特開 2024-141456 バッテリセルおよびバッテリモジュール

(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】P2024141456

(43)【公開日】2024-10-10

(54)【発明の名称】バッテリセルおよびバッテリモジュール

(51)【国際特許分類】

   H01M 50/477 20210101AFI20241003BHJP

   H01M 50/105 20210101ALI20241003BHJP

   H01M 50/548 20210101ALI20241003BHJP

   H01M 50/474 20210101ALI20241003BHJP

   H01M 50/178 20210101ALI20241003BHJP

【ＦＩ】

H01M50/477

H01M50/105

H01M50/548 301

H01M50/474

H01M50/178

【審査請求】未請求

【請求項の数】9

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2023053125

(22)【出願日】2023-03-29

(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】岡 啓一郎

(72)【発明者】

【氏名】田村 健博

【テーマコード（参考）】

5H011

5H021

5H043

【Ｆターム（参考）】

5H011AA01

5H011CC10

5H011FF02

5H011KK01

5H021AA02

5H021CC10

5H021HH10

5H043AA01

5H043AA02

5H043BA17

5H043BA19

5H043BA20

5H043CA08

5H043CA13

5H043DA08

(57)【要約】

【課題】信頼性を向上させることが可能なバッテリセルを提供する。
【解決手段】バッテリセル１１ａは、複数の正極および複数の負極が電解質を介して積層されている電極積層体２１と、電極積層体２１を包装するラミネートフィルム２２と、電極積層体２１およびラミネートフィルム２２の間の電極積層体２１の積層方向の両側に配置されている第１フレーム部材２５Ａおよび第２フレーム部材２５Ｂと、を備える。第１フレーム部材２５Ａおよび第２フレーム部材２５Ｂは、それぞれ、電極積層体２１の積層方向の表面を被覆し、互いに対向する対向部Ｏと、対向部Ｏから電極積層体２１の積層方向に延在する延在部Ｒと、を有する。
【選択図】図３

【特許請求の範囲】

【請求項1】

複数の正極および複数の負極が電解質を介して積層されている電極積層体と、
前記電極積層体を包装する包装材と、
前記電極積層体および前記包装材の間の前記電極積層体の積層方向の両側に配置されている第１フレーム部材および第２フレーム部材と、を備え、
前記第１フレーム部材および第２フレーム部材は、それぞれ、前記電極積層体の前記第１フレーム部材および第２フレーム部材と対向する側の表面を被覆し、互いに対向する対向部と、前記対向部から前記電極積層体の積層方向に延在する延在部と、を有する、バッテリセル。

【請求項2】

前記包装材から突出している正極タブリードおよび負極タブリードをさらに備え、
前記延在部は、前記包装材の前記正極タブリードまたは前記負極タブリードが突出していない側の面に沿って延在する、請求項１に記載のバッテリセル。

【請求項3】

前記延在部は、前記包装材の前記正極タブリードおよび前記負極タブリードが突出している側の面の一部に沿って延在する、請求項２に記載のバッテリセル。

【請求項4】

前記第１フレーム部材および前記第２フレーム部材は、前記電極積層体よりも、前記正極タブリードおよび前記負極タブリードが突出している方向の長さが大きい、請求項２に記載のバッテリセル。

【請求項5】

前記包装材は、前記正極タブリードおよび前記負極タブリードが突出している側の外周部に封止部が形成されており、
前記正極タブリードが突出している側の外周部に形成されている封止部は、前記電極積層体の積層方向から前記正極タブリードの周辺部の前記包装材を封止した後、前記電極積層体の積層方向および前記正極タブリードが突出している方向に対して垂直な方向から前記包装材の残部を封止して形成されており、
前記負極タブリードが突出している側の外周部に形成されている封止部は、前記電極積層体の積層方向から前記負極タブリードの周辺部の前記包装材を封止した後、前記電極積層体の積層方向および前記負極タブリードが突出している方向に対して垂直な方向から前記包装材の残部を封止して形成されている、請求項２に記載のバッテリセル。

【請求項6】

前記第１フレーム部材および第２フレーム部材は、それぞれ、互いに対向する前記延在部を有する、請求項１に記載のバッテリセル。

【請求項7】

前記互いに対向する延在部は、所定の間隔を隔てて配置されている、請求項６に記載のバッテリセル。

【請求項8】

前記包装材は、ラミネートフィルムである、請求項１に記載のバッテリセル。

【請求項9】

請求項１から８のいずれか一項に記載のバッテリセルが積層されている、バッテリモジュール。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、バッテリセルおよびバッテリモジュールに関する。

【背景技術】

【0002】

近年、多くの人々が手頃で信頼でき、持続可能かつ先進的なエネルギーへのアクセスを確保できるようにするため、エネルギーの効率化に貢献するバッテリセルの研究開発が実施されている。

【0003】

バッテリセルは、例えば、複数の正極および複数の負極が電解質を介して積層されている電極積層体と、電極積層体を包装する包装材と、を備える。

【0004】

特許文献１には、正極層と、電解質層と、負極層と、がこの順に少なくとも積層された電池積層体と、電池積層体を収容する外装体と、を備える電池セルが記載されている。このとき、外装体は、１枚のフィルムが折り返されて形成された折り返し部と、互いに対向するフィルムの端部同士が接合された接合部と、を備える。また、電池積層体は、積層方向の断面が略Ｃ字形状である支持体に収容されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0005】

【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】

【0006】

しかしながら、特許文献１の電池セルは、電池積層体の充放電に伴い、電池積層体が膨張収縮すると、積層方向の断面が略Ｃ字形状である支持体の対向部の間隔が変化して破損する虞がある。その結果、電池セルの信頼性が低下する。

【0007】

本発明は、信頼性を向上させることが可能なバッテリセ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】

【0008】

（１）複数の正極および複数の負極が電解質を介して積層されている電極積層体と、前記電極積層体を包装する包装材と、前記電極積層体および前記包装材の間の前記電極積層体の積層方向の両側に配置されている第１フレーム部材および第２フレーム部材と、を備え、前記第１フレーム部材および第２フレーム部材は、それぞれ、前記電極積層体の積層方向の表面を被覆し、互いに対向する対向部と、前記対向部から前記電極積層体の積層方向に延在する延在部と、を有する、バッテリセル。

【0009】

（２）前記包装材から突出している正極タブリードおよび負極タブリードをさらに備え、前記延在部は、前記包装材の前記正極タブリードまたは前記負極タブリードが突出していない側の面に沿って延在する、（１）に記載のバッテリセル。

【0010】

（３）前記延在部は、前記包装材の前記正極タブリードおよび前記負極タブリードが突出している側の面の一部に沿って延在する、（２）に記載のバッテリセル。

【0011】

（４）前記第１フレーム部材および前記第２フレーム部材は、前記電極積層体よりも、前記正極タブリードおよび前記負極タブリードが突出している方向の長さが大きい、（２）または（３）に記載のバッテリセル。

【0012】

（５）前記包装材は、前記正極タブリードおよび前記負極タブリードが突出している側の外周部に封止部が形成されており、前記正極タブリードが突出している側の外周部に形成されている封止部は、前記電極積層体の積層方向から前記正極タブリードの周辺部の前記包装材を封止した後、前記電極積層体の積層方向および前記正極タブリードが突出している方向に対して垂直な方向から前記包装材の残部を封止して形成されており、前記負極タブリードが突出している側の外周部に形成されている封止部は、前記電極積層体の積層方向から前記負極タブリードの周辺部の前記包装材を封止した後、前記電極積層体の積層方向および前記負極タブリードが突出している方向に対して垂直な方向から前記包装材の残部を封止して形成されている、（２）から（４）のいずれか一項に記載のバッテリセル。

【0013】

（６）前記第１フレーム部材および第２フレーム部材は、それぞれ、互いに対向する前記延在部を有する、（１）から（５）のいずれか一項に記載のバッテリセル。

【0014】

（７）前記互いに対向する延在部は、所定の間隔を隔てて配置されている、（６）に記載のバッテリセル。

【0015】

（８）前記包装材は、ラミネートフィルムである、（１）から（７）のいずれか一項に記載のバッテリセル。

【0016】

（９）（１）から（８）のいずれか一項に記載のバッテリセルが積層されている、バッテリモジュール。

【発明の効果】

【0017】

本発明によれば、信頼性を向上させることが可能なバッテリセルを提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【0018】

【図1】本実施形態のバッテリモジュールの一例を示す断面図である。

【図2】図１のバッテリセルを示す斜視図である。

【図3】図２のＡ－Ａ線における断面図である。

【図4】図２のＢ－Ｂ線における断面図である。

【図5】図２のバッテリセルの変形例を示す斜視図である。

【発明を実施するための形態】

【0019】

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。

【0020】

図１に、本実施形態のバッテリモジュールの一例を示す。

【0021】

バッテリモジュール１０は、複数のバッテリセル１１ａが積層されているバッテリセル積層体１１と、バッテリセル積層体１１の積層方向の両端に設けられている一対の板状部材としての、エンドプレート１２と、一対のエンドプレート１２の間にバッテリセル積層体１１を拘束する拘束部材としての、バインドバー１３と、を備える。ここで、バインドバー１３は、図中、上部および下部の２箇所に設置されている。バッテリモジュール１０は、複数のバッテリセル１１ａの間、および、バッテリセル１１ａとエンドプレート１２との間に、クッション材１４が配置されている。

【0022】

バッテリセル１１ａは、図２～図４に示すように、電極積層体２１が、包装材としての、ラミネートフィルム２２で包装されているとともに、ラミネートフィルム２２から逆方向に突出している正極タブリード２３Ａおよび負極タブリード２３Ｂを有する。なお、図２では、ラミネートフィルム２２の記載を省略している。ここで、電極積層体２１は、複数の正極および複数の負極が電解質を介して積層されている。電解質としては、例えば、電解液、固体電解質が挙げられ、電解液は、セパレータに保持される。正極タブリード２３Ａは、正極タブ２４Ａを介して、複数の正極と接続されている。一方、負極タブリード２３Ｂは、負極タブ２４Ｂを介して、複数の負極と接続されている。

【0023】

バッテリセル１１ａは、電極積層体２１およびラミネートフィルム２２の間に、電極積層体２１の積層方向の両側に配置されている第１フレーム部材２５Ａおよび第２フレーム部材２５Ｂを備える。ここで、第１フレーム部材２５Ａおよび第２フレーム部材２５Ｂは、それぞれ、電極積層体２１の積層方向の表面を被覆し、互いに対向する対向部Ｏと、対向部Ｏの両端部から電極積層体２１の積層方向に延在し、互いに対向する延在部Ｒと、を有する。このとき、第１フレーム部材２５Ａおよび第２フレーム部材２５Ｂを断面視すると、略Ｃ字状である。このため、電極積層体２１の充放電に伴い、電極積層体２１が膨張収縮しても、第１フレーム部材２５Ａおよび第２フレーム部材２５Ｂの対向部Ｏの間隔を調整することができるため、バッテリセル１１ａの信頼性が向上する。また、電極積層体２１の充放電に伴い、電極積層体２１が膨張収縮しても、電極積層体２１の積層方向の上下面の損傷が抑制される。

【0024】

第１フレーム部材２５Ａおよび第２フレーム部材２５Ｂは、電極積層体２１よりも、正極タブリード２３Ａおよび負極タブリード２３Ｂが突出している方向の長さが大きい。このため、ラミネート加工時に、ラミネートフィルム２２が収縮しても、電極積層体２１の正極タブリード２３Ａおよび負極タブリード２３Ｂが突出している側の側面の損傷が抑制される。

【0025】

バッテリモジュール１０は、電極積層体２１の積層方向に対して、クッション材１４の両側に対向部Ｏが配置されている。このため、クッション材１４の面圧の均一性が向上する。

【0026】

第１フレーム部材２５Ａおよび第２フレーム部材２５Ｂは、それぞれ、互いに対向する延在部Ｒを有する。このため、バッテリセル１１ａの放熱性および均熱性が向上する。

【0027】

なお、延在部Ｒは、互いに対向するように延在していなくてもよく、例えば、対向部Ｏの一方の端部から電極積層体２１の積層方向に延在していてもよい。また、延在部Ｒは、対向部Ｏの端部以外の位置から延在していてもよい。

【0028】

第１フレーム部材２５Ａおよび第２フレーム部材２５Ｂの延在部Ｒは、ラミネートフィルム２２の正極タブリード２３Ａまたは負極タブリード２３Ｂが突出していない側の面に沿って延在する。このため、ラミネート加工時に、ラミネートフィルム２２が収縮しても、電極積層体２１の正極タブリード２３Ａまたは負極タブリード２３Ｂが突出していない側の側面の損傷が抑制される。

【0029】

なお、第１フレーム部材２５Ａおよび第２フレーム部材２５Ｂの延在部Ｒは、ラミネートフィルム２２の正極タブリード２３Ａおよび負極タブリード２３Ｂが突出している側の面の一部に沿って延在してもよい（図５参照）。これにより、ラミネート加工時に、ラミネートフィルム２２が収縮しても、電極積層体２１の正極タブリード２３Ａおよび負極タブリード２３Ｂが突出している側の側面の損傷が抑制される。

【0030】

第１フレーム部材２５Ａおよび第２フレーム部材２５Ｂの互いに対向する延在部Ｒは、所定の間隔を隔てて配置されている。これにより、電極積層体２１の充放電に伴い、電極積層体２１が膨張収縮した場合に、第１フレーム部材２５Ａおよび第２フレーム部材２５Ｂの対向部Ｏの間隔を調整しやすくなる。

【0031】

第１フレーム部材２５Ａおよび第２フレーム部材２５Ｂの互いに対向する延在部ＲのＳＯＣ０％における間隔は、特に限定されないが、例えば、０．５ｍｍ以上４ｍｍ以下である。

【0032】

第１フレーム部材２５Ａおよび第２フレーム部材２５Ｂを構成する材料としては、剛性が高い材料であれば、特に限定されないが、例えば、ステンレス鋼、アルミニウムが挙げられる。

【0033】

第１フレーム部材２５Ａおよび第２フレーム部材２５Ｂのヤング率は、特に限定されないが、例えば、７０ＧＰａ以上２１０ＧＰａ以下である。

【0034】

ラミネートフィルム２２は、図３に示すように、正極タブリード２３Ａまたは負極タブリード２３Ｂが突出していない側の外周部の一方に封止部２２ａが形成されており、正極タブリード２３Ａまたは負極タブリード２３Ｂが突出していない側の外周部の他方に折り部２２ｂが形成されている。また、ラミネートフィルム２２は、正極タブリード２３Ａおよび負極タブリード２３Ｂが突出している側の外周部に封止部が形成されている。

【0035】

このとき、ラミネートフィルム２２の折り部２２ｂが形成されている外周部は、ラミネートフィルム２２の封止部２２ａが形成されている外周部よりも、電極積層体２１との距離が小さい。このため、バッテリモジュール１０のエネルギー密度を考慮して、ラミネートフィルム２２の封止部２２ａが形成されている外周部を折り返しても、第１フレーム部材２５Ａおよび第２フレーム部材２５Ｂが配置されているため、電極積層体２１の損傷が抑制される。

【0036】

また、正極タブリード２３Ａ（または負極タブリード２３Ｂ）が突出している側の外周部に形成されている封止部を形成する際に、電極積層体２１の積層方向（図３中、上下方向）から正極タブリード２３Ａ（または負極タブリード２３Ｂ）の周辺部のラミネートフィルム２２を封止した後、電極積層体２１の積層方向および正極タブリード２３Ａ（または負極タブリード２３Ｂ）が突出している方向に対して垂直な方向（図３中、左右方向）からラミネートフィルム２２の残部を封止する。このため、バッテリセル１１ａの生産性が改善する。

【0037】

なお、ラミネートフィルム２２は、正極タブリード２３Ａまたは負極タブリード２３Ｂが突出していない側の外周部の両方に封止部が形成されていてもよい。また、例えば、チューブ状のラミネートフィルムを使用することにより、正極タブリード２３Ａまたは負極タブリード２３Ｂが突出していない側の外周部の両方に封止部が形成されていなくてもよい。

【0038】

クッション材１４としては、バッテリセル１１ａの膨張収縮を吸収することが可能であれば、特に限定されないが、例えば、発泡体が挙げられる。

【0039】

発泡体を構成する材料としては、特に限定されないが、例えば、ポリウレタン、シリコーン樹脂、エチレンプロピレンゴム、スチレン樹脂、オレフィン樹脂、ポリアミド、ポリエステルが挙げられる。

【0040】

発泡体の厚さは、特に限定されないが、例えば、１ｍｍ以上２ｍｍ以下である。

【0041】

ラミネートフィルム２２は、例えば、金属層の表面に樹脂層が形成されている。金属層を構成する金属としては、例えば、アルミニウムが挙げられる。樹脂層を構成する樹脂としては、例えば、ポリエチレン、ポリフッ化ビニル、ポリ塩化ビニリデンが挙げられる。

【0042】

バッテリセル１１ａとしては、特に限定されないが、例えば、全固体リチウムイオン電池セル、全固体リチウム金属電池セル等の固体電池セル、リチウム金属電池セル等の非水電解液電池セルが挙げられる。これらの中でも、固体電池セルが好ましい。

【0043】

以下、バッテリセル１１ａが全固体リチウム金属電池セルである場合について説明する。

【0044】

全固体リチウム金属電池セルは、例えば、正極集電体と、正極合材層と、固体電解質層と、リチウム金属層と、負極集電体と、が順次積層されている。

【0045】

正極集電体としては、特に限定されないが、例えば、アルミニウム箔等が挙げられる。

【0046】

正極合材層は、正極活物質を含み、固体電解質、導電助剤、結着剤等をさらに含んでいてもよい。

【0047】

正極活物質としては、リチウムイオンを吸蔵および放出することが可能であれば、特に限定されないが、例えば、ＬｉＣｏＯ_２、Ｌｉ（Ｎｉ_５／１０Ｃｏ_２／１０Ｍｎ_３／１０）Ｏ_２、Ｌｉ（Ｎｉ_６／１０Ｃｏ_２／１０Ｍｎ_２／１０）Ｏ_２、Ｌｉ（Ｎｉ_８／１０Ｃｏ_１／１０Ｍｎ_１／１０）Ｏ_２、Ｌｉ（Ｎｉ_０．８Ｃｏ_０．１５Ａｌ_０．０５）Ｏ_２、Ｌｉ（Ｎｉ_１／６Ｃｏ_４／６Ｍｎ_１／６）Ｏ_２、Ｌｉ（Ｎｉ_１／３Ｃｏ_１／３Ｍｎ_１／３）Ｏ_２、ＬｉＣｏＯ_４、ＬｉＭｎ_２Ｏ_４、ＬｉＮｉＯ_２、ＬｉＦｅＰＯ_４、硫化リチウム、硫黄等が挙げられる。

【0048】

固体電解質層を構成する固体電解質としては、リチウムイオンを伝導することが可能な材料であれば、特に限定されないが、例えば、酸化物系電解質、硫化物系電解質等が挙げられる。

【0049】

負極集電体としては、特に限定されないが、例えば、銅箔等が挙げられる。

【0050】

以上、本発明の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、本発明の趣旨の範囲内で、上記の実施形態を適宜変更してもよい。

【符号の説明】

【0051】

１０ バッテリモジュール
１１ バッテリセル積層体
１１ａ バッテリセル
１２ エンドプレート
１３ バインドバー
１４ クッション材
２１ 電極積層体
２２ ラミネートフィルム
２２ａ 封止部
２２ｂ 折り部
２３Ａ 正極タブリード
２３Ｂ 負極タブリード
２４Ａ 正極タブ
２４Ｂ 負極タブ
２５Ａ 第１フレーム部材
２５Ｂ 第２フレーム部材
Ｏ 対向部
Ｒ 延在部

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】