JP2017212178A - 電池モジュール - Google Patents

Abstract

【課題】電極タブ群の配置スペースを抑えることによってエネルギー効率を向上でき、且つ隣接する積層体セルのセル間抵抗を低減できる電池モジュールを提供する。【解決手段】電池モジュール１は、隔壁３によって隔てられた複数の積層体セル４の収容空間Ｓを有する筐体２を備えている。筐体２には、隣接する収容空間Ｓ，Ｓ同士を連通させる連通部２１が設けられている。そして、隣り合う一方の積層体セル４における正極タブ群１５と他方の積層体セル４における負極タブ群１６とは、連通部２１において互いに重ね合された状態で気密溶接部２４によって接合され、連通部２１は、気密溶接部２４と共に樹脂封止部２５によって封止されている。【選択図】図３

Description

本発明は、電池モジュールに関する。

従来の電池モジュールの構成として、例えば特許文献１に記載の角型密閉式電池がある。この従来の電池モジュールは、隔壁によって隔てられた複数の収容空間を有する筐体を有しており、各収容空間内にセパレータを介して交互に積層された正極及び負極の積層体セルが電解液と共に配置されている。隔壁には、インサート成型によって隔壁と一体に形成された平板状の集電板が設けられている。

この集電板の一方面には、隔壁の一方側の積層体セルにおける一方の電極タブ群が接続され、他方面には、隔壁の他方側の積層体セルにおける他方の電極タブ群が接続されている。電極タブ群と集電板との接続にあたっては、電極タブ群を貫通するようにそれぞれ支持ピンが設けられ、支持ピンを介して溶接電流を流すことにより、電極タブ群と集電板との圧接部分に溶接部を形成する形態が開示されている（特許文献１の図７等参照）。

特開２００２−２３１２１３号公報

上述のような電池モジュールでは、エネルギー密度を向上させる観点から、積層体セルの集電スペース、すなわち、電極タブ群の配置スペースは極力小さいことが好ましい。したがって、上述した従来の電池モジュールのような支持ピンを用いることなく、隔壁の集電板に対して電極タブ群をレーザ溶接などで直接的に溶接する構成を採用することが望ましい。しかしながら、レーザ溶接などで隔壁の集電板に対して電極タブ群を直接的に溶接する場合、隔壁の一方側の電極タブ群の溶接を行うと、既に溶接された一方側の電極タブ群の存在により、他方側の電極タブ群の溶接を行うスペースの確保が困難となる。

また、電極タブ群の配置スペースを小さくする構成としては、例えば電極タブ群を集電板で接続し、隣接する積層体セルの集電板同士をバスバーで接続する構成も採用し得る。しかしながら、このような構成では、隣接する積層体セル間において、バスバーによる接続部分のみが電流経路となる。このため、バスバーによる接続部分から遠い位置にある電極部分では、電流経路が長くなり、セル間抵抗が増加してしまうおそれがある。

本発明は、上記課題の解決のためになされたものであり、電極タブ群の配置スペースを抑えることによってエネルギー効率を向上でき、且つ隣接する積層体セルのセル間抵抗を低減できる電池モジュールを提供することを目的とする。

本発明の一側面に係る電池モジュールは、隔壁によって隔てられた複数の収容空間を有する筐体と、セパレータを介して交互に積層された正極及び負極の電極板によって構成され、電解液と共に各収容空間内にそれぞれ配置された複数の積層体セルと、を備え、筐体は、隣接する収容空間同士を連通させる連通部を有し、積層体セルは、一方の極性の電極板から積層方向に沿って延びる一端面にそれぞれ延出する第１の電極タブ群と、他方の極性の電極板から一端面に対向する他端面にそれぞれ延出する第２の電極タブ群と、を有し、隣り合う一方の積層体セルにおける第１の電極タブ群と他方の積層体セルにおける第２の電極タブ群とは、連通部において互いに重ね合された状態で気密溶接部によって接合され、連通部は、気密溶接部と共に樹脂封止部によって封止されている。

この電池モジュールでは、隣り合う一方の積層体セルにおける第１の電極タブ群と他方の積層体セルにおける第２の電極タブ群とが、連通部において互いに重ね合された状態で気密溶接部によって接合されている。このように、第１の電極タブ群と第２の電極タブ群とを直接的に接合することで、電極タブ群の配置スペースを抑えることが可能となり、エネルギー効率の向上が図られる。また、第１の電極タブ群及び第２の電極タブ群の全体が隣り合う積層体セル間の電流経路となるため、セル間抵抗を低減できる。さらに、この電池モジュールでは、第１の電極タブ群及び第２の電極タブ群が隔壁に対して接合されないので、溶接を行うスペースの確保が容易となり、溶接形態が制限を受けてしまうことを回避できる。連通部において第１の電極タブ群と第２の電極タブ群とを気密溶接部によって接合し、当該気密溶接部と共に連通部を樹脂封止部で封止することにより、隣り合う積層体セル間の電解液及びガス等の移動も防止される。

また、連通部は、隔壁において積層方向の中間部分に設けられていてもよい。この場合、連通部が隔壁の端部に位置する場合に比べて、連通部から離れた位置にある第１の電極タブ群及び第２の電極タブ群の長さを抑えることができる。したがって、セル間抵抗の一層の低減化が図られる。

また、筐体は、隔壁と交差して対向する第１の外壁部及び第２の外壁部を有し、連通部は、第１の外壁部及び第２の外壁部の一方において隔壁の端面と隔壁を挟んで隣り合う収容空間の一部とが露出するように設けられた開口部によって形成されていてもよい。この場合、隔壁の構成を簡単化できる。また、樹脂封止部の形成箇所が筐体の外側に露出するので、樹脂封止部の形成も容易となる。

また、樹脂封止部は、第１の外壁部及び第２の外壁部の一方の外面よりも突出するように設けられ、第１の外壁部及び第２の外壁部の他方の外面には、樹脂封止部の位置に対応して凹部が設けられていてもよい。この場合、一の電池モジュールの樹脂封止部を他の電池モジュールの凹部に配置することで、複数の電池モジュールを隙間なく重ねることができる。

本発明によれば、電極タブ群の配置スペースを抑えることによってエネルギー効率を向上でき、且つ隣接する積層体セルのセル間抵抗を低減できる。

第１実施形態に係る電池モジュールの構成を示す分解斜視図である。 （ａ）は正極を示す平面図であり、（ｂ）は負極を示す平面図である。 図１に示した電池モジュールの要部拡大断面図である。 第２実施形態に係る電池モジュールの構成を示す分解斜視図である。 図４に示した電池モジュールの要部拡大断面図である。

以下、図面を参照しながら、本発明の一側面に係る電池モジュールの好適な実施形態について詳細に説明する。
［第１実施形態］

図１は、第１実施形態に係る電池モジュールの構成を示す分解斜視図である。電池モジュール１は、例えば自動車などの車両のバッテリーとして用いられるニッケル水素充電池をモジュール化したものである。同図に示すように、電池モジュール１は、隔壁３によって隔てられた複数の収容空間Ｓを有する筐体２と、各収容空間Ｓ内にそれぞれ配置された複数の積層体セル４とを備えて構成されている。

筐体２は、例えば樹脂によって扁平な直方体形状をなしている。筐体２は、厚さ方向の一面側が開口する有底の本体部５と、平板状の蓋部６とを備え、本体部５の開口部分に蓋部６を溶着などで接合することにより箱型に形成されている。筐体２を構成する樹脂材料としては、例えばＰＰ、ＰＥ、ＰＰＳ、又は変性ＰＰＥなどが挙げられる。筐体の長手方向の一端面２ａ及び他端面２ｂには、積層体セル４と電気的に接続される外部端子７，７が設けられている。

隔壁３は、例えば樹脂によって本体部５及び蓋部６と一体に設けられている。隔壁３は、筐体２の長手方向に沿って等間隔で平行に配置されている。これらの隔壁により、筐体２の内部には、筐体の長手方向に沿って複数の収容空間Ｓが一列に形成されている。隔壁３の配置数には特に制限はないが、本実施形態では、５枚の隔壁によって６つの収容空間Ｓが形成されている。

積層体セル４は、正極１１と、負極１２と、正極１１と負極１２との間に配置されたセパレータ（不図示）とによって構成されている。正極１１は、図２（ａ）に示すように、例えばニッケルからなる矩形の金属箔１１ａと、金属箔１１ａの一面側に矩形に形成された正極活物質層１１ｂとを有している。正極活物質層１１ｂを構成する正極活物質としては、例えば水酸化ニッケルが挙げられる。正極１１の一方側の縁部には、他の積層体セル４との電気的な接続に用いられる正極タブ１３が設けられている。正極タブ１３は、金属箔１１ａのうち、正極活物質層１１ｂが塗工されていない未塗工領域によって長方形状に形成されている。

負極１２は、図２（ｂ）に示すように、例えばニッケルからなる矩形の金属箔１２ａと、金属箔１２ａの一面側に矩形に形成された負極活物質層１２ｂとを有している。負極活物質層１２ｂを構成する負極活物質としては、例えば水素吸蔵合金が挙げられる。負極１２の他方側の縁部には、他の積層体セル４との電気的な接続に用いられる負極タブ１４が設けられている。負極タブ１４は、金属箔１２ａのうち、負極活物質層１２ｂが塗工されていない未塗工領域によって長方形状に形成されている。

セパレータは、例えば袋状に形成されている。セパレータの形成材料としては、ポリエチレン（ＰＥ）、ポリプロピレン（ＰＰ）等のポリオレフィン系樹脂からなる多孔質フィルム、ポリプロピレン、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、メチルセルロース等からなる織布又は不織布等が例示される。なお、セパレータは、袋状に限られず、シート状のものを用いてもよい。

本実施形態では、正極タブ１３が露出するように袋状のセパレータに正極１１が内包され、この正極１１を内包したセパレータと負極１２とが交互に積層された積層体によって積層体セル４が形成されている。積層にあたっては、全ての正極１１は、正極タブ１３の向きが揃うように積層され、全ての負極は、負極タブ１４の向きが揃うように積層される。これにより、積層体セル４では、積層方向に沿って延びる一端面に正極タブ１３がそれぞれ延出して正極タブ群（第１の電極タブ群）１５が形成されており、一端面に対向して積層方向に沿って延びる他端面に負極タブ１４がそれぞれ延出して負極タブ群（第２の電極タブ群）１６が形成されている。

各積層体セル４は、図１に示すように、一直線状に配列され、隣り合う一方の積層体セル４における正極タブ群１５と他方の積層体セル４における負極タブ群１６とを連結することにより、電気的に直列に接続されている。すなわち、一の積層体セル４の正極タブ群１５は、一方側に隣接する積層体セル４の負極タブ群１６に接続され、一の積層体セル４の負極タブ群１６は、他方側に隣接する積層体セル４の正極タブ群１５に接続されている。

各積層体セル４は、電解液と共に各収容空間Ｓにそれぞれ配置されている。電解液としては、例えば水酸化カリウム水溶液などが挙げられる。また、配列端に位置する積層体セル４の外側の電極タブ群には、集電板１７がそれぞれ接合されている。集電板１７は、筐体の長手方向の一端面２ａ及び他端面２ｂに設けられた外部端子７，７と接続されている。

続いて、上述した積層体セル４，４における電極タブ群の接続構成について更に詳細に説明する。

電池モジュール１では、図３に示すように、電極タブ群の接続にあたって、隣接する収容空間Ｓ，Ｓ同士を連通させる連通部２１が筐体２に設けられている。本実施形態では、筐体２において、本体部５の底面５ａに設けられた第１の板状部分２２と、第１の板状部分２２の位置に対応して蓋部６の内面６ａに設けられた第２の板状部分２３とが設けられている。

蓋部６を本体部５に接合した状態において、第１の板状部分２２の頂部と第２の板状部分２３の頂部とは、離間した状態となっている。これにより、連通部２１は、隔壁３において、積層方向の中間部分にスリット状に設けられている。本実施形態では、第１の板状部分２２の高さと第２の板状部分２３の高さとは等しくなっており、連通部２１は、隔壁３において、積層方向の中央部分に位置している。

連通部２１では、隣り合う一方の積層体セル４における正極タブ群１５と、他方の積層体セル４における負極タブ群１６とが互いに重ね合されている。正極タブ群１５と負極タブ群１６との重ね合わせ部分は、幅方向（図３における奥行方向）に沿って形成された気密溶接部２４によって接合されている。気密溶接部２４は、例えば抵抗シーム溶接、或いはレーザや電子ビームによる貫通溶接などを用いて形成されている。

また、連通部２１は、気密溶接部２４と共に樹脂封止部２５によって封止されている。本実施形態では、樹脂封止部２５は、連通部２１内において、正極タブ群１５と負極タブ群１６との重ね合わせ部分と隔壁３との間の隙間を埋めるように形成されており、隔壁３の厚さ方向の面と面一となっている。樹脂封止部２５は、例えば熱可塑性樹脂による超音波溶着を用いた封止、金属と樹脂との異種素材間接続が可能な熱溶着フィルムを用いた封止、接着剤による封止などに手法を用いて形成されている。

以上説明したように、電池モジュール１では、隣り合う一方の積層体セル４における正極タブ群１５と他方の積層体セル４における負極タブ群１６とが、連通部２１において互いに重ね合された状態で気密溶接部２４によって接合されている。このように、正極タブ群１５と負極タブ群１６とを直接的に接合することで、電極タブ群の配置スペース（図３における間隔Ａ）を抑えることが可能となる。電極タブ群の配置スペースが抑えられる分、電極の面積を確保することができ、エネルギー効率の向上が図られる。また、正極タブ群１５及び負極タブ群１６の全体が隣り合う積層体セル４，４間の電流経路となるため、セル間抵抗を十分に低減できる。

さらに、電池モジュール１では、正極タブ群１５及び負極タブ群１６が隔壁３に対して接合されないので、溶接を行うスペースの確保が容易となり、溶接形態が制限を受けてしまうことを回避できる。連通部２１において正極タブ群１５と負極タブ群１６とを気密溶接部２４によって接合し、当該気密溶接部２４と共に連通部２１を樹脂封止部２５で封止することにより、隣り合う積層体セル４，４間の電解液及びガス等の移動も防止される。

また、電池モジュール１では、本体部５側の第１の板状部分２２と蓋部６側の第２の板状部分２３とによって、隔壁３において積層方向の中間部分に連通部２１が設けられている。連通部２１が隔壁３の端部に位置する場合、連通部２１から離れた位置にある電極からの電極タブを長くする必要がある。これに対し、連通部２１が隔壁３の中間部分に位置している場合、連通部２１から離れた位置にある電極からの電極タブの長さを抑えることができる。したがって、セル間抵抗の一層の低減化が図られる。
［第２実施形態］

図４は、第２実施形態に係る電池モジュールの構成を示す分解斜視図である。また、図５は、その要部拡大図である。図４及び図５に示すように、第２実施形態に係る電池モジュール３１は、積層体セル４，４の接続構造が第１実施形態と相違している。

電池モジュール３１では、図４及び図５に示すように、本体部５の高さと略同等の高さの隔壁３が本体部５の底面（第１の外壁部）５ａに設けられている。また、蓋部６の内面（第２の外壁部）６ａには、隔壁３に対応して開口部３２がそれぞれ設けられている。開口部３２は、平面視において長方形状をなしている。開口部３２の長辺は、筐体２の幅方向に沿っており、隔壁３の幅と同程度の長さとなっている。また、開口部３２の短辺は、筐体２の長手方向に沿っており、隔壁３の厚さよりも大きい長さとなっている。

この開口部３２は、蓋部６を本体部５に接合した状態において、開口部３２の短辺の中間位置と隔壁の厚さ方向の中間位置とが一致するように配置されている。このような構成により、蓋部６の平面視において、隔壁３の高さ方向の端面３ａと、隔壁３を挟んで隣り合う収容空間Ｓ，Ｓの一部とが開口部３２から露出しており、隣接する収容空間Ｓ，Ｓ同士を連通させる連通部３３が形成されている。

連通部３３では、第１実施形態と同様に、隣り合う一方の積層体セル４における正極タブ群１５と、他方の積層体セル４における負極タブ群１６とが互いに重ね合されている。本実施形態では、正極タブ群１５と負極タブ群１６との重ね合わせ部分は、開口部３２内において隔壁３の高さ方向の端面３ａ上に配置され、幅方向（図５における奥行方向）に沿って形成された気密溶接部３４によって接合されている。気密溶接部３４は、例えば抵抗シーム溶接、或いはレーザによる貫通溶接などを用いて形成されている。

また、連通部３３は、気密溶接部３４と共に樹脂封止部３５によって封止されている。樹脂封止部３５は、例えば熱可塑性樹脂による超音波溶着を用いた封止、金属と樹脂との異種素材間接続が可能な熱溶着フィルムを用いた封止、接着剤による封止などに手法を用いて形成されている。本実施形態では、樹脂封止部３５は、正極タブ群１５と負極タブ群１６との重ね合わせ部分と開口部３２の内壁との間の隙間を埋めるように形成されている。

樹脂封止部３５の一部は、開口部３２から蓋部６の外面より外側に突出する凸部３６となっている。本体部５の外面には、樹脂封止部３５の凸部３６の位置に対応して、凸部３６の形状に対応した形状の凹部３７が設けられている。これにより、複数の電池モジュール３１を積層体セル４の積層方向に積層した場合、樹脂封止部３５の凸部３６は、隣接する電池モジュール３１の凹部３７に嵌り込むようになっている。

以上のような電池モジュール３１においても、隣り合う一方の積層体セル４における正極タブ群１５と他方の積層体セル４における負極タブ群１６とが、連通部３３において互いに重ね合された状態で気密溶接部３４によって接合されている。このように、正極タブ群１５と負極タブ群１６とを直接的に接合することで、電極タブ群の配置スペース（図５における間隔Ａ）を抑えることが可能となる。電極タブ群の配置スペースが抑えられる分、電極の面積を確保することができ、エネルギー効率の向上が図られる。また、正極タブ群１５及び負極タブ群１６の全体が隣り合う積層体セル４，４間の電流経路となるため、セル間抵抗を十分に低減できる。

また、電池モジュール３１では、蓋部６において隔壁３の端面３ａと隔壁３を挟んで隣り合う収容空間Ｓ，Ｓの一部とが露出するように設けられた開口部３２によって連通部３３が形成されている。このような開口部３２の採用により、隔壁３の構成を簡単化できる。また、樹脂封止部３５の形成箇所が筐体２の外側に露出するので、樹脂封止部の形成も容易となる。

また、電池モジュール３１では、樹脂封止部３５が蓋部６の外面よりも突出するように設けられ、本体部５の外面には、樹脂封止部３５の凸部３６の位置に対応して凹部３７が設けられている。これにより、一の電池モジュール３１の樹脂封止部３５の凸部を他の電池モジュール３１の凹部３７内に配置することが可能となり、複数の電池モジュール３１を隙間なく重ねることができる。したがって、複数の電池モジュール３１の積層体を構成する場合に、積層体の大型化を回避できる。

本発明は、上記実施形態に限られるものではない。例えば上記第１実施形態では、隔壁３において積層体セル４の積層方向の中央部分に連通部２１が位置しているが、連通部２１は、本体部５の底面５ａ側又は蓋部６の内面６ａ側のいずれかに偏在していてもよい。また、例えば上記第２実施形態では、本体部５側に隔壁３が設けられ、蓋部６側に開口部３２が設けられているが、本体部５側に開口部３２が設けられ、蓋部６側に隔壁３が設けられていてもよい。この場合、樹脂封止部３５の凸部に対応する凹部３７は、蓋部６の外面側に設ければよい。

１，３１…電池モジュール、２…筐体、３…隔壁、３ａ…端面、４…積層体セル、５ａ…底面（第１の外壁部）、６ａ…内面（第２の外壁部）、１１…正極、１２…負極、１５…正極タブ群（第１の電極タブ群）、１６…負極タブ群（第２の電極タブ群）、２１，３３…連通部、２４，３４…気密溶接部、２５，３５…樹脂封止部、３２…開口部、３７…凹部、Ｓ…収容空間。

Claims (4)

1. 隔壁によって隔てられた複数の収容空間を有する筐体と、
   セパレータを介して交互に積層された正極及び負極の電極板によって構成され、電解液と共に前記各収容空間内にそれぞれ配置された複数の積層体セルと、を備え、
   前記筐体は、隣接する収容空間同士を連通させる連通部を有し、
   前記積層体セルは、一方の極性の電極板から積層方向に沿って延びる一端面にそれぞれ延出する第１の電極タブ群と、他方の極性の電極板から前記一端面に対向する他端面にそれぞれ延出する第２の電極タブ群と、を有し、
   隣り合う一方の積層体セルにおける前記第１の電極タブ群と他方の積層体セルにおける前記第２の電極タブ群とは、前記連通部において互いに重ね合された状態で気密溶接部によって接合され、
   前記連通部は、前記気密溶接部と共に樹脂封止部によって封止されている、電池モジュール。
2. 前記連通部は、前記隔壁において前記積層方向の中間部分に設けられている、請求項１記載の電池モジュール。
3. 前記筐体は、前記隔壁と交差して対向する第１の外壁部及び第２の外壁部を有し、
   前記連通部は、前記第１の外壁部及び前記第２の外壁部の一方において前記隔壁の端面と前記隔壁を挟んで隣り合う収容空間の一部とが露出するように設けられた開口部によって形成されている、請求項１記載の電池モジュール。
4. 前記樹脂封止部は、前記第１の外壁部及び前記第２の外壁部の一方の外面よりも突出するように設けられ、
   前記第１の外壁部及び前記第２の外壁部の他方の外面には、前記樹脂封止部の位置に対応して凹部が設けられている、請求項３記載の電池モジュール。

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