CN116895919A - 蓄电池模块 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种蓄电池模块，具备多个圆柱型电池，前述圆柱型电池具有：轴心部件；卷绕电极组，在前述轴心部件的周围卷绕有电极层叠体，所述电极层叠体隔着电解质层叠有正极和负极；第一紧固部，设置于前述轴心部件的轴心方向的一个端部；及，第二紧固部，设置于前述轴心部件的轴心方向的另一个端部，相邻的前述圆柱型电池经由前述第一紧固部和前述第二紧固部连结。

Description

蓄电池模块
技术领域
本发明涉及一种蓄电池模块。
背景技术
近年来，为了能够确保更多的人能够合理利用可靠、可持续且先进的能源，实施了有助于提高能源的效率的二次电池的研究开发。
在专利文献1中记载了一种车辆用组合电池，具备：多个圆柱型电池，在壳体的两端壁中央部设置有分别具有螺纹面的正、负电极端子；及，连接部件，两端部分别与相邻的一对圆柱型电池的正、负电极端子螺合而将一对圆柱型电池电性且机械地结合。
[先前技术文献]
(专利文献)
专利文献1：日本特开平11-339761号公报
发明内容
[发明所要解决的问题]
然而，由于车辆用组合电池死区较大，因此期望提高体积能量密度。
本发明的目的在于提供一种能够提高体积能量密度的蓄电池模块。
[解决问题的技术手段]
本发明的一方面提供一种蓄电池模块，具备多个圆柱型电池，前述圆柱型电池具有：轴心部件；卷绕电极组，在前述轴心部件的周围卷绕有电极层叠体，所述电极层叠体隔着电解质层叠有正极和负极；第一紧固部，设置于前述轴心部件的轴心方向的一个端部；及，第二紧固部，设置于前述轴心部件的轴心方向的另一个端部，相邻的前述圆柱型电池经由前述第一紧固部和前述第二紧固部连结。
可选地，前述第一紧固部和前述第二紧固部中的一个是外螺纹部，前述第一紧固部和前述第二紧固部中的另一个是内螺纹部，前述外螺纹部与前述轴心部件一体成型。
可选地，前述第一紧固部与前述正极和前述负极中的一个电连接，前述第二紧固部与前述正极和前述负极中的另一个电连接。
可选地，前述圆柱型电池还具有卷绕前述卷绕电极组的外装部件。
可选地，前述圆柱型电池还具有：第一盖部件，配置于前述轴心方向的一个端部，与前述正极和前述负极中的一个电连接；及，第二盖部件，配置于前述轴心方向的另一个端部，与前述正极和前述负极中的另一个电连接，前述第一盖部件和前述第二盖部件分别具有相对于前述轴心部件大致对称地倾斜的倾斜区域，前述正极和前述负极分别具有正极集电体和负极集电体，前述正极集电体具有从前述卷绕电极组的前述轴心方向的一个端部延伸的延伸部，前述负极集电体具有从前述卷绕电极组的前述轴心方向的另一个端部延伸的延伸部，前述正极集电体和前述负极集电体中的一个的延伸部以被捆束的状态集电于前述轴心部件，前述正极集电体和前述负极集电体中的另一个的延伸部以被捆束的状态集电于前述外装部件。
可选地，与集电于前述外装部件的延伸部电连接的前述第一盖部件和前述第二盖部件中的一个的前述倾斜区域的倾斜角度，比与集电于前述轴心部件的延伸部电连接的前述第一盖部件和前述第二盖部件中的另一个大。
可选地，前述第一盖部件和前述第二盖部件的外形为圆锥体状。
可选地，前述第一盖部件与前述正极集电体和前述负极集电体中的一个电连接，前述第二盖部件与前述正极集电体和前述负极集电体中的另一个电连接。
可选地，前述正极集电体和前述负极集电体中的一个的延伸部的至少一部分未被前述外装部件卷绕，前述正极集电体和前述负极集电体中的另一个的延伸部被前述外装部件卷绕。
可选地，前述圆柱型电池为固体电池。
可选地，前述电极层叠体隔着固体电解质层层叠有前述正极和前述负极。
(发明的效果)
根据本发明，能够提供一种能够提高体积能量密度的蓄电池模块。
附图说明
图1是绘示本实施方式的蓄电池模块的一例的局部剖切立体剖视图。
图2是绘示图1的圆柱型电池的剖视图。
图3是绘示图1的蓄电池模块的优选方式的局部放大剖视图。
图4是绘示图3的圆柱型电池的变形例的立体图。
图5是绘示固体电解质层-电极层叠体的制造方法的立体图。
图6是绘示利用图5的制造方法得到的圆柱型电池的一例的图。
图7是绘示容纳图1的蓄电池模块的壳体的一例的立体图。
图8是绘示配置有容纳于图7的壳体的蓄电池模块100的车辆的一例的示意图。
具体实施方式
以下，参照附图对本发明的实施方式进行说明。
图1绘示本实施方式的蓄电池模块的一例。另外，图2绘示图1的圆柱型电池。
蓄电池模块100具备多个圆柱型电池10。在此，圆柱型电池10具有：轴心部件11；卷绕电极组12，在轴心部件11的周围卷绕有电极层叠体，所述电极层叠体隔着电解质层叠有正极和负极；外螺纹部13A，作为设置于轴心部件11的轴心方向的一个(上方)端部的第一紧固部；及，内螺纹部13B，作为设置于轴心部件11的轴心方向的另一个(下方)端部的第二紧固部。另外，蓄电池模块100中，相邻的圆柱型电池10经由外螺纹部13A和内螺纹部13B连结。由此，蓄电池模块100的死区变小，因此体积能量密度提高。
此时，外螺纹部13A与轴心部件11一体成型。因此，提高了相对于紧固外螺纹部13A和内螺纹部13B时的旋转转矩的强度。另外，外螺纹部13A与正极和负极中的一个电连接，内螺纹部13B与正极和负极中的另一个电连接。
另外，外螺纹部13A也可以不与轴心部件11一体成型。另外，也可以将第一紧固部设为内螺纹部，将第二紧固部设为外螺纹部。
轴心部件11在轴心方向上，在第一导电部件11a及第二导电部件11b之间配置有绝缘部件14，绝缘部件14与第一导电部件11a和第二导电部件11b紧固。由此，后述的绝缘部件17被压缩，因此圆柱型电池10的密闭性提高。在此，第一导电部件11a在轴心方向的下方的端部设置有内螺纹部。另外，绝缘部件14在轴心方向的上方的端部设置有外螺纹部，在轴心方向的下方的端部设置有内螺纹部。进一步地，第二导电部件11b在轴心方向的上方的端部设置有外螺纹部。
作为构成第一导电部件11a和第二导电部件11b的材料，没有特别限定，例如可以举出金属等。另外，作为构成绝缘部件14的材料，没有特别限定，例如，可以举出聚丙烯(Polypropylene,PP)、聚乙烯(Polyethylene,PE)、聚对苯二甲酸乙二醇酯(Polyethyleneterephthalate,PET)、聚苯硫醚(Polyphenylene Sulfide,PPS)、聚四氟乙烯(Poly tetrafluoroethylene,PTFE)、可溶性四氟乙烯(Polyfluoroalkoxy alkane,PFA)等树脂。
电极层叠体为片状，各电极在电极集电体上形成有电极复合材料层。即，正极在正极集电体上形成有正极复合材料层，负极在负极集电体上形成有负极复合材料层。另外，电解质没有特别限定，例如包含在浸渍于一般的树脂多孔质膜(隔膜)中的电解液等中。另外，在圆柱型电池10为固体电池的情况下，电解质包含在凝胶电解质层、固体电解质层等中。
另外，电极层叠体只要隔着电解质层叠正极和负极即可，也可以具有多个正极和/或负极。作为具有多个正极和/或负极的电极层叠体的层叠结构，例如可以举出正极/电解质/负极/电解质/正极等。此时，电极层叠体例如可以利用辊压来制造。
圆柱型电池10还具有将卷绕电极组12卷绕的外装部件15。在此，外装部件15为片状。作为构成外装部件15的材料，只要具有导电性即可，没有特别限定，例如可以举出金属等。
此时，外装部件15可以用粘接剂粘接于卷绕电极组12的不与轴心部件11接触的一侧的端部，也可以是从卷绕电极组12的不与轴心部件11接触的一侧的端部延伸的电极集电体。由此，在轴心部件11、卷绕电极组12和外装部件15的任何一个之间都没有间隙，机械地形成一体，由此提高了蓄电池模块100的体积能量密度。另外，借由使轴心部件11、卷绕电极组12和外装部件15机械地形成一体，在紧固外螺纹部13A和内螺纹部13B时，能够充分地保持支承外装部件15而进行螺纹紧固的旋转转矩的强度。
另外，被外装部件15卷绕的卷绕电极组12借由一边施加规定的张力，一边在轴心部件11的周围卷绕电极叠层体和外装部件15而得到。此时，也可以一边从轴心部件11的外侧按压一边卷绕电极层叠体和外装部件15。
圆柱型电池10还具有：第一盖部件16A，配置于轴心方向的一个(上方)端部，与正极和负极中的一个电连接；及，第二盖部件16B，配置于轴心方向的另一个(下方)端部，与正极和负极中的另一个电连接。其中，第一盖部件16A和第二盖部件16B分别具有相对于轴心部件11大致对称地倾斜的倾斜区域，外形为圆锥体状。另外，在外装部件15与第一盖部件16A之间配置有环状的绝缘部件17。另一方面，第一盖部件16A与外螺纹部13A电连接，第二盖部件16B与内螺纹部13B和外装部件15电连接。
第一盖部件16A和第二盖部件16B的倾斜区域相对于轴心部件11的倾斜角度没有特别限定。第一盖部件16A的倾斜区域相对于轴心部件11的倾斜角度，是由与卷绕电极组12的轴心部件11的一侧相邻的延伸部18A的高度、和卷绕电极组12的卷绕数决定的宽度构成的倾斜角度。另外，第一盖部件16A的倾斜区域具有容纳延伸部18A的体积。
作为构成第一盖部件16A和第二盖部件16B的材料，只要具有导电性即可，没有特别限定，例如可以举出金属等。构成第一盖部件16A和第二盖部件16B的材料可以相同，也可以不同。
另外，利用将设置于轴心部件11的轴心方向的上方的端部的外螺纹部13A和设置于轴心部件11的轴心方向的下方的端部的内螺纹部13B紧固的紧固力来压缩绝缘部件17，其结果是，外装部件15和第一盖部件16A被固定并被密封。另一方面，第二盖部件16B与外装部件15的接触部利用激光焊接接合，被密封并一体化。
作为构成绝缘部件17的材料，没有特别限定，例如，可以举出聚丙烯(PP)、聚乙烯(PE)、聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)、聚苯硫醚(PPS)、聚四氟乙烯(PTFE)、PFA等树脂。
正极集电体具有从卷绕电极组12的轴心方向的一个(上方)端部延伸的延伸部18A，负极集电体具有从卷绕电极组12的轴心方向的另一个(下方)端部延伸的延伸部18B。其中，正极集电体的延伸部18A集电于第一盖部件16A，负极集电体的延伸部18B集电于第二盖部件16B。
此时，与集电于外装部件15的延伸部18B电连接的第二盖部件16B的倾斜区域的倾斜角度，比与集电于轴心部件11的延伸部18A电连接的第一盖部件16A大。由此，容易使相邻的圆柱型电池10经由外螺纹部13A及内螺纹部13B连结。
图3中绘示了蓄电池模块100的优选方式。
圆柱型电池10A除了以正极集电体的延伸部18A被捆束的状态集电于轴心部件11，以负极集电体的延伸部18B被捆束的状态集电于外装部件15以外，与圆柱型电池10相同。在这种情况下，第一盖部件16A与正极集电体电连接，第二盖部件16B与负极集电体电连接。
如图4所示，圆柱型电池10A中，正极集电体的延伸部18A未被外装部件15卷绕，负极集电体的延伸部18B被外装部件15卷绕。另外，在图4中，绘示了被第一盖部件16A和第二盖部件16B密封前的圆柱型电池10A。
以下，对构成本实施方式的蓄电池模块的圆柱型电池为全固体锂二次电池的情况进行说明。
作为正极集电体，没有特别限定，例如可举出铝箔等。
正极复合材料层含有正极活性物质，还可以含有固体电解质、导电助剂、粘合剂等。
作为正极活性物质，只要能够吸留和释放锂离子即可，没有特别限定，例如可以举出LiCoO2、Li(Ni5/10Co2/10Mn3/10)O2、Li(Ni6/10Co2/10Mn2/10)O2、Li(Ni8/10Co1/10Mn1/10)O2、Li(Ni0.8Co0.15Al0.05)O2、Li(Ni1/6Co4/6Mn1/6)O2、Li(Ni1/3Co1/3Mn1/3)O2、LiCoO4、LiMn2O4、LiNiO2、LiFePO4、硫化锂、硫等。
作为构成固体电解质层的固体电解质，只要能够传导锂离子的材料即可，没有特别限定，例如，可以举出氧化物系电解质、硫化物系电解质、电解质离解为由有机物构成的结晶体的分子结晶电解质等。
负极复合材料层含有负极活性物质，还可以含有固体电解质、导电助剂、粘合剂等。
作为负极活性物质，只要能够吸留和释放锂离子即可，没有特别限定，例如可举出金属锂、锂合金、金属氧化物、金属硫化物、金属氮化物、Si、SiO、碳材料等。作为碳材料，例如可举出人造石墨、天然石墨、硬碳、软碳等。
作为负极集电体，没有特别限定，例如可举出铜箔等。
接下来，对圆柱型电池的制造方法进行说明。
图5中绘示了固体电解质层-电极层叠体的制造方法。另外，在图5中，绘示了固体电解质层-正极层叠体的制造方法，但固体电解质层-负极层叠体的制造方法也相同。
首先，在正极集电体51的一个面的至少成为延伸部18A的区域以外的区域贴合树脂片52。接着，在正极集电体51的另一个面的成为延伸部18A的区域以外的区域，依次形成正极复合材料层53和固体电解质层54后，使用压辊P压缩成型。此时，借由贴合树脂片52，抑制因压缩成型的线压而使正极集电体51断裂的情况。接着，将压缩成型体在宽度方向的中央部切成两半，得到在一侧具有延伸部18A的正极-固体电解质层层叠体。
将正极-固体电解质层层叠体和负极-固体电解质层层叠体分别以延伸部18A、18B向彼此相反侧延伸的方式卷绕在轴心部件11的周围，得到卷绕电极组12。接着，在卷绕电极组12的周围卷绕外装部件15，得到圆柱型电池。
图6中绘示了利用图5的制造方法得到的圆柱型电池的一例。
圆柱型电池10B与圆柱型电池10A同样，以正极集电体的延伸部18A被捆束的状态集电于轴心部件11(参照图6(a))，以负极集电体的延伸部18B被捆束的状态集电于外装部件15(参照图6(b))。此时，由于树脂片52也贴合于延伸部18A的一部分，因此能够确保与负极之间的绝缘。同样地，由于树脂片52也贴合于延伸部18B的一部分，因此能够确保与正极之间的绝缘。由此，即使是不具有隔板的全固体锂二次电池也能够确保在现有的锂离子二次电池中借由隔板延伸而确保的绝缘。
作为构成树脂片52的材料，只要具有绝缘性即可，没有特别限定，例如可以举出聚乙烯(PE)、聚丙烯(PP)、聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)、聚苯硫醚(PPS)、聚酰胺等。
另外，树脂片52也可以是多孔质片。进一步地，考虑能够吸收负极的膨胀量的压缩量来设定树脂片52的厚度，由此能够得到例如吸收石墨、SiO等的膨胀的效果。
图7中绘示了容纳蓄电池模块100的壳体的一例。另外，图8中绘示了配置有容纳于图7的壳体的蓄电池模块100的车辆的一例。
将连结有多个圆柱型电池10的蓄电池模块100容纳于壳体70，由此能够得到相对于弯曲应力的刚性。因此，能够期待容纳有蓄电池模块100的壳体70具有车辆80的梁的功能。另外，容纳有蓄电池模块100的外壳70可以配置在与车辆80的行进方向平行的方向上(参照图8(a))，也可以配置在与车辆80的行进方向平行的方向上(参照图8(b))。
此时，在壳体70的周面设置有用于连接电压检测线、热敏电阻等的通孔71，因此能够容易地配置BMS。另外，在壳体70的顶面及底面设置有用于连接电流线的通孔72。
以上，对本发明的实施方式进行了说明，但本发明并不限定于上述的实施方式，在本发明的主旨的范围内，也可以对上述的实施方式进行适当变更。
附图标记
10、10A、10B 圆柱型电池
11 轴心部件
11a 第一导电部件
11b 第二导电部件
12 卷绕电极组
13A 外螺纹部
13B 内螺纹部
14、17 绝缘部件
15 外装部件
16A 第一盖部件
16B 第二盖部件
18A、18B 延伸部
51 正极集电体
52 树脂片
53 正极复合材料层
54 固体电解质层
70 壳体
71、72 通孔
80 车辆
100 蓄电池模块

Claims (13)

1.一种蓄电池模块，具备多个圆柱型电池，
前述圆柱型电池具有：轴心部件；卷绕电极组，在前述轴心部件的周围卷绕有电极层叠体，所述电极层叠体隔着电解质层叠有正极和负极；第一紧固部，设置于前述轴心部件的轴心方向的一个端部；及，第二紧固部，设置于前述轴心部件的轴心方向的另一个端部，
相邻的前述圆柱型电池经由前述第一紧固部和前述第二紧固部连结。
2.根据权利要求1所述的蓄电池模块，其中，前述第一紧固部和前述第二紧固部中的一个是外螺纹部，
前述第一紧固部和前述第二紧固部中的另一个是内螺纹部，
前述外螺纹部与前述轴心部件一体成型。
3.根据权利要求2所述的蓄电池模块，其中，前述第一紧固部与前述正极和前述负极中的一个电连接，
前述第二紧固部与前述正极和前述负极中的另一个电连接。
4.根据权利要求1所述的蓄电池模块，其中，前述圆柱型电池还具有卷绕前述卷绕电极组的外装部件。
5.根据权利要求4所述的蓄电池模块，其中，前述圆柱型电池还具有：第一盖部件，配置于前述轴心方向的一个端部，与前述正极和前述负极中的一个电连接；及，第二盖部件，配置于前述轴心方向的另一个端部，与前述正极和前述负极中的另一个电连接，
前述第一盖部件和前述第二盖部件分别具有相对于前述轴心部件大致对称地倾斜的倾斜区域，
前述正极和前述负极分别具有正极集电体和负极集电体，
前述正极集电体具有从前述卷绕电极组的前述轴心方向的一个端部延伸的延伸部，
前述负极集电体具有从前述卷绕电极组的前述轴心方向的另一个端部延伸的延伸部，
前述正极集电体和前述负极集电体中的一个的延伸部以被捆束的状态集电于前述轴心部件，
前述正极集电体和前述负极集电体中的另一个的延伸部以被捆束的状态集电于前述外装部件。
6.根据权利要求5所述的蓄电池模块，其中，与集电于前述外装部件的延伸部电连接的前述第一盖部件和前述第二盖部件中的一个的前述倾斜区域的倾斜角度，比与集电于前述轴心部件的延伸部电连接的前述第一盖部件和前述第二盖部件中的另一个大。
7.根据权利要求5所述的蓄电池模块，其中，前述第一盖部件和前述第二盖部件的外形为圆锥体状。
8.根据权利要求5所述的蓄电池模块，其中，前述第一盖部件与前述正极集电体和前述负极集电体中的一个电连接，
前述第二盖部件与前述正极集电体和前述负极集电体中的另一个电连接。
9.根据权利要求5所述的蓄电池模块，其中，前述正极集电体和前述负极集电体中的一个的延伸部的至少一部分未被前述外装部件卷绕，
前述正极集电体和前述负极集电体中的另一个的延伸部被前述外装部件卷绕。
10.根据权利要求5所述的蓄电池模块，其中，前述正极集电体在一个面的至少前述延伸部以外的区域贴合有树脂片，在另一个面的前述延伸部以外的区域形成有正极复合材料层，
前述负极集电体在一个面的至少前述延伸部以外的区域贴合有树脂片，在另一个面的前述延伸部以外的区域形成有负极复合材料层。
11.根据权利要求10所述的蓄电池模块，其中，前述正极集电体在前述一个面的前述延伸部的一部分也贴合有前述树脂片，
前述负极集电体在前述一个面的前述延伸部的一部分也贴合有前述树脂片。
12.根据权利要求1所述的蓄电池模块，其中，前述圆柱型电池为固体电池。
13.根据权利要求12所述的蓄电池模块，其中，
在前述电极层叠体中，隔着固体电解质层层叠有前述正极和前述负极。
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