JP6637675B2 - 蓄電モジュールおよび組電池 - Google Patents
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Description
特許文献1に記載された組電池は、蓄電モジュールの間に放熱部材として波形材を介在させて冷風の流通空間を形成して放熱効果を得るようにしている。また、特許文献2に記載された組電池は、蓄電モジュールの間に冷却液を流通させる管部材を配置し、さらにこの管部材と蓄電モジュールとの間に板バネを介装して空冷用の空間を形成することにより、液冷と空冷の両方により高い冷却効果を得ている。
第二金属箔の一方の面に第二耐熱性樹脂層が積層され他方の面に第二熱可塑性樹脂層が積層され、前記第二熱可塑性樹脂層側の面に第二金属箔が露出する第二金属箔内側露出部を有する第二外装材と、
第一金属箔内側露出部に積層された正極活物質層と、第二金属箔内側露出部に積層された負極活物質層と、これらの間に配置されるセパレーターとを有する電池要素とを備え、
前記第一外装材および第二外装材のうちの少なくとも一方は、第一金属箔内側露出部および第二金属箔内側露出部を含む領域にエンボス部を有し、前記第一外装材の第一熱可塑性樹脂層と第二外装材の第二熱可塑性樹脂層とが向かい合い、第一熱可塑性樹脂層と第二熱可塑性樹脂層とが融着した熱封止部に囲まれることによって、室内に第一金属箔内側露出部および第二金属箔内側露出部が臨む1室以上の電池要素室を有し、かつ前記エンボス部によって凹凸を有する外面となされた外装体が形成され、
前記電池要素室内に電解質とともに封入された電池要素は、正極活物質層が第一金属箔内側露出部に導通するとともに負極活物質層が第二金属箔内側露出部に導通していることを特徴とする蓄電モジュール。
[蓄電モジュール]
図1Aおよび図1Bに示す蓄電モジュール1は、外装体30が第一外装材10と第二外装材20とにより構成され、縦横に交差する熱封止部50によって3列×3列に区画された9個の電池要素室40を有し、各電池要素室40に電池要素としてのコアセル60と電解質(符号なし)とが封入されている。
[組電池]
図2Aおよび図2Bに示す組電池5は、4個の蓄電モジュール1を、積層方向に隣り合うモジュールの第一フランジ15と第二フランジ25とが重なるように互い違いに方向を変え、隣合うモジュールの電池要素室40が重なる態様で積層され、これらが直列に連結されている。即ち、4個の蓄電モジュール1は、最上層の1層目のモジュールの第二フランジ25の第二金属箔外側露出部26と2段目のモジュールの第一フランジ15の第一金属箔外側露出16とが接続用穴27、17に導電性材料からなる接続用ピン35を通すことにより連結され、同様に、2層目のモジュールの第二金属箔外側露出部26と3層目のモジュールの第一金属箔外側露出部16とが連結され、3層目のモジュールの第二金属箔外側露出部26と最下層の4層目のモジュールの第一金属箔外側露出部16とが連結されている。また、1層目のモジュールの第一金属箔外側露出部16の接続用穴17には導電性材料からなる正極用ピン36が取り付けられ、4層目の第二金属箔外側露出部26の接続用穴27には導電性材料からなる負極用ピン37が取り付けられている。上記の連結により、4つの蓄電モジュール1は直列に連結され、正極用ピン36および負極用ピン37を組電池5の電極端子とし、電線38を引き出して他のデバイスに接続することができる。
[第一外装材および第二外装材の材料および作製]
第一外装材10は、第一金属箔11の一方の面に第一接着層を介して第一耐熱性樹脂層12が貼り合わされ、他方の面に第二接着層を介して第一熱可塑性樹脂層13が貼り合わされている。第一金属箔内側露出部14は第一熱可塑性樹脂層13および第二接着層を除去することによって形成し、第一金属箔外側露出部16は、形成する面に応じて、第一熱可塑性樹脂層13および第二接着層、または第一耐熱性樹脂層12および第一接着剤が除去することにより形成している。
1)リン酸と、
クロム酸と、
フッ化物の金属塩およびフッ化物の非金属塩からなる群より選ばれる少なくとも1種の化合物と、を含む混合物の水溶液
2)リン酸と、
アクリル系樹脂、キトサン誘導体樹脂およびフェノール系樹脂からなる群より選ばれる少なくとも1種の樹脂と、
クロム酸およびクロム(III)塩からなる群より選ばれる少なくとも1種の化合物と、を含む混合物の水溶液
3)リン酸と、
アクリル系樹脂、キトサン誘導体樹脂およびフェノール系樹脂からなる群より選ばれる少なくとも1種の樹脂と、
クロム酸およびクロム(III)塩からなる群より選ばれる少なくとも1種の化合物と、
フッ化物の金属塩およびフッ化物の非金属塩からなる群より選ばれる少なくとも1種の化合物と、を含む混合物の水溶液
上記1)〜3)のうちのいずれかの水溶液を金属箔の表面に塗工した後、乾燥することにより、化成処理を施す。
(I)貼り合わせ工程で金属露出部を形成する作製方法
例えば、ドライラミネート法による金属箔と樹脂層とを貼り合わせる工程で、接着剤を付着させない部分が彫刻されたグラビアロールを用い接着剤を塗布して接着剤未塗布部を形成し、金属箔と樹脂層を貼り合わせた後に接着剤未塗布部上の樹脂層を切除して金属箔を露出させる。上記実施形態の蓄電モジュール1に使用している第一外装材10は熱可塑性樹脂層13側の面に金属箔露出部14、16を有しているので、上記の手法で第一金属箔11と第一熱可塑性樹脂層13とを貼り合わせ、貼り合わせ後に金属箔露出部14、16を形成する。
(II)極活物質層の塗工後に各層を貼り合わせる方法
第一金属箔11の第一金属箔内側露出部14となる部分にバインダー層64用組成物および正極活物質層61用組成物を順次塗布し乾燥させて、バインダー層64および正極活物質層61を積層する。次に、前記正極活物質層61の表面を易剥離性粘着テープ等でマスキングし、第一接着剤を用いて第一金属箔11と第一熱可塑性樹脂層13とを貼り合わせる。第一金属箔11の反対側の面には第二接着剤を用いて第一耐熱性樹脂層12を貼り合わせる。そして、正極活物質層61上の第一熱可塑性樹脂層13を切除する。易剥離性粘着テープと第一熱可塑性樹脂層13とは第二接着剤で強く接着されているので、易剥離性粘着テープは第一熱可塑性樹脂層13とともに除去され、正極活物質層61が露出する。前記正極活物質層61は第一金属箔内側露出部14上に積層されている。
[電池要素の構造と材料]
電池要素としてのコアセル60は、第一金属箔内側露出部14に積層される正極活物質層61、セパレーター62、第二金属箔内側露出部24に積層される負極活物質層63およびこれらに付随する層によって構成されている。バインダー層64、65は必須の層ではないが、金属箔と極活物質層との密着性を高めるためにこれらの間に介在させることが好ましい層である。コアセル60の各層およびコアセル60とともに封入する電解質の好ましい組成および厚みは以下のとおりである。なお、以下に説明する組成等は一例であり、本発明はこれらに限定するものではない。
[蓄電モジュールの製造方法]
前記蓄電モジュール1は、第一外装材10および第二外装材20で外装体30を組み立てる工程でセパレーター62を挟み、電解質を注入して熱封止する。ここで説明する第一外装材10および第二外装材20は正極活物質層61および負極活物質層63が積層され、かつエンボス部18,28が形成されている。
(1)第一外装材10を、第一熱可塑性樹脂層13が上を向くように置き、各第一エンボス部18による窪みに電解質を注入する。
(2)第一外装材10の上にセパレーター62を置き、さらにその上に第二外装材20を重ね、第一外装材10の第一エンボス部18に第二外装材28の第二エンボス部28を嵌め入れて外装体30を組み立てる。この組み立てによって電池要素室40が形成される。また、この組み立て状態において、第一フランジ15は第二外装材20の端部から延出するとともに第二フランジ25は第一外装材10の端部から延出して、第一金属箔外側露出16および第二金属箔外側露出部26は外装体30の外面に露出している。
(3)9個の電池要素室40の外周部、即ち第一外装材10および第二外装材20の外周部の4辺をクリップ等で仮押さえし、第一フランジ15の第一金属箔外側露出部16および第二フランジ25の第二金属箔外側露出部26にクリップを繋いで予備充電を行い、100℃の恒温槽に8時間入れて電池要素室40内のガス抜きを行う。
(6)減圧下で、各電池要素室40に対して周囲の4辺の上下を熱板で挟み付けて熱封止して熱封止部50を形成する。この熱封止により、電池要素室40内にコアセルお60よび電解質が封入される。
〈実施例1〉
図1Aおよび図1Bに示す構造の蓄電モジュール1を作製した。
(第一外装材の作製)
第一金属箔11はJIS H4160で分類されるA8079の厚さ40μmの軟質のアルミニウム箔であり、両面に化成処理を施した。第一耐熱性樹脂層12は厚さ25μmの二軸延伸ポリアミドフィルムであり、第一接着剤は二液硬化型のポリエステルポリウレタン接着剤である。第一熱可塑性樹脂層13は厚さ40μmの未延伸ポリプロピレンフィルムであり、第二接着剤は二液硬化型のオレフィン系接着剤である。正極活物質層61用ペーストとして、コバルト酸リチウムを主成分とする正極活物質100重量部と導電材としてのアセチレンブラック5重量部、結着剤兼電解液保持剤としてのフッ化ビニリデン10重量部として有機溶媒に混練分散させたペーストを用いた。バインダー層64用接着剤としてジメチルホルムアミドに溶かしたPVDFを用いた。
(第二外装材)
第二金属箔21はJIS H3100で分類されるC1100Rの厚さ15μmの硬質銅箔であり、両面に化成処理を施した。第二耐熱性樹脂層22は厚さ12μmの二軸延伸ポリエステルフィルムであり、第三接着剤は二液硬化型のポリエステルポリウレタン接着剤である。第二熱可塑性樹脂層23は厚さ40μmの未延伸ポリプロピレンフィルムであり、第四接着剤は二液硬化型のオレフィン系接着剤である。負極活物質層63用ペーストとして、カーボン粉末を主成分とする負極活物質57質量部、結着剤兼電解液保持剤としてのPVDF5質量部、ヘキサフルオロプロピレンと無水マレイン酸の共重合体10質量部、アセチレンブラック(導電材)3質量部、N−メチル―2−ピロリドン(有機溶媒)25質量部が混練分散されてなるペーストを用いた。バインダー層65用接着剤としてジメチルホルムアミドに溶かしたPVDFを用いた。
(蓄電モジュールの作製)
セパレーター62は、ポリプロピレンからなり、140mm角で厚さ8μmの多孔質の湿式セパレーターを用いた。前記セパレーター62は9個の電池要素室40の正極活物質層61と負極活物質層63を1枚のセパレーター62で絶縁できる寸法に設定されている。電解質として、エチレンカーボネート(EC)、ジメチルカーボネート(DMC)、エチルメチルカーボネート(EMC)が等量体積比で配合された混合溶媒に、ヘキサフルオロリン酸リチウム(LiPF6)が濃度1モル/Lで溶解された電解液を用いた。
〈比較例1〉
エンボス部を持たない第一外装材および第二外装材を用いてフラットな蓄電モジュールを作製した。前記第一外装材および第二外装材は実施例1の第一外装材10および第二外装材20とはエンボス部を持たないことを除いて共通である。
〈評価〉
上記のようにして得られた実施例1および比較例1の蓄電モジュールについて、下記評価法に基づいて評価を行った。評価結果を表1に示す。
5、6、7…組電池
10…第一外装材
11…第一金属箔
12…第一耐熱性樹脂層
13…第一熱可塑性樹脂層
14…第一金属箔内側露出部
15…第一フランジ
16…第一金属箔外側露出部
18…第一エンボス部
20…第二外装材
21…第二金属箔
22…第二耐熱性樹脂層
23…第二熱可塑性樹脂層
24…第二金属箔内側露出部
25…第二フランジ
26…第二金属箔外側露出部
28…第二エンボス部
30…外装体
40…電池要素室
50…熱封止部
60…コアセル(電池要素)
61…正極活物質層
62…セパレーター
63…負極活物質層
70、71空間
75…伝熱体
Claims (4)
- 第一金属箔の一方の面に第一耐熱性樹脂層が積層され他方の面に第一熱可塑性樹脂層が積層され、前記第一熱可塑性樹脂層側の面に第一金属箔が露出する第一金属箔内側露出部を有する第一外装材と、
第二金属箔の一方の面に第二耐熱性樹脂層が積層され他方の面に第二熱可塑性樹脂層が積層され、前記第二熱可塑性樹脂層側の面に第二金属箔が露出する第二金属箔内側露出部を有する第二外装材と、
第一金属箔内側露出部に積層された正極活物質層と、第二金属箔内側露出部に積層された負極活物質層と、これらの間に配置されるセパレーターとを有する電池要素とを備え、
前記第一外装材および第二外装材は、第一金属箔内側露出部および第二金属箔内側露出部を含む領域にエンボス部を有し、前記第一外装材の第一熱可塑性樹脂層と第二外装材の第二熱可塑性樹脂層とが向かい合い、第一熱可塑性樹脂層と第二熱可塑性樹脂層とが融着した熱封止部に囲まれることによって、室内に第一金属箔内側露出部および第二金属箔内側露出部が臨む1室以上の電池要素室を有し、かつ前記熱封止部の立ち上がり壁を含むエンボス部によって凹凸を有する外面となされ、前記電池要素室と熱封止部の立ち上がり壁によって空間が形成された外装体が形成され、
前記電池要素室内に電解質とともに封入された電池要素は、正極活物質層が第一金属箔内側露出部に導通するとともに負極活物質層が第二金属箔内側露出部に導通していることを特徴とする蓄電モジュール。 - 前記外装体の外面に、第一金属箔が露出する第一金属箔外側露出部および第二金属箔が露出する第二金属箔外側露出部の少なくとも一方が形成されている請求項1に記載の蓄電モジュール。
- 2個以上の、請求項1または2に記載された蓄電モジュールを有し、それらの蓄電モジュールが外装体の凹凸表面によって隣合う蓄電モジュール間に空間が形成される態様で積層され、蓄電モジュールの積層方向において、電池要素室と熱封止部とが重なり合うように複数の蓄電モジュールが積層されて、前記電池要素室と熱封止部の立ち上がり壁によって形成された空間と、立ち上がり壁を含む熱封止部によって形成された空間とが隣り合い、かつそれらの蓄電モジュールが直列に連結されていることを特徴とする組電池。
- 積層方向において隣合う蓄電モジュールの間に伝熱体が配置されている請求項3に記載の組電池。
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