(57)【要約】【課題】電池モジュールの集電タブ、及び集電タブに接続されるバスバ等の変形及び／又は破損を抑制することができる電池モジュールを提供する。【解決手段】本開示の電池モジュールは、外装体、外装体に封入されている全固体電池積層体、正極集電タブ、及び負極集電タブを有している。外装体は、両端の開口端部にフランジを有している筒状の胴部、フランジを有している低剛性蓋部、及びフランジを有している高剛性蓋部を有している。胴部の両方の開口端部のフランジと低剛性蓋部及び高剛性蓋部のフランジとがそれぞれ接合されて、胴部の両方の開口端部が封止されている。全固体電池積層体が有している構成単位セルを構成する各層の積層方向は、胴部の軸方向である。正極集電タブ及び負極集電タブは、封止部から、外装体の外部に突出している。電池モジュールは、高剛性蓋部を介して基体に固定されている。【選択図】図１
2020057550.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基体に固定されている電池モジュールであって、
前記電池モジュールは、外装体、前記外装体に封入されている全固体電池積層体、正極集電タブ、及び負極集電タブを有しており、
前記外装体は、両端の開口端部にフランジを有している筒状の胴部、フランジを有している低剛性蓋部、及びフランジを有している高剛性蓋部を有しており、
前記高剛性蓋部は、前記低剛性蓋部よりも高い剛性を有しており、
前記筒状の胴部の一方の開口端部のフランジと前記低剛性蓋部のフランジとが接合されて、前記筒状の胴部の一方の開口端部が、前記低剛性蓋部で封止されており、
前記筒状の胴部の他方の開口端部のフランジと前記高剛性蓋部のフランジとが接合されて、前記筒状の胴部の他方の開口端部が、前記高剛性蓋部で封止されており、
前記全固体電池積層体は、１又は複数の構成単位セルを有しており、
前記構成単位セルは、この順に積層されている正極集電体層、正極活物質層、固体電解質層、負極活物質層、及び負極集電体層を有しており、
前記構成単位セルを構成する各層の積層方向が、前記筒状の胴部の軸方向であり、
前記正極集電タブが、前記外装体内において前記正極集電体層と電気的に接続されており、かつ前記高剛性蓋部のフランジと前記筒状の胴部のフランジとの間の封止部から、前記外装体の外部に突出しており、
前記負極集電タブが、前記外装体内において前記負極集電体層と電気的に接続されており、かつ前記高剛性蓋部のフランジと前記筒状の胴部のフランジとの間の封止部から、前記外装体の外部に突出しており、かつ
前記電池モジュールが、前記高剛性蓋部を介して前記基体に固定されている、
電池モジュール。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、電池モジュールに関する。
【背景技術】
【０００２】
電池モジュールは、例えばリチウムイオン電池、ニッケル水素電池、その他の二次電池などの電池を複数接続することによって、形成されている。このような電池モジュールは、高出力が得られるため、車両搭載用電源又はパソコン及び携帯端末の電源として、重要性が高まっている。
【０００３】
このような電池モジュールでは、省スペース、振動対策、又は電池への不均等な圧力付与の解消等を目的として、同形状の複数の電池を、拘束部品などによって拘束している。
【０００４】
特許文献１は、組電池用のバスバであって、第１取付面と第２取付面とがＸＹ面に平行に配置され、第１立ち上がり面と第２立ち上がり面とがＹＺ面に平行または傾斜して配置され、つなぎ面がＸＺ面に平行または傾斜して配置されている、バスバを開示している。同文献は、当該構成を有するバスバは、いずれの方向からの負荷に対しても応力緩和効果を奏すると記載している。
【０００５】
また、特許文献２は、外装体に封入されているバイポーラ電池において、正極集電体及び負極集電体にそれぞれ接合している集電タブが、外装体の内部から外部に突出している構成を開示している。
【０００６】
さらに、特許文献３は、外装体に封入されている全固体電池において、正極集電体及び負極集電体にそれぞれ接合している集電タブが、外装体の同一側面から外部に突出している構成を開示している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２０１７−０７３３９８号公報
【特許文献２】特開２００７−２１３９３０号公報
【特許文献３】特開２０１８−１３３１７５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
全固体電池を充放電した際に、全固体電池が膨張する場合がある。
【０００９】
本開示者らは、電池モジュール内に収容されている全固体電池を充電した際に、全固体電池が膨張することによって、電池モジュールが変形し、電池モジュールの集電タブと電池モジュールが固定されている基体との相対的な位置が変化する場合があること、及びそれによって、電池モジュールの集電タブ及び集電タブに接続されているバスバ等が変形及び／又は破損する場合があることを見出した。
【００１０】
本開示の課題は、電池モジュールの集電タブ、及び集電タブに接続されるバスバ等の変形及び／又は破損を抑制することができる電池モジュールを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本開示者は、以下の手段により上記課題を達成することができることを見出した：
基体に固定されている電池モジュールであって、
前記電池モジュールは、外装体、前記外装体に封入されている全固体電池積層体、及び集電タブを有しており、
前記外装体は、両端の開口端部にフランジを有している筒状の胴部、フランジを有している低剛性蓋部、及びフランジを有している高剛性蓋部を有しており、
前記高剛性蓋部は、前記低剛性蓋部よりも高い剛性を有しており、
前記筒状の胴部の一方の開口端部のフランジと前記低剛性蓋部のフランジとが接合されて、前記筒状の胴部の一方の開口端部が、前記低剛性蓋部で封止されており、
前記筒状の胴部の他方の開口端部のフランジと前記高剛性蓋部のフランジとが接合されて、前記筒状の胴部の他方の開口端部が、前記高剛性蓋部で封止されており、
前記全固体電池積層体は、１又は複数の構成単位セルを有しており、
前記構成単位セルは、この順に積層されている正極集電体層、正極活物質層、固体電解質層、負極活物質層、及び負極集電体層を有しており、
前記構成単位セルを構成する各層の積層方向が、前記筒状の胴部の軸方向であり、
前記正極集電タブが、前記外装体内において前記正極集電体層と電気的に接続されており、かつ前記高剛性蓋部のフランジと前記筒状の胴部のフランジとの間の封止部から、前記外装体の外部に突出しており、
前記負極集電タブが、前記外装体内において前記負極集電体層と電気的に接続されており、かつ前記高剛性蓋部のフランジと前記筒状の胴部のフランジとの間の封止部から、前記外装体の外部に突出しており、かつ
前記電池モジュールが、前記高剛性蓋部を介して前記基体に固定されている、
電池モジュール。
【発明の効果】
【００１２】
本開示によれば、電池モジュールの集電タブ、及び集電タブに接続されるバスバ等の変形及び／又は破損を抑制することができる電池モジュールを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】図１は、本開示の電池モジュールの一つの実施態様を示す模式図である。
【図２】図２は、本開示の電池モジュールの一つの実施態様における外装体を示す模式図である。
【図３】図３は、本開示の電池モジュールの一つの実施態様における構成単位セルを示す模式図である。
【図４】図４は、本開示の電池モジュールの一つの実施態様が複数個、基体に固定されている状態の一例を示す模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、本開示の実施の形態について詳述する。なお、本開示は、以下の実施の形態に限定されるのではなく、開示の本旨の範囲内で種々変形して実施できる。
【００１５】
《電池モジュール》
本開示の電池モジュールは、基体に固定されている電池モジュールである。電池モジュールは、外装体、外装体に封入されている全固体電池積層体、正極集電タブ、及び負極集電タブを有している。
【００１６】
外装体は、両端の開口端部にフランジを有している筒状の胴部、フランジを有している低剛性蓋部、及びフランジを有している高剛性蓋部を有している。また、高剛性蓋部は、低剛性蓋部よりも高い剛性を有している。そして、外装体の筒状の胴部の一方の開口端部のフランジと低剛性蓋部のフランジとが接合されて、外装体の筒状の胴部の一方の開口端部が、低剛性蓋部で封止されている。また、外装体の筒状の胴部の他方の開口端部のフランジと高剛性蓋部のフランジとが接合されて、外装体の筒状の胴部の他方の開口端部が、高剛性蓋部で封止されている。
【００１７】
全固体電池積層体は、１又は複数の構成単位セルを有している。構成単位セルは、この順に積層されている正極集電体層、正極活物質層、固体電解質層、負極活物質層、及び負極集電体層を有している。また、構成単位セルを構成する各層の積層方向は、外装体の筒状の胴部の軸方向である。
【００１８】
正極集電タブは、外装体内において正極集電体層と電気的に接続されており、かつ高剛性蓋部のフランジと外装体の筒状の胴部のフランジとの間の封止部から、外装体の外部に突出している。負極集電タブは、外装体内において負極集電体層と電気的に接続されており、かつ高剛性蓋部のフランジと外装体の筒状の胴部のフランジとの間の封止部から、外装体の外部に突出している。電池モジュールは、高剛性蓋部を介して基体に固定されている。
【００１９】
原理によって限定されるものではないが、本開示の電池モジュールによって、電池モジュールの集電タブ、及び集電タブに接続されるバスバ等の変形及び／又は破損を抑制することができる原理は、以下のとおりと考えられる。
【００２０】
上記のとおり、本開示者らは、電池モジュール内に収容されている全固体電池を充電した際に、全固体電池が膨張することによって、電池モジュールが変形し、電池モジュールの集電タブと電池モジュールが固定されている基体との相対的な位置が変化する場合があること、及びそれによって、電池モジュールの集電タブ及び集電タブに接続されているバスバ等が変形及び／又は破損する場合があることを見出した。
【００２１】
充電による全固体電池積層体の膨張が大きい場合、外装体は、全固体電池積層体によって圧迫されて変形し得る。
【００２２】
ここで、本開示の電池モジュールは、外装体の筒状の胴部の一方の開口端部が低剛性蓋部で封止されており、かつ外装体の筒状の胴部の他方の開口端部が、高剛性蓋部で封止されている。したがって、外装体が全固体電池積層体によって圧迫されて変形する際に、低剛性蓋部が主に変形し、高剛性蓋部は変形しにくい。
【００２３】
そして、本開示の電池モジュールは、高剛性蓋部を介して基体に固定されており、正極集電タブ及び負極集電タブは、高剛性蓋部のフランジと外装体の筒状の胴部のフランジとの間の封止部から外装体の外部に突出している。本開示の電池モジュールにおいて、充電による全固体電池積層体の膨張に伴う外装体の変形は主に低剛性蓋部で起こるため、高剛性蓋部のフランジと外装体の筒状の胴部のフランジとの間の封止部の位置、すなわち正極集電タブ及び負極集電タブが外装体の外部に突出している部分と基体との位置関係の変化は小さい。したがって、本開示の電池モジュールによれば、電池モジュールの集電タブ、及び集電タブに接続されるバスバ等の変形及び／又は破損を抑制することができる。
【００２４】
図１〜４を用いて、本開示の電池モジュールの一つの実施態様の構成を説明する。なお、図１〜４は、本開示の電池モジュール及び電池モジュールの各構成要素の態様を限定するものではない。
【００２５】
図１は、本開示の電池モジュールの一つの実施態様を示す模式図である。図１において、電池モジュール１００は、外装体１０、外装体１０に封入されている全固体電池積層体２０、正極集電タブ３０、及び負極集電タブ４０を有している。
【００２６】
ここで、外装体１０は、両端の開口端部にフランジを有している筒状の胴部１１、フランジを有している低剛性蓋部１２、及びフランジを有している高剛性蓋部１３を有している。
【００２７】
また、全固体電池積層体２０は、構成単位セルを有しており、構成単位セルを構成している各層の積層方向は、筒状の胴部１１の軸方向と一致する。
【００２８】
正極集電タブ３０は、外装体１０内において正極集電体層２１と電気的に接続されており、かつ高剛性蓋部１３のフランジと筒状の胴部１１のフランジとの間の封止部から、外装体１０の外部に突出している。また、負極集電タブ４０は、外装体１０内において負極集電体層２５と電気的に接続されており、かつ高剛性蓋部１３のフランジと筒状の胴部１１のフランジとの間の封止部から、外装体１０の外部に突出している。
【００２９】
また、電池モジュール１００は、低剛性蓋部１２及び高剛性蓋部１３の上からエンドプレート３００によって拘束されている。
【００３０】
図２は、本開示の電池モジュールの一つの実施態様における外装体を示す模式図である。図２において、外装体１０は、両端の開口端部にフランジを有している筒状の胴部１１、フランジを有している低剛性蓋部１２、及びフランジを有している高剛性蓋部１３を有している。
【００３１】
ここで、筒状の胴部１１の一方の開口端部のフランジと低剛性蓋部１２のフランジとが接合されて、筒状の胴部１１の一方の開口端部が、低剛性蓋部１２で封止されている。また、筒状の胴部１１の他方の開口端部のフランジと高剛性蓋部１３のフランジとが接合されて、筒状の胴部１１の他方の開口端部が、高剛性蓋部１３で封止されている。
【００３２】
図３は、本開示の電池モジュールの一つの実施態様における全固体電池積層体２０を示す模式図である。図３において、全固体電池積層体２０は、一つの構成単位セルから構成されている。構成単位セルは、この順に積層されている正極集電体層２１、正極活物質層２２、固体電解質層２３、負極活物質層２４、及び負極集電体層２５を有している。
【００３３】
図４は、本開示の電池モジュールの一つの実施態様が複数個、基体に固定されている状態の一例を示す模式図である。図４では、基体２００として車両用の電池収容部を用いている。図４において、複数の電池モジュール１００は、基体２００内において整列して配置されている。
【００３４】
ここで、各電池モジュール１００は、高剛性蓋部１３を介して基体２００に固定されている。他方、電池モジュール１００の低剛性蓋部１２側は、基体２００に対して固定されていない。
【００３５】
また、各電池モジュール１００の正極集電タブ３０と負極集電タブ４０は、隣接する各電池モジュールの正極集電タブ３０と負極集電タブ４０と、バスバ４００を介して電気的に接続されている。
【００３６】
〈外装体〉
外装体は、両端の開口端部にフランジを有している筒状の胴部、フランジを有している低剛性蓋部、及びフランジを有している高剛性蓋部を有している。
【００３７】
外装体の材料は、外装体を形成できる任意の材料であってよく、例えば金属板、例えばステンレス鋼板、若しくはアルミニウム板、又はラミネートフィルム等であってよいが、これ等に限定されない。
【００３８】
（筒状の胴部）
外装体の筒状の胴部は、両端の開口端部にフランジを有している。このフランジは、外装体の筒状の胴部と低剛性蓋部及び高剛性蓋部とを接合するための部分である。なお、胴部の形状は、筒状であれば特に限定されず、例えば略円筒形状又は略角筒形状であってよい。
【００３９】
（低剛性蓋部）
低剛性蓋部は、フランジを有している。このフランジは、外装体の筒状の胴部と低剛性蓋部及び高剛性蓋部とを接合するための部分である。
【００４０】
低剛性蓋部は、例えばカップ形状部とその周りのフランジから形成されていてよい。低剛性蓋部がこのような形状を有している場合、充電時における全固体電池積層体の膨張に合わせて、低剛性蓋部のカップ部の側面が外装体の筒状の胴部の軸方向に伸長することができる。
【００４１】
低剛性蓋部の剛性は、高剛性蓋部よりも剛性が低く、それによって充電時における全固体電池積層体の膨張に合わせて変形して、全固体電池が外装体の筒状の胴部の軸方向に伸長することを可能にする。ここで、剛性が低いとは、材料が応力によってより変形、例えば伸長しやすいことを意味している。
【００４２】
低剛性蓋部の材料は、上記のように外装体を形成できる任意の材料であってよい。
【００４３】
（高剛性蓋部）
高剛性蓋部は、フランジを有している。このフランジは、外装体の筒状の胴部と低剛性蓋部及び高剛性蓋部とを接合するための部分である。
【００４４】
高剛性蓋部は、例えばカップ形状部とその周りのフランジから形成されていてよい。
【００４５】
高剛性蓋部の剛性は、低剛性蓋部よりも剛性が高く、それによって充電時における全固体電池積層体の膨張に合わせて変形しにくい。加えて、電池モジュールは、高剛性蓋部を介して基体に固定されている。そのため、充電によって全固体電池積層体が膨張し、それに合わせて外装体が変形したとしても、高剛性蓋部のフランジと外装体の筒状の胴部のフランジとの間の封止部から外装体の外部に突出している正極集電タブ及び負極集電タブと基体との相対的な位置は、固定されている。ここで、剛性が高いとは、材料が応力によってより変形、例えば伸長しにくいことを意味している。
【００４６】
高剛性蓋部の材料は、上記のように外装体を形成できる任意の材料であってよい。
【００４７】
〈全固体電池積層体〉
全固体電池積層体は、外装体に封入されている。
【００４８】
また、全固体電池積層体は、１又は複数の構成単位セルを有している。全固体電池積層体が構成単位セルを複数個有している場合には、各構成単位セル同士は、全固体電池積層体内部において直列又は並列で電気的に接続されていてよい。
【００４９】
また、全固体電池積層体は、２以上の構成単位セルを有する場合、モノポーラ型の全固体電池積層体であってもよく、バイポーラ型の全固体電池積層体であってもよい。
【００５０】
全固体電池積層体がモノポーラ型の全固体電池積層体である場合、積層方向に隣接する２つの構成単位セルは、正極集電体層又は負極集電体層を共有するモノポーラ型の構成であってよい。
【００５１】
全固体電池積層体がバイポーラ型の全固体電池積層体である場合、積層方向に隣接する２つの単位全固体電池は、正極及び負極集電体層の両方として用いられる正極／負極集電体層を共有するバイポーラ型の構成であってよい。
【００５２】
（構成単位セル）
構成単位セルは、この順に積層されている正極集電体層、正極活物質層、固体電解質層、負極活物質層、及び負極集電体層を有している。これらの各層は、電池が有するものであれば特に限定されない。構成単位セルを構成する各層の積層方向は、筒状の胴部の軸方向である。
【００５３】
構成単位セルは、例えばリチウム二次電池であってよいが、他の種類の電池であってもよい。
【００５４】
〈正極集電タブ〉
正極集電タブは、電池モジュールを他の電池モジュールや電子機器等に電気的に接続するためのタブである。正極集電タブは、外装体内において、各構成単位セルの正極集電体層と電気的に接続されており、かつ高剛性蓋部のフランジと外装体の筒状の胴部のフランジとの間の封止部から、外装体の外部に突出している。正極集電タブは、外装体の外部において、例えばバスバ等の導電性の部品を介して、他の電池モジュールや電気機器等に電気的に接続されていることができる。
【００５５】
正極集電タブは、電池の集電タブとして一般に用いられているものを使用することができる。正極集電タブの材料としては、導電性を有する材料であれば特に限定されず、例えばニッケル、銅、アルミニウム、又はステンレス鋼等の金属であってよいが、これ等に限定されない。
【００５６】
〈負極集電タブ〉
負極集電タブは、電池モジュールを他の電池モジュールや電子機器等に電気的に接続するためのタブである。負極集電タブは、外装体内において、各構成単位セルの負極集電体層と電気的に接続されており、かつ高剛性蓋部のフランジと外装体の筒状の胴部のフランジとの間の封止部から、外装体の外部に突出している。負極集電タブは、外装体の外部において、例えばバスバ等の導電性の部品を介して、他の電池モジュールや他の電気機器等に電気的に接続されていることができる。
【００５７】
負極集電タブは、電池の集電タブとして一般に用いられているものを使用することができる。負極集電タブの材料としては、導電性を有する材料であれば特に限定されず、例えばニッケル、銅、アルミニウム、又はステンレス鋼等の金属であってよいが、これ等に限定されない。
【００５８】
〈基体〉
基体には、電池モジュールが高剛性蓋部を介して固定されている。基体は、電池モジュールを固定するための部品であり、例えば電気を動力源とする車両フレーム等であってよいが、これ等に限定されない。ここで、電池モジュールが高剛性蓋部を介して固定されているとは、電池モジュールの高剛性蓋部と基体との相対的な位置が固定されていることをいい、例えば、高剛性蓋部と基体との間に他の部材、例えばエンドプレート等が介在していてもよい。
【符号の説明】
【００５９】
１０    外装体
１１    筒状の胴部
１２    低剛性蓋部
１３    高剛性蓋部
２０    全固体電池積層体
３０    正極集電タブ
４０    負極集電タブ
１００  電池モジュール
２００  基体
３００  エンドプレート
【図１】
2020057550.tif 000003
【図２】
2020057550.tif 000004
【図３】
2020057550.tif 000005
【図４】
2020057550.tif 000006