JP2017130378A - ラミネート電池モジュール - Google Patents

Abstract

【課題】本発明は、積層面に溶着部を有するラミネート電池が積層された構造を有する電池モジュールであって、電池要素の割れを抑制した電池モジュールを提供することを目的とする。【解決手段】本発明の電池モジュールは、複数のラミネート電池が積層されている電池モジュールである。ラミネート電池は、ラミネート外装体と、ラミネート外装体に収容されている電池要素を有する。ラミネート外装体は、ラミネート電池の一方の積層面の中央部分を通る直線上に第１の溶着部を有し、かつ第１の溶着部と接しているラミネート電池の両端部においてそれぞれ第２及び第３の溶着部を有する。第１〜３の溶着部は、ラミネート外装体の内側面同士を溶着することにより形成されている。第１の溶着部は、積層面の半分と重なっている。複数のラミネート電池のうちの２つが、第１の溶着部を有する積層面同士が向かい合い、かつ第１の溶着部同士が重ならずに、積層面において互いに並置されるようにして、互いに積層されている。【選択図】図４

Description

本発明は、ラミネート電池の幅が大きくなることを抑制し、ラミネート電池の割れを抑制した、ラミネート電池モジュールに関する。

薄型かつ軽量な電池として、ラミネート外装体に電池要素が収容されているラミネート電池が知られている。ラミネート外装体は、アルミニウムやステンレス等の薄い金属層上にシーラント材層を有する多層構造を有するため、軽量かつ柔軟であり、かつ酸やアルカリにも強いため、電池の外装体の材料に適している。

ラミネート電池において、ラミネート外装体の形状は、ラミネート電池の体積や耐久性等に影響を与えることが知られている。

特許文献１は、扁平形状のラミネート外装体の溶着部を、扁平面に沿うように折り曲げることにより、体積エネルギー密度を高めるとともに、経時的劣化を減少させたラミネート電池を開示している。

特開２０００−２１５８６２号公報

複数のラミネート電池を積層した電池モジュールにおいて、ラミネート電池の溶着部が、積層される面側にある場合、ラミネート電池の積層面方向の厚さが不均一となる。そのため、この様なラミネート電池を複数個積層して加圧した場合、ラミネート電池の積層面にかかる圧力が不均一となり、ラミネート電池内の電池要素が割れやすくなるという問題がある。

これに対して、積層面に対する側面に溶着部を設けた場合、積層面内の厚みは等しいため、各ラミネート電池の積層面内にかかる圧力は均一となり、この様な問題は生じない。しかしながら、積層方向の幅が大きくなるため、ラミネート電池の幅が大きくなってしまい、電池のエネルギー密度が小さくなってしまうという問題がある。

本発明は、積層面に溶着部を有するラミネート電池が積層された構造を有する電池モジュールについて、ラミネート電池の幅が大きくなることを抑制するとともに、ラミネート電池を構成している電池要素の割れを抑制した電池モジュールを提供することを目的とする。

上記課題を解決するための手段は、下記のとおりである：
複数のラミネート電池が積層されている電池モジュールであって、前記ラミネート電池は、ラミネート外装体と、前記ラミネート外装体に収容されている電池要素を有し、前記ラミネート外装体は、前記ラミネート電池の一方の積層面の中央部分を通る直線上に第１の溶着部を有し、かつ第１の溶着部と接しているラミネート電池の両端部においてそれぞれ第２及び第３の溶着部を有し、前記第１〜３の溶着部は、前記ラミネート外装体の内側面同士を溶着することにより形成されており、前記第１の溶着部は、前記積層面の半分と重なっており、複数の前記ラミネート電池のうち２つが、前記第１の溶着部を有する前記積層面同士が向かい合い、かつ前記第１の溶着部同士が重ならずに、前記積層面において互いに並置されるようにして、互いに積層されている、電池モジュール。

本発明によれば、積層面に溶着部を有するラミネート電池が積層された構造を有する電池モジュールであって、電池要素の割れを抑制した電池モジュールを提供することができる。

図１は、本発明の電池モジュールを構成するラミネート電池の模式図である。 図２は、本発明の電池モジュールを構成するラミネート電池の模式図である。 図３は、本発明の電池モジュールを構成するラミネート電池を２つ積層している模式断面図である。 図４は、本発明の電池モジュールの一部の模式断面図である。

以下、本発明の実施の形態について詳述する。なお、本発明は、以下の実施の形態に限定されるのではなく、発明の本旨の範囲内で種々変形して実施できる。

本発明の電池モジュールは、複数のラミネート電池が積層されている電池モジュールである。ラミネート電池は、ラミネート外装体と、ラミネート外装体に収容されている電池要素を有する。ラミネート外装体は、ラミネート電池の一方の積層面の中央部分を通る直線上に第１の溶着部を有し、かつ第１の溶着部と接しているラミネート電池の両端部においてそれぞれ第２及び第３の溶着部を有する。第１〜３の溶着部は、ラミネート外装体の内側面同士を溶着することにより形成されている。第１の溶着部は、積層面の半分と重なっている。複数のラミネート電池のうち２つが、第１の溶着部を有する積層面同士が向かい合い、かつ第１の溶着部同士が重ならずに、積層面において互いに並置されるようにして、互いに積層されている。

原理によって限定されるものではないが、本発明の作用原理は以下のとおりであると考える。

ガゼット袋型、合掌袋型等、ラミネート外装体の辺を溶着したラミネート電池を複数積層して作製した電池モジュールにおいて、ラミネート電池の積層面内に溶着部が存在すると、ラミネート電池の積層面において、溶着部がある部分は溶着部がない部分よりも厚みが大きくなる。このため、ラミネート電池の積層面にかかる電池モジュールの圧力は、溶着部がある部分と溶着部がない部分で異なる。そのため、この様な電池モジュールでは、ラミネート電池の積層面内にかかる圧力が不均一となり、ラミネート電池内の電池要素が割れやすいという問題がある。

本発明者らは、複数のラミネート電池が積層されている電池モジュールにおいて、ラミネート電池の積層面内に存在する溶着部分の形状及び位置、ラミネート電池の積層方向等を一定の条件とすることで、ラミネート電池の積層面内にかかる圧力を均一化し、ラミネート電池内の電池要素の割れを抑制することができることを見出した。

＜ラミネート電池＞
本発明において、ラミネート電池は、ラミネート外装体と、ラミネート外装体に収容されている電池要素を有する。

＜ラミネート外装体＞
本発明において、ラミネート外装体は、金属層とシーラント材層を有する。さらに、ラミネート外装体は、金属層を挟んでシーラント材層と反対側に、保護層を有することが好ましい。この様に保護層を設けることにより、ラミネート外装体の耐久性を向上させることができるためである。

金属層に用いられる金属は特に限定されず、例えば鉄、銅、アルミニウム、真鍮、ステンレス鋼、又は鋼等を用いることができるが、耐久性、経済性等の観点から、アルミニウム又はステンレス鋼が好ましい。

シーラント材層は、熱可塑性の樹脂を有する。熱可塑性の樹脂としては特に限定されないが、例えばポリプロピレン、ポリエチレン、ポリスチレン、又はポリ塩化ビニル等が挙げられる。

保護層は、樹脂であってよい。樹脂としては特に限定されず、例えばシーラント材層に用いるものと同様のものを用いてもよい。

ラミネート外装体は、ラミネート電池の一方の積層面の中央部分を通る直線上に第１の溶着部を有し、かつ第１の溶着部と接しているラミネート電池の両端部においてそれぞれ第２及び第３の溶着部を有する。

第１〜３の溶着部は、ラミネート外装体の内側面同士、より具体的には、ラミネート外装体のシーラント材層同士を溶着することにより形成されている。

ラミネート外装体を溶着する方法としては、例えば熱板溶着が挙げられる。より具体的には、溶着部のシーラント材層に熱板を当て、溶着部のシーラント材層を加熱・溶解し、その後、熱板を移動して溶着部を重ねて加圧状態でシーラント材層が凝固するまで冷却する。

他の方法としては、例えば超音波溶着法、振動溶着法、又はレーザー溶着法等を上げることができる。

また第１の溶着部は、積層面の半分と重なっている。第１の溶着部の幅の大きさは、ラミネート電池の半分の幅よりも大きくてよく、ラミネート電池の略半分の幅の大きさと等しいことが好ましい。これは、第１の溶着部の幅の大きさがラミネート電池の略半分の幅の大きさと等しいことにより、複数のラミネート電池を積層したときに、積層面から第１の溶着部がはみ出さず、電池モジュールの幅を小さくすることができるためである。

図を用いて本発明に用いられるラミネート電池の構造の具体例を説明する。

図１及び図２は、本発明の電池モジュールを構成するラミネート電池の模式図である。図１において、第１の溶着部（２）はラミネート電池（１）の下側の積層面に配置されている。図２では、第１の溶着部（２）はラミネート電池（１）の上側の積層面に配置されている。

各図において、第１の溶着部の幅（３）の大きさは、ラミネート電池の半分の幅（４）の大きさと等しい。また、各図において、第２の溶着部（５）及び第３の溶着部（６）は、第１の溶着部（２）と接しているラミネート電池（１）の両端部においてそれぞれ配置されている。

各図において、第２の溶着部（５）では、ラミネート外装体内部に収容されている電池要素の正極集電体及び負極集電体とそれぞれ接続している正極端子（７）及び負極端子（８）が貫通している。

なお、図１及び図２は、本発明に用いられるラミネート電池の一例を図示したものにすぎず、本発明に用いられるラミネート電池を限定する趣旨ではない。また、各図では正極端子（７）及び負極端子（８）は同じ溶着部、即ち第２の溶着部（５）においてラミネート外装体を貫通している。しかし、正極端子（７）及び負極端子（８）は互いに異なる個所でラミネート外装体を貫通していてもよいことを理解されたい。

＜電池要素＞
ラミネート外装体に収容される電池要素は、電池としての機能を有する要素であれば特に限定されない。例えば正極集電体、正極活物質層、固体電解質層、負極活物質層、及び負極集電体をこの順に有する全固体電池、並びに正極集電体、正極活物質層、セパレーター、負極活物質層、及び負極集電体が電解液に含浸されている液系電池等を挙げることができる。

電池要素の正極集電体、負極集電体は、それぞれラミネート外装体の内部から外部にわたって伸びる正極端子及び負極端子に接続されていてよい。また、正極集電体及び／又は負極集電体は、一部がラミネート外装体の外側に露出し、それぞれ正極端子及び負極端子として用いられてもよい。

＜ラミネート電池の配置＞
複数のラミネート電池のうち２つが、第１の溶着部を有する積層面同士が向かい合い、かつ第１の溶着部同士が重ならずに、積層面において互いに並置されるようにして、互いに積層されている。

上述のとおり、第１の溶着部は積層面の半分と重なっている。そのため、上記のように複数のラミネート電池を積層した場合、第１の溶着部を有する積層面同士が向かい合っている面において、一方の電池の第１の溶着部がない個所に、他方の電池の第１の溶着部が相補的に存在する。これにより、ラミネート電池の積層面にかかる圧力が均一になり、ラミネート電池内の電池要素が割れにくくなる。

図を用いて本発明に用いられるラミネート電池の配置をより具体的に説明する。

図３は、２つのラミネート電池を、第１の溶着部を有する積層面同士が向かい合い、かつ第１の溶着部同士が重ならずに、積層面において互いに並置されるようにして積層した模式断面図である。図３において、奇数番目に積層されるラミネート電池（１ａ）の第１の溶着部を有する面と、偶数番目に積層されるラミネート電池（１ｂ）の第１の溶着部を有する面が、重ねられている。また、図３において、奇数番目に積層されるラミネート電池の第１の溶着部（２ａ）と、偶数番目に積層されるラミネート電池の第１の溶着部（２ｂ）は互いに反対方向に折り曲げられており、溶着部同士が重ならずに、積層面において互いに並置されるように重ねられている。

図４は、本発明の電池モジュールの一部の模式断面図である。図４では、複数のラミネート電池が、図３と同様にして積層されている。

なお、図３及び図４は、本発明の電池モジュールにおけるラミネート電池の配置の一例を図示したものにすぎず、本発明の電池モジュールの構造を限定する趣旨ではない。

１ ラミネート電池
１ａ 奇数番目に積層されるラミネート電池
１ｂ 偶数番目に積層されるラミネート電池
２ 第１の溶着部
２ａ 奇数番目に積層されるラミネート電池の第１の溶着部
２ｂ 偶数番目に積層されるラミネート電池の第１の溶着部
３ 第１の溶着部の幅
４ ラミネート電池の半分の幅
５ 第２の溶着部
６ 第３の溶着部
７ 正極端子
８ 負極端子

Claims (1)

1. 複数のラミネート電池が積層されている電池モジュールであって、
   前記ラミネート電池は、ラミネート外装体と、前記ラミネート外装体に収容されている電池要素を有し、
   前記ラミネート外装体は、前記ラミネート電池の一方の積層面の中央部分を通る直線上に第１の溶着部を有し、かつ第１の溶着部と接しているラミネート電池の両端部においてそれぞれ第２及び第３の溶着部を有し、
   前記第１〜３の溶着部は、前記ラミネート外装体の内側面同士を溶着することにより形成されており、
   前記第１の溶着部は、前記積層面の半分と重なっており、
   複数の前記ラミネート電池のうちの２つが、前記第１の溶着部を有する前記積層面同士が向かい合い、かつ前記第１の溶着部同士が重ならずに、前記積層面において互いに並置されるようにして、互いに積層されている、
   電池モジュール。

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