(57)【要約】【課題】バイポーラ電極が積層された積層体部分の放熱性を向上させることが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に設けられた正極層１８と一方の面とは反対側の他方の面１６ｂに設けられた負極層２０とを有するバイポーラ電極１２を有する蓄電装置であって、バイポーラ電極がセパレータ１４を介してＺ軸方向に積層されたバイポーラ電極群を含む積層体２５と、積層体の側面を取り囲んで保持する第一樹脂部６０Ａと、第一樹脂部を取り囲む第二樹脂部６０Ｂとを有する絶縁性のケース６０と、を備え、第一樹脂部は、電解液に対する耐腐食性を有する樹脂から形成されており、第二樹脂部は、第一樹脂部よりも熱伝導率が高い樹脂から形成されている。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
集電体の一方の面に設けられた正極層と前記一方の面とは反対側の他方の面に設けられた負極層とを有するバイポーラ電極を有する蓄電装置であって、
前記バイポーラ電極がセパレータを介して第一方向に積層されたバイポーラ電極群を含む積層体と、
前記積層体の側面を取り囲んで保持する第一樹脂部と、前記第一樹脂部を取り囲む第二樹脂部とを有する絶縁性のケースと、を備え、
前記第一樹脂部は、電解液に対する耐腐食性を有する樹脂から形成されており、前記第二樹脂部は、前記第一樹脂部よりも熱伝導率が高い樹脂から形成されている、蓄電装置。
【請求項２】
前記第一方向から見たときの前記バイポーラ電極における集電体の端部は、前記第二樹脂部によって保持されている、請求項１に記載の蓄電装置。
【請求項３】
ニッケル水素二次電池である、請求項１又は２記載の蓄電装置。
【請求項４】
前記第一樹脂部は、水酸化カリウムに対する耐腐食性を有する樹脂から形成されている、請求項３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セパレータを介して一方向に積層された積層体を備えるバイポーラ電池が知られている。例えば、特許文献１には、バイポーラ電極の積層方向から集電体を見たときに、外形となる端部が樹脂により被覆されたバイポーラ電池が開示されている。
【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】
上記バイポーラ電極を含む蓄電装置では、充放電時に熱が発生する。しかしながら、上記従来のバイポーラ電池では、集電板の端部が樹脂により覆われているので、当該積層体部分で発生する熱を集電体の端部、すなわちバイポーラ電極の積層方向に直交する方向から放熱させることが難しく、放熱性に乏しい。
【０００５】
本発明は、バイポーラ電極が積層された積層体部分の放熱性を向上させることが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設けられた正極層と一方の面とは反対側の他方の面に設けられた負極層とを有するバイポーラ電極を有する蓄電装置であって、バイポーラ電極がセパレータを介して第一方向に積層されたバイポーラ電極群を含む積層体と、積層体の側面を取り囲んで保持する第一樹脂部と、第一樹脂部を取り囲む第二樹脂部とを有する絶縁性のケースと、を備え、第一樹脂部は、電解液に対する耐腐食性を有する樹脂から形成されており、第二樹脂部は、第一樹脂部よりも熱伝導率が高い樹脂から形成されている。
【０００７】
この蓄電装置では、積層体の側面を取り囲んで保持する第一樹脂部が電解液に対する耐腐食性を有しているので、電解液によって腐食されることがない。さらに、第一樹脂部の外側には、第一樹脂部よりも熱伝導率が高い第二樹脂部が設けられているので、積層体において発生した熱をケースの外側に効率的に逃がすことができる。この結果、バイポーラ電極が積層された積層体部分の放熱性を向上させることができる。
【０００８】
第一方向から見たときのバイポーラ電極における集電体の端部は、第二樹脂部によって保持されていてもよい。この構成の蓄電装置では、バイポーラ電極の集電体は、第一樹脂部及び第二樹脂部の両方によって保持され、その端部は、熱伝導率が相対的に高い第二樹脂部によって保持されている。これにより、積層体において発生した熱を、集電体を介してケースの外側に効果的に放熱することができる。
【０００９】
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。この構成のニッケル水素二次電池では、上記のとおり、バイポーラ電極が積層された積層体部分の放熱性を向上させることができる。
【００１０】
第一樹脂部は、水酸化カリウムに対する耐腐食性を有する樹脂から形成されていてもよい。この構成の蓄電装置では、ニッケル水素二次電池として構成される場合であっても、積層体に保持される電解液によって腐食されることがない。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、バイポーラ電極が積層された積層体部分の放熱性を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】第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】第二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３】第三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４】製造方法の一例を模式的に示す断面図である。
【図５】製造方法の一例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】
【００１３】
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５には、ＸＹＺ直交座標系が示される。
【００１４】
（第一実施形態）
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（バイポーラ電極群）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、ケース６０と、を備える。
【００１５】
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とを有している。正極層１８及び負極層２０は、複数のバイポーラ電極１２の積層方向（第一方向）（以下、Ｚ軸方向ともいう）に交差する平面（例えばＸＹ平面）に沿って延在している。
【００１６】
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である矩形の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。
【００１７】
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、例えば導電性樹脂でもよい。
【００１８】
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箔である集電体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。
【００１９】
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箔である集電体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。
【００２０】
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６０における貫通部６０ｃに挿通され、ケース６０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。
【００２１】
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６０における貫通部６０ｃに挿通され、ケース６０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。
【００２２】
図１に示されるように、ケース６０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６０は、筒状に形成された樹脂ケースであり、ケース６０内には電解液が充填される。
【００２３】
ケース６０は、積層体２５の側面を取り囲んで保持する第一樹脂部６０Ａと、第一樹脂部６０Ａを取り囲む第二樹脂部６０Ｂとを有している。第一樹脂部６０Ａは、電解液（水酸化カリウム）に対する耐腐食性を有する絶縁性の樹脂から形成されている。第一樹脂部６０Ａ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。
【００２４】
第二樹脂部６０Ｂは、第一樹脂部６０Ａよりも熱伝導率が高い、絶縁性の樹脂から形成されている。なお、第二樹脂部６０Ｂは、電解液（水酸化カリウム）に対する耐腐食性を有していなくてもよい。第一樹脂部６０Ａよりも熱伝導率が高い第二樹脂部６０Ｂは、例えば、ＰＰ（ポリプロピレン）、変性ＰＰＥ及びＰＰＳ等の樹脂に、フィラーを含有させることにより形成されてもよい。フィラーの例には、アルミナ及び銅等が含まれる。
【００２５】
本実施形態では、Ｚ軸方向（第一方向）から見たときの各バイポーラ電極１２における集電体１６の端部１６ｃ、正極終端電極３０における集電体３１の端部３１ｃ及び負極終端電極４０における集電体４１の端部４１ｃは、第二樹脂部６０Ｂによって保持されている。例えば、各バイポーラ電極１２の集電体１６の端部、正極終端電極３０の集電体３１の端部３１ｃ及び負極終端電極４０の集電体４１の端部４１ｃがケース６０内に埋設される。各集電体の端部が第二樹脂部６０Ｂによって保持される場合には、フィラーの導電経路となって集電体同士が短絡しないようにフィラーが調整されている。
【００２６】
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６０も挟持する。一対の拘束体５０，５０は、水酸化カリウムに対する腐食耐性を有する、例えば、ＰＰＳ（ポリフェニレンサルファイド）等の樹脂材料により形成されている。なお、一つの拘束体５０，５０は、導電性を有する材料により形成されていてもよい。この場合、拘束体５０と正極端子部材３５との間に、絶縁シートを配置すればよい。
【００２７】
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６０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、複数のバイポーラ電極１２、複数のセパレータ１４、正極終端電極３０、負極終端電極４０及びケース６０に対して、拘束荷重を付加する。その結果、ケース６０内は密封される。
【００２８】
上記のような第一樹脂部６０Ａと第二樹脂部６０Ｂとを有するケース６０を備える蓄電装置１０は、下記のように製造される。すなわち、まず、成形金型にインサート部品となる複数のバイポーラ電極１２、正極終端電極３０及び負極終端電極４０を固定した後、成形金型に第一樹脂部６０Ａを形成する樹脂を注入し、インサート部品複数のバイポーラ電極１２、正極終端電極３０及び負極終端電極４０の端部を溶融樹脂で包み込み固化させる。これにより、樹脂とインサート部品とが一体化された一次製品が完成する。
【００２９】
次に、成形金型に当該一次製品を固定し、第二樹脂部６０Ｂを形成する樹脂を注入し、一次製品と第二樹脂部６０Ｂとを一体化させる。これにより、第一樹脂部６０Ａと第二樹脂部６０Ｂとを有するケース６０に積層体２５の側面が保持された二次製品が完成する。次に、当該二次製品を一対の拘束体５０，５０により挟持し、ボルトＢ及びナットＮによって一対の拘束体５０，５０同士を締結する。これにより、一対の拘束体５０，５０によって、積層体２５が加圧された状態の蓄電装置１０が完成する。
【００３０】
次に、第一実施形態の蓄電装置１０の作用効果について説明する。第一実施形態の蓄電装置１０では、積層体２５の側面を取り囲んで保持する第一樹脂部６０Ａが電解液（水酸化カリウム）に対する耐腐食性を有しているので、電解液によって腐食されることがない。さらに、第一樹脂部６０Ａの外側には、第一樹脂部６０Ａよりも熱伝導率が高い第二樹脂部６０Ｂが設けられているので、積層体２５において発生した熱をケース６０の外側に効率的に逃がすことができる。この結果、バイポーラ電極１２が積層された積層体２５部分の放熱性を向上させることができる。
【００３１】
また、本実施形態の蓄電装置１０では、バイポーラ電極１２の集電体１６は、第一樹脂部６０Ａ及び第二樹脂部６０Ｂの両方によって保持され、その端部１６ｃは、熱伝導率が相対的に高い第二樹脂部６０Ｂによって保持されている。これにより、積層体２５において発生した熱を、集電体１６を介してケース６０の外側に効果的に放熱することができる。
【００３２】
（第二実施形態）
次に、第二実施形態に係る蓄電装置１１０について説明する。図２に示される蓄電装置１１０は、第一樹脂部６０Ａ及び第二樹脂部６０Ｂからなるケース６０を備える点において共通するが、その製造方法が第一実施形態と異なっている。すなわち、第一実施形態では、複数のバイポーラ電極１２、正極終端電極３０及び負極終端電極４０をインサート品として、一次製品を完成させたのに対し、第二実施形態では、図４に示されるように、一のバイポーラ電極１２、正極終端電極３０、及び負極終端電極４０ごとに一次製品Ｐ１を完成させる。なお、図４では、正極終端電極３０を含む一次製品、及び負極終端電極４０を含む一次製品の図示は省略している。次に、一次製品Ｐ１における第一樹脂部６０Ａ同士を熱溶着しながら積層する。これにより、一次製品Ｐ１が積層された二次製品が完成する。
【００３３】
次に、成形金型に当該二次製品を固定し、第二樹脂部６０Ｂを形成する樹脂を注入し、二次製品と第二樹脂部６０Ｂとを一体化させる。これにより、第一樹脂部６０Ａと第二樹脂部６０Ｂとを有するケース６０に積層体２５の側面が保持された三次製品が完成する。次に、当該三次製品を一対の拘束体５０，５０により挟持し、ボルトＢ及びナットＮによって一対の拘束体５０，５０同士を締結する。これにより、一対の拘束体５０，５０によって、積層体２５が加圧された状態の蓄電装置１１０が完成する。
【００３４】
この蓄電装置１１０も第一実施形態の蓄電装置１０と同様の効果を得ることができる。
【００３５】
（第三実施形態）
次に、第三実施形態に係る蓄電装置２１０について説明する。図３に示される蓄電装置２１０は、第一樹脂部６０Ａ及び第二樹脂部６０Ｂからなるケース６０を備える点において共通するが、その製造方法が、第一実施形態及び第二実施形態と異なっている。すなわち、第一実施形態では、複数のバイポーラ電極１２、正極終端電極３０及び負極終端電極４０をインサート品として、一次製品を完成させたのに対し、第三実施形態では、図４に示されるように、一のバイポーラ電極１２、正極終端電極３０、及び負極終端電極４０ごとに一次製品Ｐ１を完成させる。
【００３６】
次に、成形金型に当該一次製品Ｐ１を固定し、第二樹脂部６０Ｂを形成する樹脂を注入し、一次製品Ｐ１と第二樹脂部６０Ｂとを一体化させる。これにより、図５に示されるような一のバイポーラ電極１２、正極終端電極３０、及び負極終端電極４０ごとに第一樹脂部６０Ａ及び第二樹脂部６０Ｂが一体化された二次製品Ｐ２が完成する。次に、当該二次製品Ｐ２における第一樹脂部６０Ａ及び第二樹脂部６０Ｂ同士を熱溶着しながら積層する。これにより、二次製品Ｐ２が積層された三次製品が完成する。次に、当該三次製品を一対の拘束体５０，５０により挟持し、ボルトＢ及びナットＮによって一対の拘束体５０，５０同士を締結する。これにより、一対の拘束体５０，５０によって、積層体２５が加圧された状態の蓄電装置１１０が完成する。
【００３７】
この蓄電装置２１０も第一実施形態の蓄電装置１０と同様の効果を得ることができる。
【００３８】
以上、第一、第二及び第三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。
【００３９】
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。
【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】
１０，１１０，２１０…蓄電装置、１２…バイポーラ電極、１４…セパレータ、１６…集電体、１８…正極層、２０…負極層、２５…積層体、３０…正極終端電極、３１…集電体、３３…正極層、３５…正極端子部材、４０…負極終端電極、４１…集電体、４３…負極層、４５…負極端子部材、５０…拘束体、６０…ケース、６０Ａ…第一樹脂部、６０Ｂ…第二樹脂部。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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