WO2022201622A1

WO2022201622A1 - 双極型蓄電池

Info

Publication number: WO2022201622A1
Application number: PCT/JP2021/041426
Authority: WO
Inventors: 英明吉田; 智史柴田; 亮田井中; 直規中北
Original assignee: 古河電池株式会社; 古河電気工業株式会社
Priority date: 2021-03-26
Filing date: 2021-11-10
Publication date: 2022-09-29
Also published as: JPWO2022201622A1; US20240021883A1

Abstract

基板の両面の集電板を基板の貫通穴を介して抵抗溶接等により接続する溶接工程を経て双極型蓄電池を製造する際に、溶接時に導通体の内部に熱が籠りにくくするとともに貫通穴の周囲に熱が伝わりにくくする。貫通穴（１２１ａ）に配置された導通体（１６０）により、隣り合うセル部材の正極用集電板（１１１ａ）と負極用集電板（１１２ａ）とが導通されて、複数のセル部材が直列に電気的に接続された双極型蓄電池において、導通体（１６０）の正極用集電板（１１１ａ）との接続面および負極用集電板（１１２ａ）との接続面の少なくともいずれかの面積は、導通体の基板（１２１）の板厚方向における中間部（１６１）の接続面と平行な断面積よりも小さい。

Description

双極型蓄電池

　本発明は、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、特許文献１に記載された双極型鉛蓄電池が知られている。

　この双極型鉛蓄電池は、額縁形で樹脂製のフレームの内側に、樹脂製の基板が取り付けられている。基板の両面には鉛層が配置されている。基板の一面の鉛層には、正極用活物質層が隣接し、他面の鉛層には、負極用活物質層が隣接している。また、額縁形で樹脂製のスペーサを有し、その内側には、電解液を含浸させたガラスマットが配置されている。そして、フレームとスペーサとが交互に複数積層され、フレームとスペーサとの間が接着剤等で接着されている。

　また、基板に設けた貫通穴を介して、基板の両面の鉛層が接続されている。特許文献１の段落番号［００２８］には、この接続が例えば抵抗溶接により行われることが記載されている。
　すなわち、特許文献１に記載された双極型鉛蓄電池は、正極用集電板（鉛層）と正極用活物質層を有する正極、負極用集電板（鉛層）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（ガラスマット）を備え、間隔を開けて積層配置された、複数のセル部材と、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、複数の空間形成部材と、を有している。また、空間形成部材は、セル部材の正極側および負極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（二極式プレートおよび端部プレートの枠部とスペーサ）と、を含んでいる。

　さらに、セル部材と空間形成部材の基板とが交互に積層状態で配置され、枠体同士が接合され、セル部材同士の間に配置された基板は、板面と交差する方向に延びる貫通穴を有し、貫通穴に配置された導通体により、隣り合うセル部材の正極用集電板と負極用集電板とが導通されて、複数のセル部材が直列に電気的に接続されている。

特許第６１２４８９４号公報

　このような双極型鉛蓄電池を製造する際に、基板の両面の鉛層を基板の貫通穴を介して抵抗溶接により接続する方法を採用すると、大電流で鉛層を溶融させることになるため、周囲に熱が伝わって樹脂製の基板が高温になることや、導通体の内部に熱が籠ることが問題となる。具体的には、樹脂製の基板が高温になると、基板が軟化してセル間のシール性が低下する恐れがあり、導通体の内部に熱が籠ると、ブローホールと呼ばれるガス溜まりが生じやすくなる。ガス溜まりが生じると、セル間の抵抗が上昇し、電池性能に悪影響を及ぼす可能性がある。また、双極型鉛蓄電池の使用中に、ガス溜まりに電解液が浸入して腐食が進行する恐れもある。更に、このような問題点は、正極用集電板および負極用集電板が鉛層（鉛箔）以外の金属層（金属箔）からなる場合にも発生すると考えられる。

　本発明の課題は、基板の両面の集電板を基板の貫通穴に配置した導通体を介して抵抗溶接等により接続する溶接工程を経て双極型蓄電池を製造する際に、溶接時に導通体の内部に熱が籠りにくくするとともに貫通穴の周囲に熱が伝わりにくくすることである。

　前述した課題を解決するための本発明の一態様は、以下の構成(1)～(4)を有する双極型蓄電池である。
(1)正極用集電板と正極用活物質層を有する正極、負極用集電板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、複数のセル部材と、前記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、複数の空間形成部材と、を有する。
(2)前記空間形成部材は、前記セル部材の前記正極側および前記負極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。前記セル部材と前記空間形成部材の前記基板とが交互に積層された状態で配置されている。前記枠体同士が接合されている。
(3)前記セル部材同士の間に配置された前記基板は、板面と交差する方向に延びる貫通穴を有する。前記貫通穴に配置された導通体により、隣り合う前記セル部材の前記正極用集電板と前記負極用集電板とが導通されて、前記複数のセル部材が直列に電気的に接続されている。
(4)前記導通体の前記正極用集電板との接続面および前記負極用集電板との接続面の少なくともいずれかの面積は、前記導通体の前記基板の板厚方向における中間部の前記接続面と平行な断面積よりも小さい。

　本発明によれば、基板の両面の集電板を基板の貫通穴に配置した導通体を介して抵抗溶接等により接続する溶接工程を経て双極型蓄電池を製造する際に、溶接時に導通体の内部に熱が籠りにくくするとともに貫通穴の周囲に熱が伝わりにくくすることが可能になる。

本発明の一実施形態である双極型鉛蓄電池の概略構成を示す断面図である。図１の双極型鉛蓄電池の部分拡大図である。図１の双極型鉛蓄電池を構成する空間形成部材の積層および結合状態を示す斜視図である。バイプレートの基板の一例を示す平面図である。図１の双極型鉛蓄電池において、導通体とその周辺部分を示す部分拡大図である。

　以下、本発明の実施形態について説明するが、本発明は以下に示す実施形態に限定されない。以下に示す実施形態では、本発明を実施するために技術的に好ましい限定がなされているが、この限定は本発明の必須要件ではない。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〕
　先ず、この実施形態の双極（バイポーラ）型鉛蓄電池の全体構成について説明する。
　図１に示すように、この実施形態の双極型鉛蓄電池１００は、複数のセル部材１１０と、複数枚のバイプレート（空間形成部材）１２０と、第一のエンドプレート（空間形成部材）１３０と、第二のエンドプレート（空間形成部材）１４０と、カバープレート１７０とを有する。図１ではセル部材１１０が三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、バイプレート１２０の数はセル部材１１０の数に応じて決まる。

　図２は、図１から、二枚のバイプレート１２０の部分を抜き出して説明している図である。
　図１～図３に示すように、セル部材１１０の積層方向をＺ方向（図１～図３の上下方向）とし、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、およびセパレータ（電解質層）１１３を備えている。セパレータ１１３には電解液が含浸されている。正極１１１は、正極用鉛箔（正極用集電板）１１１ａと正極用活物質層１１１ｂを有する。負極１１２は負極用鉛箔（負極用集電板）１１２ａと負極用活物質層１１２ｂを有する。セパレータ１１３は、正極１１１と負極１１２との間に介在している。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は、この順に積層されている。

　正極用鉛箔１１１ａおよび負極用鉛箔１１２ａのＸ方向およびＹ方向の寸法は、正極用活物質層１１１ｂおよび負極用活物質層１１２ｂのＸ方向およびＹ方向の寸法より大きい。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プレート１２０の基板１２１が配置されている。つまり、複数のセル部材１１０は、バイプレート１２０の基板１２１を間に挟んだ状態で積層されている。
　複数枚のバイプレート１２０と第一のエンドプレート１３０と第二のエンドプレート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を形成するための部材である。

　図２に示すように、バイプレート１２０は、平面形状が長方形の基板１２１と、基板１２１の四つの端面を覆う枠体１２２と、基板１２１の両面から垂直に突出する柱部１２３とからなり、基板１２１と枠体１２２と柱部１２３は一体に合成樹脂で形成されている。なお、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することにより、基板１２１と基板１２１との間に空間Ｃが形成され、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。

　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。
　バイプレート１２０の基板１２１は、板面に対して垂直に（板面と交差する方向に）延びる複数の貫通穴１２１ａを有する。また、基板１２１の一面に第一の凹部１２１ｂが、他面に第二の凹部１２１ｃが形成されている。第一の凹部１２１ｂの深さは第二の凹部１２１ｃの深さより深い。第一の凹部１２１ｂおよび第二の凹部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。
　バイプレート１２０の基板１２１の第一の凹部１２１ｂに、セル部材１１０の正極用鉛箔１１１ａが接着剤層１５０を介して配置されている。
　カバープレート１７０は、正極用鉛箔１１１ａの外縁部を覆うためのものであり、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の一面の第一の凹部１２１ｂの周縁部と重なっている。つまり、カバープレート１７０の内形線をなす長方形は、正極用活物質層１１１ｂ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、第一の凹部１２１ｂの開口面をなす長方形より大きい。

　接着剤層１５０は、正極用鉛箔１１１ａの端面から第一の凹部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の外縁部との間にも配置され、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。つまり、カバープレート１７０は接着剤層１５０により、基板１２１の一面の第一の凹部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、第一の凹部１２１ｂの周縁部との境界部においてもカバープレート１７０で確実に覆われている。

　また、バイプレート１２０の基板１２１の第二の凹部１２１ｃに、セル部材１１０の負極用鉛箔１１２ａが接着剤層１５０を介して配置されている。なお、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。
　バイプレート１２０の基板１２１の貫通穴１２１ａに導通体１６０が配置され、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。つまり、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。

　例えば図４および図５に示すように、バイプレート１２０の基板１２１は、複数の円柱状の貫通穴１２１ａを有し、各貫通穴１２１ａに導通体１６０が埋め込まれている。図４および図５に示す導通体１６０は、円板状の大径部（中間部）１６１と、大径部１６１の軸方向両端に一体に形成された一対の円板状の小径部（端部）１６２とからなる。小径部１６２をなす円板の厚さは大径部１６１をなす円板の厚さより薄い。小径部１６２は、正極用鉛箔１１１ａおよび負極用鉛箔１１２ａとの接合面１６２ａを有する。接着剤層１５０は、貫通穴１２１ａの近くには存在していない。

　基板１２１の板厚方向における正極用鉛箔１１１ａ側には、導通体１６０と正極用鉛箔１１１ａと貫通穴１２１ａと接着剤層１５０とで囲まれた空間１８１が形成されている。基板１２１の板厚方向における負極用鉛箔１１２ａ側には、導通体１６０と負極用鉛箔１１２ａと貫通穴１２１ａと接着剤層１５０とで囲まれた空間１８２が形成されている。
　大径部１６１の直径Ａ１は貫通穴１２１ａの直径より少し小さく、大径部１６１の直径Ａ１に対する小径部１６２の直径Ａ２の比（Ａ２／Ａ１）は、例えば２／５である。
　また、大径部１６１の接続面１６２ａに平行な断面積Ｓ１に対する、小径部１６２の正極用鉛箔１１１ａおよび負極用鉛箔１１２ａとの接続面１６２ａの面積Ｓ２の比（Ｓ２／Ｓ１）は０．０１以上０．５０以下である。この比（Ｓ２／Ｓ１）は０．０３以上０．３０以下であることが好ましい。

　図１に示すように、第一のエンドプレート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、基板１３１の一面（最も正極側に配置されるバイプレート１２０の基板１２１と対向する面）から垂直に突出する柱部１３３とからなる。基板１３１の平面形状は長方形であり、基板１３１の四つの端面が枠体１３２で覆われ、基板１３１と枠体１３２と柱部１３３が一体に合成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の数は一つであってもよいし、複数であってもよいが、柱部１３３と接触させるバイプレート１２０の柱部１２３に対応させる。

　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、最も外側（正極側）に配置されるバイプレート１２０の枠体１２２および柱部１２３に対して、枠体１３２および柱部１３３を接触させて積層することにより、バイプレート１２０の基板１２１と第一のエンドプレート１３０の基板１３１との間に空間Ｃが形成され、互いに接触するバイプレート１２０の柱部１２３と第一のエンドプレート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。

　第一のエンドプレート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。
　第一のエンドプレート１３０の基板１３１の凹部１３１ｂに、セル部材１１０の正極用鉛箔１１１ａが接着剤層１５０を介して配置されている。また、バイプレート１２０の基板１２１と同様に、カバープレート１７０が接着剤層１５０により基板１３１の一面側に固定され、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で確実に覆われている。
　また、第一のエンドプレート１３０は、凹部１３１ｂ内の正極用鉛箔１１１ａと電気的に接続された正極端子を備えている。

　第二のエンドプレート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、基板１４１の一面（最も負極側に配置されるバイプレート１２０の基板１２１と対向する面）から垂直に突出する柱部１４３とからなる。基板１４１の平面形状は長方形であり、基板１４１の四つの端面が枠体１４２で覆われ、基板１４１と枠体１４２と柱部１４３が一体に合成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が、柱部１４３と接触させるバイプレート１２０の柱部１２３に対応させる。

　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、最も外側（負極側）に配置されるバイプレート１２０の枠体１２２および柱部１２３に対して、枠体１４２および柱部１４３を接触させて積層することにより、バイプレート１２０の基板１２１と第二のエンドプレート１４０の基板１４１との間に空間Ｃが形成され、互いに接触するバイプレート１２０の柱部１２３と第二のエンドプレート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。

　第二のエンドプレート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。
　第二のエンドプレート１４０の基板１４１の凹部１４１ｂに、セル部材１１０の負極用鉛箔１１２ａが接着剤層１５０を介して配置されている。
　また、第二のエンドプレート１４０は、凹部１４１ｂ内の負極用鉛箔１１２ａと電気的に接続された負極端子を備えている。

　バイプレート１２０、第一のエンドプレート１３０、第二のエンドプレート１４０、およびカバープレート１７０は、樹脂製であり、例えば、熱可塑性樹脂で形成されている。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）、ポリプロピレンが使用できる。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、これらの熱可塑性樹脂で形成することにより、バイプレート１２０、第一のエンドプレート１３０、第二のエンドプレート１４０、およびカバープレート１７０に、電解液の接触に伴う分解、劣化、腐食等が生じにくくなる。

　なお、上記説明から分かるように、バイプレート１２０は、セル部材１１０の正極側および負極側の両方を覆う基板１２１と、セル部材１１０の側面を囲う枠体１２２と、を含む空間形成部材である。第一のエンドプレート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。第二のエンドプレート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。

〔バイプレート、第一および第二のエンドプレートの枠体について〕
　以下において、バイプレート１２０の枠体１２２、第一のエンドプレートの枠体１３２、および第二のエンドプレートの枠体１４２に共通の構成を説明する場合は、これらの枠体１２２，１３２，１４２を単に「枠体」として説明する。

　図１～図３に示すように、枠体の四つの端面（外側面、図３はＸ方向の一端面を示している）には、多数の凹部１２が形成されている。凹部１２は、Ｚ方向で対向する一面１２ａおよび他面１２ｂと、Ｘ方向またはＹ方向で対向する一面１２ｃおよび他面１２ｄと、平坦でない底面１２ｅを有する。
　つまり、枠体は、隣り合う凹部１２を仕切る壁部１３、多数の凹部１２のＺ方向で対向する一面１２ａを連続して形成する第一の板部１４、多数の凹部１２のＺ方向および他面１２ｂを連続して形成する第二の板部１５、および第二の板部１５から第一の板部１４とは反対側（図１～図３の上側）に延びる脚部１６を有する。

　第一の板部１４の第二の板部１５とは反対側（図１～図３の下側）の面はＸ方向の両端が面取りしてあり、面取り部を除いた面（他方の対向面）１４４のＸ方向の寸法Ｌ２は、脚部１６の第二の板部１５とは反対側（図１～図３の上側）の面（一方の対向面）１６４のＸ方向の寸法Ｌ１より大きい。両寸法の関係は、比（Ｌ２／Ｌ１）が５／４以上２以下であることが好ましく、比（Ｌ２／Ｌ１）が３／２（つまり、Ｌ１：Ｌ２＝２：３）がさらに好ましく、例えばＬ１は４ｍｍ、Ｌ２は６ｍｍである。
　また、底面１２ｅは段差を有し、段差に沿う面１２ｆは凹部１２のＺ方向（セル部材１１０の積層方向）の中間位置に存在する。図２の線Ｅは、段差に沿う面１２ｆのＺ方向での位置を示す線である。つまり、底面１２ｅは、面積が同じで深さの異なる第一の底面１２ｇおよび第二の底面１２ｈを有する。バイプレート１２０の正極１１１側の底面である第一の底面１２ｇの深さ（Ｘ方向の寸法）は、バイプレート１２０の負極１１２側の底面である第二の底面１２ｈの深さより浅い。

　そして、双極型鉛蓄電池１００は、枠体の対向面同士の振動溶接による接合構造を有し、この接合構造において、枠体同士の対向面である脚部１６の面１６４と第一の板部１４の面１４４とが、直接、振動溶接で接合されている。また、脚部１６の面（一方の対向面）１６４の全面が接触面であり、第一の板部１４の面（他方の対向面）１４４は、基板面に沿う方向（図１～図３に示されている断面ではＸ方向）において、脚部１６の面１６４より外側および内側に、脚部１６の面１６４とは接触しない非接触面１４４ａ，１４４ｂを有する。さらに、脚部１６の面１６４と接触しない第一の板部１４の非接触面１４４ａ，１４４ｂと、脚部１６の外側面および内側面と、で形成される角部に、補強部１７が存在する。

　なお、枠体が有する四つの端面のうちの一つの端面には、空間Ｃに電解液を入れるための注入穴を形成する切り欠き部が形成されている。この切り欠き部は、例えば図１で右側に存在する枠体の側面に形成されている場合、枠体をＸ方向に貫通し、枠体のＺ方向の両端面から半円弧状に凹む形状を有する。そして、この切り欠き部は上述の接合構造に関与せず、振動溶接により上述の接合構造が形成される際に、対向する切り欠き部によって円形の注入穴が形成される。

〔製造方法〕
　この実施形態の双極型鉛蓄電池１００は、以下の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プレートの作製工程＞
　先ず、バイプレート１２０の基板１２１を、第一の凹部１２１ｂ側を上に向けて作業台に置き、第一の凹部１２１ｂに接着剤を塗布し、第一の凹部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にバイプレート１２０の柱部１２３を通す。この接着剤を硬化させて、基板１２１の一面に正極用鉛箔１１１ａを貼り付ける。
　次に、基板１２１の第二の凹部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。次に、第二の凹部１２１ｃに接着剤を塗布し、第二の凹部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にバイプレート１２０の柱部１２３を通す。この接着剤を硬化させて、基板１２１の他面に負極用鉛箔１１２ａを貼り付ける。

　次に、基板１２１の第一の凹部１２１ｂ側を上に向けて作業台に置き、正極用鉛箔１１１ａの外縁部の上および第一の凹部１２１ｂの縁部となる基板１２１の上面に接着剤を塗布し、その上にカバープレート１７０を載せて接着剤を硬化させる。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（第一の凹部１２１ｂの周縁部）の上に亘って固定する。正極用鉛箔１１１ａの外縁部の上に配置されている部分の寸法（Ｌ３）は、外側に連続する基板１２１の部分の上に配置されている部分の寸法（Ｌ４）より大きく（例えばＬ３：Ｌ４＝５：４に）する。

　次に、抵抗溶接を行って、導通体１６０で正極用鉛箔１１１ａと負極用鉛箔１１２ａとを接続する。この抵抗溶接は、小径部１６２と正極用鉛箔１１１ａおよび負極用鉛箔１１２ａとの接触面の全面に電流を流して行う。その結果、この接触面の全面が溶解して接続面となる。
　このようにして、正負極用鉛箔付きのバイプレート１２０を得る。この正負極用鉛箔付きのバイプレート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＞
　第一のエンドプレート１３０の基板１３１を、凹部１３１ｂ側を上に向けて作業台に置き、凹部１３１ｂに接着剤を塗布し、凹部１３１ｂ内に正極用鉛箔１１１ａを入れて接着剤を硬化させる。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の上面に接着剤を塗布し、その上にカバープレート１７０を載せて接着剤を硬化させる。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。正極用鉛箔１１１ａの外縁部の上に配置されている部分の寸法（Ｌ３）は、外側に連続する基板１３１の部分の上に配置されている部分の寸法（Ｌ４）より大きく（例えばＬ３：Ｌ４＝５：４に）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＞
　第二のエンドプレート１４０の基板１４１を、凹部１４１ｂ側を上に向けて作業台に置き、凹部１４１ｂに接着剤を塗布し、凹部１４１ｂ内に負極用鉛箔１１２ａを入れて接着剤を硬化させる。その際に、負極用鉛箔１１２ａの貫通穴１１２ｃに第二のエンドプレート１４０の柱部１４３を通す。この接着剤を硬化させて、基板１４１の一面に負極用鉛箔１１２ａが貼り付けられた第二のエンドプレート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が固定された第一のエンドプレート１３０を、正極用鉛箔１１１ａを上に向けて作業台に置き、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に第一のエンドプレート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、この状態の第一のエンドプレート１３０の上に、正負極用鉛箔付きのバイプレート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、第一のエンドプレート１３０の柱部１３３の上に載せるとともに、第一のエンドプレート１３０の枠体１３２の脚部１６の上に、バイプレート１２０の枠体１２２の第一の板部１４を載せる。

　この状態で、第一のエンドプレート１３０を固定し、バイプレート１２０を基板１２１の対角線方向に１．６ｍｍの振幅で振動させながら振動溶接を行う。これにより、第一のエンドプレート１３０の枠体１３２の脚部１６の上に、バイプレート１２０の枠体１２２の第一の板部１４が接合され、第一のエンドプレート１３０の柱部１３３の上にバイプレート１２０の柱部１２３が接合される。その結果、第一のエンドプレート１３０の上にバイプレート１２０が接合され、第一のエンドプレート１３０とバイプレート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、第一のエンドプレート１３０の上にバイプレート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をこの順に載せた後、さらに、別の正負極用鉛箔付きのバイプレート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プレート１２０を基板１２１の対角線方向に１．６ｍｍの振幅で振動させながら振動溶接を行う。この振動溶接工程を、必要な枚数のバイプレート１２０が第一のエンドプレート１３０の上に接合されるまで続けて行う。

　最後に、全てのバイプレート１２０が接合された結合体の最も上側のバイプレート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をこの順に載せた後、さらに、第二のエンドプレート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、第二のエンドプレート１４０を基板１４１の対角線方向に１．６ｍｍの振幅で振動させながら振動溶接を行う。これにより、全てのバイプレート１２０が接合された結合体の最も上側のバイプレート１２０の上に、第二のエンドプレート１４０が接合される。
　また、振動溶接工程において、第一の板部１４および脚部１６を形成する合成樹脂が溶けて、第一の板部１４の非接触面１４４ａ，１４４ｂと脚部１６の外側面および内側面との間に移動した状態で冷えて固まることで、非接触面１４４ａ，１４４ｂと、脚部１６の外側面および内側面と、で形成される角部に、補強部１７が形成される。

＜電解液を入れる工程＞
　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、双極型鉛蓄電池１００の例えばＸ方向の一端面の各空間Ｃの位置に、円形の注入穴が形成されている。この注入穴から各空間Ｃの内部に電解液を入れて、セパレータ１１３に電解液を含浸させる。
　なお、注入穴は、上述のように、予め枠体に切り欠き部を設けることで形成してもよいし、枠体の接合後にドリル等を用いて開けてもよい。

〔作用、効果〕
　実施形態の双極型鉛蓄電池１００は、枠体の対向面同士の振動溶接による接合構造（直接接合による接合構造）を有し、この接合構造において、一方の対向面１４４は全面が接触面であり、他方の対向面１６４は、Ｘ方向およびＹ方向（基板面に沿う方向）において一方の対向面１４４より外側および内側に非接触面１４４ａ，１４４ｂを有している。また、Ｌ１は４ｍｍ、Ｌ２は６ｍｍであり（つまり、Ｌ２／Ｌ１＝５／４以上２以下を満たし）、基板１２１，１４１の対角線方向に１．６ｍｍの振幅で振動させながら振動溶接を行っているため、振動溶接時に枠体の対向面同士が常時全面接触している。
　よって、振動溶接時に枠体の対向面同士が全面接触しない状態になる時があるように構成された双極型鉛蓄電池と比較して、枠体の対向面同士の接合強度が高くなっている。また、補強部１７が存在することで、補強部１７がない場合よりも接合強度が高くなる。

　実施形態の双極型鉛蓄電池１００は、枠体の四つの端面（外側面）に形成された多数の凹部１２により、枠体の端面における外気に触れる表面積が増大するため、このような凹部を設けていない双極型鉛蓄電池と比較して放熱性が高くなる。また、凹部１２の底面１２ｅが段差を有するため、凹部１２の底面が平坦な場合と比較して、枠体の端面における外気に触れる表面積が増大するため、放熱性がより高くなる。
　さらに、凹部１２の底面１２ｅが有する段差に沿う面１２ｆが、凹部１２のＺ方向の中間位置に存在するため、凹部１２のＺ方向の中間位置からずれた位置に存在している場合と比較して、基板１２１の正極１１１側からの熱および負極１１２側からの熱が合流する位置で、より効果的な放熱がなされるようになる。
　その結果、実施形態の双極型鉛蓄電池１００によれば、内部に熱が籠ることに伴う電池性能の悪化が防止できる。

　さらに、枠体の端面に凹部を設ける場合、振動溶接時の加圧に対する枠体の機械的強度の低下が懸念される。これに対して、実施形態の双極型鉛蓄電池１００では、Ｘ方向およびＹ方向に多数の凹部１２を設けることで生じたＺ方向に延びる壁部１３により、振動溶接時の加圧に対する枠体の機械的強度の低下が低減されて、変形が抑制される。その結果、振動溶接による接合の確実性が高くなる。
　さらに、カバープレート１７０で正極用鉛箔１１１ａの外縁部が、第一の凹部１２１ｂの周縁部との境界部においても確実に覆われているため、電解液中の硫酸で腐食されて正極１１１にグロースが生じた場合でも、正極用鉛箔１１１ａの端部に電解液が浸入することが抑制される。その結果、「正極用鉛箔１１１ａと接着剤層１５０との界面に電解液が浸入して、基板１２１の貫通穴１２１ａと導通体１６０との隙間を経由して、負極用鉛箔１１１ａに到達すること」が抑制されるため、実施形態の双極型鉛蓄電池１００は、短絡が防止されて電池性能の低下が生じにくくなる効果も奏する。

　また、導通体１６０の正極用鉛箔１１１ａおよび負極用鉛箔１１２ａとの接続面１６２ａの面積Ｓ２が、中間部である大径部１６１の断面積Ｓ１よりも小さく（Ｓ１＞Ｓ２）、抵抗溶接を、小径部１６２と正極用鉛箔１１１ａおよび負極用鉛箔１１２ａとの接触面の全面に電流を流して行うことで、この接触面の全面が溶解して接続面となり、大径部１６１の正極用鉛箔１１１ａ側の面および負極用鉛箔１１２ａ側の面は溶解しない。
　これに対して、貫通穴１２１ａの直径を小径部１６２の直径Ａ２より僅かに大きい寸法とし、小径部１６２と同じ直径で軸方向の寸法が導通体１６０と同じである円柱体からなる導通体を用いて、この導通体と正極用鉛箔１１１ａおよび負極用鉛箔１１２ａとの接触面の全体に電流を流して抵抗溶接を行った場合（第一の場合）は、導通体の正極用鉛箔１１１ａ側の全面および負極用鉛箔１１２ａ側の全面が全て溶解して接続面となる。

　第一の場合と比較して、この実施形態の双極型鉛蓄電池１００では、導通体１６０の正極用鉛箔１１１ａ側の一部（小径部１６２）の面および負極用鉛箔１１２ａ側の一部（小径部１６２）の面のみが溶解して接続面となるため、平面視で大径部１６１の小径部１６２の外側に存在する部分だけ導通体の体積が大きくなり、この体積増加分だけ導通体の熱容量が大きくなる。つまり、第一の場合との比較においては、この部分が抵抗溶接時の放熱促進部として作用することで、導電体の内部から熱が放出され易くなって、導電体に熱が籠りにくくなるとともに、導電体から貫通穴１２１ａの周囲に熱が伝わりにくくなる。

　一方、大径部１６１と同じ直径で軸方向の寸法が導通体１６０と同じである円柱体からなる導通体を用いて、この導通体と正極用鉛箔１１１ａおよび負極用鉛箔１１２ａとの接触面の全体に電流を流して抵抗溶接を行った場合（第二の場合）も、導通体の正極用鉛箔１１１ａ側の全面および負極用鉛箔１１２ａ側の全面が全て溶解して接続面となる。
　第二の場合との比較では、この実施形態の双極型鉛蓄電池１００の方が、溶解させて接続面とする導通体の面積が小さいため、抵抗溶接時に発生する熱量が小さくなる。その結果、導電体に伝わる熱量が小さくなることで、導電体に熱が籠りにくくなるとともに、導電体から貫通穴１２１ａの周囲に熱が伝わりにくくなる。

　このように、実施形態の双極型鉛蓄電池１００は、導通体１６０がＳ１＞Ｓ２を満たすことにより、Ｓ１＝Ｓ２である場合（第一の場合および第二の場合）と比較して、樹脂製の基板１２１が高温になることや、導通体１６０の内部に熱が籠ることが抑制されるため、ガス溜まりに起因する電池性能の悪化や腐食の発生が防止できる。
　また、実施形態の双極型鉛蓄電池１００は、大径部１６１の断面積Ｓ１に対する接続面１６２ａの面積Ｓ２の比（Ｓ２／Ｓ１）が０．０１以上０．５０以下であることにより、抵抗溶接時の熱的性能（導電体に熱が籠りにくくなるとともに、導電体から貫通穴の周囲に熱が伝わりにくくなる性能）が特に高くなるとともに、導電性能も良好なものとなる。
　比（Ｓ２／Ｓ１）は、抵抗溶接時の熱的性能の点では小さい方が好ましいが、比（Ｓ２／Ｓ１）が小さすぎると導電性能の点では不利になる。抵抗溶接時の熱的性能と導電性能の両立の点から、比（Ｓ２／Ｓ１）は０．０１以上０．５０以下であることが好ましい。

〔実施形態と本発明の一態様との違い〕
　上記実施形態では、導通体１６０の両端部が小径部（中間部の断面積より小さい面積の接続面を有する端部）１６２となっているが、一端部のみが小径部となっていてもよい。また、小径部の直径は大径部側から接触面に向かうに連れて小さくなっていてもよいし、導通体は、一方の接触面から他方の接触面に向けて直径が小さくなる形状を有していてもよい。導通体が、一方の接触面から他方の接触面に向けて直径が小さくなる形状の場合、中間部の接続面と平行な断面積は、基板の板厚方向の中心位置での断面積である。

　さらに、上記実施形態では、導通体１６０を基板１２１の貫通穴１２１ａに挿入し易くするために、導通体１６０の中間部１６１の直径を貫通穴１２１ａの直径より僅かに小さくしているが、導通体１６０の中間部１６１の直径を貫通穴１２１ａの直径より更に小さくして、中間部１６１と貫通穴１２１ａの間に明確な隙間を設けてもよい。
　また、上記実施形態では、導通体１６０を大径部１６１と小径部１６２とで構成し、小径部１６２の正極用鉛箔１１１ａおよび負極用鉛箔１１１ａとの接触面の全面を接続面としているが、導通体を単一直径の円柱状部材として、導通体の正極用鉛箔１１１ａおよび負極用鉛箔１１１ａとの接触面の一部を接続面としてもよい。その場合は、空間１８１，１８２は形成されない。

　上記実施形態では、正極用集電板が正極用鉛箔からなり、負極用集電板が負極用鉛箔からなる双極型鉛蓄電池について説明したが、本発明の一態様は、正極用集電板および負極用集電板が鉛以外の金属（例えば、アルミニウム、銅、ニッケル）や合金、導電性樹脂からなる双極型蓄電池にも適用できる。

　１２　枠体の凹部
　１２ｅ　凹部の平坦でない底面
　１２ｆ　段差に沿う面
　１２ｇ　第一の底面
　１２ｈ　第二の底面
　１３　隣り合う凹部を仕切る壁部
　１４　第一の板部
　１５　第二の板部
　１６　脚部
　１７　補強部
　１００　双極（バイポーラ）型鉛蓄電池
　１１０　セル部材
　１１１　正極
　１１２　負極
　１１１ａ　正極用鉛箔（正極用集電板）
　１１２ａ　負極用鉛箔（負極用集電板）
　１１１ｂ　正極用活物質層
　１１２ｂ　負極用活物質層
　１１３　セパレータ
　１２０　バイプレート
　１２１　バイプレートの基板
　１２１ａ　基板の貫通穴
　１２１ｂ　基板の第一の凹部
　１２１ｃ　基板の第二の凹部
　１２２　バイプレートの枠体
　１３０　第一のエンドプレート
　１３１　第一のエンドプレートの基板
　１３２　第一のエンドプレートの枠体
　１４０　第二のエンドプレート
　１４１　第二のエンドプレートの基板
　１４２　第二のエンドプレートの枠体
　１４４ａ，１４４ｂ　非接触面
　１４４　第一の板部の面（他方の対向面）
　１５０　接着剤層
　１６０　導通体
　１６１　導通体の大径部（中間部）
　１６２　導通体の小径部（小さく形成されている端部）
　１６２ａ　小径部の接続面
　１６４　脚部の面（一方の対向面）
　１７０　カバープレート
　Ｃ　セル（セル部材を収容する空間）
　Ｅ　段差に沿う面のＺ方向での位置を示す線

Claims

　正極用集電板と正極用活物質層を有する正極、負極用集電板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、複数のセル部材と、
　前記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、複数の空間形成部材と、
を有し、
　前記空間形成部材は、前記セル部材の前記正極側および前記負極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、を含み、
　前記セル部材と前記空間形成部材の前記基板とが交互に積層された状態で配置され、
　前記枠体同士が接合され、
　前記セル部材同士の間に配置された前記基板は、板面と交差する方向に延びる貫通穴を有し、
　前記貫通穴に配置された導通体により、隣り合う前記セル部材の前記正極用集電板と前記負極用集電板とが導通されて、前記複数のセル部材が直列に電気的に接続され、
　前記導通体の前記正極用集電板との接続面および前記負極用集電板との接続面の少なくともいずれかの面積は、前記導通体の前記基板の板厚方向における中間部の前記接続面と平行な断面積よりも小さい双極型蓄電池。
　前記中間部の前記断面積Ｓ１に対する前記中間部の前記断面積よりも小さい前記接続面の面積Ｓ２の比（Ｓ２／Ｓ１）は０．０１以上０．５０以下である請求項１記載の双極型蓄電池。
　前記正極用集電板は正極用鉛箔からなり、前記負極用集電板は負極用鉛箔からなる請求項１または２記載の双極型蓄電池。