JP7289863B2 - 蓄電装置およびその製造方法 - Google Patents

Description

本技術は、蓄電装置およびその製造方法に関する。

従来の蓄電装置として、たとえば特開２０１５－１１１４９３号公報（特許文献１）に記載のものが挙げられる。

特開２０１５－１１１４９３号公報

電池などの蓄電装置においては均一な冷却が求められる。冷却効率が低い場合、および冷却効率にばらつきがある場合、蓄電装置の出力のパフォーマンスを十分に向上させることができない。

従来の蓄電装置は、上記観点から必ずしも十分な構成を備えるものではない。

本技術の目的は、冷却の効率および均一性の高い蓄電装置およびその製造方法を提供することにある。

１つの局面では、本技術に係る蓄電装置は、複数の蓄電セルと、複数の蓄電セルの間に設けられた熱伝導材とを備える。複数の蓄電セルの各々は、底部および上部を有する筐体を含む。熱伝導材は、筐体の底部を覆う第１部分と、第１部分から筐体の上部に向かって突出する第２部分とを含む。

他の局面では、本技術に係る蓄電装置は、第１の方向に積層された複数の蓄電セルと、複数の蓄電セルの間に設けられた熱伝導材とを備える。複数の蓄電セルの各々は、筐体と、筐体上に設けられた電極端子とを含む。筐体は、電極端子が設けられた上面と、上面に対向する底面と、第１の方向に沿って対向する２つの第１側面と、第１の方向に直交する第２の方向に沿って対向する２つの第２側面とを含む。熱伝導材は、底面から２つの第１側面および２つの第２側面の一部を覆う第１部分と、第１部分に対して電極端子側に設けられ、２つの第１側面の少なくとも一部を覆う第２部分とを含む。

１つの局面では、本技術に係る蓄電装置の製造方法は、底部および上部を有する筐体を含む蓄電セルを準備する工程と、筐体の底部を流動性を有する熱伝導材に浸漬して熱伝導材の第１部分を形成する工程と、底部よりも上部側に位置する筐体の側面に熱伝導材を塗布して熱伝導材の第２部分を形成する工程とを備える。

１つの局面では、本技術に係る蓄電装置の製造方法は、電極端子が設けられた上面と、上面に対向する底面と、第１の方向に沿って対向する２つの第１側面と、第１の方向に直交する第２の方向に沿って対向する２つの第２側面とを有する筐体を含む蓄電セルを準備する工程と、底面から２つの第１側面および２つの第２側面の一部を流動性を有する熱伝導材に浸漬して熱伝導材の第１部分を形成する工程と、第１部分に対して電極端子側に位置する２つの第１側面の少なくとも一部に熱伝導材を塗布して熱伝導材の第２部分を形成する工程とを備える。

本技術によれば、冷却の効率および均一性の高い蓄電装置およびその製造方法を提供することができる。

組電池の基本的構成を示す図である。 図１に示す組電池における電池セルおよびエンドプレートを示す図である。 図１に示す組電池における電池セルを示す図である。 電池セル周辺の構造を示す図である。 図４におけるＶ－Ｖ断面図である。 電池セルの筐体の底部に熱伝導材を設ける工程を示す図である。 熱伝導材を設けた電池セルを示す斜視図である。 熱伝導材と電極体との位置関係を示す図である。 熱伝導材を設けた電池セルを積層した状態を示す断面図である。

以下に、本技術の実施の形態について説明する。なお、同一または相当する部分に同一の参照符号を付し、その説明を繰返さない場合がある。

なお、以下に説明する実施の形態において、個数、量などに言及する場合、特に記載がある場合を除き、本技術の範囲は必ずしもその個数、量などに限定されない。また、以下の実施の形態において、各々の構成要素は、特に記載がある場合を除き、本技術にとって必ずしも必須のものではない。また、本技術は、本実施の形態において言及する作用効果を必ずしもすべて奏するものに限定されない。

なお、本明細書において、「備える（ｃｏｍｐｒｉｓｅ）」および「含む（ｉｎｃｌｕｄｅ）」、「有する（ｈａｖｅ）」の記載は、オープンエンド形式である。すなわち、ある構成を含む場合に、当該構成以外の他の構成を含んでもよいし、含まなくてもよい。

また、本明細書において幾何学的な文言および位置・方向関係を表す文言、たとえば「平行」、「直交」、「斜め４５°」、「同軸」、「沿って」などの文言が用いられる場合、それらの文言は、製造誤差ないし若干の変動を許容する。本明細書において「上側」、「下側」などの相対的な位置関係を表す文言が用いられる場合、それらの文言は、１つの状態における相対的な位置関係を示すものとして用いられるものであり、各機構の設置方向（たとえば機構全体を上下反転させる等）により、相対的な位置関係は反転ないし任意の角度に回動し得る。

本明細書において、「電池」は、リチウムイオン電池に限定されず、ニッケル水素電池など他の電池を含み得る。本明細書において、「電極」は正極および負極を総称し得る。また、「電極板」は正極板および負極板を総称し得る。

本明細書において、「蓄電装置」、「蓄電セル」、「蓄電モジュール」、および「蓄電パック」なる用語が用いられる場合、「蓄電装置」、「蓄電セル」、「蓄電モジュール」、および「蓄電パック」は、電池、電池セル、電池モジュール、および電池パックに限定されず、キャパシタセル等を含み得る。

図１は、組電池１（蓄電装置）の基本的構成を示す図である。図２は、組電池１に含まれる電池セル１００とエンドプレート２００とを示す図である。図３は、組電池１における電池セル１００を示す図である。

図１，図２に示すように、組電池１は、電池セル１００と、エンドプレート２００と、拘束部材３００とを備える。

複数の電池セル１００は、Ｙ軸方向（配列方向）に並ぶように設けられる。電池セル１００は、電極端子１１０を含む。複数の電池セル１００の間には、図示しないセパレータが介装されている。２つのエンドプレート２００に挟持された複数の電池セル１００は、エンドプレート２００によって押圧され、２つのエンドプレート２００の間で拘束されている。

エンドプレート２００は、Ｙ軸方向（配列方向）において組電池１の両端に配置されている。エンドプレート２００は、組電池１を収納するケースなどの基台に固定される。

拘束部材３００は、２つのエンドプレート２００を互いに接続する。拘束部材３００は、２つのエンドプレート２００に取り付けられる。

複数の電池セル１００およびエンドプレート２００の積層体に対してＹ軸方向の圧縮力を作用させた状態で拘束部材３００をエンドプレート２００に係合させ、その後に圧縮力を解放することにより、２つのエンドプレート２００を接続する拘束部材３００に引張力が働く。その反作用として、拘束部材３００は、２つのエンドプレート２００を互いに近づける方向に押圧する。

図３に示すように、電池セル１００は、平坦面状の直方体形状に形成されている。電極端子１１０は、正極端子１１１と、負極端子１１２とを含む。電極端子１１０は、角型の筐体１２０上に形成されている。筐体１２０には、電極体１４０（図８参照）および電解液が収容されている。

図４は、電池セル１００周辺の構造を示す図である。図５は、図４におけるＶ－Ｖ断面図である。

図４，図５に示すように、筐体１２０は、電極端子１１０が設けられた上面１２０Ａと、上面１２０Ａに対向する底面１２０Ｂと、Ｙ軸方向（第１の方向）に沿って対向する２つの長側面１２０Ｃ（第１側面）と、Ｘ軸方向（第２の方向）に沿って対向する２つの短側面１２０Ｄ（第２側面）とを含む。上面１２０Ａと底面１２０ＢとはＺ軸方向（第３の方向）に沿って対向する。Ｘ軸方向、Ｙ軸方向、およびＺ軸方向は互いに直交する。

筐体１２０の長側面１２０Ｃ上および短側面１２０Ｄ上には絶縁シート１３０が設けられる。絶縁シート１３０は、絶縁性のシュリンクフィルムなどにより構成される。筐体１２０の底面１２０Ｂ、長側面１２０Ｃおよび短側面１２０Ｄ上には熱伝導材４００が設けられている。熱伝導材４００としては、たとえば積水ポリマテック株式会社製のＣＧＷ（登録商標）シリーズなど、室温硬化が可能な放熱性グリスを用いることができる。

熱伝導材４００の下側（上面１２０Ａの反対側）には、冷却プレート５００が設けられる。冷却プレート５００の内部に冷却液通路が設けられ得る。電池セル１００の熱は、熱伝導材４００を介して冷却プレート５００に伝達される。これにより、電池セル１００の冷却が促進される。

熱伝導材４００の熱抵抗は、たとえば０．２Ｋ／Ｗ以下程度であることが好ましい。熱伝導材４００の体積抵抗率は、たとえば１×１０¹⁰Ω・ｃｍ以上程度であることが好ましい。熱伝導材４００の絶縁破壊電圧は、たとえば５ｋＶ以上程度であることが好ましい。

図６は、電池セルの筐体の底部に熱伝導材を設ける工程を示す図である。図６に示すように、本実施の形態では、容器４００Ａから型枠６００内に熱伝導材４００が供給される。その後、型枠６００に筐体１２０の底部を挿入し、流動性を有する熱伝導材４００に筐体１２０の底部を浸漬する。なお、最初に筐体１２０の底部を型枠６００に挿入しておいて、その後、容器４００Ａから型枠６００内に熱伝導材４００を供給してもよい。

図７は、熱伝導材を設けた電池セルを示す斜視図である。図７に示すように、熱伝導材４００は、筐体１２０の底部を覆う第１部分４１０と、第１部分４１０に対して電極端子１１０側に設けられた第２部分４２０とを含む。

熱伝導材４００の第１部分４１０は、底面１２０Ｂから２つの長側面１２０Ｃおよび２つの短側面１２０Ｄの一部を覆う。第１部分４１０は、図６に示すように、筐体１２０の底部を型枠６００内の熱伝導材４００に浸漬し、付着した熱伝導材４００を硬化させることにより形成される。

熱伝導材４００の第２部分４２０は、第１部分４１０から筐体１２０の上部に向かって突出する。第２部分４２０は、２つの長側面１２０Ｃの一部を覆うように形成される。第２部分４２０は、第１部分４１０を形成した後、筐体１２０の長側面１２０Ｃ上に熱伝導材４００を塗布することにより形成される。

図８は、熱伝導材４００と電極体１４０との位置関係を示す図である。電極体１４０は、筐体１２０に収納されている。熱伝導材４００の第２部分４２０は、電極体１４０を筐体１２０の長側面１２０Ｃに投影した領域に設けられる。発熱しやすい電極体１４０に対応する位置に熱伝導材４００を選択的に設けることにより、電池セル１００の冷却効率およびその均一性を向上させることが可能である。

図９は、熱伝導材を設けた電池セルを積層した状態を示す断面図である。図９に示すように、複数の電池セル１００の間に位置する熱伝導材４００第２部分４２０から、電池セル１００の底部に設けられる第１部分４１０を介して冷却プレート５００への伝熱が促進されることにより、隣接する電池セル１００への伝熱が抑制される。したがって、個別の電池セル１００が高温に達した場合でも、複数の電池セル１００にわたる熱暴走連鎖を抑制することが可能である。なお、本実施の形態では、筐体１２０上に絶縁シート１３０を設けているが、絶縁シート１３０を無くして熱伝導材を筐体１２０に直接付着させてもよい。

以上、本技術の実施の形態について説明したが、今回開示された実施の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。本技術の範囲は特許請求の範囲によって示され、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ことが意図される。

１ 組電池、１００ 電池セル、１００Ａ 長側面、１００Ｂ 短側面、１１０ 電極端子、１２０ 筐体、１２０Ａ 上面、１２０Ｂ 底面、１２０Ｃ 長側面、１２０Ｄ 短側面、１３０ 絶縁シート、２００ エンドプレート、３００ 拘束部材、４００ 熱伝導材、４００Ａ 容器、５００ 冷却プレート、６００ 型枠。

Claims (12)

1. 第１の方向に積層された複数の蓄電セルと、
   前記複数の蓄電セルの間に設けられた熱伝導材とを備え、
   前記複数の蓄電セルの各々は、筐体と、前記筐体上に設けられた電極端子とを含み、
   前記筐体は、前記電極端子が設けられた上面と、前記上面に対向する底面と、前記第１の方向に沿って対向する２つの第１側面と、前記第１の方向に直交する第２の方向に沿って対向する２つの第２側面とを含み、
   前記熱伝導材は、前記底面から前記２つの第１側面および前記２つの第２側面の一部を覆う第１部分と、前記第１部分に対して前記電極端子側に設けられ、前記２つの第１側面の一部を覆う第２部分とを含み、
   前記複数の蓄電セルの各々は、前記筐体に収納された電極体を含み、
   前記熱伝導材の前記第２部分は、前記電極体を前記２つの第１側面に投影した領域に設けられ、かつ、前記第２の方向の一部において前記第１部分から前記筐体の前記上面側に向かって突出するように設けられる、蓄電装置。
2. 前記熱伝導材の熱抵抗は、０．２Ｋ／Ｗ以下である、請求項１に記載の蓄電装置。
3. 前記熱伝導材の体積抵抗率は、１×１０¹⁰Ω・ｃｍ以上である、請求項１または請求項２に記載の蓄電装置。
4. 前記熱伝導材の絶縁破壊電圧は、５ｋＶ以上である、請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の蓄電装置。
5. 前記熱伝導材は放熱性グリスにより構成される、請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の蓄電装置。
6. 底部および上部を有する筐体を含む蓄電セルを準備する工程と、
   前記筐体の前記底部を流動性を有する熱伝導材に浸漬して前記熱伝導材の第１部分を形成する工程と、
   前記底部よりも前記上部側に位置する前記筐体の側面に前記熱伝導材を塗布して前記熱伝導材の第２部分を形成する工程とを備えた、蓄電装置の製造方法。
7. 電極端子が設けられた上面と、前記上面に対向する底面と、第１の方向に沿って対向する２つの第１側面と、前記第１の方向に直交する第２の方向に沿って対向する２つの第２側面とを有する筐体を含む蓄電セルを準備する工程と、
   前記底面から前記２つの第１側面および前記２つの第２側面の一部を流動性を有する熱伝導材に浸漬して前記熱伝導材の第１部分を形成する工程と、
   前記第１部分に対して前記電極端子側に位置する前記２つの第１側面の少なくとも一部に前記熱伝導材を塗布して前記熱伝導材の第２部分を形成する工程とを備えた、蓄電装置の製造方法。
8. 前記蓄電セルを準備する工程は、電極体を前記筐体に収納することを含み、
   前記熱伝導材の前記第２部分は、前記電極体を前記２つの第１側面に投影した領域に設けられる、請求項７に記載の蓄電装置の製造方法。
9. 前記熱伝導材の熱抵抗は、０．２Ｋ／Ｗ以下である、請求項６から請求項８のいずれか１項に記載の蓄電装置の製造方法。
10. 前記熱伝導材の体積抵抗率は、１×１０¹⁰Ω・ｃｍ以上である、請求項６から請求項９のいずれか１項に記載の蓄電装置の製造方法。
11. 前記熱伝導材の絶縁破壊電圧は、５ｋＶ以上である、請求項６から請求項１０のいずれか１項に記載の蓄電装置の製造方法。
12. 前記熱伝導材は放熱性グリスにより構成される、請求項６から請求項１１のいずれか１項に記載の蓄電装置の製造方法。

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