CN113013534B - 分隔件和固体电池模块 - Google Patents

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Abstract

本发明所要解决的问题在于提供一种固体电池模块和分隔件，其能够对固体电池单体施加足够的表面压力，且耐久性和耐振动性优异。为了解决上述问题，提供一种分隔件120，其在具有多个固体电池单体101的固体电池模块100中，被配置在相邻的多个固体电池单体101之间，将多个固体电池单体101之间电绝缘，并具有可弹性变形的弹性部件123a,123b，所述弹性部件123a,123b对多个固体电池单体101的积层方向施加弹压力。利用弹性部件适当地固定固体电池单体101，从而获得耐久性和耐振动性。

Description

分隔件和固体电池模块
技术领域
本发明涉及一种分隔件和固体电池模块。
背景技术
近年来，提出了一种关于使用固体电解质的固体电池的技术，该固体电解质具有高能量密度，且热安全性较高。在将固体电池用于驱动需要大电流、高电压的电动车或混合动力电动车的电动机等的情况下，使用将多个固体电池组合并模块化的固体电池模块。
[先行技术文献]
(专利文献)
专利文献1：日本特开2019-102261号公报
在专利文献1中公开了一种构造，将构成固体电池的积层体收容在作为外装体的层合膜中，并将多个层叠型固体电池组合，形成蓄电池模块。
为了将电池单体保持在圆筒型、方形、层叠型等外装体内，并避免界面电阻增加且输入和输出特性降低，要求固体电池模块对电池施加充分的表面压力。专利文献1中公开的技术是将多个固体电池夹持在板之间，由此，对多个固体电池进行加压而固定。但是，专利文献1中公开的技术，由于固体电池彼此紧密接触并固定，因此，没有充分考虑到因固体电池的膨胀对组成部件的影响和对振动的影响等。
发明内容
[发明所要解决的问题]
本发明是鉴于上述问题而完成的，其目的在于提供一种固体电池模块和分隔件，能够对固体电池单体施加足够的表面压力，且耐久性和耐振动性优异。
[解决问题的技术手段]
本发明涉及一种分隔件，其在具有多个固体电池单体的固体电池模块中，被配置在相邻的前述多个固体电池单体之间，将前述多个固体电池单体之间电绝缘，并具有可弹性变形的弹性部件，所述弹性部件对前述多个固体电池单体的积层方向施加弹压力。
优选的是，前述分隔件在前述多个固体电池单体之间形成空隙部。
优选的是，前述分隔件具有主体部和固定部，所述主体部具有前述弹性部件，前述固定部至少被配置在前述主体部的上部，前述固定部限制前述主体部的规定量以上的移动。
本发明还涉及一种固体电池模块，其具有前述分隔件，前述多个固体电池单体具有积层体，所述积层体具备正极层、负极层、及存在于前述正极层与前述负极层之间的固体电解质层，前述积层体的积层方向与前述多个固体电池单体的积层方向为相同方向。
优选的是，在前述固体电池模块中，前述多个固体电池单体具有按压部，所述按压部对与前述积层体的积层方向大致呈垂直的面施加表面压力。
优选的是，在前述固体电池模块中，在前述多个固体电池单体的两端配置有捆绑杆和端板之中的任意一个，在前述多个固体电池单体的两端与前述捆绑杆和前述端板之中的任意一个之间配置有端部分隔件，所述端部分隔件具有可弹性变形的弹性部件，所述弹性部件对前述多个固体电池单体的积层方向施加弹压力。
(发明的效果)
根据本发明，能够提供一种固体电池模块和分隔件，其能够对固体电池单体施加足够的表面压力，且耐久性和耐振动性优异。
附图说明
图1是本发明的一实施方式的固体电池模块的剖面图。
图2是本发明的一实施方式的固体电池单体的剖面图。
图3是本发明的一实施方式的固体电池模块的A-A’剖面图。
图4是本发明的一实施方式的分隔件的分解立体图。
图5是本发明的一实施方式的固体电池模块的剖面图。
图6是本发明的另一实施方式的固体电池模块的剖面图。
具体实施方式
以下，针对本发明的实施方式，参考图式加以说明。但是，以下所示的实施方式仅示例本发明，本发明并不限定于以下实施方式。
＜固体电池模块＞
固体电池模块100具有多个固体电池单体101。图1是示出固体电池模块100的构造的剖面图。多个固体电池单体101，在图1中箭头所示的积层方向上排列多个。在多个固体电池单体101之间分别配置有分隔件120。在分隔件120上形成有空隙部111。在多个固体电池单体101的上部，配置有模块组成部件110。
除上述之外，固体电池模块100具有顶盖113、捆绑杆114、及下板115。
(固体电池单体)
固体电池单体101具有积层体102及电池壳体103，所述积层体102包括正极层、固体电解质层及负极层。图2是示出固体电池单体101的构造的剖面图。积层体102收容在电池壳体103内。电池壳体103具有按压部112。在积层体102的上端部延伸出与积层体102连接的正极极耳104和负极极耳109。
积层体102具备正极层、负极层、及存在于正极层和负极层之间的固体电解质层(省略图示)。正极层和负极层由例如包括电极材料(活性物质)和金属箔等的集电体构成。上述正极层与正极极耳104电连接，上述负极层与负极极耳109电连接。正极层和负极层所使用的正极材料和负极材料没有特别限定，可以使用作为固体电池的正极和负极的公知的材料。正极材料和负极材料中包含固体电解质和活性物质。除上述之外，正极材料和负极材料中也可以包含导电助剂和粘合剂等。作为固体电解质层所使用的固体电解质，没有特别限定，可以使用例如氧化物系固体电解质和硫化物系固体电解质等公知的固体电解质。根据需要，固体电解质中也可以包含粘合剂等。
图2箭头所示的积层体102的积层方向与图1中箭头所示的固体电池单体101的积层方向为相同的方向。
电池壳体103是收容积层体102的容器。如图2所示，电池壳体103具有按压部112。
电池壳体103的材质没有特别限定，但优选的是金属。电池壳体103是金属，因而，散热性提高，电池壳体103本身的强度也提高。另外，由于可进行金属焊接，因此，能够提高密封性。电池壳体103的外形也可以是沿积层体102的外形的形状。由此，能够减小固体电池的体积并提高能量密度。图3是图1的A-A’剖面图。如图3所示，电池壳体103沿积层体102的外形形成，具有容纳正极极耳104和负极极耳109的凸部。另外，利用上述凸部，在电池壳体103的上部形成有凹部。在上述凹部也可以配置作为模块组成部件110的热敏电阻108等。
按压部112由例如弹簧等弹性部件构成，利用弹压力对积层体102施加表面压力。利用按压部112，对图2箭头所示的包括正极层、负极层及固体电解质层的积层体102的积层方向施加表面压力。由此，能够对积层体102施加初始负荷，并能够提高固体电池的输入和输出特性及耐振动性。按压部112设置在与积层体102的上述积层方向大致呈垂直的面上。优选的是，按压部112设置在例如电池壳体103的相对向的一组面上，但也可以仅设置在电池壳体103的一侧的一面上。按压部112的结构只要是能够对积层体102施加表面压力即可，没有特别限定，但可以列举例如由阶梯状、波浪形、曲面构成的形状等。
按压部112也可以与电池壳体103连续，但优选的是，形成为与电池壳体103不连续的部件。如图2所示，本实施方式的按压部112与电池壳体103不连续地形成。另外，按压部112构成为可向固体电池单体101的内侧方向滑动。利用上述按压部112，由后述的分隔件120的弹性部件对固体电池单体101施加弹压力时，容易对积层体102作用表面压力。另外，在固体电池单体101的内压增高时，能够释放应力，提高安全性。
利用按压部112，在相邻的固体电池单体101之间形成有空隙。上述空隙中配置有具有空隙部111的分隔件120。
正极极耳104和负极极耳109分别与构成正极层和负极层的集电箔电连接，并从积层体102的端面向外部伸出。如图3所示，正极极耳104和负极极耳109分别从积层体102的同一端面上的两个位置伸出。正极极耳104和负极极耳109没有特别限定，是例如厚度为5～500μm左右的金属箔。正极极耳104和负极极耳109被容纳在形成于电池壳体103上的凸部内。
(分隔件)
分隔件120配置在多个固体电池单体101之间，将多个固体电池单体101之间电绝缘。分隔件120由至少一部分具有绝缘性的绝缘材料构成，由此，将多个固体电池单体101之间电绝缘。分隔件120具有弹性部件123a和123b，对图1中箭头所示的多个固体电池单体101的积层方向施加弹压力。分隔件120在固体电池单体101之间形成空隙部111。图4是示出本实施方式的分隔件120的分解立体图。如图4所示，分隔件120具有主体部123、及被配置在主体部123的上下的固定部121,122。
主体部123具有弹性部件123a,123b。另外，在弹性部件123a与123b之间形成有空隙部111。弹性部件123a,123b的构造没有特别限定，可以是例如一对板簧状部件。弹性部件123a,123b由可弹性变形的材料构成。作为上述材料，可以列举例如金属、陶瓷、树脂材料等。弹性部件123a,123b配置为对图1中箭头所示的固体电池单体101的积层方向施加弹压力。例如，主体部123构成为，由弹性部件123a施加弹压力的方向与由弹性部件123b施加弹压力的方向相对向，抵抗力平衡。利用上述构成，能够对分隔件120上相邻的固体电池单体101双方施加弹压力。
利用弹性部件123a,123b，经由按压部112对积层体102施加表面压力。图1中箭头所示的固体电池单体101的积层方向，与图2箭头所示的包括正极层、负极层及固体电解质层的积层体102的积层方向为相同的方向。因此，利用具有弹性部件123a,123b的分隔件120，对固体电池单体101之间施加弹压力，由此，经由按压部112对积层体102的积层方向施加表面压力。
空隙部111利用分隔件120形成在固体电池单体101之间。如图4和图5所示，空隙部111例如形成在弹性部件123a与弹性部件123b之间。在空隙部111可以配置用于抑制固体电池单体101的温度上升的空气或水等流体、导热材料、以及加热器等之中的至少一种。由此，能够获得固体电池模块100优选的散热性。
除上述之外，在空隙部111还可以配置用于使固体电池模块100发挥作用的电绝缘材料、电导材料、缓冲材料、及电池壳体固定部件等之中的至少一个。
在主体部123的上部，设置有与固定部121卡合的卡合部124。图5是示出配置在固体电池模块100上的分隔件120的上部附近的剖面图。如图5所示，主体部123的弹性部件123a,123b，在上部与卡合部124连结。在卡合部124的上端形成有凸部124b。在卡合部124的上部配置有固定部121。
固定部121是可以与设置在主体部123的上端的卡合部124卡合的部件。固定部121与卡合部124卡合，由此，来限制主体部123相对于水平方向和上下方向的规定量以上的移动。如图4所示，固定部121是沿主体部123的上端配置的具有大致矩形形状的部件。固定部121具有卡合部121a和凹部121b。
卡合部121a形成在固定部121的长边方向的任意一个部位上。卡合部121a与后述的凹部124a卡合，限制主体部123的移动。详细来说，在分隔件120配置在固体电池单体101之间的状态下，卡合部121a限制主体部123相对于与图1所示的积层方向正交的水平方向的移动。凹部121b沿固定部121的长边方向形成为内凹形。凹部121b与后述的凸部124b卡合，限制主体部123相对于上下方向的移动。凹部121b的开口的方向与设置有卡合部121a的方向为相同的方向。卡合部121a和凹部121b朝向主体部123侧配置，以便能够与后述的凹部124a及凸部124b卡合。
固定部122是能够与设置在主体部123的下端的卡合部125卡合的部件。固定部122和卡合部125具有与上述说明的固定部121和卡合部124上下对称的结构。分隔件120的下部由于与下板115抵接，因此，不会因固体电池单体101的膨胀等而使分隔件120向下方突出。因此，也可以不设置上述固定部122和卡合部125，而仅设置固定部121和卡合部124地构成分隔件120。
如图5所示，在卡合部124的上部配置有固定部121。固定部121配置为凹部121b能够与凸部124b卡合。如图5所示，固定部121和主体部123配置为在凹部121b与凸部124b之间形成有一定的空间。即，固定部121配置为允许主体部123相对于上方进行规定量的移动。由此，例如即使在固体电池单体101膨胀，空隙部111变窄的情况下，也能够向上方释放过量的弹压力。除上述之外，由于主体部123向上方的规定量以上的移动受到限制，因此，能够防止分隔件120相对于固体电池单体101向上部飞出，并防止对固体电池单体101之间施加的弹压力消失。另外，在对固体电池模块100施加振动时，由于允许主体部123向上方进行规定量的移动，且规定量以上的移动受到限制，因此，能够获得固体电池模块100优选的耐振动性。此外，上述凹部121b与凸部124b之间的空间，优选的是调整为使弹性部件123a,123b的弹压力在合适的范围内。
卡合部121a和凹部124a优选与上述凹部121b和凸部124b相同，构成为允许主体部123向水平方向的规定量的移动，且规定量以上的移动受到限制。例如，也可以构成为使卡合部121a的长边方向的长度比凹部124a的长边方向的长度短。
(模块组成部件)
模块组成部件110是构成固体电池模块100的部件，配置在多个固体电池单体101的上部。模块组成部件110包括例如母线106、电压检测线107、及热敏电阻108。除上述之外，模块组成部件110中还可以包括线束、电池壳体固定部件、电池单体电压/温度监控单元等。上述模块组成部件110没有特别限定，可以使用普通的电池模块中使用的公知的组成部件。
如图3所示，模块组成部件110也可以配置在形成于电池壳体103上的凹部内。由此，能够减小固体电池模块100的体积，并提高能量密度。另外，能够防止固体电池单体101因振动等产生的位置偏移或剥离等。
(其他组成部件)
如图1所示，固体电池模块100的上表面被顶盖113覆盖。在多个固体电池单体101的两端配置有捆绑杆114。利用捆绑杆114，能够提高多个固体电池单体101的紧固性，并固定在下板115上。由于本实施方式的固体电池模块100利用分隔件120对多个固体电池单体101之间施加弹压力，因此，也可以不配置对多个固体电池单体施加表面压力的端板。但是，也可以配置端板以构成固体电池模块。下板115构成固体电池模块100的底面。本实施方式的固体电池模块100利用分隔件120而具有优选的散热性，因此，在下板115内也可以没有对固体电池单体101进行冷却的构造。但是，根据用途，也可以在下板115与固体电池单体101之间配置硅化合物等导热材料，也可以在下板内或下板下部配置冷却水来构成固体电池模块。另外，也可以在下板115内配置缓冲材料，构成固体电池模块100。由此，能够提高固体电池模块100的耐振动性。
根据上述本实施方式的分隔件120和固体电池模块100，起到以下的效果。
在具有多个固体电池单体101的固体电池模块100中，分隔件120被配置在相邻的固体电池单体101之间且将固体电池单体101之间电绝缘，并具有可弹性变形的弹性部件123a,123b，所述弹性部件123a,123b对多个固体电池单体101的积层方向施加弹压力。由此，能够防止因固体电池单体101的膨胀而增大单体间的距离，并能够抑制应力对母线106等模块组成部件等产生的影响，耐久性优异。另外，由于固体电池单体101彼此由弹性部件固定，因此，能够减小对振动的影响，并能够适当地固定固体电池单体101。
利用分隔件120，在多个固体电池单体101之间形成空隙部111。由此，能够在空隙部111配置用于抑制固体电池单体101的温度上升的部件等，因此，能够获得固体电池单体101的理想的冷却效果。
分隔件120，在具有弹性部件123a,123b的主体部123的上部，具有限制主体部123的规定量以上的移动的固定部121。由此，能够允许分隔件120进行一定量的弹性变形，并防止分隔件120向上部飞出。因此，能够维持固体电池模块100的耐振动性和耐久性。
在固体电池模块100中，使固体电池单体101的积层体102的积层方向与多个固体电池单体101的积层方向为相同的方向。由此，能够经由分隔件120对积层体102施加表面压力，并能够提高固体电池的输入和输出特性以及耐振动性。
在固体电池模块100中，固体电池单体101具有对与积层体102的积层方向大致呈垂直的面施加表面压力的按压部112。由此，能够将经由分隔件120施加的弹压力经由按压部112施加给积层体102，因此，能够很好地提高固体电池的输入和输出特性以及耐振动性。
(其他实施方式)
图6是示出本发明的另一实施方式的固体电池模块100a的构造的剖面图。如图6所示，固体电池模块100a在多个固体电池单体101的两端配置有捆绑杆114。另外，在多个固体电池单体101的两端与捆绑杆114之间配置有端部分隔件120a。在多个固体电池单体101的两端也可以配置端板来代替捆绑杆114。固体电池模块100a的除上述之外的构造，可以与上述固体电池模块100相同。
端部分隔件120a具有可弹性变形的弹性部件，对图6箭头所示的多个固体电池单体101的积层方向施加弹压力。例如，如图6所示，端部分隔件120a具有将上述实施方式的分隔件120沿上下方向一分为二的构造。端部分隔件120a具有例如作为主体部的一个板簧状弹性部件，其对相邻的固体电池单体101施加弹压力。另外，端部分隔件120a至少在上部具有固定部，限制上述主体部在上下方向和水平方向中的至少一个方向的移动。端部分隔件120a的除上述之外的构造可以与分隔件120相同。
根据上述实施方式的固体电池模块100a，起到以下的效果。固体电池模块100a，在多个固体电池单体101的两端配置有端部分隔件120a。利用端部分隔件120a对多个固体电池单体101的积层方向施加弹压力。因此，能够进一步很好地提高固体电池的输入和输出特性以及耐振动性。
以上，对本发明的优选的实施方式进行说明。但是，本发明不限定于上述实施方式，能够进行适当变更。
在上述实施方式中，将分隔件120具有的弹性部件以一对板簧状部件即弹性部件123a,123b进行了说明，但并不限定于上述。分隔件120具有的弹性部件只要是可以对相邻的固体电池单体101施加弹压力即可。另外，上述弹性部件不限定于对相邻的固体电池单体101的积层方向的相对向的两个方向施加弹压力的一对弹性部件。上述弹性部件也可以仅对相邻的固体电池单体101的积层方向之一施加弹压力。或者，分隔件120上也可以交替设置有对固体电池单体101积层方向之一施加弹压力的部位和对相对向的另一个施加弹压力的部位。
附图标记
100,100a 固体电池模块
101 固体电池单体
102 积层体
111 空隙部
112 按压部
120 分隔件
120a 端部分隔件
121 固定部
123 主体部
123a,123b 弹性部件

Claims (5)

1.一种分隔件，其在具有多个固体电池单体的固体电池模块中，被配置在相邻的前述多个固体电池单体之间，将前述多个固体电池单体之间电绝缘，
前述多个固体电池单体具有积层体，所述积层体具备正极层、负极层、及存在于前述正极层与前述负极层之间的固体电解质层，
在多个固体电池单体之间形成空隙部，
前述分隔件具有作为可弹性变形的弹性部件的一对板簧状部件，所述弹性部件对前述多个固体电池单体的积层方向施加弹压力，在前述一对板簧状部件之间形成前述空隙部，
前述一对板簧状部件的进行弹性变形的面配置为与前述多个固体电池单体的积层面相对向，
其中，前述分隔件具有主体部和固定部，所述主体部具有前述弹性部件，
前述固定部至少被配置在前述主体部的上部，
前述固定部限制前述主体部的规定量以上的移动。
2.根据权利要求1所述的分隔件，其中，前述固定部配置为限制前述主体部相对于与前述积层方向正交的上下方向的规定量以上的移动，并且允许前述主体部相对于上方进行规定量的移动。
3.一种固体电池模块，其具有权利要求1所述的分隔件，
前述积层体的积层方向与前述多个固体电池单体的积层方向为相同的方向。
4.根据权利要求3所述的固体电池模块，其中，前述多个固体电池单体具有按压部，所述按压部对与前述积层体的积层方向呈垂直的面施加表面压力。
5.根据权利要求3所述的固体电池模块，其中，在前述多个固体电池单体的两端配置有捆绑杆和端板之中的任意一个，
在前述多个固体电池单体的两端与前述捆绑杆和前述端板之中的任意一个之间配置有端部分隔件，所述端部分隔件具有可弹性变形的弹性部件，所述弹性部件对前述多个固体电池单体的积层方向施加弹压力。
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