JP2004103258A - Battery pack - Google Patents

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JP2004103258A
JP2004103258A JP2002259324A JP2002259324A JP2004103258A JP 2004103258 A JP2004103258 A JP 2004103258A JP 2002259324 A JP2002259324 A JP 2002259324A JP 2002259324 A JP2002259324 A JP 2002259324A JP 2004103258 A JP2004103258 A JP 2004103258A
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伊藤 孝憲
Takaaki Abe
安部 孝昭
Osamu Shimamura
嶋村 修
Takami Saito
齋藤 崇実
Hideaki Horie
堀江 英明
Hiroshi Sugawara
菅原 浩
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Nissan Motor Co Ltd
日産自動車株式会社
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    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/10Energy storage using batteries

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a battery pack formed by stacking unit cells, with improved reliability. <P>SOLUTION: The battery pack is provided with unit cells 10 having an outer package case made of a laminate film and pressure-welding members 30 having contact face 30A for pressing a heat-welded part 11B of the outer case. The unit cells 10 are stacked with the heat-welded parts 11B while being pressed by the pressure-welding members 30, which can surely press the heat-welded parts of the outer package for the unit cells. Therefore, a breakage or a peeling off of a heat-welded part can be surely avoided even if an inner pressure of the outer package is increased by gas generated from an electrolyte (an electrolyte solution), under a high-temperature environment. <P>COPYRIGHT: (C)2004,JPO

Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、単電池を積層してなる組電池に関する。
【0002】
【従来の技術】
近年、環境保護運動の高まりを背景として、自動車の排ガスによる大気汚染が世界的な問題となっており、電気自動車、ハイブリット自動車、燃料電池自動車が注目を集めている。したがって、これらに搭載される電池の開発は、産業上重要な位置を占めている。
【0003】
例えば、特許文献1は、ラミネートフィルムを外装ケースとする電池を開示している。当該電池は、ラミネートフィルムの周囲を熱溶着によって、シールされている。
【0004】
【特許文献1】
特開平11−224652号公報
【0005】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、上記電池を自動車などの高出力用途に適用する場合、信頼性に問題を有している。例えば、自動車に搭載された電池の温度は、60℃程度まで上昇する場合がある。そのため、電解液(電解質)から発生したガスによって内圧が増加し、シール性が低下する虞がある。
【0006】
また、電池から引き出されるリードには、充放電時に大電流が適用されるため、その温度は、電池温度より30℃程度さらに高くなる場合もある。そのため、リード温度が、ラミネートフィルムの軟化点(90℃程度)に達する場合があり、リードの近傍に配置されるラミネートの溶着部分から、電解液が漏れる虞がある。
【0007】
本発明は、上記従来技術に伴う課題を解決するためになされたものであり、信頼性を向上させた組電池を提供することを目的とする。
【0008】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するための請求項1に記載の発明は、ラミネートフィルムからなる外装ケースを有する単電池と、前記外装ケースの熱溶着部を押圧するための接触面を有する圧接部材とを有し、前記単電池は、前記熱溶着部が前記圧接部材によって押圧された状態で、積層されていることを特徴とする組電池である。
【0009】
請求項13に記載の発明は、請求項1〜12のいずれか1項に記載の組電池を、並列あるいは直列に接続することによって形成されることを特徴とする組電池モジュールである。
【0010】
請求項14に記載の発明は、請求項1〜12のいずれか1項に記載の組電池、あるいは、請求項13に記載の組電池モジュールを有することを特徴とする自動車である。
【0011】
【発明の効果】
上記のように構成した本発明は以下の効果を奏する。
【0012】
請求項1に記載の発明によれば、圧接部材によって、単電池の外装ケースの熱溶着部を確実に押さえ付けることができる。そのため、高温環境下において、電解質(電解液)から発生したガスによって、外装ケースの内圧が増加した場合であっても、熱溶着部の破断あるいは剥離を確実に防止できる。
【0013】
さらに、大電流の適用による温度上昇によって熱溶着部が軟化した場合であっても、熱溶着部のシール性の低下を防ぐことができる。したがって、電解質(電解液)が漏れる虞はなく、組電池の信頼性を向上させることができる。
【0014】
請求項13に記載の発明によれば、複数の単電池を有する組電池を組み合わせて、組電池モジュールを構成しているため、多様な要求に対して、比較的安価に対応することが可能である。
【0015】
請求項14に記載の発明によれば、自動車に搭載される組電池あるいは組電池モジュールは、エネルギー密度が大きく高出力でありながら、信頼性が向上している。したがって、自動車の信頼性が向上し、例えば、自動車が電気自動車である場合、航続距離が長くなり、自動車がハイブリッドカーである場合、燃費が良好となる。
【0016】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を、図面を参照しつつ説明する。
【0017】
図1は、本発明の実施の形態1に係る組電池が有する単電池の斜視図、図2は、本発明の実施の形態1に係る組電池が有する単電池の断面図である。
【0018】
単電池10は、例えば、リチウムイオン電池、固体電解質電池あるいはゲル電解質電池であり、周辺部を熱溶着によって接合されたラミネートフィルムからなる外装ケース11を有する。
【0019】
ラミネートフィルムは、筒状に丸めて袋状にする際に、その両端を熱溶着にて接合してもよいし、重ね合わせて接着することも可能である。熱溶着は、例えば、超音波溶着を適用することができる。
【0020】
ラミネートフィルムの材質は、特に限定されず、例えば、高分子フィルムからなる外装保護層、金属フィルム層、高分子フィルムからなる熱溶着層を一体化して構成された高分子−金属複合材が挙げられる。
【0021】
例えば、外装保護層の高分子フィルムは、ポリエチレンテトラフタレートフィルムやナイロンフィルムであり、熱溶着層の高分子フィルムは、ポリエチレンフィルムやポリプロピレンフィルムである。また、金属フィルムは、例えば、アルミニウムフィルムである。
【0022】
なお、ラミネートフィルムが、高分子−金属複合材から構成される場合、金属フィルム間に配置される高分子フィルムを部分的に除去もしくは破壊し、例えば、超音波溶着によって、金属フィルム同士を直接接合することも可能である。
【0023】
外装ケース11は、扁平型であり、発電要素を収容するための凸部11Aと、内部をシールするための熱溶着部11Bとを有する。発電要素は、例えば、正極板12、正極集電体13、セパレータ14、負極板15、負極集電体16、および、電解液(電解質)を有している。また、外装ケース11の熱溶着部11Bからは、リード17,18が引き出されている。
【0024】
正極集電体13は、外装ケース11の内部において、正極板12とリード17の一端とを接続するため部材であり、例えば、超音波溶接や抵抗溶接によって、リード17に接合される。リード17の他端は、シールされた熱溶着部11Bから外部に引き出されている。
【0025】
負極集電体16は、外装ケース11の内部において、負極板14とリード18の一端とを接続するため部材であり、例えば、超音波溶接や抵抗溶接によって、リード18に接合されている。リード18の他端は、シールされた熱溶着部11Bから外部に引き出されている。
【0026】
リード17,18の材質は、例えば、ニッケル、銅、アルミニウム、鉄、あるいはそれらの合金である。
【0027】
正極材料としてはLiMn酸化物またそのMnサイトの置換体、LiNi酸化物またはそのNiサイトの置換体、の少なくともこれらから1つを選んだものである。正極活物質の平均粒径は30μm以下であり、正極活物質の膜厚が10〜200μmの範囲である。負極はリチウムの挿入、脱離が可能な炭素材料、合金、酸化物、窒化物の少なくとも一つを用いており、炭素系としてはメソカーボンマイクロビーズ(MCMB)やポリパラフェニレンを低温処理したものやフルフリルアルコール樹脂焼成体、石油ピッチを架橋処理して炭素化したものに代表される低結晶性カーボン材料、天然黒鉛またはタールピッチや石油コークスを高温で熱処理して得られる人造黒鉛に代表される高結晶性カーボン材料、カーボンナノチューブ、酸化物としてはLi4/3Ti5/3等、窒化物としてはLiMnN等、遷移金属複合窒化物、非晶質のスズ酸化物等の難結晶性金属酸化物、Li金属、Nbの中から選ばれる。
【0028】
電解液として、LiPF、LiBF、LiClO、LiAsF、LiTaF、LiAlCl、Li10Cl10等の無機酸陰イオン塩、Li(CFSON、Li(CSON等の有機酸陰イオン塩の中から選ばれる、少なくとも1種類のリチウム塩を含み、プロピレンカーボネート、エチレンカーボネート等の環状カーボネート類、ジメチルカーボネート、メチルエチルカーボネート、ジエチルカーボネート等の鎖状カーボネート類、テトラヒドロフラン、2−メチルテトラヒドロフラン、1,4−ジオキサン、1,2−ジメトキシエタン、1,2−ジブトキシエタン等のエーテル類、γ−ブチロラクトン等のラクトン類、アセトニトリル等のニトリル類、プロピオン酸メチル等のエステル類、ジメチルホルムアミド等のアミド類、酢酸メチル、蟻酸メチルの中から選ばれる少なくともから1種類または2種以上を混合した、非プロトン性溶媒を用いる。
【0029】
電池用セパレータとしては,ポリオレフィン系微多孔質セパレータ、例えばポリエチレン、ポリプロピレン、あるいはそれらを2層以上組み合わせた多積層体である。
【0030】
次に、図3を参照し、本発明の実施の形態1に係る組電池20を説明する。
【0031】
組電池20は、複数の単電池10および圧接部材30を有する。単電池10は、積層されており、必要に応じ、直列または並列に接続される。単電池10の接続は、リード17,18を直接あるいは適当な接続部材を介して、溶着あるいは締結することによって実行される。
【0032】
溶着は、例えば、超音波溶接、抵抗溶接、スポット溶接、熱溶接、レーザー溶接、などの溶接手段が適用可能である。抵抗を低減し、自動車のような高出力用の組電池を提供するためには、超音波溶接、熱溶接、レーザー溶接、電子ビーム溶接が好ましい。超音波溶接は、熱的負荷が小さいため、特に好ましい。
【0033】
締結は、ボルト、リベット、かしめなどの連結手段が適用可能である。抵抗を低減し、自動車のような高出力用の組電池を提供するためには、リベットおよびかしめが好ましい。
【0034】
圧接部材30は、単電池10の外装ケース11の熱溶着部11Bを均等に押圧するための平滑な接触面30Aを有しており、熱溶着部11Bを確実に押さえ付けることができる。
【0035】
そのため、高温環境下において、電解質(電解液)から発生したガスによって、外装ケース11の内圧が増加した場合であっても、熱溶着部11Bの破断あるいは剥離を確実に防止できる。さらに、大電流の適用による温度上昇によって熱溶着部11Bが軟化した場合、例えば、リード17,18の温度が上昇し、リード17,18に隣接する熱溶着部11Bが軟化した場合であっても、熱溶着部11Bのシール性の低下を防ぐことができる。したがって、電解質(電解液)が漏れる虞はなく、組電池の信頼性を向上させることができる。
【0036】
なお、製造コストおよび積層される単電池10に対する組み込みの容易性の観点からは、圧接部材30は、好ましくは、直方体形状であり、その高さは、外装ケース11の凸部11Aの高さと、略同一である。また、熱溶着部11Bを押圧するための接触面30Aを構成する圧接部材30の底面は、熱溶着部11Bの形状に対応させることが好ましい。
【0037】
圧接部材30の材質は、例えば、ABSアクリロニトリル・ブタジエン・スチレン樹脂、アクリロニトリルスチレン樹脂、セルロースアセテート、セルロースアセテートブチレート、セルロースアセテートプロピオネート、クレゾール樹脂、カルボキシメチルセルロース、ニトロセルロース、セルロースプロピオネート、カゼイン、エチルセルロース、エポキシ樹脂、メラミン樹脂、ポリアミド、ポリカーボネイト、ポリクロロトリフルオロエチレン、ジアリルテレフタレート樹脂、ポリエチレン、ポリエチレンテレフタレート、フェノール樹脂、ポリイソブチレン、ポリメタクリル酸メチル、ポリアセタール、ポリプロピレン、ポリスチレン、ポリテトラフルオロエチレン、ポリウレタン、ポリ酢酸ビニル、ポリビニルアルコール、ポリビニルブチラール、ポリ塩化ビニル、ポリ塩化酢酸ビニル、ポリ塩化ビニリデン、ポリフッ化ビニル、ポリビニルホルマーク、スチレン−ブタジエン、けい素樹脂、ユリア樹脂、不飽和ポリエステル樹脂が、挙げられる。
【0038】
さらに、圧接部材30の材質として、金属に上記樹脂あるいは絶縁体が被覆された複合材を適用することも可能である。
【0039】
次に、本発明の実施の形態1に係る組電池の変形例を説明する。
【0040】
圧接部材30は、中実であることに限定されず、図4(A)に示されるように、空洞部31を有することも可能である。この場合、空洞部31に空気などの冷却媒体を流通させることによって、放熱性を向上させて、熱溶着部11Bの温度上昇を抑制することも可能である。
【0041】
また、圧接部材30は、図4(B)に示されるように、2層構造とすることで、放熱性を向上させることも可能である。つまり、アルミニウム、銅、鉄などの金属からなる伝熱体32を、圧接部材30の内部に、配置することも可能である。
【0042】
さらに、圧接部材30は、図4(C)に示されるように、外部に面する側面(外装ケース11の凸部11Aに相対する側面の逆に位置する側面)に、ファン形状の突起33を形成することで、放熱性を向上させることも可能である。また、図4(A)および図4(B)に示される圧接部材30に、ファン形状の突起33を形成する場合、放熱性をさらに向上させることも可能である。
【0043】
図5は、本発明の実施の形態2に係る組電池を説明するための斜視図である。
【0044】
実施の形態2に係る組電池20の圧接部材40は、長方形のフレーム形状を有しており、直方体形状である実施の形態1に係る圧接部材30と異なっている。
【0045】
詳述すると、圧接部材40は、長方形の枠部41と、枠部41の内側領域によって構成される長方形空間42とを有する。枠部41は、単電池10の外装ケース11の熱溶着部11Bを均等に押圧するための接触面41Aを有しており、熱溶着部11Bを確実に押さえ付けることができる。
【0046】
また、枠部41(長方形空間42)の高さは、凸部11Aの高さと、略同一であり、長方形空間42の幅および長さは、凸部11Aを収容可能に設定されている。したがって、圧接部材40の長方形空間42と、外装ケース11の凸部11Aとが嵌合するため、圧接部材40の位置決めが容易である。
【0047】
なお、圧接部材40の放熱性を向上させるため、枠部41の内部に冷却媒体を流通させるための空洞部を形成したり、良好な伝熱性を有する金属を配置したり、あるいは、枠部41の外部に面する側面にファン形状の突起を形成することことも可能である。
【0048】
図6は、本発明の実施の形態3に係る組電池を説明するための斜視図である。
【0049】
実施の形態3に係る組電池20の圧接部材50は、凹部52が形成された長方形のプレート形状を有しており、フレーム形状である実施の形態2に係る圧接部材40と異なっている。
【0050】
詳述すると、圧接部材50は、内側に形成された凹部52と、凹部52の外周に位置する枠部51とを有する。枠部51は、単電池10の外装ケース11の熱溶着部11Bを均等に押圧するための接触面51Aを有しており、熱溶着部11Bを確実に押さえ付けることができる。
【0051】
また、凹部52の深さは、凸部11Aの高さと、略同一であり、凹部52の幅および長さは、凸部11Aを収容可能に設定されている。したがって、圧接部材50の凹部52と、外装ケース11の凸部11Aとが嵌合するため、圧接部材50の位置決めが容易である。また、凹部52が凸部11Aを覆うことになるため、凸部11Aの膨張を確実に抑制することができる。
【0052】
なお、凹部52は、圧接部材50の両面に形成することも可能である。この場合、例えば、図7に示されるように、凹部52が一面に形成された圧接部材50を上段および下段に配置し、凹部52が両面に形成された圧接部材50を中段に配置することにより、合計3個の圧接部材50によって、4個の単電池10の熱溶着部11Bを押さえ付けることができる。したがって、圧接部材50の必要数を削減することができる。
【0053】
図8は、本発明の実施の形態4に係る組電池を説明するための斜視図である。
【0054】
実施の形態4に係る組電池20の圧接部材60は、側壁を有しない点で、実施の形態3に係る圧接部材50と異なっている。
【0055】
詳述すると、圧接部材60は、直方体形状の枠部61と、枠部61の間を延長するプレート部62とを有する。枠部61は、単電池10の外装ケース11の熱溶着部11Bを押圧するための接触面61Aを有しており、熱溶着部11Bを確実に押さえ付けることができる。
【0056】
また、枠部61とプレート部62とによって構成される凹部の深さは、凸部11Aの高さと、略同一であり、プレート部62の長さは、凸部11Aを収容可能に設定されている。つまり、圧接部材60は、実施の形態3に係る圧接部材50に比べ、その構造が簡略化されている。
【0057】
なお、圧接部材60の放熱性を向上させるため、枠部61の内部に冷却媒体を流通させるための空洞部63を形成したり(図9(A)参照)、良好な伝熱性を有する金属からなる伝熱体64を配置したり(図9(B)参照)、枠部61の外部に面する側面にファン形状の突起65を形成することも可能である(図9(C)参照)。
【0058】
さらに、圧接部材60の放熱性を向上させるため、プレート部62に貫通穴66を形成することも可能である(図9(D)参照)。貫通穴66の形状は、特に限定されず、例えば、円形あるいは四角状とすることが可能である。
【0059】
また、枠部61は、図9(E)に示されるように、プレート部62の両面に形成することも可能である。この場合、上述のように、圧接部材60の必要数を削減することができる(図7参照)。
【0060】
図10は、本発明の実施の形態5に係る組電池を説明するための斜視図である。
【0061】
実施の形態5に係る組電池20の圧接部材70は、枠部71の材質に関し、実施の形態4に係る圧接部材60と異なっている。
【0062】
詳述すると、枠部71は、ゴムなどの弾性体から構成されている。プレート部72は、樹脂や、金属に樹脂あるいは絶縁体が被覆された複合材によって構成されている。そして、プレート部72と枠部71とは、例えば、接着剤などによって接合されている。
【0063】
したがって、枠部71は、圧接する際に、接触面71Aが変形することで、単電池10の外装ケース11の熱溶着部11Bを確実にシールすることができる。
【0064】
なお、圧接部材70の強度(および放熱性)を向上させるため、接触面71A近傍のみを弾性体73によって構成したり(図11(A)参照)、枠部71の内部に金属からなる伝熱体74を配置することも可能である(図11(B)参照)。また、圧接部材70の放熱性を特に向上させるため、プレート部72に貫通穴75を形成することも可能である(図11(C)参照)。
【0065】
また、枠部71は、プレート部72の両面に形成することも可能である(図11(D)参照)。この場合、上述のように、圧接部材70の必要数を削減することができる(図7参照)。
【0066】
図12は、本発明の実施の形態6に係る組電池モジュールを説明するための平面図である。
【0067】
電池容量、出力電圧および出力電流に対する要求は、用途に応じて、千差万別である。しかし、要求される仕様を満たす組電池を新たに製造することは、コスト的に問題を有する。
【0068】
そのため、実施の形態6においては、複数の単電池10を有する組電池20を組み合わせて、組電池モジュール80を構成している。したがって、多様な要求に対して、比較的安価に対応することが可能である。ない、組電池20と組電池20との接続は、単電池の接続と同様に、リードを直接あるいは適当な接続部材を介して、溶着あるいは締結することによって実行される。
【0069】
図13は、本発明の実施の形態7に係る自動車を説明するための概念図である。
【0070】
自動車100は、例えば、電気自動車、ハイブリット自動車、燃料電池自動車であり、実施の形態1〜6に係る組電池(組電池モジュール)90を搭載している。
【0071】
組電池(組電池モジュール)90は、エネルギー密度が大きく高出力でありながら、信頼性が向上している。したがって、自動車100の信頼性が向上し、例えば、自動車100が電気自動車である場合、航続距離が長くなり、自動車100がハイブリッドカーである場合、燃費が良好となる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施の形態1に係る組電池が有する単電池の斜視図である。
【図2】本発明の実施の形態1に係る組電池が有する単電池の断面図である。
【図3】本発明の実施の形態1に係る組電池の側面図である。
【図4】(A)〜(C)は、本発明の実施の形態1に係る組電池の変形例を説明するための概略図である。
【図5】本発明の実施の形態2に係る組電池を説明するための斜視図である。
【図6】本発明の実施の形態3に係る組電池を説明するための斜視図である。
【図7】本発明の実施の形態3に係る組電池の変形例を説明するための断面図である。
【図8】本発明の実施の形態4に係る組電池を説明するための斜視図である。
【図9】(A)〜(E)は、本発明の実施の形態4に係る組電池の変形例を説明するための概略図である。
【図10】本発明の実施の形態5に係る組電池を説明するための斜視図である。
【図11】(A)〜(D)は、本発明の実施の形態5に係る組電池の変形例を説明するための概略図である。
【図12】本発明の実施の形態6に係る組電池モジュールを説明するための斜視図である。
【図13】本発明の実施の形態7に係る自動車を説明するための断面図である。
【符号の説明】
10…単電池、
11…外装ケース、
11A…凸部、
11B…熱溶着部、
12…正極板、
13…正極集電体、
14…セパレータ、
15…負極板、
16…負極集電体、
17,18…リード、
20…組電池、
30…圧接部材、
30A…接触面、
31…空洞部、
32…伝熱体、
33…突起、
40…圧接部材、
41…枠部、
41A…接触面、
42…長方形空間、
50…圧接部材、
51…枠部、
51A…接触面、
52…凹部、
60…圧接部材、
61…枠部、
61A…接触面、
62…プレート部、
63…空洞部、
64…伝熱体、
65…突起、
66…貫通穴、
70…圧接部材、
71…枠部、
71A…接触面、
72…プレート部、
73…弾性体、
74…伝熱体、
75…貫通穴、
80…組電池モジュール、
90…組電池(組電池モジュール)、
100…自動車。
[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to an assembled battery formed by stacking unit cells.
[0002]
[Prior art]
BACKGROUND ART In recent years, with the rise of environmental protection movement, air pollution due to automobile exhaust gas has become a global problem, and electric vehicles, hybrid vehicles, and fuel cell vehicles have attracted attention. Therefore, the development of batteries mounted on them has an important industrial position.
[0003]
For example, Patent Literature 1 discloses a battery using a laminate film as an outer case. The battery is sealed around the laminate film by heat welding.
[0004]
[Patent Document 1]
JP-A-11-224652
[Problems to be solved by the invention]
However, when the battery is applied to high-power applications such as automobiles, there is a problem in reliability. For example, the temperature of a battery mounted on an automobile may rise to about 60 ° C. For this reason, the gas generated from the electrolytic solution (electrolyte) may increase the internal pressure, and may deteriorate the sealing performance.
[0006]
In addition, since a large current is applied to the lead drawn from the battery during charging and discharging, the temperature may be about 30 ° C. higher than the battery temperature. Therefore, the lead temperature may reach the softening point (about 90 ° C.) of the laminate film, and the electrolyte may leak from the welded portion of the laminate disposed near the lead.
[0007]
The present invention has been made in order to solve the problems associated with the above-described conventional technology, and has as its object to provide an assembled battery with improved reliability.
[0008]
[Means for Solving the Problems]
The invention according to claim 1 for achieving the above object has a unit cell having an outer case made of a laminated film, and a pressure contact member having a contact surface for pressing a heat-welded portion of the outer case. The unit cells are stacked in a state where the heat-welded portions are pressed by the press-contact members.
[0009]
A thirteenth aspect of the present invention is an assembled battery module formed by connecting the assembled batteries according to any one of the first to twelfth aspects in parallel or in series.
[0010]
According to a fourteenth aspect of the present invention, there is provided an automobile having the battery module according to any one of the first to twelfth aspects or the battery module according to the thirteenth aspect.
[0011]
【The invention's effect】
The present invention configured as described above has the following effects.
[0012]
According to the first aspect of the present invention, the heat-welded portion of the outer case of the unit cell can be reliably pressed down by the press-contact member. Therefore, in a high-temperature environment, even if the internal pressure of the outer case increases due to the gas generated from the electrolyte (electrolyte solution), breakage or peeling of the heat-welded portion can be reliably prevented.
[0013]
Further, even when the heat-welded portion is softened due to a temperature rise due to the application of a large current, it is possible to prevent the sealability of the heat-welded portion from lowering. Therefore, there is no possibility that the electrolyte (electrolyte solution) leaks, and the reliability of the assembled battery can be improved.
[0014]
According to the thirteenth aspect of the present invention, since the assembled battery module is formed by combining the assembled batteries having the plurality of cells, it is possible to respond to various requests at a relatively low cost. is there.
[0015]
According to the fourteenth aspect of the present invention, the assembled battery or the assembled battery module mounted on the automobile has high energy density and high output, but has improved reliability. Therefore, the reliability of the vehicle is improved. For example, when the vehicle is an electric vehicle, the cruising distance is long, and when the vehicle is a hybrid vehicle, the fuel efficiency is good.
[0016]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
[0017]
FIG. 1 is a perspective view of a cell included in the battery pack according to Embodiment 1 of the present invention, and FIG. 2 is a cross-sectional view of the cell included in the battery pack according to Embodiment 1 of the present invention.
[0018]
The unit cell 10 is, for example, a lithium ion battery, a solid electrolyte battery, or a gel electrolyte battery, and has an outer case 11 made of a laminated film whose peripheral portion is joined by heat welding.
[0019]
When the laminated film is rolled into a cylindrical shape and formed into a bag shape, both ends thereof may be joined by heat welding, or they may be overlapped and adhered. As the heat welding, for example, ultrasonic welding can be applied.
[0020]
The material of the laminate film is not particularly limited, and examples thereof include a polymer-metal composite material formed by integrating an exterior protective layer made of a polymer film, a metal film layer, and a heat welding layer made of a polymer film. .
[0021]
For example, the polymer film of the exterior protective layer is a polyethylene tetraphthalate film or a nylon film, and the polymer film of the heat welding layer is a polyethylene film or a polypropylene film. The metal film is, for example, an aluminum film.
[0022]
When the laminate film is composed of a polymer-metal composite material, the polymer film disposed between the metal films is partially removed or broken, and the metal films are directly joined to each other by, for example, ultrasonic welding. It is also possible.
[0023]
The outer case 11 is a flat type, and has a convex portion 11A for accommodating a power generation element and a heat-welded portion 11B for sealing the inside. The power generation element includes, for example, a positive electrode plate 12, a positive electrode current collector 13, a separator 14, a negative electrode plate 15, a negative electrode current collector 16, and an electrolyte (electrolyte). Leads 17 and 18 are drawn out of the heat-welded portion 11B of the outer case 11.
[0024]
The positive electrode current collector 13 is a member for connecting the positive electrode plate 12 and one end of the lead 17 inside the outer case 11, and is joined to the lead 17 by, for example, ultrasonic welding or resistance welding. The other end of the lead 17 is drawn out from the sealed heat-welded portion 11B.
[0025]
The negative electrode current collector 16 is a member for connecting the negative electrode plate 14 and one end of the lead 18 inside the outer case 11, and is joined to the lead 18 by, for example, ultrasonic welding or resistance welding. The other end of the lead 18 is drawn out from the sealed heat-welded portion 11B.
[0026]
The material of the leads 17, 18 is, for example, nickel, copper, aluminum, iron, or an alloy thereof.
[0027]
The positive electrode material is selected from at least one of LiMn oxide or its Mn site substitute, LiNi oxide or its Ni site substitute. The average particle size of the positive electrode active material is 30 μm or less, and the thickness of the positive electrode active material is in the range of 10 to 200 μm. The negative electrode uses at least one of carbon materials, alloys, oxides, and nitrides that allow lithium insertion and desorption. The carbon-based material is mesocarbon microbeads (MCMB) or polyparaphenylene treated at low temperature. And furfuryl alcohol resin fired products, low-crystalline carbon materials represented by carbonized petroleum pitch by cross-linking, natural graphite or artificial graphite obtained by heat-treating tar pitch or petroleum coke at high temperatures. Highly crystalline carbon materials, carbon nanotubes, oxides such as Li 4/3 Ti 5/3 O 4 , nitrides such as Li 7 MnN 4 , transition metal composite nitrides, amorphous tin oxides, etc. Of non-crystalline metal oxides, Li metal and Nb 2 O 5 .
[0028]
As an electrolytic solution, an inorganic acid anion salt such as LiPF 6 , LiBF 4 , LiClO 4 , LiAsF 6 , LiTaF 6 , LiAlCl 4 , Li 2 B 10 Cl 10 , Li (CF 3 SO 2 ) 2 N, and Li (C 2) It contains at least one kind of lithium salt selected from organic acid anion salts such as F 5 SO 2 ) 2 N, and includes cyclic carbonates such as propylene carbonate and ethylene carbonate, dimethyl carbonate, methyl ethyl carbonate, diethyl carbonate and the like. Chain carbonates, ethers such as tetrahydrofuran, 2-methyltetrahydrofuran, 1,4-dioxane, 1,2-dimethoxyethane, 1,2-dibutoxyethane, lactones such as γ-butyrolactone, and nitriles such as acetonitrile , Such as methyl propionate Ester, amides such as dimethylformamide, methyl acetate, and mixing one or two or more at least from selected from methyl formate, an aprotic solvent.
[0029]
The battery separator is a polyolefin-based microporous separator, for example, polyethylene, polypropylene, or a multi-layered body obtained by combining two or more layers thereof.
[0030]
Next, the battery pack 20 according to Embodiment 1 of the present invention will be described with reference to FIG.
[0031]
The assembled battery 20 has a plurality of unit cells 10 and a press-contact member 30. The cells 10 are stacked and connected in series or in parallel as needed. The connection of the cells 10 is performed by welding or fastening the leads 17, 18 directly or via an appropriate connecting member.
[0032]
For welding, for example, welding means such as ultrasonic welding, resistance welding, spot welding, heat welding, and laser welding can be applied. Ultrasonic welding, heat welding, laser welding, and electron beam welding are preferred in order to reduce resistance and provide a high-output battery pack such as an automobile. Ultrasonic welding is particularly preferred because of its low thermal load.
[0033]
For fastening, connection means such as bolts, rivets, and caulking can be applied. In order to reduce the resistance and provide a battery pack for high output such as an automobile, rivets and swaging are preferable.
[0034]
The press-contact member 30 has a smooth contact surface 30A for uniformly pressing the heat-welded portion 11B of the outer case 11 of the unit cell 10, and can reliably press the heat-welded portion 11B.
[0035]
Therefore, even in the case where the internal pressure of the outer case 11 increases due to the gas generated from the electrolyte (electrolyte solution) in a high-temperature environment, breakage or peeling of the heat-welded portion 11B can be reliably prevented. Further, when the heat-welded portion 11B is softened by the temperature rise due to the application of the large current, for example, even when the temperature of the leads 17, 18 rises and the heat-welded portion 11B adjacent to the leads 17, 18 is softened. In addition, it is possible to prevent a decrease in the sealing performance of the heat-welded portion 11B. Therefore, there is no possibility that the electrolyte (electrolyte solution) leaks, and the reliability of the assembled battery can be improved.
[0036]
In addition, from the viewpoints of manufacturing cost and ease of incorporation into the unit cells 10 to be stacked, the press contact member 30 is preferably a rectangular parallelepiped, and the height thereof is the same as the height of the convex portion 11A of the outer case 11, It is almost the same. Further, it is preferable that the bottom surface of the press-contact member 30 constituting the contact surface 30A for pressing the heat-welded portion 11B corresponds to the shape of the heat-welded portion 11B.
[0037]
The material of the pressing member 30 is, for example, ABS acrylonitrile-butadiene-styrene resin, acrylonitrile styrene resin, cellulose acetate, cellulose acetate butyrate, cellulose acetate propionate, cresol resin, carboxymethyl cellulose, nitrocellulose, cellulose propionate, casein , Ethyl cellulose, epoxy resin, melamine resin, polyamide, polycarbonate, polychlorotrifluoroethylene, diallyl terephthalate resin, polyethylene, polyethylene terephthalate, phenolic resin, polyisobutylene, polymethyl methacrylate, polyacetal, polypropylene, polystyrene, polytetrafluoroethylene, Polyurethane, polyvinyl acetate, polyvinyl alcohol, polyvinyl Butyral, polyvinyl chloride, polyvinyl chloride acetate, polyvinylidene chloride, polyvinyl fluoride, polyvinyl mark, styrene - butadiene, silicon resin, urea resin, unsaturated polyester resin, and the like.
[0038]
Further, as the material of the press-contact member 30, it is also possible to apply a composite material in which metal is covered with the above resin or insulator.
[0039]
Next, a modified example of the battery pack according to Embodiment 1 of the present invention will be described.
[0040]
The press-contact member 30 is not limited to being solid, and may have a hollow portion 31 as shown in FIG. In this case, by circulating a cooling medium such as air through the hollow portion 31, it is possible to improve heat dissipation and suppress a rise in the temperature of the heat-welded portion 11 </ b> B.
[0041]
In addition, as shown in FIG. 4B, the pressure contact member 30 has a two-layer structure, so that heat dissipation can be improved. That is, the heat transfer body 32 made of a metal such as aluminum, copper, or iron can be disposed inside the press-contact member 30.
[0042]
Further, as shown in FIG. 4 (C), the press-contact member 30 has a fan-shaped projection 33 on the side facing the outside (the side opposite to the side facing the convex portion 11A of the exterior case 11). By forming, heat dissipation can be improved. Further, when the fan-shaped protrusion 33 is formed on the press-contact member 30 shown in FIGS. 4A and 4B, it is possible to further improve the heat radiation.
[0043]
FIG. 5 is a perspective view for explaining an assembled battery according to Embodiment 2 of the present invention.
[0044]
The pressure contact member 40 of the battery pack 20 according to the second embodiment has a rectangular frame shape, and is different from the pressure contact member 30 according to the first embodiment, which is a rectangular parallelepiped shape.
[0045]
More specifically, the pressing member 40 has a rectangular frame portion 41 and a rectangular space 42 defined by an inner region of the frame portion 41. The frame portion 41 has a contact surface 41A for uniformly pressing the heat-welded portion 11B of the outer case 11 of the unit cell 10, and can reliably press the heat-welded portion 11B.
[0046]
The height of the frame portion 41 (rectangular space 42) is substantially the same as the height of the convex portion 11A, and the width and length of the rectangular space 42 are set so as to accommodate the convex portion 11A. Therefore, since the rectangular space 42 of the press contact member 40 and the protrusion 11A of the outer case 11 are fitted, the positioning of the press contact member 40 is easy.
[0047]
In order to improve the heat radiation of the press-contact member 40, a hollow portion for flowing a cooling medium is formed inside the frame portion 41, a metal having good heat conductivity is arranged, or the frame portion 41 is provided. It is also possible to form a fan-shaped protrusion on the side facing the outside of the fan.
[0048]
FIG. 6 is a perspective view for explaining an assembled battery according to Embodiment 3 of the present invention.
[0049]
The press-contact member 50 of the battery pack 20 according to the third embodiment has a rectangular plate shape with a recess 52 formed therein, and is different from the press-contact member 40 according to the second embodiment, which has a frame shape.
[0050]
More specifically, the pressing member 50 has a concave portion 52 formed inside and a frame portion 51 located on the outer periphery of the concave portion 52. The frame portion 51 has a contact surface 51A for uniformly pressing the heat-welded portion 11B of the outer case 11 of the unit cell 10, and can reliably press the heat-welded portion 11B.
[0051]
The depth of the concave portion 52 is substantially the same as the height of the convex portion 11A, and the width and length of the concave portion 52 are set so as to be able to accommodate the convex portion 11A. Therefore, since the concave portion 52 of the press contact member 50 and the convex portion 11A of the outer case 11 are fitted, the positioning of the press contact member 50 is easy. Further, since the concave portion 52 covers the convex portion 11A, the expansion of the convex portion 11A can be surely suppressed.
[0052]
In addition, the concave portion 52 can be formed on both surfaces of the press contact member 50. In this case, for example, as shown in FIG. 7, the pressing members 50 in which the concave portions 52 are formed on one surface are arranged in the upper and lower stages, and the pressing members 50 in which the concave portions 52 are formed on both surfaces are arranged in the middle stage. The heat-welded portions 11B of the four unit cells 10 can be pressed by the three press-contact members 50 in total. Therefore, the required number of the press contact members 50 can be reduced.
[0053]
FIG. 8 is a perspective view for explaining an assembled battery according to Embodiment 4 of the present invention.
[0054]
The press contact member 60 of the battery pack 20 according to the fourth embodiment is different from the press contact member 50 according to the third embodiment in that the press contact member 60 has no side wall.
[0055]
More specifically, the pressing member 60 has a rectangular frame 61 and a plate 62 extending between the frames 61. The frame portion 61 has a contact surface 61A for pressing the heat-welded portion 11B of the outer case 11 of the unit cell 10, and can reliably press the heat-welded portion 11B.
[0056]
Further, the depth of the concave portion formed by the frame portion 61 and the plate portion 62 is substantially the same as the height of the convex portion 11A, and the length of the plate portion 62 is set to be able to accommodate the convex portion 11A. I have. That is, the structure of the pressing member 60 is simplified as compared with the pressing member 50 according to the third embodiment.
[0057]
In order to improve the heat radiation of the press contact member 60, a hollow portion 63 for flowing a cooling medium is formed inside the frame portion 61 (see FIG. 9A), or a metal having good heat conductivity is formed. It is also possible to arrange a heat transfer body 64 (see FIG. 9 (B)) or to form a fan-shaped projection 65 on the side surface facing the outside of the frame 61 (see FIG. 9 (C)).
[0058]
Further, a through hole 66 can be formed in the plate portion 62 in order to improve the heat radiation of the press contact member 60 (see FIG. 9D). The shape of the through hole 66 is not particularly limited, and may be, for example, a circle or a square.
[0059]
Further, the frame portion 61 can be formed on both surfaces of the plate portion 62 as shown in FIG. In this case, as described above, the required number of the press contact members 60 can be reduced (see FIG. 7).
[0060]
FIG. 10 is a perspective view for explaining an assembled battery according to Embodiment 5 of the present invention.
[0061]
The press-contact member 70 of the battery pack 20 according to the fifth embodiment differs from the press-contact member 60 according to the fourth embodiment in the material of the frame portion 71.
[0062]
More specifically, the frame 71 is made of an elastic body such as rubber. The plate portion 72 is made of a resin or a composite material in which a metal is covered with a resin or an insulator. The plate portion 72 and the frame portion 71 are joined by, for example, an adhesive.
[0063]
Therefore, the frame portion 71 can reliably seal the heat-welded portion 11B of the outer case 11 of the unit cell 10 by deforming the contact surface 71A when pressed against each other.
[0064]
In order to improve the strength (and heat dissipation) of the press-contact member 70, only the contact surface 71A may be constituted by the elastic body 73 only (see FIG. 11A), or the heat transfer made of metal inside the frame portion 71. It is also possible to arrange the body 74 (see FIG. 11B). Further, a through hole 75 can be formed in the plate portion 72 in order to particularly improve the heat radiation of the press-contact member 70 (see FIG. 11C).
[0065]
Further, the frame portion 71 can be formed on both surfaces of the plate portion 72 (see FIG. 11D). In this case, as described above, the required number of the press contact members 70 can be reduced (see FIG. 7).
[0066]
FIG. 12 is a plan view illustrating an assembled battery module according to Embodiment 6 of the present invention.
[0067]
Demands for battery capacity, output voltage and output current vary depending on the application. However, newly manufacturing an assembled battery satisfying the required specifications has a problem in cost.
[0068]
For this reason, in the sixth embodiment, the assembled battery module 80 is configured by combining the assembled batteries 20 having the plurality of cells 10. Therefore, it is possible to respond to various requests at a relatively low cost. The connection between the assembled battery 20 and the assembled battery 20 is performed by welding or fastening the leads directly or via an appropriate connecting member, similarly to the connection of the unit cells.
[0069]
FIG. 13 is a conceptual diagram illustrating an automobile according to Embodiment 7 of the present invention.
[0070]
The automobile 100 is, for example, an electric automobile, a hybrid automobile, or a fuel cell automobile, and has the assembled battery (assembled battery module) 90 according to Embodiments 1 to 6 mounted thereon.
[0071]
The assembled battery (assembled battery module) 90 has high energy density and high output, but has improved reliability. Therefore, the reliability of the vehicle 100 is improved. For example, when the vehicle 100 is an electric vehicle, the cruising distance is long, and when the vehicle 100 is a hybrid vehicle, fuel efficiency is improved.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a perspective view of a unit cell included in an assembled battery according to Embodiment 1 of the present invention.
FIG. 2 is a sectional view of a unit cell included in the assembled battery according to Embodiment 1 of the present invention.
FIG. 3 is a side view of the battery pack according to Embodiment 1 of the present invention.
FIGS. 4A to 4C are schematic diagrams illustrating a modified example of the battery pack according to Embodiment 1 of the present invention.
FIG. 5 is a perspective view for explaining an assembled battery according to Embodiment 2 of the present invention.
FIG. 6 is a perspective view for explaining an assembled battery according to Embodiment 3 of the present invention.
FIG. 7 is a cross-sectional view for explaining a modification of the battery pack according to Embodiment 3 of the present invention.
FIG. 8 is a perspective view for explaining an assembled battery according to Embodiment 4 of the present invention.
FIGS. 9A to 9E are schematic diagrams illustrating a modification of the battery pack according to Embodiment 4 of the present invention.
FIG. 10 is a perspective view for explaining an assembled battery according to Embodiment 5 of the present invention.
FIGS. 11A to 11D are schematic diagrams for explaining a modification of the battery pack according to Embodiment 5 of the present invention.
FIG. 12 is a perspective view for explaining an assembled battery module according to Embodiment 6 of the present invention.
FIG. 13 is a sectional view illustrating an automobile according to Embodiment 7 of the present invention.
[Explanation of symbols]
10 ... cell,
11 ... exterior case,
11A ... convex part,
11B: heat welding part,
12 Positive electrode plate,
13 ... positive electrode current collector,
14 ... separator
15 ... negative electrode plate,
16 ... negative electrode current collector,
17, 18 ... lead,
20 ... battery pack,
30 ... Pressing member,
30A ... contact surface,
31 ... hollow part,
32 ... heat transfer body,
33 ... projection,
40 ... Pressing member,
41 ... frame part,
41A ... contact surface,
42 ... rectangular space,
50 ... Pressing member,
51 ... frame part,
51A ... contact surface,
52 ... recess,
60 ... Pressing member,
61 ... frame part,
61A ... contact surface,
62 ... plate part,
63 ... hollow part,
64 ... heat transfer body,
65 ... projection,
66 ... through-hole,
70 ... Crimping member,
71 ... frame part,
71A ... contact surface,
72 ... plate part,
73 ... elastic body,
74 ... heat transfer body,
75 ... through-hole,
80 ... Battery module,
90 ... assembled battery (assembled battery module),
100 ... Car.

Claims (14)

  1. ラミネートフィルムからなる外装ケースを有する単電池と、前記外装ケースの熱溶着部を押圧するための接触面を有する圧接部材とを有し、
    前記単電池は、前記熱溶着部が前記圧接部材によって押圧された状態で、積層されていることを特徴とする組電池。
    A unit cell having an outer case made of a laminated film, and a pressure contact member having a contact surface for pressing a heat-welded portion of the outer case,
    The battery pack according to claim 1, wherein the unit cells are stacked in a state where the heat-welded portion is pressed by the pressing member.
  2. 前記圧接部材は、直方体形状であることを特徴とする請求項1に記載の組電池。The battery pack according to claim 1, wherein the pressing member has a rectangular parallelepiped shape.
  3. 前記圧接部材は、フレーム形状であり、前記接触面を有する長方形の枠部と、前記枠部の内側領域によって構成される長方形空間とを有し、
    前記長方形空間には、前記外装ケースの発電要素を収容するための凸部が配置されることを特徴とする請求項1に記載の組電池。
    The pressure contact member has a frame shape, a rectangular frame portion having the contact surface, and a rectangular space formed by an inner region of the frame portion,
    2. The battery pack according to claim 1, wherein a protrusion for accommodating a power generation element of the outer case is arranged in the rectangular space. 3.
  4. 前記圧接部材の高さは、前記外装ケースの発電要素を収容するための凸部の高さと、略同一であることを特徴とする請求項2又は請求項3に記載の組電池。4. The battery pack according to claim 2, wherein a height of the pressure contact member is substantially the same as a height of a protrusion for accommodating a power generation element of the outer case. 5.
  5. 前記圧接部材は、凹部が形成された長方形のプレート形状であり、
    前記凹部の外周に位置する枠部は、前記接触面を有し、
    前記凹部には、前記外装ケースの発電要素を収容するための凸部が配置されることを特徴とする請求項1に記載の組電池。
    The pressing member has a rectangular plate shape with a concave portion formed therein,
    A frame portion located on the outer periphery of the concave portion has the contact surface,
    The battery pack according to claim 1, wherein a convex portion for housing a power generation element of the outer case is arranged in the concave portion.
  6. 前記圧接部材は、前記接触面を有する直方体形状の枠部と、前記枠部の間を延長するプレート部とを有し、
    前記枠部と前記プレート部とによって構成される凹部には、前記外装ケースの発電要素を収容するための凸部が配置されることを特徴とする請求項1に記載の組電池。
    The pressure contact member has a rectangular parallelepiped frame portion having the contact surface, and a plate portion extending between the frame portions,
    2. The battery pack according to claim 1, wherein a convex portion for accommodating a power generation element of the outer case is arranged in a concave portion formed by the frame portion and the plate portion. 3.
  7. 前記凹部の深さは、前記外装ケースの前記凸部の高さと、略同一であることを特徴とする請求項5又は請求項6に記載の組電池。The battery pack according to claim 5, wherein a depth of the concave portion is substantially the same as a height of the convex portion of the outer case.
  8. 前記圧接部材は、冷却媒体が流通する空洞部を有することを特徴とする請求項1〜7のいずれか1項に記載の組電池。The assembled battery according to any one of claims 1 to 7, wherein the press-contact member has a cavity through which a cooling medium flows.
  9. 前記圧接部材は、内部に配置された伝熱体を有することを特徴とする請求項1〜8のいずれか1項に記載の組電池。The battery pack according to any one of claims 1 to 8, wherein the press-contact member has a heat transfer body disposed therein.
  10. 前記圧接部材は、ファン形状の突起を有することを特徴とする請求項1〜9のいずれか1項に記載の組電池。The assembled battery according to any one of claims 1 to 9, wherein the press-contact member has a fan-shaped projection.
  11. 前記圧接部材の前記接触面は、弾性体によって構成されていることを特徴とする請求項1〜10のいずれか1項に記載の組電池。The battery pack according to any one of claims 1 to 10, wherein the contact surface of the press-contact member is formed of an elastic body.
  12. 前記単電池は、超音波溶接、熱溶接、レーザー溶接、リベット、かしめ、あるいは、電子ビーム溶接によって、並列あるいは直列に接続されることを特徴とする請求項1〜11のいずれか1項に記載の組電池。The said unit cells are connected in parallel or in series by ultrasonic welding, heat welding, laser welding, rivet, caulking, or electron beam welding, The Claim 1 characterized by the above-mentioned. Battery pack.
  13. 請求項1〜12のいずれか1項に記載の組電池を、並列あるいは直列に接続することによって形成されることを特徴とする組電池モジュール。An assembled battery module formed by connecting the assembled batteries according to any one of claims 1 to 12 in parallel or in series.
  14. 請求項1〜12のいずれか1項に記載の組電池、あるいは、請求項13に記載の組電池モジュールを有することを特徴とする自動車。An automobile comprising the battery module according to any one of claims 1 to 12, or the battery module according to claim 13.
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