CN110993836A - 电池模块 - Google Patents

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Abstract

本发明提供即使在按各电池模块的大小将外装体的部件制造多个的情况下也能够抑制生产率的下降的电池模块。本公开的电池模块具有外装体及封入到外装体中的全固态电池层叠体。在此，外装体具有筒状的主体部及一对盖部。筒状的主体部在两端的开口端部具有凸缘。并且，通过分别将筒状的主体部的两端的凸缘和一对盖部的外缘部接合，从而形成接合部，利用接合部将外装体密封。全固态电池层叠体具有一个或多个结构单元电池。结构单元电池具有依次层叠的正极集电体层、正极活性物质层、固体电解质层、负极活性物质层及负极集电体层。另外，构成结构单元电池的各层的层叠方向为筒状的主体部的轴向。

Description

电池模块
技术领域
本公开涉及电池模块。
背景技术
电池模块例如通过将锂离子电池、镍氢电池及其他二次电池等电池连接多个而形成。由于这样的电池模块能够得到高输出，所以作为车载用电源或个人计算机及便携终端的电源，重要性不断提高。
关于电池模块的外装体，根据电池性能的维持、生产率的提高、能量密度的提高等观点，例如如专利文献1～5那样，提出了各种结构及形状等。
在先技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2012-84247号公报
专利文献2：日本特开2012-84248号公报
专利文献3：日本特开2005-108693号公报
专利文献4：日本特开2014-179220号公报
专利文献5：日本特开2016-139494号公报
在使用全固态电池层叠体的电池模块中，由于层叠多个结构单元电池来构成一个全固态电池层叠体，所以具有如下优点，即：能够减少电池模块的个数，能够谋求部件件数的削减、体积能量密度的提高。
然而，在这样的电池模块中，特别是由于全固态电池层叠体具有多个结构单元电池，所以厚度、即全固态电池层叠体在层叠方向上的厚度易于变大。因此，本发明人发现了：根据电池模块的搭载部位的大小、形状的不同，例如根据搭载于车辆的情况下的电池模块的搭载部位的车辆宽度等的不同，存在电池模块的形状、大小不匹配而产生死区(deadspace)的情况。
作为不产生这样的死区或缩小这样的死区的方法，本发明人想到了与搭载部位的大小、形状相应地设计电池模块的大小、特别是电池模块的厚度等。
然而，在制造具有各种厚度等的电池模块的情况下，需要按各电池模块的形状，将要制造的外装体的部件制造多个。一般来说，像这样按各电池模块的大小将外装体的部件制造多个会使电池模块的生产率显著地下降。
发明内容
本公开的课题在于提供即使在按各电池模块的大小将外装体的部件制造多个的情况下也能够抑制生产率的下降的电池模块。
本发明人发现了能够通过以下手段来达成上述课题：
《形态1》
一种电池模块，具有外装体及封入到所述外装体中的全固态电池层叠体，其中，
所述外装体具有筒状的主体部及一对盖部，
所述筒状的主体部在两端的开口端部具有凸缘，
通过分别将所述筒状的主体部的两端的凸缘和所述一对盖部的外缘部接合，从而形成接合部，利用所述接合部将所述外装体密封，
所述全固态电池层叠体具有一个或多个结构单元电池，
所述结构单元电池具有依次层叠的正极集电体层、正极活性物质层、固体电解质层、负极活性物质层及负极集电体层，并且，
构成所述结构单元电池的各层的层叠方向为所述筒状的主体部的轴向。
《形态2》
根据形态1所述的电池模块，其中，
所述一对盖部是外缘部为凸缘的杯形状，
所述一对盖部的杯状的底部朝向所述筒状的主体部的开口端部的外侧，
所述一对盖部中的至少一方的刚性比所述筒状的主体部低，并且，所述全固态电池层叠体在所述筒状的主体部的轴向上比所述筒状的主体部长。
《形态3》
根据形态1或2所述的电池模块，其中，将所述接合部中的至少一边朝向所述筒状的主体部的中央方向折叠。
《形态4》
根据形态3所述的电池模块，其中，将所述接合部的相向的一对边朝向所述筒状的主体部的中央方向折叠。
《形态5》
根据形态3或4所述的电池模块，其中，将所述接合部中的折叠的边以所述筒状的主体部的凸缘的基部为起点进行折叠。
《形态6》
根据形态1～5中任一项所述的电池模块，其中，冷却片被配置成使其主平面与所述筒状的主体部的面相接。
《形态7》
根据形态6所述的电池模块，其中，冷却片被配置在比所述接合部靠所述筒状的主体部的中央侧的位置。
《形态8》
根据形态6或7所述的电池模块，其中，所述冷却片中的与所述面相接的部分的厚度为从所述面突出的所述接合部的厚度的最大值以下。
根据本公开，可以提供即使在按各电池模块的大小将外装体的部件制造多个的情况下也能够抑制生产率的下降的电池模块。
附图说明
图1是按照本公开的第一实施方式的电池模块所具有的外装体的示意图。
图2是按照本公开的第一实施方式的电池模块所具有的全固态电池层叠体的示意图。
图3是在按照本公开的第二实施方式的电池模块中将接合部折叠的形态的示意图。
图4是示出在按照本公开的第三实施方式的电池模块中外装体与冷却片的位置关系的示意图。
图5是沿着图4中的A-A’线的按照本公开的第三实施方式的电池模块的剖视图。
附图标记说明
10 外装体
11 筒状的主体部
12 盖部
13 接合部
20 全固态电池层叠体
30 冷却片
具体实施方式
以下，对本公开的实施方式进行详细叙述。此外，本公开并不限定于以下的实施方式，能够在公开的主旨的范围内进行各种变形并实施。
《电池模块》
本公开的电池模块具有外装体及封入到外装体中的全固态电池层叠体。
在此，外装体具有筒状的主体部及一对盖部。筒状的主体部在两端的开口端部具有凸缘。并且，通过分别将筒状的主体部的两端的凸缘和一对盖部的外缘部接合，从而形成接合部，利用接合部将外装体密封。
全固态电池层叠体具有一个或多个结构单元电池。结构单元电池具有依次层叠的正极集电体层、正极活性物质层、固体电解质层、负极活性物质层及负极集电体层。另外，构成结构单元电池的各层的层叠方向为筒状的主体部的轴向。
优选的是，本公开的电池模块还具有正极集电片及负极集电片。正极集电片在外装体内与正极集电体层电连接，且能够从一方的盖部与筒状的主体部的凸缘之间的接合部向外装体的外部突出。另外，负极集电片在外装体内与负极集电体层电连接，且能够从一方的盖部与筒状的主体部的凸缘之间的接合部向外装体的外部突出。优选的是，正极集电片和负极集电片突出的接合部相同。
另外，优选的是，本公开的电池模块利用夹着一对盖部的一对端板施加约束压力。
图1是按照本公开的第一实施方式的电池模块所具有的外装体的示意图。在图1中，外装体10具有筒状的主体部11及一对盖部12，所述筒状的主体部11在两端的开口端部具有凸缘。在此，通过将筒状的主体部11的两端的开口端部的凸缘和作为一对盖部12的外缘部的凸缘接合，从而形成接合部。外装体10由该接合部密封。
此外，图1并不旨在限定本公开的电池模块的形态等。
图2是按照本公开的第一实施方式的电池模块所具有的全固态电池层叠体的示意图。在图2中，全固态电池层叠体20由一个结构单元电池构成。结构单元电池具有依次层叠的正极集电体层21、正极活性物质层22、固体电解质层23、负极活性物质层24及负极集电体层25。
此外，图2并不旨在限定本公开的电池模块的形态等。
虽然不会由于原理而受到限定，但根据本公开，可以认为，能够提供使生产效率提高的电池模块的原理如下所述。
在本公开的电池模块中，构成结构单元电池的各层的层叠方向与外装体的筒状的主体部的轴向一致。因此，在结构单元电池的数量不同的电池模块间，外装体的筒状的主体部的轴向的长度不同。
关于这一点，本公开的电池模块所具有的外装体由筒状的主体部和一对盖部这三个部件形成。
其中，只要结构单元电池的面方向的形状相同，则一对盖部就能够在具有结构单元电池的数量不同的全固态电池层叠体的电池模块间作为共用的部件使用。
因此，在本公开的电池模块的外装体中，通过仅针对筒状的主体部及一对盖部这三个部件中的筒状的主体部，对其轴向的长度进行适当地调节，从而能够形成在具有结构单元电池的数量不同的全固态电池层叠体的电池模块中使用的外装体。另外，关于筒状的主体部，也是变更轴向的长度，特别是在筒状的主体部通过卷绕片状构件而形成的情况下，仅通过变更该片状构件的宽度，就能够形成在具有结构单元电池的数量不同的全固态电池层叠体的电池模块中使用的外装体。
因此，在本公开的电池模块中，即使在按各电池模块的大小将外装体的部件制造多个的情况下，也能够抑制生产率的下降。
另外，在本公开的电池模块中，优选的是，一对盖部是外缘部为凸缘的杯形状，一对盖部的杯状的底部朝向筒状的主体部的开口端部的外侧，一对盖部中的至少一方的刚性比筒状的主体部低，且全固态电池层叠体在筒状的主体部的轴向上比筒状的主体部长。
在全固态电池中，已知根据所使用的材料的种类、特别是负极活性物质的种类的不同，存在伴随着充放电进行膨胀收缩的情况。可以认为，在具有结构单元电池的全固态电池层叠体中，伴随着充放电主要沿结构单元电池的层叠方向进行膨胀收缩，其中，所述结构单元电池具有依次层叠有正极集电体层、正极活性物质层、固体电解质层、负极活性物质层及负极集电体层的构造。
在本公开的电池模块中，构成结构单元电池的各层的层叠方向为外装体的筒状的主体部的轴向。因此，可以认为，在对全固态电池层叠体进行了充放电的情况下，全固态电池层叠体主要沿电池模块的筒状的主体部的轴向进行膨胀收缩。
在电池模块中，在全固态电池层叠体与外装体之间的间隙较小的情况下，可以想到，存在由于全固态电池层叠体的膨胀收缩而使得外装体从内部被压迫而破损的情况。作为用于消除这样的问题的方法，例如可以想到，将全固态电池层叠体与外装体之间的间隙增大到能够容许全固态电池层叠体的膨胀的程度。然而，在外装体变大时，体积能量密度会下降。
关于这一点，在本公开的电池模块的盖部具有这样的形状、配置及刚性且全固态电池层叠体具有这样的长度的情况下，即使在电池模块的外装体的内部为与全固态电池层叠体大致相同的大小、即全固态电池层叠体与外装体之间的间隙较小的情况下，也能够与伴随着充放电的全固态电池的膨胀相匹配地使盖部容易地变形，特别是，能够使盖部容易地沿筒状的主体部的轴向伸缩，外装体难以破损。因此，能够一边减少全固态电池层叠体与外装体之间的间隙，一边抑制外装体的破损。即，能够一边使体积能量密度增加，一边抑制由全固态电池层叠体的膨胀导致的外装体的破损。
《外装体》
本公开的电池模块所具有的外装体具有筒状的主体部及一对盖部。另外，通过分别将筒状的主体部的两端的凸缘和一对盖部的外缘部接合，从而形成接合部，利用接合部将外装体密封。
外装体的材料可以是能够形成外装体的任意材料，例如可以为金属板，例如为不锈钢板、铝板或层压膜等，但并不限定于这些。此外，在使用金属板等具有导电性的材料的情况下，为了对外装体的内侧面赋予绝缘性，优选的是，在形成外装体的内表面的面上形成有树脂等涂层。
〈筒状的主体部〉
外装体的筒状的主体部在两端的开口端部具有凸缘。该凸缘是用于将外装体的筒状的主体部与一对盖部接合的部分。此外，主体部的形状只要是筒状即可，并不被特别限定，例如可以为大致圆筒形状或大致角筒形状。根据将全固态电池层叠体收容在外装体的内部的观点，优选的是，主体部的形状为大致角筒形状，特别是方形筒。
此外，优选的是，筒状的主体部具有比一对盖部中的至少一方高的刚性。在此，刚性高是指材料由于应力而更难以变形、例如更难以伸长。
筒状的主体部可以通过能够对筒形状进行成形的任意方法来成形，例如可以考虑通过卷绕片状构件并将其端部彼此接合而对筒形状进行成形。在通过将片状构件的端部彼此接合而对筒形状进行成形的情况下，通过适当地调节片的宽度，从而能够特别容易地对与全固态电池层叠体的厚度相应的长度的筒形状进行成形。
〈盖部〉
本公开的电池模块具有一对盖部。盖部的形状可以为能够将盖部的外缘部与筒状的主体部的凸缘接合的任意形状。盖部的形状例如可以为片，更具体而言，可以为平面状的片或凸状的片。另外，盖部的形状可以是外缘部为凸缘的杯形状。
优选的是，至少一方的盖部具有比筒状的主体部低的刚性。在此，刚性低是指材料由于应力而更容易变形、例如更容易伸长。
此外，盖部与筒状的主体部的刚性之差既可以通过分别使用不同种类的材料来赋予，也可以通过使用同种材料并改变盖部和筒状的主体部各自的厚度来赋予该刚性之差，但并不限定于这些手段。
〈接合部〉
在本公开的电池模块中，通过分别将筒状的主体部的两端的凸缘和一对盖部的外缘部接合，从而形成接合部，利用接合部将外装体密封。
作为将筒状的主体部的两端的凸缘和一对盖部的外缘部接合的手段，可以使用能够利用形成的接合部将外装体密封的任意手段。具体而言，既可以在筒状的主体部的两端的凸缘与一对盖部的外缘部的接合部位涂覆粘接剂而进行接合，也可以对该接合部位加热而进行熔敷。
另外，作为筒状的主体部及一对盖部的材料，在使用表面具有热塑性树脂层的层压片的情况下，也可以通过热熔敷将筒状的主体部的两端的凸缘与一对盖部的外缘部接合。
在本公开的电池模块中，优选的是，将接合部中的至少一边朝向筒状的主体部的中央方向折叠。另外，也可以将该接合部的相向的一对边朝向筒状的主体部的中央方向折叠。而且，也可以将接合部中的折叠的边以筒状的主体部的凸缘的基部为起点进行折叠。
在本公开的电池模块中，接合部从外装体的筒状的主体部突出。并且，从筒状的主体部的突出越大，则将电池模块配置于基体等时的电池模块的占有体积容易变得越大，即体积能量密度容易变得越小。
关于这一点，在将电池模块的外装体的接合部朝向筒状的主体部的中央方向折叠的情况下，从筒状的主体部突出的程度变小。因此，能够使将电池模块配置于基体等时的电池模块的占有体积变小，即能够使体积能量密度增加。另外，在本公开的电池模块的凸缘由刚性高的材料制成的情况下，容易对弯折后的形状进行保持。即，不需要为了保持弯折后的形状而利用胶带等将弯折后的部分固定。
图3是在按照本公开的第二实施方式的电池模块中将接合部折叠的形态的示意图。在图3中，接合部13通过将盖部12的外缘部与筒状的主体部11的凸缘接合而形成。另外，以凸缘的基部14为起点，朝向筒状的主体部11的中央方向对接合部13进行折叠。
此外，图3并不旨在限定本公开的电池模块的形态等。
《全固态电池层叠体》
本公开的电池模块所具有的全固态电池层叠体具有一个或多个结构单元电池。在全固态电池层叠体具有多个结构单元电池的情况下，各结构单元电池彼此可以在全固态电池层叠体内部以串联或并联的方式电连接。
另外，在全固态电池层叠体具有两个以上的结构单元电池的情况下，既可以为单极型全固态电池层叠体，也可以为双极型全固态电池层叠体。
在全固态电池层叠体为单极型全固态电池层叠体的情况下，沿层叠方向相邻的两个结构单元电池可以是共有正极集电体层或负极集电体层的单极型结构。
在全固态电池层叠体为双极型全固态电池层叠体的情况下，沿层叠方向相邻的两个结构单元电池可以是共有作为正极集电体层及负极集电体层双方使用的正极/负极集电体层的双极型结构。
在一对盖部是外缘部为凸缘的杯形状且一对盖部的杯状的底部朝向筒状的主体部的开口端部的外侧的情况下，全固态电池层叠体在外装体的筒状的主体部的轴向上比外装体的筒状的主体部长。在该情况下，全固态电池层叠体可以与一对盖部的底部相接。
〈结构单元电池〉
结构单元电池具有依次层叠的正极集电体层、正极活性物质层、固体电解质层、负极活性物质层及负极集电体层。上述各层只要是电池具有的层即可，并不被特别限定。构成结构单元电池的各层的层叠方向为筒状的主体部的轴向。
结构单元电池例如可以为锂二次电池，但也可以为其他种类的电池。
《冷却片》
在本公开的电池模块中，优选的是，将冷却片配置成使其主平面与筒状的主体部的面相接。
已知在对全固态电池层叠体进行充放电时，全固态电池层叠体发热。因此，要求使电池模块与冷却板等接触而对全固态电池层叠体进行冷却。
在本公开的电池模块中，在将冷却片配置成使其主平面与筒状的主体部的面相接的情况下，能够增大冷却片相对于电池模块的接触面积，能够提高冷却效率。
更优选的是，将冷却片配置在比接合部靠外装体的筒状的主体部的中央侧的位置。
在本公开的电池模块中，在筒状的主体部的两端具有从筒状的主体部突出的接合部。通过将冷却片配置在比接合部靠筒状的主体部的中央侧的位置，从而能够配置成使接合部与冷却片的厚度不重叠，能够减小将电池模块及冷却片配置于基体等时的电池模块及冷却片的占有体积。因此，能够一边提高电池模块的冷却效率，一边使体积能量密度增加。
进一步优选的是，冷却片中的与外装体的筒状的主体部的面相接的部分的厚度为从该面突出的接合部的厚度的最大值以下。在此，接合部的厚度为接合部在与冷却片所接触的筒状的主体部的面垂直的方向上的长度。
通过使冷却片和接合部具有这样的厚度关系，从而能够抑制由于使电池模块具备冷却片而导致的占有体积的增加。
但是，在将电池模块彼此重叠地配置于基体并在电池模块彼此之间插入冷却片的情况下，为了使冷却片能够与双方的外装体的筒状的主体部接触，优选的是，冷却片中的与外装体的筒状的主体部的面相接的部分的厚度为从该面突出的接合部的厚度的2倍以上。
作为冷却片的材料，可以使用能够将在全固态电池层叠体的充放电时产生的热传递到电池模块的外部并/或能够对该热进行吸收的任意材料。具体而言，冷却片可以为金属板，例如为铜板、铝板、铁板或不锈钢板等，但并不限定于这些。
图4是示出在按照本公开的第三实施方式的电池模块中外装体与冷却片的位置关系的示意图。在图4中，冷却片30被配置成与外装体10的筒状的主体部11的面相接。另外，冷却片30被配置在比筒状的主体部11与一对盖部12接合的接合部靠筒状的主体部11的中央侧的位置。
此外，图4并不旨在限定本公开的电池模块的形态等。
图5是沿着图4中的A-A’线的按照本公开的第三实施方式的电池模块的剖视图的示意图。在图5中，冷却片30中的与外装体的筒状的主体部11的面相接的部分的厚度d2比从外装体的筒状的主体部11的面突出的接合部的厚度d1小。
此外，图5并不旨在限定本公开的电池模块的形态等。

Claims (7)

1.一种电池模块，具有外装体及封入到所述外装体中的全固态电池层叠体，其中，
所述外装体具有筒状的主体部及一对盖部，
所述筒状的主体部在两端的开口端部具有凸缘，
通过分别将所述筒状的主体部的两端的凸缘和所述一对盖部的外缘部接合，从而形成接合部，利用所述接合部将所述外装体密封，
所述全固态电池层叠体具有一个或多个结构单元电池，
所述结构单元电池具有依次层叠的正极集电体层、正极活性物质层、固体电解质层、负极活性物质层及负极集电体层，并且，
构成所述结构单元电池的各层的层叠方向为所述筒状的主体部的轴向，
所述一对盖部是外缘部为凸缘的杯形状，
所述一对盖部的杯状的底部朝向所述筒状的主体部的开口端部的外侧，
所述一对盖部中的至少一方的刚性比所述筒状的主体部低，并且，
所述全固态电池层叠体在所述筒状的主体部的轴向上比所述筒状的主体部长。
2.根据权利要求1所述的电池模块，其中，
将所述接合部中的至少一边朝向所述筒状的主体部的中央方向折叠。
3.根据权利要求2所述的电池模块，其中，
将所述接合部的相向的一对边朝向所述筒状的主体部的中央方向折叠。
4.根据权利要求2或3所述的电池模块，其中，
将所述接合部中的折叠的边以所述筒状的主体部的凸缘的基部为起点进行折叠。
5.根据权利要求1～4中任一项所述的电池模块，其中，
冷却片被配置成使其主平面与所述筒状的主体部的面相接。
6.根据权利要求5所述的电池模块，其中，
冷却片被配置在比所述接合部靠所述筒状的主体部的中央侧的位置。
7.根据权利要求5或6所述的电池模块，其中，
所述冷却片中的与所述面相接的部分的厚度为从所述面突出的所述接合部的厚度的最大值以下。
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