WO2023181796A1 - 双極型蓄電池 - Google Patents

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WO2023181796A1
WO2023181796A1 PCT/JP2023/007097 JP2023007097W WO2023181796A1 WO 2023181796 A1 WO2023181796 A1 WO 2023181796A1 JP 2023007097 W JP2023007097 W JP 2023007097W WO 2023181796 A1 WO2023181796 A1 WO 2023181796A1
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WO
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positive electrode
negative electrode
bipolar
substrate
space
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PCT/JP2023/007097
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English (en)
French (fr)
Inventor
憲治 廣田
芳延 平
Original Assignee
古河電池株式会社
古河電気工業株式会社
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    • H01M10/04—Construction or manufacture in general
    • H—ELECTRICITY
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    • H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/06—Lead-acid accumulators
    • H01M10/12—Construction or manufacture
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    • H01M10/06—Lead-acid accumulators
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    • H01M50/10—Primary casings; Jackets or wrappings
    • H01M50/102—Primary casings; Jackets or wrappings characterised by their shape or physical structure
    • H01M50/103—Primary casings; Jackets or wrappings characterised by their shape or physical structure prismatic or rectangular
    • H—ELECTRICITY
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    • H01M50/60—Arrangements or processes for filling or topping-up with liquids; Arrangements or processes for draining liquids from casings
    • H01M50/609—Arrangements or processes for filling with liquid, e.g. electrolytes
    • H01M50/627—Filling ports

Definitions

  • Embodiments of the present invention relate to bipolar storage batteries.
  • the lead-acid battery described in Patent Document 1 includes a bipolar plate in which a positive electrode active material layer and a negative electrode active material layer are provided on one side and the other side of a conductive metal base material.
  • the bipolar plate is sandwiched between a pair of end plates, and a separator is provided between each pair of adjacent bipolar plates.
  • the lead-acid battery used in the above-described power storage system needs to have a long life performance that can withstand long-term operation.
  • the separator sandwiched between the opposing positive electrode active material layer and the negative electrode active material layer is brought into contact with the positive electrode active material layer and the negative electrode active material layer, so that the separator is exposed to the electrolyte impregnated in the separator. It has the role of bringing the liquid into contact with the positive electrode active material layer and the negative electrode active material layer. It also has the role of holding down the positive electrode active material layer and the negative electrode active material layer.
  • the separator must be in uniform contact with the positive electrode active material layer and the negative electrode active material layer.
  • the pressure during injection of electrolyte may cause deformation of the separator, making it difficult to maintain uniformity. Contact may be inhibited. If the separator is deformed in this way, not only will it not come into uniform contact with the positive electrode active material layer and the negative electrode active material layer, but it is also conceivable that a short circuit will occur between the positive electrode side and the negative electrode side.
  • the electrolyte does not enter the space in which the cell members are accommodated. do not have.
  • the present invention prevents components in the space from being affected by the pressure of the injected electrolyte, such as deformation of the separator, when the electrolyte is injected into the space in which the cell member is housed.
  • this bipolar type prevents short circuits between the positive and negative electrode sides inside the cell member and shortens takt time.
  • the purpose is to provide type storage batteries.
  • a bipolar storage battery includes a positive electrode having a positive electrode current collector and a positive electrode active material layer, a negative electrode having a negative electrode current collector and a negative electrode active material layer, and a negative electrode between the positive electrode and the negative electrode. Covers at least one of the positive electrode side and the negative electrode side of the cell member, including an intervening separator and forming a plurality of spaces for individually accommodating the cell member and the plurality of cell members stacked at intervals.
  • a space forming member including a substrate, a frame body surrounding a side surface of the cell member, a plurality of through holes opening into a space in which the cell member is accommodated, and a portion of the frame body surrounding one side surface of the cell member. It has a covering lid, and the lid is characterized in that it has one communication port that communicates with the plurality of through holes.
  • a positive electrode having a positive electrode current collector and a positive electrode active material layer, a negative electrode having a negative electrode current collector and a negative electrode active material layer, and a positive electrode and a negative electrode having a positive electrode current collector and a negative electrode active material layer.
  • At least one of the positive electrode side and the negative electrode side of the cell member which includes a separator interposed between the cell members and is stacked at intervals, and forms a plurality of spaces that individually accommodate the plurality of cell members.
  • a space forming member including a substrate covering the cell member, a frame body surrounding the side surface of the cell member, a plurality of through holes opening into the space in which the cell member is accommodated, and a frame body surrounding one side surface of the cell member. and a lid that covers the portion, and the lid has one communication port that communicates with the plurality of through holes.
  • FIG. 1 is a cross-sectional view showing the structure of a bipolar lead-acid battery according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is an explanatory diagram showing the positional relationship between a bipolar lead-acid battery and a lid according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is an explanatory diagram showing the positional relationship between a bipolar lead-acid battery and a lid according to an embodiment of the present invention. It is an explanatory view showing a state where a lid is attached to a bipolar lead-acid battery according to an embodiment of the present invention.
  • 5 is a cross-sectional view showing a bipolar lead-acid battery according to an embodiment of the present invention taken along line AA shown in FIG. 4.
  • FIG. 4 is a cross-sectional view showing a bipolar lead-acid battery according to an embodiment of the present invention taken along line AA shown in FIG. 4.
  • FIG. 1 is a cross-sectional view showing the structure of a bipolar lead-acid battery 100 according to an embodiment of the present invention.
  • drawing of a lid 190 which will be described later, is omitted.
  • a bipolar lead-acid battery 100 includes a plurality of cell members 110, a plurality of bipolar plates (space forming members) 120, and a first end plate ( It has a space forming member) 130 and a second end plate (space forming member) 140.
  • FIG. 1 shows a bipolar lead-acid battery 100 in which three cell members 110 are stacked
  • the number of cell members 110 is determined by the battery design. Further, the number of bipolar plates 120 is determined according to the number of cell members 110.
  • the stacking direction of the cell members 110 is referred to as the Z direction (vertical direction in FIG. 1), and directions perpendicular to the Z direction and mutually perpendicular are referred to as directions.
  • the cell member 110 includes a positive electrode 111, a negative electrode 112, and an electrolyte layer (separator) 113.
  • the positive electrode 111 includes a positive electrode lead foil 111a, which is a positive electrode current collector made of lead or a lead alloy, and a positive electrode active material layer 111b.
  • the negative electrode 112 includes a negative electrode lead foil 112a, which is a negative electrode current collector made of lead or a lead alloy, and a negative electrode active material layer 112b.
  • This positive electrode lead foil 111a is bipolarized by an adhesive 150, which will be described later, provided between one surface of the bipolar plate 120 (in the drawing of FIG. 1, the surface facing upward in the paper) and the positive electrode lead foil 111a. It is provided on one side of the plate 120. Therefore, on one surface of the bipolar plate 120, an adhesive layer (adhesive 150), a positive electrode lead foil 111a, and a positive electrode active material layer 111b are laminated in this order.
  • the negative electrode lead foil 112a is attached to the bipolar plate by an adhesive 150, which will be described later, provided between the other surface of the bipolar plate 120 (in the drawing of FIG. 1, the surface facing downward in the paper) and the negative electrode lead foil 112a. 120 is provided on the other surface. Therefore, on the other surface of the bipolar plate 120, an adhesive layer (adhesive 150), a negative electrode lead foil 112a, and a negative electrode active material layer 112b are laminated in this order.
  • the positive electrode 111 and the negative electrode 112 are electrically connected via a conductor 160, which will be described later.
  • the separator 113 is made of, for example, a glass fiber mat impregnated with an electrolytic solution containing sulfuric acid.
  • the separator 113 is provided so as to be sandwiched between a positive electrode active material layer 111b provided on one bipolar plate 120 facing each other and a negative electrode active material layer 112b provided on the other bipolar plate 120.
  • a positive electrode lead foil 111a, a positive electrode active material layer 111b, a separator 113, a negative electrode active material layer 112b, and a negative electrode lead foil 112a are laminated in this order.
  • the bipolar plate 120, the positive electrode lead foil 111a, the positive electrode active material layer 111b, the negative electrode lead foil 112a, and the negative electrode A bipolar electrode is configured by the active material layer 112b.
  • a bipolar electrode is an electrode that has the functions of both a positive electrode and a negative electrode.
  • the bipolar lead-acid battery 100 is provided in a pair with a cell member 110 having a separator 113 interposed between a positive electrode 111 and a negative electrode 112, with the cell member 110 sandwiched therebetween.
  • a plurality of bipolar plates 120 are stacked.
  • the dimensions of the positive electrode lead foil 111a in the X and Y directions are larger than the dimensions of the positive electrode active material layer 111b in the X and Y directions.
  • the dimensions of the negative electrode lead foil 112a in the X and Y directions are larger than the dimensions of the negative electrode active material layer 112b in the X and Y directions.
  • the dimension (thickness) in the Z direction is that the positive electrode lead foil 111a is larger (thicker) than the negative electrode lead foil 112a, and the positive electrode active material layer 111b is larger (thicker) than the negative electrode active material layer 112b. ).
  • the plurality of cell members 110 are stacked at intervals in the Z direction, and the substrate 121 of the bipolar plate 120 is disposed at this interval. That is, the plurality of cell members 110 are stacked with the substrate 121 of the bipolar plate 120 sandwiched therebetween.
  • the plurality of bipolar plates 120, the first end plate 130, and the second end plate 140 form spaces for forming a plurality of spaces (cells) C that individually accommodate the plurality of cell members 110. It is a member.
  • the bipolar plate 120 covers both the positive electrode 111 side and the negative electrode 112 side of the cell member 110 and has a frame that surrounds the substrate 121 having a rectangular planar shape and the side surfaces of the cell member 110 and covers the four end faces of the substrate 121.
  • the bipolar plate 120 further includes column parts 123 that protrude perpendicularly from both sides of the substrate 121.
  • the number of pillar portions 123 protruding from each surface of the substrate 121 may be one or more.
  • the substrate 121, frame body 122, and pillar portion 123 that constitute the bipolar plate 120 are integrally formed of, for example, thermoplastic resin.
  • thermoplastic resin forming the bipolar plate 120 include acrylonitrile-butadiene-styrene copolymer (ABS resin) and polypropylene. These thermoplastic resins have excellent moldability and sulfuric acid resistance. Therefore, even if the electrolytic solution comes into contact with the bipolar plate 120, the bipolar plate 120 is unlikely to be decomposed, deteriorated, corroded, or the like.
  • the dimensions of the frame 122 are larger than the dimensions (thickness) of the substrate 121, and the dimensions between the protruding end surfaces of the pillars 123 are the same as the dimensions of the frame 122.
  • a space C is formed between the substrates 121 by stacking the plurality of bipolar plates 120 with their frame bodies 122 and columnar portions 123 in contact with each other. The dimension of the space C in the Z direction is maintained by the pillar portions 123 that are in contact with each other.
  • the positive electrode lead foil 111a, the positive electrode active material layer 111b, the negative electrode lead foil 112a, the negative electrode active material layer 112b, and the separator 113 have through holes 111c, 111d, 112c, 112d, and 113a through which the column parts 123 penetrate. each formed.
  • the substrate 121 of the bipolar plate 120 has a plurality of through holes 121a passing through the plate surface.
  • a first recess 121b is formed on one surface of the substrate 121, and a second recess 121c is formed on the other surface.
  • the depth of the first recess 121b is deeper than the depth of the second recess 121c.
  • the dimensions of the first recess 121b and the second recess 121c in the X and Y directions correspond to the dimensions of the positive electrode lead foil 111a and the negative electrode lead foil 112a in the X and Y directions.
  • the substrate 121 of the bipolar plate 120 is arranged between adjacent cell members 110 in the Z direction. Then, the positive electrode lead foil 111a of the cell member 110 is placed in the first recess 121b of the substrate 121 of the bipolar plate 120 via an adhesive 150. Further, the negative electrode lead foil 112a of the cell member 110 is placed in the second recess 121c of the substrate 121 of the bipolar plate 120 via an adhesive 150.
  • a conductor 160 is arranged in the through hole 121a of the substrate 121 of the bipolar plate 120. Both end surfaces of the conductor 160 are in contact with and bonded to the positive electrode lead foil 111a and the negative electrode lead foil 112a. That is, the conductor 160 electrically connects the positive electrode lead foil 111a and the negative electrode lead foil 112a. As a result, all of the plurality of cell members 110 are electrically connected in series.
  • a cover plate 170 is provided at the outer edge of the positive electrode lead foil 111a to cover the outer edge.
  • This cover plate 170 is a thin plate-like frame and has rectangular inner and outer lines. The inner edge of the cover plate 170 overlaps with the outer edge of the positive electrode lead foil 111a, and the outer edge of the cover plate 170 overlaps with the peripheral edge of the first recess 121b on one surface of the substrate 121.
  • the rectangle that forms the inner line of the cover plate 170 is smaller than the rectangle that forms the outer line of the positive electrode lead foil 111a, and the rectangle that forms the outer line of the cover plate 170 is the rectangle that forms the opening surface of the first recess 121b. bigger.
  • the adhesive 150 extends from the end surface of the positive electrode lead foil 111a to the outer edge of the opening side of the first recess 121b, and is disposed between the inner edge of the cover plate 170 and the outer edge of the positive electrode lead foil 111a. Ru. The adhesive 150 is also placed between the outer edge of the cover plate 170 and one surface of the substrate 121.
  • the cover plate 170 is fixed by the adhesive 150 across the peripheral edge of the first recess 121b on one surface of the substrate 121 and the outer edge of the positive electrode lead foil 111a. Thereby, the outer edge of the positive electrode lead foil 111a is covered with the cover plate 170 even at the boundary with the peripheral edge of the first recess 121b.
  • the outer edge of the negative lead foil 112a may also be covered with a cover plate similar to the cover plate 170 covering the outer edge of the positive lead foil 111a.
  • the cover plate has been explained using a thin plate-like frame as an example, it may also be a tape-like material, for example, as long as it is resistant to electrolytes (sulfuric acid). .
  • the first end plate 130 is a space forming member that includes a substrate 131 that covers the positive electrode side of the cell member 110 and a frame 132 that surrounds the side surface of the cell member 110. Further, a column portion 133 is provided that projects perpendicularly from one surface of the substrate 131 (the surface of the bipolar plate 120 disposed closest to the positive electrode that faces the substrate 121).
  • the planar shape of the substrate 131 is a rectangle, four end faces of the substrate 131 are covered with a frame 132, and the substrate 131, the frame 132, and the pillar portion 133 are integrally formed of, for example, the above-mentioned thermoplastic resin. .
  • the number of pillar portions 133 protruding from one surface of the substrate 131 may be one or more. However, the number corresponds to the number of pillars 123 of the bipolar plate 120 that are brought into contact with the pillars 133.
  • the dimensions of the frame 132 are larger than the dimensions (thickness) of the substrate 131, and the dimensions between the protruding end surfaces of the pillars 133 are the same as the dimensions of the frame 132.
  • the first end plate 130 is stacked with the frame 132 and column 133 in contact with the frame 122 and column 123 of the bipolar plate 120 disposed at the outermost side (on the positive electrode side).
  • a space C is formed between the substrate 121 of the bipolar plate 120 and the substrate 131 of the first end plate 130. Furthermore, the dimension of the space C in the Z direction is maintained by the pillar portions 123 of the bipolar plate 120 and the pillar portions 133 of the first end plate 130 that are in contact with each other.
  • Through holes 111c, 111d, and 113a are formed in the positive electrode lead foil 111a, the positive electrode active material layer 111b, and the separator 113 of the cell member 110 disposed on the outermost side (positive electrode side), respectively. ing.
  • a recess 131b is formed on one surface of the substrate 131 of the first end plate 130.
  • the dimensions of the recess 131b in the X and Y directions correspond to the dimensions of the positive electrode lead foil 111a in the X and Y directions.
  • the positive electrode lead foil 111a of the cell member 110 is placed in the recess 131b of the substrate 131 of the first end plate 130 with an adhesive 150 interposed therebetween. Further, like the substrate 121 of the bipolar plate 120, a cover plate 170 is fixed to one side of the substrate 131 with an adhesive 150. As a result, the outer edge of the positive electrode lead foil 111a is covered with the cover plate 170 even at the boundary with the peripheral edge of the recess 131b.
  • the first end plate 130 includes a positive electrode terminal (not shown in FIG. 1) that is electrically connected to the positive electrode lead foil 111a in the recess 131b.
  • the second end plate 140 is a space forming member that includes a substrate 141 that covers the negative electrode side of the cell member 110 and a frame 142 that surrounds the side surface of the cell member 110. Furthermore, a column portion 143 is provided that projects perpendicularly from one surface of the substrate 141 (the surface of the bipolar plate 120 disposed closest to the negative electrode side that faces the substrate 121).
  • the planar shape of the substrate 141 is a rectangle, four end faces of the substrate 141 are covered with a frame 142, and the substrate 141, the frame 142, and the pillar portion 143 are integrally formed of, for example, the above-mentioned thermoplastic resin. .
  • the number of pillar portions 143 protruding from one surface of the substrate 141 may be one or more. However, the number corresponds to the number of pillars 123 of the bipolar plate 120 that are brought into contact with the pillars 143.
  • the dimensions of the frame 142 are larger than the dimensions (thickness) of the substrate 131, and the dimensions between the protruding end surfaces of the two pillars 143 are the same as the dimensions of the frame 142.
  • the second end plate 140 is stacked with the frame 142 and column 143 in contact with the frame 122 and column 123 of the bipolar plate 120 disposed at the outermost side (on the negative electrode side).
  • a space C is formed between the substrate 121 of the bipolar plate 120 and the substrate 141 of the second end plate 140. Further, the dimension of the space C in the Z direction is maintained by the pillar portions 123 of the bipolar plate 120 and the pillar portions 143 of the second end plate 140 that are in contact with each other.
  • Through holes 112c, 112d, and 113a are formed in the negative electrode lead foil 112a, the negative electrode active material layer 112b, and the separator 113 of the cell member 110 disposed on the outermost side (negative electrode side), respectively, through which the pillar portions 143 penetrate. ing.
  • a recess 141b is formed on one surface of the substrate 141 of the second end plate 140.
  • the dimensions of the recess 141b in the X and Y directions correspond to the dimensions of the negative electrode lead foil 112a in the X and Y directions.
  • the negative electrode lead foil 112a of the cell member 110 is placed in the recess 141b of the substrate 141 of the second end plate 140 via an adhesive 150. Further, the second end plate 140 includes a negative electrode terminal (not shown in FIG. 1) that is electrically connected to the negative electrode lead foil 112a in the recess 141b.
  • vibration welding when joining the opposing bipolar plates 120, the first end plate 130 and the opposing bipolar plate 120, or the second end plate 140 and the opposing bipolar plate 120, for example, vibration welding ( Various welding methods can be employed, such as vibration welding), ultrasonic welding, and hot plate welding. Among these, vibration welding is a method of welding by vibrating the surfaces to be joined while pressurizing them, and the welding cycle is quick and the reproducibility is good. Therefore, vibration welding is more preferably used.
  • the objects to be welded include not only the frames disposed at opposing positions in the mutually opposing bipolar plates 120, first end plate 130, and second end plate 140, but also each column.
  • the bipolar lead-acid battery 100 includes a plurality of through holes 180 that open into the space C in which the cell members 110 are accommodated.
  • the through hole 180 is formed in one of the four end surfaces of the bipolar plate 120, the first end plate 130, and the second end plate 140.
  • the through hole 180 is formed on the right side in FIGS. and a through path 183 that connects the outer opening 181 and the inner opening 182.
  • the first end plate 130 includes an outer opening 181 that opens toward the outside, and an inner opening 182 that penetrates into the space C.
  • a through path 183 is formed so as to connect them.
  • the second end plate 140 also includes an outer opening 181 that opens toward the outside, and an inner opening 182 that penetrates into the space C, and connects the outer opening 181 and the inner opening 182.
  • a through path 183 is formed in the.
  • FIGS. 2 and 3 are explanatory diagrams showing the positional relationship between the bipolar lead-acid battery 100 and the lid 190 according to the embodiment of the present invention.
  • FIG. 4 is an explanatory diagram showing a state in which a lid 190 is attached to the bipolar lead-acid battery 100 according to the embodiment of the present invention.
  • the bipolar lead-acid battery 100 is rotated 90 degrees from the orientation shown in FIG. 1 so that the YZ plane is oriented vertically in the drawings.
  • the YZ plane is the ground plane
  • the X direction is parallel to the vertical direction.
  • the bipolar lead-acid battery 100 depicted in these figures has two bipolar plates 120 sandwiched between a first end plate 130 and a second end plate 140, as shown in FIG. There is.
  • a through hole 180 is formed at a position where each plate contacts.
  • the through hole 180 is formed, for example, on the right side in FIG. 1 in the space forming members such as the bipolar plate 120, the first end plate 130, and the second end plate 140. Therefore, as shown in FIGS. 2 to 4, the through hole 180 appears at a position facing the lid 190, and the outer opening 181 is visible.
  • a lid 190 is drawn on the upper part of the bipolar lead-acid battery 100 in the X direction, and as can be seen from FIGS. , 132, 142 are arranged so as to cover the portion surrounding one side of the cell member 110.
  • the lid 190 is provided with one communication port 191 that communicates with the plurality of through holes 180.
  • This communication port 191 plays the role of a through port used to inject electrolyte into the space C during manufacturing. That is, after the lid 190 is attached to the bipolar lead-acid battery 100 (see FIG. 4), the electrolytic solution is injected into the space C from the communication port 191 through each of the through holes 180.
  • the communication port 191 After the necessary amount is injected, the communication port 191 is sealed. Therefore, after manufacturing, the communication port 191 serves as an exhaust port for exhausting gas generated in the space C in which the cell member 110 is accommodated.
  • the injected electrolyte is dispersed and injected into the space C from the plurality of through holes 180. Therefore, the force with which the electrolyte is injected can be weakened.
  • the electrolytic solution can be injected into the space C from any one of the plurality of through-holes 180. Therefore, it is possible to shorten the takt time.
  • the generated gas can be transferred to the outside of the bipolar lead-acid battery 100 through the through holes 180 and the communication hole 191. It's easy to get away with it.
  • the opening area per one through-hole 180 is smaller when multiple through-holes 180 are provided than when there is one through-hole 180. , it is easy to ensure the strength of the frames 122, 132, 142 that constitute the space forming member.
  • the plurality of through holes 180 may be arranged so as to be grouped together in the center in the Y direction, or they may be placed near either end of the frame 122 etc. in the Y direction.
  • the arrangement position can also be arbitrarily set, such as arranging it as follows.
  • the three through holes 180 are provided at equal intervals, but these intervals do not have to be equal. Furthermore, the sizes of the through holes 180 provided do not need to be equal.
  • the through hole 180 has a long hole shape as shown in FIGS. 2 to 4.
  • the thickness (length) of each plate in the stacking direction (Z direction) can be made thinner (shorter). This is because it can contribute to making the entire device more compact.
  • the shape of the through hole 180 is not limited to such a long hole shape, and can be freely set to any shape, such as a perfect circle or a square, for example.
  • the through hole 180 is formed at the boundary between adjacent plates.
  • the position where the through hole 180 is formed is not limited to such a position.
  • the through-hole 180 when the through-hole 180 is provided at the boundary between adjacent plates, the through-hole 180 is formed at a position that becomes a laminated surface when the adjacent plates are laminated. Therefore, instead of this position, for example, the space forming member may be formed at a position that is not the laminated surface described above.
  • the through hole 180 is provided at a position shifted upward or downward in the Z direction from the position of the through hole 180 shown in the cross-sectional view of the bipolar lead-acid battery 100 shown in FIG. You can leave it there. In this case, the inner opening 182 naturally penetrates into the space C.
  • the shapes of the outer opening 181 and the inner opening 182 may be, for example, circular or oval. It can be a shape. Further, the diameter of these openings can be, for example, 1 mm to 5 mm.
  • the shape of the opening of the communication port 191 can be, for example, circular or oval. Further, the diameter of the opening can be, for example, 4 mm to 10 mm.
  • the relationship between the through hole 180 and the communication port 191 of the lid 190 is set as follows. That is, the cross-sectional area of the through-hole 180 in a cross section perpendicular to the injection direction of the electrolytic solution is defined as the first opening area a1.
  • the cross-sectional area of one communication port 191 provided in the lid 190 in a cross section perpendicular to the injection direction of the electrolytic solution is defined as a second opening area a2.
  • the value understood as the "cross-sectional area" for both the first opening area a1 and the second opening area a2 is the value at which the cross-sectional area is the smallest at each part of the through-hole 180.
  • the relationship between the first opening area a1 and the second opening area a2 is "3 ⁇ a1 ⁇ a2". That is, the total opening area of the first opening area a1 of each of the through holes 180 provided at the boundary between adjacent plates is greater than or equal to the second opening area a2 of the communication port 191.
  • the total opening area of the first opening area a1 is 1.5 times or more and 4 times or less of the second opening area a2.
  • the first opening area a1 which is the cross-sectional area of each through-hole 180, is 0.5 times or more and less than 4 times the second opening area a2.
  • a plurality of through holes 180 are provided in this way, and the relationship between the through holes 180 formed at the boundaries of adjacent plates and the communication holes 191 of the lid 190 is determined such that the total opening area of the openings is the area of the openings of the communication holes 191 ( By making the size larger than the second opening area), the opening communicating with the space C can be made large.
  • the electrolyte when the electrolyte is injected into the space C of the bipolar lead-acid battery 100 from the communication port 191, the electrolyte is dispersed into each through-hole 180, so that the force of the electrolyte can be weakened. Therefore, the influence on the cell member 110 due to the pressure of the electrolytic solution during injection can be minimized. Further, since the electrolytic solution is injected into the space C through one of the through holes 180, it is possible to avoid prolonging the time required for injection.
  • FIG. 5 is a cross-sectional view of the bipolar lead-acid battery 100 according to the embodiment of the present invention, taken along line AA shown in FIG. 4. In addition, in FIG. 5, drawing of each structure of the cell member 110 arranged in the space C is omitted.
  • the electrolytic solution injected from the communication port 191 of the lid 190 is injected into the space C through a plurality of (here, three) through holes 180.
  • the outer opening 181 is formed in a tapered shape in a region continuing from the outer opening 181 to the through path 183.
  • the electrolyte injected from the communication port 191 can more easily enter the through hole 180, contributing to smooth injection of the electrolyte into the space C.
  • the bipolar lead-acid battery 100 of this embodiment can be manufactured, for example, by a method including the steps described below.
  • the substrate 121 of the bipolar plate 120 is placed on a workbench with the first recess 121b side facing upward. Then, adhesive 150 is applied to the first recess 121b, and the positive electrode lead foil 111a is placed in the first recess 121b. At that time, the pillar portion 123 of the bipolar plate 120 is passed through the through hole 111c of the positive electrode lead foil 111a. This adhesive 150 is cured, and a positive electrode lead foil 111a is attached to one surface of the substrate 121.
  • the adhesive 150 is applied to the outer edge of the positive electrode lead foil 111a and the upper surface of the substrate 121 which becomes the edge of the first recess 121b, and the cover plate 170 is placed thereon, and the adhesive 150 is cured. Thereby, the cover plate 170 is fixed over the outer edge of the positive electrode lead foil 111a and over the portion of the substrate 121 (the periphery of the first recess 121b) that continues to the outside thereof.
  • bipolar plate 120 with lead foil for positive and negative electrodes is obtained.
  • a necessary number of bipolar plates 120 with lead foil for positive and negative electrodes are prepared.
  • adhesive 150 is applied on the outer edge of the positive electrode lead foil 111a and on the upper surface of the substrate 131 that will become the edge of the recess 131b.
  • a cover plate 170 is placed on top of this adhesive 150, and the adhesive 150 is cured. Thereby, the cover plate 170 is fixed over the outer edge of the positive electrode lead foil 111a and over the portion of the substrate 131 that continues outside of the outer edge. Thereby, an end plate with lead foil for the positive electrode is obtained.
  • the first end plate 130 to which the positive electrode lead foil 111a and the cover plate 170 are fixed is placed on a workbench with the positive electrode lead foil 111a facing upward.
  • the positive electrode active material layer 111b is placed in the cover plate 170 and placed on the positive electrode lead foil 111a.
  • the column portion 133 of the first end plate 130 is passed through the through hole 111d of the positive electrode active material layer 111b.
  • the separator 113 and the negative electrode active material layer 112b are placed on the positive electrode active material layer 111b.
  • the bipolar plate 120 with lead foil for positive and negative electrodes is placed on the first end plate 130 in this state with the lead foil 112a side for negative electrode facing downward.
  • the pillars 123 of the bipolar plate 120 are passed through the through holes 113a of the separator 113 and the through holes 112d of the negative electrode active material layer 112b, and placed on the pillars 133 of the first end plate 130.
  • the frame 122 of the bipolar plate 120 is placed on the frame 132 of the first end plate 130.
  • the first end plate 130 is fixed and vibration welding is performed while the bipolar plate 120 is vibrated in the diagonal direction of the substrate 121.
  • the frame 122 of the bipolar plate 120 is joined onto the frame 132 of the first end plate 130.
  • the column portion 123 of the bipolar plate 120 is joined onto the column portion 133 of the first end plate 130 .
  • the bipolar plate 120 is joined onto the first end plate 130.
  • the cell member 110 is placed in the space C formed by the first end plate 130 and the bipolar plate 120, and the positive electrode lead foil 111a is exposed on the upper surface of the bipolar plate 120.
  • the positive electrode active material layer 111b, the separator 113, and the negative electrode active material layer are placed on the thus obtained composite body in which the bipolar plate 120 is joined onto the first end plate 130. 112b are placed in this order. Thereafter, another bipolar plate 120 with lead foil for positive and negative electrodes is placed with the lead foil 112a side for negative electrodes facing downward.
  • this combined body is fixed, and vibration welding is performed while vibrating another bipolar plate 120 with lead foil for positive and negative electrodes in the diagonal direction of the substrate 121. This vibration welding process is continued until the required number of bipolar plates 120 are joined onto the first end plate 130.
  • the positive electrode active material layer 111b, the separator 113, and the negative electrode active material layer 112b are placed in this order on the uppermost bipolar plate 120 of the combined body in which all the bipolar plates 120 are joined. Thereafter, the second end plate 140 is further placed with the negative electrode lead foil 112a side facing down.
  • the combined body is fixed and vibration welding is performed while vibrating the second end plate 140 in the diagonal direction of the substrate 141.
  • the second end plate 140 is joined onto the uppermost bipolar plate 120 of the combined body in which all the bipolar plates 120 are joined.
  • a joining structure is formed by vibration welding between opposing surfaces of the frames, and for example, three through holes 180 are formed by cutouts of the opposing frames. Then, a lid 190 is further attached to cover the through hole 180 of the bipolar lead acid battery 100.
  • the bipolar lead-acid battery 100 can be manufactured by chemically forming it under predetermined conditions.

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Abstract

セル部材が収容される空間内に電解液を注入する際に、セパレータが変形するといった、注入される電解液の圧によって空間内の構成要素に影響が出ることがないようにしつつ注入のしやすさにも配慮して貫通口を形成、配置することで、セル部材内部における正極側と負極側とで短絡が生ずることを防止するとともにタクトタイムの短縮も図る。正極（１１１）、負極（１１２）、および正極（１１１）と負極（１１２）との間に介在するセパレータ（１１３）を備え、間隔を開けて積層配置された、セル部材（１１０）と、基板（１２１）と、枠体（１２２）と、を含む空間形成部材（１２０）と、セル部材（１１０）が収容される空間（Ｃ）内に開口する複数の貫通口（１８０）と、枠体（１２２）のセル部材（１１０）の１つの側面を囲う部分を覆う蓋（１９０）と、を有し、当該蓋（１９０）は、複数の貫通口（１８０）と連通する１つの連通口（１９１）を有する。

Description

双極型蓄電池
　本発明の実施の形態は、双極型蓄電池に関する。
　近年、太陽光や風力等の自然エネルギーを利用した発電設備が増えている。このような発電設備においては、発電量を制御することができないことから、蓄電池を利用して電力負荷の平準化を図るようにしている。すなわち、発電量が消費量よりも多いときには差分を蓄電池に充電する一方、発電量が消費量よりも小さいときには差分を蓄電池から放電するようにしている。上述した蓄電池としては、経済性や安全性等の観点から、鉛蓄電池が多用されている。このような従来の鉛蓄電池としては、例えば、下記特許文献１に記載されているものが知られている。
　この特許文献１に記載された鉛蓄電池では、導電性金属基材の一方面及び他方面に正極用活物質層及び負極用活物質層が設けられたバイポーラプレートを備えている。当該バイポーラプレートは一対のエンドプレートで挟まれるとともに、隣接したバイポーラプレートの各々の対の間にはセパレータが設けられている。そして、上述したような蓄電システムに用いられる鉛蓄電池は、その用途から長期間の運用に耐えることのできる寿命性能を有している必要がある。
特開平６－３４９５１９号
　ここで、対向する正極用活物質層と負極用活物質層との間に挟まれるセパレータは、正極用活物質層と負極用活物質層と接触することによって、当該セパレータに含浸されている電解液を正極用活物質層と負極用活物質層とに接触させる役割を有する。また、正極用活物質層と負極用活物質層と押さえる役割も有している。
　このようなセパレータの役割からすれば、あくまでもセパレータは正極用活物質層と負極用活物質層に均一に接触している必要がある。但し、例えば、組み立て時に電解液を注入する際に、組み立てのタクトタイムを短縮するために単位時間あたりの注液量を増加させると、電解液の注入時の圧によりセパレータに変形が生じて均一な接触が阻害されることもあり得る。このようにセパレータが変形してしまうと、正極用活物質層と負極用活物質層に均一に接触しなくなってしまうばかりか、正極側と負極側とで短絡しやすくなることも考えられる。
　また、電解液を注入する際の注入の勢いが強いと、注入された電解液がセパレータ以外の蓄電池の構成要素に接触した場合に、何らかの影響を及ぼさないとも限らない。このような状態になってしまうと、予期せぬ蓄電池の寿命の短縮化を招いてしまうことも考えられる。
　このように電解液を注入する際に上述したような勢いを弱める必要があるものの、一方で、セル部材が収容される空間に中々電解液が入っていかないという状態もタクトタイムとの関係で好ましくない。
　本発明は、セル部材が収容される空間内に電解液を注入する際に、セパレータが変形するといった、注入される電解液の圧によって空間内の構成要素に影響が出ることがないようにしつつ注入のしやすさにも配慮して貫通口を形成、配置することで、セル部材内部における正極側と負極側とで短絡が生ずることを防止するとともにタクトタイムの短縮も図ることが可能な双極型蓄電池を提供することを目的とする。
　本発明の一態様に係る双極型蓄電池は、正極用集電体と正極用活物質層を有する正極、負極用集電体と負極用活物質層を有する負極、および正極と負極との間に介在するセパレータを備え、間隔を開けて積層配置された、セル部材と、複数のセル部材を個別に収容する複数の空間を形成する、セル部材の正極の側および負極の側の少なくとも一方を覆う基板と、セル部材の側面を囲う枠体と、を含む空間形成部材と、セル部材が収容される空間内に開口する複数の貫通口と、枠体のセル部材の１つの側面を囲う部分を覆う蓋と、を有し、当該蓋は、複数の貫通口と連通する１つの連通口を有することを特徴とする。
　本発明の一態様に係る双極型蓄電池によれば、正極用集電体と正極用活物質層を有する正極、負極用集電体と負極用活物質層を有する負極、および正極と負極との間に介在するセパレータを備え、間隔を開けて積層配置された、セル部材と、複数のセル部材を個別に収容する複数の空間を形成する、セル部材の正極の側および負極の側の少なくとも一方を覆う基板と、セル部材の側面を囲う枠体と、を含む空間形成部材と、セル部材が収容される空間内に開口する複数の貫通口と、枠体のセル部材の１つの側面を囲う部分を覆う蓋と、を有し、当該蓋は、複数の貫通口と連通する１つの連通口を有する。このような構成を採用することによって、セル部材が収容される空間内に電解液を注入する際に、セパレータが変形するといった、注入される電解液の圧によって空間内の構成要素に影響が出ることがないようにしつつ注入のしやすさにも配慮して貫通口を形成、配置することで、セル部材内部における正極側と負極側とで短絡が生ずることを防止するとともにタクトタイムの短縮も図ることが可能となる。
本発明の実施の形態に係る双極型鉛蓄電池の構造を示す断面図である。 本発明の実施の形態に係る双極型鉛蓄電池と蓋との位置関係を示す説明図である。 本発明の実施の形態に係る双極型鉛蓄電池と蓋との位置関係を示す説明図である。 本発明の実施の形態に係る双極型鉛蓄電池に蓋を取り付けた状態を示す説明図である。 本発明の実施の形態に係る双極型鉛蓄電池を図４に示すＡ－Ａ線で切断して示す断面図である。
　以下、本発明の実施の形態について図面を参照して詳細に説明する。なお、以下に説明する各実施の形態は、本発明の一例を示したものである。また、これらの各実施の形態には種々の変更又は改良を加えることが可能であり、その様な変更又は改良を加えた形態も本発明に含まれ得る。これらの各実施の形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれると共に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。なお、以下においては、様々な蓄電池の中から鉛蓄電池を例に挙げて説明する。
　〔全体構成〕
　まず、本発明の実施の形態における双極型鉛蓄電池の全体構成について説明する。図１は、本発明の実施の形態に係る双極型鉛蓄電池１００の構造を示す断面図である。なお、図１においては、後述する蓋１９０の描画を省略している。
　図１に示すように、本発明の第１の実施の形態の双極型鉛蓄電池１００は、複数のセル部材１１０と、複数枚のバイポーラプレート（空間形成部材）１２０と、第１のエンドプレート（空間形成部材）１３０と、第２のエンドプレート（空間形成部材）１４０とを有する。
　ここで、図１ではセル部材１１０が３個積層された双極型鉛蓄電池１００を示しているが、セル部材１１０の数は電池設計により決定される。また、バイポーラプレート１２０の数はセル部材１１０の数に応じて決まる。
　なお、以下においては、図１及び後述する図２等に示すように、セル部材１１０の積層方向をＺ方向（図１における上下方向）とし、Ｚ方向に垂直な方向で且つ互いに垂直な方向をＸ方向およびＹ方向とする。
　セル部材１１０は、正極１１１、負極１１２、および電解質層（セパレータ）１１３を備えている。正極１１１は、鉛又は鉛合金からなる正極用集電体である正極用鉛箔１１１ａと正極用活物質層１１１ｂとを有する。負極１１２は、鉛又は鉛合金からなる負極用集電体である負極用鉛箔１１２ａと負極用活物質層１１２ｂとを有する。
　この正極用鉛箔１１１ａは、バイポーラプレート１２０の一方の面（図１の図面においては、紙面における上方を向く面）と正極用鉛箔１１１ａとの間に設けられる、後述する接着剤１５０によってバイポーラプレート１２０の一方の面に設けられている。従って、バイポーラプレート１２０の一方の面の上に、接着層（接着剤１５０）、正極用鉛箔１１１ａ、正極用活物質層１１１ｂが、この記載順に積層されている。
　一方負極用鉛箔１１２ａは、バイポーラプレート１２０の他方の面（図１の図面においては、紙面における下方を向く面）と負極用鉛箔１１２ａの間に設けられる、後述する接着剤１５０によってバイポーラプレート１２０の他方の面に設けられている。従って、バイポーラプレート１２０の他方の面の上に、接着層（接着剤１５０）、負極用鉛箔１１２ａ、負極用活物質層１１２ｂが、この記載順に積層されている。そしてこれら正極１１１と負極１１２は、後述する導通体１６０を介して電気的に接続されている。
　セパレータ１１３は、例えば、硫酸を含有する電解液が含浸されたガラス繊維マットによって構成されている。セパレータ１１３は、対向する一方のバイポーラプレート１２０に設けられる正極用活物質層１１１ｂと、他方のバイポーラプレート１２０に設けられる負極用活物質層１１２ｂとに挟まれるように設けられる。そしてセル部材１１０において、正極用鉛箔１１１ａ、正極用活物質層１１１ｂ、セパレータ１１３、負極用活物質層１１２ｂ、および負極用鉛箔１１２ａが、この順に積層されている。
　このような構成を有する本発明の実施の形態における双極型鉛蓄電池１００では、上述したように、バイポーラプレート１２０、正極用鉛箔１１１ａ、正極用活物質層１１１ｂ、負極用鉛箔１１２ａ、及び負極用活物質層１１２ｂによって、バイポーラ電極が構成されている。バイポーラ電極とは、１枚の電極で正極、負極両方の機能を有する電極である。
　そして、本発明の実施の形態における双極型鉛蓄電池１００は、正極１１１と負極１１２との間にセパレータ１１３を介在させてなるセル部材１１０と、セル部材１１０を挟み込むように対をなして設けられるバイポーラプレート１２０を複数積層する。そして、最外層を第１のエンドプレート１３０と第２のエンドプレート１４０とで組み付けることにより、セル部材１１０同士を直列に接続した電池構成を有している。
　正極用鉛箔１１１ａのＸ方向およびＹ方向の寸法は、正極用活物質層１１１ｂのＸ方向およびＹ方向の寸法より大きい。同様に、負極用鉛箔１１２ａのＸ方向およびＹ方向の寸法は、負極用活物質層１１２ｂのＸ方向およびＹ方向の寸法より大きい。また、Ｚ方向の寸法（厚さ）は、正極用鉛箔１１１ａの方が負極用鉛箔１１２ａより大きく（厚く）、正極用活物質層１１１ｂの方が負極用活物質層１１２ｂより大きい（厚い）。
　複数のセル部材１１０は、Ｚ方向に間隔を開けて積層配置され、この間隔の部分にバイポーラプレート１２０の基板１２１が配置されている。すなわち、複数のセル部材１１０は、バイポーラプレート１２０の基板１２１を間に挟まれた状態で積層されている。
　このように、複数枚のバイポーラプレート１２０と第１のエンドプレート１３０と第２のエンドプレート１４０は、複数のセル部材１１０を個別に収容する複数の空間（セル）Ｃを形成するための空間形成部材である。
　すなわち、バイポーラプレート１２０は、セル部材１１０の正極１１１側および負極１１２側の両方を覆い、平面形状が長方形の基板１２１と、セル部材１１０の側面を囲うとともに基板１２１の４つの端面を覆うに枠体１２２と、を含む空間形成部材である。
　また、図１に示すように、バイポーラプレート１２０は、さらに基板１２１の両面から垂直に突出する柱部１２３を備える。当該基板１２１の各面から突出する柱部１２３の数は一つであってもよいし、複数であってもよい。
　バイポーラプレート１２０を構成する基板１２１と枠体１２２と柱部１２３は、一体に、例えば、熱可塑性樹脂で形成されている。バイポーラプレート１２０を形成する熱可塑性樹脂としては、例えば、アクリロニトリル－ブタジエン－スチレン共重合体（ＡＢＳ樹脂）、ポリプロピレンが挙げられる。これらの熱可塑性樹脂は、成形性に優れているとともに耐硫酸性にも優れている。よって、バイポーラプレート１２０に電解液が接触したとしても、バイポーラプレート１２０に分解、劣化、腐食等が生じにくい。
　Ｚ方向において、枠体１２２の寸法は基板１２１の寸法（厚さ）より大きく、柱部１２３の突出端面間の寸法は枠体１２２の寸法と同じである。そして、複数のバイポーラプレート１２０が枠体１２２および柱部１２３同士を接触させて積層されることにより、基板１２１と基板１２１との間に空間Ｃが形成される。そして、互いに接触する柱部１２３同士により、空間ＣのＺ方向の寸法が保持される。
　正極用鉛箔１１１ａ、正極用活物質層１１１ｂ、負極用鉛箔１１２ａ、負極用活物質層１１２ｂ、およびセパレータ１１３には、柱部１２３を貫通させる貫通穴１１１ｃ，１１１ｄ，１１２ｃ，１１２ｄ，１１３ａがそれぞれ形成されている。
　バイポーラプレート１２０の基板１２１は、板面を貫通する複数の貫通穴１２１ａを有する。基板１２１の一方の面に第１の凹部１２１ｂが、他方の面に第２の凹部１２１ｃが形成されている。第１の凹部１２１ｂの深さは第２の凹部１２１ｃの深さより深い。第１の凹部１２１ｂおよび第２の凹部１２１ｃのＸ方向およびＹ方向の寸法は、正極用鉛箔１１１ａおよび負極用鉛箔１１２ａのＸ方向およびＹ方向の寸法に対応させてある。
　バイポーラプレート１２０の基板１２１は、Ｚ方向で、隣り合うセル部材１１０の間に配置されている。そして、バイポーラプレート１２０の基板１２１の第１の凹部１２１ｂに、セル部材１１０の正極用鉛箔１１１ａが接着剤１５０を介して配置されている。また、バイポーラプレート１２０の基板１２１の第２の凹部１２１ｃに、セル部材１１０の負極用鉛箔１１２ａが接着剤１５０を介して配置されている。
　バイポーラプレート１２０の基板１２１の貫通穴１２１ａには導通体１６０が配置される。導通体１６０の両端面は、正極用鉛箔１１１ａおよび負極用鉛箔１１２ａと接触し、結合されている。すなわち、導通体１６０により正極用鉛箔１１１ａと負極用鉛箔１１２ａとが電気的に接続されている。その結果、複数のセル部材１１０の全てが電気的に直列に接続されている。
　正極用鉛箔１１１ａの外縁部には、当該外縁部を覆うためのカバープレート１７０が設けられている。このカバープレート１７０は、薄板状の枠体で、長方形の内形線および外形線を有する。そして、カバープレート１７０の内縁部が正極用鉛箔１１１ａの外縁部と重なり、カバープレート１７０の外縁部が基板１２１の一面の第１の凹部１２１ｂの周縁部と重なっている。
　すなわち、カバープレート１７０の内形線をなす長方形は、正極用鉛箔１１１ａの外形線をなす長方形より小さく、カバープレート１７０の外形線をなす長方形は、第１の凹部１２１ｂの開口面をなす長方形より大きい。
　接着剤１５０は、正極用鉛箔１１１ａの端面から第１の凹部１２１ｂの開口側の外縁部まで回り込んで、カバープレート１７０の内縁部と正極用鉛箔１１１ａの外縁部との間に配置される。また接着剤１５０は、カバープレート１７０の外縁部と基板１２１の一面との間にも配置されている。
　すなわち、カバープレート１７０は接着剤１５０により、基板１２１の一面の第１の凹部１２１ｂの周縁部と正極用鉛箔１１１ａの外縁部とに亘って固定されている。これにより、正極用鉛箔１１１ａの外縁部は、第１の凹部１２１ｂの周縁部との境界部においてもカバープレート１７０で覆われている。
　なお、図１では示していないが、負極用鉛箔１１２ａの外縁部も正極用鉛箔１１１ａの外縁部を覆っているカバープレート１７０と同様のカバープレートで覆われていても良い。また、カバープレートについては、薄板状の枠体であることを例に挙げて説明したが、例えば、耐電解液（耐硫酸）性を備えていればテープ状の物等であっても構わない。
　図１に示すように、第１のエンドプレート１３０は、セル部材１１０の正極側を覆う基板１３１と、セル部材１１０の側面を囲う枠体１３２と、を含む空間形成部材である。また、基板１３１の一面（最も正極側に配置されるバイポーラプレート１２０の基板１２１と対向する面）から垂直に突出する柱部１３３を備える。
　基板１３１の平面形状は長方形であり、基板１３１の４つの端面が枠体１３２で覆われ、基板１３１と枠体１３２と柱部１３３が一体に、例えば、上述した熱可塑性樹脂で形成されている。なお、基板１３１の一面から突出する柱部１３３の数は１つであってもよいし、複数であってもよい。但し、柱部１３３と接触させるバイポーラプレート１２０の柱部１２３の数に対応した数となる。
　Ｚ方向において、枠体１３２の寸法は基板１３１の寸法（厚さ）より大きく、柱部１３３の突出端面間の寸法は枠体１３２の寸法と同じである。そして、第１のエンドプレート１３０は、最も外側（正極側）に配置されるバイポーラプレート１２０の枠体１２２および柱部１２３に対して、枠体１３２および柱部１３３を接触させて積層される。
　これにより、バイポーラプレート１２０の基板１２１と第１のエンドプレート１３０の基板１３１との間に空間Ｃが形成される。また、互いに接触するバイポーラプレート１２０の柱部１２３と第１のエンドプレート１３０の柱部１３３とにより、空間ＣのＺ方向の寸法が保持される。
　最も外側（正極側）に配置されるセル部材１１０の正極用鉛箔１１１ａ、正極用活物質層１１１ｂ、およびセパレータ１１３には、柱部１３３を貫通させる貫通穴１１１ｃ，１１１ｄ，１１３ａがそれぞれ形成されている。
　第１のエンドプレート１３０の基板１３１の一面に凹部１３１ｂが形成されている。凹部１３１ｂのＸ方向およびＹ方向の寸法は、正極用鉛箔１１１ａのＸ方向およびＹ方向の寸法に対応させてある。
　第１のエンドプレート１３０の基板１３１の凹部１３１ｂに、セル部材１１０の正極用鉛箔１１１ａが接着剤１５０を介して配置されている。また、バイポーラプレート１２０の基板１２１と同様に、カバープレート１７０が接着剤１５０により基板１３１の一面側に固定されている。このことにより、正極用鉛箔１１１ａの外縁部が、凹部１３１ｂの周縁部との境界部においてもカバープレート１７０で覆われている。
　また、第１のエンドプレート１３０は、凹部１３１ｂ内の正極用鉛箔１１１ａと電気的に接続された、図１では図示されていない正極端子を備えている。
　第２のエンドプレート１４０は、セル部材１１０の負極側を覆う基板１４１と、セル部材１１０の側面を囲う枠体１４２と、を含む空間形成部材である。また、基板１４１の一面（最も負極側に配置されるバイポーラプレート１２０の基板１２１と対向する面）から垂直に突出する柱部１４３を備える。
　基板１４１の平面形状は長方形であり、基板１４１の４つの端面が枠体１４２で覆われ、基板１４１と枠体１４２と柱部１４３が一体に、例えば、上述した熱可塑性樹脂で形成されている。なお、基板１４１の一面から突出する柱部１４３の数は一つであってもよいし、複数であってもよい。但し、柱部１４３と接触させるバイポーラプレート１２０の柱部１２３の数に対応した数となる。
　Ｚ方向において、枠体１４２の寸法は基板１３１の寸法（厚さ）より大きく、二つの柱部１４３の突出端面間の寸法は枠体１４２の寸法と同じである。そして、第２のエンドプレート１４０は、最も外側（負極側）に配置されるバイポーラプレート１２０の枠体１２２および柱部１２３に対して、枠体１４２および柱部１４３を接触させて積層される。
　これにより、バイポーラプレート１２０の基板１２１と第２のエンドプレート１４０の基板１４１との間に空間Ｃが形成される。また、互いに接触するバイポーラプレート１２０の柱部１２３と第２のエンドプレート１４０の柱部１４３とにより、空間ＣのＺ方向の寸法が保持される。
　最も外側（負極側）に配置されるセル部材１１０の負極用鉛箔１１２ａ、負極用活物質層１１２ｂ、およびセパレータ１１３には、柱部１４３を貫通させる貫通穴１１２ｃ，１１２ｄ，１１３ａがそれぞれ形成されている。
　第２のエンドプレート１４０の基板１４１の一面に凹部１４１ｂが形成されている。凹部１４１ｂのＸ方向およびＹ方向の寸法は、負極用鉛箔１１２ａのＸ方向およびＹ方向の寸法に対応させてある。
　第２のエンドプレート１４０の基板１４１の凹部１４１ｂに、セル部材１１０の負極用鉛箔１１２ａが接着剤１５０を介して配置されている。また、第２のエンドプレート１４０は、凹部１４１ｂ内の負極用鉛箔１１２ａと電気的に接続された、図１では図示されていない負極端子を備えている。
　ここで、対向するバイポーラプレート１２０同士、第１のエンドプレート１３０と対向するバイポーラプレート１２０、或いは、第２のエンドプレート１４０と対向するバイポーラプレート１２０との接合の際には、例えば、振動溶着（振動溶接）、超音波溶着、熱板溶着といった、各種溶着の方法を採用することができる。このうち振動溶着は、接合の際に接合の対象となる面を加圧しながら振動させることで溶着するものであり、溶着のサイクルが早く、再現性も良い。そのためより好適には、振動溶着が用いられる。
　なお、溶着の対象としては、互いに対向するバイポーラプレート１２０、第１のエンドプレート１３０、第２のエンドプレート１４０において対向する位置に配置される枠体のみならず、各柱部も含まれる。
　双極型鉛蓄電池１００は、セル部材１１０が収容される空間Ｃに開口する複数の貫通口１８０を備えている。貫通口１８０は、バイポーラプレート１２０、第１のエンドプレート１３０、第２のエンドプレート１４０が有する４つの端面のうちの１つの端面に形成されている。
　当該貫通口１８０は、バイポーラプレート１２０を例に挙げると、例えば図１や図２において右側に形成されている場合、バイポーラプレート１２０の外部に向けて開口する外側開口部１８１と、空間Ｃに貫通する内側開口部１８２と、外側開口部１８１と内側開口部１８２とをつなぐ貫通経路１８３と、を備えている。
　なお、同様に第１のエンドプレート１３０には、その外部に向けて開口する外側開口部１８１と、空間Ｃに貫通する内側開口部１８２とを備え、外側開口部１８１と内側開口部１８２とをつなぐように貫通経路１８３が形成されている。
　また、第２のエンドプレート１４０にも、その外部に向けて開口する外側開口部１８１と、空間Ｃに貫通する内側開口部１８２とを備え、外側開口部１８１と内側開口部１８２とをつなぐように貫通経路１８３が形成されている。
　ここで、図２及び図３は、本発明の実施の形態に係る双極型鉛蓄電池１００と蓋１９０との位置関係を示す説明図である。また、図４は、本発明の実施の形態に係る双極型鉛蓄電池１００に蓋１９０を取り付けた状態を示す説明図である。
　図２ないし図４においては、双極型鉛蓄電池１００は、図１に示す向きから９０度回転させてＹ－Ｚ平面が図面上下向きとなるように描画されている。このような向きに双極型鉛蓄電池１００が載置される場合、当該Ｙ－Ｚ平面が接地面であり、Ｘ方向が鉛直方向と平行な方向となる。
　またこれらの図に描画される双極型鉛蓄電池１００は、図１に示すのと同様、第１のエンドプレート１３０と第２のエンドプレート１４０との間に２枚のバイポーラプレート１２０が挟まれている。そして、それぞれのプレートが接する位置には貫通口１８０が形成されている。
　すなわち貫通口１８０が、バイポーラプレート１２０、第１のエンドプレート１３０、第２のエンドプレート１４０といった、空間形成部材において、例えば図１における右側に形成されている。そのため、図２ないし図４に示すように、蓋１９０と対向する位置に貫通口１８０が現れ、外側開口部１８１が見えている。
　そして当該双極型鉛蓄電池１００のＸ方向上部には蓋１９０が描画されており、図２から図４に順に見ていくと分かるように、蓋１９０は対向する双極型鉛蓄電池１００の枠体１２２，１３２，１４２のセル部材１１０の１つの側面を囲う部分を覆うように配置される。
　なお、図２ないし図４においては、蓋１９０の構造のうち、本発明の実施の形態において必要な構造のみを取り出して描画している。従って、その他、蓋１９０が備える構造についてはその描画を省略している。
　蓋１９０には、複数の貫通口１８０と連通する１つの連通口１９１が設けられている。この連通口１９１は、製造時に空間Ｃ内に電解液を注入するために用いられる貫通口の役割を果たしている。すなわち、双極型鉛蓄電池１００に蓋１９０が取り付けられた後（図４参照）、連通口１９１からそれぞれの貫通口１８０を介して空間Ｃ内へと電解液が注入される。
　そして必要な量が注入された後、当該連通口１９１が封止される。従って、製造後は、当該連通口１９１は、セル部材１１０が収容される空間Ｃにて発生したガスを排気するための排気口としての役割を果たす。
　図２ないし図４に示されているように、隣接するプレートの境界に形成される貫通口１８０は、境界に沿って３つである。これまで貫通口１８０は、隣接するプレートの境界に１つのみ設けられていた。
　しかしながら、貫通口１８０が１つだけの場合、電解液を空間Ｃに注入するに当たって、電解液が空間Ｃに入りにくい、或いは、連通口１９１から注入された電解液がそのままの勢いをもって空間Ｃに注入されセパレータ１１３等のセル部材１１０に影響を与えかねない、等の弊害が考えられた。
　そこで本発明の実施の形態における双極型鉛蓄電池１００では、貫通口１８０を複数設けることによって、注入された電解液は複数の貫通口１８０から分散して空間Ｃへと注入される。そのため、電解液が注入される際の勢いを弱めることができる。
　また、１つの貫通口１８０のみでは電解液が空間Ｃに注入されにくいことが生じる場合であっても、複数設けられたいずれかの貫通口１８０から空間Ｃへ電解液を注入することができることになるため、タクトタイムの短縮を図ることもできる。
　また、空間Ｃにガスが発生した場合であっても、貫通口１８０が複数設けられていることから、発生したガスを当該貫通口１８０、連通口１９１を介して双極型鉛蓄電池１００の外へと逃がしやすい。
　さらに、同じ開口面積を確保する場合であっても、貫通口１８０が１つである場合よりも貫通口１８０が複数設けられている方が、１つの貫通口１８０当たりの開口面積は小さくなるので、空間形成部材を構成する枠体１２２，１３２，１４２の強度を確保しやすい。
　なお、本発明の実施の形態における双極型鉛蓄電池１００では、上述したように貫通口１８０は３つ設けられているが、複数であればこの数は任意に設定することができる。
　また、図２等に示すような配置位置ではなく、例えば、複数の貫通口１８０をＹ方向の中央部にまとめるように配置する、或いは、枠体１２２等のＹ方向のいずれか端部に寄せるように配置する等、その配置位置についても任意に設定することができる。
　さらに、図２等においては、３つ形成されている貫通口１８０は、互いに等間隔となるように設けられているが、これらの間隔は等しくなくても良い。また、設けられる貫通口１８０の大きさも等しい必要はない。
　また、本発明の実施の形態における双極型鉛蓄電池１００では、貫通口１８０の形状を図２ないし図４に示すように長孔形状としている。これは、このような形状となるように枠体１２２等を形成することによって、各プレートにおける積層方向（Ｚ方向）の厚み（長さ）を薄く（短く）することができ、双極型鉛蓄電池１００全体のコンパクト化に寄与することができるからである。但し、貫通口１８０の形状については、このような長孔形状に限定されず、例えば、真円や四角形等、その形状についても、自由に設定することができる。
　そして、図２等に示す双極型鉛蓄電池１００では、貫通口１８０は隣接するプレートの境界となる位置に形成されている。但し、貫通口１８０が形成される位置はこのような位置に限定されない。
　すなわち、貫通口１８０が隣接するプレートの境界に設けられる場合、貫通口１８０は隣接するプレートが積層された際に積層面となる位置に形成されている。そこで、このような位置ではなく、例えば、空間形成部材であって、上述した積層面とはならない位置に形成されていても良い。
　具体的には、例えば、図１に示す双極型鉛蓄電池１００の断面図に示されている貫通口１８０の位置から、Ｚ方向上側、或いは、下側にずれた位置に貫通口１８０が設けられていても良い。この場合に、内側開口部１８２は当然空間Ｃに貫通している。
　なお、これまで貫通口１８０に関する外側開口部１８１や内側開口部１８２に関する配置位置等について説明してきたが、これら外側開口部１８１や内側開口部１８２における開口部の形状については、例えば、円形や楕円形とすることができる。また、これら開口部の直径については、例えば、１ｍｍ～５ｍｍとすることができる。
　また連通口１９１開口部の形状についても、例えば、円形や楕円形とすることができる。また、当該開口部の直径は、例えば、４ｍｍ～１０ｍｍとすることができる。
　さらに、本発明の実施の形態においては、貫通口１８０と蓋１９０の連通口１９１との関係は、以下の通りとなるように設定されている。すなわち、貫通口１８０における電解液の注入方向に直交する断面の断面積を第１の開口面積ａ１とする。
　図２等に示されているように、隣接するプレートの境界には、３つの貫通口１８０が形成されている。従って、これら３つの貫通口１８０の第１の開口面積ａ１の総開口面積は、「３×ａ１」となる。
　一方、蓋１９０に設けられている１つの連通口１９１の電解液の注入方向に直交する断面の断面積を第２の開口面積ａ２とする。なおここで、第１の開口面積ａ１、第２の開口面積ａ２のいずれについても「断面積」として把握される値は、貫通口１８０の各部において最も断面積が小さくなる値である。
　そしてこのとき、第１の開口面積ａ１と第２の開口面積ａ２との間の関係は「３×ａ１≧ａ２」となる。すなわち、隣接するプレートの境界に設けられる貫通口１８０のそれぞれにおける第１の開口面積ａ１の総開口面積は、連通口１９１の第２の開口面積ａ２以上である。
　より具体的には、第１の開口面積ａ１の総開口面積は、第２の開口面積ａ２の１．５倍以上４倍以下である。一方、個々の貫通口１８０の断面積である第１の開口面積ａ１は、第２の開口面積ａ２の０．５倍以上４倍未満である。
　このように複数の貫通口１８０を設け、隣接するプレートの境界に形成される貫通口１８０と蓋１９０の連通口１９１との関係を、その開口の総開口面積が連通口１９１の開口の面積（第２の開口面積）以上の大きさとすることで、空間Ｃに通ずる開口を大きく取ることができる。
　すなわち、連通口１９１から電解液を双極型鉛蓄電池１００の空間Ｃに注入する際に、電解液がそれぞれの貫通口１８０に分散することになるため、電解液の勢いを弱めることができる。そのため、注入の際の電解液の圧力によるセル部材１１０へ影響を最小限に抑えることができる。また、電解液はいずれかの貫通口１８０を介して空間Ｃに注入されることになるため、注入に掛かる時間が延びることを回避することができる。
　図５は、本発明の実施の形態に係る双極型鉛蓄電池１００を図４に示すＡ－Ａ線で切断して示す断面図である。なお、図５においては、空間Ｃ内に配置されているセル部材１１０の各構成の描画を省略している。
　図５に示すように、蓋１９０の連通口１９１から注入された電解液は、複数（ここでは３つ）設けられた貫通口１８０を介して空間Ｃへと注入される。ここで、例えば外側開口部１８１については、外側開口部１８１から貫通経路１８３へと続く領域において、テーパ状に形成されている。
　外側開口部１８１がこのような形状に形成されることによって、連通口１９１から注入された電解液がより貫通口１８０に入りやすくなり、空間Ｃへの電解液のスムーズな注液に資する。
〔製造方法〕
　この実施の形態の双極型鉛蓄電池１００は、例えば、以下に説明する各工程を有する方法で製造することができる。
＜正負極用鉛箔付きバイポーラプレートの作製工程＞
　先ず、バイポーラプレート１２０の基板１２１を、第１の凹部１２１ｂ側を上に向けて作業台に置く。そして第１の凹部１２１ｂに接着剤１５０を塗布し、第１の凹部１２１ｂ内に正極用鉛箔１１１ａを入れる。その際に、正極用鉛箔１１１ａの貫通穴１１１ｃにバイポーラプレート１２０の柱部１２３を通す。この接着剤１５０を硬化させて、基板１２１の一面に正極用鉛箔１１１ａを貼り付ける。
　次に、基板１２１の第２の凹部１２１ｃ側を上に向けて作業台に置き、貫通穴１２１ａに導通体１６０を挿入する。そして、第２の凹部１２１ｃに接着剤１５０を塗布し、第２の凹部１２１ｃ内に負極用鉛箔１１２ａを入れる。その際に、負極用鉛箔１１２ａの貫通穴１１２ｃにバイポーラプレート１２０の柱部１２３を通す。この接着剤１５０を硬化させて、基板１２１の他面に負極用鉛箔１１２ａを貼り付ける。
　次に、基板１２１の第１の凹部１２１ｂ側を上に向けて作業台に置く。そして正極用鉛箔１１１ａの外縁部の上および第１の凹部１２１ｂの縁部となる基板１２１の上面に接着剤１５０を塗布し、その上にカバープレート１７０を載せて接着剤１５０を硬化させる。これにより、カバープレート１７０を、正極用鉛箔１１１ａの外縁部の上とその外側に連続する基板１２１の部分（第１の凹部１２１ｂの周縁部）の上に亘って固定する。
　次に、抵抗溶接を行って、導通体１６０と正極用鉛箔１１１ａと負極用鉛箔１１２ａとを接続する。これにより、正負極用鉛箔付きのバイポーラプレート１２０を得る。この正負極用鉛箔付きのバイポーラプレート１２０を必要枚数だけ用意する。
＜正極用鉛箔付きエンドプレートの作製工程＞
　第１のエンドプレート１３０の基板１３１を、凹部１３１ｂ側を上に向けて作業台に置く。そして凹部１３１ｂに接着剤１５０を塗布し、凹部１３１ｂ内に正極用鉛箔１１１ａを入れて接着剤１５０を硬化させる。その際に、正極用鉛箔１１１ａの貫通穴１１１ｃにエンドプレート１３０の柱部１３３を通す。この接着剤１５０を硬化させて、基板１３１の一面に正極用鉛箔１１１ａを貼り付ける。
　次に、正極用鉛箔１１１ａの外縁部の上および凹部１３１ｂの縁部となる基板１３１の上面に接着剤１５０を塗布する。この接着剤１５０の上にカバープレート１７０を載せて接着剤１５０を硬化させる。これにより、カバープレート１７０を、正極用鉛箔１１１ａの外縁部の上とその外側に連続する基板１３１の部分の上に亘って固定する。これにより、正極用鉛箔付きエンドプレートを得る。
＜負極用鉛箔付きエンドプレートの作製工程＞
　第２のエンドプレート１４０の基板１４１を、凹部１４１ｂ側を上に向けて作業台に置く。そして凹部１４１ｂに接着剤１５０を塗布し、凹部１４１ｂ内に負極用鉛箔１１２ａを入れて接着剤１５０を硬化させる。その際に、負極用鉛箔１１２ａの貫通穴１１２ｃに第２のエンドプレート１４０の柱部１４３を通す。この接着剤１５０を硬化させて、基板１４１の一面に負極用鉛箔１１２ａが貼り付けられた第２のエンドプレート１４０を得る。
＜プレート同士を積層して接合する工程＞
　先ず、正極用鉛箔１１１ａおよびカバープレート１７０が固定された第１のエンドプレート１３０を、正極用鉛箔１１１ａを上に向けて作業台に置く。そしてカバープレート１７０の中に正極用活物質層１１１ｂを入れて正極用鉛箔１１１ａの上に置く。その際に、正極用活物質層１１１ｂの貫通穴１１１ｄに第１のエンドプレート１３０の柱部１３３を通す。次に、正極用活物質層１１１ｂの上に、セパレータ１１３、負極用活物質層１１２ｂを置く。
　次に、この状態の第１のエンドプレート１３０の上に、正負極用鉛箔付きのバイポーラプレート１２０の負極用鉛箔１１２ａ側を下に向けて置く。その際に、バイポーラプレート１２０の柱部１２３を、セパレータ１１３の貫通穴１１３ａおよび負極用活物質層１１２ｂの貫通穴１１２ｄに通して、第１のエンドプレート１３０の柱部１３３の上に載せる。そして、第１のエンドプレート１３０の枠体１３２の上に、バイポーラプレート１２０の枠体１２２を載せる。
　この状態で、第１のエンドプレート１３０を固定し、バイポーラプレート１２０を基板１２１の対角線方向に振動させながら振動溶接を行う。これにより、第１のエンドプレート１３０の枠体１３２の上に、バイポーラプレート１２０の枠体１２２が接合される。また、第１のエンドプレート１３０の柱部１３３の上にバイポーラプレート１２０の柱部１２３が接合される。
　その結果、第１のエンドプレート１３０の上にバイポーラプレート１２０が接合される。第１のエンドプレート１３０とバイポーラプレート１２０とで形成される空間Ｃにセル部材１１０が配置され、バイポーラプレート１２０の上面に正極用鉛箔１１１ａが露出した状態となる。
　次に、このようにして得られた、第１のエンドプレート１３０の上にバイポーラプレート１２０が接合されている結合体の上に、正極用活物質層１１１ｂ、セパレータ１１３、および負極用活物質層１１２ｂをこの順に載せる。その後、さらに、別の正負極用鉛箔付きのバイポーラプレート１２０を、負極用鉛箔１１２ａ側を下に向けて置く。
　この状態で、この結合体を固定し、別の正負極用鉛箔付きのバイポーラプレート１２０を基板１２１の対角線方向に振動させながら振動溶接を行う。この振動溶接工程を、必要な枚数のバイポーラプレート１２０が第１のエンドプレート１３０の上に接合されるまで続けて行う。
　最後に、全てのバイポーラプレート１２０が接合された結合体の最も上側のバイポーラプレート１２０の上に、正極用活物質層１１１ｂ、セパレータ１１３、および負極用活物質層１１２ｂをこの順に載せる。その後、さらに、第２のエンドプレート１４０を、負極用鉛箔１１２ａ側を下に向けて置く。
　この状態で、この結合体を固定し、第２のエンドプレート１４０を基板１４１の対角線方向に振動させながら振動溶接を行う。これにより、全てのバイポーラプレート１２０が接合された結合体の最も上側のバイポーラプレート１２０の上に、第２のエンドプレート１４０が接合される。
　なお、上記の説明においては、第１のエンドプレート１３０から第２のエンドプレート１４０に向けて順に積層する流れを説明した。但し、この積層順は、反対に第２のエンドプレート１４０から第１のエンドプレート１３０に向けて順に積層することとしても良い。
＜注液および化成工程＞
　上述の各プレート同士の積層、接合工程において、枠体の対向面同士の振動溶接による接合構造が形成され、対向する枠体の切り欠き部によって、例えば３つの貫通口１８０が形成される。そして、さらに双極型鉛蓄電池１００の貫通口１８０を覆うように蓋１９０が取り付けられる。
　そして蓋１９０に設けられた連通口１９１から電解液を所定量注液する。連通口１９１から注液された電解液は、複数形成された貫通口１８０を介して空間Ｃに注液される。これにより、セパレータ１１３に電解液を含浸させることができる。その上で所定の条件で化成することで、双極型鉛蓄電池１００を作製できる。
　なお、上述したように、本発明の実施の形態においては双極型鉛蓄電池を例に挙げて説明した。但し、集電板に鉛ではなく他の金属を用いるような他の蓄電池においても上記説明内容が当てはまる場合には、当然その適用を排除するものではない。
　　１００・・・双極型鉛蓄電池
　　１１０・・・セル部材
　　１１１・・・正極
　　１１２・・・負極
　　１１１ａ・・・正極用鉛箔
　　１１２ａ・・・負極用鉛箔
　　１１１ｂ・・・正極用活物質層
　　１１２ｂ・・・負極用活物質層
　　１１３・・・セパレータ
　　１２０・・・バイポーラプレート
　　１２１・・・バイポーラプレートの基板
　　１２１ａ・・・基板の貫通穴
　　１２２・・・バイポーラプレートの枠体
　　１３０・・・第１のエンドプレート
　　１３１・・・第１のエンドプレートの基板
　　１３２・・・第１のエンドプレートの枠体
　　１４０・・・第２のエンドプレート
　　１４１・・・第２のエンドプレートの基板
　　１４２・・・第２のエンドプレートの枠体
　　１５０・・・接着剤
　　１６０・・・導通体
　　１７０・・・カバープレート
　　１８０・・・貫通口
　　１８１・・・外側開口部
　　１８２・・・内側開口部
　　１８３・・・貫通経路
　　１９０・・・蓋
　　１９１・・・連通口
　　　ａ１・・・第１の開口面積
　　　ａ２・・・第２の開口面積
　　　　Ｃ・・・セル（セル部材を収容する空間）

Claims (6)

  1. 　正極用集電体と正極用活物質層を有する正極、負極用集電体と負極用活物質層を有する負極、および前記正極と前記負極との間に介在するセパレータを備え、間隔を開けて積層配置された、セル部材と、
    　複数の前記セル部材を個別に収容する複数の空間を形成する、前記セル部材の前記正極の側および前記負極の側の少なくとも一方を覆う基板と、前記セル部材の側面を囲う枠体と、を含む空間形成部材と、
    　前記セル部材が収容される前記空間内に貫通する複数の貫通口と、
    　前記枠体の前記セル部材の１つの側面を囲う部分を覆う蓋と、
    　を有し、
    　前記蓋は、前記複数の貫通口と連通する１つの連通口を有することを特徴とする双極型蓄電池。
  2. 　前記貫通口における第１の開口面積の総開口面積が前記１つの連通口の第２の開口面積以上であることを特徴とする請求項１に記載の双極型蓄電池。
  3. 　前記貫通口の前記総開口面積は、前記第２の開口面積の１．５倍以上４倍以下であることを特徴とする請求項２に記載の双極型蓄電池。
  4. 　前記第１の開口面積は、前記第２の開口面積の０．５倍以上４倍未満であることを特徴とする請求項２に記載の双極型蓄電池。
  5. 　前記第１の開口面積は、前記第２の開口面積の０．５倍以上４倍未満であることを特徴とする請求項３に記載の双極型蓄電池。
  6. 　前記正極用集電体及び前記負極用集電体は、鉛又は鉛合金からなることを特徴とする請求項１ないし請求項５のいずれかに記載の双極型蓄電池。
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JP2019192584A (ja) * 2018-04-27 2019-10-31 株式会社豊田自動織機 蓄電モジュール

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