JP2020053160A - 蓄電モジュール - Google Patents

Abstract

【課題】アルカリクリープ現象による電解液の滲み出しを持続的に抑制できる蓄電モジュールを提供する。【解決手段】蓄電モジュール４は、電極積層体１１と、封止体１２と、アルカリ溶液を含む電解液と、を備える。電極積層体１１は、負極終端電極１８の電極板１５に対して積層方向Ｄの外側に配置された第１金属板３０を有する。封止体１２は、積層方向Ｄにおいて第１金属板３０の周縁部３０ｃと負極終端電極１８の電極板１５の周縁部１５ｃとの間に配置された枠状の第１封止部２１を有する。負極終端電極１８の電極板１５と第１金属板３０と第１封止部２１Ａとによって、余剰空間ＶＡが形成されており、余剰空間ＶＡ内において、第１金属板３０と負極終端電極１８の電極板１５との間に第２金属板４０が配置されている。【選択図】図３

Description

本発明は、蓄電モジュールに関する。

従来の蓄電モジュールとして、電極板の一方面に正極が形成され、他方面に負極が形成されたバイポーラ電極を備えるバイポーラ電池が知られている（特許文献１参照）。バイポーラ電池は、セパレータを介して複数のバイポーラ電極を積層してなる積層体を備えている。積層体の側面には、積層方向に隣り合うバイポーラ電極間を封止する封止体が設けられており、バイポーラ電極間に形成された内部空間に電解液が収容されている。

特開２０１１−２０４３８６号公報

上述したような蓄電モジュールでは、積層体の積層方向の一端に配置され且つ積層方向の内側に負極が形成された負極終端電極が配置される。この負極終端電極の電極板の周縁部は、他のバイポーラ電極と同様、封止体によって封止される。しかし、電解液がアルカリ溶液を含む場合、いわゆるアルカリクリープ現象により、電解液が封止体と負極終端電極の電極板との間を通って蓄電モジュールの外部へ滲み出てしまうおそれがある。

本発明は、上記課題の解決のためになされたものであり、アルカリクリープ現象による電解液の滲み出しを持続的に抑制できる蓄電モジュール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モジュールは、複数のバイポーラ電極が積層された積層体と、積層体の積層方向の一端に配置された負極終端電極とを含んで構成された電極積層体と、電極積層体の側面を囲むように設けられ、隣り合う電極間に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、内部空間に収容されたアルカリ溶液を含む電解液と、を備え、電極積層体は、負極終端電極の電極板に対して積層方向の外側に配置された第１金属板を有し、封止体は、積層方向において第１金属板の周縁部と負極終端電極の電極板の周縁部との間に配置された枠状の封止部を有し、負極終端電極の電極板と第１金属板と封止部とによって、余剰空間が形成されており、余剰空間内において、第１金属板と負極終端電極の電極板との間に第２金属板が配置されている。

この蓄電モジュールでは、負極終端電極の電極板に対して積層方向の外側に第１金属板が配置されることで、アルカリクリープ現象による電解液の移動経路上に余剰空間が形成される。この余剰空間が形成されることによって、電解液が滲み出す起点となる負極終端電極の電極板と封止部との間の隙間に、外部の空気中に含まれる水分が入り込むことを抑制できる。これにより、アルカリクリープ現象の加速条件となる外部の湿度の影響を抑制でき、蓄電モジュールの外部への電解液の滲み出しを抑制できる。更に、この蓄電モジュールでは、余剰空間において負極終端電極の電極板と第１金属板との間に第２金属板が配置されている。第２金属板の配置により、積層方向の内側への第１金属板の変形が規制される。その結果、第１金属板にかかる引張応力を緩和でき、該引張応力に起因する第１金属板の破損を抑制できる。第１金属板の破損を抑制することで余剰空間が維持され、アルカリクリープ現象による電解液の浸み出しの抑制効果を持続させることができる。

第２金属板の厚さは、封止部の厚さ以下であってもよい。第２金属板の厚さは、封止部の厚さ以下であってもよい。電極積層体は、蓄電モジュールの充放電時の内圧変動等に起因して、積層方向の外側に膨張する場合がある。この場合、余剰空間内の第２金属板も積層方向の外側に膨張することが考えられる。したがって、第２金属板の厚さを封止部の厚さ以下とすることにより、第２金属板の膨張による第１金属板の変形を抑制することができる。

第２金属板の厚さは、封止部の厚さと同一であってもよい。この場合、余剰空間を形成する第１金属板を略平坦化することが可能となる。したがって、第１金属板にかかる引張応力を一層緩和できる。

バイポーラ電極の電極板の両面には、活物質層による塗工部が設けられており、積層方向から見て、第２金属板の外縁が塗工部の外縁よりも外側に位置していてもよい。この場合、余剰空間において第２金属板を除いた空間領域の容積を抑えることが可能となり、当該空間領域内に存在する水分量を抑制できる。これにより、アルカリクリープ現象の進行を抑えることができ、アルカリクリープ現象による電解液の滲み出しを効果的に抑制できる。

バイポーラ電極の電極板の両面には、活物質層による塗工部が設けられており、積層方向から見て、第２金属板の外縁が塗工部の外縁よりも内側に位置していてもよい。この場合、余剰空間において第２金属板を除いた空間領域の容積を大きくすることが可能となり、外部からの水分の進入による当該空間領域の湿度の上昇を抑制することが可能となる。これにより、負極終端電極の電極板と封止部との間に隙間が形成されることを抑制でき、アルカリクリープ現象による電解液の滲み出しを効果的に抑制できる。

第１金属板は、バイポーラ電極の電極板と同一の材料によって構成されていてもよい。この場合、材料の共通化による蓄電モジュールの低コスト化が図られる。

第２金属板は、バイポーラ電極の電極板と同一の材料によって構成されていてもよい。この場合、材料の共通化による蓄電モジュールの低コスト化が図られる。

封止部は、第１金属板と負極終端電極の電極板とにそれぞれ結合されていてもよい。この構成によれば、負極終端電極から外部に通じる電解液の移動経路上において２段階の封止構造が形成されるので、アルカリクリープ現象の進行を効果的に抑制できる。更に、第１金属板と封止部との結合によって封止部の剛性が高められるので、負極終端電極の電極板からの封止部の剥離が抑えられる。これにより、アルカリクリープ現象による電解液の漏液の経路となり得る隙間の発生を抑えることができ、電解液の滲み出しを効果的に抑制できる。

負極終端電極の電極板及び第１金属板の少なくとも一方は、封止部との結合領域において粗面化されていてもよい。この場合、アンカー効果によって、負極終端電極の電極板及び第１金属板の少なくとも一方と封止部との結合強度の向上を図ることができる。したがって、封止部の剥離を効果的に抑えることができ、アルカリクリープ現象による電解液の滲み出しを一層効果的に抑制できる。

本発明によれば、アルカリクリープ現象による電解液の滲み出しを持続的に抑制できる蓄電モジュールが提供される。

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に示された蓄電モジュールの一部を示す拡大断面図である。 第１比較例に係る蓄電モジュールの一部を示す拡大断面図である。 第２比較例に係る蓄電モジュールの一部を示す拡大断面図である。 第１変形例に係る蓄電モジュールの一部を示す拡大断面図である。 第２変形例に係る蓄電モジュールの一部を示す拡大断面図である。

以下、本発明の一実施形態について、図面を参照しつつ詳細に説明する。なお、以下の説明において、同一又は相当要素には同一符号を用い、重複する説明を適宜省略する。

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、又は電気自動車等の各種車両のバッテリとして用いられる。蓄電装置１は、積層された複数の蓄電モジュール４を含むモジュール積層体２と、モジュール積層体２に対してモジュール積層体２の積層方向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（本実施形態では３つ）の蓄電モジュール４と、複数（本実施形態では４つ）の導電板５とを含む。蓄電モジュール４は、バイポーラ電池であり、積層方向から見て略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等である。以下の説明では、蓄電モジュール４としてニッケル水素二次電池を例示する。

積層方向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、例えば積層方向と、正極端子６及び負極端子７の引出方向と、にそれぞれ交差（一例では直交）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他、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っている。図１の例では、積層方向から見た導電板５の面積は、蓄電モジュール４の面積よりも小さい。しかし、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略矩形の金属版である。エンドプレート８におけるモジュール積層体２側の面には、電気絶縁性を有するフィルムＦが設けられている。フィルムＦにより、エンドプレート８と導電板５との間が絶縁されている。

エンドプレート８の縁部には、モジュール積層体２よりも外側となる位置に挿通孔８ａが設けられている。締結ボルト９は、一方のエンドプレート８の挿通孔８ａから他方のエンドプレート８の挿通孔８ａに向かって通され、他方のエンドプレート８の挿通孔８ａから突出した締結ボルト９の先端部分には、ナット１０が螺合されている。これにより、蓄電モジュール４及び導電板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に対して積層方向に拘束力が付加される。

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の内部構成を示す概略断面図である。図２に示されるように、蓄電モジュール４は、電極積層体１１と、電極積層体１１を封止する樹脂製の封止体１２とを備えている。電極積層体１１は、セパレータ１３を介して蓄電モジュール４の積層方向Ｄに沿って積層された複数の電極によって構成されている。これらの電極は、複数のバイポーラ電極１４の積層体と、当該積層体の積層方向Ｄの一端側に配置された負極終端電極１８と、当該積層体の積層方向Ｄの他端側に配置された正極終端電極１９とを含む。

バイポーラ電極１４は、一方面１５ａ及び一方面１５ａの反対側の他方面１５ｂを含む電極板１５と、電極板１５の両面に活物質層による塗工部２０とを有している。塗工部２０は、電極板１５の一方面１５ａに設けられた正極１６と、電極板１５の他方面１５ｂに設けられた負極１７とを含んでいる。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た正極活物質層である。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た負極活物質層である。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の一方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の他方に隣り合う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と、電極板１５の他方面１５ｂに設けられた負極１７とを有している。負極終端電極１８は、他方面１５ｂが電極積層体１１における積層方向Ｄの内側（中央側）を向くように、積層方向Ｄの一端に配置されている。負極終端電極１８の電極板１５の他方面１５ｂに設けられた負極１７は、セパレータ１３を介して積層方向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と、電極板１５の一方面１５ａに設けられた正極１６とを有している。正極終端電極１９は、一方面１５ａが電極積層体１１における積層方向Ｄの内側を向くように、積層方向Ｄの他端に配置されている。正極終端電極１９の一方面１５ａに設けられた正極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。正極終端電極１９の電極板１５の他方面１５ｂは、電極積層体１１の積層方向Ｄの他方の外側面を構成し、蓄電モジュール４に隣接する導電板５と電気的に接続されている。

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によって構成される。一例として、電極板１５は、ニッケルからなる略矩形の金属箔である。電極板１５の周縁部１５ｃは、略矩形枠状をなし、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。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。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。本実施形態では、電極板１５の他方面１５ｂにおける負極１７の形成領域は、電極板１５の一方面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。

セパレータ１３は、例えばシート上に形成されている。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、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。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、全体として矩形の筒状に形成されている。封止体１２は、電極板１５の周縁部１５ｃを包囲するように電極積層体１１の側面１１ａに設けられている。封止体１２は、側面１１ａにおいて周縁部１５ｃを保持している。封止体１２は、電極板１５の周縁部１５ｃに結合された複数の第１封止部２１と、側面１１ａに沿って第１封止部２１を外側から包囲し、第１封止部２１のそれぞれに結合された第２封止部２２とを有している。第１封止部２１及び第２封止部２２は、例えば、耐アルカリ性を有する絶縁性の樹脂である。第１封止部２１及び第２封止部２２の構成材料として、例えばポリプロピレン（ＰＰ）、ポリフェニレンサルファイド（ＰＰＳ）、又は変性ポリフェニレンエーテル（変性ＰＰＥ）等が挙げられる。

第１封止部２１は、電極板１５において周縁部１５ｃの全周にわたって連続的に設けられ、積層方向Ｄから見て矩形枠状をなしている。第１封止部２１は、例えば積層方向Ｄに所定の厚さを有するフィルムである。第１封止部２１は、積層方向Ｄに沿って互いに隣り合うバイポーラ電極１４の電極板１５の一方面１５ａにおける周縁部１５ｃ、負極終端電極１８の電極板１５の一方面１５ａにおける周縁部１５ｃ、及び、正極終端電極１９の電極板１５の一方面１５ａ及び他方面１５ｂにおける周縁部１５ｃにそれぞれ位置している。各第１封止部２１の内側は、積層方向Ｄから見て、バイポーラ電極１４の電極板１５の一方面１５ａにおける周縁部１５ｃ、負極終端電極１８の電極板１５の一方面１５ａにおける周縁部１５ｃ、及び、正極終端電極１９の電極板１５の一方面１５ａ及び他方面１５ｂにおける周縁部１５ｃとそれぞれ重なっている。

電極板１５の一方面１５ａの周縁部１５ｃと重なる第１封止部２１の内側は、例えば超音波又は熱によって電極板１５の一方面１５ａの周縁部１５ｃに溶着され、気密に結合されている。正極終端電極１９の電極板１５の他方面１５ｂの周縁部１５ｃと重なる第１封止部２１の内側は、例えば超音波又は熱によって正極終端電極１９の電極板１５の他方面１５ｂの周縁部１５ｃに溶着され、気密に結合されている。第１封止部２１の外側は、積層方向Ｄから見て電極板１５の外縁よりも外側に張り出しており、その先端部分は、第２封止部２２に保持されている。積層方向Ｄに沿って互いに隣り合う第１封止部２１同士は、互いに離間していてもよく、互いに接していてもよい。

電極板１５の一方面１５ａの周縁部１５ｃと第１封止部２１とが重なる領域、及び、正極終端電極１９の電極板１５の他方面１５ｂの周縁部１５ｃと第１封止部２１とが重なる領域は、電極板１５と第１封止部２１との結合領域Ｋとなっている。結合領域Ｋにおいて各電極板１５の表面は粗面化されている。本実施形態では、電極板１５の一方面１５ａにおける全体、及び正極終端電極１９の電極板１５の他方面１５ｂにおける全体が粗面化されている。しかし、各電極板１５の一方面１５ａにおける結合領域Ｋのみが粗面化されていてもよく、正極終端電極１９の電極板１５の他方面１５ｂにおける結合領域Ｋのみが粗面化されていてもよい。

粗面化は、例えば電解メッキによる複数の突起の形成により実現し得る。例えば、電極板１５の一方面１５ａを粗面化する場合、一方面１５ａに複数の突起が形成されることにより、電極板１５の一方面１５ａと第１封止部２１との接合界面では、溶融状態の樹脂が粗面化により形成された複数の突起間に入り込み、アンカー効果が発揮される。これにより、電極板１５と第１封止部２１との間の結合強度を向上させることができる。粗面化の際に形成される突起は、例えば基端側から先端側に向かって先太りとなる形状を有している。これにより、隣り合う突起の間の断面形状がアンダーカット形状となり、アンカー効果を高めることが可能となる。

第２封止部２２は、電極積層体１１及び第１封止部２１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封止部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封止部２２は、積層方向Ｄを軸方向として延在する矩形の筒状（環状）を呈している。第２封止部２２は、例えば射出成型時の熱によって第１封止部２１の外表面に溶着されている。

第１封止部２１及び第２封止部２２は、隣り合う電極の間に内部空間Ｖを形成すると共に内部空間Ｖを封止する。より具体的には、第２封止部２２は、第１封止部２１と共に、積層方向Ｄに沿って互いに隣り合うバイポーラ電極１４の間、積層方向Ｄに沿って互いに隣り合う負極終端電極１８とバイポーラ電極１４との間、及び、積層方向Ｄに沿って互いに隣り合う正極終端電極１９とバイポーラ電極１４との間をそれぞれ封止している。これにより、隣り合うバイポーラ電極１４の間、負極終端電極１８とバイポーラ電極１４との間、及び正極終端電極１９とバイポーラ電極１４との間には、それぞれ気密に仕切られた内部空間Ｖが形成されている。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溶液を含む電解液（不図示）が収容されている。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。

次に、上述した負極終端電極１８の周辺の構成について更に詳細に説明する。図３は、図２に示された蓄電モジュール４の一部を示す要部拡大図である。

図３に示すように、電極積層体１１において、負極終端電極１８の積層方向Ｄの外側には、第１金属板３０が更に積層されている。第１金属板３０は、バイポーラ電極１４の電極板１５の材料と同一の材料によって構成される。すなわち、第１金属板３０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によって構成される。一例として、第１金属板３０は、ニッケルからなる矩形の金属箔である。

第１金属板３０は、一方面３０ａ及び一方面３０ａの反対側の他方面３０ｂを含んでいる。一方面３０ａは、電極積層体１１において積層方向Ｄの外側に位置しており、他方面３０ｂは、電極積層体１１における積層方向Ｄの内側に位置している。一方面３０ａは、電極積層体１１の積層方向Ｄにおける一方の外側面を構成しており、蓄電モジュール４に隣接する導電板５と電気的に接続されている。一方面３０ａ及び他方面３０ｂには、いずれも正極活物質及び負極活物質が塗工されておらず、一方面３０ａ及び他方面３０ｂの全面が未塗工領域となっている。したがって、本実施形態において、第１金属板３０は、正極１６及び負極１７のいずれも設けられていない未塗工電極となっている。

第１金属板３０の他方面３０ｂの周縁部３０ｃは、負極終端電極１８の電極板１５の周縁部１５ｃに設けられた第１封止部２１（以下「第１封止部２１Ａ」と称す）に対して、例えば超音波又は熱によって溶着され、気密に結合されている。したがって、第１封止部２１Ａの積層方向Ｄの一方面は、第１金属板３０の他方面３０ｂに結合され、第１封止部２１Ａの積層方向Ｄの他方面は、負極終端電極１８の電極板１５の一方面１５ａに結合された状態となっている。第１金属板３０の一方面３０ａ側の周縁部３０ｃには、バイポーラ電極１４及び負極終端電極１８と同様、第１封止部２１（以下「第１封止部２１Ｂ」と称す）が設けられている。第１封止部２１Ｂの内側は、積層方向Ｄから見て、第１金属板３０の一方面３０ａの周縁部３０ｃと重なっており、例えば超音波又は熱によって当該周縁部３０ｃに溶着され、気密に結合されている。

第１金属板３０の周縁部３０ｃにおいて、一方面３０ａと第１封止部２１Ｂとが重なる領域、及び他方面３０ｂと第１封止部２１Ａとが重なる領域は、第１金属板３０と第１封止部２１Ａ，２１Ｂとの結合領域Ｋとなっている。第１金属板３０の一方面３０ａ及び他方面３０ｂは、電極板１５の一方面１５ａと同様に、粗面化されている。本実施形態では、一方面３０ａ及び他方面３０ｂにおける全体が粗面化されている。しかし、一方面３０ａ及び他方面３０ｂにおける結合領域Ｋのみが粗面化されていてもよい。

電極積層体１１において、第１金属板３０と負極終端電極１８との間には、電解液が収容されない余剰空間ＶＡが形成されている。余剰空間ＶＡは、負極終端電極１８の電極板１５の一方面１５ａと、第１金属板３０の他方面３０ｂと、第１封止部２１Ａの内縁２１ａとによって囲まれている。積層方向Ｄに沿った断面から見て、余剰空間ＶＡは略矩形状をなしている。

余剰空間ＶＡ内には、第２金属板４０が配置されている。具体的には、第２金属板４０は、余剰空間ＶＡ内において、第１封止部２１Ａの内側であって、負極終端電極１８の電極板１５の一方面１５ａと第１金属板３０の他方面３０ｂとの間に配置されている。第２金属板４０は、例えば、耐アルカリ性を有する金属によって構成される。第２金属板４０の構成材料として、例えば、ニッケル、ニッケルメッキ鋼板、又はステンレス鋼板（ＳＵＳ）が挙げられる。本実施形態では、第２金属板４０は、バイポーラ電極１４の電極板１５の材料と同一の材料によって構成される。すなわち、第２金属板４０は、例えばニッケル又はニッケルメッキ鋼板といった高い導電性を有する金属によって構成される。一例として、第２金属板４０は、ニッケルからなる矩形の金属板である。

第２金属板４０は、一方面４０ａ及び一方面４０ａの反対側の他方面４０ｂを含んでいる。一方面４０ａは、第１金属板３０の他方面３０ｂと対向しており、他方面４０ｂは、負極終端電極１８の電極板１５の一方面１５ａと対向している。本実施形態では、一方面４０ａは、第１金属板３０の他方面３０ｂに接触しており、他方面４０ｂは、負極終端電極１８の電極板１５の一方面１５ａに接触している。第２金属板４０の一方面４０ａと第１金属板３０の他方面３０ｂとの接触、及び第２金属板４０の他方面４０ｂと電極板１５の一方面１５ａとの接触によって、第１金属板３０と負極終端電極１８の電極板１５とが、第２金属板４０を介して電気的に接続される。また、本実施形態において、第２金属板４０の一方面４０ａは第１金属板３０の他方面３０ｂと結合されておらず、第２金属板４０の他方面４０ｂは電極板１５の一方面１５ａと結合されていない。しかし、一方面４０ａが他方面３０ｂと結合され、他方面４０ｂが一方面１５ａと結合されていてもよい。

第２金属板４０の積層方向Ｄの厚さ（すなわち、一方面４０ａと他方面４０ｂとの距離）Ｔ１は、第１封止部２１Ａの積層方向Ｄの厚さＴ２以下である。本実施形態では、第２金属板４０の厚さＴ１は、第１封止部２１Ａの厚さＴ２と同一である。第２金属板４０の厚さＴ１は、例えば１５０μｍ以上且つ２００μｍ以内である。第１封止部２１Ａの厚さＴ２と同一の厚さＴ１を有する第２金属板４０が、負極終端電極１８の電極板１５と第１金属板３０との間に配置されることで、第１金属板３０の中央部３０ｄの積層方向Ｄの位置（高さ）と、第１金属板３０の周縁部３０ｃの積層方向Ｄの位置（高さ）とが揃えられる。これにより、第１金属板３０は略平坦化されている。

積層方向Ｄから見て、第２金属板４０の寸法Ｓ１は、バイポーラ電極１４の塗工部２０の寸法Ｓ２（具体的には負極１７の寸法）よりも大きい。また、積層方向Ｄから見て、第２金属板４０及びバイポーラ電極１４の中心同士は略一致している。したがって、第２金属板４０の外縁４０ｃは、バイポーラ電極１４の塗工部２０の外縁２０ａ（具体的には負極１７の外縁）よりも外側に位置する。また、第２金属板４０の外縁４０ｃは、積層方向Ｄから見て、第１封止部２１Ａの内縁２１ａよりも内側に位置する。なお、本実施形態では、積層方向Ｄから見て、各バイポーラ電極１４の塗工部２０の外縁２０ａは略一致している。

第２金属板４０の寸法Ｓ１は適宜変更可能である。第２金属板４０の寸法Ｓ１の変化（すなわち、第２金属板４０の面積の大きさ）は、余剰空間ＶＡにおいて第２金属板４０を除いた空間領域の容積に影響を与える。具体的には、第２金属板４０の寸法Ｓ１が小さくなるに従って当該空間領域の容積は大きくなり、第２金属板４０の寸法Ｓ１が大きくなるに従って当該空間領域の容積は小さくなる。したがって、第２金属板４０の寸法Ｓ１を調整することによって、余剰空間ＶＡの当該空間領域の容積を容易に制御することが可能となる。

次に、蓄電モジュール４の製造方法の一例について説明する。蓄電モジュール４の製造方法は、一次成形工程と、積層工程と、二次成形工程と、注入工程と、を備える。一次成形工程では、所定数のバイポーラ電極１４と、負極終端電極１８と、正極終端電極１９と、第１金属板３０と、第２金属板４０と、第１封止部２１とを用意する。そして、各電極板１５の一方面１５ａの周縁部１５ｃ、及び、正極終端電極１９の電極板１５の一方面１５ａの周縁部１５ｃに、第１封止部２１をそれぞれ溶着する。更に、第１金属板３０の一方面３０ａの周縁部３０ｃに第１封止部２１Ｂを溶着する。

その後、第１金属板３０の他方面３０ｂと、負極終端電極１８の電極板１５の一方面１５ａとが積層方向Ｄに沿って互いに対向するように、負極終端電極１８と第１金属板３０とを積層方向Ｄに積層する。このとき、負極終端電極１８に溶着された第１封止部２１Ａの内側において、第１金属板３０と負極終端電極１８との間に第２金属板４０を配置する。第１金属板３０と負極終端電極１８との間において、第２金属板４０の一方面４０ａは第１金属板３０の他方面３０ｂと接触し、他方面４０ｂは負極終端電極１８の電極板１５の一方面１５ａと接触する。

その後、負極終端電極１８に溶着された第１封止部２１Ａを、第１金属板３０の他方面３０ｂの周縁部３０ｃに溶着する。したがって、第１封止部２１Ａの積層方向Ｄの一方面は、第１金属板３０の他方面３０ｂの周縁部３０ｃに溶着され、第１封止部２１Ａの他方面は、負極終端電極１８の電極板１５の一方面１５ａの周縁部１５ｃに溶着された状態となる。このようにして、第１金属板３０と負極終端電極１８との間に第２金属板４０が配置された状態で第１金属板３０と負極終端電極１８とが結合された負極アセンブリが形成される。

積層工程では、セパレータ１３を介して正極終端電極１９、バイポーラ電極１４、及び負極アセンブリを積層方向Ｄに沿って積層することにより、第１封止部２１を含む電極積層体１１を形成する。二次成形工程では、射出成形の金型（不図示）内に、第１封止部２１を含む電極積層体１１を配置した後、金型内に溶融樹脂を射出することにより、電極積層体１１及び第１封止部２１を包囲するように第２封止部２２を形成する。これにより、電極積層体１１の側面１１ａに封止体１２が形成される。注入工程では、二次成形工程の後、バイポーラ電極１４間の内部空間Ｖに電解液を注入する。これにより、蓄電モジュール４が得られる。

続いて、蓄電モジュール４の作用効果について、比較例が有する課題と共に説明する。図４は、第１比較例に係る蓄電モジュール１００の一部を示す拡大断面図である。図４に示すように、第１比較例に係る蓄電モジュール１００は、電極積層体１１に第１金属板３０が含まれておらず、余剰空間ＶＡ内に第２金属板４０も配置されていない点で、本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、いわゆるアルカリクリープ現象により、内部空間Ｖに存在する電解液が負極終端電極１８の電極板１５の表面を伝わり、結合領域Ｋにおける電極板１５と第１封止部２１Ａとの間の隙間を通って電極板１５の一方面１５ａ側に滲み出ることがある。図４には、アルカリクリープ現象における電解液Ｌの進行経路を矢印Ａで示している。このアルカリクリープ現象は、電気化学的な要因及び流体現象などにより、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Ｌの通り道がそれぞれ存在することにより生じ、時間の経過とともに進行する。

アルカリクリープ現象は、結合領域Ｋにおいて電極板１５の一方面１５ａが粗面化されている場合にも生じ得る。粗面化により電極板１５と第１封止部２１Ａとの間の結合強度が強化されていた場合でも、電解液Ｌが電極板１５の一方面１５ａに形成された複数の突起と第１封止部２１Ａを構成する樹脂との間を通る際に、樹脂が電極板１５から引き剥がされることがある。また、負極活物質（例えば水素吸蔵合金）の自己放電反応に伴って発生した水素ガスによって内圧が上昇し、内圧による発生応力が樹脂の破断応力を超えた場合には、樹脂が破断して第１封止部２１Ａに膨れが生じることも考えられる。

図５は、第２比較例に係る蓄電モジュール２００の一部を示す拡大断面図である。図５に示すように、第２比較例に係る蓄電モジュール２００は、上述した蓄電モジュール１００の構成に加えて、負極終端電極１８の電極板１５に対して積層方向Ｄの外側に第１金属板３０が配置された構成となっている。

蓄電モジュール２００では、第１金属板３０が負極終端電極１８の電極板１５に対して積層方向Ｄの外側に配置されることで、アルカリクリープ現象による電解液の移動経路上に余剰空間ＶＡが形成される。この余剰空間ＶＡが形成されることによって、電解液が滲み出す起点となる、負極終端電極１８の電極板１５と第１封止部２１Ａとの間の隙間に、外部の空気中に含まれる水分が入り込むことを抑制できる。これにより、アルカリクリープ現象の加速条件となる外部の湿度の影響を抑制でき、蓄電モジュール２００の外部への電解液の滲み出しを抑制できる。

この蓄電モジュール２００では、拘束部材３によってモジュール積層体２を拘束する際に、蓄電モジュール２００の積層方向Ｄの内側に付与される拘束力によって、第１金属板３０が変形することが考えられる。具体的には、第１封止部２１Ａに結合される周縁部３０ｃに対して、第１封止部２１Ａに結合されず周縁部３０ｃから遠い位置にある中央部３０ｄが、積層方向Ｄの内側に大きく変位することが考えられる。このように第１金属板３０が変形すると、第１金属板３０の中央部３０ｄは、負極終端電極１８の電極板１５側に窪んだ状態で、負極終端電極１８の電極板１５の一方面１５ａに接触する。この接触により、負極終端電極１８の電極板１５と、負極終端電極１８の外側に配置された導電板５とが、第１金属板３０を介して電気的に接続される。

しかし、蓄電モジュール２００において、このように第１金属板３０が変形する場合、第１金属板３０の周縁部３０ｃと中央部３０ｄとの境界部分にかかる引張応力によって、第１金属板３０が破損してしまうおそれがある。第１金属板３０が破損すると、余剰空間を維持できず、アルカリクリープ現象による電解液の浸み出しの抑制効果を持続できなくなるおそれがある。

これに対し、蓄電モジュール４では、蓄電モジュール２００の構成に加えて、余剰空間ＶＡにおいて負極終端電極１８の電極板１５と第１金属板３０との間に第２金属板４０が配置された構成となっている。この第２金属板４０の配置により、積層方向Ｄの内側への第１金属板３０の変形が規制される。具体的には、第１金属板３０において周縁部３０ｃに対する中央部３０ｄの積層方向Ｄの内側への変位が規制される。その結果、第１金属板３０における周縁部３０ｃと中央部３０ｄとの境界部分にかかる引張応力を緩和でき、該引張応力に起因する第１金属板３０の破損を抑制できる。第１金属板３０の破損を抑制することで余剰空間ＶＡが維持され、アルカリクリープ現象による電解液の浸み出しの抑制効果を持続させることができる。

また、蓄電モジュール４では、第２金属板４０の厚さＴ１は、第１封止部２１Ａの厚さＴ２以下である。電極積層体１１は、蓄電モジュール４の充放電時の内圧変動等に起因して、積層方向Ｄの外側に膨張する場合がある。この場合、余剰空間ＶＡ内の第２金属板４０も積層方向Ｄの外側に膨張することが考えられる。したがって、第２金属板４０の厚さを第１封止部２１Ａの厚さ以下とすることにより、第２金属板４０の膨張による第１金属板３０の変形を抑制することができる。

また、蓄電モジュール４では、第２金属板４０の厚さＴ１は、第１封止部２１Ａの厚さＴ２と同一である。この場合、余剰空間ＶＡを形成する第１金属板３０を略平坦化することが可能となる。したがって、第１金属板３０にかかる引張応力を一層緩和できる。

また、蓄電モジュール４では、積層方向Ｄから見て、第２金属板４０の外縁４０ｃが塗工部２０の外縁２０ａよりも外側に位置している。この場合、余剰空間ＶＡにおいて第２金属板４０を除いた空間領域の容積を抑えることが可能となり、当該空間領域内に存在する水分量を抑制できる。これにより、アルカリクリープ現象の進行を抑えることができ、アルカリクリープ現象による電解液の滲み出しを効果的に抑制できる。

また、蓄電モジュール４では、第１金属板３０は、バイポーラ電極１４の電極板１５と同一の材料によって構成されている。この場合、材料の共通化による蓄電モジュール４の低コスト化が図られる。

また、蓄電モジュール４では、第２金属板４０は、バイポーラ電極１４の電極板１５と同一の材料によって構成されている。この場合、第１金属板３０と同様、材料の共通化による蓄電モジュール４の低コスト化が図られる。

また、蓄電モジュール４では、第１封止部２１Ａは、第１金属板３０と、負極終端電極１８の電極板１５とにそれぞれ接合されていている。この構成によれば、負極終端電極１８から外部に通じる電解液の移動経路上において２段階の封止構造が形成されるので、アルカリクリープ現象の進行を効果的に抑制できる。更に、第１金属板３０と第１封止部２１Ａとの接合によって第１封止部２１Ａの剛性が高められるので、負極終端電極１８の電極板１５からの第１封止部２１Ａの剥離が抑えられる。これにより、アルカリクリープ現象による電解液の漏液の経路となり得る隙間の発生を抑えることができ、電解液の滲み出しを効果的に抑制できる。

また、蓄電モジュール４では、負極終端電極１８の電極板１５及び第１金属板３０の双方は、第１封止部２１Ａとの結合領域Ｋにおいて粗面化されている。この場合、アンカー効果によって、負極終端電極１８の電極板１５及び第１金属板３０の双方と第１封止部２１Ａとの接合強度の向上を図ることができる。したがって、第１封止部２１Ａの剥離を効果的に抑えることができ、アルカリクリープ現象による電解液の滲み出しを一層効果的に抑制できる。

以上、本発明の一実施形態について説明してきたが、本発明は上記の実施形態に限定されず、種々の変更を行うことができる。例えば、図６及び図７に示される各種の変形態様を採ってもよい。

図６は、第１変形例に係る蓄電モジュール４の一部を示す拡大断面図である。第１変形例と上記実施形態との相違点は、第２金属板４０の厚さである。すなわち、上記実施形態では、第２金属板４０の厚さＴ１は第１封止部２１Ａの厚さＴ２と同一であったが、本変形例では、第２金属板４０の厚さＴ１は第１封止部２１Ａの厚さＴ２よりも小さくなっている。これに応じて、第１金属板３０の中央部３０ｄの積層方向Ｄの位置（高さ）が、第１金属板３０の周縁部３０ｃの積層方向Ｄの位置（高さ）に対して、第２金属板４０側にずれている。その結果、第１金属板３０の中央部３０ｄは、第２金属板４０側に窪んだ状態で、第２金属板４０の一方面４０ａに接触している。

電極積層体１１は、蓄電モジュール４の充放電時の内圧変動等に起因して積層方向Ｄの外側に膨張することがある。電極積層体１１が膨張すると、電極積層体１１の膨張に応じて、余剰空間ＶＡ内の第２金属板４０も積層方向Ｄの外側に膨張することが考えられる。そこで、第２金属板４０の膨張分を考慮して第２金属板４０の厚さＴ１を第１封止部２１Ａの厚さＴ２よりも予め小さく設定することで、第２金属板４０の膨張による第１金属板３０の変形を効果的に抑制することができる。

図７は、第２変形例に係る蓄電モジュール４の一部を示す拡大断面図である。第２変形例と上記実施形態との相違点は、積層方向Ｄから見た第２金属板４０の寸法である。上記実施形態では、積層方向Ｄから見て、第２金属板４０の寸法Ｓ１は、バイポーラ電極１４の塗工部２０の寸法Ｓ２よりも大きくなっていた。しかし、本変形例では、積層方向Ｄから見て、第２金属板４０の寸法Ｓ１は、塗工部２０の寸法Ｓ２よりも小さくなっている。ここで、第２金属板４０及びバイポーラ電極１４の中心同士は、上記実施形態同様、積層方向Ｄから見て略一致している。したがって、本変形例では、第２金属板４０の外縁４０ｃは、バイポーラ電極１４の塗工部２０の外縁２０ａよりも内側に位置する。

このように第２金属板４０の寸法Ｓ１を小さくすることで、余剰空間ＶＡにおいて第２金属板４０を除いた空間領域の容積を大きくすることが可能となる。これにより、外部からの水分の進入による当該空間領域の湿度の上昇を抑制することが可能となる。その結果、第１封止部２１Ａと負極終端電極１８の電極板１５との間に隙間が形成されることを抑制でき、アルカリクリープ現象による電解液の滲み出しを効果的に抑制できる。

本発明は、他に様々な変形が可能である。例えば、上述した実施形態及び各変形例を、必要な目的及び効果に応じて互いに組み合わせてもよい。また、第２金属板の形状、材料、及び配置態様は、適宜変更可能である。例えば、第２金属板の厚さは、第１封止部の厚さよりも大きくてもよい。積層方向から見て、第２金属板及びバイポーラ電極の中心同士は、互いにずれていてもよい。第２金属板の材料は、バイポーラ電極の電極板の材料とは異なる材料によって構成されていてもよい。同様に、第１金属板の材料は、バイポーラ電極の電極板の材料とは異なる材料によって構成されていてもよい。また、第２金属板は、１枚の金属板であってもよく、厚さ方向又は面内方向に複数枚に分割されていてもよい。

また、上述した実施形態では、第１金属板の一方面及び他方面は、隣り合う第１封止部のそれぞれに溶着によって結合されていた。しかし、第１金属板の一方面及び他方面の一方のみが第１封止部に結合されていてもよく、第１金属板の一方面及び他方面のいずれもが第１封止部に結合されていなくてもよい。また、上述した実施形態では、第１金属板の表面及び電極板の表面の双方が粗面化されていた。しかし、第１金属板の表面及び電極板の表面の一方のみが粗面化されていてもよく、第１金属板の表面及び電極板の表面がいずれも粗面化されていなくてもよい。

４…蓄電モジュール、１１…電極積層体、１１ａ…側面、１２…封止体、１４…バイポーラ電極、１５…電極板、１５ｃ…周縁部、１８…負極終端電極、１９…正極終端電極、２０…塗工部、２０ａ…外縁、２１，２１Ａ，２１Ｂ…第１封止部、２１ａ…内縁、２２…第２封止部、３０…第１金属板、３０ｃ…周縁部、４０…第２金属板、４０ｃ…外縁、Ｄ…積層方向、Ｋ…結合領域、Ｓ１，Ｓ２…寸法、Ｔ１，Ｔ２…厚さ、Ｖ…内部空間、ＶＡ…余剰空間。

Claims (9)

1. 複数のバイポーラ電極が積層された積層体と、前記積層体の積層方向の一端に配置された負極終端電極とを含んで構成された電極積層体と、
   前記電極積層体の側面を囲むように設けられ、隣り合う電極間に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、
   前記内部空間に収容されたアルカリ溶液を含む電解液と、を備え、
   前記電極積層体は、前記負極終端電極の電極板に対して前記積層方向の外側に配置された第１金属板を有し、
   前記封止体は、前記積層方向において前記第１金属板の周縁部と前記負極終端電極の電極板の周縁部との間に配置された枠状の封止部を有し、
   前記負極終端電極の電極板と前記第１金属板と前記封止部とによって、余剰空間が形成されており、
   前記余剰空間内において、前記第１金属板と前記負極終端電極の電極板との間に第２金属板が配置されている、蓄電モジュール。
2. 前記第２金属板の厚さは、前記封止部の厚さ以下である、請求項１に記載の蓄電モジュール。
3. 前記第２金属板の厚さは、前記封止部の厚さと同一である、請求項２に記載の蓄電モジュール。
4. 前記バイポーラ電極の電極板の両面には、活物質層による塗工部が設けられており、
   前記積層方向から見て、前記第２金属板の外縁が前記塗工部の外縁よりも外側に位置している、請求項１〜３のいずれか一項に記載の蓄電モジュール。
5. 前記バイポーラ電極の電極板の両面には、活物質層による塗工部が設けられており、
   前記積層方向から見て、前記第２金属板の外縁が前記塗工部の外縁よりも内側に位置している、請求項１〜３のいずれか一項に記載の蓄電モジュール。
6. 前記第１金属板は、前記バイポーラ電極の電極板と同一の材料によって構成されている、請求項１〜５のいずれか一項に記載の蓄電モジュール。
7. 前記第２金属板は、前記バイポーラ電極の電極板と同一の材料によって構成されている、請求項１〜６のいずれか一項に記載の蓄電モジュール。
8. 前記封止部は、前記第１金属板と前記負極終端電極の電極板とにそれぞれ結合されている、請求項１〜７のいずれか一項に記載の蓄電モジュール。
9. 前記負極終端電極の電極板及び前記第１金属板の少なくとも一方は、前記封止部との結合領域において粗面化されている、請求項８に記載の蓄電モジュール。

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