特開 2023-173580 電池モジュール及び電池モジュールの製造方法

(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】P2023173580

(43)【公開日】2023-12-07

(54)【発明の名称】電池モジュール及び電池モジュールの製造方法

(51)【国際特許分類】

   H01M 50/293 20210101AFI20231130BHJP

【ＦＩ】

H01M50/293

【審査請求】未請求

【請求項の数】9

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2022085923

(22)【出願日】2022-05-26

(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】雨谷 竜一

(72)【発明者】

【氏名】井澤 貴美

(72)【発明者】

【氏名】岡住 綾馬

(72)【発明者】

【氏名】荒川 悟

(72)【発明者】

【氏名】ムハッマド ファウザン

【テーマコード（参考）】

5H040

【Ｆターム（参考）】

5H040AA03

5H040AT02

5H040AT04

5H040FF02

5H040JJ04

5H040LL06

5H040NN00

(57)【要約】

【課題】電池モジュールを製造するための作業性を向上させる。
【解決手段】電池モジュール１０は、複数の電池セル１００及び機能材２００を備えている。機能材２００は、隣り合う電池セル１００の間に位置している。機能材２００は、弾性粒子２１０及びバインダ２２０を含んでいる。弾性粒子２１０は、バインダ２２０に分散されている。
【選択図】図２

【特許請求の範囲】

【請求項1】

複数の電池セルと、
隣り合う前記電池セルの間に位置する機能材と、
を備え、
前記機能材は、弾性粒子と、前記弾性粒子が分散されたバインダと、を含む、電池モジュール。

【請求項2】

前記機能材の２５℃及び１０％撓みにおける圧縮力撓みが３．０ｋＰａ以上１０ｋＰａ以下であり、
前記機能材の７０℃及び７０％撓みにおける圧縮力撓みが０．４０ＭＰａ以上０．６０ＭＰａ以下である、請求項１に記載の電池モジュール。

【請求項3】

前記弾性粒子が樹脂製中空粒子である、請求項１又は２に記載の電池モジュール。

【請求項4】

前記バインダがアクリル系樹脂である、請求項１又は２に記載の電池モジュール。

【請求項5】

弾性粒子及びバインダを含むスラリを電池セルに塗布する工程と、
前記バインダを硬化する工程と、
を備える、電池モジュールの製造方法。

【請求項6】

前記バインダを硬化する工程後、前記弾性粒子及び前記バインダを含む機能材の２５℃及び１０％撓みにおける圧縮力撓みが３．０ｋＰａ以上１０ｋＰａ以下であり、
前記バインダを硬化する工程後、前記機能材の７０℃及び７０％撓みにおける圧縮力撓みが０．４０ＭＰａ以上０．６０ＭＰａ以下である、請求項５に記載の電池モジュールの製造方法。

【請求項7】

前記弾性粒子が樹脂製中空粒子である、請求項５又は６に記載の電池モジュールの製造方法。

【請求項8】

前記バインダがアクリル系樹脂である、請求項５又は６に記載の電池モジュールの製造方法。

【請求項9】

前記バインダを硬化する工程において、前記バインダへ光照射して前記バインダを硬化する、請求項５又は６に記載の電池モジュールの製造方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、電池モジュール及び電池モジュールの製造方法に関する。

【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。電池モジュールにおいて、複数の電池セルは、所定方向に配列されている。

【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は、隣り合う電池セルの間に位置するスペーサを備えている。スペーサは、熱硬化性樹脂で形成されている。

【0004】

特許文献２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は、隣り合う電池セルの間に位置するスペーサを備えている。スペーサは、包装体及び複数の粒状体を有している。複数の粒状体は、包装体に収容されている。

【0005】

特許文献３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は、弾性接着剤を備えている。弾性接着剤は、隣り合う電池モジュールの間に位置している。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0006】

【特許文献1】特開２０１０－０９７６９３号公報

【特許文献2】特開２０１４－０７２０５５号公報

【特許文献3】国際公開第２０１８／１６３７０８号

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0007】

隣り合う電池セルの間には、ウレタンシート等のコンプレッションパッドが設けられることがある。しかしながら、コンプレッションパッドが用いられる場合、電池セルのサイズに応じてコンプレッションパッドのサイズを変更する必要がある。特に、電池セルのサイズが比較的大きくなると、コンプレッションパッドのサイズも大きくなる。この場合、静電気等の所定の要因によってコンプレッションパッドの取り扱いが難しくなることがある。また、コンプレッションパッドが用いられる場合、コンプレッションパッドの一面に設けられたＰＥＴ（ポリエチレンテレフタラート）フィルム等のシートの剥離が必要なことがある。このため、隣り合う電池セルの間にコンプレッションパッドが設けられた場合、電池モジュールを製造するための作業性が低下することがある。

【0008】

本発明の目的の一例は、電池モジュールを製造するための作業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】

【0009】

本発明の一態様は、以下のとおりである。
［１］
複数の電池セルと、
隣り合う前記電池セルの間に位置する機能材と、
を備え、
前記機能材は、弾性粒子と、前記弾性粒子が分散されたバインダと、を含む、電池モジュール。
［２］
前記機能材の２５℃及び１０％撓みにおける圧縮力撓みが３．０ｋＰａ以上１０ｋＰａ以下であり、
前記機能材の７０℃及び７０％撓みにおける圧縮力撓みが０．４０ＭＰａ以上０．６０ＭＰａ以下である、［１］に記載の電池モジュール。
［３］
前記弾性粒子が樹脂製中空粒子である、［１］又は［２］に記載の電池モジュール。
［４］
前記バインダがアクリル系樹脂である、［１］～［３］のいずれか一つに記載の電池モジュール。
［５］
弾性粒子及びバインダを含むスラリを電池セルに塗布する工程と、
前記バインダを硬化する工程と、
を備える、電池モジュールの製造方法。
［６］
前記バインダを硬化する工程後、前記弾性粒子及び前記バインダを含む機能材の２５℃及び１０％撓みにおける圧縮力撓みが３．０ｋＰａ以上１０ｋＰａ以下であり、
前記バインダを硬化する工程後、前記機能材の７０℃及び７０％撓みにおける圧縮力撓みが０．４０ＭＰａ以上０．６０ＭＰａ以下である、［５］に記載の電池モジュールの製造方法。
［７］
前記弾性粒子が樹脂製中空粒子である、［５］又は［６］に記載の電池モジュールの製造方法。
［８］
前記バインダがアクリル系樹脂である、［５］～［７］のいずれか一つに記載の電池モジュールの製造方法。
［９］
前記バインダを硬化する工程において、前記バインダへ光照射して前記バインダを硬化する、［５］～［８］のいずれか一つに記載の電池モジュールの製造方法。

【発明の効果】

【0010】

本発明の上記態様によれば、電池モジュールを製造するための作業性を向上させることができる。

【図面の簡単な説明】

【0011】

【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】図１のＡ－Ａ´断面模式図である。

【図3】実施形態に係る電池モジュールの製造方法を説明するための図である。

【図4】実施形態に係る電池モジュールの製造方法を説明するための図である。

【図5】変形例に係る電池モジュールの斜視図である。

【発明を実施するための形態】

【0012】

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。

【0013】

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。図２は、図１のＡ－Ａ´断面模式図である。

【0014】

各図には、説明のため、Ｘ方向、Ｙ方向及びＺ方向が示されている。Ｘ方向は、後述する電池セル１００の長手方向を示している。Ｙ方向は、Ｘ方向に直交している。Ｙ方向は、電池セル１００の厚さ方向を示している。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、電池セル１００の短手方向を示している。以下、必要に応じて、Ｙ方向に垂直な方向をＸＺ平面方向という。

【0015】

図１及び図２に示すように、電池モジュール１０は、複数の電池セル１００及び複数の機能材２００を備えている。複数の電池セル１００及び複数の機能材２００は、Ｙ方向に交互に配列されている。これによって、各機能材２００は、Ｙ方向に隣り合う電池セル１００の間に位置している。電池モジュール１０は、例えば、Ｚ方向が鉛直方向と略平行となってＸ方向及びＹ方向が鉛直方向に垂直な水平方向と略平行となる状態で配置されている。電池モジュール１０は、例えば、不図示の収容体に収容されている。ただし、電池モジュール１０の配置は、この例に限定されない。

【0016】

図１を参照して、複数の電池セル１００ついて説明する。なお、図１では、説明のため、６つの電池セル１００が模式的に示されている。ただし、電池モジュール１０に含まれる電池セル１００の数は図１に示す例に限定されない。

【0017】

各電池セル１００は、外装材１０２、正極タブ１１２及び負極タブ１１４を有している。外装材１０２は、不図示の電池要素及び不図示の電解液を封止している。電池要素は、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。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、上述の複数の正極に電気的に接続されている。負極タブ１１４は、上述の複数の負極に電気的に接続されている。ただし、電池セル１００の構造は、上述した例に限定されない。

【0018】

実施形態において、Ｙ方向に配列された複数の電池セル１００は、Ｙ方向の一方側の電池セル１００からＹ方向の他方側の電池セル１００にかけて順に直列に接続されている。具体的には、Ｙ方向に隣り合う２つの電池セル１００の一方から引き出された正極タブ１１２及び負極タブ１１４と、Ｙ方向に隣り合う２つの電池セル１００の他方から引き出された正極タブ１１２及び負極タブ１１４と、はＸ方向において互いに反対に向けられている。Ｙ方向に隣り合う２つの電池セル１００のＸ方向の一方側では、一方の電池セル１００から引き出された正極タブ１１２と、他方の電池セル１００から引き出された負極タブ１１４と、が例えばレーザ溶接によって互いに接合されている。例えば、図１の最も上の電池セル１００から図１の左側に引き出された正極タブ１１２と、図１の上から２つ目の電池セル１００から図１の左側に引き出された負極タブ１１４と、が互いに接合されている。また、図１の上から２つ目の電池セル１００から図１の右側に引き出された正極タブ１１２と、図１の上から３つ目の電池セル１００から図１の右側に引き出された負極タブ１１４と、が互いに接合されている。このようにして、複数の電池セル１００では、図１の左側の正極タブ１１２及び負極タブ１１４の接合部と、図１の右側の正極タブ１１２及び負極タブ１１４の接合部と、が互い違いに配置されている。

【0019】

図２を参照して、複数の機能材２００について説明する。

【0020】

各機能材２００は、弾性粒子２１０及びバインダ２２０を含んでいる。弾性粒子２１０は、バインダ２２０内において分散されている。

【0021】

実施形態において、弾性粒子２１０は、樹脂製中空粒子である。弾性粒子２１０は、例えば、アクリル－スチレン系共重合体からなっている。例えば、弾性粒子２１０の材料の弾性率は、バインダ２２０の材料の弾性率より低くなっている。弾性粒子２１０の材料の弾性率は、例えば、１ＧＰａ以上２０ＧＰａ以下である。実施形態において、弾性粒子２１０は、中空の略球殻形状となっている。弾性粒子２１０の粒子径は、例えば、７５μｍ以上３００μｍ以下である。弾性粒子２１０の内孔径は、例えば、５０μｍ以上２００μｍ以下である。ただし、弾性粒子２１０の材料及び構造は、この例に限定されない。なお、図２に示す弾性粒子２１０は、Ｙ方向に隣り合う電池セル１００のＹ方向の圧縮によってＹ方向に潰れたように模式的に示されている。

【0022】

実施形態において、バインダ２２０は、樹脂からなっている。具体的には、バインダ２２０は、例えば、硬化アクリル系樹脂である。バインダ２２０は、例えば、紫外線硬化アクリル系樹脂にすることができる。図２に示す例において、バインダ２２０は、樹脂の硬化体となっている。ただし、バインダ２２０の材料は、この例に限定されない。バインダ２２０は、当該バインダ２２０のＹ方向の両側に位置する２つの電池セル１００に接着されている。電池セル１００とバインダ２２０との接着強度は、例えば、約１０ｋＰａである。ただし、当該接着強度は、この例に限定されない。

【0023】

電池セル１００によってＹ方向に圧縮されていない状態の機能材２００のＹ方向の厚さは、例えば、０．１０ｍｍ以上１．５ｍｍ以下である。ただし、機能材２００のＹ方向の厚さは、この例に限定されない。

【0024】

機能材２００の弾性粒子２１０によって占められていない部分の空隙率は、機能材２００の全体積に対して、例えば、６０体積％以上７０体積％以下となっている。当該空隙率が当該下限値以上である場合、機能材２００をＹ方向に圧縮しやすくすることができる。当該空隙率が当該上限値以下である場合、機能材２００の強度を向上させることができる。ただし、当該空隙率は、この例に限定されない。当該空隙率は、例えば、機能材２００のＸ方向に垂直な断面の走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）の観察によって測定される。

【0025】

実施形態において、機能材２００は、Ｙ方向に配列された電池セル１００を固定する固定材として機能している。電池モジュール１０には、例えば、電池モジュール１０への衝撃や電池モジュール１０が搭載された自動車の振動によって、外部から力が加えられることがある。実施形態においては、このような力が電池モジュール１０に加わっても、機能材２００によって、各電池セル１００のＸＺ平面方向のずれを抑制することができる。

【0026】

実施形態において、機能材２００は、各外装材１０２の内部に設けられた複数の正極及び複数の負極を固定する固定材として機能している。機能材２００は、Ｙ方向に隣り合う電池セル１００によってＹ方向に圧縮されている。機能材２００は、弾性粒子２１０によってＹ方向において弾性的に変形可能になっている。したがって、各電池セル１００は、機能材２００からの加圧力を受けている。このため、外装材１０２の内部に設けられた複数の正極及び複数の負極のＸＺ平面方向のずれを機能材２００からの加圧力によって抑制することができる。

【0027】

実施形態において、機能材２００は、電池セル１００のＹ方向の膨れに応じて変形する緩衝材として機能している。電池セル１００の充電によって、電池セル１００はＹ方向に膨れることがある。上述したように、機能材２００は、弾性粒子２１０によってＹ方向において弾性的に変形可能になっている。このため、電池セル１００がＹ方向に膨れた場合、機能材２００は、電池セル１００のＹ方向の膨れに応じてＹ方向に収縮することができる。

【0028】

機能材２００の２５℃及び１０％撓みにおける圧縮力撓みは、例えば、３．０ｋＰａ以上１０ｋＰａ以下にすることができる。例えば、電池モジュール１０の初期状態又は電池モジュール１０の放電状態において、機能材２００の温度は約２５℃となる。この状態において当該圧縮力撓みが上述の下限値以上である場合、各電池セル１００のＸＺ平面方向のずれや、各外装材１０２の内部に設けられた複数の正極及び複数の負極のＸＺ平面方向のずれを抑制することができる。上述の状態において当該圧縮力撓みが上述の上限値以下である場合、機能材２００のＹ方向の圧縮による電池セル１００や各外装材１０２の内部に設けられた複数の正極及び複数の負荷を抑制することができる。

【0029】

機能材２００の７０℃及び７０％撓みにおける圧縮力撓みは、例えば、０．４０ＭＰａ以上０．６０ＭＰａ以下にすることができる。例えば、電池モジュール１０の充電状態において、機能材２００の温度は約７０℃となる。この状態において、当該圧縮力撓みが上述の下限値以上である場合、各電池セル１００のＸＺ平面方向のずれや、各外装材１０２の内部に設けられた複数の正極及び複数の負極のＸＺ平面方向のずれを抑制することができる。上述の状態において当該圧縮力撓みが上述の上限値以下である場合、機能材２００のＹ方向の圧縮による電池セル１００や各外装材１０２の内部に設けられた複数の正極及び複数の負荷を抑制することができる。

【0030】

上述の圧縮力撓みは、ＡＳＴＭ Ｄ３５７４に準拠して測定されている。

【0031】

図３及び図４は、実施形態に係る電池モジュール１０の製造方法を説明するための図である。実施形態に係る電池モジュール１０は、以下のようにして製造される。図３及び図４を用いた説明においては、特に断りがない限り、Ｙ方向は鉛直方向に略平行となっており、Ｘ方向及びＺ方向は水平方向に略平行となっている。また、特に断りがない限り、Ｙ方向を示す矢印の先端側は鉛直方向の上側であり、Ｙ方向を示す矢印の基端側は鉛直方向の下側である。

【0032】

まず、弾性粒子２１０及びバインダ２２０を含むスラリ２００´を用意する。

【0033】

次いで、図３に示すように、外装材１０２の上面にスラリ２００´を塗布する。図３に示す例では、外装材１０２の上方に位置するノズル３１０からスラリ２００´を滴下している。したがって、ノズル３１０を移動させることで外装材１０２の上面の所望の領域にスラリ２００´を塗布することができる。このため、ウレタンシート等のコンプレッションパッドを外装材１０２の上面のサイズに応じた所定のサイズに切り出して外装材１０２の上面に貼り付ける場合と比較して、機能材２００の形成範囲を容易に調整することができる。また、実施形態では、ウレタンシート等のコンプレッションパッドが用いられる場合と比較して、コンプレッションパッドからのＰＥＴフィルム等のシートの剥離が不要である。したがって、実施形態では、コンプレッションパッドが用いられる場合と比較して、電池モジュール１０の製造時間を短くすることができる。このため、実施形態では、電池モジュール１０を製造するための作業性を向上させることができる。スラリ２００´は、外装材１０２の上面の例えば７５％以上１００％以下の面積に塗布される。

【0034】

次いで、図４に示すように、スラリ２００´に紫外線３２２を照射する。図４に示す例では、電池セル１００の上方に位置する光源３２０から紫外線３２２が照射されている。紫外線３２２によってバインダ２２０が硬化する。これによって、スラリ２００´が機能材２００となる。また、機能材２００は、外装材１０２の上面に接着される。

【0035】

なお、バインダ２２０の硬化方法は、図４に示す光硬化に限定されない。バインダ２２０は、例えば、熱硬化によって硬化されてもよい。

【0036】

次いで、機能材２００が形成された電池セル１００の上面側に他の電池セル１００を積層する。これによって、当該機能材２００の上面と、当該他の電池セル１００の下面と、が互いに接着される。この場合、当該機能材２００の下面と、当該機能材２００の下方に位置する電池セル１００の上面と、の接着強度と、当該機能材２００の上面と、当該機能材２００の上方に位置する他の電池セル１００の下面と、の接着強度と、が例えばほとんど等しくなっている。次いで、当該他の電池セル１００の上面に、図３及び図４を用いて説明した方法と同様にして機能材２００を形成する。このようにして、所定の数の電池セル１００及び機能材２００をＹ方向に交互に積層して、複数の電池モジュール１０が製造される。

【0037】

図５は、変形例に係る電池モジュール１０Ａの斜視図である。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。

【0038】

変形例に係る電池モジュール１０Ａは、複数のセル群１００Ｇを備えている。図５では、説明のため、３つのセル群１００Ｇが模式的に示されている。ただし、電池モジュール１０Ａに含まれるセル群１００Ｇの数は図５に示す例に限定されない。各セル群１００Ｇは、２つの電池セル１００を含んでいる。ただし、各セル群１００Ｇに含まれる電池セル１００の数は、２つに限定されず、３つ以上であってもよい。各セル群１００Ｇは、正極タブ群１１２Ｇ及び負極タブ群１１４Ｇを含んでいる。正極タブ群１１２Ｇは、各セル群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を含んでいる。負極タブ群１１４Ｇは、各セル群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を含んでいる。

【0039】

各セル群１００Ｇに含まれる複数の電池セル１００は、並列に接続されている。Ｙ方向に積層された複数のセル群１００Ｇは、Ｙ方向の一方側のセル群１００ＧからＹ方向の他方側のセル群１００Ｇにかけて順に直列に接続されている。具体的には、Ｙ方向に隣り合う２つのセル群１００Ｇの一方から引き出された正極タブ群１１２Ｇ及び負極タブ群１１４Ｇと、Ｙ方向に隣り合う２つのセル群１００Ｇの他方から引き出された正極タブ群１１２Ｇ及び負極タブ群１１４Ｇと、はＸ方向において互いに反対に向けられている。Ｙ方向に隣り合う２つのセル群１００ＧのＸ方向の一方側では、一方のセル群１００Ｇから引き出された正極タブ群１１２Ｇと、他方のセル群１００Ｇから引き出された負極タブ群１１４Ｇと、が例えばレーザ溶接によって互いに接合されている。例えば、図５の最も上のセル群１００Ｇから図５の左側に引き出された正極タブ群１１２Ｇと、図５の上から２つ目のセル群１００Ｇから図５の左側に引き出された負極タブ群１１４Ｇと、が互いに接合されている。また、図５の上から２つ目のセル群１００Ｇから図５の右側に引き出された正極タブ群１１２Ｇと、図５の上から３つ目のセル群１００Ｇから図５の右側に引き出された負極タブ群１１４Ｇと、が互いに接合されている。このようにして、複数のセル群１００Ｇでは、図５の左側の正極タブ群１１２Ｇ及び負極タブ群１１４Ｇの接合部と、図５の右側の正極タブ群１１２Ｇ及び負極タブ群１１４Ｇの接合部と、が互い違いに配置されている。

【0040】

図５に示す変形例においても、実施形態と同様にして、Ｙ方向に隣り合う電池セル１００の間に機能材２００を設けることができる。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を製造するための作業性を向上させることができる。

【0041】

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】

【0042】

１０，１０Ａ 電池モジュール
１００ 電池セル
１００Ｇ セル群
１０２ 外装材
１１２ 正極タブ
１１２Ｇ 正極タブ群
１１４ 負極タブ
１１４Ｇ 負極タブ群
２００ 機能材
２１０ 弾性粒子
２２０ バインダ
３１０ ノズル
３２０ 光源
３２２ 紫外線

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】