JP2024076204A

JP2024076204A - 蓄電モジュール

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Publication number: JP2024076204A
Application number: JP2022187647A
Authority: JP
Inventors: 純太高須
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2022-11-24
Filing date: 2022-11-24
Publication date: 2024-06-05
Also published as: KR20240077432A; CN118073624A; EP4376143A2; US20240178492A1

Abstract

【課題】ガスポケットの体積の減少を抑制することが可能な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は、複数のバイポーラ電極１００、正極終端電極２００及び負極終端電極３００を含む電極積層体１０と、封止部５００と、密閉された緩衝域Ｒ２を形成する緩衝域形成部材６００と、を備える。各バイポーラ電極１００は、集電体１１０と、正極活物質層１２０と、負極活物質層１３０と、を有する。正極終端電極２００は、正極集電箔１１２と、正極活物質層１２０と、を有する。負極終端電極３００は、負極電極箔１１３と、負極活物質層１３０と、を有する。封止部５００は、正極未塗工部１１２ｂと負極未塗工部１１３ｂとの間に形成される領域Ｒ１が大気圧よりも低圧となった状態で領域Ｒ１を封止している。緩衝域形成部材６００は、積層方向に領域Ｒ１と重なる位置に緩衝域Ｒ２を形成する。【選択図】図２

Description

本開示は、蓄電モジュールに関する。

特開２０２１－１２８８９８号公報には、複数のバイポーラ電極と、互いに隣接するバイポーラ電極間に配置された複数のセパレータと、互いに隣接するバイポーラ電極間に形成される空間を封止する封止部と、その空間に配置された電解液と、を備える蓄電モジュールが開示されている。セパレータは、積層方向から見た場合に、バイポーラ電極における電極層と重なる重畳部と、電極層に重ならない露出部と、を有している。露出部が存在する領域は、充放電時に電極から生じるガスを収容する機能を有している。

特開２０２１－１２８８９８号公報

特開２０２１－１２８８９８号公報に記載される蓄電モジュールでは、蓄電モジュール内が大気圧未満となるまで減圧される場合があり、この場合、積層方向における最も外側に配置された電極は、蓄電モジュールの内部と外部との差圧に起因して積層方向における内向きに変形することがある。

一方、セパレータの露出部が存在する領域は、充放電時に電極から生じるガスを収容するガスポケットとしての機能を有しているため、積層方向における最も外側の電極が内向きに変形した場合、ガスポケットの体積が減少する。

本開示の目的は、ガスポケットの体積の減少を抑制することが可能な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は、互いに積層された複数のバイポーラ電極と、前記複数のバイポーラ電極の積層方向における前記複数のバイポーラ電極の一方側に配置された正極終端電極と、前記積層方向における前記複数のバイポーラ電極の他方側に配置された負極終端電極と、を含む電極積層体と、前記電極積層体のうち前記積層方向に互いに隣接する一対の電極間を封止する封止部と、前記積層方向における前記電極積層体の外側に密閉された緩衝域を形成する緩衝域形成部材と、を備え、前記複数のバイポーラ電極の各々は、正極集電箔及び負極集電箔を含む集電体と、前記集電体における前記正極集電箔に設けられた正極活物質層と、前記集電体における前記負極集電箔に設けられた負極活物質層と、を有し、前記正極終端電極は、正極集電箔と、前記正極集電箔に設けられた正極活物質層と、を有し、前記負極終端電極は、負極電極箔と、前記負極電極箔に設けられた負極活物質層と、を有し、各前記集電体における前記正極集電箔及び前記正極終端電極における前記正極集電箔は、前記正極活物質層が設けられた正極塗工部と、前記正極活物質層が設けられていない正極未塗工部と、を有し、各前記集電体における前記負極集電箔及び前記負極終端電極における前記負極集電箔は、前記負極活物質層が設けられた負極塗工部と、前記積層方向に前記正極未塗工部と対向しており前記負極活物質層が設けられていない負極未塗工部と、を有し、前記封止部は、前記正極未塗工部と前記負極未塗工部との間に形成される領域が大気圧よりも低圧となった状態で前記領域を封止しており、前記緩衝域形成部材は、前記積層方向に前記領域と重なる位置に前記緩衝域を形成する。

本開示によれば、ガスポケットの体積の減少を抑制することが可能な蓄電モジュールを提供することができる。

本開示の第１実施形態における蓄電モジュールを概略的に示す斜視図である。図１におけるＩＩ－ＩＩ線での断面図である。本開示の第２実施形態における蓄電モジュールを概略的に示す斜視図である。図３におけるＩＶ－ＩＶ線での断面図である。

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。

（第１実施形態）
図１は、本開示の第１実施形態における蓄電モジュールを概略的に示す斜視図である。図２は、図１におけるＩＩ－ＩＩ線での断面図である。図１及び図２に示されるように、蓄電モジュール１は、電極積層体１０と、複数のセパレータ４００と、封止部５００と、緩衝域形成部材６００と、を備えている。

電極積層体１０は、複数のバイポーラ電極１００と、正極終端電極２００と、負極終端電極３００と、を有している。

複数のバイポーラ電極１００は、互いに積層されている。図２に示されるように、各バイポーラ電極１００は、集電体１１０と、正極活物質層１２０と、負極活物質層１３０と、を有している。

集電体１１０は、金属からなり、例えば矩形状に形成されている。集電体１１０は、正極集電箔１１２と、負極集電箔１１３と、を有している。正極集電箔１１２は、例えばアルミニウムからなる。負極集電箔１１３は、例えば銅箔からなる。負極集電箔１１３は、導電性接着材によって正極集電箔１１２に接着されている。

正極活物質層１２０は、集電体１１０における一方の面、すなわち、正極集電箔１１２の表面に設けられている。負極活物質層１３０は、集電体１１０における他方の面、すなわち、負極集電箔１１３の表面に設けられている。

複数のバイポーラ電極１００は、一のバイポーラ電極１００における正極活物質層１２０と、前記一のバイポーラ電極１００に隣接するバイポーラ電極１００における負極活物質層１３０と、が互いに対向するように積層されている。

正極終端電極２００は、積層方向における複数のバイポーラ電極１００の一方側に配置されている。正極終端電極２００は、正極集電箔１１２と、正極集電箔１１２に設けられた正極活物質層１２０と、を有している。正極終端電極２００における正極集電箔１１２及び正極活物質層１２０の構成は、バイポーラ電極１００におけるそれと同じである。

負極終端電極３００は、積層方向における複数のバイポーラ電極１００の他方側に配置されている。負極終端電極３００は、負極集電箔１１３と、負極集電箔１１３に設けられた負極活物質層１３０と、を有している。負極終端電極３００における負極集電箔１１３及び負極活物質層１３０の構成は、バイポーラ電極１００におけるそれと同じである。

各バイポーラ電極１００における正極集電箔１１２及び正極終端電極２００における正極集電箔１１２は、正極塗工部１１２ａと、正極未塗工部１１２ｂと、を有している。

正極塗工部１１２ａは、正極活物質層１２０が設けられた部位である。

正極未塗工部１１２ｂは、正極活物質層１２０が設けられていない部位、つまり、正極集電箔１１２が露出している部位である。

各バイポーラ電極１００における負極集電箔１１３及び負極終端電極３００における負極集電箔１１３は、負極塗工部１１３ａと、負極未塗工部１１３ｂと、を有している。

負極塗工部１１３ａは、負極活物質層１３０が設けられた部位である。

負極未塗工部１１３ｂは、負極活物質層１３０が設けられていない部位、つまり、負極集電箔１１３が露出している部位である。負極未塗工部１１３ｂは、積層方向に正極未塗工部１１２ｂと対向している。

各セパレータ４００は、積層方向に互いに隣接する一対の電極１００，２００，３００間に配置されている。具体的に、各セパレータ４００は、正極活物質層１２０と負極活物質層１３０との間に配置されている。各セパレータ４００は、絶縁材料からなり、イオンの透過を許容する。各セパレータ４００として、ポリオレフィン微多孔膜などが挙げられる。

封止部５００は、絶縁材料（樹脂等）からなる。封止部５００は、電極積層体１０のうち積層方向に互いに隣接する一対の電極１００，２００，３００間を封止している。より詳細には、封止部５００は、正極未塗工部１１２ｂと負極未塗工部１１３ｂとの間に形成される領域Ｒ１（図２を参照）が大気圧よりも低圧となった状態で当該領域Ｒ１を封止している。この領域Ｒ１には、電解液が封入されている。封止部５００は、各集電箔１１２．１１３の周縁部と各セパレータ４００の周縁部とを保持している。封止部５００は、領域Ｒ１からの電解液の漏出及び外部から領域Ｒ１への水分の浸入を防止する機能や、領域Ｒ１を挟むように配置された正極未塗工部１１２ｂ及び負極未塗工部１１３ｂ間の間隔を確保する機能を有している。領域Ｒ１は、充放電時に各電極１００，２００，３００から生じるガスを収容するガスポケットとしての機能を有している。

緩衝域形成部材６００は、積層方向における電極積層体１０の外側に密閉された緩衝域Ｒ２（図２を参照）を形成している。図２に示されるように、緩衝域形成部材６００は、積層方向に領域Ｒ１と重なる位置に緩衝域Ｒ２を形成している。緩衝域形成部材６００は、正極側導電部材６１２と、正極側導電フィルム６２２と、正極側保持部６３２と、正極側支持部６４２と、負極側導電部材６１３と、負極側導電フィルム６２３と、負極側保持部６３３と、負極側支持部６４３と、を有している。

正極側導電部材６１２は、正極終端電極２００における正極塗工部１１２ａの外表面に接するように配置されている。正極側導電部材６１２は、平板状に形成されている。正極側導電部材６１２は、アルミニウムや銅等からなる。

正極側導電フィルム６２２は、正極側導電部材６１２を被覆している。正極側導電フィルム６２２は、正極側導電部材６１２の外表面の全域を被覆している。正極側導電フィルム６２２は、アルミニウム等からなる。

正極側保持部６３２は、正極終端電極２００における正極未塗工部１１２ｂ、正極側導電部材６１２及び正極側導電フィルム６２２とともに緩衝域Ｒ２を形成するように正極側導電フィルム６２２の周縁部を保持している。正極側保持部６３２は、絶縁材料（樹脂等）からなる。正極側保持部６３２は、積層方向における封止部５００の外端面につながっている。正極側保持部６３２は、封止部５００と同一材料からなるとともに、封止部５００と一体的に形成されてもよい。

図２に示されるように、正極側導電フィルム６２２のうち緩衝域Ｒ２を規定する部位（正極側導電部材６１２と正極側保持部６３２との間の部位）は、大気圧と領域Ｒ１内の圧力との差圧に起因して積層方向における内向きに変形している。

正極側支持部６４２は、正極終端電極２００における正極未塗工部１１２ｂと正極側導電フィルム６２２との間に配置されている。正極側支持部６４２は、正極側導電フィルム６２２を支持している。正極側支持部６４２は、絶縁材料（樹脂等）からなる。正極側支持部６４２は、正極側保持部６３２から正極側導電部材６１２に向かって延びる形状を有している。正極側支持部６４２は、正極側保持部６３２と同一材料からなるとともに、正極側保持部６３２と一体的に形成されてもよい。正極側支持部６４２は、積層方向における内向きに変形している正極側導電フィルム６２２を支持することができる程度の剛性に設定される。正極側支持部６４２は、正極終端電極２００における正極未塗工部１１２ｂに接していてもよいし、正極未塗工部１１２ｂから離間していてもよい。

負極側導電部材６１３、負極側導電フィルム６２３、負極側保持部６３３及び負極側支持部６４３は、それぞれ、正極側導電部材６１２、正極側導電フィルム６２２、正極側保持部６３２及び正極側支持部６４２と対応する構成を有している。このため、負極側導電部材６１３、負極側導電フィルム６２３、負極側保持部６３３及び負極側支持部６４３の説明を簡略化する。

負極側導電部材６１３は、負極終端電極３００における負極塗工部１１３ａの外表面に接するように配置されている。

負極側導電フィルム６２３は、負極側導電部材６１３を被覆している。

負極側保持部６３３は、負極終端電極３００における負極未塗工部１１３ｂ、負極側導電部材６１３及び負極側導電フィルム６２３とともに緩衝域Ｒ２を形成するように負極側導電フィルム６２３の周縁部を保持している。

負極側支持部６４３は、負極終端電極３００における負極未塗工部１１３ｂと負極側導電フィルム６２３との間に配置されている。負極側支持部６４３は、負極側導電フィルム６２３を支持している。

以上に説明したように、本実施形態における蓄電モジュール１では、大気圧よりも低圧となった状態で封止された領域Ｒ１と積層方向に重なる位置に密閉された緩衝域Ｒ２が形成されており、この緩衝域Ｒ２が大気圧と領域Ｒ１内の圧力との差圧を吸収するため、各終端電極２００，３００における未塗工部１１２ｂ，１１３ｂが当該未塗工部１１２ｂ，１１３ｂと対向するバイポーラ電極１００における未塗工部１１２ｂ，１１３ｂに接近すること、つまり、ガスポケットの体積が減少することが抑制される。

また、各終端電極２００，３００における未塗工部１１２ｂ，１１３ｂが当該未塗工部１１２ｂ，１１３ｂと対向するバイポーラ電極１００における未塗工部１１２ｂ，１１３ｂに接触すること（短絡の発生）が抑制される。

（第２実施形態）
次に、図３及び図４を参照しながら、本開示の第２実施形態における蓄電モジュール１について説明する。なお、第２実施形態では、第１実施形態と異なる部分についてのみ説明を行い、第１実施形態と同じ構造、作用及び効果の説明は繰り返さない。

本実施形態では、緩衝域形成部材６００は、カバー６５０と、シール部６６０と、を有している。

カバー６５０は、封止部５００を被覆している。カバー６５０は、いわゆるアルミラミネートフィルムで構成されている。すなわち、カバー６５０は、アルミニウム層６５１と、アルミニウム層６５１の表面及び裏面を被覆する樹脂層６５２と、を有している。カバー６５０は、正極塗工部１１２ａ及び負極塗工部１１３ａと積層方向に重なる位置に形成された内側縁部６５４を有している。換言すれば、カバー６５０は、正極終端電極２００における正極未塗工部１１２ｂの外表面の全域、及び、負極終端電極３００における負極未塗工部１１３ｂの外表面の全域を被覆している。

シール部６６０は、カバー６５０を電極積層体１０に接続している。具体的に、シール部６６０は、内側縁部６５４を正極終端電極２００における正極塗工部１１２ａ及び負極終端電極３００における負極塗工部１１３ａに接続している。

上述した例示的な実施形態及び実施例は、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。

［態様１］
互いに積層された複数のバイポーラ電極と、前記複数のバイポーラ電極の積層方向における前記複数のバイポーラ電極の一方側に配置された正極終端電極と、前記積層方向における前記複数のバイポーラ電極の他方側に配置された負極終端電極と、を含む電極積層体と、
前記電極積層体のうち前記積層方向に互いに隣接する一対の電極間を封止する封止部と、
前記積層方向における前記電極積層体の外側に密閉された緩衝域を形成する緩衝域形成部材と、を備え、
前記複数のバイポーラ電極の各々は、
正極集電箔及び負極集電箔を含む集電体と、
前記集電体における前記正極集電箔に設けられた正極活物質層と、
前記集電体における前記負極集電箔に設けられた負極活物質層と、を有し、
前記正極終端電極は、
正極集電箔と、
前記正極集電箔に設けられた正極活物質層と、を有し、
前記負極終端電極は、
負極電極箔と、
前記負極電極箔に設けられた負極活物質層と、を有し、
各前記集電体における前記正極集電箔及び前記正極終端電極における前記正極集電箔は、
前記正極活物質層が設けられた正極塗工部と、
前記正極活物質層が設けられていない正極未塗工部と、を有し、
各前記集電体における前記負極集電箔及び前記負極終端電極における前記負極集電箔は、
前記負極活物質層が設けられた負極塗工部と、
前記積層方向に前記正極未塗工部と対向しており前記負極活物質層が設けられていない負極未塗工部と、を有し、
前記封止部は、前記正極未塗工部と前記負極未塗工部との間に形成される領域が大気圧よりも低圧となった状態で前記領域を封止しており、
前記緩衝域形成部材は、前記積層方向に前記領域と重なる位置に前記緩衝域を形成する、蓄電モジュール。

この蓄電モジュールでは、大気圧よりも低圧となった状態で封止された領域と積層方向に重なる位置に密閉された緩衝域が形成されており、この緩衝域が大気圧と領域内の圧力との差圧を吸収するため、各終端電極における未塗工部が当該未塗工部と対向するバイポーラ電極における未塗工部に接近すること、つまり、ガスポケットの体積が減少することが抑制される。

［態様２］
前記緩衝域形成部材は、
前記正極終端電極における前記正極塗工部の外表面に接するように配置された正極側導電部材と、
前記正極側導電部材を被覆する正極側導電フィルムと、
前記正極終端電極における前記正極未塗工部、前記正極側導電部材及び前記正極側導電フィルムとともに前記緩衝域を形成するように前記正極側導電フィルムの周縁部を保持する正極側保持部と、
前記負極終端電極における前記負極塗工部の外表面に接するように配置された負極側導電部材と、
前記負極側導電部材を被覆する負極側導電フィルムと、
前記負極終端電極における前記負極未塗工部、前記負極側導電部材及び前記負極側導電フィルムとともに前記緩衝域を形成するように前記負極側導電フィルムの周縁部を保持する負極側保持部と、を有する、態様１に記載の蓄電モジュール。

この態様では、正極側導電フィルム及び負極側導電フィルムが積層方向における内向きに変形することによって大気圧による圧縮力が吸収される。よって、ガスポケットの体積が減少することが有効に抑制される。

また、積層方向における蓄電モジュールの外表面が正極側導電フィルム及び負極側導電フィルムで構成されるため、導電性を有する部材（集電板等）を介して複数の蓄電モジュールを積層することが可能となる。

［態様３］
前記正極終端電極における前記正極未塗工部と前記正極側導電フィルムとの間に配置されており、前記正極側導電フィルムを支持する正極側支持部と、
前記負極終端電極における前記負極未塗工部と前記負極側導電フィルムとの間に配置されており、前記負極側導電フィルムを支持する負極側支持部と、をさらに備える、態様２に記載の蓄電モジュール。

この態様では、各支持部によって各導電フィルムが支持されるため、ガスポケットの体積の減少がより確実に抑制される。

［態様４］
前記緩衝域形成部材は、
前記封止部を被覆するカバーと、
前記カバーを前記電極積層体に接続するシール部と、を有し、
前記カバーは、前記正極塗工部及び前記負極塗工部と前記積層方向に重なる位置に形成された内側縁部を有し、
前記シール部は、前記内側縁部を前記電極積層体に接続している、態様１に記載の蓄電モジュール。

この態様では、カバーのうち領域と積層方向に重なる部位が積層方向における内向きに変形することによって大気圧による圧縮力が吸収される。

また、各終端電極のうちカバーにより被覆されていない部位に導電性を有する部材（集電板等）を配置することにより、複数の蓄電モジュールを積層することが可能となる。

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電極積層体、１００バイポーラ電極、１１０集電体、１１２正極集電箔、１１２ａ正極塗工部、１１２ｂ正極未塗工部、１１３負極集電箔、１１３ａ負極塗工部、１１３ｂ負極未塗工部、１２０正極活物質層、１３０負極活物質層、２００正極終端電極、３００負極終端電極、４００セパレータ、５００封止部、６００緩衝域形成部材、６１２正極側導電部材、６１３負極側導電部材、６２２正極側導電フィルム、６２３負極側導電フィルム、６３２正極側保持部、６３３負極側保持部、６４２正極側支持部、６４３負極側支持部、６５０カバー、６５４内側縁部、６６０シール部、Ｒ１領域、Ｒ２緩衝域。

Claims

複数のバイポーラ電極と正極終端電極と負極終端電極とを含む電極積層体と、
前記電極積層体のうち積層方向に互いに隣接する一対の電極間を封止する封止部と、
前記積層方向における前記電極積層体の外側に密閉された緩衝域を形成する緩衝域形成部材と、を備え、
各前記バイポーラ電極における正極集電箔及び前記正極終端電極における正極集電箔は、正極塗工部と正極未塗工部とを有し、
各前記バイポーラ電極における負極集電箔及び前記負極終端電極における負極集電箔は、負極塗工部と負極未塗工部とを有し、
前記封止部は、前記正極未塗工部と前記負極未塗工部との間に形成される領域が大気圧よりも低圧となった状態で前記領域を封止しており、
前記緩衝域形成部材は、前記積層方向に前記領域と重なる位置に前記緩衝域を形成する、蓄電モジュール。
前記緩衝域形成部材は、
前記正極終端電極における前記正極塗工部の外表面に接するように配置された正極側導電部材と、
前記正極側導電部材を被覆する正極側導電フィルムと、
前記正極終端電極における前記正極未塗工部、前記正極側導電部材及び前記正極側導電フィルムとともに前記緩衝域を形成するように前記正極側導電フィルムの周縁部を保持する正極側保持部と、
前記負極終端電極における前記負極塗工部の外表面に接するように配置された負極側導電部材と、
前記負極側導電部材を被覆する負極側導電フィルムと、
前記負極終端電極における前記負極未塗工部、前記負極側導電部材及び前記負極側導電フィルムとともに前記緩衝域を形成するように前記負極側導電フィルムの周縁部を保持する負極側保持部と、を有する、請求項１に記載の蓄電モジュール。
前記正極終端電極における前記正極未塗工部と前記正極側導電フィルムとの間に配置されており、前記正極側導電フィルムを支持する正極側支持部と、
前記負極終端電極における前記負極未塗工部と前記負極側導電フィルムとの間に配置されており、前記負極側導電フィルムを支持する負極側支持部と、をさらに備える、請求項２に記載の蓄電モジュール。
前記緩衝域形成部材は、
前記封止部を被覆するカバーと、
前記カバーを前記電極積層体に接続するシール部と、を有し、
前記カバーは、前記正極塗工部及び前記負極塗工部と前記積層方向に重なる位置に形成された内側縁部を有し、
前記シール部は、前記内側縁部を前記電極積層体に接続している、請求項１に記載の蓄電モジュール。