JP2020087852A - 蓄電モジュールの製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】電解液の漏液経路の形成を抑制した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、バイポーラ電極３２、及び、バイポーラ電極３２の周縁に接合された第１樹脂部５２Ｂ、を含む複数の電極ユニット６０Ｂが積層された積層体６５Ｂを金型１００の内側に配置する工程と、金型１００の内側に樹脂を注入して、積層体６５Ｂの側面６５Ｂａを構成する第１樹脂部５２Ｂを樹脂によって封止する第２樹脂部５４を樹脂成形する工程と、を含む。配置する工程では、積層方向の一方側から他方側に向かってバイポーラ電極３２の周縁からの第１樹脂部５２Ｂの突出量が大きくなっている積層体６５Ｂを配置する。樹脂成形する工程では、積層方向の他方側から一方側に向かって金型１００の内側へ樹脂を注入する。【選択図】図５

Description

本発明の一側面は、蓄電モジュールの製造方法に関する。

特許文献１には、積層された複数の電極と、複数の電極の周縁に沿ってそれぞれ配置された複数の一次封止体と、複数の一次封止体の外縁を被覆する二次封止体と、を有する蓄電装置が開示されている。

国際公開２０１８／０５５８５８号

上記のような蓄電装置を製造する場合、一例として、二次封止体は、射出成型によって形成される。すなわち、周縁に一次封止体を有する複数の電極によって構成される積層体が金型の内側に配置された状態で、金型に形成された注入口から樹脂が注入されることによって、二次封止体が形成される。しかしながら、金型の注入口の下方では、注入された樹脂によって一次封止体が部分的に溶融され得る。この場合、一次封止体が溶融されることによって、一次封止体の外縁から電極の周縁が露出し得る。これにより、電極間の電解液の漏液経路が形成される虞がある。

本発明の一形態は、電解液の漏液経路の形成を抑制した蓄電モジュール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モジュールの製造方法は、電極、及び、電極の周縁に接合された一次封止体、を含む複数の電極ユニットが積層された積層体を金型の内側に配置する工程と、金型の内側に樹脂を注入して、積層体の側面を構成する一次封止体を樹脂によって封止する二次封止体を樹脂成形する工程と、を含む。配置する工程では、積層方向の一方側から他方側に向かって電極の周縁からの一次封止体の突出量が大きくなっている積層体を配置する。樹脂成形する工程では、積層方向の他方側から一方側に向かって金型の内側へ樹脂を注入する。

この蓄電モジュールの製造方法では、金型の内側に注入された樹脂によって、積層体の周縁に二次封止体が形成される。樹脂は、積層体の積層方向の他方側から一方側に向かって金型の内側へ注入される。そのため、積層方向の他方側においては、積層体を構成する一次封止体の溶融が想定され得る。一側面に係る方法では、溶融が想定される積層方向他方側における一次封止体の突出量が予め大きくに形成されている。そのため、金型の内側に注入された樹脂によって一次封止体が溶融されたとしても、電極の周縁が露出することが抑制される。したがって、漏液経路の形成が抑制される。

蓄電モジュールの製造方法は、配置する工程よりも前に、電極の周縁からの一次封止体の突出量が同じである複数の電極ユニットを積層し、積層された複数の電極ユニットの一次封止体の外縁を加工することによって、積層方向の一方側から他方側に向かって電極の周縁からの一次封止体の突出量が大きくなった積層体を得る工程を、さらに含んでもよい。この構成では、積層方向の一方側から他方側に向かって幅広になる一次封止体を容易に形成することができる。

本発明の一側面に係る蓄電モジュールの製造方法によれば、電解液の漏液経路の形成を抑制できる。

蓄電モジュールを備える蓄電装置の一例を示す概略断面図である。 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。 蓄電モジュールを構成する積層体を示す概略断面図である。 蓄電モジュールを構成する積層体を示す概略断面図である。 金型と金型内に配置された積層体とを示す概略断面図である。

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。説明に際しては、図面に示されたＸＹＺ直交座標系を参照する場合がある。なお、一例として、ＸＹ平面は水平面であり、Ｚ方向は上下方向である。また、特に説明がない場合、「幅」はＸＹ平面内における長さを意味し、「高さ」はＺ方向における長さを意味する。

図１は、蓄電モジュールを備える蓄電装置の一例を示す概略断面図である。同図に示す蓄電装置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は例えば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が、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を介して積層され得る。積層方向Ｄ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有する。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、蓄電モジュール１２の積層方向Ｄ（Ｚ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Ｄに直列に接続される。積層方向Ｄ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、積層方向Ｄに交差する方向（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。

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Ｄに交差する方向（Ｙ方向）に延在する。積層方向Ｄ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Ｄ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Ｄ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有する。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Ｄ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Ｈ１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Ｄ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Ｈ２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。

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Ｈ１に通され、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Ｄに拘束荷重が付加される。

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。蓄電モジュール１２は、複数のバイポーラ電極（電極）３２が積層された電極積層体３０を備える。電極積層体３０は、バイポーラ電極３２の積層方向Ｄから見て、例えば矩形形状を有する。隣り合うバイポーラ電極３２間にはセパレータ４０が配置され得る。バイポーラ電極３２は、電極板３４と、電極板３４の一方面に設けられた正極３６と、電極板３４の他方面に設けられた負極３８とを含む。電極積層体３０において、一のバイポーラ電極３２の正極３６は、セパレータ４０を挟んで積層方向Ｄに隣り合う一方のバイポーラ電極３２の負極３８と対向し、一のバイポーラ電極３２の負極３８は、セパレータ４０を挟んで積層方向Ｄに隣り合う他方のバイポーラ電極３２の正極３６と対向している。

積層方向Ｄにおいて、電極積層体３０の一端には、内側面に負極３８が配置された電極板３４（負極側終端電極）が配置され、電極積層体３０の他端には、内側面に正極３６が配置された電極板３４（正極側終端電極）が配置される。負極側終端電極の負極３８は、セパレータ４０を介して最上層のバイポーラ電極３２の正極３６と対向している。正極側終端電極の正極３６は、セパレータ４０を介して最下層のバイポーラ電極３２の負極３８と対向している。これら終端電極の電極板３４はそれぞれ隣り合う導電板１４（図１参照）に接続される。

蓄電モジュール１２は、積層方向Ｄに延在する電極積層体３０の側面３０ａにおいて電極板３４の周縁３４ａを保持する枠体５０を備える。枠体５０は、積層方向Ｄから見て電極積層体３０の周囲に設けられている。すなわち、枠体５０は、電極積層体３０の側面３０ａを取り囲むように構成されている。枠体５０は、電極板３４の周縁３４ａを保持する第１樹脂部（一次封止体）５２と、積層方向Ｄから見て第１樹脂部５２の周囲に設けられる第２樹脂部（二次封止体）５４とを備え得る。

枠体５０の内壁を構成する第１樹脂部５２は、各バイポーラ電極３２の電極板３４の一方面（正極３６が形成される面）から周縁３４ａにおける電極板３４の端面にわたって設けられている。本実施形態では、バイポーラ電極３２の周縁に第１樹脂部５２が形成されることによって電極ユニット６０が構成されている。積層方向Ｄから見て、各第１樹脂部５２は、各バイポーラ電極３２の電極板３４の周縁３４ａ全周にわたって設けられている。隣り合う第１樹脂部５２同士は、各バイポーラ電極３２の電極板３４の他方面（負極３８が形成される面）の外側に延在する面において当接している。その結果、第１樹脂部５２には、各バイポーラ電極３２の電極板３４の周縁３４ａが埋没して保持されている。各バイポーラ電極３２の電極板３４の周縁３４ａと同様に、電極積層体３０の両端に配置された電極板３４の周縁３４ａも第１樹脂部５２に埋没した状態で保持されている。これにより、積層方向Ｄに隣り合う電極板３４，３４間には、当該電極板３４，３４と第１樹脂部５２とによって気密に仕切られた内部空間Ｖが形成されている。当該内部空間Ｖ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。

枠体５０の外壁を構成する第２樹脂部５４は、積層方向Ｄを軸方向として延在する筒状体である。第２樹脂部５４は、積層方向Ｄにおいて電極積層体３０の全長にわたって延在する。第２樹脂部５４は、積層方向Ｄに延在する第１樹脂部５２の外側面を覆っている。第２樹脂部５４は、積層方向Ｄから見て内側において第１樹脂部５２に溶着されている。

電極板３４は、例えばニッケルからなる矩形の金属箔である。電極板３４の周縁３４ａは、正極活物質及び負極活物質が塗工されない未塗工領域となっており、当該未塗工領域が枠体５０の内壁を構成する第１樹脂部５２に埋没して保持される領域となっている。正極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。電極板３４の他方面における負極３８の形成領域は、電極板３４の一方面における正極３６の形成領域に対して一回り大きくなっている。

セパレータ４０は、例えばシート状に形成されている。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。枠体５０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）、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。

本実施形態では、セパレータ４０を介して積層された複数の電極ユニット６０によって積層体６５が構成される。そして、積層体６５の第１樹脂部５２の外周（側面）に対して、射出成形によって第２樹脂部５４が形成されている。

以下、蓄電モジュール１２の製造方法の一例について説明する。図３は、蓄電モジュールを構成する積層体を示す概略断面図である。図４は、蓄電モジュールを構成する積層体を示す概略断面図である。図５は、金型と金型内に配置された積層体とを示す概略断面図である。

一例の製造方法では、まず、未加工の積層体６５Ａが用意される。積層体６５Ａは、蓄電モジュール１２における積層体６５に相当する部分である。図３に示すように、積層体６５Ａは、セパレータ４０を介して積層された複数の電極ユニット６０Ａによって構成されている。電極ユニット６０Ａは、バイポーラ電極３２の周縁に第１樹脂部５２Ａが形成されることによって構成されている。第１樹脂部５２Ａは、積層方向Ｄに交差する方向（例えばＸ方向）において、蓄電モジュール１２を構成する第１樹脂部５２よりも大きい幅を有する。積層されている複数の電極ユニット６０Ａ同士において、それぞれの第１樹脂部５２Ａは互いに同じ大きさの幅を有している。第１樹脂部５２Ａは、例えば、樹脂によって形成されたシート体を打ち抜くことによって製造され得る。第１樹脂部５２Ａは、例えば溶着等により電極板３４の周縁３４ａに接合される。

続いて、積層体６５Ａの外周を構成する第１樹脂部５２Ａが加工され、積層体６５Ｂが形成される（図４参照）。この工程では、積層体６５Ａにおいて、Ｚ方向（積層方向Ｄ）の下側（一方側）から上側（他方側）に向かって、バイポーラ電極３２の周縁からの第１樹脂部５２Ａの突出量が大きくなるように、第１樹脂部５２Ａの外縁が加工される。図４では、加工後の第１樹脂部５２Ａが第１樹脂部５２Ｂとして示されている。積層体６５Ａの第１樹脂部５２Ａは、第１樹脂部５２Ａを溶融する加熱装置によって加工され得る。すなわち、加熱装置によって第１樹脂部５２Ａの外縁を削り取るように加工することができる。一例として、加熱装置は、第１樹脂部５２Ａの溶融温度よりも高い温度に加熱できる加熱面を有するスクレーパなどを用いてもよい。

加工の一例について説明する。まず、治具等によって積層体６５Ａを上下方向から挟持した状態で固定する。この場合、積層体６５Ａの外周を構成する第１樹脂部５２Ａは、治具から露出している。続いて、加熱面が積層方向Ｄに対して傾斜するように配置された加熱装置を第１樹脂部５２Ａの外縁に沿ってＸ方向又はＹ方向に相対的に移動させる。この移動により、傾斜した加熱面に沿った形状となるように、第１樹脂部５２Ａの外縁が溶融されながら削り取られる。

このように加工された積層体６５Ｂは、セパレータ４０を介して積層された複数の電極ユニット６０Ｂによって構成されている。電極ユニット６０Ｂは、バイポーラ電極３２の周縁に第１樹脂部５２Ｂが形成されることによって構成されている。上述のような加工を経ることによって、積層体６５Ｂでは、Ｚ方向の下側から上側に向かって、バイポーラ電極３２の外縁からの第１樹脂部５２Ｂの突出量（幅）が大きくなっている。すなわち、積層体６５Ｂは、積層方向Ｄに対して傾斜した側面６５Ｂａを有する。なお、突出量は、一例として、バイポーラ電極３２の外縁から第１樹脂部５２Ｂの外縁までの距離として定義され得る。

続いて、積層体６５Ｂが金型１００の内側に配置される。そして、金型１００の内側に樹脂が注入されて、積層体６５Ｂの周縁に第２樹脂部５４が樹脂成形される。図５に示すように、金型１００は、積層方向Ｄを上下方向とした場合に、上側に配置される上部金型１１０と、下側に配置される下部金型１３０とを有する。例えば、金型１００では、下部金型１３０が固定されており、下部金型１３０に対して当接及び離間するように上部金型１１０が上下動可能となっていてもよい。

上部金型１１０は、積層方向Ｄに交差（直交）する方向に延在する主壁１１１を有する。主壁１１１には、主壁１１１を積層方向Ｄに貫通する貫通孔１１２が形成されている。貫通孔１１２の数は、１つ以上であれば特に限定されない。本実施形態では、平面視において矩形状をなす上部金型１１０の各辺に対応して、それぞれ１つずつ貫通孔１１２が設けられている。すなわち、主壁１１１には４つの貫通孔１１２が形成されている。図示例の貫通孔１１２は、主壁１１１の周縁の近傍に形成されている。この貫通孔１１２は、金型１００内に樹脂を注入する際の注入口として使用される。積層方向Ｄから見て、主壁１１１の周縁には、積層方向Ｄに沿って下部金型１３０側に突出する周壁１１３が形成されている。また、主壁１１１の下面（内面）の中央には、周壁１１３から離間した位置において、積層方向Ｄに沿って下部金型１３０側に突出する突出部１１５が形成されている。突出部１１５は、例えば矩形柱状をなしている。

下部金型１３０は、積層方向Ｄに交差（直交）する方向に延在する主壁１３１を有する。積層方向Ｄから見て、主壁１３１の周縁には、積層方向Ｄに沿って上部金型１１０側に突出する周壁１３３が形成されている。本実施形態では、積層方向Ｄにおける周壁１３３の高さは、上部金型１１０の周壁１１３の高さよりも大きくなっている。また、主壁１３１の上面（内面）の中央には、周壁１３３から離間した位置において、積層方向Ｄに沿って上部金型１１０側に突出する突出部１３５が形成されている。突出部１３５は、例えば矩形柱状をなしている。

上部金型１１０に形成された突出部１１５と下部金型１３０に形成された突出部１３５とは、積層方向Ｄから見て同形状であり、互いに重なる位置に形成されている。上部金型１１０の突出部１１５と下部金型１３０の突出部１３５とは、上部金型１１０及び下部金型１３０が互いに当接された状態において、互いに離間している。本実施形態では、突出部１１５と突出部１３５とによって積層体６５Ｂが積層方向Ｄに挟持される。積層体６５Ｂが挟持されている状態において、積層体６５Ｂの側面６５Ｂａを含む周縁は、積層方向Ｄから見て突出部１１５，１３５よりも外方に突出している。

積層体６５Ｂが金型１００の内側に配置された状態では、金型１００の内側に空間ＳＰが画定されている。この空間ＳＰは、第２樹脂部５４を樹脂形成するための樹脂が充填される空間である。積層体６５Ｂの側面６５Ｂａは空間ＳＰに露出している。また、図示例では、積層体６５Ｂの上面６５Ｂｂの周縁は、主壁１１１に所定の距離を空けて対面している。また、下面６５Ｂｃの周縁は、主壁１３１に所定の距離を空けて対面している。射出形成の工程では、貫通孔１１２から樹脂が注入される。注入された樹脂は、上下方向（積層方向Ｄ）において、上側（他方側）から下側（一方側）に向かって移動する。これにより、空間ＳＰ内に樹脂が充填される。充填された樹脂が固化することによって第２樹脂部５４が形成され、蓄電モジュール１２が製造される。

以上説明したように蓄電モジュールの製造方法では、金型１００の内側に注入された樹脂によって、積層体６５Ｂの周縁に第２樹脂部５４が形成される。貫通孔１１２から注入された樹脂は、積層体６５Ｂの積層方向の上側から下側に向かって移動するように、金型１００の内側へ注入される。そのため、積層体６５Ｂを構成する第１樹脂部５２Ｂの一部が溶融されることが想定され得る。特に、積層体６５Ｂの上側であって貫通孔１１２に近い位置において、第１樹脂部５２Ｂが溶融されやすい。しかしながら、本実施形態では、溶融が想定される上側の第１樹脂部５２Ｂが予め幅広に形成されている。そのため、金型１００の内側に注入された樹脂によって第１樹脂部５２Ｂが溶融されたとしても、電極板３４の周縁が露出し難くなっている。したがって、電解液の漏液経路の形成が抑制される。

また、蓄電モジュールの製造方法は、それぞれが同じ幅の第１樹脂部５２Ａを有する複数の電極ユニット６０Ａを積層し、下側から上側に向かって第１樹脂部５２Ａの幅が大きくなるように、積層体６５Ａにおける第１樹脂部５２Ａの外縁を加工する工程を、含んでいる。この構成では、下側から上側に向かって幅広になる第１樹脂部５２Ｂを容易に形成することができる。

以上、実施形態について図面を参照して詳述したが、具体的な構成はこの実施形態に限られるものではない。

例えば、積層方向Ｄに対して傾斜した側面６５Ｂａを有する積層体６５を例示したがこれに限定されない。積層体は、積層方向の一方側から他方側に向かって電極の周縁からの一次封止体の突出量が大きくなっていればよく、例えば、段階的に一次封止体の幅が大きくなっていてもよい。

１２…蓄電モジュール、３２…バイポーラ電極（電極）、５２，５２Ａ，５２Ｂ…第１樹脂部（一次封止体）、５４…第２樹脂部（二次封止体）、６０，６０Ａ，６０Ｂ…電極ユニット、６５，６５Ａ，６５Ｂ…積層体、１００…金型、Ｄ…積層方向。

Claims (2)

1. 蓄電モジュールの製造方法であって、
   電極、及び、前記電極の周縁に接合された一次封止体、を含む複数の電極ユニットが積層された積層体を金型の内側に配置する工程と、
   前記金型の内側に樹脂を注入して、前記積層体の側面を構成する前記一次封止体を前記樹脂によって封止する二次封止体を樹脂成形する工程と、を含み、
   前記配置する工程では、積層方向の一方側から他方側に向かって前記電極の周縁からの前記一次封止体の突出量が大きくなっている前記積層体を配置し、
   前記樹脂成形する工程では、前記積層方向の他方側から一方側に向かって前記金型の内側へ前記樹脂を注入する、蓄電モジュールの製造方法。
2. 前記配置する工程よりも前に、前記電極の周縁からの前記一次封止体の突出量が同じである前記複数の電極ユニットを積層し、積層された前記複数の電極ユニットの前記一次封止体の外縁を加工することによって、前記積層方向の一方側から他方側に向かって前記電極の周縁からの前記一次封止体の突出量が大きくなった前記積層体を得る工程を、さらに含む、請求項１に記載の蓄電モジュールの製造方法。

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