WO2019167612A1 - 電池モジュール - Google Patents

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batteries
spacer
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武田　勝利
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パナソニックＩｐマネジメント株式会社
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    • Y02E60/10—Energy storage using batteries

Definitions

  • This disclosure relates to a battery module.
  • Patent Document 1 a battery module in which a plurality of electrically connected batteries and a plurality of spacers are alternately arranged in a predetermined direction.
  • the spacer disclosed in Patent Document 1 is a cooling medium that absorbs heat generated from adjacent unit cells, and includes a medium made of a phase change material that can change phase from a solid to a liquid by the endotherm. The medium is held by the spacer when solid, and is arranged so as to flow out of the spacer when the phase changes from solid to liquid.
  • Patent Document 1 describes that when a thermal abnormality occurs in some unit cells, chain heat generation between adjacent unit cells can be suppressed.
  • a battery module includes a plurality of batteries and a spacer disposed between adjacent batteries among the plurality of batteries, and the spacer includes an electromagnetic wave having a wavelength of 0.7 ⁇ m to 3 ⁇ m. It has a reflective layer which reflects 60% or more.
  • a battery module capable of preventing chain heat generation by suppressing a temperature rise of other batteries when some of the batteries abnormally generate heat.
  • FIG. 1 It is a perspective view of the battery module which is an example of embodiment. It is a figure which shows a part of AA line cross section in FIG. It is sectional drawing which shows the battery module which is another example of embodiment. It is sectional drawing which shows the battery module which is another example of embodiment.
  • each battery may not be electrically connected, and only some of the plurality of batteries are electrically connected to each other. May be connected to each other. That is, a plurality of batteries constituting one battery stack may be connected to a power source and a load so as to be chargeable / dischargeable individually or for each predetermined block.
  • a stacked electrode body in which a plurality of positive electrodes and a plurality of negative electrodes are alternately stacked via separators is illustrated, but the electrode body is a long positive electrode via separators. And a wound type formed by winding a long negative electrode.
  • FIG. 1 is a perspective view of a battery module 10 which is an example of an embodiment.
  • FIG. 2 is a diagram showing a part of a cross section taken along line AA in FIG.
  • the battery module 10 includes a plurality of batteries 12 and a spacer 30 arranged between adjacent batteries 12 among the plurality of batteries 12.
  • the spacer 30 has a reflective layer that reflects 60% or more of electromagnetic waves having a wavelength of 0.7 ⁇ m to 3 ⁇ m.
  • the battery module 10 includes a battery stack 11 in which a plurality of batteries 12 and a plurality of spacers 30 are alternately arranged in a predetermined direction. Note that the battery module according to the present disclosure may be configured by two batteries and one spacer disposed between them.
  • the battery module 10 includes a pair of end plates 21 that press the battery stack 11 from both sides in a predetermined direction in which the battery 12 and the spacer 30 are arranged.
  • the plurality of batteries 12 and the plurality of spacers 30 constituting the battery stack 11 are arranged in the horizontal direction.
  • a predetermined direction in which the battery 12 and the spacer 30 are arranged is “first direction or thickness direction”
  • a horizontal direction orthogonal to the first direction is “second direction or lateral direction”
  • a direction orthogonal to the second direction is referred to as “vertical direction”.
  • the battery module 10 is an assembled battery configured by electrically connecting a plurality of batteries 12 and is also called a battery pack.
  • all the batteries 12 constituting the battery stack 11 are electrically connected to each other.
  • the battery 12 include a nonaqueous electrolyte secondary battery such as a lithium ion battery.
  • the battery stack 11 is configured by the batteries 12 that are seven rectangular batteries, but the shape, number, and the like of the batteries 12 are not particularly limited.
  • the battery module 10 includes a bind bar 22 connected to each end plate 21 so that a predetermined clamping pressure acts on the battery stack 11 by a pair of end plates 21.
  • Each end plate 21 is a plate-like body that is slightly longer in the second direction (lateral direction) than the battery 12, and sandwiches the battery stack 11 from both sides in the first direction.
  • the bind bars 22 are, for example, rod-shaped members provided along the first direction, and are provided on both sides of the battery stack 11 in the second direction.
  • two bind bars 22 are attached across the pair of end plates 21. That is, the pair of end plates 21 are connected by the two bind bars 22. Specifically, one end of the bind bar 22 is fastened to one end plate 21, and the other end of the bind bar 22 is fastened to the other end plate 21. It is comprised so that a pressure may act. The fastening pressure can be changed by adjusting the fastening force of the bind bar 22 to the end plate 21.
  • Each battery 12 constituting the battery stack 11 includes a battery case including an outer can 13 and a sealing plate 14 that closes an opening of the outer can 13.
  • the battery stack 11 is configured by alternately arranging the batteries 12 and the spacers 30 so that the sealing plates 14 of the batteries 12 face the same direction and the heights of the sealing plates 14 are aligned.
  • the outer can 13 accommodates an electrode body 15 that is a power generation element and an electrolytic solution.
  • An insulating sheet may be attached to the surface of the outer can 13, and an insulating sheet may be disposed between the outer can 13 and the electrode body 15.
  • the volume energy density of the battery 12 is, for example, 500 Wh / L or more.
  • the amount of heat generated when an abnormality occurs is large.
  • the battery module 10 including the spacer 30 the battery 12 having a large amount of heat generated is used. Even if it is, chain heat generation can be highly suppressed.
  • the battery case illustrated in FIG. 1 is a rectangular metal case including a bottomed cylindrical outer can 13 and a sealing plate 14 having a substantially rectangular shape in plan view that is long in the lateral direction.
  • the outer can 13 has two side walls 13A arranged to face each other, two side walls 13B arranged to face each other, and a bottom portion having a substantially rectangular shape as viewed from the bottom in the horizontal direction.
  • the four side wall portions are formed substantially perpendicular to the bottom surface portion, for example.
  • the upper surface portion of the battery case is formed by the sealing plate 14.
  • the side wall 13A has a substantially rectangular shape that is larger than the side wall 13B and longer in the horizontal direction than the vertical direction, and the side wall 13B has a substantially rectangular shape that is longer in the vertical direction than in the thickness direction.
  • the battery 12 has a positive electrode terminal 16 and a negative electrode terminal 17.
  • the positive terminal 16 is provided on one end side in the lateral direction of the sealing plate 14, and the negative terminal 17 is provided on the other lateral end side in the sealing plate 14.
  • the battery stack 11 includes a plurality of bus bars 20 that connect electrode terminals of adjacent batteries 12.
  • the batteries 12 are arranged so that the positions of the positive electrode terminal 16 and the negative electrode terminal 17 are opposite to each other in the adjacent batteries 12, and the adjacent batteries 12 are connected in series by the bus bar 20. That is, the bus bar 20 connects the positive electrode terminal 16 of one adjacent battery 12 and the negative electrode terminal 17 of the other battery 12.
  • the electrode body 15 is a stacked electrode body in which a plurality of positive electrodes and a plurality of negative electrodes are alternately stacked in the first direction via separators.
  • a plurality of separators may be used for the electrode body 15, and one separator that is folded in a zigzag manner may be used.
  • the laminated structure of the electrode body 15 is maintained, for example, when the battery 12 is pressed from both sides in the thickness direction.
  • the positive electrode and the negative electrode are disposed substantially in parallel with the side walls 13 ⁇ / b> A of the outer can 13, and the side walls 13 ⁇ / b> A are disposed substantially in parallel with the end plates 21. For this reason, the tightening pressure that acts on the battery stack 11 by the pair of end plates 21, that is, the restraining force of each battery 12, acts on the side wall 13A.
  • the battery module 10 may include a cooling plate 23 for cooling each battery 12.
  • the cooling plate 23 has a function of making the temperature of each battery 12 uniform, and when some of the batteries 12 abnormally generate heat, the battery 12 is cooled to contribute to suppression of chain heat generation.
  • the cooling method of the cooling plate 23 may be either a water cooling type in which cooling water is circulated in the plate or an electronic cooling type.
  • the cooling plate 23 is arrange
  • a sheet-like cushioning material 24 with high thermal conductivity may be provided between the battery stack 11 and the cooling plate 23, and the battery stack 11 is disposed on the cooling plate 23 via the cushioning material 24.
  • the spacer 30 is interposed between two adjacent batteries 12 and is in contact with the side wall 13 ⁇ / b> A of each battery 12.
  • spacers 30 are also arranged between the battery 12 and each end plate 21.
  • the battery stack 11 has eight spacers 30 that are one more than the number of batteries 12. The clamping pressure by the end plate 21 is transmitted to the side wall 13A of each battery 12 through each spacer 30, for example, and acts on the electrode body 15 through the side wall 13A.
  • the spacer 30 When some of the batteries 12 are abnormally heated, the spacer 30 is disposed next to another normal battery 12, particularly a battery 12 (hereinafter sometimes referred to as “trigger battery”) that has abnormally heated.
  • a battery 12 hereinafter sometimes referred to as “trigger battery”
  • the spacer 30 suppresses, for example, the temperature of the adjacent battery below the self-heating start temperature.
  • the spacer 30 forms a predetermined gap between the adjacent batteries 12, and keeps the distance between the terminals of each battery 12 constant.
  • the spacer 30 may follow the volume change of the battery 12 accompanying charge / discharge and allow the volume change.
  • the spacer 30 includes a sheet-like or plate-like heat insulating material 31 that functions as a heat insulating layer having a thermal resistance of 3 K / W or more, and a reflective layer 32 provided on both surfaces of the heat insulating material 31.
  • a plate shape is intended to be thicker than a sheet shape, but it is not necessary to distinguish between them.
  • the size of the contact surface of the spacer 30 that contacts the battery 12 is preferably equal to or smaller than the area of the side wall 13A.
  • the contact surface of the spacer 30 has substantially the same area as the side wall 13A, and is formed in a larger area than the positive electrode and the negative electrode.
  • the spacer 30 is disposed in a state where the peripheral edge of the contact surface substantially coincides with the peripheral edge of the side wall 13 ⁇ / b> A so as not to project outward from between the two batteries 12.
  • the heat insulating material 31 is made of a material having low thermal conductivity.
  • the thermal conductivity of the constituent material of the heat insulating material 31 is preferably 0.05 W / m ⁇ K or less.
  • the heat insulating material 31 may be comprised with the material with a low elastic modulus which can be elastically deformed.
  • the heat insulating material 31 is composed of, for example, a resin sheet having a thermal conductivity of 0.05 W / m ⁇ K or less, an inorganic sheet, a fiber sheet, and the like.
  • the thickness of the heat insulating material 31 is not particularly limited as long as a thermal resistance of 3 K / W or more can be realized, but is preferably 0.1 mm to 3 mm.
  • the thermal resistance of the heat insulating material 31 is calculated by the following calculation formula.
  • the heat insulating material 31 include a heat insulating sheet in which silica aerogel is impregnated into fibers, such as a glass wool heat insulating sheet and NASBIS (registered trademark).
  • the heat insulating material 31 may be a rubber sheet such as silicone rubber, fluorine rubber, or ethylene-propylene rubber, or a foam sheet such as polyurethane, polyolefin, polystyrene, polyimide, phenol resin, or silicone resin.
  • the heat insulating material 31 may be configured by stacking a plurality of heat insulating sheets.
  • the heat insulating material 31 may have a structure in which NASBIS and silicone rubber are stacked.
  • the reflective layer 32 may be provided on one side of the heat insulating sheet constituting the heat insulating material 31, but is preferably provided on both sides of the heat insulating sheet.
  • the reflective layer 32 may be provided on a part of the surface of the heat insulating material 31, but is preferably provided on substantially the entire surface of the heat insulating material 31.
  • it is preferable that the reflective layer 32 is formed in a larger area than the positive electrode and the negative electrode, and overlaps the whole of the positive electrode and the negative electrode in the thickness direction of the battery module 10.
  • the reflection layer 32 is made of a metal, an inorganic material, a resin, or the like that can reflect 60% or more of electromagnetic waves having a wavelength of 0.7 ⁇ m to 3 ⁇ m.
  • the reflective layer 32 may be provided by sticking a sheet-like or plate-like reflective material to the surface of the heat insulating material 31, or may be formed by vapor deposition, sputtering, or the like. Further, a coating film containing a material that reflects 60% or more of electromagnetic waves having a wavelength of 0.7 ⁇ m to 3 ⁇ m may be formed on the surface of the heat insulating material 31 to form the reflective layer 32.
  • the reflective layer 32 is preferably a metal layer. Suitable metals for the reflective layer 32 include stainless steel, nickel, rhodium, silver, copper, gold, and the like.
  • the reflective layer 32 may be configured by stacking a plurality of materials.
  • the reflective layer 32 may have a structure in which a plurality of metal layers are stacked.
  • the spacer 30 has a layer structure of the reflective layer 32 / the heat insulating material 31 / the reflective layer 32 in which the heat insulating material 31 is sandwiched between the two reflective layers 32.
  • the reflective layer 32 is in contact with the side wall 13 ⁇ / b> A of the battery 12.
  • FIG. 3 is a diagram showing a battery module 10X including a spacer 40 which is another example of the embodiment.
  • the spacer 40 illustrated in FIG. 3 is common to the spacer 30 in that it includes the heat insulating material 31 and the reflective layer 32, but is different from the spacer 30 in that it includes an endothermic layer 41 having an endothermic amount of 300 kJ / kg or more.
  • the endothermic layer 41 has a function of absorbing the heat of the trigger battery and suppressing the temperature rise of the adjacent battery. Considering the self-heating start temperature, the endothermic amount of the endothermic layer 41 is preferably 1000 kJ / kg or more, and more preferably 1500 kJ / kg or more.
  • the endothermic amount of the endothermic layer 41 can be measured by a thermogravimetric / differential scanning calorific value simultaneous measurement device.
  • the endothermic layer 41 may be provided on one side of the heat insulating sheet constituting the heat insulating material 31, but is preferably provided on both sides of the heat insulating sheet.
  • the spacer 40 has a layer structure of reflection layer 32 / heat absorption layer 41 / heat insulation material 31 / heat absorption layer 41 / reflection layer 32 in which a heat absorption layer 41 is interposed between the heat insulation material 31 and the reflection layer 32.
  • the spacer may have a layer structure of endothermic layer 41 / reflective layer 32 / heat insulating material 31 / endothermic layer 41 / reflective layer 32 in which a reflective layer 32 is interposed between the heat insulating material 31 and the endothermic layer 41. Good.
  • the endothermic layer 41 is a layer containing a hydrate such as MgSO 4 ⁇ 7H 2 O, La 2 (SO 4 ) 3 ⁇ XH 2 O, Al 2 (SO 4 ) 3 ⁇ 16H 2 O, and the like.
  • the heat of the trigger battery is absorbed using a dehydration reaction in which adsorbed water is desorbed from the Japanese product.
  • the endothermic layer 41 may be a layer containing erythritol or the like. In this case, the heat of the trigger battery is absorbed by using latent heat when erythritol undergoes a phase change from solid to liquid.
  • the reaction temperature of the endothermic material contained in the endothermic layer 41 is preferably 150 ° C. to 200 ° C.
  • the endothermic layer 41 includes, for example, an endothermic material and a binder (resin binder) that binds the endothermic materials to form a layer.
  • FIG. 4 is a diagram illustrating a battery module 10Y including a spacer 50, which is another example of the embodiment.
  • the spacer 50 illustrated in FIG. 4 includes a sheet-shaped or plate-shaped reflective material 51 that functions as a reflective layer.
  • the reflective material 51 is preferably formed in a larger area than the positive electrode and the negative electrode, and overlaps the entire positive electrode and the negative electrode in the thickness direction of the battery module 10Y.
  • the reflective material 51 is made of the same material as the reflective layer 32.
  • the thickness of the reflector 51 is not particularly limited as long as it can reflect 60% or more of the electromagnetic wave in the above wavelength range, but is preferably 0.1 mm to 1 mm.
  • the spacer 50 has a heat insulating material 52 provided on both surfaces of the reflective material 51.
  • the heat insulating material 52 is made of the same material as the heat insulating material 31, for example, and has a thickness of about 0.1 mm to 3 mm.
  • the heat insulating material 52 preferably has a thermal resistance of 3 K / W or more.
  • the heat insulating material 52 may be provided on a part of the surface of the reflective material 51, or may be provided over substantially the entire surface of the reflective material 51. In the example shown in FIG. 4, the heat insulating material 52 is provided only on the upper end portion and the lower end portion of the surface of the reflective material 51. The heat insulating material 52 may be adhered to the surface of the reflective material 51 or may be applied.
  • an air layer 53 exists between the reflecting material 51 and the battery 12.
  • an air layer 53 corresponding to the thickness of the heat insulating material 52 is formed by providing the heat insulating material 52 on a part of the surface of the reflective material 51. Since the air layer 53 functions as a heat insulating layer, it blocks the heat of the trigger battery and contributes to the suppression of the temperature rise of the adjacent battery. In addition, you may form the air layer 53 between two reflection materials 51 between them.
  • An air layer 53 / reflecting material 51 / air layer 53 / reflecting material 51 / air layer 53 may be provided between two adjacent batteries 12.
  • the battery modules 10, 10 ⁇ / b> X, and 10 ⁇ / b> Y having the above-described configuration when some of the batteries 12 abnormally generate heat, it is possible to suppress the temperature increase of other batteries 12 and prevent chain heat generation. .
  • a nail with a diameter of 3 mm was pierced into one battery (rated capacity 50 Ah, volume energy density 500 Wh / L) to forcibly short-circuit (produce a trigger battery), and the temperature change of the adjacent battery was measured.
  • a battery module provided with a spacer made of only a heat insulating material having no reflective layer was used as a comparative example to check how much the temperature rise of the adjacent battery was suppressed, the following results were obtained.
  • Example 1 A spacer having a reflective layer (reflectance of electromagnetic wave having a wavelength of 2 ⁇ m: 70%) made of stainless steel (SUS) having a thickness of 0.1 mm was used on both surfaces of the heat insulating material used in the comparative example. As a result, the temperature rise of the adjacent battery was suppressed by about 15 ° C. compared to the comparative example.
  • a reflective layer reflectance of electromagnetic wave having a wavelength of 2 ⁇ m: 70%
  • SUS stainless steel
  • Example 2 A reflective layer composed of SUS having a thickness of 0.1 mm and a reflective layer composed of silver (Ag) having a thickness of 0.1 mm on both surfaces of the heat insulating material used in the comparative example (reflectance of electromagnetic wave having a wavelength of 0.7 ⁇ m) : 98.5%) was used.
  • the spacer has a layer structure of Ag / SUS / heat insulating material / SUS / Ag. As a result, the temperature rise of the adjacent battery was suppressed by about 20 ° C. compared to the comparative example.
  • the battery 12 that is a rectangular battery is illustrated as the battery constituting the battery module.
  • the battery is a cylindrical battery including a cylindrical metal battery case, and a metal layer and a resin layer are laminated.
  • a laminated battery including a battery case made of a laminated sheet may be used.
  • the battery module including the cylindrical battery may include a battery holder that accommodates each battery.
  • the above-mentioned reflective layer may be provided on the wall surface of the battery holder provided between adjacent cylindrical batteries.
  • at least one of the above-described heat insulating layer and the above-described heat absorbing layer may be provided on the wall surface of the battery holder facing the side surface of the cylindrical battery.
  • the battery holder may function as a heat insulating layer.

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Abstract

電池モジュールは、複数の電池と、複数の電池のうち、隣り合う電池同士の間に配置されるスペーサとを備える。スペーサは、波長０．７μｍ～３μｍの電磁波を６０％以上反射する反射層を有する。

Description

電池モジュール
　本開示は、電池モジュールに関する。
　従来、電気的に接続された複数の電池、及び複数のスペーサが所定方向に交互に配列された電池モジュールが知られている（例えば、特許文献１参照）。特許文献１に開示されたスペーサは、隣接する単電池より生じた熱を吸熱する冷却用媒体であって吸熱により固体から液体に相変化し得る相変化物質からなる媒体を有する。当該媒体は、固体時にスペーサに保持されると共に、固体から液体に相変化したときにスペーサから外部へ流れ出すように配置されている。特許文献１には、一部の単電池に熱異常が発生した際に、隣接する単電池間の連鎖発熱を抑制できる、と記載されている。
特開２０１０－１９２３３３号公報
　複数の電池を備えた電池モジュールにおいて、一部の電池が異常発熱した場合に、他の電池の温度上昇を抑制して連鎖発熱を防止することは重要な課題である。近年、電池の高容量化、高エネルギー密度化に伴い、異常発生時の発熱量が増加しているため、特許文献１の技術を含む従来の技術では、かかる電池の連鎖発熱を十分に防止できないことが想定される。
　本開示の一態様である電池モジュールは、複数の電池と、前記複数の電池のうち、隣り合う電池同士の間に配置されるスペーサとを備え、前記スペーサは、波長０．７μｍ～３μｍの電磁波を６０％以上反射する反射層を有することを特徴とする。
　本開示の一態様によれば、一部の電池が異常発熱した場合に、他の電池の温度上昇を抑制して連鎖発熱を防止することが可能な電池モジュールを提供できる。
実施形態の一例である電池モジュールの斜視図である。 図１中のＡＡ線断面の一部を示す図である。 実施形態の他の一例である電池モジュールを示す断面図である。 実施形態の他の一例である電池モジュールを示す断面図である。
　以下、図面を参照しながら、実施形態の一例について詳細に説明する。但し、本開示の電池モジュールは以下で説明する実施形態に限定されない。実施形態の説明で参照する図面は模式的に記載されたものであり、図面に描画された構成要素の寸法比率などは以下の説明を参酌して判断されるべきである。なお、本明細書において「略～」との記載は、「略平行」を例に説明すると、完全に平行な状態及び実質的に平行と認められる状態の両方を意図する。
　以下では、電池積層体を構成する複数の電池が電気的に接続されているものとして説明するが、各電池は電気的に接続されていなくてもよく、複数の電池の一部だけが互いに電気的に接続されていてもよい。即ち、１つの電池積層体を構成する複数の電池は、個々に又は所定のブロック毎に、充放電可能に電源及び負荷に接続される構成であってもよい。また、電池を構成する電極体として、セパレータを介して複数の正極と複数の負極を交互に積層してなる積層型の電極体を例示するが、電極体はセパレータを介して長尺状の正極と長尺状の負極を巻回してなる巻回型であってもよい。
　図１は、実施形態の一例である電池モジュール１０の斜視図である。図２は、図１中のＡＡ線断面の一部を示す図である。
　図１及び図２に例示するように、電池モジュール１０は、複数の電池１２と、複数の電池１２のうち、隣り合う電池１２同士の間に配置されるスペーサ３０とを備える。詳しくは後述するが、スペーサ３０は、波長０．７μｍ～３μｍの電磁波を６０％以上反射する反射層を有する。電池モジュール１０は、複数の電池１２と複数のスペーサ３０が所定方向に交互に配置されてなる電池積層体１１を備える。なお、本開示に係る電池モジュールは２つの電池とその間に配置される１つのスペーサとで構成されるものであってもよい。
　電池モジュール１０は、電池１２及びスペーサ３０が並ぶ所定方向の両側から電池積層体１１を押圧する一対のエンドプレート２１を備える。本実施形態では、電池積層体１１を構成する複数の電池１２及び複数のスペーサ３０が水平方向に並んでいる。以下では、説明の便宜上、電池１２及びスペーサ３０が並ぶ所定方向を「第１方向又は厚み方向」、水平方向のうち第１方向に直交する方向を「第２方向又は横方向」、第１及び第２方向に直交する方向を「上下方向」とする。
　電池モジュール１０は、複数の電池１２を電気的に接続して構成される組電池であって、電池パックとも呼ばれる。本実施形態では、電池積層体１１を構成する全ての電池１２が互いに電気的に接続されている。電池１２の例としては、リチウムイオン電池等の非水電解質二次電池が挙げられる。図１に示す例では、電池積層体１１が７つの角形電池である電池１２で構成されているが、電池１２の形状、数等は特に限定されない。
　電池モジュール１０は、一対のエンドプレート２１によって電池積層体１１に所定の締め付け圧が作用するように、各エンドプレート２１に連結されたバインドバー２２を備える。各エンドプレート２１は、電池１２よりも第２方向（横方向）にやや長い板状体であって、電池積層体１１を第１方向の両側から挟持する。バインドバー２２は、例えば第１方向に沿って設けられる棒状の部材であって、電池積層体１１の第２方向両側にそれぞれ設けられる。
　本実施形態では、一対のエンドプレート２１にわたって２本のバインドバー２２が取り付けられている。即ち、一対のエンドプレート２１は２本のバインドバー２２によって連結されている。具体的には、バインドバー２２の一端部が一方のエンドプレート２１に、バインドバー２２の他端部が他方のエンドプレート２１にそれぞれ締結され、各エンドプレート２１によって電池積層体１１に所定の締め付け圧が作用するように構成されている。エンドプレート２１に対するバインドバー２２の締結力を調整することで、当該締め付け圧を変更することができる。
　電池積層体１１を構成する各電池１２は、外装缶１３と、外装缶１３の開口部を塞ぐ封口板１４とで構成される電池ケースをそれぞれ備える。電池積層体１１は、各電池１２の封口板１４が同じ方向を向くように、また封口板１４の高さが揃うように、電池１２及びスペーサ３０を交互に配置して構成されている。外装缶１３には、発電要素である電極体１５及び電解液が収容されている。なお、外装缶１３の表面には絶縁シートが装着されていてもよく、外装缶１３と電極体１５の間に絶縁シートが配置されていてもよい。
　電池１２の体積エネルギー密度は、例えば５００Ｗｈ／Ｌ以上である。体積エネルギー密度が５００Ｗｈ／Ｌ以上のような高エネルギー密度の電池１２では、異常発生時の発熱量が大きくなるが、スペーサ３０を備えた電池モジュール１０によれば、発熱量が大きな電池１２を用いた場合でも連鎖発熱を高度に抑制できる。
　図１に例示する電池ケースは、有底筒状の外装缶１３と、横方向に長い平面視略矩形形状の封口板１４とで構成される角形の金属製ケースである。外装缶１３は、互いに対向配置された２つの側壁１３Ａと、互いに対向配置された２つの側壁１３Ｂと、横方向に長い底面視略矩形形状の底面部とを有する。４つの側壁部は、例えば底面部に対して略垂直に形成されている。電池ケースの上面部は、封口板１４によって形成される。側壁１３Ａは、側壁１３Ｂより大きく、上下方向よりも横方向に長い略矩形形状を有し、側壁１３Ｂは、厚み方向よりも上下方向に長い略矩形形状を有する。
　電池１２は、正極端子１６と、負極端子１７とを有する。例えば、正極端子１６は封口板１４の横方向一端側に設けられ、負極端子１７は封口板１４の横方向他端側に設けられる。電池積層体１１は、隣り合う電池１２の電極端子同士を接続する複数のバスバー２０を備える。本実施形態では、隣り合う電池１２で正極端子１６と負極端子１７の位置が互いに逆となるように各電池１２が配列され、バスバー２０によって隣り合う電池１２が直列に接続されている。即ち、バスバー２０は、隣り合う一方の電池１２の正極端子１６と、他方の電池１２の負極端子１７とを接続している。
　電極体１５は、複数の正極と複数の負極がセパレータを介して第１方向に交互に積層された積層型の電極体である。電極体１５には、複数のセパレータを用いてもよく、つづら折りされた１枚のセパレータを用いてもよい。電極体１５の積層構造は、例えば電池１２が厚み方向両側から押圧されることで維持される。本実施形態では、正極及び負極が外装缶１３の各側壁１３Ａと略平行に配置され、また各側壁１３Ａが各エンドプレート２１と略平行に配置されている。このため、一対のエンドプレート２１によって電池積層体１１に作用する上記締め付け圧、即ち各電池１２の拘束力は側壁１３Ａに作用する。
　電池モジュール１０は、各電池１２を冷却する冷却プレート２３を備えていてもよい。冷却プレート２３は、各電池１２の温度を均一化する機能を有し、また一部の電池１２が異常発熱した場合には、その電池１２を冷却して連鎖発熱の抑制に寄与する。冷却プレート２３の冷却方式は、プレート内に冷却水を循環させる水冷式、電子冷却式のいずれであってもよい。冷却プレート２３は、例えば各電池１２の底面部に当接するように、電池モジュール１０の底部に配置される。電池積層体１１と冷却プレート２３の間には熱伝導性の高いシート状の緩衝材２４が設けられてもよく、電池積層体１１は緩衝材２４を介して冷却プレート２３上に配置される。
　以下、スペーサ３０について詳説する。
　図１及び図２に例示するように、スペーサ３０は、隣り合う２つの電池１２の間に介在し、各電池１２の側壁１３Ａに当接している。図１に示す例では、電池１２と各エンドプレート２１との間にもスペーサ３０がそれぞれ配置されている。電池積層体１１は、電池１２の数よりも１つ多い８つのスペーサ３０を有する。エンドプレート２１による締め付け圧は、例えば各スペーサ３０を介して各電池１２の側壁１３Ａに伝達され、側壁１３Ａを介して電極体１５に作用する。
　スペーサ３０は、一部の電池１２が異常発熱した場合に、他の正常な電池１２、特に異常発熱した電池１２（以下、「トリガー電池」という場合がある）の隣に配置される電池１２（以下、「隣接電池」という場合がある）の温度上昇を抑制する機能を有する。スペーサ３０は、例えば隣接電池の温度を自己発熱開始温度未満に抑える。また、スペーサ３０は、隣り合う電池１２の間に所定の隙間を形成し、各電池１２の端子間距離を一定に維持する。スペーサ３０は、充放電に伴う電池１２の体積変化に追従し、当該体積変化を許容してもよい。
　図２に例示するように、スペーサ３０は、熱抵抗が３Ｋ／Ｗ以上である断熱層として機能するシート状又は板状の断熱材３１と、断熱材３１の両面に設けられた反射層３２とを有する。一般的に、板状とはシート状よりも分厚い状態を意図するが、両者を明確に区別する必要はない。電池１２（外装缶１３の側壁１３Ａ）に当接するスペーサ３０の当接面の大きさは、側壁１３Ａの面積以下であることが好ましい。本実施形態では、スペーサ３０の当接面が側壁１３Ａと略同じ面積を有し、正極及び負極よりも大面積に形成されている。スペーサ３０は、２つの電池１２の間から外側に張り出さないように、当接面の周縁が側壁１３Ａの周縁と略一致した状態で配置されている。
　断熱材３１は、熱伝導率が低い材料で構成される。断熱材３１の構成材料の熱伝導率は、０．０５Ｗ／ｍ・Ｋ以下であることが好ましい。また、断熱材３１は弾性変形可能な弾性率の低い材料で構成されてもよい。断熱材３１は、例えば熱伝導率が０．０５Ｗ／ｍ・Ｋ以下の樹脂シート、無機物シート、繊維シートなどで構成される。断熱材３１の厚みは、３Ｋ／Ｗ以上の熱抵抗を実現できれば特に限定されないが、好ましくは０．１ｍｍ～３ｍｍである。断熱材３１の熱抵抗は、下記計算式により算出される。
　計算式：Ｒ＝１／λ×ｄ／Ｓ
　　Ｒ：熱抵抗(Ｋ／Ｗ)
　　λ：断熱材の熱伝導率(Ｗ／(ｍ・Ｋ)
　　ｄ：断熱材厚み(ｍ)
　　Ｓ：断熱材面積(ｍ２)
　熱伝導率は、定常法（保護熱板法・熱流計法）、非定常法（レーザーフラッシュ法・熱線法）を用いて、熱伝導測定装置により測定できる。
　断熱材３１の具体例としては、グラスウール断熱シート、ＮＡＳＢＩＳ（登録商標）のような、繊維にシリカエアロゲルが含侵された断熱シートが挙げられる。また、断熱材３１（断熱シート）は、シリコーンゴム、フッ素ゴム、エチレン－プロピレンゴム等のゴム製シート、ポリウレタン、ポリオレフィン、ポリスチレン、ポリイミド、フェノール樹脂、シリコーン樹脂等の発泡シートなどであってもよい。断熱材３１は、複数の断熱シートを積層して構成されてもよく、例えばＮＡＳＢＩＳとシリコーンゴムが積層された構造を有していてもよい。
　反射層３２は、波長０．７μｍ～３μｍの電磁波を６０％以上反射する。当該波長の電磁波を反射する反射層３２を隣り合う電池１２の間に配置することで、トリガー電池から発せられる輻射熱を遮断して隣接電池の温度上昇を抑制できる。反射層３２は、０．７μｍ～３μｍの波長範囲の全域にわたって６０％以上、好ましくは７０％以上の反射率を有する。反射層３２の厚みは、上記波長範囲の電磁波を６０％以上反射できれば特に限定されないが、好ましくは５０μｍ～５００μｍである。反射層３２の反射率は、分光反射率測定装置により測定できる。
　反射層３２は、断熱材３１を構成する断熱シートの片面に設けられてもよいが、好ましくは断熱シートの両面に設けられる。反射層３２は、断熱材３１の表面の一部に設けられてもよいが、好ましくは断熱材３１の表面の略全域に設けられる。また、反射層３２は、正極及び負極より大面積に形成され、電池モジュール１０の厚み方向において正極及び負極の全体と重なっていることが好ましい。
　反射層３２は、波長０．７μｍ～３μｍの電磁波を６０％以上反射可能な金属、無機物、樹脂などで構成される。反射層３２は、断熱材３１の表面に、シート状又は板状の反射材を貼着して設けられてもよく、蒸着、スパッタリング等により成膜されてもよい。また、波長０．７μｍ～３μｍの電磁波を６０％以上反射する材料を含有する塗膜を断熱材３１の表面に形成して反射層３２としてもよい。上記波長範囲の電磁波の反射率、耐熱性、成膜性等を考慮すると、反射層３２は金属層であることが好ましい。反射層３２に好適な金属としては、ステンレス鋼、ニッケル、ロジウム、銀、銅、金などが挙げられる。反射層３２は、複数の材料を積層して構成されてもよく、例えば複数の金属層が積層された構造を有していてもよい。
　スペーサ３０は、上述のように、断熱材３１が２つの反射層３２によって挟まれた、反射層３２／断熱材３１／反射層３２の層構造を有する。図２に示す例では、電池１２の側壁１３Ａに反射層３２が接触している。隣り合う２つの電池１２の間に、波長０．７μｍ～３μｍの電磁波を６０％以上反射する反射層３２、及び熱抵抗が３Ｋ／Ｗ以上の断熱材３１を配置することで、トリガー電池から発せられる輻射熱を遮断して隣接電池の温度上昇を抑制できる。そして、電池１２の連鎖発熱が防止される。
　図３は、実施形態の他の一例であるスペーサ４０を備えた電池モジュール１０Ｘを示す図である。図３に例示するスペーサ４０は、断熱材３１及び反射層３２を有する点でスペーサ３０と共通するが、吸熱量が３００ｋＪ／ｋｇ以上である吸熱層４１を有する点でスペーサ３０と異なる。吸熱層４１は、トリガー電池の熱を吸収して隣接電池の温度上昇を抑制する機能を有する。自己発熱開始温度を考慮すると、吸熱層４１の吸熱量は、１０００ｋＪ／ｋｇ以上が好ましく、１５００ｋＪ／ｋｇ以上がより好ましい。吸熱層４１の吸熱量は、熱重量／示差走査熱量同時測定装置により測定できる。
　吸熱層４１は、断熱材３１を構成する断熱シートの片面に設けられてもよいが、好ましくは断熱シートの両面に設けられる。スペーサ４０は、断熱材３１と反射層３２の間に吸熱層４１が介在した、反射層３２／吸熱層４１／断熱材３１／吸熱層４１／反射層３２の層構造を有する。なお、スペーサは、断熱材３１と吸熱層４１の間に反射層３２が介在した、吸熱層４１／反射層３２／断熱材３１／吸熱層４１／反射層３２の層構造を有していてもよい。
　吸熱層４１は、例えばＭｇＳＯ４・７Ｈ２Ｏ、Ｌａ２（ＳＯ４）３・ＸＨ２Ｏ、Ａｌ２（ＳＯ４）３・１６Ｈ２Ｏ等の水和物を含有する層であって、水和物から吸着水が脱離する脱水反応を利用してトリガー電池の熱を吸収する。また、吸熱層４１は、エリスリトール等を含有する層であってもよい。この場合、エリスリトールが固体から液体に相変化するときの潜熱を利用してトリガー電池の熱を吸収する。自己発熱開始温度を考慮すると、吸熱層４１に含有される吸熱材の反応温度は、１５０℃～２００℃であることが好ましい。吸熱層４１は、例えば吸熱材と、吸熱材同士を結着して層を形成する結着材（樹脂バインダ）とで構成される。
　図４は、実施形態の他の一例であるスペーサ５０を備えた電池モジュール１０Ｙを示す図である。図４に例示するスペーサ５０は、反射層として機能するシート状又は板状の反射材５１を備える。反射材５１は、反射層３２と同様に、正極及び負極より大面積に形成され、電池モジュール１０Ｙの厚み方向において正極及び負極の全体と重なっていることが好ましい。反射材５１は、反射層３２と同様の材料で構成される。反射材５１の厚みは、上記波長範囲の電磁波を６０％以上反射できれば特に限定されないが、好ましくは０．１ｍｍ～１ｍｍである。
　スペーサ５０は、反射材５１の両面に設けられた断熱材５２を有する。断熱材５２は、例えば断熱材３１と同様の材料で構成され、０．１ｍｍ～３ｍｍ程度の厚みを有する。断熱材５２は、３Ｋ／Ｗ以上の熱抵抗を有することが好ましい。断熱材５２は、反射材５１の表面の一部に設けられてもよく、反射材５１の表面の略全域に設けられてもよい。図４に示す例では、反射材５１の表面のうち、上端部と下端部のみに断熱材５２が設けられている。断熱材５２は、反射材５１の表面に貼着されてもよく、塗工されてもよい。
　電池モジュール１０Ｙには、反射材５１と電池１２との間に空気層５３が存在する。図４に示す例では、反射材５１の表面の一部に断熱材５２を設けることで、断熱材５２の厚みに対応する空気層５３が形成される。空気層５３は、断熱層として機能するので、トリガー電池の熱を遮断して隣接電池の温度上昇抑制に寄与する。なお、２枚の反射材５１を用いて、その間に空気層５３を形成してもよい。隣り合う２つの電池１２の間には、空気層５３／反射材５１／空気層５３／反射材５１／空気層５３が設けられてもよい。
　上述の構成を備えた電池モジュール１０，１０Ｘ，１０Ｙによれば、一部の電池１２が異常発熱した場合に、他の電池１２の温度上昇を抑制して連鎖発熱を防止することが可能である。かかる効果を確認するために、１つの電池（定格容量５０Ａｈ、体積エネルギー密度５００Ｗｈ／Ｌ）に直径３ｍｍの釘を突き刺して強制短絡させ（トリガー電池を作製）、隣接電池の温度変化を測定した。反射層を有さない断熱材のみからなるスペーサを備えた電池モジュールを比較例として、隣接電池の温度上昇がどの程度抑制されるかを確認したところ、下記の結果が得られた。
　＜実施例１＞
　比較例で用いた断熱材の両面に、厚み０．１ｍｍのステンレス鋼（ＳＵＳ）からなる反射層（波長２μｍの電磁波の反射率：７０％）を有するスペーサを用いた。その結果、隣接電池の温度上昇は、比較例の場合と比べて約１５℃抑制された。
　＜実施例２＞
　比較例で用いた断熱材の両面に、厚み０．１ｍｍのＳＵＳで構成される反射層、及び厚み０．１ｍｍの銀（Ａｇ）で構成される反射層（波長０．７μｍの電磁波の反射率：９８．５％）を有するスペーサを用いた。スペーサは、Ａｇ／ＳＵＳ／断熱材／ＳＵＳ／Ａｇの層構造を有する。その結果、隣接電池の温度上昇は、比較例の場合と比べて約２０℃抑制された。
　なお、上述の実施形態では、電池モジュールを構成する電池として角形電池である電池１２を例示したが、電池は円筒形の金属製電池ケースを備えた円筒形電池、金属層と樹脂層が積層されたラミネートシートで構成される電池ケースを備えたラミネート電池などであってもよい。円筒形電池を備えた電池モジュールは、各電池を収容する電池ホルダーを備えていてもよい。この場合、隣り合う円筒形電池の間に設けられる電池ホルダーの壁面に、上述の反射層が設けられていてもよい。また、円筒形電池の側面と対向する電池ホルダーの壁面には、反射層に加えて、上述の断熱層及び上述の吸熱層の少なくとも一方が設けられてもよい。或いは、電池ホルダーが断熱層として機能してもよい。
　１０　電池モジュール
　１１　電池積層体
　１２　電池
　１３　外装缶
　１３Ａ，１３Ｂ　側壁
　１４　封口板
　１５　電極体
　１６　正極端子
　１７　負極端子
　２０　バスバー
　２１　エンドプレート
　２２　バインドバー
　２３　冷却プレート
　２４　緩衝材
　３０，４０，５０　スペーサ
　３１，５２　断熱材
　３２　反射層
　４１　吸熱層
　５１　反射材
　５３　空気層

Claims (7)

  1. 　複数の電池と、
    　前記複数の電池のうち、隣り合う電池同士の間に配置されるスペーサと、
    　を備え、
    　前記スペーサは、波長０．７μｍ～３μｍの電磁波を６０％以上反射する反射層を有する、電池モジュール。
  2. 　前記スペーサは、さらに、熱抵抗が３Ｋ／Ｗ以上である断熱層を有する、請求項１に記載の電池モジュール。
  3. 　前記スペーサは、前記断熱層として機能するシート状又は板状の断熱材を有し、
    　前記反射層は、前記断熱材の両面に設けられている、請求項２に記載の電池モジュール。
  4. 　前記スペーサは、さらに、吸熱量が３００ｋＪ／ｋｇ以上である吸熱層を有する、請求項１～３のいずれか１項に記載の電池モジュール。
  5. 　前記反射層と前記電池との間には、空気層が存在する、請求項１～４のいずれか１項に記載の電池モジュール。
  6. 　前記反射層は、金属で構成されている、請求項１～５のいずれか１項に記載の電池モジュール。
  7. 　前記電池のエネルギー密度が５００Ｗｈ／Ｌ以上である、請求項１～６のいずれか１項に記載の電池モジュール。
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