CN111373600B - 电池模块 - Google Patents
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Abstract
电池模块包括多个电池和配置在多个电池中的彼此相邻的电池之间的间隔件。间隔件具有将波长为0.7μm～3μm的电磁波反射60％以上的反射层。
Description
技术领域
本公开涉及一种电池模块。
背景技术
以往，已知一种将电连接在一起的多个电池以及多个间隔件沿预定方向交替地排列而成的电池模块(例如参照专利文献1)。专利文献1所公开的间隔件具有一种介质，该介质是对自相邻的单体电池产生的热进行吸收的冷却用介质，并且由会因吸热而自固体向液体相变的相变物质形成。该介质配置为，在固体时被保持于间隔件，并且在自固体相变为液体时自间隔件向外部流出。在专利文献1中记载了在一部分的单体电池发生了热异常时能够抑制相邻的单体电池间的连锁发热的情况。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2010-192333号公报
发明内容
针对具备多个电池的电池模块而言，重要的课题在于，在一部分的电池发生了异常发热的情况下抑制其他的电池的温度上升而防止连锁发热。近年来，随着电池的高容量化和高能量密度化，发生异常时的发热量增加，因此针对包含专利文献1的技术在内的以往的技术而言估计无法充分地防止该电池的连锁发热。
作为本公开的一个技术方案的电池模块的特征在于，其包括多个电池和配置在多个所述电池中的彼此相邻的电池之间的间隔件，所述间隔件具有将波长为0.7μm～3μm的电磁波反射60％以上的反射层。
采用本公开的一个技术方案，能够提供在一部分的电池发生了异常发热的情况下能够抑制其他的电池的温度上升而防止连锁发热的电池模块。
附图说明
图1是作为实施方式的一个例子的电池模块的立体图。
图2是表示沿着图1中的AA线的截面的局部的图。
图3是表示作为实施方式的另一个例子的电池模块的剖视图。
图4是表示作为实施方式的另一个例子的电池模块的剖视图。
具体实施方式
以下，参照附图详细地说明实施方式的一个例子。但本公开的电池模块不限定于以下说明的实施方式。在实施方式的说明中所参照的附图是示意性的记载，应参考以下的说明来判断图中描画的构成要素的尺寸比例等。另外，关于本说明书中的“大致～”这一记载，以“大致平行”为例说明的话，是指完全平行的状态以及被认为是实质平行的状态这两种状态。
以下，对构成电池层叠体的多个电池电连接的结构进行说明，但各电池也可以不电连接，也可以仅有多个电池的一部分相互电连接。即，构成1个电池层叠体的多个电池也可以是各自独立地以能充放电的方式连接于电源以及负载的结构，或者是按照预定的电池块以能充放电的方式连接于电源以及负载的结构。另外，作为构成电池的电极体，例示了将多个正极和多个负极隔着隔膜交替地层叠而成的层叠型的电极体，但电极体也可以是将长条状的正极和长条状的负极隔着隔膜卷绕而成的卷绕型结构。
图1是作为实施方式的一个例子的电池模块10的立体图。图2是表示沿着图1中的AA线的截面的局部的图。
如图1以及图2中例示的那样，电池模块10包括多个电池12和配置在多个电池12中的彼此相邻的电池12之间的间隔件30。间隔件30具有将波长为0.7μm～3μm的电磁波反射60％以上的反射层，该点会在后面详细叙述。电池模块10具备将多个电池12和多个间隔件30沿预定方向交替地配置而成的电池层叠体11。另外，本公开的电池模块也可以由两个电池和配置在这两个电池之间的1个间隔件形成。
电池模块10具备从电池12以及间隔件30排列的预定方向的两侧对电池层叠体11进行按压的一对端板21。在本实施方式中，构成电池层叠体11的多个电池12以及多个间隔件30沿水平方向排列。以下，为了便于说明，将电池12以及间隔件30排列的预定方向设为“第1方向或厚度方向”，将水平方向中的与第1方向正交的方向设为“第2方向或横向”，将与第1方向以及第2方向正交的方向设为“上下方向”。
电池模块10是将多个电池12电连接而构成的组合电池，也被称为电池组。在本实施方式中，构成电池层叠体11的所有的电池12相互电连接。作为电池12的例子，能够举出锂离子电池等非水电解质二次电池。在图1所示的例子中，电池层叠体11由7个作为方形电池的电池12形成，但电池12的形状和数量等没有特别限定。
电池模块10具备以利用一对端板21对电池层叠体11作用预定的紧固压力的方式连结于各端板21的束紧条22。各端板21是在第2方向(横向)上比电池12稍长的板状体，并且从第1方向的两侧夹持电池层叠体11。束紧条22是沿例如第1方向设置的棒状的构件，并且分别设于电池层叠体11的第2方向两侧。
在本实施方式中，跨一对端板21地安装有两根束紧条22。即，一对端板21被两根束紧条22连结。具体而言构成为，束紧条22的一端部与一个端板21接合，束紧条22的另一端部与另一个端板21接合，利用各端板21对电池层叠体11作用预定的紧固压力。能够通过调整束紧条22相对于端板21而言的接合力从而改变该紧固压力。
构成电池层叠体11的各电池12分别具备由外壳罐13和封闭外壳罐13的开口部的封口板14形成的电池壳体。以各电池12的封口板14朝向相同的方向并且封口板14的高度一致的方式将电池12以及间隔件30交替地配置从而构成电池层叠体11。在外壳罐13收纳有作为发电要素的电极体15以及电解液。另外，可以在外壳罐13的表面安装绝缘片，也可以在外壳罐13与电极体15之间配置绝缘片。
电池12的体积能量密度为例如500Wh/L以上。针对体积能量密度为500Wh/L以上的那样的高能量密度的电池12而言，发生异常时的发热量较大，但采用具备间隔件30的电池模块10，即使在使用了发热量较大的电池12的情况下也能高度地抑制连锁发热。
图1中例示的电池壳体是由有底筒状的外壳罐13和在横向上较长的俯视呈大致矩形形状的封口板14形成的方形的金属制壳体。外壳罐13具有彼此相对配置的两个侧壁13A、彼此相对配置的两个侧壁13B以及在横向上较长的仰视呈大致矩形形状的底面部。4个侧壁部例如形成为相对于底面部大致垂直。电池壳体的上表面部由封口板14形成。侧壁13A比侧壁13B大，具有在横向上比在上下方向上长的大致矩形形状，侧壁13B具有在上下方向上比在厚度方向上长的大致矩形形状。
电池12具有正极端子16和负极端子17。例如，正极端子16设于封口板14的横向一端侧，负极端子17设于封口板14的横向另一端侧。电池层叠体11具备将彼此相邻的电池12的电极端子彼此连接起来的多个汇流条20。在本实施方式中，以在彼此相邻的电池12中正极端子16和负极端子17的位置彼此相反的方式排列各电池12，利用汇流条20将彼此相邻的电池12串联地连接。即，汇流条20连接彼此相邻的一个电池12的正极端子16和另一个电池12的负极端子17。
电极体15是将多个正极和多个负极隔着隔膜沿第1方向交替地层叠而成的层叠型的电极体。在电极体15可以使用多个隔膜，也可以使用蜿蜒的1片隔膜。例如通过对电池12从厚度方向两侧进行按压从而维持电极体15的层叠构造。在本实施方式中，正极以及负极配置为与外壳罐13的各侧壁13A大致平行，另外，各侧壁13A配置为与各端板21大致平行。因此，由一对端板21作用于电池层叠体11的上述紧固压力即各电池12的约束力会作用于侧壁13A。
电池模块10也可以具备对各电池12进行冷却的冷却板23。冷却板23具有使各电池12的温度均匀化的功能，另外，在一部分的电池12发生了异常发热的情况下，冷却板23对该电池12进行冷却从而有助于连锁发热的抑制。冷却板23的冷却方式可以是使冷却水在板内循环的水冷式和电子冷却式中的任一种。冷却板23以与例如各电池12的底面部抵接的方式配置于电池模块10的底部。也可以在电池层叠体11与冷却板23之间设置导热性较高的片状的缓冲材料24，将电池层叠体11隔着缓冲材料24配置于冷却板23上。
以下，详细说明间隔件30。
如图1以及图2中例示的那样，间隔件30介于彼此相邻的两个电池12之间并且与各电池12的侧壁13A抵接。在图1所示的例子中，在电池12与各端板21之间也分别配置有间隔件30。电池层叠体11具有比电池12的数量多1个即8个间隔件30。将由端板21产生的紧固压力借助例如各间隔件30而向各电池12的侧壁13A传递，并借助侧壁13A作用于电极体15。
间隔件30具有以下功能，即，在一部分的电池12发生了异常发热的情况下，对其他正常的电池12、特别是配置在发生了异常发热的电池12(以下有时称为“触发电池”)的旁边的电池12(以下有时称为“相邻电池”)的温度上升进行抑制。间隔件30例如将相邻电池的温度抑制为低于自身开始发热的温度。另外，间隔件30使彼此相邻的电池12之间形成预定的间隙，将各电池12的端子间距离维持在一定程度。间隔件30也可以追随电池12的随着充放电而发生的体积变化并且允许该体积变化。
如图2中例示的那样，间隔件30具有热阻为3K/W以上的作为隔热层发挥功能的片状或板状的隔热材料31以及设于隔热材料31的两面的反射层32。通常，板状是指比片状厚很多的状态，但不必明确地区分这两者。间隔件30的抵接于电池12(外壳罐13的侧壁13A)的抵接面的大小优选为侧壁13A的面积以下。在本实施方式中，间隔件30的抵接面具有与侧壁13A大致相同的面积，形成为比正极以及负极的面积大的面积。间隔件30以没有自两个电池12间向外侧伸出的方式配置为使抵接面的周缘与侧壁13A的周缘大致一致的状态。
隔热材料31由导热系数较低的材料形成。隔热材料31的构成材料的导热系数优选为0.05W/m·K以下。另外，隔热材料31也可以由能够弹性变形的弹性模量较低的材料形成。隔热材料31由例如导热系数为0.05W/m·K以下的树脂片、无机物片、纤维片等形成。隔热材料31的厚度能够实现3K/W以上的热阻即可，没有特别限定，但优选为0.1mm～3mm。通过下述算式来计算隔热材料31的热阻。
算式：R＝1/λ×d/S
R：热阻(K/W)
λ：隔热材料的导热系数(W/(m·K))
d：隔热材料厚度(m)
S：隔热材料面积(m2)
导热系数能用稳态法(保护热板法、热流计法)、瞬态法(激光闪光法、热线法)并利用导热测量装置来测量。
作为隔热材料31的具体例，能够举出玻璃棉隔热片以及NASBIS(注册商标)那样的在纤维中浸渗二氧化硅气凝胶而得到的隔热片。另外，隔热材料31(隔热片)也可以是硅橡胶、氟橡胶、乙丙橡胶等的橡胶制片，聚氨酯、聚烯烃、聚苯乙烯、聚酰亚胺、酚醛树脂、硅树脂等的泡沫片等。隔热材料31可以通过层叠多个隔热片来构成，也可以具有例如将NASBIS和硅橡胶层叠在一起的构造。
反射层32将波长为0.7μm～3μm的电磁波反射60％以上。将反射该波长的电磁波的反射层32配置在彼此相邻的电池12间，从而能够阻隔自触发电池发出的辐射热而抑制相邻电池的温度上升。反射层32对0.7μm～3μm的波长范围的整个区域具有60％以上、优选70％以上的反射率。反射层32的厚度能将上述波长范围的电磁波反射60％以上即可，没有特别限定，但优选为50μm～500μm。能用分光反射率测量装置来测量反射层32的反射率。
反射层32也可以设于构成隔热材料31的隔热片的单面，但优选设于隔热片的两面。反射层32也可以设于隔热材料31的表面的局部，但优选设于隔热材料31的表面的大致整个区域。另外，优选的是，反射层32形成为比正极以及负极的面积大的面积并且在电池模块10的厚度方向上与正极以及负极的整体重叠。
反射层32由能将波长为0.7μm～3μm的电磁波反射60％以上的金属、无机物、树脂等形成。可以在隔热材料31的表面粘贴片状或板状的反射材料从而设置反射层32，也可以通过蒸镀、溅射等来成膜反射层32。另外，也可以将包含将波长为0.7μm～3μm的电磁波反射60％以上的材料在内的涂膜形成于隔热材料31的表面而设为反射层32。考虑到上述波长范围的电磁波的反射率、耐热性、成膜性等，反射层32优选为金属层。作为适于反射层32的金属，能够举出不锈钢、镍、铑、银、铜、金等。反射层32可以通过层叠多个材料而构成，也可以具有例如将多个金属层层叠在一起的构造。
如上述那样，间隔件30具有利用两个反射层32夹着隔热材料31而成的、反射层32/隔热材料31/反射层32的层构造。在图2所示的例子中，反射层32与电池12的侧壁13A接触。通过在彼此相邻的两个电池12间配置将波长为0.7μm～3μm的电磁波反射60％以上的反射层32以及热阻为3K/W以上的隔热材料31，从而能够阻隔自触发电池发出的辐射热而抑制相邻电池的温度上升。并且，电池12的连锁发热得到防止。
图3是表示作为实施方式的另一个例子的具备间隔件40的电池模块10X的图。图3中例示的间隔件40在具有隔热材料31以及反射层32的点上与间隔件30相同，但在具有吸热量为300kJ/kg以上的吸热层41的点上与间隔件30不同。吸热层41具有吸收触发电池的热从而抑制相邻电池的温度上升的功能。考虑到自身开始发热的温度，吸热层41的吸热量优选为1000kJ/kg以上，更优选为1500kJ/kg以上。能用热重/差示扫描量热同步测量装置来测量吸热层41的吸热量。
吸热层41也可以设于构成隔热材料31的隔热片的单面，但优选设于隔热片的两面。间隔件40具有吸热层41介于隔热材料31与反射层32之间而成的、反射层32/吸热层41/隔热材料31/吸热层41/反射层32的层构造。另外，间隔件也可以具有反射层32介于隔热材料31与吸热层41之间而成的、吸热层41/反射层32/隔热材料31/吸热层41/反射层32的层构造。
吸热层41是含有例如MgSO4·7H2O、La2(SO4)3·XH2O、Al2(SO4)3·16H2O等水合物的层，利用使吸附水脱离水合物的脱水反应来吸收触发电池的热。另外，吸热层41也可以是含有赤藓醇等的层。在该情况下，利用赤藓醇自固体向液体相变时的相变吸热来吸收触发电池的热。考虑到自身开始发热的温度，吸热层41所含有的吸热材料的反应温度优选为150℃～200℃。吸热层41由例如吸热材料和将吸热材料彼此粘结而形成层的粘结材料(树脂粘结剂)形成。
图4是表示作为实施方式的另一个例子的具备间隔件50的电池模块10Y的图。图4中例示的间隔件50具备作为反射层发挥功能的片状或板状的反射材料51。优选的是，反射材料51与反射层32同样，形成为比正极以及负极的面积大的面积，并且在电池模块10Y的厚度方向上与正极以及负极的整体重叠。反射材料51由与反射层32同样的材料形成。反射材料51的厚度能将上述波长范围的电磁波反射60％以上即可，没有特别限定，但优选为0.1mm～1mm。
间隔件50具有设于反射材料51的两面的隔热材料52。隔热材料52由例如与隔热材料31同样的材料形成，具有0.1mm～3mm左右的厚度。隔热材料52优选具有3K/W以上的热阻。隔热材料52可以设于反射材料51的表面的局部，也可以设于反射材料51的表面的大致整个区域。在图4所示的例子中，仅在反射材料51的表面中的上端部和下端部设有隔热材料52。隔热材料52可以粘贴也可以涂敷于反射材料51的表面。
在电池模块10Y中，在反射材料51与电池12之间存在空气层53。在图4所示的例子中，在反射材料51的表面的局部设有隔热材料52，从而形成与隔热材料52的厚度相对应的空气层53。空气层53作为隔热层发挥功能，因此能阻隔触发电池的热从而有助于抑制相邻电池的温度上升。另外，也可以使用两片反射材料51并在这两片反射材料51之间形成空气层53。也可以在彼此相邻的两个电池12间设置空气层53/反射材料51/空气层53/反射材料51/空气层53。
采用具备上述的结构的电池模块10、10X、10Y，在一部分的电池12发生了异常发热的情况下，能够抑制其他的电池12的温度上升而防止连锁发热。为了确认该效果，将直径为3mm的针刺入1个电池(额定容量为50Ah，体积能量密度为500Wh/L)而强制性地使该电池短路(制造触发电池)，对相邻电池的温度变化进行测量。将具备没有反射层而是仅由隔热材料形成的间隔件的电池模块作为比较例，对相邻电池的温度上升得到何种程度的抑制进行确认，得到下述的结果。
<实施例1>
使用了在比较例中所用的隔热材料的两面具有厚度为0.1mm的由不锈钢(SUS)形成的反射层(波长为2μm的电磁波的反射率：70％)的间隔件。其结果，与比较例的情况相比，相邻电池的温度上升被抑制了约15℃。
<实施例2>
使用了在比较例中所用的隔热材料的两面具有厚度为0.1mm的由SUS形成的反射层以及厚度为0.1mm的由银(Ag)形成的反射层(波长为0.7μm的电磁波的反射率：98.5％)的间隔件。间隔件具有Ag/SUS/隔热材料/SUS/Ag的层构造。其结果，与比较例的情况相比，相邻电池的温度上升被抑制了约20℃。
另外，在上述的实施方式中，作为构成电池模块的电池，例示了作为方形电池的电池12，但电池也可以是具备圆筒形的金属制电池壳体的圆筒形电池、具备由层叠金属层和树脂层而成的叠片形成的电池壳体的层压式电池等。具备圆筒形电池的电池模块也可以具备收纳各电池的电池保持件。在该情况下，可以在设于彼此相邻的圆筒形电池间的电池保持件的壁面设置上述的反射层。另外，也可以是，在电池保持件的与圆筒形电池的侧面相对的壁面处，除了设有反射层之外还设有上述的隔热层以及上述的吸热层中的至少一者。或者也可以使电池保持件作为隔热层发挥功能。
附图标记说明
10、电池模块；11、电池层叠体；12、电池；13、外壳罐；13A、13B、侧壁；14、封口板；15、电极体；16、正极端子；17、负极端子；20、汇流条；21、端板；22、束紧条；23、冷却板；24、缓冲材料；30、40、50、间隔件；31、52、隔热材料；32、反射层；41、吸热层；51、反射材料；53、空气层。
Claims (4)
1.一种电池模块，其中，
所述电池模块包括：
电池，其为多个：以及
间隔件，其配置在多个所述电池中的彼此相邻的电池之间，
所述间隔件具有将波长为0.7μm～3μm的电磁波反射60％以上的反射层，所述间隔件还具有热阻为3K/W以上的隔热层，
所述间隔件具有作为所述隔热层发挥功能的片状或板状的隔热材料，所述反射层设于所述隔热材料的两面，
所述间隔件还具有吸热量为300kJ/kg以上的吸热层，
在所述隔热材料的两面分别设有所述反射层和所述吸热层。
2.根据权利要求1所述的电池模块，其中，
在所述反射层与所述电池之间存在空气层。
3.根据权利要求1或2所述的电池模块，其中，
所述反射层由金属形成。
4.根据权利要求1或2所述的电池模块，其中，
所述电池的能量密度为500Wh/L以上。
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