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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】P2024141501
(43)【公開日】2024-10-10
(54)【発明の名称】バッテリモジュール
(51)【国際特許分類】
H01M 50/291 20210101AFI20241003BHJP
H01M 50/242 20210101ALI20241003BHJP
H01M 10/0562 20100101ALI20241003BHJP
H01M 50/204 20210101ALI20241003BHJP
H01M 50/293 20210101ALI20241003BHJP
H01M 50/262 20210101ALI20241003BHJP
【ＦＩ】
H01M50/291
H01M50/242
H01M10/0562
H01M50/204 401Z
H01M50/204 401H
H01M50/293
H01M50/262 E
【審査請求】未請求
【請求項の数】4
【出願形態】ＯＬ
(21)【出願番号】P 2023053194
(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】藤井 健雄
(72)【発明者】
【氏名】金子 遼太郎
(72)【発明者】
【氏名】吉澤 洋介
(72)【発明者】
【氏名】平脇 聡志
【テーマコード（参考）】
5H029
5H040
【Ｆターム（参考）】
5H029AJ01
5H029AK02
5H029AK03
5H029AK05
5H029AL12
5H029AM11
5H040AA14
5H040AA28
5H040AY06
5H040CC26
5H040NN03
(57)【要約】
【課題】クッション材の面圧の均一性を高くすることが可能なバッテリモジュールを提供する。
【解決手段】バッテリモジュールは、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と、バッテリセル積層体の積層方向の両端に設けられている一対のエンドプレートと、複数のバッテリセル１１ａの間、および、バッテリセル積層体とエンドプレートとの間に配置されているクッション材１４と、を備える。クッション材１４は、バッテリセル積層体の積層方向の両外側に配置されている一対の発泡体１４ａと、一対の発泡体１４ａの間に配置されている板バネ積層体１４ｂと、を有する。板バネ積層体１４ｂは、波状の板バネＷがバッテリセル積層体の積層方向に積層されている。波状の板バネＷは、凹部および凸部が交互に連続して配置されているとともに、所定方向に延びている。隣接する波状の板バネＷは、凹部および凸部が対向接触している。
【選択図】図２
【解決手段】バッテリモジュールは、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と、バッテリセル積層体の積層方向の両端に設けられている一対のエンドプレートと、複数のバッテリセル１１ａの間、および、バッテリセル積層体とエンドプレートとの間に配置されているクッション材１４と、を備える。クッション材１４は、バッテリセル積層体の積層方向の両外側に配置されている一対の発泡体１４ａと、一対の発泡体１４ａの間に配置されている板バネ積層体１４ｂと、を有する。板バネ積層体１４ｂは、波状の板バネＷがバッテリセル積層体の積層方向に積層されている。波状の板バネＷは、凹部および凸部が交互に連続して配置されているとともに、所定方向に延びている。隣接する波状の板バネＷは、凹部および凸部が対向接触している。
【選択図】図２
【特許請求の範囲】
【請求項1】
複数のバッテリセルが積層されているバッテリセル積層体と、
前記バッテリセル積層体の積層方向の両端に設けられている一対の板状部材と、
前記複数のバッテリセルの間、および／または、前記バッテリセル積層体と前記板状部材との間に配置されているクッション材と、を備え、
前記クッション材は、前記バッテリセル積層体の積層方向の両外側に配置されている一対の第１弾性部材と、前記一対の第１弾性部材の間に配置されている第２弾性部材と、を有し、
前記第２弾性部材は、波状の板バネが前記バッテリセル積層体の積層方向に積層されており、
前記波状の板バネは、凹部および凸部が交互に連続して配置されているとともに、所定の方向に延びており、
隣接する前記波状の板バネは、前記凹部および前記凸部が対向接触している、バッテリモジュール。
前記バッテリセル積層体の積層方向の両端に設けられている一対の板状部材と、
前記複数のバッテリセルの間、および／または、前記バッテリセル積層体と前記板状部材との間に配置されているクッション材と、を備え、
前記クッション材は、前記バッテリセル積層体の積層方向の両外側に配置されている一対の第１弾性部材と、前記一対の第１弾性部材の間に配置されている第２弾性部材と、を有し、
前記第２弾性部材は、波状の板バネが前記バッテリセル積層体の積層方向に積層されており、
前記波状の板バネは、凹部および凸部が交互に連続して配置されているとともに、所定の方向に延びており、
隣接する前記波状の板バネは、前記凹部および前記凸部が対向接触している、バッテリモジュール。
【請求項2】
前記対向接触している凹部および凸部の一部が接合されている、請求項１に記載のバッテリモジュール。
【請求項3】
前記凹部および凸部が延びている方向から前記第２弾性部材を断面視すると、中央部のみにおいて、前記対向接触している凹部および凸部が接合されている、請求項２に記載のバッテリモジュール。
【請求項4】
前記バッテリセルは、固体電池セルである、請求項１から３のいずれか一項に記載の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二次電池に関する研究開発が実施されている。
【0003】
バッテリセルは、充放電に伴い、膨張収縮するため、バッテリモジュールは、例えば、バッテリセル積層体の積層方向の両端に設けられている一対のエンドプレートと、一対のエンドプレートの間にバッテリセル積層体を拘束するバインドバーと、を備えている。
【0004】
特許文献１には、積層方向に積層された複数の蓄電セルを含む蓄電モジュールと、蓄電モジュールを収容する収容ケースと、蓄電セル間に配置された制限ユニットと、を備える蓄電装置が記載されている。ここで、制限ユニットは、積層方向に間隔をあけて配置された第１平板および第２平板と、第１平板および第２平板の間に配置された波板と、を含む。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0005】
【特許文献1】特開２０２２－１５６４２７号公報
【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、引用文献１に記載されている蓄電装置は、蓄電セルの充電時の膨張に伴い、制限ユニットが圧縮される際に、第１平板および第２平板の波板と接触している部分と、第１平板および第２平板の波板と接触していない部分との間で、面圧の差が大きくなり、制限ユニットの面圧の均一性が低くなる。
【0007】
本発明は、クッション材の面圧の均一性を高くすることが可能なバッテリ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】
【0008】
（１）複数のバッテリセルが積層されているバッテリセル積層体と、前記バッテリセル積層体の積層方向の両端に設けられている一対の板状部材と、前記複数のバッテリセルの間、および／または、前記バッテリセル積層体と前記板状部材との間に配置されているクッション材と、を備え、前記クッション材は、前記バッテリセル積層体の積層方向の両外側に配置されている一対の第１弾性部材と、前記一対の第１弾性部材の間に配置されている第２弾性部材と、を有し、前記第２弾性部材は、波状の板バネが前記バッテリセル積層体の積層方向に積層されており、前記波状の板バネは、凹部および凸部が交互に連続して配置されているとともに、所定の方向に延びており、隣接する前記波状の板バネは、前記凹部および前記凸部が対向接触している、バッテリモジュール。
【0009】
（２）前記対向接触している凹部および凸部の一部が接合されている、（１）に記載のバッテリモジュール。
【0010】
（３）前記凹部および凸部が延びている方向から前記第２弾性部材を断面視すると、中央部のみにおいて、前記対向接触している凹部および凸部が接合されている、（２）に記載のバッテリモジュール。
【0011】
（４）前記バッテリセルは、固体電池セルである、（１）から（３）のいずれか一項に記載のバッテリモジュール。
【発明の効果】
【0012】
本発明によれば、クッション材の面圧の均一性を高くすることが可能なバッテリモジュールを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【0013】
【発明を実施するための形態】
【0014】
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。
【0015】
図１に、本実施形態のバッテリモジュールの一例を示す。
【0016】
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。
【0017】
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、バッテリセル積層体１１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。
【0018】
なお、クッション材１４は、複数のバッテリセル１１ａの間、または、バッテリセル積層体１１とエンドプレート１２との間に配置されていてもよい。
【0019】
クッション材１４は、図２に示すように、バッテリセル積層体１１の積層方向の両外側に配置されている一対の第１弾性部材としての、発泡体１４ａと、一対の発泡体１４ａの間に配置されている第２弾性部材としての、波状の板バネＷがバッテリセル積層体１１の積層方向に積層されている板バネ積層体１４ｂと、を有する。これにより、クッション材１４のヒステリシスロスが低減される。波状の板バネＷは、図３に示すように、凹部Ｒおよび凸部Ｃが交互に連続して配置されているとともに、図中、奥行き方向に延びている。このとき、隣接する波状の板バネＷは、凹部Ｒおよび凸部Ｃが対向接触している。なお、凹部Ｒおよび凸部Ｃは、それぞれ、バッテリセル積層体１１の積層方向の下側および上側に凸となる。
【0020】
ここで、バッテリセル１１ａの充電時の膨張に伴い、クッション材１４が圧縮される際に、バッテリセル１１ａおよび板バネ積層体１４ｂの間に、発泡体１４ａが介在するため、発泡体１４ａの板バネ積層体１４ｂと接触している部分と、発泡体１４ａの板バネ積層体１４ｂと接触していない部分との間で、面圧の差が小さくなり、面圧の均一性が高くなる。
【0021】
また、板バネ積層体１４ｂは、中空構造を有するため、隣り合うバッテリセル１１ａ間の伝熱が抑制される。また、ファン等の送風機を使用して、板バネ積層体１４ｂに送風することにより、バッテリセル１１ａを空冷することができる。
【0022】
なお、波状の板バネＷの積層数は、特に限定されないが、例えば、２層以上６層以下であり、２層以上４層以下であることが好ましい。
【0023】
隣接する波状の板バネＷは、対向接触している凹部Ｒおよび凸部Ｃの一部が接合されていることが好ましい。これにより、板バネ積層体１４ｂの強度が向上する。
【0024】
対向接触している凹部Ｒおよび凸部Ｃの一部を接合する方法としては、特に限定されないが、例えば、波状の板バネＷを治具で位置決めした後、接着剤で接合する方法が挙げられる。
【0025】
接着剤としては、波状の板バネＷを接合することが可能であれば、特に限定されないが、板バネ積層体１４ｂのヒステリシスロスを考慮すると、弾性接着剤が好ましい。
【0026】
凹部Ｒおよび凸部Ｃが延びている方向から板バネ積層体１４ｂを断面視すると、中央部（図２中、点線部）のみにおいて、対向接触している凹部Ｒおよび凸部Ｃが接合されていることが好ましい。これにより、板バネ積層体１４ｂのヒステリシスロスが低減される。
【0027】
このとき、対向接触している凹部Ｒおよび凸部Ｃのうち、中央に最も近い凹部Ｒおよび凸部Ｃと、その両隣の凹部Ｒおよび凸部Ｃが接合されているが、中央に最も近い凹部Ｒおよび凸部Ｃのみが接合されていてもよい。
【0028】
板バネ積層体１４ｂの一部が発泡体１４ａに接合されていてもよい。これにより、クッション材１４の強度が向上する。
【0029】
板バネ積層体１４ｂの一部を発泡体１４ａに接合する方法としては、特に限定されないが、例えば、板バネ積層体１４ｂを治具で位置決めした後、接着剤で接合する方法が挙げられる。
【0030】
接着剤としては、板バネ積層体１４ｂを発泡体１４ａに接合することが可能であれば、特に限定されないが、クッション材１４のヒステリシスロスを考慮すると、弾性接着剤が好ましい。
【0031】
凹部Ｒおよび凸部Ｃが延びている方向からクッション材１４を断面視すると、中央部（図２中、点線部）のみにおいて、板バネ積層体１４ｂが発泡体１４ａに接合されていてもよい。これにより、クッション材１４のヒステリシスロスが低減される。
【0032】
このとき、板バネ積層体１４ｂの凹部Ｒおよび凸部Ｃのうち、中央に最も近い２個の凹部Ｒおよび凸部Ｃが発泡体１４ａに接合されている。
【0033】
発泡体１４ａのヤング率は、１５０ＭＰａ以上であることが好ましい。発泡体１４ａのヤング率が１５０ＭＰａ以上であると、面圧の均一性が高くなる。なお、発泡体１４ａのヤング率は、特に限定されないが、例えば、４．５ＭＰａ以上４１０ＭＰａ以下である。
【0034】
発泡体１４ａのポアソン比は、０．３以下であることが好ましい。発泡体１４ａのポアソン比が０．３以下であると、バッテリセル１１ａの膨張収縮に伴う厚さの変化を発泡体１４ａが吸収しやすくなる。なお、発泡体１４ａのポアソン比は、特に限定されないが、例えば、０以上である。
【0035】
発泡体１４ａの空隙率は、特に限定されないが、例えば、３０％以上９５％以下である。
【0036】
発泡体１４ａのＳＯＣ１００％における厚さは、特に限定されないが、例えば、０．０５ｍｍ以上０．１ｍｍ以下である。
【0037】
発泡体１４ａ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、ポリエステル等が挙げられる。
【0038】
波状の板バネＷのヤング率は、３５ＧＰａ以上であることが好ましい。波状の板バネＷのヤング率が３５ＧＰａ以上であると、バッテリセル１１ａの膨張収縮に伴う厚さの変化を板バネ積層体１４ｂが吸収しやすくなる。なお、波状の板バネＷのヤング率は、特に限定されないが、例えば、２００ＧＰａ以下である。
【0039】
波状の板バネＷを構成する材料としては、特に限定されないが、例えば、ステンレス鋼、炭素鋼等の金属、エポキシ樹脂、フェノール樹脂、ナイロン樹脂等の樹脂、炭素繊維強化プラスチック（ＣＦＲＰ）、ガラス繊維強化プラスチック（ＧＦＲＰ）等の繊維強化プラスチック（ＦＲＰ）等が挙げられる。これらの中でも、バッテリモジュール１０のエネルギー密度を考慮すると、ＦＲＰが好ましい。
【0040】
板バネ積層体１４ｂのＳＯＣ１００％における厚さは、特に限定されないが、例えば、１．０ｍｍ以上１．２ｍｍ以下である。
【0041】
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が挙げられる。これらの中でも、固体電池セルが好ましい。
【0042】
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。
【0043】
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。
【0044】
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。
【0045】
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。
【0046】
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、ＬｉＣｏＯ２、Ｌｉ（Ｎｉ５／１０Ｃｏ２／１０Ｍｎ３／１０）Ｏ２、Ｌｉ（Ｎｉ６／１０Ｃｏ２／１０Ｍｎ２／１０）Ｏ２、Ｌｉ（Ｎｉ８／１０Ｃｏ１／１０Ｍｎ１／１０）Ｏ２、Ｌｉ（Ｎｉ０．８Ｃｏ０．１５Ａｌ０．０５）Ｏ２、Ｌｉ（Ｎｉ１／６Ｃｏ４／６Ｍｎ１／６）Ｏ２、Ｌｉ（Ｎｉ１／３Ｃｏ１／３Ｍｎ１／３）Ｏ２、ＬｉＣｏＯ４、ＬｉＭｎ２Ｏ４、ＬｉＮｉＯ２、ＬｉＦｅＰＯ４、硫化リチウム、硫黄等が挙げられる。
【0047】
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。
【0048】
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。
【0049】
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】
【0050】
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
１４ａ 発泡体
１４ｂ 板バネ積層体
Ｗ 波状の板バネ
Ｒ 凹部
Ｃ 凸部
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
１４ａ 発泡体
１４ｂ 板バネ積層体
Ｗ 波状の板バネ
Ｒ 凹部
Ｃ 凸部
【図1】
【図2】
【図3】