CN105706265A - 蓄电模块 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种蓄电模块，其通过多个在壳体(2a)内收容有电极组装体(2b)以及电解液(2c)的方形的蓄电装置(2)连接而构成，多个蓄电装置(2)沿着规定的排列方向(正极与负极层叠的方向)排列，并以该排列的状态被约束，壳体(2a)的被约束的一侧的面(2g)(特别地，至少是被约束的一侧的面(2g)的与邻接部件接触的部分)的厚度比未被约束的一侧的面(2h)的厚度小。

Description

蓄电模块

技术领域

本发明涉及蓄电模块。

背景技术

蓄电装置构成为将正极与负极经由隔离物而层叠的电极组装体以及电解液收容于壳体。在图3中示出蓄电装置100的一个例子(俯视剖视图)，与方形的壳体100a接触地收纳有电极组装体100b，壳体100a内被电解液100c充满。蓄电模块将这样构成的多个蓄电装置以它们按照规定的排列方向排列的状态约束在端板间。例如，在专利文献1中公开有一种电池组装体，多个单体电池夹设有导热板地排列为列状，在配置于其两端部的保持板架设直杆并利用螺栓对该直杆进行了紧固。

专利文献1：日本特开平8-148187号公报

无论单体使用的蓄电装置或组装为蓄电模块的蓄电装置如何，蓄电装置因长期使用的情况下的劣化反应(例如，电解液的分解反应)等，有时会在壳体内产生气体。若在壳体内产生气体，则壳体内的压力变高。因该较高的内压而导致壳体产生膨胀，存在使壳体变形的可能性。为了确保防止这种变形所需的壳体的耐压强度，需要将壳体的各面的厚度加厚。特别如图3所示，在方形的蓄电装置100的剖面形状为长方形的情况下，壳体100a的长边侧的面100d的变形量变大。因此，需要以不使长边侧的面变形的方式设计壳体的厚度，使长边侧的面的厚度及其以外的各面的厚度也变厚。但是，越将壳体的各面的厚度加厚，壳体内的空间部的容积就越少。若壳体内的容积变少，则在壳体内能够确保的电极组装体的厚度、体积减少，电极组装体的正极以及负极的各活性物质的量变少。由此，正极以及负极各自的容量变少，蓄电装置(甚至蓄电模块)的体积能量密度减少。

发明内容

因此，在本技术领域中，需要一种能够抑制蓄电装置的壳体的变形并且提高体积能量密度的蓄电模块。

本发明的一个方面所涉及的蓄电模块通过多个在壳体内收容有电极组装体以及电解液的方形的蓄电装置连接而构成，多个蓄电装置沿着规定的排列方向排列，并以该排列的状态被约束，壳体的被约束的一侧的面的厚度比壳体的未被约束的一侧的面的厚度小。

对于该蓄电模块而言，多个蓄电装置沿着规定的排列方向排列，并以该排列的状态被约束。各蓄电装置为方形，在方形的壳体内收容有电极组装体、电解液。多个方形的蓄电装置被约束，因此方形的壳体的侧面包括被约束的一侧的面(与邻接部件接触的一侧的面、承受约束载荷的面)和未被约束的一侧的面。对于该壳体的被约束的一侧的面而言，即便将厚度减小也可从两侧承受约束载荷，由此，耐压强度比未被约束的一侧的面高，相对于壳体内的压力难以变形。因此，在该蓄电模块中，形成为被约束的一侧的面的厚度比未被约束的一侧的面的厚度小的壳体。因为将壳体的被约束的一侧的面的厚度减小，所以能够与上述减小的厚度相应地增加壳体内的空间部的容积。因此，能够增加电极组装体的厚度以及体积，从而增加正极以及负极的活性物质各自的量。其结果是，正极以及负极各自的容量增加，从而蓄电装置(进而是蓄电模块)的体积能量密度增加。像这样，在该蓄电模块中，在被约束的多个蓄电装置中各壳体的被约束的一侧的面的厚度比未被约束的一侧的面的厚度小，由此能够抑制壳体的变形并且能够提高体积能量密度。

在一方式的蓄电模块中，被约束的一侧的面的与邻接部件接触的部分的厚度至少比未被约束的一侧的面的厚度小。在壳体的被约束的一侧的面中，在与邻接部件接触的部分也承受约束载荷，能够将该约束载荷施加于电极组装体。因此，与该邻接部件接触的部分的厚度至少比未被约束的一侧的面的厚度小。此外，对邻接部件而言，例如在蓄电装置间不存在夹设部件的情况下是蓄电装置的壳体，在蓄电装置间存在夹设部件的情况下是成为夹设部件的导热部件、散热部件等。

在一方式的蓄电模块中，与邻接部件接触的部分包括电极组装体的与壳体的接触面。对多个蓄电装置进行约束并施加约束载荷是为了使电极组装体所包括的正极与负极的反应均匀化。因此，若壳体的被约束的一侧的面的与邻接部件接触的部分不包括电极组装体的与壳体的接触面，则无法对电极组装体的层叠方向侧的整个面施加约束载荷，从而无法使在电极组装体内层叠的正极与负极的反应均匀化。

根据本发明，能够抑制蓄电装置的壳体的变形并且能够提高体积能量密度。

附图说明

图1是示意性地表示本实施方式所涉及的蓄电模块的俯视图。

图2是示意性地表示图1的蓄电模块中处于被约束的状态的多个蓄电装置的俯视剖面的俯视剖视图。

图3是示意性地表示蓄电装置的俯视剖面的俯视剖视图。

具体实施方式

以下，参照附图对本发明所涉及的蓄电模块的实施方式进行说明。此外，对各图中相同或相当的元件标注相同的附图标记，并省略重复的说明。

在本实施方式中，将本发明所涉及的蓄电模块应用于多个蓄电装置在端板间以沿着规定的排列方向排列的状态被约束的蓄电模块。此外，在本实施方式中，形成为不存在夹设于蓄电装置间的部件的方式的蓄电模块，但也可以是存在夹设于蓄电装置间的部件的蓄电模块。

参照图1以及图2对本实施方式所涉及的蓄电模块1进行说明。图1是示意性地表示蓄电模块1的俯视图。图2是示意性地表示蓄电模块1中处于被约束的状态的多个蓄电装置的俯视剖面的俯视剖视图。

蓄电模块1排列有多个蓄电装置2，以其排列体约束在分别配置于排列方向的两端面的一对端板3、3间的状态构成。此外，这里所说明的蓄电模块1的结构是一个例子，可以应用其他各种结构的蓄电模块。

蓄电装置2是方形的蓄电装置。多个蓄电装置2以沿着规定的排列方向排列的状态夹于端板3、3间，从而施加有约束压力(约束载荷)而被约束。该排列方向是层叠有正极与负极的方向，是相邻的方形的蓄电装置2、2间的长边侧的面彼此接触的方向。以下，对蓄电装置2(特别是锂离子二次电池)的结构进行说明。长边侧是指图2所示的俯视剖面中的长方形(也包括四角为弧状(R状)的形状)的各边中的较长的一方的边侧。此外，以下所说明的蓄电装置2的结构是一个例子，可以应用其他各种结构的蓄电装置。

蓄电装置2主要具备壳体2a、电极组装体2b、以及电解液2c。壳体2a是收容电极组装体2b以及电解液2c的壳体，呈方形。壳体2a例如由铝、不锈钢等金属形成。稍后对壳体2a的各面的厚度详细地进行说明。

电极组装体2b具备正极、负极以及将正极与负极绝缘的隔离物。电极组装体2b是层叠片状的多个正极和多个负极以及片状(或袋状)的多个隔离物而构成的。该层叠方向D为上述排列方向。电极组装体2b收容于壳体2a内，且壳体2a内被电解液2c充满。

正极由金属箔、形成于金属箔的至少一面的正极活性物质层构成。正极具有在金属箔的端部未形成有正极活性物质层的极耳。极耳沿正极的上缘部延伸，经由导电部件与正极端子2d连接。金属箔例如为铝箔、铝合金箔。正极活性物质层包含正极活性物质、粘合剂。正极活性物质层也可以包含导电助剂。正极活性物质例如为复合氧化物、金属锂、硫黄。复合氧化物包含锰、镍、钴以及铝中的至少一个和锂。粘合剂例如为聚酰胺-酰亚胺、聚酰亚胺等热塑性树脂、以及在主链具有酰胺键的聚合树脂。导电助剂例如为炭黑、石墨、乙炔黑、科琴黑(注册商标)。

负极由金属箔、形成于金属箔的至少一面的负极活性物质层构成。负极具有在金属箔的端部未形成有负极活性物质层的极耳。极耳沿负极的上缘部延伸，经由导电部件与负极端子2e连接。金属箔例如为铜箔、铜合金箔。负极活性物质层包含负极活性物质、粘合剂。负极活性物质层也可以包含导电助剂。负极活性物质例如为石墨、高取向性石墨、中间相碳微球、硬质碳、软质碳等碳、锂、钠等碱金属、金属化合物、SiOx(0.5≤x≤1.5)等金属氧化物、以及掺杂硼的碳。粘合剂、导电助剂可以应用正极示出的相同的粘合剂、导电助剂。

隔离物将正极与负极隔离，其防止因两极的接触而导致的电流的短路，并且使锂离子通过。隔离物例如是由聚乙烯(PE)、聚丙烯(PP)等聚烯烃类树脂构成的多孔膜、以及由聚丙烯、聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)、甲基纤维素等构成的织布或者无纺布。

多个蓄电装置2在沿着上述排列方向排列时，以正极端子2d与负极端子2e的位置在相邻的蓄电装置2、2间交替的方式进行排列。而且，正极端子2d与负极端子2e在相邻的蓄电装置2、2间被连接部件2f分别连接，从而以串联的方式将多个蓄电装置2电连接。

电解液2c收容于壳体2a内，且浸渍于电极组装体2b内。电解液2c例如为有机溶剂系或非水系的电解液。

端板3配置于沿着上述的排列方向排列的多个蓄电装置2的两端部，是用于从两侧对排列的多个蓄电装置2(方形的壳体2a的长边侧的面2g)施加约束压力(约束载荷)来进行约束的部件。端板3呈板状，其与壳体2a的长边侧的面2g接触的面是与蓄电装置2的上述排列方向的面相比足够大的面。端板3具有能够施加约束压力的足够的厚度。在端板3开设有多个具有可供连结部件3a插入的直径的贯通孔(未图示)。该贯通孔的位置，例如为端板3的四角的角部周边。连结部件3a为棒状的部件，在两端部切削有外螺纹。在端板3、3间夹入有多个蓄电装置2的状态下，各连结部件3a分别通过两侧的端板3、3的各贯通孔，在连结部件3a的两端部的外螺纹分别拧上螺母3b、3b。由此，在端板3、3间对多个蓄电装置2施加有约束压力，从而处于被约束的状态。此时，在壳体2a的侧面中的长边侧的面2g承受约束载荷，在侧面中的短边侧的面2h不承受约束载荷。

此外，对排列的多个蓄电装置2进行约束是为了对壳体2a的长边侧的面2g(进而是电极组装体2b的两侧)施加约束载荷，使电极组装体2b内的正极与负极的反应均匀。承受该约束载荷的是在相邻的蓄电装置2、2的壳体2a、2a间的长边侧的面2g、2g中的接触的部分。根据图2判断出，该接触的部分为壳体2a的长边侧的面2g的大致整个面。另外，该接触的部分比电极组装体2b的与壳体2a的接触面2i大，足够包括该接触面2i。该电极组装体2b的接触面2i是正极与负极的层叠方向D侧的面。因此，能够将由壳体2a的长边侧的面2g、2g中的接触的部分所承受的约束载荷施加到电极组装体2b中的层叠方向D侧的接触面2i的整个面。在电极组装体2b中，在层叠方向D的两侧的接触面2i、2i的整个面承受约束载荷，因此正极与负极均匀地进行反应。

以下，对壳体2a的各面的厚度进行说明。壳体2a的长边侧的各面2g分别从排列方向的两侧承受约束载荷。因此，长边侧的面2g与不承受约束载荷的短边侧的面2h相比，耐压强度较大。因而，使壳体2a的侧面中的长边侧的面2g比短边侧的面2h小。使短边侧的面2h为与现有的蓄电模块的蓄电装置的壳体的厚度相同程度的厚度。因此，长边侧的面2g成为比现有的蓄电模块的蓄电装置的壳体的厚度小的厚度。使长边侧的面2g的厚度比短边侧的面2h的厚度小到何种程度，是考虑长边侧的面2g的大小(面积)、形状(横纵比等)、短边侧的面2h的大小与长边侧的面2g的大小之比、壳体2a的材质、壳体2a内的最大压力等而进行设计的。此外，壳体2a的其他面(底面等)的厚度是与短边侧的面2h的厚度相同程度的厚度即可。

像这样，通过使长边侧的面2g的厚度比短边侧的面2h的厚度小，在壳体2a的外部形状与现有的蓄电模块的蓄电装置的壳体在外形上为相同的形状的情况下，壳体2a内的空间部的容积与上述减小的厚度相应地增加。因此，在层叠方向D上加厚电极组装体2b的厚度且增加电极组装体2b的体积，从而增加正极以及负极的活性物质各自的量。其结果是，正极以及负极各自的容量增加，从而蓄电装置2(进而是蓄电模块1)的体积能量密度增加。

此外，因长期使用蓄电装置2(蓄电模块1)的情况下的劣化反应(例如，电解液2c的分解反应)等，有时会在壳体2a内产生气体。若在壳体2a内产生气体，则壳体2a内的压力增高。虽然壳体2a的长边侧的各面2g的厚度减小，但该面2g从两侧承受约束载荷而被约束，因而耐压强度较高。因此，即便壳体2a内的压力增高，也能够抑制(防止)壳体2a膨胀，从而能够抑制壳体2a的变形。特别地，虽然方形的壳体2a的长边侧的面容易变形，但能够抑制该变形。顺便说一下，壳体2a的短边侧的各面2h的厚度较厚，因此耐压强度较高。

根据该蓄电模块1，在被约束的多个蓄电装置2中，通过使各壳体2a的侧面中的被约束的一侧的面2g的厚度比未被约束的一侧的面2h的厚度小，能够抑制壳体2a的变形并且能够提高体积能量密度。特别地，在蓄电模块1中，壳体2a的被约束的一侧的面为长边侧的面2g，将长边侧的面2g减小，因此能够更多地增加电极组装体2b的厚度以及体积(进而是正极以及负极的活性物质各自的量)，体积能量密度的提高效果较高。此外，壳体2a的被约束的一侧的面2g比未被约束的一侧的面2h越大，该体积能量密度的提高效果越高。

另外，根据该蓄电模块1，即便在承受约束载荷的壳体2a的长边侧的面2g、电极组装体2b的接触面2i存在起伏(凹凸)，由于将壳体2a的与电极组装体2b接触的一侧的长边侧的面2g减小，所以传递载荷的追随性也较高，能够将约束载荷施加至电极组装体2b。

以上，对本发明所涉及的实施方式进行了说明，但本发明并不限定于上述实施方式，能够以各种方式实施。

例如，在本实施方式中，构成为蓄电模块内的相邻的蓄电装置彼此直接接触，但也可以应用于在相邻的蓄电装置间夹有绝缘部件、导热部件、散热部件等夹设部件的结构。

另外，在本实施方式中，构成为多个蓄电装置在蓄电模块内以串联的方式电连接，但也能够应用于多个蓄电装置以并联的方式连接的情况、以并联以及串联的方式连接的情况。

另外，在本实施方式中，应用于被约束的一侧的面为方形的壳体的侧面中的长边侧的面的蓄电装置，但也可以应用于被约束的一侧的面为短边侧的面的蓄电装置、被约束的一侧的面与未被约束的一侧的面是相同的边长的蓄电装置。

另外，在本实施方式中，构成为壳体的被约束的一侧的面整体与邻接部件(蓄电装置的壳体等)接触，壳体的被约束的一侧的面整体的厚度比未被约束的一侧的面的厚度小，但也可以构成为在被约束的一侧的面中存在不与邻接部件接触的部分的情况下，仅将被约束的一侧的面中的与邻接部件接触的部分减小。

附图标记说明：

1…蓄电模块；2…蓄电装置；2a…壳体；2b…电极组装体；2c…电解液；2d…正极端子；2e…负极端子；2f…连接部件；2g…长边侧的面；2h…短边侧的面；2i…接触面；3…端板；3a…连结部件；3b…螺母。

权利要求书(按照条约第19条的修改)

1.(修改后)一种蓄电模块，其通过多个在壳体内收容有电极组装体以及电解液的方形的蓄电装置连接而构成，

多个所述蓄电装置沿着所述电极组装体的正极与负极层叠的层叠方向排列，并以该排列的状态被约束，

所述壳体的被约束的一侧的面的厚度比所述壳体的未被约束的一侧的面的厚度小。

2.根据权利要求1所述的蓄电模块，

所述被约束的一侧的面中的与邻接部件接触的部分的厚度至少比所述未被约束的一侧的面的厚度小。

3.根据权利要求2所述的蓄电模块，

与所述邻接部件进行所述接触的部分包括所述电极组装体的与所述壳体的接触面。

4.(修改后)一种蓄电模块，其通过多个在壳体内收容有电极组装体以及电解液的方形的蓄电装置连接而构成，

多个所述蓄电装置沿着所述电极组装体的正极与负极层叠的层叠方向排列，并以该排列的状态被约束，

邻接部件与所述壳体的被约束的一侧的面接触，

所述被约束的一侧的面中的与所述邻接部件接触的部分的厚度至少比所述未被约束的一侧的面的厚度小。

5.根据权利要求4所述的蓄电模块，

所述壳体的被约束的一侧的面整体的厚度比所述壳体的未被约束的一侧的面的厚度小。

6.根据权利要求4或5所述的蓄电模块，

与所述邻接部件进行所述接触的部分包括所述电极组装体的与所述壳体的接触面。

Claims (6)

1.一种蓄电模块，其通过多个在壳体内收容有电极组装体以及电解液的方形的蓄电装置连接而构成，

多个所述蓄电装置沿着规定的排列方向排列，并以该排列的状态被约束，

所述壳体的被约束的一侧的面的厚度比所述壳体的未被约束的一侧的面的厚度小。

2.根据权利要求1所述的蓄电模块，

所述被约束的一侧的面中的与邻接部件接触的部分的厚度至少比所述未被约束的一侧的面的厚度小。

3.根据权利要求2所述的蓄电模块，

与所述邻接部件进行所述接触的部分包括所述电极组装体的与所述壳体的接触面。

4.一种蓄电模块，其通过多个在壳体内收容有电极组装体以及电解液的方形的蓄电装置连接而构成，

多个所述蓄电装置沿着规定的排列方向排列，并以该排列的状态被约束，

邻接部件与所述壳体的被约束的一侧的面接触，

所述被约束的一侧的面中的与所述邻接部件接触的部分的厚度至少比所述未被约束的一侧的面的厚度小。

5.根据权利要求4所述的蓄电模块，

所述壳体的被约束的一侧的面整体的厚度比所述壳体的未被约束的一侧的面的厚度小。

6.根据权利要求4或5所述的蓄电模块，

与所述邻接部件进行所述接触的部分包括所述电极组装体的与所述壳体的接触面。