JP2019145437A - 蓄電モジュールの製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】枠体にて保持される集電体の一部への負荷の集中による不具合の発生を抑制できる蓄電モジュールの製造方法を提供する。【解決手段】蓄電モジュールの製造方法は、集電体を準備する工程と、集電体の縁部上に、多孔質の基材を形成する工程と、集電体及び基材をめっきすることによって、基材の空隙に充填される金属多孔体を形成する工程と、基材を除去する工程と、基材を除去する工程後、集電体の縁部、及び金属多孔体を枠体に埋め込む工程と、を備える。【選択図】図３

Description

本発明は、蓄電モジュールの製造方法に関する。

蓄電装置として、バイポーラ電極が積層された積層体を有する蓄電モジュールが知られている。下記特許文献１には、集電体と、集電体の一方面上に設けられた正極層と、集電体の他方面上に設けられた負極層とを含むバイポーラ電極が積層された積層体を有する蓄電モジュールが開示されている。

特開２００８−７８１０９号公報

上述したようなバイポーラ電極の集電体は、蓄電モジュールの製造時に印加される外力、及び蓄電モジュールの充放電時の内圧変動等に起因して変形してしまうことがある。この集電体の変形を抑制するために、例えば、各バイポーラ電極の集電体の縁部を枠体によって保持することがある。

しかしながら、集電体を枠体によって保持すると、上記外力及び上記内圧変動に起因して、枠体と、当該枠体によって保持される集電体の縁部との境界に負荷（例えば、せん断応力）が集中する傾向にある。この負荷の集中に起因して集電体及び／または枠体の破断等が発生し、電気抵抗の増加、電池内での短絡、電解液の漏洩等の不具合が生じるおそれがある。

本発明の目的は、枠体にて保持される集電体の一部への負荷の集中による不具合の発生を抑制できる蓄電モジュールの製造方法を提供することである。

本発明に係る蓄電モジュールの製造方法は、集電体を準備する工程と、集電体の縁部上に、多孔質の基材を形成する工程と、集電体及び基材をめっきすることによって、基材の空隙に充填される金属多孔体を形成する工程と、基材を除去する工程と、基材を除去する工程後、集電体の縁部、及び金属多孔体を枠体に埋め込む工程と、を備える。

この蓄電モジュールの製造方法によれば、多孔質の基材を用いて集電体の縁部上に形成された金属多孔体は、当該縁部と共に枠体に埋め込まれている。このため、枠体は、集電体と金属多孔体とが互いに一体化した状態を保持している。これにより、集電体の剛性が金属多孔体によって良好に補強される。加えて、蓄電モジュールの充放電時等に集電体に対して圧力が印加されたとき、集電体に加わる負荷（せん断応力）が金属多孔体に伝達される。ここで、金属多孔体には多数の孔が設けられているので、金属多孔体の表面及び内部は複雑な形状を呈している。このため、金属多孔体に伝達される負荷は、その表面及び内部にて様々な方向に分散しやすくなっている。これにより、枠体と、当該枠体によって保持される集電体の縁部との境界への負荷の集中を抑制できる。したがって、枠体にて保持される集電体の一部への負荷の集中による不具合の発生を抑制できる。

金属多孔体を形成する工程では、集電体のめっき膜と一体化している金属多孔体を形成してもよい。この場合、金属多孔体がめっき膜と一体化しているので、金属多孔体が集電体に対して強固に接合される。また、集電体に加わる負荷が、めっき膜を介して金属多孔体に良好に伝達される。加えて、集電体をめっきすると同時に金属多孔体を形成できるので、めっき工程を簡略化できる。これにより、バイポーラ電極を形成する際の製造費、設備費を低減できる。さらには、金属多孔体を形成する際の金属材料の使用量も低減できるので、バイポーラ電極の材料費も低減できる。

基材を形成する工程では、縁部に沿った枠形状を呈する基材を形成してもよい。この場合、縁部に沿った枠形状を呈する金属多孔体を形成できる。これにより、集電体の全体において、枠体と、当該枠体によって保持される縁部との境界への負荷の集中を抑制できる。

基材を形成する工程では、縁部において、集電体の第１主面上と、第１主面の反対側に位置する集電体の第２主面上とに基材を形成してもよい。この場合、第１主面上と第２主面上との両方に金属多孔体が形成される。これにより、第１主面上と第２主面上との両方において、枠体と、当該枠体によって保持される縁部との境界への負荷の集中を抑制できる。

基材を除去する工程では、集電体、基材、及び金属多孔体を７６０℃以上１０５０℃以下で加熱してもよい。この場合、集電体及び金属多孔体に損傷を与えることを抑制しつつ、良好に基材のみを除去できる。

基材を除去する工程後であって、集電体の縁部、及び金属多孔体を枠体に埋め込む工程前に、金属多孔体の一部を集電体に抵抗溶接してもよい。この場合、集電体に金属多孔体をより強固に接合できる。

金属多孔体の一部を集電体に抵抗溶接した後であって、集電体の縁部及び金属多孔体を枠体に埋め込む工程の前に、金属多孔体に枠体に含まれる樹脂組成物とは異なる樹脂組成物を充填してもよい。この場合、例えば枠体を形成する前に金属多孔体に樹脂組成物が充填されることによって、枠体の形成時に金属多孔体の形状変化が発生することを抑制できる。加えて、金属多孔体に充填された樹脂組成物が枠体に対して接着することによって、バイポーラ電極に対する枠体のシール性を向上できる。

集電体の縁部、及び金属多孔体を枠体に埋め込む工程では、金属多孔体に枠体に含まれる樹脂組成物を充填してもよい。この場合、金属多孔体の形状変化が、当該樹脂組成物によって抑制される。

基材は、発泡ウレタン樹脂であってもよい。この場合、集電体の縁部上に容易に基材を形成できる。

本発明によれば、枠体にて保持される集電体の一部への負荷の集中による不具合の発生を抑制できる蓄電モジュールの製造方法を提供できる。

図１は、実施形態に係る蓄電モジュールを備える蓄電装置を示す概略断面図である。 図２は、図１の蓄電装置を構成する蓄電モジュールを示す概略断面図である。 図３（ａ）は、蓄電モジュールの要部拡大断面図であり、図３（ｂ）は、図３（ａ）にて破線で囲った領域の拡大図である。 図４（ａ）〜（ｃ）は、蓄電モジュールの製造方法を説明するための図である。 図５（ａ）〜（ｃ）は、蓄電モジュールの製造方法を説明するための図である。 図６（ａ），（ｂ）は、蓄電モジュールの製造方法を説明するための図である。 図７（ａ）は、図４（ｂ）に示される基材の一部拡大図である。図７（ｂ）は、図４（ｃ）に示される基材及び金属多孔体の一部拡大図である。図７（ｃ）は、図５（ａ）に示される金属多孔体の一部拡大図である。 図８は、シーム溶接装置の概略図である。 図９は、シーム溶接を説明するための概略図である。 図１０（ａ），（ｂ）は、比較例に係る電池モジュールの要部拡大断面図である。 図１１（ａ）は、実施形態の変形例の蓄電モジュールを示す要部拡大断面図であり、図１１（ｂ）は、図１１（ａ）にて破線で囲った領域の模式斜視図である。

以下、添付図面を参照しながら本発明の実施形態を詳細に説明する。図面の説明において、同一又は同等の要素には同一符号を用い、重複する説明を省略する。なお、図面の寸法比率は、説明のものと必ずしも一致していない。

図１を参照しながら、蓄電装置の実施形態について説明する。図１は、実施形態に係る蓄電モジュールを備える蓄電装置を示す概略断面図である。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、電気自動車等の各種車両のバッテリとして用いられる。蓄電装置１０は、複数（本実施形態では３つ）の蓄電モジュール１２を備えるが、単一の蓄電モジュール１２を備えてもよい。蓄電モジュール１２は、バイポーラ電池である。蓄電モジュール１２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等の二次電池である。二次電池は、全固体電池であってもよい。また、蓄電モジュール１２は、電気二重層キャパシタであってもよい。以下の説明では、ニッケル水素二次電池を例示する。

複数の蓄電モジュール１２は、例えば金属板等の導電板１４を介して積層される。複数の蓄電モジュール１２の積層方向（Ｚ方向）から見て、蓄電モジュール１２及び導電板１４は、例えば矩形形状を呈する。各蓄電モジュール１２の詳細については後述する。導電板１４は、複数の蓄電モジュール１２の積層方向において両端に位置する蓄電モジュール１２の外側にもそれぞれ配置される。導電板１４は、隣り合う蓄電モジュール１２と電気的に接続される。これにより、複数の蓄電モジュール１２が積層方向に直列に接続される。積層方向において、一端に位置する導電板１４には正極端子２４が接続されており、他端に位置する導電板１４には負極端子２６が接続されている。正極端子２４は、接続される導電板１４と一体であってもよい。負極端子２６は、接続される導電板１４と一体であってもよい。正極端子２４及び負極端子２６は、複数の蓄電モジュール１２の積層方向に交差する方向（本実施形態では図１に示すＸ方向）に延在している。これらの正極端子２４及び負極端子２６により、蓄電装置１０の充放電を実施できる。以下では、蓄電モジュール同士が積層する方向を単に「積層方向」とする。本実施形態では、「積層方向から見る」は、平面視に相当する。

導電板１４は、蓄電モジュール１２において発生した熱を放出するための放熱板としても機能し得る。導電板１４の内部に設けられた複数の空隙１４ａを空気や気体等の冷媒が通過することにより、蓄電モジュール１２からの熱を効率的に外部に放出できる。各空隙１４ａは、例えば積層方向に交差する方向（本実施形態では図１に示すＹ方向）に延在する。積層方向から見て、導電板１４は、蓄電モジュール１２よりも小さいが、蓄電モジュール１２と同じかそれより大きくてもよい。

蓄電装置１０は、交互に積層された蓄電モジュール１２及び導電板１４を積層方向に拘束する拘束部材１６を備え得る。拘束部材１６は、一対の拘束プレート１６Ａ，１６Ｂと、拘束プレート１６Ａ，１６Ｂ同士を連結する連結部材（ボルト１８及びナット２０）とを備える。各拘束プレート１６Ａ，１６Ｂと導電板１４との間には、例えば樹脂フィルム等の絶縁フィルム２２が配置される。各拘束プレート１６Ａ，１６Ｂは、例えば鉄等の金属によって構成されている。積層方向から見て、各拘束プレート１６Ａ，１６Ｂ及び絶縁フィルム２２は例えば矩形形状を呈する。絶縁フィルム２２は導電板１４よりも大きくなっており、各拘束プレート１６Ａ，１６Ｂは、蓄電モジュール１２よりも大きくなっている。積層方向から見て、拘束プレート１６Ａの縁部には、ボルト１８の軸部を挿通させる挿通孔１６Ａ１が蓄電モジュール１２よりも外側となる位置に設けられている。同様に、積層方向から見て、拘束プレート１６Ｂの縁部には、ボルト１８の軸部を挿通させる挿通孔１６Ｂ１が蓄電モジュール１２よりも外側となる位置に設けられている。積層方向から見て各拘束プレート１６Ａ，１６Ｂが矩形形状を呈している場合、挿通孔１６Ａ１及び挿通孔１６Ｂ１は、拘束プレート１６Ａ，１６Ｂの角部に位置する。

一方の拘束プレート１６Ａは、負極端子２６に接続された導電板１４に絶縁フィルム２２を介して突き当てられ、他方の拘束プレート１６Ｂは、正極端子２４に接続された導電板１４に絶縁フィルム２２を介して突き当てられている。ボルト１８は、例えば一方の拘束プレート１６Ａ側から他方の拘束プレート１６Ｂ側に向かって挿通孔１６Ａ１及び挿通孔１６Ｂ１に通される。他方の拘束プレート１６Ｂから突出するボルト１８の先端には、ナット２０が螺合されている。これにより、絶縁フィルム２２、導電板１４及び蓄電モジュール１２が挟持されてユニット化されると共に、積層方向に拘束荷重が付加される。

図２を参照して、蓄電装置を構成する蓄電モジュールについて説明する。図２は、図１の蓄電装置を構成する蓄電モジュールを示す概略断面図である。図２に示される蓄電モジュール１２は、積層方向に沿って積層された複数のバイポーラ電極３２を含む積層体３０を備える。積層方向から見て、積層体３０は、例えば矩形形状を呈する。積層方向に沿って隣り合うバイポーラ電極３２同士の間には、セパレータ４０が配置され得る。すなわち、積層体３０は、複数のバイポーラ電極３２と、複数のセパレータ４０とを有する。

蓄電モジュール１２は、積層方向に延在し、積層体３０を収容する筒状の樹脂部５０を備える。樹脂部５０は、積層体３０を取り囲むように構成されている部材である。樹脂部５０は、バイポーラ電極３２の積層方向から見て、例えば矩形の枠形状を呈している。すなわち、樹脂部５０は、例えば角筒形状を呈している。樹脂部５０を構成する樹脂組成物としては、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）、又は変性ポリフェニレンエーテル（変性ＰＰＥ）等が挙げられる。樹脂部５０は、例えば射出成形等によって形成される。

樹脂部５０は、積層体３０に接触して保持する複数の第１シール部５２と、積層方向に交差する交差方向（Ｘ方向及びＹ方向、以下では「水平方向」と呼称される）において第１シール部５２の外側に設けられた第２シール部５４とを有する。第２シール部５４は、第１シール部５２とシールされた状態で設けられている。すなわち、積層方向から見て、第１シール部５２は積層体３０の周囲に設けられて複数のバイポーラ電極３２を保持しており、筒状の第２シール部５４は第１シール部５２の周囲に設けられている。

樹脂部５０の内壁を構成する第１シール部５２は、対応するバイポーラ電極３２を保持するために設けられており、対応するバイポーラ電極３２（すなわち積層体３０）の各縁を全周にわたって覆う枠体である。第１シール部５２は、水平方向において対応するバイポーラ電極３２の周囲に配置される。積層方向において、第１シール部５２の厚さは、バイポーラ電極３２の厚さと、セパレータ４０の厚さとの合計よりも大きい。第１シール部５２は、例えばバイポーラ電極３２に液密及び気密に溶着されることによって形成される。また、積層方向において隣り合う第１シール部５２同士は、液密及び気密に溶着されている。これにより、積層方向に隣り合うバイポーラ電極３２間には、当該バイポーラ電極３２，３２と第１シール部５２とによって液密及び気密に仕切られた内部空間が形成されている。当該内部空間には、例えば水酸化カリウム水溶液、水酸化リチウム水溶液、もしくはこれらの混合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。なお、「内部空間の体積」と言う場合は、セパレータ４０の空隙を含む体積を意味する。

樹脂部５０の外壁を構成する第２シール部５４は、積層方向に延在する第１シール部５２の外周面５２ａを覆っている。第２シール部５４の内周面は、第１シール部５２の外周面５２ａに例えば溶着されており、その外周面５２ａをシールする。すなわち、第２シール部５４は、第１シール部５２の外周面５２ａに接合されている。第１シール部５２に対する第２シール部５４の溶着面（接合面）は、例えば４つの矩形平面を呈する。また、第１シール部５２の内周面５２ｂは、第２シール部５４から露出している。

次に、図２に加えて図３（ａ），（ｂ）を参照しながら、バイポーラ電極３２について詳細に説明する。図３（ａ）は、蓄電モジュールの要部拡大断面図であり、図３（ｂ）は、図３（ａ）にて破線で囲った領域の拡大図である。図２及び図３に示されるように、複数のバイポーラ電極３２のそれぞれは、集電体３４と、正極層３６と、負極層３８と、金属多孔体６０とを備える。集電体３４は、積層方向に交差する一対の板面を有している。集電体３４において、一方の板面である第１主面３４ａ上には正極層３６及び金属多孔体６０の第１部分６１が設けられ、第１主面３４ａに対して反対側に位置する第２主面３４ｂ上には負極層３８及び金属多孔体６０の第２部分６２が設けられている。このため、集電体３４は、積層方向に沿って正極層３６と負極層３８とによって挟持されている。正極層３６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。負極層３８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。バイポーラ電極３２の製造直後において、集電体３４の第１主面３４ａにおける正極層３６の領域は、集電体３４の第２主面３４ｂにおける負極層３８の領域に対して一回り小さくてもよい。

集電体３４は、水平方向に延在する板形状を呈する可撓性の導電体である。集電体３４は、例えば鋼板、ステンレス鋼板等である。鋼板としては、例えばＪＩＳ Ｇ ３１４１：２００５にて規定される冷間圧延鋼板（ＳＰＣＣ等）が挙げられる。ステンレス鋼板としては、例えばＪＩＳ Ｇ ４３０５：２０１５にて規定されるＳＵＳ３０４等が挙げられる。集電体３４の厚さは、例えば０．１μｍ以上１０００μｍ以下である。

本実施形態では、集電体３４の表面にはめっき膜３５が設けられている。めっき膜３５は、集電体３４を保護すると共に集電体３４の性能を向上するために設けられており、集電体３４の一部としてみなしてもよい。めっき膜３５は、例えば電解めっき膜である。本実施形態では、めっき膜３５は、ニッケルめっき膜である。めっき膜３５の厚さは、例えば８μｍ以上１５μｍ以下である。

図３（ａ）に示されるように、集電体３４の縁部３４ｃは、正極層３６及び負極層３８が設けられない未塗工領域となっている。換言すると、正極層３６及び負極層３８のそれぞれは、水平方向において集電体３４の縁部３４ｃよりも内側に位置している。縁部３４ｃと、縁部３４ｃに設けられる金属多孔体６０とは、第１シール部５２によって埋め込まれている。このため、集電体３４の縁部３４ｃは、第１シール部５２によって覆われ保持されている。加えて、集電体３４には、水平方向にて、正極層３６及び負極層３８が設けられる領域（塗工領域）と、縁部３４ｃとの間に位置する露出部３４ｄが設けられる。

縁部３４ｃには、集電体３４に接合される金属多孔体６０が設けられている。金属多孔体６０は、複数の孔が設けられる三次元多孔質金属体であり、積層方向から見て縁部３４ｃに沿った枠形状を呈している。金属多孔体６０内の孔同士は、例えば互いにつながっている。本実施形態では、金属多孔体６０は、めっき膜３５と一体化している。金属多孔体６０の詳細な形状、及びその製造方法については後述する。

上述したように、金属多孔体６０は、第１主面３４ａ上に設けられる第１部分６１と、第２主面３４ｂ上に設けられる第２部分６２とを有する。第１部分６１及び第２部分６２は、互いに離間しており、それぞれ積層方向から見て枠形状を呈している。第１部分６１及び第２部分６２のそれぞれは、積層方向において互いに重なっており、水平方向において第１シール部５２の内周面５２ｂよりも外側であって集電体３４の端３４ｅよりも内側に位置している。第１部分６１は、非溶接部６３と、非溶接部６３に一体化すると共に集電体３４に溶接される溶接部６４とを有する。

非溶接部６３は、第１部分６１において集電体３４に載置されている部分である。非溶接部６３は、水平方向において溶接部６４よりも外側であって、集電体３４の端３４ｅよりも内側に位置する。積層方向に沿った非溶接部６３の長さ（高さ）は、例えば、積層方向に沿った正極層３６の厚さ以下である。この場合、非溶接部６３が第１シール部５２から露出しにくい。図３（ｂ）に示されるように、非溶接部６３は、導電性を示す本体部６３ａと、複数の孔６３ｂとを有する。本体部６３ａは、三次元において不規則に広がる網状体である。このため、本体部６３ａの表面及び内部は、複雑な形状を呈している。複数の孔６３ｂの形状は、本体部６３ａの形状に依拠しており、互いに異なっている。複数の孔６３ｂには、樹脂組成物が充填されている。本実施形態では、当該樹脂組成物は、第１シール部５２を構成する樹脂組成物と同一である。非溶接部６３の空孔率は、例えば９０％以上９７％以下である。非溶接部６３の空孔率が９０％より低い場合、樹脂組成物を複数の孔６３ｂに充填する流れの抵抗が大きくなり、非溶接部６３において樹脂組成物が充填されない空隙部分が形成される傾向にある。このため、シール性が低下し電解液の漏洩が発生する可能性がある。非溶接部６３の空孔率が９７％より大きい場合、三次元網状体の強度が低くなり、樹脂組成物を複数の孔６３ｂに充填する流れの力によって非溶接部６３が破断する傾向にある。このため、非溶接部６３の三次元網目形状が維持されなくなり、金属多孔体６０に伝達される負荷が分散されずに集中してしまうことがある。加えて、シール性が低下し電解液の漏洩が発生する可能性がある。

溶接部６４は、第１部分６１において集電体３４に接合している部分である。溶接部６４は、水平方向において非溶接部６３よりも内側であって、第１シール部５２の内周面５２ｂよりも外側に位置する。溶接部６４は、非溶接部６３と同様に、導電体を示す三次元網状体であり、樹脂組成物が充填された複数の孔を有する。溶接部６４は、例えば抵抗溶接にて集電体３４に溶接される。この際、溶接部６４が加圧されて圧縮されるので、積層方向に沿った溶接部６４の長さ（高さ）は、非溶接部６３の高さよりも低くなっている。溶接部６４の高さは、例えば非溶接部６３の高さの３％以上４０％以下である。溶接部６４の空孔率は、非溶接部６３の空孔率以下であり、例えば１％以上３２％以下である。

水平方向において、溶接部６４の幅Ｗ２は、非溶接部６３の幅Ｗ１以下であり、第１部分６１の幅（Ｗ１＋Ｗ２）の１／３以上半分以下である。これにより、第１部分６１が集電体３４から剥離しにくくなると共に、第１部分６１におけるアンカー効果（詳細は後述）を良好に発揮できる。

第２部分６２は、第１部分６１と略同一形状を呈しており、非溶接部６５と、非溶接部６５に一体化すると共に集電体３４に溶接される溶接部６６とを有する。このため、非溶接部６５と溶接部６６とのそれぞれは、導電体を示す網状体であり、樹脂組成物が充填された複数の孔を有する。また、非溶接部６５は積層方向において非溶接部６３と重なっており、溶接部６６は積層方向において溶接部６４と重なっている。非溶接部６５の空孔率は非溶接部６３の空孔率と同様であり、溶接部６６の空孔率は溶接部６４の空孔率と同様である。加えて、非溶接部６５の幅と溶接部６６の幅との比率は、非溶接部６３の幅Ｗ１と溶接部６４の幅Ｗ２との比率に相当する。

セパレータ４０は、例えば矩形形状を呈するシート状の絶縁部材である。セパレータ４０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４０は、フッ化ビニリデン樹脂化合物等で補強されたものであってもよい。

積層方向において、積層体３０の一端（図示上側）には、内側面（図示下側の面）に正極層３６が配置された集電体３４が配置される。この集電体３４は、正極側の終端電極に相当する。積層方向において、積層体３０の他端（図示下側）には、内側面（図示上側の面）に負極層３８が配置された集電体３４が配置される。この集電体３４は負極側の終端電極に相当する。これら終端電極の集電体３４は、それぞれ隣り合う導電板１４（図１参照）に接続される。本実施形態に係る積層体３０は、積層された複数のバイポーラ電極３２と、積層方向における各終端電極とにより構成されている。積層体３０の両端に配置された各終端電極の集電体３４の縁部にも、第１部分６１及び第２部分６２を有する金属多孔体６０が設けられている。加えて、当該縁部と金属多孔体６０とは、第１シール部５２に埋没されている。

次に、図４（ａ）〜（ｃ）、図５（ａ）〜（ｃ）、図６（ａ），（ｂ）、及び図７（ａ）〜（ｃ）を参照しながら本実施形態の蓄電モジュール１２の製造方法の一例を説明する。図４（ａ）〜（ｃ）、図５（ａ）〜（ｃ）、及び図６（ａ），（ｂ）のそれぞれは、蓄電モジュール１２の製造方法を説明するための図である。図７（ａ）は、図４（ｂ）に示される基材の一部拡大図である。図７（ｂ）は、図４（ｃ）に示される基材及び金属多孔体の一部拡大図である。図７（ｃ）は、図５（ａ）に示される金属多孔体の一部拡大図である。

まず、図４（ａ）に示されるように、集電体３４を準備する（第１工程）。

次に、図４（ｂ）に示されるように、集電体３４の縁部３４ｃ上に、第１基材７１及び第２基材７２を有する多孔質の基材７０を形成する（第２工程）。第２工程では、縁部３４ｃに沿った枠形状を呈する基材７０を形成する。具体的には、集電体３４の第１主面３４ａ上に枠形状を呈する第１基材７１を設けると共に、集電体３４の第２主面３４ｂ上に枠形状を呈する第２基材７２を設ける。基材７０は、金属多孔体６０の型として機能し、例えば複数の気泡、連続気泡等が内在する発泡体である。発泡体は、例えばポリウレタン、ポリオレフィン、ポリエチレン等を主成分とした発泡プラスチックである。本実施形態では、基材７０の形成容易性の観点から、基材７０として発泡ウレタン樹脂が用いられる。基材７０の形成方法は、特に限定されないが、例えば射出成型、スプレー塗布等である。図７（ａ）に示されるように、基材７０には、多孔質形状に成形された樹脂部分７３と空隙７４とが設けられている。このため、基材７０の表面は、単に外表面だけではなく、空隙７４を画成する内表面も含む。空隙７４は、三次元において不規則に広がる網目形状を呈している。第２工程では、基材７０の表面にカーボンブラック等の導電材料を付着させる。導電材料は、後に説明するめっき処理におけるシード層として機能する。

次に、図４（ｃ）及び図７（ｂ）に示されるように、集電体３４及び基材７０をめっきすることによって、基材７０の空隙７４に充填される金属多孔体６０を形成する（第３工程）。第３工程では、まず、集電体３４及び基材７０をめっき液に浸漬する。これにより、集電体３４の表面にめっき膜３５を形成する。また、図４（ｃ）に示されるように基材７０の外表面を被覆すると共に、図７（ｂ）に示されるように基材７０中の空隙７４に充填される金属多孔体６０を形成する。第１基材７１には金属多孔体６０の第１部分６１が形成され、第２基材７２には金属多孔体６０の第２部分６２が形成される。第３工程では、めっき膜３５及び金属多孔体６０が同時に形成されるため、めっき膜３５と一体化している金属多孔体６０を形成する。金属多孔体６０は、上記導電材料をシード層とし、空隙７４の形状に沿って形成されためっき金属体である。このため、金属多孔体６０の孔には、樹脂部分７３が充填されているとも言える。本実施形態では、めっき液としてニッケルめっき液が用いられるので、金属多孔体６０としてニッケル多孔体が形成される。なお、金属多孔体６０には複数の金属が含まれてもよい。

次に、図５（ａ）及び図７（ｂ）に示されるように、基材７０を除去する（第４工程）。第４工程では、集電体３４、基材７０、及び金属多孔体６０を、還元性雰囲気下で、７６０℃以上１０５０℃以下の加熱処理をすることによって、基材７０を焼失する。第４工程後、樹脂部分７３が孔になり、空隙７４の形状に沿った三次元網目形状を呈する金属多孔体６０が露出する。また、第４工程後、集電体３４及び金属多孔体６０の残留応力が開放される。これによって、集電体３４に後に設けられる正極層３６及び負極層３８の膨張収縮によって発生する応力が、集電体３４及び金属多孔体６０によって吸収されやすくなる。

次に、図５（ｂ）に示されるように、金属多孔体６０の一部を集電体３４の縁部３４ｃに溶接する（第５工程）。第５工程では、金属多孔体６０の第１部分６１の一部と、第２部分６２との一部とを、集電体３４の縁部３４ｃに対して同時に抵抗溶接する。これにより、第１部分６１に非溶接部６３及び溶接部６４を形成すると共に、第２部分６２に非溶接部６５及び溶接部６６を形成する。

本実施形態では、抵抗溶接の一種であるシーム溶接装置を用いたシーム溶接が実施されており、上記第２工程及び上記第３工程は、実質的に同時に実施される。以下にて、図８及び図９を参照しながらシーム溶接装置、及びシーム溶接装置を用いたシーム溶接の詳細について説明する。図８は、シーム溶接装置の概略図であり、図９は、シーム溶接を説明するための概略図である。

まず、シーム溶接装置の要部について説明する。図８に示されるように、シーム溶接装置８０は、電力供給部８１と、電力供給部８１に電気的に接続される導電性の回転軸８２，８３と、回転軸８２に回転自在に取り付けられる第１ローラ電極８４と、回転軸８３に回転自在に取り付けられる第２ローラ電極８５とを備える。電力供給部８１は、回転軸８２を介して第１ローラ電極８４に電力を供給すると共に、回転軸８３を介して第２ローラ電極８５に電力を供給する。回転軸８２，８３の各回転軸は、互いに平行になっており、Ｘ方向に沿って延在している。また、回転軸８２，８３は、上下左右に移動可能である。第１ローラ電極８４及び第２ローラ電極８５は、導電性材料から形成されている。Ｚ方向において、第１ローラ電極８４の外周面８４ａと、第２ローラ電極８５の外周面８５ａとは、間隔Ｓを空けて離間している。第１ローラ電極８４及び第２ローラ電極８５のそれぞれにおける左右の円周端には、面取りがなされている。本実施形態では、第１ローラ電極８４及び第２ローラ電極８５のそれぞれにおける各円周端にはＲ面取りがなされているが、Ｃ面取りがなされてもよい。

続いて、シーム溶接装置８０を用いたシーム溶接の具体例について説明する。図９に示されるように、集電体３４及び金属多孔体６０を第１ローラ電極８４と第２ローラ電極８５とによって挟む。第１ローラ電極８４と第２ローラ電極８５との間隔Ｓ内に、第１ローラ電極８４と第２ローラ電極８５とを配置する。続いて、第１ローラ電極８４と第２ローラ電極８５とをＺ方向において近接させる。これにより、金属多孔体６０の第１部分６１と第２部分６２とが、第１ローラ電極８４と第２ローラ電極８５とにそれぞれ接触される。さらに第１ローラ電極８４と第２ローラ電極８５とをＺ方向において近接させ、金属多孔体６０を加圧する。このため、金属多孔体６０において、第１ローラ電極８４及び第２ローラ電極８５に接触する部分が圧縮される。そして、集電体３４及び金属多孔体６０を介して、第１ローラ電極８４と第２ローラ電極８５とを通電させる。このようにシーム溶接では、第１ローラ電極８４及び第２ローラ電極８５によって、金属多孔体６０を加圧しながら抵抗溶接する。抵抗溶接中、回転軸８２，８３を例えばＹ方向に沿って移動させ、第１ローラ電極８４と第２ローラ電極８５とを転動させる。これにより、集電体３４と金属多孔体６０とを連続的に溶接し、溶接部６４，６６を同時に形成する。本実施形態では、集電体３４と、金属多孔体６０の第１部分６１及び第２部分６２とが、集電体３４の縁部３４ｃに沿って全周にわたって溶接される。このようなシーム溶接を実施することによって、集電体３４に金属多孔体６０を効率的に溶接できる。

次に、図５（ｃ）に戻って、集電体３４の縁部３４ｃに金属多孔体６０を形成した後、第１主面３４ａ上に正極層３６を形成する（第６工程）。第６工程では、例えば、第１主面３４ａ上に正極活物質を塗布することによって正極層３６が形成される。次に、図６（ａ）に示されるように、第２主面３４ｂ上に負極層３８を形成する（第７工程）。第７工程では、例えば、第２主面３４ｂ上に負極活物質を塗布することによって負極層３８が形成される。第５工程後、バイポーラ電極３２が形成される。

次に、図６（ｂ）に示されるように、集電体３４の縁部３４ｃと金属多孔体６０とを、第１シール部５２に埋め込む（第８工程）。第８工程では、例えば、まず、縁部３４ｃの全体に対して樹脂組成物を射出成形する。このとき、金属多孔体６０に設けられた複数の孔（孔６３ｂ等）に当該樹脂組成物を含浸させる。そして、樹脂組成物を冷却等によって硬化することによって、上記孔に樹脂組成物を充填させつつ、集電体３４の縁部３４ｃと金属多孔体６０とを埋め込む第１シール部５２を形成する。

次に、複数のバイポーラ電極３２を積層する（第９工程）。第９工程では、積層方向において隣り合うバイポーラ電極３２同士の間にセパレータ４０を挟みながら、複数のバイポーラ電極３２を積層する。第９工程では、接触する第１シール部５２同士を溶着してもよい。続いて、第１シール部５２の外周面５２ａを覆う第２シール部５４を形成する（第１０工程）。第１０工程では、例えば外周面５２ａの全体に対して樹脂組成物を射出成形した後、当該樹脂組成物を冷却等によって硬化することで第２シール部５４を形成する。なお、第１０工程の終了後、隣り合うバイポーラ電極３２と、第１シール部５２とによる内部空間内には、電解液が収容される。以上の工程を経て、蓄電モジュール１２が製造される。

以下では、本実施形態に係る電池モジュールの作用効果について、図１０（ａ），（ｂ）に示される比較例を参照しながら説明する。図１０（ａ），（ｂ）は、比較例に係る電池モジュールの要部拡大断面図である。図１０（ａ）は、負極層３８が膨張する前の状態を示しており、図１０（ｂ）は、負極層３８が膨張した後の状態を示している。図１０（ａ），（ｂ）に示されるように、比較例におけるバイポーラ電極１３２の縁部１３４ｃには、本実施形態に係る金属多孔体６０が設けられていない。

上述したように、バイポーラ電極１３２が繰り返し充放電することによって、図１０（ｂ）に示されるように負極層３８が膨張する傾向にある。例えば、蓄電モジュールが多数の充放電反応を実施した後、負極活物質（例えば、水素吸蔵合金）の体積の膨張率は、正極活物質（例えば、水酸化ニッケル）の体積の膨張率よりも数倍になることがある。負極層３８の膨張は、例えば、蓄電装置の充電時に水素吸蔵合金が水素を吸蔵すること、及び、充放電反応の繰り返しに伴って水素吸蔵合金が微粉化することによって発生する。水素吸蔵合金の微粉化は、水素吸蔵合金が水素の吸蔵放出を繰り返す時、水素の動きに起因した応力が、水素吸蔵合金の粒子の内部に繰り返し付加される。これにより、粒子内部の結晶粒界や結晶亜粒界に転位が蓄積されて空孔が発生及び成長し、合金内に亀裂が進展することによって発生する。

上述した負極層３８の膨張等が発生した場合、バイポーラ電極１３２における集電体１３４の縁部１３４ｃが第１シール部５２によって拘束されているので、集電体１３４は、負極層３８の膨張に応じて伸長することが妨げられている。このため、負極層３８の膨張に起因して発生するせん断応力が、集電体１３４に印加される。このせん断応力は、バイポーラ電極１３２の構成上、第１シール部５２と縁部１３４ｃとの境界Ｂに集中する傾向にある。このようなせん断応力の集中は、第１シール部５２によって集電体１３４が拘束されているため、発生しやすくなっている。したがって比較例に係るバイポーラ電極１３２では、境界Ｂにおける集電体１３４の破断、及び／または樹脂部５０（特に、第１シール部５２）の亀裂もしくは破断が発生しやすくなる。このような破断等が発生してしまうと、バイポーラ電極１３２の電気抵抗の増加だけではなく、蓄電モジュール１２内での短絡、電解液の漏洩等の不具合が生じるおそれがある。

これに対して本実施形態に係る製造方法によって製造された蓄電モジュール１２によれば、基材７０を用いて集電体３４の縁部３４ｃ上に形成された金属多孔体６０は、縁部３４ｃと共に第１シール部５２に埋め込まれている。このため、第１シール部５２は、集電体３４と金属多孔体６０とが互いに一体化した状態を保持している。これにより、集電体３４の剛性が金属多孔体６０によって良好に補強される。加えて、蓄電モジュール１２の充放電時等に集電体３４に対して圧力が印加されたとき、集電体３４に加わる負荷（せん断応力）が金属多孔体６０に伝達される。ここで、金属多孔体６０には多数の孔（例えば、孔６３ｂ）が設けられているので、金属多孔体６０の表面及び内部は複雑な形状を呈している。このため、金属多孔体６０に伝達される負荷は、その表面及び内部にて様々な方向に分散しやすくなっている。これにより、第１シール部５２と、第１シール部５２によって保持される集電体３４の縁部３４ｃとの境界への負荷の集中を抑制できる。したがって、第１シール部５２にて保持される集電体３４の一部への負荷の集中による不具合の発生を抑制できる。

また、集電体３４の剛性が金属多孔体６０によって補強されることによって、バイポーラ電極３２を形成するにあたって、集電体３４に撓み等が発生しにくくなる。このため、集電体３４の取り扱いが容易になり、不良品も発生しにくくなる。これにより、バイポーラ電極３２の製造時間の短縮化を実現しつつ、バイポーラ電極３２の歩留まり向上が可能になる。

加えて、例えば樹脂部５０を射出成形にて形成するとき、集電体３４には樹脂の射出圧力が印加される。また、樹脂の射出が完了した後、当該樹脂を冷却して成形するときに、樹脂の熱収縮に起因した荷重が縁部３４ｃに印加される。このような圧力及び荷重もまた、金属多孔体６０によって良好に分散される。上記圧力及び上記荷重は、第１シール部５２及び第２シール部５４のそれぞれの成形時に発生する。

なお、上記比較例では、上述した不具合を抑制すべく、集電体１３４の厚さを大きくし、その破断強度等を高くすることが考えられる。しかしながら、集電体１３４の厚さを大きくすると、同一外形寸法の蓄電モジュールに収容されるバイポーラ電極１３２の数が低減してしまい、蓄電装置の充放電特性のエネルギー量を示す電池容量が低下してしまう。加えて、蓄電装置自体の重量も増加してしまう。このため、蓄電装置を車両に搭載した場合、当該車両の燃費性能が低下してしまう。これに対して本実施形態に係る蓄電モジュール１２によれば、集電体３４に金属多孔体６０が設けられることによって、集電体３４の厚さを低く抑えることができる。このため、蓄電装置１０の軽量化も実現可能である。

金属多孔体６０に設けられる複数の孔には樹脂組成物が充填される。このため、金属多孔体６０の形状変化が、当該樹脂組成物によって抑制される。加えて本実施形態では、上記樹脂組成物は第１シール部５２を形成する樹脂組成物と同一物である。このため、金属多孔体６０に充填された樹脂組成物がアンカー効果を発揮することによって、バイポーラ電極３２と、第１シール部５２とが強固に接合する。このため、金属多孔体６０が設けられることによって、バイポーラ電極３２へ対する第１シール部５２のシール性を向上できる。

上記第３工程では、集電体３４上に設けられるめっき膜３５と一体化している金属多孔体６０を形成している。このため、金属多孔体６０がめっき膜３５と一体化しているので、金属多孔体６０が集電体３４に対して強固に接合される。また、集電体３４に加わる負荷が、めっき膜３５を介して金属多孔体６０に良好に伝達される。加えて、集電体３４をめっきすると同時に金属多孔体６０を形成できるので、めっき工程を簡略化できる。これにより、バイポーラ電極３２を形成する際の製造費、設備費を低減できる。さらには、金属多孔体６０を形成する際の金属材料の使用量も低減できるので、バイポーラ電極３２の材料費も低減できる。

上記第２工程では、縁部３４ｃに沿った枠形状を呈する基材７０を形成している。このため、縁部３４ｃに沿った枠形状を呈する金属多孔体６０を形成できる。これにより、集電体３４の全体において、第１シール部５２と、第１シール部５２によって保持される縁部３４ｃとの境界への負荷の集中を抑制できる。

上記第２工程では、縁部３４ｃにおいて、集電体３４の第１主面３４ａ上と第２主面３４ｂ上とに第１基材７１及び第２基材７２とをそれぞれ形成している。このため、第１主面３４ａ上と第２主面３４ｂ上との両方に金属多孔体６０が形成される。これにより、第１主面３４ａ上と第２主面３４ｂ上との両方において、第１シール部５２と、第１シール部５２によって保持される縁部３４ｃとの境界への負荷の集中を抑制できる。

上記第５工程では、基材７０を除去した後、金属多孔体６０の一部を集電体３４に抵抗溶接する。このため、集電体３４に金属多孔体６０をより強固に接合できる。

上記第４工程では、集電体３４、基材７０、及び金属多孔体６０を７６０℃以上１０５０℃以下で加熱している。このため、集電体３４及び金属多孔体６０に損傷を与えることを抑制しつつ、良好に基材７０のみを除去できる。

上記第５工程では、金属多孔体６０に第１シール部５２に含まれる樹脂組成物を充填する。このため、金属多孔体６０の形状変化が、当該樹脂組成物によって抑制される。

本実施形態では、基材７０は、発泡ウレタン樹脂である。このため、集電体３４の縁部３４ｃ上に容易に基材７０を形成できる。

次に、図１１（ａ），（ｂ）を参照しながら、上記実施形態の変形例について説明する。図１１（ａ）は、上記実施形態の変形例の蓄電モジュールを示す要部拡大断面図であり、図１１（ｂ）は、図１１（ａ）にて破線で囲った領域の模式斜視図である。

図１１（ａ），（ｂ）に示されるように、変形例の金属多孔体６０における複数の孔６３ｂには、第１シール部５２を構成する樹脂組成物とは異なる樹脂組成物９１が充填されている。この樹脂組成物９１は、例えば集電体３４の縁部３４ｃに金属多孔体６０を溶接した後であって第１シール部５２を形成する前に、金属多孔体６０に充填される。すなわち、上記実施形態において、金属多孔体６０の一部を集電体３４の縁部３４ｃに溶接する（上記第５工程）よりも後であって、集電体３４の縁部３４ｃと金属多孔体６０とを第１シール部５２に埋め込む（上記第８工程）よりも前に、樹脂組成物９１が金属多孔体６０に充填される。樹脂組成物９１は、例えば熱溶着性を示すポリエチレン、ポリプロピレン等である。このような変形例においても、上記実施形態と同様の作用効果が奏される。加えて、第１シール部５２の形成時に金属多孔体６０の形状変化が発生することを抑制できる。さらには、金属多孔体６０に充填された樹脂組成物９１が第１シール部５２に対して接着することによって、バイポーラ電極３２へ対する第１シール部５２のシール性を向上できる。

本発明に係る蓄電モジュールの製造方法は、上記実施形態及び上記変形例に限定されず、他に様々な変形が可能である。例えば、上記実施形態及び上記変形例では、金属多孔体は第１部分及び第２部分を有しているが、これに限られない。金属多孔体は、第１部分または第２部分を有してもよい。第１部分及び第２部分は、互いに略同一形状を呈しているが、これに限られない。また、第１部分及び第２部分は、互いに積層方向において重なっているが、これに限られない。加えて、第１部分及び第２部分は、互いに枠形状を呈しているが、これに限られない。例えば、第１部分及び第２部分の少なくとも一方は、縁部の一部のみに沿って設けられてもよいし、間欠的に設けられてもよい。

上記実施形態及び上記変形例では、金属多孔体の第１部分及び第２部分は、同時に集電体に溶接されているが、これに限られない。例えば、第１部分を集電体の縁部に溶接した後、第２部分を縁部に溶接してもよい。このような場合、溶接工程は、シーム溶接ではなくてもよい。また、上記第２工程及び上記第３工程は、実質的に同時に実施されなくてもよい。

上記実施形態及び上記変形例において、蓄電モジュールの製造方法の各工程の順番は、限定されない。例えば、第６工程〜第８工程の順序は、限定されない。このため、第８工程は、第６工程の前に実施されてもよい。また、第７工程は、第６工程の前に実施されてもよい。

上記変形例では、金属多孔体に充填される樹脂組成物は第１シール部を構成する樹脂組成物と異なるものであるが、これに限られない。第１シール部が形成される前に金属多孔体に樹脂組成物が充填される場合、当該樹脂組成物は、第１シール部を構成する樹脂組成物と同一物質であってもよい。

さらに、基材７０は、金属多孔体６０の型として機能し、連続空間等が内在する樹脂であれば発泡体でなくてもよい。

１０…蓄電装置、１２…蓄電モジュール、３０…積層体、３２…バイポーラ電極、３４…集電体、３４ａ…第１主面、３４ｂ…第２主面、３４ｃ…縁部、３５…めっき膜、３６…正極層、３８…負極層、４０…セパレータ、５０…樹脂部、５２…第１シール部（枠体）、５２ｂ…内周面、５４…第２シール部、６０…金属多孔体、６１…第１部分、６２…第２部分、６３，６５…非溶接部、６３ａ…本体部、６３ｂ…孔、６４，６６…溶接部、７０…基材、７１…第１基材、７２…第２基材、８０…シーム溶接装置、Ｂ…境界、Ｓ…間隔、Ｗ１，Ｗ２…幅。

Claims (9)

1. 集電体を準備する工程と、
   前記集電体の縁部上に、多孔質の基材を形成する工程と、
   前記集電体及び前記基材をめっきすることによって、前記基材の空隙に充填される金属多孔体を形成する工程と、
   前記基材を除去する工程と、
   前記基材を除去する前記工程後、前記集電体の縁部、及び前記金属多孔体を枠体に埋め込む工程と、
   を備える蓄電モジュールの製造方法。
2. 前記金属多孔体を形成する前記工程では、前記集電体上に設けられるめっき膜と一体化している前記金属多孔体を形成する、請求項１に記載の蓄電モジュールの製造方法。
3. 前記基材を形成する前記工程では、前記縁部に沿った枠形状を呈する前記基材を形成する、請求項１又は２に記載の蓄電モジュールの製造方法。
4. 前記基材を形成する前記工程では、前記縁部において、前記集電体の第１主面上と、前記第１主面の反対側に位置する前記集電体の第２主面上とに前記基材を形成する、請求項１〜３のいずれか一項に記載の蓄電モジュールの製造方法。
5. 前記基材を除去する前記工程では、前記集電体、前記基材、及び前記金属多孔体を７６０℃以上１０５０℃以下で加熱する、請求項１〜４のいずれか一項に記載の蓄電モジュールの製造方法。
6. 前記基材を除去する前記工程後であって、前記集電体の縁部、及び前記金属多孔体を枠体に埋め込む前記工程前に、前記金属多孔体の一部を前記集電体に抵抗溶接する、請求項１〜５のいずれか一項に記載の蓄電モジュールの製造方法。
7. 前記金属多孔体の一部を前記集電体に抵抗溶接した後であって、前記集電体の前記縁部及び前記金属多孔体を前記枠体に埋め込む工程の前に、前記金属多孔体に前記枠体に含まれる樹脂組成物とは異なる樹脂組成物を充填する、請求項６に記載の蓄電モジュールの製造方法。
8. 前記集電体の前記縁部、及び前記金属多孔体を前記枠体に埋め込む工程では、前記金属多孔体に前記枠体に含まれる樹脂組成物を充填する、請求項１〜６のいずれか一項に記載の蓄電モジュールの製造方法。
9. 前記基材は、発泡ウレタン樹脂である、請求項１〜８のいずれか一項に記載の蓄電モジュールの製造方法。

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