JP2018181465A - 積層電池モジュール - Google Patents
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Abstract
Description
所定の方向に沿って積層された複数の電池セル(単位電池)を含む積層体と、
前記所定の方向における前記積層体の一端及び他端のそれぞれに配置された一対のエンドプレートを含み、前記エンドプレート同士を互いに締結することにより前記所定の方向に沿って前記電池セルに拘束荷重を付加する拘束部材と、
前記電池セルと共に前記拘束部材により前記拘束荷重が付加され、前記電池セルの膨張に伴って圧縮される弾性部材と、
前記弾性部材が圧縮されたときに前記弾性部材の一部を陥入させて逃す空間部を含む逃がし機構と、
を備える電池モジュールが記載されている。
前記積層体の積層方向両端部に位置する一対のエンドプレートと、前記一対のエンドプレートを互いに締結するテンション保持部材とを含む拘束部材、並びに
前記一対のエンドプレート間に位置する弾性部材と
を含む積層電池モジュールであって、
前記弾性部材が、−30℃から80℃まで温度の上昇に伴って弾性係数が低下する材料から構成される、
前記積層電池モジュール。
[2] 前記電池積層体が充電率15%のときに、80℃における拘束荷重が、−30℃における拘束荷重以上である、[1]に記載の積層電池モジュール。
[3] 前記電池積層体が充電率90%のときに、80℃における拘束荷重が、−30℃における拘束荷重以下である、[1]又は[2]に記載の積層電池モジュール。
[4] 前記弾性部材の−30℃における弾性係数が100MPa以上であり、且つ80℃における弾性係数が−30℃における弾性係数の75%以下である、[1]〜[3]のいずれか一項に記載の積層電池モジュール。
[5] 前記弾性部材の−30℃における弾性係数が200MPa以上であり、且つ80℃における弾性係数が−30℃における弾性係数の65%以下である、[4]に記載の積層電池モジュール。
[6] 前記弾性部材の80℃における弾性係数が200MPa以下である、[1]〜[5]のいずれか一項に記載の積層電池モジュール。
[7] 前記弾性部材が、ポリエステルエラストマーで構成される、[1]〜[6]のいずれか一項に記載の積層電池モジュール。
[8] 前記電池積層体が、複数のラミネート電池を含む電池積層体であり、且つこれらのラミネート電池のそれぞれは、前記単位電池1個以上が外装体内に封入されている、
[1]〜[7]のいずれか一項に記載の積層電池モジュール。
本発明の積層電池モジュールは、
負極集電体層、負極活物質層、固体電解質層、正極活物質層、及び正極集電体層をこの順に有する単位電池を1個以上含む電池積層体、
電池積層体の積層方向両端部に位置する一対のエンドプレートと、一対のエンドプレートを互いに締結するテンション保持部材とを含む拘束部材、並びに
一対のエンドプレート間に位置する弾性部材と
を含み、
弾性部材が、−30℃から80℃まで温度の上昇に伴って弾性係数が低下する材料から構成される、
積層電池モジュールである。
電池積層体の充電率が15%のときに、80℃における拘束荷重は、−30℃における拘束荷重以上であってよく、
電池積層体の充電率が90%のときに、80℃における拘束荷重は、−30℃における拘束荷重以下であってよい。
本実施形態の積層電池モジュールにおける電池積層体は、負極集電体層、負極活物質層、固体電解質層、正極活物質層、及び正極集電体層をこの順に有する単位電池を1個以上含む。
本実施形態の積層電池モジュールにおける拘束部材は、電池積層体の積層方向両端部に位置する一対のエンドプレートと、一対のエンドプレートを互いに締結するテンション保持部材とを含む。
弾性部材は、−30℃から80℃まで温度上昇に伴って弾性係数が低下する材料から構成される。本明細書において、弾性係数とは、JIS K7181に準拠して、後述の実施例における条件下で測定した圧縮弾性係数を意味する。
−30℃における弾性係数が100MPa以上であり、且つ80℃における弾性係数が−30℃における弾性係数の75%以下であってよく、又は
−30℃における弾性係数が200MPa以上であり、且つ80℃における弾性係数が−30℃における弾性係数の65%以下であってよい。
複数のラミネート電池11を含む電池積層体15、
電池積層体15の積層方向両端部に位置する一対のエンドプレート21と、一対のエンドプレート21を互いに締結するテンション保持部材22とを含む拘束部材20、及び
エンドプレート21のうちの1つと電池積層体15の積層方向両端部との間に位置する弾性部材30と
を含む。
本実施形態の積層電池モジュールにおける電池積層体は、上記のとおり、負極集電体層、負極活物質層、固体電解質層、正極活物質層、及び正極集電体層をこの順に有する単位電池を1個以上含む。これらの電池積層体を構成する各層は、それぞれ、公知の材料から構成されていてよい。以下に、電池積層体を構成する各層の構成材料についての非限定的な例を挙げる。
負極集電体層は、例えば、ステンレス(SUS)、Cu、Ni、Fe、Ti、Co、Zn等から成る箔であってよい。
負極活物質層は、少なくとも負極活物質を含み、固体電解質、バインダー、導電材等を更に含有してよい。
固体電解質層は、少なくとも固体電解質を含み、好ましくは更にバインダーを含有してよい。
正極活物質層は、少なくとも正極活物質を含み、更に、固体電解質、バインダー、導電材等を含有してよい。
正極集電体層を構成する材料としては、例えば、SUS、Ni、Cr、Au、Pt、Al、Fe、Ti、Zn等から成る箔を使用することができる。
サンプル形状及びサイズ:50mm×50mm×10mmの矩形板状
測定荷重範囲:0MPa〜25MPa
試験速度:0.06mm/分
正極集電体層、正極活物質層、固体電解質層、負極活物質層、及び負極集電体層をこの順で有する全固体単位電池の複数を積層し、外装体内に封入して得られた、厚み8.54mmのラミネート電池を48個準備した。ラミネート電池の弾性係数、及びラミネート電池における各層の構成は以下のとおりである。
充電率15%時
−30℃:1,790MPa
80℃:2,330MPa
充電率90%時
−30℃:1,790MPa
80℃:2,500MPa
正極集電体層:Al箔
正極活物質層:三元系Li酸化物、固体電解質、及び導電助剤としての気相法炭素繊維を含む
固体電解質層:Li、P、及びSを含む
負極活物質層:炭素材料及び固体電解質を含む
負極集電体層:Cu箔
−40℃:332MPa
−30℃:294MPa
−20℃:255MPa
0℃:207MPa
23℃:181MPa
80℃:118MPa
120℃:87MPa
エンドプレート:機械構造用炭素鋼S45C、厚み20mm
テンション保持部材:耐食Al合金A6061、直径9mm
弾性部材を使用しなかった他は実施例1と同様にして、図3に示した構造の比較例用積層電池モジュール110を作製した。図3の積層電池モジュール110は、ラミネート電池11を48個積層して得られた電池積層体15を、2枚のエンドプレート21で挟み、これら2枚のエンドプレート21を、2本のテンション保持部材22のボルト連結によって連結して拘束部材20とし、この拘束部材20で電池積層体15を挟んだものである。
図4に示した比較例1の積層電池モジュールでは、80℃における最大拘束荷重が−30℃における最大拘束荷重よりも有意に大きく、この条件下で拘束部材に印加される荷重が過度に大きいことが分かった。
図5〜図7に、実施例1で使用した電池積層体について、弾性部材の厚さを変更した場合の、80℃における弾性係数と−30℃における弾性係数との好ましい関係の範囲をシミュレートした結果示すグラフを示した。図5が弾性部材の厚さ30mmの場合、図6が40mmの場合、及び図7が50mmの場合である。図5〜7において、2つの実線で挟まれた領域が、−30℃における弾性係数と80℃における弾性係数との関係の好ましい範囲を示している。当業者は、これらの図を参照して、80℃における弾性係数及び−30℃における弾性係数を適宜に設定し、弾性部材を構成する材料を選択することができる。
15 全固体電池積層体
20 拘束部材
21 エンドプレート
22 テンション保持部材
30 弾性部材
100 積層電池モジュール
110 比較例1における積層電池モジュール
Claims (8)
- 負極集電体層、負極活物質層、固体電解質層、正極活物質層、及び正極集電体層をこの順に有する単位電池を1個以上含む電池積層体、
前記積層体の積層方向両端部に位置する一対のエンドプレートと、前記一対のエンドプレートを互いに締結するテンション保持部材とを含む拘束部材、並びに
前記一対のエンドプレート間に位置する弾性部材と
を含む積層電池モジュールであって、
前記弾性部材が、−30℃から80℃まで温度の上昇に伴って弾性係数が低下する材料から構成される、
積層電池モジュール。 - 前記電池積層体が充電率15%のときに、80℃における拘束荷重が、−30℃における拘束荷重以上である、請求項1に記載の積層電池モジュール。
- 前記電池積層体が充電率90%のときに、80℃における拘束荷重が、−30℃における拘束荷重以下である、請求項1又は2に記載の積層電池モジュール。
- 前記弾性部材の−30℃における弾性係数が100MPa以上であり、且つ80℃における弾性係数が−30℃における弾性係数の75%以下である、請求項1〜3のいずれか一項に記載の積層電池モジュール。
- 前記弾性部材の−30℃における弾性係数が200MPa以上であり、且つ80℃における弾性係数が−30℃における弾性係数の65%以下である、請求項4に記載の積層電池モジュール。
- 前記弾性部材の80℃における弾性係数が200MPa以下である、請求項1〜5のいずれか一項に記載の積層電池モジュール。
- 前記弾性部材が、ポリエステルエラストマーで構成される、請求項1〜6のいずれか一項に記載の積層電池モジュール。
- 前記電池積層体が、複数のラミネート電池を含む電池積層体であり、且つこれらのラミネート電池のそれぞれは、前記単位電池1個以上が外装体内に封入されている、
請求項1〜7のいずれか一項に記載の積層電池モジュール。
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