JP7042204B2 - 蓄電モジュール - Google Patents

Description

本発明は、蓄電モジュールに関する。

従来の蓄電モジュールとして、両面に正極層及び負極層がそれぞれ形成された電極板からなる複数のバイポーラ電極と、負極層が形成された電極板からなる負極終端電極と、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）。このような蓄電モジュールは、バイポーラ電極の電極板の一方の面における周縁部に設けられた封止体をバイポーラ電極と一体的に構成したバイポーラ電極ユニットと、負極終端電極の電極板の一方の面における周縁部に設けられた封止体を負極終端電極と一体的に構成した負極終端電極ユニットをそれぞれ製造し、これらを積層することによって組み立てられる。隣り合う電極間は、封止体により封止されており、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。

特開２０１１－２０４３８６号公報

上述したような蓄電モジュールでは、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の表面を伝わり、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て拡散すると、例えば負極終端電極の外側に隣接して配置された導電板の腐食、負極終端電極と拘束部材との間の短絡等が生じるおそれがあり、信頼性の観点から好ましくない。

そこで、負極終端電極の外側に例えば未塗工の金属板を設け、負極終端電極と未塗工の金属板との間、及び未塗工の金属板の負極終端電極とは反対側に封止体を溶着することによって負極終端電極と未塗工の金属板との間に余剰空間を形成し、外部空間の湿度の影響によるアルカリクリープの進行を抑制することが考えられる。このような未塗工の金属板を設ける場合も、封止体及び未塗工の金属板を負極終端電極と一体的に構成した負極終端電極ユニットを形成することが考えられる。

このような場合、負極終端電極及び未塗工の金属板に封止体を溶着するときに、当該封止体に対して入力されるエネルギの量が、バイポーラ電極の電極板の一方の面のみに封止体を溶着する場合に比べて大きくなって封止体の溶融量が増加するおそれがある。封止体の溶融量が増加すると固化時における熱収縮量も増加する。これに伴ってその収縮力も大きくなるため、バイポーラ電極ユニットの電極板に比べて負極終端電極の電極板にしわが生じ易くなる。このようなしわの発生は、電極板と封止体との溶着度合の脆弱性につながり、信頼性の観点から好ましくない。

本発明は、信頼性が向上された蓄電モジュールを提供することを目的とする。

本発明に係る蓄電モジュールは、一方の面に正極活物質が塗工され、一方の面とは反対側の他方の面に負極活物質が塗工された金属板からなるバイポーラ電極、及びバイポーラ電極の金属板の一方の面又は他方の面における周縁部に溶着される枠状の樹脂部材を有するバイポーラ電極ユニットと、一方の面に負極活物質が塗工された金属板からなる負極終端電極、負極終端電極の金属板において負極活物質が塗工されていない他方の面に対向して配置され、活物質が塗工されていない未塗工の金属板、負極終端電極の金属板の周縁部と未塗工の金属板の周縁部とに溶着される枠状の樹脂部材、及び未塗工の金属板において負極終端電極に対向する一方の面とは反対側の他方の面における周縁部に溶着される枠状の樹脂部材を有する負極終端電極ユニットと、を備え、負極終端電極ユニットは、一方向に沿って積層された複数のバイポーラ電極ユニットからなるバイポーラ電極ユニット群の一方向における一端において、負極終端電極の負極活物質がバイポーラ電極ユニット群と対向するように配置され、バイポーラ電極の金属板、負極終端電極の金属板、及びバイポーラ電極ユニットの樹脂部材によって形成された内部空間にはアルカリ溶液を含む電解液が収容され、負極終端電極の金属板の剛性は、バイポーラ電極の金属板の剛性よりも大きい。

この蓄電モジュールでは、負極終端電極の金属板に対向して未塗工の金属板を配置することにより、電解液の移動経路となり得る経路上に余剰空間が形成されている。このような構成では、アルカリクリープ現象によって電解液が滲み出す起点となる負極終端電極の金属板との間の隙間に、外部の空気中に含まれる水分が入り込むことを抑制することができる。これにより、アルカリクリープ現象の加速条件となる外部の湿度の影響を抑制することができ、電解液が蓄電モジュールの外部に滲み出ることを抑制することができる。更にこの蓄電モジュールでは、未塗工の金属板を含んで負極終端電極ユニットを構成するために、負極終端電極の金属板及び未塗工の金属板に樹脂部材が溶着されるだけでなく、未塗工の金属板の他方の面にも樹脂部材が溶着される。このような構成の負極終端電極ユニットを形成する場合には、バイポーラ電極の金属板の一方の面又は他方の面に樹脂部材を溶着する場合に比べて、樹脂部材に対して入力されるエネルギの量が大きくなるので、上述したように、負極終端電極の金属板にしわが生じ易くなるという問題が生じる。そこで、この蓄電モジュールでは、負極終端電極の金属板の剛性を、バイポーラ電極の金属板の剛性よりも大きくしている。これにより、負極終端電極の樹脂部材に対して入力されるエネルギの量が大きくなったとしても、負極終端電極の金属板にしわが生じることが抑制される。以上により、蓄電モジュールの信頼性を向上することができる。

本発明に係る蓄電モジュールは、一方の面に正極活物質が塗工された金属板からなる正極終端電極、及び正極終端電極の金属板の一方の面及び他方の面における周縁部に溶着される枠状の樹脂部材を有する正極終端電極ユニットを更に備え、正極終端電極ユニットは、バイポーラ電極ユニット群の一方向における他端において、正極終端電極の正極活物質がバイポーラ電極ユニット群と対向するように配置され、正極終端電極の金属板の剛性は、バイポーラ電極の金属板の剛性よりも大きくてもよい。

この蓄電モジュールでは、例えば内部空間の内圧が上昇した場合、バイポーラ電極では、一方向に隣り合う内部空間の内圧による荷重がキャンセルされるものの、バイポーラ電極ユニット群の他端に設けられた正極終端電極では、内部空間の内圧による荷重はキャンセルされない。このため、内圧が上昇した場合に正極終端電極が変形し、正極終端電極ユニット側における電解液の漏液及び破損が生じるおそれがある。そこで、この蓄電モジュールでは、正極終端電極ユニットを、金属板の一方の面及び他方の面の両方に樹脂部材を溶着している。このような構成では、内部空間の内圧が上昇した場合、例えば金属板の一方の面又は他方の面のみに樹脂部材が溶着されている場合に比べて、正極終端電極が変形しにくくなる。これにより、正極終端電極ユニット側における電解液の漏液及び破損を抑制することができる。

一方、このような構成の正極終端電極ユニットを形成する場合には、バイポーラ電極の金属板の一方の面又は他方の面に樹脂部材を溶着する場合に比べて、樹脂部材に対して入力されるエネルギの量が大きくなるので、負極終端電極の金属板と同様に、正極終端電極の金属板にしわが生じ易くなるという問題が生じる。そこで、この蓄電モジュールでは、正極終端電極の金属板の剛性を、バイポーラ電極の金属板の剛性よりも大きくしている。これにより、正極終端電極の樹脂部材に対して入力されるエネルギの量が大きくなったとしても、正極終端電極の金属板にしわが生じることが抑制される。以上により、蓄電モジュールの信頼性を向上することができる。

本発明に係る蓄電モジュールでは、未塗工の金属板の剛性は、バイポーラ電極の金属板の剛性よりも大きくてもよい。この蓄電モジュールの負極終端電極ユニットでは、負極終端電極の金属板及び未塗工の金属板に樹脂部材が溶着され、さらに未塗工の金属板の他方の面にも樹脂部材が溶着されている。このような構成の負極終端電極ユニットを形成する場合には、バイポーラ電極の金属板の一方の面又は他方の面に樹脂部材を溶着する場合に比べて、樹脂部材に対して入力されるエネルギの量が大きくなるので、負極終端電極の金属板と同様に、未塗工の金属板にしわが生じ易くなるという問題が生じる。そこで、この蓄電モジュールでは、未塗工の金属板の剛性を、バイポーラ電極の金属板の剛性よりも大きくしている。これにより、未塗工の金属板の樹脂部材に対して入力されるエネルギの量が大きくなったとしても、未塗工の金属板にしわが生じることが抑制される。以上により、蓄電モジュールの信頼性を向上することができる。

本発明に係る蓄電モジュールでは、金属板の剛性は、金属板の厚みを調整することによって設定されていてもよい。この場合、金属板の剛性を容易に設定することができる。

本発明に係る蓄電モジュールでは、金属板の剛性は、金属板のヤング率を調整することによって設定されていてもよい。この場合、金属板の剛性を容易に設定することができる。

本発明に係る蓄電モジュールでは、金属板の剛性は、金属板の引張強度を調整することによって設定されていてもよい。この場合、金属板の剛性を容易に設定することができる。

本発明によれば、信頼性が向上された蓄電モジュールを提供することができる。

図１は、蓄電装置の一実施形態を示す概略断面図である。 図２は、図１に示された蓄電モジュールの内部構成を示す概略断面図である。 図３は、図２の蓄電モジュールのバイポーラ電極ユニット、負極終端電極ユニット及び正極終端電極ユニットを示す断面図である。 図４は、図２の蓄電モジュールの一部を示す拡大断面図である。 図５は、比較例に係る蓄電モジュールの一部拡大断面図である。

以下、図面を参照しながら、一実施形態に係る蓄電モジュールを備える蓄電装置について詳細に説明する。なお、各図面において同一又は相当の部分に対しては同一の符号を付し、重複する説明を省略する。

図１に示される蓄電装置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、積層された複数の蓄電モジュール４を含むモジュール積層体２と、モジュール積層体２に対してモジュール積層体２の積層方向Ｄ１に拘束荷重を付加する拘束部材３とを備えている。

モジュール積層体２は、複数（ここでは３つ）の蓄電モジュール４と、複数（ここでは４つ）の導電板５とを含む。蓄電モジュール４は、バイポーラ電池であり、積層方向Ｄ１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、又は電気二重層キャパシタ等である。以下の説明では、ニッケル水素二次電池を例示する。

積層方向Ｄ１に互い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、積層方向Ｄ１に互いに隣り合う蓄電モジュール４，４間と、積層端に位置する蓄電モジュール４の外側とに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Ｄ１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、蓄電モジュール４の充放電が実施される。

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。流路５ａは、例えば積層方向Ｄ１と、正極端子６及び負極端子７の引出方向と、にそれぞれ交差（直交）する方向に沿って延在している。導電板５は、蓄電モジュール４同士を電気的に接続する接続部材としての機能の他、これらの流路５ａに冷媒を流通させることにより、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っている。なお、図１の例では、積層方向Ｄ１から見た導電板５の面積は、蓄電モジュール４の面積よりも小さくなっているが、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なっていてもよい。

拘束部材３は、モジュール積層体２を積層方向Ｄ１に挟む一対のエンドプレート８と、エンドプレート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Ｄ１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におけるモジュール積層体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。

エンドプレート８の縁部には、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によって挟持されてモジュール積層体２としてユニット化されると共に、モジュール積層体２に対して積層方向Ｄ１に拘束荷重が付加される。

次に、蓄電モジュール４の構成について詳細に説明する。図２に示されるように、蓄電モジュール４は、電極積層体１１と、電極積層体１１を封止する樹脂製の封止体１２とを備えている。電極積層体１１は、セパレータ１３を介して蓄電モジュール４の積層方向（一方向）Ｄ１に沿って積層された複数の電極ユニットによって構成されている。これらの電極ユニットは、複数のバイポーラ電極ユニット３１と、一つの負極終端電極ユニット３２と、一つの正極終端電極ユニット３３と、を含む。

図２～図４に示されるように、バイポーラ電極ユニット３１は、バイポーラ電極１４と、樹脂枠（樹脂部材）２１と、を有している。バイポーラ電極１４は、第１の面（バイポーラ電極１４の電極板１５の一方の面）１５ａ及び第１の面１５ａの反対側の第２の面（バイポーラ電極１４の電極板１５の他方の面）１５ｂを含む電極板（金属板）１５と、第１の面１５ａに設けられた正極１６と、第２の面１５ｂに設けられた負極１７とを有している。正極１６は、正極活物質が電極板１５に塗工されることにより形成される正極活物質層である。負極１７は、負極活物質が電極板１５に塗工されることにより形成される負極活物質層である。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Ｄ１の一方に隣り合う別のバイポーラ電極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Ｄ１の他方に隣り合う別のバイポーラ電極１４の正極１６と対向している。

樹脂枠２１は、電極板１５の第１の面１５ａにおいて周縁部１５ｃの全周にわたって連続的に設けられ、積層方向Ｄ１から見て矩形環状（枠状）をなしている。樹脂枠２１は、例えば超音波又は熱（エネルギ）によって電極板１５の第１の面１５ａに溶着され、気密に接合されている。樹脂枠２１は、例えば積層方向Ｄ１に所定の厚さを有するフィルムである。樹脂枠２１の内側は、積層方向Ｄ１に互いに隣り合う電極板１５の周縁部１５ｃ同士の間に位置している。樹脂枠２１の外側は、電極板１５の縁よりも外側に張り出しており、その先端部分は、封止体１２に埋設されている。複数のバイポーラ電極ユニット３１は、セパレータ１３を介して積層方向Ｄ１に沿って積層され、バイポーラ電極ユニット群３０を構成する。なお、内側とは、積層方向Ｄ１から見て、蓄電モジュール４の中心の側をいう。外側とは、積層方向Ｄ１から見て、蓄電モジュール４の中心から遠ざかる側をいう。

負極終端電極ユニット３２は、負極終端電極１８と、金属板（未塗工の金属板）２０と、樹脂枠（樹脂部材）２２と、樹脂枠（樹脂部材）２３と、を有している。負極終端電極１８は、電極板１５と、電極板１５の第２の面（負極終端電極１８の電極板１５の一方の面）１５ｂに設けられた負極１７とを有している。負極終端電極１８は、バイポーラ電極ユニット群３０の積層方向Ｄ１における一端において、負極終端電極１８の負極１７がバイポーラ電極ユニット群３０と対向するように配置されている。負極終端電極１８の電極板１５の第２の面１５ｂに設けられた負極１７は、セパレータ１３を介して積層方向Ｄ１の一端のバイポーラ電極１４の正極１６と対向している。負極終端電極１８の電極板１５の第１の面（負極終端電極１８の電極板１５の他方の面）１５ａには、活物質が塗工されていない。

金属板２０は、負極終端電極１８の電極板１５に対して積層方向Ｄ１の外側に配置されている。金属板２０は、負極終端電極１８の電極板１５の第１の面１５ａに対向して配置されている。金属板２０は、負極終端電極１８の電極板１５の第１の面１５ａに対向する一方の面２０ａ及び一方の面２０ａの反対側の他方の面２０ｂを有している。金属板２０の一方の面２０ａ及び他方の面２０ｂには、正極活物質及び負極活物質が塗工されておらず、一方の面２０ａ及び他方の面２０ｂの全面が未塗工領域となっている。すなわち、本実施形態において、金属板２０は正極１６及び負極１７のいずれも設けられていない未塗工の金属板である。なお、図２、図３及び図４では、説明の便宜のため、断面視において直線状の金属板２０を示しているが、導電板５を介して蓄電モジュール４が積層された場合には、金属板２０は隣り合う電極板１５側に接触して電気的に接続された状態となる。

樹脂枠２２は、負極終端電極１８の電極板１５の周縁部１５ｃと金属板２０の周縁部２０ｃとの間において周縁部１５ｃ及び周縁部２０ｃの全周にわたって連続的に設けられ、積層方向Ｄ１から見て矩形環状（枠状）をなしている。樹脂枠２２は、例えば超音波又は熱によって電極板１５の第１の面１５ａ及び金属板２０の一方の面２０ａに溶着され、気密に接合されている。負極終端電極１８の電極板１５と金属板２０と樹脂枠２２とによって、後述する電解液が収容されていない余剰空間ＶＡが形成される。樹脂枠２２は、例えば積層方向Ｄ１に所定の厚さを有するフィルムである。樹脂枠２２の内側は、積層方向Ｄ１に互いに隣り合う電極板１５の周縁部１５ｃ及び金属板２０の周縁部２０ｃの間に位置している。樹脂枠２１の外側は、電極板１５及び金属板２０の縁よりも外側に張り出しており、その先端部分は、封止体１２に埋設されている。

樹脂枠２３は、金属板２０の他方の面２０ｂにおいて周縁部２０ｃの全周にわたって連続的に設けられ、積層方向Ｄ１から見て矩形環状（枠状）をなしている。樹脂枠２３は、例えば超音波又は熱によって金属板２０の他方の面２０ｂに溶着され、気密に接合されている。樹脂枠２３は、例えば積層方向Ｄ１に所定の厚さを有するフィルムである。樹脂枠２３の外側は、金属板２０の縁よりも外側に張り出しており、その先端部分は、封止体１２に埋設されている。

正極終端電極ユニット３３は、正極終端電極１９と、樹脂枠（樹脂部材）２４と、樹脂枠（樹脂部材）２５と、を有している。正極終端電極１９は、電極板１５と、電極板１５の第１の面（正極終端電極１９の電極板１５の一方の面）１５ａに設けられた正極１６とを有している。正極終端電極１９は、バイポーラ電極ユニット群３０の積層方向Ｄ１における他端において、正極終端電極１９の正極１６がバイポーラ電極ユニット群３０と対向するように配置されている。正極終端電極１９の電極板１５の第１の面１５ａに設けられた正極１６は、セパレータ１３を介して積層方向Ｄ１の他端のバイポーラ電極１４の負極１７と対向している。正極終端電極１９の電極板１５の第２の面（正極終端電極１９の電極板１５の他方の面）１５ｂには、活物質が塗工されていない。

樹脂枠２４は、電極板１５の第１の面１５ａにおいて周縁部１５ｃの全周にわたって連続的に設けられ、積層方向Ｄ１から見て矩形環状をなしている。樹脂枠２４は、例えば超音波又は熱によって電極板１５の第１の面１５ａに溶着され、気密に接合されている。樹脂枠２４は、例えば積層方向Ｄ１に所定の厚さを有するフィルムである。樹脂枠２４の内側は、積層方向Ｄ１に互いに隣り合う電極板１５の周縁部１５ｃ同士の間に位置している。樹脂枠２４の外側は、電極板１５の縁よりも外側に張り出しており、その先端部分は、封止体１２に埋設されている。

樹脂枠２５は、電極板１５の第２の面１５ｂにおいて周縁部１５ｃの全周にわたって連続的に設けられ、積層方向Ｄ１から見て矩形環状をなしている。樹脂枠２５は、例えば超音波又は熱によって電極板１５の第２の面１５ｂに溶着され、気密に接合されている。樹脂枠２５は、例えば積層方向Ｄ１に所定の厚さを有するフィルムである。樹脂枠２５の外側は、電極板１５の縁よりも外側に張り出しており、その先端部分は、封止体１２に埋設されている。積層方向Ｄ１に沿って互いに隣り合う樹脂枠２１，２２，２３，２４，２５同士は、互いに離間していてもよく、接していてもよい。

バイポーラ電極１４、負極終端電極１８及び正極終端電極１９を形成する電極板１５、並びに、金属板２０は、例えば、ニッケル又はニッケルメッキ鋼板といった金属からなる。一例として、電極板１５及び金属板２０は、ニッケルからなる矩形の金属箔である。電極板１５の周縁部１５ｃは、矩形枠状をなし、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の第２の面１５ｂにおける負極１７の形成領域は、電極板１５の第１の面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。

バイポーラ電極１４、負極終端電極１８及び正極終端電極１９を形成する電極板１５の第１の面１５ａにおける周縁部１５ｃと樹脂枠２１，２２，２４のそれぞれとが重なる領域は、粗面化されている。粗面化された領域は、当該重なる領域でもよいが、本実施形態では電極板１５の第１の面１５ａの全体（周縁部１５ｃから中央部にわたる全面）が粗面化されている。

金属板２０の一方の面２０ａにおける周縁部２０ｃと樹脂枠２２とが重なる領域は、粗面化されている。粗面化された領域は、当該重なる領域でもよいが、本実施形態では金属板２０の一方の面２０ａの全体（周縁部２０ｃから中央部にわたる全面）が粗面化されている。金属板２０の他方の面２０ｂにおける周縁部２０ｃと樹脂枠２３とが重なる領域は、粗面化されている。粗面化された領域は、当該重なる領域でもよいが、本実施形態では金属板２０の他方の面２０ｂの全体（周縁部２０ｃから中央部にわたる全面）が粗面化されている。

上記粗面化は、例えば電解メッキによる複数の突起が形成されたメッキ層により実現し得る。すなわち、電極板１５の第１の面１５ａ、電極板１５の第２の面１５ｂ、金属板２０の一方の面２０ａ、及び金属板２０の他方の面２０ｂにメッキ層が形成されることにより、それぞれの面における各樹脂枠との接合界面では、溶融状態の樹脂が粗面化により形成された複数の突起間に入り込み、アンカー効果が発揮される。これにより、電極板１５及び金属板２０と各樹脂枠との間の結合強度を向上させることができる。

負極終端電極１８の電極板１５の剛性は、バイポーラ電極１４の電極板１５の剛性よりも大きい。電極板１５の剛性は、電極板１５の厚みを調整することによって設定されている。つまり、負極終端電極１８の電極板１５の厚みは、バイポーラ電極１４の電極板１５の厚みよりも大きい。例えば、負極終端電極１８の電極板１５の厚みは、バイポーラ電極１４の電極板１５の厚みの１．２倍～３倍となるように形成されている。

金属板２０の剛性は、バイポーラ電極１４の電極板１５の剛性よりも大きい。金属板２０剛性は、金属板２０の厚みを調整することによって設定されている。つまり、金属板２０の厚みは、バイポーラ電極１４の電極板１５の厚みよりも大きい。例えば、金属板２０の厚みは、バイポーラ電極１４の電極板１５の厚みの１．２倍～３倍となるように形成されている。

正極終端電極１９の電極板１５の剛性は、バイポーラ電極１４の電極板１５の剛性よりも大きい。電極板１５の剛性は、電極板１５の厚みを調整することによって設定される。つまり、正極終端電極１９の電極板１５の厚みは、バイポーラ電極１４の電極板１５の厚みよりも大きい。例えば、正極終端電極１９の電極板１５の厚みは、バイポーラ電極１４の電極板１５の厚みの１．２倍～３倍となるように形成されている。

セパレータ１３は、電極板１５，１５間の短絡を防止する部材である。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、ポリプロピレン、メチルセルロース等からなる織布又は不織布等が例示される。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。

封止体１２は、全体として矩形の筒状に形成されている。封止体１２は、電極積層体１１を包囲するように電極積層体１１の側面に設けられている。封止体１２は、当該側面において電極板１５の周縁部１５ｃを保持している。封止体１２は、上記側面に沿って各樹脂枠２１，２２，２３，２４，２５を外側から包囲し、各樹脂枠２１，２２，２３，２４，２５のそれぞれに結合された封止部２６を含んでいる。

封止部２６は、電極積層体１１の外側に設けられ、蓄電モジュール４の外壁（筐体）を構成している。封止部２６は、例えば樹脂の射出成形によって形成され、積層方向Ｄ１に沿って電極積層体１１の全長にわたって延在している。封止部２６は、積層方向Ｄ１を軸方向として延在する矩形の筒状（環状）を呈している。封止部２６は、例えば射出成形時の熱によって各樹脂枠２１，２２，２３，２４，２５の外表面に溶着されている。各樹脂枠２１，２２，２３，２４，２５及び封止部２６は、例えば、耐アルカリ性を有する絶縁性の樹脂である。各樹脂枠２１，２２，２３，２４，２５及び封止部２６の構成材料としては、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）、変性ポリフェニレンエーテル（変性ＰＰＥ）等が挙げられる。

樹脂枠２１，２４及び封止部２６は、隣り合う電極の間に内部空間Ｖを形成すると共に内部空間Ｖを封止する。より具体的には、封止部２６は、積層方向Ｄ１に沿って互いに隣り合うバイポーラ電極１４の電極板１５、及び樹脂枠２１によって形成された内部空間Ｖを封止する。封止部２６は、積層方向Ｄ１に沿って互いに隣り合う負極終端電極１８の電極板１５及びバイポーラ電極１４の電極板１５、並びに樹脂枠２１によって形成された内部空間Ｖを封止する。封止部２６は、積層方向Ｄ１に沿って互いに隣り合う正極終端電極１９の電極板１５及びバイポーラ電極１４の電極板１５、並びに樹脂枠２４によって形成された内部空間Ｖを封止する。各内部空間Ｖは、気密に仕切られている。各内部空間Ｖには、例えば水酸化カリウム水溶液等のアルカリ溶液を含む電解液（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。

次に、図５を参照して本実施形態に係る蓄電モジュール４の作用効果について説明する。図５は、比較例に係る蓄電モジュールの要部拡大断面図である。図５に示されるように、比較例に係る蓄電モジュール１００は、金属板２０及び樹脂枠２３を備えていない点において本実施形態に係る蓄電モジュール４と相違している。

蓄電モジュール１００では、いわゆるアルカリクリープ現象により、内部空間Ｖに存在する電解液が負極終端電極１８の電極板１５の表面を伝わり、電極板１５と樹脂枠２２との間の隙間を通って電極板１５の第１の面１５ａ側に滲み出ることがある。図５には、アルカリクリープ現象における電解液Ｌの移動経路を矢印Ａで示す。このアルカリクリープ現象は、電気化学的な要因及び流体現象などにより、蓄電モジュールの充電時及び放電時並びに無負荷時において生じ得る。アルカリクリープ現象は、負極電位、水分、及び電解液Ｌの通り道がそれぞれ存在することにより生じ、時間の経過とともに進行する。

これに対し、本実施形態に係る蓄電モジュール４では、図４に示されるように、負極終端電極ユニット３２は、金属板２０を有し、樹脂枠２２と負極終端電極１８の電極板１５と金属板２０とによって、余剰空間ＶＡが形成されている。余剰空間ＶＡは、アルカリクリープ現象による電解液の移動経路となり得る経路上に設けられている。したがって、電解液が滲み出す起点となる負極終端電極１８の電極板１５とバイポーラ電極１４の樹脂枠２１との間の隙間に、外部の空気中に含まれる水分が入り込むことを抑制することができる。これにより、アルカリクリープ現象の加速条件となる外部の湿度の影響を抑制することができ、電解液が蓄電モジュール４の外部に滲み出ることを抑制することができる。

しかも、樹脂枠２２は、負極終端電極１８の電極板１５及び金属板２０に溶着されている。これにより、内部空間Ｖに存在する電解液が負極終端電極１８の電極板１５の表面を伝わり、電極板１５と樹脂枠２２との間の隙間を通って電極板１５の第１の面１５ａ側に滲み出ること、及び、電解液が金属板２０の表面を伝わり、金属板２０と樹脂枠２２との間の隙間を通って金属板２０の他方の面２０ｂ側に滲み出ることを抑制することができる。また、負極終端電極１８の電極板１５と樹脂枠２２との溶着、及び、金属板２０と樹脂枠２２との溶着が互いに補強されるため、上述したように、電解液が負極終端電極１８の電極板１５の第１の面１５ａ側に滲み出ること、及び、金属板２０の他方の面２０ｂ側に滲み出ることを抑制することができる。

さらに、樹脂枠２３が金属板２０の他方の面２０ｂに溶着されているため、電解液が金属板２０の表面を伝わり、金属板２０と樹脂枠２３との間の隙間を通って金属板２０の他方の面２０ｂ側に滲み出ることを抑制することができる。

負極終端電極ユニット３２では、樹脂枠２２が負極終端電極１８の電極板１５及び金属板２０の両方に溶着されている。さらに、金属板２０には樹脂枠２３が溶着されている。このため、樹脂枠２２及び樹脂枠２３を溶着するときに、樹脂枠２２及び樹脂枠２３に対して入力されるエネルギの量が、電極板１５の第１の面１５ａのみに溶着されたバイポーラ電極ユニット３１の樹脂枠２１に比べて大きくなるおそれがある。入力されるエネルギの量が大きいとは、例えば溶着温度が高いこと又は溶着時間が長いことをいう。

具体的には、バイポーラ電極ユニット３１においては、樹脂枠２１は以下のように溶着される場合がある。すなわち、樹脂枠２１を電極板１５の第１の面１５ａに配置した後、電極板１５の第２の面１５ｂからエネルギ（超音波又は熱）を入力することにより、樹脂枠２１を電極板１５に溶着する。これに対して、負極終端電極ユニット３２においては、樹脂枠２２及び樹脂枠２３は以下のように溶着される場合がある。すなわち、まず、樹脂枠２１と同様に、樹脂枠２２を電極板１５に溶着する。その後、金属板２０を樹脂枠２２上に配置すると共に樹脂枠２３を金属板２０の他方の面２０ｂに配置し、樹脂枠２３の金属板２０とは反対側からエネルギを入力することにより、樹脂枠２２及び樹脂枠２３を金属板２０に溶着する。

このような場合に、樹脂枠２２は、電極板１５の第２の面１５ｂから伝わったエネルギ、及び樹脂枠２３及び金属板２０を介して伝わったエネルギの両方によって、電極板１５及び金属板２０に溶着されることとなる。また、樹脂枠２３は、樹脂枠２３を介して伝わったエネルギによって金属板２０に溶着されることとなる。したがって、樹脂枠２２及び樹脂枠２３に対して入力されるエネルギの量は、電極板１５のみを介して伝わったエネルギによって電極板１５に溶着される樹脂枠２１に比べて、大きくなる。なお、樹脂枠２２を負極終端電極１８の電極板１５と金属板２０との間に配置し、電極板１５の第２の面１５ｂ及び金属板２０の他方の面２０ｂからエネルギを入力することにより、樹脂枠２２を電極板１５及び金属板２０に溶着した後、樹脂枠２３を金属板２０の他方の面２０ｂに配置し、樹脂枠２３の金属板２０とは反対側からエネルギを入力することにより、樹脂枠２３を金属板２０に溶着することも考えられるが、上記と同様に、樹脂枠２２及び樹脂枠２３に対して入力されるエネルギの量が大きくなる。

樹脂枠２２及び樹脂枠２３に対して入力されるエネルギ量が大きくなると、樹脂枠２２及び樹脂枠２３の溶融量が増加し熱収縮量が増加する。これに伴ってその収縮力も大きくなるため、バイポーラ電極１４の電極板１５に比べて負極終端電極１８の電極板１５及び金属板２０にしわが生じ易くなる。そこで、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の剛性及び金属板２０の剛性を、バイポーラ電極１４の電極板１５の剛性よりも大きくしている。これにより、負極終端電極１８の電極板１５及び金属板２０に樹脂枠２２及び樹脂枠２３を溶着するときに、樹脂枠２２及び樹脂枠２３に対して入力されるエネルギの量が、バイポーラ電極ユニット３１の樹脂枠２１に比べて大きくなって、樹脂枠２２及び樹脂枠２３の溶融量が増加した結果、固化時における熱収縮量が増加したとしても、その収縮力によって負極終端電極１８の電極板１５及び金属板２０にしわが生じることが抑制される。これにより、蓄電モジュール４の信頼性を向上することができる。

また、蓄電モジュール４では、使用条件等により内部空間Ｖの内圧が上昇した場合、バイポーラ電極１４では、積層方向Ｄ１に隣り合う内部空間Ｖの内圧による荷重がキャンセルされる。また、内部空間Ｖ自体も僅かな空間であるため、バイポーラ電極１４の変形は比較的生じ難い。一方、例えば、電極積層体１１の積層端に位置する正極終端電極１９では、バイポーラ電極１４とは異なり、内部空間Ｖの内圧による荷重はキャンセルされない。このため、内圧が上昇した場合に正極終端電極１９が積層方向Ｄ１の外側に変形することが考えられる。正極終端電極１９に変形が生じると、正極終端電極１９に結合された各部材に過大な応力がかかり、各部材が破断したり、正極終端電極１９との間に隙間が生じたりするおそれがある。各部材の破断や正極終端電極１９との間の隙間の形成は、蓄電モジュール４の外部への電解液（不図示）の漏出の原因となり得る。

そこで、正極終端電極１９は、電極板１５の第１の面１５ａ及び第２の面１５ｂにそれぞれ溶着された樹脂枠２４及び樹脂枠２５と一体的に構成されている。このような構成では、内部空間Ｖの内圧が上昇した場合、例えば電極板１５の第１の面１５ａのみに樹脂枠２４が溶着されている場合に比べて、正極終端電極１９が変形しにくくなる。これにより、正極終端電極１９側における電解液の漏液や破損（例えば樹脂枠２４の破損）が抑制される。

正極終端電極ユニット３３では、電極板１５の第１の面１５ａに樹脂枠２４が溶着され、且つ、第２の面１５ｂに樹脂枠２５が溶着されている。このため、樹脂枠２４及び樹脂枠２５を溶着するときに、樹脂枠２４又は樹脂枠２５に対して入力されるエネルギの量が、電極板１５の第１の面１５ａのみに溶着されたバイポーラ電極ユニット３１の樹脂枠２１に比べて大きくなるおそれがある。

具体的には、正極終端電極ユニット３３においては、樹脂枠２４及び樹脂枠２５は以下のように溶着される場合がある。すなわち、まず、例えば樹脂枠２４を電極板１５の第１の面１５ａに配置し、電極板１５の第２の面１５ｂからエネルギを入力することにより、樹脂枠２４を電極板１５に溶着した後、樹脂枠２５を電極板１５の第２の面１５ｂに配置し、樹脂枠２５の電極板１５とは反対側からからエネルギを入力することにより、樹脂枠２５を電極板１５に溶着する。このような場合に、樹脂枠２５は、樹脂枠２５を介して伝わったエネルギによって電極板１５に溶着されることとなる。したがって、樹脂枠２５に対して入力されるエネルギの量は、電極板１５のみを介して伝わったエネルギによって電極板１５に溶着される樹脂枠２１に比べて、大きくなる。同様に、樹脂枠２５を電極板１５に溶着した後、樹脂枠２４の電極板１５とは反対側からからエネルギを入力することにより、樹脂枠２４を電極板１５に溶着する場合においても、樹脂枠２４に対して入力されるエネルギの量が大きくなる。

樹脂枠２４又は樹脂枠２５に対して入力されるエネルギ量が大きくなると、樹脂枠２４又は樹脂枠２５の溶融量が増加し熱収縮量が増加する。これに伴ってその収縮力も大きくなるため、バイポーラ電極１４の電極板１５に比べて正極終端電極１９の電極板１５にしわが生じ易くなる。そこで、本実施形態の蓄電モジュール４では、正極終端電極１９の電極板の剛性を、バイポーラ電極１４の電極板１５の剛性よりも大きくしている。これにより、樹脂枠２４又は樹脂枠２５に対して入力されるエネルギの量が大きくなって、樹脂枠２４又は樹脂枠２５の溶融量が増加した結果熱収縮量が増加したとしても、その収縮力によって正極終端電極１９の電極板１５にしわが生じることが抑制される。これにより、蓄電モジュール４の信頼性を向上することができる。

また、電極板１５の剛性は、電極板１５の厚みを調整することによって設定されている。金属板２０の剛性は、金属板２０の厚みを調整することによって設定されている。これにより、電極板１５及び金属板２０の剛性を容易に設定することができる。

本発明は上記実施形態に限定されない。

上記実施形態では、電極板１５剛性が電極板１５の厚みを調整することによって設定されている例を示したが、電極板１５の剛性は、電極板１５のヤング率を調整することによって設定されていてもよい。金属板２０の剛性が金属板２０の厚みを調整することによって設定されている例を示したが、金属板２０の剛性は、金属板のヤング率を調整することによって設定されていてもよい。ヤング率は、例えば、電極板１５又は金属板２０の材質を変更したり、電極板１５又は金属板２０に表面処理を施したりして、設定されている。

電極板１５の剛性は、電極板１５の引張強度を調整することによって設定されていてもよい。金属板２０の剛性は、金属板の引張強度を調整することによって設定されていてもよい。引張強度は、例えば、電極板１５又は金属板２０の熱処理の条件を変更することによって設定されている。何れの場合も、金属板の剛性を容易に設定することができる。

上記実施形態では、金属板２０及び正極終端電極１９の電極板１５の剛性がバイポーラ電極１４の電極板１５の剛性よりも大きい例を示したが、少なくとも負極終端電極１８の電極板１５の剛性がバイポーラ電極１４の電極板１５の剛性よりも大きければ、金属板２０及び正極終端電極１９の電極板１５の剛性は、バイポーラ電極１４の電極板１５の剛性よりも大きくなくてもよい。

上記実施形態では、樹脂枠２１がバイポーラ電極１４の電極板１５の第１の面１５ａに溶着されている例を示したが、樹脂枠２１は、バイポーラ電極１４の電極板１５の第２の面１５ｂに溶着されていてもよい。つまり、樹脂枠２１は、バイポーラ電極１４の電極板１５の第１の面１５ａ又は第２の面１５ｂに溶着されている。

上記実施形態では、金属板２０は、負極終端電極１８の電極板１５に接触する接触部を有していてもよい。

４…蓄電モジュール、１４…バイポーラ電極、１５…電極板（金属板）、１５ａ…第１の面、１５ｂ…第２の面、１５ｃ…周縁部、１６…正極（正極活物質）、１７…負極（負極活物質）、１８…負極終端電極、１９…正極終端電極、２０…金属板（未塗工の金属板）、２０ａ…一方の面、２０ｂ…他方の面、２０ｃ…周縁部、２１，２２，２３，２４，２５…樹脂枠（樹脂部材）、３０…バイポーラ電極ユニット群、３１…バイポーラ電極ユニット、３２…負極終端電極ユニット、３３…正極終端電極ユニット、Ｄ１…積層方向（一方向）、Ｖ…内部空間。

Claims (6)

1. 一方の面に正極活物質が塗工され、一方の面とは反対側の他方の面に負極活物質が塗工された金属板からなるバイポーラ電極、及び前記バイポーラ電極の金属板の一方の面又は他方の面における周縁部に溶着される枠状の樹脂部材を有するバイポーラ電極ユニットと、
   一方の面に負極活物質が塗工された金属板からなる負極終端電極、前記負極終端電極の金属板において前記負極活物質が塗工されていない他方の面に対向して配置され、活物質が塗工されていない未塗工の金属板、前記負極終端電極の金属板の周縁部と前記未塗工の金属板の周縁部とに溶着される枠状の樹脂部材、及び前記未塗工の金属板において前記負極終端電極に対向する一方の面とは反対側の他方の面における周縁部に溶着される枠状の樹脂部材を有する負極終端電極ユニットと、を備え、
   前記負極終端電極ユニットは、一方向に沿って積層された複数の前記バイポーラ電極ユニットからなるバイポーラ電極ユニット群の前記一方向における一端において、前記負極終端電極の負極活物質が前記バイポーラ電極ユニット群と対向するように配置され、
   前記バイポーラ電極の金属板、前記負極終端電極の金属板、及び前記バイポーラ電極ユニットの樹脂部材によって形成された内部空間にはアルカリ溶液を含む電解液が収容され、
   前記負極終端電極の金属板の剛性は、前記バイポーラ電極の金属板の剛性よりも大きい、蓄電モジュール。
2. 一方の面に正極活物質が塗工された金属板からなる正極終端電極、及び前記正極終端電極の金属板の一方の面及び他方の面における周縁部に溶着される枠状の樹脂部材を有する正極終端電極ユニットを更に備え、
   前記正極終端電極ユニットは、前記バイポーラ電極ユニット群の前記一方向における他端において、前記正極終端電極の正極活物質が前記バイポーラ電極ユニット群と対向するように配置され、
   前記正極終端電極の金属板の剛性は、前記バイポーラ電極の金属板の剛性よりも大きい、請求項１に記載の蓄電モジュール。
3. 前記未塗工の金属板の剛性は、前記バイポーラ電極の金属板の剛性よりも大きい、請求項１又は２に記載の蓄電モジュール。
4. 金属板の剛性は、金属板の厚みを調整することによって設定されている、請求項１～３の何れか一項に記載の蓄電モジュール。
5. 金属板の剛性は、金属板のヤング率を調整することによって設定されている、請求項１～３の何れか一項に記載の蓄電モジュール。
6. 金属板の剛性は、金属板の引張強度を調整することによって設定されている、請求項１～３の何れか一項に記載の蓄電モジュール。

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