JP2018028977A - バイポーラ電池 - Google Patents

Abstract

【課題】電解液の漏れの抑制が図られたバイポーラ電池を提供する。【解決手段】バイポーラ電池は、複数の単位セル１０が積層方向Ｄ１に積層され、積層方向Ｄ１に配列する第１端部および第２端部を含む積層体１１と、積層体１１の第１端部および第２端部を押圧して積層体１１を拘束する拘束具とを備える。各単位セル１０は、積層方向Ｄ１に配列する上面３５および下面３６を含む集電板４０と、上面３５に配置された単位電池４１と、上面３５に設けられると共に単位電池４１の周囲を取り囲むように形成されたシール部材４２とを含む。上記単位電池４１は、電解液が含浸されたセパレータ４４を含む。上記シール部材４２は、拘束具からの押圧力によって積層方向Ｄ１に隣り合う集電板４０に密着している。【選択図】図２

Description

本開示は、バイポーラ電池に関し、特に、複数の単位セルを含むバイポーラ電池に関する。

特開２０１１−１５１０１６号公報に記載されたバイポーラ電池は、バイポーラ電極と電解質層とを交互に複数積層することで形成された電極積層体を含む。バイポーラ電極は、集電体と、集電体の片方の面上に形成された正極と、他方の面上に配置された負極とを含む。

電解質層は、セパレータに形成されており、セパレータの外周部には枠状のシール部が形成されている。そして、電解質層は、セパレータのうちシール部材によって囲まれた部分に形成されている。

シール部材は、型枠などを用いてシール用の樹脂をセパレータに充填、注入、塗布または含浸することで形成されている。そして、シール部材は、セパレータ内に形成されると共にセパレータの表裏面から突出するように形成されている。シール部材を成形する際に、シール部の高さ（厚さ）は正極および負極の厚さよりも厚くなるように形成される。

そして、バイポーラ電極とセパレータとを積層した後、圧力または熱をかけて、シール部を加圧変形または熱融着させて集電体に密着させている。

特開２０１１−１５１０１６号公報

上記特開２０１１−１５１０１６号公報に記載されたバイポーラ電池においては、セパレータに形成された枠状のシール部材によって、電解質層に含まれる電解液がセパレータから外部に染み出すことを抑制している。

しかし、セパレータの厚さ方向に樹脂を完全に含浸させることは困難であり、セパレータに含浸などさせたシール部材で電解液の漏れを防止することは困難である。

本発明は、上記ような課題に鑑みてなされたものであって、その目的は、電解液の漏れの抑制が図られたバイポーラ電池を提供することである。

本開示のバイポーラ電池は、積層体と、拘束具とを備える。積層体は、積層方向に配列された第１端部および第２端部と、第１端部および第２端部の間に積層方向に積層された複数の単位セルを含む。拘束具は、積層体の第１端部および第２端部を押圧して積層体を拘束する。各単位セルは、集電板と、単位電池と、シール部材とを含む。集電板は、積層方向に配列する第１主表面および第２主表面を含む。単位電池は、電解液が含浸されたセパレータを含み、単位電池は、第１主表面に配置されている。シール部材は、第１主表面に設けられると共に単位電池の周囲を取り囲むように形成されている。シール部材は、拘束具からの押圧力によって積層方向に隣り合う集電板に密着している。

上記のバイポーラ電池によれば、単位電池はシール部材によって取り囲まれている。そして、シール部材は拘束具からの押圧力によって積層方向に隣り合う集電板に密着している。このため、シール部材によって、単位電池のセパレータに含浸された電解液が外部に漏れることが抑制されている。

上記拘束具は、積層体の第１端部を押圧する第１押圧板と、第２端部を押圧する第２押圧板と、第１押圧板および第２押圧板を接続する複数の接続部材とを含む。上記複数の接続部材は、互いに間隔をあけて配置されており、積層体は、外部に露出している。

上記のバイポーラ電池によれば、第１押圧部材および第２押圧部材の押圧力によって、シール部材に押圧力が加えられ、シール部材が集電板に密着する。さらに、接続部材が間隔をあけて配置されているため、積層体が外気に曝されており、積層体を冷却することができる。

上記集電板およびシール部材を積層方向から離れた位置から視ると、シール部材は集電板内に位置しており、集電板は、シール部材よりも外方に張り出すと共に外気に曝された放熱部を含む。

上記のバイポーラ電池によれば、集電板の放熱部から多くの熱を放熱することができる。

上記集電板は、集電板のうちシール部材よりも外方に位置する部分を被覆する絶縁部材を含む。

上記のバイポーラ電池によれば、シール部材よりも外側において、集電板に撓みが生じて積層方向に隣り合う集電板同士が接触したとしても、絶縁部材によって短絡が生じることを抑制することができる。

上記拘束具は、積層体の第１端部を押圧する金属製の第１押圧板と、第２端部を押圧する金属製の第２押圧板とを含む。バイポーラ電池は、第１押圧板および第１端部の間と、第２押圧板および第２端部の間との少なくとも一方に配置された断熱部材をさらに備える。

上記のバイポーラ電池においては、押圧板と単位セルとの間に断熱部材が設けられているため、押圧板の温度によって、押圧板と隣り合う単位セルの温度が変動することを抑制することができる。充電特性、放電特性および電池容量などの電池特性は、温度によって変化するため、押圧板と隣り合う単位電池の電池特性が押圧板の温度によって変動することを抑制することができる。これにより、バイポーラ電池全体の電池特性の変動も抑制することができる。

上記断熱部材は、絶縁材料によって形成されている。このバイポーラ電池によれば、押圧板と積層体との絶縁を断熱部材によって確保することができる。

上記単位電池を積層方向から離れた位置から視ると、セパレータは、集電板の第１主表面のうち、単位電池の設置部分からシール部材の設置位置までの間に位置する部分を覆うように形成される。

上記のバイポーラ電池によれば、集電板の第１主表面のうち、シール部材の内側は、セパレータによって覆われる。そのため、たとえば、単位電池からガスが発生して、シール部材の内側において集電板が撓んだとしても、積層方向に隣り合う集電板同士が直接接触することを抑制され、短絡の発生を抑制することができる。

シール部材は、セパレータの外周縁部が載せられる段差部を含む。
正極または負極の製造過程において、正極または負極に針状のバリが形成される場合がある。上記のバイポーラ電池によれば、セパレータがこの針状のバリに接触することを抑制することができる。

上記積層体は、積層方向に配列された第１集電板および第２集電板を含む。上記単位電池は、第１集電板および第２集電板に挟まれている。上記単位電池は、第１集電板の第１主表面に形成された正極と、第２集電板の第２主表面に形成された負極とを含む。バイポーラ電池は、上記第１集電板のうち正極が形成される部分と、第２集電板のうち負極が形成される部分との少なくとも一方に形成された凹凸状の粗面部をさらに備える。

上記バイポーラ電池によれば、たとえば、正極または負極の少なくとも一方と、集電板との接触面積が広くなり、正極または負極の少なくとも一方の電気抵抗の低減および集電板との密着性の向上を図ることができる。

上記単位電池は、積層体は、積層方向に配列された第１集電板および第２集電板を含む。上記単位電池は、第１集電板および第２集電板に挟まれている。上記単位電池は、第１集電板の第１主表面に形成された正極と、第２集電板の第２主表面に形成された負極とを含む。バイポーラ電池は、上記第１集電板の第１主表面と正極との間と、第２集電板の第２主表面と負極との間との少なくとも一方に形成された導電膜をさらに備える。

上記バイポーラ電池によれば、正極または負極の少なくとも一方と、集電体との間の接触抵抗の低減および密着性の向上を図ることができる。なお、上記の導電膜としては、カーボン膜が採用される。

上記集電板のうち単位電池の設置位置とシール部材との間に位置する部分に、凹部が形成されている。上記凹部には、電解液が貯留されている。上記セパレータは、凹部内の電解液と接触する。

上記バイポーラ電池によれば、電解液が枯渇することを抑制することができる。

本開示によるバイポーラ電池によれば、電解液の漏れの抑制を図ることができる。

本実施の形態１に係るバイポーラ電池１が搭載された車両２を模式的に示す模式図である。 バイポーラ電池１を示す断面図である。 バイポーラ電池１の分解斜視図である。 単位セル１０を示す斜視図である。 単位セル１０を示す平面図である。 実施の形態２に係るバイポーラ電池１Ａを示す断面図である。 比較例に係るバイポーラ電池１Ｂを示す断面図である。 実施の形態３に係るバイポーラ電池１Ｃを示す断面図である。 単位セル１０を示す平面図である。 単位セル１０の変形例を示す平面図である。 実施の形態４に係るバイポーラ電池１Ｄを示す断面図である。 段差部８０およびその周囲の構成を示す断面図である。 シール部材４２および集電板４０を示す平面図である。 シール部材４２、集電板４０およびセパレータ４４を示す平面図である。 単位セル１０Ａおよびその周囲の構成を示す断面図である。 実施の形態５に係るバイポーラ電池１Ｅの一部を示す断面図である。 集電板４０Ｇの粗面部８２Ｇ，８３Ｇおよびその周囲の構成を示す断面図である。 粗面部８２Ｇ，８３Ｇが形成されていない集電板４０Ｈなどを示す断面図である。 本実施の形態５の変形例に係るバイポーラ電池１Ｆの一部を示す断面図である。 本実施の形態６に係るバイポーラ電池１Ｆの一部を示す断面図である。 バイポーラ電池１Ｇの変形例を示す一部断面図である。 バイポーラ電池１Ｈを示す斜視図である。

図１から図２２を用いて、各実施の形態に係るバイポーラ電池について説明する。なお、図１から図２２において、同一または実質的に同一の構成については、同一の符号を付して重複した説明を省略する場合がある。
（実施の形態１）
図１は、本実施の形態１に係るバイポーラ電池１が搭載された車両２を模式的に示す模式図である。この図１に示すように、車両２は、バッテリユニット３を含む。

バッテリユニット３は、複数のバイポーラ電池１を収容するバッテリケース４と、バッテリケース４内に冷却風を供給するファン５とを含む。

図２は、バイポーラ電池１を示す断面図であり、図３は、バイポーラ電池１の分解斜視図である。図２に示すように、バイポーラ電池１は、複数の単位セル１０を積層方向Ｄ１に積層されることによって形成された積層体１１と、積層体１１を積層方向Ｄ１に拘束する拘束具１２とを含む。

積層体１１は、積層方向Ｄ１に配列する端面（第１端部）１３および端面（第２端部）１４とを含む。

拘束具１２は、端面１３を押圧する金属製の押圧板（第１押圧板）２０と、端面１４を押圧する金属製の押圧板（第２押圧板）２１と、押圧板２０および押圧板２１を接続する複数の接続部材２３とを含む。

押圧板２０には、複数の貫通孔２４が形成されており、押圧板２１にも複数の貫通孔２５が形成されている。

接続部材２３は、押圧板２０および押圧板２１の間に配置された接続軸２６と、接続軸２６の一端を押圧板２０に連結するボルト２７と、接続軸２６の他端を押圧板２１に連結するボルト２８と、絶縁部材２９，３０とを含む。

絶縁部材２９には、ボルト２７の軸部が挿入される貫通孔が形成されている。絶縁部材２９は、貫通孔２４内に挿入される筒状の筒部３１と、筒部３１の下端部に形成された鍔部３２とを含む。鍔部３２は、押圧板２０の下面に配置されている。

絶縁部材２９は、押圧板２０とボルト２７とを絶縁する部材であり、鍔部３２は、押圧板２０とボルト２７のヘッド部とを絶縁し、筒部３１は押圧板２０とボルト２７の軸部との間を絶縁する。

絶縁部材３０も、絶縁部材２９と同様に構成されており、絶縁部材３０は、貫通孔２５に挿入される筒部３３と、押圧板２１の上面に配置される鍔部３４とを含む。この絶縁部材３０は、押圧板２１とボルト２８とを絶縁する。

接続軸２６の一端には、ボルト２７の軸部と螺合する雌ねじ部が形成されており、接続軸２６の他端には、ボルト２８の軸部と螺合する雌ねじ部が形成されている。

そして、ボルト２７，２８を接続軸２６に螺合させて、ボルト２７，２８を巻き締めることで、押圧板２０，２１が積層体１１の端面１３，１４を押圧する。

押圧板２０，２１は、絶縁部材２９，３０を間に挟んで接続軸２６に接続されており、絶縁部材２９，３０が押圧板２０，２１およびボルト２７，２８を絶縁している。このように、接続軸２６が押圧板２０，２１と接触しておらず、接続軸２６は押圧板２０，２１から絶縁されている。ここで、押圧板２０および押圧板２１は、積層体１１と電気的に接続されている一方で、接続軸２６が押圧板２０，２１から絶縁されているため、押圧板２０および押圧板２１の間で短絡することが抑制されている。そして、押圧板２０および押圧板２１を集電端子として利用することができる。

ここで、図３に示すように、接続軸２６は、積層体１１の周囲を取り囲むように間隔をあけて配置されている。このため、ファン５からの冷却風は、接続軸２６の間を通って積層体１１に達し、積層体１１を冷却する。

すなわち、積層体１１は、外気に曝されており、積層体１１の熱を外気に直接放熱することができる。

なお、拘束具１２の構成としては、上記のような構成に限られない。たとえば、接続部材２３に代えて、押圧板２０，２１を拘束する拘束バンドや、押圧板２０，２１を互いに近づけるように付勢するバネなどの弾性部材を採用してもよい。また、絶縁部材２９，３０を省略すると共に、ボルト２７，２８として樹脂製のボルトを使用してもよい。

図２において、バイポーラ電池１は、下面３６に負極４５が形成されると共に上面３５に正極４３が形成された集電板４０と、集電板４０上に配置されたシール部材４２と、セパレータ４４とを順次積層した後、積層体１１を拘束具１２で拘束することで形成される。なお、集電板４０と、この集電板４０の下面３６に形成された負極４５と、この集電板４０の上面３５に形成された正極４３とによって、所謂、バイポーラ電極が形成されている。上記のように積層することで、積層方向Ｄ１に配列する上面（第１主表面）３５および下面（第２主表面）３６を含む集電板４０と、集電板４０の上面３５に配置された単位電池４１と、上面３５に配置されると共に単位電池４１の周囲を取り囲むように形成されたシール部材４２とを含む単位電池１０が形成される。なお、単位セル１０は、さらに、シール部材４２の外周面に形成されたシール部材５３，５４と、シール部材４２の内側に形成された疎水性絶縁膜５５，５６とを含む。

集電板４０は、たとえば、ニッケル板およびニッケルメッキ鋼板等の金属板などである。なお、集電板４０の厚さは、たとえば、５０〜７００μｍである。このように、集電板４０は、所定の厚みを有するため、複数の集電板４０を互いに間隔をあけて配置したとしても、集電板４０の外周縁部が撓むことが抑制されている。

単位電池４１は、積層方向Ｄ１に配列する上面（第３主表面）４６および下面（第４主表面）４７を含むセパレータ４４と、上面４６に配置された負極４５と、下面４７に配置された正極４３とを含む。なお、図２に示す単位セル１０Ｇの単位電池４１Ｇは、積層方向に隣り合う集電板４０Ｇおよび集電板４０Ｈに挟まれている。単位電池４１Ｇの正極４３は、集電板４０Ｇの上面３５に形成されており、集電板４０Ｇの負極４５は集電板４０Ｈの下面３６に形成されている。そして、単位電池４１Ｇのセパレータ４４は正極４３および負極４５の間に配置されている。

正極４３は、８０〜９９ｍａｓｓ％程度の正極活物質を含有する。正極活物質は、水酸化ニッケル（Ｎｉ（ＯＨ）₂）である。水酸化ニッケルは、充電により、オキシ水酸化ニッケル（ＮｉＯＯＨ）に変化する。オキシ水酸化ニッケルは、放電により、水酸化ニッケルに戻る。すなわち、正極４３は、水酸化ニッケルおよびオキシ水酸化ニッケルの少なくとも一方を含有する。

正極４３は、正極活物質の他、導電材およびバインダを含有してもよい。正極４３は、たとえば、０．５〜１０ｍａｓｓ％程度の導電材を含有してもよい。導電材は、たとえば、酸化コバルト（ＣｏＯ）、水酸化コバルト（Ｃｏ（ＯＨ）₂）等でよい。正極４３は、たとえば、０．５〜１０ｍａｓｓ％程度のバインダを含有してもよい。バインダは、たとえば、カルボキシメチルセルロース（ＣＭＣ）、スチレンブタジエンゴム（ＳＢＲ）、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）等でよい。

負極４５は、水素吸蔵合金を含む。水素吸蔵合金は、負極活物質である。水素吸蔵合金は、たとえば、ＡＢ５型合金等でよい。ＡＢ５型合金としては、たとえば、ＬａＮｉ₅、ＭｍＮｉ₅（「Ｍｍ」はミッシュメタルと称される希土類金属の混合物を示す）等が挙げられる。負極４５は、水素吸蔵合金の成形体であってもよいし、水素吸蔵合金が基材に保持されたものであってもよい。基材としては、たとえば、パンチングメタル等が挙げられる。

なお、活物質保持体を用いて、正極４３または負極４５を形成するようにしてもよい。たとえば、活物質保持体を溶接、圧接等により集電板４０の上面３５および下面３６に接合すると共に、活物質保持体に正極活物質ペーストまたは負極活物質ペーストを充填することによって、正極４３または負極４５を形成してもよい。活物質保持体としては、たとえば、パンチングメタル、メタルメッシュ等が挙げられる。

セパレータ４４は、たとえば、ポリオレフィン製の不織布等である。セパレータ４４には、電解液が含浸されている。電解液は、たとえば、水酸化カリウム（ＫＯＨ）水溶液等である。

ここで、本実施の形態に係るバイポーラ電池１は、水系電池である。水系電池とは、電解液に水溶液が用いられた電池であり、電解液にアルカリ性電解液が用いられた電池も水系電池に含まれる。

図４は、単位セル１０を示す斜視図である。この図４に示すように、単位電池４１のうち、セパレータ４４が最も大きく、セパレータ４４の外周縁部の全周は、正極４３および負極４５の外周縁部よりも外側に張り出している。

シール部材４２は、単位電池４１の周囲を取り囲むようにループ状に形成されている。シール部材４２は、ループ状の樹脂枠５０と、樹脂枠５０の内側に配置されたループ状の樹脂枠５１と、樹脂枠５０および樹脂枠５１の間に配置されたガスケット５２とを含む。

ガスケット５２は、長期的な高い気密性、優れた耐熱性、耐薬品性、電気的絶縁性を有する樹脂で形成されており、たとえば、ポリアリーレンサルファイド樹脂、熱可塑性エラストマーまたはポリアリーレンスルフィド樹脂などを含む樹脂で形成されている。

図２に示すように、拘束具１２が積層体１１に加える押圧力によって、シール部材４２は積層方向Ｄ１に隣り合う２つの集電板４０によって挟み込まれている。ガスケット５２の高さは、２つの集電板４０から加えられる挟持力によって、自然状態のときの高さよりも低くなっており、ガスケット５２は、積層方向Ｄ１に隣り合う集電板４０に密着している。

ガスケット５２が各集電板４０に密着しているため、単位電池４１の電解液が外部に漏れることが抑制されている。なお、シール部材４２の構成としては、樹脂枠５０，５１およびガスケット５２を含む構成に限られない。たとえば、ガスケット５２をシール部材４２としてもよく、ガスケット５２の他にシールリングなどを採用してもよい。

さらに、単位セル１０は、樹脂枠５０の外周面に形成されたシール部材５３，５４を含む。樹脂枠５０は、積層方向Ｄ１に隣り合う２つの集電板４０Ｇ，４０Ｈによって挟まれており、シール部材５３は、一方の集電板４０Ｇと樹脂枠５０とによって形成される角部を埋めるようにループ状に形成されている。シール部材５４は、他方の集電板４０Ｈと樹脂枠５０とによって形成される角部を埋めるように形成されている。これにより、電解液の封止性の向上が図られている。

図５は、単位セル１０を示す平面図である。具体的には、集電板４０およびシール部材４２などを積層方向Ｄ１に離れた位置から視たときの平面図である。なお、この図５においては、負極４５は、図示していない。

この図５に示すように、単位セル１０は、単位電池４１の周囲を取り囲むように、上面３５に形成された疎水性絶縁膜５５を含む。

疎水性絶縁膜５５は、疎水性材料によって形成されており、たとえば、フルオロポリマーまたは類似の材料などの好適な疎水性材料から形成されている。たとえば、疎水性絶縁膜５５における電解液の接触角が９０°以上となる材料によって疎水性絶縁膜５５が形成されている。

疎水性絶縁膜５５の外周縁部は、セパレータ４４の外周縁部よりも外側に位置しており、セパレータ４４の外周縁部が疎水性絶縁膜５５上に位置している。

このため、セパレータ４４の外周縁部から電解液が疎水性絶縁膜５５上に染み出ようとしても、疎水性を有する疎水性絶縁膜５５によって弾かれる。その結果、セパレータ４４に含浸した電解液がセパレータ４４から漏れ難くなり、電解液がシール部材４２に達することを抑制することができる。これによって、電解液が外部に漏れることを抑制することができる。

なお、疎水性絶縁膜５５にセパレータ４４の外周縁部が接触していることは必須の構成ではなく、平面視した際に、疎水性絶縁膜５５がセパレータ４４よりも外側に配置されていてもよい。

単位セル１０は、図２に示すように、集電板４０の下面３６に形成されると共に、単位電池４１の周囲を取り囲むように形成された疎水性絶縁膜５６を含む。

なお、上記のように構成されたバイポーラ電池１は、下面３６に負極４５が形成されると共に上面３５に正極４３が形成された集電板４０と、シール部材４２とを押圧板２０の上面に順次積層した後、積層体１１を拘束具１２で拘束することで形成される。この際、各集電板４０を所定に位置に配置する必要がある。そこで、本実施の形態１に係るバイポーラ電池１においては、図５に示すように、集電板４０の外周縁部に切欠部５７を形成している。そして、集電板４０を積層する際には、各切欠部５７同士が重なるように各集電板４０を順次積層する。なお、切欠部５７は目印として機能しており、切欠部５７に替えて丸穴や四角穴でもよく、切欠形状としても各種の形状を採用することができる。

上記のように、実施の形態１に係るバイポーラ電池１は、集電板４０の上面３５に単位電池４１と、単位電池４１の周囲を取り囲むシール部材４２を含み、拘束具１２からの押圧力で、２つの集電板４０でシール部材４２を挟み込んでおり、電解液の漏れを抑制することができる。

さらに、拘束具１２は、積層体１１を密閉しておらず、積層体１１の周面は外気に曝されており、積層体１１を直接冷却風などで冷却することができる。
（実施の形態２）
本実施の形態２においては、積層体と押圧板の間に断熱部材を設けることによって、最上段および最下段の単位電池の温度変動を低減し、バイポーラ電池の電気特性を安定化させる構成について説明する。

図６は、実施の形態２に係るバイポーラ電池１Ａを示す断面図である。この図６に示すように、バイポーラ電池１Ａは、積層体１１と、積層体１１と押圧板２０との間に設けられた断熱部材７０と、積層体１１と押圧版２１との間に設けられた断熱部材７１とを含む。

積層体１１は、押圧板２０と隣り合う単位セル１０Ａと、押圧板２１と隣り合う単位セル１０Ｂと、積層方向Ｄ１における積層体１１の中央部付近に位置する単位セル１０Ｃ、１０Ｄ，１０Ｅとを含む。

断熱部材７０は、積層体１１の端面１３と、押圧板２０との間に配置されている。断熱部材７１は、積層体１１の端面１４と押圧板２１との間に配置されている。

断熱部材７０，７１は、ポリウレタン，ポリエチレン，フェノール樹脂，発泡スチレン，グラスウール，セルロースファイバー，ロックウォールなどから形成されており、断熱性および絶縁性を有する材料から形成されている。なお、断熱部材７０，７１を金属板と、上記の断熱材および絶縁性を有する断熱材とから形成するようにしてもよい。この際、金属板は、押圧板２０，２１側に配置され、断熱材は、積層体１１側に配置される。

断熱部材７０は押圧板２０と単位セル１０Ａとの間を絶縁しており、断熱部材７１は押圧板２１と単位セル１０Ｂとを絶縁している。断熱部材７０，７１によって積層体１１と拘束具１２とが絶縁されている。このため、バイポーラ電池１Ａには、上記実施の形態に係るバイポーラ電池１に設けられた絶縁部材２９，３０は設けられていない。

図７は、比較例に係るバイポーラ電池１Ｂを示す断面図である。この図７に示すバイポーラ電池１Ｂは、各接続軸２６は絶縁材料から形成されており、断熱部材７０および断熱部材７１が設けられていない。このバイポーラ電池１Ｂにおいて充電や放電が実施されると、各単位電池４１が発熱し、各単位セル１０の温度も上昇する。

この際、単位セル１０Ｃと隣り合う単位セル１０Ｄ，１０Ｅも同様に発熱するため、単位セル１０Ｃの温度は、単位セル１０Ｄ，１０Ｅと同じ温度になり易い。その結果、積層体１１の積層方向Ｄ１の中央部およびその付近においては、各単位セル１０の温度にばらつきが生じくい。

各単位セル１０の充電特性、放電特性および電池容量などの電池特性は、温度によって変化するため、積層体１１の中央部付近に配置された単位セル１０の電池特性にばらつきは生じ難くなっている。

その一方で、金属製の押圧板２０，２１の温度によって、単位セル１０Ａ，１０Ｂの温度は変動しやすく、押圧板２０，２１の温度は周囲温度によって変化しやすい。その結果、単位セル１０Ａ，１０Ｂは温度変動しやすくなり、単位セル１０Ａ、１０Ｂの電気特性が変動しやすくなる。その結果、バイポーラ電池１Ｂの電気特性も周囲環境によって変動しやすくなる。

その一方で、実施の形態２に係るバイポーラ電池１Ａにおいては、図６に示すように、押圧板２０と単位セル１０Ａとの間には断熱部材７０が配置されており、単位セル１０Ａが押圧板２０から受ける影響が小さく抑えられている。同様に、押圧板２１と単位セル１０Ｂとの間にも断熱部材７１が設けられており、単位セル１０Ｂが押圧板２１から受ける影響が小さく抑えられている。

これにより、単位セル１０Ａ，１０Ｂの電気性能の変動が抑制され、バイポーラ電池１Ｂの電気特性の変動を抑制することができる。

なお、上記の例においては、断熱部材７０，７１のいずれもが設けられた例について説明したが、断熱部材７０，７１の一方を設けるようにしてもよい。その場合には、絶縁部材２９または絶縁部材３０が設けられることになる。
（実施の形態３）
本実施の形態３では、積層体１１の放熱性の向上を図るために、集電板４０にシール部材４２から大きく張り出す放熱部を形成することで、積層体１１の放熱性の向上が図られた構成について説明する。

図８は、実施の形態３に係るバイポーラ電池１Ｃを示す断面図である。この図８に示すように、集電板４０の外周縁部は、シール部材４２よりも外方に張り出すように形成されている。集電板４０のうち、シール部材４２よりも外方に張り出す部分は、ファン５からの冷却風によって冷却され易く、単位セル１０の温度上昇を抑制することができる。

図９は、単位セル１０を示す平面図である。具体的には、単位セル１０から積層方向Ｄ１に離れた位置から離れた視たときの平面図である。

この図９に示すように、シール部材４２は集電板４０内に位置しており、集電板４０の一部がシール部材４２の外周縁部から大きく外方に張り出すように形成されている。

シール部材４２は、略方形形状に形成されている。シール部材４２の外周縁部は、Ｘ方向に配列する側面６０および側面６１と、Ｙ方向に配列する側面６２および側面６３とを含む。

集電板４０は、側面６２，６３に沿って延びる近接部６４，６５と、側面６０，６１から外方に大きく張り出す放熱部６６，６７と、放熱部６６，６７を覆う絶縁膜６８，６９とを含む。

放熱部６６，６７の外周縁部と側面６０，６１との間の距離は、近接部６４，６５の外周縁部と側面６２，６３との間の距離よりも長く、放熱部６６，６７の露出面積は、近接部６４，６５の露出面積よりも広い。このため、放熱部６６，６７から良好に放熱することができる。

なお、図１０に示すように、集電板４０の外周縁部の全周に亘って、シール部材４２から張り出させるようにしてもよい。

図９において、絶縁膜６８，６９は、放熱部６６，６７の表面を覆うように形成されており、積層方向Ｄ１に隣り合う放熱部６６，６７が接触したとしても互いの絶縁を確保することができる。なお、絶縁膜６８は、放熱部６６，６７の全面に塗布する場合に限られず、たとえば、集電板４０の外周縁部または放熱部６６，６７の外周縁部およびその近傍に形成するようにしてもよい。

放熱部６６，６７が撓み、積層方向Ｄ１に隣り合う他の集電板４０と接触する部分に、絶縁膜６８、６９が形成されておれば、集電板４０同士の絶縁性を確保することができる。

絶縁膜６８は、絶縁テープを貼付したり、絶縁材料をコーキング、溶射塗布または塗装したり、樹脂モールディングしたり、各種の方法で形成することができる。
（実施の形態４）
実施の形態４では、シール部材４２の内側で、積層方向Ｄ１に隣り合う集電板４０が短絡することを抑制する構成について説明する。

図１１は、実施の形態４に係るバイポーラ電池１Ｄを示す断面図である。この図１１に示すように、シール部材４２の内周面には、シール部材４２の外周縁部が載せられる段差部８０が形成されている。

図１２は、段差部８０およびその周囲の構成を示す断面図である。この図１２に示すように、樹脂枠５１は、ガスケット５２の内周面に沿って延びる枠部８１と、枠部８１の内周面に形成された段差部８０とを含む。

段差部８０は、集電板４０の上面３５に配置されており、段差部８０にセパレータ４４の外周縁部が載せられており、セパレータ４４が正極４３と接触することが抑制されている。

正極４３が活物質保持体によって形成されている場合には、正極４３の周面には、活物質保持体をせん断した際に針状のバリが形成されている場合がある。仮に、セパレータ４４がバリに接触すると、バリがセパレータ４４を突き抜けるおそれがある。

その一方で、バイポーラ電池１Ｄにおいては、セパレータ４４を段差部８０に載置することで、セパレータ４４がバリに接触することを抑制することができる。

図１３は、正極４３、シール部材４２および集電板４０を示す平面図である。なお、この図１３においては、負極４５およびセパレータ４４を図示していない。この図１３において、段差部８０はループ状に形成されている。ここで、正極４３が配置されている部分が、単位電池４１の設置部分である。そして、集電板４０の上面３５のうち、正極４３の外周縁部からシール部材４２の内周縁部までの間に位置する部分は、露出している。

図１４は、セパレータ４４、正極４３、シール部材４２および集電板４０を示す平面図である。この図１４に示すように、セパレータ４４の外周縁部が段差部８０に載せられており、集電板４０の上面３５のうち、正極４３とシール部材４２との間に位置する部分は、セパレータ４４によって覆われている。

図１５は、単位セル１０Ａおよびその周囲の構成を示す断面図である。この図１５に示すように、単位セル１０Ａの上面側に単位セル１０Ｇが設けられている。

単位セル１０Ｇの電解液が分解することによりガスが発生する場合があり、たとえば、過充電時において、電解液に含まれる水の電気分解が電極の副反応として起き、ガス（水素）が発生する場合がある。

単位セル１０Ｇのシール部材４２によって、ガス（水素）が外部に漏れることが抑制されており、単位セル１０Ｇ内の内圧が上昇して、集電板４０Ｇが膨らむように変形して集電板４０Ｇと集電板４０Ａとが近接する場合がある。

具体的には、集電板４０Ｇのうち、シール部材４２Ｇと正極４３Ｇとの間に位置する部分は、単位電池４１Ａによって支持されておらず、当該部分が下方に向けて膨らむように変形する場合がある。

その一方で、単位セル１０Ａのセパレータ４４Ａは、正極４３Ａとシール部材４２との間に位置する集電板４０Ａの上面３５を覆うように設けられている。

このため、集電板４０Ｇが上記のように変形したとしても、セパレータ４４Ａによって、集電板４０Ｇと集電板４０Ａとが直接接触することが抑制されており、集電板４０Ａおよび集電板４０Ｇの間で短絡が生じることを抑制することができる。

このように、本実施の形態４に係るバイポーラ電池１Ｄにおいては、各単位セル１０内の内圧が上昇したとしても、積層方向Ｄ１に隣り合う単位セル１０の集電板４０同士が接触して短絡することを抑制することができる。
（実施の形態５）
本実施の形態５においては、集電板４０の変形などのように、正極４３や負極４５が集電板４０から剥離することを助長する現象が生じたとしても、正極４３および極４５と集電板４０との密着性を確保された構成について説明する。

図１６は、実施の形態５に係るバイポーラ電池１Ｅの一部を示す断面図である。この図１６に示すように、集電板４０Ｇの上面３５に粗面部８２Ｇが形成されており、下面３６に粗面部８３Ｇが形成されている。

粗面部８２Ｇには、正極４３Ｇが形成されており、粗面部８３Ｇには、負極４５Ａが形成されている。

図１７は、集電板４０Ｇの粗面部８２Ｇ，８３Ｇおよびその周囲の構成を示す断面図であり、図１８は、粗面部８２Ｇ，８３Ｇが形成されていない集電板４０Ｈなどを示す断面図である。

図１７および図１８において、粗面部８２Ｇ，８３Ｇには、複数の凹凸部が形成されており、粗面部８２Ｇの凸部の高さＨ１は、粗面部８３Ｇの凸部の高さＨ２よりも高い。

粗面部８２Ｇには複数の凹凸部が形成されているため、正極４３Ｇと粗面部８２Ｇとの接触面積は、集電板４０Ｈと正極４３Ｇとの接触面積よりも広い。同様に、粗面部８３Ｇと負極４５Ａとの接触面積は、集電板４０Ｈと負極４５Ａとの接触面積よりも広い。その結果、正極４３Ｇおよび粗面部８２Ｇとの接着力は集電板４０Ｈおよび正極４３Ｇとの接着力よりも高く、粗面部８３Ｇおよび負極４５Ａの接着力は集電板４０Ｈおよび負極４５Ａの接着力よりも高い。

これにより、仮に、集電板４０Ｇに撓みなどが生じたとしても、正極４３Ｇおよび負極４５Ｇが集電板４０Ｇから剥離することを抑制することができる。なお、正極４３Ｇおよび集電板４０Ｇの密着力や負極４５Ａおよび集電板４０Ｇの密着力の向上を図るために、正極材料および負極材料を溶射したり、正極材料を焼結させることで、密着力を向上させるようにしてもよい。

さらに、粗面部８２Ｇの凸部が正極４３内に入り込んでおり、正極４３Ｇと集電板４０Ｇとの集電距離は、集電板４０Ｈと正極４３Ｇとの集電距離よりも短く、正極４３Ｇの電気抵抗を低く抑えることができる。同様に、粗面部８３Ｇによって、負極４５Ａの電気抵抗が低く抑えられている。

ここで、正極４３Ｇは正極活物質として水酸化ニッケルを含有する。水酸化ニッケルは、導電性が低い。そのため、ニッケル正極が厚くなると、厚さ方向の電気抵抗が増加し、所望の電池性能が得られない場合が生じる。

実施の形態５に係るバイポーラ電池においては、粗面部８２Ｇの凸部の高さＨ１は、粗面部８３Ｇの凸部の高さＨ２よりも高なっており、正極４３Ｇの一部の厚みが薄くなっており、正極４３Ｇの低抵抗化が図られている。

上記の粗面部８２Ｇ，８３Ｇは、たとえば、エンボス加工などのプレス加工、ショットブラストなどの物理的表面処理、エッチングなどの化学的表面処理および分散めっき法などの電気メッキ処理などで形成することができる。

なお、図１７などに示す例においては、粗面部８２Ｇおよび粗面部８３Ｇの双方を形成した例について説明したが、粗面部８２Ｇおよび粗面部８３Ｇの一方を形成するようにしてもよい。

図１９は、本実施の形態５の変形例に係るバイポーラ電池１Ｆの一部を示す断面図である。この図１９に示すように、集電板４０Ｇの上面３５には、導電膜８４が形成されており、正極４３Ｇはこの導電膜８４に形成されている。同様に、下面３６に導電膜８５が形成されており、この導電膜８５に負極４５Ａが形成されている。

導電膜８４，８５は導電性カーボンであり、カーボンブラックやＣＮＴ（カーボンナノチューブまたは、カーボンナノチューブおよびフラーレンを含む材料）などを採用することができる。導電膜８４，８５は、たとえば、カーボンブラックやＣＮＴをバインダおよび水と配合して、スクリーン印刷などにより集電板４０Ｇの表面に形成される。

正極４３Ｇは電気抵抗が高いため、正極４３Ｇおよび集電板４０Ｇとの接触抵抗が高くなり易い。その一方で、正極４３Ｇと集電板４０Ｇとの間に導電膜８４を形成することで正極４３Ｇおよび集電板４０Ｇの間の接触抵抗を下げることができる。さらに、正極４３Ｇと集電板４０Ｇとを導電膜８４で互いに接着させることで、正極４３Ｇの密着性の向上を図ることができる。

同様に、導電膜８５によって、負極４５Ａおよび集電板４０Ｇの間の接触抵抗を下げることができると共に、負極４５Ａの密着性を向上させることができる。
（実施の形態６）
ニッケル水素電池などの水系電池においては、たとえば、充電時において、電解液に含まれる水の電気分解が電極の副反応として起き、電解液が枯渇する場合がある。本実施の形態においては、電解液の枯渇の抑制が図られたバイポーラ電池について説明する。

図２０は、本実施の形態６に係るバイポーラ電池１Ｇの一部を示す断面図である。この図２０に示すように、単位セル１０Ｇの集電板４０Ｇの上面３５Ｇには、凹部９０Ｇが形成されている。凹部９０Ｇは、単位電池４１Ｇの設置位置（正極４３Ａと上面３５Ｇとの接触部分）と、シール部材４２Ｇとの間に位置している。凹部９０Ｇには、電解液９１Ｇが貯留されている。

なお、電解液９１Ｇは、たとえば、ゲルポリマースポンジなどの保液材に染み込ませた状態で凹部９０Ｇ内に貯留させるようにしてもよい。

セパレータ４４Ｇの外周縁部は、段差部８０に配置されている。セパレータ４４Ｇは、正極４３Ｇおよび負極４５Ｇの間から抜け出た後、凹部９０Ｇ内に入り込み、その後、段差部８０に向かうように曲げられた曲げ部９２を含む。そして、曲げ部９２の頂点部は、電解液９１Ｇに浸されている。

このため、セパレータ４４Ｇに含浸された電解液が分解されたとしても、凹部９０Ｇ内の電解液９１Ｇがセパレータ４４Ｇに供給されるため、セパレータ４４Ｇ内の電解液が枯渇することを抑制することができる。

なお、他の単位セル１０においても、単位セル１０Ｇと同様に形成することで、バイポーラ電池１Ｇにおいて、電解液の枯渇の発生を抑制することができる。

なお、図２１は、バイポーラ電池１Ｇの変形例を示す一部断面図である。この図２１に示すように、セパレータ４４Ｇの外周縁部を凹部９０Ｇ内で熱溶着させてもよい。

上記の実施の形態１〜６においては、単位セル１０の平面形状が矩形状である場合について説明したが、単位セル１０の形状としては、図２２のバイポーラ電池１Ｈのように、各単位セル１０を円形形状に形成してもよく、各種の形状を採用することができる。

上記のように、実施の形態１〜６について説明したが、各実施の形態１〜６において説明された構成を互いに組み合わせるようにしてもよい。

たとえば、実施の形態１のバイポーラ電池１に、実施の形態２で説明した断熱部材７０，７１を組み合わせてもよい。さらに、バイポーラ電池１，１Ａの構成に、実施の形態３で説明した放熱部６６，６７の構成や絶縁膜６８の構成を組み合わせてもよい。

また、バイポーラ電池１，１Ａ，１Ｃの構成に、実施の形態４で説明したセパレータ４４の形状や段差部８０の構成を適用してもよい。

バイポーラ電池１〜１Ｄの構成に、実施の形態５で説明した粗面部８２，８３の構成や導電膜８４の構成を適用してもよい。

また、バイポーラ電池１〜１Ｅの構成に、実施の形態６で説明した凹部９０Ｇなどの構成を適用してもよい。

なお、今回開示された実施の形態は全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説明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および範囲内での全ての変更が含まれることが意図される。

本開示のバイポーラ電池は、たとえば、ハイブリッド車両、電気自動車などの電動車両や燃料電池車両などに適用することができる。

１，１Ａ，１Ｂ，１Ｃ，１Ｄ，１Ｅ，１Ｆ バイポーラ電池、２ 車両、３ バッテリユニット、４ バッテリケース、５ ファン、１０，１０Ａ，１０Ｂ，１０Ｃ，１０Ｄ，１０Ｅ，１０Ｇ 単位セル、１１ 積層体、１２ 拘束具、１３，１４ 端面、２０，２１ 押圧板、２３ 接続部材、２４，２５ 貫通孔、２６ 接続軸、２７，２８ ボルト、２９，３０ 絶縁部材、３１，３３ 筒部、３２，３４ 鍔部、３５，３５Ｇ，３６，４６，４７ 主表面、４０，４０Ａ，４０Ｂ，４０Ｇ，４０Ｈ 集電板、４１，４１Ａ，４１Ｇ 単位電池、４２，４２Ｇ，５３，５４ シール部材、４３，４３Ａ，４３Ｇ 正極、４４，４４Ａ，４４Ｇ セパレータ、４５，４５Ａ，４５Ｇ 負極、５０，５１ 樹脂枠、５２ ガスケット、５５，５６ 疎水性絶縁膜、６０，６１，６２，６３ 側面、６４，６５ 近接部、６６，６７ 放熱部、６８，６９ 絶縁膜、７０，７１ 断熱部材、８０ 段差部、８１ 枠部、８２，８２Ｇ，８３，８３Ｇ 粗面部、８４，８５，８５Ｇ 導電膜、９０，９０Ｇ 凹部、９１Ｇ，９１ＧＧ 電解液、Ｄ１ 積層方向、Ｈ１，Ｈ２ 高さ。

Claims (11)

1. 積層方向に配列された第１端部および第２端部と、前記第１端部および前記第２端部の間に前記積層方向に積層された複数の単位セルとを含む積層体と、
   前記積層体の前記第１端部および前記第２端部を押圧して前記積層体を拘束する拘束具と、
   を備え、
   前記複数の単位セルの各々は、
   前記積層方向に配列する第１主表面および第２主表面を含む集電板と、
   電解液が含浸されたセパレータを含むと共に前記第１主表面に配置された単位電池と、
   前記第１主表面に設けられると共に前記単位電池の周囲を取り囲むように形成されたシール部材とを含み、
   前記シール部材は、前記拘束具からの押圧力によって前記積層方向に隣り合う前記集電板に密着した、バイポーラ電池。
2. 前記拘束具は、前記積層体の前記第１端部を押圧する第１押圧板と、前記第２端部を押圧する第２押圧板と、前記第１押圧板および前記第２押圧板を接続する複数の接続部材とを含み、
   前記複数の接続部材は、互いに間隔をあけて配置されており、
   前記積層体は、外部に露出している、請求項１に記載のバイポーラ電池。
3. 前記集電板および前記シール部材を前記積層方向から離れた位置から視ると、前記シール部材は前記集電板内に位置しており、
   前記集電板は、前記シール部材よりも外方に張り出す放熱部を含む、請求項２に記載のバイポーラ電池。
4. 前記集電板は、前記集電板のうち前記シール部材よりも外方に位置する部分を被覆する絶縁部材を含む、請求項３に記載のバイポーラ電池。
5. 前記拘束具は、前記積層体の前記第１端部を押圧する第１押圧板と、前記第２端部を押圧する第２押圧板とを含み、
   前記第１押圧板および前記第１端部の間と、前記第２押圧板および前記第２端部の間との少なくとも一方に配置された断熱部材をさらに備えた、請求項１から請求項４のいずれか１項に記載のバイポーラ電池。
6. 前記断熱部材は、絶縁材料によって形成された、請求項５に記載のバイポーラ電池。
7. 前記単位電池を前記積層方向から離れた位置から視ると、前記セパレータは、前記集電板の前記第１主表面うち、前記単位電池の設置部分から前記シール部材の設置位置までの間に位置する部分を覆うように形成された、請求項１から請求項６のいずれか１項に記載のバイポーラ電池。
8. 前記シール部材は、前記セパレータの外周縁部が載せられる段差部を含む、請求項１から請求項７のいずれか１項に記載のバイポーラ電池。
9. 前記積層体は、前記積層方向に配列された第１集電板および第２集電板を含み、
   前記単位電池は、前記第１集電板および前記第２集電板に挟まれており、
   前記単位電池は、前記第１集電板の第１主表面に形成された正極と、前記第２集電板の第２主表面に形成された負極とを含み、
   前記第１集電板のうち前記正極が形成される部分と、前記第２集電板のうち前記負極が形成される部分との少なくとも一方に形成された凹凸状の粗面部をさらに備える、請求項１から請求項８のいずれか１項に記載のバイポーラ電池。
10. 前記積層体は、前記積層方向に配列された第１集電板および第２集電板を含み、
    前記単位電池は、前記第１集電板および前記第２集電板に挟まれており、
    前記単位電池は、前記第１集電板の第１主表面に形成された正極と、前記第２集電板の第２主表面に形成された負極とを含み、
    前記第１集電板の第１主表面と前記正極との間と、前記第２集電板の第２主表面と前記負極との間との少なくとも一方に形成された導電膜をさらに備える、請求項１から請求項８のいずれか１項に記載のバイポーラ電池。
11. 前記集電板のうち前記単位電池の設置位置と前記シール部材との間に位置する部分に、凹部が形成されており、
    前記凹部には、電解液が貯留されており、
    前記セパレータは、前記凹部内の電解液と接触する、請求項１から請求項１０のいずれか１項に記載のバイポーラ電池。

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