特許 7244671 電池モジュール及び電池パック

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2023-03-13

(45)【発行日】2023-03-22

(54)【発明の名称】電池モジュール及び電池パック

(51)【国際特許分類】

   H01M 50/204 20210101AFI20230314BHJP

   H01M 50/209 20210101ALI20230314BHJP

   H01M 50/293 20210101ALI20230314BHJP

   H01M 50/242 20210101ALI20230314BHJP

   H01M 50/249 20210101ALI20230314BHJP

   H01M 50/103 20210101ALI20230314BHJP

   H01M 50/119 20210101ALI20230314BHJP

   H01M 50/124 20210101ALI20230314BHJP

   H01M 50/131 20210101ALI20230314BHJP

   H01M 10/04 20060101ALI20230314BHJP

   H01M 10/651 20140101ALI20230314BHJP

【ＦＩ】

H01M50/204 401H

H01M50/209

H01M50/293

H01M50/242

H01M50/249

H01M50/103

H01M50/119

H01M50/124

H01M50/131

H01M10/04 W

H01M10/04 Z

H01M10/651

【請求項の数】 16

(21)【出願番号】P 2021563000

(86)(22)【出願日】2020-04-17

(65)【公表番号】

(43)【公表日】2022-04-19

(86)【国際出願番号】 CN2020085441

(87)【国際公開番号】W WO2020228485

(87)【国際公開日】2020-11-19

【審査請求日】2021-10-22

(31)【優先権主張番号】201910398912.1

(32)【優先日】2019-05-14

(33)【優先権主張国・地域又は機関】CN

【早期審査対象出願】

【前置審査】

(73)【特許権者】

【識別番号】513196256

【氏名又は名称】寧徳時代新能源科技股▲分▼有限公司

【氏名又は名称原語表記】Ｃｏｎｔｅｍｐｏｒａｒｙ Ａｍｐｅｒｅｘ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ Ｃｏ．， Ｌｉｍｉｔｅｄ

【住所又は居所原語表記】Ｎｏ．２，Ｘｉｎｇａｎｇ Ｒｏａｄ，Ｚｈａｎｇｗａｎ Ｔｏｗｎ，Ｊｉａｏｃｈｅｎｇ Ｄｉｓｔｒｉｃｔ，Ｎｉｎｇｄｅ Ｃｉｔｙ，Ｆｕｊｉａｎ Ｐｒｏｖｉｎｃｅ，Ｐ．Ｒ．Ｃｈｉｎａ ３５２１００

(74)【代理人】

【識別番号】110001818

【氏名又は名称】弁理士法人Ｒ＆Ｃ

(72)【発明者】

【氏名】金 海族

(72)【発明者】

【氏名】胡 ▲飛▼

(72)【発明者】

【氏名】李 振▲華▼

(72)【発明者】

【氏名】史 ▲東▼洋

(72)【発明者】

【氏名】▲楊▼ 瑞

(72)【発明者】

【氏名】曾 毓群

(72)【発明者】

【氏名】林 永寿

【審査官】井原 純

(56)【参考文献】

【文献】特開２０１２－０８９４１５（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００６－２２２０６６（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００１－２５６９４２（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１１－０７０９３２（ＪＰ，Ａ）

【文献】JRC exploratory research : Safer Li-ion Batteries by preventing thermal propagation，JRC TECHNICAL REPORTS，2018年，P.31,Fig.6

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｈ０１Ｍ ５０／２０－５０／２９８

Ｈ０１Ｍ １０／０４

Ｈ０１Ｍ １０／６０－１０／６６７

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

電池モジュール（１）であって、
第１の方向（Ｘ）に沿って順次に配置された複数の電池（１１）と、隣接する２つの電池（１１）の間に位置する第１の接着部材（１２）と、を含み、
前記電池（１１）は、それぞれ、ケース（１１２）と、ケース（１１２）内に収容された電極アセンブリ（１１１）と、ケース（１１２）に接続されたトップカバーアセンブリ（１１３）と、を含み、
前記ケース（１１２）は、前記電極アセンブリ（１１１）の前記第１の方向（Ｘ）に沿った対向する両側にそれぞれ位置する２つの第１の側壁（１１２ａ）と、前記電極アセンブリ（１１１）の、前記第１の方向（Ｘ）に垂直である第２の方向（Ｙ）に沿った両側にそれぞれ位置する２つの第２の側壁（１１２ｂ）と、を含み、
隣接する２つの前記電池（１１）の前記第１の側壁（１１２ａ）は対向するように設置されており、固定接続されており、
前記第１の接着部材（１２）は隣接する２つの前記電池（１１）の前記第１の側壁（１１２ａ）を接続し、
前記ケース（１１２）は、全体が金属材料で製造されるか、または、金属材料で製造された基板と、塗布又は接着の方式によって基板の外表面に設置された絶縁層とを含み、
前記第１の側壁（１１２ａ）の熱伝導率は１００Ｗ／（ｍ・Ｋ）～２５０Ｗ／（ｍ・Ｋ）であり、面積はＳ _１ であり、
前記第２の側壁（１１２ｂ）の面積はＳ _２ であり、且つＳ _２ はＳ _１ より大きく、
前記第１の接着部材（１２）の熱伝導率は０．２Ｗ／（ｍ・Ｋ）～０．５Ｗ／（ｍ・Ｋ）であり、前記第１の側壁（１１２ａ）のうち前記第１の接着部材（１２）で覆われている部分の面積はＳ _３ であり、前記第１の接着部材（１２）の厚さはＴであり、
Ｓ _３ とＳ _１ は、関係式
０．２５≦Ｓ _３ ／Ｓ _１ ≦０．９５
を満たし、
Ｓ _３ とＴは、関係式
３００ｍｍ≦Ｓ _３ ／Ｔ≦３２０００ｍｍ
を満たし、
隣接する２つの前記電池（１１）の前記電極アセンブリ（１１１）の前記第１の方向（Ｘ）における最小距離をＤとして、前記第１の側壁（１１２ａ）の面積Ｓ_１とＤは、関係式
１．２×１０^－５ｍｍ^－１≦Ｄ／Ｓ_１≦５００×１０^－５ｍｍ^－１
を満たす
ことを特徴とする、電池モジュール（１）。

【請求項2】

第１の側壁（１１２ａ）の面積Ｓ_１と隣接する２つの電池（１１）の電極アセンブリ（１１１）の第１の方向（Ｘ）における最小距離Ｄは、関係式
１．６×１０^－５ｍｍ^－１≦Ｄ／Ｓ_１≦２５０×１０^－５ｍｍ^－１
を満たすことを特徴とする、請求項１に記載の電池モジュール（１）。

【請求項3】

隣接する２つの電池（１１）の電極アセンブリ（１１１）の第１の方向（Ｘ）における最小距離Ｄは１．２ｍｍ～１０ｍｍであり、第１の側壁（１１２ａ）の面積Ｓ_１は４０００ｍｍ^２～６００００ｍｍ^２である、
ことを特徴とする、請求項１に記載の電池モジュール（１）。

【請求項4】

電極アセンブリ（１１１）は２つの第１の表面（１１１ｄ）と２つの第２の表面（１１１ｅ）を有し、第１の表面（１１１ｄ）の面積は第２の表面（１１１ｅ）の面積より大きく、第１の表面（１１１ｄ）は第２の方向（Ｙ）に沿って第２の側壁（１１２ｂ）に向けており、第２の表面（１１１ｅ）は第１の方向（Ｘ）に沿って第１の側壁（１１２ａ）に向けていることを特徴とする、請求項１に記載の電池モジュール（１）。

【請求項5】

電極アセンブリ（１１１）は、第１の電極シート（１１１ａ）、第２の電極シート（１１１ｂ）、及び第１の電極シート（１１１ａ）と第２の電極シート（１１１ｂ）との間に設置されたセパレータ（１１１ｃ）を含み、
第１の電極シート（１１１ａ）、セパレータ（１１１ｃ）及び第２の電極シート（１１１ｂ）は扁平状に巻回され、２つの第１の表面（１１１ｄ）は扁平面であり、第２の方向（Ｙ）に沿って互いに対向しているか、又は、
第１の電極シート（１１１ａ）、セパレータ（１１１ｃ）及び第２の電極シート（１１１ｂ）は第２の方向（Ｙ）に沿って積層されている、
ことを特徴とする、請求項４に記載の電池モジュール（１）。

【請求項6】

第１の電極シート（１１１ａ）、セパレータ（１１１ｃ）及び第２の電極シート（１１１ｂ）は扁平状に巻回され、第２の表面（１１１ｅ）の少なくとも一部は円弧面である、
ことを特徴とする、請求項５に記載の電池モジュール（１）。

【請求項7】

電池モジュール（１）の第１の方向（Ｘ）に沿ったサイズは電池モジュール（１）の第２の方向（Ｙ）に沿ったサイズより大きい
ことを特徴とする、請求項５に記載の電池モジュール（１）。

【請求項8】

第１の側壁（１１２ａ）の面積Ｓ_１と隣接する２つの電池（１１）の電極アセンブリ（１１１）の第１の方向（Ｘ）における最小距離Ｄは、関係式
５×１０^－５ｍｍ^－１≦Ｄ／Ｓ_１≦２００×１０^－５ｍｍ^－１
を満たすことを特徴とする、請求項１に記載の電池モジュール（１）。

【請求項9】

第１の接着部材（１２）の弾性率はＥであり、ＥとＴは、関係式
Ｅ×Ｔ≧５０ＭＰａ・ｍｍ
を満たすことを特徴とする、請求項１に記載の電池モジュール（１）。

【請求項10】

第１の接着部材（１２）は、エポキシ樹脂、ポリウレタン及びアクリル樹脂のうちの１つ又は複数の組み合わせから選択される接着剤である、
ことを特徴とする、請求項１に記載の電池モジュール（１）。

【請求項11】

筐体（２）と、筐体（２）内に収容された電池モジュール（１）とを含み、
前記電池モジュール（１）は、第１の方向（Ｘ）に沿って順次に配置された複数の電池（１１）と、隣接する２つの電池（１１）の間に位置する第１の接着部材（１２）と、を含み、
前記電池（１１）は、それぞれ、ケース（１１２）と、ケース（１１２）内に収容された電極アセンブリ（１１１）と、ケース（１１２）に接続されたトップカバーアセンブリ（１１３）と、を含み、
前記ケース（１１２）は、前記電極アセンブリ（１１１）の前記第１の方向（Ｘ）に沿った対向する両側にそれぞれ位置する２つの第１の側壁（１１２ａ）と、前記電極アセンブリ（１１１）の、前記第１の方向（Ｘ）に垂直である第２の方向（Ｙ）に沿った両側にそれぞれ位置する２つの第２の側壁（１１２ｂ）と、を含み、
隣接する２つの前記電池（１１）の前記第１の側壁（１１２ａ）は対向するように設置されており、固定接続されており、
前記第１の接着部材（１２）は隣接する２つの前記電池（１１）の前記第１の側壁（１１２ａ）を接続し、
前記ケース（１１２）は、全体が金属材料で製造されるか、または、金属材料で製造された基板と、塗布又は接着の方式によって基板の外表面に設置された絶縁層とを含み、
前記第１の側壁（１１２ａ）の熱伝導率は１００Ｗ／（ｍ・Ｋ）～２５０Ｗ／（ｍ・Ｋ）であり、面積はＳ _１ であり、
前記第２の側壁（１１２ｂ）の面積はＳ _２ であり、且つＳ _２ はＳ _１ より大きく、
前記第１の接着部材（１２）の熱伝導率は０．２Ｗ／（ｍ・Ｋ）～０．５Ｗ／（ｍ・Ｋ）であり、前記第１の側壁（１１２ａ）のうち前記第１の接着部材（１２）で覆われている部分の面積はＳ _３ であり、前記第１の接着部材（１２）の厚さはＴであり、
Ｓ _３ とＳ _１ は、関係式
０．２５≦Ｓ _３ ／Ｓ _１ ≦０．９５
を満たし、
Ｓ _３ とＴは、関係式
３００ｍｍ≦Ｓ _３ ／Ｔ≦３２０００ｍｍ
を満たし、
隣接する２つの前記電池（１１）の前記電極アセンブリ（１１１）の前記第１の方向（Ｘ）における最小距離をＤとして、前記第１の側壁（１１２ａ）の面積Ｓ_１とＤは、関係式
１．２×１０^－５ｍｍ^－１≦Ｄ／Ｓ_１≦５００×１０^－５ｍｍ^－１
を満たす
ことを特徴とする電池パック。

【請求項12】

電極アセンブリ（１１１）は２つの第１の表面（１１１ｄ）と２つの第２の表面（１１１ｅ）を有し、第１の表面（１１１ｄ）の面積は第２の表面（１１１ｅ）の面積より大きく、第１の表面（１１１ｄ）は第２の方向（Ｙ）に沿って第２の側壁（１１２ｂ）に向けており、第２の表面（１１１ｅ）は第１の方向（Ｘ）に沿って第１の側壁（１１２ａ）に向けていることを特徴とする、請求項１１に記載の電池パック。

【請求項13】

電極アセンブリ（１１１）は、第１の電極シート（１１１ａ）、第２の電極シート（１１１ｂ）、及び第１の電極シート（１１１ａ）と第２の電極シート（１１１ｂ）との間に設置されたセパレータ（１１１ｃ）を含み、
第１の電極シート（１１１ａ）、セパレータ（１１１ｃ）及び第２の電極シート（１１１ｂ）は扁平状に巻回され、２つの第１の表面（１１１ｄ）は扁平面であり、第２の方向（Ｙ）に沿って互いに対向しているか、又は、
第１の電極シート（１１１ａ）、セパレータ（１１１ｃ）及び第２の電極シート（１１１ｂ）は第２の方向（Ｙ）に沿って積層されている、
ことを特徴とする、請求項１２に記載の電池パック。

【請求項14】

電池モジュール（１）の第１の方向（Ｘ）に沿ったサイズは電池モジュール（１）の第２の方向（Ｙ）に沿ったサイズより大きい
ことを特徴とする、請求項１１に記載の電池パック。

【請求項15】

車両本体及び前記車両本体に設置された電池パックを含む車両であって、
前記電池パックは、筐体（２）と、筐体（２）内に収容された電池モジュール（１）を含み、
前記電池モジュール（１）は、第１の方向（Ｘ）に沿って順次に配置された複数の電池（１１）と、隣接する２つの電池（１１）の間に位置する第１の接着部材（１２）と、を含み、
前記電池（１１）は、それぞれ、ケース（１１２）と、ケース（１１２）内に収容された電極アセンブリ（１１１）と、ケース（１１２）に接続されたトップカバーアセンブリ（１１３）と、を含み、
前記ケース（１１２）は、前記電極アセンブリ（１１１）の前記第１の方向（Ｘ）に沿った対向する両側にそれぞれ位置する２つの第１の側壁（１１２ａ）と、前記電極アセンブリ（１１１）の、前記第１の方向（Ｘ）に垂直である第２の方向（Ｙ）に沿った両側にそれぞれ位置する２つの第２の側壁（１１２ｂ）と、を含み、
隣接する２つの前記電池（１１）の前記第１の側壁（１１２ａ）は対向するように設置されており、固定接続されており、
前記第１の接着部材（１２）は隣接する２つの前記電池（１１）の前記第１の側壁（１１２ａ）を接続し、
前記ケース（１１２）は、全体が金属材料で製造されるか、または、金属材料で製造された基板と、塗布又は接着の方式によって基板の外表面に設置された絶縁層とを含み、
前記第１の側壁（１１２ａ）の熱伝導率は１００Ｗ／（ｍ・Ｋ）～２５０Ｗ／（ｍ・Ｋ）であり、面積はＳ _１ であり、
前記第２の側壁（１１２ｂ）の面積はＳ _２ であり、且つＳ _２ はＳ _１ より大きく、
前記第１の接着部材（１２）の熱伝導率は０．２Ｗ／（ｍ・Ｋ）～０．５Ｗ／（ｍ・Ｋ）であり、前記第１の側壁（１１２ａ）のうち前記第１の接着部材（１２）で覆われている部分の面積はＳ _３ であり、前記第１の接着部材（１２）の厚さはＴであり、
Ｓ _３ とＳ _１ は、関係式
０．２５≦Ｓ _３ ／Ｓ _１ ≦０．９５
を満たし、
Ｓ _３ とＴは、関係式
３００ｍｍ≦Ｓ _３ ／Ｔ≦３２０００ｍｍ
を満たし、
隣接する２つの前記電池（１１）の前記電極アセンブリ（１１１）の前記第１の方向（Ｘ）における最小距離をＤとして、前記第１の側壁（１１２ａ）の面積Ｓ_１とＤは、関係式
１．２×１０^－５ｍｍ^－１≦Ｄ／Ｓ_１≦５００×１０^－５ｍｍ^－１
を満たす
ことを特徴とする、車両。

【請求項16】

請求項１１から１４のいずれか一項に記載の電池パックを含み、前記電池パックにより電力が供給される装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本開示は、２０１９年５月１４日に提出された名称が「電池モジュール及び電池パック」である中国特許出願ＣＮ２０１９１０３９８９１２．１の優先権を主張する。該中国特許出願の全ての内容は本明細書中に参考として援用される。

【0002】

本開示は、電池分野に関する。特に、電池モジュール及び電池パックに関する。

【背景技術】

【0003】

二次電池は、エネルギー密度が大きく、使用寿命が長く、省エネ及び環境にやさしい等の利点を有するため、新エネルギー自動車、エネルギー貯蔵発電所等の様々な分野に広く適用される。

【0004】

電池パックは一般的に筐体及び筐体内に収容された電池モジュールを含み、電池モジュールは順次に配置された複数の電池を含む。しかしながら、ある電池に過充電や短絡等の極端な状況が発生する場合、該電池は大量の熱が発生し、熱は該電池に隣接する他の電池に伝達されて、前記他の電池の熱暴走を引き起こし、さらに電池モジュールが失効となり、安全リスクを招く。

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

背景技術に存在する問題に鑑み、本開示の目的は、電池のサイクル性能と安全性能を改善するために、電池モジュール及び電池パックを提供することである。

【課題を解決するための手段】

【0006】

上記目的を達成するために、本開示は電池モジュール及び電池パックを提供する。

【0007】

本開示により提供される電池モジュールは、第１の方向に沿って順次に配置された複数の電池を含む。電池は、ケース内に収容された電極アセンブリ、ケース及びケースに接続されたトップカバーアセンブリを含む。ケースは、電極アセンブリの第１の方向に沿った両側にそれぞれ位置する２つの第１の側壁を含む。隣接する２つの電池の第１の側壁は対向するように設置されている。第１の側壁の面積はＳ_１であり、隣接する２つの電池の電極アセンブリの第１の方向における距離はＤであると、Ｓ_１とＤは関係式１．２×１０^－５ｍｍ^－１≦Ｄ／Ｓ_１≦５００×１０^－５ｍｍ^－１を満たす。

【0008】

本開示の一実施例において、第１の側壁の面積Ｓ_１と隣接する２つの電池の電極アセンブリの第１の方向における距離Ｄは、関係式１．６×１０^－５ｍｍ^－１≦Ｄ／Ｓ_１≦２５０×１０^－５ｍｍ^－１を満たす。

【0009】

本開示の一実施例において、隣接する２つの電池の電極アセンブリの第１の方向における距離Ｄは１．２ｍｍ～１０ｍｍであり、第１の側壁の面積Ｓ_１は４０００ｍｍ^２～６００００ｍｍ^２である。

【0010】

本開示の一実施例において、ケースは、電極アセンブリの、第１の方向に垂直である第２の方向に沿った両側にそれぞれ位置する２つの第２の側壁をさらに含む。第２の側壁の面積はＳ_２であり、且つＳ_２はＳ_１より大きい。

【0011】

本開示の一実施例において、電極アセンブリは、２つの第１の表面と２つの第２の表面を有し、第１の表面の面積は第２の表面の面積より大きく、第１の表面は第２の方向に沿って第２の側壁に向けており、第２の表面は第１の方向に沿って第１の側壁に向けている。

【0012】

本開示の一実施例において、電極アセンブリは、第１の電極シート、第２の電極シート、及び第１の電極シートと第２の電極シートとの間に設置されたセパレータを含む。第１の電極シート、セパレータ及び第２の電極シートは扁平状に巻回されており、２つの第１の表面は扁平面であり、第２の方向に沿って互いに対向しているか、又は、第１の電極シート、セパレータ及び第２の電極シートは第２の方向に沿って積層されている。

【0013】

本開示の一実施例において、第１の電極シート、セパレータ及び第２の電極シートは扁平状に巻回されており、第２の表面の少なくとも一部は円弧面である。

【0014】

本開示の一実施例において、電池モジュールの第１の方向に沿ったサイズは電池モジュールの第２の方向に沿ったサイズより大きい。

【0015】

本開示の一実施例において、第１の側壁の面積Ｓ_１と隣接する２つの電池の電極アセンブリの第１の方向における距離Ｄは、関係式５×１０^－５ｍｍ^－１≦Ｄ／Ｓ_１≦２００×１０^－５ｍｍ^－１を満たす。

【0016】

本開示の一実施例において、電池モジュールは、隣接する２つの電池の間に位置し、隣接する２つの電池の第１の側壁を接続する第１の接着部材をさらに含む。第１の接着部材の第１の側壁を覆う面積はＳ_３であり、Ｓ_３とＳ_１は、関係式０．２５≦Ｓ_３／Ｓ_１≦０．９５を満たす。

【0017】

本開示の一実施例において、第１の接着部材の厚さはＴであり、Ｓ_３とＴは、関係式３００ｍｍ≦Ｓ_３／Ｔ≦３２０００ｍｍを満たす。

【0018】

本開示の一実施例において、第１の接着部材の弾性率はＥであり、ＥとＴは、関係式Ｅ×Ｔ≧５０ＭＰａ?ｍｍを満たす。

【0019】

本開示の一実施例において、第１の接着部材は、エポキシ樹脂、ポリウレタン及びアクリル樹脂のうちの１つ又は複数の組み合わせから選ばれた接着剤である。

【0020】

一方では、本開示により提供される電池パックは、筐体及び筐体内に収容された前記電池モジュールを含む。

【発明の効果】

【0021】

本開示の有益な効果は以下のとおりである。本開示の実施例は、第１の側壁の面積Ｓ_１及び隣接する２つの電池の電極アセンブリの第１の方向における距離Ｄを総合的に考慮し、１．２×１０^－５ｍｍ^－１≦Ｄ／Ｓ_１≦５００×１０^－５ｍｍ^－１を満たす場合、電池のサイクル性能と安全性能を同時に保証することができる。

【図面の簡単な説明】

【0022】

【図1】本開示の実施例による電池パックの分解図である。

【図2】本開示の実施例による電池モジュールの電池の分解図である。

【図3】本開示の実施例による電池の電極アセンブリの一実施例の模式図である。

【図4】本開示の実施例による電池の電極アセンブリの別の実施例の模式図である。

【図5】本開示の実施例による電池モジュールの模式図である。

【発明を実施するための形態】

【0023】

本開示の目的、技術的解決手段及び利点をより明らかにするために、以下、図面及び実施例に合わせて、本開示の技術的解決手段をより詳しく説明する。理解すべきことは、ここで説明された具体的な実施例は本開示の技術的解決手段を解釈するものに過ぎず、本開示の技術的解決手段を限定するものではない。

【0024】

本開示の技術的解決手段の説明において、明確な規定や限定がない限り、「第１の」、「第２の」及び「第３の」という用語は、説明の目的だけであり、相対的な重要性を指示するか又は暗示すると理解できない。「複数」という用語は２つ以上（２つを含む）を指す。特定の規定や説明がない限り、「接続」という用語は、広く理解されるべきである。例えば、「接続」は、固定するように接続されてもよく、着脱可能に接続されてもよく、又は一体的に接続されるか、又は電気的に接続されるか、又は信号によって接続されてもよい。「接続」は直接接続されてもよく、中間媒体を介して間接的に接続されてもよい。当業者であれば、具体的な状況によって上記用語の本開示の技術的解決手段における具体的な意味を理解することができる。

【0025】

本明細書の説明において、理解すべきことは、本開示の実施例に説明される「上」、「下」等の方向を示す語彙は図面に示す角度から説明されるものであり、本開示の実施例を限定するものとして理解すべきではない。以下、具体的な実施例に基づいて、図面に合わせて本開示の技術的解決手段をより詳しく説明する。

【0026】

本開示の技術的解決手段の説明において、水平方向は水平面に平行である方向であり、水平方向は水平面に絶対的に平行である方向を含むだけでなく、工学的に一般的に認識される水平面に略平行である方向も含む。垂直方向は水平面に垂直である方向であり、垂直方向は水平面に絶対的に垂直である方向を含むだけでなく、工学的に一般的に認識される水平面に略垂直である方向も含む。また、本開示の技術的解決手段に説明される「上」、「下」、「頂」、「底」等の方向を示す語彙は、いずれも垂直方向に対して理解されるものである。

【0027】

本開示の一実施例は、車両本体及び前記車両本体に設置された電池パックを含む車両を提供する。ここで、車両は新エネルギー自動車であり、純粋な電気自動車であってもよく、ハイブリッド自動車又はレンジエクステンダー式自動車であってもよい。車両本体には駆動モータが設置され、駆動モータは電池パックに電気的に接続され、電池パックにより電気エネルギーが提供され、駆動モータは伝動機構によって車両本体の車輪に接続され、それにより自動車の走行を駆動する。好ましくは、電池パックは車両本体の底部に水平に設置することができる。

【0028】

図１は本開示の一実施例による電池パックの分解図である。該実施例により提供される電池パックは、筐体２内に収容された電池モジュール１及び筐体２を含む。

【0029】

筐体２は上筐蓋２１と下筐体２２を含み、図１において、上筐蓋２１と下筐体２２は分離した状態を呈する。上筐蓋２１と下筐体２２は密閉するように接続され、両者の間に収容室が形成されている。ここで、上筐蓋２１と下筐体２２はアルミニウム、アルミニウム合金又はその他の金属製であってもよい。

【0030】

電池モジュール１は筐体２の収容室内に収容される。電池モジュール１は１つ又は複数であってもよい。電池モジュール１が複数設置される場合、電池モジュール１は水平方向に沿って配置されてもよい。電池モジュール１は第１の方向Ｘに沿って順次に配置された複数の電池１１を含み、ここで、第１の方向Ｘは水平方向に平行であってもよく、垂直方向に平行であってもよい。電池１１は繰り返し充放電可能な二次電池であってもよく、且つ複数の電池１１はバスバーを介して電気的に接続されてもよい。

【0031】

電池モジュール１は、前記複数の電池１１の第１の方向Ｘに沿った両端にそれぞれ設置された２つの端板（未図示）及び複数の電池１１と２つの端板の外周を囲んだストラップ（未図示）を含む。端板はアルミニウム、アルミニウム合金等の金属材料製であってもよく、絶縁材料製であってもよい。

【0032】

図２を参照すると、電池１１は電極アセンブリ１１１、ケース１１２及びトップカバーアセンブリ１１３を含む。電極アセンブリ１１１はケース１１２内に収容され、且つ電極アセンブリ１１１は第１の電極シート１１１ａ、第２の電極シート１１１ｂ及び第１の電極シート１１１ａと第２の電極シート１１１ｂとの間に設置されたセパレータ１１１ｃを含む。

【0033】

ケース１１２は金属材料又は複合材料で製造されてもよい。例えば、一実施例において、ケース１１２全体はアルミニウム、アルミニウム合金又はニッケルメッキ鋼等の金属材料で製造される。代替的に、別の実施例において、ケース１１２は、アルミニウム、アルミニウム合金又はニッケルメッキ鋼等の金属材料で製造された基板と、塗布又は接着等の方式によって基板の外表面に設置された絶縁層とを含んでもよい。この場合、金属材質の基板はケース１１２の強度を保証することができ、絶縁層はケース１１２の絶縁性能を改善することができる。

【0034】

ケース１１２は六面体の形又はその他の形を有してもよい。ケース１１２は開口を有し、電極アセンブリ１１１は前記開口を経由してケース１１２内に配置されることができる。

【0035】

トップカバーアセンブリ１１３は、トップカバープレート１１３ａ及びトップカバープレート１１３ａに設置された電極端子１１３ｂを含む。トップカバープレート１１３ａはアルミニウム、アルミニウム合金等の金属材料で製造されてもよく、トップカバープレート１１３ａのサイズとケース１１２の開口のサイズは一致している。トップカバープレート１１３ａは溶接によってケース１１２に接続され、ケース１１２の開口を覆うことができ、それにより電極アセンブリ１１１をケース１１２内に密閉する。

【0036】

電極端子１１３ｂは溶接又はリベット接合等の方式によってトップカバープレート１１３ａに固定される。電極端子１１３ｂは２つであり、且つそれぞれ第１の電極シート１１１ａと第２の電極シート１１１ｂに電気的に接続されている。

【0037】

電極アセンブリ１１１において、第１の電極シート１１１ａと第２の電極シート１１１ｂのうちの１つは正極シートであり、第１の電極シート１１１ａと第２の電極シート１１１ｂのうちの他の１つは負極シートであり、セパレータ１１１ｃは正極シートと負極シートとの間に設置された絶縁体である。例えば、第１の電極シート１１１ａは正極シートであり、第１の電極シート１１１ａは、第１のコレクタと、第１のコレクタ表面に塗布された第１の活物質層とを含み、第１のコレクタは、アルミニウム箔であってもよく、第１の活物質層は、三元系材料、マンガン酸リチウム又はリン酸鉄リチウムを含有する。第２の電極シート１１１ｂは、負極シートであり、第２の電極シート１１１ｂは、第２のコレクタと、第２のコレクタ表面に塗布された第２の活物質層を含み、第２のコレクタは銅箔であってもよく、第２の活物質層は石墨又はシリコンを含有する。

【0038】

図５を参照すると、ケース１１２は、電極アセンブリ１１１の第１の方向Ｘに沿った両側にそれぞれ位置する２つの第１の側壁１１２ａを含む。第１の側壁１１２ａは略平板状であり、且つ第１の方向Ｘに垂直である。隣接する２つの電池１１の第１の側壁１１２ａは対向するように設置され、好ましくは、隣接する２つの電池１１の第１の側壁１１２ａは固定接続されている。当然ながら、隣接する２つの電池１１の第１の側壁１１２ａは直接接続されてもよく、他の部品を経由して間接的に接続されてもよい。

【0039】

電極アセンブリ１１１は充放電過程において一定の熱が発生し、一部の熱は第１の側壁１１２ａに伝達され、第１の側壁１１２ａの熱は外部へ放出されることができる。第１の側壁１１２ａの面積はＳ_１である。Ｓ_１の値が大きいほど、第１の側壁１１２ａの放熱効率もより高くなり、電極アセンブリ１１１の熱は外部へ放出されやすい。対応的に、Ｓ_１の値が小さいほど、第１の側壁１１２ａの放熱効率もより低くなり、電極アセンブリ１１１の熱は外部へ放出されにくい。

【0040】

通常の動作状態において、Ｓ_１の値が小さ過ぎると、電極アセンブリ１１１の放熱効率が低過ぎて、熱は電極アセンブリ１１１の内部に蓄積されやすい。電極アセンブリ１１１の熱が一定の程度に蓄積された場合、電極アセンブリ１１１内部の化学反応が激しくなり、電極アセンブリ１１１のサイクル寿命に影響を与える。そのため、Ｓ_１の値を増加させることによって、電極アセンブリ１１１の放熱効率を向上させ、電極アセンブリ１１１のサイクル寿命を保証することができる。

【0041】

隣接する２つの電池１１の電極アセンブリ１１１内の熱も第１の側壁１１２ａを介して互いに伝達される。しかしながら、ある電池１１に過充電や短絡等の極端な状況が発生する場合、該電池１１は熱暴走し、大量の熱が発生する。発生した熱は第１の側壁１１１ａを介して隣接する電池１１の電極アセンブリ１１１に伝達される。Ｓ_１の値が大き過ぎると、熱暴走した電池１１で発生した熱はすばやく隣接する電池１１に伝達され、隣接する電池１１の熱暴走を引き起こし、電池モジュール１が失効となり、安全リスクを招く。

【0042】

隣接する２つの電池１１の電極アセンブリ１１１の第１の方向Ｘにおける距離はＤであり、注意すべきことは、Ｄは隣接する２つの電池１１の電極アセンブリ１１１の第１の方向Ｘにおける最小距離である。

【0043】

Ｄ値が大きいほど、隣接する２つの電池１１の電極アセンブリ１１１の間の伝熱経路もより長くなり、隣接する２つの電池１１の電極アセンブリ１１１が互いの温度に対する影響が小さくなる。ある電池１１が熱暴走した場合、他の電池１１の電極アセンブリ１１１と熱暴走した電極アセンブリ１１１の伝熱経路が長く、前記他の電池１１の電極アセンブリ１１１は熱暴走した電極アセンブリ１１１から受ける影響が小さく、それにより、他の電池１１の熱暴走時間を効果的に延長し、安全リスクを低下させる。

【0044】

しかしながら、Ｄ値が大きいほど、各電池１１の電極アセンブリ１１１と第１の側壁１１２ａとの距離もより大きくなり、電極アセンブリ１１１が発生した熱は第１の側壁１１２ａに伝達しにくく、電極アセンブリ１１１の放熱効率も低くなる。電極アセンブリ１１１は通常の動作状態において発生した熱が蓄積しやすいため、電極アセンブリ１１１内部の化学反応が激しくなり、電極アセンブリ１１１のサイクル寿命に影響を与える。

【0045】

Ｄ値が小さいほど、隣接する２つの電池１１の電極アセンブリ１１１の間の伝熱経路もより短く、隣接する２つの電池１１の電極アセンブリ１１１が互いの温度に対する影響も大きくなる。ある電池１１が熱暴した場合、他の電池１１の電極アセンブリ１１１と熱暴走した電極アセンブリ１１１との伝熱経路が短く、前記他の電池１１の電極アセンブリ１１１は熱暴走した電極アセンブリ１１１から受ける影響が大きく、熱暴走が発生しやすく、それにより、電池モジュール１が失効となり、安全リスクを招く。

【0046】

また、電極アセンブリ１１１は充放電過程において、電極シートがその厚さ方向に沿って膨張する。電極シートが膨張すると、第１の側壁１１２ａは電極アセンブリ１１１に押されて変形する。Ｄ値が小さいほど、電極アセンブリ１１１の膨張時に第１の側壁１１２ａに加える膨張力もより大きくなる。複数の電池１１が第１の方向Ｘに沿って配列されているため、複数の電池１１の膨張力は第１の方向Ｘにおいて重ね合わせて大きい合力が生成する。合力が大き過ぎると、電池１１は押し潰されやすい。

【0047】

以上からわかるように、第１の側壁１１２ａの面積Ｓ_１及び隣接する２つの電池１１の電極アセンブリ１１１の第１の方向Ｘにおける距離Ｄは、電池１１のサイクル性能と安全性能に顕著な影響を与える。本開示の一実施例において、第１の側壁１１２ａの面積Ｓ_１及び隣接する２つの電池１１の電極アセンブリ１１１の第１の方向Ｘにおける距離Ｄを総合的に考慮すると、１．２×１０^－５ｍｍ^－１≦Ｄ／Ｓ_１≦５００×１０^－５ｍｍ^－１を満たす場合、電池１１のサイクル性能と安全性能を同時に保証することができる。

【0048】

具体的には、Ｄ／Ｓ_１の値が１．２×１０^－５ｍｍ^－１より小さい場合、Ｄ値が小さ過ぎ、Ｓ_１の値が大き過ぎる。ある電池１１が熱暴走した場合、他の電池１１の電極アセンブリ１１１と熱暴走した電極アセンブリ１１１の伝熱経路が短く、且つ伝熱面積が大きく、他の電池１１の電極アセンブリ１１１は熱暴走した電極アセンブリ１１１から受ける影響が大きく、熱暴走しやすく、それにより電池モジュール１が失効となり、安全リスクを招く。電極アセンブリ１１１が膨張する時に第１の側壁１１２ａに加える膨張力も大きくなる。複数の電池１１の膨張力が第１の方向Ｘに重なると、電池１１は押し潰されやすい。

【0049】

Ｄ／Ｓ_１の値が５００×１０^－５ｍｍ^－１より大きい場合、Ｄ値が大き過ぎ、Ｓ_１の値が小さ過ぎる。この時、Ｄ値が大き過ぎると、各電池１１の電極アセンブリ１１１と第１の側壁１１２ａとの距離が大きく、電極アセンブリ１１１が通常動作時に発生した熱は第１の側壁１１２ａに伝達されにくい。同時に、Ｓ_１の値が小さ過ぎると、第１の側壁１１２ａの外部への放熱効率が低い。そのため、電極アセンブリ１１１が通常動作時に発生した熱は適時に放出されることができず、熱は電極アセンブリ１１１の内部に蓄積されやすいため、電極アセンブリ１１１内部の化学反応が激しくなり、電極アセンブリ１１１のサイクル寿命に影響を与える。

【0050】

好ましくは、第１の側壁１１２ａの面積Ｓ_１と隣接する２つの電池１１の電極アセンブリ１１１の第１の方向Ｘにおける距離Ｄは、関係式１．６×１０^－５ｍｍ^－１≦Ｄ／Ｓ_１≦２５０×１０^－５ｍｍ^－１を満たす。

【0051】

隣接する２つの電池１１の電極アセンブリ１１１の第１の方向Ｘにおける距離Ｄは、１ｍｍ～２０ｍｍであり、好ましくは１．２ｍｍ～１０ｍｍである。第１の側壁１１２ａの面積Ｓ_１は４０００ｍｍ^２～６００００ｍｍ^２である。

【0052】

ケース１１２は、電極アセンブリ１１１の、第１の方向Ｘに垂直である第２の方向Ｙに沿った両側にそれぞれ位置する２つの第２の側壁１１２ｂをさらに含む。好ましくは、第２の方向Ｙは垂直方向に平行である。第２の側壁１１２ｂは略平板状であり、且つ第２の方向Ｙに垂直である。

【0053】

２つの第１の側壁１１２ａと２つの第２の側壁１１２ｂは電極アセンブリ１１１の外側を取り囲んでいる。充放電過程において、電極アセンブリ１１１が発生した熱は第１の側壁１１２ａと第２の側壁１１２ｂを経由して外部へ伝達されることができる。

【0054】

好ましくは、第２の側壁１１２ｂの面積はＳ_２であり、且つＳ_２はＳ_１より大きい。本開示の一実施例において、電池１１は第１の方向Ｘに沿って配列され、面積の小さい第１の側壁１１２ａは、隣接する２つの電池１１の電極アセンブリ１１１が互いの温度に対する影響を低減することができる。同時に、第２の側壁１１２ｂが他の電池１１の温度への影響は小さいため、熱を十分に外部へ放出するために、第２の側壁１１２ｂは大きい面積を有してもよい。

【0055】

ケース１１２は、第１の側壁１１２ａと第２の側壁１１２ｂに接続され、且つ電極アセンブリ１１１の、トップカバープレート１１３ａから離れた一側に位置する第３の側壁１１２ｃをさらに含む。

【0056】

図３に示すように、一実施例において、電極アセンブリ１１１は巻回型構造である。具体的には、第１の電極シート１１１ａ、第２の電極シート１１１ｂ及びセパレータ１１１ｃはいずれも帯状構造であり、第１の電極シート１１１ａ、セパレータ１１１ｃ及び第２の電極シート１１１ｂを順次に積層して２回転以上巻き取って電極アセンブリ１１１を形成するが、電極アセンブリ１１１は扁平状を呈する。電極アセンブリ１１１を製造する時、電極アセンブリ１１１をまず中空の円筒形構造に巻き取った後、扁平状に押しつけて平らにすることができる。図３は電極アセンブリ１１１の外形輪郭の模式図であり、電極アセンブリ１１１の外表面は、いずれも扁平面であり且つ第２の方向Ｙに沿って互いに対向する２つの第１の表面１１１ｄと、第１の方向Ｘに沿って互いに対向する２つの第２の表面１１１ｅとを含む。ここで、第１の表面１１１ｄは電極アセンブリ１１１の巻回軸と略平行であり、かつ面積が最も大きい表面である。第１の表面１１１ｄは相対的に平坦な表面であるが、純粋な平面を要求することではない。第２の表面１１１ｅの少なくとも一部は円弧面である。ここで、第１の表面１１１ｄの面積は第２の表面１１１ｅの面積より大きい。

【0057】

第１の表面１１１ｄは第２の方向Ｙに沿って第２の側壁１１２ｂに向けており、第２の表面１１１ｅは第１の方向Ｘに沿って第１の側壁１１２ａに向けている。第２の表面１１１ｅは第１の側壁１１２ａに向けておりかつ面積が小さいため、電極アセンブリ１１１から第１の側壁１１２ａへ伝達する熱は少なく、それにより隣接する２つの電池１１の電極アセンブリ１１１が互いの温度に対する影響を低減する。第１の表面１１１ｄは第２の側壁１１２ｂに向けており、かつ面積が大きいため、電極アセンブリ１１１の大部分の熱は第２の側壁１１２ｂを経由して外部へ放出されることができる。

【0058】

電極アセンブリ１１１は充放電過程において、電極シートはその厚さ方向に沿って膨張する。巻回型の電極アセンブリ１１１において、第１の表面１１１ｄに垂直である方向に沿った膨張力が最も大きい。即ち、本開示の一実施例において、第２の表面１１１ｅを第１の側壁１１２ａに向けることによって、電極アセンブリ１１１から第１の側壁１１２ａに加える膨張力を減少することができる。本開示の一実施例において、複数の電池１１は第１の方向Ｘに沿って配列されているため、全ての電極アセンブリ１１１の第１の方向Ｘにおける膨張力を重ね合わせたとしても、過大な合力が発生せず、それにより電池１１が押し潰されるリスクを低減する。

【0059】

また、第２の表面１１１ｅの少なくとも一部は円弧面である。平面に比べ、円弧面と第１の側壁１１２ａとの間により大きい隙間を有し、前記隙間は緩衝の役割を果たし、第２の表面１１１ｅから第１の側壁１１２ａに加える膨張力を減少させる。また、円弧面は第１の側壁１１２ａへ伝達される熱を減少させ、隣接する２つの電池１１の電極アセンブリ１１１が互いの温度に対する影響を低減することもできる。

【0060】

好ましくは、第１の側壁１１２ａの面積Ｓ_１と隣接する２つの電池１１の電極アセンブリ１１１の第１の方向Ｘにおける距離Ｄは、関係式５×１０^－５ｍｍ^－１≦Ｄ／Ｓ_１≦２００×１０^－５ｍｍ^－１を満たす。

【0061】

電池モジュール１は、隣接する２つの電池１１の間に位置し、隣接する２つの電池１１の第１の側壁１１２ａを接続する第１の接着部材１２をさらに含む。隣接する２つの電池１１は第１の接着部材１２を経由して互いに伝熱することができる。

【0062】

第１の接着部材１２は固体接着剤であってもよい。接着剤は凝固する前には液体又はペースト状であり、接着剤は２つの電池１１の第１の側壁１１２ａの間に塗布されて凝固し、それにより２つの電池１１をしっかり接続させる。前記接着剤はエポキシ樹脂、ポリウレタン及びアクリル樹脂のうちの１つ又は複数の組み合わせから選択される。

【0063】

第１の接着部材１２の第１の側壁１１２ａを覆う面積はＳ_３であり、Ｓ_３とＳ_１は関係式０．２５≦Ｓ_３／Ｓ_１≦０．９５を満たす。Ｓ_３／Ｓ_１の値が大きいほど、接続された２つの電池１１の間の伝熱面積が大きくなり、伝熱速率が高くなる。ある電池１１が熱暴走した場合、隣接する電池１１も熱暴走しやすくなる。また、Ｓ_３／Ｓ_１の値が大きいほど、第１の側壁１１２ａの露出した領域もより小さくなり、第１の側壁１１２ａから外部へ放熱する効率も低くなり、電極アセンブリ１１１は通常の動作状態において熱蓄積が発生しやすい。Ｓ_３／Ｓ_１の値が小さいほど、第１の接着部材１２と第１の側壁１１２ａとの間の接続強度がより低く、電池パックが振動を受けた時、第１の接着部材１２は第１の側壁１１２ａから離脱しやすいため、電池モジュール１全体の強度が低くなり、電池１１が筐体２から離脱するリスクを招く。出願人は電池１１の放熱と接続強度を総合的に考慮して、好ましくは、０．２５≦Ｓ_３／Ｓ_１≦０．９５であると判断した。特に、Ｓ_３の値は１５００ｍｍ^２～１６０００ｍｍ^２である。

【0064】

第１の接着部材１２の厚さはＴである。Ｔ値が大きいほど、Ｄ値もより大きくなり、隣接する２つの電池１１の電極アセンブリ１１１の間の伝熱経路もより長くなり、隣接する２つの電池１１の電極アセンブリ１１１が互いの温度に対する影響も小さくなる。Ｔ値が大きいほど、第１の接着部材１２が占有する空間もより大きくなる。

【0065】

Ｓ_３の値とＴ値はいずれも隣接する電池１１の間の伝熱効率に影響を与えることができる。好ましくは、Ｓ_３とＴは、関係式３００ｍｍ≦Ｓ_３／Ｔ≦３２０００ｍｍを満たす。好ましくは、Ｔ値は０．５ｍｍ～５ｍｍである。

【0066】

Ｓ_３／Ｔの値が３００ｍｍより小さい場合、Ｓ_３が小さ過ぎ、Ｔが大き過ぎる。Ｓ_３が小さ過ぎると、第１の接着部材１２と第１の側壁１１２ａとの間の接続強度が不足になる。Ｔが大き過ぎると、第１の接着部材１２が大きい空間を占有し、エネルギー密度を低減する。

【0067】

Ｓ_３／Ｔの値が３２０００ｍｍより大きい場合、Ｓ_３が大き過ぎ、Ｔが小さ過ぎる。Ｓ_３が大き過ぎると、隣接する電池１１の間の伝熱面積が大きくなる。Ｔが小さ過ぎると、隣接する２つの電池１１の電極アセンブリ１１１の間の伝熱経路が短過ぎる。この時、隣接する２つの電池１１の電極アセンブリ１１１が互いの温度に対する影響が大きく、ある電池１１が熱暴走した場合、隣接する電池１１も熱暴走しやすい。

【0068】

電池１１の充放電過程において、電極アセンブリ１１１が膨張し、第１の側壁１１２ａを押し付け、これに対応して、第１の接着部材１２が変形した第１の側壁１１２ａに圧縮される。第１の接着部材１２の圧縮される程度が大きいほど、Ｄ値がより小さくなり、隣接する２つの電池１１の電極アセンブリ１１１が互いの温度に対する影響も大きくなる。

【0069】

第１の接着部材１２の弾性率はＥである。Ｅ値が大きいほど、第１の接着部材１２の圧縮程度がより低くなり、隣接する２つの電池１１の電極アセンブリ１１１が互いの温度に対する影響も小さくなる。当然ながら、第１の接着部材１２から第１の側壁１１２ａと電極アセンブリ１１１に加える反力も大きくなる。電極アセンブリ１１１の一部の領域は大きい反力を受けることによって、内部の電解液が押し出され、電極アセンブリ１１１の一部の領域の浸潤性が低くなり、リチウムイオンがセパレータ１１１ｃを通過することができず、リチウム析出が発生する。Ｅ値が小さいほど、第１の接着部材１２の圧縮程度が大きくなり、隣接する２つの電池１１の電極アセンブリ１１１の間の伝熱経路が短くなり、隣接する２つの電池１１の電極アセンブリ１１１が互いの温度に対する影響も大きくなる。Ｅ値は１００ＭＰａ～８００ＭＰａであってもよい。

【0070】

本開示の一実施例において、好ましくは、ＥとＴは、関係式Ｅ×Ｔ≧５０ＭＰａ・ｍｍを満たす。Ｔが小さい場合、隣接する２つの電池１１の電極アセンブリ１１１の間の伝熱経路が短く、この時、第１の接着部材１２の圧縮程度を減少させ、２つの電池１１の電極アセンブリ１１１が互いの温度に対する影響を低減するために、第１の接着部材１２は大きい弾性率を有してもよい。Ｔが大きい場合、隣接する２つの電池１１の電極アセンブリ１１１の間の伝熱経路が長くなり、この時、第１の接着部材１２は小さい弾性率を有してもよい。第１の接着部材１２の圧縮程度が大きいとしても、隣接する２つの電池１１の電極アセンブリ１１１の間の伝熱経路の長さは依然として要件を満たす。また、小さい弾性率は電極アセンブリ１１１の膨張力を解放し、リチウム析出のリスクを低減し、電池１１の動力学性能を改善することもできる。

【0071】

第１の接着部材１２の熱伝導率は０．２Ｗ／（ｍ・Ｋ）～０．５Ｗ／（ｍ・Ｋ）である。第１の接着部材１２が小さい熱伝導率を有することで、第１の接着部材１２の伝熱速率を減少させ、隣接する２つの電池１１の電極アセンブリ１１１が互いの温度に対する影響を低減することができる。

【0072】

図１を参照すると、本開示の電池モジュール１において、電池１１は第２の方向Ｙに沿って積層されてもよい。好ましくは、電池１１の第２の方向Ｙにおける層数は２～３である。第２の方向Ｙにおいて、隣接する２つの電池１１の第２の側壁１１２ｂは第２の接着部材１３を介して接続されることができる。当然ながら、第２の側壁１１２ｂの面積Ｓ_２が大きいため、第２の方向Ｙにおいて、隣接する２つの電池１１の温度は互いに影響を受けやすい。好ましくは、本開示の一実施例において、第２の方向Ｙに配列された電池１１の数は第１の方向Ｘに配列された電池の数よりはるかに小さいため、ある電池１１が熱暴走した場合、その影響を受けた電池１１の数をできる限り減少させる。

【0073】

対応的に、電池モジュール１の第１の方向Ｘに沿ったサイズは電池モジュール１の第２の方向Ｙに沿ったサイズより大きい。電池１１の第２の方向Ｙにおける膨張力が最も大きい。本開示の一実施例において、電池１１の第２の方向Ｙに積層された層数を減少させることによって、電池モジュール１の最大膨張力を減少させ、電池１１が押し潰されることを回避することができる。車両本体のシャーシ高さのサイズが限られているため、電池パックが占有する空間を減少させるために、好ましくは、第１の方向Ｘは水平方向に平行であり、第２の方向Ｙは垂直方向に平行である。

【0074】

Ｓ_１が小さいほど、電池１１がより薄くなる。電池パックの第２の方向Ｙにおけるサイズが一定である場合、電池１１の第２の方向Ｙに積層された層数もより多くなる。同時に、第１の方向Ｘにおいて、隣接する電池１１の間の伝熱面積もより小さい。Ｓ_１が大きいほど、電池１１がより厚く、電池パックの第２の方向Ｙにおけるサイズが一定である場合、電池１１の第２の方向Ｙに積層された層数もより少なくなる。同時に、第１の方向Ｘにおいて、隣接する電池１１の間の伝熱面積もより大きい。

【0075】

Ｓ_２が小さいほど、第２の方向Ｙにおいて、隣接する電池１１の間の伝熱面積もより小さい。Ｓ_２が大きいほど、第２の方向Ｙにおいて、隣接する電池１１の間の伝熱面積もより大きい。

【0076】

本開示の一実施例において、Ｓ_１とＳ_２が電池１１への影響は、好ましくはＳ_１／（Ｓ_１+Ｓ_２）の値を０．１～０．４にする。Ｓ_１／（Ｓ_１+Ｓ_２）の値が０．１より小さい場合、Ｓ_１は小さ過ぎ、Ｓ_２は大き過ぎる。この場合、第２の方向Ｙにおいて、電池１１の積層された層数が多く、且つ隣接する電池１１の間の伝熱面積も大きいため、ある電池１１が熱暴走した場合、第２の方向Ｙにおいて、それに隣接する電池１１は影響を受けやすく、電池１１が熱暴走するリスクが高くなる。Ｓ_１／（Ｓ_１+Ｓ_２）の値が０．４より大きい場合、Ｓ_１は大き過ぎ、Ｓ_２は小さ過ぎる。この場合、第１の方向Ｘにおいて隣接する２つの電池１１の間の伝熱面積が大きいため、ある電池１１が熱暴走した場合、第１の方向Ｘにおいて、それに隣接する電池１１は影響を受けやすく、電池１１が熱暴走するリスクが高くなる。

【0077】

第１の側壁１１２ａの厚さは０．１ｍｍ～１．５ｍｍである。第１の側壁１１２ａの厚さが小さ過ぎると、Ｄ値も小さ過ぎ、隣接する２つの電池１１の電極アセンブリ１１１は互いの温度に影響を与えやすい。第１の側壁１１２ａの厚さが大き過ぎると、ケース１１２は大きい空間を占有し、且つ大きい重量を有し、電池パックのエネルギー密度を低減する。

【0078】

第１の側壁１１２ａの熱伝導率は１００Ｗ／（ｍ・Ｋ）～２５０Ｗ／（ｍ・Ｋ）である。第１の側壁１１２ａは高い熱伝導率を有するため、外部への放熱に役立ち、熱の蓄積を回避する。

【0079】

図４に示すように、代替的な実施例において、電極アセンブリ１１１は積層型構造である。具体的には、電極アセンブリ１１１は、複数の第１の電極シート１１１ａと複数の第２の電極シート１１１ｂを含み、セパレータ１１１ｃが第１の電極シート１１１ａと第２の電極シート１１１ｂとの間に設置されている。第１の電極シート１１１ａ、セパレータ１１１ｃ及び第２の電極シート１１１ｂは第２の方向Ｙに沿って積層するように設置されている。積層型構造において、第１の電極シート１１１ａと第２の電極シート１１１ｂはいずれもシート状であり、且つ第２の方向Ｙに略垂直である。図４は電極アセンブリ１１１の外形輪郭の模式図であり、電極アセンブリ１１１の外表面は、第２の方向Ｙに沿って互いに対向する２つの第１の表面１１１ｄと、第１の方向Ｘに沿って互いに対向する２つの第２の表面１１１ｅとを含む。ここで、第１の表面１１１ｄは面積の最も大きい表面である。第１の表面１１１ｄは相対的に平坦な表面であってもよく、純粋な平面を要求することではない。ここで、第１の表面１１１ｄの面積は第２の表面１１１ｅの面積より大きい。

【0080】

第１の表面１１１ｄは第２の方向Ｙに沿って第２の側壁１１２ｂに向けており、第２の表面１１１ｅは第１の方向Ｘに沿って第１の側壁１１２ａに向けている。第２の表面１１１ｅは第１の側壁１１２ａに向けており、且つ面積が小さいため、電極アセンブリ１１１から第１の側壁１１２ａへ伝達する熱が少なく、それにより、隣接する２つの電池１１の電極アセンブリ１１１が互いの温度に対する影響を低減する。第１の表面１１１ｄは第２の側壁１１２ｂに向けており、且つ面積が大きいため、電極アセンブリ１１１の大部分の熱は第２の側壁１１２ｂを経由して外部へ放出されることができる。

【0081】

電極アセンブリ１１１は、充放電過程において、電極シートがその厚さ方向に沿って膨張する。積層型の電極アセンブリ１１１において、第１の表面１１１ｄに垂直である方向に沿った膨張力が最も大きい。即ち、本開示の一実施例において、第２の表面１１１ｅを第１の側壁１１２ａに向けることによって、電極アセンブリ１１１から第１の側壁１１２ａに加えた膨張力を減少させることができる。本開示の一実施例において、複数の電池１１は第１の方向Ｘに沿って配列されているため、全ての電極アセンブリ１１１の第１の方向Ｘにおける膨張力を重ね合わせたとしても、過大な合力が発生せず、それにより電池１１の押し潰されるリスクを低減する。

【0082】

以下、実施例に合わせて本開示の技術的解決手段をより具体的に説明する。

【0083】

実施例１は下記ステップに従って製造することができる。

【0084】

（ｉ）正極活物質としてのＮＣＭ５２３、導電剤としてのアセチレンブラック、接着剤としてのＰＶＤＦを質量比９６：２：２で混合し、溶媒ＮＭＰを加え、真空攪拌機の作用下でシステムが均一になるまで攪拌し、正極スラリーを得る。正極スラリーをアルミニウム箔に均一に塗布し、室温で乾燥させた後、乾燥炉に移して乾燥し続け、次に、冷間プレス、分割、切断によって第１の電極シート１１１ａを得る。

【0085】

（ｉｉ）負極活物質である石墨、又は石墨と他の活物質を異なる質量比で得られた混合物、導電剤であるアセチレンブラック、増粘剤ＣＭＣ、接着剤ＳＢＲを質量比９６．４：１：１．２：１．４で混合し、溶媒である脱イオン水を加え、真空攪拌機の作用下でシステムが均一になるまで攪拌し、負極スラリーを得る。負極スラリーを銅箔に均一に塗布し、室温で乾燥させた後、乾燥炉に移して乾燥し続け、次に、冷間プレス、分割、切断によって第２の電極シート１１１ｂを得る。

【0086】

（ｉｉｉ）エチレンカーボネート（ＥＣ）、エチルメチルカーボネート（ＥＭＣ）及びジエチルカーボネート（ＤＥＣ）を体積比１：１：１で混合して有機溶媒を得て、次に、十分に乾燥したリチウム塩ＬｉＰＦ_６を混合後の有機溶媒に溶解して、濃度１ｍｏｌ／Ｌの電解液を調製する。

【0087】

（ｉｖ）ポリエチレンフィルムをセパレータとして使用する。

【0088】

（ｖ）第１の電極シート１１１ａ、セパレータ１１１ｃ及び第２の電極シート１１１ｂを積層して複数回に巻回して、巻回したた後に、扁平状に押し付けて平らにして電極アセンブリ１１１を製造する。電極アセンブリ１１１は２つの面積の大きい第１の表面１１１ｄ及び２つの面積の小さい第２の表面１１１ｅを有する。

【0089】

（ｖｉ）電極アセンブリ１１１とトップカバーアセンブリ１１３とを接続し、次に電極アセンブリ１１１をケース１１２内に入れ、さらにトップカバーアセンブリ１１３のトップカバープレート１１３ａをケース１１２に溶接し、最後に、注入、静置、化成、整形等のプロセスを経て、電池１１を得る。ケース１１２の、第２の表面１１１ｅに対向する壁は第１の側壁１１２ａであり、ケース１１２の、第１の表面１１１ｄに対向する壁は第２の側壁１１２ｂである。第１の側壁１１２ａに垂直である方向において、ケース１１２のサイズは１８０ｍｍであり、第２の側壁１１２ｂに垂直である方向において、ケース１１２のサイズは５０ｍｍである。第１の側壁１１２ａと第２の側壁１１２ｂに平行である方向において、ケース１１２のサイズは１９０ｍｍである。計算によると、第１の側壁１１２ａの面積Ｓ_１は９５００ｍｍ^２であり、第２の側壁１１２ｂのＳ_２は３４２００ｍｍ^２である。

【0090】

（ｖｉｉ）１つの電池１１の第１の側壁１１２ａに接着剤を塗布し、次に、もう１つの電池１１の第１の側壁１１２ａを接着剤に貼り付ける。接着剤が固化された後に第１の接着部材１２を形成する。第１の接着部材１２は２つの電池１１を接続する。ここで、第１の接着部材１２の第１の側壁１１２ａを覆う面積Ｓ_３は５０００ｍｍ^２であり、第１の接着部材１２の厚さＴは１ｍｍであり、第１の接着部材１２の弾性率Ｅは４５０ＭＰａである。

【0091】

（ｖｉｉｉ）Ｘ線ＣＴスキャナーを利用し、２つの電池１１の電極アセンブリ１１１の距離Ｄを検出する。

【0092】

ここで補充すべきことは、ケース１１２の大きさ、ステップ（ｖ）における巻回の巻数、ステップ（ｖｉｉ）における第１の接着部材１２の厚さＴ等のパラメータを制御することによって、２つの電池１１の電極アセンブリ１１１の距離Ｄを変更することができる。ステップ（ｖｉｉ）において、接着剤の塗布面積及び塗布厚さを制御することによって、Ｓ_３の値とＴ値を変更することができる。接着剤の成分を調整することによって第１の接着部材１２の弾性率Ｅを調整することができる。第１の接着部材１２の弾性率Ｅは検出器ＤＭＡ－Ｑ８００を利用して検出することができる。

【0093】

実施例２～３０と比較例１～５は実施例１と同じ製造方法を使用する。相違点は、２つの電池１１の電極アセンブリ１１１の第１の方向Ｘにおける距離Ｄ、第１の側壁１１２ａの面積Ｓ_１、第１の接着部材１２の第１の側壁１１２ａを覆う面積Ｓ_３、第１の接着部材１２の厚さＴ及び第１の接着部材１２の弾性率Ｅである。

【0094】

以下、実施例１～３０と比較例１～５に対して試験を行う。

【0095】

釘刺し試験：密閉の環境において、治具で２つの電池１１を固定し、２つの電池１１を充放電する。次に、電池１１を釘刺し、釘刺された電池１１が短絡して熱暴走する。最後に、もう１つの電池１１の熱暴走時間を観察し、２つの電池１１の熱暴走の時間間隔Ｍを観察する。熱暴走の表現形式は煙が出ることである。

【0096】

サイクル性能試験：常温の環境において、２つの電池１１を１Ｃの倍率で充電し、１Ｃの倍率で放電し、電池１１の容量が初期容量の８０％に減衰するまで完全充放電のサイクル試験を行い、サイクル回数Ｎを記録する。

【0097】

各実施例は１０組であり、５組に対して釘刺し試験を行って、平均値を計算し、５組に対してサイクル性能試験を行って、平均値を計算する。各比較例は１０組であり、５組に対して釘刺し試験を行って、平均値を計算し、５組に対してサイクル性能試験を行って、平均値を計算する。

【0098】

比較例１～２を参照すると、Ｄ／Ｓ_１の値が１．２×１０^－５ｍｍ^－１より小さい場合、正常な電池１１と針刺された電池１１との間の伝熱経路は短く、且つ伝熱面積が大きく、針刺された電池１１の影響下で、正常な電池１１は１０ｍｉｎ以内に熱暴走する。電池１１は一般的に電気自動車の動力機構として用いられるため、Ｄ／Ｓ_１の値が１．２×１０^－５ｍｍ^－１より小さい場合、２つの電池１１の熱暴走の時間間隔が短く、電池モジュール全体は短い時間内に爆発することになり、それにより、安全事故を招く。比較例３～５を参照すると、Ｄ／Ｓ_１の値が５００×１０^－５ｍｍ^－１より大きい場合、電極アセンブリ１１１が通常動作時に発生した熱は外部へ放出されにくいため、熱が電極アセンブリ１１１の内部に蓄積し、電池１１のサイクル回数が１２００より小さいことになり、電池１１のサイクル性能に大きな影響を与える。

【0099】

実施例１～３０を参照すると、本開示の一実施例において、Ｄ／Ｓ_１の値が関係式１．２×１０^－５ｍｍ^－１≦Ｄ／Ｓ_１≦５００×１０^－５ｍｍ^－１を満たすようにすることによって、電池１１の安全性能とサイクル性能との間のバランスを取る。具体的には、本開示の一実施例において、Ｄ／Ｓ_１値を１．２×１０^－５ｍｍ^－１以上に設定することによって、２つの電池１１の熱暴走の時間間隔を延長し、乗客のためにより長い反応時間を提供し、安全リスクを低減する。本開示の一実施例において、Ｄ／Ｓ_１の値を５００×１０^－５ｍｍ^－１以下にすることによって、電極アセンブリ１１１の通常動作時に発生した熱蓄積を低減し、電池１１のサイクル性能を改善する。

【0100】

実施例１～７を参照すると、他のパラメータが決定された場合、Ｄ値を変更することによって電池の安全性能とサイクル性能を調整することができる。Ｄ値を増加させることによって、２つの電池１１の熱暴走の時間間隔を効果的に延長することができる。但し、Ｄが増加することに伴って、電池１１のサイクル性能は低下する。

【0101】

実施例２、８～１４を参照すると、他のパラメータが決定された場合、Ｓ_１の値を変更することによって電池の安全性能とサイクル性能を調整することもできる。Ｓ_１の値を増加させることによって、電池１１のサイクル回数を向上させ、電池１１のサイクル性能を改善することができる。しかしながら、Ｓ_１が増加すると、２つの電池１１の熱暴走の時間間隔も短縮する。

【0102】

そのため、出願人はＤとＳ_１による電池１１の安全性能とサイクル性能への影響を総合的に考慮して、好ましくは、５×１０^－５ｍｍ^－１≦Ｄ／Ｓ_１≦２００×１０^－５ｍｍ^－１であると判断した。

【0103】

実施例２、２１～２３を参照すると、他のパラメータが決定された場合、Ｓ_３の値を変更することによって、電池の安全性能とサイクル性能を調整することもできる。Ｓ_３の値が大きいほど、２つの電池１１の間の伝熱面積がより大きく、２つの電池１１の熱暴走の時間間隔もより短くなる。同時に、第１の側壁１１２ａの露出した領域が小さくなり、第１の側壁１１２ａの外部への放熱効率がより低く、電極アセンブリ１１１は通常の動作状態において熱蓄積がより発生しやすい。そのため、２つの電池１１の間の接続強度を保証する前提下で、Ｓ_３の値を減少させることによって電池１１の安全性能とサイクル性能を改善することができる。

【0104】

実施例２、２４～２７を参照すると、他のパラメータが決定された場合、Ｔ値を変更することによって、電池１１の安全性能を改善することができる。実施例２、２４～２７において、Ｔ値はＤ値に正比例する。Ｔが増加すると、Ｄ値もそれに伴って増加し、これにより伝熱経路を延長し、２つの電池１１の熱暴走の時間間隔を延長することができる。同時に、Ｔが増加すると、電極アセンブリ１１１と第１の側壁１１２ａとの間の距離は変更せず、即ち、Ｔが増加した場合、電極アセンブリ１１１の正常な動作状態における放熱への影響が小さい。当然ながら、空間利用率を考慮すると、Ｔ値は大き過ぎてはならない。

【0105】

実施例２、２８～３０を参照すると、他のパラメータが決定された場合、Ｅ値を変更することによって電池１１の安全性能とサイクル性能を調整することができる。Ｅ値が大きいほど、第１の接着部材１２の圧縮程度がより低く、隣接する２つの電池１１の電極アセンブリ１１１が互いの温度に対する影響もより小さくなる。当然ながら、第１の接着部材１２から第１の側壁１１２ａと電極アセンブリ１１１に加える反力もより大きい。電極アセンブリ１１１の一部の領域は大きい反力を受けて、内部の電解液が押し出され、電極アセンブリ１１１の一部の領域の浸潤性が低くなり、リチウムイオンがセパレータ１１１ｃを通過できずリチウム析出が発生する。Ｅ値が小さいほど、第１の接着部材１２の圧縮程度がより大きく、隣接する２つの電池１１の電極アセンブリ１１１の間の伝熱経路がより短く、隣接する２つの電池１１の電極アセンブリ１１１が互いの温度に対する影響もより大きくなる。本開示の一実施例において、Ｅの電池１１の安全性能とサイクル性能への影響を考慮すると、好ましくは、Ｅ値は３００ＭＰａ～６００ＭＰａである。

【表1-1】

【表1-2】

【符号の説明】

【0106】

１ 電池モジュール、
１１ 電池、
１１１ 電極アセンブリ、
１１１ａ 第１の電極シート、
１１１ｂ 第２の電極シート、
１１１ｃ セパレータ、
１１１ｄ 第１の表面、
１１１ｅ 第２の表面、
１１２ ケース、
１１２ａ 第１の側壁、
１１２ｂ 第２の側壁、
１１２ｃ 第３の側壁、
１１３ トップカバーアセンブリ、
１１３ａ トップカバープレート、
１１３ｂ 電極端子、
１２ 第１の接着部材、
１３ 第２の接着部材、
２ 筐体、
２１ 上筐蓋、
２２ 下筐体、
Ｘ 第１の方向、
Ｙ 第２の方向、
Ｚ 第３の方向

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】