JP6785728B2 - Power storage device - Google Patents
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Description
本発明は、蓄電装置に関する。 The present invention relates to a power storage device.
従来の蓄電装置として、電極板の一方面に正極が形成され、他方面に負極が形成されたバイポーラ電極を備えるバイポーラ電池が知られている(特許文献1参照)。バイポーラ電池は、セパレータを介して複数のバイポーラ電極を積層してなる積層体を備えている。積層体の側面には、積層方向に隣り合うバイポーラ電極間を封止する封止体が設けられており、バイポーラ電極間に形成された内部空間に電解液が収容されている。 As a conventional power storage device, a bipolar battery including a bipolar electrode having a positive electrode formed on one surface of an electrode plate and a negative electrode formed on the other surface is known (see Patent Document 1). The bipolar battery includes a laminate formed by laminating a plurality of bipolar electrodes via a separator. On the side surface of the laminated body, a sealing body for sealing between the bipolar electrodes adjacent to each other in the stacking direction is provided, and the electrolytic solution is housed in the internal space formed between the bipolar electrodes.
上述したような蓄電装置では、積層体における積層方向の一端に、内面に負極が形成された電極板からなる負極終端電極が配置されている。この負極終端電極の電極板の縁部についても封止体によって封止されているが、電解液がアルカリ溶液からなる場合、いわゆるアルカリクリープ現象により、電解液が負極終端電極の電極板上を伝わり、封止体と当該電極板との間を通って当該電極板の外面側に滲み出ることがある。電解液が外面側に漏れ出ると、例えば負極終端電極に隣接して配置された導電板の腐食や、負極終端電極と拘束部材との短絡などが生じるおそれがあり、信頼性の観点から好ましくない。 In the power storage device as described above, a negative electrode terminal electrode made of an electrode plate having a negative electrode formed on the inner surface is arranged at one end of the laminated body in the stacking direction. The edge of the electrode plate of the negative electrode terminal electrode is also sealed by a sealant, but when the electrolytic solution is composed of an alkaline solution, the electrolytic solution is transmitted on the electrode plate of the negative electrode terminal electrode due to the so-called alkaline creep phenomenon. , It may seep out to the outer surface side of the electrode plate through between the sealing body and the electrode plate. If the electrolytic solution leaks to the outer surface side, for example, corrosion of the conductive plate arranged adjacent to the negative electrode terminal electrode or short circuit between the negative electrode terminal electrode and the restraint member may occur, which is not preferable from the viewpoint of reliability. ..
本発明は、上記課題の解決のためになされたものであり、信頼性の向上が図られた蓄電装置を提供することを目的とする。 The present invention has been made to solve the above problems, and an object of the present invention is to provide a power storage device with improved reliability.
本発明の一側面に係る蓄電装置は、一方面側に正極が形成され、他方面側に負極が形成された電極板からなるバイポーラ電極を有する蓄電装置であって、セパレータを介してバイポーラ電極を積層してなる積層体と、積層体の側面に設けられ、積層方向に隣り合うバイポーラ電極間を封止する封止体と、を備え、積層方向に隣り合うバイポーラ電極間に形成された内部空間には、アルカリ溶液からなる電解液が収容されており、積層体において、積層方向の一端には、内面に負極が形成された電極板からなる負極終端電極が配置されており、負極終端電極の電極板の外面には、電解液を吸液する吸液部材が設けられている。 The power storage device according to one aspect of the present invention is a power storage device having a bipolar electrode composed of an electrode plate having a positive electrode formed on one surface side and a negative electrode formed on the other surface side, and the bipolar electrode is formed via a separator. An internal space formed between the laminated body, which is provided on the side surface of the laminated body and which seals between the bipolar electrodes adjacent to each other in the stacking direction, and which is provided between the bipolar electrodes adjacent to each other in the stacking direction. Contains an electrolytic solution composed of an alkaline solution, and in the laminated body, a negative electrode terminal electrode composed of an electrode plate having a negative electrode formed on the inner surface is arranged at one end in the stacking direction, and the negative electrode terminal electrode of the negative electrode terminal electrode. A liquid absorbing member for absorbing the electrolytic solution is provided on the outer surface of the electrode plate.
この蓄電装置では、アルカリクリープ現象により封止体と負極終端電極の電極板との間から滲み出た電解液が、当該電極板の外面に設けられた吸液部材によって吸液される。これにより、滲み出た電解液によって腐食や短絡などが生じることを回避でき、信頼性を向上できる。 In this power storage device, the electrolytic solution exuded from between the sealing body and the electrode plate of the negative electrode terminal electrode due to the alkaline creep phenomenon is absorbed by the liquid absorbing member provided on the outer surface of the electrode plate. As a result, it is possible to prevent corrosion and short circuit from occurring due to the exuded electrolytic solution, and it is possible to improve reliability.
また、吸液部材は、不織布によって構成されていてもよい。この場合、封止体と負極終端電極の電極板との間から滲み出た電解液を不織布によって吸液できる。 Further, the liquid absorbing member may be made of a non-woven fabric. In this case, the electrolytic solution exuded from between the sealing body and the electrode plate of the negative electrode terminal electrode can be absorbed by the non-woven fabric.
また、吸液部材は、外面に結合した溶融凝固部を有していてもよい。この場合、吸液部材を負極終端電極の電極板の外面に容易に且つ確実に設けることができる。 Further, the liquid absorbing member may have a melt-solidified portion bonded to the outer surface. In this case, the liquid absorbing member can be easily and surely provided on the outer surface of the electrode plate of the negative electrode terminal electrode.
また、溶融凝固部は、点状に形成されていてもよい。この場合、溶融凝固部の形成時に生じる熱の影響が負極に及ぶことを抑制できる。 Further, the melt-solidified portion may be formed in a dot shape. In this case, it is possible to suppress the influence of heat generated during the formation of the melt-solidified portion on the negative electrode.
また、溶融凝固部は、積層方向から見て、負極の形成領域よりも外側に配置されていてもよい。この場合、溶融凝固部の形成時に生じる熱の影響が負極に及ぶことを一層抑制できる。 Further, the melt-solidified portion may be arranged outside the negative electrode forming region when viewed from the stacking direction. In this case, it is possible to further suppress the influence of heat generated during the formation of the melt-solidified portion on the negative electrode.
本発明によれば、信頼性の向上が図られた蓄電装置を提供できる。 According to the present invention, it is possible to provide a power storage device with improved reliability.
以下、本発明の一実施形態について、図面を参照しつつ詳細に説明する。なお、以下の説明において、同一又は相当要素には同一符号を用い、重複する説明を省略する。 Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. In the following description, the same reference numerals will be used for the same or equivalent elements, and duplicate description will be omitted.
図1は、蓄電装置の一実施形態を示す概略断面図である。同図に示す蓄電装置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。蓄電装置1は、複数の蓄電モジュール4を積層してなる蓄電モジュール積層体2と、蓄電モジュール積層体2に対して積層方向に拘束荷重を付加する拘束部材3とを備えて構成されている。
FIG. 1 is a schematic cross-sectional view showing an embodiment of a power storage device. The power storage device 1 shown in the figure is used as a battery for various vehicles such as forklifts, hybrid vehicles, and electric vehicles. The power storage device 1 is configured to include a power
蓄電モジュール積層体2は、複数(本実施形態では3体)の蓄電モジュール4と、蓄電モジュール4,4間に配置された複数の導電板5とによって構成されている。蓄電モジュール4は、例えば後述するバイポーラ電極14を備えたバイポーラ電池であり、積層方向から見て矩形状をなしている。蓄電モジュール4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、或いは電気二重層キャパシタである。以下の説明では、ニッケル水素二次電池を例示する。
The power
積層方向に隣り合う蓄電モジュール4,4同士は、導電板5を介して電気的に接続されている。導電板5は、積層端に位置する蓄電モジュール4の外側にもそれぞれ配置されている。積層端に位置する蓄電モジュール4の外側に配置された一方の導電板5には、正極端子6が接続されている。積層端に位置する蓄電モジュール4の外側に配置された他方の導電板5には、負極端子7が接続されている。正極端子6及び負極端子7は、例えば導電板5の縁部から積層方向に交差する方向に引き出されている。正極端子6及び負極端子7により、蓄電装置1の充放電が実施される。
The
各導電板5の内部には、空気等の冷媒を流通させる複数の流路5aが設けられている。各流路5aは、例えば積層方向と、正極端子6及び負極端子7の引き出し方向とにそれぞれ直交する方向に互いに平行に延在している。これらの流路5aに冷媒を流通させることで、導電板5は、蓄電モジュール4,4同士を電気的に接続する接続部材としての機能のほか、蓄電モジュール4で発生した熱を放熱する放熱板としての機能を併せ持つ。なお、図1の例では、積層方向から見た導電板5の面積は、蓄電モジュール4の面積よりも小さいが、放熱性の向上の観点から、導電板5の面積は、蓄電モジュール4の面積と同じであってもよく、蓄電モジュール4の面積よりも大きくてもよい。
Inside each
拘束部材3は、蓄電モジュール積層体2を積層方向に挟む一対のエンドプレート8,8と、エンドプレート8,8同士を締結する締結ボルト9及びナット10とによって構成されている。エンドプレート8は、積層方向から見た蓄電モジュール4及び導電板5の面積よりも一回り大きい面積を有する矩形の金属板である。エンドプレート8の内側面(蓄電モジュール積層体2側の面)には、電気絶縁性を有するフィルムFが設けられている。フィルムFにより、エンドプレート8と導電板5との間が絶縁されている。
The restraint member 3 is composed of a pair of end plates 8 and 8 that sandwich the power
エンドプレート8の縁部には、蓄電モジュール積層体2よりも外側となる位置に挿通孔8aが設けられている。締結ボルト9は、一方のエンドプレート8の挿通孔8aから他方のエンドプレート8の挿通孔8aに向かって通され、他方のエンドプレート8の挿通孔8aから突出した締結ボルト9の先端部分には、ナット10が螺合されている。これにより、蓄電モジュール4及び導電板5がエンドプレート8,8によって挟持されて蓄電モジュール積層体2としてユニット化されると共に、蓄電モジュール積層体2に対して積層方向に拘束荷重が付加される。
An
次に、蓄電モジュール4の構成について更に詳細に説明する。図2は、蓄電モジュール4の内部構成を示す概略断面図である。同図に示すように、蓄電モジュール4は、電極積層体11と、電極積層体11を封止する封止体12とを備えて構成されている。
Next, the configuration of the
電極積層体11は、セパレータ13を介して複数のバイポーラ電極14を積層することによって構成されている。この例では、電極積層体11の積層方向Dは蓄電モジュール積層体2の積層方向と一致している。バイポーラ電極14は、一方面15aに正極16が形成され、かつ他方面15bに負極17が形成された電極板15からなる電極である。電極積層体11において、一のバイポーラ電極14の正極16は、セパレータ13を挟んで積層方向Dに隣り合う一方のバイポーラ電極14の負極17と対向している。電極積層体11において、一のバイポーラ電極14の負極17は、セパレータ13を挟んで積層方向Dに隣り合う他方のバイポーラ電極14の正極16と対向している。
The
電極積層体11において、積層方向Dの一端には負極終端電極18が配置され、積層方向Dの他端には正極終端電極19が配置されている。負極終端電極18は、内面(積層方向Dの中心側の面)15dに負極17が形成された電極板15であり、正極終端電極19は、内面(積層方向Dの中心側の面)15fに正極16が形成された電極板15である。負極終端電極18の負極17は、セパレータ13を介して積層方向Dの一端のバイポーラ電極14の正極16と対向している。正極終端電極19の正極16は、セパレータ13を介して積層方向Dの他端のバイポーラ電極14の負極17と対向している。負極終端電極18の電極板15の外面15eには、蓄電モジュール4に隣接する一方の導電板5が接触している。正極終端電極19の電極板15の外面15gには、蓄電モジュール4に隣接する他方の導電板5が接触している。
In the
電極板15は、例えばニッケルからなる矩形の金属箔である。電極板15の縁部(バイポーラ電極14の縁部)15c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いる。正極16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17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。本実施形態では、電極板15の他方面15bにおける負極17の形成領域は、電極板15の一方面15aにおける正極16の形成領域に対して一回り大きくなっている。
The
セパレータ13は、例えばシート状に形成されている。セパレータ13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、ポリエチレンテレフタレート(PET)、メチルセルロース等からなる織布又は不織布などが例示される。セパレータ13は、フッ化ビニリデン樹脂化合物で補強されたものであってもよい。なお、セパレータ13は、シート状に限られず、袋状のものを用いてもよい。
The
封止体12は、例えば絶縁性の樹脂によって矩形の筒状に形成されている。封止体12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)などが挙げられる。封止体12は、バイポーラ電極14の積層によって形成された電極積層体11の側面11aを取り囲むように構成されている。
The sealing
封止体12は、各バイポーラ電極14の電極板15の縁部15cに沿って設けられた第1部分21と、それら第1部分21の全体を外側から包囲するように設けられた第2部分22とによって構成されている。第1部分21は、電極板15の一方面15a側の縁部15c(未塗工領域)において、電極板15の全ての辺にわたって連続的に設けられている。第1部分21は、溶着によって当該縁部15cに結合されている。第1部分21の内側の一部は、積層方向Dに隣り合うバイポーラ電極14,14の電極板15の縁部15c同士の間に位置しており、外側の一部は、電極板15から外側に張り出している。第1部分21は、当該外側の一部において第2部分22に埋没している。
The sealing
第2部分22は、例えば樹脂の射出成形によって形成され、電極積層体11における積層方向Dの全長にわたって延在している。第2部分22は、例えば射出成型時の熱によって第1部分21の外表面に溶着されており、積層方向Dに隣り合うバイポーラ電極14,14間を封止している。これにより、積層方向Dに隣り合うバイポーラ電極14,14間には、内部空間Vが形成されている。この内部空間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。電解液は、セパレータ13、正極16及び負極17内に含浸されている。
The
同様に、負極終端電極18及び正極終端電極19の電極板15の縁部15cにも第1部分21が設けられており、負極終端電極18及び正極終端電極19とバイポーラ電極14との間は第2部分22によって封止されている。これにより、負極終端電極18及び正極終端電極19とバイポーラ電極14との間に内部空間Vが形成されており、この内部空間Vに電解液が収容されている。
Similarly, the
ここで、本実施形態の蓄電モジュール4では、負極終端電極18の電極板15の外面15eに吸液部材31が設けられている。以下、図3及び図4を参照しつつ吸液部材31について詳細に説明する。図3は、図2の一部を拡大して示す概略断面図であり、図4は、図3の一部を積層方向Dから見て示す図である。図4では、導電板5の外縁が二点鎖線で示されており、負極17の外縁が破線で示されている。
Here, in the
吸液部材31は、例えば不織布によってシート状に形成されている。この不織布を構成する材料としては、ポリオレフィンなどが例示される。不織布には、吸水性を向上するために、プラズマ処理が施されていてもよい。吸液部材31の厚さ(積層方向Dに沿っての長さ)は、例えば数百μm程度である。吸液部材31は、例えば積層方向Dから見て矩形環状をなしており、第1部分21と導電板5との間に配置されて導電板5を包囲している。この例では、吸液部材31は、第1部分21及び導電板5の双方から離間している。吸液部材31の内側の一部は、積層方向Dから見て負極17の形成領域と重なっている。
The
吸液部材31は、例えば外面15eに結合した溶融凝固部32を有しており、溶着によって外面15eに結合されている。吸液部材31は、例えば熱溶着等によって外面15eに溶着されており、溶融凝固部32は、この溶着の際に溶融及び凝固した部分である。外面15eには、吸液部材31の溶着のために、粗化処理が施されていてもよい。溶融凝固部32は、点状(スポット状)に形成されており、吸液部材31の延在方向(周方向)に沿って間隔を空けて複数並んで設けられている。溶融凝固部32は、積層方向Dから見て、吸液部材31の幅方向の中間部に位置しており、負極17の形成領域よりも外側に配置されている。
The
続いて、上述した蓄電装置1の製造方法について説明する。蓄電装置1の製造方法は、一次成形工程と、積層工程と、二次成形工程とを含んで構成されている。まず、一次成形工程では、所定数のバイポーラ電極14、並びに一対の負極終端電極18及び正極終端電極19を用意し、各電極板15の縁部15cに沿って第1部分21を溶着する。続いて、負極終端電極18の電極板15の外面15e上に不織布を載置した状態で、当該不織布の一部を溶融及び凝固させることにより、外面15eに結合した溶融凝固部32を有する吸液部材31を外面15e上に形成する。なお、吸液部材31の形成工程は、第1部分21の形成工程よりも前に行われてもよい。
Subsequently, the manufacturing method of the power storage device 1 described above will be described. The manufacturing method of the power storage device 1 includes a primary molding step, a laminating step, and a secondary molding step. First, in the primary molding step, a predetermined number of
積層工程では、第1部分21が電極板15の縁部15c同士の間に配置されるように、セパレータ13を介してバイポーラ電極14、負極終端電極18及び正極終端電極19を積層することにより、電極積層体11を形成する。二次成形工程では、射出成形の金型(不図示)内に電極積層体11を配置した後、金型内に溶融樹脂を射出することにより、第1部分21を包囲するように第2部分22を形成する。これにより、電極積層体11の側面11aに封止体12が形成される。
In the laminating step, the
二次成形工程の後、バイポーラ電極14,14間の内部空間Vに電解液を注入する工程、蓄電モジュール4と導電板5とを積層して蓄電モジュール積層体2を形成する工程、及び拘束部材3によって蓄電モジュール積層体2を拘束する工程等を経て、図1に示した蓄電装置1が得られる。
After the secondary molding step, a step of injecting an electrolytic solution into the internal space V between the
続いて、蓄電装置1の作用効果を説明する。 Subsequently, the operation and effect of the power storage device 1 will be described.
上述したように、蓄電装置1では、いわゆるアルカリクリープ現象により、電解液が負極終端電極18の電極板15上を伝わり、封止体12の第1部分21と電極板15との間を通って電極板15の外面15e側に滲み出ることがある。図3には、アルカリクリープ現象における電解液の移動経路が矢印Aで示されている。このアルカリクリープ現象は、電気化学的な要因により、蓄電装置1の充電時及び放電時の双方、あるいは、通電時及び無負荷時の双方において生じる。
As described above, in the power storage device 1, due to the so-called alkaline creep phenomenon, the electrolytic solution is transmitted on the
これに対し、蓄電装置1では、アルカリクリープ現象により封止体12と負極終端電極18の電極板15との間から滲み出た電解液が、電極板15の外面15eに設けられた吸液部材31によって吸液(吸水)される。これにより、滲み出た電解液によって腐食や短絡などが生じることを回避でき、信頼性を向上できる。なお、蓄電装置1では、吸液部材31は、少なくとも所定の許容量の電解液を吸液できるように構成されている。この許容量は、例えば1つの内部空間Vに収容された電解液の量と等しい量(例えば8ml)に設定されている。吸液部材31による吸液後には、電解液の溶媒が自然乾燥により蒸発し、電解液の塩のみが吸液部材31内に残留する。
On the other hand, in the power storage device 1, the electrolytic solution exuded from between the sealing
また、蓄電装置1では、吸液部材31が不織布によって構成されている。これにより、封止体12と負極終端電極18の電極板15との間から滲み出た電解液を不織布によって吸液できる。また、蓄電装置1では、吸液部材31が外面15eに結合した溶融凝固部32を有している。これにより、吸液部材31を外面15eに容易に且つ確実に設けることができる。
Further, in the power storage device 1, the
また、蓄電装置1では、溶融凝固部32が点状に形成されている。これにより、溶融凝固部32の形成時に生じる熱の影響が負極17に及ぶことを抑制できる。また、蓄電装置1では、溶融凝固部32が、積層方向Dから見て、負極17の形成領域よりも外側に配置されている。これにより、溶融凝固部32の形成時に生じる熱の影響が負極17に及ぶことを一層抑制できる。
Further, in the power storage device 1, the melt-
以上、本発明の一実施形態について説明したが、本発明は、上記実施形態に限られない。例えば、吸液部材31は、吸液性を有していればよく、例えばスポンジのように海綿状に形成された樹脂部材、又は多孔質材料によって構成されていてもよい。また、吸液部材31は、例えば接着等によって外面15eに結語されていてもよい。また、吸液部材31は、第1部分21に接触するように配置されていてもよい。また、溶融凝固部32は、吸液部材31の延在方向(周方向)に沿って線状に連続的に形成されていてもよい。
Although one embodiment of the present invention has been described above, the present invention is not limited to the above embodiment. For example, the
また、上記実施形態では、電極板15の一方面15a側のみに第1部分21が形成されていたが、第1部分21は、一方面15a側及び他方面15b側の双方に形成されていてもよく、例えば電極板15の縁部15cが第1部分21に埋没するように形成されていてもよい。或いは、第1部分21は、他方面15b側のみに形成されていてもよい。また、上記実施形態では、第1部分21の外側の一部が電極板15から外側に張り出していたが、第1部分21は少なくとも電極板15の縁部15c同士の間に配置されていればよく、例えば第1部分21の全体が電極板15の縁部15c同士の間に配置されていてもよい。
Further, in the above embodiment, the
1…蓄電装置、11…電極積層体、11a…側面、12…封止体、13…セパレータ、14…バイポーラ電極、15…電極板、15a…一方面、15b…他方面、15c…縁部、15d…内面、15e…外面、16…正極、17…負極、18…負極終端電極、31…吸液部材、32…溶融凝固部、D…積層方向、V…内部空間。 1 ... power storage device, 11 ... electrode laminate, 11a ... side surface, 12 ... sealant, 13 ... separator, 14 ... bipolar electrode, 15 ... electrode plate, 15a ... one side, 15b ... other side, 15c ... edge, 15d ... Inner surface, 15e ... Outer surface, 16 ... Positive electrode, 17 ... Negative electrode, 18 ... Negative electrode terminal electrode, 31 ... Liquid absorbing member, 32 ... Melt solidification part, D ... Lamination direction, V ... Internal space.
Claims (5)
セパレータを介して前記バイポーラ電極を積層してなる積層体と、
前記積層体の側面に設けられ、積層方向に隣り合う前記バイポーラ電極間を封止する封止体と、を備え、
前記積層方向に隣り合う前記バイポーラ電極間に形成された内部空間には、アルカリ溶液からなる電解液が収容されており、
前記積層体において、前記積層方向の一端には、内面に前記負極が形成された電極板からなる負極終端電極が配置されており、
前記負極終端電極の前記電極板の外面には、前記電解液を吸液する吸液部材が設けられている、蓄電装置。 A power storage device having a bipolar electrode composed of an electrode plate having a positive electrode formed on one side and a negative electrode formed on the other side.
A laminate formed by laminating the bipolar electrodes via a separator, and
A sealing body provided on the side surface of the laminated body and sealing between the bipolar electrodes adjacent to each other in the stacking direction is provided.
An electrolytic solution composed of an alkaline solution is housed in the internal space formed between the bipolar electrodes adjacent to each other in the stacking direction.
In the laminated body, a negative electrode terminal electrode made of an electrode plate having the negative electrode formed on the inner surface is arranged at one end in the laminated direction.
A power storage device provided with a liquid absorbing member for absorbing the electrolytic solution on the outer surface of the electrode plate of the negative electrode terminal electrode.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2017130493A JP6785728B2 (en) | 2017-07-03 | 2017-07-03 | Power storage device |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2017130493A JP6785728B2 (en) | 2017-07-03 | 2017-07-03 | Power storage device |
Publications (2)
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