JP7056357B2 - 蓄電モジュールの製造方法、蓄電装置の製造方法、及び、蓄電装置 - Google Patents

Description

本発明は、蓄電モジュールの製造方法、蓄電装置の製造方法、及び、蓄電装置に関する。

特許文献１には、バイポーラ電池が記載されている。このバイポーラ電池は、積層された複数枚のバイポーラ電極を含む電池要素を備えている。また、このバイポーラ電池は、隣接する電池要素の間に電解液が収容される空間を形成するために電池要素の外部を被覆する樹脂群を備えている。この樹脂群の少なくとも一部には、被覆厚さを一般面より薄くした部位を有している。被覆の薄い部位は、異常時に電池の内圧が上昇した場合に、その部位から効果的にガスを放出するための安全弁としての効果を有している。

特開２００５－００５１６３号公報

ところで、バイポーラ電池においては、電池の内圧が上昇すると安全弁からガスが放出すると共に電解液が漏れてしまうおそれがある。ここで、電解液の漏れを抑制するために、安全弁の内側にフィルタを配置することが考えられる。一方で、バイポーラ電池の製造工程においては、安全弁に対応する位置から電解液を注入する場合がある。この場合、上記のようにフィルタが配置されていると、電解液の注入が妨げられてしまうおそれがある。

そこで、本発明は、電解液のスムーズな注入及び電解液の漏れの抑制を両立させることができる蓄電モジュールの製造方法、蓄電装置の製造方法、及び、蓄電装置を提供することを目的とする。

本発明の蓄電モジュールの製造方法は、シート状の電極と、電極の周縁部に設けられ、電解液の注入口が形成された樹脂枠と、注入口に対応する位置において樹脂枠の内側に配置されたフィルタと、を含み第１方向に積層された複数の電極ユニットを有する積層体を用意する第１工程と、第１工程の後、第１方向に沿って隣接する一対の電極及び樹脂枠によって形成された内部空間に、注入口を介して電解液を注入する第２工程と、第２工程の後、第１方向に沿って積層体を押圧する第３工程と、を備え、電極は、第１方向における電極の一方側において内部空間の内面を形成すると共に、フィルタが配置されたフィルタエリアを含む第１面を含み、第２工程においては、フィルタエリアにおける第１面と第１面に対向する電極との間の第１距離が、フィルタエリアにおける第１面からフィルタの頂部までの第２距離よりも大きい状態を維持しながら電解液を注入し、第３工程においては、第１距離と第２距離との差が電解液の注入時よりも小さくなるように積層体を押圧する。

この製造方法においては、まず、第１工程において積層体を用意する。この積層体においては、互いに隣り合う一対の電極と樹脂枠とによって内部空間が形成されている。また、樹脂枠には、内部空間に対して電解液を注入するための注入口が形成されている。更に、積層体にあっては、樹脂枠の注入口に対応する位置において樹脂枠の内側（すなわち内部空間）にフィルタが配置されている。フィルタは、電極の第１面上に配置される（すなわち、第１面はフィルタが配置されるフィルタエリアを含む）。そして、この製造方法においては、第２工程において、当該注入口を介して内部空間に電解液を注入する。このとき、フィルタエリアにおける第１面と第１面に対向する電極との間の第１距離が、フィルタエリアにおける第１面からフィルタの頂部までの第２距離よりも大きい状態を維持しながら電解液を注入する。このため、第１面に対向する電極とフィルタの頂部との間の隙間（第１距離と第２距離との差に相当する隙間）を介して、スムーズに内部空間に電解液を注入できる。更に、この製造方法においては、第３工程において、第１距離と第２距離との差が電解液の注入時よりも小さくなるように積層体を押圧する。このため、第１面に対向する電極とフィルタの頂部との間の隙間が電解液の注入時よりも小さくなる。これにより、当該隙間を介した電解液の漏れを抑制できる。以上により、この製造方法によれば、電解液のスムーズな注入及び電解液の漏れの抑制を両立させることができる。

本発明の蓄電モジュールの製造方法においては、第１面は、フィルタエリアの外側に位置する外側エリアを含み、第１工程においては、外側エリアにおける第１面から樹脂枠の頂部までの第３距離が第２距離よりも大きくなるように積層体を用意し、第３工程においては、第１方向から見てフィルタエリア及び外側エリアに重複すると共に、フィルタエリアに対応する位置においてフィルタ側に突出する突出部が設けられた押圧部材を用いて、積層体を押圧してもよい。この場合、第１面に対向する電極とフィルタの頂部との間に隙間が形成された状態（すなわち、第１距離が第２距離よりも大きい状態）を確実に維持できる。したがって、第２工程において、当該隙間を介したスムーズな電解液の注入を確実に行うことができる。さらに、そのような状態から、第３工程において、フィルタエリアに対応する位置に突出部が設けられた押圧部材を用いることにより、フィルタエリアにおいて選択的に積層体を押圧できる。これにより、電極とフィルタの頂部との間の隙間を確実に減少させることができる。

本発明の蓄電モジュールの製造方法においては、第１面は、フィルタエリアの外側に位置する外側エリアを含み、第１工程においては、外側エリアにおける第１面から樹脂枠の頂部までの第３距離が第２距離と等しくなるように、且つ、第１距離が第３距離及び第２距離よりも大きくなるように積層体を用意し、第３工程においては、第１方向から見てフィルタエリア及び外側エリアに重複する押圧部材を用いて、第１距離と第３距離とが等しくなるように積層体を押圧してもよい。この場合、第３工程において積層体を押圧したときに、例えば第１面に対向する電極と樹脂枠の頂部とを接触させることによって、当該電極とフィルタの頂部を接触させてそれらの間に隙間がない状態を好適に実現できる。よって、電解液の漏れを確実に抑制できる。また、第３工程においてフィルタが圧縮されにくいため、空隙率が比較的低い材料をフィルタに用いた場合に有効である。

本発明の蓄電モジュールの製造方法においては、第１面は、フィルタエリアの外側に位置する外側エリアを含み、第１工程においては、外側エリアにおける第１面から樹脂枠の頂部までの第３距離が第２距離よりも小さくなるように積層体を用意し、第３工程においては、第１方向から見てフィルタエリア及び外側エリアに重複する押圧部材を用いて、第１距離と第３距離とが等しくなるように積層体を押圧してもよい。この場合、第３工程において積層体を押圧したときに、例えば第１面に対向する電極と樹脂枠の頂部とを接触させることによって、当該電極と第１面との間においてフィルタを圧縮し、当該電極とフィルタの頂部との間に隙間がない状態を確実に実現できる。よって、電解液の漏れを確実に抑制できる。また、第３工程において十分にフィルタを圧縮できるため、空隙率が比較的に高い材料をフィルタに用いた場合に有効である。

本発明の蓄電装置の製造方法は、上記の蓄電モジュールの製造方法によって複数の蓄電モジュールを製造するモジュール工程と、モジュール工程の後、複数の蓄電モジュールを互いに積層して一体化することにより蓄電装置を構成する装置工程と、を備え、第３工程においては、蓄電モジュールを冷却するための冷却部材を押圧部材として用いて積層体を押圧し、装置工程においては、蓄電モジュールと冷却部材とを交互に積層して一体化する。

この製造方法においては、第３工程においては、蓄電モジュールを冷却するための冷却部材を押圧部材として用いて積層体を押圧している。このため、押圧部材を用意するコストが生じない。また、蓄電モジュールを積層する際に改めて冷却部材を導入する必要がなく、製造時間を短縮できる。

本発明の蓄電装置は、内部空間が形成された積層体と、内部空間に収容された電解液と、を有し第１方向に積層された複数の蓄電モジュールと、蓄電モジュールと交互に積層されて一体化され、蓄電モジュールを冷却するための冷却部材と、を備え、積層体は、シート状の電極と、電極の周縁部に設けられ、電解液の注入口が形成された樹脂枠と、注入口に対応する位置において樹脂枠の内側に配置されたフィルタと、を含み第１方向に積層された複数の電極ユニットを有し、内部空間は、第１方向に沿って隣接する一対の電極及び樹脂枠によって形成されており、冷却部材は、第１方向から見てフィルタに重複すると共にフィルタに対応する位置においてフィルタ側に突出するように設けられた突出部を有し、積層体は、冷却部材によって押圧されている。

この蓄電装置においては、互いに隣り合う一対の電極と樹脂枠とによって内部空間が形成されている。また、樹脂枠には、内部空間に対して電解液を注入するための注入口が形成されている。更に、積層体にあっては、樹脂枠の注入口に対応する位置において樹脂枠の内側（すなわち内部空間）にフィルタが配置されている。また、冷却部材は、第１方向から見てフィルタに重複すると共にフィルタに対応する位置においてフィルタ側に突出するように設けられた突出部を有している。そして、積層体は、この冷却部材によって押圧されている。このため、電極が突出部に沿うように変形して、フィルタが配置されたエリアにおける電極の間の距離が小さくなる。これにより、フィルタと電極との間を介した電解液の漏れを抑制できる。

本発明によれば、電解液のスムーズな注入及び電解液の漏れの抑制を両立させることができる蓄電モジュールの製造方法、蓄電装置の製造方法、及び、蓄電装置を提供することが可能となる。

蓄電装置の一実施形態を示す概略断面図である。 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１の一部拡大図である。 図２に示された電極ユニットの平面図である。 蓄電モジュールの製造方法を示す図である。 図５の一部拡大図である。 変形例に係る蓄電モジュールの製造方法を示す図である。 変形例に係る蓄電モジュールの製造方法を示す図である。

以下、本発明の実施形態について、図面を参照して詳細に説明する。なお、各図において同一又は相当部分には同一符号を付し、重複する説明を省略する。

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、積層方向（第１方向）Ｄに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に対してその積層方向Ｄ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（冷却部材）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Ｄ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Ｄに互いに隣り合う蓄電モジュール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Ｄに互いに隣り合う蓄電モジュール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。すなわち、導電板５は、蓄電モジュール４と交互に積層されている。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Ｄ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。

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Ｄ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ほか、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つ。すなわち、導電板５は、蓄電モジュール４を冷却する機能を有している。なお、図１の例では、積層方向Ｄ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。

拘束部材３は、モジュール積層体２を積層方向Ｄ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Ｄから見て蓄電モジュール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（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に対して積層方向に拘束荷重が付加される。すなわち、蓄電モジュール４と導電板５とは、拘束部材３の拘束によって一体化されている。

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２に示されるように、蓄電モジュール４は、電極積層体（積層体）１１と、電解液（不図示）と、を有している。電極積層体１１は、積層方向Ｄに積層された複数の電極ユニット１２と、互いに隣接する電極ユニット１２の間に配置されたセパレータ１３と、を有している。電極ユニット１２は、シート状の電極（複数のバイポーラ電極１４、単一の負極終端電極１８、及び、単一の正極終端電極１９）と、電極の周縁部に設けられた樹脂枠２１と、樹脂枠２１の内側に配置されたフィルタ２４と、を含んでいる。

バイポーラ電極１４は、電極板１５、電極板１５の第１面１５ａに設けられた正極１６、電極板１５の第１面１５ａの反対の第２面１５ｂに設けられた負極１７を含んでいる。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Ｄ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Ｄに隣り合うさらに別のバイポーラ電極１４の正極１６と対向している。

負極終端電極１８は、電極板１５、及び電極板１５の第２面１５ｂに設けられた負極１７を含んでいる。負極終端電極１８は、その第２面１５ｂが電極積層体１１の内側（積層方向Ｄについての中心側）になるように、積層方向Ｄの一端に配置されている。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は、電極板１５、及び電極板１５の第１面１５ａに設けられた正極１６を含んでいる。正極終端電極１９は、その第１面１５ａが電極積層体１１の内側になるように、積層方向Ｄの他端に配置されている。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の第１面１５ａには、導電板５が接触している。また、正極終端電極１９の電極板１５の第２面１５ｂ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。拘束部材３からの拘束荷重は、導電板５を介して負極終端電極１８及び正極終端電極１９から電極積層体１１に付加される。すなわち、導電板５は、積層方向Ｄに沿って電極積層体１１に拘束荷重を付加する拘束部材でもある。

電極板１５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（バイポーラ電極１４、負極終端電極１８、及び、正極終端電極１９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面１５ｂにおける負極１７の形成領域は、電極板１５の第１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。

電極板１５の表面は粗面化されている。ここでは、第１面１５ａ、第２面１５ｂ及び端面を含む電極板１５の表面全体が粗面化されている。電極板１５の表面は、例えば、電解メッキ処理で複数の突起が形成されることにより粗面化されている。このように電極板１５が粗面化されている場合、電極板１５と後述する樹脂枠２１との接合界面では、溶融状態の樹脂枠２１が粗面化により形成された凹部内に入り込み、アンカー効果が発揮される。これにより、電極板１５と樹脂枠２１との結合力を向上させることができる。少なくとも、第１面１５ａにおける周縁部１５ｃが粗面化されていれば、結合力向上の効果が得られる。突起は、例えば、基端側から先端側に向かって先太りとなる形状を有している。この場合、互いに隣接する突起の間の断面形状はアンダーカット形状となり、アンカー効果が生じ易い。なお、突起の形状及び密度等は特に限定されない。

正極１６は、積層方向Ｄに交差する方向に延びる複数の溝１６ａ（図４参照）によって、溝１６ａの延在方向及び積層方向Ｄに交差する方向に沿って配列された複数のストライプ状の部分に分割されている。これにより、バイポーラ電極１４及び正極終端電極１９の第１面１５ａにおける当該部分の間の領域は、正極活物質から露出された未塗工領域１６ｂとなっている。また、バイポーラ電極１４及び正極終端電極１９の第１面１５ａにおける溝１６ａの延在方向の一方の端部（後述する注入口２１ｆと反対側の端部）にも、未塗工領域１６ｃが設けられている。未塗工領域１６ｃは、複数の未塗工領域１６ｂに接続されるように長方形状に設定されている。未塗工領域１６ｃの面積は、未塗工領域１６ｂの面積に比べて十分に大きい。これにより、後述する内部空間Ｖにおいてガスが発生した場合に、当該ガスが未塗工領域１６ｂから未塗工領域１６ｃに導入されて貯留されることにより、内部空間Ｖの内圧の上昇が抑制される。バイポーラ電極１４の第２面１５ｂ、及び、負極終端電極１８の第２面１５ｂについても、同様に構成されている。

すなわち、負極１７は、積層方向Ｄに交差する方向に延びる複数の溝によって、溝の延在方向及び積層方向Ｄに交差する方向に沿って配列された複数のストライプ状の部分に分割されている。これにより、バイポーラ電極１４及び負極終端電極１８の第２面１５ｂにおける当該部分の間の領域は、負極活物質から露出された未塗工領域（第１未塗工領域）となっている。また、バイポーラ電極１４及び負極終端電極１８の第２面１５ｂにおける溝の延在方向の一方の端部（後述する注入口２１ｆと反対側の端部）にも、未塗工領域（第２未塗工領域）が設けられている。第２未塗工領域は、複数の第１未塗工領域に接続されるように長方形状に設定されている。第２未塗工領域の面積は、第１未塗工領域の面積に比べて十分に大きい。これにより、内部空間Ｖにおいてガスが発生した場合に、当該ガスが第１未塗工領域から第２未塗工領域に導入されて貯留されることにより、内部空間Ｖの内圧の上昇が抑制される。

図３は、図１の一部拡大図である。図４は、電極ユニット１２の平面図である。図２～図４に示されるように、樹脂枠２１は、積層方向Ｄから見て、矩形環状をなし、周縁部１５ｃの全周にわたって連続的に設けられている。樹脂枠２１は、電極板１５の第１面１５ａに気密に接合（例えば溶着）されている。樹脂枠２１は、例えば超音波又は熱によって溶着されている。樹脂枠２１は所定の厚さ（積層方向Ｄの長さ）を有するフィルムである。電極板１５の端面は、樹脂枠２１から露出している。樹脂枠２１の内側の一部は、積層方向Ｄ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おり、外側の一部は、電極板１５から外側に張り出している。樹脂枠２１は、当該外側の一部において後述する封止体に埋設されている。積層方向Ｄに沿って互いに隣り合う樹脂枠２１同士は、互いに離間している。

樹脂枠２１は、第１樹脂枠２２と第２樹脂枠２３とを有している。第１樹脂枠２２及び第２樹脂枠２３は、積層方向Ｄに沿って互いに積層されている。第１樹脂枠２２は、積層方向Ｄから見て、矩形環状をなしている。第１樹脂枠２２は、第３面２２ａ、及び第３面２２ａの反対の第４面２２ｂ、並びに、積層方向Ｄから見て矩形状をなしている内縁２２ｃ及び外縁２２ｄを含んでいる。第２樹脂枠２３は、積層方向Ｄから見て、矩形環状をなしている。第２樹脂枠２３は、第５面２３ａ、及び第５面２３ａの反対の第６面２３ｂ、並びに、積層方向Ｄから見て矩形状をなしている内縁２３ｃ及び外縁２３ｄを含んでいる。積層方向Ｄから見て、第１樹脂枠２２の外縁２２ｄ及び第２樹脂枠２３の外縁２３ｄは、互いに一致しており樹脂枠２１の外縁２１ｄを構成している。

積層方向Ｄから見て、第２樹脂枠２３の内縁２３ｃは、第１樹脂枠２２の内縁２２ｃよりも一回り大きい矩形状である。これにより、樹脂枠２１には、段差部２１ｅ（第１樹脂枠２２の第３面２２ａの一部）が形成されている。段差部２１ｅ上には、セパレータ１３の縁部が載置されている。第１樹脂枠２２の内縁２２ｃは、樹脂枠２１の内縁２１ｃを構成している。第１樹脂枠２２の第４面２２ｂは、バイポーラ電極１４及び正極終端電極１９の第１面１５ａに溶着されて第１面１５ａに接合されている。第２樹脂枠２３の第６面２３ｂは、第１樹脂枠２２の第３面２２ａに溶着されて第３面２２ａに接合されている。

樹脂枠２１には、電解液の注入口２１ｆが形成されている。注入口２１ｆは、矩形環状の樹脂枠２１の一つの辺部及び積層方向Ｄに交差（直交）する方向において、当該辺部を貫通している。具体的には、注入口２１ｆは、矩形環状の第２樹脂枠２３の一つの辺部に交差（直交）する方向において、当該辺部を貫通している。注入口２１ｆは、積層方向Ｄにおいて第２樹脂枠２３の当該辺部を貫通している。すなわち、第１樹脂枠２２の第３面２２ａは、第２樹脂枠２３と共に注入口２１ｆを形成する。

フィルタ２４は、注入口２１ｆに対応する位置において第２樹脂枠２３の内側に配置されている。フィルタ２４は、注入口２１ｆに隣接するように段差部２１ｅ上に配置されている。フィルタ２４は、第２樹脂枠２３とセパレータ１３との間に配置されている。フィルタ２４は、注入口２１ｆが形成された第２樹脂枠２３の辺部に沿って延在している。フィルタ２４の延在方向における両端は、第２樹脂枠２３の内縁２３ｃに当接している。

フィルタ２４は、内部空間Ｖで発生したガスを透過させつつ、電解液の透過を抑制する性質を有している。フィルタ２４としては、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等が例示される。フィルタ２４の空隙率は、例えば４０％以下である。フィルタ２４の空隙率は、例えば３０％以上である。フィルタ２４の空隙率は、例えば３６％～４０％程度である。

電極板１５の第１面１５ａは、積層方向Ｄにおける電極の一方側において内部空間Ｖの内面を形成すると共に、フィルタ２４が配置されるフィルタエリア１５ｅと、フィルタエリア１５ｅの外側に位置する外側エリア１５ｆと、を含んでいる。フィルタエリア１５ｅは、積層方向Ｄにおいてフィルタ２４と重複している。外側エリア１５ｆは、積層方向Ｄにおいて第２樹脂枠２３と重複している。

フィルタエリア１５ｅにおける第１面１５ａと第１面１５ａに対向する電極（ここでは、負極終端電極１８の第２面１５ｂ）との間の第１距離Ｄ１は、フィルタエリア１５ｅにおける第１面１５ａからフィルタ２４の頂部２４ａまでの第２距離Ｄ２よりも大きい。外側エリア１５ｆにおける第１面１５ａから樹脂枠２１の頂部（ここでは、第２樹脂枠２３の第５面２３ａ）までの第３距離Ｄ３は、第２距離Ｄ２よりも大きい。樹脂枠２１の厚さは、正極１６の厚さ、負極１７の厚さ、及びセパレータ１３の厚さ（セパレータ１３が圧縮された場合を含む）の合計よりも小さい。フィルタ２４の厚さは、第２樹脂枠２３の厚さよりも小さい。

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。

蓄電モジュール４は、電極積層体１１を封止する樹脂製の封止体（不図示）を更に備えている。封止体は、例えば絶縁性の樹脂によって、全体として矩形の筒状に形成されている。封止体は、周縁部１５ｃ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。封止体は、電極積層体１１の側面において周縁部１５ｃを保持している。封止体は、電極積層体１１の側面に沿って樹脂枠２１を外側から包囲するように樹脂枠２１に接合されている。封止体は、樹脂枠２１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。封止体は、例えば樹脂の射出成型によって形成されている。封止体は、例えば、射出成型時の熱によって樹脂枠２１の外表面に溶着（接合）されている。

電極積層体１１には、内部空間Ｖが形成されている。具体的には、積層方向Ｄに沿って互いに隣り合うバイポーラ電極１４の間、積層方向Ｄに沿って互いに隣り合う負極終端電極１８とバイポーラ電極１４との間、及び、積層方向Ｄに沿って互いに隣り合う正極終端電極１９とバイポーラ電極１４との間には、内部空間Ｖが形成されている。内部空間Ｖは、積層方向Ｄに沿って隣接する一対の電極及び樹脂枠２１によって形成されている。

封止体は、樹脂枠２１と共に内部空間Ｖを封止している。これにより、バイポーラ電極１４の間、負極終端電極１８とバイポーラ電極１４との間、及び、正極終端電極１９とバイポーラ電極１４との間には、それぞれ気密に仕切られた内部空間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水溶液からなる電解液が収容されている。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。樹脂枠２１及び封止体は、例えば、絶縁性の樹脂であって、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）等から構成され得る。

封止体には、注入口２１ｆに連通した連通孔が形成されている。連通孔には、安全弁（圧力調整弁）が設けられている。安全弁は、内部空間Ｖの内圧が上昇したときに、内部空間Ｖ内のガスを排出させるためのものである。連通孔及び注入口２１ｆは、各内部空間Ｖに電解液を注入するための注液口として機能すると共に、電解液が注入された後は、安全弁の接続口として機能する。

導電板５は、本体部５１と、突出部５２と、を有している。本体部５１は、板状をなしている。突出部５２は、矩形環状をなし、本体部５１の周縁部に設けられている。突出部５２は、本体部５１における電極積層体１１側に設けられている。突出部５２は、積層方向Ｄから見て電極板１５の周縁部１５ｃに対応するように設けられている。すなわち、突出部５２は、積層方向Ｄから見て電極板１５における正極１６及び負極１７の形成領域よりも外側に対応するように設けられている。突出部５２は、積層方向Ｄから見て樹脂枠２１及びフィルタ２４に重複すると共に、樹脂枠２１及びフィルタ２４に対応する位置において樹脂枠２１及びフィルタ２４側に突出するように設けられている。

電極積層体１１は、導電板５によって押圧されている。電極板１５における突出部５２に対応する領域は、突出部５２の押圧によって電極積層体１１の積層方向Ｄにおける中心側に変形している。これにより、電極板１５の第２面１５ｂと第２樹脂枠２３の第５面２３ａとが接触し、第１距離Ｄ１と第３距離Ｄ３とが等しくなっている。また、第１距離Ｄ１が、正極１６の厚さ、負極１７の厚さ、及びセパレータ１３の厚さ（セパレータ１３が圧縮された場合を含む）の合計よりも小さくなっている。すなわち、第１距離Ｄ１が小さくなって、第１距離Ｄ１と第２距離Ｄ２との差が小さくなっている。突出部５２の突出量は、限定されず、第１距離Ｄ１と第２距離Ｄ２との差が小さくなるように設定することができる。なお、図１においては、突出部５２の図示が省略されている。

以上説明したように、蓄電装置１においては、互いに隣り合う一対の電極（例えば、バイポーラ電極１４及び負極終端電極１８）と樹脂枠２１とによって内部空間Ｖが形成されている。また、樹脂枠２１には、内部空間Ｖに対して電解液を注入するための注入口２１ｆが形成されている。更に、電極積層体１１にあっては、樹脂枠２１の注入口２１ｆに対応する位置において樹脂枠２１の内側（すなわち内部空間Ｖ）にフィルタ２４が配置されている。また、導電板５は、積層方向Ｄから見てフィルタ２４に重複すると共にフィルタ２４に対応する位置においてフィルタ２４側に突出するように設けられた突出部５２を有している。そして、電極積層体１１は、導電板５によって押圧されている。このため、電極（ここでは、電極板１５）が突出部５２に沿うように変形して、フィルタ２４が配置されたエリア（フィルタエリア１５ｅ）における電極板１５の間の距離（第１距離Ｄ１）が小さくなる。すなわち、フィルタ２４の頂部２４ａと電極板１５の第２面１５ｂとの距離が小さくなる。これにより、フィルタ２４と電極との間を介した電解液の漏れを抑制できる。よって、液枯れによる蓄電装置１の性能の低下（例えば抵抗が増加すること）が抑制される。また、電解液が強アルカリ性を有している場合には、強アルカリ性の電解液の漏れが抑制されるため、安全性が向上する。

続いて、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、モジュール工程と、装置工程と、を備えている。モジュール工程は、蓄電モジュール４の製造方法によって複数の蓄電モジュール４を製造する工程である。図５は、蓄電モジュールの製造方法を示す図である。図６は、図５の一部拡大図である。蓄電モジュール４の製造法においては、まず、図５及び図６に示されるように、電極積層体１１を用意する（第１工程）。具体的には、複数のバイポーラ電極１４、負極終端電極１８、正極終端電極１９、複数の樹脂枠２１、複数のフィルタ２４、及び複数のセパレータ１３を用意する。

続いて、バイポーラ電極１４及び正極終端電極１９の第１面１５ａに樹脂枠２１を溶着する。続いて、樹脂枠２１の段差部２１ｅにフィルタ２４を配置して電極ユニット１２を得る。続いて、セパレータ１３を介して複数の電極ユニット１２を積層方向Ｄに沿って積層し、積層方向Ｄの一端に負極終端電極１８を積層して電極積層体１１を得る。続いて、電極積層体１１の側面に封止体を設ける。第１工程においては、第１距離Ｄ１が、正極１６の厚さ、負極１７の厚さ、及びセパレータ１３の厚さ（セパレータ１３が圧縮された場合を含む）の厚さの合計と等しくなるように電極積層体１１を用意する。また、第１工程においては、第１距離Ｄ１が第３距離Ｄ３よりも大きくなり、第３距離Ｄ３が第２距離Ｄ２よりも大きくなるように電極積層体１１を用意する。

第１工程の後、封止体に形成された連通孔及び注入口２１ｆを介して内部空間Ｖに、電解液を注入する（第２工程）。第２工程においては、電極積層体１１は、板状の保持部材５０によって保持される。保持部材５０は、電極積層体１１の積層方向Ｄにおける両側に配置され、電極積層体１１を挟持すると共に、電極積層体１１に対して一定の拘束荷重をかける。保持部材５０の電極積層体１１側の面５０ａは、平坦面である。すなわち、第２工程においては、電極板１５が変形していない。第２工程においては、第１距離Ｄ１が第３距離Ｄ３よりも大きく、第３距離Ｄ３が第２距離Ｄ２よりも大きい状態を維持しながら電解液を注入する。すなわち、第２工程においては、第１距離Ｄ１が第２距離Ｄ２よりも大きい状態を維持しながら電解液を注入する。

第２工程の後、積層方向Ｄに沿って電極積層体１１を押圧する（第３工程）。第３工程においては、第１距離Ｄ１と第２距離Ｄ２との差が電解液の注入時よりも小さくなるように電極積層体１１を押圧する（図２及び図３参照）。第３工程においては、導電板５を押圧部材として用いて、電極積層体１１を押圧する。すなわち、第３工程においては、積層方向Ｄから見てフィルタエリア１５ｅ及び外側エリア１５ｆに重複すると共にフィルタエリア１５ｅ及び外側エリア１５ｆに対応する位置においてフィルタ２４及び樹脂枠２１側に突出する突出部５２が設けられた導電板５を用いて、電極積層体１１を押圧する。

電極板１５における突出部５２に対応する領域は、突出部５２の押圧によって電極積層体１１の積層方向Ｄにおける中心側に変形する。これにより、電極板１５の第２面１５ｂと第２樹脂枠２３の第５面２３ａとが接触し、第１距離Ｄ１と第３距離Ｄ３とが等しくなる。また、第１距離Ｄ１が、正極１６の厚さ、負極１７の厚さ、及びセパレータ１３の厚さ（セパレータ１３が圧縮された場合を含む）の合計よりも小さくなる。すなわち、第１距離Ｄ１が小さくなって、第１距離Ｄ１と第２距離Ｄ２との差が小さくなる。モジュール工程においては、以上のような工程を繰り返して、複数の蓄電モジュール４を製造する。

モジュール工程の後、複数の蓄電モジュール４を互いに積層して一体化することにより蓄電装置１を構成する（装置工程）。装置工程においては、蓄電モジュール４と導電板５とを交互に積層して一体化する（図１参照）。蓄電モジュール４と導電板５とは、フィルムＦを介して拘束部材３の拘束によって一体化される。

以上説明したように、蓄電モジュール４の製造方法においては、まず、第１工程において電極積層体１１を用意する。この電極積層体１１においては、互いに隣り合う一対の電極（例えば、バイポーラ電極１４及び負極終端電極１８）と樹脂枠２１とによって内部空間Ｖが形成されている。また、樹脂枠２１には、内部空間Ｖに対して電解液を注入するための注入口２１ｆが形成されている。更に、電極積層体１１にあっては、樹脂枠２１の注入口２１ｆに対応する位置において樹脂枠２１の内側（すなわち内部空間Ｖ）にフィルタ２４が配置されている。フィルタ２４は、電極の第１面１５ａ上に配置される（すなわち、第１面１５ａはフィルタ２４が配置されるフィルタエリア１５ｅを含む）。

そして、この製造方法においては、第２工程において、当該注入口２１ｆを介して内部空間Ｖに電解液を注入する。このとき、フィルタエリア１５ｅにおける第１面１５ａと第１面１５ａに対向する電極（ここでは、電極板１５の第２面１５ｂ）との間の第１距離Ｄ１が、フィルタエリア１５ｅにおける第１面１５ａからフィルタ２４の頂部２４ａまでの第２距離Ｄ２よりも大きい状態を維持しながら電解液を注入する。このため、第１面１５ａに対向する電極とフィルタ２４の頂部２４ａとの間の隙間（第１距離Ｄ１と第２距離Ｄ２との差に相当する隙間）を介して、スムーズに内部空間Ｖに電解液を注入できる。

更に、この製造方法においては、第３工程において、第１距離Ｄ１と第２距離Ｄ２との差が電解液の注入時よりも小さくなるように電極積層体１１を押圧する。このため、第１面１５ａに対向する電極とフィルタ２４の頂部２４ａとの間の隙間が電解液の注入時よりも小さくなる。これにより、当該隙間を介した電解液の漏れを抑制できる。よって、液枯れによる蓄電装置１の性能の低下（例えば抵抗が増加すること）が抑制される。また、電解液が強アルカリ性を有している場合には、強アルカリ性の電解液の漏れが抑制されるため、安全性が向上する。以上により、この製造方法によれば、電解液のスムーズな注入及び電解液の漏れの抑制を両立させることができる。

また、蓄電モジュール４の製造方法においては、第１面１５ａは、フィルタエリア１５ｅの外側に位置する外側エリア１５ｆを含み、第１工程においては、外側エリア１５ｆにおける第１面１５ａから樹脂枠２１の頂部（ここでは、第２樹脂枠２３の第５面２３ａ）までの第３距離Ｄ３が第２距離Ｄ２よりも大きくなるように電極積層体１１を用意する。第３工程においては、積層方向Ｄから見てフィルタエリア１５ｅ及び外側エリア１５ｆに重複すると共に、フィルタエリア１５ｅ及び外側エリア１５ｆに対応する位置においてフィルタ２４及び樹脂枠２１側に突出する突出部５２が設けられた導電板５を用いて、電極積層体１１を押圧する。

このため、第１面１５ａに対向する電極とフィルタ２４の頂部２４ａとの間に隙間が形成された状態（すなわち、第１距離Ｄ１が第２距離Ｄ２よりも大きい状態）を確実に維持できる。したがって、第２工程において、当該隙間を介したスムーズな電解液の注入を確実に行うことができる。さらに、そのような状態から、第３工程において、フィルタエリア１５ｅに対応する位置に突出部５２が設けられた導電板５を用いることにより、フィルタエリア１５ｅにおいて選択的に電極積層体１１を押圧できる。これにより、電極とフィルタ２４の頂部２４ａとの間の隙間を確実に減少させることができる。

また、蓄電装置１の製造方法においては、第３工程においては、蓄電モジュール４を冷却するための導電板５を押圧部材として用いて電極積層体１１を押圧している。このため、押圧部材を用意するコストが生じない。また、蓄電モジュール４を積層する際に改めて冷却部材を導入する必要がなく、製造時間を短縮できる。

以上、本発明の一実施形態について説明したが、本発明は、上述した実施形態に限定されるものではない。

図７及び図８は、変形例に係る蓄電モジュールの製造方法を示す図である。実施形態において、蓄電モジュール４の製造方法の第１工程においては、第３距離Ｄ３が第２距離Ｄ２よりも大きくなるように電極積層体１１を用意する例を示したが、図７の（ａ）に示されるように、第３距離Ｄ３が第２距離Ｄ２と等しくなるように、且つ、第１距離Ｄ１が第３距離Ｄ３及び第２距離Ｄ２よりも大きくなるように電極積層体１１を用意してもよい。この場合、第３工程においては、図７の（ｂ）に示されるように、導電板５を用いて、第１距離Ｄ１と第３距離Ｄ３及び第２距離Ｄ２とが等しくなるように電極積層体１１を押圧する。これにより、電極板１５の第２面１５ｂと第２樹脂枠２３の第５面２３ａ及びフィルタ２４の頂部２４ａとが接触する。

この場合、第３工程において電極積層体１１を押圧したときに、例えば第１面１５ａに対向する電極と樹脂枠２１の頂部とを接触させることによって、当該電極とフィルタ２４の頂部２４ａを接触させてそれらの間に隙間がない状態を好適に実現できる。よって、電解液の漏れを確実に抑制できる。また、第３工程においてフィルタ２４が圧縮されにくいため、空隙率が比較的低い材料をフィルタ２４に用いた場合に有効である。

また、蓄電モジュール４の製造方法の第１工程においては、図８の（ａ）に示されるように、第３距離Ｄ３が第２距離Ｄ２よりも小さくなるように電極積層体１１を用意してもよい。この場合、第３工程においては、図８の（ｂ）に示されるように、導電板５を用いて、第１距離Ｄ１と第３距離Ｄ３とが等しくなるように電極積層体１１を押圧する。このとき、電極板１５の第２面１５ｂと第２樹脂枠２３の第５面２３ａ及びフィルタ２４の頂部２４ａとが接触する。また、フィルタ２４は、導電板５の押圧によって圧縮される。

この場合、第３工程において電極積層体１１を押圧したときに、例えば第１面１５ａに対向する電極と樹脂枠２１の頂部とを接触させることによって、当該電極と第１面１５ａとの間においてフィルタ２４を圧縮し、当該電極とフィルタ２４の頂部２４ａとの間に隙間がない状態を確実に実現できる。よって、電解液の漏れを確実に抑制できる。また、第３工程において十分にフィルタ２４を圧縮できるため、空隙率が比較的に高い材料をフィルタ２４に用いた場合に有効である。

また、第１工程においては、第１距離Ｄ１が第３距離Ｄ３と等しくなるように電極積層体１１を用意してもよい。すなわち、樹脂枠２１の厚さは、正極１６の厚さ、負極１７の厚さ、及びセパレータ１３の厚さ（セパレータ１３が圧縮された場合を含む）の合計と等しくてもよい。この場合、突出部５２は、積層方向Ｄから見て樹脂枠２１に対応する位置において樹脂枠２１側に突出するように設けられていなくてもよい。すなわち、突出部５２は、積層方向Ｄから見てフィルタ２４に重複すると共に、フィルタ２４に対応する位置においてフィルタ２４側に突出するように設けられていればよい。

また、第１樹脂枠２２と第２樹脂枠２３とが積層されている例を示したが、第１樹脂枠２２と第２樹脂枠２３とは、一体的に形成されていてもよい。

また、負極終端電極１８には、樹脂枠２１が設けられていてもよく、設けられていなくてもよい。また、負極終端電極１８には、第１樹脂枠２２のみが設けられていてもよい。

また、樹脂枠２１には段差部２１ｅが設けられていなくてもよい。この場合、フィルタ２４は、第１面１５ａに配置されていてもよい。

１…蓄電装置、４…蓄電モジュール、５…導電板（押圧部材、冷却部材）、５２…突出部、１１…電極積層体（積層体）、１２…電極ユニット、１４…バイポーラ電極、１５ａ…第１面、１５ｃ…周縁部、１５ｅ…フィルタエリア、１５ｆ…外側エリア、１８…負極終端電極、１９…正極終端電極、２１…樹脂枠、２１ｆ…注入口、２３ａ…第５面（頂部）、２４…フィルタ、２４ａ…頂部、Ｄ…積層方向（第１方向）、Ｄ１…第１距離、Ｄ２…第２距離、Ｄ３…第３距離、Ｖ…内部空間。

Claims (6)

1. シート状の電極と、前記電極の周縁部に設けられ、電解液の注入口が形成された樹脂枠と、前記注入口に対応する位置において前記樹脂枠の内側に配置されたフィルタと、を含み第１方向に積層された複数の電極ユニットを有する積層体を用意する第１工程と、
   前記第１工程の後、前記第１方向に沿って隣接する一対の前記電極及び前記樹脂枠によって形成された内部空間に、前記注入口を介して前記電解液を注入する第２工程と、
   前記第２工程の後、前記第１方向に沿って前記積層体を押圧する第３工程と、
   を備え、
   前記電極は、前記第１方向における前記電極の一方側において前記内部空間の内面を形成すると共に、前記フィルタが配置されたフィルタエリアを含む第１面を含み、
   前記第２工程においては、前記フィルタエリアにおける前記第１面と前記第１面に対向する前記電極との間の第１距離が、前記フィルタエリアにおける前記第１面から前記フィルタの頂部までの第２距離よりも大きい状態を維持しながら前記電解液を注入し、
   前記第３工程においては、前記第１距離と前記第２距離との差が前記電解液の注入時よりも小さくなるように前記積層体を押圧する、
   蓄電モジュールの製造方法。
2. 前記第１面は、前記フィルタエリアの外側に位置する外側エリアを含み、
   前記第１工程においては、前記外側エリアにおける前記第１面から前記樹脂枠の頂部までの第３距離が前記第２距離よりも大きくなるように前記積層体を用意し、
   前記第３工程においては、前記第１方向から見て前記フィルタエリア及び前記外側エリアに重複すると共に、前記フィルタエリアに対応する位置において前記フィルタ側に突出する突出部が設けられた押圧部材を用いて、前記積層体を押圧する、
   請求項１に記載の蓄電モジュールの製造方法。
3. 前記第１面は、前記フィルタエリアの外側に位置する外側エリアを含み、
   前記第１工程においては、前記外側エリアにおける前記第１面から前記樹脂枠の頂部までの第３距離が前記第２距離と等しくなるように、且つ、前記第１距離が前記第３距離及び前記第２距離よりも大きくなるように前記積層体を用意し、
   前記第３工程においては、前記第１方向から見て前記フィルタエリア及び前記外側エリアに重複する押圧部材を用いて、前記第１距離と前記第３距離とが等しくなるように前記積層体を押圧する、
   請求項１に記載の蓄電モジュールの製造方法。
4. 前記第１面は、前記フィルタエリアの外側に位置する外側エリアを含み、
   前記第１工程においては、前記外側エリアにおける前記第１面から前記樹脂枠の頂部までの第３距離が前記第２距離よりも小さくなるように前記積層体を用意し、
   前記第３工程においては、前記第１方向から見て前記フィルタエリア及び前記外側エリアに重複する押圧部材を用いて、前記第１距離と前記第３距離とが等しくなるように前記積層体を押圧する、
   請求項１に記載の蓄電モジュールの製造方法。
5. 請求項１～４の何れか一項に記載の蓄電モジュールの製造方法によって複数の前記蓄電モジュールを製造するモジュール工程と、
   前記モジュール工程の後、複数の前記蓄電モジュールを互いに積層して一体化することにより蓄電装置を構成する装置工程と、
   を備え、
   前記第３工程においては、前記蓄電モジュールを冷却するための冷却部材を押圧部材として用いて前記積層体を押圧し、
   前記装置工程においては、前記蓄電モジュールと前記冷却部材とを交互に積層して一体化する、
   蓄電装置の製造方法。
6. 内部空間が形成された積層体と、前記内部空間に収容された電解液と、を有し第１方向に積層された複数の蓄電モジュールと、
   前記蓄電モジュールと交互に積層されて一体化され、前記蓄電モジュールを冷却するための冷却部材と、を備え、
   前記積層体は、シート状の電極と、前記電極の周縁部に設けられ、前記電解液の注入口が形成された樹脂枠と、前記注入口に対応する位置において前記樹脂枠の内側に配置されたフィルタと、を含み前記第１方向に積層された複数の電極ユニットを有し、
   前記内部空間は、前記第１方向に沿って隣接する一対の前記電極及び前記樹脂枠によって形成されており、
   前記冷却部材は、前記第１方向から見て前記フィルタに重複すると共に前記フィルタに対応する位置において前記フィルタ側に突出するように設けられた突出部を有し、
   前記積層体は、前記冷却部材によって押圧されている、
   蓄電装置。

Images