特開 2024-158178 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】P2024158178

(43)【公開日】2024-11-08

(54)【発明の名称】電池モジュールの製造方法

(51)【国際特許分類】

   H01M 50/242 20210101AFI20241031BHJP

   H01M 50/211 20210101ALI20241031BHJP

   H01M 50/271 20210101ALI20241031BHJP

【ＦＩ】

H01M50/242

H01M50/211

H01M50/271 S

H01M50/271 B

【審査請求】未請求

【請求項の数】1

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2023073154

(22)【出願日】2023-04-27

(71)【出願人】

【識別番号】000003207

【氏名又は名称】トヨタ自動車株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100101203

【弁理士】

【氏名又は名称】山下 昭彦

(74)【代理人】

【識別番号】100104499

【弁理士】

【氏名又は名称】岸本 達人

(74)【代理人】

【識別番号】100129838

【弁理士】

【氏名又は名称】山本 典輝

(72)【発明者】

【氏名】石川 翔太朗

(72)【発明者】

【氏名】山田 淳司

【テーマコード（参考）】

5H040

【Ｆターム（参考）】

5H040AA07

5H040AS07

5H040AT04

5H040AT06

5H040AY05

5H040CC05

5H040CC20

5H040JJ00

(57)【要約】

【課題】本開示は、耐衝撃性がより向上された電池モジュールの製造方法を提供することを主目的とする。
【解決手段】本開示においては、電池モジュールの製造方法であって、厚さ方向に電極が複数積層された電池セルと、底部、壁部およびフランジ部を有する凹形状を有する第１外装体および第２外装体と、を準備する、準備工程と、上記第１外装体の上記底部に、上記電池セルを上記厚さ方向に複数積層する、積層工程と、上記第２外装体の上記底部に、口部および袋部を有する袋部材を取り付ける、取付工程と、上記第１外装体および上記第２外装体の上記底部同士が対向するように、上記第１外装体上に上記第２外装体を配置し、かつ、上記第１外装体および第２外装体の上記フランジ部同士を締結して、上記複数の電池セルを収容する、収容工程と、上記口部から上記袋部に充填剤を充填することで上記袋部を膨張させる、充填工程と、を有する、電池モジュールの製造方法を提供することにより上記課題を解決する。
【選択図】図２

【特許請求の範囲】

【請求項1】

電池モジュールの製造方法であって、
厚さ方向に電極が複数積層された電池セルと、底部、壁部およびフランジ部を有する凹形状を有する第１外装体および第２外装体と、を準備する、準備工程と、
前記第１外装体の前記底部に、前記電池セルを前記厚さ方向に複数積層する、積層工程と、
前記第２外装体の前記底部に、口部および袋部を有する袋部材を取り付ける、取付工程と、
前記第１外装体および前記第２外装体の前記底部同士が対向するように、前記第１外装体上に前記第２外装体を配置し、かつ、前記第１外装体および第２外装体の前記フランジ部同士を締結して、前記複数の電池セルを収容する、収容工程と、
前記口部から前記袋部に充填剤を充填することで前記袋部を膨張させる、充填工程と、を有する、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】

本開示は、電池モジュールの製造方法に関する。

【背景技術】

【0002】

厚さ方向に複数の電極が積層された電池を複数積層し、これを外装体に収容した電池モジュールが知られている。例えば特許文献１には、電池ケースと電池スタックとの間に、電池スタックの拘束状態を適切に維持できるシムが挿入された電池パックの製造方法が開示されている。また、特許文献２には、固体電池セルと容器との間に、膨張収縮可能な袋を有し、気体が充填されて膨張した上記袋を用いて上記固体電池セルが加圧されていることを特徴とする固体電池が開示されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開２０２０－０８７７０４号公報

【特許文献2】特開２０１２－２２１７７３号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

特許文献１および２に示されるように、ケース（外装体）に収容された電池セルを拘束、ケース内部の電池セルを袋などの部材で加圧することで、ケース内部における電池セルの位置を固定でき、振動などケースの外部から加わった衝撃に対する耐性を向上させることが知られている。一方、本発明者らは、電池モジュールの耐衝撃性をより向上できる余地があることを見出した。

【0005】

本開示は、上記実情に鑑みてなされたものであり、耐衝撃性がより向上された電池モジュールの製造方法を提供することを主目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0006】

［１］
電池モジュールの製造方法であって、厚さ方向Ｚに電極が複数積層された電池セルと、底部、壁部およびフランジ部を有する凹形状を有する第１外装体および第２外装体と、を準備する、準備工程と、上記第１外装体の上記底部に、上記電池セルを上記厚さ方向に複数積層する、積層工程と、上記第２外装体の上記底部に、口部および袋部を有する袋部材を取り付ける、取付工程と、上記第１外装体および上記第２外装体の上記底部同士が対向するように、上記第１外装体上に上記第２外装体を配置し、かつ、上記第１外装体および第２外装体の上記フランジ部同士を締結して、上記複数の電池セルを収容する、収容工程と、上記口部から上記袋部に充填剤を充填することで上記袋部を膨張させる、充填工程と、を有する、電池モジュールの製造方法。

【発明の効果】

【0007】

本開示においては、耐衝撃性がより向上された電池モジュールを製造できるという効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

【0008】

【図1】本開示における準備工程で準備する、電池セル、第１外装体および第２外装体を例示する概略断面図である。

【図2】本開示における積層工程、取付工程、収容工程および充填工程を例示する概略断面図である。

【図3】本開示における袋部材の取付位置について説明する概略平面図である。

【発明を実施するための形態】

【0009】

以下、本開示における電池モジュールの製造方法について、詳細に説明する。図１は準備工程で準備する電池セル、第１外装体および第２外装体を例示する概略断面図であり、図２は、積層工程、取付工程、収容工程および充填工程を例示する概略断面図である。

【0010】

図１（ａ）および（ｂ）に示すように、本開示における電池モジュールでは、まず、電池セル１０および所定の凹形状を有する第１外装体２０Ａおよび第２外装体２０Ｂを準備する（準備工程）。そして、図２（ａ）に示すように、第１外装体２０Ａの底部２１に、電池セル１０を厚さ方向Ｚに複数積層する（積層工程）。次いで、図２（ｂ）に示すように、第２外装体２０Ｂの底部２１に、所定の袋部材３０を取り付ける（取付工程）。次いで、図２（ｃ）に示すように、第１外装体２０Ａおよび第２外装体２０Ｂにより、複数の電池セル１０を収容する（収容工程）。そして、図２（ｄ）に示すように、口部３１から袋部３２に充填剤を充填することで袋部３２を膨張させる（充填工程）。なお、本願明細書では、第１外装体および第２外装体が締結された状態において、第１外装体および第２外装体をまとめて電池ケースと称する。

【0011】

本開示によれば、収容工程の後に充填工程を行うため、複数の電池セルの積層バラツキに追従して電池セルと電池ケースとの隙間を埋めることができる。その結果、電池セルと電池ケースとの間の隙間をより少なくすることができ、耐衝撃性の良好な電池モジュールを製造することができる。

【0012】

１．準備工程
本開示における準備工程は、所定の電池セルと、所定の凹形状を有する第１外装体および第２外装体と、を準備する工程である。

【0013】

図１（ａ）は、準備工程で準備する電池セルを例示する概略断面図であり、図１（ｂ）は、準備工程で準備する第１外装体および第２外装体を例示する概略断面図である。

【0014】

図１（ａ）に示す電池セル１０は、厚さ方向に電極Ｅが複数積層された電極積層体１１と、電極積層体１１を覆うラミネート外装体１２を有している。電極積層体１１は、電極Ｅとして、バイポーラ電極ＢＰ、正極側端部電極ＣＡ、および、負極側端部電極ＡＮを有する。バイポーラ電極ＢＰは、集電体１と、集電体１の一方の面上に配置された正極活物質層２と、集電体１の他方の面上に配置された負極活物質層３と、を有する。正極側端部電極ＣＡは、集電体１と、集電体１の一方の面上に配置された正極活物質層２と、を有する。負極側端部電極ＡＮは、集電体１と、集電体１の一方の面上に配置された負極活物質層３と、を有する。各電極Ｅは、セパレータ４を介して積層されている。

【0015】

電極積層体は、上述したバイポーラ電極を有していてもよく、有していなくてもよい。また、電極積層体における電極の数は特に限定されないが、例えば、３以上、５０以下である。

【0016】

また、図１（ａ）に示すように、電極積層体１１は、通常、正極活物質層１、セパレータ４および負極活物質層３をこの順に有する発電単位Ｕ（Ｕ１～Ｕ２）を有し、通常、電極Ｅの外縁部（発電単位Ｕの外縁部）にシール部５を有する。

【0017】

正極活物質層、セパレータ、負極活物質層および集電体は、電池に用いられる従来公知の材料とすることができる。また、通常、電池セルの内部には電解液が充填され、正極活物質層、セパレータおよび負極活物質層には、電解液が含侵されている。

【0018】

ラミネート外装体は特に限定されず、従来公知の部材を使用することができる。ラミネート外装体としては、例えば、熱溶着層、金属層および樹脂層を、厚さ方向に沿って、この順に有するラミネートフィルムが挙げられる。熱溶着層、金属層および樹脂層については、従来公知の材料を使用することができる。

【0019】

電池セルの種類は、典型的には、リチウムイオン電池である。

【0020】

図１（ｂ）に示すように、第１外装体２０Ａおよび第２外装体２０Ｂは、底部２１、壁部２２およびフランジ部２３を有する凹形状を有する。壁部２２は底部２１と接続され、フランジ部２３は壁部２２と接続されている。また、第１外装体２０Ａおよび第２外装体２０Ｂを底部２１の垂線方向Ｐから平面視した場合、壁部２２は底部２１の外縁の全周に配置されている。また、フランジ部２３は、底部の垂線方向Ｐと交差する方向であって、壁部２２で囲まれた領域の外側の方向に延在する。

【0021】

底部の面積および壁部の高さ（底部の垂線方向Ｐにおける壁部の長さ）については、収容する電池セルのサイズおよび積層数に応じて適宜調整することができる。

【0022】

第１外装体および第２外装体の材料は特に限定されず、鋼など、電池のケースとして用いられる従来公知の材料とすることができる。また、第１外装体および第２外装体は、防錆塗装が施された部材であってもよい。

【0023】

また、第１外装体および第２外装体のサイズ（底部の面積、壁部の高さ、フランジ部の面積）は、同じであってもよく、異なっていてもよい。

【0024】

上述した凹形状を有する第１外装体および第２外装体は、例えば、板状部材をプレス成型することで準備することができる。

【0025】

２．積層工程
図２（ａ）に示すように、本開示における積層工程は、第１外装体２０Ａの底部２１に、電池セル１０を厚さ方向Ｚに複数積層する工程である。

【0026】

電池セルの積層方向（厚さ方向）は、第１外装体の底部の垂線方向と並行である。

【0027】

積層する電池セルの数は、特に限定されず、例えば、２以上、１０以下である。また、積層工程においては、隣接する電池セルの間に導電性接着剤を塗布してもよい。また、第１外装体の底部に導電性接着剤を塗布して電池セルを積層してもよい。導電性接着剤については特に限定されず、電池の分野における従来公知の材料とすることができる。

【0028】

３．取付工程
図２（ｂ）に示すように、本開示における取付工程は、第２外装体２０Ｂの底部２１に、口部３１および袋部３２を有する袋部材３０を取り付ける工程である。

【0029】

図２（ｂ）に示すように、通常、口部３１は、第２外装体２０Ｂの底部２１を貫通するように取り付けられる。また、取り付けられる袋部材は、複数であることが好ましい。図３は、後述する収容工程後の外装体（第１外装体の底部）および電池セルを厚さ方向から平面視した概略平面図である。図３に示すように、袋部材３０は、袋部３２が電池セル１０を取り囲むように複数取り付けられることが好ましい。

【0030】

口部の材料は特に限定されず、樹脂パイプなどの配管部材を挙げることができる。袋部の材料は、例えば樹脂ラミシートなどのシート部材を挙げることができる。袋部材は、上述した配管部材を２枚のシート部材で挟み、配管部材とシート部材、およびシート部材の外周同士を熱溶着することで、作製することができる。

【0031】

袋部材は、第２外装体の底部の任意の位置に穴をあけ、そして、上記穴から口部を突出させて固定することで、第２外装体に取り付けることができる。

【0032】

４．収容工程および充填工程
図２（ｃ）に示すように、本開示における収容工程は、第１外装体２０Ａおよび第２外装体２０Ｂの底部２１同士が対向するように、第１外装体２０Ａ上に第２外装体２０Ｂを配置し、かつ、第１外装体２０Ａおよび第２外装体２０Ｂのフランジ部２３同士を締結して、複数の電池セル１０を収容する工程である。

【0033】

フランジ部を締結する方法は特に限定されず、図２（ｃ）に示すように、ナットなどの締結部材４０を用いた方法を挙げることができる。

【0034】

図２（ｄ）に示すように、本開示における充填工程は、口部３１から袋部３２に充填剤を充填することで袋部３２を膨張させる工程である。なお、充填剤を充填した後においては、通常、口部は封止される。

【0035】

充填剤の種類は特に限定されず、液系の充填剤であってもよく、固体系の充填剤であってもよい。後者としては、例えば、シリコン系接着剤を挙げることができる。充填量については、袋部を膨張させ電池セルと外装体との隙間を埋めることができる量であれば特に限定されない。シリコン系接着剤を用いる場合には、充填後にシリコン系接着剤を硬化させてもよい。

【0036】

また、充填工程においては、電池ケース内を減圧した状態で上記充填剤を袋部材に充填してもよい。

【0037】

５．電池モジュール
電池モジュールの用途としては、例えば、ハイブリッド車（ＨＥＶ）、プラグインハイブリッド車（ＰＨＥＶ）、電気自動車（ＢＥＶ）、ガソリン自動車、ディーゼル自動車等の車両の電源が挙げられる。特に、ハイブリッド車（ＨＥＶ）、プラグインハイブリッド車（ＰＨＥＶ）または電気自動車（ＢＥＶ）の駆動用電源に用いられることが好ましい。また、積層電池は、車両以外の移動体（例えば、鉄道、船舶、航空機）の電源として用いられてもよく、情報処理装置等の電気製品の電源として用いられてもよい。

【0038】

なお、本開示は、上記実施形態に限定されるものではない。上記実施形態は、例示であり、本開示における特許請求の範囲に記載された技術的思想と実質的に同一な構成を有し、同様な作用効果を奏するものは、いかなるものであっても本開示における技術的範囲に包含される。

【符号の説明】

【0039】

１０ …電池セル
２０Ａ …第１外装体
２０Ｂ …第２外装体
３０ …袋部材
３１ …口部
３２ …袋部
１００ …電池モジュール

【図1】

【図2】

【図3】