JP2018073508A - 蓄電装置、及び蓄電装置の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】電極板の皺の発生を抑制できる蓄電装置、及び蓄電装置の製造方法を提供する。【解決手段】電極板１１のうち、シール部４が形成されている領域Ｅには、厚さ方向に貫通する貫通部３０が形成されている。従って、シール部４を形成する時に、溶融したシール部４が電極板１１の貫通部３０に入り込む。従って、電極板１１を挟んだ上下のシール部４が貫通部３０を介して互いに接続される。これにより、シール部４が熱収縮した場合であっても、電極板１１を挟んだ上下のシール部４（図２（ｂ）の部分４ｄと部分４ｅ）が貫通部３０内のシール部４（図２（ｂ）の接続部分４ｃ）で支えられることによって、シール部４の変形を抑制することができる。【選択図】図２

Description

本発明は、蓄電装置、及び蓄電装置の製造方法に関する。

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た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。積層体には、隣接する電極板の縁部間にシール部が設けられ、バイポーラ電極の積層によって形成される側面が保持されるようになっている。

特開２００７−１２２９７７号公報

上述のような蓄電装置では、隣接する電極板の縁部間にシール部が設けられている。ここで、シール部が熱収縮することによって、電極板に皺が発生する場合があった。このような電極板の皺は、隣接する電極板間がショートすることを誘発する場合がある。従って、電極板の皺の発生を抑制することが要請されていた。

本発明は、上記課題の解決のためになされたものであり、電極板の皺の発生を抑制できる蓄電装置、及び蓄電装置の製造方法を提供することを目的とする。

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、かつ他方面側に負極が形成された電極板で構成され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交互に積層してなる積層体と、積層体のうち、少なくとも電極板の縁部同士の間に形成されたシール部、を備え、電極板のうち、シール部が形成されている領域には、厚さ方向に貫通する貫通部が形成されている。

この蓄電装置では、電極板のうち、シール部が形成されている領域には、厚さ方向に貫通する貫通部が形成されている。従って、シール部を形成する時に、溶融したシール部が電極板の貫通部に入り込む。従って、電極板を挟んだ上下のシール部が貫通部を介して互いに接続される。これにより、シール部が熱収縮した場合であっても、電極板を挟んだ上下のシール部が貫通部内のシール部で支えられることによって、シール部の変形を抑制することができる。従って、電極板の皺の発生を抑制することができる。

また、貫通部は、電極板に形成された貫通孔によって構成されていてよい。このような構成によれば、貫通孔でシール部が引っ掛かる力が強くなるため、電極板の皺の発生を更に抑制することができる。

また、電極板は矩形状の形状を有しており、電極板の各辺においてシール部が形成されている領域には、それぞれ複数の貫通部が形成されていてよい。このような構成によれば、電極板の各箇所に貫通部を分散して配置させることができる。同じ面積の貫通部を形成するのであれば、特定の箇所に貫通部を密集させるよりも、貫通部を広い範囲に分散させた方が、シール部材の熱収縮のムラが低減されるため、電極板の皺の抑制効果が向上する。

本発明の一側面に係る蓄電装置の製造方法は、一方面側に正極が形成され、かつ他方面側に負極が形成された電極板で構成されるバイポーラ電極を有する蓄電装置の製造方法であって、電極板の一方面側に正極を形成し、他方面側に負極を形成することによってバイポーラ電極を形成するバイポーラ電極形成工程と、セパレータを介してバイポーラ電極を交互に積層することで積層体を形成する積層体形成工程と、積層体のうち、少なくとも電極板の縁部同士の間に第１のシール部を形成する第１のシール工程と、を備え、少なくとも第１のシール工程では、電極板のうち、シール部が形成される領域には、厚さ方向に貫通する貫通部が形成されている。

この蓄電装置の製造方法によれば、上述の蓄電装置と同様の作用・効果を得ることができる。

また、蓄電装置の製造方法は、第１のシール部を覆う、第２のシール部を形成する第２のシール工程を更に備えてよい。このような構成により、第２のシール部を形成することでシール性を向上できる。

本発明によれば、電極板の皺の発生を抑制できる。

本発明の一実施形態に係る蓄電装置の構成を示す概略断面図である。 電極板の縁部付近の構成を示す図である。 貫通部の拡大図である。 第１シール工程及び第２シール工程の様子を説明するための断面図である。

以下、図面を参照しながら、本発明の一側面に係る蓄電装置の好適な実施形態について詳細に説明する。

図１は、本発明の一実施形態に係る蓄電装置の構成を示す概略断面図である。同図に示す蓄電装置１は、バイポーラ電極３の積層体２を備えたバイポーラ電池である。蓄電装置１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などの二次電池、或いは電気二重層キャパシタである。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。以下の説明では、ニッケル水素二次電池を例示する。

蓄電装置１は、上述したバイポーラ電極３の積層体２と、積層体２を保持するシール部４と、積層体２を拘束する拘束部材５とを備えている。

積層体２は、セパレータ６を介して複数のバイポーラ電極３を積層することによって構成されている。バイポーラ電極３のそれぞれは、電極板１１と、電極板１１の一方面１１ａに設けられた正極１２と、電極板１１の他方面１１ｂに設けられた負極１３とを有している。積層体２において、一のバイポーラ電極３の正極１２は、積層方向に隣接する一方のバイポーラ電極３の負極１３と対向し、一のバイポーラ電極３の負極１３は、積層方向に隣接する他方のバイポーラ電極の正極１２と対向している。

電極板１１は、例えばニッケルからなる金属箔である。電極板１１の厚さは、例えば０．１μｍ〜１０００μｍ程度となっている。正極１２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１３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。電極板１１の他方面１１ｂにおける負極１３の形成領域は、電極板１１の一方面１１ａにおける正極１２の形成領域に対して一回り大きくてもよい。

電極板１１の端部１１ｃ付近は、正極活物質及び負極活物質の塗工されない未塗工領域となっており、シール部４の内壁４ａに埋没した状態でシール部４に保持されている。これにより、積層方向に隣接する電極板１１，１１間には、当該電極板１１，１１とシール部４の内壁４ａとによって仕切られた空間が形成されている。当該空間には、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。

積層体２の一方の積層端（図１における上側の積層端）には、片面に負極１３のみが設けられた最外電極板１１Ａが積層されている。当該電極板１１Ａは、セパレータ６を介して負極１３と最上層のバイポーラ電極３の正極１２とが対向するように配置されている。また、積層体２の他方の積層端（図１における下側の積層端）には、正極１２のみが設けられた最外電極板１１Ｂが積層されている。当該最外電極板１１Ｂは、セパレータ６を介して正極１２と最下層のバイポーラ電極３の負極１３とが対向するように配置されている。最外電極板１１Ａ，１１Ｂの縁部は、バイポーラ電極３の電極板１１と同様に、シール部４の内壁４ａに埋没した状態でシール部４に保持されている。

セパレータ６は、例えばシート状に形成されている。セパレータ６を形成する材料としては、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等が例示される。また、セパレータ６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６は、シート状に限られず、袋状のものを用いてもよい。

シール部４は、例えば絶縁性の樹脂を用いた射出成形によって矩形の筒状に形成されている。樹脂性のシール部４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）、変性ポリフェニレンエーテル（変性ＰＰＥ）又は変性ポリフェニレンサルファイド（変性ＰＰＳ）などが挙げられる。シール部４は、バイポーラ電極３の積層によって形成される積層体２の側面２ａを取り囲んで保持する部材である。より具体的には、シール部４は、バイポーラ電極３の電極板１１、及び積層体２の積層端に位置する最外電極板１１Ａ，１１Ｂの縁部を保持し、バイポーラ電極３，３間に形成される電解液の収容空間をシールしている。

拘束部材５は、一対の拘束板２１Ａ，２１Ｂと、拘束板２１Ａ，２１Ｂ同士を連結する連結部材（ボルト２２及びナット２３）と、最外電極板１１Ａ，１１Ｂと拘束板２１Ａ，２１Ｂとの間に設けられる集電板２５Ａ，２５Ｂと、集電板２５Ａ，２５Ｂから電流を取り出す取出部２６Ａ，２６Ｂと、によって構成されている。拘束板２１Ａ，２１Ｂは、平板状に形成されている。拘束板２１Ａ，２１Ｂは、例えばナイロン等の絶縁性の材質によって構成されてよい。あるいは、拘束板２１Ａ，２１Ｂは、例えば鉄アルミなどの導電性の材質によって平板状に形成されてもよい。ただし、拘束板２１Ａ，２１Ｂが導電性の材質によって構成される場合は、拘束板２１Ａ，２１Ｂと集電板２５Ａ，２５Ｂとの間に絶縁部材が配置される。拘束板２１Ａ，２１Ｂの縁部には、ボルト２２を挿通させる挿通孔２１ａがシール部４よりも外側となる位置に設けられている。ボルト２２は、例えば一方の拘束板２１Ａ側から他方の拘束板２１Ｂ側に向かって挿通孔２１ａに通され、他方の拘束板２１Ｂから突出するボルト２２の先端には、ナット２３が螺合されている。

集電板２５Ａ，２５Ｂは、アルミ、ニッケルメッキ鋼板などの導電性の材質によって平板状に構成されている。集電板２５Ａの積層方向における内側の面は、シール部４の内側の領域にて、最外電極板１１Ａと接触する。他方の集電板２５Ｂの積層方向における内側の面は、シール部４の内側の領域にて、最外電極板１１Ｂと接触する。

取出部２６Ａは、集電板２５Ａと接続されている。取出部２６Ａは、集電板２５Ａの側面に接続されている。取出部２６Ａは、シール部４を貫通して、当該シール部４の外部に引き出されている。ただし、取出部２６Ａの接続位置や引き出し位置は特に限定されない。取出部２６Ｂは、集電板２５Ｂと接続されている。取出部２６Ｂは、集電板２５Ｂの側面に接続されている。取出部２６Ｂは、シール部４を貫通して、当該シール部４の外部に引き出されている。ただし、取出部２６Ｂの接続位置や引き出し位置は特に限定されない。

これにより、積層体２、最外電極板１１Ａ，１１Ｂ、及びシール部４が挟持されてユニット化されると共に、拘束荷重が付加される。また、最外電極板１１Ａ，１１Ｂは、積層体２で発生した電流を取出部２６Ａ，２６Ｂへ出力することができる。

続いて、上述した蓄電装置１における電極板１１とシール部４との接合部の構成について、更に詳細に説明する。なお、以下の説明においては、電極板１１について説明を行うが、最外電極板１１Ａ，１１Ｂについても同様の構成を有する。

図２（ａ）は、図１のＩＩａ−ＩＩａ線に沿った断面図である。図２（ａ）に示すように、電極板１１のうち、シール部４が形成されている領域Ｅには、厚さ方向に貫通する貫通部３０が形成されている。ここで、シール部４は電極板１１の縁部に設けられている。従って、領域Ｅは、電極板１１の縁部付近の領域となる。図２（ａ）では、シール部４の内周側の内壁４ａが二点鎖線で示されている。従って、領域Ｅは、内壁４ａと電極板１１の端部１１ｃとの間の領域に該当する。また、電極板１１は矩形状の形状を有している。電極板１１の各辺においてシール部４が形成されている領域Ｅには、それぞれ複数の貫通部３０が形成されている。

貫通部３０は、電極板１１に形成された貫通孔によって構成されている。貫通部３０とは、電極板１１の一方面１１ａと他方面１１ｂとを連通させる空間である。また、貫通孔とは、厚さ方向からみたときに、周囲が電極板１１の部材で囲まれており、独立した空間を形成している部分である。図２（ｂ）は、図２（ａ）のＩＩｂ−ＩＩｂ線に沿った断面図である。図２（ｂ）に示すように、貫通部３０内にはシール部４を構成する樹脂が充填された状態となる。貫通部３０内のシール部４の接続部分４ｃは、シール部４のうち、一方面１１ａよりも上方の部分４ｄと、他方面１１ｂよりも下方の部分４ｅと、を接続している。

図２及び図３（ａ）に示すように、貫通部３０は、電極板１１の一辺あたりの領域Ｅ内において、当該辺が延びる方向に沿って配列されている。貫通部３０は、電極板１１の四方の全ての辺に対して形成されている。貫通部３０は、一辺あたりの領域Ｅ内において、一列をなしている。また、貫通部３０は、他の貫通部３０と互いに離間するように一定のピッチで配置されている。また、貫通部３０は、円をなしており、各貫通部３０は、互いに同形状で同サイズに形成されている。また、貫通部３０の端部１１ｃからの離間距離は一定である。ただし、貫通部３０の形状、大きさ、配置は特に限定されず、適宜変更可能である。例えば、貫通部３０は、多角形状であってもよく、長円、楕円形状を有してもよい。また、貫通部３０の形状、大きさ、配置は互いに同一である必要はなく、互いに異なっていてもよい。例えば、各貫通部３０が複数列に配置されてもよく、千鳥状の配置がなされてもよい。また、各貫通部３０のピッチも一定でなくともよい。

次に、本実施形態に係る蓄電装置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、バイポーラ電極形成工程と、積層体形成工程と、第１シール工程と、第２シール工程と、を備えている。ただし、各工程の一部は、同時に実行されてもよい。

バイポーラ電極形成工程は、電極板１１の一方面１１ａ側に正極１２を形成し、他方面１１ｂ側に負極１３を形成することによってバイポーラ電極３を形成する工程である。積層体形成工程は、セパレータ６を介してバイポーラ電極３を交互に積層することで積層体２を形成する工程である。

第１のシール工程は、積層体２のうち、少なくとも電極板１１の縁部同士の間に第１のシール部を形成する工程である。第１のシール工程では、電極板１１のうち、シール部４が形成される領域Ｅには、厚さ方向に貫通する貫通部３０が形成されている。第２のシール工程は、第１のシール部４２を覆う、第２のシール部４１を形成する工程である。

積層工程、第１シール工程、及び第２シール工程の具体的な例について、図４を参照して説明する。まず、図４（ａ）に示すように、複数のセパレータ６と複数のバイポーラ電極３とを積層する時に、第１のシール部４２を形成するためのシール部材４０を電極板１１間に配置する。この状態で積層物を熱プレスすることによって、シール部材４０が溶融する。これにより、図４（ｂ）に示すように、各電極板１１間に第１のシール部４２が形成される。また、シール部材４０が溶融することで電極板１１の貫通部３０に入り込む。従って、電極板１１を挟んだ上下のシール部材４０同士が、貫通部３０内の樹脂によって接続される。本実施形態では、積層体形成工程及び第１のシール工程は同時に行われる。なお、第１のシール部４２を形成するためのシール部材４０の形状は特に限定されない。例えば、一つのシール部材４０が、電極板１１の縁部付近において、端部１１ｃ、一方面１１ａ及び他方面１１ｂを覆っていてもよい。

次に、第１のシール部４２全体を外側から覆うように、第２のシール部４１が形成される。第２のシール部４１は、対象部分を型枠で覆い、当該型枠内に樹脂を射出する射出成形によって形成されてよい。第１のシール部４２と第２のシール部４１が組み合わされて一体化することで、シール部４が構成される。なお、第１のシール部４２と第２のシール部４１の材料は同じであってもよく、互いに異なっていてもよい。次に、シール部４及び積層体２が、拘束部材５で拘束される。以上によって、蓄電装置１が完成する。

次に、本実施形態に係る蓄電装置１、及び蓄電装置１の製造方法の作用・効果について説明する。

本実施形態に係る蓄電装置１では、電極板１１のうち、シール部４が形成されている領域Ｅには、厚さ方向に貫通する貫通部３０が形成されている。従って、シール部４を形成する時に、溶融したシール部４が電極板１１の貫通部３０に入り込む。従って、電極板１１を挟んだ上下のシール部４が貫通部３０を介して互いに接続される。これにより、シール部４が熱収縮した場合であっても、電極板１１を挟んだ上下のシール部４（図２（ｂ）の部分４ｄと部分４ｅ）が貫通部３０内のシール部４（図２（ｂ）の接続部分４ｃ）で支えられることによって、シール部４の変形を抑制することができる。従って、電極板１１の皺の発生を抑制することができる。また、当該構成によれば、平面状の電極板１１にシール部４を配置した時よりも、電極板１１とシール部４との接合強度を向上することができる。

また、貫通部３０は、電極板１１に形成された貫通孔によって構成されている。このような構成によれば、例えば後述の図３（ｂ）に示す構成に比して、貫通孔でシール部４が引っ掛かる力が強くなるため、電極板１１の皺の発生を更に抑制することができる。また、図３（ｂ）では貫通部３１の位置でシール部４が薄くなるため、シール性の確保に留意する必要があるが、貫通部３０が貫通孔であれば、シール部４が薄くならないため、シール性を向上できる。

また、電極板１１は矩形状の形状を有しており、電極板１１の各辺においてシール部４が形成されている領域Ｅには、それぞれ複数の貫通部３０が形成されている。このような構成によれば、電極板１１の各箇所に貫通部３０を分散して配置させることができる。同じ面積の貫通部３０を形成するのであれば、特定の箇所に貫通部３０を密集させるよりも、貫通部３０を広い範囲に分散させた方が、シール部材の熱収縮のムラが低減されるため、電極板１１の皺の抑制効果が向上する。

本実施形態に係る蓄電装置１の製造方法は、一方面１１ａ側に正極１２が形成され、かつ他方面１１ｂ側に負極１３が形成された電極板１１で構成されるバイポーラ電極３を有する蓄電装置１の製造方法である。当該製造方法は、電極板１１の一方面１１ａ側に正極１２を形成し、他方面１１ｂ側に負極１３を形成することによってバイポーラ電極３を形成するバイポーラ電極形成工程と、セパレータ６を介してバイポーラ電極３を交互に積層することで積層体２を形成する積層体形成工程と、積層体２のうち、少なくとも電極板１１の縁部同士の間に第１のシール部４２を形成する第１のシール工程と、を備える。少なくとも第１のシール工程では、電極板１１のうち、シール部４が形成される領域Ｅには、厚さ方向に貫通する貫通部３０が形成されている。

この蓄電装置１の製造方法によれば、上述の蓄電装置１と同様の作用・効果を得ることができる。

また、蓄電装置１の製造方法は、第１のシール部４２を覆う、第２のシール部４１を形成する第２のシール工程を更に備えている。このような構成により、第２のシール部４１を形成することでシール性を向上できる。

本発明は、上記実施形態に限られるものではない。例えば、上述の実施形態では、貫通部が貫通孔によって構成されていた。これに代えて、図３（ｂ）に示すように、電極板１１の領域Ｅに切り欠きを形成することによって、貫通部３１を構成してもよい。図３（ｂ）では、領域Ｅに矩形状の切り欠きが所定のピッチで形成されている。なお、切り欠き形状は特に限定されず、円弧状、四角形以外の多角形状であってよい。

また、上述の実施形態では、第１のシール工程と第２のシール工程が行われていたが、シール工程は１回でもよい。

１…蓄電装置、３…バイポーラ電極、４…シール部、６…セパレータ、１１…電極板、１２…正極、１３…負極、３０，３１…貫通部、４２…第１のシール部、４１…第２のシール部。

Claims (5)

1. 一方面側に正極が形成され、かつ他方面側に負極が形成された電極板で構成され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交互に積層してなる積層体と、
   前記積層体のうち、少なくとも隣接する前記電極板の縁部同士の間に形成されたシール部、を備え、
   前記電極板のうち、前記シール部が形成されている領域には、厚さ方向に貫通する貫通部が形成されている、蓄電装置。
2. 前記貫通部は、前記電極板に形成された貫通孔によって構成されている、請求項１に記載の蓄電装置。
3. 前記電極板は矩形状の形状を有しており、
   前記電極板の各辺において前記シール部が形成されている領域には、それぞれ複数の前記貫通部が形成されている、請求項１又は２に記載の蓄電装置。
4. 一方面側に正極が形成され、かつ他方面側に負極が形成された電極板で構成されるバイポーラ電極を有する蓄電装置の製造方法であって、
   前記電極板の前記一方面側に前記正極を形成し、前記他方面側に前記負極を形成することによって前記バイポーラ電極を形成するバイポーラ電極形成工程と、
   セパレータを介して前記バイポーラ電極を交互に積層することで積層体を形成する積層体形成工程と、
   前記積層体のうち、少なくとも隣接する前記電極板の縁部同士の間に第１のシール部を形成する第１のシール工程と、を備え、
   少なくとも前記第１のシール工程では、前記電極板のうち、前記シール部が形成される領域には、厚さ方向に貫通する貫通部が形成されている、蓄電装置の製造方法。
5. 前記第１のシール部を覆う、第２のシール部を形成する第２のシール工程を更に備える、請求項４に記載の蓄電装置の製造方法。

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