JP2023121006A - battery module - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、電池モジュールに関するものである。 The present invention relates to battery modules.
近年、深刻化が懸念される環境問題やエネルギー政策の見直し等の観点から、石油を中心とする地下埋蔵資源の代替エネルギーとして、太陽光等を利用して発電する太陽電池への期待と関心が高まっている。 In recent years, from the viewpoint of environmental problems and the review of energy policies, which are feared to become serious, expectations and interest in solar cells that generate electricity using sunlight, etc. rising.
太陽電池は、太陽光をはじめとする光を受光している時にのみ発電し、夜間など受光しない時には発電することができず、曇天や雨天などの下では発電出力が著しく低下する。そこで、太陽電池に蓄電池を組み合わせ、太陽電池の導電性基板を化学電池の電極として共用する太陽電池(特許文献1)や、太陽電池セルからなる太陽電池部分と蓄電池セルからなる蓄電池部分とを層状に組合せて一体とした太陽電池(特許文献2)が案出されている。太陽電池に蓄電池を内蔵したことにより、日照の不安定さ等を補った安定した性能を持たせるとともに省スペース化が実現する。 A solar cell generates power only when it receives light such as sunlight, and cannot generate power when it does not receive light such as at night, and its power output drops significantly under cloudy or rainy weather. Therefore, a solar battery (Patent Document 1) in which a storage battery is combined with a solar battery and the conductive substrate of the solar battery is shared as an electrode of a chemical battery (Patent Document 1), and a solar battery portion composed of solar cells and a storage battery portion composed of storage battery cells are layered. A solar cell (Patent Document 2) has been devised which is integrated with By incorporating a storage battery into the solar battery, it is possible to provide stable performance that compensates for the instability of sunlight, etc., and to save space.
太陽電池は、例えば夏場の晴天時には例えば75℃程度の高温になることがある。このような場合、特許文献1,2の太陽電池では、薄化及び省スペース化の観点から太陽電池部分と蓄電池部分が密着しているため、蓄電池部分も太陽電池部分と同様の高温となる。一般的に蓄電池の耐え得る使用温度は50℃~60℃程度が上限値であるため、太陽電池で発電した電気を蓄電池に充電することができなくなり、蓄電池の機能に悪影響を与えるおそれがある。
A solar cell may reach a high temperature of, for example, about 75° C. during fine weather in summer, for example. In such a case, in the solar cells of
本発明は、シート状の蓄電池上にシート状の太陽電池を積層した構成を採るも、太陽電池への光照射による蓄電池の高温化を抑止することができる電池モジュールを提供することを目的とする。 SUMMARY OF THE INVENTION It is an object of the present invention to provide a battery module that can prevent the temperature of the storage battery from increasing due to light irradiation of the solar battery, even though it has a structure in which a sheet-shaped solar battery is stacked on a sheet-shaped storage battery. .
本発明者らは、上記のような知見に基づいて鋭意検討を重ねた結果、以下に示す発明の諸態様に想到した。 As a result of earnest studies based on the above findings, the inventors of the present invention have arrived at the following aspects of the invention.
複数の蓄電要素が積層されてなるシート状の蓄電池と、
前記蓄電池の上方に設けられたシート状の太陽電池と、
前記蓄電池と前記太陽電池との間に挿入された、空気層を含む緩衝材と、
を有する、
電池モジュール。
a sheet-shaped storage battery in which a plurality of storage elements are stacked;
a sheet-shaped solar cell provided above the storage battery;
a cushioning material containing an air layer inserted between the storage battery and the solar cell;
having
battery module.
本発明によれば、シート状の蓄電池上にシート状の太陽電池を積層した構成を採るも、太陽電池への光照射による蓄電池の高温化を抑止することができる電池モジュールを提供することができる。 ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the battery module which can suppress the temperature rise of a storage battery by light irradiation to a solar battery, even if it employs the structure which laminated|stacked the sheet-shaped solar battery on a sheet-shaped storage battery can be provided. .
以下、本発明の好適な実施形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。本実施形態では、電池モジュールを開示する。図1は、本実施形態による電池モジュールの概略構成を模式的に示す斜視図であり、図2は電池モジュールの断面図である。なお、構成を分かり易くする都合上、図示の例では太陽電池モジュールや蓄電池モジュール、緩衝材等を適宜厚く示しており、単電池の総数等も数層~十数層で示しているが、実際にはこれらは極めて薄いものであり、単電池の総数等も数百層以上の多層に積層する場合もある。 Preferred embodiments of the present invention will be described in detail below with reference to the drawings. This embodiment discloses a battery module. FIG. 1 is a perspective view schematically showing the schematic configuration of a battery module according to this embodiment, and FIG. 2 is a cross-sectional view of the battery module. In the illustrated example, the solar cell module, the storage battery module, the cushioning material, etc. are shown as thick as appropriate for the convenience of understanding the structure, and the total number of cells is shown in several layers to a dozen or so layers, but in reality. In practice, these are extremely thin, and in some cases, the total number of single cells and the like is laminated in multiple layers of several hundred layers or more.
電池モジュールは、太陽電池で発電された電気が蓄電池に充電されるものであり、薄いシート状の蓄電池モジュール2と、蓄電池モジュール2の上方に設けられた薄いシート状の太陽電池モジュール1と、太陽電池モジュール1と蓄電池モジュール2との間に挿入された緩衝材3とを有している。本実施形態では、太陽電池モジュール1、蓄電池モジュール2、及び緩衝材3はいずれも可撓性を有している。
The battery module is a storage battery that is charged with electricity generated by a solar battery. It has a cushioning material 3 inserted between the battery module 1 and the
なお、本実施形態においては、電池モジュールは特にケース等に収納されない形態である場合を想定しているが、可撓性を持つ所定のケース等に適宜収納される構成としても良い。 In this embodiment, it is assumed that the battery module is not housed in a case or the like, but it may be housed in a flexible predetermined case or the like.
太陽電池モジュール1は、複数の太陽電池セル1aが例えばマトリクス状に配置されてなるものである。
太陽電池セル1aは、可撓性基板11上に、下部電極12及び上部電極14により構成される一対の電極と、下部電極12と上部電極14との間に挿入された光電変換層13とを有してなる。下部電極12と光電変換層13との間、及び光電変換層13と上部電極14との間には、それぞれ不図示の所定のバッファ層が適宜設けられている。上部電極14上には、所定数の太陽電池セル1aに共通のバスバー電極15が配置されている。太陽電池セル1aは、上記以外の他の層を適宜有していても良い。
The solar cell module 1 is formed by arranging a plurality of
The
可撓性基板11は、可撓性を持つ樹脂材料やステンレス鋼等の金属材料等からなるフィルム基板である。可撓性基板11の材料は、1種を用いても良く、2種以上を任意の組み合わせ及び比率で併用しても良いし、積層して用いても良い。樹脂材料としては、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等のポリエステル類、ポリイミド、ポリ(メタ)アクリル樹脂、ポリ(メタ)アクリル樹脂、フェノール樹脂、エポキシ樹脂、ポリアリレート等の有機材料等が挙げられる。 The flexible substrate 11 is a film substrate made of a flexible resin material, a metal material such as stainless steel, or the like. As for the material of the flexible substrate 11, one kind may be used, two or more kinds may be used together in an arbitrary combination and ratio, or they may be laminated. Examples of resin materials include polyesters such as polyethylene terephthalate and polyethylene naphthalate, and organic materials such as polyimides, poly(meth)acrylic resins, poly(meth)acrylic resins, phenol resins, epoxy resins, and polyarylates.
太陽電池セル1aでは、上部電極14側で受光するため、上部電極14は、所期の可視光線透過率を有する透明電極層若しくは金属層による単層又は透明導電層及び金属層との積層構造であることが好ましい。一方、下部電極12は必ずしも透明電極である必要はなく、所期の金属層等が用いられる。透明電極層に用いられる材料としては、特段の制限はないが、スズをドープしたインジウム酸化物(ITO)、亜鉛をドープしたインジウム酸化物(IZO)、亜鉛とスズの複合酸化物(ZTO)等の非晶質性酸化物を用いることが好ましい。金属層の材料としては、特段の制限はなく、例えば、金、白金、銀、アルミニウム、ニッケル、チタン、マグネシウム、カルシウム、バリウム、ナトリウム、クロム、銅、コバルトの等の金属又はその合金が挙げられる。
In the
光電変換層13は、光電変換が行われる層である。即ち、太陽電池セル1aで受光すると、光が光電変換層13に吸収され、光電変換層13内で電気が発生し、発生した電気が下部電極12及び上部電極14から取り出される。
The photoelectric conversion layer 13 is a layer in which photoelectric conversion is performed. That is, when the
光電変換層13の層構成としては、特段の制限はないが、p型半導体化合物を含有する層とn型半導体化合物を含有する層とが積層された薄膜積層型、又はp型半導体化合物とn型半導体化合物が混合した層(混合層)であるバルクヘテロ型接合型が挙げられる。また、光電変換層13はペロブスカイト化合物を用いて形成することもできる。なお、バルクヘテロ接合型の光電変換層及びペロブスカイト化合物を用いた光電変換層は、当該混合層の他にp型半導体化合物を含有する層及び/又はn型半導体化合物を含有する層が更に積層された構造であっても良い。また、ペロブスカイト化合物を用いて光電変換層を形成する場合、該有機無機混成化合物の下地層として酸化チタン等の多孔質膜を設けても良い。これらの中でも、高い変換効率が期待できることから、光電変換層13はバルクヘテロ接合型であることが好ましい。 The layer structure of the photoelectric conversion layer 13 is not particularly limited. A bulk heterojunction type, which is a layer in which type semiconductor compounds are mixed (mixed layer), can be mentioned. Moreover, the photoelectric conversion layer 13 can also be formed using a perovskite compound. In the bulk heterojunction photoelectric conversion layer and the photoelectric conversion layer using a perovskite compound, a layer containing a p-type semiconductor compound and/or a layer containing an n-type semiconductor compound are further laminated in addition to the mixed layer. It may be a structure. Further, when a photoelectric conversion layer is formed using a perovskite compound, a porous film of titanium oxide or the like may be provided as a base layer for the organic-inorganic hybrid compound. Among these, the photoelectric conversion layer 13 is preferably of the bulk heterojunction type because high conversion efficiency can be expected.
図3は、本実施形態による電池モジュールの構成要素である蓄電池モジュールの概略構成を模式的に示す断面図である。
蓄電池モジュール2は、図2及び図3に示すように、可撓性を有する、いわゆる全樹脂電池であり、単電池であるリチウムイオン二次電池2aが複数積層されて組電池2Aが構成されており、組電池2Aが外装フィルム27に覆われてなる。組電池2Aでは、隣り合うリチウムイオン二次電池2aの負極樹脂集電体の上面と正極樹脂集電体の下面が隣接するように積層されている。この場合、リチウムイオン二次電池2aは複数個直列接続されている。組電池2Aにおけるリチウムイオン二次電池2aの積層数は、図2では4層を、図3では15層を例示しているが、更に多数積層する場合がある。
FIG. 3 is a cross-sectional view schematically showing the schematic configuration of a storage battery module, which is a component of the battery module according to this embodiment.
As shown in FIGS. 2 and 3, the
組電池2Aの最下面の正極樹脂集電体の上にはシート状の引出電極25が設けられ、引出電極25の一部が外装フィルム27から適宜引き出されて正極引出端子となる。また、組電池2Aの最上面の負極樹脂集電体の上にはシート状の引出電極26が設けられ、引出電極26の一部が外装フィルム27から適宜引き出されて負極引出端子となる。引出電極25,26の材料としては、導電性を有する材料であれば特に限定されず、銅、アルミニウム、チタン、ステンレス鋼、ニッケル及びこれらの合金等の金属材料、並びに、焼成炭素、導電性高分子材料、導電性ガラス等の材料を適宜選択して用いることができる。
A sheet-
外装フィルム27は、可撓性を有する絶縁材料からなり、電池に用いられている公知の材質を用いることが可能であり、好ましくはラミネートフィルムである。ラミネートフィルムとしては、外側にナイロンフィルム、中心にアルミニウム箔、内側に変性ポリプロピレン等の接着層を有した3層ラミネートフィルムを好ましく用いることができる。
The
図4は、蓄電池モジュールの組電池の概略構成であるリチウムイオン二次電池を模式的に示す断面図である。
単電池であるリチウムイオン二次電池2aは、各蓄電要素として、略矩形平板状の正極樹脂集電体21aの表面に正極活物質層21bが形成された正極21と、同様に略矩形平板状の負極樹脂集電体23aの表面に負極活物質層23bが形成された負極23とが、同様に略平板状のセパレータ22を介して積層されて構成され、全体として略矩形平板状に形成されている。この正極21及び負極23がリチウムイオン二次電池2aの正極及び負極として機能する。
FIG. 4 is a cross-sectional view schematically showing a lithium-ion secondary battery, which is a schematic configuration of an assembled battery of a storage battery module.
The lithium-ion
リチウムイオン二次電池2aは、正極樹脂集電体21a及び負極樹脂集電体23aの間に配置されて正極樹脂集電体21a及び負極樹脂集電体23aの間にセパレータ23の周縁部を固定し、かつ正極活物質層21b、セパレータ22及び負極活物質層16を封止する、環状のシール部24を有することが好ましい。
The lithium ion
正極樹脂集電体21a及び負極樹脂集電体23aは、シール部24により所定間隔をもって対向するように位置決めされているとともに、セパレータ22と正極活物質層21b及び負極活物質層23bもシール部24により所定間隔をもって対向するように位置決めされている。
The positive electrode resin current collector 21a and the negative electrode resin current collector 23a are positioned to face each other with a predetermined gap by the sealing
正極樹脂集電体21aとセパレータ22との間の間隔、及び負極樹脂集電体23aとセパレータ22との間の間隔はリチウムイオン電池の容量に応じて調整され、これら正極樹脂集電体21a、負極樹脂集電体23a及びセパレータ22の位置関係は必要な間隔が得られるように定められている。 The distance between the positive electrode resin current collector 21a and the separator 22 and the distance between the negative electrode resin current collector 23a and the separator 22 are adjusted according to the capacity of the lithium ion battery. The positional relationship between the negative electrode resin current collector 23a and the separator 22 is determined so as to obtain the required spacing.
以下に、リチウムイオン二次電池2aを構成する各構成材料の好ましい態様について説明する。
Preferred aspects of each constituent material constituting the lithium ion
正極樹脂集電体21a及び負極樹脂集電体23aは、導電性高分子材料からなる樹脂集電体である。
樹脂集電体の形状は特に限定されず、導電性高分子材料からなるシート状の集電体、及び、導電性高分子材料で構成された微粒子からなる堆積層であっても良い。
樹脂集電体の厚さは、特に限定されないが、50μm~500μmであることが好ましい。
The positive electrode resin current collector 21a and the negative electrode resin current collector 23a are resin current collectors made of a conductive polymer material.
The shape of the resin current collector is not particularly limited, and may be a sheet-like current collector made of a conductive polymer material or a deposited layer made of fine particles made of a conductive polymer material.
Although the thickness of the resin current collector is not particularly limited, it is preferably 50 μm to 500 μm.
樹脂集電体を構成する導電性高分子材料としては例えば、導電性高分子や、樹脂に必要に応じて導電剤を添加したものを用いることができる。
導電性高分子材料を構成する導電剤としては、上述した被覆正極活物質に含まれる導電助剤と同様のものを好適に用いることができる。
As the conductive polymer material constituting the resin current collector, for example, a conductive polymer or a resin obtained by adding a conductive agent to the resin can be used.
As the conductive agent that constitutes the conductive polymer material, the same conductive aid as that contained in the above-described coated positive electrode active material can be preferably used.
導電性高分子材料を構成する樹脂としては、ポリエチレン(PE)、ポリプロピレン(PP)、ポリメチルペンテン(PMP)、ポリシクロオレフィン(PCO)、ポリエチレンテレフタレート(PET)、ポリエーテルニトリル(PEN)、ポリテトラフルオロエチレン(PTFE)、スチレンブタジエンゴム(SBR)、ポリアクリロニトリル(PAN)、ポリメチルアクリレート(PMA)、ポリメチルメタクリレート(PMMA)、ポリフッ化ビニリデン(PVdF)、エポキシ樹脂、シリコーン樹脂又はこれらの混合物等が挙げられる。
電気的安定性の観点から、ポリエチレン(PE)、ポリプロピレン(PP)、ポリメチルペンテン(PMP)及びポリシクロオレフィン(PCO)が好ましく、更に好ましくはポリエチレン(PE)、ポリプロピレン(PP)及びポリメチルペンテン(PMP)である。
Examples of resins constituting the conductive polymer material include polyethylene (PE), polypropylene (PP), polymethylpentene (PMP), polycycloolefin (PCO), polyethylene terephthalate (PET), polyethernitrile (PEN), poly Tetrafluoroethylene (PTFE), styrene butadiene rubber (SBR), polyacrylonitrile (PAN), polymethyl acrylate (PMA), polymethyl methacrylate (PMMA), polyvinylidene fluoride (PVdF), epoxy resin, silicone resin or mixtures thereof etc.
From the viewpoint of electrical stability, polyethylene (PE), polypropylene (PP), polymethylpentene (PMP) and polycycloolefin (PCO) are preferred, more preferably polyethylene (PE), polypropylene (PP) and polymethylpentene (PMP).
正極活物質層21bには、正極活物質が含まれる。
正極活物質としては、リチウムと遷移金属との複合酸化物{遷移金属元素が1種である複合酸化物(LiCoO2、LiNiO2、LiAlMnO4、LiMnO2及びLiMn2O4等)、遷移金属元素が2種である複合酸化物(例えばLiFeMnO4、LiNi1-xCoxO2、LiMn1-yCoyO2、LiNi1/3Co1/3Al1/3O2及びLiNi0.8Co0.15Al0.05O2)及び遷移金属元素が3種類以上である複合酸化物[例えばLiMaM'bM"cO2(M、M'及びM"はそれぞれ異なる遷移金属元素であり、a+b+c=1を満たす。例えばLiNi1/3Mn1/3Co1/3O2)等]等}、リチウム含有遷移金属リン酸塩(例えばLiFePO4、LiCoPO4、LiMnPO4及びLiNiPO4)、遷移金属酸化物(例えばMnO2及びV2O5)、遷移金属硫化物(例えばMoS2及びTiS2)及び導電性高分子(例えばポリアニリン、ポリピロール、ポリチオフェン、ポリアセチレン及びポリ-p-フェニレン及びポリビニルカルバゾール)等が挙げられ、2種以上を併用しても良い。
なお、リチウム含有遷移金属リン酸塩は、遷移金属サイトの一部を他の遷移金属で置換したものであっても良い。
The positive electrode active material layer 21b contains a positive electrode active material.
Examples of positive electrode active materials include composite oxides of lithium and transition metals (composite oxides containing one type of transition metal element (LiCoO 2 , LiNiO 2 , LiAlMnO 4 , LiMnO 2 and LiMn 2 O 4 , etc.), transition metal elements are two kinds of composite oxides (for example, LiFeMnO4 , LiNi1-xCoxO2 , LiMn1 - yCoyO2 , LiNi1 /3Co1 / 3Al1 / 3O2 and LiNi0.8Co0.15 Al 0.05 O 2 ) and a composite oxide containing three or more transition metal elements [for example, LiMaM′bM″cO 2 (M, M′ and M″ are different transition metal elements, satisfying a+b+c=1. For example, LiNi 1/3 Mn 1/3 Co 1/3 O 2 ), etc.] etc.}, lithium-containing transition metal phosphates (e.g. LiFePO 4 , LiCoPO 4 , LiMnPO 4 and LiNiPO 4 ), transition metal oxides (e.g. MnO 2 and V 2 O 5 ), transition metal sulfides (such as MoS 2 and TiS 2 ), and conductive polymers (such as polyaniline, polypyrrole, polythiophene, polyacetylene, poly-p-phenylene and polyvinylcarbazole). The above may be used in combination.
Note that the lithium-containing transition metal phosphate may have a transition metal site partially substituted with another transition metal.
正極活物質は、導電助剤及び被覆用樹脂で被覆された被覆正極活物質であることが好ましい。
正極活物質の周囲が被覆用樹脂で被覆されていると、電極の体積変化が緩和され、電極の膨張を抑制することができる。
The positive electrode active material is preferably a coated positive electrode active material coated with a conductive aid and a coating resin.
When the positive electrode active material is covered with the coating resin, the volume change of the electrode is moderated, and the expansion of the electrode can be suppressed.
導電助剤としては、金属系導電助剤[アルミニウム、ステンレス(SUS)、銀、金、銅及びチタン等]、炭素系導電助剤[グラファイト及びカーボンブラック(アセチレンブラック、ケッチェンブラック、ファーネスブラック、チャンネルブラック及びサーマルランプブラック等)等]、及びこれらの混合物等が挙げられる。
これらの導電助剤は1種単独で用いられても良いし、2種以上併用しても良い。また、これらの合金又は金属酸化物として用いられても良い。
Conductive agents include metallic conductive agents [aluminum, stainless steel (SUS), silver, gold, copper, titanium, etc.], carbon-based conductive agents [graphite and carbon black (acetylene black, ketjen black, furnace black, channel black, thermal lamp black, etc.), and mixtures thereof.
One of these conductive aids may be used alone, or two or more thereof may be used in combination. Moreover, these alloys or metal oxides may be used.
なかでも、電気的安定性の観点から、より好ましくはアルミニウム、ステンレス、銀、金、銅、チタン、炭素系導電助剤及びこれらの混合物であり、更に好ましくは銀、金、アルミニウム、ステンレス及び炭素系導電助剤であり、特に好ましくは炭素系導電助剤である。
また、これらの導電助剤としては、粒子系セラミック材料や樹脂材料の周りに導電性材料[好ましくは、上記した導電助剤のうち金属のもの]をめっき等でコーティングしたものでも良い。
Among them, from the viewpoint of electrical stability, aluminum, stainless steel, silver, gold, copper, titanium, carbon-based conductive aids and mixtures thereof are more preferable, and silver, gold, aluminum, stainless steel and carbon are more preferable. A conductive additive, particularly preferably a carbon-based conductive additive.
These conductive aids may also be those obtained by coating a conductive material [preferably a metal one of the above conductive aids] around a particulate ceramic material or a resin material by plating or the like.
導電助剤の形状(形態) は、粒子形態に限られず、粒子形態以外の形態であっても良く、カーボンナノファイバー、カーボンナノチューブ等、いわゆるフィラー系導電助剤として実用化されている形態であっても良い。 The shape (morphology) of the conductive aid is not limited to the particle form, and may be in a form other than the particle form. can be
被覆用樹脂と導電助剤の比率は特に限定されるものではないが、電池の内部抵抗等の観点から、重量比率で被覆用樹脂(樹脂固形分重量):導電助剤が1:0.01~1:50であることが好ましく、1:0.2~1:3.0であることがより好ましい。 The ratio of the coating resin and the conductive aid is not particularly limited, but from the viewpoint of the internal resistance of the battery, etc., the weight ratio of the coating resin (resin solid content weight): conductive aid is 1:0.01. 1:50 is preferable, and 1:0.2 to 1:3.0 is more preferable.
被覆用樹脂としては、特開2017-54703号公報に非水系二次電池活物質被覆用樹脂として記載されたものを好適に用いることができる。 As the coating resin, those described as non-aqueous secondary battery active material coating resins in JP-A-2017-54703 can be preferably used.
また、正極活物質層21bは、被覆正極活物質に含まれる導電助剤以外にも導電助剤を含んでも良い。
導電助剤としては、上述した被覆正極活物質に含まれる導電助剤と同様のものを好適に
用いることができる。
Moreover, the positive electrode active material layer 21b may contain a conductive support agent in addition to the conductive support agent contained in the coated positive electrode active material.
As the conductive aid, the same conductive aid as contained in the above-described coated positive electrode active material can be suitably used.
正極活物質層21bは、正極活物質を含み、正極活物質同士を結着する結着材を含まない非結着体であることが好ましい。
ここで、非結着体とは、正極活物質が結着材(バインダともいう)により位置を固定されておらず、正極活物質同士及び正極活物質と集電体が不可逆的に固定されていないことを意味する。
The positive electrode active material layer 21b is preferably a non-binding material that contains a positive electrode active material and does not contain a binder that binds the positive electrode active materials together.
Here, the non-bound body means that the position of the positive electrode active material is not fixed by a binder (also referred to as a binder), and the positive electrode active material and the current collector are irreversibly fixed to each other. means no.
正極活物質層21bには、粘着性樹脂が含まれていても良い。
粘着性樹脂としては、例えば、特開2017-54703号公報に記載された非水系二次電池活物質被覆用樹脂に少量の有機溶剤を混合してそのガラス転移温度を室温以下に調整したもの、及び、特開平10-255805公報に粘着剤として記載されたもの等を好適に用いることができる。
The positive electrode active material layer 21b may contain an adhesive resin.
As the adhesive resin, for example, a non-aqueous secondary battery active material coating resin described in JP-A-2017-54703 is mixed with a small amount of an organic solvent to adjust its glass transition temperature to room temperature or lower. Also, those described as adhesives in JP-A-10-255805 can be preferably used.
なお、粘着性樹脂は、溶媒成分を揮発させて乾燥させても固体化せずに粘着性(水、溶剤、熱等を使用せずに僅かな圧力を加えることで接着する性質)を有する樹脂を意味する。一方、結着材として用いられる溶液乾燥型の電極バインダは、溶媒成分を揮発させることで乾燥、固体化して活物質同士を強固に接着固定するものを意味する。
従って、溶液乾燥型の電極バインダ(結着材)と粘着性樹脂とは異なる材料である。
In addition, adhesive resin is a resin that does not solidify even if the solvent component is volatilized and dried, and has adhesiveness (the property of adhering by applying a slight pressure without using water, solvent, heat, etc.) means On the other hand, a solution-drying type electrode binder used as a binding material is one that evaporates a solvent component to dry and solidify, thereby firmly adhering and fixing active materials to each other.
Therefore, the solution-drying type electrode binder (binding material) and the adhesive resin are different materials.
正極活物質層21bの厚みは、特に限定されるものではないが、電池性能の観点から、150μm~600μmであることが好ましく、200μm~450μmであることがより好ましい。 Although the thickness of the positive electrode active material layer 21b is not particularly limited, it is preferably 150 μm to 600 μm, more preferably 200 μm to 450 μm, from the viewpoint of battery performance.
負極活物質層23bには、負極活物質が含まれる。
負極活物質としては、公知のリチウムイオン電池用負極活物質が使用でき、炭素系材料[黒鉛、難黒鉛化性炭素、アモルファス炭素、樹脂焼成体(例えばフェノール樹脂及びフラン樹脂等を焼成し炭素化したもの等)、コークス類(例えばピッチコークス、ニードルコークス及び石油コークス等)及び炭素繊維等]、珪素系材料[珪素、酸化珪素(SiOx)、珪素-炭素複合体(炭素粒子の表面を珪素及び/又は炭化珪素で被覆したもの、珪素粒子又は酸化珪素粒子の表面を炭素及び/又は炭化珪素で被覆したもの並びに炭化珪素等)及び珪素合金(珪素-アルミニウム合金、珪素-リチウム合金、珪素-ニッケル合金、珪素-鉄合金、珪素-チタン合金、珪素-マンガン合金、珪素-銅合金及び珪素-スズ合金等)等]、導電性高分子(例えばポリアセチレン及びポリピロール等)、金属(スズ、アルミニウム、ジルコニウム及びチタン等)、金属酸化物(チタン酸化物及びリチウム・チタン酸化物等)及び金属合金(例えばリチウム-スズ合金、リチウム-アルミニウム合金及びリチウム-アルミニウム-マンガン合金等)等及びこれらと炭素系材料との混合物等が挙げられる。
The negative electrode active material layer 23b contains a negative electrode active material.
As the negative electrode active material, known negative electrode active materials for lithium ion batteries can be used. ), cokes (for example, pitch coke, needle coke, petroleum coke, etc.) and carbon fibers, etc.], silicon-based materials [silicon, silicon oxide (SiOx), silicon-carbon composites (carbon particles with silicon and / Or those coated with silicon carbide, silicon particles or silicon oxide particles whose surfaces are coated with carbon and / or silicon carbide, silicon carbide, etc.) and silicon alloys (silicon-aluminum alloy, silicon-lithium alloy, silicon-nickel alloys, silicon-iron alloys, silicon-titanium alloys, silicon-manganese alloys, silicon-copper alloys, silicon-tin alloys, etc.)], conductive polymers (such as polyacetylene and polypyrrole, etc.), metals (tin, aluminum, zirconium and titanium, etc.), metal oxides (titanium oxides and lithium-titanium oxides, etc.) and metal alloys (e.g., lithium-tin alloys, lithium-aluminum alloys, lithium-aluminum-manganese alloys, etc.), etc., and these and carbon-based materials and the like.
また、負極活物質は、上述した被覆正極活物質と同様の導電助剤及び被覆用樹脂で被覆された被覆負極活物質であっても良い。
導電助剤及び被覆用樹脂としては、上述した被覆正極活物質と同様の導電助剤及び被覆用樹脂を好適に用いることができる。
Also, the negative electrode active material may be a coated negative electrode active material coated with the same conductive aid and coating resin as the coated positive electrode active material described above.
As the conductive aid and the coating resin, the same conductive aid and coating resin as those for the coated positive electrode active material described above can be suitably used.
また、負極活物質層23bは、被覆負極活物質に含まれる導電助剤以外にも導電助剤を含んでもよい。導電助剤としては、上述した被覆正極活物質に含まれる導電助剤と同様のものを好適に用いることができる。 Moreover, the negative electrode active material layer 23b may contain a conductive support agent other than the conductive support agent contained in the coated negative electrode active material. As the conductive aid, the same conductive aid as contained in the above-described coated positive electrode active material can be suitably used.
負極活物質層23bは、正極活物質層21bと同様に、負極活物質同士を結着する結着材を含まない非結着体であることが好ましい。また、正極活物質層21bと同様に、粘着性樹脂が含まれていても良い。 Like the positive electrode active material layer 21b, the negative electrode active material layer 23b is preferably a non-binding material that does not contain a binder that binds the negative electrode active materials together. Also, like the positive electrode active material layer 21b, it may contain an adhesive resin.
負極活物質層23bの厚みは、特に限定されるものではないが、電池性能の観点から、150μm~600μmであることが好ましく、200μm~450μmであることがより好ましい。 Although the thickness of the negative electrode active material layer 23b is not particularly limited, it is preferably 150 μm to 600 μm, more preferably 200 μm to 450 μm, from the viewpoint of battery performance.
正極活物質層21b及び負極活物質層23bには、電解液が含まれる。
電解液としては、公知のリチウムイオン電池の製造に用いられる、電解質及び非水溶媒を含有する公知の電解液を使用することができる。
The positive electrode active material layer 21b and the negative electrode active material layer 23b contain an electrolytic solution.
As the electrolytic solution, a known electrolytic solution containing an electrolyte and a non-aqueous solvent, which is used for manufacturing known lithium ion batteries, can be used.
電解質としては、公知の電解液に用いられているもの等が使用でき、例えば、LiN(FSO2)2、LiPF6、LiBF4、LiSbF6、LiAsF6及びLiClO4等の無機酸のリチウム塩、LiN(CF3SO2)2、LiN(C2F5SO2)2及びLiC(CF3SO2)3等の有機酸のリチウム塩等が挙げられる。これらのうち、電池出力及び充放電サイクル特性の観点から好ましいのはイミド系電解質[LiN(FSO2)2、LiN(CF3SO2)2及びLiN(C2F5SO2)2等]及びLiPF6である。 As the electrolyte , those used in known electrolytic solutions can be used . Examples include lithium salts of organic acids such as LiN( CF3SO2 ) 2 , LiN( C2F5SO2 ) 2 and LiC( CF3SO2 ) 3 . Among these, imide-based electrolytes [LiN( FSO2 ) 2 , LiN( CF3SO2 ) 2 , LiN( C2F5SO2 ) 2 , etc. ] and LiPF6 .
非水溶媒としては、公知の電解液に用いられているもの等が使用でき、例えば、ラクトン化合物、環状又は鎖状炭酸エステル、鎖状カルボン酸エステル、環状又は鎖状エーテル、リン酸エステル、ニトリル化合物、アミド化合物、スルホン、スルホラン等及びこれらの混合物を用いることができる。 As the non-aqueous solvent, those used in known electrolytic solutions can be used. compounds, amide compounds, sulfones, sulfolane, etc. and mixtures thereof can be used.
電解液の電解質濃度は、15mol/L~5mol/Lであることが好ましく、1.5mol/L~4mol/Lであることがより好ましく、2mol/L~3mol/Lであることが更に好ましい。
電解液の電解質濃度が1mol/L未満であると、電池の充分な入出力特性が得られないことがあり、5mol/Lを超えると、電解質が析出してしまうことがある。
なお、電解液の電解質濃度は、リチウムイオン電池用電極又はリチウムイオン電池を構成する電解液を、溶媒等を用いずに抽出して、その濃度を測定することで確認することができる。
The electrolyte concentration of the electrolytic solution is preferably 15 mol/L to 5 mol/L, more preferably 1.5 mol/L to 4 mol/L, even more preferably 2 mol/L to 3 mol/L.
If the electrolyte concentration of the electrolytic solution is less than 1 mol/L, the battery may not have sufficient input/output characteristics, and if it exceeds 5 mol/L, the electrolyte may precipitate.
The electrolyte concentration of the electrolytic solution can be confirmed by extracting the lithium ion battery electrode or the electrolytic solution constituting the lithium ion battery without using a solvent or the like and measuring the concentration.
セパレータ22としては、可撓性を有する材料が適用され、例えばポリエチレン又はポリプロピレン製の多孔性フィルム、上記多孔性フィルムの積層フィルム(多孔性ポリエチレンフィルムと多孔性ポリプロピレンとの積層フィルム等)、合成繊維(ポリエステル繊維及びアラミド繊維等)又はガラス繊維等からなる不織布、及びそれらの表面にシリカ、アルミナ、チタニア等のセラミック微粒子を付着させたもの等の公知のリチウムイオン単電池に用いられるものが挙げられる。 As the separator 22, a material having flexibility is applied, for example, a porous film made of polyethylene or polypropylene, a laminated film of the above porous films (a laminated film of a porous polyethylene film and a porous polypropylene, etc.), a synthetic fiber, and the like. (Polyester fiber, aramid fiber, etc.) or non-woven fabric made of glass fiber, etc., and those used in known lithium ion cells such as those with ceramic fine particles such as silica, alumina, and titania attached to their surfaces. .
シール部24としては、可撓性を有し、電解液に対して耐久性のある材料であれば特に限定されないが、高分子材料が好ましく、熱硬化性高分子材料がより好ましい。具体的には、エポキシ系樹脂、ポリオレフィン系樹脂、ポリウレタン系樹脂及びポリフッ化ビニリデン樹脂等が挙げられ、耐久性が高く取り扱いが容易であることからエポキシ系樹脂が好ましい。
The material for the sealing
本実施形態では、蓄電池モジュール2の構成要素として、単電池であるリチウムイオン二次電池2aが複数層積層されてなる組電池2Aを例示したが、組電池の代わりに単電池であるリチウムイオン二次電池2aを用いて、その上下に引出電極を設けて外装フィルムで覆った単電池の蓄電池モジュールとする場合も考えられる。
In the present embodiment, as a component of the
緩衝材3は、図1及び図2に示すように、可撓性を有する樹脂や金属等の材料からなり、略均一の厚みとされた薄いシート状の部材であり、表裏面に所定の加工等が施され、例えばマトリクス状に均一に複数の凹凸3aが形成されている。金属材料としては、熱伝導率が比較的低いステンレス鋼等が挙げられる。樹脂材料としては、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等のポリエステル類、ポリイミド、ポリ(メタ)アクリル樹脂、ポリ(メタ)アクリル樹脂、フェノール樹脂、エポキシ樹脂、ポリアリレート等の有機材料等が挙げられる。 As shown in FIGS. 1 and 2, the cushioning material 3 is a thin sheet-like member made of a flexible material such as resin or metal and having a substantially uniform thickness. For example, a plurality of irregularities 3a are uniformly formed in a matrix. Examples of metal materials include stainless steel, which has a relatively low thermal conductivity. Examples of resin materials include polyesters such as polyethylene terephthalate and polyethylene naphthalate, and organic materials such as polyimides, poly(meth)acrylic resins, poly(meth)acrylic resins, phenol resins, epoxy resins, and polyarylates.
緩衝材3は、太陽電池モジュール1と蓄電池モジュール2との間に挿入され、表面の凹凸3aの太陽電池モジュール1側に突出する凸部の頂面33で太陽電池モジュール1の裏面と接触し、裏面の凹凸3aの蓄電池モジュール2側に突出する凸部の頂面34で蓄電池モジュール2の表面と接触している。頂面33と太陽電池モジュール1、及び頂面34と蓄電池モジュール2は、直接的に接触するようにしても良いが、確実に固定するために所定の接着剤等を用いて接着するようにしても良い。各頂面33,34は、表面積が極めて小さく、緩衝材3の全面に亘って均一に分布していることから、接着剤が緩衝材3の可撓性に与える影響は無視できる程度に小さく抑えられる。
The cushioning material 3 is inserted between the solar cell module 1 and the
緩衝材3は、太陽電池モジュール1と蓄電池モジュール2との間に挿入されると、凹凸3aの存在により、表面側では太陽電池モジュール1との非接触部位である凹部に複数の空気層31が、裏面側では蓄電池モジュール2との非接触部位である凹部に複数の空気層32がそれぞれ形成される。空気層31,32は、図2に示すように、緩衝材3において外部に開放された通気状態とされている。
When cushioning material 3 is inserted between solar cell module 1 and
緩衝材を有さず、太陽電池と蓄電池とが直接的に密着した電池モジュールでは、使用時に太陽電池が高温になると、その熱が直接的に蓄電池に伝達され、蓄電池の機能が損なわれる。 In a battery module in which a solar cell and a storage battery are in direct contact without a cushioning material, when the temperature of the solar cell becomes high during use, the heat is directly transmitted to the storage battery, impairing the function of the storage battery.
本実施形態による電池モジュールでは、太陽電池モジュール1と蓄電池モジュール2との間に、空気層31,32を含む緩衝材3が設けられている。緩衝材3は、太陽電池モジュール1及び蓄電池モジュール2と緩衝材と極めて小さい面積の頂面33,34のみで接触固定され、太陽電池モジュール1及び蓄電池モジュール2と容積の大きい通気状態の空気層31,32で隔てられている。そのため、使用時に太陽電池モジュール1が高温になったとしても、その熱は空気層31,32で断熱され、蓄電池モジュール2への伝熱が破断されて蓄電池モジュール2の高温化が抑止される。
In the battery module according to this embodiment, a cushioning material 3 including air layers 31 and 32 is provided between the solar battery module 1 and the
また、電池モジュールに可撓性を有する太陽電池及び蓄電池を適用する場合には、曲げたり撓ませたりできるフレキシブルな利便性に優れた電池モジュールが得られる。しかしながらこの場合、太陽電池と蓄電池とが直接的に密着した電池モジュールでは、曲げたり撓ませたりできる一方で、太陽電池部分と蓄電池部分とでは撓みの度合いや剛性が異なるため、両者間で容易に剥離や破損が生じる可能性がある。 Moreover, when a solar cell and a storage battery having flexibility are applied to the battery module, a flexible and convenient battery module that can be bent and bent can be obtained. However, in this case, while the battery module in which the solar cells and the storage battery are in direct contact can be bent and bent, the degree of bending and the rigidity differ between the solar cell portion and the storage battery portion, so that it is easy to separate the two. Delamination and breakage may occur.
本実施形態による電池モジュールでは、太陽電池モジュール1及び蓄電池モジュール2が共に可撓性を有し、曲げたり撓ませたりすることのできるフレキシブルなものであるも、太陽電池モジュール1と蓄電池モジュール2との間に可撓性の緩衝材3が設けられている。緩衝材3は、空気層31,32を含み、曲げられた際にしなやかな弾力性を有しているため、太陽電池モジュール1と蓄電池モジュール2との撓み度合いや剛性の違いが緩衝材3により吸収され、曲げや撓みが生じても太陽電池モジュール1及び蓄電池モジュール2の剥離や損壊が防止される。
In the battery module according to this embodiment, both the solar battery module 1 and the
以上説明したように、本実施形態によれば、可撓性を有するシート状の蓄電池モジュール2上に可撓性を有するシート状の太陽電池モジュール1を積層した構成を採るも、蓄電池モジュール2を太陽電池モジュール1から断熱して太陽電池モジュール1への光照射による蓄電池モジュール2の高温化を抑止すると共に、太陽電池モジュール1及び蓄電池モジュール2の剥離や損壊を防ぐことができる電池モジュールが実現する。
As described above, according to the present embodiment, although the flexible sheet-like solar cell module 1 is laminated on the flexible sheet-like
本実施形態による電池モジュールでは、緩衝材3の表裏面に形成する凹凸3aを小さくしてその数を増加させたり、凹凸3aを大きくしてその数を減少させたり、或いは凹凸3aを全面に均一に形成するのではなく複数の凹凸群を所定間隔を空けて例えばマトリクス状に設けること等も考えられる。このようにすることにより、太陽電池モジュール1からの蓄電池モジュール2への熱伝導状態を変えたり、太陽電池モジュール1及び蓄電池モジュール2の可撓性の度合いや両者の可撓性の違いを適宜調節して、当該電池モジュールの太陽電池や蓄電池に応じた信頼性の高い電池モジュールが実現する。
In the battery module according to this embodiment, the unevenness 3a formed on the front and back surfaces of the cushioning material 3 may be reduced to increase the number of unevennesses, or may be increased to decrease the number of unevennesses 3a, or the unevenness 3a may be formed uniformly over the entire surface. It is also conceivable to form a plurality of uneven groups at predetermined intervals, for example, in a matrix instead of forming them in parallel. By doing so, the state of heat conduction from the solar cell module 1 to the
また、本実施形態による電池モジュールでは、緩衝材に上記のような凹凸を設けることなく、緩衝材として略均一な厚みの可撓性に富んだ例えばスポンジ様の多孔性の樹脂等の薄膜を設けることも考えられる。この場合、樹脂膜の多数の小孔が外部に通気する空気層として機能し、緩衝材3を設ける場合と同様に、蓄電池モジュール2を太陽電池モジュール1から断熱して太陽電池モジュール1への光照射による蓄電池モジュール2の高温化を抑止すると共に、太陽電池モジュール1及び蓄電池モジュール2の剥離や損壊を防ぐことができる。
In addition, in the battery module according to the present embodiment, instead of providing the cushioning material with unevenness as described above, a flexible thin film such as sponge-like porous resin having a substantially uniform thickness is provided as the cushioning material. It is also possible. In this case, the large number of small holes in the resin film function as an air layer for ventilation to the outside, and the
以上説明したように、本発明の一実施形態に係る電池モジュールは、複数の蓄電要素が積層されてなるシート状の蓄電池と、前記蓄電池の上方に設けられたシート状の太陽電池と、前記蓄電池と前記太陽電池との間に挿入された、空気層を含む緩衝材と、を有する。 As described above, the battery module according to one embodiment of the present invention includes a sheet-shaped storage battery formed by stacking a plurality of storage elements, a sheet-shaped solar cell provided above the storage battery, and the storage battery and a cushioning material containing an air layer inserted between the solar cells.
上記一実施形態では、前記空気層は、前記緩衝材において外部に開放された通気状態とされていてもよい。 In the one embodiment described above, the air layer may be in a ventilated state open to the outside in the cushioning material.
上記一実施形態では、前記緩衝材は、表裏面に複数の凹凸を有しており、前記凹凸により前記蓄電池との間及び前記太陽電池との間に前記空気層が形成されていてもよい。 In the above embodiment, the cushioning material may have a plurality of unevenness on the front and back surfaces, and the unevenness may form the air layer between the storage battery and the solar cell.
上記一実施形態では、前記蓄電池及び前記太陽電池は、共に可撓性を有していてもよい。 In the above embodiment, both the storage battery and the solar cell may have flexibility.
上記一実施形態では、前記蓄電要素として、負極樹脂集電体、負極活物質層、セパレータ、正極活物質層及び正極樹脂集電体が積層されてなる積層電池を備えていてもよい。 In the above embodiment, a laminated battery in which a negative electrode resin current collector, a negative electrode active material layer, a separator, a positive electrode active material layer, and a positive electrode resin current collector are stacked may be provided as the electric storage element.
上記一実施形態では、前記蓄電池は、前記積層電池が複数積層されてなるものであってもよい。 In the one embodiment described above, the storage battery may be formed by stacking a plurality of the stacked batteries.
1 太陽電池モジュール
1a 太陽電池セル
2 蓄電池モジュール
2A 組電池
2a リチウムイオン二次電池
3 緩衝材
3a 凹凸
11 可撓性基板
12 下部電極
13 光電変換層
14 上部電極
15 バスバー電極
21 正極
21a 正極樹脂集電体
21b 正極活物質層
22 セパレータ
23 負極
23a 負極樹脂集電体
23b 負極活物質層
11 正極電極
24 シール部
25,26 引出電極
27 外装フィルム
31,32 空気層
33,34 頂面
1
本実施形態による電池モジュールでは、太陽電池モジュール1と蓄電池モジュール2との間に、空気層31,32を含む緩衝材3が設けられている。緩衝材3は、太陽電池モジュール1及び蓄電池モジュール2と極めて小さい面積の頂面33,34のみで接触固定され、太陽電池モジュール1及び蓄電池モジュール2と容積の大きい通気状態の空気層31,32で隔てられている。そのため、使用時に太陽電池モジュール1が高温になったとしても、その熱は空気層31,32で断熱され、蓄電池モジュール2への伝熱が遮断されて蓄電池モジュール2の高温化が抑止される。
In the battery module according to this embodiment, a cushioning material 3 including air layers 31 and 32 is provided between the solar battery module 1 and the
Claims (6)
前記蓄電池の上方に設けられたシート状の太陽電池と、
前記蓄電池と前記太陽電池との間に挿入された、空気層を含む緩衝材と、
を有する、
電池モジュール。 a sheet-shaped storage battery in which a plurality of storage elements are stacked;
a sheet-shaped solar cell provided above the storage battery;
a cushioning material containing an air layer inserted between the storage battery and the solar cell;
having
battery module.
請求項1に記載の電池モジュール。 The air layer is in a ventilated state open to the outside in the cushioning material,
The battery module according to claim 1.
請求項1又は2に記載の電池モジュール。 The cushioning material has a plurality of unevenness on the front and back surfaces, and the unevenness forms the air layer between the storage battery and the solar cell.
The battery module according to claim 1 or 2.
請求項1~3のいずれか1項に記載の電池モジュール。 Both the storage battery and the solar cell have flexibility,
The battery module according to any one of claims 1-3.
請求項4に記載の電池モジュール。 The storage battery is a laminated battery in which a negative electrode resin current collector, a negative electrode active material layer, a separator, a positive electrode active material layer, and a positive electrode resin current collector are stacked as the electricity storage element,
The battery module according to claim 4.
請求項5に記載の電池モジュール。 The storage battery is formed by stacking a plurality of the stacked batteries,
The battery module according to claim 5.
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