross-sectional view of a bipolar secondary battery in which no folded portion is formed.
  • FIG. 16 is a schematic longitudinal sectional view of a bipolar secondary battery according to a fifth embodiment of the present invention.
  • FIG. 17 is a plan view of the inside of a bipolar secondary battery
  • a bipolar secondary battery 100 includes a case 103 having a substantially rectangular cross section, and a positive current collector 101 and a negative current collector that are taken out from the inside of the case 103 through two opposite sides of the case 103. And an electric plate 102.
  • the bipolar secondary battery 100 includes a battery body 300 inside the case 103.
  • the battery body 300 is configured by connecting two stacked bodies 30 in which a plurality of cells 26 are stacked in series.
  • the positive electrode current collector plate 101 and the negative electrode current collector plate 102 are joined to the inner peripheral surface of the case 103 so as to sandwich the battery body 300. More specifically, the positive electrode current collector plate 101 and the negative electrode current collector plate 102 are fixed to the inner peripheral surface of the case 103 by adhesion.
  • the case 103 has a role of blocking the battery body 300 from outside air and protecting the battery body 300.
  • the case 103 includes a pair of case members 103a and 103b. Case members 103a and 103b each have a recess for housing battery main body 300 and a flange portion surrounding the recess.
  • the case 103 is integrally formed by welding the flange portions of the pair of case members 103a and 103b with the positive electrode current collecting plate 101 and the negative electrode current collecting plate 102 sandwiched between the inside and the outside of the case 103.
  • a sheet-like material having strength that does not damage the laminated body 30 against a pressure difference generated inside and outside, and deformable flexibility is used. It is desirable that the sheet-like material does not allow permeation of the electrolytic solution or gas, has electrical insulation, and is chemically stable with respect to the material such as the electrolytic solution.
  • a laminate film polyethylene, polypropylene, polycarbonate or the like is preferably used.
  • the laminate film is obtained by coating a metal metal foil containing an alloy such as aluminum, stainless steel, nickel, or copper with an insulating synthetic resin film such as a polypropylene film.
  • the cell 26 constituting the laminate 30 includes an electrolyte layer 25, a positive electrode active material layer 23 and a negative electrode active material layer 24 laminated on both sides of the electrolyte layer 25, and a positive electrode active material layer 23 and a negative electrode active material with respect to the lamination direction.
  • the plate-like current collector 22 is laminated outside the layer 24. However, when a plurality of cells 26 are stacked as shown in the figure, only one current collector 22 is sandwiched between adjacent cells 26.
  • a known material is used for the current collector 22.
  • aluminum or stainless steel (SUS) can be used.
  • a polymer material may be included in the material of the current collector 22. That is, polyolefin (polypropylene, polyethylene), polyester (PET, PEN), polyimide, polyamide, and polyvinylidene fluoride (PVdF) can be used.
  • PVdF polyvinylidene fluoride
  • carbon such as ketjen black, acetylene black, carbon black, aluminum (Al), copper (Cu), stainless steel (SUS), Disperse particles of a metal such as titanium (Ti).
  • the positive electrode active material layer 23 includes a positive electrode active material, and may further include a conductive additive or a binder.
  • a composite oxide of a transition metal and lithium used in a solution-type lithium ion battery can be used.
  • the negative electrode active material layer 24 includes a negative electrode active material, and may further include a conductive additive or a binder.
  • a negative electrode active material used in a solution-type lithium ion battery can be used.
  • the electrolyte layer 25 is a layer containing a polymer having ion conductivity or a liquid electrolyte.
  • a polymer gel electrolyte obtained by chemical crosslinking or physical crosslinking after impregnating a pregel solution into a separator as a base material is used as an electrolyte.
  • the electrolytic solution contained in the electrolyte contains an organic solvent such as polypropylene carbonate, ethylene carbonate, and diethyl carbonate, and boils and gasifies as the temperature rises.
  • the melting point of the separator is about 120 degrees Celsius (° C.).
  • the boiling point of the electrolyte solvent is about 140 ° C.
  • the outer periphery of the cell 26 is covered with the seal portion 40.
  • the seal portion 40 is filled between the outer peripheral portions of the adjacent current collectors 22 and blocks contact between the positive electrode active material layer 23, the electrolyte layer 25, and the outside air of the negative electrode active material layer 24.
  • the seal part 40 seals the cell 26 to prevent a decrease in the ionic conductivity of the electrolyte.
  • liquid or semi-solid gel electrolyte when a liquid or semi-solid gel electrolyte is used, liquid junction due to liquid leakage is prevented.
  • the seal precursor can be heat-sealed, for example, a rubber-based resin that is in close contact with the current collector 22 by pressure deformation, or an olefin-based resin that is in close contact with the current collector 22 by heat-pressing and heat-sealing. Resin can be used.
  • the rubber resin is not particularly limited, but is preferably selected from the group consisting of silicon rubber, fluorine rubber, olefin rubber, and nitrile rubber. These rubber-based resins have excellent sealing properties, alkali resistance, chemical resistance, durability, weather resistance, heat resistance, etc., and maintain these excellent performance and quality for a long time even in the usage environment of secondary batteries. Can do.
  • the resin that can be heat-sealed is preferably a resin that can exhibit an excellent sealing effect under any usage environment of the laminate 30.
  • the heat-sealable resin is selected from the group consisting of silicon, epoxy, urethane, polybutadiene, olefin resin (polypropylene, polyethylene, etc.), and paraffin wax, for example. These heat-sealable resins are excellent in sealing properties, alkali resistance, chemical resistance, durability / weather resistance, heat resistance, etc., and these excellent performance and quality are maintained for a long time even in the usage environment of secondary batteries. Can be maintained.
  • a positive electrode current collector 22a and a negative electrode current collector 22b are stacked on both ends of the stacked body 30 in the stacking direction. Unlike the current collector 22, the positive electrode current collector 22a forms the positive electrode active material layer 23 on one surface and does not form anything on the other surface.
  • the negative electrode active material layer 24 is formed on one surface, and nothing is formed on the other surface.
  • the positive electrode current collector 22 a is laminated with the positive electrode active material layer 23 in contact with the electrolyte layer 25.
  • the negative electrode current collector 22 b is laminated with the negative electrode active material layer 24 in contact with the electrolyte layer 25.
  • a predetermined number of cells 26 laminated as described above are hot-pressed using a hot press so that the seal portion 40 has a predetermined thickness, and the uncured seal portion 40 is further cured to form a bipolar type.
  • the laminated body 30 is completed.
  • the battery body 300 is constituted by two stacked bodies 30 arranged in series such that the positive electrode current collector 22a of one stacked body 30 is in contact with the negative electrode current collector 22b of the other stacked body 30.
  • the positive electrode current collector plate 101 and the negative electrode current collector plate 102 have a role of taking out current from the battery body 300 to the outside of the case 103 or supplying current to the battery body 300 from the outside of the case 103.
  • a well-known material can be used.
  • aluminum, stainless steel (SUS), a polymer material, or the like is used.
  • the adjacent positive electrode current collectors 22a and 22b of the two laminated bodies 30 constituting the battery main body 300 are bonded with a conductive adhesive. Further, the positive electrode current collector 22a and the positive electrode current collector plate 101 located at one end of the battery main body 300, and the negative electrode current collector 22b and the negative electrode current collector plate 102 located at the other end of the battery main body 300 are also made of conductive adhesive. Glued. As the adhesive, either a butyl rubber conductive double-sided tape having a peel strength of 120%, an acrylic conductive double-sided tape having a peel strength of 100%, or a conductive epoxy adhesive having a peel strength of 90% is used.
  • the bonding of the positive electrode current collector plate 101 to the inner peripheral surface of the case member 103a and the bonding of the negative electrode current collector plate 102 to the inner peripheral surface of the case member 103b are also performed by bonding using an adhesive.
  • an adhesive for adhesion, a butyl rubber double-sided tape with a peel strength of 120% or an acrylic double-sided tape with a peel strength of 100% is used.
  • Each peel strength represents the peel strength of each adhesive as a percentage when the peel strength of the acrylic double-sided tape is 100%.
  • Adhesion of the positive electrode current collector 22a and the negative electrode current collector 22b of the two laminated bodies 30 is not an essential requirement, and these may be simply brought into contact without adhering.
  • the above bonding is performed so as to satisfy the following conditions.
  • the peel strength between the positive electrode current collector 22a and the negative electrode current collector 22b of the two laminated bodies 30 is K4
  • the peel strength between the positive electrode current collector 22a and the positive electrode current collector plate 101 is K3
  • the negative electrode current collector 22b and the negative electrode When the peel strength of the current collector plate 102 is K5, the peel strength of the positive electrode current collector plate 101 and the case 103 is K1, and the peel strength of the negative electrode current collector plate 102 and the case 103 is K2, the following conditions are satisfied:
  • both the peel strength between the inner peripheral surface of the case 103 and the positive electrode current collector plate 101 and the peel strength between the inner peripheral surface of the case 103 and the negative electrode current collector plate 102 are the same as those of the positive electrode current collector plate 101 and the positive electrode current collector 22a. It is set to be larger than at least one of the peel strength, the peel strength between the negative electrode current collector plate 102 and the negative electrode current collector 22b, and the peel strength between the positive electrode current collector 22a and the negative electrode current collector 22b.
  • the bipolar secondary battery 100 is completed by fusing the flange-shaped outer peripheral portions of the pair of case members 103a and 103b constituting the case 103 in a vacuum state.
  • the inside of the case 103 may be in a vacuum state by fusing the outer peripheral portions of the case members 103a and 103b, leaving a part, and attracting the air in the case 103 from the unfused portion.
  • HEV hybrid electric vehicle
  • EV electric vehicle
  • various electric circuits that operate by supplying power from the vehicle battery may fail. If power is continuously supplied from the battery to the failed electrical circuit, an excessive current flows through the failed electrical circuit, the circuit may generate heat, and the high power line may be short-circuited. It is also conceivable that the high-power lines in the on-vehicle battery are short-circuited.
  • an excessive short-circuit current flows in the bipolar secondary battery 100, and the temperature of the bipolar secondary battery 100 increases due to heat generated by the internal resistance of the bipolar secondary battery 100.
  • an organic solvent such as polypropylene carbonate, ethylene carbonate, diethyl carbonate or the like contained in the electrolyte solution of the electrolyte layer 25 of the laminate 30 boils and gasifies, so that the internal pressure of the case 103 increases and the case 103 swells. .
  • the expansion of the case 103 exerts a tensile load on the two stacked bodies 30 via the positive electrode current collector plate 101 and the negative electrode current collector plate 102 bonded to the inner peripheral surface of the case 103.
  • This tensile load is not only between the inner peripheral surface of the case 103 and the positive electrode current collector plate 101 and between the inner peripheral surface of the case 103 and the negative electrode current collector plate 102 but also between the positive electrode current collectors of the two stacked bodies 30.
  • both the peel strength between the inner peripheral surface of the case 103 and the positive electrode current collector plate 101 and the peel strength between the inner peripheral surface of the case 103 and the negative electrode current collector plate 102 are the same as those of the battery body 300.
  • the bipolar secondary battery 100 can be protected from a short circuit current of an external circuit connected to the bipolar secondary battery 100.
  • each stacked body 30 is composed of six cells, and the battery body 300 is configured by connecting two stacked bodies 30 in series.
  • the number of cells 26 constituting the stacked body 30 and the number of stacked bodies 30 connected in series can be arbitrarily set according to the voltage and capacity required for the bipolar secondary battery 100.
  • the battery main body 300 may be constituted by a single laminated body 30 in which no connection portion between the laminated bodies 30 exists, for example.
  • both the peel strength between the inner peripheral surface of the case 103 and the positive electrode current collector plate 101 and the peel strength between the inner peripheral surface of the case 103 and the negative electrode current collector plate 102 are both the positive electrode current collector plate 101 and the battery body 300.
  • the peel strength of the positive electrode current collector 22 a at one end and the peel strength of the negative electrode current collector 102 b at the other end of the battery main body 300 may be set to be larger than at least one.
  • FIG. 1 A second embodiment of the present invention will be described with reference to 3-5. These drawings are drawn with the main parts deformed in order to show the features in an easy-to-understand manner.
  • the peeling force generated in the bipolar secondary battery 100 has a structure generated solely by the temperature expansion of the case 103.
  • one case member 103a that constitutes the case 103 has a folded portion as an extension margin of the case 103 so that the case 103 extends in the stacking direction of the cells 26 in response to an increase in gas pressure in the case 103. 11 is provided.
  • the folded portion 11 protrudes in a cylindrical shape in a direction away from the battery body 300 from the end surface of the case member 103a in the stacking direction of the cells 26.
  • the protruding end is folded back at approximately 180 degrees to form a crest portion.
  • the folded portion 11 facilitates the expansion and deformation of the case 103 by displacing the end surface of the case member 103 a inside the folded portion 11 in a direction away from the battery body 300 in accordance with the increase in the internal pressure of the case 103.
  • the configuration of the bipolar secondary battery 100 other than the case 103 is the same as that of the first embodiment including the setting of the peel strength.
  • the case 103 can be easily extended with respect to an increase in internal pressure.
  • the positive electrode current collector plate 101 and the positive electrode current collector 22a at one end of the battery main body 300, the negative electrode current collector plate 102 and the negative electrode current collector 22b at the other end of the battery main body 300, and the battery Separation of either the positive electrode current collector 22a or the negative electrode current collector 22b between the two stacked bodies 30 constituting the main body 300 is promoted. Therefore, the bipolar secondary battery 100 can be protected more quickly and reliably against the short circuit current of the external circuit.
  • the folded portion 11 having a crest portion is provided over 360 degrees on the outer peripheral surface in the stacking direction of the cells 26 of one case member 103 a constituting the case 103.
  • FIG. 5 the folded portion 11 having a crest portion on the outer peripheral surface in the stacking direction of the cells 26 of one case member 103 a constituting the case 103 is provided twice over 360 degrees.
  • the case 103 configured to be extendable and contractible, a short-circuit current flows through the bipolar secondary battery 100 and the battery temperature rises, and the internal pressure of the case 103 increases. Rises, the case 103 easily expands and deforms in the stacking direction of the cells 26. Preferably, the case 103 can be easily deformed without breaking at an internal pressure of 0.1-10 kilogram (kg) / square centimeter (cm 2 ) ( ⁇ kilopascal (kPa)). When the case 103 is easily deformed by such an internal pressure, the positive electrode current collector plate 101 or the negative electrode current collector plate 102 and the battery body 300 or between the two stacked bodies 30 constituting the battery body 300 can be easily obtained. Can be separated.
  • the battery temperature of the bipolar secondary battery 100 rises, and the electrolyte contained in the electrolyte layer 25 of each cell 26 boils.
  • the internal pressure of the case 103 is increased by the vaporized gas of the organic medium generated with the boiling of the electrolytic solution, and the case 103 extends in the stacking direction of the cells 26, that is, in the direction in which the folded portion 11 extends.
  • the positive electrode current collector plate 101 and the negative electrode current collector plate 102 bonded to the case 103 with an adhesive having a high peel strength are displaced together with the case 139 in the separation direction.
  • This peel-off force is between the positive electrode current collector plate 101 and the positive electrode current collector plate 22 a at one end of the battery body 300, and between the negative electrode current collector plate 102 and the other end of the battery body 300. It acts between the positive electrode current collector 22a and the negative electrode current collector 22b of the two laminated bodies 30 constituting the battery body 300, and any one of them is disconnected. As a result, the short circuit current inside the bipolar secondary battery 100 is cut off.
  • the folded portion 11 is formed on the case member 103a, but the folded portion 11 may be formed on the case member 103b.
  • the folded portion 11 may be formed on both the case member 103a and the case member 103b.
  • FIG. 1 A third embodiment of the present invention will be described with reference to 6-9. These figures are also drawn with the main parts deformed to show the features in an easy-to-understand manner.
  • FIG. 7 specifically, it is a section from the adhesion part of the positive electrode current collector plate 101 to the case member 103 a and the battery main body 300 to the take-out portion to the outside of the case 103, and the even part of the battery main body 300.
  • the folded portion 12 is formed at a position corresponding to.
  • the dimension of the folded portion 12 is set so that the range in which the positive electrode current collector plate 101 can be displaced by the folded portion 12 is equal to the amount by which the case 103 can be extended by the folded portion 11.
  • the folded part 12 is preferably provided inside the folded part 11.
  • the folded portion 11 when the folded portion 11 is provided on the outer peripheral surface of the case member 103 a, the folded portion 12 is preferably provided inside the folded portion 11.
  • FIG. 9 when the plurality of folded portions 11 are provided on the outer peripheral surface of the case member 103a, the folded portions 12 are preferably provided inside the plurality of folded portions 11, respectively.
  • the other structure of the bipolar secondary battery 100 is the same as that of the second embodiment.
  • the positive electrode current collector plate 101 trying to follow the extension deformation of the case 103 is constrained due to the size of the positive electrode current collector plate 101 in the stacking direction of the cells 26. .
  • the positive current collector 101 can be easily displaced following the expansion deformation of the case 103. Therefore, the positive electrode current collector plate 101 and the positive electrode current collector 22a at one end of the battery main body 300, or the negative electrode current collector plate 102 and the negative electrode current collector 22b at the other end of the battery main body 300, or the battery accompanying the expansion deformation of the case 103.
  • the positive electrode current collector 22a and the negative electrode current collector 22b of the two stacked bodies 30 constituting the main body 300 can be more reliably separated.
  • the folded portion 11 is formed on the case member 103 a and the folded portion 12 is formed on the positive current collector plate 101.
  • the folded portion 11 is formed on the case member 103 b and folded on the negative current collector plate 102. It is also possible to form the part 12. Further, the folded portion 11 can be formed on both the case member 103 a and the case member 103 b, and the folded portion 12 can be formed on both the positive current collector plate 101 and the negative current collector plate 102.
  • FIG. A fourth embodiment of the present invention will be described with reference to FIG.
  • the bipolar secondary battery 100 includes an inflator 14 that generates gas inside the case 103.
  • the inflator 14 generates gas by a chemical reaction.
  • the inflator 14 incorporates an igniter, an ignition agent, a gas generating agent, and the like.
  • a controller 15 disposed outside the case 103 is connected to the inflator 14. The controller 15 operates the igniter of the inflator 14 to ignite the igniting agent and burn the gas generating agent.
  • a high-pressure vessel filled with high-pressure gas and an actuator for opening the high-pressure vessel are built in, and the controller 15 disposed outside the case 103 operates the actuator to release the gas from the high-pressure vessel. It is also possible to make it. You may use the hybrid type which combined both.
  • the controller 15 is connected to a temperature sensor 16 that detects the temperature of the laminated body 30.
  • the controller 15 is constituted by a microcomputer having a central processing unit (CPU), a read only memory (ROM), a random access memory (RAM), and an input / output interface (I / O interface).
  • the controller 15 is programmed in advance to activate the inflator 14 when the temperature of the laminated body 30 reaches, for example, 100 ° C. or more.
  • a current sensor for detecting the current of the positive current collector 101 or the negative current collector 102 is provided, and the controller 15 activates the inflator 14 when the detected current of the current sensor exceeds the short circuit current equivalent value. It is also possible to program to
  • a voltage sensor for detecting a potential difference between the positive electrode current collector plate 101 and the negative electrode current collector plate 102 is provided.
  • the controller It is also possible to program 15 to activate the inflator 14.
  • the voltage value corresponding to the normal operation is, for example, 4.2V-2.5V.
  • a pressure sensor that detects the internal pressure of the case 103 may be provided, and the controller 15 may be programmed to activate the inflator 14 when the internal pressure of the case 103 exceeds a predetermined pressure. It is.
  • Each of the above sensors is a sensor that detects a parameter related to the short circuit current in the bipolar secondary battery 100.
  • the inflator 14 when a short-circuit current flows through the bipolar secondary battery 100, the inflator 14 is activated to generate gas, and the case 103 is expanded by gas pressure.
  • the case 103 quickly expands, and the positive electrode current collector plate 101 and the positive electrode current collector 22a at one end of the battery body 300, or the negative electrode current collector plate 102 and the negative electrode current collector 22b at the other end of the battery body 300, or the battery.
  • the positive electrode current collector 22a and the negative electrode current collector 22b of the two stacked bodies 30 constituting the main body 300 can be separated early.
  • FIGS. 1-10 A fifth embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS.
  • the separator SP which is the base material of the electrolyte layer 25 of any one of the cells 26 constituting the battery body 300 is formed larger than the outer dimension of the cell 26, and the outer periphery of the separator SP is placed inside the case 103. It fuses to the end surface of the member 103a.
  • a cutout for allowing the positive electrode current collector plate 101 to pass through is formed in a part of the outer peripheral portion of the separator SP.
  • the specification of the case 103 is the same as that of the first embodiment.
  • the laminate 30 including the separator SP whose outer peripheral portion is fused to the case member 103a is displaced integrally with the case member 103a.
  • the tensile load acting on the battery body 300 as the case 103 expands and deforms acts intensively between the laminate 30 and the negative electrode current collector plate 102 fixed to the case member 103b.
  • the separation of the positive electrode current collector 22 a and the negative electrode current collector 22 b between 30 or the negative electrode current collector plate 102 and the negative electrode current collector 22 b at the other end of the battery body 300 is promoted.
  • the separator SP may be fixed to the end surface of the case member 103b. Further, the separator SP fixed to the case member 103a or 103b may be of any cell 26 of any laminate 30.
  • FIG. 11A-11C, FIG. 12A and 12B, FIG. 13A and 13B, FIG. 14, and FIG. Referring to FIG. 15, an experiment conducted by the inventors regarding the manufacture of the bipolar secondary battery 100 and the current interruption capability of the obtained product will be described.
  • a positive electrode layer was prepared as follows. That is, a positive electrode base material containing 85 wt% LiMn 2 O 4 as a positive electrode active material, 5 wt% acetylene black as a conductive additive, and 10 wt% polyvinylidene fluoride (PVdF) as a binder was prepared. A positive electrode slurry was prepared by adding N-methylpyrodoline (NMP) as a slurry viscosity adjusting solvent to the base until the viscosity became optimum for the coating operation.
  • NMP N-methylpyrodoline
  • FIG. 11A the positive electrode slurry was apply
  • the negative electrode layer was prepared as follows. That is, a negative electrode base containing 90 wt% hard carbon as a negative electrode active material and 10 wt% PVDF as a binder was prepared. A negative electrode slurry was prepared by adding NMP as a slurry viscosity adjusting solvent to the negative electrode base until the viscosity became optimum for the coating operation. FIG. As shown to 11B, the negative electrode slurry was apply
  • FIG. The base material of the bipolar electrode 21 was obtained by forming the positive electrode active material layer 23 and the negative electrode active material layer 24 on both surfaces of the SUS foil as the current collector 22 as shown in 11C.
  • the base material was cut to 160 ⁇ 130 millimeters (mm), and the outer surface of both the positive electrode and the negative electrode was peeled off by 10 mm width to expose the surface of SUS.
  • a bipolar electrode 21 structure having a 140 ⁇ 110 mm electrode surface and a current collector 22 formed of SUS having a width of 10 mm exposed on the outer periphery thereof was produced.
  • an electrolytic solution containing 1 mol of lithium hexafluoroborate (LiPF6) in a mixed solvent of propylene carbonate-ethylene carbonate (PC-EC), and hexafluoropropene (HFP) copolymer as a host polymer were used.
  • An electrolyte base containing 10 wt% of PVdF-HFP containing 10% was prepared.
  • dimethyl carbonate (DMC) was added as a viscosity adjusting solvent until the viscosity became optimum for the coating operation to prepare a pregel electrolyte.
  • the pregel electrolyte was applied to both surfaces of the positive and negative electrode portions of the structure, and the DMC was dried to complete the bipolar electrode 21 infiltrated with the gel electrolyte.
  • a seal precursor 40A made of a one-component uncured epoxy resin was applied to the exposed portion of the positive electrode outer peripheral portion of the bipolar electrode 21 using a dispenser.
  • FIG. 13A and 13B a 170 ⁇ 140 (mm) separator SP made of a 12 ⁇ m thick polyethylene film was then placed on the positive electrode side so as to cover the entire surface of the current collector 22 containing SUS. Thereafter, a seal precursor 40A made of a one-part uncured epoxy resin was applied using a dispenser at a position overlapping the seal precursor 40A of the separator SP.
  • FIG. 14 the structure of the laminate 30 configured as described above is hot-pressed at 80 ° C. for 1 hour at a surface pressure of 1 kg / cm 2 ( ⁇ kPa) with a hot press machine, thereby producing a seal precursor 40A.
  • a seal precursor 40A was cured to obtain a seal portion 40.
  • the seal portion 40 can be pressed to a predetermined thickness and can be further cured.
  • the laminated body 30 in which 12 layers of the cells 26 were laminated by the above process was completed.
  • the three laminated bodies 30 produced by the above process were bonded to each other with a conductive double-sided tape to obtain a battery main body 300 composed of three laminated bodies 30 connected in series, in other words, 36 layers of cells 26.
  • the positive electrode current collector plate 101 was bonded to the positive electrode current collector 22a at one end of the battery body 300 with a conductive double-sided tape.
  • the negative electrode current collector plate 102 was bonded to the negative electrode current collector 22b at the other end of the battery body 300.
  • the surface of the positive electrode current collector plate 101 opposite to the battery main body 300 was bonded to the inner peripheral surface of the case member 103a with a double-sided tape.
  • the surface of the negative electrode current collector plate 102 opposite to the battery main body 300 was bonded to the inner peripheral surface of the case member 103b with double-sided tape.
  • the flange portions were welded so that the case 103 was vacuum-sealed in such a manner that the flange portions of the case members 103a and 103b sandwich the take-out portion of the positive electrode current collector plate 101 and the negative electrode current collector plate 102.
  • Example # 1- # 8 according to the present invention relating to the bipolar secondary battery 100 and Comparative Example # 1- # 3 not according to the present invention were prepared.
  • Example # 1- # 4 corresponds to the first example
  • Example # 5 corresponds to the second example
  • Example # 6 corresponds to the third example
  • Example # 7 corresponds to the fourth example
  • Example # 8 corresponds to the fifth embodiment.
  • the positive electrode current collector 22a and the negative electrode current collector 22b are bonded to each other between the stacked bodies 30 constituting the battery main body 300, and the positive electrode current collector plate 101 and one end of the battery main body 300 are connected.
  • Acrylic conductive double-sided tape having a peel strength of 100% is used for bonding to the positive electrode current collector 22a and for bonding the negative electrode current collector plate 102 to the negative electrode current collector plate 22b at the other end of the battery body 300.
  • Comparative Example # 1 an epoxy adhesive having a peel strength of 90% is used for bonding the positive electrode current collector plate 101 and the case member 103a and bonding the negative electrode current collector plate 102 and the case member 103b.
  • Comparative Example # 2 a butyl rubber double-sided tape having a peel strength of 120% is used for bonding the positive electrode current collector plate 101 and the case member 103a, and an epoxy adhesive having a peel strength of 90% is used for bonding the negative electrode current collector plate 102 and the case member 103b. Is used.
  • Comparative Example 3 an epoxy adhesive having a peel strength of 90% is used for bonding the positive electrode current collector plate 101 and the case member 103a, and a butyl rubber double-sided tape having a peel strength of 120% is bonded to the negative electrode current collector plate 102 and the case member 103b. I use it.
  • an epoxy adhesive having a peel strength of 90% is used for bonding the positive electrode current collector 22a and the negative electrode current collector 22b between the laminates 30 constituting the battery body 300, Acrylic conductivity having a peel strength of 100% for adhesion between the positive electrode current collector plate 101 and the positive electrode current collector 22a at one end of the battery main body 300 and adhesion between the negative electrode current collector plate 102 and the negative electrode current collector 22b at the other end of the battery main body 300. Double-sided tape is used.
  • Example # 1 a butyl rubber double-sided tape having a peel strength of 120% is used for bonding the positive electrode current collector plate 101 and the case member 103a and bonding the negative electrode current collector plate 102 and the case member 103b.
  • Example # 2 an acrylic double-sided tape having a peel strength of 100% is used for adhesion between the positive electrode current collector plate 101 and the case member 103a and adhesion between the negative electrode current collector plate 102 and the case member 103b.
  • Example # 3 a butyl rubber conductive double-sided tape having a peel strength of 120% is used to bond the positive electrode current collector 22a and the negative electrode current collector 22b between the laminates 30 constituting the battery body 300, and the positive electrode current collector
  • An acrylic conductive double-sided tape having a peel strength of 100% is used to bond the positive electrode current collector 22 a at one end of the battery plate 101 and the battery main body 300, and the negative electrode current collector at the other end of the negative electrode current collector 102 and the battery main body 300.
  • a butyl rubber conductive double-sided tape having a peel strength of 120% is used for bonding 22b, and a butyl rubber system having a peel strength of 120% for bonding the positive current collector plate 101 and the case member 103a and for bonding the negative current collector plate 102 and the case member 103b. Double-sided tape is used.
  • Example # 4 the positive electrode current collector 22 a and the negative electrode current collector 22 b are bonded to each other and the positive electrode current collector 22 a at one end of the positive electrode current collector plate 101 and the battery main body 300 between the stacked bodies 30 constituting the battery main body 300.
  • a 100% peel strength acrylic conductive double-sided tape is used for bonding, and an 90% peel strength epoxy adhesive is used for bonding the negative electrode current collector plate 102 and the negative electrode current collector 22b at the other end of the battery body 300.
  • An acrylic double-sided tape having a peel strength of 100% is used for bonding the positive electrode current collector plate 101 and the case member 103a and bonding the negative electrode current collector plate 102 and the case member 103b.
  • Example # 5- # 8 an epoxy adhesive having a peel strength of 90% is used for bonding the positive electrode current collector 22a and the negative electrode current collector 22b between the laminates 30 constituting the battery body 300, and the positive electrode current collector Adhesion between the positive electrode current collector 22a at one end of the battery plate 101 and the battery main body 300, adhesion between the negative electrode current collector plate 102 and the negative electrode current collector 22b at the other end of the battery main body 300, and adhesion between the positive electrode current collector plate 101 and the case member 103a
  • an acrylic double-sided tape having a peel strength of 100% is used for adhesion between the negative electrode current collector plate 102 and the case member 103b.
  • Example # 8 the outer dimension of the separator SP of the specific cell 26 is formed large, and the outer periphery of the separator SP is placed on the case member 103a via a butyl rubber conductive double-sided tape having a peel strength of 120%. It is adhered to.
  • Case # 1 of Case # 1 is made of an aluminum alloy can, and Cases 103 of Comparative Examples # 1- # 3 and # 2-7 are made of an aluminum laminate film.
  • Cases 103 of the bipolar secondary batteries 100 of Examples # 1- # 4 and # 8 and Comparative Examples # 1- # 3 are shown in FIG. 15 is formed. This basically corresponds to the case 103 of the first embodiment.
  • Case 103 of the bipolar secondary battery 100 of Example # 5 is FIG. 3 is formed. That is, the folded portions 11 having one crest portion protruding in the stacking direction of the cells 26 are respectively provided at both ends of the top surface of the one case member 103a.
  • the bipolar secondary battery 100 of Example # 6 is shown in FIG. It is formed in the shape shown in 6 and 7. That is, the same case 103 as in Example # 5 is used, and the folded portion 12 is formed inside the folded portion 11.
  • Case 103 of Example # 7 is FIG. As shown in FIG. 10, an inflator 14 is provided in the case 103, and a controller 15 is provided outside the case 103.
  • the inventors connect a tube for pumping air to the case 103 of Comparative Example # 1- # 3 and the case 103 of Use Example # 1- # 6, and connect the electric current between the positive current collector 101 and the negative current collector 102. Air was pumped while measuring the resistance, and the internal pressure of the case 103 when the electrical resistance rapidly increased was measured. For Example # 7, the internal pressure of the case 103 was measured when the electrical resistance between the positive electrode current collector plate 101 and the negative electrode current collector plate 102 rapidly increased in a state where the inflator 14 disposed inside the case 103 was operated.
  • TABLE-2 shows the measurement results for Comparative Example # 1- # 3 and Examples # 1- # 6 and # 8.
  • Comparative Examples # 1- # 3 not according to the present invention show that the peel strength between the positive current collector plate 101 and the case 103 and the negative current collector plate 102 and the case 103 is high. And the positive electrode current collector 22a at one end of the battery body 300, or between the negative electrode current collector plate 102 and the negative electrode current collector 22b at the other end of the battery body 300, or between the stacked bodies 30 and the negative electrode current collector 22a. It is lower than any peel strength between the current collectors 22b. For this reason, separation occurs between the positive electrode current collector plate 101 and the case 103 or between the negative electrode current collector plate 102 and the case 103, and the short-circuit current in the double electrode secondary battery 100 cannot be interrupted.
  • Examples # 1- # 6 and # 8 according to the present invention are such that the peel strength between the positive electrode current collector plate 101 and the case member 103a and the peel strength between the negative electrode current collector plate 102 and the case member 103b are the same.
  • Example # 1 When Example # 1 is compared with Examples # 2- # 6 and # 8, in Example # 1, the resistance rapidly increased when the internal pressure was 12 kg / cm 2 ( ⁇ kPa), but at the same time, the case 103 was damaged by the internal pressure. From this fact, when the case 103 does not deform even when the internal pressure reaches 10 kg / cm 2 ( ⁇ kPa) or more, it is considered that the case 103 is likely to be damaged by the internal pressure.
  • Example # 2- # 4 and # 8 are compared with Example # 5- # 6, in Example # 2- # 4 and # 8, the folded portion 11 corresponding to the expansion allowance for volume change is formed in the case 103. Not. In such a case, the power cannot be cut off unless a relatively large internal pressure is applied.
  • Example # 5 and Example # 6 are compared, it can be seen that forming the folded portion 11 and the folded portion 12 can cut off the current with a smaller internal pressure than when only the folded portion 11 is formed.
  • Example 7 when the controller 15 operates the inflator 14 to apply an internal pressure of 5 kg / cm 2 ( ⁇ kPa) to the case 103, the positive current collector 101 and the negative current collector The electrical resistance between the first and second terminals increased rapidly in the same manner as in the other examples # 1- # 6. Thereby, it was confirmed that the internal current of the bipolar secondary battery 100 can be cut off.
  • Example # 1- # 8 confirmed that the short-circuit current can be easily cut off by using a case 103 of a laminate film of aluminum or the like.
  • the present invention is applicable to any bipolar secondary battery including a lithium ion battery.
  • the sealed case 103 is obtained by fusing together case members 103a and 103b made of an aluminum can or an aluminum laminate film.
  • the case 103 may be of any structure or material as long as it has a characteristic of extending as the temperature rises.
  • the present invention it is possible to block a large amount of current from flowing in the bipolar secondary battery. Therefore, it provides a favorable effect for protecting the secondary battery of the electric vehicle.

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Abstract

　ケースに収装された電池本体は電解質層を介して積層された複数の双極型電極からなる単数または複数の直列接続された積層体で構成される。一面をケースの内周面に接合し、もう一面を電池本体の一端に接合する正極集電板と負極集電板とが、それぞれケースから外側へ延出する。ケースの伸長変形に応じて、電池本体を介した正極集電板と負極集電板との電気的接続を切断する切断メカニズムを備えることで、短絡電流の発生時に双極型二次電池内の電流通路を遮断して、双極型二次電池を短絡電流から保護する。

Description

双極型二次電池
　この発明は、双極型二次電池の短絡電流からの保護に関する。
　日本国特許庁が２００９年に発行したＪＰ２００９－２５２５４８Ａは、積層された複数層のセルからなるリチウムイオン電池などの双極型二次電池に用いる流動性封止剤に関する提案を行っている。
　セルの積層方向の一端には正極活物質が、もう一端には負極活物質を配置されている。流動性封止剤は、セルの電解質が空気中の水分により劣化しないよう、電解質の周りに配置され、セルを空気から遮断する役割をもつ。
　パラフィンなどの流動性封止剤は高電圧のもとで電気分解を起こす。電気分解した流動性封止剤は必要な絶縁性を保てない。従来技術は流動封止剤を密閉された複数の層に分割することで、流動封止剤に高電圧が加わるのを防止し、電気分解が起きにくい構造を実現している。
　双極型二次電池に接続された外部回路が短絡を起こすと、電池内部に短絡電流が流れ続け、電池が発熱する。
　従来技術による双極型二次電池は、こうした状況でも流動封止剤への高電圧の負荷防止効果をもたらすが、短絡電流を遮断したり、電池それ自体の発熱を防止する作用を持たない。
　この発明の目的は、したがって、双極型二次電池を短絡電流から保護することである。
　以上の目的を達成するために、この発明による双極型二次電池は、電池本体と、電池本体を内部に収装するケースと、一面をケースの内周面に接合し、もう一面を電池本体の一端に接合すると共にケース外部に延出した正極集電板と、一面をケースの内周面に接合し、もう一面を電池本体のもう一端に接合すると共にケース外部に延出した負極集電板と、を備えている。
　電池本体は単数または複数の直列接続された積層体からなる。積層体は、板状の集電体と、集電体の一面に配置された正極活物質層、及び集電体のもう一面に配置された負極活物質層、とからなる双極型電極を電解質層を介して複数積層することで構成される。
　双極型二次電池はさらに、ケースの伸長変形に応じて、電池本体を介した正極集電板と負極集電板との電気的接続を切断する切断メカニズム、を備えている。　
　この発明の詳細並びに他の特徴や利点は、明細書の以下の記載の中で説明されるとともに、添付された図面に示される。
ＦＩＧ．１はこの発明による双極型二次電池の斜視図である。 ＦＩＧ．２はＦＩＧ．１のＡ－Ａ線に沿って切り取った双極型二次電池の縦断面図である。 ＦＩＧ．３はこの発明の第２の実施例による双極型二次電池の概略縦断面図である。 ＦＩＧ．４はＦＩＧ．３に類似するが、折り返し部に関するバリエーションを示す。 ＦＩＧ．５はＦＩＧ．３に類似するが、折り返し部に関する別のバリエーションを示す。 ＦＩＧ．６はＦＩＧ．３に類似するが、この発明の第３の実施例を示す。 ＦＩＧ．７はこの発明の第３の実施例による集電板の縦断面図である。 ＦＩＧ．８はＦＩＧ．６に類似するが、折り返し部に関するバリエーションを示す。 ＦＩＧ．９はＦＩＧ．６に類似するが、折り返し部に関する別のバリエーションを示す。 ＦＩＧ．１０はこの発明の第４の実施例による双極型二次電池の概略縦断面を含む概略構成図である。 ＦＩＧＳ．１１Ａ－１１Ｃはこの発明による双極型電極の正面図と背面図と縦断面図である。 ＦＩＧＳ．１２Ａと１２Ｂはシール前駆体を取り付けた双極型電極の正面図と横断面図である。 ＦＩＧＳ．１３Ａと１３Ｂはセパレータを取り付けた双極型電極の正面図と横断面図である。 ＦＩＧ．１４は双極型二次電池の最終形成プロセスを説明するプレス機の概略側面図である。 ＦＩＧ．１５は折り返し部を形成しない双極型二次電池の縦断面図である。 ＦＩＧ．１６はこの発明の第５の実施例による双極型二次電池の概略縦断面図である。 ＦＩＧ．１７はこの発明の第５の実施例による双極型二次電池内部の平面図である。
　図面のＦＩＧ．１を参照すると、双極型二次電池１００は、略矩形横断面のケース１０３と、ケース１０３の相対する２つの辺を介してケース１０３の内側から外側へ取り出される正極集電板１０１と負極集電板１０２とを備える。
　ＦＩＧ．２を参照すると、双極型二次電池１００は、ケース１０３の内側に電池本体３００を備える。電池本体３００は複数のセル２６を積層した積層体３０を２個直列接続することで構成される。正極集電板１０１と負極集電板１０２は電池本体３００を挟持する形で、ケース１０３の内周面にそれぞれ接合される。より詳しくは、正極集電板１０１と負極集電板１０２はケース１０３の内周面に接着により固定される。
　ケース１０３は、電池本体３００を外気から遮断し、電池本体３００を保護する役割を持つ。ケース１０３は一対のケース部材１０３ａと１０３ｂからなる。ケース部材１０３ａと１０３ｂは、電池本体３００を収容する凹部と凹部を囲むフランジ部とをそれぞれ有する
　ケース１０３は、ケース１０３の内側から外側へ至る正極集電板１０１と負極集電板１０２とを挟む形で、一対のケース部材１０３ａと１０３ｂのフランジ部同士を溶着させることで一体に構成される。ケース１０３には内外に生じる圧力差に対して積層体３０を損傷させない強度と、変形可能な可撓性とを備えたシート状素材が用いられる。シート状素材は、さらに電解液や気体を透過させず、電気絶縁性を有し、電解液などの材料に対して化学的に安定であることが望ましい。
　シート状素材には、好ましくはラミネートフィルム、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリカーボネートなどが用いられる。ラミネートフィルムは、アルミニウム、ステンレス、ニッケル、銅などの合金を含む金属の金属箔を、ポリプロピレンフィルムなどの絶縁性の合成樹脂膜で被覆したものである。
　積層体３０を構成するセル２６は、電解質層２５と、電解質層２５の両側に積層された正極活物質層２３と負極活物質層２４と、さらに積層方向に関して正極活物質層２３と負極活物質層２４の外側に積層された板状の集電体２２とで構成される。ただし、図に示すように複数のセル２６を積層する場合には、集電体２２は隣接するセル２６の間に一枚のみ挟持される。
　集電体２２には公知の材料か使用される。例えば、アルミニウムやステンレス（ＳＵＳ）を使用することができる。集電体２２の材料に高分子材料を含むこともできる。すなわち、ポリオレフィン（ポリプロピレン、ポリエチレン）、ポリエステル（ＰＥＴ、ＰＥＮ）、ポリイミド、ポリアミド、ポリフッ化ビニリデン（ＰＶｄＦ）を用いることができる。これらの高分子材料に導電性をもたせるために、好ましくは高分子材料中にケッチェンブラック、アセチレンブラック、カーボンブラックなどのカーボンや、アルミニウム（Ａｌ）、銅（Ｃｕ）、ステンレス鋼（ＳＵＳ）、チタニウム（Ｔｉ）などの金属、の粒子を分散させる。
　正極活物質層２３は、正極活物質を含み、さらに導電助剤やバインダーなどを含み得る。正極活物質には、溶液系のリチウムイオン電池で使用される、遷移金属とリチウムとの複合酸化物を使用できる。
　負極活物質層２４は、負極活物質を含み、さらに導電助剤やバインダーなどを含み得る。負極活物質には、溶液系のリチウムイオン電池で使用される負極活物質を用いることができる。
　特に、正極活物質層２３の正極活物質にリチウム－遷移金属複合酸化物を用い、負極活物質層２４の負極活物質にカーボンまたはリチウム－遷移金属複合酸化物を用いることで、容量と出力特性に優れた電池を構成することができる。
　電解質層２５は、イオン伝導性を有する高分子を含む層または液体電解質である。この実施例では電解質に、基材としてのセパレータにプレゲル溶液を含浸させた後、化学架橋または物理架橋により得た高分子ゲル電解質を用いている。電解質に含まれる電解液は、ポリプレンカーボネート、エチレンカーボネート、ジエチルカーボネート等の有機溶媒を含有し、温度上昇により沸騰してガス化する。この実施例において、セパレータの融点は約摂氏１２０度（℃）である。電解質溶媒の沸点は約１４０℃である。
　セル２６の外周はシール部４０に覆われる。シール部４０は、隣接する集電体２２の外周部の間に充填され、正極活物質層２３と電解質層２５と負極活物質層２４の外気との接触を遮断する。シール部４０はセル２６を密封することにより、電解質のイオン伝導度の低下を防止する。また、液体または半固体のゲル状の電解質を使用する場合の、液漏れによる液絡を防止する。
　シール前駆体には、例えば加圧変形により集電体２２に密着するゴム系樹脂、または加熱加圧して熱融着させることで集電体２２に密着するオレフィン系樹脂などの熱融着可能な樹脂を使用することができる。
　ゴム系樹脂には特に制限はないが、好ましくは、シリコン系ゴム、フッ素系ゴム、オレフィン系ゴム、ニトリル系ゴムよりなる群から選択される。これらのゴム系樹脂は、シール性、耐アルカリ性、耐薬品性、耐久性、耐候性、耐熱性などに優れ、二次電池の使用環境においてもこれらの優れた性能と品質を長期間維持することができる。
　熱融着可能な樹脂は、積層体３０のあらゆる使用環境下で優れたシール効果を発揮できるものが好ましい。熱融着可能な樹脂は、例えばシリコン、エポキシ、ウレタン、ポリブタジエン、オレフィン系樹脂（ポリプロピレン、ポリエチレンなど）、パラフィンワックスよりなる群から選択される。これらの熱融着可能な樹脂は、シール性、耐アルカリ性、耐薬品性、耐久性・耐候性、耐熱性などに優れ、二次電池の使用環境においてもこれらの優れた性能と品質を長期間維持することができる。
　積層体３０の製造プロセスにおいては、集電体２２の一方の面に正極活物質層２３を形成し、もう一方の面に負極活物質層２４を形成した複数の双極型電極２１と電解質層２５とが交互に６層に渡って積層される。積層方向に関する積層体３０の両端には正極集電体２２ａと負極集電体２２ｂが積層される。集電体２２と異なり、正極集電体２２ａは一方の面に正極活物質層２３を形成し、もう一方の面には何も形成しない。負極集電体２２ｂは一方の面に負極活物質層２４を形成し、もう一方の面には何も形成しない。正極集電体２２ａは正極活物質層２３を電解質層２５に接した状態で積層される。負極集電体２２ｂは負極活物質層２４を電解質層２５に接した状態で積層される。
　以上のようにして積層された所定数のセル２６を熱プレス機を用いてシール部４０が所定の厚さとなるように熱プレスし、さらに未硬化のシール部４０を硬化させることで双極型の積層体３０が完成する。
　電池本体３００は、一方の積層体３０の正極集電体２２ａがもう一方の積層体３０の負極集電体２２ｂに接するように、直列に配置された２個の積層体３０によって構成される。
　正極集電板１０１と負極集電板１０２は、電池本体３００からケース１０３の外側へ電流を取り出し、あるいはケース１０３の外側から電池本体３００に電流を供給する役割を持つ。正極集電板１０１と負極集電板１０２の材料には、特に制限はなく、公知の材料を使用することができる。好ましくは、アルミニウム、ステンレス（ＳＵＳ）、高分子材料などが使用される。
　電池本体３００を構成する２個の積層体３０の隣接する正極集電体２２ａと２２ｂは導電性接着剤で接着される。また、電池本体３００の一端に位置する正極集電体２２ａと正極集電板１０１、及び電池本体３００のもう一端に位置する負極集電体２２ｂと負極集電板１０２も、導電性接着剤で接着される。接着剤には、剥離強度１２０％のブチルゴム系導電性両面テープ、剥離強度１００％のアクリル系導電性両面テープ、剥離強度９０％の導電性エポキシ接着剤のいずれかを用いる。
　さらに、正極集電板１０１のケース部材１０３ａの内周面への接合と、負極集電板１０２のケース部材１０３ｂの内周面への接合も、それぞれ接着剤を用いた接着によって行われる。接着には、剥離強度１２０％のブチルゴム系両面テープ、または剥離強度１００％のアクリル系両面テープを用いる。
　各剥離強度は、アクリル両面テープの剥離強度を１００％とした場合の各接着剤の剥離強度をパーセンテージで表したものである。
　２個の積層体３０の正極集電体２２ａと負極集電体２２ｂの接着は必須の用件ではなく、これらを接着せずに単に当接させるだけでも良い。
　この発明による双極型二次電池１００において、以上の接着は下記の条件を満たすように行われる。
　すなわち、２個の積層体３０の正極集電体２２ａと負極集電体２２ｂの剥離強度をＫ４，正極集電体２２ａと正極集電板１０１の剥離強度をＫ３、負極集電体２２ｂと負極集電板１０２の剥離強度をＫ５、正極集電板１０１とケース１０３の剥離強度をＫ１、負極集電板１０２とケース１０３の剥離強度をＫ２とした場合に次のいずれかの条件を満たすものとする。
　Ｋ１．Ｋ２＞Ｋ３または
　Ｋ１．Ｋ２＞Ｋ４または
　Ｋ１．Ｋ２＞Ｋ５
　なお、２個の積層体３０の正極集電体２２ａと２２ｂを接着しない場合には、剥離強度Ｋ４はゼロとなる。
　上記の関係は次の文章で表される。すなわち、ケース１０３の内周面と正極集電板１０１との剥離強度及びケース１０３の内周面と負極集電板１０２との剥離強度がともに、正極集電板１０１と正極集電体２２ａの剥離強度、負極集電板１０２と負極集電体２２ｂの剥離強度、及び積層体３０間の正極集電体２２ａと負極集電体２２ｂの剥離強度の少なくとも一つより大きく設定される。
　以上の処理の後、ケース１０３を構成する一対のケース部材１０３ａと１０３ｂのフランジ状の外周部同士を真空状態で融着させることで双極型二次電池１００が完成する。ケース部材１０３ａと１０３ｂの外周部同士を一部を残して融着し、未融着部からケース１０３内の空気を誘引することでケース１０３内を真空状態としても良い。
　ハイブリッド電気自動車（ＨＥＶ）や電気自動車（ＥＶ）においては、車体に強い衝撃が加わった場合には、車載バッテリからの電力供給により動作する各種電気回路に故障が生じることがある。そして、故障した電気回路にバッテリから電力が供給され続けると、故障した電気回路に過大な電流が流れて回路が発熱し、強電ラインが短絡することがある。また、車載バッテリ内の強電ライン同士が短絡することも考えられる。
　このようなケースでは、双極型二次電池１００内に過大な短絡電流が流れ、双極型二次電池１００の内部抵抗による発熱で双極型二次電池１００の温度上昇が起こる。この温度上昇により積層体３０の電解質層２５の電解液に含まれるポリプレンカーボネート、エチレンカーボネート、ジエチルカーボネート等の有機溶媒が沸騰し、ガス化すると、ケース１０３の内圧が上昇し、ケース１０３が膨らむ。
　ケース１０３の膨張は、ケース１０３の内周面に接着された正極集電板１０１及び負極集電板１０２を介して２個の積層体３０に引っ張り荷重を及ぼす。
　この引っ張り荷重は、ケース１０３の内周面と正極集電板１０１との間及びケース１０３の内周面と負極集電板１０２との間だけでなく、２個の積層体３０の正極集電体２２ａと負極集電体２２ｂの間、電池本体３００の一端に位置する正極集電体２２ａと正極集電板１０１の間、及び電池本体３００のもう一端に位置する負極集電体２２ｂと負極集電板１０２の間に引き剥がし力として作用する。
　この双極型二次電池１００においては、ケース１０３の内周面と正極集電板１０１との剥離強度及びケース１０３の内周面と負極集電板１０２との剥離強度がともに、電池本体３００の一端の正極集電体２２ａと正極集電板１０１の剥離強度、電池本体３００のもう一端の負極集電体２２ｂと負極集電板１０２の剥離強度、及び２基の積層体３０間の正極集電体２２ａと負極集電体２２ｂの剥離強度の少なくとも一つより大きく設定される。したがって、引き剥がし力の作用により、正極集電板１０１と正極集電体２２ａ、負極集電板１０２と負極集電体２２ｂ、及び電池本体３００を構成する２個の積層体３０間の正極集電体２２ａと負極集電体２２ｂ、のいずれかが剥離する。そして、剥離したこれらの部材間の接触が弱まることで、短絡電流の流れが抑制される。さらに、部材間が完全に剥離することで短絡電流は遮断される。
　このようにして、この発明により双極型二次電池１００に接続された外部回路の短絡電流から双極型二次電池１００を保護することができる。
　この実施例では、各積層体３０が６個のセルで構成され、さらに２基の積層体３０を直列に接続することで電池本体３００を構成している。しかし、積層体３０を構成するセル２６の数及び直列に接続される積層体３０の個数は、双極型二次電池１００に要求される電圧や容量に応じて任意に設定可能である。
　したがって、電池本体３００を、例えば積層体３０間の接続部が存在しない単一の積層体３０で構成しても良い。その場合には、ケース１０３の内周面と正極集電板１０１との剥離強度及びケース１０３の内周面と負極集電板１０２との剥離強度がともに、正極集電板１０１と電池本体３００の一端の正極集電体２２ａの剥離強度及び負極集電板１０２と電池本体３００のもう一端の負極集電体２２ｂの剥離強度の少なくとも一つより大きくなるように設定すれば良い。
　ＦＩＧＳ．３－５を参照して、この発明の第２の実施例を説明する。なお、これらの図は特徴を分かりやすく示すために、要部をデフォルメして描いている。
　第１の実施例において、双極型二次電池１００内に生じる引き剥がし力はもっぱらケース１０３の温度膨張によってのみ生まれる構造であった。この実施例では、ケース１０３内のガス圧力の上昇に応じてケース１０３がセル２６の積層方向に伸長するように、ケース１０３を構成する一方のケース部材１０３ａに、ケース１０３の伸び代として折り返し部１１を設ける。
　ＦＩＧ．３を参照すると、折り返し部１１は、ケース部材１０３ａのセル２６の積層方向に関する端面から電池本体３００から遠ざかる向きに円筒状に突出する。突出端は略１８０度に折り返され、クレスト部を形成する。折り返し部１１はケース１０３の内圧の上昇に応じて折り返し部１１の内側のケース部材１０３ａの端面を電池本体３００から遠ざかる向きに変位させることで、ケース１０３の伸長変形を容易にする。
　ケース１０３以外の双極型二次電池１００の構成は剥離強度の設定を含めて第１の実施例と同一である。この実施例により、内圧の上昇に対するケース１０３の伸長が容易になる。その結果、ケース１０３の内圧の上昇時に、正極集電板１０１と電池本体３００の一端の正極集電体２２ａ、負極集電板１０２と電池本体３００のもう一端の負極集電体２２ｂ、及び電池本体３００を構成する２個の積層体３０間の正極集電体２２ａと負極集電体２２ｂ、のいずれかの剥離が促進される。そのため、外部回路の短絡電流に対して双極型二次電池１００をより早くかつ確実に保護することができる。
　折り返し部１１の形成位置や個数についてはさまざまなバリエーションが可能である。
　ＦＩＧ．４を参照すると、ここではケース１０３を構成する一方のケース部材１０３ａのセル２６の積層方向に関する外周面にクレスト部を有する折り返し部１１を３６０度に渡って設けている。
　ＦＩＧ．５を参照すると、ここではケース１０３を構成する一方のケース部材１０３ａのセル２６の積層方向に関する外周面にクレスト部を有する折り返し部１１を３６０度に渡って二重に設けている。
　折り返し部１１の形成位置や個数によらず、このように伸縮可能に構成されたケース１０３のもとでは、双極型二次電池１００に短絡電流が流れて電池温度が上昇し、ケース１０３の内圧が上昇すると、セル２６の積層方向に関してケース１０３が容易に膨張変形する。好ましくは、ケース１０３は、０．１－１０キログラム（ｋｇ）／平方センチメートル（ｃｍ２）（≒キロパスカル（ｋＰａ））の内圧で破壊することなく容易に変形し得るものとする。このような内圧でケース１０３が容易に変形すると、正極集電板１０１または負極集電板１０２と電池本体３００との間、あるいは電池本体３００を構成する２個の積層体３０の間を容易に切り離すことができる。
　すなわち、双極型二次電池１００に接続された外部回路に過大な短絡電流が流れると、双極型二次電池１００の電池温度が上昇し、各セル２６の電解質層２５に含まれる電解液が沸騰する。電解液の沸騰にともなって発生する有機媒体の気化ガスによりケース１０３の内圧が上昇し、ケース１０３がセル２６の積層方向、すなわち折り返し部１１を伸ばす向き、に伸長する。
　ケース１０３の伸長に伴い、剥離強度の大きな接着剤でケース１０３に接着された正極集電板１０１及び負極集電板１０２はケース１３９と一体に互いに離間方向に変位する。この引き剥がし力は、接着力の相対的に弱い、正極集電板１０１と電池本体３００の一端の正極集電板２２ａの間、負極集電板１０２と電池本体３００のもう一端の負極集電体２２ｂの間、及び電池本体３００を構成する２個の積層体３０の正極集電体２２ａと負極集電体２２ｂの間に作用し、これらのいずれかが切り離される。その結果、双極型二次電池１００内部の短絡電流が遮断される。
　この実施例では、ケース部材１０３ａに折り返し部１１を形成しているが、ケース部材１０３ｂに折り返し部１１を形成しても良い。ケース部材１０３ａとケース部材１０３ｂの双方に折り返し部１１を形成しても良い。
　ＦＩＧＳ．６－９を参照して、この発明の第３の実施例を説明する。これらの図も特徴を分かりやすく示すために、要部をデフォルメして描いている。
　ＦＩＧ．６を参照すると、この実施例では、第２の実施例の構成に加えて、正極集電板１０１のケース部材１０３ａ及び電池本体３００への接着部位からケース１０３の外への取り出し部に至る区間の長さをあらかじめ長く設定する。
　ＦＩＧ．７を参照すると、具体的には、正極集電板１０１のケース部材１０３ａ及び電池本体３００への接着部位からケース１０３の外への取り出し部に至る区間であって、かつ電池本体３００の偶部に対応する位置に折り返し部１２を形成する。好ましくは、折り返し部１２による正極集電板１０１の変位可能な範囲が、折り返し部１１によるケース１０３の伸長可能変位量と等しくなるように、折り返し部１２の寸法を設定する。
　折り返し部１２は、折り返し部１１の内側に設けることが好ましい。
　すなわち、ＦＩＧ．８を参照すると、ケース部材１０３ａの外周面に折り返し部１１を設ける場合には、折り返し部１２を折り返し部１１の内側に設けることが好ましい。
　ＦＩＧ．９を参照すると、ケース部材１０３ａの外周面に複数の折り返し部１１を設ける場合には、折り返し部１２を複数の折り返し部１１の内側にそれぞれ設けることが好ましい。
　双極型二次電池１００の他の構成は第２の実施例と同一である。
　第２の実施例では、ケース１０３の伸長変形に追随しようとする正極集電板１０１の変位が、セル２６の積層方向の正極集電板１０１の寸法に起因して拘束される可能性がある。しかしながら、この実施例では正極集電板１０１に折り返し部１２を設けることで、ケース１０３の伸長変形に追随した正極集電板１０１の変位が容易になる。したがって、ケース１０３の伸長変形に伴う、正極集電板１０１と電池本体３００の一端の正極集電体２２ａ、または負極集電板１０２と電池本体３００のもう一端の負極集電体２２ｂ、または電池本体３００を構成する２個の積層体３０の正極集電体２２ａと負極集電体２２ｂ、の切り離しをより確実に行うことができる。
　この実施例では、ケース部材１０３ａに折り返し部１１を形成し、正極集電板１０１に折り返し部１２を形成しているが、ケース部材１０３ｂに折り返し部１１を形成し、負極集電板１０２に折り返し部１２を形成することも可能である。さらに、ケース部材１０３ａとケース部材１０３ｂの双方に折り返し部１１を形成し、正極集電板１０１と負極集電板１０２の双方に折り返し部１２を形成することも可能である。
　ＦＩＧ．１０を参照して、この発明の第４の実施例を説明する。
　この実施例による双極型二次電池１００はケース１０３の内側にガスを発生させるインフレータ１４を備える。
　インフレータ１４は、化学反応によりガスを発生させる。インフレータ１４はイグナイタ、着火剤、ガス発生剤などを内蔵する。インフレータ１４にはケース１０３の外に配置したコントローラ１５が接続される。コントローラ１５はインフレータ１４のイグナイタを作動させて、着火剤に点火してガス発生剤を燃焼させる。
　インフレータ１４に関する別の構成として、高圧ガスを充填した高圧容器と、高圧容器を開口するアクチュエータを内蔵し、ケース１０３外に配置したコントローラ１５がアクチュエータを作動させて、高圧容器のガスを放出するようにすることも可能である。両者を組合わせたハイブリッドタイプを用いても良い。
　コントローラ１５には積層体３０の温度を検出する温度センサ１６が接続される。コントローラ１５は中央演算装置（ＣＰＵ）、読み出し専用メモリ（ＲＯＭ）、ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）及び入出力インタフェース（Ｉ／Ｏインタフェース）を備えたマイクロコンピュータで構成される。コントローラ１５は、積層体３０の温度が例えば１００℃以上になると、インフレータ１４を作動させるようにあらかじめプログラムされる。
　温度センサ１６の代わりに、正極集電板１０１または負極集電板１０２の電流を検出する電流センサを設け、電流センサの検出電流が短絡電流相当値を超える場合に、コントローラ１５がインフレータ１４を作動させるようにプログラムすることも可能である。
　さらに、温度センサ１６の代わりに、正極集電板１０１と負極集電板１０２の電位差を検出する電圧センサを設け、電圧センサの検出電圧が通常作動時相当の電圧値から外れた場合に、コントローラ１５がインフレータ１４を作動させるようにプログラムすることも可能である。通常作動時相当の電圧値は例えば４．２Ｖ－２．５Ｖである。
　さらに、温度センサ１６の代わりに、ケース１０３の内圧を検出する圧力センサを設け、ケース１０３の内圧が所定圧力以上になった場合に、コントローラ１５がインフレータ１４を作動させるようにプログラムすることも可能である。
　以上の各センサは、いずれも双極型二次電池１００内の短絡電流と関連を有するパラメータを検出するセンサである。
　この実施例によれば、双極型二次電池１００に短絡電流が流れると、インフレータ１４が作動してガスを発生させ、ケース１０３をガス圧力で膨張させる。その結果、ケース１０３がいちはやく伸長し、正極集電板１０１と電池本体３００の一端の正極集電体２２ａ、または負極集電板１０２と電池本体３００のもう一端の負極集電体２２ｂ、または電池本体３００を構成する２個の積層体３０の正極集電体２２ａと負極集電体２２ｂ，の切り離しを早期に行うことができる。
　ＦＩＧＳ．１６と１７を参照してこの発明の第５の実施例を説明する。
　この実施例では、電池本体３００を構成するいずれかのセル２６の電解質層２５の基材であるセパレータＳＰをセル２６の外形寸法より大きく形成し、セパレータＳＰの外周部をケース１０３の内側においてケース部材１０３ａの端面に融着する。
　正極集電板１０１との干渉を避けるために、セパレータＳＰの外周部の一部に正極集電板１０１を通過させるための切欠を正極集電板１０１形成しておく。ケース１０３の仕様は第１の実施例と同一である。
　ケース１０３が伸長変形するのに伴い、ケース部材１０３ａに外周部を融着したセパレータＳＰを含む積層体３０はケース部材１０３ａと一体に変位する。その結果、ケース１０３の伸長変形に伴って電池本体３００に作用する引っ張り荷重は、この積層体３０とケース部材１０３ｂに固定された負極集電板１０２との間に集中的に作用し、積層体３０間の正極集電体２２ａと負極集電体２２ｂの剥離、もしくは負極集電板１０２と電池本体３００のもう一端の負極集電体２２ｂ、の剥離が促進される。
　なお、セパレータＳＰをケース部材１０３ｂの端面に固定しても良い。また、ケース部材１０３ａまたは１０３ｂに固定するセパレータＳＰはいずれの積層体３０のいずれのセル２６のものでも良い。
　次にＦＩＧＳ．１１Ａ－１１Ｃ，ＦＩＧＳ．１２Ａと１２Ｂ，ＦＩＧＳ．１３Ａと１３Ｂ，ＦＩＧ．１４，及びＦＩＧ．１５を参照して、双極型二次電池１００の製造と得られた製品の電流遮断能力に関して、発明者らが行った実験について説明する。
　まず、双極型電極の制作について説明する。
　正極層を下記の要領により作成した。すなわち、正極活物質としてＬｉＭｎ２Ｏ４を８５重量パーセント（ｗｔ％）に、導電助剤としてアセチレンブラックを５ｗｔ％、バインダーとしてポリフッ化ビニリデン（ＰＶｄＦ）を１０ｗｔ％含む正極基剤を作成した、正極基剤にスラリー粘度調整溶媒としてＮメチルピロドリン（ＮＭＰ）を塗布作業に最適な粘度になるまで添加することで、正極スラリーを作製した。
　ＦＩＧ．１１Ａに示すように、集電体２２としての厚さ２０ミクロン（μｍ）のＳＵＳ箔の片面に正極スラリーを塗布し、乾燥させて３０μｍの正極活物質層２３を形成した。
　負極層を下記要領により作成した。すなわち、負極活物質としてハードカーボンを９０ｗｔ％、バインダーとしてＰＶＤＦを１０ｗｔ％を含む負極基剤を作成した。負極基剤にスラリー粘度調整溶媒としてＮＭＰを塗布作業に最適な粘度になるまで添加することで、負極スラリーを作製した。ＦＩＧ．１１Ｂに示すように、正極を塗布した集電体２２としてのＳＵＳ箔の反対面に、負極スラリーを塗布し、乾燥させて３０μｍの負極活物質層２４を形成した。
　ＦＩＧ．１１Ｃに示すように集電体２２としてのＳＵＳ箔の両面に正極活物質層２３と負極活物質層２４を形成することで、双極型電極２１の基材を得た。
　次いで、基材を１６０×１３０ミリメートル（ｍｍ）に切り取り、正極、負極ともに外周部を幅１０ｍｍずつ剥がし取ることにより、ＳＵＳの表面を露出させた。結果として、１４０×１１０ｍｍの電極面と、その外周に露出する１０ｍｍ幅のＳＵＳが構成する集電体２２とを有する双極型電極２１の構造体を作製した。
　次に、プロピレンカーボネート－エチレンカーボネート（ＰＣ－ＥＣ）の混合溶媒に１モルの六フッ化ホウ酸リチウム（ＬｉＰＦ６）を含有する電解液を９０ｗｔ％と、ホストポリマーとしてヘキサフルオロプロペン（ＨＦＰ）コポリマーを１０％含むＰＶｄＦ－ＨＦＰを１０ｗｔ％含む電解質基剤を作成した。電解質基剤に粘度調製溶媒として、ジメチルカーボネート（ＤＭＣ）を塗布作業に最適な粘度になるまで添加して、プレゲル電解質を作製した。このプレゲル電解質電解質を構造体の正極、負極電極部の両面に塗布し、ＤＭＣを乾燥させることで、ゲル電解質の染み込んだ双極型電極２１を完成させた。
　次にシール部前駆体の形成について説明する。
　ＦＩＧＳ．１２Ａと１２Ｂを参照すると、双極型電極２１の正極外周部の露出部にディスペンサを用いて、１液性未硬化エポキシ樹脂からなるシール前駆体４０Ａを塗布した。
　ＦＩＧ．１３Ａと１３Ｂを参照すると、次に、１２μｍ厚のポリエチレンフィルムからなる１７０×１４０（ｍｍ）のセパレータＳＰをＳＵＳを含む集電体２２の全面を覆うように正極側に配置した。その後に、セパレータＳＰのシール前駆体４０Ａと重なる位置にディスペンサを用いて、１液性未硬化エポキシ樹脂からなるシール前駆体４０Ａを塗布した。
　以上の双極型電極２１とセパレータＳＰとを積層することで、セル２６が１２個積層された積層体３０の構造体を作製した。
　次に双極型電池のプレス成型について説明する。
　ＦＩＧ．１４を参照すると、以上のように構成された積層体３０の構造体を、熱プレス機により面圧１ｋｇ／ｃｍ２（≒ｋＰａ）で８０℃で１時間熱プレスすることにより、シール前駆体４０Ａを硬化させて、シール部４０を得た。この工程により、シール部４０を所定の厚みまでプレスでき、さらに硬化させることが可能になる。以上のプロセスでセル２６を１２層積層した積層体３０を完成させた。
　次にパッケージングについて説明する。
　上記プロセスで作成した３個の積層体３０を互いに導電性両面テープにより接着することで、直列接続された３個の積層体３０、言い換えれば３６層のセル２６からなる電池本体３００を得た。電池本体３００の一端の正極集電体２２ａに導電性両面テープにより正極集電板１０１を接着した。電池本体３００のもう一端の負極集電体２２ｂに負極集電板１０２を接着した。正極集電板１０１の電池本体３００と反対側の面をケース部材１０３ａの内周面に両面テープで接着した。同様に、負極集電板１０２の電池本体３００と反対側の面をケース部材１０３ｂの内周面に両面テープで接着した。正極集電板１０１と負極集電板１０２の取り出し部をケース部材１０３ａと１０３ｂのフランジ部が挟む形で、ケース１０３が真空密封されるようにフランジ部を溶着した。
　以上のプロセスにより、双極型二次電池１００に関するこの発明による用例＃１－＃８とこの発明によらない比較例＃１－＃３を作成した。
　正極集電板１０１とケース部材１０３ａ及び負極集電板１０２とケース部材１０３ｂとの接着には、剥離強度１２０％のブチルゴム系両面テープ、剥離強度１００％のアクリル系両面テープ、及び剥離強度９０％のエポキシ接着剤、のいずれかを使用した。
　また、電池本体３００を構成する３個の積層体３０間の正極集電体２２ａと負極集電体２２ｂの接着、正極集電板１０１と電池戦隊３００の一端の正極集電体２２ａの接着、及び負極集電板１０２と電池本体３００のもう一端の負極集電体２２ｂの接着には、剥離強度１２０％のブチルゴム系両面テープ、剥離強度１００％のアクリル系両面テープ、及び剥離強度９０％のエポキシ接着剤、のいずれかを使用した。剥離強度は、いずれもアクリル両面テープの剥離強度を１００％とした場合の、相対的な剥離強度をパーセンテージで表す。
　用例＃１－＃８と比較例＃１－＃３の各部の剥離強度に関する仕様をＴＡＢＬＥ－１に示す。なお、用例＃１－＃４は第１の実施例に相当し、用例＃５は第２の実施例に相当し、用例＃６は第３の実施例に相当し、用例＃７は第４の実施例に相当し、用例＃８は第５の実施例に相当する。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000001
　この発明によらない比較例＃１－＃３では、電池本体３００を構成する積層体３０間の正極集電体２２ａと負極集電体２２ｂの接着、正極集電板１０１と電池本体３００の一端の正極集電体２２ａとの接着、及び負極集電板１０２と電池本体３００のもう一端の負極集電板２２ｂとの接着に剥離強度１００％のアクリル系導電性両面テープを使用している。
　比較例＃１では、正極集電板１０１とケース部材１０３ａの接着及び負極集電板１０２とケース部材１０３ｂの接着に、剥離強度９０％のエポキシ接着剤を使用している。比較例＃２では正極集電板１０１とケース部材１０３ａの接着に剥離強度１２０％のブチルゴム系両面テープを使用し、負極集電板１０２とケース部材１０３ｂの接着に剥離強度９０％のエポキシ接着剤を使用している。比較例３では正極集電板１０１とケース部材１０３ａの接着に剥離強度９０％のエポキシ接着剤を使用し、負極集電板１０２とケース部材１０３ｂの接着に剥離強度１２０％のブチルゴム系両面テープを使用している。
　一方、この発明による用例＃１と＃２では、電池本体３００を構成する積層体３０間の正極集電体２２ａと負極集電体２２ｂの接着に剥離強度９０％のエポキシ接着剤を使用し、正極集電板１０１と電池本体３００の一端の正極集電体２２ａの接着及び負極集電板１０２と電池本体３００のもう一端の負極集電体２２ｂの接着に剥離強度１００％のアクリル系導電性両面テープを使用している。
　用例＃１では、正極集電板１０１とケース部材１０３ａの接着及び負極集電板１０２とケース部材１０３ｂの接着に剥離強度１２０％のブチルゴム系両面テープを使用している。
　用例＃２では、正極集電板１０１とケース部材１０３ａの接着及び負極集電板１０２とケース部材１０３ｂの接着に剥離強度１００％のアクリル系両面テープを使用している。
　この発明による用例＃３では、電池本体３００を構成する積層体３０間の正極集電体２２ａと負極集電体２２ｂの接着に剥離強度１２０％のブチルゴム系導電性両面テープを使用し、正極集電板１０１と電池本体３００の一端の正極集電体２２ａの接着に剥離強度１００％のアクリル系導電性両面テープを使用し、負極集電板１０２と電池本体３００のもう一端の負極集電体２２ｂの接着に剥離強度１２０％のブチルゴム系導電性両面テープを使用し、正極集電板１０１とケース部材１０３ａの接着及び負極集電板１０２とケース部材１０３ｂの接着に剥離強度１２０％のブチルゴム系両面テープを使用している。
　この発明による用例＃４では、電池本体３００を構成する積層体３０間の正極集電体２２ａと負極集電体２２ｂの接着及び正極集電板１０１と電池本体３００の一端の正極集電体２２ａの接着に剥離強度１００％のアクリル系導電性両面テープを使用し、負極集電板１０２と電池本体３００のもう一端の負極集電体２２ｂの接着に剥離強度９０％のエポキシ接着剤を使用し、正極集電板１０１とケース部材１０３ａの接着及び負極集電板１０２とケース部材１０３ｂの接着に剥離強度１００％のアクリル系両面テープを使用している。
　この発明による用例＃５－＃８では、電池本体３００を構成する積層体３０間の正極集電体２２ａと負極集電体２２ｂの接着に剥離強度９０％のエポキシ接着剤を使用し、正極集電板１０１と電池本体３００の一端の正極集電体２２ａの接着、負極集電板１０２と電池本体３００のもう一端の負極集電体２２ｂの接着、正極集電板１０１とケース部材１０３ａの接着、及び負極集電板１０２とケース部材１０３ｂの接着に剥離強度１００％のアクリル系両面テープを使用している。
　さらに、この発明による用例＃８においては、特定のセル２６のセパレータＳＰの外形寸法を大きく形成し、このセパレータＳＰの外周部を剥離強度１２０％のブチルゴム系導電性両面テープを介してケース部材１０３ａに接着している。
　次にケース１０３の材質並びに形状の違い及びインフレータ１４の有無を説明する。
　用例＃１のケース１０３はアルミニウム合金製の缶で構成され、比較例＃１－＃３と用例＃２－７のケース１０３はアルミニウムのラミネートフィルムで構成される。
　用例＃１－＃４と＃８、及び比較例＃１－＃３の双極型二次電池１００のケース１０３はＦＩＧ．１５に示す形状に形成される。これは、基本的に第１の実施例のケース１０３に相当する。
　用例＃５の双極型二次電池１００のケース１０３はＦＩＧ．３に示す形状に形成される。すなわち一方のケース部材１０３ａの頂面の両端に、セル２６の積層方向に突出する１個のクレスト部を有する折り返し部１１がそれぞれ設けられている。
　用例＃６の双極型二次電池１００は、ＦＩＧＳ．６と７に示す形状に形成される。すなわち、用例＃５と同様のケース１０３を用いるとともに、折り返し部１１の内側に折り返し部１２を形成している。
　用例＃７のケース１０３は、ＦＩＧ．１０に示すように、ケース１０３内にインフレータ１４を備え、ケース１０３の外側にコントローラ１５を備えている。
　発明者らは、比較例＃１－＃３のケース１０３と用例＃１－＃６のケース１０３に、空気を圧送する管を接続し、正極集電板１０１と負極集電板１０２間の電気抵抗を測りながら空気を圧送し、電気抵抗が急増したときのケース１０３の内圧を測定した。用例＃７に関してはケース１０３の内部に配置したインフレータ１４を作動させた状態で、正極集電板１０１と負極集電板１０２の間の電気抵抗が急増したときのケース１０３の内圧を測定した。
　比較例＃１－＃３と用例＃１－＃６及び＃８についての測定結果をＴＡＢＬＥ－２に示す。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000002
　ＴＡＢＬＥ－２を参照すると、この発明によらない比較例＃１－＃３は、正極集電板１０１とケース１０３及び負極集電板１０２とケース１０３の間の剥離強度が、正極集電板１０１と電池本体３００の一端の正極集電体２２ａの間、または負極集電板１０２と電池本体３００のもう一端の負極集電体２２ｂの間、または積層体３０間の正極集電体２２ａと負極集電体２２ｂの間、のいずれの剥離強度よりも低い。そのため、正極集電板１０１とケース１０３の間または負極集電板１０２とケース１０３の間で剥離が生じており、双電極二次電池１００内部における短絡電流の遮断ができない。
　この発明による用例＃１－＃６及び＃８は、正極集電板１０１とケース部材１０３ａの剥離強度及び負極集電板１０２とケース部材１０３ｂの剥離強度が、正極集電板１０１と電池本体３００の一端の正極集電体２２ａの剥離強度、負極集電板１０２と電池本体３００のもう一端の負極集電体２２ｂの剥離強度、及び電池本体３００を構成する積層体３０間の正極集電体２２ａと負極集電体２２ｂの剥離強度の少なくとも一つよりも高い。つまり、剥離強度の最も弱い接着部が正極集電板１０１と負極集電板１０２の間に存在する。したがって、ケース１０３が伸長すると正極集電板１０１と負極集電板１０２の間のどこかで剥離が発生し、双極型二次電池１００内部の短絡電流が遮断がされる。
　用例＃２－＃４の結果からは、正極集電板１０１と電池本体３００の一端の正極集電体２２ａの剥離強度、負極集電板１０２と電池本体３００のもう一端の負極集電体２２ｂの剥離強度、及び積層体３０間の極集電体２２ａと負極集電体２２ｂの剥離強度の少なくとも１つが、正極集電板１０１とケース１０３の剥離強度及び負極電極板１０２とケース１０３の剥離強度を下回れば良いことがわかる。このようにして、ケース１０３の内圧を上昇させることで電流が遮断されることがわかる。
　用例＃１と用例＃２－＃６及び＃８とを比較すると、用例＃１では内圧が１２ｋｇ／ｃｍ２（≒ｋＰａ）で抵抗が急増したが、同時に内圧でケース１０３が破損した。この事実から、内圧が１０ｋｇ／ｃｍ２（≒ｋＰａ）以上に達してもケース１０３が変形しない場合には、内圧によりケース１０３が破損する可能性が高いと考えられる。
　用例＃２－＃４及び＃８と用例＃５－＃６とを比較すると、用例＃２－＃４及び＃８ではケース１０３に体積変化のための伸び代に相当する折り返し部１１が形成されていない。こうしたケースでは、比較的大きな内圧をかけなければ電力遮断をすることができない。
　さらに、用例＃５と用例＃６を比較すると、折返し部１１と折り返し部１２を形成することで、折返し部１１のみを形成する場合より小さな内圧で電流を遮断できることが分かる。
　ＴＡＢＬＥ－２に示されない実施例７に関しては、コントローラ１５がインフレータ１４を作動させることで、ケース１０３に５ｋｇ／ｃｍ２（≒ｋＰａ）の内圧をかけると、正極集電板１０１と負極集電板１０２との間の電気抵抗が他の用例＃１－＃６と同様に急増した。これにより、双極型二次電池１００の内部電流を遮断できることが確認された。
　用例＃１－＃８により、アルミニウム等のラミネートフィルムのケース１０３を用いることで、短絡電流を容易に遮断できることが確認された。
　以上の説明に関して２０１０年５月１９日を出願日とする日本国における特願２０１０－１１５１１３号、の内容をここに引用により合体する。
　以上、この発明をいくつかの特定の実施例を通じて説明してきたが、この発明は上記の各実施例に限定されるものではない。当業者にとっては、クレームの技術範囲でこれらの実施例にさまざまな修正あるいは変更を加えることが可能である。
　例えば、この発明はリチウムイオン電池を含む、いかなる双極型二次電池にも適用可能である。
　以上説明した各実施例においては、アルミ缶もしくはアルミラミネートフィルムによるケース部材１０３ａと１０３ｂとを互いに融着させることで密閉されたケース１０３を得ている。しかしながら、ケース１０３は、温度上昇に応じて伸長する特性を有する限り、いかなる構造や材質であっても良い。
　以上のように、この発明によれば双極型二次電池内に大量の電流が流れるのを遮断することができる。したがって、電気自動車の二次電池の保護に好ましい効果をもたらす。
　この発明の実施例が包含する排他的性質あるいは特長は以下のようにクレームされる。

Claims (7)

  1. 　板状の集電体（２２）と集電体（２２）の一面に配置された正極活物質層（２３）及び集電体（２２）のもう一面に配置された負極活物質層（２４）とからなる双極型電極（２１）が電解質層（２５）を介して複数積層された積層体（３０）が、単数または複数直列接続されてなる電池本体（３００）と；
    　電池本体（３００）を内部に収装するケース（１０３）と；
    　一面をケース（１０３）の内周面に接合し、もう一面を電池本体（３００）の一端に接合すると共にケース（１０３）外部に延出した正極集電板（１０１）と；
    　一面をケース（１０３）の内周面に接合し、もう一面を電池本体（３００）のもう一端に接合すると共にケース（１０３）外部に延出した負極集電板（１０２）と；
    　ケース（１０３）の伸長変形に応じて、電池本体（３００）を介した正極集電板（１０１）と負極集電板（１０２）との電気的接続を切断する切断メカニズムと、
    　を備える、双極型二次電池（１００）。
  2. 　切断メカニズムは、正極集電板（１０１）と電池本体（３００）との剥離強度、負極集電板（１０２）と電池本体（１０３）との剥離強度、及び複数積層された積層体（３０）の的相対同士間の剥離強度、の少なくとも一つよりも、正極集電板（１０１）とケース（１０３）の内周面との剥離強度もしくは負極集電板（１０２）とケース（１０３）の内周面との剥離強度が大きく設定されることにより構成される、請求項１の双極型二次電池（１００）。
  3. 　ケース（１０３）の内周面と正極集電板（１０１）、ケース（１０３）の内周面と負極集電板（１０２）、正極集電板（１０１）と電池本体（３００）の一端、負極集電番（１０２）と電池本体（３００）のもう一端、がそれぞれ接着により接合される、請求項１または２の双極型二次電池（１００）。
  4. 　ケース（１０３）はシート状のケース部材（１０３ａ，１０３ｂ）で形成され、該ケース（１０３）は前記ケース部材（１０３ａ，１０３ｂ）をケース（１０３）の内外方向に折り曲げて形成された折り返し部（１１）を有する、請求項１から３のいずれかの双極型二次電池（１００）。
  5. 　正極集電板（１０１）と負極集電板（１０２）のいずれかに、正極集電板（１０１）もしくは負極集電板（１０２）をケース（１０３）の内外方向に折り曲げて形成された折り返し部（１２）を有する請求項３の双極型二次電池（１００）。
  6. 　切断メカニズムは、ケース（１０３）に接続されたガスを発生させるインフレータ（１４）と、電池本体（３００）内部の短絡電流を検出するセンサ（１６）と、電池本体（３００）の内部に短絡電流が発生した場合に、インフレータ（１４）を制御してケース（１０３）内にガスを供給するようにプログラムされたコントローラ（１５）と、をさらに備える請求項２の双極型二次電池（１００）。
  7. 　ケース（１０３）は金属箔を合成樹脂膜で被覆したラミネートフィルムで形成される、請求項１から６のいずれかの双極型二次電池（１００）。
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