JP7088410B2 - 蓄電モジュール - Google Patents

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Description

本開示は、蓄電モジュールに関する。
従来の蓄電モジュールとして、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いる。バイポーラ電極間に形成された内部空間には、電解液が収容されている。
特開２０１１－２０４３８６号公報
上述した特許文献１のようなバイポーラ電池に電解液を収容するためには、電解液を電池内部に注入するための注液口を封止体に形成する必要がある。しかしながら、隣り合うバイポーラ電極間を封止するように封止体を形成した後に、封止体に注液口を形成する場合、製造工程が複雑化してしまうおそれがある。また、注液口の形成位置が設計からずれてしまうと、封止体の封止性能が低下してしまうおそれがある。
本開示は、上記課題の解決のためになされたものであり、製造工程を煩雑化させることなく封止体の封止性能を十分に確保できる蓄電モジュールを提供することを目的とする。
本開示の一側面に係る蓄電モジュールは、第１方向に積層された複数の電極を有する電極積層体と、電解質を含むと共に電極積層体において隣り合う電極間に形成される内部空間に収容されたセパレータと、電極積層体の外周部に設けられて内部空間を封止する封止体と、を備える蓄電モジュールであって、複数の電極は、集電体の一方の面に正極活物質層を有すると共に当該集電体の他方の面に負極活物質層を有するバイポーラ電極を含み、封止体は、第１封止部と、第２封止部とを含み、第１封止部は、複数の電極のそれぞれの集電体の縁部に接合されると共に、当該集電体の縁部よりも外側に突出する突出部分を有しており、第２封止部は、電極積層体の第１方向に延在する側面において第１封止部の外周を覆うように設けられており、封止体は、第１方向に隣り合う第１封止部の突出部分同士が互いに溶着された溶着層を有すると共に、内部空間と封止体の外部とを連通する連通孔が設けられた開口壁と、連通孔が設けられていない非開口壁と、を有しており、第１方向から見て、開口壁における溶着層の幅は、非開口壁における溶着層の幅よりも小さい。
この蓄電モジュールでは、第１方向から見た場合に、内部空間と封止体の外部とを連通する貫通孔が設けられた開口壁における溶着層の幅が、連通孔が設けられていない非開口壁における溶着層の幅よりも小さくなっている。貫通孔は、例えば第１封止部に設けられた貫通孔に孔形成部材としてのプレートを挿入し、この状態で第２封止部を形成した後、プレートを封止体から引き抜くことによって形成され得る。この場合、貫通孔の位置をプレートの挿入によって規定できるため、貫通孔の形成位置が設計からずれてしまうことを防止できる。また、開口壁における溶着層の幅が小さいことで、第１封止部の突出部分同士を事前に溶着する際に、第１封止部の溶融部分がバリとなってプレートに付着してしまうことを抑制できる。したがって、この蓄電モジュールでは、第１封止部の突出部分同士の事前溶着時に用いたプレートを外さずに第２封止部の形成を実施することが可能となり、製造工程の煩雑化を回避できる。一方、非開口壁では、溶着層の幅が十分に確保されるため、封止体の封止性能を担保できる。
本開示の一側面に係る蓄電モジュールは、第１方向に積層された複数の電極を有する電極積層体と、電解質を含むと共に電極積層体において隣り合う電極間に形成される内部空間に収容されたセパレータと、電極積層体の外周部に設けられて内部空間を封止する封止体と、を備える蓄電モジュールであって、複数の電極は、集電体の一方の面に正極活物質層を有すると共に当該集電体の他方の面に負極活物質層を有するバイポーラ電極を含み、封止体は、第１封止部と、第２封止部とを含み、第１封止部は、複数の電極のそれぞれの集電体の縁部に接合されると共に、当該集電体の縁部よりも外側に突出する突出部分を有しており、第２封止部は、電極積層体の第１方向に延在する側面において第１封止部の外周を覆うように設けられており、封止体は、第１方向に隣り合う第１封止部の突出部分同士が互いに溶着された溶着層を有すると共に、内部空間と封止体の外部とを連通する連通孔が設けられた開口壁と、連通孔が設けられていない非開口壁と、を有しており、溶着層は、非開口壁に設けられており、開口壁には設けられていない。
この蓄電モジュールでは、内部空間と封止体の外部とを連通する連通孔が設けられていない非開口壁に溶着層が設けられており、連通孔が設けられた開口壁には溶着層が設けられていない。貫通孔は、例えば第１封止部に設けられた貫通孔に孔形成部材としてのプレートを挿入し、この状態で第２封止部を形成した後、プレートを封止体から引き抜くことによって形成され得る。この場合、貫通孔の位置をプレートの挿入によって規定できるため、貫通孔の形成位置が設計からずれてしまうことを防止できる。また、開口壁に溶着層を設けないことで、第１封止部の突出部分同士を事前に溶着する際に、第１封止部の溶融部分がバリとなってプレートに付着してしまうことを抑制できる。したがって、この蓄電モジュールでは、第１封止部の突出部分同士の事前溶着時に用いたプレートを外さずに第２封止部の形成を実施することが可能となり、製造工程の煩雑化を回避できる。一方、非開口壁では、溶着層が設けられることにより封止体の封止性能を担保できる。
開口壁には、貫通孔が配置された開口領域と、貫通孔が配置されない非開口領域とが設けられており、第１方向から見て、非開口領域における溶着層の幅は、開口領域における溶着層の幅よりも大きくてもよい。この場合、第２封止部の形成にあたって電極積層体を金型内に配置する際、非開口領域に位置決めブロック等に突き当てることにより、電極積層体を金型内で精度良く位置決めすることが可能となる。これにより、第２封止部の寸法精度の向上が図られる。また、非開口領域において第１封止部を十分に溶着させることで、樹脂材料を変えることなく、非開口領域における第１封止部の面内方向の剛性を、開口領域における第１封止部の面内方向の剛性に対して十分に高めることができる。
本開示によれば、製造工程を煩雑化させることなく封止体の封止性能を十分に確保できる。
本実施形態に係る蓄電モジュールを備えて構成される蓄電装置を示す概略断面図である。 蓄電モジュールの内部構成を示す概略断面図である。 蓄電モジュールの外部構成を示す斜視図である。 圧力調整弁が配置された側面側の蓄電モジュールの内部構成を示す要部拡大断面図である。 （ａ）は、圧力調整弁が配置されていない側面側の蓄電モジュールの内部構成を示す要部拡大断面図であり、（ｂ）は非開口領域に対応する部位での蓄電モジュールの内部構成を示す要部拡大断面図である。 非開口領域に対応する部位の第１封止部の面内方向の剛性を確保するための構成例を示す概略的な平面図である。 蓄電モジュールの製造工程を示すフローチャートである。 第１封止部の事前溶着の様子を示す概略的な断面図である。 金型内への電極積層体の位置決めの様子を示す概略図である。 蓄電モジュールの内部構成の変形例を示す概略断面図である。 溶着層の変形例を示す概略的な平面図である。 溶着層の他の変形例を示す概略的な平面図である。
以下、図面を参照しながら、本開示の一側面に係る蓄電モジュールの好適な実施形態について詳細に説明する。
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（第１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５とを含む。導電板５は、アルミニウムや鉄などの良導電性の金属材料、或いは導電性樹脂によって形成されている。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。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。なお、蓄電装置１においては、積層方向Ｄの一端及び他端に蓄電モジュール４が配置されていてもよい。すなわち、モジュール積層体２における蓄電モジュール４と導電板５との積層体の最外層（スタック最外層）は、蓄電モジュール４であってもよい。この場合、スタック最外層の蓄電モジュール４に対して、正極端子６及び負極端子７が設けられる。
導電板５には、冷却水や冷却風等の冷却用流体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に冷却用流体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板状部材である。エンドプレート８は、例えば拘束荷重に耐えることが可能な高剛性の金属材料や樹脂材料によって形成されている。エンドプレート８を金属材料によって形成する場合、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絶縁部材Ｆが設けられる。絶縁部材Ｆは、例えば薄いフィルム状や板状に形成された絶縁性樹脂から構成される。このような絶縁部材Ｆの配置により、エンドプレート８と導電板５との間が絶縁される。なお、スタック最外層が蓄電モジュール４である場合には、拘束部材３と蓄電モジュール４との間に絶縁部材Ｆが配置される。
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Ｄ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Ｄに沿って積層された複数の電極によって構成されている。これらの電極は、複数のバイポーラ電極１４の積層体と、負極終端電極１８と、正極終端電極１９とを含む。
バイポーラ電極１４は、積層方向Ｄの一方側を向く第１面１５ａ及び積層方向Ｄの一方側とは反対側を向く第２面１５ｂを含む電極板（集電体）１５を備えている。電極板１５の一方の面である第１面１５ａには正極１６が設けられ、電極板１５の他方の面である第２面１５ｂには、負極１７が設けられている。正極１６は、電極板１５の第１面１５ａに設けられた正極活物質層を含む。負極１７は、電極板１５の第２面１５ｂに設けられた負極活物質層を含む。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Ｄ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。
負極終端電極１８は、電極板１５と、電極板１５の一方の面に設けられた負極活物質層を含む負極１７とを有している。本実施形態では、負極終端電極１８の電極板１５の第１面１５ａには活物質層が形成されておらず、第２面１５ｂには負極活物質層を含む負極１７が設けられている。負極終端電極１８は、電極板１５の一方の面に設けられた負極１７がセパレータ１３を挟んで積層方向Ｄに隣り合うバイポーラ電極１４の正極１６と対向するように、電極積層体１１における積層方向Ｄの一端に配置されている。負極終端電極１８の電極板１５において活物質層が設けられていない第１面１５ａは、電極積層体１１の積層方向Ｄにおける一方の外部端子面を構成し、蓄電モジュール４に隣接する一方の導電板５（図１参照）と電気的に接続されている。
正極終端電極１９は、電極板１５と、電極板１５の一方の面に設けられた正極活物質層を含む正極１６とを有している。本実施形態では、正極終端電極１９の電極板１５の第１面１５ａには正極活物質層を含む正極１６が設けられており、第２面１５ｂには活物質層が形成されていない。正極終端電極１９は、電極板１５の一方の面に設けられた正極１６がセパレータ１３を挟んで積層方向Ｄに隣り合うバイポーラ電極１４の負極１７と対向するように、電極積層体１１における積層方向Ｄの他端に配置されている。正極終端電極１９の電極板１５において活物質層が設けられていない第２面１５ｂは、電極積層体１１の積層方向Ｄにおける他方の外部端子面を構成し、蓄電モジュール４に隣接する他方の導電板５（図１参照）と電気的に接続されている。
電極板１５としては、例えば、ニッケル箔、ニッケルメッキ鋼箔、ステンレス鋼箔といった金属箔又は金属板を用いることができる。本実施形態では、一例として、電極板１５にはニッケルからなる矩形の金属箔を用いている。電極板１５の縁部１５ｃには、正極活物質及び負極活物質が形成されない矩形枠状の未塗工領域が設けられている。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。
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、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。
封止体１２は、電解液の漏れによる液絡を防止すると共に、隣り合うバイポーラ電極１４同士が接触して短絡することを防止する部材である。アルカリ電池における封止体１２としては、例えば耐アルカリ性を有する絶縁性の樹脂が用いられる。封止体１２は、積層方向Ｄに積層された各電極板１５の縁部１５ｃを覆っており、電極積層体１１を保持するケースとしても機能する。封止体１２は、側面１１ａにおいて縁部１５ｃを保持している。封止体１２は、電極板１５の中央に形成された活物質層（正極活物質層および負極活物質層）を取り囲むように、電極板１５の縁部１５ｃに沿って設けられた第１封止部２１を有している。また、封止体１２は、電極積層体１１の側面１１ａに沿って第１封止部２１を外側から包囲し、第１封止部２１のそれぞれに接合された第２封止部２２を有している。第１封止部２１及び第２封止部２２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）などが挙げられる。
第１封止部２１は、矩形の電極板１５の第１面１５ａにおいて、縁部１５ｃの未塗工領域の全周にわたって連続的に設けられており、積層方向Ｄから見て矩形枠状をなしている。本実施形態では、バイポーラ電極１４の電極板１５のみならず、負極終端電極１８の電極板１５及び正極終端電極１９の電極板１５に対しても第１封止部２１が設けられている。負極終端電極１８では、電極板１５の第１面１５ａの縁部１５ｃに第１封止部２１が設けられ、正極終端電極１９では、電極板１５の第１面１５ａ及び第２面１５ｂの双方の縁部１５ｃに第１封止部２１が設けられている。
第１封止部２１は、例えば熱溶着や超音波溶着によって電極板１５の第１面１５ａに対して気密に接合（溶着）されている。第１封止部２１は、例えば積層方向Ｄに所定の厚さを有するフィルムである。第１封止部２１において、電極板１５の縁部１５ｃに接合された内側部分は、積層方向Ｄに互いに隣り合う電極板１５の縁部１５ｃ同士の間に位置している。第１封止部２１において、電極板１５の縁部１５ｃに接合されていない外側部分は、電極板１５の縁よりも外側に張り出した突出部分となっている。この突出部分は、第２封止部２２と接合されている。積層方向Ｄに隣り合う第１封止部２１の突出部分同士は、例えば熱板溶着などによって互いに接合（溶着）されている。
電極板１５と第１封止部２１とが重なる領域は、電極板１５と第１封止部２１との接合領域となっている。接合領域において、電極板１５の表面は、粗面化されている。粗面化された領域は、接合領域のみでもよいが、本実施形態では電極板１５の面全体が粗面化されている。粗面化は、例えば電解メッキによる複数の突起の形成により実現し得る。複数の突起が形成されることにより、電極板１５と第１封止部２１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と第１封止部２１との間の接合強度を向上させることができる。粗面化の際に形成される突起は、例えば電極板１５の表面に形成された凸部を基端とするオーバハング形状の微小突起である。このような微小突起の形成により、アンカー効果を高めることが可能となる。
第２封止部２２は、電極積層体１１及び第１封止部２１の外側に設けられている。第２封止部２２は、例えば第１封止部２１が設けられた電極積層体１１をインサートとして金型内に配置した状態での樹脂の射出成形によって形成され、積層方向Ｄに沿って電極積層体１１の全長にわたって延在している。第２封止部２２は、積層方向Ｄを軸方向として延在する矩形の筒状を呈している。第２封止部２２は、例えば射出成形時の熱によって第１封止部２１の外縁部分に溶着されている。
第１封止部２１及び第２封止部２２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、第２封止部２２は、第１封止部２１と共に、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との間をそれぞれ封止している。これにより、隣り合うバイポーラ電極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溶液、或いは電解液をポリマーに保持させたゲル状電解質などが収容されている。電解液やゲル状電解質などの電解質は、セパレータ１３、正極１６、及び負極１７内に含浸されている。
図３は、蓄電モジュールの外部構成を示す斜視図である。同図に示すように、蓄電モジュール４の蓄電モジュール４の外壁部分は、封止体１２によって構成されている。封止体１２は、電極積層体１１の側面１１ａ（図２参照）に対応する４つの側面１２Ａ～１２Ｄを有している。側面１２Ａ～１２Ｄは、いずれも電極積層体１１の積層方向Ｄに沿って延在する面である。図３の例では、蓄電モジュール４を積層方向Ｄから見た場合の形状は、長方形状となっている。側面１２Ａ，１２Ｂは、積層方向Ｄから見て短辺側の面であり、側面１２Ｃ，１２Ｄは、積層方向Ｄから見て長辺側の面である。
側面１２Ａ～１２Ｄのうち、側面１２Ａには、複数（ここでは４体）の圧力調整弁２８が所定の間隔をもって設けられている。圧力調整弁２８は、内部空間Ｖ内のガスを蓄電モジュール４の外部に放出することによって内部空間Ｖの圧力を調整する弁である。圧力調整弁２８が設けられた側面１２Ａ側では、図４に示すように、圧力調整弁２８及び内部空間Ｖと連通する貫通孔Ｒが封止体１２に設けられている。すなわち、封止体１２の側面１２Ａは、貫通孔Ｒが設けられた開口壁によって構成されており、封止体１２の側面１２Ｂ～１２Ｄは、貫通孔Ｒが設けられていない非開口壁によって構成されている。なお、図４では、圧力調整弁２８を省略している。
貫通孔Ｒは、例えば第１封止部２１に設けられた貫通孔Ｒａと、貫通孔Ｒａに対応して第２封止部２２に設けられた貫通孔Ｒｂとによって構成されている。貫通孔Ｒは、例えば第２封止部２２の射出成形時に孔形成部材としてのプレート３５（図８参照）を電極積層体１１の第１封止部２１に設けられた貫通孔Ｒａに予め挿入しておき、第２封止部２２の成形後にプレート３５を封止体１２から引き抜くことによって形成される。貫通孔Ｒは、蓄電モジュール４の製造工程において、内部空間Ｖに電解液を注液するための注液口としても機能する。電解液を注入後、貫通孔Ｒは封止される。本実施形態では、側面１２Ａにおいて、貫通孔Ｒが配置される（圧力調整弁２８が配置される）開口領域３１と、貫通孔Ｒが配置されない（圧力調整弁２８が配置されない）非開口領域３２とが交互に設けられている（図３参照）。
封止体１２は、積層方向Ｄに隣り合う第１封止部２１同士が熱板溶着などによって溶着してなる溶着層３０を有している。積層方向Ｄから見た場合の溶着層３０の幅Ｗは、貫通孔Ｒが設けられている側面１２Ａ側と、貫通孔Ｒが設けられていない側面１２Ｂ～１２Ｄ側とで互いに異なっている。具体的には、本実施形態では、図４に示すように、第１封止部２１がセパレータ１３を載置させる段部２９を有している。この段部２９は、蓄電モジュール４の製造工程において、例えば第１封止部２１の外縁部分を内縁側に折り返すことによって形成されている。ここでは、溶着層３０の幅Ｗは、熱板溶着によって第１封止部２１の外縁側（第２封止部２２側）に形成された溶融凝固部分の長さである。熱板溶着を行う場合、電極板１５の縁からの第１封止部２１の外縁部分の張り出し長さは、樹脂材料の溶け込みによって減少する。したがって、溶着層３０の幅Ｗは、第１封止部２１の外縁部分の張り出し長さが初期値から定寸になるまで熱板溶着を行った後の第１封止部２１の外縁からの溶融凝固部分の長さである。
本実施形態では、側面１２Ａ側の溶着層３０の幅Ｗ１（図４参照）は、側面１２Ｂ～１２Ｄ側の溶着層３０の幅Ｗ２（図５（ａ）参照）よりも小さくなっている。幅Ｗ２が０．５ｍｍ～１．０ｍｍである場合、幅Ｗ１は、例えば０．２ｍｍ以下に設定される。幅Ｗ１，Ｗ２は、熱板溶着の際の溶着温度や溶着時間等の条件によって調整することができる。なお、溶着層３０は、非開口壁によって構成される側面１２Ｂ～１２Ｄ側にのみ設けられ、開口壁によって構成される側面Ａ側には設けられていない状態であってもよい。すなわち、側面１２Ａ側の第１封止部２１の縁については熱板溶着を実施せず、溶着層３０の幅Ｗ１が０ｍｍとなっていてもよい。
側面１２Ａ側の第１封止部２１の縁において、貫通孔Ｒが配置されない非開口領域３２に対応する部位の面内方向の剛性は、貫通孔Ｒが配置される開口領域３１に対応する部位の面内方向の剛性よりも高くなっていてもよい。本実施形態では、溶着層３０の幅Ｗの調整によって面内方向の剛性が調整されている。より具体的には、本実施形態では、非開口領域３２に対応する部分の溶着層３０の幅Ｗ３（図５（ｂ）参照）が、開口領域３１に対応する溶着層３０の幅（すなわち幅Ｗ１）よりも大きくなっている。溶着層３０の幅Ｗ３は、側面１２Ｂ～１２Ｄの溶着層３０の幅と同等であってもよく、幅Ｗ１と幅Ｗ２との間の値であってもよい。
溶着層３０の幅Ｗの調整によって面内方向の剛性を調整する場合、第１封止部２１の溶かし代が必要となる。例えば図６（ａ）に示すように、熱板溶着前の第１封止部２１において、非開口領域３２に対応する位置に溶かし代として突出部分３３を設けてもよい。これにより、突出部分３３の樹脂を積層方向Ｄに隣り合う第１封止部２１間にしっかりと入り込ませることができる。したがって、非開口領域３２に対応する部位の剛性を十分に確保できる。
また、突出部分３３を設ける構成に代えて、例えば図６（ｂ）に示すように、熱板溶着後の第１封止部２１において、非開口領域３２に対応する位置に熱板溶着による窪み部３４を設けるようにしてもよい。窪み部３４において他の部位より多くの樹脂を溶かすことで、図６（ａ）の場合と同様に、樹脂を積層方向Ｄに隣り合う第１封止部２１間にしっかりと入り込ませることができる。したがって、非開口領域３２に対応する部分の剛性を十分に確保できる。
次に、上述した蓄電モジュール４の製造工程について説明する。図７は、蓄電モジュールの製造工程を示すフローチャートである。同図に示すように、この製造工程は、積層工程（ステップＳ０１）と、溶着層形成工程と（ステップＳ０２）と、第２封止部形成工程（ステップＳ０３）と、注入工程（ステップＳ０４）とを含んで構成されている。
積層工程では、セパレータ１３を介してバイポーラ電極１４を積層し、積層体を得る。また、バイポーラ電極１４の積層体の両積層端にそれぞれセパレータ１３を介して負極終端電極１８及び正極終端電極１９を更に積層することにより、電極積層体１１を得る。積層にあたり、バイポーラ電極１４、負極終端電極１８、及び正極終端電極１９のそれぞれの電極板１５の縁部１５ｃには、矩形枠状の第１封止部２１を溶着等によって予め接合しておく。また、第１封止部２１において側面１２Ａ側となる辺には、内縁から外縁に至る凹部を設けておき、当該凹部にプレート３５（図８参照）を配置しておく。凹部の深さは、例えば第１封止部２１の折り返し部分の厚さ（段部２９の上段部分の厚さ）と同程度となっている。プレート３５は、例えば金属製のプレートによって構成されている。配置されるプレート３５の数は、電極積層体１１に形成する内部空間Ｖの数と同数である。
溶着層形成工程では、図８に示すように、電極積層体１１の側面１１ａにおいて、積層方向Ｄに隣り合う第１封止部２１の外縁部分同士を熱板３６によって溶着する。図８では、側面１２Ａに対応する面の溶着を示しているが、熱板３６による溶着は、側面１２Ａ～１２Ｄ側に対応する面のそれぞれに対して実施する。このとき、熱板３６による溶着温度及び熱板３６による溶着時間を調整することにより、側面１２Ａ側の溶着層３０の幅Ｗ１を、側面１２Ｂ～１２Ｄ側の溶着層３０の幅Ｗ２よりも小さくする（図４及び図５（ａ）参照）。また、非開口領域３２に対応する部位の溶着層３０の幅Ｗ３を、開口領域３１に対応する部位の溶着層３０の幅（すなわち幅Ｗ１）よりも大きくする（図４及び図５（ｂ）参照）。
第２封止部形成工程では、例えば射出成形機を用いて、第２封止部２２を形成する。ここでは、第１封止部２１に溶着層３０を形成した電極積層体１１を、第１封止部２１の貫通孔Ｒａに孔形成部材としてのプレート３５を配置した状態で射出成形用の金型４１内に配置する。電極積層体１１を金型４１内に配置するにあたっては、例えば図９に示すように、金型４１内に配置された位置決めブロック４２を用いて電極積層体１１の位置決めを行う。この場合、電極積層体１１をプッシャ４３で金型４１内に押し込み、側面１２Ａ側となる第１封止部２１の縁と、側面１２Ｂ側となる第１封止部２１の縁とを位置決めブロック４２にそれぞれ突き当てる。側面１２Ａ側となる第１封止部２１の縁では、非開口領域３２に対応する部位のみを位置決めブロック４２に突き当てる。位置決めブロック４２及びプッシャ４３は、樹脂の射出前に金型４１内から取り外してもよい。
位置決めの後、金型４１のゲート（不図示）から金型４１内の空隙に樹脂材料を流し込み、第１封止部２１の周囲に第２封止部２２を形成する。第２封止部２２の形成後、電極積層体１１からプレート３５を取り外す。これにより、側面１２Ａ側に貫通孔Ｒを有する封止体１２が形成される。プレート３５の取り外し方法としては、引き抜き、加熱、超音波振動などが挙げられる。
注入工程では、封止体１２の貫通孔Ｒを通じて内部空間Ｖに電解液の注入を行う。注入後、貫通孔Ｒに圧力調整弁２８を取り付けることによって内部空間Ｖを封止し、蓄電モジュール４を得る。
以上説明したように、この蓄電モジュール４では、内部空間Ｖと連通する貫通孔Ｒが設けられた側面（開口壁）１２Ａ側の溶着層３０の幅Ｗ１が、他の側面（非開口壁）１２Ｂ～１２Ｄ側の溶着層３０の幅Ｗ２よりも小さくなっている。貫通孔Ｒは、例えば第１封止部に設けられた貫通孔Ｒａに孔形成部材としてのプレート３５を挿入し、この状態で第２封止部２２を形成した後、プレート３５を封止体１２から引き抜くことによって形成され得る。この場合、貫通孔Ｒの位置をプレート３５の挿入によって規定できるため、貫通孔Ｒの形成位置が設計からずれてしまうことを防止できる。また、側面１２Ａ側の溶着層３０の幅Ｗ１が小さいことで、第１封止部２１の突出部分同士を事前に溶着する際に、第１封止部２１の溶融部分がバリとなってプレート３５に付着してしまうことを抑制できる。したがって、この蓄電モジュール４では、第１封止部２１の突出部分同士の事前溶着に用いたプレート３５を外さずに第２封止部２２の形成を実施することが可能となり、製造工程の煩雑化を回避できる。一方、側面１２Ｂ～１２Ｄ側では、溶着層３０の幅Ｗ２が十分に確保されるため、封止体１２の封止性能を十分に確保できる。
また、開口壁である側面１２Ａ側に溶着層３０を設けない場合には、第１封止部の突出部分同士を事前に溶着する際に、第１封止部２１の溶融部分がバリとなってプレート３５に付着してしまうことを一層確実に抑制できる。
また、蓄電モジュール４では、側面１２Ａにおいて、貫通孔Ｒが配置された開口領域３１と、貫通孔Ｒが配置されない非開口領域３２とが設けられており、積層方向Ｄから見て、非開口領域３２における溶着層３０の幅Ｗ３が開口領域３１における溶着層３０の幅Ｗ１よりも大きくなっている。この場合、非開口領域３２における第１封止部２１の面内方向の剛性を、開口領域３１における第１封止部２１の面内方向の剛性に対して十分に高めることができる。金型４１内の位置決めブロック４２への電極積層体１１の突き当ての際、第１封止部２１の縁の面内方向の剛性が不足していると、第１封止部２１の縁が歪み、位置決めブロック４２による位置決めの精度が十分に得られなくなることが考えられる。これに対し、蓄電モジュール４では、非開口領域３２における剛性を高め、当該部位のみを位置決めブロック４２に突き当てることにより、電極積層体１１を金型４１内で精度良く位置決めすることが可能となる。これにより、第２封止部２２の寸法精度の向上が図られる。また、非開口領域３２において第１封止部２１の縁を十分に溶け込ませることで、樹脂材料を変えることなく、非開口領域３２における第１封止部２１の面内方向の剛性を、開口領域３１における第１封止部２１の面内方向の剛性に対して十分に高めることができる。
本開示は、上記実施形態に限られるものではない。例えば蓄電モジュール４の内部構成は、図２に示した構成に限られるものではない。図１０は、蓄電モジュールの内部構成の変形例を示す概略断面図である。図１０の例では、バイポーラ電極１４のそれぞれにおいて、電極板１５の第１面１５ａ側の縁部１５ｃに接合された枠状の第１封止部２１の外縁側が内側に折り返されている。これにより、第１封止部２１の内縁側には、セパレータ１３の縁部を載置するための段部２３が形成されている。段部２３は、下段を構成するフィルムに上段を構成するフィルムを重ね合わせることによって形成されていてもよい。
また、図１０の例では、負極終端電極１８及び正極終端電極１９の積層方向の外側に終端導電体２０がそれぞれ積層されている。終端導電体２０は、両面に正極活物質及び負極活物質のいずれも設けられない、いわゆる未塗工の導電部材である。終端導電体２０は、対向する負極終端電極１８や正極終端電極１９の外部端子面に接触し、互いに電気的に接続されている。終端導電体２０は、バイポーラ電極１４の電極板１５と同一の部材を用いることができ、例えばニッケルからなる矩形の金属箔や、ニッケルメッキが施された鋼箔又はステンレス箔などによって構成されている。終端導電体２０の表面全体或いは表面の一部は、粗面化されていてもよい。
終端導電体２０の縁部２０ｃには、バイポーラ電極１４の電極板１５と同様に、枠状の第１封止部２１Ａがそれぞれ接合されている。第１封止部２１Ａは、外縁側で内側に折り返されており、終端導電体２０の縁部２０ｃにおいて第１面２０ａ及び第２面２０ｂのそれぞれに接合されている。負極終端電極１８側の終端導電体２０の第２面２０ｂに接合されている第１封止部２１Ａは、負極終端電極１８の電極板１５の第１面１５ａにも接合されている。第１封止部２１Ａを構成するフィルムの厚さは、第１封止部２１を構成するフィルムの厚さと異なっていてもよい。この場合、終端導電体２０と第１封止部２１Ａとの接合体は、第１封止部２１，２１Ａを含めた電極積層体１１の積層方向Ｄの厚さを調整する部材としても機能する。
第１封止部２１，２１Ａの外縁部分同士は、溶着層３０によって互いに接合されている。この変形例では、図１１に示すように、溶着層３０は、非開口壁によって構成される側面１２Ｂ～１２Ｄ側にのみ設けられている。すなわち、側面１２Ａ側の第１封止部２１の縁については、溶着層３０の幅Ｗ１が０ｍｍとなっている。側面１２Ａ側の溶着層３０の形成を実施しないことで、第１封止部２１の溶融部分がバリとなってプレート３５（図８参照）に付着してしまうことを回避できる。
側面１２Ａ側の溶着層３０の形成を実施しない場合、積層工程において、溶着層３０を形成しない側面１２Ａ側に対応する辺を基準として、第１封止部２１が予め電極板１５に接合されたバイポーラ電極１４、第１封止部２１が予め電極板１５に接合された負極終端電極１８、第１封止部２１が予め電極板１５に接合された正極終端電極１９、及び第１封止部２１Ａが予め接合された終端導電体２０を積層する。側面１２Ａ側に溶着層３０を形成する場合には、プレート３５に付着したバリが多くなると、第２封止部形成工程の実施前にバリを除去する必要がある。しかしながら、溶着層３０を形成しない側面１２Ａ側に対応する辺を基準として、バイポーラ電極１４、負極終端電極１８、正極終端電極１９、及び終端導電体２０を積層することにより、開口壁となる側面１２Ａ側の積層精度を担保することができるので、側面１２Ａ側の溶着層３０の形成が不要となり、プレート３５に付着したバリの除去が不要となる。
また、溶着層３０の形成は、熱板溶着に限られず、超音波溶着や赤外線溶着などによって実施してもよい。超音波溶着の場合、積層方向Ｄに隣り合う第１封止部２１，２１Ａの外縁部分に超音波ホーンを押し当て、超音波ホーンから第１封止部２１，２１Ａの外縁部分に数十ｋＨｚ程度の超音波を付加する。超音波の付加によって第１封止部２１，２１Ａの外縁部分が摩擦熱で溶融・凝固することにより、溶着層３０を形成できる。熱板溶着では、加熱を停止した後、第１封止部２１，２１Ａの貼り付き防止のため、熱板及び第１封止部２１，２１Ａが十分に冷めるまで待機する必要がある。一方、超音波溶着では、超音波の付加を停止させた後、自然冷却を行うが、第１封止部２１，２１Ａの熱を超音波ホーン等から逃がすことで、熱板溶着に比べて速やかに冷却を行うことができる。したがって、溶着層形成工程に要する時間の短縮化が図られる。また、熱板溶着に比べてプレート３５に付着するバリを軽減することも可能となる。
赤外線溶着の場合、電極積層体１１の側面１１ａから離間して配置された赤外線ヒータから、積層された第１封止部２１，２１Ａに赤外線を照射することで、第１封止部２１，２１Ａに溶着層３０を形成することができる。この手法では、赤外線の波長を制御することで第１封止部２１，２１Ａの樹脂だけを選択的に加熱することができ、短時間で品質良く第１封止部２１同士及び第１封止部２１，２１Ａ同士を溶着して溶着層３０を形成することができる。
なお、上記実施形態では、封止体１２の外側面から内側（電極積層体１１側）に向かう方向の溶着層３０の厚さを非開口壁と開口壁との間で異ならせているが、積層方向Ｄから見た場合の側面１２Ａ～側面１２Ｄの面内方向の溶着層３０の延在幅を非開口壁と開口壁との間で異ならせる態様であってもよい。例えば図１２に示すように、非開口壁である側面１２Ｂ～１２Ｄ側では、側面１２Ｂ～側面１２Ｄの面内方向に沿って溶着層３０を連続的に設け、開口壁である側面１２Ａ側では、側面Ａの面内方向に沿って一定の間隔をもって溶着層３０を部分的に設けてもよい。この場合、側面１２Ａ，１２Ｃの面内方向に沿う溶着層３０の面内方向の幅Ｌ１、及び側面１２Ｂの面内方向に沿う溶着層３０の面内方向の幅Ｌ２に比べて、側面１２Ａの面内方向に沿う溶着層３０の幅（Ｌ３ａ～Ｌ３ｅの合計幅）が小さいものとなる。このような形態においても、上記実施形態と同様の作用効果が奏される。
４…蓄電モジュール、１１…電極積層体、１１ａ…側面、１２…封止体、１２Ａ…側面（開口壁）、１２Ｂ～１２Ｄ…側面（非開口壁）、１４…バイポーラ電極、１５…電極板（金属板）、１５ａ…第１面、１５ｂ…第２面、１５ｃ…縁部、２１，２１Ａ…第１封止部、２２…第２封止部、３０…溶着層、３１…開口領域、３２…非開口領域、Ｄ…積層方向（第１方向）、Ｒ…貫通孔、Ｖ…内部空間、Ｗ（Ｗ１～Ｗ３）…溶着層の幅。

Claims (3)

  1. 第１方向に積層された複数の電極を有する電極積層体と、電解質を含むと共に前記電極積層体において隣り合う前記電極間に形成される内部空間に収容されたセパレータと、前記電極積層体の外周部に設けられて前記内部空間を封止する封止体と、を備える蓄電モジュールであって、
    前記複数の電極は、集電体の一方の面に正極活物質層を有すると共に当該集電体の他方の面に負極活物質層を有するバイポーラ電極を含み、
    前記封止体は、第１封止部と、第２封止部とを含み、
    前記第１封止部は、前記複数の電極のそれぞれの集電体の縁部に接合されると共に、当該集電体の縁部よりも外側に突出する突出部分を有しており、
    前記第２封止部は、前記電極積層体の前記第１方向に延在する側面において前記第１封止部の外周を覆うように設けられており、
    前記封止体は、前記第１方向に隣り合う前記第１封止部の前記突出部分同士が互いに溶着された溶着層を有すると共に、前記内部空間と前記封止体の外部とを連通する連通孔が設けられた開口壁と、前記連通孔が設けられていない非開口壁と、を有しており、
    前記第１方向から見て、前記開口壁における前記溶着層の幅は、前記非開口壁における前記溶着層の幅よりも小さい、蓄電モジュール。
  2. 第１方向に積層された複数の電極を有する電極積層体と、電解質を含むと共に前記電極積層体において隣り合う前記電極間に形成される内部空間に収容されたセパレータと、前記電極積層体の外周部に設けられて前記内部空間を封止する封止体と、を備える蓄電モジュールであって、
    前記複数の電極は、集電体の一方の面に正極活物質層を有すると共に当該集電体の他方の面に負極活物質層を有するバイポーラ電極を含み、
    前記封止体は、第１封止部と、第２封止部とを含み、
    前記第１封止部は、前記複数の電極のそれぞれの集電体の縁部に接合されると共に、当該集電体の縁部よりも外側に突出する突出部分を有しており、
    前記第２封止部は、前記電極積層体の前記第１方向に延在する側面において前記第１封止部の外周を覆うように設けられており、
    前記封止体は、前記第１方向に隣り合う前記第１封止部の前記突出部分同士が互いに溶着された溶着層を有すると共に、前記内部空間と前記封止体の外部とを連通する連通孔が設けられた開口壁と、前記連通孔が設けられていない非開口壁と、を有しており、
    前記溶着層は、前記非開口壁に設けられており、前記開口壁には設けられていない蓄電モジュール。
  3. 前記開口壁には、前記連通孔が配置された開口領域と、前記連通孔が配置されない非開口領域とが設けられており、
    前記第１方向から見て、前記非開口領域における前記溶着層の幅は、前記開口領域における前記溶着層の幅よりも大きい、請求項１記載の蓄電モジュール。
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