JP2020061221A - 双極型二次電池 - Google Patents

Abstract

【課題】絶縁部材に対する正極集電体または負極集電体の剥離が生じた場合であっても、単セルの電圧を安定して検出する。【解決手段】双極型二次電池１０は、単セル２０を積層した電池要素１１を有する。単セルは、正極３０ａと、負極３０ｂと、セパレータ４０と、絶縁部材５０とを備える。双極型二次電池は、電池要素の外周において、正極集電体３１ａの表裏両面のうち絶縁部材に接しない側の表面と、負極集電体３１ｂの表裏両面のうち絶縁部材に接しない側の表面との間に配置され、単セルの電圧を検出するための電圧検出端子７０を有する。双極型二次電池は、正極集電体３１ａおよび負極集電体３１ｂのうちのいずれか一方の集電体と電圧検出端子とを接着する接着層８０を有する。【選択図】図４Ｂ

Description

本発明は、双極型二次電池に関する。

近年、環境・エネルギー問題の解決へ向けて、種々の電気自動車の普及が期待されている。これら電気自動車の普及の鍵を握るモータ駆動用電源などの車載電源として、電池の開発が鋭意行われている。車載電源への適用を指向した電池は、携帯電話やノートパソコン等に使用される電池と比較して極めて高い出力特性を有することが求められている。

例えば特許文献１には、電池の出力特性を向上させるために複数の単セルを積層して直列に接続した双極型二次電池が開示されている。ここで、単セルは、正極活物質を含む正極活物質層を正極集電体の表面に形成した正極と、負極活物質を含む負極活物質層を負極集電体の表面に形成した負極とがセパレータを介して積層されて構成される。特許文献１では、電解液の漏れによる短絡を防止するため、電極活物質層の外周を囲むように絶縁部材（封着部材）を配置して、正極集電体および負極集電体の外周を封止している。

特開２００４−３４９１５６号

単セルを直列接続した双極型二次電池においては、過充電や過放電にならないように、各単セルの電圧を検出し制御する必要がある。

ところで、電極の形成材料の特性あるいは電極の経年劣化などによって、電極は膨張することがある。この電極の膨張によって電極の厚みが増加し、電池としての機能は正常に維持しつつも、絶縁部材に対する正極集電体の剥離が多少生じたり、絶縁部材に対する負極集電体の剥離が多少生じたりすることがある。このような絶縁部材に対する集電体の剥離が生じた場合であっても、単セルの電圧を安定して検出しなければならない。

そこで、本発明は、絶縁部材に対する正極集電体または負極集電体の剥離が生じた場合であっても、単セルの電圧を安定して検出することが可能な双極型二次電池を提供することを目的とする。

上記目的を達成するための本発明の双極型二次電池は、単セルを積層した電池要素を有する。単セルは、正極集電体に正極活物質層が形成されてなる正極と、負極集電体に負極活物質層が形成されてなる負極と、前記正極と前記負極とによって挟持されたセパレータと、前記正極集電体と前記負極集電体との間において前記正極集電体と前記セパレータとの間に前記正極活物質層を封止し前記負極集電体と前記セパレータとの間に前記負極活物質層を封止する絶縁部材とを備える。双極型二次電池は、前記電池要素の外周において、前記正極集電体の表裏両面のうち前記絶縁部材に接しない側の表面と、前記負極集電体の表裏両面のうち前記絶縁部材に接しない側の表面との間に配置され、前記単セルの電圧を検出するための電圧検出端子を有する。双極型二次電池は、前記正極集電体および前記負極集電体のうちのいずれか一方の集電体と前記電圧検出端子とを接着する接着層を有する。

本発明の双極型二次電池によれば、絶縁部材に対する正極集電体または負極集電体の剥離が生じた場合であっても、単セルの電圧を安定して検出することができる。

本発明の一実施形態に係る双極型二次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って、双極型二次電池の全体構造の概略を示す断面図である。 双極型二次電池の単セルを示す断面図である。 図１の４−４線に沿う断面図であって、双極型二次電池における電圧検出端子および接着層を示す断面図である。 負極の膨張によって負極の厚みが増加し、絶縁部材に対する負極集電体の剥離が一部生じた状態における図４Ａに相当する断面図である。 負極の膨張によって負極の厚みが増加し、絶縁部材に対する正極集電体の剥離が一部生じた状態における図４Ａに相当する断面図である。 変形例１に係る双極型二次電池における電圧検出端子および接着層を示す断面図である。 変形例２に係る双極型二次電池における電圧検出端子および接着層を示す断面図である。 変形例２の双極型二次電池において、負極の膨張によって負極の厚みが増加した状態における断面図である。 変形例３に係る双極型二次電池における電圧検出端子および接着層を示す断面図である。 変形例４に係る双極型二次電池における電圧検出端子および接着層を示す断面図である。 対比例の電池を示す断面図である。 対比例の電池において、負極の膨張によって負極の厚みが増加し、絶縁部材に対する負極集電体の剥離が一部生じた状態における断面図である。

以下、図面を参照しながら、本発明の実施形態を説明するが、本発明の技術的範囲は特許請求の範囲の記載に基づいて定められるべきであり、以下の形態のみに制限されない。なお、図面の寸法比率は、説明の都合上誇張されており、実際の比率とは異なる場合がある。本明細書において、範囲を示す「Ｘ〜Ｙ」は「Ｘ以上Ｙ以下」を意味する。

＜双極型二次電池＞
本発明の実施形態に係る双極型二次電池の一例として非水電解質二次電池の１種である双極型リチウムイオン二次電池について説明する。ここで、双極型リチウムイオン二次電池とは、直列接続された双極型電極を含み、正極と負極との間をリチウムイオンが移動することによって充電や放電を行う二次電池である。なお、以下の説明では、双極型リチウムイオン二次電池を単に「電池」と称する。

図１は、本発明の一実施形態に係る電池１０を示す斜視図、図２は、図１の２−２線に沿う断面図であって、電池１０の全体構造の概略を示す断面図である。図３は、電池１０の単セル２０を示す断面図である。図４Ａは、図１の４−４線に沿う断面図であって、電池における電圧検出端子および接着層を示す断面図である。

図１〜図４を参照して、本実施形態の電池１０を概説する。電池１０は、単セル２０を積層した電池要素１１を有する。単セル２０は、正極３０ａと、負極３０ｂと、セパレータ４０と、絶縁部材５０とを備える。正極３０ａは、正極集電体３１ａに正極活物質層３２ａが形成されている。負極３０ｂは、負極集電体３１ｂに負極活物質層３２ｂが形成されている。セパレータ４０は、正極３０ａと負極３０ｂとによって挟持されている。絶縁部材５０は、正極集電体３１ａと負極集電体３１ｂとの間において、正極集電体３１ａとセパレータ４０との間に正極活物質層３２ａを封止し、負極集電体３１ｂとセパレータ４０との間に負極活物質層３２ｂを封止する。電池１０は、電池要素１１の外周において、正極集電体３１ａの表裏両面のうち絶縁部材５０に接しない側の表面と、負極集電体３１ｂの表裏両面のうち絶縁部材５０に接しない側の表面との間に配置され、単セル２０の電圧を検出するための電圧検出端子７０を有する。電池１０は、正極集電体３１ａおよび負極集電体３１ｂのうちのいずれか一方の集電体３１（図示例においては、負極集電体３１ｂ）と電圧検出端子７０とを接着する接着層８０を有する。以下、電池１０の構成を詳述する。

図２に示すように、電池１０は、外部からの衝撃や環境劣化を防止するために、複数の単セル２０が積層されてなる電池要素１１が外装体１２の内部に封止された構造を有する。電池要素１１は、単セル２０の積層体であり、充放電反応に寄与する部分である。なお、単セル２０の積層回数は、所望する電圧に応じて調節することが好ましい。また、本明細書では、複数の単セル２０が積層される方向を「積層方向」と称し、図中に矢印Ｚで示す。また、積層方向に直交する平面を「面方向」と称し、図中に矢印Ｘおよび矢印Ｙで示す。

図２に示すように、正極３０ａおよび負極３０ｂは、集電体３１の一方の面に電気的に結合した正極活物質層３２ａが形成され、集電体３１の反対側の面に電気的に結合した負極活物質層３２ｂが形成された双極型電極３５を構成する。集電体３１は、正極集電体３１ａおよび負極集電体３１ｂを組み合わせた積層構造（２層構造）を有する。

電池１０は、正極集電体３１ａに隣接するように正極集電板（正極タブ）３４ａが配置され、負極集電体３１ｂに隣接するように負極集電板（負極タブ）３４ｂが配置されている。図１にも示すように、正極集電板（正極タブ）３４ａは延長されて外装体１２から導出している。同様に、負極集電板（負極タブ）３４ｂは延長されて外装体１２から導出している。

［単セル］
図２および図３に示すように、単セル２０は、正極３０ａと、負極３０ｂと、セパレータ４０と、絶縁部材５０とを備える。セパレータ４０に電解質を保持することによって、電解質層が形成される。本実施形態の単セル２０は、正極活物質層３２ａおよび負極活物質層３２ｂが電解液を含んでいる。

正極活物質層３２ａと負極活物質層３２ｂとは、セパレータ４０を介して互いに向かい合うように配置されている。正極集電体３１ａおよび負極集電体３１ｂは、単セル２０の最外層に位置する。

なお、本明細書中、正極集電体３１ａ、負極集電体３１ｂおよびセパレータ４０の外周部６０とは、絶縁部材５０を介してヒートシールされる領域（図３中の破線で囲んだ領域）と定義する。図３に示すように、正極集電体３１ａの外周部と負極集電体３１ｂの外周部との間に絶縁部材５０を介在させた構成の場合は、集電体３１の外周部、セパレータ４０の外周部および絶縁部材５０を含む領域が単セル２０の外周部に相当する。

絶縁部材５０は、正極活物質層３２ａ、負極活物質層３２ｂおよびセパレータ４０の周囲を液密に封止し、電解液の漏れによる液絡を防止している。また、単セル２０内で正極集電体３１ａと負極集電体３１ｂとを電気的に隔てて、正極集電体３１ａと負極集電体３１ｂとが接触することによる短絡を防止している。

絶縁部材５０を構成する材料としては、絶縁性、シール性（液密性）、電池動作温度下での耐熱性等を有するものであればよい。例えば、アクリル樹脂、ウレタン樹脂、エポキシ樹脂、ポリエチレン樹脂、ポリプロピレン樹脂、ポリイミド樹脂、ゴム（エチレン−プロピレン−ジエンゴム：ＥＰＤＭ）、等が用いられうる。また、イソシアネート系接着剤や、アクリル樹脂系接着剤、シアノアクリレート系接着剤などを用いてもよく、ホットメルト接着剤（ウレタン樹脂、ポリアミド樹脂、ポリオレフィン樹脂）などを用いてもよい。なかでも、耐食性、耐薬品性、作り易さ（製膜性）、経済性等の観点から、ポリエチレン樹脂やポリプロピレン樹脂が、絶縁層の構成材料として好ましく用いられ、非結晶性ポリプロピレン樹脂を主成分とするエチレン、プロピレン、ブテンを共重合した樹脂を用いることが好ましい。

［電圧検出端子］
図４Ａに示すように、電圧検出端子７０は、電池要素１１の外周において、正極集電体３１ａの表裏両面のうち絶縁部材５０に接しない側の表面と、負極集電体３１ｂの表裏両面のうち絶縁部材５０に接しない側の表面との間に配置されている。電圧検出端子７０は、リード線７１が接続されている。リード線７１は図示しないコントローラに接続され、検出信号がコントローラに入力される。

電圧検出端子７０を構成する材料としては、導電性を有するものであればよく、導電性材料から構成される。導電性材料としては、例えば、金属材料が挙げられる。金属材料としては、アルミニウム、ニッケル、鉄、ステンレス、チタン、銅などが挙げられる。

［接着層］
図４Ａに示すように、本実施形態の接着層８０は、負極集電体３１ｂと電圧検出端子７０との間に配置され、負極集電体３１ｂと電圧検出端子７０とを接着する。

接着層８０を構成する材料としては、負極集電体３１ｂと電圧検出端子７０との接着性、負極集電体３１ｂと電圧検出端子７０との間の導電性を阻害しない導電性を有するものであればよく、導電性接着剤から構成される。導電性接着剤は、例えば、導電性エポキシ接着剤などである。

以下、比較例を参照して本実施形態の作用効果について説明する。図４Ｂは、負極３０ｂの膨張によって負極３０ｂの厚みが増加し、絶縁部材５０に対する負極集電体３１ｂの剥離が一部生じた状態における図４Ａに相当する断面図である。図４Ｃは、負極３０ｂの膨張によって負極３０ｂの厚みが増加し、絶縁部材５０に対する正極集電体３１ａの剥離が一部生じた状態における図４Ａに相当する断面図である。図９Ａは、対比例の電池を示す断面図である。図９Ｂは、負極３０ｂの膨張によって負極３０ｂの厚みが増加し、絶縁部材１１０に対する負極集電体３１ｂの剥離が一部生じた状態における断面図である。

図９Ａに示すように、対比例の電池において、電圧検出端子１２０は、絶縁部材１１０と負極集電体３１ｂとの間に、負極集電体３１ｂに接触した状態において配置されている。

電極３０の形成材料の特性あるいは電極３０の経年劣化などによって、電極３０は膨張することがある。例えば、図９Ｂに示すように、負極３０ｂの膨張によって負極３０ｂの厚みが増加し、電池としての機能は正常に維持しつつも、絶縁部材１１０に対する負極集電体３１ｂの剥離が多少生じたりすることがある。電圧検出端子１２０は、負極集電体３１ｂよりも絶縁部材１１０の側に接着している（接着され易い）。このため、絶縁部材１１０に対する負極集電体３１ｂの剥離が生じた場合、負極集電体３１ｂが電圧検出端子１２０から剥がれてしまう。電圧検出端子１２０と負極集電体３１ｂとの接触状態が変動し、両者の接触抵抗が初期の状態から変化する。このため、単セルの電圧を安定して検出することが困難となる。

一方、本実施形態においては、図４Ａに示したように、電池１０は、電池要素１１の外周において、電圧検出端子７０は、正極集電体３１ａの表裏両面のうち絶縁部材５０に接しない側の表面と、負極集電体３１ｂの表裏両面のうち絶縁部材５０に接しない側の表面との間に配置されている。さらに、電池１０は、接着層８０によって、負極集電体３１ｂと電圧検出端子７０とを接着している。

図４Ｂに示すように、負極３０ｂの膨張によって負極３０ｂの厚みが増加し、電池としての機能は正常に維持しつつも、絶縁部材５０に対する負極集電体３１ｂの剥離が多少生じたりすることがある。このような事態が生じても、電圧検出端子７０は接着層８０によって負極集電体３１ｂに接着されているため、負極集電体３１ｂが電圧検出端子７０から剥がれることを抑えることができる。電圧検出端子７０と負極集電体３１ｂとの接触状態が変動せず、両者の接触抵抗が初期の状態から変化することがない。このため、単セル２０の電圧を安定して検出することが可能となる。

また、図４Ｃに示すように、負極３０ｂの膨張によって負極３０ｂの厚みが増加し、電池としての機能は正常に維持しつつも、絶縁部材５０に対する正極集電体３１ａの剥離が多少生じたりすることがある。このような事態が生じても、電圧検出端子７０は接着層８０によって負極集電体３１ｂに接着しているため、負極集電体３１ｂが電圧検出端子１２０から剥がれることを抑えることができる。電圧検出端子７０と負極集電体３１ｂとの接触状態が変動せず、両者の接触抵抗が初期の状態から変化することがない。このため、単セル２０の電圧を安定して検出することが可能となる。

［集電体］
集電体３１（隣接する正極集電体３１ａおよび負極集電体３１ｂ）は、正極活物質層３２ａと接する一方の面から、負極活物質層３２ｂと接する他方の面へと電子の移動を媒介する機能を有する。集電体３１を構成する材料は、特に限定されないが、例えば、導電性を有する樹脂や、金属が用いられうる。

集電体３１の軽量化の観点からは、集電体３１は、導電性を有する樹脂によって形成された樹脂集電体であることが好ましい。なお、単セル２０間のリチウムイオンの移動を遮断する観点からは、樹脂集電体の一部に金属層を設けてもよい。

具体的には、樹脂集電体の構成材料である導電性を有する樹脂としては、導電性高分子材料または非導電性高分子材料に必要に応じて導電性フィラーが添加された樹脂が挙げられる。導電性高分子材料としては、例えば、ポリアニリン、ポリピロール、ポリチオフェン、ポリアセチレン、ポリパラフェニレン、ポリフェニレンビニレン、およびポリオキサジアゾールなどが挙げられる。かような導電性高分子材料は、導電性フィラーを添加しなくても十分な導電性を有するため、製造工程の容易化または集電体の軽量化の点において有利である。

非導電性高分子材料としては、例えば、ポリエチレン（ＰＥ；高密度ポリエチレン（ＨＤＰＥ）、低密度ポリエチレン（ＬＤＰＥ）など）、ポリプロピレン（ＰＰ）、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、ポリエーテルニトリル（ＰＥＮ）、ポリイミド（ＰＩ）、ポリアミドイミド（ＰＡＩ）、ポリアミド（ＰＡ）、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）、スチレン−ブタジエンゴム（ＳＢＲ）、ポリアクリロニトリル（ＰＡＮ）、ポリメチルアクリレート（ＰＭＡ）、ポリメチルメタクリレート（ＰＭＭＡ）、ポリ塩化ビニル（ＰＶＣ）、ポリフッ化ビニリデン（ＰＶｄＦ）、またはポリスチレン（ＰＳ）などが挙げられる。かような非導電性高分子材料は、優れた耐電位性または耐溶媒性を有しうる。

導電性フィラーは、導電性を有する物質であれば特に制限なく用いることができる。例えば、導電性、耐電位性、またはリチウムイオン遮断性に優れた材料として、金属および導電性カーボンなどが挙げられる。金属としては、特に制限はないが、ニッケル、チタン、アルミニウム、銅、白金、鉄、クロム、スズ、亜鉛、インジウム、アンチモン、およびカリウムからなる群から選択される少なくとも１種の金属もしくはこれらの金属を含む合金または金属酸化物を含むことが好ましい。また、導電性カーボンとしては、特に制限はない。好ましくは、アセチレンブラック、バルカン（登録商標）、ブラックパール（登録商標）、カーボンナノファイバー、ケッチェンブラック（登録商標）、カーボンナノチューブ（ＣＮＴ）、カーボンナノホーン、カーボンナノバルーン、およびフラーレンからなる群より選択される少なくとも１種を含むことが好ましい。

導電性フィラーの添加量は、集電体３１に十分な導電性を付与できる量であれば特に制限はなく、好ましくは、５〜３５体積％程度である。

また、集電体３１が金属によって形成される場合は、金属としては、アルミニウム、ニッケル、鉄、ステンレス、チタン、銅などが挙げられる。これらのほか、ニッケルとアルミニウムとのクラッド材、銅とアルミニウムとのクラッド材、またはこれらの金属のめっき材などが好ましく用いられうる。また、金属表面にアルミニウムが被覆されてなる箔であってもよい。なかでも、電子伝導性や電池作動電位、集電体３１へのスパッタリングによる負極活物質の密着性等の観点からは、アルミニウム、ステンレス、銅、ニッケルが好ましい。

［電極活物質層（正極活物質層、負極活物質層）］
電極活物質層（正極活物質層３２ａ、負極活物質層３２ｂ）３２は、電極活物質（正極活物質または負極活物質）および電解液を含む。また、電極活物質層３２は、必要に応じて、被覆剤（被覆用樹脂、導電助剤）、導電部材等を含んでもよい。さらに、電極活物質層３２は、必要に応じてイオン伝導性ポリマー等を含んでもよい。

電極活物質層３２に含まれる電解液は、スラリー調製工程において、電極活物質の分散媒として機能する。電極３０を形成した後の工程で電解液を注入する工程を省いて工数を削減する観点から、電極活物質層３２の電解液は、電池１０のセパレータ４０に含まれる電解液と同じ組成を有することが好ましい。

電池１０は、正極活物質層３２ａおよび負極活物質層３２ｂが電解液を含んでいる。この構成においては、電極活物質スラリーを塗工して塗膜を得た後に、得られた塗膜に対して加熱による乾燥処理を施す必要がない。これにより、電極活物質層３２のひび割れを抑制できるとともに、乾燥処理に必要な製造コストを削減することができる。

電解液は、溶媒にリチウム塩が溶解した形態を有する。電解液を構成する溶媒としては、例えば、エチレンカーボネート（ＥＣ）、プロピレンカーボネート（ＰＣ）、ジメチルカーボネート（ＤＭＣ）、ジエチルカーボネート（ＤＥＣ）、エチルメチルカーボネート等のカーボネート類が挙げられる。リチウム塩としては、ＬｉＰＦ_６、ＬｉＢＦ_４、ＬｉＳｂＦ_６、ＬｉＡｓＦ_６ＬｉＣｌＯ_４、Ｌｉ［（ＦＳＯ_２）_２Ｎ］（ＬｉＦＳＩ）等の無機酸のリチウム塩、ＬｉＮ（ＣＦ_３ＳＯ_２）_２、ＬｉＮ（Ｃ_２Ｆ_５ＳＯ_２）_２、およびＬｉＣ（ＣＦ_３ＳＯ_２）_３等の有機酸のリチウム塩等が挙げられる。

（正極活物質）
正極活物質としては、例えば、ＬｉＭｎ_２Ｏ_４、ＬｉＣｏＯ_２、ＬｉＮｉＯ_２、Ｌｉ（Ｎｉ−Ｍｎ−Ｃｏ）Ｏ_２およびこれらの遷移金属の一部が他の元素により置換されたもの等のリチウム−遷移金属複合酸化物、リチウム−遷移金属リン酸化合物、リチウム−遷移金属硫酸化合物などが挙げられる。場合によっては、２種以上の正極活物質が併用されてもよい。好ましくは、容量、出力特性の観点から、リチウム−遷移金属複合酸化物が、正極活物質として用いられる。より好ましくはリチウムとニッケルとを含有する複合酸化物が用いられる。さらに好ましくはＬｉ（Ｎｉ−Ｍｎ−Ｃｏ）Ｏ_２およびこれらの遷移金属の一部が他の元素により置換されたもの（以下、単に「ＮＭＣ複合酸化物」とも称する）、またはリチウム−ニッケル−コバルト−アルミニウム複合酸化物（以下単に、「ＮＣＡ複合酸化物」とも称する）などが用いられる。ＮＭＣ複合酸化物は、リチウム原子層と遷移金属（Ｍｎ、ＮｉおよびＣｏが秩序正しく配置）原子層とが酸素原子層を介して交互に積み重なった層状結晶構造を有する。そして、遷移金属１原子あたり１個のＬｉ原子が含まれ、取り出せるＬｉ量が、スピネル系リチウムマンガン酸化物の２倍、つまり供給能力が２倍になり、高い容量を持つことができる。

（負極活物質）
負極活物質としては、例えば、グラファイト（黒鉛）、ソフトカーボン、ハードカーボン等の炭素材料、リチウム−遷移金属複合酸化物（例えば、Ｌｉ_４Ｔｉ_５Ｏ_１２）、金属材料（スズ、シリコン）、リチウム合金系負極材料（例えばリチウム−スズ合金、リチウム−シリコン合金、リチウム−アルミニウム合金、リチウム−アルミニウム−マンガン合金等）などが挙げられる。場合によっては、２種以上の負極活物質が併用されてもよい。好ましくは、容量、出力特性の観点から、炭素材料、リチウム−遷移金属複合酸化物、リチウム合金系負極材料が、負極活物質として好ましく用いられる。なお、上記以外の負極活物質が用いられてもよいことは勿論である。また、（メタ）アクリレート系共重合体等の被覆用樹脂は特に炭素材料に対して付着しやすいという性質を有している。したがって、構造的に安定した電極材料を提供するという観点からは、負極活物質として炭素材料を用いることが好ましい。

（導電助剤）
導電助剤は、被覆用樹脂とともに電極活物質の表面を被覆する被覆剤として用いられる。導電助剤は、被覆剤中で電子伝導パスを形成し、電極活物質層３２の電子移動抵抗を低減することで、電池の高レートでの出力特性向上に寄与し得る。

導電助剤としては、例えば、アルミニウム、ステンレス、銀、金、銅、チタン等の金属、これらの金属を含む合金または金属酸化物；グラファイト、炭素繊維（具体的には、気相成長炭素繊維（ＶＧＣＦ）等）、カーボンナノチューブ（ＣＮＴ）、カーボンブラック（具体的には、アセチレンブラック、ケッチェンブラック（登録商標）、ファーネスブラック、チャンネルブラック、サーマルランプブラック等）等のカーボンが挙げられるが、これらに限定されない。また、粒子状のセラミック材料や樹脂材料の周りに上記金属材料をめっき等でコーティングしたものも導電助剤として使用できる。これらの導電助剤のなかでも、電気的安定性の観点から、アルミニウム、ステンレス、銀、金、銅、チタン、およびカーボンからなる群より選択される少なくとも１種を含むことが好ましく、アルミニウム、ステンレス、銀、金、およびカーボンからなる群より選択される少なくとも１種を含むことがより好ましく、カーボンを少なくとも１種を含むことがさらに好ましい。これらの導電助剤は、１種のみを単独で使用してもよいし、２種以上を併用しても構わない。

導電助剤の形状は、粒子状または繊維状であることが好ましい。導電助剤が粒子状である場合、粒子の形状は特に限定されず、粉末状、球状、棒状、針状、板状、柱状、不定形状、燐片状、紡錘状等、いずれの形状であっても構わない。導電助剤が粒子状である場合の平均粒子径（一次粒子径）は、１００ｎｍ以下であることが好ましい。なお、本明細書中において、「粒子径」とは、導電助剤の輪郭線上の任意の２点間の距離のうち、最大の距離を意味する。「平均粒子径」の値としては、走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）や透過型電子顕微鏡（ＴＥＭ）等の観察手段を用い、数〜数十視野中に観察される粒子の粒子径の平均値として算出される値を採用するものとする。

（導電部材）
導電部材は、電極活物質層３２中で電子伝導パスを形成する機能を有する。特に、導電部材の少なくとも一部が、電極活物質層３２の２つの主面同士を電気的に接続する導電通路を形成していることが好ましい。このような形態を有することで、電極活物質層３２中の厚さ方向の電子移動抵抗がさらに低減されるため、電池の高レートでの出力特性をより一層向上しうる。なお、導電部材の少なくとも一部が、電極活物質層３２の２つの主面同士を電気的に接続する導電通路を形成しているか否かは、ＳＥＭや光学顕微鏡を用いて電極活物質層３２の断面を観察することにより確認することができる。

導電部材は、繊維状の形態を有する導電性繊維であることが好ましい。具体的には、ＰＡＮ系炭素繊維、ピッチ系炭素繊維等の炭素繊維、合成繊維の中に導電性のよい金属や黒鉛を均一に分散させてなる導電性繊維、ステンレスのような金属を繊維化した金属繊維、有機物繊維の表面を金属で被覆した導電性繊維、有機物繊維の表面を、導電性物質を含む樹脂で被覆した導電性繊維等が挙げられる。なかでも、導電性に優れ、軽量であることから炭素繊維が好ましい。

本実施形態の電池１０において、電極活物質層３２の厚さは、正極活物質層３２ａについては、好ましくは１５０〜１５００μｍであり、より好ましくは１８０〜９５０μｍであり、さらに好ましくは２００〜８００μｍである。また、負極活物質層３２ｂの厚さは、好ましくは１５０〜１５００μｍであり、より好ましくは１８０〜１２００μｍであり、さらに好ましくは２００〜１０００μｍである。電極活物質層３２の厚さが上述した下限値以上の値であれば、電池のエネルギー密度を十分に高めることができる。一方、電極活物質層３２の厚さが上述した上限値以下の値であれば、電極活物質層３２の構造を十分に維持することができる。

なお、本実施形態の電池１０においては、電極活物質層３２の構成部材として、上記の電極活物質や、必要に応じて用いられる導電部材、イオン伝導性ポリマー、リチウム塩、被覆剤（被覆用樹脂、導電助剤）以外の部材を適宜使用しても構わない。しかしながら、電池のエネルギー密度を向上させる観点から、充放電反応の進行にあまり寄与しない部材は、含有させないほうが好ましい。例えば、電極活物質とその他の部材とを結着させ、電極活物質層３２の構造を維持するために添加されるバインダは、極力使用しないことが好ましい。上記の機能を有するバインダとしては、例えば、ポリフッ化ビニリデン（ＰＶｄＦ）等の溶剤系バインダや、スチレン−ブタジエンゴム（ＳＢＲ）等の水系バインダ等が挙げられる。具体的には、バインダの含有量は、電極活物質層３２に含まれる全固形分量１００質量％に対して、好ましくは１０質量％以下であり、より好ましくは５質量％以下であり、さらに好ましくは２質量％以下であり、特に好ましくは１質量％以下であり、最も好ましくは０質量％である。

［セパレータ］
セパレータ４０は、電解質を保持し、正極活物質層３２ａと負極活物質層３２ｂとの間にあって両者が直接に接触することを防止する。本実施形態のセパレータ４０に使用される電解質は、特に制限はなく、例えば、電解液またはゲルポリマー電解質などが挙げられる。これらの電解質を用いることで、高いリチウムイオン伝導性が確保されうる。

セパレータ４０の形態としては、例えば、上記電解質を吸収保持するポリマーや繊維からなる多孔性シートのセパレータや不織布セパレータ等を挙げることができる。

電解液は、上述の電極活物質層３２に使用される電解液と同様のものが用いられうる。なお、電解液におけるリチウム塩の濃度は、０．１〜３．０Ｍであることが好ましく、０．８〜２．２Ｍであることがより好ましい。また、添加剤を使用する場合の使用量は、添加剤を添加する前の電解液１００質量％に対して、好ましくは０．５〜１０質量％、より好ましくは０．５〜５質量％である。

添加剤としては、例えば、ビニレンカーボネート、メチルビニレンカーボネート、ジメチルビニレンカーボネート、フェニルビニレンカーボネート、ジフェニルビニレンカーボネート、エチルビニレンカーボネート、ジエチルビニレンカーボネート、ビニルエチレンカーボネート、１，２−ジビニルエチレンカーボネート、１−メチル−１−ビニルエチレンカーボネート、１−メチル−２−ビニルエチレンカーボネート、１−エチル−１−ビニルエチレンカーボネート、１−エチル−２−ビニルエチレンカーボネート、ビニルビニレンカーボネート、アリルエチレンカーボネート、ビニルオキシメチルエチレンカーボネート、アリルオキシメチルエチレンカーボネート、アクリルオキシメチルエチレンカーボネート、メタクリルオキシメチルエチレンカーボネート、エチニルエチレンカーボネート、プロパルギルエチレンカーボネート、エチニルオキシメチルエチレンカーボネート、プロパルギルオキシエチレンカーボネート、メチレンエチレンカーボネート、１，１−ジメチル−２−メチレンエチレンカーボネートなどが挙げられる。なかでも、ビニレンカーボネート、メチルビニレンカーボネート、ビニルエチレンカーボネートが好ましく、ビニレンカーボネート、ビニルエチレンカーボネートがより好ましい。これらの環式炭酸エステルは、１種のみが単独で用いられてもよいし、２種以上が併用されてもよい。

ゲルポリマー電解質は、イオン伝導性ポリマーからなるマトリックスポリマー（ホストポリマー）に、上記の電解液が注入されてなる構成を有する。電解質としてゲルポリマー電解質を用いることで電解質の流動性がなくなり、各層間のイオン伝導性を遮断することで容易になる点で優れている。マトリックスポリマー（ホストポリマー）として用いられるイオン伝導性ポリマーとしては、例えば、ポリエチレンオキシド（ＰＥＯ）、ポリプロピレンオキシド（ＰＰＯ）、ポリエチレングリコール（ＰＥＧ）、ポリアクリロニトリル（ＰＡＮ）、ポリフッ化ビニリデン−ヘキサフルオロプロピレン（ＰＶｄＦ−ＨＥＰ）、ポリメチルメタクリレート（ＰＭＭＡ）およびこれらの共重合体等が挙げられる。

ゲルポリマー電解質のマトリックスポリマーは、架橋構造を形成することによって、優れた機械的強度を発現しうる。架橋構造を形成させるには、適当な重合開始剤を用いて、高分子電解質形成用の重合性ポリマー（例えば、ＰＥＯやＰＰＯ）に対して熱重合、紫外線重合、放射線重合、電子線重合等の重合処理を施せばよい。

［正極集電体および負極集電体］
集電体３１（正極集電体３１ａおよび負極集電体３１ｂ）を構成する材料は、特に制限されず、リチウムイオン二次電池用の集電体として従来用いられている公知の高導電性材料が用いられうる。集電体３１の構成材料としては、例えば、アルミニウム、銅、チタン、ニッケル、ステンレス、これらの合金等の金属材料が好ましい。軽量、耐食性、高導電性の観点から、より好ましくはアルミニウム、銅であり、特に好ましくはアルミニウムである。なお、正極集電体３１ａと負極集電体３１ｂとでは、同一の材料が用いられてもよいし、異なる材料が用いられてもよい。

［外装体］
図２に示す本形態では、外装体１２は、可撓性を備えるラミネートフィルムによって袋状に構成されているが、これに限定されず、例えば、剛性を有する材料から形成されたセルケースなどを用いてもよい。高出力化や冷却性能に優れ、ＥＶ、ＨＥＶ用の大型機器用電池に好適に利用することができるという観点からは、外装体１２は、ラミネートフィルムによって構成することが好ましく、アルミニウムを含むラミネートフィルムが特に好ましい。アルミニウムを含むラミネートフィルムには、例えば、ポリプロピレン（ＰＰ）、アルミニウム、ナイロンをこの順に積層してなる３層構造のラミネートフィルム等を用いることができるが、これらに何ら制限されるものではない。

以上説明したように、本実施形態に係る電池１０は、単セル２０を積層した電池要素１１を有し、電池要素１１の外周において、正極集電体３１ａの表裏両面のうち絶縁部材５０に接しない側の表面と、負極集電体３１ｂの表裏両面のうち絶縁部材５０に接しない側の表面との間に配置され、単セル２０の電圧を検出するための電圧検出端子７０を有する。電池１０は、負極集電体３１ｂと電圧検出端子７０とを接着する接着層８０を有する。

このように構成することによって、絶縁部材５０に対する正極集電体３１ａまたは負極集電体３１ｂの剥離が生じるような事態が生じても、電圧検出端子７０の負極集電体３１ｂに対する密着性が低下しないので、電圧検出端子７０と負極集電体３１ｂとの接触状態が変動しない。このため、電圧検出端子７０と負極集電体３１ｂとの接触抵抗が初期の状態から変化することがない。したがって、単セル２０の電圧を安定して検出することが可能となる。

電池１０は、正極集電体３１ａおよび負極集電体３１ｂが樹脂集電体である。

このように構成することによって、集電体３１（正極集電体３１ａおよび負極集電体３１ｂ）の軽量化を通して、電池１０の軽量化を図ることができる。

電池１０は、正極活物質層３２ａおよび負極活物質層３２ｂが電解液を含んでいる。

このように構成することによって、電池１０を製造する際には、電極活物質スラリーを塗工して塗膜を得た後に、得られた塗膜に対して加熱による乾燥処理を施す必要がない。これにより、電極活物質層３２（正極活物質層３２ａおよび負極活物質層３２ｂ）のひび割れを抑制できるとともに、乾燥処理に必要な製造コストを削減することができる。

（変形例１）
図５は、変形例１に係る電池１０における電圧検出端子７０および接着層８０を示す断面図である。

上述した実施形態においては、接着層８０によって負極集電体３１ｂと電圧検出端子７０とが接着された形態を示した。本発明はこの場合に限定されるものではなく、接着層８０は、正極集電体３１ａおよび負極集電体３１ｂのうちのいずれか一方の集電体３１と電圧検出端子７０とを接着すればよい。

したがって、図５に示すように、接着層８０によって正極集電体３１ａと電圧検出端子７０とを接着してもよい。

このように構成した場合にも、上述した実施形態と同様の作用および効果を奏する。すなわち、絶縁部材５０に対する正極集電体３１ａまたは負極集電体３１ｂの剥離が生じるような事態が生じても、電圧検出端子７０と正極集電体３１ａとの接触状態が変動せず、両者の接触抵抗が初期の状態から変化することがない。したがって、単セル２０の電圧を安定して検出することが可能となる。

なお、負極集電体３１ｂと電圧検出端子７０との間に第１の接着剤を配置し、正極集電体３１ａと電圧検出端子７０との間にも第２の接着剤を配置する。さらに、第１の接着剤の接着強度と、第２の接着剤の接着強度を異ならせる。このような態様は、「正極集電体３１ａおよび負極集電体３１ｂのうちのいずれか一方の集電体３１と電圧検出端子７０とを接着する接着層８０」に含まれると理解されなければならない。なぜなら、絶縁部材５０に対する正極集電体３１ａまたは負極集電体３１ｂの剥離が生じた場合に、接着強度が強い側の接着剤によって、一方の集電体３１と電圧検出端子７０との接触状態が維持され、単セル２０の電圧を安定して検出することができるからである。

（変形例２）
図６Ａは、変形例２に係る電池１０における電圧検出端子７０および接着層８０を示す断面図である。図６Ｂは、変形例２の電池１０において、負極３０ｂの膨張によって負極３０ｂの厚みが増加した状態における断面図である。

図６Ａに示すように、変形例２に係る電池１０は、単セル２０を積層する方向に沿う絶縁部材５０の厚さｔ１が、単セル２０における正極３０ａ、負極３０ｂおよびセパレータ４０の合計厚みｔ０よりも薄い。また、接着層８０によって負極集電体３１ｂと電圧検出端子７０とが接着されている。電池要素１１の外周において、電圧検出端子７０と正極集電体３１ａとの間には微小な空間が生じている。

図６Ｂに示すように、負極３０ｂの膨張によって負極３０ｂの厚みが増加した場合、電池要素１１の外周が図中上下方向に移動することができる。このため、絶縁部材５０に対する正極集電体３１ａまたは負極集電体３１ｂの剥離がそもそも生じ難い。絶縁部材５０に対する負極集電体３１ｂの剥離が生じたとしても、電圧検出端子７０は接着層８０によって負極集電体３１ｂに接着されているため、負極集電体３１ｂが電圧検出端子７０から剥がれることを抑えることができる。電圧検出端子７０と負極集電体３１ｂとの接触状態が変動せず、両者の接触抵抗が初期の状態から変化することがない。したがって、単セル２０の電圧を安定して検出することが可能となる。

（変形例３）
図７は、変形例３に係る電池１０における電圧検出端子７０および接着層８０を示す断面図である。

変形例２においては、接着層８０によって負極集電体３１ｂと電圧検出端子７０とが接着された形態を示した。本発明はこの場合に限定されるものではなく、接着層８０は、正極集電体３１ａおよび負極集電体３１ｂのうちのいずれか一方の集電体３１と電圧検出端子７０とを接着すればよい。

したがって、図７に示すように、接着層８０によって正極集電体３１ａと電圧検出端子７０とを接着してもよい。

このように構成した場合にも、変形例２と同様の作用および効果を奏する。すなわち、電池要素１１の外周が図中上下方向に移動することができるため、絶縁部材５０に対する正極集電体３１ａまたは負極集電体３１ｂの剥離がそもそも生じ難い。絶縁部材５０に対する正極集電体３１ａの剥離が生じたとしても、電圧検出端子７０は接着層８０によって正極集電体３１ａに接着されているため、正極集電体３１ａが電圧検出端子７０から剥がれることを抑えることができる。電圧検出端子７０と正極集電体３１ａとの接触状態が変動せず、両者の接触抵抗が初期の状態から変化することがない。したがって、単セル２０の電圧を安定して検出することが可能となる。

（変形例４）
図８は、変形例４に係る電池１０における電圧検出端子７０および接着層８０を示す断面図である。

変形例４の電圧検出端子７０は、変形例２と同様に、接着層８０によって負極集電体３１ｂと接着されている。電池要素１１の外周において、電圧検出端子７０と正極集電体３１ａとの間には微小な空間が生じている。そのため、変形例４の電圧検出端子７０は、変形例２および変形例３の電圧検出端子７０に比べて、単セル２０の積層方向に沿う厚み寸法を大きくしている。

このように構成した場合にも、変形例２と同様の作用および効果を奏する。さらに、電圧検出端子７０の厚みを厚くしても、電池１０の高さ寸法が大きくなることはない。

１０ 双極型二次電池、
１１ 電池要素、
１２ 外装体、
２０ 単セル、
３０ 電極、
３０ａ 正極、
３０ｂ 負極、
３１ 集電体、
３１ａ 正極集電体、
３１ｂ 負極集電体、
３２ 電極活物質層、
３２ａ 正極活物質層、
３２ｂ 負極活物質層、
３５ 双極型電極、
４０ セパレータ、
５０ 絶縁部材、
６０ 外周部、
７０ 電圧検出端子、
７１ リード線、
８０ 接着層、
１１０ 絶縁部材、
１２０ 電圧検出端子。

Claims (4)

1. 正極集電体に正極活物質層が形成されてなる正極と、負極集電体に負極活物質層が形成されてなる負極と、前記正極と前記負極とによって挟持されたセパレータと、前記正極集電体と前記負極集電体との間において前記正極集電体と前記セパレータとの間に前記正極活物質層を封止し前記負極集電体と前記セパレータとの間に前記負極活物質層を封止する絶縁部材とを備える単セルを積層した電池要素と、
   前記電池要素の外周において、前記正極集電体の表裏両面のうち前記絶縁部材に接しない側の表面と、前記負極集電体の表裏両面のうち前記絶縁部材に接しない側の表面との間に配置され、前記単セルの電圧を検出するための電圧検出端子と、
   前記正極集電体および前記負極集電体のうちのいずれか一方の集電体と前記電圧検出端子とを接着する接着層と、を有する双極型二次電池。
2. 前記単セルを積層する方向に沿う前記絶縁部材の厚さが、前記単セルにおける前記正極、前記負極および前記セパレータの合計厚みよりも薄い、請求項１に記載の双極型二次電池。
3. 前記正極集電体および前記負極集電体が樹脂集電体である、請求項１または請求項２に記載の双極型二次電池。
4. 前記正極活物質層および前記負極活物質層が電解液を含んでいる、請求項１〜３のいずれか１項に記載の双極型二次電池。