JP2019125564A - 蓄電モジュール - Google Patents

Abstract

【課題】枠体にて保持される集電体の一部への負荷の集中による不具合の発生を抑制できる蓄電モジュールを提供する。【解決手段】蓄電モジュールは、複数のバイポーラ電極を備える。複数のバイポーラ電極のそれぞれは、積層方向に交差する交差方向に延在する板形状を呈し、交差方向におけるバイポーラ電極の周囲に配置された枠体によって覆われて保持される外周縁部を有する集電体と、集電体の第１面上に設けられ、交差方向にて外周縁部よりも内側に位置する正極層と、集電体の第２面上に設けられ、交差方向にて外周縁部よりも内側に位置する負極層と、を含み、集電体には、外周縁部と、第１面の正極層が設けられる領域並びに第２面の負極層が設けられる領域との間に位置する露出部が設けられ、露出部は、交差方向における枠体と負極層との間に位置し、交差方向に沿った枠体と負極層との間隔より長い長尺部を有する。【選択図】図４

Description

本発明は、蓄電モジュールに関する。

蓄電装置として、バイポーラ電極が積層された積層体を有する蓄電モジュールが知られている。下記特許文献１には、集電体と、集電体の一方面上に設けられた正極層と、集電体の他方面上に設けられた負極層とを含むバイポーラ電極が積層された積層体を有する蓄電モジュールが開示されている。

特開２００８−７８１０９号公報

上述したようなバイポーラ電極の集電体は、蓄電モジュールの製造時に印加される外力、及び蓄電モジュールの充放電時の内圧変動等に起因して変形してしまうことがある。この集電体の変形を抑制するために、例えば、各バイポーラ電極の集電体の縁部を枠体によって保持することがある。

しかしながら、集電体を枠体によって保持すると、上記外力及び上記内圧変動に起因して、集電体において正極層及び負極層のいずれかが設けられている部分と、正極層及び負極層のいずれも設けられていない部分との境界に負荷（応力）が集中しやすくなる。

また、上記外力及び上記内圧変動等に起因して、集電体において枠体によって保持される縁部と、当該枠体によって保持されない部分との境界にも、負荷が集中する傾向にある。この負荷の集中に起因して集電体及び／または枠体の破断等が発生し、電気抵抗の増加、電池内での短絡、電解液の漏洩等の不具合が生じるおそれがある。

本発明の一側面の目的は、枠体にて保持される集電体の一部への負荷の集中による不具合の発生を抑制できる蓄電モジュールを提供することである。

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を備える蓄電モジュールであって、複数のバイポーラ電極のそれぞれは、複数のバイポーラ電極の積層方向に交差する交差方向に延在する板形状を呈し、交差方向に延在する一対の板面、及び交差方向におけるバイポーラ電極の周囲に配置された枠体によって覆われて保持される外周縁部を有する集電体と、集電体の一対の板面のうち一方の板面である第１面上に設けられ、交差方向にて外周縁部よりも内側に位置する正極層と、集電体の一対の板面のうち他方の板面である第２面上に設けられ、交差方向にて外周縁部よりも内側に位置する負極層と、を含み、集電体には、交差方向にて、外周縁部と、第１面の正極層が設けられる領域並びに第２面の負極層が設けられる領域との間に位置する露出部が設けられ、露出部は、交差方向における枠体と負極層との間に位置し、交差方向に沿った枠体と負極層との間隔より長い長尺部を有する。

この蓄電モジュールによれば、集電体の露出部は、交差方向における枠体と負極層との間に位置し、交差方向に沿った枠体と負極層との間隔より長い長尺部を有する。このため、蓄電モジュールの充放電時等に集電体に対して圧力が印加されたとき、長尺部に撓みが容易に発生する。これにより、例えば集電体において第１面の正極層が設けられる領域並びに第２面の負極層が設けられる領域と、集電体の露出部との境界、及び、集電体において枠体によって覆われて保持される外周縁部と、集電体の露出部との境界に集中する負荷が、長尺部によって良好に分散される。したがって、枠体にて保持される集電体の一部への負荷の集中による不具合の発生を抑制できる。

長尺部には、積層方向に沿って突出する湾曲形状を呈する湾曲部が設けられてもよい。この場合、蓄電モジュールの充放電時等に集電体に対して圧力が印加されたとき、長尺部の湾曲部が交差方向に沿って容易に圧縮されることによって、集電体にかかる負荷を良好に分散できる。

湾曲部の最大突出量は、積層方向に沿って隣り合う集電体間の距離よりも小さくてもよい。この場合、湾曲部が隣り合う集電体に接して短絡することを防止できる。

上記蓄電モジュールは、積層方向に沿って隣り合うバイポーラ電極同士の間に設けられるセパレータをさらに備え、交差方向にて、セパレータの外周縁は、湾曲部の最大突出点と枠体との間に位置してもよい。この場合、積層方向において、隣り合う集電体と湾曲部との間にはセパレータが位置する。このため、集電体同士の短絡がセパレータによって良好に防止される。

湾曲部は、負極層から正極層に向かって突出する湾曲形状を呈してもよい。バイポーラ電極においては、負極層は正極層よりも膨張しやすい傾向にある。このため、集電体には負極層側から負荷が印加されやすいので、湾曲部が正極層側に向かって突出する湾曲形状を呈することにより、効率よく上記負荷を分散できる。

湾曲部は、第１湾曲部と、前記交差方向にて第１湾曲部よりも外側に位置する第２湾曲部とを有し、第１湾曲部の突出方向と、第２湾曲部の突出方向とは、互いに異なってもよい。この場合、湾曲部毎に印加される負荷を小さくできるので、湾曲部の破損を抑制できる。

湾曲部は、積層方向から見て波線形状を呈してもよい。この場合、湾曲部の一部に負荷が集中することを抑制できる。

集電体は、積層方向から見て矩形形状を呈しており、長尺部は、積層方向から見て集電体の四辺に沿うように集電体に設けられてもよい。この場合、長尺部の全体にて負荷を分散できる。

本発明によれば、枠体にて保持される集電体の一部への負荷の集中による不具合の発生を抑制できる蓄電モジュールを提供できる。

図１は、実施形態に係る蓄電モジュールを備える蓄電装置を示す概略断面図である。 図２は、図１の蓄電装置を構成する蓄電モジュールを示す概略断面図である。 図３（ａ）は、蓄電モジュールの概略平面図であり、図３（ｂ）は、図３（ａ）にて一点鎖線で囲った領域の拡大図である。 図４は、蓄電モジュールの要部拡大断面図である。 図５（ａ），（ｂ）は、比較例に係る電池モジュールの要部拡大断面図である。 図６（ａ）は、実施形態の第１変形例の蓄電モジュールを示す要部拡大断面図であり、図６（ｂ）は、実施形態の第２変形例の蓄電モジュールを示す要部拡大断面図であり、図６（ｃ）は、実施形態の第３変形例の蓄電モジュールを示す要部拡大断面図である。 図７は、実施形態の第４変形例の蓄電モジュールを示す概略平面図である。

以下、添付図面を参照しながら本発明の実施形態を詳細に説明する。図面の説明において、同一又は同等の要素には同一符号を用い、重複する説明を省略する。なお、図面の寸法比率は、説明のものと必ずしも一致していない。

図１を参照しながら、蓄電装置の実施形態について説明する。図１は、実施形態に係る蓄電モジュールを備える蓄電装置を示す概略断面図である。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、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１０は、複数（本実施形態では３つ）の蓄電モジュール１２を備えるが、単一の蓄電モジュール１２を備えてもよい。蓄電モジュール１２は、バイポーラ電池である。蓄電モジュール１２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である。二次電池は、全固体電池であってもよい。また、蓄電モジュール１２は、電気二重層キャパシタであってもよい。以下の説明では、ニッケル水素二次電池を例示する。

複数の蓄電モジュール１２は、例えば金属板等の導電板１４を介して積層される。複数の蓄電モジュール１２の積層方向（Ｚ方向）から見て、蓄電モジュール１２及び導電板１４は、例えば矩形形状を呈する。各蓄電モジュール１２の詳細については後述する。導電板１４は、複数の蓄電モジュール１２の積層方向において両端に位置する蓄電モジュール１２の外側にもそれぞれ配置される。導電板１４は、隣り合う蓄電モジュール１２と電気的に接続される。これにより、複数の蓄電モジュール１２が積層方向に直列に接続される。積層方向において、一端に位置する導電板１４には正極端子２４が接続されており、他端に位置する導電板１４には負極端子２６が接続されている。正極端子２４は、接続される導電板１４と一体であってもよい。負極端子２６は、接続される導電板１４と一体であってもよい。正極端子２４及び負極端子２６は、複数の蓄電モジュール１２の積層方向に交差する方向（本実施形態では図１に示すＸ方向）に延在している。これらの正極端子２４及び負極端子２６により、蓄電装置１０の充放電を実施できる。以下では、蓄電モジュール同士が積層する方向を単に「積層方向」とする。本実施形態では、「積層方向から見る」は、平面視に相当する。

導電板１４は、蓄電モジュール１２において発生した熱を放出するための放熱板としても機能し得る。導電板１４の内部に設けられた複数の空隙１４ａを空気や気体等の冷媒が通過することにより、蓄電モジュール１２からの熱を効率的に外部に放出できる。各空隙１４ａは、例えば積層方向に交差する方向（本実施形態では図１に示すＹ方向）に延在する。積層方向から見て、導電板１４は、蓄電モジュール１２よりも小さいが、蓄電モジュール１２と同じかそれより大きくてもよい。

蓄電装置１０は、交互に積層された蓄電モジュール１２及び導電板１４を積層方向に拘束する拘束部材１６を備え得る。拘束部材１６は、一対の拘束プレート１６Ａ，１６Ｂと、拘束プレート１６Ａ，１６Ｂ同士を連結する連結部材（ボルト１８及びナット２０）とを備える。各拘束プレート１６Ａ，１６Ｂと導電板１４との間には、例えば樹脂フィルム等の絶縁フィルム２２が配置される。各拘束プレート１６Ａ，１６Ｂは、例えば鉄等の金属によって構成されている。積層方向から見て、各拘束プレート１６Ａ，１６Ｂ及び絶縁フィルム２２は例えば矩形形状を呈する。絶縁フィルム２２は導電板１４よりも大きくなっており、各拘束プレート１６Ａ，１６Ｂは、蓄電モジュール１２よりも大きくなっている。積層方向から見て、拘束プレート１６Ａの縁部には、ボルト１８の軸部を挿通させる挿通孔１６Ａ１が蓄電モジュール１２よりも外側となる位置に設けられている。同様に、積層方向から見て、拘束プレート１６Ｂの縁部には、ボルト１８の軸部を挿通させる挿通孔１６Ｂ１が蓄電モジュール１２よりも外側となる位置に設けられている。積層方向から見て各拘束プレート１６Ａ，１６Ｂが矩形形状を呈している場合、挿通孔１６Ａ１及び挿通孔１６Ｂ１は、拘束プレート１６Ａ，１６Ｂの角部に位置する。

一方の拘束プレート１６Ａは、負極端子２６に接続された導電板１４に絶縁フィルム２２を介して突き当てられ、他方の拘束プレート１６Ｂは、正極端子２４に接続された導電板１４に絶縁フィルム２２を介して突き当てられている。ボルト１８は、例えば一方の拘束プレート１６Ａ側から他方の拘束プレート１６Ｂ側に向かって挿通孔１６Ａ１及び挿通孔１６Ｂ１に通される。他方の拘束プレート１６Ｂから突出するボルト１８の先端には、ナット２０が螺合されている。これにより、絶縁フィルム２２、導電板１４及び蓄電モジュール１２が挟持されてユニット化されると共に、積層方向に拘束荷重が付加される。

図２を参照して、蓄電装置を構成する蓄電モジュールについて説明する。図２は、図１の蓄電装置を構成する蓄電モジュールを示す概略断面図である。図２に示される蓄電モジュール１２は、積層方向に沿って積層された複数のバイポーラ電極３２を含む積層体３０を備える。積層方向から見て、積層体３０は、例えば矩形形状を呈する。積層方向に沿って隣り合うバイポーラ電極３２同士の間には、セパレータ４０が配置され得る。すなわち、積層体３０は、複数のバイポーラ電極３２と、複数のセパレータ４０とを有する。

蓄電モジュール１２は、積層方向に延在し、積層体３０を収容する筒状の樹脂部５０を備える。樹脂部５０は、積層体３０を取り囲むように構成されている部材である。樹脂部５０は、バイポーラ電極３２の積層方向から見て、例えば矩形の枠形状を呈している。すなわち、樹脂部５０は、例えば角筒形状を呈している。樹脂部５０を構成する樹脂材料としては、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。樹脂部５０は、例えば射出成形等によって形成される。

樹脂部５０は、積層体３０に接触して保持する複数の第１シール部５２と、積層方向に交差する交差方向（Ｘ方向及びＹ方向、以下では「水平方向」と呼称される）において第１シール部５２の外側に設けられた第２シール部５４とを有する。第２シール部５４は、第１シール部５２とシールされた状態で設けられている。すなわち、積層方向から見て、第１シール部５２は積層体３０の周囲に設けられて複数のバイポーラ電極３２を保持しており、筒状の第２シール部５４は第１シール部５２の周囲に設けられている。

樹脂部５０の内壁を構成する第１シール部５２は、対応するバイポーラ電極３２を保持するために設けられており、対応するバイポーラ電極３２（すなわち積層体３０）の各縁を全周にわたって覆う枠体である。第１シール部５２は、水平方向において対応するバイポーラ電極３２の周囲に配置される。積層方向において、第１シール部５２の厚さは、バイポーラ電極３２の厚さと、セパレータ４０の厚さとの合計よりも大きい。第１シール部５２は、例えばバイポーラ電極３２に液密及び気密に溶着されることによって形成される。また、積層方向において隣り合う第１シール部５２同士は、液密及び気密に溶着されている。これにより、積層方向に隣り合うバイポーラ電極３２間には、当該バイポーラ電極３２，３２と第１シール部５２とによって液密及び気密に仕切られた内部空間が形成されている。当該内部空間には、例えば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溶液からなる電解液（不図示）が収容されている。なお、「内部空間の体積」と言う場合は、セパレータ４０の空隙を含む体積を意味する。

樹脂部５０の外壁を構成する第２シール部５４は、積層方向に延在する第１シール部５２の外周面５２ａを覆っている。第２シール部５４の内周面は、第１シール部５２の外周面５２ａに例えば溶着されており、その外周面５２ａをシールする。すなわち、第２シール部５４は、第１シール部５２の外周面５２ａに接合されている。第１シール部５２に対する第２シール部５４の溶着面（接合面）は、例えば４つの矩形平面を呈する。

次に、図２に加えて図３（ａ），（ｂ）及び図４を参照しながら、バイポーラ電極３２について詳細に説明する。図３（ａ）は、蓄電モジュールの概略平面図であり、図３（ｂ）は、図３（ａ）にて一点鎖線で囲った領域の拡大図である。図４は、蓄電モジュールの要部拡大断面図である。図２及び図４に示されるように、複数のバイポーラ電極３２のそれぞれは、集電体３４と、正極層３６と、負極層３８とを備える。集電体３４は、積層方向に交差する一対の板面を有している。集電体３４の一対の板面のうち一方の板面である第１面３４ａ上には正極層３６が設けられ、集電体３４の一対の板面のうち他方の板面である第２面３４ｂ上には負極層３８が設けられている。このため、集電体３４は、積層方向に沿って正極層３６と負極層３８とによって挟持されている。

集電体３４は、積層方向に交差する水平方向に延在する板形状を呈する可撓性の導電体である。集電体３４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３４の厚さは、例えば０．１μｍ以上１０００μｍ以下である。正極層３６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。負極層３８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。バイポーラ電極３２の製造直後において、集電体３４の第１面３４ａにおける正極層３６の領域は、集電体３４の第２面３４ｂにおける負極層３８の領域に対して一回り大きくてもよい。

図３（ａ）及び図４に示されるように、集電体３４の周縁部３４ｃは、正極層３６及び負極層３８が設けられない未塗工領域となっている。換言すると、正極層３６及び負極層３８のそれぞれは、水平方向において集電体３４の周縁部３４ｃよりも内側に位置するように設けられる。周縁部３４ｃの縁側に位置する外周縁部６１は、樹脂部５０の第１シール部５２によって覆われている。このため、集電体３４の外周縁部６１は、第１シール部５２に埋没した状態で保持されている。また、周縁部３４ｃには、水平方向にて、第１面３４ａの正極層３６が設けられる領域並びに第２面３４ｂの負極層３８が設けられる領域と、外周縁部６１との間に位置する露出部６２が設けられる。第１面３４ａの正極層３６が設けられる領域は、第１面３４ａにおいて正極層３６に接触する領域に相当する。同様に、第２面３４ｂの負極層３８が設けられる領域は、第２面３４ｂにおいて負極層３８に接触する領域に相当する。水平方向に沿って、露出部６２は、集電体３４において正極層３６及び負極層３８の両方に対して積層方向に沿って重なる領域と、外周縁部６１との間に位置してもよい。すなわち、露出部６２は、水平方向に沿って、集電体３４の塗工領域と、外周縁部６１との間に位置してもよい。

露出部６２は、集電体３４において第１シール部５２、正極層３６、及び負極層３８のいずれからも露出する部分である。露出部６２は、水平方向における第１シール部５２と負極層３８との間に位置し、水平方向に沿った第１シール部５２と負極層３８との間隔Ｓ１より長い長尺部７１を有する。このため、長尺部７１の長さは、第１シール部５２と負極層３８との水平方向に沿った間隔Ｓ１よりも大きい。本実施形態では、間隔Ｓ１は、蓄電モジュール１２の製造直後の負極層３８の端面３８ａと、第１シール部５２の内周面５２ｂとのＸ方向に沿った間隔とする（図４を参照）。

長尺部７１には、積層方向に沿って突出する湾曲形状を呈する湾曲部７１ａが設けられている。図３（ａ）に示されるように、湾曲部７１ａは、積層方向から見て負極層３８を囲うように集電体３４に設けられた枠形状を呈する溝として構成される。このため、長尺部７１は、積層方向から見て集電体３４の四辺に沿うように集電体３４に設けられており、露出部６２の全体にわたって設けられている。したがって本実施形態では、露出部６２と長尺部７１とは、実質的に同一になっている。本実施形態では、湾曲部７１ａは、積層方向から見て、角が丸まった四角枠形状を呈するように設けられている。加えて図３（ｂ）に示されるように、湾曲部７１ａは、積層方向から見て波線形状になるように形成されている。

湾曲部７１ａは、例えば露出部６２の一部に対してプレス加工等を実施することによって形成される加工部分である。本実施形態では、湾曲部７１ａは、水平方向から見て弓なりに湾曲されており、略円弧形状を呈している。上述したように集電体３４は可撓性を示すことから、湾曲部７１ａは水平方向に圧縮可能に構成されている。例えば、集電体３４が負極層３８等からの荷重に応じて延伸するとき、湾曲部７１ａが圧縮される。

湾曲部７１ａは、負極層３８から正極層３６に向かって突出するように湾曲している。これは、負極層３８は、正極層３６よりも蓄電モジュール１２の充放電等により膨張しやすい傾向にあるからである。このため、湾曲部７１ａが正極層３６側に向かって突出する湾曲形状を呈することによって、負極層３８の膨張によって集電体３４に印加される圧力を、湾曲部７１ａの圧縮によって好適に分散できる。例えば、蓄電モジュールが多数の充放電反応を実施した後、負極活物質（例えば、水素吸蔵合金）の体積の膨張率は、正極活物質（例えば、水酸化ニッケル）の体積の膨張率よりも数倍になることがある。負極層３８の膨張は、例えば、蓄電装置の充電時に水素吸蔵合金が水素を吸蔵すること、及び、充放電反応の繰り返しに伴って水素吸蔵合金が微粉化することによって発生する。水素吸蔵合金の微粉化は、水素吸蔵合金が水素の吸蔵放出を繰り返す時、水素の動きに起因した応力が、水素吸蔵合金の粒子の内部に繰り返し付加される。これにより、粒子内部の結晶粒界や結晶亜粒界に転位が蓄積されて空孔が発生及び成長し、合金内に亀裂が進展することによって発生する。

積層方向における湾曲部７１ａの最大突出量Ｅ１は、積層方向に沿って隣り合う集電体３４間の距離よりも小さい。この場合、隣り合う集電体３４同士の短絡を防止できる。本実施形態では、最大突出量Ｅ１は、正極層３６の厚さよりも小さくなっている。具体的には、最大突出量Ｅ１は、バイポーラ電極３２の厚さよりも薄ければよい。隣り合うバイポーラ電極３２の間にはセパレータ４０が存在するため、隣り合う集電体２１との接触はセパレータ４０によって阻害され、当該集電体２１同士の短絡を生じないためである。最大突出量Ｅ１は、例えば正極層３６の厚さの０．３倍以上１倍未満が好ましい。最大突出量Ｅ１が０．３倍以上であることによって、湾曲部７１ａが水平方向に沿って良好に圧縮されて圧力が分散される。最大突出量Ｅ１が１倍未満であることによって、セパレータ４０が圧縮されて湾曲することによって当該セパレータ４０の位置ずれが生じ、短絡が発生することを抑制できる。最大突出量Ｅ１は、湾曲部７１ａにおいて最も突出している最大突出点Ｐから、集電体３４の第１面３４ａまでの積層方向に沿った距離に相当する。なお、湾曲部７１ａの最大突出量Ｅ１は、必ずしも一定でなくてもよい。例えば、一部の湾曲部７１ａの最大突出量は、他の部分の最大突出量よりも大きくてもよいし、小さくてもよい。

水平方向において、セパレータ４０の外周縁４０ａは、湾曲部７１ａの最大突出点Ｐと第１シール部５２との間に位置する。換言すると、水平方向におけるセパレータ４０の外周縁４０ａは、湾曲部７１ａの最大突出点Ｐよりも第１シール部５２側に位置する。この場合、積層方向において正極層３６側に位置する隣の集電体３４と、最大突出点Ｐとの接触が、セパレータ４０によって防止できる。本実施形態では、セパレータ４０の外周縁４０ａは第１シール部５２と離間しているが、当該外周縁４０ａは第１シール部５２に接触してもよい。この場合、湾曲部７１ａが圧縮し、最大突出点Ｐが湾曲部７１ａの圧縮前の位置から移動した場合であっても、集電体３４同士の短絡はセパレータ４０によって防止できる。なお、セパレータ４０は、例えば矩形形状を呈するシート状の絶縁部材である。セパレータ４０を形成する材料としては、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、ポリプロピレン等からなる織布又は不織布等が例示される。また、セパレータ４０は、フッ化ビニリデン樹脂化合物等で補強されたものであってもよい。

積層方向において、積層体３０の一端（図示上側）には、内側面（図示下側の面）に正極層３６が配置された集電体３４が配置される。この集電体３４は、正極側の終端電極に相当する。積層方向において、積層体３０の他端（図示下側）には、内側面（図示上側の面）に負極層３８が配置された集電体３４が配置される。この集電体３４は負極側の終端電極に相当する。これら終端電極の集電体３４は、それぞれ隣り合う導電板１４（図１参照）に接続される。本実施形態に係る積層体３０は、積層された複数のバイポーラ電極３２と、積層方向における各終端電極とにより構成されている。積層体３０の両端に配置された各終端電極の集電体３４の外周縁部も、第１シール部５２に埋没した状態で保持されている。

以下では、本実施形態に係る電池モジュールの作用効果について、図５（ａ），（ｂ）に示される比較例を参照しながら説明する。図５（ａ），（ｂ）は、比較例に係る電池モジュールの要部拡大断面図である。図５（ａ）は、負極層３８が膨張する前の状態を示しており、図５（ｂ）は、負極層３８が膨張した後の状態を示している。図５（ａ），（ｂ）に示されるように、比較例におけるバイポーラ電極１３２の露出部６２には、本実施形態の長尺部７１（より具体的には、湾曲部７１ａ）が設けられていない。

上述したように、バイポーラ電極１３２が繰り返し充放電することによって、図５（ｂ）に示されるように負極層３８が膨張する傾向にある。ここで、バイポーラ電極１３２の集電体１３４の外周縁部６１が第１シール部５２によって拘束されているので、集電体１３４は、負極層３８の膨張に応じて伸長することが妨げられている。このため、負極層３８の膨張に起因して発生する荷重が、集電体１３４に印加される。この荷重は、バイポーラ電極１３２の構成上、膨張後の負極層３８と露出部６２との境界Ｂ１、及び第１シール部５２と露出部６２との境界Ｂ２とに集中する傾向にある。このような負荷の集中は、第１シール部５２によって集電体１３４が拘束されているため、発生しやすくなっている。したがって比較例に係るバイポーラ電極１３２では、境界Ｂ１における集電体１３４の破断、及び／または境界Ｂ２における樹脂部５０（特に、第１シール部５２）の亀裂もしくは破断が発生しやすくなる。このような破断等が発生してしまうと、バイポーラ電極１３２の電気抵抗の増加だけではなく、蓄電モジュール１２内での短絡、電解液の漏洩等の不具合が生じるおそれがある。

これに対して本実施形態に係る蓄電モジュール１２によれば、集電体３４の露出部６２は、水平方向における第１シール部５２と負極層３８との間に位置し、水平方向に沿った第１シール部５２と負極層３８とのとの間隔Ｓ１より長い長尺部７１を有する。また、長尺部７１には、積層方向に沿って突出する湾曲形状を呈する湾曲部７１ａが設けられている。このため、蓄電モジュール１２の充放電時等に集電体３４に対して圧力が印加されたとき、長尺部７１の湾曲部７１ａは、水平方向に沿って容易に圧縮される。これにより、例えば集電体３４において第１面３４ａの正極層３６が設けられる領域並びに第２面３４ｂの負極層３８が設けられる領域と、集電体３４の露出部６２との境界Ｂ１、及び、集電体３４において第１シール部５２によって覆われて保持される外周縁部６１と、集電体３４の露出部６２との境界Ｂ１に集中する傾向にある負荷が、湾曲部７１ａによって良好に分散される。したがって本実施形態では、第１シール部５２によって保持される集電体３４の一部に負荷が集中することによる不具合の発生を抑制できる。

加えて、例えば樹脂部５０を射出成形にて形成するとき、集電体３４には樹脂の射出圧力が印加される。また、樹脂の射出が完了した後、当該樹脂を冷却して成形するときに、樹脂の熱収縮に起因した荷重が外周縁部６１に印加される。このような圧力及び荷重もまた、湾曲部７１ａによって良好に分散される。上記圧力及び上記荷重は、第１シール部５２及び第２シール部５４のそれぞれの成形時に発生する。

積層体３０に含まれる複数のバイポーラ電極３２にて、各湾曲部７１ａは、同一方向に向かって突出するように湾曲されている。これにより、湾曲部７１ａに起因したバイポーラ電極３２同士の短絡が防止される。

なお、上記比較例では、上述した不具合を抑制すべく、集電体１３４の厚さを大きくし、その破断強度等を高くすることが考えられる。しかしながら、集電体１３４の厚さを大きくすると、同一外形寸法の蓄電モジュールに収容されるバイポーラ電極１３２の数が低減してしまい、蓄電装置の充放電特性のエネルギー量を示す電池容量が低下してしまう。加えて、蓄電装置自体の重量も増加してしまう。このため、蓄電装置を車両に搭載した場合、当該車両の燃費性能が低下してしまう。これに対して本実施形態に係る蓄電モジュール１２によれば、集電体３４に湾曲部７１ａが設けられることによって、集電体３４の厚さを低く抑えることができる。このため、蓄電装置１０の軽量化も実現可能である。

湾曲部７１ａの最大突出量Ｅ１は、積層方向に沿って隣り合う集電体３４間の距離よりも小さくなっている。このため、湾曲部７１ａが隣り合う集電体３４に接して短絡することを防止できる。

蓄電モジュール１２は、積層方向に沿って隣り合うバイポーラ電極３２同士の間に設けられるセパレータ４０を備え、水平方向において、セパレータ４０の外周縁４０ａは、湾曲部７１ａの最大突出点Ｐと第１シール部５２との間に位置している。このため、積層方向において、湾曲部７１ａと隣り合う集電体３４との間にはセパレータ４０が位置する。したがって、集電体３４同士の短絡がセパレータ４０によって良好に防止される。

湾曲部７１ａは、負極層３８から正極層３６に向かって突出する湾曲形状を呈している。バイポーラ電極３２においては、負極層３８は正極層３６よりも膨張しやすい傾向にある。このため、集電体３４には負極層３８側から負荷が印加されやすいので、湾曲部７１ａが正極層３６側に向かって突出する湾曲形状を呈することにより、効率よく上記負荷を分散できる。

湾曲部７１ａは、積層方向から見て波線形状を呈している。このため、湾曲部７１ａの一部に負荷が集中することを抑制できる。

集電体３４は、積層方向から見て矩形形状を呈しており、長尺部７１は、積層方向から見て集電体３４の四辺に沿うように集電体３４に設けられている。このため、長尺部７１の全体にて負荷を分散できる。

次に、図６（ａ）〜（ｃ）を参照しながら、上記実施形態の変形例について説明する。図６（ａ）は、上記実施形態の第１変形例の蓄電モジュールを示す要部拡大断面図であり、図６（ｂ）は、上記実施形態の第２変形例の蓄電モジュールを示す要部拡大断面図であり、図６（ｃ）は、上記実施形態の第３変形例の蓄電モジュールを示す要部拡大断面図である。

図６（ａ）に示されるように、第１変形例の集電体３４Ａには湾曲部が設けられていない。その代わりに、集電体３４Ａは、境界Ｂ１にて屈曲されている。これにより、集電体３４Ａには、水平方向から見て直線状の長尺部７１Ａが設けられている。長尺部７１Ａは、水平方向に対して傾斜しており、積層方向において外周縁部６１に近づくほど負極層３８側に向かっている。境界Ｂ１にて積層方向に沿った仮想線Ｖ１と長尺部７１Ａとがなす角度θ１は、例えば６５°以上８５°以下である。角度θ１が６０°以上であることによって、負極層３８から第１シール部５２までの長尺部７１Ａの長さが十分になる。角度θ１が８５°以下であることによって、境界Ｂ１及びその周辺にて集電体３４Ａが容易に破断することを抑制できる。このような第１変形例においては、蓄電モジュール１２の充放電時等に集電体３４Ａに対して圧力が印加されたとき、長尺部７１Ａに撓みが容易に発生する。これにより、境界Ｂ１に集中する負荷が、長尺部７１Ａによって良好に分散される。したがって、上記実施形態と同様の作用効果が奏される。

図６（ｂ）に示されるように、第２変形例の集電体３４Ｂにおける長尺部７１Ｂには、上記実施形態の湾曲部７１ａと異なる形状を呈する湾曲部７１ｂが設けられている。湾曲部７１ｂは、水平方向から見て略Ｖ字型を呈しており、正極層３６側に向かって突出するように屈曲されている。このため、湾曲部７１ｂの最大突出点Ｐ及びその周辺によって角部が形成されている。湾曲部７１ｂの最大突出点Ｐにおける角度は、鋭角でもよいし、鈍角でもよい。湾曲部７１ｂの最大突出点Ｐにおける角度θ２は、例えば４５°以上１２０＿°以下である。角度θ２が４５°以上であることによって、湾曲部７１ｂによって荷重を良好に分散できる。角度θ２が１２０°以下であることによって、湾曲部７１ｂが良好に圧縮される。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。なお、本明細書では、屈曲は湾曲の一形態であるとする。

図６（ｃ）に示されるように、第３変形例の集電体３４Ｃにおける長尺部７１Ｃには、積層方向に交差する方向（図６（ｃ）ではＸ方向）に沿って並ぶ２つの湾曲部が設けられている。具体的には、第３変形例では、長尺部７１Ｃに設けられる湾曲部が、第１湾曲部７１ｃと、水平方向において第１湾曲部７１ｃよりも外側に位置する第２湾曲部７１ｄとを有する。より具体的には、第１湾曲部７１ｃは、第２湾曲部７１ｄよりも集電体３４Ｃの中心側（すなわち、負極層３８側）に設けられており、第２湾曲部７１ｄは、第１湾曲部７１ｃよりも集電体３４Ｃの外周縁部６１側に設けられている。第１湾曲部７１ｃと第２湾曲部７１ｄとのそれぞれは、水平方向から見て弓なりに湾曲されており、略円弧形状を呈している。第１湾曲部７１ｃの突出方向と、第２湾曲部７１ｄの突出方向とは、互いに異なっている。具体的には、第１湾曲部７１ｃは、負極層３８から正極層３６に向かって突出する湾曲形状を呈している。また、第２湾曲部７１ｄは、正極層３６から負極層３８に向かって突出する湾曲形状を呈している。このような第３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。また、第１湾曲部７１ｃと、第２湾曲部７１ｄとのそれぞれに印加される負荷を小さくできるので、第１湾曲部７１ｃと、第２湾曲部７１ｄとの破損を抑制できる。

また、第３変形例では、長尺部７１Ｃにおいて第１湾曲部７１ｃと、第２湾曲部７１ｄとをつなぐ接続部分７１ｅの厚さＴ１は、集電体３４Ｃにおいて正極層３６と負極層３８とが設けられている部分の厚さＴ２よりも薄くなっている。具体的には、接続部分７１ｅの厚さＴ１は、厚さＴ２の５０％以上９５％以下になっている。接続部分７１ｅの厚さＴ１が厚さＴ２の５０％以上であることによって、接続部分７１ｅが容易に破断することを抑制できる。接続部分７１ｅの厚さＴ１が厚さＴ２の９５％以下であることによって、接続部分７１ｅを起点として、第１湾曲部７１ｃと、第２湾曲部７１ｄとの両方が湾曲しやすくなる。

第３変形例では、積層方向に沿った第１湾曲部７１ｃと第２湾曲部７１ｄとの突出量は同一であるが、互いに異なってもよい。この場合、第１湾曲部７１ｃの突出量は、第２湾曲部７１ｄの突出量よりも大きいことが好ましい。これにより、蓄電モジュール１２の充放電反応に伴って発生する負荷が境界Ｂ１に集中しやすいところ、当該負荷は、境界Ｂ１に近い第１湾曲部７１ｃによって良好に分散できる。

本発明に係る蓄電モジュールは、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。上記実施形態及び上記変形例では、集電体の露出部の全てが長尺部に相当しているが、これに限られない。図７は、上記実施形態の第４変形例の蓄電モジュールを示す概略平面図である。図７に示されるように、集電体３４Ｄにおける露出部６２の一部に湾曲部７１ａが形成されてもよい。この場合、露出部６２において湾曲部７１ａが形成されていない部分の負極層３８から第１シール部５２までの長さは、負極層３８と第１シール部５２との間隔Ｓ１と同一になる。このような第４変形例においても、湾曲部７１ａが形成された部分にて荷重を分散することが可能であるので、上記実施形態と同様の作用効果が奏される。

上記実施形態と上記変形例とは、適宜組み合わせてもよい。例えば、第２変形例と第３変形例とを組み合わせてもよい。これにより、露出部には、水平方向から見て略Ｖ字型を呈する湾曲部が複数設けられてもよい。もしくは、水平方向から見て略Ｖ字型を呈する湾曲部と、水平方向から見て略円弧形状を呈する湾曲部との両方が露出部に設けられてもよい。

上記実施形態と、上記第１変形例とでは、湾曲部は負極層から正極層に向かって突出しているが、これに限られない。湾曲部は、正極層から負極層に向かって突出してもよい。この場合、積層体に含まれる複数のバイポーラ電極において、各湾曲部は、負極層側に向かって突出するように湾曲される。また、積層方向から見た湾曲部は、波線形状を呈さなくてもよい。例えば、積層方向から見た湾曲部は、直線形状を呈してもよいし、折れ線形状を呈してもよい。

上記実施形態と、上記第１変形例と、上記第３変形例とでは、湾曲部は露出部の一部に設けられているが、これに限られない。例えば、湾曲部は、露出部の全体にわたって設けられてもよい。また、湾曲部は、露出部だけでなく外周縁部にも設けられてもよい。すなわち、湾曲部は、集電体における未塗工領域の全体に設けられてもよい。

上記第１変形例においては、長尺部７１Ａは、積層方向において外周縁部６１に近づくほど負極層３８側に位置しているが、これに限られない。例えば、長尺部７１Ａは、積層方向において外周縁部６１に近づくほど正極層３６側に位置してもよい。また、長尺部７１Ａは、境界Ｂ１だけでなく境界Ｂ２（図５（ｂ）を参照）においても屈曲されてもよい。

上記第２変形例では、湾曲部７１ｂの最大突出点Ｐ及びその周辺によって１つの角部が形成されているが、これに限られない。例えば、湾曲部がコの字型に屈曲されることによって、複数の角部が設けられてもよい。

上記第３変形例においては第１湾曲部７１ｃ及び第２湾曲部７１ｄが長尺部７１Ｂに設けられているが、３つ以上の湾曲部が設けられてもよい。この場合であっても、隣り合う湾曲部同士の突出方向は、互いに異なっていることが好ましい。すなわち、水平方向から見て、複数の湾曲部によって略蛇腹形状が呈されていることが好ましい。これにより、集電体に荷重が印加された場合、複数の湾曲部が容易に圧縮し、当該荷重が良好に分散される。また、複数の湾曲部が長尺部に設けられる場合であっても、最も負極層に近い湾曲部は、負極層から正極層に向かって突出することが好ましい。これにより、負極層側から印加される圧力を、湾曲部によって良好に分散できる。なお、上記第３変形例においては、全ての湾曲部の突出方向が同一であってもよい。

１０…蓄電装置、１２…蓄電モジュール、３０…積層体、３２…バイポーラ電極、３４，３４Ａ〜３４Ｄ…集電体、３４ａ…第１面、３４ｂ…第２面、３６…正極層、３８…負極層、３８ａ…端面、４０…セパレータ、４０ａ…外周縁、５０…樹脂部、５２…第１シール部（枠体）、５２ｂ…内周面、５４…第２シール部、６１…外周縁部、６２…露出部、７１，７１Ａ〜７１Ｃ…長尺部、７１ａ，７１ｂ…湾曲部、７１ｃ…第１湾曲部、７１ｄ…第２湾曲部、７１ｅ…接続部分、Ｂ１，Ｂ２…境界、Ｅ１…最大突出量、Ｐ…最大突出点、Ｓ１…間隔、Ｖ１…仮想線、θ１，θ２…角度。

Claims (8)

1. 複数のバイポーラ電極を備える蓄電モジュールであって、
   前記複数のバイポーラ電極のそれぞれは、
   前記複数のバイポーラ電極の積層方向に交差する交差方向に延在する板形状を呈し、前記交差方向に延在する一対の板面、及び前記交差方向における前記バイポーラ電極の周囲に配置された枠体によって覆われて保持される外周縁部を有する集電体と、
   前記集電体の前記一対の板面のうち一方の板面である第１面上に設けられ、前記交差方向にて前記外周縁部よりも内側に位置する正極層と、
   前記集電体の前記一対の板面のうち他方の板面である第２面上に設けられ、前記交差方向にて前記外周縁部よりも内側に位置する負極層と、を含み、
   前記集電体には、前記交差方向にて、前記外周縁部と、前記第１面の前記正極層が設けられる領域並びに前記第２面の前記負極層が設けられる領域との間に位置する露出部が設けられ、
   前記露出部は、前記交差方向における前記枠体と前記負極層との間に位置し、前記交差方向に沿った前記枠体と前記負極層との間隔より長い長尺部を有する、蓄電モジュール。
2. 前記長尺部には、前記積層方向に沿って突出する湾曲形状を呈する湾曲部が設けられる、請求項１に記載の蓄電モジュール。
3. 前記湾曲部の最大突出量は、前記積層方向に沿って隣り合う前記集電体間の距離よりも小さい、請求項２に記載の蓄電モジュール。
4. 前記積層方向に沿って隣り合う前記バイポーラ電極同士の間に設けられるセパレータをさらに備え、
   前記交差方向にて、前記セパレータの外周縁は、前記湾曲部の最大突出点と前記枠体との間に位置する、請求項２または３に記載の蓄電モジュール。
5. 前記湾曲部は、前記負極層から前記正極層に向かって突出する湾曲形状を呈する、請求項２〜４のいずれか一項に記載の蓄電モジュール。
6. 前記湾曲部は、第１湾曲部と、前記交差方向にて前記第１湾曲部よりも外側に位置する第２湾曲部とを有し、
   前記第１湾曲部の突出方向と、前記第２湾曲部の突出方向とは、互いに異なる、請求項２〜４のいずれか一項に記載の蓄電モジュール。
7. 前記湾曲部は、前記積層方向から見て波線形状を呈する、請求項２〜６のいずれか一項に記載の蓄電モジュール。
8. 前記集電体は、前記積層方向から見て矩形形状を呈しており、
   前記長尺部は、前記積層方向から見て前記集電体の四辺に沿うように前記集電体に設けられる、請求項１〜７のいずれか一項に記載の蓄電モジュール。

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