WO2018074133A1 - 二次電池モジュール - Google Patents

二次電池モジュール Download PDF

Info

Publication number
WO2018074133A1
WO2018074133A1 PCT/JP2017/034021 JP2017034021W WO2018074133A1 WO 2018074133 A1 WO2018074133 A1 WO 2018074133A1 JP 2017034021 W JP2017034021 W JP 2017034021W WO 2018074133 A1 WO2018074133 A1 WO 2018074133A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
heat sink
battery unit
length
secondary battery
surface portion
Prior art date
Application number
PCT/JP2017/034021
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
藤本 貴行
Original Assignee
株式会社日立製作所
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 株式会社日立製作所 filed Critical 株式会社日立製作所
Publication of WO2018074133A1 publication Critical patent/WO2018074133A1/ja

Links

Images

Classifications

    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M50/00Constructional details or processes of manufacture of the non-active parts of electrochemical cells other than fuel cells, e.g. hybrid cells
    • H01M50/20Mountings; Secondary casings or frames; Racks, modules or packs; Suspension devices; Shock absorbers; Transport or carrying devices; Holders
    • H01M50/204Racks, modules or packs for multiple batteries or multiple cells
    • H01M50/207Racks, modules or packs for multiple batteries or multiple cells characterised by their shape
    • H01M50/211Racks, modules or packs for multiple batteries or multiple cells characterised by their shape adapted for pouch cells
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/60Heating or cooling; Temperature control
    • H01M10/61Types of temperature control
    • H01M10/613Cooling or keeping cold
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/60Heating or cooling; Temperature control
    • H01M10/61Types of temperature control
    • H01M10/617Types of temperature control for achieving uniformity or desired distribution of temperature
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/60Heating or cooling; Temperature control
    • H01M10/64Heating or cooling; Temperature control characterised by the shape of the cells
    • H01M10/647Prismatic or flat cells, e.g. pouch cells
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/60Heating or cooling; Temperature control
    • H01M10/65Means for temperature control structurally associated with the cells
    • H01M10/651Means for temperature control structurally associated with the cells characterised by parameters specified by a numeric value or mathematical formula, e.g. ratios, sizes or concentrations
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/60Heating or cooling; Temperature control
    • H01M10/65Means for temperature control structurally associated with the cells
    • H01M10/655Solid structures for heat exchange or heat conduction
    • H01M10/6554Rods or plates
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/60Heating or cooling; Temperature control
    • H01M10/65Means for temperature control structurally associated with the cells
    • H01M10/655Solid structures for heat exchange or heat conduction
    • H01M10/6554Rods or plates
    • H01M10/6555Rods or plates arranged between the cells
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/10Energy storage using batteries

Definitions

  • the present invention relates to a secondary battery module.
  • Patent Document 1 discloses that a power storage device 100 according to the present invention includes a positive electrode, a negative electrode, and an electrolyte solution.
  • the storage cell 10 having the packaged outer body 12 accommodated and the heat sink 20 formed on the outer surface of the package 12, the power storage cells 10 and the heat sink 20 are alternately stacked, and the heat sink 20 Of the plurality of heat radiating plates 20, three or more are provided, and the heat radiating plate 20 arranged at the outermost position has a higher thermal conductivity than the heat radiating plate 20 arranged inside the heat radiating plate 20 arranged at the outermost position. Is disclosed to be small.
  • Patent Document 1 a heat dissipation path from the power storage cell 10 to the end 22 of the heat dissipation plate 20 is not formed, and the ratio of the length of the heat dissipation plate 20 to the length of the power storage cell 10 and the temperature in the secondary battery module. Since the relationship with the variation is not considered, it is difficult to reduce the temperature variation in the secondary battery module.
  • An object of this invention is to reduce the temperature dispersion
  • the plurality of stacked battery units are rectangular, and in the minor axis direction of the stacked battery unit, a side heat sink is provided between the plurality of stacked battery units, A bottom surface heat sink is provided at the bottom of the battery unit, and a heat radiation path for a plurality of stacked battery units is formed by the side surface heat sink and the bottom surface heat sink, and the length of the bottom surface heat sink is long in the long axis direction of the stacked battery unit.
  • Secondary battery module whose length is smaller than the length of the plurality of stacked battery units.
  • FIG. 1 is a schematic diagram of a secondary battery module according to an embodiment of the present invention.
  • the secondary battery module 2000 includes a plurality of battery units 1000, an internal heat dissipation plate 3000, a first end heat dissipation plate 3100, and a second end heat dissipation plate 3200.
  • the internal heat dissipation plate 3000, the first end heat dissipation plate 3100, and the second end heat dissipation plate 3200 may be referred to as a heat dissipation plate.
  • the heat sink for example, a material having a relatively high thermal conductivity such as aluminum or copper can be used.
  • a second end heat radiating plate 3200 is disposed with respect to the two battery units 1000 at the end of the secondary battery module 2000, and internal heat dissipation is performed with respect to the two battery units 1000 inside the secondary battery module 2000.
  • a plate 3000 is arranged.
  • the number of battery units 1000 is not limited to two battery units 1000 with respect to the heat radiating plate.
  • the battery unit 1000 has a positive electrode tab 254 and a negative electrode tab 154.
  • the positive electrode tab 254 of one battery unit 1000 and the negative electrode tab 154 of the other battery unit 1000 are joined, whereby the adjacent battery units 1000 are electrically connected in series.
  • the battery unit 1000 excluding the positive electrode tab 254 and the negative electrode tab 154 is substantially rectangular.
  • the direction in which the positive electrode tab 254 and the negative electrode tab 154 are formed is the X axis direction
  • the direction in which the battery units 1000 are arranged in parallel is the Y axis direction
  • the perpendicular direction of the XY plane is the Z axis. Direction.
  • FIG. 1 the direction in which the positive electrode tab 254 and the negative electrode tab 154 are formed is the X axis direction
  • the direction in which the battery units 1000 are arranged in parallel is the Y axis direction
  • the perpendicular direction of the XY plane is the Z axis. Direction.
  • FIG. 1 the direction in which the positive electrode
  • the X axis direction is the major axis direction of the battery unit 1000
  • the Y axis direction is the minor axis direction (side surface direction) of the battery unit 1000
  • the minus direction of the Z axis is the bottom of the battery unit 1000.
  • FIG. 2 is a schematic view of a secondary battery module according to an embodiment of the present invention, and is a view of the secondary battery module of FIG. 1 as viewed from the Z-axis minus direction.
  • a gap 3300 is formed between the first end heat radiating plate 3100 and the internal heat radiating plate 3000, the internal heat radiating plates 3000, and the second end heat radiating plate 3200 and the internal heat radiating plate 3000.
  • the battery unit 1000 may be deformed when the battery unit 1000 is pressurized with a lashing body, and the gap 3300 prevents the heat sink from contacting when the battery unit 1000 is deformed.
  • the length of the heat dissipation plate in the X-axis direction is made smaller than the length of the battery unit 1000 in the X-axis direction.
  • FIG. 3 is a schematic view of a secondary battery module according to an embodiment of the present invention, and is a view of the secondary battery module of FIG. 1 viewed from the plus direction of the X axis.
  • the height of the heat sink in the Z-axis direction is substantially the same as the height of the battery unit 1000 in the Z-axis direction.
  • the height of the heat sink in the Z-axis direction may be smaller or larger than the height of the battery unit 1000 in the Z-axis direction.
  • FIG. 4 is a schematic diagram of a first end heat radiating plate according to an embodiment of the present invention.
  • the first end heat radiating plate 3100 is L-shaped and includes a first end heat radiating plate side surface portion 3110 and a first end radiating plate bottom surface portion 3120.
  • the first end heat sink side surface portion 3110 and the first end heat sink bottom surface portion 3120 are in contact with the battery unit 1000.
  • the first end heat sink side surface 3110 and the first end heat sink bottom surface 3120 may be in thermal contact with the battery unit 1000.
  • the first end heat sink side surface 3110 and the first end heat sink Another heat dissipating member may or may not be interposed between bottom surface portion 3120 and battery unit 1000.
  • the length of the first end heat sink side surface portion 3110 is larger than the length of the first end heat sink bottom surface portion 3120.
  • the first end heat radiating plate side surface portion 3110 transfers heat generated in the battery unit 1000 to the first end portion heat radiating plate bottom surface portion 3120.
  • the first end heat radiating plate bottom surface portion 3120 is fixed to the chassis of the vehicle body, and releases heat transmitted from the first end heat radiating plate side surface portion 3110 to the outside of the secondary battery module 2000.
  • FIG. 5 is a schematic diagram of an internal heat sink according to an embodiment of the present invention.
  • Internal heat dissipation plate 3000 is L-shaped and has an internal heat dissipation plate side surface portion 3010 and an internal heat dissipation plate bottom surface portion 3020.
  • Internal heat sink side surface portion 3010 and internal heat sink bottom surface portion 3020 are in contact with battery unit 1000.
  • the internal heat sink side surface portion 3010 and the internal heat sink bottom surface portion 3020 may be in thermal contact with the battery unit 1000, and are separately provided between the internal heat sink side surface portion 3010 and the internal heat sink bottom surface portion 3020 and the battery unit 1000.
  • the heat radiating member may be interposed, or may not be interposed.
  • the length of the internal heat sink side surface portion 3010 is larger than the length of the internal heat sink bottom surface portion 3020.
  • the length of the internal heat sink bottom surface portion 3020 is larger than the length of the first end heat sink bottom surface portion, but the number of battery units 1000 provided in one internal heat sink bottom surface portion 3020 and the Y Depending on the length of the battery unit 1000 in the axial direction, the length of the internal heat sink bottom surface portion 3020 may be smaller than the length of the bottom surface portion of the first end heat sink.
  • the internal heat sink side surface portion 3010 transfers heat generated in the battery unit 1000 in contact with the internal heat sink side surface portion 3010 to the internal heat sink bottom surface portion 3020.
  • the internal heat radiating plate bottom surface portion 3020 is fixed to the chassis of the vehicle body and the like, and releases heat transmitted from the internal heat radiating plate side surface portion 3010 to the outside of the secondary battery module 2000.
  • FIG. 6 is a schematic view of a second end radiator plate according to an embodiment of the present invention.
  • the second end heat radiating plate 3200 is T-shaped and has a second end heat radiating plate side surface portion 3210 and a second end radiating plate bottom surface portion 3220.
  • the second end radiating plate side surface portion 3210 and the second end radiating plate bottom surface portion 3220 are in contact with the battery unit 1000.
  • the second end radiating plate side surface portion 3210 and the second end radiating plate bottom surface portion 3220 may be in thermal contact with the battery unit 1000, and the second end radiating plate side surface portion 3210 and the second end radiating plate Another heat radiating member may or may not be interposed between the bottom surface portion 3220 and the battery unit 1000.
  • the length of the second end radiating plate side surface portion 3210 is larger than the length of the second end radiating plate bottom surface portion 3220.
  • the second end heat radiating plate side surface portion 3210 transfers heat generated by the battery unit 1000 in contact with the second end heat radiating plate side surface portion 3210 to the second end heat radiating plate bottom surface portion 3220.
  • the second end radiating plate bottom surface portion 3220 is fixed to a chassis of the vehicle body and the like, and releases heat transmitted from the second end radiating plate side surface portion 3210 to the outside of the secondary battery module 2000.
  • the first end heat radiating plate side surface portion 3110, the internal heat radiating plate side surface portion 3010, the second end heat radiating plate side surface portion 3210 will be referred to as the heat radiating plate side surface portion, the first end portion heat radiating plate bottom surface portion 3120, and the internal heat radiating plate bottom surface portion.
  • 3020 and the second end radiator plate bottom surface portion 3220 may be referred to as a radiator plate bottom surface portion.
  • FIG. 7 is a schematic diagram of a battery unit according to an embodiment of the present invention.
  • the battery unit 1000 includes a positive electrode 250, an electrolyte layer 300, and a negative electrode 150.
  • the battery unit 1000 is a stacked battery unit.
  • the positive electrode 250 or the negative electrode 150 may be referred to as an electrode.
  • the positive electrode 250 includes two positive electrode mixture layers 251 and a positive electrode current collector 252.
  • the positive electrode mixture layer 251 is formed on both surfaces of the positive electrode current collector 252.
  • the negative electrode 150 includes a negative electrode mixture layer 151 and a negative electrode current collector 152.
  • the negative electrode mixture layer 151 is formed on both surfaces of the negative electrode current collector 152.
  • a positive electrode 250, an electrolyte layer 300, and a negative electrode 150 are laminated to form an electrode body.
  • a plurality of electrode bodies are stacked, and the positive electrode current collectors 252 and the negative electrode current collector 152 in the electrode bodies are connected to each other, so that the battery unit 1000 is electrically connected in parallel.
  • a battery unit 1000 is configured by laminating a plurality of electrode bodies.
  • the positive electrode mixture layer 251 contains at least a positive electrode active material capable of inserting and extracting Li.
  • the positive electrode active material include LiCo composite oxides, LiNi composite oxides, LiMn composite oxides, Li—Co—Ni—Mn composite oxides, LiFeP composite oxides, and the like.
  • a solid electrolyte for ensuring ionic conductivity may be included.
  • the material contained in the positive electrode mixture layer 251 is dissolved in a solvent to form a slurry, which is applied onto the positive electrode current collector 252.
  • the coating method is not particularly limited, and for example, a conventional method such as a doctor blade method, a dipping method, or a spray method can be used.
  • the positive electrode mixture layer 251 is formed through a drying process for removing the solvent and a pressing step for ensuring electron conductivity and ion conductivity in the positive electrode mixture layer 251.
  • the positive electrode current collector 252 has a positive electrode coating part 253 and a positive electrode tab 254.
  • a positive electrode mixture layer 251 is formed on the positive electrode coating portion 253.
  • the positive electrode mixture layer 251 is not formed on the positive electrode tab 254.
  • the positive electrode tab 254 is arranged to take out the generated electricity to the outside, and protrudes from one side of the positive electrode 250.
  • Each positive electrode tab 254 in the battery unit 1000 is overlapped when the battery unit 1000 is viewed from the stacking direction.
  • the plurality of positive electrode tabs 254 in the battery unit 1000 are bonded by, for example, ultrasonic bonding.
  • the positive electrode current collector 252 an aluminum foil, an aluminum perforated foil having a hole diameter of 0.1 to 10 mm, an expanded metal, a foamed aluminum plate, or the like is used.
  • the material stainless steel, titanium, or the like can be applied in addition to aluminum.
  • the thickness of the positive electrode current collector 252 is preferably 10 nm to 1 mm. From the viewpoint of achieving both the energy density of the all solid state battery and the mechanical strength of the electrode, about 1 to 100 ⁇ m is desirable.
  • the negative electrode mixture layer 151 contains at least a negative electrode active material capable of inserting and extracting Li.
  • the negative electrode active material include carbon-based materials such as natural graphite, soft carbon, and amorphous carbon, Si metal, Si alloy, lithium titanate, and lithium metal.
  • a conductive material responsible for electronic conductivity in the negative electrode mixture layer 151, a binder for ensuring adhesion between the materials in the negative electrode mixture layer 151, and further in the negative electrode mixture layer 151 A solid electrolyte for ensuring ionic conductivity may be included.
  • the material contained in the negative electrode mixture layer 151 is dissolved in a solvent to form a slurry, which is coated on the negative electrode current collector 152.
  • the coating method is not particularly limited, and for example, a conventional method such as a doctor blade method, a dipping method, or a spray method can be used. Thereafter, the negative electrode mixture layer 151 is formed through a drying process for removing the solvent and a pressing process for ensuring the electron conductivity and ion conductivity in the negative electrode mixture layer 151.
  • the negative electrode current collector 152 has a negative electrode coating part 153 and a negative electrode tab 154.
  • the configurations of the negative electrode coating portion 153 and the negative electrode tab 154 are substantially the same as the configurations of the positive electrode coating portion 253 and the positive electrode tab 254.
  • the negative electrode current collector 152 a copper foil, a copper perforated foil having a hole diameter of 0.1 to 10 mm, an expanded metal, a foamed copper plate, or the like is used. In addition to copper, stainless steel, titanium, nickel, or the like can be applied.
  • the thickness of the negative electrode current collector 152 is preferably 10 nm to 1 mm. From the viewpoint of achieving both the energy density of the all solid state battery and the mechanical strength of the electrode, about 1 to 100 ⁇ m is desirable.
  • the electrolyte layer 300 includes a solid electrolyte.
  • solid electrolytes include organic compounds such as sulfides such as Li 10 Ge 2 PS 12 and Li 2 S—P 2 S 5 , oxides such as Li—La—Zr—O, ionic liquids and room temperature molten salts. Examples thereof include materials that do not exhibit fluidity within the operating temperature range of an all-solid battery, such as a polymer type supported on inorganic particles, a semi-solid electrolyte, and the like.
  • the electrolyte layer 300 is formed by compressing powder, mixing with a binder, applying a slurryed solid electrolyte layer to a release material, or impregnating a carrier.
  • the thickness of the electrolyte layer 300 is several nanometers to several millimeters from the viewpoint of ensuring the energy density of the all-solid-state battery and ensuring electronic insulation.
  • FIG. 8 is a schematic diagram of a battery unit according to an embodiment of the present invention.
  • the battery unit 1000 has a laminate film 500.
  • the laminate film 500 covers the electrode body, and the negative electrode tab 154 and the positive electrode tab 254 are exposed in order to connect the battery units 1000 in series.
  • FIG. 9 is a temperature distribution diagram of the secondary battery module when the ratio of the length of the bottom surface of the heat sink to the length in the X-axis direction of the battery unit according to one embodiment of the present invention is changed.
  • the result of FIG. 9 is that the environmental temperature of the secondary battery module 2000 is 25 ° C., the secondary battery module 2000 is charged with 2C, and the internal resistance of the battery unit 1000 is 10 m ⁇ .
  • 9A the ratio of the length of the battery unit in the X-axis direction to the length of the battery unit in the Z-axis direction is 9.2: 1.
  • the length of the battery unit in the X-axis direction is The ratio of the length of the battery unit in the Z-axis direction is 6.0: 1.
  • the side surface of the heat sink and the bottom surface of the heat sink are provided, and the side surface of the heat sink and the bottom surface of the heat sink are in thermal contact with the battery unit 1000, specifically directly.
  • the heat radiation paths of the plurality of battery units 1000 are formed by the side surface heat radiation plate and the bottom surface heat radiation plate.
  • the length of the bottom surface of the heat radiating plate in the X-axis direction is made smaller than the length of the battery unit 1000.
  • the length of the bottom surface of the heat sink with respect to the length of the battery unit 1000 in the X-axis direction is 70% or more and less than 100%, preferably 70% or more and 90% or less. Temperature variation can be reduced.
  • 9A and 9B the ratio of the length of the battery unit in the X-axis direction and the length of the battery unit in the Z-axis direction such that the shape of the battery unit is rectangular, for example, 6. If it is 2 or more and 9 or less, the temperature dispersion
  • FIG. 10 shows the maximum temperature of the secondary battery module when the ratio of the length of the bottom surface of the heat sink to the length in the X-axis direction of the battery unit according to the embodiment of the present invention is changed.
  • the configuration of the secondary battery module 2000 is the same as the configuration described in FIG.
  • the maximum temperature of the secondary battery module 2000 is reduced by setting the length of the bottom surface of the heat sink with respect to the length of the battery unit 1000 in the X-axis direction to 70% to 90%, preferably 75% to 85%. it can.
  • FIG. 11 and 12 are schematic views of a secondary battery module according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 12 is a view of FIG. 11 as viewed from the Z-axis direction minus.
  • the secondary battery module 2000 has a holding plate 4000.
  • the presser plate 4000 prevents the battery unit 1000 from popping out when the secondary battery module 2000 is secured.
  • FIG. 13 is a schematic view of a pressing plate according to an embodiment of the present invention.
  • the holding plate 4000 includes an electrode tab penetrating portion 4100, a holding plate fixing portion 4200, and a pop-out preventing portion 4300.
  • the electrode tab penetrating portion 4100 is formed between the negative electrode tab 154 and the positive electrode tab 254 in the Y-axis direction, and connects the pressing plate fixing portion 4200 and the pop-out preventing portion 4300.
  • the pressing plate fixing portion 4200 is fixed to the chassis of the vehicle body and fixes the pressing plate 4000.
  • the pop-out prevention unit 4300 is formed in the positive Z-axis direction of the battery unit 1000 and prevents the battery unit 1000 from popping out when the secondary battery module 2000 is secured.
  • a material of the pressing plate 4000 for example, a material having a relatively high thermal conductivity such as aluminum or copper can be used.
  • FIG. 14 is a schematic diagram of a secondary battery module according to an embodiment of the present invention. 11 and 12, when two battery units 1000 and a heat radiating plate are set as one set, the pressing plate 4000 is formed in only one set. However, as shown in FIG. A plate 4000 may be formed.

Abstract

複数の積層型電池ユニットを備え、複数の積層型電池ユニットは矩形であり、積層型電池ユニットの短軸方向において、御複数の積層型電池ユニットの間に側面放熱板を備え、複数の積層型電池ユニットの底部に底面放熱板を備え、側面放熱板および底面放熱板で複数の積層型電池ユニットの放熱路が形成されており、積層型電池ユニットの長軸方向において、御底面放熱板の長さが複数の積層型電池ユニットの長さより小さい二次電池モジュール。

Description

二次電池モジュール
本発明は、二次電池モジュールに関する。
複数の蓄電セルの温度差を小さくすることができ、高い信頼性を有する蓄電デバイスを提供する技術として、特許文献1には、本発明に係る蓄電デバイス100は、正極、負極、および電解液が収容された外装体12を有する蓄電セル10と、外装体12の外表面に形成された放熱板20と、を含み、蓄電セル10と放熱板20とは、交互に積層され、放熱板20は、3つ以上設けられ、複数の放熱板20のうち、最外に配置された放熱板20は、最外に配置された放熱板20の内側に配置された放熱板20よりも、熱伝導率が小さい、旨が開示されている。
特開2012-160543号公報
 特許文献1では、蓄電セル10から放熱板20の端部22への放熱路が形成されておらず、蓄電セル10の長さに対する放熱板20の長さの比と二次電池モジュール内の温度ばらつきとの関係を考慮していないため、二次電池モジュール内の温度ばらつきを低減するのが難しい。本発明は、二次電池モジュール内の温度ばらつきを低減することを目的とする。
 上記課題を解決するための本発明の特徴は、例えば以下の通りである。
 複数の積層型電池ユニットを備え、複数の積層型電池ユニットは矩形であり、積層型電池ユニットの短軸方向において、御複数の積層型電池ユニットの間に側面放熱板を備え、複数の積層型電池ユニットの底部に底面放熱板を備え、側面放熱板および底面放熱板で複数の積層型電池ユニットの放熱路が形成されており、積層型電池ユニットの長軸方向において、御底面放熱板の長さが複数の積層型電池ユニットの長さより小さい二次電池モジュール。
 本発明により、二次電池モジュール内の温度ばらつきを低減できる。上記した以外の課題、構成及び効果は以下の実施形態の説明により明らかにされる。
本発明の一実施形態に係る二次電池モジュールの模式図である。 本発明の一実施形態に係る二次電池モジュールの模式図である。 本発明の一実施形態に係る二次電池モジュールの模式図である。 本発明の一実施形態に係る第一端部放熱板の模式図である。 本発明の一実施形態に係る内部放熱板の模式図である。 本発明の一実施形態に係る第二端部放熱板の模式図である。 本発明の一実施形態に係る電池ユニットの模式図である。 本発明の一実施形態に係る電池ユニットの模式図である。 本発明の一実施形態に係る電池ユニットのY軸方向の長さに対する放熱板底面部の長さの比率を変えた場合の二次電池モジュールの温度分布図である。 本発明の一実施形態に係る電池ユニットのY軸方向の長さに対する放熱板底面部の長さの比率を変えた場合の二次電池モジュールの最高温度である。 本発明の一実施形態に係る二次電池モジュールの模式図である。 本発明の一実施形態に係る二次電池モジュールの模式図である。 本発明の一実施形態に係る押さえ板の模式図である。 本発明の一実施形態に係る二次電池モジュールの模式図である。
 以下、図面等を用いて、本発明の実施形態について説明する。以下の説明は本発明の内容の具体例を示すものであり、本発明がこれらの説明に限定されるものではなく、本明細書に開示される技術的思想の範囲内において当業者による様々な変更および修正が可能である。また、本発明を説明するための全図において、同一の機能を有するものは、同一の符号を付け、その繰り返しの説明は省略する場合がある。
 図1は、本発明の一実施形態に係る二次電池モジュールの模式図である。二次電池モジュール2000は、複数の電池ユニット1000、内部放熱板3000、第一端部放熱板3100、第二端部放熱板3200を有する。以下では、内部放熱板3000、第一端部放熱板3100、第二端部放熱板3200を放熱板と称する場合がある。放熱板としては、例えば、アルミ、銅など、比較的熱伝導率が高い材料を用いることができる。
 二次電池モジュール2000の端部において、二つの電池ユニット1000に対して第二端部放熱板3200が配置されており、二次電池モジュール2000の内部において、二つの電池ユニット1000に対して内部放熱板3000が配置されている。放熱板に対して二つの電池ユニット1000に限られず、一つの電池ユニット1000でも、三つ以上の電池ユニット1000を配置してもよい。
 電池ユニット1000は正極タブ254および負極タブ154を有する。隣接する電池ユニット1000において、一方の電池ユニット1000の正極タブ254と他方の電池ユニット1000の負極タブ154とが接合されることで、隣接する電池ユニット1000は電気的に直列に接続される。正極タブ254および負極タブ154を除いた電池ユニット1000は略矩形である。以下では、図1のように、正極タブ254および負極タブ154が形成されている方向をX軸方向、電池ユニット1000が並設されている方向をY軸方向、XY平面の垂線方向をZ軸方向、とする。図1の場合、X軸方向が電池ユニット1000の長軸方向、Y軸方向が電池ユニット1000の短軸方向(側面方向)、Z軸のマイナス方向が電池ユニット1000の底部となる。
 図2は、本発明の一実施形態に係る二次電池モジュールの模式図であり、図1の二次電池モジュールをZ軸マイナス方向から見た図である。Y軸方向において、第一端部放熱板3100および内部放熱板3000、内部放熱板3000同士、第二端部放熱板3200および内部放熱板3000、の間には、隙間3300が形成されている。電池ユニット1000を固縛体で加圧した時に電池ユニット1000が変形する場合があり、隙間3300により電池ユニット1000が変形した場合の放熱板の接触を防止している。X軸方向における放熱板の長さをX軸方向における電池ユニット1000の長さより小さくしている。これにより、電池ユニット1000の両端部を車体のシャーシから浮かせた場合、電池ユニット1000両端部から車体のシャーシへの放熱を抑制し、電池ユニット1000の均熱化を図れる。
 図3は、本発明の一実施形態に係る二次電池モジュールの模式図であり、図1の二次電池モジュールをX軸プラス方向から見た図である。Z軸方向における放熱板の高さはZ軸方向における電池ユニット1000の高さと略同じにしている。Z軸方向における放熱板の高さをZ軸方向における電池ユニット1000の高さより小さくしても大きくしてもよい。Z軸方向における放熱板の高さをZ軸方向における電池ユニット1000の高さ以上とすることにより、固縛体によって電池ユニット1000を均一に固縛できる。また、電池ユニット1000の発熱を放熱板の底部に伝達できる。
 図4は、本発明の一実施形態に係る第一端部放熱板の模式図である。第一端部放熱板3100は、L字型になっており、第一端部放熱板側面部3110および第一端部放熱板底面部3120を有する。第一端部放熱板側面部3110および第一端部放熱板底面部3120は電池ユニット1000に接している。第一端部放熱板側面部3110および第一端部放熱板底面部3120は電池ユニット1000と熱的に接触していれば良く、第一端部放熱板側面部3110および第一端部放熱板底面部3120と電池ユニット1000との間に別の放熱部材を介在させてもよいし、介在させなくてもよい。
 X軸方向において、第一端部放熱板側面部3110の長さは第一端部放熱板底面部3120の長さより大きくなっている。第一端部放熱板側面部3110は、電池ユニット1000で発生する熱を第一端部放熱板底面部3120に伝える。第一端部放熱板底面部3120は、車体のシャーシなどに固定されており、第一端部放熱板側面部3110から伝わった熱を二次電池モジュール2000の外部に放出する。
 図5は、本発明の一実施形態に係る内部放熱板の模式図である。内部放熱板3000は、L字型になっており、内部放熱板側面部3010および内部放熱板底面部3020を有する。内部放熱板側面部3010および内部放熱板底面部3020は電池ユニット1000に接している。内部放熱板側面部3010および内部放熱板底面部3020は電池ユニット1000と熱的に接触していれば良く、内部放熱板側面部3010および内部放熱板底面部3020と電池ユニット1000との間に別の放熱部材を介在させてもよいし、介在させなくてもよい。
 X軸方向において、内部放熱板側面部3010の長さは内部放熱板底面部3020の長さより大きくなっている。Y軸方向において、内部放熱板底面部3020の長さは第一端部放熱板底面部の長さより大きくなっているが、内部放熱板底面部3020一つに設けられる電池ユニット1000の数やY軸方向における電池ユニット1000の長さによっては、内部放熱板底面部3020の長さを第一端部放熱板底面部の長さより小さくしてもよい。内部放熱板側面部3010は内部放熱板側面部3010に接触している電池ユニット1000で発生する熱を内部放熱板底面部3020に伝える。内部放熱板底面部3020は、車体のシャーシなどに固定されており、内部放熱板側面部3010から伝わった熱を二次電池モジュール2000の外部に放出する。
 図6は、本発明の一実施形態に係る第二端部放熱板の模式図である。第二端部放熱板3200は、T字型になっており、第二端部放熱板側面部3210および第二端部放熱板底面部3220を有する。第二端部放熱板側面部3210および第二端部放熱板底面部3220は電池ユニット1000に接している。第二端部放熱板側面部3210および第二端部放熱板底面部3220は電池ユニット1000と熱的に接触していれば良く、第二端部放熱板側面部3210および第二端部放熱板底面部3220と電池ユニット1000との間に別の放熱部材を介在させてもよいし、介在させなくてもよい。
 X軸方向において、第二端部放熱板側面部3210の長さは第二端部放熱板底面部3220の長さより大きくなっている。第二端部放熱板側面部3210は第二端部放熱板側面部3210に接触している電池ユニット1000で発生する熱を第二端部放熱板底面部3220に伝える。第二端部放熱板底面部3220は、車体のシャーシなどに固定されており、第二端部放熱板側面部3210から伝わった熱を二次電池モジュール2000の外部に放出する。
 以下では、第一端部放熱板側面部3110、内部放熱板側面部3010、第二端部放熱板側面部3210を放熱板側面部、第一端部放熱板底面部3120、内部放熱板底面部3020、第二端部放熱板底面部3220を放熱板底面部と称する場合がある。
 図7は、本発明の一実施形態に係る電池ユニットの模式図である。電池ユニット1000は、正極250、電解質層300、負極150を有する。電池ユニット1000は、積層型電池ユニットである。以下では、正極250または負極150を電極と称する場合がある。
 正極250は、二つの正極合材層251、正極集電体252を有する。正極250において、正極集電体252の両面に正極合材層251が形成されている。負極150は、負極合材層151、負極集電体152を有する。負極150において、負極集電体152の両面に負極合材層151が形成されている。
 正極250、電解質層300、負極150が積層されて電極体が構成される。複数の電極体が積層され、電極体中の正極集電体252同士および負極集電体152が接続されることで、電池ユニット1000は電気的に並列接続される構成を有する。複数の電極体が積層されて電池ユニット1000が構成される。
 <正極合材層251>
 正極合材層251には、少なくともLiの吸蔵・放出が可能な正極活物質が含まれている。正極活物質としては、LiCo系複合酸化物、LiNi系複合酸化物、LiMn系複合酸化物、Li-Co-Ni-Mn系複合酸化物、LiFeP系複合酸化物などが上げられる。正極合材層251中に、正極合材層251内の電子伝導性を担う導電材や、正極合材層251内の材料間の密着性を確保するバインダ、さらには正極合材層251内のイオン伝導性を確保するための固体電解質を含めてもよい。
 正極合材層251を作製する方法として、正極合材層251に含まれる材料を溶媒に溶かしてスラリー化し、それを正極集電体252上に塗工する。塗工方法に特段の限定はなく、例えば、ドクターブレード法、ディッピング法、スプレー法などの従前の方法を利用できる。その後、溶媒を除去するための乾燥、正極合材層251内の電子伝導性、イオン伝導性を確保するためのプレス工程を経て、正極合材層251が形成する。
 <正極集電体252>
 正極集電体252は、正極塗工部253および正極タブ254を有する。正極塗工部253上に正極合材層251が形成されている。正極タブ254には正極合材層251が形成されていない。正極タブ254は、発電した電気を外部に取り出すために配置されており、正極250の一辺から突出している。
 電池ユニット1000中のそれぞれの正極タブ254は、電池ユニット1000を積層方向から見たとき重畳している。電池ユニット1000中の複数の正極タブ254同士は、例えば超音波接合で接合される。
 正極集電体252には、アルミニウム箔や孔径0.1~10mmのアルミニウム製穿孔箔、エキスパンドメタル、発泡アルミニウム板などが用いられる。材質は、アルミニウムの他に、ステンレス、チタンなども適用できる。正極集電体252の厚さは、好ましくは10nm~1mmである。全固体電池のエネルギー密度と電極の機械強度両立の観点から1~100μm程度が望ましい。
 <負極合材層151>
 負極合材層151には、少なくともLiの吸蔵・放出が可能な負極活物質が含まれている。負極活物質としては、天然黒鉛、ソフトカーボン、非晶質炭素などの炭素系材料、Si金属やSi合金、チタン酸リチウム、リチウム金属などが上げられる。負極合材層151中に、負極合材層151内の電子伝導性を担う導電材や、負極合材層151内の材料間の密着性を確保するバインダ、さらには負極合材層151内のイオン伝導性を確保するための固体電解質を含めてもよい。
 負極合材層151を作製する方法として、負極合材層151に含まれる材料を溶媒に溶かしてスラリー化し、それを負極集電体152上に塗工する。塗工方法に特段の限定はなく、例えば、ドクターブレード法、ディッピング法、スプレー法などの従前の方法を利用できる。その後、溶媒を除去するための乾燥、負極合材層151内の電子伝導性、イオン伝導性を確保するためのプレス工程を経て、負極合材層151が形成する。
 <負極集電体152>
 負極集電体152は、負極塗工部153および負極タブ154を有する。負極塗工部153および負極タブ154の構成は、概ね正極塗工部253および正極タブ254の構成と同様である。
 負極集電体152には、銅箔や孔径0.1~10mmの銅製穿孔箔、エキスパンドメタル、発泡銅板などが用いられ、材質は、銅の他に、ステンレス、チタン、ニッケルなども適用できる。負極集電体152の厚さは、好ましくは10nm~1mmである。全固体電池のエネルギー密度と電極の機械強度両立の観点から1~100μm程度が望ましい。
 <電解質層300>
 電解質層300には固体電解質が含まれる。固体電解質として、Li10GePS12、LiS-Pなどの硫化物系、Li-La-Zr-Oなどの酸化物系、イオン液体や常温溶融塩などを有機高分子や無機粒子などに担持させたポリマー型、半固体電解質等、全固体電池の動作温度範囲内で流動性を示さない材料が挙げられる。電解質層300は、粉体の圧縮、結着材との混合、スラリー化した固体電解質層の離型材への塗布や担持体への含浸などにより形成する。電解質層300の厚さは全固体電池のエネルギー密度、電子絶縁性の確保等の観点から数nm~数mmのサイズとなる。
 図8は、本発明の一実施形態に係る電池ユニットの模式図である。電池ユニット1000は、ラミネートフィルム500を有する。ラミネートフィルム500は、電極体を覆っており、電池ユニット1000を直列に接続するために、負極タブ154および正極タブ254を露出させている。
 図9は、本発明の一実施形態に係る電池ユニットのX軸方向の長さに対する放熱板底面部の長さの比率を変えた場合の二次電池モジュールの温度分布図である。図9の結果は、二次電池モジュール2000の環境温度25℃、二次電池モジュール2000を2Cで充電、電池ユニット1000の内部抵抗を10mΩ、としている。図9(a)では、電池ユニットのX軸方向の長さと電池ユニットのZ軸方向の長さとの比を9.2:1、図9(b)では、電池ユニットのX軸方向の長さと電池ユニットのZ軸方向の長さとの比を6.0:1、としている。
 本実施例では、放熱板側面部および放熱板底面部を設け、放熱板側面部および放熱板底面部を電池ユニット1000に熱的に、具体的には直接的に接している。換言すれば、側面放熱板および底面放熱板で複数の電池ユニット1000の放熱路が形成されている。また、X軸方向における放熱板底面部の長さを電池ユニット1000の長さより小さくしている。これにより、二次電池モジュール2000全体、二次電池モジュール2000中の両端の電池ユニット1000、二次電池モジュール2000中の中央の電池ユニット1000、いずれにおいても、温度ばらつきを低減できる。
 具体的には、X軸方向における電池ユニット1000の長さに対する放熱板底面部の長さを70%以上100%未満、好ましくは70%以上90%以下、とすることにより、二次電池モジュール2000の温度ばらつきを低減できる。図9(a)、図9(b)によれば、電池ユニットの形状が矩形となるような電池ユニットのX軸方向の長さと電池ユニットのZ軸方向の長さとの比、例えば、6.2以上9以下であれば、X軸方向における電池ユニット1000の長さに対する放熱板底面部の長さを上記の範囲とすることで、二次電池モジュール2000の温度ばらつきを低減できる。
 図10は、本発明の一実施形態に係る電池ユニットのX軸方向の長さに対する放熱板底面部の長さの比率を変えた場合の二次電池モジュールの最高温度である。二次電池モジュール2000の構成は、図9で説明した構成と同じである。X軸方向における電池ユニット1000の長さに対する放熱板底面部の長さを70%以上90%以下、好ましくは75%以上85%以下、とすることにより、二次電池モジュール2000の最高温度を低減できる。
 図11、図12は、本発明の一実施形態に係る二次電池モジュールの模式図である。図12は、図11をZ軸方向マイナスから見た図である。本実施例において、二次電池モジュール2000は押さえ板4000を有する。押さえ板4000によって、二次電池モジュール2000を固縛する際の電池ユニット1000の飛び出しを防止している。
 図13は、本発明の一実施形態に係る押さえ板の模式図である。押さえ板4000は、電極タブ貫通部4100、押さえ板固定部4200、飛び出し防止部4300を有する。電極タブ貫通部4100は、Y軸方向において負極タブ154および正極タブ254の間に形成されており、押さえ板固定部4200と飛び出し防止部4300とを接続している。押さえ板固定部4200は、車体のシャーシなどに固定され、押さえ板4000を固定するものである。飛び出し防止部4300は、電池ユニット1000のZ軸プラス方向に形成されており、二次電池モジュール2000を固縛する際の電池ユニット1000の飛び出しを防止している。押さえ板4000の材料として、例えば、アルミ、銅など、比較的熱伝導率が高い材料を用いることができる。
 図14は、本発明の一実施形態に係る二次電池モジュールの模式図である。図11、図12では、二つの電池ユニット1000と放熱板とを1セットとした場合、1セットのみに押さえ板4000が形成されているが、図14のように、全てのセットに対して押さえ板4000を形成してもよい。
150 負極
151 負極合材層
152 負極集電体
153 負極塗工部
154 負極タブ
250 正極
251 正極合材層
252 正極集電体
253 正極塗工部
254 正極タブ
300 電解質層
500 ラミネートフィルム
1000 電池ユニット
2000 二次電池モジュール
3000 内部放熱板
3010 内部放熱板側面部
3020 内部放熱板底面部
3100 第一端部放熱板
3110 第一端部放熱板側面部
3120 第一端部放熱板底面部
3200 第二端部放熱板
3210 第二端部放熱板側面部
3220 第二端部放熱板底面部
3300 隙間
4000 押さえ板
4100 電極タブ貫通部
4200 押さえ板固定部
4300 飛び出し防止部

Claims (5)

  1.  複数の積層型電池ユニットを備え、
     前記複数の積層型電池ユニットは矩形であり、
     前記積層型電池ユニットの短軸方向において、前記複数の積層型電池ユニットの間に側面放熱板を備え、
     前記複数の積層型電池ユニットの底部に底面放熱板を備え、
     前記側面放熱板および前記底面放熱板は前記積層型電池ユニットに接しており、
     前記積層型電池ユニットの長軸方向において、御前記底面放熱板の長さが前記複数の積層型電池ユニットの長さより小さい二次電池モジュール。
  2.  請求項1の二次電池モジュールにおいて、
     前記積層型電池ユニットの短軸方向において、前記底面放熱板の間に隙間が形成されている二次電池モジュール。
  3.  請求項1の二次電池モジュールにおいて、
     前記底面放熱板の長さは前記複数の積層型電池ユニットの長さの70%以上100%未満である二次電池モジュール。
  4.  請求項3の二次電池モジュールにおいて、
     前記底面放熱板の長さは前記複数の積層型電池ユニットの長さの75%以上80%以下である二次電池モジュール。
  5.  請求項1の二次電池モジュールにおいて、
     前記複数の積層型電池ユニットの上部に押さえ板を備える二次電池モジュール。
PCT/JP2017/034021 2016-10-18 2017-09-21 二次電池モジュール WO2018074133A1 (ja)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2016-204009 2016-10-18
JP2016204009A JP2020021532A (ja) 2016-10-18 2016-10-18 二次電池モジュール

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2018074133A1 true WO2018074133A1 (ja) 2018-04-26

Family

ID=62018681

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/JP2017/034021 WO2018074133A1 (ja) 2016-10-18 2017-09-21 二次電池モジュール

Country Status (2)

Country Link
JP (1) JP2020021532A (ja)
WO (1) WO2018074133A1 (ja)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2023187878A1 (ja) * 2022-03-28 2023-10-05 京セラ株式会社 蓄電モジュール

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2008047371A (ja) * 2006-08-11 2008-02-28 Toshiba Corp 組電池および組電池の充放電方法
JP2012160542A (ja) * 2011-01-31 2012-08-23 Jm Energy Corp 蓄電デバイス
WO2012141191A1 (ja) * 2011-04-12 2012-10-18 Jsr株式会社 蓄電デバイス
JP2013125617A (ja) * 2011-12-13 2013-06-24 Sanyo Electric Co Ltd 電源装置及びこれを備える車両並びに蓄電装置
WO2015151866A1 (ja) * 2014-03-31 2015-10-08 日本電気株式会社 蓄電池装置

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2008047371A (ja) * 2006-08-11 2008-02-28 Toshiba Corp 組電池および組電池の充放電方法
JP2012160542A (ja) * 2011-01-31 2012-08-23 Jm Energy Corp 蓄電デバイス
WO2012141191A1 (ja) * 2011-04-12 2012-10-18 Jsr株式会社 蓄電デバイス
JP2013125617A (ja) * 2011-12-13 2013-06-24 Sanyo Electric Co Ltd 電源装置及びこれを備える車両並びに蓄電装置
WO2015151866A1 (ja) * 2014-03-31 2015-10-08 日本電気株式会社 蓄電池装置

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2023187878A1 (ja) * 2022-03-28 2023-10-05 京セラ株式会社 蓄電モジュール

Also Published As

Publication number Publication date
JP2020021532A (ja) 2020-02-06

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP5494338B2 (ja) 電極体の製造方法及び電極体
JP5131283B2 (ja) 固体電池の製造方法及び固体電池
JP6745890B2 (ja) 全固体電池
CN111463437B (zh) 全固体电池
JP2019508881A (ja) 放熱材、この製造方法及びこれを含むバッテリーモジュール
US20120214059A1 (en) Collection structure in batteries
US11637326B2 (en) Laminate
JP7046185B2 (ja) 固体電池用正極、固体電池用正極の製造方法、および固体電池
JP4553100B2 (ja) 扁平型二次電池および組電池
CN110098429A (zh) 一种电池、用电装置及电芯安装方法
WO2018079165A1 (ja) 積層型二次電池及びその製造方法
WO2018074133A1 (ja) 二次電池モジュール
JP7182159B2 (ja) 全固体電池
JP5909371B2 (ja) リチウムイオン二次電池
JP2018018729A (ja) 積層型二次電池パック
JP2015041538A (ja) 全固体電池及びその製造方法
JP2018073518A (ja) 二次電池モジュール
JP2018060699A (ja) 積層型二次電池の製造方法
JP2017195076A (ja) バイポーラ型電池
WO2019181097A1 (ja) 固体電池
CN111554927A (zh) 层叠体
CN112514106A (zh) 固体电池用正极、固体电池用正极的制造方法、及固体电池
US20220037713A1 (en) Battery
WO2022080404A1 (ja) 固体電池
WO2018042942A1 (ja) 積層型電池用電極及び積層型電池

Legal Events

Date Code Title Description
121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application

Ref document number: 17861564

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1

NENP Non-entry into the national phase

Ref country code: DE

122 Ep: pct application non-entry in european phase

Ref document number: 17861564

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1

NENP Non-entry into the national phase

Ref country code: JP