JP2018049794A - Power storage device, and method for manufacturing the same - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、蓄電装置及び蓄電装置の製造方法に関する。 The present invention relates to a power storage device and a method for manufacturing the power storage device.
集電体の一方の面に正極が形成され、他方の面に負極が形成されたバイポーラ電極が電解質を保持するセパレータを介して一方向に積層された積層体を備える蓄電装置(バイポーラ電池)が知られている。これらの蓄電装置は、電解質層を介して積層されて発電要素を形成する。例えば、特許文献1には、電解質層を保持するセパレータと、セパレータの電解質を保持させた部分の外周部に成型配置されたシール用の樹脂と、を備える蓄電装置(バイポーラ電池)が開示されている。特許文献1の蓄電装置によれば、電解液の染み出しによる液絡(短絡)が防止でき、信頼性を高めることができる。 A power storage device (bipolar battery) comprising a laminate in which a bipolar electrode having a positive electrode formed on one surface of a current collector and a negative electrode formed on the other surface is laminated in one direction via a separator holding an electrolyte Are known. These power storage devices are stacked via an electrolyte layer to form a power generation element. For example, Patent Document 1 discloses a power storage device (bipolar battery) that includes a separator that holds an electrolyte layer, and a sealing resin that is molded and arranged on the outer periphery of a portion that holds the electrolyte of the separator. Yes. According to the power storage device of Patent Document 1, it is possible to prevent a liquid junction (short circuit) due to leakage of the electrolytic solution, and to improve reliability.
しかしながら、上記蓄電装置は、車両等に載置されて使用されるので、更なるシール性の向上が求められている。 However, since the power storage device is used by being mounted on a vehicle or the like, further improvement in sealing performance is required.
本発明は、シール性能を向上させることができる蓄電装置及び蓄電装置の製造方法を提供することを目的とする。 An object of this invention is to provide the electrical storage apparatus which can improve sealing performance, and the manufacturing method of an electrical storage apparatus.
本発明に係る蓄電装置は、集電体の一方の面に正極層が設けられると共に集電体の他方の面に負極層が設けられた複数のバイポーラ電極がセパレータを介して積層された蓄電装置であって、隣接するバイポーラ電極の集電体同士の間隔を保持するゴム系樹脂からなるスペーサと、スペーサの外側を取り囲むように配置される樹脂からなるケースと、を備え、スペーサは、集電体の周縁に沿って、当該周縁の内側に所定間隔をあけて配置されており、ケースは、複数の集電体の周縁を保持している。 A power storage device according to the present invention is a power storage device in which a plurality of bipolar electrodes each having a positive electrode layer provided on one surface of a current collector and a negative electrode layer provided on the other surface of the current collector are stacked via a separator. And a spacer made of a rubber-based resin that keeps a distance between current collectors of adjacent bipolar electrodes, and a case made of a resin arranged so as to surround the outside of the spacer. Along the periphery of the body, the case is disposed at a predetermined interval inside the periphery, and the case holds the periphery of the plurality of current collectors.
この構成の蓄電装置では、隣接するバイポーラ電極の集電体同士の間隔を保持するゴム系樹脂からなるスペーサが、集電体の周縁に沿って配置されているので、スペーサによって集電体の外側に電解液が漏れ出すことを防止することができる。更に、この構成の蓄電装置では、スペーサの外側に集電体の周縁を保持するケースが配置されているので、スペーサを介して電解液が漏れ出すようなことがあったとしても、その外側に配置されたケースによって電解液の漏れを防止することができる。この結果、シール性能を向上させることができる。 In the power storage device having this configuration, the spacer made of a rubber-based resin that keeps the distance between the current collectors of the adjacent bipolar electrodes is arranged along the periphery of the current collector. It is possible to prevent the electrolyte from leaking out. Furthermore, in the power storage device with this configuration, the case for holding the peripheral edge of the current collector is disposed outside the spacer, so even if the electrolyte leaks through the spacer, The leakage of the electrolyte can be prevented by the arranged case. As a result, the sealing performance can be improved.
スペーサの外周面及びケースの内周面は、互いに嵌合する凹凸形状を有していてもよい。これにより、スペーサとケースとをより強固に一体化することができる。 The outer peripheral surface of the spacer and the inner peripheral surface of the case may have an uneven shape that fits together. Thereby, a spacer and a case can be integrated more firmly.
上記蓄電装置は、ニッケル水素二次電池として構成してもよい。このように構成されたニッケル水素二次電池においても、シール性能を向上させることができる。 The power storage device may be configured as a nickel hydride secondary battery. Also in the nickel-hydrogen secondary battery configured in this way, the sealing performance can be improved.
本発明の蓄電装置の製造方法は、集電体の一方の面に正極層が設けられると共に集電体の他方の面に負極層が設けられた、複数のバイポーラ電極がセパレータを介して積層された蓄電装置の製造方法であって、ゴム系樹脂からなるスペーサを集電体の周縁に沿って配置することにより、隣接するバイポーラ電極の集電体同士の間隔を保持しながら積層する第一工程と、スペーサを介して積層された複数のバイポーラ電極を、積層方向に熱プレスすることにより一体化した一次品を形成する第二工程と、一次品におけるスペーサの外側を取り囲むと共に集電体の周縁を保持する樹脂からなるケースを、インサート成形によって形成することにより二次品を形成する第三工程と、二次品をバイポーラ電極の積層方向における両端に配置された拘束体によって加圧した状態で締結する第四工程と、を含む。 According to the method of manufacturing the power storage device of the present invention, a plurality of bipolar electrodes each having a positive electrode layer provided on one surface of a current collector and a negative electrode layer provided on the other surface of the current collector are stacked via a separator. A method of manufacturing a power storage device, wherein a first step of laminating a spacer made of a rubber-based resin along a peripheral edge of a current collector while maintaining a distance between current collectors of adjacent bipolar electrodes And a second step of forming a primary product integrated by hot pressing a plurality of bipolar electrodes stacked via a spacer in the stacking direction, and surrounding the outer side of the spacer in the primary product and the peripheral edge of the current collector A third step of forming a secondary product by forming a case made of resin that holds the secondary material by insert molding, and a restraint in which the secondary product is arranged at both ends in the lamination direction of the bipolar electrode By comprising a fourth step of fastening at pressurized condition, the.
上記蓄電装置の製造方法においては、セパレータを介してバイポーラ電極が積層された積層体がスペーサによって一体化される。一体化されていない積層体を樹脂からなるケースによって一体化する場合、積層体を構成するそれぞれの部品を治具等によって固定する等の手間が生じるが、本製造方法においては、この手間を省略することができる。また、この製造方法によって製造される蓄電装置は、隣接するバイポーラ電極の集電体同士の間隔を保持するゴム系樹脂からなるスペーサが、集電体の周縁に沿って配置されているので、スペーサによって集電体の外側に電解液が漏れ出すことを防止することができる。更に、この構成の蓄電装置では、スペーサの外側に集電体の周縁を保持するケースが配置されているので、スペーサを介して電解液が漏れ出すようなことがあったとしても、その外側に配置されたケースによって電解液の漏れを防止することができる。この結果、シール性能を向上させることができる。 In the above method for manufacturing a power storage device, a stacked body in which bipolar electrodes are stacked through a separator is integrated by a spacer. When integrating a non-integrated laminate with a resin case, it takes time to fix each part of the laminate with a jig, etc., but this labor is omitted in this manufacturing method. can do. Further, in the power storage device manufactured by this manufacturing method, a spacer made of a rubber-based resin that keeps an interval between current collectors of adjacent bipolar electrodes is disposed along the periphery of the current collector. Therefore, it is possible to prevent the electrolyte from leaking outside the current collector. Furthermore, in the power storage device with this configuration, the case for holding the peripheral edge of the current collector is disposed outside the spacer, so even if the electrolyte leaks through the spacer, The leakage of the electrolyte can be prevented by the arranged case. As a result, the sealing performance can be improved.
本発明によれば、シール性能を向上させることができる。 According to the present invention, the sealing performance can be improved.
以下、添付図面を参照しながら本発明の実施形態が詳細に説明される。図面の説明において、同一又は同等の要素には同一符号が用いられ、重複する説明は省略される。図1〜図4には、XYZ直交座標系が示される。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. In the description of the drawings, the same reference numerals are used for the same or equivalent elements, and redundant descriptions are omitted. 1 to 4 show an XYZ orthogonal coordinate system.
図1に示される蓄電装置10は、例えばフォークリフト、ハイブリッド自動車、又は電気自動車等の車両に搭載されるニッケル水素二次電池である。蓄電装置10は、複数のバイポーラ電極12と、正極終端電極30と、正極端子部材35と、負極終端電極40と、負極端子部材45と、一対の拘束体50,50と、スペーサ60と、ケース65と、を備える。
A
複数のバイポーラ電極12は、セパレータ14を介して直列に積層される。複数のバイポーラ電極12のそれぞれは、一方の面16a及び一方の面16aとは反対側の他方の面16bを有する集電体16と、一方の面16aに設けられた正極層18と、他方の面16bに設けられた負極層20とを有している。正極層18及び負極層20は、複数のバイポーラ電極12の積層方向(以下、Z軸方向ともいう)に交差する平面(例えばXY平面)に沿って延在している。
The plurality of
セパレータ14は、互いに隣接するバイポーラ電極12の間、正極終端電極30とバイポーラ電極12との間、及びバイポーラ電極12と負極終端電極40との間に配置されている。例えば、セパレータ14は、Z軸方向から見た形状である矩形のシート状に形成されている。セパレータ14は例えば多孔膜又は不織布である。セパレータ14は電解液を透過させ得る。セパレータ14の材料としては、例えばポリエチレン、ポリプロピレン等のポリオレフィン、ポリイミド等が挙げられる。電解液としては、例えば水酸化カリウム水溶液等のアルカリ溶液が使用され得る。
The
集電体16は、例えば、Z軸方向から見た形状が矩形であり、ニッケル、ステンレススチール、Niメッキされた鋼板等からなる金属箔である。集電体16の厚みは、例えば1〜50μmである。正極層18は、正極活物質を含む。正極活物質は、例えば水酸化ニッケル(Ni(OH)2)の粒子である。負極層20は、負極活物質を含む。負極活物質は、例えば水素吸蔵合金の粒子である。なお、集電体16は、導電性樹脂でもよい。
The
正極終端電極30は、複数のバイポーラ電極12(バイポーラ電極群)のZ軸方向における一方側の端部にセパレータ14を介して配置される。すなわち、正極終端電極30は、Z軸方向において、複数のバイポーラ電極12の最も外側に配置される。正極終端電極30は、例えば、Z軸方向から見た形状が矩形であり、ニッケル、ステンレススチール、Niメッキされた鋼板等からなる金属箔である集電体31と、集電体31の一方の面31aに設けられた正極層33と、を有している。正極層33は、XY平面に沿って延在している。集電体31は、Z軸方向において集電体16よりも厚い。正極層33は、バイポーラ電極12における正極層18と同じ構成である。なお、集電体31は、導電性樹脂でもよい。
The positive
負極終端電極40は、複数のバイポーラ電極12(バイポーラ電極群)のZ軸方向における他方側の端部にセパレータ14を介して配置される。すなわち、負極終端電極40は、Z軸方向において、複数のバイポーラ電極12の最も外側に配置される。負極終端電極40は、例えば、Z軸方向から見た形状が矩形であり、ニッケル、ステンレススチール、Niメッキされた鋼板等からなる金属箔である集電体41と、集電体41の一方の面41aに設けられた負極層43と、を有している。負極層43は、XY平面に沿って延在している。集電体41は、Z軸方向において集電体16よりも厚い。負極層43は、バイポーラ電極12における負極層20と同じ構成である。なお、集電体31は、導電性樹脂でもよい。
The negative
正極端子部材35は、正極終端電極30と拘束体50との間に配置され、正極終端電極30における集電体31に接触配置されている。正極端子部材35は、接触部37と、引出部39と、を有している。接触部37は、例えば、Z軸方向から見た形状が矩形であり、正極終端電極30における集電体31の他方の面31bに、接触配置されている。引出部39は、後段にて詳述するケース65における貫通部65aに挿通され、ケース65の外側に引き出される。引出部39は、蓄電装置10の充放電を行うことができる端子として機能する。
The positive
負極端子部材45は、負極終端電極40と拘束体50との間に配置され、負極終端電極40における集電体41に接触配置されている。負極端子部材45は、接触部47と、引出部49と、を有している。接触部47は、例えば、Z軸方向から見た形状が矩形であり、負極終端電極40における集電体41の他方の面41bに、接触配置されている。引出部49は、後段にて詳述するケース65における貫通部65aに挿通され、ケース65の外側に引き出される。引出部49は、蓄電装置10の充放電を行うことができる端子として機能する。
The negative
スペーサ60は、隣接するバイポーラ電極12の集電体16同士の間隔を保持する。スペーサ60は、集電体16の周縁16cに沿って周縁16cの内側に配置されている。周縁16cとスペーサ60とは、Z軸方向から見たときに、集電体16の端部は、所定長さ飛び出した状態となっている。
The
スペーサ60は、電解液(水酸化カリウム)に対する耐性を有するゴム系樹脂から形成されている。ゴム系樹脂の例には、EPDM(エチレン・プロピレン・ジエンゴム)及びフッ素ゴム等が含まれる。
The
図1に示されるように、ケース65は、Z軸方向において、複数のバイポーラ電極12と、セパレータ14と、正極終端電極30と、負極終端電極40と、スペーサ60とを含んで構成される積層体25のZ軸方向と直交する方向における端部(Z軸方向から積層体25を見たときの外形となる端部)を覆う。言い換えれば、積層体25の側面を取り囲んで保持する。ケース65は、筒状に形成された樹脂ケースであり、ケース65内には電解液が充填される。
As shown in FIG. 1, the
ケース65は、スペーサ60の外周面60aを取り囲むように配置されている。更に、ケース65は、複数の集電体16の周縁16cと、正極終端電極30における集電体31の周縁31cと、負極終端電極40における集電体41の周縁41cと、を保持している。ケース65は、電解液(水酸化カリウム)に対する耐腐食性を有すると共にガス透過性が低い、絶縁性の樹脂から形成されている。ケース65を形成する樹脂の例は、変性PPE(変性ポリフェニレンエーテル)及びPPS(ポリフェニレンサルファイド)が含まれる。
The
一対の拘束体50,50は、Z軸方向において、複数のバイポーラ電極12と、正極終端電極30と、負極終端電極40とを含んで構成される積層体25と、正極終端電極30と,負極終端電極40と、を挟持する。また、一対の拘束体50,50は、積層体25に加え、ケース65も挟持する。一対の拘束体50,50は、SUS(ステンレス鋼)により形成されている。この場合、拘束体50と正極端子部材35との間、及び拘束体50と負極端子部材45との間に絶縁シートを配置すればよい。なお、一対の拘束体50,50は、樹脂により形成されていてもよい。絶縁シート又は樹脂材料は、水酸化カリウムに対する耐性を有していてもよい。
The pair of restraining
一対の拘束体50,50には、Z軸方向に延びるボルトBを貫通するための貫通孔50aが設けられる。貫通孔50aは、Z軸方向から見てケース65の外側に配置される。ボルトBは、一方の拘束体50から他方の拘束体50に向かって挿通される。ボルトBの先端にはナットNが螺合される。これにより、一対の拘束体50,50は、積層体25、正極終端電極30、負極終端電極40、及びケース65に対して、拘束荷重を付加する。その結果、ケース65内は密封される。ボルトBの貫通孔50aは、貫通孔内周及びボルト座面とその周面が絶縁処理されている。
The pair of restraining
上記のようなスペーサ60とケース65とを備える蓄電装置10は、下記のように製造される。すなわち、図2に示されるように、ゴム系樹脂からなるスペーサ60を、負極終端電極40における集電体41の周縁41cに沿って配置する。このとき、スペーサ60は、周縁41cとの距離が、所定長さとなるように、周縁41cの内側に配置される。次に、当該スペーサ60にバイポーラ電極12を載置する。当該バイポーラ電極12は、スペーサ60と集電体16における周縁16cとの距離が、上記所定長さとなるように載置される。
The
次に、当該バイポーラ電極12における集電体16の上面の周縁に沿ってスペーサ60を配置する。このとき、スペーサ60は、周縁16cとの距離が、上記所定長さとなるように、周縁16cの内側に配置される。次に、当該スペーサ60にバイポーラ電極12を載置する。当該バイポーラ電極12は、スペーサ60と集電体16における周縁16cとの距離が、上記所定長さとなるように載置される。このように、隣接するバイポーラ電極12の集電体16同士の間隔を保持しながら積層する(第一工程)。
Next, a
次に、スペーサ60を介して積層された複数のバイポーラ電極12、セパレータ14、正極終端電極30、及び負極終端電極40からなる積層体25を積層方向に熱プレスする。これにより、Z軸方向におけるスペーサ60の両端が溶融状態となり、集電体16又は集電体31,41とスペーサ60との間が溶着される。そして、図3に示されるように、積層体25として一体化された一次品P1が形成される(第二工程)。
Next, the
次に、成形金型にインサート部品となる一次品P1を固定した後、成形金型にケース65を形成する樹脂を注入し(インサート成形)、インサート部品の外側を溶融樹脂で包み込み固化させる(第三工程)。これにより、ケース65を形成する樹脂とインサート部品とが一体化された二次品が完成する。次に、当該二次品の両端部の一方に正極端子部材35を配置し、他方に負極端子部材45を配置した後、これらを一対の拘束体50,50により挟持し、ボルトB及びナットNによって一対の拘束体50,50同士を締結する(第四工程)。これにより、一対の拘束体50,50によって、積層体25が加圧された状態の蓄電装置10が完成する。
Next, after fixing the primary product P1 serving as the insert part to the molding die, a resin for forming the
次に、第一実施形態の蓄電装置10の作用効果について説明する。第一実施形態の蓄電装置10では、隣接するバイポーラ電極12の集電体16同士の間隔を保持するゴム系樹脂からなるスペーサ60が、集電体16の周縁16cに沿って配置されているので、当該スペーサ60によって集電体16の外側に電解液が漏れ出すことを防止することができる。更に、この構成の蓄電装置10では、スペーサ60の外側に集電体16の周縁16cを保持するケース65が配置されているので、スペーサ60を介して電解液が漏れ出すようなことがあったとしても、その外側に配置されたケース65によって電解液の漏れを防止することができる。この結果、シール性能を向上させることができる。
Next, the effect of the
また、本実施形態の蓄電装置10の製造方法では、セパレータ14を介してバイポーラ電極12が積層された積層体25がスペーサ60によって一体化される。一体化されていない積層体を樹脂からなるケースに65よって一体化する場合、積層体を構成するそれぞれの部品を治具等によって固定する等の手間が生じるが、本製造方法においては、この手間を省略することができる。
Further, in the method for manufacturing the
以上、一実施形態について詳細に説明されたが、本発明は上記実施形態に限定されない。 As mentioned above, although one embodiment was described in detail, the present invention is not limited to the above-mentioned embodiment.
例えば、図4に示されるように、スペーサ60の外周面には凸部60cが形成され、ケース65の内周面には凹部65dが形成されてもよい。スペーサ60の外周面に形成された凸部60cと、ケース65の内周面に形成された凹部65dとは、互いに嵌合している。これにより、スペーサ60とケース65とをより強固に一体化することができる。なお、スペーサ60の外周面及びケース65の内周面とが互いに嵌合する凹凸形状の構成は、上記に限定されない。例えば、スペーサ60の外周面に凹部を形成し、ケース65の内周面に凸部を形成したり、スペーサ60の外周面に凹凸を形成し、ケース65の内周面に凹凸を形成したりして、スペーサ60の外周面及びケース65の内周面とを互いに嵌合させてもよい。
For example, as shown in FIG. 4, a
上記実施形態又は変形例では、蓄電装置10の充放電を行うことができる端子を積層体25の側面から引き出す例を挙げて説明したが、これに限定されない。例えば、Z軸方向における両端、すなわち、積層方向における両端に設けられてもよい。この場合、一対の拘束体50,50のそれぞれを導電部材によって形成し、それぞれの拘束体50,50に電気的に接続される端子を設けることができる。また、端子に電気的に接続される導通部材が一対の拘束体50,50のそれぞれに埋め込まれてもよい。
In the said embodiment or modification, although the example which draws out the terminal which can perform charging / discharging of the
また、上記実施形態又は変形例では、蓄電装置10がニッケル水素二次電池の例を挙げて説明したが、リチウムイオン二次電池であってもよい。この場合、正極活物質は、例えば複合酸化物、金属リチウム、硫黄等である。負極活物質は、例えば黒鉛、高配向性グラファイト、メソカーボンマイクロビーズ、ハードカーボン、ソフトカーボン等のカーボン、リチウム、ナトリウム等のアルカリ金属、金属化合物、SiOx(0.5≦x≦1.5)等の金属酸化物、ホウ素添加炭素等である。
Moreover, although the
10…蓄電装置、12…バイポーラ電極、14…セパレータ、16…集電体、16c…集電体の周縁、18…正極層、20…負極層、25…積層体、30…正極終端電極、31…集電体、31c…集電体の周縁、33…正極層、35…正極端子部材、40…負極終端電極、41…集電体、41c…集電体の周縁、43…負極層、45…負極端子部材、50…拘束体、60…スペーサ、60a…外周面、65…ケース、65c…凸部、65d…凹部。
DESCRIPTION OF
Claims (4)
隣接する前記バイポーラ電極の前記集電体同士の間隔を保持するゴム系樹脂からなるスペーサと、
前記スペーサの外側を取り囲むように配置される樹脂からなるケースと、を備え、
前記スペーサは、前記集電体の周縁に沿って、当該周縁の内側に所定間隔をあけて配置されており、前記ケースは、複数の前記集電体の前記周縁を保持している、蓄電装置。 A power storage device in which a plurality of bipolar electrodes each having a positive electrode layer provided on one surface of a current collector and a negative electrode layer provided on the other surface of the current collector are stacked via a separator,
A spacer made of a rubber-based resin that keeps an interval between the current collectors of the adjacent bipolar electrodes;
A case made of resin arranged so as to surround the outside of the spacer, and
The spacer is disposed along the periphery of the current collector at a predetermined interval inside the periphery, and the case holds the periphery of the current collectors. .
ゴム系樹脂からなるスペーサを前記集電体の周縁に沿って配置することにより、隣接する前記バイポーラ電極の前記集電体同士の間隔を保持しながら積層する第一工程と、
前記スペーサを介して積層された複数の前記バイポーラ電極を、積層方向に熱プレスすることにより一体化した一次品を形成する第二工程と、
前記一次品における前記スペーサの外側を取り囲むと共に前記集電体の前記周縁を保持する樹脂からなるケースを、インサート成形によって形成することにより二次品を形成する第三工程と、
前記二次品を前記バイポーラ電極の積層方向における両端に配置された拘束体によって加圧した状態で締結する第四工程と、
を含む、蓄電装置の製造方法。 A method of manufacturing a power storage device in which a positive electrode layer is provided on one surface of a current collector and a negative electrode layer is provided on the other surface of the current collector, wherein a plurality of bipolar electrodes are stacked via a separator. ,
A first step of laminating a spacer made of a rubber-based resin along the periphery of the current collector while maintaining a gap between the current collectors of the adjacent bipolar electrodes;
A second step of forming a primary product integrated by hot pressing the plurality of bipolar electrodes stacked via the spacers in the stacking direction;
A third step of forming a secondary product by forming a case made of resin surrounding the outside of the spacer in the primary product and holding the peripheral edge of the current collector by insert molding;
A fourth step of fastening the secondary product in a state of being pressed by a restraint disposed at both ends in the lamination direction of the bipolar electrode;
A method for manufacturing a power storage device, comprising:
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