特開 2025-91296 電池モジュール

(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】P2025091296

(43)【公開日】2025-06-18

(54)【発明の名称】電池モジュール

(51)【国際特許分類】

   H01M 50/557 20210101AFI20250611BHJP

   H01M 50/211 20210101ALI20250611BHJP

   H01M 50/548 20210101ALI20250611BHJP

   H01M 50/50 20210101ALI20250611BHJP

【ＦＩ】

H01M50/557

H01M50/211

H01M50/548 301

H01M50/50 201Z

【審査請求】未請求

【請求項の数】1

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2023206484

(22)【出願日】2023-12-06

(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】110001519

【氏名又は名称】弁理士法人太陽国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】石川 真也

(72)【発明者】

【氏名】三浦 崇資

(72)【発明者】

【氏名】三村 哲矢

(72)【発明者】

【氏名】霜中 俊宏

(72)【発明者】

【氏名】平田 悠貴

(72)【発明者】

【氏名】芳賀 正宜

(72)【発明者】

【氏名】熊澤 良哉

【テーマコード（参考）】

5H040

5H043

【Ｆターム（参考）】

5H040AA02

5H040AS04

5H040AT04

5H040AY08

5H040DD01

5H040DD11

5H040DD21

5H040JJ02

5H040NN03

5H043AA05

5H043BA17

5H043CA08

5H043DA02

5H043DA08

5H043HA02D

5H043HA11D

5H043JA08D

(57)【要約】

【課題】モジュールケースへの複数個の電池セルの収容効率を向上させることができる電池モジュールを得る。
【解決手段】電池モジュール１１は、正極と負極を構成する板状の電極体４０をラミネートフィルム２２で外装し、幅方向Ｗの一方と他方から電極リード２６を突出させた複数個の電池セル２０を備え、当該複数個の電池セル２０を厚み方向Ｄに積層し、モジュールケース１６に収容している。複数個の電池セル２０の少なくとも一部は、電極リード２６同士を接続する接続部７０を介して一続きに接続され、当該接続部７０の位置で蛇腹折りして積層されることにより、電気的に接続されている。
【選択図】図３

【特許請求の範囲】

【請求項1】

正極と負極を構成する板状の電極体をラミネートフィルムで外装し、幅方向の一方と他方から電極リードを突出させた複数個の電池セルを備え、当該複数個の電池セルを厚み方向に積層し、モジュールケースに収容した電池モジュールであって、
前記複数個の電池セルの少なくとも一部は、
前記電極リード同士を接続する接続部を介して一続きに接続され、当該接続部の位置で蛇腹折りして積層されることにより、電気的に接続されている、
電池モジュール。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、電池モジュールに関する。

【背景技術】

【0002】

下記特許文献１には、セル本体外周縁から互いに反対方向に伸延するシート状の正極端子および負極端子を有する複数の両タブ型セルを並列に配置し、前記端子伸延方向に各々配設されて前記各端子のうちの同一極端子同士を一対の略板状のバスバーによって接続したセルユニットを、極性の異なるバスバー同士が対向するように複数積層配設したセルモジュールが記載されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特許第３９１２２０１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に記載されたセルモジュールでは、積層方向に対向する両タブ型セル同士の接続が、一対のバスバーと、一対のバスバー同士を連結する導電性柱状部材を介して行われる。このため、積層方向に対向する両タブ型セルの間に一対のバスバーと導電性柱状部材とを収容するスペースが必要となり、モジュールケース内における両タブ型セルの収容効率が低下する。

【0005】

本発明は上記事実を考慮し、モジュールケースへの複数個の電池セルの収容効率を向上させることができる電池モジュールを得ることを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0006】

第１の態様の電池モジュールは、正極と負極を構成する板状の電極体をラミネートフィルムで外装し、幅方向の一方と他方から電極リードを突出させた複数個の電池セルを備え、当該複数個の電池セルを厚み方向に積層し、モジュールケースに収容した電池モジュールであって、前記複数個の電池セルの少なくとも一部は、前記電極リード同士を接続する接続部を介して一続きに接続され、当該接続部の位置で蛇腹折りして積層されることにより、電気的に接続されている。

【0007】

第１の態様の電池モジュールは、正極と負極を構成する板状の電極体をラミネートフィルムで外装し、幅方向の一方と他方から電極リードを突出させた複数個の電池セルを備えている。また、電池モジュールでは、複数個の電池セルを厚み方向に積層し、モジュールケースに収容している。ここで、複数個の電池セルの少なくとも一部は、電極リード同士を接続する接続部を介して一続きに接続され、当該接続部の位置で蛇腹折りして積層されることにより、電気的に接続されている。このように、電極リード同士を直接接続することにより、電池セル間を電気的に接続するバスバーの数を減らし、小型化させることができる。これにより、モジュールケースへの複数個の電池セルの収容効率を向上させることができる。

【発明の効果】

【0008】

以上説明したように、本発明に係る電池モジュールでは、モジュールケースへの複数個の電池セルの収容効率を向上させることができる。

【図面の簡単な説明】

【0009】

【図1】実施形態に係る電池セル２０を厚み方向から見た概略図である。

【図2】実施形態に係る電池セルの内部構造を説明するための模式図である。

【図3】実施形態に係る電池モジュールの一部であって、二つの直列接続セル群同士の接続箇所を示す平面図である。

【発明を実施するための形態】

【0010】

以下、図１～図３を参照し、本発明の一実施形態について説明する。なお、図１～図３の各図において、矢印Ｗで示される方向を電池セル２０の幅方向とし、矢印Ｈで示される方向を電池セル２０の高さ方向（上下方向）とし、矢印Ｄで示される方向を電池セル２０の厚み方向とする。電池セル２０の幅方向Ｗは、後述する電極シート５０及びセパレータ６０の幅方向と一致している。

【0011】

（電池セル）
図１は、単一の電池セルを厚み方向Ｄから見た概略図である。図１に示されるように、電池セル２０は、幅方向Ｗを長手方向とする扁平かつ長尺な矩形板状に形成され、充電及び放電が可能な二次電池を構成している。

【0012】

電池セル２０は、矩形板状の電極体４０（図２参照）と、電極体４０を外装（封止）するラミネートフィルム２２を有している。電極体４０は、幅方向Ｗの一方と他方の端部において、幅方向Ｗに突出する電極リード２６に接続されている。電極リード２６は、幅方向Ｗの一方で、電極体４０の正極に接続される第１電極リード２６Ａと、幅方向Ｗの他方で、電極体４０の負極に接続される第２電極リード２６Ｂを有している。第１電極リード２６Ａ及び第２電極リード２６Ｂは、幅方向Ｗを長手方向とする矩形板状に形成されている。ラミネートフィルム２２は、厚み方向の少なくとも一方にエンボス加工が施されている。エンボス加工が施されることにより、側面に、電極体４０が内部に収容される凹状の収容部２２１（図２参照）が形成される。

【0013】

図２は、電池セル２０の内部構造を説明するための模式図であり、電池セル２０を分解した状態で、高さ方向Ｈから見た状態を示している。図２に示されるように、ラミネートフィルム２２は、電極体４０の厚み方向Ｄ一方に配置される第１ラミネートフィルム２２Ａと電極体４０の厚み方向Ｄ他方に配置される第２ラミネートフィルム２２Ｂを有している。第１ラミネートフィルム２２Ａと第２ラミネートフィルム２２Ｂは、電極体４０の両側で厚み方向Ｄに重ねられ、外周部同士が熱溶着されることで電極体４０の収容空間を形成している。本実施形態では、第２ラミネートフィルム２２Ｂの一方にエンボス加工が施され、収容部２２１が形成されている。ラミネートフィルム２２は、エンボス加工が１カ所であるシングルカップエンボス構造と、エンボス加工が２カ所であるダブルカップエンボス構造の両方を採用し得る。本実施形態では、第２ラミネートフィルム２２Ｂの一方に絞り深さ８ｍｍ～１０ｍｍ程度の収容部２２１が形成されたシングルカップエンボス構造が採用されている。

【0014】

電池セル２０の幅方向Ｗの一方では、ラミネートフィルム２２の端部から第１電極リード２６Ａの一端が幅方向Ｗに突出している。電池セル２０の幅方向Ｗの他方では、ラミネートフィルム２２の端部から第２電極リード２６Ｂの一端が幅方向Ｗに突出している。

【0015】

上記電池セル２０の車両幅方向の長さＣＷ１は、例えば、５３０ｍｍ～６００ｍｍ、６００ｍｍ～７００ｍｍ、７００ｍｍ～８００ｍｍ、８００～９００ｍｍ、１０００ｍｍ以上であり、電極体が収容されている領域の長さＣＷ２は、例えば、５００ｍｍ～５２０ｍｍ、６００ｍｍ～７００ｍｍ、７００ｍｍ～８００ｍｍ、８００～９００ｍｍ、１０００ｍｍ以上であり、電池セル２０の高さＣＨは、例えば、８０ｍｍ～１１０ｍｍ、１１０ｍｍ～１４０ｍｍである。また、電池セル２０の厚みは、５．０ｍｍ～７．０ｍｍ、７．０ｍｍ～９．０ｍｍ、９．０ｍｍ～１１．０ｍｍであり、電極リード（端子）２６の高さＴＨは、４０ｍｍ～５０ｍｍ、５０ｍｍ～６０ｍｍ、６０ｍｍ～７０ｍｍである。

【0016】

（電極体）
電極体４０は、複数の電極シート５０とセパレータ６０とを交互に積層して構成されている。複数の電極シート５０は、複数の正極シート５２と、複数の負極シート５４を有しており、電極体４０では、正極シート５２と負極シート５４とが、セパレータ６０を介して交互に積層されている。

【0017】

正極シート５２は、例えば、アルミ箔で形成したシート状の正極集電体の両面に正極活物質を塗工したものである。正極活物質は、イオンの吸蔵及び放出が可能な物質であり、リチウムイオン二次電池であれば、例えば、リチウムニッケル系酸化物、リチウムコバルト系酸化物（例えば、ＬｉＣｏＯ２等）及びリチウムマンガン系酸化物（例えば、ＬｉＭｎ２Ｏ４）等で構成することができる。

【0018】

正極シート５２の幅方向Ｗ一方の端部は、セパレータの幅方向一方の端部から突出する突出端部５２Ａとされている。この突出端部５２Ａは、正極活物質が塗工されておらず正極集電体が露出している。突出端部５２Ａは、他の正極シート５２の突出端部５２Ａとともに電極体４０の積層方向（図２では厚み方向Ｄ）の所定の位置に集成され、正極側の集電部を構成している。本実施形態では、複数の正極シート５２の突出端部５２Ａが第１ラミネートフィルム２２Ａ側に集成され、正極側の集電部を構成し、当該集電部と第１ラミネートフィルム２２Ａとの間に第１電極リード２６Ａが配置される。これにより、第１電極リード２６Ａが電極体４０の正極に接続されている。

【0019】

負極シート５４は、例えば、銅箔で形成したシート状の負極集電体の両面に負極活物質を塗工したものである。負極活物質は、イオンの吸蔵及び放出が可能な物質であり、リチウムイオン二次電池であれば、例えば、炭素材料、フッ素樹脂（例えば、ポリフッ化ビニリデン、テトラフルオロエチレン－ヘキサフルオロプロピレン共重合体等）、ポリ酢酸ビニル等で構成することができる。

【0020】

セパレータ６０は、正極シート５２と負極シート５４との間隔を保持して接触短絡の発生を防ぐ絶縁層であるとともに、非水電解液を保持する。セパレータ６０は、例えば、多孔質の樹脂平板で構成されている。本実施形態では、電池セル２０は、シート状に切り出された複数のセパレータ６０を有し、正極シート５２と負極シート５４の間に一枚のセパレータ６０が配置されている。

【0021】

負極シート５４の幅方向Ｗ他方の端部は、セパレータの幅方向他方の端部から突出する突出端部５４Ａとされている。この突出端部５４Ａは、負極活物質が塗工されておらず負極集電体が露出している。突出端部５４Ａは、他の負極シート５４の突出端部５４Ａとともに第１ラミネートフィルム２２Ａ側に集成され、負極側の集電部を構成している。本実施形態では、複数の負極シート５４の突出端部５４Ａが第１ラミネートフィルム２２Ａ側に集成され、負極側の集電部を構成し、当該集電部と第１ラミネートフィルム２２Ａとの間に第２電極リード２６Ｂが配置される。これにより、第２電極リード２６Ｂが電極体４０の負極に接続されている。

【0022】

（電池モジュール）
図３は、複数個の電池セル２０で構成される電池モジュール１１を模式的に示す平面図である。図３には、複数個の電池セル２０で構成される二つの直列接続セル群２０ＤＣ同士の接続箇所が示されている。

【0023】

図３に示されるように、電池モジュール１１は、箱状の収容空間を形成するモジュールケース１６に、複数個の電池セル２０を厚み方向Ｄに積層して収容したものとなっている。複数個の電池セル２０の少なくとも一部は、電気的に並列接続された二つの直列接続セル群２０ＤＣを有している。

【0024】

直列接続セル群２０ＤＣは、電極リード２６同士を接続する接続部７０を介して一続きに接続された複数個の電池セル２０で構成される。直列接続セル群２０ＤＣは、一続きに接続された複数個の電池セル２０を接続部７０の位置で蛇腹折りして積層している。このため、直列接続セル群２０ＤＣでは、電極リード２６同士の接続部７０が、幅方向Ｗの一方と他方に交互に設けられている。直列接続セル群２０ＤＣを構成する電池セル２０の数は特に限定されず、二つ以上であればよい。本実施形態の一例では、一続きに接続された三つの電池セル２０で直列接続セル群２０ＤＣが構成されている。

【0025】

各接続部７０は、電気的な極性が異なる電極リード同士を接続している。即ち、第１電極リード２６Ａと第２電極リード２６Ｂとを接続している。従って、直列接続セル群２０ＤＣを構成する複数個の電池セル２０は、接続部７０を介して電気的に直列接続されている。接続部７０は、例えば、スポット溶接などの溶接部となっている。

【0026】

二つの直列接続セル群２０ＤＣは、バスバー３０を介して電気的に並列接続されている。モジュールケース１６内では、電気的な極性が同一とする一対の電極リード２６が、積層方向（厚み方向Ｄ）に対向している。一対の電極リード２６は、二つの直列接続セル群２０ＤＣからそれぞれ突出し、電池セル２０の側方に配置されたバスバー３０に向かって引き出されている。

【0027】

バスバー３０は、例えば、電池セル２０の幅方向Ｗを板厚方向とする板状に形成されており、電池セル２０の積層方向（厚み方向Ｄ）に沿って延在している。モジュールケース１６内では、電池セル２０の幅方向Ｗの一方側に、バスバー３０が配置されている。一対の電極リード２６は、バスバー３０を板厚方向に貫通するスロット状の貫通孔３２に挿入され、貫通孔３２から突出した端部がバスバー３０側に折り返された状態で、バスバー３０の表面に溶接されている。本実施形態では、一対の第１電極リード２６Ａがバスバー３０の表面に重ねられ、同時溶接により接合されている。これにより、二つの直列接続セル群が、バスバー３０を介して電気的に並列接続される。

【0028】

（作用並びに効果）
以上説明したように、本実施形態に係る電池モジュール１１は、正極と負極を構成する板状の電極体４０をラミネートフィルム２２で外装し、幅方向Ｗの一方と他方から電極リード２６を突出させた複数個の電池セル２０を備えている。また、電池モジュール１１では、複数個の電池セル２０を厚み方向に積層し、モジュールケース１６に収容している。ここで、複数個の電池セル２０の少なくとも一部は、電極リード２６同士を接続する接続部７０を介して一続きに接続され、当該接続部７０の位置で蛇腹折りして積層されることにより、電気的に接続されている。このように、電極リード２６同士を直接接続することにより、電池セル２０間を電気的に接続するバスバー３０の数を減らし、小型化させることができる。これにより、モジュールケース１６への複数個の電池セル２０の収容効率を向上させることができる。

【0029】

また、本実施形態では、モジュールケース１６に収容された複数個の電池セル２０の少なくとも一部は、複数個の電池セル２０同士が接続部７０を介して電気的に直列接続された二つの直列接続セル群２０ＤＣを構成している。そして、この二つの直列接続セル群２０ＤＣは、バスバー３０を介して電気的に並列接続されている。このように、電気的に直列接続される電池セル２０間で電極リード２６同士を直接接続し、蛇腹折りして積層することにより、電気的に直接接続された電池セル群の確認が容易になり、バスバー３０を介して並列接続した箇所との混同が生じない。このため、バスバー３０の削減により電池セル２０の収容効率を向上させることができるとともに、モジュールの組み立て作業性も良好にすることができる。

【0030】

以上、本発明の一実施形態について説明したが、本発明はこれに限らない。例えば、上記実施形態において、バスバー３０を介して接続された電極リード２６同士を接続部７０と同様に、電極リード２６同士の直接接続により接続してもよい。即ち、上記実施形態の構成から、バスバー３０を省略してもよい。
また、上記実施形態では、電気的な極性が異なる電極リード同士が接続部７０を介して電気的に接続される構成としたが、これに限らない。電気的な極性が同じ電極リード同士が接続部７０を介して電気的に接続される構成としてもよい。即ち、複数個の電池セルが接続部７０を介して一続きに接続され、接続セル群を構成する場合に、接続部７０が、隣接する電池セル２０同士を直接接続してもよいし、並列接続してもよい。これらは、電池モジュールの設計に応じて適宜変更することができる。

【符号の説明】

【0031】

１１ 電池モジュール
１６ モジュールケース
２０ 電池セル
２０ＤＣ 直列接続セル群
２２ ラミネートフィルム
２６ 電極リード
３０ バスバー
４０ 電極体
７０ 接続部
Ｗ 幅方向

【図1】

【図2】

【図3】