JP2007066806A - バイポーラ電池 - Google Patents

Abstract

【課題】 液体または半固体のゲル状の電解質から電解質層を構成する場合のシール性の改善を図ったバイポーラ電池を提供する。
【解決手段】 バイポーラ電池１１は、正極活物質層２１、液体または半固体のゲル状の電解質からなる電解質層２２、および負極活物質層２３を順に積層した単電池層２０を、一対の集電体３１、３２の間に挟み込んで構成される単電池要素３０と、単電池要素を封止するためのシール部４３、および集電体のそれぞれに当接する導電性を有する導電部４１、４２が設けられた可撓性を有する外装材４０と、を有している。
【選択図】 図２

Description

本発明は、バイポーラ電池に関する。

近年、環境保護のため二酸化炭素排出量の低減が切に望まれている。自動車業界では、電気自動車（ＥＶ）やハイブリッド電気自動車（ＨＥＶ）の導入による二酸化炭素排出量の低減に期待が集まっており、これらの実用化の鍵を握るモータ駆動用二次電池の開発が鋭意行われている。二次電池としては、高エネルギー密度、高出力密度が達成できる積層型のバイポーラ電池に注目が集まっている（特許文献１参照）。

一般的なバイポーラ電池は、複数個のバイポーラ電極を電解質層を介在させて直列に接続してなる電池要素を含む。バイポーラ電極は、集電体の一方の面に正極活物質層を設けて正極が形成され、他方の面に負極活物質層を設けて負極が形成されている。正極活物質層、電解質層、および負極活物質層を順に積層したものが単電池層であり、この単電池層が一対の集電体の間に挟み込まれている。バイポーラ電池は、電池要素内においてはバイポーラ電極を積層する方向つまり電池の厚み方向（以下、「積層方向」という）に電流が流れるため、電流のパスが短く、電流ロスが少ないという利点がある。
特開２００１−２３６９４６号公報

バイポーラ電池においては、電解質層に含まれる電解液が染み出すと、各層同士が電気的に接続されてしまい、電池として機能しなくなる。これを液絡と称する。液体または半固体のゲル状の電解質から電解質層を構成する場合、電解質の液漏れにより液絡が生じることを防止するために、集電体の間には、シール部材が単電池層の周囲を取り囲むように設けられている。

しかしながら、集電体は薄肉の金属であり、集電体の間にシールを施すためには煩雑な作業が必要である。

本発明は、液体または半固体のゲル状の電解質から電解質層を構成する場合のシール性の改善を図ったバイポーラ電池を提供することを目的とする。

上記目的を達成する本発明は、正極活物質層、液体または半固体のゲル状の電解質からなる電解質層、および負極活物質層を順に積層した単電池層を、一対の集電体の間に挟み込んで構成される単電池要素と、
前記単電池要素を封止するためのシール部、および前記集電体のそれぞれに当接する導電性を有する導電部が設けられた可撓性を有する外装材と、を有してなるバイポーラ電池である。

１個の単電池要素を外装材によって封止する形態を採用していることから、液体または半固体のゲル状の電解質から電解質層を構成する場合であっても、集電体の間にシール部を設ける必要はない。したがって、集電体の間にシールを施すための煩雑な作業を根本的になくすことを通して、電解質の液漏れに対するシール性の改善を図ったバイポーラ電池を提供することが可能となる。また、外装材におけるシール部は、集電体の間に施すシールに比べて密閉性が高いシールを容易に形成することができ、バイポーラ電池から液漏れが生じることもない。

以下、図面を参照して、本発明の実施の形態を説明する。なお、理解を容易にするために、図面には各構成要素が誇張して示されている。

（第１の実施形態）
図１は、本発明の第１の実施形態に係るバイポーラ電池１１を示す斜視図、図２は、図１の２−２線に沿う断面図である。図３（Ａ）（Ｂ）は、外装材４０の導電部４１を拡大して示す断面図である。

図１および図２を参照して、バイポーラ電池１１は、概説すれば、正極活物質層２１、液体または半固体のゲル状の電解質からなる電解質層２２、および負極活物質層２３を順に積層した単電池層２０を、一対の集電体３１、３２の間に挟み込んで構成される単電池要素３０と、単電池要素３０を封止するためのシール部４３、および集電体３１、３２のそれぞれに当接する導電性を有する導電部４１、４２が設けられた可撓性を有する外装材４０と、を有している。外装材４０は、図中上側に示される上側外装材４０ａと、図中下側に示される下側外装材４０ｂの総称である。

正極活物質層２１は正極集電体３１の一方の面に設けられ、負極活物質層２３は負極集電体３２の一方の面に設けられている。電解質層２２の一方の面に正極活物質層２１を向かい合わせ、電解質層２２の他方の面に負極活物質層２３を向かい合わせて、正極集電体３１、電解質層２２、および負極集電体３２を積層することによって、単電池要素３０が組み立てられる。

複数個の単電池層が集電体を介して積層される電池要素にあっては、集電体の材質や構成として、正極活物質および負極活物質の両者に対して安定な材質や構成を選定する必要がある。これに対して、本実施形態のバイポーラ電池１１は１個の単電池要素３０のみを含み、正極および負極が独立していることから、正極集電体３１および負極集電体３２として最適な材質を容易に選定することができる。正極集電体３１には例えばアルミニウムが用いられ、負極集電体３２には例えば銅が用いられる。集電体３１、３２の厚さは、特に限定されないが、１μｍ〜１００μｍ程度である。

外装材４０は、可撓性を有するシート状素材から形成されている。外装材４０によって囲繞される内部空間の内圧は大気圧よりも低い圧力とされている。大気圧を用いた静水圧によって、単電池要素３０が厚み方向に沿う両側から加圧され、外装材４０の導電部４１、４２が集電体３１、３２のそれぞれに密着する。外装材４０は、導電部４１、４２を除いて、電気絶縁性を有している。外装材４０は、電解液や気体を透過させず、電解質の材料に対して化学的に安定であることが望ましい。外装材４０によって単電池要素３０を封止することによって、外部から単電池要素３０に加わる衝撃を緩和でき、液漏れなどに伴う環境劣化を防止できる。

図２に一部拡大して示すように、外装材４０は、金属箔層５１と、電気絶縁性の樹脂層５２、５３とを含むラミネートフィルム５０から形成するのが好ましい。熱封止性が良く、電解質が空気に接触する可能性を低減でき、さらには軽量化を図る上で好ましいからである。ラミネートフィルム５０は、アルミニウム、ステンレス、ニッケル、銅等の金属（合金を含む）からなる金属箔層５１を、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリカーボネート等の合成樹脂からなる電気絶縁性の樹脂層５２、５３で被覆した三層構造を有する。ラミネートフィルム５０はまた、熱伝導性に優れていることが好ましい。自動車に搭載する場合、自動車の熱源からバイポーラ電池１１まで熱を効率よく伝え、単電池要素３０を電池動作温度まですばやく加熱することができるからでる。

外装材４０のシール部４３は、例えば、熱融着層から形成される。シール部４３を熱融着によって接合することにより、単電池要素３０が封止される。２枚の外装材４０によって単電池要素３０を封止する場合には、外装材４０の周辺縁部の全周にわたってシール部４３が設けられ、一部が開口した袋状の外装材４０によって単電池要素３０を封止する場合には、開口部分にシール部４３が設けられる。

電流は単電池要素３０の厚み方向に流れることから、外装材４０の導電部４１、４２は、電流を取り出すための端子として機能する。電流を取り出すリード部を外装材４０のシール部４３から外部に導出する必要がないため、単電池要素３０を外装材４０によって確実に封止することができる。

導電部４１、４２は、集電体３１、３２の投影面よりも内側に配置されていることが望ましい。ラミネートフィルム５０は可撓性を有するので、導電部４１、４２が集電体３１、３２の投影面よりも大きいと、導電部４１、４２同士が短絡する虞があるからである。

図３（Ａ）（Ｂ）を参照して、外装材４０の導電部４１、４２は、導電性樹脂材料６１を含んでいる。この図では導電部４１の部分のみを例示してあるが、導電部４２も同様に構成されている。図３（Ａ）に示される導電部４１は、ラミネートフィルム５０の金属箔層５１を残し、電気絶縁性の樹脂層５２、５３の一部分を導電性樹脂材料６１に置換することにより構成されている。この場合の導電部４１は、導電性樹脂材料６１−金属箔層５１−導電性樹脂材料６１の三層構造を有する。図３（Ｂ）に示される導電部４１は、ラミネートフィルム５０の金属箔層５１をなくし、電気絶縁性の樹脂層５２、５３の一部分を導電性樹脂材料６１に置換することにより構成されている。この場合の導電部４１は、一層の導電性樹脂材料６１からなる。導電性樹脂材料６１は、例えば、ポリプロピレン等の電気絶縁性の樹脂材料に導電性フィラーを添加して製造される。

ここで、導電性樹脂材料６１は、単電池要素３０の厚み方向に対しては導通性を備え、単電池要素３０の面方向に対しては絶縁性を備える電気的異方性を有していることが望ましい。電流が単電池要素３０の厚み方向に流れるというバイポーラ電池１１の特徴を損なわないためである。

第１の実施形態のバイポーラ電池１１は、１個の単電池要素３０を外装材４０によって封止する形態を採用していることから、液体または半固体のゲル状の電解質から電解質層２２を構成する場合であっても、集電体３１、３２の間にシール部４３を設ける必要はない。したがって、集電体３１、３２の間にシールを施すための煩雑な作業を根本的になくすことを通して、電解質の液漏れに対するシール性の改善を図ったバイポーラ電池１１を提供することが可能となる。また、外装材４０におけるシール部４３は、集電体３１、３２の間に施すシールに比べて密閉性が高いシールを容易に形成することができ、バイポーラ電池１１から液漏れが生じることもない。

本発明のバイポーラ電池１１の構成は、特に説明したものを除き、一般的なリチウムイオン二次電池に用いられている公知の材料を用いればよく、特に限定されるものではない。以下に、このバイポーラ電池１１に使用することのできる正極活物質層、負極活物質層、電解質等について参考までに説明する。

（正極活物質層）
正極は、正極活物質を含む。このほかにも、導電助剤、バインダー等が含まれ得る。化学架橋または物理架橋によりゲル電解質として正極および負極内に十分に浸透させている。

正極活物質としては、溶液系のリチウムイオン電池でも使用される、遷移金属とリチウムとの複合酸化物を使用できる。具体的には、ＬｉＣｏＯ_２等のＬｉ・Ｃｏ系複合酸化物、ＬｉＮｉＯ_２等のＬｉ・Ｎｉ系複合酸化物、スピネルＬｉＭｎ_２Ｏ_４等のＬｉ・Ｍｎ系複合酸化物、ＬｉＦｅＯ_２等のＬｉ・Ｆｅ系複合酸化物等が挙げられる。この他、ＬｉＦｅＰＯ_４等の遷移金属とリチウムのリン酸化合物や硫酸化合物；Ｖ_２Ｏ_５、ＭｎＯ_２、ＴｉＳ_２、ＭｏＳ_２、ＭｏＯ_３等の遷移金属酸化物や硫化物；ＰｂＯ_２、ＡｇＯ、ＮｉＯＯＨ等が挙げられる。

正極活物質の粒径は、製法上、正極材料をペースト化してスプレーコート等により製膜し得るものであればよいが、さらにバイポーラ電池の電極抵抗を低減するために、電解質が固体でない溶液タイプのリチウムイオン電池で用いられる一般に用いられる粒径よりも小さいものを使用するとよい。具体的には、正極活物質の平均粒径が０．１μｍ〜１０μｍであるとよい。

高分子ゲル電解質は、イオン導伝性を有する固体高分子電解質に、通常リチウムイオン電池で用いられる電解液を含んだものであるが、さらに、リチウムイオン導伝性を持たない高分子の骨格中に、同様の電解液を保持させたものも含まれる。

ここで、高分子ゲル電解質に含まれる電解液（電解質塩および可塑剤）としては、通常リチウムイオン電池で用いられるものであればよく、例えば、ＬｉＰＦ_６、ＬｉＢＦ_４、ＬｉＣｌＯ_４、ＬｉＡｓＦ_６、ＬｉＴａＦ_６、ＬｉＡｌＣｌ_４、Ｌｉ_２Ｂ_１０Ｃｌ_１０等の無機酸陰イオン塩、ＬｉＣＦ_３ＳＯ_３、Ｌｉ（ＣＦ_３ＳＯ_２）_２Ｎ、Ｌｉ（Ｃ_２Ｆ_５ＳＯ_２）_２Ｎ等の有機酸陰イオン塩の中から選ばれる、少なくとも１種類のリチウム塩（電解質塩）を含み、プロピレンカーボネート、エチレンカーボネート等の環状カーボネート類；ジメチルカーボネート、メチルエチルカーボネート、ジエチルカーボネート等の鎖状カーボネート類；テトラヒドロフラン、２−メチルテトラヒドロフラン、１、４−ジオキサン、１、２−ジメトキシエタン、１、２−ジブトキシエタン等のエーテル類；γ−ブチロラクトン等のラクトン類；アセトニトリル等のニトリル類；プロピオン酸メチル等のエステル類；ジメチルホルムアミド等のアミド類；酢酸メチル、蟻酸メチルの中から選ばれる少なくともから１種類または２種以上を混合した、非プロトン性溶媒等の有機溶媒（可塑剤）を用いたもの等が使用できる。ただし、これらに限られるわけではない。

イオン伝導性を有する高分子としては、ポリエチレンオキシド（ＰＥＯ）、ポリプロピレンオキシド（ＰＰＯ）、これらの共重合体等が挙げられる。

高分子ゲル電解質に用いられるリチウムイオン導伝性を持たない高分子としては、例えば、ポリフッ化ビニリデン（ＰＶＤＦ）、ポリビニルクロライド（ＰＶＣ）、ポリアクリロニトリル（ＰＡＮ）、ポリメチルメタクリレート（ＰＭＭＡ）等が使用できる。ただし、これらに限られるわけではない。なお、ＰＡＮ、ＰＭＭＡ等は、どちらかと言うとイオン伝導性がほとんどない部類に入るものであるため、上記イオン伝導性を有する高分子とすることもできるが、ここでは高分子ゲル電解質に用いられるリチウムイオン導伝性を持たない高分子として例示したものである。

上記リチウム塩としては、例えば、ＬｉＰＦ_６、ＬｉＢＦ_４、ＬｉＣｌＯ_４、ＬｉＡｓＦ_６、ＬｉＴａＦ_６、ＬｉＡｌＣｌ_４、Ｌｉ_２Ｂ_１０Ｃｌ_１０等の無機酸陰イオン塩、Ｌｉ（ＣＦ_３ＳＯ_２）_２Ｎ、Ｌｉ（Ｃ_２Ｆ_５ＳＯ_２）_２Ｎ等の有機酸陰イオン塩、またはこれらの混合物等が使用できる。ただし、これらに限られるわけではない。

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、グラファイト等が挙げられる。ただし、これらに限られるわけではない。

本実施形態では、これら電解液、リチウム塩、および高分子（ポリマー）を混合してプレゲル溶液を作成し、正極および負極に含浸させている。

正極における、正極活物質、導電助剤、バインダーの配合量は、電池の使用目的（出力重視、エネルギー重視等）、イオン伝導性を考慮して決定すべきである。例えば、正極内における電解質、特に固体高分子電解質の配合量が少なすぎると、活物質層内でのイオン伝導抵抗やイオン拡散抵抗が大きくなり、電池性能が低下してしまう。一方、正極内における電解質、特に固体高分子電解質の配合量が多すぎると、電池のエネルギー密度が低下してしまう。したがって、これらの要因を考慮して、目的に合致した固体高分子電解質量を決定する。

正極の厚さは、特に限定するものではなく、配合量について述べたように、電池の使用目的（出力重視、エネルギー重視等）、イオン伝導性を考慮して決定すべきである。一般的な正極活物質層の厚さは１０〜５００μｍ程度である。

（負極活物質層）
負極は、負極活物質を含む。このほかにも、導電助剤、バインダー等が含まれ得る。負極活物質の種類以外は、基本的に「正極」の項で記載した内容と同様であるため、ここでは説明を省略する。

負極活物質としては、溶液系のリチウムイオン電池でも使用される負極活物質を用いることができる。例えば、金属酸化物、リチウム−金属複合酸化物金属、カーボン等が好ましい。より好ましくは、カーボン、遷移金属酸化物、リチウム−遷移金属複合酸化物である。さらに好ましくは、チタン酸化物、リチウム−チタン複合酸化物、カーボンである。これらは１種単独で用いてもよいし、２種以上を併用してもよい。

本実施形態にあっては、正極活物質層は、正極活物質として、リチウム−遷移金属複合酸化物が用いられ、負極活物質層は、負極活物質として、カーボンまたはリチウム−遷移金属複合酸化物が用いられている。容量、出力特性に優れた電池を構成できるからである。

（電解質層）
電解質層は、イオン伝導性を有する高分子から構成される層であり、イオン伝導性を示すものであれば材料は限定されない。

本実施形態の電解質は、高分子ゲル電解質であり、既に説明したように、基材として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高分子ゲル電解質として用いている。

このような高分子ゲル電解質は、ポリエチレンオキシド（ＰＥＯ）等のイオン導伝性を有する全固体高分子電解質に、通常リチウムイオン電池で用いられる電解液を含んだものであるが、さらに、ポリフッ化ビニリデン（ＰＶＤＦ）等のリチウムイオン導伝性を持たない高分子の骨格中に、同様の電解液を保持させたものも高分子ゲル電解質に含まれる。これらについては、正極に含まれる電解質の一種として説明した高分子ゲル電解質と同様であるため、ここでの説明は省略する。高分子ゲル電解質を構成するポリマーと電解液との比率は幅広く、ポリマー１００％を全固体高分子電解質とし、電解液１００％を液体電解質とすると、その中間体はすべて高分子ゲル電解質にあたる。なお、ポリマー電解質と言う場合には、高分子ゲル電解質および全固体高分子電解質の両方が含まれる。

高分子ゲル電解質は、電池を構成する高分子電解質のほか、上記したように正極および／または負極にも含まれ得るが、電池を構成する高分子電解質、正極、負極によって異なる高分子電解質を用いてもよいし、同一の高分子電解質を使用してもよいし、層によって異なる高分子電解質を用いてもよい。

電池を構成する電解質の厚さは、特に限定するものではない。しかしながら、コンパクトなバイポーラ電池を得るためには、電解質としての機能が確保できる範囲で極力薄くすることが好ましい。一般的な固体高分子電解質層の厚さは１０〜１００μｍ程度である。ただし、電解質の形状は、製法上の特徴を生かして、電極（正極または負極）の上面ならびに側面外周部も被覆するように形成することも容易であり、機能、性能面からも部位によらず常にほぼ一定の厚さにする必要はない。

（第２の実施形態）
図４は、本発明の第２の実施形態に係るバイポーラ電池１２を示す断面図である。なお、図１〜図３に示した部材と共通する部材には同一の符号を付してその説明は一部省略する。

第２の実施形態は、複数個の単電池要素３０を有する積層タイプのバイポーラ電池１２とした点で、１つの単電池要素３０を有するバイポーラ電池１１とした第１の実施形態と相違している。

積層タイプのバイポーラ電池１２においては、複数個（図示例では２個）の単電池要素３０は、個々の単電池要素３０が外装材７０によって封止され、かつ、外装材７０の導電部７４を介して電気的に直列に接続されている。外装材７０は、図中上側に示される上側外装材７０ａと、図中下側に示される下側外装材７０ｂと、図中中央に示される中央外装材７０ｃの総称である。また、符号「７３」は、単電池要素３０を封止するためのシール部を示している。

図中上位側の単電池要素３０は外装材７０ａと７０ｃによって封止され、下位側の単電池要素３０は外装材７０ｃと７０ｂによって封止されている。つまり、単電池要素３０間に介装された外装材７０ｃは、２個の単電池要素３０のそれぞれを封止するために共用されている。上位側の単電池要素３０の負極集電体３２と、下位側の単電池要素３０の正極集電体３１とは、外装材７０ｃの導電部７４を介して電気的導通が形成されている。これにより、上位側の単電池要素３０と下位側の単電池要素３０とが電気的に直列に接続されている。導電部７１、７２、７４は、第１の実施形態と同様に形成される。

第２の実施形態のバイポーラ電池１２は、複数個の単電池要素３０を備えてはいるが、個々の単電池要素３０に着目すれば、第１の実施形態と同様に、１個の単電池要素３０を外装材７０によって封止する形態を採用している。このため、液体または半固体のゲル状の電解質から電解質層２２を構成する場合であっても、集電体３１、３２の間にシール部４３を設ける必要はない。したがって、集電体３１、３２の間にシールを施すための煩雑な作業を根本的になくすことを通して、電解質の液漏れに対するシール性の改善を図ったバイポーラ電池１２を提供することが可能となる。また、外装材７０におけるシール部７３は、集電体３１、３２の間に施すシールに比べて密閉性が高いシールを容易に形成することができ、バイポーラ電池１２から液漏れが生じることもない。

（導電部４１、４２、７１、７２、７４の改変例）
以下、導電部４１を例に挙げて、導電部４１の改変例を、図５〜図７を参照しつつ説明する。

図５（Ａ）（Ｂ）を参照して、外装材４０の導電部４１は、金属片６２を埋設した樹脂材料６３を含んでいてもよい。図５（Ａ）に示される導電部４１は、ラミネートフィルム５０の金属箔層５１を残し、電気絶縁性の樹脂層５２、５３の一部分を金属片６２を埋設した樹脂材料６３に置換することにより構成されている。この場合の導電部４１は、金属片６２を埋設した樹脂材料６３−金属箔層５１−金属片６２を埋設した樹脂材料６３の三層構造を有する。図５（Ｂ）に示される導電部４１は、ラミネートフィルム５０の金属箔層５１をなくし、電気絶縁性の樹脂層５２、５３の一部分を金属片６２を埋設した樹脂材料６３に置換することにより構成されている。この場合の導電部４１は、金属片６２を埋設した一層の樹脂材料６３からなる。金属片６２を埋設した樹脂材料６３は、例えば、ポリプロピレン等の電気絶縁性の樹脂材料に銅線を埋め込んで製造される。

図６（Ａ）（Ｂ）を参照して、外装材４０の導電部４１は、微小な孔６４を含んでいてもよい。図６（Ａ）に示される導電部４１は、ラミネートフィルム５０の金属箔層５１を残し、電気絶縁性の樹脂層５２、５３の一部分に金属箔層５１に達する孔６４を形成することにより構成されている。この場合の導電部４１は、外装材４０を単電池要素３０に押し付け、孔６４の存在によって集電体３１と金属箔層５１とが直接接触することによって、導電性を確保する。図６（Ｂ）に示される導電部４１は、ラミネートフィルム５０を貫通する孔６４を形成することにより構成されている。この場合の導電部４１は、外装材４０を単電池要素３０に押し付け、孔６４の存在によって集電体３１が外部に直接臨むことによって、導電性を確保する。貫通する孔６４は、電解質の液漏れを防止する機能を妨げない程度の大きさに設定される。孔６４の中に、導電性に優れた接着性または非接着性の塗布剤を介在させてもよい。導電性がより確実なものとなり、貫通する孔６４の場合には電解質の液漏れを防止できるからである。

図７（Ａ）（Ｂ）を参照して、外装材４０の導電部４１は、導電性高分子膜６５を含んでいてもよい。図７（Ａ）に示される導電部４１は、ラミネートフィルム５０の金属箔層５１を残し、電気絶縁性の樹脂層５２、５３の一部分を導電性高分子膜６５に置換することにより構成されている。この場合の導電部４１は、導電性高分子膜６５−金属箔層５１−導電性高分子膜６５の三層構造を有する。図７（Ｂ）に示される導電部４１は、ラミネートフィルム５０の金属箔層５１をなくし、電気絶縁性の樹脂層５２、５３の一部分を導電性高分子膜６５に置換することにより構成されている。この場合の導電部４１は、一層の導電性高分子膜６５からなる。

（第３および第４の実施形態）
図８は、第３の実施形態に係る組電池８１を示す断面図、図９は、第４の実施形態に係る組電池８２を示す断面図である。

組電池８１、８２は、上述したバイポーラ電池１１、１２を複数個並列および／または直列に電気的に接続して構成したものである。並列化および／または直列化することにより、容量および電圧を自由に調節することが可能になる。バイポーラ電池１１、１２を並列に接続する場合には、同じ極性の導電部同士４１と４１、４２と４２、７１と７１、７２と７２がバスバーなどの適切な接続部材を介して接続される。

図８に示される組電池８１は、第１の実施形態のバイポーラ電池１１を複数個（図示例では、４個）直列に接続したものである。組電池８１は、電気的極性が異なる導電部４１と導電部４２とを重ね合わせて複数個のバイポーラ電池１１が積層され、導電部４１、４２を介して複数個の単電池要素３０が電気的に直列に接続されている。組電池８１は、正極出力端子８３が最上位のバイポーラ電池１１の正極側導電部４１に接触して取り付けられ、負極出力端子８４が最下位のバイポーラ電池１１の負極側導電部４２に接触して取り付けられている。導電部４１、４２同士の接触を確実にするため、組電池８１は、バイポーラ電池１１の積層方向に沿う両側から加圧されている。

図９に示される組電池８２は、第２の実施形態のバイポーラ電池１２を複数個（図示例では、２個）直列に接続したものである。組電池８２は、電気的極性が異なる導電部７１と導電部７２とを重ね合わせて複数個のバイポーラ電池１２が積層され、導電部７１、７２、７４を介して複数個の単電池要素３０が電気的に直列に接続されている。この組電池８２も、正負の出力端子８３、８４が導電部７１、７２に接触して取り付けられ、バイポーラ電池１２の積層方向に沿う両側から加圧されている。

第３および第４の実施形態によれば、バイポーラ電池１１、１２を直列に接続して組電池８１、８２化したことにより、高容量、高出力の電池を得ることができる。しかも、個々のバイポーラ電池１１、１２は液絡が生じない構造であるので信頼性が高く、組電池８１、８２としての長期的信頼性を向上させることができ、電気自動車やハイブリッド自動車等の車載用として最適な組電池８１、８２となる。さらに、バイポーラ電池１１、１２のいずれかに不具合が生じた場合には、そのバイポーラ電池１１、１２を簡単に交換することもできる。

なお、要求される容量や電圧に応じて、複数個のバイポーラ電池１１、１２のすべてを並列に接続した組電池としたり、直列接続および並列接続を組み合わせた組電池としたりすることができる。

本発明の第１の実施形態に係るバイポーラ電池を示す斜視図である。 図１の２−２線に沿う断面図である。 図３（Ａ）（Ｂ）は、外装材の導電部を拡大して示す断面図である。 本発明の第２の実施形態に係るバイポーラ電池を示す断面図である。 図５（Ａ）（Ｂ）は、金属片を埋設した樹脂材料を含む導電部を示す要部断面図である。 図６（Ａ）（Ｂ）は、微小な孔を含む導電部を示す要部断面図である。 図７（Ａ）（Ｂ）は、導電性高分子膜を含む導電部を示す要部断面図である。 第３の実施形態に係る組電池を示す断面図である。 第４の実施形態に係る組電池を示す断面図である。

符号の説明

１１、１２ バイポーラ電池、
２０ 単電池層、
２１ 正極活物質層、
２２ 電解質層、
２３ 負極活物質層、
３０ 単電池要素、
３１、３２ 集電体、
４０（４０ａ、４０ｂ） 外装材、
４１、４２ 導電部、
４３ シール部、
５０ ラミネートフィルム、
５１ 金属箔層、
５２、５３ 電気絶縁性の樹脂層、
６１ 導電性樹脂材料、
６２ 金属片、
６３ 金属片を埋設した樹脂材料、
６４ 孔、
６５ 導電性高分子膜、
７０（７０ａ、７０ｂ、７０ｃ） 外装材、
７１、７２、７４ 導電部、
７３ シール部、
８１、８２ 組電池。

Claims (9)

1. 正極活物質層、液体または半固体のゲル状の電解質からなる電解質層、および負極活物質層を順に積層した単電池層を、一対の集電体の間に挟み込んで構成される単電池要素と、
   前記単電池要素を封止するためのシール部、および前記集電体のそれぞれに当接する導電性を有する導電部が設けられた可撓性を有する外装材と、
   を有してなるバイポーラ電池。
2. 複数個の前記単電池要素は、個々の前記単電池要素が前記外装材によって封止され、かつ、前記外装材の前記導電部を介して電気的に直列に接続されていることを特徴とする請求項１に記載のバイポーラ電池。
3. 前記外装材は、金属箔層と、電気絶縁性の樹脂層とを含むラミネートフィルムから形成されていることを特徴とする請求項１に記載のバイポーラ電池。
4. 前記導電部は、前記集電体の投影面よりも内側に配置されていることを特徴とする請求項１に記載のバイポーラ電池。
5. 前記導電部は、導電性樹脂材料を含んでいることを特徴とする請求項１に記載のバイポーラ電池。
6. 前記導電性樹脂材料は、前記単電池要素の厚み方向に対しては導通性を備え、前記単電池要素の面方向に対しては絶縁性を備える電気的異方性を有していることを特徴とする請求項５に記載のバイポーラ電池。
7. 前記導電部は、金属片を埋設した樹脂材料を含んでいることを特徴とする請求項１に記載のバイポーラ電池。
8. 前記導電部は、微小な孔を含んでいることを特徴とする請求項１に記載のバイポーラ電池。
9. 前記導電部は、導電性高分子膜を含んでいることを特徴とする請求項１に記載のバイポーラ電池。

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