(57)【要約】【課題】シール性能を向上させることができる蓄電装置及び蓄電装置の製造方法を提供する。【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、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ゴム系樹脂からなるスペーサ６０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６５と、を備え、スペーサは、集電体の周縁に沿って、当該周縁の内側に所定間隔をあけて配置されており、ケースは、複数の集電体の周縁を保持している。【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、
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ゴム系樹脂からなるスペーサと、
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、
前記スペーサは、前記集電体の周縁に沿って、当該周縁の内側に所定間隔をあけて配置されており、前記ケースは、複数の前記集電体の前記周縁を保持している、蓄電装置。
【請求項２】
前記スペーサの外周面及び前記ケースの内周面は、互いに嵌合する凹凸形状を有している、請求項１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】
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の製造方法であって、
ゴム系樹脂からなるスペーサを前記集電体の周縁に沿って配置することにより、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しながら積層する第一工程と、
前記スペーサを介して積層された複数の前記バイポーラ電極を、積層方向に熱プレスすることにより一体化した一次品を形成する第二工程と、
前記一次品における前記スペーサの外側を取り囲むと共に前記集電体の前記周縁を保持する樹脂からなるケースを、インサート成形によって形成することにより二次品を形成する第三工程と、
前記二次品を前記バイポーラ電極の積層方向における両端に配置された拘束体によって加圧した状態で締結する第四工程と、
を含む、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】
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積層体を備える蓄電装置（バイポーラ電池）が知られている。これらの蓄電装置は、電解質層を介して積層されて発電要素を形成する。例えば、特許文献１には、電解質層を保持するセパレータと、セパレータの電解質を保持させた部分の外周部に成型配置されたシール用の樹脂と、を備える蓄電装置（バイポーラ電池）が開示されている。特許文献１の蓄電装置によれば、電解液の染み出しによる液絡（短絡）が防止でき、信頼性を高めることができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１１−１５１０１６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、上記蓄電装置は、車両等に載置されて使用されるので、更なるシール性の向上が求められている。
【０００５】
本発明は、シール性能を向上させることができる蓄電装置及び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、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ゴム系樹脂からなるスペーサと、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、スペーサは、集電体の周縁に沿って、当該周縁の内側に所定間隔をあけて配置されており、ケースは、複数の集電体の周縁を保持している。
【０００７】
この構成の蓄電装置では、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ゴム系樹脂からなるスペーサが、集電体の周縁に沿って配置されているので、スペーサによって集電体の外側に電解液が漏れ出すことを防止することができる。更に、この構成の蓄電装置では、スペーサの外側に集電体の周縁を保持するケースが配置されているので、スペーサを介して電解液が漏れ出すようなことがあったとしても、その外側に配置されたケースによって電解液の漏れを防止することができる。この結果、シール性能を向上させることができる。
【０００８】
スペーサの外周面及びケースの内周面は、互いに嵌合する凹凸形状を有していてもよい。これにより、スペーサとケースとをより強固に一体化することができる。
【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。このように構成されたニッケル水素二次電池においても、シール性能を向上させることができる。
【００１０】
本発明の蓄電装置の製造方法は、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の製造方法であって、ゴム系樹脂からなるスペーサを集電体の周縁に沿って配置することにより、隣接するバイポーラ電極の集電体同士の間隔を保持しながら積層する第一工程と、スペーサを介して積層された複数のバイポーラ電極を、積層方向に熱プレスすることにより一体化した一次品を形成する第二工程と、一次品におけるスペーサの外側を取り囲むと共に集電体の周縁を保持する樹脂からなるケースを、インサート成形によって形成することにより二次品を形成する第三工程と、二次品をバイポーラ電極の積層方向における両端に配置された拘束体によって加圧した状態で締結する第四工程と、を含む。
【００１１】
上記蓄電装置の製造方法においては、セパレータを介してバイポーラ電極が積層された積層体がスペーサによって一体化される。一体化されていない積層体を樹脂からなるケースによって一体化する場合、積層体を構成するそれぞれの部品を治具等によって固定する等の手間が生じるが、本製造方法においては、この手間を省略することができる。また、この製造方法によって製造される蓄電装置は、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ゴム系樹脂からなるスペーサが、集電体の周縁に沿って配置されているので、スペーサによって集電体の外側に電解液が漏れ出すことを防止することができる。更に、この構成の蓄電装置では、スペーサの外側に集電体の周縁を保持するケースが配置されているので、スペーサを介して電解液が漏れ出すようなことがあったとしても、その外側に配置されたケースによって電解液の漏れを防止することができる。この結果、シール性能を向上させることができる。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、シール性能を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【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】製造方法の一例を模式的に示す断面図である。
【図３】製造方法の一例を模式的に示す断面図である。
【図４】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】
【００１４】
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４には、ＸＹＺ直交座標系が示される。
【００１５】
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。
【００１６】
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（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。
【００１７】
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。
【００１８】
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。
【００１９】
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。なお、集電体３１は、導電性樹脂でもよい。
【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。なお、集電体３１は、導電性樹脂でもよい。
【００２１】
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。
【００２２】
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。
【００２３】
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に沿って周縁１６ｃの内側に配置されている。周縁１６ｃとスペーサ６０とは、Ｚ軸方向から見たときに、集電体１６の端部は、所定長さ飛び出した状態となっている。
【００２４】
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。
【００２５】
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。
【００２６】
ケース６５は、スペーサ６０の外周面６０ａを取り囲むように配置されている。更に、ケース６５は、複数の集電体１６の周縁１６ｃと、正極終端電極３０における集電体３１の周縁３１ｃと、負極終端電極４０における集電体４１の周縁４１ｃと、を保持している。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。
【００２７】
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、正極終端電極３０と，負極終端電極４０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。
【００２８】
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。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。
【００２９】
上記のようなスペーサ６０とケース６５とを備える蓄電装置１０は、下記のように製造される。すなわち、図２に示されるように、ゴム系樹脂からなるスペーサ６０を、負極終端電極４０における集電体４１の周縁４１ｃに沿って配置する。このとき、スペーサ６０は、周縁４１ｃとの距離が、所定長さとなるように、周縁４１ｃの内側に配置される。次に、当該スペーサ６０にバイポーラ電極１２を載置する。当該バイポーラ電極１２は、スペーサ６０と集電体１６における周縁１６ｃとの距離が、上記所定長さとなるように載置される。
【００３０】
次に、当該バイポーラ電極１２における集電体１６の上面の周縁に沿ってスペーサ６０を配置する。このとき、スペーサ６０は、周縁１６ｃとの距離が、上記所定長さとなるように、周縁１６ｃの内側に配置される。次に、当該スペーサ６０にバイポーラ電極１２を載置する。当該バイポーラ電極１２は、スペーサ６０と集電体１６における周縁１６ｃとの距離が、上記所定長さとなるように載置される。このように、隣接するバイポーラ電極１２の集電体１６同士の間隔を保持しながら積層する（第一工程）。
【００３１】
次に、スペーサ６０を介して積層された複数のバイポーラ電極１２、セパレータ１４、正極終端電極３０、及び負極終端電極４０からなる積層体２５を積層方向に熱プレスする。これにより、Ｚ軸方向におけるスペーサ６０の両端が溶融状態となり、集電体１６又は集電体３１，４１とスペーサ６０との間が溶着される。そして、図３に示されるように、積層体２５として一体化された一次品Ｐ１が形成される（第二工程）。
【００３２】
次に、成形金型にインサート部品となる一次品Ｐ１を固定した後、成形金型にケース６５を形成する樹脂を注入し（インサート成形）、インサート部品の外側を溶融樹脂で包み込み固化させる（第三工程）。これにより、ケース６５を形成する樹脂とインサート部品とが一体化された二次品が完成する。次に、当該二次品の両端部の一方に正極端子部材３５を配置し、他方に負極端子部材４５を配置した後、これらを一対の拘束体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（第四工程）。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。
【００３３】
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、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ゴム系樹脂からなるスペーサ６０が、集電体１６の周縁１６ｃに沿って配置されているので、当該スペーサ６０によって集電体１６の外側に電解液が漏れ出すことを防止することができる。更に、この構成の蓄電装置１０では、スペーサ６０の外側に集電体１６の周縁１６ｃを保持するケース６５が配置されているので、スペーサ６０を介して電解液が漏れ出すようなことがあったとしても、その外側に配置されたケース６５によって電解液の漏れを防止することができる。この結果、シール性能を向上させることができる。
【００３４】
また、本実施形態の蓄電装置１０の製造方法では、セパレータ１４を介してバイポーラ電極１２が積層された積層体２５がスペーサ６０によって一体化される。一体化されていない積層体を樹脂からなるケースに６５よって一体化する場合、積層体を構成するそれぞれの部品を治具等によって固定する等の手間が生じるが、本製造方法においては、この手間を省略することができる。
【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】
例えば、図４に示されるように、スペーサ６０の外周面には凸部６０ｃが形成され、ケース６５の内周面には凹部６５ｄが形成されてもよい。スペーサ６０の外周面に形成された凸部６０ｃと、ケース６５の内周面に形成された凹部６５ｄとは、互いに嵌合している。これにより、スペーサ６０とケース６５とをより強固に一体化することができる。なお、スペーサ６０の外周面及びケース６５の内周面とが互いに嵌合する凹凸形状の構成は、上記に限定されない。例えば、スペーサ６０の外周面に凹部を形成し、ケース６５の内周面に凸部を形成したり、スペーサ６０の外周面に凹凸を形成し、ケース６５の内周面に凹凸を形成したりして、スペーサ６０の外周面及びケース６５の内周面とを互いに嵌合させてもよい。
【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、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。
【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、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、１６ｃ…集電体の周縁、１８…正極層、２０…負極層、２５…積層体、３０…正極終端電極、３１…集電体、３１ｃ…集電体の周縁、３３…正極層、３５…正極端子部材、４０…負極終端電極、４１…集電体、４１ｃ…集電体の周縁、４３…負極層、４５…負極端子部材、５０…拘束体、６０…スペーサ、６０ａ…外周面、６５…ケース、６５ｃ…凸部、６５ｄ…凹部。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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