(57)【要約】【課題】シール性を向上できる蓄電モジュールの製造方法を提供する。【解決手段】蓄電モジュールの製造方法は、電極板１５の縁部１５ｃに樹脂部材３２を結合する結合工程を含む。結合工程は、縁部１５ｃに樹脂層３１が設けられた電極板１５を準備する準備工程と、樹脂層３１を介して電極板１５の縁部１５ｃに樹脂部材３２を溶着する溶着工程と、を含む。これにより、電極板１５と樹脂部材３２とを互いに強固に結合でき、シール性を向上できる。【選択図】図５
2019091557.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電極板の縁部に樹脂部材を結合する結合工程を含む蓄電モジュールの製造方法であって、
前記結合工程は、
前記縁部に樹脂層が設けられた前記電極板を準備する準備工程と、
前記樹脂層を介して前記電極板の前記縁部に前記樹脂部材を溶着する溶着工程と、を含む、蓄電モジュールの製造方法。
【請求項２】
前記溶着工程では、前記電極板との結合面に突起が設けられた前記樹脂部材を用い、前記樹脂層に前記突起を押し当てつつ、前記電極板に前記樹脂部材を溶着する、請求項１に記載の蓄電モジュールの製造方法。
【請求項３】
前記溶着工程では、超音波を用いて前記電極板に前記樹脂部材を溶着する、請求項２に記載の蓄電モジュールの製造方法。
【請求項４】
前記樹脂部材の前記結合面は、前記電極板の前記縁部に対応するように延在しており、
前記突起は、前記結合面の延在方向に沿って延在している、請求項２又は３に記載の蓄電モジュールの製造方法。
【請求項５】
前記準備工程では、前記樹脂層との結合面が粗化メッキ面となっている前記電極板を準備する、請求項１〜４のいずれか一項に記載の蓄電モジュールの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、蓄電モジュールの製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の蓄電モジュールとして、電極板の一方面に正極が形成され、他方面に負極が形成されたバイポーラ電極を備えた、いわゆるバイポーラ型の蓄電モジュールが知られている（特許文献１参照）。かかる蓄電モジュールは、セパレータを介して複数のバイポーラ電極が積層された電極積層体を備えている。電極積層体の側面には、積層方向に隣り合うバイポーラ電極間を封止する封止体が設けられている。封止体によってバイポーラ電極間に形成された内部空間には、電解液が収容されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１１−２０４３８６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上述したような蓄電モジュールの製造方法には、封止体を構成する樹脂部材を電極板の縁部に結合する工程が含まれる場合があるが、例えば単に樹脂部材を電極板に溶着しただけでは、樹脂部材と電極板とが互いに十分に結合されず、所望のシール性が得られないおそれがある。
【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、シール性を向上できる蓄電モジュール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モジュールの製造方法は、電極板の縁部に樹脂部材を結合する結合工程を含む蓄電モジュールの製造方法であって、結合工程は、縁部に樹脂層が設けられた電極板を準備する準備工程と、樹脂層を介して電極板の縁部に樹脂部材を溶着する溶着工程と、を含む。
【０００７】
この蓄電モジュールの製造方法では、電極板の縁部に予め樹脂層を設けておき、当該樹脂層を介して電極板の縁部に樹脂部材を溶着する。これにより、例えば電極板に樹脂部材を直接に溶着する場合と比べて、電極板と樹脂部材とを互いに強固に結合でき、シール性を向上できる。
【０００８】
溶着工程では、電極板との結合面に突起が設けられた樹脂部材を用い、樹脂層に突起を押し当てつつ、電極板に樹脂部材を溶着してもよい。この場合、突起に荷重が集中するため、電極板と樹脂部材とを互いに一層強固に結合できる。
【０００９】
溶着工程では、超音波を用いて電極板に樹脂部材を溶着してもよい。この場合、超音波振動が突起に集中的に作用することで、電極板と樹脂部材とを互いにより一層強固に結合できる。
【００１０】
樹脂部材の結合面は、電極板の縁部に対応するように延在しており、突起は、結合面の延在方向に沿って延在していてもよい。この場合、電極板の縁部に沿って電極板と樹脂部材とを互いに強固に結合でき、シール性を一層向上できる。
【００１１】
準備工程では、樹脂層との結合面が粗化メッキ面となっている電極板を準備してもよい。この場合、粗化メッキ面により、樹脂部材と電極板とをより一層強固に結合できる。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、シール性を向上できる蓄電モジュールの製造方法を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】蓄電装置の一実施形態を示す概略断面図である。
【図２】蓄電モジュールの一実施形態を示す概略断面図である。
【図３】蓄電モジュールの製造方法を示すフローチャートである。
【図４】（ａ）は、準備工程の様子を示す平面図であり、（ｂ）は、（ａ）におけるＢ−Ｂ線に沿っての断面図である。
【図５】（ａ）は、溶着工程の様子を示す平面図であり、（ｂ）は、（ａ）におけるＢ−Ｂ線に沿っての断面図である。
【図６】樹脂部材が溶着された電極板を示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、図面を参照しつつ、蓄電モジュールの好適な実施形態について詳細に説明する。［蓄電装置の構成］
【００１５】
図１は、蓄電装置の一実施形態を示す概略断面図である。蓄電装置１は、例えば、フォークリフト、ハイブリッド自動車、電気自動車等の各種車両のバッテリとして用いられる。蓄電装置１は、複数の蓄電モジュール４が積層された蓄電モジュール積層体２と、蓄電モジュール積層体２に対して積層方向に拘束荷重を付加する拘束部材３とを備えている。
【００１６】
蓄電モジュール積層体２は、複数（本実施形態では３体）の蓄電モジュール４と、複数（本実施形態では４枚）の導電板５とを備えている。蓄電モジュール４は、後述するバイポーラ電極１４を備えたバイポーラ電池である。蓄電モジュール４は、例えば積層方向から見て矩形状をなしている。蓄電モジュール４は、例えば、ニッケル水素二次電池、リチウムイオン二次電池等の二次電池、又は電気二重層キャパシタである。以下の説明では、ニッケル水素二次電池を例示する。
【００１７】
蓄電モジュール積層体２において、積層方向に隣り合う蓄電モジュール４，４同士は、導電板５を介して電気的に接続されている。導電板５は、積層方向に隣り合う蓄電モジュール４，４間と、積層端に位置する蓄電モジュール４の外側とにそれぞれ配置されている。積層端に位置する蓄電モジュール４の外側に配置された一方の導電板５には、正極端子６が接続されている。積層端に位置する蓄電モジュール４の外側に配置された他方の導電板５には、負極端子７が接続されている。正極端子６及び負極端子７は、例えば、導電板５の縁部から積層方向に垂直な方向に引き出されている。正極端子６及び負極端子７により、蓄電装置１の充放電が実施される。
【００１８】
各導電板５の内部には、空気等の冷媒を流通させる複数の流路５ａが設けられている。各流路５ａは、例えば、積層方向、並びに正極端子６及び負極端子７の引き出し方向に直交する方向に延在している。これらの流路５ａに冷媒を流通させることで、導電板５は、蓄電モジュール４，４同士を電気的に接続する接続部材としての機能のほか、蓄電モジュール４で発生した熱を放熱する放熱板としての機能を併せ持つ。なお、図１の例では、積層方向から見た導電板５の面積は、蓄電モジュール４の面積よりも小さくなっているが、放熱性の向上の観点から、導電板５の面積は、蓄電モジュール４の面積と同一であってもよく、蓄電モジュール４の面積よりも大きくなっていてもよい。
【００１９】
拘束部材３は、蓄電モジュール積層体２を積層方向に挟む一対のエンドプレート８，８と、エンドプレート８，８同士を締結する締結ボルト９及びナット１０とによって構成されている。エンドプレート８は、積層方向から見た蓄電モジュール４及び導電板５の面積よりも一回り大きい面積を有する矩形の金属板である。エンドプレート８の内側面（蓄電モジュール積層体２側の面）には、電気絶縁性を有するフィルムＦが設けられており、エンドプレート８と導電板５との間が電気的に絶縁されている。
【００２０】
エンドプレート８の縁部には、蓄電モジュール積層体２よりも外側の位置に挿通孔８ａが設けられている。締結ボルト９は、一方のエンドプレート８の挿通孔８ａから他方のエンドプレート８の挿通孔８ａに向かって通され、他方のエンドプレート８の挿通孔８ａから突出した締結ボルト９の先端部分には、ナット１０が螺合されている。これにより、蓄電モジュール４及び導電板５がエンドプレート８，８によって挟持されて蓄電モジュール積層体２としてユニット化されると共に、蓄電モジュール積層体２に対して積層方向に拘束荷重が付加されている。
［蓄電モジュールの構成］
【００２１】
次に、蓄電モジュール４の構成について説明する。図２は、蓄電モジュールの一実施形態を示す概略断面図である。蓄電モジュール４は、電極積層体１１と、電極積層体１１を封止する樹脂製の封止体１２とを備えている。
【００２２】
電極積層体１１は、セパレータ１３を介して複数のバイポーラ電極１４が積層されることによって構成されている。本実施形態では、電極積層体１１の積層方向と蓄電モジュール積層体２の積層方向とは、一致している。電極積層体１１は、積層方向に延在する側面１１ａを有している。バイポーラ電極１４は、電極板１５と、電極板１５の一方面１５ａに設けられた正極１６と、電極板１５の他方面１５ｂに設けられた負極１７とを含んでいる。正極１６は、正極活物質が塗工されてなる正極活物質層である。負極１７は、負極活物質が塗工されてなる負極活物質層である。電極積層体１１において、一のバイポーラ電極１４の正極１６は、セパレータ１３を挟んで積層方向に隣り合う一方のバイポーラ電極１４の負極１７と対向している。電極積層体１１において、一のバイポーラ電極１４の負極１７は、セパレータ１３を挟んで積層方向に隣り合う他方のバイポーラ電極１４の正極１６と対向している。
【００２３】
電極積層体１１において、積層方向の一端には、負極終端電極１８が配置されている。また、積層方向の他端には、正極終端電極１９が配置されている。負極終端電極１８は、電極板１５と、電極板１５の他方面１５ｂに設けられた負極１７とを含んでいる。負極終端電極１８の負極１７は、セパレータ１３を介して積層方向の一端のバイポーラ電極１４の正極１６と対向している。負極終端電極１８の電極板１５の一方面１５ａには、蓄電モジュール４に隣接する一方の導電板５が接触している。正極終端電極１９は、電極板１５と、電極板１５の一方面１５ａに設けられた正極１６とを含んでいる。正極終端電極１９の電極板１５の他方面１５ｂには、蓄電モジュール４に隣接する他方の導電板５が接触している。正極終端電極１９の正極１６は、セパレータ１３を介して積層方向の他端のバイポーラ電極１４の負極１７と対向している。
【００２４】
電極板１５は、例えば、ニッケルからなる金属箔、又はニッケルメッキ鋼板からなり、矩形状をなしている。電極板１５の縁部１５ｃは、正極活物質及び負極活物質が塗工されない未塗工領域となっている。正極１６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。負極１７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。本実施形態では、電極板１５の他方面１５ｂにおける負極１７の形成領域は、電極板１５の一方面１５ａにおける正極１６の形成領域に対して一回り大きくなっている。
【００２５】
セパレータ１３は、例えばシート状に形成されている。セパレータ１３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。セパレータ１３は、フッ化ビニリデン樹脂化合物で補強されたものであってもよい。なお、セパレータ１３は、シート状に限られず、袋状に形成されてもよい。
【００２６】
封止体１２は、例えば耐アルカリ性を有する絶縁性の樹脂によって矩形の筒状に形成されている。封止体１２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）等によって構成されている。封止体１２は、積層方向に延在する電極積層体１１の側面１１ａにおいて電極板１５の縁部１５ｃを保持すると共に、側面１１ａを取り囲むように構成されている。
【００２７】
封止体１２は、各電極板１５の縁部１５ｃに沿ってそれぞれ設けられた複数の一次封止体２１と、一次封止体２１の全体を外側から包囲するように設けられた二次封止体２２とによって構成されている。一次封止体２１は、枠状をなし、電極板１５の一方面１５ａ側の縁部１５ｃ（未塗工領域）において、電極板１５の全ての辺にわたって連続的に設けられている。一次封止体２１の内側の一部は、電極板１５の縁部１５ｃと重なっており、外側の一部は、電極板１５の縁よりも外側に張り出している。一次封止体２１は、当該外側の一部において二次封止体２２に埋没している。
【００２８】
一次封止体２１と電極板１５との結合にあたって、各電極板１５における一次封止体２１との結合面は、複数の微細突起が設けられた粗化メッキ面２３となっている。本実施形態では、正極１６が設けられている電極板１５の一方面１５ａの全面が粗化メッキ面２３となっている。微細突起は、例えば電極板１５に対する電解メッキによって形成された突起状の析出金属（付与物を含む）である。粗化メッキ面２３においては、一次封止体２１を構成する樹脂材料が微細突起間の隙間に入り込むことでアンカー効果が生じ、電極板１５と一次封止体２１との間の結合強度及び液密性の向上が図られる。
【００２９】
二次封止体２２は、電極積層体１１における積層方向の全長にわたって延在している。二次封止体２２は、一次封止体２１の外表面に結合しており、積層方向に隣り合うバイポーラ電極１４，１４間を封止している。これにより、積層方向に隣り合うバイポーラ電極１４，１４間には、内部空間Ｖが形成されている。内部空間Ｖには、例えば水酸化カリウム水溶液等のアルカリ溶液からなる電解液Ｅが収容されている。
［蓄電モジュールの製造方法］
【００３０】
次に、蓄電モジュール４の製造方法について説明する。図３は、蓄電モジュールの製造方法を示すフローチャートである。図３に示されるように、本実施形態の蓄電モジュール４の製造方法は、結合工程Ｓ１、積層工程Ｓ２及び封止工程Ｓ３をこの順に含んでいる。結合工程Ｓ１は、準備工程Ｓ１１及び溶着工程Ｓ１２をこの順に含んでいる。
【００３１】
結合工程Ｓ１では、図４〜図６に示されるように、電極板１５の縁部１５ｃに樹脂部材３２を結合する。準備工程Ｓ１１では、図４に示されるように、縁部１５ｃに樹脂層３１が設けられた電極板１５を準備する。準備工程Ｓ１１は、粗化メッキ面形成工程、樹脂層形成工程及び電極形成工程を、この順に含んでいる。粗化メッキ面形成工程では、電極板１５の一方面１５ａに複数の微細突起を形成することにより、一方面１５ａを粗化メッキ面２３とする。
【００３２】
樹脂層形成工程では、例えば化成処理により、電極板１５の一方面１５ａ上に、縁部１５ｃに沿って樹脂層（樹脂コート）３１を形成する。樹脂層３１は、例えば一次封止体２１を構成する樹脂材料と同一の樹脂材料によって構成されるが、当該樹脂材料とは異なるポリオレフィン系の樹脂材料によって構成されてもよい。樹脂層３１は、電極板１５に垂直な方向から見て環状をなすように、電極板１５の全ての辺にわたって連続的に設けられる。樹脂層３１は、電極板１５との間に液密性が確保されるように、電極板１５における粗化メッキ面２３に結合される。電極形成工程では、電極板１５の一方面１５ａに正極１６を形成すると共に、他方面１５ｂに負極１７を形成する。なお、電極形成工程は、樹脂層形成工程よりも前に実施されてもよい。
【００３３】
溶着工程Ｓ１２では、図５及び図６に示されるように、樹脂層３１を介して電極板１５の縁部１５ｃに樹脂部材３２を溶着する。より詳細には、樹脂層３１に樹脂部材３２を押し当てた状態で、樹脂部材３２に超音波振動を付与することにより、電極板１５の縁部１５ｃに樹脂部材３２を溶着する。樹脂部材３２は、例えば射出成形によって形成され、上述した一次封止体２１の形状に対応した枠状をなしている。樹脂部材３２における電極板１５との結合面３２ａは、電極板１５の縁部１５ｃに対応するように、環状に延在している。結合面３２ａには、突起３３が設けられている。突起３３は、その先端部が尖った形状を有している。突起３３は、結合面３２ａの延在方向に沿って延在しており、樹脂部材３２の縁に沿って、樹脂部材３２の全ての辺部にわたって連続的に設けられている。溶着工程Ｓ２では、樹脂層３１に突起３３を押し当てつつ、樹脂部材３２の溶着を実施する。
【００３４】
溶着工程Ｓ１２では、例えば、樹脂層３１に突起３３の先端部を押し当てた状態で、樹脂部材３２に対して樹脂層３１とは反対側からホーン（図示省略）を押し当て、ホーンを介して樹脂部材３２に超音波振動を付与する。ホーンは、超音波発生部（図示省略）において発生した超音波振動を樹脂部材３２に伝達する。これにより、突起３３に超音波振動が伝わり、樹脂層３１と樹脂部材３２（突起３３）との境界部において摩擦による熱（摩擦熱）が発生する。その結果、樹脂層３１及び樹脂部材３２が溶融及び凝固し、樹脂部材３２が電極板１５の縁部１５ｃに溶着される。このとき、本実施形態では、突起３３に荷重が集中すると共に、超音波振動が突起３３に集中的に作用するため、突起３３の形成位置において樹脂部材３２が電極板１５に対してより強固に結合される。なお、溶着後における樹脂層３１と樹脂部材３２との結合状態は溶着条件に依存し、樹脂層３１と樹脂部材３２とが互いに渾然一体に結合されていてもよいし、樹脂層３１と樹脂部材３２との間に境界面が存在していてもよい。また、溶着工程Ｓ１２では、樹脂部材３２に対して樹脂層３１側からホーンを押し当ててもよい。
【００３５】
積層工程Ｓ２では、樹脂部材３２（一次封止体２１）が電極板１５の縁部１５ｃ同士の間に配置されるように複数の電極板１５を積層することにより、電極積層体１１を形成する。封止工程Ｓ３では、電極積層体１１の側面１１ａに沿って樹脂部材３２を外側から包囲する二次封止体２２を形成する。二次封止体２２は、例えば射出成型によって形成される。上述した工程Ｓ１〜Ｓ３を経て、図２に示される蓄電モジュール４が製造される。
【００３６】
以上説明したように、上記実施形態の蓄電モジュール４の製造方法では、電極板１５の縁部１５ｃに予め樹脂層３１を設けておき、当該樹脂層３１を介して電極板１５の縁部１５ｃに樹脂部材３２を溶着する。これにより、例えば電極板１５に樹脂部材３２を直接に溶着する場合と比べて、電極板１５と樹脂部材３２とを互いに強固に結合でき、シール性を向上できる。また、溶着不良の発生を抑制して、歩留まりを向上することもできる。
【００３７】
また、溶着工程Ｓ２では、電極板１５との結合面３２ａに突起３３が形成された樹脂部材３２を用い、樹脂層３１に突起３３を押し当てつつ、電極板１５に樹脂部材３２を溶着する。これにより、突起３３に荷重が集中するため、電極板１５と樹脂部材３２とを互いに一層強固に結合できる。
【００３８】
また、溶着工程Ｓ２では、超音波を用いて電極板１５に樹脂部材３２を溶着する。これにより、超音波振動が突起３３に集中的に作用することで、電極板１５と樹脂部材３２とを互いにより一層強固に結合できる。
【００３９】
また、樹脂部材３２の結合面３２ａが電極板１５の縁部１５ｃに対応して延在しており、突起３３が結合面３２ａの延在方向に沿って延在している。これにより、電極板１５の縁部１５ｃに沿って電極板１５と樹脂部材３２とを互いに強固に結合でき、シール性を一層向上できる。
【００４０】
また、準備工程Ｓ１では、樹脂層３１との結合面が粗化メッキ面２３となっている電極板１５を準備する。これにより、粗化メッキ面２３により、溶着工程Ｓ２において電極板１５と樹脂部材３２とを互いにより一層強固に結合できる。
【００４１】
本発明は、上記実施形態に限られない。例えば、上記実施形態では突起３３が樹脂部材３２の全ての辺にわたって連続的に設けられていたが、突起３３は、断続的に形成されていてもよい。すなわち、突起３３は、延在方向に互いに所定間隔を空けて配置された複数の突起によって構成されてもよい。この場合においても、溶着工程Ｓ１２では、突起が溶融して延在方向に隣り合う突起同士の間が埋められることにより、樹脂部材３２と電極板１５との間が封止される。或いは、突起３３が設けられず、樹脂部材３２の結合面３２ａが平坦面となっていてもよい。この場合、樹脂層３１に突起を設けておき、溶着工程Ｓ２では、樹脂層３１の突起３３を樹脂部材３２の結合面３２ａに押し当てつつ、電極板１５に樹脂部材３２を溶着してもよい。
【００４２】
粗化メッキ面２３は、電極板１５において一方面１５ａの全面ではなく樹脂層３１との結合面のみに設けられていてもよい。或いは、粗化メッキ面２３が設けられず、電極板１５における樹脂層３１との結合面が平坦面となっていてもよい。溶着工程Ｓ１２では、超音波振動に代えて熱エネルギーを付与することにより、電極板１５に樹脂部材３２を溶着してもよい。この場合、溶着工程Ｓ１２では、例えば、樹脂層３１に突起３３を押し当てた状態で、樹脂部材３２に対して樹脂層３１とは反対側から加熱体を押し当てて樹脂部材３２を加熱することにより、樹脂層３１及び樹脂部材３２を溶融させる。
【符号の説明】
【００４３】
４…蓄電モジュール、１５…電極板、１５ｃ…縁部、２３…粗化メッキ面、３１…樹脂層、３２…樹脂部材、３２ａ…結合面、３３…突起。
【図１】
2019091557.tif 000003
【図２】
2019091557.tif 000004
【図３】
2019091557.tif 000005
【図４】
2019091557.tif 000006
【図５】
2019091557.tif 000007
【図６】
2019091557.tif 000008