(57)【要約】【課題】  電解液の液漏れを抑制できる蓄電モジュールを提供することを目的とする。【解決手段】  複数の電極を積層した電極積層体２を有し、この電極積層体２の側面の周囲を樹脂製の封止体３で覆い、電極積層体２と封止体３との間の空間に電解液を収容して構成される蓄電モジュール１であって、電極と平行となるよう向けられ電極積層体２の積層方向Ｄの外側に配置され外縁が封止体３に覆われて設けられる膜体８と、電極積層体２と膜体８との間に配置される導電性の板材であって封止体３を貫通するタブ部９１を有する導電材９とを備え、膜体８は、表面に樹脂層８１を形成して構成されている。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の電極を積層した積層体を有し、前記積層体の側面を封止体で覆い、前記電極と前記封止体との間の内部空間に電解液を収容して構成される蓄電モジュールにおいて、
前記電極と平行となるよう向けられ、前記積層体の積層方向の外側に配置され、外縁が前記封止体に覆われて設けられる膜体と、
前記積層体と前記膜体との間に配置される導電性の板材であって、前記封止体を貫通するタブ部を有する導電材と、
を備える蓄電モジュール。
【請求項２】
前記封止体は、樹脂製のシール材であり、
前記膜体は、表面に樹脂層を形成している、
請求項１に記載の蓄電モジュール。
【請求項３】
前記膜体は、金属層の表裏に前記樹脂層を設けて構成されるラミネートフィルムである、
請求項２に記載の蓄電モジュール。
【請求項４】
前記タブ部は、前記導電材の外縁の一部から延出して形成されている、
請求項１〜３のいずれか一項に記載の蓄電モジュール。
【請求項５】
前記タブ部は、複数の突起を形成して表面処理されており、
前記突起は、基端側から先端側に向かって先太りする部分を有している、
請求項１〜４のいずれか一項に記載の蓄電モジュール。
【請求項６】
前記電極は、バイポーラ電極を含み、
前記封止体は、隣り合う前記電極の間に形成される空間をそれぞれ封止している、
請求項１〜５のいずれか一項に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、蓄電モジュールとして、例えば、特開２００５−５１６３号公報に記載されるように、バイポーラ電極を複数積層させて積層体を形成し、その積層体の側部を樹脂で封止して構成される蓄電モジュールが知られている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００５−５１６３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
この種の蓄電モジュールでは、電解液の液漏れを生ずるおそれがある。すなわち、蓄電モジュールにおいて、積層体の電極間などに電解液が充填されているが、密封性の低下などの原因により、電解液が蓄電モジュールの外部へ漏出して液漏れを生ずる場合がある。
【０００５】
そこで、本発明は、電解液の液漏れを抑制できる蓄電モジュールを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
すなわち、本発明に係る蓄電モジュールは、複数の電極を積層した積層体を有し、積層体の側面を封止体で覆い、電極と封止体との間の内部空間に電解液を収容して構成される蓄電モジュールにおいて、電極と平行となるよう向けられ、積層体の積層方向の外側に配置され、外縁が封止体に覆われて設けられる膜体と、積層体と膜体との間に配置される導電性の板材であって、封止体を貫通するタブ部を有する導電材とを備えて構成されている。この蓄電モジュールによれば、積層体の積層方向の外側に膜体を配置することにより、膜体によって積層体の表面が覆われ、膜体と積層体の間の空間を密封することができる。また、積層体と膜体の間に導電材が配置されているため、導電材のタブ部を通じて電力を出力することが可能となる。
【０００７】
また、本発明に係る蓄電モジュールにおいて、封止体は、樹脂製のシール材であり、膜体は、表面に樹脂層を形成していてもよい。この場合、膜体の表面に樹脂層が形成されているため、シール材と膜体を密着させて接合することができ、シール材と膜体の間を通って電解液が漏出することを抑制することができる。
【０００８】
また、本発明に係る蓄電モジュールにおいて、膜体は金属層の表裏に樹脂層を設けて構成されるラミネートフィルムであってもよい。この場合、膜体に金属層が含まれることにより、蓄電モジュール内の水素が膜体を透過して外部へ出ていくことが抑制される。このため、蓄電モジュールの自己放電を低減することができる。
【０００９】
また、本発明に係る蓄電モジュールにおいて、タブ部は、導電材の外縁の一部から延出して形成されていてもよい。この場合、シール材を貫通するタブ部が小さく形成されるため、タブ部とシール材との間を通って電解液が漏出することを抑制することができる。
【００１０】
また、本発明に係る蓄電モジュールにおいて、タブ部は複数の突起を形成して表面処理されており、突起は基端側から先端側に向かって先太りする部分を有していてもよい。  この場合、タブ部が複数の突起を形成して表面処理されていることにより、タブ部とシール材との接合が強固なものとなる。これにより、タブ部とシール材の間を通って電解液が漏出することを抑制することができる。
【００１１】
また、本発明に係る蓄電モジュールにおいて、電極は、バイポーラ電極を含み、封止体は、隣り合う電極の間に形成される空間をそれぞれ封止していてもよい。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、蓄電モジュールの外部への電解液の漏出を抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明の実施形態に係る蓄電モジュールを示す概略断面図である。
【図２】図２の蓄電モジュールにおける膜体の断面図である。
【図３】図２の蓄電モジュールの平面図である。
【図４】図２の蓄電モジュールにおける膜体のタブ部と封止体の接合箇所の拡大断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
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、各図において同一又は相当部分には同一符号を付し、重複する説明を省略する。
【００１５】
図１は、本実施形態に係る蓄電モジュール１の概略断面図である。図１に示される蓄電モジュール１は、例えば、フォークリフト、ハイブリッド自動車、電気自動車等の各種車両のバッテリとして用いられる。蓄電モジュール１は、複数の電極を積層した電極積層体（積層体）２を有し、この電極積層体２の外縁に封止体３を設けて構成されている。電極積層体２は、セパレータ４を介して、積層方向Ｄに沿って積層された複数の電極（複数のバイポーラ電極５、単一の負極終端電極６及び単一の正極終端電極７）を含む。電極積層体２は、積層方向Ｄに延びる側面２ｂを有している。
【００１６】
この蓄電モジュール１は、バイポーラ電池であり、積層方向Ｄから見て矩形状をなしている。蓄電モジュール１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、又は電気二重層キャパシタとして用いることができる。以下の説明では、ニッケル水素二次電池に用いられる場合について例示する。
【００１７】
バイポーラ電極５は、電極板１１、正極１２及び負極１３を含んでいる。正極１２は、電極板１１の第１面１１ａに設けられている。負極１３は、電極板１１の第１面１１ａに対して反対側の第２面１１ｂに設けられている。電極板１１は、例えば、ニッケル又はニッケルメッキ鋼板といった金属からなる。一例として、電極板１１は、ニッケルからなる矩形の金属箔である。電極板１１は、積層方向Ｄから見て矩形状を呈している。
【００１８】
正極１２は、正極活物質が電極板１１に塗工されることにより形成される正極活物質層である。正極１２を構成する正極活物質としては、例えば水酸化ニッケルが挙げられる。正極１２は、積層方向Ｄから見て矩形状を呈している。負極１３は、負極活物質が電極板１５に塗工されることにより形成される負極活物質層である。負極１３を構成する負極活物質としては、例えば水素吸蔵合金が挙げられる。負極１３は、積層方向Ｄから見て矩形状を呈している。
【００１９】
本実施形態では、例えば、電極板１１の第２面１１ｂにおける負極１３の形成領域は、電極板１１の第１面１１ａにおける正極１２の形成領域に対して大きくなっている。つまり、負極１３の外縁は、正極１２の外縁よりも一回り大きい。積層方向Ｄから見て、電極板１１は、矩形枠状をなし、正極活物質及び負極活物質が塗工されない未塗工の板材となっている。
【００２０】
電極積層体２において、一のバイポーラ電極５の正極１２は、セパレータ４を挟んで積層方向Ｄに隣り合う別のバイポーラ電極５の負極１３と対向している。電極積層体２において、一のバイポーラ電極５の負極１３は、セパレータ４を挟んで積層方向Ｄに隣り合うさらに別のバイポーラ電極５の正極１２と対向している。
【００２１】
負極終端電極６は、電極板１１、及び電極板１１の第２面１１ｂに設けられた負極１３を含んでいる。負極終端電極６は、正極１２を含んでいない。すなわち、負極終端電極６の電極板１１の第１面１５ａには、活物質層が設けられていない。負極終端電極６は、第２面１１ｂが電極積層体２の積層方向Ｄの内側（積層方向Ｄについての中心側）に向くように、積層方向Ｄの一端に配置されている。負極終端電極６の負極１３は、セパレータ４を介して、積層方向Ｄの一端のバイポーラ電極５の正極１２と対向している。
【００２２】
正極終端電極７は、電極板１１、及び電極板１１の第１面１１ａに設けられた正極１２を含んでいる。正極終端電極７は、負極１３を含んでいない。すなわち、正極終端電極７の電極板１１の第２面１５ｂには、活物質層が設けられていない。正極終端電極７は、第１面１１ａが電極積層体２の積層方向Ｄの内側に向くように、積層方向Ｄの他端に配置されている。正極終端電極７の正極１２は、セパレータ４を介して、積層方向Ｄの他端のバイポーラ電極５の負極１３と対向している。
【００２３】
セパレータ４は、例えばシート状に形成されている。セパレータ４としては、ポリエチレン（ＰＥ）、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、ポリプロピレン、メチルセルロース等からなる織布又は不織布等が例示される。セパレータ４は、フッ化ビニリデン樹脂化合物で補強されたものであってもよい。なお、セパレータ４は、シート状に限られず、袋状のものを用いてもよい。
【００２４】
封止体３は、樹脂製のシール材であって、電極積層体２の外縁に沿って設けられ、電極積層体２の側面２ｂの周囲を覆っている。例えば、封止体３は、積層方向Ｄから見て、矩形状の電極積層体２の四つの側面２ｂの周囲を覆うように設けられている。つまり、封止体３は、矩形枠状に形成されており、電極積層体２の側面２ｂを封止している。封止体３は、例えば絶縁性の樹脂により形成されている。封止体３は、電極積層体２の側面２ｂを封止すると共に、積層方向Ｄに生ずる内圧を抑える耐圧部材としても機能する。封止体３は、例えば、樹脂成形により形成される。具体的には、電極積層体２をインサートとするインサート成形により、電極積層体２の周囲に封止体３が樹脂成形される。
【００２５】
封止体３と電極積層体２の電極の間の空間には電解液（不図示）が収容されている。例えば、封止体３は、積層方向Ｄに沿って互いに隣接するバイポーラ電極５の間、積層方向Ｄに沿って互いに隣接する負極終端電極６とバイポーラ電極５との間、及び、積層方向Ｄに沿って互いに隣接する正極終端電極７とバイポーラ電極５との間の空間をそれぞれ封止している。これにより、バイポーラ電極５の間、負極終端電極６とバイポーラ電極５との間、及び、正極終端電極７とバイポーラ電極５との間には、それぞれ気密（液密）に仕切られた内部空間Ｖが形成される。この内部空間Ｖには、例えば水酸化カリウム水溶液等のアルカリ水溶液からなる電解液が収容されている。電解液は、セパレータ４、正極１２及び負極１３内に含浸されている。
【００２６】
封止体３は、例えば、絶縁性の樹脂であって、ポリプロピレン（ＰＰ）、ポリフェニレンサルファイド（ＰＰＳ）、又は変性ポリフェニレンエーテル（変性ＰＰＥ）等から構成され得る。
【００２７】
封止体３には、膜体８が取り付けられている。膜体８は、電極積層体２の電極（バイポーラ電極５、負極終端電極６及び正極終端電極７）と平行となるように向けて配置され、電極積層体２の表面を覆うように封止体３に取り付けられている。つまり、膜体８は、電極積層体２に対し積層方向Ｄの外側（図１では電極積層体２の上側）に配置され、電極積層体２の電極の表面を覆っている。膜体８は、表面に樹脂層８１を形成したシート材である。例えば、図２に示すように、膜体８として、金属層８２の表面に樹脂層８１を設けて構成されるラミネートフィルムが用いられる。膜体８は、金属層８２の表裏にそれぞれ樹脂層８１を設けて構成される。なお、膜体８において、金属層８２の片側の表面のみに樹脂層８１を設ける場合もある。膜体８は、電極積層体２の積層方向Ｄの一端を封止するためのシート材であり、表面に樹脂層８１を設けることにより、封止体３と密着して接合される。これにより、膜体８の内側の空間を密封することができ、膜体８の外側へ電解液が漏出することを抑制することができる。
【００２８】
樹脂層８１は、封止体３と同一の樹脂により形成してもよい。すなわち、樹脂層８１は、封止体３を構成する樹脂と同一成分の樹脂により形成されていてもよい。また、樹脂層８１は、封止体３を構成する樹脂と同一又は近似する分子構造を有する樹脂により形成されていてもよい。この場合、膜体８と封止体３をより密着させて接合することができる。これにより、膜体８の内側の空間の密封性を高めることができ、膜体８の外側へ電解液が漏出することをより抑制することができる。例えば、樹脂層８１としては、ポリエチレン（ＰＥ）、ポリプロピレン（ＰＰ）等のポリオレフィン系樹脂が用いられる。金属層８２としては、例えば、ニッケル箔、ニッケルめっきした金属箔、ステンレス鋼材（ＳＵＳ：Steel Special UseStainless）、アルミ箔などが用いられる。
【００２９】
膜体８には金属層８２を含むことにより、蓄電モジュール１における自己放電を低減することができる。すなわち、蓄電モジュール１に含まれる水素は、樹脂層８１を透過するが、金属層８２を透過しにくく、膜体８を透過して蓄電モジュール１の外部へすぐに出ていくことができない。このため、水素放出による蓄電モジュール１の自己放電が低減される。膜体８は、その外縁が封止体３に覆われて設けられている。例えば、膜体８は、積層方向Ｄから見て矩形状に形成され、その四辺の外縁が封止体３に取り付けられている。なお、図１では、膜体８が電極積層体２側へ屈曲しているが、屈曲せずに真っすぐに延びた状態で配置されていてもよい。
【００３０】
図２において、電極積層体２と膜体８の間には導電材９が配置されている。導電材９は、蓄電モジュール１の電力を取り出すための部材である。導電材９は、導電性の板材であり、例えば積層方向Ｄから見て矩形状に形成されている。導電材９は、電極積層体２の電極と平行に向けて配置され、負極終端電極６の電極板１１と接触するように設けられている。導電材９には、封止体３を貫通して設けられるタブ部９１が形成されている。タブ部９１は、蓄電モジュール１の電力を出力する端子として機能する。このタブ部９１は、例えば、図３に示すように、導電材９の外縁の一部から延出して形成され、積層方向Ｄと交差する方向に延びている。具体的には、タブ部９１は、矩形状の導電材９の一辺の一部を延出して設けられている。このように、タブ部９１を導電材９の外縁の一部から延出して形成することにより、封止体３を貫通する部分を小さくすることができる。これにより、封止体３とタブ部９１の間を通って電解液が漏出することを抑制することができる。
【００３１】
図１では、正極側の導電材９については図示していないが、負極側と同様に正極側にも導電材９を設けてもよい。すなわち、正極終端電極７に対し積層方向Ｄの外側（図１では正極終端電極７の下側）に導電材９を設けてもよい。この場合、導電材９のタブ部９１を正極側の端子として用い、蓄電モジュール１の電力を取り出すことができる。また、正極終端電極７の電極板１１に導電板などを接続して、蓄電モジュール１の電力を取り出してもよい。さらに、蓄電モジュール１の正極側にも、膜体８を設けてもよい。
【００３２】
図４は、タブ部９１と封止体３の当接箇所の拡大断面図である。図４に示すように、タブ部９１は、複数の突起９２を形成して表面処理されていてもよい。突起９２は、タブ部９１の表面から突出しており、基端側から先端側に向かって先太りする部分を有している。このため、タブ部９１は、封止体３から容易には外れないように接合されている。突起９２は、例えば、基端側から先端側に向かって先細りする台座部９２ａの先端に球体部９２ｂを形成して構成される。球体部９２ｂは、基端側から先端側に向かって先太りする部分を含んでいる。タブ部９１は、例えば、封止体３の樹脂成形により封止体３と接合される。このとき、突起９２と突起９２の間に溶融した封止体３の樹脂が入り込むため、タブ部９１が封止体３と強く結合する。突起９２は、例えば、電解メッキ処理により形成される。つまり、タブ部９１の表面に台座部９２ａを形成し、電解メッキ処理によって台座部９２ａの先端に球体部９２ｂを析出させて付着させることにより、突起９２が形成される。なお、突起９２の形成は、上述した以外の手法により行ってもよい。また、図４では、タブ部９１の片側の表面の表面処理しか示していないが、タブ部９１の表裏の両面が表面処理される。
【００３３】
次に、本実施形態に係る蓄電モジュール１の漏出抑制機能について説明する。
【００３４】
図１に示すように、蓄電モジュール１には、膜体８が設けられている。すなわち、膜体８は、電極積層体２の電極を覆うように封止体３に取り付けられている。このため、電極積層体２の端部に配置される負極終端電極６は、膜体８に覆われており、蓄電モジュール１の外部と隔てられている。これにより、負極終端電極６の電極板１１と膜体８の間の空間は、外部からの湿気の侵入が防止され、湿度の低い状態に保つことができる。
【００３５】
蓄電モジュール１において、電解液の漏出が促進される条件として、電極板１１の外側の湿度が高いことがある。本実施形態に係る蓄電モジュール１では、電極板１１の外側の湿度を低く保つことができる。このため、蓄電モジュール１の内部から電解液が漏出することを抑制することができる。
【００３６】
また、膜体８の表面には樹脂層８１が形成されている。このため、樹脂層８１と樹脂製の封止体３が密着して接合されている。このため、膜体８と電極板１１との間の空間は、密封された状態となり、外部からの湿気の侵入が確実に防止される。このため、膜体８と電極板１１との間の空間を湿度の低い状態に保つことができる。また、電極積層体２から電解液が漏出し、膜体８と電極板１１との間の空間に電解液が漏れ出したとしても、膜体８が設けられているため、膜体８の外側へ電解液が漏出することが抑制される。すなわち、膜体８と電極板１１との間の空間から膜体８と封止体３の間を通って電解液が流れ出ることは難しく電解液の漏出は防がれる。
【００３７】
電極積層体２と膜体８の間には導電材９が配置されている。導電材９を通じて蓄電モジュール１の電力を取り出すことができる。導電材９は、負極終端電極６の電極板１１に接続され、タブ部９１が封止体３の外側へ延びている。ここで、タブ部９１と封止体３との間を通って電解液が漏出することが懸念される。しかし、図３に示すように、タブ部９１は、導電材９の外縁の一部を延出して形成されており、タブ部９１と封止体３が接合される面積は小さい。このため、電解液が漏出する場合であっても、電解液の漏出は低減される。また、図４に示すように、タブ部９１の表面に複数の突起９２を形成して表面処理することにより、タブ部９１と封止体３との間を通って電解液が漏出することが抑制される。
【００３８】
以上のように、本実施形態に係る蓄電モジュール１によれば、電極積層体２の積層方向Ｄの外側に膜体８を配置することにより、膜体８によって電極積層体２の表面が覆われ、膜体８と電極積層体２の間の空間を密封することができる。また、膜体８の表面に樹脂層８１が形成されているため、封止体３と膜体８を密着させて接合することができ、封止体３と膜体８の間を通って電解液が漏出することを抑制することができる。また、電極積層体２と膜体８の間に導電材９が配置されているため、導電材９のタブ部９１を通じて電力を出力することができる。
【００３９】
また、本実施形態に係る蓄電モジュール１において、膜体８に金属層８２が含まれることにより、蓄電モジュール１内の水素が膜体８を透過して外部へ出ていくことが抑制される。このため、蓄電モジュール１の自己放電を低減することができる。
【００４０】
また、本実施形態に係る蓄電モジュール１において、タブ部９１が導電材９の外縁の一部から延出して形成されている。このため、封止体３を貫通するタブ部９１が小さく形成されるため、タブ部９１と封止体３との間を通って電解液が漏出することを抑制することができる。
【００４１】
また、本実施形態に係る蓄電モジュール１において、タブ部９１が複数の突起９２を形成して表面処理されている。このため、タブ部９１と封止体３との接合が強固なものとなる。これにより、タブ部９１と封止体３の間を通って電解液が漏出することを抑制することができる。
【００４２】
以上、本発明の一実施形態について説明したが、本発明は、上述した実施形態に限定されるものではない。
【００４３】
例えば、上述した実施形態では、蓄電モジュール１をフォークリフト、ハイブリッド自動車、電気自動車等の各種車両のバッテリとして用いる場合について説明したが、その他の用途に用いてもよい。
【００４４】
上述した実施形態に係る蓄電モジュール１は、単独でバッテリなどの蓄電装置として用いられてもよいが、複数の蓄電モジュール１を連結して蓄電装置として用いてもよい。
【００４５】
上述した実施形態に係る蓄電モジュール１は、封止体３が電極積層体２を積層方向Ｄに拘束する拘束部材として機能する場合ついて説明したが、封止体３とは別に拘束部材を設けてもよい。
【符号の説明】
【００４６】
１…蓄電モジュール、２…電極積層体（積層体）、３…封止体、５…バイポーラ電極、６…負極終端電極、７…正極終端電極、８…膜体、９…導電材、１１…電極板、１１ａ…第１面、１１ｂ…第２面、１２…正極、１３…負極、８１…樹脂層、８２…金属層、９１…タブ部、９２…突起、Ｖ…内部空間。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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