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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】特許公報(B2)
(11)【特許番号】
(24)【登録日】2022-07-11
(45)【発行日】2022-07-20
(54)【発明の名称】蓄電モジュール及びその製造方法
(51)【国際特許分類】
H01M 10/04 20060101AFI20220712BHJP
H01G 11/12 20130101ALI20220712BHJP
H01G 11/78 20130101ALI20220712BHJP
H01G 11/80 20130101ALI20220712BHJP
H01G 11/84 20130101ALI20220712BHJP
H01M 10/058 20100101ALI20220712BHJP
H01M 50/184 20210101ALI20220712BHJP
H01M 50/627 20210101ALI20220712BHJP
【ＦＩ】
H01M10/04 Z
H01G11/12
H01G11/78
H01G11/80
H01G11/84
H01M10/058
H01M50/184 A
H01M50/627
【請求項の数】
7
(21)【出願番号】P 2019035686
(22)【出願日】2019-02-28
(65)【公開番号】P2020140860
(43)【公開日】2020-09-03
【審査請求日】2021-06-18
(73)【特許権者】
【識別番号】000003218
【氏名又は名称】株式会社豊田自動織機
(74)【代理人】
【識別番号】100088155
【弁理士】
【氏名又は名称】長谷川 芳樹
(74)【代理人】
【識別番号】100113435
【弁理士】
【氏名又は名称】黒木 義樹
(74)【代理人】
【識別番号】100124062
【弁理士】
【氏名又は名称】三上 敬史
(74)【代理人】
【識別番号】100148013
【弁理士】
【氏名又は名称】中山 浩光
(74)【代理人】
【識別番号】100186761
【弁理士】
【氏名又は名称】上村 勇太
(72)【発明者】
【氏名】柘植 昭人
【審査官】近藤 政克
(56)【参考文献】
【文献】特開２０１９－０１６４５９（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２０１８－１２５１４１（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２０１８－１０６９７６（ＪＰ，Ａ）
【文献】国際公開第２０１８／１２３５０２（ＷＯ，Ａ１）
【文献】国際公開第２０１８／１５９４５６（ＷＯ，Ａ１）
(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)
Ｈ０１Ｍ １０／０４
Ｈ０１Ｇ １１／１２
Ｈ０１Ｇ １１／７８
Ｈ０１Ｇ １１／８０
Ｈ０１Ｇ １１／８４
Ｈ０１Ｍ １０／０５８
Ｈ０１Ｍ ５０／１８４
Ｈ０１Ｍ ５０／６２７
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
集電体、前記集電体の一方面に設けられた正極、及び前記集電体の他方面に設けられた負極を有するバイポーラ電極を含む複数の電極が、セパレータを介して積層方向に沿って積層される電極積層体と、前記電極積層体の周囲を囲んで設けられる封止体と、
を備え、
前記封止体は、前記バイポーラ電極の周縁部に結合する第１封止部と、前記第１封止部に結合する第２封止部とを有し、
前記第１封止部は、前記電極積層体において隣り合う前記電極の間に形成される内部空間に連通する第１貫通孔を有し、
前記第１封止部における前記第１貫通孔の周囲には、前記第１封止部の側面より前記内部空間の側に向かって窪む凹部が設けられ、
前記凹部には、前記第２封止部が充填されている、
蓄電モジュール。
【請求項2】
前記第２封止部は、前記第１貫通孔と前記封止体の外部とをつなぐ第２貫通孔を有し、前記凹部は、前記第２貫通孔に近づくほど拡径している、請求項１に記載の蓄電モジュール。
【請求項3】
前記凹部は、多段階に拡径している、請求項２に記載の蓄電モジュール。
【請求項4】
前記積層方向における前記凹部の両縁は、前記第１貫通孔が設けられる前記第１封止部とは異なる第１封止部に設けられる、請求項１～３のいずれか一項に記載の蓄電モジュール。
【請求項5】
枠形状を呈する第１封止部が結合された複数の電極を、セパレータを介して積層方向に沿って積層することによって、電極積層体を形成する第１工程と、積層された前記第１封止部同士を仮溶着する第２工程と、
仮溶着された前記第１封止部同士を結合する第２封止部を形成する第３工程と、
を備え、
前記第１工程では、前記電極積層体において隣り合う前記電極の間に形成される内部空間に連通すると共に、前記第１封止部に設けられる第１貫通孔に貫通孔形成部材を配置した状態にて、前記電極積層体を形成し、
前記第２工程では、前記貫通孔形成部材の周囲に位置する前記第１封止部の側面に、前記内部空間の側に向かって窪む凹部を形成し、
前記第３工程では、前記凹部に前記第２封止部を充填する、
蓄電モジュールの製造方法。
【請求項6】
前記第３工程は、第１金型を用いて、前記第１封止部の前記側面を覆うと共に、前記凹部を埋める第１樹脂部分を射出成形する工程と、
第２金型を用いて、前記第１樹脂部分の側面を覆う第２樹脂部分を射出成形する工程と、を備え、
前記積層方向において、前記第１樹脂部分を構成する樹脂の射出方向と、前記第２樹脂部分を構成する樹脂の射出方向とは、互いに反対向きである、請求項５に記載の蓄電モジュールの製造方法。
【請求項7】
前記第３工程後、前記貫通孔形成部材を抜出することによって、前記第１貫通孔に連通する第２貫通孔を前記第２封止部に形成する第４工程をさらに備える、請求項５又は６に記載の蓄電モジュールの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、蓄電モジュール及びその製造方法に関する。
【背景技術】
【0002】
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（例えば、下記特許文献１参照）。バイポーラ電池は、バイポーラ電極とセパレータとが積層方向に沿って交互に積層された積層体を備えている。積層体の側面には、積層方向に互い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。
【0003】
下記特許文献１の蓄電モジュールでは、積層体の側面に設けられた封止体と積層体全体を密封するラミネートフィルムとから、蓄電モジュールの封止構造が構成されているが、ラミネートフィルムに替えて、積層体の周囲に射出成形により封止体を直接形成する構造が考えられる。この場合、封止体は、例えば、第１封止部及び第２封止部とから構成され得る。第１封止部は、例えば、各バイポーラ電極の電極板の縁部に溶着などにより設けられる。第１封止部が設けられた電極板を積層することで積層体が構成される。第２封止部は、例えば、積層体の側面に露出すると共に各電極板に設けられた第１封止部を覆い、且つ、各電極板の第１封止部同士を結合するように、射出成形により設けられる。第２封止部の耐圧強度は、第１封止部の耐圧強度よりも高く構成される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0004】
【文献】特開２０１１－２０４３８６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0005】
封止体には、蓄電モジュールの内部空間へ電解液を注液するための貫通孔（注液口）が設けられる。上記のように封止体を第１封止部と第２封止部とから構成する場合においては、予め連通部が形成された第１封止部に対して射出成形により第２封止部を形成することがある。この場合、第１封止部における連通部が設けられる箇所及びその周辺と、第２封止部との接続領域が小さくなる。このため、上記箇所及びその周辺のシール強度（耐圧強度）が低下してしまう。そのため、第１封止部と第２封止部との境界であって、貫通孔が設けられる箇所及びその周辺においては、封止体の破壊が発生しやすい傾向にある。
【0006】
本発明の目的は、封止体において貫通孔が設けられる箇所及びその周辺の破壊を抑制可能な蓄電モジュール及びその製造方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【0007】
本発明の一側面に係る蓄電モジュールは、集電体、集電体の一方面に設けられた正極、及び集電体の他方面に設けられた負極を有するバイポーラ電極を含む複数の電極が、セパレータを介して積層方向に沿って積層される電極積層体と、電極積層体の周囲を囲んで設けられる封止体と、を備える。封止体は、バイポーラ電極の周縁部に結合する第１封止部と、第１封止部に結合する第２封止部とを有し、第１封止部は、電極積層体において隣り合う電極の間に形成される内部空間に連通する第１貫通孔を有する。第１封止部における第１貫通孔の周囲には、第１封止部の側面より内部空間の側に向かって窪む凹部が設けられ、凹部には、第２封止部が充填されている。
【0008】
この蓄電モジュールに含まれる第１封止部の側面には、第１貫通孔の周囲に位置すると共に、内部空間の側に向かって窪む凹部が設けられる。また、この凹部には第２封止部が充填されている。これにより、第１封止部において第１貫通孔が設けられる箇所の周辺と、第２封止部との接触面積を増加できる。このため、第１封止部と第２封止部との境界であって、第１貫通孔が設けられる箇所及びその周辺における封止体の耐圧強度を向上できる。したがって上記蓄電モジュールによれば、封止体において貫通孔が設けられる箇所及びその周辺の破壊を抑制可能である。
【0009】
第２封止部は、第１貫通孔と封止体の外部とをつなぐ第２貫通孔を有し、凹部は、第２貫通孔に近づくほど拡径してもよい。この場合、第２封止部を構成する材料が凹部に充填されやすくなる。したがって、第１貫通孔が設けられる箇所及びその周辺における封止体の耐圧強度を良好に向上できる。
【0010】
凹部は、多段階に拡径してもよい。この場合、第１封止部において第１貫通孔が設けられる箇所の周辺と、第２封止部との接触面積を良好に増加できる。
【0011】
積層方向における凹部の両縁は、第１貫通孔が設けられる第１封止部とは異なる第１封止部に設けられてもよい。この場合、第１封止部において貫通孔が設けられる箇所の周辺と、第２封止部との接触面積を良好に増加できる。
【0012】
本発明の別の一側面に係る蓄電モジュールの製造方法は、枠形状を呈する第１封止部が結合された複数の電極を、セパレータを介して積層方向に沿って積層することによって、電極積層体を形成する第１工程と、積層された第１封止部同士を仮溶着する第２工程と、仮溶着された第１封止部同士を結合する第２封止部を形成する第３工程と、を備える。第１工程では、電極積層体において隣り合う電極の間に形成される内部空間に連通すると共に、第１封止部に設けられる第１貫通孔に貫通孔形成部材を配置した状態にて、電極積層体を形成し、第２工程では、貫通孔形成部材の周囲に位置する第１封止部の側面に、内部空間の側に向かって窪む凹部を形成し、第３工程では、凹部に第２封止部を充填する。
【0013】
この蓄電モジュールの製造方法によれば、第２工程にて貫通孔形成部材の周囲に位置する第１封止部の側面に、内部空間の側に向かって窪む凹部が形成される。そして第３工程にて凹部に第２封止部が充填される。これにより、第１封止部において第１貫通孔が設けられる箇所の周辺と、第２封止部との接触面積を増加できる。このため、第１封止部と第２封止部との境界であって、貫通孔が設けられる箇所及びその周辺における耐圧強度を向上できる。したがって上記製造方法によって製造される蓄電モジュールによれば、封止体において貫通孔が設けられる箇所及びその周辺の破壊を抑制可能である。
【0014】
第３工程は、第１金型を用いて、第１封止部の側面を覆うと共に、凹部を埋める第１樹脂部分を射出成形する工程と、第２金型を用いて、第１樹脂部分の側面を覆う第２樹脂部分を射出成形する工程と、を備え、積層方向において、第１樹脂部分を構成する樹脂の射出方向と、第２樹脂部分を構成する樹脂の射出方向とは、互いに反対向きであってもよい。この場合、積層方向において互いに対向しており、電極積層体に対して拘束力を付加するオーバーハング部を良好に形成できる。したがって、封止体の耐圧強度をさらに向上できる。
【0015】
上記蓄電モジュールの製造方法は、第３工程後、貫通孔形成部材を抜出することによって、第１貫通孔に連通する第２貫通孔を第２封止部に形成する第４工程をさらに備えてもよい。この場合、第１工程にて単に貫通孔形成部材を用いることによって、互いに連通する第１貫通孔及び第２貫通孔を容易に形成できる。
【発明の効果】
【0016】
本発明の一側面によれば、封止体において貫通孔が設けられる箇所及びその周辺の破壊を抑制可能な蓄電モジュール及びその製造方法を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【0017】
【発明を実施するための形態】
【0018】
まず、図１及び図２を参照しながら、本実施形態に係る蓄電モジュールの製造方法によって製造される蓄電モジュールを含む蓄電装置の構成を説明する。図１は、蓄電モジュールを含む蓄電装置の概略断面図である。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に対して拘束荷重を付加する拘束部材３とを備えている。以下では、蓄電モジュール４が積層する方向を単に「積層方向Ｄ（Ｚ軸方向）」とする。また、積層方向Ｄに交差もしくは直交する方向を水平方向とする。水平方向は、例えば互いに直交するＸ軸方向とＹ軸方向とを有する。本実施形態では、「積層方向Ｄから見る」は、平面視に相当する。
【0019】
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）の導電構造体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から見て略矩形状を呈している。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。
【0020】
積層方向Ｄに互いに隣り合う蓄電モジュール４同士は、導電構造体５を介して電気的に接続されている。すなわち、隣り合う蓄電モジュール４の間には、導電構造体５が設けられている。また、導電構造体５は、積層方向Ｄの両端に位置する蓄電モジュール４の外側にも配置されている。積層方向Ｄの一端（本実施形態では上端）に位置する導電構造体５には、負極端子６が接続されている。積層方向Ｄの他端（本実施形態では下端）に位置する導電構造体５には、正極端子７が接続されている。負極端子６及び正極端子７のそれぞれは、例えばＸ軸方向に延在している。このような負極端子６及び正極端子７を設けることにより、蓄電装置１の充放電を実施できる。
【0021】
導電構造体５は、蓄電装置１における放熱板としても機能し得る。導電構造体５は、例えば蓄電モジュール４において発生した熱を放出し得る。導電構造体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Ｙ軸方向に沿って延在している。これらの流路５ａを空気等の冷媒が通過することによって、蓄電モジュール４にて発生した熱を効率的に外部に放出できる。図１の例では、平面視にて、導電構造体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、平面視にて、導電構造体５の面積は、蓄電モジュール４の面積と同じでもよく、蓄電モジュール４の面積よりも大きくてもよい。
【0022】
拘束部材３は、蓄電モジュール４を積層方向Ｄに拘束する部材であり、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とを有する。このため、モジュール積層体２には、導電構造体５を介して拘束部材３の拘束力が加わる。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及び導電構造体５の面積よりも一回り大きい面積を有する金属板であり、略矩形状を呈する。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と導電構造体５との間が絶縁されている。
【0023】
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及び導電構造体５は、エンドプレート８によって挟持され、且つ、モジュール積層体２としてユニット化される。また、ユニット化されたモジュール積層体２に対しては、積層方向Ｄに沿った拘束力が付加される。
【0024】
次に、図２を参照しながら、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の側面を囲う封止体１２とを備える。また、図示はしないが、蓄電モジュール４内には電解液が収容されている（詳細は後述）。
【0025】
まず、蓄電モジュール４の電極積層体１１の構成について説明する。電極積層体１１は、セパレータ１３を介して積層方向Ｄに積層された複数の電極を含む。複数の電極は、バイポーラ電極１４と、負極終端電極１８と、正極終端電極１９とを含む。以下では、積層方向Ｄに沿って交互に積層されるバイポーラ電極１４及びセパレータ１３を、積層体とも呼称する。この場合、負極終端電極１８は積層方向Ｄにおいて積層体の一端に位置し、正極終端電極１９は積層方向Ｄにおいて積層体の他端に位置する。
【0026】
バイポーラ電極１４及びセパレータ１３は、積層方向Ｄに沿って互いに積層されており、例えば平面視にて矩形状を呈している。セパレータ１３は、隣り合うバイポーラ電極１４の間に配置されている。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を含む集電体１５と、一方面１５ａに設けられた正極１６と、他方面１５ｂに設けられた負極１７とを有している。
【0027】
集電体１５は、水平方向に延在する板形状を呈する導電体であり、可撓性を示す。このため水平方向は、集電体１５の延在方向とも言える。集電体１５は、例えばニッケル箔、メッキ処理が施された鋼板、またはメッキ処理が施されたステンレス鋼板である。鋼板としては、例えばＪＩＳ Ｇ ３１４１：２００５にて規定される冷間圧延鋼板（ＳＰＣＣ等）が挙げられる。ステンレス鋼板としては、例えばＪＩＳ Ｇ ４３０５：２０１５にて規定されるＳＵＳ３０４等が挙げられる。集電体１５の厚さは、例えば０．１μｍ以上１０００μｍ以下である。なお、集電体１５がニッケル箔である場合、当該ニッケル箔にメッキ処理が施されてもよい。
【0028】
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に隣り合う一方のバイポーラ電極１４の負極１７と向かい合っている。正極１６は、集電体１５の一方面１５ａに正極活物質を塗工することにより形成されている。正極活物質は、例えば、水酸化ニッケルである。水酸化ニッケルには、コバルト酸化物等が被覆されてもよい。
【0029】
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に隣り合う他方のバイポーラ電極１４の正極１６と向かい合っている。負極１７は、集電体１５の他方面１５ｂに負極活物質を塗工することにより形成されている。負極活物質は、例えば水素吸蔵合金である。なお、集電体１５の周縁部１５ｃは、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。
【0030】
負極終端電極１８は、集電体１５と、集電体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に含まれる集電体１５の他方面１５ｂは、電極積層体１１における積層方向Ｄの内側（中央側）を向く面である。負極終端電極１８に含まれる集電体１５の一方面１５ａは、電極積層体１１の積層方向Ｄにおける一方の外表面を構成する面であり、蓄電モジュール４に隣接する一方の導電構造体５と電気的に接続されている。負極終端電極１８の集電体１５の他方面１５ｂに設けられた負極１７は、セパレータ１３を介してバイポーラ電極１４の正極１６と対向している。
【0031】
正極終端電極１９は、積層方向Ｄの他端に配置されており、集電体１５と、集電体１５の他方面１５ｂに設けられた正極１６とを有している。正極終端電極１９に含まれる集電体１５の一方面１５ａは、電極積層体１１における積層方向Ｄの内側を向く面である。正極終端電極１９に含まれる集電体１５の他方面１５ｂは、積層方向Ｄにおける電極積層体１１の他方の外側面を構成する面であり、蓄電モジュール４に隣接する他方の導電構造体５と電気的に接続されている。正極終端電極１９の集電体１５の他方面１５ｂに設けられた正極１６は、セパレータ１３を介してバイポーラ電極１４の負極１７と対向している。
【0032】
セパレータ１３は、正極１６と負極１７とを隔離するための部材であり、正極１６と負極１７との間に配置される。セパレータ１３は、例えばシート形状を呈する。セパレータ１３は、例えば、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である。セパレータ１３は、ポリエチレン、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でもよい。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てもよい。セパレータ１３は、シート形状に限られず、袋状でもよい。
【0033】
次に、封止体１２の構成について説明する。封止体１２は、電極積層体１１の周囲を囲んで設けられる樹脂部材である。封止体１２は、集電体１５の周縁部１５ｃを包囲するように設けられる。封止体１２は、例えば絶縁性の樹脂によって形成されており、全体として矩形筒形状を呈する。絶縁性の樹脂は、例えば、耐アルカリ性を示す熱可塑性樹脂である。このような熱可塑性樹脂は、例えば、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）等である。封止体１２は、集電体１５の周縁部１５ｃに結合された複数の第１封止部２１と、第１封止部２１の側面２１ａを覆う第２封止部２２とを有する。
【0034】
第１封止部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のそれぞれの縁部に結合する樹脂部材である。具体的には、第１封止部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に含まれる集電体１５の周縁部１５ｃのそれぞれに結合する。第１封止部２１は、対応する周縁部１５ｃの全周にわたって連続的に設けられる。このため、第１封止部２１は、積層方向Ｄから見て矩形枠形状を呈する。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樹脂フィルムである。第１封止部２１は、樹脂シートを打ち抜き加工することによって形成されてもよいし、金型を用いた射出成形によって形成されてもよい。第１封止部２１の厚さは、例えば１００μｍ以上１５０μｍ以下である。
【0035】
平面視における第１封止部２１の内側部分は、例えば超音波処理又は熱処理の実施を経て、各周縁部１５ｃに溶着されている。本実施形態では、上記内側部分は、バイポーラ電極１４における周縁部１５ｃの一方面１５ａと、負極終端電極１８における周縁部１５ｃの一方面１５ａと、正極終端電極１９における周縁部１５ｃの一方面１５ａ及び他方面１５ｂとに溶着されている。このため、正極終端電極１９には、２つの第１封止部２１が溶着されている。各集電体１５と第１封止部２１とは、気密に結合されている。
【0036】
第１封止部２１は、互いに異なる形状を呈する封止部２１Ａ，２１Ｂを有する。封止部２１Ａは、バイポーラ電極１４及び正極終端電極１９に含まれる集電体１５の一方面１５ａに溶着される。封止部２１Ｂは、負極終端電極１８に含まれる集電体１５の一方面１５ａと、正極終端電極１９に含まれる集電体１５の他方面１５ｂとに溶着される。封止部２１Ａは２層構造を示す一方で、封止部２１Ｂは単層構造を示す。例えば、封止部２１Ａの一部が折りたたまれることによって、封止部２１Ａは２層構造を示す。本実施形態では、バイポーラ電極１４には封止部２１Ａが溶着され、負極終端電極１８には封止部２１Ｂが溶着され、正極終端電極１９には封止部２１Ａ，２１Ｂが溶着される。
【0037】
平面視における第１封止部２１の外側部分は、水平方向において集電体１５よりも外側に位置している。当該外側部分の少なくとも一部は、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、接している。これにより、当該第１封止部２１同士は液密及び気密に溶着される。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、離間してもよい。
【0038】
以下では、積層方向Ｄにおいて集電体１５と第１封止部２１とが結合する領域を、結合領域Ｋとする。集電体１５において、少なくとも結合領域Ｋに含まれる表面は、粗面化されている。本実施形態では、バイポーラ電極１４及び負極終端電極１８に含まれる集電体１５の一方面１５ａにおける全体と、正極終端電極１９に含まれる集電体１５の全体とのそれぞれが、粗面化されている。
【0039】
表面の粗面化は、表面粗さの拡大に相当する。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される。例えば、集電体１５の一方面１５ａに複数の突起が形成された場合、当該一方面１５ａと第１封止部２１との接合界面では、溶融状態の樹脂が複数の突起間に入り込む。これにより、アンカー効果が発揮されるので、集電体１５と第１封止部２１との間の結合強度を向上できる。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。この場合、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るので、アンカー効果が良好に発揮される。
【0040】
第２封止部２２は、蓄電モジュール４の外壁（筐体）を構成する部材であり、各第１封止部２１の外表面を覆っている。第２封止部２２は、例えば樹脂の射出成形によって形成され、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、例えば射出成形時の熱によって第１封止部２１の外表面に溶着されている。これにより、第２封止部２２は、各第１封止部２１を結合している。
【0041】
第２封止部２２は、各第１封止部２１の側面２１ａを直接覆う第１樹脂部分３１と、第１樹脂部分３１の側面を覆う第２樹脂部分３２とを有する。第１樹脂部分３１は、主部３１ａ及びオーバーハング部３１ｂを有する。主部３１ａは、第１樹脂部分３１の側面を構成する部分である。オーバーハング部３１ｂは、積層方向Ｄにおける主部３１ａの一端と共に封止体１２の角部を構成する部分であり、当該一端から水平方向に沿って内側に張り出している。第２樹脂部分３２は、第１樹脂部分３１と同様に、主部３２ａ及びオーバーハング部３２ｂを有する。主部３２ａは、封止体１２の側壁として機能する部分であり、第１樹脂部分３１の側面を覆っている。オーバーハング部３２ｂは、積層方向Ｄにおける主部３２ａの他端と共に封止体１２の別の角部を構成する部分であり、当該他端から水平方向に沿って内側に張り出している。このため、オーバーハング部３１ｂ，３２ｂは、積層方向Ｄにおいて互いに対向しており、電極積層体１１に対して積層方向Ｄに沿った拘束力を付加する。
【0042】
第１封止部２１及び第２封止部２２は、電極積層体１１内に内部空間Ｖを形成すると共に内部空間Ｖを封止する。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、電極積層体１１と封止体１２とによって、内部空間Ｖが形成される。より具体的には、隣り合う電極の間（すなわち、互いに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、気密に仕切られた内部空間Ｖが形成される。この内部空間Ｖには、例えば水溶液系の電解液（具体例としては、水酸化カリウム水溶液、水酸化リチウム水溶液、もしくはこれらの混合液等のアルカリ性電解液）が収容されている。この電解液は、第１封止部２１に設けられる連通孔（不図示）を介して、内部空間Ｖに収容される。当該連通孔は、電解液の注入後に例えば圧力調整弁等によって塞がれる。なお、「内部空間の体積」と言う場合は、セパレータ１３の空隙を含む体積を意味する。
【0043】
図３は、図２とは異なる位置における蓄電モジュールの内部構成を示す要部拡大断面図である。図２，３は、互いに直交した断面を示す。図３に示されるように、封止体１２の外表面には、図示しない圧力調整弁等を装着するための被装着部４０が設けられる。加えて、封止体１２には、被装着部４０に連通すると共に、内部空間Ｖと封止体１２の外部とをつなぐ貫通孔５０が設けられる。貫通孔５０は、内部空間Ｖに電解液を注液するために設けられる開口であり、積層方向Ｄに交差する方向に沿って延在する。本実施形態では、貫通孔５０は、水平方向に沿って延在している。図３においては、貫通孔５０は封止体１２に１つ設けられているが、これに限られない。例えば、封止体１２には、各内部空間Ｖに応じて設けられる複数の貫通孔５０が設けられてもよい。この場合、複数の内部空間Ｖに電解液を同時に注液する観点から、少なくとも一部の貫通孔５０同士は、積層方向Ｄにおいて互いに重ならなくてもよい。
【0044】
貫通孔５０は、第１封止部２１に設けられる第１貫通孔５１と、第２封止部２２に設けられる第２貫通孔５２とを有する。図３においては、第１貫通孔５１は、内部空間Ｖに連通する開口であり、負極終端電極１８に隣接するバイポーラ電極１４に結合する第１封止部２１に設けられる。第２貫通孔５２は、第１貫通孔５１と封止体１２の外部とをつなぐ開口であり、第２封止部２２における第１樹脂部分３１及び第２樹脂部分３２の両方に形成される。第２貫通孔５２は、例えば被装着部４０に装着される圧力調整弁等（不図示）等に連通する。本実施形態では、積層方向Ｄに沿った第１貫通孔５１の径は、積層方向Ｄに沿った第２貫通孔５２の径と同一もしくは略同一である。また、本実施形態では、第１貫通孔５１の一端は第１封止部２１の内側面に位置し、第１貫通孔５１の他端は第１封止部２１の側面２１ａに位置するものとする。
【0045】
第１封止部２１の側面２１ａには、第１貫通孔５１の周囲に位置する凹部５３，５４が設けられる。凹部５３，５４は、第１封止部２１の側面２１ａより内部空間Ｖの側に向かって窪んでおり、第１貫通孔５１と一体化している。このため、第１貫通孔５１の一部は、凹部５３，５４が設けられることによって拡径している。凹部５３，５４が設けられることによって、第１貫通孔５１の一部は、少なくとも積層方向Ｄにおいて拡径している。凹部５３，５４には、第２封止部２２が充填されている。より具体的には、凹部５３，５４には、第１樹脂部分３１を構成する樹脂が充填されている。このため、第１貫通孔５１の外側の開口端は、第２封止部２２によって構成される。なお、凹部５３，５４のそれぞれは、底部を有さなくてもよい。
【0046】
凹部５３は、第１貫通孔５１が設けられる第１封止部２１の側面２１ａに設けられている。一方、凹部５４は、第１貫通孔５１に隣接する第１封止部２１の側面２１ａに設けられている。図３においては、凹部５４は、負極終端電極１８に結合する第１封止部２１の側面２１ａに設けられている。また、凹部５３，５４は、水平方向において集電体１５の周縁部１５ｃよりも外側に位置する。これにより、凹部５３，５４の形成時に周縁部１５ｃが露出することを防止できる。本実施形態では、凹部５３，５４は、水平方向において第２貫通孔５２に近づくほど拡径している。すなわち、凹部５３，５４は、水平方向において内部空間Ｖから遠ざかるほど拡径している。
【0047】
【0048】
まず、図４（ａ）～（ｃ）に示されるように、各電極（バイポーラ電極１４、負極終端電極１８、及び正極終端電極１９）に対して第１封止部２１を成形する。この工程では、最初に、バイポーラ電極１４、負極終端電極１８、及び正極終端電極１９を準備する。続いて、バイポーラ電極１４、負極終端電極１８及び正極終端電極１９に含まれる集電体１５の一方面１５ａに、第１封止部２１を溶着する。具体的には、バイポーラ電極１４及び正極終端電極１９のそれぞれに対して、封止部２１Ａを結合する。さらに、負極終端電極１８に含まれる集電体１５の一方面１５ａと、正極終端電極１９に含まれる集電体１５の他方面１５ｂのそれぞれに対して、封止部２１Ｂを溶着する。なお、バイポーラ電極１４に結合する第１封止部２１の少なくとも一部には、第１貫通孔５１が形成されている。
【0049】
次に、図５に示されるように、電極積層体１１を形成する（第１工程）。第１工程では、各電極とセパレータ１３とを積層方向に沿って交互に積層することによって、電極積層体１１を形成する。具体的には、まず、バイポーラ電極１４及びセパレータ１３を積層方向Ｄに沿って交互に積層することによって、積層体を形成する。続いて、積層方向Ｄにおける積層体の一端に負極終端電極１８を配置すると共に、積層方向Ｄにおける積層体の他端に正極終端電極１９を配置する。これにより、バイポーラ電極１４、セパレータ１３、負極終端電極１８、及び正極終端電極１９を有する電極積層体１１を形成する。
【0050】
第１工程では、第１貫通孔５１の閉塞を防止するため、第１貫通孔５１に貫通孔形成部材６０を配置した状態にて電極積層体１１を形成する。図５では、貫通孔形成部材６０は、第１封止部２１に設けられる第１貫通孔５１に隙間なく挿入されている。貫通孔形成部材６０は、上述したように第１貫通孔５１の閉塞を防止するための部材であり、且つ、後述する第２貫通孔５２を形成するための部材である。貫通孔形成部材６０は、例えば板形状を呈しており、後述する第２封止部２２の形成時において変形等が発生しない強度を有する。貫通孔形成部材６０の一部は、水平方向において第１封止部２１の側面よりも外側に露出している。
【0051】
次に、図６に示されるように、積層された第１封止部２１同士を仮溶着する（第２工程）。第２工程では、まず、一対の押圧治具７１，７２を用いて、積層方向Ｄに沿って電極積層体１１を挟持する。押圧治具７１，７２のそれぞれは、例えば矩形板形状を呈する部材である。ここで、押圧治具７１，７２の縁は、平面視にて、第１封止部２１の外縁よりも内側であって、第１封止部２１の内縁よりも外側に位置する。このため、押圧治具７１，７２のそれぞれは、平面視にて第１封止部２１の一部を覆う。換言すると、第１封止部２１の他部は、平面視にて押圧治具７１，７２から露出している。本実施形態では、押圧治具７１，７２の縁は、平面視にて、集電体１５の周縁部１５ｃよりも外側に位置している。
【0052】
続いて第２工程では、水平方向に沿って、加熱治具７３によって各第１封止部２１を押圧すると共に加熱する。まず、加熱治具７３は、押圧治具７１，７２に突き当たるまで、水平方向に沿って各第１封止部２１を押圧する。このとき、加熱治具７３によって第１封止部２１が加熱される。これにより、各第１封止部２１が変形し、積層方向Ｄにおいて互いに隣り合う第１封止部２１同士の隙間（図５を参照）が埋められる。加えて、加熱された第１封止部２１の表面が溶融することによって、互いに隣り合う第１封止部２１同士が仮溶着される。このような第２工程を実施することによって、電極積層体１１に含まれるバイポーラ電極１４、負極終端電極１８及び正極終端電極１９を互いに仮固定できる。
【0053】
加熱治具７３は、第１封止部２１を押圧及び加熱するための治具であり、例えば略角筒形状を呈する。図示しないが、加熱治具７３は、２つ以上の部品に分解可能である。加熱治具７３は、貫通孔形成部材６０が挿通される開口７３ａと、開口７３ａの周囲に設けられる凸部７３ｂとを有する。凸部７３ｂは、水平方向において電極積層体１１に向かって突出する部分であり、開口７３ａの縁に沿って連続的に設けられている。本実施形態では、凸部７３ｂは先細り形状を呈する。したがって本実施形態では、凸部７３ｂの幅は、その先端に向かうほど狭まっている。
【0054】
第２工程では、加熱治具７３に凸部７３ｂが設けられることにより、第１封止部２１の側面２１ａにおいて第１貫通孔５１の周囲に位置する部分が、凸部７３ｂによって押圧される。凸部７３ｂが開口７３ａの縁に沿って連続的に設けられているので、第１封止部２１の側面２１ａが窪むことによって凹部５３，５４が形成される。具体的には、バイポーラ電極１４に結合する第１封止部２１に凹部５３が設けられると共に、負極終端電極１８に結合する第１封止部２１に凹部５４が設けられる。なお、第１貫通孔５１には貫通孔形成部材６０が隙間なく挿入されているので、凸部７３ｂによって押し出された樹脂によって第１貫通孔５１は閉塞しない。加えて、凸部７３ｂが開口７３ａの縁に沿って連続的に設けられているので、凹部５３，５４は、第１貫通孔５１と一体化する。
【0055】
次に、仮溶着された各第１封止部２１を結合する第２封止部２２を形成する（第３工程）。第３工程では、まず、図７に示されるように、例えば第１金型８１を用いて、各第１封止部２１の外周面上に加熱溶融材料である樹脂を射出成形する。これにより、第１封止部２１の側面２１ａを覆うと共に、凹部５３，５４を埋める第１樹脂部分３１を射出形成する。なお、第１樹脂部分３１を形成する樹脂は、第１金型８１に設けられる射出口８１ａを介して、積層方向Ｄにおける一端側（上端側）から他端側（下端側）へ向かって射出される。また、第１金型８１は、貫通孔形成部材６０が挿通する開口８１ｂを有する。このため、第１樹脂部分３１は、貫通孔形成部材６０が第１貫通孔５１に隙間なく挿入された状態にて射出成形される。したがって、第３工程後、第１貫通孔５１は、第１樹脂部分３１を形成する樹脂によって埋められない。
【0056】
続いて、図８に示されるように、例えば第２金型８２を用いて、少なくとも第１樹脂部分３１の側面を覆う第２樹脂部分３２を射出成形する。これにより、第１樹脂部分３１及び第２樹脂部分３２を含む第２封止部２２を形成する。このとき、第２樹脂部分３２に被装着部４０も形成する。なお、第２樹脂部分３２を形成する樹脂は、第２金型８２に設けられる射出口８２ａを介して、積層方向Ｄにおける他端側から一端端側へ向かって射出される。このため、第１樹脂部分３１を構成する樹脂の射出方向と、第２樹脂部分３２を構成する樹脂の射出方向とは、互いに反対向きである。また、第２金型８２は、第１金型８１と同様に、貫通孔形成部材６０が挿通する開口８２ｂを有する。このため、第２樹脂部分３２もまた、貫通孔形成部材６０が第１貫通孔５１に隙間なく挿入された状態にて射出成形される。したがって、第３工程後、第１貫通孔５１は、第２封止部２２を形成する樹脂によって埋められない。
【0057】
次に、貫通孔形成部材６０を抜出することによって、第１貫通孔５１に連通する第２貫通孔５２を第２封止部２２に形成する（第４工程）。第４工程では、貫通孔形成部材６０を水平方向に沿って電極積層体１１から取り出す。これによって、第１樹脂部分３１及び第２樹脂部分３２において貫通孔形成部材６０によって埋められなかった部分が、開口される。この開口が、第１貫通孔５１と外部とをつなぐ第２貫通孔５２になる。以上の工程を経て、図２に示されるように、第１貫通孔５１を有する第１封止部２１と、第２貫通孔５２を有する第２封止部２２とを備える封止体１２を形成する。そして図示はしないが、第４工程後、貫通孔５０を介して内部空間Ｖ内に電解液を注入し、被装着部４０に圧力調整弁等が装着される。以上の工程を経て、蓄電モジュール４が製造される。
【0058】
以上に説明した本実施形態に係る製造方法によって製造された蓄電モジュール４によれば、第１貫通孔５１が設けられる第１封止部２１の側面２１ａには、第１貫通孔５１と一体化する凹部５３が設けられる。また、第１貫通孔５１に隣接する第１封止部２１の側面２１ａにも、第１貫通孔５１と一体化する凹部５４が設けられる。加えて、凹部５３，５４には第２封止部２２が充填されている。これにより、第１封止部２１において第１貫通孔５１が設けられる箇所の周辺と、第２封止部２２との接触面積を増加できる。このため、第１封止部２１と第２封止部２２との境界であって、第１貫通孔５１が設けられる箇所及びその周辺における封止体１２の耐圧強度を向上できる。したがって本実施形態によれば、封止体１２において貫通孔５０が設けられる箇所及びその周辺の破壊を抑制可能である。
【0059】
加えて本実施形態では、負極終端電極１８に結合する第１封止部２１の側面２１ａであって、第１貫通孔５１の周囲に位置する凹部５４が設けられる。そしてこの凹部５４には第２封止部２２が充填されている。これにより、負極終端電極１８に結合する第１封止部２１は、積層方向Ｄにおける両側から第２封止部２２によって挟まれている。このため、第２封止部２２による負極終端電極１８の固定強度を向上できる。したがって、蓄電モジュール４の内圧上昇に起因した負極終端電極１８の剥離を抑制できる。
【0060】
本実施形態では、第２封止部２２は、水平方向に延在し、第１貫通孔５１と封止体１２の外部とをつなぐ第２貫通孔５２を有し、凹部５３は、水平方向において第２貫通孔５２に近づくほど拡径している。このため、第２封止部２２を構成する材料が凹部５３，５４に充填されやすくなる。したがって、第１貫通孔５１が設けられる箇所及びその周辺における封止体１２の耐圧強度を良好に向上できる。
【0061】
本実施形態では、上記第３工程は、第１金型８１を用いて、凹部５３を埋めると共に第１封止部２１の側面を覆う第１樹脂部分３１を射出成形する工程と、第２金型８２を用いて、第１樹脂部分３１の側面を覆う第２樹脂部分３２を射出成形する工程と、を備え、積層方向Ｄにおいて、第１樹脂部分３１を構成する樹脂の射出方向と、第２樹脂部分３２を構成する樹脂の射出方向とは、互いに反対向きである。このため、積層方向Ｄにおいて互いに対向しており、電極積層体１１に対して拘束力を付加するオーバーハング部３１ｂ，３２ｂを良好に形成できる。したがって、封止体１２の耐圧強度をさらに向上できる。
【0062】
本実施形態では、蓄電モジュール４の上記製造方法は、貫通孔形成部材６０を抜出することによって、第１貫通孔５１に連通する第２貫通孔５２を第２封止部２２に形成する上記第４工程を備える。このため、上記第１工程にて単に貫通孔形成部材６０を用いることによって、互いに連通する第１貫通孔５１及び第２貫通孔５２を容易に形成できる。
【0063】
以下では、図９（ａ），（ｂ）を参照しながら、上記実施形態の各変形例について説明する。以下の各変形例において、上記実施形態と重複する箇所の説明は省略する。したがって以下では、上記実施形態と異なる箇所を主に説明する。
【0064】
図９（ａ）は、第１変形例に係る蓄電モジュールの要部拡大断面図である。図９（ａ）に示されるように、第１変形例では、凹部５３Ａは、多段階に拡径している。加えて、第１貫通孔５１に隣接する第１封止部２１の側面に設けられる凹部５４Ａもまた、多段階に拡径している。第１変形例においては、凹部５３Ａ，５４Ａの表面は、ステップ状に変化している。このような第１変形例においても、上記実施形態と同様の作用効果が奏される。加えて、第１封止部２１において第１貫通孔５１が設けられる箇所の周辺と、第２封止部２２との接触面積を良好に増加できる。
【0065】
図９（ｂ）は、第２変形例に係る蓄電モジュールの要部拡大断面図である。図９（ｂ）に示されるように、第２変形例では、積層方向Ｄにおける凹部５３Ｂの縁と、積層方向Ｄにおける凹部５４Ｂの縁とのそれぞれ（すなわち、積層方向における凹部の両縁）は、第１貫通孔５１が設けられる第１封止部２１とは異なる第１封止部２１に設けられる。このような第２変形例においても、上記実施形態と同様の作用効果が奏される。加えて、第２変形例においても、第１封止部２１において第１貫通孔５１が設けられる箇所の周辺と、第２封止部２２との接触面積を良好に増加できる。
【0066】
本発明に係る蓄電モジュール及びその製造方法は、上記実施形態及び上記変形例に限定されず、他に様々な変形が可能である。例えば、上記実施形態及び上記変形例は、適宜組み合わされてもよい。例えば、上記第１変形例と上記第２変形例とは、組み合わされてもよい。この場合、第１封止部において第１貫通孔が設けられる箇所の周辺と、第２封止部との接触面積を良好に増加できる。
【0067】
上記実施形態及び上記変形例では、各集電体における一方面が粗面化されているが、これに限られない。例えば、当該一方面のうち結合領域に含まれる箇所のみが粗面化されてもよい。また、導電板の一方面のうち、結合領域に含まれる箇所のみが粗面化されてもよい。
【0068】
上記実施形態及び上記変形例では、集電体は平面視にて略矩形状を呈するが、これに限られない。集電体は、平面視にて多角形状でもよいし、円形状でもよいし、楕円形状でもよい。同様に、エンドプレートと、セパレータとのそれぞれは、平面視にて略矩形状を呈さなくてもよいし、封止体（具体的には、第１封止部及び第２封止部）もまた平面視にて略矩形枠形状を呈さなくてもよい。
【0069】
上記実施形態及び上記変形例では、第２工程において用いられる押圧治具と加熱治具とは、互いに異なる治具であるが、これに限られない。例えば、押圧治具は、加熱治具の一部でもよい。また、上記実施形態及び上記変形例では、加熱治具によって第１封止部に凹部が形成されるが、これに限られない。例えば、加熱治具による第１封止部同士の仮溶着後に凹部を形成してもよい。また、第２工程以降では、同一の貫通孔形成部材が用いられているが、これに限られない。例えば、加熱治具に挿通する貫通孔形成部材と、第１金型に挿通する貫通孔形成部材と、第２金型に挿通する貫通孔形成部材とは、互いに異なってもよい。第１金型と第２金型とには、予め貫通孔形成部材が取り付けられてもよい。
【0070】
上記実施形態及び上記変形例では、第２封止部は第１樹脂部分及び第２樹脂部分を有しているが、これに限られない。例えば、第２封止部は、第１樹脂部分のみによって形成されてもよい。この場合、積層方向における第１樹脂部分の両端には、オーバーハング部が形成される。
【0071】
上記実施形態及び上記変形例では、封止体に設けられる貫通孔は水平方向に沿って延在しているが、これに限られない。例えば、貫通孔は、積層方向に交差する交差方向に沿って延在してもよい。
【符号の説明】
【0072】
１…蓄電装置、２…モジュール積層体、３…拘束部材、４…蓄電モジュール、５…導電構造体、１１…電極積層体、１２…封止体、１３…セパレータ、１４…バイポーラ電極、１５…集電体、１５ａ…一方面、１５ｂ…他方面、１５ｃ…周縁部、１８…負極終端電極、１９…正極終端電極、２１…第１封止部、２２…第２封止部、３１…第１樹脂部分、３１ｂ…オーバーハング部、３２…第２樹脂部分、３２ｂ…オーバーハング部、５１…第１貫通孔、５２…第２貫通孔、５３，５４…凹部、７１，７２…押圧治具、７３…加熱治具、８１…第１金型、８２…第２金型、Ｄ…積層方向、Ｋ…結合領域、Ｖ…内部空間。
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】