JP7376539B2 - 電池 - Google Patents

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Description

本技術は、電池に関する。
電池パックの構成を開示した先行技術文献として、特開２０２０－１２９４７４号公報(特許文献１)がある。特許文献１に記載された電池パックは、電池スタックと、パックケースとを備える。パックケースは、電池スタックを積層方向に圧縮しつつ収容する。パックケースは、金属ケース部材と、樹脂ケース部材とを含む。金属ケース部材は、第１側壁金属板部と、第３側壁金属板部とを有する。樹脂ケース部材は、角部結合樹脂部を含む。第１側壁金属板部は、内側金属板部を有する。第３側壁金属板部は、延出部を有する。延出部は、電池スタックの積層方向において、角部結合樹脂部を介して内側金属板部に係合している。
特開２０２０－１２９４７４号公報
複数の蓄電セルを拘束する拘束部の部材同士を接着剤によって接続する場合がある。この場合、複数の蓄電セルから発生する熱の影響または周囲に存在する水分の吸収によって接着剤が劣化することにより、拘束部の耐力が低下する可能性がある。
本技術は、上記の課題を解決するためになされたものであって、拘束部の部材同士の接続強度を高めて、拘束部の耐力を向上することができる、電池を提供することを目的とする。
本技術に基づく電池は、積層体と、拘束部とを備える。積層体は、複数の蓄電セルが第１方向に積層され、第１方向の端部に位置する端面を有する。拘束部は、積層体を第１方向に拘束する。拘束部は、第１部材と、第２部材と、接着剤層とを含む。第１部材は、本体部と、突起部とを有する。突起部は、本体部から第１方向に交差する第２方向に向けて突出する。第２部材は、第２方向において突起部の少なくとも一部を受け入れる凹部を有する。接着剤層は、第１部材および第２部材を互いに接着する。第１部材および第２部材の一方は、積層体の端面に対向するように設けられている。突起部および凹部は、接着剤層を間に挟んで互いに係合している。
本技術によれば、拘束部の部材同士の接続強度を高めて、拘束部の耐力を向上することができる。
本技術の実施形態１に係る電池の構成を示す斜視図である。 本技術の実施形態１に係る電池が備える蓄電セルおよびエンドプレートの構成を示す斜視図である。 本技術の実施形態１に係る電池が備える蓄電セルの構成を示す斜視図である。 図１の電池をＩＶ－ＩＶ線矢印方向から見た断面図である。 図４におけるＶ部を拡大して電池の構成を示す断面図である。 比較例に係る電池の構成を示す断面図である。 本技術の実施形態２に係る電池の構成を示す断面図である。
以下に、本技術の実施形態について説明する。なお、同一または相当する部分に同一の参照符号を付し、その説明を繰返さない場合がある。
なお、以下に説明する実施形態において、個数、量などに言及する場合、特に記載がある場合を除き、本技術の範囲は必ずしもその個数、量などに限定されない。また、以下の実施形態において、各々の構成要素は、特に記載がある場合を除き、本技術にとって必ずしも必須のものではない。
なお、本明細書において、「備える（ｃｏｍｐｒｉｓｅ）」および「含む（ｉｎｃｌｕｄｅ）」、「有する（ｈａｖｅ）」の記載は、オープンエンド形式である。すなわち、ある構成を含む場合に、当該構成以外の他の構成を含んでもよいし、含まなくてもよい。また、本技術は、本実施形態において言及する作用効果を必ずしもすべて奏するものに限定されない。
本明細書において、「電池」は、リチウムイオン電池に限定されず、ニッケル水素電池など他の電池を含み得る。本明細書において、「電極」は正極および負極を総称し得る。また、「電極板」は正極板および負極板を総称し得る。
本明細書において、「蓄電セル」ないし「蓄電モジュール」は、電池セルないし電池モジュールに限定されず、キャパシタセルないしキャパシタモジュールを含み得る。
なお、図面においては、第１部材の突起部が突出する方向を第２方向としてのＸ方向、蓄電セルの積層方向を第１方向としてのＹ方向、第１方向および第２方向に交差する方向を第３方向としてのＺ方向とする。
(実施形態１)
図１は、本技術の実施形態１に係る電池の構成を示す斜視図である。図２は、本技術の実施形態１に係る電池が備える蓄電セルおよびエンドプレートの構成を示す斜視図である。
図１および図２に示すように、本技術の実施形態１に係る電池１は、積層体１０と、拘束部２０とを備える。
積層体１０は、複数の蓄電セル１００が第１方向(Ｙ方向)に並ぶように積層されている。積層体１０は、第１方向(Ｙ方向)の端部に位置する端面１０ｅを有している。蓄電セル１００同士の間には、図示しないセパレータが介装されている。
拘束部２０は、積層体１０を第１方向(Ｙ方向)に拘束する。拘束部２０は、第１部材と、第２部材と、接着剤層４００とを含む。本実施形態において、第１部材は、拘束部材３００であり、第２部材は、エンドプレート２００である。
第１部材および第２部材の一方は、積層体１０の端面１０ｅに対向するように設けられている。本実施形態においては、エンドプレート２００が、積層体１０の端面１０ｅに対向するように設けられている。
エンドプレート２００は、積層体１０のＹ方向の両端に設けられている。２つのエンドプレート２００は、積層体１０を挟持している。２つのエンドプレート２００は、積層体１０をＹ方向に押圧し、互いの間で積層体１０を拘束する。
エンドプレート２００は、たとえば、アルミニウムまたは鋼により構成されている。エンドプレート２００は、たとえば、押し出しによって形成されている。
第１部材および第２部材の他方は、第１方向(Ｙ方向)に沿って設けられている。本実施形態においては、拘束部材３００が、積層体１０およびエンドプレート２００のＸ方向の両端に設けられている。
拘束部材３００は、たとえば、アルミニウムまたは鋼により構成されている。拘束部材３００は、たとえば、押し出しによって形成されている。
接着剤層４００は、拘束部材３００およびエンドプレート２００の間に配置されている。接着剤層４００は、拘束部材３００およびエンドプレート２００を互いに接着する。接着剤層４００は、たとえば、エポキシ樹脂により構成されている。なお、本実施形態の拘束部２０における拘束部材３００とエンドプレート２００とは、接着剤層４００によって接続されているが、この構成に限定されず、たとえば、ボルト締結または溶接などの他の接続が付加されていてもよい。
積層された複数の蓄電セル１００およびエンドプレート２００に対してＹ方向の圧縮力を作用させた状態で拘束部材３００をエンドプレート２００に係合させ、その後に圧縮力を解放することにより、２つのエンドプレート２００を接続する拘束部材３００に引張力が働く。その反作用として、拘束部材３００は、２つのエンドプレート２００を互いに近づける方向に押圧する。その結果、拘束部２０は、積層体１０をＹ方向に拘束する。
図３は、本技術の実施形態１に係る電池が備える蓄電セルの構成を示す斜視図である。図３に示すように、蓄電セル１００は、電極端子１１０と、外装体１２０と、ガス排出弁１３０とを含む。
電極端子１１０は、正極端子１１１と、負極端子１１２とを含む。電極端子１１０は、外装体１２０上に形成されている。外装体１２０は、略直方体形状に形成されている。外装体１２０には、図示しない電極体および電解液が収容されている。ガス排出弁１３０は、外装体１２０内の圧力が所定値以上となった際に破断する。これにより、外装体１２０内のガスが外装体１２０外に排出される。
図４は、図１の電池をＩＶ－ＩＶ線矢印方向から見た断面図である。図５は、図４におけるＶ部を拡大して電池の構成を示す断面図である。
図４および図５に示すように、拘束部材３００は、本体部３１０と、突起部３２０と、流路部３３０とを有している。
本体部３１０は、Ｙ方向に延在する板状部材である。図５に示すように、本体部３１０は、エンドプレート２００側に端面部３１１を有している。
突起部３２０は、本体部３１０から第１方向(Ｙ方向)に交差する第２方向(Ｘ方向)に向けて突出している。突起部３２０は、第１面部３２１と、根元部３２０ｒと、第１テーパ部３２２とを有している。突起部３２０は、本体部３１０とともに押し出しによって一体に形成されている。なお、本体部３１０および突起部３２０は、別部材同士を溶接することにより構成されていてもよい。
第１面部３２１は、第２方向(Ｘ方向)に沿って延在している。第１面部３２１は、突起部３２０のＹ方向の両端に１対設けられている。具体的には、突起部３２０のＹ方向において、蓄電セル１００側に一方の第１面部３２１ａが設けられ、蓄電セル１００とは反対側に他方の第１面部３２１ｂが設けられている。
根元部３２０ｒは、突起部３２０における本体部３１０側に位置する部分である。第１テーパ部３２２は、他方の第１面部３２１ｂにおけるエンドプレート２００側の先端に配置されている。
エンドプレート２００は、本体部２１０と、凹部２２０とを有している。本体部２１０は、Ｘ方向に延在する板状部材である。
凹部２２０は、第２方向(Ｘ方向)において突起部３２０の少なくとも一部を受け入れている。本実施形態においては、凹部２２０は、突起部３２０の全体を受け入れている。
凹部２２０は、第１片部２３０と、第２片部２４０と、底面部２２３と、第２テーパ部２４１とを有している。第１片部２３０は、凹部２２０の凹み形状に対して蓄電セル１００側に位置している。第２片部２４０は、凹部２２０の凹み形状に対して蓄電セル１００とは反対側に位置している。第１片部２３０および第２片部２４０の各々には、拘束部材３００側に先端部２２１が設けられている。底面部２２３は、本体部２１０のＸ方向の端部側に位置している。
第１片部２３０および第２片部２４０の各々には、突起部３２０側に第２面部２２２が設けられている。具体的には、第１片部２３０の突起部３２０側に一方の第２面部２２２ａが設けられ、第２片部２４０の突起部３２０側に他方の第２面部２２２ｂが設けられている。第２面部２２２は、第２方向(Ｘ方向)に沿って延在し、第１面部３２１に対向している。凹部２２０は、先端部２２１と、第２面部２２２と、底面部２２３とによって凹み形状が構成されている。
第２テーパ部２４１は、他方の第２面部２２２ｂにおける先端部２２１側に配置されている。第１テーパ部３２２および第２テーパ部２４１を設けることによって、突起部３２０と凹部２２０とを係合する際に、凹部２２０に対して突起部３２０を挿入しやすい。さらに、第１テーパ部３２２および第２テーパ部２４１が突起部３２０において蓄電セル１００とは反対側に設けられているため、蓄電セル１００からの荷重を受ける一方の第１面部３２１ａと一方の第２面部２２２ａとが対向して接着される部分において、荷重により根元部３２０ｒに加わる曲げモーメントを小さくすることによって、突起部３２０の荷重方向(Ｙ方向)の強度を高めることができる。
図５に示すように、第２方向(Ｘ方向)において、凹部２２０の深さＤ１は、突起部３２０の本体部３１０からの突出高さＷより深い。これにより、突起部３２０は、底面部２２３に接触しない。なお、凹部２２０の深さＤ１および突起部３２０の突出高さＷは、互いに同じであってもよい。さらに、Ｘ方向において、凹部２２０を構成する第１片部２３０および第２片部２４０は、互いに同じ長さ、もしくは、第１片部２３０が第２片部２４０より長い方が好ましい。この構成により、蓄電セル１００からの荷重を受ける一方の第１面部３２１ａと一方の第２面部２２２ａとが対向して接着される部分において、荷重により根元部３２０ｒに加わる曲げモーメントを小さくすることによって、突起部３２０の荷重方向(Ｙ方向)の強度を高めることができる。
拘束部材３００の本体部３１０は、エンドプレート２００に直接当接している。具体的には、本体部３１０の端面部３１１と凹部２２０の先端部２２１とが直接当接している。すなわち、端面部３１１と先端部２２１との間には、接着剤層４００は介在していない。これにより、Ｘ方向における拘束部２０の寸法は、接着剤層４００に影響されない。
図４に示すように、流路部３３０は、冷却水が流れることが可能である。流路部３３０は、本体部３１０のＹ方向に複数並んで配置されている。
流路部３３０は、第１方向(Ｙ方向)において突起部３２０および凹部２２０から離間している。具体的には、本実施形態における流路部３３０は、Ｘ方向においてエンドプレート２００と並ばない位置に配置されることによって、突起部３２０および凹部２２０から離間している。
流路部３３０は、第１方向(Ｙ方向)および第２方向(Ｘ方向)に交差する第３方向(Ｚ方向)に沿って配置されている。なお、流路部３３０は、Ｙ方向に沿って配置されていてもよい。ただし、流路部３３０がＹ方向に沿って配置される場合には、流路部３３０が突起部３２０の延在する方向(Ｚ方向)に対して交差する配置関係になるため、突起部３２０または流路部３３０のいずれか一方が切削加工などの押し出し以外の製造方法によって設けられることが望ましい。
図５に示すように、突起部３２０および凹部２２０は、接着剤層４００を間に挟んで互いに係合している。本実施形態においては、具体的には、一方の第１面部３２１ａと一方の第２面部２２２ａとが対向し、他方の第１面部３２１ｂと他方の第２面部２２２ｂとが対向することによって、突起部３２０および凹部２２０が接着剤層４００を間に挟んで互いに係合している。
第１片部２３０のＹ方向における厚みｔ１は、第２片部２４０の厚みｔ３より厚い。突起部３２０のＹ方向における厚みｔ２も、第２片部２４０の厚みｔ３より厚い。このように、蓄電セル１００から荷重が加わる第１片部２３０および突起部３２０の厚みｔ１，ｔ２は、第２片部２４０の厚みｔ３より厚い方が望ましい。
ここで、本技術の実施形態１に係る電池の比較例について説明する。以下の比較例に係る電池は、エンドプレートの構成が本技術の実施形態１に係る電池と異なるため、本技術の実施形態１に係る電池と同様である構成については説明を繰り返さない。
図６は、比較例に係る電池の構成を示す断面図である。図６に示すように、本技術の比較例に係る電池９は、蓄電セル１００がＹ方向に積層された積層体と、拘束部とを備える。拘束部は、拘束部材３００と、エンドプレート９００と、接着剤層４００とを含む。
エンドプレート９００は、本体部９１０と、凹部９２０とを有している。凹部９２０は、突起部３２０の先端部分を受け入れている。
凹部９２０は、第１片部９３０と、第２片部９４０と、底面部９２３とを有している。第１片部９３０および第２片部９４０の各々には、拘束部材３００側に先端部９２１が設けられている。本比較例における先端部９２１は、端面部３１１に接触していない。第１片部９３０および第２片部９４０の各々には、突起部３２０側に第２面部９２２が設けられている。
第２方向(Ｘ方向)において、凹部９２０の深さＤ２は、突起部３２０の本体部３１０からの突出高さＷより浅い。突起部３２０は、底面部９２３と直接当接している。突起部３２０および凹部９２０は、第１面部３２１および第２面部９２２において、接着剤層４００を間に挟んで互いに係合している。
仮に、蓄電セル１００がＹ方向に膨張する場合、エンドプレート９００には蓄電セル１００からの荷重が加わる。エンドプレート９００に加わった荷重が伝播し、エンドプレート９００から拘束部材３００に荷重Ｆ２が加わる。端面部３１１および先端部９２１が当接していないため、突起部３２０にはＸ方向において根元部３２０ｒから離れた場所に荷重Ｆ２が加わる。これにより、突起部３２０に荷重Ｆ２が曲げモーメントとして加わるため、突起部３２０の荷重Ｆ２に対する耐力が低下する可能性がある。
一方、本実施形態においては、図５に示すように、Ｘ方向において、凹部２２０の深さＤ１が突起部３２０の本体部３１０からの突出高さＷより深いことにより、本体部３１０の端面部３１１と凹部２２０の先端部２２１とが当接するため、蓄電セル１００からＹ方向の荷重が加わる際、突起部３２０には根元部３２０ｒにおいてＹ方向の荷重Ｆ１が加わる。すなわち、突起部３２０に対して、せん断方向(Ｙ方向)に荷重Ｆ１が加わる。これにより、突起部３２０に荷重Ｆ１が曲げモーメントとして加わることが抑制されている。
本技術の実施形態１に係る電池１においては、拘束部材３００およびエンドプレート２００の各々を接着剤層４００によって接着するとともに、突起部３２０と凹部２２０とを係合させることにより、突起部３２０および凹部２２０を設けることなく接着剤層４００のみにより拘束部材３００およびエンドプレート２００を接続する場合と比較して、拘束部２０の部材同士の接続強度を高めて、拘束部２０の耐力を向上することができる。
本技術の実施形態１に係る電池１においては、凹部２２０の深さＤ１が突起部３２０の突出高さＷより深いことにより、突起部３２０に対してせん断方向(Ｙ方向)に複数の蓄電セル１００の膨張による荷重を加えることができるため、拘束部２０の耐力を向上することができる。
本技術の実施形態１に係る電池１においては、拘束部材３００の本体部３１０が、エンドプレート２００に直接当接することにより、突起部３２０に対してせん断方向(Ｙ方向)に複数の蓄電セル１００の膨張による荷重を加えることができるため、拘束部２０の耐力を向上することができる。
本技術の実施形態１に係る電池１においては、拘束部材３００およびエンドプレート２００を接着剤層４００によって接続することによって、流路部３３０を設ける際、溶接やボルト締結により拘束部材３００およびエンドプレート２００を接続する場合と比較して、構成部材の内部に孔を設けたり、溶接部を設ける必要がないため、拘束部材３００の内部に流路部３３０を容易に配置することができる。
本技術の実施形態１に係る電池１においては、流路部３３０が第１方向(Ｙ方向)において突起部３２０および凹部２２０から離間し、第３方向(Ｚ方向)に沿って配置されていることにより、流路部３３０に対する蓄電セル１００の膨張による荷重の影響を抑制しつつ第１部材としての拘束部材３００に冷却構造を設けることができる。
本技術の実施形態１に係る電池１においては、拘束部材３００およびエンドプレート２００の各々が押し出しにより形成されていることによって、突起部３２０および凹部２２０を効率的に設けることができる。
(実施形態２)
以下、本技術の実施形態２に係る電池について説明する。本技術の実施形態２に係る電池は、拘束部の構成が本技術の実施形態１に係る電池１と異なるため、本技術の実施形態１に係る電池１と同様である構成については説明を繰り返さない。
図７は、本技術の実施形態２に係る電池の構成を示す断面図である。図７に示すように、実施形態２に係る電池１Ａは、積層体１０と、拘束部２０Ａとを備える。拘束部２０Ａは、第１部材と、第２部材と、接着剤層４００Ａとを含む。本実施形態において、第１部材は、エンドプレート２００Ａであり、第２部材は、拘束部材３００Ａである。
エンドプレート２００Ａは、積層体１０の端面１０ｅに対向するように設けられている。拘束部材３００Ａは、積層体１０およびエンドプレート２００ＡのＸ方向の両端に設けられている。接着剤層４００Ａは、拘束部材３００Ａおよびエンドプレート２００Ａの間に配置されている。
エンドプレート２００Ａは、本体部２１０Ａと、突起部２２０Ａとを有している。突起部２２０Ａは、本体部２１０ＡからＸ方向に向けて突出している。突起部２２０Ａは、根元部２２０Ａｒを有している。本体部２１０Ａおよび突起部２２０Ａは、押し出しで一体成型、もしくは、別部材同士を溶接することにより構成されている。
拘束部材３００Ａは、本体部３１０Ａと、凹部３２０Ａと、流路部３３０とを有している。凹部３２０Ａは、突起部２２０Ａの全体を受け入れている。
凹部３２０Ａは、第１片部３４０と、第２片部３５０とを有している。第１片部３４０は、凹部３２０Ａの凹み形状に対して蓄電セル１００とは反対側に位置している。第２片部３５０は、凹部３２０Ａの凹み形状に対して蓄電セル１００側に位置している。突起部２２０Ａおよび凹部３２０Ａは、接着剤層４００を間に挟んで互いに係合している。
第１片部３４０のＹ方向における厚みｔ４は、第２片部３５０の厚みｔ６より厚い。突起部２２０ＡのＹ方向における厚みｔ５も、第２片部３５０の厚みｔ６より厚い。このように、蓄電セル１００から荷重が加わる第１片部３４０および突起部２２０Ａの厚みｔ４，ｔ５は、第２片部３５０の厚みｔ６より厚い方が望ましい。
Ｘ方向において、第１片部３４０の長さは、第２片部３５０よりも長くすることができる。これにより、荷重が加わる第１片部３４０側において確実に突起部２２０Ａの全体を受け入れることにより、突起部２２０Ａに加わる曲げモーメントを小さくすることができるため、拘束部２０Ａの耐力を向上することができる。
本技術の実施形態２に係る電池１Ａにおいては、エンドプレート２００Ａにおける本体部２１０Ａおよび突起部２２０Ａを、押し出しで一体成型、または、別部材同士を溶接することにより構成することによって、本体部２１０Ａに対する突起部２２０Ａの位置を容易に変更することができる。
なお、上述した各実施形態において、拘束部を構成する第１部材および第２部材がエンドプレートおよびバインドバーの場合について例示しているが、この構成に限定されない。拘束部を構成する第１部材および第２部材は、たとえば、電池の筐体を構成する一方側面および他方側面であってもよい。
以上、本技術の実施形態について説明したが、今回開示された実施形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本技術の範囲は特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
１，１Ａ，９ 電池、１０ 積層体、１０ｅ 端面、２０，２０Ａ 拘束部、１００ 蓄電セル、１１０ 電極端子、１１１ 正極端子、１１２ 負極端子、１２０ 外装体、１３０ ガス排出弁、２００，２００Ａ，９００ エンドプレート、２１０，２１０Ａ，３１０，３１０Ａ，９１０ 本体部、２２０，３２０Ａ，９２０ 凹部、２２０Ａ，３２０ 突起部、２２０Ａｒ，３２０ｒ 根元部、２２１，９２１ 先端部、２２２，２２２ａ，２２２ｂ，９２２ 第２面部、２２３，９２３ 底面部、２３０，３４０，９３０ 第１片部、２４０，３５０，９４０ 第２片部、２４１ 第２テーパ部、３００，３００Ａ 拘束部材、３１１ 端面部、３２１ 第１面部、３２１ａ 一方の第１面部、３２１ｂ 他方の第１面部、３２２ 第１テーパ部、３３０ 流路部、４００，４００Ａ 接着剤層。

Claims (5)

  1. 複数の蓄電セルが第１方向に積層され、前記第１方向の端部に位置する端面を有する積層体と、
    前記積層体を前記第１方向に拘束する拘束部とを備え、
    前記拘束部は、
    本体部と、前記本体部から前記第１方向に交差する第２方向に向けて突出する突起部とを有する第１部材と、
    前記第２方向において前記突起部の少なくとも一部を受け入れる凹部を有する第２部材と、
    前記第１部材および前記第２部材を互いに接着する接着剤層とを含み、
    前記第１部材および前記第２部材の一方は、前記積層体の前記端面に対向するように設けられ、
    前記突起部および前記凹部は、前記接着剤層を間に挟んで互いに係合しており、
    前記第１部材および前記第２部材の他方は、前記第１方向に沿って設けられており、
    前記他方は、冷却水が流れることが可能な流路部をさらに含み、
    前記流路部は、前記第１方向において前記突起部および前記凹部から離間し、前記第１方向および前記第２方向に交差する第３方向に沿って配置されている、電池。
  2. 前記第２方向において、前記凹部の深さは、前記突起部の前記本体部からの突出高さより深い、請求項１に記載の電池。
  3. 前記第１部材の前記本体部は、前記第２部材に直接当接する、請求項１または請求項２に記載の電池。
  4. 前記第１部材および前記第２部材の各々は、押し出しによって形成されている、請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の電池。
  5. 前記本体部および前記突起部は、別部材同士を溶接することにより構成されている、請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の電池。
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