JP2023080893A - 蓄電モジュールの製造方法及び蓄電モジュール - Google Patents

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Abstract

【課題】各蓄電セルの内圧が適正であることを保証可能な蓄電モジュールの製造方法及び蓄電モジュールを提供すること。【解決手段】蓄電モジュール１の製造方法は、各々が注液口１６ｈを有する少なくとも１つの蓄電セル１０を準備する準備工程と、注液部材の封止部材２０を取り付け固定する固定工程と、封止部材２０の形状を測定する測定工程と、蓄電セル１０内を減圧する減圧工程と、減圧工程後に封止部材２０の形状を再度測定する再測定工程と、測定工程における測定結果と再測定工程における測定結果とに基づいて封止部材２０の変位量を算出するとともに、その変位量が基準値以上であるときに蓄電セル１０の内圧が適正であると判定する判定工程と、を備える。【選択図】図１

Description

本開示は、蓄電モジュールの製造方法及び蓄電モジュールに関する。
例えば、特許文献１には、二次電池のケースの変形量に基づいてケース内でのガスの発生を判別する方法が開示されている。
特開２０２１－６４４８９号公報
二次電池（セル）の使用によって、セルのケース内部においてガスが発生する場合がある。このため、製造時におけるセルの内圧の保証が求められる。
本開示の目的は、各蓄電セルの内圧が適正であることを保証可能な蓄電モジュールの製造方法及び蓄電モジュールを提供することである。
本開示の一局面に従った蓄電モジュールの製造方法は、各々が電解液を注入するための注液口を有する注液部材を含む少なくとも１つの蓄電セルを準備する準備工程と、可撓性を有しかつ前記注液口を封止可能な封止部材で前記注液口が覆われるように前記注液部材に前記封止部材を取り付け固定する固定工程と、前記注液部材に固定された前記封止部材の形状を測定する測定工程と、前記測定工程後に前記蓄電セル内を減圧する減圧工程と、前記減圧工程後に前記蓄電セルを封止する封止工程と、前記封止工程後に前記封止部材の形状を再度測定する再測定工程と、前記測定工程における測定結果と前記再測定工程における測定結果とに基づいて前記封止部材の変位量を算出するとともに、その変位量が基準値以上であるときに前記蓄電セルの内圧が適正であると判定する判定工程と、を備える。
また、本開示の一局面にしたがった蓄電モジュールは、各々が電解液を注入するための注液口を有する少なくとも１つの蓄電セルと、可撓性を有し、かつ、前記少なくとも１つの蓄電セルの前記注液口を封止する封止部材と、を備え、前記少なくとも１つの蓄電セルは、前記注液口を有する注液部材を含み、前記注液部材は、環状に形成されており前記封止部材を受ける受け面を有し、前記封止部材は、前記受け面に接する環状接触部と、前記環状接触部の内側に位置する内側部と、を含み、前記内側部は、前記環状接触部から窪んでおり、前記蓄電セルの内圧は、大気圧以下である。
本開示によれば、各蓄電セルの内圧が適正であることを保証可能な蓄電モジュールの製造方法及び蓄電モジュールを提供することができる。
本開示の一実施形態における蓄電モジュールの製造方法で製造された蓄電セルを概略的に示す斜視図である。 図１に示される蓄電モジュールの平面図である。 図２におけるＩＩＩ－ＩＩＩ線での断面図である。 蓄電モジュールの注液口が閉塞される前の状態を示す斜視図である。 閉塞工程後における注液部材及び封止部材の断面図である。 測定工程を概略的に示す斜視図である。 減圧工程後における注液部材及び封止部材の断面図である。 蓄電セルの内圧の大気圧からの減圧度と封止部材の変位量との関係を示すグラフである。 注液部材の変形例を概略的に示す平面図である。 注液部材の変形例を概略的に示す平面図である。 注液部材の変形例を概略的に示す平面図である。
本開示の実施形態について、図面を参照して説明する。なお、以下で参照する図面では、同一またはそれに相当する部材には、同じ番号が付されている。
図１は、本開示の一実施形態における蓄電モジュールの製造方法で製造された蓄電セルを概略的に示す斜視図である。図２は、図１に示される蓄電モジュールの平面図である。図３は、図２におけるＩＩＩ－ＩＩＩ線での断面図である。この蓄電モジュール１は、例えば、車両に搭載される。
図１から図３に示されるように、本実施形態の蓄電モジュール１は、複数の蓄電セル１０と、封止部材２０と、を備えている。
複数の蓄電セル１０は、一方向（図３における左右方向）に並ぶように配置されている。本実施形態では、蓄電モジュール１は、前記一方向に並ぶように配置された３０個の蓄電セル１０を含んでいる。各蓄電セル１０の内圧は、大気圧以下の適正値に保持されている。図３に示されるように、各蓄電セル１０は、バイポーラ型セルで構成されている。すなわち、各蓄電セル１０は、集電部材１１と、正極活物質層１２と、負極活物質層１３と、セパレータ１４と、固定部材１５と、注液部材１６と、電解液（図示略）と、を有している。なお、図３では省略されているが、実際には一方向に２０個の蓄電セル１０が並んでいる。
集電部材１１は、平板状に形成されている。正極の場合、集電部材１１は、例えばアルミニウム箔で構成され、負極の場合、集電部材１１は、例えば銅箔で構成される。ただし、集電部材１１は、ニッケル箔や、ステンレス箔や、アルミニウム箔と銅箔とを組み合わせたクラッド箔等で構成されてもよい。
正極活物質層１２は、集電部材１１の一方の面に設けられている。負極活物質層１３は、集電部材１１の他方の面に設けられている。
セパレータ１４は、一の集電部材１１に設けられた正極活物質層１２と、前記一の集電部材１１に隣接する集電部材１１に設けられた負極活物質層１３と、の間に設けられている。
一方向に並ぶ複数の蓄電セル１０のうち集電部材１１の厚み方向における一方側の端部に配置された集電部材１１には、正極タブ（図示略）が接続されている。一方向に並ぶ複数の蓄電セル１０のうち前記厚み方向における他方側の端部に配置された集電部材１１には、負極タブ（図示略）が接続されている。
固定部材１５は、各集電部材１１の周縁部同士を固定している。固定部材１５は、例えば、樹脂からなる。固定部材１５には、蓄電セル１０内と外部とを連通させる連通口１５ｈが設けられている。
注液部材１６は、固定部材１５に固定されている。より詳細には、注液部材１６は、連通口１５ｈを包囲するように固定部材１５に固定されている。注液部材１６は、例えば、樹脂からなる。図１及び図３に示されるように、注液部材１６は、蓄電セル１０外から蓄電セル１０内に電解液を注入するための注液口１６ｈを有している。注液口１６ｈは、連通口１５ｈと連通している。本実施形態では、注液部材１６は、注液口１６ｈを規定する筒状、より詳細には、四角筒状に形成されている。ただし、注液部材１６は、四角筒状に限られず、円筒状等に形成されてもよい。なお、図３では、発明をわかりやすくするために、１つの蓄電セル１０を取り囲む固定部材１５の部分に対して１つの注液部材１６が取り付けられた概略図を示しているが、これに限らず、積層された複数の蓄電セル１０を取り囲む固定部材１５の部分に対して１つの注液部材１６が取りつけられる構成であってもよい。
図１及び図３に示されるように、注液部材１６は、封止部材２０を受ける受け面１６ａを有している。受け面１６ａは、平坦に形成されている。
封止部材２０は、可撓性を有し、かつ、注液口１６ｈを封止可能である。封止部材２０は、シート状に形成された樹脂からなる。図２及び図３に示されるように、封止部材２０は、環状接触部２１と、内側部２２と、を有している。
環状接触部２１は、注液部材１６の受け面１６ａに接している。環状接触部２１は、受け面１６ａに溶着されている。
内側部２２は、環状接触部２１の内側に位置している。図３に示されるように、内側部２２は、環状接触部２１から窪んでいる。
次に、図４から図８を参照しながら、蓄電モジュール１の製造方法について説明する。この製造方法は、準備工程と、固定工程と、測定工程と、減圧工程と、封止工程と、再測定工程と、判定工程と、を含んでいる。
準備工程では、上述した蓄電セル１０を備える蓄電モジュール１が準備される。図４は、４つの蓄電モジュールが前記一方向における両側から一対の押さえ板５０で挟持された状態を示している。なお、図４では、一対の押さえ板５０の一方の図示は省略されている。また、図４は、４つの蓄電モジュールが一方向に並んだ状態の概略図を示しており、各蓄電モジュールにおける注液部材１６の数は図１のものとは異なっている。この状態において、各注液口１６ｈ及び連通口１５ｈを通じて蓄電セル１０内に電解液が注入される。
固定工程では、注液部材１６に封止部材２０が固定される。具体的には、封止部材２０が注液部材１６の受け面１６ａに載置され固定される。例えば、封止部材２０は、注液部材１６の受け面１６ａに溶着されることで固定される。このとき、受け面１６ａの一部と封止部材２０の一部とは溶着されずに隙間が形成される。
測定工程では、蓄電セル１０内を減圧する前における、注液口１６ｈを覆うように注液部材１６に取り付けられた状態の封止部材２０の形状が測定される。図６に示されるように、測定工程では、測定装置１００が用いられ、光切断法やパターンプロジェクション法等により封止部材２０の三次元形状が測定される。
減圧工程では、測定工程後の蓄電モジュール１において、蓄電セル１０内が減圧される。この工程では、例えば、注液部材１６に封止部材２０が固定された状態の蓄電モジュール１がチャンバ内に配置され、チャンバ内を真空引きすることによって蓄電セル１０内が大気圧以下となるまで減圧される。このとき、蓄電セル１０内のガスは、注液部材１６の受け面１６ａと封止部材２０との隙間を通じて蓄電セル１０外に排出される。なお、封止部材２０や注液部材１６にガス抜き孔が設けられ、そのガス抜き孔を通じて蓄電セル１０内のガスが蓄電セル１０外に排出されてもよい。
封止工程は、減圧工程後、あるいは、チャンバ内の真空引きを継続した状態において行われる。具体的には、封止部材２０の環状接触部２１と注液部材１６の受け面１６ａとの間の隙間が溶着されることにより、注液口１６ｈが閉塞される。これにより、蓄電セル１０内が減圧された状態で蓄電セル１０が密封される。
再測定工程では、封止工程で蓄電セル１０が封止された状態の蓄電モジュール１における減圧工程後の封止部材２０の形状が再度測定される。具体的には、チャンバ内から例えば大気圧下に蓄電モジュール１が取り出される。このとき、図７に示されるように、封止部材２０は、その内側部２２が環状接触部２１に対して蓄電セル１０内に向けて窪むように変形する。その後、前記測定工程と同様に、測定装置１００によって封止部材２０の三次元形状が測定される。なお、図７には、変形前の封止部材２０が二点鎖線で示されている。
判定工程では、測定工程における測定結果と再測定工程における測定結果とに基づいて封止部材２０の変位量Ｄ（図７を参照）が算出されるとともに、その変位量Ｄが基準値Ｄ１以上であるときに蓄電セル１０の内圧Ｐが適正であると判定される。なお、変位量Ｄは、例えば、減圧工程の前後における内側部２２の中央部の変位とされることが好ましい。
図８は、封止部材２０の変位量Ｄと蓄電セル１０の内圧Ｐの大気圧からの減圧度との関係を示すグラフである。図８に示されるように、蓄電セル１０の減圧度が高くなるほど、変位量Ｄが大きくなることがわかる。シミュレーション及び予備実験により、変位量ＤがＤ１以上になると、蓄電セル１０の内圧Ｐが大気圧以下の適正値Ｐ１以下となることを確認している。このため、判定工程では、変位量Ｄが基準値Ｄ１以上であるときに蓄電セル１０の内圧Ｐが適正であると判定される。なお、図８において、蓄電セル１０の内圧が適正値Ｐ１よりも大きな範囲には、斜線が施されている。
以上のように、この蓄電モジュール１の製造方法では、判定工程において、減圧工程の前後における封止部材２０の形状に基づいて封止部材２０の変位量Ｄが算出され、その変位量Ｄが基準値Ｄ１以上であるときに蓄電セル１０の内圧Ｐが適正であると判定される。よって、各蓄電セル１０の内圧Ｐが適正である蓄電モジュール１が製造される。
なお、上記実施形態では、蓄電モジュール１として、バイポーラ型蓄電モジュールが例示されたが、蓄電モジュール１は、これに限られない。なお、バイポーラ型セルとは、一枚の集電部材１１の一方の面に正極活物質層１２が設けられるとともに、他方の面に負極活物質層１３が設けられた構造が、セパレータ１４を挟んで複数積層された構造を有するセルである。
また、図９に示されるように、前記一方向（集電部材１１、正極活物質層１２及び負極活物質層１３の積層方向）に並ぶ３個の注液部材１６は、互いにつながっていてもよい。この場合、互いにつながっている３つの注液部材１６における各々の注液口１６ｈが１つの封止部材２０によってまとめて閉塞されてもよい。
あるいは、図１０に示されるように、前記一方向と直交する方向に並ぶ１０個の注液部材１６は、互いにつながっていてもよい。
あるいは、図１１に示されるように、全ての注液部材１６は、互いにつながっていてもよい。
上述した例示的な実施形態は、以下の態様の具体例であることが当業者により理解される。
上記実施形態における蓄電モジュールの製造方法は、各々が電解液を注入するための注液口を有する注液部材を含む少なくとも１つの蓄電セルを準備する準備工程と、可撓性を有しかつ前記注液口を封止可能な封止部材で前記注液口が覆われるように前記注液部材に前記封止部材を取り付け固定する固定工程と、前記注液部材に固定された前記封止部材の形状を測定する測定工程と、前記測定工程後に前記蓄電セル内を減圧する減圧工程と、前記減圧工程後に前記蓄電セルを封止する封止工程と、前記封止工程後に前記封止部材の形状を再度測定する再測定工程と、前記測定工程における測定結果と前記再測定工程における測定結果とに基づいて前記封止部材の変位量を算出するとともに、その変位量が基準値以上であるときに前記蓄電セルの内圧が適正であると判定する判定工程と、を備える。
この蓄電モジュールの製造方法では、判定工程において、減圧工程の前後における封止部材の形状に基づいて封止部材の変位量が算出され、その変位量が基準値以上であるときに蓄電セルの内圧が適正であると判定される。よって、各蓄電セルの内圧が適正である蓄電モジュールを製造することができる。
また、前記固定工程では、前記注液部材と前記封止部材との間に隙間が形成されるように前記封止部材を前記注液部材に固定し、前記減圧工程では、前記隙間を通じて前記蓄電セル内のガスを排出することによって前記蓄電セル内を減圧し、前記封止工程では、前記隙間が閉塞されるように前記封止部材を前記注液部材に溶着することによって前記蓄電セル内を密封することが好ましい。
この態様では、注液口が減圧用にも利用されるため、蓄電セルに減圧専用の開口が設けられる場合に比べて構造が簡素化される。
また、前記準備工程で準備される前記少なくとも１つの蓄電セルは、複数の蓄電セルを含み、前記複数の蓄電セルにおける各々の前記注液部材のうち２以上の注液部材は、互いにつながっていてもよい。この場合において、前記固定工程では、互いにつながっている２以上の前記注液部材における前記注液口が１つの前記封止部材によってまとめて覆われることが好ましい。
この態様では、各注液口に対応する封止部材が準備される場合に比べ、封止部材の数が減少するため、封止部材の管理や取り扱いが簡素化される。また、隣り合う注液部材同士における境界の枠部分が共通になることで封止部材の注液部材に対する溶着箇所が減少するため、生産が容易になる。
また、前記準備工程では、前記蓄電セルとして、バイポーラ型の蓄電セルを準備することが好ましい。
蓄電セルとしてバイポーラ型セルを含む蓄電モジュールでは、複数の蓄電セルのうち前記一方向における最も外側に配置された蓄電セル以外の蓄電セルについては、外観に基づいて蓄電セルの内圧を判断することが困難であるため、上記効果が特に顕著となる。
また、本開示の一局面にしたがった蓄電モジュールは、各々が電解液を注入するための注液口を有する少なくとも１つの蓄電セルと、可撓性を有し、かつ、前記少なくとも１つの蓄電セルの前記注液口を封止する封止部材と、を備え、前記少なくとも１つの蓄電セルは、前記注液口を有する注液部材を含み、前記注液部材は、環状に形成されており前記封止部材を受ける受け面を有し、前記封止部材は、前記受け面に接する環状接触部と、前記環状接触部の内側に位置する内側部と、を含み、前記内側部は、前記環状接触部から窪んでおり、前記蓄電セルの内圧は、大気圧以下である。
なお、今回開示された実施形態はすべての点で例示であって、制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上記した実施形態の説明ではなく特許請求の範囲によって示され、さらに特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれる。
１ 蓄電モジュール、１０ 蓄電セル、１１ 集電部材、１２ 正極活物質層、１３ 負極活物質層、１４ セパレータ、１５ 固定部材、１５ｈ 連通口、１６ 注液部材、１６ａ 受け面、１６ｈ 注液口、２０ 封止部材、２１ 環状接触部、２１ｈ 貫通孔、２２ 内側部。

Claims (5)

  1. 各々が電解液を注入するための注液口を有する注液部材を含む少なくとも１つの蓄電セルを準備する準備工程と、
    可撓性を有しかつ前記注液口を封止可能な封止部材で前記注液口が覆われるように前記注液部材に前記封止部材を取り付け固定する固定工程と、
    前記注液部材に固定された前記封止部材の形状を測定する測定工程と、
    前記測定工程後に前記蓄電セル内を減圧する減圧工程と、
    前記減圧工程後に前記蓄電セルを封止する封止工程と、
    前記封止工程後に前記封止部材の形状を再度測定する再測定工程と、
    前記測定工程における測定結果と前記再測定工程における測定結果とに基づいて前記封止部材の変位量を算出するとともに、その変位量が基準値以上であるときに前記蓄電セルの内圧が適正であると判定する判定工程と、を備える、蓄電モジュールの製造方法。
  2. 前記固定工程では、前記注液部材と前記封止部材との間に隙間が形成されるように前記封止部材を前記注液部材に固定し、
    前記減圧工程では、前記隙間を通じて前記蓄電セル内のガスを排出することによって前記蓄電セル内を減圧し、
    前記封止工程では、前記隙間が閉塞されるように前記封止部材を前記注液部材に溶着することによって前記蓄電セル内を密封する、請求項１に記載の蓄電モジュールの製造方法。
  3. 前記準備工程で準備される前記少なくとも１つの蓄電セルは、複数の蓄電セルを含み、前記複数の蓄電セルにおける各々の前記注液部材のうち２以上の注液部材は、互いにつながっており、
    前記固定工程では、互いにつながっている２以上の前記注液部材における前記注液口が１つの前記封止部材によってまとめて覆われる、請求項１又は２に記載の蓄電モジュールの製造方法。
  4. 前記準備工程では、前記蓄電セルとして、バイポーラ型の蓄電セルを準備する、請求項１から３のいずれかに記載の蓄電モジュールの製造方法。
  5. 各々が電解液を注入するための注液口を有する少なくとも１つの蓄電セルと、
    可撓性を有し、かつ、前記少なくとも１つの蓄電セルの前記注液口を封止する封止部材と、を備え、
    前記少なくとも１つの蓄電セルは、前記注液口を有する注液部材を含み、
    前記注液部材は、環状に形成されており前記封止部材を受ける受け面を有し、
    前記封止部材は、
    前記受け面に接する環状接触部と、
    前記環状接触部の内側に位置する内側部と、を含み、
    前記内側部は、前記環状接触部から窪んでおり、
    前記蓄電セルの内圧は、大気圧以下である、蓄電モジュール。
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