特許 7653405 バッテリモジュール

(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】2025-03-19

(45)【発行日】2025-03-28

(54)【発明の名称】バッテリモジュール

(51)【国際特許分類】

   H01M 50/293 20210101AFI20250321BHJP

   H01M 10/0562 20100101ALI20250321BHJP

   H01M 50/262 20210101ALI20250321BHJP

   H01M 50/291 20210101ALI20250321BHJP

【ＦＩ】

H01M50/293

H01M10/0562

H01M50/262 E

H01M50/291

【請求項の数】 6

(21)【出願番号】P 2022210299

(22)【出願日】2022-12-27

(65)【公開番号】P2024093738

(43)【公開日】2024-07-09

【審査請求日】2023-07-28

(73)【特許権者】

【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】吉澤 洋介

(72)【発明者】

【氏名】臼井 英正

(72)【発明者】

【氏名】藤井 健雄

【審査官】神田 和輝

(56)【参考文献】

【文献】特開２００７－１６５６９８（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１５－５３２６１（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１７－１０７６４８（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０２３－１３５７５８（ＪＰ，Ａ）

【文献】中国特許出願公開第１１２６７７５８０（ＣＮ，Ａ）

【文献】中国実用新案第２１７９４４５４７（ＣＮ，Ｕ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｂ３２Ｂ

Ｆ１６Ｌ ５９／００－５９／２２

Ｈ０１Ｍ １０／６０－１０／６６７

Ｈ０１Ｍ ５０／２０－５０／２９８

(57)【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、前記バッテリセル積層体と前記板状部材との間に配置されているクッション材と、を備え、
前記バッテリセルは、全固体電池セルであり、
前記クッション材は、前記バッテリセル積層体の積層方向の両外側に配置されている一対の第１弾性部材と、前記一対の第１弾性部材の間に配置されている第２弾性部材と、前記第１弾性部材と前記第２弾性部材との間に配置されている剛性部材と、を有し、
前記第１弾性部材は、樹脂を含む発泡体であり、
前記第２弾性部材は、ゴムを含むハニカム構造体である、バッテリモジュール。

【請求項2】

前記ハニカム構造体は、径が４ｍｍ以下である貫通孔を有する、請求項１に記載のバッテリモジュール。

【請求項3】

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、前記バッテリセル積層体と前記板状部材との間に配置されているクッション材と、を備え、
前記バッテリセルは、全固体電池セルであり、
前記クッション材は、前記バッテリセル積層体の積層方向の両外側に配置されている一対の第１弾性部材と、前記一対の第１弾性部材の間に配置されている第２弾性部材と、前記第１弾性部材と前記第２弾性部材との間に配置されている剛性部材と、を有し、
前記第１弾性部材は、樹脂を含む発泡体であり、
前記第２弾性部材は、樹脂または繊維強化プラスチックを含む複数の円弧状の板バネが平行に配置されている部材である、バッテリモジュール。

【請求項4】

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、前記バッテリセル積層体と前記板状部材との間に配置されているクッション材と、を備え、
前記バッテリセルは、全固体電池セルであり、
前記クッション材は、前記バッテリセル積層体の積層方向の両外側に配置されている一対の第１弾性部材と、前記一対の第１弾性部材の間に配置されている第２弾性部材と、前記第１弾性部材と前記第２弾性部材との間に配置されている剛性部材と、を有し、
前記第１弾性部材は、樹脂を含む発泡体であり、
前記第２弾性部材は、樹脂または繊維強化プラスチックを含む波状の板バネである、バッテリモジュール。

【請求項5】

前記第１弾性部材は、ポアソン比が０．３以下である、請求項１から４のいずれか一項に記載のバッテリモジュール。

【請求項6】

前記剛性部材は、ステンレス鋼を含む、請求項５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二次電池に関する研究開発が実施されている。

【0003】

バッテリセルは、充放電に伴い、膨張収縮するため、バッテリモジュールは、例えば、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、一対のエンドプレートの間にバッテリセル積層体を拘束するバインドバーと、を備えている。

【0004】

しかしながら、全固体電池セルは、充放電時の膨張収縮に伴う体積変化が大きいため、バッテリモジュールの寸法が変化してしまい、車両への搭載が困難になる。

【0005】

特許文献１には、全固体電池セルの間に、間隙調整ユニットが間欠的に配置されている組電池が記載されている。ここで、間隙調整ユニットは、一対のプレートの間に弾性体が配置されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0006】

【文献】特開２０２０－７７５００号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0007】

しかしながら、バッテリモジュールのエネルギー密度には改善の余地がある。

【0008】

例えば、全固体電池セルの充放電時の膨張収縮をさらに吸収するために、一対の第１弾性部材の間に第２弾性部材が配置されているクッション材を使用することが考えられる。

【0009】

しかしながら、全固体電池セルの充電時の膨張に伴い、クッション材が圧縮される際に、第１弾性部材の第２弾性部材と接触している部分と、第１弾性部材の第２弾性部材と接触していない部分との間で、面圧の差が大きくなり、クッション材の面圧の均一性が低くなる場合がある。

【0010】

本発明は、エネルギー密度およびクッション材の面圧の均一性を高くす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】

【0011】

（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、前記バッテリセル積層体と前記板状部材との間に配置されているクッション材と、を備え、前記クッション材は、前記バッテリセル積層体の積層方向の両外側に配置されている一対の第１弾性部材と、前記一対の第１弾性部材の間に配置されている第２弾性部材と、前記第１弾性部材と前記第２弾性部材との間に配置されている剛性部材と、を有する、バッテリモジュール。

【0012】

（２）前記第２弾性部材は、凹部または貫通孔を有する、（１）に記載のバッテリモジュール。

【0013】

（３）前記凹部または貫通孔は、径が４ｍｍ以下である、（２）に記載のバッテリモジュール。

【0014】

（４）前記剛性部材は、ポアソン比が０．３以下である、（１）から（３）のいずれか一項に記載のバッテリモジュール。

【0015】

（５）前記剛性部材は、ステンレス鋼を含む、（４）に記載のバッテリモジュール。

【0016】

（６）前記バッテリセルは、固体電池セルである、（１）から（５）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】

【0017】

本発明によれば、エネルギー密度およびクッション材の面圧の均一性を高くす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】

【0018】

【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2】図１のクッション材を示す一部分解斜視図である。

【図3】発泡体とハニカム構造体との間に剛性部材が配置されていない場合のクッション材が圧縮される状態を示す断面図である。

【図4】図２のクッション材の変形例を示す側面図である。

【図5】図２のクッション材の変形例を示す側面図である。

【発明を実施するための形態】

【0019】

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。

【0020】

図１に、本実施形態のバッテリモジュールの一例を示す。

【0021】

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。

【0022】

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、バッテリセル積層体１１とエンドプレート１２との間に、クッション材１４が配置されている。

【0023】

なお、クッション材１４は、複数のバッテリセル１１ａの間、または、バッテリセル積層体１１とエンドプレート１２との間に配置されていてもよい。

【0024】

クッション材１４は、図２に示すように、バッテリセル積層体１１の積層方向の両外側に配置されている一対の第１弾性部材としての、発泡体１４ａと、一対の発泡体１４ａの間に配置されている第２弾性部材としての、ハニカム構造体１４ｂと、発泡体１４ａとハニカム構造体１４ｂとの間に配置されている剛性部材１４ｃを有する。

【0025】

ここで、バッテリセル１１ａの充電時の膨張に伴い、クッション材１４が圧縮される際に、発泡体１４ａとハニカム構造体１４ｂとの間に剛性部材１４ｃが配置されているため、発泡体１４ａのハニカム構造体１４ｂと接触している部分と、発泡体１４ａのハニカム構造体１４ｂと接触していない部分との間で、面圧の差が小さくなり、面圧の均一性が高くなる。

【0026】

これに対して、発泡体１４ａとハニカム構造体１４ｂとの間に剛性部材１４ｃが配置されていないと、クッション材が圧縮される際に、発泡体１４ａのハニカム構造体１４ｂと接触している部分のみが圧縮される場合がある（図３参照）。その結果、発泡体１４ａのハニカム構造体１４ｂと接触している部分と、発泡体１４ａのハニカム構造体１４ｂと接触していない部分との間で、面圧の差が大きくなり、面圧の均一性が低くなる。この傾向は、発泡体１４ａの厚さが小さい場合、すなわち、バッテリモジュール１０のエネルギー密度が高い場合に顕著になる。

【0028】

第１弾性部材のポアソン比は、０．３以下であることが好ましい。第１弾性部材のポアソン比が０．３以下であると、バッテリセル１１ａの膨張収縮に伴う厚さの変化を第１弾性部材が吸収しやすくなる。なお、第１弾性部材のポアソン比は、特に限定されないが、例えば、０以上である。

【0029】

第２弾性部材の単位面積当たりのバネ定数は、０．９ＭＰａ／ｍｍ以上であることが好ましい。第２弾性部材の単位面積当たりのバネ定数が０．９ＭＰａ／ｍｍ以上であると、バッテリモジュール１０のエネルギー密度が高くなる。第２弾性部材の単位面積当たりのバネ定数は、特に限定されないが、例えば、２．０ＭＰａ／ｍｍ以下である。

【0030】

発泡体１４ａの空隙率は、特に限定されないが、例えば、３０％以上９５％以下である。

【0031】

発泡体１４ａのＳＯＣ１００％における厚さは、特に限定されないが、例えば、０．０７ｍｍ以上０．５ｍｍ以下である。

【0032】

発泡体１４ａを構成する材料としては、特に限定されないが、例えば、ポリウレタン、シリコーン樹脂、エチレンプロピレンゴム、スチレン樹脂、オレフィン樹脂、ポリアミド、ポリエステル等が挙げられる。

【0033】

ハニカム構造体１４ｂの空隙率は、７８％以上であることが好ましい。ハニカム構造体１４ｂの空隙率が７８％以上であると、バッテリセル１１ａの膨張収縮に伴う厚さの変化をハニカム構造体１４ｂが吸収しやすくなる。なお、ハニカム構造体１４ｂの空隙率は、特に限定されないが、例えば、４８％以上９０％以下である。

【0034】

ハニカム構造体１４ｂのＳＯＣ１００％における厚さは、特に限定されないが、例えば、０．５ｍｍ以上１．０ｍｍ以下である。

【0035】

ハニカム構造体１４ｂを構成する材料としては、特に限定されないが、例えば、シリコーンゴム（ＶＭＱ）、エチレンプロピレンジエンゴム（ＥＰＤＭ）、フッ素ゴム（ＦＫＭ）、ニトリルゴム（ＮＢＲ）、水素化ニトリルゴム（ＨＮＢＲ）、クロロプレンゴム（ＣＲ）、アクリルゴム（ＡＣＭ）、ブチルゴム（ＩＩＲ）、ウレタンゴム（Ｕ）、クロロスルホン化ポリエチレンゴム（ＣＳＭ）、エピクロロヒドリンゴム（ＥＣＯ）等のゴムが挙げられる。

【0036】

剛性部材１４ｃのヤング率は、１５０ＧＰａ以上であることが好ましい。剛性部材のヤング率が１５０ＧＰａ以上であると、クッション材１４の面圧の均一性が高くなる。なお、剛性部材１４ｃのヤング率は、特に限定されないが、例えば、３５ＧＰａ以上２１０ＧＰａ以下である。

【0037】

剛性部材１４ｃを構成する材料としては、特に限定されないが、例えば、ステンレス鋼等が挙げられる。

【0038】

なお、第２弾性部材として、ハニカム構造体１４ｂ以外の凹部または貫通孔を有する部材を使用してもよい。凹部または貫通孔を有する部材は、例えば、金型、３Ｄプリンター、精密ウォータージェットを用いて、製造することができる。凹部または貫通孔の断面形状としては、六角形以外に、三角形、四角形等が挙げられる。

【0039】

凹部または貫通孔の径は、４ｍｍ以下であることが好ましい。凹部または貫通孔の径が４ｍｍ以下であると、クッション材１４の面圧の均一性が高くなる。なお、凹部または貫通孔の径は、特に限定されないが、例えば、２ｍｍ以上である。

【0040】

図４に、クッション材１４の変形例を示す。

【0041】

クッション材１４Ａは、一対の発泡体１４ａの間に、第２弾性部材としての、複数の円弧状の板バネ２１が平行に配置されている部材が配置されている以外は、クッション材１４と同様である。

【0042】

板バネ２１のヤング率は、３５ＧＰａ以上であることが好ましい。板バネ２１のヤング率が３５ＧＰａ以上であると、バッテリセル１１ａの膨張収縮に伴う厚さの変化を板バネ２１が吸収しやすくなる。なお、板バネ２１のヤング率は、特に限定されないが、例えば、２００ＧＰａ以下である。

【0043】

板バネ２１を構成する材料としては、特に限定されないが、例えば、ステンレス鋼、炭素鋼等の金属、エポキシ系樹脂、フェノール樹脂、ナイロン樹脂等の樹脂、繊維強化プラスチック（ＦＲＰ）等が挙げられる。

【0044】

なお、第２弾性部材として、複数の円弧状の板バネ２１が平行に配置されている部材以外の板バネ構造を有する部材を使用してもよい。例えば、複数の円弧状の板バネ２１を平行に配置する代わりに、波状の板バネ３１（図５参照）を配置してもよい。これにより、クッション材の製造が容易になる。

【0045】

また、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が挙げられる。これらの中でも、固体電池セルが好ましい。

【0046】

以下、バッテリセル１１ａ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。

【0047】

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。

【0048】

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。

【0049】

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。

【0050】

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、ＬｉＣｏＯ_２、Ｌｉ（Ｎｉ_５／１０Ｃｏ_２／１０Ｍｎ_３／１０）Ｏ_２、Ｌｉ（Ｎｉ_６／１０Ｃｏ_２／１０Ｍｎ_２／１０）Ｏ_２、Ｌｉ（Ｎｉ_８／１０Ｃｏ_１／１０Ｍｎ_１／１０）Ｏ_２、Ｌｉ（Ｎｉ_０．８Ｃｏ_０．１５Ａｌ_０．０５）Ｏ_２、Ｌｉ（Ｎｉ_１／６Ｃｏ_４／６Ｍｎ_１／６）Ｏ_２、Ｌｉ（Ｎｉ_１／３Ｃｏ_１／３Ｍｎ_１／３）Ｏ_２、ＬｉＣｏＯ_４、ＬｉＭｎ_２Ｏ_４、ＬｉＮｉＯ_２、ＬｉＦｅＰＯ_４、硫化リチウム、硫黄等が挙げられる。

【0051】

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。

【0052】

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。

【0053】

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。

【実施例】

【0054】

以下、本発明の実施例を説明するが、本発明は、実施例に限定されるものではない。

【0055】

［実施例１］
発泡体１４ａとして、厚さ０．１４ｍｍのポリウレタン製の板状部材、ハニカム構造体１４ｂとして、厚さ２．８ｍｍ、径４ｍｍのシリコーンゴム製の板状部材、剛性部材１４ｃとして、厚さ０．１ｍｍのステンレス鋼製の板状部材を使用し、クッション材１４（図２参照）を作製した。

【0056】

［実施例２］
発泡体１４ａとして、厚さ０．２８ｍｍのポリウレタン製の板状部材を使用した以外は、実施例１と同様にして、クッション材を作製した。

【0057】

［実施例３］
発泡体１４ａとして、厚さ０．７０ｍｍのポリウレタン製の板状部材を使用した以外は、実施例１と同様にして、クッション材を作製した。

【0058】

［比較例１］
剛性部材１４ｃを使用しなかった以外は、実施例３と同様にして、クッション材を作製した。

【0059】

［比較例２］
発泡体１４ａとして、厚さ４ｍｍのポリウレタン製の板状部材を使用し、剛性部材１４ｃを使用しなかった以外は、実施例１と同様にして、クッション材を作製した。

【0060】

［比較例３］
クッション材として、厚さ４ｍｍのポリウレタン製の板状部材を使用した。

【0061】

［クッション材の面圧の均一性］
圧力分布測定システム（タクタイルセンサシステム）（ＮＩＴＴＡ製）のセンサシート上にクッション材を載置した後、クッション材の全面に１．５ＭＰａの面圧を印加して、面圧が１ＭＰａ以上である領域の面積率を求め、クッション材の面圧の均一性を評価した。

【0062】

表１に、クッション材の面圧の均一性の評価結果を示す。

【0063】

【表1】

【0064】

表１から、実施例１～３のクッション材は、面圧の均一性が高いことがわかる。また、実施例１～３のクッション材は、発泡体の厚さが小さいため、バッテリモジュールのエネルギー密度が高くなる。

【0065】

これに対して、比較例１のクッション材は、剛性部材が使用されていないため、面圧の均一性が低い。また、比較例２、３のクッション材は、発泡体の厚さが大きいため、バッテリモジュールのエネルギー密度が低くなる。

【符号の説明】

【0066】

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 クッション材
１４ａ 発泡体
１４ｂ ハニカム構造体
１４ｃ 剛性部材
２１ 板バネ
３１ 波状の板バネ

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】