JP2021118174A - 電池モジュール - Google Patents

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Abstract

【課題】電池セルが複数並べられた電池モジュールであっても、電池セルの破損を効果的に防止することのできる電池モジュールを提供する。【解決手段】電池１１と、電池１１を収容する外装体１２と、を備える電池セル１０が複数並べられた電池モジュール１であって、複数の電池セル１０の間に電池セル支持体２が挟持されている電池モジュール１である。電池モジュールを積層方向に巻回されることで複数の電池セルを固定する固定フィルム６を備えることが好ましい。【選択図】図１

Description

本発明は、主に電池セルが複数並べられた電池モジュールに関する。
近年、自動車、パソコン、携帯電話等の大小さまざまな電気・電子機器の普及により、高容量、高出力の電池の需要が急速に拡大している。このような電池としては、正極と負極との間に有機電解液を電解質として用いる液体電池セルや、有機電解液の電解質に代えて、固体電解質を用いた固体電池セルなどが挙げられる。
このような電池をラミネートフィルム（外装体）で包み込んで板形状に密閉したラミネートセルタイプのものが知られている。ＥＶやＨＥＶ等の用途では、このようなラミネートセルタイプの電池を複数個並べてケース内に収納した電池モジュールが使用されている。外装体で包み込むことにより、電池への大気の侵入を防ぐことができる（例えば、特許文献１）。
また、ラミネートフィルム（外装体）で包み込まれた電池の耐久性等を向上した電池を提供することを目的として、熱融着部が、その上下に設けた挟掴手段で固定されることを特徴とする電池セルに関する技術が記載されている（例えば、特許文献２）。
また、ラミネートフィルム（外装体）の密閉性を維持しつつ、電池モジュールの体積エネルギー密度を効果的に向上させることを目的に、電池を収容するように１枚のフィルムが折り返された外装体を備える電池セルが開示されている（特許文献２）。特許文献２によれば、この電池セルは、外装体の密閉性を維持しつつ、電池モジュールの体積エネルギー密度を効果的に向上させることができる。
特開２０１２−１６９２０４号公報 特開２００４−６３２７８号公報 ＷＯ２０１９／１８８８２５
さて、電池セルが複数並べられた電池モジュールは、それぞれの電池セルが接触した状態で並べられると電池セルに応力がかかりやすい構造である。それぞれの電池セルに応力がかかった場合には、電池セルが備える電極等が破損することがある。
特に、電池セルが固体電解質を用いた積層体からなる固体電池セルである場合には、電池セルに応力により電極や固体電解質層が破損する危険性がより高まる。
特許文献２に記載の技術のように、２枚のフィルムで電池を包み込み、互いに対向するフィルムの４つの辺を接合して４つの接合部によって密閉された電池セルであれば、挟掴手段によって、電池セルを固定することも可能ではある。しかしながら、挟掴手段によって、電池セルを固定すると、電池セルの端部に応力がかかりやすい構成であるため、必ずしも電池セルの破損を十分に抑制することができない。
また、特許文献３に記載の技術のように１枚のフィルムが折り返された外装体を備える電池セルは、４辺に接合部を有していない構成であるため、特許文献２に記載されているような挟掴手段によって、電池セルを固定する手段を使用することができない。
本発明は、電池セルが複数並べられた電池モジュールであっても、電池セルの破損を効果的に防止することのできる電池モジュールを提供することを目的とする。
本発明者らは、上記課題を解決するために鋭意検討をした結果、電池セルの間には、電池セルを直接、面支持する電池セル支持体が挟持されていることにより上記課題を解決することができることを見出し、本発明を完成するに至った。
本発明は、電池と、該電池を収容する外装体と、を備える電池セルが複数並べられた電池モジュールであって、複数の前記電池セルの間には、前記電池セルを直接、面支持する電池セル支持体が挟持されている電池モジュールを提供する。
これにより、電池セルが複数並べられた電池モジュールであっても、電池セルの破損を効果的に防止することができる。
前記電池モジュールを積層方向に巻回されることで複数の前記電池セルを固定する固定フィルムを備えていてもよい。
複数の前記電池セルのうち少なくとも１つの電池セルの外装体が前記電池モジュールの積層方向に延在する延在部を有し、前記延在部により複数の前記電池セルを固定してもよい。
複数の前記電池セルのうち２つの電池セルのそれぞれの前記延在部が対向して前記電池モジュールの積層方向に延在してもよい。
前記電池セル支持体は、前記積層方向と直行する高さ方向において、前記電池セルの高さ以下の低背部を有し、前記電池セルを固定する固定フィルム又は延在部は、電池セル支持体の前記低背部と重なっていてもよい。
複数の前記電池セルは載置プレートに載置されており、前記電池セル支持体は、前記載置プレートに固定されていてもよい。
前記電池セル支持体は係止部を有し、前記載置プレートは、前記係止部を挟持可能な挟持部を備え、前記挟持部により前記係止部を挟持することで、前記電池セル支持体は前記載置プレートに固定されていてもよい。
前記載置プレートの前記挟持部は、弾性挟持部であってもよい。
前記電池セル支持体及び前記載置プレートには孔がそれぞれ対応して形成されており、軸部品が前記孔に挿入されることにより、前記電池セル支持体は前記載置プレートに固定されていてもよい。
前記電池セル支持体には放熱部を備えていてもよい。
前記電池セルは、前記電池に接続された集電タブと、該集電タブに接続され前記外装体から少なくとも一部が露出した集電タブリードと、を備えていてもよい。
前記電池セル支持体は、前記外装体を介して前記集電タブ及び／又は前記集電タブリードを面支持する集電タブ支持部を備えていてもよい。
前記電池セル支持体は、前記集電タブリードと直接接触して前記集電タブリードを面支持するバスバー通電部を備えていてもよい。
本発明によれば、電池セルが複数並べられた電池モジュールであっても、電池セルの破損を効果的に防止することができる。
（ａ）本実施の形態に係る電池モジュールの斜視図である。（ｂ）本実施の形態に係る電池モジュールの平面図である。 図１の電池モジュールにおいて、点線で囲った部分における拡大正面図である。 本実施の形態に係る電池モジュールを構成する電池セルの斜視図である。 本実施の形態に係る電池モジュールを構成する電池セル支持体の斜視図である。 （ａ）他の実施形態に係る電池モジュールの斜視図である。（ｂ）他の実施形態に係る電池モジュールの平面図である。 他の実施形態に係る電池セルの斜視図である。 他の実施形態に係る電池モジュールの斜視図である。 図６Ｂの電池モジュールにおいて、Ｘ−Ｘ線での断面図である。 （ａ）他の実施形態に係る電池セル支持体の斜視図である。（ｂ）載置プレート固定部が弾性挟持部に挿入されて、挟持される態様を模式的に示した図である。 （ａ）他の実施形態に係る電池モジュールの斜視図である。（ｂ）図８（ａ）の電池モジュールにおいて、点線で囲った部分における拡大正面図である。
以下、本発明の具体的な実施形態について、詳細に説明するが、本発明は、以下の実施形態に何ら限定されるものではなく、本発明の目的の範囲内において、適宜変更を加えて実施することができる。
＜電池モジュール＞
本実施の形態に係る電池モジュール１は、図１に示すように電池セル１０が複数並べられている。そして、この電池セル１０の間に電池セル支持体２が挟持されていることを特徴としている。
電池セル支持体は、電池セル１０の間に挟持されることで電池セルを直接、面支持する部材である。このように、電池セル支持体が電池セルを直接、面支持することによって電池セル１０同士が直接接触することによる電池セルの破損や外力による電池セルの破損を効果的に防止することができる。なお、電池セル支持体２の具体的な構造や材質については後述する。
なお、「複数の電池セルの間に電池セル支持体が挟持されている」の文言は、電池セルの間の全てに電池セル支持体が挟持されているという意味ではなく、その電池セルの間の少なくとも一つに電池セル支持体が挟持されているものと理解される。
そして、図１に示す電池モジュール１では、冷却プレート３が載置プレート４の上に載置されている。複数の電池セル１０がこの載置プレート４に冷却プレート３（又は防振材５）を介して載置されている。この冷却プレート３は電池セル１０の載置面に配置される電池セル載置部３１と、電池セル載置部３１から上方向に延在し、電池セル１０の間に挟持される電池セル挟持部３２と、を備えている。そして、電池セル支持体２と、電池セル挟持部３２と、が交互に挟持されて構成されている。冷却プレート３は主に金属のような熱伝導性の高い材質から構成される。
本発明の電池モジュールにおいて冷却プレートを備えることは必須ではないが、図１に示す電池モジュール１のように電池セル１０の間に電池セル挟持部３２が挟持されている及び／又は冷却プレート３と電池セル１０とが直接接触することにより、電池セルから発生した熱を効果的に放熱することが可能となる。
なお、この冷却プレート３は、載置プレート４に固定されていてもよい。積層方向への振動が抑制され、電池セル１０の破損を効果的に防止することができる。
さらに、本実施の形態に係る電池モジュール１には、積層方向に巻回された固定フィルム６が備えられている。本発明の電池モジュールにおいて固定フィルムを備えることは必須ではないが、固定フィルム６が備えられていることにより、複数の電池セル１０を固定することが可能となって、電池セルの破損をより効果的に防止することができる。
また、本実施の形態に係る電池モジュール１には、載置プレート４が備えられている。そして、複数の電池セル１０がこの載置プレート４に載置され、電池セル１０の間に挟持されている電池セル支持体２がこの載置プレート４に固定されて構成される。本発明の電池モジュールにおいて載置プレートを備えることは必須ではなく、電池セル支持体が載置プレートに固定されていることは必須の構成ではないが、図１に記載の電池モジュールのように、電池セル支持体２が載置プレートに固定されていることで、電池セルを効果的に固定することが可能となり、電池セルの破損をより効果的に防止することができる。
また、複数の電池セル１０は防振材５を介してこの載置プレート４に載置されている。本発明の電池モジュールにおいて防振材を備えることは必須ではなく、電池セルが防振材を介して載置されていることは必須の構成ではないが、図１に記載の電池モジュールのように、電池セル１０が防振材５を介して載置されていることで、電池セル１０の揺れ（振動）を効果的に抑制することができる。
図２に図１の電池モジュール１において、点線で囲った部分における拡大正面図を示す。図１、図２に示すように本実施の形態に係る電池モジュール１において、電池セル支持体２は、集電タブ支持部２２と、バスバー通電部２４と、を備えている。
集電タブ支持部２２は、外装体１２を介して集電タブ１３及び／又は集電タブリード１４を面支持して構成される。本発明の電池モジュールにおいて電池セル支持体が集電タブ支持部を備えることは必須ではなく、集電タブ支持部が外装体を介して集電タブ及び／又は集電タブリードを面支持することは必須の構成ではないが、図１に記載の電池モジュール１のように、集電タブ１３及び／又は集電タブリード１４が集電タブ支持部２２によって面支持されていることで、電池セル１０の破損をより効果的に防止することができる。特に電池セル支持体２が金属のような熱伝導性の高い材質である場合には、集電タブ支持部２２が集電タブ１３及び／又は集電タブリード１４を面支持して接触することにより、電池セル１０から発生した熱を効果的に放熱することが可能となる。
また、例えば、電池セル支持体２の集電タブ支持部２２が金属のような電気伝導性の高い材質であるような場合には、外装体１２から露出した集電タブリード１４と集電タブ支持部２２とが直接接触すると電気が流れ出る可能性があるため、集電タブ支持部２２は外装体１２を介して集電タブ１３及び／又は集電タブリード１４を支持するように構成されることが好ましい。
バスバー通電部２４は、集電タブリード１４と直接接触して集電タブリード１４を面支持する。そして、この実施形態では、それぞれのバスバー通電部２４が隣接した電池セルの正極同士又は負極同士を接続しており、複数の電池セル１０を並列に接続して構成される。本発明の電池モジュールにおいて電池セル支持体がバスバー通電部を備えることは必須ではなく、バスバー通電部が集電タブリードと直接接触して集電タブリードを面支持することは必須の構成ではないが、図１に記載の電池モジュールのように、バスバー通電部が集電タブリードと直接接触して集電タブリードを面支持することにより、電池セルの破損をより効果的に防止するとともに並列に接続された複数の電池セル１０から発生した電気を介してバスバー通電部２４にまとめることが可能となる。
このように、本実施の形態に係る電池モジュールであれば、電池セルの破損を効果的に防止することができる。そのため、本実施の形態に係る電池モジュールはその用途は特に限定されるものではないが、振動がある中で稼働することが必要となる輸送機（例えば自動車）に用いられることが特に有用である。
次に、本実施の形態に係る電池モジュールを構成する各部材について説明する。
［電池セル］
電池セル１０は、図３に示すように電池１１と、電池１１を収容する外装体１２と、を備える。そして、電池セル１０は、電池１１に接続された集電タブ１３と、集電タブ１３に接続され外装体１２から少なくとも一部が露出した集電タブリード１４を備える。集電タブリード１４は、外装体１２から少なくとも一部が露出していることで、その露出した部分から電気を取り出すことができる。
この電池は、有機電解液を電解質として用いる液系電池セルであっても、ゲル状の電解質を備える電池セルであっても、有機電解液の電解質に代えて、電解質として難燃性の固体電解質を備えた固体電池セルであってもよい。
以下、固体電解質を備えた固体電池及び有機電解液を電解質として用いる電池などの固体電池セル以外の電池についてそれぞれ説明する。
（固体電池）
固体電池は、固体電解質を用いており、正極と、負極と、正極と負極との間に位置し、固体電解質層を備える。そして、正極及び負極には集電タブが接続されている。
正極は、正極集電体と、正極集電体の表面に形成された正極層とを備え、負極は、負極集電体と、負極集電体の一方の表面に形成された負極層とを備える。集電タブは、正極及び負極に接続されており、電池の端面から延出している。集電タブに用いることのできる材質は、従来固体電池に用いられている集電タブと同様の材質を用いることができ、特に制限はされない。
正極は、正極集電体と、正極集電体の一方の表面に形成された正極層とを備えて配置される。
正極集電体層は、正極層の集電を行う機能を有するものであれば、特に限定されず、例えばアルミニウム、アルミニウム合金、ステンレス、ニッケル、鉄及びチタン等を挙げることができ、中でもアルミニウム、アルミニウム合金及びステンレスが好ましい。また、正極集電体の形状としては、例えば、箔状、板状、メッシュ状、発泡状等を挙げることができ、中でも箔状が好ましい。
正極層は、少なくとも正極活物質を含有する層である。正極活物質としては、従来公知のイオン（例えば、リチウムイオン）を放出及び吸蔵することができる材料を適宜選択して用いればよい。正極活物質の具体例としては、コバルト酸リチウム（ＬｉＣｏＯ２）、ニッケル酸リチウム（ＬｉＮｉＯ２）、ＬｉＮｉｐＭｎｑＣｏｒＯ２（ｐ＋ｑ＋ｒ＝１）、ＬｉＮｉｐＡｌｑＣｏｒＯ２（ｐ＋ｑ＋ｒ＝１）、マンガンサンリチウム（ＬｉＭｎ２Ｏ４）、Ｌｉ１＋ｘＭｎ２−ｘ−ｙＭｙＯ４（ｘ＋ｙ＝２、Ｍ＝Ａｌ、Ｍｇ、Ｃｏ、Ｆｅ、Ｎｉ、及びＺｎから選ばれる少なくとも１種）で表される異種元素置換Ｌｉ−Ｍｎスピネル、リン酸金属リチウム（ＬｉＭＰＯ４、Ｍ＝Ｆｅ、Ｍｎ、Ｃｏ、及びＮｉから選ばれる少なくとも１種）等が挙げられる。
負極は、負極集電体と、負極集電体の表面に形成された負極層とを備える。
負極集電体は、負極層の集電を行う機能を有するものであれば特に限定されない。負極集電体の材料としては、例えばニッケル、銅、及びステンレス等を挙げることができる。また、負極集電体の形状としては、例えば、箔状、板状、メッシュ状、発泡状等を挙げることができ、中でも箔状が好ましい。
負極層は、少なくとも負極活物質を含有する層である。負極活物質としては、イオン（例えば、リチウムイオン）を吸蔵・放出可能なものであれば特に限定されるものではなく、例えば、チタン酸リチウム（Ｌｉ４Ｔｉ５Ｏ１２）等のリチウム遷移金属酸化物、ＴｉＯ２、Ｎｂ２Ｏ３及びＷＯ３等の遷移金属酸化物、金属硫化物、金属窒化物、並びにグラファイト、ソフトカーボン及びハードカーボン等の炭素材料、並びに金属リチウム、金属インジウム及びリチウム合金等を挙げることができる。また、負極活物質は、粉末状であってもよく、薄膜状であってもよい。
固体電解質層は、正極及び負極の間に積層され、少なくとも固体電解質材料を含有する層である。固体電解質層に含まれる固体電解質材料を介して、正極活物質及び負極活物質の間のイオン伝導（例えばリチウムイオン伝導）を行うことができる層である。
固体電解質材料としては、イオン伝導性（例えばリチウムイオン伝導性）を有するものであれば特に限定されるものではないが、例えば、硫化物固体電解質材料、酸化物固体電解質材料、窒化物固体電解質材料、ハロゲン化物固体電解質材料等を挙げることができ、中でも、硫化物固体電解質材料が好ましい。酸化物固体電解質材料に比べて、イオン伝導性が高いからである。
（固体電池セル以外の電池セル）
電池は、上記の固体電解質を備えた固体電池に限定されず、電解液を電解質として用いる液系電池であっても、ゲル状の電解質を備える電池であってもよい。
液体電池セルは、例えば、正極と、セパレータと、負極と、がこの順に少なくとも積層された電池積層体と、電解液と、を備える。電解液は、例えば、外装体内に収容される。電解液を電解質として用いる液系電池セルであれば、固体電解質を備えた固体電池と比較して電極と電解質との界面抵抗が小さくすることができる。また、液系電池は量産がすでに確立されているため低コストで製造することができる。
液系電池セルの場合、電解液としては、エチレンカーボネート、プロピレンカーボネート、ジメチルカーボネート、ジエチルカーボネート等の溶媒に、ＬｉＰＦ６、ＬｉＢＦ４、ＬｉＣｌＯ４等の支持塩を溶解したものを挙げることができる。
また、ゲル状の電解質を備える電池セルの場合、ポリフッ化ビニリデン・ヘキサフルオロプロピレン（ＰＶＤＦ−ＨＦＰ）、（ポリ）アクリロニトリル、（ポリ）アクリル酸、ポリメチルメタクリレート等のポリマーと電解液を組み合わせてゲル化した電解質を用いることが好ましい。
なお、電解質以外の正極、負極は、上述した固体電池と同様のものを使用することができる。
［外装体］
外装体１２は、電池１１を収容する外装体である。電池１１を外装体１２によって密閉して収容することにより、電池１１への大気の侵入を防ぐことができる。
外装体１２は、２枚のフィルムで電池を包み込み、互いに対向するフィルムの４つの辺を接合して４つの接合部によって密閉されていてもよいが、この外装体１２は、平面視で長方形形状の電池を収容するように１枚のフィルムが電池の一つの端面で折り返されており、フィルムの端部同士が集電タブ１３や集電タブリード１４を挟持して接合されることで、外装体接合部１２１と、外装体本体部１２２とを備えて構成されることが好ましい。これにより、フィルム同士が接合された外装体接合部を減らしてデッドスペースの形成を抑制し、電池モジュールの体積エネルギー密度を効果的に向上させることができる。
この集電タブ１３や集電タブリード１４の接続端面は、集電タブが同じ端面に接続されるような構成であってもよいし、２つの端面からそれぞれ接続されるような構成であってもよい（例えば図３）。
この集電タブリード１４は、接続端面とは反対側の端部が外装体１２から少なくとも一部が露出して構成される。この露出された集電タブリード１４から電気を取り出すことができる。
フィルムの端部同士が接合された外装体接合部が集電タブの接続端面以外の端面にも存在してもよいが、集電タブが接続された端面以外の端面にこの外装体接合部が存在しないようにすることが好ましい（例えば本願の図１）。フィルム同士が接合された外装体接合部が電池の端面に配置しないようにして、電池モジュールの体積エネルギー密度をより効果的に向上させることができる。
１枚のフィルムが折り返されて形成された外装体は、例えば、特許文献３（ＷＯ２０１９／１８８８２５）に記載された外装体（例えば、特許文献３の図１〜１０に記載の外装体）を挙げることができる。
外装体１２を形成するフィルムは、電池１１を収容する外装体１２を形成することのできるフィルムであれば特に制限はされない。外装体１２を形成するフィルムは、外装体１２に気密性を付与することができるようなフィルムであることが好ましい。
なお、後述するように外装体が電池モジュールの積層方向に延在する延在部を有し、延在部により複数の前記電池セルを固定してもよい。このように外装体が延在する延在部により複数の電池セルを固定することで電池セルの破損をより効果的に防止することができる。また、積層方向に巻回された固定フィルムを備えていなくともよいので、製造工程を削減することが可能となって生産性も向上する。
外装体１２を形成するフィルムは、例えば、アルミニウム箔等の無機物薄膜や、酸化ケイ素や酸化アルミニウム等の無機酸化物薄膜等からなるバリア層を備えることが好ましい。バリア層を備えることにより、外装体１２に気密性を付与することができる。
また、外装体１２を形成するフィルムは、ポリエチレン樹脂等の可撓性樹脂からなるシール層を備えることが好ましい。フィルムに積層されたシール層同士が対向して溶着させることにより接合することができる。そのため、接着剤を塗布する工程が不要となる。尚、外装体１２を形成するフィルムは、シール層を備えていなくてもよい。フィルム同士を接着剤によって接合することにより外装体を形成することもできる。
また、外装体１２を形成するフィルムは、ポリエチレンテレフタレート、ポリエチレンナフタレート、ナイロン、ポリプロピレン等からなる基材層と、上記のバリア層と、上記のシール層と、が積層された積層体を例示することができる。これらの層は、従来公知の接着剤を介して積層されていてもよく、押し出しコート法等によって積層されていてもよい。
外装体１２を形成するフィルムの好ましい厚さは、フィルムに用いられる材質によっても異なるが、５０μｍ以上であることが好ましく、１００μｍ以上であることがより好ましい。外装体１２を形成するフィルムの好ましい厚さは、７００μｍ以下であることが好ましく、２００μｍ以下であることがより好ましい。
外装体１２を形成する１枚のフィルムは、単層のフィルムであっても複数の層が積層体であってもよい。
尚、本発明の１枚のフィルムの形状は多角形状（長方形状）の平面のフィルムであってもよいし、筒状のフィルムであってもよい。
［電池セル支持体］
電池セル支持体２は、電池セル１０の間に挟持され、、電池セル１０の間に電池セル支持体２が挟持されていることで、電池セルの破損を効果的に防止することができる。
電池セル支持体２は、図４（ａ）に示すように本体部２１と、集電タブ支持部２２と、載置プレート固定部２３と、バスバー通電部２４と、放熱部２５と、を備える。
本体部２１は、主に電池セル１０の外装体１２と接触して電池セル１０を支持する電池セル支持体の一部分である。本体部２１が電池セル１０を直接、面支持することにより、電池セルの破損を効果的に防止することができる。
本体部２１は、図４（ａ）に示すように例えば板状のプレートの形状である。本体部２１の厚さは、特に制限されるものではないが、例えば、０．１ｍｍ以上２０ｍｍ以下であることが好ましく、０．２ｍｍ以上１０ｍｍ以下であることがより好ましい。本体部２１の厚さが０．１ｍｍ以上であることで、電池セルの破損をより効果的に防止することができる。本体部２１の厚さが２０ｍｍ以下であることで、デッドスペースの形成を抑制し、電池モジュールの体積エネルギー密度を効果的に向上させることができる。
電池セル支持体が金属のような熱伝導性の高い材質である場合には、本体部２１の厚さが、０．１ｍｍ以上であることにより電池セルから発生した熱をより効果的に放熱することが可能となる。
集電タブ支持部２２は、外装体１２を介して集電タブ１３及び／又は集電タブリード１４を支持する。集電タブ支持部２２は、図４に示すように電池セルの外装体１２（外装体接合部１２１）と所定面積で接触するように構成されている。本発明の電池モジュールにおいて電池セル支持体が集電タブ支持部を備えることは必須ではないが、集電タブ１３及び／又は集電タブリード１４が集電タブ支持部２２によって支持されていることで、電池セルの破損をより効果的に防止することができる。さらに、集電タブ支持部２２が金属のような熱伝導性の高い材質である場合には、集電タブ支持部２２が集電タブ１３を支持（接触）することにより、電池セルから発生した熱を効果的に放熱することが可能となる。
なお、この集電タブ支持部２２は、外装体１２を介して集電タブ１３や集電タブリード１４を支持するものであり、集電タブ１３や集電タブリード１４と直接接触はしない。電気の取り出しを目的として集電タブリード１４と直接接触するバスバー通電部２４とは区別される。
外装体１２を介して集電タブ１３と接触する集電タブ支持部２２の接触面積Ｃは、特に制限されるものではないが、０．１ｃｍ２以上１００ｃｍ２以下であることが好ましく、０．５ｃｍ２以上５０ｃｍ２以下であることがより好ましい。接触面積Ｃが０．１ｃｍ２以上であることで、電池セルの破損をより効果的に防止することができる。電池セル支持体が金属のような熱伝導性の高い材質である場合には、接触面積Ｃが、０．５ｃｍ２以上であることにより電池セルから発生した熱をより効果的に放熱することが可能となる。なお、電池セルと接触する集電タブ支持部２２の接触面積Ｃの上限は特に制限はないが、デッドスペースの形成の抑制や電池セル支持体が金属のような電気伝導性の高い材質である場合に、集電タブとの接触を抑制する観点から、１００ｃｍ２以下であることが好ましい。
載置プレート固定部２３は、電池セル支持体２の下部の両側に配置されており、電池セル支持体２を載置プレート４に固定する。本発明の電池モジュールにおいて電池セル支持体が載置プレート固定部を備えることは必須ではないが、電池セル支持体が載置プレートに固定されていることで、電池セルを効果的に固定することが可能となり、電池セルの破損をより効果的に防止することができる。
なお、図４（ａ）の実施形態において、載置プレート固定部２３は、電池セル支持体２の下部の両側に配置されているが、例えば、後述するように係止部であってもよく、電池セル支持体２の下部の両側に配置されている載置プレート固定部とともに係止部を備えていてもよい。また、ボルトやネジやピン等の軸部品が孔に挿入するための貫通孔が形成されていて、軸部品によって電池セル支持体が載置プレートに固定されていてもよい。
さらに、電池セル支持体が金属のような熱伝導性の高い材質である場合には、電池セル支持体２が載置プレート固定部２３を備えることで、電池セル支持体２と載置プレート固定部２３との接触面積を増加させて、電池セルから発生した熱を効果的に放熱することが可能となる。
バスバー通電部２４は、集電タブリード１４と直接接触し、電池セルから発生した電気を取り出す。本発明の電池モジュールにおいて電池セル支持体がバスバー通電部２４を備えることは必須ではないが、バスバー通電部が集電タブリードと直接接触して集電タブリードを面支持することにより、電池セルの破損をより効果的に防止するとともに複数の電池セルから発生した電気をバスバー通電部２４にまとめることが可能となる。バスバー通電部２４は、電池セルから発生した電気を取り出すために金属のような電気伝導性の高い材質であることが好ましい。バスバー通電部２４以外の電池セル支持体２が金属のような電気伝導性の高い材質である場合には、このバスバー通電部２４は、絶縁体と介して電池セル支持体２に接続されることにより、電池セル１０から発生した電気を取り出すことが可能となる。
電池セル支持体の材質の熱伝導率は、５Ｗ／（ｍ・Ｋ）以上であることが好ましく、２０Ｗ／（ｍ・Ｋ）以上であることがより好ましく、５０Ｗ／（ｍ・Ｋ）以上であることがさらに好ましい。電池セルから発生した熱をより効果的に放熱することが可能となる。
また、電池セル支持体は、電池セルから発生した熱をより効果的に放熱することが可能となることから同一の材質により形成されていることが好ましい。なお、例えば本体部２１と、集電タブ支持部２２と、載置プレート固定部２３と、バスバー通電部２４と、放熱部２５と、がそれぞれ異なるような材質により形成されていてもよい。
図４（ｂ）に他の好ましい電池セル支持体２ａについて示す。図４（ｂ）の電池セル支持体２ａはさらに放熱部２５ａを備える。この放熱部２５ａは、電池セル支持体の端部（例えば図４のように上端部）に形成されており、くし形、鋸型または貫通孔が形成されて構成される。このように、電池セル支持体の表面積を増加させることで、特に電池セル支持体が金属のような熱伝導性の高い材質である場合には、電池セルから発生した熱を効果的に放熱することが可能となる。
電池セル支持体２ａの材質は特に制限はされず、樹脂等の熱伝導性の低い材質により形成されていてもよいが、金属のような熱伝導性の高い材質であることが好ましい。電池セル１０の破損を効果的に防止することができるとともに、電池セル１０から発生した熱を効果的に放熱することが可能となる。
［固定フィルム］
固定フィルムは、複数の電池セル１０を固定することが可能となって、電池セルの破損をより効果的に防止する。固定フィルムは従来公知に用いられている紙、布、フィルム（セロハン、ＯＰＰ、アセテート、ポリイミド、ＰＶＣ等）、金属箔などで構成される粘着テープ等を挙げることができる。
固定フィルムを備える場合には、電池セル支持体は、高さ方向において、固定フィルムが電池セル支持体と干渉しないようにすることが好ましい。具体的には、電池セルの高さ以下の低背部を有し、固定フィルムが電池セル支持体の低背部と重なるようにすることが好ましい。これにより、固定フィルムが電池セル支持体と干渉することを防止でき、複数の電池セルを効果的に固定することができる。
［冷却プレート］
冷却プレート３は、冷却プレート３と電池セル１０とが接触することにより、電池セル１０から発生した熱を放熱する。冷却プレート３は例えば、電池セル１０の載置面に配置される電池セル載置部３１と、電池セル載置部３１から上方向に延在し、電池セル１０の間に挟持される電池セル挟持部３２と、を含む。冷却プレート３の材質は特に制限はされず、金属のような熱伝導性の高い材質であることが好ましい。電池セル１０の破損を効果的に防止することができるとともに、電池セル１０から発生した熱を効果的に放熱することが可能となる。この冷却プレート３は、載置プレートに固定されていてもよい。積層方向への振動が抑制され、電池セル１０の破損を効果的に防止することができる。
冷却プレート３の材質の熱伝導率は、５Ｗ／（ｍ・Ｋ）以上であることが好ましく、２０Ｗ／（ｍ・Ｋ）以上であることがより好ましく、５０Ｗ／（ｍ・Ｋ）以上であることがさらに好ましい。電池セルから発生した熱をより効果的に放熱することが可能となる。
［載置プレート］
載置プレート４は、複数の電池セルを載置する。載置プレート４の材質は特に制限はされず、金属のような熱伝導性の高い材質であることが好ましい。電池セル１０の破損を効果的に防止することができるとともに、電池セル１０から発生した熱を効果的に放熱することが可能となる。
載置プレート４の材質の熱伝導率は、５Ｗ／（ｍ・Ｋ）以上であることが好ましく、２０Ｗ／（ｍ・Ｋ）以上であることがより好ましく、５０Ｗ／（ｍ・Ｋ）以上であることがさらに好ましい。電池セル１０から発生した熱をより効果的に放熱することが可能となる。
［防振材］
複数の電池セル１０は防振材５を介して載置されている。電池セル１０が防振材５を介して載置されていることで、電池セル１０の揺れを効果的に抑制することができる。防振材５の材質は、ウレタンゴムやシリコーンゴムなどの従来公知の材質から形成された防振材であればよい。
＜他の実施形態に係る電池モジュール＞
他の実施形態に係る電池モジュール１Ａの斜視図及び平面図を図５に示す。なお、上記の実施形態と共通する点は省略する。この実施形態では、それぞれのバスバー通電部２４Ａが隣接した電池セルの正極と負極を接続しており、複数の電池セル１０Ａを直列に接続して構成される。このような複数の電池セル１０Ａを直列に接続した構成にして、電気を取り出すことが可能となる。
このように、電池モジュールの要求特性に応じて、電池セルを並列又は直列に接続することも可能である。なお、直列と並列とが混在するような構成にすることで電池モジュールに要求される出力電圧や電池の容量を制御することも可能である。
他の実施形態に係る電池セル１０Ｂの斜視図（図６Ａ）、並びに電池モジュール１Ｂの斜視図（図６Ｂ）及び図６ＢのＸ−Ｘ線での断面図（図６Ｃ）を図６Ａ〜Ｃに示す。なお、上記の実施形態と共通する点は省略する。この実施形態では、図６Ａに示すように、１つの電池セル１０Ｂの外装体が延在する延在部１２３Ｂを有していることを特徴としている。この延在部１２３Ｂは、電池モジュールの積層方向に延在することで複数の電池セル１０Ｂを固定する機能を有する。すなわち、本実施の形態に係る電池モジュール１Ｂにおいては、外装体１２Ｂは、電池１１Ｂへの大気の侵入を防ぐものであるとともに、複数の電池セル１０Ｂを固定する固定フィルムの役割も果たすこととなる。したがって、本実施の形態に係る電池モジュール１Ｂは、上述した積層方向に巻回された固定フィルムを備えていなくともよい。
このように外装体が延在する延在部により複数の電池セルを固定することで電池セルの破損をより効果的に防止することができる。また、積層方向に巻回された固定フィルムを備えていなくともよいので、製造工程を削減することが可能となって生産性も向上する。
この電池セル１０Ｂを備える電池モジュール１Ｂの斜視図（図６Ｂ）及び断面図を（図６Ｃ）を図６Ｂ、Ｃに示す。この実施形態では、電池モジュール１Ｂの両端に配置される２つの電池セル１０Ｂのそれぞれの延在部１２３Ｂが対向するように電池モジュールの積層方向に延在し、延在部１２３Ｂが他の電池セルの外装体と接合して構成される。
電池モジュール１Ｂのように、２つの電池セル１０Ｂのそれぞれの延在部１２３Ｂが対向して延在することで複数の電池セル１０Ｂをより強固に固定することができる。
この実施形態では、延在部が他の電池セルの外装体と接合して構成されているが、複数の電池セルを固定することができれば、外装体と延在部が必ずしも接合されている必要はない。また、例えば、延在部が積層方向に巻回されることで複数の電池セルを固定してもよい。
なお、この実施形態においても電池セル支持体２Ｂは、高さ方向において、電池セル１０Ｂの高さ以下の低背部を有し、電池セル１０Ｂを固定する延在部１２３Ｂは、電池セル支持体２Ｂの低背部と重なることが好ましい。これにより、延出部１２３Ｂが電池セル支持体２Ｂと干渉することを防止でき、複数の電池セル１０Ｂを効果的に固定することができる。
他の実施形態に係る電池モジュール１Ｄに備えられる電池セル支持体２Ｄの斜視図を図７（ａ）に示す。なお、上記の実施形態と共通する点は省略する。この実施形態では、電池セル支持体２Ｄは、載置プレート固定部２３Ｄとして、係止部２３１Ｄを有している。なお、係止部は挟持部により挟持されることで係止することのできる形状を有していればよく、例えば図７（ａ）に示すような厚さ方向に突出した凸形状を有する係止部の他、幅方向に突出した凸形状を有する係止部などが挙げられる。
そして、この実施形態では、載置プレートは挟持部４１Ｄを備えている。図７（ｂ）に示すように、係止部２３１Ｄが載置プレート４Ｄの挟持部４１Ｄに挿入されて、係止部２３１Ｄが挟持部４１Ｄによって挟持されて係止されることとなる。これにより、電池セル支持体２Ｄは載置プレート４Ｄに固定される。
このように電池セル支持体２Ｄを載置プレート４Ｄに固定することで電池セルの破損をより効果的に防止することができる。また、このように挟持部４１Ｄを備えることによって、電池セル支持体の位置決めが容易となるので組み立て性（生産性）も向上する。
挟持部は、電池セル支持体２の係止部２３１Ｄを挟持するものであれば特に制限されないが、弾性体からなる弾性挟持部であることが好ましい。これにより。極めて簡易な構造で係止部２３１Ｄを係止することが可能となる。弾性挟持部としては、例えば、ばね材であればよく、エラストマー等の樹脂や金属等の材質を使用して形成された板バネ状の部材であればよい。
他の実施形態に係る電池モジュール１Ｅの斜視図（図８（ａ））と図８（ａ）の電池モジュールにおいて、点線で囲った部分における拡大正面図（図８（ｂ））を図８に示す。なお、上記の実施形態と共通する点は省略する。この実施形態では、電池セル支持体２Ｅ及び載置プレート４Ｅには孔がそれぞれ対応して形成されており、ボルトやネジやピン等の軸部品７が孔に挿入されることにより、電池セル支持体２Ｅは載置プレート４Ｅに固定される。孔は軸部品を挿入することができればよく、貫通孔であっても非貫通孔であってもよい。なお軸部品７としてボルトを使用する場合には下部にナット等を備えていてもよい。その際、載置プレートは、その下面側から上面側に向かって陥没して形成されたナット配置部を備えていてもよい。
このように電池セル支持体２Ｅを載置プレート４Ｅに固定することで電池セルの破損をより効果的に防止することができる。
上記のような、延在部により複数の電池セルが固定されている電池モジュールや電池セル支持体が載置プレートに固定された電池モジュールであれば、電池セルの破損をより効果的に防止することができる。そのため、本実施の形態に係る電池モジュールはその用途は特に限定されるものではないが、振動がある中で稼働することが必要となり、かつ大型の電池モジュールとしての使用が想定される輸送機（例えば自動車）に用いられることが特に有用である。
また、本実施の形態に係る電池モジュールは固体電池セルが複数並べられた電池モジュールに限定されるものではないが、応力により破損する危険性が高い固体電池セルが複数並べられた電池モジュールに特に好適に使用できる。
以上より本発明の電池モジュールは、電池セルが複数並べられていても、電池セルの破損を効果的に防止することができる。
１、１Ａ、１Ｂ、１Ｄ、１Ｅ 電池モジュール
１０、１０Ａ、１０Ｂ、１０Ｅ 電池セル
１１、１１Ｂ 電池
１２ 外装体
１２１、１２１Ａ、１２１Ｂ、１２１Ｅ 外装体接合部
１２２、１２２Ｂ 外装体本体部
１２３Ｂ 延在部
１３、１３Ｂ 集電タブ
１４、１４Ａ、１４Ｂ、１４Ｅ 集電タブリード
２、２ａ、２Ａ、２Ｂ、２Ｄ、２Ｅ 電池セル支持体
２１、２１ａ、２１Ｂ、２１Ｄ 本体部
２２、２２ａ、２２Ａ、２２Ｂ、２２Ｄ、２２Ｅ 集電タブ支持部
２３、２３ａ、２３Ｂ、２３Ｄ、２３Ｅ 載置プレート固定部
２３１Ｄ 係止部
２４、２４ａ、２４Ａ、２４Ｂ、２４Ｄ、２４Ｅ バスバー通電部
２５ａ 冷却部
３、３Ａ、３Ｂ、３Ｅ 冷却プレート
３１、３１Ａ、３１Ｂ、３１Ｅ 電池セル載置部
３２、３２Ａ、３２Ｂ、３２Ｅ 電池セル挟持部
４、４Ａ、４Ｂ、４Ｄ、４Ｅ 載置プレート
４１Ｄ 挟持部（弾性挟持部）
５、５Ａ、５Ｂ、５Ｅ 防振材
６、６Ａ、６Ｅ 固定フィルム
７ 軸部品

Claims (13)

  1. 電池と、該電池を収容する外装体と、を備える電池セルが複数並べられた電池モジュールであって、
    複数の前記電池セルの間には、前記電池セルを直接、面支持する電池セル支持体が挟持されている、
    電池モジュール。
  2. 前記電池モジュールを積層方向に巻回されることで複数の前記電池セルを固定する固定フィルムを備える、
    請求項１に記載の電池モジュール。
  3. 複数の前記電池セルのうち少なくとも１つの電池セルの外装体が前記電池モジュールの積層方向に延在する延在部を有し、
    前記延在部により複数の前記電池セルを固定する、
    請求項１に記載の電池モジュール。
  4. 複数の前記電池セルのうち２つの電池セルのそれぞれの前記延在部が対向するように前記電池モジュールの積層方向に延在する、
    請求項３に記載の電池モジュール。
  5. 前記電池セル支持体は、前記積層方向と直行する高さ方向において、前記電池セルの高さ以下の低背部を有し、
    前記電池セルを固定する固定フィルム又は延在部は、電池セル支持体の前記低背部と重なる、
    請求項１から４のいずれかに記載の電池モジュール。
  6. 複数の前記電池セルは載置プレートに載置されており、
    前記電池セル支持体は、前記載置プレートに固定されている、
    請求項１から５のいずれかに記載の電池モジュール。
  7. 前記電池セル支持体は係止部を有し、
    前記載置プレートは、前記係止部を挟持可能な挟持部を備え、
    前記挟持部により前記係止部を挟持することで、前記電池セル支持体は前記載置プレートに固定される、
    請求項６に記載の電池モジュール。
  8. 前記載置プレートの前記挟持部は、弾性挟持部である、
    請求項７に記載の電池モジュール。
  9. 前記電池セル支持体及び前記載置プレートには孔がそれぞれ対応して形成されており、
    軸部品が前記孔に挿入されることにより、前記電池セル支持体は前記載置プレートに固定される、
    請求項６から８のいずれかに記載の電池モジュール。
  10. 前記電池セル支持体には放熱部を備える、
    請求項１から９のいずれかに記載の電池モジュール。
  11. 前記電池セルは、前記電池に接続された集電タブと、該集電タブに接続され前記外装体から少なくとも一部が露出した集電タブリードと、を備える、
    請求項１から１０のいずれかに記載の電池モジュール。
  12. 前記電池セル支持体は、前記外装体を介して前記集電タブ及び／又は前記集電タブリードを面支持する集電タブ支持部を備える、
    請求項１１に記載の電池モジュール。
  13. 前記電池セル支持体は、前記集電タブリードと直接接触して前記集電タブリードを面支持するバスバー通電部を備える、
    請求項１１又は１２に記載の電池モジュール。
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