JP2022076709A - 蓄電装置 - Google Patents

Abstract

【課題】集電体に対するスペーサの溶着不良を抑制する。【解決手段】一対の集電体３５は、積層方向Ｚに並んでいる。一対の活物質層３６は、積層方向Ｚにおける一対の集電体３５の間に配置されている。一対の活物質層３６は、積層方向Ｚにおいてセパレータ４０を介して互いに対向するように配置されている。スペーサ５０は、積層方向Ｚにおける一対の集電体３５の間に配置されている。スペーサ５０は、第１方向Ｘ及び第２方向Ｙにおいて一対の活物質層３６を取り囲むように、一対の集電体３５の縁部に沿って配置されている。スペーサ５０は、金属部材６０と、金属部材６０を覆う樹脂部材７０と、を備える。金属部材６０の第３金属面６３は、セル２０の外部に向けて樹脂部材７０から露出している。樹脂部材７０は、積層方向Ｚにおける一対の集電体３５と金属部材６０との間において一対の集電体３５に溶着している。【選択図】図１

Description

本発明は、蓄電装置に関する。

特許文献１に記載の蓄電装置は、複数のセルが積層方向に積層されている。セルは、積層方向に並ぶ一対の電極板と、一対の活物質層と、第一樹脂部と、を備えている。一対の活物質層は、積層方向における一対の電極板の間に配置されている。積層方向から見て、第１樹脂部は、電極板の縁部全周にわたって設けられている。

また、特許文献１に記載の蓄電装置は、複数のセルのうち、積層方向における一端に位置するセルの第一樹脂部に、積層方向における一方から治具を接触させている。これにより、治具から複数のセルの第一樹脂部に熱を伝達させて、第一樹脂部を電極板に溶着している。

特開２０１９－９１５９６号公報

ところで、特許文献１に記載される第一樹脂部の溶着方法では、治具から離れた位置にある第一樹脂部には、治具に近い位置にある第一樹脂部と比較して、治具から熱が伝達されにくい。そのため、治具から離れた位置にある第一樹脂部と、治具に近い位置にある第一樹脂部で、溶融のばらつきが生じるおそれがある。第一樹脂部の溶融のばらつきが生じると、電極板に対する第一樹脂部の溶着不良が生じるおそれがある。溶着不良が発生すると、第一樹脂部による蓄電装置の封止性能が低下するため好ましくない。

上記課題を解決する蓄電装置は、複数のセルが積層方向に積層されている蓄電装置であって、前記セルは、前記積層方向に並ぶ一対の集電体と、前記積層方向における一対の前記集電体の間に配置されたセパレータと、前記積層方向における一対の前記集電体の間に配置され、且つ前記積層方向において前記セパレータを介して互いに対向するように配置された一対の活物質層と、前記積層方向における一対の前記集電体の間に配置され、且つ前記積層方向に対して直交する直交方向において一対の前記活物質層を取り囲むように、一対の前記集電体の縁部に沿って配置されたスペーサと、を備え、前記スペーサは、金属部材と、前記金属部材を覆う樹脂部材と、を備え、前記金属部材は、前記セルの外部に向けて前記樹脂部材から露出する露出部を備え、前記樹脂部材は、前記積層方向における一対の前記集電体と前記金属部材との間において一対の前記集電体に溶着していることを特徴とする。

上記構成では、スペーサを集電体に溶着する際、積層方向に直交する直交方向における複数のセルの外側からスペーサを加熱すると、金属部材及び樹脂部材が昇温する。このとき、金属部材及び樹脂部材の各々の内部では、直交方向におけるセルの外部寄りの部分からセルの内部寄りの部分へと熱が伝わっていく。

ここで、金属は樹脂よりも熱伝導率が高い性質を有する。そのため、金属部材は、樹脂部材よりも早期に全体が昇温する。そして、樹脂部材は、直交方向における複数のセルの外側からの熱に加えて、金属部材からも熱が伝達されるようになる。樹脂部材が金属部材から熱を受けることにより、樹脂部材のうち、積層方向における一対の集電体と金属部材との間に位置する部分が、昇温に伴って溶融することで一対の集電体に溶着する。したがって、スペーサの全体が樹脂製である場合と比較して、スペーサにおける樹脂の溶融のばらつきが生じにくくなるため、集電体に対するスペーサの溶着不良を抑制できる。

蓄電装置において、前記露出部を含む前記金属部材の一部と、前記樹脂部材の一部とは、前記積層方向における一対の前記集電体の間に位置する領域から前記直交方向における前記セルの外側に突出し、前記積層方向に隣り合う前記セル同士の前記樹脂部材が溶着していてもよい。

上記構成によれば、金属部材の一部が、積層方向における一対の集電体の間に位置する領域から直交方向におけるセルの外側に突出している。そのため、直交方向における複数のセルの外側から複数のセルのスペーサが加熱される際、一対の集電体よりも、金属部材に熱が伝わりやすい。したがって、一対の集電体が金属部材よりも直交方向におけるセルの外側に突出する場合と比較して、金属部材を効率よく加熱できるため、金属部材から樹脂部材への熱の伝達に伴う一対の集電体への樹脂部材の溶着も効率よく行える。

また、上記構成によれば、樹脂部材の一部が、積層方向における一対の集電体の間に位置する領域から直交方向におけるセルの外側に突出している。積層方向に隣り合うセル同士の樹脂部材が溶着している。そのため、積層方向に隣り合うセルのスペーサの間で樹脂部材の境界がなくなるため、スペーサによる蓄電装置の内部の空間の封止性を向上できる。

蓄電装置において、前記樹脂部材は、前記金属部材のうち、前記積層方向における一対の前記集電体の間に位置する領域の全てを覆っていてもよい。
上記構成によれば、金属部材のうち、直交方向においてセルの内部寄りに位置する部分は、樹脂部材によって覆われることで蓄電装置の内部の空間に露出しない。そのため、空間に収容された電解液が金属部材に接触することを抑制できる。したがって、金属部材の材料の採用に際して電解液に対する耐性を考慮する必要がなくなるため、金属部材の材料の選択の自由度が向上する。

また、蓄電装置の使用に伴うガスの発生によってセルの内圧上昇が生じると、セルを構成する一対の集電体には互いに離れようとする力が作用する。こうして作用する力は、一対の集電体のうち、直交方向におけるセルの内部寄りの部分に作用しやすい。そのため、スペーサが接合する一対の集電体の部分のうち、直交方向において最もセルの内部寄りに位置する部分は、そのほかの部分よりも上記のセルの内圧上昇に伴う力が作用しやすい。こうした力が作用しやすい一対の集電体の部分では、一対の集電体がスペーサから離れることを抑制するために、一対の集電体に対するスペーサの接合強度を向上させることが好ましい。

上記構成によれば、金属部材のうち、直交方向において最もセルの内部寄りに位置する部分が樹脂部材によって覆われる。そのため、スペーサが接合する一対の集電体の部分のうち、直交方向において最もセルの内部寄りに位置する部分には、積層方向において金属部材が介在しない樹脂部材が接合される。したがって、一対の集電体のうち、セルの内圧上昇に伴う力が作用しやすい部分において、スペーサの接合強度を向上できる。

蓄電装置において、前記スペーサとは別体であるとともに、前記直交方向における前記セルの外側から複数の前記セルを覆う樹脂製の被覆部材をさらに備えてもよい。
上記構成によれば、被覆部材によって、樹脂部材から露出する金属部材の露出部が覆われるため、露出部に水分が付着することによる金属部材の腐食を抑制できる。

蓄電装置において、前記金属部材の熱伝導率は一対の前記集電体の少なくとも一方の熱伝導率以上であることが好ましい。

この発明によれば、集電体に対するスペーサの溶着不良を抑制できる。

蓄電装置を示す断面図。 正極及びスペーサを示す上面図。 スペーサを示す斜視図。 セルスタックを形成する様子を説明するための断面図。 スペーサが集電体に溶着する前のセルスタックを拡大して示す断面図。 スペーサが集電体に溶着した後のセルスタックを拡大して示す断面図。

以下、蓄電装置を具体化した実施形態について、図１～図６を用いて説明する。なお、蓄電装置は、例えば、フォークリフト、ハイブリッド自動車、及び電気自動車等の各種車両のバッテリに用いられる。本実施形態の蓄電装置はリチウムイオン二次電池である。

図１に示すように、蓄電装置１０は、セルスタック１１と、正極通電板１２ａと、負極通電板１２ｂと、を備える。正極通電板１２ａ及び負極通電板１２ｂは、セルスタック１１を挟んで互いに対向している。正極通電板１２ａ及び負極通電板１２ｂは、金属製の良導電性材料で構成されている。セルスタック１１、正極通電板１２ａ、及び負極通電板１２ｂは、積層方向Ｚに積層している。積層方向Ｚは、正極通電板１２ａ及び負極通電板１２ｂにおける外面のうち、セルスタック１１と隣接する外面に垂直な方向である。セルスタック１１は、複数のセル２０が積層方向Ｚに積層された積層体である。

正極通電板１２ａ及び負極通電板１２ｂは、それぞれセルスタック１１と電気的に接続している。図示は省略しているが、正極通電板１２ａ及び負極通電板１２ｂの各々には端子が接続されている。この端子を通じて蓄電装置１０の充放電が行われる。

正極通電板１２ａのセルスタック１１と反対側、及び負極通電板１２ｂのセルスタック１１と反対側には、それぞれ、不図示の拘束板が設けられており、この一対の拘束板を複数の拘束ボルトや拘束バンドなどで接続することで、正極通電板１２ａ、セルスタック１１、及び負極通電板１２ｂを積層方向Ｚに拘束している。これにより、積層方向Ｚの拘束荷重が、セルスタック１１、正極通電板１２ａ、及び負極通電板１２ｂに付与されている。

各セル２０は、正極２１と、負極３１と、セパレータ４０と、スペーサ５０と、を備える。正極２１は、正極集電体２２及び正極活物質層２３を備える。正極活物質層２３は、正極集電体２２の一方面である正極表面２２ａに配置されている。正極集電体２２は、正極表面２２ａの裏面である正極裏面２２ｂに正極活物質層２３を有さない。負極３１は、負極集電体３２及び負極活物質層３３を備える。負極活物質層３３は、負極集電体３２の一方面である負極表面３２ａに配置されている。負極集電体３２は、負極表面３２ａの裏面である負極裏面３２ｂに負極活物質層３３を有さない。

以下では、正極集電体２２及び負極集電体３２を、集電体３５ともいう。各セル２０において、正極集電体２２と負極集電体３２とは積層方向Ｚに並んでいる。言い換えると、各セル２０は、積層方向Ｚに並ぶ一対の集電体３５を備えている。正極表面２２ａと負極表面３２ａとは、積層方向Ｚにおいて対向している。

以下では、正極活物質層２３及び負極活物質層３３を、活物質層３６ともいう。各セル２０において、正極活物質層２３と負極活物質層３３とは積層方向Ｚにおいて対をなすように並んでいる。言い換えると、各セル２０は、一対の活物質層３６を備えている。

各セル２０において、正極活物質層２３及び負極活物質層３３は、積層方向Ｚにおける正極集電体２２と負極集電体３２との間に配置されている。言い換えると、一対の活物質層３６は、積層方向Ｚにおける一対の集電体３５の間に配置されている。

図２に示すように、本実施形態における正極集電体２２は、積層方向Ｚから見た平面視で長方形状をなす。正極活物質層２３は、積層方向Ｚから見た平面視で、正極集電体２２よりも小さい長方形状をなす。図示は省略しているが、本実施形態における負極集電体３２は、積層方向Ｚから見た平面視で長方形状をなす。負極活物質層３３は、積層方向Ｚから見た平面視で、負極集電体３２よりも小さく、且つ正極活物質層２３よりも大きい長方形状をなす。

正極集電体２２及び負極集電体３２の短辺同士が同方向に延びており、長辺同士が同方向に延びている。正極集電体２２及び負極集電体３２の短辺が延びる方向を第１方向Ｘといい、正極集電体２２及び負極集電体３２の長辺が延びる方向を第２方向Ｙという。第１方向Ｘは積層方向Ｚと直交する方向である。第２方向Ｙは積層方向Ｚ及び第１方向Ｘの両方向と直交する方向である。以下では、第１方向Ｘ及び第２方向Ｙを直交方向ともいう。

図１に示すように、セパレータ４０は、積層方向Ｚにおける正極活物質層２３と負極活物質層３３との間に位置する。言い換えると、セパレータ４０は、積層方向Ｚにおける一対の集電体３５の間に配置されている。一対の活物質層３６は、積層方向Ｚにおいてセパレータ４０を介して互いに対向するように配置されている。

セパレータ４０は、基材層４１と、基材層４１の積層方向Ｚにおける両面に設けられた接着層４２と、を有してもよい。基材層４１の一方面に設けられた接着層４２は、積層方向Ｚにおいて正極活物質層２３と対向している。基材層４１の他方面に設けられた接着層４２は、積層方向Ｚにおいて負極活物質層３３と対向している。

セパレータ４０は、積層方向Ｚにおける正極活物質層２３と負極活物質層３３との間に位置することにより、正極２１と負極３１とを隔離する。セパレータ４０は、正極２１及び負極３１の接触による短絡を防止しつつ、リチウムイオン等の電荷担体を通過させる部材である。

積層方向Ｚから見た平面視で、正極活物質層２３の全体が負極活物質層３３と重なっている。積層方向Ｚから見た平面視で、セパレータ４０は、正極活物質層２３及び負極活物質層３３よりも大きい長方形状をなす。積層方向Ｚから見た平面視で、正極活物質層２３及び負極活物質層３３の各々の全体がセパレータ４０と重なっている。セパレータ４０の短辺は第１方向Ｘに沿って延びているとともに、セパレータ４０の長辺は第２方向Ｙに沿って延びている。

スペーサ５０は、積層方向Ｚにおいて隣り合う正極集電体２２と負極集電体３２との間に配置されている。言い換えると、スペーサ５０は、積層方向Ｚにおける一対の集電体３５の間に配置されている。

図２に示すように、スペーサ５０を積層方向Ｚから見た平面視において、スペーサ５０は四角枠状をなしている。スペーサ５０は、正極集電体２２の縁部及び負極集電体３２の縁部に沿って配置されている。スペーサ５０は、積層方向Ｚにおいて隣り合う正極集電体２２及び負極集電体３２のうち、正極集電体２２の正極表面２２ａと、負極集電体３２の負極表面３２ａと、に溶着している。

正極活物質層２３及び負極活物質層３３は、積層方向Ｚから見た平面視において、スペーサ５０の内周に位置する４辺によって取り囲まれている。言い換えると、スペーサ５０は、直交方向において一対の活物質層３６を取り囲むように、一対の集電体３５の縁部に沿って配置されている。

図１に示すように、矩形状のセパレータ４０は、その縁部の全周がスペーサ５０の内周面よりもセル２０の内部寄りに位置してもよい。この場合、矩形枠状のスペーサ５０は、第１方向Ｘ及び第２方向Ｙにおいてセパレータ４０を取り囲むように配置されている。矩形状のセパレータ４０は、その縁部の一部又は全てがスペーサ５０と集電体３５との間に挟みこまれるようにして保持されていてもよい。

セル２０の内部には、積層方向Ｚにおいて隣り合う正極集電体２２及び負極集電体３２と、スペーサ５０と、によって空間Ｓが区画形成されている。空間Ｓには、正極活物質層２３、負極活物質層３３、セパレータ４０、及び電解液が収容されている。

なお、正極集電体２２及び負極集電体３２は、化学的に不活性な電気伝導体である。正極集電体２２及び負極集電体３２を構成する材料としては、例えば、金属材料、導電性樹脂材料、及び導電性無機材料等を用いることができる。導電性樹脂材料としては、例えば、導電性高分子材料又は非導電性高分子材料に必要に応じて導電性フィラーが添加された樹脂等が挙げられる。正極集電体２２及び負極集電体３２は、前述した金属材料又は導電性樹脂材料を含む１以上の層を含む複数層を備えてもよい。

正極集電体２２の表面及び負極集電体３２の表面に、メッキ処理又はスプレーコート等の公知の方法により被覆層を形成してもよい。正極集電体２２及び負極集電体３２は、例えば、板状、箔状、シート状、フィルム状、及びメッシュ状等の形態に形成されていてもよい。

正極集電体２２及び負極集電体３２を金属箔とする場合、例えば、アルミニウム箔、銅箔、ニッケル箔、チタン箔又はステンレス鋼箔等を用いることができる。正極集電体２２及び負極集電体３２として、アルミニウム箔、銅箔、又はステンレス鋼箔を用いた場合、正極集電体２２及び負極集電体３２の機械的強度を確保することができる。正極集電体２２及び負極集電体３２は、上記金属箔の合金からなる箔又は異種金属を接合したクラッド材からなる箔であってもよい。箔状の正極集電体２２及び負極集電体３２を用いる場合、その厚みは、例えば、１～１００μｍとしてもよい。

正極通電板１２ａを構成する材料には、正極集電体２２を構成する材料と同じ材料を用いることができる。負極通電板１２ｂを構成する材料には、負極集電体３２を構成する材料と同じ材料を用いることができる。正極通電板１２ａ及び負極通電板１２ｂは、正極集電体２２及び負極集電体３２よりも厚い金属板で構成してもよい。

正極活物質層２３は、リチウムイオン等の電荷担体を吸蔵及び放出し得る正極活物質を含む。正極活物質としては、例えば、層状岩塩構造を有するリチウム複合金属酸化物、スピネル構造の金属酸化物、及びポリアニオン系化合物等、リチウムイオン二次電池の正極活物質として使用可能なものを採用すればよい。また、２種以上の正極活物質を併用してもよい。

負極活物質層３３は、リチウムイオンなどの電荷担体を吸蔵及び放出可能である単体、合金、又は化合物であれば、特に限定はなく使用可能である。負極活物質としては、例えば、リチウム、炭素、金属化合物、及びリチウムと合金化可能な元素もしくはその化合物等が挙げられる。炭素としては、天然黒鉛、人造黒鉛、ハードカーボン（難黒鉛化性炭素）、及びソフトカーボン（易黒鉛化性炭素）等を挙げることができる。人造黒鉛としては、高配向性グラファイト、メソカーボンマイクロビーズ等が挙げられる。リチウムと合金化可能な元素の例としては、例えば、シリコン（ケイ素）やスズなどが挙げられる。

活物質層３６は、必要に応じて電気伝導性を高めるための導電助剤、結着剤、電解質（ポリマーマトリクス、イオン伝導性ポリマー、電解液等）、及びイオン伝導性を高めるための電解質支持塩（リチウム塩）等をさらに含み得る。活物質層３６に含まれる成分、当該成分の配合比、及び活物質層３６の厚さは特に限定されず、リチウムイオン二次電池についての従来公知の知見が適宜参照され得る。活物質層３６の厚みは、例えば２～１５０μｍである。集電体３５の表面に活物質層を形成させるには、ロールコート法等の従来から公知の方法を用いてもよい。正極２１及び負極３１の熱安定性を向上させるために、集電体３５の少なくとも片面、又は活物質層３６の表面に、耐熱層を設けてもよい。耐熱層は、例えば、無機粒子と結着剤とを含み、その他に増粘剤等の添加剤を含んでもよい。

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、及びグラファイト等である。結着剤としては、ポリフッ化ビニリデン、ポリテトラフルオロエチレン、フッ素ゴム等の含フッ素樹脂、ポリプロピレン、ポリエチレン等の熱可塑性樹脂、ポリイミド、ポリアミドイミド等のイミド系樹脂、アルコキシシリル基含有樹脂、ポリアクリル酸やポリメタクリル酸等のアクリル系樹脂、スチレン－ブタジエンゴム（ＳＢＲ）、カルボキシメチルセルロース（ＣＭＣ）、アルギン酸ナトリウム、アルギン酸アンモニウム等のアルギン酸塩、水溶性セルロースエステル架橋体、デンプン－アクリル酸グラフト重合体を例示することができる。これらの結着剤は、単独で又は複数で用いられ得る。溶媒には、例えば、水、Ｎ－メチル－２－ピロリドン（ＮＭＰ）等が用いられる。

セパレータ４０の基材層４１は、例えば、電解質を吸収保持するポリマーを含む多孔性シート又は不織布であってもよい。基材層４１を構成する材料としては、例えば、ポリプロピレン、ポリエチレン、ポリオレフィン、及びポリエステルなどが挙げられる。基材層４１は、単層構造又は多層構造を有してもよい。多層構造は、例えば、耐熱層としてのセラミック層等を有してもよい。基材層４１には、電解質が含浸されてもよく、基材層４１自体を高分子電解質又は無機型電解質等の電解質で構成してもよい。

基材層４１に含浸される電解質としては、例えば、非水溶媒と非水溶媒に溶解した電解質塩とを含む液体電解質である電解液、又はポリマーマトリックス中に保持された電解質を含む高分子ゲル電解質等が挙げられる。

基材層４１に電解液が含浸される場合、その電解質塩として、ＬｉＣｌＯ_４、ＬｉＡｓＦ_６、ＬｉＰＦ_６、ＬｉＢＦ_４、ＬｉＣＦ_３ＳＯ_３、ＬｉＮ（ＦＳＯ_２）_２、ＬｉＮ（ＣＦ_３ＳＯ_２）_２等の公知のリチウム塩を使用できる。また、非水溶媒として、環状カーボネート類、環状エステル類、鎖状カーボネート類、鎖状エステル類、及びエーテル類等の公知の溶媒を使用できる。なお、これら公知の溶媒材料を二種以上組合せて用いてもよい。

本実施形態における正極集電体２２はアルミニウム箔である。本実施形態における負極集電体３２は銅箔である。本実施形態における正極活物質層２３は、複合酸化物としてのオリビン型リン酸鉄リチウム（ＬｉＦｅＰＯ_４）を含む。本実施形態における負極活物質層３３は、炭素系材料としての黒鉛を含む。本実施形態において、基材層４１には電解液が含浸されている。

次に、積層されてセルスタック１１を構成する前のセル２０について、スペーサ５０の構成を中心にさらに詳しく説明する。
図３に示すように、スペーサ５０は、金属部材６０と、金属部材６０を覆う樹脂部材７０と、を備える。金属部材６０の材料としては、アルミニウム及び銅のほか、ステンレス鋼（例えばＪＩＳＧ４３０５：２０１５にて規定されるＳＵＳ３０４、ＳＵＳ３１６、ＳＵＳ３０１等）が挙げられる。本実施形態の金属部材６０は、アルミニウムからなる。なお、本実施形態において、正極集電体２２はアルミニウムからなる。そのため、金属部材６０の熱伝導率は、正極集電体２２と同等であると言える。金属部材６０の熱伝導率は一対の集電体３５の少なくとも一方の熱伝導率以上であると言える。金属部材６０は、積層方向Ｚから見た平面視において、四角枠状をなす。

図４に示すように、金属部材６０は、積層方向Ｚに沿った断面形状が矩形状をなす。金属部材６０の表面は、一対の第１金属面６１と、第２金属面６２と、第３金属面６３と、から構成される。一対の第１金属面６１は、積層方向Ｚにおける金属部材６０の両端面である。第２金属面６２は、一対の第１金属面６１を繋ぐ金属部材６０の内周面である。第３金属面６３は、一対の第１金属面６１を繋ぐ金属部材６０の外周面である。

一方の第１金属面６１は、積層方向Ｚにおいて正極集電体２２の正極表面２２ａと対向している。他方の第１金属面６１は、積層方向Ｚにおいて負極集電体３２の負極表面３２ａと対向している。

樹脂部材７０は、絶縁材料を含む。樹脂部材７０は、正極集電体２２と負極集電体３２との間を絶縁することによって、それら両集電体間の短絡を防止する。なお、樹脂部材７０を構成する材料としては、例えば、ポリエチレン（ＰＥ）、ポリスチレン（ＰＳ）、ポリプロピレン（ＰＰ）、変性ポリプロピレン（変性ＰＰ）、ＡＢＳ樹脂、及びＡＳ樹脂等の種々の樹脂材料が挙げられる。

樹脂部材７０は、一対の第１金属面６１を覆う一対の第１樹脂部７１と、第２金属面６２を覆う第２樹脂部７２と、を備える。一方の第１樹脂部７１は、積層方向Ｚにおいて正極表面２２ａと第１金属面６１との間に位置している。他方の第１樹脂部７１は、積層方向Ｚにおいて負極表面３２ａと第１金属面６１との間に位置している。金属部材６０は、積層方向Ｚにおいて一対の第１樹脂部７１によって挟まれている。一対の第１樹脂部７１の各々は、積層方向Ｚから見た平面視で四角枠状をなしている。第２樹脂部７２は、一対の第１樹脂部７１の内周端同士を繋いでいる。

一対の第１樹脂部７１は、スペーサ５０に位置する一対の第１金属面６１の全体を覆っている。第２樹脂部７２は、スペーサ５０に位置する第２金属面６２の全体を覆っている。その一方で、第３金属面６３は、樹脂部材７０から露出している部分を有している。つまり、金属部材６０はセル２０の外部に向けて樹脂部材７０から露出する部分を有している。本実施形態において、第３金属面６３は、セル２０の外部に向けて樹脂部材７０から露出する露出部に相当する。

スペーサ５０は、積層方向Ｚにおいて、正極集電体２２と負極集電体３２とに重なる部分（領域Ｒ）を有している。図面では、二点鎖線で領域Ｒを図示している。領域Ｒは、金属部材６０及び樹脂部材７０のうち、積層方向Ｚにおける一対の集電体３５の間に位置する部分である。

第３金属面６３を含む金属部材６０の一部と、樹脂部材７０の一部とは、正極集電体２２及び負極集電体３２と積層方向Ｚに重なっておらず、セル２０の外側に突出する部分を構成している。金属部材６０のうち、スペーサ５０の領域Ｒを構成する部分を金属本体部６５といい、その領域Ｒを構成する部分（金属本体部６５）から積層方向Ｚに直交する方向に延びて、セル２０の外側に突出する部分を金属端部６６という。樹脂部材７０のうち、スペーサ５０の領域Ｒを構成する部分を樹脂本体部７５といい、その領域Ｒを構成する部分（樹脂本体部７５）から積層方向Ｚに直交する方向に延びて、セル２０の外側に突出する部分を樹脂端部７６という。

樹脂本体部７５は、一対の第１樹脂部７１のうち、金属本体部６５に位置する第１金属面６１を覆う部分と、第２樹脂部７２と、で構成される。スペーサ５０の積層方向Ｚにおける一対の集電体３５の間に位置する部分である領域Ｒでは、樹脂部材７０は、金属部材６０の全ての部分を覆っている。すなわち、樹脂部材７０のうちの樹脂本体部７５は、金属部材６０のうちの金属本体部６５の全てを覆っている。樹脂端部７６は、一対の第１樹脂部７１のうち、金属端部６６に位置する第１金属面６１を覆う部分を含んでいる。

次に、複数のセル２０が積層されてセルスタック１１を構成した状態で、さらに詳しくセル２０の構成について説明する。
図１に示すように、積層方向Ｚに隣り合う２つのセル２０のうち、一方のセル２０の正極裏面２２ｂと、他方のセル２０の負極裏面３２ｂと、が互いに接する。これにより、積層方向Ｚに隣り合う２つのセル２０において、一方のセル２０の正極２１と他方のセル２０の負極３１とが接している。

互いに接する正極２１及び負極３１によって疑似的なバイポーラ電極が形成されている。互いに接する正極集電体２２及び負極集電体３２が、バイポーラ電極の集電体として機能する。疑似的なバイポーラ電極の各々は、積層方向Ｚにおいて互いに接する正極集電体２２及び負極集電体３２と、正極活物質層２３及び負極活物質層３３と、を含む。疑似的なバイポーラ電極は、積層方向Ｚにおいてセパレータ４０と交互に積層されている。

蓄電装置１０は、積層方向Ｚにおける一端に正極２１を備えるとともに、積層方向Ｚにおける他端に負極３１を備える。正極通電板１２ａは、積層方向Ｚにおける一端に位置する正極２１の正極集電体２２に電気的に接続される。負極通電板１２ｂは、積層方向Ｚにおける他端に位置する負極３１の負極集電体３２に電気的に接続される。

積層方向Ｚに隣り合うセル２０において、樹脂端部７６同士が溶着されて一体化している。言い換えると、積層方向Ｚに隣り合うセル２０同士の樹脂部材７０が溶着している。こうして一体化された樹脂端部７６を封止体７６ａという。積層方向Ｚに隣り合うセル２０のスペーサ５０が封止体７６ａによって一体化されることにより、セルスタック１１を構成するセル２０の全てのスペーサ５０が一体化されている。封止体７６ａは、積層方向Ｚに隣り合うセル２０において、積層方向Ｚにおける金属端部６６同士の間に位置している。封止体７６ａは、正極集電体２２及び負極集電体３２の周縁部を覆っている。

スペーサ５０は、正極２１と負極３１との間の空間Ｓを封止する封止部としても機能する。スペーサ５０は、空間Ｓに収容された電解液が蓄電装置１０の外部に漏れることを防止し得る。スペーサ５０は、蓄電装置１０の外部から空間Ｓへと水分が侵入することを防止し得る。さらに、スペーサ５０は、例えば充放電反応等により正極２１又は負極３１で発生したガスが空間Ｓの外部に漏れることを防止し得る。

セルスタック１１として積層されたセル２０の各々において、一対の第１樹脂部７１は正極集電体２２及び負極集電体３２に溶着している。より詳細には、一方の第１樹脂部７１のうち、樹脂本体部７５に位置する部分が、正極表面２２ａに溶着している。他方の第１樹脂部７１のうち、樹脂本体部７５に位置する部分が、負極表面３２ａに溶着している。こうして溶着する第１樹脂部７１の部分は、積層方向Ｚにおいて、正極表面２２ａ及び負極表面３２ａと、一対の第１金属面６１との間に位置している。要するに、樹脂部材７０は、積層方向Ｚにおける一対の集電体３５と金属部材６０との間において一対の集電体３５に溶着していると言える。

蓄電装置１０は、樹脂製の被覆部材８０をさらに備えていてもよい。被覆部材８０を構成する材料としては、例えば、ポリエチレン（ＰＥ）、ポリスチレン（ＰＳ）、ポリプロピレン（ＰＰ）、変性ポリプロピレン（変性ＰＰ）、ＡＢＳ樹脂、及びＡＳ樹脂等の種々の樹脂材料が挙げられる。

被覆部材８０は、直交方向におけるセル２０の外側から複数のセル２０を覆っている。具体的には、被覆部材８０は、第１方向Ｘ及び第２方向Ｙにおけるセル２０の外側から複数のセル２０を覆っている。被覆部材８０は、スペーサ５０とは別体である。被覆部材８０は、各セル２０のスペーサ５０の表面に沿って設けられている。なお、スペーサ５０の表面への被覆部材８０の形成は、例えば、樹脂材の熱溶着、溶融した樹脂材の塗布、及びコーキング等の既知の手法を用いて行う。被覆部材８０は、積層方向Ｚにおいてセルスタック１１の一端の正極集電体２２に溶着するスペーサ５０から、積層方向Ｚにおいてセルスタック１１の他端の負極集電体３２に溶着するスペーサ５０まで延びている。

被覆部材８０は、スペーサ５０における封止体７６ａと第３金属面６３とに接している。セルスタック１１を構成する全てのセル２０での第３金属面６３が、被覆部材８０によって覆われている。

次に、セル２０の製造手順について説明する。
図４に示すように、正極２１、セパレータ４０、スペーサ５０、及び負極３１を順次積層していく。積層された正極２１、セパレータ４０、スペーサ５０、及び負極３１によってセル２０が構成される。なお、この時点では、スペーサ５０の樹脂部材７０は、正極集電体２２及び負極集電体３２に溶着していない。この時点では、スペーサ５０に封止体７６ａが形成されておらず、複数のセル２０のスペーサ５０同士は別体である。さらに、正極２１、セパレータ４０、スペーサ５０、及び負極３１の積層を繰り返すことで、複数のセル２０が積層方向Ｚに積層されてセルスタック１１が形成される。

続いて、図５に示すように、セルスタック１１において、樹脂部材７０を正極集電体２２及び負極集電体３２に溶着する。正極集電体２２及び負極集電体３２への樹脂部材７０の溶着は、例えばセルスタック１１を加熱炉の内部に収容することにより、セルスタック１１を加熱することで行ってもよい。この場合、図５に白抜き矢印で示すように、第２方向Ｙにおける複数のセル２０の外側と、第１方向Ｘにおける複数のセル２０の外側と、から複数のセル２０のスペーサ５０が加熱される。スペーサ５０の加熱によって、樹脂部材７０が溶融する。その後、セルスタック１１を加熱炉から取り出す等して、スペーサ５０の加熱が停止されると、溶融した樹脂部材７０が硬化していく。

図６に示すように、溶融した樹脂部材７０が硬化すると、セル２０の各々において、一対の第１樹脂部７１が正極集電体２２及び負極集電体３２に溶着する。積層方向Ｚにおいて隣り合うセル２０の樹脂端部７６同士が溶着して封止体７６ａが形成される。その後、セル２０の空間Ｓへの電解液の注入を行う。空間Ｓへの電解液の注入は、樹脂部材７０に設けた不図示の開口部を介して行ってもよい。そして、セルスタック１１に被覆部材８０を形成する。

次に、本実施形態の作用について説明する。
図５に示すように、スペーサ５０を集電体３５に溶着すべくスペーサ５０を加熱すると、金属部材６０及び樹脂部材７０が昇温する。このとき、第１方向Ｘ及び第２方向Ｙにおける複数のセル２０の外側から金属部材６０及び樹脂部材７０が加熱される。そのため、金属部材６０及び樹脂部材７０の内部では、直交方向におけるセル２０の外部寄りの部分からセル２０の内部寄りの部分へと熱が伝わっていく。詳細には、第２方向Ｙにおけるセル２０の両端部に位置する金属部材６０及び樹脂部材７０の内部では、第２方向Ｙに熱が伝わっていく。図示は省略しているが、第１方向Ｘにおけるセル２０の両端部に位置する金属部材６０及び樹脂部材７０の内部では、第１方向Ｘに熱が伝わっていく。

ここで、金属は樹脂よりも熱伝導率が高い性質を有する。そのため、金属部材６０は樹脂部材７０よりも早期に全体まで熱が伝わる。金属部材６０は、樹脂部材７０よりも早期に全体が昇温する。そして、樹脂部材７０は、加熱炉から受ける複数のセル２０の外側からの熱に加えて、金属部材６０からも熱が伝達されるようになる。一対の第１金属面６１から一対の第１樹脂部７１へと熱が伝達される。そして、一対の第１樹脂部７１が昇温する。

昇温に伴って一対の第１樹脂部７１が溶融すると、一方の第１樹脂部７１が正極集電体２２の正極表面２２ａに溶着するとともに、他方の第１樹脂部７１が負極集電体３２の負極表面３２ａに溶着する。これにより、集電体３５へのスペーサ５０の溶着が完了する。

上記実施形態によれば以下の効果を得ることができる。
（１）スペーサ５０は、金属部材６０と、金属部材６０を覆う樹脂部材７０と、を備える。そのため、スペーサ５０を集電体３５に溶着すべく直交方向における複数のセル２０の外側から複数のセル２０のスペーサ５０を加熱すると、樹脂部材７０には、直交方向における複数のセル２０の外側から受ける熱に加えて、金属部材６０からも熱が伝達されるようになる。樹脂部材７０が金属部材６０から熱を受けることにより、積層方向Ｚにおける一対の集電体３５と金属部材６０との間にある一対の第１樹脂部７１の全体に熱が伝わりやすくなる。これにより、一対の第１樹脂部７１の全体が、昇温に伴って溶融することで、一対の集電体３５に溶着する。したがって、スペーサ５０の全体が樹脂製である場合と比較して、スペーサ５０における樹脂の溶融のばらつきが生じにくくなるため、集電体３５に対するスペーサ５０の溶着不良を抑制できる。

（２）金属部材６０の一部が領域Ｒから直交方向におけるセル２０の外側に突出している。そのため、直交方向における複数のセル２０の外側から複数のセル２０のスペーサ５０が加熱される際、一対の集電体３５よりも、金属部材６０に熱が伝わりやすい。したがって、一対の集電体３５が金属部材６０よりも直交方向におけるセル２０の外側に突出する場合と比較して、金属部材６０を効率よく加熱できるため、金属部材６０から樹脂部材７０への熱の伝達に伴う一対の集電体３５への樹脂部材７０の溶着も効率よく行える。

また、樹脂部材７０の一部が領域Ｒから直交方向におけるセル２０の外側に突出している。積層方向Ｚに隣り合うセル２０同士の樹脂部材７０が溶着している。そのため、積層方向Ｚに隣り合うセル２０のスペーサ５０の間で樹脂部材７０の境界がなくなるため、スペーサ５０による空間Ｓの封止性を向上できる。

（３）樹脂部材７０は、金属部材６０のうち、スペーサ５０の領域Ｒに含まれる金属本体部６５の全てを覆っている。すなわち、金属部材６０のうち、直交方向においてセル２０の内部寄りに位置する第２金属面６２は、第２樹脂部７２によって覆われることで空間Ｓに露出しない。そのため、空間Ｓに収容された電解液に金属部材６０が接触することを抑制できる。したがって、金属部材６０の材料の採用に際して電解液に対する耐性を考慮する必要がなくなるため、金属部材６０の材料の選択の自由度が向上する。

また、蓄電装置１０の使用に伴うガスの発生によってセル２０の内圧上昇が生じると、セル２０を構成する一対の集電体３５には互いに離れようとする力が作用する。こうして作用する力は、一対の集電体３５のうち、直交方向におけるセル２０の内部寄りの部分に作用しやすい。そのため、スペーサ５０が接合する一対の集電体３５の部分のうち、直交方向において最もセル２０の内部寄りに位置する部分は、そのほかの部分よりも上記のセル２０の内圧上昇に伴う力が作用しやすい。こうした力が作用しやすい一対の集電体３５の部分では、一対の集電体３５がスペーサ５０から離れることを抑制するために、一対の集電体３５に対するスペーサ５０の接合強度を向上させることが好ましい。

本実施形態によれば、金属部材６０のうち、直交方向において最もセル２０の内部寄りに位置する第２金属面６２が第２樹脂部７２によって覆われる。そのため、スペーサ５０が接合する一対の集電体３５の部分のうち、直交方向において最もセル２０の内部寄りに位置する部分には、積層方向Ｚにおいて金属部材６０が介在しない樹脂部材７０が接合される。したがって、一対の集電体３５のうち、セル２０の内圧上昇に伴う力が作用しやすい部分において、スペーサ５０の接合強度を向上できる。

（４）被覆部材８０は、直交方向におけるセル２０の外側から複数のセル２０を覆っている。そのため、被覆部材８０によって、樹脂部材７０から露出する第３金属面６３が覆われるため、第３金属面６３に水分が付着することによる金属部材６０の腐食を抑制できる。

（５）金属部材６０の第３金属面６３は、セル２０の外部に向けて樹脂部材７０から露出している。そのため、直交方向における複数のセル２０の外側から複数のセル２０のスペーサ５０が加熱される際、第３金属面６３が樹脂部材７０によって覆われる場合よりも、金属部材６０に熱が伝わりやすい。したがって、金属部材６０を効率よく加熱できるため、金属部材６０から樹脂部材７０への熱の伝達に伴う一対の集電体３５への樹脂部材７０の溶着も効率よく行える。

なお、上記実施形態は、以下のように変更して実施することができる。上記の各実施形態及び以下の変更例は、技術的に矛盾しない範囲で互いに組み合わせて実施することができる。

○ 金属部材６０は、正極集電体２２及び負極集電体３２と積層方向Ｚに重なる部分のみで構成されてもよい。この場合の金属部材６０は、積層方向Ｚにから見た平面視において、正極集電体２２の縁部及び負極集電体３２の縁部から積層方向Ｚと直交する方向に突出する部分を有さない。

○ 樹脂部材７０は、正極集電体２２及び負極集電体３２と積層方向Ｚに重なる部分のみで構成されてもよい。この場合、樹脂部材７０は、積層方向Ｚにから見た平面視において、正極集電体２２の縁部及び負極集電体３２の縁部から積層方向Ｚと直交する方向に突出する部分を有さない。この場合、積層方向Ｚに隣り合うセル２０の樹脂部材７０同士は溶着されにくくなるが、蓄電装置１０に被覆部材８０を配置すれば、正極集電体２２と負極集電体３２との間の隙間を被覆部材８０によって塞ぐことができる。このように、被覆部材８０を配置することで、上記隙間に水分が侵入して正極集電体２２や負極集電体３２にダメージを与えることを抑制することができる。

○ 蓄電装置１０から被覆部材８０を省略してもよい。
○ スペーサ５０の領域Ｒにおいて、金属部材６０は、金属本体部６５の一部が樹脂部材７０から露出してもよい。例えば、金属部材６０は、第２金属面６２の一部が樹脂部材７０で覆われずに露出するとしてもよい。

○ 積層方向Ｚから見た平面視において、正極集電体２２及び負極集電体３２の形状は長方形状に限らない。例えば、積層方向Ｚから見た平面視で、正極集電体２２及び負極集電体３２は正方形状であってもよい。

○ 樹脂部材７０の一部が別体であってもよい。この場合においても、樹脂部材７０を、正極活物質層２３及び負極活物質層３３を囲むように配置することで、積層方向Ｚから見た平面視においてスペーサ５０が四角枠状をなすものにできる。

○ 金属部材６０の積層方向Ｚに沿った断面形状は、矩形状以外であってもよい。
○ 金属部材６０は、樹脂部材７０の内部で不連続に配置されてもよい。この場合も、実施形態と同様に、金属部材６０は、セル２０の外部に向けて樹脂部材７０から露出する露出部を備える。樹脂部材７０は、積層方向Ｚにおける一対の集電体３５と金属部材６０との間において一対の集電体３５に溶着している。

○ 金属部材６０は、アルミニウムに限らない。この場合も、金属部材６０の材料として、一対の集電体３５の少なくとも一方の熱伝導率以上である材料を採用することが好ましい。

○ 正極集電体２２の材料はアルミニウムに限らない。負極集電体３２の材料は銅に限らない。この場合も、金属部材６０の材料としては、熱伝導率が、一対の集電体３５の少なくとも一方の熱伝導率以上である材料を採用することが好ましい。

○ 集電体３５は、正極集電体２２及び負極集電体３２からなるものに限らない。例えば、蓄電装置１０は、正極集電体２２及び負極集電体３２の区別がない同一の集電体３５を備えてもよい。この場合の集電体３５は、積層方向Ｚにおいて、一方面に正極活物質層２３を備えるとともに、他方面に負極活物質層３３を備える。複数の集電体３５が積層方向Ｚに並んでいる。積層方向Ｚに並ぶ一対の集電体３５のうち、一方の集電体３５に位置する正極活物質層２３と、他方の集電体３５に位置する負極活物質層３３と、が積層方向Ｚにおいてセパレータ４０を介して互いに対向する。スペーサ５０は、積層方向Ｚにおける一対の集電体３５の間に配置される。

なお、この場合の集電体３５の材料としては、例えば、アルミニウム、銅、ニッケル、チタン、及びステンレス鋼等を挙げられる。この場合の金属部材６０の材料としては、熱伝導率が集電体３５の熱伝導率以上である材料を採用することが好ましい。例えば、集電体３５の材料にアルミニウムを採用した場合には、金属部材６０の材料としては、アルミニウムのほか、熱伝導率がアルミニウムの熱伝導率以上の材料を採用することが好ましい。

○ 金属部材６０の材料として、熱伝導率が一対の集電体３５の両方の熱伝導率未満である金属を採用してもよい。
○ 誘導加熱コイルや赤外線ヒータ等によってスペーサ５０を加熱することで、集電体３５へのスペーサ５０の溶着を行ってもよい。誘導加熱コイルによってスペーサ５０を加熱する場合は、例えば以下のように集電体３５へのスペーサ５０の溶着を行うことができる。

具体的には、蓄電装置１０の外部に設置されたコイルに電流を流すことで、磁力線が発生する。磁力線の影響を受けて、電磁誘導により金属部材６０に誘導電流が流れ、ジュール熱が発生して金属部材６０が昇温される。樹脂部材７０が金属部材６０から熱を受けることにより、樹脂部材７０のうち、積層方向Ｚにおける一対の集電体３５と金属部材６０との間に位置する部分が、昇温に伴って溶融することで一対の集電体３５に溶着する。この場合、金属部材６０の材料としては、抵抗が大きいものほどジュール熱は大きくなるため、抵抗の大きい材料を採用することが好ましい。具体的には、金属部材６０の材料としては、例えば、アルミニウムやステンレス鋼が挙げられる。誘導加熱コイルによってスペーサ５０を加熱する場合、加熱炉と比較して金属部材６０を選択的に昇温させることができる。すなわち、セル２０内部に配置されたセパレータ４０は熱の影響を受けにくいため、シャットダウン機能の損失を抑制できる。また、金属部材６０だけでなく、集電体３５も選択的に昇温させることができる。

○ 蓄電装置１０は、例えばニッケル水素二次電池等のリチウムイオン二次電池以外の二次電池であってもよい。蓄電装置１０は、電気二重層キャパシタであってもよいし、全固体電池であってもよい。

Ｒ…領域、Ｘ…第１方向、Ｙ…第２方向、Ｚ…積層方向、１０…蓄電装置、２０…セル、３５…集電体、３６…活物質層、４０…セパレータ、５０…スペーサ、６０…金属部材、６３…第３金属面、７０…樹脂部材、８０…被覆部材。

Claims (5)

1. 複数のセルが積層方向に積層されている蓄電装置であって、
   前記セルは、
   前記積層方向に並ぶ一対の集電体と、
   前記積層方向における一対の前記集電体の間に配置されたセパレータと、
   前記積層方向における一対の前記集電体の間に配置され、且つ前記積層方向において前記セパレータを介して互いに対向するように配置された一対の活物質層と、
   前記積層方向における一対の前記集電体の間に配置され、且つ前記積層方向に対して直交する直交方向において一対の前記活物質層を取り囲むように、一対の前記集電体の縁部に沿って配置されたスペーサと、を備え、
   前記スペーサは、
   金属部材と、前記金属部材を覆う樹脂部材と、を備え、
   前記金属部材は、前記セルの外部に向けて前記樹脂部材から露出する露出部を備え、
   前記樹脂部材は、前記積層方向における一対の前記集電体と前記金属部材との間において一対の前記集電体に溶着していることを特徴とする蓄電装置。
2. 前記露出部を含む前記金属部材の一部と、前記樹脂部材の一部とは、前記積層方向における一対の前記集電体の間に位置する領域から前記直交方向における前記セルの外側に突出し、
   前記積層方向に隣り合う前記セル同士の前記樹脂部材が溶着している請求項１に記載の蓄電装置。
3. 前記樹脂部材は、前記金属部材のうち、前記積層方向における一対の前記集電体の間に位置する領域の全てを覆っている請求項１又は請求項２に記載の蓄電装置。
4. 前記スペーサとは別体であるとともに、前記直交方向における前記セルの外側から複数の前記セルを覆う樹脂製の被覆部材をさらに備える請求項１～請求項３のうちいずれか一項に記載の蓄電装置。
5. 前記金属部材の熱伝導率は一対の前記集電体の少なくとも一方の熱伝導率以上である請求項１～請求項４のうちいずれか一項に記載の蓄電装置。

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