JP6915567B2 - 蓄電モジュール - Google Patents

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Description

本発明は、蓄電モジュールに関する。
特許文献１には、バイポーラ電池が記載されている。このバイポーラ電池は、積層された複数枚のバイポーラ電極を含む電池要素を備える。バイポーラ電極は、集電体と、集電体の片方の面上に設けられた正極層と、集電体の他方の面上に設けられた負極層と、を有する。また、このバイポーラ電池は、電池要素の外部を被覆する樹脂群を備えている。樹脂群は、電池内部の電解液等が外部に漏液しないように電池要素を気密（液密）に維持するために設けられている。
特開２００５−００５１６３号公報
上記のバイポーラ電池にあっては、例えば内圧が上昇したとき、バイポーラ電極の積層方向の中間部に位置するバイポーラ電極においては荷重がキャンセルされるものの、最外部のバイポーラ電極においては荷重がキャンセルされず、集電体及び樹脂群の変形のおそれがある。その場合、樹脂群と集電体との間に隙間が生じて電解液の漏液が発生したり、樹脂群の破損が生じたりする場合がある。特に、最外部に負極層が位置しており、且つ、電解液がアルカリ水溶液からなる場合には、いわゆるアルカリクリープ現象によって、当該隙間からの電解液の漏液が発生しやすくなる。このような状況にあっては、上記のバイポーラ電池といった蓄電モジュールにあっては、漏液や破損を抑制して信頼性を向上することが望ましい。
そこで、本発明は、信頼性を向上可能な蓄電モジュールを提供することを目的とする。
本発明の蓄電モジュールは、第１方向に沿って積層された複数の電極を含む積層体と、電極の周縁部を包囲するように積層体に設けられ、第１方向に沿って隣接する電極の間に電解液が収容される内部空間を形成すると共に、内部空間を封止する封止体と、電極に設けられ、電極の変形を抑制するための補強体と、を備え、電極は、複数のバイポーラ電極と、負極終端電極と、を含み、バイポーラ電極は、電極板と、電極板の第１面に設けられた正極と、電極板の第１面に対して反対側の第２面に設けられた負極と、を含み、負極終端電極は、電極板と第２面に設けられた負極とを含み、第２面が積層体の第１方向の内側に向くように、第１方向の積層体の一端に配置されており、封止体は、電極の周縁部において第１面に溶着された複数の第１封止部と、複数の第１封止部を第１方向の外側から包囲するように第１封止部に接合された第２封止部と、を含み、補強体は、負極終端電極の周縁部において負極終端電極の第２面に接合された第１補強部を含む。
この蓄電モジュールにおいては、電極は、複数のバイポーラ電極と、第１方向の積層体の一端に配置された負極終端電極と、を含んでいる。封止体は、電極の周縁部において電極の第１面に溶着された複数の第１封止部と、複数の第１封止部を第１方向の外側から包囲するように第１封止部に接合された第２封止部と、を含んでいる。補強体は、負極終端電極の第２面に接合された第１補強部を含んでいる。このように、バイポーラ電極においては、第１面に第１封止部が溶着されているのに対して、負極終端電極においては、第１面に第１封止部が溶着され、且つ、第２面に第１補強部が接合されている。このため、負極終端電極の変形が抑制され、負極終端電極側における電解液の漏液や破損が抑制される。よって、この蓄電モジュールによれば、信頼性を向上可能である。
本発明の蓄電モジュールにおいては、電極は、正極終端電極を更に含み、正極終端電極は、電極板と第１面に設けられた正極とを含み、第１面が積層体の第１方向の内側に向くように、第１方向の積層体の他端に配置されており、補強体は、正極終端電極の周縁部において正極終端電極の第２面に接合された第２補強部を更に含んでもよい。この場合、バイポーラ電極においては、第１面に第１封止部が溶着されているのに対して、正極終端電極においては、負極終端電極側と同様に、第１面に第１封止部が溶着され、且つ、第２面に第２補強部が接合されている。このため、正極終端電極の変形が抑制され、正極終端電極側における電解液の漏液や破損が抑制される。これによれば、蓄電モジュールの信頼性が更に向上する。
本発明の蓄電モジュールにおいては、補強体は、第１封止部と共に第２封止部に接合されていてもよい。この場合、第１封止部に加えて補強体を内部空間の封止に供することができる。
本発明の蓄電モジュールにおいては、第２封止部は、第１方向から見て、電極に重なるように積層体の一端及び他端に設けられた重なり部を含んでもよい。この場合、重なり部により負極終端電極（及び正極終端電極）が補強されるため、負極終端電極（及び正極終端電極）の変形がより確実に抑制される。
本発明の蓄電モジュールにおいては、補強体の材料の引張強度は、第１封止部の材料の引張強度よりも大きくてもよい。この場合、負極終端電極（及び正極終端電極（以下同様））が補強体によってより確実に補強されるため、負極終端電極の変形がより確実に抑制される。
本発明の蓄電モジュールにおいては、補強体の材料のヤング率は、第１封止部の材料のヤング率よりも大きくてもよい。この場合、負極終端電極が補強体によってより確実に補強されるため、負極終端電極の変形がより確実に抑制される。
本発明の蓄電モジュールにおいては、補強体の材料は、ポリプロピレンであってもよい。この場合、負極終端電極が補強体によってより確実に補強されるため、負極終端電極の変形がより確実に抑制される。
本発明の蓄電モジュールにおいては、補強体の材料は、延伸ポリプロピレンであってもよい。この場合、負極終端電極が補強体によってより確実に補強されるため、負極終端電極の変形がより確実に抑制される。
本発明の蓄電モジュールにおいては、補強体の材料は、二軸延伸ポリプロピレンであってもよい。この場合、負極終端電極が補強体によってより確実に補強されるため、負極終端電極の変形がより確実に抑制される。
本発明の蓄電モジュールにおいては、補強体の材料は、第１封止部の材料と同一であってもよい。この場合、材料の共通化を図ることができる。
本発明によれば、信頼性を向上可能な蓄電モジュールを提供することができる。
蓄電装置の一実施形態を示す概略断面図である。 図１に示された蓄電モジュールの内部構成を示す概略断面図である。 図２に示されたバイポーラ電極の平面図である。 図２に示された負極終端電極の平面図である。 図２に示された正極終端電極の平面図である。 比較例に係る蓄電モジュールの一部拡大断面図である。 比較例に係る蓄電モジュールの一部拡大断面図である。 変形例に係る蓄電モジュールの内部構成を示す概略断面図である。
以下、本発明の実施形態について、図面を参照して詳細に説明する。なお、各図において同一又は相当部分には同一符号を付し、重複する説明を省略する。
図１は、蓄電装置の一実施形態を示す概略断面図である。図１に示される蓄電装置１は、例えば、フォークリフト、ハイブリッド自動車、電気自動車等の各種車両のバッテリとして用いられる。蓄電装置１は、積層された複数の蓄電モジュール４を含むモジュール積層体２と、モジュール積層体２に対してその積層方向（ここでは、後述する電極積層体１１における電極の積層方向Ｄ）に拘束荷重を付加する拘束部材３とを備えている。
モジュール積層体２は、複数（ここでは３つ）の蓄電モジュール４と、複数（ここでは４つ）の導電板５と、を含む。蓄電モジュール４は、バイポーラ電池であり、積層方向Ｄから見て矩形状をなしている。蓄電モジュール４は、例えばニッケル水素二次電池、リチウムイオン二次電池等の二次電池、又は電気二重層キャパシタである。以下の説明では、ニッケル水素二次電池を例示する。
積層方向Ｄに互いに隣り合う蓄電モジュール４同士は、導電板５を介して電気的に接続されている。導電板５は、積層方向Ｄに互いに隣り合う蓄電モジュール４間と、積層端に位置する蓄電モジュール４の積層方向Ｄの外側と、にそれぞれ配置されている。積層端に位置する蓄電モジュール４の積層方向Ｄの外側に配置された一方の導電板５には、正極端子６が接続されている。積層端に位置する蓄電モジュール４の積層方向Ｄの外側に配置された他方の導電板５には、負極端子７が接続されている。正極端子６及び負極端子７は、例えば導電板５の縁部から積層方向Ｄに交差する方向に引き出されている。正極端子６及び負極端子７により、蓄電装置１の充放電が実施される。
導電板５の内部には、空気等の冷媒を流通させる複数の流路５ａが設けられている。流路５ａは、例えば、積層方向Ｄと、正極端子６及び負極端子７の引き出し方向と、にそれぞれ交差（直交）する方向に沿って延在している。導電板５は、蓄電モジュール４同士を電気的に接続する接続部材としての機能のほか、これらの流路５ａに冷媒を流通させることにより、蓄電モジュール４で発生した熱を放熱する放熱板としての機能を併せ持つ。なお、図１の例では、積層方向Ｄから見た導電板５の面積は、蓄電モジュール４の面積よりも小さいが、放熱性の向上の観点から、導電板５の面積は、蓄電モジュール４の面積と同じであってもよく、蓄電モジュール４の面積よりも大きくてもよい。
拘束部材３は、モジュール積層体２を積層方向Ｄに挟む一対のエンドプレート８と、エンドプレート８同士を締結する締結ボルト９及びナット１０と、によって構成されている。エンドプレート８は、積層方向Ｄから見た蓄電モジュール４及び導電板５の面積よりも一回り大きい面積を有する矩形の金属板である。エンドプレート８の積層方向Ｄの内側面（モジュール積層体２側に向いた面）には、電気絶縁性を有するフィルムＦが設けられている。フィルムＦにより、エンドプレート８と導電板５との間が絶縁されている。
エンドプレート８には、モジュール積層体２と積層方向Ｄに重なる部位よりも外周側の縁部に挿通孔８ａが設けられている。締結ボルト９は、一方のエンドプレート８の挿通孔８ａから他方のエンドプレート８の挿通孔８ａに向かって通され、他方のエンドプレート８の挿通孔８ａから突出した締結ボルト９の先端部分には、ナット１０が螺合されている。これにより、蓄電モジュール４及び導電板５がエンドプレート８によって挟持されてモジュール積層体２としてユニット化されると共に、モジュール積層体２に対して積層方向Ｄに拘束荷重が付加される。
次に、蓄電モジュール４の構成について詳細に説明する。図２は、図１に示された蓄電モジュール４の内部構成を示す概略断面図である。図２に示されるように、蓄電モジュール４は、電極積層体（積層体）１１と、電極積層体１１を封止する樹脂製の封止体１２と、補強体２３と、を備えている。電極積層体１１は、セパレータ１３、セパレータ１３を介して、積層方向Ｄ（第１方向）に沿って積層された複数の電極（複数のバイポーラ電極１４、単一の負極終端電極１８、及び、単一の正極終端電極１９）を含む。ここでは、電極積層体１１の積層方向Ｄはモジュール積層体２の積層方向と一致している。電極積層体１１は、積層方向Ｄに延びる側面１１ａを有している。側面１１ａは、一例として、後述する電極板１５の端面（第１面１５ａと第２面１５ｂとを接続する面）の集合として構成される。
バイポーラ電極１４は、電極板１５、電極板１５の第１面１５ａに設けられた正極１６、電極板１５の第１面１５ａに対して反対側の第２面１５ｂに設けられた負極１７を含んでいる。電極板１５は、例えば、ニッケル又はニッケルメッキ鋼板といった金属からなる。一例として、電極板１５は、ニッケルからなる矩形の金属箔である。電極板１５は、積層方向Ｄから見て矩形状の外縁１５ｄを含んでいる。
電極板１５の表面は粗面化されている。ここでは、第１面１５ａ、第２面１５ｂ、及び第１面１５ａと第２面１５ｂとを接続する端面を含む電極板１５の表面全体が粗面化されている。電極板１５の表面は、例えば、電解メッキ処理で複数の突起が形成されることにより粗面化されている。このように電極板１５が粗面化されている場合、電極板１５と後述する第１樹脂部２１、第１補強部２４、及び第２補強部２５との接合界面では、溶融状態の第１樹脂部２１、第１補強部２４、及び第２補強部２５が粗面化により形成された凹部内に入り込み、アンカー効果が発揮される。これにより、電極板１５と第１樹脂部２１、第１補強部２４、及び第２補強部２５との結合力を向上させることができる。少なくとも、第１面１５ａにおける周縁部１５ｃが粗面化されていれば、結合力向上の効果が得られる。突起は、例えば、基端側から先端側に向かって先太りとなる形状を有している。この場合、互いに隣接する突起の間の断面形状はアンダーカット形状となり、アンカー効果が生じ易い。
正極１６は、正極活物質が電極板１５に塗工されることにより形成される正極活物質層である。正極１６を構成する正極活物質としては、例えば水酸化ニッケルが挙げられる。正極１６は、積層方向Ｄから見て矩形状の外縁１６ｄを含んでいる。負極１７は、負極活物質が電極板１５に塗工されることにより形成される負極活物質層である。負極１７を構成する負極活物質としては、例えば水素吸蔵合金が挙げられる。負極１７は、積層方向Ｄから見て矩形状の外縁１７ｄを含んでいる。
本実施形態では、電極板１５の第２面１５ｂにおける負極１７の形成領域は、電極板１５の第１面１５ａにおける正極１６の形成領域に対して一回り大きくなっている。つまり、負極１７の外縁１７ｄは、正極１６の外縁１６ｄよりも一回り大きい。電極板１５の周縁部１５ｃは、矩形枠状をなし、正極活物質及び負極活物質が塗工されない未塗工領域となっている。つまり、電極板１５の周縁部１５ｃは、積層方向Ｄから見て、電極板１５における正極１６及び負極１７が形成された領域以外の部分であって、正極１６及び負極１７を包囲する部分である。なお、バイポーラ電極１４、負極終端電極１８、及び正極終端電極１９の表面は、それぞれ電極板１５の周縁部１５ｃにおける第１面１５ａ及び第２面１５ｂを含んでいる。
電極積層体１１において、一のバイポーラ電極１４の正極１６は、セパレータ１３を挟んで積層方向Ｄに隣り合う別のバイポーラ電極１４の負極１７と対向している。電極積層体１１において、一のバイポーラ電極１４の負極１７は、セパレータ１３を挟んで積層方向Ｄに隣り合うさらに別のバイポーラ電極１４の正極１６と対向している。
負極終端電極１８は、電極板１５、及び電極板１５の第２面１５ｂに設けられた負極１７を含んでいる。負極終端電極１８は、正極１６を含んでいない。すなわち、負極終端電極１８の電極板１５の第１面１５ａには、活物質層が設けられていない（すなわち、負極終端電極１８の第１面１５ａの全体が露出している）。負極終端電極１８は、第２面１５ｂが電極積層体１１の積層方向Ｄの内側（積層方向Ｄについての中心側）に向くように、積層方向Ｄの一端に配置されている。負極終端電極１８の負極１７は、セパレータ１３を介して、積層方向Ｄの一端のバイポーラ電極１４の正極１６と対向している。
正極終端電極１９は、電極板１５、及び電極板１５の第１面１５ａに設けられた正極１６を含んでいる。正極終端電極１９は、負極１７を含んでいない。すなわち、正極終端電極１９の電極板１５の第２面１５ｂには、活物質層が設けられていない（すなわち、正極終端電極１９の第２面１５ｂの全体が露出している）。正極終端電極１９は、第１面１５ａが電極積層体１１の積層方向Ｄの内側に向くように、積層方向Ｄの他端に配置されている。正極終端電極１９の正極１６は、セパレータ１３を介して、積層方向Ｄの他端のバイポーラ電極１４の負極１７と対向している。
負極終端電極１８の電極板１５の第１面１５ａには、導電板５が接触している。また、正極終端電極１９の電極板１５の第２面１５ｂには、隣接する蓄電モジュール４の導電板５が接触している。拘束部材３からの拘束荷重は、導電板５を介して負極終端電極１８及び正極終端電極１９から電極積層体１１に付加される。すなわち、導電板５は、積層方向Ｄに沿って電極積層体１１に拘束荷重を付加する拘束部材でもある。
セパレータ１３は、例えばシート状に形成されている。セパレータ１３としては、ポリエチレン（ＰＥ）、ポリプロピレン（ＰＰ）等のポリオレフィン系樹脂からなる多孔質フィルム、ポリプロピレン、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、メチルセルロース等からなる織布又は不織布等が例示される。セパレータ１３は、フッ化ビニリデン樹脂化合物で補強されたものであってもよい。なお、セパレータ１３は、シート状に限られず、袋状のものを用いてもよい。
封止体１２は、例えば絶縁性の樹脂によって、全体として断面が略矩形の筒状に形成されている。封止体１２は、周縁部１５ｃを包囲するように電極積層体１１の側面１１ａに沿って設けられている。封止体１２は、周縁部１５ｃを保持している。封止体１２は、各電極の周縁部１５ｃにおいて第１面１５ａ及び端面に溶着された複数の第１樹脂部（複数の第１封止部）２１と、電極積層体１１の側面１１ａに沿って第１樹脂部２１を積層方向Ｄの外側から包囲するように第１樹脂部２１に接合された単一の第２樹脂部（第２封止部）２２と、を有している。
図３は、積層方向Ｄから見た場合における第１樹脂部２１が溶着されたバイポーラ電極１４を示す図である。図４は、積層方向Ｄから見た場合における第１樹脂部２１及び後述する第１補強部２４が溶着された負極終端電極１８を示す図である。図５は、積層方向Ｄから見た場合における第１樹脂部２１及び後述する第２補強部２５が溶着された正極終端電極１９を示す図である。
図２〜図５に示されるように、バイポーラ電極１４、負極終端電極１８、及び正極終端電極１９において、負極１７は、電極板１５よりも一回り小さい。つまり、負極１７の外縁１７ｄは、電極板１５の外縁１５ｄよりも内側に位置している。正極１６は、負極１７よりも一回り小さい。つまり、正極１６の外縁１６ｄは、負極１７の外縁１７ｄよりも内側に位置している。なお、内側とは、積層方向Ｄから見て、蓄電モジュール４の中心の側をいう。外側とは、積層方向Ｄから見て、蓄電モジュール４の中心から遠ざかる側をいう。
第１樹脂部２１は、積層方向Ｄから見て、矩形枠状をなし、バイポーラ電極１４、負極終端電極１８、及び正極終端電極１９のそれぞれの周縁部１５ｃの全周にわたって連続的に設けられている。第１樹脂部２１は所定の厚さ（積層方向Ｄの長さ）を有するフィルムである。第１樹脂部２１は、積層方向Ｄから見て矩形状の内縁２１ｃ及び矩形状の外縁２１ｄを含んでいる。第１樹脂部２１は、バイポーラ電極１４、負極終端電極１８、及び正極終端電極１９のそれぞれの少なくとも周縁部１５ｃにおいてバイポーラ電極１４、負極終端電極１８、及び正極終端電極１９のそれぞれの表面に溶着されている。具体的には、第１樹脂部２１は、バイポーラ電極１４、負極終端電極１８、及び正極終端電極１９のそれぞれの第１面１５ａ及び端面に溶着されて気密（液密）に接合されている。
第１樹脂部２１の外縁２１ｄは、電極板１５の外縁１５ｄの外側に位置している。第１樹脂部２１の内縁２１ｃは、電極板１５の外縁１５ｄと負極１７の外縁１７ｄとの間に位置している。バイポーラ電極１４及び正極終端電極１９に溶着された第１樹脂部２１には、段差部２３ｅが形成されている。段差部２１ｅは、第１樹脂部２１における電極とは反対側であって内縁２１ｃ側に形成されている。段差部２１ｅ上には、セパレータ１３の縁部が載置されている。
バイポーラ電極１４、負極終端電極１８、及び正極終端電極１９の電極板１５の外縁１５ｄは、互いに一致している。バイポーラ電極１４及び負極終端電極１８のそれぞれの負極１７の外縁１７ｄは、互いに一致している。バイポーラ電極１４及び正極終端電極１９のそれぞれの正極１６の外縁１６ｄは、互いに一致している。複数の第１樹脂部２１の内縁２１ｃは、互いに一致している。複数の第１樹脂部２１の外縁２１ｄは、互いに一致している。
補強体２３は、電極（ここでは、負極終端電極１８及び正極終端電極１９）に設けられ、当該電極の変形を抑制するためのものである。補強体２３は、第１補強部２４と、第２補強部２５と、を含んでいる。第１補強部２４は、負極終端電極１８の周縁部１５ｃにおいて負極終端電極１８の第２面１５ｂに接合されている。第１補強部２４は、負極終端電極１８の第２面１５ｂに溶着されている。第１補強部２４は所定の厚さ（積層方向Ｄの長さ）を有するフィルムである。
第１補強部２４は、積層方向Ｄから見て、矩形枠状をなし、負極終端電極１８の周縁部１５ｃの全周にわたって連続的に設けられている。第１補強部２４は、積層方向Ｄから見て矩形状の内縁２４ｃ及び矩形状の外縁２４ｄを含んでいる。第１補強部２４の内縁２４ｃは、積層方向Ｄから見て第１樹脂部２１の内縁２１ｃと一致している。第１補強部２４の外縁２４ｄは、積層方向Ｄから見て第１樹脂部２１の外縁２１ｄと一致している。負極終端電極１８は、第１樹脂部２１及び第１補強部２４によって挟まれている。
第２補強部２５は、正極終端電極１９の周縁部１５ｃにおいて正極終端電極１９の第２面１５ｂに接合されている。第２補強部２５は、正極終端電極１９の第２面１５ｂに溶着されている。第２補強部２５は、第１補強部２４と同一である。すなわち、第２補強部２５は所定の厚さ（積層方向Ｄの長さ）を有するフィルムである。
第２補強部２５は、積層方向Ｄから見て、矩形枠状をなし、正極終端電極１９の周縁部１５ｃの全周にわたって連続的に設けられている。第２補強部２５は、積層方向Ｄから見て矩形状の内縁２５ｃ及び矩形状の外縁２５ｄを含んでいる。第２補強部２５の内縁２５ｃは、積層方向Ｄから見て第１樹脂部２１の内縁２１ｃと一致している。第２補強部２５の外縁２５ｄは、積層方向Ｄから見て第１樹脂部２１の外縁２１ｄと一致している。正極終端電極１９は、第１樹脂部２１及び第２補強部２５によって挟まれている。
第１樹脂部２１、第１補強部２４、及び第２補強部２５のそれぞれは、例えば超音波又は熱によって電極板１５に溶着されている。第１樹脂部２１、第１補強部２４、及び第２補強部２５のそれぞれの内側端部は、積層方向Ｄに互いに隣り合う電極板１５の周縁部１５ｃ同士の間に位置しており、外側端部は、積層方向Ｄからみて電極板１５から外側に張り出している。第１樹脂部２１、第１補強部２４、及び第２補強部２５のそれぞれは、当該外側端部において第２樹脂部２２に埋設されている。積層方向Ｄに沿って互いに隣り合う第１樹脂部２１同士は、互いに離間している。
第２樹脂部２２は、電極積層体１１、第１樹脂部２１、第１補強部２４、及び第２補強部２５の外側に設けられ、蓄電モジュール４の外壁（筐体）を構成している。第２樹脂部２２は、例えば樹脂の射出成型によって形成され、積層方向Ｄに沿って電極積層体１１の全長にわたって延在している。第２樹脂部２２は、積層方向Ｄを軸方向として延在する筒状（環状）を呈している。第２樹脂部２２は、例えば、射出成型時の熱によって第１樹脂部２１、第１補強部２４、及び第２補強部２５の外表面に溶着（接合）されている。第１補強部２４及び第２補強部２５は、第１樹脂部２１と共に第２樹脂部２２に包囲されており、第２樹脂部２２に接合されている。
第２樹脂部２２は、第１樹脂部２１と共に、積層方向Ｄに沿って互いに隣接するバイポーラ電極１４の間、積層方向Ｄに沿って互いに隣接する負極終端電極１８とバイポーラ電極１４との間、及び、積層方向Ｄに沿って互いに隣接する正極終端電極１９とバイポーラ電極１４との間をそれぞれ封止している。これにより、バイポーラ電極１４の間、負極終端電極１８とバイポーラ電極１４との間、及び、正極終端電極１９とバイポーラ電極１４との間には、それぞれ気密（液密）に仕切られた内部空間Ｖが形成されている。この内部空間Ｖには、例えば水酸化カリウム水溶液等のアルカリ水溶液からなる電解液（不図示）が収容されている。すなわち、第１樹脂部２１と第２樹脂部２２とを有する封止体１２は、積層方向Ｄに沿って隣接する電極の間に電解液が収容される内部空間Ｖを形成すると共に、内部空間Ｖを封止する。電解液は、セパレータ１３、正極１６及び負極１７内に含浸されている。
第１補強部２４及び第２補強部２５（補強体２３（以下同様））は、例えば、樹脂からなる。第１補強部２４及び第２補強部２５のそれぞれの材料の引張強度は、第１樹脂部２１及び第２樹脂部２２の材料の引張強度よりも大きい。第１補強部２４及び第２補強部２５のそれぞれの材料のヤング率は、第１樹脂部２１及び第２樹脂部２２の材料のヤング率よりも大きい。第１樹脂部２１、第２樹脂部２２、第１補強部２４及び第２補強部２５のそれぞれの材料は、例えば、ポリプロピレン（ＰＰ：Polypropylene）である。第１樹脂部２１、第２樹脂部２２、第１補強部２４及び第２補強部２５のそれぞれの材料は、例えば、延伸ポリプロピレン（ＯＰＰ：Oriented Polypropylene）である。第１樹脂部２１、第２樹脂部２２、第１補強部２４及び第２補強部２５のそれぞれの材料は、例えば、二軸延伸ポリプロピレンである。或いは、第１樹脂部２１、第２樹脂部２２、第１補強部２４及び第２補強部２５のそれぞれの材料は、例えば、無延伸ポリプロピレン（ＣＰＰ：Cast Polypropylene）である。引張強度及びヤング率は、例えばＪＩＳ Ｋ ７１２７に規定された方法によって測定される。
続いて、蓄電モジュール４の作用・効果について説明する。図６は、比較例に係る蓄電モジュールにおける内圧上昇時の負極終端電極の様子を示す要部拡大断面図である。図７は、比較例に係る蓄電モジュールにおける内圧上昇時の正極終端電極の様子を示す要部拡大断面図である。図６及び図７に示されるように、比較例に係る蓄電モジュール１００は、第１補強部２４及び第２補強部２５を備えていない点で実施形態に係る蓄電モジュール４と相違している。
蓄電モジュール１００では、使用条件等によりバイポーラ電極１１４，１１４間の内部空間Ｖの内圧が上昇した場合、電極積層体１１１の中間層では、積層方向に隣り合う内部空間Ｖの内圧による荷重がキャンセルされる。また、内部空間Ｖ自体も僅かな空間であるため、バイポーラ電極１１４の変形は比較的生じ難い。
一方、電極積層体１１１の積層端に位置する負極終端電極１１８及び正極終端電極１１９では、中間層とは異なり、内部空間Ｖの内圧による荷重はキャンセルされない。このため、内圧が上昇した場合に負極終端電極１１８及び正極終端電極１１９が積層方向の外側に変形することが考えらえる。負極終端電極１１８及び正極終端電極１１９に変形が生じると、第１樹脂部１２１に過大な応力がかかり、第１樹脂部１２１が破断したり、第１樹脂部１２１と負極終端電極１１８及び正極終端電極１１９との間に隙間が生じたりするおそれがある。第１樹脂部１２１の破断や第１樹脂部１２１と負極終端電極１１８及び正極終端電極１１９との間の隙間の形成は、電極積層体１１１の外部への電解液（不図示）の漏出の原因となり得る。
これに対して、蓄電モジュール４においては、電極が、複数のバイポーラ電極１４と、積層方向Ｄの電極積層体１１の一端に配置された負極終端電極１８と、を含んでいる。封止体１２は、電極の周縁部１５ｃにおいて電極の第１面１５ａに溶着された複数の第１樹脂部２１と、複数の第１樹脂部２１を積層方向Ｄの外側から包囲するように第１樹脂部２１に接合された第２樹脂部２２と、を含んでいる。補強体２３は、負極終端電極１８の第２面１５ｂに接合された第１補強部２４を含んでいる。このように、バイポーラ電極１４においては、第１面１５ａに第１樹脂部２１が溶着されているのに対して、負極終端電極１８においては、第１面１５ａに第１樹脂部２１が溶着され、且つ、第２面１５ｂに第１補強部２４が接合されている。このため、例えば内部空間Ｖの内圧が上昇した場合に、負極終端電極１８の変形が抑制され、負極終端電極１８側における電解液の漏液や破損（例えば第１樹脂部２１の破損）が抑制される。よって、蓄電モジュール４によれば、信頼性を向上可能である。
また、蓄電モジュール１００では、いわゆるアルカリクリープ現象により、電解液が負極終端電極１１８の電極板上を伝わり、封止体の第１樹脂部１２１と電極板との間の隙間を通って内部空間Ｖの外側に滲み出ることがある。このアルカリクリープ現象は、電気化学的な要因と流体現象等により、蓄電装置の充電時及び放電時並びに無負荷時において生じ得る。アルカリクリープ現象は、負極電位、水分、及び電解液の通り道がそれぞれ存在することにより生じる。これに対して、蓄電モジュール４においては、上述したように、負極終端電極１８において、第１面１５ａに第１樹脂部２１が溶着され、且つ、第２面１５ｂに第１補強部２４が接合されている。これにより、電解液が滲み出る経路が長くなるため、電解液の漏液が抑制される。
また、蓄電モジュール４においては、電極が、正極終端電極１９を含み、正極終端電極１９は、電極板１５と第１面１５ａに設けられた正極１６とを含み、第１面１５ａが電極積層体１１の積層方向Ｄの内側に向くように、積層方向Ｄの電極積層体１１の他端に配置されている。補強体２３は、正極終端電極１９の周縁部１５ｃにおいて正極終端電極１９の第２面１５ｂに接合された第２補強部２５を含んでいる。このように、バイポーラ電極１４においては、第１面１５ａに第１樹脂部２１が溶着されているのに対して、正極終端電極１９においては、負極終端電極１８側と同様に、第１面１５ａに第１樹脂部２１が溶着され、且つ、第２面１５ｂに第２補強部２５が接合されている。このため、正極終端電極１９の変形が抑制され、正極終端電極１９側における電解液の漏液や破損（例えば第１樹脂部２１の破損）が抑制される。これによれば、蓄電モジュール４の信頼性が更に向上する。
また、蓄電モジュール４においては、第１補強部２４及び第２補強部２５が、第１樹脂部２１と共に第２樹脂部２２に接合されている。このため、第１樹脂部２１に加えて第１補強部２４及び第２補強部２５を内部空間Ｖの封止に供することができる。
また、蓄電モジュール４においては、第１補強部２４及び第２補強部２５の材料の引張強度が、第１樹脂部２１の材料の引張強度よりも大きい。これにより、第１補強部２４及び第２補強部２５により負極終端電極１８及び正極終端電極１９がより確実に補強されるため、負極終端電極１８及び正極終端電極１９の変形がより確実に抑制される。
また、蓄電モジュール４においては、第１補強部２４及び第２補強部２５の材料のヤング率が、第１樹脂部２１の材料のヤング率よりも大きい。これにより、第１補強部２４及び第２補強部２５により負極終端電極１８及び正極終端電極１９がより確実に補強されるため、負極終端電極１８及び正極終端電極１９の変形がより確実に抑制される。
また、蓄電モジュール４においては、第１補強部２４及び第２補強部２５の材料が、ポリプロピレン、延伸ポリプロピレン、二軸延伸ポリプロピレンの何れの場合でも、第１補強部２４及び第２補強部２５により負極終端電極１８及び正極終端電極１９がより確実に補強されるため、負極終端電極１８及び正極終端電極１９の変形がより確実に抑制される。
以上、本発明の一実施形態について説明したが、本発明は、上述した実施形態に限定されるものではない。
図８は、変形例に係る蓄電モジュールの内部構成を示す概略断面図である。図８に示されるように、第２樹脂部２２は、重なり部２６を含んでいる。具体的には、重なり部２６は、積層方向Ｄから見て、負極終端電極１８に重なるように電極積層体１１の一端に設けられた第１重なり部２７と、積層方向Ｄから見て、正極終端電極１９に重なるように電極積層体１１の他端に設けられた第２重なり部２８と、を有している。
第１重なり部２７は、積層方向Ｄからみて、矩形環状に形成されており、負極終端電極１８の周縁部１５ｃの全周にわたって第１樹脂部２１、電極板１５、及び第１補強部２４に重なっている。第１重なり部２７は、第１樹脂部２１における負極終端電極１８とは反対側の表面に溶着されて気密（液密）に第１樹脂部２１に接合されている。第１重なり部２７の内縁２７ｃは、第１樹脂部２１の内縁２１ｃ、及び第１補強部２４の内縁２４ｃと一致している。
第２重なり部２８は、積層方向Ｄからみて、矩形環状に形成されており、正極終端電極１９の周縁部１５ｃの全周にわたって第１補強部２４、電極板１５、及び第１樹脂部２１に重なっている。第２重なり部２８は、第２補強部２５における正極終端電極１９とは反対側の表面に溶着されて気密（液密）に第２補強部２５に接合されている。第２重なり部２８の内縁２８ｃは、第２補強部２５の内縁２５ｃ、及び第１樹脂部２１の内縁２１ｃと一致している。このような構成によれば、第１重なり部２７及び第２重なり部２８により負極終端電極１８及び正極終端電極１９が補強されるため、負極終端電極１８及び正極終端電極１９の変形がより確実に抑制される。
また、第１樹脂部２１、第２樹脂部２２、第１補強部２４及び第２補強部２５のそれぞれの材料は、一軸延伸ポリプロピレンであってもよい。このような場合においても、第１補強部２４及び第２補強部２５により負極終端電極１８及び正極終端電極１９がより確実に補強されるため、負極終端電極１８及び正極終端電極１９の変形がより確実に抑制される。また、第１樹脂部２１、第２樹脂部２２、第１補強部２４及び第２補強部２５のそれぞれの材料は、酸変性ポリプロピレン、変性ポリフェニレンエーテル、ポリプロピレン、又はゴム成分とポリプロピレンとを混合した熱可塑性エラストマー等であってもよい。
また、第１補強部２４及び第２補強部２５の材料は、第１樹脂部２１の材料と同一であってもよい。この場合、材料の共通化を図ることができる。
また、上記実施形態においては、第１補強部２４の内縁２４ｃが第１樹脂部２１の内縁２１ｃと一致している例を示したが、第１補強部２４の内縁２４ｃは第１樹脂部２１の内縁２１ｃと一致していなくてもよい。第１補強部２４の内縁２４ｃは、例えば、第１樹脂部２１の内縁２１ｃよりも内側に位置していてもよい。同様に、第２補強部２５の内縁２５ｃも第１樹脂部２１の内縁２１ｃと一致していなくてもよい。第２補強部２５の内縁２５ｃは、例えば、第１樹脂部２１の内縁２１ｃよりも内側に位置していてもよい。この場合、第１補強部２４及び第２補強部２５により負極終端電極１８及び正極終端電極１９がより確実に補強される。
また、複数の第１樹脂部２１の内縁２１ｃが互いに一致している例を示したが、負極終端電極１８に溶着された第１樹脂部２１の内縁２１ｃ、及び、正極終端電極１９に溶着された第１樹脂部２１の内縁２１ｃは、例えば、正極１６の外縁１６ｄ又は負極１７の外縁１７ｄよりも内側に位置していてもよい。つまり、負極終端電極１８に溶着された第１樹脂部２１の内縁２１ｃ、及び、正極終端電極１９に溶着された第１樹脂部２１の内縁２１ｃは、正極１６又は負極１７に重なるように延在していてもよい。この場合、第１樹脂部２１により負極終端電極１８及び正極終端電極１９がより確実に補強される。
また、上述したように、アルカリクリープに起因した漏液の抑制の観点から、負極終端電極１８に対して第１補強部２４を設けることがより重要である。このため、同観点から、補強体２３は、第２補強部２５を含んでいなくてもよい。
４…蓄電モジュール、１１…電極積層体（積層体）、１２…封止体、１４…バイポーラ電極、１５…電極板、１５ａ…第１面、１５ｂ…第２面、１５ｃ…周縁部、１６…正極、１７…負極、１８…負極終端電極、１９…正極終端電極、２１…第１樹脂部（第１封止部）、２２…第２樹脂部（第２封止部）、２３…補強体、２４…第１補強部、２５…第２補強部、２６…重なり部、２７…第１重なり部、２８…第２重なり部、Ｄ…積層方向（第１方向）、Ｖ…内部空間。

Claims (10)

  1. 第１方向に沿って積層された複数の電極を含む積層体と、
    前記電極の周縁部を包囲するように前記積層体に設けられ、前記第１方向に沿って隣接する前記電極の間に電解液が収容される内部空間を形成すると共に、前記内部空間を封止する封止体と、
    前記電極に設けられ、前記電極の変形を抑制するための補強体と、
    を備え、
    前記電極は、複数のバイポーラ電極と、負極終端電極と、を含み、
    前記バイポーラ電極は、電極板と、前記電極板の第１面に設けられた正極と、前記電極板の前記第１面に対して反対側の第２面に設けられた負極と、を含み、
    前記負極終端電極は、前記電極板と前記第２面に設けられた負極とを含み、前記第２面が前記積層体の前記第１方向の内側に向くように、前記第１方向の前記積層体の一端に配置されており、
    前記封止体は、前記電極の周縁部において前記第１面に溶着された複数の第１封止部と、前記複数の第１封止部を前記第１方向の外側から包囲するように前記第１封止部に接合された第２封止部と、を含み、
    前記補強体は、前記負極終端電極の周縁部において前記負極終端電極の前記第２面に接合された第１補強部を含む、
    蓄電モジュール。
  2. 前記電極は、正極終端電極を更に含み、
    前記正極終端電極は、前記電極板と前記第１面に設けられた正極とを含み、前記第１面が前記積層体の前記第１方向の内側に向くように、前記第１方向の前記積層体の他端に配置されており、
    前記補強体は、前記正極終端電極の周縁部において前記正極終端電極の前記第２面に接合された第２補強部を更に含む、
    請求項１に記載の蓄電モジュール。
  3. 前記補強体は、前記第１封止部と共に前記第２封止部に接合されている、
    請求項１又は２に記載の蓄電モジュール。
  4. 前記第２封止部は、前記第１方向から見て、前記電極に重なるように前記積層体の一端及び他端に設けられた重なり部を含む、
    請求項１〜３の何れか一項に記載の蓄電モジュール。
  5. 前記補強体の材料の引張強度は、前記第１封止部の材料の引張強度よりも大きい、
    請求項１〜４の何れか一項に記載の蓄電モジュール。
  6. 前記補強体の材料のヤング率は、前記第１封止部の材料のヤング率よりも大きい、
    請求項１〜５の何れか一項に記載の蓄電モジュール。
  7. 前記補強体の材料は、ポリプロピレンである、
    請求項１〜６の何れか一項に記載の蓄電モジュール。
  8. 前記補強体の材料は、延伸ポリプロピレンである、
    請求項７に記載の蓄電モジュール。
  9. 前記補強体の材料は、二軸延伸ポリプロピレンである、
    請求項８に記載の蓄電モジュール。
  10. 前記補強体の材料は、前記第１封止部の材料と同一である、
    請求項１〜４の何れか一項に記載の蓄電モジュール。
JP2018034642A 2018-02-28 2018-02-28 蓄電モジュール Active JP6915567B2 (ja)

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