JP4225334B2 - 蓄電装置用電極および蓄電装置 - Google Patents

Description

本発明は、二次電池やキャパシタ等の蓄電装置に用いられる蓄電装置用電極および、この蓄電装置用電極を備えた蓄電装置に関するものである。

従来、二次電池等に用いられる電極（正極や負極）として、集電体の表面全体に均一な電極層（負極層や正極層）を塗布したものが用いられている。しかし、集電体の表面全体に電極層を形成した場合には、電極に作用する応力、例えば、電極層形成時の応力や外部からの振動等による応力によって、電極層にクラック等が発生してしまうおそれがある。

そこで、集電体上に、電極層としての複数の微小セルを形成することによって、電極での応力を緩和するようにしているものがある（例えば、特許文献１参照）。具体的には、集電体の表面において、複数の微小セルを同一の間隔を空けた状態でマトリクス状に配置している。

一方、積層型電池における中心層付近と外層側での温度のばらつきを抑制するために、複数の冷却用タブを用い、中心層付近に設けた冷却用タブの放熱効果を最も大きくする構成が提案されている（例えば、特許文献２参照）。
特開２００５−１１６６０号公報（図１，２等） 特開２００５−７１７８４号公報（図３等）

しかしながら、特許文献１に記載の二次電池用電極では、集電体上に形成される複数の微小セルの間隔が均一に設定されているため、以下に説明する不具合が生じてしまう。

積層型構造等の電池では、充放電時の発熱により電極の外周部よりも中心部に熱がこもりやすくなる。熱がこもると、電極の中心部における内部抵抗が低下し、中心部に電流が流れやすくなる。そして、電流が多く流れれば、この分だけ中心部での発熱が促進され、中心部での内部抵抗が更に低下してしまう。これにより、電極が劣化してしまう。

また、上述した理由により、電極の表面上における温度分布は、中心部の温度が最も高く、外周部側に向かって徐々に温度が低下するようになっている。

ここで、特許文献１には、集電体上の一部の領域において微小セルを規則的に配置し、他の領域において微小セルを不規則的に配置してもよいことが記載されているが、この構成だけでは、電極上の温度分布を均一にさせることができない。すなわち、特許文献１に記載の二次電池用電極では、電極上の温度分布を考慮して、微小セルを配置していない。

一方、特許文献２に記載の積層型電池では、冷却用タブを別体として設ける必要があるため、部品点数が増加してしまう。また、特許文献２に記載の構成では、積層型電池の厚み方向（積層方向）における放熱効果を変えるものであり、積層型電池の厚み方向と直交する方向（言い換えれば、集電体の面内）における温度分布に基づく放熱については、何ら考慮されていない。

そこで、本発明は、簡単な構成において、電極上の温度分布のバラツキを抑制することのできる蓄電装置用電極および、これを備えた蓄電装置を提供することを目的とする。

本願第１の発明である蓄電装置用電極は、集電体と、集電体の表面に形成された複数の電極パターンとを有し、この蓄電装置用電極のうち放熱性が第１の領域よりも低い第２の領域内における電極パターンの形成密度が、第１の領域内における電極パターンの形成密度よりも低いとともに、第２の領域内において隣り合う電極パターンの間隔が、第１の領域内において隣り合う電極パターンの間隔よりも大きいことを特徴とする。

ここで、集電体の中心側に位置する第２の領域内における電極パターンの形成密度を、集電体の端部側に位置する第１の領域内における電極パターンの形成密度よりも低くするとともに、隣り合う電極パターンの間隔のうち、集電体の中心側における間隔を、集電体の端部側における間隔よりも大きくすることができる。ことができる。

また、隣り合う電極パターンの間隔が、集電体の端部から中心に向かって大きくなるように形成することができる。この場合において、複数の電極パターンの面積を略等しくすることができる。

本願第２の発明である蓄電装置用電極は、集電体と、集電体の表面に形成された複数の電極パターンとを有し、この蓄電装置用電極のうち放熱性が第１の領域よりも低い第２の領域内における電極パターンの形成密度が、第１の領域内における電極パターンの形成密度よりも低いとともに、隣り合う電極パターンの間隔を略同一とし、第２の領域内に位置する各電極パターンの面積を、第１の領域内に位置する各電極パターンの面積よりも小さくすることができる。ここで、集電体の中心側に位置する第２の領域内における各電極パターンの面積を、集電体の端部側に位置する第１の領域内における各電極パターンの面積よりも小さくすることができる。そして、電極パターンの面積が、集電体の端部から中心に向かって小さくなるように形成することができる。

本発明である蓄電装置は、上記の蓄電装置用電極を、正極及び負極の少なくとも一方として用いたことを特徴とする。

また、本発明は、互いに積層された複数の蓄電装置用電極を有する蓄電装置であって、各蓄電装置用電極は、集電体と、集電体の表面に形成された複数の電極パターンとを有するとともに、各蓄電装置用電極のうち放熱性が他の領域よりも低い領域における電極パターンの形成密度が、他の領域における電極パターンの形成密度よりも低くなっており、複数の蓄電装置用電極のうち、積層方向で対応する領域における電極パターンの形成密度が互いに異なることを特徴とする。

本発明によれば、集電体の中心側における電極パターンの形成密度を、集電体の端部側における電極パターンの形成密度よりも低くすることで、蓄電装置用電極（集電体）の中心側における放熱効率を向上させることができる。これにより、電極パターンの形成密度を異ならせる簡単な構成において、蓄電装置用電極における温度分布のバラツキを抑制することができる。

以下、本発明の実施例について説明する。

本発明の実施例１である蓄電装置としてのバイポーラ型電池について、図１及び図２を用いて説明する。図１は、本実施例のバイポーラ型電池に用いられるバイポーラ電極の正面図であり、図２は、バイポーラ電極が積層された構造を有するバイポーラ型電池の側面図である。

ここで、バイポーラ電極は、集電体の一方の面に正極層が形成され、他方の面に負極層が形成されたものである。そして、図１では、バイポーラ電極の一方の面（正極層が形成された面）を示している。

なお、本実施例において、図１では、バイポーラ電極の一方の面における正極層の構成を示しているが、他方の面（裏面）における負極層の構成も同様である。

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

さらに、以下の実施例では二次電池について説明するが、蓄電装置としての積層型キャパシタ（電気二重層キャパシタ）にも本発明を適用することができる。この積層型キャパシタは、複数の正極及び負極を、セパレータを介在させて交互に重ね合わせたものである。そして、この積層型キャパシタにおいては、例えば、集電体としてアルミ箔、正極活物質及び負極活物質として活性炭、セパレータとしてポリエチレンからなる多孔質膜を用いることができる。

また、以下の実施例では、積層型の電池について説明するが、電池の構造はこれにかぎるものではなく、積層型（扁平型）電池の他にも、巻回型（円筒型）電池などにも本発明を適用することができる。

図１及び図２において、バイポーラ電極１は、基体としての集電体１１を有し、集電体１１の一方の面（Ｘ−Ｙ平面）には、正極層としての複数の電極パターン１２ａが形成されている。また、集電体１１の他方の面には、負極層としての複数の電極パターン１２ｂが形成されている（図２参照）。

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

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

各電極パターン１２ａ、１２ｂは、正極又は負極に応じた、活物質、導電剤、添加剤等で構成されている。各電極パターン１２ａ、１２ｂを構成する材料については、公知の材料を用いることができる。

例えば、ニッケル−水素電池では、電極パターン１２ａの正極活物質として、ニッケル酸化物を用い、電極パターン１２ｂの負極活物質として、ＭｍＮｉ_{（５−ｘ−ｙ−ｚ）}Ａｌ_ｘＭｎ_ｙＣｏ_ｚ（Ｍｍ：ミッシュメタル）等の水素吸蔵合金を用いることができる。また、リチウム二次電池では、電極パターン１２ａの正極活物質として、リチウム−遷移金属複合酸化物を用い、電極パターン１２ｂの負極活物質として、カーボンを用いることができる。また、導電剤として、アセチレンブラック、カーボンブラック、グラファイト、炭素繊維、カーボンナノチューブを用いることができる。

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

図１に示すように、各電極パターン１２ａは、矩形状に形成されており、すべての電極パターン１２ａが略同一（製造上の誤差を含む）の大きさ（面積）を有している。また、電極パターン１２ａの厚さ（Ｚ方向の長さ）は、すべての電極パターン１２ａにおいて略同一（製造誤差を含む）の値となっている。さらに、複数の電極パターン１２ａは、Ｘ−Ｙ平面において、マトリクス状に配置されている。

また、バイポーラ電極１における電極パターン１２ａ、１２ｂ上には、これらの電極パターン１２ａ、１２ｂと同一形状のイオン伝導層１３が形成されている。このイオン伝導層１３としては、イオン導電性を有する固体高分子電解質（例えば、ポリエチレンオキシド、ポリプロピレンオキシド）を用いることができる。なお、バイポーラ型ではない電池に用いられる電極においては、イオン伝導層として、高分子ゲル電解質を用いることができる。

なお、本実施例では、イオン伝導層１３を電極パターン１２ａ、１２ｂと同一形状に形成しているが、これに限るものではなく、例えば、既存（板状）の電解質膜やセパレータに電解質を含浸させた板状体を用いることもできる。

図１に示すように、複数の電極パターン１２ａのうち、Ｙ方向で隣り合う２つの電極パターン１２ａの間隔は、互いに異なっている。すなわち、隣り合う電極パターン１２ａの間隔は、バイポーラ電極（集電体１１）の中心部から外周部に向かって徐々に小さくなるように設定されている。具体的には、以下に説明する関係となっている。

図１に示すように、集電体１１の中心部に位置する電極パターン１２ａと、この電極パターン１２ａに対してＹ方向で隣り合う電極パターン１２ａとの間隔、言い換えれば、電極パターン１２ａが形成されていない領域におけるＹ方向の長さをｄ１とする。同様に、集電体１１の外周部（端部）に位置する電極パターン１２ａと、この電極パターン１２ａに対してＹ方向で隣り合う電極パターン１２ａとの間隔をｄｎとする。また、Ｙ方向における任意の位置において隣り合う電極パターン１２ａの間隔をｄｋとする。

このとき、ｄ１＞・・ｄｋ＞ｄｋ−１＞・・・ｄｎの関係が成り立つ。なお、ｋは、１〜ｎの範囲内の任意の値である。

ここで、隣り合う電極パターン１２ａの間隔（ｄ１・・・ｄｎ）は、従来のバイポーラ電極（集電体の全面に電極層が形成された電極）における温度分布曲線を考慮した上で、設定することができる。

図３には、従来のバイポーラ電極における温度分布曲線を点線で示している。図３において、縦軸はバイポーラ電極上の温度を示し、横軸はバイポーラ電極上の位置（図１のＹ方向における位置）を示している。

図３の点線で示すように、従来のバイポーラ電極では、中心部において熱が溜まりやすいため、他の部分に比べて温度が最も高くなる。そして、バイポーラ電極の中心部から外周部に近づくにつれて、温度が徐々に低下していく。これは、バイポーラ電極の外周部側のほうが、熱が逃げやすいためである。

なお、特許文献１に記載された構成のように、複数の電極パターン（微小セル）を同一間隔でマトリクス状に配置した場合でも、図３の点線で示す温度分布曲線と近似した温度分布曲線が得られる。

図３の点線で示す温度分布曲線を考慮すると、中心部における電極パターン１２ａの間隔（ｄ１）を最も広くし、外周部側に向けて電極パターン１２ａの間隔を徐々に小さくしていくことが好ましい。

このように電極パターン１２ａを配置することで、バイポーラ電極１上における温度分布曲線を図３の実線とすることができる。すなわち、バイポーラ電極１の中心部側における放熱効率を向上させることができ、バイポーラ電極１における温度分布のバラツキを抑制することができる。特に、電極パターン１２ａの間隔を外周部側から中心部側に向けて徐々に大きくすることで、バイポーラ電極１における温度分布を略均一にさせることができる。

本実施例のバイポーラ型電池では、図２に示すように、積層された集電体１１の間に空間Ｓが形成されることになる。ここで、バイポーラ電極１の中心部側における電極パターン１２ａの間隔は、外周部側における電極パターン１２ａの間隔よりも広くなっているため、中心部側の空間Ｓは、外周部側における空間Ｓよりも大きくなる。

このため、バイポーラ電極１の中心部側で発生した熱は、比較的大きな空間Ｓを介して外部に逃げやすくなっており、バイポーラ電極の中心部側での放熱効率を向上させることができる。なお、バイポーラ型電池の外部から、上記空間Ｓ内に冷却用の空気を供給するようにしてもよく、この場合には、バイポーラ電極上での温度上昇を効率良く抑制することができる。

なお、本実施例では、Ｙ方向で隣り合う電極パターン１２ａの間隔を、集電体１１の外周部から中心部に向けて徐々に大きくしているが、これに限るものではない。具体的には、一部の領域において、隣り合う電極パターン１２ａの間隔が同一となる場合（例えば、ｄｋ＝ｄｋ−１となる場合、図１参照）を含んでいてもよい。すなわち、隣り合う電極パターン１２ａの間隔を異ならせなくても、バイポーラ電極１上の温度差が概ねゼロとなるものであれば、隣り合う電極パターン１２ａの間隔を同一の値に設定してもよい。

本実施例によれば、集電体１１上に複数の電極パターン１２ａ（１２ｂ）を形成することにより、電池温度が変化したり、集電体１１、電極パターン１２ａ、１２ｂ、イオン伝導層１３の熱膨張係数が異なったりしても、バイポーラ電極１の特定の方向（Ｘ方向やＹ方向）における熱歪を抑制することができる。しかも、集電体上の全面に電極層を形成した場合に比べて、バイポーラ電極に作用する応力によって電極層にクラック等が発生するのを抑制することができる。

また、間隔を空けて複数の電極パターン１２ａ（１２ｂ）を形成することによって、バイポーラ電極１を曲げることも可能となり、曲率を持った面に沿ってバイポーラ電極１を配置することができる。これにより、電池の設置場所に対する自由度を向上させることができる。

ここで、バイポーラ電極（バイポーラ電極以外の電極であってもよい）を巻くことによって、円筒型の電池を構成することもできる。

具体的には、図４に示すように、集電体１１上に、Ｙ方向に延びる複数の電極パターン１２ａ’を形成する。ここで、複数の電極パターン１２ａ’の幅（Ｘ方向の長さ）は略等しくなっている。また、Ｘ方向において隣り合う電極パターン１２ａ’の間隔は、図４中の下側から上側に向かって徐々に小さくなっている。なお、隣り合う電極パターン１２ａ’の間隔が略同一（製造誤差を含む）となる部分が含まれていてもよい。

そして、図４に示すバイポーラ電極１’は、図４中の下側に位置する端部から矢印で示す方向に沿って巻くことにより、円筒型の電池が構成される。このように、１つのバイポーラ電極を巻いて構成された円筒型の電池において、径方向（バイポーラ電極の積層方向）における内側の領域は、径方向における外側の領域よりも熱がこもり易くなっている。

したがって、図４に示すように、径方向内側に位置する領域（図４中の下側の領域）における隣り合う電極パターン１２ａ’の間隔を、径方向外側に位置する領域（図４中の上側の領域）における隣り合う電極パターン１２ａ’の間隔よりも広くすることにより、径方向内側での放熱性を向上させることができる。これにより、円筒型の電池においても、温度分布のバラツキを抑制することができる。

一方、本実施例のバイポーラ型電池は、バイポーラ電極１での熱膨張を抑制するために、図５に示すように、バイポーラ型電池１００の両側（バイポーラ電極１の積層方向）から狭持部材２００によって狭持される構成となっている。具体的には、図５中の矢印で示すように、バイポーラ型電池１００の外周部側で狭持する構成となっている。

この構成では、バイポーラ型電池１００の外周部側での熱膨張を抑制することはできるが、中心部側での熱膨張を抑制することができない。これにより、中心部側の領域だけが熱膨張によって変位してしまうことがある。

そこで、本実施例のバイポーラ電極１を用いれば、バイポーラ電極１の中心部側での放熱効率が外周部側よりも高くなっているため、中心部側での熱膨張を抑制することができ、図５に示す構造を用いたとしても、バイポーラ型電池１００の中心部側の領域だけが熱膨張によって変位してしまうのを抑制することができる。

なお、本実施例では、図１に示すように、Ｙ方向において、隣り合う電極パターン１２ａの間隔を異ならせているが、これに限るものではない。すなわち、Ｘ方向において、隣り合う電極パターン１２ａの間隔を異ならせてもよいし、Ｘ方向及びＹ方向において、隣り合う電極パターン１２ａの間隔を異ならせてもよい。この場合においても、中心部側における電極パターン１２ａの間隔を、外周部側における電極パターン１２ａの間隔よりも大きくすればよい。

ここで、Ｘ方向及びＹ方向において、隣り合う電極パターン１２ａの間隔を異ならせれば、バイポーラ電極のＸ方向及びＹ方向における温度分布のバラツキを抑制することができる。

また、本実施例では、各電極パターン１２ａを矩形状に形成しているが、これに限るものではなく、他の様々な形状を用いることができる。例えば、電極パターンを、三角形状等の多角形状、円形状に形成することができる。また、異なる形状の電極パターンを集電体上に形成することもできる。

さらに、本実施例では、図１に示すように、複数の電極パターン１２ａをマトリクス状に配置しているが、これに限るものではない。例えば、バイポーラ電極の中心部に配置された電極パターンを中心として、他の電極パターンを同心円状に配置することができる。この場合にも、中心部側における隣り合う電極パターンの間隔が、外周部側における隣り合う電極パターンの間隔よりも広くなるように設定する。

このように、電極パターンを同心円状に配置することで、バイポーラ電極において、Ｘ−Ｙ平面内のあらゆる方向での温度分布のバラツキを抑制することができる。

また、本実施例では、図１に示すように、複数の電極パターン１２ａを、Ｘ−Ｙ平面においてマトリクス状に配置しているが、図６に示すように、Ｘ方向に延びる複数の電極パターン２２ａをＹ方向に並べて配置することもできる。この場合にも、隣り合う電極パターン２２ａの間隔は、集電体１１の中心部から外周部に向かって小さくなるように設定される。

さらに、本実施例では、集電体１１上に形成される各電極パターン１２ａの厚さ（図２のＺ方向の長さ）は、すべての電極パターン１２ａについて略同一の値に設定しているが、これに限るものではない。すなわち、集電体１１上の電極パターン１２ａの位置に応じて、電極パターン１２ａの厚みを変えてもよい。

具体的には、特定の方向（Ｘ方向やＹ方向等）において互いに隣り合う２つの電極パターンのうち、中心部側に位置する電極パターンの厚さを、外周部側に位置する電極パターンの厚さよりも薄くすることができる。そして、図７に示すように、バイポーラ電極の外周部から中心部に向けて、電極パターン３２ａの厚みを徐々に薄くすることができる（ｔ１＜ｔ２＜ｔ３）。なお、厚みが略等しい（製造誤差を含む）少なくとも２つの電極パターンが含まれていてもよい。

このように、電極パターン３２ａの厚みを異ならせる場合には、イオン伝導層（図２に示すイオン伝導層１３に相当する）の厚みが異なることになる。すなわち、積層される２つの集電体１１の間隔は一定となるため、電極パターン３２ａの厚みが異なることで、イオン伝導層の厚みが異なることになる。

上述したように、集電体１１の中心部側における電極パターン３２ａの厚さを薄くすれば、中心部側における電流密度を低下させて、中心部側での発熱を抑えることができる。これにより、バイポーラ電極上での温度分布のバラツキを抑制することが可能となる。

一方、集電体１１上の位置に応じて、電極パターン１２ａを構成する活物質の密度（電極パターン１２ａに占める正極活物質の体積）を異ならせることもできる。具体的には、バイポーラ電極の中心部側に位置する電極パターン１２ａの活物質の密度を、外周側に位置する電極パターン１２ａの活物質の密度よりも低くすることができる。また、外周部から中心部に向けて、電極パターン１２ａの活物質の密度を徐々に低くすることができる。なお、活物質の密度が略等しい（製造上の誤差を含む）少なくとも２つの電極パターンが含まれていてもよい。

上述したように、中心部側に位置する電極パターン１２ａの活物質の密度を低くすれば、中心部側における電流密度を低下させて、中心部側での発熱を抑えることができる。これにより、バイポーラ電極上の温度分布のバラツキを抑制することが可能となる。

そして、バイポーラ電極上の温度分布を考慮した上で、上述した電極パターン１２ａの間隔、電極パターンの厚み、電極パターンの活物質の密度といった、３つのパラメータに基づいて、電極パターンを形成することもできる。電極パターン１２ａの間隔だけでなく、電極パターンの厚みや活物質の密度を異ならせることで、集電体１１の表面において、電極パターンが形成されていない領域を小さくすることができる。

一方、本実施例では、バイポーラ電極上における電極パターンの配置を異ならせるものであるが、バイポーラ電極を積層した構成のバイポーラ型電池においては、この電池の厚み方向（バイポーラ電極の積層方向）の位置に応じて、電極パターンの配置を異ならせてもよい。

ここで、積層構造のバイポーラ型電池では、積層方向における中心層側と外層側とで、熱の逃げやすさが異なり、各バイポーラ電極上の温度分布が異なってくる。このため、積層方向におけるバイポーラ電極の位置に応じて、このバイポーラ電極上の電極パターンの配置を異ならせることで、積層方向における各バイポーラ電極において、温度分布のバラツキを抑制することができる。

具体的には、中心層側に位置するバイポーラ電極における電極パターンの間隔と、外層側に位置するバイポーラ電極における電極パターンの間隔とを比較したときに、互いに対応する位置での間隔が、中心層側のバイポーラ電極のほうが大きくなるように設定することができる。例えば、中心層側に位置するバイポーラ電極における電極パターンの間隔ｄ１（図１参照）を、外層側に位置するバイポーラ電極における電極パターンの間隔ｄ１よりも広くすることができる。

一方、バイポーラ電極を図８に示す構成とすることもできる。ここで、図８は、バイポーラ電極の正面図である。

図８に示す構成において、略円形状の集電体１１上には、同心円状に複数の電極パターン１２ａ”が形成されている。ここで、電極パターン１２ａ”の幅（径方向の長さ）は略同一（製造誤差を含む）となっている。また、径方向において隣り合う電極パターン１２ａ”の間隔は、外周部から中心部に向かって徐々に大きくなっている。なお、隣り合う電極パターン１２ａ”の間隔が略同一（製造誤差を含む）となる部分を含んでいてもよい。

図８に示すバイポーラ電極１”の構成では、径方向における内側の領域は、径方向における外側の領域に比べて、熱がこもりやすい。そこで、上述したように、径方向内側における電極パターン１２”の間隔を、径方向外側における電極パターン１２ａ”の間隔よりも広くすることにより、径方向内側における放熱性を向上させることができる。これにより、Ｘ−Ｙ平面内での温度分布のバラツキを抑制することができる。

ここで、図８に示すバイポーラ電極１”を複数用意しておき、これらのバイポーラ電極１”をＺ方向において積層することにより、円筒型の電池を構成することができる。

なお、複数のバイポーラ電極１”を積層した場合には、中心層側に位置するバイポーラ電極１”の温度が、外層側に位置するバイポーラ電極１”の温度よりも高くなることがある。そこで、中心層側におけるバイポーラ電極１”の構成（具体的には、隣り合う電極パターン１２ａ”の間隔）と、外層側におけるバイポーラ電極１”の構成とを異ならせることができる。

例えば、積層方向（Ｚ方向）において対応する領域における電極パターン１２ａ”の間隔を異ならせることができ、中心層側のバイポーラ電極１”における電極パターン１２ａ”の間隔を、外層側のバイポーラ電極１”における電極パターン１２ａ”の間隔よりも広くすることができる。これにより、積層方向における温度分布のバラツキを抑制することもできる。

なお、図４や図８に示す構成に加えて、図７等で説明したように、電極パターンの厚さを異ならせたり、電極パターンに含まれる活物質の密度を異ならせたりすることもできる。

次に、本発明の実施例２であるバイポーラ型電池について、図９を用いて説明する。ここで、図９は、本実施例のバイポーラ型電池に用いられるバイポーラ電極の一部を示す正面図である。

上述した実施例１では、Ｙ方向において、隣り合う電極パターンの間隔を互いに異ならせた構成について説明したが、本実施例では、隣り合う電極パターンの間隔を略等しく（製造上の誤差を含む）しつつ、電極パターンの大きさ（面積）を異ならせたものである。

具体的には、図９に示すように、バイポーラ電極（集電体）の外周部側から中心部側に向けて、電極パターン４２ａの大きさ（Ｙ方向における幅）を減少させている。すなわち、Ｙ方向において隣り合う電極パターン４２ａの間隔が、すべて一定値ｄｋ（任意の値）となっているとともに、各電極パターン４２ａの幅Ｗ１〜Ｗ５が、「Ｗ５＞Ｗ４＞Ｗ３＞Ｗ２＞Ｗ１」の関係が成り立つようになっている。

図９に示すように構成しても、バイポーラ電極の中心部側における電極パターン４２ａの形成密度を、外周部側における電極パターン４２ａの形成密度よりも低くすることができ、バイポーラ電極の中心部側における放熱効率を向上させることができる。これにより、バイポーラ電極上の温度分布のバラツキを抑制することができる。

なお、図９に示す構成では、Ｙ方向で並ぶすべての電極パターン４２ａの幅Ｗ１〜Ｗ５を異ならせているが、幅が略等しい少なくとも２つの電極パターンを含んでいてもよい。

また、本実施例の構成においても、実施例１で説明したのと同様に、電極パターン４２ａの厚さを異ならせたり、電極パターンを構成する活物質の密度を異ならせたりすることができる。

さらに、積層構造のバイポーラ型電池において、積層方向におけるバイポーラ電極の位置に応じて、このバイポーラ電極上の電極パターンの構成を異ならせてもよい。具体的には、中心層側に位置するバイポーラ電極における電極パターン４２ａと、外層側に位置するバイポーラ電極における電極パターン４２ａとを比較したときに、対応する位置での電極パターン４２ａの幅が、中心層側に位置するバイポーラ電極のほうが小さくなるように設定することができる。これにより、積層方向の位置に応じて放熱効率を異ならせることができ、バイポーラ型電池の積層方向においても、温度分布のバラツキを抑制することができる。

また、実施例１で説明した図４や図８の構成を適用することもできる。すなわち、図４や図８に示すバイポーラ電極の構成では、電極パターンの幅を略一定にしつつ、隣り合う電極パターン間の間隔を異ならせているが、隣り合う電極パターンの間隔を略一定にしつつ、各電極パターンの幅を異ならせることができる。

具体的には、図４に示すバイポーラ電極の構成では、Ｘ方向において隣り合う電極パターンの間隔を略同一としつつ、図４中の上側に位置する電極パターンの幅（Ｘ方向の長さ）を、図４中の下側に位置する電極パターンの幅よりも狭くすることができる。また、図８に示すバイポーラ電極の構成では、径方向において隣り合う電極パターンの間隔を略同一としつつ、中心側に位置する電極パターンの幅を、外周側に位置する電極パターンの幅よりも狭くすることができる。

なお、上述した構成に加えて、図７等で説明したように、電極パターンの厚さを異ならせたり、電極パターンに含まれる活物質の密度を異ならせたりすることもできる。

上述した構成においても、図４や図８に示す構成と同様の効果を得ることができる。すなわち、バイポーラ電極上での温度分布のバラツキを抑制することができる。

一方、上述した実施例１、２では、正極層としての電極パターンと、負極層としての電極パターンを同じ構成としたが、いずれか一方の電極層の構成だけを、上述した実施例１、２の構成とすることもできる。この場合において、他方の電極層の構成は、従来と同様の構成、言い換えれば、集電体の全面に電極層を形成した構成とすることができる。

また、上述した実施例１、２で説明した二次電池やキャパシタは、例えば、電気自動車（ＥＶ）、ハイブリッド自動車（ＨＥＶ）、燃料電池車（ＦＣＶ）におけるモータ駆動用の蓄電装置として用いることができる。

一方、上述した実施例１、２では、バイポーラ型電池自体の放熱特性を考慮して電極パターンの構成を設定しているが、外部からの熱的影響に伴うバイポーラ型電池での放熱特性を考慮して電極パターンを構成することもできる。以下、具体的に説明する。

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

そこで、バイポーラ電極のうち熱源側の領域における電極パターンの形成密度を、他の領域における電極パターンの形成密度よりも低くすることで、バイポーラ電極における温度分布のバラツキを抑制することができる。すなわち、上述した実施例１、２と同様に、電極パターンの形成密度を異ならせることで、バイポーラ電極上での放熱性を向上させることができ、バイポーラ電極上での温度上昇を抑制することができる。

ここで、熱源からの熱的影響を踏まえたバイポーラ電極上での温度分布特性を考慮することで、電極パターンの形成密度を設定することができる。

例えば、上述した実施例１、２で説明したバイポーラ電極の構成に加えて、熱源側に位置する領域（一方の外周部側の領域）での電極パターンの形成密度を他の領域（他方の外周部側の領域）での電極パターンの形成密度よりも低くすることができる。

また、熱源からの熱的影響によって、バイポーラ電極のうち熱源側の領域において、最も温度上昇が大きい場合（最も放熱性が低い場合）には、熱源側の領域における電極パターンの形成密度を最も低くすることもできる。

一方、バイポーラ電極を積層した構成のバイポーラ型電池に対して、この積層方向に熱源が配置されている場合には、複数のバイポーラ電極のうち積層方向で対応する領域における電極パターンの形成密度を異ならせることができる。

具体的には、積層された複数のバイポーラ電極のうち、熱源側（積層方向のうち一方の最外層側）に位置するバイポーラ電極（１つ又は複数）における電極パターンの形成密度を、他のバイポーラ電極（例えば、積層方向のうち他方の最外層側に位置するバイポーラ電極）における電極パターンの形成密度よりも低くすることができる。

この場合には、積層方向における中心層側と、熱源側の最外層側とに位置するバイポーラ電極における電極パターンの形成密度を、他のバイポーラ電極における電極パターンの形成密度よりも低くすることができる。このように構成することで、積層方向における温度分布のバラツキを抑制することができる。

なお、熱源側の最外層側に位置するバイポーラ電極での放熱特性が最も低い場合には、このバイポーラ電極における電極パターンの形成密度を最も低くすることもできる。

電極パターンの形成密度を異ならせる方法としては、上述した実施例１、２で説明した場合と同様に、隣り合う電極パターンの間隔を変更したり（図１参照）、電極パターンの厚さを変更したり（図７参照）、電極パターンの面積を変更したり（図９参照）することができる。

本発明の実施例１であるバイポーラ電極の正面図である。 上記実施例１におけるバイポーラ電極の側面図である。 バイポーラ電極上の位置と温度との関係を示す図である。 円筒型の電池に用いられるバイポーラ電極の正面図である。 バイポーラ型電池の狭持構造を示す図である。 実施例１の変形例であるバイポーラ電極の正面図である。 実施例１の変形例であるバイポーラ電極の側面図である。 円筒型の電池に用いられるバイポーラ電極の正面図である。 本発明の実施例２であるバイポーラ電極において、電極パターンの構成を示す概略図である。

符号の説明

１：バイポーラ電極
１１：集電体
１２ａ、１２ｂ：電極パターン（正極層、負極層）
１３：イオン伝導層
２２ａ、３２ａ、４２ａ：電極パターン
１００：バイポーラ型電池
２００：狭持部材

Claims (9)

1. 集電体と、
   前記集電体の表面に形成された複数の電極パターンとを有し、
   蓄電装置用電極のうち放熱性が第１の領域よりも低い第２の領域内における前記電極パターンの形成密度が、前記第１の領域内における前記電極パターンの形成密度よりも低いとともに、
   前記第２の領域内において隣り合う前記電極パターンの間隔が、前記第１の領域内において隣り合う前記電極パターンの間隔よりも大きいことを特徴とする蓄電装置用電極。
2. 前記第２の領域が、前記第１の領域に対して前記集電体の中心側に位置しているとともに、前記第１の領域が、前記第２の領域に対して前記集電体の端部側に位置していることを特徴とする請求項１に記載の蓄電装置用電極。
3. 前記複数の電極パターンは、隣り合う前記電極パターンの間隔が、前記集電体の端部から中心に向かって大きくなるように形成されていることを特徴とする請求項２に記載の蓄電装置用電極。
4. 前記複数の電極パターンの面積が略等しいことを特徴とする請求項２又は３に記載の蓄電装置用電極。
5. 集電体と、
   前記集電体の表面に形成された複数の電極パターンとを有し、
   蓄電装置用電極のうち放熱性が第１の領域よりも低い第２の領域内における前記電極パターンの形成密度が、前記第１の領域内における前記電極パターンの形成密度よりも低いとともに、
   隣り合う前記電極パターンの間隔が略同一であって、前記第２の領域内に位置する前記各電極パターンの面積が、前記第１の領域内に位置する前記各電極パターンの面積よりも小さいことを特徴とする蓄電装置用電極。
6. 前記第２の領域が、前記第１の領域に対して前記集電体の中心側に位置しているとともに、前記第１の領域が、前記第２の領域に対して前記集電体の端部側に位置していることを特徴とする請求項５に記載の蓄電装置用電極。
7. 前記複数の電極パターンは、前記各電極パターンの面積が、前記集電体の端部から中心に向かって小さくなるように形成されていることを特徴とする請求項６に記載の蓄電装置用電極。
8. 請求項１から７のいずれか１つに記載の蓄電装置用電極を、正極及び負極の少なくとも一方として用いたことを特徴とする蓄電装置。
9. 互いに積層された複数の蓄電装置用電極を有する蓄電装置であって、
   前記各蓄電装置用電極は、集電体と、前記集電体の表面に形成された複数の電極パターンとを有し、
   前記各蓄電装置用電極のうち放熱性が他の領域よりも低い領域における前記電極パターンの形成密度が、前記他の領域における前記電極パターンの形成密度よりも低くなっており、
   前記複数の蓄電装置用電極のうち、積層方向で対応する領域における電極パターンの形成密度が互いに異なることを特徴とする蓄電装置。