(57)【要約】【課題】電極材に含まれる電解液が導電体に接触することを防止することができる電極ユニット、電池及び電極ユニットの製造方法を提供する。【解決手段】電極ユニット１において、被覆体１１は、導電体１０の両平面及び側面を覆っている。また、電極材１２は、導電体１０の一平面又は他平面にて、被覆体１１を介して積層するように設けられている。更に、四角形状をなし、熱可塑性を有し、イオン交換膜１３は、一平面を、その周縁部を残して電極材１２の他平面に接触させることにより、電極材１２を覆っている。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
平板状をなす導電体と、
導電性及び電解液非透過性を有し、前記導電体の両平面及び側面を覆う被覆体と、
平板状をなし、活物質及び電解液を有しており、前記被覆体における前記導電体の反対側に、前記導電体の平面に対向するように設けられた電極材と
を備えることを特徴とする電極ユニット。
【請求項２】
前記電極材は、前記導電体の両平面夫々に対向するように設けられていることを特徴とする請求項１に記載の電極ユニット。
【請求項３】
前記被覆体は、前記導電体を挟み、夫々の周縁部を固着した二枚のシートであることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の電極ユニット。
【請求項４】
イオン透過性を有し、前記電極材を覆い、前記被覆体に固着された隔膜を備えることを特徴とする請求項１から請求項３までのいずれか一つに記載の電極ユニット。
【請求項５】
イオン透過性を有し、対向面の周縁部が固着された二枚の隔膜を備え、
該二枚の隔膜は、前記電極材及び被覆体を覆っている
ことを特徴とする請求項１から請求項３までのいずれか一つに記載の電極ユニット。
【請求項６】
前記被覆体は、熱可塑性樹脂を含有することを特徴とする請求項１から請求項５までのいずれか一つに記載の電極ユニット。
【請求項７】
前記電極材は、熱可塑性樹脂を含有することを特徴とする請求項１から請求項６までのいずれか一つに記載の電極ユニット。
【請求項８】
前記隔膜は熱可塑性を有することを特徴とする請求項４又は請求項５に記載の電極ユニット。
【請求項９】
請求項１から請求項８までのいずれか一つに記載の電極ユニットを備え、
前記活物質は、バナジウムイオン又はバナジウムを含むイオンを含有する
ことを特徴とする電池。
【請求項１０】
請求項２に記載の電極ユニット及び請求項４に記載の電極ユニットが積層されていることを特徴とする電池。
【請求項１１】
平板状の導電体を、両平面側から、導電性及び電解液非透過性を有するシートにより挟み、
前記シートの対向部分の周縁部同士を固着し、
前記シートにおける前記導電体の反対側に、活物質を有する電極材を前記導電体の平面に対向するように設ける
ことを特徴とする電極ユニットの製造方法。
【請求項１２】
導電性及び電解液非透過性を有し、一方向に長いシート部材の表面に、活物質を有する電極材を前記一方向に沿って所定の間隔ごとに塗工し、
塗工された前記電極材ごとに、前記電極材の周囲に前記シート部材が残るように前記シート部材を切断して、シート状の電極ユニット部材を得、
平板状の導電体を、両平面側から、二枚の前記電極ユニット部材における前記シート部材夫々の裏面により挟み、
該裏面の周縁部同士を固着して電極ユニットを製造する
ことを特徴とする電極ユニットの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電極材及び導電体を有する電極ユニット、電池及び電極ユニットの製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
電池は、デジタル家電製品、電気自動車、ハイブリッド自動車及び太陽光発電設備等に広く用いられている。この電池として、リチウムイオン二次電池又はバナジウム固体塩電池等が挙げられる（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
バナジウム固体塩電池は、セルをケースに収容することにより構成される。セルは、外装と、該外装の内部に配された複数の電極ユニットを備える。各電極ユニットは、平板状をなす銅又はアルミニウム等の導電体と、該導電体に積層された平板状の電極材とを有しており、互いに積層されている。電極材は、平板状の多孔質材と、該多孔質材に含有させた活物質及び電解液を有する。活物質は、バナジウムイオン又はバナジウムを含むイオンを含有している。セル内においては、隣り合う電極ユニット間で、正極に係る電極材及び負極に係る電極材が対向している。バナジウム固体塩電池は、正極に係る電極材及び負極に係る電極材間における酸化還元反応を利用して充放電を行う。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１４−２３５８３３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、電極材に含まれる電解液が酸性又はアルカリ性である場合、該電解液が導電体に接触し、導電体が腐食される虞がある。上記バナジウム固体電池のような構成においては、導電体の腐食により、電池の機能の低下又は故障等の問題が生じる虞がある。
【０００６】
本発明は、斯かる事情に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、電極材に含まれる電解液が導電体に接触することを防止することができる電極ユニット、電池及び電極ユニットの製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明に係る電極ユニットは、平板状をなす導電体と、導電性及び電解液非透過性を有し、前記導電体の両平面及び側面を覆う被覆体と、平板状をなし、活物質及び電解液を有しており、前記被覆体における前記導電体の反対側に、前記導電体の平面に対向するように設けられた電極材とを備えることを特徴とする。
【０００８】
本発明によれば、導電体は両平面及び側面を電解液非透過性の被覆体により覆われ、電極材は、被覆体における導電体の反対側に設けられている。したがって、電極材及び導電体は互いに接触せず、電極材に含まれる電解液は導電体に接触しない。これにより、電極材に含まれる電解液による導電体の腐食が防止される。また、被覆体は導電性であるので、電極材及び導電体間の電子の移動を担保できる。
【０００９】
本発明に係る電極ユニットは、前記電極材は、前記導電体の両平面夫々に対向するように設けられていることを特徴とする。
【００１０】
本発明によれば、導電体の両平面夫々に対向するように設けられた電極材に夫々反対極性の電極材を対向させることができる。これにより、セル内において、電極ユニットの積層数を増加させることができる。
【００１１】
本発明に係る電極ユニットは、前記被覆体は、前記導電体を挟み、夫々の周縁部を固着した二枚のシートであることを特徴とする。
【００１２】
本発明によれば、二枚のシートで導電体を挟み、該二枚のシート夫々の周縁部を固着することにより、被覆体による導電体の被覆を容易に行うことができる。
【００１３】
本発明に係る電極ユニットは、イオン透過性を有し、前記電極材を覆い、前記被覆体に固着された隔膜を備えることを特徴とする。
【００１４】
本発明によれば、電極材は、隔膜及び被覆体に両平面及び側面を覆われることとなり、電極材に含まれる電解液が、電極ユニットの外部に漏出することを防止できる。したがって、セル内に複数の電極ユニットを積層する場合において、正極に係る電解液及び負極に係る電解液の混合を防止することができる。
【００１５】
本発明に係る電極ユニットは、イオン透過性を有し、対向面の周縁部が固着された二枚の隔膜を備え、該二枚の隔膜は、前記電極材及び被覆体を覆っていることを特徴とする。
【００１６】
本発明によれば、電極材は、対向面の周縁部が固着された二枚の隔膜の内部に位置し、二枚の隔膜及び被覆体に両平面及び側面を覆われることとなる。これにより、電極材に含まれる電解液が、電極ユニットの外部に漏出することを防止できる。したがって、セル内に複数の電極ユニットを積層する場合において、正極に係る電解液及び負極に係る電解液の混合を防止することができる。
【００１７】
本発明に係る電極ユニットは、前記被覆体は、熱可塑性樹脂を含有することを特徴とする。
【００１８】
本発明によれば、被覆体及び電極材を熱溶着により容易に固着することができる。また、電極ユニットが、イオン透過性を有し、電極材を覆い、被覆体に固着された隔膜を備える場合には、隔膜及び被覆体を熱溶着により容易に固着することができる。
【００１９】
本発明に係る電極ユニットは、前記電極材は、熱可塑性樹脂を含有することを特徴とする。
【００２０】
本発明によれば、電極材及び被覆体を熱溶着により容易に固着することができる。また、電極ユニットが、イオン透過性を有し、電極材を覆い、被覆体に固着された隔膜を備える場合には、電極材及び隔膜を熱溶着により容易に固着することができる。
【００２１】
本発明に係る電極ユニットは、前記隔膜は熱可塑性を有することを特徴とする。
【００２２】
本発明によれば、隔膜及び被覆体、又は隔膜同士を熱溶着により容易に固着することができる。
【００２３】
本発明に係る電池は、上述の電極ユニットを備え、前記活物質は、バナジウムイオン又はバナジウムを含むイオンを含有することを特徴とする。
【００２４】
本発明によれば、バナジウムイオン又はバナジウムを含むイオンを含有する活物質を用いることにより、正極及び負極の活物質を同一として電池を構成でき、電池の設計が容易となる。
【００２５】
本発明に係る電池は、上述の電極ユニットが積層されていることを特徴とする。
【００２６】
本発明によれば、電極ユニットの積層により電池の性能を向上させることができる。
【００２７】
本発明に係る電極ユニットの製造方法は、平板状の導電体を、両平面側から、導電性及び電解液非透過性を有するシートにより挟み、前記シートの対向部分の周縁部同士を固着し、前記シートにおける前記導電体の反対側に、活物質を有する電極材を前記導電体の平面に対向するように設けることを特徴とする。
【００２８】
本発明によれば、シートで導電体を両平面側から挟み、該シートの対向部分の周縁部同士を固着することにより、被覆体による導電体の被覆を容易に覆うことができる。また、電極材は、導電体の平面に対向するようにシートに設けられることになるので、互いに接触しない。更に、導電体は両平面及び側面をシートにより覆われるため、電極材に含まれる電解液は導電体に接触しない。したがって、電極材に含まれる電解液による導電体の腐食が防止される。また、シートは導電性であるので、電極材及び導電体間の電子の移動を担保できる。
【００２９】
本発明に係る電極ユニットの製造方法は、導電性及び電解液非透過性を有し、一方向に長いシート部材の表面に、活物質を有する電極材を前記一方向に沿って所定の間隔ごとに塗工し、塗工された前記電極材ごとに、前記電極材の周囲に前記シート部材が残るように前記シート部材を切断して、シート状の電極ユニット部材を得、平板状の導電体を、両平面側から、二枚の前記電極ユニット部材における前記シート部材夫々の裏面により挟み、該裏面の周縁部同士を固着して電極ユニットを製造することを特徴とする。
【００３０】
本発明によれば、塗工により、シート部材の表面に電極材を形成し、切断することによりシート状の電極ユニット部材を作成する。二枚の電極ユニット材におけるシート部材の裏面で導電体を挟み、裏面の周縁部同士を固着する。これにより、導電体の被覆と、導電体及び電極材の対向配置とを容易に行い、電極ユニットの製造効率を高めることができる。
【００３１】
また、導電体は両平面及び側面を電解液非透過性のシート部材により覆われることとなる。したがって、電極材及び導電体は互いに接触せず、電極材に含まれる電解液は導電体に接触しない。これにより、電極材に含まれる電解液による導電体の腐食が防止される。
【発明の効果】
【００３２】
本発明によれば、電極材に含まれる電解液が導電体に接触することを防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１】実施の形態１に係る電池のセルを示す平面図である。
【図２】図１のＩＩ−ＩＩ線による断面図である。
【図３】電極ユニットの断面図である。
【図４】電極ユニットの断面図である。
【図５】電極ユニットの断面図である。
【図６】電極ユニットの製造手順を示す説明図である。
【図７】セルの製造手順を示す説明図である。
【図８】実施の形態２に係る電極ユニットの断面図である。
【図９】実施の形態３に係る電極ユニットの製造手順を示す説明図である。
【図１０】実施の形態３に係る電極ユニットの製造手順を示す説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００３４】
以下、本発明をその実施の形態を示す図面に基づいて詳述する。
（実施の形態１）
図１は、実施の形態１に係る電池のセルを示す平面図である。図１において、図示の１００はバナジウム固体塩電池のセルである。バナジウム固体塩電池は、セル１００を一つ又は複数個ケースに収容することにより構成されている。セル１００は外装１０１と、該外装１０１から突出した正極端子１０２及び負極端子１０３とを備える。
【００３５】
図２は、図１のＩＩ−ＩＩ線による断面図である。セル１００は、外装１０１の内部に、平板状をなし、面同士が対向した状態で積層された単一の電極ユニット１と、二つの電極ユニット２，２と、二つの電極ユニット３，３とを収容して構成されている。
【００３６】
図２に示すように、積層方向にて、電極ユニット１は、電極ユニット２，２に挟まれている。また、電極ユニット１及び電極ユニット２，２は、電極ユニット３，３に挟まれている。電極ユニット１及び電極ユニット３，３は、負極をなし、電極ユニット２，２は正極をなす。したがって、電極ユニット１及と、電極ユニット２，２と、電極ユニット３，３とは並列に接続されていることとなる。なお、電極ユニット１及び電極ユニット３，３が正極をなし、電極ユニット２，２が負極をなすように構成してもよい。
【００３７】
図３は、電極ユニット１の断面図である。電極ユニット１は、四角形平板状の導電体１０及び該導電体１０の両平面及び側面を覆う被覆体１１を備える。被覆体１１は二枚の被覆シート１１ａ，１１ａを有している。被覆シート１１ａ，１１ａは、一平面により、夫々の周縁部を残して導電体１０の一平面又は他平面を覆っている。また、被覆シート１１ａ，１１ａの周縁部同士は、熱溶着により固着されている。更に、各被覆シート１１ａの一平面と、導電体１０の一平面又は他平面とは、熱溶着により固着されている。なお、被覆体１１が単一の被覆シートからなり、該単一の被覆シートを二つ折りにして導電体１０を挟み、前記単一の被覆シートの対向部分の周縁部同士を固着することにより導電体１０を被覆体１１で封止する構成であってもよい。
【００３８】
電極ユニット１は、更に電極材１２，１２を備えており、各電極材１２は、導電体１０の一平面又は他平面にて、被覆シート１１ａを介し、被覆シート１１ａの他平面の周縁部を残して積層するように設けられている。即ち、各電極材１２は導電体１０の一平面又は他平面に対向し、被覆体１１における導電体１０の反対側に設けられている。各電極材１２は一平面が被覆シート１１ａの他平面に、熱溶着により固着されている。
【００３９】
導電体１０は、アルミニウム、ニッケル、チタン又は銅等であることが好ましい。被覆シート１１ａは、熱可塑性樹脂及び導電フィラーを含有しており、導電性を有し、導電体１０に熱溶着が可能である。熱可塑性樹脂は、ＰＶＤＦ（Polyvinylidene DiFluoride ）又は、ポリプロピレン、ポリエチレンその他のオレフィン系樹脂等が好ましい。ポリエチレンとしては、塩素化ポリエチレン、高密度ポリエチレン等が挙げられる。また、ポリ塩化ビニルを用いてもよい。導電フィラーは、カーボンブラック又は黒鉛粉末等が好ましい。熱可塑性樹脂の含有量は、被覆シート１１ａの全体重量の５ｗｔ％以上であることが好ましい。
【００４０】
電極材１２は、基材に、バナジウムイオン又はバナジウムを含むイオンを含有する活物質と、酸性の電解液と、熱可塑性樹脂のバインダとを含有させてある。基材としては、多孔質の炭素材、例えば炭素繊維により構成されたフェルト、炭素繊維により構成された平板、カーボンブラック、カーボンナノチューブ又は多孔質炭素粉末等が挙げられる。
【００４１】
なお、電極材１２は、活物質、炭素、バインダ及び電解液を含む溶液又は半固体状物等を被覆シート１１ａに塗布することにより、形成してもよい。
【００４２】
負極として機能する電極ユニット１の電極材１２の活物質に含まれるバナジウムイオン又はバナジウムを含むイオンは、酸化還元反応によって、２価及び３価の間で酸化数が変化するバナジウムイオンであるのが好ましい。２価及び３価の間で酸化数が変化するバナジウムイオンとしては、Ｖ2+（II）、Ｖ3+（III ）が例示される。
【００４３】
負極用の活物質であるバナジウム化合物としては、硫酸バナジウム（II）（ＶＳＯ4 ・ｎＨ2 Ｏ）、硫酸バナジウム（III ）（Ｖ2 （ＳＯ4 ）3 ・ｎＨ2 Ｏ）が挙げられる。これらの混合物を用いてもよい。ｎは、０又は１〜１０の整数である。
【００４４】
また、電極材１２に含浸される電解液は、硫酸水溶液であるのが好ましい。硫酸水溶液として、例えば希硫酸を用いることができる。電解液の量は、例えばバナジウム化合物１００ｇに対して、２Ｍ（ｍｏｌ／Ｌ）の硫酸７０ｍＬである。
【００４５】
バインダに用いられる熱可塑性樹脂は、ＰＶＤＦ、ポリプロピレン、ポリエチレンその他のオレフィン系樹脂等が好ましい。被覆シート１１ａが含有する熱可塑性樹脂と同一とすることが好ましい。これにより、被覆シート１１ａ及び電極材１２の加熱による固着が容易となり、強固になる。また、バインダの量は炭素成分に対し、２０ｗｔ％以下であることが好ましい。
【００４６】
更に、電極ユニット１は、四角形状をなし、水素イオン透過性及び熱可塑性を有し、多孔質であるイオン交換膜１３，１３を有する。イオン交換膜１３は、一平面を、その周縁部を残して電極材１２の他平面に接触させることにより、電極材１２を覆っている。イオン交換膜１３は、電極材１２の他平面及び側面を覆っている。イオン交換膜１３は、電極材１２の他平面に、熱溶着により固着されている。イオン交換膜１３の周縁部は、被覆シート１１ａの他平面の周縁部に熱溶着により固着されている。したがって、電極材１２は、イオン交換膜１３及び被覆シート１１ａに封止されることとなる。
【００４７】
なお、二枚のイオン交換膜１３，１３に代えて、単一のイオン交換膜を用い、該単一のイオン交換膜を二つ折りにして電極材１２，１２を覆い、前記単一のイオン交換膜を被覆体１１に固着する構成であってもよい。
【００４８】
イオン交換膜１３は、熱可塑性を有していれば、多孔質でなくともよい。この場合であっても、イオン交換膜１３の熱可塑性により、電極材１２及び被覆シート１１ａ夫々に熱溶着ができる。
また、イオン交換膜１３は、多孔質であれば、熱可塑性を有していなくてもよい。このとき、熱により溶けた電極材１２の熱可塑性樹脂及び被覆シート１１ａの熱可塑性樹脂の一部が多孔質であるイオン交換膜１３の凹凸に流れ込み固着する、いわゆるアンカー効果が生じる。これにより、イオン交換膜１３は電極材１２及び被覆シート１１ａに固着される。
更に、イオン交換膜１３は、水素イオンに加えて硫酸イオンを透過する構成であってもよい。また、イオン交換膜１３は、水素イオンを透過する隔膜の一例であり、電極ユニット１において、イオン交換膜１３に代えて、イオン選択性を有さず、イオン透過性を有する多孔質膜等を用いてもよい。
【００４９】
図４は、電極ユニット２の断面図である。電極ユニット２は、四角形平板状の導電体２０と、該導電体２０の両平面及び側面を覆う被覆体２１と、電極材２２とを備える。被覆体２１は二枚の被覆シート２１ａ，２１ａを有している。被覆シート２１ａ，２１ａは、一平面により夫々の周縁部を残して導電体２０の一平面又は他平面を覆っている。また、被覆シート２１ａ，２１ａの周縁部同士は固着されている。更に、各被覆シート２１ａの一平面と、導電体２０の一平面又は他平面とは、熱溶着により固着されている。電極ユニット２は、更に電極材２２，２２を備えており、各電極材２２は、導電体２０の一平面又は他平面にて、被覆シート２１ａを介し、被覆シート２１ａの他平面の周縁部を残した状態で積層されて設けられている。各電極材２２は一平面が被覆シート２１ａの他平面に、熱溶着により固着されている。なお、被覆体２１は被覆体１１同様、単一の被覆シートからなる構成であってもよい。
【００５０】
導電体２０は、導電体１０同様、アルミニウム等であることが好ましい。被覆シート２１ａは、被覆シート１１ａ同様、熱可塑性樹脂及び導電フィラーを含有している。
【００５１】
電極材２２は、電極材１２と同様に、基材に、バナジウムイオン又はバナジウムを含むイオンを含有する活物質と、酸性の電解液と、熱可塑性樹脂のバインダとを含有させている。なお、電極材２２は、電極材１２と異なり、正極用の活物質が基材に含有されている。
【００５２】
正極として機能する電極ユニット２の電極材２２の活物質に含まれるバナジウムイオン又はバナジウムを含むイオンは、酸化還元反応によって、５価及び４価の間で酸化数が変化するバナジウムを含むイオンであるのが好ましい。５価及び４価の間で酸化数が変化するバナジウムを含むイオンとしては、ＶＯ2+（IV）、ＶＯ2+（V ）が例示される。
【００５３】
正極用の活物質であるバナジウム化合物は、酸化硫酸バナジウム（IV）（ＶＯＳＯ4 ・ｎＨ2 Ｏ）、酸化硫酸バナジウム（V）（（ＶＯ2 ）2 ＳＯ4 ・ｎＨ2 Ｏ）を挙げることができる。これらの混合物を用いてもよい。ｎは、０又は１〜１０の整数である。
【００５４】
なお、電極ユニット２は、電極ユニット１におけるイオン交換膜１３に相当するものを有していない。
【００５５】
また、図２に示すように、電極ユニット２，２は、夫々の電極材２２が対向するように配され、電極材２２に電極ユニット１の電極材１２が対向するように、電極ユニット１を挟んでいる。電極ユニット２，２夫々における電極ユニット１側の電極材２２の他平面は、電極ユニット１のイオン交換膜１３の他平面に接触している。
【００５６】
図５は、電極ユニット３の断面図である。電極ユニット３は、四角形平板状の導電体３０及び該導電体３０の両平面及び側面を覆う被覆体３１を備える。被覆体３１は二枚の被覆シート３１ａ，３１ａを有している。被覆シート３１ａ，３１ａは、一平面により、夫々の周縁部を残して導電体３０の一平面又は他平面を覆っている。また、被覆シート３１ａ，３１ａの周縁部同士は固着されている。更に、各被覆シート３１ａの一平面と、導電体３０の一平面又は他平面とは、熱溶着により固着されている。電極ユニット３は、更に単一の電極材３２を備えており、電極材３２は、導電体３０の一平面にて、被覆シート３１ａを介し、被覆シート３１ａの周縁部を残して積層されている。電極材３２は一平面が被覆シート３１ａの他平面に、熱溶着により固着されている。また、導電体３０の他平面側には電極材は配されてはいない。なお、被覆体３１は被覆体１１同様、単一の被覆シートからなる構成であってもよい。
【００５７】
導電体３０は、導電体１０と同様にアルミニウム等であることが好ましい。被覆シート３１ａは、被覆シート１１ａ同様、熱可塑性樹脂及び導電フィラーを含有している。電極材３２は、電極ユニット１の電極材１２と同様に、基材に、バナジウムイオン又はバナジウムを含むイオンを含有する負極用の活物質と酸性の電解液とを含有させて構成されている。
【００５８】
更に、電極ユニット３は、単一のイオン交換膜３３を有する。イオン交換膜３３は、四角形状をなし、水素イオン透過性及び熱可塑性を有し、多孔質である。イオン交換膜３３は、一平面を、その周縁部を残して電極材３２の他平面に接触させることにより、電極材３２を覆っている。イオン交換膜３３は、電極材３２の他平面及び側面を覆っている。イオン交換膜３３は、電極材３２の他平面に、熱溶着により固着されている。イオン交換膜３３の周縁部は、被覆シート３３ａの他平面の周縁部に熱溶着により固着されている。したがって、電極材３２は、イオン交換膜３３及び被覆シート３１ａに封止されることとなる。
【００５９】
なお、イオン交換膜３３は、イオン交換膜１３と同様に、熱可塑性を有し、多孔質でない構成又は多孔質であるが熱可塑性でない構成のいずれであってもよく、水素イオンに加えて硫酸イオンを透過する構成であってもよい。また、イオン交換膜３３は、イオン交換膜１３と同様に、水素イオンを透過する隔膜の一例であり、電極ユニット３において、イオン交換膜３３に代えて、イオン選択性を有さず、イオン透過性を有する多孔質膜等を用いてもよい。
【００６０】
また、電極ユニット３，３は、夫々のイオン交換膜３３が対向するように配され、イオン交換膜３３に電極ユニット２，２の電極ユニット２２が対向するように、電極ユニット１及び電極ユニット２，２を挟んでいる。電極ユニット３，３夫々のイオン交換膜３３の他平面は、電極ユニット２における電極ユニット３側の電極材２２の他平面に接触している。
【００６１】
なお、電極ユニット３は、電極ユニット１と同様の構成を可能とするが、外装１０１内において端部に配されているので、必要のない電極材及びイオン交換膜を配さず、単一の電極材３２及び単一のイオン交換膜３３のみを有する構成としている。したがって、セル１００は、電極ユニット３に代えて、電極ユニット１を配する構成であってもよい。
【００６２】
イオン交換膜１３を介して対向する電極材１２、２２間と、イオン交換膜３３を介して対向する電極材２２、３２間とにおいて、下記式（１）及び（２）の反応が生じる。
正極：ＶＯＸ2 ・ｎＨ2 Ｏ（ｓ）⇔ＶＯ2 Ｘ・ｎＨ2 Ｏ（ｓ）＋ＨＸ＋Ｈ+ ＋ｅ- （１）
負極：ＶＸ3 ・ｎＨ2 Ｏ（ｓ）＋ｅ- ⇔２ＶＸ2 ・ｎＨ2 Ｏ（ｓ）＋Ｘ- （２）
式中、Ｘは１価の陰イオンを表す。Ｘがｍ価の陰イオンである場合、結合係数（１／ｍ）が考慮される。ｎはバナジウム化合物の種類に応じた種々の値をとり得る。
【００６３】
式（１）及び式（２）の反応を利用してセル１００の充放電が行われる。式（１）及び式（２）の反応においてイオン交換膜１３を介して電極材１２、２２間でプロトンが移動し、イオン交換膜３３を介して電極材２２、３２間でプロトンが移動する。また、正極端子１０２及び負極端子１０３により、外部の負荷又は充電器等との電力のやり取りが行われる。
【００６４】
上記の構成によれば、導電体１０は両平面及び側面を電解液非透過性の被覆体１１により覆われ、電極材１２は、被覆体１１における導電体１０の反対側に設けられている。したがって、電極材１２，１２及び導電体１０は互いに接触せず、電極材１２，１２に含まれる電解液は導電体１０に接触しない。これにより、電極材１２に含まれる電解液による導電体１０の腐食が防止される。また、被覆体１１は導電性であるので、電極材１２及び導電体１０間の電子の移動を担保できる。電極ユニット２及び電極ユニット３においても同様である。
【００６５】
電極ユニット１は、導電体１０の両平面に配された電極材１２に夫々反対極性の電極材２２を対向させることができる。これにより、電極ユニット１を用いることにより、セル１００内において、電極ユニットの積層数を増加させることができる。電極ユニット２においても、同様である。
【００６６】
電極材１０は、イオン交換膜１３及び被覆体１１に両平面及び側面を覆われることとなり、電極材１０に含まれる電解液が、電極ユニット１の外部に漏出することを防止できる。したがって、セル１００内に複数の電極ユニットを積層する場合において、電極ユニット１を用いることにより、正極に係る電解液及び負極に係る電解液の混合を防止することができる。電極ユニット３においても同様である。
【００６７】
電極ユニット１において、二枚の被覆シート１１ａ，１１ａで導電体１０を挟み、該二枚の被覆シート１１ａ，１１ａの周縁部同士を固着することにより、被覆体１１による導電体１０の被覆を容易に覆うことができる。また、導電体１０の両平面を被覆シート１１ａ，１１ａに固着することにより、被覆体１１内における導電体１０の位置を固定することができる。したがって、導電体１０の位置ずれにより、導電体１０及び電極材１２の対向面積が減少し、電池の性能が低下することを防止できる。電極ユニット２及び電極ユニット３においても同様である。
【００６８】
被覆シート１１ａの他平面に電極材１２の一平面を固着することにより、被覆体１１に対する電極材１２の位置を固定することができる。したがって、セル１００内において、電極材１２の位置ずれにより、電極材１２及び電極材２２の対向面積が減少し、電池の性能が低下することを防止できる。電極ユニット２及び電極ユニット３についても同様である。
【００６９】
また、被覆シート１１ａ及び電極材１２が熱可塑性樹脂を含有するので、被覆体１１及び電極材１２を熱溶着により容易に固着することができる。電極ユニット２及び電極ユニット３についても同様である。また、被覆体１１及びイオン交換膜１３を熱溶着により容易に固着することができる。電極ユニット３についても同様である。
【００７０】
イオン交換膜１３が熱可塑性を有するので、イオン交換膜１３及び被覆体１１を熱溶着により容易に固着することができる。これにより、電極材１２をイオン交換膜１３及び被覆体１１間に封止することができる。電極ユニット３についても同様である。
【００７１】
バナジウムイオン又はバナジウムを含むイオンを含有する活物質を用いることにより、正極及び負極の活物質を同一としてセル１００及び電池を構成でき、電池の設計が容易となる。電極ユニットの積層により電池の性能を向上させることができる。
【００７２】
以下、電極ユニット１の製造方法を説明する。図６は、電極ユニット１の製造手順を示す説明図である。まず、図６Ａに示すように、導電体１０の両平面夫々に被覆シート１１ａ，１１ａの一平面を対向させ、一平面の周縁部を残して被せ、導電体１０を挟む。次に、図６Ｂに示すように、被覆シート１１ａ，１１ａの一平面の周縁部同士を、熱溶着により固着する。その後、図６Ｃに示すように、電極材１２，１２を夫々、被覆シート１１ａ，１１ａの他平面にて、各被覆シート１１ａの周縁部を残して設け、熱溶着により固着する。このとき、電極材１２，１２には、電解液が含まれていない。
【００７３】
一方のイオン交換膜１３を一平面の周縁部を残して電極材１２に被せ、イオン交換膜１３の一平面の三辺を被覆シート１１ａの他平面の周縁部の三辺に、熱溶着により固着し、図６Ｄに示すように開口１３ａを形成する。その後、図６Ｄに示すように、イオン交換膜１３及び電極材１２の間に開口１３ａから電解液を注入し、電解液を電極材１２に含浸させる。電解液の含浸の後、図６Ｅに示すように、イオン交換膜１３及び被覆シート１１ａの残りの一辺を固着して開口１３ａを閉じ、イオン交換膜１３の一平面及び電極材１２の他平面にて接する部分を、熱溶着により固着する。同様にして、図６Ｅに示すように、他方のイオン交換膜１３を被覆シート１１ａ及び電極材１２に固着し、電極ユニット１を製造する。なお、電極ユニット１の両側のイオン交換膜１３，１３夫々の三辺を各被覆シート１１ａに固着した後に、電解液を注入してもよい。なお、二枚の被覆シート１１ａ，１１ａでなく、単一の被覆シートを折り曲げて、導電体１０を挟み、前記単一の被覆シートの対向部分の周縁部同士を固着することにより導電体１０を封止してもよい。
【００７４】
電極ユニット２は、導電体２０、被覆シート２１ａ，２１ａ及び電極材２２，２２を用いて、電極ユニット１と同様に製造される。このとき、電極ユニット１の製造における図６Ｃに対応する段階で、電極ユニット２が製造される。なお、該段階においては、電極材２２に電解液は含浸されていない。
【００７５】
電極ユニット３は、導電体３０、被覆シート３１ａ，３１ａ及び電極材３２を用いて、電極ユニット１と同様に製造される。このとき、電極ユニット１の製造における図６Ｄに対応する段階の後、イオン交換膜３３及び被覆シート３１ａの残りの一辺を固着し、イオン交換膜３３の一平面及び電極材３２の他平面にて接する部分を、熱溶着により固着することにより電極ユニット３が製造される。
【００７６】
セル１００の製造方法について説明する。図７は、セル１００の製造手順を示す説明図である。図７Ｃは、図１のＶＩＩ−ＶＩＩ線による模式的断面図であり、図７Ａ及び図７Ｂは、図７Ｃと同一方向の模式的断面図である。図７おいては、負極端子１０３の図示を省略している。まず、図７Ａに示すように上記の如く製造された電極ユニット１、電極ユニット２，２及び電極ユニット３，３を積層した積層ユニットを外装１０１内に搬入する。外装１０１は、二枚の外装シート１０４，１０４を有し、外装シート１０４，１０４は夫々の一平面の三辺を固着しており、開口１０５を形成している。前記積層ユニットは開口１０５から、外装１０１内に搬入される。
【００７７】
開口１０５から、前記積層ユニットを搬入した後、減圧状態で、図７Ｂに示すように開口１０５から電解液を注入する。電極ユニット２，２への電解液の注入は、例えばピペットを用いて行われる。なお、電解液の注入は、電極ユニット２，２に対して同時に注入してもよく、各別に注入してもよい。
【００７８】
その後、外装シート１０４，１０４夫々の残りの一辺を、正極端子１０２及び負極端子１０３が外装１０１から突出するように、減圧状態で固着し、図７Ｃに示すように開口１０５を封止する。これにより、図１及び図２に示すセル１００が製造される。
【００７９】
上記の製造方法によれば、二枚の被覆シート１１ａ，１１ａで導電体１０を挟んで被覆し、各被覆シート１１ａの一平面の周縁部同士を固着することにより、被覆体１１による導電体１０の被覆を容易に覆うことができる。これにより、電極材１２に含まれる電解液が導電体１０に接触することを防止することができる。電極ユニット２及び電極ユニット３においても同様である。
【００８０】
（実施の形態２）
図８は実施の形態２に係る電極ユニット１の断面図である。実施の形態２に係る電極ユニット１の構成について、実施の形態１と同様な構成については、同一の符号を付してその詳細な説明を省略する。
【００８１】
実施の形態２に係る電極ユニット１は、実施の形態１同様に、導電体１０、被覆体１１、電極材１２及びイオン交換膜１３，１３を備えている。イオン交換膜１３の両平面の面積は、被覆シート１１ａの両平面の面積よりも大きい。各イオン交換膜１３は、被覆体１１全体及び電極材１２を覆っており、夫々の一平面の周縁部同士が固着されている。また、イオン交換膜１３の一平面は、電極材１２の他平面に、夫々が重なる部分にて熱溶着により固着されている。電極材１２，１２は、被覆シート１１ａ，１１ａ及び二枚のイオン交換膜１３，１３に全体を覆われることになる。
【００８２】
上記の構成によれば、電極材１２は、対向面の周縁部が固着された二枚のイオン交換膜１３，１３の内部に位置し、二枚のイオン交換膜１３，１３に両平面及び側面を覆われることとなる。これにより、電極材１２に含まれる電解液が、電極ユニット１の外部に漏出することを防止できる。したがって、電極ユニット１を用いることにより、セル１００内において、正極に係る電解液及び負極に係る電解液の混合を防止することができる。また、イオン交換膜１３，１３は、熱可塑性を有するので、熱溶着により容易に固着することができる。また、熱溶着により、電極材１２を二枚のイオン交換膜１３，１３間に封止することができる。
【００８３】
なお、二枚のイオン交換膜１３，１３に代えて、単一のイオン交換膜を用い、単一のイオン交換膜を二つ折りにして電極材１２，１２を覆い、前記単一のイオン交換膜の対向部分の周縁部同士を固着する構成であってもよい。
【００８４】
（実施の形態３）
図９及び図１０は、実施の形態３に係る電極ユニット１の製造手順を示す説明図である。実施の形態３に係る電極ユニット１の構成について、実施の形態１と同様な構成については、同一の符号を付してその詳細な説明を省略する。
【００８５】
まず、図９Ａに示すように、矩形をなし、被覆シート１１ａと材質が同一であり、一方向に長いシート部材１１０の一平面に、前記一方向に沿って負極用のバナジウム化合物を含む半固体状物であるスラリーを塗布する。電極材１２が、該電極材１２の周縁部の外側にシート部材１１０が露出する状態で、所定の間隔ごとに間欠的に複数並設されるように、前記スラリーをシート部材１１０上に塗布する。スラリーの塗布には、例えばスロットダイコータ等のコータを用いる。
【００８６】
次に、図９Ｂにて、点線で示すように、シート部材１１０が電極材１２、１２間の中央部分で、即ち、電極材１２ごとに、電極材１２の周縁部の外側にシート部材１１０が残る状態で切断されるように、切り出しを行う。これにより、図９Ｃに示すように、電極材１２、１２が形成された被覆シート１１ａ、１１ａが複数得られる。このとき、電極材１２，１２には、電解液が含まれていない。図９Ｃにおいては、電極材１２が形成された被覆シート１１ａを四個示している。なお、電極材１２、１２が形成された被覆シート１１ａ、１１ａは電極ユニット部材をなす。
【００８７】
その後、図１０Ｄに示すように、導電体１０の両平面夫々に、前記被覆シート１１ａにおける電極材１２の反対側の他平面を対向させる。該他平面の周縁部を残して前記被覆シート１１ａを導電体１０に被せ、前記他平面により導電体１０を挟む。次に、図１０Ｅに示すように、被覆シート１１ａ，１１ａ夫々の一平面の周縁部同士を、熱溶着により固着する。ここで、電極材１２に係るスラリーが塗布される一平面がシート部材１１０の表面であり、導電体１０を挟む他平面がシート部材１１０の裏面である。
【００８８】
図１０Ｆ及び図１０Ｇに示すように、実施の形態１と同様に電解液を電極材１２に含浸させ、イオン交換膜１３と、被覆シート１１ａの他平面及び電極材１２の他平面とを固着することにより、電極ユニット１を製造する。
【００８９】
なお、電極ユニット２及び電極ユニット３の製造においても、電極ユニット１と同様にスラリーを塗布することにより、電極材２２が形成された被覆膜２１ａ又は電極材３２が形成された被覆膜３１ａ作成してもよい。
【００９０】
上記の構成によれば、塗布により、シート部材１１０に電極材１２を形成し、切断することにより前記電極材１２が形成された前記被覆シート１１ａ，１１ａを作成する。電極材１２が形成された二枚の被覆シート１１ａ，１１ａで導電体１０を挟んで被覆し、該二枚の被覆シート１１ａ，１１ａ夫々の周縁部を固着する。これにより、被覆体１１による導電体１０の被覆と、導電体１０及び電極材１２の被覆体１１を介する積層とを容易に行い、電極ユニット１の製造効率を高めることができる。
【００９１】
また、導電体１０は両平面及び側面を電解液非透過性の被覆体１１ａ，１１ａにより覆われることとなる。したがって、電極材１２，１２及び導電体１０は互いに接触せず、電極材１２，１２に含まれる電解液は導電体１０に接触しない。これにより、電極材１２，１２に含まれる電解液による導電体１０の腐食が防止される。
【００９２】
なお、実施の形態１及び実施の形態２にて、電極ユニット１及び電極ユニット２の積層数は、合計３個であるがこれに限られず、積層数を４個以上としてもよい。また、単一の電極ユニット１又は電極ユニット２を電極ユニット３，３により挟んでもよい。単一の電極ユニット１を二つの電極ユニット３，３により挟む場合は、電極ユニット３は、イオン交換膜３３を備えていなくともよい。更に、電極ユニット１又は電極ユニット２を設けず、電極ユニット３，３を夫々逆極性として積層してもよい。
【００９３】
また、実施の形態１から実施の形態４までにて、電極ユニット１において、導電体１０、被覆シート１１ａ、電極材１２及びイオン交換膜１３は四角形状に限られず、四角形以外の多角形状又は円形状等であってもよい。電極ユニット２及び電極ユニット３においても同様である。
【００９４】
今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって、制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上記した意味ではなく、特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味及び範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。即ち、請求項に示した範囲で適宜変更した技術的手段を組み合わせて得られる実施形態も本発明の技術的範囲に含まれる。
【符号の説明】
【００９５】
１、２、３  電極ユニット
１０、２０、３０  導電体
１１、２１、３１  被覆体
１１ａ、２１ａ、３１ａ  被覆シート（シート）
１２、２２、３２  電極材
１３、３３  イオン交換膜（隔膜）
１１０  シート部材
【図１】
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【図２】
2017004794.tif 000004
【図３】
2017004794.tif 000005
【図４】
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【図５】
2017004794.tif 000007
【図６】
2017004794.tif 000008
【図７】
2017004794.tif 000009
【図８】
2017004794.tif 000010
【図９】
2017004794.tif 000011
【図１０】
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