JP2023110160A

JP2023110160A - 電池セル

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Publication number: JP2023110160A
Application number: JP2022011416A
Authority: JP
Inventors: 哲司小村; Tetsuji Omura
Original assignee: Prime Planet Energy and Solutions Inc
Current assignee: Prime Planet Energy and Solutions Inc
Priority date: 2022-01-28
Filing date: 2022-01-28
Publication date: 2023-08-09
Anticipated expiration: 2042-01-28
Also published as: JP7502352B2

Abstract

【課題】電池セルの耐振動性を維持しつつ、電池セルの膨張を抑制する。【解決手段】電池セルは、電極体１５０と、ケース体１２０と、第１接着剤層１８０と、第２接着剤層１８１とを備える。電極体１５０は、第１の方向に隙間Ｇをあけつつ並んで配置された第１極板体１６０および第２極板体１７０を有する。ケース体１２０は、電極体１５０を収容し、第１の方向において電極体１５０を間に挟んで互いに対向する第１側面１３４および第２側面１３５を有する。第１接着剤層１８０は、第１極板体１６０および第１側面１３４を互いに接着する。第２接着剤層１８１は、第２極板体１７０および第２側面１３５を互いに接着する。【選択図】図４

Description

本技術は、電池セルに関する。

非水電解質電池の構成を開示した先行技術文献として、特開２００１－０９３５７６号公報(特許文献１)がある。特許文献１に記載された非水電解質電池は、電池エレメントと、容器とを備える。電池エレメントは、電極を含む。容器は、電池エレメントを収容する。電池エレメントは、電池エレメントの外側の主面とその部位に対向する容器内面とを接着することによって、容器に固定されている。

特開２００１－０９３５７６号公報

特許文献１に記載された非水電解質電池においては、電極を容器に接着することによって電池セルが耐振動性を有するが、電池セルの内部にクリアランスがないため、電池セルの使用によって電極が膨張した場合、電池セルの膨張を抑制することができない。

本技術は、上記の課題を解決するためになされたものであって、電池セルの耐振動性を維持しつつ、電池セルの膨張を抑制することができる、電池セルを提供することを目的とする。

本技術に基づく電池セルは、電極体と、ケース体と、第１接着剤層と、第２接着剤層とを備える。電極体は、第１の方向に隙間をあけつつ並んで配置された第１極板体および第２極板体を有する。ケース体は、電極体を収容し、第１の方向において電極体を間に挟んで互いに対向する第１側面および第２側面を有する。第１接着剤層は、第１極板体および第１側面を互いに接着する。第２接着剤層は、第２極板体および第２側面を互いに接着する。

本技術によれば、電池セルの耐振動性を維持しつつ、電池セルの膨張を抑制することができる。

本技術の実施の形態１に係る電池モジュールの構成を示す斜視図である。本技術の実施の形態１に係る電池モジュールの構成の一部を示す斜視図である。本技術の実施の形態１に係る電池セルの構成を示す斜視図である。図３の電池セルをＩＶ－ＩＶ線矢印方向から見た断面図である。図３の電池セルをＶ－Ｖ線矢印方向から見た断面図である。図５の電池セルをＶＩ－ＶＩ線矢印方向から見た断面図である。本技術の実施の形態２に係る電池セルの構成を示す断面図である。本技術の実施の形態３に係る電池セルの構成を示す断面図である。本技術の実施の形態４に係る電池セルの構成を示す断面図である。

以下に、本技術の実施の形態について説明する。なお、同一または相当する部分に同一の参照符号を付し、その説明を繰返さない場合がある。

なお、以下に説明する実施の形態において、個数、量などに言及する場合、特に記載がある場合を除き、本技術の範囲は必ずしもその個数、量などに限定されない。また、以下の実施の形態において、各々の構成要素は、特に記載がある場合を除き、本技術にとって必ずしも必須のものではない。

なお、本明細書において、「備える（ｃｏｍｐｒｉｓｅ）」および「含む（ｉｎｃｌｕｄｅ）」、「有する（ｈａｖｅ）」の記載は、オープンエンド形式である。すなわち、ある構成を含む場合に、当該構成以外の他の構成を含んでもよいし、含まなくてもよい。また、本技術は、本実施の形態において言及する作用効果を必ずしもすべて奏するものに限定されない。

本明細書において、「電池」は、リチウムイオン電池に限定されず、ニッケル水素電池など他の電池を含み得る。本明細書において、「電極」は正極および負極を総称し得る。また、「電極板」は正極板および負極板を総称し得る。

なお、図面においては、電池セルの積層方向に直交し、かつ、電池セルの高さ方向に直交する方向をＸ方向、電池セルの積層方向をＹ方向、電池セルの高さ方向をＺ方向とする。

(実施の形態１)
図１は、本技術の実施の形態１に係る電池モジュールの構成を示す斜視図である。図２は、本技術の実施の形態１に係る電池モジュールの構成の一部を示す斜視図である。

図１および図２に示すように、本技術の実施の形態１に係る電池モジュール１は、電池セル１００と、エンドプレート２００と、拘束部材３００とを備える。

複数の電池セル１００は、第１の方向(Ｙ方向)に並ぶように積層されている。電池セル１００同士の間には、図示しないセパレータが介装されている。２つのエンドプレート２００に挟持された複数の電池セル１００は、エンドプレート２００によって押圧され、２つのエンドプレート２００の間で拘束されている。

エンドプレート２００は、複数の電池セル１００の第１の方向(Ｙ方向)の両端に設けられている。エンドプレート２００は、電池モジュール１を収納する筐体などの基台に固定される。エンドプレート２００は、たとえば、アルミニウムまたは鉄により構成されている。

図１に示すように、拘束部材３００は、複数の電池セル１００およびエンドプレート２００のＸ方向の両端に設けられている。積層された複数の電池セル１００およびエンドプレート２００に対してＹ方向の圧縮力を作用させた状態で拘束部材３００をエンドプレート２００に係合させ、その後に圧縮力を解放することにより、２つのエンドプレート２００を接続する拘束部材３００に引張力が働く。その反作用として、拘束部材３００は、２つのエンドプレート２００を互いに近づける方向に押圧する。その結果、拘束部材３００は、複数の電池セル１００をＹ方向に拘束する。

図３は、本技術の実施の形態１に係る電池セルの構成を示す斜視図である。図４は、図３の電池セルをＩＶ－ＩＶ線矢印方向から見た断面図である。図５は、図３の電池セルをＶ－Ｖ線矢印方向から見た断面図である。

図３～図５に示すように、電池セル１００は、電極端子１１０と、ケース体１２０と、電極体１５０と、第１接着剤層１８０と、第２接着剤層１８１と、スペーサ１９０とを含む。

電極端子１１０は、正極端子１１１と、負極端子１１２とを含む。電極端子１１０は、ケース体１２０上に形成されている。

ケース体１２０は、電極体１５０および図示しない電解液を収容する容器である。ケース体１２０は、略直方体形状を有している。ケース体１２０は、外装体１３０と、封口板１４０とを有する。

外装体１３０は、開口部１３１と、底面１３２と、一対の長側面１３３および一対の短側面１３６を含む。外装体１３０は、開口部１３１から電極体１５０を収容可能である。一対の長側面１３３は、第１側面１３４および第２側面１３５である。一対の短側面１３６は、第３側面１３７および第４側面１３８である。

底面１３２は、開口部１３１に対向している。底面１３２は、一対の長側面１３３および一対の短側面１３６に接続されている。具体的には、底面１３２は、第１側面１３４および第２側面１３５の各々に接続されている。また、底面１３２は、第３側面１３７および第４側面１３８の各々に接続されている。

第１側面１３４および第２側面１３５は、第１の方向(Ｙ方向)において電極体１５０を間に挟んで互いに対向している。第３側面１３７および第４側面１３８は、第２の方向(Ｘ方向)において電極体１５０を間に挟んで互いに対向している。

封口板１４０は、開口部１３１を封口する。封口板１４０には、ガス排出弁１４１が設けられている。ガス排出弁１４１は、ケース体１２０内の圧力が所定値以上となった際に破断する。これにより、ケース体１２０内のガスがケース体１２０外に排出される。

図４および図５に示すように、電極体１５０は、第１極板体１６０および第２極板体１７０を有している。

第１極板体１６０および第２極板体１７０は、積層型の極板体である。具体的には、第１極板体１６０および第２極板体１７０の各々は、集電タブ１６１，１７１ならびに図示しない枚葉状の正極板、負極板および絶縁部材を有している。第１極板体１６０および第２極板体１７０の各々は、第１の方向(Ｙ方向)において正極板および負極板が絶縁部材を間に挟んで互いに積層されている。

集電タブ１６１，１７１は、正極板または負極板から突出し積層されている。集電タブ１６１，１７１は、図示しない集電体を介して電極端子１１０に接続されている。絶縁部材は、少なくとも第１の方向(Ｙ方向)に直交する第２の方向(Ｘ方向)において正極板および負極板より広い幅を有している。

第１極板体１６０は、第２の方向(Ｘ方向)の両端に端部１６２を有している。第２極板体１７０は、第２の方向(Ｘ方向)の両端に端部１７２を有している。端部１６２，１７２は、第２の方向(Ｘ方向)の両端において絶縁部材が第１の方向(Ｘ方向)に積層されている。

第１極板体１６０および第２極板体１７０は、第１の方向(Ｙ方向)に隙間Ｇをあけつつ並んで配置されている。第１極板体１６０および第２極板体１７０の隙間Ｇは、第１の方向(Ｙ方向)における電池セル１００の厚みに対して約５％が望ましい。隙間Ｇは、ケース体１２０の内部における電極体１５０の占有率および電池セル１００の使用による電池セル１００の膨張率との兼ね合いにより設定される。

なお、本実施の形態における隙間Ｇは、電池セル１００の使用前の状態を示している。電池セル１００の使用により充放電が繰り返されることによって、第１極板体１６０および第２極板体１７０が膨張した場合、隙間Ｇは目視確認することができない程度の幅になることがある。

第１接着剤層１８０は、第１極板体１６０および第１側面１３４を互いに接着する。第２接着剤層１８１は、第２極板体１７０および第２側面１３５を互いに接着する。第１接着剤層１８０および第２接着剤層１８１は、たとえば、エポキシ樹脂により構成されている。

第１接着剤層１８０および第２接着剤層１８１は、一対の長側面１３３に対して電極体１５０を強固に接着するために、電極体１５０の一対の長側面１３３と接触する全面に形成されることが望ましい。第１接着剤層１８０および第２接着剤層１８１は、接着剤を電極体１５０に塗布した後に、電極体１５０をケース体１２０の内部に挿入し、一対の長側面１３３と電極体１５０とを接着することにより設けてもよい。また、第１接着剤層１８０および第２接着剤層１８１は、接着剤をケース体１２０の一対の長側面１３３の内面に塗布した後に、電極体１５０をケース体１２０の内部に挿入し、一対の長側面１３３と電極体１５０とを接着することにより設けてもよい。

図５に示すように、スペーサ１９０は、第２の方向(Ｘ方向)における電極体１５０の両端に一対設けられている。スペーサ１９０は、絶縁性を有する樹脂材料により構成されている。スペーサ１９０は、たとえば、フェノール樹脂により構成されている。

スペーサ１９０は、第１の方向(Ｙ方向)において、第１極板体１６０および第２極板体１７０を互いに離れる方向に押圧する。具体的には、本実施の形態におけるスペーサ１９０は、スペーサ１９０の一部が第１極板体１６０および第２極板体１７０の隙間Ｇにくさび状に挿入されることによって、端部１６２，１７２に位置する絶縁部材と接触し、第１極板体１６０および第２極板体１７０を互いに離れる方向に押圧する。

スペーサ１９０は、先端部１９１と、後端部１９２とを有する。先端部１９１は、第１の方向(Ｙ方向)において第１極板体１６０および第２極板体１７０の間に位置している。先端部１９１は、第１極板体１６０および第２極板体１７０に隣接している。

後端部１９２は、第１の方向(Ｙ方向)において第１極板体１６０と第２極板体１７０との隙間Ｇより広い幅を有している。後端部１９２は、先端部１９１に接続され、かつ、ケース体１２０の内側に隣接している。本実施の形態におけるスペーサ１９０の後端部１９２は、一対の短側面１３６上に位置している。なお、電極体１５０およびスペーサ１９０をケース体１２０に挿入する順番は限定されない。また、スペーサ１９０は、１つの部材でもよいし、複数の部材から構成されていてもよい。

スペーサ１９０は、集電タブ１６１，１７１と干渉しないように、集電タブ１６１，１７１が対向するケース体１２０の面とは異なる面に配置されることが望ましい。

なお、電極体１５０は、絶縁性を有し、電極体１５０とケース体１２０とを絶縁するシート状の電極体ホルダによって被覆されていてもよい。電極体１５０が電極体ホルダによって被覆される場合、第１極板体１６０および第２極板体１７０の各々を１つの電極体ホルダによって被覆し、電極体ホルダと一対の長側面１３３とが接着されることによって、電極体ホルダを介して電極体１５０とケース体１２０とが接着される。また、スペーサ１９０を配置する場合には、電極体ホルダの内部にスペーサ１９０が配置される。

図６は、図５の電池セルをＶＩ－ＶＩ線矢印方向から見た断面図である。図６に示すように、スペーサ１９０は、上端１９３および下端１９４を有している。

スペーサ１９０は、底面１３２から離れるにしたがって先端部１９１から後端部１９２までの高さが高くなっている。すなわち、スペーサ１９０は、下端１９４における先端部１９１から後端部１９２までの高さと比較して、上端１９３における先端部１９１から後端部１９２までの高さが高い。

本技術の実施の形態１に係る電池セル１００においては、電極体１５０をケース体１２０に接着することによって耐振動性を維持しつつ、第１の方向(Ｙ方向)に第１極板体１６０および第２極板体１７０が隙間Ｇをあけて配置されていることによって、電極体１５０が隙間Ｇを埋めるように膨張することができるため、電池セル１００の膨張を抑制することができる。

本技術の実施の形態１に係る電池セル１００においては、スペーサ１９０によって第１極板体１６０および第２極板体１７０をケース体１２０に押し当てることができるため、ケース体１２０に電極体１５０を確実に接着させつつ、第１極板体１６０および第２極板体１７０の間に隙間Ｇを形成することができる。

本技術の実施の形態１に係る電池セル１００においては、スペーサ１９０が端部１６２，１７２に位置する絶縁部材と接触することによって、第１極板体１６０および第２極板体１７０における正極板および負極板とスペーサ１９０との接触を抑制することができるため、スペーサ１９０からの正極板および負極板への負荷を抑制しつつ、第１極板体１６０および第２極板体１７０をケース体１２０に押し当てることができる。

本技術の実施の形態１に係る電池セル１００においては、ケース体１２０の短側面１３６上にスペーサ１９０を配置することによって、第１の方向(Ｙ方向)に並びつつケース体１２０の第２の方向(Ｘ方向)の両端まで延在する電極体１５０に対して、スペーサ１９０を干渉しにくい位置に配置することができるため、電極体１５０をケース体１２０に挿入しやすくすることができる。

本技術の実施の形態１に係る電池セル１００においては、電極体１５０を開口部１３１からケース体１２０に挿入する際、接触抵抗が大きくなって電極体１５０が挿入しにくくなる底面１３２側においてスペーサ１９０の先端部１９１と後端部１９２との高さを低くすることによって、電極体１５０をケース体１２０に挿入しやすくすることができる。

(実施の形態２)
以下、本技術の実施の形態２に係る電池セルについて説明する。本技術の実施の形態２に係る電池セルは、スペーサの構成が本技術の実施の形態１に係る電池セル１００と異なるため、本技術の実施の形態１に係る電池セル１００と同様である構成については説明を繰り返さない。

図７は、本技術の実施の形態２に係る電池セルの構成を示す断面図である。図７に示すように、本発明の実施の形態２に係る電池セル１００Ａにおけるスペーサ１９０Ａは、先端部１９１Ａと、後端部１９２とを有する。スペーサ１９０Ａの先端部１９１Ａは、テーパ部１９５と、リブ部１９６とを有する。

テーパ部１９５は、後端部１９２から電極体１５０の隙間Ｇに向かってスペーサ１９０Ａの幅を狭くするように傾斜している。

リブ部１９６は、テーパ部１９５の頂点から後端部１９２とは反対側に突出している。リブ部１９６は、第１の方向(Ｙ方向)において第１極板体１６０および第２極板体１７０の各々の端部１６２，１７２の間に位置している。

本技術の実施の形態２に係る電池セル１００Ａにおいては、スペーサ１９０Ａにおけるリブ部１９６を端部１６２，１７２の間に挟み込むことによって、スペーサ１９０Ａにより第１極板体１６０および第２極板体１７０を確実に分けつつ、第１極板体１６０および第２極板体１７０を互いに離れる方向に押圧することができる。また、スペーサ１９０Ａが第１極板体１６０および第２極板体１７０を確実に押圧することによって、第１接着剤層１８０および第２接着剤層１８１を押し潰しながら固着させることができるため、電極体１５０とケース体１２０との間に接着剤を広げつつ、隙間Ｇを確保することができる。

なお、本実施の形態におけるスペーサ１９０Ａは、ケース体の底面部から離れるにしたがって、先端部１９１Ａの高さを一定にしつつ、テーパ部１９５の高さが高くなってもよい。この場合には、テーパ部１９５の高さが変化することによって、底面に近づくにしたがってリブ部１９６を長くすることができるため、底面においてスペーサ１９０Ａにより第１極板体１６０および第２極板体１７０を確実に分けることができる。

(実施の形態３)
以下、本技術の実施の形態３に係る電池セルについて説明する。本技術の実施の形態３に係る電池セルは、電極体の構成が本技術の実施の形態１に係る電池セル１００と異なるため、本技術の実施の形態１に係る電池セル１００と同様である構成については説明を繰り返さない。

図８は、本技術の実施の形態３に係る電池セルの構成を示す断面図である。図８に示すように、本発明の実施の形態３に係る電池セル１００Ｂにおける電極体１５０Ｂは、巻回型の極板体である。具体的には、電極体１５０Ｂにおける第１極板体１６０Ｂおよび第２極板体１７０Ｂは、図示しない正極板および負極板が絶縁部材を間に挟んで互いに巻回された巻回型の極板体である。

第１極板体１６０Ｂおよび第２極板体１７０Ｂは、第１の方向(Ｙ方向)に直交する第２の方向(Ｘ方向)の両端において曲面部１６３，１７３を有する。スペーサ１９０は、曲面部１６３，１７３と接触している。

本技術の実施の形態３に係る電池セル１００Ｂにおいては、巻回型の電極体１５０Ｂにおいて電池性能の影響が少ない両端の曲面部１６３，１７３にスペーサ１９０を接触させることによって、スペーサ１９０からの正極板および負極板への負荷を抑制しつつ、第１極板体１６０Ｂおよび第２極板体１７０Ｂをケース体１２０に押し当てることができる。

(実施の形態４)
以下、本技術の実施の形態４に係る電池セルについて説明する。本技術の実施の形態４に係る電池セルは、スペーサの配置が本技術の実施の形態１に係る電池セル１００と異なるため、本技術の実施の形態１に係る電池セル１００と同様である構成については説明を繰り返さない。

図９は、本技術の実施の形態４に係る電池セルの構成を示す断面図である。図９に示すように、本発明の実施の形態４に係る電池セル１００Ｃにおけるスペーサ１９０Ｃの後端部１９２Ｃは、底面１３２上および封口板１４０上に位置している。

本技術の実施の形態４に係る電池セル１００Ｃにおいては、スペーサ１９０Ｃが底面１３２上および封口板１４０上に配置されていることによって、電極体１５０をケース体１２０に挿入する際に、スペーサ１９０Ｃが電極体１５０に干渉することを抑制することができるため、電極体１５０をケース体１２０に挿入しやすくすることができる。

以上、本技術の実施の形態について説明したが、今回開示された実施の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。本技術の範囲は特許請求の範囲によって示され、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ことが意図される。

１電池モジュール、１００，１００Ａ，１００Ｂ，１００Ｃ電池セル、１１０電極端子、１１１正極端子、１１２負極端子、１２０ケース体、１３０外装体、１３１開口部、１３２底面、１３３一対の長側面、１３４第１側面、１３５第２側面、１３６一対の短側面、１３７第３側面、１３８第４側面、１４０封口板、１４１ガス排出弁、１５０，１５０Ｂ電極体、１６０，１６０Ｂ第１極板体、１７０，１７０Ｂ第２極板体、１６１，１７１集電タブ、１６２，１７２端部、１６３，１７３曲面部、１８０第１接着剤層、１８１第２接着剤層、１９０，１９０Ａ，１９０Ｃスペーサ、１９１，１９１Ａ先端部、１９２，１９２Ｃ後端部、１９３上端、１９４下端、１９５テーパ部、１９６リブ部、２００エンドプレート、３００拘束部材、Ｇ隙間。

Claims

第１の方向に隙間をあけつつ並んで配置された第１極板体および第２極板体を有する電極体と、
前記電極体を収容し、前記第１の方向において前記電極体を間に挟んで互いに対向する第１側面および第２側面を有するケース体と、
前記第１極板体および前記第１側面を互いに接着する第１接着剤層と、
前記第２極板体および前記第２側面を互いに接着する第２接着剤層とを備える、電池セル。
前記第１の方向において、前記第１極板体および前記第２極板体を互いに離れる方向に押圧するスペーサをさらに備え、
前記スペーサは、
前記第１の方向において前記第１極板体および前記第２極板体の間に位置しつつ、前記第１極板体および前記第２極板体に隣接する先端部と、
前記第１の方向において前記第１極板体と前記第２極板体との前記隙間より広い幅を有しつつ、前記先端部に接続され、かつ、前記ケース体の内側に隣接する後端部とを含む、請求項１に記載の電池セル。
前記第１極板体および前記第２極板体は、前記第１の方向において正極板および負極板が絶縁部材を間に挟んで互いに積層された積層型の極板体であり、
前記絶縁部材は、前記第１の方向に直交する第２の方向において前記正極板および前記負極板より広い幅を有し、
前記第１極板体および前記第２極板体の各々は、前記第２の方向の両端において前記絶縁部材が前記第１の方向に積層された端部を有し、
前記スペーサは、前記端部に位置する前記絶縁部材と接触している、請求項２に記載の電池セル。
前記スペーサの前記先端部は、テーパ部と該テーパ部の頂点から前記後端部とは反対側に突出したリブ部とを有し、
前記リブ部は、前記第１の方向において前記第１極板体および前記第２極板体の各々の前記端部の間に位置する、請求項３に記載の電池セル。
前記第１極板体および前記第２極板体は、正極板および負極板が絶縁部材を間に挟んで互いに巻回され、かつ、前記第１の方向に直交する第２の方向の両端において曲面部を有する巻回型の極板体であり、
前記スペーサは、前記曲面部と接触している、請求項２に記載の電池セル。
前記ケース体は、一対の長側面および一対の短側面を含む略直方体形状を有し、
前記第１側面および前記第２側面は前記一対の長側面であり、
前記スペーサの前記後端部は、前記一対の短側面上に位置している、請求項２から請求項５のいずれか１項に記載の電池セル。
前記ケース体は、前記一対の長側面および前記一対の短側面に接続された底面を有し、
前記スペーサは、前記底面から離れるにしたがって前記先端部から前記後端部までの高さが高くなる、請求項６に記載の電池セル。
前記ケース体は、
開口部を有し、該開口部から前記電極体を収容可能な外装体と、
前記開口部を封口する封口板とを含み、
前記外装体は、前記開口部に対向し、前記第１側面および前記第２側面の各々に接続された底面を有し、
前記スペーサの前記後端部は、前記底面上および前記封口板上に位置している、請求項２から請求項５のいずれか１項に記載の電池セル。