(57)【要約】【課題】積層方向に垂直な方向に体格を大きくすることなく、積層方向に隣り合う電極板間の絶縁を行うことができる蓄電モジュールを提供する。【解決手段】蓄電モジュール２は、電極板１８、正極１９及び負極２０を有するバイポーラ電極１３がセパレータ１４を介して積層されてなる電極積層体１１と、電極積層体１１の側面を囲むように設けられた封止体１２とを備えている。封止体１２は、電極板１８を保持する複数の第１封止部２１と、複数の第１封止部２１の周囲に配置された第２封止部２２とを有し、第１封止部２１は、電極板１８の一方面１８ａの縁部に接合された第１樹脂枠２３と、第１樹脂枠２３上に載置された第２樹脂枠２４とを有し、第２樹脂枠２４は、第１樹脂枠２３に対して積層方向に垂直な方向の内側に張り出した張出部２５を有し、セパレータ１４の縁部は、張出部２５と積層方向に重なり合っている。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
電極板の一方面に形成された正極と前記電極板の他方面に形成された負極とを有するバイポーラ電極がセパレータを介して積層されてなる電極積層体と、前記電極積層体の側面を囲むように設けられ、隣り合う前記バイポーラ電極間に内部空間を形成すると共に当該内部空間を封止する封止体とを備えた蓄電モジュールにおいて、
前記封止体は、前記電極板を保持する複数の第１封止部と、前記複数の第１封止部の周囲に配置された第２封止部とを有し、
前記第１封止部は、前記電極板の前記一方面の縁部に接合された第１樹脂枠と、前記第１樹脂枠上に載置された第２樹脂枠とを有し、
前記第２樹脂枠は、前記第１樹脂枠に対して積層方向に垂直な方向の内側に張り出した張出部を有し、
前記セパレータの縁部は、前記張出部と前記積層方向に重なり合っている蓄電モジュール。
【請求項２】
前記セパレータの縁部は、前記第１樹脂枠と対向するように前記張出部と前記積層方向に重なり合っている請求項１記載の蓄電モジュール。
【請求項３】
前記第１樹脂枠の厚みは、前記第２樹脂枠の厚みよりも大きい請求項１または２記載の蓄電モジュール。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、蓄電モジュールに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の蓄電モジュールとしては、例えば特許文献１に記載されているように、電極板の一方面に正極が形成されると共に電極板の他方面に負極が形成されたバイポーラ電極を備える蓄電モジュールが知られている。蓄電モジュールは、複数のバイポーラ電極がセパレータを介して積層されてなる電極積層体と、この電極積層体を封止する封止体とを備えている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１１−２０４３８６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上記のような蓄電モジュールでは、積層方向に隣り合う電極板間の絶縁を行う方法が課題とされている。電極板間の絶縁を行う方法としては、例えば封止体の一部を構成し電極板を保持する樹脂枠を２段構造とし、セパレータの縁部を樹脂枠の下段部の上に載せることが考えられる。しかし、この場合には、セパレータの縁部を載せる部分を樹脂枠に設ける必要がある。また、樹脂枠が電極板に熱溶着により接合される場合には、熱溶着時に樹脂枠の樹脂が流れるため、樹脂枠と電極（正極及び負極）との間には一定量以上の隙間が必要である。このため、樹脂枠の全体寸法が積層方向に垂直な方向に大きくならざるを得ない。その結果、蓄電モジュールの体格が積層方向に垂直な方向に大きくなってしまう。
【０００５】
本発明の目的は、積層方向に垂直な方向に体格を大きくすることなく、積層方向に隣り合う電極板間の絶縁を行うことができる蓄電モジュールを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の一態様は、電極板の一方面に形成された正極と電極板の他方面に形成された負極とを有するバイポーラ電極がセパレータを介して積層されてなる電極積層体と、電極積層体の側面を囲むように設けられ、隣り合うバイポーラ電極間に内部空間を形成すると共に当該内部空間を封止する封止体とを備えた蓄電モジュールにおいて、封止体は、電極板を保持する複数の第１封止部と、複数の第１封止部の周囲に配置された第２封止部とを有し、第１封止部は、電極板の一方面の縁部に接合された第１樹脂枠と、第１樹脂枠上に載置された第２樹脂枠とを有し、第２樹脂枠は、第１樹脂枠に対して積層方向に垂直な方向の内側に張り出した張出部を有し、セパレータの縁部は、張出部と積層方向に重なり合っている。
【０００７】
このような蓄電モジュールにおいて、電極板の一方面の縁部に接合された第１樹脂枠上には、第１樹脂枠に対して積層方向に垂直な方向の内側に張り出した張出部を有する第２樹脂枠が載置されている。そして、セパレータの縁部は、張出部と積層方向に重なり合っている。これにより、積層方向に隣り合う電極板間が絶縁されることになる。ここで、第２樹脂枠が電極板には接合されない場合には、第２樹脂枠の樹脂が流れることがないため、第２樹脂枠を電極（正極及び負極）に近づけることが可能となる。このため、第１封止部の全体寸法を積層方向に垂直な方向に大きくしなくて済む。以上により、蓄電モジュールの体格を積層方向に垂直な方向に大きくすることなく、積層方向に隣り合う電極板間の絶縁を行うことができる。
【０００８】
セパレータの縁部は、第１樹脂枠と対向するように張出部と積層方向に重なり合っていてもよい。このような構成では、セパレータの縁部を積層方向に垂直な方向の外側に真っ直ぐ延ばした状態で張出部と積層方向に重なり合わせることができる。従って、セパレータの製作を容易に行うことができる。
【０００９】
第１樹脂枠の厚みは、第２樹脂枠の厚みよりも大きくてもよい。このような構成では、いわゆるアルカリクリープ現象によって蓄電モジュール内の電解液が電極板と第１樹脂枠との間を通る際に、第１樹脂枠が電極板から引き剥がされにくくなるため、第１樹脂枠と電極板との隙間が拡がりにくくなる。従って、アルカリクリープ現象による電解液の漏液が生じにくくなる。また、電極板と第１樹脂枠との接合時に、電極板のカットによって電極板の縁部に発生したバリが第１樹脂枠を突き破ることが防止される。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、蓄電モジュールの体格を積層方向に垂直な方向に大きくすることなく、積層方向に隣り合う電極板間の絶縁を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明の一実施形態に係る蓄電モジュールを備えた蓄電装置を示す概略断面図である。
【図２】図１に示された蓄電モジュールの概略断面図である。
【図３】図２に示された蓄電モジュールの要部拡大断面図である。
【図４】比較例に係る蓄電モジュールと図２に示された蓄電モジュールとを比較して示す要部拡大断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、本発明の実施形態について、図面を参照して詳細に説明する。なお、図面において、同一または同等の要素には同じ符号を付し、重複する説明を省略する。
【００１３】
図１は、本発明の一実施形態に係る蓄電モジュールを備えた蓄電装置を示す概略断面図である。図１において、蓄電装置１は、例えばフォークリフト、ハイブリッド自動車または電気自動車等の車両のバッテリとして使用される。
【００１４】
蓄電装置１は、複数（ここでは３つ）の蓄電モジュール２を備えている。蓄電モジュール２は、例えばニッケル水素二次電池、リチウムイオン二次電池等の二次電池または電気二重層キャパシタ等である。ここでは、蓄電モジュール２として、ニッケル水素二次電池を例示する。
【００１５】
複数の蓄電モジュール２は、金属製の導電板３を介して積層されている。導電板３は、積層方向（Ｚ軸方向）の両端に位置する蓄電モジュール２の積層方向の外側にも配置されている。蓄電モジュール２及び導電板３は、例えば積層方向から見て矩形状（平面視矩形状）を呈している。導電板３は、隣り合う蓄電モジュール２と電気的に接続されている。これにより、複数の蓄電モジュール２が積層方向に直列接続されている。蓄電モジュール２については、後で詳述する。
【００１６】
積層方向の一端（ここでは下端）に位置する導電板３には、正極端子４が接続されている。積層方向の他端（ここでは上端）に位置する導電板３には、負極端子５が接続されている。正極端子４及び負極端子５は、積層方向に垂直な方向（Ｘ軸方向）に延在している。このような正極端子４及び負極端子５を設けることにより、蓄電装置１の充放電を実施することができる。
【００１７】
導電板３は、蓄電モジュール２で発生した熱を放出する放熱板としての機能も併せ持っている。導電板３には、蓄電モジュール２の積層方向と正極端子４及び負極端子５の延在方向とに垂直な方向（Ｙ軸方向）に延在した複数の流路３ａが設けられている。これらの流路３ａを空気等の冷媒が通過することにより、蓄電モジュール２からの熱を効率的に外部に放出することができる。
【００１８】
また、蓄電装置１は、蓄電モジュール２及び導電板３を積層方向に拘束する拘束ユニット６を備えている。拘束ユニット６は、蓄電モジュール２及び導電板３を積層方向に挟む１対のエンドプレート７と、これらのエンドプレート７同士を締結する複数組のボルト８及びナット９とを有している。
【００１９】
エンドプレート７は、金属で形成されている。各エンドプレート７と導電板３との間には、樹脂フィルム等の絶縁フィルム１０がそれぞれ配置されている。エンドプレート７及び絶縁フィルム１０は、例えば平面視矩形状を呈している。ボルト８の軸部８ａが各エンドプレート７に設けられた挿通孔７ａを挿通した状態で、軸部８ａの先端部にナット９が螺合することで、蓄電モジュール２、導電板３及び絶縁フィルム１０に積層方向の拘束荷重が付与される。
【００２０】
図２は、蓄電モジュール２の概略断面図である。図２において、蓄電モジュール２は、複数のセル（例えば２４セル）が積層された構造（複数セル構造）を有している。蓄電モジュール２は、電極積層体１１と、この電極積層体１１の側面を囲むように設けられた樹脂製の封止体１２とを備えている。
【００２１】
電極積層体１１は、複数のバイポーラ電極１３がセパレータ１４を介して積層されてなるバイポーラ電極群１５と、このバイポーラ電極群１５の積層方向の一端側（ここでは下側）に配置された正極終端電極１６と、バイポーラ電極群１５の積層方向の他端側（ここでは上側）に配置された負極終端電極１７とを有している。バイポーラ電極１３、セパレータ１４、正極終端電極１６及び負極終端電極１７は、例えば平面視矩形状を呈している。
【００２２】
セパレータ１４は、積層方向に隣り合うバイポーラ電極１３の間に配置されている。バイポーラ電極１３は、電極板１８と、この電極板１８の一方面１８ａに形成された正極１９と、電極板１８の他方面１８ｂに形成された負極２０とを有している。バイポーラ電極１３の正極１９は、セパレータ１４を挟んで積層方向に隣り合う一方のバイポーラ電極１３の負極２０と対向している。バイポーラ電極１３の負極２０は、セパレータ１４を挟んで積層方向に隣り合う他方のバイポーラ電極１３の正極１９と対向している。
【００２３】
正極終端電極１６は、電極板１８と、この電極板１８の一方面１８ａに形成された正極１９とを有している。負極終端電極１７は、電極板１８と、この電極板１８の他方面１８ｂに形成された負極２０とを有している。正極終端電極１６の正極１９は、セパレータ１４を挟んでバイポーラ電極群１５の最下層のバイポーラ電極１３の負極２０と対向している。負極終端電極１７の負極２０は、セパレータ１４を挟んでバイポーラ電極群１５の最上層のバイポーラ電極１３の正極１９と対向している。正極終端電極１６及び負極終端電極１７の電極板１８は、積層方向に隣り合う導電板３（図１参照）とそれぞれ電気的に接続されている。
【００２４】
電極板１８は、例えばニッケルまたはニッケルメッキからなる矩形の金属箔である。電極板１８の一方面１８ａ及び他方面１８ｂは、粗面化されている。正極１９は、電極板１８の一方面１８ａに正極活物質を塗工することにより形成されている。正極活物質としては、例えばコバルト（Ｃｏ）酸化物コートが施された水酸化ニッケルが用いられる。負極２０は、電極板１８の他方面１８ｂに負極活物質を塗工することにより形成されている。負極活物質としては、例えば水素吸蔵合金が用いられる。電極板１８の縁部は、正極活物質及び負極活物質が塗工されない未塗工領域となっている。
【００２５】
セパレータ１４は、正極１９と負極２０との間に配置され、正極１９と負極２０とを隔離する。セパレータ１４は、例えばシート状に形成されている。セパレータ１４は、ポリエチレン（ＰＥ）またはポリプロピレン（ＰＰ）等のポリオレフィン系樹脂からなる多孔質フィルム、もしくはＰＥ、ＰＰまたはメチルセルロース等からなる不織布または織布等で形成されている。また、セパレータ１４は、フッ化ビニリデン樹脂化合物等で補強されていてもよい。
【００２６】
封止体１２は、例えば絶縁性の樹脂により矩形環状に形成されている。封止体１２は、バイポーラ電極１３、正極終端電極１６及び負極終端電極１７の電極板１８をそれぞれ保持する複数の第１封止部２１と、複数の第１封止部２１の周囲に配置されると共に各第１封止部２１と接合された第２封止部２２とを有している。第１封止部２１及び第２封止部２２の樹脂材料としては、例えばポリプロピレン（ＰＰ）、ポリフェニレンサルファイド（ＰＰＳ）または変性ポリフェニレンエーテル（変性ＰＰＥ）等が挙げられる。
【００２７】
第１封止部２１は、枠状を呈している。第１封止部２１は、電極板１８の周縁よりも積層方向に垂直な方向（Ｘ軸方向及びＹ軸方向）の外側に張り出している。
【００２８】
第１封止部２１は、図３にも示されるように、電極板１８の一方面１８ａの縁部に溶着により接合された第１樹脂枠２３と、この第１樹脂枠２３上に載置された第２樹脂枠２４とを有している。第１樹脂枠２３は、例えば電極板１８の一方面１８ａに熱溶着されている。なお、第２樹脂枠２４は、第１樹脂枠２３及び積層方向に隣り合う電極板１８の他方面１８ｂには溶着（接合）されていない。第１樹脂枠２３の厚みＤ１（積層方向の寸法）は、第２樹脂枠２４の厚みＤ２よりも大きい。
【００２９】
第２樹脂枠２４は、第１樹脂枠２３に対して積層方向に垂直な方向の内側に張り出した張出部２５を有している。セパレータ１４の縁部は、張出部２５と積層方向に重なり合っている。具体的には、セパレータ１４の縁部は、第１樹脂枠２３と対向するように張出部２５と積層方向に重なり合っている。セパレータ１４の縁部は、電極板１８の一方面１８ａと張出部２５との間に配置されている。これにより、積層方向に隣り合う電極板１８間の絶縁が図られている。このとき、セパレータ１４の縁部は、張出部２５に接触している。また、セパレータ１４の周縁は、第１樹脂枠２３に接触していてもよいし、第１樹脂枠２３に接触していなくてもよい。
【００３０】
第２封止部２２は、蓄電モジュール２の外壁（筐体）を構成している。第２封止部２２は、角筒状を有している。第２封止部２２は、例えば射出成形により形成されている。第２封止部２２は、例えば射出成形時の熱により各第１封止部２１の外側面に溶着（接合）されている。
【００３１】
第２封止部２２の積層方向の両端部には、積層方向に垂直な方向の内側に張り出して各第１封止部２１を積層方向に挟むオーバーハング部２６がそれぞれ設けられている。オーバーハング部２６は、枠状を呈している。オーバーハング部２６は、電極板１８と重なっている。一方のオーバーハング部２６は、正極終端電極１６の電極板１８の他方面１８ｂに接触している。他方のオーバーハング部２６は、最上部の第１封止部２１の第２樹脂枠２４に溶着（接合）されている。なお、正極終端電極１６の電極板１８の他方面１８ｂは、第１封止部２１に溶着（接合）されていてもよい。
【００３２】
積層方向に隣り合うバイポーラ電極１３の間、積層方向に隣り合うバイポーラ電極１３と正極終端電極１６との間、及び積層方向に隣り合うバイポーラ電極１３と負極終端電極１７との間には、電極板１８、正極１９、負極２０、第１封止部２１及び第２封止部２２によって形成された内部空間Ｖがそれぞれ設けられている。第１封止部２１及び第２封止部２２は、各内部空間Ｖを封止する。
【００３３】
各内部空間Ｖには、アルカリ性の電解液（図示せず）が収容されている。アルカリ性の電解液としては、例えば水酸化カリウム水溶液等のアルカリ溶液を含む電解液が用いられている。電解液は、セパレータ１４、正極１９及び負極２０の内部に含浸されている。
【００３４】
図４は、比較例に係る蓄電モジュールと本実施形態に係る蓄電モジュールとを比較して示す要部拡大断面図である。図４（ａ）は、比較例に係る蓄電モジュールを示し、図４（ｂ）は、本実施形態に係る蓄電モジュールを示している。なお、図４では、第２封止部２２は省略されている。また、図４における各部の寸法は、図２及び図３とは一致していない。
【００３５】
図４（ａ）において、本比較例の蓄電モジュール１００は、上述した蓄電モジュール２と同様に、第１樹脂枠２３と第２樹脂枠２４とを有する第１封止部２１を備えている。第１樹脂枠２３は、第２樹脂枠２４に対して積層方向に垂直な方向の内側に張り出した張出部１０１を有している。セパレータ１４の縁部は、張出部１０１の上に載置されている。
【００３６】
ここで、電極板１８、第１樹脂枠２３及び第２樹脂枠２４が重なる領域Ａは、射出成形により第２封止部２２（図２及び図３参照）を形成する際に、電極板１８、第１樹脂枠２３及び第２樹脂枠２４を積層方向に押さえるために確保される領域である。また、領域Ａよりも積層方向に垂直な方向の外側において第１樹脂枠２３及び第２樹脂枠２４が重なる領域Ｂは、射出成形時の金型の押さえ代として必要な領域である。従って、第１樹脂枠２３及び第２樹脂枠２４の幅（Ｘ軸方向及びＹ軸方向の寸法）としては、領域Ａ，Ｂに相当する分が最低限必要となる。
【００３７】
また、第１樹脂枠２３は電極板１８に熱溶着されるため、第１樹脂枠２３と負極２０との間隔Ｃを大きくする必要がある。具体的には、第１樹脂枠２３を電極板１８に熱溶着する際に、第１樹脂枠２３を形成する樹脂が積層方向に垂直な方向の内側に流動し、張出部１０１の幅が大きくなることがある。このため、第１樹脂枠２３と負極２０との間隔Ｃとしては、第１樹脂枠２３自体の公差＋第１樹脂枠２３の位置公差＋負極２０の塗工位置公差＋第１樹脂枠２３の熱溶着時の変形分公差を吸収できるだけの寸法が必要となる。従って、第１封止部２１の幅が積層方向に垂直な方向の外側に大きくなるため、第１封止部２１の全体寸法が積層方向に垂直な方向に大きくなる。その結果、蓄電モジュール１００の体格が積層方向に垂直な方向に大きくなってしまう。
【００３８】
一方、本実施形態に係る蓄電モジュール２では、第２樹脂枠２４は、第１樹脂枠２３に対して積層方向に垂直な方向の内側に張り出した張出部２５を有し、セパレータ１４の縁部は、張出部２５と積層方向に重なり合っている。第２樹脂枠２４は、第１樹脂枠２３と積層方向に隣り合う電極板１８の他方面１８ｂとには熱溶着されない。このため、第２樹脂枠２４を形成する樹脂の流動によって張出部２５の幅が大きくなることはない。つまり、第２樹脂枠２４の変形分公差を考慮する必要がない。従って、第２樹脂枠２４と負極２０との間隔Ｄとしては、第２樹脂枠２４自体の公差＋第２樹脂枠２４の位置公差＋負極２０の塗工位置公差を吸収できるだけの寸法だけあれば足りる。これにより、第２樹脂枠２４と負極２０との間隔Ｄを小さくすることが可能となる。その結果、蓄電モジュール１００に比べて、第１封止部２１の周縁が領域Ｅ分だけ積層方向に垂直な方向の内側に位置することになり、第１封止部２１の全体寸法が積層方向に垂直な方向に小さくなる。
【００３９】
以上のように本実施形態によれば、電極板１８の一方面１８ａの縁部に接合された第１樹脂枠２３上には、第１樹脂枠２３に対して積層方向に垂直な方向の内側に張り出した張出部２５を有する第２樹脂枠２４が載置されている。そして、セパレータ１４の縁部は、張出部２５と積層方向に重なり合っている。これにより、積層方向に隣り合う電極板１８間が絶縁されることになる。ここで、第２樹脂枠２４が電極板１８に接合されない場合には、第２樹脂枠２４の樹脂が流れることがないため、第２樹脂枠２４を負極２０に近づけることが可能となる。このため、第１封止部２１の全体寸法を積層方向に垂直な方向に大きくしなくて済む。以上により、蓄電モジュール２の体格を積層方向に垂直な方向に大きくすることなく、積層方向に隣り合う電極板１８間の絶縁を行うことができる。
【００４０】
また、本実施形態では、セパレータ１４の縁部は、第１樹脂枠２３と対向するように張出部２５と積層方向に重なり合っている。このため、セパレータ１４の縁部を積層方向に垂直な方向の外側に真っ直ぐ延ばした状態で張出部２５と積層方向に重なり合わせることができる。従って、セパレータ１４の製作を容易に行うことができる。
【００４１】
また、本実施形態では、第１樹脂枠２３の厚みＤ１は、第２樹脂枠２４の厚みＤ２よりも大きい。このような構成では、いわゆるアルカリクリープ現象によって内部空間Ｖの電解液が電極板１８と第１樹脂枠２３との間を通る際に、第１樹脂枠２３が電極板１８から引き剥がされにくくなるため、第１樹脂枠２３と電極板１８との隙間が拡がりにくくなる。従って、アルカリクリープ現象による電解液の漏液が生じにくくなる。また、電極板１８と第１樹脂枠２３との接合時に、電極板１８のカットによって電極板１８の縁部に発生したバリが第１樹脂枠２３を突き破ることが防止される。
【００４２】
なお、本発明は、上記実施形態には限定されない。例えば上記実施形態では、第１樹脂枠２３の厚みＤ１が第２樹脂枠２４の厚みＤ２よりも大きいが、特にその形態には限られず、第１樹脂枠２３の厚みＤ１が第２樹脂枠２４の厚みＤ２と等しくてもよいし、或いは第２樹脂枠２４の厚みＤ２が第１樹脂枠２３の厚みＤ１よりも大きくてもよい。第１樹脂枠２３の厚みＤ１が第２樹脂枠２４の厚みＤ２と等しい場合には、例えば１枚の枠状の樹脂フィルムを積層方向に垂直な方向の内側に折りたたむことにより、第１樹脂枠２３及び第２樹脂枠２４を形成してもよい。
【００４３】
また、上記実施形態では、第２樹脂枠２４が第１樹脂枠２３に接合されていないが、特にその形態には限られず、第２樹脂枠２４が第１樹脂枠２３に予め接合されていてもよい。
【００４４】
また、上記実施形態では、セパレータ１４の縁部は、第１樹脂枠２３と対向するように第２樹脂枠２４の張出部２５と積層方向に重なり合っているが、特にその形態には限られず、例えばセパレータ１４の縁部が第２樹脂枠２４と電極板１８との間に配置された状態で張出部２５と積層方向に重なり合うように、セパレータ１４の縁部を当該電極板１８側に折り曲げてもよい。
【符号の説明】
【００４５】
２…蓄電モジュール、１１…電極積層体、１２…封止体、１３…バイポーラ電極、１４…セパレータ、１８…電極板、１８ａ…一方面、１８ｂ…他方面、１９…正極、２０…負極、２１…第１封止部、２２…第２封止部、２３…第１樹脂枠、２４…第２樹脂枠、２５…張出部。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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