CN111819723A - 蓄电装置 - Google Patents

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Abstract

一种蓄电装置，具备蓄电模块、以及夹持蓄电模块的一对导电板。蓄电模块具有电极层叠体、以及密封电极层叠体的密封体。电极层叠体包含层叠的多个双极电极和一对终端电极。一对终端电极配置于电极层叠体的层叠端，包含电极板和活性物质层。活性物质层设置于电极板的朝向电极层叠体的内侧的面。密封体具有设置于终端电极的缘部的一对树脂部。一对导电板中的至少一个导电板配置为在电极层叠体的层叠方向上与终端电极相对，并且在从层叠方向观看时与一对树脂部中的对应的树脂部重叠。

Description

蓄电装置
技术领域
本发明的一个方面涉及蓄电装置。
背景技术
作为现有的蓄电装置，已知具备具有双极电极的所谓的双极型的蓄电模块的装置，上述双极电极在电极板的一面形成有正极，在电极板的另一面形成有负极(参照专利文献1)。上述蓄电模块具备层叠多个双极电极而成的电极层叠体。在电极层叠体的周围设置有对在层叠方向上相邻的双极电极之间进行密封的密封体。在由密封体形成于双极电极之间的内部空间收纳有电解液。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：特开2011-204386号公报
发明内容
发明要解决的问题
在上述的蓄电模块中，根据使用条件等，有时双极电极之间的内部空间的内部压力会上升。在内部压力发生了上升的情况下，考虑会有如下情况：位于电极层叠体的层叠端的电极(以下称为终端电极)沿着层叠方向向电极层叠体的外侧较大地变形。
如果终端电极产生过度变形，则施加到密封体的应力会增加，密封体可能会断裂。也有可能在密封体与终端电极之间产生间隙。密封体的断裂可能成为电解液向电极层叠体的外部漏出的原因。密封体与终端电极之间的间隙的形成也可能成为电解液向电极层叠体的外部漏出的原因。
本发明的一个方面是为了解决上述问题而完成的，提供一种即使在内部压力上升时也能够抑制终端电极过度变形的蓄电装置。
用于解决问题的方案
本发明的一个方面的蓄电装置具备蓄电模块、以及夹持蓄电模块的一对导电板。蓄电模块具有电极层叠体、以及密封电极层叠体的密封体。电极层叠体包含层叠的多个双极电极和一对终端电极。一对终端电极配置于电极层叠体的层叠端，包含电极板和活性物质层。活性物质层设置于电极板的朝向电极层叠体的内侧的面。密封体具有设置于终端电极的缘部的一对树脂部。一对导电板中的至少一个导电板配置为在电极层叠体的层叠方向上与一对终端电极中的对应的终端电极相对，并且在从层叠方向观看时与一对树脂部中的对应的树脂部重叠。
在该蓄电装置中，至少一个导电板配置为与对应的树脂部重叠。因此，即使在蓄电模块的内部压力发生了上升的情况下，也能够通过导电板抑制终端电极的过度变形。
也可以是，一个导电板配置为在从层叠方向观看时在对应的终端电极的缘部的整周上与对应的树脂部重叠。在这种情况下，能够通过导电板进一步抑制终端电极的过度变形。
也可以是，电极层叠体的缘部在层叠方向上的长度短于电极层叠体的中央部在层叠方向上的长度。在这种情况下，即使在终端电极的电极板的朝向电极层叠体的外侧的面设置有树脂部，也能够使导电板与终端电极接触。
也可以是，一个导电板与对应的树脂部接触。在这种情况下，能够通过导电板进一步抑制终端电极的过度变形。
也可以是，一对导电板各自配置为在电极层叠体的层叠方向上与一对终端电极分别相对，并且在从层叠方向观看时与一对树脂部分别重叠。在这种情况下，能够通过一对导电板抑制一对终端电极的过度变形。
发明效果
根据本发明的一个方面，即使在内部压力上升时也能够抑制终端电极过度变形。
附图说明
图1是示出蓄电装置的一个实施方式的概略截面图。
图2是示出蓄电模块的一个实施方式的概略截面图。
图3是示出参考例的蓄电装置中的蓄电模块的内部压力上升时的负极终端电极的样子的主要部分放大截面图。
图4是示出参考例的蓄电装置中的蓄电模块的内部压力上升时的正极终端电极的样子的主要部分放大截面图。
具体实施方式
以下，参照附图来详细地说明实施方式。在说明中，对同一要素或具有同一功能的要素使用同一附图标记，省略重复的说明。
[蓄电装置的构成]
图1是示出蓄电装置的一个实施方式的概略截面图。该图所示的蓄电装置1例如用作叉车、混合动力汽车、电动汽车等各种车辆的电池。蓄电装置1具备：蓄电模块层叠体2，其包含层叠的多个蓄电模块4；以及约束构件3，其在层叠方向上对蓄电模块层叠体2施加约束载荷。
蓄电模块层叠体2例如包括多个(在本实施方式中为3个)蓄电模块4、以及多个(在本实施方式中为4个)导电板5。蓄电模块4例如是具备后述的双极电极14的双极电池。蓄电模块4在从层叠方向观看时为矩形。蓄电模块4例如为镍氢二次电池、锂离子二次电池等二次电池、或双电层电容器。在以下的说明中，例示镍氢二次电池。
在蓄电模块层叠体2中，在层叠方向上相邻的蓄电模块4、蓄电模块4彼此经由导电板5电连接。导电板5分别配置于在层叠方向上相邻的蓄电模块4、蓄电模块4之间、以及位于层叠端的蓄电模块4的外侧。各蓄电模块4可以说被一对导电板5夹持。正极端子6连接到配置在位于层叠端的蓄电模块4的外侧的一个导电板5。负极端子7连接到配置在位于层叠端的蓄电模块4的外侧的另一个导电板5。正极端子6和负极端子7例如从导电板5的缘部向与层叠方向交叉的方向拉出。蓄电装置1的充放电通过正极端子6和负极端子7来实施。
在各导电板5的内部设置有使空气等制冷剂流通的多个流路5a。各流路5a例如在分别与层叠方向、以及正极端子6和负极端子7的引出方向正交的方向上相互平行地延伸。通过使制冷剂在这些流路5a中流通，从而导电板5兼具将蓄电模块4、蓄电模块4彼此电连接的作为连接构件的功能、以及将在蓄电模块4中产生的热进行散热的作为散热板的功能。在从层叠方向观看时的导电板5的面积例如比蓄电模块4的面积小。
约束构件3包括：在层叠方向上夹着蓄电模块层叠体2的一对端板8、端板8；以及将端板8、端板8彼此紧固的紧固螺栓9和螺母10。端板8是具有比从层叠方向观看时的蓄电模块4及导电板5的面积大一圈的面积的矩形的金属板。在端板8的内侧面(蓄电模块层叠体2侧的面)设置有具有电绝缘性的膜F，端板8与导电板5之间被电绝缘。
在端板8的缘部，在比蓄电模块层叠体2靠外侧的位置设置有插通孔8a。紧固螺栓9从一个端板8的插通孔8a向另一个端板8的插通孔8a穿出，螺母10螺合到从另一个端板8的插通孔8a突出的紧固螺栓9的顶端部分。由此，蓄电模块4及导电板5被端板8、端板8夹持而被单元化为蓄电模块层叠体2，并且蓄电模块层叠体2在层叠方向上被施加约束载荷。
[蓄电模块的构成]
接着，说明蓄电模块4的构成。图2是示出蓄电模块的一个实施方式的概略截面图。如该图所示，蓄电模块4具有电极层叠体11、以及密封电极层叠体11的树脂制的密封体12。
电极层叠体11是通过隔着隔离物(separator)13层叠多个双极电极14、负极终端电极18以及正极终端电极19而构成的。即，电极层叠体11包含隔着隔离物13层叠的多个双极电极14、负极终端电极18以及正极终端电极19。在本实施方式中，电极层叠体11的层叠方向D与蓄电模块层叠体2的层叠方向是一致的。电极层叠体11具有在层叠方向D上延伸的侧面11a。双极电极14包含电极板15、设置于电极板15的一个面15a的正极16以及设置于电极板15的另一个面15b的负极17。正极16是涂敷正极活性物质而成的正极活性物质层。负极17是涂敷负极活性物质而成的负极活性物质层。在电极层叠体11中，一个双极电极14的正极16隔着隔离物13与在层叠方向D上相邻的一个双极电极14的负极17相对。在电极层叠体11中，一个双极电极14的负极17隔着隔离物13与在层叠方向D上相邻的另一双极电极14的正极16相对。
负极终端电极18配置在电极层叠体11的一个层叠端。负极终端电极18包含电极板15、以及设置在电极板15的另一个面15b的负极17。负极终端电极18中的电极板15的一个面15a是朝向电极层叠体11的外侧的面(外表面)，另一个面15b是朝向电极层叠体11的内侧的面(内表面)。负极终端电极18的负极17隔着隔离物13与双极电极14的正极16相对。
正极终端电极19配置在电极层叠体11的另一层叠端。正极终端电极19包含电极板15、以及设置于电极板15的一个面15a的正极16。正极终端电极19中的电极板15的一个面15a是朝向电极层叠体11的内侧的面(内表面)，另一个面15b是朝向电极层叠体11的外侧的面(外表面)。正极终端电极19的正极16隔着隔离物13与双极电极14的负极17相对。
电极板15例如由包括镍的金属箔或者镀镍钢板构成，为矩形形状。电极板15的缘部15c是在一个面15a和另一个面15b都未设置正极活性物质及负极活性物质的区域(未涂敷区域)。由电极板15的缘部15c包围的中央部15d是在一个面15a和另一个面15b中的至少一个面设置有正极活性物质和负极活性物质中的至少一种活性物质的区域(涂敷区域)。中央部15d构成双极电极14、负极终端电极18以及正极终端电极19的电极部。
作为构成正极16的正极活性物质，例如可列举氢氧化镍。作为构成负极17的负极活性物质，例如可列举储氢合金。在本实施方式中，电极板15的另一个面15b中的负极17的形成区域比电极板15的一个面15a中的正极16的形成区域大一圈。因此，双极电极14的中央部15d的大小为电极板15的另一个面15b中的负极17的形成区域的大小。
隔离物13例如形成为片状。作为隔离物13，可例示包括聚乙烯(PE)、聚丙烯(PP)等聚烯烃系树脂的多孔质膜、包括聚丙烯、聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)、甲基纤维素等的纺织布或无纺布等。隔离物13也可以是由偏氟乙烯树脂化合物进行了加强的隔离物。隔离物13不限于片状，可以使用袋状的隔离物。
密封体12将电极层叠体11中在层叠方向D上相邻的双极电极14与双极电极14之间、在层叠方向D上相邻的负极终端电极18与双极电极14之间、以及在层叠方向D上相邻的正极终端电极19与双极电极14之间密封。密封体12例如由绝缘性的树脂形成为矩形的筒状。密封体12构成为在沿层叠方向D延伸的电极层叠体11的侧面11a处保持电极板15的缘部15c，并且包围侧面11a。
密封体12包括：第一树脂部21，其设置在双极电极14、负极终端电极18以及正极终端电极19的各电极板15的缘部15c；以及第二树脂部22，其设置为从外侧包围第一树脂部21的整体。第一树脂部21例如通过树脂的注射模塑成型来形成，在电极板15的一个面15a侧的缘部15c(未涂敷区域)中连续地设置于电极板15的所有边上。第一树脂部21例如通过使用超声波或热的熔接牢固地结合于缘部15c。第一树脂部21除了对电极层叠体11进行密封外，还作为在层叠方向D上相邻的各电极板15、电极板15之间的间隔件(spacer)发挥功能。
第一树脂部21具有：第一部分21a，其从层叠方向D观看时与电极板15的缘部15c重叠；以及第二部分21b，其相比于电极板15的边缘向外侧伸出。第二部分21b在层叠方向D上的长度比第一部分21a在层叠方向D上的长度长。因此，第一树脂部21在第一部分21a与第二部分21b之间具有台阶面21c。台阶面21c覆盖电极板15的端面(也就是侧面11a的一部分)的整体。第一树脂部21在与层叠方向D正交的方向上与正极16和负极17分开设置。
在将第一树脂部21与电极板15结合时，电极板15的与第一树脂部21的结合面为设置有多个微小突起的粗化镀敷面。在本实施方式中，设置有正极16的电极板15的一个面15a的整面为粗化镀敷面。微小突起例如是通过对电极板15进行电解镀敷而形成的突起状的析出金属(包含附加物)。在粗化镀敷面中，构成第一树脂部21的树脂材料进入微小突起之间的间隙从而产生锚固效果，能实现电极板15与第一树脂部21之间的结合强度及液密性的提高。
第二树脂部22从外侧包围第一树脂部21，构成蓄电模块4的外壁(框体)。第二树脂部22例如通过树脂的注射模塑成型来形成，在电极层叠体11的层叠方向D上的整个长度上延伸。第二树脂部22具有侧面部分22a和一对伸出部分22b。侧面部分22a沿着电极层叠体11的侧面11a设置，将在层叠方向D上排列的多个第一树脂部21彼此相互结合。伸出部分22b从侧面部分22a的层叠方向D的端部22c伸出到第一树脂部21的第二部分21b的层叠方向D的端面上。伸出部分22b在电极板15的所有边上连续地设置。第二树脂部22例如通过注射模塑成型时的热而熔接到第一树脂部21的外表面。
构成第一树脂部21的树脂和构成第二树脂部22的树脂是彼此具有相容性的树脂，例如是彼此相同的树脂。作为构成第一树脂部21和二次密封体的树脂例如列举聚丙烯(PP)、聚苯硫醚(PPS)、或改性聚苯醚(改性PPE)等。
在电极板15、电极板15之间形成有由层叠方向D上的第一树脂部21、第一树脂部21的间隔规定的内部空间V。在该内部空间V中收纳有例如包括氢氧化钾水溶液等碱性溶液的电解液E。电解液E浸渍到隔离物13、正极16以及负极17内。在密封体12设置有与各内部空间V连通的多个连通孔(未图示)。该连通孔作为用于向各内部空间V注入电解液E的注液口发挥功能，并且在注入了电解液E之后，作为压力调整阀(未图示)的连接口发挥功能。
接下来，说明导电板5与蓄电模块4的位置关系。如上所述，蓄电模块4由一对导电板5夹持。一个导电板5配置为在层叠方向D上与负极终端电极18的一个面15a相对，并且在从层叠方向D观看时与设置于负极终端电极18的缘部15c的第一树脂部21(以下，称为负极终端电极18的第一树脂部21)重叠。具体地说，一个导电板5的外缘部在从层叠方向D观看时与负极终端电极18的第一树脂部21中的第一部分21a的内缘部重叠。一个导电板5配置为在从层叠方向D观看时在负极终端电极18的缘部15c的整周上与负极终端电极18的第一树脂部21重叠。
另一个导电板5配置为在层叠方向D上与正极终端电极19的另一个面15b相对，并且在从层叠方向D观看时与设置于正极终端电极19的缘部15c的第一树脂部21(以下，称为正极终端电极19的第一树脂部21)重叠。具体地说，另一个导电板5的外缘部在从层叠方向D观看时与正极终端电极19的第一树脂部21中的第一部分21a的内缘部重叠。一个导电板5配置为在从层叠方向D观看时在正极终端电极19的缘部15c的整周上与正极终端电极19的第一树脂部21重叠。
在蓄电模块4中，电极层叠体11为中央部11c相比于缘部11b在层叠方向D上鼓起的形状。即，电极层叠体11的缘部11b在层叠方向D上的长度L1比电极层叠体11的中央部11c在层叠方向D上的长度L2短。由此，负极终端电极18的一个面15a侧的中央部15d与在层叠方向D上与蓄电模块4相邻的一个导电板5接触。正极终端电极19的另一个面15b侧的中央部15d与在层叠方向D上与蓄电模块4相邻的另一个导电板5接触。
电极层叠体11的缘部11b包含各电极板15的缘部15c。电极层叠体11的中央部11c包含各电极板15的中央部15d，构成电极层叠体11的电极部。长度L1短于长度L2这样的电极层叠体11的形状能通过调整第一树脂部21、电极板15、正极16、负极17以及隔离物13的厚度(层叠方向D上的长度)来得到。具体地说，只要调整为第一树脂部21的第二部分21b的厚度小于电极板15、正极16、负极17、以及隔离物13的厚度之和即可。
负极终端电极18的中央部15d相对于负极终端电极18的缘部15c的鼓起量(负极终端电极18的一个面15a侧的缘部15c与一个面15a侧的中央部15d在层叠方向D上的分开距离)为负极终端电极18的第一树脂部21中的第一部分21a的厚度(层叠方向D上的长度)以上，例如为0.2mm。由此，能够使负极终端电极18的中央部15d与一个导电板5接触，而不会被第一部分21a卡住。这样，在蓄电模块4的电极层叠体11中，电极板15是在稍微变形的状态下层叠的。电极板15的变形量随着从电极层叠体11的中间层去往层叠端而变大。在本实施方式中，一个导电板5还与第一部分21a接触。一对导电板5未与第二树脂部22接触。
正极终端电极19的中央部15d相对于正极终端电极19的缘部15c的鼓起量(正极终端电极19的另一个面15b侧的缘部15c与另一个面15b侧的中央部15d在层叠方向D上的分开距离)例如与负极终端电极18的中央部15d相对于负极终端电极18的缘部15c的鼓起量是同等的。
图3是示出参考例的蓄电装置中的蓄电模块的内部压力上升时的负极终端电极的样子的主要部分放大截面图。图4是示出参考例的蓄电装置中的蓄电模块的内部压力上升时的正极终端电极的样子的主要部分放大截面图。在参考例的蓄电装置100中，与实施方式的蓄电装置1不同，一对导电板105配置为在从层叠方向D观看时，与设置于在层叠方向D上相对的负极终端电极18和正极终端电极19的缘部15c的第一树脂部21(以下，称为一对终端电极的第一树脂部21)不重叠。一对导电板105在从层叠方向D观看时比实施方式的导电板5小一圈。一对导电板105在与层叠方向D正交的方向上与第一树脂部21是分开的。一对导电板105在从层叠方向D观看时例如与电极层叠体11的中央部11c为同等大小。一对导电板105配置为夹持电极层叠体11的中央部11c。一对导电板105与电极层叠体11的中央部11c接触。
在蓄电装置100中，在蓄电模块4的电极板15、电极板15间的内部空间V的内部压力由于使用条件等而发生了上升的情况下，在电极层叠体11的中间层，由在层叠方向D上相邻的内部空间V的内部压力所致的载荷被消除。由于内部空间V本身也是很小的空间，因此，比较不容易产生双极电极14的变形。
另一方面，在位于电极层叠体11的层叠端的负极终端电极18和正极终端电极19中，与中间层不同，由内部空间V的内部压力所致的载荷未被消除。因此可以想到，如图3和图4所示，在内部压力发生了上升的情况下，负极终端电极18和正极终端电极19会沿着层叠方向D向电极层叠体11的外侧过度变形。如果负极终端电极18和正极终端电极19产生过度变形，则可能会对第一树脂部21施加过度的应力，致使第一树脂部21断裂。也可能会使第一树脂部21与负极终端电极18及正极终端电极19之间产生间隙。特别是，第一树脂部21在由第二树脂部22的伸出部分22b覆盖的部分与未被伸出部分22b覆盖的部分的边界部容易断裂。第一树脂部21的断裂可能会成为电解液E向电极层叠体11的外部漏出的原因。第一树脂部21与负极终端电极18及正极终端电极19之间的间隙的形成也可能会成为电解液E向电极层叠体11的外部漏出的原因。
对此，在蓄电装置1中，一对导电板5配置为在从层叠方向D观看时与一对终端电极的第一树脂部21重叠。因此，即使在蓄电模块4的内部压力发生了上升的情况下，也能够通过导电板5抑制负极终端电极18和正极终端电极19的过度变形。因而，能够抑制第一树脂部21的断裂。还能够抑制在第一树脂部21与负极终端电极18及正极终端电极19之间形成间隙。其结果是，能够防止电解液E向电极层叠体11的外部漏出。
一对导电板5配置为在从层叠方向D观看时在负极终端电极18和正极终端电极19的缘部15c的整周上与第一树脂部21重叠。由此，能够通过一对导电板5进一步抑制负极终端电极18和正极终端电极19的过度变形。
电极层叠体11的缘部11b在层叠方向D上的长度L1短于电极层叠体11的中央部11c在层叠方向D上的长度L2。由此，即使第一树脂部21设置于负极终端电极18的一个面15a侧的缘部15c，也能够使一个导电板5与负极终端电极18的一个面15a侧的中央部15d接触。在本实施方式中，第一树脂部21在正极终端电极19中也设置于一个面15a，但是即使设置于另一个面15b，长度L1也短于长度L2。因此，容易使另一个导电板5与正极终端电极19接触。
一个导电板5与第一树脂部21接触。因此，能够通过一个导电板5进一步抑制负极终端电极18的过度变形。
本发明不限于上述实施方式。例如，虽然实施方式的蓄电装置1具备多个蓄电模块4和多个导电板5，但蓄电装置1只要具备至少一个蓄电模块4和一对导电板5即可。
只要一对导电板5中的至少一个导电板5配置为在从层叠方向D观看时与在层叠方向D上相对的终端电极的第一树脂部21重叠即可。即，一对导电板5中的剩余一个导电板5也可以是在从层叠方向D观看时与相对的终端电极的第一树脂部21不重叠。
在上述实施方式中，在双极电极14、负极终端电极18以及正极终端电极19都设置有相同形状的第一树脂部21。因此，一对导电板5在从层叠方向D观看时还与在层叠方向D上相对的终端电极的第一树脂部21以外的第一树脂部21重叠，但也可以不重叠。即，也可以不是在双极电极14、负极终端电极18以及正极终端电极19都设置有相同形状的第一树脂部21。
附图标记说明
1…蓄电装置、4…蓄电模块、5…导电板、11…电极层叠体、11b…缘部、11c…中央部、12…密封体、13…隔离物、14…双极电极、15…电极板、15a…一个面、15b…另一个面、15c…缘部、16…正极、17…负极、18…负极终端电极、19…正极终端电极、21…第一树脂部。

Claims (5)

1.一种蓄电装置，其特征在于，
具备蓄电模块、以及夹持上述蓄电模块的一对导电板，
上述蓄电模块具有：电极层叠体，其包含层叠的多个双极电极和一对终端电极；以及密封体，其密封上述电极层叠体，
上述一对终端电极配置于上述电极层叠体的层叠端，包含电极板、以及设置于上述电极板的朝向上述电极层叠体的内侧的面的活性物质层，
上述密封体具有设置于上述一对终端电极的缘部的一对树脂部，
上述一对导电板中的至少一个导电板配置为在上述电极层叠体的层叠方向上与上述一对终端电极中的对应的终端电极相对，并且在从上述层叠方向观看时与上述一对树脂部中的对应的树脂部重叠。
2.根据权利要求1所述的蓄电装置，
上述一个导电板配置为在从上述层叠方向观看时，在上述对应的终端电极的缘部的整周上与上述对应的树脂部重叠。
3.根据权利要求1或2所述的蓄电装置，
上述电极层叠体的缘部在上述层叠方向上的长度短于上述电极层叠体的中央部在上述层叠方向上的长度。
4.根据权利要求1至3中的任意一项所述的蓄电装置，
上述一个导电板与上述对应的树脂部接触。
5.根据权利要求1至4中的任意一项所述的蓄电装置，
上述一对导电板各自配置为在上述电极层叠体的层叠方向上与上述一对终端电极分别相对，并且在从上述层叠方向观看时与上述一对树脂部分别重叠。
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