TWI453977B - Battery module - Google Patents

Description

電池模組

本發明係關於電池模組。

在串聯或並聯連接有複數個扁平薄型電池之電池組，為了偵測各扁平薄型電池的電壓是將電池控制器(Cell controller)所連接的連接器插入設在電池模組的插入口，(專利文獻1)。

但是，在以往的電池之構成中，由於是在將扁平型電池複數層積層後的積層體上安裝屬於其他構件之設有電壓檢測用連接器的插入口之絕緣蓋，因此零件數變多，而有製造時耗費許多工時的問題。

先行技術文獻 專利文獻

專利文獻1：日本特開2006-210312號公報

本發明之目的在於提供一種減少零件數並且可插入、卡止連接器之電池模組。

本發明之電池模組具有：嵌合部，係利用積層複數絕緣構件所形成，該絕緣構件係用於防止扁平型電池的電極片(electorde tab)之短路；及第2卡合部，係與外部連接器的第1卡合部卡合。

根據本發明，由於利用積層絕緣構件所形成的嵌合部來嵌合外部連接器，且藉由形成於絕緣構件的第2卡合部而卡止外部連接器，因此可減少零件數並且與對方側的外部連接器連接。

以下，根據圖式說明本發明之實施形態。

《第1實施形態》

利用第1圖及第2圖說明有關本例之電池模組所包含的扁平型電池1。第1圖係顯示扁平型電池1之俯視圖，第2圖係沿著第1圖的A-A線之剖視圖。扁平型電池1係鋰離子系、平板狀、積層型的層疊型蓄電池(薄型電池)，且如第1圖及第2圖所示，由3片正極板11、5片隔板12、3片負極板13、正極片14(正極端子)、負極片15(負極端子)、上部外裝構件16、下部外裝構件17以及未特別圖示之電解質所構成。

其中的正極板11、隔板12、負極板13及電解質構成發電元件18，且正極板11、負極板13構成電極板，上部外裝構件16及下部外裝構件17構成一對外裝構件。

構成發電元件18的正極板11具有延伸至正極片14的正極側集電體11a和正極層11b、11c，該正極層11b、11c係分別形成在正極側集電體11a局部的兩主面。此外，正極板11的正極層11b、11c並非形成涵蓋正極側集電體11a全體的兩主面，而是如第2圖所示，在積層正極板11、隔板12及負極板13以構成發電元件18時，僅在正極板11實質上與隔板12重疊的部分形成有正極層11b、11c。又，本例中，正極板11和正極側集電體11a係由一片導電體形成，但可以個別構成正極板11和正極側集電體11a後將該等接合。

正極板11的正極側集電體11a，係由例如鋁箔、鋁合金箔、銅箔或鎳箔等電化學性穩定的金屬箔所構成。又，正極板11的正極層11b、11c，係將例如鎳酸鋰(LiNiO₂ )、錳酸鋰(LiMnO₂ )或鈷酸鋰(LiCoO₂ )等鋰複合氧化物，或混合有硫族(S、Se、Te)化物等正極活性物質、碳黑等導電劑、聚四氟乙烯的水性分散液等黏著劑及溶劑者，塗布於正極側集電體11a局部的兩主面，且藉由乾燥及壓延而形成。

構成發電元件18的負極板13具有延伸至負極片15的負極側集電體13a和負極層13b、13c，該負極層13b、13c係分別形成在該負極側集電體13a局部的兩主面。此外，負極板13的負極層13b、13c亦非形成涵蓋負極側集電體13a全體的兩主面，而是如第2圖所示，於積層正極板11、隔板12及負極板13以構成發電元件18時，僅在負極板13實質上與隔板12重疊的部分形成有負極層13b、13c。又，本例中，負極板13和負極側集電體13a係由一片導電體形成，但可以不同體地構成負極板13和負極側集電體13a且將該等接合。

負極板13的負極側集電體13a，係由例如鎳箔、銅箔、不鏽鋼箔或鐵箔等電化學性穩定的金屬箔所構成。又，負極板13的負極層13b、13c，係在例如非晶質碳、難石墨化碳、易石墨化碳或石墨等之可吸藏及釋出上述正極活性物質的鋰離子之負極活性物質中，混合當作有機物燒成體的前驅體材料之苯乙烯丁二烯橡膠樹脂粉末的水性分散液，且使其乾燥後予以粉碎，藉此將碳粒子表面載持有碳化苯乙烯丁二烯橡膠者當作主材料，進一步於該主材料混合丙烯酸樹脂乳液等黏結劑，將該混合物塗布於負極側集電體13a局部的兩主面，藉由使其乾燥及壓延而形成。

特別是使用非晶質碳或難石墨化碳當作負極活性物質時，缺乏充放電時的電位平坦特性而使得輸出電壓也隨著放電量降低，因此不適合做為通訊機器或事務機器之電源，但由於沒有急遽之輸出降低而有利於當作電動汽車之電源來使用。

發電元件18的隔板12係用於防止上述正極板11和負極板13之短路，亦可具備保持電解質之功能。該隔板12係例如由聚乙烯(PE)或聚丙烯(PP)等聚烯烴等所構成的微多孔性膜，具有當過電流流過時藉由其發熱而閉塞層的空孔以遮斷電流之功能。

此外，關於本例之隔板12，並不僅限於聚烯烴等單層膜，亦可利用聚乙烯膜將聚丙烯膜做夾在中間之三層構造，或積層聚烯烴微多孔膜和有機不織布等者。

以上發電元件18係正極板11和負極板13夾介隔板12而交互地積層而成。而且，3片正極板11係夾介正極側集電體11a且分別連接於金屬箔製的正極片14，此外3片負極板13係夾介負極側集電體13a且同樣地分別連接於金屬箔製的負極片15。

此外，發電元件18的正極板11、隔板12及負極板13，並不受上述片數任何限定，例如1片正極板11、3片隔板12及1片負極板13亦可構成發電元件18，可按照需要選擇正極板11、隔板12及負極板13的片數而構成。

正極片14和負極片15只要是電化學性穩定的金屬材料則未有特別限定，但做為正極片14，與上述正極側集電體11a同樣地，可舉出例如厚度大約0.2mm的鋁箔、鋁合金箔、銅箔或鎳箔等。又，做為負極片15，與上述負極側集電體13a同樣地，可舉出例如厚度大約0.2mm的鎳箔、銅箔、不鏽鋼箔或鐵箔等。

前面已敘述過，本例係構成藉由將構成電極板11、13的集電體11a、13a之金屬箔本身延長至電極片14、15，亦即在一片金屬箔11a、13a的局部形成電極層(正極層11b、11c或負極層13b、13c)，而將剩餘的端部當作與電極片之連結構件，且將電極板11、13連接於電極片14、15，但亦可藉由其他材料或零件，連接構成位於正極層及負極層間的集電體11a、13a之金屬箔和構成連結構件之金屬箔。

上述發電元件18係收納並密封於上部外裝構件16及下部外裝構件17。雖未特別圖示，但本例之上部外裝構件16及下部外裝構件17任一者皆被設計成從扁平型電池1的內側朝向外側包含內側層、中間層及外側層三層構造，該內側層係由例如聚乙烯、改質聚乙烯、聚丙烯、改質聚丙烯或離子聚合物等耐電解液性及熱熔接性優異的樹脂薄膜所構成，該中間層係由例如鋁等金屬箔所構成，該外側層係由例如聚醯胺系樹脂或聚酯系樹脂等電絕緣性優異的樹脂薄膜所構成。

因而，上部外裝構件16及下部外裝構件17任一者皆由以下樹脂-金屬薄膜層疊材等具有可撓性的材料形成，該樹脂-金屬薄膜層疊材係例如在鋁箔等金屬箔的一面(扁平型電池1的內側面)層疊聚乙烯、改質聚乙烯、聚丙烯、改質聚丙烯或離子聚合物等之樹脂，在另一面(扁平型電池1的外側面)層疊聚醯胺系樹脂或聚酯系樹脂。

藉由該等外裝構件16、17包住上述發電元件18、正極片14的局部及負極片15的局部，且在由該外裝構件16、17所形成的內部空間，一面將以有機液體為溶劑以過氯酸鋰、四氟硼酸鋰或六氟磷酸鋰等鋰鹽當作溶質之液體電解質注入，一面抽吸由外裝構件16、17所形成的空間而形成真空狀態之後，藉由熱加壓將外裝構件16、17的外周緣熱熔接而密封。

接著，使用第3圖~第5圖說明關於本例之電池模組所包含的與間隔片一體形成之電池40(以下稱為「一體型電池40」)。第3圖係顯示端子板30之立體圖，第4圖係顯示一體型電池40之立體圖。第5圖係第4圖的B部分放大圖。

一體型電池40具有扁平型電池1、框狀且覆蓋扁平型電池1周圍之間隔片100(絕緣構件)以及連接器端子31。間隔片100係由具絕緣性之樹脂或熱熔黏著劑所形成，或由樹脂及熱熔黏著劑之混合物所形成。端子板30具有連接器端子31及本體部32，且使用於例如當作用於檢測扁平型電池1的電壓之檢測用端子。連接器端子31係端子板30的一部分，且與端子板30的本體部32一體形成。本體部32為板狀，連接器端子31為銷形狀。端子板30係由例如鋁、鋁合金、銅或鎳等導體材料所形成。此外，連接器端子31不一定是電壓檢測用端子，也可以是電池模組的輸出入端子亦即高壓端子。

本體部32的局部係連接在電極片15(或電極片14)，電極片15的局部和本體部30的局部係連接成重疊狀。電極片15及本體部30的連接部分係例如利用超音波接合而連接。藉此，電極片15及連接器端子31係電性連接。

電極片15及連接器端子31係導出在扁平型電池1的外側。板狀的電極片15之面方向、銷形狀的連接器端子之長邊方向及本體部30的面方向係呈平行狀，且配置電極片15及連接器端子31。

間隔片100係夾持並保持著端子板30及電極片15，且與電極片15及連接器端子31一體形成。於一體形成時，例如利用嵌入成型，本例係將連接著電極片15和端子板30的扁平型電池1裝填於形成框狀之模具，藉由注入樹脂並使其固化而一體化。藉此，間隔片100和扁平型電池1被一體形成。

間隔片100的短邊之中央附近設有缺口部101。缺口部101為切開間隔片100的中央附近之缺口形狀，從間隔片100的負極型之端面104，朝向扁平型電池1的內部形成凹部。而且，連接器端子31係配設在缺口部101，且在缺口部101內，朝向外側突出。又，缺口部101的側面，亦即與間隔片100的端面104垂直之面設有導引部105，且設在兩垂直面。

又，間隔片100設有缺口部103，該缺口部103係位於與缺口部101相對向之位置，且與具有缺口部101的短邊為對邊側(正極側)。缺口部103為切開間隔片100的中央附近之缺口形狀，從間隔片100的正極型之端面104，朝向扁平型電池1的內部形成凹部。

此外，本例之缺口部103未設置導引部105，但亦可設置導引部105。且本例係連接器端子31僅設在扁平型電池1的一方短邊側，但亦可設在兩方短邊側。

接著，使用第6圖說明關於一體型電池41。第6圖係一體型電池41中相當於第4圖的B部分之放大圖。如第4圖及第5圖所示，基本構成係與一體型電池40同樣，但取代導引部105而設有卡合部102之處為相異。藉由設置導引部105，使外部連接器80對嵌合部70之定位較為容易，且可防止連接器端子31損傷。

如第6圖所示，缺口部101的側面，亦即與間隔片100的端面104垂直之面設有卡合部102，且設在兩垂直面。卡合部102係形成鉤卡後述外部連接器80的鉤卡部83之形狀，且在卡合部102，沿著與端面104垂直的垂直面形成階差。此外，卡合部102和鉤卡部83所構成的卡合部分之構造於後述。

又，在與具有卡合部102的缺口部101相對向之位置，設有與上述同樣的缺口部103。該缺口部103係與上述缺口部101的卡合部102同樣地，設有卡合部102。此外，卡合部102亦可設在缺口部101或缺口部103之其中一者。

接著，第7圖及第8圖說明關於本例之積層體60。第7圖係顯示積層體60之立體圖，第8圖係第7圖的C部分之放大圖。

積層體60係藉由將一體型電池40及一體型電池41進行複數層積層所形成，從上層，以3層一體型電池40、1層一體型電池41、4層一體型電池40之順序積層。複數層一體型電池40之中，以在一個一體型電池40的正極側之上下面配設其他一體型電池的負極側之方式積層。同樣地，以在一體型電池41的正極側之上下面配設一體型電池40的負極側之方式積層。鄰接的複數個一體型電池40、41的正極片14及負極片15，係藉由具有導電性的匯流排(無圖示)等而連接，或亦可重疊而直接連接，藉此，將複數個一體型電池40、41串聯連接。此外，一體型電池40、41之層數可以是任意層數，又不一定要將一體型電池41設定為積層體60的中央部分之電池層。且，亦可將複數個一體型電池40、41並聯連接。

如第8圖所示，藉由在積層體60的端面側積層一體型電池40、41而形成嵌合部70。嵌合部70係由經積層的複數個間隔片100所形成，且藉由缺口部101和缺口部103交互重疊所形成。且由於缺口部101形成有卡合部102或導引部105，因此多層狀之嵌合部70係於奇數層或複數層中任一者之層，具有卡合部102及導引部105。

在卡合部70，連接器端子31係從與後述外部連接器80相對向之對向面71突出而形成。且卡合部102及導引部105係形成在供外部連接器80滑動的滑動面，亦即與對向面71垂直之面或嵌合部70的側壁面。

接著，使用第9圖及第10圖說明關於嵌合部70和與該嵌合部70嵌合的外部連接器80。第9圖係顯示積層體60的局部及外部連接器80之立體圖。第10圖係顯示嵌合部70和外部連接器80嵌合的狀態中之積層體60的局部之立體圖。

外部連接器80具備從背面導入的配線81。配線81連接於設在外部連接器80內部的端子(無圖示)。又，外部連接器80係於側面具有導引部82及鉤卡部83。導引部82的形狀係對應導引部105的形狀，導引部82及導引部105係於將外部連接器80嵌合在卡合部70時，具有進行定位之功能。鉤卡部83的形狀為掛鉤之形狀，且對應卡合部102的形狀。

接著，使用第11圖及第12圖說明關於卡合部102和鉤卡部83。第11圖係沿著第9圖的D-D線之局部剖視圖，第12圖係沿著第10圖的E-E線之局部剖視圖。

如第11圖所示，鉤卡部83形成有爪部84，卡合部102形成有溝部106。而且，沿第11圖的箭頭方向(外部連接器80的插入方向)插入鉤卡部83時，爪部84在卡合部102的側壁滑動，且如第12圖所示般被卡合於溝部106。爪部84具有與第11圖的箭頭方向垂直之垂直面，由於該垂直面係與溝部106的側壁抵接，因此限制鉤卡部83的動作而卡合鉤卡部83及卡合部102。

回到第10圖，由於嵌合部70的形狀係形成沿著外部連接器80的形狀，因此將外部連接器80插入嵌合部70時，嵌合部70嵌合外部連接器80。又，卡合部102及鉤卡部83係藉由將外部連接器80嵌合於嵌合部70而卡合，且限制外部連接器80朝外部連接器80的插入方向及與該插入方向相反方向之動作。

藉此，由於嵌合部70具有與外部連接器80的插入口亦即與母連接器之殼體同樣的功能，因此在積層的間隔片100不須形成用以插入母連接器之插入口，亦不需將母連接器本身當作其他構件。

接著，使用第13圖及第14圖說明關於電池模組200。第13圖係顯示藉由殼體密封之前的電池模組200之立體圖，第14圖係顯示電池模組200之立體圖。電池模組200具備覆蓋積層體60的上殼體91及下殼體92。而且，上殼體91及下殼體92係以將周圍歛縫而密封積層體60。又，上殼體91及下殼體92係於相當於積層體60的嵌合部70之位置設有缺口，而成為外部連接器80的插入口。

如上述，本例係藉由積層複數個間隔片100而形成，具有與外部連接器80嵌合的嵌合部70，及與鉤卡部83卡合的卡合部102。藉此，利用包含嵌合部70及卡合部102的部分，確實地連接外部連接器80，因此不須另外有母連接器等或構成外部連接器80的收納口之其他構件，而能抑制零件數增加。又，本例係以與以往的扁平型電池1的積層工時相同的工時來形成外部連接器80的插入口，由於僅積層一體型電池40、41來形成該插入口，因此可提供生產性優異的電池模組200。

又，本例係不須將用於插入內部連接器的插入口形成於間隔片，因此該部分可提高生產效率，而可提供生產性優異的電池模組200。又，本例係將卡合部102設在間隔片100，因此可提高對於與外部連接器80連接之可靠性，且由於能感覺到插入外部連接器80時的卡嗒感，因此能更加提高作業效率。進一步，本例係藉由具備卡合部102，而能容易地偵知是否與外部連接器80確實地卡合。又，本例係因不需要其他構件亦即內部連接器或內部連接器用的插入口，因此可小型化，且可有效地活用電池空間。

又，本例係扁平型電池1和間隔片100一體形成。藉此，於將外部連接器80插入嵌合部70時，連接器端子31被施加應力，但由於本例係具有與扁平型電池1一體化之間隔片100，因此間隔片100能吸收該應力，而使對連接器端子31之負載減輕。又，由於積層扁平型電池1時，間隔片100也被一體化且積層，因此可提高積層時的生產效率。又，藉由扁平型電池1和間隔片100一體形成而能提高剛性，因此電極片14、15及連接器端子31對於來自外部的應力成為強固之構造，而能提高安全性及品質可靠性。

又，本例係於扁平型電池1的周圍設置框狀的間隔片100。因此，扁平型電池1的周圍係利用絕緣性構件予以覆蓋，因此可防止金屬部分露出而短路。

又，本例係藉由嵌入成型而使扁平型電池1和間隔片100一體化，並將扁平型電池1的周圍以間隔片100覆蓋。藉此，於將外部連接器80插入嵌合部70時，連接器端子31被施加應力，但藉由框狀的間隔片100能吸收該應力，而能使對連接器端子31的負載減輕。

又，本例係間隔片100夾持電極片14、15及連接器端子31，並與電極片14、15及連接器端子31一體形成。藉此，於將外部連接器80插入嵌合部70時，電極片14、15及連接器端子31被施加應力，但能使對電極片14、15及連接器端子31的負載減輕。

又，本例係將連接器端子31形成在端子板30，並使端子板30和電極片14、15連接，且藉由間隔片100夾持端子板30及電極片14、15。藉此，能以簡易的構造使電極片14、15和連接器端子連接，並提高在電池模組200端子部分之剛性。

又，本例係使電極片14、15的面方向、端子板30的面方向及連接器端子31的長邊方向，和外部連接器80的插入方向呈平行。藉此，於外部連接器80插入時，對於施加於電極片14、15、端子板30及連接器端子31之應力，可保持剛性，而可實現更安全且可靠性高的電池模組200。

又，本例係藉由超音波接合來連接端子板30及電極片14、15。藉此，可防止電阻增加並可小型化。

又，本例係由熱熔黏著劑、樹脂或熱熔黏著劑及樹脂之混合物而形成間隔片100。藉此，可使形狀之自由度提升。且能藉由該混合物適當地用於每個要求強度的部位。

又，本例係將間隔片100形成框狀且覆蓋扁平型電池1的周圍，但如第15圖所示，間隔片100僅夾持扁平型電池1的電極片14、15之短邊側之形狀亦可。

此外，本例係將連接器端子31當作電極片14、15的一部分，而利用同一構件形成亦可。藉此，可省略端子板30而減少零件數。

又，本例係將外部連接器80當作公側之連接器，將包含嵌合部70、連接器端子31及卡合部102的部分當作母連接器，但亦可將外部連接器80當作母側之連接器，將包含嵌合部70、連接器端子31及卡合部102的部分當作公連接器。

又，本例係卡合部102具有外部連接器80的定位功能，因此可以不設導引部105。

上述間隔片100相當於有關本發明之「絕緣構件」，上述卡合部102相當於有關本發明之「第2卡合部」，上述鉤卡部83相當於有關本發明之「第1卡合部」。

1．．．扁平型電池

11．．．正極板

11a．．．正極側集電體

11b、11c．．．正極層

12．．．隔片

13．．．負極板

13a．．．負極側集電體

13b、13c．．．負極層

14．．．正極片、電極片

15．．．負極片、電極片

16．．．上部外裝構件

17．．．下部外裝構件

18．．．發電要素

30．．．端子板

31．．．連接器端子

32．．．本體部

40、41．．．一體型電池

60．．．積層體

70．．．嵌合部

71．．．對向面

80．．．外部連接器

81．．．導線

82、105．．．導引部

83．．．鉤卡部

84．．．爪部

91．．．上殼體

92．．．下殼體

100．．．隔片

101、103．．．缺口部

102．．．卡合部

104．．．端面

106．．．溝部

200．．．電池模組

第1圖係關於發明之實施形態之電池模組所包含的扁平型電池1之俯視圖。

第2圖係沿著第1圖A-A線之剖視圖。

第3圖係關於發明之實施形態之電池模組的端子板之立體圖。

第4圖係關於發明之實施形態之電池模組的一體型電池之立體圖。

第5圖係第4圖的B部分之放大圖。

第6圖係相當於第4圖的B部分之一體型電池的局部放大圖。

第7圖係關於發明之實施形態之電池模組的積層體之立體圖。

第8圖係第7圖的C部分之放大圖。

第9圖係第7圖的積層體的一部分和外部連接器之立體圖。

第10圖係顯示第9圖的外部連接器嵌合於積層體之狀態的立體圖。

第11圖係沿著第9圖D-D線之局部剖視圖。

第12圖係沿著第10圖E-E線之局部剖視圖。

第13圖係藉由殼體密封之前的電池模組200之立體圖。

第14圖係藉由殼體密封之後的電池模組200之立體圖。

第15圖係關於發明之實施形態之電池模組的一體型電池之立體圖。

60．．．積層體

91．．．上殼體

92．．．下殼體

200．．．電池模組

Claims (7)

1. 一種電池模組，係將具有電極片(Electrode tab)的扁平型電池及為了防止前述電極片的短路而配置的絕緣構件進行複數層積層所成，具有：嵌合部，係利用積層複數絕緣構件所形成，與外部連接器嵌合；及第2卡合部，係形成於前述絕緣構件，與前述外部連接器的第1卡合部卡合。
2. 如申請專利範圍第1項之電池模組，其中，前述絕緣構件係與前述扁平型電池一體形成。
3. 如申請專利範圍第1或2項之電池模組，其中，前述絕緣構件係於前述扁平型電池的周圍形成為框狀。
4. 如申請專利範圍第1或2項之電池模組，其中，進一步具有電連接於前述扁平型電池的連接器端子，前述絕緣構件挾持前述電極片及前述連接器端子，且與前述電極片及前述連接器端子一體形成。
5. 如申請專利範圍第1或2項之電池模組，其中，進一步具有被前述絕緣構件挾持且連接在前述電極片的端子板，前述連接器端子係形成於前述端子板。
6. 如申請專利範圍第5項之電池模組，其中，前述電極片係形成為板狀，前述電極片的面方向、前述端子板的面方向及前述連 接器端子的長邊方向，係與插入前述嵌合部的前述外部連接器之插入方向平行。
7. 如申請專利範圍第1或2項之電池模組，其中，前述絕緣構件係具有相對於前述嵌合部將前述外部連接器定位之導引部。