JP2020077528A - 固定具および蓄電池モジュール - Google Patents
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Abstract
Description
しかしながら、レーザ溶接により正極端子と負極端子とを接続してしまうと、仮に電池セルに異常が生じた場合でも、異常が生じた電池セルのみを交換することができず、組電池全体を破棄しなければならないことがある。
(1) 積層された複数の蓄電池セルの電極タブを固定する固定具であって、
挿入された少なくとも2つの前記電極タブを圧接することにより互いに電気的に接続する圧接部が、前記蓄電池セルの積層方向に沿って複数併設されていることを特徴とする固定具。
前記案内面の離間距離が前記圧接部から遠ざかるに従って大きくなっている上記(4)に記載の固定具。
該セル積層体に装着された上記(1)ないし(10)のいずれか1つに記載の固定具とを有し、
該固定具は、前記複数の蓄電池セルの電極タブを固定していることを特徴とする蓄電池モジュール。
前記固定具を装着した前記セル積層体を前記電池容器内に収容した状態で、前記固定具が前記電池容器に接触することにより、前記セル積層体の前記電池容器での移動が規制されている上記(11)に記載の蓄電池モジュール。
図1は、蓄電池モジュールの構成を示す部分断面平面図(a)および部分断面側面図(b)、図2は、図1に示す蓄電池モジュールが備える蓄電池セルの斜視図、図3は、図2中のA−A線断面図、図4は、固定具の構成を示す側面図、図5は、図4中のB−B線断面斜視図である。
以下に例示される材料、寸法等は一例であって、本発明は、それらに限定されるものではなく、その要旨を変更しない範囲で適宜変更して実施することが可能である。
電池容器200は、プレート210と、プレート210に装着されるカバー220とを有する。プレート210にカバー220を装着した状態で、電池容器200内に内部空間230が形成され、この内部空間230に固定具9が装着されたセル積層体110が収容されている。
図2に示すように、蓄電池セル1は、シート状のセル本体11を有する。セル本体11は、図3に示すように、正極2と、負極3と、これの間に介挿されたセパレータ6とを備える電極積層体10と、電解液7と、内部に電極積層体10および電解液7を封入するシート状の外装体8とを備える。
本実施形態では、正極2に接合された正極タブ4と、負極3に接合された負極タブ5とは、セル本体11の長手方向の反対側に突出している。
正極集電体の一部は、正極活物質層から露出しており、この露出部に正極タブ4が接合されている。正極タブ4は、導電性を有していれば、特に限定されず、例えば、アルミニウム板、銅板、ニッケル板等で構成することができる。正極タブ4は、正極集電体と一体的に形成するようにしてもよい。
正極活物質としては、特に限定されないが、例えば、一般式「LiMxOy(式中、Mは金属原子であり、xおよびyは、金属原子Mと酸素原子Oとの組成比である。)」で表される金属酸リチウム化合物が挙げられ、これらのうちの1種を単独でまたは2種以上を組み合わせて用いることができる。
前記一般式において、Mが複数種の金属原子で構成されてもよい。この場合、金属酸リチウム化合物は、例えば、一般式「LiM1 pM2 qM3 rOy(式中、M1、M2およびM3は互いに異なる種類の金属原子であり、p、q、rおよびyは、金属原子M1、M2およびM3と酸素原子Oとの組成比である。)」で表される。p+q+r=xである。かかる金属酸リチウム化合物の具体例としては、LiNi0.33Mn0.33Co0.33O2等が挙げられる。
導電助剤としては、例えば、アセチレンブラック等が用いられ、結着剤としては、例えば、ポリフッ化ビニリデン、カルボキシメチルセルロース、アクリル系樹脂等が用いられる。
負極集電体の一部は、負極活物質層から露出しており、この露出部に負極タブ5が接合されている。負極タブ5は、導電性を有していれば、特に限定されず、例えば、銅板、ニッケル板、アルミニウム板、ニッケルめっきを施したアルミニウム板等で構成することができる。負極タブ5は、負極集電体と一体的に形成するようにしてもよい。
負極活物質としては、特に限定されないが、例えば、炭素粉末、黒鉛粉末のような炭素材料、チタン酸リチウムのような金属酸化物等を用いることができる。
結着剤としては、例えば、ポリフッ化ビニリデン等を用いることができ、導電助剤としては、例えば、アセチレンブラック、カーボンナノチューブ等を用いることができる。
各集電体の平面視での面積(平面積)は、製造すべき蓄電池セル1のサイズに応じて適宜設定されるため、特に限定されないが、500〜2500mm2程度であることが好ましく、750〜2000mm2程度であることがより好ましい。
各集電体の厚さも、特に限定されないが、1〜75μm程度であることが好ましく、5〜50μm程度であることがより好ましい。
各活物質層の厚さも、特に限定されないが、5〜100μm程度であることが好ましく、10〜75μm程度であることがより好ましい。
セパレータ6は、電解液7を保持または通過させることが可能であれば、特に限定されず、多孔質膜や非多孔質膜で構成することができる。
多孔質膜としては、細孔を有するシート材、不織布等が挙げられる。細孔を有するシート材は、例えば、粒子とバインダーとを含む材料から形成することができる。非多孔質膜は、電解液を保持可能な樹脂材料で形成することができる。非多孔質膜は、スペーサ機能を有する粒子状物を含んでもよい。
電解液を保持可能な樹脂樹脂としては、ポリフッ化ビニリデン系樹脂、ポリアクリロニトリル系樹脂、ポリエチレンオキサイド系樹脂等の高分子が挙げられる。中でも、フッ化ビニリデン−ヘキサフルオロプロピレン共重合体が特に好ましい。
セパレータ6の厚さは、1〜75μm程度であることが好ましく、1〜50μm程度であることがより好ましい。かかる厚さのセパレータ6であれば、絶縁性を十分に確保することができる。
電解液7は、電解質を溶媒に溶解してなる液体である。蓄電池セル1の充放電時には、この電解液7中をイオンが伝導する。
電解液7中の電解質の濃度は、特に限定されないが、0.01〜1M程度であることが好ましく、0.05〜0.75M程度であることがより好ましく、0.1〜0.5M程度であることがさらに好ましい。
シール部Sの幅は、特に限定されないが、0.3〜45mm程度であることが好ましく、0.5〜30mm程度であることがより好ましい。
本実施形態のシート材80は、図3に示すように、基材層81と、基材層81の一方の面に設けられた樹脂層82と、基材層81の他方の面(樹脂層82と反対側の面)に設けられた保護層83とを備える積層シートで構成されている。
基材層81の厚さは、特に限定されないが、9〜100μm程度であることが好ましく、20〜80μm程度であることがより好ましい。
樹脂層82の厚さは、特に限定されないが、3〜200μm程度であることが好ましく、20〜100μm程度であることがより好ましい。
保護層83の厚さは、特に限定されないが、5〜50μm程度であることが好ましく、10〜30μm程度であることがより好ましい。
案内部92は、圧接部91の併設方向において対向する一対の案内面92a、92bを備え、案内面92a、92bの離間距離が圧接部91から遠ざかるに従って大きくなっている。本実施形態では、1つの正極タブ4と1つの負極タブ5とを、1つの案内部92に挿入するように構成されている。挿入された正極タブ4と負極タブ5とは、案内面92a、92bに摺接し、互いに接近しつつ圧接部91に向かって案内される。
かかる構成によれば、簡単な構成でありながら、正極タブ4と負極タブ5との良好な電気的接続を得ることができる。また、正極タブ4と負極タブ5とは、圧接部91で圧接されているだけなので、固定具9に対して着脱自在である。このため、仮に蓄電池セル1に異常が発生した場合、異常が発生した蓄電池セル1を新たな蓄電池セル1と交換することにより、残りの異常のない蓄電池セル1を再利用することができる。
特に、案内面92a、92bは、正極タブ4および負極タブ5の挿入側において離間距離が大きくなるように傾斜しているため、正極タブ4と負極タブ5とを圧接部91に向けて円滑に案内することができる。
特に、圧接部91は、弾性を有することが好ましい。これにより、圧接部91による正極タブ4および負極タブ5への押圧力をより高め、正極タブ4と負極タブ5とのより確実な電気的接続を可能とする。
弾性を有する絶縁材料としては、フッ素系熱可塑性エラストマー、シリコン系熱可塑性エラストマー、ウレタン系熱可塑性エラストマー等が挙げられ、これらのうちの1種または2種以上を組み合わせて用いることができる。
また、案内面92a、92bには、正極タブ4および負極タブ5に対する摺動性を向上させる処理を施すようにしてもよい。これにより、正極タブ4および負極タブ5を案内面92a、92bに沿って圧接部91に円滑に案内することができる。かかる処理としては、例えば、粗面化処理、フッ素系樹脂による被膜の形成等が挙げられる。
かかる構成によれば、複数の正極タブ4と複数の負極タブ5とを一括して固定することができる。また、固定具9のセル積層体110の装着操作は、極めて簡単である。
また、固定具9(基部93)の幅W1は、負極タブ5(正極タブ4)の幅W2より大きく設定されている。これにより、負極タブ5(正極タブ4)が不要な部材に接触して、変形や損傷等することを防止することができる。
また、1つの圧接部91には、3つ以上の電極タブを挿入するように構成してもよい。
蓄電池セルは、リチウムイオン二次電池の他、例えば、銀イオン二次電池等の二次電池で構成することもできる。
また、外装体8は、1枚のシート材80を折り曲げ、その外周部をシールすることで作製してもよい。
かかる操作は、接続すべき正極タブ4と負極タブ5との一組毎に行ってもよく、複数組を同時に(一括して)行ってもよい。前者の場合、前記操作を正極タブ4と負極タブ5との状態を確認しつつ行えば、正極タブ4および負極タブ5の折れ曲がり防止効果が高まる。
本構成例の場合、案内部92を省略して、圧接部91のみで挟持部材を構成してもよい。また、一対の挟持部材は、それらの一端部を連結して、他端部側を開閉可能に構成してもよい。
110 セル積層体
200 電池容器
210 プレート
220 カバー
230 内部空間
1 蓄電池セル
11 セル本体
10 電極積層体
2 正極
3 負極
4 正極タブ
5 負極タブ
6 セパレータ
7 電解液
8 外装体
80 シート材
81 基材層
82 樹脂層
83 保護層
9 固定具
91 圧接部
92 案内部
92a 上面
92b 下面
93 基部
94 端子
S シール部
Claims (12)
- 積層された複数の蓄電池セルの電極タブを固定する固定具であって、
挿入された少なくとも2つの前記電極タブを圧接することにより互いに電気的に接続する圧接部が、前記蓄電池セルの積層方向に沿って複数併設されていることを特徴とする固定具。 - 当該固定具は、前記複数の蓄電池セルの電極タブを一括して固定する請求項1に記載の固定具。
- 前記圧接部は、弾性を有する請求項1または2に記載の固定具。
- さらに、前記圧接部に連通し、前記電極タブを前記圧接部に案内する案内部を有する請求項1ないし3のいずれか1項に記載の固定具。
- 前記案内部は、前記圧接部の併設方向において対向する一対の案内面を備え、
前記案内面の離間距離が前記圧接部から遠ざかるに従って大きくなっている請求項4に記載の固定具。 - 前記案内面に前記電極タブに対する摺動性を向上させる処理が施されている請求項1ないし5のいずれか1項に記載の固定具。
- 少なくとも前記電極タブと接触する面が絶縁材料で構成されている請求項1ないし6のいずれか1項に記載の固定具。
- 少なくとも前記電極タブと接触する面に、前記電極タブに対する摺動性を向上させる処理が施されている請求項1ないし7のいずれか1項に記載の固定具。
- さらに、前記圧接部に露出し、各前記蓄電池セルの電圧を監視するために使用される端子を有する請求項1ないし8のいずれか1項に記載の固定具。
- 当該固定具に対して前記電極タブが着脱自在である請求項1ないし9のいずれか1項に記載の固定具。
- 積層された複数の蓄電池セルを含むセル積層体と、
該セル積層体に装着された請求項1ないし10のいずれか1項に記載の固定具とを有し、
該固定具は、前記複数の蓄電池セルの電極タブを固定していることを特徴とする蓄電池モジュール。 - さらに、前記セル積層体を収容する電池容器を有し、
前記固定具を装着した前記セル積層体を前記電池容器内に収容した状態で、前記固定具が前記電池容器に接触することにより、前記セル積層体の前記電池容器での移動が規制されている請求項11に記載の蓄電池モジュール。
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