JP7488996B2 - 蓄電装置 - Google Patents

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Description

本開示は、蓄電装置に関する。
電池は、使用により発熱する装置である。電池の性能及び劣化の観点から、電池の内部温度は、適正な範囲に調整される。下記特許文献1には、集電体の一方の面に正極層が形成され、他方の面に負極層が形成された双極型電極を、電解質層を挟んで複数枚直列に配設した双極型二次電池が開示される。当該双極型二次電池では、各集電体の一部に正極層及び負極層よりも外方向に延在する延在部が設けられ、当該延在部上に集電体間を絶縁するシール材が設けられ、当該シール材のさらに外周部における集電体の延在部上に上記シール材の存在しない非シール部が形成され、当該非シール部に温度検出用の検出要素が接触配置されている。
特開2008-117626号公報
上記特許文献1に開示されるような電池では、蓄電セルの温度を検出する検出要素が、集電体における正極層や負極層を取り囲むシール材よりも外側の部分に配置されている。このため、蓄電セルの内部温度を精密に測定できない。特に、蓄電セルの正極層及び負極層における活物質層の塗工面積が大きくなると、蓄電セルの端部と中央部とで温度差が大きくなる傾向がある。換言すると、上記塗工面積が大きくなると、蓄電セルの外部温度と内部温度との差が大きくなる傾向がある。ここで上記特許文献1では、シール材の外側に検出要素が設けられているので、当該検出要素は電池の外部温度を測定する。よって、上記特許文献1に示される検出要素を用いた場合では、例えば、使用時における蓄電セル(特に、電池中心に位置する蓄電セル)の内部温度を精密に測定することは困難である。
本開示の目的は、使用時における蓄電セルの内部温度を精密に測定可能な蓄電装置の提供である。
本開示の一側面に係る蓄電装置は、積層方向に積層される複数の蓄電セルと、複数の蓄電セルのうち少なくとも1つの測定対象である蓄電セルの温度を測定する温度センサと、を有する。複数の蓄電セルのそれぞれは、第1集電体、及び第1集電体の一方面上に設けられた正極活物質層を有する正極と、第2集電体、及び第2集電体の一方面上に設けられた負極活物質層を有し、負極活物質層が正極活物質層と積層方向において対向するように配置された負極と、正極及び負極の間に配置されたセパレータと、積層方向に対向する第1集電体及び第2集電体の間に設けられ、正極活物質層及び負極活物質層を取り囲むように封止する封止部と、を有し、温度センサは、積層方向から見て、測定対象の蓄電セルの封止部よりも内側に配置される。
上記蓄電装置は、複数の蓄電セルのうち少なくとも一つの測定対象である蓄電セルの温度を測定する温度センサを備え、温度センサは、積層方向から見て、測定対象の蓄電セルの封止部よりも内側に配置される。これにより、例えば測定対象の蓄電セルが積層方向における蓄電装置の中心側に位置する場合であっても、使用時におけるその内部温度を温度センサによって精密に測定可能である。
温度センサは、第1集電体または第2集電体に接触していてもよい。この場合、第1集電体または第2集電体を介して、蓄電セルの内部温度を温度センサにより精密に測定可能である。
上記蓄電装置は、複数の蓄電セルを有する積層体と、複数の蓄電セルのそれぞれに含まれる封止部同士が一体化することにより設けられ、積層方向における積層体の一端から他端まで延在し、積層体を封止する封止体と、を含み、温度センサは、積層方向における積層体の一端と他端との間に配置されてもよい。この場合、積層体の内部温度を温度センサにより精密に測定可能である。
複数の蓄電セルは、積層方向において隣り合う第1蓄電セル及び第2蓄電セルを有し、第1蓄電セルの第1集電体と第2蓄電セルの第2集電体とは、積層方向において隣り合っており、温度センサは、第1蓄電セルの前記第1集電体と、第2蓄電セルの前記第2集電体との間に配置されてもよい。この場合、温度センサは、第1蓄電セルと第2蓄電セルとの蓄電性能を低下させることなく、第1蓄電セルと第2蓄電セルの内部温度を精密に測定可能である。
上記蓄電装置は、複数の蓄電セルに含まれる2以上の蓄電セルを有する第1積層体と、第1積層体と積層方向において隣り合っており、複数の蓄電セルに含まれる別の2以上の蓄電セルを有する第2積層体と、第1積層体に含まれる蓄電セルの封止部同士が一体化することによって設けられ、積層方向における第1積層体の一端から他端まで延在し、第1積層体を封止する第1封止体と、第2積層体に含まれる蓄電セルの封止部同士が一体化することによって設けられ、積層方向における第2積層体の一端から他端まで延在し、第2積層体を封止する第2封止体と、を含み、第1積層体に含まれる1つの蓄電セルである第1蓄電セルの第1集電体と、第2積層体に含まれる1つの蓄電セルである第2蓄電セルの第2集電体とは、前記積層方向において隣り合っており、温度センサは、第1積層体の一端に配置される正極終端電極である第1集電体と、第2積層体の一端に配置される負極終端電極である第2集電体との間に配置されてもよい。この場合、温度センサにて、第1蓄電セルの第1集電体を介した第1積層体の内部温度、及び/または、第2蓄電セルの第2集電体を介した第2積層体の内部温度を精密に測定可能である。加えて、第1封止体及び第2封止体によって、第1積層体及び第2積層体のそれぞれの封止性を損なうことなく温度センサを配置可能である。
上記蓄電装置は第1積層体の正極終端電極に接触する第1冷却器と、第2積層体の負極終端電極に接触する第2冷却器と、をさらに備えてもよい。この場合、蓄電装置の温度を適度に維持しつつ、温度センサにて第1積層体及び/または第2積層体の内部温度を精密に測定可能である。
第1蓄電セルの第1集電体と、第2蓄電セルの第2集電体との少なくとも一方には、温度センサが収容される窪みが設けられてもよい。この場合、温度センサに起因した第1集電体及び/又は第2集電体の破損を抑制できる。
複数の蓄電セルは、温度センサが配置される第1蓄電セルを備え、温度センサは、第1蓄電セルの封止部と、第1蓄電セルの第1集電体と、第1蓄電セルの第2集電体とによって封止される空間内に配置されてもよい。この場合、温度センサは、第1蓄電セルの内部温度を精密に測定可能である。
温度センサは、正極活物質層に設けられる溝、または、負極活物質層に設けられる溝に収容されてもよい。この場合、温度センサに起因した第1蓄電セルの破損を抑制できる。
温度センサは、正極活物質層または負極活物質層に埋め込まれてもよい。この場合、蓄電装置に加わる衝撃等に起因した温度センサの移動が抑制されるので、第1集電体と温度センサとが、または、第2集電体と温度センサとが、擦れにくくなる。このため、温度センサに起因した第1蓄電セルの破損を抑制できる。
温度センサは、積層方向から見て、測定対象の蓄電セルの中央領域に配置されてもよい。この場合、温度センサの測定対象である蓄電セルの内部温度をより精密に測定可能である。
複数の蓄電セルのうち所定の蓄電セルには、温度センサが複数設けられており、積層方向から見て互いに離間して配置された複数の温度センサは、所定の蓄電セルの温度分布を測定してもよい。この場合、上記所定の蓄電セルにおける積層方向に直交する面方向に沿った内部温度分布を、複数の温度センサによって精密に測定可能である。
上記蓄電装置は、温度センサに電気的に接続されるフレキシブルプリント基板をさらに備え、温度センサは、フレキシブルプリント基板の一端に設けられ、フレキシブルプリント基板の他端は、複数の蓄電セルの外部に配置される制御回路に接続されてもよい。この場合、温度センサの測定結果を積層体の外部に位置する制御回路に良好に伝達できる。
フレキシブルプリント基板は、複数の蓄電セルのいずれかに含まれる集電体に接触する電圧検出部を有してもよい。この場合、蓄電装置における任意部分の電圧を温度検知部によって計測できる。
フレキシブルプリント基板は、温度センサに接続される導電部と、導電部を被覆する絶縁部とを有し、温度センサは、絶縁部に覆われてもよい。この場合、温度センサの誤作動を抑制できる。
本開示によれば、使用時における蓄電セルの内部温度を精密に測定可能な蓄電装置を提供できる。
図1は、第1実施形態の蓄電装置を示す概略的な断面図である。 図2の(a)は、セルスタックの一部を示す平面図であり、図2の(b)は、リード線の一例を示す概略断面図である。 図3の(a)~(d)は、第1実施形態の蓄電装置の製造方法の各工程を示す断面図である。 図4は、第1実施形態の蓄電装置の製造方法の一工程を示す断面図である。 図5は、第1変形例に係る蓄電装置を示す概略的な断面図である。 図6は、第1変形例に係るセルスタックの一部を示す平面図である。 図7は、第2変形例に係る蓄電装置を示す概略的な断面図である。 図8は、第3変形例に係る蓄電装置を示す概略的な断面図である。 図9は、第4変形例に係る蓄電装置を示す概略的な断面図である。 図10は、第2実施形態に係る蓄電装置を示す概略的な断面図である。 図11は、第3実施形態に係る蓄電装置を示す模式断面図である。 図12は、第3実施形態に係るセルスタックを示す概略的な断面図である。 図13は、第3実施形態の変形例に係る蓄電装置を示す概略的な断面図である。 図14の(a)は、温度検知部の一例の要部を示す概略平面図であり、図14の(b)は、温度検知部の別の一例の要部を示す概略平面図である。
以下、添付図面を参照しながら本開示の実施形態が詳細に説明される。図面の説明において、同一又は同等の要素には同一符号が用いられ、重複する説明は省略される。
(第1実施形態)
図1は、第1実施形態の蓄電装置を示す概略的な断面図である。図1に示す蓄電装置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に用いられる蓄電モジュールである。蓄電装置1は、例えばニッケル水素二次電池又はリチウムイオン二次電池等の二次電池である。蓄電装置1は、電気二重層キャパシタであってもよいし、全固体電池であってもよい。第1実施形態では、蓄電装置1がリチウムイオン二次電池である場合を例示する。
蓄電装置1は、複数の蓄電セル2が積層方向にスタック(積層)されたセルスタック5(積層体)と、温度検知部100とを含む。各蓄電セル2は、図1に示すように、正極11と、負極12と、セパレータ13と、封止部14とを備える。正極11は、第1集電体20と、第1集電体20の一方面20aに設けられた正極活物質層22とを備える。正極11は、例えば積層方向から見て矩形状の電極である。負極12は、第2集電体21と、第2集電体21の一方面21aに設けられた負極活物質層23とを備える。負極12は、例えば積層方向から見て矩形状の電極である。負極12は、負極活物質層23が積層方向において正極活物質層22と対向するように配置されている。第1実施形態では、正極活物質層22及び負極活物質層23は、いずれも積層方向から見て矩形状に形成されている。負極活物質層23は、正極活物質層22よりも一回り大きく形成されている。積層方向から見て、正極活物質層22の形成領域の全体が負極活物質層23の形成領域内に位置している。
第1集電体20は、一方面20aとは反対側の面である他方面20bを有する。他方面20bには、正極活物質層22が形成されていない。第2集電体21は、一方面21aとは反対側の面である他方面21bを有する。他方面21bには、負極活物質層23が形成されていない。第1集電体20の他方面20bと第2集電体21の他方面21bとが互いに接するように、蓄電セル2がスタックされることによって、セルスタック5が構成される。これにより、複数の蓄電セル2が電気的に直列に接続される。セルスタック5では、積層方向に沿って隣り合う蓄電セル2,2においては、一方の蓄電セル2の第1集電体20と、他方の蓄電セル2の第2集電体21とが互いに接する。セルスタック5では、これらの第1集電体20及び第2集電体21を電極体とする疑似的なバイポーラ電極10が形成される。すなわち、1つのバイポーラ電極10は、第1集電体20、第2集電体21、正極活物質層22及び負極活物質層23を含む。積層方向におけるセルスタック5の一端には、終端電極として第1集電体20が配置される。積層方向におけるセルスタック5の他端には、終端電極として第2集電体21が配置される。
第1集電体20及び第2集電体21のそれぞれ(以下、単に「集電体」ともいう)は、リチウムイオン二次電池の放電又は充電の間、正極活物質層22及び負極活物質層23に電流を流し続けるための化学的に不活性な電気伝導体である。集電体を構成する材料としては、例えば、金属材料、導電性樹脂材料、導電性無機材料等が挙げられる。導電性樹脂材料としては、例えば、導電性高分子材料又は非導電性高分子材料に必要に応じて導電性フィラーが添加された樹脂等が挙げられる。集電体は、前述した金属材料又は導電性樹脂材料を含む1以上の層を含む複数層を備えてもよい。集電体の表面に、メッキ処理又はスプレーコート等の公知の方法により被覆層を形成してもよい。集電体は、例えば、板状、箔状、シート状、フィルム状、メッシュ状等の形態に形成されていてもよい。集電体を金属箔とする場合、例えば、アルミニウム箔、銅箔、ニッケル箔、チタン箔又はステンレス鋼箔等が用いられる。集電体は、上記金属の合金箔又はクラッド箔であってもよい。箔状の集電体の場合、集電体の厚みは1μm~100μmの範囲内であってもよい。第1実施形態において、第1集電体20はアルミニウム箔であり、第2集電体21は銅箔である。
正極活物質層22は、リチウムイオン等の電荷担体を吸蔵及び放出し得る正極活物質を含む。正極活物質としては、層状岩塩構造を有するリチウム複合金属酸化物、スピネル構造の金属酸化物、ポリアニオン系化合物など、リチウムイオン二次電池の正極活物質として使用可能なものを採用すればよい。また、2種以上の正極活物質を併用してもよい。第1施形態において、正極活物質層22は複合酸化物としてのオリビン型リン酸鉄リチウム(LiFePO)を含む。
負極活物質層23は、リチウムイオンなどの電荷担体を吸蔵及び放出可能である単体、合金又は化合物であれば特に限定はなく使用可能である。例えば、負極活物質としてLi、又は、炭素、金属化合物、リチウムと合金化可能な元素もしくはその化合物等が挙げられる。炭素としては天然黒鉛、人造黒鉛、あるいはハードカーボン(難黒鉛化性炭素)又はソフトカーボン(易黒鉛化性炭素)を挙げることができる。人造黒鉛としては、高配向性グラファイト、メソカーボンマイクロビーズ等が挙げられる。リチウムと合金化可能な元素の例としては、シリコン(ケイ素)及びスズが挙げられる。本実施形態において、負極活物質層23は炭素系材料としての黒鉛を含む。
正極活物質層22及び負極活物質層23のそれぞれ(以下、単に「活物質層」ともいう)は、必要に応じて、導電助剤、結着剤、電解質(ポリマーマトリクス、イオン伝導性ポリマー、電解液等)、イオン伝導性を高めるための電解質支持塩(リチウム塩)等をさらに含み得る。活物質層に含まれる成分又は当該成分の配合比及び活物質層の厚さは特に限定されず、リチウムイオン二次電池についての従来公知の知見が適宜参照され得る。活物質層の厚みは、例えば2~150μmである。集電体の表面に活物質層を形成させるには、ロールコート法等の従来から公知の方法を用いてもよい。正極11又は負極12の熱安定性を向上させるために、集電体の表面(片面又は両面)又は活物質層の表面に耐熱層を設けてもよい。耐熱層は、例えば、無機粒子と結着剤とを含み、その他に増粘剤等の添加剤を含んでもよい。
導電助剤は、正極11又は負極12の導電性を高めるために添加される。導電助剤は、例えばアセチレンブラック、カーボンブラック、グラファイト等である。結着剤は、活物質又は導電助剤を集電体の表面に繋ぎ止める役割を果たす。
セパレータ13は、正極11と負極12との間に配置され、リチウムイオン等の電荷担体を通過させる部材である。セパレータ13は、正極11と負極12とを隔離することで両極の接触による短絡を防止する部材でもある。セパレータ13は、例えば、電解質を吸収保持するポリマーを含む多孔性シート又は不織布である。セパレータ13を構成する材料としては、例えば、ポリプロピレン、ポリエチレン、ポリオレフィン、ポリエステルなどが挙げられる。セパレータ13は、単層構造又は多層構造を有してもよい。多層構造は、例えば、接着層、耐熱層としてのセラミック層等を有してもよい。セパレータ13には、電解質が含浸されてもよく、セパレータ13自体を高分子電解質又は無機型電解質等の電解質で構成してもよい。本実施形態において、セパレータ13は、基材層13aと、基材層13aの第1面13aaに設けられた第1接着層13bと、基材層13aの第2面13abに設けられた第2接着層13cとを有する。
セパレータ13に含浸される電解質としては、例えば、非水溶媒と非水溶媒に溶解した電解質塩とを含む液体電解質(電解液)、又はポリマーマトリックス中に保持された電解質を含む高分子ゲル電解質などが挙げられる。電解液は、蓄電装置1の空間Sに収容されている。
セパレータ13に電解液が含浸される場合、その電解質塩として、LiClO、LiAsF、LiPF、LiBF、LiCFSO、LiN(FSO、LiN(CFSO等の公知のリチウム塩を使用できる。また、非水溶媒として、環状カーボネート類、環状エステル類、鎖状カーボネート類、鎖状エステル類、エーテル類等の公知の溶媒を使用できる。なお、これら公知の溶媒材料を二種以上組合せて用いてもよい。
第1接着層13bは、正極活物質層22に接着される。第2接着層13cは、負極活物質層23に接着される。第1接着層13bは、基材層13aの第1面13aaの全面に設けられてもよい。第2接着層13cは、基材層13aの第2面13abの全面に設けられてもよい。第1接着層13b及び第2接着層13cのそれぞれは、例えば、エポキシ樹脂、ポリイミド樹脂、およびフェノール樹脂などの熱硬化性樹脂を含んでいてもよく、また、電解液等の水分と反応して固化する接着剤を含んでいてもよい。
封止部14は、正極11及び負極12との間の空間Sを封止する樹脂製の部材であり、電気絶縁性を有している。封止部14は、正極活物質層22と負極活物質層23とを取り囲むように空間Sを封止する。封止部14は、積層方向から見て矩形の枠状をなす樹脂枠25により構成されており、第1集電体20の縁部20e及び第2集電体21の縁部21eに溶着されている。封止部14は、積層方向から見てセルスタック5に含まれる正極活物質および負極活物質を囲むように枠状に形成されている。第1実施形態では、セルスタック5の積層方向に配列された複数の封止部14が一体化することにより設けられ、積層方向におけるセルスタック5の一端から他端まで延在する封止体14aを形成している。例えば、封止部14は、集電体に接合される接合部分と集電体の縁部よりも外側にはみ出すはみ出し部分とを有する。例えば、隣り合う封止部14のはみ出し部分同士を溶着することで、複数の封止部14が一体化される。封止体14aは、積層方向から見て複数の蓄電セル2を囲って一体化することによってセルスタック5を封止する部材であり、側壁部を有する。当該側壁部は、セルスタック5の積層方向の一端に配置された第1集電体20から積層方向の他端に配置された第2集電体21まで積層方向に延在する。封止体14aの側壁部により、セルスタック5の積層方向に沿う側面が封止されるとともに、積層方向に隣り合う蓄電セル2間が封止されている。封止部14を構成する樹脂材料としては、ポリエチレン(PE)、ポリスチレン、ABS樹脂、変性ポリプロピレン(変性PP)、及びアクリロニトリルスチレン(AS)樹脂が挙げられる。
第1実施形態では、セパレータ13の縁部13eが、第1接着層13bを介して第1集電体20の一方面20aに接着されている。第1集電体20の一方面20aは、正極活物質層22が塗工された塗工領域と、正極活物質層22が塗工されていない非塗工領域とを含む。非塗工領域は、塗工領域の周囲に設けられる。セパレータ13は、当該非塗工領域に接着されている。封止部14は、セパレータ13の縁部13eにおける第2接着層13cに接着される。セパレータ13の縁部13eは、第1集電体20の一方面20aと封止部14との間に挟まれることによって固定されている。
図2の(a)は、セルスタックの一部を示す平面図である。図1及び図2の(a)に示される温度検知部100は、セルスタック5内の蓄電セル2の温度を検知するための装置である。温度検知部100は、積層された複数の蓄電セル2のうち測定対象の蓄電セル2に接触配置される。第1実施形態では、セルスタック5に含まれる複数の蓄電セル2のうち、少なくとも一つの蓄電セル2(第1蓄電セル)には、温度検知部100が含まれる。この温度検知部100は、封止部14と、正極11の第1集電体20と、負極12の第2集電体21とによって封止される空間Sに配置される。加えて、負極12の容量低下を抑制する観点から、温度検知部100は、負極12の負極活物質層23ではなく、正極11の正極活物質層22に埋め込まれる。
温度検知部100は、温度センサ101を有する。温度センサ101は、蓄電セル2内の温度を検知する素子であり、正極活物質層22に埋め込まれる。第1実施形態では、温度センサ101は、正極活物質層22内の温度を検知する。温度センサ101は、積層方向から見て蓄電セル2の封止部14よりも内側に配置される。第1実施形態では、温度センサ101は、積層方向から見たセルスタック5の中央領域であって、積層方向におけるセルスタック5の一端と他端との間に配置される。当該中央領域は、例えば、正極活物質層22及び/又は負極活物質層23の中心もしくはその近傍、積層方向から見て正極活物質層22及び/又は負極活物質層23に重なる領域、もしくは、積層方向から見て樹脂枠25に囲われる領域の一部のいずれかである。当該一部は、例えば積層方向から見て、樹脂枠25と中心が同一であり、且つ、上記一部の対角線の長さ(もしくは上記一部の直径の長さ)が樹脂枠25の内枠の対角線の長さ(もしくは直径の長さ)の半分である図形に相当してもよい。第1実施形態では、温度センサ101は、正極活物質層22の中心もしくはその近傍に配置される。温度センサ101は、例えば、熱電対、サーミスタ等である。温度センサ101が熱電対である場合、温度センサ101は、2種類の金属線が接触する部分に相当する。熱電対は、公知のものであり、例えば、クロメル-アルメル熱電対、クロメル-コンスタンタン熱電対、銅-コンスタンタン熱電対等である。サーミスタは、例えば、NTCサーミスタ、PTCサーミスタ等である。サーミスタとして、可撓性を有する薄型のフィルム状サーミスタを使用することもできる。このような、可撓性を有するフィルム状サーミスタ(以下、「可撓性サーミスタ」とも呼称される)の厚さは、例えば0.1μm以上1μm以下である。このような可撓性サーミスタを用いることによって、温度検知部100の最大厚さを例えば100μm以下に設定できる。これにより、温度検知部100に起因する蓄電セル2の容量低下を良好に抑制できる。空間S内に収容される電解液等との反応を防止する観点から、温度センサ101は、例えばポリイミド等の絶縁樹脂によって被覆される。
温度センサ101には、温度センサ101の検知結果を、蓄電装置1(セルスタック5)の外部に設けられた制御装置(制御回路)に伝達するためのリード線102が接続されている。温度センサ101は、リード線102の一端に設けられる。リード線102の他端は、蓄電装置1の外部に引き出されて、蓄電装置1の温度を監視する制御装置(不図示)に接続される。温度センサ101が熱電対である場合、リード線102は、熱電対を構成するための2種類の金属線を含む。リード線102は、積層方向から見て、温度センサ101が配置された蓄電装置1の内部から、封止部14よりも外側となる蓄電装置1の外部まで延びている。蓄電装置1の内部において、リード線102の一部は正極活物質層22に埋め込まれるように配置されており、リード線102の別の一部は封止部14に埋め込まれるように配置されている。空間S内に収容される電解液等との反応を防止する観点から、リード線102は、例えば絶縁樹脂から形成されるシースによって被覆される。積層方向から見て、リード線102の一部は封止部14に囲われる領域内に位置し、リード線102の他の一部は当該領域外に位置する。
図2の(b)は、本実施形態におけるリード線の一例を示す概略断面図である。図2の(b)に示されるように、温度センサ101としてサーミスタなどのセンサを用いる場合、リード線102として、例えば、可撓性の薄型基板、すなわちFPC(フレキシブルプリント基板)が用いられる。FPCからなるリード線102は、導体箔102a(導電部)と、ポリイミドなどから構成される薄膜状のベースフィルム102b(絶縁部)を含む。リード線102は、例えば、平面視で長尺のシート形状に形成される。導体箔102aは、温度センサ101に接続すると共に、ベースフィルム102bに貼り付けられる。空間S内に収容される電解液等との反応を防止する観点から、導体箔102aは、ベースフィルム102bによって被覆されている。リード線102に起因する蓄電セル2の容量低下及び封止部14のシール不良を抑制する観点から、リード線102の厚さは、例えば10μm以上100μm未満に設定されている。
サーミスタと導体箔102a、並びに、導体箔102aと外部装置とのそれぞれは、例えば、ベースフィルム102bに形成される開口を介して電気的に接続される。サーミスタは、例えば導体箔102aに対してはんだを介して固定されてもよいし、導電性接着剤等を介して固定されてもよいし、導体箔102aに溶接されてもよい。温度センサ101が可撓性サーミスタである場合、当該可撓性サーミスタは、導体箔102aと共にベースフィルム102bによって被覆されてもよい。この場合、可撓性サーミスタは、ベースフィルム102b以外の材料に被覆されなくてもよい。
図3の(a)~(d)及び図4は、第1実施形態の蓄電装置の製造方法の各工程を示す断面図である。蓄電装置1は例えば以下のようにして製造され得る。
(正極ユニットの準備)
まず、図3の(a)に示されるように、正極ユニットU1を準備する。正極ユニットU1は、第1集電体20と第1集電体20の一方面20aに設けられた正極活物質層22(第1活物質層)とを有する正極11(第1電極)を有する。第1実施形態では、正極ユニットU1は、第1集電体20の一方面20a上に設けられたセパレータ13を有する。セパレータ13は、正極活物質層22を覆うように配置される。セパレータ13は、基材層13aと、基材層13aの第1面13aaに設けられた第1接着層13bと、基材層13aの第2面13abに設けられた第2接着層13cとを有する。セパレータ13の縁部13eにおける第1接着層13bは、第1集電体20の一方面20aに対向するように配置される。本工程において、セパレータ13の縁部13eにおける第1接着層13bは、第1集電体20の一方面20aに接着されてもよい。セパレータ13の第1接着層13b及び第2接着層13cに熱硬化性接着剤が含まれている場合、熱硬化性接着剤は未硬化状態であっても接着性を有している。よって、セパレータ13の縁部13eは、接着層を介して第1集電体20の一方面20aに接着固定される。
一部の正極ユニットU1の正極活物質層22には、リード線102とともに温度センサ101が埋め込まれる(図3の(c)参照)。温度センサ101およびリード線102を第1集電体20の一方面20a上に載置した後に、温度センサ101およびリード線102の上に正極活物質層22を形成することによって、温度センサ101およびリード線102を正極活物質層22に埋め込むように配置してもよい。また、第1集電体20の一方面20a上に正極活物質層22を形成した後に、正極活物質層22上に温度センサ101およびリード線102を配置し、さらに温度センサ101およびリード線102の上にセパレータ13を配置してもよい。その他に、第1集電体20の一方面20a上に正極活物質層22を形成する際に、温度センサ101およびリード線102が正極活物質層22に埋め込まれてもよい。
(負極ユニットの準備)
図3の(b)に示されるように、負極ユニットU2を準備する。負極ユニットU2は、第2集電体21と第2集電体21の一方面21aに設けられた負極活物質層23(第2活物質層)とを有する負極12(第1電極と異なる極性を有する第2電極)と、第2集電体21の縁部21eに溶着された樹脂枠25とを有する。
本実施形態では、正極ユニットU1の準備工程において、第1集電体20に形成された正極活物質層22上にセパレータ13を配置することによって正極ユニットU1を準備したが、セパレータ13の配置方法はこれに限らない。正極ユニットU1にはセパレータ13が設けられなくてもよい。例えば、負極ユニットU2の準備工程で、セパレータ13を第2集電体21に形成された負極活物質層23上に配置して、負極ユニットU2が準備されてもよい。また、正極ユニットU1の準備工程でも負極ユニットU2の準備工程でもセパレータ13が設けられなくてもよい。例えば、後述の正極ユニットU1及び負極ユニットU2の積層工程において、セパレータ13は、正極ユニットU1と負極ユニットU2との間に配置されてもよい。
(正極ユニット及び負極ユニットの積層)
次に、図3の(c)に示されるように、正極ユニットU1と負極ユニットU2とを交互に積層する。このとき、負極活物質層23は、セパレータ13を挟んで正極活物質層22と対向する。セパレータ13の縁部13eは、第1集電体20の一方面20aと樹脂枠25との間に配置される。セパレータ13の縁部13eにおける第1接着層13bは第1集電体20の一方面20aに対向する。そして、負極ユニットU2に積層された正極ユニットU1の第1集電体20の他方面20bと、別の負極ユニットU2の第2集電体21の他方面21bとが接触するように、正極ユニットU1に別の負極ユニットU2が積層される。セパレータ13の縁部13eにおける第2接着層13cは樹脂枠25に対向する。複数の樹脂枠25は、正極ユニットU1及び負極ユニットU2の積層方向において互いに離間して配列される。
(封止部の形成)
次に、図3の(d)に示されるように、正極ユニットU1の第1集電体20と負極ユニットU2の第2集電体21とに挟まれた樹脂枠25を、第1集電体20の縁部20eに溶着する。これにより、正極11と負極12との間の空間Sを封止する樹脂製の封止部14を形成する。このとき、温度検知部100に接続されたリード線102の一部が、樹脂枠25に埋め込まれる。その後、正極ユニットU1及び負極ユニットU2の積層方向において隣り合う樹脂枠25同士を溶着してもよい。樹脂枠25同士を溶着する場合、例えば、各樹脂枠25の外周面25sに熱板を押し当てることによって、隣り合う樹脂枠25同士を溶着する。
(蓄電装置の初期充放電)
次に、図4に示されるように、正極11と負極12とセパレータ13とを含む蓄電装置1の初期充放電を行う(活性化工程)。第1実施形態では、正極11と負極12とセパレータ13とを積層方向において拘束した状態で、初期充放電が行われる。積層方向において、一対の拘束部材30間に蓄電装置1を挟むことによって蓄電装置1を拘束する。一方の拘束部材30と積層方向の一端に配置された第1集電体20との間には、第1集電体20に電気的に接続された正極集電板40が配置される。正極集電板40と一方の拘束部材30との間には絶縁板41が配置される。他方の拘束部材30と積層方向の他端に配置された第2集電体21との間には、第2集電体21に電気的に接続された負極集電板50が配置される。負極集電板50と他方の拘束部材30との間には絶縁板51が配置される。
蓄電装置1の初期充放電は、例えば一対の拘束部材30によって拘束された蓄電装置1を恒温槽内に配置し、正極集電板40と負極集電板50とに電源の配線を接続することによって行われる。
活性化工程の後、一対の拘束部材30による拘束を解除し、蓄電装置1を取り出す。このようにして、蓄電装置1を製造することができる。蓄電装置1から外部に引き出されたリード線102は、蓄電装置1の温度を監視するための、外部の制御装置などに接続される。
以下では、第1実施形態に係る蓄電装置1の作用効果について説明する。例えば積層方向から見た活物質層の塗工面積が大きい場合、当該活物質内の温度差を精密に測定することも困難である。これに対して第1実施形態では、温度センサ101は、積層方向から見て封止体14aよりも内側であって、セルスタック5に含まれる所定の蓄電セル2の内部に配置される。このため、温度センサ101は、蓄電装置1の使用時における上記所定の蓄電セル2の内部温度を精密に測定できる。加えて、温度センサ101は、積層方向におけるセルスタック5の一端と他端との間に配置される。このため、例えば積層方向におけるセルスタック5の中心側に位置する蓄電セル2に対しても、使用時におけるその内部温度を精密に測定可能である。したがって第1実施形態によれば、蓄電装置1の内部に温度異常が発生したか否かを、迅速に検知できる。
第1実施形態では、蓄電装置1は、第1集電体20、及び第1集電体20の一方面20a上に設けられた正極活物質層22を有する正極11と、第2集電体21、及び第2集電体21の一方面21a上に設けられた負極活物質層23を有し、負極活物質層23が正極活物質層22と積層方向において対向するように配置された負極12と、正極11及び負極12の間に配置されたセパレータ13と、を有する蓄電セル2を備え、温度センサ101は、封止部14と、第1集電体20と、第2集電体21とによって封止される空間S内に配置される。このため、温度センサ101は、温度センサ101の測定対象である蓄電セル2の内部温度を精密に測定可能である。
第1実施形態では、温度センサ101は、正極活物質層22に埋め込まれる。このため、蓄電装置1に加わる衝撃等に起因した温度センサ101の移動が抑制されるので、温度センサ101と第1集電体20とが擦れにくくなる。したがって、温度センサ101に起因した第1集電体20の破損を抑制できる。
第1実施形態では、温度センサ101の少なくとも一部は、積層方向から見たセルスタック5の中央領域に配置される。このため、温度センサ101の測定対象である蓄電セル2の内部温度をより精密に測定可能である。
第1実施形態では、蓄電装置1は、温度センサ101に電気的に接続されるFPCからなるリード線102を備え、温度センサ101は、リード線102の一端に設けられ、リード線102の他端は、セルスタック5の外部に配置される制御回路に接続される。このため、温度センサ101の測定結果をセルスタック5の外部に位置する制御回路に伝達できる。
第1実施形態では、リード線102は、温度センサ101に接続される導電部である導体箔102aと、導体箔102aを被覆する絶縁部であるベースフィルム102bとを有し、温度センサ101は、ベースフィルム102bに覆われる。このため、温度センサ101の誤作動を抑制できる。
以下では、上記第1実施形態の変形例について説明する。以下の変形例において、上記第1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、上記第1実施形態と異なる箇所を主に説明する。
図5は、第1変形例に係る蓄電装置を示す概略的な断面図である。図6は、第1変形例に係るセルスタックの一部を示す平面図である。図5及び図6に示されるように、第1変形例に係る蓄電装置1Aは、複数の蓄電セル2Aを含む。蓄電セル2Aの正極活物質層22Aには、積層方向に交差する方向(以下、「交差方向」と称する)に延在する溝22aが設けられる。溝22aは、交差方向における正極活物質層22Aの一端から他端まで延在する。溝22aの底面は、第1集電体20によって形成される。このため、正極活物質層22Aは、溝22aによって2つの部分22b,22cに分断される。第1変形例では、積層方向から見て、溝22aは、第1集電体20の中心に重なるが、これに限られない。正極活物質層22Aに複数の溝22aが設けられる場合、いずれかの溝22aが第1集電体の中心に重なってもよいし、いずれの溝22aも当該中心に重ならなくてもよい。
同様に、負極活物質層23Aには、交差方向に延在する溝23aが設けられる。溝23aは、交差方向における負極活物質層23Aの一端から他端まで延在する。溝23aの底面は、第2集電体21によって形成される。このため、負極活物質層23Aは、溝23aによって2つの部分に分断される。溝23aは、積層方向において溝22aに重なっている。第1変形例において、溝23aの幅は、溝22aの幅以下である。
第1変形例では、温度検知部100は、溝22aに収容されている。温度検知部100は、正極活物質層22Aの中央部において溝22aを画成する部分に接触している。温度センサ101は、溝22a内にて第1集電体20に接触する。第1変形例では、リード線102の一部が、正極活物質層22Aにおいて溝22aを画成する部分に接触している。積層方向から見て、リード線102は、正極活物質層22Aの2つの部分22b,22cの両方および第1集電体20に接してもよい。なお、正極活物質層22Aの中央部は、例えば、積層方向においてセルスタック5の中央領域に重なる部分に相当する。
封止部14の表面(外周面)には金属層15が形成されてもよい。金属層15は、セルスタック5の積層方向の一端に配置された第1集電体20から積層方向の他端に配置された第2集電体21まで積層方向に延在している。金属層15は、例えば接着層16を介して封止部14の表面に取り付けられてもよい。また、金属層15は、接着層16を介さずに、直接、封止部14の表面に形成されてもよい。その場合、例えば蒸着により金属層15が形成されてもよいし、金属箔を封止部14の表面に溶着することによって金属層15が形成されてもよい。さらに、金属層15の表面に絶縁層17が更に形成されてもよい。絶縁層17は例えば絶縁性の樹脂で形成される。
以上に説明した第1変形例においても、上記第1実施形態と同様の作用効果が奏される。加えて、溝22aの一部は負極活物質層23Aに重なり得るが、溝23aは正極活物質層22Aに重ならない。
図7は、第2変形例に係る蓄電装置を示す概略的な断面図である。図7に示されるように、第2変形例に係る蓄電装置1Bは、複数の蓄電セル2と、一又は複数の蓄電セル2Bとを含む。蓄電セル2Bの正極活物質層22Bには、積層方向において第1集電体20に向かって窪む凹部22dを有する。凹部22dは、正極活物質層22Bによって画成される。このため、凹部22dの両側面及び底面は、正極活物質層22Bによって形成される。凹部22dは、例えば、交差方向における正極活物質層22Bの一端から他端まで延在するが、これに限られない。凹部22dは、積層方向において負極活物質層23に重なる。交差方向から見て、凹部22dは、略矩形状を呈する。積層方向における凹部22dの深さは、例えば、積層方向における正極活物質層22Bの厚さの50%以上90%以下である。
第2変形例では、蓄電セル2Bに含まれる温度検知部100は、積層方向において正極11Bと負極12との間に位置する。加えて、温度検知部100は、凹部22dに収容されている。温度検知部100は、正極活物質層22Bの中央部において凹部22dを画成する部分に接触している。積層方向から見て、リード線102は、凹部22dの両側面に接触してもよい。
以上に説明した第2変形例においても、上記第1実施形態と同様の作用効果が奏される。加えて、温度検知部100は、正極活物質層22Bに直接接触しているため、正極活物質層22Bの温度を精密に測定できる。
図8は、第3変形例に係る蓄電装置を示す概略的な断面図である。図8に示されるように、第3変形例に係る蓄電装置1Cは、複数の蓄電セル2と、一又は複数の蓄電セル2Cとを含む。蓄電セル2Cに含まれる第2集電体21の表面は、銅により形成される。また、蓄電セル2Cは、コンスタンタン線103を有する。コンスタンタン線103の一端は、正極活物質層22に埋め込まれると共に第2集電体21の表面に接触している。第3変形例においては、第2集電体21の表面と、コンスタンタン線103とによって熱電対が形成される。第3変形例においては、蓄電セル2Cに含まれる温度検知部100A(ならびに温度センサ)は、第2集電体21の表面と、コンスタンタン線103の一端とによって形成される。
以上に説明した第3変形例においても、上記第1実施形態と同様の作用効果が奏される。加えて、第2集電体21の表面と、コンスタンタン線103とによって温度検知部100Aが形成されるので、蓄電セル2Cにおける温度検知部100Aの構成を簡略化できる。また、蓄電装置1Cからの取り出し配線の数を低減できる。
図9は、第4変形例に係る蓄電装置を示す概略的な断面図である。図9に示されるように、第4変形例に係る蓄電装置1Dの温度検知部100は、積層方向から見てセルスタック5の中央領域であって、積層方向に沿って隣り合う2つの蓄電セル2,2の間に配置される。より具体的には、温度検知部100は、一方の蓄電セル2(第1蓄電セル)の第2集電体21の中央部と、他方の蓄電セル2(第2蓄電セル)の第1集電体20の中央部とによって挟まれる。温度検知部100は、一方の蓄電セル2の第2集電体21と、他方の蓄電セル2の第1集電体20とに接触し得る。積層方向において、一方の蓄電セル2に含まれる第2集電体21のうち温度検知部100に重なる部分は、負極活物質層23に向かって窪んでいる。第4変形例では、積層方向において、一方の蓄電セル2の第2集電体21のうち少なくとも温度センサ101に重なる部分は、負極活物質層23に向かって窪んでいる。上記第2集電体21に設けられる窪みには、温度センサ101が収容される。なお、第1集電体20の中央部と、第2集電体21の中央部とのそれぞれは、例えば、積層方向においてセルスタック5の中央領域に重なる部分に相当する。
以上に説明した第4変形例においても、上記第1実施形態と同様の作用効果が奏される。加えて、温度センサ101に起因した一方の蓄電セル2の第2集電体21、及び他方の蓄電セル2の第1集電体20の破損を抑制できる。
(第2実施形態)
以下では、第2実施形態に係る蓄電装置について説明する。以下に説明する第2実施形態において、上記第1実施形態及びその各変形例と重複する箇所の説明は省略する。したがって以下では、上記第1実施形態及びその各変形例と異なる箇所を主に説明する。
図10は、第2実施形態に係る蓄電装置を示す概略的な断面図である。図10に示される蓄電装置1Eは、セルスタック5A(積層体)と、正極集電板61と、負極集電板62と、封止体63と、温度検知部100とを有する。セルスタック5Aは、複数のバイポーラ電極10Aと、複数のセパレータ13と、正極終端電極64と、負極終端電極65とを有する。セルスタック5Aでは、バイポーラ電極10Aとセパレータ13とが交互に積層される。このため、積層方向において隣り合う2つのバイポーラ電極10A,10A(第1バイポーラ電極及び第2バイポーラ電極)の間には、1つのセパレータ13が配置される。
複数のバイポーラ電極10Aのそれぞれは、集電体71と、集電体71の一方面71a上に設けられた正極活物質層22Cと、集電体71の他方面71b上に設けられた負極活物質層23Bとを有する。集電体71は、例えば、ニッケル箔、チタン箔又はステンレス鋼箔等の金属箔である。集電体71の表面には、メッキ処理が施されてもよい。集電体71の厚みは、例えば1μm~100μmの範囲内である。正極活物質層22C及び負極活物質層23Bのそれぞれは、上記第1実施形態の正極活物質層22及び負極活物質層23のそれぞれと同一である。負極活物質層23Bは、積層方向において正極活物質層22Cと対向するように配置されている。積層方向から見て、負極活物質層23Bは、正極活物質層22Cよりも一回り大きく形成されている。
正極終端電極64は積層方向におけるセルスタック5Aの一端に設けられ、負極終端電極65は積層方向におけるセルスタック5Aの他端に設けられる。正極終端電極64及び負極終端電極65のそれぞれは、セパレータ13を介してバイポーラ電極10Aに積層されている。正極終端電極64は、集電体71及び正極活物質層22Cを有する。正極終端電極64には、負極活物質層23Bは設けられていない。負極終端電極65は、集電体71及び負極活物質層23Bを有する。負極終端電極65には、正極活物質層22Cは設けられていない。
第2実施形態における複数の蓄電セル2Dは、積層方向において隣り合う2つのバイポーラ電極10Aと、当該2つのバイポーラ電極10Aの間に位置する1つのセパレータ13とを備える。より具体的には、蓄電セル2Dは、一方のバイポーラ電極10Aに含まれる集電体71及び正極活物質層22Cと、1つのセパレータ13と、他方のバイポーラ電極10Aに含まれる集電体71及び負極活物質層23Bとを備える。このため、第2実施形態では、セルスタック5Aに含まれる複数の蓄電セル2Dのうち積層方向において隣り合う2つの蓄電セル2Dは、1つのバイポーラ電極10Aを共有する。例えば、1つのバイポーラ電極10Aのうち、集電体71と正極活物質層22Cとは一方の蓄電セル2Dに含まれ、集電体71と負極活物質層23Bとは他方の蓄電セル2Dに含まれる。また、第2実施形態における蓄電セル2Eは、積層方向において最も正極終端電極64に近いバイポーラ電極10Aの集電体71A及び負極活物質層23Bと、セパレータ13と、正極終端電極64とを備える。第2実施形態における蓄電セル2Fは、積層方向において最も負極終端電極65に近いバイポーラ電極10Aの集電体71A及び正極活物質層22Cと、セパレータ13と、負極終端電極65とを備える。
正極集電板61は、セルスタック5Aに接触する導電部材であり、板形状を呈している。正極集電板61は、正極終端電極64に接触している。負極集電板62は、セルスタック5Aに接触する導電部材であり、板形状を呈している。負極集電板62は、負極終端電極65に接触している。
封止体63は、セルスタック5Aに含まれる複数のバイポーラ電極10A、複数のセパレータ13、正極終端電極64、及び負極終端電極65を保持する封止部材であり、絶縁性を有している。封止体63は、積層方向におけるセルスタック5Aの一端から他端まで延在し、セルスタック5Aを封止する。封止体63は、複数の封止部66と、絶縁性の最外膜67とを有する。
封止部66は、隣り合う2つのバイポーラ電極10A,10Aの間の空間S1を封止する樹脂製の部材である。封止部66は、積層方向から見て矩形の枠状をなしており、集電体71の縁部に溶着されている。封止部66は、積層方向から見てセルスタック5Aに含まれる複数のバイポーラ電極10A及び複数のセパレータ13を囲って一体化している。第1実施形態では、セルスタック5Aの積層方向に配列された複数の封止部66が一体化されることによって封止体63を形成している。第2実施形態では、正極集電板61と負極集電板62とのそれぞれもまた、積層方向から見て封止部66によって囲われる。
最外膜67は、各封止部66の表面上に設けられる部材であり、絶縁性を有する。最外膜67は、各封止部66の外側面66sを覆っている。これにより、外側面66sにおける絶縁性を向上可能である。最外膜67は、例えば、外側面66sに塗料を塗布した後に当該塗料を乾燥することによって、形成される。当該塗料は、例えば絶縁性の合成樹脂が有機溶媒に溶解されたもの等である。複数の蓄電装置1Eが積層方向に沿って積層されるとき、最外膜67は、複数の蓄電装置1Eにわたって一括して設けられてもよい。
第2実施形態では、温度検知部100の温度センサ101は、セルスタック5Aに含まれる複数のバイポーラ電極10Aのうち、積層方向において隣り合う2つのバイポーラ電極10A,10Aの間に配置される。例えば、上記2つのバイポーラ電極10A,10Aのうち一方のバイポーラ電極10Aの集電体71(第1集電体)と、他方のバイポーラ電極10Aの集電体71(第2集電体)と、上記2つのバイポーラ電極10A,10Aに挟まれる封止部66とによって封止される空間S1に、温度センサ101が配置される。あるいは、蓄電セル2D~2Fのいずれかの内部に温度センサ101が配置される。第2実施形態では、負極活物質層23Bの容量低下を抑制する観点から、温度センサ101は、積層方向から見て一方のバイポーラ電極10Aの正極活物質層22Cの中央部に埋め込まれる。図示しないが、温度センサ101は、リード線に接続されている。
以上に説明した第2実施形態の蓄電装置1Eでは、温度検知部100sが、封止部66と2つのバイポーラ電極10A,10Aとによって封止される空間Sの中央部に配置される。したがって第2実施形態でも、温度検知部100が、蓄電装置1Eの内部温度を精密に測定可能である。また、このような2つのバイポーラ電極10A,10Aを、例えばセルスタック5Aにおける中心もしくはその近傍に配置することによって、積層方向における端に位置するバイポーラ電極10Aと、積層方向における中央側に位置するバイポーラ電極10Aとの温度差を精密に測定できる。
(第3実施形態)
以下では、第3実施形態に係る蓄電装置について説明する。以下に説明する第3実施形態において、上記第1実施形態及びその各変形例、ならびに上記第2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、上記第1実施形態及びその各変形例、ならびに上記第2実施形態と異なる箇所を主に説明する。
図11は、第3実施形態に係る蓄電装置を示す模式断面図である。図11に示されるように、蓄電装置1Fは、積層方向において隣り合う2つのセルスタック5B(第1積層体及び第2積層体)と、一対の冷却部材CM(第1冷却器及び第2冷却器)と、温度検知部100とを備える。また、図示しないが、蓄電装置1Fは、積層方向において2つのセルスタック5B及び一対の冷却部材CMを拘束する一対の拘束部材を備える。2つのセルスタック5Bの構造は、互いに同一である。このため以下では、1つのセルスタック5Bの構造について説明する。
図12は、第3実施形態に係るセルスタックを示す概略的な断面図である。図12に示されるように、セルスタック5Bは、複数のバイポーラ電極10Bと、複数のセパレータ13Aと、正極終端電極64Aと、負極終端電極65Bとを有する。複数のバイポーラ電極10Bのそれぞれは、集電体71Aと、正極活物質層22Cと、負極活物質層23Bとを有する。第3実施形態では、複数のセパレータ13Aのそれぞれは単層構造を有するが、これに限られない。少なくとも一部のセパレータ13Aの周縁部は、撓んでもよい。正極終端電極64Aは、集電体71A及び正極活物質層22Cを有する。負極終端電極65Aは、集電体71A及び負極活物質層23Bを有する。上述した全ての集電体71Aのうち少なくとも一部の集電体71Aの周縁部は、撓んでもよい。
各セルスタック5Bには、2以上の蓄電セルを有する。第3実施形態における複数の蓄電セル2Gは、積層方向において隣り合う2つのバイポーラ電極10Bと、当該2つのバイポーラ電極10Bの間に位置する1つのセパレータ13Aとを備える。より具体的には、蓄電セル2Gは、一方のバイポーラ電極10Bに含まれる集電体71A及び正極活物質層22Cと、1つのセパレータ13Aと、他方のバイポーラ電極10Bに含まれる集電体71A及び負極活物質層23Bとを備える。また、第3実施形態における蓄電セル2Hは、積層方向において最も正極終端電極64Aに近いバイポーラ電極10Bと、セパレータ13Aと、正極終端電極64Aとを備える。第3実施形態における蓄電セル2Iは、積層方向において最も負極終端電極65Aに近いバイポーラ電極10Bと、セパレータ13Aと、負極終端電極65Aとを備える。
セルスタック5Bは、封止体200によって封止される。封止体200は、上記第2実施形態の封止体63と同様の構造及び機能を奏する部材であり、絶縁性を有する。封止体200は、積層方向から見て矩形の枠状をなしており、集電体71Aの縁部に溶着されている。封止体200は、積層方向におけるセルスタック5Bの一端から他端まで延在し、セルスタック5Bを封止する。隣り合う2つのセルスタック5Bのそれぞれを封止する封止体200同士は、互いに分離している。封止体200の内面の一部は、集電体71Aに沿って突出し得る。この場合、当該内面における突出部上にセパレータ13Aの周縁部が配置される。また、複数のセパレータ13Aの少なくとも一部のセパレータ13Aの周縁部は、封止体200に埋め込まれてもよい。第3実施形態では、積層方向に直交する封止体200の一端面200aは、正極終端電極64Aの端面64aと揃っており、積層方向に直交する封止体200の他端面200bは、負極終端電極65Aの端面65aと揃っている。
図11に戻って、温度検知部100の温度センサ101は、積層方向において2つのセルスタック5Bの間に配置される。第3実施形態では、一方のセルスタック5B(第1積層体)に含まれる蓄電セル(第1蓄電セル)が、温度センサ101に接触する。加えて、他方のセルスタック5B(第2積層体)に含まれると共に当該第1蓄電セルに隣り合う蓄電セル(第2蓄電セル)が、温度センサ101に接触する。第3実施形態では、上記第1蓄電セルの集電体71Aは、積層方向における上記第1積層体の一端に配置される正極終端電極であり、上記第2蓄電セルの集電体71Aは、積層方向における上記第2積層体の一端に配置される負極終端電極である。このため、上記第1蓄電セルは図12に示される蓄電セル2Hに相当し、上記第2蓄電セルは図12に示される蓄電セル2Iに相当し、上記第1蓄電セルの正極終端電極と上記第2蓄電セルの負極終端電極との間に温度センサ101が配置される。
一対の冷却部材CMは、蓄電装置1Fの温度上昇を抑制する部材であり、例えば金属によって形成される。一方の冷却部材CM(第1冷却器)は、積層方向における蓄電装置1Fの一端に位置し、一方のセルスタック5Bの正極終端電極に接触する。他方の冷却部材CMは、積層方向における蓄電装置1Fの他端に位置し、他方のセルスタック5Bの負極終端電極に接触する。換言すると、上記第1冷却器は積層方向における上記第1積層体の他端に接触し、上記第2冷却器は積層方向における上記第2積層体の他端に接触する。より具体的には、上記第1冷却器は上記第1積層体の負極終端電極65Aに接触し、上記第2冷却器は上記第2積層体の正極終端電極64Aに接触する。各冷却部材CMは、封止体200にも接触する。
一対の冷却部材CMのそれぞれは、本体部CM1と、冷却流路CM2と、検出線CM3とを含む。本体部CM1は、導電性を有し、例えば矩形板状を呈している。冷却流路CM2は、本体部CM1に形成された貫通孔であり、空気等の冷却用流体が通過し得る。冷却流路CM2は、積層方向に直交する方向に延在するが、これに限られない。冷却流路CM2は、蛇行してもよいし、積層方向に交差する方向に延在してもよい。本体部CM1には、複数の冷却流路CM2が設けられる。一例として、複数の冷却流路CM2は、互いに等間隔且つ平行に形成される。検出線CM3は、本体部CM1の一端に設けられており、本体部CM1に電気的に接続されている。
このように、各冷却部材CMは、導電性の板部材(本体部CM1)の内部に冷却流路CM2が設けられ、かつ、正極終端電極64Aまたは負極終端電極65Aに当接すると共に電気的に接続される。例えば、一方の冷却部材CMの検出線CM3と、負極終端電極65Aに隣接するバイポーラ電極10Bの集電体71Aに接続される検出線(不図示)とを用いて、負極終端電極65Aと、負極終端電極65Aに隣接するバイポーラ電極10Bとを含む蓄電セル2Iの電池状態(例えば電圧)を検出可能である。同様に、他方の冷却部材CMの検出線CM3と、正極終端電極64Aに隣接するバイポーラ電極10Bの集電体81Aに接続される検出線(不図示)とを用いて、蓄電セル2Hの電池状態(例えば電圧)を検出可能である。したがって、検出線CM3は、蓄電セルの電池状態を検出するために利用可能である。各冷却部材CMは、対応するセルスタック5Bに対して拘束荷重を伝達する機能を有する。第3実施形態では、冷却部材CMは、積層方向から見て封止体200に重なるように、集電体71Aの中央部分から集電体71Aの周縁部まで延在している。
以上に説明した第3実施形態の蓄電装置1Fでは、温度検知部100が、2つのセルスタック5Bの間(すなわち、積層方向における蓄電装置1Fの中央部)に配置される。したがって第3実施形態でも、温度検知部100が、蓄電装置1Fの内部温度を精密に測定可能である。また、温度検知部100を複数用いることによって、例えば、積層方向における蓄電装置1Fの中央部と、積層方向における蓄電装置1Fの一端との温度差を精密に測定できる。加えて、各セルスタック5Bは封止体200によって封止される。このため、各セルスタック5Bの封止性を損なうことなく温度センサ101を配置可能である。
上記第3実施形態では、蓄電装置1Fは、冷却部材CMを備える。このため、蓄電装置1Fの温度を適度に維持しつつ、温度センサ101にて所望のセルスタック5Bの内部温度を精密に測定可能である。
以下では、上記第3実施形態の変形例について説明する。以下の変形例において、上記第3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、上記第3実施形態と異なる箇所を主に説明する。
図13は、第3実施形態の変形例に係る蓄電装置を示す概略的な断面図である。図13に示されるように、蓄電装置1Gは、2つのセルスタック5Bの間に位置する導電板CPをさらに備える点で、上記蓄電装置1Fと異なる。導電板CPは、2つのセルスタック5B同士を電気的に接続する部材であり、例えば矩形板形状を有する金属板もしくは合金板である。積層方向から見て、導電板CPの周縁部は、セルスタック5Bよりも外側に位置しているが、これに限られない。導電板CPに含まれる一対の主面のそれぞれは、平面形状である。一方の主面は一方のセルスタック5Bの一端に接し、他方の主面は他方のセルスタック5Bの他端に接する。
導電板CPの内部及び/又は表面には、温度検知部100の温度センサ101が配置される。導電板CPの内部に温度センサ101が配置される場合、導電板CPは、中空部材でもよい。導電板CPの表面に温度センサ101が配置される場合、温度センサ101は、導電板CPに埋め込まれてもよい。温度センサ101は、積層方向から見た導電板CPの中央領域に配置される。温度センサ101は、導電板CPを挟む2つのセルスタック5Bの少なくとも一方に接触する。
以上に説明した第3実施形態の変形例においても、上記第3実施形態と同様の作用効果が奏される。加えて、温度検知部100の存在に伴うセルスタック5Bの変形を抑制できるので、温度検知部100の存在に起因する蓄電装置1Gの破損を防止可能になる。
上記第3実施形態及び上記変形例では、蓄電装置は、2つのセルスタックと一対の冷却部材とを備えるが、これに限られない。例えば、互いに接する2つのセルスタックを1つの蓄電アセンブリとした場合、蓄電装置は、複数の蓄電アセンブリと、複数の冷却部材とを備えてもよい。この場合、積層方向において互いに隣り合う2つの蓄電アセンブリの間に、1つの冷却部材が設けられる。換言すると、互いに隣り合う2つの蓄電アセンブリにおいては、1つの冷却部材が共有され得る。なお、複数の蓄電アセンブリを備える蓄電装置は、複数の温度検知部を備えてもよい。
以上、本開示の好適な各実施形態及び各変形例について詳細に説明されたが、本開示は上記実施形態及び上記変形例に限定されない。上記実施形態と上記変形例とは、適宜組み合わされてもよい。例えば、上記第1実施形態と上記第2実施形態とは、互いに組み合わされてもよい。この場合、上記第1実施形態において、封止部の外側面は、絶縁樹脂製の最外膜に覆われてもよい。例えば、上記第1実施形態と上記第1変形例とは、互いに組み合わされてもよい。この場合、上記第1実施形態において、封止部の外側面は、金属膜等によって覆われてもよい。例えば、上記第1変形例と上記第3変形例とは、互いに組み合わされてもよい。例えば、上記第2実施形態と、上記第1変形例もしくは上記第2変形例とが組み合わされてもよい。この場合、上記第2実施形態において、封止部の外側面は、絶縁樹脂製の最外膜の代わりに、金属層に覆われてもよい。例えば、上記第2実施形態と上記第3実施形態とは、互いに組み合わされてもよい。この場合、温度検知部は、2つのセルスタックの間と、少なくとも1つのセルスタックの内部との両方に設けられてもよい。
上記実施形態及び上記変形例では、第1集電体の一方面が、セパレータの縁部における第1接着層に接着された接着面を有するが、これに限られない。例えば、第2集電体の一方面が、セパレータの縁部における第2接着層に接着された接着面を有してもよい。この場合、第2集電体の一方面は、負極活物質層が塗工された塗工領域と、負極活物質層が塗工されていない非塗工領域とを含む。また、非塗工領域は、塗工領域の周囲に設けられると共に上記接着面を含み、封止部は、セパレータの縁部における第1接着層に接着される。
上記実施形態及び上記変形例では、温度検知部は1つの温度センサを有するが、これに限られない。図14の(a)は、温度検知部の一例の要部を示す概略平面図である。図14の(a)に示される温度検知部100Bは、同一の蓄電セルの温度分布を測定するための複数の温度センサ101を有する。複数の温度センサ101のそれぞれは、リード線102に電気的に接続される。各温度センサ101は、例えば、リード線102のベースフィルム102b(図2の(b)を参照)によって被覆される。複数の温度センサ101は、積層方向から見て互いに離間して配置される。具体例としては、複数の温度センサ101は、リード線102の長軸方向に沿って順に配列され、且つ、隣り合う温度センサ101同士は、上記長軸方向において互いに離間する。これにより、例えば複数の温度センサ101が同一の空間内に配置されたとき、温度検知部100Bは、当該空間内における温度分布を検知できる。複数の温度センサ101の一部は、正極活物質層もしくは負極活物質層に埋め込まれ、他の一部は正極活物質層及び負極活物質層から露出してもよい。もしくは、複数の温度センサ101の一部は、例えば封止体に埋め込まれてもよい。
なお、温度検知部100Bが複数の温度センサ101を有する場合、一部の温度センサ101が配置される空間等と、他の一部の温度センサ101が配置される空間等とは、互いに異なってもよい。この場合、上記第1実施形態と上記第4変形例とが組み合わされてもよいし、上記第1変形例と上記第2変形例とが組み合わされてもよい。
図14の(b)は、温度検知部の別の一例の要部を示す概略平面図である。図14の(b)に示されるように、電圧計測用端子111,112(電圧検出部)がリード線102Aに設けられる。電圧計測用端子111,112は、電圧検知用導電部102c,102dにそれぞれ接続されており、ベースフィルム102bから露出している。電圧計測用端子111は、例えば所定のバイポーラ電極(もしくは、擬似的なバイポーラ電極)に含まれる集電体に接触する。電圧計測用端子112は、例えば上記所定のバイポーラ電極とは異なるバイポーラ電極に含まれる集電体に接触する。なお、リード線102Aの一部が切断加工されることによって、電圧計測用端子111,112は、同一基板上に形成されていても、互いに異なる位置に容易に配置できる。このようなリード線102Aを用いることによって、蓄電装置における任意部分の電圧を計測できる。
上記実施形態では、温度検知部が正極活物質層に埋め込まれるが、これに限られない。温度検知部は、負極活物質層に埋め込まれてもよい。また、セルスタックに含まれる一部の蓄電セルにおいては温度検知部が正極活物質層に埋め込まれ、別の一部の蓄電セルにおいては別の温度検知部が負極活物質層に埋め込まれてもよい。
上記第1変形例では、温度検知部が正極活物質層に設けられる溝に収容されるが、これに限られない。例えば、温度検知部が負極活物質層に設けられる溝に収容されてもよい。また、温度検知部が正極活物質層に設けられる溝に収容される場合、負極活物質層には溝が設けられなくてもよい。この場合、負極の容量を十分に確保できる。また、上記第1変形例では、セルスタックに含まれる全ての蓄電セルの正極活物質層に溝が設けられるが、これに限られない。例えば、セルスタックに含まれる蓄電セルのうち、温度検知部が含まれる蓄電セルの正極活物質層のみに溝が設けられてもよい。この場合、セルスタックに含まれる蓄電セルのうち、温度検知部が含まれる蓄電セルの負極活物質層のみに溝が設けられてもよいし、全ての蓄電セルの負極活物質層には溝が設けられなくてもよい。温度検知部が設けられることによる蓄電装置の容量減少を良好に抑制できる。
上記第2変形例では、温度検知部が正極活物質層に設けられる凹部に収容されるが、これに限られない。例えば、温度検知部が負極活物質層に設けられる凹部に収容されてもよい。また、セルスタックに含まれる一部の蓄電セルにおいては温度検知部が正極活物質層に設けられる凹部に収容され、別の一部の蓄電セルにおいては別の温度検知部が負極活物質層に設けられる凹部に収容されてもよい。
上記第4変形例では、一方の蓄電セルに含まれる第2集電体には温度センサが収容される窪みが設けられるが、これに限られない。例えば、他方の蓄電セルに含まれる第1集電体に上記窪みが設けられてもよい。換言すると、積層方向において、他方の蓄電セルに含まれる第1集電体のうち温度センサに重なる部分は、当該他方の蓄電セルにおける正極活物質層に向かって窪んでもよい。もしくは、上記第2集電体と、上記第1集電体との両方には、上記窪みが設けられてもよい。すなわち、温度センサが隣り合う2つの蓄電セルの間に設けられるとき、一方の蓄電セルの第1集電体と、他方の蓄電セルの第2集電体との少なくとも一方には、上記温度センサが収容される窪みが設けられてもよい。
1,1A~1G…蓄電装置、2,2A~2I…蓄電セル、5,5A,5B…セルスタック、11…正極、12…負極、13…セパレータ、13a…基材層、13aa…第1面、13ab…第2面、13b…第1接着層、13c…第2接着層、13e,20e,21e…縁部、14…封止部、14a…封止体、15…金属層、20…第1集電体、20a,21a…一方面、20b,21b…他方面、21…第2集電体、22,22A~22C…正極活物質層、22a…溝、22d…凹部、23,23A,23B…負極活物質層、23a…溝、25…樹脂枠、30…拘束部材、64,64A…正極終端電極、65,65A…負極終端電極、71,71A…集電体、100,100A,100B…温度検知部、101…温度センサ、102,102A…リード線、102a…導体箔(導電部)、102b…ベースフィルム(絶縁部)、103…コンスタンタン線、111,112…電圧計測用端子(電圧検出部)、200…封止体、CM…冷却部材、CP…導電板、S,S1…空間、U1…正極ユニット、U2…負極ユニット。

Claims (15)

  1. 積層方向に積層される複数の蓄電セルと、前記複数の蓄電セルのうち少なくとも1つの測定対象である蓄電セルの温度を測定する温度センサと、を有する蓄電装置において、
    前記複数の蓄電セルのそれぞれは、
    第1集電体、及び前記第1集電体の一方面上に設けられた正極活物質層を有する正極と、
    第2集電体、及び前記第2集電体の一方面上に設けられた負極活物質層を有し、前記負極活物質層が前記正極活物質層と前記積層方向において対向するように配置された負極と、
    前記正極及び前記負極の間に配置されたセパレータと、
    積層方向に対向する前記第1集電体及び前記第2集電体の間に設けられ、前記正極活物質層及び前記負極活物質層を取り囲むように封止する封止部と、を有し、
    前記温度センサは、前記積層方向から見て、測定対象の前記蓄電セルの前記封止部よりも内側に配置される、
    蓄電装置。
  2. 前記温度センサは、前記第1集電体または前記第2集電体に接触する、請求項1に記載の蓄電装置。
  3. 前記複数の蓄電セルを有する積層体と、
    前記複数の蓄電セルのそれぞれに含まれる前記封止部同士が一体化することにより設けられ、前記積層方向における前記積層体の一端から他端まで延在し、前記積層体を封止する封止体と、を含み、
    前記温度センサは、前記積層方向における前記積層体の一端と他端との間に配置される、請求項1または2に記載の蓄電装置。
  4. 前記複数の蓄電セルは、前記積層方向において隣り合う第1蓄電セル及び第2蓄電セルを有し、
    前記第1蓄電セルの前記第1集電体と前記第2蓄電セルの前記第2集電体とは、前記積層方向において隣り合っており、
    前記温度センサは、前記第1蓄電セルの前記第1集電体と、前記第2蓄電セルの前記第2集電体との間に配置される、請求項1~3のいずれか一項に記載の蓄電装置。
  5. 前記複数の蓄電セルに含まれる2以上の蓄電セルを有する第1積層体と、
    前記第1積層体と前記積層方向において隣り合っており、前記複数の蓄電セルに含まれる別の2以上の蓄電セルを有する第2積層体と、
    前記第1積層体に含まれる前記蓄電セルの前記封止部同士が一体化することによって設けられ、前記積層方向における前記第1積層体の一端から他端まで延在し、前記第1積層体を封止する第1封止体と、
    前記第2積層体に含まれる前記蓄電セルの前記封止部同士が一体化することによって設けられ、前記積層方向における前記第2積層体の一端から他端まで延在し、前記第2積層体を封止する第2封止体と、を含み、
    前記第1積層体に含まれる1つの前記蓄電セルである第1蓄電セルの前記第1集電体と、前記第2積層体に含まれる1つの前記蓄電セルである第2蓄電セルの前記第2集電体とは、前記積層方向において隣り合っており、
    前記温度センサは、前記第1積層体の前記一端に配置される正極終端電極である前記第1集電体と、前記第2積層体の前記一端に配置される負極終端電極である前記第2集電体との間に配置される、請求項1または2に記載の蓄電装置。
  6. 前記第1積層体の前記正極終端電極に接触する第1冷却器と、
    前記第2積層体の前記負極終端電極に接触する第2冷却器と、をさらに備える請求項5に記載の蓄電装置。
  7. 前記第1蓄電セルの前記第1集電体と、前記第2蓄電セルの前記第2集電体との少なくとも一方には、前記温度センサが収容される窪みが設けられる、請求項4~6のいずれか一項に記載の蓄電装置。
  8. 前記複数の蓄電セルは、前記温度センサが配置される第1蓄電セルを備え、
    前記温度センサは、前記第1蓄電セルの前記封止部と、前記第1蓄電セルの前記第1集電体と、前記第1蓄電セルの前記第2集電体とによって封止される空間内に配置される、請求項1~3のいずれか一項に記載の蓄電装置。
  9. 前記温度センサは、前記正極活物質層に設けられる溝、または、前記負極活物質層に設けられる溝に収容される、請求項8に記載の蓄電装置。
  10. 前記温度センサは、前記正極活物質層または前記負極活物質層に埋め込まれる、請求項に記載の蓄電装置。
  11. 前記温度センサは、前記積層方向から見て、測定対象の前記蓄電セルの中央領域に配置される、請求項1~10のいずれか一項に記載の蓄電装置。
  12. 前記温度センサを含む複数の温度センサをさらに備え、
    測定対象の前記蓄電セルには、複数の前記温度センサが設けられており、
    前記積層方向から見て互いに離間して配置された複数の前記温度センサは、測定対象の前記蓄電セルの温度分布を測定する、請求項1~11のいずれか一項に記載の蓄電装置。
  13. 前記温度センサに電気的に接続されるフレキシブルプリント基板をさらに備え、
    前記温度センサは、前記フレキシブルプリント基板の一端に設けられ、
    前記フレキシブルプリント基板の他端は、前記複数の蓄電セルの外部に配置される制御回路に接続される、請求項1~12のいずれか一項に記載の蓄電装置。
  14. 前記フレキシブルプリント基板は、前記複数の蓄電セルのいずれかに含まれる集電体に接触する電圧検出部を有する、請求項13に記載の蓄電装置。
  15. 前記フレキシブルプリント基板は、前記温度センサに接続される導電部と、前記導電部を被覆する絶縁部とを有し、
    前記温度センサは、前記絶縁部に覆われる、請求項13または14に記載の蓄電装置。
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