JP2020017432A - 蓄電セル及び蓄電装置 - Google Patents

Abstract

【課題】エネルギー効率を向上可能な蓄電セル及び蓄電装置を提供する。【解決手段】一実施形態に係る蓄電セルは、複数のバイポーラ電極が固体又はゲル状の電解質を含むセパレータを介して一方向に積層された電極積層体と、複数のバイポーラ電極を保持するとともに、電極積層体の側面を封止する保持部材を有する蓄電セルと、を備える。バイポーラ電極は、第１主面及び第２主面を有する集電体と、第１主面上に配置された正極層と、第２主面上に配置された負極層と、を有し、正極層及び負極層は、集電体における第１領域上に配置されており、集電体において、第１領域より外側の領域である第２領域に少なくとも１つの位置決めマークが配置されている。【選択図】図４

Description

本発明は、蓄電セル及び蓄電装置に関する。

蓄電装置の一種として、全固体電池が挙げられる。下記特許文献１には、集電体層の一方の主面上に正極層が形成され、上記集電体層の他方の主面上に負極層が形成されたバイポーラ電極と、固体電解質層とが交互に積層されたバイポーラ積層型電極群（蓄電セル）を有する。

特開２０１８−６３７５７号公報

上記特許文献１のように複数のバイポーラ電極を、固体電解質層を介して交互に積層する場合、複数のバイポーラ電極間に位置ずれが生じる場合がある。この場合、各バイポーラ電極が有する正極層及び負極層を、位置ずれを考慮して設計しなければならない。その結果、エネルギー伝達に寄与しない余分な領域（マージン）などを確保する必要があり、体積あたりのエネルギー密度が低下し、結果として、蓄電装置のエネルギー効率も低下するという問題がある。

本発明の一側面の目的は、エネルギー効率を向上可能な蓄電セル及び蓄電装置を提供することである。

本発明の一側面に係る蓄電セルは、複数のバイポーラ電極が、固体又はゲル状の電解質を含むセパレータを介して一方向に積層された電極積層体と、上記複数のバイポーラ電極を保持するとともに、上記電極積層体の側面を封止する保持部を有する蓄電セルと、を備える。上記バイポーラ電極は、第１主面及び上記第１主面と反対側に位置する第２主面を有する集電体と、上記第１主面上に配置された正極層と、上記第２主面上に配置された負極層と、を有する。上記正極層及び上記負極層は、上記集電体における第１領域上に配置されており、上記集電体において、上記第１領域より外側の領域である第２領域に少なくとも１つの位置決めマークが配置されている。

蓄電セルが、複数のバイポーラ電極を備えることから、蓄電セルの内部抵抗を低減できる。バイポーラ電極の集電体は、少なくとも１つの位置決めマークを有する。そのため、複数のバイポーラ電極を、セパレータを介して積層する際、複数のバイポーラ電極を位置決めマークを利用して位置合わせできる。このように、位置決めマークを利用して位置決めができるので、蓄電セルの構成は、複数のバイポーラ電極間の位置ずれを抑制可能な構成である。よって、蓄電セルを設計する際に、上記位置ずれを考慮した設計（例えばマージンを含めること）が不要である。その結果、体積あたりのエネルギー密度の向上が図れ、蓄電セルのエネルギー効率を向上可能である。

上記集電体及び上記第１領域の形状は、上記一方向から上記集電体をみた場合、矩形であり、上記集電体及び上記第１領域の長手方向は同じ方向であり、上記少なくとも１つの位置決めマークは、上記一方向から上記集電体をみた場合に、上記第２領域のうち、上記集電体の長辺における上記第１領域の長辺と対向する部分と、上記第１領域の長辺との間の領域以外に配置されていてもよい。

この場合、上記集電体の長辺のうち上記第１領域の長辺と対向する部分と、上記第１領域の長辺との間に位置決めマークを形成する領域を確保する必要がない。そのため、上記集電体の長辺のうち上記第１領域の長辺と対向する部分と、上記第１領域の長辺との距離を短くできる。その結果、蓄電セルの薄型化（短辺の長さの短縮化）を図りながら、保持部材の上記長辺に対応する部分を厚くできる。

上記少なくとも１つの位置決めマークの例は、孔又は切欠きである。例えば、位置決めマークが孔であれば、冶具などを孔に挿入して、複数のバイポーラ電極を位置合わせできる。位置決めマークが切欠きであれば、例えば積層された複数のバイポーラ電極を側方からみた場合に位置ずれしているバイポーラ電極を特定して修正し易い。

上記少なくとも１つの位置決めマークは、複数の位置決めマークを有しており、上記複数の位置決めマークのうち少なくとも２つの位置決めマークの種類が異なってもよい。この場合、複数のバイポーラ電極を位置合わせする際、位置決めマークの種類に応じた位置決め方法を組み合わせて、複数のバイポーラ電極の位置合わせを行える。

本発明の他の側面に係る蓄電装置は、上記蓄電セルと、上記一方向において上記蓄電セルに隣接しており上記蓄電セルと電気的に接続される集電板とを備える。蓄電装置は、上記蓄電セルを備えるので、エネルギー効率の向上を図れる。

上記集電板を介して上記蓄電セルに電気的に接続される接続部材を更に備え、上記少なくとも１つの位置決めマークは、上記集電体における上記接続部材側の辺と反対側の辺寄りに配置されてもよい。この場合、集電体において接続部材側の領域において、位置決めマークを形成するための領域を確保する必要がない。そのため、蓄電セル及び蓄電装置の大きさを維持しながら、接続部材と集電体との間に配置される保持部材の厚さを厚くできる。その結果、接続部材と集電体との短絡をより防止可能である。

本発明の一側面によれば、エネルギー効率を向上可能な蓄電セル及び蓄電装置を提供できる。

図１は、一実施形態に係る蓄電装置を示す概略斜視図である。 図２（ａ）は、蓄電セル及び当該蓄電セルに接触する集電板の概略斜視図であり、図２（ｂ）は、蓄電セル及び当該蓄電セルに接触する集電板の概略側面図である。 図３は、蓄電セルの概略断面図である。 図５は、バイポーラ電極の一例の概略平面図である。 図５は、バイポーラ電極の他の例の概略平面図である。 図６は、図１のＶＩａ−ＶＩａ線に沿った概略断面図である。 図７は、図１のＶＩＩａ−ＶＩＩａ線に沿った概略断面図である。

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。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蓄電モジュールである。蓄電装置１は、セルスタック２と、セルスタック２に電気的に接続される接続部材３，４と、セルスタック２を拘束する一対の拘束部材５，６と、セルスタック２と拘束部材５との間に配置される絶縁緩衝部材７と、セルスタック２と拘束部材６との間に配置される絶縁緩衝部材８と、セルスタック２の一部を覆うカバー部材９とを備える。以下では、拘束部材５，６がセルスタック２を拘束する方向を図１に示される方向Ｘ（一方向）とし、水平方向において方向Ｘと交差もしくは直交する方向を方向Ｙとし、方向Ｘ及び方向Ｙと交差もしくは直交する方向を方向Ｚとする。

セルスタック２は、方向Ｘに沿って配列される複数の蓄電セル１１を有する。すなわち、セルスタック２は、複数の蓄電セル１１の集合体である。セルスタック２は、例えば８９個以上１１１個以下の蓄電セル１１を含む。本実施形態では、セルスタック２は、１００個の蓄電セルを含む。蓄電セル１１の構成の詳細については、後述する。セルスタック２は、図１では示されていないが、複数の集電板も有する。集電板の詳細についても、後述する。

接続部材３は、蓄電装置１の正極として機能する導電部材（バスバー）であり、略平板形状を呈している。接続部材３は、方向Ｙにおけるセルスタック２の一端側に設けられている。接続部材３は、例えば金属板又は合金板である。金属板は、例えば銅板、アルミニウム板、チタン板、もしくはニッケル板である。合金板は、例えばステンレス鋼板（ＳＵＳ３０１、ＳＵＳ３０４等）、もしくは上記金属の合金板である。

接続部材３は、方向Ｘに沿って延在すると共に方向Ｚにおいてセルスタック２及び絶縁緩衝部材７に重なる主板部３ａと、主板部３ａにおける拘束部材５側の一端から方向Ｘに沿って突出する突出板部３ｂとを有する。接続部材３の主板部３ａは、セルスタック２内に含まれる複数の蓄電セル１１の各正極端子に電気的に接続されている。接続部材３の突出板部３ｂは、主板部３ａに連続して設けられている。方向Ｘに沿った突出板部３ｂの端は、拘束部材５よりも外側に位置する。接続部材３は、拘束部材５，６と離間している。

接続部材４は、蓄電装置１の負極として機能する導電部材（バスバー）であり、略平板形状を呈している。接続部材４は、方向Ｙにおけるセルスタック２の他端側に設けられている。接続部材４は、接続部材３と同様に、例えば金属板又は合金板である。接続部材４は、接続部材３と同一の金属板又は合金板であってもよいし、異なる金属板又は合金板であってもよい。

接続部材４は、方向Ｘに沿って延在すると共に方向Ｚにおいてセルスタック２及び絶縁緩衝部材８に重なる主板部４ａと、主板部４ａにおける拘束部材６側の一端から方向Ｘに沿って突出する突出板部４ｂとを有する。突出板部４ｂは、方向Ｘにおいて接続部材３の突出板部３ｂと反対側に設けられている。接続部材４の主板部４ａは、セルスタック２内に含まれる複数の蓄電セル１１の各負極端子に電気的に接続されている。接続部材４の突出板部４ｂは、主板部４ａに連続して設けられている。方向Ｘに沿った突出板部４ｂの端は、拘束部材６よりも外側に位置する。接続部材４は、接続部材３と同様に拘束部材５，６と離間している。

拘束部材５，６のそれぞれは、セルスタック２に対して方向Ｘに沿った拘束力（拘束荷重）を付加する部材であり、略Ｌ字板形状を呈するエンドプレートである。拘束部材５は、方向Ｘにおけるセルスタック２の一端側に配置されており、セルスタック２に対して拘束荷重を付加する主部５ａと、方向Ｚにおける主部５ａの一端から方向Ｘに沿って延在する延在部５ｂとを有する。延在部５ｂは、セルスタック２から離れるように延在している。拘束部材６は、方向Ｘにおけるセルスタック２の他端側に配置されており、セルスタック２に対して拘束荷重を付加する主部６ａと、方向Ｚにおける主部６ａの一端から方向Ｘに沿って延在する延在部６ｂとを有する。延在部６ｂは、拘束部材５の延在部５ｂと同様に、セルスタック２から離れるように延在している。

拘束部材５，６のそれぞれは、例えば金属製又は合金製の板材である。拘束部材５，６は、例えば締結部材（例えば、ボルト及びナット）等を用いた連結部材を介して互いに連結されてもよい。この場合、拘束部材５，６のそれぞれには、方向Ｘに沿って延在するボルト等の連結部材が挿通される貫通孔等が設けられてもよい。もしくは、拘束部材５，６のそれぞれは、図示しない基台又はケース等に固定されてもよい。この場合、拘束部材５，６のそれぞれには、これらを基台等に固定するための部材が挿通される貫通孔等が設けられてもよい。

絶縁緩衝部材７，８のそれぞれは、蓄電セル１１の膨張を吸収するための絶縁部材であり、略直方体形状を呈している。絶縁緩衝部材７は、方向Ｘにおいてセルスタック２と拘束部材５との間に配置されている。絶縁緩衝部材８は、方向Ｘにおいてセルスタック２と拘束部材６との間に配置されている。絶縁緩衝部材７，８のそれぞれにおいて接続部材３，４に対向する端面は、セルスタック２において接続部材３，４に対向する端面に対して揃ってもよい。すなわち、上記端面同士は、面一になっていてもよい。

絶縁緩衝部材７，８のそれぞれは、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）を含む。絶縁緩衝部材７，８の少なくとも１つは、弾性を示してもよい。絶縁緩衝部材７，８の方向Ｘに沿った長さ（すなわち、厚さ）は、例えば１ｍｍ以上１０ｍｍ以下である。本実施形態では、絶縁緩衝部材７，８の厚さは、５ｍｍである。

カバー部材９は、蓄電セル１１の方向Ｚにおける移動を規制するための部材であり、略逆Ｕ字板形状を呈している。カバー部材９は、方向Ｙにおいて接続部材３，４の間に設けられており、且つ、接続部材３，４と離間している。カバー部材９は、方向Ｘに沿って延在するカバー部９ａと、方向Ｘにおけるカバー部９ａの一端から方向Ｚに沿って延在する第１取付部９ｂと、方向Ｘにおけるカバー部９ａの他端から方向Ｚに沿って延在する第２取付部９ｃとを有する。

第１取付部９ｂは、締結部材Ｅ等を介して拘束部材５に固定されている。第２取付部９ｃは、第１取付部９ｂと同様に、締結部材等を介して拘束部材６に固定されている。このため本実施形態では、カバー部材９は、拘束部材５，６を連結するための連結部材として機能する。カバー部材９は、例えば金属板又は合金板である。

次に、図２〜図７を参照しながら、セルスタック２に含まれる蓄電セル１１と集電板との詳細について説明する。まず、蓄電セル１１の構成の詳細について説明する。

図２（ａ），（ｂ）に示されるように、蓄電セル１１は、略直方体形状を呈する単電池である。蓄電セル１１においては、方向Ｘに沿った辺が最も短く、方向Ｙに沿った辺が最も長くなっている。蓄電セル１１は、全固体電池である。蓄電セル１１は、例えばリチウムイオン二次電池等の二次電池である。本実施形態では、蓄電セル１１は、バイポーラ型のリチウムイオン二次電池である。

蓄電セル１１は、方向Ｘにおいて正極集電板１２と負極集電板１３とによって挟まれており、正極集電板１２を介して接続部材３に電気的に接続されると共に、負極集電板１３を介して接続部材４に電気的に接続される。

蓄電セル１１は、方向Ｘに交差する一対の主面１４ａ，１４ｂ及び主面１４ａ，１４ｂをつなぐ外周面１４ｃを有する電極積層体１４と、少なくとも電極積層体１４の外周面１４ｃ上に設けられる保持部材１５とを備える。

図３に示されるように、電極積層体１４は、複数のバイポーラ電極１６（複数の電極）と、複数のセパレータ（固体又はゲル状電解質層を含むセパレータ）１７とを有する。複数のバイポーラ電極１６と、複数のセパレータ１７とは、方向Ｘに沿って交互に配置されている。複数のバイポーラ電極１６の数（積層数）の例は、１００である。

複数のバイポーラ電極１６のそれぞれは、集電体２１と、正極層２２と、負極層２３とを備える。集電体２１は、方向Ｘに交差する一対の主面２１ａ，２１ｂを有する。集電体２１の主面（第１主面）２１ａ上には正極層２２が設けられ、集電体２１の主面（第２主面）２１ｂ上には負極層２３が設けられる。このため、集電体２１は、方向Ｘに沿って正極層２２と負極層２３とによって挟まれている。

集電体２１は、シート状の導電部材であり、略矩形状を呈している。集電体２１は、例えば金属箔又は合金箔である。金属箔は、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である。集電体２１が金属箔である場合、機械的強度を確保する観点から、当該金属箔はアルミニウム箔であってもよい。合金箔は、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である。集電体２１が合金箔である場合、もしくは集電体２１がアルミニウム箔以外の金属箔である場合、集電体２１の表面にはアルミニウムが被覆されていてもよい。集電体２１の厚さは、例えば５μｍ以上２０μｍ以下である。本実施形態では、集電体２１の厚さは１０μｍである。

正極層２２は、正極活物質と電解質とを含む層状部材であり、略矩形状を呈している。

本実施形態の正極活物質は、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、もしくはゲル状電解質である。固体電解質は、ジルコニア、もしくはβアルミナを含む。固体電解質の概念には、固体高分子電解質を含む。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、もしくはこれらの共重合体を含む。加えて、正極層２２が固体高分子電解質を含む場合、正極層２２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、も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。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２３は、負極活物質と電解質とを含む層状部材であり、略矩形状を呈している。本実施形態の負極活物質は、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２３の電解質としては、正極層２２に含まれる電解質と同様のものが用いられる。

図４及び図５を利用してバイポーラ電極１６を更に説明する。以下、断らない限り、図４及び図５を利用したバイポーラ電極１６の説明はバイポーラ電極１６を正極層２２側からみた場合（或いは方向Ｘからみた場合）に基づく。

図４に示したように、集電体２１は略矩形状を呈している。集電体２１の一対の長辺２１ｃ，２１ｄは方向Ｙに沿って延在しており、集電体２１の一対の短辺２１ｅ，２１ｆは方向Ｚに沿って延在している。集電体２１の長辺２１ｃ（長辺２１ｄ）の長さの例は、１２００ｍｍであり、短辺２１ｅ（短辺２１ｆ）の長さの例は、１００ｍｍである。

集電体２１において、正極層２２（又は負極層２３）が形成される領域を第１領域２１１と呼称し、第１領域２１１以外の領域を第２領域２１２と呼称する。換言すれば、主面２１ａ及び主面２１ｂのうち第１領域２１１上に正極層２２及び負極層２３が配置されている。正極層２２及び負極層２３が、塗工により形成される場合、第１領域２１１は塗工領域であり、第２領域２１２は未塗工領域に相当する。第２領域２１２の少なくとも一部（少なくとも縁部近傍の領域）は、後述する保持部材１５で被覆され得る。

第１領域２１１は略矩形状を呈している。第１領域２１１の一対の長辺２１１ａ，２１１ｂは方向Ｙに沿って延在しており、一対の短辺２１１ｃ，２１１ｄは方向Ｚに沿って延在している。

集電体２１には、第２領域２１２に、他の集電体２１との位置合わせのための位置決めマークＭが配置されている。一実施形態において、位置決めマークＭは、第２領域２１２のうち、長辺２１ｃにおける長辺２１１ａと対向する部分と長辺２１１ａとの間の領域（ハッチングで示した領域）及び長辺２１ｃにおける長辺２１１ｂと対向する部分と長辺２１１ｂとの間の領域（ハッチングで示した領域）以外の領域に形成され得る。一実施形態において、位置決めマークＭは、長辺２１ｃからより離れた位置（例えば長辺２１ｄ寄り）に形成され得る。一実施形態において、位置決めマークＭは、集電体２１の角部寄りに形成される。位置決めマークＭの位置は例示した配置形態を組み合わせた位置に形成されてもよい。

位置決めマークＭの例は、図４に示したように孔でもよいし、図５に示したように切欠きでもよい。上記孔の例は、丸孔、楕円孔及び長孔を含む。切欠きの形状は、図５に例示されている三角形に限定されない。切欠きの形状は、例えばＵ字状でもよい。集電体２１に形成される位置決めマークＭの数は２以上でもよい。集電体２１が複数の位置決めマークＭを有する場合、複数の位置決めマークＭのうち少なくとも２つの位置決めマークＭは、図５に例示したように互いにより離れた位置に形成され得る。集電体２１が複数の位置決めマークＭを有する場合、複数の位置決めマークＭのうち少なくとも２つの位置決めマークＭは異なる種類の位置決めマークＭでもよい。例えば、図５に示したように、１つの位置決めマークＭは丸孔である場合、他の位置決めマークＭは、切欠きであり得る。或いは、他の位置決めマークＭは、長孔であり得る。

図３に示したように、セパレータ１７は、隣り合うバイポーラ電極１６同士を隔てる層状部材であり、略矩形状を呈している。セパレータ１７は、正極層２２及び負極層２３に含まれる電解質によって構成されている。セパレータ１７が固体電解質又はゲル状電解質を含む場合、セパレータ１７は、略矩形板形状を呈してもよい。セパレータ１７の厚さは、例えば１μｍ以上１０μｍ以下である。本実施形態では、セパレータ１７の厚さは５μｍである。

方向Ｘにおける電極積層体１４の両端には、集電体２１が設けられている。方向Ｘにおいて電極積層体１４の一端（図３における紙面右側）に配置される集電体２１の主面２１ｂ上には、負極層が配置されていない。このため、当該集電体２１は、電極積層体１４における正極端子に相当し、主面２１ｂは、電極積層体１４の主面１４ａに相当する。方向Ｘにおいて電極積層体１４の他端（図３における紙面左側）に配置される集電体２１の主面２１ａ上には、負極層が配置されていない。このため、当該集電体２１は、電極積層体１４における負極端子に相当し、主面２１ａは、電極積層体１４の主面１４ｂに相当する。

保持部材１５は、電極積層体１４に含まれる複数のバイポーラ電極１６、複数のセパレータ１７、正極端子、及び負極端子を保持する部材であり、絶縁性を示す。本実施形態では、保持部材１５は、電極積層体１４の外周面１４ｃを封止するように略矩形枠形状を呈する封止部材、及び、電極積層体１４内のバイポーラ電極１６同士の短絡を防止する短絡防止部材としても機能し得る。

保持部材１５は、電極積層体１４の外周面１４ｃと接触する内周面１５ａと、内周面１５ａの反対側に位置する外周面１５ｂと、方向Ｘに交差する側面１５ｃとを有する。側面１５ｃは、電極積層体１４の主面１４ａ，１４ｂに対して略平行に設けられる。本実施形態では、方向Ｘにおける一端（図３における紙面右側）に位置する側面１５ｃは、主面１４ａと面一になっており、方向Ｘにおける他端（図３における紙面右側）に位置する側面１５ｃは、主面１４ｂと面一になっている。

保持部材１５は、例えば耐熱性を示す樹脂部材を含む。耐熱性を示す樹脂部材は、例えばポリイミド、ＰＰ、ＰＰＳ、ＰＡ６６等である。保持部材１５の厚さは、例えば１ｍｍ以上１０ｍｍ以下である。この場合、熱等による保持部材１５の破損防止と、蓄電セル１１の重量低減とを両立可能である。保持部材１５の厚さは、方向Ｙもしくは方向Ｚに沿った内周面１５ａと外周面１５ｂとの距離に相当する。本実施形態では、保持部材１５の厚さは５ｍｍである。

次に、図２（ａ），（ｂ）に戻って正極集電板１２及び負極集電板１３の構成について説明する。

正極集電板１２は、電極積層体１４に接触する導電部材であり、板形状を呈している。正極集電板１２は、方向Ｘに沿って蓄電セル１１に隣接している。正極集電板１２は、正極端子として機能する集電体２１に接触する本体部１２１と、方向Ｚに沿って本体部１２１の縁１２２の一部から突出する突出部１２３とを有する。本体部１２１は、方向Ｘにおいてバイポーラ電極１６及びセパレータ１７に重なる部分であり、略矩形状を呈している。本実施形態では、正極集電板１２が２つの蓄電セル１１によって方向Ｘに沿って挟持される場合、本体部１２１の一方面は一方の蓄電セル１１に接触し、本体部１２１の他方面は他方の蓄電セル１１に接触する。このとき、正極集電板１２は、各蓄電セル１１の正極端子に接触しており、負極端子として機能する集電体２１には接触していない。

蓄電セル１１に接触する正極集電板１２の突出部１２３は、その先端が蓄電セル１１の電極積層体１４から離れるように折り曲げられている。このため、突出部１２３は、基端部１２３ａ、電極積層体１４から離れるように方向Ｘに沿って延在する先端部１２３ｂ、及び屈曲部１２３ｃを有する。先端部１２３ｂは、方向Ｚにおいて上記電極積層体１４と重なっておらず、且つ、蓄電セル１１における保持部材１５の外周面１５ｂにも接していない。

負極集電板１３は、電極積層体１４に接触する導電部材であり、板形状を呈している。負極集電板１３は、正極集電板１２と同様に方向Ｘに沿って蓄電セル１１に隣接している。負極集電板１３は、負極端子として機能する集電体２１に接触する本体部１３１と、方向Ｚに沿って本体部１３１の縁１３２の一部から突出する突出部１３３とを有する。本体部１３１は、方向Ｘにおいてバイポーラ電極１６及びセパレータ１７に重なる部分であり、略矩形状を呈している。本実施形態では、負極集電板１３が２つの蓄電セル１１によって方向Ｘに沿って挟持される場合、本体部１３１の一方面は一方の蓄電セル１１に接触し、本体部１３１の他方面は他方の蓄電セル１１に接触する。このとき、負極集電板１３は、各蓄電セル１１の負極端子に接触しており、正極端子には接触していない。屈曲部１２３ｃは、方向Ｙから見て略直角になるように折り曲げられている。

上述したように本実施形態では、正極集電板１２は、各蓄電セル１１の正極端子にそれぞれ接触する。このため本実施形態では、セルスタック２内の複数の蓄電セル１１は、正極集電板１２及び負極集電板１３を介して並列接続されている。

負極集電板１３の突出部１３３もまた、その先端が蓄電セル１１における電極積層体１４から離れるように折り曲げられている。このため、突出部１３３は、基端部１３３ａ、電極積層体１４から離れるように方向Ｘに沿って延在する先端部１３３ｂ、及び屈曲部１３３ｃを有する。先端部１３３ｂは、方向Ｚにおいて上記電極積層体１４と重なっておらず、且つ、蓄電セル１１における保持部材１５の外周面１５ｂにも接していない。

図６に示されるように、セルスタック２内では、複数の蓄電セル１１と複数の集電板とが方向Ｘに沿って交互に配列されている。より具体的には、蓄電セル１１、正極集電板１２、蓄電セル１１、負極集電板１３の順に配置されたグループが方向Ｘに沿って連続して並ぶことによって、セルスタック２が構成されている。各蓄電セル１１及び各集電板には、拘束部材５によって方向Ｘに沿った拘束力が、絶縁緩衝部材７を介して付加されている。

図６に示される、方向Ｘにおいて最も外側に位置する蓄電セル１１に接触する正極集電板１２は、当該蓄電セル１１と絶縁緩衝部材７との間に配置されており、且つ、当該正極集電板１２の本体部１２１は、絶縁緩衝部材７の主面７ａと接触している。以下では、図６に示される、方向Ｘにおいて最も外側に位置する正極集電板１２を最外正極集電板１２Ａと呼称する。絶縁緩衝部材７は、方向Ｘに交差すると共に本体部１２１に接触する主面７ａと、主面７ａの縁から方向Ｘに沿って延在する外周面７ｂとを有する。

最外正極集電板１２Ａを除く各正極集電板１２の突出部１２３は、保持部材１５の側面１５ｃと外周面１５ｂに沿っている。最外正極集電板１２Ａの突出部１２３は、絶縁緩衝部材７の主面７ａと外周面７ｂとに沿っている。

突出部１２３の基端部１２３ａは、方向Ｘにおいて電極積層体１４とは重ならず、且つ、保持部材１５の側面１５ｃに沿って設けられている。本実施形態では、各基端部１２３ａの全体は、対応する保持部材１５の側面１５ｃに密着している。加えて、最外正極集電板１２Ａの基端部１２３ａの全体は、絶縁緩衝部材７の主面７ａに密着している。

最外正極集電板１２Ａを除く正極集電板１２における突出部１２３の先端部１２３ｂは、方向Ｚにおいて電極積層体１４及び接続部材３と重なり、且つ、保持部材１５の外周面１５ｂに沿って延在している。本実施形態では、当該先端部１２３ｂの全体は、保持部材１５の外周面１５ｂと、接続部材３との両方に密着している。これらの先端部１２３ｂと、対応する保持部材１５と、接続部材３とが方向Ｚに沿って重なり、且つ、保持部材１５と当該先端部１２３ｂとが互いに接触する領域上には、溶接部Ｗ１が設けられる。溶接部Ｗ１は、正極集電板１２と接続部材３とを接合する部分であり、先端部１２３ｂと接続部材３とが接触している箇所に設けられる。溶接部Ｗ１は、例えばレーザ溶接等によって形成される。溶接部Ｗ１が形成されるとき、保持部材１５が溶接工程における台座としても機能する。

最外正極集電板１２Ａにおける突出部１２３の先端部１２３ｂは、蓄電セル１１から離れるように方向Ｘに沿って延在している。このため、当該先端部１２３ｂは、方向Ｚにおいて絶縁緩衝部材７と重なり、且つ、絶縁緩衝部材７の外周面７ｂに沿って延在している。本実施形態では、当該先端部１２３ｂの全体は、絶縁緩衝部材７の外周面７ｂと、接続部材３との両方に密着している。この先端部１２３ｂと、絶縁緩衝部材７と、接続部材３とが方向Ｚに沿って重なり、且つ、絶縁緩衝部材７と当該先端部１２３ｂとが互いに接触する領域上には、溶接部Ｗ２が設けられる。溶接部Ｗ２は、最外正極集電板１２Ａと接続部材３とを接合する部分である。溶接部Ｗ２は、溶接部Ｗ１と同様に、例えばレーザ溶接等によって形成される。溶接部Ｗ２が形成されるとき、絶縁緩衝部材７が溶接工程における台座としても機能する。

最外正極集電板１２Ａを除く正極集電板１２の先端部１２３ｂと、最外正極集電板１２Ａの先端部１２３ｂとは、互いに同一方向に沿って延在している。具体的には、上記先端部１２３ｂは、方向Ｘの一方側に向かって延在している。

図７は、図１のＶＩＩａ−ＶＩＩａ線に沿った概略断面図である。図７に示される、方向Ｘにおいて最も外側に位置する蓄電セル１１に接触する負極集電板１３は、蓄電セル１１と絶縁緩衝部材８との間に配置されており、且つ、当該負極集電板１３の本体部１３１は、絶縁緩衝部材８の主面８ａと接触している。以下では、図７に示される、方向Ｘにおいて最も外側に位置する負極集電板１３を最外負極集電板１３Ａとも呼称する。

最外負極集電板１３Ａを除く各負極集電板１３の突出部１３３は、保持部材１５の側面１５ｃと外周面１５ｂに沿うように配置されている。最外負極集電板１３Ａの突出部１３３は、絶縁緩衝部材８の主面８ａ及び外周面８ｂに沿うように配置されている。

最外負極集電板１３Ａを除く負極集電板１３における突出部１３３は、方向Ｚにおいて電極積層体１４及び接続部材４と重なり、且つ、保持部材１５の外周面１５ｂに沿って延在している。本実施形態では、突出部１３３は、保持部材１５の外周面１５ｂと、接続部材４との両方に密着している。これらの先端部１３３ｂと、対応する保持部材１５と、接続部材４とが方向Ｚに沿って重なり、且つ、保持部材１５と当該先端部１３３ｂとが互いに接触する領域上には、溶接部Ｗ３が設けられる。溶接部Ｗ３は、負極集電板１３と接続部材４とを接合する部分であり、先端部１３３ｂと接続部材４とが接触している箇所に設けられる。溶接部Ｗ３は、例えばレーザ溶接等によって形成される。溶接部Ｗ３が形成されるとき、保持部材１５が溶接工程における台座としても機能する。

最外負極集電板１３Ａにおける突出部１３３の先端部１３３ｂは、蓄電セル１１から離れるように方向Ｘに沿って延在している。このため、当該先端部１３３ｂは、方向Ｚにおいて絶縁緩衝部材８と重なり、且つ、絶縁緩衝部材８の外周面８ｂに沿って延在している。本実施形態では、当該先端部１３３ｂの全体は、絶縁緩衝部材８の外周面８ｂと、接続部材４との両方に密着している。この先端部１３３ｂと、絶縁緩衝部材８と、接続部材４とが方向Ｚに沿って重なり、且つ、絶縁緩衝部材８と当該先端部１３３ｂとが互いに接触する領域上には、溶接部Ｗ４が設けられる。溶接部Ｗ４は、最外負極集電板１３Ａと接続部材４とを接合する部分である。溶接部Ｗ４は、溶接部Ｗ３と同様に、例えばレーザ溶接等によって形成される。溶接部Ｗ４が形成されるとき、絶縁緩衝部材８が溶接工程における台座としても機能する。

最外負極集電板１３Ａを除く負極集電板１３の先端部１３３ｂと、最外負極集電板１３Ａの先端部１３３ｂとは、互いに同一方向に沿って延在している。具体的には、上記先端部１３３ｂは、方向Ｘの他方側に向かって延在している。このため、各正極集電板１２の先端部１２３ｂの延在方向と、各負極集電板１３の先端部１３３ｂの延在方向とは、互いに反対になっている。

以上に説明した蓄電装置１は、蓄電セル１１を備える。蓄電セル１１は、一方向に積層された複数のバイポーラ電極１６を有する。蓄電セル１１を構成する電極がバイポーラ電極であることから、蓄電セル１１の内部抵抗を低減できる。バイポーラ電極１６の集電体２１は、少なくとも１つの位置決めマークＭを有する。そのため、蓄電セル１１の製造時において、セパレータ１７を介して複数のバイポーラ電極１６を積層する際、複数のバイポーラ電極１６を位置決めマークＭを利用して位置合わせできる。例えば位置決めマークＭに冶具を通すことによって複数のバイポーラ電極１６の位置合わせができる。或いは、位置決めマークＭをカメラで撮影して撮影画像を見ながら複数のバイポーラ電極１６の位置合わせができる。このように、位置決めマークＭを利用して位置決めができるので、蓄電セル１１及び蓄電装置１の構成は、複数のバイポーラ電極１６間の位置ずれを抑制可能な構成である。よって、蓄電セル１１を設計する際に、上記位置ずれを考慮した設計（例えばマージンを含めること）が不要である。その結果、体積あたりのエネルギー密度の向上が図れ、蓄電セル１１及び蓄電装置１のエネルギー効率を向上可能である。

蓄電セル１１が有する複数のバイポーラ電極１６の数が多いほど位置ずれの影響が大きくなる。そのため、蓄電セル１１及び蓄電装置１の構成は、蓄電セル１１が有する複数のバイポーラ電極１６の数が１０以上である場合に、一層有効である。蓄電セル１１及び蓄電装置１の構成は、蓄電セル１１が有する複数のバイポーラ電極１６の数が５０以上である場合、更には、８０以上である場合により一層有効である。

バイポーラ電極１６が有する集電体２１の縦横比が大きい（主面の面積が大きい）場合にも、位置ずれの影響が大きくなる。そのため、蓄電セル１１及び蓄電装置１の構成は、バイポーラ電極１６が有する集電体２１の縦横比が大きい（主面の面積が大きい）場合に、一層有効である。

上記実施形態で説明した蓄電セル１１及びそれを含む蓄電装置１は、バイポーラ電極１６を用いた全固体電池である。したがって、蓄電セル１１内に電解液は含まれない。仮に、バイポーラ電極及び電解液を含む蓄電セルにおいて、バイポーラ電極が有する集電体に、図４又は図５を利用して説明した位置決めマークを形成すると、隣接する電極間が電解液を介して短絡する。これに対して、本実施形態のように蓄電セル１１が全固体電池であれば、上記短絡が生じない。蓄電セル１１及びそれを含む蓄電装置１の構成は、電解質が固体電解質である場合或いは粘度が０．１Ｐａ・Ｓ以上のゲル状電解質である全固体電池に対して非常に有効である。

位置決めマークＭは、集電体２１の長辺２１ｃ（接続部材３，４が配置される側の辺）からより離れた位置（例えば、長辺２１ｃと反対側の長辺２１ｄ寄り）に形成されている場合、長辺２１ｃと長辺２１１ａの間に位置決めマークＭを形成する領域を確保する必要がない。そのため、長辺２１ｃと長辺２１１ａの間の距離を短くできる。その結果、蓄電セル１１及び蓄電装置１の薄型化（方向Ｚに沿った長さの短縮化）を図りながら、保持部材１５において、図４（又は図５）の長辺２１ｃ側のハッチング領域に対応する部分の厚さ（方向Ｚに沿った長さ）を厚くできる。蓄電装置１では、長辺２１ｃ側に接続部材３（又は接続部材４）が配置される。接続部材３（又は接続部材４）と集電体２１の長辺２１ｃ（特に長辺２１ｃのうちハッチング領域に対応する部分）との間の保持部材１５が厚い（長い）と、接続部材３（又は接続部材４）と集電体２１との短絡を一層抑制可能である。

位置決めマークＭが、第２領域２１２のうち図４（又は図５）に示した領域以外に形成されている形態では、長辺２１ｃと長辺２１１ａの間及び長辺２１ｄと長辺２１１ｂとの間に位置決めマークＭを形成する領域を確保する必要がない。そのため、長辺２１ｃと長辺２１１ａの間の距離及び長辺２１ｄと長辺２１１ｂとの間の距離を短くできる。その結果、蓄電セル１１及び蓄電装置１の薄型化（方向Ｚの長さの短縮化）を図りながら、保持部材１５において、図４（又は図５）のハッチング領域に対応する部分の厚さ（方向Ｚに沿った長さ）を厚くできる。蓄電装置１では、長辺２１ｃ側に接続部材３（又は接続部材４）が配置されるので、前述したように、接続部材３（又は接続部材４）と集電体２１との短絡を一層抑制可能である。更に、例えば蓄電装置１を自動車に搭載する際、集電体２１のうち長辺２１ｄ側が下側（自動車における蓄電装置１の搭載面側）になる傾向にある。この場合、集電体２１の長辺２１ｄ（特に長辺２１ｄのうちハッチング領域に対応する部分）に対応する保持部材１５が厚いと、振動の影響低減に寄与するともに、保持部材１５内への異物（水を含む）の侵入を防止し易い。

集電体２１に複数の位置決めマークＭが形成されている形態では、集電体２１の回転動作も規制できるので、複数のバイポーラ電極１６の位置決めをより正確に実施できる。２つの位置決めマークＭのうちの一方に対して他方がより遠くに配置されていれば、位置決めをより正確に実施できる。複数の位置決めマークＭのうち少なくとも２つの位置決めマークＭの種類が異なっている形態では、それぞれの位置決めマークＭの特性を組み合わせた位置決めが可能である。例えば、一方の種類（例えば、切欠き又は長孔）の位置決めマークＭによって粗く位置決めをした後、他方の種類（例えば丸孔）の位置決めマークＭで精密に位置決めをすることができる。これにより、例えば、正極層及び負極層への位置決めの際のダメージを低減できる。

集電体２１の第２領域２１２において位置決めマークＭの部分も保持部材１５で被覆すれば、位置決めマークＭ内にも保持部材１５が充填される。そのため、例えば、バイポーラ電極１６が振動の影響を受けにくい。

保持部材１５は、電極積層体１４の外周面１４ｃ上に設けられている。このため、電極積層体１４の外周面１４ｃを保持部材１５によって保護できる。

以上、本発明の実施形態を説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々の変更が可能である。例えば、本発明に係る蓄電装置は、蓄電セルと集電体とを備えていればよい。上記実施形態では、蓄電セルの形状は方向Ｘから見て略矩形状であるが、これに限られない。蓄電セルの形状は、方向Ｘから見て三角形状、五角形状等の多角形状であってもよいし、円形状であってもよいし、楕円形状であってもよい。同様に、各集電板等の形状も、上記実施形態に限定されない。正極集電板及び負極集電板の形状は例示した形状に限定されない。

上記実施形態では、保持部材の形状は、電極積層体の外周面を封止するように略矩形枠形状であるが、例えば、保持部材は、方向Ｚにおいて蓄電セルと、当該蓄電セルに接触する集電板の先端部（長辺２１ｃ，２１ｄ）との間に位置し、且つ、当該先端部に接触していればよい。この場合であっても、当該先端部は保持部材の外周面に接触されるので、当該保持部材が溶接部を形成する際の台座として機能する。

上記実施形態では、セルスタック内の蓄電セルは並列接続されているが、これに限られない。例えば、蓄電セル同士は直列接続されていてもよい。この場合、蓄電装置の正極として機能する一方の接続部材は、セルスタックに含まれる複数の蓄電セルのうち１つに接続されればよい。蓄電装置の負極として機能する他方の接続部材は、上記１つの蓄電セルとは異なる蓄電セルに接続されればよい。

上記実施形では、蓄電セルと、正極集電板と、負極集電板とが互いに別体となっているが、これに限られない。例えば、蓄電セルと、正極集電板と、負極集電板とは、互いに一体化されてもよい。この場合、例えば保持部材が、電極積層体と、正極集電板と、負極集電板とを一体化してもよい。これにより、電極積層体と、正極集電板及び負極集電板との接触を確保できる。セルスタックには、蓄電セル、正極集電板及び負極集電板が互いに一体化されたユニットと、正極集電板及び負極集電板が別体である蓄電セルとの両方が含まれてもよい。この場合、当該ユニットと蓄電セルとが、方向Ｘに沿って交互に配列される。

１…蓄電装置、２…セルスタック、３…接続部材、４…接続部材、１１…蓄電セル、１２…正極集電板、１３…負極集電板、１４…電極積層体、１５…保持部材、１６…バイポーラ電極、１７…セパレータ、２１…集電体、２１ａ…主面（第１主面）、２１ｂ…主面（第２主面）、２１ｃ…長辺、２１ｄ…長辺、２１１…第１領域、２１１ａ…長辺、２１１ｂ…長辺、２１２…第２領域、２２…正極層、２３…負極層。

Claims (6)

1. 複数のバイポーラ電極が、固体又はゲル状の電解質を含むセパレータを介して一方向に積層された電極積層体と、
   前記複数のバイポーラ電極を保持するとともに、前記電極積層体の側面を封止する保持部を有する蓄電セルと、
   を備え、
   前記バイポーラ電極は、
   第１主面及び前記第１主面と反対側に位置する第２主面を有する集電体と、
   前記第１主面上に配置された正極層と、
   前記第２主面上に配置された負極層と、
   を有し、
   前記正極層及び前記負極層は、前記集電体における第１領域上に配置されており、
   前記集電体において、前記第１領域より外側の領域である第２領域に少なくとも１つの位置決めマークが配置されている、
   蓄電セル。
2. 前記集電体及び前記第１領域の形状は、前記一方向から前記集電体をみた場合、矩形であり、
   前記集電体及び前記第１領域の長手方向は同じ方向であり、
   前記少なくとも１つの位置決めマークは、前記一方向から前記集電体をみた場合に、前記第２領域のうち、前記集電体の長辺における前記第１領域の長辺と対向する部分と、前記第１領域の長辺との間の領域以外に配置されている、
   請求項１に記載の蓄電セル。
3. 前記少なくとも１つの位置決めマークは、孔又は切欠きである、
   請求項１又は２に記載の蓄電セル。
4. 前記少なくとも１つの位置決めマークは、複数の位置決めマークを有しており、
   前記複数の位置決めマークのうち少なくとも２つの位置決めマークの種類が異なる、
   請求項１〜３の何れか一項に記載の蓄電セル。
5. 請求項１〜４の何れか一項に記載の蓄電セルと、
   前記一方向において前記蓄電セルに隣接しており前記蓄電セルと電気的に接続される集電板と、
   を備える、
   蓄電装置。
6. 前記集電板を介して前記蓄電セルに電気的に接続される接続部材を更に備え、
   前記少なくとも１つの位置決めマークは、前記集電体における前記接続部材側の辺と反対側の辺寄りに配置されている、
   請求項５に記載の蓄電装置。

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