(57)【要約】【課題】効率的に電池モジュールを製造する方法を提供する。【解決手段】電池モジュールを製造する本開示の製造方法は、（Ａ）構成単位セルの初期充電後に、構成単位セルの開回路電圧が、電池積層体の使用時における構成単位セルの開回路電圧の最小値以下になるまで構成単位セルを放電すること、（Ｂ）拘束バンドにより結束されている一対のエンドプレート間の間隔を一時的に広げること、（Ｃ）工程（Ａ）及び工程（Ｂ）の後に、一時的に広げられている一対のエンドプレート間に、電池積層体を配置すること、及び（Ｄ）工程（Ｃ）の後に、一対のエンドプレート間の間隔を狭めることによって、拘束バンドによって電池積層体を拘束することを有する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の構成単位セルが互いに積層されている電池積層体、
前記電池積層体を、前記構成単位セルの積層方向に挟んで対向している一対のエンドプレート、及び
前記積層方向に一対の前記エンドプレートを結束し、かつ一対の前記エンドプレートを介して前記電池積層体を拘束している拘束バンド
を有している、
電池モジュールの製造方法であって、以下の（Ａ）〜（Ｄ）を含む、電池モジュールの製造方法：
（Ａ）前記構成単位セルの初期充電後に、前記構成単位セルの開回路電圧が、前記電池積層体の使用時における前記構成単位セルの開回路電圧の最小値以下になるまで前記構成単位セルを放電すること、
（Ｂ）前記拘束バンドにより結束されている一対の前記エンドプレート間の間隔を一時的に広げること、
（Ｃ）前記工程（Ａ）及び前記工程（Ｂ）の後に、一時的に広げられている一対の前記エンドプレート間に、前記電池積層体を配置すること、及び
（Ｄ）前記工程（Ｃ）の後に、一対の前記エンドプレート間の間隔を狭めることによって、前記拘束バンドによって前記電池積層体を拘束すること、
を有する、電池モジュールの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、電池モジュールの製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
電池積層体の両端をエンドプレートで固定した電池モジュールが知られている。この様な電池モジュール、特に車載用の電池モジュール等では、振動・衝撃等による電池積層体同士の位置ズレ防止、電池積層体の寿命・出力性能確保等の観点から、電池積層体に、両端から拘束圧力をかけている。
【０００３】
このような電池モジュールとしては、例えば特許文献１に開示されている電池モジュールを挙げることができる。
【０００４】
特許文献１は、一対のエンドプレート及びエンドプレート間に配置されている複数の燃料電池、並びにこれらを取り囲み、複数の燃料電池に対して圧縮力を加える圧縮バンドを備える電池モジュールを開示している。同文献は、電池モジュールを圧縮するための圧縮手段に十分な伸縮性と弾性がある場合、圧縮手段を電池モジュールの周囲に適合させる目的でそれを引き延ばすことができることを開示している。
【０００５】
また、電池モジュールの製造前に、電池積層体を構成する構成単位セルに対して充放電を行う場合があることが、特許文献２及び３に開示されている。
【０００６】
特許文献２は、構成単位セルを、その充電率が使用時における充電率の中間となるように調整し、構成単位セルを組み付けて電池積層体とした後に、電池積層体を構成する少なくとも２つの構成単位セルを放電して、その充電率が使用時における充電率の最小値以上の値まで一括放電することを含む方法を開示している。同文献によれば、この様な方法により、電池モジュールを構成する各構成単位セルの電圧ばらつきを、安全に抑制した組電池を製造することができる。
【０００７】
また、特許文献３は、電池モジュールを組立てる前に、構成単位セルを充電して、使用時における充電率の最大充電率と最小充電率との中間値に調整した後に、構成単位セルに対して試験を行うことを開示している。同文献において、検査に合格した構成単位セルを放電し、放電することによって重ね合わせる側面が平面に復帰した構成単位セルを、電池モジュールの組立てに用いることが開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特表２０１１−５０８３８３号公報
【特許文献２】特許第５２９９４３４号公報
【特許文献３】特開２００６−３２４１６３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
電池積層体が一対のエンドプレートを介して拘束バンドによって拘束された構成を有している電池モジュールが知られている。
【００１０】
このような電池モジュールを組立てる方法としては、例えば、拘束バンドが十分な弾性を有している場合には、拘束バンドと一対のエンドプレートとを結束させ、拘束バンドを伸長させることによって一対のエンドプレート間の間隔を広げ、その間に電池積層体を配置する方法が考えられる。
【００１１】
しかしながら、電池モジュールには、例えば全固体電池積層体を有する電池モジュールのように、電池積層体を大きい力で拘束することが求められているものがある。そのような電池モジュールを製造する場合、上記の方法では、一対のエンドプレート間の間隔を広げ、その間に電池積層体を配置する際に、非常に大きい力で拘束バンドを伸長させる必要があり、製造効率が悪い。
【００１２】
したがって、より効率の良い電池モジュールの製造方法が求められている。
【００１３】
本開示は、効率的に電池モジュールを製造する方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
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：
複数の構成単位セルが互いに積層されている電池積層体、
前記電池積層体を、前記構成単位セルの積層方向に挟んで対向している一対のエンドプレート、及び
前記積層方向に一対の前記エンドプレートを結束し、かつ一対の前記エンドプレートを介して前記電池積層体を拘束している拘束バンド
を有している、
電池モジュールの製造方法であって、以下の（Ａ）〜（Ｄ）を含む、電池モジュールの製造方法：
（Ａ）前記構成単位セルの初期充電後に、前記構成単位セルの開回路電圧が、前記電池積層体の使用時における前記構成単位セルの開回路電圧の最小値以下になるまで前記構成単位セルを放電すること、
（Ｂ）前記拘束バンドにより結束されている一対の前記エンドプレート間の間隔を一時的に広げること、
（Ｃ）前記工程（Ａ）及び前記工程（Ｂ）の後に、一時的に広げられている一対の前記エンドプレート間に、前記電池積層体を配置すること、及び
（Ｄ）前記工程（Ｃ）の後に、一対の前記エンドプレート間の間隔を狭めることによって、前記拘束バンドによって前記電池積層体を拘束すること、
を有する、電池モジュールの製造方法。
【発明の効果】
【００１５】
本開示によれば、効率的に電池モジュールを製造する方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】図１は、本開示の一つの実施形態に従う電池モジュールの製造方法のフローチャートである。
【図２】図２は、本開示の一つの実施形態に従う電池モジュールの製造方法と、本開示の実施形態とは異なる形態における電池モジュールの製造方法とを対比している模式図である。
【図３】図３は、本開示の一つの実施形態に従う電池モジュールの製造方法の工程Ａを示す模式図である。
【図４】図４は、本開示の一つの実施形態に従う電池モジュールの製造方法の工程Ｂを示す模式図である。
【図５】図５は、本開示の一つの実施形態に従う電池モジュールの製造方法の工程Ｃを示す模式図である。
【図６】図６は、本開示の一つの実施形態に従う電池モジュールの製造方法の工程Ｄを示す模式図である。
【図７】図７は、本開示の一つの実施形態に従う電池モジュールの製造方法により製造される、電池モジュールの一例を示す模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
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。
【００１８】
《電池モジュールの製造方法》
電池モジュールを製造する本開示の製造方法は、以下の工程（Ａ）〜（Ｄ）を含む：
（Ａ）構成単位セルの初期充電後に、構成単位セルの開回路電圧が、電池積層体の使用時における構成単位セルの開回路電圧の最小値以下になるまで構成単位セルを放電すること、
（Ｂ）拘束バンドにより結束されている一対のエンドプレート間の間隔を一時的に広げること、
（Ｃ）工程（Ａ）及び工程（Ｂ）の後に、一時的に広げられている一対のエンドプレート間に、電池積層体を配置すること、及び
（Ｄ）工程（Ｃ）の後に、一対のエンドプレート間の間隔を狭めることによって、拘束バンドによって電池積層体を拘束すること。
【００１９】
図１は、本開示の一つの実施形態に従う電池モジュールの製造方法のフローチャートである。
【００２０】
図１に示すフローチャートでは、工程１〜７をこの順に実施している。まず、工程１として、構成単位セルを製造し、その後、工程２として、構成単位セルの初期充電を行う。そして、工程３（工程Ａ）として、初期充電後の構成単位セルを、構成単位セルの開回路電圧が電池積層体の使用時における構成単位セルの開回路電圧の最小値以下になるまで放電する。この放電は、初期充電後に他の操作をせずに行ってもよいが、例えば必要に応じて初期充電後の構成単位セルに対して行う構成単位セルの性能の検査、例えば短絡試験等を行った後に行うことができる。そして、工程４として、複数の構成単位セルを互いに積層して、電池積層体を組立てる。そして、工程５（工程Ｂ）として、拘束バンドにより拘束されているエンドプレートを用意して、拘束バンドにより拘束されているエンドプレート間の拡張を行う。そして、工程６（工程Ｃ）として、工程Ｂにおいて拡張したエンドプレート間に、電池積層体を配置する。最後に、工程７（工程Ｄ）として、一対のエンドプレート間の間隔を狭めることによって、拘束バンドによって電池積層体を拘束して、電池モジュールを完成させる。
【００２１】
なお、本開示の製造方法は、工程１〜７をこの順に行う方法に限定されない。例えば、工程３（工程Ａ）における放電は、工程４、すなわち電池積層体の組立てを行う工程の後に行うことができる。また、工程３（工程Ａ）及び工程５（工程Ｂ）の先後関係は、工程３（工程Ａ）の後に工程５（工程Ｂ）を実施する形態に限定されず、この２つの工程は、互いに独立して行うことができる。すなわち、この２つの工程を同時に行ってよく、又は先後関係を逆にして行ってもよい。
【００２２】
更に、工程１、工程２、及び工程４は、本開示の製造方法において必須の工程ではなく、これらの工程を別途先に行った電池積層体等を用いて、本開示の製造方法を行うことができる。
【００２３】
原理によって限定されるものではないが、本開示の製造方法によって、効率的に電池モジュールを製造することができる原理は、以下のとおりである。
【００２４】
電池モジュールを製造する方法として、例えば一対のエンドプレート同士を拘束バンドによって互いに結束した後に、一対のエンドプレートに荷重を掛けて互いに引き離す方向に引っ張ることによりその間隔を広げ、その間に電池積層体を配置することが考えられる。
【００２５】
このような製造方法を採用した場合、一対のエンドプレート間に電池積層体を配置するために必要なエンドプレート間の間隔が大きいほど、エンドプレートに掛ける荷重が増加するため、製造効率が低下する。また、エンドプレートに掛ける荷重が増加した場合、そのような荷重に耐えうる強度をエンドプレートに与えるためには、エンドプレートを大型化する必要があり、完成した電池モジュールの体積エネルギー効率が低下すると考えられる。
【００２６】
他方、電池モジュールを製造する方法において、電池積層体を電池モジュールに組立てる前に、電池積層体を構成している構成単位セルに対して初期充電を行い、活性化させる必要がある。
【００２７】
また、完成した電池モジュールの性能を担保するために、電池積層体を電池モジュールに組立てる前に、電池積層体を構成する構成単位セルの性能、例えば短絡の有無、充放電容量、及び内部抵抗値等を検査する場合がある。このような検査は、初期充電を含めて構成単位セルの充放電を伴って行われる。
【００２８】
しかしながら、構成単位セルを初期充電し、及び／又は検査のために構成単位セルを充放電した場合、構成単位セル中の負極活物質層が膨張することにより、構成単位セルの厚さが増大し、したがって、電池積層体の厚さが増大する。
【００２９】
そのため、上記製造方法では、構成単位セルを初期充電し、及び／又は検査のために構成単位セルを充放電したことによって増大した電池積層体の厚さの分だけ、一対のエンドプレート間に電池積層体を配置するために必要なエンドプレート間の間隔を大きくする必要があり、これが、上記製造方法の製造効率を低下させる一因となっている。
【００３０】
本開示者らは、構成単位セルの初期充電、及び／又は検査のための構成単位セルの充放電の後の構成単位セルの厚さの増大を低減させることで、上記製造方法の製造効率を向上させることを見出した。
【００３１】
すなわち、本開示の製造方法では、構成単位セルの初期充電後に、構成単位セルの開回路電圧が、電池積層体の使用時における構成単位セルの開回路電圧の最小値以下になるまで構成単位セルを放電した状態で、電池積層体を電池モジュールに組立てる。そのため、一対のエンドプレート間に電池積層体を配置する際における、電池積層体の厚さを低減することができる。これにより、効率的に電池モジュールを製造することができる。
【００３２】
なお、ここでは、電池積層体の使用時における構成単位セルの開回路電圧の最小値以下になるまで構成単位セルを放電させるために、必ずしも開回路電圧を測定する必要はなく、例えば経験的に、又は閉回路電圧を測定して、そのような状態になるようにして放電を行うことができる。
【００３３】
図２は、本開示の一つの実施形態に従う電池モジュールの製造方法と、本開示の実施形態とは異なる電池モジュールの製造方法とを対比している模式図である。図２の（ａ）は、本開示の製造方法の工程Ｃの具体的な形態の一例を示しており、図２の（ｂ）は、本開示の実施形態とは異なる電池モジュールの製造方法において、一対のエンドプレート間の間隔を広げ、その間に電池積層体を配置する工程の一例を示している。
【００３４】
図２（ａ）と（ｂ）とを比較すると、本開示の製造方法の工程Ｃにおいて一対のエンドプレート２００間に配置する電池積層体１００は、事前に行われる工程Ａによって、本開示の実施形態とは異なる製造方法において一対のエンドプレート２００間に配置する電池積層体１００よりも厚さが小さい。そのため、本開示の製造方法の工程Ｃでは、電池積層体１００を配置するのに必要な一対のエンドプレート２００間の間隔が、本開示の実施形態とは異なる製造方法において必要な間隔よりも長さｄだけ小さい。そのため、本開示の製造方法の工程Ｃにおいてエンドプレート間の距離を広げるために必要な荷重は、本開示の実施形態とは異なる製造方法において必要な荷重よりも小さい。したがって、本開示の製造方法は、一対のエンドプレート間に電池積層体を配置する際における、電池積層体の厚さを低減することができ、効率的に電池モジュールを製造することができる。
【００３５】
〈工程Ａ〉
工程Ａは、構成単位セルの初期充電後に、構成単位セルの開回路電圧が、電池積層体の使用時における構成単位セルの開回路電圧の最小値以下になるまで構成単位セルを放電する工程である。
【００３６】
ここで、初期充電とは、構成単位セルを製造した後に、構成単位セルに対して行う最初の充電である。初期充電では、例えば電池積層体の使用時における構成単位セルの開回路電圧の最大値又はそれ以上の電圧まで充電してもよい。
【００３７】
構成単位セルの放電は、電池積層体の使用時における構成単位セルの開回路電圧の最小値以下になるまで行う。
【００３８】
ここで、電池積層体の使用時における構成単位セルの開回路電圧の最大値及び最小値は、構成単位セルを含む電池積層体の材料及び構成等、並びに電池積層体の用途等に応じて、適宜定めることができる。
【００３９】
工程Ａは、構成単位セルに対して行ってもよいが、各構成単位セルを互いに積層して電池積層体を形成した後に、まとめて行ってもよい。したがって、工程Ａの前又は後に、複数の構成単位セルを互いに積層して電池積層体を形成することができる。
【００４０】
構成単位セルの初期充電と放電との間には、構成単位セルに対して、その性能を確認するための、充放電を伴う各種の検査等を行ってもよいが、検査を行わなくてもよい。
【００４１】
図３は、本開示の一つの実施形態に従う電池モジュールの製造方法の工程Ａを示す模式図である。図３に示す工程では、まず、製造された構成単位セルに対して初期充電を行い、その後、構成単位セルを放電している。なお、図３に示す工程では、構成単位セルの放電後に、複数の構成単位セルを互いに積層して電池積層体を形成しているが、電池積層体を形成することは、工程Ａに含まれない。
【００４２】
〈工程Ｂ〉
工程Ｂは、拘束バンドにより結束されている一対のエンドプレート間の間隔を一時的に広げる工程である。一対のエンドプレート間の間隔を広げる方法は特に限定されないが、例えば、一対のエンドプレートを互いに反対方向に引っ張ることによって行うことができる。
【００４３】
一対のエンドプレート間の間隔を広げる方法は、例えば、エンドプレートに一時的に冶具を固定して、冶具を引っ張ることにより行うことができる。このような方法で一対のエンドプレート間の間隔を広げる場合、大きい力でエンドプレートを引っ張りやすく、間隔を広げやすい。
【００４４】
図４は、本開示の一つの実施形態に従う電池モジュールの製造方法の工程Ｂを示す模式図である。図４に示す工程では、弾性を有する拘束バンド３００により結束されている一対のエンドプレート２００を、互いに白い矢印で示す方向に、すなわち一対のエンドプレートを互いに反対方向に引っ張ることにより、その間隔を広げている。
【００４５】
〈工程Ｃ〉
工程Ｃは、工程Ａ及び工程Ｂの後に、一時的に広げられている一対のエンドプレート間に、電池積層体を配置する工程である。
【００４６】
工程Ｃにおいて、電池積層体は、一対のエンドプレートが、電池積層体を、電池積層体を構成している構成単位セルの積層方向に挟んで対向するようにして、一対のエンドプレート間に配置される。
【００４７】
図５は、本開示の一つの実施形態に従う電池モジュールの製造方法の工程Ｃを示す模式図である。
【００４８】
図５に示す工程では、電池積層体１００を、一時的に広げられている一対のエンドプレート２００間に配置する。ここで、一対のエンドプレート２００は、電池積層体１００を構成している構成単位セル１０の積層方向に電池積層体１００を挟んで対向している。
【００４９】
〈工程Ｄ〉
工程Ｄは、工程Ｃの後に、一対のエンドプレート間の間隔を狭めることによって、拘束バンドによって電池積層体を拘束する工程である。
【００５０】
工程Ｄにおいて、一対のエンドプレート間の間隔を狭める方法は特に限定されないが、例えば、一対のエンドプレートを結束している拘束バンドが弾性を有する場合には、一時的に広げられている一対のエンドプレートに加えられていた応力を開放することにより、拘束バンドが元の形状に復元しようとする力を利用して、一対のエンドプレート間の間隔を狭めることができる。
【００５１】
図６は、本開示の一つの実施形態に従う電池モジュールの製造方法の工程Ｄを示す模式図である。
【００５２】
図６に示す工程では、白い矢印で示す方向に加えていた応力を開放することにより、弾性を有する拘束バンド３００が元の形状に復元しようとする力によって、一時的に広げられていた一対のエンドプレート２００間の間隔を狭めている。
【００５３】
《電池モジュール》
本開示の製造方法によって製造される電池モジュールは、複数の構成単位セルが互いに積層されている電池積層体、電池積層体を、構成単位セルの積層方向に挟んで対向している一対のエンドプレート、及び積層方向に一対のエンドプレートを結束し、かつ一対のエンドプレートを介して電池積層体を拘束している拘束バンドを有している。
【００５４】
図７は、本開示の製造方法において製造される電池モジュールの一例を示す模式図である。
【００５５】
図７において、電池モジュールは、電池積層体１００、電池積層体１００を、電池積層体１００の積層方向に挟んで対向している一対のエンドプレート２００、及び積層方向に一対のエンドプレート２００を拘束している拘束バンド３００を有している。
【００５６】
なお、図７は、本開示の製造方法によって製造される電池モジュールの構成等を限定する趣旨ではない。
【００５７】
〈電池積層体〉
電池積層体は、複数の構成単位セルが互いに積層されている。
【００５８】
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、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。
【００５９】
また、電池積層体は、２以上の構成単位セルを有する場合、モノポーラ型の電池積層体であってもよく、バイポーラ型の電池積層体であってもよい。
【００６０】
電池積層体がモノポーラ型の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。
【００６１】
電池積層体がバイポーラ型の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。
【００６２】
なお、電池積層体は、外装体に封入されていてよい。外装体としては、電池積層体同士を積層方向に積層することができる形状を有している限り、電池積層体を封入するために使用される任意の外装体であってよい。
【００６３】
（構成単位セル）
構成単位セルは、全固体電池、又は液系電池のいずれであってもよい。構成単位セルが全固体電池の場合、構成単位セルは、正極集電体、正極活物質層、固体電解質層、負極活物質層、及び負極集電体がこの順に積層されている構成を有していることができる。構成単位セルが全固体電池の場合、構成単位セルが有するこれらの層は、全固体電池において一般的に用いられるものを用いることができる。
【００６４】
〈エンドプレート〉
一対のエンドプレートは、電池積層体を、電池積層体の積層方向に挟んで対向している。
【００６５】
エンドプレートは、エンドプレートの外側から電池積層体を拘束する拘束バンドから加えられる圧力を、電池積層体に伝えることができる部材である。
【００６６】
エンドプレートの材料は、特に限定されず、例えば、ステンレス鋼等の金属、又は炭素繊維強化プラスチック、若しくはガラス繊維強化プラスチック等の繊維強化プラスチック等を挙げることができる。
【００６７】
エンドプレートの形状は、エンドプレートの外側から電池積層体を拘束する拘束バンドから加えられる圧力を、電池積層体に伝えることができる任意の形状であってよい。また、一対のエンドプレートのうち少なくとも一つは、一対のエンドプレート同士を引き離す方向に引っ張るための冶具を一時的に固定するための冶具固定部を有していてよい。
【００６８】
〈拘束バンド〉
拘束バンドは、電池積層体の積層方向に一対のエンドプレートを結束し、かつ一対のエンドプレートを介して電池積層体を拘束している。
拘束バンドは、一対のエンドプレートを介して電池積層体を加圧状態で拘束できる、任意の形状を有していてよい。例えば、拘束バンドは、帯状であってよい。
【００６９】
拘束バンドの材料としては、例えば、ステンレス鋼等の金属、又は炭素繊維強化プラスチック、若しくはガラス繊維強化プラスチック等の繊維強化プラスチック等を挙げることができる。
【００７０】
また、本開示の製造方法の工程（Ｂ）において、１対のエンドプレートの幅を広げる観点から、拘束バンドは弾性を有することが好ましい。
【符号の説明】
【００７１】
１０    構成単位セル
１００    電池積層体
２００    エンドプレート
３００    拘束バンド
【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】
2020136037.tif 000008
【図７】
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