JP6948564B2 - 電池モジュール - Google Patents
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Description
一方で、近年、固体電解質を用いた全固体電池が開発されている。全固体電池では、従来の電解液を用いた二次電池よりも高い拘束荷重が必要となる。そのため、特許文献1に記載されているような合成樹脂製のテープ状のバンドを拘束部材に用いる構成では、高い拘束荷重に耐えるために拘束部材の厚み等を増加させる必要がある。その結果、電池モジュールの体積の増加を招く。
また、特許文献2に記載されているような、拘束荷重保持部材とナットまたはボルトとを拘束部材に用いる構成では、高い拘束荷重に耐えるために高張力鋼などの破壊応力(引張応力)の高い金属材料が拘束部材に用いられる。しかしながら、破壊応力の高い金属材料では、一般的に、破壊応力と共に弾性率も高くなる。拘束部材の弾性率が高い金属製である場合には、電池セルが膨張した際に、拘束部材に柔軟性がないために、拘束部材が電池セルの膨張に追従することができずに発生する応力が高くなる。そのため、電池セル膨張時には、最大拘束荷重が非常に高くなる。この高い拘束荷重に耐える拘束部材を設計する場合、拘束部材の寸法を大きくする必要があり、その結果、電池モジュールの体積の増加を招く。
積層体20に用いられる電池セル10は、好適には全固体電池であり、より好適には全固体リチウム二次電池である。全固体電池は、典型的には、正極、負極、および固体電解質を備える。電池セル10が全固体電池であった場合、正極、負極、および固体電解質の積層方向は、電池セル10の積層方向Lと同じである。電池セルは、非水電解液二次電池であってもよい。非水電解液二次電池は、正極、負極、セパレータ、非水電解液を備える。電池セル10が非水電解液二次電池であった場合、正極、負極、およびセパレータの積層方向は、電池セル10の積層方向Lと同じである。よって、電池セル10内の電極面に対して垂直方向に拘束荷重が印加される。
なお、本明細書において「二次電池」とは、繰り返し充放電可能な蓄電デバイス一般をいい、いわゆる蓄電池ならびに電気二重層キャパシタ等の蓄電素子を包含する用語である。
エンドプレート30は、図2に示すように、積層体20を主面としたときの長側面(すなわち、積層体20と対向する面と垂直な面であって長辺を含む面)において、孔32を有していてもよい。この孔32は、後述のように、電池モジュール100を作製する際に用いられる。
図示例では、3本の拘束部材40が用いられている。しかしながら拘束部材40の数はこれに限定されず、必要な拘束荷重や電池モジュール100の寸法に応じて適宜決定すればよい。
弾性率および弾性変形領域におけるひずみ量は、例えば、引張試験機を用いて測定することができる。
樹脂材料は、弾性率が2GPa以上であり、かつ弾性変形領域におけるひずみ量が3%以上である限りその種類には特に制限はない。
樹脂材料として好適には、繊維成分と樹脂成分とを含有する樹脂材料であり、より好適には繊維強化樹脂(繊維強化プラスチック)である。樹脂材料を構成する樹脂成分としては、エポキシ樹脂が好ましい。樹脂材料を構成する繊維成分としては、ガラス繊維、炭素繊維が好ましい。繊維成分の配向角は、好ましくは25°以上65°以下、さらに好ましくは30°以上60°以下、より好ましくは35°以上55°以下である。ここで配向角とは、繊維の長手方向と樹脂材料の一辺とがなす角である。
本実施形態の例の電池モジュールは、図1に示した上述の構成を有する。エンドプレート30としては、S45C製のエンドプレート(t=34mm)を用いた。また、拘束部材40としては、炭素繊維強化樹脂が長方形環状に成形された拘束部材(t=9mm)を用いた。この炭素繊維強化樹脂の弾性率は2GPa以上であり、かつ弾性変形領域におけるひずみ量は3%以上であった。
従来技術の例の電池モジュールは、図4に示した構成を有する。図4は、従来技術の例の電池モジュール700の構造を示す模式図(上面図)である。従来技術の例の電池モジュール700は、複数の電池セルの積層体620と、これを挟持する一対のエンドプレート630とを備える。電池モジュール700は、一対のエンドプレート630間であって積層体620の両側部に、一対の拘束荷重保持部材640を備える。電池モジュール700はさらにボルト660を備え、ボルト660によりエンドプレート630および拘束荷重保持部材640を締結することにより拘束した構成を有している。エンドプレート630としては、A6061−t6製のエンドプレート(t=20mm)を用いた。拘束荷重保持部材640としては、A6061−t6製の拘束荷重保持部材(t=9mm)を用いた。
これに対し、本実施形態の例の電池モジュールの直線は傾きが小さく、高充電状態の電池セルの直線とは拘束荷重が約300kNの点で交差している。このことは、本実施形態の例の電池モジュールの最大拘束荷重が約300kNであることを示している。
以上のことから、本実施形態の例の電池モジュールの最大拘束荷重は、従来技術の例の電池モジュールの最大拘束荷重よりもはるかに小さいことがわかる。
すなわち、本実施形態に係る電池モジュール100によれば、拘束部材の体積が小さくても十分な拘束荷重を印加することができる。
次いで、図5(B)に示すように、エンドプレート30の孔32(図2参照)に、金属製の棒状治具50を挿入する。そして、矢印の方向に棒状治具50を引っ張って引張荷重を印加する。この引張荷重により、拘束部材40が伸長して環が拡がる。
次いで、図5(C)に示すように、複数の電池セル10(図1参照)が積層された積層体20を、拘束部材40および一対のエンドプレート30の内側にセットする。このとき、各電池セル10は低充電状態にしておく。
次いで、図5(D)に示すように、エンドプレート30の孔から棒状治具50を抜去して、引張荷重を開放する。拘束部材40が弾性変形して環の拡がりが解消され、拘束荷重が発生する。これにより、一対のエンドプレート30に挟持された積層体20が拘束され、本実施形態に係る電池モジュール100が得られる。
なお、本実施形態に係る電池モジュール100の作製方法は、上記の例に限られず、その他の方法により作製されてもよい。
20 積層体
30 エンドプレート
32 孔
40 拘束部材
50 棒状治具
100 電池モジュール
Claims (2)
- 複数の電池セルを積層した積層体と、
前記積層体の積層方向の両端部に配置された一対のエンドプレートと、
前記一対のエンドプレート間に拘束荷重を印加する拘束部材と、
を備える電池モジュールであって、
前記拘束部材は、弾性率が2GPa以上であり、かつ弾性変形領域におけるひずみ量が3%以上である樹脂材料を成形した長方形環状部材であり、
前記樹脂材料は、繊維成分と、樹脂成分と、を含有する繊維強化樹脂であり、
前記繊維成分の配向角が25°以上65°以下であり、
少なくとも200kNの拘束荷重が印加されている、
電池モジュール。 - 前記樹脂材料の繊維成分が、ガラス繊維または炭素繊維であり、
前記樹脂材料の樹脂成分が、エポキシ樹脂である、
請求項1に記載の電池モジュール。
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JP2017237309A JP6948564B2 (ja) | 2017-12-12 | 2017-12-12 | 電池モジュール |
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Family Applications (1)
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