(57)【要約】【課題】電解液の注液を簡単かつ短時間に実施できる蓄電装置の製造方法を提供する。【解決手段】バイポーラ電極２の積層体３と、バイポーラ電極２の積層によって形成される積層体３の側面３ａにおいて電極板１１の縁部１１ｃを保持する枠体４と、を有する蓄電装置の製造方法であって、枠体４の角部２４ｃ寄りの位置に積層体３の側面３ａの一部を積層方向にわたって露出させる注液口２２を設け、角部に切欠部２７が設けられた拘束治具２５によって、切欠部２７から枠体４の注液口２２が露出するように枠体付き積層体２１を拘束し、真空のチャンバ２９内において注液口２２を下にして拘束治具２５を傾斜させた状態で注液口２２を電解液Ｅに浸漬した後、チャンバ２９内を大気圧に戻すことによって注液口２２から枠体４内に電解液Ｅを注液する。【選択図】図２
2018073538.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
一方面側に正極が形成され、他方面側に負極が形成された電極板からなるバイポーラ電極の積層体と、
前記バイポーラ電極の積層によって形成される前記積層体の側面において前記電極板の縁部を保持する枠体と、を有する蓄電装置の製造方法であって、
前記枠体の角部寄りの位置に前記積層体の前記側面の一部を積層方向にわたって露出させる注液口を設け、
角部に切欠部が設けられた拘束治具によって、前記切欠部から前記枠体の前記注液口が露出するように枠体付き積層体を拘束し、
真空のチャンバ内において前記注液口を下にして前記拘束治具を傾斜させた状態で前記注液口を電解液に浸漬した後、前記チャンバ内を大気圧に戻すことによって前記注液口から前記枠体内に前記電解液を注液する、蓄電装置の製造方法。
【請求項２】
前記枠体付き積層体は、前記積層方向から見て長方形状をなしており、
前記注液口は、前記枠体の前記側面のうち、短辺に相当する側面に設けられている、請求項１記載の蓄電装置の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、蓄電装置の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の蓄電装置として、電極板の一方面に正極が形成され、他方面に負極が形成されたバイポーラ電極を備えたバイポーラ電池が知られている（特許文献１参照）。バイポーラ電池は、セパレータを介して複数のバイポーラ電極を積層してなる積層体を備えている。積層体には、シール用の絶縁性の枠体が設けられ、バイポーラ電極の積層によって形成される側面において電極板の縁部が保持されるようになっている。また、積層体には、拘束部材によってバイポーラ電極の積層方向に拘束荷重が付加される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１１−１５１０１６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上述のような蓄電装置の製造方法は、枠体内におけるバイポーラ電極間に電解液を注液する工程を含んで構成される。電解液の注液手法としては、例えばニードルを用いた注液方法がある。しかしながら、積層体におけるバイポーラ電極の間隔（電極板の間隔）は、１ｍｍ以下となる場合もあり、ニードルを枠体に刺す際に高い精度が要求される。また、バイポーラ電極の積層数に応じて注液回数が増加するため、注液に時間を要するという問題もある。
【０００５】
本発明は、上記課題の解決のためになされたものであり、電解液の注液を簡単かつ短時間に実施できる蓄電装置の製造方法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】
本発明の一側面に係る蓄電装置の製造方法は、一方面側に正極が形成され、他方面側に負極が形成された電極板からなるバイポーラ電極の積層体と、バイポーラ電極の積層によって形成される積層体の側面において電極板の縁部を保持する枠体と、を有する蓄電装置の製造方法であって、枠体の角部寄りの位置に積層体の側面の一部を積層方向にわたって露出させる注液口を設け、角部に切欠部が設けられた拘束治具によって、切欠部から枠体の注液口が露出するように枠体付き積層体を拘束し、真空のチャンバ内において注液口を下にして拘束治具を傾斜させた状態で注液口を電解液に浸漬した後、チャンバ内を大気圧に戻すことによって注液口から枠体内に電解液を注液する。
【０００７】
この蓄電装置の製造方法では、真空のチャンバ内で注液口を電解液に浸漬した後、チャンバ内を大気圧に戻すことにより、差圧によって注液口から枠体内に電解液を注液する。これにより、バイポーラ電極の積層数に依らずに一度に各バイポーラ電極間に電解液が注液されるので、ニードルを用いて電解液の注液を行う場合と異なり、電解液の注液を簡単かつ短時間に実施できる。また、注液にあたって、枠体の注液口を露出させる切欠部を拘束治具の角部に設けることにより、注液口を電解液に浸漬する際に拘束治具が電解液に接触することを防止できる。したがって、拘束治具が電解液によって腐食してしまうことを抑制できる。
【０００８】
また、枠体付き積層体は、積層方向から見て長方形状をなしており、注液口は、枠体の側面のうち、短辺に相当する側面に設けられていてもよい。この場合、切欠部を大きく形成しなくても拘束治具から注液口を露出させることができる。これにより、電解液に注液口を浸漬させる際に拘束治具が電解液に触れてしまうことを一層好適に防止できる。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、電解液の注液を簡単かつ短時間に実施できる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】蓄電装置の一実施形態を示す概略断面図である。
【図２】蓄電装置の製造工程の一例を示すフローチャートである。
【図３】枠体付き積層体及び拘束治具の一例を示す平面図である。
【図４】枠体付き積層体の斜視図である。
【図５】注液工程を示す概略図である。
【図６】図５の後続の工程を示す概略図である。
【図７】図６の後続の工程を示す概略図である。
【図８】注液量調整工程を示す概略図である。
【図９】枠体付き積層体の変形例を示す要部拡大図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、図面を参照しながら、本発明の一側面に係る蓄電装置の製造方法の好適な実施形態について詳細に説明する。
［蓄電装置の構成］
【００１２】
図１は、蓄電装置の一実施形態を示す概略断面図である。同図に示す蓄電装置１は、バイポーラ電極２の積層体３を備えたバイポーラ電池である。蓄電装置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などの二次電池、或いは電気二重層キャパシタである。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、電気自動車等の各種車両のバッテリとして用いられる。以下の説明では、ニッケル水素二次電池を例示する。
【００１３】
蓄電装置１は、上述した積層体３と、積層体３を保持する枠体４と、積層体３を拘束する拘束部材５とを備えている。積層体３は、セパレータ６を介して複数のバイポーラ電極２を積層することによって構成されている。バイポーラ電極２は、一方面１１ａ側に正極１２が形成され、かつ他方面１１ｂ側に負極１３が形成された電極板１１からなる電極である。積層体３において、一のバイポーラ電極２の正極１２は、セパレータ６を挟んで積層方向に隣り合う一方のバイポーラ電極２の負極１３と対向し、一のバイポーラ電極２の負極１３は、セパレータ６を挟んで積層方向に隣り合う他方のバイポーラ電極２の正極１２と対向している。
【００１４】
電極板１１は、例えばニッケルからなる矩形の金属箔である。電極板１１の縁部１１ｃは、正極活物質及び負極活物質の塗工されない未塗工領域となっており、当該未塗工領域が枠体４の内壁４ａに埋没して保持される領域となっている。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。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。電極板１１の他方面１１ｂにおける負極１３の形成領域は、電極板１１の一方面１１ａにおける正極１２の形成領域に対して一回り大きくなっている。
【００１５】
セパレータ６は、例えばシート状に形成されている。セパレータ６を形成する材料としては、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、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、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。また、セパレータ６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６は、シート状に限られず、袋状のものを用いてもよい。
【００１６】
枠体４は、例えば絶縁性の樹脂を用いた射出成形によって矩形の筒状に形成されている。枠体４を構成する樹脂材料としては、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）、又は変性ポリフェニレンエーテル（変性ＰＰＥ）などが挙げられる。枠体４は、バイポーラ電極２の積層によって形成される積層体３の側面３ａを取り囲むように構成されている。枠体４の内壁４ａには、各バイポーラ電極２の電極板１１の縁部１１ｃが埋没して保持されている。これにより、積層方向に隣り合う電極板１１，１１間には、当該電極板１１，１１と枠体４の内壁４ａとによって気密に仕切られた内部空間Ｖが形成されている。当該内部空間Ｖには、例えば水酸化カリウム水溶液等のアルカリ溶液からなる電解液（不図示）が収容されている。
【００１７】
積層体３の一方の積層端（図１における上側の積層端）には、終端電極１５Ａが積層されている。また、積層体３の他方の積層端（図１における下側の積層端）には、終端電極１５Ｂが積層されている。終端電極１５Ａ，１５Ｂの縁部は、バイポーラ電極２の電極板１１の縁部１１ｃと同様に、枠体４の内壁４ａに埋没した状態で枠体４に保持されている。終端電極１５Ａ，１５Ｂは、バイポーラ電極２の電極板１１に比べて厚く形成されていてもよい。終端電極１５Ａにおける積層体３側の面には、セパレータ６を介して最上層のバイポーラ電極２の負極１３と対向する正極１２が設けられている。また、終端電極１５Ｂにおける積層体３側の面には、セパレータ６を介して最下層のバイポーラ電極２の正極１２と対向する負極１３が設けられている。
【００１８】
拘束部材５は、一対の拘束プレート１６（１６Ａ，１６Ｂ）と、拘束プレート１６Ａ，１６Ｂ同士を連結する連結部材（ボルト１７及びナット１８）とによって構成されている。拘束プレート１６は、例えば鉄などの金属によって板状に形成されている。拘束プレート１６の縁部には、ボルト１７の軸部を挿通させる挿通孔１６ａが枠体４よりも外側となる位置に設けられている。なお、拘束プレート１６Ａ，１６Ｂの少なくとも一方において、挿通孔１６ａには、拘束プレート１６と連結部材とを電気的に絶縁するカラーが挿入されていてもよい。
【００１９】
一方の拘束プレート１６Ａは、終端電極１５Ａ及び枠体４の一端面に突き当てられ、他方の拘束プレート１６Ｂは、終端電極１５Ｂ及び枠体４の他端面に突き当てられている。ボルト１７は、例えば一方の拘束プレート１６Ａ側から他方の拘束プレート１６Ｂ側に向かって挿通孔１６ａに通され、他方の拘束プレート１６Ｂから突出するボルト１７の先端には、ナット１８が螺合されている。これにより、積層体３、終端電極１５Ａ，１５Ｂ、及び枠体４が挟持されてユニット化されると共に、バイポーラ電極２の積層方向に拘束荷重が付加される。また、一方の拘束プレート１６Ａには、正極端子１９が接続され、他方の拘束プレート１６Ｂには、負極端子２０が接続されている。これらの正極端子１９及び負極端子２０により、蓄電装置１の充放電を実施できる。
［蓄電装置の製造方法］
【００２０】
図２は、上述した蓄電装置の製造方法の一例を示すフローチャートである。この蓄電装置の製造方法は、電極板１１，１１と枠体４の内壁４ａとによって仕切られた内部空間Ｖ（図１参照）に電解液を注液する工程を含んで構成されている。
【００２１】
図２に示すように、当該工程では、まず、枠体付き積層体２１を準備し（ステップＳ０１）、拘束治具２５によって枠体付き積層体２１を拘束する（ステップＳ０２）。枠体付き積層体２１は、蓄電装置１の製造過程における中間体であり、積層体３及び枠体４によって構成されている。すなわち、枠体付き積層体２１では、バイポーラ電極２の積層体３が枠体４で保持（各バイポーラ電極２における電極板１１の縁部１１ｃ及び終端電極１５Ａ，１５Ｂの縁部が枠体４の内壁４ａに埋没して保持）されている一方、拘束部材５、正極端子１９、負極端子２０については取り付け前の状態となっている。
【００２２】
図３に示すように、枠体付き積層体２１は、積層体３におけるバイポーラ電極２の積層方向から見て長方形状をなしている。電解液の注入にあたって、枠体付き積層体２１における枠体４には、注液口２２と、空気口２３とが設けられている。注液口２２は、枠体４の側面のうち、一方の短辺に相当する側面２４ａにおいて角部２４ｃ寄りに設けられている。注液口２２は、図４に示すように、例えば積層体３におけるバイポーラ電極２の積層方向に延びるスリット状をなし、積層体３の側面３ａの一部を積層方向にわたって露出させる。これにより、注液口２２からは、電極板１１，１１間の各内部空間Ｖがそれぞれ露出した状態となっている。
【００２３】
空気口２３は、枠体４の側面のうち、他方の短辺に相当する側面２４ｂにおいて注液口２２と対向するように角部２４ｄ寄りに設けられている。空気口２３は、注液口２２と同様に、例えば積層体３におけるバイポーラ電極２の積層方向に延びるスリット状をなし、積層体の側面３ａの一部を積層方向にわたって露出させる。これにより、空気口２３からは、注液口２２とは異なる位置で電極板１１，１１間の各内部空間Ｖがそれぞれ露出するようになっている。なお、ステップＳ０２においては、空気口２３は、樹脂などによって仮封止された状態となっている。
【００２４】
拘束治具２５は、例えばステンレス鋼といった電解液に対する耐食性を有する材料によって形成された一対の板状部材２６，２６を有している。板状部材２６は、枠体付き積層体２１の平面形状よりも一回り大きい長方形状をなしている。板状部材２６の縁部には、ネジＫを螺合するネジ孔（不図示）が複数設けられている。板状部材２６，２６間に枠体付き積層体２１を配置し、ネジ孔へのネジＫの螺合によって板状部材２６，２６を締結することにより、枠体付き積層体２１を積層方向に定寸拘束することができる。また、板状部材２６の一の角部には、斜線状の切欠部２７が形成されている。この切欠部２７の形成により、板状部材２６，２６間に拘束された状態において、枠体付き積層体２１の枠体４の注液口２２が切欠部２７から露出するようになっている。
【００２５】
拘束治具２５によって枠体付き積層体２１を拘束した後、注液口２２から内部空間Ｖに電解液を注液する。より具体的には、まず、図５に示すように、拘束治具２５によって拘束した枠体付き積層体２１を電解液Ｅが充填された槽２８が載置されたチャンバ２９内に配置し、チャンバ２９内を排気して真空状態を形成する。このとき、切欠部２７及び切欠部２７から露出する枠体付き積層体２１の注液口２２が下（槽２８側）を向き、かつ切欠部２７の斜線部分が電解液Ｅの液面Ｅａと平行になるように、拘束治具２５を電解液Ｅの液面Ｅａに対して傾斜して配置する。
【００２６】
次に、図６に示すように、拘束治具２５を不図示の昇降装置を用いて下降させ、切欠部２７から露出する枠体付き積層体２１の注液口２２を電解液Ｅに浸漬させる（ステップＳ０３）。昇降装置による拘束治具２５の下降位置は、切欠部２７の斜線部分が電解液Ｅの液面Ｅａに接触しない位置とすることが好適である。そして、この状態で、図７に示すように、チャンバ２９内を吸気して大気圧に復帰させ、内部空間Ｖとチャンバ２９との差圧によって注液口２２から枠体付き積層体２１内に電解液Ｅを注液する（ステップＳ０４）。これにより、各内部空間Ｖに電解液Ｅが充填される。
【００２７】
電解液Ｅを充填した後、拘束治具２５をチャンバ２９から取り出し、引き続いてエア注入による電解液Ｅの注液量の調整を行う（ステップＳ０５）。この工程では、まず、図８に示すように、拘束治具２５を取り外した枠体付き積層体２１をステージなどに載置する。図８の例では、積層体３の積層方向が鉛直方向となるように枠体付き積層体２１をステージに横置きにしている。次に、枠体４の空気口２３の仮封止を外し、空気口２３から内部空間Ｖを露出させる。そして、エア供給装置などを用い、注液口２２から内部空間ＶにエアＡを注入することで、注液口２２と反対側の空気口２３から電解液Ｅの余剰部分Ｅｐを排出させる。
【００２８】
注液口２２でのエアＡの漏れが無い場合には、注液口２２から注入されるエアＡの注入量（体積）と、空気口２３から排出される電解液Ｅの排出量（体積）とは、等しくなる。したがって、余剰部分Ｅｐを排出した後の枠体付き積層体２１内の電解液Ｅの残存量を制御するためには、例えばステップＳ０４において枠体付き積層体２１内に最大限に電解液Ｅを注液しておき、ステップＳ０５において注液口２２から注入するエアＡの量をエア供給装置において計測しておけばよい。
【００２９】
その他、ステップＳ０４において、槽２８の液面Ｅａの高さの変化、注液前後の枠体付き積層体２１の重量の変化、或いはチャンバ２９内が大気圧に復帰してからの時間経過などに基づいて、エア注入時における枠体付き積層体２１内の電解液Ｅの量を推定してもよい。空気口２３から排出される電解液Ｅの余剰部分Ｅｐは、布などに吸収させて除去してもよく、容器等に収容して計量を行ってもよい。
【００３０】
電解液Ｅの注液量の調整を終えた後、注液口２２及び空気口２３を封止する（ステップＳ０６）。この枠体付き積層体２１に、拘束部材５、正極端子１９、負極端子２０などを取り付けることにより、図１に示した蓄電装置１が得られる。
［作用効果］
【００３１】
以上説明したように、この蓄電装置の製造方法では、真空のチャンバ２９内で注液口２２を電解液Ｅに浸漬した後、チャンバ２９内を大気圧に戻すことにより、差圧によって注液口２２から枠体４内の内部空間Ｖに電解液Ｅを注液する。これにより、バイポーラ電極２の積層数に依らずに一度に各バイポーラ電極２，２間に電解液Ｅが注液されるので、ニードルを用いて電解液の注液を行う場合と異なり、電解液Ｅの注液を簡単かつ短時間に実施できる。また、注液にあたって、枠体４の注液口２２を露出させる切欠部２７を拘束治具２５の角部に設けることにより、注液口２２を電解液Ｅに浸漬する際に拘束治具２５が電解液Ｅに接触することを防止できる。したがって、拘束治具２５が電解液Ｅによって腐食してしまうことを抑制できる。
【００３２】
また、枠体付き積層体２１は、積層体３におけるバイポーラ電極２の積層方向から見て長方形状をなしており、注液口２２は、枠体４の側面のうち、短辺に相当する側面２４ａに対応するように設けられている。この場合、切欠部２７を大きく形成しなくても拘束治具２５から注液口を露出させることができる。これにより、電解液に注液口を浸漬させる際に拘束治具が電解液に触れてしまうことを一層好適に防止できる。
［変形例］
【００３３】
本発明は、上記実施形態に限られるものではない。例えば上記実施形態では、ステップＳ０５において、空気口２３の仮封止を外した後、注液口２２側から内部空間ＶにエアＡを注入しているが、エアＡの注入は、空気口２３側から行ってもよい。すなわち、注液口２２及び空気口２３は、構成上は同形状のスリットであり、いずれを注液口２２として用いてもよい。
【００３４】
また、上記実施形態では、枠体４の側面のうち、一方の短辺に相当する側面２４ａに注液口２２を設け、他方の短辺に相当する側面２４ｂに空気口２３を設けているが、空気口２３は、枠体４の他の側面に設けてもよい。例えば図９に示すように、枠体４の側面のうち、一方の短辺に相当する側面２４ａの一方の角部２４ｃ寄りに注液口２２を設け、他方の角部２４ｅ寄りに空気口２３を設けてもよい。この場合、ステップＳ０５において、側面２４ａが上を向くようにステージ上に枠体付き積層体２１を縦置きにしてエアＡの注入を行うようにしてもよい。こうすると、エアＡの注入の際に電解液Ｅの余剰部分Ｅｐをこぼれにくくすることが可能となる。
【符号の説明】
【００３５】
１…蓄電装置、２…バイポーラ電極、３…積層体、３ａ…側面、４…枠体、１１…電極板、１１ａ…一方面、１１ｂ…他方面、１１ｃ…縁部、１２…正極、１３…負極、２１…枠体付き積層体。２２…注液口、２３…空気口、２４ａ…側面、２４ｃ…角部、２５…拘束治具、２７…切欠部、２９…チャンバ、Ｅ…電解液。
【図１】
2018073538.tif 000003
【図２】
2018073538.tif 000004
【図３】
2018073538.tif 000005
【図４】
2018073538.tif 000006
【図５】
2018073538.tif 000007
【図６】
2018073538.tif 000008
【図７】
2018073538.tif 000009
【図８】
2018073538.tif 000010
【図９】
2018073538.tif 000011