CN111446505A

CN111446505A - 全固态电池电芯

Info

Publication number: CN111446505A
Application number: CN201911364808.7A
Authority: CN
Inventors: 谷内拓哉; 大田正弘; 深见贤太
Original assignee: Honda Motor Co Ltd
Current assignee: Honda Motor Co Ltd
Priority date: 2019-01-16
Filing date: 2019-12-26
Publication date: 2020-07-24
Also published as: US11450882B2; US20200227777A1; JP7136708B2; JP2020113496A

Abstract

本发明提供一种能够获得冷却效率良好的电池模块的全固态电池电芯。本发明的电池电芯采用未使用电解液的全固态电池电芯，且具有下述结构，即，在电池电芯内部的电极层叠体的下表面配置导热材，以从导热材通过外包装材的方式进行导热并散热。

Description

全固态电池电芯

技术领域

本发明涉及一种全固态电池电芯(cell)。更详细而言，本发明涉及一种能够获得冷却效率良好的电池模块(module)的全固态电池电芯。

背景技术

以往，作为具有高能量密度的二次电池，锂离子二次电池已得到广泛普及。锂离子二次电池具有下述结构：使隔膜(separator)存在于正极与负极之间，并填充液态的电解质(电解液)。

锂离子二次电池的电解液通常是可燃性的有机溶剂，因此，尤其对于热的安全性有时会造成问题。因此，提出了一种固态电池，其使用无机系的固态电解质来取代有机系的液态电解质(参照专利文献1)。

固态二次电池在正极及负极之间具备作为电解质层的固态电解质层，将正极、固态电解质、负极的结构多层层叠而构成一个电池电芯。包含固态电解质的固态电池与使用电解液的电池相比较，能够消除热的问题，并且能够通过层叠来实现高容量化和/或高电压化，进而，也能够应对紧凑化的需求。

此处，以往的填充有液态电解质(电解液)的液态系二次电池为了抑制电池内部的温度上升以确保安全性，而采用下述冷却结构，即，将电芯中产生的热传导至作为电芯外包装材的金属，并散热至位于电芯外的冷却介质。

[现有技术文献]

[专利文献]

专利文献1：日本专利特开2000-106154号公报

发明内容

[发明所要解决的问题]

将使用以往的电解液型电池电芯的电池模块结构示于图2。在构成图2所示的电池模块30的电池电芯40中，电极层叠体32被封入外包装材31中。电极层叠体32具备从端部延伸出的集电耳(tab)33，集电耳33连接于电池电芯40的端部的端子34。

图2所示的电解液型的电池电芯40中，在外包装材31的内部填充有电解液35，电解液35因重力而在外包装材31的下部造成积留。

图2所示的电池模块30中，在电池电芯40的下部，依序配置有电芯外第一导热材36、下板(lower plate)37、电芯外第二导热材38、制冷剂39。

在构成图2所示的电池模块30的以往的电解液型电池电芯40中，电极层叠体32是沿图示的Y轴方向竖立地封入，其层叠方向为X轴方向(未图示)。电解液35是从电芯的上部注入，考虑到保持电池的耐久性能的观点，电解液35是在电极的空隙以上有剩余地注入，因此造成因重力而积留在电池电芯40下部的结构。

图2所示的电池模块30中，电池电芯40的冷却采用从电池电芯40的下表面进行导热的方法。即，电池电芯40的内部产生的热通过图2中箭头所示的导热路径P31而散发。

具体而言，电池电芯40的内部产生的热从电极层叠体32的中心沿电极层叠体32的层叠面的方向(图中的Y轴方向)移动而朝向电池电芯40的下部，到达电解液35的积留处。

此处，由于电解液35的导热率低，因此电解液35的积留会阻碍热的传导。因此，热在电解液35的积留处之前使行进方向弯曲而迂回至外包装材31后，通过外包装材31，进入层叠配置在电池电芯40下部的电芯外第一导热材36，并通过下板37及电芯外第二导热材38而到达制冷剂39。

此处，对于电极层叠体的导热而言，较之层叠方向，层叠体的层叠面方向更好。因此，因电解液35的积留而不得不使行进方向弯曲，以将电极层叠体的层叠方向设为导热路径的以往结构的电池模块中，利用导热率差的路径来使热传导，造成冷却效率差的状况。进而，图2所示的导热路径P31因电解液35的积留而不得已采用迂回，因此导热距离变长，因此也产生了冷却效率的下降。

而且，构成图2所示的电池模块30的以往的电解液型电池电芯40中，作为用于确保电解液的注液及安全性的存气空间，需要空隙S。

电池模块中，通常，端子部或耳部的发热大，因此，这些部分的冷却也成为必要。但是，图2所示的电池模块30中，端子34或集电耳33中产生的热通过图2中箭头所示的导热路径P32而移动至电池电芯40的内部，随后通过导热路径P31得到散发。

即，由于存在空隙S，因而当从端子34向集电耳33移动时，造成不得不迂回的状况，其结果，导热距离变长，产生冷却效率的下降。而且，容易在图2所示的Y轴方向上产生温度分布，造成难以进行温度控制的状况。

本发明是有鉴于所述背景技术而完成，其目的在于提供一种全固态电池电芯，能够获得冷却效率良好的电池模块。

[解决问题的技术手段]

本发明人等为了解决所述问题而进行了专心研究。并且发现，只要采用未使用电解液的全固态电池电芯，在电池电芯内部的电极层叠体的下表面配置导热材，以从导热材通过外包装材的方式进行导热并散热，便能够构成冷却效率良好的电池模块，从而完成本发明。

即，本发明是一种全固态电池电芯，其电极层叠体被封入外包装材中，其中，所述电极层叠体包括从端部延伸出的集电耳，所述集电耳连接于从所述全固态电池电芯的端部导出的端子，在所述外包装材的内部，以与所述电极层叠体和所述外包装材接触的方式而配置有第一导热材。

所述第一导热材也可沿着所述外包装材的至少一个面而配置。

所述第一导热材也可沿所述电极层叠体的层叠方向而配置。

在配置有所述第一导热材的所述外包装材的面的背侧，也可配置有冷却系统。

在所述集电耳与所述端子之间，也可还配置有第二导热材。

所述第二导热材也可配置在所述全固态电池电芯的空隙。

[发明的效果]

本发明的全固态电池电芯通过在电极层叠体的下表面配置导热材，从而热的传导无须通过迂回路径，因此能够有效率地冷却电池电芯。其结果，抑制造成以往问题的电芯中心部的热滞留，使用本发明的全固态电池电芯的电池模块的耐久性提高。

而且，由于中心部的热滞留得到抑制，因此能够增加电极层叠体的层叠片数，从而能够提高电池电芯的能量密度。

进而，由于冷却效率提高，因此能够降低模块中所配设的冷却系统的能力，其结果，能够降低成本。

进而，由于能够削减冷却系统的重量与体积，因此能降低电池模块整体的重量及大小，从而能够提高能量密度。

附图说明

图1是表示使用本发明的一实施方式的全固态电池电芯的电池模块的图。

图2是表示使用以往的电解液型电池电芯的电池模块的图。

[符号的说明]

10、30：电池模块

20、40：电池电芯

11、31：外包装材

12、32：电极层叠体

13、33：集电耳

14、34：端子

15a：第一导热材

15b：第二导热材

35：电解液

16、36：电芯外第一导热材

17、37：下板

18、38：电芯外第二导热材

19、39：制冷剂

S：空隙

P1：导热路径1

P2：导热路径2

P31：导热路径31

P32：导热路径32

具体实施方式

以下，基于附图来说明本发明的实施方式。但是，以下所示的实施例是例示本发明人，本发明并不限定于以下所述。

〈全固态电池电芯〉

本发明的全固态电池电芯是电极层叠体被封入外包装材中的全固态电池电芯，电极层叠体包括从端部延伸出的集电耳，集电耳连接于从所述全固态电池电芯的端部导出的端子。并且，具有下述结构：在外包装材的内部，以与电极层叠体和外包装材接触的方式而配置有第一导热材。

将使用本发明的一实施方式的全固态电池电芯的电池模块结构示于图1。在构成图1所示的电池模块10的电池电芯20中，电极层叠体12被封入外包装材11中。电极层叠体12包括从端部延伸出的集电耳13，集电耳13连接于电池电芯20的端部的端子14。

在图1所示的本发明的一实施方式的全固态的电池电芯20中，在外包装材11的内部不存在电解液。另一方面，以与电极层叠体12和外包装材11接触的方式而配置有第一导热材15a。第一导热材15a是沿着外包装材11的底面而配置成面状。

在图1所示的电池模块10中，在本发明的一实施方式的电池电芯20的下部，依序配置有电芯外第一导热材16、下板17、电芯外第二导热材18、制冷剂19。

在构成图1所示的电池模块20的本发明一实施方式的全固态的电池电芯10中，电极层叠体12是沿图示的Y轴方向竖立封入，其层叠方向为X轴方向(未图示)。

在图1所示的本发明的一实施方式的电池模块10中，电池电芯20的冷却采用从电池电芯20的下表面进行导热的方法。即，电池电芯20的内部产生的热通过图1中箭头所示的导热路径P1而散发。

具体而言，电池电芯20的内部产生的热从电极层叠体12的中心沿电极层叠体12的层叠面的方向(图中的Y轴方向)移动而朝向电池电芯20的下部，到达第一导热材15a。

此处，由于第一导热材15a的导热率高，因此不会阻碍热的传导。因此，热直接通过第一导热材15a而到达外包装材31。随后，进入层叠配置在电池电芯20下部的电芯外第一导热材16，并通过下板17及电芯外第二导热材18而到达制冷剂19。

本发明的全固态电池电芯，在外包装材的内部，第一导热材以与电极层叠体和外包装材接触的方式而存在。由于第一导热材被有效用作电极层叠体与外包装材的导热路径，因此能够避免以往的因电解液的积留而不得已迂回的状况。因此，导热距离变短，能够提高冷却效率。

本发明的全固态电池电芯中所用的第一导热材的材料并无特别限定，只要能够传导电池电芯中产生的热即可。其中，若采用导热率比电极层叠体高的原材料，则能够更有效率地传导热，从而能够提高冷却效率。本发明中，优选的是，第一导热材的导热率与电极层叠体的层叠方向(图1中为X轴方向)的导热率为同等或以上。

而且，本发明的全固态电池电芯中所用的第一导热材优选为具有电绝缘性的材料。通过具有电绝缘性，能够防止电池电芯的短路。

而且，本发明的全固态电池电芯中所用的第一导热材优选为相对于构成电极层叠体的材料而为化学稳定的材料。通过采用化学稳定的材料，能够提高电池电芯的安全性。

进而，本发明的全固态电池电芯中所用的第一导热材优选为发挥作为缓冲材的功能者。若具有作为缓冲材的功能，则电池电芯相对于振动的耐久性提高，有助于电池模块的耐久性。

尤其，对于全固态电池而言，与层叠方向(图1中为X轴方向)相比，对于来自相对于层叠方向垂直的方向(图1中为Y轴方向)的冲击的耐受性低，存在容易发生破裂的倾向。因此，通过将第一导热材配置成沿电极层叠体的层叠方向包覆电极层叠体的端面，由此能够提高电池电芯的耐冲击性，抑制破裂。

而且，就电极层叠体的导热率而言，层叠体的层叠面的方向(图1中为Y轴方向)的导热率要高于层叠方向(图1中为X轴方向)。因此，只要将第一导热材配置成沿电极层叠体的层叠方向包覆电极层叠体的端面，便能够使热在电极层叠体的导热率高的方向上传导，从而能进一步提高冷却效率。

另外，在将第一导热材配置成沿电极层叠体的层叠方向包覆电极层叠体的端面的情况下，优选将第一导热材配置成与电极层叠体的所有电极层接触。通过与所有电极层接触，能够使热从所有电极层直接并且以导热率高的路径而传导至第一导热材，从而能进一步提高冷却效果。

图1所示的本发明的一实施方式的全固态的电池电芯20中，在外包装材11的内部，在集电耳13与端子14之间，配置有第二导热材15b。

本发明的全固态电池电芯优选的是，在外包装材内部的集电耳与端子之间，配置有第二导热材。通过第二导热材的配置，电池电芯的冷却效率提高，并且温度控制变得容易。

一般而言，在电池模块中，端子部或耳部的发热大，存在冷却的必要性。针对于此，通过在集电耳与端子之间配置第二导热材，本发明的全固态电池电芯能够提高端子部或耳部周边的冷却效率。

而且，通过在集电耳与端子之间配置第二导热材，从而在低温下使用电池电芯时，能相反地利用在端子部产生的热，从而能够提高低温时的输出特性。

在图1所示的本发明的一实施方式的全固态的电池电芯20中，在端子14或集电耳13产生的热通过图1中箭头所示的导热路径P2而移动到电池电芯20的内部，随后通过导热路径P1而散发。

即，本发明的全固态电池电芯在外包装材内部的集电耳与端子之间具备第二导热材的情况下，第二导热材被有效用作集电耳与端子的导热路径。因此，能够避免在以往的电解液型电池电芯中，因为了确保电解液的注液及安全性所需的空隙S(图2中为空隙S)而不得已迂回的状况，其结果，导热距离变短，能够提高冷却效率。

另外，优选的是，第二导热材是配置在以往的电解液型电池电芯中，用于确保电解液的注液及安全性的空隙S(图2中为空隙S)内。

由此，能够有效利用全固态电池电芯中不需要的空间，而且，能够防止因导热材的配置造成的电池模块的体积增大。因此，既能防止电池能量密度的下降，又能提高冷却效率。

〈其他结构〉

本发明的全固态电池电芯中，对于所述以外的结构并无特别限定。能够适用在电池领域中公知的材料、方法等。

Claims

1.一种全固态电池电芯，其电极层叠体被封入外包装材中，其中，

所述电极层叠体包括从端部延伸出的集电耳，

所述集电耳连接于从所述全固态电池电芯的端部导出的端子，

在所述外包装材的内部，以与所述电极层叠体和所述外包装材接触的方式而配置有第一导热材。

2.根据权利要求1所述的全固态电池电芯，其中，

所述第一导热材是沿着所述外包装材的至少一个面而配置。

3.根据权利要求1或2所述的全固态电池电芯，其中，

所述第一导热材是沿所述电极层叠体的层叠方向而配置。

4.根据权利要求1至3任一项所述的全固态电池电芯，其中，

在配置有所述第一导热材的所述外包装材的面的背侧，配置有冷却系统。

5.根据权利要求1至4任一项所述的全固态电池电芯，其中，

在所述集电耳与所述端子之间还配置有第二导热材。

6.根据权利要求5所述的全固态电池电芯，其中，

所述第二导热材被配置在所述全固态电池电芯的空隙。