WO2018025867A1 - 蓄電装置 - Google Patents

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positive electrode
negative electrode
electrode layer
binder
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中村　知広
貴之 弘瀬
耕二郎 田丸
泰有 秋山
素宜 奥村
卓郎 菊池
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株式会社豊田自動織機
トヨタ自動車株式会社
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    • Y02P70/00—Climate change mitigation technologies in the production process for final industrial or consumer products
    • Y02P70/50—Manufacturing or production processes characterised by the final manufactured product

Definitions

  • One aspect of the present invention relates to a power storage device.
  • a bipolar battery including a bipolar electrode in which a positive electrode is formed on one surface of a current collector plate and a negative electrode is formed on the other surface is known (see Patent Document 1).
  • a bipolar battery a plurality of bipolar electrodes are stacked in series across a separator holding an electrolyte layer.
  • a positive electrode active material is coated on one surface of a metal foil, and a negative electrode active material is coated on the other surface.
  • a binder is used to adhere an active material to a current collector plate such as a foil.
  • An object of one aspect of the present invention is to provide a power storage device that can reduce the amount of a binder used when manufacturing a bipolar electrode.
  • a power storage device includes a plurality of bipolar transistors each having a positive electrode layer provided on one surface of a current collector plate and a negative electrode layer provided on the other surface opposite to the one surface.
  • a current collector plate having a second surface with a rough surface, a first active material and a first binder forming one of the positive electrode layer and the negative electrode layer, and forming the other of the positive electrode layer and the negative electrode layer.
  • a second active material and a second binder having an average particle size larger than that of the first active material, and the first active material and the first binder are coated on the first surface, A second active material and a second binder are coated on the second surface.
  • a first active material having a relatively small average particle diameter is disposed on a first surface having a relatively smooth surface roughness, and an average is formed on a second surface having a relatively rough surface roughness.
  • a second active material having a relatively large particle size is disposed. For this reason, each active material becomes easy to enter deeply into the unevenness formed on each of the first surface and the second surface. For this reason, the adhesiveness of a 1st surface and a 1st active material and the adhesiveness of a 2nd surface and a 2nd active material can be improved.
  • the adhesion between the current collector and the active material is relatively high, the amount of the first binder and the second binder can be reduced as compared with the case where the adhesion is relatively low. Can reduce the amount of the binder used when manufacturing the bipolar electrode.
  • the first active material may be an active material that forms a positive electrode layer
  • the second active material may be an active material that forms a negative electrode layer.
  • the binder amount can be reduced when the average particle diameter of the active material forming the positive electrode layer is smaller than the average particle diameter of the active material forming the negative electrode layer.
  • the power storage device further includes a pair of termination electrodes sandwiching a plurality of bipolar electrodes, and one of the pair of termination electrodes is coated on a current collector having a third surface and a third surface.
  • a third active material and a third binder, and the other of the pair of termination electrodes includes a current collector having a fourth surface having a surface roughness rougher than that of the third surface;
  • a fourth active material and a fourth binder which are coated on the fourth surface and have an average particle diameter larger than that of the third active material may be included.
  • a third active material having a relatively small average particle diameter is disposed on a third surface having a relatively smooth surface roughness, and an average is formed on a fourth surface having a relatively rough surface roughness.
  • a fourth active material having a relatively large particle size is disposed. For this reason, each active material becomes easy to enter deeply into the unevenness formed on each of the third surface and the fourth surface. For this reason, the adhesiveness of a 3rd surface and a 3rd active material and the adhesiveness of a 4th surface and a 4th active material can be improved.
  • the amount of the third binder and the fourth binder can be reduced as compared with the case where the adhesion is relatively low. Can reduce the amount of the binder used when manufacturing the bipolar electrode.
  • the third active material may be an active material that forms a positive electrode layer
  • the fourth active material may be an active material that forms a negative electrode layer.
  • the power storage device may be configured as a nickel hydride secondary battery.
  • the binder amount can be reduced when the active material forming the positive electrode layer and the active material forming the negative electrode layer are active materials as a nickel metal hydride secondary battery.
  • the amount of binder used when manufacturing a bipolar electrode can be reduced.
  • FIG. 1 is a cross-sectional view schematically showing a power storage device according to an embodiment.
  • FIG. 2 is a cross-sectional view of the bipolar electrode of FIG.
  • FIG. 3 is a cross-sectional view of the positive electrode termination electrode and the negative electrode termination electrode of FIG.
  • 1 to 3 show an XYZ orthogonal coordinate system.
  • the power storage device 10 includes a plurality of bipolar electrodes 12, a positive electrode termination electrode 112, a negative electrode termination electrode 212, a positive electrode plate 40, a negative electrode plate 50, and an insulating case 30.
  • the plurality of bipolar electrodes 12 are stacked in series via the separator 14.
  • Each of the plurality of bipolar electrodes 12 includes a current collector plate 16 having a first surface 16a and a second surface 16b opposite to the first surface 16a, and a positive electrode layer 18 provided on the first surface 16a. And a negative electrode layer 20 provided on the second surface 16b.
  • the positive electrode layer 18 and the negative electrode layer 20 extend along a plane (for example, an XY plane) that intersects the stacking direction of the plurality of bipolar electrodes 12 (hereinafter also referred to as the Z-axis direction).
  • the separator 14 is disposed between the bipolar electrodes 12 adjacent to each other, between the positive electrode termination electrode 112 and the bipolar electrode 12, and between the bipolar electrode 12 and the negative electrode termination electrode 212.
  • the separator 14 is formed in a sheet shape.
  • the separator 14 is a porous film or a nonwoven fabric, for example.
  • the separator 14 can permeate the electrolytic solution.
  • the material of the separator 14 include polyolefin such as polyethylene or polypropylene, polyimide, or nonwoven fabric.
  • an alkaline solution such as an aqueous potassium hydroxide solution can be used.
  • the current collector plate 16 is a metal foil such as a nickel foil. As shown in FIG. 2, the current collector plate 16 has a thickness T1 of, for example, 10 ⁇ m to 100 ⁇ m.
  • the second surface 16 b of the current collector plate 16 has a rougher surface than the first surface 16 a of the current collector plate 16.
  • the surface roughness mentioned here is the maximum height Rz defined in JIS B 0601-2001.
  • the maximum height Rz of the first surface 16a can be 1 ⁇ m to 5 ⁇ m
  • the maximum height Rz of the second surface 16b can be 5 ⁇ m to 20 ⁇ m.
  • the current collector plate 16 having the maximum height Rz different between the first surface 16a and the second surface 16b was processed to the surface roughness having such a relationship (which is inevitably necessary in manufacturing).
  • a product may also be used (including the case where it is formed in a relationship), or surface treatment may be intentionally performed by a method such as etching.
  • the positive electrode layer 18 includes a positive electrode active material (first active material) 60 and a binder (first binder) 80A.
  • the positive electrode active material 60 is, for example, nickel hydroxide (Ni (OH) 2 ) particles.
  • the average particle diameter of the positive electrode active material 60 is smaller than the average particle diameter of a negative electrode active material (second active material) 70 described later.
  • the average particle diameter here is the median diameter (D50), and as specified in JIS Z8901, the number or mass larger than a certain particle diameter is the number or mass of all powders in the particle size distribution of the powder. The particle diameter when occupying 50%.
  • the average particle diameter of the positive electrode active material 60 is, for example, 15 ⁇ m.
  • the binder 80A include acrylic resin and carboxymethylcellulose.
  • the positive electrode layer 18 may contain a conductive additive such as metallic cobalt or a cobalt compound, and an overcharge additive such as Y 2 O 3 or WO 3 .
  • a conductive additive such as metallic cobalt or a cobalt compound
  • an overcharge additive such as Y 2 O 3 or WO 3 .
  • the average particle size of the binder 80 ⁇ / b> A is not limited to the relationship with the negative electrode active material 70.
  • the negative electrode layer 20 includes a negative electrode active material 70 and a binder (second binder) 80B.
  • the negative electrode active material 70 is, for example, hydrogen storage alloy particles.
  • the average particle diameter of the negative electrode active material 70 is larger than the average particle diameter of the positive electrode active material 60 described above.
  • the average particle diameter of the negative electrode active material 70 is, for example, 20 ⁇ m.
  • the binder 80B include an acrylic resin and carboxymethyl cellulose.
  • the negative electrode layer 20 may contain a conductive aid such as carbon black or ketjen black.
  • the positive electrode termination electrode 112 is arranged at one end of the plurality of bipolar electrodes 12 in the Z-axis direction. That is, the positive electrode termination electrode 112 is disposed on the outermost side of the plurality of bipolar electrodes 12 in the Z-axis direction.
  • the positive electrode termination electrode 112 includes a current collector 116 having a third surface 116a and a positive electrode layer 118 provided on the third surface 116a.
  • the positive electrode layer 118 extends along the XY plane.
  • the current collector 116 is thicker than the current collector plate 16 in the Z-axis direction.
  • the positive electrode layer 118 has the same configuration as the positive electrode layer 18 in the bipolar electrode 12. In other words, the positive electrode active material (third active material) 60 and the binder (third binder) 80A are coated on the third surface 116a.
  • the negative terminal electrode 212 is disposed at the other end of the plurality of bipolar electrodes 12 in the Z-axis direction. That is, the negative electrode termination electrode 212 is disposed on the outermost side of the plurality of bipolar electrodes 12 in the Z-axis direction.
  • the negative electrode termination electrode 212 includes a current collector 216 having a fourth surface 216a and a negative electrode layer 220 provided on the fourth surface 216a.
  • the negative electrode layer 220 extends along the XY plane.
  • the current collector 216 is thicker than the current collector plate 16 in the Z-axis direction.
  • the negative electrode layer 220 has the same configuration as the negative electrode layer 20 in the bipolar electrode 12. That is, the negative electrode active material (fourth active material) 70 and the binder (fourth binder) 80B are coated on the fourth surface 216a.
  • the thickness T2 of the current collector 116 is, for example, 5 mm to 30 mm.
  • the third surface 116 a of the current collector 116 has a smoother surface roughness than the fourth surface 216 a of the current collector 216.
  • a thickness T3 of the current collector 216 is, for example, 5 mm to 30 mm.
  • the fourth surface 216 a of the current collector 216 is rougher than the third surface 116 a of the current collector 116.
  • the surface roughness is the maximum height Rz defined in JIS B 0601-2001, as described above.
  • the maximum height Rz of the third surface 116a can be set to 1 ⁇ m to 5 ⁇ m
  • the maximum height Rz of the fourth surface 216a can be set to 5 ⁇ m to 20 ⁇ m.
  • the current collectors 116 and 216 having different maximum heights Rz between the third surface 116a and the fourth surface 216a were processed to have such a surface roughness (necessary for manufacturing).
  • the product may be combined) or may be intentionally subjected to surface treatment by a method such as etching.
  • the insulating case 30 supports a plurality of bipolar electrodes 12.
  • the end of the current collector plate 16 of each bipolar electrode 12 is embedded in the insulating case 30.
  • the insulating case 30 supports the positive electrode termination electrode 112 and the negative electrode termination electrode 212.
  • the end of the current collector 116 of the positive electrode termination electrode 112 and the end of the current collector 216 of the negative electrode termination electrode 212 are embedded in the insulating case 30.
  • the insulating case 30 is a resin case made of, for example, PP, PPS, or modified PPE.
  • the insulating case 30 may be a cylindrical member that can accommodate the plurality of bipolar electrodes 12 and the plurality of separators 14.
  • the insulating case 30 is filled with an electrolytic solution.
  • the positive electrode plate 40 and the negative electrode plate 50 sandwich the laminated body 25 including a plurality of bipolar electrodes 12, a positive electrode termination electrode 112, and a negative electrode termination electrode 212 in the Z-axis direction.
  • the insulating case 30 is also sandwiched.
  • An extraction part 49 is connected to the positive electrode plate 40.
  • An extraction part 59 is connected to the negative electrode plate 50.
  • the power storage device 10 can charge and discharge the power storage device 10 via the extraction unit 49 and the extraction unit 59.
  • the through hole 46 for penetrating the bolt B extending in the Z-axis direction is provided in the positive electrode plate 40.
  • the negative electrode plate 50 is provided with a through hole 56 for penetrating a bolt B extending in the Z-axis direction.
  • the through holes 46 and 56 are disposed outside the insulating case 30 when viewed from the Z-axis direction.
  • the bolt B is inserted from the positive electrode plate 40 toward the negative electrode plate 50.
  • a nut N is screwed to the tip of the bolt B.
  • the positive electrode plate 40 and the negative electrode plate 50 apply a restraining load to the plurality of bipolar electrodes 12, the plurality of separators 14, the positive electrode termination electrode 112, the negative electrode termination electrode 212, and the insulating case 30.
  • the inside of the insulating case 30 is sealed.
  • the first surface 16a having a relatively small maximum height Rz defined in JIS B 0601-2001 is defined in JIS Z8901 and defined in D50.
  • a relatively small positive electrode active material 60 is disposed, and a negative electrode active material 70 having a relatively large D50 is disposed on the second surface 16b having a relatively large maximum height Rz.
  • each active material becomes easy to enter deeply into the unevenness formed on each of the first surface 16a and the second surface 16b.
  • the adhesiveness of the 1st surface 16a and the positive electrode active material 60 and the adhesiveness of the 2nd surface 16b and the negative electrode active material 70 can be improved.
  • the amount of the binders 80A and 80B can be reduced as compared with the case where the adhesion is relatively low. .
  • the power storage device 10 having the above-described configuration can reduce the amount of the binder used when the bipolar electrode 12 is manufactured.
  • the positive electrode active material 60 having a relatively small D50 is disposed on the third surface 116 a having the relatively small maximum height Rz in the positive electrode termination electrode 112 and the negative electrode termination electrode 212.
  • a negative electrode active material 70 having a relatively large D50 is disposed on the fourth surface 216a having a relatively large thickness Rz.
  • each active material (the positive electrode active material 60 and the negative electrode active material 70) becomes easy to enter deeply into the unevenness formed on each of the third surface 116a and the fourth surface 216a.
  • the adhesiveness of the 3rd surface 116a and the positive electrode active material 60 and the adhesiveness of the 4th surface 216a and the negative electrode active material 70 can be improved.
  • the peel strength between the positive electrode active material 60 and the third surface 116a and the negative electrode active material 70 and the fourth surface 216a is increased, and the positive electrode active material 60 and the negative electrode active material 70 are detached from the current collector plate 16, respectively. It becomes difficult to release.
  • the amount of the binders 80A and 80B is smaller than when the adhesion is relatively low. Thereby, the power storage device 10 having the above configuration can reduce the amount of binder used when the positive electrode termination electrode 112 and the negative electrode termination electrode 212 are manufactured.
  • the negative electrode active material 70 having a D50 (average particle diameter) larger than the D50 of the positive electrode active material 60 has been described, but one aspect of the present invention is not limited thereto.
  • FIG. the positive electrode active material 60 is arranged on the current collecting plate 16 on the second surface 16b side where the maximum height Rz is relatively large (surface roughness is rough), and the negative electrode active material 70 has the maximum height.
  • Rz may be disposed on the first surface 16a side with relatively small Rz (smooth surface roughness).
  • the positive electrode active material 60 is disposed on the fourth surface 216 a having a relatively large maximum height Rz (surface roughness is rough), and the negative electrode active material 70 has a maximum height It suffices if it is disposed on the third surface 116a having a relatively small thickness Rz (smooth surface roughness).
  • the positive electrode active material is, for example, a composite oxide, metallic lithium, sulfur or the like.
  • the negative electrode active material include graphite, highly oriented graphite, carbon such as mesocarbon microbeads, hard carbon, and soft carbon, alkali metals such as lithium and sodium, metal compounds, SiO x (0.5 ⁇ x ⁇ 1.5 ) And the like, and boron-added carbon.
  • DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 Power storage device, 12 ... Bipolar electrode, 14 ... Separator, 16 ... Current collector plate, 16a ... First surface, 16b ... Second surface, 18 ... Positive electrode layer, 20 ... Negative electrode layer, 60 ... Positive electrode active material ( First active material / third active material), 70 ... Negative electrode active material (second active material / fourth active material), 80A ... Binder (first binder / third binder), 80B ... Binder (Second binder / fourth binder), 112 ... positive electrode termination electrode, 116 ... current collector, 116a ... third surface, 118 ... positive electrode layer, 212 ... negative electrode termination electrode, 216 ... current collector, 216a ... Fourth surface, 220 ... negative electrode layer.

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Abstract

蓄電装置（１０）は、集電板（１６）の一方の面に設けられた正極層（１８）と、一方の面とは反対側の他方の面に設けられた負極層（２０）と、を有する複数のバイポーラ電極（１２）がセパレータ（１４）を介して積層された、蓄電装置であって、複数のバイポーラ電極のそれぞれは、第一の面（１６ａ）と、第一の面とは反対側の面であって、第一の面よりも表面粗さが粗い第二の面（１６ｂ）と、を有する集電板と、正極層を形成する正極活物質（６０）及びバインダ（８０Ａ）と、負極層を形成すると共に、正極活物質よりも平均粒子径が大きい負極活物質（７０）及びバインダ（８０Ｂ）と、を備え、第一の面に正極活物質及びバインダ（８０Ａ）が塗工され、第二の面に負極活物質及びバインダ（８０Ｂ）が塗工されている。

Description

蓄電装置
　本発明の一側面は、蓄電装置に関する。
　集電板の一方の面に正極が形成され、他方の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）。このバイポーラ電池では、電解質層が保持されたセパレータを挟んで複数のバイポーラ電極が直列に積層されている。
特開２０１１－１５１０１６号公報
　上記バイポーラ電極では、金属からなる箔の一方の面に正極活物質を塗工し、他方の面に負極活物質が塗工されている。バイポーラ電極を製造する際、箔等の集電板に対し活物質を接着させるためにバインダが用いられる。
　本発明の一側面は、バイポーラ電極を製造する際に用いられるバインダ量を低減できる蓄電装置を提供することを目的とする。
　本発明の一側面に係る蓄電装置は、集電板の一方の面に設けられた正極層と、一方の面とは反対側の他方の面に設けられた負極層と、を有する複数のバイポーラ電極がセパレータを介して積層された、蓄電装置であって、複数のバイポーラ電極のそれぞれは、第一の面と、第一の面とは反対側の面であって、第一の面よりも表面粗さが粗い第二の面と、を有する集電板と、正極層及び負極層の一方を形成する第一の活物質及び第一のバインダと、正極層及び負極層の他方を形成すると共に、第一の活物質よりも平均粒子径が大きい第二の活物質及び第二のバインダと、を備え、第一の面に第一の活物質及び第一のバインダが塗工され、第二の面に第二の活物質及び第二のバインダが塗工されている。
　上記蓄電装置では、表面粗さが相対的に滑らかな第一の面に平均粒子径が相対的に小さな第一の活物質が配置され、表面粗さが相対的に粗い第二の面に平均粒子径が相対的に大きな第二の活物質が配置されている。このため、第一の面及び第二の面のそれぞれに形成された凹凸に、それぞれの活物質が深く入り易くなる。このため、第一の面と第一の活物質との密着性、及び第二の面と第二の活物質との密着性を高めることができる。集電板と活物質との密着性が相対的に高い場合、当該密着性が相対的に低い場合と比べて第一のバインダ及び第二のバインダの量が少なく済むので、上記構成の蓄電装置は、バイポーラ電極を製造する際に用いられるバインダ量を低減できる。
　本発明の一側面に係る蓄電装置では、第一の活物質は、正極層を形成する活物質であり、第二の活物質は、負極層を形成する活物質であってもよい。この構成では、正極層を形成する活物質の平均粒子径が負極層を形成する活物質の平均粒子径よりも小さい場合に、バインダ量を低減できる。
　本発明の一側面に係る蓄電装置は、複数のバイポーラ電極を挟む一対の終端電極を更に備え、一対の終端電極の一方は、第三の面を有する集電体と、第三の面に塗工された第三の活物質及び第三のバインダと、を有し、一対の終端電極の他方は、第三の面よりも表面粗さが粗い第四の面を有する集電体と、第四の面に塗工され、第三の活物質よりも平均粒子径が大きい第四の活物質及び第四のバインダと、を有していてもよい。
　上記蓄電装置では、表面粗さが相対的に滑らかな第三の面に平均粒子径が相対的に小さな第三の活物質が配置され、表面粗さが相対的に粗い第四の面に平均粒子径が相対的に大きな第四の活物質が配置されている。このため、第三の面及び第四の面のそれぞれに形成された凹凸に、それぞれの活物質が深く入り易くなる。このため、第三の面と第三の活物質との密着性、及び第四の面と第四の活物質との密着性を高めることができる。集電板と活物質との密着性が相対的に高い場合、当該密着性が相対的に低い場合と比べて第三のバインダ及び第四のバインダの量が少なく済むので、上記構成の蓄電装置は、バイポーラ電極を製造する際に用いられるバインダ量を低減できる。
　本発明の一側面に係る蓄電装置では、第三の活物質は、正極層を形成する活物質であり、第四の活物質は、負極層を形成する活物質であってもよい。この構成では、正極層を形成する活物質の平均粒子径が負極層を形成する活物質の平均粒子径よりも小さい場合に、第三のバインダ及び第四のバインダの量を低減できる。
　本発明の一側面に係る蓄電装置は、ニッケル水素二次電池として構成してもよい。この構成のニッケル水素二次電池では、上記のとおり、正極層を形成する活物質及び負極層を形成する活物質がニッケル水素二次電池としての活物質の場合に、バインダ量を低減できる。
　本発明の一側面によれば、バイポーラ電極を製造する際に用いられるバインダ量を低減できる。
図１は、一実施形態に係る蓄電装置を模式的に示す断面図である。 図２は、図１のバイポーラ電極の断面図である。 図３は、図１の正極終端電極及び負極終端電極の断面図である。
　以下、添付図面を参照しながら一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。図１～図３には、ＸＹＺ直交座標系が示される。
　図１に示される蓄電装置１０は、例えばフォークリフト、ハイブリッド自動車、電気自動車等の車両に搭載されるニッケル水素二次電池である。蓄電装置１０は、複数のバイポーラ電極１２と、正極終端電極１１２と、負極終端電極２１２と、正極プレート４０と、負極プレート５０と、絶縁ケース３０と、を備える。
　複数のバイポーラ電極１２は、セパレータ１４を介して直列に積層される。複数のバイポーラ電極１２のそれぞれは、第一の面１６ａ及び第一の面１６ａとは反対側の第二の面１６ｂを有する集電板１６と、第一の面１６ａに設けられた正極層１８と、第二の面１６ｂに設けられた負極層２０とを有している。正極層１８及び負極層２０は、複数のバイポーラ電極１２の積層方向（以下、Ｚ軸方向ともいう）に交差する平面（例えばＸＹ平面）に沿って延在している。
　セパレータ１４は、互いに隣接するバイポーラ電極１２の間、正極終端電極１１２とバイポーラ電極１２との間、及びバイポーラ電極１２と負極終端電極２１２との間に配置されている。例えば、セパレータ１４は、シート状に形成されている。セパレータ１４は例えば多孔膜又は不織布である。セパレータ１４は電解液を透過させ得る。セパレータ１４の材料の例には、ポリエチレン若しくはポリプロピレン等のポリオレフィン、ポリイミド、又は不織布等が挙げられる。電解液としては、例えば水酸化カリウム水溶液等のアルカリ溶液が使用され得る。
　集電板１６は、例えばニッケル箔等の金属箔である。図２に示されるように、集電板１６の厚みＴ１は、例えば１０μｍ～１００μｍである。集電板１６における第二の面１６ｂは、集電板１６における第一の面１６ａよりも表面粗さが粗い。ここでいう、表面粗さは、ＪＩＳ　Ｂ　０６０１－２００１に規定される最大高さＲｚである。例えば、第一の面１６ａの最大高さＲｚを１μｍ～５μｍとし、第二の面１６ｂの最大高さＲｚを５μｍ～２０μｍとすることができる。このような第一の面１６ａと第二の面１６ｂとの間で最大高さＲｚが異なる集電板１６は、このような関係の表面粗さに加工された（製造上、必然的に当該関係に形成される場合も含む）製品を用いてもよいし、エッチング等の方法によって意図的に表面処理を施してもよい。
　正極層１８は、正極活物質（第一の活物質）６０及びバインダ（第一のバインダ）８０Ａを含む。正極活物質６０は、例えば水酸化ニッケル（Ｎｉ（ＯＨ）２）の粒子である。正極活物質６０の平均粒子径は、後述する負極活物質（第二の活物質）７０よりも平均粒子径が小さい。ここでいう平均粒子径は、メジアン径（Ｄ５０）であり、ＪＩＳ　Ｚ８９０１に規定されているように、粉体の粒径分布において、ある粒子径より大きい個数又は質量が全粉体の個数又は質量の５０％を占めるときの粒子径をいう。正極活物質６０の平均粒子径は、例えば１５μｍである。バインダ８０Ａの例には、アクリル樹脂、及びカルボキシメチルセルロースが含まれる。また、正極層１８には、金属コバルト、又はコバルト化合物等の導電助剤、Ｙ２Ｏ３、ＷＯ３等の過充電添加剤が含まれてもよい。バインダ８０Ａの平均粒子径は、負極活物質７０との関係を問わない。
　負極層２０は、負極活物質７０及びバインダ（第二のバインダ）８０Ｂを含む。負極活物質７０は、例えば水素吸蔵合金の粒子である。負極活物質７０の平均粒子径は、前述した正極活物質６０の平均粒子径よりも大きい。負極活物質７０の平均粒子径は、例えば２０μｍである。バインダ８０Ｂの例には、アクリル樹脂、及びカルボキシメチルセルロース等が含まれる。また、負極層２０には、カーボンブラック、又はケッチェンブラック等の導電助剤が含まれてもよい。
　図１及び図３に示されるように、正極終端電極１１２は、複数のバイポーラ電極１２のＺ軸方向における一方側の端部に配置される。すなわち、正極終端電極１１２は、Ｚ軸方向において、複数のバイポーラ電極１２の最も外側に配置される。正極終端電極１１２は、第三の面１１６ａを有する集電体１１６と、第三の面１１６ａに設けられた正極層１１８と、を有している。正極層１１８は、ＸＹ平面に沿って延在している。集電体１１６は、Ｚ軸方向において集電板１６よりも厚い。正極層１１８は、バイポーラ電極１２における正極層１８と同じ構成である。すなわち、第三の面１１６ａには、正極活物質（第三の活物質）６０及びバインダ（第三のバインダ）８０Ａが塗工されている。
　負極終端電極２１２は、複数のバイポーラ電極１２のＺ軸方向における他方側の端部に配置される。すなわち、負極終端電極２１２は、Ｚ軸方向において、複数のバイポーラ電極１２の最も外側に配置される。負極終端電極２１２は、第四の面２１６ａを有する集電体２１６と、第四の面２１６ａに設けられた負極層２２０と、を有している。負極層２２０は、ＸＹ平面に沿って延在している。集電体２１６は、Ｚ軸方向において集電板１６よりも厚い。負極層２２０は、バイポーラ電極１２における負極層２０と同じ構成である。すなわち、第四の面２１６ａには、負極活物質（第四の活物質）７０及びバインダ（第四のバインダ）８０Ｂが塗工されている。
　集電体１１６の厚みＴ２は、例えば５ｍｍ～３０ｍｍである。集電体１１６における第三の面１１６ａは、集電体２１６における第四の面２１６ａよりも表面粗さが滑らかである。集電体２１６の厚みＴ３は、例えば５ｍｍ～３０ｍｍである。集電体２１６における第四の面２１６ａは、集電体１１６における第三の面１１６ａよりも表面粗さが粗い。ここでいう、表面粗さは、上記と同様に、ＪＩＳ　Ｂ　０６０１－２００１に規定される最大高さＲｚである。例えば、第三の面１１６ａの最大高さＲｚを１μｍ～５μｍとし、第四の面２１６ａの最大高さＲｚを５μｍ～２０μｍとすることができる。このような第三の面１１６ａと第四の面２１６ａとの間で最大高さＲｚが異なる集電体１１６，２１６は、このような関係の表面粗さに加工された（製造上、必然的に当該関係に形成される場合も含む）製品を組み合わせてもよいし、エッチング等の方法によって意図的に表面処理を施してもよい。
　図１に示されるように、絶縁ケース３０は、複数のバイポーラ電極１２を支持する。例えば、各バイポーラ電極１２の集電板１６の端部が絶縁ケース３０内に埋設される。また、絶縁ケース３０は、正極終端電極１１２及び負極終端電極２１２を支持する。例えば、正極終端電極１１２の集電体１１６の端部及び負極終端電極２１２の集電体２１６の端部が絶縁ケース３０内に埋設される。絶縁ケース３０は、例えば、ＰＰ，ＰＰＳ又は変性ＰＰＥからなる樹脂ケースである。絶縁ケース３０は、複数のバイポーラ電極１２及び複数のセパレータ１４を収容し得る筒状部材であってもよい。絶縁ケース３０内には電解液が充填される。
　正極プレート４０及び負極プレート５０は、Ｚ軸方向において、複数のバイポーラ電極１２と、正極終端電極１１２と、負極終端電極２１２とを含んで構成される積層体２５を挟持する。また、第一実施形態の正極プレート４０及び負極プレート５０では、積層体２５に加え、絶縁ケース３０も挟持する。正極プレート４０には取出部４９が接続される。負極プレート５０には取出部５９が接続される。蓄電装置１０は、取出部４９及び取出部５９を介して蓄電装置１０の充放電を行うことができる。
　正極プレート４０には、Ｚ軸方向に延びるボルトＢを貫通するための貫通孔４６が設けられる。負極プレート５０には、Ｚ軸方向に延びるボルトＢを貫通するための貫通孔５６が設けられる。貫通孔４６，５６は、Ｚ軸方向から見て絶縁ケース３０の外側に配置される。ボルトＢは正極プレート４０から負極プレート５０に向かって挿通される。ボルトＢの先端にはナットＮが螺合される。これにより、正極プレート４０及び負極プレート５０は、複数のバイポーラ電極１２、複数のセパレータ１４、正極終端電極１１２、負極終端電極２１２及び絶縁ケース３０に対して、拘束荷重を付加する。その結果、絶縁ケース３０内は密封される。
　次に、上記実施形態の蓄電装置１０の作用効果について説明する。上記蓄電装置１０では、図２に示されるように、バイポーラ電極１２において、ＪＩＳ　Ｂ　０６０１－２００１に規定される最大高さＲｚが相対的に小さい第一の面１６ａに、ＪＩＳ　Ｚ８９０１に規定されＤ５０が相対的に小さな正極活物質６０が配置され、最大高さＲｚが相対的に大きい第二の面１６ｂにＤ５０が相対的に大きな負極活物質７０が配置されている。このため、第一の面１６ａ及び第二の面１６ｂのそれぞれに形成された凹凸に、それぞれの活物質（正極活物質６０及び負極活物質７０）が深く入り易くなる。このため、第一の面１６ａと正極活物質６０との密着性、及び第二の面１６ｂと負極活物質７０との密着性を高めることができる。集電板１６と活物質（正極活物質６０及び負極活物質７０）との密着性が相対的に高い場合、当該密着性が相対的に低い場合と比べてバインダ８０Ａ，８０Ｂの量が少なく済む。これにより、上記構成の蓄電装置１０は、バイポーラ電極１２を製造する際に用いられるバインダ量を低減できる。
　また、上記蓄電装置１０では、正極終端電極１１２及び負極終端電極２１２において、最大高さＲｚが相対的に小さい第三の面１１６ａにＤ５０が相対的に小さな正極活物質６０が配置され、最大高さＲｚが相対的に大きい第四の面２１６ａにＤ５０が相対的に大きな負極活物質７０が配置されている。このため、第三の面１１６ａ及び第四の面２１６ａのそれぞれに形成された凹凸に、それぞれの活物質（正極活物質６０及び負極活物質７０）が深く入り易くなる。このため、第三の面１１６ａと正極活物質６０との密着性、及び第四の面２１６ａと負極活物質７０との密着性を高めることができる。したがって、正極活物質６０と第三の面１１６ａ、及び負極活物質７０と第四の面２１６ａとの剥離強度が高くなり、正極活物質６０、及び負極活物質７０がそれぞれ集電板１６より脱離しにくくなる。また、集電体と活物質との密着性が相対的に高い場合、当該密着性が相対的に低い場合と比べてバインダ８０Ａ，８０Ｂの量が少なく済む。これにより、上記構成の蓄電装置１０は、正極終端電極１１２及び負極終端電極２１２を製造する際に用いられるバインダ量を低減できる。
　以上、一実施形態について詳細に説明されたが、本発明の一側面は上記実施形態に限定されない。
　上記実施形態では、Ｄ５０（平均粒子径）が正極活物質６０のＤ５０よりも大きな負極活物質７０を用いる例を挙げて説明したが、本発明の一側面はこれに限定されない。例えば、Ｄ５０（平均粒子径）が負極活物質７０のＤ５０よりも大きな正極活物質６０を用いてもよい。この場合、正極活物質６０は、集電板１６において、最大高さＲｚが相対的に大きな（表面粗さが粗い）第二の面１６ｂ側に配置され、負極活物質７０は、最大高さＲｚが相対的に小さな（表面粗さが滑らかな）第一の面１６ａ側に配置されればよい。また、集電体１１６，２１６においては、正極活物質６０は、最大高さＲｚが相対的に大きな（表面粗さが粗い）第四の面２１６ａに配置され、負極活物質７０は、最大高さＲｚが相対的に小さな（表面粗さが滑らかな）第三の面１１６ａに配置されればよい。
　また、上記実施形態又は変形例では、蓄電装置１０がニッケル水素二次電池の例を挙げて説明したが、リチウムイオン二次電池であってもよい。この場合、正極活物質は、例えば複合酸化物、金属リチウム、硫黄等である。負極活物質は、例えば黒鉛、高配向性グラファイト、メソカーボンマイクロビーズ、ハードカーボン、ソフトカーボン等のカーボン、リチウム、ナトリウム等のアルカリ金属、金属化合物、ＳｉＯｘ（０．５≦ｘ≦１．５）等の金属酸化物、ホウ素添加炭素等である。
　１０…蓄電装置、１２…バイポーラ電極、１４…セパレータ、１６…集電板、１６ａ…第一の面、１６ｂ…第二の面、１８…正極層、２０…負極層、６０…正極活物質（第一の活物質・第三の活物質）、７０…負極活物質（第二の活物質・第四の活物質）、８０Ａ…バインダ（第一のバインダ・第三のバインダ）、８０Ｂ…バインダ（第二のバインダ・第四のバインダ）、１１２…正極終端電極、１１６…集電体、１１６ａ…第三の面、１１８…正極層、２１２…負極終端電極、２１６…集電体、２１６ａ…第四の面、２２０…負極層。

Claims (5)

  1. 　集電板の一方の面に設けられた正極層と、前記一方の面とは反対側の他方の面に設けられた負極層と、を有する複数のバイポーラ電極がセパレータを介して積層された、蓄電装置であって、
    　前記複数のバイポーラ電極のそれぞれは、
    　　第一の面と、前記第一の面とは反対側の面であって、前記第一の面よりも表面粗さが粗い第二の面と、を有する集電板と、
    　　前記正極層及び前記負極層の一方を形成する第一の活物質及び第一のバインダと、前記正極層及び前記負極層の他方を形成すると共に、前記第一の活物質よりも平均粒子径が大きい第二の活物質及び第二のバインダと、を備え、
    　前記第一の面に前記第一の活物質及び前記第一のバインダが塗工され、前記第二の面に前記第二の活物質及び前記第二のバインダが塗工されている、蓄電装置。
  2. 　前記第一の活物質は、前記正極層を形成する活物質であり、前記第二の活物質は、前記負極層を形成する活物質である、請求項１に記載の蓄電装置。
  3. 　前記複数のバイポーラ電極を挟む一対の終端電極を更に備え、
    　前記一対の終端電極の一方は、第三の面を有する集電体と、前記第三の面に塗工された第三の活物質及び第三のバインダと、を有し、
    　前記一対の終端電極の他方は、前記第三の面よりも表面粗さが粗い第四の面を有する集電体と、前記第四の面に塗工され、前記第三の活物質よりも平均粒子径が大きい第四の活物質及び第四のバインダと、を有している、請求項１又は２記載の蓄電装置。
  4. 　前記第三の活物質は、前記正極層を形成する活物質であり、前記第四の活物質は、前記負極層を形成する活物質である、請求項３に記載の蓄電装置。
  5. 　ニッケル水素二次電池である、請求項１～４の何れか一項記載の蓄電装置。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP6870582B2 (ja) * 2016-11-30 2021-05-12 株式会社豊田自動織機 ニッケル水素蓄電池用バイポーラ電極及びニッケル水素蓄電池
JP6907576B2 (ja) * 2017-02-15 2021-07-21 株式会社豊田自動織機 二次電池

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH06314567A (ja) * 1993-04-30 1994-11-08 Yuasa Corp アルカリ蓄電池用電極及びこれを用いたアルカリ蓄電池
JP2001093520A (ja) * 1999-09-22 2001-04-06 Sanyo Electric Co Ltd 水素吸蔵合金電極及びその製造方法
JP2015173068A (ja) * 2014-03-12 2015-10-01 株式会社Ｇｓユアサ アルカリ蓄電池用の水酸化ニッケル水酸化ニッケルおよびアルカリ蓄電池

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH06314567A (ja) * 1993-04-30 1994-11-08 Yuasa Corp アルカリ蓄電池用電極及びこれを用いたアルカリ蓄電池
JP2001093520A (ja) * 1999-09-22 2001-04-06 Sanyo Electric Co Ltd 水素吸蔵合金電極及びその製造方法
JP2015173068A (ja) * 2014-03-12 2015-10-01 株式会社Ｇｓユアサ アルカリ蓄電池用の水酸化ニッケル水酸化ニッケルおよびアルカリ蓄電池

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