JPWO2014196331A1 - 電池モジュール - Google Patents
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Abstract
Description
リチウムイオン電池には帯状の正極と帯状の負極とをセパレーターを介して積層したものを巻回した巻回型や、平板状の正極と負極とをセパレーターを介して積層した積層型があり、形状は柱状または扁平状が一般的である。
特許文献1に記載の電池の場合、枠体の全周でフィルム外装電池の外周部を支持している。したがって、当該外周部を損傷しないようにするためには、一様な厚みの枠体が必要となるので、厚みに対応した様々の寸法の枠体を成型する必要があり、生産性が低下する。
本発明は、フィルム外装電池やフィルム外装電池を複数積層した電池モジュール、またはこれらのフィルム外装電池や電池モジュールに保護回路等を接続した電池パックにおいて、外部からの衝撃に対する耐久性が高いフィルム外装電池、電池モジュール、電池パックおよびその製造方法を提供することを課題とするものである。
また、フランジ部における正極引出タブや負極引出タブを引き出している部分に、枠体の突出部を載置するように配置すれば、フランジのなかで最も機械的なストレスが加わりやすい引出タブが存在する部分を衝撃から保護することが可能となる。
特に、電気自動車、電動バイク、電動アシスト自転車等に用いる電池モジュールや電池パックに組み込まれる電池モジュールのように、振動、衝撃を常時受ける用途に用いても、長時間にわたり安定した動作が期待でき、電動自転車等への配置の自由度が大きな電池モジュールを提供することができる。
フィルム外装電池100は、外面側には耐候性が大きなフィルムを積層し、内面側には、熱溶着性のフィルムを積層したフィルム外装材によって外装している。一例を挙げれば、アルミニウム箔の外面側にポリアミド、ポリエチレンテレフタレート等の耐候性が大きなフィルムを積層し、内面側には、ポリエチレンフィルム等の熱溶着性の合成樹脂フィルム等を積層した積層フィルムを挙げることができる。
電池要素は、正極活物質を担持した正極電極と、負極活物質を担持した負極電極とを、セパレーターを介して積層したもの、あるいは帯状の正極電極と負極電極とをセパレーターを介して積層したものを巻回したもの、あるいは巻回体を扁平状に押圧したものを用いている。
正極引出タブの一端は正極電極と電気的に接続し、他端をフィルム外装材の外に引き出している。また、負極引出タブの一端を負極電極と電気的に接続し、他端をフィルム外装材の外に引き出している。
また、負極引出タブ130には、一端を負極引出タブに接合した負極延長タブ132を、正極延長タブ122の引き出し方向とは反対方向へ引き出している。
フィルム外装材は、上端部111、上端部外縁111a、下端部112、下端部外縁112a、側部113、側部外縁113aを備えている。
正極引出タブ120と負極引き出タブ130とは両方を上端部外縁または下端部外縁から引き出しても良いし、対向する外縁から別々に引き出してもよい。
なお、ここでは説明の便宜上、正極引出タブ120または負極引き出しタブ130の少なくとも一方を引き出している端部を便宜的に上端部とし、対向する他方を便宜的に下端部とし、上端部と下端部とは異なる端部を便宜的に側部としている。しかしながら、上端部が下端部よりも地面に対して上方に位置することを意味するわけではない。
フィルム状外装材を用い、正極引出タブと負極引出タブを外装材の外部に導出する蓄電素子としては、電気二重層キャパシタやリチウムイオンキャパシタ等を挙げることができる。本発明の電池積層体を外装フィルムに収容する部分の構成をそれらの蓄電素子にも適用可能である。
枠体201は、強度が大きいABS、ポリカーボネート等の合成樹脂製の成形体で作製したものである。フィルム外装電池(図示しない)の外周部のフランジ部に対応する枠体の枠部203の内側には、電池要素収容部に対応する空間部202を有している。
枠体201の枠部203の表面には、フィルム外装電池のフランジ部と対向し、フランジ側に向かって突出する突出部203a、203b、203c、203d、203eおよび203fを設けている。
また、フランジ部に枠体を載置するときに、枠体の突出部によって枠体がフランジ上への安定した載置が可能であるように、電極引出タブを配置した場所に対応する以外の箇所にも突出部を有している。
枠体を設けることで、電池モジュールあるいは電池パック等が衝撃を受けたときでもフィルム外装電池やこれを電池ケース内に組み込んだ電池モジュールが、当該フィルム外装電池や電池モジュールを収容する電池ケース(図示せず)の内壁等に衝突するのを防ぐことが可能である。
これにより、外部からの衝撃を受けた際の引出タブを備えたフランジ部の振幅が小さくなり、外装フィルムの損傷を著しく低減することが可能となる。
枠体の外周部における空間部側とは反対の側面には、平坦面209を形成している。その結果、複数のフィルム外装電池を積層し、これに応じて複数の枠体を配置した場合に、この平坦面209に粘着テープ等の固定部材や、補強部材の接着、固定がし易くなる。
枠体の側面には、側面締結部210aを設けている。また、側面締結部210aが位置する枠体の側面とは反対側にも側面締結部を設けている。
ここでは、フィルム外装電池における正極引出タブと負極引出タブとをいずれも同じ端部から引き出した構成に対応する形状をしているが、タブの引出方向や寸法に応じて適宜変形することが可能である。
図2において説明した枠体201の外周部の内側には空間部を形成していたのに対して、図3で示す枠体201は、外周部の内部に中板204を設けており、中板の両面をそれぞれ底部とした凹部を、箱体の両面に形成している点が相違している。他の部分は、先に示した図2と同様の構成であるので詳細な説明は省略する。
また、図5は、本発明における、フィルム外装電池と枠体との厚みの関係の一例を説明する図である。
最下段にフィルム外装電池100(図示しない)を配置し、当該フィルム外装電池100の電池要素収容部110の周囲に形成した上端部、下端部、側部113等のフランジ部に、枠体201を枠体の外周部に配置した突出部によって載置している。ここでは、便宜上、フィルム外装電池の主面を水平面に平行にした状態で置いた上に枠体とフィルム外装電池を繰り返し積み上げていくような説明をしているが、フィル外装電池の主面を床面に垂直にした場合には、枠体は隣り合うフィルム外装電池のフランジ部の間に配置された状態となる。
また、隣り合うフィルム外装電池を接着部材を介して接続する場合には、枠体201の突出部を含めた厚みは、フィルム外装電池の厚さt1と接着部材の厚さdの合計から、突出部と対向するフランジ部の厚さt2を差し引いた距離以下である。
また、隣り合うフィルム外装電池を接着部材を介して接続した場合には枠体がフィルム外装電池を支える主体とならないので、フィルム外装電池のフランジと接する部分が枠体の一部に設けた突出部であっても、フランジへの機械的なストレスが大幅に低減することができ、フランジ部の損傷を防ぐことが可能となる。
フィルム外装電池を固定する接着部材は両面接着テープやホットメルト接着剤等の接着剤等を用いることができるが、作業性を考慮すると両面接着テープを用いることが好ましい。
また、枠体の寸法は、フィルム外装電池の上端部外縁111a、下端部外縁112a、側部外縁113aの外周縁と一致するか、フィルム外装電池の外周縁よりも外側となるように形成するのが好ましい。
多数のフィルム外装電池を積層する場合には、これらの構成を繰り返すことで形成することができる。このとき、電池を直列に接続するのであれば、となり合うフィルム外装電池を重ねた時に、正極タブと負極タブが重なるように交互に反転させながらフィルム外装電池を配置すればよい。
図6では、最下段に箱体201dを配置し、箱体の中板204にフィルム外装電池を載置している。最下段の箱体に載置したフィルム外装電池100の電池要素収容部110の周囲に形成されたフランジ部に、枠体201cの枠部を載置している。
さらに、最下段の箱体に載置したフィルム外装電池の電池要素収容部に接着部材230で別のフィルム外装電池を接着している。このときの箱体の中板204から、箱体の外周部の表面203が位置する平面までの距離は、最下段のフィルム外装電池のフランジ部の下面から、箱体の中板の上面までの距離と等しいか、小さくしている。
Claims (8)
- 電池要素を収容する電池要素収容部と、
電池要素収容部のまわりの外装フィルムの一部または全部に形成したフランジ部と、
正極引出タブおよび負極引出タブと、
を備えたフィルム外装電池が複数積層した電池モジュールであって、
前記電池モジュールは、
外周部と、当該外周部の内側に開口部を有する枠体をさらに備え、
前記枠体の前記外周部を、隣り合うフィルム外装電池のフランジ部の間に位置するように配置し、
前記外周部における前記フランジ部に対向する面には、前記フランジ側に突出する突出部を備え、
当該突出部を含む部分の枠体の厚さは、フィルム外装電池の厚さから前記突出部と対向するフランジ部の厚さを差し引いた距離以下であることを特徴とする電池モジュール。 - 前記突出部は、少なくとも前記正極引出タブが前記外装フィルムから引き出している辺のフランジ部および、
前記負極引出タブが前記外装フィルムから引き出している辺のフランジ部に接することを特徴とする請求項1記載の電池モジュール。 - 前記フィルム外装電池は、隣り合うフィルム外装電池の少なくとも一方と接着部材を介して固定したことを特徴とする請求項1または2に記載の電池モジュール。
- 前記枠体を2以上備え、
前記枠体の前記開口部を形成した側面とは異なる外側面で、前記2以上の枠体同士を接続部材で固定したことを特徴とする請求項1から3のいずれか1項に記載の電池モジュール。 - 前記正極引出タブまたは正極引出タブに電気的に接続された正極延長タブの少なくともいずれか一方と、前記負極引出タブまたは負極引出タブに電気的に接続された負極延長タブの少なくともいずれか一方と、を前記枠体に締結部材で固定することを特徴とする請求項1から4のいずれか1項に記載の電池モジュール。
- 前記電池モジュールは、
外周部と、当該外周部の内側に中板を有し、中板の少なくとも一方の面を底とする凹部を備える箱体をさらに備え、
前記箱体の中板にフィルム外装電池を接着部材で固定し、前記中板に固定したフィルム外装電池と隣り合う外装電池と接着部材を介して固定したことを特徴とする請求項1から5のいずれか1項に記載の電池モジュール。 - 前記箱体を、前記電池モジュールの積層方向の最も外側に位置するように配置したことを特徴とする請求項1から6のいずれか1項に記載の電池モジュール。
- 電池要素を収容する電池要素収容部と、
電池要素収容部のまわりの外装フィルムの一部または全部に形成したフランジ部と、
正極引出タブおよび負極引出タブと、
を備えたフィルム外装電池が複数積層された電池モジュールであって、
前記電池モジュールは、
外周部と、当該外周部の内側に中板を有し、中板の少なくとも一方の面を底とする凹部を備える箱体をさらに備え、
前記箱体の中板にフィルム外装電池を接着部材で固定し、前記中板に固定したフィルム外装電池に、さらに別の箱体が接着部材を介して固定したことを特徴とする電池モジュール。
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