特開 2024-125660 バイポーラ型蓄電池

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2024125660

(43)【公開日】2024-09-19

(54)【発明の名称】バイポーラ型蓄電池

(51)【国際特許分類】

   H01M 10/04 20060101AFI20240911BHJP

   H01M 4/68 20060101ALI20240911BHJP

   H01M 10/06 20060101ALI20240911BHJP

【ＦＩ】

H01M10/04 Z

H01M4/68 A

H01M10/06 L

【審査請求】未請求

【請求項の数】10

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2023033625

(22)【出願日】2023-03-06

(71)【出願人】

【識別番号】000005290

【氏名又は名称】古河電気工業株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100103850

【弁理士】

【氏名又は名称】田中 秀▲てつ▼

(74)【代理人】

【識別番号】100115679

【弁理士】

【氏名又は名称】山田 勇毅

(74)【代理人】

【識別番号】100066980

【弁理士】

【氏名又は名称】森 哲也

(72)【発明者】

【氏名】岩根 典靖

(72)【発明者】

【氏名】新垣 雅進

(72)【発明者】

【氏名】西久保 英郎

(72)【発明者】

【氏名】山本 寛一郎

【テーマコード（参考）】

5H017

5H028

【Ｆターム（参考）】

5H017AA01

5H017AS03

5H017CC01

5H017EE02

5H028AA06

5H028CC01

5H028CC07

5H028CC08

5H028CC19

5H028EE01

5H028EE04

(57)【要約】

【課題】バイポーラプレートと電極との間の隙間への電解液の浸入を抑制することができるバイポーラ型蓄電池を提供する。
【解決手段】バイポーラプレート１１１の一方面に正極１１２及び他方面に負極１１３がそれぞれ接着層１１４を介して接着されたバイポーラ電極１１０と、酸性の電解液を含んだ電解層１２０とを交互に複数積層したスタック１０１を備えたバイポーラ型蓄電池１００であって、正極１１２及び負極１１３の周縁とバイポーラプレート１１１の周縁との間に配置されてバイポーラプレート１１１の周縁に沿って設けられたアルカリ性の緩衝層１５１を有している。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

バイポーラプレートの一方面に正極及び他方面に負極がそれぞれ接着層を介して接着されたバイポーラ電極と、酸性の電解液を含んだ電解層とを交互に複数積層したスタックを備えたバイポーラ型蓄電池であって、
前記正極及び前記負極の少なくとも一方の周縁と前記バイポーラプレートの周縁との間に配置されて前記バイポーラプレートの周縁に沿って設けられたアルカリ性の緩衝層を有している
ことを特徴とするバイポーラ型蓄電池。

【請求項2】

前記緩衝層は、前記接着層の一部と置換されている
ことを特徴とする請求項１に記載のバイポーラ型蓄電池。

【請求項3】

前記緩衝層は、前記バイポーラプレートに形成された収納溝の内部に配設されている
ことを特徴とする請求項１に記載のバイポーラ型蓄電池。

【請求項4】

前記緩衝層と前記バイポーラプレートとの間又は前記緩衝層と前記正極及び前記負極の少なくとも一方との間に前記接着層が介在している
ことを特徴とする請求項１に記載のバイポーラ型蓄電池。

【請求項5】

前記正極は、正極用鉛箔と、前記正極用鉛箔上に設けられた正極用活物質層とを有し、
前記負極は、負極用鉛箔と、前記負極用鉛箔上に設けられた負極用活物質層とを有し、
前記電解液は、硫酸を含有するものであり、
前記緩衝層は、炭酸水素ナトリウム，水酸化バリウム，水酸化カルシウムのうちの少なくとも１種を含有するものである
ことを特徴とする請求項１から４のいずれか一項に記載のバイポーラ型蓄電池。

【請求項6】

前記緩衝層よりも、前記スタックの積層方向と直交する方向の内側に配置されて前記緩衝層に隣接して設けられたガス吸収層を有している
ことを特徴とする請求項１に記載のバイポーラ型蓄電池。

【請求項7】

前記ガス吸収層は、前記接着層の一部と置換されている
ことを特徴とする請求項６に記載のバイポーラ型蓄電池。

【請求項8】

前記ガス吸収層は、前記バイポーラプレートに形成された収納溝の内部に配設されている
ことを特徴とする請求項６に記載のバイポーラ型蓄電池。

【請求項9】

前記ガス吸収層と前記バイポーラプレートとの間又は前記ガス吸収層と前記正極及び前記負極の少なくとも一方との間に前記接着層が介在している
ことを特徴とする請求項６に記載のバイポーラ型蓄電池。

【請求項10】

前記正極は、正極用鉛箔と、前記正極用鉛箔上に設けられた正極用活物質層とを有し、
前記負極は、負極用鉛箔と、前記負極用鉛箔上に設けられた負極用活物質層とを有し、
前記電解液は、硫酸を含有するものであり、
前記緩衝層は、炭酸水素ナトリウム，水酸化バリウム，水酸化カルシウムのうちの少なくとも１種を含有するものであり、
前記ガス吸収層は、ソーダ石灰を含有するものである
ことを特徴とする請求項６から９のいずれか一項に記載のバイポーラ型蓄電池。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、バイポーラ型蓄電池に関する。

【背景技術】

【0002】

バイポーラプレートの一方面に接着剤を介して正極を接着すると共に、バイポーラプレートの他方面に接着剤を介して負極を接着したバイポーラ電極を備えたバイポーラ型蓄電池としては、例えば、下記特許文献１に記載されたものが知られている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特表２０２０－５１０９６８号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

前述したような従来のバイポーラ型蓄電池においては、充放電サイクルを繰り返していくと、正極や負極の電極が酸化され、これに伴って体積膨張を生じて伸長（グロース）してしまい、バイポーラプレートと電極との間に隙間を生じてしまうおそれがあった。このような隙間を生じてしまうと、当該間に電解液が浸入し、電極のバイポーラプレートとの接着面側からの腐食や接着層の被毒が急速に進行して、電解液が深くにまで浸透し、短絡を起こして電池性能の低下を引き起こしてしまう可能性があった。

【0005】

このようなことから、本発明は、バイポーラプレートと電極との間の隙間への電解液の浸入を抑制することができるバイポーラ型蓄電池を提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0006】

前述した課題を解決するための、本発明に係るバイポーラ型蓄電池は、バイポーラプレートの一方面に正極及び他方面に負極がそれぞれ接着層を介して接着されたバイポーラ電極と、酸性の電解液を含んだ電解層とを交互に複数積層したスタックを備えたバイポーラ型蓄電池であって、前記正極及び前記負極の少なくとも一方の周縁と前記バイポーラプレートの周縁との間に配置されて前記バイポーラプレートの周縁に沿って設けられたアルカリ性の緩衝層を有していることを特徴とする。

【0007】

また、本発明に係るバイポーラ型蓄電池は、上述したバイポーラ型蓄電池において、前記緩衝層が、前記接着層の一部と置換されていると好ましい。

【0008】

また、本発明に係るバイポーラ型蓄電池は、上述したバイポーラ型蓄電池において、前記緩衝層が、前記バイポーラプレートに形成された収納溝の内部に配設されていると好ましい。

【0009】

また、本発明に係るバイポーラ型蓄電池は、上述したバイポーラ型蓄電池において、前記緩衝層と前記バイポーラプレートとの間又は前記緩衝層と前記正極及び前記負極の少なくとも一方との間に前記接着層が介在していると好ましい。

【0010】

また、本発明に係るバイポーラ型蓄電池は、上述したバイポーラ型蓄電池において、前記正極が、正極用鉛箔と、前記正極用鉛箔上に設けられた正極用活物質層とを有し、前記負極が、負極用鉛箔と、前記負極用鉛箔上に設けられた負極用活物質層とを有し、前記電解液が、硫酸を含有するものであり、前記緩衝層が、炭酸水素ナトリウム，水酸化バリウム，水酸化カルシウムのうちの少なくとも１種を含有するものであると好ましい。

【0011】

また、本発明に係るバイポーラ型蓄電池は、上述したバイポーラ型蓄電池において、前記緩衝層よりも、前記スタックの積層方向と直交する方向の内側に配置されて前記緩衝層に隣接して設けられたガス吸収層を有していると好ましい。

【0012】

また、本発明に係るバイポーラ型蓄電池は、上述したバイポーラ型蓄電池において、前記ガス吸収層が、前記接着層の一部と置換されていると好ましい。

【0013】

また、本発明に係るバイポーラ型蓄電池は、上述したバイポーラ型蓄電池において、前記ガス吸収層が、前記バイポーラプレートに形成された収納溝の内部に配設されていると好ましい。

【0014】

また、本発明に係るバイポーラ型蓄電池は、上述したバイポーラ型蓄電池において、前記ガス吸収層と前記バイポーラプレートとの間又は前記ガス吸収層と前記正極及び前記負極の少なくとも一方との間に前記接着層が介在していると好ましい。

【0015】

また、本発明に係るバイポーラ型蓄電池は、上述したバイポーラ型蓄電池において、前記正極が、正極用鉛箔と、前記正極用鉛箔上に設けられた正極用活物質層とを有し、前記負極が、負極用鉛箔と、前記負極用鉛箔上に設けられた負極用活物質層とを有し、前記電解液が、硫酸を含有するものであり、前記緩衝層が、炭酸水素ナトリウム，水酸化バリウム，水酸化カルシウムのうちの少なくとも１種を含有するものであり、前記ガス吸収層が、ソーダ石灰を含有するものであると好ましい。

【発明の効果】

【0016】

本発明に係るバイポーラ型蓄電池によれば、バイポーラプレートと電極との間に隙間を生じて、当該間に電解液が浸入すると、酸性の電解液がアルカリ性の緩衝層と反応して中和されるので、電解液による電極のバイポーラプレートとの接着面側からの腐食や接着層の被毒を抑えることができ、電解液による接着層の浸食を抑えることができる。これにより、バイポーラプレートと電極との間の隙間への電解液の浸入を抑制することができる。

【図面の簡単な説明】

【0017】

【図1】本発明に係るバイポーラ型蓄電池の第１の実施形態の概略構造を表す断面図である。

【図2】本発明に係るバイポーラ型蓄電池の第２の実施形態の概略構造を表す断面図である。

【図3】本発明に係るバイポーラ型蓄電池の第３の実施形態の概略構造を表す断面図である。

【図4】本発明に係るバイポーラ型蓄電池の他の実施形態の概略構造を表す断面図である。

【発明を実施するための形態】

【0018】

本発明に係るバイポーラ型蓄電池の実施形態を図面に基づいて説明する。なお、本発明は、図面に基づいて説明する以下の実施形態のみに限定されるものではなく、各実施形態における各種技術的事項を必要に応じて適宜置き換えることや組み合わせることが可能なものである。

【0019】

［第１の実施形態］
本発明に係るバイポーラ型蓄電池の第１の実施形態を図１に基づいて説明する。

【0020】

図１に示すように、耐酸性を有する樹脂（例えば、ＡＢＳ等）製の平板形状のバイポーラプレート１１１の一方面上（図１中、上方面上）には、鉛又は鉛合金からなる正極用鉛箔１１２ａが耐酸性を有する接着剤からなる接着層１１４を介して接着されている。正極用鉛箔１１２ａ上には、正極用活物質層１１２ｂが設けられている。

【0021】

バイポーラプレート１１１の他方面上（図１中、下方面上）には、鉛又は鉛合金からなる負極用鉛箔１１３ａが接着層１１４を介して接着されている。負極用鉛箔１１３ａ上には、負極用活物質層１１３ｂが設けられている。正極用鉛箔１１２ａと負極用鉛箔１１３ａとは、バイポーラプレート１１１の一方面側（図１中、上方面側）と他方面側（図１中、下方面側）との間に設けられた導電体（図示省略）により電気的に接続されている。

【0022】

このような本実施形態においては、正極用鉛箔１１２ａ，正極用活物質層１１２ｂ等により、正極１１２が構成されている。また、負極用鉛箔１１３ａ，負極用活物質層１１３ｂ等により、負極１１３が構成されている。また、バイポーラプレート１１１，正極１１２，負極１１３，接着層１１４，前記導電体等により、バイポーラ電極１１０が構成されている。

【0023】

バイポーラ電極１１０の一方面側及び他方面側には、硫酸を含有する酸性の電解液を含むガラス繊維マットからなる電解層１２０が配設されている。これらバイポーラ電極１１０と電解層１２０とは、交互に複数積層されている。言い換えると、バイポーラ電極１１０は、互いに対向するように複数配設され、電解層１２０は、対向するバイポーラ電極１１０の間に介在しているのである。

【0024】

さらに、バイポーラ電極１１０と電解層１２０との積層方向他方端側（図１中、下方端側）の電解層１２０上には、一方面上（図１中、上方面上）に接着層１１４を介して正極１１２を設けた耐酸性を有する樹脂製の平板形状のエンドプレート１３０が配設されている。前記積層方向一方端側（図１中、上方端側）の電解層１２０上には、他方面上（図１中、下方面上）に接着層１１４を介して負極１１３を設けた耐酸性を有する樹脂製の平板形状のエンドプレート１４０が配設されている。

【0025】

つまり、エンドプレート１３０，１４０は、対をなして、交互に複数積層されたバイポーラ電極１１０及び電解層１２０を間に位置させるように挟んでいるのである。このようなバイポーラ電極１１０，電解層１２０，エンドプレート１３０，１４０等により、本実施形態ではスタック１０１が構成されている。なお、図１中、１０２は、スタック１０１を包囲するフレームである。

【0026】

正極１１２の正極用鉛箔１１２ａの周縁とバイポーラプレート１１１の周縁及びエンドプレート１３０の周縁との間には、炭酸水素ナトリウム（重曹）を含有するアルカリ性の緩衝層１５１が接着層１１４の一部と置換されるように上記プレート１１１，１３０の周縁に沿って周縁全長にわたって設けられている。負極１１３の負極用鉛箔１１３ａの周縁とバイポーラプレート１１１の周縁及びエンドプレート１４０の周縁との間には、緩衝層１５１が接着層１１４の一部と置換されるように上記プレート１１１，１４０の周縁に沿って周縁全長にわたって設けられている。

【0027】

このような本実施形態に係るバイポーラ型蓄電池１００においては、バイポーラプレート１１１やエンドプレート１３０，１４０と正極１１２の正極用鉛箔１１２ａや負極１１３の負極用鉛箔１１３ａとの間に隙間を生じて、当該間に電解液が浸入すると、電解液中の硫酸が緩衝層１５１の炭酸水素ナトリウム（重曹）と下記式（１）のように反応する。

【0028】

Ｈ_２ＳＯ_４＋２ＮａＨＣＯ_３→Ｎａ_２ＳＯ_４＋２Ｈ_２Ｏ＋２ＣＯ_２ （１）

【0029】

これにより、上記隙間に浸入した硫酸が中和されて、正極１１２の正極用鉛箔１１２ａや負極１１３の負極用鉛箔１１３ａのバイポーラプレートとの接着面側からの硫酸による腐食や接着層１１４の被毒を抑えることができ、接着層１１４の浸食を抑えることができる。

【0030】

したがって、本実施形態に係るバイポーラ型蓄電池１００によれば、バイポーラプレート１１１やエンドプレート１３０，１４０と正極１１２や負極１１３との間の隙間への電解液の浸入を抑制することができる。

【0031】

［第２の実施形態］
本発明に係るバイポーラ型蓄電池の第２の実施形態を図２に基づいて説明する。ただし、前述した実施形態と同様な部分については、前述した実施形態の説明で用いた符号と同様な符号を用いることにより、前述した実施形態での説明と重複する説明を省略する。

【0032】

図２に示すように、正極１１２の正極用鉛箔１１２ａの周縁とバイポーラプレート１１１の周縁及びエンドプレート１３０の周縁との間の、緩衝層１４１よりもスタック１０１の内側には、ソーダ石灰等を含有するガス吸収層２５２が接着層１１４の一部と置換されるように緩衝層１４１の全長にわたって隣接して設けられている。

【0033】

負極１１３の負極用鉛箔１１３ａの周縁とバイポーラプレート１１１の周縁及びエンドプレート１４０の周縁との間の、緩衝層１５１よりも、スタック１０１の積層方向と直交する方向の内側には、ガス吸収層２５２が接着層１１４の一部と置換されるように緩衝層１５１の全長にわたって隣接して設けられている。

【0034】

このような本実施形態に係るバイポーラ型蓄電池２００においては、バイポーラプレート１１１やエンドプレート１３０，１４０と正極１１２の正極用鉛箔１１２ａや負極１１３の負極用鉛箔１１３ａとの間に隙間を生じて、当該間に電解液が浸入すると、前述した実施形態の場合と同様に、電解液中の硫酸が緩衝層１５１の炭酸水素ナトリウム（重曹）と前記式（１）のように反応する。

【0035】

そして、前記式（１）の反応により生じた二酸化炭素が、ガス吸収層２５２のソーダ石灰と下記式（２）－（４）のように反応する。

【0036】

ＣＯ_２＋２ＮａＯＨ→Ｎａ_２ＣＯ_３＋Ｈ_２Ｏ （２）
Ｈ_２Ｏ＋ＣａＯ→Ｃａ(ＯＨ)_２ （３）
Ｃａ(ＯＨ)_２＋ＣＯ_２→ＣａＣＯ_３＋Ｈ_２Ｏ （４）

【0037】

これにより、前記式（１）の反応により生じた二酸化炭素ガスを吸収することができる。

【0038】

したがって、本実施形態に係るバイポーラ型蓄電池２００によれば、前述した実施形態の場合と同様な効果を得ることができるのはもちろんのこと、発生した二酸化炭素ガスを吸収して系内に拡散させることなく減容保持することができる。

【0039】

［第３の実施形態］
本発明に係るバイポーラ型蓄電池の第３の実施形態を図３に基づいて説明する。ただし、前述した実施形態と同様な部分については、前述した実施形態の説明で用いた符号と同様な符号を用いることにより、前述した実施形態での説明と重複する説明を省略する。

【0040】

図３に示すように、バイポーラプレート１１１及びエンドプレート１３０の一方面上（図３中、上方面上）の周縁端寄りには、断面凹形状をなす収納溝３１１ａ，３３０ａが当該プレート１１１，１３０の周縁に沿って周縁全長にわたって形成されている。バイポーラプレート１１１及びエンドプレート１４０の他方面上（図３中、下方面上）の周縁端寄りには、断面凹形状をなす収納溝３１１ａ，３４０ａが当該プレート１１１，１４０の周縁に沿って周縁全長にわたって形成されている。

【0041】

前記プレート１１１，１３０，１４０の収納溝３１１ａ，３３０ａ，３４０ａの内部の、当該プレート１１１，１３０，１４０の周縁端寄りには、緩衝層１５１が設けられている。前記プレート１１１，１３０，１４０の収納溝３１１ａ，３３０ａ，３４０ａの内部の、緩衝層１５１よりも、スタック１０１の積層方向と直交する方向の内側には、ガス吸収層２５２が緩衝層１５１の全長にわたって隣接して設けられている。

【0042】

緩衝層１５１及びガス吸収層２５２と正極１１２の正極用鉛箔１１２ａとの間には、接着層１１４が介在している。緩衝層１５１及びガス吸収層２５２と負極１１３の負極用鉛箔１１３ａとの間にも、接着層１１４が介在している。つまり、接着層１１４は、正極１１２の正極用鉛箔１１２ａや負極１１３の負極用鉛箔１１３ａの全面にわたって設けられているのである。

【0043】

したがって、本実施形態に係るバイポーラ型蓄電池３００によれば、前述した実施形態の場合と同様な効果を得ることができるのはもちろんのこと、接着層１１４が、正極１１２の正極用鉛箔１１２ａや負極１１３の負極用鉛箔１１３ａの全面にわたって設けられているので、バイポーラプレート１１１やエンドプレート１３０，１４０と正極１１２や負極１１３との間の隙間への電解液の浸入をより抑制することができる。

【0044】

［他の実施形態］
なお、前述した第３の実施形態においては、バイポーラプレート１１１及びエンドプレート１３０，１４０に形成した収納溝３１１ａ，３３０ａ，３４０ａ内に緩衝層１５１及びガス吸収層２５２を配設し、緩衝層１５１及びガス吸収層２５２と正極１１２や負極１１３との間に接着層１１４を介在させたバイポーラ型蓄電池３００について説明した。しかしながら、本発明はこれに限らない。

【0045】

他の実施形態として、例えば、図４に示すように、収納溝４１１ａ，４３０ａ，４４０ａ内に接着層１１４を設け、収納溝４１１ａ，４３０ａ，４４０ａ内の接着層１１４と正極１１２や負極１１３との間に緩衝層１５１及びガス吸収層２５２を設けたバイポーラ型蓄電池４００とすることも可能である。言い換えると、バイポーラプレート１１１及びエンドプレート１３０，１４０と緩衝層１５１及びガス吸収層２５２との間に接着層１１４を設けたバイポーラ型蓄電池４００とすることも可能である。

【0046】

また、前述した実施形態においては、バイポーラプレート１１１と正極１１２及び負極１１３との間の両方に緩衝層１５１を設けた場合について説明したが、本発明はこれに限らない。他の実施形態として、例えば、バイポーラプレート１１１と正極１１２又は負極１１３との間の一方に緩衝層１５１を設けることも可能である。ここで、負極１１３よりも正極１１２の方が、酸化膜を生成し易く、隙間を生じ易いため、少なくとも正極１１２とバイポーラプレート１１１との間に緩衝層１５１を設けるようにすると、非常に好ましい。

【0047】

また、前述した実施形態においては、炭酸水素ナトリウム（重曹）を含有するアルカリ性の緩衝層１５１を適用した場合について説明したが、本発明はこれに限らない。他の実施形態として、例えば、水酸化バリウムを含有するアルカリ性の緩衝層や、水酸化カルシウムを含有するアルカリ性の緩衝層や、これらを任意に混合したアルカリ性の緩衝層等を適用することが可能である。

【産業上の利用可能性】

【0048】

本発明に係るバイポーラ型蓄電池は、バイポーラプレートと電極との間の隙間への電解液の浸入を抑制することができるので、各種産業において、極めて有益に利用することができる。

【符号の説明】

【0049】

１００ バイポーラ型蓄電池
１０１ スタック
１０２ フレーム
１１０ バイポーラ電極
１１１ バイポーラプレート
１１２ 正極
１１２ａ 正極用鉛箔
１１２ｂ 正極用活物質
１１３ 負極
１１３ａ 負極用鉛箔
１１３ｂ 負極用活物質
１１４ 接着層
１２０ 電解層
１３０ エンドプレート
１４０ エンドプレート
１５１ 緩衝層
２００ バイポーラ型蓄電池
２５２ ガス吸収層
３００ バイポーラ型蓄電池
３１１ａ，３３０ａ，３４０ａ 収納溝
４００ バイポーラ型蓄電池
４１１ａ，４３０ａ，４４０ａ 収納溝

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】