(57)【要約】【課題】隔壁の薄肉化により筐体の小型化及び積層体セルの高密度化を実現できる蓄電装置及びかかる蓄電装置の製造方法を提供する。【解決手段】蓄電装置１は、複数の隔壁４を配列してなる筐体２と、電極板の積層体によって構成され、電解液と共に隔壁４，４間にそれぞれ配置された積層体セル５と、隔壁４に内蔵され、隔壁４の配列方向に隣り合う積層体セル５，５同士を電気的に接続する集電板７と、を備え、隔壁４は、集電板７を包む樹脂フィルム２４の溶着体２２によって構成された本体部２１と、樹脂の射出成形体２３によって本体部２１の周縁に設けられた枠部６とを有している。【選択図】図６
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の隔壁を配列してなる筐体と、
電極板の積層体によって構成され、電解液と共に前記隔壁間にそれぞれ配置された積層体セルと、
前記隔壁に内蔵され、前記隔壁の配列方向に隣り合う前記積層体セル同士を電気的に接続する集電板と、を備え、
前記隔壁は、前記集電板を包む樹脂フィルムの溶着体によって構成された本体部と、樹脂の射出成形体によって前記本体部の周縁に設けられた枠部とを有している、蓄電装置。
【請求項２】
前記本体部は、互いに離間した一対の前記溶着体を有していると共に、前記溶着体間に樹脂の射出成形体を有している、請求項１記載の蓄電装置。
【請求項３】
前記溶着体と前記射出成形体とは、同一の樹脂材料によって形成されている、請求項１又は２記載の蓄電装置。
【請求項４】
集電板を内蔵する隔壁の形成工程を備えた蓄電装置の製造方法であって、
前記形成工程は、
前記集電板を包むように樹脂フィルムを配置し、当該樹脂フィルムを前記集電板に溶着して前記隔壁の本体部を構成する溶着体を形成する溶着工程と、
樹脂の射出成形によって前記溶着体の周囲に前記隔壁の枠部を構成する射出成形体を形成する射出成形工程と、を備える、蓄電装置の製造方法。
【請求項５】
前記溶着工程において、一対の前記溶着体を形成し、
前記射出成形工程において、互いに離間して配置した前記溶着体間に前記射出成形体を形成する、請求項４記載の蓄電装置の製造方法。
【請求項６】
前記溶着体と前記射出成形体とを同一の樹脂材料によって形成する、請求項４又は５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、蓄電装置及び蓄電装置の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の蓄電装置の構成として、例えば特許文献１に記載の角型密閉式電池がある。この従来の蓄電装置は、隔壁によって隔てられた複数の収容空間を有する筐体を有しており、各収容空間内にセパレータを介して交互に積層された正極及び負極の積層体セルが電解液と共に配置されている。隔壁には、隔壁と一体に形成された平板状の集電板が設けられている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００２−２３１２１３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隔壁は、例えば集電板をインサートした射出成形によって形成される。隔壁を射出成形によって形成する場合、成形型内の樹脂の流動性を確保する観点から、樹脂の厚さを一定の厚さ以上に設定する必要がある。特に、集電板が配置される部分においては、集電板の厚さ分だけ他の部分より樹脂厚が薄くなるため、当該部分の樹脂の流動性の確保にあたって隔壁全体の厚さを確保せざるを得ず、隔壁の薄肉化が制限されるという問題があった。そして、隔壁の薄肉化が制限されることで、筐体の小型化及び積層体セルの高密度化が技術的な課題となっていた。
【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、隔壁の薄肉化により筐体の小型化及び積層体セルの高密度化を実現できる蓄電装置、及びこのような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、複数の隔壁を配列してなる筐体と、電極板の積層体によって構成され、電解液と共に隔壁間にそれぞれ配置された積層体セルと、隔壁に内蔵され、隔壁の配列方向に隣り合う積層体セル同士を電気的に接続する集電板と、を備え、隔壁は、集電板を包む樹脂フィルムの溶着体によって構成された本体部と、樹脂の射出成形体によって本体部の周縁に設けられた枠部とを有している。
【０００７】
この蓄電装置では、隔壁の本体部が集電板を包む樹脂フィルムの溶着体によって構成されている。このように、隔壁の本体部を樹脂フィルムの溶着体によって一次成形することで、樹脂の流動性に起因する隔壁の薄肉化の制限を受けることなく隔壁の本体部を薄肉化でき、枠部を含む隔壁の全体を薄肉化することが可能となる。隔壁の薄肉化により、筐体の小型化及び積層体セルの高密度化を実現できる。
【０００８】
また、本体部は、互いに離間した一対の溶着体を有していると共に、溶着体間に樹脂の射出成形体を有していてもよい。溶着体間に射出成形体が介在することで、溶着体間に十分な間隔を設けることが可能となり、一対の集電板間の電気的な絶縁がより確実なものとなる。
【０００９】
また、溶着体と射出成形体とは、同一の樹脂材料によって形成されていてもよい。この場合、溶着体と射出成形体との接合強度を十分に確保できる。
【００１０】
また、本発明の一側面に係る蓄電装置の製造方法は、集電板を内蔵する隔壁の形成工程を備えた蓄電装置の製造方法であって、形成工程は、集電板を包むように樹脂フィルムを配置し、当該樹脂フィルムを集電板に溶着して隔壁の本体部を構成する溶着体を形成する溶着工程と、樹脂の射出成形によって溶着体の周囲に隔壁の枠部を構成する射出成形体を形成する射出成形工程と、を備える。
【００１１】
この蓄電装置の製造方法では、集電板を包む樹脂フィルムの溶着体によって隔壁の本体部を形成し、樹脂の射出成形によって溶着体の周囲に隔壁の枠部を形成する。このように、隔壁の本体部を樹脂フィルムの溶着体によって一次成形することで、樹脂の流動性に起因する隔壁の薄肉化の制限を受けることなく隔壁の本体部を薄肉化でき、枠部を含む隔壁の全体を薄肉化することが可能となる。隔壁の薄肉化により、筐体の小型化及び積層体セルの高密度化を実現できる。
【００１２】
また、溶着工程において、一対の溶着体を形成し、射出成形工程において、互いに離間して配置した溶着体間に射出成形体を形成してもよい。溶着体間に射出成形体が介在することで、溶着体間に十分な間隔を設けることが可能となり、一対の集電板間の電気的な絶縁がより確実なものとなる。また、射出成形体の介在によって溶着体間の結合強度も十分に確保できる。
【００１３】
また、溶着体と射出成形体とを同一の樹脂材料によって形成してもよい。この場合、溶着体と射出成形体との接合強度を十分に確保できる。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、隔壁の薄肉化により筐体の小型化及び積層体セルの高密度化を実現できる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】蓄電装置の一実施形態を示す斜視図である。
【図２】図１に示した蓄電装置の要部拡大断面図である。
【図３】（ａ）及び（ｂ）は、隔壁ユニットの構成を示す図である。
【図４】隔壁ユニットを構成する隔壁の構成を示す図である。
【図５】（ａ）は正極の構成を示す図であり、（ｂ）は負極の構成を示す図である。
【図６】（ａ）は、図４に示した隔壁の樹脂の状態を示す図であり、（ｂ）はそのＶＩ−ＶＩ線断面図である。
【図７】蓄電装置の製造方法に含まれる隔壁の形成工程を示すフローチャートである。
【図８】溶着工程の様子を示す図である。
【図９】射出成形工程の様子を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
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及び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。
【００１７】
図１は、蓄電装置の一実施形態を示す斜視図である。また、図２は、図１に示した蓄電装置の要部拡大断面図である。図１及び図２に示す蓄電装置１は、例えば自動車等の車両のバッテリーとして用いられる装置である。以下の説明では、ニッケル水素充電池として構成された蓄電装置１を例示する。
【００１８】
蓄電装置１は、一の隔壁４に一の積層体セル５を組み合わせてなる隔壁ユニット３を複数配列し、これらを互いに結合することによって構成されている。隔壁ユニット３，３同士の結合により、蓄電装置１の筐体２が形成されている。筐体２は、全体として隔壁ユニット３の配列方向について扁平な略直方体形状をなし、隔壁４によって仕切られた複数の内部空間Ｓ（図２参照）を有している。筐体２の各内部空間Ｓには、積層体セル５と電解液とがそれぞれ配置される。電解液としては、例えば濃水酸化カリウム水溶液などのアルカリ溶液が挙げられる。
【００１９】
隔壁ユニット３は、図２及び図３に示すように、第１の隔壁ユニット３Ａと、第２の隔壁ユニット３Ｂとを有している。隔壁ユニット３を構成する隔壁４は、図４に示すように、平面視において横長の長方形状をなす板状部材となっている。隔壁４の一方面側の周縁部には、中央部分に比べて肉厚の枠部６が隔壁４の４辺に対応して設けられている。
【００２０】
また、隔壁４内には、金属によって形成された集電板７がインサート成形によって設けられている。集電板７は、隔壁４における幅方向の一方側と他方側とに互いに離間してそれぞれ配置されている。集電板７の一部は、隔壁４の一方面側に設けられた窓部８から露出する露出部分７ａとなっている。窓部８の幅は、集電板７の幅と等幅若しくは僅かに小さい幅となっている。集電板７の一縁部７ｂは、隔壁４の一方の長辺側の縁部から突出する突出部分９となっている。また、集電板の他縁部７ｃは、隔壁４内において他方の長辺側の縁部の近傍まで延びている。
【００２１】
積層体セル５は、電極板としての正極１１及び負極１２と、正極１１と負極１２との間に配置されたセパレータ（不図示）とによって構成されている。正極１１は、図５（ａ）に示すように、例えばニッケルからなる横長の長方形状の金属箔１１ａと、金属箔１１ａの一面側に形成された正極活物質層１１ｂとを有している。正極活物質層１１ｂ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。正極活物質層１１ｂは、金属箔１１ａの両面に形成されていてもよい。正極１１における一方の長辺の一方側には、他の積層体セル５との電気的な接続に用いられる正極タブ１１ｃが設けられている。正極タブ１１ｃは、金属箔１１ａのうち、正極活物質層１１ｂが塗工されていない未塗工領域によって横長の長方形状に形成されている。
【００２２】
負極１２は、図５（ｂ）に示すように、例えばニッケルからなる横長の長方形状の金属箔１２ａと、金属箔１２ａの一面側に形成された負極活物質層１２ｂとを有している。負極活物質層１２ｂは、金属箔２２ａの両面に形成されていてもよい。負極活物質層１２ｂ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。負極１２における一方の長辺の他方側には、他の積層体セル５との電気的な接続に用いられる負極タブ１２ｃが設けられている。負極タブ１２ｃは、金属箔１２ａのうち、負極活物質層が塗工されていない未塗工領域によって横長の長方形状に形成されている。
【００２３】
セパレータは、例えば袋状に形成されている。セパレータ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。なお、セパレータは、袋状に限られず、シート状のものを用いてもよい。
【００２４】
本実施形態では、正極タブ１１ｃが露出するように袋状のセパレータに正極１１が内包され、このセパレータ付き正極１１と負極１２とが交互に積層された積層体によって積層体セル５が形成されている。積層にあたっては、全ての正極タブ１１ｃ及び全ての負極タブ１２ｃの向きが揃うように積層される。これにより、積層体セル５では、積層方向に形成される一端面において、正極タブ群１３及び負極タブ群１４が幅方向に互いに離間して配置される（図３（ａ）及び図３（ｂ）参照）。
【００２５】
この積層体セル５は、図３（ａ）及び図３（ｂ）に示すように、セパレータ付き正極１１と負極１２との積層方向と隔壁４の厚さ方向とが一致するようにして、隔壁４の一方面側に配置され、上述した隔壁ユニット３を構成する。積層体セル５において、積層方向に形成される端面は、正極タブ群１３及び負極タブ群１４が配置された端面を除いて隔壁ユニット３の枠部６に突き当てられ、隔壁４に対する位置決めがなされている。
【００２６】
第１の隔壁ユニット３Ａでは、正極タブ群１３が隔壁４の幅方向の一方側に位置し、負極タブ群１４が隔壁４Ａの幅方向の他方側に位置するように、積層体セル５が隔壁４に対して配置されている。一方、第２の隔壁ユニット３Ｂでは、正極タブ群１３及び負極タブ群１４の位置が反転し、正極タブ群１３が隔壁４の幅方向の他方側に位置し、負極タブ群１４が隔壁４の幅方向の一方側に位置するように、積層体セル５が隔壁４に対して配置されている。
【００２７】
この状態において、第１の隔壁ユニット３Ａでは、図３（ａ）に示すように、平面視において、積層体セル５の正極タブ群１３が一方側の窓部８から露出する集電板７の露出部分７ａに重なると共に、負極タブ群１４が他方側の窓部８から露出する集電板７の露出部分７ａに重なっている。また、第２の隔壁ユニット３Ｂでは、図３（ｂ）に示すように、平面視において、積層体セル５の負極タブ群１４が一方側の窓部８から露出する集電板７の露出部分７ａに重なると共に、正極タブ群１３が他方側の窓部８から露出する集電板７の露出部分７ａに重なっている。正極タブ群１３及び負極タブ群１４は、例えば溶接によって集電板７の露出部分７ａにそれぞれ接合されている（図２、図３（ａ）、図３（ｂ）参照）。溶接としては、例えば抵抗シーム溶接、レーザによる貫通溶接などが用いられる。
【００２８】
第１の隔壁ユニット３Ａ及び第２の隔壁ユニット３Ｂは、積層体セル５の積層方向に交互に積層されている。本実施形態では、図２に示すように、一の隔壁ユニット３において、積層体セル５の正極タブ群１３は、集電板７の突出部分９，９同士を接続部材１０で接続することにより、隣り合う一方の隔壁ユニット３における積層体セル５の負極タブ群１４と接続されている。また、一の隔壁ユニット３において、積層体セル５の負極タブ群１４は、集電板７の突出部分９，９同士を接続部材１０で接続することにより、隣り合う他方の隔壁ユニット３における積層体セル５の正極タブ群１３と接続されている。これにより、蓄電装置１では、各積層体セル５が電気的に直列に接続された状態となっている。
【００２９】
隣り合う隔壁ユニット３，３は、隔壁４，４同士の溶着によって結合されている。本実施形態では、例えば隔壁４の枠部６が全体にわたって隣り合う隔壁ユニット３の隔壁４に当接し、当該当接部分に溶着部が形成されることによって隔壁４，４同士の結合が実現されている。隔壁４，４の溶着手法としては、例えば熱可塑性樹脂による超音波溶着、熱溶着フィルムを用いた溶着などが用いられる。
【００３０】
次に、上述した隔壁４の構成について更に詳細に説明する。
【００３１】
上述した隔壁４は、例えば樹脂によって形成されている。隔壁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。隔壁４は、図６（ａ）及び図６（ｂ）に示すように、集電板７を内蔵している長方形状の本体部２１と、本体部２１の４辺に対応して設けられた上述の枠部６とを有している。
【００３２】
本体部２１は、集電板７を包む樹脂フィルム２４（図８参照）の溶着体２２によって構成されている。本実施形態では、隔壁４の幅方向に互いに離間して配置された一対の集電板７，７に対応し、隔壁４の幅方向に互いに離間して集電板７を包む樹脂フィルム２４の溶着体２２，２２が一対に配置されている。溶着体２２の形成に用いられる樹脂フィルム２４は、上述したポリプロピレン（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）等の樹脂材料から選択されるフィルムである。溶着前の樹脂フィルム２４の厚さは、例えば５０μｍ〜３００μｍ程度となっている。樹脂フィルム２４は、集電板７の一面側及び他面側を覆うように配置され、溶着によって集電板７の一面側及び他面側に結合されている。
【００３３】
枠部６は、樹脂の射出成形体２３によって構成されている。本実施形態では、射出成形体２３は、公知の射出成形機を用いて形成され、枠部６を構成すると共に、樹脂フィルム２４の溶着体２２，２２間の隙間を埋めるように配置されている。射出成形体２３の形成に用いられる樹脂材料は、上述したポリプロピレン（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）等から選択される。射出成形体２３と溶着体２２とは、射出成型時の熱によって互いに結合される。
【００３４】
射出成形体２３を構成する樹脂材料は、溶着体２２を構成する樹脂材料と異なっていてもよいが、熱膨張率や結合強度を考慮すると、同一の樹脂材料であることが好ましい。射出成形体２３と溶着体２２との境界部分は、異なる樹脂材料を用いた場合には、容易に視認可能である。同一の樹脂材料を用いた場合にも、ウェルドラインのような跡によって境界部分の視認が可能だが、成形条件によっては視認が困難な程度に一体化される場合もある。
【００３５】
続いて、上述した蓄電装置１の製造方法について説明する。
【００３６】
蓄電装置１の製造工程には、集電板７を内蔵する隔壁４の形成工程が含まれている。形成工程は、図７に示すように、溶着工程（ステップＳ０１）と、射出成形工程（ステップＳ０２）とを有している。
【００３７】
溶着工程では、図８に示すように、まず、集電板７を包むように樹脂フィルム２４を配置する。樹脂フィルム２４は、集電板７に巻き付けてもよく、樹脂フィルム２４を集電板７の一面側と他面側とに配置して集電板７を挟み込むようにしてもよい。次に、樹脂フィルム２４に熱を付与し、溶着によって樹脂フィルム２４を集電板７に結合させる。これにより、一対の溶着体２２，２２が得られる。
【００３８】
射出成形工程では、図９に示すように、溶着工程で得られた一対の溶着体２２，２２をキャビティＣ内に所定の間隔をもって配置する。そして、射出成形機（不図示）のノズルから加熱によって溶融させた樹脂をキャビティＣ内に射出し、樹脂を凝固させることによって溶着体２２の周囲及び溶着体２２，２２間に射出成形体２３を形成する。これにより、本体部２１及び枠部６が形成され、図４に示した隔壁４が得られる。射出成形工程で用いる樹脂材料は、樹脂フィルム２４を構成する樹脂材料と異なっていてもよく、同一であってもよい。
【００３９】
以上説明したように、蓄電装置１では、隔壁４の本体部２１が集電板７を包む樹脂フィルム２４の溶着体２２によって構成されている。このように、隔壁４の本体部２１を樹脂フィルム２４の溶着体２２によって一次成形することで、樹脂の流動性に起因する隔壁４の薄肉化の制限を受けることなく隔壁４の本体部２１を薄肉化でき、枠部６を含む隔壁４の全体を薄肉化することが可能となる。隔壁４の薄肉化により、筐体２の小型化及び積層体セル５の高密度化を実現できる。例えば射出成形のみによって隔壁を構成する場合、キャビティ内の樹脂の流動性、特に集電板が配置される部分の樹脂の流動性を考慮する必要があるため、隔壁の本体部の厚さを２００μｍ以下にすることが困難であった。これに対し、本実施形態では、本体部２１の厚さが２００μｍ以下の隔壁４を得ることが可能となる。
【００４０】
また、蓄電装置１では、本体部２１が互いに離間した一対の溶着体２２，２２を有していると共に、溶着体２２，２２間に樹脂の射出成形体２３を有している。溶着体２２，２２間に射出成形体２３が介在することで、溶着体２２，２２間に十分な間隔を設けることが可能となり、一対の集電板７，７間の電気的な絶縁がより確実なものとなる。また、射出成形体２３の介在によって溶着体２２，２２間の結合強度も十分に確保できる。なお、溶着体２２，２２間の射出成形体２３は、必ずしも配置しなくてもよく、溶着体２２，２２同士を直接的に結合した構成であってもよい。さらに、蓄電装置１において、溶着体２２と射出成形体２３とを同一の樹脂材料によって形成する場合には、溶着体２２と射出成形体２３との接合強度を一層十分に確保できる。
【符号の説明】
【００４１】
１…蓄電装置、２…筐体、４…隔壁、５…積層体セル、６…枠部、７…集電板、１１…正極（電極板）、１２…負極（電極板）、２１…本体部、２２…溶着体、２３…射出成形体、２４…樹脂フィルム。
【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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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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