特開 2023-164285 電池モジュール

(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】P2023164285

(43)【公開日】2023-11-10

(54)【発明の名称】電池モジュール

(51)【国際特許分類】

   H01M 50/50 20210101AFI20231102BHJP

   H01M 50/557 20210101ALI20231102BHJP

   H01M 50/548 20210101ALN20231102BHJP

【ＦＩ】

H01M50/50 201Z

H01M50/557

H01M50/548 301

【審査請求】未請求

【請求項の数】6

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2023018326

(22)【出願日】2023-02-09

(31)【優先権主張番号】P 2022074725

(32)【優先日】2022-04-28

(33)【優先権主張国・地域又は機関】JP

(71)【出願人】

【識別番号】507357232

【氏名又は名称】株式会社ＡＥＳＣジャパン

(74)【代理人】

【識別番号】100110928

【弁理士】

【氏名又は名称】速水 進治

(74)【代理人】

【識別番号】100127236

【弁理士】

【氏名又は名称】天城 聡

(72)【発明者】

【氏名】木村 仁昭

(72)【発明者】

【氏名】関野 桂三

【テーマコード（参考）】

5H043

【Ｆターム（参考）】

5H043AA19

5H043CA08

5H043DA02

5H043FA22

5H043FA26

5H043FA40

5H043HA17F

5H043JA13D

5H043LA21F

(57)【要約】

【課題】電池モジュールの生産性を向上させる。
【解決手段】電池モジュール１０は、正極タブ１１２及び負極タブ１１４を備えている。正極タブ１１２及び負極タブ１１４は、重なり部ＯＬ及び接合部ＪＣを有している。重なり部ＯＬでは、正極タブ１１２及び負極タブ１１４が重なり合っている。接合部ＪＣは、重なり部ＯＬに位置している。接合部ＪＣにおいて、正極タブ１１２及び負極タブ１１４は接合されている。接合部ＪＣは、重なり部ＯＬの中心からずれて配置されている。
【選択図】図２

【特許請求の範囲】

【請求項1】

少なくとも１つの正極タブと、
前記少なくとも１つの正極タブと重なる重なり部と、前記重なり部に位置し前記少なくとも１つの正極タブと接合された接合部と、を有する少なくとも１つの負極タブと、
を備え、
前記接合部が前記重なり部の中心からずれて配置されている、電池モジュール。

【請求項2】

前記接合部がウォブリング溶接によって形成されている、請求項１に記載の電池モジュール。

【請求項3】

前記少なくとも１つの正極タブ及び前記少なくとも１つの負極タブは、前記接合部からずれて配置された他の接合部を有する、請求項１又は２に記載の電池モジュール。

【請求項4】

少なくとも１つの正極タブと、
前記少なくとも１つの正極タブと重なる重なり部と、前記重なり部に位置し前記少なくとも１つの正極タブと接合され互いにずれて配置された複数の接合部と、を有する少なくとも１つの負極タブと、
を備える電池モジュール。

【請求項5】

前記少なくとも１つの正極タブ及び前記少なくとも１つの負極タブの界面において前記複数の接合部のいずれの部分も互いに重なっていない、請求項４に記載の電池モジュール。

【請求項6】

前記少なくとも１つの正極タブ及び前記少なくとも１つの負極タブの前記界面と異なる領域において前記複数の接合部の少なくとも一部分同士が互いに重なっている、請求項５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、複数の電池セルを備える様々な電池モジュールが開発されている。各電池セルは、電池要素と、電池要素を封止する外装材と、外装材から引き出された正極タブ及び負極タブと、を備えている。

【0003】

特許文献１には、電池モジュールの一例について記載されている。この電池モジュールでは、単一の又は並列に接続された複数の電池セルの正極タブと、単一の又は並列に接続された複数の他の電池セルの負極タブと、がレーザ溶接によって接合されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】国際公開第２００６／１０９６１０号

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

例えば特許文献１に記載されているように、少なくとも１つの電池セルの正極タブと他の少なくとも１つの電池セルの負極タブとを接合させることがある。しかしながら、当該正極タブ及び当該負極タブを単に接合するだけでは、正極タブ及び負極タブの接合部が形成される領域の面積のロバスト性の向上が難しいことがある。このため、当該正極タブ及び当該負極タブを単に接合するだけでは、電池モジュールの生産性の向上が難しいことがある。

【0006】

本発明の目的の一例は、電池モジュールの生産性を向上させることにある。本発明の他の目的は、本明細書の記載から明らかになるであろう。

【課題を解決するための手段】

【0007】

本発明の一態様は、以下のとおりである。
［１］
少なくとも１つの正極タブと、
前記少なくとも１つの正極タブと重なる重なり部と、前記重なり部に位置し前記少なくとも１つの正極タブと接合された接合部と、を有する少なくとも１つの負極タブと、
を備え、
前記接合部が前記重なり部の中心からずれて配置されている、電池モジュール。
［２］
前記接合部がウォブリング溶接によって形成されている、［１］に記載の電池モジュール。
［３］
前記少なくとも１つの正極タブ及び前記少なくとも１つの負極タブは、前記接合部からずれて配置された他の接合部を有する、［１］又は［２］に記載の電池モジュール。
［４］
少なくとも１つの正極タブと、
前記少なくとも１つの正極タブと重なる重なり部と、前記重なり部に位置し前記少なくとも１つの正極タブと接合され互いにずれて配置された複数の接合部と、を有する少なくとも１つの負極タブと、
を備える電池モジュール。
［５］
前記少なくとも１つの正極タブ及び前記少なくとも１つの負極タブの界面において前記複数の接合部のいずれの部分も互いに重なっていない、［４］に記載の電池モジュール。
［６］
前記少なくとも１つの正極タブ及び前記少なくとも１つの負極タブの前記界面と異なる領域において前記複数の接合部の少なくとも一部分同士が互いに重なっている、［５］に記載の電池モジュール。

【発明の効果】

【0008】

本発明の上記態様によれば、電池モジュールの生産性を向上させることができる。

【図面の簡単な説明】

【0009】

【図1】実施形態に係る電池モジュールの斜視図である。

【図2】実施形態に係る電池モジュールの一部分の前方部分の上面図である。

【図3】実施形態に係る正極タブの先端部及び負極タブの先端部の前面図である。

【図4】図３のＡ－Ａ´断面図である。

【図5】実施形態に係る接合部及び他の接合部を説明するための図である。

【図6】変形例に係る電池モジュールの一部分の前方部分の上面図である。

【発明を実施するための形態】

【0010】

以下、本発明の実施形態及び変形例について、図面を用いて説明する。すべての図面において、同様な構成要素には同様の符号を付し、適宜説明を省略する。

【0011】

図１は、実施形態に係る電池モジュール１０の斜視図である。

【0012】

各図では、説明のため、Ｘ方向、Ｙ方向及びＺ方向を示す矢印が示されている。Ｘ方向は、電池モジュール１０の前後方向を示している。以下、特に断りがない限り、Ｘ方向を示す矢印の先端側を電池モジュール１０の後側とする。以下、特に断りがない限り、Ｘ方向を示す矢印の基端側を電池モジュール１０の前側とする。Ｙ方向は、Ｘ方向に直交している。Ｙ方向は、電池モジュール１０の左右方向を示している。以下、特に断りがない限り、Ｙ方向を示す矢印の先端側を電池モジュール１０の左側とする。以下、特に断りがない限り、Ｙ方向を示す矢印の基端側を電池モジュール１０の右側とする。Ｚ方向は、Ｘ方向及びＹ方向の双方に直交している。Ｚ方向は、電池モジュール１０の上下方向を示している。以下、特に断りがない限り、Ｚ方向を示す矢印の先端側を電池モジュール１０の上側とする。以下、特に断りがない限り、Ｚ方向を示す矢印の基端側を電池モジュール１０の下側とする。ただし、Ｘ方向、Ｙ方向及びＺ方向と、電池モジュール１０の前後方向、左右方向及び上下方向との関係は上述した例に限定されない。これらの関係は、電池モジュール１０の実際の配置に応じて異なる。

【0013】

図１を参照して、電池モジュール１０について説明する。

【0014】

電池モジュール１０は、複数の並列セル群１００Ｇを備えている。複数の並列セル群１００Ｇは、Ｙ方向に積層されている。各並列セル群１００Ｇは、並列に接続された複数の電池セル１００を有している。図１に示す例では、各並列セル群１００Ｇは、並列に接続された２つの電池セル１００を有している。ただし、各並列セル群１００Ｇは、３つ以上の並列に接続された電池セル１００を有していてもよい。各並列セル群１００Ｇに含まれる複数の電池セル１００は、Ｙ方向に積層されている。各電池セル１００の長手方向は、Ｘ方向に略平行となっている。各電池セル１００の短手方向は、Ｚ方向に略平行となっている。各電池セル１００の厚み方向は、Ｙ方向に略平行となっている。ただし、各電池セル１００の構造は、この例に限定されない。各電池セル１００は、外装材１０２、正極タブ１１２及び負極タブ１１４を含んでいる。

【0015】

外装材１０２は、不図示の電池要素及び電解液を封止している。電池要素は、例えば、Ｙ方向に交互に積層された複数の正極及び複数の負極と、Ｙ方向に隣り合う正極及び負極の間に位置するセパレータと、を含んでいる。ただし、電池要素の構造は、この例に限定されない。

【0016】

正極タブ１１２及び負極タブ１１４は、外装材１０２のＸ方向の互いに反対側の辺から引き出されている。正極タブ１１２は、外装材１０２によって封止された領域内において、上述の正極に電気的に接続されている。正極タブ１１２は、例えば、アルミニウムからなっている。負極タブ１１４は、例えば、銅からなっている。負極タブ１１４は、外装材１０２によって封止された領域内において、上述の負極に電気的に接続されている。

【0017】

図１に示す例では、複数の並列セル群１００Ｇが直列に接続されている。具体的には、各並列セル群１００Ｇに含まれる複数の電池セル１００から引き出された複数の正極タブ１１２は、Ｘ方向の同じ側に向けられている。同様にして、各並列セル群１００Ｇに含まれる複数の電池セル１００から引き出された複数の負極タブ１１４は、Ｘ方向の同じ側に向けられている。Ｙ方向に隣り合う並列セル群１００Ｇの一方から引き出された複数の正極タブ１１２及び複数の負極タブ１１４と、Ｙ方向に隣り合う並列セル群１００Ｇの他方から引き出された複数の正極タブ１１２及び複数の負極タブ１１４と、はＸ方向において互いに反対側に向けられている。Ｙ方向に隣り合う並列セル群１００Ｇは、タブ群１１０を有している。タブ群１１０は、Ｙ方向に隣り合う並列セル群１００Ｇの前方又は後方に位置している。タブ群１１０は、Ｙ方向に隣り合う並列セル群１００Ｇの一方から引き出された複数の正極タブ１１２と、Ｙ方向に隣り合う並列セル群１００Ｇの他方から引き出された複数の負極タブ１１４と、を含んでいる。タブ群１１０において、当該複数の正極タブ１１２及び当該複数の負極タブ１１４は互いに接合されている。

【0018】

電池モジュール１０の前方に位置する複数のタブ群１１０と、電池モジュール１０の後方に位置する複数のタブ群１１０と、はＹ方向において互い違いに配置されている。例えば、図１に示す例では、最も左側に位置する並列セル群１００Ｇと左から２番目に位置する並列セル群１００Ｇとは、これらの並列セル群１００Ｇの前方に位置するタブ群１１０を有している。また、左から２番目に位置する並列セル群１００Ｇと左から３番目に位置する並列セル群１００Ｇとは、これらの並列セル群１００Ｇの後方に位置するタブ群１１０を有している。

【0019】

図２は、実施形態に係る電池モジュール１０の一部分の前方部分の上面図である。図３は、実施形態に係る正極タブ１１２の先端部及び負極タブ１１４の先端部の前面図である。図４は、図３のＡ－Ａ´断面図である。図２及び図４において、Ｚ方向を示す黒点付き白丸は、紙面の奥から手前に向けて電池モジュール１０の上側であり、紙面の手前から奥に向けて電池モジュール１０の下側であることを示している。図３において、Ｘ方向を示すＸ付き白丸は、紙面の手前から奥に向けて電池モジュール１０の後側であり、紙面の奥から手前に向けて電池モジュール１０の前側であることを示している。

【0020】

図２を参照して、正極タブ１１２の先端部及び負極タブ１１４の先端部について説明する。

【0021】

図２には、Ｙ方向に隣り合う２つの並列セル群１００Ｇが例示的に示されている。右側の並列セル群１００Ｇに含まれる２つの電池セル１００からは、前方に向けて２つの正極タブ１１２が引き出されている。上方から見て、当該２つの正極タブ１１２の先端部は、左方向に向けて折り曲げられている。左側の並列セル群１００Ｇに含まれる２つの電池セル１００からは、前方に向けて２つの負極タブ１１４が引き出されている。上方から見て、当該２つの負極タブ１１４の先端部は、右方向に向けて折り曲げられている。

【0022】

図２に示す２つの正極タブ１１２の先端部と、図２に示す２つの負極タブ１１４の先端部と、は重なり部ＯＬを有している。重なり部ＯＬにおいて、当該２つの正極タブ１１２の先端部と、当該２つの負極タブ１１４の先端部と、はＸ方向に重なり合っている。図２に示す例では、負極タブ１１４の先端部が正極タブ１１２の先端部の前方に位置している。ただし、正極タブ１１２の先端部が負極タブ１１４の先端部の前方に位置してもよい。

【0023】

図２に示す２つの正極タブ１１２の先端部と、図２に示す２つの負極タブ１１４の先端部と、は接合部ＪＣを有している。接合部ＪＣは、重なり部ＯＬに位置している。接合部ＪＣにおいて、当該２つの正極タブ１１２の先端部と、当該２つの負極タブ１１４の先端部と、は互いに接合されている。

【0024】

図２では、仮想中心線ＣＬが図示されている。上方から見て、仮想中心線ＣＬは、重なり部ＯＬのＹ方向の中心をＸ方向に平行に通過している。図２に示す例において、上方から見て、接合部ＪＣは、仮想中心線ＣＬから右側にずれて配置されている。正極タブ１１２及び負極タブ１１４の接合強度を高めたい場合、重なり部ＯＬの接合部ＪＣからＹ方向にずれた部分に他の接合部が形成されることがある。図２に示す例では、上方から見て、当該他の接合部は、重なり部ＯＬの接合部ＪＣの左側部分に形成することができる。図２に示す例において、接合部ＪＣの左側とは、上方から見て接合部ＪＣの仮想中心線ＣＬからのずれ方向の反対側となっている。したがって、図２に示す例では、接合部ＪＣが重なり部ＯＬのＹ方向の中心に位置する場合と比較して、重なり部ＯＬの当該他の接合部が形成される部分のＹ方向の幅を広くすることができる。このため、実施形態では、重なり部ＯＬの当該他の接合部が形成される部分の面積のロバスト性を向上させることができる。したがって、実施形態では、電池モジュール１０の生産性を向上させることができる。

【0025】

なお、上方から見て、接合部ＪＣは、仮想中心線ＣＬから左側にずれて配置されていてもよい。この場合においても、上述したように、接合部ＪＣが重なり部ＯＬのＹ方向の中心に位置する場合と比較して、重なり部ＯＬの上述の他の接合部が形成される部分のＹ方向の幅を広くすることができる。したがって、当該例においても、電池モジュール１０の生産性を向上させることができる。

【0026】

上方から見て、接合部ＪＣと仮想中心線ＣＬとの間のＹ方向の間の距離は、例えば、重なり部ＯＬのＹ方向の幅の１／４倍以上にすることができる。この場合、当該距離が当該値未満である場合と比較して、重なり部ＯＬの上述の他の接合部が形成される部分のＹ方向の幅を広くすることができる。したがって、上述の他の接合部を重なり部ＯＬの当該部分に形成しやすくすることができる。

【0027】

上方から見て、接合部ＪＣと仮想中心線ＣＬとの間のＹ方向の間の距離の上限は、接合部ＪＣの全体が重なり部ＯＬに位置する限り、特に限定されない。例えば、上方から見て、接合部ＪＣが仮想中心線ＣＬの右側に位置する場合、接合部ＪＣの右側端部が重なり部ＯＬの右側端部より右側に位置しない限り、接合部ＪＣを仮想中心線ＣＬから右側へずらすことができる。すなわち、この例において、上方から見て、接合部ＪＣの右側端部は、重なり部ＯＬの右側端部と揃っているか、又は重なり部ＯＬの右側端部より左側に位置している。上方から見て、接合部ＪＣが仮想中心線ＣＬの左側に位置する場合、接合部ＪＣの左側端部が重なり部ＯＬの左側端部より左側に位置しない限り、接合部ＪＣを仮想中心線ＣＬから左側へずらすことができる。すなわち、この例において、上方から見て、接合部ＪＣの左側端部は、重なり部ＯＬの左側端部と揃っているか、又は重なり部ＯＬの左側端部より右側に位置している。

【0028】

図３を参照して、正極タブ１１２の先端部及び負極タブ１１４の先端部について説明する。

【0029】

図３に示すように、接合部ＪＣは、ウォブリング溶接によって形成されている。図３に示す例では、前方から見て、Ｚ方向に略平行な方向の運動に略円状又は略楕円状の共振運動を重ねてレーザを移動させることで接合部ＪＣが形成されている。ただし、接合部ＪＣのウォブリング溶接の形状は、この例に限定されない。接合部ＪＣがウォブリング溶接によって形成されている場合、前方から見て接合部ＪＣが単にＺ方向に略平行に延在する線形状である場合と比較して、正極タブ１１２の先端部及び負極タブ１１４の先端部の接合の信頼性を向上させることができる。ただし、前方から見て、接合部ＪＣは、単にＺ方向に略平行に延在する線形状であってもよい。

【0030】

図４を参照して、正極タブ１１２の先端部及び負極タブ１１４の先端部について説明する。

【0031】

図４に示す例では、正極タブ１１２から負極タブ１１４に向けてレーザが照射されて、接合部ＪＣが形成されている。接合部ＪＣは、レーザ接合の溶融によって形成されている。接合部ＪＣの正極タブ１１２及び負極タブ１１４の界面及びその近傍部分では、正極タブ１１２に含まれる成分と、負極タブ１１４に含まれる成分と、の金属間化合物が生成されていないことが好ましい。

【0032】

図５は、実施形態に係る接合部ＪＣ及び他の接合部ＪＣ´を説明するための図である。

【0033】

図５に示す例では、図２に示す例と同様にして、上方から見て、接合部ＪＣは、図２に示した仮想中心線ＣＬの右側にずれて配置されている。様々な要因によって正極タブ１１２及び負極タブ１１４の接合強度を高めたいことがある。この場合、正極タブ１１２の先端部及び負極タブ１１４の先端部を再度接合する必要がある。図５に示す例では、他の接合部ＪＣ´を形成することで、正極タブ１１２の先端部及び負極タブ１１４の先端部を再度接合している。上方から見て、他の接合部ＪＣ´は、接合部ＪＣの左側にずれて配置されている。すなわち、他の接合部ＪＣ´は、上方から見て接合部ＪＣの仮想中心線ＣＬからのずれ方向の反対側に位置している。

【0034】

図５に示す例において、接合部ＪＣ及び他の接合部ＪＣ´は、Ｙ方向において比較的近接している。接合部ＪＣ及び他の接合部ＪＣ´は、例えば、正極タブ１１２及び負極タブ１１４の界面において接合部ＪＣ及び他の接合部ＪＣ´のいずれの部分も重ならない限り、近接させることができる。すなわち、正極タブ１１２及び負極タブ１１４の界面において接合部ＪＣ及び他の接合部ＪＣ´のいずれの部分も重ならない限り、正極タブ１１２及び負極タブ１１４の界面と異なる領域において、接合部ＪＣ及び他の接合部ＪＣ´の一部分同士は重なっていてもよい。図５に示す例では、最も後方に位置する正極タブ１１２において、接合部ＪＣの左端部分と他の接合部ＪＣ´の右端部分とが互いに重なっている。一方、図５に示す例では、正極タブ１１２及び負極タブ１１４の界面において接合部ＪＣ及び他の接合部ＪＣ´のいずれの部分も互いに重なっていない。したがって、接合部ＪＣ及び他の接合部ＪＣ´の正極タブ１１２及び負極タブ１１４の界面及びその近傍部分における金属間化合物の生成を抑制することができる。

【0035】

図５に示す例では、重なり部ＯＬに接合部ＪＣ及び他の接合部ＪＣ´の２つの接合部が設けられている。しかしながら、重なり部ＯＬに設けられる接合部の数は、２つに限定されず、３つ以上であってもよい。また、複数の接合部のうちの１つの接合部は、重なり部ＯＬのＹ方向の中心に位置していてもよい。

【0036】

図６は、変形例に係る電池モジュール１０Ａの一部分の前方部分の上面図である。変形例に係る電池モジュール１０Ａは、以下の点を除いて、実施形態に係る電池モジュール１０と同様である。

【0037】

図６に示す例では、単一の電池セル１００と、他の単一の電池セル１００と、が直列に接続されている。具体的には、図６に示す右側の電池セル１００からは、正極タブ１１２が前方に向けて引き出されている。図６に示す左側の電池セル１００からは、負極タブ１１４が前方に向けて引き出されている。上方から見て、図６に示す正極タブ１１２の先端部は、左方向に向けて折り曲げられている。上方から見て、図６に示す負極タブ１１４の先端部は、左方向に向けて折り曲げられている。

【0038】

図６に示す正極タブ１１２の先端部と、図６に示す負極タブ１１４の先端部と、は重なり部ＯＬ及び接合部ＪＣを有している。重なり部ＯＬにおいて、当該正極タブ１１２の先端部と、当該負極タブ１１４の先端部と、はＸ方向に重なり合っている。接合部ＪＣは、重なり部ＯＬに位置している。接合部ＪＣにおいて、当該正極タブ１１２の先端部と、当該負極タブ１１４の先端部と、は互いに接合されている。

【0039】

上方から見て、接合部ＪＣは、仮想中心線ＣＬから右側にずれて配置されている。したがって、実施形態と同様にして、上方から見て、接合部ＪＣが重なり部ＯＬの中心に位置する場合と比較して、他の接合部を接合部ＪＣの左側に形成しやすくすることができる。したがって、変形例においても、実施形態と同様にして、電池モジュール１０Ａの生産性を向上させることができる。なお、上方から見て、接合部ＪＣは、仮想中心線ＣＬから左側にずれて配置されていてもよい。

【0040】

以上、図面を参照して本発明の実施形態及び変形例について述べたが、これらは本発明の例示であり、上記以外の様々な構成を採用することもできる。

【符号の説明】

【0041】

１０，１０Ａ 電池モジュール
１００ 電池セル
１００Ｇ 並列セル群
１０２ 外装材
１１０ タブ群
１１２ 正極タブ
１１４ 負極タブ
ＣＬ 仮想中心線
ＪＣ 接合部
ＪＣ´ 他の接合部
ＯＬ 重なり部

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】