(57)【要約】【課題】信頼性の向上が図られた蓄電装置を提供する。【解決手段】蓄電装置１は、セパレータ１３を介してバイポーラ電極１４を積層してなる電極積層体１１と、電極積層体１１の側面１１ａに設けられ、積層方向Ｄに隣り合うバイポーラ電極１４，１４間を封止する封止体１２と、を備える。積層方向Ｄに隣り合うバイポーラ電極１４，１４間に形成された内部空間Ｖには、アルカリ溶液からなる電解液が収容されている。電極積層体１１において、積層方向Ｄの一端には、内面１５ｄに負極１７が形成された電極板１５からなる負極終端電極１８が配置されている。負極終端電極１８の電極板１５の外面１５ｅには、電解液を吸液する吸液部材３１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】
一方面側に正極が形成され、他方面側に負極が形成された電極板からなるバイポーラ電極を有する蓄電装置であって、
セパレータを介して前記バイポーラ電極を積層してなる積層体と、
前記積層体の側面に設けられ、積層方向に隣り合う前記バイポーラ電極間を封止する封止体と、を備え、
前記積層方向に隣り合う前記バイポーラ電極間に形成された内部空間には、アルカリ溶液からなる電解液が収容されており、
前記積層体において、前記積層方向の一端には、内面に前記負極が形成された電極板からなる負極終端電極が配置されており、
前記負極終端電極の前記電極板の外面には、前記電解液を吸液する吸液部材が設けられている、蓄電装置。
【請求項２】
前記吸液部材は、不織布によって構成されている、請求項１に記載の蓄電装置。
【請求項３】
前記吸液部材は、前記外面に結合した溶融凝固部を有している、請求項１又は２に記載の蓄電装置。
【請求項４】
前記溶融凝固部は、点状に形成されている、請求項３に記載の蓄電装置。
【請求項５】
前記溶融凝固部は、前記積層方向から見て、前記負極の形成領域よりも外側に配置されている、請求項３又は４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】
従来の蓄電装置として、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るバイポーラ電池が知られている（特許文献１参照）。バイポーラ電池は、セパレータを介して複数のバイポーラ電極を積層してなる積層体を備えている。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おり、バイポーラ電極間に形成された内部空間に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装置では、積層体における積層方向の一端に、内面に負極が形成された電極板からなる負極終端電極が配置されている。この負極終端電極の電極板の縁部についても封止体によって封止されているが、電解液がアルカリ溶液からなる場合、いわゆるアルカリクリープ現象により、電解液が負極終端電極の電極板上を伝わり、封止体と当該電極板との間を通って当該電極板の外面側に滲み出ることがある。電解液が外面側に漏れ出ると、例えば負極終端電極に隣接して配置された導電板の腐食や、負極終端電極と拘束部材との短絡などが生じるおそれがあり、信頼性の観点から好ましくない。
【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、信頼性の向上が図られた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、一方面側に正極が形成され、他方面側に負極が形成された電極板からなるバイポーラ電極を有する蓄電装置であって、セパレータを介してバイポーラ電極を積層してなる積層体と、積層体の側面に設けられ、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と、を備え、積層方向に隣り合うバイポーラ電極間に形成された内部空間には、アルカリ溶液からなる電解液が収容されており、積層体において、積層方向の一端には、内面に負極が形成された電極板からなる負極終端電極が配置されており、負極終端電極の電極板の外面には、電解液を吸液する吸液部材が設けられている。
【０００７】
この蓄電装置では、アルカリクリープ現象により封止体と負極終端電極の電極板との間から滲み出た電解液が、当該電極板の外面に設けられた吸液部材によって吸液される。これにより、滲み出た電解液によって腐食や短絡などが生じることを回避でき、信頼性を向上できる。
【０００８】
また、吸液部材は、不織布によって構成されていてもよい。この場合、封止体と負極終端電極の電極板との間から滲み出た電解液を不織布によって吸液できる。
【０００９】
また、吸液部材は、外面に結合した溶融凝固部を有していてもよい。この場合、吸液部材を負極終端電極の電極板の外面に容易に且つ確実に設けることができる。
【００１０】
また、溶融凝固部は、点状に形成されていてもよい。この場合、溶融凝固部の形成時に生じる熱の影響が負極に及ぶことを抑制できる。
【００１１】
また、溶融凝固部は、積層方向から見て、負極の形成領域よりも外側に配置されていてもよい。この場合、溶融凝固部の形成時に生じる熱の影響が負極に及ぶことを一層抑制できる。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、信頼性の向上が図られた蓄電装置を提供できる。
【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】図１の蓄電モジュールの内部構成を示す概略断面図である。
【図３】図２の一部を拡大して示す概略断面図である。
【図４】図３の一部を積層方向から見て示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、本発明の一実施形態について、図面を参照しつつ詳細に説明する。なお、以下の説明において、同一又は相当要素には同一符号を用い、重複する説明を省略する。
【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。同図に示す蓄電装置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を積層してなる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とを備えて構成されている。
【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、蓄電モジュール４，４間に配置された複数の導電板５とによって構成されている。蓄電モジュール４は、例えば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り、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、或い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】
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、積層端に位置する蓄電モジュール４の外側にも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交差する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、例えば積層方向と、正極端子６及び負極端子７の引き出し方向とにそれぞれ直交する方向に互いに平行に延在している。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の面積よりも小さいが、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の面積と同じであってもよく、蓄電モジュール４の面積よりも大きくてもよい。
【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が設けられている。フィルムＦにより、エンドプレート８と導電板５との間が絶縁されている。
【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よりも外側となる位置に挿通孔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る。
【００２１】
次に、蓄電モジュール４の構成について更に詳細に説明する。図２は、蓄電モジュール４の内部構成を示す概略断面図である。同図に示すように、蓄電モジュール４は、電極積層体１１と、電極積層体１１を封止する封止体１２とを備えて構成されている。
【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を積層することによって構成されている。この例では、電極積層体１１の積層方向Ｄは蓄電モジュール積層体２の積層方向と一致している。バイポーラ電極１４は、一方面１５ａに正極１６が形成され、かつ他方面１５ｂに負極１７が形成された電極板１５からなる電極である。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Ｄ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Ｄ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Ｄの一端には負極終端電極１８が配置され、積層方向Ｄ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、内面（積層方向Ｄの中心側の面）１５ｄに負極１７が形成された電極板１５であり、正極終端電極１９は、内面（積層方向Ｄの中心側の面）１５ｆに正極１６が形成された電極板１５である。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Ｄの一端のバイポーラ電極１４の正極１６と対向している。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Ｄの他端のバイポーラ電極１４の負極１７と対向している。負極終端電極１８の電極板１５の外面１５ｅ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の電極板１５の外面１５ｇ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。
【００２４】
電極板１５は、例えばニッケルからなる矩形の金属箔である。電極板１５の縁部（バイポーラ電極１４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などが例示される。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、袋状のものを用いてもよい。
【００２６】
封止体１２は、例えば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。封止体１２は、バイポーラ電極１４の積層によって形成された電極積層体１１の側面１１ａを取り囲むように構成されている。
【００２７】
封止体１２は、各バイポーラ電極１４の電極板１５の縁部１５ｃに沿って設けられた第１部分２１と、それら第１部分２１の全体を外側から包囲するように設けられた第２部分２２とによって構成されている。第１部分２１は、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。第１部分２１は、溶着によって当該縁部１５ｃに結合されている。第１部分２１の内側の一部は、積層方向Ｄに隣り合うバイポーラ電極１４，１４の電極板１５の縁部１５ｃ同士の間に位置しており、外側の一部は、電極板１５から外側に張り出している。第１部分２１は、当該外側の一部において第２部分２２に埋没している。
【００２８】
第２部分２２は、例えば樹脂の射出成形によって形成され、電極積層体１１における積層方向Ｄの全長にわたって延在している。第２部分２２は、例えば射出成型時の熱によって第１部分２１の外表面に溶着されており、積層方向Ｄ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Ｄ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。この内部空間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（不図示）が収容されている。電解液は、セパレータ１３、正極１６及び負極１７内に含浸されている。
【００２９】
同様に、負極終端電極１８及び正極終端電極１９の電極板１５の縁部１５ｃにも第１部分２１が設けられており、負極終端電極１８及び正極終端電極１９とバイポーラ電極１４との間は第２部分２２によって封止されている。これにより、負極終端電極１８及び正極終端電極１９とバイポーラ電極１４との間に内部空間Ｖが形成されており、この内部空間Ｖに電解液が収容されている。
【００３０】
ここで、本実施形態の蓄電モジュール４では、負極終端電極１８の電極板１５の外面１５ｅに吸液部材３１が設けられている。以下、図３及び図４を参照しつつ吸液部材３１について詳細に説明する。図３は、図２の一部を拡大して示す概略断面図であり、図４は、図３の一部を積層方向Ｄから見て示す図である。図４では、導電板５の外縁が二点鎖線で示されており、負極１７の外縁が破線で示されている。
【００３１】
吸液部材３１は、例えば不織布によってシート状に形成されている。この不織布を構成する材料としては、ポリオレフィンなどが例示される。不織布には、吸水性を向上するために、プラズマ処理が施されていてもよい。吸液部材３１の厚さ（積層方向Ｄに沿っての長さ）は、例えば数百μｍ程度である。吸液部材３１は、例えば積層方向Ｄから見て矩形環状をなしており、第１部分２１と導電板５との間に配置されて導電板５を包囲している。この例では、吸液部材３１は、第１部分２１及び導電板５の双方から離間している。吸液部材３１の内側の一部は、積層方向Ｄから見て負極１７の形成領域と重なっている。
【００３２】
吸液部材３１は、例えば外面１５ｅに結合した溶融凝固部３２を有しており、溶着によって外面１５ｅに結合されている。吸液部材３１は、例えば熱溶着等によって外面１５ｅに溶着されており、溶融凝固部３２は、この溶着の際に溶融及び凝固した部分である。外面１５ｅには、吸液部材３１の溶着のために、粗化処理が施されていてもよい。溶融凝固部３２は、点状（スポット状）に形成されており、吸液部材３１の延在方向（周方向）に沿って間隔を空けて複数並んで設けられている。溶融凝固部３２は、積層方向Ｄから見て、吸液部材３１の幅方向の中間部に位置しており、負極１７の形成領域よりも外側に配置されている。
【００３３】
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。蓄電装置１の製造方法は、一次成形工程と、積層工程と、二次成形工程とを含んで構成されている。まず、一次成形工程では、所定数のバイポーラ電極１４、並びに一対の負極終端電極１８及び正極終端電極１９を用意し、各電極板１５の縁部１５ｃに沿って第１部分２１を溶着する。続いて、負極終端電極１８の電極板１５の外面１５ｅ上に不織布を載置した状態で、当該不織布の一部を溶融及び凝固させることにより、外面１５ｅに結合した溶融凝固部３２を有する吸液部材３１を外面１５ｅ上に形成する。なお、吸液部材３１の形成工程は、第１部分２１の形成工程よりも前に行われてもよい。
【００３４】
積層工程では、第１部分２１が電極板１５の縁部１５ｃ同士の間に配置されるように、セパレータ１３を介してバイポーラ電極１４、負極終端電極１８及び正極終端電極１９を積層することにより、電極積層体１１を形成する。二次成形工程では、射出成形の金型（不図示）内に電極積層体１１を配置した後、金型内に溶融樹脂を射出することにより、第１部分２１を包囲するように第２部分２２を形成する。これにより、電極積層体１１の側面１１ａに封止体１２が形成される。
【００３５】
二次成形工程の後、バイポーラ電極１４，１４間の内部空間Ｖに電解液を注入する工程、蓄電モジュール４と導電板５とを積層して蓄電モジュール積層体２を形成する工程、及び拘束部材３によって蓄電モジュール積層体２を拘束する工程等を経て、図１に示した蓄電装置１が得られる。
【００３６】
続いて、蓄電装置１の作用効果を説明する。
【００３７】
上述したように、蓄電装置１では、いわゆるアルカリクリープ現象により、電解液が負極終端電極１８の電極板１５上を伝わり、封止体１２の第１部分２１と電極板１５との間を通って電極板１５の外面１５ｅ側に滲み出ることがある。図３には、アルカリクリープ現象における電解液の移動経路が矢印Ａで示されている。このアルカリクリープ現象は、電気化学的な要因により、蓄電装置１の充電時及び放電時の双方、あるいは、通電時及び無負荷時の双方において生じる。
【００３８】
これに対し、蓄電装置１では、アルカリクリープ現象により封止体１２と負極終端電極１８の電極板１５との間から滲み出た電解液が、電極板１５の外面１５ｅに設けられた吸液部材３１によって吸液（吸水）される。これにより、滲み出た電解液によって腐食や短絡などが生じることを回避でき、信頼性を向上できる。なお、蓄電装置１では、吸液部材３１は、少なくとも所定の許容量の電解液を吸液できるように構成されている。この許容量は、例えば１つの内部空間Ｖに収容された電解液の量と等しい量（例えば８ｍｌ）に設定されている。吸液部材３１による吸液後には、電解液の溶媒が自然乾燥により蒸発し、電解液の塩のみが吸液部材３１内に残留する。
【００３９】
また、蓄電装置１では、吸液部材３１が不織布によって構成されている。これにより、封止体１２と負極終端電極１８の電極板１５との間から滲み出た電解液を不織布によって吸液できる。また、蓄電装置１では、吸液部材３１が外面１５ｅに結合した溶融凝固部３２を有している。これにより、吸液部材３１を外面１５ｅに容易に且つ確実に設けることができる。
【００４０】
また、蓄電装置１では、溶融凝固部３２が点状に形成されている。これにより、溶融凝固部３２の形成時に生じる熱の影響が負極１７に及ぶことを抑制できる。また、蓄電装置１では、溶融凝固部３２が、積層方向Ｄから見て、負極１７の形成領域よりも外側に配置されている。これにより、溶融凝固部３２の形成時に生じる熱の影響が負極１７に及ぶことを一層抑制できる。
【００４１】
以上、本発明の一実施形態について説明したが、本発明は、上記実施形態に限られない。例えば、吸液部材３１は、吸液性を有していればよく、例えばスポンジのように海綿状に形成された樹脂部材、又は多孔質材料によって構成されていてもよい。また、吸液部材３１は、例えば接着等によって外面１５ｅに結語されていてもよい。また、吸液部材３１は、第１部分２１に接触するように配置されていてもよい。また、溶融凝固部３２は、吸液部材３１の延在方向（周方向）に沿って線状に連続的に形成されていてもよい。
【００４２】
また、上記実施形態では、電極板１５の一方面１５ａ側のみに第１部分２１が形成されていたが、第１部分２１は、一方面１５ａ側及び他方面１５ｂ側の双方に形成されていてもよく、例えば電極板１５の縁部１５ｃが第１部分２１に埋没するように形成されていてもよい。或いは、第１部分２１は、他方面１５ｂ側のみに形成されていてもよい。また、上記実施形態では、第１部分２１の外側の一部が電極板１５から外側に張り出していたが、第１部分２１は少なくとも電極板１５の縁部１５ｃ同士の間に配置されていればよく、例えば第１部分２１の全体が電極板１５の縁部１５ｃ同士の間に配置されていてもよい。
【符号の説明】
【００４３】
１…蓄電装置、１１…電極積層体、１１ａ…側面、１２…封止体、１３…セパレータ、１４…バイポーラ電極、１５…電極板、１５ａ…一方面、１５ｂ…他方面、１５ｃ…縁部、１５ｄ…内面、１５ｅ…外面、１６…正極、１７…負極、１８…負極終端電極、３１…吸液部材、３２…溶融凝固部、Ｄ…積層方向、Ｖ…内部空間。
【図１】
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【図２】
2019016431.tif 000004
【図３】
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【図４】
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