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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公開特許公報(A)
(11)【公開番号】特開2021-197310(P2021-197310A)
(43)【公開日】2021年12月27日
(54)【発明の名称】電池モジュール
(51)【国際特許分類】
   H01M 50/543 20210101AFI20211129BHJP
   H01M 50/172 20210101ALI20211129BHJP
   H01M 50/20 20210101ALI20211129BHJP
   H01M 50/50 20210101ALI20211129BHJP
【FI】
   H01M2/30 B
   H01M2/06 K
   H01M2/10 E
   H01M2/10 Y
   H01M2/20 A
【審査請求】未請求
【請求項の数】5
【出願形態】OL
【全頁数】10
(21)【出願番号】特願2020-104381(P2020-104381)
(22)【出願日】2020年6月17日
(71)【出願人】
【識別番号】000005326
【氏名又は名称】本田技研工業株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】100106002
【弁理士】
【氏名又は名称】正林 真之
(74)【代理人】
【識別番号】100120891
【弁理士】
【氏名又は名称】林 一好
(74)【代理人】
【識別番号】100160794
【弁理士】
【氏名又は名称】星野 寛明
(72)【発明者】
【氏名】谷内 拓哉
(72)【発明者】
【氏名】大田 正弘
(72)【発明者】
【氏名】有賀 稔之
【テーマコード(参考)】
5H011
5H040
5H043
【Fターム(参考)】
5H011AA05
5H011AA09
5H011EE04
5H011FF04
5H040AA03
5H040AA22
5H040AS04
5H040AS13
5H040AS14
5H040AT04
5H040AY06
5H040DD03
5H040JJ02
5H040JJ06
5H040NN03
5H043AA13
5H043AA19
5H043AA20
5H043BA19
5H043BA20
5H043CA21
5H043CA22
5H043DA01
5H043DA02
5H043DA09
5H043EA22
5H043FA04
5H043FA26
5H043HA02D
5H043HA11D
5H043HA11F
5H043JA06D
5H043JA13
5H043JA13D
5H043KA08D
5H043KA09D
5H043LA22D
5H043LA25D
(57)【要約】
【課題】製造時の作業性を向上できる電池モジュールを提供すること。
【解決手段】電池11と、電池11を収容する外装体12と、を有する複数の電池セル10を有し、電池11は、負極集電体を有する負極と、電解質と、正極集電体を有する正極と、を有し、複数の電池セル10は、正極集電体及び負極集電体がそれぞれ引き出されて構成される集電体タブ13、15と、集電体タブ13、15と接続される集電体タブリード14、16と、をそれぞれ有し、集電体タブリード14、16は、複数の電池セル10の積層方向y1に対して垂直方向y2に延出する、電池モジュール1。
【選択図】図1
【特許請求の範囲】
【請求項1】
電池と、前記電池を収容する外装体と、を有する複数の電池セルを有し、
前記電池は、負極集電体を有する負極と、電解質と、正極集電体を有する正極と、を有し、
複数の前記電池セルは、前記正極集電体及び前記負極集電体がそれぞれ引き出されて構成される集電体タブと、前記集電体タブと接続される集電体タブリードと、をそれぞれ有し、
前記集電体タブリードは、複数の前記電池セルの積層方向に対して垂直方向に延出する、電池モジュール。
【請求項2】
前記集電体タブリード同士を接続する接続部を有し、
前記集電体タブリードのうち少なくともいずれかは、前記積層方向に対して垂直上方に延出し、前記接続部により接続される、請求項1に記載の電池モジュール。
【請求項3】
前記接続部は、隣接する前記集電体タブリード同士を接続し、
前記積層方向に対して互いに垂直上方に延出し、前記接続部により接続される隣接する前記集電体タブリードと、前記積層方向に対して互いに垂直下方に延出し、前記接続部により接続される隣接する前記集電体タブリードとが、前記積層方向に対して交互に設けられる、請求項2に記載の電池モジュール。
【請求項4】
前記集電体タブリードのうち少なくともいずれかは、前記垂直方向に延出された先端が折り曲げられて用いられる、請求項1から3のいずれかに記載の電池モジュール。
【請求項5】
前記電池セルは、固体電池セルである、請求項1から4のいずれかに記載の電池モジュール。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、電池モジュールに関する。
【背景技術】
【0002】
近年、自動車、パソコン、携帯電話等の大小さまざまな電気・電子機器の普及により、高容量、高出力の電池デバイスの需要が急速に拡大している。このような電池デバイスとしては、正極と負極との間に有機電解液を電解質として用いる液系電池セルや、有機電解液の電解質に代えて、固体電解質を用いた固体電池セル等が挙げられる。
【0003】
このような電池をラミネートフィルム(外装体)で包み込んで板形状に密閉したラミネートセルタイプのものが知られている。EVやHEV等の用途では、このようなラミネートセルタイプの電池セルを複数個並べてケース内に収納した電池モジュールが使用されている。外装体で包み込むことにより、電池への大気の侵入を防ぐことができる(例えば、特許文献1参照)。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0004】
【特許文献1】国際公開第2019/188825号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0005】
特許文献1に開示されている電池モジュールにおける電池セルは、1枚のフィルムが折り返された外装体を備えるため、デッドスペースを低減させ、電池モジュールの体積エネルギー密度を向上できる。一方、バスバーが集電体タブリードの延出する方向、即ち、電池モジュールの側面側に配置されているため、バスバー及び集電体タブリードを溶接する際に作業性が悪いという問題があった。
【0006】
本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、製造時の作業性を向上できる電池モジュールを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【0007】
(1) 本発明は、電池と、前記電池を収容する外装体と、を有する複数の電池セルを有し、前記電池は、負極集電体を有する負極と、電解質と、正極集電体を有する正極と、を有し、複数の前記電池セルは、前記正極集電体及び前記負極集電体がそれぞれ引き出されて構成される集電体タブと、前記集電体タブと接続される集電体タブリードと、をそれぞれ有し、前記集電体タブリードは、複数の前記電池セルの積層方向に対して垂直方向に延出する、電池モジュールに関する。
【0008】
(1)の発明によれば、製造時の作業性を向上できる電池モジュールを提供できる。
【0009】
(2) 前記集電体タブリード同士を接続する接続部を有し、前記集電体タブリードのうち少なくともいずれかは、前記積層方向に対して垂直上方に延出し、前記接続部により接続される、(1)に記載の電池モジュール。
【0010】
(2)の発明によれば、電池モジュールの製造時の作業性をより好ましく向上できる。
【0011】
(3) 前記接続部は、隣接する前記集電体タブリード同士を接続し、前記積層方向に対して互いに垂直上方に延出し、前記接続部により接続される隣接する前記集電体タブリードと、前記積層方向に対して互いに垂直下方に延出し、前記接続部により接続される隣接する前記集電体タブリードとが、前記積層方向に対して交互に設けられる、(2)に記載の電池モジュール。
【0012】
(3)の発明によれば、複数の電池セルを均一に接続部によって接続でき、複数の電池セルの積層ずれを好ましく抑制できると共に、電極板の破損を防止できる。
【0013】
(4) 前記集電体タブリードのうち少なくともいずれかは、前記垂直方向に延出された先端が折り曲げられて用いられる、(1)から(3)のいずれかに記載の電池モジュール。
【0014】
(4)の発明によれば、集電体タブリードを溶接等により容易に接続することができ、電池モジュールの製造時の作業性をより好ましく向上できる。
【0015】
(5) 前記電池セルは、固体電池セルである、(1)から(4)のいずれかに記載の電池モジュール。
【0016】
(5)の発明によれば、固体電池の積層ずれや電極板の割れを抑制して電池モジュールを構成できる。
【図面の簡単な説明】
【0017】
図1】第1実施形態に係る電池モジュール1の斜視図である。
図2】第1実施形態に係る電池セル10の斜視図である。
図3】第2実施形態に係る電池モジュール1aの斜視図である。
図4】第1実施形態に係る電池セル10aの斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【0018】
以下、本発明の実施形態について、図面を参照しながら説明する。但し、以下に示す実施形態は本発明を例示するものであって、本発明は以下の実施形態に限定されない。
【0019】
(第1実施形態)
<電池モジュール>
第1実施形態に係る電池モジュール1は、図1に示すように、複数の電池セル10と、支持体2と、冷却プレート3と、載置プレート4と、防振材5と、固定フィルム6と、を有する。電池モジュール1は、複数の電池セル10が積層されて電気的に接続されることで構成される。
【0020】
複数の電池セル10は、図1に矢印y1で示す積層方向に積層されて配置される。複数の電池セル10から、電極を構成する負極集電体タブリード14及び正極集電体タブリード16が外部に向けて延出する。上記延出方向は、上記積層方向に対する垂直方向のうち、垂直上方である。上記垂直方向は、図1に矢印y2で示される。隣接する上記集電体タブリードは、接続部としてのバスバー20により電気的に接続される。これにより、接続部を電池モジュール1の上部に配置できるだめ、電池モジュール1を製造する際の作業性を向上できる。また、複数の電池セル10を接続する際の、積層ずれを抑制できる。
【0021】
複数の電池セル10は、例えば直列に接続される。図1に示すように、複数の電池セル10は、隣接する集電体タブリードが異なる種類となるように積層される。隣接する電池セル10における、いずれか一方の隣接する負極集電体タブリード14及び正極集電体タブリード16は、接続部としてのバスバー20により接続される。複数の電池セル10の接続方式は上記に限定されない。複数の電池セル10は、例えば並列に接続されていてもよい。その場合、電池モジュール1の同一の端面に同一種類の集電体タブリードが配置されるように、複数の電池セル10が積層される。上記同一種類の集電体タブリードは、互いに電気的に接続される。
【0022】
負極集電体タブリード14及び正極集電体タブリード16は、垂直上方に向けて延出され、先端が上記積層方向に対して略水平となるように折り曲げられて構成されてもよい。これにより、バスバー20の構成を単純化できると共に、上記集電体タブリードと、バスバー20とを、溶接等の方法により容易に接続することができる。
【0023】
次に、本実施形態に係る電池モジュール1を構成する各構成について説明する。
【0024】
[電池セル]
電池セル10は、図2に示すように、電池11と、外装体12と、負極集電体タブ13及び正極集電体タブ15と、負極集電体タブリード14及び正極集電体タブリード16と、を有する。なお、本明細書中において、「電池」とは、外装体を含まず、以下に説明する積層体に上記集電タブリードを接続した構成を示す。「電池セル」とは、「電池」と外装体とを含む構成を示す。
【0025】
電池11は、負極集電体を有する負極と、電解質と、正極集電体を有する正極と、を含む積層体を有する。このような電池11としては、有機電解液を電解質として用いる液系電池であってもよいし、ゲル状の電解質を備える電池であってもよいし、有機電解液の電解質に代えて、電解質として難燃性の固体電解質を備えた固体電池であってもよい。本実施形態に係る電池モジュール1は、積層ずれを抑制できるため、電池11は上記積層ずれの影響が大きい、固体電池であることが好ましい。電池11が固体電池である場合、好ましい出入力特性を得るため、複数の固体電池セル10を高い圧力を加えて拘束する必要があるが、仮に固体電池の積層ずれが起きた場合、積層体に均一な圧力を加えることができない。このため、積層ずれが起きた場合、入出力特性の低下や耐久性の低下が起こる。本実施形態に係る電池モジュール1は、電池11が固体電池である場合において、積層ずれを抑制できるため、好ましい入出力特性が得られると共に高い耐久性を得ることができる。以下の説明において、電池11を固体電池として説明する。
【0026】
負極は、負極集電体と、負極集電体の表面の片面又は両面に形成される負極層とを備える。正極は、正極集電体と、正極集電体の表面の片面又は両面に形成される正極層とを備える。
【0027】
負極集電体は、負極層の集電を行う機能を有するものであれば、特に限定されない。負極集電体の材料としては、例えばニッケル、銅、及びステンレス等を挙げることができる。また、負極集電体の形状としては、例えば、箔状、板状、メッシュ状、発泡状等を挙げることができ、中でも箔状が好ましい。
【0028】
負極層は、少なくとも負極活物質を含有する層である。負極活物質としては、イオン(例えば、リチウムイオン)を吸蔵及び放出可能な材料を適宜選択して用いることができる。負極活物質の具体例としては、例えば、チタン酸リチウム(LiTi12)等のリチウム遷移金属酸化物、TiO、Nb及びWO等の遷移金属酸化物、金属硫化物、金属窒化物、並びにグラファイト、ソフトカーボン及びハードカーボン等の炭素材料、並びに金属リチウム、金属インジウム及びリチウム合金等を挙げることができる。また、負極活物質は、粉末状であってもよく、薄膜状であってもよい。
【0029】
正極集電体は、正極層の集電を行う機能を有するものであれば、特に限定されない。正極集電体の材料としては、例えばアルミニウム、アルミニウム合金、ステンレス、ニッケル、鉄及びチタン等を挙げることができる。中でもアルミニウム、アルミニウム合金及びステンレスが好ましい。正極集電体の形状としては、例えば、箔状、板状、メッシュ状、発泡状等を挙げることができる。中でも箔状が好ましい。
【0030】
正極層は、少なくとも正極活物質を含有する層である。正極活物質としては、イオン(例えば、リチウムイオン)を放出及び吸蔵可能な材料を適宜選択して用いることができる。正極活物質の具体例としては、例えば、コバルト酸リチウム(LiCoO)、ニッケル酸リチウム(LiNiO)、LiNiMnCo(p+q+r=1)、LiNiAlCo(p+q+r=1)、マンガン酸リチウム(LiMn)、Li+xMn−x−yMyO(x+y=2、M=Al、Mg、Co、Fe、Ni、及びZnから選ばれる少なくとも1種)で表される異種元素置換Li−Mnスピネル、リン酸金属リチウム(LiMPO、M=Fe、Mn、Co、及びNiから選ばれる少なくとも1種)等が挙げられる。
【0031】
電解質は、正極及び負極の間に配置され、少なくとも電解質材料を含有する。電解質は、例えば膜状に形成される固体電解質層である。固体電解質層に含まれる固体電解質材料を介して、正極活物質及び負極活物質の間のイオン伝導(例えばリチウムイオン伝導)を行うことができる。
【0032】
外装体12は、電池11を収容する。電池11を外装体12によって密閉して収容することにより、電池11への大気の侵入を防ぐことができる。
【0033】
外装体12は、略直方体形状の電池11を収容するように、1枚のフィルムが電池11の一つの端面で折り返されている。上記フィルムの端部同士が負極集電体タブリード14及び正極集電体タブリード16を挟持して接合されることが好ましい。これにより、フィルム同士が接合された外装体12の接合部を減らしてデッドスペースの形成を抑制し、電池モジュール1の体積エネルギー密度を効果的に向上させることができる。上記以外に、外装体12は、2枚のフィルムで電池を包み込み、互いに対向するフィルムの4つの辺を接合して4つの接合部によって密閉されていてもよい。
【0034】
外装体12は、フィルムにより形成される。上記フィルムは、電池11を収容する外装体12を形成することのできるフィルムであれば特に制限はされない。外装体12を形成するフィルムは、外装体12に気密性を付与することができるようなフィルムであることが好ましい。外装体12を形成する1枚のフィルムは、単層のフィルムであってもよいし、複数の層からなる積層体であってもよい。
【0035】
外装体12を形成するフィルムは、例えば、アルミニウム箔等の無機物薄膜、酸化ケイ素や酸化アルミニウム等の無機酸化物薄膜等からなるバリア層を備えることが好ましい。外装体12がバリア層を備えることにより、外装体12に気密性を付与することができる。
【0036】
外装体12を形成するフィルムは、ポリエチレン樹脂等の熱可塑性樹脂からなるシール層を備えることが好ましい。フィルムに積層されたシール層同士を対向させて溶着させることにより、フィルム同士を接合することができる。そのため、接着剤を塗布する工程が不要となる。なお、外装体12を形成するフィルムは、シール層を備えていなくてもよい。フィルム同士を接着剤によって接合することにより外装体12を形成することもできる。
【0037】
外装体12を形成するフィルムは、ポリエチレンテレフタレート、ポリエチレンナフタレート、ナイロン、ポリプロピレン等からなる基材層と、上記のバリア層と、上記のシール層と、が積層された積層体を例示することができる。これらの層は、従来公知の接着剤を介して積層されていてもよく、押し出しコート法等によって積層されていてもよい。
【0038】
外装体12を形成するフィルムの好ましい厚さは、フィルムに用いられる材質によっても異なるが、50μm以上であることが好ましく、100μm以上であることがより好ましい。外装体12を形成するフィルムの好ましい厚さは、700μm以下であることが好ましく、200μm以下であることがより好ましい。
【0039】
負極集電体タブ13及び正極集電体タブ15は、電池11における負極集電体及び正極集電体が電池11の一端面及び他端面から引き出されて構成される。本実施形態においては、上記集電体タブはそれぞれの集電体から引き出されていればよい。即ち、上記集電体タブは、それぞれの集電体が延出したものであってもよいし、集電体とは異なる部材であってもよい。負極集電体タブ13及び正極集電体タブ15に用いることのできる材質は、特に限定されず、従来固体電池に用いられているものと同様の材質を用いることができる。
【0040】
負極集電体タブ13及び正極集電体タブ15は、外装体12における電池11が収容される箇所と、各集電体タブリードが収容される箇所との間に形成される空間に収容されることが好ましい。上記空間は、外装体12が負極集電体タブリード14及び正極集電体タブリード16を挟持して接合された面と、電池11の上面及び下面と連続する、例えば三角柱状の空間である。該空間に負極集電体タブ13及び正極集電体タブ15が配置されることで、外力の影響を受けにくくすることができ、電池セル10の耐久性を向上できる。
【0041】
負極集電体タブリード14及び正極集電体タブリード16は、図2に示すように、一部が負極集電体タブ13及び正極集電体タブ15と外装体12の内部で溶接等により電気的に接続される。そして、他の一部が外装体12から露出して、電池セル10の電極部を構成する。上記集電体タブリードの材質は、特に限定されるものではなく、好ましくは、アルミ(Al)、銅(Cu)、等の可撓性を有する線状の板状部材である。上記集電体タブリードの外装体12から露出する他の一部の形状は特に制限されず、図2に示すような矩形状でもよいし、他の多角形状であってもよいし、曲部を有する形状等であってもよい。
【0042】
負極集電体タブリード14及び正極集電体タブリード16は、それぞれ接続される集電体タブが電池11から引き出される方向とは異なる方向に延出し、外装体12から露出する。本実施形態において、負極集電体タブリード14及び正極集電体タブリード16は、図2に示すように、それぞれ接続される負極集電体タブ13及び正極集電体タブ15が電池11から引き出される方向に対し、略垂直の角度をなす方向に延出する。本実施形態において、負極集電体タブリード14及び正極集電体タブリード16の延出方向は同一方向である。
【0043】
[支持体]
支持体2は、電池セル10を支持し、電池セル10の破損を防止する板状部材である。支持体2は、隣接する電池セル10の間に挟持される。支持体2は、電池セル10の外装体12と接触して電池セル10を面支持することで、電池セル10の破損を防止する。支持体2は、上記集電体タブや上記集電体タブリードを支持する構成を備えていてもよい。支持体2の材質は特に制限されず、金属や樹脂等を用いることができる。支持体2としては、熱伝導率の高い金属を用いることが好ましい。これにより、電池セル10から発生した熱を効率的に放熱できる。
【0044】
[冷却プレート]
冷却プレート3は、冷却プレート3と電池セル10とが接触することにより、電池セル10から発生した熱を放熱する。本実施形態において、冷却プレート3は、積層された電池セル10の両端部にそれぞれ配置される。冷却プレート3は、上記に加えて、電池セル10の載置面、隣接する電池セル10の間等に配置されていてもよい。冷却プレート3の材質は特に制限されず、金属のような熱伝導性の高い材質であることが好ましい。
【0045】
[載置プレート]
載置プレート4には、複数の電池セル10が載置される。載置プレート4の材質は特に制限はされず、金属のような熱伝導性の高い材質であることが好ましい。これにより、電池セル10の破損を効果的に防止することができると共に、電池セル10から発生した熱を効果的に放熱することが可能となる。
【0046】
[防振材]
防振材5は、載置プレート4の上面に配置される。複数の電池セル10は、防振材5を介して載置プレート4の上面に載置される。複数の電池セル10が防振材5を介して載置されることで、電池セル10の揺れを効果的に抑制することができる。防振材5の材質は、ウレタンゴムやシリコーンゴム等、防振材として従来公知の材質が用いられる。
【0047】
[固定フィルム]
固定フィルム6は、複数の電池セル10を固定する。固定フィルム6により、電池セル10の破損を効果的に防止できる。固定フィルム6の材質は特に限定されず、紙、布、フィルム(セロハン、OPP、アセテート、ポリイミド、PVC等)、金属箔等で構成される粘着テープ等を挙げることができる。
【0048】
(第2実施形態)
本発明の第2実施形態に係る電池モジュール1aについて以下に説明する。以下の説明において、第1実施形態と共通する箇所については、説明を省略する場合がある。電池モジュール1aは、図3に示すように、複数の電池セル10aを有する。
【0049】
複数の電池セル10aは、図3に矢印y1で示す積層方向に積層されて配置される。本実施形態において、隣接する負極集電体タブリード14aと正極集電体タブリード16aとを接続する接続部としてのバスバー20aは、上記積層方向に対して交互に設けられる。即ち、図3に矢印y2で示す垂直方向における垂直上方に延出してバスバー20aにより接続される、隣接する一対の負極集電体タブリード14aと正極集電体タブリード16aと、同様に垂直下方に延出して接続される上記一対の集電体タブリードとが、積層方向y1に対して交互に設けられる。これにより、電池モジュール1aにおいて、複数の電池セル10aがバスバー20aにより接続されて固定される圧力を均一化することができる。従って、電池セル10aの積層ずれを好ましく抑制できる。
【0050】
電池セル10aは、図4に示すように、負極集電体タブ13に接続される負極集電体タブリード14aと、正極集電体タブ15に接続される正極集電体タブリード16aとを有する。
【0051】
負極集電体タブリード14a及び正極集電体タブリード16aは、図4に示すように、それぞれ接続される集電体タブが電池11から引き出される方向に対し、略垂直の角度をなす方向に延出する。負極集電体タブリード14a及び正極集電体タブリード16aの延出方向は、互いに離間する方向である。上記構成を有する電池セル10aを積層して電池モジュール1aを構成することで、接続部としてのバスバー20aを、上記積層方向に対して交互に設けることができる。
【0052】
以上、本発明の好ましい実施形態について説明したが、本発明は上記の実施形態に限定されず、本発明の効果を阻害しない範囲内において適宜変更を加えたものも本発明の範囲に含まれる。
【符号の説明】
【0053】
1、1a 電池モジュール
10、10a 電池セル
12 外装体
13 負極集電体タブ(集電体タブ)
14 負極集電体タブリード(集電体タブリード)
15 正極集電体タブ(集電体タブ)
16 正極集電体タブリード(集電体タブリード)
20 バスバー(接続部)
y1 積層方向
y2 垂直方向
図1
図2
図3
図4