JP2023544400A - リチウムイオン電池パックにおける熱暴走伝播の軽減 - Google Patents

リチウムイオン電池パックにおける熱暴走伝播の軽減 Download PDF

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Abstract

リチウムイオン電池アセンブリは、離間して略平行に配置された複数の電池セルを含み、電池セルの各セルは、中心軸に沿って伸張し、負端子を有する第１の端部と、正端子を有する第２の端部とを有する。アセンブリは、第１の捕捉プレートおよび第２の捕捉プレートを含み、少なくとも第１の捕捉プレートは、複数の電池セルに対応する捕捉プレート開口を規定し、第１の捕捉プレートは、第２の捕捉プレートから離間され、第２の捕捉プレートに概ね平行に向けられる。複数の電池セルのそれぞれは、第１の捕捉プレートと第２の捕捉プレートとの間に伸張し、第１の捕捉プレート内の捕捉プレート開口のうちの１つと同軸に配置される。アセンブリは、任意選択的に、捕捉プレート間に本体を含み、本体は、各電池セルのための隙間を規定する。【選択図】図１

Description

[0001]本開示は、概して電池テクノロジーに関し、より具体的には、電池パックにおける熱暴走伝播の緩和に関する。
[0002]リチウムイオン電池（lithium-ion battery）またはリチウムイオン電池（Li-ion battery）は、高エネルギー密度を有し、一般的にメモリ効果がない充電式電池のタイプである。電池は、個別に使用されることができ、または電池パックにパッケージ化されたグループで一緒に使用されることができる。リチウムイオン電池および電池パックは、例えば、ポータブル電子デバイス（例えば、セル電話機）、電気自動車、および消費者向けのコードレス電動工具において一般的に使用されている。リチウムイオン電池は、軍事用途および航空宇宙用途でも使用される。
[0003]リチウムイオンセルは、リチウムイオンが電解質を通って負極から正極に移動するときに電流を提供する。リチウムイオンは、セルを充電するときに逆方向に移動する。いくつかの例において、正極は、リチウムコバルト酸化物（ＬｉＣｏＯ２）、リン酸鉄リチウム（ＬｉＦｅＰＯ４）、またはリチウムマンガン酸化物（ＬｉＭｎ２Ｏ４またはＬｉ２ＭｎＯ３）を含む。負極は一般にグラファイトを含む。電解質は、有機カーボネートとリチウムイオン錯体との混合物であることがある。例えば、電解質は、エチレンカーボネートまたはジエチルカーボネートを含むことができる。
[0004]リチウムイオンセルは、シリンダ、フラット、パウチ、およびねじ付き端子を有する剛性プラスチックケースを含む様々なフォームファクタを有することができる。一例では、円筒形リチウムイオンは、典型的には、セルに一次構造を提供し、負極として機能する金属容器を含む。容器は、アルミニウムまたは鋼で作ることができる。電極アセンブリまたは「ゼリーロール」は、円筒形状に巻かれた多孔質膜によって分離された集電体シートを含む。電極アセンブリは、容器内に配置され、電気エネルギー貯蔵構成要素として機能する。集電体は、活物質でコーティングされた銅またはアルミニウム箔を含んでもよく、多孔質膜は、ポリマーまたはセラミックであることがある。電解質が容器の残りの容積を満たし、集電体およびセパレータ上の活物質に浸透する。正極として機能するキャップを缶の上部の所定位置にクリンプしてセルを完成させ、容器内に電極アセンブリを封入する。
[0005]リチウムイオン電池セルはまた、保護デバイスとして、電極アセンブリとキャップとの間に正温度係数ディスク（「ＰＴＣディスク」）および／または電流遮断デバイス（「ＣＩＤ」）を含んでもよい。例えば、ＰＴＣディスクは、高温で増加した電気抵抗を示す材料から作られ、それによって、より高い温度で電流の流れを減少させる。セル内部の圧力が閾値を超えると、圧力板などのＣＩＤ装置が破裂して、電気的接続を切断し、セルからガスを排出してもよい。
[0006]本開示は、熱暴走の伝播を緩和または抑制するように構成された方法および電池アセンブリに関する。一例では、電池アセンブリは、セルモジュールまたはリチウムイオン電池パックなどの電池パックである。この開示を踏まえて、数多くの実施形態が認識されるであろう。
[0007]図１は、本開示の実施形態によるリチウムイオン電池セルの断面図である。 [0008]図２Ａは、本開示の実施形態による、長方形グリッドに配置された電池セルを有する電池パックまたはセルモジュールの上面図である。 [0009]図２Ｂは、本開示の実施形態による、三角形グリッドに配置された電池セルを有する電池パックまたはセルモジュールの上面図である。 [0010]本開示の実施形態による、電池パックの一部の断面図であり、単一の電池セルを示している。 [0011]図４Ａは、本開示の実施形態による、容器側壁の周りに耐火性材料の層を有する電池セルの斜視図である。 [0012]図４Ｂは、本開示の実施形態による、電池セルの端部の周りに耐火性材料を有する電池セルの斜視図である。 [0013]図４Ｃは、本開示の実施形態による、容器の周りに耐火性材料およびスリーブを有する電池セルの斜視図である。 [0014]図５は、本開示の実施形態による、熱暴走事象中の正端子からの排出物を示す電池パックの電池セルの断面図である。 [0015]図６は、本開示の実施形態による、耐火性材料で包まれた端部をそれぞれ有する電池セルと、電池セルのアセンブリの周りの耐火性材料の層とを含むセルモジュールの部分分解斜視図である。 [0016]図７は、本開示の実施形態による、電池パックアセンブリの部分分解斜視図である。 [0017]図８は、本開示の実施形態による、ハウジング内で互いに離間され物理的に分離されたセルモジュールを含む電池パックの断面図である。
[0018]図面は、例示のみを目的として本開示の様々な実施形態を描いており、必ずしも一定の縮尺で描かれていない。多数の変形形態、構成、および他の実施形態が、以下の詳細な説明から明らかになるであろう。
[0019]リチウムイオン電池パックなどの電池パックにおける熱暴走の伝播を緩和するための方法および構造が開示される。いくつかの例示的な実施形態によれば、電池アセンブリは、間隔を空けてほぼ平行に配置された複数の電池セルを含むセルモジュールまたは電池パックである。熱管理戦略の一部として、電池セルは、電池セル間の直接接触を防止し、１つの電池セルから別の電池セルへの見通し線を回避するように配置される。
[0020]一例では、各電池セルは、中心軸に沿って伸張し、負端子を有する第１の端部と、正端子を有する第２の端部とを有する。各電池セルは、ハニカムと呼ばれることもある本体内に規定された隙間内に収容される。第１の捕捉プレートは本体の一方の側にあり、第２の捕捉プレートは本体の反対側にある。少なくとも第１の捕捉プレートは、複数の電池セルのそれぞれが第１の捕捉プレートと第２の捕捉プレートとの間に伸張し、捕捉プレート開口のうちの１つと同軸に配置されるように、電池セルに対応する捕捉プレート開口を規定する。例えば、本体は、電池セルからの任意の排出物が捕捉プレート開口を通ってセルから離れるように軸方向に向けられるように、電池セルの軸方向長さ全体に伸張する。
[0021]本開示のいくつかの実施形態では、本体は、アルミニウムなどの熱伝導性材料で作ることができ、本体は、ヒートシンクとして機能し、例えば、熱暴走を受ける電池セルから熱を奪う。本開示の他の実施形態では、本体は、断熱材料から作ることができ、熱暴走事象中に隣接する電池セルへの熱の拡散を抑制するように機能する。任意選択的に、耐火性材料またはポッティング材料を捕捉プレート開口内に配置して、近くの電池セルから放出される排出物から電池セルの端部を遮蔽することができる。
[0022]上述したような複数の電池セルをそれぞれ有する複数のセルモジュールは、電池パックハウジング内で一緒に組み立てることができる。電池セルは、電池パック内の別の電池セルとの直接的な見通し線をなくすように配置され、セルモジュールは構成される。本開示のいくつかの実施形態では、各セルモジュールは、電池セルの正端子がハウジングに向かって外側に向けられるように構成される。電池パックは、隣接するセルモジュールを物理的に分離する耐火性材料の１つ以上のパーティションを任意選択で含むことができる。任意選択的に、各セルモジュールを耐火性材料で包むことができる。
[0023]本開示は、リチウムイオン電池セルおよび電池アセンブリを参照して説明される。しかしながら、本明細書に開示される原理および構造は、理解されるように、他の化学的性質を利用する電池アセンブリに適用することができる。本開示を踏まえて、数多くの変形形態および実施形態が明らかになるであろう。
全般的な概要
[0024]リチウムイオン電池パックに関して、いくつかの重要な問題が残っている。リチウムイオン電池テクノロジーの１つの課題は、熱管理である。継続的な懸念は、リチウムイオン電池の使用、取り扱い、または輸送中の熱暴走の可能性である。熱暴走は、一連の自己持続する発熱副反応がセルの完全な故障をもたらし、場合によっては発火および／または爆発をもたらすときに起こる。熱暴走を受ける電池セルは、高温ガス、火炎、および排出物と呼ばれる溶融粒子状物質の高速ジェットを放出する可能性がある。ほとんどのリチウムイオン電池は、リチウムイオンテクノロジーの化学的性質に起因する熱暴走を経験する可能性を有する。セル性能を改善する（例えば、容量低下を低減する、利用可能な電力を増加させる等）ために、著しい進歩が経時的になされてきたが、熱暴走およびその伝播の課題が残っている。例えば、個々の電池セルまたは電池パックの材料および構造は、局所的なホットスポットまたは加熱をもたらす可能性があり、これはセル故障をもたらす。また、電池セルを過度に拘束することは、電池セルの周囲のプレートおよび締結具等の機械的構成要素の故障につながる、大きな圧力勾配をもたらすことがある。同様に、排出物を逃がさないことは、近くの電池セルにおいて熱暴走を引き起こすことがある局所的なホットスポットの瞬間的な形成をもたらすことがある。したがって、リチウムイオン電池パックにおける熱暴走の伝播を緩和するための構造および方法論が必要とされている。
[0025]本開示は、この必要性および他の必要性に対処する。本開示のいくつかの実施形態によれば、熱暴走伝播は、（ｉ）熱暴走を受ける個々の電池セル、（ｉｉ）熱暴走を受けるセルまたはセルモジュールに隣接するセル、（ｉｉｉ）電池セルパッケージング材料、および（ｉｖ）熱暴走事象を受ける隣接する電池セルまたはセルモジュールに対する電池セルまたはセルモジュールの空間的および構造的関係を含む複数の設計要因を考慮するアプローチを使用して、完全に軽減または停止することができる。
[0026]より詳細には、本開示に照らして理解されるように、熱暴走の伝播を軽減または停止することは、排出物が電池セルからどのように出るかを制御すること、排出物の経路およびその経路内の他の物体を直接制御すること、および排出物微粒子の着地点を制御することを含む、排出物の様々な態様を制御することを含む。例えば、電池セルの周りに十分な構造を提供することは、セルモジュールおよび隣接する電池セルから軸方向に離れて排出物を向けるために使用されることができる。
[0027]熱暴走が発生したとき、隣接する電池セルまたはセルモジュールの関係を考慮することによって、熱暴走の伝播を軽減または停止することができる。例えば、熱暴走事象に隣接する電池セルは、電池セルのバルク温度がアノードとカソードとの間のセパレータ材料の融点（または閾値温度）を超える場合、熱暴走に入ることがある。このような状態は、バルク加熱不良と呼ばれることがある。一例では、バルク加熱不良は、パッケージング材料の温度が、１つ以上の電池セルが閾値温度に達するかまたはそれを超えることを可能にするのに十分な時間にわたってセルの閾値温度を超えるときに起こることがある。
[0028]バルク加熱不良は、電池セルを収容する本体（または「ハニカム」）の材料など、電池セルのパッケージング材料を注意深く選択することによって軽減することができる。本開示の一つの例示的な実施形態では、本体は、アルミニウムまたは銅などの熱伝導性材料から作ることができる。本体は、バルク温度が閾値温度を超えないように、熱暴走事象から熱を伝導するのに十分な熱質量および熱伝導率を有するように構成することができる。代替として、本体は、断熱材料から作られることができる。そのような実施形態では、本体材料は、熱暴走事象に隣接する電池セルのいずれも閾値温度を超えないように、電池セルを絶縁する。断熱材料が使用されるとき、断熱材料は、熱暴走事象の持続時間を通してその完全性を維持する（すなわち、溶融しない）ことが可能であるべきである。
[0029]熱源が電池セルの一部の温度をアノードとカソードとの間のセパレータ材料の融点（または閾値温度）を超えて上昇させる場合、熱暴走事象に隣接する電池セルも熱暴走に入ることある。この状態は、局所加熱不良と呼ぶことができる。局所的な加熱不良は、例えば、電池セルが、熱暴走状態にあるセルからの炎または排出物と直接接触するように露出されたときに起こることがある。本開示の実施形態では、局所加熱不良およびバルク加熱不良は、電池セルを火炎および排出物に耐えることができる耐燃性または耐火性材料で包むことによって、および／または露出した電池セル端部を高温および耐燃性材料（または「ポッティング材料」）で封入または覆うことによって、軽減または停止することができる。
[0030]隣接するセルモジュールまたは隣接する電池セルの関係は、熱暴走の伝播を軽減または停止するように構成することもできる。いくつかの電池パックでは、個々のリチウムイオン電池セルは、直列および並列接続のセットによって組み合わせられる。いくつかのそのような実施形態では、電池セルのすべてを単一の１層スラブ内で一緒に接続することは非実用的であるかもしれない。したがって、電池パックは、サブセクションまたはセルモジュールに分割されてもよく、それぞれが直列および並列接続のいくつかの配置を有する。セルモジュールは、電池パックに組み立てることができる。いずれかのモジュール内の電池セルが熱暴走に入る場合、隣接するセルモジュールに差し迫った脅威をもたらす可能性がある。この伝播を軽減するために、電池パックは、ガラスパック、ガラス繊維、金属メッシュ、アルカリ土類ケイ酸塩ウール、または膨張テープなどの耐燃性または耐火性材料の１つ以上の層を含むように組み立てることができる。そのような製品の１つは、UnifraxによってFyreWrap（登録商標）として販売されている。いくつかのそのような実施形態では、耐火性材料で包まれた隣接するセルモジュールは、空隙によって分離されることができる。別の例示的な実施形態では、耐火性材料は、隣接するセルモジュール間の見通し線を防止するバッフルに形成することができる。
[0031]本開示のいくつかの実施形態によれば、これらの様々なアプローチを個別にまたは一緒に使用して、電池パックアセンブリ内の熱暴走伝播を軽減または排除することができる。本開示を踏まえて、数多くの変形形態および実施形態が明らかになるであろう。
[0032]本明細書の考察および特許請求の範囲で使用される場合、「約」という用語は、列挙された値が、変更がプロセスまたはデバイスの不適合をもたらさない限り、いくらか変更されてもよいことを示す。例えば、いくつかの要素について、「約」という用語は、＋－０．１％の変動を指すことができ、他の要素について、「約」という用語は、＋－１％もしくは＋－１０％の変動、またはその中の任意の点を指すことができる。また、本明細書で使用される場合、単数形で定義される用語は、複数形で定義される用語を含むことが意図され、逆もまた同様である。
[0033]本明細書における任意の数値範囲への言及は、その範囲によって包含される各数値（小数および整数を含む）を明示的に含む。例示のために、本明細書における「少なくとも５０」または「少なくとも約５０」の範囲への言及は、５０、５１、５２、５３、５４、５５、５６、５７、５８、５９、６０などの整数、および５０．１、５０．２、５０．３、５０．４、５０．５、５０．６、５０．７、５０．８、５０．９などの小数を含む。さらなる例示において、本明細書における「５０未満」または「約５０未満」の範囲への言及は、整数４９、４８、４７、４６、４５、４４、４３、４２、４１、４０など、および小数４９．９、４９．８、４９．７、４９．６、４９．５、４９．４、４９．３、４９．２、４９．１、４９．０などを含む。
[0034]本明細書で使用される場合、「実質的に」または「実質的な」という用語は、動作、特徴、特性、状態、構造、項目、または結果の完全なまたはほぼ完全な欠如を指すために否定的な意味合いで使用されるときにも等しく適用可能である。例えば、「実質的に」平坦である表面は、完全に平坦であるか、または効果が完全に平坦である場合と同じであるようにほぼ平坦である。
アーキテクチャ
[0035]図１を参照すると、断面図は、本開示の実施形態による、中心軸１０１に沿って向けられた円筒形状を有する電池セル１００の一部を図示する。この例では、電池セル１００は、電極アセンブリ１２０および電解質１３０を収容するサイズの容積１１１を囲む容器１１０を含む。電極アセンブリ１２０（「ゼリーロール」とも呼ばれる）は、層状スタック１２９内に配置された第１の集電体１２２、第２の集電体１２４、第１のセパレータ１２６ａ、および第２のセパレータ１２６ｂを含み、集電体１２２、１２４はセパレータ１２６と交互配置される。次に、スタック１２９を円筒形状に捲回して、例えば図１に図示するような渦巻き型電極体１２０を形成する。電池セル１００は、いくつか例を挙げると、１８ｍｍ×６５ｍｍ、２１ｍｍ×７０ｍｍ、および２６ｍｍ×６５ｍｍの直径および長さを含む、任意の標準または非標準寸法を有することができる。
[0036]一例では、容器１１０は、金属または他の導電性材料で作られ、閉じた第１の端部１１２（例えば、下端部）と開いた第２の端部１１４（例えば、上端部）との間で軸方向に伸張する容器側壁１１０ａを有する。いくつかの実施形態において、容器１１０は、電池セル１００の負端子１０４として機能する。容器１１０に適した材料には、他の導電性材料の中でも、アルミニウム、アルミニウム合金、および鋼が含まれる。
[0037]一例では、第１の集電体１２２は第１の電極材料を含み、第２の集電体１２４は第２の電極材料を含む。いくつかの実施形態によれば、第１の電極材料はアノード材料として選択されてもよく、第２の電極材料はカソード材料として選択されてもよく、またはその逆であってもよい。
[0038]第１の電極材料の例としては、アルミニウム（Ａｌ）、リチウム（Ｌｉ）、ナトリウム（Ｎａ）、カリウム（Ｋ）、カルシウム（Ｃａ）、マグネシウム（Ｍｇ）、これらの元素の合金、挿入が可能な炭素または黒鉛材料（リチウム化炭素、ＬｉＸＴｉ５Ｏ１２など）、ケイ素（Ｓｉ）、スズ（Ｓｎ）、およびこれらの材料のいずれかの組み合わせが挙げられる。
[0039]実施形態において、第２の電極材料は、式（ＣＦｘ）ｎまたは（Ｃ２Ｆ）ｎによって表されるフッ素化炭素を含み、ｘは約０．５から約１．２である（フッ化黒鉛、一フッ化炭素、および他の用語でも呼ばれる）。第２の電極材料についての他の好適な材料としては、銅硫化物（ＣｕＳ）、酸化銅（ＣｕＯ）、二酸化鉛（ＰｂＯ２）、硫化鉄（ＦｅＳ）、二硫化鉄（ＦｅＳ２）、黄鉄鉱、塩化銅（ＣｕＣｌ２）、塩化銀（ＡｇＣｌ）、酸化銀（ＡｇＯ、Ａｇ２Ｏ）、硫黄（Ｓ）、酸化ビスマス（Ｂｉ２Ｏ３）、銅ビスマス酸化物（ＣｕＢｉ２Ｏ４）、酸化コバルト、酸化バナジウム（Ｖ２Ｏ５）、三酸化タングステン（ＷＯ３）、三酸化モリブデン（ＭｏＯ３）、二硫化モリブデン（ＭｏＳ２）、二硫化チタン（ＴｉＳ２）、多硫化遷移金属（transition metal polysulfides）、リチウム金属酸化物および硫化物（例えば、リチウムコバルトおよび／またはニッケル酸化物）、リチウムマンガン酸化物、リチウムチタン硫化物（ＬｉｘＴｉＳ２）、リチウム硫化鉄（ＬｉｘＦｅＳ２）、リン酸鉄リチウム（ＬｉＦｅＰＯ４）、リン酸鉄ニオブリチウム（lithium iron niobium phosphate ＬｉＦｅＮｂＰＯ４）、および前述の材料のいずれかの混合物が挙げられる。
[0040]各セパレータ１２６は、絶縁材料、不透過性材料、実質的に不透過性の材料、または微孔性材料などの１つ以上の材料を含むことができ、材料は、ポリプロピレン、ポリエチレン、およびこれらの組み合わせのうちの１つ以上から選択される。各セパレータ１２６の材料は、アルミニウム、ケイ素、チタン、およびそれらの組合せの酸化物などの充填材を含むことができる。各セパレータ１２６は、メルトブローン不織布フィルムテクノロジーなどによって、マイクロファイバーから製造することもできる。各セパレータ１２６は、約８から約３０ミクロンまたはそれ以上の厚さを有することができる。各セパレータ１２６はまた、細孔をほとんどまたは全く有さなくてもよい。一例では、一方または両方のセパレータ１２６は、約０．００５から約５ミクロンの孔径範囲、または約０．００５から約０．３ミクロンの孔径範囲の孔径を有する孔を含む。各セパレータ１２６は、多孔性をほとんどまたは全く有さなくてもよく、またはいくつかの実施形態では、約３０から約７０パーセント、好ましくは約３５から約６５パーセントの範囲の多孔性を有してもよい。
[0041]電極アセンブリ１２０（および容器１１０内の任意の他の構成要素）によって充填されていない容器１１０内の容積１１１は、液体電解質１３０によって占められている。電解質１３０は、第１の集電体１２２、第２の集電体１２４およびセパレータ１２６の表面に接している。いくつかの実施形態では、電解質１３０は、第１の集電体１２２および第２の集電体１２４上のセパレータ１２６および／または活物質に浸透する。電解質１３０は、典型的には六フッ化リン酸リチウム（ＬｉＰＦ６）の溶液などの液体形態の任意の適切な電解質であることができる。
[0042]電池セルは、任意の適切な方法で容器１１０に取り付けられ、したがって容器１１０の第２の端部１１４を閉鎖し、容器１１０内に液密容積１１１を形成するキャップ１３４を含む。キャップ１３４は、ガスケット１３６によって容器１１０から電気的に絶縁されている。キャップ１３４は、電池セル１００の端子（例えば、正端子）として構成することができる。一例では、タブ、ワイヤ、物理的接触、または他の適切な電気コネクタなどによって、第１の集電体１２２が容器１１０に電気的に接続され、第２の集電体１２４がキャップ１３４に電気的に接続されるか、またはその逆である。
[0043]電池セル１００は、キャップ１３４と電極アセンブリ１２０との間に好適な電流遮断装置（ＣＩＤ）１４０を任意選択的に含む。この例では、ＣＩＤ１４０は、電池セル１００内の過剰圧力で破裂するように設計された圧力ディスク１４１を含み、それによって電流の流れを切断し、容器１１０の第２の端部１１４を通してガスを排出する。ＣＩＤ１４４は、第１の集電体１２２または第２の集電体１２４と電気的に接触している電気コネクタ１４３（例えば、プレートまたはディスク）および任意の追加の電気コネクタ１４２（例えば、ワイヤまたはタブ）を含む。動作中、電池セル１００が容器１１０およびキャップ１３４で接続されるとき、電子が一方の集電体から他方の集電体に（例えば、第１の集電体１２２から第２の集電体１２４に）流れて電流を生成する。
[0044]電池セル１００は、任意選択で、キャップ１３４への電流経路内に正温度係数ディスク（ＰＴＣディスク）１４６を含む。例えば、ＰＴＣディスク１４６は、ＣＩＤとキャップ１３４との間にある。ＰＴＣディスク１４６は、理解されるように、温度の上昇とともに抵抗が増加するセラミックまたは他の適切な材料または材料の組み合わせとすることができる。ＰＴＣディスク１４６は、高温の間に電池セル１００の電流を減少させるように機能する。いくつかの実施形態では、ＰＴＣディスク１４６は円形形状を有し、他の実施形態では、ＰＴＣディスク１４６は環状形状を有する。本開示を踏まえて、数多くの変形形態および実施形態が明らかになるであろう。
[0045]ここで図２Ａおよび２Ｂを参照すると、複数の電池セル１００は、電池セル１００の端部または端子を見てここに示されるように、電池パック２００に組み立てられることができる。同様に、電池セル１００をセルモジュール１５０に組み立てることができ、複数のセルモジュールを組み立てて電池パック２００を作る。これらの例で説明される電池パック２００の特性は、いくつかの実施形態によるセルモジュール１５０に等しく適用することができる。電池パック２００の詳細は、以下により詳細に説明される。
[0046]図２Ａから図２Ｂのこれらの例では、電池セル１００はそれぞれ円筒形状を有し、隣接する電池セル１００は、（図１に示す）中心軸１０１が互いに概ね平行であり、本体２０２の側壁２０１に概ね平行であるように向けられる。電池セル１００の端部または端子は、長方形または三角形の格子またはグリッドに配置される。いくつかの実施形態では、図２Ｂのように、全ての正端子１０２が同じ方向を向き、他の実施形態では、図２Ａのように、いくつかの正端子１０２が他の正端子１０２と反対方向を向く。電池パック２００（またはセルモジュール１５０）は、２、３、４、８、１０、２０、３０、５０、１００、または特定の電圧もしくは用途に必要な他の数を含む、任意の数の電池セル１００を含むことができる。また、電池パック２００、セルモジュール１５０、または電池パック２００の他のサブセットの全体形状は、理解されるように、長方形、六角形、三角形、不規則形状、またはそのような形状の組み合わせを含む、種々の幾何学形状のうちのいずれか１つを有することができる。電池セル１００は、いくつか例を挙げると、均一または不均一な長方形格子（例えば、正方形格子）、均一または不均一な六角形格子、均一または不均一な三角形格子に配置することができる。
[0047]図２Ｂに示すように、例えば、各電池セル１００は、少なくとも３つの隣接する電池セル１００を有し、各隣接する電池セル１００は、同じまたは実質的に同じ距離Ｄだけ離れて位置付けられる。例えば、六角形の頂点に位置付けられる電池セル１００は、３つの隣接する電池セル１００を有し、それらの全ては、頂点の電池セル１００から同じ距離Ｄだけ離間される。対照的に、図２Ａに示される角頂点２０３における各電池セル１００は、理解されるように、距離Ｄ１だけ離間された２つの隣接する電池セル１００と、Ｄ１よりも大きい距離Ｄ２を有する対角線上に位置付けられたもう１つの電池セル１００とを有する。配置にかかわらず、隣接する電池セル１００の外側表面（例えば、容器側壁１１０ａ）または容器１１０の周りの耐火性材料２１０の外側表面の間の距離Ｄは、隣接する隙間２０４の間の本体２０２の厚さに等しいか、または実質的に等しいことができる。この距離Ｄは、少なくとも１ｍｍ、少なくとも１．５ｍｍ、少なくとも２ｍｍ、少なくとも３ｍｍ、少なくとも５ｍｍ、少なくとも７ｍｍ、少なくとも１０ｍｍ、１０ｍｍ以下、７ｍｍ以下、５ｍｍ以下、３ｍｍ以下、２ｍｍ以下、１．５ｍｍ以下、１ｍｍ以下、またはこれらの値のいずれかの間の包括的な範囲であることができる。
[0048]ここで図３を参照すると、断面図は、本開示の実施形態による、電池パック２００の一部としての電池セル１００を示す。電池セル１００は、ブロックまたは本体２０２内に規定された隙間２０４内に保持される。いくつかの実施形態において、本体２０２は、隣接する隙間２０４間の間隙材料の構造に起因してハニカムと呼ばれる。
[0049]いくつかの実施形態では、本体２０２は、アルミニウムなどの熱伝導性材料で作られる。そのようなアプローチでは、本体２０２は、隣接する電池セル１００の温度がセル閾値温度を超えないように、熱暴走を受ける電池セル１００から熱を逃がすのに十分な熱質量を有する。適切な材料は、理解されるように、各電池セル１００のサイズおよび構成、ならびに電池パック２００またはセルモジュール１５０内の電池セル１００間の距離に依存してもよい。逆に、本体２０２の材料および／または電池パック２００内の電池セル１００のパラメータは、動作温度、物理的寸法、電流容量、材料など、最小セル間隔を決定してもよい。
[0050]他の実施形態では、本体２０２は、隣接する電池セル１００における熱暴走の誘発を回避するために、隣接する電池セル１００が、熱暴走事象を受ける電池セル１００の熱から十分に絶縁されるように断熱材料から作られる。いくつかの好適な材料の例としては、UltemTM 2300として販売されている３０％ガラス強化ポリエーテルイミド、Tecapeek（登録商標）としてEnsingerによって販売されているポリエーテルエーテルケトン（PEEK）材料、およびTorlon（登録商標）としてSolvayによって販売されているポリアミドイミドなどの高温プラスチックが挙げられる。
[0051]いくつかの実施形態では、本体２０２内の各隙間２０４は、電池セル１００の周囲にあってもよい任意の耐火性材料２１０および／またはスリーブ１１６を含む、電池セル１００の形状と一致する形状を有する。この例では、隙間２０４は円筒形であり、電池セル１００の周りに巻き付けられた耐火性材料２１０の１つ以上の層と共に電池セル１００の円筒形状を受け入れる。隙間２０４は、電池セル１００にぴったりとフィットするようなサイズにすることができる。ぴったりとしたフィットは、電池セル１００と本体２０２との間の熱伝達を高めることができ、また、容器１１０（図１に示す）に構造的支持を提供することができる。いくつかの実施形態において、本体２０２は、少なくとも電池セル１００の軸方向長さに伸張する。この例では、本体２０２は、正端子１０２を超えておよび負端子１０４を越えて軸方向に伸長する。電池セル１００に隣接する隙間２０４内の環状ガスケット１１７は、電池セル１００と本体２０２の面との間の各端子１０２、１０４における軸方向長さの差を構成する。ガスケット１１７は、発泡体、プラスチック、ゴム、金属、または他の好適な材料から作られることができる。
[0052]他の実施形態では、隙間２０４は、電池セル１００の断面形状とは異なる断面形状を有することができる。例えば、隙間２０４は、円筒形電池セル１００をぴったりと受け入れるようなサイズの六角形断面形状を有することができる。そのような実施形態は、六角形形状の頂点に沿って本体２０２と電池セル１００との間の空間を介して電池セル１００から離れるように軸方向に排出物３００を向けることができる。容器側壁１１０ａまたは第１の端部１１２に沿って容器１１０が破損した場合、ガスは、本体２０２と容器側壁１１０ａとの間の経路に沿って逃げて、電池セル１００内の圧力を低下させることができる。そうすることで、逃げるガスは、正端子１０２から離れるように軸方向に向けられ、同時に通気することもできる。
[0053]捕捉プレート１１８は、本体２０２の各面に接しており、電池セル１００の各端子１０２、１０４のための捕捉プレート開口１１８ａを規定する。一般に、各捕捉プレート開口１１８ａのサイズは、電池セル１００が本体２０２から逃げるのを防止するように、電池セル１００の直径よりも小さい。いくつかの実施形態では、捕捉プレート開口１１８ａは、電池セル１００の直径の約８０から９０％、または約８５％である。捕捉プレート開口１１８ａのこのサイズは、過度に制約されることなく熱暴走事象中に電池セル１００が正端子１０２から通気することを可能にするのに十分な大きさであるが、本体２０２内に電池セル１００を効果的に保持するのに十分な小ささである。
[0054]いくつかの実施形態では、一方または両方の捕捉プレート１１８は、アルミニウム、銅、鋼、これらの材料の合金、または他の金属などの熱伝導性材料で作られる。したがって、捕捉プレート１１８は、電池セル１００の一端または両端（例えば、端子１０２または１０４）から熱を取り去るヒートシンクとして機能することができる。一例では、ガスケット１１７は、第１の端部１１２（例えば、下端部）が捕捉プレート１１８に直接接触するように、負端子１０４で省略される。いくつかのそのような実施形態では、捕捉プレート１１８は、負端子１０４に直接接触し、電池セル１００の端部から熱を奪うヒートシンクとして機能する。
[0055]正端子１０２において、環状ガスケット１１７および捕捉プレート開口１１８ａによって開放されたままの空間を充填するために、耐火性材料またはポッティング材料１１９を使用することができる。この例に示されるように、ポッティング材料１１９の外面は、捕捉プレート１１８の最外面と実質的に同一平面である。他の実施形態では、ポッティング材料１１９は、バスバー１６０と同一平面であってもよく、または捕捉プレート１１８とバスバー１６０との間の位置と同一平面であってもよい。ポッティング材料は、高温発泡体、ポリマー、難燃性材料、または熱暴走事象中に別のセルから放出される排出物から電池セル１００の露出端を保護する一方で、熱暴走事象中に電池セル１００の通気または排出機能を阻害しない他の好適な材料であることがある。
[0056]任意選択的に、ポッティング材料１１９は、電池セル１００の第１の端部１１２（例えば、負端子１０４）とスペーサ１６４または冷却板１６２との間に配置することができる。例えば、第１の端部１１２に隣接する冷却板１６２もスペーサ１６４も開口を規定せず、したがって、ポッティング材料１１９を任意選択的に使用して、電池セル１００の第１の端部１１２とスペーサ１６４との間の任意の開放空間を充填することができる。他の実施形態では、電池セル１００の第１の端部１１２が通気して電池セル１００内の圧力を低減することができるように、この開放空間は充填されないままである。
[0057]いくつかの実施形態では、電池セル１００の第１の端部１１２および第２の端部１１４のそれぞれにおいて、スペーサ１６４がバスバー１６０の外面に当接し、冷却板１６２がスペーサ１６４の外面に当接する。第２の端部１１４において、スペーサ１６４はスペーサ開口１６４ａを規定し、冷却板１６２は冷却板開口１６２Ａを規定し、それらのそれぞれは、電池セル１００の第２の端部１１４と概ね同心であり、その上に位置付けられて、例えば熱暴走事象の場合に排出物が逃げることを可能にする。対照的に、いくつかの実施形態によれば、第１の端部１１２に隣接するスペーサ１６４および冷却板１６２は連続しており、開口を規定しない。スペーサ１６４は、プラスチックなどの熱的および電気的に絶縁性の材料であることがある。そのような実施形態では、スペーサ１６４は、冷却板１６２をバスバー１６０から電気的に絶縁する。冷却板は、金属、複合材料、または他の構造的に剛性の材料であることがある。
[0058]いくつかの実施形態によれば、正端子１０２および負端子１０４との電気的接続を可能にすることを除いて、電池セル１００の外側の全部または一部を耐火性材料２１０で包むことができる。耐火性材料２１０は、電池セル１００の熱的および／または電気的絶縁を提供することができる。耐火性材料２１０の例としては、マイカテープ、およびDow Chemicalによって製造され、Nomex（登録商標）テープとして販売されているメタアラミド材料（ポリカーボンアミド（polycarbonamide）としても知られている）が挙げられる。ほとんどの場合、耐火性材料２１０の１つ以上の層は、容器側壁１１０ａの周りにしっかりと巻き付けられ、巻き付けられた電池セル１００は、耐火性材料２１０が本体２０２と接触した状態で本体２０２内に配置される。
[0059]図４Ａに示すような一例では、耐火性材料２１０は、円筒形容器側壁１１０ａの周りにあるが、正端子１０２または負端子１０４を覆わない。図４Ｂに示されるような別の例では、耐火性材料２１０は、正端子１０２に隣接し、負端子１０４に隣接する容器側壁１１０ａの端部部分のみの周りにあるが、端子１０２、１０４を覆わない。１つのそのような実施形態では、容器１１０の中間部分は、耐火性材料２１０を欠いている。図４Ｃに示されるようなさらに別の例では、耐火性材料２１０は、容器１１０の端部の周りに巻き付けることができ、容器側壁１１０ａの中間部分は、耐火性材料２１０の低減された厚さを有するか、または耐火性材料２１０を欠いている。いくつかのそのような実施形態では、耐火性材料２１０は、電池セル１００の端部部分の周りのみにある。任意選択的に、スリーブ１１６は、耐火性材料２１０と容器１１０との間で容器側壁１１０ａの周りにあり、容器１１０に構造的支持を提供し、例えば、熱暴走事象中の側壁破損を防止する。実施形態では、スリーブ１１６は、容器１１０に構造的支持を提供するステンレス鋼または同様の材料から作られる。スリーブ１１６は、例えば、容器１１０が本体２０２に接触しないか、さもなければ本体２０２から構造的支持を受けないときに使用することができる。
[0060]図５は、実施形態による、電池セル１００の熱暴走事象の例における図４の電池パック２００の一部の断面図を図示する。ここで、電池セル１００の温度は閾値温度を超えており、電流遮断装置１４４（図１に示す）の故障をもたらし、排出物３００が第２の端部１１４の正端子１０２から放出される。いくつかの実施形態では、排出物３００は、ポッティング材料１１９（図４に示す）が第２の端部１１４に隣接して部分的に無傷のままであるように、ポッティング材料１１９を通過することができる。他の実施形態では、排出物３００は、ポッティング材料１１９の全部または一部を除去または破壊するかもしれない。
[0061]環状ガスケット１１７内の開口、捕捉プレート開口１１８ａ、冷却板開口１６２Ａ、およびスペーサ開口１６４ａを介して、第２の端部１１４から周囲への通路が規定され、この通路は、第２の端部１１４から軸方向に離れるように排出物３００を導く。容器側壁１１０ａは、電池セル１００または電池セル１００の周囲の耐火性材料２１０に密着または接触する本体２０２によって構造的に支持される。第１の端部１１２は、第１の端部１１２に隣接するスペーサ１６４および冷却板１６２に向かって限られた範囲で通気することができるが、そのような通気はスペーサ１６４および冷却板１６２によって妨げられ、それによって隣接する電池セル１００を排出物３００から保護する。電流遮断装置１４０および圧力ディスク１４１の圧力解放特徴により、排出物３００は、主にまたは排他的に第２の端部１１４の正端子１０２を通って出ることが予想される。
[0062]図６は、本開示の実施形態による、セルモジュール１５０内に一緒にパッケージ化された複数の電池セル１００の斜視図を図示する。上部捕捉プレート１１８は、説明を明確にするために、この例ではアセンブリから分離されて示されている。上部捕捉プレート１１８は、上部捕捉プレート１１８がセルモジュール１５０と組み立てられるときに正端子１０２の上に位置付けられる捕捉プレート開口１１８ａを規定する。この例では、底部捕捉プレート１１８ｂは、（見えない）負端子１０４を遮蔽するために中実または連続的である（すなわち、捕捉プレート開口１１８ａがない）。この実施形態では、各電池セル１００は、容器１１０を補強し、容器側壁１１０ａにおける破損の可能性を低減するために、容器１１０の周りにスリーブ１１６を含む。例えば、スリーブ１１６は鋼で作られ、各電池セル１００の軸方向長さ全体に伸張する。スリーブ１１６の端部は耐火性材料２１０で包まれている。隣接する電池セル１００の耐火性材料２１０は互いに当接し、電池セル１００は長方形格子状にパッケージ化される。スリーブ１１６およびスリーブ１１６の端部の周りの耐火性材料２１０が存在するため、本体２０２は使用されない。長方形格子は、耐火性材料２１０の１つ以上の層で包まれる。この実施形態では、スリーブ１１６の端部の周りに耐火性材料２１０が存在し、スリーブ１１６の中間部分の間に空隙が存在するので、電池セル１００は互いに直接接触しない。この特徴は、電池セル１００間の熱伝達を低減する。また、負端子１０４は、底部捕捉プレート１１８ｂによって遮蔽される。さらに、耐火性材料２１０および上部捕捉プレート１１８に起因して、正端子１０２のいずれも、電池セル１００の他のものとの見通し線を有さない。さらに、側壁破損の場合、隣接する電池セル１１０は、耐火性材料２１０およびスリーブ１１６によって保護される。
[0063]図７は、本開示の実施形態による、電池パック２００の一部の斜視および部分分解図である。この例では、電池パック２００は、本体２０２内に規定された隙間２０４内に保持された（または保持されるように構成された）複数の電池セル１００を含む。この例では、いくつかの隙間２０４は、電池パック２００の構造をより良く示すために空である。各電池セル１００は、正端子１０２と、負端子１０４と、容器側壁１１０ａ（図１に示す）の周りの耐火性材料２１０の任意の層とを有する。本体２０２は、隣接する電池セル１００間の直接接触を防止し、隣接する電池セル１００間の見通し線を遮るように、ハニカムの一般的な形状で隣接する電池セル１００間にある。これらおよび他の特徴の結果として、１つの電池セル１００における熱暴走事象の伝播を大幅に低減または排除することができる。例えば、隣接する電池セル１００間の直接接触は、電池セル１００の一方から他方への熱暴走の伝播をほぼ確実にすることが分かっている。
[0064]捕捉プレート１１８は、本体２０２に当接し、正端子１０２、負端子１０４、またはその両方の上に捕捉プレート開口１１８ａを規定する。ポッティング材料１１９は、例えば、熱暴走事象中に隣接する電池パック２００から放出されるかもしれない（図５に示される）排出物３００から端子を保護するために、捕捉プレート開口１１８ａの体積を占有する。
[0065]バスバー１６０は、コネクタタブ１６１、ワイヤボンド、リボンボンド、ばね接点、化学結合、または、他の適切な電気コネクタもしくは電池パック２００内、セルモジュール１５０内、または何らかの他のグループ内の複数の電池セル１００と電気的に接触するように構成されたコネクタの組合せを有するプレートであることがある。実施形態では、バスバー１６０は、アルミニウム、銅、またはニッケルから形成される。電池セル１００とバスバー１６０との間の電気的接続は、例えば、レーザ溶接、抵抗溶接、超音波溶接、または摩擦攪拌溶接を使用して形成することができる。バスバー１６０は、電池セル１００のグループ間で直列接続、並列接続、またはその両方を利用することができる。例えば、電池セル１００の列の正端子１０２は、直列に接続することができ、隣接する列は、並列に接続することができる。本開示に照らして多数の変形形態が明らかになるであろう。図７では、タブ１６８が電池セル１００の正端子１０２に接触する状態で電池パック２００上に設置された１つのバスバー１６０が示されており（ポッティング材料１１９および他の詳細はタブ１６８を明らかにするために示されていない）、別のバスバー１６０は、プレート１６６およびタブ１６８の構造をより良く示すために電池パック２００から分離して示されている。
[0066]図７の例では、本体２０２および／または捕捉プレート１１８が電池セル１００の端子１０２、１０４を越えて軸方向に伸張しているため、設置された電池セル１００はいずれも互いに見通し線を有していない。例えば、各電池セル１００の正端子１０２および負端子１０４は、本体２０２の表面よりも下に窪んでいる。そうすることで、熱暴走事象中に電池セル１００の正端子１０２から放出される任意の排出物は、本体２０２および捕捉プレート１１８によって、電池パック２００内の任意の他の電池セル１００への直線経路から遮られる。隣接する電池セル１００はまた、容器側壁１１０ａに裂け目が生じた場合に、本体２０２によって互いに隔離される。
[0067]図８は、本開示の実施形態による、複数のセルモジュール１５０を含む電池パック２００の断面図を図示する。この例における各セルモジュール１５０は、電池セル１００と、図４に示され上述された他の構成要素とを含む。各セルモジュール１５０の側壁２０１は、耐火性材料２１０で包まれている。電池パック２００は、複数のセルモジュール１５０を収容するハウジング２１２を有する。セルモジュール１５０は、耐火性材料のバッフルまたはパーティション１８０によって分離されており、その例は上述されている。パーティション１８０は、隣接するセルモジュール１５０間の熱伝達を低減または防止するための物理的障壁として機能し、１つの電池セル１００からの排出物３００が別の電池セル１００またはセルモジュール１５０上に着地することを防止するための障壁を提供する。
[0068]また、この例では、正端子１０２は、一般に、他のセルモジュール１５０から離れて、かつ隣接するパーティション１８０から離れて、ハウジング２１２に向かって外向きに向くように位置合わせされることに留意されたい。また、各電池セル１００の負端子１０４は、冷却板１６２およびスペーサ１６４によって封鎖されている。これらの特徴は、個々にまたは組み合わせて、熱暴走事象からの排出物３００が負端子１０４を通って出ることを防止し、代わりに、任意の排出物３００を電池セル１００の正端子１０２を通って軸方向に出るように方向付ける。各セルモジュール１５０はまた、空隙２１４によっていくつかの側面またはすべての側面が囲まれている。空隙２１４は、隣接するセルモジュール１５０間の熱伝達をさらに低減し、したがって、熱暴走の伝播を緩和する。空隙２１４は、絶縁体として機能することができ、隣接するセルモジュール１５０間に間隔を提供し、熱暴走事象の場合に排出物３００が膨張するための容積を提供する。図８に示されるセルモジュール１５０およびパーティション１８０の配置は、１つの電池セル１００からの排出物３００が別の電池セル１００上に着地するために、蛇行経路を必要とする。
更なる実例的な実施形態
[0069]以下の例は、更なる実施形態に関し、それらから多数の置換および構成が明らかになるであろう。
[0070]例１は、リチウムイオン電池アセンブリであって、間隔を空けて概ね平行に配置された複数の電池セルと、電池セルの各セルは中心軸に沿って伸張し、負端子を有する第１の端部と、正端子を有する第２の端部とを有し、第１の捕捉プレートおよび第２の捕捉プレートとを備え、少なくとも第１の捕捉プレートは、複数の電池セルに対応する捕捉プレート開口を規定し、第１の捕捉プレートは、第２の捕捉プレートから離間され、第２の捕捉プレートに概ね平行に向けられ、ここで、複数の電池セルのそれぞれは、第１の捕捉プレートと第２の捕捉プレートとの間に伸張し、第１の捕捉プレートの捕捉プレート開口の１つと同軸に配置される。
[0071]例２は、例１の主題事項を含み、電池セルのそれぞれは、開放端および閉鎖端を有する円筒形状を有する容器と、容器は負端子を含み、リチウムイオン電解質と共に容器内にある電極アセンブリと、電極アセンブリは第１の電極と、第２の電極と、第１の電極と第２の電極との間にあるように容器内で螺旋状に巻かれた少なくとも１つのスペーサとを含み、容器の開放端上のキャップとを含み、キャップは正端子を含み、負端子は、第１の電極に電気的に接続され、正端子は、第２の電極に電気的に接続される。
[0072]例３は、例２の主題事項を含み、正端子と第２の電極との間に電流遮断デバイスをさらに備える。
[0073]例４は、例２または３の主題事項を含み、正端子に隣接する圧力ディスクをさらに備え、圧力ディスクは、容器内の圧力が閾値圧力を超えたときに破裂するように構成される。
[0074]例５は、例１から４のいずれかの主題事項を含み、捕捉プレート開口および複数の電池セルは格子状に配置され、格子は、長方形格子、三角形格子、および六角形格子から選択される。
[0075]例６は、例５の主題事項を含み、格子は、均一な正方グリッド格子、不均一な正方グリッド格子、不均一な六方格子、均一な三角形格子、不均一な三角形格子から選択される。
[0076]例７は、例１から６のいずれかの主題事項を含み、複数の電池セルのそれぞれの正端子は、第１の捕捉プレートに隣接する。
[0077]例８は、例１から６のいずれかの主題事項を含み、複数の電池セルのうちのいくつかの電池セルの正端子は第１の捕捉プレートに隣接し、複数の電池セルのうちの他の電池セルの正端子は第２の捕捉プレートに隣接する。
[0078]例９は、例１から８のいずれかの主題事項を含み、複数の電池セルのそれぞれは、（ｉ）１８ｍｍ×６５ｍｍ、（ｉｉ）２１ｍｍ×７０ｍｍ、および（ｉｉｉ）２６ｍｍ×６５ｍｍから選択される直径×軸方向長さの寸法を有する。
[0079]例１０は、例１から９のいずれかの主題事項を含み、複数の電池セルのそれぞれの側壁の周りに耐火性材料の層をさらに備える。
[0080]例１１は、例１０の主題事項を含み、耐火性材料の層は、側壁の少なくとも端部の周りにある。
[0081]例１２は、例１０または１１の主題事項を含み、耐火性材料の層は、側壁の実質的に全ての周りにある。
[0082]例１３は、例１０から１２のいずれかの主題事項を含み、側壁の周りにスリーブをさらに備え、スリーブは、電池セルと耐火性材料の層との間にある。
[0083]例１４は、例１から１３のいずれかの主題事項を含み、第１の捕捉プレートと第２の捕捉プレートとの間に本体をさらに備え、本体は複数の電池セルのそれぞれに対応する隙間を規定し、複数の電池セルのそれぞれは隙間のうちの１つの中に保持される。
[0084]例１５は、例１４の主題事項を含み、本体は厚さを有し、厚さは、複数の電池セルのそれぞれの軸方向長さ以上である。
[0085]例１６は、例１４または１５の主題事項を含み、本体は、２５℃で少なくとも１００Ｗ／ｍＫ、好ましくは２００Ｗ／ｍＫより大きい、より好ましくは４００Ｗ／ｍＫより大きい熱伝導率を有する材料から作られる。
[0086]例１７は、例１４または１５の主題事項を含み、本体は、２５℃において１Ｗ／ｍＫ以下、好ましくは０．１Ｗ／ｍＫ以下、より好ましくは０．０５Ｗ／ｍＫ以下の熱伝導率を有する材料から作られる。
[0087]例１８は、例１から１７のいずれかの主題事項を含み、第２の捕捉プレートは、複数の電池セルに対応する捕捉プレート開口を規定し、複数のリチウムイオンセルのそれぞれは、第１の捕捉プレート内の捕捉プレート開口のうちの１つと、第２の捕捉プレート内の捕捉プレート開口のうちの１つと同軸に配置される。
[0088]例１９は、例１から１８のいずれかの主題事項を含み、第１の捕捉プレートと本体との間にバスバーをさらに備え、バスバーは、複数の電池セルのうちの少なくともいくつかの正端子に電気的に接続される。
[0089]例２０は、例１９の主題事項を含み、バスバーと捕捉プレートとの間にスペーサをさらに備え、スペーサは電気絶縁材料である。
[0090]例２１は、例１から２０のいずれかの主題事項を含み、複数の電池セルのサブセットは電気的に直列に接続され、サブセットは電気的に並列に接続される。
[0091]例２２は、例１から２１のいずれかの主題事項を含み、第１および第２の捕捉プレートは、複数の電池セルの端部を越えて軸方向に伸張し、アセンブリは、正端子を覆う捕捉プレート開口内に耐火性材料をさらに備える。
[0092]例２３は、ハウジングと、ハウジング内の複数のセルモジュールと、各セルモジュールは、ハウジングに向けられた正端子を有する複数のリチウムイオン電池セルを含み、複数のセルモジュールのうちの隣接するセルモジュール間の耐火性材料のパーティションと、を含む電池パックである。
[0093]例２４は、例２３の主題事項を含み、セルモジュールのそれぞれは、離間して概ね平行に配置された複数のリチウムイオンセルと、リチウムイオンセルの各セルは、負端子を有する第１の端部と、正端子を有する第２の端部とを有し、第１の捕捉プレートおよび第２の捕捉プレートとを備え、少なくとも第１の捕捉プレートは、複数のリチウムイオンセルに対応する捕捉プレート開口を規定し、第１の捕捉プレートは、第２の捕捉プレートから離間して概ね平行に向けられ、複数のリチウムイオンセルのそれぞれは、第１の捕捉プレートと第２の捕捉プレートとの間に伸張し、第１の捕捉プレートの捕捉プレート開口のうちの１つと同軸に配置される。
[0094]例２５は、例２３または２４の主題事項を含み、さらに、複数のセルモジュールの各セルモジュールの側壁の周りに耐火性材料の層を備える。
[0095]例２６は、例２３または２４の主題事項を含み、パーティションおよび複数のセルモジュールは、セルモジュールとパーティションとの間に空隙を規定するように配置される。
[0096]例２７は、例２３から２６のいずれかの主題事項を含み、複数のリチウムイオン電池セルの正端子は、正方形格子または三角形格子に配置される。
[0097]例２８は、例２３から２７のいずれかの主題事項を含み、各セルモジュールは、隙間を規定する本体と、隙間のそれぞれは複数のリチウムイオン電池セルのうちの１つを収容し、本体の第１の側にある第１の捕捉プレートと、第１の捕捉プレートは複数のリチウムイオン電池セルに対応する捕捉プレート開口を規定し、本体の第２の側にある第２の捕捉プレートとをさらに備える。
[0098]例２９は、例２３から２８のいずれかの主題事項を含み、捕捉プレート開口内に耐火性材料をさらに備え、耐火性材料は、複数のリチウムイオンセルの正端子を覆う。
[0099]例示的な実施形態の前述の記載は、実例および説明を目的として提示されてきた。
網羅的である、または本開示を開示された厳密な形態に限定するようには意図されない。
本開示を踏まえて、多くの修正および変形が可能である。本開示の範囲が、この詳細な説明によってではなく、むしろ本明細書に添付された特許請求の範囲によって限定されることが意図されている。本出願に対する優先権を主張する将来出願される出願は、開示された主題事項を異なる方法で主張することができ、一般に、本明細書において様々に開示されるかまたは他の形で実証されるような１つ以上の限定の任意のセットを含むことができる。

Claims (20)

  1. リチウムイオン電池アセンブリであって、
    離間して概ね平行に配置された複数の電池セルと、前記電池セルの各セルが中心軸に沿って伸張し、負端子を有する第１の端部と、正端子を有する第２の端部とを有し、
    第１の捕捉プレートおよび第２の捕捉プレートとを備え、少なくとも前記第１の捕捉プレートは、前記複数の電池セルに対応する捕捉プレート開口を規定し、前記第１の捕捉プレートは、前記第２の捕捉プレートから離間され、前記第２の捕捉プレートに概ね平行に向けられ、ここで、前記複数の電池セルのそれぞれは、前記第１の捕捉プレートと前記第２の捕捉プレートとの間に伸張し、前記第１の捕捉プレート内の前記捕捉プレート開口のうちの１つと同軸に配置される、リチウムイオン電池アセンブリ。
  2. 前記電池セルのそれぞれは、
    開放端と、閉鎖端とを有する円筒形状を有する容器と、前記容器は前記負端子を含み、
    リチウムイオン電解質と共に前記容器内にある電極アセンブリと、前記電極アセンブリは、第１の電極と、第２の電極と、前記第１の電極と前記第２の電極との間にあるように前記容器内で螺旋状に巻かれた少なくとも１つのスペーサとを含み、
    前記容器の前記開放端上のキャップと、前記キャップは前記正端子を含み、
    前記正端子に隣接する圧力ディスクとを含み、前記圧力ディスクは、前記容器内の圧力が閾値圧力を超えたときに破裂するように構成され、
    前記負端子は、前記第１の電極に電気的に接続され、前記正端子は、前記第２の電極に電気的に接続される、請求項１に記載のリチウムイオン電池アセンブリ。
  3. 前記捕捉プレート開口および前記複数の電池セルは格子状に配置され、前記格子は、均一な正方グリッド格子、不均一な正方グリッド格子、不均一な六方格子、均一な三角形格子、不均一な三角形格子から選択される、請求項１に記載のリチウムイオン電池アセンブリ。
  4. 前記複数の電池セルのそれぞれの前記正端子は、前記第１の捕捉プレートに隣接している、請求項１に記載のリチウムイオン電池アセンブリ。
  5. 前記複数の電池セルのそれぞれの側壁の周りに耐火性材料の層をさらに備える、請求項１に記載のリチウムイオン電池アセンブリ。
  6. 前記耐火性材料の層は、前記側壁の実質的に全ての周りにある、請求項５に記載のリチウムイオン電池アセンブリ。
  7. 前記側壁の周りにスリーブをさらに備え、前記スリーブは、前記電池セルと前記耐火性材料の層との間にある、請求項５に記載のリチウムイオン電池アセンブリ。
  8. 前記第１の捕捉プレートと前記第２の捕捉プレートとの間に本体をさらに備え、前記本体は、前記複数の電池セルのそれぞれに対応する隙間を規定し、ここで、前記複数の電池セルのそれぞれは、前記隙間のうちの１つの中に保持される、請求項１に記載のリチウムイオン電池アセンブリ。
  9. 前記本体は厚さを有し、前記厚さは前記複数の電池セルのそれぞれの軸方向長さ以上である、請求項８に記載のリチウムイオン電池アセンブリ。
  10. 前記本体が、２５℃で少なくとも１００Ｗ／ｍＫの熱伝導率を有する材料で作られる、請求項８に記載のリチウムイオン電池アセンブリ。
  11. 前記本体は、２５℃で１Ｗ／ｍＫ以下の熱伝導率を有する材料で作られる、請求項８に記載のリチウムイオン電池アセンブリ。
  12. 前記第１の捕捉プレートと本体との間にバスバーをさらに備え、前記バスバーは、前記複数の電池セルのうちの少なくともいくつかの前記正端子に電気的に接続される、請求項１に記載のリチウムイオン電池アセンブリ。
  13. 前記複数の電池セルのサブセットは電気的に直列に接続され、ここで、前記サブセットは電気的に並列に接続される、請求項１２に記載のリチウムイオン電池アセンブリ。
  14. 前記バスバーと前記捕捉プレートとの間にスペーサをさらに備え、前記スペーサは電気絶縁材料である、請求項１２に記載のリチウムイオン電池アセンブリ。
  15. 前記第１および第２の捕捉プレートは、前記複数の電池セルの端部を越えて軸方向に伸張し、前記アセンブリは、前記正端子を覆う前記捕捉プレート開口内に耐火性材料をさらに備える、請求項１に記載のリチウムイオン電池アセンブリ。
  16. 電池パックであって、
    ハウジングと、
    前記ハウジング内の複数のセルモジュールと、各セルモジュールは複数のリチウムイオン電池セルを含み、各電池セルは前記ハウジングに向けられた正端子を有し、
    前記複数のセルモジュールのうちの隣接するセルモジュール間の耐火性材料のパーティションとを備える、電池パック。
  17. 前記セルモジュールのそれぞれは、
    離間して概ね平行配置で配置された複数のリチウムイオンセルと、前記リチウムイオンセルの各セルは、負端子を有する第１の端部と、正端子を有する第２の端部とを有し、
    隙間を規定する本体と、前記隙間のそれぞれは前記複数のリチウムイオン電池セルのうちの１つを収容し、
    前記本体の第１の側にある第１の捕捉プレートおよび前記本体の反対側の第２の側にある第２の捕捉プレートとを備え、少なくとも前記第１の捕捉プレートは、前記複数のリチウムイオンセルに対応する捕捉プレート開口を規定し、ここで、前記複数のリチウムイオンセルのそれぞれは、前記第１の捕捉プレートと前記第２の捕捉プレートとの間に伸張する、請求項１６に記載の電池パック。
  18. 前記捕捉プレート開口内に耐火性材料をさらに備え、前記耐火性材料は、前記複数のリチウムイオンセルの前記正端子を覆う、請求項１７に記載の電池パック。
  19. 前記複数のセルモジュールの各セルモジュールの外側の周りに耐火性材料の層をさらに備える、請求項１７に記載の電池パック。
  20. 前記パーティションおよび前記複数のセルモジュールは、セルモジュールと前記パーティションとの間に空隙を規定するように配置される、請求項１９に記載の電池パック。
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