(57)【要約】【課題】製造時間を短縮することができる蓄電装置の製造方法を提供する。【解決手段】蓄電装置１の製造方法は、正極１２と負極１３とセパレータ６とに含浸させた水を凍結させる凍結工程Ｓ３を備えている。このように、正極１２と負極１３とセパレータ６とに含浸させた水が凍結した状態のバイポーラ電極３及びセパレータ６を積層させてシール部４を形成することで、積層体２内に氷ＩＣが配置される。従って、氷ＩＣが融解することによって積層体２内に水が封入される。このとき、積層体形成工程Ｓ４では、電解液ＥＷの溶質となる粉末５１がバイポーラ電極３の間に配置されているため、氷ＩＣが融解するのに伴って水の中に溶質が溶け出す。従って、積層体２内で電解液ＥＷが封入生成される。このように、時間のかかる注液作業を行わなくとも、積層体内に電解液を封入することができる。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
一方面側に正極が形成され、かつ他方面側に負極が形成された電極板で構成されるバイポーラ電極を有する蓄電装置の製造方法であって、
前記電極板の前記一方面側に前記正極を形成し、前記他方面側に前記負極を形成することによって前記バイポーラ電極を形成するバイポーラ電極形成工程と、
前記正極と前記負極とに含浸させた水、及びセパレータに含浸させた水の少なくとも一方を凍結させる凍結工程と、
電解液の溶質となる粉末を介して前記バイポーラ電極及び前記セパレータを交互に積層することで積層体を形成する積層体形成工程と、
前記積層体の側面にシール部を形成するシール工程と、を備える、蓄電装置の製造方法。
【請求項２】
前記溶質の粉末は、ＫＯＨを含む、請求項１に記載の蓄電装置の製造方法。
【請求項３】
前記溶質の粉末の粒径は、５ｍｍ以下である、請求項１又は２に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、電極板の縁部間にシール部が設けられ、バイポーラ電極の積層によって形成される側面が保持されるようになっている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００７−１２２９７７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では、シール部が形成された積層体の内部に電解液が封入されている。このような電解液は、積層体を積層してシール部を形成した後に、外部から積層体の内部へ注入される。しかしながら、電解液を外部から注入する工程は時間がかかるという問題があった。従って、蓄電装置の製造時間を短縮することが求められていた。
【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、製造時間を短縮することが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は、一方面側に正極が形成され、かつ他方面側に負極が形成された電極板で構成されるバイポーラ電極を有する蓄電装置の製造方法であって、電極板の一方面側に正極を形成し、他方面側に負極を形成することによってバイポーラ電極を形成するバイポーラ電極形成工程と、正極と負極とに含浸させた水、及びセパレータに含浸させた水の少なくとも一方を凍結させる凍結工程と、電解液の溶質となる粉末を介してバイポーラ電極及びセパレータを交互に積層することで積層体を形成する積層体形成工程と、積層体の側面にシール部を形成するシール工程と、を備える。
【０００７】
この蓄電装置の製造方法は、正極と負極とに含浸させた水、及びセパレータに含浸させた水の少なくとも一方を凍結させる凍結工程を備えている。このように、正極と負極とに含浸させた水、及びセパレータに含浸させた水の少なくとも一方が凍結した状態のバイポーラ電極及びセパレータを積層させてシール部を形成することで、積層体内に氷が配置される。従って、氷が融解することによって積層体内に水が封入される。このとき、積層体形成工程では、電解液の溶質となる粉末がバイポーラ電極及びセパレータの間に配置されているため、氷が融解するのに伴って水の中に溶質が溶け出す。従って、積層体内に電解液が封入される。このように、時間のかかる注液作業を行わなくとも、積層体内に電解液を封入することができる。以上により、蓄電装置の製造時間を短縮することができる。
【０００８】
また、溶質の粉末は、ＫＯＨを含んでよい。ＫＯＨは自己発熱性の溶質である。従って、ＫＯＨは水に溶けることによって発熱するため、氷の融解が促進される。
【０００９】
また、溶質の粉末の粒径は５ｍｍ以下であってよい。これによって、溶質の粉末が水に溶けやすくなる。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、蓄電装置の製造時間を短縮することができる。
【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装置の構成を示す概略断面図である。
【図２】蓄電装置の製造方法の工程を示すフローチャートである。
【図３】蓄電装置の製造工程の様子を示す図である。
【図４】蓄電装置の製造工程の様子を示す図である。
【図５】蓄電装置の製造工程の様子を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
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好適な実施形態について詳細に説明する。
【００１３】
図１は、本発明の一実施形態に係る蓄電装置の構成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３の積層体２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。
【００１４】
蓄電装置１は、上述したバイポーラ電極３の積層体２と、積層体２を保持するシール部４と、積層体２を拘束する拘束部材５とを備えている。
【００１５】
積層体２は、セパレータ６を介して複数のバイポーラ電極３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３のそれぞれは、電極板１１と、電極板１１の一方面１１ａに設けられた正極１２と、電極板１１の他方面１１ｂに設けられた負極１３とを有している。積層体２において、一のバイポーラ電極３の正極１２は、積層方向に隣り合う一方のバイポーラ電極３の負極１３と対向し、一のバイポーラ電極３の負極１３は、積層方向に隣り合う他方のバイポーラ電極の正極１２と対向している。
【００１６】
電極板１１は、例えばニッケルからなる金属箔である。電極板１１の厚さは、例えば０．１μｍ〜１０００μｍ程度となっている。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てもよい。
【００１７】
電極板１１の端部１１ｃ付近は、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、シール部４の内壁４ａに埋没した状態でシール部４に保持されている。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とシール部４の内壁４ａとによって仕切られた空間が形成されている。当該空間には、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。
【００１８】
積層体２の一方の積層端（図１における上側の積層端）には、片面に負極１３のみが設けられた最外電極板１１Ａが積層されている。当該最外電極板１１Ａは、セパレータ６を介して負極１３と最上層のバイポーラ電極３の正極１２とが対向するように配置されている。また、積層体２の他方の積層端（図１における下側の積層端）には、正極１２のみが設けられた最外電極板１１Ｂが積層されている。当該最外電極板１１Ｂは、セパレータ６を介して正極１２と最下層のバイポーラ電極３の負極１３とが対向するように配置されている。最外電極板１１Ａ，１１Ｂの縁部は、バイポーラ電極３の電極板１１と同様に、シール部４の内壁４ａに埋没した状態でシール部４に保持されている。
【００１９】
セパレータ６は、例えばシート状に形成されている。セパレータの形成材料としては、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。
【００２０】
シール部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。樹脂性のシール部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）、変性ポリフェニレンエーテル（変性ＰＰＥ）又は変性ポリフェニレンサルファイド（変性ＰＰＳ）などが挙げられる。シール部４は、バイポーラ電極３の積層によって形成される積層体２の側面２ａを取り囲んで保持する部材である。より具体的には、シール部４は、バイポーラ電極３の電極板１１、及び積層体２の積層端に位置する最外電極板１１Ａ，１１Ｂの縁部を保持し、バイポーラ電極３，３間に形成される電解液の収容空間をシールしている。
【００２１】
拘束部材５は、一対の拘束板２１Ａ，２１Ｂと、拘束板２１Ａ，２１Ｂ同士を連結する連結部材（ボルト２２及びナット２３）と、最外電極板１１Ａ，１１Ｂと拘束板２１Ａ，２１Ｂとの間に設けられる集電板２５Ａ，２５Ｂと、集電板２５Ａ，２５Ｂから電流を取り出す取出部２６Ａ，２６Ｂと、によって構成されている。拘束板２１Ａ，２１Ｂは、平板状に形成されている。拘束板２１Ａ，２１Ｂ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）等の絶縁性の材質によって構成されてよい。あるいは、拘束板２１Ａ，２１Ｂは、例えば鉄やＳＵＳ，Ａｌなどの導電性の材質によって平板状に形成されてもよい。ただし、拘束板２１Ａ，２１Ｂが導電性の材質によって構成される場合は、拘束板２１Ａ，２１Ｂと集電板２５Ａ，２５Ｂとの間に絶縁部材２４が配置される。拘束板２１Ａ，２１Ｂの縁部には、ボルト２２を挿通させる挿通孔２１ａがシール部４よりも外側となる位置に設けられている。ボルト２２は、例えば一方の拘束板２１Ａ側から他方の拘束板２１Ｂ側に向かって挿通孔２１ａに通され、他方の拘束板２１Ｂから突出するボルト２２の先端には、ナット２３が螺合されている。
【００２２】
集電板２５Ａ，２５Ｂは、Ｎｉ、Ｎｉメッキ鋼板、ＳＵＳ、アルミなどの導電性の材質によって平板状に構成されている。集電板２５Ａの積層方向における内側の面は、シール部４の内側の領域にて、最外電極板１１Ａと接触する。他方の集電板２５Ｂの積層方向における内側の面は、シール部４の内側の領域にて、最外電極板１１Ｂと接触する。
【００２３】
取出部２６Ａは、集電板２５Ａと接続されている。取出部２６Ａは、集電板２５Ａの側面に接続されている。取出部２６Ａは、シール部４を貫通して、当該シール部４の外部に引き出されている。ただし、取出部２６Ａの接続位置や引き出し位置は特に限定されない。取出部２６Ｂは、集電板２５Ｂと接続されている。取出部２６Ｂは、集電板２５Ｂの側面に接続されている。取出部２６Ｂは、シール部４を貫通して、当該シール部４の外部に引き出されている。ただし、取出部２６Ｂの接続位置や引き出し位置は特に限定されない。
【００２４】
これにより、積層体２、最外電極板１１Ａ，１１Ｂ、及びシール部４が挟持されてユニット化されると共に、拘束荷重が付加される。また、最外電極板１１Ａ，１１Ｂは、積層体２で発生した電流を取出部２６Ａ，２６Ｂへ出力することができる。
【００２５】
続いて、上述した蓄電装置１の製造方法について、図２〜図５を参照して説明する。図２に示すように、蓄電装置１の製造方法は、バイポーラ電極形成工程Ｓ１と、水含浸工程Ｓ２と、凍結工程Ｓ３と、積層体形成工程Ｓ４と、シール工程Ｓ５と、融解工程Ｓ６と、を備えている。ただし、各工程の一部は、同時に実行されてもよい。また、一部の工程の順序が変更されてもよい。ただし、電解液の漏れを防止する必要があるため、シール工程Ｓ５と融解工程Ｓ６の順序を入れ替えることはできない。
【００２６】
バイポーラ電極形成工程Ｓ１は、電極板１１の一方面１１ａ側に正極１２を形成し、他方面１１ｂ側に負極１３を形成することによってバイポーラ電極３を形成する工程である。
【００２７】
水含浸工程Ｓ２は、バイポーラ電極３の正極１２と負極１３とセパレータ６とに水を含浸させる工程である。図３（ａ）に示すように、水含浸工程Ｓ２は、槽５０に貯留された水Ｗの中にバイポーラ電極３及びセパレータ６を浸すことによって実行される。特に限定されず、且つバイポーラ電極３及びセパレータ６の大きさによっても異なるが、バイポーラ電極３及びセパレータ６を槽５０の水Ｗの中に浸す時間は、十分に電極及びセパレータ６に水が含浸される時間であれば特に限定されない。また、水Ｗの温度は特に限定されず、室温であってもよく、室温よりも高い温度又は低い温度であってもよい。また、槽５０に入れるバイポーラ電極３及びセパレータ６の数も特に限定されず、一つのバイポーラ電極３及びセパレータ６を入れてもよく、複数のバイポーラ電極３及びセパレータ６を入れてもよい。ただし、水含浸工程Ｓ２の方法は特に限定されず、正極１２と負極１３とセパレータ６とに水を吹きかけることによって実行されてもよい。
【００２８】
凍結工程Ｓ３は、正極１２と負極１３とセパレータ６とに含浸させた水を凍結させる工程である。図３（ｂ）に示すように、凍結工程Ｓ３は、水含浸工程Ｓ２で正極１２及び負極１３に水を含浸させたバイポーラ電極３及び水を含浸させたセパレータ６を冷凍庫６０に一定時間、収納することによって実行される。これによって、バイポーラ電極３及びセパレータ６は、正極１２と負極１３とセパレータ６との位置に氷ＩＣを有する。なお、水含浸工程Ｓ２及び凍結工程Ｓ３は、後述の積層体形成工程Ｓ４やシール工程Ｓ５とは、別の場所で行われてよい。すなわち、別の場所で凍結させたバイポーラ電極３及びセパレータ６を積層体形成工程Ｓ４やシール工程Ｓ５を実行する場所まで搬送してもよい。
【００２９】
積層体形成工程Ｓ４は、電解液の溶質となる粉末５１を介してバイポーラ電極３及びセパレータ６を交互に積層することで積層体２を形成する工程である。図４に示すように、積層体形成工程Ｓ４では、セパレータ６とバイポーラ電極３との間に、溶質の粉末５１の層を介在させる。粉末５１の層は、正極１２またはセパレータ６の位置に形成された氷ＩＣと隣接した位置に配置される。ただし、粉末５１は、最終的に氷ＩＣが融解する事で得られる水に溶けることができる位置であれば、どこに配置されてもよい。例えば、隣り合う電極板１１の縁部同士の隙間に配置されてもよい。以上によって、正極１２と負極１３とセパレータ６との位置に氷ＩＣが形成されたままの状態で、積層体２が形成される。
【００３０】
ここで、電解液の溶質となる粉末５１は、ＫＯＨ（水酸化カリウム）を含んでよい。ＫＯＨは、自己発熱性の物質であるため、水に溶けると発熱する。従って、粉末５１がＫＯＨを含むことで、氷ＩＣが融解する時間を短縮することができる。なお、粉末５１は、電解液の溶質として機能する成分であれば、どのような成分を含んでいてもよい。例えば、電解液の溶質であって自己発熱性を有する物質として、ＫＯＨの他にＮａＯＨ等が挙げられる。溶質の粉末５１は、単一の成分を含んでいてもよく、複数の成分を含んでいてもよい。また、溶質の粉末５１の粒径は、１０ｍｍ以下であってよく、より好ましくは５ｍｍ以下であってよい。溶質の粉末５１の粒径が当該範囲にあることにより、溶質の粉末５１が水に溶けやすくなる。なお、積層体２内に配置する粉末５１の量は、蓄電装置１の大きさに従って適宜設定すればよい。例えば、水Ｗに対して２０〜５０の割合で粉末５１を積層体２内に配置してよい。
【００３１】
シール工程Ｓ５は、積層体２の側面にシール部４を形成する工程である。これにより、積層体２が形成された後、当該積層体２の側面を覆うシール部４が形成される。シール工程は、各バイポーラ電極３の電極板１１の縁部付近にシール部材３０を配置して溶着する一次シール工程と、当該一次シールのシール部全体を射出成形によって覆う二次シール工程と、を含んでよい。なお、一次シール工程が完了すれば、積層体２の内部空間は封止され、氷ＩＣが融解しても外部に水が漏れない。従って、二次シール工程は、氷ＩＣの状態に関わらず、どのタイミングで実行されてもよい。
【００３２】
融解工程Ｓ６は、積層体２内に含まれるバイポーラ電極３の氷ＩＣを融解させる工程である。ここで、氷ＩＣは、積極的に加熱するための動作を行わなくとも自然に融解するものであるため、融解工程Ｓ５は積極的な手順として実行されなくともよい。すなわち、積極的な加熱のための動作を行わなくとも融解工程Ｓ６は自然に実行されるとみなしてもよい。特に、溶質の粉末５１がＫＯＨなどの自己発熱性の成分を含んでいる場合は、ＫＯＨの発熱によって氷ＩＣの融解が促進されるため、積極的に加熱を行う必要性を無くすことができる。ただし、融解工程Ｓ６において、積極的な加熱を行うことで氷ＩＣの融解を促進させてもよい。例えば、融解工程Ｓ６は、積層体２内部に熱湯を注入することによって実行されてよい。当該熱湯は、外部と積層体２の内部とを導通する注水口から注入されてよい。その他、融解工程Ｓ６は、積層体２自体を高温の場所へ収納することによって行われてもよい。融解工程Ｓ６で氷ＩＣが融解することで、水の中に溶質の粉末５１が溶け出す。これによって、図５に示すように、積層体２の内部に電解液ＥＷが封入される。
【００３３】
上述の融解工程Ｓ６が終了することで、図２に示す手順が終了する。なお、完成した積層体２及びシール部４を拘束部材５で拘束することで、蓄電装置１を組み立てる。これによって、蓄電装置１の製造工程が完了する。なお、氷ＩＣの融解は、拘束部材５での拘束作業中、または拘束作業の完了後に進行していてもよい。
【００３４】
次に、本実施形態に係る蓄電装置１の製造方法の作用・効果について説明する。
【００３５】
例えば、従来の蓄電装置では、シール部４で囲まれる積層体２の内部空間に対して、小さな注液口から電解液を注液していた。しかしながら、当該方法では、電解液の輸送や電極への含浸に時間がかかるという問題がある。従って、蓄電装置の製造時間を短縮することが求められていた。
【００３６】
本実施形態に係る蓄電装置１の製造方法は、正極１２と負極１３とセパレータ６とに含浸させた水を凍結させる凍結工程Ｓ３を備えている。このように、正極１２と負極１３とセパレータ６とに含浸させた水が凍結した状態のバイポーラ電極３及びセパレータ６を積層させてシール部４を形成することで、積層体２内に氷ＩＣが配置される。従って、氷ＩＣが融解することによって積層体２内に水が封入される。このとき、積層体形成工程Ｓ４では、電解液ＥＷの溶質となる粉末５１がバイポーラ電極３及びセパレータ６の間に配置されているため、氷ＩＣが融解するのに伴って水の中に溶質が溶け出す。従って、シール部４内で電解液ＥＷが封入される。また、正極１２と負極１３とセパレータ６とに含浸させた水Ｗを凍結させて氷ＩＣを形成したので、当該氷ＩＣが融解することで、同時に正極１２と負極１３とセパレータ６とに液が含浸された状態となる。よって、外部から電解液を注液するよりも、速やかに正極１２と負極１３とセパレータ６とに電解液を含浸させることができる。このように、時間のかかる注液作業を行わなくとも、積層体２内に電解液ＥＷを封入することができる。以上により、蓄電装置の製造時間を短縮することができる。なお、電解液ＥＷを生成するための水Ｗを氷ＩＣとすることで、本来液体として取り扱う物を固体として取り扱うことができる。従って、取り扱いの容易性も向上する。
【００３７】
なお、水含浸工程Ｓ２及び凍結工程Ｓ３に時間がかかったとしても、これらの工程とは別の場所で蓄電装置の組立を進めることが可能である。また、氷の融解に時間がかかったとしても、当該融解の状況に関わらず、別の工程を進めることができる。すなわち、外部から電解液を注液する場合は、蓄電装置の組立工程自体がそれ以上進まなくなってしまうが、本実施形態に係る製造方法では、蓄電装置の組立工程と同時進行で、電解液を封入するための工程を進めることができる。従って、総合的に見た場合の蓄電装置の製造時間を短縮することができる。
【００３８】
また、溶質の粉末５１は、ＫＯＨを含んでいる。ＫＯＨは自己発熱性の溶質である。従って、ＫＯＨは水Ｗに溶けることによって発熱するため、氷ＩＣの融解が促進される。
【００３９】
また、溶質の粉末５１の粒径は、５ｍｍ以下である。これによって、溶質の粉末５１が水に溶けやすくなる。
【００４０】
本発明は、上記実施形態に限られるものではない。例えば、電解液の全てを氷の融解によって生成する必要はない。すなわち、電解液の一部を氷の融解により生成し、電界液の他の一部を外部からの注入によって得てもよい。また、例えば、上述の実施形態では、一次シール工程と二次シール工程が行われていたが、シール工程は１回でもよい。
【００４１】
また、上述の実施形態では、バイポーラ電極３とセパレータ６を積層させた状態で水を含浸させ、凍結させていた（図３参照）。これに代えて、バイポーラ電極３とセパレータ６とを別体とした状態で水を含浸させ、凍結させてもよい。また、水含浸工程Ｓ２及び凍結工程Ｓ３は、バイポーラ電極３（すなわち正極１２及び負極１３）とセパレータ６との少なくとも一方に対してなされればよい。従って、バイポーラ電極３のみに対して水含浸工程Ｓ２及び凍結工程Ｓ３が行われ、セパレータ６に対しては水含浸工程Ｓ２及び凍結工程Ｓ３が行われなくともよい。または、セパレータ６のみに対して水含浸工程Ｓ２及び凍結工程Ｓ３が行われ、バイポーラ電極３に対しては水含浸工程Ｓ２及び凍結工程Ｓ３が行われなくともよい。
【符号の説明】
【００４２】
１…蓄電装置、３…バイポーラ電極、４…シール部、６…セパレータ、１１…電極板、１２…正極、１３…負極、５１…溶質の粉末、ＩＣ…氷、ＥＷ…電解液。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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