(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】本開示の製造方法は、複数の電池積層体、中間プレート、一対のエンドプレート、及び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、下記の（Ａ）及び（Ｂ）を含む、電池モジュールの製造方法である：  （Ａ）一方のエンドプレートと中間プレートとの間に複数の電池積層体のうちの一部が挟まれるようにして、拘束バンドによって結束された一対のエンドプレートの間に、の電池積層体のうちの一部及び中間プレートを配置すること。  （Ｂ）一方のエンドプレートと中間プレートとの間隔を狭めることによって、一方のエンドプレートと中間プレートの間に配置されている電池積層体を圧縮しつつ、他方のエンドプレートと中間プレートとの間に、残りの電池積層体を配置すること。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
互いに積層されている複数の電池積層体、
前記複数の電池積層体の間に配置されている中間プレート、
複数の前記電池積層体及び前記中間プレートを、複数の前記電池積層体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拘束している拘束バンド
を有しており、かつ
前記電池積層体が、それぞれ一つ又は互いに前記積層方向に積層されている構成単位セルを有している、
電池モジュールの製造方法であって、下記の（Ａ）及び（Ｂ）を含む、電池モジュールの製造方法：
（Ａ）一方の前記エンドプレートと前記中間プレートとの間に複数の前記電池積層体のうちの一部が挟まれるようにして、前記拘束バンドによって結束された一対の前記エンドプレートの間に、前記電池積層体のうちの前記一部、及び前記中間プレートを配置すること、
（Ｂ）一方の前記エンドプレートと前記中間プレートとの間隔を狭めることによって、一方の前記エンドプレートと前記中間プレートの間に配置されている前記電池積層体を圧縮しつつ、他方の前記エンドプレートと中間プレートとの間前記中間プレートとの間に、残りの前記電池積層体を配置すること。
【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】
複数の電池が積層されている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・衝撃等による電池同士の位置ズレ防止、電池の寿命・出力性能確保等の観点から、積層されている複数の電池に、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１〜４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、第１端板と、第２端板と、第１端板と第２端板の間に介在する複数の燃料電池と、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とを備える燃料電池スタック組立体を開示している。同文献は、燃料電池スタック組立体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、圧縮手段をスタック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】
特許文献２は、燃料電池スタックの締結装置であって、一対のエンドプレート及び燃料電池スタックの積層方向に延び、エンドプレートを設定された圧力で加圧する複数の締結バンドを含んでいる燃料電池スタックの締結装置を開示している。同文献は、エンドプレートと締結バンドとの固定手段として、ボルト、リベット、及び溶接等の方法を利用できることを開示している。
【０００６】
特許文献３は、端板アセンブリ及び挿入済みの燃料電池アセンブリを包囲する少なくとも一つの圧縮バンドを有する燃料電池積層体が開示されている。同文献において、圧縮力を付与して、燃料電池積層体を形成する層間のシール及び電気的接触を促進することが開示されている。また、同文献は、圧縮バンドの長さを調節可能であることを開示している。
【０００７】
特許文献４は、互いに積層されている複数の電池積層体と、電池積層体の一方端部及び他方端部にそれぞれ配置された正極端板及び負極端板と、これらを結束する帯状の結束部材を有する電池モジュールを開示している。同文献は、結束部材と接している部材が、結束用凹部を有する構成を開示している。
【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】特開２００５−１４２１４５号公報
【特許文献３】特表２００１−５０４６３２号公報
【特許文献４】特開２０１０−２４４８９４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
複数の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の間隔を広げ、その間に複数の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の間隔を広げ、その間に複数の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】
本開示の目的は、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：
互いに積層されている複数の電池積層体、
前記複数の電池積層体の間に配置されている中間プレート、
複数の前記電池積層体及び前記中間プレートを、複数の前記電池積層体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拘束している拘束バンド
を有しており、かつ
前記電池積層体が、それぞれ一つ又は互いに前記積層方向に積層されている構成単位セルを有している、
電池モジュールの製造方法であって、下記の（Ａ）及び（Ｂ）を含む、電池モジュールの製造方法：
（Ａ）一方の前記エンドプレートと前記中間プレートとの間に前記複数の電池積層体のうちの一部が挟まれるようにして、前記拘束バンドによって結束された一対の前記エンドプレートの間に、前記電池積層体のうちの前記一部、及び前記中間プレートを配置すること、
（Ｂ）一方の前記エンドプレートと前記中間プレートとの間隔を狭めることによって、一方の前記エンドプレートと前記中間プレートとの間に配置されている前記電池積層体を圧縮しつつ、他方の前記エンドプレートと前記中間プレートとの間に、前記電池積層体の残りを配置すること。
【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、一対のエンドプレートの間に複数の電池積層体及び中間プレートを一度に配置して電池モジュールを製造する方法を示す模式図である。
【図２】図２は、本開示の製造方法のある実施形態を示す模式図である。
【図３】図３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。
【図４】図４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が有している電池積層体を構成している構成単位セ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】
なお、本願明細書において、特段の言及がない限り、「積層方向」とは、本開示の製造方法により製造される電池モジュール内における、複数の電池積層体が積層されている方向を意味する。
【００１９】
《電池モジュールの製造方法》
本開示の製造方法は、互いに積層されている複数の電池積層体、複数の電池積層体の間に配置されている中間プレート、複数の電池積層体及び中間プレートを、複数の電池積層体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拘束している拘束バンドを有しており、かつ電池積層体が、それぞれ一つ又は互いに積層方向に積層されている構成単位セルを有している、電池モジュールの製造方法であって、下記の（Ａ）及び（Ｂ）を含む、電池モジュールの製造方法である：
（Ａ）一方のエンドプレートと中間プレートとの間に複数の電池積層体のうちの一部が挟まれるようにして、拘束バンドによって結束された一対のエンドプレートの間に、電池積層体のうちの一部及び中間プレートを配置すること。
（Ｂ）一方のエンドプレートと中間プレートとの間隔を狭めることによって、一方のエンドプレートと中間プレートとの間に配置されている電池積層体を圧縮しつつ、他方のエンドプレートと中間プレートとの間に、残りの電池積層体を配置すること。
【００２０】
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。
【００２１】
本開示の製造方法において製造することができる電池モジュールは、互いに積層されている複数の電池積層体、複数の電池積層体の間に配置されている中間プレート、複数の電池積層体及び中間プレートを、複数の電池積層体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拘束している拘束バンドを有している。
【００２２】
上記のような構成を有する電池モジュールは、本開示の製造方法以外の方法によっても製造することができる。上記のような構成を有する電池モジュールは、例えば図１に示すように、一対のエンドプレート間に複数の電池積層体及び中間プレートを一度に配置して製造することができる。
【００２３】
図１は、一対のエンドプレートの間に２つの電池積層体及び中間プレートを一度に配置して電池モジュールを製造する方法を示す模式図である。
【００２４】
図１の（ａ）に示すように、この方法では、まず一対のエンドプレート３０ａ及び３０ｂを拘束バンド４０で結束する。
【００２５】
次いで、図１の（ｂ）に示すように、一方のエンドプレート３０ａの位置を固定しつつ、他方のエンドプレート３０ｂに、黒い矢印で示す方向の力を加えて、一対のエンドプレート３０ａ及び３０ｂの間隔を広げつつ、２つの電池積層体１０ａ及び１０ｂ、並びに中間プレート２０を、一対のエンドプレート３０ａ及び３０ｂの間に配置する。
【００２６】
なお、図示していないが、図１の（ｂ）において、一方のエンドプレート３０ａは、他方のエンドプレート３０ｂに黒い矢印で示す方向の力を加えた際に、他方のエンドプレート３０ｂに追従して動かないように、基材等の上に一時的に固定することができる。
【００２７】
この様な方法で電池モジュールを製造する場合、一対のエンドプレートの間隔を複数の電池積層体及び中間プレートを配置することができるだけの広さにまで伸長させるために、非常に大きな力でエンドプレートを引っ張って拘束バンドを伸長させる必要がある。
【００２８】
これに対して、本開示の製造方法は、上記の工程（Ａ）及び（Ｂ）を有するため、効率よく電池モジュールを製造することができる。
【００２９】
特に、工程（Ｂ）では、一方のエンドプレートと中間プレートの間に配置されている電池積層体が圧縮されることにより、この電池積層体の積層方向の幅が縮小する。そのため、一対のエンドプレートの間にある隙間が拡大し、残りの電池積層体を配置するための間隔を確保することができる。これにより、一対のエンドプレートの間に複数の電池積層体及び中間プレートを配置する際に、一対のエンドプレートの間隔を広げる必要をなくし、又は広げる長さを短くすることができるため、拘束バンドを伸長させるためにエンドプレートを引っ張る力を無くし、又は小さくすることができる。
【００３０】
図２を用いて、本開示の製造方法をより具体的に説明する。図２は、本開示の製造方法のある実施形態を示す模式図である。
【００３１】
図２の（ａ）に示すように、本開示の製造方法の一例において、工程（Ａ）では、一方のエンドプレート３０ａと中間プレート２０との間に電池積層体１０ａが挟まれるようにして、拘束バンド４０によって結束された一対のエンドプレート３０ａ及び３０ｂの間に、電池積層体１０ａ及び中間プレート２０を配置する。
【００３２】
図２の（ｂ）に示すように、本開示の製造方法の一例において、工程（Ｂ）では、一方のエンドプレート３０ａと中間プレート２０の間に配置されている電池積層体１０ａを、白い矢印で示す方向の力を加えて一方のエンドプレート３０ａと中間プレート２０との間隔を狭めることによって、電池積層体１０ａを圧縮しつつ、他方のエンドプレート３０ｂと中間プレート２０との間に、もう一つの電池積層体１０ｂを配置する。
【００３３】
なお、図示していないが、図２の（ｂ）において、一方のエンドプレート３０ａは、他方のエンドプレート３０ｂに黒い矢印で示す方向の力を加えた際に、他方のエンドプレート３０ｂに追従して動かないように、基材等の上に一時的に固定することができる。
【００３４】
図２の（ｂ）に示すように、本開示の製造方法の一例では、電池積層体１０ａが白い矢印で示す方向に圧縮されているため、中間プレート２０と他方のエンドプレート３０ｂとの間隔が広くなっている。これにより、残りの電池積層体を一対のエンドプレートの間に配置するために必要な、一対のエンドプレートの間隔を小さくすることができる。
【００３５】
そのため、図２の（ｂ）では、図１の（ｂ）と同様に、黒い矢印で示す方向の力を他方のエンドプレート３０ｂに加えているが、この力は、図１の（ｂ）に示す黒い矢印で示す方向の力よりも小さくすることができる。なお、一方のエンドプレート３０ａと中間プレート２０の間に配置されている電池積層体１０ａが充分に圧縮されて、他方のエンドプレート３０ｂと中間プレート２０の間隔が電池積層体１０ｂの積層方向の幅よりも大きい場合には、この力を他方のエンドプレート３０ｂに加える必要がない。
【００３６】
より具体的には、本開示の方法とは異なる図１に記載の方法において、電池積層体１０ａ及び１０ｂの幅をｌａとし、かつ中間プレートの幅をｌｂとしたとき、電池積層体１０ａ及び１０ｂ、並びに中間プレート２０を、一対のエンドプレート３０ａ及び３０ｂの間に配置するためには、伸長後の一対のエンドプレート３０ａ及び３０ｂの間の長さＬ１は、以下の式（ａ）の条件を充足することを要する。
【００３７】
Ｌ１＞２ｌａ＋ｌｂ                  （ａ）
【００３８】
これに対して、図２の方法において、圧縮後の電池積層体１０ａの幅をｌａ’とし、電池積層体１０ｂの幅をｌａとし、かつ中間プレート２０の幅をｌｂとしたとき、電池積層体１０ｂを、中間プレート２０と他方のエンドプレート３０ｂとの間に配置するためには、伸長後の一対のエンドプレート３０ａ及び３０ｂの間の長さＬ２は、以下の式（ｂ）の条件を充足することを要する。
【００３９】
Ｌ２＞ｌａ’＋ｌａ＋ｌｂ            （ｂ）
【００４０】
ここで、電池積層体１０ａの圧縮前後の幅の差をΔｌａとすると、上記式（ｂ）は、以下の式（ｃ）のように表すことができる。
【００４１】
Ｌ２＞２ｌａ＋ｌｂ−Δｌａ          （ｃ）
【００４２】
上記式（ａ）及び（ｃ）から、下記の式（ｄ）のように、Ｌ２はＬ１よりも小さい値をとることができる。
【００４３】
Ｌ２＝Ｌ１−Δｌａ              （ｄ）
【００４４】
すなわち、図２に示す本開示の製造方法の一例では、電池積層体１０ａ及び１０ｂ、並びに中間プレート２０を一対のエンドプレート３０ａ及び３０ｂの間に挿入するために必要な、一対のエンドプレート３０ａ及び３０ｂの間隔を、図１に示す方法よりも小さくすることができる。したがって、本開示の製造方法の一例では、図１に示す方法と比較して、一対のエンドプレート３０ａ及び３０ｂの間隔を広げるために必要な力を少なくすることができる。
【００４５】
〈工程（Ａ）〉
本開示の製造方法における工程（Ａ）では、一方のエンドプレートと中間プレートとの間に電池積層体が挟まれるようにして、拘束バンドによって結束された一対のエンドプレートの間に、一部の電池積層体及び中間プレートを配置する。
【００４６】
一対のエンドプレート、拘束バンド、電池積層体及び中間プレートを配置する順番は、特に限定されない。例えば、一対のエンドプレートを拘束バンドによって結束した後に、一方のエンドプレートの上に電池積層体を配置し、電池積層体の上に中間プレートを配置することができる。他に、一方のエンドプレートの上に電池積層体を配置し、電池積層体の上に中間プレートを配置した後に、一方のエンドプレートと他方のエンドプレートを拘束バンドによって結束してもよい。
【００４７】
工程（Ａ）において、一対のエンドプレートの間に配置される電池積層体の数は、特に限定されない。
【００４８】
〈工程（Ｂ）〉
本開示の製造方法における工程（Ｂ）では、一方のエンドプレートと中間プレートとの間隔を狭めることによって、一方のエンドプレートと中間プレートの間に配置されている電池積層体を圧縮しつつ、他方のエンドプレートと中間プレートと間に、残りの電池積層体を配置する。
【００４９】
電池積層体の圧縮方法は、一方のエンドプレートと中間プレートとの間隔を狭めることによって、電池積層体の積層方向に電池積層体の幅を縮小することができ、かつ残りの電池積層体を一対のエンドプレート間に配置する際に、その幅を維持することができる任意の方法を用いることができる。
【００５０】
このような圧縮方法としては、例えば、中間プレートに冶具を取り付けて、冶具を介して一方のエンドプレート側に中間プレートを引っ張り、一方のエンドプレートと中間プレートとの幅を狭めることによって、一方のエンドプレートと中間プレートとの間に配置されている電池積層体を、積層方向に圧縮することが挙げられる。
【００５１】
残りの電池積層体を一対のエンドプレートの間に配置する際には、一対のエンドプレートの間隔を広げてもよい。一対のエンドプレートの間隔を広げる方法は、この間隔を広げることができる任意の方法で行うことができる。
【００５２】
この間隔は、例えば、一対のエンドプレートに冶具を取り付けて、冶具を介して一対のエンドプレート同士を引き離す方向に引っ張ることにより、広げることができる。他にも、例えば、一方のエンドプレートを基材上に一時的に固定し、かつ他方のエンドプレートに冶具を取り付けて、冶具を介して他方のエンドプレートを一方のエンドプレートから離れる方向に引っ張ることにより、広げることができる。
【００５３】
《電池モジュール》
本開示の製造方法により製造される電池モジュールは、互いに積層されている複数の電池積層体、複数の電池積層体の間に配置されている中間プレート、複数の電池積層体及び中間プレートを、複数の電池積層体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拘束している拘束バンドを有している。ここで、電池積層体は、それぞれ一つ又は互いに積層方向に積層されている構成単位セルを有している。
【００５４】
図３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３において、電池モジュール１００は、互いに積層されている複数の電池積層体１０、複数の電池積層体１０の間に配置されている中間プレート２０、複数の電池積層体１０及び中間プレート２０を、複数の電池積層体１０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３０、及び積層方向に一対のエンドプレート３０を拘束している拘束バンド４０を有している。
【００５６】
なお、図３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、それぞれ一つ又は互いに電池積層体の積層方向に積層されている構成単位セルを有している。
【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。
【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】
図４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が有している電池積層体を構成している構成単位セルの一例を示す模式図である。図４において、構成単位セル１は、この順に積層されている正極集電体層２、正極活物質層３、固体電解質層４、負極活物質層５、及び負極集電体層６を有している。
【００６５】
なお、図４は、本開示の電池モジュールが有する電池積層体を構成している構成単位セルの構成等を限定する趣旨ではない。
【００６６】
〈中間プレート〉
中間プレートは、積層されている複数の電池積層体の間に配置されている。例えば、中間プレートは、互いに積層されている２つの電池積層体の間に配置されていることができる。
【００６７】
中間プレートは、互いに積層されている複数の電池積層体の間のうち、１つに配置されていればよく、複数の電池積層体の間のうち複数に配置されていてもよい。
【００６８】
中間プレートの材料は、工程（Ｂ）において電池積層体を圧縮する際に、破損しない程度の強度を有する任意の材料を用いることができる。中間プレートの具体的な材料は、エンドプレートに用いられる材料と同様の材料を用いてもよい。
【００６９】
中間プレートの形状は、互いに積層されている複数の電池積層体の間に配置される観点から、少なくとも電池積層体と接する領域が平板形状を有していることが好ましい。また、中間プレートは、一方のエンドプレート側に中間プレートを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。
【００７０】
〈エンドプレート〉
一対のエンドプレートは、複数の電池積層体及び中間プレートを、複数の電池積層体の積層方向に挟んで対向している。
【００７１】
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。
【００７２】
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。
【００７３】
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。
【００７４】
〈拘束バンド〉
拘束バンドは、一対のエンドプレートを介して複数の電池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。
【００７５】
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。
【００７６】
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場合には、拘束バンドは弾性を有することが好ましい。
【符号の説明】
【００７７】
１０、１０ａ、及び１０ｂ    電池積層体
２０    中間プレート
３０、３０ａ、及び３０ｂ    エンドプレート
４０    拘束バンド
１００    電池モジュール
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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