(57)【要約】【課題】収容空間ごとに圧力を調整可能な蓄電装置を提供する。【解決手段】蓄電装置は、集電体１６の一方の面に正極層が設けられると共に集電体１６の他方の面に負極層が設けられ、第１方向Ｄ１に沿って積層して配置される複数のバイポーラ電極１２と、隣接するバイポーラ電極１２間に配置されるセパレータと、集電体１６の周縁に沿って配置され、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と共に互いに隣接する集電体１６間に収容空間を形成する複数のスペーサ６０と、複数のバイポーラ電極１２を積層方向Ｄ１において拘束する拘束体７０とを備える。スペーサ６０が、積層方向において重なるとともに互いに接着された第１の層６１および第２の層６２で構成されており、第１の層６１と第２の層６２との接着面に、接着領域６４と、枠内と枠外との間に亘って延びる非接着領域６３とが設けられている。【選択図】図３
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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、積層して配置される複数のバイポーラ電極と、
隣接する前記バイポーラ電極間に配置されるセパレータと、
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と共に互いに隣接する前記集電体間に収容空間を形成する複数の枠体と、
複数の前記バイポーラ電極を積層方向において拘束する拘束部と
を備え、
前記枠体が、前記積層方向において重なるとともに互いに接着された複数の層で構成されており、隣り合う第１の層と第２の層との接着面に、接着領域と、枠内と枠外との間に亘って延びる非接着領域とが設けられている、蓄電装置。
【請求項２】
前記枠体の前記第１の層と前記第２の層との接着面は、前記非接着領域では全面に亘って平坦である、請求項１に記載の蓄電装置。
【請求項３】
前記枠体の前記第１の層と前記第２の層との接着面は、前記非接着領域において、前記第１の層および前記第２の層の少なくともいずれか一方が傾斜している、請求項１に記載の蓄電装置。
【請求項４】
前記枠体の断面において、前記枠体の前記第１の層と前記第２の層との接着面に切り欠き部が設けられている、請求項３に記載の蓄電装置。
【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】
特許文献１には、密閉式二次電池が記載されている。この密閉式二次電池は、連接された複数の電槽と、正極板と負極板とをセパレータを介して積層して構成され各電槽に収容された極板群と、各電槽に設けられ各電槽の内部圧力が所定以上になると開口するガス排出部と、各ガス排出部から流入したガスを外部に導出するガス集合部と、を備える。密閉式二次電池は、極板群が収容された電槽を含む単電池を直列接続することによって所要の電力容量を確保している。この密閉式二次電池では、複数の電槽のそれぞれが互いに独立しており、各電槽に対してガス排出部が設けられている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００４−１７８９０９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
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る複数のバイポーラ電極を有する蓄電装置では、隣接するバイポーラ電極の集電体間に形成された収容空間ごとにガス排出部を設けることが考えられる。しかしながら、上記従来技術のガス排出部は一定の大きさを有しているため、例えば隣接するバイポーラ電極同士が近接していると、ガス排出部を収容空間ごとに設けることが困難である。
【０００５】
そこで、本発明は、収容空間ごとに圧力を調整可能な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】
本発明の一側面に係る蓄電装置は、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、積層して配置される複数のバイポーラ電極と、隣接するバイポーラ電極間に配置されるセパレータと、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と共に互いに隣接する集電体間に収容空間を形成する複数の枠体と、複数のバイポーラ電極を積層方向において拘束する拘束部とを備え、枠体が、積層方向において重なるとともに互いに接着された複数の層で構成されており、隣り合う第１の層と第２の層との接着面に、接着領域と、枠内と枠外との間に亘って延びる非接着領域とが設けられている。
【０００７】
この蓄電装置では、集電体の周縁に沿って配置される枠体により、隣接するバイポーラ電極の集電体間に収容空間が形成されている。枠体を構成する第１の層と第２の層との接着面には接着領域と非接着領域が設けられており、拘束部によって複数のバイポーラ電極が積層方向に一定の拘束荷重で拘束されているとき、当該拘束荷重により非接着領域は閉口されている。このとき、収容空間の圧力が規定圧力を超えると、拘束荷重に抗して非接着領域が開口され、収容空間の内部と外部とが連通されることとなる。よって、枠体の非接着領域の部分が収容空間の圧力を調整可能な弁として機能するため、収容空間ごとに圧力を調整することが可能となる。
【０００８】
一実施形態では、枠体の第１の層と第２の層との接着面は、非接着領域では全面に亘って平坦であってもよい。
【０００９】
一実施形態では、枠体の第１の層と第２の層との接着面は、非接着領域において、第１の層および第２の層の少なくともいずれか一方が傾斜していてもよい。
【００１０】
一実施形態では、枠体の断面において、枠体の第１の層と第２の層との接着面に切り欠き部が設けられていてもよい。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、収容空間ごとに圧力を調整可能な蓄電装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】図１は、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２は、図１に示した蓄電装置の枠体のII−II線断面図である。
【図３】図３は、図１に示した蓄電装置の枠体の分解斜視図である。
【図４】図４は、（ａ）図２の枠体のＩＶ−ＩＶ線断面図、および、（ｂ）端面図である。
【図５】図５は、変形例に係る枠体の断面図である。
【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、２には、ＸＹＺ直交座標系が示される。
【００１４】
図１は、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１に示されるように、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、複数のセパレータ１４、正極終端電極３０、負極終端電極４０、及び複数のスペーサ（枠体）６０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、ケース６５と、一対の拘束体（拘束部）７０，７０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の積層方向である第１方向Ｄ１に直交する平面（ＸＹ平面）に沿って延在している。ここでは、一例として、第１方向Ｄ１はＺ軸方向と一致している。すなわち、複数のバイポーラ電極１２は、第１方向Ｄ１に沿って積層して配置されている。
【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、第１方向Ｄ１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、又は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、第１方向Ｄ１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。
【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）の第１方向Ｄ１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、第１方向Ｄ１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、第１方向Ｄ１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、第１方向Ｄ１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。
【００１９】
正極端子部材３５は、正極終端電極３０と拘束体７０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、第１方向Ｄ１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。
【００２０】
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）の第１方向Ｄ１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、第１方向Ｄ１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、第１方向Ｄ１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、第１方向Ｄ１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。
【００２１】
負極端子部材４５は、負極終端電極４０と拘束体７０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、第１方向Ｄ１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。
【００２２】
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と共に互いに隣接する集電体１６間に収容空間Ｓを形成する。スペーサ６０は、集電体１６の周縁１６ｃに沿って配置されており、枠体として形成されている。スペーサ６０と集電体１６との界面は、収容空間Ｓの圧力に対する耐圧性能が所定の規定圧力以上となるように接着されている。所定の規定圧力は、後述するように、拘束荷重に抗して非接着領域６３が開口される程度の収容空間Ｓの圧力である。スペーサ６０と集電体１６との界面は、たとえば、チオール基を構造の末端に有してゴムと金属とを接着可能な接着剤により接着されている。
【００２３】
ケース６５は、筒状に形成された樹脂ケースであり、第１方向Ｄ１に沿って延在する。ケース６５内には、電解液が充填される。ケース６５は、積層体２５の側面を取り囲んで保持する。ケース６５は、積層体２５の第１方向Ｄ１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。
【００２４】
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。
【００２５】
一対の拘束体７０，７０は、複数のバイポーラ電極１２を第１方向Ｄ１に拘束する。具体的には、一対の拘束体７０，７０は、積層体２５と、正極終端電極３０と，負極終端電極４０と、ケース６５と、を第１方向Ｄ１において挟持する。一対の拘束体７０，７０は、例えばステンレススチールにより形成されている。この場合、拘束体７０と正極端子部材３５との間、及び拘束体７０と負極端子部材４５との間には、絶縁性を有するシート部材が配置されていてもよい。なお、一対の拘束体７０，７０は、樹脂により形成されていてもよい。シート部材又は樹脂材料は、電解液に対する耐性を有していてもよい。
【００２６】
一対の拘束体７０，７０には、第１方向Ｄ１に延びるボルトＢを貫通するための貫通孔７０ａが設けられる。貫通孔７０ａは、第１方向Ｄ１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７０から他方の拘束体７０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７０，７０は、積層体２５、正極終端電極３０、負極終端電極４０、及びケース６５に対して、拘束荷重を付加する。これにより、ケース６５内は密封される。拘束体７０における貫通孔７０ａの内周面及びボルト座面は、絶縁処理されている。
【００２７】
続いて、図２〜４を参照しつつ、本実施形態に係るスペーサ６０についてより詳しく説明する。スペーサ６０は、図３に示されるように、積層構造を有しており、複数のバイポーラ電極１２の積層方向Ｄ１において重なる上側の第１の層６１および下側の第２の層６２で構成されている。第１の層６１および第２の層６２は、実質的に同一の寸法および形状（すなわち、矩形環状）を有している。また、第１の層６１および第２の層６２は、同一の構成材料で形成されており、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。
【００２８】
第１の層６１と第２の層６２とは、接着剤により互いに接着されている。第１の層６１と第２の層６２との接着に用いる接着剤は、上述したチオール基を構造の末端に有する接着剤であってもよく、それとは異なる種類の接着剤であってもよい。第１の層６１および第２の層６２には、接着剤で接着した後に加熱する処理（熱圧着処理）を施してもよい。
【００２９】
ここで、第１の層６１と第２の層６２との接着面（すなわち、第１の層６１の下面および第２の層６２の上面とが接する面）は、その全領域が接着されているのではなく、接着面の一部に接着剤で接着されていない非接着領域６３が設けられている。非接着領域６３は、図２および図３に示すように、スペーサ６０の枠内と枠外との間に亘って延びている。非接着領域６３においては、第１の層６１と第２の層６２との間に接着剤が存在せず、第１の層６１と第２の層６２との間に接着剤による接着力が生じていない。図４（ａ）の断面図に示すように、非接着領域６３における接着面はその全面に亘って平坦となっている。図４（ｂ）の端面図に示すように、非接着領域６３の両側には、第１の層６１と第２の層６２とが接着剤で接着された接着領域６４が設けられており、非接着領域６３は接着領域６４で挟まれている。
【００３０】
このようなスペーサ６０の非接着領域６３によれば、拘束体７０によって複数のバイポーラ電極１２を拘束すると、非接着領域６３には、複数のバイポーラ電極１２の積層方向から拘束体７０による拘束荷重が加わる。したがって、非接着領域６３は、拘束体７０によって複数のバイポーラ電極１２がその積層方向に一定の拘束荷重で拘束されているとき、当該拘束荷重により閉口され、収容空間Ｓを封止する。
【００３１】
このとき、収容空間Ｓの圧力が規定圧力を超えると、拘束荷重に抗して非接着領域６３が開口される。非接着領域６３はスペーサ６０の枠内と枠外との間に亘って延びているため、非接着領域６３が開口すると、非接着領域６３において収容空間Ｓとケース６５の外側との間が連通される。上述のケース６５には、非接着領域６３が設けられた箇所に対応して開口部６５ｂが設けられている。つまり、非接着領域６３が開口している状態において、開口部６５ｂを介して上記収容空間Ｓの内部とケース６５の外部とが連通されることとなる。
【００３２】
以上説明したように、蓄電装置１０では、集電体１６，３１，４１の周縁１６ｃに沿って配置されるスペーサ６０により、隣接するバイポーラ電極１２の集電体１６，１６間、集電体１６，３１間及び集電体１６，４１間に収容空間Ｓが形成されている。スペーサ６０を構成する第１の層６１と第２の層６２との接着面には接着領域６４と非接着領域６３が設けられており、拘束体７０によって複数のバイポーラ電極１２が積層方向Ｄ１に一定の拘束荷重で拘束されているとき、当該拘束荷重により非接着領域６３は閉口されている。このとき、収容空間Ｓの圧力が規定圧力を超えると、拘束荷重に抗して非接着領域６３が開口され、収容空間Ｓの内部と外部とが連通されることとなる。よって、スペーサ６０の非接着領域６３の部分が収容空間Ｓの圧力を調整可能な弁として機能するため、収容空間Ｓごとに圧力を調整することが可能となる。
【００３３】
本発明は上記実施形態に限定されない。
【００３４】
上記実施形態では、非接着領域６３における接着面はその全面に亘って平坦となっているが、図５に示すように、第１の層６１および第２の層６２が非接着領域６３において傾斜していてもよい。図５（ａ）に示す態様では、スペーサ６０の枠内側（図の左側）に向けて拡幅する形状の切り欠き部Ｃ１が設けられるように、第１の層６１および第２の層６２の対向面が傾斜している。図５（ｂ）に示す態様では、スペーサ６０の枠外側（図の右側）に向けて拡幅する形状の切り欠き部Ｃ２が設けられるように、第１の層６１および第２の層６２の対向面が傾斜している。図５（ｃ）に示す態様では、スペーサ６０の枠内側（図の左側）に切り欠き部Ｃ１と同様の切り欠き部Ｃ３が設けられ、かつ、枠外側（図の右側）に切り欠き部Ｃ２と同様の切り欠き部Ｃ４が設けられるように、第１の層６１および第２の層６２の対向面が傾斜している。
【００３５】
図５（ａ）〜（ｃ）に示したいずれの態様においても、拘束荷重で拘束されているときには、非接着領域６３の一部において第１の層６１および第２の層６２とは接しており、拘束荷重により非接着領域６３は閉口されている。そのため、非接着領域６３の部分が収容空間の圧力を調整可能な弁として機能し得る。なお、第１の層６１および第２の層６２の対向面のいずれか一方が傾斜している態様であってもよい。
【００３６】
なお、一つのスペーサ６０に、複数の非接着領域６３を設けてもよい。また、一つのスペーサ６０が、３層以上の層で構成されている態様であってもよい。この場合、積層方向に関して隣り合う２層の間において非接着領域を設けることができる。
【００３７】
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、端子は、第１方向Ｄ１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７０，７０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７０，７０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７０，７０のそれぞれに埋め込まれてもよい。
【００３８】
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、蓄電装置１０は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】
【００３９】
１０…蓄電装置、１２…バイポーラ電極、１４…セパレータ、１６…集電体、１６ａ…一方の面、１６ｂ…他方の面、１８…正極層、２０…負極層、３１…集電体、４１…集電体、６０…スペーサ（枠体）、６１…第１の層、６２…第２の層、６３…非接着領域、６４…接着領域、７０…拘束体（拘束部）、Ｃ１〜Ｃ４…切り欠き部、Ｄ１…第１方向、Ｓ…収容空間。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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