JP2019145476A

JP2019145476A - ラミネート型電池モジュール

Info

Publication number: JP2019145476A
Application number: JP2018031262A
Authority: JP
Inventors: 洋行八木; Hiroyuki Yagi
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2018-02-23
Filing date: 2018-02-23
Publication date: 2019-08-29
Anticipated expiration: 2038-02-23
Also published as: JP7075580B2

Abstract

【課題】外部短絡を防止すると共に、生産性に優れたラミネート型電池モジュールを提供する。【解決手段】本発明によって、複数のラミネート型電池セル１０が積層方向Ｘに積層され、電気的に接続されているラミネート型電池モジュールが提供される。ラミネート型電池セル１０は、ラミネート外装体１６の外部に突出している外部端子１４を備える。外部端子１４は、ストレート部１４ｂと折り曲げ部１４ｃとを有する。ストレート部１４ｂからみて、折り曲げ部１４ｃの折れ曲がった方向と反対の側（積層方向Ｘの上側Ｕ）では、ラミネート外装体１６の延出部１６ａがストレート部１４ｂよりも長く延出している。【選択図】図２

Description

本発明は、複数のラミネート型電池セルが積層方向に積層され、電気的に接続されているラミネート型電池モジュールに関する。

電池の一形態として、ラミネート製の外装部材に発電要素が収容されて構成されているラミネート型電池セルが挙げられる（特許文献１〜５参照）。複数のラミネート型電池セルが電気的に接続されてなるラミネート型電池モジュールは、車両搭載用の高出力電源等として汎用されている。

例えば特許文献１には、複数のラミネート型電池セルが略同一平面上に配列され、隣り合うラミネート型電池セルの異極端子同士が相互に電気接続されたラミネート型電池モジュールが開示されている。特許文献１において、複数のラミネート型電池は、それぞれ、上部外装部材と下部外装部材との間に発電要素が収容され、上部外装部材と下部外装部材との周縁が封止されて構成されている。上部外装部材と下部外装部材との間からは、電極端子が導出している。特許文献１では、上部外装部材および下部外装部材の少なくとも一方を電極端子の側に長く延ばし、長く延ばした部分で電極端子の導出した部分を覆っている。これにより、電極端子を外部に露出させないようにして外部短絡を防止している。

特開２００５−２５１６１７号公報特許４５９５２９２号公報特開２０１６−１７８０１９号公報特開２０１７−１３４９６１号公報特開２０１０−１６１０４４号公報

ところで通常、ラミネート型電池セルをモジュール化する際には、隣り合うラミネート型電池セルの異極端子同士を溶接によって接合している。しかし、特許文献１のラミネート型電池モジュールでは、電極端子がラミネートフィルムによって完全に覆われている。このため、ラミネートフィルムが邪魔になり、溶接時の作業性が低下する課題がある。したがって、ラミネート型電池モジュールでは、生産性の向上、例えば生産コストや作業効率を改善する観点から、外部短絡を防止すると共に、溶接接合し易い構造が求められていた。

本発明はかかる事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、外部短絡を防止すると共に、生産性に優れたラミネート型電池モジュールを提供することにある。

本発明によって、複数のラミネート型電池セルが積層方向に積層され、電気的に接続されているラミネート型電池モジュールが提供される。複数の上記ラミネート型電池セルは、それぞれ、ラミネート外装体と、上記ラミネート外装体の内部に配置される電極および電解質と、上記ラミネート外装体の内部で上記電極と電気的に接続され、上記ラミネート外装体の外部に突出している外部端子と、を備える。上記外部端子は、上記積層方向に直交する積層面に対して平行に延びるストレート部と、上記ストレート部から連なり、上記積層方向の一方側に折れ曲がった折り曲げ部と、を有する。電気的に接続されている上記ラミネート型電池セルの間は、上記折り曲げ部同士が溶接接合されている。上記ストレート部からみて、上記折り曲げ部の折れ曲がった方向と反対の側では、上記ラミネート外装体が上記ストレート部よりも長く延出している。

上記構成のラミネート型電池モジュールでは、ストレート部からみて折り曲げ部と反対側にラミネート外装体が延出して、絶縁の必要な箇所、例えば溶接接合されていない電極端子間にラミネート外装体が介在されている。このことにより、電気的に接続されていないラミネート型電池セルの間の絶縁性を確保して、外部短絡を防止することができる。同時に、異極端子同士を溶接接合する際の作業性を確保することができ、ラミネート型電池セルをモジュール化する際の生産性を向上することができる。

一実施形態に係るラミネート型電池モジュールの外形を模式的に示す側面図である。一実施形態に係るラミネート型電池セルの要部を模式的に示す部分側面図である。他の一実施形態に係るラミネート型電池モジュールの外形を模式的に示す部分側面図である。

（第１実施形態）
以下、適宜図面を参照しつつ、ここに開示されるラミネート型電池モジュールの好適な実施形態を説明する。なお、本明細書において特に言及している事項以外の事柄であって実施に必要な事柄（例えば、ラミネート型電池セルの一般的な構築プロセス）は、当該分野における従来技術に基づく当業者の設計事項として把握され得る。ここに開示されるモジュールは、本明細書に開示されている内容と当該分野における技術常識とに基づいて実施することができる。

なお、本明細書において、「ラミネート型電池セル」とは、ラミネートフィルムを外装体として利用し、その内部に発電要素を収容した構成の電池全般をいう。ラミネート型電池セルは、例えば、リチウムイオン二次電池やニッケル水素電池等の蓄電池（二次電池）であってもよく、電気二重層キャパシタ等の蓄電素子であってもよい。

また、以下の図面において、同じ作用を奏する部材・部位には同じ符号を付し、重複する説明は省略または簡略化することがある。各図における寸法関係（長さ、幅、厚み等）は、説明を容易にするためにデフォルメされていることがあり、必ずしも実際の寸法関係を反映するものではない。なお、図面中の符号Ｘは、ラミネート型電池セルの積層方向を示している。また、図面中の符号Ｙは、積層方向Ｘに直交する方向であって、ラミネート型電池セルの幅方向を示している。また、符号Ｕ、Ｄ、Ｌ、Ｒは、上、下、左、右を示している。ただし、これらは説明の便宜上の方向に過ぎず、ラミネート型電池セルの配置を何ら限定するものではない。

図１は、一実施形態に係るラミネート型電池モジュール（以下、単に「モジュール」ということがある。）１の外形を模式的に示す側面図である。モジュール１は、複数のラミネート型電池セル（以下、単に「電池セル」ということがある。）１０、２０、３０を備えている。電池セル１０、２０、３０は、同一形状を有している。電池セル１０、２０、３０は、それぞれ一対の平坦な面（幅広面）１８、２８、３８を有しており、幅広面１８、２８、３８同士が互いに対向するように、積層方向Ｘに沿って並べられている。本実施形態において、電池セル１０、２０、３０は、例えば、放熱部材、スペーサ部材、絶縁部材等を介在させることなく、積層方向Ｘに沿って並べられている。積層方向Ｘの上側Ｕから偶数番目の電池セル、すなわち電池セル２０は、積層方向Ｘの上側Ｕから奇数番目の電池セル、すなわち電池セル１０、３０に対して左右を逆転させた状態で配置されている。なお、モジュール１を構成する電池セルの数は、ここでは３個であるが、これには限定されない。モジュール１を構成する電池セルの数は、典型的には１０個以上、例えば１０〜１００個程度であってもよい。

電池セル１０、２０、３０は、それぞれ、図示しない発電要素と、正極端子１２、２２、３２と、負極端子１４、２４、３４と、ラミネート外装体１６、２６、３６と、を備えている。正極端子１２、２２、３２および負極端子１４、２４、３４は、電池セル１０、２０、３０の外面に突出している。正極端子１２、２２、３２および負極端子１４、２４、３４は、外部端子の一例である。本実施形態では、電池セル１０、２０、３０の左右の端に、正極端子１２、２２、３２および負極端子１４、２４、３４が配置されている。電池セル１０の正極端子１２は、外部接続が可能なように開放された正極出力端子である。また、電池セル３０の負極端子３４は、外部接続が可能なように開放された負極出力端子である。

正極端子１２、２２、３２は折り曲げ加工されており、それぞれ、ストレート部１２ｂ、２２ｂ、３２ｂと、折り曲げ部１２ｃ、２２ｃ、３２ｃと、を有している。同様に、負極端子１４、２４、３４も折り曲げ加工されており、それぞれ、ストレート部１４ｂ、２４ｂ、３４ｂと、折り曲げ部１４ｃ、２４ｃ、３４ｃと、を有している。ストレート部１２ｂ、２２ｂ、３２ｂ、１４ｂ、２４ｂ、３４ｂは、積層方向Ｘに直交する積層面、ここでは幅方向Ｙと平行に延びている。言い換えれば、電池セル１０、２０、３０の幅広面１８、２８、３８と平行に延びている。折り曲げ部１２ｃ、２２ｃ、３２ｃ、１４ｃ、２４ｃ、３４ｃは、ストレート部１２ｂ、２２ｂ、３２ｂ、１４ｂ、２４ｂ、３４ｂから連なり、積層方向Ｘの一方側（上側Ｕまたは下側Ｄ）、詳しくは、溶接接合されている異極端子の側に向かって、略直角に延びている。

電池セル１０、２０、３０は、直列に接続されている。電池セル１０、２０、３０は、バスバー等の接続部材を介在させずに、直接的に電気接続されている。すなわち、幅方向Ｙの右端部において、電池セル１０の負極端子１４は、積層方向Ｘに隣り合った電池セル２０の正極端子２２と溶接接合されている。詳しくは、電池セル１０の折り曲げ部１４ｃと電池セル２０の折り曲げ部２２ｃとの間に、溶接接合部ｗが設けられている。これにより、電池セル１０と電池セル２０とが電気的に接続されている。また、幅方向Ｙの左端部において、電池セル２０の負極端子２４は、積層方向Ｘに隣り合った電池セル３０の正極端子３２と溶接接合されている。詳しくは、電池セル２０の折り曲げ部２４ｃと電池セル３０の折り曲げ部３２ｃとの間に、溶接接合部ｗが設けられている。これにより、電池セル２０と電池セル３０とが電気的に接続されている。

図２は、電池セル１０の負極端子１４の付近を模式的に示す部分側面図である。以下、図１、２を参照しつつ、電池セル１０を例として電池セルの構成を説明する。電池セル１０は、ラミネート外装体１６と、その内部に配置された発電要素とを備えている。

発電要素の構成は従来公知の電池と同様でよく、特に限定されない。発電要素は、例えば電極体と電解質とを有している。電極体は、例えば、積層型の電極体（積層電極体）である。積層電極体は、矩形状の正極と矩形状の負極とを、それぞれ１枚以上、典型的にはそれぞれ複数枚備えている。正極と負極とは、絶縁された状態で積層方向Ｘに交互に積み重ねられている。正極と負極とは、電極の一例である。ただし、電極体は、例えば帯状の正極と負極とが絶縁された状態で積み重ねられ、長手方向に捲回されてなる捲回型の電極体（捲回電極体）であってもよい。

正極は、正極活物質、例えばリチウムニッケルコバルトマンガン複合酸化物等のリチウム遷移金属複合酸化物を含んでいる。負極は、負極活物質、例えば黒鉛等の炭素材料を含んでいる。正極は、ラミネート外装体１６の内部で、正極端子１２と電気的に接続されている。負極は、ラミネート外装体１６の内部で、負極端子１４と電気的に接続されている。電解質は従来公知の電池セルと同様でよく、特に限定されない。電解質は、液状であってもよいし、ポリマー状（ゲル状）であってもよいし、固体状であってもよい。電解質は、例えば、カーボネート類やエステル類等の非水溶媒と、電荷担体を生成するリチウム塩等の支持塩とを含んでいてもよい。

ラミネート外装体１６は、発電要素を収容する絶縁性の容器である。ラミネート外装体１６は、２枚のラミネートフィルム１６１、１６２で構成されている。電池セル１０の構築前において、ラミネートフィルム１６１、１６２の外形は、平面視において矩形状である。２枚のラミネートフィルム１６１、１６２は、電極体の中心を対称点とした点対称になるように配置されている。２枚のラミネートフィルム１６１、１６２は点対称の状態で重ね合わせられ、発電要素を収容する収容空間の周縁の部分が熱溶着されることにより、気密に封止されている。収容空間の外縁部分には、ラミネートフィルム１６１、１６２が溶着された溶着部ｓが形成されている。溶着部ｓは、収容空間の全周、すなわちラミネート外装体１６の４つの辺に亘って設けられている。収容空間の幅方向Ｙの長さは、電極体の幅方向Ｙの長さと同じかそれよりも長い。

ラミネートフィルム１６１は、幅方向Ｙの右端部に、収容空間から連なった延出部１６ａを有している。延出部１６ａは、ラミネートフィルム１６２よりも幅方向Ｙの右側に長く延びた部分である。延出部１６ａは、負極端子１４のストレート部１４ｂと平行に、ストレート部１４ｂの上側Ｕの面に沿って配置されている。延出部１６ａは、負極端子１４のストレート部１４ｂと面一となるように配置されている。延出部１６ａは、負極端子１４のストレート部１４ｂの上側Ｕの面、言い換えれば、折り曲げ部１４ｃの折れ曲がった方向とは反対の側を覆っている。延出部１６ａは、ストレート部１４ｂに固着されていてもよいし、固着されていなくてもよい。本実施形態では、幅方向Ｙにおいて、延出部１６ａの長さａが、負極端子１４のストレート部１４ｂの長さｂと同じかそれよりも長い。すなわち、延出部１６ａの長さａと、負極端子１４のストレート部１４ｂの長さｂとが、ａ≧ｂを満たしている。このことにより、負極端子１４のストレート部１４ｂの上側Ｕの面を絶縁して、ストレート部１４ｂの外部短絡を防止することができる。また、特に限定されるものではないが、本実施形態では、延出部１６ａの長さａと、負極端子１４のストレート部１４ｂの長さｂと、負極端子１４の折り曲げ部１４ｃの長さｃとが、（ｂ＋ｃ）＞ａ≧ｂである。

一方、ラミネートフィルム１６２は、幅方向Ｙの右端部に延出していない。このため、ストレート部１４ｂの下側Ｄの面、言い換えれば、折り曲げ部１４ｃの設けられている側の面は、ラミネートフィルム１６２によって覆われていない。このことにより、ストレート部１４ｂの下側Ｄは、ラミネート外装体１６から露出している。したがって、本実施形態では、電池セル１０の折り曲げ部１４ｃと電池セル２０の折り曲げ部２２ｃとの間に溶接接合部ｗを形成する際に、ラミネート外装体１６が邪魔になることがなく、溶接時の作業性が良好に確保されている。

以上のように、電池セル１０、２０、３０では、ストレート部１２ｂ、２２ｂ、３２ｂ、１４ｂ、２４ｂ、３４ｂからみて、折り曲げ部１２ｃ、２２ｃ、３２ｃ、１４ｃ、２４ｃ、３４ｃから遠い側、言い換えれば、電気的に接続されない電極端子と対向する側に、ストレート部１２ｂ、２２ｂ、３２ｂ、１４ｂ、２４ｂ、３４ｂよりも長い長さで、ラミネート外装体１６、２６、３６が延出している。これにより、ストレート部１２ｂ、２２ｂ、３２ｂ、１４ｂ、２４ｂ、３４ｂの積層方向Ｘの一方側（上側Ｕまたは下側Ｄ）が、ラミネート外装体１６、２６、３６でカバーされ、絶縁されている。その結果、モジュール１では、電気的に接続されていない電極端子間の外部短絡が的確に防止される。より詳しくは、図１の（イ）の箇所で、電池セル１０、２０の外部短絡が防止され、図１の（ロ）の箇所で、電池セル２０、３０の外部短絡が防止される。

また、電池セル１０、２０、３０では、ストレート部１２ｂ、２２ｂ、３２ｂ、１４ｂ、２４ｂ、３４ｂからみて、折り曲げ部１２ｃ、２２ｃ、３２ｃ、１４ｃ、２４ｃ、３４ｃに近い側、言い換えれば、電気的に接続される電極端子と対向する側には、ラミネート外装体１６、２６、３６が延出していない。このことにより、折り曲げ部１２ｃ、２２ｃ、３２ｃ、１４ｃ、２４ｃ、３４ｃはラミネート外装体１６、２６、３６から露出している。これにより、正負極端子間を良好に溶接接合することができ、モジュール１の生産性を向上することができる。

モジュール１は各種用途に利用可能であるが、例えば車両に搭載されるモーター用の動力源（駆動用電源）として好適に用いることができる。車両の種類は特に限定されないが、典型的には自動車、例えばプラグインハイブリッド自動車（ＰＨＶ）、ハイブリッド自動車（ＨＶ）、電気自動車（ＥＶ）等が挙げられる。

（第２実施形態）
上記した第１実施形態では、延出部１６ａの長さａと、負極端子１４のストレート部１４ｂの長さｂと、負極端子１４の折り曲げ部１４ｃの長さｃとが、（ｂ＋ｃ）＞ａ≧ｂを満たしていたが、これには限定されない。
図３は、好適な他の一実施形態に係るモジュール１Ａの外形を模式的に示す部分側面図である。モジュール１Ａは、複数の電池セル１０Ａ、２０Ａ、３０Ａを備えている。電池セル１０Ａ、２０Ａ、３０Ａは、ラミネート外装体の延出部６ａの長さが、上記した負極端子のストレート部の長さｂと折り曲げ部の長さｃとの合計（ｂ＋ｃ）よりも長いこと、言い換えれば、ａ≧（ｂ＋ｃ）を満たすこと以外、上記した第１実施形態のモジュール１と同様である。

電池セル１０Ａ、２０Ａ、３０Ａでは、電池セル１０Ａの負極端子１４と電池セル２０Ａの正極端子２２とが溶接接合された後、積層方向Ｘの下側Ｄに延出部６ａが折り畳まれている。同様に、電池セル２０Ａの負極端子２４と電池セル３０Ａの正極端子３２とが溶接接合された後、積層方向Ｘの下側Ｄに延出部６ａが折り畳まれている。このことにより、溶接接合部ｗが、延出部６ａで囲まれ、外部から隔離されている。さらに言えば、モジュール１Ａで相互に電気的に接続されている２つの電極端子が１組になって、延出部６ａで囲まれ、外部から隔離されている。その結果、上記したような効果、すなわち、モジュール１Ａにおいて電気的に接続されていない電極端子間の外部短絡を防止する効果に加えて、モジュール１Ａと他の導電性部材、例えば第２、第３のモジュールＭ２、Ｍ３との外部短絡を防止する効果を奏する。より詳しくは、図３の（ハ）の箇所で、電池セル１０、２０と第２のモジュールＭ２との外部短絡が防止され、図３の（ニ）の箇所で、電池セル２０、３０と第３のモジュールＭ３との外部短絡が防止される。したがって、ａ≧（ｂ＋ｃ）を満たす態様において、ここに開示される技術の効果が、より良く発揮される。

以上、本発明を詳細に説明したが、上記実施形態は例示にすぎず、ここで開示される発明には上述の具体例を様々に変形、変更したものが含まれる。

１、１Ａラミネート型電池モジュール（モジュール）
１０、２０、３０、１０Ａ、２０Ａ、３０Ａラミネート型電池セル（電池セル）
１２、２２、３２正極端子（外部端子）
１４、２４、３４負極端子（外部端子）
１２ｂ、１４ｂ、２２ｂ、２４ｂ、３２ｂ、３４ｂストレート部
１２ｃ、１４ｃ、２２ｃ、２４ｃ、３２ｃ、３４ｃ折り曲げ部
１６ラミネート外装体
１６１、１６２ラミネートフィルム

Claims

複数のラミネート型電池セルが積層方向に積層され、電気的に接続されているラミネート型電池モジュールであって、
複数の前記ラミネート型電池セルは、それぞれ、
ラミネート外装体と、
前記ラミネート外装体の内部に配置される電極および電解質と、
前記ラミネート外装体の内部で前記電極と電気的に接続され、前記ラミネート外装体の外部に突出している外部端子と、
を備え、
前記外部端子は、
前記積層方向に直交する積層面に対して平行に延びるストレート部と、
前記ストレート部から連なり、前記積層方向の一方側に折れ曲がった折り曲げ部と、を有し、
電気的に接続されている前記ラミネート型電池セルの間は、前記折り曲げ部同士が溶接接合されており、
前記ストレート部からみて、前記折り曲げ部の折れ曲がった方向と反対の側では、前記ラミネート外装体が前記ストレート部よりも長く延出している、
ラミネート型電池モジュール。