JP2022109062A - 蓄電装置 - Google Patents

Abstract

【課題】集電体に対するスペーサの熱溶着時に筒部材が塞がることを抑制する。【解決手段】スペーサ５０は、正極集電体３２の正極表面３２ａと、負極集電体２２の負極表面２２ａと、に溶着している。筒部材６０は、第１方向Ｘにおいてスペーサ５０を貫通している。内部部材４５は、筒部材６０の内部に配置される。正極表面３２ａ及び負極表面２２ａにおいてスペーサ５０が溶着する部分を被溶着部２７とする。筒部材６０は、積層方向Ｚから見て、被溶着部２７と重なる重なり領域Ｒを備える。内部部材４５は、積層方向Ｚから見て、少なくとも重なり領域Ｒの第１方向Ｘにおける第１領域端Ｒ１から第２領域端Ｒ２にわたって配置されている。内部部材４５を構成する材料は、融点がスペーサ５０を構成する樹脂及び筒部材６０を構成する樹脂より高い。【選択図】図２

Description

本発明は、蓄電装置に関する。

蓄電装置としては、複数積層する集電体と、正極活物質層と、負極活物質層と、スペーサと、を備えたものが知られている。正極活物質層は、集電体の積層方向における集電体の一方面に配置されている。負極活物質層は、積層方向における集電体の一方面と反対側の他方面に配置されている。スペーサは樹脂製であり、積層方向において隣り合う２つの集電体の間に配置されている。

また、特許文献１に記載の蓄電装置は、スペーサを貫通する樹脂製の筒部材を備えている。蓄電装置の内部への電解液の注入は、筒部材を介して行われている。

特開２０１２－５９４５０号公報

集電体に対してスペーサの熱溶着を行う場合、スペーサの昇温に伴って筒部材も昇温する。筒部材が溶融するまで昇温すると、筒部材の内面同士が溶着することにより筒部材が塞がるおそれがある。

上記課題を解決する蓄電装置は、積層方向に複数積層する集電体と、前記集電体の第１面に配置される正極活物質層と、前記積層方向において前記第１面とは反対側の前記集電体の第２面に配置される負極活物質層と、前記積層方向において隣り合う２つの前記集電体のうち、一方の前記集電体の前記第１面と、他方の前記集電体の前記第２面との間に配置されて一方の前記集電体及び他方の前記集電体に溶着されるとともに、前記正極活物質層及び前記負極活物質層を囲うように配置される樹脂製のスペーサと、前記積層方向に直交する直交方向において前記スペーサを貫通する樹脂製の筒部材と、を備える蓄電装置であって、前記筒部材の内部に配置される内部部材を備え、前記第１面及び前記第２面において前記スペーサが溶着する部分を被溶着部とするとき、前記筒部材は、前記積層方向から見て、前記被溶着部と重なる重なり領域を備え、前記内部部材は、前記積層方向から見て、少なくとも前記重なり領域の前記直交方向における一端から他端にわたって配置されており、前記内部部材を構成する材料は、融点が前記スペーサを構成する樹脂及び前記筒部材を構成する樹脂より高いことを特徴とする。

上記構成によれば、集電体に対するスペーサの熱溶着時に、筒部材を構成する樹脂の融点よりも高い温度に筒部材が昇温したとしても、積層方向における筒部材の内面の間に内部部材が介在するため、筒部材の内面同士の溶着を抑制できる。したがって、集電体に対するスペーサの熱溶着時に筒部材が塞がることを抑制できる。

蓄電装置において、前記内部部材は多孔質材料からなることが好ましい。
上記構成によれば、内部部材が保水機能を有するため、蓄電装置の内部から筒部材へと電解液が流入しても、内部部材によって電解液を留めることができる。したがって、筒部材を介して蓄電装置の内部から外部へと電解液が流出することを抑制できる。

前記積層方向における前記正極活物質層と前記負極活物質層との間に配置されたセパレータを蓄電装置が備える場合、前記内部部材は前記セパレータと一体であることが好ましい。

上記構成によれば、蓄電装置の構成部材を利用して、集電体に対するスペーサの熱溶着時における筒部材の閉塞を抑制できる。したがって、筒部材の閉塞抑制のために蓄電装置の構成部材とは別部材を配置する場合と比較して、部品点数の増大を抑制できる。

この発明によれば、集電体に対するスペーサの熱溶着時に筒部材が塞がることを抑制できる。

蓄電装置を示す断面図。 蓄電装置の一部を拡大して示す断面図。 筒部材及び内部部材を示す断面図。 セルスタックとして積層される前の蓄電セルを示す断面図。 第１端部が閉塞されていない筒部材を示す模式図。 正極集電体及び負極集電体へのスペーサの溶着について説明するための断面図。 筒部材に注液ノズルを挿入する様子について説明するための断面図。 筒部材を用いて空間に電解液を注入する様子について説明するための断面図。 折り曲げられた筒部材のフィルムを戻す様子について説明するための断面図。 筒部材の第１端部を溶着する様子について説明するための断面図。 他の実施例における筒部材及びセパレータを示す断面図。 他の実施例における蓄電装置の一部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１０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、電気自動車等の各種車両のバッテリに用いられる蓄電モジュールである。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１２ｂと、負極通電板１２ａと、を備える。正極通電板１２ｂ及び負極通電板１２ａ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１２ｂ及び負極通電板１２ａ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１２ｂ、及び負極通電板１２ａは、積層方向Ｚに積層している。積層方向Ｚは、正極通電板１２ｂ及び負極通電板１２ａ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をなす方向である。セルスタック１１は、複数の蓄電セル２０が積層方向Ｚに積層された積層体である。

正極通電板１２ｂ及び負極通電板１２ａ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１２ｂ及び負極通電板１２ａ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。

セルスタック１１、正極通電板１２ｂ、及び負極通電板１２ａは、積層方向Ｚにおける両側から拘束ユニット等によって拘束されている。これにより、積層方向Ｚにおける拘束荷重がセルスタック１１、正極通電板１２ｂ、及び負極通電板１２ａに付与されている。

各蓄電セル２０は、正極３１と、負極２１と、セパレータ４０と、を備える。正極３１は、正極集電体３２と、正極集電体３２の一方面である正極表面３２ａに配置される正極活物質層３３と、を備える。正極集電体３２は、正極表面３２ａの裏面である正極裏面３２ｂに正極活物質層３３を有さない。

負極２１は、負極集電体２２と、負極集電体２２の一方面である負極表面２２ａに配置される負極活物質層２３と、を備える。負極集電体２２は、負極表面２２ａの裏面である負極裏面２２ｂに負極活物質層２３を有さない。

本実施形態において、正極集電体３２及び負極集電体２２は、積層方向Ｚから見た平面視で矩形状をなす。正極活物質層３３は、積層方向Ｚから見た平面視で、正極集電体３２よりも小さい矩形状をなす。負極活物質層２３は、積層方向Ｚから見た平面視で、負極集電体２２よりも小さく、且つ正極活物質層３３よりも大きい矩形状をなす。

正極集電体３２を積層方向Ｚから見た平面視で、正極集電体３２の二辺が延びる方向を第１方向Ｘといい、正極集電体３２の残りの二辺が延びる方向を第２方向Ｙという。図示は省略しているが、負極集電体２２を積層方向Ｚから見た平面視で、負極集電体２２の二辺は第１方向Ｘに延びており、負極集電体２２の残りの二辺は第２方向Ｙに沿って延びている。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。第１方向Ｘ及び第２方向Ｙは、積層方向Ｚに直交する直交方向に相当する。

セパレータ４０は、積層方向Ｚにおける正極活物質層３３と負極活物質層２３との間に位置する。セパレータ４０を介して、正極活物質層３３と負極活物質層２３とは積層方向Ｚに対向している。積層方向Ｚから見た平面視で、正極活物質層３３の全体がセパレータ４０を介して負極活物質層２３と重なっている。

セパレータ４０は、正極活物質層３３と負極活物質層２３との間をイオンが移動することができる多孔質材料からなる。セパレータ４０は、正極３１と負極２１とを隔離する。セパレータ４０は、正極３１及び負極２１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。セパレータ４０は、接着剤やホットプレス等の公知の手法により正極活物質層３３及び負極活物質層２３に接着していてもよい。

セパレータ４０は樹脂製である。セパレータ４０を構成する材料としては、例えば、ポリプロピレン（ＰＰ）及びポリエチレンといったポリオレフィン、及びポリエステル等の種々の材料が採用可能である。本実施形態においては、ポリプロピレンによって構成されたセパレータ４０を例示する。

セパレータ４０は、積層方向Ｚから見た平面視で、正極活物質層３３及び負極活物質層２３よりも大きい矩形状をなすとともに、中央部分が正極活物質層３３及び負極活物質層２３の各々の全体と重なっている。セパレータ４０を積層方向Ｚから見た平面視で、セパレータ４０の二辺は第１方向Ｘに延びており、セパレータ４０の残りの二辺は第２方向Ｙに延びている。

図１に示すように、蓄電装置１０はスペーサ５０を備える。スペーサ５０は、積層方向Ｚにおいて隣り合う正極集電体３２と負極集電体２２とのうち、正極集電体３２の正極表面３２ａと負極集電体２２の負極表面２２ａとの間に配置されている。スペーサ５０は、絶縁材料を含み、正極集電体３２と負極集電体２２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。

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、第１方向Ｘ及び第２方向Ｙにおいて、正極活物質層３３及び負極活物質層２３を囲うように配置されている。スペーサ５０は、４つの縁部によって正極活物質層３３及び負極活物質層２３を囲んでいる。スペーサ５０の２つの縁部は、第１方向Ｘにおいて正極活物質層３３及び負極活物質層２３と並んでいる。スペーサ５０の２つの縁部は、第２方向Ｙにおいて正極活物質層３３及び負極活物質層２３と並んでいる。スペーサ５０は、積層方向Ｚにおいて隣り合う正極集電体３２及び負極集電体２２のうち、正極集電体３２の正極表面３２ａと、負極集電体２２の負極表面２２ａと、に溶着している。

スペーサ５０は樹脂製である。スペーサ５０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）、変性ポリプロピレン（変性ＰＰ）、ＡＢＳ樹脂、及びＡＳ樹脂等、種々の樹脂材料が挙げられる。本実施形態においては、ポリエチレンによって構成されたスペーサ５０を例示する。

蓄電セル２０の内部には、積層方向Ｚにおいて隣り合う正極集電体３２及び負極集電体２２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３３、負極活物質層２３、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３２及び負極集電体２２は、化学的に不活性な電気伝導体である。正極集電体３２及び負極集電体２２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、導電性高分子材料や、非導電性高分子材料に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３２及び負極集電体２２は、金属材料、導電性樹脂材料、又は導電性無機材料などの電気導電体により構成される１以上の層を含む複数層を備えてもよい。

正極集電体３２の表面及び負極集電体２２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３２及び負極集電体２２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３２及び負極集電体２２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３２及び負極集電体２２としてステンレス鋼箔を用いた場合、正極集電体３２及び負極集電体２２の機械的強度を確保することができる。ステンレス鋼箔としては、例えばＪＩＳＧ４３０５：２０１５にて規定されるＳＵＳ３０４、ＳＵＳ３１６、及びＳＵＳ３０１等が挙げられる。正極集電体３２及び負極集電体２２は、上記金属の合金箔又はクラッド箔であってもよい。箔状の正極集電体３２及び負極集電体２２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１２ｂを構成する材料には、正極集電体３２を構成する材料と同じ材料を用いることができる。負極通電板１２ａを構成する材料には、負極集電体２２を構成する材料と同じ材料を用いることができる。正極通電板１２ｂ及び負極通電板１２ａは、正極集電体３２及び負極集電体２２よりも厚い金属板で構成してもよい。

正極活物質層３３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、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２３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。例えば、負極活物質としては、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）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、シリコン（ケイ素）及びスズが挙げられる。

正極活物質層３３及び負極活物質層２３を単に活物質層ともいう。活物質層は、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。活物質層に含まれる成分、当該成分の配合比、及び活物質層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。活物質層の厚みは、例えば２～１５０μｍである。正極集電体３２及び負極集電体２２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３１及び負極２１の熱安定性を向上させるために、正極表面３２ａ及び負極表面２２ａの少なくとも一方、又は活物質層の表面に、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、正極３１又は負極２１の導電性を高めるために添加される。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、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、ポリアクリル酸及び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、カルボキシメチルセルロース、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－ピロリドン等が用いられる。

セパレータ４０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。セパレータ４０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。セパレータ４０は、電解質が含浸されてもよく、セパレータ４０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。

セパレータ４０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。

セパレータ４０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３２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２２は銅箔である。本実施形態における正極活物質層３３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２３は、炭素系材料としての黒鉛を含む。本実施形態において、セパレータ４０には電解液が含浸されている。

図２に示すように、各蓄電セル２０は筒部材６０を備える。筒部材６０は、積層方向Ｚに直交する直交方向である第１方向Ｘにおいて、スペーサ５０を貫通している。筒部材６０の軸方向は、第１方向Ｘに一致している。筒部材６０は、空間Ｓから空間Ｓの外部に向かって延びている。

筒部材６０は樹脂製である。筒部材６０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）、変性ポリプロピレン（変性ＰＰ）、ＡＢＳ樹脂、及びＡＳ樹脂等、種々の樹脂材料が挙げられる。本実施形態においては、ポリエチレンによって構成された筒部材６０を例示する。

筒部材６０は、２枚の樹脂製のフィルム６０ａによって形成されてもよい。フィルム６０ａは平面視で長方形状をなす。フィルム６０ａの長辺は第１方向Ｘに延びている。フィルム６０ａの短辺は第２方向Ｙに延びている。筒部材６０を軸方向に沿って外側から見た軸方向視において、筒部材６０は、積層方向Ｚにおける寸法が第２方向Ｙにおける寸法よりも小さい扁平形状である。

筒部材６０の第１方向Ｘにおいて、一端を第１端部６０ｂといい、他端を第２端部６０ｃという。第１端部６０ｂは空間Ｓの外部に位置する。第２端部６０ｃは空間Ｓの内部に位置する。第１端部６０ｂ及び第２端部６０ｃは、スペーサ５０の内部からスペーサ５０の外部に突出している。筒部材６０のうち、第１方向Ｘにおける第１端部６０ｂと第２端部６０ｃとの間の部分は、スペーサ５０の内部に位置している。

図３に示すように、筒部材６０は、第１溶着部６１及び第２溶着部６２を備えている。第１溶着部６１は、筒部材６０の第２方向Ｙにおける両端部に位置する。第２溶着部６２は第１端部６０ｂに位置する。第１溶着部６１及び第２溶着部６２において、２枚のフィルム６０ａが互いに溶着している。第１端部６０ｂは、第２溶着部６２によって閉塞している。第２端部６０ｃは、フィルム６０ａが互いに溶着されていない。第２端部６０ｃは空間Ｓに開口している。

２枚のフィルム６０ａのうち、第１溶着部６１及び第２溶着部６２が形成されない部分によって、筒部材６０の内部空間が区画形成されている。この筒部材６０の内部空間を通路部６３という。通路部６３は、第２端部６０ｃを介して空間Ｓに連通している。

次に、積層されてセルスタック１１を構成する前の蓄電セル２０について、スペーサ５０及び筒部材６０の構成を中心にさらに詳しく説明する。
図４に示すように、スペーサ５０は、スペーサ本体５６及びスペーサ端部５７を備える。スペーサ本体５６は、積層方向Ｚにおいて隣り合う正極集電体３２の正極表面３２ａと負極集電体２２の負極表面２２ａと、の間に配置されている。スペーサ端部５７は、スペーサ本体５６から正極集電体３２及び負極集電体２２よりも外側に延びている。

筒部材６０の第２溶着部６２は、正極活物質層３３及び負極活物質層２３への電解液の含浸が完了した後に第１端部６０ｂに形成される。正極活物質層３３及び負極活物質層２３への電解液の含浸は、筒部材６０が第２溶着部６２によって閉塞されていない状態で行う。

正極活物質層３３及び負極活物質層２３への電解液の含浸は、蓄電セル２０の内部の空間Ｓに電解液を注入することで行う。蓄電セル２０の内部の空間Ｓに電解液を注入する際、筒部材６０は空間Ｓに電解液を注入するための注入口として機能する。空間Ｓへの電解液の注入に際しては、例えば筒部材６０に注液ノズルを挿入する。注液ノズルを通じて、空間Ｓへの電解液の注入を行うことができる。

空間Ｓへの電解液の含浸が完了した後、第１端部６０ｂに第２溶着部６２が形成される。第２溶着部６２によって第１端部６０ｂが閉塞した状態で、蓄電セル２０が複数積層されてセルスタック１１を構成している。

正極集電体３２の正極表面３２ａと負極集電体２２の負極表面２２ａにおいて、スペーサ５０が溶着する部分を被溶着部２７という。被溶着部２７は、正極表面３２ａ及び負極表面２２ａにおいて、スペーサ本体５６に対して積層方向Ｚに重なる部分である。

被溶着部２７は、積層方向Ｚから見た平面視において、正極集電体３２及び負極集電体２２の周縁部に沿って四角枠状をなすように位置している。被溶着部２７は、図示するように、正極集電体３２及び負極集電体２２の第１方向Ｘにおける両端縁部に沿って位置する。この被溶着部２７は、正極表面３２ａ及び負極表面２２ａの各々において、第１方向Ｘにおける各端部から範囲Ｌ１に位置している。

被溶着部２７は、図示は省略しているが、正極集電体３２及び負極集電体２２の第２方向Ｙにおける両端縁部に沿って位置する。この被溶着部２７は、正極表面３２ａ及び負極表面２２ａの各々において、第１方向Ｘにおける各端部から所定の範囲に位置している。

筒部材６０は、積層方向Ｚから見て、被溶着部２７と重なる重なり領域Ｒを備える。第１方向Ｘにおける重なり領域Ｒの寸法は、第１方向Ｘにおける被溶着部２７の範囲Ｌ１と同じである。第２方向Ｙにおける重なり領域Ｒの寸法は、第２方向Ｙにおけるフィルム６０ａの寸法と同じである。重なり領域Ｒは、２枚のフィルム６０ａ、第１溶着部６１、及び通路部６３において、積層方向Ｚから見て被溶着部２７と重なる部分から構成される。

直交方向である第１方向Ｘにおいて、重なり領域Ｒの一端を第１領域端Ｒ１といい、重なり領域Ｒの他端を第２領域端Ｒ２という。第１領域端Ｒ１は、第２領域端Ｒ２よりも、第１方向Ｘにおいて筒部材６０の第１端部６０ｂに近い位置にある。

図３に示すように、蓄電装置１０は、筒部材６０の内部に配置される内部部材４５を備える。内部部材４５は、積層方向Ｚから見た平面視で長方形状をなす。内部部材４５を積層方向Ｚから見た平面視において、内部部材４５の長辺は第１方向Ｘに延びており、内部部材４５の短辺は第２方向Ｙに延びている。

内部部材４５の第２方向Ｙにおける寸法は、筒部材６０の第２方向Ｙにおける第１溶着部６１同士の間の寸法よりも若干小さく設定されている。内部部材４５は、第２方向Ｙにおいて、筒部材６０の第１溶着部６１同士の間に位置している。内部部材４５は、２枚のフィルム６０ａと積層方向Ｚにおいて重なっている。内部部材４５は、一方のフィルム６０ａに接着されていてもよい。

図４に示すように、内部部材４５は、積層方向Ｚから見て、少なくとも重なり領域Ｒの第１方向Ｘにおける第１領域端Ｒ１から第２領域端Ｒ２にわたって配置されている。本実施形態の内部部材４５は、第１方向Ｘにおいて第１領域端Ｒ１及び第２領域端Ｒ２の各々を超えて、通路部６３に配置されている。具体的には、第１方向Ｘにおける内部部材４５の寸法は、第１方向Ｘにおける重なり領域Ｒの寸法よりも大きい。内部部材４５は、通路部６３のうち、第１方向Ｘにおける第２端部６０ｃから第２溶着部６２の手前までの範囲に位置している。積層方向Ｚにおいて、正極表面３２ａ及び負極表面２２ａの被溶着部２７と、スペーサ本体５６と、筒部材６０と、内部部材４５と、が並んでいる。

内部部材４５は多孔質材料からなる。本実施形態の内部部材４５は樹脂製である。内部部材４５を構成する材料としては、例えば、ポリプロピレン（ＰＰ）及びポリエチレンといったポリオレフィン、及びポリエステル等の種々の材料が採用可能である。本実施形態においては、ポリプロピレンによって構成された内部部材４５を例示する。

本実施形態において、スペーサ５０及び筒部材６０はポリエチレンによって構成されている。内部部材４５を構成するポリプロピレンは、融点がポリエチレンより高い。そのため、内部部材４５を構成する材料は、融点がスペーサ５０を構成する樹脂及び筒部材６０を構成する樹脂より高いと言える。

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

互いに接する正極３１及び負極２１によって疑似的なバイポーラ電極２５が形成されている。互いに接する正極集電体３２及び負極集電体２２が、バイポーラ電極２５の電極体として機能する。１つのバイポーラ電極２５は、積層方向Ｚにおいて互いに接する正極集電体３２及び負極集電体２２と、正極活物質層３３及び負極活物質層２３と、を含む。バイポーラ電極２５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。

１つのバイポーラ電極２５を構成する正極集電体３２及び負極集電体２２の組を、１つの集電体２６という。集電体２６は、積層方向Ｚに複数積層する。正極表面３２ａは、積層方向Ｚにおける集電体２６の一方面である。負極表面２２ａは、積層方向Ｚにおける集電体２６の他方面である。以下では、正極表面３２ａを集電体２６の第１面２６ｂともいい、負極表面２２ａを集電体２６の第２面２６ａともいう。第２面２６ａは、積層方向Ｚにおいて第１面２６ｂとは反対側の集電体２６の面である。正極活物質層３３は、集電体２６の第１面２６ｂに配置されるといえる。負極活物質層２３は、集電体２６の第２面２６ａに配置されるといえる。

スペーサ５０は、積層方向Ｚにおいて隣り合う２つの集電体２６のうち、一方の集電体２６の第１面２６ｂと、他方の集電体２６の第２面２６ａと、に溶着するといえる。被溶着部２７は、集電体２６の第１面２６ｂ及び第２面２６ａにおいてスペーサ５０が溶着する部分といえる。

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

積層方向Ｚに隣り合う蓄電セル２０において、スペーサ５０のスペーサ端部５７同士が接合されて一体化している。積層方向Ｚにおいて積層する全ての蓄電セル２０のスペーサ端部５７が一体化している。一体化されたスペーサ端部５７を封止体５７ａという。

封止体５７ａは、正極集電体３２及び負極集電体２２の周縁部を覆っている。封止体５７ａは、積層方向Ｚにおいてセルスタック１１の一端に配置された正極集電体３２から、積層方向Ｚにおいてセルスタック１１の他端に配置された負極集電体２２まで延びている。なお、接合方法としては、例えば、熱溶着、超音波溶着、及び赤外線溶着等が挙げられる。

スペーサ５０は、正極３１と負極２１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３１又は負極２１から発生したガスが蓄電装置１０の外部に漏れることを防止し得る。

次に、蓄電セル２０の製造手順について説明する。
蓄電セル２０は、負極２１、セパレータ４０、及び正極３１を積層方向Ｚに順次積み重ねて形成する。スペーサ５０も同様に積み重ねられることで、スペーサ５０は積層方向Ｚにおける負極集電体２２と正極集電体３２との間に配置される。このときのスペーサ５０は、負極集電体２２及び正極集電体３２に溶着していない。また、このときのスペーサ５０は、内部に筒部材６０を配置可能な構成を有している。例えば、スペーサ５０は、積層方向Ｚに分かれた２つの部材から構成されていてもよいし、第１方向Ｘに貫通する貫通孔を有するように構成されていてもよい。

図５に示すように、スペーサ５０に配置されるときの筒部材６０は、第２溶着部６２と、第１方向Ｘにおける第１端部６０ｂ寄りの部分における第１溶着部６１と、を有さない。このときの筒部材６０は、第１方向Ｘにおける第１端部６０ｂ寄りの部分で、２枚のフィルム６０ａが互いに固定していない。２枚のフィルム６０ａのうち、互いに固定されていない部分を非固定部６５という。

筒部材６０は、内部部材４５を内部に有した状態で、スペーサ５０の内部に配置される。これにより、正極集電体３２、スペーサ５０、筒部材６０、内部部材４５、及び負極集電体２２が積層方向Ｚにおいて積み重なった状態となる。

つづいて、図６に示すように、スペーサ５０を正極集電体３２及び負極集電体２２に溶着する。正極集電体３２及び負極集電体２２へのスペーサ５０の溶着は、例えば溶着治具８１を用いて行ってもよい。溶着治具８１を正極裏面３２ｂの周縁部に当接させると、正極集電体３２を介して、溶着治具８１から正極表面３２ａと接するスペーサ５０へと熱が伝達される。溶着治具８１を負極裏面２２ｂの周縁部に当接させると、負極集電体２２を介して、溶着治具８１から負極表面２２ａと接するスペーサ５０へと熱が伝達される。スペーサ５０は、熱の伝達を受けて溶融し、正極表面３２ａ及び負極表面２２ａに溶着する。

溶着治具８１によるスペーサ５０の溶着により、正極表面３２ａの周縁部及び負極表面２２ａの周端縁は、スペーサ５０が溶着された被溶着部２７となる。被溶着部２７は、正極表面３２ａ及び負極表面２２ａの各々において、第１方向Ｘにおける各端部から範囲Ｌ１に形成される。

なお、溶着治具８１によるスペーサ５０の溶融によって、スペーサ５０は筒部材６０に対しても溶着する。これにより、正極集電体３２及び負極集電体２２へのスペーサ５０の溶着と併せて、スペーサ５０の内部への筒部材６０の固定が完了する。

つづいて、図７に示すように、蓄電セル２０の空間Ｓへの電解液の注入を行う。電解液の注入に際しては、非固定部６５を筒部材６０の外側に向けて折り曲げる。非固定部６５が折り曲げられた筒部材６０に対して、注液ノズル８２を挿入する。

図８に示すように、注液ノズル８２は、通路部６３及び第２端部６０ｃを通過して、空間Ｓまで挿入される。このとき、筒部材６０は注液ノズル８２によって押し広げられるため、通路部６３の通路断面積が大きくなる。筒部材６０を軸方向に沿って外側から見た軸方向視において、筒部材６０は、積層方向Ｚにおける寸法が大きくなる。

内部部材４５は、一方のフィルム６０ａと共に積層方向Ｚに変位する。内部部材４５が一方のフィルム６０ａに固定されている場合、内部部材４５は固定するフィルム６０ａと共に変位する。注液ノズル８２は、積層方向Ｚにおいて１枚のフィルム６０ａと内部部材４５との間を通過する。そして、注液ノズル８２から空間Ｓに電解液が注入される。電解液の注入が完了すると、注液ノズル８２が筒部材６０の内部から引き抜かれる。

図９に示すように、注液ノズル８２が引き抜かれた後の筒部材６０は、注液ノズル８２が筒部材６０の内部に挿入される前の状態まで通路部６３の通路断面積が小さくなる。筒部材６０を軸方向に沿って外側から見た軸方向視において、筒部材６０の形状は、積層方向Ｚにおける寸法が第２方向Ｙにおける寸法よりも小さい扁平形状に戻る。

注液ノズル８２が引き抜かれた後の筒部材６０において、筒部材６０の外側への非固定部６５の折り曲げを戻す。これにより、図９に一点鎖線で示すように、非固定部６５を含む筒部材６０の全体で、筒部材６０の軸線が第１方向Ｘに延びた状態になる。

つづいて、蓄電セル２０への初期充電を行う。初期充電に伴って、空間Ｓにガスが発生する。このガスは、筒部材６０を介して空間Ｓから蓄電セル２０の外部へと排出される。
次に、図１０に示すように、溶着治具８３を用いて、非固定部６５を構成するフィルム６０ａ同士を溶着する。具体的には、溶着治具８３は、積層方向Ｚにおける両側から非固定部６５を挟みつつ、２枚のフィルム６０ａに熱を伝達する。これにより、第２溶着部６２と、第１方向Ｘにおける第１端部６０ｂ寄りの部分に位置する第１溶着部６１と、が筒部材６０に形成される。第１溶着部６１によって筒部材６０の第１端部６０ｂが閉塞される。そして、蓄電セル２０を複数積層してセルスタック１１を形成する。

次に、本実施形態の作用について説明する。
図６に示すように、筒部材６０における重なり領域Ｒは、積層方向Ｚから見て、集電体２６の第１面２６ｂ及び第２面２６ａにおける被溶着部２７と重なる。正極集電体３２及び負極集電体２２に対するスペーサ５０の熱溶着時、筒部材６０の内部には内部部材４５が配置されている。内部部材４５は、積層方向Ｚから見て、少なくとも重なり領域Ｒの第１方向Ｘにおける一端である第１領域端Ｒ１から他端である第２領域端Ｒ２にわたって配置されている。

正極集電体３２及び負極集電体２２に対するスペーサ５０の熱溶着時に、筒部材６０を構成する樹脂の融点よりも高い温度に筒部材６０が昇温したとしても、積層方向Ｚにおける筒部材６０の内面の間に内部部材４５が介在する。内部部材４５を構成するポリプロピレンは、スペーサ５０及び筒部材６０を構成するポリエチレンよりも融点が高い。そのため、筒部材６０の内面同士の溶着を抑制できる。筒部材６０の内面同士が溶着しないため、通路部６３の閉塞を抑制できる。

正極集電体３２及び負極集電体２２に対するスペーサ５０の熱溶着後に、空間Ｓへの電解液の注入を行う。このとき、筒部材６０の通路部６３が閉塞していないため、注液ノズル８２を筒部材６０に挿入できる。そのため、筒部材６０を用いて空間Ｓへの電解液の注入を行うことができる。

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）内部部材４５は、筒部材６０の内部に配置される。内部部材４５は、積層方向Ｚから見て、少なくとも重なり領域Ｒの第１方向Ｘにおける第１領域端Ｒ１から第２領域端Ｒ２にわたって配置されている。内部部材４５を構成する材料は、融点がスペーサ５０を構成する樹脂及び筒部材６０を構成する樹脂より高い。そのため、正極集電体３２及び負極集電体２２に対するスペーサ５０の熱溶着時に、内部部材４５によって、筒部材６０の内面同士の溶着を抑制できる。したがって、正極集電体３２及び負極集電体２２に対するスペーサ５０の熱溶着時に筒部材６０が塞がることを抑制できる。

（２）多孔質材料からなる内部部材４５が筒部材６０の内部に配置されている。そのため、内部部材４５が保水機能を有するため、蓄電装置１０の内部から筒部材６０へと電解液が流入しても、内部部材４５によって電解液を留めることができる。したがって、筒部材６０を介して蓄電装置１０の内部から外部へと電解液が流出することを抑制できる。

（３）非固定部６５を筒部材６０の外側に向けて折り曲げた状態で、筒部材６０に対する注液ノズル８２の抜き差しを行っている。そのため、非固定部６５には注液ノズル８２が接触しにくいため、非固定部６５に電解液が付着しにくい。非固定部６５を溶着する際に、溶着箇所への電解液の付着による溶着精度の低下を抑制できる。したがって、筒部材６０の第１端部６０ｂを精度よく閉塞できる。

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。

○ 図１１及び図１２に示すように、セパレータ４０はセパレータ延設部４０ｂを備えてもよい。セパレータ延設部４０ｂは、上記実施形態における内部部材４５と同様に機能する。すなわち、内部部材はセパレータ４０と一体であると言える。この変更例について、以下に具体的に説明する。

図１１に示すように、セパレータ延設部４０ｂは、セパレータ４０の縁部から延びている。セパレータ延設部４０ｂは、積層方向Ｚから見た平面視で長方形状をなす。セパレータ延設部４０ｂの長辺は第１方向Ｘに延びており、セパレータ延設部４０ｂの短辺は第２方向Ｙに延びている。

セパレータ延設部４０ｂは、筒部材６０の内部に配置される。すなわち、セパレータ延設部４０ｂは、筒部材６０の内部に配置される内部部材に相当する。セパレータ延設部４０ｂを構成する材料は、上記実施形態において挙げられたセパレータ４０の材料及び内部部材４５の材料と同様である。すなわち、セパレータ延設部４０ｂを構成する材料としては、例えば、ポリプロピレン（ＰＰ）及びポリエチレンといったポリオレフィン、及びポリエステル等の種々の材料が採用可能である。この変更例においては、ポリプロピレンによって構成されたセパレータ延設部４０ｂを例示する。セパレータ延設部４０ｂを構成する材料は、融点がスペーサ５０を構成する樹脂及び筒部材６０を構成する樹脂より高い。

図１２に示すように、セパレータ延設部４０ｂは、筒部材６０の第２端部６０ｃから筒部材６０外に延びている。筒部材６０の内部に位置するセパレータ延設部４０ｂの部分において、各種寸法及び配置位置は上記実施形態における内部部材４５と同様である。すなわち、内部部材に相当するセパレータ延設部４０ｂは、積層方向Ｚから見て、少なくとも重なり領域Ｒの第１方向Ｘにおける第１領域端Ｒ１から第２領域端Ｒ２にわたって配置されている。

上記変更例によれば、上記実施形態において得られる効果に加えて、以下の効果を得ることができる。
（４）セパレータ４０の一部であるセパレータ延設部４０ｂが筒部材６０の内部に配置されている。そのため、正極集電体３２及び負極集電体２２に対するスペーサ５０の熱溶着時に、蓄電装置１０の構成部材を利用して筒部材６０の閉塞を抑制できる。したがって、筒部材６０の閉塞抑制のために蓄電装置１０の構成部材とは別部材を配置する場合と比較して、部品点数の増大を抑制できる。

○ 内部部材４５は多孔質材料からなるものに限らない。内部部材４５は、筒部材６０の内面に配置するテープ材や塗膜等であってもよい。この場合も、内部部材４５を構成する材料として、スペーサ５０を構成する樹脂及び筒部材６０を構成する樹脂より融点が高い性質を有する材料を採用すれば、正極集電体３２及び負極集電体２２に対するスペーサ５０の熱溶着時に筒部材６０が塞がることを抑制できる。

この変更例において、内部部材４５として撥水性を有するテープ材や塗膜を採用する場合、蓄電セル２０の内部から筒部材６０の内部に電解液が流入したとしても、筒部材６０の内部を電解液が流れることが抑制できる。したがって、筒部材６０を介して蓄電装置１０の内部から外部へと電解液が流出することを抑制できる。

○ 内部部材４５は、積層方向Ｚから見て、少なくとも重なり領域Ｒの第１方向Ｘにおける第１領域端Ｒ１から第２領域端Ｒ２にわたって配置されていれば、内部部材４５の配置位置及び各種寸法の変更が可能である。上記変更例において、セパレータ延設部４０ｂは、積層方向Ｚから見て、少なくとも重なり領域Ｒの第１方向Ｘにおける第１領域端Ｒ１から第２領域端Ｒ２にわたって配置されていれば、セパレータ延設部４０ｂの配置位置及び各種寸法の変更が可能である。

○ 筒部材６０の第１端部６０ｂは、溶着以外の手段で閉塞してもよい。例えば、フィルム６０ａの内面同士を接着剤等によって接着することにより、第１端部６０ｂを閉塞してもよい。第１端部６０ｂを覆う蓋部材等を第１端部６０ｂに取り付けることにより、第１端部６０ｂを閉塞してもよい。

○ 筒部材６０を構成するフィルム６０ａの枚数は、１枚であってもよいし、３枚以上であってもよい。
○ 筒部材６０のスペーサ５０への固定と、スペーサ５０の正極集電体３２及び負極集電体２２への溶着と、を別工程で行ってもよい。この場合、筒部材６０のスペーサ５０への固定は、スペーサ５０を加熱してスペーサ５０を筒部材６０に溶着させることにより行ってもよい。接着剤などによって筒部材６０をスペーサ５０に固定してもよい。スペーサ５０への筒部材６０の固定が済んだ後に、スペーサ５０を正極集電体３２及び負極集電体２２に溶着してもよい。

○ 蓄電セル２０は複数の筒部材６０を備えてもよい。この場合、複数の筒部材６０の各々の内部に、内部部材４５又はセパレータ延設部４０ｂが配置される。
○ スペーサ５０、筒部材６０、及び内部部材４５を構成する材料を、上記実施形態と異ならせてもよい。セパレータ延設部４０ｂを構成する材料を、上記変更例と異ならせてもよい。要するに、内部部材４５及びセパレータ延設部４０ｂを構成する材料の融点が、スペーサ５０を構成する樹脂及び筒部材６０を構成する樹脂よりも高い関係にあれば、スペーサ５０、筒部材６０、内部部材４５、及びセパレータ延設部４０ｂの各々において、構成する材料は変更可能である。

○ 筒部材６０を用いた空間Ｓへの電解液の注入は、複数の蓄電セル２０を積層してセルスタック１１を形成した後に、蓄電セル２０の各々に対して行ってもよい。
○ 筒部材６０を用いて空間Ｓへの電解液の注入を行わなくてもよい。この場合の筒部材６０は、例えば、初期充電後に発生するガス等、蓄電セル２０の内部から外部に気体を排出させる排出通路として利用可能である。

○ バイポーラ電極２５の集電体２６は、上記実施形態のような正極集電体３２及び負極集電体２２の二つの部材からなるものに限らない。例えば、集電体２６は一つの部材からなるものであってもよい。この場合、積層方向Ｚにおける集電体２６の一方面が正極活物質層３３を有する第１面２６ｂとなる。積層方向Ｚにおける集電体２６の他方面が負極活物質層２３を有する第２面２６ａとなる。バイポーラ電極２５の集電体２６が金属基材の片面にメッキ被膜を形成したものであってもよい。例えば、アルミニウム箔の片面に銅メッキを施したものであってもよい。

○ 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…重なり領域、Ｒ１…第１領域端、Ｒ２…第２領域端、Ｘ…第１方向、Ｙ…第２方向、Ｚ…積層方向、１０…蓄電装置、２２…負極集電体、２３…負極活物質層、２６…集電体、２６ａ…第２面、２６ｂ…第１面、２７…被溶着部、３２…正極集電体、３３…正極活物質層、４０…セパレータ、４０ｂ…セパレータ延設部、４５…内部部材、５０…スペーサ、６０…筒部材。

Claims (3)

1. 積層方向に複数積層する集電体と、
   前記集電体の第１面に配置される正極活物質層と、
   前記積層方向において前記第１面とは反対側の前記集電体の第２面に配置される負極活物質層と、
   前記積層方向において隣り合う２つの前記集電体のうち、一方の前記集電体の前記第１面と、他方の前記集電体の前記第２面との間に配置されて一方の前記集電体及び他方の前記集電体に溶着されるとともに、前記正極活物質層及び前記負極活物質層を囲うように配置される樹脂製のスペーサと、
   前記積層方向に直交する直交方向において前記スペーサを貫通する樹脂製の筒部材と、を備える蓄電装置であって、
   前記筒部材の内部に配置される内部部材を備え、
   前記第１面及び前記第２面において前記スペーサが溶着する部分を被溶着部とするとき、
   前記筒部材は、前記積層方向から見て、前記被溶着部と重なる重なり領域を備え、
   前記内部部材は、前記積層方向から見て、少なくとも前記重なり領域の前記直交方向における一端から他端にわたって配置されており、
   前記内部部材を構成する材料は、融点が前記スペーサを構成する樹脂及び前記筒部材を構成する樹脂より高いことを特徴とする蓄電装置。
2. 前記内部部材は多孔質材料からなる請求項１に記載の蓄電装置。
3. 前記積層方向における前記正極活物質層と前記負極活物質層との間に配置されたセパレータを備え、
   前記内部部材は前記セパレータと一体である請求項２に記載の蓄電装置。

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