JP6870582B2 - ニッケル水素蓄電池用バイポーラ電極及びニッケル水素蓄電池 - Google Patents
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Description
本発明は、ニッケル水素蓄電池用バイポーラ電極及びニッケル水素蓄電池に関する。
ニッケル水素蓄電池における電極として、金属箔と、この金属箔の一方の面に塗布された正極活物質層と、他方の面に塗布された負極活物質層とを有するバイポーラ電極が用いられることがある。正極活物質層には、正極活物質としての水酸化ニッケル(Ni(OH)2)が含まれている。また、負極活物質層には、負極活物質としての水素吸蔵合金が含まれている。
バイポーラ電極では、金属箔に正極活物質層と負極活物質層とを塗布した後、これらの活物質層をプレスして金属箔に密着させることにより、金属箔からの活物質層の剥離や脱落の抑制及び充放電性能の向上を図っている。例えば、リチウムイオン二次電池に用いられるバイポーラ電極では、バイポーラ電極の全面にプレスが施されている(特許文献1)。
しかし、ニッケル水素蓄電池では、リチウムイオン二次電池とは異なり、過充電時に正極から酸素ガスが発生する。この酸素ガスは、通常、負極活物質層に吸収された後、充電リザーブとして予め設けられた負極活物質中の水素と反応して水に戻される。しかし、負極活物質層の空隙率が小さい場合には、正極から発生した酸素ガスが負極活物質層内に進入しにくくなるため、電池内に酸素ガスが蓄積するおそれがある。また、酸素ガスの蓄積によって電池の内圧が上昇すると、場合によっては安全弁が作動するおそれがある。その結果、充電リザーブと放電リザーブとのバランスが崩れ、電池の劣化を招くおそれもある。
しかし、かかる問題を回避するために、単純に負極活物質層の空隙率を大きくすると、負極活物質層の金属箔からの剥離や脱落が起こりやすくなる、あるいは充放電性能が低下するなどの問題がある。
本発明は、かかる背景に鑑みてなされたものであり、優れた充放電性能を有し、金属箔からの活物質層の剥離や脱落及び電池の内圧の上昇が抑制されるニッケル水素蓄電池用バイポーラ電極及びこのバイポーラ電極を備えたニッケル水素蓄電池を提供しようとするものである。
本発明の一態様は、金属箔と、
上記金属箔の表側面上に設けられた第1活物質層と、
上記金属箔の裏側面上に設けられ、上記第1活物質層よりも面積が広い第2活物質層とを有し、
上記第2活物質層は、上記金属箔の厚み方向から見た平面視における周縁部に配置された低密度領域と、該低密度領域よりも内側に配置され、上記低密度領域よりも空隙率が小さい高密度領域とを有している、ニッケル水素蓄電池用バイポーラ電極にある。
上記金属箔の表側面上に設けられた第1活物質層と、
上記金属箔の裏側面上に設けられ、上記第1活物質層よりも面積が広い第2活物質層とを有し、
上記第2活物質層は、上記金属箔の厚み方向から見た平面視における周縁部に配置された低密度領域と、該低密度領域よりも内側に配置され、上記低密度領域よりも空隙率が小さい高密度領域とを有している、ニッケル水素蓄電池用バイポーラ電極にある。
上記ニッケル水素蓄電池用バイポーラ電極(以下、単に「バイポーラ電極」という。)は、集電体としての金属箔上に、第1活物質層と、当該第1活物質層よりも面積の広い第2活物質層とを有している。そして、第2活物質層は、金属箔の厚み方向から見た平面視における周縁部に配置された低密度領域と、当該低密度領域よりも内側に配置され、低密度領域よりも空隙率が小さい高密度領域とを有している。
このように、上記バイポーラ電極は、単に第2活物質層の空隙率を大きくするのではなく、第2活物質層の周縁部という特定の位置に低密度領域を設けている。これにより、上記バイポーラ電極は、優れた充放電性能を有する。また、上記バイポーラ電極によれば、活物質層が金属箔から剥離せず、また、脱落もしない。更に、上記バイポーラ電極によれば、電池の内圧の上昇が抑制される。
即ち、第2活物質層の周縁部に上記低密度領域を設けることにより、当該低密度領域に、過充電時に発生する酸素ガスが効率よく吸収される。その結果、第2活物質層内に吸収可能な酸素ガスの総量が増加する。それ故、ニッケル水素蓄電池の内圧の上昇が抑制される。
更に、第2活物質層の周縁部に上記低密度領域を設けることにより、低密度領域内に保持される電解液の量が増加する。これにより、過充電時にガスとなって消費された電解液が低密度領域から高密度領域へ補充されるため、電解液の局所的な消失による電解液が残存している部分への電流の集中が緩和される。その結果、ニッケル水素蓄電池の寿命特性が向上する。
また、第2活物質層は、比較的空隙率の小さい高密度領域において、金属箔の裏側面との接着性が十分に確保される。その結果、第2活物質層が金属箔から剥離せず、また、脱落もしない。また、高密度領域の空隙率を小さくすることにより、充放電効率が高くなる。
以上のように、上記バイポーラ電極は、第2活物質層に、比較的空隙率の小さい高密度領域と、比較的空隙率の大きい低密度領域という空隙率の異なる2つの領域を設けることにより、優れた充放電性能を有する。また、上記バイポーラ電極によれば、活物質層が金属箔から剥離せず、また、脱落もしない。更に、上記バイポーラ電極によれば、電池の内圧の上昇が抑制される。
上記バイポーラ電極において、金属箔は、集電体として機能する。集電体は、ニッケル水素蓄電池の放電又は充電の間、電極に電流を流し続けるための化学的に不活性な電子伝導体である。集電体を構成する金属は、活物質を反応させるための電圧に耐え得る金属であれば、特に制限されることはない。集電体としては、例えば、ニッケル箔、ニッケルめっき銅箔、ニッケルめっきステンレス鋼箔等を採用してもよい。金属箔の厚さは、例えば5〜100μmの範囲で適宜設定してもよい。
第1活物質層は、通常、第1活物質と、バインダとを含んでいる。また、第1活物質層は、更に、導電助剤等の公知の添加剤を含んでいてもよい。第1活物質層の厚みは、電極特性に応じて設定してもよい。例えば、第1活物質層の厚みは、30〜150μmである。
第2活物質層は、通常、第2活物質と、バインダとを含んでいる。また、第2活物質層は、更に、導電助剤等の公知の添加剤を含んでいてもよい。第2活物質層の厚みは、電極特性に応じて設定してもよい。例えば、第2活物質層の厚みは、30〜150μmである。
これらの活物質層におけるバインダは、活物質などを金属箔の表面に繋ぎ止める機能を有している。バインダとしては、ニッケル水素蓄電池用として公知のものを使用することができる。バインダとしては、例えば、ポリフッ化ビニリデン、ポリテトラフルオロエチレン及びフッ素ゴムなどの含フッ素樹脂、ポリプロピレン及びポリエチレンなどのポリオレフィン樹脂、ポリイミド及びポリアミドイミドなどのイミド系樹脂、カルボキシメチルセルロース、メチルセルロース及びヒドロキシプロピルセルロースなどのセルロース誘導体、ポリアクリル酸、ポリアクリル酸エステル、ポリメタクリル酸及びポリメタクリル酸エステルなどの(メタ)アクリル酸誘導体をモノマー単位として含有する(メタ)アクリル系樹脂を使用することができる。
第2活物質層は、低密度領域と、高密度領域とを有している。これらの領域を形成する方法としては、例えば、以下のような方法が採用される。即ち、低密度領域の形成に、高密度領域の形成に用いるスラリーとは第2活物質の含有量や粒径分布、バインダの含有量等が異なるスラリーを用いることにより、低密度領域の空隙率を高密度領域よりも大きくする方法を採用してもよい。
また、高密度領域におけるスラリーの塗布厚を低密度領域よりも厚くし、プレスによって高密度領域を圧縮して空隙率を高める方法を採用してもよい。更に、プレス時に高密度領域のみをプレスする、あるいは高密度領域を低密度領域よりも強くプレスする等の方法によりプレス量に差をつけ、高密度領域の空隙率を低密度領域よりも高くする方法を採用してもよい。これらの方法は、単独で行ってもよく、複数の方法を併用してもよい。
バイポーラ電極の製造工程を簡素化する観点からは、上述した方法のうち、プレス量に差をつける方法が好ましい。この場合には、1種類のスラリーのみで空隙率に差が生じるため、第2活物質層を形成するためのスラリーを複数準備する必要がない。また、スラリーを均一に塗布しても、プレス量によって空隙率に差が生じるため、スラリーの塗布量を容易に管理できる。それ故、プレス量に差をつける方法を採用することにより、上述した煩雑な準備や塗布量の精密な管理が不要となる。その結果、バイポーラ電極の製造工程が簡素化される。
金属箔の厚み方向から見た平面視において、第2活物質層の高密度領域は、第1活物質層の少なくとも一部と重なる位置に配置されていることが好ましい。この場合には、比較的空隙率が小さく、電極反応の効率が高い高密度領域において電極がより活発に反応するため、ニッケル水素蓄電池の充放電効率がより高くなる。
高密度領域の空隙率は28〜40%であることが好ましい。これにより、高密度領域における電極反応の効率がより向上する。その結果、ニッケル水素蓄電池の充放電効率がより向上する。
低密度領域の空隙率は56〜63%であることが好ましい。これにより、低密度領域に、より多量の酸素ガスが吸収される。その結果、ニッケル水素蓄電池の内圧の上昇がより効果的に抑制される。また、この場合には、低密度領域に、より多量の電解液が保持されるため、ニッケル水素蓄電池の寿命特性がより向上する。
低密度領域の厚みは、高密度領域の厚みよりも厚くてもよい。ニッケル水素蓄電池は、複数の電極がセパレータを介して積層された電極組立体を有している。上記バイポーラ電極を含む電極組立体においては、当該バイポーラ電極の第2活物質層と、このバイポーラ電極に隣接する電極の集電体との間に第1活物質層が存在していない、いわゆるデッドスペースが形成される。一方、上記低密度領域は第2活物質層の周縁部に配置されているため、このデッドスペースに上記低密度領域が配置される。そして、デッドスペースに上記低密度領域を配置することにより、電極組立体の積層方向の寸法の増大が抑制される。
また、上述のデッドスペースにおいては、第1活物質層と第2活物質層が対面していないため、電極反応がほとんど起こらない。そのため、低密度領域をデッドスペースに配置することにより、電極反応の効率が高い高密度領域での電極反応の寄与分を相対的に大きくし、ニッケル水素蓄電池の充放電効率がより高くなる。
上記低密度領域と上記高密度領域との間には、上記低密度領域に近いほど大きな厚みを有する中間領域が介在していてもよい。この場合には、上記電極組立体の組み立て作業中に上記バイポーラ電極が所望の位置から若干ずれて配置された場合にも、電極組立体の積層方向の寸法の増大が抑制される。それ故、電極組立体の組み立て作業の作業性が向上する。
上記バイポーラ電極においては、上記第1活物質層を正極活物質層とし、上記第2活物質層を負極活物質層とすることが好ましい。上述したように、過充電時に正極から発生した酸素ガスは、負極活物質層内に吸収される。第2活物質層を負極活物質層とする場合には、第2活物質層の低密度領域に、予め充電リザーブとしての水素が設けられる。そのため、負極活物質内に吸収された酸素ガスは充電リザーブとしての水素と反応して水に戻される。その結果、酸素ガスの蓄積による電池の内圧上昇がより効果的に抑制される。
正極活物質としては、例えば、水酸化ニッケル(Ni(OH)2)が使用される。また、負極活物質としては、例えば、水素吸蔵合金が使用される。
上述したバイポーラ電極を含む複数の電極を、セパレータを介して積層することにより、ニッケル水素蓄電池の電極組立体が構成される。即ち、上記バイポーラ電極を含むニッケル水素蓄電池は、複数の電極がセパレータを介して積層された電極組立体を有している。そして、電極組立体は、その積層方向の両端にそれぞれ配置された終端電極と、これらの終端電極の間に配置された上記バイポーラ電極とを有している。
上記ニッケル水素蓄電池は、電極組立体に上記バイポーラ電極を採用することにより、上述したように、優れた充放電性能を有する。また、上記ニッケル水素蓄電池によれば、活物質層が金属箔から剥離せず、また、脱落もしない。更に、上記ニッケル水素蓄電池によれば、電池の内圧の上昇が抑制される。
電極組立体に含まれるバイポーラ電極は、1枚であってもよく、複数枚であってもよい。また、各電極の間に介在するセパレータとしては、公知の材料を使用してもよい。例えば、セパレータは、ポリテトラフルオロエチレン、ポリプロピレン、ポリエチレン、ポリイミド、ポリアミド、等の合成樹脂から構成された不織布または織布であってもよい。また、セパレータは、セラミックスなどの電気絶縁性材料から構成された多孔体であってもよい。更に、セパレータは、前述した不織布、織布及び多孔体を2層以上積層した積層体であってもよい。
上記ニッケル水素蓄電池は、上述したように、高いエネルギー密度を有するとともに、長期間に亘って高い電池容量が維持される。それ故、上記ニッケル水素蓄電池は、例えばフォークリフトやハイブリッド自動車、電気自動車等の車両用として使用される。
(実施例1)
上記バイポーラ電極の実施例を、図を用いて説明する。図1〜図2に示すように、バイポーラ電極1は、金属箔2と、金属箔2の表側面上に設けられた第1活物質層3と、第1活物質層3よりも面積が広く、金属箔2の裏側面上に設けられた第2活物質層4とを有している。第2活物質層4は、金属箔2の厚み方向から見た平面視における周縁部に配置された低密度領域41と、低密度領域41よりも内側に配置され、低密度領域41よりも空隙率が小さい高密度領域42とを有している。
上記バイポーラ電極の実施例を、図を用いて説明する。図1〜図2に示すように、バイポーラ電極1は、金属箔2と、金属箔2の表側面上に設けられた第1活物質層3と、第1活物質層3よりも面積が広く、金属箔2の裏側面上に設けられた第2活物質層4とを有している。第2活物質層4は、金属箔2の厚み方向から見た平面視における周縁部に配置された低密度領域41と、低密度領域41よりも内側に配置され、低密度領域41よりも空隙率が小さい高密度領域42とを有している。
図1に示すように、本例の金属箔2は、その厚み方向から見た平面視において長方形状を呈している。金属箔2の寸法は、長さ350mm、幅220mm、厚み25μmである。なお、本例の金属箔2は、ニッケル箔である。
金属箔2の表側面には、その厚み方向から見た平面視において長方形状を呈する第1活物質層3が設けられている。本例の第1活物質層3は正極活物質層であり、正極活物質としての水酸化ニッケルと、バインダとしてのアクリル系樹脂エマルション及びカルボキシメチルセルロースとが含まれている。第1活物質層3の寸法は、長さ336mm、幅206mm、厚み90μmである。
金属箔2の裏側面には、その厚み方向から見た平面視において長方形状を呈する第2活物質層4が設けられている。本例の第2活物質層4は負極活物質層であり、負極活物質としての水素吸蔵合金と、バインダとしてのアクリル系樹脂エマルション及びカルボキシメチルセルロースとが含まれている。第2活物質層4の寸法は、長さ340mm、幅210mmである。
図1及び図2に示すように、第2活物質層4の幅方向における両端には、第2活物質層4の長辺に沿って延びる低密度領域41が設けられている。低密度領域41の厚みは110μmであり、空隙率は56〜63%である。
また、これらの低密度領域41よりも幅方向の内側には、長方形状を呈する高密度領域42が設けられている。図1及び図2に示すように、金属箔2の厚み方向から見た平面視において、高密度領域42は、第1活物質層3の全体と重なる位置に配置されている。高密度領域42の厚みは70μmであり、空隙率は28〜40%である。
低密度領域41及び高密度領域42の空隙率は、以下の測定方法により得ることができる。即ち、各領域から測定用の試料を採取し、この試料の質量(g)を体積(cm3)で除して、空隙を含む試料の電極密度(g/cm3)を算出する。また、この試料に含まれている材料の体積比率(体積%)及び真密度(g/cm3)に基づき、空隙が存在しないと仮定した場合の試料の電極密度(g/cm3)を算出する。
上記により得られた空隙を含む試料の電極密度(g/cm3)を、空隙が存在しないと仮定した場合の試料の電極密度(g/cm3)で除することにより、試料の充填率(%)が得られる。そして、この充填率(%)を100%から差し引いた値が空隙率(%)である。
図2に示すように、低密度領域41と高密度領域42との間には、低密度領域41に近いほど大きな厚みを有する中間領域43が介在している。
本例のバイポーラ電極1は、例えば図3に示す方法により作製される。金属箔2は、図3に示すように金属箔ロール20から引き出され、搬送方向800に沿って搬送される。この金属箔2の表側面に、厚みが均一であり、上述した寸法の第1活物質層3が形成される。次いで、金属箔2の裏側面に、厚みが均一であり、上述した寸法の第2活物質層4が形成される。なお、これらの活物質層3、4は、例えば、活物質とバインダとを含むスラリーを塗布することにより形成される。
その後、活物質層3、4が形成された金属箔2を、矢印801の方向に回転している一対の圧縮ロール8(8a、8b)の間に通すことにより、第1活物質層3及び第2活物質層4にプレスが施される。第2活物質層4が一対の圧縮ロール8の間に進入した時点では、図4に示すように、金属箔2の表側面に第1活物質層3が存在していない。そのため、第2活物質層4の幅方向の全範囲が一対の圧縮ロール8によりプレスされる。
金属箔2がさらに前進し、第1活物質層3と第2活物質層4との両方が一対の圧縮ロール8の間に進入すると、幅方向、即ち搬送方向800と金属箔2の厚み方向との両方に直交する方向における中央部において、図5に示すように第1活物質層3と第2活物質層4との両方がプレスされる。これにより、第2活物質層4の幅方向における中央部に高密度領域42が形成される。
一方、幅方向における両端部においては、金属箔2の裏側面に第1活物質層3が存在していないため、一対の圧縮ロール8のうち第1活物質層3側の圧縮ロール8aと金属箔2との間に隙間が生じる。そして、この隙間に存在する金属箔の端部2aがしなるように変形し、幅方向の端縁に近くなるほど金属箔の端部2aと第2活物質層4側の圧縮ロール8bとの間隔が大きくなる。以上の結果、幅方向の両端部において第2活物質層4が圧縮ロール8bから離間し、低密度領域41が形成される。また、高密度領域42と低密度領域41との間においては、金属箔2と圧縮ロール8bとの間隔に応じて第2活物質層4が圧縮される。その結果、低密度領域41に近いほど大きな厚みを有する中間領域43が形成される。
そして、金属箔2がさらに前進し、第1活物質層3が一対の圧縮ロール8の間を完全に通過した後は、図4と同様に、第2活物質層4の幅方向の全範囲が一対の圧縮ロール8によりプレスされる。従って、第2活物質層4における長手方向の両端部44(図1参照)の空隙率は、高密度領域42と低密度領域41との中間程度の値となる。
その後、金属箔2を所望の寸法に裁断することにより、バイポーラ電極1が得られる。
次に、本例のバイポーラ電極1の作用効果を説明する。バイポーラ電極1は、単に第2活物質層4の空隙率を大きくするのではなく、第2活物質層4の周縁部という特定の位置に低密度領域41を設けている。そのため、第2活物質層4内に吸収可能な酸素ガスの総量が増加し、ニッケル水素蓄電池の内圧の上昇が抑制される。更に、低密度領域41内に保持される電解液の量が増加し、過充電時の電解液の局所的な消失による電解液の残存している部分への電流の集中が緩和される。その結果、ニッケル水素蓄電池の性能が長期間に亘って維持される。
また、第2活物質層4は、比較的空隙率の小さい高密度領域42において、金属箔2との接着性が十分に確保される。その結果、第2活物質層4が金属箔2から剥離せず、また、脱落もしない。また、高密度領域42の空隙率を小さくすることにより、充放電効率が高くなる。
また、図1及び図2に示すように、金属箔2の厚み方向から見た平面視において、第2活物質層4の高密度領域42は、第1活物質層3と重なる位置に配置されている。そのため、比較的空隙率が小さく、電極反応の効率が高い高密度領域42において、電極反応を活発に起こすことができる。その結果、ニッケル水素蓄電池の充放電効率がより高められる。
高密度領域42の空隙率は28〜40%である。これにより、高密度領域42における電極反応の効率がより向上する。その結果、ニッケル水素蓄電池の充放電効率がより向上する。
低密度領域41の空隙率は56〜63%である。これにより、第2活物質層4の低密度領域41により多量の酸素ガスが吸収される。その結果、ニッケル水素蓄電池の内圧の上昇がより効果的に抑制される。また、低密度領域41の空隙率を上記特定の範囲とすることにより、低密度領域41に、より多量の電解液が保持される。それ故、ニッケル水素蓄電池の寿命特性がより向上する。
また、第1活物質層3は正極活物質層であり、第2活物質層4は負極活物質層である。これにより、過充電時に正極から発生した酸素ガスが、負極活物質層内に吸収された後、負極活物質層内の充電リザーブとしての水素と反応して水に戻される。その結果、酸素ガスの蓄積による電池の内圧上昇がより効果的に抑制される。
以上のように、バイポーラ電極1は、優れた充放電性能を有する。また、バイポーラ電極1によれば、活物質層3、4が金属箔2から剥離せず、また、脱落もしない。更に、バイポーラ電極1によれば、電池の内圧の上昇が抑制される。
(実施例2)
本例は、バイポーラ電極1を備えたニッケル水素蓄電池5の例である。なお、本実施例以降において用いる符号のうち、既出の実施例において用いた符号と同一のものは、特に説明のない限り、既出の実施例における構成要素等と同様の構成要素等を表す。図6に示すように、ニッケル水素蓄電池5は、複数の電極1、11、12がセパレータ13を介して積層された電極組立体10を有している。なお、セパレータ13としては、ポリオレフィン繊維製不織布が用いられる。電極組立体10は、その積層方向の両端にそれぞれ配置された終端電極11、12と、これらの終端電極11、12の間に配置されたバイポーラ電極1とを有している。
本例は、バイポーラ電極1を備えたニッケル水素蓄電池5の例である。なお、本実施例以降において用いる符号のうち、既出の実施例において用いた符号と同一のものは、特に説明のない限り、既出の実施例における構成要素等と同様の構成要素等を表す。図6に示すように、ニッケル水素蓄電池5は、複数の電極1、11、12がセパレータ13を介して積層された電極組立体10を有している。なお、セパレータ13としては、ポリオレフィン繊維製不織布が用いられる。電極組立体10は、その積層方向の両端にそれぞれ配置された終端電極11、12と、これらの終端電極11、12の間に配置されたバイポーラ電極1とを有している。
本例の電極組立体10は、積層方向の一端に配置された第1の終端電極11と、他端に配置された第2の終端電極12との間に、複数のバイポーラ電極1を有している。複数のバイポーラ電極1は、第1活物質層3、集電体としての金属箔2、第2活物質層4、セパレータ13がこの順に繰り返し並ぶようにして積層されている。
各バイポーラ電極1における第2活物質層4の高密度領域42は、隣り合う電極1、11の第1活物質層3とセパレータ13を介して面する位置に配置されている。また、各バイポーラ電極1の低密度領域41は、電極組立体10のデッドスペース、即ち、隣り合う電極1、11、12の金属箔2との間に第1活物質層3が存在していない部分に配置されている。
第1の終端電極11は、金属箔2と、その片面に設けられた第1活物質層3とを有している。第1の終端電極11の第1活物質層3は、積層方向の一端に配置されたバイポーラ電極1aの第2活物質層4にセパレータ13を介して面している。
第2の終端電極12は、金属箔2と、その片面に設けられた第2活物質層4とを有している。第2の終端電極12の第2活物質層4は、積層方向の他端に配置されたバイポーラ電極1bの第1活物質層3にセパレータ13を介して面している。
電極組立体10は、筒状を呈するケース51の内部に収容されている。また、ケース51の開口端は、第1プレート52及び第2プレート53により閉鎖されている。ニッケル水素蓄電池5における、ケース51、第1プレート52及び第2プレート53に囲まれた内部空間には、電解液が満たされている。なお、電解液としては、例えば、水酸化カリウム水溶液等の、ニッケル水素蓄電池用として公知の電解液を使用することができる。
ケース51は、ポリプロピレン、ポリフェニルサルファイドまたは変性ポリフェニレンエーテル等の絶縁性樹脂から構成されている。ケース51の内壁には、バイポーラ電極1の金属箔2の外周端縁23が保持されている。
第1プレート52は金属より構成されており、第1の終端電極11の金属箔2及びケース51の一方の開口端面511に当接している。また、第1プレート52におけるケース51の外側に露出した部分には、第1の電極端子521が取り付けられている。第1の電極端子521は、第1プレート52を介して第1の終端電極11と電気的に接続されている。
第2プレート53は、第2の終端電極12の金属箔2及びケース51の他方の開口端面512に当接している。また、第2プレート53におけるケース51の外側に露出した部分には、第2の電極端子531が取り付けられている。第2の電極端子531は、第2プレート53を介して第2の終端電極12と電気的に接続されている。
第1プレート52及び第2プレート53の外周端縁は、ケース51よりも外方まで延出している。そして、第1プレート52の外周端縁と第2プレート53の外周端縁とは、図示しない絶縁部材を介してボルト541及びナット542により締結されている。これにより、第1プレート52及び第2プレート53がケース51の開口端面511、512に密着し、ケース51の開口端が閉鎖される。
次に、本例のニッケル水素蓄電池5の作用効果を説明する。ニッケル水素蓄電池5は、電極組立体10にバイポーラ電極1を採用することにより、上述したように、優れた充放電性能を有する。また、ニッケル水素蓄電池5によれば、第2活物質層4が金属箔2から剥離せず、また、脱落もしない。更に、ニッケル水素蓄電池5によれば、電池の内圧の上昇が抑制される。
また、第2活物質層4の低密度領域41は、電極組立体10のデッドスペースに配置されている。そのため、電極組立体10の積層方向の寸法の増大が抑制される。また、低密度領域41をデッドスペースに配置することにより、比較的空隙率が大きく、電極反応の効率が低い低密度領域41での電極反応が抑制される。これにより、電極反応の効率が高い高密度領域42での電極反応の寄与分を相対的に大きくし、ニッケル水素蓄電池5の充放電効率がより高められる。
また、低密度領域41と高密度領域42との間には、低密度領域41に近いほど大きな厚みを有する中間領域43が介在している。そのため、電極組立体10の組み立て作業中にバイポーラ電極1が所望の位置から若干ずれて配置された場合にも、電極組立体10の積層方向の寸法の増大が抑制される。それ故、電極組立体10の組み立て作業の作業性が向上する。
本発明に係るバイポーラ電極1及びニッケル水素蓄電池5の態様は、実施例1及び実施例2に示した態様に限定されるものではなく、その趣旨を損なわない範囲で適宜構成を変更することができる。
1 バイポーラ電極
2 金属箔
3 第1活物質層
4 第2活物質層
41 低密度領域
42 高密度領域
2 金属箔
3 第1活物質層
4 第2活物質層
41 低密度領域
42 高密度領域
Claims (8)
- 金属箔と、
上記金属箔の表側面上に設けられた第1活物質層と、
上記金属箔の裏側面上に設けられ、上記第1活物質層よりも面積が広い第2活物質層とを有し、
上記第2活物質層は、上記金属箔の厚み方向から見た平面視における周縁部に配置された低密度領域と、該低密度領域よりも内側に配置され、上記低密度領域よりも空隙率が小さい高密度領域とを有している、ニッケル水素蓄電池用バイポーラ電極。 - 上記金属箔の厚み方向から見た平面視において、上記高密度領域は、上記第1活物質層の少なくとも一部と重なる位置に配置されている、請求項1に記載のニッケル水素蓄電池用バイポーラ電極。
- 上記高密度領域の空隙率は28〜40%である、請求項1または2に記載のニッケル水素蓄電池用バイポーラ電極。
- 上記低密度領域の空隙率は56〜63%である、請求項1〜3のいずれか1項に記載のニッケル水素蓄電池用バイポーラ電極。
- 上記低密度領域の厚みは、上記高密度領域の厚みよりも厚い、請求項1〜4のいずれか1項に記載のニッケル水素蓄電池用バイポーラ電極。
- 上記低密度領域と上記高密度領域との間には、上記低密度領域に近いほど大きな厚みを有する中間領域が介在している、請求項5に記載のニッケル水素蓄電池用バイポーラ電極。
- 上記第1活物質層は正極活物質層であり、上記第2活物質層は負極活物質層である、請求項1〜6のいずれか1項に記載のニッケル水素蓄電池用バイポーラ電極。
- 複数の電極がセパレータを介して積層された電極組立体を有するニッケル水素蓄電池であって、
上記電極組立体は、
その積層方向の両端にそれぞれ配置された終端電極と、
これらの終端電極の間に配置された、請求項1〜7のいずれか1項に記載のニッケル水素蓄電池用バイポーラ電極とを有している、ニッケル水素蓄電池。
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