JPWO2019220981A1 - 固体電池、電池モジュールおよび固体電池の充電方法 - Google Patents
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Abstract
Description
1.電池モジュール(固体電池)
1−1.全体構成
1−2.固体電池の構成
1−3.ブロック構成
1−4.動作(固体電池の充電方法)
1−5.製造方法
1−6.作用および効果
2.変形例
3.電池モジュール(固体電池)の用途
本技術の一実施形態の電池モジュールに関して説明する。
図1は、電池モジュールの平面構成を表している。ただし、図1では、固体電池200の図示内容を簡略化している。
基体100は、固体電池200および加熱器300などを支持する支持体である。この基体100は、例えば、いわゆるプリント基板などである。このため、固体電池200、加熱器300、配線400および伝熱線500のそれぞれは、例えば、表面実装技術を用いて基体100の一面に実装されている。
固体電池200は、電池モジュールの主要部(いわゆる電源)であり、基体100の上に配置されている。この固体電池200は、後述するように、加熱器300において発生した熱を受け取るための受熱パッド250(図2〜図4参照)を備えている。なお、固体電池200の詳細な構成に関しては、後述する(図2〜図4参照)。
加熱器300は、固体電池200を加熱する加熱源である。この加熱器300は、固体電池200とは別個に基体100の上に設けられており、すなわち固体電池200が配置されている位置とは異なる位置において基体100の上に配置されている。
配線400は、固体電池200を通電させるための通電部材(電気配線)であり、基体100の上に配置されている。この配線400は、例えば、銅などの導電性材料を含んでいる。
伝熱線500は、固体電池200と加熱器300とを互いに熱的に接続させるための伝熱部材であり、基体100の上に配置されている。伝熱線500の構成は、熱伝導性を有していれば、特に限定されない。
図2および図3のそれぞれは、図1に示した固体電池200の平面構成を表していると共に、図4は、図1に示した1A−1A線に沿った固体電池200の断面構成を表している。
積層体210は、正極層211、負極層212および固体電解質層213を含む電池素子である。この積層体210は、正極端子220と負極端子230との間に配置されており、その正極端子220と負極端子230とが互いに対向する方向(X軸方向)と交差する方向(Z軸方向)に積層された複数の層を含んでいる。複数の層は、例えば、正極層211、負極層212、固体電解質層213、正極分離層214および負極分離層215である。
正極層211は、正極端子220に電気的に接続されていると共に、正極分離層214を介して負極端子230から電気的に分離されている。
負極層212は、負極端子230に電気的に接続されていると共に、負極分離層215を介して正極端子220から電気的に分離されている。
固体電解質層213は、正極層211と負極層212との間においてリチウムを移動させる媒介であり、正極端子220および負極端子230のそれぞれに電気的に接続されている。この固体電解質層213は、固体電解質を含んでおり、さらに結着剤などを含んでいてもよい。固体電解質は、例えば、結晶性固体電解質およびガラスセラミックス系固体電解質などである。
正極分離層214および負極分離層215のそれぞれは、例えば、固体電解質層213と同様の構成を有している。
正極端子220は、積層体210のうちの一方(負極分離層215が配置されている側)の側面に取り付けられており、正極層211に電気的に接続されている。この正極端子220は、例えば、銀などの導電性材料を含んでおり、熱伝導率C3を有している。
被覆層240は、積層体210を物理的および化学的に保護するために、その積層体210の周囲を被覆する被覆部材である。ただし、正極端子220および負極端子230のそれぞれの一部は、被覆層240の内部から外部に導出されている。すなわち、被覆層240は、正極端子220および負極端子230のそれぞれが導出されるように積層体210を被覆している。
受熱パッド250は、加熱器300から伝熱線500を介して伝達される熱を受け取る受熱部材であり、積層体210に付設されている。これにより、受熱パッド250は、加熱器300から供給される熱を受け取ることにより、その熱を利用して積層体210を加熱する。
図5は、図1に示した電池モジュールのブロック構成を表している。図5では、既に説明した電池モジュールの構成要素の一部も併せて示している。
制御部601は、電池モジュールの全体の動作を制御する。この制御部501は、例えば、例えば、中央処理装置(CPU)、メモリ、入出力ポートおよびタイマなどの電子部品を含む集積回路である。具体的には、制御部601は、電圧電流調整部603を介して固体電池200の充電動作を制御すると共に、スイッチ604を介して加熱器300の作動の可否を切り替える。
電源602は、固体電池200を充電するために用いられると共に、加熱器300を作動(発熱)させるために用いられる。この電源602は、例えば、ACアダプタなどの定電圧電源を含んでいる。
電圧電流調整部603は、固体電池200の充電動作を制御し、特に、定電流の充電動作(CC)および定電圧の充電動作(CV)を制御する。この電圧電流調整部603は、例えば、CC/CV充電制御用の集積回路などである。
スイッチ604は、加熱器300の動作(ON/OFF)を切り替える。このスイッチ604は、例えば、電界効果トランジスタ(FET)などのスイッチング素子を含んでいる。
温度測定素子605は、固体電池200の温度Tを測定することにより、その温度Tの測定結果を制御部601に出力する。この温度測定素子605は、例えば、サーミスタなどの温度センサを含んでいる。温度測定素子60の設置場所は、固体電池200の温度Tを測定可能な場所であれば、特に限定されない。ここでは、温度測定素子605は、例えば、固体電池200の下面(受熱パッド250が配置されている側の面)において、その受熱パッド250が存在していない領域に設置されている。
図6は、図1〜図5に示した電池モジュールの動作に関する流れを表している。ここでは、電池モジュールの全体の動作を制御する制御部601の動作の流れを説明することにより、固体電池200の充電動作に関して説明する。以下で説明する括弧内のステップ番号は、図6に示したステップ番号に対応している。
図7A〜図11Aのそれぞれは、図1〜図4に示した電池モジュールの製造工程を説明するために、図2に対応する平面構成を表している。図7B〜図11Bのそれぞれは、図1〜図4に示した電池モジュールの製造工程を説明するために、図4に対応する断面構成を表している。
以下では、図1〜図4に示した電池モジュールの主要部である固体電体200の製造方法に関して説明する。ただし、図9B〜図11Bでは、図示内容を簡略化するために、積層体210の断面構成を模式化している。
なお、電池モジュールを製造する場合には、例えば、図1に示したように、既存の表面実装技術を用いて、基体100の表面に固体電池200、加熱器300、配線400(正極配線401および負極配線402)および伝熱線500(正極伝熱線501および負極伝熱線502)を実装する。
この電池モジュールによれば、基体100の上に固体電池200および加熱器300が配置されており、その固体電池200と加熱器300とが伝熱線500(正極伝熱線501および負極伝熱線502)を介して互いに熱的に接続されている。この固体電池200では、正極端子220および負極端子230のそれぞれが導出されるように絶縁性の被覆層240が積層体210を被覆しており、正極端子220および負極端子230のそれぞれから電気的に分離されるように被覆層240に受熱パッド250(251,252)が取り付けられている。この受熱パッド250の熱伝導率C(C1,C2)は、被覆層240の熱伝導率C5よりも高くなっている。
電池モジュール(固体電池200)の構成に関しては、適宜、変更可能である。なお、既に説明した電池モジュール(固体電池200)の構成および動作に関する態様、ならびに以下で説明する電池モジュール(固体電池200)の構成および動作に関する一連の態様(変形例)は、任意の2種類以上が互いに組み合わされてもよい。
図1〜図4では、二次電池が2個の受熱パッド250(251,252)を備えているが、その受熱パッド250の数は、特に限定されない。このため、二次電池は、1個の受熱パッド250だけを備えていてもよいし、3個以上の受熱パッド250を備えていてもよい。
図4では、受熱パッド250が被覆層240を介して積層体210から離間されている。しかしながら、例えば、図4に対応する図12に示したように、受熱パッド250が絶縁性を有していれば、その受熱パッド250が積層体210に隣接されていてもよい。
図5および図6では、電池モジュールが温度測定素子605を備えており、その温度測定素子605により測定される固体電池200の温度Tの測定結果に基づいて、その温度Tが目標温度TAに到達した際に固体電池200の充電を開始した。
図6および図13では、加熱器300を用いて固体電池200を加熱したのち、温度Tおよび加熱時間Pのそれぞれに関して所定の条件が満たされた際に、固体電池200の充電を開始している。しかしながら、例えば、図6および図13に対応する図14に示したように、固体電池200の充電を開始したのち、その固体電池200の充電率Rに関して所定の条件が満たされた際に、加熱器300を用いて固体電池200を加熱してもよい。
また、例えば、図14に対応する図15に示したように、固体電池200の充電を開始したのち、その固体電池200の電圧Vに関して所定の条件が満たされた際に、加熱器300を用いて固体電池200を加熱してもよい。
図1では、電池モジュールが1個の固体電池200と1個の加熱器300とを備えているが、固体電池200および加熱器300のそれぞれの数は、特に限定されないため、2個以上でもよい。
電池モジュールの用途は、特に限定されない。なお、固体電池200は、上記したように、電池モジュールの一構成要素であるため、その固体電池200の用途に関しては、以下で併せて説明する。
Claims (13)
- 固体電解質層を介して交互に積層された正極層および負極層を含む電池素子と、
前記正極層に電気的に接続されると共に前記負極層から電気的に分離されるように前記電池素子に取り付けられた正極端子と、
前記負極層に電気的に接続されると共に前記正極層から電気的に分離されるように前記電池素子に取り付けられた負極端子と、
前記正極端子および前記負極端子のそれぞれが導出されるように前記電池素子を被覆する絶縁性の被覆部材と、
前記正極端子および前記負極端子のそれぞれから電気的に分離されるように前記被覆部材に取り付けられると共に、前記被覆部材の熱伝導率よりも高い熱伝導率を有する受熱部材と
を備えた、固体電池。 - 前記受熱部材の熱伝導率は、前記正極端子の熱伝導率以上であると共に、前記負極端子の熱伝導率以上である、
請求項1記載の固体電池。 - 前記受熱部材は、所定の面に沿った受熱面を有し、
前記正極端子は、前記所定の面に沿った正極端子面を有し、
前記負極端子は、前記所定の面に沿った負極端子面を有し、
前記受熱面の面積は、前記正極端子面の面積と前記負極端子面の面積との和よりも大きい、
請求項1または請求項2に記載の固体電池。 - 前記受熱部材は、絶縁性を有している、
請求項1ないし請求項3のいずれか1項に記載の固体電池。 - 前記受熱部材は、導電性を有している、
請求項1ないし請求項3のいずれか1項に記載の固体電池。 - 支持体と、
前記支持体の上に配置された請求項1ないし請求項5のいずれか1項に記載の固体電池と、
前記固体電池が配置された位置とは異なる位置において前記支持体の上に配置された加熱源と、
前記支持体の上に配置されると共に、前記固体電池と前記加熱源とを互いに熱的に接続る伝熱部材と
を備えた、電池モジュール。 - 前記加熱源は、チップ抵抗および正特性サーミスタのうちの少なくとも一方を含む、
請求項6記載の電池モジュール。 - 前記伝熱部材は、前記加熱源を通電させる電気配線である、
請求項6または請求項7に記載の電池モジュール。 - 前記固体電池を複数備え、
前記加熱源は、前記伝熱部材を介して前記複数の固体電池に熱的に接続されている、
請求項6ないし請求項8のいずれか1項に記載の電池モジュール。 - 固体電池を加熱し、
前記固体電池の温度を測定し、
前記固体電池の温度が所定の温度に到達したか否かを判定し、
前記固体電池の温度が前記所定の温度に到達した際に、前記固体電池を充電する、
固体電池の充電方法。 - 固体電池を加熱し、
前記固体電池の加熱時間を計測し、
前記固体電池の加熱時間が所定の加熱時間に到達したか否かを判定し、
前記固体電池の加熱時間が前記所定の加熱時間に到達した際に、前記固体電池を充電する、
固体電池の充電方法。 - 固体電池を充電し、
前記固体電池の充電率を算出し、
前記固体電池の充電率が所定の充電率に到達したか否かを判定し、
前記固体電池の充電率が前記所定の充電率に到達した際に、前記固体電池を加熱する、
固体電池の充電方法。 - 固体電池を充電し、
前記固体電池の電圧を測定し、
前記固体電池の電圧が所定の電圧に到達したか否かを判定し、
前記固体電池の電圧が前記所定の電圧に到達した際に、前記固体電池を加熱する、
固体電池の充電方法。
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