(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】2024-06-10
(45)【発行日】2024-06-18
(54)【発明の名称】電池セル
(51)【国際特許分類】
H01M 10/04 20060101AFI20240611BHJP
H01M 50/103 20210101ALI20240611BHJP
H01M 50/474 20210101ALI20240611BHJP
H01M 50/477 20210101ALI20240611BHJP
H01M 50/15 20210101ALI20240611BHJP
H01M 50/46 20210101ALI20240611BHJP
【FI】
H01M10/04 Z
H01M50/103
H01M50/474
H01M50/477
H01M10/04 W
H01M50/15
H01M50/46
(21)【出願番号】P 2022011416
(22)【出願日】2022-01-28
【審査請求日】2023-02-01
(73)【特許権者】
【識別番号】520184767
【氏名又は名称】プライムプラネットエナジー&ソリューションズ株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】110001195
【氏名又は名称】弁理士法人深見特許事務所
(72)【発明者】
【氏名】小村 哲司
【審査官】前田 寛之
(56)【参考文献】
【文献】特開2021-089812(JP,A)
【文献】特開2021-051907(JP,A)
【文献】特開2021-193640(JP,A)
【文献】特開2021-158109(JP,A)
(58)【調査した分野】(Int.Cl.,DB名)
H01M10/00-10/39
H01M 4/00- 4/62
H01M50/40-50/497
H01M50/10-50/198
H01G11/00-11/86
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
第1の方向に隙間をあけつつ並んで配置された第1極板体および第2極板体を有する電極体と、
前記電極体を収容し、前記第1の方向において前記電極体を間に挟んで互いに対向する第1側面および第2側面を有するケース体と、
前記第1極板体および前記第1側面を互いに接着する第1接着剤層と、
前記第2極板体および前記第2側面を互いに接着する第2接着剤層とを備える、電池セル。
【請求項2】
前記第1の方向において、前記第1極板体および前記第2極板体を互いに離れる方向に押圧するスペーサをさらに備え、
前記スペーサは、
前記第1の方向において前記第1極板体および前記第2極板体の間に位置しつつ、前記第1極板体および前記第2極板体に隣接する先端部と、
前記第1の方向において前記第1極板体と前記第2極板体との前記隙間より広い幅を有しつつ、前記先端部に接続され、かつ、前記ケース体の内側に隣接する後端部とを含む、請求項1に記載の電池セル。
【請求項3】
前記第1極板体および前記第2極板体は、前記第1の方向において正極板および負極板が絶縁部材を間に挟んで互いに積層された積層型の極板体であり、
前記絶縁部材は、前記第1の方向に直交する第2の方向において前記正極板および前記負極板より広い幅を有し、
前記第1極板体および前記第2極板体の各々は、前記第2の方向の両端において前記絶縁部材が前記第1の方向に積層された端部を有し、
前記スペーサは、前記端部に位置する前記絶縁部材と接触している、請求項2に記載の電池セル。
【請求項4】
前記スペーサの前記先端部は、テーパ部と該テーパ部の頂点から前記後端部とは反対側に突出したリブ部とを有し、
前記リブ部は、前記第1の方向において前記第1極板体および前記第2極板体の各々の前記端部の間に位置する、請求項3に記載の電池セル。
【請求項5】
前記第1極板体および前記第2極板体は、正極板および負極板が絶縁部材を間に挟んで互いに巻回され、かつ、前記第1の方向に直交する第2の方向の両端において曲面部を有する巻回型の極板体であり、
前記スペーサは、前記曲面部と接触している、請求項2に記載の電池セル。
【請求項6】
前記ケース体は、一対の長側面および一対の短側面を含む略直方体形状を有し、
前記第1側面および前記第2側面は前記一対の長側面であり、
前記スペーサの前記後端部は、前記一対の短側面上に位置している、請求項2から請求項5のいずれか1項に記載の電池セル。
【請求項7】
前記ケース体は、前記一対の長側面および前記一対の短側面に接続された底面を有し、
前記スペーサは、前記底面から離れるにしたがって前記先端部から前記後端部までの高さが高くなる、請求項6に記載の電池セル。
【請求項8】
前記ケース体は、
開口部を有し、該開口部から前記電極体を収容可能な外装体と、
前記開口部を封口する封口板とを含み、
前記外装体は、前記開口部に対向し、前記第1側面および前記第2側面の各々に接続された底面を有し、
前記スペーサの前記後端部は、前記底面上および前記封口板上に位置している、請求項2から請求項5のいずれか1項に記載の電池セル。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本技術は、電池セルに関する。
【背景技術】
【0002】
非水電解質電池の構成を開示した先行技術文献として、特開2001-093576号公報(特許文献1)がある。特許文献1に記載された非水電解質電池は、電池エレメントと、容器とを備える。電池エレメントは、電極を含む。容器は、電池エレメントを収容する。電池エレメントは、電池エレメントの外側の主面とその部位に対向する容器内面とを接着することによって、容器に固定されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0003】
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
特許文献1に記載された非水電解質電池においては、電極を容器に接着することによって電池セルが耐振動性を有するが、電池セルの内部にクリアランスがないため、電池セルの使用によって電極が膨張した場合、電池セルの膨張を抑制することができない。
【0005】
本技術は、上記の課題を解決するためになされたものであって、電池セルの耐振動性を維持しつつ、電池セルの膨張を抑制することができる、電池セ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】
【0006】
本技術に基づく電池セルは、電極体と、ケース体と、第1接着剤層と、第2接着剤層とを備える。電極体は、第1の方向に隙間をあけつつ並んで配置された第1極板体および第2極板体を有する。ケース体は、電極体を収容し、第1の方向において電極体を間に挟んで互いに対向する第1側面および第2側面を有する。第1接着剤層は、第1極板体および第1側面を互いに接着する。第2接着剤層は、第2極板体および第2側面を互いに接着する。
【発明の効果】
【0007】
本技術によれば、電池セルの耐振動性を維持しつつ、電池セルの膨張を抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【0008】
【
図1】本技術の実施の形態1に係る電池モジュールの構成を示す斜視図である。
【
図2】本技術の実施の形態1に係る電池モジュールの構成の一部を示す斜視図である。
【
図3】本技術の実施の形態1に係る電池セルの構成を示す斜視図である。
【
図4】
図3の電池セルをIV-IV線矢印方向から見た断面図である。
【
図5】
図3の電池セルをV-V線矢印方向から見た断面図である。
【
図6】
図5の電池セルをVI-VI線矢印方向から見た断面図である。
【
図7】本技術の実施の形態2に係る電池セルの構成を示す断面図である。
【
図8】本技術の実施の形態3に係る電池セルの構成を示す断面図である。
【
図9】本技術の実施の形態4に係る電池セルの構成を示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【0009】
以下に、本技術の実施の形態について説明する。なお、同一または相当する部分に同一の参照符号を付し、その説明を繰返さない場合がある。
【0010】
なお、以下に説明する実施の形態において、個数、量などに言及する場合、特に記載がある場合を除き、本技術の範囲は必ずしもその個数、量などに限定されない。また、以下の実施の形態において、各々の構成要素は、特に記載がある場合を除き、本技術にとって必ずしも必須のものではない。
【0011】
なお、本明細書において、「備える(comprise)」および「含む(include)」、「有する(have)」の記載は、オープンエンド形式である。すなわち、ある構成を含む場合に、当該構成以外の他の構成を含んでもよいし、含まなくてもよい。また、本技術は、本実施の形態において言及する作用効果を必ずしもすべて奏するものに限定されない。
【0012】
本明細書において、「電池」は、リチウムイオン電池に限定されず、ニッケル水素電池など他の電池を含み得る。本明細書において、「電極」は正極および負極を総称し得る。また、「電極板」は正極板および負極板を総称し得る。
【0013】
なお、図面においては、電池セルの積層方向に直交し、かつ、電池セルの高さ方向に直交する方向をX方向、電池セルの積層方向をY方向、電池セルの高さ方向をZ方向とする。
【0014】
(実施の形態1)
図1は、本技術の実施の形態1に係る電池モジュールの構成を示す斜視図である。
図2は、本技術の実施の形態1に係る電池モジュールの構成の一部を示す斜視図である。
【0015】
図1および
図2に示すように、本技術の実施の形態1に係る電池モジュール1は、電池セル100と、エンドプレート200と、拘束部材300とを備える。
【0016】
複数の電池セル100は、第1の方向(Y方向)に並ぶように積層されている。電池セル100同士の間には、図示しないセパレータが介装されている。2つのエンドプレート200に挟持された複数の電池セル100は、エンドプレート200によって押圧され、2つのエンドプレート200の間で拘束されている。
【0017】
エンドプレート200は、複数の電池セル100の第1の方向(Y方向)の両端に設けられている。エンドプレート200は、電池モジュール1を収納する筐体などの基台に固定される。エンドプレート200は、たとえば、アルミニウムまたは鉄により構成されている。
【0018】
図1に示すように、拘束部材300は、複数の電池セル100およびエンドプレート200のX方向の両端に設けられている。積層された複数の電池セル100およびエンドプレート200に対してY方向の圧縮力を作用させた状態で拘束部材300をエンドプレート200に係合させ、その後に圧縮力を解放することにより、2つのエンドプレート200を接続する拘束部材300に引張力が働く。その反作用として、拘束部材300は、2つのエンドプレート200を互いに近づける方向に押圧する。その結果、拘束部材300は、複数の電池セル100をY方向に拘束する。
【0019】
図3は、本技術の実施の形態1に係る電池セルの構成を示す斜視図である。
図4は、
図3の電池セルをIV-IV線矢印方向から見た断面図である。
図5は、
図3の電池セルをV-V線矢印方向から見た断面図である。
【0020】
図3~
図5に示すように、電池セル100は、電極端子110と、ケース体120と、電極体150と、第1接着剤層180と、第2接着剤層181と、スペーサ190とを含む。
【0021】
電極端子110は、正極端子111と、負極端子112とを含む。電極端子110は、ケース体120上に形成されている。
【0022】
ケース体120は、電極体150および図示しない電解液を収容する容器である。ケース体120は、略直方体形状を有している。ケース体120は、外装体130と、封口板140とを有する。
【0023】
外装体130は、開口部131と、底面132と、一対の長側面133および一対の短側面136を含む。外装体130は、開口部131から電極体150を収容可能である。一対の長側面133は、第1側面134および第2側面135である。一対の短側面136は、第3側面137および第4側面138である。
【0024】
底面132は、開口部131に対向している。底面132は、一対の長側面133および一対の短側面136に接続されている。具体的には、底面132は、第1側面134および第2側面135の各々に接続されている。また、底面132は、第3側面137および第4側面138の各々に接続されている。
【0025】
第1側面134および第2側面135は、第1の方向(Y方向)において電極体150を間に挟んで互いに対向している。第3側面137および第4側面138は、第2の方向(X方向)において電極体150を間に挟んで互いに対向している。
【0026】
封口板140は、開口部131を封口する。封口板140には、ガス排出弁141が設けられている。ガス排出弁141は、ケース体120内の圧力が所定値以上となった際に破断する。これにより、ケース体120内のガスがケース体120外に排出される。
【0027】
図4および
図5に示すように、電極体150は、第1極板体160および第2極板体170を有している。
【0028】
第1極板体160および第2極板体170は、積層型の極板体である。具体的には、第1極板体160および第2極板体170の各々は、集電タブ161,171ならびに図示しない枚葉状の正極板、負極板および絶縁部材を有している。第1極板体160および第2極板体170の各々は、第1の方向(Y方向)において正極板および負極板が絶縁部材を間に挟んで互いに積層されている。
【0029】
集電タブ161,171は、正極板または負極板から突出し積層されている。集電タブ161,171は、図示しない集電体を介して電極端子110に接続されている。絶縁部材は、少なくとも第1の方向(Y方向)に直交する第2の方向(X方向)において正極板および負極板より広い幅を有している。
【0030】
第1極板体160は、第2の方向(X方向)の両端に端部162を有している。第2極板体170は、第2の方向(X方向)の両端に端部172を有している。端部162,172は、第2の方向(X方向)の両端において絶縁部材が第1の方向(X方向)に積層されている。
【0031】
第1極板体160および第2極板体170は、第1の方向(Y方向)に隙間Gをあけつつ並んで配置されている。第1極板体160および第2極板体170の隙間Gは、第1の方向(Y方向)における電池セル100の厚みに対して約5%が望ましい。隙間Gは、ケース体120の内部における電極体150の占有率および電池セル100の使用による電池セル100の膨張率との兼ね合いにより設定される。
【0032】
なお、本実施の形態における隙間Gは、電池セル100の使用前の状態を示している。電池セル100の使用により充放電が繰り返されることによって、第1極板体160および第2極板体170が膨張した場合、隙間Gは目視確認することができない程度の幅になることがある。
【0033】
第1接着剤層180は、第1極板体160および第1側面134を互いに接着する。第2接着剤層181は、第2極板体170および第2側面135を互いに接着する。第1接着剤層180および第2接着剤層181は、たとえば、エポキシ樹脂により構成されている。
【0034】
第1接着剤層180および第2接着剤層181は、一対の長側面133に対して電極体150を強固に接着するために、電極体150の一対の長側面133と接触する全面に形成されることが望ましい。第1接着剤層180および第2接着剤層181は、接着剤を電極体150に塗布した後に、電極体150をケース体120の内部に挿入し、一対の長側面133と電極体150とを接着することにより設けてもよい。また、第1接着剤層180および第2接着剤層181は、接着剤をケース体120の一対の長側面133の内面に塗布した後に、電極体150をケース体120の内部に挿入し、一対の長側面133と電極体150とを接着することにより設けてもよい。
【0035】
図5に示すように、スペーサ190は、第2の方向(X方向)における電極体150の両端に一対設けられている。スペーサ190は、絶縁性を有する樹脂材料により構成されている。スペーサ190は、たとえば、フェノール樹脂により構成されている。
【0036】
スペーサ190は、第1の方向(Y方向)において、第1極板体160および第2極板体170を互いに離れる方向に押圧する。具体的には、本実施の形態におけるスペーサ190は、スペーサ190の一部が第1極板体160および第2極板体170の隙間Gにくさび状に挿入されることによって、端部162,172に位置する絶縁部材と接触し、第1極板体160および第2極板体170を互いに離れる方向に押圧する。
【0037】
スペーサ190は、先端部191と、後端部192とを有する。先端部191は、第1の方向(Y方向)において第1極板体160および第2極板体170の間に位置している。先端部191は、第1極板体160および第2極板体170に隣接している。
【0038】
後端部192は、第1の方向(Y方向)において第1極板体160と第2極板体170との隙間Gより広い幅を有している。後端部192は、先端部191に接続され、かつ、ケース体120の内側に隣接している。本実施の形態におけるスペーサ190の後端部192は、一対の短側面136上に位置している。なお、電極体150およびスペーサ190をケース体120に挿入する順番は限定されない。また、スペーサ190は、1つの部材でもよいし、複数の部材から構成されていてもよい。
【0039】
スペーサ190は、集電タブ161,171と干渉しないように、集電タブ161,171が対向するケース体120の面とは異なる面に配置されることが望ましい。
【0040】
なお、電極体150は、絶縁性を有し、電極体150とケース体120とを絶縁するシート状の電極体ホルダによって被覆されていてもよい。電極体150が電極体ホルダによって被覆される場合、第1極板体160および第2極板体170の各々を1つの電極体ホルダによって被覆し、電極体ホルダと一対の長側面133とが接着されることによって、電極体ホルダを介して電極体150とケース体120とが接着される。また、スペーサ190を配置する場合には、電極体ホルダの内部にスペーサ190が配置される。
【0041】
図6は、
図5の電池セルをVI-VI線矢印方向から見た断面図である。
図6に示すように、スペーサ190は、上端193および下端194を有している。
【0042】
スペーサ190は、底面132から離れるにしたがって先端部191から後端部192までの高さが高くなっている。すなわち、スペーサ190は、下端194における先端部191から後端部192までの高さと比較して、上端193における先端部191から後端部192までの高さが高い。
【0043】
本技術の実施の形態1に係る電池セル100においては、電極体150をケース体120に接着することによって耐振動性を維持しつつ、第1の方向(Y方向)に第1極板体160および第2極板体170が隙間Gをあけて配置されていることによって、電極体150が隙間Gを埋めるように膨張することができるため、電池セル100の膨張を抑制することができる。
【0044】
本技術の実施の形態1に係る電池セル100においては、スペーサ190によって第1極板体160および第2極板体170をケース体120に押し当てることができるため、ケース体120に電極体150を確実に接着させつつ、第1極板体160および第2極板体170の間に隙間Gを形成することができる。
【0045】
本技術の実施の形態1に係る電池セル100においては、スペーサ190が端部162,172に位置する絶縁部材と接触することによって、第1極板体160および第2極板体170における正極板および負極板とスペーサ190との接触を抑制することができるため、スペーサ190からの正極板および負極板への負荷を抑制しつつ、第1極板体160および第2極板体170をケース体120に押し当てることができる。
【0046】
本技術の実施の形態1に係る電池セル100においては、ケース体120の短側面136上にスペーサ190を配置することによって、第1の方向(Y方向)に並びつつケース体120の第2の方向(X方向)の両端まで延在する電極体150に対して、スペーサ190を干渉しにくい位置に配置することができるため、電極体150をケース体120に挿入しやすくすることができる。
【0047】
本技術の実施の形態1に係る電池セル100においては、電極体150を開口部131からケース体120に挿入する際、接触抵抗が大きくなって電極体150が挿入しにくくなる底面132側においてスペーサ190の先端部191と後端部192との高さを低くすることによって、電極体150をケース体120に挿入しやすくすることができる。
【0048】
(実施の形態2)
以下、本技術の実施の形態2に係る電池セルについて説明する。本技術の実施の形態2に係る電池セルは、スペーサの構成が本技術の実施の形態1に係る電池セル100と異なるため、本技術の実施の形態1に係る電池セル100と同様である構成については説明を繰り返さない。
【0049】
図7は、本技術の実施の形態2に係る電池セルの構成を示す断面図である。
図7に示すように、本発明の実施の形態2に係る電池セル100Aにおけるスペーサ190Aは、先端部191Aと、後端部192とを有する。スペーサ190Aの先端部191Aは、テーパ部195と、リブ部196とを有する。
【0050】
テーパ部195は、後端部192から電極体150の隙間Gに向かってスペーサ190Aの幅を狭くするように傾斜している。
【0051】
リブ部196は、テーパ部195の頂点から後端部192とは反対側に突出している。リブ部196は、第1の方向(Y方向)において第1極板体160および第2極板体170の各々の端部162,172の間に位置している。
【0052】
本技術の実施の形態2に係る電池セル100Aにおいては、スペーサ190Aにおけるリブ部196を端部162,172の間に挟み込むことによって、スペーサ190Aにより第1極板体160および第2極板体170を確実に分けつつ、第1極板体160および第2極板体170を互いに離れる方向に押圧することができる。また、スペーサ190Aが第1極板体160および第2極板体170を確実に押圧することによって、第1接着剤層180および第2接着剤層181を押し潰しながら固着させることができるため、電極体150とケース体120との間に接着剤を広げつつ、隙間Gを確保することができる。
【0053】
なお、本実施の形態におけるスペーサ190Aは、ケース体の底面部から離れるにしたがって、先端部191Aの高さを一定にしつつ、テーパ部195の高さが高くなってもよい。この場合には、テーパ部195の高さが変化することによって、底面に近づくにしたがってリブ部196を長くすることができるため、底面においてスペーサ190Aにより第1極板体160および第2極板体170を確実に分けることができる。
【0054】
(実施の形態3)
以下、本技術の実施の形態3に係る電池セルについて説明する。本技術の実施の形態3に係る電池セルは、電極体の構成が本技術の実施の形態1に係る電池セル100と異なるため、本技術の実施の形態1に係る電池セル100と同様である構成については説明を繰り返さない。
【0055】
図8は、本技術の実施の形態3に係る電池セルの構成を示す断面図である。
図8に示すように、本発明の実施の形態3に係る電池セル100Bにおける電極体150Bは、巻回型の極板体である。具体的には、電極体150Bにおける第1極板体160Bおよび第2極板体170Bは、図示しない正極板および負極板が絶縁部材を間に挟んで互いに巻回された巻回型の極板体である。
【0056】
第1極板体160Bおよび第2極板体170Bは、第1の方向(Y方向)に直交する第2の方向(X方向)の両端において曲面部163,173を有する。スペーサ190は、曲面部163,173と接触している。
【0057】
本技術の実施の形態3に係る電池セル100Bにおいては、巻回型の電極体150Bにおいて電池性能の影響が少ない両端の曲面部163,173にスペーサ190を接触させることによって、スペーサ190からの正極板および負極板への負荷を抑制しつつ、第1極板体160Bおよび第2極板体170Bをケース体120に押し当てることができる。
【0058】
(実施の形態4)
以下、本技術の実施の形態4に係る電池セルについて説明する。本技術の実施の形態4に係る電池セルは、スペーサの配置が本技術の実施の形態1に係る電池セル100と異なるため、本技術の実施の形態1に係る電池セル100と同様である構成については説明を繰り返さない。
【0059】
図9は、本技術の実施の形態4に係る電池セルの構成を示す断面図である。
図9に示すように、本発明の実施の形態4に係る電池セル100Cにおけるスペーサ190Cの後端部192Cは、底面132上および封口板140上に位置している。
【0060】
本技術の実施の形態4に係る電池セル100Cにおいては、スペーサ190Cが底面132上および封口板140上に配置されていることによって、電極体150をケース体120に挿入する際に、スペーサ190Cが電極体150に干渉することを抑制することができるため、電極体150をケース体120に挿入しやすくすることができる。
【0061】
以上、本技術の実施の形態について説明したが、今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本技術の範囲は特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
【符号の説明】
【0062】
1 電池モジュール、100,100A,100B,100C 電池セル、110 電極端子、111 正極端子、112 負極端子、120 ケース体、130 外装体、131 開口部、132 底面、133 一対の長側面、134 第1側面、135 第2側面、136 一対の短側面、137 第3側面、138 第4側面、140 封口板、141 ガス排出弁、150,150B 電極体、160,160B 第1極板体、170,170B 第2極板体、161,171 集電タブ、162,172 端部、163,173 曲面部、180 第1接着剤層、181 第2接着剤層、190,190A,190C スペーサ、191,191A 先端部、192,192C 後端部、193 上端、194 下端、195 テーパ部、196 リブ部、200 エンドプレート、300 拘束部材、G 隙間。