JP2024512829A - 電池、電力消費機器、電池の製造方法及び機器 - Google Patents

電池、電力消費機器、電池の製造方法及び機器 Download PDF

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Abstract

Figure 2024512829000001
本願の実施例は電池、電力消費機器、電池の製造方法及び機器を提供する。該電池は第１方向に沿って並べられた複数の電池セルと、セパレーターとを備え、該セパレーターは第１方向に沿って延伸し且つ複数の電池セルのうちの各電池セルの第１壁に接続され、該第１壁は前記電池セルの表面積が最大の壁であり、セパレーターの第２方向でのサイズＴ１は５ｍｍよりも大きく、第２方向は前記第１壁に垂直である。本願の実施例の技術案によれば、電池の性能を向上させることができる。

Description

本願は電池の技術分野に関し、特に電池、電力消費機器、電池の製造方法及び機器に関する。
環境汚染の深刻化に伴って、新エネルギー産業はますます注目を集めている。新エネルギー産業では、電池技術はその発展に関わる重要な要素である。
電池内部のスペースの利用率は、電池の構造強度及びエネルギー密度に影響を与え、さらに電池の性能に影響を与える。電池の性能をどのように向上させるかは、電池技術で急いで解決する必要がある技術的課題である。
本願は、電池、電力消費機器、電池の製造方法及び機器を提供し、電池の構造強度及びエネルギー密度を向上させることができ、それにより電池の性能を向上させることができる。
第１態様によれば、電池を提供し、第１方向に沿って並べられた複数の電池セルと、セパレーターであって、前記セパレーターは前記第１方向に沿って延伸し且つ前記複数の電池セルのうちの各電池セルの第１壁に接続され、前記第１壁は前記電池セルの表面積が最大の壁であるセパレーターとを備え、前記セパレーターの第２方向でのサイズＴ１は５ｍｍよりも大きく、前記第２方向は前記第１壁に垂直である。
本願の実施例では、電池において、セパレーターは第１方向に沿って並べられた１列の複数の電池セルのうちの各電池セルの表面積が最大の第１壁に接続されるように設けられ、セパレーターの第１壁に垂直な第２方向でのサイズＴ１は５ｍｍよりも大きい。セパレーターにより複数の電池セルは一体に接続され、この場合に、電池内にサイドプレートやビーム等の構造を設けなくてもよく、電池内部のスペースの利用率を最大限に向上させて、電池の構造強度及びエネルギー密度を向上させることができ、それにより電池の性能を向上させる。
１つの可能な実施形態では、前記セパレーターの内部に空洞部が設けられる。
このようにして、空洞部構造が設けられたセパレーターは変形を吸収する能力を有し、電池セルの膨張変形量を吸収し、電池の性能を向上させることができる。
１つの可能な実施形態では、前記空洞部は流体を収容して前記電池セルの温度を調節することに用いられる。このようにして、電池セルの温度を適切な範囲に随時調節することができ、電池セルの安定性と安全性を向上させる。
１つの可能な実施形態では、前記セパレーターはさらに前記第２方向に沿って対向して設けられた一対のサブプレートを備え、前記空洞部は前記一対のサブプレートの間に設けられる。
１つの可能な実施形態では、前記サブプレートの前記第２方向でのサイズＴ３は０．１～５ｍｍである。
サブプレートの第２方向でのサイズＴ３が小さすぎると、セパレーター内のスペースが一定である場合、空洞部はセパレーターのスペースの大部分を占め、この場合に、セパレーターの剛性は非常に悪く、電池の構造強度を効果的に向上させることができず、サブプレートの第２方向でのサイズＴ３が大きすぎると、セパレーター内部の空洞部は非常に小さく、収容可能な流体は非常に少なく、電池セルの温度を効果的に調節することができず、従って、Ｔ３の値を０．１～５ｍｍに設定する。
１つの可能な実施形態では、前記セパレーターはさらに補強リブを備え、前記補強リブは前記一対のサブプレートの間に設けられる。補強リブを設けることにより、セパレーターの剛性を高めることができる。
１つの可能な実施形態では、前記セパレーターの前記第２方向でのサイズＴ１と前記電池セルの前記第２方向でのサイズＴ２とは０．０４≦Ｔ１／Ｔ２≦２を満たす。
Ｔ１／Ｔ２が小さすぎ、すなわちセパレーターの第２方向でのサイズＴ１が電池セルの第２方向でのサイズＴ２よりもはるかに小さい場合、セパレーターの変形を吸収する能力が弱く、電池セルの膨張変形量に対応できず、電池セルの使用性能は低下し、Ｔ１／Ｔ２が大きすぎ、すなわちセパレーターの第２方向でのサイズＴ１が電池セルの第２方向でのサイズＴ２よりもはるかに大きい場合、セパレーターの変形を吸収する能力が強すぎ、電池セルに必要な膨張変形スペースをはるかに超え、電池セルに比べて、セパレーターは電池内部のスペースを多く占めてしまい、電池のエネルギー密度を向上させることに不利であり、従って、Ｔ１／Ｔ２の値を０．０４～２に設定し、このようにして、電池のエネルギー密度を向上させることができるとともに、電池セルの膨張変形量を吸収することができる。
１つの可能な実施形態では、前記セパレーターの前記第２方向でのサイズＴ１は１００ｍｍ以下である。
セパレーターの第２方向でのサイズＴ１が大きすぎると、電池内部のスペースを多く占めてしまい、電池のエネルギー密度を向上させることに不利であり、従って、Ｔ１の値を１００ｍｍ以下に設定し、電池のエネルギー密度を効果的に向上させることができる。
１つの可能な実施形態では、前記セパレーターの外面に絶縁層が設けられ、前記絶縁層の前記第２方向に沿ったサイズＴ４は０．０１～０．３ｍｍである。
セパレーターの外面に絶縁層を設けることにより、電池セルとセパレーターとの電気的接続を回避し、電池の安全性を向上させ、絶縁層の第２方向でのサイズＴ４が小さすぎると、絶縁層は電池セルとセパレーターとの電気的接続を効果的に回避することができず、電池の絶縁が不十分になり、絶縁層の第２方向でのサイズＴ４が大きすぎると、電池内部のスペースを多く占めてしまい、電池のエネルギー密度を向上させることに不利であり、従って、Ｔ４の値を０．０１～０．３ｍｍに設定し、このようにして、電池のエネルギー密度を向上させることができるとともに、電池セルとセパレーターとの効果的な絶縁を確保することができる。
１つの可能な実施形態では、前記電池セルは、前記第２方向に対向して設けられた２つの前記第１壁と、前記第１方向に対向して設けられた２つの第２壁とを備え、前記第１方向において、隣接する２つの前記電池セルの前記第２壁は対向する。
１つの可能な実施形態では、前記電池は、前記第１方向に沿って並べられた複数列の複数の前記電池セルと複数の前記セパレーターとを備え、複数列の前記電池セルと複数の前記セパレーターは前記第２方向に交互に設けられる。
このようにして、第１方向Ｘに沿って並べられた各列の複数の電池セルの第１壁はすべてセパレーターに接続することができ、第１方向Ｘに沿って並べられた各列の複数の電池セルはすべてセパレーターにより一体に接続することができ、それにより電池の強度を効果的に向上させる。
１つの可能な実施形態では、前記電池は複数の電池モジュールを備え、前記電池モジュールは、前記第１方向に沿って並べられた少なくとも１列の複数の前記電池セルと少なくとも１つの前記セパレーターとを備え、且つ少なくとも１列の前記電池セルと少なくとも１つの前記セパレーターは前記第２方向に交互に設けられる。このようにして、複数列の電池セルと複数のセパレーターは互いに接続されて一体となり、ボックス内に収容され、各列の電池セルを効果的に固定することができるとともに、電池全体のエネルギー密度を確保することができ、それにより電池の性能を向上させることができる。
１つの可能な実施形態では、前記電池モジュールはＮ列の前記電池セルとＮ－１個の前記セパレーターとを備え、前記セパレーターは隣接する２列の前記電池セルの間に設けられ、Ｎは１よりも大きい整数である。このようにして、電池内に少ないセパレーターを設けても、各電池セルがすべてセパレーターに接続することができることを確保できる。
１つの可能な実施形態では、複数の前記電池モジュールは前記第２方向に沿って並べられ、隣接する前記電池モジュールの間に隙間がある。該隙間は電池セルに膨張スペースを提供することができる。
１つの可能な実施形態では、前記セパレーターは前記第１壁に接着されている。
接着の方式でセパレーターと第１壁は固定して接続され、構成が簡単で、加工及び組み立てが容易である。
第２態様によれば、上記第１態様又は第１態様のいずれかの可能な実施形態における電池を備える電力消費機器を提供し、前記電池は電気エネルギーを提供することに用いられる。
第３態様によれば、電池の製造方法を提供し、第１方向に沿って並べられた複数の電池セルを提供するステップと、セパレーターを提供するステップであって、前記セパレーターは前記第１方向に沿って延伸し且つ前記複数の電池セルのうちの各電池セルの第１壁に接続され、前記第１壁は前記電池セルの表面積が最大の壁であるステップとを含み、前記セパレーターの第２方向でのサイズＴ１は５ｍｍよりも大きく、前記第２方向は前記第１壁に垂直である。
第４態様によれば、上記第３態様の方法を実行するモジュールを備える電池の製造機器を提供する。
本願の実施例の技術案において、第１方向に沿って複数の電池セルは並べられ、各電池セルの表面積が最大の第１壁はすべて第１方向に沿って延伸するセパレーターに接続され、セパレーターにより複数の電池セルは一体に接続され、この場合に、電池内にサイドプレートやビーム等の構造を設けなくてもよく、電池内部のスペースの利用率を最大限に向上させて、電池の構造強度及びエネルギー密度を向上させることができ、それにより電池の性能を向上させる。
本願の実施例の技術案をより明瞭に説明するために、以下、本願の実施例に必要な図面を簡単に説明し、明らかなように、以下に説明された図面は本願のいくつかの実施例に過ぎず、当業者にとって、創造的な労働をせずに図面に基づき他の図面を得ることができる。
本願の一実施例に開示されている車両の構造模式図である。 本願の一実施例に開示されている電池の分解構造模式図である。 本願の一実施例に開示されている電池セルの分解構造模式図である。 本願の一実施例に開示されている電池の部分構造模式図である。 本願の一実施例に開示されている電池の部分断面図である。 本願の一実施例に開示されているセパレーターの構造模式図である。 本願の一実施例に開示されている電池セルの構造模式図である。 本願の一実施例に開示されている電池の構造模式図である。 本願の一実施例に開示されている電池モジュールの構造模式図である。 本願の一実施例に開示されている電池の構造模式図である。 本願の一実施例の電池の製造方法の模式的なフローチャートである。 本願の一実施例の電池の製造機器の模式的なブロック図である。
図面において、図は実際の縮尺で描かれていない。
以下、図面及び実施例を参照しながら本願の実施形態をさらに詳細に説明する。以下の実施例の詳細な説明及び図面は本願の原理を例示的に説明するために使用され、本願の範囲を制限するものではなく、すなわち、本願は説明されている実施例に限定されない。
本願の説明において、説明する必要がある点として、特に断らない限り、使用される技術用語及び科学用語はすべて当業者が通常理解する意味と同じであり、使用される用語は具体的な実施例を説明するためのものに過ぎず、本願を制限するものではなく、本願の明細書、特許請求の範囲及び上記図面の簡単な説明における用語「含む」、「有する」及びそれらの任意の変形は、非排他的な包含をカバーすることを意図する。「複数」は２つ以上を意味し、「上」、「下」、「左」、「右」、「内」、「外」等の用語によって示される方位又は位置関係は、本願を説明しやすくし説明を簡略化させるためのものに過ぎず、示される装置又は素子が必ずしも特定の方位を有し、特定の方位で構成及び操作されることを指示又は暗示するものではなく、従って、本願を制限しないと理解すべきである。また、「第１」、「第２」、「第３」等の用語は、相対的な重要性を指示又は暗示するものではなく、説明するためのものに過ぎない。「垂直」は厳密には垂直ではなく、誤差許容範囲内のものである。「平行」は厳密には平行ではなく、誤差許容範囲内のものである。
本願に言及される「実施例」は、実施例と組み合わせて説明された特定の特徴、構造又は特性が本願の少なくとも１つの実施例に含まれてもよいことを意味する。明細書の異なる位置に現れる該語句は必ずしも同じ実施例を指すわけではなく、他の実施例と互いに排他的に独立した又は代替の実施例でもない。当業者は、本願において説明される実施例が他の実施例と組み合わせることができることを明示的又は暗黙的に理解できる。
以下の説明に出現する方位語はいずれも図示されている方向であり、本願の具体的な構造を限定するものではない。本願の説明において、さらに説明する必要がある点として、特に明確な規定及び限定がない限り、用語「取付」、「連結」、「接続」は、広義に理解すべきであり、例えば、固定して接続されてもよく、取り外し可能に接続され、又は一体的に接続されてもよい。直接連結されてもよく、中間媒体を介して間接的に連結されてもよく、２つの素子の内部の連通であってもよい。当業者にとって、具体的な状況に応じて上記用語の本願での具体的な意味を理解することができる。
本願における「及び／又は」という用語は、関連対象の関連関係を説明するためのものに過ぎず、３つの関係が存在することを示し、例えば、Ａ及び／又はＢは、Ａが単独で存在すること、ＡとＢが同時に存在すること、Ｂが単独で存在することの３つの状況を示すことができる。また、本願における「／」という文字は、一般的に前後の関連対象が「又は」の関係であることを示す。
本願では、電池セルは、リチウムイオン二次電池、リチウムイオン一次電池、リチウム硫黄電池、ナトリウムリチウムイオン電池、ナトリウムイオン電池、又はマグネシウムイオン電池等を含んでもよく、本願の実施例はこれについて限定しない。電池セルは、円筒状、扁平状、直方体又は他の形状等であってもよく、同様に、本願の実施例はこれについて限定しない。電池セルは、一般的に、パッケージ方式に従って、円筒形電池セル、角形電池セル及びソフトパック電池セルの３種類に分けられ、同様に、本願の実施例はこれについて限定しない。
本願の実施例に言及される電池は、より高い電圧及び容量を提供するように１つ又は複数の電池セルを備える単一の物理モジュールである。例えば、本願に言及される電池は電池パック等を含んでもよい。電池は、一般的に、１つ又は複数の電池セルをパッケージするためのボックスを備える。ボックスは、液体や他の異物が電池セルの充電又は放電に悪影響を与えることを回避することができる。
電池セルは電極アセンブリ及び電解液を備え、電極アセンブリは正極板、負極板及び隔膜からなる。電池セルは主に正極板と負極板との間での金属イオンの移動に依存して動作する。正極板は正極集電体及び正極活物質層を備え、正極活物質層は正極集電体の表面に塗布され、正極活物質層が塗布されていない集電体は正極活物質層が塗布されている集電体よりも突出し、正極活物質層が塗布されていない集電体は正極タブとして使用される。リチウムイオン電池を例として、正極集電体の材料はアルミニウムであってもよく、正極活物質は、コバルト酸リチウム、リン酸鉄リチウム、三元リチウム又はマンガン酸リチウム等であってもよい。負極板は負極集電体及び負極活物質層を備え、負極活物質層は負極集電体の表面に塗布され、負極活物質層が塗布されていない集電体は負極活物質層が塗布されている集電体よりも突出し、負極活物質層が塗布されていない集電体は負極タブとして使用される。負極集電体の材料は銅であってもよく、負極活物質はカーボン又はシリコン等であってもよい。溶断が発生せずに高電流が流れることを確保するために、正極タブは、複数であり、且つ一体に積層され、負極タブは、複数であり、且つ一体に積層される。隔膜の材質はポリプロピレン（ＰＰ）又はポリエチレン（ＰＥ）等であってもよい。また、電極アセンブリは、巻回型構造であってもよく、積層型構造であってもよく、本願の実施例はこれらに限定されない。
様々な電力需要を満たすために、電池は複数の電池セルを備えてもよく、複数の電池セル同士は直列接続又は並列接続又は直並列接続であってもよく、直並列接続とは、直列接続と並列接続との組合せである。選択可能に、複数の電池セルはまず直列接続又は並列接続又は直並列接続されて電池モジュールを構成し、次に、複数の電池モジュールは直列接続又は並列接続又は直並列接続されて電池を構成するようにしてもよい。つまり、複数の電池セルは電池を直接構成してもよく、又は、まず電池モジュールを構成し、次に、電池モジュールが電池を構成することもよい。電池はさらに電力消費機器に設けられ、電力消費機器に電気エネルギーを提供する。
電池技術の発展は、例えば、エネルギー密度、サイクル寿命、放電容量、充放電レート、安全性等の様々な設計要素を同時に考慮する必要がある。電池内部のスペースが一定である場合、電池内部のスペースの利用率を向上させることは、電池のエネルギー密度を向上させる効果的な手段である。しかしながら、電池内部のスペースの利用率を向上させる一方で、電池の構造強度を低減させる恐れがある。例えば、電池のボックスの内部に電池モジュールを掛けるためのビームが通常設けられ、また、電池の電池モジュールにもサイドプレート及びエンドプレートが設けられる。上記ビーム、サイドプレート及びエンドプレートは電池の固定を実現する一方で、電池内部のスペースを占めてしまう。しかし、ビーム、サイドプレート及びエンドプレートを設けないと、電池の構造強度は不十分になり、電池の性能に悪影響を与える。
これに鑑みて、本願の実施例は技術案を提供し、本願の実施例では、電池において、セパレーターは第１方向に沿って並べられた１列の複数の電池セルのうちの各電池セルの表面積が最大の第１壁に接続されるように設けられ、セパレーターの第１壁に垂直な第２方向でのサイズＴ１は５ｍｍよりも大きい。セパレーターにより複数の電池セルは一体に接続され、この場合に、電池内にサイドプレートやビーム等の構造を設けなくてもよく、電池内部のスペースの利用率を最大限に向上させて、電池の構造強度及びエネルギー密度を向上させることができ、それにより電池の性能を向上させる。
本願の実施例で説明される技術案はいずれも電池を使用する様々な装置に適用でき、例えば、携帯電話、携帯機器、ノートパソコン、電動自転車、電気玩具、電動工具、電気車両、船及び宇宙機等に適用でき、例えば、宇宙機は飛行機、ロケット、スペースシャトル及び宇宙船等を含む。
理解できるように、本願の実施例で説明される電池は上記説明された機器に適用できるだけでなく、電池を使用するすべての機器に適用でき、簡潔にするために、以下の実施例はいずれも電気車両を例として説明される。
例えば、図１に示すように、本願の一実施例の車両１の構造模式図であり、車両１は、燃料自動車、ガス自動車又は新エネルギー自動車であってもよく、新エネルギー自動車は、純粋な電気自動車、ハイブリッド自動車又はレンジエクステンダー式電気自動車等であってもよい。車両１の内部にモータ４０、コントローラ３０及び電池１０が設けられてもよく、コントローラ３０は電池１０がモータ４０に給電するように制御することに用いられる。例えば、車両１の底部又は前部又は尾部に電池１０が設けられてもよい。電池１０は車両１の給電に使用でき、例えば、電池１０は車両１の操作電源として使用でき、車両１の回路システムに用いられ、例えば、車両１の始動、ナビゲーション及び運転時の動作電力需要に用いられる。本願の別の実施例では、電池１０は車両１の操作電源として使用できるだけでなく、車両１の駆動電源として使用され、ガソリン又は天然ガスを代替又は部分的に代替して車両１に駆動動力を提供することができる。
様々な電力使用需要を満たすために、電池１０は複数の電池セルを備えてもよい。例えば、図２に示すように、本願の一実施例の電池１０の構造模式図であり、電池１０は複数の電池セル２０を備えてもよい。電池１０はさらにボックス１１を備えてもよく、ボックス１１の内部は中空構造であり、複数の電池セル２０はボックス１１内に収容される。例えば、複数の電池セル２０は互いに並列接続又は直列接続又は直並列接続されて組み合わせた後に、ボックス１１内に配置される。
選択可能に、電池１０はさらに他の構造を備えてもよく、ここで詳細な説明は省略する。例えば、該電池１０はさらにバス部材を備えてもよく、バス部材は複数の電池セル２０同士の電気的接続、例えば並列接続又は直列接続又は直並列接続を実現することに用いられる。具体的には、バス部材は電池セル２０の電極端子を接続することにより電池セル２０同士の電気的接続を実現することができる。さらに、バス部材は溶接によって電池セル２０の電極端子に固定することができる。複数の電池セル２０の電気エネルギーはさらに導電機構を介してボックスを通過して導出することができる。選択可能に、導電機構はバス部材に属してもよい。
様々な電力需要に応じて、電池セル２０の数は任意の値に設定されてもよい。複数の電池セル２０は直列接続、並列接続又は直並列接続の方式で接続されて大きな容量又は電力を実現することができる。各電池１０に含まれる電池セル２０の数が多い可能性があるため、取り付けを容易にするために、電池セル２０をグループ分けして設置し、各グループの電池セル２０は電池モジュールを構成することができる。電池モジュールに含まれる電池セル２０の数は制限されず、需要に応じて設定されてもよい。電池は複数の電池モジュールを備えてもよく、それらの電池モジュールは直列接続、並列接続又は直並列接続の方式で接続することができる。
図３に示すように、本願の一実施例の電池セル２０の構造模式図であり、電池セル２０は１つ又は複数の電極アセンブリ２２、ハウジング２１１及びカバープレート２１２を備える。ハウジング２１１とカバープレート２１２はケーシング又は電池ケース２１を形成する。ハウジング２１１の壁とカバープレート２１２はいずれも電池セル２０の壁と呼ばれ、直方体状の電池セル２０の場合、ハウジング２１１の壁は底壁及び４つの側壁を含む。ハウジング２１１は１つ又は複数の電極アセンブリ２２が組み合わせられた後の形状に応じて決定され、例えば、ハウジング２１１は中空の直方体又は立方体又は円柱体であってもよく、且つハウジング２１１の１つの面に開口部があり、それにより１つ又は複数の電極アセンブリ２２をハウジング２１１内に配置することができる。例えば、ハウジング２１１は中空の直方体又は立方体である場合に、ハウジング２１１の１つの平面は開口面であり、すなわち該平面に壁がないことでハウジング２１１の内部と外部を連通させる。ハウジング２１１は中空の円柱体である場合に、ハウジング２１１の端面は開口面であり、すなわち該端面に壁がないことでハウジング２１１の内部と外部を連通させる。カバープレート２１２は開口部をカバーし且つハウジング２１１と接続されて、電極アセンブリ２２を配置するための密閉キャビティを形成する。ハウジング２１１内に電解質、例えば電解液が充填される。
該電池セル２０はさらに２つの電極端子２１４を備えてもよく、２つの電極端子２１４はカバープレート２１２に設けられてもよい。カバープレート２１２は一般的にはフラット形状であり、２つの電極端子２１４はカバープレート２１２のフラット面に固定され、２つの電極端子２１４はそれぞれ正極端子２１４ａ及び負極端子２１４ｂである。各電極端子２１４にそれぞれ１つの接続部材２３が対応して設けられ、接続部材２３は集電部材２３とも呼ばれてもよく、カバープレート２１２と電極アセンブリ２２との間に位置し、電極アセンブリ２２と電極端子２１４の電気的接続を実現することに用いられる。
図３に示すように、各電極アセンブリ２２は第１タブ２２１ａと第２タブ２２２ａを有する。第１タブ２２１ａと第２タブ２２２ａの極性は反対である。例えば、第１タブ２２１ａは正極タブである場合に、第２タブ２２２ａは負極タブである。１つ又は複数の電極アセンブリ２２の第１タブ２２１ａは１つの接続部材２３を介して１つの電極端子に接続され、１つ又は複数の電極アセンブリ２２の第２タブ２２２ａは別の接続部材２３を介して別の電極端子に接続される。例えば、正極端子２１４ａは１つの接続部材２３を介して正極タブに接続され、負極端子２１４ｂは別の接続部材２３を介して負極タブに接続される。
該電池セル２０において、実際の使用需要に応じて、電極アセンブリ２２は１つ、又は複数設けられてもよく、図３に示すように、電池セル２０内に４つの独立した電極アセンブリ２２が設けられる。
電池セル２０に圧力解放機構２１３がさらに設けられてもよい。圧力解放機構２１３は、電池セル２０の内部圧力又は温度が閾値になった場合に動作して内部圧力又は温度を解放することに用いられる。
圧力解放機構２１３は様々な可能な圧力解放構造であってもよく、本願の実施例はこれについて限定しない。例えば、圧力解放機構２１３は感温圧力解放機構であってもよく、感温圧力解放機構は圧力解放機構２１３が設けられた電池セル２０の内部温度が閾値になった場合に溶融できるように構成され、及び／又は、圧力解放機構２１３は感圧圧力解放機構であってもよく、感圧圧力解放機構は圧力解放機構２１３が設けられた電池セル２０の内部気圧が閾値になった場合に破裂できるように構成される。
図４は本願の一実施例の電池１０の構造模式図を示す。図４に示すように、電池１０は第１方向Ｘに沿って並べられた複数の電池セル２０とセパレーター１０１とを備え、セパレーター１０１は第１方向Ｘに沿って延伸し且つ複数の電池セル２０のうちの各電池セル２０の第１壁２０１に接続され、該第１壁２０１は電池セル２０の表面積が最大の壁である。
このようにして、複数の電池セル２０のうちの各電池セル２０の表面積が最大の第１壁２０１をすべてセパレーター１０１に接続し、セパレーター１０１により複数の電池セル２０は一体に接続され、この場合に、電池１０内にサイドプレートやビーム等の構造を設けなくてもよく、電池１０の内部のスペースの利用率を最大限に向上させ、電池１０の構造強度及びエネルギー密度を向上させることができる。
本願の実施例では、図５に示すように、セパレーター１０１の第２方向ＹでのサイズＴ１は５ｍｍよりも大きく、該第２方向Ｙは第１壁２０１に垂直である。
本願の実施例では、セパレーター１０１の第２方向ＹでのサイズＴ１は１００ｍｍ以下である。
セパレーター１０１の第２方向でのサイズＴ１が大きすぎると、電池１０の内部のスペースを多く占めてしまい、電池１０のエネルギー密度を向上させることに不利であり、従ってＴ１の値を１００ｍｍ以下に設定することで、電池１０のエネルギー密度を効果的に向上させることができる。
本願の実施例では、図５に示すように、セパレーター１０１の内部に空洞部１０２が設けられる。
このようにして、空洞部構造が設けられたセパレーター１０１は変形を吸収する能力を有し、電池セル２０の膨張変形量を吸収し、電池１０の性能を向上させることができる。
選択可能に、空洞部１０２は流体を収容して電池セル２０の温度を調節することに用いられ得る。
理解できるように、ここでの流体は、温度を調節でき、且つ空洞部１０２の材料と化学的に反応しない水等の液体であってもよく、本願はこれについて限定しない。
このようにして、電池セル２０の温度を適切な範囲に随時調節することができ、電池セル２０の安定性と安全性を向上させる。
本願の実施例では、セパレーター１０１はさらに第２方向Ｙに沿って対向して設けられた一対のサブプレート１０３を備え、空洞部１０２は該一対のサブプレート１０３の間に設けられる。
本願の実施例では、図５に示すように、サブプレート１０３の第２方向ＹでのサイズＴ３は０．１～５ｍｍである。
サブプレート１０３の第２方向でのサイズＴ３が小さすぎると、セパレーター１０１内のスペースが一定である場合、空洞部１０２はセパレーター１０１のスペースの大部分を占め、この場合に、セパレーター１０１の剛性は非常に悪く、電池１０の構造強度を効果的に向上させることができず、サブプレート１０３の第２方向でのサイズＴ３が大きすぎると、セパレーター１０１内部の空洞部１０２は非常に小さく、収容可能な流体は非常に少なく、電池セル２０の温度を効果的に調節することができず、従って、Ｔ３の値を０．１～５ｍｍに設定する。
選択可能に、セパレーターの一対のサブプレート１０３の第２方向でのサイズＴ３は同じであってもよく、異なってもよい。
本願の実施例では、セパレーター１０１はさらに補強リブ１０５を備え、該補強リブ１０５は一対のサブプレート１０３の間に設けられる。
選択可能に、図６（ａ）に示すように、補強リブ１０５は１つのサブプレート１０３のみに設けられてもよく、図６（ｂ）に示すように、補強リブ１０５は一対のサブプレート１０３の間に設けられ、該一対のサブプレート１０３に接続されてもよい。
選択可能に、図６（ｂ）及び（ｃ）に示すように、補強リブ１０５とサブプレート１０３との夾角は鋭角であってもよく、図６（ａ）に示すように、補強リブ１０５とサブプレート１０３との夾角は直角であってもよい。
本願の実施例では、セパレーター１０１の第２方向ＹでのサイズＴ１と電池セル２０の第２方向ＹでのサイズＴ２とは０．０４≦Ｔ１／Ｔ２≦２を満たす。
Ｔ１／Ｔ２が小さすぎ、すなわちセパレーター１０１の第２方向でのサイズＴ１が電池セル２０の第２方向でのサイズＴ２よりもはるかに小さい場合、セパレーター１０１の変形を吸収する能力が弱く、電池セル２０の膨張変形量に対応できず、電池セル２０の使用性能は低下し、Ｔ１／Ｔ２が大きすぎ、すなわちセパレーター１０１の第２方向でのサイズＴ１が電池セル２０の第２方向でのサイズＴ２よりもはるかに大きい場合、セパレーター１０１の変形を吸収する能力が強すぎ、電池セル２０に必要な膨張変形スペースをはるかに超え、電池セル２０に比べて、セパレーター１０１は電池１０の内部のスペースを多く占めてしまい、電池１０のエネルギー密度を向上させることに不利であり、従ってＴ１／Ｔ２の値を０．０４～２に設定し、このようにして、電池１０のエネルギー密度を向上させることができるとともに、電池セル２０の膨張変形量を吸収することができる。
本願の実施例では、セパレーター１０１の外面に絶縁層１０４が設けられ、該絶縁層１０４の第２方向Ｙに沿ったサイズＴ４は０．０１～０．３ｍｍである。選択可能に、絶縁層１０４はセパレーター１０１の表面に接着されている絶縁フィルム又はセパレーター１０１の表面に塗布されている絶縁塗料であってもよい。
セパレーター１０１の外面に絶縁層１０４を設けることにより、電池セル２０とセパレーター１０１との電気的接続を回避し、電池１０の安全性を向上させ、絶縁層１０４の第２方向でのサイズＴ４が小さすぎると、絶縁層１０４は電池セル２０とセパレーター１０１との電気的接続を効果的に回避することができず、電池１０の絶縁が不十分になり、絶縁層１０４の第２方向でのサイズＴ４が大きすぎると、電池１０の内部のスペースを多く占めてしまい、電池１０のエネルギー密度を向上させることに不利であり、従って、Ｔ４の値を０．０１～０．３ｍｍに設定し、このようにして、電池１０のエネルギー密度を向上させることができるとともに、電池セル２０とセパレーター１０１との間の効果的な絶縁を確保することができる。
本願の実施例では、図７に示すように、電池セル２０は、第２方向Ｙに対向して設けられた２つの第１壁２０１と、第１方向Ｘに対向して設けられた２つの第２壁とを備え、第１方向Ｘにおいて、隣接する２つの電池セル２０の第２壁は対向する。
本願の実施例では、図８に示すように、電池１０は、第１方向Ｘに沿って並べられた複数列の複数の電池セル２０と複数のセパレーター１０１とを備え、複数列の電池セル２０と複数のセパレーター１０１は第２方向Ｙに交互に設けられる。
このようにして、第１方向Ｘに沿って並べられた各列の複数の電池セル２０の第１壁２０１はすべてセパレーター１０１に接続することができ、第１方向Ｘに沿って並べられた各列の複数の電池セル２０はすべてセパレーター１０１により一体に接続することができ、それにより電池１０の強度を効果的に向上させる。
本願の実施例では、電池１０は複数の電池１０モジュールを備え、図９に示すように、該電池１０モジュールは、第１方向Ｘに沿って並べられた少なくとも１列の複数の電池セル２０と少なくとも１つのセパレーター１０１とを備え、且つ少なくとも１列の電池セル２０と少なくとも１つのセパレーター１０１は第２方向Ｙに交互に設けられる。
本願の実施例では、電池モジュール１００はＮ列の電池セル２０とＮ－１個のセパレーター１０１とを備え、セパレーター１０１は隣接する２列の電池セル２０の間に設けられ、Ｎは１よりも大きい整数である。図１１に示すように、Ｎを２として例示的に説明する。
本願の実施例では、図１０に示すように、複数の電池モジュール１００は第２方向Ｙに沿って並べられ、隣接する電池モジュール１００の間に隙間がある。
選択可能に、セパレーター１０１の第１方向Ｘでの端部に集電体１０６が設けられ、電池１０の内部にパイプ１０７が設けられ、パイプ１０７は流体を運ぶことに用いられ、集電体１０６は流体を集めることに用いられる。
本願の実施例では、セパレーター１０１は第１壁２０１に接着されている。接着の方式でセパレーター１０１と第１壁２０１は固定して接続され、構成が簡単で、加工及び組み立てが容易である。
理解できるように、セパレーター１０１と第１壁２０１はリベット締め、溶接等の他の方式で接続されてもよく、本願はこれについて限定しない。
本願の一実施例はさらに電力消費機器を提供し、該電力消費機器は上記実施例における電池１０を備えてもよい。選択可能に、該電力消費機器は車両１、船又は宇宙機等であってもよく、本願の実施例はこれについて限定しない。
上記で本願の実施例の電池１０と電力消費機器を説明しており、以下、本願の実施例の電池１０の製造方法及び機器を説明し、ここで詳細に説明されていない部分は上記各実施例を参照できる。
図１１は本願の一実施例の電池１０の製造方法３００の模式的なフローチャートを示す。図１１に示すように、該方法３００はステップ３１０～ステップ３２０を含んでもよい。
ステップ３１０では、第１方向Ｘに沿って並べられた複数の電池セル２０を提供する。
ステップ３２０では、セパレーター１０１を提供し、該セパレーター１０１は第１方向Ｘに沿って延伸し且つ複数の電池セル２０のうちの各電池セル２０の第１壁２０１に接続され、該第１壁２０１は電池セル２０の表面積が最大の壁であり、セパレーター１０１の第２方向ＹでのサイズＴ１は５ｍｍよりも大きく、該第２方向Ｙは第１壁２０１に垂直である。
図１２は本願の一実施例の電池１０の製造機器４００の模式的なブロック図を示す。図１２に示すように、電池１０の製造機器４００は提供モジュール４１０を備えてもよい。
提供モジュール４１０は、第１方向Ｘに沿って並べられた複数の電池セル２０とセパレーター１０１とを提供することに用いられ、セパレーター１０１は第１方向Ｘに沿って延伸し且つ複数の電池セル２０のうちの各電池セル２０の第１壁２０１に接続され、該第１壁２０１は電池セル２０の表面積が最大の壁であり、セパレーター１０１の第２方向ＹでのサイズＴ１は５ｍｍよりも大きく、該第２方向Ｙは第１壁２０１に垂直である。
以下、本願の実施例を説明する。以下で説明される実施例は例示的なものであり、本願を解釈するためのものに過ぎず、本願を制限するものではないと理解すべきである。実施例において具体的な技術又は条件が示されていない場合、本分野の文献に説明される技術又は条件、あるいは製品の取扱書に従って行われる。
図面に示されている電池セル２０とセパレーター１０１を採用し、６０℃で１Ｃ／１Ｃの充放電サイクルを行い、容量が８０％ＳＯＣに減衰するまで、サイクル耐久加速実験を行い、試験結果は表１に示した。表１におけるＴ１はセパレーターの第２方向Ｘでのサイズ、Ｔ２は電池セルの第２方向Ｘでのサイズであった。
Figure 2024512829000002
好ましい実施例を参照しながら本願を説明したが、本願の範囲を逸脱することなく、様々な改良を行うことができ、且つその部材を同等物で置き換えることができる。特に、構造上の矛盾がない限り、各実施例に係る各技術的特徴はすべて任意に組み合わせることができる。本願は明細書に開示されている特定の実施例に限定されず、特許請求の範囲に属するすべての技術案を含む。
１ 車両
１０ 電池
１１ ボックス
２０ 電池セル
２２ 電極アセンブリ
２３ 集電部材
３０ コントローラ
４０ モータ
１００ 電池モジュール
１０１ セパレーター
１０２ 空洞部
１０３ サブプレート
１０４ 絶縁層
１０５ 補強リブ
１０６ 集電体
１０７ パイプ
２０１ 第１壁
２１１ ハウジング
２１２ カバープレート
２１３ 圧力解放機構
２１４ 電極端子
２１４ａ 正極端子
２１４ｂ 負極端子
２２１ａ 第１タブ
２２２ａ 第２タブ
４００ 製造機器
４１０ 提供モジュール
このようにして、第１方向に沿って並べられた各列の複数の電池セルの第１壁はすべてセパレーターに接続することができ、第１方向に沿って並べられた各列の複数の電池セルはすべてセパレーターにより一体に接続することができ、それにより電池の強度を効果的に向上させる。
本願の実施例では、電池１０は複数の電池モジュール１００を備え、図９に示すように、該電池モジュール１００は、第１方向Ｘに沿って並べられた少なくとも１列の複数の電池セル２０と少なくとも１つのセパレーター１０１とを備え、且つ少なくとも１列の電池セル２０と少なくとも１つのセパレーター１０１は第２方向Ｙに交互に設けられる。

Claims (18)

  1. 電池（１０）であって、
    第１方向に沿って並べられた複数の電池セル（２０）と、
    セパレーター（１０１）であって、前記セパレーター（１０１）は前記第１方向に沿って延伸し且つ前記複数の電池セル（２０）のうちの各電池セル（２０）の第１壁（２０１）に接続され、前記第１壁（２０１）は前記電池セル（２０）の表面積が最大の壁であるセパレーター（１０１）と、を備え、
    前記セパレーター（１０１）の第２方向でのサイズＴ１は５ｍｍよりも大きく、前記第２方向は前記第１壁（２０１）に垂直である、ことを特徴とする電池（１０）。
  2. 前記セパレーター（１０１）の内部に空洞部（１０２）が設けられる、ことを特徴とする請求項１に記載の電池（１０）。
  3. 前記空洞部（１０２）は流体を収容して前記電池セル（２０）の温度を調節することに用いられる、ことを特徴とする請求項２に記載の電池（１０）。
  4. 前記セパレーター（１０１）はさらに前記第２方向に沿って対向して設けられた一対のサブプレート（１０３）を備え、前記空洞部（１０２）は前記一対のサブプレート（１０３）の間に設けられる、ことを特徴とする請求項２又は３に記載の電池（１０）。
  5. 前記サブプレート（１０３）の前記第２方向でのサイズＴ３は０．１～５ｍｍである、ことを特徴とする請求項４に記載の電池（１０）。
  6. 前記セパレーター（１０１）はさらに補強リブ（１０５）を備え、前記補強リブ（１０５）は前記一対のサブプレート（１０３）の間に設けられる、ことを特徴とする請求項４又は５に記載の電池（１０）。
  7. 前記セパレーター（１０１）の前記第２方向でのサイズＴ１と前記電池セル（２０）の前記第２方向でのサイズＴ２とは０．０４≦Ｔ１／Ｔ２≦２を満たす、ことを特徴とする請求項１～６のいずれか１項に記載の電池（１０）。
  8. 前記セパレーター（１０１）の前記第２方向でのサイズＴ１は１００ｍｍ以下である、ことを特徴とする請求項１～７のいずれか１項に記載の電池（１０）。
  9. 前記セパレーター（１０１）の外面に絶縁層（１０４）が設けられ、前記絶縁層（１０４）の前記第２方向に沿ったサイズＴ４は０．０１～０．３ｍｍである、ことを特徴とする請求項１～８のいずれか１項に記載の電池（１０）。
  10. 前記電池セル（２０）は、前記第２方向に対向して設けられた２つの前記第１壁（２０１）と、前記第１方向に対向して設けられた２つの第２壁とを備え、前記第１方向において、隣接する２つの前記電池セル（２０）の前記第２壁は対向する、ことを特徴とする請求項１～９のいずれか１項に記載の電池（１０）。
  11. 前記電池（１０）は、前記第１方向に沿って並べられた複数列の複数の前記電池セル（２０）と複数の前記セパレーター（１０１）とを備え、複数列の前記電池セル（２０）と複数の前記セパレーター（１０１）とは前記第２方向に交互に設けられる、ことを特徴とする請求項１～１０のいずれか１項に記載の電池（１０）。
  12. 前記電池（１０）は複数の電池モジュール１００を備え、前記電池モジュール１００は、前記第１方向に沿って並べられた少なくとも１列の複数の前記電池セル（２０）と少なくとも１つの前記セパレーター（１０１）とを備え、且つ少なくとも１列の前記電池セル（２０）と少なくとも１つの前記セパレーター（１０１）とは前記第２方向に交互に設けられる、ことを特徴とする請求項１～１０のいずれか１項に記載の電池（１０）。
  13. 前記電池モジュール１００はＮ列の前記電池セル（２０）とＮ－１個の前記セパレーター（１０１）とを備え、前記セパレーター（１０１）は隣接する２列の前記電池セル（２０）の間に設けられ、Ｎは１よりも大きい整数である、ことを特徴とする請求項１２に記載の電池（１０）。
  14. 複数の前記電池モジュール１００は前記第２方向に沿って並べられ、隣接する前記電池モジュール１００の間に隙間がある、ことを特徴とする請求項１２又は１３に記載の電池（１０）。
  15. 前記セパレーター（１０１）は前記第１壁（２０１）に接着されている、ことを特徴とする請求項１～１４のいずれか１項に記載の電池（１０）。
  16. 電力消費機器であって、請求項１～１５のいずれか１項に記載の電池（１０）を備え、前記電池（１０）は電気エネルギーを提供することに用いられる、ことを特徴とする電力消費機器。
  17. 電池（１０）の製造方法であって、
    第１方向に沿って並べられた複数の電池セル（２０）を提供するステップと、
    セパレーター（１０１）を提供するステップであって、前記セパレーター（１０１）は前記第１方向に沿って延伸し且つ前記複数の電池セル（２０）のうちの各電池セル（２０）の第１壁（２０１）に接続され、前記第１壁（２０１）は前記電池セル（２０）の表面積が最大の壁であるステップ、とを含み、
    前記セパレーター（１０１）の第２方向でのサイズＴ１は５ｍｍよりも大きく、前記第２方向は前記第１壁（２０１）に垂直である、ことを特徴とする電池（１０）の製造方法。
  18. 電池（１０）の製造機器であって、
    提供モジュールを備え、第１方向に沿って並べられた複数の電池セル（２０）とセパレーター（１０１）とを提供することに用いられ、前記セパレーター（１０１）は前記第１方向に沿って延伸し且つ前記複数の電池セル（２０）のうちの各電池セル（２０）の第１壁（２０１）に接続され、前記第１壁（２０１）は前記電池セル（２０）の表面積が最大の壁であり、
    前記セパレーター（１０１）の第２方向でのサイズＴ１は５ｍｍよりも大きく、前記第２方向は前記第１壁（２０１）に垂直である、ことを特徴とする電池（１０）の製造機器。
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