(57)【要約】【課題】従来よりも体積エネルギー密度を増加させることが可能な電池モジュールを提供する。【解決手段】積層させて配置された複数の電池セル１００を備えた電池モジュール２００である。電池モジュール２００は、複数の電池セル１００の積層方向Ｄｓの両端に配置された一対の支持部２１０と、その一対の支持部２１０を連結して複数の電池セル１００を固縛する連結部２２０と、を備える。電池セル１００は、電極体と、その電極体を収容する外装体１２０と、電極体に接続されて外装体１２０の外部に露出した電極端子１３０と、を有する。外装体１２０は、電極体の形状に沿う柔軟なシート材によって構成され、積層方向Ｄｓを向く一対の端面１２１と、その一対の端面１２１の間に設けられた側面１２２と、その側面１２２から延出してその側面に沿って折り曲げられた折込部１２５と、を有する。折込部１２５と連結部２２０は、側面１２２に沿って積層方向Ｄｓに交差する方向に並んでいる。【選択図】図３
2020149935.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
積層させて配置された複数の電池セルを備えた電池モジュールであって、
前記複数の前記電池セルの積層方向の両端に配置された一対の支持部と、該一対の前記支持部を連結して前記複数の前記電池セルを固縛する連結部と、を備え、
前記電池セルは、電極体と、該電極体を収容する外装体と、前記電極体に接続されて前記外装体の外部に露出した電極端子と、を有し、
前記外装体は、前記電極体の形状に沿う柔軟なシート材によって構成され、前記積層方向を向く一対の端面と、該一対の前記端面の間に設けられた側面と、該側面から延出して該側面に沿って折り曲げられた折込部と、を有し、
前記折込部と前記連結部は、前記側面に沿って前記積層方向に交差する方向に並んでいることを特徴する電池モジュール。
【請求項２】
前記折込部は、前記側面の前記積層方向に交差する横方向の両端から該横方向に対向するように折り曲げられた一対の横折込部を有し、
前記横折込部の先端は、前記連結部よりも前記側面から離隔していることを特徴とする請求項１に記載の電池モジュール。
【請求項３】
前記折込部は、前記一対の前記端面に隣接する前記側面の両端から前記積層方向に対向するように折り曲げられた一対の縦折込部を有し
一方の前記縦折込部の先端から前記外装体の外部に前記電極端子が突出しており、
一方の前記端面から前記一方の前記縦折込部の前記先端までの長さと、該一方の前記縦折込部の前記先端から前記電極端子の先端までの長さとの和が、前記積層方向における前記電池セルの厚さ以下であることを特徴とする請求項１に記載の電池モジュール。
【請求項４】
前記一方の前記縦折込部と反対の他方の前記縦折込部は、前記一方の前記端面と反対の他方の前記端面から該他方の前記縦折込部の先端までの長さが、前記電池セルの前記厚さ以下であることを特徴とする請求項３に記載の電池モジュール。
【請求項５】
前記一対の前記縦折込部の間に間隙を有することを特徴とする請求項４に記載の電池モジュール。
【請求項６】
前記外装体は、矩形の前記端面と矩形の前記側面からなる六面体形状を有し、
前記側面は、一対の長側面と、該長側面よりも面積が小さい一対の短側面とを含み、
前記折込部は、一方の前記短側面に設けられた一対の縦折込部と、他方の前記短側面に設けられた一対の横折込部とを有し、
前記一対の縦折込部は、一方の前記短側面の前記積層方向に沿う縦方向の両端から互いに対向するように前記縦方向に折り曲げられ、
前記一対の横折込部は、前記一方の前記短側面と反対の他方の前記短側面の前記積層方向に交差する横方向における両端から互いに対向するように前記横方向に折り曲げられていることを特徴とする請求項１に記載の電池モジュール。
【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】
従来から複数の単電池を有する組電池に関する発明が知られている（たとえば、下記特許文献１を参照）。特許文献１に記載された従来の組電池は、積層された複数の単電池が組み込まれ、単電池が収納される柔軟性および電気絶縁性を備える収納ケースを有している（同文献、請求項１等を参照）。この従来の組電池は、単電池が収納される収納ケースの積層部と、積層部の両側に配置される支持プレートおよび押圧プレートと、積層部を加圧および固定するための保持手段とを有する（同文献、第００１０段落および図１等を参照）。上記収納ケースは、一対の単電池を収納しており、一方の電極タブが互いに予め接続されている。これら一対の単電池の極性の異なる一方の電極タブと他方の電極タブは、対向する端面から延長している（同文献、第００１３段落および図３等を参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００５−１１６４３１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上記従来の組電池のように、一対の単電池の極性の異なる一方の電極タブと他方の電極タブが対向する端面から延長していると、充放電に寄与しない空間が増加して組電池の体積エネルギー密度が低下するおそれがある。
【０００５】
本開示は、従来よりも体積エネルギー密度を増加させることが可能な電池モジュールを提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本開示の一態様は、積層させて配置された複数の電池セルを備えた電池モジュールであって、前記複数の前記電池セルの積層方向の両端に配置された一対の支持部と、該一対の前記支持部を連結して前記複数の前記電池セルを固縛する連結部と、を備え、前記電池セルは、電極体と、該電極体を収容する外装体と、前記電極体に接続されて前記外装体の外部に露出した電極端子と、を有し、前記外装体は、前記電極体の形状に沿う柔軟なシート材によって構成され、前記積層方向を向く一対の端面と、該一対の前記端面の間に設けられた側面と、該側面から延出して該側面に沿って折り曲げられた折込部と、を有し、前記折込部と前記連結部は、前記側面に沿って前記積層方向に交差する方向に並んでいることを特徴する電池モジュールである。
【発明の効果】
【０００７】
本開示によれば、従来よりも体積エネルギー密度を増加させることが可能な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】
【０００８】
【図１】本開示の一実施形態に係る電池モジュールの斜視図。
【図２】図１に示す電池モジュールを別の角度から見た斜視図。
【図３】図１に示す電池モジュールの分解斜視図。
【図４】図３に示す電池モジュールを構成する電池セルの斜視図。
【図５】図４に示す電池セルを別の角度から見た斜視図。
【図６】図４に示すVI-VI線に沿う電池セルの模式的な断面図。
【図７】図４に示す電池セルの製造工程を説明する斜視図。
【図８】図４に示す電池セルの製造工程を説明する斜視図。
【図９】図４に示す電池セルの製造工程を説明する斜視図。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下、図面を参照して本開示に係る電池モジュールの実施形態を説明する。
【００１０】
図１は、本開示の一実施形態に係る電池モジュール２００の斜視図である。図２は、図１に示す電池モジュール２００を別の角度から見た斜視図である。図３は、図１に示す電池モジュール２００の分解斜視図である。
【００１１】
本実施形態の電池モジュール２００は、たとえば、積層させて配置された複数の電池セル１００を備えている。また、電池モジュール２００は、たとえば、複数の電池セル１００の積層方向Ｄｓの両端に配置された一対の支持部２１０と、その一対の支持部２１０を連結して複数の電池セル１００を固縛する連結部２２０と、を備えている。図１から図３に示す例において、電池モジュール２００は、積層させて配置された二つの電池セル１００を備えている。なお、電池モジュール２００を構成する電池セル１００の数は、特に限定されず、三つ以上であってもよい。
【００１２】
複数の電池セル１００は、たとえば、図示を省略するバスバーによって、並列に接続される。この場合、複数の電池セル１００は、図１に示すように、隣り合う二つの電池セル１００の間で極性が等しい電極端子１３０Ｐ，１３０Ｐおよび電極端子１３０Ｎ，１３０Ｎが、それぞれ、積層方向Ｄｓに隣り合うように、各々の電池セル１００の正負の電極端子１３０Ｎ，１３０Ｐの位置が揃えられて積層される。また、複数の電池セル１００は、たとえば、図示を省略するバスバーによって、直列に接続される。この場合、複数の電池セル１００は、隣り合う二つの電池セル１００の間で極性の異なる電極端子１３０が積層方向Ｄｓに隣り合うように、各々の電池セル１００の正負の電極端子１３０Ｎ，１３０Ｐの位置が交互に反転されて積層される。
【００１３】
電池セル１００は、たとえば、矩形の端面１２１と矩形の側面１２２からなる六面体形状を有している。より具体的には、電池セル１００は、たとえば、一対の長方形の端面１２１と、その端面１２１の長辺に沿う一対の長方形の長側面１２２Ｌと、上記端面１２１の短辺に沿う一対の短側面１２２Ｓとを有している。図３に示す例において、電池セル１００は、たとえば、上下の端面１２１の面積よりも左右の長側面１２２Ｌの面積の方が狭く、左右の長側面１２２Ｌの面積よりも前後の短側面１２２Ｓの面積の方が狭い。
【００１４】
すなわち、電池セル１００は、複数の電池セル１００の積層方向Ｄｓに厚さを有する矩形板状の薄型の直方体形状を有している。電池セル１００の詳細な構成については、後述する。以下では、電池セル１００の上下の端面１２１の長辺に平行なＸ軸と、電池セル１００の上下の端面１２１の短辺に平行なＹ軸と、電池セル１００の厚さ方向すなわち複数の電池セル１００の積層方向Ｄｓに平行なＺ軸からなる、三次元の直交座標系を用いて電池モジュール２００の各部を説明する場合がある。
【００１５】
支持部２１０は、前述のように、複数の電池セル１００の積層方向Ｄｓの一端と他端にそれぞれ配置されている。支持部２１０は、たとえば、電池セル１００の端面１２１の平面形状に対応する平面形状を有する板状の部材である。より具体的には、支持部２１０は、たとえば、電池セル１００の長方形の端面１２１に対応するおおむね長方形板状の部材である。支持部２１０の長辺に沿う長手方向（Ｘ軸方向）の寸法は、たとえば、電池セル１００の端面１２１の長辺に沿う長手方向（Ｘ軸方向）の寸法よりも大きくされている。これにより、支持部２１０の長手方向の両端部が、電池セル１００の長手方向の両端部よりも外側に突出している。
【００１６】
支持部２１０の素材としては、特に限定はされないが、たとえば、金属、樹脂、セラミックスなどを用いることができる。金属としては、たとえば、アルミニウム、ステンレス鋼（ＳＵＳ）、チタン、その他、高硬度の特殊鋼などを用いることができる。一対の支持部２１０の形状、寸法、および材質は、たとえば、同一であってもよい。
【００１７】
支持部２１０は、たとえば、連結部２２０のボルト２２１を挿通させるための複数の貫通孔２１１と、それぞれの貫通孔２１１の周囲に設けられた凹部２１２とを有している。これら複数の貫通孔２１１および凹部２１２は、たとえば、電池セル１００の長手方向の両端部よりも外側に突出した支持部２１０の長手方向の両端部に設けられている。
【００１８】
図３に示す例において、支持部２１０の長手方向における一方の端部には、支持部２１０の短手方向における一端と他端に離隔して二つの貫通孔２１１および凹部２１２が設けられている。また、この例において、支持部２１０の長手方向における他方の端部には、支持部２１０の短手方向における両端部に切り欠き部２１３が設けられている。さらに、支持部２１０の短手方向におけるその切欠き部の内側に、たとえば、三つの貫通孔２１１および凹部２１２が、等間隔に離隔して設けられている。
【００１９】
連結部２２０は、前述のように、一対の支持部２１０を連結して複数の電池セル１００を固縛する部材である。連結部２２０は、たとえば、電池セル１００の厚さ方向すなわち複数の電池セル１００の積層方向Ｄｓにおおむね平行に延びる柱状または棒状の部材である。図１から図３に示す例において、連結部２２０は、円柱状、円筒状、または丸棒状の形状を有している。連結部２２０は、長手方向の両端部にボルト２２１を締結するためのねじ穴２２２を有している。連結部２２０の素材としては、たとえば、支持部２１０と同様の素材を用いることができる。
【００２０】
連結部２２０によって一対の支持部２１０を連結して複数の電池セル１００を固縛するには、まず、一方の支持部２１０の上に複数の電池セル１００を積層させて配置し、その複数の電池セル１００の上に他方の支持部２１０を配置する。このとき、一方の支持部２１０へ向けて他方の支持部２１０に力を加え、複数の電池セル１００を適当な範囲で圧縮してもよい。次に、一対の支持部２１０の間に複数の連結部２２０を挿入し、一対の支持部２１０の貫通孔２１１の位置と連結部２２０の両端部のねじ穴２２２の位置を合わせる。
【００２１】
最後に、一対の支持部２１０のそれぞれの凹部２１２に配置したワッシャ２２３とそれぞれの貫通孔２１１に挿通させたボルト２２１を、それぞれの連結部２２０のねじ穴２２２に締結する。以上の手順によって、図１および図２に示すように、一対の支持部２１０が複数の連結部２２０によって連結され、積層させて配置した複数の電池セル１００が一対の支持部２１０の間で固縛された電池モジュール２００を組み立てることができる。
【００２２】
このように、一対の支持部２１０と複数の連結部２２０によって、積層して配置された複数の電池セル１００を固縛することで、各々の電池セル１００が厚さ方向（Ｚ軸方向）に圧縮され、または、各々の電池セル１００の厚さ方向の膨張が規制される。これにより、たとえば電池モジュール２００を構成する複数の電池セル１００の充電時に生じる各々の電池セル１００の厚さ方向の膨張を抑制することができる。
【００２３】
次に、図４から図９を参照して、電池セル１００の詳細な構成を説明する。図４は、図３に示す電池モジュール２００を構成する下側の電池セル１００の斜視図である。図５は、図４に示す電池セル１００を別の角度から見た斜視図である。図６は、図４に示すVI-VI線に沿う電池セル１００の模式的な断面図である。
【００２４】
本実施形態の電池モジュール２００が備える複数の電池セル１００は、たとえば、リチウムイオン二次電池である。リチウムイオン二次電池は、電解質中の電極によるリチウムイオンの吸蔵と放出により、電気エネルギーを蓄える蓄電と、蓄えた電気エネルギーの供給を行う電気化学デバイスである。リチウムイオン二次電池は、たとえば、リチウムイオン電池、非水電解質二次電池、または非水電解液二次電池など、別の名称で呼ばれる場合がある。
【００２５】
なお、電池モジュール２００が備える複数の電池セル１００は、リチウムイオン二次電池に限定されない。電池セル１００は、たとえば、ナトリウムイオン二次電池、マグネシウムイオン二次電池、カルシウムイオン二次電池、亜鉛二次電池、アルミニウムイオン二次電池など、リチウムイオン二次電池以外の二次電池であってもよい。
【００２６】
電池セル１００は、電極体１１０と、その電極体１１０を収容する外装体１２０と、その外装体１２０の内部で電極体１１０に接続されてその外装体１２０の外部に露出した電極端子１３０と、を有している。
【００２７】
電極体１１０は、たとえば、極性の異なる電極である正電極１１１および負電極１１２と、セパレータ１１３を有している。図６に示す例において、電極体１１０は、たとえば、複数の正電極１１１と複数の負電極１１２とがセパレータ１１３を介して交互に積層された積層型電極体である。なお、電極体１１０は、積層型に限定されず、長尺帯状の正電極１１１と長尺帯状の負電極１１２とを、長尺帯状のセパレータ１１３を介して積層させて巻回し、扁平な形状に成形した、巻回型電極体であってもよい。
【００２８】
正電極１１１は、たとえば、正極集電体１１１ａと、その正極集電体１１１ａの表裏両面に形成された正極合剤層１１１ｂとを有している。負電極１１２は、たとえば、負極集電体１１２ａと、その負極集電体１１２ａの表裏両面に形成された負極合剤層１１２ｂを有している。負電極１１２は、正電極１１１および負電極１１２の積層方向Ｄｓの両端に配置されている。また、負電極１１２の形状と正電極１１１の形状はおおむね等しく、負電極１１２の面積は正電極１１１の面積より大きい。これにより、すべての正電極１１１の正極合剤層１１１ｂの全体が負極合剤層１１２ｂの間に配置されている。
【００２９】
負極集電体１１２ａは、たとえば、銅箔または銅製の穿孔箔などの金属箔であり、電池セル１００の平面形状に対応する矩形の平面形状を有している。なお、負極集電体１１２ａは、たとえば、銅製のエキスパンドメタルや発泡銅板であってもよく、ステンレス、チタン、またはニッケルなどの他の金属製であってもよい。負極集電体１１２ａおよび負極タブ１１２ｔの厚さは、電池セル１００のエネルギー密度と負電極１１２の機械的強度を両立させる観点から、たとえば、およそ１０［ｎｍ］から１［ｍｍ］程度の範囲であることが好ましく、およそ１［μｍ］から１００［μｍ］程度の範囲であることがより好ましい。
【００３０】
図６に示すように、負極集電体１１２ａは、たとえば、負極合剤層１１２ｂが形成された矩形の主部の一端から負極の電極端子１３０Ｎへ向けて延びる帯状の負極タブ１１２ｔを有している。負極タブ１１２ｔは、たとえば、負極集電体１１２ａの矩形の主部において、負極の電極端子１３０Ｎに隣接する端縁に設けられ、その端縁において負極の電極端子１３０Ｎに最も近い位置から負極の電極端子１３０Ｎへ向けて延出している。
【００３１】
図６に示す例では、複数の負電極１１２の負極タブ１１２ｔが束ねられ、その束ねられた複数の負極タブ１１２ｔが、外装体１２０を構成するシート材１２３の間で、負極の電極端子１３０Ｎの一端に接続されている。なお、負極タブ１１２ｔに負極合剤層１１２ｂは形成されていないが、電池セル１００の性能に与えない範囲で負極タブ１１２ｔに負極合剤層１１２ｂが形成されていてもよい。
【００３２】
負極合剤層１１２ｂは、たとえば、Ｌｉの吸蔵と放出が可能な負極活物質を含んでいる。負極活物質は、たとえば、天然黒鉛、ソフトカーボン、非晶質炭素などの炭素系材料、シリコン（Ｓｉ）金属やＳｉ合金、チタン酸リチウム、リチウム金属等からなる群から選択することができる。負極合剤層１１２ｂは、たとえば、導電材、バインダ、固体電解質などを含んでもよい。導電材は、負極合剤層１１２ｂの電子伝導性を担う。バインダは、負極合剤層１１２ｂの材料間の密着性を確保する。固体電解質は、負極合剤層１１２ｂのイオン電導性を確保する。
【００３３】
正極集電体１１１ａは、たとえば、アルミニウム箔またはアルミニウム製の穿孔箔などの金属箔であり、電池セル１００の平面形状に対応する矩形の平面形状を有している。なお、正極集電体１１１ａは、たとえば、アルミニウム製のエキスパンドメタルや発泡アルミニウム板であってもよく、ステンレスやチタンなどの他の金属製であってもよい。正極集電体１１１ａおよび正極タブの厚さは、電池セル１００のエネルギー密度と正電極１１１の機械的強度を両立させる観点から、たとえば、およそ１０［ｎｍ］から１［ｍｍ］程度の範囲であることが好ましく、およそ１［μｍ］から１００［μｍ］程度の範囲であることがより好ましい。
【００３４】
図示を省略するが、図６に示す負極集電体１１２ａと同様に、正極集電体１１１ａは、たとえば、矩形の正極合剤層１１１ｂが形成された矩形の主部の一端から正電極１１１の電極端子１３０Ｐへ向けて延びる帯状の正極タブを有している。正極タブは、たとえば、正極集電体１１１ａの矩形の主部において、正電極１１１の電極端子１３０Ｐに隣接する端縁に設けられ、その端縁において正電極１１１の電極端子１３０Ｐに最も近い位置から正電極１１１の電極端子１３０Ｐへ向けて延出している。
【００３５】
図６に示す複数の負電極１１２の正極タブ１１２ｔと同様に、図示を省略する複数の正電極１１１の正極タブが束ねられ、その束ねられた複数の正極タブが、外装体１２０を構成するシート材１２３の間で、図４に示す正極の電極端子１３０Ｐの一端に接続されている。なお、負極タブ１１２ｔと同様に、正極タブに正極合剤層１１１ｂは形成されていないが、電池セル１００の性能に与えない範囲で正極タブに正極合剤層１１１ｂが形成されていてもよい。
【００３６】
正極合剤層１１１ｂは、たとえば、リチウム（Ｌｉ）の吸蔵と放出が可能な正極活物質を含んでいる。正極活物質は、たとえば、ＬｉＣｏ系酸化物、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系酸化物、ＬｉＭｎＰＯ４系酸化物、ＬｉＭｎ１−ｘＦｅｘＰＯ４（０＜１＜ｘ）系酸化物等からなる群から選択することができる。正極合剤層１１１ｂは、たとえば、導電材、バインダ、固体電解質などを含んでもよい。導電材は、正極合剤層１１１ｂの電子伝導性を担う。バインダは、正極合剤層１１１ｂの材料間の密着性を確保する。固体電解質は、正極合剤層１１１ｂのイオン電導性を確保する。
【００３７】
正極合剤層１１１ｂおよび負極合剤層１１２ｂは、たとえば、以下のような手順によって製造することができる。まず、各合剤層に含まれる材料を溶媒に溶かしてスラリー化し、その材料のスラリーを各集電体に塗工する。スラリーの塗工方法としては、たとえば、ロールコーターを使用した方法、ドクターブレード法、ディッピング法、またはスプレー法などを用いることができる。次に、各集電体上に塗工されたスラリーを乾燥させて溶媒を除去する。次に、各合剤層内の電子伝導性、イオン伝導性を確保するために、各合剤層をプレスする。
【００３８】
複数の正電極１１１は、それぞれの正極タブが外装体１２０の内部で束ねられることで、外装体１２０の内部で並列に接続されている。同様に、複数の負電極１１２は、それぞれの負極タブ１１２ｔが外装体１２０の内部で束ねられることで、外装体１２０の内部で並列に接続されている。
【００３９】
セパレータ１１３は、正電極１１１と負電極１１２との間に介在され、たとえばリチウムイオンを透過させる一方、正電極１１１と負電極１１２との間の短絡を防止する。セパレータ１１３としては、たとえば、微多孔膜や固体電解質等を用いることができる。微多孔膜としては、たとえばポリエチレンやポリプロピレンなどのポリオレフィンや、ガラス繊維等を用いることができる。固体電解質としては、たとえば、Ｌｉ１０Ｇｅ２ＰＳ１２やＬｉ２Ｓ‐Ｐ２Ｓ５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半固体電解質、高分子ゲルを電解質としたゲル電解質等からなる群から選択することができる。
【００４０】
セパレータ１１３として微多孔膜を用いる場合、外装体１２０の内部に電解液が注入および充填される。電解液は、たとえば、溶媒およびリチウム塩を含み、正電極１１１と負電極１１２との間でリチウムイオンを伝達する媒体となる。溶媒としては、たとえば、エチレンカーボネート（ＥＣ）、ジメチルカーボネート（ＤＭＣ）、ジエチルカーボネート（ＤＥＣ）、プロピレンカーボネート、ブチレンカーボネート、γ-ブチロラクトン、リン酸トリエステル、トリメトキシメタン、ジオキソラン、ジエチルエーテル、スルホラン等のからなる群から選択することができる。リチウム塩としては、たとえば、ＬｉＰＦ６、ＬｉＢＦ４、ＬｉＣｌＯ４、ＬｉＣＦ３ＳＯ３、ＬｉＣＦ３ＣＯ２、ＬｉＡｓＦ６、ＬｉＳｂＦ６、リチウムビスオキサレートボラート（ＬｉＢＯＢ）、リチウムイミド塩（例えば、リチウムビス（フルオロスルホニル）イミド、ＬｉＦＳＩ）等からなる群から選択することができる。
【００４１】
セパレータ１１３として固体電解質を用いる場合、固体電解質が正電極１１１と負電極１１２との間でリチウムイオンを伝達する媒体となり、電解液は不要になるため、電池セル１００の内部で電気的な直列接続を構成することができる。なお、電池セル１００の内部で電気的な短絡を防止できるのであれば、セパレータ１１３として固体電解質を用いた場合でも、外装体１２０の内部に電解液を注入および充填してもよい。
【００４２】
また、セパレータ１１３は、たとえば、正極合剤層１１１ｂと負極合剤層１１２ｂの少なくとも一方の表面に材料を塗布して形成してもよい。この場合、セパレータ１１３は、正極合剤層１１１ｂと負極合剤層１１２ｂの少なくとも一方の表裏両面に形成されていてもよく、表面または裏面に形成されていてもよい。セパレータ１１３の厚さは電池セル１００のエネルギー密度、電子絶縁性の確保等の観点から数［ｎｍ］から数［ｍｍ］程度の範囲であることが望ましい。
【００４３】
電極端子１３０は、図４に示すように、電池セル１００の一方の短側面１２２Ｓにおいて、電池セル１００の厚さ方向すなわち複数の電池セル１００の積層方向Ｄｓに交差する横方向Ｄｌに二つ並んで配置されている。二つの電極端子１３０は、横方向Ｄｌに所定の間隔で離隔している。二つの電極端子１３０のうち、一方は正極の電極端子１３０Ｐであり、他方は負極の電極端子１３０Ｎである。電極端子１３０は、たとえば、アルミニウム、銅、ニッケル、ステンレスなどの比較的に電気抵抗の小さい金属製の部材である。電極端子１３０は、たとえば、帯板状の形状を有している。
【００４４】
図示を省略するが、正極の電極端子１３０Ｐの一端は、図６に示す負極の電極端子１３０Ｎと同様に、外装体１２０を構成するシート材１２３の間で、複数の正電極１１１から延びて束ねられた複数の正極タブに接合されている。負極の電極端子１３０Ｎの一端は、図６に示すように、外装体１２０を構成するシート材１２３の間で、複数の負電極１１２から延びて束ねられた複数の負極タブ１１２ｔに接合されている。正極の電極端子１３０Ｐおよび正極タブとシート材１２３との間、ならびに、負極の電極端子１３０Ｎおよび負極タブ１１２ｔとシート材１２３との間は、それぞれ電気絶縁性を有するシーラント材１２４によって封止されている。
【００４５】
シーラント材１２４としては、たとえば、ポリプロピレン、ポリエチレン、ポリオレフィン系樹脂等、加熱により可塑化し、その後の温度低下により固化して、外装体１２０を構成するシート材１２３に密着する材料を用いることができる。すなわち、正極の電極端子１３０Ｐおよび正極タブとシート材１２３との間、ならびに、負極の電極端子１３０Ｎおよび負極タブ１１２ｔとシート材１２３との間は、たとえば、シーラント材１２４を用いた熱融着によって封止することができる。
【００４６】
外装体１２０は、前述のように、電極体１１０を収容する容器である。外装体１２０は、たとえば、電極体１１０の形状に沿う柔軟なシート材１２３によって構成され、袋状に閉じられて密封されている。外装体１２０を構成するシート材１２３としては、外装体１２０に収容される電解液や固体電解質に対する耐食性を有する素材であれば、特に限定されない。たとえば、シート材１２３として、シート状のアルミニウムまたはアルミニウム箔に樹脂製のラミネート層を積層させたアルミラミネートフィルムを用いることができる。
【００４７】
また、シート材１２３として、電極体１１０の形状に沿って変形させることが十分な可撓性および柔軟性を有するシート状のアルミニウム、ステンレス鋼、およびニッケルメッキ鋼などを用いることも可能である。なお、シート材１２３の表面に電気絶縁性を有する層が形成されている場合や、シート材１２３の素材自体が電気絶縁性を有する場合には、図６に示す電極体１１０において正電極１１１および負電極１１２の積層方向Ｄｓの両端に配置されたセパレータ１１３を省略することが可能である。
【００４８】
外装体１２０は、図４および図５に示すように、たとえば、矩形の端面１２１と矩形の側面１２２からなる六面体形状を有している。外装体１２０の端面１２１は、たとえば、長方形である。そのため、側面１２２は、たとえば、端面１２１の長辺に沿う一対の長側面１２２Ｌと、端面１２１の短辺に沿う一対の短側面１２２Ｓとを含む。外装体１２０において、端面１２１の面積が最も大きく、短側面１２２Ｓの面積が最も小さくなっている。
【００４９】
外装体１２０は、側面１２２から延出してその側面１２２に沿って折り曲げられた折込部１２５を有している。より具体的には、外装体１２０の折込部１２５は、一方の短側面１２２Ｓに設けられた一対の縦折込部１２５Ｖと、他方の短側面１２２Ｓに設けられた一対の横折込部１２５Ｓとを有している。
【００５０】
一対の縦折込部１２５Ｖは、一方の短側面１２２Ｓの積層方向Ｄｓに沿う縦方向Ｄｖの両端から互いに対向するように縦方向Ｄｖに折り曲げられている。一対の横折込部１２５Ｓは、上記一方の短側面１２２Ｓと反対の他方の短側面１２２Ｓの積層方向Ｄｓに交差する横方向Ｄｌにおける両端から互いに対向するように横方向Ｄｌに折り曲げられている。
【００５１】
以下、図７から図９を参照して、電池セル１００の製造工程において外装体１２０に折込部１２５が形成される過程を詳細に説明する。図７から図９は、図４に示す電池セル１００の製造工程を説明する斜視図である。
【００５２】
電池セル１００の製造工程において外装体１２０を製造するには、まず、外装体１２０を構成するシート材１２３を用意する。用意するシート材１２３の形状は、たとえば長方形である。次に、長方形のシート材１２３の長辺に沿う長手方向の両端の短辺部分を重ね合せるように、シート材１２３を折り曲げる。そして、重ね合せたシート材１２３の短辺部分を、一端から他端まで、シーラーによって接合して封止する。
【００５３】
シーラーは、たとえば、重ね合せたシート材１２３の短辺部分を加熱および加圧することで、シート材１２３の表面の熱可塑性樹脂を可塑化させ、シート材１２３を接合する。これにより、シート材１２３は、元の長方形のシートの短辺に沿う方向の両端に開口１２６を有する筒状になる。次に、筒状のシート材１２３の一方の開口１２６を閉じて、シーラーによって接合して封止する。これにより、シート材１２３は、一端に開口を有する袋状に成形される。
【００５４】
このように、筒状のシート材１２３の一端の開口１２６を閉じて袋状に成形することで、筒状のシート材１２３の一端に余剰部を設けておく必要が無くなる。そのため、後述するように、袋状のシート材１２３の他端に残された開口１２６から電解液の注入後を注入し、その開口１２６を閉じた後に、シート材１２３の一端を切断する工程を省略することができる。
【００５５】
次に、外装体１２０の内部に電極体１１０を収容可能な空間を形成するために、電極体１１０を収容する空間の形状および大きさに対応する六面体形状の成形型を、一端に開口１２６を有する袋状の電極体１１０の内部に挿入する。これにより、図７に示すように、成形型の形状に沿って、シート材１２３が矩形の筒状に変形し、一対の端面１２１と一対の長側面１２２Ｌが形成され、開口１２６の反対側に短側面１２２Ｓが形成される。
【００５６】
また、図７に示すように、開口１２６と反対側の短側面１２２Ｓと端面１２１との間の余剰のシート材１２３が折り重り、おおむね三角形の一対の耳部１２７が形成される。耳部１２７は、開口１２６と反対側の短側面１２２Ｓにおいて、縦方向Ｄｖの一端と他端から、それぞれ、外側に向けて延出している。次に、図８に示すように、一方の耳部１２７の先端を切断することで、開口１２６と反対側の短側面１２２Ｓの縦方向Ｄｖの一端に、おおむね台形の縦折込部１２５Ｖが形成される。
【００５７】
次に、成形されたシート材１２３の内部から成形型を取り出して、成形されたシート材１２３の内部に電極体１１０と、その電極体１１０に接続された電極端子１３０を挿入する。そして、電極体１１０の複数の正極タブに接合された正極の電極端子１３０Ｐの先端部と、電極体１１０の複数の負極タブ１１２ｔに接合された負極の電極端子１３０Ｎの先端部を、縦折込部１２５Ｖの先端から突出させる。
【００５８】
ここで、外装体１２０の下方側の端面１２１から縦折込部１２５Ｖの先端までの長さＬ１と、その縦折込部１２５Ｖの先端から電極端子１３０の先端までの長さＬ２との和は、たとえば、積層方向Ｄｓすなわち縦方向Ｄｖにおける電池セル１００の厚さＴ以下にされている。より好ましくは、縦折込部１２５Ｖの長さＬ１と電極端子１３０の突出部の長さＬ２との和は、電極体１１０の厚さＴ１（図６参照）以下である。
【００５９】
次に、縦折込部１２５Ｖをシーラーで封止する。具体的には、図６に示すように、電極端子１３０が配置された縦折込部１２５Ｖを構成するシート材１２３の間をシーラント材１２４によって接合して封止する。これにより、袋状に成形されたシート材１２３と、電極端子１３０とを溶着する際のこれらの位置決めが容易になる。
【００６０】
次に、電極端子１３０が配置された縦折込部１２５Ｖと反対側の耳部１２７の先端部を切断する。これにより、図９に示すように、電極端子１３０が設けられた一方の縦折込部１２５Ｖの反対側に、他方の縦折込部１２５Ｖが形成される。
【００６１】
ここで、電極端子１３０が配置された縦折込部１２５Ｖと反対側の縦折込部１２５Ｖは、下方側の端面１２１と反対の上方側の端面１２１から、その縦折込部１２５Ｖの先端までの長さＬ３が、たとえば、電池セル１００の厚さＴ以下である。より好ましくは、この縦折込部１２５Ｖの長さＬ３は、電極体１１０の厚さＴ１（図６参照）以下である。
【００６２】
次に、上方側の縦折込部１２５Ｖの先端をシーラーで封止する。具体的には、図６に示すように、上方側の縦折込部１２５Ｖを構成するシート材１２３をシーラーによって加熱および加圧することで、上方側の縦折込部１２５Ｖの先端を横方向Ｄｌの全幅にわたって接合して封止する。
【００６３】
次に、図９に示すように、上方側の縦折込部１２５Ｖを、短側面１２２Ｓに沿って、対向する反対側の縦折込部１２５Ｖへ向けて縦方向Ｄｖに折り曲げる。また、電極端子１３０が設けられた下方側の縦折込部１２５Ｖを、短側面１２２Ｓに沿って、対向する反対側の縦折込部１２５Ｖへ向けて縦方向Ｄｖに折り曲げる。このとき、たとえば、一対の縦折込部１２５Ｖの間に間隙を形成する。すなわち、一対の縦折込部１２５Ｖは、たとえば互いに接していない状態である。
【００６４】
次に、図９に示すように六面体形状に成形された袋状のシート材１２３の内部に、たとえば、開口１２６から電解液を注入し、真空ポンプによってシート材１２３の内部を減圧して真空状態にする。これにより、たとえば、開口１２６が縦方向Ｄｖの両側から閉じ、シート材１２３が内部の電極体１１０の形状に沿って変形し、電極端子１３０が設けられた短側面１２２Ｓと反対側に、新たな短側面１２２Ｓが形成される。
【００６５】
その後、新たに形成された短側面１２２Ｓから延出したシート材１２３を、シーラーによって接合して封止する。その余剰部分を、たとえば図６に示すように下方に折り曲げるとともに、短側面１２２Ｓの横方向Ｄｌの両端部から延出して折り重なった部分を、横方向Ｄｌの内側に折り曲げる。これにより、図５に示すように、短側面１２２Ｓの横方向Ｄｌの一端と他端に、それぞれ横折込部１２５Ｓが形成される。
【００６６】
以上により、電極体１１０と、その電極体１１０を収容する外装体１２０と、電極体１１０に接続されて外装体１２０の外部に露出した電極端子１３０と、を有する電池セル１００を製造することができる。なお、外装体１２０の折込部１２５は、たとえば、カプトン（登録商標）テープ、電池モジュール２００の筐体、電極端子１３０を接続するバスバーなどによって、固定されてもよい。
【００６７】
以下、本実施形態の電池モジュール２００の作用を、従来の組電池との対比に基づいて説明する。
【００６８】
従来の組電池は、たとえば、積層された複数の単電池が組み込まれ、単電池が収納される柔軟性および電気絶縁性を備える収納ケースを有している。また、従来の組電池は、たとえば、単電池が収納される収納ケースの積層部と、積層部の両側に配置される支持プレートおよび押圧プレートと、積層部を加圧および固定するための保持手段とを有している。上記収納ケースは、一対の単電池を収納しており、一方の電極タブが互いに予め接続されている。これら一対の単電池の極性の異なる一方の電極タブと他方の電極タブは、対向する端面から延長している。このような構成では、組電池において、充放電に寄与しない空間が増加し、組電池の体積エネルギー密度が低下するおそれがある。
【００６９】
これに対し、本実施形態の電池モジュール２００は、前述のように、積層させて配置された複数の電池セル１００を備えている。また、電池モジュール２００は、複数の電池セル１００の積層方向Ｄｓの両端に配置された一対の支持部２１０と、その一対の支持部２１０を連結して複数の電池セル１００を固縛する連結部２２０と、を備えている。電池セル１００は、電極体１１０と、その電池セル１００を収容する外装体１２０と、電極体１１０に接続されて外装体１２０の外部に露出した電極端子１３０と、を有している。外装体１２０は、電極体１１０の形状に沿う柔軟なシート材１２３によって構成され、積層方向Ｄｓを向く一対の端面１２１と、その一対の端面１２１の間に設けられた側面１２２と、その側面１２２から延出してその側面１２２に沿って折り曲げられた折込部１２５と、を有している。折込部１２５と連結部２２０は、側面１２２に沿って積層方向Ｄｓに交差する方向に並んでいる。
【００７０】
この構成より、複数の電池セル１００を固縛するための連結部２２０を配置するためのスペースを、電池セル１００の外装体１２０に設けられた折込部１２５を配置するためのスペースとして有効に活用することができる。上記従来の組電池では収納ケースの一端とその反対側の端部に電極タブが設けられていため、収納ケースの両端に充放電に寄与しない無駄な空間が形成されていた。これに対し、本実施形態の電池モジュール２００では、電極端子１３０と折込部１２５と連結部２２０とを、電池セル１００の一つの側面１２２に集約することができる。したがって、本実施形態の電池モジュール２００によれば、充放電に寄与しない無駄なスペースを従来よりも減少させることができ、従来の組電池よりも体積エネルギー密度［Ｗｈ／Ｌ］を増加させることが可能になる。
【００７１】
また、本実施形態の電池モジュール２００において、電池セル１００の外装体１２０の折込部１２５は、側面１２２の積層方向Ｄｓに交差する横方向Ｄｌの両端からその横方向Ｄｌに対向するように折り曲げられた一対の横折込部１２５Ｓを有している。その横折込部１２５Ｓの先端は、連結部２２０よりも側面１２２から離隔している。
【００７２】
この構成により、外装体１２０の横折込部１２５Ｓが外装体１２０に接触することを防止することができる。これにより、何らかの原因によって電極体１１０が外装体１２０から露出した場合でも、電極体１１０の正電極１１１と負電極１１２との間の短絡を防止することができる。
【００７３】
また、本実施形態の電池モジュール２００において、電池セル１００の外装体１２０の折込部１２５は、一対の端面１２１に隣接する側面１２２の両端から積層方向Ｄｓに対向するように折り曲げられた一対の縦折込部１２５Ｖを有している。一方の縦折込部１２５Ｖの先端から外装体１２０の外部に電極端子１３０が突出している。そして、電池セル１００の一方の端面１２１から一方の縦折込部１２５Ｖの先端までの長さＬ１と、その一方の縦折込部１２５Ｖの先端から電極端子１３０の先端までの長さＬ２との和が、積層方向Ｄｓにおける電池セル１００の厚さＴ以下である。
【００７４】
この構成により、電極端子１３０または、その電極端子１３０が設けられた縦折込部１２５Ｖが短側面１２２Ｓに沿って縦方向Ｄｖに折り曲げられたときに、外装体１２０の端面１２１から電極端子１３０または縦折込部１２５Ｖが突出するのを防止できる。したがって、電池モジュール２００において充放電に寄与しない無駄なスペースを減少させ、体積エネルギー密度［Ｗｈ／Ｌ］をより増加させることが可能になる。
【００７５】
また、本実施形態の電池モジュール２００において、電極端子１３０が設けられた一方の縦折込部１２５Ｖと反対の他方の縦折込部１２５Ｖは、上記一方の端面１２１と反対の他方の端面１２１からその他方の縦折込部１２５Ｖの先端までの長さＬ３が、電池セル１００の厚さＴ以下である。
【００７６】
この構成により、電極端子１３０が設けられた一方の縦折込部１２５Ｖと、その反対の縦折込部１２５Ｖとの接触を抑制することができる。そのため、たとえば、何らかの原因によって外装体１２０から電極体１１０が露出した場合でも、正電極１１１と負電極１１２との間の短絡を防止することができる。
【００７７】
なお、電極端子１３０が設けられた外装体１２０の縦折込部１２５Ｖの先端までの長さＬ１と、その縦折込部１２５Ｖの先端から電極端子１３０の先端までの長さＬ２と、反対側の縦折込部１２５Ｖの長さＬ３との和とが、電池セル１００の厚さＴ以下であってもよい。この構成により、対向する一対の縦折込部１２５Ｖおよび電極端子１３０と縦折込部１２５Ｖとの重畳が防止され、電池モジュール２００の体積エネルギー密度を向上させることができる。
【００７８】
また、本実施形態の電池モジュール２００は、一対の縦折込部１２５Ｖの間に間隙を有している。この構成により、何らかの原因によって外装体１２０から電極体１１０が露出した場合でも、正電極１１１と負電極１１２との間の短絡を防止することができる。
【００７９】
また、本実施形態の電池モジュール２００において、外装体１２０は、矩形の端面１２１と矩形の側面１２２からなる六面体形状を有している。側面１２２は、一対の長側面１２２Ｌと、その長側面１２２Ｌよりも面積が小さい一対の短側面１２２Ｓとを含む。外装体１２０の折込部１２５は、一方の短側面１２２Ｓに設けられた一対の縦折込部１２５Ｖと、他方の短側面１２２Ｓに設けられた一対の横折込部１２５Ｓとを有している。一対の縦折込部１２５Ｖは、一方の短側面１２２Ｓの積層方向Ｄｓに沿う縦方向Ｄｖの両端から互いに対向するように縦方向Ｄｖに折り曲げられている。一対の横折込部１２５Ｓは、一方の短側面１２２Ｓと反対の他方の短側面１２２Ｓの積層方向Ｄｓに交差する横方向Ｄｌにおける両端から互いに対向するように横方向Ｄｌに折り曲げられている。
【００８０】
この構成により、図１に示すように、複数の電池セル１００を積層方向Ｄｓに積層させて配置させることが可能になる。また、前述のように、複数の電池セル１００を固縛するための連結部２２０を配置するためのスペースを、電池セル１００の外装体１２０に設けられた横折込部１２５Ｓおよび縦折込部１２５Ｖを配置するためのスペースとして有効に活用することができる。したがって、電池モジュール２００において充放電に寄与しない無駄なスペースを従来よりも減少させることができ、体積エネルギー密度［Ｗｈ／Ｌ］をより増加させることが可能になる。
【００８１】
以上説明したように、本実施形態によれば、従来よりも体積エネルギー密度を増加させることが可能な電池モジュール２００を提供することができる。
【００８２】
以上、図面を用いて本開示に係る電池モジュールの実施形態を詳述してきたが、具体的な構成はこの実施形態に限定されるものではなく、本開示の要旨を逸脱しない範囲における設計変更等があっても、それらは本開示に含まれるものである。
【符号の説明】
【００８３】
１００    電池セル
１１０    電極体
１２０    外装体
１２１    端面
１２２    側面
１２２Ｌ  長側面
１２２Ｓ  短側面
１２３    シート材
１２５    折込部
１２５Ｓ  横折込部
１２５Ｖ  縦折込部
２００    電池モジュール
２１０    支持部
２２０    連結部
１３０    電極端子
Ｄｌ      横方向
Ｄｓ      積層方向
Ｄｖ      縦方向
Ｌ１      長さ
Ｌ２      長さ
Ｌ３      長さ
Ｔ１      厚さ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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