KR20180019489A - 바이폴라 전지 - Google Patents

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KR20180019489A
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모토요시 오쿠무라
다쿠로 기쿠치
히로쿠니 아키야마
고지로 다마루
다카후미 야마사키
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도요타지도샤가부시키가이샤
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Abstract

복수의 단위 셀(10)의 적층 방향으로 배열되는 제1 주표면(35) 및 제2 주표면(36)을 포함하고, 전해액이 함침된 세퍼레이터(44)를 포함하는 단위 전지(41)를 포함한다. 단위 전지(41, 41G)는, 상기 제1 주표면(35)에 배치되고, 상기 제1 주표면(35)에 설치되는 시일 부재(42)를 포함하고, 상기 시일 부재(42)는 상기 단위 전지(41)의 주위를 둘러싸고, 상기 시일 부재(42)는 상기 구속구(12)로부터의 압박력에 의해 상기 적층 방향으로 상기 시일 부재(42)와 인접하는 상기 집전판(40)에 밀착된다.

Description

바이폴라 전지 {BIPOLAR BATTERY}
본 개시는, 바이폴라 전지에 관한 것으로, 특히 복수의 단위 셀을 포함하는 바이폴라 전지에 관한 것이다.
일본 특허 공개 제2011-151016호에 기재된 바이폴라 전지는, 바이폴라 전극과 전해질층을 교대로 복수 적층함으로써 형성된 전극 적층체를 포함한다. 바이폴라 전극은, 집전체와, 집전체의 한쪽 면 상에 형성된 정극과, 다른 쪽 면 상에 배치된 부극을 포함한다.
전해질층은, 세퍼레이터에 형성되어 있고, 세퍼레이터의 외주부에는 프레임 형상의 시일부가 형성되어 있다. 그리고, 전해질층은, 세퍼레이터 중 시일 부재에 의해 둘러싸인 부분에 형성되어 있다.
시일 부재는, 형 프레임 등을 사용하여 시일용 수지를 세퍼레이터에 충전, 주입, 도포 또는 함침함으로써 형성되어 있다. 그리고, 시일 부재는, 세퍼레이터 내에 형성됨과 함께 세퍼레이터의 표리면으로부터 돌출되도록 형성되어 있다. 시일 부재를 성형할 때, 시일부의 높이(두께)는 정극 및 부극의 두께보다 두꺼워지도록 형성된다.
그리고, 바이폴라 전극과 세퍼레이터를 적층한 후, 압력 또는 열을 가하여, 시일부를 가압 변형 또는 열 융착시켜 집전체에 밀착시키고 있다.
상기 일본 특허 공개 제2011-151016호에 기재된 바이폴라 전지에 있어서는, 세퍼레이터에 형성된 프레임 형상의 시일 부재에 의해, 전해질층에 포함되는 전해액이 세퍼레이터로부터 외부로 스며나오는 것을 억제하고 있다.
그러나, 세퍼레이터의 두께 방향으로 수지를 완전히 함침시키는 것은 곤란해, 세퍼레이터에 함침시키거나 한 시일 부재에 의해 전해액의 누설을 방지하는 것은 곤란하다.
본 발명은, 전해액의 누설의 억제가 도모된 바이폴라 전지이다.
본 개시의 바이폴라 전지는, 적층체와, 구속구를 구비한다. 적층체는, 제1 단부 및 제2 단부와, 제1 단부 및 제2 단부 사이에 적층된 복수의 단위 셀을 포함한다. 구속구는, 상기 구속구가 상기 적층체를 구속하도록 상기 제1 단부 및 상기 제2 단부를 압박한다. 각 단위 셀은, 집전판과, 단위 전지와, 시일 부재를 포함한다. 집전판은, 상기 단위 셀의 적층 방향으로 배열되는 제1 주표면 및 제2 주표면을 포함한다. 단위 전지는, 전해액이 함침된 세퍼레이터를 포함하고, 단위 전지는, 제1 주표면에 배치되어 있다. 상기 시일 부재는 상기 구속구로부터의 압박력에 의해 상기 적층 방향으로 상기 시일 부재와 인접하는 상기 집전판에 밀착된다.
상기한 바이폴라 전지에 의하면, 단위 전지는 시일 부재에 의해 둘러싸여 있다. 그리고, 시일 부재는 구속구로부터의 압박력에 의해 적층 방향으로 인접하는 집전판에 밀착되어 있다. 이 때문에, 시일 부재에 의해, 단위 전지의 세퍼레이터에 함침된 전해액이 외부로 누설되는 것이 억제되어 있다.
상기 구속구는, 적층체의 제1 단부를 압박하는 제1 압박판과, 제2 단부를 압박하는 제2 압박판과, 제1 압박판 및 제2 압박판을 접속하는 복수의 접속 부재를 포함하고 있어도 된다. 상기 복수의 접속 부재는, 서로 간격을 두고 배치되어 있고, 적층체는, 외부에 노출되어 있도록 구성되어 있어도 된다.
상기한 바이폴라 전지에 의하면, 제1 압박 부재 및 제2 압박 부재의 압박력에 의해, 시일 부재에 압박력이 가해져, 시일 부재가 집전판에 밀착된다. 또한, 접속 부재가 간격을 두고 배치되어 있기 때문에, 적층체가 외기에 노출되어 있어, 적층체를 냉각할 수 있다.
상기 집전판 및 상기 시일 부재를 상기 적층 방향으로부터 보았을 때 시일 부재는 상기 집전판 영역 내에 위치하고 있어도 되고, 집전판은, 시일 부재보다 외측으로 돌출됨과 함께 외기에 노출된 방열부를 포함하도록 해도 된다.
상기한 바이폴라 전지에 의하면, 집전판의 방열부로부터 많은 열을 방열할 수 있다.
상기 집전판은, 상기 시일 부재보다 외측에 위치되는 상기 집전판의 일부를 피복하는 절연 부재를 포함하도록 해도 된다.
상기한 바이폴라 전지에 의하면, 시일 부재보다 외측에 있어서, 집전판에 휨이 발생하여 적층 방향으로 인접하는 집전판끼리가 접촉하였다고 해도, 절연 부재에 의해 단락이 발생하는 것을 억제할 수 있다.
상기 구속구는, 적층체의 제1 단부를 압박하는 금속제의 제1 압박판과, 제2 단부를 압박하는 금속제의 제2 압박판을 포함하도록 해도 된다. 바이폴라 전지는, 제1 압박판 및 제1 단부 사이와, 제2 압박판 및 제2 단부 사이 중 적어도 한쪽에 배치된 단열 부재를 더 구비하도록 해도 된다.
상기한 바이폴라 전지에 있어서는, 압박판과 단위 셀 사이에 단열 부재가 설치되어 있기 때문에, 압박판의 온도에 의해 압박판과 인접하는 단위 셀의 온도가 변동되는 것을 억제할 수 있다. 충전 특성, 방전 특성 및 전지 용량 등의 전지 특성은, 온도에 따라 변화되기 때문에, 압박판과 인접하는 단위 전지의 전지 특성이 압박판의 온도에 의해 변동되는 것을 억제할 수 있다. 이에 의해, 바이폴라 전지 전체의 전지 특성의 변동도 억제할 수 있다.
상기 단열 부재는, 절연 재료여도 된다. 이 바이폴라 전지에 의하면, 압박판과 적층체의 절연을 단열 부재에 의해 확보할 수 있다.
상기 단위 전지를 적층 방향으로부터 보았을 때, 세퍼레이터는, 상기 단위 전지의 설치 부분과 상기 시일 부재 사이의 제1 주표면의 일부를 덮도록 해도 된다.
상기한 바이폴라 전지에 의하면, 집전판의 제1 주표면 중, 시일 부재의 내측은, 세퍼레이터에 의해 덮인다. 그 때문에, 예를 들어 단위 전지로부터 가스가 발생하여, 시일 부재의 내측에 있어서 집전판이 휘었다고 해도, 적층 방향으로 인접하는 집전판끼리가 직접 접촉하는 것이 억제되어, 단락의 발생을 억제할 수 있다.
시일 부재는, 세퍼레이터의 외주연부가 놓이는 단차부를 포함하고 있어도 된다. 정극 또는 부극의 제조 과정에 있어서, 정극 또는 부극에 침상의 버어가 형성되는 경우가 있다. 상기한 바이폴라 전지에 의하면, 세퍼레이터가 이 침상의 버어에 접촉하는 것을 억제할 수 있다.
상기 적층체는, 적층 방향으로 배열된 제1 집전판 및 제2 집전판을 포함하고 있어도 된다. 상기 단위 전지는, 제1 집전판 및 제2 집전판 사이에 놓여 있어도 된다. 상기 단위 전지는, 제1 집전판의 제1 주표면에 형성된 정극과, 제2 집전판의 제2 주표면에 형성된 부극을 포함하고 있어도 된다. 바이폴라 전지는, 상기 제1 집전판 중 정극이 형성되는 부분과, 제2 집전판 중 부극이 형성되는 부분 중 적어도 한쪽에 형성된 요철 형상의 조면부를 포함하고 있어도 된다. 상기 집전판은 상기 집전판의 제1 주표면에 배치되는 정극과, 상기 집전판의 제2 주표면에 배치되는 부극과, 요철 상의 조면부를 포함하고 있어도 된다. 상기 조면부는 상기 제1 주표면 중 상기 정극이 배치되는 부분과, 상기 제2 주표면 중 상기 부극이 형성되는 부분 중 적어도 한쪽에 배치되어 있어도 된다
상기 바이폴라 전지에 의하면, 예를 들어 정극 또는 부극 중 적어도 한쪽과, 집전판의 접촉 면적이 넓어져, 정극 또는 부극 중 적어도 한쪽의 전기 저항의 저감 및 집전판과의 밀착성의 향상을 도모할 수 있다.
상기 단위 전지는, 적층체는, 전기 적층 방향으로 배열된 제1 집전판 및 제2 집전판을 포함하고 있어도 된다. 상기 단위 전지는, 각 상기 제1 집전판 및 각 상기 제2 집전판 사이에 놓여 있어도 된다. 상기 단위 전지는, 각 상기 제1 집전판의 상기 제1 주표면에 형성된 정극과, 각 상기 제2 집전판의 상기 제2 주표면에 형성된 부극을 포함하고 있어도 된다. 상기 바이폴라 전지는, 상기 제1 집전판의 제1 주표면과 정극 사이와, 제2 집전판의 제2 주표면과 부극 사이 중 적어도 한쪽에 형성된 도전막을 포함하고 있어도 된다. 상기 집전판은 상기 집전판의 제1 주표면에 배치되는 정극과, 상기 집전판의 제2 주표면에 배치되는 부극을 포함하고 있어도 되고, 상기 단위 전지는 제1 주표면과 상기 정극 사이와, 제2 주표면과 상기 부극 사이 중 적어도 한쪽에 배치되는 도전막을 포함하고 있어도 된다.
상기 바이폴라 전지에 의하면, 정극 또는 부극 중 적어도 한쪽과, 집전체 사이의 접촉 저항의 저감 및 밀착성의 향상을 도모할 수 있다. 또한, 상기한 도전막으로서는, 카본막이 채용된다.
상기 집전판 중 상기 단위 전지의 설치 위치와 상기 시일 부재 사이에 위치하는 오목부를 포함하고 있어도 된다. 상기 오목부에는, 전해액이 저류되어 있어도 된다. 상기 세퍼레이터는, 오목부 내의 전해액과 접촉해도 된다.
상기 바이폴라 전지에 의하면, 전해액이 고갈되는 것을 억제할 수 있다.
본 개시에 의한 바이폴라 전지에 의하면, 전해액의 누설의 억제를 도모할 수 있다.
본 발명의 예시적인 실시예의 특징, 이점 및 기술적 및 산업적 의의는 유사 요소들을 유사 도면 부호로 나타낸 첨부 도면을 참조로 하여 후술될 것이다.
도 1은 본 실시 형태 1에 관한 바이폴라 전지가 탑재된 차량을 모식적으로 도시하는 모식도이다.
도 2는 바이폴라 전지를 도시하는 단면도이다.
도 3은 바이폴라 전지의 분해 사시도이다.
도 4는 단위 셀을 도시하는 사시도이다.
도 5는 단위 셀을 도시하는 평면도이다.
도 6은 실시 형태 2에 관한 바이폴라 전지를 도시하는 단면도이다.
도 7은 비교예에 관한 바이폴라 전지를 도시하는 단면도이다.
도 8은 실시 형태 3에 관한 바이폴라 전지를 도시하는 단면도이다.
도 9는 단위 셀을 도시하는 평면도이다.
도 10은 단위 셀의 변형예를 도시하는 평면도이다.
도 11은 실시 형태 4에 관한 바이폴라 전지를 도시하는 단면도이다.
도 12는 단차부 및 그 주위의 구성을 도시하는 단면도이다.
도 13은 시일 부재 및 집전판을 도시하는 평면도이다.
도 14는 시일 부재, 집전판 및 세퍼레이터를 도시하는 평면도이다.
도 15는 단위 셀 및 그 주위의 구성을 도시하는 단면도이다.
도 16은 실시 형태 5에 관한 바이폴라 전지의 일부를 도시하는 단면도이다.
도 17은 집전판의 조면부 및 그 주위의 구성을 도시하는 단면도이다.
도 18은 조면부가 형성되어 있지 않은 집전판 등을 도시하는 단면도이다.
도 19는 본 실시 형태 5의 변형예에 관한 바이폴라 전지의 일부를 도시하는 단면도이다.
도 20은 본 실시 형태 6에 관한 바이폴라 전지의 일부를 도시하는 단면도이다.
도 21은 바이폴라 전지의 변형예를 도시하는 일부 단면도이다.
도 22는 바이폴라 전지를 도시하는 사시도이다.
도 1 내지 도 22를 사용하여, 각 실시 형태에 관한 바이폴라 전지에 대해 설명한다. 또한, 도 1 내지 도 22에 있어서, 동일 또는 실질적으로 동일한 구성에 대해서는, 동일한 부호를 붙여 중복된 설명을 생략하는 경우가 있다. 도 1은, 본 실시 형태 1에 관한 바이폴라 전지(1)가 탑재된 차량(2)을 모식적으로 도시하는 모식도이다. 이 도 1에 도시한 바와 같이, 차량(2)은 배터리 유닛(3)을 포함한다.
배터리 유닛(3)은, 복수의 바이폴라 전지(1)를 수용하는 배터리 케이스(4)와, 배터리 케이스(4) 내에 냉각풍을 공급하는 팬(5)을 포함한다.
도 2는 바이폴라 전지(1)를 도시하는 단면도이고, 도 3은 바이폴라 전지(1)의 분해 사시도이다. 도 2에 도시한 바와 같이, 바이폴라 전지(1)는, 복수의 단위 셀(10)이 적층 방향(D1)으로 적층됨으로써 형성된 적층체(11)와, 적층체(11)를 적층 방향(D1)으로 구속하는 구속구(12)를 포함한다.
적층체(11)는, 적층 방향(D1)으로 배열되는 단부면(제1 단부)(13) 및 단부면(제2 단부)(14)을 포함한다.
구속구(12)는, 단부면(13)을 압박하는 금속제의 압박판(제1 압박판)(20)과, 단부면(14)을 압박하는 금속제의 압박판(제2 압박판)(21)과, 압박판(20) 및 압박판(21)을 접속하는 복수의 접속 부재(23)를 포함한다.
압박판(20)에는, 복수의 관통 구멍(24)이 형성되어 있고, 압박판(21)에도 복수의 관통 구멍(25)이 형성되어 있다.
접속 부재(23)는 압박판(20) 및 압박판(21) 사이에 배치된 접속 축(26)과, 접속 축(26)의 일단부를 압박판(20)에 연결하는 볼트(27)와, 접속 축(26)의 타단부를 압박판(21)에 연결하는 볼트(28)와, 절연 부재(29, 30)를 포함한다.
절연 부재(29)에는, 볼트(27)의 축부가 삽입되는 관통 구멍이 형성되어 있다. 절연 부재(29)는, 관통 구멍(24) 내에 삽입되는 통 형상의 통부(31)와, 통부(31)의 하단부에 형성된 플랜지부(32)를 포함한다. 플랜지부(32)는, 압박판(20)의 하면에 배치되어 있다.
절연 부재(29)는, 압박판(20)과 볼트(27)를 절연하는 부재이며, 플랜지부(32)는 압박판(20)과 볼트(27)의 헤드부를 절연하고, 통부(31)는 압박판(20)과 볼트(27)의 축부 사이를 절연한다.
절연 부재(30)도, 절연 부재(29)와 마찬가지로 구성되어 있고, 절연 부재(30)는 관통 구멍(25)에 삽입되는 통부(33)와, 압박판(21)의 상면에 배치되는 플랜지부(34)를 포함한다. 이 절연 부재(30)는, 압박판(21)과 볼트(28)를 절연한다.
접속 축(26)의 일단부에는, 볼트(27)의 축부와 나사 결합되는 암나사부가 형성되어 있고, 접속 축(26)의 타단부에는, 볼트(28)의 축부와 나사 결합되는 암나사부가 형성되어 있다.
그리고, 볼트(27, 28)를 접속 축(26)에 나사 결합시켜, 볼트(27, 28)를 조임으로써 압박판(20, 21)이 적층체(11)의 단부면(13, 14)을 압박한다.
압박판(20, 21)은, 절연 부재(29, 30)를 사이에 두고 접속 축(26)에 접속되어 있고, 절연 부재(29, 30)가 압박판(20, 21) 및 볼트(27, 28)를 절연하고 있다. 이와 같이, 접속 축(26)이 압박판(20, 21)과 접촉하고 있지 않고, 접속 축(26)은 압박판(20, 21)으로부터 절연되어 있다. 여기서, 압박판(20) 및 압박판(21)은 적층체(11)와 전기적으로 접속되어 있는 한편, 접속 축(26)이 압박판(20, 21)으로부터 절연되어 있기 때문에, 압박판(20) 및 압박판(21) 사이에서 단락되는 것이 억제되어 있다. 그리고, 압박판(20) 및 압박판(21)을 집전 단자로서 이용할 수 있다.
여기서, 도 3에 도시한 바와 같이, 접속 축(26)은, 적층체(11)의 주위를 둘러싸도록 간격을 두고 배치되어 있다. 이 때문에, 팬(5)으로부터의 냉각풍은, 접속 축(26)의 사이를 통과하여 적층체(11)에 도달하여, 적층체(11)를 냉각한다.
즉, 적층체(11)는 외기에 노출되어 있어, 적층체(11)의 열을 외기에 직접 방열할 수 있다.
또한, 구속구(12)의 구성으로서는, 상기한 바와 같은 구성에 한정되지 않는다. 예를 들어, 접속 부재(23) 대신, 압박판(20, 21)을 구속하는 구속 밴드나, 압박판(20, 21)을 서로 근접하도록 가압하는 스프링 등의 탄성 부재를 채용해도 된다. 또한, 절연 부재(29, 30)를 생략함과 함께, 볼트(27, 28)로서 수지제의 볼트를 사용해도 된다.
도 2에 있어서, 바이폴라 전지(1)는, 하면(36)에 부극(45)이 형성됨과 함께 상면(35)에 정극(43)이 형성된 집전판(40)과, 집전판(40) 상에 배치된 시일 부재(42)와, 세퍼레이터(44)를 순차 적층한 후, 적층체(11)를 구속구(12)로 구속함으로써 형성된다. 또한, 집전판(40)과, 이 집전판(40)의 하면(36)에 형성된 부극(45)과, 이 집전판(40)의 상면(35)에 형성된 정극(43)에 의해, 소위 바이폴라 전극이 형성되어 있다. 상기한 바와 같이 적층함으로써, 적층 방향(D1)으로 배열되는 상면(제1 주표면)(35) 및 하면(제2 주표면)(36)을 포함하는 집전판(40)과, 집전판(40)의 상면(35)에 배치된 단위 전지(41)와, 상면(35)에 배치됨과 함께 단위 전지(41)의 주위를 둘러싸도록 형성된 시일 부재(42)를 포함하는 단위 셀(10)이 형성된다. 또한, 단위 셀(10)은 또한, 시일 부재(42)의 외주면에 형성된 시일 부재(53, 54)와, 시일 부재(42)의 내측에 형성된 소수성 절연막(55, 56)을 포함한다.
집전판(40)은, 예를 들어 니켈판 및 니켈 도금 강판 등의 금속판 등이다. 또한, 집전판(40)의 두께는, 예를 들어 50∼700㎛이다. 이와 같이, 집전판(40)은 소정의 두께를 갖기 때문에, 복수의 집전판(40)을 서로 간격을 두고 배치하였다고 해도, 집전판(40)의 외주연부가 휘는 것이 억제되어 있다.
단위 전지(41)는, 적층 방향(D1)으로 배열되는 상면(제3 주표면)(46) 및 하면(제4 주표면)(47)을 포함하는 세퍼레이터(44)와, 상면(46)에 배치된 부극(45)과, 하면(47)에 배치된 정극(43)을 포함한다. 또한, 도 2에 도시한 단위 셀(10G)의 단위 전지(41G)는, 적층 방향으로 인접하는 집전판(40G) 및 집전판(40H) 사이에 놓여 있다. 단위 전지(41G)의 정극(43)은, 집전판(40G)의 상면(35)에 형성되어 있고, 집전판(40G)의 부극(45)은 집전판(40H)의 하면(36)에 형성되어 있다. 그리고, 단위 전지(41G)의 세퍼레이터(44)는 정극(43) 및 부극(45) 사이에 배치되어 있다.
정극(43)은, 80∼99질량％ 정도의 정극 활물질을 함유한다. 정극 활물질은, 수산화니켈(Ni(OH)2)이다. 수산화니켈은, 충전에 의해, 옥시수산화니켈(NiOOH)로 변화된다. 옥시수산화니켈은, 방전에 의해 수산화니켈로 되돌아간다. 즉, 정극(43)은, 수산화니켈 및 옥시수산화니켈 중 적어도 한쪽을 함유한다.
정극(43)은, 정극 활물질 외에, 도전재 및 바인더를 함유해도 된다. 정극(43)은, 예를 들어 0.5∼10질량％ 정도의 도전재를 함유해도 된다. 도전재는, 예를 들어 산화코발트(CoO), 수산화코발트(Co(OH)2) 등이면 된다. 정극(43)은, 예를 들어 0.5∼10질량％ 정도의 바인더를 함유해도 된다. 바인더는, 예를 들어 카르복시메틸셀룰로오스(CMC), 스티렌부타디엔 고무(SBR), 폴리테트라플루오로에틸렌(PTFE) 등이면 된다.
부극(45)은, 수소 흡장 합금을 포함한다. 수소 흡장 합금은, 부극 활물질이다. 수소 흡장 합금은, 예를 들어 AB5형 합금 등이면 좋다. AB5형 합금으로서는, 예를 들어 LaNi5, MmNi5(「Mm」은 미슈 메탈이라고 칭해지는 희토류 금속의 혼합물을 나타냄) 등을 들 수 있다. 부극(45)은, 수소 흡장 합금의 성형체여도 되고, 수소 흡장 합금이 기재에 지지된 것이어도 된다. 기재로서는, 예를 들어 펀칭 메탈 등을 들 수 있다.
또한, 활물질 지지체를 사용하여, 정극(43) 또는 부극(45)을 형성하도록 해도 된다. 예를 들어, 활물질 지지체를 용접, 압접 등에 의해 집전판(40)의 상면(35) 및 하면(36)에 접합함과 함께, 활물질 지지체에 정극 활물질 페이스트 또는 부극 활물질 페이스트를 충전함으로써, 정극(43) 또는 부극(45)을 형성해도 된다. 활물질 지지체로서는, 예를 들어 펀칭 메탈, 메탈 메쉬 등을 들 수 있다.
세퍼레이터(44)는, 예를 들어 폴리올레핀제의 부직포 등이다. 세퍼레이터(44)에는, 전해액이 함침되어 있다. 전해액은, 예를 들어 수산화칼륨(KOH) 수용액 등이다.
여기서, 본 실시 형태에 관한 바이폴라 전지(1)는, 수계 전지이다. 수계 전지라 함은, 전해액에 수용액이 사용된 전지이며, 전해액에 알칼리성 전해액이 사용된 전지도 수계 전지에 포함된다.
도 4는, 단위 셀(10)을 도시한 사시도이다. 이 도 4에 도시한 바와 같이, 단위 전지(41) 중, 세퍼레이터(44)가 가장 크고, 세퍼레이터(44)의 외주연부의 전체 주위는, 정극(43) 및 부극(45)의 외주연부보다 외측으로 돌출되어 있다.
시일 부재(42)는, 단위 전지(41)의 주위를 둘러싸도록 루프 형상으로 형성되어 있다. 시일 부재(42)는, 루프 형상의 수지 프레임(50)과, 수지 프레임(50)의 내측에 배치된 루프 형상의 수지 프레임(51)과, 수지 프레임(50) 및 수지 프레임(51) 사이에 배치된 가스킷(52)을 포함한다.
가스킷(52)은, 장기적인 높은 기밀성, 우수한 내열성, 내약품성, 전기적 절연성을 갖는 수지로 형성되어 있고, 예를 들어 폴리아릴렌술파이드 수지, 열가소성 엘라스토머 또는 폴리아릴렌술파이드 수지 등을 포함하는 수지로 형성되어 있다.
도 2에 도시한 바와 같이, 구속구(12)가 적층체(11)에 가하는 압박력에 의해, 시일 부재(42)는 적층 방향(D1)으로 인접하는 2개의 집전판(40) 사이에 놓여 있다. 가스킷(52)의 높이는, 2개의 집전판(40)으로부터 가해지는 끼움 지지력에 의해, 자연 상태일 때의 높이보다 낮게 되어 있고, 가스킷(52)은 적층 방향(D1)으로 인접하는 집전판(40)에 밀착되어 있다.
가스킷(52)이 각 집전판(40)에 밀착되어 있으므로, 단위 전지(41)의 전해액이 외부로 누설되는 것이 억제되어 있다. 또한, 시일 부재(42)의 구성으로서는, 수지 프레임(50, 51) 및 가스킷(52)을 포함하는 구성에 한정되지 않는다. 예를 들어, 가스킷(52)을 시일 부재(42)로 해도 되고, 가스킷(52) 외에 시일 링 등을 채용해도 된다.
또한, 단위 셀(10)은, 수지 프레임(50)의 외주면에 형성된 시일 부재(53, 54)를 포함한다. 수지 프레임(50)은, 적층 방향(D1)으로 인접하는 2개의 집전판(40G, 40H) 사이에 놓여 있고, 시일 부재(53)는 한쪽의 집전판(40G)과 수지 프레임(50)에 의해 형성되는 코너부를 매립하도록 루프 형상으로 형성되어 있다. 시일 부재(54)는, 다른 쪽 집전판(40H)과 수지 프레임(50)에 의해 형성되는 코너부를 매립하도록 형성되어 있다. 이에 의해, 전해액의 밀봉성의 향상이 도모되어 있다.
도 5는, 단위 셀(10)을 도시하는 평면도이다. 구체적으로는, 집전판(40) 및 시일 부재(42) 등을 적층 방향(D1)으로 이격된 위치로부터 보았을 때의 평면도이다. 또한, 이 도 5에 있어서는, 부극(45)은 도시하고 있지 않다.
이 도 5에 도시한 바와 같이, 단위 셀(10)은, 단위 전지(41)의 주위를 둘러싸도록, 상면(35)에 형성된 소수성 절연막(55)을 포함한다.
소수성 절연막(55)은 소수성 재료에 의해 형성되어 있고, 예를 들어 플루오로 중합체 또는 유사한 재료 등의 적합한 소수성 재료로 형성되어 있다. 예를 들어, 소수성 절연막(55)에 있어서의 전해액의 접촉각이 90°이상으로 되는 재료에 의해 소수성 절연막(55)이 형성되어 있다.
소수성 절연막(55)의 외주연부는, 세퍼레이터(44)의 외주연부보다 외측에 위치하고 있고, 세퍼레이터(44)의 외주연부가 소수성 절연막(55) 상에 위치하고 있다.
이 때문에, 세퍼레이터(44)의 외주연부로부터 전해액이 소수성 절연막(55) 상으로 스며 나오려고 해도, 소수성을 갖는 소수성 절연막(55)에 의해 튀겨진다. 그 결과, 세퍼레이터(44)에 함침된 전해액이 세퍼레이터(44)로부터 누설되기 어려워져, 전해액이 시일 부재(42)에 도달하는 것을 억제할 수 있다. 이에 의해, 전해액이 외부로 누설되는 것을 억제할 수 있다.
또한, 소수성 절연막(55)에 세퍼레이터(44)의 외주연부가 접촉하고 있는 것은 필수 구성은 아니며, 평면에서 보았을 때, 소수성 절연막(55)이 세퍼레이터(44)보다 외측에 배치되어 있어도 된다.
단위 셀(10)은, 도 2에 도시한 바와 같이, 집전판(40)의 하면(36)에 형성됨과 함께, 단위 전지(41)의 주위를 둘러싸도록 형성된 소수성 절연막(56)을 포함한다.
또한, 상기한 바와 같이 구성된 바이폴라 전지(1)는, 하면(36)에 부극(45)이 형성됨과 함께 상면(35)에 정극(43)이 형성된 집전판(40)과, 시일 부재(42)를 압박판(20)의 상면에 순차 적층한 후, 적층체(11)를 구속구(12)로 구속함으로써 형성된다. 이때, 각 집전판(40)을 소정에 위치에 배치할 필요가 있다. 그래서, 본 실시 형태 1에 관한 바이폴라 전지(1)에 있어서는, 도 5에 도시한 바와 같이, 집전판(40)의 외주연부에 절결부(57)를 형성하고 있다. 그리고, 집전판(40)을 적층할 때에는, 각 절결부(57)끼리가 겹치도록 각 집전판(40)을 순차 적층한다. 또한, 절결부(57)는 표식으로서 기능하고 있고, 절결부(57) 대신에 둥근 구멍이나 사각 구멍이어도 되고, 절결 형상으로서도 각종 형상을 채용할 수 있다.
상기한 바와 같이 실시 형태 1에 관한 바이폴라 전지(1)는, 집전판(40)의 상면(35)에 단위 전지(41)와, 단위 전지(41)의 주위를 둘러싸는 시일 부재(42)를 포함하고, 구속구(12)로부터의 압박력으로, 2개의 집전판(40) 사이에 시일 부재(42)를 끼워 넣어, 전해액의 누설을 억제할 수 있다.
또한, 구속구(12)는, 적층체(11)를 밀폐하고 있지 않고, 적층체(11)의 주위면은 외기에 노출되어 있어, 적층체(11)를 직접 냉각풍 등으로 냉각할 수 있다. 본 실시 형태 2에 있어서는, 적층체와 압박판 사이에 단열 부재를 설치함으로써, 최상단 및 최하단의 단위 전지의 온도 변동을 저감시켜, 바이폴라 전지의 전기 특성을 안정화시키는 구성에 대해 설명한다.
도 6은, 실시 형태 2에 관한 바이폴라 전지(1A)를 도시한 단면도이다. 이 도 6에 도시한 바와 같이, 바이폴라 전지(1A)는, 적층체(11)와, 적층체(11)와 압박판(20) 사이에 설치된 단열 부재(70)와, 적층체(11)와 압박판(21) 사이에 설치된 단열 부재(71)를 포함한다.
적층체(11)는, 압박판(20)과 인접하는 단위 셀(10A)과, 압박판(21)과 인접하는 단위 셀(10B)과, 적층 방향(D1)에 있어서의 적층체(11)의 중앙부 부근에 위치하는 단위 셀(10C, 10D, 10E)을 포함한다.
단열 부재(70)는, 적층체(11)의 단부면(13)과, 압박판(20) 사이에 배치되어 있다. 단열 부재(71)는, 적층체(11)의 단부면(14)과 압박판(21) 사이에 배치되어 있다.
단열 부재(70, 71)는, 폴리우레탄, 폴리에틸렌, 페놀 수지, 발포 스티렌, 글래스울, 셀룰로오스 파이버, 암면 등으로 형성되어 있고, 단열성 및 절연성을 갖는 재료로 형성되어 있다. 또한, 단열 부재(70, 71)를 금속판과, 상기한 단열재 및 절연성을 갖는 단열재로 형성하도록 해도 된다. 이때, 금속판은, 압박판(20, 21)측에 배치되고, 단열재는, 적층체(11)측에 배치된다.
단열 부재(70)는, 압박판(20)과 단위 셀(10A) 사이를 절연하고 있고, 단열 부재(71)는 압박판(21)과 단위 셀(10B)을 절연하고 있다. 단열 부재(70, 71)에 의해 적층체(11)와 구속구(12)가 절연되어 있다. 이 때문에, 바이폴라 전지(1A)에는, 상기 실시 형태에 관한 바이폴라 전지(1)에 설치된 절연 부재(29, 30)는 설치되어 있지 않다.
도 7은 비교예에 관한 바이폴라 전지(1B)를 도시한 단면도이다. 이 도 7에 도시한 바이폴라 전지(1B)는, 각 접속 축(26)은 절연 재료로 형성되어 있고, 단열 부재(70) 및 단열 부재(71)가 설치되어 있지 않다. 이 바이폴라 전지(1B)에 있어서 충전이나 방전이 실시되면, 각 단위 전지(41)가 발열하고, 각 단위 셀(10)의 온도도 상승한다.
이때, 단위 셀(10C)과 인접하는 단위 셀(10D, 10E)도 마찬가지로 발열하기 때문에, 단위 셀(10C)의 온도는, 단위 셀(10D, 10E)과 동일한 온도로 되기 쉽다. 그 결과, 적층체(11)의 적층 방향(D1)의 중앙부 및 그 부근에 있어서는, 각 단위 셀(10)의 온도에 변동이 발생하기 어렵다.
각 단위 셀(10)의 충전 특성, 방전 특성 및 전지 용량 등의 전지 특성은, 온도에 따라 변화되므로, 적층체(11)의 중앙부 부근에 배치된 단위 셀(10)의 전지 특성에 변동은 발생하기 어렵게 되어 있다.
한편, 금속제의 압박판(20, 21)의 온도에 의해, 단위 셀(10A, 10B)의 온도는 변동되기 쉽고, 압박판(20, 21)의 온도는 주위 온도에 따라 변화되기 쉽다. 그 결과, 단위 셀(10A, 10B)은 온도 변동되기 쉬워져, 단위 셀(10A, 10B)의 전기 특성이 변동되기 쉬워진다. 그 결과, 바이폴라 전지(1B)의 전기 특성도 주위 환경에 의해 변동되기 쉬워진다.
한편, 실시 형태 2에 관한 바이폴라 전지(1A)에 있어서는, 도 6에 도시한 바와 같이, 압박판(20)과 단위 셀(10A) 사이에는 단열 부재(70)가 배치되어 있고, 단위 셀(10A)이 압박판(20)으로부터 받는 영향이 작게 억제되어 있다. 마찬가지로, 압박판(21)과 단위 셀(10B) 사이에도 단열 부재(71)가 설치되어 있고, 단위 셀(10B)이 압박판(21)으로부터 받는 영향이 작게 억제되어 있다.
이에 의해, 단위 셀(10A, 10B)의 전기 성능의 변동이 억제되어, 바이폴라 전지(1B)의 전기 특성의 변동을 억제할 수 있다.
또한, 상기한 예에 있어서는, 단열 부재(70, 71) 모두 설치된 예에 대해 설명하였지만, 단열 부재(70, 71) 중 한쪽을 설치하도록 해도 된다. 그 경우에는, 절연 부재(29) 또는 절연 부재(30)가 설치되게 된다. 본 실시 형태 3에서는, 적층체(11)의 방열성의 향상을 도모하기 위해, 집전판(40)에 시일 부재(42)로부터 크게 돌출되는 방열부를 형성함으로써, 적층체(11)의 방열성의 향상이 도모된 구성에 대해 설명한다.
도 8은 실시 형태 3에 관한 바이폴라 전지(1C)를 도시한 단면도이다. 이 도 8에 도시한 바와 같이, 집전판(40)의 외주연부는, 시일 부재(42)보다 외측으로 돌출되도록 형성되어 있다. 집전판(40) 중, 시일 부재(42)보다 외측으로 돌출되는 부분은, 팬(5)으로부터의 냉각풍에 의해 냉각되기 쉬워, 단위 셀(10)의 온도 상승을 억제할 수 있다.
도 9는, 단위 셀(10)을 도시하는 평면도이다. 구체적으로는, 단위 셀(10)로부터 적층 방향(D1)으로 이격된 위치로부터 보았을 때의 평면도이다.
이 도 9에 도시한 바와 같이, 시일 부재(42)는 집전판(40) 내에 위치하고 있고, 집전판(40)의 일부가 시일 부재(42)의 외주연부로부터 크게 외측으로 돌출되도록 형성되어 있다.
시일 부재(42)는, 대략 사각 형상으로 형성되어 있다. 시일 부재(42)의 외주연부는, X 방향으로 배열되는 측면(60) 및 측면(61)과, Y 방향으로 배열되는 측면(62) 및 측면(63)을 포함한다.
집전판(40)은, 측면(62, 63)을 따라 연장되는 근접부(64, 65)와, 측면(60, 61)으로부터 외측으로 크게 돌출되는 방열부(66, 67)와, 방열부(66, 67)를 덮는 절연막(68, 69)을 포함한다.
방열부(66, 67)의 외주연부와 측면(60, 61) 사이의 거리는, 근접부(64, 65)의 외주연부와 측면(62, 63) 사이의 거리보다 길고, 방열부(66, 67)의 노출 면적은, 근접부(64, 65)의 노출 면적보다 넓다. 이 때문에, 방열부(66, 67)로부터 양호하게 방열할 수 있다.
또한, 도 10에 도시한 바와 같이, 집전판(40)의 외주연부의 전체 주위에 걸쳐, 시일 부재(42)로부터 돌출되도록 해도 된다.
도 9에 있어서, 절연막(68, 69)은, 방열부(66, 67)의 표면을 덮도록 형성되어 있고, 적층 방향(D1)으로 인접하는 방열부(66, 67)가 접촉하였다고 해도 서로의 절연을 확보할 수 있다. 또한, 절연막(68)은 방열부(66, 67)의 전체면에 도포하는 경우에 한정되지 않고, 예를 들어 집전판(40)의 외주연부 또는 방열부(66, 67)의 외주연부 및 그 근방에 형성하도록 해도 된다.
방열부(66, 67)가 휘어, 적층 방향(D1)으로 인접하는 다른 집전판(40)과 접촉하는 부분에, 절연막(68, 69)이 형성되어 있으면, 집전판(40)끼리의 절연성을 확보할 수 있다.
절연막(68)은 절연 테이프를 부착하거나, 절연 재료를 코킹, 용사 도포 또는 도장하거나, 수지 몰딩하거나, 각종 방법으로 형성할 수 있다. 실시 형태 4에서는, 시일 부재(42)의 내측에서, 적층 방향(D1)으로 인접하는 집전판(40)이 단락되는 것을 억제하는 구성에 대해 설명한다.
도 11은, 실시 형태 4에 관한 바이폴라 전지(1D)를 도시한 단면도이다. 이 도 11에 도시한 바와 같이, 시일 부재(42)의 내주면에는, 세퍼레이터(44)의 시일 부재(42)의 외주연부가 적재되는 단차부(80)가 형성되어 있다.
도 12는 단차부(80) 및 그 주위의 구성을 도시하는 단면도이다. 이 도 12에 도시한 바와 같이, 수지 프레임(51)은, 가스킷(52)의 내주면을 따라 연장되는 프레임부(81)와, 프레임부(81)의 내주면에 형성된 단차부(80)를 포함한다.
단차부(80)는, 집전판(40)의 상면(35)에 배치되어 있고, 단차부(80)에 세퍼레이터(44)의 외주연부가 놓여 있어, 세퍼레이터(44)가 정극(43)과 접촉하는 것이 억제되어 있다.
정극(43)이 활물질 지지체에 의해 형성되어 있는 경우에는, 정극(43)의 주위면에는, 활물질 지지체를 전단하였을 때에 침상의 버어가 형성되어 있는 경우가 있다. 가령, 세퍼레이터(44)가 버어에 접촉하면, 버어가 세퍼레이터(44)를 뚫고 나갈 우려가 있다.
한편, 바이폴라 전지(1D)에 있어서는, 세퍼레이터(44)를 단차부(80)에 적재함으로써, 세퍼레이터(44)가 버어에 접촉하는 것을 억제할 수 있다.
도 13은 정극(43), 시일 부재(42) 및 집전판(40)을 도시한 평면도이다. 또한, 이 도 13에 있어서는, 부극(45) 및 세퍼레이터(44)를 도시하고 있지 않다. 이 도 13에 있어서, 단차부(80)는 루프 형상으로 형성되어 있다. 여기서, 정극(43)이 배치되어 있는 부분이, 단위 전지(41)의 설치 부분이다. 그리고, 집전판(40)의 상면(35) 중, 정극(43)의 외주연부로부터 시일 부재(42)의 내주연부까지의 사이에 위치하는 부분은, 노출되어 있다.
도 14는, 세퍼레이터(44), 정극(43), 시일 부재(42) 및 집전판(40)을 도시한 평면도이다. 이 도 14에 도시한 바와 같이, 세퍼레이터(44)의 외주연부가 단차부(80)에 놓여 있고, 집전판(40)의 상면(35) 중, 정극(43)과 시일 부재(42) 사이에 위치하는 부분은, 세퍼레이터(44)에 의해 덮여 있다.
도 15는 단위 셀(10A) 및 그 주위의 구성을 도시하는 단면도이다. 이 도 15에 도시한 바와 같이, 단위 셀(10A)의 상면측에 단위 셀(10G)이 설치되어 있다.
단위 셀(10G)의 전해액이 분해됨으로써 가스가 발생하는 경우가 있고, 예를 들어 과충전 시에 있어서, 전해액에 포함되는 물의 전기 분해가 전극의 부반응으로서 일어나, 가스(수소)가 발생하는 경우가 있다.
단위 셀(10G)의 시일 부재(42)에 의해, 가스(수소)가 외부로 누설되는 것이 억제되어 있어, 단위 셀(10G) 내의 내압이 상승하고, 집전판(40G)이 팽창되도록 변형되어 집전판(40G)과 집전판(40A)이 근접하는 경우가 있다.
구체적으로는, 집전판(40G) 중, 시일 부재(42G)와 정극(43G) 사이에 위치하는 부분은, 단위 전지(41A)에 의해 지지되어 있지 않아, 당해 부분이 하방을 향해 팽창되도록 변형되는 경우가 있다.
한편, 단위 셀(10A)의 세퍼레이터(44A)는, 정극(43A)과 시일 부재(42) 사이에 위치하는 집전판(40A)의 상면(35)을 덮도록 설치되어 있다.
이 때문에, 집전판(40G)이 상기한 바와 같이 변형되었다고 해도, 세퍼레이터(44A)에 의해, 집전판(40G)과 집전판(40A)이 직접 접촉하는 것이 억제되어 있어, 집전판(40A) 및 집전판(40G) 사이에서 단락이 발생하는 것을 억제할 수 있다.
이와 같이, 본 실시 형태 4에 관한 바이폴라 전지(1D)에 있어서는, 각 단위 셀(10) 내의 내압이 상승하였다고 해도, 적층 방향(D1)으로 인접하는 단위 셀(10)의 집전판(40)끼리가 접촉하여 단락하는 것을 억제할 수 있다. 본 실시 형태 5에 있어서는, 집전판(40)의 변형 등과 같이 정극(43)이나 부극(45)이 집전판(40)으로부터 박리되는 것을 조장하는 현상이 발생하였다고 해도, 정극(43) 및 부극(45)과 집전판(40)의 밀착성이 확보된 구성에 대해 설명한다.
도 16은, 실시 형태 5에 관한 바이폴라 전지(1E)의 일부를 도시한 단면도이다. 이 도 16에 도시한 바와 같이, 집전판(40G)의 상면(35)에 조면부(82G)가 형성되어 있고, 하면(36)에 조면부(83G)가 형성되어 있다.
조면부(82G)에는, 정극(43G)이 형성되어 있고, 조면부(83G)에는, 부극(45A)이 형성되어 있다.
도 17은 집전판(40G)의 조면부(82G, 83G) 및 그 주위의 구성을 도시한 단면도이고, 도 18은 조면부(82G, 83G)가 형성되어 있지 않은 집전판(40H) 등을 도시한 단면도이다.
도 17 및 도 18에 있어서, 조면부(82G, 83G)에는, 복수의 요철부가 형성되어 있고, 조면부(82G)의 볼록부의 높이 H1은, 조면부(83G)의 볼록부의 높이 H2보다 높다.
조면부(82G)에는 복수의 요철부가 형성되어 있기 때문에, 정극(43G)과 조면부(82G)의 접촉 면적은, 집전판(40H)과 정극(43G)의 접촉 면적보다 넓다. 마찬가지로, 조면부(83G)와 부극(45A)의 접촉 면적은, 집전판(40H)과 부극(45A)의 접촉 면적보다 넓다. 그 결과, 정극(43G) 및 조면부(82G)의 접착력은 집전판(40H) 및 정극(43G)의 접착력보다 높고, 조면부(83G) 및 부극(45A)의 접착력은 집전판(40H) 및 부극(45A)의 접착력보다 높다.
이에 의해, 가령, 집전판(40G)에 휨 등이 발생하였다고 해도, 정극(43G) 및 부극(45G)이 집전판(40G)으로부터 박리되는 것을 억제할 수 있다. 또한, 정극(43G) 및 집전판(40G)의 밀착력이나 부극(45A) 및 집전판(40G)의 밀착력의 향상을 도모하기 위해, 정극 재료 및 부극 재료를 용사하거나, 정극 재료를 소결시킴으로써 밀착력을 향상시키도록 해도 된다.
또한, 조면부(82G)의 볼록부가 정극(43) 내에 들어가 있어, 정극(43G)과 집전판(40G)의 집전 거리는, 집전판(40H)과 정극(43G)의 집전 거리보다 짧고, 정극(43G)의 전기 저항을 낮게 억제할 수 있다. 마찬가지로, 조면부(83G)에 의해 부극(45A)의 전기 저항이 낮게 억제되어 있다.
여기서, 정극(43G)은 정극 활물질로서 수산화니켈을 함유한다. 수산화니켈은, 도전성이 낮다. 그 때문에, 니켈 정극이 두꺼워지면, 두께 방향의 전기 저항이 증가하여, 원하는 전지 성능이 얻어지지 않는 경우가 발생한다.
실시 형태 5에 관한 바이폴라 전지에 있어서는, 조면부(82G)의 볼록부의 높이 H1은, 조면부(83G)의 볼록부의 높이 H2보다 높게 되어 있고, 정극(43G)의 일부의 두께가 얇게 되어 있어, 정극(43G)의 저저항화가 도모되어 있다.
상기한 조면부(82G, 83G)는, 예를 들어 엠보스 가공 등의 프레스 가공, 숏 블라스트 등의 물리적 표면 처리, 에칭 등의 화학적 표면 처리 및 분산 도금법 등의 전기 도금 처리 등으로 형성할 수 있다.
또한, 도 17 등에 나타낸 예에 있어서는, 조면부(82G) 및 조면부(83G)의 양쪽을 형성한 예에 대해 설명하였지만, 조면부(82G) 및 조면부(83G) 중 한쪽을 형성하도록 해도 된다.
도 19는, 본 실시 형태 5의 변형예에 관한 바이폴라 전지(1F)의 일부를 도시한 단면도이다. 이 도 19에 도시한 바와 같이, 집전판(40G)의 상면(35)에는, 도전막(84)이 형성되어 있고, 정극(43G)은 이 도전막(84)에 형성되어 있다. 마찬가지로, 하면(36)에 도전막(85)이 형성되어 있고, 이 도전막(85)에 부극(45A)이 형성되어 있다.
도전막(84, 85)은 도전성 카본이며, 카본 블랙이나 CNT(카본 나노 튜브 또는, 카본 나노 튜브 및 풀러렌을 포함하는 재료) 등을 채용할 수 있다. 도전막(84, 85)은, 예를 들어 카본 블랙이나 CNT를 바인더 및 물과 배합하여, 스크린 인쇄 등에 의해 집전판(40G)의 표면에 형성된다.
정극(43G)은 전기 저항이 높기 때문에, 정극(43G) 및 집전판(40G)과의 접촉 저항이 높아지기 쉽다. 한편, 정극(43G)과 집전판(40G) 사이에 도전막(84)을 형성함으로써 정극(43G) 및 집전판(40G) 사이의 접촉 저항을 낮출 수 있다. 또한, 정극(43G)과 집전판(40G)을 도전막(84)에 의해 서로 접착시킴으로써, 정극(43G)의 밀착성의 향상을 도모할 수 있다.
마찬가지로, 도전막(85)에 의해, 부극(45A) 및 집전판(40G)의 사이의 접촉 저항을 낮출 수 있음과 함께, 부극(45A)의 밀착성을 향상시킬 수 있다. 니켈 수소 전지 등의 수계 전지에 있어서는, 예를 들어 충전 시에 있어서, 전해액에 포함되는 물의 전기 분해가 전극의 부반응으로서 일어나, 전해액이 고갈되는 경우가 있다. 실시 형태 6에 있어서는, 전해액의 고갈의 억제가 도모된 바이폴라 전지에 대해 설명한다.
도 20은, 본 실시 형태 6에 관한 바이폴라 전지(1G)의 일부를 도시한 단면도이다. 이 도 20에 도시한 바와 같이, 단위 셀(10G)의 집전판(40G)의 상면(35G)에는 오목부(90G)가 형성되어 있다. 오목부(90G)는, 단위 전지(41G)의 설치 위치(정극(43A)과 상면(35G)의 접촉 부분)와, 시일 부재(42G) 사이에 위치하고 있다. 오목부(90G)에는, 전해액(91G)이 저류되어 있다.
또한, 전해액(91G)은, 예를 들어 겔 폴리머 스펀지 등의 보액재에 스며들게 한 상태에서 오목부(90G) 내에 저류시키도록 해도 된다.
세퍼레이터(44G)의 외주연부는, 단차부(80)에 배치되어 있다. 세퍼레이터(44G)는, 정극(43G) 및 부극(45G) 사이로부터 빠져나온 후, 오목부(90G) 내로 들어가고, 그 후, 단차부(80)를 향하도록 구부러진 굽힘부(92)를 포함한다. 그리고, 굽힘부(92)의 정점부는 전해액(91G)에 침지되어 있다.
이 때문에, 세퍼레이터(44G)에 함침된 전해액이 분해되었다고 해도, 오목부(90G) 내의 전해액(91G)이 세퍼레이터(44G)에 공급되기 때문에, 세퍼레이터(44G) 내의 전해액이 고갈되는 것을 억제할 수 있다.
또한, 다른 단위 셀(10)에 있어서도, 단위 셀(10G)과 마찬가지로 형성함으로써, 바이폴라 전지(1G)에 있어서, 전해액의 고갈의 발생을 억제할 수 있다.
또한, 도 21은, 바이폴라 전지(1G)의 변형예를 도시한 일부 단면도이다. 이 도 21에 도시한 바와 같이, 세퍼레이터(44G)의 외주연부를 오목부(90G) 내에서 열 용착시켜도 된다.
상기한 실시 형태 1∼6에 있어서는, 단위 셀(10)의 평면 형상이 직사각 형상인 경우에 대해 설명하였지만, 단위 셀(10)의 형상으로서는, 도 22의 바이폴라 전지(1H)와 같이, 각 단위 셀(10)을 원 형상으로 형성해도 되고, 각종 형상을 채용할 수 있다.
상기한 바와 같이 실시 형태 1∼6에 대해 설명하였지만, 각 실시 형태 1∼6에 있어서 설명된 구성을 서로 조합하도록 해도 된다.
예를 들어, 실시 형태 1의 바이폴라 전지(1)에, 실시 형태 2에서 설명한 단열 부재(70, 71)를 조합해도 된다. 또한, 바이폴라 전지(1, 1A)의 구성에, 실시 형태 3에서 설명한 방열부(66, 67)의 구성이나 절연막(68)의 구성을 조합해도 된다.
또한, 바이폴라 전지(1, 1A, 1C)의 구성에, 실시 형태 4에서 설명한 세퍼레이터(44)의 형상이나 단차부(80)의 구성을 적용해도 된다.
바이폴라 전지(1∼1D)의 구성에, 실시 형태 5에서 설명한 조면부(82G, 83G)의 구성이나 도전막(84)의 구성을 적용해도 된다.
또한, 바이폴라 전지(1∼1E)의 구성에, 실시 형태 6에서 설명한 오목부(90G) 등의 구성을 적용해도 된다.
또한, 금회 개시된 실시 형태는 모든 점에서 예시이며 제한적인 것은 아니라고 생각되어야 한다. 본 발명의 범위는 상기한 설명이 아닌 청구범위에 의해 나타나고, 청구범위와 균등의 의미 및 범위 내에서의 모든 변경이 포함되는 것이 의도된다.
본 개시의 바이폴라 전지는, 예를 들어 하이브리드 차량, 전기 자동차 등의 전동 차량이나 연료 전지 차량 등에 적용할 수 있다.

Claims (13)

  1. 바이폴라 전지(1, 1A, 1B, 1C, 1D, 1E, 1F, 1G, 1H)이며,
    제1 단부(13)와,
    제2 단부(14)와,
    적층체(11)와,
    구속구(12)를 포함하고,
    상기 적층체(11)는, 상기 제1 단부(13) 및 상기 제2 단부(14) 사이에 적층되는 복수의 단위 셀(10, 10A, 10B, 10C, 10D, 10E)을 포함하고,
    상기 구속구(12)는, 구속구(12)가 상기 적층체(11)를 구속하도록 상기 제1 단부(13) 및 상기 제2 단부(14)를 압박하고,
    상기 복수의 단위 셀 각각(10, 10A, 10B, 10C, 10D, 10E)은,
    상기 복수의 단위 셀(10, 10A, 10B, 10C, 10D, 10E)의 적층 방향으로 배열되는 제1 주표면(35) 및 제2 주표면(36)을 포함하는 집전판(40, 40G, 40H)과,
    전해액이 함침된 세퍼레이터(44)를 포함하고, 상기 제1 주표면(35)에 배치되는 단위 전지(41, 41G)와,
    상기 제1 주표면(35)에 설치되고, 상기 단위 전지(41, 41G)의 주위를 둘러싸는 시일 부재(42)를 포함하고,
    상기 시일 부재(42)는 상기 구속구(12)로부터의 압박력에 의해 상기 적층 방향으로 인접하는 상기 집전판(40, 40G, 40H)에 밀착되는, 바이폴라 전지(1, 1A, 1B, 1C, 1D, 1E, 1F, 1G, 1H).
  2. 제1항에 있어서,
    상기 구속구(12)는, 상기 적층체(11)의 상기 제1 단부(13)를 압박하는 제1 압박판(20)과,
    상기 제2 단부(14)를 압박하는 제2 압박판(21)과,
    상기 제1 압박판(20) 및 상기 제2 압박판(21)을 접속하는 복수의 접속 부재(23)를 포함하고, 상기 복수의 접속 부재(23)는 상기 복수의 접속 부재(23)가 서로 간격을 두도록 배치되어 있고,
    상기 적층체(11)는 외부에 노출되는, 상기 바이폴라 전지(1, 1A, 1B, 1C, 1D, 1E, 1F, 1G, 1H).
  3. 제2항에 있어서,
    상기 집전판(40) 및 상기 시일 부재(42)를 상기 적층 방향으로부터 보았을 때,
    상기 시일 부재(42)는, 상기 집전판(40) 영역 내에 위치하고 있고,
    상기 집전판(40)은, 상기 시일 부재(42)보다 외측으로 돌출되는 방열부(66, 67)를 포함하는, 상기 바이폴라 전지(1A, 1C).
  4. 제3항에 있어서,
    상기 집전판(40)은 상기 시일 부재(42)보다 외측에 위치되는 상기 집전판(40)의 일부를 피복하는 절연 부재(29, 30)를 포함하는, 상기 바이폴라 전지(1B).
  5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 구속구(12)는,
    상기 적층체(11)의 상기 제1 단부(13)를 압박하는 제1 압박판(20)과,
    상기 제2 단부(14)를 압박하는 제2 압박판(21)과,
    상기 제1 압박판(20) 및 상기 제1 단부(13) 사이와, 상기 제2 압박판(21) 및 상기 제2 단부(14) 사이 중 적어도 한쪽에 배치된 단열 부재(70, 71)를 포함하는, 상기 바이폴라 전지(1, 1A).
  6. 제5항에 있어서,
    상기 단열 부재(70, 71)는 절연 재료인, 상기 바이폴라 전지(1, 1A).
  7. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 단위 전지(41, 41G)를 상기 적층 방향으로부터 보았을 때, 상기 세퍼레이터(44)는 상기 단위 전지(41, 41G)의 설치 부분과 상기 시일 부재(42) 사이의 상기 제1 주표면(35)의 일부를 덮는, 상기 바이폴라 전지(1, 1A, 1B, 1C, 1D, 1E, 1F, 1G, 1H).
  8. 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 시일 부재(42)는, 상기 세퍼레이터(44)의 외주연부가 놓이는 단차부를 포함하는, 상기 바이폴라 전지(1D).
  9. 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 적층체(11)는 상기 적층 방향으로 배열된 제1 집전판 및 제2 집전판을 포함하고,
    상기 단위 전지(41, 41G)는 상기 제1 집전판 및 상기 제2 집전판 사이에 놓여 있고, 상기 단위 전지(41, 41G)는 상기 제1 집전판의 제1 주표면(35)에 배치된 정극(43A, 43G)과, 상기 제2 집전판의 제2 주표면에 배치된 부극(45A, 45G)을 포함하고,
    상기 단위 전지(41, 41G)는 요철 형상의 조면부(82G, 83G)를 포함하고, 상기 조면부(82G, 83G)는 상기 제1 집전판 중 상기 정극(43A, 43G)이 배치되는 부분과, 상기 제2 집전판 중 상기 부극(45A, 45G)이 형성되는 부분 중 적어도 한쪽에 배치되는, 상기 바이폴라 전지(1E).
  10. 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 집전판(40G)은,
    상기 집전판(40G)의 제1 주표면(35)에 배치되는 정극(43A, 43G)과,
    상기 집전판의 제2 주표면(36)에 배치되는 부극(45A, 45G)을 포함하고,
    요철 형상의 조면부(82G, 83G)를 포함하고, 상기 조면부(82G, 83G)는 상기 제1 주표면(35) 중 상기 정극(43A, 43G)이 배치되는 부분과, 상기 제2 주표면(36) 중 상기 부극(45A, 45G)이 형성되는 부분 중 적어도 한쪽에 배치되는, 상기 바이폴라 전지(1E).
  11. 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 적층체(11)는, 상기 적층 방향으로 배열된 제1 집전판 및 제2 집전판을 포함하고,
    상기 단위 전지(41, 41G)는, 각 상기 제1 집전판 및 각 상기 제2 집전판 사이에 놓여 있고,
    상기 단위 전지(41, 41G)는, 각 상기 제1 집전판의 상기 제1 주표면(35)에 배치된 정극(43G)과, 각 상기 제2 집전판의 상기 제2 주표면(36)에 배치된 부극(45A)을 포함하고, 상기 단위 전지(41, 41G)는 각 상기 제1 집전판의 제1 주표면(35)과 상기 정극(43G) 사이와, 각 상기 제2 집전판의 제2 주표면(36)과 상기 부극(45A) 사이 중 적어도 한쪽에 배치되는 도전막(84, 85)을 포함하는, 상기 바이폴라 전지(1F).
  12. 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 집전판(40G)은,
    상기 집전판(40G)의 제1 주표면(35)에 배치되는 정극(43A)과,
    상기 집전판의 제2 주표면에 배치되는 부극(45A)을 포함하고,
    상기 단위 전지(41, 41G)는, 제1 주표면(35)과 상기 정극(43A) 사이와, 제2 주표면(36)과 상기 부극(45A) 사이 중 적어도 한쪽에 배치되는 도전막(84, 85)을 포함하는, 상기 바이폴라 전지(1F).
  13. 제1항 내지 제12항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 집전판(40G)은 오목부(90, 90G)를 포함하고, 상기 오목부(90, 90G)는 상기 집전판(40G) 중 상기 단위 전지(41, 41G)의 설치 위치와 상기 시일 부재(42) 사이에 위치하고, 상기 오목부(90, 90G)에는 전해액이 저류되어 있고, 상기 세퍼레이터(44)는 상기 오목부 내의 전해액과 접촉하는, 상기 바이폴라 전지(1G).
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