JP2025028970A - 電池、電力消費装置、電池の製造方法及び装置 - Google Patents

Abstract

【課題】電池のエネルギー密度を向上させるとともに電池中の電気絶縁及び熱伝導を確保することができ、これにより電池の性能を向上させることができる電池、電力消費装置、電池の製造方法及び装置を提供する。
【解決手段】電池１０は、第１方向ｘに沿って配置された複数の電池セル２０と、前記第１方向に沿って延在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２１１１と接続されている熱伝導部材１０１であって、前記第１壁は前記電池セルのうち最大の面積を有する壁であり、前記熱伝導部材は前記電池セルの熱を伝導することに用いられ、前記第１壁と接続されている前記熱伝導部材の面は絶縁面であり、前記熱伝導部材の第２方向ｙにおけるサイズは０．１～１００ｍｍであり、前記第２方向は前記第１壁に垂直である、熱伝導部材と、を含む。本願の実施例の技術的解決手段により、電池の性能を向上させることができる。
【選択図】図４

Description

本願は電池の技術分野に関し、特に電池、電力消費装置、電池の製造方法及び装置に関する。

環境汚染が深刻化するに伴って、新エネルギー産業はますます注目されている。新エネルギー産業では、電池技術はその発展に関連する重要な要素である。

電池のエネルギー密度は、電池の性能の１つの重要なパラメータであるが、電池のエネルギー密度を向上させるために、電池の他の性能のパラメータも考慮する必要がある。従って、如何に電池の性能を向上させるかは、電池技術では解決すべき技術的課題である。

本願は、電池のエネルギー密度を向上させるとともに電池中の電気絶縁及び熱伝導を確保することができ、これにより電池の性能を向上させることができる電池、電力消費装置、電池の製造方法及び装置を提供している。

第１態様では、第１方向に沿って配置された複数の電池セルと、前記第１方向に沿って延在し且つ前記複数の電池セルのうちの各電池セルの第１壁と接続されている熱伝導部材であって、前記第１壁は前記電池セルのうち最大の面積を有する壁であり、前記熱伝導部材は前記電池セルの熱を伝導することに用いられ、前記第１壁と接続されている前記熱伝導部材の面は絶縁面であり、前記熱伝導部材の第２方向におけるサイズは０．１～１００ｍｍであり、前記第２方向は前記第１壁に垂直である、熱伝導部材とを含む、電池を提供している。

本願の実施例では、電池において、熱伝導部材が第１方向に沿って一列に配置された複数の電池セルのうちの各電池セルの最大の面積を有する第１壁と接続されているように構成され、熱伝導部材は電池セルの熱を伝導することに用いられ、第１壁と接続されている熱伝導部材の面は絶縁面であり、第１壁に垂直である第２方向における熱伝導部材のサイズは０．１～１００ｍｍである。このように、電池の筐体の中央部に、ビーム等の構造を設置しなくてもよく、電池内部のスペース利用率をできるだけ向上させることができ、それにより、電池のエネルギー密度が向上し、また、上記熱伝導部材を利用して電池の電気絶縁及び熱伝導を確保することもできる。従って、本願の実施例の技術的解決手段により、電池のエネルギー密度を向上させるとともに電池の電気絶縁及び熱伝導を確保することができ、これにより電池の性能を向上させることができる。

可能な一実現形態では、前記熱伝導部材は、金属板と、前記金属板の表面に設置された絶縁層とを含む。このように構成すると、金属板により熱伝導部材の強度が確保され、絶縁層により第１壁と接続されている熱伝導部材の面は絶縁面となりうる。

可能な一実現形態では、前記熱伝導部材は非金属材料板である。

可能な一実現形態では、前記熱伝導部材内には空洞が設置される。空洞により熱伝導部材の強度が確保されるとともに熱伝導部材が軽量化され、また、空洞により熱伝導部材は第２方向において大きな圧縮空間を保持し、これにより、電池セルに大きな膨張空間が提供される。

可能な一実現形態では、前記空洞は流体を収容して前記電池セルの温度を調整することに用いられ、これにより電池セルの温度が効果的に管理される。

可能な一実現形態では、前記電池セルの前記第２方向におけるサイズＴ１と前記熱伝導部材の前記第２方向におけるサイズＴ２は、０＜Ｔ２／Ｔ１≦７を満たす。このようにして、電池のエネルギー密度を確保するとともに電池の安全性を確保することができる。

可能な一実現形態では、０＜Ｔ２／Ｔ１≦１であり、これにより、さらに電池のエネルギー密度を向上させるとともに電池の安全性を確保する。

可能な一実現形態では、前記電池セルの重量Ｍ１と前記熱伝導部材の重量Ｍ２は、０＜Ｍ２／Ｍ１≦２０を満たす。このようにして、電池の重量エネルギー密度を確保するとともに電池の安全性を確保することができる。

可能な一実現形態では、０．１≦Ｍ２／Ｍ１≦１であり、これにより、さらに電池のエネルギー密度を向上させるとともに電池の安全性を確保する。

可能な一実現形態では、前記第１壁の面積Ｓ１と、前記複数の電池セルの前記第１壁と接続されている前記熱伝導部材の面の面積Ｓ２は、０．２≦Ｓ２／Ｓ１≦３０を満たす。このようにして、電池のエネルギー密度を確保するとともに電池の安全性を確保することができる。

可能な一実現形態では、２≦Ｓ２／Ｓ１≦１０であり、これにより、さらに電池のエネルギー密度を向上させるとともに電池の安全性を確保する。

可能な一実現形態では、前記熱伝導部材の比熱容量Ｑと前記熱伝導部材の重量Ｍ２は、０．０２ＫＪ／（ｋｇ２＊℃）≦Ｑ／Ｍ２≦１００ＫＪ／（ｋｇ２＊℃）を満たす。Ｑ／Ｍ２＜０．０２ＫＪ／（ｋｇ２＊℃）である場合、熱伝導部材はより多くのエネルギーを吸収し、その結果、電池セルの温度が低すぎ、リチウム析出が発生する恐れがあり、Ｑ／Ｍ２＞１００ＫＪ／（ｋｇ２＊℃）である場合、熱伝導部材の熱伝導能力が悪く、熱をタイムリーに放散することができない。０．０２ＫＪ／（ｋｇ２＊℃）≦Ｑ／Ｍ２≦１００ＫＪ／（ｋｇ２＊℃）である場合、電池の安全性が確保される。

可能な一実現形態では、０．３ＫＪ／（ｋｇ２＊℃）≦Ｑ／Ｍ２≦２０ＫＪ／（ｋｇ２＊℃）であり、これにより、電池の安全性をさらに向上させる。

可能な一実現形態では、前記電池セルは、前記第２方向に対向して設置されている２つの前記第１壁と、前記第１方向に対向して設置されている２つの第２壁とを含み、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。このように、大面積の第１壁を熱伝導部材と接続すると、電池セルの熱交換に有利であり、電池の性能が確保される。

可能な一実現形態では、前記電池は前記第１方向に沿って複数列に配置された複数の前記電池セルと複数の前記熱伝導部材とを含み、複数列の前記電池セルと複数の前記熱伝導部材とは前記第２方向に交互に設置されている。このように、複数列の電池セルと複数の熱伝導部材とは互いに接続されて一体になり、筐体に収容され、これにより、各列電池セルに対して有効的な熱伝導を行うことができるだけでなく、電池全体の構造強度を確保することができ、これにより、電池の性能を向上させることができる。

可能な一実現形態では、前記電池は複数の電池モジュールを含み、前記電池モジュールは前記第１方向に沿って少なくとも一列に配置された複数の前記電池セルと、少なくとも１つの前記熱伝導部材とを含み、且つ少なくとも一列の前記電池セルと少なくとも１つの前記熱伝導部材とは前記第２方向に交互に設置されている。

可能な一実現形態では、前記電池モジュールはＮ列の前記電池セルとＮ－１個の前記熱伝導部材とを含み、前記熱伝導部材は隣接する２列の前記電池セルの間に設置され、Ｎは１より大きい整数である。このように、電池内に少ない熱伝導部材が設置され、各電池セルが熱伝導部材に接続されることを確保することができる。

可能な一実現形態では、複数の前記電池モジュールは前記第２方向に沿って配置され、隣接する前記電池モジュールの間には隙間がある。該隙間は電池セルが膨張するための空間を提供する。

可能な一実現形態では、前記熱伝導部材は前記第１壁に接着されている。

第２態様では、電力消費装置を提供しており、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含み、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態様では、第１方向に沿って配置された複数の電池セルを提供するステップと、前記第１方向に沿って延在し且つ前記複数の電池セルのうちの各電池セルの第１壁と接続されている熱伝導部材であって、前記第１壁は前記電池セルのうち最大の面積を有する壁であり、前記熱伝導部材は前記電池セルの熱を伝導することに用いられ、前記第１壁と接続されている前記熱伝導部材の面は絶縁面であり、前記熱伝導部材の第２方向におけるサイズは０．１～１００ｍｍであり、前記第２方向は前記第１壁に垂直である熱伝導部材を提供するステップとを含む、電池の製造方法を提供している。

第４態様では、上記第３態様の方法を実行するモジュールを含む電池の製造装置を提供している。

本願の実施例の技術的解決手段により、電池において、熱伝導部材が第１方向に沿って一列に配置された複数の電池セルのうちの各電池セルの最大の面積を有する第１壁と接続されているように構成され、熱伝導部材は電池セルの熱を伝導することに用いられ、第１壁と接続されている熱伝導部材の面は絶縁面であり、熱伝導部材の第１壁に垂直である第２方向におけるサイズは０．１～１００ｍｍである。このように、電池の筐体の中央部にビーム等の構造を設置しなくてもよく、電池内部のスペース利用率をできるだけ向上させることができ、それにより、電池のエネルギー密度が向上し、また、上記熱伝導部材を利用して電池の電気絶縁及び熱伝導を確保することもできる。従って、本願の実施例の技術的解決手段により、電池のエネルギー密度を向上させるとともに電池の電気絶縁及び熱伝導を確保することができ、これにより、電池の性能を向上させることができる

本願の実施例の技術的解決手段をより明確に説明するために、以下、本願の実施例で使用する必要がある図面を簡単に説明し、明らかに、以下に説明される図面は本願のいくつかの実施例に過ぎず、当業者であれば、創造的な労働を必要とせずに、図面に基づいて他の図面を取得することができる。

本願の一実施例に係る車両の模式図である。 本願の一実施例に係る電池の模式図である。 本願の一実施例に係る電池セルの模式図である。 本願の一実施例に係る電池の模式図である。 本願の一実施例に係る熱伝導部材の模式図である。 本願の一実施例に係る熱伝導部材の模式図である。 本願の一実施例に係る電池の模式図である。 本願の一実施例に係る電池の製造方法の模式的なフローチャートである。 本願の一実施例に係る電池の製造装置の模式的なブロック図である。

図面では、図面は実際の比例で描かれていない。

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のものであるが、本願の範囲を限定するものではなく、すなわち、本願は説明される実施例に限定されない。

なお、本願の説明では、特に断らない限り、使用される全ての技術用語及び科学用語は、当業者が理解できる一般的な意味と同じであり、使用される用語は、本願を限定するものではなく、具体的な実施例を説明するためのものであり、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ものであり、「複数」は２つ以上を意味し、「上」、「下」、「左」、「右」、「内」、「外」などの用語が示した方位又は位置関係は、本願を容易に説明し、説明を簡素化するためのものに過ぎず、示した装置又は素子が必ず特定の方位を有したり、特定の方位で構築、操作されたりすることを指示又は示唆しないため、本願を限定するものとして理解できない。また、「第１」、「第２」、「第３」などの用語は、説明するためのものに過ぎず、相対的な重要性を指示又は示唆するものとして理解できない。「垂直」は厳密な意味で垂直ではなく、誤差許容範囲内のものである。「平行」は厳密な意味で平行ではなく、誤差許容範囲内のものである。

本願で言及されている「実施例」は、実施例を参照しながら説明される特定の特徴、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。明細書の様々な位置に現れる当該語句は必ずしも同じ実施例を指すものではなく、他の実施例と相互に排他的な独立又は代替の実施例でもない。当業者は、本願で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確又は暗黙的に理解できる。

以下の説明に現れる方位詞はいずれも図示される方向であり、本願の具体的な構造を限定するものではない。なお、本願の説明では、特に明確に規定、限定されない限り、「装着」、「接続」、「連結」という用語は広義に理解されるべきであり、例えば、固定接続であってもよく、取り外し可能な接続又は一体的な接続であってもよく、直接接続であってもよく、中間媒体を介した間接的接続であってもよく、２つの素子内部の連通であってもよい。当業者であれば、具体的な状況に応じて本願における上記用語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つの関係が存在し得ることを示し、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「／」という符号は、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やマグネシウムイオン電池などを含んでもよく、本願の実施例はこれを限定しない。電池セルは、円筒体、扁平体、直方体又は他の形状などであってもよく、本願の実施例はこれも限定しない。電池セルは、一般的にパッケージ方式によって、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、本願の実施例はこれも限定しない。

本願の実施例に係る電池とは、１つ又は複数の電池セルを含むことで、高い電圧及び容量を提供する単一の物理モジュールを指す。例えば、本願に係る電池は、電池パックなどを含んでもよい。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筐体を含む。筐体は、液体や他の異物が電池セルの充電又は放電に影響を与えることを回避できる。

電池セルは、電極組立体と、電解液とを含み、電極組立体は、正極板、負極板及びセパレータからなる。電池セルは主に金属イオンが正極板と負極板との間に移動することにより動作する。正極板は、正極集電体と、正極活物質層とを含み、正極活物質層は正極集電体の面に塗布され、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た集電体から突出し、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機能する。リチウムイオン電池を例とし、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などであってもよい。負極板は、負極集電体と、負極活物質層とを含み、負極活物質層は負極集電体の面に塗布され、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た集電体から突出し、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機能する。負極集電体の材料は銅であってもよく、負極活物質は炭素又はシリコンなどであってもよい。大電流が流れても溶断しないことを確保するために、正極タブは複数積層されて一体になり、負極タブは複数積層されて一体になる。セパレータの材質はポリプロピレン（ＰＰ）又はポリエチレン（ＰＥ）などであってもよい。また、電極組立体は、巻回構造であってもよく、積層構造であってもよく、本願の実施例はこれに限定されない。

さまざまな電力需要を満たすために、電池は複数の電池セルを含んでもよく、複数の電池セルは直列接続、並列接続又は直並列接続されてもよく、直並列接続とは直列接続と並列接続の組み合わせを指す。選択可能に、まず複数の電池セルを直列接続、並列接続又は直並列接続して電池モジュールを形成し、次に複数の電池モジュールを直列接続、並列接続又は直並列接続して電池を形成してもよい。つまり、複数の電池セルはそのまま組み立てられて電池を構成してもよく、電池モジュールを形成してから、電池モジュールで電池を構成してもよい。電池はさらに電力消費装置に設置され、電力消費装置に電気エネルギーを提供する。

電池技術の発展では、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、安全性などの複数の設計の要素を同時に考慮する必要がある。電池の内部スペースが一定の場合、電池の内部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ための効果的な手段である。しかし、電池の内部スペースの利用率を向上させるとともに、電池の絶縁及び熱伝導など他のパラメータも考慮する必要がある。

これに鑑み、本願の実施例は技術的解決手段を提供しており、電池において、熱伝導部材が第１方向に沿って一列に配置された複数の電池セルのうちの各電池セルの最大の面積を有する第１壁と接続されているように構成され、熱伝導部材は電池セルの熱を伝導することに用いられ、第１壁と接続されている熱伝導部材の面は絶縁面であり、熱伝導部材の第１壁に垂直である第２方向におけるサイズは０．１～１００ｍｍである。このように、電池の筐体の中央部に、ビーム等の構造を設置しなくてもよく、電池内部のスペース利用率をできるだけ向上させることができ、それにより、電池のエネルギー密度が向上し、また、上記熱伝導部材を利用して電池の電気絶縁及び熱伝導を確保することもできる。従って、本願の実施例の技術的解決手段により、電池のエネルギー密度を向上させるとともに電池の電気絶縁及び熱伝導を確保することができ、これにより、電池の性能を向上させることができる。

本願の実施例で説明される技術的解決手段は、例えば、携帯電話、ポータブルデバイス、ノートパソコン、電気自転車、電気玩具、電動工具、電気自動車、船舶や宇宙機など、電池を使用する様々な装置に適用でき、例えば、宇宙機は、飛行機、ロケット、スペースシャトルや宇宙船などを含む。

理解されるように、本願の実施例で説明される技術的解決手段は、上記説明される装置に適用できるだけでなく、電池を使用する全ての装置に適用でき、説明を簡潔にするために、以下の実施例はいずれも電気自動車を例として説明する。

例えば、図１は、本願の一実施例に係る車両１の構造模式図であり、車両１はガソリン車、ガス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自動車などであってもよい。車両１の内部にモータ４０、コントローラ３０及び電池１０が設置されてもよく、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の底部や前部又は尾部に電池１０が設置されてもよい。電池１０は車両１の給電に用いられ、例えば、電池１０は車両１の操作電源として、車両１の回路システムに用いられ、例えば、車両１の起動、ナビゲーションや走行時の動作電力供給に用いられ得る。本願の他の実施例では、電池１０は車両１の操作電源として機能できるだけでなく、車両１の駆動電源として、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に駆動動力を提供してもよい。

さまざまな使用電力需要を満たすために、電池１０は複数の電池セルを含んでもよい。例えば、図２は、本願の一実施例に係る電池１０の構造模式図であり、電池１０は複数の電池セル２０を含んでもよい。電池１０はさらに筐体１１を含んでもよく、筐体１１の内部は中空構造であり、複数の電池セル２０は筐体１１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、直列接続又は直並列接続されてから筐体１１に置かれる。

選択可能に、電池１０はさらにその他の構造を含んでもよいが、ここで詳細な説明を省略する。例えば、該電池１０はさらにバス部材を含んでもよく、バス部材は複数の電池セル２０の間の電気的接続、例えば、並列接続、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の電極端子に接続されることにより電池セル２０同士を電気的に接続することができる。さらに、バス部材は溶接によって電池セル２０の電極端子に固定されてもよい。複数の電池セル２０の電気エネルギーはさらに、導電機構を介して筐体を通過して引き出され得る。選択可能に、導電機構はバス部材に属してもよい。

さまざま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により接続されて、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、装着を容易にするために、電池セル２０はグループ化されて、各グループの電池セル２０は電池モジュールを形成するようにしてもよい。電池モジュールに含まれる電池セル２０の数について限定がなく、必要に応じて設定してよい。電池は複数の電池モジュールを含んでもよく、こ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により接続されてもよい。

図３は、本願の一実施例に係る電池セル２０の構造模式図を示しており、電池セル２０は、１つ又は複数の電極組立体２２と、ケース２１１と、蓋板２１２とを含む。ケース２１１と蓋板２１２によりハウジング又は電池ボックス２１が形成される。ケース２１１の壁及び蓋板２１２はいずれも電池セル２０の壁と呼ばれ、直方体形の電池セル２０の場合、ケース２１１の壁は底壁と、４つの側壁とを含む。ケース２１１は１つ又は複数の電極組立体２２を組み合わせた形状に応じて決められ、例えば、ケース２１１は中空の直方体又は立方体又は円筒体であってもよく、且つケース２１１の１つの面には、１つ又は複数の電極組立体２２をケース２１１に入れることを可能とする開口部がある。例えば、ケース２１１が中空の直方体又は立方体である場合、ケース２１１の１つの面は開口面であり、すなわち、該面は、壁体を有さず、ケース２１１の内外を連通させる。ケース２１１が中空の円筒体である場合、ケース２１１の端面は開口面であり、すなわち、該端面は壁体を有さず、ケース２１１の内外を連通させる。蓋板２１２は開口部を覆い、且つケース２１１に接続され、これにより、電極組立体２２を収納する密閉キャビティが形成される。ケース２１１内に電解液などの電解質が充填されている。

該電池セル２０はさらに２つの電極端子２１４を含んでもよく、２つの電極端子２１４は蓋板２１２に設置されてもよい。蓋板２１２は通常、平板形状であり、２つの電極端子２１４は蓋板２１２の平面に固定され、２つの電極端子２１４はそれぞれ正電極端子２１４ａ及び負電極端子２１４ｂである。各電極端子２１４には接続部材２３が対応して設置され、接続部材２３は、集電部材２３とも呼ばれ、蓋板２１２と電極組立体２２との間に位置し、電極組立体２２と電極端子２１４と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、各電極組立体２２は第１タブ２２１ａ及び第２タブ２２２ａを有する。第１タブ２２１ａと第２タブ２２２ａの極性は逆である。例えば、第１タブ２２１ａが正極タブである場合、第２タブ２２２ａが負極タブである。１つ又は複数の電極組立体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つ又は複数の電極組立体２２の第２タブ２２２ａは他の接続部材２３を介して他の電極端子に接続される。例えば、正電極端子２１４ａは１つの接続部材２３を介して正極タブに接続され、負電極端子２１４ｂは他の接続部材２３を介して負極タブに接続される。

該電池セル２０においては、実際の使用のニーズに応じて、電極組立体２２は１つ又は複数設置されてもよく、図３に示すように、電池セル２０内には、４つの独立した電極組立体２２が設置されている。

電池セル２０には、圧力解放機構２１３がさらに設置されてもよい。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時に作動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は様々な利用可能な圧力解放構造としてもよく、本願の実施例はこれを限定しない。例えば、圧力解放機構２１３は、圧力解放機構２１３が設置された電池セル２０の内部温度が閾値になった時に溶融できるように構成される感温圧力解放機構であってもよく、及び／又は、圧力解放機構２１３は、圧力解放機構２１３が設置された電池セル２０の内部気圧が閾値になった時に破裂できるように構成される感圧圧力解放機構であってもよい。

図４は本願の一実施例に係る電池１０の構造模式図である。

電池１０は第１方向ｘに沿って配置された複数の電池セル２０及び熱伝導部材１０１を含む。

第１方向ｘは電池１０における一列の電池セル２０の配置方向である。つまり、電池１０における一列の電池セル２０はｘ方向に沿って配置されている。一列の電池セル２０における電池セル２０の数は２～２０であってもよいが、本願の実施例はこれを限定しない。

熱伝導部材１０１は第１方向ｘに沿って延在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２１１１と接続されており、第１壁２１１１は電池セル２０のうち最大の面積を有する壁である。

電池セル２０は複数の壁を含んでもよく、電池セル２０のうち最大の面積を有する第１壁２１１１は熱伝導部材１０１と接続されている。つまり、電池セル２０の第１壁２１１１は熱伝導部材１０１に面しており、すなわち、電池セル２０の第１壁２１１１は第１方向ｘに平行である。

熱伝導部材１０１は電池セル２０の熱を伝導することに用いられ、第１壁２１１１と接続されている熱伝導部材１０１の面は絶縁面である。熱伝導部材１０１で電池セル２０の熱を伝導することで、電池セル２０の温度が正常状態にあることが確保される。第１壁２１１１と接続されている熱伝導部材１０１の面は絶縁面であると、熱伝導部材１０１と電池セル２０との間の電気絶縁が確保される。

熱伝導部材１０１の第２方向ｙにおけるサイズは０．１～１００ｍｍであり、第２方向ｙは第１壁２１１１に垂直である。

本願の実施例では、電池１０において、熱伝導部材１０１が第１方向ｘに沿って一列に配置された複数の電池セル２０のうちの各電池セル２０の最大の面積を有する第１壁２１１１と接続されているように構成される。このように、電池１０の筐体１１の中央部にビーム等の構造を設置しなくてもよく、電池１０内部のスペース利用率をできるだけ向上させることができ、これにより、電池１０のエネルギー密度を向上させる。

そのような場合、電池１０の性能を確保するために、熱伝導部材１０１には、強度を両立させることが求められる。本願の実施例では、熱伝導部材１０１の第２方向ｙにおけるサイズＴ２は０．１～１００ｍｍである場合、強度及びスペースに対するニーズを両立させることができる。

具体的には、熱伝導部材１０１の第２方向ｙにおけるサイズＴ２、すなわち熱伝導部材１０１の厚さが大きい場合、熱伝導部材１０１の強度が高く、Ｔ２が小さい場合、占有するスペースは少ない。Ｔ２＜０．１ｍｍである場合、熱伝導部材１０１は外力の作用を受けると破損されやすく、Ｔ２＞１００ｍｍである場合、占有するスペースが大きすぎて、エネルギー密度に悪影響を与える。従って、熱伝導部材１０１の第２方向ｙにおけるサイズＴ２は０．１～１００ｍｍである場合、強度を確保するとともにスペース利用率を向上させることができる。

本願の実施例では、電池１０において、熱伝導部材１０１が第１方向ｘに沿って一列に配置された複数の電池セル２０のうちの各電池セル２０の最大の面積を有する第１壁２１１１と接続されているように構成され、熱伝導部材１０１は電池セル２０の熱を伝導することに用いられ、第１壁２１１１と接続されている熱伝導部材１０１の面は絶縁面であり、熱伝導部材１０１の第１壁２１１１に垂直である第２方向ｙにおけるサイズは０．１～１００ｍｍである。このように、電池１０の筐体１１の中央部にビーム等の構造を設置しなくてもよく、電池１０内部のスペース利用率をできるだけ向上させることができ、これにより、電池１０のエネルギー密度を向上させ、また、上記熱伝導部材１０１を利用して電池１０の電気絶縁及び熱伝導をさらに確保することができる。従って、本願の実施例の技術的解決手段により、電池１０のエネルギー密度を向上させるとともに電池１０の電気絶縁及び熱伝導を確保することができ、これにより、電池１０の性能を向上させることができる。

選択可能に、本願の一実施例では、熱伝導部材１０１は非金属材料板であってもよい。つまり、熱伝導部材１０１は全体として非金属絶縁材料である。

選択可能に、本願の一実施例では、熱伝導部材１０１は金属板及び絶縁層を含んでもよく、絶縁層は金属板の表面に設置されている。

図５は本願の一実施例に係る熱伝導部材１０１の模式図である。図５に示すように、熱伝導部材１０１は金属板１０１１と、金属板１０１１の表面に設置された絶縁層１０１２とを含む。このように構成すると、金属板１０１１は熱伝導部材１０１の強度を確保することができ、絶縁層１０１２により第１壁２１１１と接続されている熱伝導部材１０１の面は絶縁面であることを可能にする。選択可能に、絶縁層１０１２は金属板１０１１面に接着されている絶縁膜又は金属板１０１１の表面に塗布されている絶縁ワニスであってもよい。

選択可能に、本願の一実施例では、図６に示すように、熱伝導部材１０１内には空洞１０１３が設置されてもよい。空洞１０１３により熱伝導部材１０１の強度が確保されるとともに熱伝導部材の重量が軽減され、例えば、熱伝導部材１０１の厚さＴ２が厚い場合に適用できる。また、空洞１０１３により熱伝導部材１０１は第２方向ｙに大きな圧縮空間を保持することができ、それにより、電池セル２０に大きな膨張空間を提供することができる。

選択可能に、本願の一実施例では、空洞１０１３は流体を収容して電池セル２０の温度を調整することに用いられてもよい。

流体とは、液体又はガスであってもよく、温度調整とは複数の電池セル２０を加熱又は冷却することを指す。電池セル２０に対して温度低減を行う場合、空洞１０１３は冷却媒体を収容して複数の電池セル２０の温度を調整することができ、この場合、流体は冷却媒体又は冷却流体とも呼ばれ、具体的には、クーラント又は冷却ガスと呼ばれる。また、流体は加熱することに用いられてもよく、本願の実施例はこれを限定しない。選択可能に、流体は循環して流れているものであってもよく、これにより、優れた温度調整効果が実現される。選択可能に、流体とは、水、水とエチレングリコールの混合液、冷媒又はエア等であってもよい。

選択可能に、本願の一実施例では、電池セル２０の第２方向ｙにおけるサイズＴ１と熱伝導部材１０１の第２方向ｙにおけるサイズＴ２は、０＜Ｔ２／Ｔ１≦７を満たす。

Ｔ２／Ｔ１が大きすぎる場合、熱伝導部材１０１は大きなスペースを占有し、エネルギー密度に悪影響を与える。また、熱伝導部材１０１の電池セル２０に対する熱伝導が速すぎる場合にも、安全問題が発生する恐れがある。例えば、１つの電池セル２０が熱暴走すると、同一の熱伝導部材１０１と接続さている他の電池セル２０の熱暴走が引き起こされ得る。０＜Ｔ２／Ｔ１≦７である場合、電池１０のエネルギー密度を確保するとともに電池１０の安全性を確保することができる。

選択可能に、本願の一実施例では、電池セル２０の第２方向ｙにおけるサイズＴ１と熱伝導部材１０１の第２方向ｙにおけるサイズＴ２はさらに０＜Ｔ２／Ｔ１≦１を満たし、これにより、電池１０のエネルギー密度をさらに向上させるとともに、電池１０の安全性を確保する。

選択可能に、本願の一実施例では、電池セル２０の重量Ｍ１と熱伝導部材１０１の重量Ｍ２は、０＜Ｍ２／Ｍ１≦２０を満たす。

Ｍ２／Ｍ１が大きすぎる場合、重量エネルギー密度が失われる。０＜Ｍ２／Ｍ１≦２０である場合、電池１０の重量エネルギー密度を確保するとともに電池１０の安全性を確保することができる。

選択可能に、本願の一実施例では、電池セル２０の重量Ｍ１と熱伝導部材１０１の重量Ｍ２はさらに、０．１≦Ｍ２／Ｍ１≦１を満たし、これにより、さらに電池１０のエネルギー密度を向上させ、かつ電池１０の安全性を確保することができる。

選択可能に、本願の一実施例では、第１壁２１１１の面積Ｓ１と、一列の複数の電池セル２０の第１壁２１１１と接続されている熱伝導部材１０１の面の面積Ｓ２は、０．２≦Ｓ２／Ｓ１≦３０を満たす。

Ｓ２は熱伝導部材１０１の電池セル２０と接続されている側の面の総面積である。Ｓ２／Ｓ１が大きすぎる場合、エネルギー密度に悪影響を与える。Ｓ２／Ｓ１が小さすぎる場合、熱伝導効果が非常に悪く、安全性に悪影響を与える。０．２≦Ｓ２／Ｓ１≦３０である場合、電池１０のエネルギー密度を確保するとともに電池１０の安全性を確保することができる。

選択可能に、本願の一実施例では、Ｓ２とＳ１はさらに２≦Ｓ２／Ｓ１≦１０を満たし、これにより、さらに電池１０のエネルギー密度を向上させるとともに電池１０の安全性を確保することができる。

選択可能に、本願の一実施例では、熱伝導部材１０１の比熱容量Ｑと熱伝導部材１０１の重量Ｍ２は、０．０２ＫＪ／（ｋｇ２＊℃）≦Ｑ／Ｍ２≦１００ＫＪ／（ｋｇ２＊℃）を満たす。

Ｑ／Ｍ２＜０．０２ＫＪ／（ｋｇ２＊℃）である場合、熱伝導部材１０１はより多くのエネルギーを吸収し、その結果、電池セル２０の温度が低すぎて、リチウム析出が発生する恐れがあり、Ｑ／Ｍ２＞１００ＫＪ／（ｋｇ２＊℃）である場合、熱伝導部材１０１の熱伝導能力が悪く、熱をタイムリーに放散することができない。０．０２ＫＪ／（ｋｇ２＊℃）≦Ｑ／Ｍ２≦１００ＫＪ／（ｋｇ２＊℃）である場合、電池１０の安全性を確保することができる。

選択可能に、本願の一実施例では、ＱとＭ２はさらに０．３ＫＪ／（ｋｇ２＊℃）≦Ｑ／Ｍ２≦２０ＫＪ／（ｋｇ２＊℃）を満たし、これにより、さらに電池１０の安全性を向上させることができる。

選択可能に、本願の一実施例では、電池セル２０は第２方向ｙに対向して設置されている２つの第１壁２１１１と、第１方向ｘに対向して設置されている２つの第２壁２１１２とを含み、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２１１２は対向する。つまり、角形電池セル２０の場合、その大きな側面、すなわち第１壁２１１１は、熱伝導部材１０１と接続されており、その小さな側面、すなわち第２壁２１１２は、隣接する電池セル２０の第２壁２１１２と接続されており、これにより、第１方向ｘに一列に配置される。このようにして、大面積の第１壁２１１１は熱伝導部材１０１と接続されていることにより、電池セル２０の熱交換に有利であり、電池１０の性能が確保される。

選択可能に、本願の一実施例では、電池１０は第１方向ｘに沿って複数列に配置された複数の電池セル２０と複数の熱伝導部材１０１とを含み、複数列の電池セル２０と複数の熱伝導部材１０１とは第２方向ｙに交互に設置されている。つまり、複数列の電池セル２０と複数の熱伝導部材１０１は、熱伝導部材１０１、電池セル２０列、熱伝導部材１０１…、又は、電池セル２０列、熱伝導部材１０１、電池セル２０列…のように設置されてもよい。このように、複数列の電池セル２０と複数の熱伝導部材１０１とは接続されて一体になり、筐体１１に収容され、これにより、各列の電池セル２０に対して有効的な熱伝導を行うことができるだけでなく、電池１０全体の構造強度を確保することができ、これにより、電池１０の性能を向上させることができる。

図７は本願の他の実施例に係る電池１０の構造模式図を示している。図７に示すように、電池１０は複数の電池モジュール１００を含んでもよい。電池モジュール１００は第１方向ｘに沿って少なくとも一列に配置された複数の電池セル２０と少なくとも１つの熱伝導部材１０１とを含んでもよく、且つ少なくとも一列の電池セル２０と少なくとも１つの熱伝導部材１０１とは第２方向ｙに交互に設置されている。つまり、各電池モジュール１００では、その内部の電池セル２０列と熱伝導部材１０１とは第２方向ｙに交互に設置されており、複数の電池モジュール１００は筐体１１内に収容され、電池１０は形成される。

選択可能に、電池モジュール１００はＮ列の電池セル２０とＮ－１個の熱伝導部材１０１とを含んでもよく、熱伝導部材１０１は隣接する２列の電池セル２０の間に設置されており、Ｎは１より大きい整数である。つまり、熱伝導部材１０１は電池モジュール１００の内部に設置されており、電池モジュール１００の外側には熱伝導部材１０１が設置されない。例えば、２列の電池セル２０の間には１つの熱伝導部材１０１が設置されており、３列の電池セル２０の間には２つの熱伝導部材１０１が設置されており、以下は同じである。

選択可能に、本願の一実施例では、図７に示すように、電池モジュール１００は２列の電池セル２０を含み、すなわち、Ｎは２である。このような場合、２列の電池セル２０には１つの熱伝導部材１０１が設置されている。隣接する電池モジュール１００の間には熱伝導部材１０１が設置されず、このようにして、該実施例では、電池１０内に少ない熱伝導部材１０１が設置されるが、各電池セル２０が熱伝導部材１０１に接続されることが確保される。

選択可能に、本願の一実施例では、複数の電池モジュール１００は第２方向ｙに沿って配置され、隣接する電池モジュール１００の間には隙間がある。隣接する電池モジュール１００の間には熱伝導部材１０１がなく、所定の隙間がある。隣接する電池モジュール１００の隙間により電池セル２０に膨張空間を提供することができる。

選択可能に、熱伝導部材１０１の第１方向ｘにおける端部には固定構造が設置されており、熱伝導部材１０１は固定構造を介して筐体１１に固定される。図７に示すように、固定構造は固定板１０４を含んでもよく、固定板１０４は熱伝導部材１０１の端部と固定して接続され、且つ熱伝導部材１０１の端部に位置する電池セル２０と接続されており、それにより、電池セル２０に対する固定効果が強化される。

選択可能に、本願の一実施例では、熱伝導部材１０１は第１壁２１１１に接着されている。つまり、熱伝導部材１０１と電池セル２０との間は接着により固定して接続され、例えば、構造接着剤で接着されるが、本願の実施例はこれを限定しない。

選択可能に、電池セル２０は筐体１１に接着により固定されてもよい。選択可能に、各列電池セル２０における隣接する電池セル２０同士は接着されてもよく、例えば、隣接する２つの電池セル２０の第２壁２１１２は構造接着剤で接着されるが、本願の実施例はこれを限定しない。各列電池セル２０における隣接する電池セル２０同士の接着固定により電池セル２０の固定効果がさらに強化される。

理解されるように、本願の各実施例における関連部分は互いに参照することができ、簡潔の便宜上、詳細な説明を省略する。

本願の一実施例では、電力消費装置をさらに提供しており、該電力消費装置は上記実施例における電池１０を含んでもよい。選択可能に、該電力消費装置とは、車両１、船舶や宇宙機等であってもよいが、本願の実施例はこれを限定しない。

以上は本願の実施例の電池１０及び電力消費装置を説明しており、以下、本願の実施例の電池の製造方法及び装置を説明し、詳細に説明していない部分は上記各実施例を参照すればよい。

図８は本願の一実施例に係る電池の製造方法３００の模式的なフローチャートを示している。図８に示すように、該方法３００は、ステップ３１０と、ステップ３２０とを含んでもよい。

３１０、第１方向ｘに沿って配置された複数の電池セル２０を提供する。

３２０、熱伝導部材１０１を提供し、前記熱伝導部材１０１は前記第１方向ｘに沿って延在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２１１１と接続されており、前記第１壁２１１１は前記電池セル２０のうち最大の面積を有する壁であり、前記熱伝導部材１０１は前記電池セル２０の熱を伝導することに用いられ、前記第１壁２１１１と接続されている前記熱伝導部材１０１の面は絶縁面であり、前記熱伝導部材１０１の第２方向ｙにおけるサイズは０．１～１００ｍｍであり、前記第２方向ｙは前記第１壁２１１１に垂直である。

図９は本願の一実施例に係る電池の製造装置４００の模式的なブロック図を示している。図９に示すように、電池の製造装置４００は第１提供モジュール４１０と第２提供モジュール４２０とを含んでもよい。

第１提供モジュール４１０は、第１方向ｘに沿って配置された複数の電池セル２０を提供することに用いられる。

第２提供モジュール４２０は、熱伝導部材１０１を提供することに用いられ、前記熱伝導部材１０１は前記第１方向ｘに沿って延在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２１１１と接続されており、前記第１壁２１１１は前記電池セル２０のうち最大の面積を有する壁であり、前記熱伝導部材１０１は前記電池セル２０の熱を伝導することに用いられ、前記第１壁２１１１と接続されている前記熱伝導部材１０１の面は絶縁面であり、前記熱伝導部材１０１の第２方向ｙにおけるサイズは０．１～１００ｍｍであり、前記第２方向ｙは前記第１壁２１１１に垂直である。

以下、本願の実施例を説明する。以下に説明される実施例は模式的なものであり、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として理解できない。実施例において具体的な技術又は条件を説明していない場合、本分野にかかる文献に記載の技術、条件や製品の取扱書に従って行われる。

図面に示される電池セル２０及び熱伝導部材１０１を使用し、ここで、一列の電池セル２０における電池セル２０の数を２～２０とし、ＧＢ３８０３１－２０２０に準じて電池１０に対して安全テストを行い、テスト結果は表１～表４に示される。

上記テスト結果から分かるように、本願に係る電池１０は安全性の要件を満たす。

好ましい実施例を参照して本願を説明したが、本願の範囲から逸脱することなく、様々な改良を行い、等価物でその中の部材を置き換えることができる。特に、構造上の矛盾がない限り、各実施例に記載されている各技術的特徴を任意の方式で組み合わせることができる。本願は本明細書に開示されている特定の実施例に限定されず、特許請求の範囲内にある全ての技術的解決手段を含む。

１ 車両
１０ 電池
１１ 筐体
２０ 電池セル
２１ ハウジング
２２ 電極組立体
２３ 接続部材
３０ コントローラ
４０ モータ
１００ 電池モジュール
１０１ 熱伝導部材
１０４ 固定板
２１１ ケース
２１２ 蓋板
２１３ 圧力解放機構
２１４ 電極端子
２１４ａ 正電極端子
２１４ｂ 負電極端子
２２１ 第１タブ
２２２ 第２タブ
４００ 電池の製造装置
４１０ 第１提供モジュール
４２０ 第２提供モジュール
１０１１ 金属板
１０１２ 絶縁層
１０１３ 空洞
２１１１ 第１壁
２１１２ 第２壁

Claims (20)

1. 電池であって、
   第１方向に沿って配置された複数の電池セルと、
   前記第１方向に沿って延在し且つ前記複数の電池セルのうちの各電池セルの第１壁と接続されている熱伝導部材であって、前記第１壁は前記電池セルのうち最大の面積を有する壁であり、前記熱伝導部材は前記電池セルの熱を伝導することに用いられ、前記第１壁と接続されている前記熱伝導部材の面は絶縁面であり、前記熱伝導部材の第２方向におけるサイズは０．１～１００ｍｍであり、前記第２方向は前記第１壁に垂直である、熱伝導部材と、を含む、ことを特徴とする電池。
2. 前記熱伝導部材は金属板と、前記金属板の表面に設置された絶縁層とを含む、ことを特徴とする請求項１に記載の電池。
3. 前記熱伝導部材は非金属材料板である、ことを特徴とする請求項１に記載の電池。
4. 前記熱伝導部材内には空洞が設置される、ことを特徴とする請求項１～３のいずれか１項に記載の電池。
5. 前記空洞は流体を収容して前記電池セルの温度を調整することに用いられる、ことを特徴とする請求項４に記載の電池。
6. 前記電池セルの前記第２方向におけるサイズＴ１と前記熱伝導部材の前記第２方向におけるサイズＴ２は、０＜Ｔ２／Ｔ１≦７を満たす、ことを特徴とする請求項１～５のいずれか１項に記載の電池。
7. ０＜Ｔ２／Ｔ１≦１である、ことを特徴とする請求項６に記載の電池。
8. 前記電池セルの重量Ｍ１と前記熱伝導部材の重量Ｍ２は、０＜Ｍ２／Ｍ１≦２０を満たす、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。
9. ０．１≦Ｍ２／Ｍ１≦１である、ことを特徴とする請求項８に記載の電池。
10. 前記第１壁の面積Ｓ１と、前記複数の電池セルの前記第１壁と接続されている前記熱伝導部材の面の面積Ｓ２は、０．２≦Ｓ２／Ｓ１≦３０を満たす、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。
11. ２≦Ｓ２／Ｓ１≦１０である、ことを特徴とする請求項１０に記載の電池。
12. 前記熱伝導部材の比熱容量Ｑと前記熱伝導部材の重量Ｍ２は、０．０２ＫＪ／（ｋｇ２＊℃）≦Ｑ／Ｍ２≦１００ＫＪ／（ｋｇ２＊℃）を満たす、ことを特徴とする請求項１～１１のいずれか１項に記載の電池。
13. ０．３ＫＪ／（ｋｇ２＊℃）≦Ｑ／Ｍ２≦２０ＫＪ／（ｋｇ２＊℃）である、ことを特徴とする請求項１２に記載の電池。
14. 前記電池セルは、前記第２方向に対向して設置されている２つの前記第１壁と、前記第１方向に対向して設置されている２つの第２壁とを含み、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、ことを特徴とする請求項１～１３のいずれか１項に記載の電池。
15. 前記電池は前記第１方向に沿って複数列に配置された複数の前記電池セルと、複数の前記熱伝導部材とを含み、複数列の前記電池セルと複数の前記熱伝導部材とは前記第２方向に交互に設置されている、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。
16. 前記電池は複数の電池モジュールを含み、前記電池モジュールは、前記第１方向に沿って少なくとも一列に配置された複数の前記電池セルと、少なくとも１つの前記熱伝導部材とを含み、且つ少なくとも一列の前記電池セルと少なくとも１つの前記熱伝導部材とは前記第２方向に交互に設置されている、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。
17. 前記電池モジュールはＮ列の前記電池セルとＮ－１個の前記熱伝導部材とを含み、前記熱伝導部材は隣接する２列の前記電池セルの間に設置されており、Ｎは１より大きい整数である、ことを特徴とする請求項１６に記載の電池。
18. 複数の前記電池モジュールは前記第２方向に沿って配置され、隣接する前記電池モジュールの間には隙間がある、ことを特徴とする請求項１６又は１７に記載の電池。
19. 前記熱伝導部材は前記第１壁に接着されている、ことを特徴とする請求項１～１８のいずれか１項に記載の電池。
20. 電気エネルギーを提供することに用いられる請求項１～１９のいずれか１項に記載の電池を含む、ことを特徴とする電力消費装置。