JP7337115B2 - 蓄電モジュール - Google Patents

Description

本技術は、蓄電モジュール用構造部材、それを備える蓄電モジュール、および、蓄電モジュール用構造部材の製造方法に関する。

電源装置の構成を開示した先行文献として、国際公開第２０１４／０３４０７９号(特許文献１)がある。特許文献１に記載された電源装置は、電池積層体と、締結手段と、絶縁シートとを備える。電池積層体においては、複数の電池セルが積層されている。締結手段は、電池積層体を複数の電池セルの積層方向に締結している。絶縁シートは、電池積層体と締結手段との間に介在されている。

国際公開第２０１４／０３４０７９号

バインドバーなどの蓄電モジュール用構造部材において、金属部材に絶縁シートを両面テープなどによって貼り付けて固定することがある。この場合、接着部に異物が付着しないように絶縁シートを貼り付けなければならず、金属部材への絶縁シートの貼付を容易にすることができる余地がある。

本技術は、上記の課題を解決するためになされたものであって、金属部材への絶縁シートの貼付を容易にすることができる、蓄電モジュール用構造部材、それを備える蓄電モジュール、および、蓄電モジュール用構造部材の製造方法を提供することを目的とする。

本技術に基づく蓄電モジュール用構造部材は、板状の金属部材と、絶縁シートとを備える。絶縁シートは、熱硬化性を有し、金属部材の表面の少なくとも一部に熱圧着されている。

本技術に基づく蓄電モジュールは、積層体と、バインドバーとを備える。積層体は、外装体を有する蓄電セルが複数積層されている。バインドバーは、積層体を積層方向に拘束する。外装体およびバインドバーの少なくとも一方は、金属部材と、熱硬化性を有する絶縁シートとを含む。絶縁シートは、金属部材の表面の少なくとも一部に熱圧着されている。

本技術に基づく蓄電モジュール用構造部材の製造方法は、板状の金属部材の表面の少なくとも一部に熱硬化性を有する絶縁シートを熱圧着させる工程と、絶縁シートが熱圧着された金属部材をプレス加工する工程とを備える。

本技術によれば、金属部材への絶縁シートの貼付を容易にすることができる。

本技術の実施の形態１に係る蓄電モジュールの構成を示す斜視図である。 本技術の実施の形態１に係る蓄電モジュールが備える蓄電セルの構成を示す斜視図である。 図１の蓄電モジュールをＩＩＩ－ＩＩＩ線矢印方向から見た断面図である。 本技術の実施の形態１に係る蓄電モジュール用構造部材の製造方法を示すフローチャートである。 本技術の実施の形態１に係る蓄電モジュール用構造部材が成形される前の板材を示す正面図である。 図５の板材をＶＩ－ＶＩ線矢印方向から見た断面図である。 本技術の実施の形態１に係る蓄電モジュール用構造部材としてのバインドバーの構成を示す斜視図である。 本技術の実施の形態１の変形例に係る蓄電モジュールの構成を示す断面図である。 本技術の実施の形態２に係る蓄電モジュール用構造部材としての外装体の構成を示す斜視図である。

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。

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。

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、「蓄電セル」ないし「蓄電モジュール」は、電池セルないし電池モジュールに限定されず、キャパシタセルないしキャパシタモジュールを含み得る。

なお、図面においては、蓄電セルの長手方向をＸ軸方向、蓄電モジュールにおいて蓄電セルが積層される方向をＹ軸方向、蓄電セルの積層方向に直交かつ積層体の天面と底面とが並ぶ方向をＺ軸方向とする。

(実施の形態１)
図１は、本技術の実施の形態１に係る蓄電モジュールの構成を示す斜視図である。図１に示すように、組電池としての蓄電モジュール１は、積層体１０と、エンドプレート２００と、バインドバー３００とを備える。

積層体１０は、複数の蓄電セル１００がＹ軸方向（配列方向）に並ぶように積層されている。蓄電セル１００同士の間には、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蓄電セル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軸方向において積層体１０の両端に配置されている。エンドプレート２００は、蓄電モジュール１を収納するケースなどの基台に固定される。

本実施の形態における蓄電モジュール用構造部材は、バインドバー３００である。バインドバー３００は、２つのエンドプレート２００を互いに接続する。バインドバー３００は、ボルト締結などの公知の締結方法によってエンドプレート２００と締結されている。

積層された複数の蓄電セル１００およびエンドプレート２００に対してＹ軸方向の圧縮力を作用させた状態でバインドバー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を接続するバインドバー３００に引張力が働く。その反作用として、バインドバー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。その結果、バインドバー３００は、積層体１０を積層方向(Ｙ軸方向)に拘束する。

図２は、本技術の実施の形態１に係る蓄電モジュールが備える蓄電セルの構成を示す斜視図である。図２に示すように、蓄電セル１００は、電極端子１１０と、外装体１２０と、ガス排出弁１３０とを含む。

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、外装体１２０上に形成されている。外装体１２０は、略直方体形状に形成されている。外装体１２０には、図示しない電極体および電解液が収容されている。ガス排出弁１３０は、外装体１２０内の圧力が所定値以上となった際に破断する。これにより、外装体１２０内のガスが外装体１２０外に排出される。

図３は、図１の蓄電モジュールをＩＩＩ－ＩＩＩ線矢印方向から見た断面図である。図３に示すように、積層体１０の表面は、天面１１と、側面１２と、底面１３とを含んで構成されている。天面１１は、電極端子１１０が配置されている面である。側面１２は、天面１１と底面１３とをＸ軸方向の互いの端部において接続している面である。底面１３は、Ｚ軸方向において天面１１とは反対側に配置されている面である。

外装体１２０およびバインドバー３００の少なくとも一方は、金属部材３１０と、絶縁シート３２０とを含んでいる。本実施の形態においては、バインドバー３００が、金属部材３１０と、絶縁シート３２０とを含んでいる。

金属部材３１０は、板状の形状を有している。金属部材３１０は、たとえば、アルミニウムまたはアルミニウム合金により構成されている。なお、金属部材３１０は、アルミニウムまたはアルミニウム合金に限定されず、鉄または鉄合金などにより構成されていてもよい。

絶縁シート３２０は、熱硬化性を有している。絶縁シート３２０は、加熱によって硬化した後においても、後述するプレス加工によって破壊されない靱性を有している。絶縁シート３２０は、たとえば、スリーエム製の絶縁シート(品番：１６０４Ｂ)である。なお、絶縁シート３２０は、熱硬化した後のプレス加工によって破壊されない靱性を有していれば、上記の絶縁シートに限定されない。

絶縁シート３２０の厚みは、たとえば、０．１ｍｍ以上０．１５ｍｍ以下である。
絶縁シート３２０は、金属部材３１０の表面の少なくとも一部に熱圧着されている。本実施の形態における絶縁シート３２０は、金属部材３１０の両面に熱圧着されている。絶縁シート３２０は、後述する構造用接着剤によって金属部材３１０に接着されている。

金属部材３１０は、金属部材３１０の一方の面に熱圧着された絶縁シート３２０を間に挟んで積層体１０の側面１２および底面１３に接している。具体的には、金属部材３１０は、金属部材３１０の一方の面に熱圧着された一方側の絶縁シート３２０ａを間に挟んで、積層体１０の側面１２および底面１３に接している。すなわち、バインドバー３００の側面接触面３２２が側面１２に接しており、バインドバー３００の底面接触面３２３が底面１３に接している。

金属部材３１０は、金属部材３１０の天面１１に接する部分が折り返されていることによって、金属部材３１０の他方の面に熱圧着された絶縁シート３２０を間に挟んで天面１１と接している。具体的には、金属部材３１０は、絶縁シート３２０とともに天面１１側の端部が折り返されることにより折り返し部３１１が形成されている。折り返し部３１１は、たとえば、ヘミング曲げによって折り返されている。金属部材３１０は、金属部材３１０の他方の面に熱圧着された他方側の絶縁シート３２０ｂを間に挟んで、積層体１０の天面１１に接している。すなわち、バインドバー３００の天面接触面３２１が天面１１に接している。

金属部材３１０は、天面１１と底面１３とが並ぶ方向(Ｚ軸方向)に積層体１０を挟み込んでいる。積層体１０を挟み込む前のバインドバー３００において、Ｚ軸方向における天面接触面３２１と底面接触面３２３との距離は、天面１１と底面１３との距離に対して短い。これにより、バインドバー３００が積層体１０を挟み込んだ際、金属部材３１０には、Ｚ軸方向に引張力が働く。その反作用として、バインドバー３００は、Ｚ軸方向において積層体１０を押圧する。

なお、本実施の形態における金属部材３１０は、上述のように積層体１０を挟み込んでいるが、この構成に限定されず、Ｚ軸方向において金属部材３１０と天面１１との間に隙間を設け、この隙間にスペーサを挟み込むことによって金属部材３１０と積層体１０とを互いに固定してもよい。また、スペーサを挟み込むことによって金属部材３１０と積層体１０とが互いに固定される場合、金属部材３１０に折り返し部３１１が設けられていなくてもよい。さらに、金属部材３１０に折り返し部３１１が設けられていない場合、絶縁シート３２０は金属部材３１０の上記一方の面にのみ熱圧着されていればよい。

以下、本実施の形態１に係る蓄電モジュール用構造部材の製造方法および絶縁シートの詳細について説明する。

図４は、本技術の実施の形態１に係る蓄電モジュール用構造部材の製造方法を示すフローチャートである。図５は、本技術の実施の形態１に係る蓄電モジュール用構造部材が成形される前の板材を示す正面図である。図６は、図５の板材をＶＩ－ＶＩ線矢印方向から見た断面図である。図７は、本技術の実施の形態１に係る蓄電モジュール用構造部材としてのバインドバーの構成を示す斜視図である。なお、図７においては、金属部材と絶縁シートとの境界を示していない。

図４～図６に示すように、本技術の実施の形態１に係る蓄電モジュール用構造部材の製造方法においては、まず、板状の金属部材３１０の表面の少なくとも一部に熱硬化性を有する絶縁シート３２０を熱圧着させる(Ｓ１工程)。本実施の形態においては、図６に示すように、絶縁シート３２０を間に挟んで図示しないヒータを金属部材３１０に押し当てることによって、金属部材３１０の両面に絶縁シート３２０を熱圧着させる。これにより、板材３００Ｓが構成される。

絶縁シート３２０は、基材３３０と、構造用接着剤３３１とを含む。基材３３０は、たとえば、樹脂製シートである。基材３３０の材質は、たとえば、ポリプロピレン(ＰＰ)、ポリエチレンテレフタレート(ＰＥＴ)、ポリフェニレンサルファイド(ＰＰＳ)、ポリイミド(ＰＩ)またはポリオレフィン(ＰＯ)が好ましい。なお、基材３３０には、熱硬化後も靱性を有するように、たとえば、ゴム粒子などの添加剤が添加されている。

絶縁シート３２０の金属部材３１０に熱圧着される側の表面には、構造用接着剤３３１が設けられている。絶縁シート３２０は、構造用接着剤３３１によって金属部材３１０に接着されている。絶縁シート３２０が金属部材３１０に熱圧着される際、基材３３０を通じて構造用接着剤３３１が加熱されて溶融することにより、絶縁シート３２０が金属部材３１０に接着される。このとき、基材３３０は、加熱されて熱硬化する。熱硬化後の基材３３０は、後のプレス加工によって破壊されない靱性を有する。

構造用接着剤３３１は、たとえば、エポキシ樹脂を主成分とする接着剤である。構造用接着剤とは、１８０°引きはがし粘着力が少なくとも１．２Ｎ／ｍｍであり、せん断接着強さが少なくとも７ＭＰａである、接着剤である。

絶縁シート３２０の表面には、自己消火性物質が設けられている。本実施の形態における自己消火性物質は、構造用接着剤３３１に含まれている。本実施の形態における自己消火性物質は、ＪＩＳ規格(ＪＩＳ Ｋ ６９１１：２００６)のＡ法に規定する耐燃性の評価において、試験片に３０秒間炎を当て、炎を取り去った後に試験片の燃焼が１８０秒以内に消え、かつ燃焼した長さが２５ｍｍ以下であることを満足する不燃性の物質である。この自己消火性物質によって、絶縁シート３２０の燃焼が防止される。

図５に示すように、金属部材３１０および絶縁シート３２０は、範囲Ｒの形状に抜き加工される。これにより、金属部材３１０の表面の全面に絶縁シート３２０が位置する。なお、絶縁シート３２０は、金属部材３１０と積層体１０との絶縁が確保できるのであれば、金属部材３１０の全面に設けられていなくてもよい。本実施の形態において、金属部材３１０がエンドプレート２００と接触する部分に絶縁シート３２０が設けられていなくてもよい。

図４および図７に示すように、本技術の実施の形態１に係る蓄電モジュール用構造部材の製造方法においては、次に、絶縁シートが熱圧着された金属部材をプレス加工する(Ｓ２工程)。これにより、板材３００Ｓは、バインドバー３００の形状に成形される。具体的には、板材３００Ｓをプレス加工することによって、折り返し部３１１、天面接触面３２１、側面接触面３２２および底面接触面３２３の各々を形成する。

本技術の実施の形態１に係る蓄電モジュール用構造部材、それを備える蓄電モジュール、および、蓄電モジュール用構造部材の製造方法においては、金属部材３１０の表面に熱硬化性を有する絶縁シート３２０が熱圧着されていることによって、金属部材３１０に絶縁シート３２０を両面テープなどにより貼り付けて固定する場合と比較して、加熱前の絶縁シートは接着性を有していないため、接着部に異物が付着することを抑制できるとともに、金属部材３１０と絶縁シート３２０とを貼り合わせる際の互いの位置調整を自在に行なうことができ、金属部材３１０への絶縁シート３２０の貼付を容易にすることができる。

本技術の実施の形態１に係る蓄電モジュール用構造部材においては、絶縁シート３２０の金属部材３１０に熱圧着される側の表面に構造用接着剤３３１が設けられていることによって、絶縁シート３２０を金属部材３１０に強固に貼り付けることができる。

本技術の実施の形態１に係る蓄電モジュール用構造部材においては、絶縁シート３２０の表面に自己消火性物質が設けられていることによって、絶縁シート３２０に耐燃性を付与することができる。

本技術の実施の形態１に係る蓄電モジュール用構造部材においては、蓄電モジュール用構造部材がバインドバー３００であることによって、バインドバー３００における金属部材３１０への絶縁シート３２０の貼付を容易にすることができる。

本技術の実施の形態１に係る蓄電モジュール１においては、金属部材３１０が、一方側の絶縁シート３２０ａを間に挟んで積層体１０の側面１２および底面１３に接し、かつ、金属部材３１０の天面１１に接する部分が折り返されていることによって他方側の絶縁シート３２０ｂを間に挟んで天面１１と接することにより、スペーサを別途用いることなく、バインドバー３００と積層体１０とを互いに絶縁しつつ、バインドバー３００によって天面１１と底面１３とが並ぶ方向(Ｚ軸方向)に積層体１０を挟み込むことができる。

以下、本技術の実施の形態１に係る蓄電モジュール用構造部材の変形例について説明する。以下の変形例に係る蓄電モジュール用構造部材は、金属部材および絶縁シートの構成が本技術の実施の形態１に係る蓄電モジュール用構造部材と異なるため、本技術の実施の形態１に係る蓄電モジュール用構造部材と同様である構成については説明を繰り返さない。

図８は、本技術の実施の形態１の変形例に係る蓄電モジュールの構成を示す断面図である。図８に示すように、本技術の実施の形態１の変形例に係る蓄電モジュール１Ａは、積層体１０と、エンドプレートと、バインドバー３００Ａと、冷却部材４００とを備える。

本変形例における蓄電モジュール用構造部材は、バインドバー３００Ａである。バインドバー３００Ａは、２つのエンドプレートを互いに接続する。バインドバー３００Ａは、金属部材３１０Ａと、絶縁シート３２０Ａとを含んでいる。

金属部材３１０Ａは、金属部材３１０Ａの一方の面に熱圧着された絶縁シート３２０Ａを間に挟んで積層体１０の側面１２に接している。具体的には、金属部材３１０Ａは、金属部材３１０Ａの一方の面に熱圧着された一方側の絶縁シート３２０ｃを間に挟んで、積層体１０の側面１２に接している。すなわち、バインドバー３００Ａの側面接触面３２２が側面１２に接している。

金属部材３１０Ａは、金属部材３１０Ａの他方の面に熱圧着された他方側の絶縁シート３２０ｄを間に挟んで、積層体１０の天面１１に接している。すなわち、バインドバー３００Ａの天面接触面３２１が天面１１に接している。

金属部材３１０Ａは、Ｚ軸方向において天面１１側から積層体１０を押圧している。具体的には、天面接触面３２１によって天面１１側から積層体１０を押圧した状態でバインドバー３００Ａと２つのエンドプレートとを接続することによって、金属部材３１０ＡがＺ軸方向において積層体１０を押圧する。

冷却部材４００は、底面１３に隣接して配置されている。具体的には、冷却部材４００は、図示しない接着剤によって底面１３の全面に接着されている。冷却部材４００は、たとえば、シリコーンなどにより構成される樹脂製の冷却シートである。なお、冷却部材４００は、シート状に限定されず、ゲル状であってもよい。

本技術の実施の形態１の変形例に係る蓄電モジュール１Ａが備える蓄電モジュール用構造部材においては、金属部材３１０Ａが、一方側の絶縁シート３２０ｃを間に挟んで積層体１０の側面１２に接し、かつ、金属部材３１０Ａの天面１１に接する部分が折り返されていることによって他方側の絶縁シート３２０ｄを間に挟んで天面１１と接することにより、スペーサを別途用いることなく、バインドバー３００Ａと積層体１０とを互いに絶縁しつつ、バインドバー３００ＡによってＺ軸方向の天面１１側から積層体１０を押圧するとともに、冷却部材４００によって積層体１０を冷却することができる。

(実施の形態２)
以下、本技術の実施の形態２に係る蓄電モジュール用構造部材について説明する。本技術の実施の形態２に係る蓄電モジュール用構造部材は、蓄電モジュール用構造部材の用途が本技術の実施の形態１に係る蓄電モジュール用構造部材と異なるため、本技術の実施の形態１に係る蓄電モジュール用構造部材と同様である構成については説明を繰り返さない。

図９は、本技術の実施の形態２に係る蓄電モジュール用構造部材としての外装体の構成を示す斜視図である。図９においては、金属部材と絶縁シートとの境界を示していない。

図９に示すように、本実施の形態における蓄電モジュール用構造部材は、外装体１２０Ａである。外装体１２０Ａは、金属部材１２１と、絶縁シート１２２とを含んでいる。外装体１２０Ａは、有底角筒状に形成されている。外装体１２０Ａには、図示しない電極体および電解液が収容される。

絶縁シート１２２は、金属部材１２１の表面の少なくとも一部に熱圧着されている。本実施の形態における絶縁シート１２２は、金属部材１２１の一方の面に熱圧着されている。絶縁シート１２２は、図示しない構造用接着剤によって金属部材１２１に接着されている。なお、絶縁シート１２２は、金属部材１２１の両面に熱圧着されていてもよい。

外装体１２０Ａは、絶縁シート１２２が熱圧着された平板状の金属部材１２１からなる板材をプレス加工することにより形成される。

本技術の実施の形態２に係る蓄電モジュール用構造部材においては、蓄電モジュール用構造部材が外装体１２０Ａであり、金属部材１２１の表面に熱硬化性を有する絶縁シート１２２が熱圧着されていることによって、金属部材１２１に絶縁シート１２２を両面テープなどにより貼り付けて固定する場合と比較して、有底角筒状の金属部材１２１の外表面および内表面の少なくとも一方を覆うように絶縁シート１２２を設けることができるため金属部材１２１への絶縁シート１２２の貼付を容易にすることができる。

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。

１，１Ａ 蓄電モジュール、１０ 積層体、１１ 天面、１２ 側面、１３ 底面、１００ 蓄電セル、１１０ 電極端子、１１１ 正極端子、１１２ 負極端子、１２０，１２０Ａ 外装体、１２１，３１０，３１０Ａ 金属部材、１２２，３２０，３２０Ａ，３２０ａ，３２０ｂ，３２０ｃ，３２０ｄ 絶縁シート、１３０ ガス排出弁、２００ エンドプレート、３００，３００Ａ バインドバー、３００Ｓ 板材、３１１ 折り返し部、３２１ 天面接触面、３２２ 側面接触面、３２３ 底面接触面、３３０ 基材、３３１ 構造用接着剤、４００ 冷却部材。

Claims (4)

1. 外装体を有する蓄電セルが複数積層された積層体と、
   前記積層体を積層方向に拘束するバインドバーとを備え、
   前記バインドバーは、金属部材と、該金属部材の表面の少なくとも一部に熱圧着された熱硬化性を有する絶縁シートとを含み、
   前記金属部材の両面に前記絶縁シートが熱圧着されており、
   前記金属部材は、前記金属部材の一方の面に熱圧着された前記絶縁シートを間に挟んで少なくとも前記積層体の側面に接し、かつ、前記金属部材の天面に接する部分が折り返されていることによって前記金属部材の他方の面に熱圧着された前記絶縁シートを間に挟んで前記天面と接することにより、前記積層体の前記天面と底面とが並ぶ方向において前記天面側から前記積層体を押圧している、蓄電モジュール。
2. 前記金属部材は、前記一方の面に熱圧着された前記絶縁シートを間に挟んで前記側面および前記底面に接し、かつ、前記天面に接する部分が折り返されていることによって前記他方の面に熱圧着された前記絶縁シートを間に挟んで前記天面と接することにより、前記天面と前記底面とが並ぶ方向に前記積層体を挟み込んでいる、請求項１に記載の蓄電モジュール。
3. 前記絶縁シートの前記金属部材に熱圧着される側の表面には、構造用接着剤が設けられている、請求項１または請求項２に記載の蓄電モジュール。
4. 前記絶縁シートの表面には、自己消火性物質が設けられている、請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の蓄電モジュール。

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