JP2019200932A - 蓄電ユニット - Google Patents

Abstract

【課題】電極の破損を抑制して信頼性を向上可能な蓄電ユニットを提供する。【解決手段】 蓄電セル３は、積層された複数のバイポーラ電極２１、及び、固体又はゲル状の電解質を含む電極積層体２３と、電極積層体２３の両端に設けられた集電体２４Ａ，２４Ｂと、集電体２４Ａから集電体２４Ｂにわたって一体に形成され、電極積層体２３を封止する保持部材１３と、隣り合うバイポーラ電極２１の間に設けられ、バイポーラ電極２１の間のスペースを維持するための複数のスペーサ３０と、を備える。バイポーラ電極２１は、正極層２５及び負極層２６から露出された第２領域２８を含む。スペーサ３０は、バイポーラ電極２１との接合を形成しないように第２領域２８の間に介在される。【選択図】図６

Description

本発明は、蓄電ユニットに関する。

蓄電装置の一種として、全固体電池を用いた蓄電装置がある。例えば特許文献１に記載の全固体電池は、リチウム電池の単位セルと、単位セルと交互に積層される内部電極層とを含むバイポーラ型の積層電池（セルスタック）を複数有して構成されている。複数の積層電池は、正極集電箔および負極集電箔を介して積み重ねられて互いに並列接続されると共に、モールド樹脂によって封止されている。

特開２０１４−１１６１５６号公報

特許文献１には、電気的に並列に接続された各々のバイポーラ積層体を、モールド樹脂によって密着させて固定し、正極と負極との間を物理的に電気絶縁して短絡を防ぐとのとの記載がされている。

ここで、特許文献１においては、固体電解質を含む正極電極層のグリーンシート、固体電解質層のグリーンシート、及び、固体電解質を含む負極電極層のグリーンシートを順次積層した単位セルを、内部電極層のグリーンシートを介して積層してバイポーラ積層体のグリーンシートを構成した後、所定の大きさに裁断して焼結することによって、バイポーラ積層焼結体を製造している。このため、特許文献１に記載の全個体電池にあっては、正極電極層及び負極電極層が、内部電極層の全面にわたって配置されることになる。

これに対して、本発明者らの知見によれば、内部電極層の外縁部に対して、正極電極層及び負極電極層から露出した領域を設けることによって、内部電極層を介して隣り合う正極電極層と負極電極層との間の距離を延長すれば、それらの間の短絡を抑制して信頼性の向上を図ることができる。一方で、特許文献１に記載の全個体電池においてこの構成を適用しようとすると、複数の内部電極層の外縁部が、モールド樹脂によって互いに固定される結果、単位セルの膨張・収縮時の内側部分の変位に追従できず、内部電極層が破損するおそれがある。このため、信頼性の向上の観点から単純な適用は困難である。

本発明は、そのような事情に鑑みてなされたものであり、電極の破損を抑制して信頼性を向上可能な蓄電ユニットを提供することを目的とする。

本発明に係る蓄電ユニットは、第１方向に沿って積層された複数の電極、及び、固体又はゲル状の電解質を含む電極積層体と、第１方向における電極積層体の両端のそれぞれに設けられた集電体と、一方の集電体から他方の集電体にわたって一体に形成され、電極積層体を封止するシール部材と、第１方向に沿って隣り合う電極の間に設けられ、電極の間のスペースを維持するための複数のスペーサと、を備え、電極は、活物質を含む電極層が形成された第１領域と、第１方向からみて第１領域の外側に形成され、電極層から露出された第２領域と、を含み、スペーサは、電極との接合を形成しないように、第１方向に沿って隣り合う電極の第２領域の間に介在されている。

この蓄電ユニットにおいては、電極積層体の一端に設けられた集電板と他端に設けられた集電板とにわたって一体にシール部材が形成されることにより、電極積層体が封止されている。このため、電極積層体の外部から電極積層体の内部に異物等が侵入して短絡が発生することが抑制される。また、それぞれの電極は、活物質を含む電極層が形成された第１領域と、第１領域の外側に形成され、電極層から露出された第２領域と、を含む。このため、互いに隣り合う電極層の距離が、少なくとも第２領域の分だけ延長される。これにより、電極層の短絡が抑制され、信頼性が向上される。

ここで、この蓄電ユニットにおいては、固体又はゲル状の電解質が用いられる。すなわち、この蓄電ユニットにおいては、電解質の流動性が低い（又は流動性がない）ため、それぞれの電極の間を封止する重要性が低い。そこで、この蓄電ユニットにおいては、電極の間のスペースを維持するためのスペーサが、電極との接合を形成しないように、隣り合う電極の第２領域の間に介在されている。すなわち、この蓄電ユニットにおいては、電極積層体の全体をシール部材によって封止する一方で、各電極がスペーサに接合されずにフリーな状態となる。この結果、膨張・収縮に伴って電極の全体が変位可能となり、電極の破損が避けられる。このように、この蓄電ユニットにおいては、電極の破損を抑制して信頼性を確実に向上可能である。

本発明に係る蓄電ユニットにおいては、第１方向に沿って隣り合う電極の第２領域の間隔は、第１方向に沿ったスペーサのサイズよりも大きくてもよい。この場合、簡単な構成によって、電極と接合しないように第２領域の間にスペーサを介在させることができる。

本発明に係る蓄電ユニットにおいては、スペーサは、シール部材と別体に形成されていてもよい。このように、シール部材とスペーサとを別体とすることにより、シール部材の構造を簡略化できる。

本発明に係る蓄電ユニットにおいては、電極積層体は、第１方向に沿って隣り合う電極の間に介在されたセパレータを含み、セパレータは、第１領域から第２領域上に位置するように延在しており、スペーサは、セパレータにおける第２領域上に位置する部分であってもよい。この場合、セパレータとスペーサとして機能させることにより、部品点数が削減される。

本発明に係る蓄電ユニットにおいては、スペーサは、シール部材と一体に形成されていてもよい。この場合、シール部材とスペーサとを単一の工程で製造できるため、全体の製造工程を簡略化できる。

本発明によれば、電極の破損を抑制して信頼性を向上可能な蓄電ユニットを提供できる。

蓄電装置の一実施形態を示す概略斜視図である。 図１におけるＩＩ−ＩＩ線断面図である。 図１におけるＩＩＩ−ＩＩＩ線断面図である。 図１〜３に示された蓄電セルの斜視図である。 図４に示された蓄電セルの概略断面図である。 図５に示された蓄電セルの拡大図である。 変形例に係る蓄電セルの拡大断面図である。

以下、図面を参照して一実施形態について説明する。なお、図面の説明においては、同一の要素同士、或いは、相当する要素同士には、互いに同一の符号を付し、重複する説明を省略する場合がある。また、以下の図面には、Ｘ軸、Ｙ軸、及び、Ｚ軸により規定される直交座標系を示す場合がある。

図１は、蓄電装置の一実施形態を示す概略斜視図である。また、図２は、図１におけるＩＩ−ＩＩ線断面図であり、図３は、図１におけるＩＩＩ−ＩＩＩ線断面図である。図１〜３に示される蓄電装置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装置である。蓄電装置１は、図１に示すように、セルスタック２を備えている。セルスタック２は、複数のバイポーラ電極２１（図５参照）を含む蓄電セル（蓄電ユニット）３を積層することによって構成されている。

セルスタック２は、互いに積層された複数の蓄電セル３の集合体である。蓄電セル３の積層方向は、ここではＸ方向である。本実施形態では、セルスタック２は、例えば１００体程度の蓄電セル３を含んでいる。セルスタック２の幅方向（ここではＹ方向）のサイズは、セルスタック２の長さ方向（ここではＸ方向）のサイズに比べて小さくなっている。セルスタック２には、正極バスバー４及び負極バスバー５と、一対のエンドプレート６と、一対の絶縁緩衝部材７と、カバー部材８と、が設けられている。

正極バスバー４及び負極バスバー５は、例えば矩形の板状に形成され、蓄電セル３の積層方向に一定の幅をもって延在している。正極バスバー４及び負極バスバー５の材料は、例えば、銅、アルミニウム、チタン、又は、ニッケル等の金属である。正極バスバー４及び負極バスバー５の材料は、例えば、ステンレス鋼板（ＳＵＳ３０１、ＳＵＳ３０４等）又は、前述の金属の合金等であってもよい。正極バスバー４は、セルスタック２の頂面において幅方向の一方側に配置されている。一例として、正極バスバー４には、各蓄電セル３の正極端子（正極タブ１１ａ）の全てが一括して接続されている（図２参照）。また、負極バスバー５は、セルスタック２の頂面において正極バスバー４とは一定の間隔をもって幅方向の他方側に配置されている。一例として、負極バスバー５には、各蓄電セル３の負極端子（負極タブ１２ａ）の全てが一括して接続されている（図３参照）。

エンドプレート６は、蓄電セル３の積層方向への位置ずれを規制する部材である。エンドプレート６は、例えば金属又は合金によってＬ字板状に形成されている。エンドプレート６は、セルスタック２の積層方向の一端及び他端にそれぞれ配置されている。積層方向の一端側のエンドプレート６と、積層方向の他端側のエンドプレート６とは、ボルト及びナットなどの締結部材を用いて互いに連結されていてもよい。この場合、締結部材の締め付け力により、エンドプレート６を介して蓄電セル３の積層方向に沿った拘束荷重がセルスタック２に付加される。

絶縁緩衝部材７は、蓄電セル３の膨張を吸収する機能を有する絶縁部材である。絶縁緩衝部材７は、例えば積層方向から見て蓄電セル３と同程度の面積の直方体形状をなしている。絶縁緩衝部材７は、セルスタック２の積層方向の一端及び他端において、セルスタック２とエンドプレート６との間にそれぞれ配置されている。絶縁緩衝部材７の材料としては、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）、ナイロン６６（ＰＡ６６）等が挙げられる。

カバー部材８は、蓄電セル３の高さ方向（ここではＺ方向）への位置ずれを規制する部材である。カバー部材８は、例えば金属又は合金によって形成されている。カバー部材８は、セルスタック２の頂面において、正極バスバー４及び負極バスバー５とは離間した状態で、正極バスバー４と負極バスバー５との間に配置されている。カバー部材８の本体部８ａは、蓄電セル３の積層方向に延在している。本体部８ａの長手方向の両端部には、爪部８ｂがそれぞれ設けられている。爪部８ｂは、締結部材Ｅを介してエンドプレート６の外側面に固定されている。これにより、カバー部材８がセルスタック２に対して係止されている。

引き続いて、蓄電セル３について具体的に説明する。図４は、図１〜３に示された蓄電セルの斜視図である。図５は、図４に示された蓄電セルの概略断面図である。図６は、図５に示された蓄電セルの拡大図である。図４〜６に示されるように、蓄電セル３は、第１方向に沿って積層された複数の電極（一例として後述するバイポーラ電極２１）を有している。第１方向は、ここではＸ方向である。したがって、本実施形態においては、第１方向と、セルスタック２における蓄電セル３の積層方向とが互いに一致しているため、以下では、第１方向を「積層方向」と称する場合がある。

蓄電セル３は、扁平な略直方体形状をなす単電池である。蓄電セル３では、積層方向に沿う辺が最も短く、幅方向（ここではＹ方向）に沿う辺が最も長くなっている。蓄電セル３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であってもよく、電気二重層キャパシタであってもよい。また、蓄電セル３は、全固体電池であってもよい。本実施形態では、蓄電セル３がバイポーラ型のリチウムイオン二次電池である場合を例示する。

蓄電セル３には、正極集電板１１及び負極集電板１２と、保持部材１３とが設けられている。正極集電板１１及び負極集電板１２は、蓄電セル３における積層方向に交差する表面と略同形状の長方形状をなす金属板である。正極集電板１１及び負極集電板１２は、蓄電セル３を積層方向に挟むように配置されている。正極集電板１１における高さ方向（ここでは、Ｚ方向）の端面には、蓄電セル３の正極端子となる正極タブ１１ａが設けられている。正極タブ１１ａは、蓄電セル３の幅方向の一方側において高さ方向に突出し、正極タブ１１ａの先端側には、蓄電セル３の頂面を超えた位置で蓄電セル３の外方に屈曲する屈曲部分が設けられている。セルスタック２では、正極タブ１１ａの屈曲部分の向きが積層方向の一方側を向いて揃うように蓄電セル３が積層され、各屈曲部分に対して正極バスバー４が溶接等によって結合されている（図２参照）。

また、負極集電板１２における高さ方向の端面には、蓄電セル３の負極端子となる負極タブ１２ａが設けられている。負極タブ１２ａは、蓄電セル３の幅方向の他方側において高さ方向に突出し、負極タブ１２ａの先端側には、蓄電セル３の頂面を超えた位置で蓄電セル３の外方に屈曲する屈曲部分が設けられている。負極タブ１２ａにおける屈曲部分の屈曲方向は、正極タブ１１ａにおける屈曲部の屈曲方向と反対向きとなっている。セルスタック２では、負極タブ１２ａの屈曲部分の向きが積層方向の他方側を向いて揃うように蓄電セル３が積層され、各屈曲部分に対して負極バスバー５が溶接等によって結合されている（図３参照）。

本実施形態では、正極タブ１１ａのＹ方向の幅は、正極集電板１１のＹ方向の幅の半分よりも小さくなっており、負極タブ１２ａのＹ方向の幅は、負極集電板１２のＹ方向の幅の半分よりも小さくなっている。また、蓄電セル３の積層方向から見て、正極タブ１１ａと負極タブ１２ａとが幅方向に離間した状態となっている。このような構成により、上述のように正極バスバー４及び負極バスバー５をいずれもセルスタック２の頂面に配置することが可能となる。

保持部材１３は、蓄電セル３を保持する部材である。保持部材１３は、例えば絶縁性及び耐熱性を有する樹脂によって形成され、蓄電セル３の幅方向の両側面、頂面、底面を囲む矩形枠形状をなしている。保持部材１３は、蓄電セル３を構成するバイポーラ電極２１を封止し、例えば異物等の侵入によるバイポーラ電極２１同士の短絡を防止する機能を併せ持つシール部材である。保持部材１３を構成する樹脂としては、例えばポリイミド、ＰＰ、ＰＰＳ、ＰＡ６６等が挙げられる。

蓄電セル３は、複数のバイポーラ電極２１と、複数のセパレータ２２とによって構成された電極積層体２３を備えている。電極積層体２３では、バイポーラ電極２１とセパレータ２２とが積層方向に沿って交互に配置されている。すなわち、電極積層体２３は、積層方向に沿って互いに隣り合うバイポーラ電極２１の間に介在された複数のセパレータ２２を含む。バイポーラ電極２１は、集電体２４と、正極層（電極層）２５と、負極層（電極層）２６と、を有している。

集電体２４は、略矩形状をなすシート状の導電部材である。集電体２４は、例えば金属箔又は合金箔である。金属箔としては、例えば銅箔、アルミニウム箔、チタン箔、もしくはニッケル箔が挙げられる。集電体２４が金属箔である場合、機械的強度を確保する観点からアルミニウム箔を用いることが好適である。合金箔としては、例えばステンレス鋼箔（ＳＵＳ３０１、ＳＵＳ３０４等）、もしくは上記金属の合金箔が挙げられる。集電体２４が合金箔である場合、若しくは集電体２４がアルミニウム箔以外の金属箔である場合、集電体２４の表面にアルミニウムが被覆されていてもよい。

正極層２５は、正極活物質と電解質とを含む層状部材（活物質を含む電極層）であり、集電体２４の第１面２４ａに略矩形状に形成されている。正極活物質は、例えば複合酸化物、金属リチウム、及び硫黄等である。複合酸化物の組成には、例えばマンガン、チタン、ニッケル、コバルト、及びアルミニウムの少なくとも１つと、リチウムとが含まれる。電解質は、例えば固体電解質、固体高分子電解質、若しくはゲル状電解質である。すなわち、電解質は、固体又はゲル状である。固体電解質は、ジルコニア、もしくはβアルミナを含む。固体高分子電解質は、例えばポリエチレンオキシド（ＰＥＯ）、ポリプロピレンオキシド（ＰＰＯ）等のアルキレンオキシド系高分子化合物、若しくはこれらの共重合体を含む。

正極層２５が固体高分子電解質を含む場合、正極層２５は、例えばイオン伝導性を高めるための支持塩、電子伝導性を高めるための導電助剤、粘度調整溶媒、重合開始剤の少なくともいずれかを含む。支持塩は、アルキレンオキシド系高分子化合物に容易に溶解可能な観点から、例えばリチウム塩である。リチウム塩は、例えばＬｉＢＦ_４、ＬｉＰＦ_６、ＬｉＮ（ＳＯ_２ＣＦ_３）_２、ＬｉＮ（ＳＯ_２Ｃ_２Ｆ_５）_２、若しくはこれらの混合物である。導電助剤は、例えばアセチレンブラック、カーボンブラック、グラファイト等である。粘度調整溶媒は、例えばＮ−メチル−２−ピロリドン（ＮＭＰ）等である。重合開始剤は、例えばアゾビスイソブチロニトリル（ＡＩＢＮ）等である。ゲル状電解質は、流動性を完全にもしくはほぼ完全に示さない電解質である。例えば２０℃におけるゲル状電解質の粘度は、０．１Ｐａ・Ｓ以上である。

負極層２６は、負極活物質と電解質とを含む層状部材（活物質を含む電極層）であり、集電体２４の第１面２４ａの反対側の第２面２４ｂに略矩形状に形成されている。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、リチウムと合金化可能な元素若しくはその化合物、ホウ素添加炭素などである。リチウムと合金化可能な元素の例としては、シリコン（ケイ素）及びスズが挙げられる。負極層２６の電解質としては、例えば正極層２５に含まれる電解質と同様のものが用いられる。なお、集電体２４の第１面２４ａ及び第２面２４ｂは、積層方向に交差（直交）する面である。

正極層２５は、第１面２４ａの中心側の一部のエリアに設けられている。換言すれば、第１面２４ａの外縁側の環状のエリアは、正極層２５が設けられておらず、正極層２５から露出されている。負極層２６は、第２面２４ｂの中心側の一部のエリアに設けられている。換言すれば、第２面２４ｂの外縁側の環状のエリアは、負極層２６が設けられておらず、負極層２６から露出されている。本実施形態においては、正極層２５の外縁と負極層２６の外縁とは、積層方向からみて互いに一致している。

すなわち、積層方向からみて、正極層２５と負極層２６とは、互いに重複するように設けられている。これにより、集電体２４（バイポーラ電極２１）は、正極層２５及び負極層２６が形成された第１領域２７と、積層方向からみて第１領域２７を囲むように第１領域２７の外側に形成され、正極層２５及び負極層２６から露出された環状の第２領域２８と、を含むこととなる。第２領域２８は、正極層２５及び負極層２６が形成されていない未塗工領域である。

セパレータ２２は、隣り合うバイポーラ電極２１同士を隔てる層状部材であり、略矩形状をなしている。セパレータ２２は、正極層２５及び負極層２６に含まれる電解質によって構成されている。セパレータ２２が固体電解質によって構成される場合、セパレータ２２は、略矩形の板状（シート状）をなしていてもよい。

電極積層体２３の積層方向の両端には、集電体２４がそれぞれ設けられている。電極積層体２３の一端（図５の紙面右側）に位置する集電体２４には、正極層２５のみが設けられており、当該集電体２４の第２面２４ｂが正極集電板１１に当接するようになっている。また、電極積層体２３の他端（図５の紙面左側）に位置する集電体２４には、負極層２６のみが設けられており、当該集電体２４の第１面２４ａが負極集電板１２に当接するようになっている。以下、電極積層体２３の積層方向の一端に設けられた集電体（正極層２５のみが設けられた集電体）を集電体２４Ａと称すると共に、電極積層体２３の積層方向の他端に設けられた集電体（負極層２６のみが設けられた集電体）を集電体２４Ｂと称し、バイポーラ電極２１に含まれる他の集電体（正極層２５及び負極層２６が設けられた集電体）と区別して説明する場合がある。

引き続いて、蓄電セル３における封止構造について説明する。図５，６に示されるように、蓄電セル３においては、保持部材１３が、蓄電セル３の全体を封止するシール部材として機能している。より具体的には、保持部材１３は、集電体２４Ａから集電体２４Ｂにわたって一体に形成されており、電極積層体２３を封止している。一例としては、積層方向からみて、集電体２４Ａ，２４Ｂの第２領域２８が、他の集電体２４の第２領域２８よりも外側に延在しており、保持部材１３は、集電体２４Ａ，２４Ｂの第２領域２８にそれぞれ接合（例えば溶着）されることによって、集電体２４Ａ，２４Ｂと共に電極積層体２３の全体を封止している。一方で、それぞれのバイポーラ電極２１は、互いの集電体２４の間のスペースが維持されているものの、保持部材１３によって個別には封止されていない。この点についてより具体的に説明する。

蓄電セル３は、複数のスペーサ３０を有している。スペーサ３０は、それぞれ、積層方向に沿って互いに隣り合うバイポーラ電極２１の間に配置されており、バイポーラ電極２１の間のスペースを維持するためのものである。スペーサ３０は、積層方向からみて環状（例えば矩形環状）に形成されている。スペーサ３０は、積層方向に沿って互いに隣り合う集電体２４の第２領域２８の間に介在されている。したがって、ここでは、スペーサ３０は、未塗工領域である第２領域２８同士が互いに接触しないように、第２領域２８同士の間隔を維持している。

スペーサ３０は、バイポーラ電極２１に接合（例えば溶着）されていない。換言すれば、スペーサ３０は、バイポーラ電極２１（第２領域２８）に対して固定されていない。さらに換言すれば、スペーサ３０は、バイポーラ電極２１の第２領域２８に対して相対移動可能な状態とされている。より具体的には、ここでは、積層方向に沿って互いに隣り合うバイポーラ電極２１の第２領域２８同士の間隔Ｓ１が、積層方向に沿ってのスペーサ３０のサイズ（厚さ）Ｓ２よりも大きくされている。なお、間隔Ｓ１は、一の集電体２４の第１面２４ａにおける第２領域２８に対応する部分と、積層方向に沿って当該一の集電体２４に隣り合う別の集電体２４の第２面２４ｂにおける第２領域２８に対応する部分との間の距離である。

これにより、積層方向に沿って互いに隣り合うスペーサ３０の間の間隔Ｓ３が、バイポーラ電極２１の第２領域２８（集電体２４）の厚さＳ４よりも大きくなり、スペーサ３０が、第１面２４ａ及び第２面２４ｂの少なくとも一方から離間する（両方から離間していてもよい）。スペーサ３０は、第１面２４ａ及び第２面２４ｂの一方に接触してもよいが、その接触部分において接合が形成されない。なお、間隔Ｓ３は、一のスペーサ３０と、積層方向に沿って当該一のスペーサ３０に隣り合う別のスペーサ３０とについて、集電体２４の第２領域２８を介して互いに対向する面の間の距離である。

本実施形態においては、スペーサ３０は、保持部材１３と一体に形成されている。すなわち、ここでは、保持部材１３におけるバイポーラ電極２１の第２領域２８に対応する位置に切欠３１が形成されている。したがって、ここでは、スペーサ３０は、保持部材１３と同一の材料から形成される。スペーサ３０は、保持部材１３における一対の切欠３１の間の部分として形成されている。この場合には、上述したスペーサ３０の間隔Ｓ３は、積層方向に沿った切欠３１のサイズである。すなわち、間隔Ｓ３は、切欠３１における第２領域２８を介して互いに対向する面の間の距離である。また、上述した間隔Ｓ３と厚さＳ４との関係から、切欠３１の内面が、第１面２４ａ及び第２面２４ｂの少なくとも一方から離間することとなる。

スペーサ３０は、積層方向に沿って互いに隣接するバイポーラ電極２１の第２領域２８の間において、集電体２４を挟んで形成される正極層２５と負極層２６との間を電解質が第２領域２８を伝って移動するのを阻害できるスペースを維持できればよい。したがって、サイズＳ２の下限は、例えばセパレータ２２の厚さと同程度に設定できる。

以上説明したように、蓄電セル３においては、電極積層体２３の一端に設けられた集電体２４Ａと他端に設けられた集電体２４Ｂとにわたって一体に保持部材１３が形成されることにより、電極積層体２３が封止されている。このため、電極積層体２３の外部から電極積層体２３の内部に異物等が侵入して短絡が発生することが抑制される。また、それぞれのバイポーラ電極２１は、活物質を含む正極層２５及び負極層２６が形成された第１領域２７と、第１領域２７を囲むように第１領域２７の外側に形成され、正極層２５及び負極層２６から露出された第２領域２８と、を含む。このため、集電体２４を介して互いに隣り合う正極層２５と負極層２６との間の距離が、少なくとも第２領域２８の分だけ延長される。これにより、当該正極層２５及び負極層２６の短絡が抑制され、信頼性が向上される。

ここで、蓄電セル３においては、固体又はゲル状の電解質が用いられる。すなわち、蓄電セル３においては、電解質の流動性が低い（又は流動性がない）ため、液状の電解質を用いた場合と比較して、それぞれのバイポーラ電極２１の間を封止する重要性が低い。そこで、蓄電セル３においては、バイポーラ電極２１の間のスペースを維持するためのスペーサ３０が、バイポーラ電極２１との接合を形成しないように、隣り合うバイポーラ電極２１の第２領域２８の間に介在されている。すなわち、蓄電セル３においては、電極積層体２３の全体を保持部材１３によって封止する一方で、バイポーラ電極２１の各々をスペーサ３０に接合せずに、フリーな状態としている。この結果、膨張・収縮に伴ってバイポーラ電極２１の第２領域２８が相対的に変位可能となり、バイポーラ電極２１（特に集電体２４）の破損が避けられる。このように、蓄電セル３においては、バイポーラ電極２１の破損を抑制して信頼性を確実に向上可能である。

また、蓄電セル３においては、積層方向に沿って隣り合うバイポーラ電極２１の第２領域２８の間隔Ｓ１が、積層方向に沿ったスペーサ３０のサイズＳ２よりも大きい。このようにすれば、簡単な構成によって、バイポーラ電極２１と接合しないように第２領域２８の間にスペーサ３０を介在させることができる。

さらに、蓄電セル３においては、スペーサ３０は、保持部材１３と一体に形成されている。このため、保持部材１３とスペーサ３０とを単一の工程で製造できるため、全体の製造工程を簡略化できる。

以上の実施形態は、本発明に係る蓄電ユニットの一実施形態について説明したものである。本発明に係る蓄電ユニットは、上述した蓄電セル３を任意に変更したものとすることができる。

図７は、変形例に係る蓄電セルの拡大断面図である。図７に示されるように、スペーサ３０を保持部材１３と別体に形成してもよい。この変形例においては、積層方向からみて、第２領域２８に重複するように環状（例えば矩形環状）をなす複数のスペーサ３０を用意し、互いに離間するように保持部材１３によって保持する。これにより、スペーサ３０同士の間に間隙が形成される。そして、バイポーラ電極２１の第２領域２８を、スペーサ３０同士の間隙に配置することにより、スペーサ３０が、バイポーラ電極２１との接合を形成しないように、積層方向に沿って隣り合うバイポーラ電極２１の第２領域２８の間に介在されることとなる。

この変形例においては、スペーサ３０の材料が、保持部材１３と同一の材料に限定されず、絶縁性及び耐熱性を有する任意の材料とすることができる。ただし、スペーサ３０の材料を、保持部材１３の材料と同一にしてもよい。この変形例によれば、保持部材１３とスペーサ３０とを別体とすることにより、保持部材１３の構造を簡略化できる。また、保持部材１３及びスペーサ３０の設計の自由度が向上する。

なお、図７に示される変形例においては、セパレータ２２とは別にスペーサ３０を用意した。しかしながら、保持部材１３と別体のスペーサ３０を用いる別の例として、セパレータ２２を利用してもよい。この場合、セパレータ２２を、正極層２５及び負極層２６が形成された第１領域２７から、その外側の未塗工領域である第２領域２８上に位置するように延在させる。換言すれば、セパレータ２２は集電体２４と同じ大きさの略矩形状をなし、積層方向からみて、セパレータ２２と集電体２４とが重なる。この場合、積層方向からみて、第２領域２８と重なる部分のセパレータ２２の厚みを、第１領域２７と重なる部分のセパレータ２２の厚みより厚くしてもよい。これにより、セパレータ２２における第２領域２８上に位置する部分によって、スペーサ３０を構成することができる。この場合、セパレータ２２をスペーサ３０として機能させることにより、部品点数が削減される。

また、上記実施形態においては、蓄電ユニットの一例として、集合体としてセルスタック２を構成する蓄電セル３を例示したが、本発明は、蓄電セル３に限定されずに任意の蓄電ユニットに適用できる。さらには、上記実施形態においては、電極としてバイポーラ電極２１を例示したが、他の電極を用いてもよい。

３…蓄電セル（蓄電ユニット）、１３…保持部材（シール部材）、２１…バイポーラ電極（電極）、２２…セパレータ、２３…電極積層体、２４，２４Ａ，２４Ｂ…集電体、２５…正極層（電極層）、２６…負極層（電極層）、２７…第１領域、２８…第２領域、３０…スペーサ、Ｓ１…間隔、Ｓ２…サイズ。

Claims (5)

1. 第１方向に沿って積層された複数の電極、及び、固体又はゲル状の電解質を含む電極積層体と、
   前記第１方向における前記電極積層体の両端のそれぞれに設けられた集電体と、
   一方の前記集電体から他方の前記集電体にわたって一体に形成され、前記電極積層体を封止するシール部材と、
   前記第１方向に沿って隣り合う前記電極の間に設けられ、前記電極の間のスペースを維持するための複数のスペーサと、
   を備え、
   前記電極は、活物質を含む電極層が形成された第１領域と、前記第１方向からみて前記第１領域の外側に形成され、前記電極層から露出された第２領域と、を含み、
   前記スペーサは、前記電極との接合を形成しないように、前記第１方向に沿って隣り合う前記電極の前記第２領域の間に介在されている、
   蓄電ユニット。
2. 前記第１方向に沿って隣り合う前記電極の前記第２領域の間隔は、前記第１方向に沿った前記スペーサのサイズよりも大きい、
   請求項１に記載の蓄電ユニット。
3. 前記スペーサは、前記シール部材と別体に形成されている、
   請求項１又は２に記載の蓄電ユニット。
4. 前記電極積層体は、前記第１方向に沿って隣り合う前記電極の間に介在されたセパレータを含み、
   前記セパレータは、前記第１領域から前記第２領域上に位置するように延在しており、
   前記スペーサは、前記セパレータにおける前記第２領域上に位置する部分である、
   請求項１〜３のいずれか一項に記載の蓄電ユニット。
5. 前記スペーサは、前記シール部材と一体に形成されている、
   請求項１又は２に記載の蓄電ユニット。

Images