JP7024109B2 - 電池、電池パック、電池モジュール、蓄電装置、車両及び飛翔体 - Google Patents
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Description
第1の実施形態の電池を図1~図15を参照して説明する。図面の一部は斜視図や展開図であり、一部の部材及び部分は図示されていないが、正極及び負極は対称に構成されているため、一方の電極の図示されない部分は、他方の電極の構造から明らかにされる。なお、実施形態は、正極及び負極を非対称に構成することを認める。
正極7は、例えば、正極集電体と、正極集電体に保持された正極材料層と、正極集電タブとを含むことができる。正極材料層は、例えば、正極活物質、導電剤、及び結着剤を含むことができる。
負極8は、例えば、負極集電体と、負極集電体に保持された負極材料層と、負極集電タブとを含むことができる。負極材料層は、例えば、負極活物質、導電剤、及び結着剤を含むことができる。
多孔質で薄い絶縁性の薄膜である。セパレータとしては、樹脂製の極薄ナノファイバー膜を含む不織布、フィルム、紙や無機粒子層などが含まれる。セパレータの構成材料の例に、ポリエチレンやポリプロピレンなどのポリオレフィン、セルロース、ポリエステル、ポリビニルアルコール、ポリイミド、ポリアミド、ポリアミドイミド、ポリテトラフルオロエチレン及びビニロンが含まれる。薄さと機械的強度の観点から好ましいセパレータの例に、セルロース繊維を含む不織布を挙げることができる。無機粒子層は、酸化物粒子、増粘剤、結着剤を含む。酸化物粒子には、酸化アルミ、酸化チタン、酸化マグネシウム、酸化亜鉛、硫酸バリウムなどの金属酸化物が使用できる。増粘剤にはカルボキシメチルセルロースが使用できる。結着剤には、アクリル酸メチルやそれを含むアクリル系共重合体、スチレンブタジエンゴム(SBR)などが使用できる。
電解質は、電解質塩と非水溶媒を含む溶液、電解質塩と非水溶媒を含む溶液に高分子材料を複合化した非水系ゲル状電解質、電解質塩と水を含む溶液又は電解質塩と水を含む溶液に高分子材料を複合化した水系ゲル状電解質を用いることが好ましい。
第2の実施形態の電池100は、角形形状の電池200である。第1の実施形態の電池100と第2の実施形態の電池200は、電池の外観形状が異なるが、電極軸部の断面が楕円形状であることは共通する。また、第1の実施形態と第2の実施形態において、同一符号、同一名称の部材は、形状が異なっているが、機能及び材料は共通する。第1の実施形態と第2の実施形態において、共通する内容については、一部その説明を省略する。
第3の実施形態の電池パックは、第1の実施形態の電池を1つ以上含む。第1の実施形態の電池の組電池の例を図31及び図32に示す。
また、図31及び図32に図示されているように単位セル60と単位セル61、又は単位セル60、60や単位セル61、61のセル間には絶縁空間があるほうが望ましく、0.03mm以上の隙間を設けるか、絶縁部材(例えば、樹脂であるポリプロピレンやポリフェニレンサルファイドやエポキシ、ファインセラミックスであるアルミナやジルコニアなど)等を間に挟むことが出来る。
電池パックは、例えば、電子機器、車両(鉄道車両、自動車、原動機付自転車、軽車両、トロリーバス等)の電源として使用される。
上述の通り、組電池は、複数の電池を直列、並列、あるいは直列及び並列を組み合わせて電気的に接続したものを含み得る。また、電池パックは、組電池に加え、電池制御ユニット(Battery Control Unit, BMU)等の回路を備えることができるが、組電池が搭載されるもの(例えば車両など)が有する回路を電池制御ユニットとして使用することができる。電池制御ユニットは、単電池及び組電池の電圧または電流あるいは両方を監視して過充電及び過放電を防止する機能等を有する。
第4実施形態に係る電池モジュールは、上記実施形態に係る電池(即ち、単電池)を一以上有する。電池モジュールに複数の単電池が含まれる場合、各単電池は、電気的に直列、並列、或いは、直列と並列に接続して配置される。
第5の実施形態は蓄電装置に関する。第3の実施形態の電池パック300、301又は第4の実施形態の電池モジュール400を蓄電装置500に搭載することができる。図35の概念図に示す蓄電装置500は、電池パック300、301又は電池モジュール400と、インバーター502と、コンバーター501とを備える。外部交流電源503をコンバーター501で直流変換し、電池パック300、301又は電池モジュール400を充電し、電池パック300、301又は電池モジュール400からの直流電源のインバーター502で交流変換し、蓄電装置500に接続した負荷504に電気を供給する構成となっている。実施形態の電池パック300~400を有する本構成の蓄電装置500とすることで、電池特性に優れた蓄電装置が提供される。なお、電池パック300、301又は電池モジュール400の代わりに、電池100~200を使用することもできる。
第6の実施形態は車両に関する。第6の実施形態の車両は、第3の実施形態の電池パック300、301又は第4の実施形態の電池モジュール600を用いている。本実施形態にかかる車両の構成を、図36の車両600の模式図を用いて簡単に説明する。車両600は、電池パック300、301又は電池モジュール400、車体601、モーター602、車輪603と、制御ユニット604を有する。電池パック300、301又は電池モジュール400、モーター602、車輪603と、制御ユニット&04は、車体601に配置されている。制御ユニット604は、電池パック300、301又は電池モジュール400から出力した電力を変換したり、出力調整したりする。モーター602は電池パック300、301又は電池モジュール400から出力された電力を用いて、車輪603を回転させる。なお、車両600は、電車などの電動車両やエンジンなどの他の駆動源を有するハイブリッド車も含まれる。モーター602からの回生エネルギーによって、電池パック300、301又は電池モジュール400を充電してもよい。電池パック300、301又は電池モジュール400からの電気エネルギーによって駆動されるものはモーター602に限られず、車両600に含まれる電気機器を動作させるための動力源に用いても良い。また車両600の減速時に回生エネルギーを得て、得られた回生エネルギーを用いて電池パック300、301又は電池モジュール400を充電することが好ましい。実施形態の電池パック300、301又は電池モジュール400を有する本構成の車両600とすることで、電池特性に優れた車両が提供される。なお、電池パック300、301又は電池モジュール400の代わりに、電池100~200を使用することもできる。
第5の実施形態は飛翔体(例えば、マルチコプター)に関する。第5の実施形態の飛翔体は、第2の実施形態の電池パック300、301又は電池モジュール400を用いている。本実施形態にかかる飛翔体の構成を、図37の飛翔体(クアッドコプター)700の模式図を用いて簡単に説明する。飛翔体700は、電池パック300、301又は電池モジュール400、機体骨格701、モーター702、回転翼703と制御ユニット704を有する。電池パック300、301又は電池モジュール400、モーター702、回転翼703と制御ユニット704は、機体骨格701に配置している。制御ユニット704は、電池パック300、301又は電池モジュール400から出力した電力を変換したり、出力調整したりする。モーター702は電池パック300、301又は電池モジュール400から出力された電力を用いて、回転翼703を回転させる。実施形態の電池パック300、301又は電池モジュール400を有する本構成の飛翔体700とすることで、電池特性に優れた飛翔体が提供される。なお、電池パック300、301又は電池モジュール400の代わりに、電池100~200を使用することもできる。
Claims (14)
- 正極、前記正極と電気的に接続された正極集電タブ、負極、及び、前記負極と電気的に接続された負極集電タブを含み、扁平形状に捲回された前記正極集電タブが第一端面に位置し、かつ扁平形状に捲回された前記負極集電タブが第二端面に位置する、扁平形状の電極群と、
前記正極集電タブと電気的に接続した電極群側正極リードと、
前記負極集電タブと電気的に接続した電極群側負極リードと、
第1の外装部と、第2の外装部とを含み、前記第1の外装部と前記第2の外装部が溶接されて形成された空間内に前記電極群が収納された外装部材と、
前記第1の外装部は前記正極集電タブ側に貫通孔を有し、正極頭部及び前記正極頭部から延び出た正極軸部を含む正極外部端子と、貫通孔を有する正極端子リードを含み、前記正極頭部が前記第1の外装部の外側に突出し、前記正極軸部が前記正極端子リードの貫通孔に挿入されて前記正極軸部が前記第1の外装部及び前記正極端子リードにカシメ固定された正極端子部と、
前記第1の外装部は前記負極集電タブ側に貫通孔を有し、負極頭部及び前記負極頭部から延び出た負極軸部を含む負極外部端子と、貫通孔を有する負極端子リードを含み、前記負極頭部が前記第1の外装部の外側に突出し、前記負極軸部が前記負極端子リードの貫通孔に挿入されて前記負極軸部が前記第1の外装部及び前記負極端子リードにカシメ固定された負極端子部と、
を含み、
前記正極軸部は、楕円錐台又は楕円柱台の第1の正極軸部と楕円錐台の第2の正極軸部を少なくとも含み、
前記第1の正極軸部は、前記第2の正極軸部と前記正極頭部の間に配置され、
前記第1の正極軸部の天面と前記第2の正極軸部の天面は、直接的に連結し、
前記負極軸部は、楕円錐台又は楕円柱台の第1の負極軸部と楕円錐台の第2の負極軸部を少なくとも含み、
前記第1の負極軸部は、前記第2の負極軸部と前記負極頭部の間に配置され、
前記第1の負極軸部の天面と前記第2の負極軸部の天面は、直接的に連結して、
前記第1の正極軸部の天面の短軸の長さをAa1、長軸の長さをAa2とし、
前記第2の正極軸部の天面の短軸の長さをBa1、長軸の長さをBa2とし、
前記第2の正極軸部の底面の短軸の長さをBb1、長軸の長さをBb2としたとき、
|(Aa2-Ba2)-(Aa1-Ba1)|≦0.1mm、及び、(Bb2-Ba2)<(Bb1-Ba1)を満たし、
前記第1の負極軸部の天面の短軸の長さをCa1、長軸の長さをCa2とし、
前記第2の負極軸部の天面の短軸の長さをDa1、長軸の長さをDa2とし、
前記第2の負極軸部の底面の短軸の長さをDb1、長軸の長さをDb2としたとき、
|(Ca2-Da2)-(Ca1-Da1)|≦0.1mm、及び、(Db2-Da2)<(Db1-Da1)を満たす電池。 - 前記Aa1と前記Aa2は、1.1≦Aa2/Aa1≦2.0を満たし、
前記Ca1と前記Ca2は、
1.1≦Ca2/Ca1≦2.0を満たす請求項1に記載の電池。 - 前記Aa2と前記Ba2は、1.05≦Aa2/Ba2≦1.5を満たし、
前記Ca2と前記Da2は、1.05≦Ca2/Da2≦1.5を満たす請求項1又は2に記載の電池。 - 前記第1の正極軸部の底面は、前記正極頭部を向く面であり、
前記第1の正極軸部の天面は、前記第1の正極軸部の底面とは反対側の面であり、
前記第2の正極軸部の天面は、前記正極頭部を向く面であり、
前記第2の正極軸部の底面は、前記第2の正極軸部の天面とは反対側の面であり、
前記第1の負極軸部の底面は、前記負極頭部を向く面であり、
前記第1の負極軸部の天面は、前記第1の負極軸部の底面とは反対側の面であり、
前記第2の負極軸部の天面は、前記負極頭部を向く面であり、
前記第2の負極軸部の底面は、前記第2の負極軸部の天面とは反対側の面である請求項1ないし3のいずれか1項に記載の電池。 - 前記正極軸部は、中実であり、
前記負極軸部は、中実である請求項1ないし4のいずれか1項に記載の電池。 - 前記第2の正極軸部が前記正極端子リードとカシメ固定され、
前記正極端子リードの貫通孔の内壁の少なくとも一部又は全部は、前記第2の正極軸部と溶接され、
前記第2の負極軸部が前記負極端子リードとカシメ固定され、
前記負極端子リードの貫通孔の内壁の少なくとも一部又は全部は、前記第2の負極軸部と溶接された請求項1ないし5のいずれか1項に記載の電池。 - 前記Ba1、前記Ba2、前記Bb1と前記Bb2は、1.2(Bb2-Ba2)<(Bb1-Ba1)を満たし、
前記Da1、前記Da2、前記Db1と前記Db2は、1.2(Db2-Da2)<(Db1-Da1)を満たす請求項1ないし6のいずれか1項に記載の電池。 - 前記Aa2と前記Aa1は、1.1≦Aa2/Aa1≦2.0を満たし、
前記Ca1と前記Ca2は、1.1≦Ca2/Ca1≦2.0を満たす請求項1ないし7のいずれか1項に記載の電池。 - 前記第1の正極軸部の底面の短軸の長さをAb1、長軸の長さをAb2としたとき、
1.08≦Ab2/Ab1≦2.0を満たし、
前記第1の負極軸部の底面の短軸の長さをCb1、長軸の長さをCb2としたとき、
1.08≦Cb2/Cb1≦2.0を満たす請求項1ないし8のいずれか1項に記載の電池。 - 請求項1ないし9のいずれか1項に記載の電池を1つ以上含む電池パック。
- 請求項1ないし9のいずれか1項に記載の電池を1つ以上含む電池モジュール。
- 請求項1ないし9のいずれか1項に記載の電池、請求項10に記載の電池パック、又は、請求項11に記載の電池モジュールを含む蓄電装置。
- 請求項1ないし9のいずれか1項に記載の電池、請求項10に記載の電池パック、又は、請求項11に記載の電池モジュールを含む車両。
- 請求項1ないし9のいずれか1項に記載の電池、請求項10に記載の電池パック、又は、請求項11に記載の電池モジュールを含む飛翔体。
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