ホーム > 特許ランキング > 本田技研工業株式会社
(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】P2024146450
(43)【公開日】2024-10-15
(54)【発明の名称】バッテリモジュール
(51)【国際特許分類】
H01M 50/262 20210101AFI20241004BHJP
H01M 50/211 20210101ALI20241004BHJP
H01M 50/291 20210101ALI20241004BHJP
H01M 50/293 20210101ALI20241004BHJP
【ＦＩ】
H01M50/262 E
H01M50/211
H01M50/262 P
H01M50/291
H01M50/293
【審査請求】未請求
【請求項の数】7
【出願形態】ＯＬ
(21)【出願番号】P 2023059350
(22)【出願日】2023-03-31
(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】臼井 英正
(72)【発明者】
【氏名】樋口 将成
【テーマコード（参考）】
5H040
【Ｆターム（参考）】
5H040AA07
5H040AT04
5H040AT06
5H040AY10
5H040NN03
(57)【要約】
【課題】緩衝材中の流体の充填量を変化させずに、エネルギー密度を向上させ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板状部材と、複数のバッテリセル１１ａの間、および／または、バッテリセル１１ａと板状部材との間に配置されている緩衝材１４と、を備える。緩衝材１４は、外装部材２１に流体２２が充填されている。バッテリセル１１ａの積層方向から上面視した場合に、外装部材２１の外周部のうち、第１領域２１ａに伸縮性部材が存在している。
【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板状部材と、複数のバッテリセル１１ａの間、および／または、バッテリセル１１ａと板状部材との間に配置されている緩衝材１４と、を備える。緩衝材１４は、外装部材２１に流体２２が充填されている。バッテリセル１１ａの積層方向から上面視した場合に、外装部材２１の外周部のうち、第１領域２１ａに伸縮性部材が存在している。
【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、前記バッテリセルと前記板状部材との間に配置されている緩衝材と、を備え、
前記緩衝材は、外装部材に流体が充填されており、
前記バッテリセルの積層方向から上面視した場合に、前記外装部材の外周部のうち、少なくとも一部の領域に伸縮性部材が存在している、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、前記バッテリセルと前記板状部材との間に配置されている緩衝材と、を備え、
前記緩衝材は、外装部材に流体が充填されており、
前記バッテリセルの積層方向から上面視した場合に、前記外装部材の外周部のうち、少なくとも一部の領域に伸縮性部材が存在している、バッテリモジュール。
【請求項2】
前記外装部材は、伸縮性部材であり、第１領域と、前記第１領域と接続されており、前記第１領域よりもヤング率が低い第２領域と、を有し、
前記バッテリセルの積層方向から上面視した場合に、前記第１領域は、前記外装部材の外周部のうち、少なくとも一部の領域に存在している、請求項１に記載のバッテリモジュール。
前記バッテリセルの積層方向から上面視した場合に、前記第１領域は、前記外装部材の外周部のうち、少なくとも一部の領域に存在している、請求項１に記載のバッテリモジュール。
【請求項3】
前記外装部材は、前記第２領域よりもヤング率が高い第３領域をさらに有し、
前記第１領域および前記第２領域は、前記第３領域を介して、接続されている、請求項２に記載のバッテリモジュール。
前記第１領域および前記第２領域は、前記第３領域を介して、接続されている、請求項２に記載のバッテリモジュール。
【請求項4】
前記バッテリセルの積層方向から上面視した場合に、前記第１領域は、前記外装部材の外周部のうち、前記バッテリセルのタブリードが配置されている側に存在している、請求項２または３に記載のバッテリモジュール。
【請求項5】
前記外装部材は、平均厚さが０．４ｍｍ以下である、請求項２または３に記載のバッテリモジュール。
【請求項6】
前記第１領域に存在する前記流体の体積は、最大値が１０ｍＬ以上４０ｍＬ以下である、請求項２または３に記載のバッテリモジュール。
【請求項7】
前記流体は、気体である、請求項１または２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バッテリモジュールの研究開発が実施されている。
【0003】
バッテリモジュールは、例えば、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、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、を有する。ここで、バッテリセルは、充放電に伴い、膨張収縮するため、バッテリセルの間、および、バッテリセルとエンドプレートとの間に、緩衝材が設置されている。
【0004】
例えば、特許文献１には、複数のコネクタと、コネクタに接続された複数の電気エネルギーの集合部を備えた少なくとも１つの電気化学セルと、電気化学セルに接して配置された少なくとも１つの変形可能なチャンバと、を含む加圧電気化学バッテリが記載されている。ここで、電気化学セルは、複数の電極シートと、電極シート間に挿入された複数の固体電解質シートとを含み、変形可能なチャンバには、電気化学セルに圧力を加えるためにチャンバを変形させる流体が供給される。また、変形可能なチャンバは、流体供給の収集システムに接続されており、収集システムは、収集システムへの流入量を制御する供給システムと、変形可能なチャンバ内の圧力を調整する圧力調整器とを有する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0005】
【特許文献1】特開２０２０－６４８４８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、特許文献１の加圧電気化学バッテリは、電気化学セルの充放電に伴う膨張収縮に追従して、チャンバを変形させるために、収集システムを使用して、チャンバへの流体の供給量を調整する必要がある。
【0007】
そこで、緩衝材中の流体の充填量を変化させずに、緩衝材を変形させることが望まれている。しかしながら、バッテリモジュールのエネルギー密度を向上させるために、緩衝材の体積を小さくすると、バッテリセルの充電に伴う膨張に追従して、緩衝材が収縮する際に、流体の圧力が増大する。このため、バッテリモジュールの耐久性を維持するために、エンドプレートを補強する必要があり、その結果、バッテリモジュールのエネルギー密度が低下する。
【0008】
本発明は、緩衝材中の流体の充填量を変化させずに、エネルギー密度を向上させ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】
【0009】
（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、前記バッテリセルと前記板状部材との間に配置されている緩衝材と、を備え、前記緩衝材は、外装部材に流体が充填されており、前記バッテリセルの積層方向から上面視した場合に、前記外装部材の外周部のうち、少なくとも一部の領域に伸縮性部材が存在している、バッテリモジュール。
【0010】
（２）前記外装部材は、伸縮性部材であり、第１領域と、前記第１領域と接続されており、前記第１領域よりもヤング率が低い第２領域と、を有し、前記バッテリセルの積層方向から上面視した場合に、前記第１領域は、前記外装部材の外周部のうち、少なくとも一部の領域に存在している、（１）に記載のバッテリモジュール。
【0011】
（３）前記外装部材は、前記第２領域よりもヤング率が高い第３領域をさらに有し、前記第１領域および前記第２領域は、前記第３領域を介して、接続されている、（２）に記載のバッテリモジュール。
【0012】
（４）前記バッテリセルの積層方向から上面視した場合に、前記第１領域は、前記外装部材の外周部のうち、前記バッテリセルのタブリードが配置されている側に存在している、（２）または（３）に記載のバッテリモジュール。
【0013】
（５）前記伸縮性部材は、平均厚さが０．４ｍｍ以下である、（２）から（４）のいずれか一項に記載のバッテリモジュール。
【0014】
（６）前記第１領域に存在する前記流体の体積は、最大値が１０ｍＬ以上４０ｍＬ以下である、（２）から（５）のいずれか一項に記載のバッテリモジュール。
【0015】
（７）前記流体は、気体である、（１）から（６）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】
【0016】
本発明によれば、緩衝材中の流体の充填量を変化させずに、エネルギー密度を向上させ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】
【0017】
【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5】緩衝材の厚さが１ｍｍである場合の満充電時の第１領域に存在する流体の体積とバッテリセルの面圧の関係を示すシミュレーション結果である。
【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。
【0019】
図１に、本実施形態のバッテリモジュールの一例を示す。
【0020】
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。ここで、バインドバー１３による拘束圧は、特に限定されないが、例えば、１．０ＭＰａ以上２．５ＭＰａ以下である。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、緩衝材１４が配置されている。
【0021】
緩衝材１４は、図２および図３に示すように、外装部材２１に流体２２が充填されている。ここで、外装部材２１は、伸縮性部材であり、第１領域２１ａと、第１領域２１ａと接続されており、第１領域２１ａよりもヤング率が低い第２領域２１ｂを有する。また、バッテリセル１１ａの積層方向から上面視した場合に、第１領域２１ａは、外装部材２１の外周部のうち、バッテリセル１１ａのタブリード２３が配置されている側（図中、左右方向の両端部）に存在している。このため、バッテリセル１１ａの充電に伴う膨張に追従して、緩衝材１４が収縮する際に、第１領域２１ａが膨張しやすくなるため、流体２２の圧力の増大が抑制される（図３参照）。その結果、エンドプレート１２を補強しなくても、バッテリモジュール１０の耐久性が維持される。また、バッテリセル１１ａの放電に伴う収縮に追従して、緩衝材１４が膨張する際に、第１領域２１ａが収縮しやすくなる（図２参照）。このため、バッテリモジュール１０は、緩衝材１４中の流体２２の充填量を変化させなくても、エネルギー密度が向上する。また、バッテリセル１１ａのタブリード２３が配置されている側のデッドスペースが有効に活用される。
【0022】
なお、バッテリセル１１ａの積層方向から上面視した場合に、第１領域２１ａは、外装部材２１の外周部のうち、少なくとも一部の領域に存在していればよい。例えば、第１領域２１ａは、外装部材２１の外周部のうち、図中、左右方向の一方の端部に存在していてもよいし、外装部材２１の外周部の全領域に存在していてもよい。
【0023】
また、バッテリセル１１ａの積層方向から上面視した場合に、第１領域２１ａおよび第２領域２１ｂの境界は、バッテリセル１１ａの端部に位置しているが、バッテリセル１１ａの端部の近傍であれば、バッテリセル１１ａに対向している領域に位置していてもよいし、バッテリセル１１ａに対向していない領域に位置していてもよい。
【0024】
緩衝材１４を構成する材料としては、バッテリセル１１ａの充放電に伴う膨張収縮に追従することが可能であれば、特に限定されないが、例えば、ゴム、エラストマー、伸縮性樹脂が挙げられる。ゴムとしては、例えば、エチレン・プロピレンゴム、ニトリルゴム、フッ素ゴム、クロロプレンゴム、ウレタンゴムが挙げられる。エラストマーとしては、例えば、スチレン系エラストマー、オレフィン系エラストマーが挙げられる。伸縮性樹脂としては、例えば、ポリプロピレン、ポリアミドが挙げられる。
【0025】
第１領域２１ａのヤング率は、流体２２の圧力の増大を抑制することが可能であれば、特に限定されないが、例えば、３ＭＰａ以上５００ＭＰａ以下である。また、第２領域２１ｂのヤング率は、バッテリセル１１ａの充放電に伴う膨張収縮に追従することが可能であれば、特に限定されないが、例えば、２ＭＰａ以上１００ＭＰａ以下である。なお、第１領域２１ａおよび第２領域２１ｂのヤング率は、厚さによって大きく異なる。
【0026】
なお、第１領域２１ａおよび第２領域２１ｂのヤング率は、例えば、第１領域２１ａおよび第２領域２１ｂを構成する材料や、第１領域２１ａおよび第２領域２１ｂの厚さを変更することにより、調整することができる。
【0027】
外装部材２１の平均厚さは、０．４ｍｍ以下であることが好ましく、０．２ｍｍ以下であることがさらに好ましい。外装部材２１の平均厚さが０．４ｍｍ以下であると、バッテリセル１１ａの放電時の緩衝材１４の膨張が抑制され、その結果、バッテリセル１１ａの放電時のバッテリモジュール１０のエネルギー密度が向上する。なお、外装部材２１の平均厚さは、特に限定されないが、例えば、０．１ｍｍ以上である。
【0028】
第１領域２１ａに存在する流体２２の体積の最大値、すなわち、バッテリセル１１ａの満充電時に第１領域２１ａに存在する流体２２の体積は、１０ｍＬ以上４０ｍＬ以下であることが好ましい。第１領域２１ａに存在する流体２２の体積の最大値が１０ｍＬ以上４０ｍＬ以下であると、バッテリセル１１ａの放電時の緩衝材１４の膨張が抑制され、その結果、バッテリモジュール１０のエネルギー密度が向上する。
【0029】
流体２２は、液体および気体のいずれであってもよいが、バッテリセル１１ａの充放電に伴う膨張収縮に追従しやすいことから、気体であることが好ましい。
【0030】
なお、外装部材２１は、伸縮性部材でなくてもよく、バッテリセル１１ａの積層方向から上面視した場合に、外装部材２１の外周部のうち、少なくとも一部の領域（例えば、第１領域２１ａ）に伸縮性部材が存在していてもよい。この場合、第２領域２１ｂは、第１領域２１ａよりもヤング率が低くなくてもよい。例えば、第１領域２１ａおよび第２領域２１ｂのヤング率が同一であっても、緩衝材１４中の流体２２の充填量を変化させずに、バッテリモジュール１０のエネルギー密度を向上させることができる。
【0031】
図４に、図３の状態（満充電時）において、第１領域２１ａに存在する流体２２の体積を変化させた場合の緩衝材１４の厚さとバッテリセル１１ａの面圧の関係を示す。このとき、ＳＯＣ０％（１０℃）からＳＯＣ１００％（７５℃）にバッテリセル１１ａを充電した場合のシミュレーションを実施し、外装部材２１の厚さを０．２ｍｍとした。
【0032】
図４から、満充電時の第１領域２１ａに存在する流体２２の体積が０ｍｌであると、バッテリセル１１ａの面圧が大きく、満充電時の第１領域２１ａに存在する流体２２の体積が大きくなると、バッテリセル１１ａの面圧が小さくなることがわかる。
【0033】
図５に、緩衝材１４の厚さが１ｍｍである場合の第１領域２１ａに存在する流体２２の体積とバッテリセル１１ａの面圧の関係を示す。
【0034】
図５から、バッテリモジュール１０のエネルギー密度を考慮して、緩衝材１４の厚さを１ｍｍ程度とする場合に、バッテリセル１１ａの面圧を所定値以下にするためには、満充電時の第１領域２１ａに存在する流体２２の体積を所定値以上にする必要があることがわかる。
【0035】
なお、緩衝材１４は、複数のバッテリセル１１ａの間、または、バッテリセル１１ａとエンドプレート１２との間に、配置されていてもよい。
【0036】
また、外装部材２１の代わりに、第２領域２１ｂよりもヤング率が高い第３領域２１ｃをさらに有し、第１領域２１ａおよび第２領域２１ｂは、第３領域２１ｃを介して、接続されている外装部材２１Ａを使用してもよい（図６参照）。これにより、第３領域２１ｃの剛性が高くなるため、緩衝材１４の耐久性が向上する。
【0037】
第３領域２１ｃのヤング率は、緩衝材１４の耐久性を向上させることが可能であれば、特に限定されないが、例えば、５ＭＰａ以上１０ＧＰａ以下である。
【0038】
なお、第３領域２１ｃのヤング率は、例えば、第３領域２１ｃを構成する材料や、第３領域２１ｃの厚さを変更したり、第３領域２１ｃの内面および／または外面にテープを貼り付けたりすることにより、調整することができる。
【0039】
テープとしては、第３領域２１ｃの剛性を高くすることが可能であれば、特に限定されないが、例えば、ガラスファイバー、カーボンファイバー等の連続繊維にポリアミド等の樹脂を含浸させた高剛性テープが挙げられる。
【0040】
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。
【0041】
以下、固体電池セル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。
【0042】
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。
【0043】
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。
【0044】
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。
【0045】
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。
【0046】
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。
【0047】
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。
【0048】
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】
【0049】
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 緩衝材
２１、２１Ａ 外装部材
２１ａ 第１領域
２１ｂ 第２領域
２１ｃ 第３領域
２２ 流体
２３ タブリード
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 緩衝材
２１、２１Ａ 外装部材
２１ａ 第１領域
２１ｂ 第２領域
２１ｃ 第３領域
２２ 流体
２３ タブリード
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】