JP2021119558A - Battery pack - Google Patents
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Abstract
Description
本開示は、組電池に関する。 The present disclosure relates to an assembled battery.
特開２００８−１０３２８４号公報（特許文献１）は、電池中央部での膨れを抑制するため、固体電解質層の全面に対して平準な加圧を行うことを開示している。 Japanese Unexamined Patent Publication No. 2008-103284 (Patent Document 1) discloses that the entire surface of the solid electrolyte layer is uniformly pressurized in order to suppress swelling in the central portion of the battery.
組電池は、複数個の単電池を含む。単電池は、例えば、平板状であり得る。例えば、複数個の単電池が、単電池の厚さ方向に積層されることにより、組電池が形成され得る。複数個の単電池は、電気的に直列接続されるか、または電気的に並列接続される。これにより、電池出力と電池容量とが調整される。 The assembled battery includes a plurality of cell batteries. The cell can be, for example, flat. For example, an assembled battery can be formed by stacking a plurality of cells in the thickness direction of the cells. The plurality of cells are electrically connected in series or electrically connected in parallel. As a result, the battery output and the battery capacity are adjusted.
全固体電池が検討されている。全固体電池は、電極積層体を含む。電極積層体は、電極層と固体電解質層とが交互に積層されることにより形成される。電極積層体は、平板状であり得る。電極積層体は、その平面方向に厚さの分布を有する傾向がある。例えば、電極層の積層数、および電極層の面積等が増大するにつれて、電極積層体の中央部が外周部に比して厚くなる傾向がある。 All-solid-state batteries are being considered. The all-solid-state battery includes an electrode laminate. The electrode laminate is formed by alternately laminating electrode layers and solid electrolyte layers. The electrode laminate can be flat. The electrode laminate tends to have a thickness distribution in the plane direction thereof. For example, as the number of laminated electrode layers, the area of the electrode layer, and the like increase, the central portion of the electrode laminated body tends to be thicker than the outer peripheral portion.
電極積層体の中央部が厚くなることにより、単電池も中央部が厚くなる。その結果、隣接する単電池同士は、それらの中央部において互いに接触する。外周部においては、単電池同士の間に隙間が生じる。すなわち、単電池が中央部で支持されることになる。単電池が中央部で支持されている時、組電池の共振周波数が低下しやすい傾向がある。すなわち、耐振動性に改善の余地がある。 As the central portion of the electrode laminate becomes thicker, the central portion of the cell also becomes thicker. As a result, adjacent cells come into contact with each other at their central portions. On the outer peripheral portion, a gap is created between the cells. That is, the cell is supported in the central portion. When the cell is supported in the center, the resonance frequency of the assembled battery tends to decrease. That is, there is room for improvement in vibration resistance.
特に、単電池が全固体電池である時、共振周波数の低下が顕著になり得る。全固体電池は、構成材料が全て固体である。全固体電池は、従来の液系電池等に比して、硬い傾向がある。そのため、全固体電池は、従来の液系電池等に比して、低い共振周波数を有し得る。さらに、硬い全固体電池においては、振動荷重が分散し難いと考えられる。 In particular, when the cell is an all-solid-state battery, the decrease in resonance frequency can be remarkable. The constituent materials of the all-solid-state battery are all solid. All-solid-state batteries tend to be harder than conventional liquid-based batteries and the like. Therefore, the all-solid-state battery may have a lower resonance frequency than the conventional liquid-based battery or the like. Further, in a hard all-solid-state battery, it is considered that the vibration load is difficult to disperse.
本開示の目的は、全固体電池を単電池として含む組電池において、耐振動性を向上させることにある。 An object of the present disclosure is to improve vibration resistance in an assembled battery including an all-solid-state battery as a cell.
以下、本開示の技術的構成および作用効果が説明される。ただし、本開示の作用メカニズムは、推定を含んでいる。作用メカニズムの正否は、特許請求の範囲を限定しない。 Hereinafter, the technical configuration and the action and effect of the present disclosure will be described. However, the mechanism of action of the present disclosure includes estimation. The correctness of the mechanism of action does not limit the scope of claims.
組電池は、複数個の単電池を含む。複数個の単電池の各々は、全固体電池である。複数個の単電池の各々は、平板状である。複数個の単電池は、単電池の厚さ方向に積層されている。
複数個の単電池の各々は、外装体と、電極積層体とを含む。外装体は、電極積層体を収納している。電極積層体は、電極層と固体電解質層とが交互に積層されることにより形成されている。
電極積層体は、平板状である。平面視において、電極積層体は、中央部と、外周部とを含む。外周部は、中央部を取り囲んでいる。外周部は、少なくとも一部に肉厚部を含む。肉厚部は、少なくとも、電極積層体の四隅の角部を含む領域に配置されている。肉厚部は、中央部よりも厚くなっている。
外装体は、平板部を有している。平板部は、電極積層体の収納位置と重なっている。隣接する２個の単電池同士の間において、平板部の面積に対する、隣接する２個の平板部の接触面積の比率が５０％以上である。
The assembled battery includes a plurality of cell batteries. Each of the plurality of cells is an all-solid-state battery. Each of the plurality of cell cells has a flat plate shape. A plurality of cell cells are stacked in the thickness direction of the cell cells.
Each of the plurality of cell cells includes an exterior body and an electrode laminate. The exterior body houses the electrode laminate. The electrode laminate is formed by alternately laminating electrode layers and solid electrolyte layers.
The electrode laminate has a flat plate shape. In a plan view, the electrode laminate includes a central portion and an outer peripheral portion. The outer peripheral portion surrounds the central portion. The outer peripheral portion includes at least a thick portion. The thick portion is arranged at least in a region including the corners of the four corners of the electrode laminate. The thick part is thicker than the central part.
The exterior body has a flat plate portion. The flat plate portion overlaps with the storage position of the electrode laminate. The ratio of the contact area of the two adjacent flat plates to the area of the flat plate between the two adjacent cells is 50% or more.
本開示の電極積層体においては、外周部に肉厚部が形成されている。肉厚部は、平板部よりも厚くなっている。そのため、複数個の単電池の各々は、主に肉厚部によって支持されると考えられる。本開示の新知見によると、外周部の肉厚部において、単電池が支持されている時、共振周波数が低下し難い傾向がある。特に、隣接する２個の単電池同士の間において、平板部の面積に対する、隣接する２個の平板部の接触面積の比率（以下「接触面積比率」とも記される。）が５０％以上である時、共振周波数が高い値で安定する傾向がある。 In the electrode laminate of the present disclosure, a thick portion is formed on the outer peripheral portion. The thick portion is thicker than the flat plate portion. Therefore, it is considered that each of the plurality of cell cells is mainly supported by the thick portion. According to the new findings of the present disclosure, the resonance frequency tends to be difficult to decrease when the cell is supported in the thick portion of the outer peripheral portion. In particular, the ratio of the contact area of the two adjacent flat plates to the area of the flat plate (hereinafter, also referred to as "contact area ratio") between the two adjacent cells is 50% or more. At some point, the resonance frequency tends to stabilize at high values.
図１は、接触面積比率と、共振周波数との関係の一例を示すグラフである。
図１のグラフにおいて、横軸は、接触面積比率を示す。縦軸は、共振周波数を示す。図１の共振周波数は、接触面積比率が１００％である時に「１００％」となるように正規化されている。図１中、白抜きのマーカは実測値を示し、それ以外のマーカは計算値を示す。
FIG. 1 is a graph showing an example of the relationship between the contact area ratio and the resonance frequency.
In the graph of FIG. 1, the horizontal axis represents the contact area ratio. The vertical axis indicates the resonance frequency. The resonance frequency of FIG. 1 is normalized so as to be "100%" when the contact area ratio is 100%. In FIG. 1, the white markers indicate the measured values, and the other markers indicate the calculated values.
図１のグラフ中、円形マーカによるプロットは、単電池が外周部の肉厚部において支持されている時を示している。接触面積比率が５０％以上である時、共振周波数が高い値で安定する傾向がみられる。すなわち、優れた耐振動性が期待される。 In the graph of FIG. 1, the plot by the circular marker shows the time when the cell is supported by the thick portion of the outer peripheral portion. When the contact area ratio is 50% or more, the resonance frequency tends to be stable at a high value. That is, excellent vibration resistance is expected.
他方、図１のグラフ中、三角形マーカによるプロットは、単電池が中央部において支持されている時を示している。単電池が中央部において支持されている時、共振周波数は、接触面積比率に比例して低下する傾向がみられる。 On the other hand, in the graph of FIG. 1, the plot by the triangular marker shows the time when the cell is supported in the central portion. When the cell is supported in the central part, the resonance frequency tends to decrease in proportion to the contact area ratio.
組電池の使用（例えば充放電サイクル等）により、単電池は膨化し得る。組み立て当初の接触面積比率が１００％であっても、組電池の使用に伴って、単電池が膨化することにより、接触面積比率が低下する可能性がある。したがって、単電池が中央部において支持されている時、組み立て当初の接触面積比率が１００％であったとしても、十分な耐振動性が得られない可能性がある。 The use of an assembled battery (eg, charge / discharge cycle, etc.) can cause the cell to swell. Even if the contact area ratio at the beginning of assembly is 100%, the contact area ratio may decrease due to the expansion of the cell unit with the use of the assembled battery. Therefore, when the cell is supported in the central portion, even if the contact area ratio at the time of assembly is 100%, sufficient vibration resistance may not be obtained.
図２は、接触面積比率と、電池容量との関係の一例を示すグラフである。
図２中、ハッチングが施された凡例は、単電池が外周部の肉厚部において支持されている時を示している。ハッチングが施されていない凡例は、単電池が中央部において支持されている時を示している。
FIG. 2 is a graph showing an example of the relationship between the contact area ratio and the battery capacity.
In FIG. 2, the hatched legend shows when the cell is supported by the thick portion of the outer peripheral portion. The unhatched legend shows when the cell is supported in the center.
図２のグラフに示されるように、接触面積比率が、電池容量に及ぼす影響は僅かであると考えられる。さらに、単電池における支持点の位置が、電池容量に及ぼす影響も僅かであると考えられる。外周部に肉厚部が導入されても、電池容量は、実質的に減少しないと考えられる。 As shown in the graph of FIG. 2, it is considered that the influence of the contact area ratio on the battery capacity is small. Further, it is considered that the position of the support point in the cell has little influence on the battery capacity. It is considered that the battery capacity does not substantially decrease even if the thick portion is introduced in the outer peripheral portion.
以下、本開示の実施形態（以下「本実施形態」とも記される。）が説明される。ただし、以下の説明は、特許請求の範囲を限定しない。 Hereinafter, embodiments of the present disclosure (hereinafter, also referred to as “the present embodiment”) will be described. However, the following description does not limit the scope of claims.
本実施形態において、例えば「６０％から１００％」等の記載は、特に断りのない限り、境界値を含む範囲を示す。例えば「６０％から１００％」は、「６０％以上１００％以下」の範囲を示す。 In the present embodiment, for example, the description such as "60% to 100%" indicates a range including a boundary value unless otherwise specified. For example, "60% to 100%" indicates a range of "60% or more and 100% or less".
＜組電池＞
図３は、本実施形態の組電池の一例を示す概略断面図である。
組電池２００は、複数個の単電池１００を含む。単電池１００の個数は、任意である。組電池２００は、例えば、２個以上１００個以下の単電池１００を含んでいてもよい。
<Assembled battery>
FIG. 3 is a schematic cross-sectional view showing an example of the assembled battery of the present embodiment.
The assembled
複数個の単電池１００は、電気的に直列接続されていてもよい。複数個の単電池１００は、電気的に並列接続されていてもよい。複数個の単電池１００の各々は、平板状である。複数個の単電池１００は、単電池１００の厚さ方向（図３のｚ軸方向）に積層されている。
The plurality of
組電池２００は、複数個の単電池１００を含む限り、任意の部材をさらに含んでいてもよい。組電池２００は、例えば、拘束部材（不図示）等をさらに含んでいてもよい。拘束部材は、例えば、一対のエンドプレートと、連結バンドとを含んでいてもよい。一対のエンドプレートは、複数個の単電池１００の両端に配置される。連結バンドが一対のエンドプレートを連結することにより、複数個の単電池１００が一対のエンドプレートに挟持される。これにより、複数個の単電池１００に対して、拘束圧が加えられる。例えば、拘束圧の大きさにより、接触面積比率が調整されてもよい。
The assembled
組電池２００は、例えば、冷却板（不図示）等をさらに含んでいてもよい。冷却板には、例えば、冷媒流路等が設けられていてもよい。
The assembled
《単電池》
複数個の単電池１００の各々は、外装体９０と、電極積層体５０とを含む。外装体９０は、電極積層体５０を収納している。外装体９０は、例えば、アルミラミネートフィルム製のパウチ等であってもよい。外装体９０は、例えば、金属製のケース等であってもよい。外装体９０は、密封されていてもよい。例えば、アルミラミネートフィルム製のパウチは、熱溶着により密封され得る。
《Single battery》
Each of the plurality of
《電極積層体》
複数個の単電池１００の各々は、全固体電池である。電極積層体５０は、電極層と固体電解質層３０とが交互に積層されることにより形成されている。本実施形態における固体電解質は、例えば、硫化物固体電解質等を含んでいてもよい。硫化物固体電解質は、例えば、硫化リンリチウム等を含んでいてもよい。本実施形態における固体電解質は、例えば、酸化物固体電解質等を含んでいてもよい。
<< Electrode laminate >>
Each of the plurality of
図４は、電極積層体の平面図である。図５は、図４のＡ−Ａ’断面図である。
図５中、正極層１０および負極層２０が、電極層に相当する。正極層１０は、正極活物質を少なくとも含む。正極活物質は、任意の成分を含み得る。正極活物質は、例えば、ニッケルコバルトマンガン酸リチウム、ニッケルコバルトアルミン酸リチウム、およびリン酸鉄リチウムからなる群より選択される少なくとも１種を含んでいてもよい。正極層１０は、固体電解質、導電材、バインダ、正極集電箔等をさらに含んでいてもよい。正極集電箔は、例えば、アルミニウム箔等を含んでいてもよい。
FIG. 4 is a plan view of the electrode laminate. FIG. 5 is a cross-sectional view taken along the line AA'of FIG.
In FIG. 5, the
負極層２０は、負極活物質を少なくとも含む。負極活物質は、任意の成分を含み得る。負極活物質は、例えば、チタン酸リチウム、黒鉛、珪素、および酸化珪素からなる群より選択される少なくとも１種を含んでいてもよい。負極層２０は、導電材、バインダ、負極集電箔等をさらに含んでいてもよい。負極集電箔は、例えば、ニッケル箔等を含んでいてもよい。
The
固体電解質層３０は、正極層１０と負極層２０との間に介在している。固体電解質層３０は、正極層１０と負極層２０とを物理的に分離している。固体電解質層３０は、固体電解質を少なくとも含む。固体電解質層３０は、バインダ等をさらに含んでいてもよい。
The solid electrolyte layer 30 is interposed between the
《肉厚部》
電極積層体５０は、平板状である。平面視（図４の平面図）において、電極積層体５０は、中央部５１と、外周部５２とを含む。外周部５２は、中央部５１を取り囲んでいる。外周部５２は、少なくとも一部に肉厚部５３を含む。肉厚部５３は、少なくとも、電極積層体５０の四隅の角部を含む領域に配置されている。肉厚部５３は、例えば、電極積層体５０の外周に沿って延びていてもよい。例えば、外周部５２の全部が肉厚部５３であってもよい。例えば、外周部５２のうち、相対する二辺に肉厚部５３が形成されていてもよい。
《Thick part》
The
肉厚部５３の幅寸法（図４のｙ軸方向の寸法）は、例えば、１ｍｍから１０ｍｍであってもよい。肉厚部５３は、中央部５１よりも厚くなっている。肉厚部５３は、中央部５１に比して、例えば１０μｍから１ｍｍ厚くなっていてもよい。例えば、図３に示されるように、肉厚部５３は、単電池１００を支持し得る。これにより、耐振動性の向上が期待される。
The width dimension of the wall thickness portion 53 (dimension in the y-axis direction in FIG. 4) may be, for example, 1 mm to 10 mm. The
図６は、参考形態の組電池の一例を示す概略断面図である。
図６の単電池は、外周部に肉厚部を有していない。単電池は、中央部で支持されている。図１に示されるように、単電池が中央部で支持されている時、共振周波数が低下しやすい傾向がある。
FIG. 6 is a schematic cross-sectional view showing an example of the assembled battery of the reference form.
The cell cell of FIG. 6 does not have a thick portion on the outer peripheral portion. The cell is supported in the center. As shown in FIG. 1, when the cell is supported in the central portion, the resonance frequency tends to decrease.
《肉厚部の形成方法》
例えば、下記（１）から（３）の方法により、電極積層体５０の形成前に、肉厚部５３となるべき部分が形成されてもよい。
<< Method of forming thick part >>
For example, a portion to be a
（１） 例えば、電極層にプレス加工が施されてもよい。例えば、電極層のプレス加工において、外周部５２のプレス圧が、中央部５１のプレス圧よりも低く調整されることにより、肉厚部５３となるべき部分が形成されてもよい。
(1) For example, the electrode layer may be pressed. For example, in the press working of the electrode layer, the press pressure of the outer
（２） 例えば、電極材料の塗布により、肉厚部５３となるべき部分が形成されてもよい。例えば、電極材料の塗布により電極層が形成される時、電極層の中央部５１における塗布量に比して、電極層の外周部５２における塗布量が多く調整されてもよい。
(2) For example, by applying the electrode material, a portion to be a
（３） 例えば、炭素材料の塗布により、肉厚部５３となるべき部分が形成されてもよい。すなわち、炭素材料が電極層の外周部５２に塗布されることにより、炭素層が形成されてもよい。例えば、炭素材料を含むペースト等が使用されてもよい。炭素層は、例えば、１μｍから１０μｍの厚さを有していてもよい。
(3) For example, by applying a carbon material, a portion to be a
なお、上記（１）から（３）の方法において、電極積層体５０は、肉厚部５３となるべき部分を有する電極層を、少なくとも１層含んでいればよい。例えば、電極積層体５０の最外層となる電極層のみが肉厚部５３となるべき部分を有していてもよい。最外層以外の電極層も、肉厚部５３となるべき部分を有していてもよい。
In the methods (1) to (3) above, the
例えば、下記（４）から（６）の方法により、電極積層体５０の形成後に、肉厚部５３が形成されてもよい。
For example, the
（４） 例えば、電極積層体５０にプレス加工が施されてもよい。例えば、電極積層体５０のプレス加工において、外周部５２のプレス圧が、中央部５１のプレス圧よりも低く調整されることにより、肉厚部５３が形成されてもよい。
(4) For example, the
（５） 例えば、電極積層体５０の外面において、外周部５２に炭素材料が塗布されることにより、肉厚部５３（炭素層）が形成されてもよい。
(5) For example, on the outer surface of the
（６） 例えば、電極積層体５０の外面において、外周部５２に樹脂材料が塗布されることにより、肉厚部５３（樹脂層）が形成されてもよい。
(6) For example, on the outer surface of the
例えば、上記（１）から（６）の方法の中から、２つの以上の方法が選択され、２つ以上の方法が組み合わされることにより、肉厚部５３が形成されてもよい。
For example, the
《平板部》
図３に示されるように、外装体９０は、平板部９１を有している。平板部９１は、電極積層体５０の収納位置と重なっている。例えば、平板部９１の面積のうち５０％から１００％が、電極積層体５０の収納位置と重なっていてもよい。例えば、平板部９１の面積のうち８０％から１００％が、電極積層体５０の収納位置と重なっていてもよい。例えば、平板部９１の面積のうち９０％から１００％が、電極積層体５０の収納位置と重なっていてもよい。
《Flat plate part》
As shown in FIG. 3, the
《接触面積比率》
隣接する２個の単電池１００同士の間において、平板部９１の面積に対する、隣接する２個の平板部９１の接触面積の比率（「接触面積比率」）は、５０％以上である。図１に示されるように、接触面積比率が５０％以上であることにより、共振周波数が高い値で安定することが期待される。
《Contact area ratio》
The ratio of the contact area of the two adjacent
接触面積比率は、例えば、６０％から１００％であってもよい。接触面積比率は、例えば、７０％から１００％であってもよい。接触面積比率は、例えば、８０％から１００％であってもよい。接触面積比率は、例えば、９０％から１００％であってもよい。 The contact area ratio may be, for example, 60% to 100%. The contact area ratio may be, for example, 70% to 100%. The contact area ratio may be, for example, 80% to 100%. The contact area ratio may be, for example, 90% to 100%.
さらに、接触面積比率が５０％以上であることにより、出力の向上が期待される。下記表１に、接触面積比率と、組電池２００の出力との関係の一例が示される。
Further, when the contact area ratio is 50% or more, the output is expected to be improved. Table 1 below shows an example of the relationship between the contact area ratio and the output of the assembled
上記表１における出力は、接触面積比率が１００％である時に「１００％」となるように正規化されている。上記表１に示されるように、接触面積比率が５０％以上であることにより、９５％以上の出力が期待される。 The output in Table 1 above is normalized to be "100%" when the contact area ratio is 100%. As shown in Table 1 above, when the contact area ratio is 50% or more, an output of 95% or more is expected.
本実施形態は、全ての点で例示である。本実施形態は、制限的ではない。特許請求の範囲の記載によって確定される技術的範囲は、特許請求の範囲と均等の意味における全ての変更を包含する。特許請求の範囲の記載によって確定される技術的範囲は、特許請求の範囲の記載と均等の範囲内における全ての変更も包含する。 This embodiment is exemplary in all respects. This embodiment is not restrictive. The technical scope defined by the description of the scope of claims includes all changes in the sense equivalent to the scope of claims. The technical scope defined by the description of the scope of claims also includes all changes within the scope equivalent to the description of the scope of claims.
１０ 正極層、２０ 負極層、３０ 固体電解質層、５０ 電極積層体、５１ 中央部、５２ 外周部、５３ 肉厚部、９０ 外装体、９１ 平板部、１００ 単電池、２００，３００ 組電池。 10 positive electrode layer, 20 negative electrode layer, 30 solid electrolyte layer, 50 electrode laminate, 51 central part, 52 outer peripheral part, 53 thick part, 90 exterior body, 91 flat plate part, 100 single batteries, 200, 300 sets of batteries.
Claims (1)
複数個の前記単電池の各々は、全固体電池であり、
複数個の前記単電池の各々は、平板状であり、
複数個の前記単電池は、前記単電池の厚さ方向に積層されており、
複数個の前記単電池の各々は、外装体と、電極積層体とを含み、
前記外装体は、前記電極積層体を収納しており、
前記電極積層体は、電極層と固体電解質層とが交互に積層されることにより形成されており、
前記電極積層体は、平板状であり、
平面視において、前記電極積層体は、中央部と、外周部とを含み、
前記外周部は、前記中央部を取り囲んでおり、
前記外周部は、少なくとも一部に肉厚部を含み、
前記肉厚部は、少なくとも、前記電極積層体の四隅の角部を含む領域に配置されており、
前記肉厚部は、前記中央部よりも厚くなっており、
前記外装体は、平板部を有しており、
前記平板部は、前記電極積層体の収納位置と重なっており、
隣接する２個の前記単電池同士の間において、前記平板部の面積に対する、隣接する２個の前記平板部の接触面積の比率が５０％以上である、
組電池。 Includes multiple cells
Each of the plurality of cells is an all-solid-state battery.
Each of the plurality of cells is flat and has a flat plate shape.
The plurality of the cells are stacked in the thickness direction of the cells.
Each of the plurality of cells includes an exterior body and an electrode laminate.
The exterior body houses the electrode laminate, and the exterior body contains the electrode laminate.
The electrode laminate is formed by alternately laminating electrode layers and solid electrolyte layers.
The electrode laminate has a flat plate shape and has a flat plate shape.
In a plan view, the electrode laminate includes a central portion and an outer peripheral portion.
The outer peripheral portion surrounds the central portion, and the outer peripheral portion surrounds the central portion.
The outer peripheral portion includes at least a thick portion, and the outer peripheral portion includes a thick portion.
The thick portion is arranged at least in a region including the corners of the four corners of the electrode laminate.
The thick portion is thicker than the central portion,
The exterior body has a flat plate portion and has a flat plate portion.
The flat plate portion overlaps with the storage position of the electrode laminate.
The ratio of the contact area of the two adjacent flat plates to the area of the flat plate between the two adjacent cells is 50% or more.
Batteries assembled.
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