JP7152963B2 - 蓄電モジュール及びその製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、蓄電モジュール及びその製造方法に関する。

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（例えば、下記特許文献１参照）。バイポーラ電池は、バイポーラ電極とセパレータとが積層方向に沿って交互に積層された積層体を備えている。積層体の側面には、積層方向に互い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。

上述したような蓄電モジュールの封止体は、例えば、第１封止部及び第２封止部を有する。第１封止部は、例えば、各バイポーラ電極の電極板の縁部に設けられる枠体である。このため、蓄電モジュールに含まれる第１封止部は、積層されている。第２封止部は、例えば、積層される第１封止部の側面を囲うと共に、各第１封止部を結合する。第２封止部の耐圧強度は、一般に、第１封止部の耐圧強度よりも高い。

特開２０１１－２０４３８６号公報

蓄電モジュールの使用時に例えば多量のガス等が発生すると、蓄電モジュールの内圧が上昇することがある。この場合、封止体の端部（特に角部）に上記内圧が集中する傾向にある。ここで、上記積層方向に沿った第１封止部の厚さがばらつくことによって、第１封止部の外周側が、他よりも厚くなることがある。この場合、封止体の角部を構成する第２封止部の厚さが他よりも薄くなってしまうので、蓄電モジュールの耐圧が低下してしまうおそれがある。

本発明の目的は、耐圧強度の向上が図られた蓄電モジュール及びその製造方法を提供することである。

本発明の一側面に係る蓄電モジュールは、積層方向に沿って交互に積層されるバイポーラ電極及びセパレータを含む積層体、並びに積層方向において積層体の外側に位置する一対の終端電極を有する電極積層体と、積層方向において一対の終端電極の一方の外側に位置する導電板と、積層方向から見て枠形状を呈しており、電極積層体及び導電板を一体化する封止体と、を備える。封止体は、バイポーラ電極、一対の終端電極、及び導電板のそれぞれの縁部に結合する複数の第１封止部と、複数の第１封止部同士を結合する第２封止部と、を有する。導電板に結合する第１封止部に含まれ、積層方向において外側を向く外表面は、積層方向から見て外周側に位置する第１面と、積層方向から見て内周側に位置する第２面とを有し、積層方向において、第１面から電極積層体までの第１間隔は、第２面から電極積層体までの第２間隔よりも狭い。

この蓄電モジュールに含まれる導電板は、積層方向において一対の終端電極の一方の外側に位置する。このため、当該導電板に結合する第１封止部は、封止体における角部に位置する。ここで、当該第１封止部の上記外表面は、第１面及び第２面を有し、且つ、第１面から電極積層体までの第１間隔は、第２面から電極積層体までの第２間隔よりも狭い。よって、第１封止部の第１面上に位置し、且つ、第２封止部において封止体の角部を構成する部分を、厚く形成できる。したがって、蓄電モジュールの耐圧強度の向上を図ることができる。

第１間隔は、外周側に向かうほど連続して狭くなってもよい。この場合、封止体の角部の一部に対する蓄電モジュールの内圧集中が抑制される。

第１面は第２封止部によって覆われ、第２面は第２封止部から露出してもよい。

本発明の他の一側面に係る蓄電モジュールの製造方法は、枠形状を呈する第１封止部が結合されたバイポーラ電極、及びセパレータを積層方向に沿って交互に積層することによって電極積層体を形成する第１工程と、枠形状を呈する別の第１封止部が結合された導電板を、電極積層体に重ねる第２工程と、第１封止部及び別の第１封止部を仮溶着する第３工程と、第１封止部及び別の第１封止部を結合する第２封止部を形成する第４工程と、を備え、第３工程及び第４工程の少なくとも一方において、積層方向から見た別の第１封止部における外周部分を薄化する。

この蓄電モジュールの製造方法において、別の第１封止部が結合される導電板は、積層方向において電極積層体よりも外側に位置する。このため、別の第１封止部は、封止体における角部に位置する。ここで上記製造方法では、第３工程及び第４工程の少なくとも一方において、積層方向から見た別の第１封止部における外周部分を薄化する。これにより、別の第１封止部における外周部分上に位置し、第２封止部において封止体の角部を構成する部分を、厚く形成できる。したがって上記製造方法によれば、蓄電モジュールの耐圧強度の向上を図ることができる。

第３工程では、積層方向において別の第１封止部の外周部分を向く凸部を有する押圧治具を、別の第１封止部に押し当ててもよい。この場合、第３工程にて上記外周部分に凸部を押し当てることによって、別の第１封止部における外周部分を確実に薄化できる。

第４工程では、加熱溶融材料を導入するためのゲートが設けられた金型を用いて、第２封止部を射出成形にて形成し、金型は、積層方向から見た別の第１封止部における内周部分を覆い、ゲートは、積層方向において外周部分に重なってもよい。この場合、金型内に射出される樹脂が、別の第１封止部における外周部分に良好に衝突する。これにより、第２封止部の形成と、別の第１封止部における外周部分の薄化とを良好且つ同時に実施できる。したがって、蓄電モジュールの製造方法を簡略化できる。

第２工程では、予め薄化された外周部分を有する別の第１封止部が結合された導電板を、電極積層体に重ねてもよい。この場合、第２封止部において封止体の角部を構成する部分を、確実に厚く形成できる。また、別の第１封止部が導電板に熱溶着するとき、別の第１封止部を加熱変形させることによって、外周部分を薄化してもよい。この場合、別の第１封止部の導電板への熱溶着と、別の第１封止部における外周部分の薄化とを同時に実施できる。これにより、蓄電モジュールの製造方法を簡略化できる。

本発明の一側面によれば、耐圧強度の向上が図られた蓄電モジュール及びその製造方法を提供できる。

図１は、蓄電モジュールを含む蓄電装置の概略断面図である。 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（ａ）は、第１封止部が結合されたバイポーラ電極の概略断面図であり、図３（ｂ）は、第１封止部が結合された負極終端電極を示す概略断面図であり、図３（ｃ）は、第１封止部が結合された正極終端電極を示す概略断面図であり、図３（ｄ）は、第１封止部が結合された導電板を示す概略断面図である。 図４は、図２の要部拡大図である。 図５は、蓄電モジュールの製造方法を説明するための図である。 図６は、蓄電モジュールの製造方法を説明するための図である。 図７（ａ），（ｂ）は、蓄電モジュールの製造方法を説明するための図である。 図８は、第１変形例に係る蓄電モジュールの製造方法を説明するための図である。 図９は、第２変形例に係る蓄電モジュールに用いられる導電板の形成工程を示す図である。

まず、図１及び図２を参照しながら、本実施形態に係る蓄電モジュールの製造方法によって製造される蓄電モジュールを含む蓄電装置の構成を説明する。図１は、蓄電モジュールを含む蓄電装置の概略断面図である。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、又は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に対して拘束荷重を付加する拘束部材３とを備えている。以下では、蓄電モジュール４が積層する方向を単に「積層方向Ｄ（Ｚ軸方向）」とする。また、積層方向Ｄに交差もしくは直交する方向を水平方向とする。水平方向は、例えば互いに直交するＸ軸方向とＹ軸方向とを有する。本実施形態では、「積層方向Ｄから見る」は、平面視に相当する。

モジュール積層体２は、複数（本実施形態では３つ）の蓄電モジュール４と、複数（本実施形態では４つ）の導電構造体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から見て略矩形状を呈している。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、蓄電モジュール４として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、導電構造体５を介して電気的に接続されている。すなわち、隣り合う蓄電モジュール４の間には、導電構造体５が設けられている。図１では、導電構造体５は、積層方向Ｄの両端に位置する蓄電モジュール４の外側にも配置されている。積層方向Ｄの一端（本実施形態では上端）に位置する導電構造体５には、負極端子６が接続されている。積層方向Ｄの他端（本実施形態では下端）に位置する導電構造体５には、正極端子７が接続されている。負極端子６及び正極端子７のそれぞれは、例えばＸ軸方向に延在している。このような負極端子６及び正極端子７を設けることにより、蓄電装置１の充放電を実施できる。

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が配置されてもよい。すなわち、蓄電装置１における蓄電モジュール４と導電構造体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、スタック最外層を構成する蓄電モジュール４には、負極端子６もしくは正極端子７が接続される。

導電構造体５は、蓄電装置１における放熱板としても機能し得る。導電構造体５は、例えば蓄電モジュール４において発生した熱を放出し得る。導電構造体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Ｙ軸方向に沿って延在している。これらの流路５ａを空気等の冷媒が通過することによって、蓄電モジュール４にて発生した熱を効率的に外部に放出できる。図１の例では、平面視にて、導電構造体５の面積は、蓄電モジュール４の面積よりも小さい。しかし、放熱性の向上の観点から、平面視にて、導電構造体５の面積は、蓄電モジュール４の面積と同じでもよく、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、蓄電モジュール４を積層方向Ｄに拘束する部材であり、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とを有する。このため、モジュール積層体２には、導電構造体５を介して拘束部材３の拘束力が印加される。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及び導電構造体５の面積よりも一回り大きい面積を有する金属板であり、略矩形状を呈する。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と導電構造体５との間が絶縁されている。なお、蓄電装置１における積層方向Ｄの一端及び他端に蓄電モジュール４が配置される場合、蓄電モジュール４とエンドプレート８との間が、フィルムＦによって絶縁される。

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及び導電構造体５は、エンドプレート８によって挟持され、且つ、モジュール積層体２としてユニット化される。また、ユニット化されたモジュール積層体２に対しては、積層方向Ｄに沿った拘束力が付加される。

次に、図２を参照しながら、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、積層方向Ｄにおいて電極積層体１１の外側に位置する導電板４０、及び、電極積層体１１と導電板４０とを一体化する封止体１２を備える。また、図示はしないが、蓄電モジュール４内には電解液が収容されている（詳細は後述）。

まず、蓄電モジュール４の電極積層体１１の構成について説明する。電極積層体１１は、積層方向Ｄに沿って交互に積層されるバイポーラ電極１４及びセパレータ１３を含む積層体Ｓと、積層方向Ｄにおいて積層体Ｓの一端に位置する負極終端電極１８と、積層方向Ｄにおいて積層体Ｓの他端に位置する正極終端電極１９とを有している。すなわち、積層方向Ｄにおける積層体Ｓの外側には、一対の終端電極が位置する。図２において、積層体Ｓは、破線で示された領域内に位置するバイポーラ電極１４及びセパレータ１３を含む。

積層体Ｓに含まれるバイポーラ電極１４及びセパレータ１３は、積層方向Ｄに沿って互いに積層されており、例えば平面視にて矩形状を呈している。セパレータ１３は、隣り合うバイポーラ電極１４の間に配置されている。バイポーラ電極１４は、一方面１５ａ及び一方面１５ａの反対側の他方面１５ｂを含む集電体１５と、一方面１５ａに設けられた正極１６と、他方面１５ｂに設けられた負極１７とを有している。

集電体１５は、水平方向に延在する板形状を呈する導電体であり、可撓性を示す。このため水平方向は、集電体１５の延在方向とも言える。集電体１５は、例えばニッケル箔、メッキ処理が施された鋼板、またはメッキ処理が施されたステンレス鋼板である。鋼板としては、例えばＪＩＳ Ｇ ３１４１：２００５にて規定される冷間圧延鋼板（ＳＰＣＣ等）が挙げられる。ステンレス鋼板としては、例えばＪＩＳ Ｇ ４３０５：２０１５にて規定されるＳＵＳ３０４等が挙げられる。集電体１５の厚さは、例えば０．１μｍ以上１０００μｍ以下である。なお、集電体１５がニッケル箔である場合、当該ニッケル箔にメッキ処理が施されてもよい。

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と向かい合っている。正極１６は、集電体１５の一方面１５ａに正極活物質を塗工することにより形成されている。正極活物質は、例えば、水酸化ニッケルである。水酸化ニッケルには、コバルト酸化物等が被覆されてもよい。

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と向かい合っている。負極１７は、集電体１５の他方面１５ｂに負極活物質を塗工することにより形成されている。負極活物質は、例えば水素吸蔵合金である。なお、集電体１５の周縁部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。

負極終端電極１８は、集電体１５と、集電体１５の他方面１５ｂに設けられた負極１７とを有している。負極終端電極１８に含まれる集電体１５の他方面１５ｂは、電極積層体１１における積層方向Ｄの内側（中央側）を向く面である。負極終端電極１８に含まれる集電体１５の一方面１５ａは、電極積層体１１の積層方向Ｄにおける一方の外表面を構成する面であり、蓄電モジュール４に隣接する一方の導電構造体５と電気的に接続されている。負極終端電極１８の集電体１５の他方面１５ｂに設けられた負極１７は、セパレータ１３を介してバイポーラ電極１４の正極１６と対向している。

正極終端電極１９は、積層方向Ｄの他端に配置されており、集電体１５と、集電体１５の他方面１５ｂに設けられた正極１６とを有している。正極終端電極１９に含まれる集電体１５の一方面１５ａは、電極積層体１１における積層方向Ｄの内側を向く面である。正極終端電極１９に含まれる集電体１５の他方面１５ｂは、積層方向Ｄにおける電極積層体１１の他方の外表面を構成する面であり、蓄電モジュール４に隣接する他方の導電構造体５と電気的に接続されている。正極終端電極１９の集電体１５の他方面１５ｂに設けられた正極１６は、セパレータ１３を介してバイポーラ電極１４の負極１７と対向している。

セパレータ１３は、正極１６と負極１７とを隔離するための部材であり、正極１６と負極１７との間に配置される。セパレータ１３は、例えばシート形状を呈する。セパレータ１３は、例えば、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である。セパレータ１３は、ポリエチレン、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でもよい。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てもよい。セパレータ１３は、シート形状に限られず、袋状でもよい。

次に、積層方向Ｄにおいて電極積層体１１の外側に位置する導電板４０の構成について説明する。導電板４０は、電極積層体１１の劣化抑制のために設けられる板状部材であり、導電性及び可撓性を示す。導電板４０は、ニッケル、もしくはニッケルメッキされたステンレスよりなる。本実施形態では、導電板４０は、集電体１５と同様に、例えばニッケル箔、メッキ処理が施された鋼板、またはメッキ処理が施されたステンレス鋼板である。導電板４０の厚さは、例えば０．１μｍ以上１０００μｍ以下である。

導電板４０の一方面４０ａ及び他方面４０ｂには、いずれも正極活物質及び負極活物質が塗工されていない。このため、一方面４０ａ及び他方面４０ｂの全面は、未塗工領域となっている。一方面４０ａは、積層方向Ｄにおいて導電構造体５に対向する面である。他方面４０ｂは、積層方向Ｄにおいて一方面４０ａの反対側に位置し、電極積層体１１に対向する面である。本実施形態では、導電板４０は、積層方向Ｄにおいて負極終端電極１８の外側に位置する。このため、他方面４０ｂは負極終端電極１８に対向する。また、導電板４０は、負極終端電極１８と封止体１２との隙間を通る電解液の流出抑制機能も奏し得る。

導電板４０は、導電構造体５に接触する中央部４１と、平面視において中央部４１を囲む周縁部４２とを有する。導電構造体５を介して電極積層体１１に付与される拘束部材３の拘束力によって、導電板４０の中央部４１は、電極積層体１１の中心に向かって窪み、負極終端電極１８に押し付けられている。これにより、中央部４１が負極終端電極１８に接触する接触部となり、導電板４０は、蓄電モジュール４における負極端子として機能し得る。一方、周縁部４２は、負極終端電極１８に対して離間する部分である。周縁部４２の一部４２ａは、封止体１２及び厚さ調整部材３０に保持される部分であり、積層方向Ｄにおいて中央部４１よりも電極積層体１１の外側に位置する。周縁部４２の他部４２ｂは、上記一部４２ａと中央部４１とをつなぐ部分であり、水平方向において封止体１２よりも導電板４０の中心側に位置している。

次に、封止体１２の構成について説明する。封止体１２は、電極積層体１１を取り囲むように構成される樹脂部材である。封止体１２は、集電体１５の周縁部１５ｃと、導電板４０の周縁部４２の一部４２ａとを包囲するように設けられる。封止体１２は、例えば絶縁性の加熱溶融材料によって形成されており、全体として矩形筒形状を呈する。絶縁性の加熱溶融材料は、例えば、耐アルカリ性を示す熱可塑性樹脂である。このような熱可塑性樹脂は、例えば、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）等である。封止体１２は、集電体１５及び導電板４０に結合された複数の第１封止部２１と、第１封止部２１の周囲に配置された第２封止部２２とを有する。

第１封止部２１は、バイポーラ電極１４、負極終端電極１８、正極終端電極１９、及び導電板４０のそれぞれの縁部に結合する樹脂部材である。具体的には、第１封止部２１は、バイポーラ電極１４、負極終端電極１８及び正極終端電極１９に含まれる集電体１５の周縁部１５ｃと、導電板４０の周縁部４２とのそれぞれに結合する。第１封止部２１は、例えば超音波処理又は熱処理を経て、集電体１５もしくは導電板４０に溶着される。第１封止部２１は、対応する周縁部１５ｃもしくは周縁部４２の全周にわたって連続的に設けられる。このため、第１封止部２１は、積層方向Ｄから見て矩形枠形状を呈する。第１封止部２１は、例えば積層方向Ｄに沿った所定の厚さを有する樹脂フィルムである。第１封止部２１は、樹脂シートを打ち抜き加工することによって形成されてもよいし、金型を用いた射出成形によって形成されてもよい。第１封止部２１の厚さは、例えば５０μｍ以上３００μｍ以下である。本実施形態では、積層方向Ｄに沿って互いに隣り合う第１封止部２１同士は、液密及び気密に溶着されている。

図３（ａ）は、第１封止部が結合されたバイポーラ電極の概略断面図であり、図３（ｂ）は、第１封止部が結合された負極終端電極を示す概略断面図であり、図３（ｃ）は、第１封止部が結合された正極終端電極を示す概略断面図であり、図３（ｄ）は、第１封止部が結合された導電板を示す概略断面図である。図３（ａ）～（ｄ）に示されるように、第１封止部２１は、互いに異なる形状を呈する封止部２１Ａ～２１Ｃを有する。具体的には、第１封止部２１は、バイポーラ電極１４及び正極終端電極１９に含まれる集電体１５の一方面１５ａに溶着される封止部２１Ａと、負極終端電極１８に含まれる集電体１５の一方面１５ａ、及び正極終端電極１９に含まれる集電体１５の他方面１５ｂに溶着される封止部２１Ｂと、導電板４０の一方面４０ａに溶着される封止部２１Ｃとを有する。封止部２１Ｂ，２１Ｃと異なり、封止部２１Ａの一部が折りたたまれることによって、封止部２１Ａは２層構造を示す。本実施形態では、バイポーラ電極１４には封止部２１Ａが溶着され、負極終端電極１８には封止部２１Ｂが溶着され、正極終端電極１９には封止部２１Ａ，２１Ｂが溶着され、導電板４０には封止部２１Ｃが溶着される。

図４は、図２の要部拡大図である。図２、図３（ｄ）及び図４に示されるように、導電板４０に結合される封止部２１Ｃに含まれ、積層方向Ｄにおいて外側を向く外表面５１は、互いに連続する第１面５２及び第２面５３を有する。第１面５２は積層方向Ｄから見て封止部２１Ｃの外周側（以降、単に「外周側」とする）に位置する面であり、第２面５３は積層方向Ｄから見て封止部２１Ｃの内周側（以降、単に「内周側」とする）に位置する面である。第１面５２と第２面５３との接触点は、積層方向Ｄにおいて導電板４０に重なっているが、これに限られない。例えば、当該接触点は、水平方向において導電板４０よりも外側に位置してもよい。この場合、第１面５２は、積層方向Ｄにおいて導電板４０とは重ならない。

第１面５２は、外周側に向かうほど電極積層体１１に近づくように形成される。本実施形態では、第１面５２は、封止部２１Ｃの外周側に向かうほど電極積層体１１に近づく傾斜面である。このため、積層方向Ｄにおける第１面５２から電極積層体１１までの第１間隔Ｇ１は、封止部２１Ｃの外周側に向かうほど連続して狭くなる。換言すると、第１間隔Ｇ１は、水平方向において第１面５２と第２面５３との接触点から離れるほど狭くなる。一方、第２面５３は、第１面５２と第２面５３との接触点から水平方向に沿って延在するように形成される。このため、積層方向Ｄにおける第２面５３から電極積層体１１までの第２間隔Ｇ２は、略一定である。本実施形態では、第１間隔Ｇ１は、積層方向Ｄに沿った第１面５２から負極終端電極１８の集電体１５の一方面１５ａまでの間隔に相当し、第２間隔Ｇ２は、積層方向Ｄに沿った第２面５３から負極終端電極１８の集電体１５の一方面１５ａまでの間隔に相当する。また、本実施形態では、第１間隔Ｇ１は、第２間隔Ｇ２よりも狭くなっている。

以下では、積層方向Ｄにおいて集電体１５もしくは導電板４０と第１封止部２１とが結合（溶着）する領域を、結合領域Ｋとする。集電体１５及び導電板４０のそれぞれにおいて、少なくとも結合領域Ｋに含まれる表面は、粗面化されている。本実施形態では、バイポーラ電極１４及び負極終端電極１８に含まれる集電体１５の一方面１５ａにおける全体と、正極終端電極１９に含まれる集電体１５の全体と、導電板４０の一方面４０ａの全体とのそれぞれが、粗面化されている。表面の粗面化は、表面粗さの拡大に相当する。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される。例えば、集電体１５の一方面１５ａに複数の突起が形成された場合、当該一方面１５ａと第１封止部２１との接合界面では、溶融状態の樹脂が複数の突起間に入り込む。これにより、アンカー効果が発揮されるので、集電体１５と第１封止部２１との間の結合強度を向上できる。粗面化の際に形成される突起は、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、隣り合う突起の間の断面形状がアンダーカット形状となるので、アンカー効果が良好に発揮される。

第２封止部２２は、蓄電モジュール４の外壁（筐体）を構成する部材であり、各第１封止部２１の外表面を覆っている。第２封止部２２は、例えば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。加えて、第２封止部２２は、積層方向Ｄにおいて電極積層体１１を越え、導電板４０に結合する第１封止部２１まで延在している。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形状（環形状）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の外表面に溶着されている。これにより、第２封止部２２は、各第１封止部２１を結合している。

第２封止部２２は、導電板４０に結合される封止部２１Ｃの外表面５１の少なくとも一部を覆うオーバーハング部６１と、正極終端電極１９に結合される封止部２１Ｂの外表面の少なくとも一部を覆うオーバーハング部６２とを有する。オーバーハング部６１，６２は、封止体１２における角部を構成する部分である。オーバーハング部６１，６２は、積層方向Ｄにおいて互いに対向しており、電極積層体１１及び導電板４０に対して積層方向Ｄに沿った拘束力を印加する。

オーバーハング部６１は、積層方向Ｄにおける第２封止部２２の一端から内周側に張り出しており、外表面５１における第１面５２の全体を覆っている。本実施形態では、外表面５１の第２面５３は、オーバーハング部６１から露出している。オーバーハング部６１は、積層方向Ｄにおいて外側を向く外表面６１ａと、積層方向Ｄにおいて外表面６１ａの反対側に位置する内表面６１ｂとを有する。外表面６１ａは水平方向に沿って延在しており、内表面６１ｂは封止部２１Ｃの外表面５１に沿って延在している。このため、積層方向Ｄに沿ったオーバーハング部６１の寸法は、内周側に向かうほど狭くなる。換言すると、オーバーハング部６１において、積層方向Ｄに沿った根元の厚さは、積層方向Ｄに沿った先端の厚さよりも大きい。オーバーハング部６２は、積層方向Ｄにおける第２封止部２２の他端から内周側に張り出す部分である。本実施形態では、積層方向Ｄにおけるオーバーハング部６２の寸法は、略一定である。

第１封止部２１及び第２封止部２２は、電極積層体１１内に内部空間Ｖを形成すると共に内部空間Ｖを封止する。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、電極積層体１１と封止体１２とによって内部空間Ｖが形成される。より具体的には、互いに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が形成される。この内部空間Ｖには、例えば水溶液系の電解液（具体例としては、水酸化カリウム水溶液、水酸化リチウム水溶液、もしくはこれらの混合液等のアルカリ性電解液）が収容されている。この電解液は、第１封止部２１に設けられる連通孔（不図示）を介して、内部空間Ｖに収容される。当該連通孔は、電解液の注入後に例えば圧力調整弁等によって塞がれる。なお、「内部空間の体積」と言う場合は、セパレータ１３の空隙を含む体積を意味する。

次に、図５～７を参照しながら、本実施形態に係る蓄電モジュールの製造方法について説明する。図５、図６及び図７（ａ），（ｂ）は、蓄電モジュールの製造方法を説明するための図である。

まず、バイポーラ電極１４、負極終端電極１８、正極終端電極１９、及び導電板４０に対して第１封止部２１を成形する。この工程では、最初に、バイポーラ電極１４、負極終端電極１８、正極終端電極１９、及び導電板４０を準備する。続いて、バイポーラ電極１４、負極終端電極１８及び正極終端電極１９に含まれる集電体１５の一方面１５ａと、導電板４０の一方面４０ａとに、第１封止部２１を溶着する。具体的には、バイポーラ電極１４及び正極終端電極１９のそれぞれに対して、封止部２１Ａを結合する。さらに、負極終端電極１８に含まれる集電体１５の一方面１５ａと、正極終端電極１９に含まれる集電体１５の他方面１５ｂとのそれぞれに対して、封止部２１Ｂを溶着する。また、導電板４０の一方面４０ａに対して、封止部２１Ｃを溶着する。

次に、電極積層体１１を形成する（第１工程）。第１工程では、まず、バイポーラ電極１４及びセパレータ１３を積層方向Ｄに沿って交互に積層することによって、積層体Ｓを形成する。続いて、積層方向Ｄにおける積層体Ｓの外側（積層方向Ｄにおける積層体Ｓの一端）に負極終端電極１８を配置すると共に、積層方向Ｄにおける積層体Ｓの他端に正極終端電極１９を配置する。これにより、バイポーラ電極１４、セパレータ１３、負極終端電極１８、及び正極終端電極１９を有する電極積層体１１を形成する。

次に、図５に示されるように、第１封止部２１が結合された導電板４０を、電極積層体１１に重ねる（第２工程）。第２工程では、導電板４０に結合された第１封止部２１（封止部２１Ｃ）を、負極終端電極１８に結合する第１封止部２１上（封止部２１Ｂ上）に配置する。なお、第２工程では、屈曲された導電板４０を電極積層体１１に重ねているが、これに限られない。例えば、第２工程では、屈曲されていない導電板を電極積層体１１に重ねてもよい。

次に、図６に示されるように、電極積層体１１に含まれる各第１封止部２１と、導電板４０に結合される第１封止部２１（以降、単に「別の第１封止部２１」と記載する）とを仮溶着する（第３工程）。第３工程では、まず、一対の押圧治具３１，３２を用いて、積層方向Ｄに沿って電極積層体１１及び導電板４０を挟持する。押圧治具３１，３２のそれぞれは、例えば矩形板形状を呈する部材である。ここで、押圧治具３１，３２の縁は、平面視にて、第１封止部２１の外縁よりも内側であって、第１封止部２１の内縁よりも外側に位置する。このため、平面視にて、押圧治具３１，３２のそれぞれは、対応する第１封止部２１の一部を覆う。換言すると、平面視にて、第１封止部２１の他部は、押圧治具３１，３２から露出している。本実施形態では、押圧治具３１，３２の縁は、平面視にて、集電体１５の周縁部１５ｃよりも外側に位置する。

続いて第３工程では、水平方向に沿って、加熱治具３３によって各第１封止部２１を押圧すると共に加熱する。まず、加熱治具３３は、押圧治具３１，３２に突き当たるまで、水平方向に沿って各第１封止部２１を押圧する。このとき、加熱治具３３によって第１封止部２１が加熱される。これにより、各第１封止部２１が変形し、積層方向Ｄにおいて互いに隣り合う第１封止部２１同士の隙間（図５を参照）が埋められる。加えて、加熱された第１封止部２１の表面が溶融することによって、互いに隣り合う第１封止部２１同士が仮溶着される。このような第３工程を実施することによって、電極積層体１１に含まれるバイポーラ電極１４、負極終端電極１８及び正極終端電極１９と、導電板４０とを互いに仮固定できる。なお、加熱治具３３は、第１封止部２１を押圧及び加熱するための治具であり、例えば略角筒形状を呈する。図示しないが、加熱治具３３は、２つ以上の部品に分解可能である。

次に、仮溶着された各第１封止部２１を結合する第２封止部２２を形成する（第４工程）。第４工程では、図７（ａ），（ｂ）に示されるように、例えば金型７０を用いて、各第１封止部２１の外周面に対して加熱溶融材料である樹脂を射出成形する。続いて、金型７０内に充填された樹脂を硬化することによって、第２封止部２２を形成する。これにより、図２に示されるように、第１封止部２１及び第２封止部２２を有する封止体１２を形成する。そして図示はしないが、第４工程後、各内部空間Ｖ内に電解液を注入する。以上の工程を経て、蓄電モジュール４が製造される。

ここで、金型７０は、別の第１封止部２１における内周部分を覆うカバー部７１と、第２封止部２２を構成する樹脂が通過するゲート７２とを有する。別の第１封止部２１における内周部分は、例えば、第４工程にて形成される外表面５１の第２面５３を有する部分である。一方、カバー部７１から露出する別の第１封止部２１における外周部分は、例えば、第４工程にて形成される外表面５１の第１面５２を有する部分である。ゲート７２は、上記樹脂を金型７０内に導入させるための開口であり、カバー部７１よりも水平方向において外側に位置している。本実施形態では、ゲート７２は、積層方向Ｄにおいて別の第１封止部２１の外周部分に重なっている。このため、ゲート７２を介して金型７０内に樹脂を射出するとき、加熱溶融された樹脂の少なくとも一部は、別の第１封止部２１における外周部分に衝突する。これにより、当該外周部分が溶融して流動することによって、当該外周部分が薄化する。一方、別の第１封止部２１における内周部分は、カバー部７１に覆われるので、上記樹脂が衝突しない。したがって、本実施形態では、第４工程において、別の第１封止部２１における外周部分が薄化されることによって、第１面５２及び第２面５３が形成される。加えて、金型７０内に樹脂が充填されることによって、積層方向Ｄに沿った根元の厚さが積層方向Ｄに沿った先端の厚さよりも大きいオーバーハング部６１が形成される。

以上に説明した本実施形態に係る製造方法によって製造された蓄電モジュール４に含まれる導電板４０は、積層方向Ｄにおいて負極終端電極１８の外側に位置する。このため、導電板４０に結合する別の第１封止部２１は、封止体１２における角部に位置する。ここで本実施形態では、第４工程にて第２封止部２２を形成する際、別の第１封止部２１における外周部分を薄化することによって、第１間隔Ｇ１が第２間隔Ｇ２よりも狭くなる。これにより、第１封止部２１が削られた部分に第２封止部２２が設けられる。よって、別の第１封止部２１における第１面５２上に位置し、第２封止部２２において封止体１２の角部を構成するオーバーハング部６１の根元を、厚く形成できる。したがって本実施形態によれば、蓄電モジュール４の耐圧強度の向上を図ることができる。

本実施形態では、第１間隔Ｇ１は、外周側に向かうほど連続して狭くなっている。このため、封止体１２の角部の一部に対する蓄電モジュール４の内圧集中が抑制される。

本実施形態では、第４工程においてゲート７２が設けられた金型７０を用いて、第２封止部２２を射出成形にて形成する。加えて、金型７０は、別の第１封止部２１における内周部分を覆い、ゲート７２は、積層方向Ｄにおいて別の第１封止部２１における外周部分に重なっている。このため、金型７０内に射出される樹脂が、別の第１封止部２１における外周部分に良好に衝突する。これにより、第２封止部２２の形成と、別の第１封止部２１における外周部分の薄化とを良好且つ同時に実施できる。したがって、蓄電モジュール４の製造方法を簡略化できる。

以下では、図８及び図９を参照しながら、上記実施形態の各変形例について説明する。以下の各変形例において、上記実施形態と重複する箇所の説明は省略する。したがって以下では、上記実施形態と異なる箇所を主に説明する。

図８は、第１変形例に係る蓄電モジュールの製造方法を説明するための図である。図８に示されるように、第１変形例では、第３工程にて押圧治具３１Ａが用いられる。押圧治具３１Ａは、上記実施形態にて用いられる押圧治具３１と異なり、積層方向Ｄにおいて第１封止部２１の外周部分を向く凸部８１を有する。凸部８１は、平面視にて矩形枠形状を呈する。平面視にて、凸部８１の外縁は押圧治具３１Ａの縁と揃っており、凸部８１の内縁は第１封止部２１の内縁よりも外側に位置する。第１変形例では、凸部８１の内縁は、積層方向Ｄにおいて導電板４０に重なっているが、これに限られない。積層方向Ｄに沿った凸部８１の突出量は、水平方向においてその外縁に近づくほど大きくなる。第１変形例では、凸部８１の頂面は連続した傾斜面になっているが、これに限られない。

第１変形例では、第３工程にて押圧治具３１Ａが用いられることによって、導電板４０に結合する第１封止部２１に対して、押圧治具３１Ａの凸部８１が押し当てられる。これにより、当該第１封止部２１の外周部分が変形する。加えて、加熱治具３３によって第１封止部２１が加熱されることによって、上記外周部分が凸部８１の形状に沿うように変形する。

上述した第１変形例においても、上記実施形態と同様の作用効果が奏される。加えて第３工程にて、導電板４０に結合する第１封止部２１の外周部分に凸部８１を押し当てることによって、当該外周部分を確実に薄化できる。

図９は、第２変形例に係る蓄電モジュールに用いられる導電板の形成工程を示す図である。図９に示されるように、第２変形例では、予め外周部分が薄化された第１封止部２１が結合される導電板４０を用いる。第２変形例では、外周部分の薄化は、導電板４０の一方面４０ａに封止部２１Ｃを熱溶着するときに形成される。具体例としては、まず、導電板４０の一方面４０ａ上に第１封止部２１（封止部２１Ｃ）を配置する。続いて、導電板４０の他方面４０ｂ側を加熱することによって、第１封止部２１が導電板４０に熱溶着する。このとき、第１封止部２１を加熱変形させることによって、第１封止部２１の外周部分を薄化する。これにより、外表面５１に第１面５２及び第２面５３が形成される。

第２変形例では、導電板４０の縁を加熱する。ここで、構成材料の観点から、導電板４０の熱伝導率は、第１封止部２１の熱伝導率よりも顕著に高い。このため、第１封止部２１では、水平方向において導電板４０の縁よりも内側ほど、熱が逃げやすい傾向にある。一方、第１封止部２１において導電板４０から離れた領域ほど、熱が逃げにくい傾向にある。よって、第１封止部２１において導電板４０から離れた領域ほど高温になる傾向にある。したがって第２変形例では、導電板４０の一方面４０ａに第１封止部２１を熱溶着するとき、第１封止部２１の外周部分のみを良好に薄化できる。

第２変形例に係る導電板４０を用いた場合であっても、上記実施形態と同様の作用効果が奏される。加えて、導電板４０に結合される第１封止部２１の外周部分を確実に薄化できるので、蓄電モジュールの耐圧強度を良好に向上可能である。さらには、第２変形例によれば、第１封止部２１の導電板４０への熱溶着と、第１封止部２１における外周部分の薄化とを同時に実施できる。これにより、蓄電モジュールの製造方法を簡略化できる。

本発明に係る蓄電モジュール及びその製造方法は、上記実施形態及び上記変形例に限定されず、他に様々な変形が可能である。例えば、上記実施形態及び上記変形例は、適宜組み合わされてもよい。例えば、上記実施形態と上記第１変形例とは、組み合わされてもよい。この場合、導電板に結合する第１封止部の外周部分がより確実に薄化される。また、上記第１変形例及び上記第２変形例のいずれかが実施される場合、第４工程にて金型内に射出される樹脂は、導電板に結合する第１封止部に衝突しなくてもよい。

上記実施形態及び上記変形例では、各集電体における一方面が粗面化されているが、これに限られない。例えば、当該一方面のうち結合領域に含まれる箇所のみが粗面化されてもよい。また、導電板の一方面のうち、結合領域に含まれる箇所のみが粗面化されてもよい。

上記実施形態及び上記変形例では、集電体及び導電板のそれぞれは、平面視にて略矩形状を呈するが、これに限られない。集電体及び導電板のそれぞれは、平面視にて多角形状でもよいし、円形状でもよいし、楕円形状でもよい。同様に、エンドプレートと、セパレータとのそれぞれは、平面視にて略矩形状を呈さなくてもよいし、封止体（具体的には、第１封止部及び第２封止部）もまた平面視にて略矩形枠形状を呈さなくてもよい。

上記実施形態及び上記変形例では、導電板に結合する第１封止部の外表面に含まれる第１面は、連続した傾斜面であるが、これに限られない。例えば、当該第１面は多段階に傾斜する面でもよいし、第１面には段差が設けられてもよい。すなわち、第１面と電極積層体との第１間隔は、水平方向に沿って外周側に向かうほど不連続に狭くなってもよい。また、上記外表面に含まれる第２面は、水平方向に沿って延在しているが、これに限られない。例えば、第２面は、連続した傾斜面でもよい。この場合、第２面の傾斜角は、第１面の傾斜角と同一でもよいし、異なってもよい。すなわち、第１面と第２面とは、連続する一つの平面を構成してもよいし、互いに異なる平面であってもよい。なお、第２面は多段階に傾斜する面でもよいし、第２面には段差が設けられてもよい。

上記実施形態及び上記変形例では、導電板は負極終端電極に隣接しているが、これに限られない。導電板は、正極終端電極に隣接してもよい。また、負極終端電極と正極終端電極との両方に隣接してもよいし、正極終端電極に結合する第１封止部の外周部分は、薄化されてもよい。これらの場合、積層方向における両方のオーバーハング部の根元を厚くできるので、蓄電モジュールのさらなる耐圧強度の向上を図ることができる。

上記実施形態及び上記変形例では、積層方向において負極終端電極側に位置するオーバーハング部は、導電板に結合する第１封止部の外表面における第１面の全体を覆っているが、これに限られない。当該オーバーハング部は、第１面の一部のみを覆ってもよいし、第１面の全体に加えて第２面の少なくとも一部を覆ってもよい。

上記実施形態及び上記変形例では、第３工程において用いられる押圧治具と加熱治具とは、互いに異なる治具であるが、これに限られない。例えば、押圧治具は、加熱治具の一部でもよい。また、上記第１変形例では、押圧治具に凸部が設けられているが、これに限られない。例えば、押圧治具の代わりに加熱治具に凸部が設けられてもよいし、押圧治具と加熱治具との両方に凸部が設けられてもよい。

１…蓄電装置、２…モジュール積層体、３…拘束部材、４…蓄電モジュール、５…導電構造体、１１…電極積層体、１２…封止体、１３…セパレータ、１４…バイポーラ電極、１５…集電体、１５ａ…一方面、１５ｂ…他方面、１５ｃ…周縁部、１８…負極終端電極、１９…正極終端電極、２１…第１封止部、２２…第２封止部、３１，３１Ａ，３２…押圧治具、３３…加熱治具、４０…導電板、４１…中央部、４２…周縁部、４２ａ…一部、４２ｂ…他部、５１…外表面、５２…第１面、５３…第２面、７０…金型、７１…カバー部、７２…ゲート、８１…凸部、Ｄ…積層方向、Ｋ…結合領域、Ｖ…内部空間。

Claims (8)

1. 積層方向に沿って交互に積層されるバイポーラ電極及びセパレータを含む積層体、並びに前記積層方向において前記積層体の外側に位置する一対の終端電極を有する電極積層体と、
   前記積層方向において前記一対の終端電極の一方の外側に位置する導電板と、
   前記積層方向から見て枠形状を呈しており、前記電極積層体及び前記導電板を一体化する封止体と、
   を備え、
   前記封止体は、前記バイポーラ電極、前記一対の終端電極、及び前記導電板のそれぞれの縁部に結合する複数の第１封止部と、前記複数の第１封止部同士を結合する第２封止部と、を有し、
   前記導電板に結合する前記第１封止部に含まれ、前記積層方向において外側を向く外表面は、前記積層方向から見て外周側に位置する第１面と、前記積層方向から見て内周側に位置する第２面とを有し、
   前記積層方向において、前記第１面から前記電極積層体までの第１間隔は、前記第２面から前記電極積層体までの第２間隔よりも狭く、
   前記第１封止部は、加熱溶融材料で構成される、
   蓄電モジュール。
2. 前記第１間隔は、前記外周側に向かうほど連続して狭くなる、請求項１に記載の蓄電モジュール。
3. 前記第１面は前記第２封止部によって覆われ、前記第２面は前記第２封止部から露出する、請求項１又は２に記載の蓄電モジュール。
4. 枠形状を呈する第１封止部が結合されたバイポーラ電極、及びセパレータを積層方向に沿って交互に積層することによって電極積層体を形成する第１工程と、
   枠形状を呈する別の第１封止部が結合された導電板を、前記電極積層体に重ねる第２工程と、
   前記第１封止部及び前記別の第１封止部を仮溶着する第３工程と、
   前記第１封止部及び前記別の第１封止部を結合する第２封止部を形成する第４工程と、
   を備え、
   前記第３工程及び前記第４工程の少なくとも一方において、前記積層方向から見た前記別の第１封止部における外周部分を薄化し、
   前記第１封止部及び前記別の第１封止部のそれぞれは、加熱溶融材料で構成される、
   蓄電モジュールの製造方法。
5. 前記第３工程では、前記積層方向において前記別の第１封止部の前記外周部分を向く凸部を有する押圧治具を、前記別の第１封止部に押し当てる、請求項４に記載の蓄電モジュールの製造方法。
6. 前記第４工程では、別の加熱溶融材料を導入するためのゲートが設けられた金型を用いて、前記第２封止部を射出成形にて形成し、
   前記金型は、前記積層方向から見た前記別の第１封止部における内周部分を覆い、
   前記ゲートは、前記積層方向において前記外周部分に重なる、請求項４又は５に記載の蓄電モジュールの製造方法。
7. 前記第２工程では、予め薄化された前記外周部分を有する前記別の第１封止部が結合された前記導電板を、前記電極積層体に重ねる、請求項４～６のいずれか一項に記載の蓄電モジュールの製造方法。
8. 前記別の第１封止部が前記導電板に熱溶着するとき、前記別の第１封止部を加熱変形させることによって、前記外周部分を薄化する、請求項７に記載の蓄電モジュールの製造方法。

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