JP7434350B2 - 電池ユニットおよび電池モジュール - Google Patents

Description

本開示は、電池の技術分野に関し、特に、電池ユニットおよび電池モジュールに関する。

近年、充電式電池は、電気自動車などの高出力デバイスに電力を供給するために広く使用されている。このような充電式電池は、複数のバッテリユニットを直列又は並列に接続することにより、より大きな容量又は電力を実現する。

既存の電池ユニットは、シェル内に電極アセンブリを備え、正電極片、隔壁板および負電極片を重ね合わせて巻回して電極アセンブリを形成し、正電極片および負電極片は、それぞれ塗布部および非塗布部を含み、非塗布部はタブを形成し、電極アセンブリの両側のタブは集電部材を介してシェル上部の正極および負極にそれぞれ接続されている。

本開示の一形態は、以下を含む電池ユニットを提供する。
電池ユニットは、本体部分と、前記本体部分の端部から電極アセンブリの長さ方向に沿って延びるタブとを含む電極アセンブリ、
前記電極アセンブリの上部に配置された２つの電極端子、および
前記本体部の両側の前記タブと同側の各電極端子とをそれぞれ電気的に接続する２つの集電部材を備え、
前記集電部材は、各々案内板と支持板とを有し、前記案内板は、前記本体部の一方の側において前記本体部の長さ方向に沿って位置し、前記電極アセンブリの幅方向に沿って延びており、前記案内板には、前記本体部に向かう前記案内板の変形を低減する補強部が設けられ、前記支持板は前記幅方向に沿った前記案内板の端部に連結され、前記タブは前記ｋ長さ方向に対して折り曲げられて前記支持板に連結される。

いくつかの実施形態において、前記補強部は、リブを含み、前記リブは、前記電極アセンブリの高さ方向に沿って延びるか、又は高さ方向に対して斜めに延びる。

いくつかの実施形態において、前記補強部は、間隔を置いて配置された複数のリブを含むか、又は前記補強部が複数のリブ群からなり、各リブ群が間隔をおいて配置され、少なくとも２つのリブ群が千鳥状に配置されている。

いくつかの実施形態において、前記電極アセンブリに隣接するリブの一方の側は、案内板に対して内側に凹む。

いくつかの実施形態において、前記補強部の前記電極アセンブリから離れた側は、前記案内板に対して外側に突出する。

いくつかの実施形態において、前記支持板は、接続部と曲げ部とを含み、前記曲げ部は、前記案内板に接続され、かつ円弧状に曲げられ、前記タブは、前記接続部に接続され、かつ前記曲げ部の表面に沿って、前記本体部から離れた前記案内板の側に完全に折り曲げられる。

いくつかの実施形態において、前記補強部は、リブを含み、前記リブは、第１のリブを含み、前記第１のリブは、前記幅方向で連結部によって覆われ、前記第１のリブは、前記案内板に対して第１の突出高さを有し、前記曲げ部は、前記案内板に対して第３の突出高さを有し、前記第１の突出高さは、第３の突出高さ以下である。

いくつかの実施形態において、２つの支持板は、前記幅方向における前記案内板の両端にそれぞれ連結され、互いに向かい合って折り曲げられ、前記２つの支持板の前記連結部は、前記幅方向に沿って間隔をおいて配置されており、
前記リブはさらに第２のリブを含み、前記第１のリブの２つのセグメントは、２つの接続部によって覆われ、前記第２のリブは、前記第１のリブの前記２つのセグメントの間に位置し、前記第２のリブは、前記２つの接続部の間の領域に位置する。

いくつかの実施形態において、前記第２のリブは、前記案内板に対して第２の突出高さを有し、前記第２の突出高さは、前記第１の突出高さ以上である。

いくつかの実施形態において、前記曲げ部は、前記電極アセンブリの高さ方向に沿って延びるスロットおよび溝のうちの少なくとも１つを備え、前記スロットは、前記曲げ部の高さ方向における中間領域に形成され、前記溝は、前記曲げ部の内側に配置されて、前記スロットの上方領域およびスロットの下方領域のうちの少なくとも１つに位置する。

いくつかの実施形態において、前記補強部は、前記電極アセンブリの高さ方向において前記支持板と交差する。

いくつかの実施形態において、電池ユニットは、さらに、上部カバー板および絶縁体を含み、前記電極端子は、前記上部カバー板上に配置され、前記絶縁体は、上部カバー板と電極アセンブリとの間に配置され、
前記２つの集電部材は、前記電極アセンブリの一方の側に位置する第１の集電部材を含み、前記２つの電極端子は、負極端子を含み、前記第１の集電部材は、前記負極端子と同一の側の前記タブとを接続し、前記第１の集電部材の前記補強部は、前記電極アセンブリの高さ方向における前記絶縁体の底部側に延在する。

いくつかの実施形態において、前記２つの集電部材は、前記電極アセンブリの一方の側に配置された第２の集電部材を含み、前記２つの電極端子は、正極端子を含み、前記第２の集電部材は、前記正極端子と同一の側のタブとを接続し、前記第２の集電部材は、さらに、前記支持板の上に配置された前記案内板の領域内に配置された放熱部を含む。

いくつかの実施形態において、前記第２の集電部材の前記補強部は、前記電極アセンブリの高さ方向おける前記放熱部の底部に延びている。

いくつかの実施形態において、前記集電部材は、クランプ部をさらに含み、前記クランプ部は、前記案内板の底部に配置され、前記電極アセンブリから離れる側に完全に突出する。

いくつかの実施形態において、前記長さ方向に沿って、前記クランプ部分の前記案内板から離れた面は、折り返された後の前記タブの前記案内板から離れた面より高くない。

本開示の他の形態は、電池モジュールであって、
幅方向に沿って並んで配置された複数の上述した電池ユニットを含む。

本開示の他の形態は、二次電池を使用する装置を提供し、該電池は、上述した実施形態における電池ユニットを含む。

本明細書に記載される図面は、本開示のさらなる理解を提供するために使用され、本出願の一部を構成する。本開示の例示的な実施形態およびその説明は、本開示を説明するために使用され、本開示に対する不当な制限を構成しない。
本開示の電池ユニットのいくつかの実施形態の構造概略図である。 本開示の電池ユニットのいくつかの実施形態の内部構造の概略図である。 本開示の電池ユニットにおける電極アセンブリのいくつかの実施形態の構造概略図である。 図１に示す電池ユニットの分解図である。 本開示の電池ユニットのいくつかの実施形態の上面図である。 図５に示す電池ユニットのＡ－Ａ断面図である。 それぞれ、図６における位置Ｂおよび位置Ｃの拡大図である。 本開示の電池ユニットの内部構造の正面図である。 図８のＤ－Ｄ断面図であり、タブが折り返されていない状態を示している。 図８のＤ－Ｄ断面図であり、タブが折り返された状態を示している。 それぞれ、図８の左図（正極端子側に対応）および右図（負極端子側に対応）である。 本開示の電池ユニットにおける第１の集電部材（正極端子に対応）のいくつかの実施形態の空間図である。 図１２に示す第１の集電部材の側面図である。 図１３のＥ－Ｅ断面拡大図である。 本開示の電池ユニットにおける（負極端子に対応）第２の集電部材のいくつかの実施形態の側面図である。 本開示の電池ユニットにおける集電部材の他の実施形態の斜視図である。 図１６に示す集電部材の側面図である。 図１７のＦ－Ｆ断面拡大図である。

本開示を以下に詳細に説明する。以下のパラグラフでは、実施形態の異なる形態をより詳細に定義する。そのように定義された形態は、それらが結合可能でないことが明確に示されない限り、他の１つ以上の形態と結合することができる。特に、好ましい又は有利であると考えられる任意の特徴は、好ましい又は有利であると考えられる他の１つ以上の特徴と組み合わせることができる。

本開示に現れる「第１の」、「第２の」などの用語は、説明の便宜のために、同じ名前を有する異なる要素を区別するものであり、連続的又は一次的および二次的な関係を示すものではない。

さらに、要素が他の要素「上の」と呼ばれる場合、その要素は、直接他の要素上にあってもよいし、間接的に他の要素上にあってもよく、１つ以上の中間要素がそれらの間に挿入され得る。さらに、要素が別の要素「に接続される」と呼ばれる場合、要素は、他の要素に直接接続されていてもよく、又は他の要素に間接的に接続されていてもよく、１つ以上の中間要素がそれらの間に挿入され得る。なお、以下の説明において、同一の符号は同一の要素を示す。

以下の実施形態では、様々な向きを明確に説明するために、例えば、電池ユニットの様々な向きを図１の座標系で定義し、ｘ方向は、電極アセンブリの長さ方向を表し、ｙ方向は、水平面内のｘ方向に対して垂直であり、かつ電極アセンブリの幅方向を表し、ｚ方向はｘ方向とｙ方向とで形成される平面に対して垂直であり、かつ電極アセンブリの高さ方向を表す。この配向の定義に基づいた、「上方」、「下方」、「頂部」、「底部」、「前方」、「後方」、「内側」および「外側」などによって示される方向又は位置関係についての説明は、参照される装置が特定の配向を有しなければならないことや、特定の配向で構築および操作されなければならないことを示したり暗示したりするのではなく、単に本開示を説明する便宜のためであり、したがって、本開示の保護範囲を限定するものとして解釈することはできない。

本発明者らが知られている従来技術では、電極アセンブリの両側の集電部材は曲げ構造を採用しており、それ自体の構造強度を高めてタブとの溶接固定の信頼性を向上させており、タブは曲げ構造の外側面に嵌合され、集電部材と共に折り返されている。使用中、この電池ユニットは電気化学的性能と安全性能が劣るという問題がある。

既存の電池ユニットには電気化学的性能や安全性能に問題があることに着目した発明者らは、電極アセンブリのポールピースに被覆された活性物質には被覆や粉体の脱落現象があることを見出し、電池ユニットの組立工程においてポールピースが外力を受ける可能性を推測した。

電池ユニットの組立工程を解析すると、図９および図１０を参照して、両側のタブ１１を集電部材の支持板５２と共に折り曲げる工程では、まず、ローラを介してタブ１１の外側に力を加え、タブ１１を徐々に内側に折り返す必要があり、実質的に所定の位置に折り返された後、集電部材の案内板５１の電極アセンブリの本体部１２から離れた側面を上方に位置させ、両側のタブ１１を平板構造体で平坦化し、該平板構造体で２つのタブ１１に対応する領域を覆う。平板構造体によって両側のタブ１１に圧力が加えられると、集電部材が本体部１２に向かって変形して本体部１２を押圧し、本体部１２内のポールピースの少なくとも一部に圧力を伝達するので、活性物質で被覆されたポールピースが機械的な力を受けやすくなり、被覆や電力の脱落が生じやすくなり、電池ユニットの電気化学的性能や安全性能に影響を与える。

このような分析を検証するために、本発明者らは、組立工程において、ダイヤルインジケータを用いて、タブ１１および支持板５２が折り返されて平坦化された後の案内板５１の変形量を検出したところ、案内板５１が本体部１２に向かって比較的大きな変形量を生じていることを見出した。

案内板５１の変形量を小さくする１つの改善方法としてた、タブ１１の高さ方向に沿って案内板５１の両側にクランプ部を設け、該クランプ部を案内板５１に対して外方に突出させ、該クランプ部の内側を凹状にする方法がある。タブを曲げて平坦化する工程では、クランプ部の凹部内に工具を挿入して本体部１２に向けて支持力を付与するが、このようにすると案内板５１の変形量を低減することはできるものの、両端支持構造においてタブを曲げた際に中間領域に比較的大きな窪み変形が生じ、集電部材の変形問題を大幅に改善することはできない。また、クランプ部の内側に工具を挿入するためには、組立装置に要求される精度が高くなければならず、このような組み立ては実用上比較的難しく、組立効率が低い。このため、電池ユニットをさらに改良する必要がある。

これらの理由から、本開示のいくつかの実施形態は、電池の電気化学的性能を改善することができる電池ユニットおよび電池モジュールを提供する。

以上の技術的解決策に基づき、本開示の実施形態に係る電池ユニットは、集電部材の案内板に補強部を設けることにより、電極アセンブリの高さ方向に垂直な案内板の断面曲げ剛性を向上させることができ、タブおよび支持板を折り曲げて平坦化すると、補強部により、電極アセンブリの本体部に向かう案内板の曲げ変形を低減することができ、電極アセンブリの各極片に被覆された活性物質に影響を与えることがなく、電池ユニットの電気化学的性能および安全性能を向上させることができる。

本開示の改善を当業者に明確に理解させるために、まず、電池ユニットの全体構造について説明する。

図１は、本開示の電池ユニットのいくつかの実施形態の構造概略図を示す。電池ユニットは、電極アセンブリ１と、上部カバー板２と、２つの電極端子と、２つの集電部材とを備える。

ここで、電極アセンブリ１は、本体部１２と、本体部１２の端部から電極アセンブリ１の長さ方向に沿って延びるタブ１１とを含む。長さ方向は、２つの電極端子にそれぞれ対応するタブ１１の接続方向である。ここで、本体部１２は、電極の被覆部であり、第１の電極と、反対の極性を有する第２の電極とを含み、例えば、第１の電極が負極であり、第２の電極が正極である。タブ１１は、本体部１２の両端部からそれぞれ長さ方向の外側に延出可能な非被覆部である。

図２に示す電池ユニットの内部構造の概略図において、上部カバー板２は電極アセンブリ１の上部に配置され、上部カバー板２と電極アセンブリ１との間に絶縁体７が配置されており、例えば、絶縁体７は、上部カバー板２と整合する板状構造体であってもよく、プラスチックセメント材料であってもよい。上部カバー板２は、排気部材２１と液体噴射孔２２とを備え、排気部材２１は電池ユニット内のガスを放出して安全機能を実現するために用いられ、液体噴射孔２２は電池ユニット内に電解液を噴射するために用いられ、封止部材によって封止される。２つの電極端子は、長さ方向に沿って上部カバー板２の両端に配置され、負極に接続された負極端子３と、正極に接続された正極端子４とを含む。

図９および図１０を参照すると、２つの集電部材は、本体部１２の長さ方向における両側のタブ１１と、同じ側の各電極端子のそれぞれとを電気的に接続している。集電部材は、案内板５１と支持板５２とを備え、案内板５１は、本体部１２の長さ方向における一方の側に位置し、幅方向に沿って延び、支持板５２は、該幅方向に沿って案内板５１の端部に連結されている。タブ１１は、長さ方向に対して折り曲げられて支持板５２に連結されており、例えば、タブ１１と支持板５２とは溶接により連結することができる。図１０に示すように、タブ１１は、支持板５２の外側に取り付けられ、支持板５２と共に案内板５１の内側に向かって折り曲げられ、あるいは、タブ１１は、支持板５２の外側に取り付けられ、支持板５２と共に案内板５１の外側に向かって折り曲げられ、案内板５１と支持板５２とが集電部材を折り曲げた後に平板構造体を形成することができる。

電池ユニットを単独で使用する場合、電極アセンブリ１のさらに外側に、カバープレートに接続されたシェル８を配置し、該シェル８には電解液が充填される。電池モジュールを複数の電池ユニットで構成する場合、該電池モジュールは、電池フレームと複数の電池ユニットとを含み、該電池ユニットは、電池フレーム内に配置され、幅方向に沿って並んで配置され、並列接続および直列接続の少なくとも一方を採用することができ、電池ユニットをシェル８内に単独で配置することができ、又はシェル８を省略することができる。並列接続と直列接続の少なくとも一方が、採用され得る。

電池ユニットには、単一の電極アセンブリ１を設けることができ、電極層の積層厚さが比較的薄い場合に適している。電極層の積層厚が比較的厚い場合には、電池ユニット内に複数の電極アセンブリを独立して巻回配置することができ、各電極アセンブリのタブ１１がそれぞれ本体部１２の幅方向における両側から引き出される。電極アセンブリ１の巻線厚さが比較的厚い場合には、底部の円弧の大きさが比較的大きく、底部の両側の円弧の外側の電極アセンブリ１の空間利用率が低く、電極アセンブリを複数の電極アセンブリ１に分割すれば、円弧の大きさを小さくすることができ、電池ユニットの底部空間を十分に利用することができ、空間の無駄が少なくなり、本体部のエネルギー密度が高くなる。また、タブ１１の全体の厚さも薄くなり、溶接後の曲げ加工も容易になり、単一のタブ１１の長さを短くすることができる。

図３は、電極アセンブリのいくつかの実施形態の構造概略図を示す。２つの電極アセンブリ１を幅方向において重ね合わせ、２つの電極アセンブリ１のタブ１１をそれぞれ本体部１２の幅方向両側から引き出し、支持板５２と共に案内板５１の幅方向における両側から互いに向けて折り曲げる。

図４は、電池ユニットのいくつかの実施形態の分解図を示す。２つの集電部材は、長さ方向における上部カバー板２の両端に配置された第１の集電部材５および第２の集電部材６を含み、該第１の集電部材５は負極端子３に接続され、該第２の集電部材６は正極端子４に接続されている。第１の集電部材５および第２の集電部材６は、それぞれ電極アセンブリ１の長さ方向における両側に位置している。電極アセンブリ１とシェル８との間の絶縁を確保するために、電極アセンブリ１とシェル８との間に絶縁膜９を配置し、該絶縁膜９をシェル８の内面に貼り付けるか、又は電極アセンブリ１の外面に塗布し、絶縁膜９をシェル８に合わせた形状に予め折り畳むことができる。

以上説明した電池ユニットの全体構造を基に、図１２に示す第１の集電部材５の構造概略図を参照して、本開示の改善について説明するが、以下に示す実施形態は、図１２の特徴に限定されるものではない。

集電部材は、図２と図１２との組み合わせにおいて、案内板５１、支持板５２およびアダプタ板５３を含む。案内板５１は、本体部１２の長さ方向における一方の側に位置し、幅方向に沿って延びており、好ましくは、案内板５１の厚さ方向が長さ方向に平行である。支持板５２は、幅方向に沿って案内板５１の端部に連結され、タブ１１は支持板５２に連結され、支持板５２の高さは予め設定された高さ以上であるので、集電部材の抵抗を低減し、使用時の本体部の比較的大きな温度上昇を防止することができる。アダプタ板５３は、案内板５１の上端部に配置され、本体部１２の長さ方向に沿って内側に向かって延びており、アダプタ板５３には、電極端子を取り付けるための穴が設けられている。案内板５１には、本体部１２に対する案内板５１の変形量を小さくする補強部が設けられている。

本開示の実施形態では、補強部を案内板５１上に配置することにより、案内板５１の電極アセンブリ１の高さ方向に垂直な断面曲げ剛性を向上させることができ、タブ１１と支持板５２とを共に内側に折り曲げた後、平板構造体を介してタブ１１の外側に圧力を加えると、案内板５１の本体部１２側への曲げ変形を低減させることができ、電極アセンブリ１の各極片に被覆された活性物質に影響を与えることが防止され、電池ユニットの電気化学的性能および安全性を向上させることができる。また、クランプ部をタブの高さ方向における案内板の両側に配置した場合に比べて、開示する実施形態では、集電部材自体の剛性を高める観点から変形量を小さくすることができ、組立装置の精度要求を低減することができ、上部クランプ部の位置に応力が集中することを防止することができる。

図１２に示すように、支持板５２は、案内板５１の幅方向の両端部に配置されており、タブ１１自体の構造強度を高めてタブ１１との溶接と固定の信頼性を向上させるとともに、タブ１１は、支持板５２の外側面に取り付けられ、支持板５２と共に折り返されている。図８に電池ユニット内部の正面図を、図９にＤ－Ｄ位置を切断した図８のタブを折り返さない状態の模式図を示す。このとき、タブ１１は支持板５２の外側面に取り付けられ、案内板５１に垂直である。図１０は、図８のＤ－Ｄ断面図であり、支持板５２およびタブ１１が折り返された状態の模式図である。また、支持板５２は、幅方向に沿って案内板５１の一側のみに配置されていてもよい。

図１２に示すように、補強部はリブ５１１を有し、該リブ５１１は電極アセンブリ１の高さ方向に沿って延在しているか、又は高さ方向に対して斜めに延在しており、案内板５１における電極アセンブリ１の高さ方向と直交する部分のｚ軸に対する慣性モーメントが大きくなるため、案内板５１における電極アセンブリ１の高さ方向と直交する部分の曲げ剛性が大きくなる。高さ方向に沿って延びるリブ５１１により補強効果を高めることができ、リブ５１１に連続構造や不連続構造を採用することができる。また、補強部は、予め設定された規則等に従って配置された複数の小突起を含むこともできる。

補強部は、間隔をおいて配置された１つのリブ５１１又は複数のリブ５１１を有し、全てのリブ５１１は独立して配置され、全てのリブ５１１が上下方向に沿って平行に配置され得るので、集電部材の高さ方向の断面曲げ剛性が比較的均一で、全体の曲げ変形量を低減でき、加工難易度が低くなる。図１２に示すように、案内板５１には、上下方向に沿って並設された３つのリブ５１１が設けられている。任意に、補強部は、複数群のリブ５１１を含み、各群のリブ５１１は間隔をおいて配置され、少なくとも２つの群のリブ５１１は千鳥状に配置され、例えば、全てのリブ５１１は、横千鳥状又は斜交格子状のリブを形成する。

例えば、図１４を参照すると、電極アセンブリ１から離れたリブ５１１等の補強部の一側部は、案内板５１に対して外側に突出している。これにより、本体部のエネルギー密度を低下させることなく、電極アセンブリ１側の補強部の占有スペースを小さくし、集電部材の変形量を小さくすることができる。また、補強部を電極アセンブリ１の一方の側に突出させてもよい。

図１３は集電部材の正面図であり、図１４は図１３のＥ－Ｅ断面図であり、リブ５１１の電極アセンブリ１に近い側の一辺が案内板５１に対して内方に押し下げられている。電池ユニットの加工工程において、電解液は、長さ方向における電極アセンブリ１の両側からガスが排出された後にガスを発生し、このガスは、リブ５１１の凹部により形成された流路に沿って流れて集電部材の上下から排出され、該凹部は、電極アセンブリ１の両側から排出されたガスを緩衝することもできるので、電解液中のガスを円滑に逃がすことができ、電解液中の気泡を低減することができ、電池ユニットのリチウム分離現象を防止することができる。

図１２に示すように、補強部は、高さ領域に沿ってタブ１１を横切る。図１２において、リブ５１１の頂部はタブ１１の頂部より高く、リブ５１１の底部はタブ１１の底部より低い。これにより、案内板５１の断面曲げ剛性を極力高めることができ、平板構造体によりタブ１１および支持板５２を平坦化することで、案内板５１の本体部１２に対する変形量を極力低減することができる。

図１２に示すように、支持板５２は、連結部５２１と屈曲部５２２とを有し、該屈曲部５２２は、案内板５１に連結されて円弧状に屈曲され、タブ１１は、連結部５２１に連結され、屈曲部５２２および連結部５２１の外面に沿って本体部１２から離れた案内板５１の一方の側に全体が折り返されている。このようにタブ１１が内側に折り曲げられた構造とすることで、支持板５２が電極アセンブリ１の幅方向に占める余分なスペースを回避することができ、電池ユニットの幅寸法が本体部１２の幅に依存するため、電池ユニットの幅寸法を小さくすることができる。

図１２および図１８を参照すると、リブ５１１は第１のリブ５１１Ａを含み、該第１のリブ５１１Ａは幅方向において連結部５２１によって覆われ、第１のリブ５１１Ａは案内板５１に対して第１の突出高さｈ_１を有し、屈曲部は案内板５１に対して第３の突出高さｈ_３を有し、第１の突出高さｈ_１は第３の突出高さｈ_３以下である。これにより、連結部５２１が斜めに傾くことを防止して、集電部材が長さ方向に沿って本体部１２側に占める余分なスペースを回避することができ、シェル８内に電極アセンブリ１を簡便に設置することができるとともに、タブ１１の外側面に絶縁板を簡便に配置することができる。

図１２および図１４に示すように、２つの支持板５２は、それぞれ案内板５１の幅方向の両端部に連結され、互いに相対的に折り曲げられており、２つの支持板５２の連結部５２１は、幅方向に沿って間隔をおいて配置されている。リブ５１１は、さらに第２のリブ５１１Ｂを含み、第１のリブ５１１Ａは２つのセグメントを備え、第１のリブ５１１Ａの２つのセグメントは異なる連結部５２１によって覆われ、第２のリブ５１１Ｂは、第１のリブ５１１Ａの２つのセグメントの間に位置し、第２のリブ５１１Ｂは２つの連結部５２１の間の領域に位置する。これにより、第２のリブ５１１Ｂが連結部５２１と重なることを防止することができ、占有スペースを小さくすることができる。

また、第２のリブ５１１Ｂは、案内板５１に対する第２の突出高さｈ_２を有し、該第２の突出高さｈ_２は、第１の突出高さ以上である。

例えば、図１８に示すような実施形態において、一の第１のリブ５１１Ａ、第２のリブ５１１Ｂ、および他の第１のリブ５１１Ａが幅方向において並んで配置され、二の第１のリブ５１１Ａの第１の突出高さが０≦ｈ_１≦２ｍｍ、好ましくは０．３≦ｈ_１≦０．９ｍｍ、第２のリブ５１１Ｂの第２の突出高さが０≦ｈ_２≦３ｍｍ、好ましくは０．３≦ｈ_２≦２ｍｍであり、第１の突出高さと第２の突出高さとを設計する際には、スペースと補強効果の両方を考慮する必要がある。

この構造では、２つの支持板５２の間の領域に位置する第２のリブ５１１Ｂの突出高さを大きくすることで、案内板５１の幅方向中間領域の曲げ剛性を可及的に高めることができ、案内板５１の変形量をさらに低減するとともに、タブ１１が曲げられた後に斜めに傾くことを防止することができる。一方、屈曲後の支持板５２に覆われる第１のリブ５１１Ａの突出高さを小さくすることで、案内板５１の屈曲剛性を確保しつつ、電極アセンブリ１側の集電部材の占有面積を極力小さくすることができ、電池ユニットのサイズを一定にする場合には、電極アセンブリのエネルギー密度を高めることができる。

上記実施形態によれば、負極端子３に対応する第１の集電部材５と、正極端子４に対応する第２の集電部材６との特性に応じて、第１の集電部材５と第２の集電部材６とを異なる構造として設計する。

まず、第１の集電部材５の実施形態について説明する。図５は、本開示の電池ユニットの上面図であり、図６に示す断面図は、図５のＡ－Ａ断面に沿って切断した後に形成され、第１の集電部材５および第２の集電部材６の側面図が示されている。

第１の集電部材５の具体的な構造をより明確に見るために、図７（Ａ）は、図６の位置Ｂの拡大図である。上部カバー板２と絶縁体７とをさらに備え、上部カバー板２上に電極端子を配置し、上部カバー板２と電極アセンブリ１との間に絶縁体７を配置する。２つの集電部材は、電極アセンブリ１の一方の側に位置する第１の集電部材５を含み、２つの電極端子は、負極端子３を含み、第１の集電部材５は、負極端子３と同じ側のタブ１１とを接続し、第１の集電部材５の補強部は、高さ方向に沿って絶縁体７の底部まで延びている。これにより、補強部が絶縁体７と干渉しないようにしつつ、リブ５１１等の補強部を高さ方向に沿ってできるだけ長くすることができ、高さ方向に沿った集電部材全体の剛性を高め、タブ１１を平坦化する際の変形量を最大限に低減することができる。図１１（Ａ）に示すように、支持板５２は、リブ５１１を高さ方向に部分的に覆っている。

図７（Ａ）に示すように、集電部材は、クランプ部５１２をさらに備え、該クランプ部５１２は、案内板５１の底部に配置され、全体が電極アセンブリ１から離れる側に突出している。クランプ部５１２の機能を果たすために、補強部の下端はクランプ部５１２の上端まで下方に延び、クランプ部５１２の下端は自由端であり、突出高さを保っている。屈曲したタブ１１を平坦化する必要がある場合には、クランプ部５１２と電極アセンブリ１との間に工具を配置して、タブ１１を平坦化したときの案内板５１の本体部１２側への変形量を少なくすることができる。

具体的には、リブ５１１は、案内板５１の平面に対して電極アセンブリ１から一方の側に突出し、リブ５１１は、案内板５１の高さ方向に沿って延び、リブ５１１の上端は、絶縁体７の底面まで上方に延び、リブ５１１の下端は、クランプ部５１２に接続するように下方に延びている。これにより、リブ５１１の高さ方向に沿った長さを最大限に長くすることができ、第１の集電部材５の高さ方向全体の剛性を高め、タブ１１を平坦化する際の変形量を最大限に低減することができる。

図７（Ａ）および７（Ｂ）に示すように、長さ方向において、クランプ部５１２の案内板５１から離れた面は、折り返されて案内板５１から離れたタブ１１の面よりも高くない。この構成によれば、クランプ部５１２を設けた場合に、長さ方向において電池ユニットをさらに大型化することがない。また、長さ方向に沿って電極アセンブリ１側に絶縁板を配置した場合にも、タブ１１に絶縁板を取り付けることができるので、絶縁信頼性が向上し、絶縁板の嵌合面積を大きくすることで、より強固に絶縁板を取り付けることができる。

次に、第２の集電部材６の実施形態について説明する。図７（Ｂ）に示すように、２つの集電部材は、電極アセンブリ１の他方の側に配置された第２の集電部材６を含み、２つの電極端子は、正極端子４を含み、第２の集電部材６は、同じ側のタブ１１を正極端子４に接続し、第２の集電部材６は、放熱部５４をさらに含み、該放熱部５４は、タブ１１の上方の案内板５１の領域に配置される。第２の集電部材６および正極端子４は一般にアルミニウム材であり、第１の集電部材５および負極端子３は一般に銅材であるため、第２の集電部材６の案内板５１に沿ってアダプタ板５３に向かって上方に電流が流れると、屈曲構造を通過する必要があり、多量の発熱が生じるため、アルミニウムの放熱性能は銅の放熱性能に劣るが、放熱部５４を設けることで放熱を促進でき、第２の集電部材６の局部温度が高くなりすぎて電池性能に影響を与えてしまうという事態を回避でき、電池ユニットの作業安全性を向上させることができる。また、放熱部５４を設けることにより、第２の集電部材６の剛性を向上させる効果も得られる。

図１５に示すように、放熱部５４は、肉厚部を有し、該肉厚部は、案内板５１の電極アセンブリ１から離れた側に配置されている。例えば、厚肉部に放熱リブ等を配置して、放熱面を大きくして放熱効果をさらに最適化することができる。このように、案内板５１に対する補強部と厚肉部の突出方向が同じであるため、第２の集電部材６の長さ方向の占有スペースを小さくすることができ、電池ユニットのエネルギー密度を向上させることができる。

例えば、厚肉部は、矩形板状の構造を採用することができ、案内板５１の上方に位置し、該厚肉部の幅は、案内板５１の幅に合わせて、放熱表面積を大きくして放熱効果を最適化する。厚肉部は、溶接により案内板５１に接続してもよいし、折り曲げて案内板５１に取り付けて固定してもよい。

図１５を参照すると、第２の集電部材６の補強部は、高さ方向に沿って放熱部５４の底面まで延びている。例えば、リブ５１１の上端は、肉厚部の底部付近まで延び、リブ５１１の下端は、クランプ部５１２付近まで延びている。これにより、第２の集電部材６の放熱性と剛性を同時に考慮することができ、放熱効果を確保することにより、リブ５１１の高さ方向の長さを最大限にすることができ、第１の集電部材５の剛性を向上させることができ、タブ１１を平坦化する際の変形量を低減することができる。

図１６に示すように、屈曲部５２２には、高さ方向に沿って延びる溝５２４とスロット５２３との少なくとも一方が設けられており、スロット５２３は、屈曲部５２２の高さ方向に沿った中間領域に形成されており、例えば、高さ方向に沿って延びる細長い矩形溝が採用されているが、応力領域を小さくすることで、一定の圧力下で屈曲部５２２の強度を低下させることができ、屈曲時に発生する応力を小さくすることができるが、スロット５２３の大きさは、小さくしすぎると集電部材のオーバーフロー要件を確保することができない。溝５２４は、屈曲部５２２の内側に形成され、スロット５２３の上方の領域とスロット５２３の下方の領域との少なくとも一方に位置し、例えば、屈曲部５２２の内側に配置され、高さ方向に沿って延びるニックであり、このニックは、屈曲領域の強度を弱め、屈曲位置を正確に位置決めすることができる。図１７に集電部材の正面図、図１８にＦ－Ｆ断面図を示す。

この構成によれば、屈曲領域における支持板５２の強度を低下させることができるので、集電部材の支持板５２を容易に折り返すことができ、折り返し工程において屈曲領域に加わる応力が集電部材の他の領域に伝達されることを極力防止することができ、電極アセンブリ１に対する機械的損傷を防止することができ、電池ユニットの電気化学的性能を向上させることができる。

本開示の種々の改良の効果を説明するために、分析される利点は、実験データを比較することによってなされる。次に、集電部材を支持板５２の両側に配置した場合の実験データを示す。タブ１１および支持板５２の折り曲げ工程では、事前の折り曲げおよび最終折り曲げが含まれ、事前の折り曲げは、案内板５１に垂直な支持板５２を部分的な角度で内側に折り曲げることであり、最終折り曲げは、支持板５２を所定の位置で内側に折り戻し続けることである。このとき、案内板５１の高さ方向の中間領域での変形量を、ダイヤルインジケータを用いて検出する。

実験における各構造改善の効果を個別に比較するために、４つの実験群を与えた。ベース群では、集電部材の案内板５１に補強部が設けられておらず、タブ１１の上下にクランプ部のみが設けられている。Ａ群では、案内板５１の外側面に高さ方向に沿って３つのリブ５１１が配置され、リブ５１１は、上下のクランプ部に隣接する位置まで延びている。Ｂ群とＡ群とを比較すると、厚肉部が案内板５１の上面の外側面に配置されて放熱部５４となっている点が異なる。Ｃ群とＡ群を比較すると、スロット５２３が支持板５２の屈曲領域に形成されている点が異なる。以下の表１は、第１の集電部材５および第２の集電部材６の折り返し後の電極アセンブリ１側への変形量を示している。

表１から、ベース群に基づいて、Ａ群においてリブ５１１を追加することにより、２つの集電部材における案内板５１の変形量を低減できることが分かる。また、Ａ群に基づいて、Ｂ群では上側クランプ部を放熱部５４に置き換えることにより、案内板５１の変形量をさらに低減できることが分かる。そして、Ａ群に基づいて、Ｃ群のようにスロット５２３を追加することにより、案内板５１の変形量をさらに低減できることが分かる。比較すると、リブ５１１は、案内板５１の変形量を低減する効果が最も大きい。したがって、いくつかの特定の実施形態では、リブ５１１、放熱部５４およびスロット５２３を同時に設定して、案内板５１の変形量を最大限に低減することができる。あるいは、他の実施形態では、放熱部５４およびスロット５２３の一方をリブ５１１に基づいて設定することができる。

案内板５１の変形量のばらつきは、複数の電池ユニットを試験した結果として以下の表２に示される。

表２から、複数のサンプルを試験することにより、ベース群に基づいて、Ａ群においてリブ５１１を追加することにより、２つの集電部材における案内板５１の変形量のばらつきを低減できることが分かる。また、Ａ群に基づいて、Ｂ群では上側クランプ部を放熱部５４に置き換えることにより、変形量のばらつきがさらに低減されることが分かる。そして、Ａ群に基づいて、Ｃ群のようにスロット５２３を追加することにより、変形量のばらつきがさらに低減されることが分かる。したがって、本開示の構造改善により、案内板５１の変形量を比較的安定させることができ、工具取付け具に要求される精度を低減することができ、バッチ生産の安定性を向上させることができる。

最後に、本開示は、上記実施形態の電池ユニットを含む二次電池を使用する装置も提供する。二次電池を用いたデバイスとしては、車両、船舶、無人航空機等が挙げられるが、本発明のバッテリーモノマーは、電気化学的性能および安全性能が高いので、二次電池を用いたデバイスの作動性能を向上させることができ、デバイスの動力性能および安全性を向上させることができる。

本開示によって提供されるバッテリユニットおよびバッテリモジュールは、上記で詳細に説明される。本開示の原理および実施形態は、特定の実施形態を参照して本明細書に記載されており、上述の実施形態の説明は、本開示の方法およびその中核的なアイデアを理解するのを助けるためにのみ使用される。当業者にとって、本開示の原理から逸脱することなく、本開示に対していくつかの改良および修正を行うことができ、これらの改良および修正もまた、本開示の特許請求の範囲の保護範囲内にあることに留意されたい。

本出願は、２０１９年４月２５日に出願された中国出願第２０１９１０３３７４１５．０号の優先権を主張する。中国出願の開示された内容は、ここに本開示に完全に組み込まれる。

１ 電極アセンブリ、
２ 上部カバー板、
３ 負極端子、
４ 正極端子、
５ 第１の集電部材、
６ 第２の集電部材、
７ 絶縁体、
８ シェル
９ 絶縁フィルム、
１１ タブ、
１２ 本体部、
２１ 排気部材、
２２ 液体噴射孔、
５１ 案内板、
５２ 支持板、
５３ アダプタ板、
５４ 放熱部、
５１１ リブ、
５１１Ａ 第１のリブ、
５１１Ｂ 第２のリブ、
５１２ クランプ部、
５２１ 接続部、
５２２ 屈曲部、
５２３ スロット、
５２４ 溝

Claims (17)

1. 電極アセンブリ（１）であって、本体部（１２）と、前記本体部（１２）の端部から前記電極アセンブリ（１）の長さ方向に沿って延びるタブ（１１）とを備える電極アセンブリ（１）と、
   前記電極アセンブリ（１）の上部に配置された２つの電極端子と、
   前記本体部（１２）の両側の前記タブ（１１）と同じ側の前記電極端子とをそれぞれ電気的に接続する２つの集電部材と、を備え、
   前記集電部材は、案内板（５１）と支持板（５２）とを備え、前記案内板（５１）は、前記本体部（１２）の長さ方向における一方の側に位置し、前記電極アセンブリ（１）の幅方向に沿って延び、前記案内板（５１）には前記案内板（５１）の前記本体部（１２）への変形を低減する補強部が設けられており、前記支持板（５２）は、幅方向に沿って前記案内板（５１）の端部に連結され、前記タブ（１１）は、前記長さ方向に対して折り曲げられて前記支持板（５２）に連結されており、
   前記補強部は、リブ（５１１）を有し、前記リブ（５１１）は、前記電極アセンブリ（１）の高さ方向に沿って延びるか、又は前記高さ方向に対して斜めに延びる電池ユニット。
2. 前記補強部は、間隔を置いて配置された複数の前記リブ（５１１）を備えるか、複数群の前記リブ（５１１）を備え、前記複数群における各群の前記リブ（５１１）が間隔をおいて配置され、前記複数群における少なくとも２つの群の前記リブ（５１１）が千鳥状に配置されている、請求項１に記載の電池ユニット。
3. 前記リブ（５１１）の前記電極アセンブリ（１）に隣接する側は、前記案内板（５１）に対して内方に凹んでいる、請求項１に記載の電池ユニット。
4. 前記補強部の前記電極アセンブリ（１）から離れた側が、前記案内板（５１）に対して外側に突出している、請求項１に記載の電池ユニット。
5. 前記支持板（５２）は、連結部（５２１）と屈曲部（５２２）とを有し、前記屈曲部（５２２）は、前記案内板（５１）に連結されて円弧状に屈曲し、前記タブ（１１）は、前記連結部（５２１）に連結されており、前記屈曲部（５２２）の表面に沿って前記案内板（５１）の前記本体部（１２）から離れる側に全体が折り曲げられている、請求項４に記載の電池ユニット。
6. 前記補強部は、リブ（５１１）を有し、前記リブ（５１１）は第１のリブ（５１１Ａ）を有し、前記第１のリブ（５１１Ａ）は前記幅方向において前記連結部（５２１）に覆われ、前記第１のリブ（５１１Ａ）は前記案内板（５１）に対して第１の突出高さｈ_１を有し、前記屈曲部（５２２）は前記案内板（５１）に対して第３の突出高さｈ_３を有し、前記第１の突出高さｈ_１は前記第３の突出高さｈ_３以下である、請求項５に記載の電池ユニット。
7. ２つの支持板（５２）は、前記幅方向における前記案内板（５１）の両端にそれぞれ連結されて互いに折り曲げられており、前記２つの支持板（５２）の連結部（５２１）は、前記幅方向に沿って間隔をおいて配置されており、
   前記リブ（５１１）は、第２のリブ（５１１Ｂ）をさらに含み、前記第１のリブ（５１１Ａ）の２つのセグメントは、２つの前記連結部（５２１）によって覆われ、前記第２のリブ（５１１Ｂ）は、前記第１のリブ（５１１Ａ）の前記２つのセグメントの間に位置し、前記第２のリブ（５１１Ｂ）は、２つの前記連結部（５２１）の間の領域に位置する、請求項６に記載の電池ユニット。
8. 前記第２のリブ（５１１Ｂ）は、前記案内板（５１）に対する第２の突出高さｈ_２を有し、前記第２の突出高さｈ_２は、前記第１の突出高さｈ_１以上である、請求項７に記載の電池ユニット。
9. 前記屈曲部（５２２）は、スロット（５２３）と、前記電極アセンブリ（１）の高さ方向に沿って延びる溝（５２４）との少なくとも一方を備え、前記スロット（５２３）は、前記屈曲部（５２２）の前記高さ方向に沿った中間の領域に配置され、前記溝（５２４）は、前記屈曲部（５２２）の内側に配置され、前記スロット（５２３）の上方の領域と前記スロット（５２３）の下方の領域との少なくとも一方に位置する、請求項５乃至８のいずれか１項に記載の電池ユニット。
10. 前記補強部は、前記電極アセンブリ（１）の高さ方向に沿って前記支持板（５２）と交差する、請求項１乃至９のいずれか１項に記載の電池ユニット。
11. 上部カバー板（２）と、前記上部カバー板（２）と前記電極アセンブリ（１）との間に配置された絶縁体（７）とをさらに備え、前記電極端子は、前記上部カバー板（２）上に配置され、
    前記２つの集電部材は、前記電極アセンブリ（１）の一方の側に位置する第１の集電部材（５）を有し、前記２つの電極端子は、負極端子（３）を有し、前記第１の集電部材（５）は、前記負極端子（３）と、前記第１の集電部材（５）と同一の側の前記タブ（１１）とを接続し、前記第１の集電部材（５）の前記補強部は、前記電極アセンブリ（１）の高さ方向に沿って前記絶縁体（７）の底部まで延びている、請求項１乃至１０のいずれか１項に記載の電池ユニット。
12. 前記２つの集電部材は、前記電極アセンブリ（１）の一方の側に配置された第２の集電部材（６）を有し、前記２つの電極端子は、正極端子（４）を有し、前記第２の集電部材（６）は、前記正極端子（４）と、前記第２の集電部材（６）と同一の側の前記タブ（１１）とを接続し、前記第２の集電部材（６）は、前記支持板（５２）の上方に配置された前記案内板（５１）の領域内に配置された放熱部（５４）をさらに有する、請求項１乃至１１のいずれか１項に記載の電池ユニット。
13. 前記第２の集電部材（６）の前記補強部は、前記電極アセンブリ（１）の高さ方向に沿って前記放熱部（５４）の底部まで延びている、請求項１２に記載の電池ユニット。
14. 前記集電部材は、クランプ部（５２１）をさらに有し、前記クランプ部（５２１）は、前記案内板（５１）の底部に配置され、前記電極アセンブリ（１）から離れた側に向かって全体が突出する、請求項１乃至１３のいずれか１項に記載の電池ユニット。
15. 前記長さ方向に沿って、前記クランプ部（５２１）の前記案内板（５１）から離れた面は、折り返された後の前記タブ（１１）の前記案内板（５１）から離れた面よりも高くない、請求項１４に記載の電池ユニット。
16. 請求項１乃至１５のいずれか１項に記載の電池ユニットを複数備え、
    複数の前記電池ユニットは、前記幅方向に沿って並んで配置されている、電池モジュール。
17. 二次電池を使用する装置であって、前記二次電池は、請求項１乃至１５のいずれか１項に記載の電池ユニットを備える、装置。