(57)【要約】【課題】隣接する集電体間において短絡が発生することを抑制できる蓄電装置を提供する。【解決手段】蓄電装置１０は、集電体１６の一方の面１６ａに正極層１８が設けられると共に集電体の他方の面１６ｂに負極層２０が設けられた複数のバイポーラ電極１２がセパレータ１４を介して積層された蓄電装置であって、セパレータを挟んで互いに対向する他方の面には、負極層２０が露出しないように負極層を覆う絶縁層２２が設けられている。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
集電体の一方の面に正極層が設けられると共に前記集電体の他方の面に負極層が設けられた複数のバイポーラ電極がセパレータを介して積層された蓄電装置であって、
前記セパレータを挟んで互いに対向する前記一方の面及び前記他方の面には、前記正極層が露出しないように前記正極層を覆う第一の絶縁層及び前記負極層が露出しないように前記負極層を覆う第二の絶縁層の少なくとも一方が設けられている、蓄電装置。
【請求項２】
前記バイポーラ電極の積層方向から見たとき、第一の絶縁層の面積は前記正極層の面積よりも大きく、前記第二の絶縁層の面積は前記負極層の面積よりも大きい、請求項１記載の蓄電装置。
【請求項３】
前記セパレータを挟んで互いに対向する前記一方の面に前記第一の絶縁層は設けられず、前記他方の面に前記第二の絶縁層のみが設けられている、請求項１又は２記載の蓄電装置。
【請求項４】
前記集電体の周縁に沿って配置され、隣接する前記バイポーラ電極の前記集電体同士の間隔を保持するスペーサと、前記スペーサの外側を取り囲むように配置される樹脂からなるケースと、を備え、
前記セパレータは、前記スペーサを介して配置される前記バイポーラ電極間に配置されている、請求項１〜３の何れか一項記載の蓄電装置。
【請求項５】
前記セパレータは、前記セパレータの周縁が前記スペーサに接触しないように配置されている、請求項４記載の蓄電装置。
【請求項６】
ニッケル水素二次電池である、請求項１〜４の何れか一項記載の蓄電装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、蓄電装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
集電体の一方の面に正極が形成され、他方の面に負極が形成されたバイポーラ電極が電解質を保持するセパレータを介して一方向に積層された蓄電装置（バイポーラ電池）が知られている（例えば、特許文献１）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００６−８６０４９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
このようなバイポーラ電極は、隣接する集電体同士の距離が非常に短く、何かの要因でセパレータがずれた場合には、正極層と負極層とが接触し、短絡するおそれがある。上記短絡の可能性を低減させるためには、正極層と負極層とが接触する可能性のある箇所に確実にセパレータが配置されるように、セパレータのサイズ及びセパレータの配置位置を厳密に調整することが考えられるが、精度管理には手間を要し、現実的ではない。
【０００５】
本発明は、隣接する集電体間において短絡が発生することを抑制できる蓄電装置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】
本発明に係る蓄電装置は、集電体の一方の面に正極層が設けられると共に集電体の他方の面に負極層が設けられた複数のバイポーラ電極がセパレータを介して積層された蓄電装置であって、セパレータを挟んで互いに対向する一方の面及び他方の面には、正極層が露出しないように正極層を覆う第一の絶縁層及び負極層が露出しないように負極層を覆う第二の絶縁層の少なくとも一方が設けられている。
【０００７】
この構成の蓄電装置では、集電体の一方の面に設けられた正極層及び他方の面に設けられた負極層の少なくとも一方が絶縁層によって露出しないように覆われている。これにより、何かの要因でセパレータがずれた場合であっても、正極層と負極層とが直接接触することが防止される。言い換えれば、正極層と負極層とは、絶縁層を介して接触することはあっても、直接接触することはない。この結果、隣接する集電体間において短絡が発生することを抑制できる。
【０００８】
本発明に係る蓄電装置では、バイポーラ電極の積層方向から見たとき、第一の絶縁層の面積は正極層の面積よりも大きく、第二の絶縁層の面積は負極層の面積よりも大きくてもよい。この蓄電装置では、正極層と負極層との接触をより確実に抑制することができる。
【０００９】
本発明に係る蓄電装置では、セパレータを挟んで互いに対向する一方の面に第一の絶縁層は設けられず、他方の面に第二の絶縁層のみが設けられていてもよい。この蓄電装置では、簡易な構成によって、隣接する集電体間において短絡が発生することを抑制できる。
【００１０】
本発明に係る蓄電装置は、集電体の周縁に沿って配置され、隣接するバイポーラ電極の集電体同士の間隔を保持するスペーサと、スペーサの外側を取り囲むように配置される樹脂からなるケースと、を備え、セパレータは、スペーサを介して配置されるバイポーラ電極間に配置されていてもよい。
【００１１】
このような構成の蓄電装置では、セパレータは、バイポーラ電極とは別部材であり、隣接するバイポーラ電極によって挟持されることにより位置決め配置される。正極層と負極層との接触による短絡を防止するためには、セパレータのサイズ及びセパレータの配置位置を厳密に調整する必要がある。しかしながら、精度管理に非常な手間と費用とを要する。上記構成の蓄電装置では、第一の絶縁層及び第二の絶縁層の少なくとも一方が設けられているので、正極層と負極層とが直接接触することがない。したがって、隣接する集電体間において短絡が発生することを抑制できる。
【００１２】
本発明に係る蓄電装置では、セパレータは、セパレータの周縁がスペーサに接触しないように配置されていてもよい。この蓄電装置では、セパレータの周縁とスペーサとの間に隙間がある場合であっても、当該隙間を介して正極層と負極層とが直接接触することはない。また、バイポーラ電極の積層時に、集電体とスペーサとの間にセパレータが噛み込んでしまうことを抑制できる。これにより、セパレータの噛み込みによるシール性能の低下を抑制できる。
【００１３】
上記蓄電装置は、ニッケル水素二次電池として構成してもよい。このように構成されたニッケル水素二次電池においても、隣接する集電体間において短絡が発生することを抑制することができる。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、隣接する集電体間の短絡を抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】一実施形態に係る蓄電装置を模式的に示す断面図である。
【図２】図１のII-II線における断面図である。
【図３】変形例に係る蓄電装置を模式的に示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、添付図面を参照しながら本発明の実施形態が詳細に説明される。図面の説明において、同一又は同等の要素には同一符号が用いられ、重複する説明は省略される。図１〜図３には、ＸＹＺ直交座標系が示される。
【００１７】
図１に示される蓄電装置１０は、例えばフォークリフト、ハイブリッド自動車、又は電気自動車等の車両に搭載されるニッケル水素二次電池である。蓄電装置１０は、複数のバイポーラ電極１２と、正極終端電極３０と、正極端子部材３５と、負極終端電極４０と、負極端子部材４５と、一対の拘束体５０，５０と、スペーサ６０と、ケース６５と、を備える。
【００１８】
複数のバイポーラ電極１２は、セパレータ１４を介して直列に積層される。複数のバイポーラ電極１２のそれぞれは、一方の面１６ａ及び一方の面１６ａとは反対側の他方の面１６ｂを有する集電体１６と、一方の面１６ａに設けられた正極層１８と、他方の面１６ｂに設けられた負極層２０と、負極層２０が露出しないように負極層２０を覆う絶縁層２２（第二の絶縁層）と、を有している。
【００１９】
セパレータ１４は、互いに隣接するバイポーラ電極１２の間、正極終端電極３０とバイポーラ電極１２との間、及びバイポーラ電極１２と負極終端電極４０との間に配置されている。例えば、セパレータ１４は、Ｚ軸方向から見た形状が矩形であり、シート状に形成されている。セパレータ１４は、例えば多孔膜又は不織布である。セパレータ１４は電解液を透過させ得る。セパレータ１４の材料としては、例えばポリエチレン、ポリプロピレン等のポリオレフィン、ポリイミド等が挙げられる。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が使用され得る。Ｚ軸方向から見たセパレータ１４のサイズは、スペーサ６０により囲まれる領域よりも小さい。セパレータ１４の周縁１４ａとスペーサ６０の内周面６０ｂとの間に隙間Ｇが形成されている。
【００２０】
集電体１６は、例えば、Ｚ軸方向から見た形状が矩形であり、ニッケル、ステンレススチール、Ｎｉメッキされた鋼板等からなる金属箔である。集電体１６の厚みは、例えば１〜５０μｍである。正極層１８は、正極活物質を含む。正極活物質は、例えば水酸化ニッケル（Ｎｉ（ＯＨ）２）の粒子である。負極層２０は、負極活物質を含む。負極活物質は、例えば水素吸蔵合金の粒子である。なお、集電体１６は、導電性樹脂でもよい。
【００２１】
図２に示されるように、正極層１８及び負極層２０は、バイポーラ電極１２の積層方向（以下、Ｚ軸方向ともいう）に直交する平面（ＸＹ平面）に沿って延在している。絶縁層２２も同様に、Ｚ軸方向に直交する平面に沿って延在している。Ｚ軸方向から見たとき、絶縁層２２の周縁２２ｃは、負極層２０の周縁２０ａの外側に位置し、当該周縁２０ａを取り囲むように形成されている。言い換えれば、Ｚ軸方向から見たとき、絶縁層２２が配置される範囲は、負極層２０が配置される範囲を完全に包含する。Ｚ軸方向から見たとき、絶縁層２２の面積は負極層２０の面積よりも大きい。絶縁層２２は、例えば、セラミックスからなる層であり、例えば、酸化アルミニウム（アルミナ）の粒子が含有されてなる層である。
【００２２】
正極終端電極３０は、複数のバイポーラ電極１２（バイポーラ電極群）のＺ軸方向における一方側の端部にセパレータ１４を介して配置される。すなわち、正極終端電極３０は、Ｚ軸方向において、複数のバイポーラ電極１２の最も外側に配置される。正極終端電極３０は、例えば、Ｚ軸方向から見た形状が矩形であり、ニッケル、ステンレススチール、Ｎｉメッキされた鋼板等からなる金属板である集電体３１と、集電体３１の一方の面３１ａに設けられた正極層３３と、を有している。正極層３３は、ＸＹ平面に沿って延在している。集電体３１は、Ｚ軸方向において集電体１６よりも厚い。正極層３３は、バイポーラ電極１２における正極層１８と同じ構成である。なお、集電体３１は、導電性樹脂でもよい。
【００２３】
負極終端電極４０は、複数のバイポーラ電極１２（バイポーラ電極群）のＺ軸方向における他方側の端部にセパレータ１４を介して配置される。すなわち、負極終端電極４０は、Ｚ軸方向において、複数のバイポーラ電極１２の最も外側に配置される。負極終端電極４０は、例えば、Ｚ軸方向から見た形状が矩形であり、ニッケル、ステンレススチール、Ｎｉメッキされた鋼板等からなる金属板である集電体４１と、集電体４１の一方の面４１ａに設けられた負極層４３と、を有している。負極層４３は、ＸＹ平面に沿って延在している。集電体４１は、Ｚ軸方向において集電体１６よりも厚い。負極層４３は、バイポーラ電極１２における負極層２０と同じ構成である。なお、集電体３１は、導電性樹脂でもよい。
【００２４】
正極端子部材３５は、正極終端電極３０と拘束体５０との間に配置され、正極終端電極３０における集電体３１に接触配置されている。正極端子部材３５は、接触部３７と、引出部３９と、を有している。接触部３７は、例えば、Ｚ軸方向から見た形状が矩形であり、正極終端電極３０における集電体３１の他方の面３１ｂに、接触配置されている。引出部３９は、後段にて詳述するケース６５における貫通部６５ａに挿通され、ケース６５の外側に引き出される。引出部３９は、蓄電装置１０の充放電を行うことができる端子として機能する。
【００２５】
負極端子部材４５は、負極終端電極４０と拘束体５０との間に配置され、負極終端電極４０における集電体４１に接触配置されている。負極端子部材４５は、接触部４７と、引出部４９と、を有している。接触部４７は、例えば、Ｚ軸方向から見た形状が矩形であり、負極終端電極４０における集電体４１の他方の面４１ｂに、接触配置されている。引出部４９は、後段にて詳述するケース６５における貫通部６５ａに挿通され、ケース６５の外側に引き出される。引出部４９は、蓄電装置１０の充放電を行うことができる端子として機能する。
【００２６】
スペーサ６０は、隣接するバイポーラ電極１２の集電体１６同士の間隔を保持する。スペーサ６０は、集電体１６の周縁１６ｃに沿って配置されている。スペーサ６０は、電解液（水酸化カリウム）に対する耐性を有するゴム系樹脂から形成されている。ゴム系樹脂の例には、ＥＰＤＭ（エチレン・プロピレン・ジエンゴム）及びフッ素ゴム等が含まれる。
【００２７】
図１に示されるように、ケース６５は、Ｚ軸方向において、複数のバイポーラ電極１２と、セパレータ１４と、正極終端電極３０と、負極終端電極４０と、スペーサ６０とを含んで構成される積層体２５のＺ軸方向と直交する方向における端部（Ｚ軸方向から積層体２５を見たときの外形となる端部）を覆う。言い換えれば、積層体２５の側面を取り囲んで保持する。ケース６５は、筒状に形成された樹脂ケースであり、ケース６５内には電解液が充填される。
【００２８】
ケース６５は、スペーサ６０の外周面６０ａ、集電体３１の周縁３１ｃ、集電体１６の周縁１６ｃ及び集電体４１の周縁４１ｃを取り囲むように配置されている。ケース６５は、電解液（水酸化カリウム）に対する耐腐食性を有すると共にガス透過性が低い、絶縁性の樹脂から形成されている。ケース６５を形成する樹脂の例は、変性ＰＰＥ（変性ポリフェニレンエーテル）及びＰＰＳ（ポリフェニレンサルファイド）が含まれる。
【００２９】
一対の拘束体５０，５０は、Ｚ軸方向において、複数のバイポーラ電極１２と、正極終端電極３０と、負極終端電極４０とを含んで構成される積層体２５と、正極端子部材３５と，負極端子部材４５と、を挟持する。また、一対の拘束体５０，５０は、積層体２５に加え、ケース６５も挟持する。一対の拘束体５０，５０は、ＳＵＳ（ステンレス鋼）により形成されている。この場合、拘束体５０と正極端子部材３５との間、及び拘束体５０と負極端子部材４５との間に絶縁シートを配置すればよい。なお、一対の拘束体５０，５０は、樹脂により形成されていてもよい。絶縁シート又は樹脂材料は、水酸化カリウムに対する耐性を有していてもよい。
【００３０】
一対の拘束体５０，５０には、Ｚ軸方向に延びるボルトＢを貫通するための貫通孔５０ａが設けられる。貫通孔５０ａは、Ｚ軸方向から見てケース６５の外側に配置される。ボルトＢは、一方の拘束体５０から他方の拘束体５０に向かって挿通される。ボルトＢの先端にはナットＮが螺合される。これにより、一対の拘束体５０，５０は、積層体２５、正極端子部材３５、負極端子部材４５、及びケース６５に対して、拘束荷重を付加する。その結果、ケース６５内は密封される。ボルトＢの貫通孔５０ａは、貫通孔内周及びボルト座面とその周面が絶縁処理されている。
【００３１】
次に、上記実施形態の蓄電装置１０の作用効果について説明する。図１に示されるように、上記実施形態の蓄電装置１０では、集電体１６の他方の面１６ｂに設けられた負極層２０が絶縁層２２によって露出しないように覆われている。これにより、何かの要因でセパレータ１４がずれた場合であっても、正極層１８と負極層２０とが直接接触することが防止される。言い換えれば、正極層１８と負極層２０とは、絶縁層２２を介して接触することはあっても、直接接触することがなくなる。この結果、隣接する集電体１６間において短絡が発生することを抑制できる。
【００３２】
上記実施形態では、図２に示されるように、Ｚ軸方向から見たときの絶縁層２２の面積が負極層２０の面積よりも大きいので、正極層１８と負極層２０との接触をより確実に抑制することができる。また、上記実施形態では、図１に示されるように、セパレータ１４を挟んで互いに対向する集電体１６の面のうち、一方の面１６ｂにのみ絶縁層２２が設けられている。これにより、簡易な構成によって、隣接する集電体１６間において短絡が発生することを抑制できる。また、一方の面１６ｂにのみ絶縁層２２を設けることにより、積層方向の厚み及び全体の重量を低減することができる。
【００３３】
上記実施形態では、セパレータ１４は、バイポーラ電極１２とは別部材であり、隣接するバイポーラ電極１２によって挟持されることにより位置決め配置されている。正極層１８と負極層２０との接触による短絡を防止するためには、セパレータ１４のサイズ及びセパレータ１４の配置位置を厳密に調整する必要があるが、精度管理には手間と費用とを要するので現実的ではない。上記構成の蓄電装置１０では、負極層２０が露出しないように負極層２０を覆う絶縁層２２が設けられているので、正極層１８と負極層２０とが直接接触することがない。したがって、厳密な精度管理をしなくても、隣接する集電体１６間において短絡が発生することを抑制できる。
【００３４】
上記実施形態では、図２に示されるように、セパレータ１４は、セパレータ１４の周縁１４ａがスペーサ６０の内周面６０ｂに接触しないように配置されており、セパレータ１４の周縁１４ａとスペーサ６０の内周面６０ｂとの間に隙間Ｇが形成されている。このような隙間Ｇが形成されていても、上記構成の蓄電装置１０では、負極層２０が露出しないように覆う絶縁層２２が設けられているので、当該隙間Ｇを介して正極層１８と負極層２０とが直接接触することはない。また、このような構成とすることにより、バイポーラ電極１２の積層時に、集電体１６とスペーサ６０との間にセパレータ１４が噛み込んでしまうことを抑制できる。これにより、セパレータ１４の噛み込みによるシール性能の低下を抑制できる。
【００３５】
以上、一実施形態について詳細に説明されたが、本発明は上記実施形態に限定されない。
【００３６】
上記実施形態では、セパレータ１４を挟んで互いに対向する集電体１６の一方の面１６ａ及び他方の面１６ｂに、正極層１８が露出しないように正極層１８を覆う第一の絶縁層及び負極層２０が露出しないように負極層２０を覆う第二の絶縁層の少なくとも一方が設けられている例として、負極層２０を覆う絶縁層（第二の絶縁層）２２が設けられる例を挙げて説明した。本発明は、上記実施形態に限定されない。例えば、図３に示されるように、セパレータ１４を挟んで互いに対向する集電体１６の一方の面１６ａ及び他方の面１６ｂに、正極層１８が露出しないように正極層１８を覆う絶縁層（第一の絶縁層）２２Ｂ及び負極層２０が露出しないように負極層２０を覆う絶縁層（第二の絶縁層）２２Ａの両方が設けられていてもよい。
【００３７】
変形例に係る蓄電装置１０Ａであっても、集電体１６の一方の面１６ａに設けられた正極層１８及び他方の面１６ｂに設けられた負極層２０の両方が絶縁層２２Ｂ，２２Ａによって露出しないようにそれぞれ覆われている。これにより、何かの要因でセパレータ１４がずれた場合であっても、正極層１８と負極層２０とが直接接触することが防止される。この結果、隣接する集電体１６間において短絡が発生することを抑制できる。
【００３８】
上記実施形態又は変形例では、蓄電装置１０の充放電を行うことができる端子を積層体２５の側面から引き出す例を挙げて説明したが、これに限定されない。例えば、Ｚ軸方向における両端、すなわち、積層方向における両端に設けられてもよい。この場合、一対の拘束体５０，５０のそれぞれを導電部材によって形成し、それぞれの拘束体５０，５０に電気的に接続される端子を設けることができる。また、端子に電気的に接続される導通部材が一対の拘束体５０，５０のそれぞれに埋め込まれてもよい。
【００３９】
上記実施形態又は変形例では、バイポーラ電極１２を含む積層体２５がスペーサ６０及びケース６５の両方によって保持されている例を挙げて説明したが、例えば、ケース６５のみによって保持されてもよい。このような蓄電装置は、例えば、治具に保持された状態の積層体２５をインサート成形することにより製造することができる。
【００４０】
また、上記実施形態又は変形例では、蓄電装置１０がニッケル水素二次電池の例を挙げて説明したが、リチウムイオン二次電池であってもよい。この場合、正極活物質は、例えば複合酸化物、金属リチウム、硫黄等である。負極活物質は、例えば黒鉛、高配向性グラファイト、メソカーボンマイクロビーズ、ハードカーボン、ソフトカーボン等のカーボン、リチウム、ナトリウム等のアルカリ金属、金属化合物、ＳｉＯｘ（０．５≦ｘ≦１．５）等の金属酸化物、ホウ素添加炭素等である。
【符号の説明】
【００４１】
１０，１０Ａ…蓄電装置、１２…バイポーラ電極、１４…セパレータ、１４ａ…セパレータの周縁、１６…集電体、１６ａ…集電体の一方の面、１６ｂ…集電体の他方の面、１６ｃ…集電体の周縁、１８…正極層、２０…負極層、２０ａ…負極層の周縁、２２…絶縁層（第一の絶縁層）、２２Ａ…絶縁層（第二の絶縁層）、２２Ｂ…絶縁層（第一の絶縁層）、２２ｃ…絶縁層の周縁、６０…スペーサ、６０ａ…スペーサの外周面、６０ｂ…スペーサの内周面。
【図１】
2018085253.tif 000003
【図２】
2018085253.tif 000004
【図３】
2018085253.tif 000005