JP2018060648A - Power storage device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、蓄電装置に関する。 The present invention relates to a power storage device.
集電体の一方の面に正極が形成され、他方の面に負極が形成されたバイポーラ電極がセパレータを介して一方向に積層された積層体を備えるバイポーラ電池が知られている。例えば、特許文献1には、バイポーラ電極の積層方向から集電体を見たときに、外形となる端部が樹脂により被覆されたバイポーラ電池が開示されている。 There is known a bipolar battery including a laminate in which a bipolar electrode having a positive electrode formed on one surface of a current collector and a negative electrode formed on the other surface is laminated in one direction through a separator. For example, Patent Document 1 discloses a bipolar battery in which an end portion which is an outer shape is covered with a resin when the current collector is viewed from the lamination direction of the bipolar electrodes.
上記バイポーラ電極を含む蓄電装置では、充放電時に熱が発生する。しかしながら、上記従来のバイポーラ電池では、集電板の端部が樹脂により覆われているので、当該積層体部分で発生する熱を集電体の端部、すなわちバイポーラ電極の積層方向に直交する方向から放熱させることが難しく、放熱性に乏しい。 In a power storage device including the bipolar electrode, heat is generated during charging and discharging. However, in the conventional bipolar battery, since the end portion of the current collector plate is covered with the resin, the heat generated in the laminated body portion is orthogonal to the end portion of the current collector, that is, the bipolar electrode stacking direction. It is difficult to dissipate heat from, and heat dissipation is poor.
本発明は、バイポーラ電極が積層された積層体部分の放熱性を向上させることができる蓄電装置を提供することを目的とする。 An object of this invention is to provide the electrical storage apparatus which can improve the heat dissipation of the laminated body part by which the bipolar electrode was laminated | stacked.
本発明に係る蓄電装置は、集電体の一方の面に設けられた正極層と一方の面とは反対側の他方の面に設けられた負極層とを有するバイポーラ電極を有する蓄電装置であって、バイポーラ電極がセパレータを介して第一方向に積層されたバイポーラ電極群を含む積層体と、積層体の側面を取り囲んで保持する第一樹脂部と、第一樹脂部を取り囲む第二樹脂部とを有する絶縁性のケースと、を備え、第一樹脂部は、電解液に対する耐腐食性を有する樹脂から形成されており、第二樹脂部は、第一樹脂部よりも熱伝導率が高い樹脂から形成されている。 A power storage device according to the present invention is a power storage device having a bipolar electrode having a positive electrode layer provided on one surface of a current collector and a negative electrode layer provided on the other surface opposite to the one surface. A bipolar body including a bipolar electrode group in which bipolar electrodes are laminated in a first direction via a separator, a first resin part surrounding and holding a side surface of the multilayer body, and a second resin part surrounding the first resin part The first resin part is made of a resin having corrosion resistance to the electrolytic solution, and the second resin part has a higher thermal conductivity than the first resin part. It is formed from resin.
この蓄電装置では、積層体の側面を取り囲んで保持する第一樹脂部が電解液に対する耐腐食性を有しているので、電解液によって腐食されることがない。さらに、第一樹脂部の外側には、第一樹脂部よりも熱伝導率が高い第二樹脂部が設けられているので、積層体において発生した熱をケースの外側に効率的に逃がすことができる。この結果、バイポーラ電極が積層された積層体部分の放熱性を向上させることができる。 In this power storage device, the first resin portion that surrounds and holds the side surface of the laminate has corrosion resistance to the electrolytic solution, so that it is not corroded by the electrolytic solution. Furthermore, since the second resin part having higher thermal conductivity than the first resin part is provided outside the first resin part, the heat generated in the laminate can be efficiently released to the outside of the case. it can. As a result, it is possible to improve the heat dissipation of the stacked body portion where the bipolar electrodes are stacked.
第一方向から見たときのバイポーラ電極における集電体の端部は、第二樹脂部によって保持されていてもよい。この構成の蓄電装置では、バイポーラ電極の集電体は、第一樹脂部及び第二樹脂部の両方によって保持され、その端部は、熱伝導率が相対的に高い第二樹脂部によって保持されている。これにより、積層体において発生した熱を、集電体を介してケースの外側に効果的に放熱することができる。 The end portion of the current collector in the bipolar electrode when viewed from the first direction may be held by the second resin portion. In the power storage device having this configuration, the current collector of the bipolar electrode is held by both the first resin portion and the second resin portion, and the end portion thereof is held by the second resin portion having a relatively high thermal conductivity. ing. Thereby, the heat generated in the laminate can be effectively radiated to the outside of the case via the current collector.
上記蓄電装置は、ニッケル水素二次電池として構成してもよい。この構成のニッケル水素二次電池では、上記のとおり、バイポーラ電極が積層された積層体部分の放熱性を向上させることができる。 The power storage device may be configured as a nickel hydride secondary battery. In the nickel metal hydride secondary battery having this configuration, as described above, the heat dissipation of the stacked body portion where the bipolar electrodes are stacked can be improved.
第一樹脂部は、水酸化カリウムに対する耐腐食性を有する樹脂から形成されていてもよい。この構成の蓄電装置では、ニッケル水素二次電池として構成される場合であっても、積層体に保持される電解液によって腐食されることがない。 The 1st resin part may be formed from resin which has the corrosion resistance with respect to potassium hydroxide. The power storage device having this configuration is not corroded by the electrolytic solution retained in the laminate, even when configured as a nickel metal hydride secondary battery.
本発明によれば、バイポーラ電極が積層された積層体部分の放熱性を向上させることができる。 ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the heat dissipation of the laminated body part by which the bipolar electrode was laminated | stacked can be improved.
以下、添付図面を参照しながら本発明の実施形態が詳細に説明される。図面の説明において、同一又は同等の要素には同一符号が用いられ、重複する説明は省略される。図1〜図5には、XYZ直交座標系が示される。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. In the description of the drawings, the same reference numerals are used for the same or equivalent elements, and redundant descriptions are omitted. 1 to 5 show an XYZ orthogonal coordinate system.
(第一実施形態)
図1に示される蓄電装置10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車両に搭載されるニッケル水素二次電池である。蓄電装置10は、複数のバイポーラ電極12(バイポーラ電極群)と、正極終端電極30と、正極端子部材35と、負極終端電極40と、負極端子部材45と、一対の拘束体50,50と、ケース60と、を備える。
(First embodiment)
A
複数のバイポーラ電極12は、セパレータ14を介して直列に積層される。複数のバイポーラ電極12のそれぞれは、一方の面16a及び一方の面16aとは反対側の他方の面16bを有する集電体16と、一方の面16aに設けられた正極層18と、他方の面16bに設けられた負極層20とを有している。正極層18及び負極層20は、複数のバイポーラ電極12の積層方向(第一方向)(以下、Z軸方向ともいう)に交差する平面(例えばXY平面)に沿って延在している。
The plurality of
セパレータ14は、互いに隣接するバイポーラ電極12の間、正極終端電極30とバイポーラ電極12との間、及びバイポーラ電極12と負極終端電極40との間に配置されている。例えば、セパレータ14は、Z軸方向から見た形状である矩形のシート状に形成されている。セパレータ14は例えば多孔膜又は不織布である。セパレータ14は電解液を透過させ得る。セパレータ14の材料としては、例えばポリエチレン、ポリプロピレン等のポリオレフィン、ポリイミド等が挙げられる。電解液としては、例えば水酸化カリウム水溶液等のアルカリ溶液が使用され得る。
The
集電体16は、例えば、Z軸方向から見た形状が矩形であり、ニッケル、ステンレススチール、Niメッキされた鋼板等からなる金属箔である。集電体16の厚みは、例えば1〜50μmである。正極層18は、正極活物質を含む。正極活物質は、例えば水酸化ニッケル(Ni(OH)2)の粒子である。負極層20は、負極活物質を含む。負極活物質は、例えば水素吸蔵合金の粒子である。なお、集電体16は、例えば導電性樹脂でもよい。
The
正極終端電極30は、複数のバイポーラ電極12(バイポーラ電極群)のZ軸方向における一方側の端部に配置される。すなわち、正極終端電極30は、Z軸方向において、複数のバイポーラ電極12の最も外側に配置される。正極終端電極30は、例えば、Z軸方向から見た形状が矩形であり、ニッケル、ステンレススチール、Niメッキされた鋼板等からなる金属箔である集電体31と、集電体31の一方の面31aに設けられた正極層33と、を有している。正極層33は、XY平面に沿って延在している。集電体31は、Z軸方向において集電体16よりも厚い。正極層33は、バイポーラ電極12における正極層18と同じ構成である。
The positive
負極終端電極40は、複数のバイポーラ電極12(バイポーラ電極群)のZ軸方向における他方側の端部に配置される。すなわち、負極終端電極40は、Z軸方向において、複数のバイポーラ電極12の最も外側に配置される。負極終端電極40は、例えば、Z軸方向から見た形状が矩形であり、ニッケル、ステンレススチール、Niメッキされた鋼板等からなる金属箔である集電体41と、集電体41の一方の面41aに設けられた負極層43と、を有している。負極層43は、XY平面に沿って延在している。集電体41は、Z軸方向において集電体16よりも厚い。負極層43は、バイポーラ電極12における負極層20と同じ構成である。
The negative
正極端子部材35は、正極終端電極30と拘束体50との間に配置され、正極終端電極30における集電体31に接触配置されている。正極端子部材35は、接触部37と、引出部39と、を有している。接触部37は、例えば、Z軸方向から見た形状が矩形であり、正極終端電極30における集電体31の他方の面31bに、接触配置されている。引出部39は、後段にて詳述するケース60における貫通部60cに挿通され、ケース60の外側に引き出される。引出部39は、蓄電装置10の充放電を行うことができる端子として機能する。
The positive
負極端子部材45は、負極終端電極40と拘束体50との間に配置され、負極終端電極40における集電体41に接触配置されている。負極端子部材45は、接触部47と、引出部49と、を有している。接触部47は、例えば、Z軸方向から見た形状が矩形であり、負極終端電極40における集電体41の他方の面41bに、接触配置されている。引出部49は、後段にて詳述するケース60における貫通部60cに挿通され、ケース60の外側に引き出される。引出部49は、蓄電装置10の充放電を行うことができる端子として機能する。
The negative
図1に示されるように、ケース60は、Z軸方向において、複数のバイポーラ電極12と、正極終端電極30と、負極終端電極40とを含んで構成される積層体25のZ軸方向と直交する方向における端部(Z軸方向から積層体25を見たときの外形となる端部)を覆う。言い換えれば、積層体25の側面を取り囲んで保持する。ケース60は、筒状に形成された樹脂ケースであり、ケース60内には電解液が充填される。
As shown in FIG. 1, the
ケース60は、積層体25の側面を取り囲んで保持する第一樹脂部60Aと、第一樹脂部60Aを取り囲む第二樹脂部60Bとを有している。第一樹脂部60Aは、電解液(水酸化カリウム)に対する耐腐食性を有する絶縁性の樹脂から形成されている。第一樹脂部60Aを形成する樹脂の例は、変性PPE(変性ポリフェニレンエーテル)及びPPS(ポリフェニレンサルファイド)が含まれる。
The
第二樹脂部60Bは、第一樹脂部60Aよりも熱伝導率が高い、絶縁性の樹脂から形成されている。なお、第二樹脂部60Bは、電解液(水酸化カリウム)に対する耐腐食性を有していなくてもよい。第一樹脂部60Aよりも熱伝導率が高い第二樹脂部60Bは、例えば、PP(ポリプロピレン)、変性PPE及びPPS等の樹脂に、フィラーを含有させることにより形成されてもよい。フィラーの例には、アルミナ及び銅等が含まれる。
The
本実施形態では、Z軸方向(第一方向)から見たときの各バイポーラ電極12における集電体16の端部16c、正極終端電極30における集電体31の端部31c及び負極終端電極40における集電体41の端部41cは、第二樹脂部60Bによって保持されている。例えば、各バイポーラ電極12の集電体16の端部、正極終端電極30の集電体31の端部31c及び負極終端電極40の集電体41の端部41cがケース60内に埋設される。各集電体の端部が第二樹脂部60Bによって保持される場合には、フィラーの導電経路となって集電体同士が短絡しないようにフィラーが調整されている。
In the present embodiment, the
一対の拘束体50,50は、Z軸方向において、複数のバイポーラ電極12と、正極終端電極30と、負極終端電極40とを含んで構成される積層体25を挟持する。また、一対の拘束体50,50は、積層体25に加え、ケース60も挟持する。一対の拘束体50,50は、水酸化カリウムに対する腐食耐性を有する、例えば、PPS(ポリフェニレンサルファイド)等の樹脂材料により形成されている。なお、一つの拘束体50,50は、導電性を有する材料により形成されていてもよい。この場合、拘束体50と正極端子部材35との間に、絶縁シートを配置すればよい。
The pair of restraining
一対の拘束体50,50には、Z軸方向に延びるボルトBを貫通するための貫通孔50aが設けられる。貫通孔50aは、Z軸方向から見てケース60の外側に配置される。ボルトBは、一方の拘束体50から他方の拘束体50に向かって挿通される。ボルトBの先端にはナットNが螺合される。これにより、一対の拘束体50,50は、複数のバイポーラ電極12、複数のセパレータ14、正極終端電極30、負極終端電極40及びケース60に対して、拘束荷重を付加する。その結果、ケース60内は密封される。
The pair of restraining
上記のような第一樹脂部60Aと第二樹脂部60Bとを有するケース60を備える蓄電装置10は、下記のように製造される。すなわち、まず、成形金型にインサート部品となる複数のバイポーラ電極12、正極終端電極30及び負極終端電極40を固定した後、成形金型に第一樹脂部60Aを形成する樹脂を注入し、インサート部品複数のバイポーラ電極12、正極終端電極30及び負極終端電極40の端部を溶融樹脂で包み込み固化させる。これにより、樹脂とインサート部品とが一体化された一次製品が完成する。
The
次に、成形金型に当該一次製品を固定し、第二樹脂部60Bを形成する樹脂を注入し、一次製品と第二樹脂部60Bとを一体化させる。これにより、第一樹脂部60Aと第二樹脂部60Bとを有するケース60に積層体25の側面が保持された二次製品が完成する。次に、当該二次製品を一対の拘束体50,50により挟持し、ボルトB及びナットNによって一対の拘束体50,50同士を締結する。これにより、一対の拘束体50,50によって、積層体25が加圧された状態の蓄電装置10が完成する。
Next, the primary product is fixed to the molding die, a resin for forming the
次に、第一実施形態の蓄電装置10の作用効果について説明する。第一実施形態の蓄電装置10では、積層体25の側面を取り囲んで保持する第一樹脂部60Aが電解液(水酸化カリウム)に対する耐腐食性を有しているので、電解液によって腐食されることがない。さらに、第一樹脂部60Aの外側には、第一樹脂部60Aよりも熱伝導率が高い第二樹脂部60Bが設けられているので、積層体25において発生した熱をケース60の外側に効率的に逃がすことができる。この結果、バイポーラ電極12が積層された積層体25部分の放熱性を向上させることができる。
Next, the effect of the
また、本実施形態の蓄電装置10では、バイポーラ電極12の集電体16は、第一樹脂部60A及び第二樹脂部60Bの両方によって保持され、その端部16cは、熱伝導率が相対的に高い第二樹脂部60Bによって保持されている。これにより、積層体25において発生した熱を、集電体16を介してケース60の外側に効果的に放熱することができる。
In the
(第二実施形態)
次に、第二実施形態に係る蓄電装置110について説明する。図2に示される蓄電装置110は、第一樹脂部60A及び第二樹脂部60Bからなるケース60を備える点において共通するが、その製造方法が第一実施形態と異なっている。すなわち、第一実施形態では、複数のバイポーラ電極12、正極終端電極30及び負極終端電極40をインサート品として、一次製品を完成させたのに対し、第二実施形態では、図4に示されるように、一のバイポーラ電極12、正極終端電極30、及び負極終端電極40ごとに一次製品P1を完成させる。なお、図4では、正極終端電極30を含む一次製品、及び負極終端電極40を含む一次製品の図示は省略している。次に、一次製品P1における第一樹脂部60A同士を熱溶着しながら積層する。これにより、一次製品P1が積層された二次製品が完成する。
(Second embodiment)
Next, the
次に、成形金型に当該二次製品を固定し、第二樹脂部60Bを形成する樹脂を注入し、二次製品と第二樹脂部60Bとを一体化させる。これにより、第一樹脂部60Aと第二樹脂部60Bとを有するケース60に積層体25の側面が保持された三次製品が完成する。次に、当該三次製品を一対の拘束体50,50により挟持し、ボルトB及びナットNによって一対の拘束体50,50同士を締結する。これにより、一対の拘束体50,50によって、積層体25が加圧された状態の蓄電装置110が完成する。
Next, the secondary product is fixed to the molding die, a resin for forming the
この蓄電装置110も第一実施形態の蓄電装置10と同様の効果を得ることができる。
This
(第三実施形態)
次に、第三実施形態に係る蓄電装置210について説明する。図3に示される蓄電装置210は、第一樹脂部60A及び第二樹脂部60Bからなるケース60を備える点において共通するが、その製造方法が、第一実施形態及び第二実施形態と異なっている。すなわち、第一実施形態では、複数のバイポーラ電極12、正極終端電極30及び負極終端電極40をインサート品として、一次製品を完成させたのに対し、第三実施形態では、図4に示されるように、一のバイポーラ電極12、正極終端電極30、及び負極終端電極40ごとに一次製品P1を完成させる。
(Third embodiment)
Next, the power storage device 210 according to the third embodiment will be described. The power storage device 210 shown in FIG. 3 is common in that it includes a
次に、成形金型に当該一次製品P1を固定し、第二樹脂部60Bを形成する樹脂を注入し、一次製品P1と第二樹脂部60Bとを一体化させる。これにより、図5に示されるような一のバイポーラ電極12、正極終端電極30、及び負極終端電極40ごとに第一樹脂部60A及び第二樹脂部60Bが一体化された二次製品P2が完成する。次に、当該二次製品P2における第一樹脂部60A及び第二樹脂部60B同士を熱溶着しながら積層する。これにより、二次製品P2が積層された三次製品が完成する。次に、当該三次製品を一対の拘束体50,50により挟持し、ボルトB及びナットNによって一対の拘束体50,50同士を締結する。これにより、一対の拘束体50,50によって、積層体25が加圧された状態の蓄電装置110が完成する。
Next, the primary product P1 is fixed to the molding die, the resin forming the
この蓄電装置210も第一実施形態の蓄電装置10と同様の効果を得ることができる。
This power storage device 210 can also achieve the same effects as the
以上、第一、第二及び第三実施形態について詳細に説明されたが、本発明は上記実施形態に限定されない。 As mentioned above, although 1st, 2nd, and 3rd embodiment was described in detail, this invention is not limited to the said embodiment.
上記実施形態又は変形例では、蓄電装置10の充放電を行うことができる端子を積層体25の側面から引き出す例を挙げて説明したが、これに限定されない。例えば、Z軸方向における両端、すなわち、積層方向における両端に設けられてもよい。この場合、一対の拘束体50,50のそれぞれを導電部材によって形成し、それぞれの拘束体50,50に電気的に接続される端子を設けることができる。また、端子に電気的に接続される導通部材が一対の拘束体50,50のそれぞれに埋め込まれてもよい。
In the said embodiment or modification, although the example which draws out the terminal which can perform charging / discharging of the
また、上記実施形態又は変形例では、蓄電装置10がニッケル水素二次電池の例を挙げて説明したが、リチウムイオン二次電池であってもよい。この場合、正極活物質は、例えば複合酸化物、金属リチウム、硫黄等である。負極活物質は、例えば黒鉛、高配向性グラファイト、メソカーボンマイクロビーズ、ハードカーボン、ソフトカーボン等のカーボン、リチウム、ナトリウム等のアルカリ金属、金属化合物、SiOx(0.5≦x≦1.5)等の金属酸化物、ホウ素添加炭素等である。
Moreover, although the
10,110,210…蓄電装置、12…バイポーラ電極、14…セパレータ、16…集電体、18…正極層、20…負極層、25…積層体、30…正極終端電極、31…集電体、33…正極層、35…正極端子部材、40…負極終端電極、41…集電体、43…負極層、45…負極端子部材、50…拘束体、60…ケース、60A…第一樹脂部、60B…第二樹脂部。
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10,110,210 ... Power storage device, 12 ... Bipolar electrode, 14 ... Separator, 16 ... Current collector, 18 ... Positive electrode layer, 20 ... Negative electrode layer, 25 ... Laminate, 30 ... Positive electrode termination electrode, 31 ...
Claims (4)
前記バイポーラ電極がセパレータを介して第一方向に積層されたバイポーラ電極群を含む積層体と、
前記積層体の側面を取り囲んで保持する第一樹脂部と、前記第一樹脂部を取り囲む第二樹脂部とを有する絶縁性のケースと、を備え、
前記第一樹脂部は、電解液に対する耐腐食性を有する樹脂から形成されており、前記第二樹脂部は、前記第一樹脂部よりも熱伝導率が高い樹脂から形成されている、蓄電装置。 A power storage device having a bipolar electrode having a positive electrode layer provided on one surface of a current collector and a negative electrode layer provided on the other surface opposite to the one surface,
A laminate including a bipolar electrode group in which the bipolar electrode is laminated in a first direction via a separator;
A first resin part surrounding and holding the side surface of the laminate, and an insulating case having a second resin part surrounding the first resin part,
The first resin portion is formed of a resin having corrosion resistance to an electrolytic solution, and the second resin portion is formed of a resin having a higher thermal conductivity than the first resin portion. .
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