JP4674434B2

JP4674434B2 - バイポーラ電池

Info

Publication number: JP4674434B2
Application number: JP2002326701A
Authority: JP
Inventors: 康彦大澤; 泰成久光
Original assignee: Nissan Motor Co Ltd
Current assignee: Nissan Motor Co Ltd
Priority date: 2002-11-11
Filing date: 2002-11-11
Publication date: 2011-04-20
Anticipated expiration: 2022-11-11
Also published as: JP2004164897A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、正極層と負極層とが集電体の両側に配置されてなるバイポーラ電池に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、電気自動車などの大容量電源として、高エネルギー密度、高出力密度が達成できるリチウムイオン二次電池が開発されてきた。リチウムイオン二次電池の基本構成は、アルミニウム集電体にコバルト酸リチウムなどの正極活物質とアセチレンブラックなどの導電助材をバインダを用いて塗布した正極と、銅集電体にカーボン微粒子をバインダを用いて塗布した負極を、ポリオレフィン系の多孔質膜セパレータを介して配置し、これにＬｉＰＦ₆等を含む非水電解液を満たしたものとなっている。電気自動車等へ適用する場合には、この構成の単電池（セル）を直列接続して、電池モジュール単位、更にモジュールを直列接続して組電池を構成して用いる。
【０００３】
電池のエネルギー密度、出力密度の観点からは、セル間接続、モジュール間接続の接続抵抗的、空間的、重量的改良が望まれる。最近、このセル間接続の抵抗低減が可能でコンパクト化が期待できるバイポーラ電極ユニットを採用した電池の提案がなされた（例えば、特許文献１参照。）。この提案では、集電体に２種類の金属箔を圧延加工したいわばクラッド材を用いて、電解質にゲル電解質を用いているので、各セル単位での密閉シールが不可欠であり、セル間の液絡がおこる可能性がある。このゲル電解質のかわりに、高分子固体電解質を用いれば、密閉シールが不要となり現実的なバイポーラ電池を構成できる（例えば、特許文献２、３参照。）。かかる電解質として高分子電解質を用いて構成された全固体高分子電池であるバイポーラ電池では、電解液を含まないために液漏れやガス発生などがなく、信頼性が極めて高いという利点を有している。（例えば、特許文献２、３参照。）。
【０００４】
【特許文献１】
特開平１１−２０４１３６号公報
【特許文献２】
特開２０００−１００４７１号公報
【特許文献３】
特開２００２−７５４５５号公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来のバイポーラ電池は、集電体層に金属箔やその積層体を用いていたため、正極側での耐食性の問題や負極でのリチウムとの合金化のため、使用できる集電体が極限られていた。また、数十μｍ程度の厚さの集電箔の片面に正極層、他方の面に負極層を配し、これを高分子電解質層を介して積層した構造であり、電極層と電解質層に比べて集電箔の厚さが厚くなり、電池のエネルギー密度、出力密度が低下するものである。
【０００６】
したがって、本発明が目的とするところは、正極側での耐食性に優れ、かつ負極でのリチウムとの合金化を生じない新規な集電体であって、電極層と電解質層に比べてその厚さが適正である集電体を用いてなるバイポーラ電池を提供することである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明は、一枚の高分子電解質膜の片方の面上に正極層を有し、他方の面上に負極層を有する電極積層体を、電子伝導性層を介して積層した構造をもつバイポーラ型リチウムイオン二次電池において、電子伝導性層が絶縁性高分子と電子伝導性フィラーを主に含み、電子伝導性層の厚さが０．１〜１０μｍであり、電子伝導性フィラーの粒子の粒径の平均値が０．５μｍ未満であることを特徴としたバイポーラ型リチウムイオン二次電池である。
【０００８】
【発明の効果】
本発明のバイポーラ電池では、集電体としての電子伝導性層に金属箔でないもの（絶縁性高分子とカーボンブラックなど）を用いることができ、正極側での耐食性に優れ、かつ負極でのリチウムとの合金化を生じず、さらに電子伝導性層を通常の方法で数十μｍ（通常３５μｍ程度）の金属箔を用いる場合よりも薄くでき、該電子伝導性層の厚さを電極層と電解質層（膜）に対して適正な範囲（１〜２０μｍ程度）にすることができ、電池のエネルギー密度、出力密度を大きくできる。そのため、各種産業において有用な電力源となる。
【０００９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態につき説明する。
【００１０】
本発明に係るバイポーラ電池の第一の実施形態は、一枚の高分子電解質膜の片方の面上に正極層を有し、他方の面上に負極層を有する電極積層体を、電子伝導性の層を介して積層した構造をもつバイポーラ電池において、
電子伝導性層が絶縁性高分子と電子伝導性フィラーを主に含むことを特徴とするものである。
【００１１】
電子伝導性層は、通常集電体（バイポーラ電池ではセル間隔壁兼電子伝導体）といわれ、電子的に伝導度が高い金属箔を使用しているが、バイポーラ電池では、電流は電極面と垂直方向に流れるので、それほど高い電子伝導性は必ずしも必要ない。また、従来は電極の製造法として、金属箔に電極原料スラリーを塗布して、乾燥固化（場合によっては重合）していた。そのため、用いる金属箔はある程度の強度が必要であり、これらのことから、材質にもよるが必然的に１５〜２０μｍ程度の厚さが必要であった。そこで、本発明の第一の形態では、バイポーラ電池である特徴を生かして、この電子伝導性層として、新たに絶縁性高分子に電子伝導性フィラーを充填させた薄膜を用いた構造としたものである。
【００１２】
本発明に係るバイポーラ電池の第一の実施形態では、電子伝導性層として絶縁性高分子に電子伝導性フィラーを充填させた薄膜は、それほど高い電子伝導性は必ずしも必要でないとの知見から、原料のスラリー化が容易であり、簡単に数μｍ程度に薄膜化できる原料を選択することができる点で有利である。すなわち、集電体としての電子伝導性層に金属以外の材質を用いることができるようになり、特にカーボンを電子伝導性フィラーとして用いた電子伝導性層は、該電子伝導性層（薄層）の貼り付けのほかに、電子伝導性層用原料スラリーを直接塗布することにより電子伝導性層を形成できて、エネルギー密度、出力密度の高いバイポーラ電池を構成できる。また、金属箔に比して、正極側での耐食性の問題や負極でのリチウムとの合金化の問題のない材料を選択できる点において有利である。また、原料のスラリー化が容易である材料を選択し得ることから、構造的にも、一定の強度を有する集電体の両面に電極原料スラリーを塗布して電極を形成するのではなく、例えば、一定の強度を持つ高分子電解質層の両面に電極原料スラリーを塗布して電極を形成し、該高分子電解質層の両面に形成した電極上に電子伝導性層の原料スラリーを塗布し、乾燥固化するなどして電子伝導性層を形成することができる点で有利である。すなわち、従来とは反対に電極上に電子伝導性層を形成すればよいため、該電子伝導性層は従来の製造過程で必要とされたような強度を全く必要とせず、簡単に薄膜化できる点においても極めて有利である。
【００１３】
本発明に係るバイポーラ電池の第一の実施形態において、電子伝導性層の厚さは、薄膜化し、電池のエネルギー密度、出力密度を大きくする観点から、１〜２０μｍが好ましく、より好ましくは５〜１０μｍの範囲とするのが望ましい。電子伝導性層の厚さが１μｍ未満の場合にはイオン的短絡の可能性があり、２０μｍを超える場合にはエネルギー密度的にメリットが小さい。
【００１４】
本発明に係るバイポーラ電池の第一の実施形態で用いることができる電子伝導性層は、電子伝導性フィラーが絶縁性高分子中に分散された状態で面方向に対して電子伝導抵抗が大きくなく、イオン伝導抵抗が非常におおきければよい。
【００１５】
このうち、上記電子伝導性フィラーとしては、特に制限されるべきものではなく、従来公知のものから適宜選択して使用できるものであり、カーボンブラック、金属微粒子、導電性セラミックス等を用いることができる。なかでも、上記電子伝導性層の絶縁性高分子内への分散性から、種々の表面修飾ができる点で、カーボンブラックが好ましいといえるものである。電子伝導性層の電子伝導性フィラーにカーボンブラックを用いることにより、より容易に低コストで目的（高エネルギー密度化、高出力密度化）を達成することができる。
【００１６】
上記電子伝導性フィラーの大きさは、分散性等の観点から０．５μｍ未満であるのがよい。０．５μｍを超える場合には、薄膜をつくりにくくなる。ここでいう大きさは、電子伝導性フィラーの（基本）粒子の粒径（大きさ）の平均値とする。
【００１７】
また、絶縁性高分子としては、特に制限されるものではなく、例えば、下記に示すような従来公知のものから適宜選択して使用できるものである。
【００１８】
（１）熱可塑性の絶縁性高分子を利用することができる。かかる熱可塑性の絶縁性高分子としては、例えば、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリスチレンなどが好適に使用できる。
【００１９】
該熱可塑性の絶縁性高分子を用いて電子伝導性層を製造する方法としては、例えば、電子伝導性フィラーを溶融した絶縁性高分子に混練分散させて、押し出し成形加工で薄膜化させた電子伝導性層を形成する方法などが挙げられるが、これらに何ら制限されるべきものではない。
【００２０】
（２）上記絶縁性高分子及び電子伝導性フィラーが溶媒に共に分散可能なものも使用可能である。該溶媒分散性の絶縁性高分子は、電池性能に影響を及ぼさないもので溶媒に分散できればよい。かかる溶媒分散性の絶縁性高分子としては、例えば、ネオプレン／トルエン系や種々のフルオロエラストマー／メチルエチルケトン系を使用できる。
【００２１】
該溶媒分散性の絶縁性高分子を用いて電子伝導性層を製造する方法としては、例えば、該絶縁性高分子及び電子伝導性フィラーを溶媒に分散してなる電子伝導性層用原料スラリーを調製し、該電子伝導性層用原料スラリーを、例えば、一定の強度を有する電解質層の両面にそれぞれ形成した電極上に直接スプレー塗布、ドクターブレードにて塗布するなどにより電子伝導性層の薄膜を製膜できる。
【００２２】
また、該電子伝導性層用原料スラリーをガラス板やＰＥＴフィルムに塗布して、溶媒を乾燥して薄膜を作製した後、該薄膜を電極に貼り付け、その後ガラス板やＰＥＴフィルムを剥がすことで、電子伝導性層の薄膜を形成することもできる。
【００２３】
ここで、上記（１）、（２）のいずれの製法方法においても、得られる電子伝導性層中のカーボンブラック等の電子伝導性フィラーの含有量が、好ましくは５〜５０質量％、より好ましくは１０〜３０質量％の範囲となるように、原料中の電子伝導性フィラーの配合量を調整するのが望ましい。電子伝導性フィラーの含有量が、５質量％未満の場合には抵抗が大きくなり、５０質量％を超える場合には均一な薄膜をつくりにくくなる。
【００２４】
以下、本発明に係るバイポーラ電池の第一の代表的な実施形態を、図面を用いて簡単に説明する。ただし、本発明がかかる実施形態に何ら制限されるべきものでないことはいうまでもない。
【００２５】
図１は、本発明に係るバイポーラ電池の第一の実施形態を模式的に表わした部分断面概略図を示す。図１に示すように、本発明のバイポーラ電池１は、一枚の高分子電解質膜（高分子電解質層３）の片方の面上に正極層５を有し、他方の面上に負極層７を有する電極積層体９を、電子伝導性層１１を介して複数積層した構造を持つものであって、電子伝導性層１１が絶縁性高分子と電子伝導性フィラーを主に含むことを特徴とするものである。言い換えれば、集電体としての電子伝導性層１１の一の面に正極層５を配置し、他の面に負極層７を配置した構造のバイポーラ電極９’を、高分子電解質膜（高分子電解質層３）を介して複数積層した構造を持つものともいえる。すなわち、正極層５、電子伝導性層（集電体）１１、および負極層７が、この順序で積層した構造を有する。
【００２６】
本発明に係るバイポーラ電池の第一の実施形態では、ｎ個の電極積層体９と、ｎ＋１個の電子伝導性層１１とを交互に積層し、最外層に電子伝導性層１１を配置すればよい。
【００２７】
電極積層体の積層回数は、所望する電圧に応じて調節する。電池の厚みを極力薄くしても十分な出力が確保できるのであれば、バイポーラ電極の積層回数を少なくしてもよい。
【００２８】
次に、本発明に係るバイポーラ電池の第二の実施形態は、一枚の高分子電解質膜の片方の面上に正極層を有し、他方の面上に負極層を有する電極積層体を、電子伝導性の層を介して積層した構造をもつバイポーラ電池において、電子伝導性層が金属層の少なくとも片面に絶縁性高分子と電子伝導性フィラーを主に含む層を有することを特徴とするものである。
【００２９】
本発明に係るバイポーラ電池の第二の実施形態では、電子伝導性層の一部に金属層（例えば、金属箔）を使用する場合でも、第一の実施形態で説明したと同様の作用効果を奏するほかに、正極側の耐食性の問題回避などのために、電子伝導性層として、金属層と絶縁性高分子に電子伝導性フィラーを充填させた層の積層体を用いることができる。これにより、通常使用できないような銅箔も、正極層側に絶縁性高分子にカーボンブラックのような電子伝導性フィラーを充填させた層を積層する（配置する）ことにより、金属層の１種として有効に活用することができるものである。したがって、こうした金属層と絶縁性高分子に電子伝導性フィラーを充填させた層の積層体を電子伝導性層として用いた場合であっても、高エネルギー密度、高出力密度の電池を構成することができるものである。
【００３０】
本発明に係るバイポーラ電池の第二の実施形態における、金属層の少なくとも片面に設けられる絶縁性高分子と電子伝導性フィラーを主に含む層（本明細書中、単に、主要層ともいう）は、先述した本発明の第一の形態において説明した電子伝導性層と同様の構成であるため、ここでの説明は省略する。
【００３１】
本発明に係るバイポーラ電池の第二の実施形態においても、電子伝導性層の厚さは、薄膜化により電池のエネルギー密度、出力密度を大きくする観点から、本発明の第一の態様にける電子伝導性層の厚さと同程度であるのが望ましい。したがって、主要層の厚さは、金属層の厚さにもよるが、好ましくは０．１〜２０μｍ、より好ましくは０．５〜１０μｍの範囲であるのが望ましい。主要層の厚さが０．１μｍ未満の場合にはエネルギ-密度的にメリットが小さくなる。なお、ここでいう主要層の厚さは、金属層の片面に設ける場合にはその厚さを、また金属層の両面に設ける場合には、これらの両面の合計の厚さをいうものとする。
【００３２】
電子伝導性層の構成要件の１つである主要層は、電子伝導性フィラーが絶縁性高分子中に分散された状態で面方向に対して電子伝導抵抗が大きくなく、イオン伝導抵抗が非常に大きければよい。
【００３３】
このうち、上記電子伝導性フィラーとしては、従来公知のものから適宜選択して使用できるものであるが、好ましくはカーボンブラックである。これは、上記主要層の絶縁性高分子内への分散性から、種々の表面修飾ができる点で、カーボンブラックが好ましいといえるものである。主要層の電子伝導性フィラーにカーボンブラックを用いることにより、より容易に低コストで目的（高エネルギー密度化、高出力密度化）を達成することができる。
【００３４】
また、上記絶縁性高分子としては、特に制限されるものではなく、例えば、下記に示すような従来公知のものから適宜選択して使用できるものである。
【００３５】
（１）熱可塑性の絶縁性高分子を利用することができる。かかる熱可塑性の絶縁性高分子としては、例えば、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリスチレンなどが好適に使用できる。
【００３６】
該熱可塑性の絶縁性高分子を用いて主要層、さらには電子伝導性層を製造する方法としては、例えば、電子伝導性フィラーを溶融した絶縁性高分子に混練分散させて、押し出し成形加工で薄膜化させた主要層を形成することができる。該主要層の薄膜は、金属層の片面または両面に積層することで電子伝導性層を形成することができる。あるいは主要層の薄膜を電極（詳しくは電解質層上に形成された電極）に貼り付けるなどして積層し、その後、該主要層の薄膜上に金属層を積層することで、電子伝導性層、更には電極積層体を形成することもできるが、これらの方法に何ら制限されるべきものではない。
【００３７】
（２）上記絶縁性高分子及び電子伝導性フィラーが溶媒に共に分散可能なものも使用可能である。該溶媒分散性の絶縁性高分子は、電池性能に影響を及ぼさないもので溶媒に分散できればよい。かかる溶媒分散性の絶縁性高分子としては、例えば、ネオプレン／トルエン系や種々のフルオロエラストマー／メチルエチルケトン系を使用できる。
【００３８】
該溶媒分散性の絶縁性高分子を用いて主要層、さらには電子伝導性層を製造する方法としては、例えば、該絶縁性高分子及び電子伝導性フィラーを溶媒に分散してなる主要層用原料スラリーを調製し、該主要層用原料スラリーを、例えば、一定の強度を有する電解質層の両面にそれぞれ形成した電極（詳しくは電解質層上に形成された電極）または該電極上に積層された金属層上に直接スプレー塗布、ドクターブレードにて塗布するなどにより主要層の薄膜を製膜できる。なお、電極上に直接スプレー塗布、ドクターブレードにて塗布するなどにより主要層の薄膜を製膜した場合には、主要層用原料スラリーを塗布後に金属層を積層した後に、乾燥して主要層の薄膜を製膜すればよい。これにより、電子伝導性層、さらには電極積層体を併せて形成することができる。
【００３９】
また、該主要層用原料スラリーを金属層の片面又は両面に塗布し、溶媒を乾燥して主要層の薄膜を作製することで、電子伝導性層を形成することができる。この場合、該電子伝導性層の主要層（または金属層）側の面を電極（詳しくは電解質層上に形成された電極）に貼り付けるなどして積層することで、後述する電極積層体を形成することもできる。
【００４０】
さらに、該主要層用原料スラリーをガラス板やＰＥＴフィルムに塗布して、溶媒を乾燥して薄膜を作製した後、該薄膜を電極（詳しくは電解質層上に形成された電極）に貼り付け、その後ガラス板やＰＥＴフィルムを剥がすことで、主要層の薄膜を形成すると同時に電子伝導性層（さらには電極積層体）を形成することもできる。
【００４１】
ここで、上記（１）、（２）のいずれの製法方法においても、得られる主要層中のカーボンブラック等の電子伝導性フィラーの含有量が、好ましくは５〜５０質量％、より好ましくは１０〜３０質量％の範囲となるように、原料中の電子伝導性フィラーの配合量を調整するのが望ましい。電子伝導性フィラーの含有量が、５質量％未満の場合には、抵抗が大きくなり、５０質量％を超える場合には均一な薄膜をつくりにくくなる。
【００４２】
また、電子伝導性フィラーの大きさは、先に説明した第１の実施形態での電子伝導性フィラーの大きさと同じでよい。
【００４３】
上記電子伝導性層の構成要件の１つである金属層（の材料）としては、特に制限されるものではなく、従来公知のものを利用することができ、例えば、アルミニウム箔、ステンレス箔、ニッケルとアルミニウムのクラッド材、銅とアルミニウムのクラッド材、あるいはこれらの金属の組み合わせのめっき材などが好ましく使える。また、金属表面に、アルミニウムを被覆させたものであってもよい。また、場合によっては、２つ以上の金属箔を張り合わせたものを用いてもよい。耐蝕性、作り易さ、経済性などの観点からは、アルミニウム箔を金属層として用いることが好ましい。
【００４４】
金属層の厚さも、バイポーラ電池における集電体たる電子伝導性層の厚さを薄くし、電池のエネルギー密度、出力密度を大きくする観点から、１〜２０μｍ、より好ましくは３〜１０μｍの範囲であるのが望ましいといえる。金属層の厚さが１μｍ未満の場合には、製造上問題であり、２０μｍを超える場合には電池のエネルギー密度的にメリットがちいさくなる。
【００４５】
上記主要層と金属層の厚さの比は、特に制限されるものではないが、１０：１〜１：２０程度であれば良い。
【００４６】
以下、本発明の第二の形態の代表的な実施例を、図面を用いて簡単に説明する。ただし、本発明がこれらの実施形態に何ら制限されるべきものでないことはいうまでもない。
【００４７】
図２は、本発明に係るバイポーラ電池の第二の代表的な一実施形態を模式的に表わした部分断面概略図を示す。図２に示すように、本発明の第二のバイポーラ電池２１は、一枚の高分子電解質膜（高分子電解質層２３）の片方の面上に正極層２５を有し、他方の面上に負極層２７を有する電極積層体２９を、電子伝導性層３１を介して積層した構造を持つものであって、電子伝導性層３１が、金属層３１ａの少なくとも片面、図中は正極層２５と接する面に絶縁性高分子と電子伝導性フィラーを主に含む層（電子伝導性を有する層）３１ｂを有することを特徴とするものである。言い換えれば、集電体としての電子伝導性層３１の一の面（図２では、電子伝導性を有する層３１ｂ側）に正極層２５を配置し、他の面（図２では、金属層３１ａ側）に負極層２７を配置した構造のバイポーラ電極２９’を、高分子電解質膜（高分子電解質層２３）を介して複数積層した構造を持つものともいえる。すなわち、正極層２５、電子伝導性層（集電体）３１（電子伝導性を有する層３１ｂ、金属層３１ａ）、および負極層２７が、この順序で積層した構造を有する。
【００４８】
本発明に係るバイポーラ電池の第二の実施形態では、ｎ個の電極積層体２９と、ｎ＋１個の電子伝導性層３１とを交互に積層し、最外層に電子伝導性層３１を配置すればよい。
【００４９】
電極積層体の積層回数は、所望する電圧に応じて調節する。電池の厚みを極力薄くしても十分な出力が確保できるのであれば、バイポーラ電極の積層回数を少なくしてもよい。
【００５０】
本発明に係るバイポーラ電池では、外部からの衝撃、環境劣化を防止するために、シート状に積層されたバイポーラ電池本体（図１、２を参照のこと。）を電池外装材または電池ケース（図示せず）に収容するとよい。バイポーラ電池本体を封止する電池外装材または電池ケースのうち、アルミニウム、ステンレス、ニッケル、銅などの内面（両面）をポリプロピレンフィルム等の絶縁体でラミネートした金属−高分子複合ラミネートフィルムのような従来公知の電池外装材で被覆したものなどが好適である。
【００５１】
本発明に係るバイポーラ電池は、リチウムイオンの移動によって充放電が媒介されるリチウムイオン二次電池に用いられる。ただし、電池特性の向上等の効果が得られるのであれば、他の種類の電池に適用することを妨げるものではない。
【００５２】
次に、本発明のバイポーラ電池の構成要素について、個別に説明する。
【００５３】
［電子伝導性層］
電子伝導性層は、本発明の特徴とする構成要件であり、先述した第一および第二の実施形態において説明した通りである。
【００５４】
すなわち、本発明に用いることができる電子伝導性層は、電子伝導性層が、絶縁性高分子と電子伝導性フィラーを主に含むことを特徴とするものであり、電子伝導性フィラーが絶縁性高分子中に分散された状態で、面方向に対して電子伝導抵抗が大きくなく、イオン伝導抵抗が非常におおきければよい。
【００５５】
電子伝導性フィラーとしては、カーボンブラックなどを好適に利用することができるが、これに制限されるものではない。かかる電子伝導性フィラー、特にカーボンブラックの量は５〜５０質量％がよく、より好ましくは１０〜３０質量％である。
【００５６】
▲１▼絶縁性高分子にポリエチレン、ポリプロピレン、ポリスチレンなどの熱可塑性高分子を用いることができる。
【００５７】
▲２▼絶縁性高分子及び電子伝導性フィラーが溶媒に分散可能なものを用いることができる。ここで、溶媒に分散可能な絶縁性高分子としては、電池性能に影響をおよびさないもので溶媒に分散できればよく、例えば、ネオプレン／トルエン系や種々のフルオロエラストマー／メチルエチルケトン系を使用できる。
【００５８】
［正極層（正極活物質層とも称する）］
正極層は、正極活物質を含む。この他にも、高分子電解質として極性を有する高分子とリチウム塩、電子伝導性を高めるために導電助材、バインダなどが含まれ得る。
【００５９】
高分子電解質層に高分子固体電解質を用いる場合には、正極層にも高分子固体電解質が含まれていることが望ましい。正極層における正極活物質間の空隙に高分子固体電解質を充填することによって、正極層におけるイオン伝導がスムーズになり、バイポーラ電池全体としての出力向上が図れるためである。
【００６０】
一方、高分子電解質層に高分子ゲル電解質を用いる場合には、正極層に高分子電解質が含まれていなくてもよく、正極活物質微粒子同士を結びつける従来公知のバインダが含まれていれば良い。
【００６１】
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、ＬｉＣｏＯ₂などのＬｉ・Ｃｏ系複合酸化物、ＬｉＮｉＯ₂などのＬｉ・Ｎｉ系複合酸化物、スピネルＬｉＭｎ₂Ｏ₄などのＬｉ・Ｍｎ系複合酸化物、ＬｉＦｅＯ₂などのＬｉ・Ｆｅ系複合酸化物などが挙げられる。この他、ＬｉＦｅＰＯ₄などの遷移金属とリチウムのリン酸化合物や硫酸化合物；Ｖ₂Ｏ₅、ＭｎＯ₂、ＴｉＳ₂、ＭｏＳ₂、ＭｏＯ₃などの遷移金属酸化物や硫化物；ＰｂＯ₂、ＡｇＯ、ＮｉＯＯＨなどが挙げられる。
【００６２】
正極活物質の粒径は、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０．１〜５μｍであるとよい。
【００６３】
高分子固体電解質用高分子としては、特に限定されるものではなく、ポリエチレンオキシド（ＰＥＯ）、ポリプロピレンオキシド（ＰＰＯ）、これらの共重合体などが挙げられる。かようなポリアルキレンオキシド系高分子は、ＬｉＢＦ₄、ＬｉＰＦ₆、ＬｉＮ（ＳＯ₂ＣＦ₃）₂、ＬｉＮ（ＳＯ₂Ｃ₂Ｆ₅）₂などのリチウム塩をよく溶解しうる。また、架橋構造を形成することによって、優れた機械的強度が発現する。本発明において高分子固体電解質は、正極活物質層または負極活物質層の少なくとも一方に含まれる。ただし、バイポーラ電池の電池特性をより向上させるためには、双方に含まれることが好適である。
【００６４】
リチウム塩としては、ＬｉＢＦ₄、ＬｉＰＦ₆、ＬｉＮ（ＳＯ₂ＣＦ₃）₂、ＬｉＮ（ＳＯ₂Ｃ₂Ｆ₅）₂、またはこれらの混合物などが使用できる。ただし、これらに限られるわけではない。
【００６５】
導電助材としては、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。
【００６６】
上記バインダとしては、ポリフッ化ビニリデン（ＰＶＤＦ）、ＳＢＲ、ポリイミドなどが使用できる。ただし、これらに限られるわけではない。
【００６７】
正極層における、正極活物質、高分子固体電解質、リチウム塩、導電助材、バインダなどの配合量は、電池の使用目的（出力重視、エネルギー重視など）、イオン伝導性を考慮して決定すべきである。
【００６８】
例えば、高分子固体電解質を用いる場合に、その配合量を決定する場合を例にとれば、正極層内における高分子固体電解質の配合量が少なすぎると、正極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、正極層内における高分子固体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。従って、これらの要因を考慮して、目的に合致した高分子固体電解質量を決定すればよい。なお、他の構成成分の配合量に関しても同様に適宜決定すればよい。
【００６９】
ここで現状レベルの高分子固体電解質（イオン伝導度：１０^-5〜１０^-4Ｓ／ｃｍ）を用いて電池反応性を優先するバイポーラ電池を製造する場合について、具体的に考えてみる。かような特徴を有するバイポーラ電池を得るには、導電助材を多めにしたり活物質のかさ密度を下げたりして、活物質粒子間の電子伝導抵抗を低めに保つ。同時に空隙部を増やし、該空隙部に高分子固体電解質を充填する。かような処理によって高分子固体電解質の割合を高めるとよい。
【００７０】
正極層の厚さは、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、エネルギー重視など）、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。
【００７１】
［負極層］
負極層は、負極活物質を含む。この他にも、高分子電解質、イオン伝導性を高めるためにリチウム塩、電子伝導性を高めるために導電助材、バインダなどが含まれ得る。
【００７２】
高分子電解質層に高分子固体電解質を用いる場合には、負極層にも高分子固体電解質が含まれていることが望ましい。負極層における負極活物質間の空隙に高分子固体電解質を充填することによって、負極層におけるイオン伝導がスムーズになり、バイポーラ電池全体としての出力向上が図れるためである。
【００７３】
一方、高分子電解質層に高分子ゲル電解質を用いる場合には、負極層に高分子電解質が含まれていなくてもよく、負極活物質微粒子同士を結びつける従来公知のバインダが含まれていれば良い。負極活物質の種類以外は、基本的に「正極層」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。
【００７４】
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。具体的には、カーボン、金属酸化物、リチウム−金属複合酸化物などを用いることができるが、好ましくはカーボンもしくはリチウム−遷移金属複合酸化物である。これらを用いることで、容量、出力特性（例えば、電池電圧が高くできるなど）に優れた電池を構成できるからである。なお、リチウム−遷移金属複合酸化物としては、例えば、リチウム−チタン複合酸化物などを用いることができる。また、カーボンとしては、例えば、黒鉛、ハードカーボン、ソフトカーボンなどを用いることができる。
【００７５】
［高分子電解質層］
上記高分子電解質層としては、固体高分子電解質に制限されるべきものではなく、高分子ゲル電解質であっても、単電池層の周囲に絶縁層を形成するなどして、液絡を防止することができるものであれば利用することができるほか、これらを併用することもできる。また、電解質層を多層構造とすることもでき、正極側と負極側とで、電解質の種類や成分配合比を変えた層を形成することもできる。高分子ゲル電解質を用いる場合、該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（質量比）は、特に制限されるべきものではないが、２０：８０〜９５：５の範囲での使用が一般的である。
【００７６】
上記固体高分子電解質層は、イオン伝導性を有する高分子とリチウム塩から構成される層であり、イオン伝導性を示すのであれば材料は限定されない。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）、これらの共重合体のような公知の高分子が挙げられる。リチウム塩としては、ＬｉＢＦ₄、ＬｉＰＦ₆、ＬｉＮ（ＳＯ₂ＣＦ₃）₂、ＬｉＮ（ＳＯ₂Ｃ₂Ｆ₅）₂、またはこれらの混合物などが使用できる。ただし、これらに限られるわけではない。ＰＥＯ、ＰＰＯのようなポリアルキレンオキシド系高分子は、ＬｉＢＦ₄、ＬｉＰＦ₆、ＬｉＮ（ＳＯ₂ＣＦ₃）₂、ＬｉＮ（ＳＯ₂Ｃ₂Ｆ₅）₂などのリチウム塩をよく溶解しうる。また、架橋構造を形成することによって、優れた機械的強度が発現する。
【００７７】
また、高分子ゲル電解質は、上記に規定したように、高分子マトリックスに、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。
【００７８】
これら固体高分子電解質もしくは高分子ゲル電解質は、電池を構成する高分子電解質層のほか、上記したように正極層および／または負極層にも含まれ得るが、電池を構成する高分子電解質層、正極層、負極層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。
【００７９】
電池を構成する高分子電解質層の厚さは、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。一般的な高分子電解質層の厚さは１０〜１００μｍ程度である。
【００８０】
［正極および負極端子板］
正極および負極端子板は、必要に応じて使用すればよい。用いる場合には、端子としての機能を有するほか、薄型化の観点からは極力薄い方がよいが、積層されてなる電極、電解質および集電体はいずれも機械的強度が弱いため、これらを両側から挟示し支持するだけの強度を持たせることが望ましい。さらに、端子部での内部抵抗を抑える観点から、正極および負極端子板の厚さは、通常０．１〜２ｍｍ程度が望ましいといえる。
【００８１】
正極および負極端子板の材質は、通常リチウムイオン電池で用いられる材質を用いることができる。例えば、アルミニウム、銅、チタン、ニッケル、ステンレス鋼（ＳＵＳ）、これらの合金などを利用することができる。耐蝕性、作り易さ、経済性などの観点からは、アルミニウムを用いることが好ましい。
【００８２】
正極端子板と負極端子板との材質は、同一の材質を用いてもよいし、異なる材質のものを用いてもよい。さらに、これら正極および負極端子板は、材質の異なるものを多層に積層したものであってもよい。
【００８３】
［正極および負極リード］
正極および負極リードに関しては、通常リチウムイオン電池で用いられる公知のリードを用いることができる。なお、電池外装材（電池ケース）から取り出された部分は、自動車の熱源との距離がないことから、これらに接触して漏電したりして自動車部品（特に電子機器）に影響を与えないように、耐熱絶縁性の熱収縮チューブなどにより被覆しておくのが好ましい。
【００８４】
［電池外装材（電池ケース）］
バイポーラ電池は、外部からの衝撃、環境劣化を防止するために、使用する際の外部からの衝撃、環境劣化を防止するために、バイポーラ電池本体である電池積層体全体を電池外装材ないし電池ケースに収容するとよい。軽量化の観点からは、アルミニウム、ステンレス、ニッケル、銅などの金属（合金を含む）をポリプロピレンフィルム等の絶縁体で被覆した高分子−金属複合ラミネートフィルムなど、従来公知の電池外装材を用いて、その周辺部の一部または全部を熱融着にて接合することにより、電池積層体を収納し密封した構成とするのが好ましい。この場合、上記正極および負極リードは、上記熱融着部に挟まれて上記電池外装材の外部に露出される構造とすればよい。また、熱伝導性に優れた高分子−金属複合ラミネートフィルムなどを用いることが、自動車の熱源から効率よく熱を伝え、電池内部を電池動作温度まですばやく加熱することができる点で好ましい。
【００８５】
次に、本発明では、上記のバイポーラ電池を複数個接続して構成した組電池とすることができる。すなわち、本発明のバイポーラ電池を少なくとも２個以上を用いて直列および／または並列に接続して構成した組電池とすることで、使用目的ごとの電池容量や出力に対する要求に、比較的安価に対応することが可能になる。
【００８６】
具体的には、例えば、上記のバイポーラ電池をＮ個並列に接続し、Ｎ個並列にしたバイポーラ電池をさらにＭ個直列にして金属製ないし樹脂製の組電池ケースに収納し、組電池とする。この際、バイポーラ電池の直列／並列接続数は、使用目的に応じて決定する。例えば、電気自動車（ＥＶ）やハイブリッド電気自動車（ＨＥＶ）など大容量電源として、高エネルギー密度、高出力密度が求められる車両の駆動用電源に適用し得るように組み合わせればよい。また、組電池用の正極端子および負極端子と、各バイポーラ電池の電極リードとは、リード線等を用いて電気的に接続すればよい。また、バイポーラ電池同士を直列／並列に接続する際には、スペーサやバスバーのような適当な接続部材を用いて電気的に接続すればよい。ただし、本発明の組電池は、ここで説明したものに制限されるべきものではなく、従来公知のものを適宜採用することができる。また、該組電池には、使用用途に応じて、各種計測機器や制御機器類を設けてもよく、例えば、電池電圧を監視するために電圧計測用コネクタなどを設けておいてもよいなど、特に制限されるものではない。
【００８７】
本発明では、上記のバイポーラ電池および／または組電池を駆動用電源として搭載した車両とすることができる。本発明のバイポーラ電池および／または組電池は、上述のように各種特性を有し、特に、コンパクトな電池である。このため、エネルギー密度および出力密度に関して、とりわけ厳しい要求がなされる車両、例えば、電気自動車やハイブリッド電気自動車等の駆動用電源として好適である。例えば、電気自動車ないしハイブリッド電気自動車の車体中央部の座席下に組電池を駆動用電源として搭載するのが、社内空間およびトランクルームを広く取れるため便利である。ただし、本発明では、これらに何ら制限されるべきものではなく、後部トランクルームの下部に搭載してもよいし、あるいは電気自動車のようにエンジンを搭載しないのであれば、車体前方のエンジンを搭載していた部分などに搭載することもできる。なお、本発明では、組電池だけではなく、使用用途によっては、バイポーラ電池を搭載するようにしてもよいし、これら組電池とバイポーラ電池を組み合わせて搭載するようにしてもよい。また、本発明のバイポーラ電池および／または組電池を駆動用電源として搭載することのできる車両としては、上記の電気自動車やハイブリッド電気自動車が好ましいが、これらに制限されるものではない。
【００８８】
本発明のバイポーラ電池の製造方法としては、特に制限されるべきものではなく、従来公知の各種の方法を適宜利用することができる。以下に、簡単に説明する。
【００８９】
（１）電子伝導性層の形成
絶縁性高分子と電子伝導性フィラーを主に含む電子伝導性層は、以下により得られる。
【００９０】
▲１▼絶縁性高分子にポリエチレン、ポリプロピレン、ポリスチレンなどの熱可塑性高分子を用いる場合には、電子伝導性フィラーを溶融した絶縁性高分子に混練分散させて、押し出し成形加工で薄膜化することにより得られる。
【００９１】
▲２▼絶縁性高分子及び電子伝導性フィラーが溶媒に分散可能なものを用いる場合には、絶縁性高分子と電子伝導性フィラーを溶媒に溶解してなるスラリーを電極に直接スプレー塗布、ドクターブレードにて塗布などにより製膜することにより得られる。あるいは、上記スラリーをガラス板やＰＥＴフィルムなどの支持材上に塗布して、溶媒を乾燥して薄膜を作製することにより得られる。▲２▼の場合は、（２）以降で形成する電極を、予め適当な支持材（ガラス板やＰＥＴフィルムなど）ないし電解質層上に形成しておき、かかる電極上に電子伝導性層を▲２▼の手順で形成すればよい。すなわち、以下に説明する手順は、上記▲１▼の場合の手順であり、▲２▼の場合には、これらの形成順序や塗布や積層対象物ないし塗布や積層被対象物を入れ替えて行うものである。ただし、既に説明した図１、２に示すように電池を構成する上で、既存の集電体に電極を形成していたのを、集電体に変わる電子伝導性層を電極に形成することを除けば▲１▼と同様にして電池を形成することができる。そのため、▲２▼の製造方法を使った電池の製造手順に関しては、実施例で実施していることから、ここでの説明は省略する。
【００９２】
（２）正極用組成物の塗布
正極用組成物は、通常、スラリー（正極用スラリー）として得られ、ＰＥＴ等のファイルム上に塗布される。この他に、上記▲１▼で作製した電子伝導性層を準備して、その一方の面に塗布してもよい。
【００９３】
正極用スラリーは、正極活物質を含み、他成分として、導電助材、バインダ、重合開始剤、高分子電解質用高分子の原料、リチウム塩、溶媒などが任意で含まれる。高分子電解質層に高分子ゲル電解質を用いる場合には、正極活物質微粒子同士を結びつける従来公知のバインダ、電子伝導性を高めるための導電助材、溶媒などが含まれていればよく、高分子ゲル電解質の原料のホストポリマー、電解液やリチウム塩などは含まれていなくても良い。
【００９４】
高分子電解質の高分子原料は、ＰＥＯ、ＰＰＯ、これらの共重合体などが挙げられ、分子内に架橋性の官能基（炭素−炭素二重結合など）を有することが好ましい。この架橋性の官能基を用いて高分子ゲル電解質を架橋することによって、機械的強度が向上する。
【００９５】
正極活物質、導電助材、バインダ、リチウム塩に関しては、前述した化合物を用いることができる。
【００９６】
重合開始剤は、重合させる化合物に応じて選択する必要がある。例えば、光重合開始剤としてベンジルジメチルケタール、熱重合開始剤としてアゾビスイソブチロニトリルが挙げられる。
【００９７】
ＮＭＰなどの溶媒は、正極用スラリーの種類に応じて選択する。
【００９８】
正極活物質、リチウム塩、導電助材、バインダ、高分子電解質の高分子原料等の添加量は、バイポーラ電池の目的等に応じて調節すればよく、通常用いられる量を添加すればよい。重合開始剤の添加量は、高分子電解質の高分子原料の量応じて決定される。通常は高分子原料に対して０．０１〜１質量％程度である。
【００９９】
（３）正極層の形成
正極用スラリーが塗布された電子伝導性層を乾燥して、含まれる溶媒を除去する。それと同時に、正極用スラリーによっては、架橋反応を進行させて、高分子固体電解質の機械的強度を高めてもよい。乾燥は真空乾燥機などを用いることができる。乾燥の条件は塗布された正極用スラリーに応じて決定され、一義的に規定できないが、通常は８０〜１２０℃で１〜６時間である。
【０１００】
（４）負極用組成物の塗布
負極用組成物は、通常、スラリー（正極用スラリー）として得られ、ＰＥＴ等のファイルム上に塗布される。この他、正極層が塗布された面と反対側の電子伝導性層の面に、負極活物質を含む負極用組成物（負極用スラリー）を塗布してもよい。
【０１０１】
負極用スラリーは、負極活物質を含み、他成分として、導電助材、バインダ、重合開始剤、高分子電解質用高分子の原料、リチウム塩、溶媒などが任意で含まれる。使用される原料や添加量については、「（１）正極用組成物の塗布」の項での説明と同様であるため、ここでは説明を省略する。
【０１０２】
（５）負極層の形成
負極用スラリーが塗布された電子伝導性層を乾燥して、含まれる溶媒を除去する。それと同時に、負極用スラリーによっては、架橋反応を進行させて、高分子電解質の機械的強度を高めてもよい。この作業により、バイポーラ電極が完成する。乾燥は真空乾燥機などを用いることができる。乾燥の条件は塗布された負極用スラリーに応じて決定され、一義的に規定できないが、通常は８０〜１２０℃で１〜６時間である。
【０１０３】
（６）バイポーラ電極と高分子電解質層との積層
別途、電極間に積層される高分子電解質層を準備する。
【０１０４】
高分子固体電解質層を用いる場合には、例えば、高分子固体電解質の原料高分子、リチウム塩等をＮＭＰのような溶媒に溶解させて調製した溶液を硬化させることによって製造される。また、高分子ゲル電解質層を用いる場合には、例えば、高分子ゲル電解質の原料として、ホストポリマーと電解液、リチウム塩、重合開始剤等からなるプレゲル溶液を不活性雰囲気下で加熱乾燥と同時に重合（架橋反応を促進）させることによって製造される。
【０１０５】
これら高分子電解質層の厚さはスペーサを用いて制御できる。光重合開始剤を用いる場合には、光透過性のギャップに流し込み、紫外線を照射して架橋反応を進行させて製膜するとよい。ただし、この方法に限定されないことは勿論である。重合開始剤の種類に応じて、放射線重合、電子線重合、熱重合などを使いわける。用いる高分子電解質の原料高分子、電解液、リチウム塩、重合開始剤、各配合量などについては、前述した通りであるため、ここでは説明を省略する。
【０１０６】
以上のように作製した正負電極と高分子固体電解質層を高真空下で十分加熱乾燥してから、正負電極と高分子電解質層をそれぞれを適当なサイズに複数個切りだす。切りだされたバイポーラ電極と高分子電解質層とを所定数貼り合わせて、積層電池を作製する。積層数は、バイポーラ電池に求める電池特性を考慮して決定される。最外層の高分子電解質層上には、それぞれ電極を配置する。正極側の最外層には、電子伝導性層上に正極層のみを形成した電極を配置する。負極側の最外層には、電子伝導性層上に負極層のみを形成した電極を配置する。正負電極と高分子電解質層とを積層させてバイポーラ電池本体（電池積層体）を得る段階は、電池内部に水分等が混入するのを防止する観点から不活性雰囲気下で行うことが好ましい。例えば、アルゴン雰囲気下や窒素雰囲気下でバイポーラ電池を作製するとよい。
【０１０７】
（７）パッキング（電池の完成）
最後にバイポーラ電池本体（電池積層体）の両最外層の電子伝導性層上にそれぞれ、正極端子板、負極端子板を設置し、該正極端子板、負極端子板に、さらに正極リード、負極リードを接合（電気的に接続）して取り出す。正極リードおよび負極リードの接合方法としては特に制限されるべきものではないが、接合温度の低い超音波溶接等が好適に利用し得るものであるが、これに限定されるべきものではなく、従来公知の接合方法を適宜利用することができる。
【０１０８】
電池積層体全体を、外部からの衝撃、環境劣化を防止するために、電池外装材ないし電池ケースで封止し、バイポーラ電池を完成させる。電池外装材（電池ケース）の材質は、内面がポリプロピレンフィルム等の絶縁体で被覆された金属（アルミニウム、ステンレス、ニッケル、銅など）が好適である。
【０１０９】
【実施例】
本発明の効果を、以下の実施例および比較例を用いて説明する。ただし、本発明の技術的範囲が以下の実施例に限定されるものではない。
【０１１０】
以下、本発明の実施例と比較例を説明する。
【０１１１】
高分子電解質としては、文献の方法に従って合成したポリエーテル形のネットワーク高分子の原料を用い（Ｊ．Ｅｌｅｃｔｒｏｃｈｅｍ．Ｓｏｃ．，１４５（１９９８）１５２１．）、リチウム塩としては、ＬｉＮ（ＳＯ₂Ｃ₂Ｆ₅）₂（以後これをＢＥＴＩと略する）を用いた。
【０１１２】
（１）高分子電解質膜の作製
まず、高分子電解質膜の作製は、次のように行った。上記の高分子原料を５３質量％、リチウム塩としてＢＥＴＩを２６質量％、光重合開始剤としてベンジルジメチルケタールを高分子原料の０．１質量％加えて、溶媒としてドライアセトニトリル用いて溶液を調製したあとアセトニトリルを真空蒸留で除いた。テフロン（登録商標）スペーサーを用いて厚さを規定し、ガラス基板間にこの粘性の高い溶液を満たし、紫外線を２０分間照射して光重合（架橋）した。膜を取り出して、真空容器に入れて９０℃にて１２時間高真空下で加熱乾燥して残留水分と溶媒を除いた。作製した高分子電解質膜の厚さは、２０μｍであった。
【０１１３】
（２）負極層の作製
負極層の作製は次のように行った。負極活物質としてＬｉ₄Ｔｉ₅Ｏ₁₂を用いた。この電極活物質２８質量％、アセチレンブラック３質量％、上記の高分子原料を１７質量％、ＢＥＴＩを８質量％、熱重合開始剤としてアゾビスイソブチロニトリルを高分子原料の０．１質量％加え、これに溶媒としてＮＭＰを４４質量％加えて十分に撹拌してスラリーを調製し、ＰＥＴフィル上にコーターで塗布して、真空乾燥機にて９０℃で２時間以上加熱乾燥して負極を作製した。作製した負極活物質層の厚さは、２２μｍであった。
【０１１４】
（３）正極層の作製
正極層の作製は次のように行った。正極活物質としてＬｉＭｎ₂Ｏ₄正極層を用いた。詳しくは、２９質量％の平均粒径２μｍのＬｉＭｎ₂Ｏ₄、８．７質量％のアセチレンブラック、１７質量％の上記高分子原料、ＢＥＴＩを７．３質量％、熱重合開始剤としてアゾビスイソブチロニトリルを高分子原料の０．１質量％加え、これに溶媒としてＮＭＰを４１質量％加えて十分に撹拌してスラリーを調製し、ＰＥＴフィル上にコーターで塗布して、真空乾燥機にて９０℃で２時間以上加熱乾燥して正極を作製した。作製した正極活物質層の厚さは、２０μｍであった。
【０１１５】
以下の実施例及び比較例では、全て以下の条件で作製及び実験を行った。
【０１１６】
▲１▼電極部のサイズ：３０ｍｍ×３０ｍｍ、
▲２▼電極積層セル（単電池層）数：１０、
▲３▼充放電条件：０．２Ｃ定電流、２７Ｖ定電圧充電を合計１０時間、放電は０．１Ｃにて１０Ｖカットオフとした。
【０１１７】
実施例１
▲１▼ポリエチレンにカーボンブラック（ポリエチレン及びカーボンブラックの総量に対し約３０質量％）を加えて溶融混練して、熱プレスロールを用いてよく伸ばして、厚さ１０μｍの電子伝導性フィルム形成して使用した。
【０１１８】
上記方法により、それぞれ電解質膜、正極層、負極層を作製した。銅箔上に、負極層／高分子電解質層／正極層を形成し、正極層の上に▲１▼の電子伝導性層を配置して、さらにその上に負極層／高分子電解質層／正極層を配置した。これを１０回繰り返して最後の正極層上にアルミ箔を配置した。
【０１１９】
銅箔及びアルミ箔にニッケルのタブ（端子リード）を取り付け、電極部をアルミのラミネートフィルムのパックに真空封入して電池とした。
【０１２０】
本実施例で示したように、本発明では、電池の最外層の電極の電子伝導性層には、該電子伝導性層に代えて従来の集電体を採用しても良い。特に、金属層を用いない第一の実施形態においては、端子リードを容易に接続することができる点で有用なためである。
【０１２１】
実施例２
▲１▼トルエン中にネオプレンとカーボンブラックを分散させて（固形分約２０質量％、うち４０質量％をカーボンブラックとして）、ＰＥＴフィルム上にスプレー塗布して熱風乾燥して、厚さ５μｍの電子伝導性膜を作製して、実施例１の電子伝導性フィルムの代わりに用いて、実施例１と同様なバイポーラ電池を構成した。
【０１２２】
実施例３
実施例２の電子伝導性フィルムを厚さ４μｍの銅箔の上に形成し、この電子伝送性膜を実施例１の負極側の面を銅箔にして配置し、実施例１と同様なバイポーラ電池を構成した。
【０１２３】
比較例１
実施例１の電子伝導性フィルムの代わりに、図３に示すように、正極層側に厚さ２０μｍのアルミ箔（第一集電箔５１ａ）を用いて、負極層側に厚さ１５μｍの銅箔（第二集電箔５１ｂ）を用いて積層して、実施例１と同様なバイポーラ電池を構成した。
【０１２４】
作製したバイポーラ電池を充放電条件として、０．２Ｃ定電流、２７Ｖ定電圧充電を合計１０時間、放電は０．１Ｃにて１０Ｖカットオフにて、充放電して各電池のエネルギー密度を計算して、比較例１の電池の値に対して比をとって、結果を表１に示した。表１の結果からわかるように、バイポーラ電池のセル間（単電池層間）を隔てる電子伝導性層に、絶縁性高分子中に電子伝導性フィラーを分散充填した層を用いていることにより、集電体として金属箔を用いる場合に比べて、バイポーラ電池のエネルギー密度を向上させることができる。
【０１２５】
【表１】

【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係るバイポーラ電池の第一の実施形態を模式的に表わした部分断面概略図を示す。
【図２】本発明に係るバイポーラ電池の第二の代表的な一実施形態を模式的に表わした部分断面概略図を示す。
【図３】従来の集電体を用いたバイポーラ電池であって、比較例１で作製したバイポーラ電池を模式的に表わした部分断面概略図を示す。
【符号の説明】
１、２１、４１…バイポーラ電池、
３、２３、４３…高分子電解質膜（高分子電解質層）、
５、２５、４５…正極層、
７、２７、４７…負極層、
９、２９、４９…単電池層、
９’、２９’、４９’…バイポーラ電極、
１１、３１…電子伝導性層、
３１ａ…金属層、
３１ｂ…電子伝導性を有する層、
５１…集電箔、
５１ａ…第一集電箔、
５１ｂ…第二集電箔。

Claims

一枚の高分子電解質膜の片方の面上に正極層を有し、他方の面上に負極層を有する電極積層体を、電子伝導性層を介して積層した構造をもつバイポーラ型リチウムイオン二次電池において、
電子伝導性層が、絶縁性高分子と電子伝導性フィラーを主に含み、電子伝導性層の厚さが０．１〜１０μｍであり、電子伝導性フィラーの粒子の粒径の平均値が０．５μｍ未満であることを特徴とするバイポーラ型リチウムイオン二次電池。
一枚の高分子電解質膜の片方の面上に正極層を有し、他方の面上に負極層を有する電極積層体を、電子伝導性層を介して積層した構造をもつバイポーラ型リチウムイオン二次電池において、
電子伝導性層が、金属層の少なくとも片面に絶縁性高分子と電子伝導性フィラーを主に含む層を有し、電子伝導性層の厚さが０．１〜１０μｍであり、電子伝導性フィラーの粒子の粒径の平均値が０．５μｍ未満であることを特徴とするバイポーラ型リチウムイオン二次電池。
電子伝導性層の金属層側に負極、絶縁性高分子と電子伝導性フィラーを主に含む層側に正極を形成してなることを特徴とする請求項２記載のバイポーラ型リチウムイオン二次電池。
電子伝導性フィラーが、カーボンブラックであることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載のバイポーラ型リチウムイオン二次電池。
請求項１〜４のいずれか１項に記載のバイポーラ型リチウムイオン二次電池を複数接続してなることを特徴とする組電池。