WO2023189094A1 - 双極型蓄電池 - Google Patents

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WO2023189094A1
WO2023189094A1 PCT/JP2023/007098 JP2023007098W WO2023189094A1 WO 2023189094 A1 WO2023189094 A1 WO 2023189094A1 JP 2023007098 W JP2023007098 W JP 2023007098W WO 2023189094 A1 WO2023189094 A1 WO 2023189094A1
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WO
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bipolar
positive electrode
reinforcing wall
substrate
negative electrode
Prior art date
Application number
PCT/JP2023/007098
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English (en)
French (fr)
Inventor
憲治 廣田
芳延 平
広樹 田中
康雄 中島
Original Assignee
古河電池株式会社
古河電気工業株式会社
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Publication date
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    • H01M10/00Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/04Construction or manufacture in general
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/06Lead-acid accumulators
    • H01M10/12Construction or manufacture
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
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    • H01M50/10Primary casings; Jackets or wrappings
    • H01M50/102Primary casings; Jackets or wrappings characterised by their shape or physical structure
    • H01M50/103Primary casings; Jackets or wrappings characterised by their shape or physical structure prismatic or rectangular
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    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
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    • Y02PCLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P70/00Climate change mitigation technologies in the production process for final industrial or consumer products
    • Y02P70/50Manufacturing or production processes characterised by the final manufactured product

Definitions

  • Embodiments of the present invention relate to bipolar storage batteries.
  • a substrate (bipolar plate) made of resin is attached to the inside of a frame (rim) made of resin in the shape of a picture frame.
  • a positive electrode lead layer and a negative electrode lead layer are provided on one side and the other side of the substrate.
  • a positive electrode active material layer is adjacent to the positive electrode lead layer.
  • a negative electrode active material layer is adjacent to the negative electrode lead layer.
  • a glass mat (electrolytic layer) containing an electrolytic solution is disposed inside the frame-shaped spacer made of resin. A plurality of frames and spacers are alternately stacked and assembled.
  • the lead layer for the positive electrode and the lead layer for the negative electrode are directly joined inside a plurality of perforations formed in the substrate. That is, the lead-acid battery described in Patent Document 1 is a bipolar lead-acid battery in which a plurality of cell members and a substrate having a perforation (communication hole) that communicates one side with the other side are alternately stacked. be.
  • the cell member includes a positive electrode in which a positive electrode active material layer is provided on a positive electrode lead layer, a negative electrode in which a negative electrode active material layer is provided in a negative electrode lead layer, and an electrolytic layer interposed between the positive electrode and the negative electrode.
  • the positive electrode lead layer of one cell member and the negative electrode lead layer of the other cell member are immersed inside the perforation of the substrate and joined, so that the cell members are connected in series. It has become.
  • the positive electrode lead layer is corroded by the sulfuric acid contained in the electrolyte, resulting in a coating of corrosion products (lead dioxide and lead sulfate) on the surface of the positive electrode lead layer. may be generated.
  • corrosion products lead dioxide and lead sulfate
  • gas is generated, and this generated gas increases the pressure in the cell, which is a space in which the cell member is accommodated, and there is a possibility that the cell expands.
  • bipolar lead-acid batteries There are two main ways to install bipolar lead-acid batteries: one where the cell members are stacked parallel to the vertical direction, and the other where they are stacked horizontally at a 90 degree angle. Separated. In either case, if the cell expands due to battery deterioration, for example, the positive electrode lead layer and the positive electrode active material layer will separate and the positive electrode active material layer will fall off from the positive electrode lead layer. There is a risk. In particular, when cell members are stacked horizontally, they are likely to be affected by gravity, and the positive electrode active material layer may easily fall off from the positive electrode lead layer.
  • the fallen cathode active material layer accumulates at the bottom or bottom of the bipolar lead-acid battery, but in this state, normal voltage cannot be maintained, resulting in decreased battery performance and reliability. This could lead to
  • Patent Document 1 shows that the bipolar plate and the frame can be joined by various methods. However, if, for example, a force caused by the expansion of the cells is applied to the bonded portion and the force is unexpected, the bonded portion may be damaged. Furthermore, if a bipolar lead-acid battery is subjected to an external impact, it is also possible that an unexpected force will be applied to the joint.
  • the present invention is designed to prevent the cell from expanding due to corrosion caused by the sulfuric acid contained in the electrolytic solution and gas generated by the corrosion, or even when subjected to an external impact. It is an object of the present invention to provide a bipolar storage battery that has sufficient rigidity and also makes it possible to ensure airtightness and mechanical strength inside the cell.
  • a bipolar storage battery includes a positive electrode having a positive electrode current collector and a positive electrode active material layer, a negative electrode having a negative electrode current collector and a negative electrode active material layer, and a negative electrode between the positive electrode and the negative electrode. Covers at least one of the positive electrode side and the negative electrode side of the cell member, including an intervening separator and forming a plurality of spaces for individually accommodating the cell member and the plurality of cell members stacked at intervals.
  • a space forming member including a substrate and a frame surrounding the side surface of the cell member; and an outer reinforcing wall facing the outer wall surface of the frame and extending from the substrate in a stacking direction of the cell member and the space forming member. , an outer hollow portion is formed between the outer reinforcing wall and the outer wall surface.
  • a positive electrode having a positive electrode current collector and a positive electrode active material layer, a negative electrode having a negative electrode current collector and a negative electrode active material layer, and a positive electrode and a negative electrode having a positive electrode current collector and a negative electrode active material layer.
  • At least one of the positive electrode side and the negative electrode side of the cell member which includes a separator interposed between the cell members and is stacked at intervals, and forms a plurality of spaces that individually accommodate the plurality of cell members.
  • a space forming member including a substrate that covers the cell member and a frame that surrounds the side surface of the cell member; an outer reinforcing wall that faces the outer wall surface of the frame and extends from the substrate in the stacking direction of the cell member and the space forming member; An outer hollow portion is formed between the outer reinforcing wall and the outer wall surface.
  • FIG. 1 is a cross-sectional view showing the structure of a bipolar lead-acid battery according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 1 is an enlarged cross-sectional view showing the structure of a portion of a bipolar lead-acid battery according to an embodiment of the present invention. It is an explanatory view showing another structure of the outside reinforcing wall concerning an embodiment of the present invention. It is an explanatory view showing another structure of the outside reinforcing wall concerning an embodiment of the present invention.
  • FIG. 1 is a cross-sectional view showing the structure of a bipolar lead-acid battery 100 according to an embodiment of the present invention.
  • a bipolar lead-acid battery 100 includes a plurality of cell members 110, a plurality of bipolar plates (space forming members) 120, and a first end plate ( It has a space forming member) 130 and a second end plate (space forming member) 140.
  • FIG. 1 shows a bipolar lead-acid battery 100 in which three cell members 110 are stacked
  • the number of cell members 110 is determined by the battery design. Further, the number of bipolar plates 120 is determined according to the number of cell members 110.
  • the direction that is parallel to the vertical direction and is the stacking direction of the cell members 110 is referred to as the Z direction (vertical direction in FIG. 1).
  • the directions perpendicular to the Z direction and perpendicular to each other are defined as the X direction and the Y direction.
  • the cell member 110 includes a positive electrode 111, a negative electrode 112, and an electrolytic layer (separator) 113.
  • the positive electrode 111 includes a positive electrode lead foil 111a, which is a positive electrode current collector made of lead or a lead alloy, and a positive electrode active material layer 111b.
  • the negative electrode 112 includes a negative electrode lead foil 112a, which is a negative electrode current collector made of lead or a lead alloy, and a negative electrode active material layer 112b.
  • This positive electrode lead foil 111a is bipolarized by an adhesive 150, which will be described later, provided between one surface of the bipolar plate 120 (in the drawing of FIG. 1, the surface facing upward in the paper) and the positive electrode lead foil 111a. It is provided on one side of the plate 120. Therefore, on one surface of the bipolar plate 120, an adhesive layer (adhesive 150), a positive electrode lead foil 111a, and a positive electrode active material layer 111b are laminated in this order.
  • the negative electrode lead foil 112a is attached to the bipolar plate by an adhesive 150, which will be described later, provided between the other surface of the bipolar plate 120 (in the drawing of FIG. 1, the surface facing downward in the paper) and the negative electrode lead foil 112a. 120 is provided on the other surface. Therefore, on the other surface of the bipolar plate 120, an adhesive layer (adhesive 150), a negative electrode lead foil 112a, and a negative electrode active material layer 112b are laminated in this order.
  • the positive electrode 111 and the negative electrode 112 are electrically connected via a conductor 160, which will be described later.
  • the separator 113 is made of, for example, a glass fiber mat impregnated with an electrolytic solution containing sulfuric acid.
  • the separator 113 is provided so as to be sandwiched between a positive electrode active material layer 111b provided on one bipolar plate 120 facing each other and a negative electrode active material layer 112b provided on the other bipolar plate 120.
  • a positive electrode lead foil 111a, a positive electrode active material layer 111b, a separator 113, a negative electrode active material layer 112b, and a negative electrode lead foil 112a are laminated in this order.
  • the bipolar plate 120, the positive electrode lead foil 111a, the positive electrode active material layer 111b, the negative electrode lead foil 112a, and the negative electrode A bipolar electrode is configured by the active material layer 112b.
  • a bipolar electrode is an electrode that has the functions of both a positive electrode and a negative electrode.
  • the bipolar lead-acid battery 100 is provided in a pair with a cell member 110 having a separator 113 interposed between a positive electrode 111 and a negative electrode 112, with the cell member 110 sandwiched therebetween.
  • a plurality of bipolar plates 120 are stacked.
  • the dimensions of the positive electrode lead foil 111a in the X and Y directions are larger than the dimensions of the positive electrode active material layer 111b in the X and Y directions.
  • the dimensions of the negative electrode lead foil 112a in the X and Y directions are larger than the dimensions of the negative electrode active material layer 112b in the X and Y directions.
  • the dimension (thickness) in the Z direction is that the positive electrode lead foil 111a is larger (thicker) than the negative electrode lead foil 112a, and the positive electrode active material layer 111b is larger (thicker) than the negative electrode active material layer 112b. ).
  • the plurality of cell members 110 are stacked at intervals in the Z direction, and the substrate 121 of the bipolar plate 120 is disposed at this interval. That is, the plurality of cell members 110 are stacked with the substrate 121 of the bipolar plate 120 sandwiched therebetween.
  • the plurality of bipolar plates 120, the first end plate 130, and the second end plate 140 form spaces for forming a plurality of spaces (cells) C that individually accommodate the plurality of cell members 110. It is a member.
  • the bipolar plate 120 covers both the positive electrode 111 side and the negative electrode 112 side of the cell member 110 and has a frame that surrounds the substrate 121 having a rectangular planar shape and the side surfaces of the cell member 110 and covers the four end faces of the substrate 121.
  • the frame 122 has an outer wall surface 122a and an inner wall surface 122b, and the inner wall surface 122b faces the side surface of the cell member 110.
  • a part of the space C that accommodates the cell member 110 is formed by the inner wall surface 122b.
  • a part of the outer surface of the bipolar lead-acid battery 100 is formed by the outer wall surface 122a.
  • the bipolar plate 120 further includes column parts 123 that protrude perpendicularly from both sides of the substrate 121.
  • the number of pillar portions 123 protruding from each surface of the substrate 121 may be one or more.
  • the dimensions of the frame 122 are larger than the dimensions (thickness) of the substrate 121, and the dimensions between the protruding end surfaces of the pillars 123 are the same as the dimensions of the frame 122.
  • a space C is formed between the substrates 121 by stacking the plurality of bipolar plates 120 with their frame bodies 122 and columnar portions 123 in contact with each other. The dimension of the space C in the Z direction is maintained by the pillar portions 123 that are in contact with each other.
  • FIG. 2 is an enlarged cross-sectional view showing the structure of a portion of the bipolar lead-acid battery 100 according to the embodiment of the present invention.
  • the cell member 110 is shown sandwiched between two bipolar plates 120, 120 in the center thereof.
  • bipolar plate 120M the bipolar plate drawn on the top in the drawing
  • bipolar plate 120N the bipolar plate drawn on the bottom thereof
  • an outer reinforcing wall 124 is provided at a position facing the outer wall surface 122a of the frame 122. That is, as shown in FIG. 2, the substrate 121N of the bipolar plate 120N is formed to extend beyond the frame 122N in the X direction. Further, the outer reinforcing wall 124 is formed to extend upward in the Z direction from the extended portion.
  • the outer reinforcing wall 124 is formed to be longer than the upward length of the frame 122N in the Z direction when viewed from the extended portion of the substrate 121N. Specifically, it is formed to extend upward beyond the joining position of the frame 122M of the adjacent bipolar plate 120M and the frame 122N of the bipolar plate 120N.
  • the end portion 124a of the outer reinforcing wall 124 extending upward in the Z direction is provided in the vicinity of the adjacent substrate 121M. In other words, the end portion 124a extends to the vicinity of the substrate 121M of the bipolar plate 120M.
  • the bipolar plates 120M and 120N shown in FIG. 2 are joined to each other by vibration welding, which will be described later, and in this state, the end portions 124a are at opposite positions near the substrate 121M.
  • it is formed to have a length that takes into consideration the welding depth in vibration welding, etc., and the length of the outer reinforcing wall 124 in the Z direction before welding is longer than the length of the outer reinforcing wall 124 in the Z direction after welding. It is formed to be long.
  • “nearby” here refers to a case where the end portion 124a is located at a position separated from the opposing substrate 121M without contacting it. In addition, it also includes a state in which the end portion 124a contacts the opposing substrate 121M in a state in which the bipolar plates 120M and 120N are joined.
  • an outer hollow portion EM is formed between the outer wall surfaces 122a of the frames 122M and 122N of the opposing bipolar plates 120M and 120N. . That is, the outer hollow portion EM refers to a space formed between the outer reinforcing wall 124 and the outer wall surface 122a of the frames 122M and 122N.
  • the bipolar lead-acid battery 100 is provided with an inner reinforcing wall 125 having the same shape as the outer reinforcing wall 124. That is, as shown in FIG. 1 or 2, the inner reinforcing wall 125 is provided inside the space C between the inner wall surface 122b of the frame 122 and the cell member 110.
  • the inner reinforcing wall 125 is formed between the frame 122N and the cover plate 170 in the substrate 121N of the bipolar plate 120N, and extends upward in the Z direction from the substrate 121N. .
  • the inner reinforcing wall 125 is formed to be longer than the upward length of the frame 122N in the Z direction when viewed from the substrate 121N. Specifically, it is formed to extend upward beyond the joining position of the frame 122M of the adjacent bipolar plate 120M and the frame 122N of the bipolar plate 120N.
  • the end portion 125a of the inner reinforcing wall 125 extending upward in the Z direction is provided in the vicinity of the adjacent substrate 121M. In other words, the end portion 125a extends to the vicinity of the substrate 121M of the bipolar plate 120M. Note that the meaning of "nearby" is as described above.
  • the length of the inner reinforcing wall 125 in the Z direction is determined in consideration of the welding depth in vibration welding or the like. Further, the length of the outer reinforcing wall 124 in the Z direction before joining is longer than the length of the outer reinforcing wall 124 in the Z direction after joining.
  • an inner hollow portion IM is formed between the inner wall surfaces 122b of the frames 122M and 122N of the opposing bipolar plates 120M and 120N.
  • the size of the outer hollow part EM and the inner hollow part IM that is, the distance between the outer reinforcing wall 124 and the outer wall surface 122a, and the distance between the inner reinforcing wall 125 and the inner wall surface 122b, Whether to do so can be set arbitrarily. In FIGS. 1 and 2, these two distances are drawn to be approximately equal, but the distances may be different from each other.
  • the frames 122 of adjacent bipolar plates 120 can be joined together, or the bipolar plate 120 and the first end plate 130 or the second end plate, which will be described later, can be joined together. It is possible to weaken the force applied from the inside and outside of the bipolar lead-acid battery 100 to the joint portion with the bipolar lead-acid battery 140. Therefore, it is possible to ensure the rigidity and impact resistance of the bipolar lead-acid battery 100.
  • the heat insulation properties can also be improved, so that the bipolar lead-acid battery 100 is less susceptible to the influence of ambient temperature during operation. This contributes to stabilizing performance during battery operation.
  • the inner hollow part IM plays a role as a buffer material against pressure changes inside the space C in which the cell member 110 is accommodated, so that robustness is increased. become.
  • the frames are joined to each other by vibration welding, for example, but burrs are generated at the joining portions of each plate P during joining.
  • the burrs caused by vibration welding or the like can be made invisible from the outside of the bipolar lead-acid battery 100.
  • the outer surface of the bipolar lead-acid battery 100 can be made to look smooth, and a bipolar storage battery with excellent design can be provided.
  • the bipolar lead-acid battery 100 shown in FIGS. 1 and 2 shows a state in which an outer hollow portion EM and an inner hollow portion IM are provided by forming an outer reinforcing wall 124 and an inner reinforcing wall 125.
  • these do not necessarily have to have both hollow parts. That is, it is sufficient that the outer hollow part EM is provided at least between the outer reinforcing wall 124 and the outer wall surface 122a.
  • an internal reinforcing body R is formed inside the outer hollow part EM or the inner hollow part IM at the joint portion between adjacent plates P.
  • the internal reinforcing body R may be formed in both the outer hollow portion and the inner hollow portion, or may be formed in either one of the hollow portions.
  • this internal reinforcing body R is considered to vary depending on each joint part. However, in any case, the internal reinforcing body R formed inside the outer hollow part EM or the inner hollow part IM grows from the joint portion toward the outer reinforcing wall 124 or the inner reinforcing wall 125.
  • the internal reinforcing body R By forming the internal reinforcing body R at the joint between the plates P that are joined facing each other in this way, the tensile strength, that is, the force that opposes the force that tends to separate the plates P in the Z direction, is increased. will improve. Therefore, these plates P will be more firmly joined together.
  • the internal reinforcing body R comes into contact with or is joined to both or one of the outer reinforcing wall 124 and the inner reinforcing wall 125.
  • the force against the force is improved. . Therefore, even if such a force is applied to the bipolar lead-acid battery 100, the bipolar lead-acid battery 100 can absorb the impact or absorb the force due to expansion.
  • the outer reinforcing wall 124 shown in FIGS. 1 and 2 is arranged so that the end portion 124a thereof is located near the substrate 121M of the bipolar plate 120M to be joined to the bipolar plate 120N. It was set up to extend from.
  • the shape of the outer reinforcing wall 124 does not have to be the shape described above. Therefore, other shapes that can be adopted by the outer reinforcing wall 124 will be described below with reference to FIGS. 3 and 4.
  • FIGS. 3 and 4 are explanatory diagrams showing another structure of the outer reinforcing wall 124 according to the embodiment of the present invention. Note that in FIGS. 3 and 4 as well, the description will be made assuming that the bipolar plates shown adjacent to each other are bipolar plates 120M and 120N, respectively.
  • FIG. 3 shows an enlarged cross-sectional view of the structure of a portion of a bipolar lead-acid battery 100A according to an embodiment of the present invention.
  • the shape of the outer reinforcing wall 124A is different from the outer reinforcing wall 124 described above.
  • the outer reinforcing wall 124A shown in FIG. 3 is formed to extend upward in the Z direction from the substrate 121N of the bipolar plate 120N. Note that the end portion 124Aa faces the substrate 121M of the bipolar plate 120M, but has a length such that it is located away from the substrate 121M.
  • the arrangement position of the end portion 124Aa is at least closer to the joint portion of the frames 122M and 122N of the bipolar plates 120M and 120N. It is formed to be at the top in the Z direction.
  • FIG. 4 shows an enlarged cross-sectional view of the structure of a portion of a bipolar lead-acid battery 100B according to an embodiment of the present invention.
  • the shape of the outer reinforcing wall 124B is different from the outer reinforcing walls 124 and 124A described above.
  • the outer reinforcing wall 124B shown in FIG. 4 is formed to extend upward and downward in the Z direction centering on the substrate 121N.
  • the position of the end portion 124Ba of the outer reinforcing wall 124B in the Z direction is set so as to cover the joint portion of the frames of adjacent plates P.
  • the outer reinforcing walls 124B provided on the bipolar plates 120M and 120N do not extend upward in the Z direction and reach the above-mentioned joint portion. Further, an outer reinforcing wall 124B extending downward in the Z direction is formed to cover the joint portion.
  • the substrate 121, frame 122, column portion 123, outer reinforcing wall 124, and inner reinforcing wall 125 that constitute the bipolar plate 120 are integrally formed of, for example, thermoplastic resin.
  • thermoplastic resin forming the bipolar plate 120 include acrylonitrile-butadiene-styrene copolymer (ABS resin) and polypropylene. These thermoplastic resins have excellent moldability and sulfuric acid resistance. Therefore, even if the electrolytic solution comes into contact with the bipolar plate 120, the bipolar plate 120 is unlikely to be decomposed, deteriorated, corroded, or the like.
  • the positive electrode lead foil 111a, the positive electrode active material layer 111b, the negative electrode lead foil 112a, the negative electrode active material layer 112b, and the separator 113 have through holes 111c, 111d, 112c, 112d, and 113a through which the column parts 123 penetrate. each formed.
  • the substrate 121 of the bipolar plate 120 has a plurality of through holes 121a passing through the plate surface.
  • a first recess 121b is formed on one surface of the substrate 121, and a second recess 121c is formed on the other surface.
  • the depth of the first recess 121b is deeper than the depth of the second recess 121c.
  • the dimensions of the first recess 121b and the second recess 121c in the X and Y directions correspond to the dimensions of the positive electrode lead foil 111a and the negative electrode lead foil 112a in the X and Y directions.
  • the substrate 121 of the bipolar plate 120 is arranged between adjacent cell members 110 in the Z direction. Then, the positive electrode lead foil 111a of the cell member 110 is placed in the first recess 121b of the substrate 121 of the bipolar plate 120 via an adhesive 150. Further, the negative electrode lead foil 112a of the cell member 110 is placed in the second recess 121c of the substrate 121 of the bipolar plate 120 via an adhesive 150.
  • a conductor 160 is arranged in the through hole 121a of the substrate 121 of the bipolar plate 120. Both end surfaces of the conductor 160 are in contact with and bonded to the positive electrode lead foil 111a and the negative electrode lead foil 112a. That is, the conductor 160 electrically connects the positive electrode lead foil 111a and the negative electrode lead foil 112a. As a result, all of the plurality of cell members 110 are electrically connected in series.
  • a cover plate 170 is provided at the outer edge of the positive electrode lead foil 111a to cover the outer edge.
  • This cover plate 170 is a thin plate-like frame and has rectangular inner and outer lines. The inner edge of the cover plate 170 overlaps with the outer edge of the positive electrode lead foil 111a, and the outer edge of the cover plate 170 overlaps with the peripheral edge of the first recess 121b on one surface of the substrate 121.
  • the rectangle that forms the inner line of the cover plate 170 is smaller than the rectangle that forms the outer line of the positive electrode lead foil 111a, and the rectangle that forms the outer line of the cover plate 170 is the rectangle that forms the opening surface of the first recess 121b. bigger.
  • the adhesive 150 extends from the end surface of the positive electrode lead foil 111a to the outer edge of the opening side of the first recess 121b, and is disposed between the inner edge of the cover plate 170 and the outer edge of the positive electrode lead foil 111a. Ru. The adhesive 150 is also placed between the outer edge of the cover plate 170 and one surface of the substrate 121.
  • the cover plate 170 is fixed by the adhesive 150 across the peripheral edge of the first recess 121b on one surface of the substrate 121 and the outer edge of the positive electrode lead foil 111a. Thereby, the outer edge of the positive electrode lead foil 111a is covered with the cover plate 170 even at the boundary with the peripheral edge of the first recess 121b.
  • the outer edge of the negative lead foil 112a may also be covered with a cover plate similar to the cover plate 170 covering the outer edge of the positive lead foil 111a.
  • the cover plate has been explained using a thin plate-like frame as an example, it may also be a tape-like material, for example, as long as it is resistant to electrolytes (sulfuric acid). .
  • the first end plate 130 is a space forming member that includes a substrate 131 that covers the positive electrode side of the cell member 110 and a frame 132 that surrounds the side surface of the cell member 110. Further, a column portion 133 is provided that projects perpendicularly from one surface of the substrate 131 (the surface of the bipolar plate 120 disposed closest to the positive electrode that faces the substrate 121).
  • the planar shape of the substrate 131 is a rectangle, four end faces of the substrate 131 are covered with a frame 132, and the substrate 131, the frame 132, and the pillar portion 133 are integrally formed of, for example, the above-mentioned thermoplastic resin. .
  • the number of pillar portions 133 protruding from one surface of the substrate 131 may be one or more. However, the number corresponds to the number of pillars 123 of the bipolar plate 120 that are brought into contact with the pillars 133.
  • the dimensions of the frame 132 are larger than the dimensions (thickness) of the substrate 131, and the dimensions between the protruding end surfaces of the pillars 133 are the same as the dimensions of the frame 132.
  • the first end plate 130 is stacked with the frame 132 and column 133 in contact with the frame 122 and column 123 of the bipolar plate 120 disposed at the outermost side (on the positive electrode side).
  • a space C is formed between the substrate 121 of the bipolar plate 120 and the substrate 131 of the first end plate 130. Furthermore, the dimension of the space C in the Z direction is maintained by the pillar portions 123 of the bipolar plate 120 and the pillar portions 133 of the first end plate 130 that are in contact with each other.
  • Through holes 111c, 111d, and 113a are formed in the positive electrode lead foil 111a, the positive electrode active material layer 111b, and the separator 113 of the cell member 110 disposed on the outermost side (positive electrode side), respectively. ing.
  • a recess 131b is formed on one surface of the substrate 131 of the first end plate 130.
  • the dimensions of the recess 131b in the X and Y directions correspond to the dimensions of the positive electrode lead foil 111a in the X and Y directions.
  • the positive electrode lead foil 111a of the cell member 110 is placed in the recess 131b of the substrate 131 of the first end plate 130 with an adhesive 150 interposed therebetween. Further, like the substrate 121 of the bipolar plate 120, a cover plate 170 is fixed to one side of the substrate 131 with an adhesive 150. As a result, the outer edge of the positive electrode lead foil 111a is covered with the cover plate 170 even at the boundary with the peripheral edge of the recess 131b.
  • the first end plate 130 includes a positive electrode terminal (not shown in FIG. 1) that is electrically connected to the positive electrode lead foil 111a in the recess 131b.
  • the first end plate 130 is also provided with an outer reinforcing wall 134 and an inner reinforcing wall 135.
  • the structures of the outer reinforcing wall 134 and the inner reinforcing wall 135 are the same as those of the outer reinforcing wall 124 and the inner reinforcing wall 125 described above.
  • the structure of the outer reinforcing walls 124A and 124B described using FIGS. 3 and 4 may also be adopted.
  • the second end plate 140 is a space forming member that includes a substrate 141 that covers the negative electrode side of the cell member 110 and a frame 142 that surrounds the side surface of the cell member 110. Furthermore, a column portion 143 is provided that projects perpendicularly from one surface of the substrate 141 (the surface of the bipolar plate 120 disposed closest to the negative electrode side that faces the substrate 121).
  • the planar shape of the substrate 141 is a rectangle, four end faces of the substrate 141 are covered with a frame 142, and the substrate 141, the frame 142, and the pillar portion 143 are integrally formed of, for example, the above-mentioned thermoplastic resin. .
  • the number of pillar portions 143 protruding from one surface of the substrate 141 may be one or more. However, the number corresponds to the number of pillars 123 of the bipolar plate 120 that are brought into contact with the pillars 143.
  • the dimensions of the frame 142 are larger than the dimensions (thickness) of the substrate 131, and the dimensions between the protruding end surfaces of the two pillars 143 are the same as the dimensions of the frame 142.
  • the second end plate 140 is stacked with the frame 142 and column 143 in contact with the frame 122 and column 123 of the bipolar plate 120 disposed at the outermost side (on the negative electrode side).
  • a space C is formed between the substrate 121 of the bipolar plate 120 and the substrate 141 of the second end plate 140. Further, the dimension of the space C in the Z direction is maintained by the pillar portions 123 of the bipolar plate 120 and the pillar portions 143 of the second end plate 140 that are in contact with each other.
  • Through holes 112c, 112d, and 113a are formed in the negative electrode lead foil 112a, the negative electrode active material layer 112b, and the separator 113 of the cell member 110 disposed on the outermost side (negative electrode side), respectively, through which the pillar portions 143 penetrate. ing.
  • a recess 141b is formed on one surface of the substrate 141 of the second end plate 140.
  • the dimensions of the recess 141b in the X and Y directions correspond to the dimensions of the negative electrode lead foil 112a in the X and Y directions.
  • the negative electrode lead foil 112a of the cell member 110 is placed in the recess 141b of the substrate 141 of the second end plate 140 via an adhesive 150. Further, the second end plate 140 includes a negative electrode terminal (not shown in FIG. 1) that is electrically connected to the negative electrode lead foil 112a in the recess 141b.
  • the second end plate 140 is not provided with an outer reinforcing wall or an inner reinforcing wall. This is because the overall structure of the bipolar lead-acid battery 100 makes it impossible to provide these reinforcing walls. As shown in FIG. 1, only the outer reinforcing wall 124 and the inner reinforcing wall 125 provided on the bipolar plate 120 that are joined adjacent to the substrate 141 are disposed.
  • a substrate 141 is formed extending in the X direction at a position opposite to the end 124a of the outer reinforcing wall 124, and the end 124a of the outer reinforcing wall 124 is arranged in the vicinity thereof.
  • outer reinforcing wall 124 and the inner reinforcing wall 125 have been described so far using FIGS. 1 to 3.
  • the outer reinforcing wall 124 and the inner reinforcing wall 125 are formed to extend upward in the Z direction from the plate P stacked on the lower side in the Z direction.
  • the extending direction of the outer reinforcing wall 124 and the inner reinforcing wall 125 in the Z direction may be formed so as to extend downward in the Z direction instead of upward in the Z direction as before. Even when the outer reinforcing wall 124 and the inner reinforcing wall 125 are provided in this way, the outer hollow part EM and the inner hollow part IM are formed, and the above-mentioned effects can be obtained.
  • vibration welding when joining the opposing bipolar plates 120, the first end plate 130 and the opposing bipolar plate 120, or the second end plate 140 and the opposing bipolar plate 120, for example, vibration welding ( Various welding methods can be employed, such as vibration welding), ultrasonic welding, and hot plate welding. Among these, vibration welding is a method of welding by vibrating the surfaces to be joined while pressurizing them, and the welding cycle is quick and the reproducibility is good. Therefore, vibration welding is more preferably used.
  • the objects to be welded include not only the frames disposed at opposing positions in the mutually opposing bipolar plates 120, first end plate 130, and second end plate 140, but also each column.
  • the lengths of the outer reinforcing wall 124 and the inner reinforcing wall 125 in the Z direction are set as follows. That is, for example, as shown in FIGS. 1 and 2, the setting is such that when welding is completed, the end portions 124a and 125a are located near the substrate of the opposing plate P.
  • the shapes, lengths, etc. of the outer reinforcing wall and the inner reinforcing wall have been explained above using FIGS. 1 to 4.
  • the thickness of the outer reinforcing wall and the inner reinforcing wall is preferably about 1 mm to 3 mm, for example.
  • the outer reinforcing wall is arranged so that the thickness of the outer hollow part EM, that is, the distance between the outer reinforcing wall and the outer wall surface of the frame in the X direction is, for example, about 0.5 mm to 2 mm. It is preferable.
  • the inner reinforcing wall is arranged so that the thickness of the inner hollow part IM, that is, the distance between the inner reinforcing wall and the inner wall surface of the frame in the X direction, is, for example, about 0.5 mm to 2 mm. It is preferable.
  • the opposing bipolar plates 120 are joined to each other using vibration welding.
  • the width of the frame when the vibration welding is performed is, for example, between 35 mm and 55 mm.
  • the bipolar lead-acid battery 100 of this embodiment can be manufactured, for example, by a method including the steps described below.
  • a bipolar plate 120 is prepared. As described above, in the bipolar plate 120, the outer reinforcing wall 124 and the inner reinforcing wall 125 are formed on the substrate 121.
  • the substrate 121 of the bipolar plate 120 Place the substrate 121 of the bipolar plate 120 on the workbench with the first recess 121b side facing upward. Then, adhesive 150 is applied to the first recess 121b, and the positive electrode lead foil 111a is placed in the first recess 121b. At that time, the pillar portion 123 of the bipolar plate 120 is passed through the through hole 111c of the positive electrode lead foil 111a. This adhesive 150 is cured, and a positive electrode lead foil 111a is attached to one surface of the substrate 121.
  • the adhesive 150 is applied to the outer edge of the positive electrode lead foil 111a and the upper surface of the substrate 121 which becomes the edge of the first recess 121b, and the cover plate 170 is placed thereon, and the adhesive 150 is cured. Thereby, the cover plate 170 is fixed over the outer edge of the positive electrode lead foil 111a and over the portion of the substrate 121 (the periphery of the first recess 121b) that continues to the outside thereof.
  • bipolar plate 120 with lead foil for positive and negative electrodes is obtained.
  • a necessary number of bipolar plates 120 with lead foil for positive and negative electrodes are prepared.
  • a first end plate 130 provided with an outer reinforcing wall 134 and an inner reinforcing wall 135 as shown in FIG. 1 and the like is prepared.
  • the substrate 131 of the first end plate 130 is placed on a workbench with the concave portion 131b facing upward.
  • the adhesive 150 is applied to the recess 131b, and the positive electrode lead foil 111a is placed in the recess 131b, and the adhesive 150 is cured. At that time, the pillar portion 133 of the end plate 130 is passed through the through hole 111c of the positive electrode lead foil 111a. This adhesive 150 is cured, and a positive electrode lead foil 111a is attached to one surface of the substrate 131.
  • adhesive 150 is applied on the outer edge of the positive electrode lead foil 111a and on the upper surface of the substrate 131 that will become the edge of the recess 131b.
  • a cover plate 170 is placed on top of this adhesive 150, and the adhesive 150 is cured. Thereby, the cover plate 170 is fixed over the outer edge of the positive electrode lead foil 111a and over the portion of the substrate 131 that continues outside of the outer edge. Thereby, an end plate with lead foil for the positive electrode is obtained. ⁇ Production process of end plate with lead foil for negative electrode>
  • a second end plate 140 as shown in FIG. 1 etc. is prepared.
  • the second end plate 140 does not have an outer reinforcing wall 124 or an inner reinforcing wall 125 formed therein.
  • the substrate 141 extends outward in the X direction (toward the right side of the drawing in FIG. 1). It is formed by
  • the adhesive 150 is applied to the recess 141b, and the negative electrode lead foil 112a is placed in the recess 141b, and the adhesive 150 is cured.
  • the column portion 143 of the second end plate 140 is passed through the through hole 112c of the negative electrode lead foil 112a. This adhesive 150 is cured to obtain the second end plate 140 with the negative electrode lead foil 112a attached to one surface of the substrate 141.
  • the first end plate 130 to which the positive electrode lead foil 111a and the cover plate 170 are fixed is placed on a workbench with the positive electrode lead foil 111a facing upward.
  • the positive electrode active material layer 111b is placed in the cover plate 170 and placed on the positive electrode lead foil 111a.
  • the column portion 133 of the first end plate 130 is passed through the through hole 111d of the positive electrode active material layer 111b.
  • the separator 113 and the negative electrode active material layer 112b are placed on the positive electrode active material layer 111b.
  • the bipolar plate 120 with lead foil for positive and negative electrodes is placed on the first end plate 130 in this state with the lead foil 112a side for negative electrode facing downward.
  • the pillars 123 of the bipolar plate 120 are passed through the through holes 113a of the separator 113 and the through holes 112d of the negative electrode active material layer 112b, and placed on the pillars 133 of the first end plate 130.
  • the frame 122 of the bipolar plate 120 is placed on the frame 132 of the first end plate 130.
  • the first end plate 130 is fixed and vibration welding is performed while the bipolar plate 120 is vibrated in the diagonal direction of the substrate 121.
  • the frame 122 of the bipolar plate 120 is joined onto the frame 132 of the first end plate 130.
  • the column portion 123 of the bipolar plate 120 is joined onto the column portion 133 of the first end plate 130 .
  • the bipolar plate 120 is joined onto the first end plate 130.
  • the cell member 110 is placed in the space C formed by the first end plate 130 and the bipolar plate 120, and the positive electrode lead foil 111a is exposed on the upper surface of the bipolar plate 120.
  • the positive electrode active material layer 111b, the separator 113, and the negative electrode active material layer are placed on the thus obtained composite body in which the bipolar plate 120 is joined onto the first end plate 130. 112b are placed in this order. Thereafter, another bipolar plate 120 with lead foil for positive and negative electrodes is placed with the lead foil 112a side for negative electrodes facing downward.
  • this combined body is fixed, and vibration welding is performed while vibrating another bipolar plate 120 with lead foil for positive and negative electrodes in the diagonal direction of the substrate 121. This vibration welding process is continued until the required number of bipolar plates 120 are joined onto the first end plate 130.
  • the positive electrode active material layer 111b, the separator 113, and the negative electrode active material layer 112b are placed in this order on the uppermost bipolar plate 120 of the combined body in which all the bipolar plates 120 are joined. Thereafter, the second end plate 140 is further placed with the negative electrode lead foil 112a side facing down.
  • the combined body is fixed and vibration welding is performed while vibrating the second end plate 140 in the diagonal direction of the substrate 141.
  • the second end plate 140 is joined onto the uppermost bipolar plate 120 of the combined body in which all the bipolar plates 120 are joined.
  • the ends 124a and 125a of the outer reinforcing wall 124 and the inner reinforcing wall 125 face each other. It will be placed near the substrate that will be used. Then, an outer hollow part EM and an inner hollow part IM are formed.
  • a joining structure is formed by vibration welding between opposing surfaces of the frames, and an injection port (not shown) is formed by a notch in the opposing frames. Further, a lid (not shown) is attached to cover the injection port of the bipolar lead-acid battery 100.
  • the bipolar lead-acid battery 100 can be manufactured by chemically forming it under predetermined conditions.
  • the outer reinforcing wall 124 and the inner reinforcing wall 125 of the bipolar plate 120, and the outer reinforcing wall 134 and the inner reinforcing wall 135 of the first end plate 130 are all It was provided so as to extend upward in the Z direction from the substrates 121, 131. Therefore, the second end plate 140 is not provided with an outer reinforcing wall or an inner reinforcing wall, and is only formed so that the substrate 141 extends in the X direction.
  • the outer reinforcing wall 124 and the inner reinforcing wall 125 of the bipolar plate 120 may be formed facing downward in the Z direction instead of facing upward in the Z direction.
  • the second end plate 140 is formed with an outer reinforcing wall and an inner reinforcing wall facing downward in the Z direction. Accordingly, while the substrate 131 of the first end plate 130 is formed to extend in the X direction, neither the outer reinforcing wall nor the inner reinforcing wall is formed.
  • a space forming member including; an outer reinforcing wall that faces the outer wall surface of the frame and extends from the substrate in a stacking direction of the cell member and the space forming member; Equipped with A bipolar storage battery, wherein an outer hollow portion is formed between the outer reinforcing wall and the outer wall surface.
  • the bipolar storage battery according to (1) above wherein an inner hollow portion is formed between the inner wall surface and the inner reinforcing wall.
  • Bipolar storage battery (4) The bipolar storage battery according to (3) above, wherein the internal reinforcing body is in contact with or joined to both or one of the outer reinforcing wall and the inner reinforcing wall. (5) The outer reinforcing wall and the inner reinforcing wall are provided so that their ends in the stretching direction are located near the adjacent substrates, as described in (1) to (4) above. A bipolar storage battery according to any of the above. (6) According to any one of (1) to (4) above, the outer reinforcing walls provided on each of the adjacent substrates are formed such that their ends in the stretching direction face each other. The bipolar storage battery described. (7) The bipolar storage battery according to any one of (1) to (6) above, wherein the positive electrode current collector and the negative electrode current collector are made of lead or a lead alloy.
  • Bipolar plate 121 Substrate of bipolar plate 121a ... Through hole of substrate 122 ... Frame of bipolar plate 122a ... Outer wall surface 122b...Inner wall surface 123...Column portion 124...Outer reinforcing wall 124a...End portion 125...Inner reinforcing wall 125a...End portion 130...First end plate 131...
  • Substrate of the first end plate 132 Frame of the first end plate 133... Pillar part 134... Outer reinforcing wall 135... Inner reinforcing wall 140... Second end plate 141 ...Substrate of the second end plate 142...Frame of the second end plate 150...Adhesive 160...Conductor 170...Cover plate EM...Outer hollow part IM... ⁇ Inner hollow part C...Cell (space that accommodates cell members)

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Abstract

例えば電解液に含有される硫酸が基で腐食が生じ当該腐食によるガスが発生することでセルの膨張が発生し、或いは、外部からの衝撃を受けても、このような力に耐えうる剛性を備えるとともに、セル内部の気密性や機械的強度をも確保する。正極(111)、負極(112)、およびこれらの間に介在するセパレータ(113)を備え、間隔を開けて積層配置された、セル部材(110)と、複数のセル部材(110)を個別に収容する複数の空間を形成する、基板(121)と、枠体(122)と、を含む空間形成部材(120)と、枠体(122)の外壁面(122a)と対向し、基板(121)からセル部材(110)と空間形成部材(120)との積層方向に延びる外側補強壁(124)と、を備え、外側補強壁(124)と外壁面(122a)との間には外側中空部(EM)が形成される。

Description

双極型蓄電池
 本発明の実施の形態は、双極型蓄電池に関する。
 近年、太陽光や風力等の自然エネルギーを利用した発電設備が増えている。このような発電設備においては、発電量を制御することができないことから、蓄電池を利用して電力負荷の平準化を図るようにしている。すなわち、発電量が消費量よりも多いときには差分を蓄電池に充電する一方、発電量が消費量よりも小さいときには差分を蓄電池から放電するようにしている。上述した蓄電池としては、経済性や安全性等の観点から、鉛蓄電池が多用されている。このような従来の鉛蓄電池としては、例えば、下記特許文献1に記載されているものが知られている。
 この特許文献1に記載された鉛蓄電池では、額縁形をなす樹脂からなるフレーム(リム)の内側に、樹脂からなる基板(バイポーラプレート)が取り付けられている。基板の一方面及び他方面には、正極用鉛層及び負極用鉛層が設けられている。正極用鉛層には、正極用活物質層が隣接している。負極用鉛層には、負極用活物質層が隣接している。また、額縁形をなす樹脂からなるスペーサの内側には、電解液を含有するガラスマット(電解層)が配設されている。そして、フレームとスペーサとが交互に複数積層されて組み付けられている。
 さらに正極用鉛層と負極用鉛層とは、基板に複数形成された穿孔の内部で直接的に接合されている。すなわち、特許文献1に記載の鉛蓄電池は、一方面側と他方面側とを連通させる穿孔(連通孔)を有する基板とセル部材とが交互に複数積層された双極(バイポーラ)型鉛蓄電池である。セル部材は、正極用鉛層に正極用活物質層を設けた正極と、負極用鉛層に負極用活物質層を設けた負極と、正極と負極との間に介在する電解層と、を有し、一方のセル部材の正極用鉛層と他方のセル部材の負極用鉛層とが基板の穿孔の内部に没入して接合されることにより、セル部材同士が直列に接続されたものとなっている。
特許第6124894号
 しかしながら、例えば、上記のようなバイポーラ型鉛蓄電池においては、電解液に含有される硫酸によって正極用鉛層が腐食して正極用鉛層の表面に腐食生成物(二酸化鉛や硫酸鉛)の被膜が生成されることがある。この際にガスが発生するが、この発生したガスによってセル部材が収容される空間であるセルにおける圧力が高まり、セルが膨張する可能性がある。
 バイポーラ型鉛蓄電池の設置の仕方としては、セル部材同士が鉛直方向と平行となる方向に積層されるような場合と、ここから90度傾けた水平方向に積層されるような場合と、に大別される。いずれの場合も、電池の劣化等によりセルが膨張してしまうと、例えば、正極用鉛層と正極用活物質層とが分離して正極用鉛層から正極用活物質層が脱落してしまうおそれがある。特に、セル部材を水平方向に積層する場合は、重力の影響を受けやすく、正極用鉛層から正極用活物質層が脱落しやすくなってしまうことが考えられる。
 脱落した正極用活物質層は、バイポーラ型鉛蓄電池の下部、或いは、底部に溜まってしまうことになるが、この状態では正常な電圧を維持することができず電池の性能低下、信頼性の低下を招来しかねない。
 また、例えば、上記特許文献1には二極式プレートとフレームとの接合については、様々な方法で接合可能なことが示されている。但し、例えば、接合部分にセルが膨張することによって生ずる力が掛かり、当該力が想定外となってしまうと、接合部分の損傷を招く可能性がある。さらに、バイポーラ型鉛蓄電池に対して外部から衝撃を受けた場合には、同様に当該接合部分に想定しない力が掛かることも考えられる。
 このように接合部分が損傷すると、セル部材を保持しておくことができなくなる。そのため、正極用活物質層の脱落だけではなく、セル部材を構成する各部が移動することによる正極側と負極側の短絡等が生ずる可能性がある。この場合にも電池性能の低下、信頼性の低下を招くことになる。
 本発明は、例えば電解液に含有される硫酸が基で腐食が生じ当該腐食によるガスが発生することでセルの膨張が発生し、或いは、外部からの衝撃を受けても、このような力に耐えうる剛性を備えるとともに、セル内部の気密性や機械的強度をも確保することを可能とする双極型蓄電池を提供することを目的とする。
 本発明の一態様に係る双極型蓄電池は、正極用集電体と正極用活物質層を有する正極、負極用集電体と負極用活物質層を有する負極、および正極と負極との間に介在するセパレータを備え、間隔を開けて積層配置された、セル部材と、複数のセル部材を個別に収容する複数の空間を形成する、セル部材の正極の側および負極の側の少なくとも一方を覆う基板と、セル部材の側面を囲う枠体と、を含む空間形成部材と、枠体の外壁面と対向し、基板からセル部材と空間形成部材との積層方向に延びる外側補強壁と、を備え、外側補強壁と外壁面との間には外側中空部が形成されることを特徴とする。
 本発明の一態様に係る双極型蓄電池によれば、正極用集電体と正極用活物質層を有する正極、負極用集電体と負極用活物質層を有する負極、および正極と負極との間に介在するセパレータを備え、間隔を開けて積層配置された、セル部材と、複数のセル部材を個別に収容する複数の空間を形成する、セル部材の正極の側および負極の側の少なくとも一方を覆う基板と、セル部材の側面を囲う枠体と、を含む空間形成部材と、枠体の外壁面と対向し、基板からセル部材と空間形成部材との積層方向に延びる外側補強壁と、を備え、外側補強壁と外壁面との間には外側中空部が形成される。このような構成を採用することによって、例えば電解液に含有される硫酸が基で腐食が生じ当該腐食によるガスが発生することでセルの膨張が発生し、或いは、外部からの衝撃を受けても、このような力に耐えうる剛性を備えるとともに、セル内部の気密性や機械的強度をも確保することを可能とする双極型蓄電池を提供することが可能となる。
本発明の実施の形態に係る双極型鉛蓄電池の構造を示す断面図である。 本発明の実施の形態に係る双極型鉛蓄電池の一部分の構造を拡大して示す拡大断面図である。 本発明の実施の形態に係る外側補強壁の別の構造を示す説明図である。 本発明の実施の形態に係る外側補強壁の別の構造を示す説明図である。
 以下、本発明の実施の形態について図面を参照して詳細に説明する。なお、以下に説明する各実施の形態は、本発明の一例を示したものである。また、これらの各実施の形態には種々の変更又は改良を加えることが可能であり、その様な変更又は改良を加えた形態も本発明に含まれ得る。これらの各実施の形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれると共に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。なお、以下においては、様々な蓄電池の中から鉛蓄電池を例に挙げて説明する。
 〔全体構成〕
 まず、本発明の実施の形態における双極型鉛蓄電池の全体構成について説明する。図1は、本発明の実施の形態に係る双極型鉛蓄電池100の構造を示す断面図である。
 図1に示すように、本発明の第1の実施の形態の双極型鉛蓄電池100は、複数のセル部材110と、複数枚のバイポーラプレート(空間形成部材)120と、第1のエンドプレート(空間形成部材)130と、第2のエンドプレート(空間形成部材)140とを有する。
 なお、バイポーラプレート120と、第1のエンドプレート130と、第2のエンドプレート140の説明においてこれらをまとめて説明する場合には、適宜「プレートP」という。
 ここで、図1ではセル部材110が3個積層された双極型鉛蓄電池100を示しているが、セル部材110の数は電池設計により決定される。また、バイポーラプレート120の数はセル部材110の数に応じて決まる。
 なお、以下においては、図1及び後述する図2等に示すように、鉛直方向に平行であってセル部材110の積層方向となる方向をZ方向(図1における上下方向)とする。そして、Z方向に垂直な方向で且つ互いに垂直な方向をX方向およびY方向とする。
 セル部材110は、正極111、負極112、および電解層(セパレータ)113を備えている。正極111は、鉛又は鉛合金からなる正極用集電体である正極用鉛箔111aと正極用活物質層111bとを有する。負極112は、鉛又は鉛合金からなる負極用集電体である負極用鉛箔112aと負極用活物質層112bとを有する。
 この正極用鉛箔111aは、バイポーラプレート120の一方の面(図1の図面においては、紙面において上方を向く面)と正極用鉛箔111aとの間に設けられる、後述する接着剤150によってバイポーラプレート120の一方の面に設けられている。従って、バイポーラプレート120の一方の面の上に、接着層(接着剤150)、正極用鉛箔111a、正極用活物質層111bが、この記載順に積層されている。
 一方負極用鉛箔112aは、バイポーラプレート120の他方の面(図1の図面においては、紙面において下方を向く面)と負極用鉛箔112aの間に設けられる、後述する接着剤150によってバイポーラプレート120の他方の面に設けられている。従って、バイポーラプレート120の他方の面の上に、接着層(接着剤150)、負極用鉛箔112a、負極用活物質層112bが、この記載順に積層されている。そしてこれら正極111と負極112は、後述する導通体160を介して電気的に接続されている。
 セパレータ113は、例えば、硫酸を含有する電解液が含浸されたガラス繊維マットによって構成されている。セパレータ113は、対向する一方のバイポーラプレート120に設けられる正極用活物質層111bと、他方のバイポーラプレート120に設けられる負極用活物質層112bとに挟まれるように設けられる。そしてセル部材110において、正極用鉛箔111a、正極用活物質層111b、セパレータ113、負極用活物質層112b、および負極用鉛箔112aが、この順に積層されている。
 このような構成を有する本発明の実施の形態における双極型鉛蓄電池100では、上述したように、バイポーラプレート120、正極用鉛箔111a、正極用活物質層111b、負極用鉛箔112a、及び負極用活物質層112bによって、バイポーラ電極が構成されている。バイポーラ電極とは、1枚の電極で正極、負極両方の機能を有する電極である。
 そして、本発明の実施の形態における双極型鉛蓄電池100は、正極111と負極112との間にセパレータ113を介在させてなるセル部材110と、セル部材110を挟み込むように対をなして設けられるバイポーラプレート120を複数積層する。そして、最外層を第1のエンドプレート130と第2のエンドプレート140とで組み付けることにより、セル部材110同士を直列に接続した電池構成を有している。
 正極用鉛箔111aのX方向およびY方向の寸法は、正極用活物質層111bのX方向およびY方向の寸法より大きい。同様に、負極用鉛箔112aのX方向およびY方向の寸法は、負極用活物質層112bのX方向およびY方向の寸法より大きい。また、Z方向の寸法(厚さ)は、正極用鉛箔111aの方が負極用鉛箔112aより大きく(厚く)、正極用活物質層111bの方が負極用活物質層112bより大きい(厚い)。
 複数のセル部材110は、Z方向に間隔を開けて積層配置され、この間隔の部分にバイポーラプレート120の基板121が配置されている。すなわち、複数のセル部材110は、バイポーラプレート120の基板121を間に挟まれた状態で積層されている。
 このように、複数枚のバイポーラプレート120と第1のエンドプレート130と第2のエンドプレート140は、複数のセル部材110を個別に収容する複数の空間(セル)Cを形成するための空間形成部材である。
 すなわち、バイポーラプレート120は、セル部材110の正極111側および負極112側の両方を覆い、平面形状が長方形の基板121と、セル部材110の側面を囲うとともに基板121の4つの端面を覆うに枠体122と、を含む空間形成部材である。
 ここで枠体122は、外壁面122aと内壁面122bとを有し、内壁面122bがセル部材110の側面に対向している。換言すれば、セル部材110を収容する空間Cの一部は、内壁面122bによって形作られる。そして、外壁面122aによって双極型鉛蓄電池100の外面の一部が形成される。
 また、図1に示すように、バイポーラプレート120は、さらに基板121の両面から垂直に突出する柱部123を備える。当該基板121の各面から突出する柱部123の数は一つであってもよいし、複数であってもよい。
 Z方向において、枠体122の寸法は基板121の寸法(厚さ)より大きく、柱部123の突出端面間の寸法は枠体122の寸法と同じである。そして、複数のバイポーラプレート120が枠体122および柱部123同士を接触させて積層されることにより、基板121と基板121との間に空間Cが形成される。そして、互いに接触する柱部123同士により、空間CのZ方向の寸法が保持される。
 ここで図2は、本発明の実施の形態に係る双極型鉛蓄電池100の一部分の構造を拡大して示す拡大断面図である。図2においては、その中央に2枚のバイポーラプレート120,120の間に挟まれているセル部材110が示されている。
 また図2においては、説明の便宜上、隣接するバイポーラプレート120,120のうち、図面において上に描画されているバイポーラプレートをバイポーラプレート120Mとし、その下側に描画されているバイポーラプレートをバイポーラプレート120Nとする。なお、以下の説明においては、バイポーラプレート120Nを基準に説明する。
 本発明の実施の形態における双極型鉛蓄電池100では、枠体122の外壁面122aに対向する位置に配置されるように外側補強壁124が設けられている。すなわち図2に示すように、バイポーラプレート120Nの基板121NはX方向に枠体122Nを超えて延長されて形成される。また、外側補強壁124は、当該延長された部分から、Z方向上側に延びるように形成されている。
 そして外側補強壁124は、基板121Nにおける延長された部分からからみて、枠体122NのZ方向上向きの長さよりも長くなるように形成されている。具体的には、隣接するバイポーラプレート120Mの枠体122Mとバイポーラプレート120Nの枠体122Nとの接合位置を超えて上方まで延びるように形成されている。
 そして、外側補強壁124のZ方向上向きの延伸方向の端部124aは、隣接する基板121M近傍に配置されるように設けられている。つまり当該端部124aは、バイポーラプレート120Mの基板121M近傍まで延びている。
 すなわち、図2に示すバイポーラプレート120M,120Nは後述する振動溶着等されて互いに接合されているが、この状態において端部124aが基板121M近傍にて対向する位置となる。つまり振動溶着等における溶着深さを考慮した長さとなるように形成されており、接合前の外側補強壁124のZ方向の長さは、接合後の外側補強壁124のZ方向の長さよりも長くなるように形成されている。
 なお、ここで「近傍」とは、端部124aが対向する基板121Mと接触しないで離間した位置にある場合である。またその他、バイポーラプレート120Mと120Nとが接合された状態において端部124aが対向する基板121Mと接触する状態も含むものである。
 外側補強壁124がこのような形状、配置位置に設けられることによって、対向するバイポーラプレート120M,120Nの枠体122M,122Nの外壁面122aとの間に外側中空部EMが形成されることになる。すなわち外側中空部EMとは、外側補強壁124と枠体122M,122Nの外壁面122aとの間に形成された空間のことをいう。
 さらに本発明の実施の形態における双極型鉛蓄電池100では、外側補強壁124と同様の形状を備える内側補強壁125が設けられている。すなわち、内側補強壁125は、図1、或いは、図2に示すように、空間Cの内部であって、枠体122の内壁面122bとセル部材110との間に設けられている。
 すなわち図2に示すように、内側補強壁125は、バイポーラプレート120Nの基板121Nにおける枠体122Nとカバープレート170との間であって、基板121Nから、Z方向上側に延びるように形成されている。
 そして内側補強壁125は、外側補強壁124と同様、基板121Nからみて枠体122NのZ方向上向きの長さよりも長くなるように形成されている。具体的には、隣接するバイポーラプレート120Mの枠体122Mとバイポーラプレート120Nの枠体122Nとの接合位置を超えて上方まで延びるように形成されている。
 そして、内側補強壁125のZ方向上向きの延伸方向の端部125aは、隣接する基板121M近傍に配置されるように設けられている。つまり当該端部125aは、バイポーラプレート120Mの基板121M近傍まで延びている。なお、「近傍」の意味については上述した通りである。
 そして内側補強壁125のZ方向における長さについては、振動溶着等における溶着深さを考慮した長さとなるように形成されている。また、接合前の外側補強壁124のZ方向の長さは、接合後の外側補強壁124のZ方向の長さよりも長くなるように形成されている。
 内側補強壁125がこのような形状、配置位置に設けられることによって、対向するバイポーラプレート120M,120Nの枠体122M,122Nの内壁面122bとの間に内側中空部IMが形成されることになる。
 なお、外側中空部EMと内側中空部IMの大きさ、すなわち、外側補強壁124と外壁面122aとの間の距離、内側補強壁125と内壁面122bとの間の距離をどのような長さとするかについては、任意に設定することができる。図1や図2においては、これら両者の距離は概ね等しくなるように描画されているが、互いの距離が異なっていても良い。
 当該外側中空部EMと内側中空部IMを設けることによって、隣接するバイポーラプレート120の枠体122同士の接合、或いは、後述するバイポーラプレート120と第1のエンドプレート130、或いは、第2のエンドプレート140との接合部分に対して双極型鉛蓄電池100の内部、及び、外部から掛かる力を弱めることができる。そのため、双極型鉛蓄電池100への剛性及び耐衝撃性の確保を図ることができる。
 また、外側中空部EMと内側中空部IMが形成されることによって、断熱性も向上させることができるため、双極型鉛蓄電池100の運用中における雰囲気温度の影響を受けにくくなる。このことは、電池運用中における性能の安定化に資するものである。
 さらに、例えば内側中空部IMが設けられることによって、セル部材110が収容される空間Cの内部の圧力変化に対して当該内側中空部IMが緩衝材としての役割を果たすため、ロバスト性が増すことになる。
 また、後述するように枠体同士は、例えば、振動溶着が行われて接合されるが、接合の際に各プレートPの接合部分にはバリが発生する。しかしながら、外側補強壁124を形成することによって、振動溶着等を行うことによって生ずる当該バリを双極型鉛蓄電池100の外部から見えないようにすることができる。これにより双極型鉛蓄電池100の外側の面を滑らかに見せることができ、デザイン性に優れた双極型蓄電池を提供することができる。
 また、接合の際に発生するバリは、その形状により、例えば双極型鉛蓄電池100の運搬に際して運搬者の手指を傷つけるおそれがないとは言えない。また、当該双極型鉛蓄電池100の運用に当たっては、別途図示しない蓋が取り付けられることになるが、当該蓋と積層体との間において気密を確保する必要がある。しかしバリが存在すると蓋を気密に封止することができないことが発生する。
 そのため当該バリを削る必要があるが、外側補強壁124が設けられることによって、上述したような弊害が発生することを回避することができる。このようにバリを削る工程を設ける必要がないため、双極型鉛蓄電池100の製造に係る工程を削減することが可能になる。また、製造工程の簡略化、タクトタイムの短縮化、製造コストの低減を図ることができる。
 なお、図1や図2に示す双極型鉛蓄電池100では、外側補強壁124及び内側補強壁125が形成されることによって外側中空部EM及び内側中空部IMが設けられた状態を示している。但し、これらは必ずしも両方の中空部が設けられなければならないものではない。すなわち、少なくとも外側補強壁124と外壁面122aとの間に外側中空部EMが設けられていれば良い。
 さらに、互いに隣接するプレートP同士の接合によって発生するバリを内部補強体Rとして使用することも可能である。すなわち、図1、或いは、図2に示すように、外側中空部EM、或いは、内側中空部IMの内部であって隣接するプレートP同士の接合部分には内部補強体Rが形成される。
 なお、当該内部補強体Rについては、外側中空部と内側中空部との両方に形成されていても、或いは、いずれか一方の中空部に形成されていても良い。
 この内部補強体Rがどのような大きさに形成されるかは各接合部分によって異なると考えられる。ただ、いずれにしろ、外側中空部EM、或いは、内側中空部IMの内部に形成される内部補強体Rは、接合部分から外側補強壁124、或いは、内側補強壁125に向けて成長する。
 このように対向して接合されるプレートP同士の接合部分において、内部補強体Rが形成されることによって、引張強度、つまりZ方向におけるプレートP同士が離れようとする力に対して対抗する力が向上する。従って、これらプレートP同士はより強固に接合されることになる。
 また、内部補強体Rが形成されることによって、当該内部補強体Rは、外側補強壁124と内側補強壁125との両方、或いは、いずれか一方と接触、または、接合されることになる。このことにより、例えば、双極型鉛蓄電池100の外部から内側に向けて、或いは、空間Cから外側に向けて力、つまり、X方向に働く力が掛かった場合当該力への対抗力が向上する。そのため、このような力が双極型鉛蓄電池100に掛かった場合であってもその衝撃を吸収したり、膨張による力を受け止めたりすることができる。
 以上説明した通り、図1及び図2に示される外側補強壁124は、例えば、その端部124aがバイポーラプレート120Nと接合されるバイポーラプレート120Mの基板121Mの近傍に位置するように、バイポーラプレート120Nから延びるように設けられていた。
 但し、当該外側補強壁124の形状は、これまで説明したような形状でなくても構わない。そこで、以下、外側補強壁124が採用しうる別の形状について、図3及び図4を用いて説明する。
 図3、図4は、本発明の実施の形態に係る外側補強壁124の別の構造を示す説明図である。なお、図3及び図4においても、隣接して示されるバイポーラプレートはそれぞれバイポーラプレート120M,120Nであるとして説明する。
 図3では、本発明の実施の形態に係る双極型鉛蓄電池100Aの一部分の構造を拡大した拡大断面図が示されている。当該双極型鉛蓄電池100Aでは、外側補強壁124Aの形状がこれまで説明した外側補強壁124とは異なっている。
 図3に示される外側補強壁124Aは、バイポーラプレート120Nの基板121NからZ方向上方に向けて延伸するように形成されている。なお、その端部124Aaは、バイポーラプレート120Mの基板121Mに対向するものの、基板121Mからは離れた位置となるような長さとされている。
 但し、このように端部124Aaと基板121Mとの位置関係は、離間した状態にあるものの、当該端部124Aaの配置位置は、少なくともバイポーラプレート120M,120Nの枠体122M,122Nの接合部分よりもZ方向上部となるように形成されている。
 図3に示すような形状に外側補強壁124Aが形成されていても、これまで外側補強壁124が設けられることによって奏される効果は全て得ることができる。
 次に図4では、本発明の実施の形態に係る双極型鉛蓄電池100Bの一部分の構造を拡大した拡大断面図が示されている。当該双極型鉛蓄電池100Bでは、外側補強壁124Bの形状がこれまで説明した外側補強壁124,124Aとは異なっている。
 図4に示される外側補強壁124Bは、基板121Nを中心として、Z方向上側、及び、下側の両側に延伸するように形成されている。そして延伸した先端である端部124Baは、隣接するプレートPに形成された外側補強壁124Bの端部124Baと互いに対向する。
 そして、当該外側補強壁124Bは、隣接するプレートP同士の枠体の接合部分を覆うようにその端部124BaのZ方向の位置が設定される。図4においては、バイポーラプレート120M,120Nに設けられる外側補強壁124Bは、いずれもZ方向上側に延伸する外側補強壁124Bが上述した接合部分まで到達しない。また、Z方向下側に延伸する外側補強壁124Bが接合部分を覆うように形成される。
 以上説明した図4に示すような形状に外側補強壁124Bが形成されていても、これまで外側補強壁124,124Aが設けられることによって奏される効果は全て得ることができる。
 バイポーラプレート120を構成する基板121、枠体122、柱部123、外側補強壁124、及び、内側補強壁125は、一体に、例えば、熱可塑性樹脂で形成されている。バイポーラプレート120を形成する熱可塑性樹脂としては、例えば、アクリロニトリル-ブタジエン-スチレン共重合体(ABS樹脂)、ポリプロピレンが挙げられる。これらの熱可塑性樹脂は、成形性に優れているとともに耐硫酸性にも優れている。よって、バイポーラプレート120に電解液が接触したとしても、バイポーラプレート120に分解、劣化、腐食等が生じにくい。
 正極用鉛箔111a、正極用活物質層111b、負極用鉛箔112a、負極用活物質層112b、およびセパレータ113には、柱部123を貫通させる貫通穴111c,111d,112c,112d,113aがそれぞれ形成されている。
 図1または図2に示すように、バイポーラプレート120の基板121は、板面を貫通する複数の貫通穴121aを有する。基板121の一方の面に第1の凹部121bが、他方の面に第2の凹部121cが形成されている。第1の凹部121bの深さは第2の凹部121cの深さより深い。第1の凹部121bおよび第2の凹部121cのX方向およびY方向の寸法は、正極用鉛箔111aおよび負極用鉛箔112aのX方向およびY方向の寸法に対応させてある。
 バイポーラプレート120の基板121は、Z方向で、隣り合うセル部材110の間に配置されている。そして、バイポーラプレート120の基板121の第1の凹部121bに、セル部材110の正極用鉛箔111aが接着剤150を介して配置されている。また、バイポーラプレート120の基板121の第2の凹部121cに、セル部材110の負極用鉛箔112aが接着剤150を介して配置されている。
 バイポーラプレート120の基板121の貫通穴121aには導通体160が配置される。導通体160の両端面は、正極用鉛箔111aおよび負極用鉛箔112aと接触し、結合されている。すなわち、導通体160により正極用鉛箔111aと負極用鉛箔112aとが電気的に接続されている。その結果、複数のセル部材110の全てが電気的に直列に接続されている。
 正極用鉛箔111aの外縁部には、当該外縁部を覆うためのカバープレート170が設けられている。このカバープレート170は、薄板状の枠体で、長方形の内形線および外形線を有する。そして、カバープレート170の内縁部が正極用鉛箔111aの外縁部と重なり、カバープレート170の外縁部が基板121の一面の第1の凹部121bの周縁部と重なっている。
 すなわち、カバープレート170の内形線をなす長方形は、正極用鉛箔111aの外形線をなす長方形より小さく、カバープレート170の外形線をなす長方形は、第1の凹部121bの開口面をなす長方形より大きい。
 接着剤150は、正極用鉛箔111aの端面から第1の凹部121bの開口側の外縁部まで回り込んで、カバープレート170の内縁部と正極用鉛箔111aの外縁部との間に配置される。また接着剤150は、カバープレート170の外縁部と基板121の一面との間にも配置されている。
 すなわち、カバープレート170は接着剤150により、基板121の一面の第1の凹部121bの周縁部と正極用鉛箔111aの外縁部とに亘って固定されている。これにより、正極用鉛箔111aの外縁部は、第1の凹部121bの周縁部との境界部においてもカバープレート170で覆われている。
 なお、図1では示していないが、負極用鉛箔112aの外縁部も正極用鉛箔111aの外縁部を覆っているカバープレート170と同様のカバープレートで覆われていても良い。また、カバープレートについては、薄板状の枠体であることを例に挙げて説明したが、例えば、耐電解液(耐硫酸)性を備えていればテープ状の物等であっても構わない。
 図1に示すように、第1のエンドプレート130は、セル部材110の正極側を覆う基板131と、セル部材110の側面を囲う枠体132と、を含む空間形成部材である。また、基板131の一面(最も正極側に配置されるバイポーラプレート120の基板121と対向する面)から垂直に突出する柱部133を備える。
 基板131の平面形状は長方形であり、基板131の4つの端面が枠体132で覆われ、基板131と枠体132と柱部133が一体に、例えば、上述した熱可塑性樹脂で形成されている。なお、基板131の一面から突出する柱部133の数は1つであってもよいし、複数であってもよい。但し、柱部133と接触させるバイポーラプレート120の柱部123の数に対応した数となる。
 Z方向において、枠体132の寸法は基板131の寸法(厚さ)より大きく、柱部133の突出端面間の寸法は枠体132の寸法と同じである。そして、第1のエンドプレート130は、最も外側(正極側)に配置されるバイポーラプレート120の枠体122および柱部123に対して、枠体132および柱部133を接触させて積層される。
 これにより、バイポーラプレート120の基板121と第1のエンドプレート130の基板131との間に空間Cが形成される。また、互いに接触するバイポーラプレート120の柱部123と第1のエンドプレート130の柱部133とにより、空間CのZ方向の寸法が保持される。
 最も外側(正極側)に配置されるセル部材110の正極用鉛箔111a、正極用活物質層111b、およびセパレータ113には、柱部133を貫通させる貫通穴111c,111d,113aがそれぞれ形成されている。
 第1のエンドプレート130の基板131の一面に凹部131bが形成されている。凹部131bのX方向およびY方向の寸法は、正極用鉛箔111aのX方向およびY方向の寸法に対応させてある。
 第1のエンドプレート130の基板131の凹部131bに、セル部材110の正極用鉛箔111aが接着剤150を介して配置されている。また、バイポーラプレート120の基板121と同様に、カバープレート170が接着剤150により基板131の一面側に固定されている。このことにより、正極用鉛箔111aの外縁部が、凹部131bの周縁部との境界部においてもカバープレート170で覆われている。
 また、第1のエンドプレート130は、凹部131b内の正極用鉛箔111aと電気的に接続された、図1では図示されていない正極端子を備えている。
 さらに、図1や図2に示すように、第1のエンドプレート130にも外側補強壁134、及び内側補強壁135が設けられている。外側補強壁134と内側補強壁135の構造は、いずれも上述した外側補強壁124、及び、内側補強壁125と同様である。または、図3や図4を用いて説明した外側補強壁124A,124Bの構造を採用することもできる。
 第2のエンドプレート140は、セル部材110の負極側を覆う基板141と、セル部材110の側面を囲う枠体142と、を含む空間形成部材である。また、基板141の一面(最も負極側に配置されるバイポーラプレート120の基板121と対向する面)から垂直に突出する柱部143を備える。
 基板141の平面形状は長方形であり、基板141の4つの端面が枠体142で覆われ、基板141と枠体142と柱部143が一体に、例えば、上述した熱可塑性樹脂で形成されている。なお、基板141の一面から突出する柱部143の数は一つであってもよいし、複数であってもよい。但し、柱部143と接触させるバイポーラプレート120の柱部123の数に対応した数となる。
 Z方向において、枠体142の寸法は基板131の寸法(厚さ)より大きく、二つの柱部143の突出端面間の寸法は枠体142の寸法と同じである。そして、第2のエンドプレート140は、最も外側(負極側)に配置されるバイポーラプレート120の枠体122および柱部123に対して、枠体142および柱部143を接触させて積層される。
 これにより、バイポーラプレート120の基板121と第2のエンドプレート140の基板141との間に空間Cが形成される。また、互いに接触するバイポーラプレート120の柱部123と第2のエンドプレート140の柱部143とにより、空間CのZ方向の寸法が保持される。
 最も外側(負極側)に配置されるセル部材110の負極用鉛箔112a、負極用活物質層112b、およびセパレータ113には、柱部143を貫通させる貫通穴112c,112d,113aがそれぞれ形成されている。
 第2のエンドプレート140の基板141の一面に凹部141bが形成されている。凹部141bのX方向およびY方向の寸法は、負極用鉛箔112aのX方向およびY方向の寸法に対応させてある。
 第2のエンドプレート140の基板141の凹部141bに、セル部材110の負極用鉛箔112aが接着剤150を介して配置されている。また、第2のエンドプレート140は、凹部141b内の負極用鉛箔112aと電気的に接続された、図1では図示されていない負極端子を備えている。
 ここで、第2のエンドプレート140には、外側補強壁や内側補強壁は設けられていない。これは双極型鉛蓄電池100の全体の構造からしてこれらの補強壁を設けることができないからである。図1に示すように、基板141の近傍に隣接して接合されるバイポーラプレート120に設けられる外側補強壁124及び内側補強壁125が配置されるにとどまる。
 もちろん、外側補強壁124の端部124aの対向する位置には、基板141がX方向に延長されて形成され、その近傍に外側補強壁124の端部124aが配置される。
 なお、これまで図1ないし図3を用いて外側補強壁124、及び、内側補強壁125について説明してきた。そしてこれらの外側補強壁124、及び、内側補強壁125については、Z方向下側に積層されるプレートPからZ方向上方へと延伸するように形成されていた。
 但し、外側補強壁124、内側補強壁125のZ方向の延伸方向については、これまでのZ方向上方ではなく、Z方向下方に向けて延伸するように形成されていても良い。このように外側補強壁124、内側補強壁125が設けられた場合も外側中空部EM、内側中空部IMが形成され、上述したような各効果を得ることができる。
 ここで、対向するバイポーラプレート120同士、第1のエンドプレート130と対向するバイポーラプレート120、或いは、第2のエンドプレート140と対向するバイポーラプレート120との接合の際には、例えば、振動溶着(振動溶接)、超音波溶着、熱板溶着といった、各種溶着の方法を採用することができる。このうち振動溶着は、接合の際に接合の対象となる面を加圧しながら振動させることで溶着するものであり、溶着のサイクルが早く、再現性も良い。そのためより好適には、振動溶着が用いられる。
 なお、溶着の対象としては、互いに対向するバイポーラプレート120、第1のエンドプレート130、第2のエンドプレート140において対向する位置に配置される枠体のみならず、各柱部も含まれる。
 また上述したように、外側補強壁124、及び、内側補強壁125のZ方向における長さについては、以下のように設定される。すなわち、例えば、図1や図2に示すように、溶着が完了した際においてその端部124aや端部125aが対向するプレートPの基板の近傍に配置されることになるように設定される。
 以上、これまで図1ないし図4を用いて外側補強壁、及び、内側補強壁の形状や長さ等について説明した。なお、これら外側補強壁、及び、内側補強壁の厚み、すなわち、X方向における補強壁の長さについては、例えば、1mm~3mm程度が好ましい。
 また、外側中空部EMの厚み、すなわち、X方向における外側補強壁と枠体の外壁面との間の距離については、例えば、0.5mm~2mm程度となるように外側補強壁が配置されることが好ましい。また、内側中空部IMの厚み、すなわち、X方向における内側補強壁と枠体の内壁面との間の距離についても、例えば、0.5mm~2mm程度となるように内側補強壁が配置されることが好ましい。
 さらに、上述したように、例えば、対向するバイポーラプレート120同士については振動溶着を用いて互いに接合される。この場合、枠体において当該振動溶着が実行される際の幅は、例えば、35mmから55mmまでの間である。
〔製造方法〕
 この実施の形態の双極型鉛蓄電池100は、例えば、以下に説明する各工程を有する方法で製造することができる。
<正負極用鉛箔付きバイポーラプレートの作製工程>
 まず、バイポーラプレート120を用意する。当該バイポーラプレート120には、上述したように、外側補強壁124、及び、内側補強壁125が基板121に形成されている。
 当該バイポーラプレート120の基板121を、第1の凹部121b側を上に向けて作業台に置く。そして第1の凹部121bに接着剤150を塗布し、第1の凹部121b内に正極用鉛箔111aを入れる。その際に、正極用鉛箔111aの貫通穴111cにバイポーラプレート120の柱部123を通す。この接着剤150を硬化させて、基板121の一面に正極用鉛箔111aを貼り付ける。
 次に、基板121の第2の凹部121c側を上に向けて作業台に置き、貫通穴121aに導通体160を挿入する。そして、第2の凹部121cに接着剤150を塗布し、第2の凹部121c内に負極用鉛箔112aを入れる。その際に、負極用鉛箔112aの貫通穴112cにバイポーラプレート120の柱部123を通す。この接着剤150を硬化させて、基板121の他面に負極用鉛箔112aを貼り付ける。
 次に、基板121の第1の凹部121b側を上に向けて作業台に置く。そして正極用鉛箔111aの外縁部の上および第1の凹部121bの縁部となる基板121の上面に接着剤150を塗布し、その上にカバープレート170を載せて接着剤150を硬化させる。これにより、カバープレート170を、正極用鉛箔111aの外縁部の上とその外側に連続する基板121の部分(第1の凹部121bの周縁部)の上に亘って固定する。
 次に、抵抗溶接を行って、導通体160と正極用鉛箔111aと負極用鉛箔112aとを接続する。これにより、正負極用鉛箔付きのバイポーラプレート120を得る。この正負極用鉛箔付きのバイポーラプレート120を必要枚数だけ用意する。
<正極用鉛箔付きエンドプレートの作製工程>
 まず、図1等に示されているような、外側補強壁134、及び、内側補強壁135が設けられている第1のエンドプレート130を用意する。このような第1のエンドプレート130の基板131を、凹部131b側を上に向けて作業台に置く。
 そして凹部131bに接着剤150を塗布し、凹部131b内に正極用鉛箔111aを入れて接着剤150を硬化させる。その際に、正極用鉛箔111aの貫通穴111cにエンドプレート130の柱部133を通す。この接着剤150を硬化させて、基板131の一面に正極用鉛箔111aを貼り付ける。
 次に、正極用鉛箔111aの外縁部の上および凹部131bの縁部となる基板131の上面に接着剤150を塗布する。この接着剤150の上にカバープレート170を載せて接着剤150を硬化させる。これにより、カバープレート170を、正極用鉛箔111aの外縁部の上とその外側に連続する基板131の部分の上に亘って固定する。これにより、正極用鉛箔付きエンドプレートを得る。
<負極用鉛箔付きエンドプレートの作製工程>
 まず、図1等に示されているような第2のエンドプレート140を用意する。当該第2のエンドプレート140には、外側補強壁124や内側補強壁125は形成されていない。一方、隣接して接合されるバイポーラプレート120の外側補強壁124の端部124aがその近傍に配置されることから、その基板141はX方向外側(図1であれば、図面右側)に延長して形成されている。
 このような第2のエンドプレート140の基板141を、凹部141b側を上に向けて作業台に置く。そして凹部141bに接着剤150を塗布し、凹部141b内に負極用鉛箔112aを入れて接着剤150を硬化させる。その際に、負極用鉛箔112aの貫通穴112cに第2のエンドプレート140の柱部143を通す。この接着剤150を硬化させて、基板141の一面に負極用鉛箔112aが貼り付けられた第2のエンドプレート140を得る。
<プレート同士を積層して接合する工程>
 先ず、正極用鉛箔111aおよびカバープレート170が固定された第1のエンドプレート130を、正極用鉛箔111aを上に向けて作業台に置く。そしてカバープレート170の中に正極用活物質層111bを入れて正極用鉛箔111aの上に置く。その際に、正極用活物質層111bの貫通穴111dに第1のエンドプレート130の柱部133を通す。次に、正極用活物質層111bの上に、セパレータ113、負極用活物質層112bを置く。
 次に、この状態の第1のエンドプレート130の上に、正負極用鉛箔付きのバイポーラプレート120の負極用鉛箔112a側を下に向けて置く。その際に、バイポーラプレート120の柱部123を、セパレータ113の貫通穴113aおよび負極用活物質層112bの貫通穴112dに通して、第1のエンドプレート130の柱部133の上に載せる。そして、第1のエンドプレート130の枠体132の上に、バイポーラプレート120の枠体122を載せる。
 この状態で、第1のエンドプレート130を固定し、バイポーラプレート120を基板121の対角線方向に振動させながら振動溶接を行う。これにより、第1のエンドプレート130の枠体132の上に、バイポーラプレート120の枠体122が接合される。また、第1のエンドプレート130の柱部133の上にバイポーラプレート120の柱部123が接合される。
 その結果、第1のエンドプレート130の上にバイポーラプレート120が接合される。第1のエンドプレート130とバイポーラプレート120とで形成される空間Cにセル部材110が配置され、バイポーラプレート120の上面に正極用鉛箔111aが露出した状態となる。
 次に、このようにして得られた、第1のエンドプレート130の上にバイポーラプレート120が接合されている結合体の上に、正極用活物質層111b、セパレータ113、および負極用活物質層112bをこの順に載せる。その後、さらに、別の正負極用鉛箔付きのバイポーラプレート120を、負極用鉛箔112a側を下に向けて置く。
 この状態で、この結合体を固定し、別の正負極用鉛箔付きのバイポーラプレート120を基板121の対角線方向に振動させながら振動溶接を行う。この振動溶接工程を、必要な枚数のバイポーラプレート120が第1のエンドプレート130の上に接合されるまで続けて行う。
 最後に、全てのバイポーラプレート120が接合された結合体の最も上側のバイポーラプレート120の上に、正極用活物質層111b、セパレータ113、および負極用活物質層112bをこの順に載せる。その後、さらに、第2のエンドプレート140を、負極用鉛箔112a側を下に向けて置く。
 この状態で、この結合体を固定し、第2のエンドプレート140を基板141の対角線方向に振動させながら振動溶接を行う。これにより、全てのバイポーラプレート120が接合された結合体の最も上側のバイポーラプレート120の上に、第2のエンドプレート140が接合される。
 このように、バイポーラプレート120、第1のエンドプレート130、第2のエンドプレート140をそれぞれ振動溶接によって接合することによって、外側補強壁124、及び、内側補強壁125の端部124a,125aが対向する基板近傍へと配置されることになる。そして、外側中空部EM及び内側中空部IMが形成される。
 なお、上記の説明においては、第1のエンドプレート130から第2のエンドプレート140に向けて順に積層する流れを説明した。但し、この積層順は、反対に第2のエンドプレート140から第1のエンドプレート130に向けて順に積層することとしても良い。
<注液および化成工程>
 上述の各プレート同士の積層、接合工程において、枠体の対向面同士の振動溶接による接合構造が形成され、対向する枠体の切り欠き部によって、図示しない注入口が形成される。そして、さらに双極型鉛蓄電池100の注入口を覆うように図示しない蓋が取り付けられる。
 そして蓋に設けられた注液口から電解液を所定量注液する。注液口から注液された電解液は、注入口を介して空間Cに注液される。これにより、セパレータ113に電解液を含浸させることができる。その上で所定の条件で化成することで、双極型鉛蓄電池100を作製できる。
 なおこれまでは、例えば図1に示すように、バイポーラプレート120の外側補強壁124、内側補強壁125、及び、第1のエンドプレート130の外側補強壁134、内側補強壁135は、いずれもそれぞれの基板121,131からZ方向上向きに延伸するように設けられていた。そのため、第2のエンドプレート140には外側補強壁も内側補強壁も設けられず、基板141がX方向に延伸するように形成されているのみであった。
 しかしながら、バイポーラプレート120の外側補強壁124及び内側補強壁125がこのようにZ方向上向きではなく、反対にZ方向下向きに形成されても良い。この場合には、第2のエンドプレート140に外側補強壁、及び、内側補強壁がZ方向下向きに形成される。これに伴い、第1のエンドプレート130の基板131はX方向に延伸するように形成される一方、外側補強壁、及び、内側補強壁はいずれも形成されない。
 なお、上述したように、本発明の実施の形態においては双極型鉛蓄電池を例に挙げて説明した。但し、集電板に鉛ではなく他の金属を用いるような他の蓄電池においても上記説明内容が当てはまる場合には、当然その適用を排除するものではない。
 なお、本発明の実施の形態において説明した技術については、以下のような構成を採用することもできる。
(1)正極用集電体と正極用活物質層を有する正極、負極用集電体と負極用活物質層を有する負極、および前記正極と前記負極との間に介在するセパレータを備え、間隔を開けて積層配置された、セル部材と、
 複数の前記セル部材を個別に収容する複数の空間を形成する、前記セル部材の前記正極の側および前記負極の側の少なくとも一方を覆う基板と、前記セル部材の側面を囲う枠体と、を含む空間形成部材と、
 前記枠体の外壁面と対向し、前記基板から前記セル部材と前記空間形成部材との積層方向に延びる外側補強壁と、
 を備え、
 前記外側補強壁と前記外壁面との間には外側中空部が形成されることを特徴とする双極型蓄電池。
(2)前記枠体の内壁面と対向し、前記基板から前記セル部材と前記空間形成部材との積層方向に延びる内側補強壁と、をさらに備え、
 前記内壁面と前記内側補強壁との間には内側中空部が形成されることを特徴とする上記(1)に記載の双極型蓄電池。
(3)前記外側中空部と前記内側中空部との両方、或いは、いずれか一方の中空部に、内部補強体が形成されていることを特徴とする上記(1)または(2)に記載の双極型蓄電池。
(4)前記内部補強体は、前記外側補強壁と前記内側補強壁との両方、或いは、いずれか一方と接触または接合されていることを特徴とする上記(3)に記載の双極型蓄電池。
(5)前記外側補強壁及び前記内側補強壁は、延伸方向の端部が隣接する前記基板の近傍に配置されるように設けられていることを特徴とする上記(1)ないし(4)のいずれかに記載の双極型蓄電池。
(6)隣接する前記基板のそれぞれに設けられる前記外側補強壁は、延伸方向の端部が互いに対向するように形成されていることを特徴とする上記(1)ないし(4)のいずれかに記載の双極型蓄電池。
(7)前記正極用集電体及び前記負極用集電体は、鉛又は鉛合金からなることを特徴とする上記(1)ないし(6)のいずれかに記載の双極型蓄電池。
  100・・・双極型鉛蓄電池
  110・・・セル部材
  111・・・正極
  112・・・負極
  111a・・・正極用鉛箔
  112a・・・負極用鉛箔
  111b・・・正極用活物質層
  112b・・・負極用活物質層
  113・・・セパレータ
  120・・・バイポーラプレート
  121・・・バイポーラプレートの基板
  121a・・・基板の貫通穴
  122・・・バイポーラプレートの枠体
  122a・・・外壁面
  122b・・・内壁面
  123・・・柱部
  124・・・外側補強壁
  124a・・・端部
  125・・・内側補強壁
  125a・・・端部
  130・・・第1のエンドプレート
  131・・・第1のエンドプレートの基板
  132・・・第1のエンドプレートの枠体
  133・・・柱部
  134・・・外側補強壁
  135・・・内側補強壁
  140・・・第2のエンドプレート
  141・・・第2のエンドプレートの基板
  142・・・第2のエンドプレートの枠体
  150・・・接着剤
  160・・・導通体
  170・・・カバープレート
   EM・・・外側中空部
   IM・・・内側中空部
    C・・・セル(セル部材を収容する空間)

Claims (9)

  1.  正極用集電体と正極用活物質層を有する正極、負極用集電体と負極用活物質層を有する負極、および前記正極と前記負極との間に介在するセパレータを備え、間隔を開けて積層配置された、セル部材と、
     複数の前記セル部材を個別に収容する複数の空間を形成する、前記セル部材の前記正極の側および前記負極の側の少なくとも一方を覆う基板と、前記セル部材の側面を囲う枠体と、を含む空間形成部材と、
     前記枠体の外壁面と対向し、前記基板から前記セル部材と前記空間形成部材との積層方向に延びる外側補強壁と、
     を備え、
     前記外側補強壁と前記外壁面との間には外側中空部が形成されることを特徴とする双極型蓄電池。
  2.  前記枠体の内壁面と対向し、前記基板から前記セル部材と前記空間形成部材との積層方向に延びる内側補強壁と、をさらに備え、
     前記内壁面と前記内側補強壁との間には内側中空部が形成されることを特徴とする請求項1に記載の双極型蓄電池。
  3.  前記外側中空部と前記内側中空部との両方、或いは、いずれか一方の中空部に、内部補強体が形成されていることを特徴とする請求項1に記載の双極型蓄電池。
  4.  前記外側中空部と前記内側中空部との両方、或いは、いずれか一方の中空部に、内部補強体が形成されていることを特徴とする請求項2に記載の双極型蓄電池。
  5.  前記内部補強体は、前記外側補強壁と前記内側補強壁との両方、或いは、いずれか一方と接触または接合されていることを特徴とする請求項3に記載の双極型蓄電池。
  6.  前記内部補強体は、前記外側補強壁と前記内側補強壁との両方、或いは、いずれか一方と接触または接合されていることを特徴とする請求項4に記載の双極型蓄電池。
  7.  前記外側補強壁及び前記内側補強壁は、延伸方向の端部が隣接する前記基板の近傍に配置されるように設けられていることを特徴とする請求項1に記載の双極型蓄電池。
  8.  隣接する前記基板のそれぞれに設けられる前記外側補強壁は、延伸方向の端部が互いに対向するように形成されていることを特徴とする請求項1に記載の双極型蓄電池。
  9.  前記正極用集電体及び前記負極用集電体は、鉛又は鉛合金からなることを特徴とする請求項1ないし請求項8のいずれかに記載の双極型蓄電池。
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