CN114914587A - 电池组 - Google Patents

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Abstract

本发明提供能够适宜地维持电池性能的电池组。这里公开的电池组具备沿着层叠方向(X)层叠有多个单电池(10)的层叠体(2)、和容纳该层叠体的壳体(3)。在壳体(3)的内壁，在与该壳体的内壁接触的状态下配置有具有绝缘性和热传导性的散热部件(4)。这里，在沿着层叠方向(X)邻接的单电池(10)彼此之间，存在将一个单电池的正极端子(12)与另一个单电池的负极端子(14)接合的正负极端子接合部(16)，该正负极端子接合部与散热部件(4)接触。

Description

电池组
技术领域
本发明涉及电池组。
背景技术
将锂离子二次电池、镍氢电池等二次电池或者电容器等蓄电元件作为单电池并具备多个该单电池的电池组作为车辆搭载用电源或者个人计算机、移动终端等的电源，其重要性不断提高。特别是将轻型并能够获得高能量密度的锂离子二次电池作为单电池的电池组优选用于车辆搭载用的高输出电源等。
该电池组典型地具备在规定的层叠方向上层叠有多个单电池的层叠体、和容纳该层叠体的壳体，并通过将在该层叠方向上邻接的单电池彼此经由电极端子电连接而构建。例如，在下述专利文献1和2中公开有该结构的电池组。
专利文献1：日本专利申请公表第2019-508846号公报
专利文献2：日本专利申请公开第2013-164975号公报
然而，在作为车辆搭载用电源等使用的电池组中，在短时间内以大电流进行充放电的所谓的高速充放电的情况较多。而且，公知根据该高速充放电，在电极端子等产生电力集中，电极体的温度容易上升。由于这样电极体的温度上升，因此电池组的性能可能降低，所以不优选。
发明内容
本发明是鉴于该状况而完成的，其主要的目的是提供一种能够适宜地维持电池性能的电池组。此外，例如在上述专利文献1中记载有将从电极体产生的热按照容纳该电极体的外装材、热传导性粘合剂、壳体的顺序排热，但未公开关于从电极端子直接夺取热的技术的内容。
为了实现该目的，本发明提供一种具备沿着规定的层叠方向层叠有多个单电池的层叠体、和容纳该层叠体的壳体的电池组。
上述单电池具备：电极体，具备正负极中的任一第1电极和作为该第1电极的对电极的第2电极；和外装体，容纳该电极体。在上述外装体的外部配置有与上述第1电极及上述第2电极分别电连接的第1电极端子和第2电极端子，在上述壳体的内壁，在与该壳体的内壁接触的状态下配置有具有绝缘性和热传导性的散热部件。这里，在沿着上述层叠方向邻接的单电池之间，存在将一个单电池的上述第1电极端子和上述第2电极端子的任意一个、与另一个单电池的该第1电极端子和该第2电极端子的任意一个接合的电极端子接合部，该电极端子接合部与上述散热部件接触。
在该结构的电池组中，能够将从容易产生电力集中的电极端子接合部产生的热经由散热部件、壳体高效地排热。由此，能够适宜地抑制电极体的温度的上升，因此能够适宜地维持电池性能。另外，由于电极端子接合部经由散热部件与壳体在物理上接触，因此该电极端子接合部的共振频率变高，因此能够获得耐振动性较高的电池组。
在这里公开的电池组的优选的一个形态的基础上，上述外装体具备一对矩形状的宽幅面，在该宽幅面的一个短边侧或者长边侧配置有上述第1电极端子，在与该一个短边侧或者长边侧对置的边侧配置有上述第2电极端子。
在具备该结构的单电池的电池组中，能够将从电极端子接合部产生的热从壳体的两侧高效地排热，因此优选。
在这里公开的电池组的优选的一个形态的基础上，上述散热部件包括具有绝缘性的树脂基体、和具有热传导性的填料部件。该结构的散热部件的热传导性优异，因此能够将从电极端子接合部产生的热经由该散热部件、壳体更高效地排热。另外，能够优选使用上述树脂基体包含硅酮树脂并且上述填料部件包含氧化铝的散热部件。
在这里公开的电池组的优选的一个形态的基础上，上述壳体由铝或者以铝为主体的合金构成。
由铝或者以铝为主体的合金构成的壳体的散热性优异，因此能够将从电极端子接合部产生的热经由壳体更高效地排热。
在这里公开的电池组的优选的一个形态的基础上，在上述壳体中的配置有上述散热部件的内壁的外侧具备热交换器。
根据该结构，能够将从电极端子接合部产生的热经由散热部件、壳体以及热交换器更高效地排热。
在这里公开的电池组的优选的一个形态的基础上，上述外装体由层压膜构成。
在外装体由层压膜构成的情况下，第1电极端子和第2电极端子典型地经由由树脂材料等构成的熔敷膜与该层压膜熔敷。存在该熔敷部分因从电极端子接合部产生的热的影响而开封的情况。因此，由层压膜构成的外装体适宜作为应用这样的技术的对象。
附图说明
图1是用于对一个实施方式所涉及的电池组的主要的结构进行说明的示意图。
图2是示意性地表示图1所涉及的电池组具备的单电池的结构的俯视图。
图3是用于对图1所涉及的电池组具备的层叠体的结构进行说明的示意图。
图4是用于对变形例所涉及的电池组的主要的结构进行说明的示意图。
附图标记说明
1…电池组；2…层叠体；3…壳体；4…散热部件；5…热交换器；10…单电池；12、12a…正极端子；14、14a…负极端子；16…正负极端子接合部；18…外装体；20…电极体；X…层叠方向。
具体实施方式
以下，边适当地参照附图边对关于这里公开的电池组的优选的一个实施方式详细地进行说明。在本说明书中特别提及的事项以外的实施所需的事项能够作为该领域中的基于现有技术的本领域技术人员的设计事项来把握。本发明能够基于在本说明书中公开的内容和该领域中的技术常识来实施。此外，以下的实施方式并不旨在限定这里公开的技术。另外，在本说明书所示的附图中，对起到相同的作用的部件·部位标注相同的附图标记来说明。并且，各附图中的尺寸关系(长度、宽度、厚度等)并不反映实际的尺寸关系。
在本说明书中，“电池”是泛指能够取出电能量的蓄电设备的用语，是包括一次电池和二次电池的概念。“二次电池”是泛指能够反复充放电的蓄电设备。
图1是用于对一个实施方式所涉及的电池组1的主要的结构进行说明的示意图。如图1所示，大体来说，本实施方式所涉及的电池组1具备层叠体2、容纳该层叠体的壳体3、散热部件4以及热交换器5。以下，对各结构元件详细地进行说明。此外，在以下的说明中，对串联连接单电池10的形态进行说明，但并不旨在限定于此。这里公开的技术也能够应用于并联连接单电池10的情况。
＜层叠体2＞
如图1所示，本实施方式所涉及的层叠体2具有沿着层叠方向X层叠多个(这里为8个)单电池10的结构。首先，边参照图2边对构成层叠体2的单电池10进行说明。此外，以下，对单电池10具备的外装体18由层压膜构成并且电极体20是层叠型电极体的情况进行说明，但并不旨在将外装体和电极体限定于该种类。这里公开的技术例如也能够应用于外装体是具有六面体箱形形状的金属制的电池盒等的情况。另外，这里公开的技术例如也能够应用于电极体是隔着隔离件卷绕正极片和负极片并成型为扁平状的卷绕电极体等的情况。
图2是示意性地表示电池组1具备的单电池10的俯视图。如图2所示，大体来说，单电池10具备电极体20、和容纳该电极体的外装体18。通过在一对层压膜之间配置电极体20并将该层压膜的外周边部熔敷来形成未图示的熔敷部，从而形成容纳该电极体的外装体18。
虽然省略详细的图示，但是本实施方式所涉及的电极体20通过使多个矩形状的正极片(即、正极)和负极片(即、负极)(以下，统称为“电极片”)隔着相同的矩形状的隔离件层叠而形成。该电极片具备作为箔状的金属部件的集电体(即、正极集电体、负极集电体)、和形成于该集电体的表面(单面或者两面)的电极活性物质层(即、正极活性物质层、负极活性物质层)。
在本实施方式所涉及的矩形状的电极片，在长边方向的一个侧边缘部未形成电极活性物质层，而形成有集电体露出的活性物质层未形成部分(正极活性物质层未形成部分、负极活性物质层未形成部分)。而且，通过以正极活性物质层未形成部分从一个侧边缘部伸出、并且负极活性物质层未形成部分从另一个侧边缘部伸出的方式叠加各个电极片，从而形成电极体20。另外，在该电极体的长边方向的中央部形成有叠加电极片的电极活性物质层的芯部。在长边方向的一个侧边缘部形成叠加了多层正极活性物质层未形成部分的正极端子连接部，在另一个侧边缘部形成叠加了多层负极活性物质层未形成部分的负极端子连接部。而且，正极端子12与正极端子连接部连接，负极端子14与负极端子连接部连接。
本实施方式所涉及的电池组1具备的单电池10也可以是燃料电池、双电层电容器、锂离子二次电池·镍氢二次电池·钠离子二次电池等二次电池。在单电池10是二次电池的情况下，该单电池例如可以是非水电解液二次电池，也可以是全固体电池。在非水电解液二次电池的情况下，使用在电极片之间插入有绝缘性的隔离件的电极体20，并且在外装体18的内部容纳非水电解液。另一方面，在全固体电池的情况下，使用在电极片之间插入有固体电解质层(相当于隔离件)的电极体20。此外，作为构成电池的部件(具体而言，为电极片、隔离件、电极端子、固体电解质层、非水电解液等)，能够无特别限制地使用可以在这种二次电池中使用的部件。另外，单电池10能够基于以往公知的电池的制造方法来制造。
如图1和图3所示，在本实施方式所涉及的层叠体2中，单电池10中的正极端子12和负极端子14的配置位置配置成沿着层叠方向X交替反转。而且，在沿着层叠方向X邻接的单电池10之间，存在将一个单电池10的正极端子12与另一个单电池10的负极端子14的一部分彼此在分别折弯的状态下接合的正负极端子接合部16。作为正极端子12和负极端子14的接合方法，能够无特别限制地使用用于电极端子的接合的以往公知的方法，例如能够举出激光焊接、电阻焊接等。另外，虽然省略详细的图示，但将存在于层叠方向X的最上侧的单电池10中的正极端子12a的一部分与存在于该层叠方向的最下游侧的单电池10中的负极端子14a的一部分向壳体3的外部引出并实施外部连接。
＜壳体3＞
如图1所示，本实施方式所涉及的壳体3是容纳层叠体2的六面体箱形形状的容器。壳体3具有至少能够容纳层叠体2的程度的大小。作为构建壳体3的方法，例如，能够举出在将该层叠体插入至具备用于插入层叠体2的开口部的方形的容器后使盖体与该开口部重叠来密封的方法等。该密封例如能够通过激光焊接、基于树脂的树脂－金属粘合等来进行。
作为构成壳体3的材料，只要发挥这里公开的技术效果，就不特别地限制，但是例如能够举出铝、以铝为主体的合金、铁－铝(Fe-Al)合金、不锈钢、镀镍钢等。其中，从轻型并且散热性优异的观点出发，能够优选使用铝、以铝为主体的合金。这里，上述铝能够包括作为不可避免的杂质的各种金属元素、非金属元素等。而且，在该情况下，铝的纯度(即、铝中的铝成分的含量)能够优选为95％以上、97％以上、99％以上(例如99.5％、99.8％左右)。另外，上述“以铝为主体的合金”是指构成合金的成分中的、以重量基准包含最多的成分是铝。该合金能够优选包括90重量％以上、95重量％以上、或者99重量％以上的铝。另外，作为铝以外的成分，例如能够举出铜(Cu)、镁(Mg)、锰(Mn)、硅(Si)、锌(Zn)、其他各种金属成分等。
＜散热部件4＞
如图1所示，本实施方式所涉及的散热部件4在与壳体3的两个内壁的整个面接触的状态下配置。另外，本实施方式所涉及的散热部件4是矩形片状。这样通过以与所配置的散热部件4接触的方式配置正负极端子接合部16(在本实施方式中，为正极端子12a和负极端子14a)，从而能够将从电极端子产生的热经由散热部件4、壳体3高效地排热。另外，除了该效果之外，由于正负极端子接合部16(在本实施方式中，为正极端子12a和负极端子14a)经由散热部件4与壳体3在物理上接触，因此各自的共振频率变高，因此能够使电池组1的耐振动性提高。
散热部件4是具有绝缘性并且具有热传导性的部件。这里，上述“具有绝缘性”是指具有不易通电的性质，例如能够示出基于JISK6911：2006测定的体积电阻率典型地为1.0×1010Ω·cm以上、优选为1.0×1012Ω·cm以上，但并不局限于此。
另外，对于散热部件4的热传导率而言，例如基于JISA1412-1：2016测定的热传导率典型地能够为0.5W/m·K以上，优选为1.5W/m·K以上，更优选为3.0W/m·K以上，但并不局限于此。
作为构成散热部件4的材料，只要发挥这里公开的技术效果，就不特别地限制，但例如能够举出硅酮树脂等树脂、氧化铝(Al2O3)、氧化镁(MgO)、二氧化硅(SiO2)、氧化铍(BeO)、氧化锆(ZrO2)、氮化硼(BN)、氮化铝(AlN)、氮化硅(Si3N4)、勃姆石(AlOOH)等陶瓷材料。此外，能够单独地或者适当地组合两种以上的这些材料来使用。
另外，作为构成散热部件4的材料，例如能够优选使用包括具有绝缘性的树脂基体、和具有热传导性的填料部件的材料。作为上述树脂基体，例如举出硅酮树脂、聚碳酸酯(PC)、聚对苯二甲酸丁二醇酯(PBT)、聚酰胺(PA)、聚酰胺-酰亚胺(PAI)、聚酰亚胺(PI)、聚氯乙烯(PVC)、聚氨基甲酸乙酯(PU)、聚醚砜树脂(PES)、丙烯腈·苯乙烯·丙烯酸树脂(ASA)、聚苯硫醚(PPS)、聚醚醚酮(PEEK)、聚丙烯(PP)、聚乙烯(PE)、聚苯乙烯(PS)、聚甲醛(POM)、丙烯酸树脂(PMMA)、ABS树脂、酚醛树脂(PF)、环氧树脂(EP)、不饱和聚酯、尼龙等树脂，能够单独地或者适当地组合两种以上的这些材料来使用。另外，作为上述填料部件，例如能够举出上述那样的陶瓷材料等，能够单独地或者适当地组合两种以上的这些材料使用。其中，从热传导性优异的观点出发，能够优选使用包含硅酮树脂作为树脂基体并包含氧化铝作为填料部件的材料。对于上述树脂基体和上述填料部件的配合量，优选根据该树脂基体和该填料部件的种类来适当地调整。
此外，散热部件4的热传导率、厚度(这里，表示从散热部件4接触的内壁到正负极端子接合部16的距离)等能够通过进行预备试验而适当地决定。另外，虽然并不旨在特别地限定解释，但是例如在具备8个电池组1为容量200×3.7Wh程度的单电池10的情况下，作为散热部件4，能够使用体积电阻率为1.0×1012Ω·cm左右、热传导率为1.0W/m·K左右、该散热部件的厚度为8.0mm左右的部件。
作为在壳体3的内壁配置散热部件4的方法，只要发挥这里公开的技术效果，就不特别地限制，但例如能够举出向散热部件4中的配置面赋予粘合剂来配置的方法、作为散热部件4采用预先具有粘合性的部件来配置的方法、将膏状(包含墨状、糊状)的散热部件原料涂覆于壳体3的所希望的内壁并使其干燥来形成散热部件4的方法等。此外，在向散热部件4中的配置面赋予粘合剂的情况下，优选赋予至不会由形成的粘合层阻碍热传导的程度。
＜热交换器5＞
如图1所示，在壳体3中的配置有散热部件4的外侧具备本实施方式所涉及的热交换器5。作为该热交换器的种类，只要发挥这里公开的技术效果，就不特别地限制，但例如能够采用多管式热交换器(壳管式热交换器；在粗圆柱状的筒(壳)中配置有许多较细的圆管(管)，通过使温度不同的流体在管的内侧和外侧流动来进行热交换)、板式热交换器(通过将冲压为凹凸的金属板(板)重叠并使温度不同的流体交替地流动来进行热交换)、翅片管式热交换器(使液体介质在圆管(管)内流动，使气体碰到管的外侧和翅片来进行热交换)、其他各种热交换器。通过这样配置热交换器5，从而能够将从正负极端子接合部16(在本实施方式中，还包括正极端子12a和负极端子14a)产生的热更有效地排热，因此优选。
＜电池组1的构建方法＞
接着，对本实施方式所涉及的电池组1的构建方法进行说明，但并不旨在将电池组1的构建方法限定于以下的方法。另外，下述构建方法中的各步骤能够适当地更换来实施。
首先，如图3所示，准备多个(这里为8个)单电池10，沿着层叠方向X层叠。接着，在沿着层叠方向X邻接的单电池10之间，将一个单电池10的正极端子12与另一个单电池10的负极端子14在折弯的状态下通过激光焊接接合，由此形成正负极端子接合部16(这里为7个部位)。此外，层叠方向X上的最下游侧的单电池10的正极端子12a与该层叠方向上的最上游侧的单电池10的负极端子14a作为外部连接用不实施该接合而保留。
接着，准备具备用于插入层叠体2的开口部的箱形的容器。而且，以与该容器中的两个内壁的整个面接触的方式配置矩形片状的散热部件4。在本实施方式中，在该配置时，在散热部件4的配置面涂覆粘合剂来与上述容器内的内壁粘合。
接下来，将如上述那样制成的层叠体2插入至配置了散热部件4的容器内。在该插入时，使得层叠体2具备的7个部位的正负极端子接合部16、正极端子12a以及负极端子14a与上述容器内的散热部件4接触。此时，将正极端子12a的一部分和负极端子14a的一部分分别作为外部连接用从配置了上述散热部件4的容器引出。
而且，使密封该开口部的盖体与容纳了层叠体2的容器的开口部重叠，并通过激光焊接将该开口部的周围焊接来密封。最后，通过将热交换器5设置于壳体3中的配置有散热部件4的外侧，从而能够构建电池组1。
＜变形例＞
以上，边参照电池组1边对这里公开的电池组(电池组的构建方法)的具体例详细地进行了说明，但并不将这里公开的电池组限定于该具体例。这里公开的电池组包含在不变更其目的的范围内对上述的具体例进行了各种变更的结构。以下，对电池组1的变形例的一个例子(i)～(v)进行说明。
(i)在上述实施方式中，散热部件4在与壳体3的两个内壁的整个面接触的状态下配置，但并不限定于此。散热部件4例如也可以仅仅设置于壳体3的两个内壁中的必要最低限度的部分。另外，在上述实施方式中，除了正负极端子接合部16之外，还对正极端子12a和负极端子14a配置散热部件4，但并不限定于此。例如，也可以构成为：除了正负极端子接合部16之外，仅对正极端子12a或负极端子14a的一方配置散热部件4。此外，当然，由于能够在至少对正负极端子接合部16配置散热部件4的形态中发挥这里公开的技术效果，因此也可以仅对该正负极端子接合部配置该散热部件(对于下述(ii)也相同)。
(ii)在上述实施方式中，沿着层叠方向X连续地配置散热部件4，但并不限定于此。例如，也可以如图4那样配置散热部件4。另外，在该情况下，只要发挥这里公开的技术效果，也可以使各个散热部件4的大小·形状不同。
(iii)在上述实施方式中，使用矩形片状的散热部件4，但并不局限于此，例如也可以是菱形、椭圆等各种形状。另外，在上述实施方式中，使用片状的散热部件4，但并不局限于此，例如也可以是块状等。
(iv)在上述实施方式中，对电池组1具备热交换器5的情况进行了说明，但当然对于不具备热交换器5的情况，也能够获得这里公开的技术效果。
(v)在上述实施方式中，使用在外装体18的一个短边侧配置有正极端子12并在与该一个短边侧对置的边侧配置有负极端子14的单电池10，但并不限定于此。例如，能够使用在外装体18的一个短边侧或者长边侧配置有正极端子12和负极端子14的单电池10。在该情况下，在壳体3的单侧的内壁配置散热部件4即可。
这里公开的电池组1能够用于各种用途。作为优选的用途的一个例子，能够举出搭载于电动汽车(BEV)、混合动力汽车(HEV)、插电式混合动力汽车(PHEV)等车辆的驱动用电源。其中，能够特别优选用于电动汽车(BEV)。

Claims (7)

1.一种电池组，具备：
层叠体，沿着规定的层叠方向层叠有多个单电池；和
壳体，容纳该层叠体，
其中，
所述单电池具备：电极体，具备正负极中的任一第1电极和作为该第1电极的对电极的第2电极；和外装体，容纳该电极体，
在该外装体的外部配置有与该第1电极及该第2电极分别电连接的第1电极端子和第2电极端子，
在所述壳体的内壁，在与该壳体的内壁接触的状态下配置有具有绝缘性和热传导性的散热部件，
这里，在沿着所述层叠方向邻接的单电池之间，存在将一个单电池的所述第1电极端子和所述第2电极端子的任意一个、与另一个单电池的该第1电极端子和该第2电极端子的任意一个接合的电极端子接合部，
该电极端子接合部与所述散热部件接触。
2.根据权利要求1所述的电池组，其中，
所述外装体具备一对矩形状的宽幅面，
在该宽幅面的一个短边侧或者长边侧配置有所述第1电极端子，在与该一个短边侧或者长边侧对置的边侧配置有所述第2电极端子。
3.根据权利要求1或2所述的电池组，其中，
所述散热部件包括具有绝缘性的树脂基体、和具有热传导性的填料部件。
4.根据权利要求3所述的电池组，其中，
所述树脂基体包含硅酮树脂，所述填料部件包含氧化铝。
5.根据权利要求1～4中任一项所述的电池组，其中，
所述壳体由铝或者以铝为主体的合金构成。
6.根据权利要求1～5中任一项所述的电池组，其中，
在所述壳体中的配置有所述散热部件的内壁的外侧具备热交换器。
7.根据权利要求1～6中任一项所述的电池组，其中，
所述外装体由层压膜构成。
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