WO2019123619A1 - 蓄電モジュール及び電池パック - Google Patents
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- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M50/00—Constructional details or processes of manufacture of the non-active parts of electrochemical cells other than fuel cells, e.g. hybrid cells
- H01M50/50—Current conducting connections for cells or batteries
- H01M50/543—Terminals
- H01M50/562—Terminals characterised by the material
Definitions
- Embodiments of the present invention relate to a storage module and a battery pack.
- a battery such as a primary battery and a secondary battery generally comprises an electrode group provided with a positive electrode and a negative electrode, an exterior member for housing the electrode group, and a positive electrode terminal and a negative electrode terminal provided on the exterior member.
- metal cans and laminated film containers are put to practical use as exterior members.
- the metal can is obtained by deep drawing from a metal plate such as aluminum.
- the metal plate needs to have a certain thickness, which hinders the thinning of the exterior member, leading to a loss of volumetric capacity.
- the ratio of the total thickness of the outer can to the battery thickness is about 7.7%.
- the outer can is high in rigidity and poor in flexibility, a gap is likely to be generated between the inner wall of the outer can and the electrode group.
- a gap may be generated between the positive electrode and the negative electrode of the electrode group, and the charge / discharge cycle performance may be degraded.
- the rigid outer can is likely to cause a defect such as a crack when an excessive force is applied in the vicinity of the weld.
- the thickness of the metal can is reduced, when welding components such as a bus bar to the positive electrode terminal or the negative electrode terminal, the metal can is easily deformed by the force applied to the metal can at the time of welding. As a result, the position of the component with respect to the positive electrode terminal or the negative electrode terminal is shifted, and it becomes difficult to weld the component to a predetermined position of the positive electrode terminal and the negative electrode terminal.
- the problem to be solved by the present invention is to provide a storage module and a battery pack which are excellent in reliability.
- a storage module including a flat electrode group, an exterior member, a terminal portion, and a first insulating member.
- the electrode group includes a positive electrode, a positive current collecting tab electrically connected to the positive electrode, a negative electrode, and a negative current collecting tab electrically connected to the negative electrode.
- the positive electrode current collection tab wound in a flat shape is located at the first end face of the electrode assembly.
- a flat negative current collector tab is located at the second end face of the electrode assembly.
- the exterior member includes a first exterior portion made of stainless steel which has a bottomed rectangular cylindrical shape and has a flange portion at an opening, and a second exterior portion made of stainless steel.
- the electrode group is accommodated in the space formed by welding the flange portion of the first exterior portion and the second exterior portion.
- the first end face and the second end face of the electrode assembly face the inner surface of the side wall of the first exterior part.
- the terminal portion includes a through hole opened in the side wall of the first exterior portion.
- the terminal portion also includes an external terminal including a head portion and a stem portion extending from the head portion.
- the external terminal is electrically connected to the positive electrode or the negative electrode, and the head portion protrudes outside the first exterior portion, and the shaft portion is crimped and fixed to the through hole of the first exterior portion.
- a tapered portion is provided at the head of the external terminal.
- the bus bar is fixed to the tapered portion.
- a battery pack including at least one power storage module of the embodiment is provided.
- FIG. 1 The schematic perspective view of the battery of the electrical storage module of 1st Embodiment.
- the perspective view which expanded positive electrode terminal part vicinity of the battery shown in FIG. The top view of the 2nd exterior part.
- the perspective view of the electrode group of the battery shown in FIG. The perspective view which shows the state which expand
- FIG. 8 is a cross-sectional view showing the vicinity of a positive electrode terminal portion in the electric storage module shown in FIG. 7 cut in the long side direction.
- FIG. 13 is a cross-sectional view of the vicinity of the external terminal of the storage module shown in FIG. 12 taken along the line XIII-XIII.
- FIG. 18 is a perspective view showing the vicinity of one short side surface of the battery assembly shown in FIG. 17;
- FIG. 18 is a perspective view seen from the other short side of the assembled battery shown in FIG. 17.
- FIG. 20 is an enlarged perspective view of the vicinity of the other short side surface of the battery assembly shown in FIG. 19;
- FIG. 10 is a perspective view showing another example of the battery pack of the second embodiment.
- FIG. 22 is a perspective view showing the vicinity of one short side surface of the battery assembly shown in FIG. 21.
- FIG. 24 is an enlarged perspective view of the vicinity of the other short side of the assembled battery shown in FIG. 23.
- FIG. 26 is a cross-sectional view of the storage module shown in FIG. 25 cut along the long side direction.
- FIG. 28 is an enlarged perspective view of the vicinity of one short side surface of the battery assembly shown in FIG. 27.
- FIG. 28 is a perspective view of the assembled battery shown in FIG. 27 as viewed from the other short side surface.
- FIG. 30 is an enlarged perspective view of the vicinity of the other short side of the assembled battery shown in FIG. 29.
- FIG. 32 is an enlarged perspective view of the vicinity of one short side surface of the battery assembly shown in FIG. 31; The perspective view which looked at the assembled battery shown in FIG. 31 from the other short side side surface.
- FIG. 32 is an enlarged perspective view of the other short side surface of the assembled battery shown in FIG. 31.
- a battery including a flat electrode group, an exterior member, and a terminal portion.
- the flat-shaped electrode group includes a positive electrode, a positive electrode current collecting tab electrically connected to the positive electrode, a negative electrode, and a negative electrode current collecting tab electrically connected to the negative electrode.
- the positive electrode current collection tab wound to flat shape is located in a 1st end surface
- the negative electrode current collection tab wound to flat shape is located in a 2nd end surface.
- the exterior member includes a first exterior portion made of stainless steel which has a bottomed rectangular cylindrical shape and has a flange portion at an opening, and a second exterior portion made of stainless steel.
- the electrode group is accommodated in a space formed by welding the flange portion of the first exterior portion and the second exterior portion.
- the first end face and the second end face of the electrode assembly face the inner surface of the side wall of the first exterior part.
- the terminal portion includes a through hole opened in a side wall of the first exterior portion, and an external terminal electrically connected to the positive electrode or the negative electrode.
- the external terminal includes a head and a stem extending out of the head. The head projects outside the first exterior part.
- the shaft portion is crimped and fixed to the through hole of the first exterior portion.
- a pair of tapered portions is provided at the head of the external terminal.
- the bus bar is fixed to the tapered portion.
- a storage module of the first embodiment will be described with reference to FIGS. 1 to 10.
- the storage module 100 includes a battery and a bus bar.
- the battery shown in FIG. 1 is a non-aqueous electrolyte battery.
- the battery includes an exterior member 1, an electrode group 2, a positive electrode terminal portion 3, a negative electrode terminal portion 4, and a non-aqueous electrolyte (not shown).
- the exterior member 1 includes a first exterior portion 5 and a second exterior portion 6.
- the first exterior portion 5 is a bottomed rectangular tube container made of stainless steel, and has a flange portion 5b at the opening 5a.
- a concave portion protruding to the inside of the container is provided near the center of the corner connecting the short side wall of the first exterior portion 5 and the bottom portion. It is a face 5c.
- the first exterior portion 5 has a depth equal to or less than the size of the opening 5 a (the maximum length of the portion to be the opening area).
- the first exterior part 5 has a depth equal to or less than the short side of the portion to be the opening area (for example, as shown in FIG. 1).
- the first exterior part 5 is manufactured, for example, by shallow drawing from a stainless steel plate.
- the second exterior part 6 is a rectangular plate made of stainless steel.
- the electrode group 2 is accommodated in a space formed by welding the flange portions 5 b of the first exterior portion 5 to the four sides of the second exterior portion 6.
- resistance seam welding is used, for example. Resistance seam welding can achieve high airtightness and heat resistance at low cost compared to laser welding.
- the electrode group 2 has a flat shape as shown in FIG. Further, as shown in FIG. 6, the electrode group 2 includes the positive electrode 7, the negative electrode 8, and the separator 9 disposed between the positive electrode 7 and the negative electrode 8.
- the positive electrode 7 is, for example, a strip-like positive electrode current collector made of foil, a positive electrode current collecting tab 7a having one end parallel to the long side of the positive electrode current collector, and a positive electrode current collector except for at least a portion of the positive electrode current collecting tab 7a. And a positive electrode material layer (positive electrode active material-containing layer) 7b formed on the current collector.
- the negative electrode 8 is, for example, a strip-like negative electrode current collector made of foil, a negative electrode current collector tab 8a having one end parallel to the long side of the negative electrode current collector, and at least a portion of the negative electrode current collector tab 8a. And a negative electrode material layer (negative electrode active material containing layer) 8b formed on the negative electrode current collector.
- the positive electrode material layer 7 b of the positive electrode 7 and the negative electrode material layer 8 b of the negative electrode 8 face each other through the separator 9, and the positive electrode current collection tab 7 a is closer to the one side of the winding axis than the negative electrode 8 and the separator 9.
- the positive electrode 7, the separator 9 and the negative electrode 8 are wound in a flat shape so that the negative electrode current collection tab 8a protrudes from the positive electrode 7 and the separator 9 on the other side. Therefore, in the electrode group 2, the flat spirally wound positive electrode current collection tab 7 a is positioned on the first end face perpendicular to the winding axis. In addition, a flat spirally wound negative electrode current collection tab 8a is positioned at a second end face perpendicular to the winding axis.
- the insulating sheet (not shown) covers a portion of the outermost periphery of the electrode group 2 excluding the positive electrode current collection tab 7 a and the negative electrode current collection tab 8 a.
- the electrode group 2 holds a non-aqueous electrolyte (not shown).
- the backup positive electrode lead 11 (first positive electrode lead) is obtained by bending a conductive plate in a U-shape, and the positive electrode current collector tab 7a has a positive electrode collector 11 sandwiching a portion (near the center) excluding curved portions at both ends. The layers of the electric tab 7a are in close contact with each other.
- the positive electrode current collecting tab 7a and the backup positive electrode lead 11 are integrated by welding, whereby the positive electrode 7 is electrically connected to the backup positive electrode lead 11 via the positive electrode current collecting tab 7a. Welding is performed by ultrasonic welding, for example.
- the backup negative electrode lead 12 (first negative electrode lead) is formed by bending a conductive plate in a U-shape, and the negative electrode current collector tab 8a has a negative electrode collector sandwiching a portion (near the center) excluding curved portions at both ends The layers of the electric tab 8a are in close contact with each other.
- the negative electrode current collection tab 8a and the backup negative electrode lead 12 are integrated by welding, whereby the negative electrode 8 is electrically connected to the backup negative electrode lead 12 via the negative electrode current collection tab 8a. Welding is performed by ultrasonic welding, for example.
- FIG. 7 is a perspective view showing a portion where a bus bar is attached to the head of the positive electrode terminal portion 3 of the battery shown in FIG.
- FIG. 8 is a cross-sectional view of the battery shown in FIG. 1 taken along the axial direction of the positive electrode external terminal 14 (the direction shown by line VIII-VIII in FIG. 7).
- the positive electrode terminal portion 3 has a through hole 13 opened in the inclined surface 5 c of the first exterior portion 5, a positive electrode external terminal 14, a positive electrode insulating gasket 15, and a positive electrode insulating plate (first Positive electrode insulating member 16).
- the first through hole 13 is provided on the inclined surface 5 c of the first exterior portion 5 by burring, and a rising portion serving as a side wall protrudes inward of the first exterior portion 5.
- the positive electrode external terminal 14 has a substantially truncated pyramidal shape, and includes a head portion 17 having a long side in the short side direction of the first exterior portion 5 and a cylindrical shaft portion 18.
- the head 17 has a rectangular top surface 17a, first and second inclined surfaces 17b and 17c connected to opposite long sides of the top surface 17a, and four sides of the bottom surface with respect to the top surface 17a.
- a tapered portion 17d provided on the A cylindrical shaft 18 extends from the lower surface of the head 17.
- the positive electrode external terminal 14 is formed of, for example, a conductive material such as aluminum or an aluminum alloy.
- the tapered portions 17 d are provided on each side of the lower surface of the head portion 17, the tapered portions provided on the opposite short sides and the tapered portions provided on the opposite long sides form a pair.
- the two pairs of tapered portions 17 d are respectively inclined such that the area of the cross section of the head portion 17 becomes smaller toward the lower side. Therefore, two pairs of taper parts 17d constitute a quadrangular pyramidal taper part.
- the positive electrode external terminal 14 has any of three surfaces by having a quadrilateral top surface 17a and first and second inclined surfaces 17b and 17c connected to two opposing sides of the top surface.
- the welding direction can be changed by selecting the welding surface.
- the positive electrode insulating gasket 15, as shown in FIG. 8, is a cylindrical body (cylindrical portion) having a flange portion 15a at one opening end. As shown in FIG. 8, in the positive electrode insulating gasket 15, the cylindrical portion is inserted into the through hole 13, and the flange portion 15 a is disposed on the outer periphery of the through hole 13 on the outer surface of the first exterior portion 5. .
- the positive electrode insulating gasket 15 is made of, for example, fluorine resin, fluorine rubber, polyphenylene sulfide resin (PPS resin), polyetheretherketone resin (PEEK resin), polypropylene resin (PP resin), and polybutylene terephthalate resin (PBT resin). It is formed of resin.
- the positive electrode insulating plate (first positive electrode insulating member) 16 is a rectangular insulating plate having a through hole as shown in FIG.
- the positive electrode insulating plate 16 is disposed on the outer surface 5 c of the first exterior portion 5. As shown in FIG. 8, the flange portion 15 a of the positive electrode insulating gasket 15 is inserted into the through hole of the positive electrode insulating plate 16.
- the bus bar 200 rises substantially vertically from the flat first connection portion 201 having the through hole 201 a and one side of the first connection portion 201, and the short side of the first exterior portion 5 It has a second connection portion 202 bent along the side surface, and a rectangular notch portion 203 provided near the center of the long side of the second connection portion 202.
- the end surface 204 of the cutout portion 203 has a tapered shape which is inclined so that the opening area becomes smaller toward the lower side (the positive electrode insulating plate 16 side).
- the tapered shape of the end surface 204 of the notch 203 corresponds to the shape of the tapered portion 17 d.
- the notch 203 of the bus bar 200 is inserted into the tapered portion 17 d of the head 17 of the positive electrode external terminal 14, and as shown in FIG. 8, the end face 204 of the notch 203 is fitted into the tapered portion 17 d.
- the portion where the tapered portion 17d and the end surface 204 of the notch portion 203 are in contact is joined, for example, by welding, whereby the positive electrode external terminal 14 and the bus bar 200 are electrically connected.
- the first connection portion 201 can be used to electrically connect to another battery or the like. Laser welding, resistance welding, ultrasonic welding, etc. may be mentioned as the welding method.
- the positive electrode terminal portion 3 can further include a positive electrode terminal lead 19.
- the positive electrode terminal lead 19 is a conductive plate having a through hole 19a.
- the positive electrode terminal portion 3 can further include the positive electrode insulation reinforcing member 20.
- the positive electrode insulating reinforcing member 20 reinforces the short side wall including the inclined surface 5c of the first exterior portion 5, and has a substantially U-shaped cross section. That is, the positive electrode insulating reinforcing member 20 includes a rectangular bottom plate 20a, a side plate 20b vertically rising from the long side of the bottom plate 20a, an inclined plate 20c connected to the long side of the side plate 20b, and a long side of the inclined plate 20c.
- the horizontally extending upper plate 20d is integrated with the upper plate 20d.
- the inclined plate 20c has a recess 20e.
- a through hole 20f is provided in the recess 20e.
- the bottom plate 20a and the side plate 20b cover the corner portion formed of the second exterior portion 6 and the first exterior portion 5.
- the shaft portion 18 of the positive electrode external terminal 14 is inserted into the through hole 20 f of the inclined plate 20 c.
- the lower end surface of the positive electrode insulating gasket 15 and the end surface of the side wall of the through hole 13 of the first exterior portion 5 are in contact with the surface of the recess 20 e of the inclined plate 20 c.
- the back surface of the recess 20 e of the inclined plate 20 c is in contact with the positive electrode terminal lead 19.
- the upper plate 20 d is in contact with the bottom surface of the first exterior portion 5.
- the positive electrode insulating reinforcing member 20 insulates the first exterior portion 5 from the positive electrode terminal lead 19 and shorts including the short side of the exterior member, particularly the inclined surface 5 c of the first exterior portion 5.
- the side wall can be reinforced.
- the shaft portion 18 of the positive electrode external terminal 14 is plastically deformed by caulking after being inserted into the positive electrode insulating gasket 15, the through hole 20 f of the positive electrode insulating reinforcing member 20, and the through hole 19 a of the positive electrode terminal lead 19. As a result, these members are integrated, and the positive electrode external terminal 14 is electrically connected to the positive electrode terminal lead 19. Thus, the positive electrode external terminal 14 also plays the role of a rivet.
- the boundary between the end face of the shaft portion 18 of the positive electrode external terminal 14 and the through hole 19a of the positive electrode terminal lead 19 may be welded by a laser or the like to achieve stronger connection and improvement in electrical conductivity.
- the positive electrode intermediate lead 21 (third positive electrode lead) is obtained by bending a rectangular or strip conductive plate into a substantially U shape.
- the positive electrode intermediate lead 21 is disposed between the backup positive electrode lead 11 and the positive electrode terminal lead 19.
- One outer surface of positive electrode intermediate lead 21 is fixed to backup positive electrode lead 11 by, for example, welding, and the other outer surface is fixed to positive electrode terminal lead 19 by, for example, welding.
- the backup positive electrode lead 11, the positive electrode intermediate lead 21, and the positive electrode terminal lead 19 are electrically connected. Laser welding, resistance welding, ultrasonic welding, etc. may be mentioned as the welding method.
- the negative electrode terminal portion 4 has the same structure as the positive electrode terminal portion 3. That is, negative electrode terminal portion 4 includes a through hole opened in inclined surface 5 c of first exterior portion 5, a negative electrode external terminal, a negative electrode insulating gasket, and a negative electrode insulating plate (first negative electrode insulating member). . In addition, the negative electrode terminal portion 4 can further include a negative electrode terminal lead (second negative electrode lead). The negative electrode terminal lead is a conductive plate having a through hole. When the negative electrode terminal portion 4 includes a negative electrode terminal lead, the negative electrode terminal portion 4 can further include a negative electrode insulation reinforcing member. In addition, a negative electrode intermediate lead (third negative electrode lead) is disposed between the backup negative electrode lead and the negative electrode terminal lead.
- the bus bar having the structure shown in FIG. 9 is fitted to the head of the negative electrode external terminal. That is, the notch of the bus bar is inserted into the tapered portion of the head portion of the negative electrode external terminal, and the notch is fitted to the tapered portion. The portion where the tapered portion and the end face of the notch are in contact is joined, for example, by welding, whereby the negative electrode external terminal and the bus bar are electrically connected.
- the electrode group 2 is housed in the first exterior part 5 so that the first end face 7 a faces the positive electrode terminal part 3 and the second end face 8 a faces the negative electrode terminal part 4. Therefore, a plane intersecting the first end face 7a and the second end face 8a of the electrode group 2 faces the bottom surface in the first exterior part 5, and a curved surface intersecting the first end face 7a and the second end face 8a is the first exterior It faces the long side surface in the part 5.
- a gap exists between the first end surface 7 a of the electrode group 2 and the second end surface 8 a.
- a recessed portion extending inward is provided at a corner portion connecting the short side wall of the first exterior portion 5 and the bottom portion, and the bottom portion of the recess is formed as the inclined surface 5c, thereby reducing the dead space in the first exterior portion 5. Therefore, the volumetric energy density of the battery can be increased.
- installation of the terminal portion is more than in the case where the positive electrode terminal portion 3 and the negative electrode terminal portion 4 are provided on the short side surface having no inclined surface. The area can be increased. Therefore, the diameter of the shaft portion 18 of the positive electrode external terminal 14 and the shaft portion of the negative electrode external terminal can be increased, so that a large current (high rate current) can be flowed with low resistance.
- the second exterior portion 6 functions as a lid of the first exterior portion 5.
- the electrode group 2 is sealed in the exterior member 1 by welding the flange portion 5 b of the first exterior portion 5 and the four sides of the second exterior portion 6.
- the storage module shown in FIGS. 1 to 10 described above is formed in a space formed by welding a first stainless steel exterior part having a flange at an opening and a second exterior part made of stainless steel.
- the exterior member in which an electrode group is accommodated is included. Since the first and second exterior parts are made of stainless steel, high strength can be maintained even when the thickness of the first and second exterior parts is reduced. As a result, since the flexibility of the exterior member can be enhanced, it becomes easy to restrain the electrode group by applying a load from the outside of the reduced pressure sealing or the exterior member. Thereby, the distance between the electrodes of the electrode group can be stabilized and the resistance can be lowered, and the battery pack having vibration resistance and impact resistance can be easily realized. Furthermore, if the flexibility of the first and second exterior parts is high, it is easy to reduce the distance from the inner surface of the first and second exterior parts to the electrode group, so the heat dissipation of the battery can be improved. .
- the first and second sheaths made of stainless steel are easy to weld and can be sealed by inexpensive resistance seam welding. Therefore, it is possible to realize an exterior member having a gas sealability higher than that of the laminate film container at low cost. Moreover, the heat resistance of the exterior member can be improved. For example, while the melting point of SUS304 is 1400 ° C., the melting point of Al is 650 ° C.
- the tapered portion on the head of the external terminal it becomes easy to fix a component such as a bus bar on the head. Therefore, when welding parts, such as a bus bar, to the head of an external terminal, positioning of an external terminal becomes easy, and it becomes possible to weld with high intensity in a desired position. Therefore, the reliability of the battery can be further improved.
- the tapered end surface 204 of the notch 203 of the bus bar 200 is fitted to the square pyramidal tapered portion 17 d of the lower surface of the head 17, positioning of the bus bar 200 is facilitated.
- the bus bar 200 is welded at a predetermined position on the top surface 17 a of the head 17 with high strength. As a result, the reliability of the battery can be improved.
- the pair of tapered portions of the pair do not have to be provided along the entire side, and may be in point symmetry with each other.
- the pair of tapered portions is not limited to one, and may be plural.
- the side surface of the head may be a tapered portion. An example is shown in FIG. 11 to FIG.
- FIG. 11 and FIG. 12 show an example in which the shape of the head is a quadrangular frustum shape (pyramid shape).
- the head 117 of the positive electrode terminal portion and / or the negative electrode terminal portion has a quadrangular frustum shape (pyramid shape). That is, the top surface 117a of the head portion 117 is a rectangular plane.
- the four side surfaces 117b, 117c, 117d, and 117e are pyramidal surfaces and are inclined such that the cross-sectional area of the head increases as going downward.
- the four side surfaces 117b, 117c, 117d, and 117e function as taper portions.
- the bus bar 300 rises substantially perpendicularly from the flat first connection portion 301 and one side of the first connection portion 301 so as to be along the short side surface of the first exterior portion 5. It has a bent second connection portion 302 and a rectangular through hole 303 provided in the second connection portion 302. As shown in FIG. 13, the inner side surface of the through hole 303 has a tapered shape which is inclined so that the opening area increases as it goes downward (the insulating plate 116 side). The tapered shape of the inner side surface of the through hole 303 corresponds to the shape of the tapered portions 117 b, 117 c, 117 d, and 117 e of the head portion 117.
- the through holes 303 of the bus bar 300 are inserted into the tapered portions 117b to 117e of the head portion 117, and as shown in FIG. 12, the through holes 303 are fitted to the tapered portions 117b to 117e.
- the portions where the tapered portions 117b to 117e are in contact with the inner side surface of the through hole 303 are joined, for example, by welding, whereby the positive electrode external terminal and / or the negative electrode external terminal and the bus bar are electrically connected.
- the first connection portion 301 can be used to electrically connect to another battery or the like. Laser welding, resistance welding, ultrasonic welding, etc. may be mentioned as the welding method.
- the first insulating member 116 is disposed between the inclined surface 5C of the first exterior portion 5 and the lower surface of the head portion 117 and the second connection portion 302 of the bus bar 300 to insulate them.
- the bus bar 400 rises substantially perpendicularly from the flat first connection portion 401 and one side of the first connection portion 401, and the short side surface of the first exterior portion 5. It has a second connection portion 402 bent along and a rectangular notch portion 403 provided near the center of the long side of the second connection portion 402.
- the three end faces of the notch 403 have a tapered shape which is inclined such that the opening area increases as it goes downward (the insulating plate 116 side).
- the tapered shapes of the three end surfaces of the notch 403 correspond to the shapes of the tapered portions 117 b, 117 c, 117 d, and 117 e of the head portion 117.
- the notches 403 of the bus bar 400 are inserted into the tapered portions 117b, 117c, and 117d of the head portion 117, and the notches 403 are fitted to the tapered portions 117b, 117c, and 117d, as shown in FIGS.
- the portions where the tapered portions 117b, 117c and 117d are in contact with the end face of the notch portion 403 are joined, for example, by welding, whereby the positive electrode external terminal and / or the negative electrode external terminal and the bus bar are electrically connected.
- the first connection portion 401 can be used to electrically connect to another battery or the like. Laser welding, resistance welding, ultrasonic welding, etc. may be mentioned as the welding method.
- the first insulating member 116 is disposed between the inclined surface 5C of the first exterior portion 5 and the lower surface of the head portion 117 and the second connection portion 402 of the bus bar 400 to insulate them.
- FIG. 16 shows an example in which the shape of the head is a truncated cone.
- the head 217 of the positive electrode terminal portion and / or the negative electrode terminal portion has a truncated cone shape. That is, the top surface 217a of the head 217 is a circular plane.
- the side peripheral surface 217b is a pyramidal surface and is inclined such that the cross-sectional area of the head increases as it goes downward.
- the side circumferential surface 217b functions as a tapered portion.
- the bus bar 500 rises substantially perpendicularly from the flat first connection portion 501 and one side of the first connection portion 501 so as to extend along the short side surface of the first exterior portion 5.
- a bent second connection portion 502 and a circular through hole 503 provided in the second connection portion 502 are provided.
- the inner peripheral surface of the through hole 503 has a tapered shape that is inclined so that the opening area increases as it goes downward (the insulating plate 116 side).
- the tapered shape of the inner peripheral surface of the through hole 503 corresponds to the shape of the tapered portion 217 b of the head portion 217.
- the through hole 503 of the bus bar 500 is inserted into the tapered portion 217b of the head portion 217, and as shown in FIG.
- the through hole 503 is fitted into the tapered portion 217b.
- the portion where the tapered portion 217b and the inner circumferential surface of the through hole 503 are in contact is joined, for example, by welding, whereby the positive electrode external terminal and / or the negative electrode external terminal and the bus bar are electrically connected.
- the first connection portion 501 can be used to electrically connect to another battery or the like. Laser welding, resistance welding, ultrasonic welding, etc. may be mentioned as the welding method.
- the first insulating member 116 is disposed between the inclined surface 5C of the first exterior portion 5 and the lower surface of the head portion 217 and the second connection portion 502 of the bus bar 500 to insulate them.
- bus-bar material which comprises a bus-bar is not specifically limited, For example, aluminum, aluminum alloy, etc. are contained.
- the tapered portion may be provided on only one of the positive electrode external terminal and the negative electrode external terminal, or may be provided on both the positive electrode external terminal and the negative electrode external terminal. By providing the tapered portions on both the positive electrode external terminal and the negative electrode external terminal, the reliability of the battery can be further enhanced.
- the plate thickness of the first exterior part and the second exterior part is desirably in the range of 0.02 mm or more and 0.3 mm or less. By setting this range, the contradictory properties of mechanical strength and flexibility can be compatible. A more preferable range of the plate thickness is 0.05 mm or more and 0.15 mm or less.
- the inclined portion is not limited to the one provided near the center of the short side of the exterior member, and may extend over the entire short side of the exterior member.
- a flat plate as illustrated in FIG. 3 can be used for the second exterior portion, one having a flange portion at the opening may be used instead of the flat plate.
- a flat plate as illustrated in FIG. 3 can be used for the second exterior portion, one having a flange portion at the opening may be used instead of the flat plate.
- the same thing as a 1st exterior part can be mentioned.
- the exterior member may further include a safety valve or the like that can release the pressure inside the battery when the battery internal pressure rises above a specified value.
- the backup positive electrode lead and the backup negative electrode lead are not limited to the U-shaped conductive plate, and a conductive flat plate may be used. In addition, it is also possible to adopt a configuration without using the backup positive electrode lead and / or the backup negative electrode lead.
- the tapered portion is provided on the head of the external terminal and the bus bar is fixed to the tapered portion, so that the plates of the first and second exterior portions High strength and reliability can be obtained even when the thickness is reduced. Therefore, it is possible to provide an energy storage module which is excellent in flexibility and heat dissipation, and high in strength and reliability.
- the battery of the storage module according to the embodiment may be a primary battery or a secondary battery.
- a lithium ion secondary battery is mentioned as an example of the battery which concerns on embodiment.
- the first positive electrode lead and the first negative electrode lead can be formed of, for example, aluminum, an aluminum alloy material, copper, copper plated with nickel, or the like.
- the material of the lead is preferably the same as the material of the positive electrode current collector or the negative electrode current collector that can be electrically connected to the lead.
- the first positive electrode insulating member and the first negative electrode insulating member, and the insulating reinforcing member of the positive electrode and the negative electrode are, for example, tetrafluoroethylene-perfluoroalkyl vinyl ether copolymer (PFA), polypropylene (PP), polyethylene (PE), It is formed of a thermoplastic resin such as nylon, polybutylene terephthalate (PBT), polyethylene terephthalate (PET), polytetrafluoroethylene (PTFE), polyphenylene sulfide (PPS), and polyetheretherketone (PEEK).
- PFA tetrafluoroethylene-perfluoroalkyl vinyl ether copolymer
- PP polypropylene
- PE polyethylene
- It is formed of a thermoplastic resin such as nylon, polybutylene terephthalate (PBT), polyethylene terephthalate (PET), polytetrafluoroethylene (PTFE), polyphenylene sulfide (
- the positive electrode, the negative electrode, the separator, and the non-aqueous electrolyte contained in the battery of the electricity storage module of the embodiment will be described below.
- the positive electrode can include, for example, a positive electrode current collector, a positive electrode material layer held by the positive electrode current collector, and a positive electrode current collection tab.
- the positive electrode material layer can include, for example, a positive electrode active material, a conductive agent, and a binder.
- an oxide or a sulfide can be used as the positive electrode active material.
- oxides and sulfides include lithium occluding manganese dioxide (MnO 2 ), iron oxide, copper oxide, nickel oxide, lithium manganese composite oxide (eg Li x Mn 2 O 4 or Li x MnO 2 ), Lithium nickel complex oxide (eg Li x NiO 2 ), lithium cobalt complex oxide (eg Li x CoO 2 ), lithium nickel cobalt complex oxide (eg LiNi 1-y Co y O 2 ), lithium manganese cobalt complex oxide (For example, Li x Mn y Co 1-y O 2 ), lithium manganese nickel composite oxide having a spinel structure (for example, Li x Mn 2-y Ni y O 4 ), lithium phosphorus oxide having an olivine structure (for example, Li x FePO 4 , Li x Fe 1-y Mn y PO 4 , Li x CoPO 4 ), iron sulfate (MnO
- the binder is blended to bind the active material and the current collector.
- the binder include polytetrafluoroethylene (PTFE), polyvinylidene fluoride (PVdF), and fluorine-based rubber.
- the conductive agent is blended as needed to enhance the current collection performance and to reduce the contact resistance between the active material and the current collector.
- conductive agents include carbonaceous materials such as acetylene black, carbon black and graphite.
- the positive electrode active material and the binder it is preferable to blend the positive electrode active material and the binder at a ratio of 80% by mass to 98% by mass and 2% by mass to 20% by mass, respectively.
- the binder By setting the binder to an amount of 2% by mass or more, sufficient electrode strength can be obtained. Moreover, by setting it as 20 mass% or less, the compounding quantity of the insulating material of an electrode can be reduced and internal resistance can be reduced.
- the positive electrode active material, the binder and the conductive agent are each 77% by mass or more and 95% by mass, 2% by mass or more and 20% by mass or less, and 3% by mass or more and 15% by mass or less It is preferable to blend in proportions.
- the conductive agent can exhibit the above-mentioned effects by setting it to 3% by mass or more. Further, by setting the content to 15% by mass or less, the decomposition of the non-aqueous electrolyte on the surface of the positive electrode conductive agent under high temperature storage can be reduced.
- the positive electrode current collector is preferably an aluminum foil or an aluminum alloy foil containing at least one element selected from Mg, Ti, Zn, Ni, Cr, Mn, Fe, Cu and Si.
- the positive electrode current collector is preferably integral with the positive electrode current collecting tab. Alternatively, the positive electrode current collector may be separate from the positive electrode current collection tab.
- Anode may include, for example, an anode current collector, an anode material layer held by the anode current collector, and an anode current collection tab.
- the negative electrode material layer can include, for example, a negative electrode active material, a conductive agent, and a binder.
- the negative electrode active material for example, metal oxides, metal nitrides, alloys, carbon and the like which can occlude and release lithium ions can be used. It is preferable to use a substance capable of absorbing and releasing lithium ions at a potential of 0.4 V or more (vs. Li / Li + ) as a negative electrode active material.
- the conductive agent is blended to enhance the current collection performance and to reduce the contact resistance between the negative electrode active material and the current collector.
- conductive agents include carbonaceous materials such as acetylene black, carbon black and graphite.
- the binder is blended to fill the gaps of the dispersed negative electrode active material and to bind the negative electrode active material and the current collector.
- the binder include polytetrafluoroethylene (PTFE), polyvinylidene fluoride (PVdF), fluorine-based rubber, and styrene butadiene rubber.
- the active material, the conductive agent and the binder in the negative electrode material layer are respectively blended in a proportion of 68% by mass to 96% by mass, 2% by mass to 30% by mass, and 2% by mass to 30% by mass. Is preferred.
- the current collection performance of the negative electrode layer can be improved by setting the amount of the conductive agent to 2% by mass or more. Further, by setting the amount of the binder to 2% by mass or more, the binding property between the negative electrode material layer and the current collector can be sufficiently expressed, and excellent cycle characteristics can be expected.
- the conductive agent and the binder are preferably 28% by mass or less, respectively, in order to achieve high capacity.
- the current collector a material that is electrochemically stable at the storage potential and release potential of lithium of the negative electrode active material is used.
- the current collector is preferably made of copper, nickel, stainless steel or aluminum, or an aluminum alloy containing at least one element selected from Mg, Ti, Zn, Mn, Fe, Cu and Si.
- the thickness of the current collector is preferably in the range of 5 to 20 ⁇ m. A current collector having such a thickness can balance the strength and weight reduction of the negative electrode.
- the negative electrode current collector is preferably integral with the negative electrode current collector tab. Alternatively, the negative electrode current collector may be separate from the negative electrode current collection tab.
- the negative electrode is prepared, for example, by suspending a negative electrode active material, a binder and a conductive agent in a widely used solvent to prepare a slurry, applying the slurry to a current collector, and drying to form a negative electrode material layer. , Produced by applying a press.
- the negative electrode may be produced by forming a negative electrode active material, a binder and a conductive agent in the form of pellets to form a negative electrode material layer and disposing it on a current collector.
- the separator may be formed of, for example, a porous film containing polyethylene, polypropylene, cellulose, or polyvinylidene fluoride (PVdF), or a synthetic resin non-woven fabric.
- a porous film formed of polyethylene or polypropylene can be melted at a certain temperature to interrupt the current, so that the safety can be improved.
- Electrolyte for example, a non-aqueous electrolyte can be used.
- the non-aqueous electrolyte may be, for example, a liquid non-aqueous electrolyte prepared by dissolving the electrolyte in an organic solvent, or a gel non-aqueous electrolyte in which a liquid electrolyte and a polymer material are complexed.
- the liquid non-aqueous electrolyte is preferably one in which the electrolyte is dissolved in an organic solvent at a concentration of 0.5 mol / L to 2.5 mol / L.
- Examples of the electrolyte to be dissolved in an organic solvent include lithium perchlorate (LiClO 4 ), lithium hexafluorophosphate (LiPF 6 ), lithium tetrafluoroborate (LiBF 4 ), lithium hexafluoride arsenic (LiAsF 6) And lithium salts such as lithium trifluoromethanesulfonate (LiCF 3 SO 3 ), and bistrifluoromethylsulfonylimide lithium [LiN (CF 3 SO 2 ) 2 ], and mixtures thereof. It is preferable that the electrolyte be resistant to oxidation even at high potential, and LiPF 6 is most preferable.
- organic solvents examples include propylene carbonate (PC), ethylene carbonate (EC), and cyclic carbonates such as vinylene carbonate; diethyl carbonate (DEC), dimethyl carbonate (DMC), and methyl ethyl carbonate (MEC) Cyclic carbonates; cyclic ethers such as tetrahydrofuran (THF), 2-methyltetrahydrofuran (2 MeTHF), and dioxolane (DOX); linear ethers such as dimethoxyethane (DME) and diethoxyethane (DEE); ⁇ -butyrolactone (GBL), acetonitrile (AN), and sulfolane (SL). These organic solvents can be used alone or as a mixed solvent.
- PC propylene carbonate
- EC ethylene carbonate
- DMC dimethyl carbonate
- MEC methyl ethyl carbonate
- Cyclic carbonates Cyclic carbonates
- cyclic ethers such as tetrahydr
- polymeric materials examples include polyvinylidene fluoride (PVdF), polyacrylonitrile (PAN), and polyethylene oxide (PEO).
- PVdF polyvinylidene fluoride
- PAN polyacrylonitrile
- PEO polyethylene oxide
- non-aqueous electrolyte a lithium ion-containing normal temperature molten salt (ionic melt), a solid polymer electrolyte, an inorganic solid electrolyte, or the like may be used.
- the normal temperature molten salt refers to a compound which can be present as a liquid at normal temperature (15 to 25 ° C.) among organic salts consisting of a combination of an organic cation and an anion.
- the normal temperature molten salt includes a normal temperature molten salt which is singly present as a liquid, a normal temperature molten salt which becomes a liquid by mixing with an electrolyte, and a normal temperature molten salt which becomes a liquid by being dissolved in an organic solvent.
- the melting point of the room temperature molten salt used for the non-aqueous electrolyte battery is 25 ° C. or less.
- organic cations generally have a quaternary ammonium skeleton.
- the bus bar is fixed to the tapered portion provided on the head of the external terminal, the reliability can be improved.
- the battery pack of the second embodiment includes at least one of the storage modules of the embodiment.
- the battery pack of the embodiment may include an assembled battery in which the storage module of the embodiment is a unit cell.
- the battery pack 601 includes a battery assembly 101 using the storage module 100 of the first embodiment shown in FIG. 1 as a unit cell.
- a plurality of (for example, four) unit cells 100 1 to 100 4 are stacked in a state in which the main surfaces of the exterior members 1 face each other.
- the plurality of unit cells 100 1 to 100 4 are connected in series.
- a bus bar 200 is used on one short side surface of the battery assembly 101.
- a triangular bar-shaped bus bar 602 is used. In other short side face, as shown in FIG.
- the outermost positive electrode external terminal 14 (in the figure the uppermost layer) unit cell 100 1, the unit cell 100 2 is located next to the unit cell 100 1
- the negative electrode external terminal 314 is electrically connected by the triangular bar-shaped bus bar 602.
- the triangular bar-shaped bus bar 602 is disposed between the top surface 17 a of the head of the positive electrode external terminal 14 and the top surface 317 a of the head of the negative electrode external terminal 314.
- the positive electrode external terminal 14 of the unit cell 100 3 is located next to the unit cell 100 2
- electrical and negative external terminal 314 of the unit cell 100 4 located next to the unit cell 100 3 is the triangular busbar 602 It is connected to the.
- the triangular bar-shaped bus bar 602 is disposed between the top surface 17 a of the head of the positive electrode external terminal 14 and the top surface 317 a of the head of the negative electrode external terminal 314.
- the negative electrode insulating plate (first negative electrode insulating member) 216 is disposed between the inclined surface 5C and the head of the negative electrode external terminal 314 to insulate them.
- the two top surfaces of the external terminals and the bus bars are each electrically connected by welding.
- welding for example, laser welding, arc welding, resistance welding is used.
- the bus bar 200 is attached to the head of the external terminal of the counter electrode of each positive and negative electrode external terminal connected by the triangular bar-shaped bus bar.
- the fixing method of the bus bar 200 is as described in FIG.
- the bolt 603 is inserted into the through hole of the first connection portion 201, and the bolt 603 is fixed by the nut 604, whereby the negative external terminal and the positive external terminal are electrically connected by the bus bar.
- bus bar 200 As shown in FIG. 18, most (in the figure the uppermost layer) one located outside the bus bar 200 is fitted into the tapered portion of the head of the negative electrode external terminal of the unit cell 100 1, as a negative electrode external terminal of the battery pack 101 It can work. Furthermore, (in the drawing the lowermost layer) other bus bar 200 is fitted into the tapered portion of the head of the positive electrode external terminal 14 of the unit cell 100 4 can function as a positive electrode external terminal of the battery pack 101.
- the unit cells 100 1 to 100 4 are connected in series to obtain a four-series assembled battery 101.
- a triangular columnar bus bar is disposed between the top surface of the head of the negative electrode external terminal and the top surface of the head of the positive electrode external terminal, and these are joined to be electrically It is connected to the.
- the positive and negative electrode external terminals in the relationship of the positive and negative electrode external terminals and the counter electrode are electrically connected using a bus bar fitted in the tapered portion of the head. As a result of these, the gaps between unit cells can be reduced. Therefore, the volumetric energy density of the assembled battery 101 can be increased.
- a battery pack 601 shown in FIGS. 21 to 24 includes an assembled battery in which two assembled battery units in which two unit cells are connected in parallel are connected in series.
- the storage module 100 of the first embodiment shown in FIG. 1 is used for the unit cell.
- a plurality of (for example, four) unit cells 100 1 to 100 4 are stacked in a state in which the main surfaces of the exterior members 1 face each other.
- the outermost negative electrode external terminal 314 of the unit cell 100 1 (uppermost in the figure), the unit cell It is electrically connected by a negative electrode external terminal 314 and the triangular prism-shaped bus bar 602 of the unit cell 100 2 is located next to 100 1.
- the triangular bar-shaped bus bars 602 are disposed between the top surfaces 317 a of the head portions of the negative electrode external terminals 314.
- Reference numeral 216 denotes a negative electrode insulating plate (first negative electrode insulating member).
- the positive electrode external terminal 14 of the unit cell 100 3 is located next to the unit cell 100 2 is electrically by the positive external terminal 14 and the triangular prism-shaped bus bar 602 of the unit cell 100 4 located next to the unit cell 100 3 It is connected.
- the triangular bar-shaped bus bar 602 is disposed between the top surfaces 17 a of the head portions of the positive electrode external terminals 14.
- the two top surfaces of the external terminals and the bus bars are each electrically connected by welding.
- welding for example, laser welding, arc welding, resistance welding is used.
- the first short side face, the negative electrode external but terminal 314 is provided, the other short side face (second short side As shown in FIG. 24, the positive electrode external terminal 14 is provided on the side surface).
- Positive electrode external terminal of the unit cell 100 1 14 are electrically connected by the positive electrode external terminal 14 and the triangular prism-shaped bus bar 602 of the unit cell 100 2.
- the triangular bar-shaped bus bar 602 is disposed between the top surfaces 17 a of the head portions of the positive electrode external terminals 14.
- the first assembled battery unit 102 is obtained.
- the first short side face, but positive electrode external terminal 14 is provided, on the second short side face, As shown in FIG. 24, a negative electrode external terminal 314 is provided.
- Negative external terminal 314 of the unit cell 100 3 is electrically connected by a negative electrode external terminal 314 and the triangular prism-shaped bus bar 602 of the unit cell 100 4.
- the triangular bar-shaped bus bars 602 are disposed between the top surfaces 317 a of the head portions of the negative electrode external terminals 314.
- the second set battery unit 103 is obtained.
- the bus bar 200 is attached There is.
- the fixing method of the bus bar 200 is as described in FIG.
- a first connection portion 201 of the bus bar 200 which is fixed to the negative electrode external terminal 314 of the unit cell 100 3 is superimposed if It is done.
- the bolt 603 is inserted into the through hole of the first connection portion 201, and the bolt 603 is fixed by the nut 604, whereby the negative external terminal 314 and the positive external terminal 14 are electrically connected by the bus bar 200.
- the first assembled battery unit 102 and the second assembled battery unit 103 are connected in series.
- the first assembled battery unit 102, a second set of unit cells 100 3 and the unit cell 100 4 are connected in parallel to the unit cell 100 1 and the unit cell 100 2 is connected in parallel
- a battery assembly 101 in which the battery units 103 are connected in series is obtained.
- bus bars in a triangular prism shape are disposed between the top surfaces of the head portions of the positive electrode external terminal and the negative electrode external terminal, and are electrically connected by joining them.
- the first assembled battery unit 102 and the second assembled battery unit 103 are electrically connected by using a bus bar fitted in the tapered portion of the head of the external terminal. Therefore, the gap between unit cells can be reduced. As a result, the volumetric energy density of the assembled battery 101 can be increased.
- An insulating space may be provided between adjacent unit cells, and a gap of 0.03 mm or more may be provided, or an insulating member (for example, resin polypropylene, polyphenylene sulfide, epoxy, fine ceramics alumina, zirconia, etc.) And so on.
- an insulating member for example, resin polypropylene, polyphenylene sulfide, epoxy, fine ceramics alumina, zirconia, etc.
- the bus bar can be formed of, for example, aluminum, an aluminum alloy material, or the like.
- the battery pack of the second embodiment includes at least one of the storage modules of the embodiment, it is possible to reduce the thickness and improve the flexibility, to provide a battery pack having excellent reliability and capable of reducing the manufacturing cost. be able to.
- the battery pack is used, for example, as a power source of an electronic device, a vehicle (a railway vehicle, a car, a motorbike, a light vehicle, a trolley bus, etc.).
- a vehicle a railway vehicle, a car, a motorbike, a light vehicle, a trolley bus, etc.
- the assembled battery may include a plurality of storage modules electrically connected in series, in parallel, or in combination of series and parallel.
- the battery pack can also be equipped with a circuit such as a battery control unit, but the circuit (for example, a vehicle) equipped with the battery pack is used as the battery control unit. can do.
- the battery control unit has a function of monitoring the voltage or current or both of the unit cell and the battery pack to prevent overcharging and overdischarging.
- the storage module according to at least one embodiment described above provides a storage module with high energy density and high reliability because the tapered portion is provided on the head of the external terminal and the bus bar is fixed to the taper. be able to.
- the tapered portion is provided on the head of the external terminal and the bus bar is fixed to the tapered portion
- the bus bar is fixed to the head without providing the tapered portion on the head of the external terminal Also good.
- FIG. 25 and 26 The storage module 1000 shown in FIGS. 25 and 26 has the same structure as the storage module shown in FIGS. 1 to 10 except that the structures of the head of the external terminal and the bus bar are different.
- the positive electrode external terminal 14 includes a head 417 and a cylindrical shaft 418, as shown in FIG.
- the head 417 has a substantially rectangular parallelepiped shape and has a rectangular top surface 417a.
- a cylindrical shaft portion 418 axially extends from the head portion 417 and is inserted into the hollow portion of the positive electrode insulating gasket 15 and the through hole 19 a of the positive electrode terminal lead 19.
- the tip of the shaft portion 418 protrudes from the through hole 19 a of the positive electrode terminal lead 19.
- the protruding portion is expanded in diameter by caulking and covers the periphery of the through hole 19a.
- the flange portion 15 a of the positive electrode insulating gasket 15 and the positive electrode insulating plate 16 are sandwiched between the step portion connecting the head portion 417 and the shaft portion 418 and the first exterior portion 5.
- the bus bar 700 includes a flat first connection portion 701 having a rectangular through hole 701a, and extends from the long side of the first connection portion 701. And a plate-like second connection portion 702 which is horizontal in the surface direction of the two exterior portions 5 and 6.
- the back surface of the first connection portion 701 of the bus bar 700 is in contact with the top surface 417 a of the head portion 417.
- the periphery of the through hole 701a on the back surface is fixed to the top surface 417a by welding.
- the second connection portion 702 of the bus bar 700 is disposed in parallel with the extending direction of the flange portion 5 b of the first exterior portion 5.
- the second connection portion 702 is disposed parallel to the surface direction of the first and second exterior portions 5 and 6, that is, in the upper and lower surfaces of the storage module.
- the bus bar since the bus bar is fixed to the head of the external terminal, a storage module having high energy density and high reliability can be provided. Further, the bus bar includes a plate-like connection portion disposed in parallel with the extending direction of the flange portion of the first exterior portion, thereby electrically connecting the storage modules to each other with a small gap therebetween. Becomes possible.
- the battery pack of the fourth embodiment includes the storage module of the third embodiment.
- the battery pack of the embodiment may include an assembled battery in which the storage module of the embodiment is a unit cell.
- FIGS. 1-10 Examples of a battery assembly including the storage module of the third embodiment are shown in FIGS.
- the battery pack 601 includes an assembled battery using the storage module 1000 of the third embodiment shown in FIGS. 25 and 26 as a unit cell.
- a plurality of (for example, four) unit cells 1000 1 to 1000 4 are stacked in the first direction X with the main surfaces of the exterior members 1 facing each other.
- the plurality of unit cells 1000 1 to 1000 4 are connected in series.
- Each unit cell 1000 1 to 1000 4 includes a bus bar 800 having a structure described below, instead of the bus bar 700.
- the bus bar 800 extends from the long side of the middle portion 802 and the flat portion of the first connection portion 801 having a rectangular through hole 801 a, the middle portion 802 extending from the long side of the first connection portion 801, and And a second plate-like connection portion 803.
- the surface direction of the intermediate portion 802 is parallel to the side surface of the first exterior portion 5.
- the surface direction of the second connection portion 803 is horizontal to the surface direction of the first and second exterior portions 5 and 6.
- the second connection portion 803 has a circular through hole 803 a.
- a bus bar 800 is used on one short side surface of the battery pack.
- a triangular bar-shaped bus bar 602 is used on the other short side.
- the outermost positive electrode external terminal 14 of the unit cell 1000 1 (uppermost in the figure), the unit opposed to the unit cell 1000 1 in the first direction X cell 1000 and the negative electrode external terminal 314 2 are electrically connected by a triangular prism-shaped bus bar 602.
- the triangular bar-shaped bus bar 602 is sandwiched between the top surface of the head of the positive electrode external terminal 14 and the top surface of the head of the negative electrode external terminal 314 and fixed thereto by welding or the like.
- the positive electrode external terminal 14 of the unit cell 1000 3 facing the unit cell 1000 2 in the first direction X is the unit cell 1000 3 and the negative electrode external terminal 314 and the triangular prism-shaped unit cell 1000 4 facing in the first direction X Are electrically connected by the bus bar 602 of The triangular bar-shaped bus bar 602 is sandwiched between the top surface of the head of the positive electrode external terminal 14 and the top surface of the head of the negative electrode external terminal 314 and fixed thereto by welding or the like.
- the two top surfaces of the external terminals and the bus bars are each electrically connected by welding.
- welding for example, laser welding, arc welding, resistance welding is used.
- a bus bar 800 is attached to the head of the external terminal of the counter electrode of each of the positive and negative electrode external terminals connected by the triangular columnar bus bar.
- the back surface of the first connection portion 801 of the bus bar 800 is in contact with the top surface 417a of the head of the positive electrode external terminal or the top surface 314a of the head of the negative electrode external terminal.
- the peripheral edge of the through hole 701a on the back surface is fixed to the top surfaces 417a and 314a by welding.
- the second connection portion 803 of the bus bar 800 is disposed parallel to the surface direction of the first and second exterior portions 5 and 6, that is, in the upper and lower surfaces of the storage module.
- the bolt 603 is inserted into the through hole 803 a of the second connection portion 803, and the bolt 603 is fixed by the nut 604, whereby the negative external terminal and the positive external terminal are electrically connected by the bus bar.
- bus bar 800 As shown in FIG. 28, most (in the figure the uppermost layer) one located outside the bus bar 800 is fitted into the tapered portion of the head of the negative electrode external terminal of the unit cell 1000 1, as a negative electrode external terminal of the battery pack 601 It can work. Furthermore, (in the drawing the lowermost layer) other bus bar 800 is fitted into the tapered portion of the head of the positive electrode external terminal 14 of the unit cell 1000 4 may function as a positive electrode external terminal of the battery pack 601.
- the unit cells 1000 1 to 1000 4 are connected in series to obtain a four-series assembled battery.
- a triangular pillar-shaped bus bar is disposed between the top surface of the head of the negative electrode external terminal and the top surface of the head of the positive electrode external terminal, It is connected to the.
- the positive and negative electrode external terminals in the relationship of the positive and negative electrode external terminals and the counter electrode are electrically connected using a bus bar fixed to the top surface of the head.
- a battery pack 601 shown in FIGS. 31 to 34 includes two assembled battery units in which two unit cells are connected in parallel, and includes a combination of these assembled battery units in series as an assembled battery.
- a storage module 1000 is used for a unit cell.
- a plurality of (for example, four) unit cells 1000 1 to 1000 4 are stacked in the first direction X with the main surfaces of the exterior members 1 facing each other.
- the negative electrode external terminal 314 of the most located outside (in the figure the uppermost layer) unit cell 1000 1 first It is electrically connected by a negative electrode external terminal 314 and the triangular prism-shaped bus bar 602 of the unit cell 1000 2 facing the unit cell 1000 1 in the direction X.
- the triangular bar-shaped bus bars 602 are disposed between the top surfaces of the heads of the negative electrode external terminals 314.
- Reference numeral 216 denotes a negative electrode insulating plate (first negative electrode insulating member).
- the positive electrode external terminal 14 of the unit cell 1000 3 facing the unit cell 1000 2 in the first direction X is positive electrode external terminal 14 of the unit cell 1000 4 facing the unit cell 1000 3 in the first direction X and triangular prism It is electrically connected by the bus bar 602.
- the triangular columnar bus bars 602 are disposed between the top surfaces of the head portions of the positive electrode external terminals 14.
- the two top surfaces of the external terminals and the bus bars are each electrically connected by welding.
- welding for example, laser welding, arc welding, resistance welding is used.
- the positive electrode external terminal 14 is provided in the unit cell 1000 1 and the unit cell 1000 2, as shown in FIG. 32, the first short side face, the negative electrode external but terminal 314 is provided, the other short side face (second short side On the side surface), as shown in FIG. 34.
- Positive electrode external terminal of the unit cell 1000 1 14 is electrically connected by a positive electrode external terminal 14 and the triangular prism-shaped bus bar 602 of the unit cell 1000 2.
- the triangular columnar bus bars 602 are disposed between the top surfaces of the head portions of the positive electrode external terminals 14.
- the first short side face, but positive electrode external terminal 14 is provided, on the second short side face, As shown in FIG. 34, a negative electrode external terminal 314 is provided.
- Negative external terminal 314 of the unit cell 1000 3 are electrically connected by a negative electrode external terminal 314 and the triangular prism-shaped bus bar 602 of the unit cell 1000 4.
- the triangular bar-shaped bus bars 602 are disposed between the top surfaces of the heads of the negative electrode external terminals 314.
- the second set battery unit 1003 is obtained.
- the bus bar 800 is attached in the second short side face of the assembled battery.
- the method of fixing the bus bar 800 is as described in FIG.
- the second connecting portion 803 of the bus bar 800 which is fixed to the negative electrode external terminal 314 of the unit cell 1000 3 superimposed if It is done.
- the bolt 603 is inserted into the through hole of the second connection portion 803, and the bolt 603 is fixed by the nut 604, whereby the negative external terminal 314 and the positive external terminal 14 are electrically connected by the bus bar 800.
- the first assembled battery unit 1002 and the second assembled battery unit 1003 are connected in series.
- busbar 800 which is fixed to the head of the negative electrode external terminal 314 of the unit cell 1000 1 (uppermost in the figure) is , Can function as a negative electrode external terminal of the battery pack.
- other bus bar 800 which is fixed to the head of the positive electrode external terminal 14 of the unit cell 1000 4 may function as a positive electrode external terminal of the battery pack.
- the first assembled battery unit 1002, a second set of unit cells 1000 3 and the unit cell 1000 4 are connected in parallel to the unit cell 1000 1 and the unit cell 1000 2 are connected in parallel
- a battery assembly in which the battery units 1003 are connected in series is obtained.
- bus bars of triangular prism shape are disposed between the top surfaces of the head of each of the positive electrode external terminal and the negative electrode external terminal, and they are electrically connected by being joined.
- the first assembled battery unit 1002 and the second assembled battery unit 1003 are electrically connected using a bus bar fixed to the head of the external terminal.
- the battery pack of the fourth embodiment includes at least one of the storage modules of the embodiment, it is possible to reduce the thickness and improve the flexibility, to provide a battery pack having excellent reliability and capable of reducing manufacturing costs. be able to.
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Abstract
実施形態によれば、扁平形状の電極群2と、外装部材1と、端子部3,4とを含む電池が提供される。外装部材1では、第1の外装部5のフランジ部5bと第2の外装部6が溶接されて形成された空間内に電極群2が収納される。端子部3,4は、頭部17及び軸部18を含む外部端子14を含む。外部端子14は、頭部17が第1の外装部5の外側に突出し、かつ軸部18が第1の外装部5の貫通孔13にかしめ固定される。外部端子14の頭部にバスバー200が固定されている。
Description
本発明の実施形態は、蓄電モジュール及び電池パックに関する。
一次電池及び二次電池などの電池は、一般に、正極及び負極を備えた電極群と、この電極群を収納する外装部材と、外装部材に設けられた正極端子及び負極端子とを具備する。
外装部材として、現在、金属缶、ラミネートフィルム製容器が実用化されている。金属缶は、アルミニウム等の金属板から深絞り加工により得られる。深絞り加工で缶を作製するには、金属板にある程度の厚さが必要で、それが外装部材の薄型化を妨げ、体積容量ロスに繋がっている。例えば、板厚0.5mmの外装缶を厚さ13mmの電池に適用すると、電池厚さに占める外装缶のトータル板厚の割合はおよそ7.7%となる。また、外装缶は、剛性が高く、柔軟性に劣るため、外装缶の内壁と電極群との間に隙間を生じやすい。そのため、電極群の正極と負極の間に隙間が生じて充放電サイクル性能が劣化する可能性がある。さらに、剛性の高い外装缶は、溶接部付近に過度な力が加わった際に割れ等の不具合を生じやすい。
上述の問題を解消するために金属缶の厚さを薄くすることが検討されている。
しかしながら、金属缶の厚さを薄くすると、正極端子又は負極端子にバスバー等の部品を溶接する際、溶接時に金属缶に加わる力で金属缶が変形しやすくなる。その結果、正極端子又は負極端子に対する部品の位置がずれて正極端子及び負極端子の所定の位置に部品を溶接することが困難となる。
本発明が解決しようとする課題は、信頼性に優れる蓄電モジュール及び電池パックを提供することにある。
実施形態によると、扁平形状の電極群と、外装部材と、端子部と、第1の絶縁部材とを含む蓄電モジュールが提供される。電極群は、正極、正極と電気的に接続された正極集電タブ、負極、及び、負極と電気的に接続された負極集電タブを含む。扁平形状に捲回された正極集電タブが電極群の第一端面に位置する。扁平形状に捲回された負極集電タブが電極群の第二端面に位置する。外装部材は、有底角筒形状で、かつ開口部にフランジ部を有するステンレス鋼製の第1の外装部と、ステンレス鋼製の第2の外装部とを含む。外装部材では、第1の外装部のフランジ部と第2の外装部が溶接されて形成された空間内に電極群が収納される。電極群の第一端面及び第二端面が第1の外装部の側壁の内面と対向する。端子部は、第1の外装部の側壁に開口された貫通孔を含む。また、端子部は、頭部及び頭部から延び出た軸部を含む外部端子を含む。外部端子は正極または負極と電気的に接続され、頭部が第1の外装部の外側に突出し、かつ軸部が第1の外装部の貫通孔にかしめ固定される。外部端子の頭部にテーパ部が設けられている。バスバーがテーパ部に固定されている。
また、実施形態によると、実施形態の蓄電モジュールを少なくとも一つ含む電池パックが提供される。
以下に、実施の形態について図面を参照しながら説明する。なお、実施の形態を通して共通の構成には同一の符号を付すものとし、重複する説明は省略する。また、各図は実施の形態の説明とその理解を促すための模式図であり、その形状や寸法、比などは実際の装置と異なる個所があるが、これらは以下の説明と公知の技術とを参酌して、適宜設計変更することができる。
[第1の実施形態]
第1の実施形態によれば、扁平形状の電極群と、外装部材と、端子部とを含む電池が提供される。扁平形状の電極群は、正極、正極と電気的に接続された正極集電タブ、負極、及び、負極と電気的に接続された負極集電タブを含む。扁平形状に捲回された正極集電タブが第一端面に位置し、かつ扁平形状に捲回された負極集電タブが第二端面に位置する。外装部材は、有底角筒形状で、かつ開口部にフランジ部を有するステンレス鋼製の第1の外装部と、ステンレス鋼製の第2の外装部とを含む。第1の外装部のフランジ部と第2の外装部が溶接されて形成された空間内に電極群が収納されている。電極群の第一端面及び第二端面が第1の外装部の側壁の内面と対向する。端子部は、第1の外装部の側壁に開口された貫通孔と、正極または負極と電気的に接続された外部端子とを含む。外部端子は、頭部及び頭部から延び出た軸部を含む。頭部が第1の外装部の外側に突出する。軸部が第1の外装部の貫通孔にかしめ固定される。外部端子の頭部に対のテーパ部が設けられている。バスバーがテーパ部に固定されている。
第1の実施形態によれば、扁平形状の電極群と、外装部材と、端子部とを含む電池が提供される。扁平形状の電極群は、正極、正極と電気的に接続された正極集電タブ、負極、及び、負極と電気的に接続された負極集電タブを含む。扁平形状に捲回された正極集電タブが第一端面に位置し、かつ扁平形状に捲回された負極集電タブが第二端面に位置する。外装部材は、有底角筒形状で、かつ開口部にフランジ部を有するステンレス鋼製の第1の外装部と、ステンレス鋼製の第2の外装部とを含む。第1の外装部のフランジ部と第2の外装部が溶接されて形成された空間内に電極群が収納されている。電極群の第一端面及び第二端面が第1の外装部の側壁の内面と対向する。端子部は、第1の外装部の側壁に開口された貫通孔と、正極または負極と電気的に接続された外部端子とを含む。外部端子は、頭部及び頭部から延び出た軸部を含む。頭部が第1の外装部の外側に突出する。軸部が第1の外装部の貫通孔にかしめ固定される。外部端子の頭部に対のテーパ部が設けられている。バスバーがテーパ部に固定されている。
第1の実施形態の蓄電モジュールを図1~図10を参照して説明する。
蓄電モジュール100は、電池と、バスバーとを備えるものである。図1に示す電池は、非水電解質電池である。電池は、外装部材1と、電極群2と、正極端子部3と、負極端子部4と、非水電解質(図示しない)とを含む。
図1~図3に示すように、外装部材1は、第1の外装部5と、第2の外装部6とを含む。第1の外装部5は、ステンレス鋼製の底付き角筒容器であり、開口部5aにフランジ部5bを有する。図1、図2及び図4に示すように、第1の外装部5の短辺側壁と底部とを繋ぐコーナの中央付近に容器内側に張り出した凹部が設けられており、凹部の底部が傾斜面5cになっている。第1の外装部5は、開口部5aの大きさ(開口面積となる部分の最大長)以下の深さを有するものである。より好ましい第1の外装部5は、開口面積となる部分の短辺以下の深さを有するものである(例えば図1に示すもの)。第1の外装部5は、例えば、ステンレス鋼板から浅絞り加工によって作製される。一方、第2の外装部6は、ステンレス鋼製の矩形板である。第1の外装部5のフランジ部5bが第2の外装部6の四辺に溶接されて形成された空間内に電極群2が収納される。溶接には、例えば、抵抗シーム溶接が用いられる。抵抗シーム溶接は、レーザ溶接に比して低いコストで高い気密性と耐熱性を実現することができる。
電極群2は、図5に示すように、扁平形状である。また、図6に示すように、電極群2は、正極7と、負極8と、正極7と負極8の間に配置されたセパレータ9とを含む。正極7は、例えば箔からなる帯状の正極集電体と、正極集電体の長辺に平行な一端部からなる正極集電タブ7aと、少なくとも正極集電タブ7aの部分を除いて正極集電体に形成された正極材料層(正極活物質含有層)7bとを含む。一方、負極8は、例えば箔からなる帯状の負極集電体と、負極集電体の長辺に平行な一端部からなる負極集電タブ8aと、少なくとも負極集電タブ8aの部分を除いて負極集電体に形成された負極材料層(負極活物質含有層)8bとを含む。電極群2は、正極7の正極材料層7bと負極8の負極材料層8bがセパレータ9を介して対向すると共に、捲回軸の一方側に正極集電タブ7aが負極8及びセパレータ9よりも突出し、かつ他方側に負極集電タブ8aが正極7及びセパレータ9よりも突出するように、正極7、セパレータ9及び負極8が扁平形状に捲回されたものである。よって、電極群2において、捲回軸と垂直な第一端面に、扁平の渦巻き状に捲回された正極集電タブ7aが位置する。また、捲回軸と垂直な第二端面に、扁平の渦巻き状に捲回された負極集電タブ8aが位置する。絶縁シート(図示せず)は、電極群2の最外周のうち、正極集電タブ7a及び負極集電タブ8aを除いた部分を被覆している。なお、電極群2は、非水電解質(図示しない)を保持している。
バックアップ正極リード11(第1の正極リード)は、導電性の板をU字形状に折り曲げたもので、正極集電タブ7aの両端の湾曲部を除いた部分(中央付近)を挟んで正極集電タブ7aの層同士を密着させている。正極集電タブ7aとバックアップ正極リード11は、溶接により一体化され、これにより正極7が正極集電タブ7aを介してバックアップ正極リード11と電気的に接続されている。溶接は、例えば超音波溶接により行われる。
バックアップ負極リード12(第1の負極リード)は、導電性の板をU字形状に折り曲げたもので、負極集電タブ8aの両端の湾曲部を除いた部分(中央付近)を挟んで負極集電タブ8aの層同士を密着させている。負極集電タブ8aとバックアップ負極リード12は、溶接により一体化され、これにより負極8が負極集電タブ8aを介してバックアップ負極リード12と電気的に接続されている。溶接は、例えば超音波溶接により行われる。
正極端子部3及び負極端子部4について説明する。正極端子部3及び負極端子部4は、同様な構造を有するため、正極端子部3を例にして説明する。図7は、図1に示す電池の正極端子部3の頭部にバスバーを取り付けた部分を示す斜視図である。また、図8は、図1に示す電池を正極外部端子14の軸方向(図7においてVIII-VIII線で示す方向)に沿って切断した断面図を示す。
正極端子部3は、図8に示すように、第1の外装部5の傾斜面5cに開口された貫通孔13と、正極外部端子14と、正極絶縁ガスケット15と、正極絶縁板(第1の正極絶縁部材)16とを含む。
第1の貫通孔13は、第1の外装部5の傾斜面5cにバーリング加工により設けられ、側壁となる立ち上がり部が、第1の外装部5の内方に突出している。
正極外部端子14は、図8に示すように、略角錐台形状で、第1の外装部5の短辺方向に長辺を有する頭部17と、円柱状の軸部18とを含む。図7に示すように、頭部17は、矩形の頂面17aと、頂面17aの向かい合う長辺に繋がる第1、第2の傾斜面17b、17cと、頂面17aに対して下面の四辺に設けられたテーパ部17dとを有する。円柱状の軸部18は、頭部17の下面から伸び出ている。正極外部端子14は、例えば、アルミニウム、アルミニウム合金等の導電性材料から形成される。
テーパ部17dは、頭部17の下面の各辺に設けられているため、向かい合う短辺に設けられたテーパ部と、向かい合う長辺に設けられたテーパ部それぞれが対を形成している。二対のテーパ部17dは、それぞれ、頭部17の横断面の面積が下方に向かうに従って小さくなるように傾斜している。よって、二対のテーパ部17dは、四角錐形状のテーパ部を構成している。
正極外部端子14が、四辺形の頂面17aと、頂面の互いに対向する二辺に連結された第1、第2の傾斜面17b、17cとを有することにより、三つの面のいずれかを溶接面に選択することで溶接方向を変更することができる。
正極絶縁ガスケット15は、図8に示すように、一方の開口端にフランジ部15aを有する円筒体(筒部)である。正極絶縁ガスケット15は、図8に示すように、円筒体の部分が貫通孔13内に挿入され、フランジ部15aが第1の外装部5の外面上の貫通孔13の外周に配置されている。正極絶縁ガスケット15は、例えば、フッ素樹脂、フッ素ゴム、ポリフェニレンサルファイド樹脂(PPS樹脂)、ポリエーテルエーテルケトン樹脂(PEEK樹脂)、ポリプロピレン樹脂(PP樹脂)、及びポリブチレンテレフタレート樹脂(PBT樹脂)などの樹脂から形成されている。
正極絶縁板(第1の正極絶縁部材)16は、図8に示すように、貫通孔を有する矩形状の絶縁板である。正極絶縁板16は、第1の外装部5の外面5c上に配置されている。正極絶縁板16の貫通孔には、図8に示すように、正極絶縁ガスケット15のフランジ部15aが挿入されている。
バスバー200は、図9に示すように、貫通孔201aを有する平板状の第1の接続部201と、第1の接続部201の一辺からほぼ垂直に立ち上がり、第1の外装部5の短辺側面に沿うように屈曲した第2の接続部202と、第2の接続部202の長辺中央付近に設けられた矩形の切欠部203とを有する。図8に示すように、切欠部203の端面204は、下方(正極絶縁板16側)に向かうに従って開口面積が小さくなるように傾斜したテーパ形状を有する。切欠部203の端面204のテーパ形状は、テーパ部17dの形状に対応するものである。正極外部端子14の頭部17のテーパ部17dにバスバー200の切欠部203が挿入され、図8に示すように、テーパ部17dに切欠部203の端面204が嵌合される。テーパ部17dと切欠部203の端面204とが接している部分は、例えば溶接により接合され、これにより、正極外部端子14とバスバー200が電気的に接続される。第1の接続部201は、他の電池等と電気的に接続させるために使用され得る。溶接方法として、レーザ溶接、抵抗溶接、超音波溶接等が挙げられる。
正極端子部3は、正極端子リード19をさらに備えることができる。正極端子リード19は、貫通孔19aを有する導電性の板である。
正極端子部3が正極端子リード19(第2の正極リード)を含む場合、正極端子部3が正極絶縁補強部材20をさらに備えることができる。図10に示すように、正極絶縁補強部材20は、第1の外装部5の傾斜面5cを含む短辺側側壁を補強するもので、横断面が略コの字形状を有する。すなわち、正極絶縁補強部材20は、矩形状の底板20aと、底板20aの長辺から垂直に立ち上がった側板20bと、側板20bの長辺に繋がった傾斜板20cと、傾斜板20cの長辺から水平に伸び出た上板20dとが一体となったものである。傾斜板20cは、凹部20eを有する。凹部20eには、貫通孔20fが設けられている。正極絶縁補強部材20は、底板20a及び側板20bが、第2の外装部6と第1の外装部5で構成されたコーナ部を被覆する。傾斜板20cの貫通孔20fに、正極外部端子14の軸部18が挿入される。傾斜板20cの凹部20eの表面に正極絶縁ガスケット15の下端面及び第1の外装部5の貫通孔13の側壁の端面が接している。また、傾斜板20cの凹部20eの裏面が正極端子リード19と接している。さらに、上板20dが、第1の外装部5の底面と接する。
上述した配置により、正極絶縁補強部材20は、第1の外装部5と正極端子リード19とを絶縁すると共に、外装部材の短辺側、特に第1の外装部5の傾斜面5cを含む短辺側側壁付近を補強することができる。
正極外部端子14の軸部18は、正極絶縁ガスケット15、正極絶縁補強部材20の貫通孔20f、正極端子リード19の貫通孔19aに挿入された後、かしめ加工によって塑性変形を生じる。その結果、これらの部材が一体化されると共に、正極外部端子14が正極端子リード19と電気的に接続される。よって、正極外部端子14は、リベットの役割も担う。なお、正極外部端子14の軸部18の端面と正極端子リード19の貫通孔19aとの境界部をレーザー等により溶接し、より強固な接続と電気導通性の向上を施しても良い。
正極中間リード21(第3の正極リード)は、矩形又は帯状の導電性の板が略U字状に折り曲がったものである。正極中間リード21は、バックアップ正極リード11と正極端子リード19との間に配置されている。正極中間リード21の一方の外面がバックアップ正極リード11に例えば溶接により固定され、他方の外面が正極端子リード19に例えば溶接により固定される。このような構成により、バックアップ正極リード11と、正極中間リード21と、正極端子リード19は、電気的に接続されている。溶接方法として、レーザ溶接、抵抗溶接、超音波溶接等が挙げられる。
負極端子部4は、正極端子部3と同様な構造を有する。すなわち、負極端子部4は、第1の外装部5の傾斜面5cに開口された貫通孔と、負極外部端子と、負極絶縁ガスケットと、負極絶縁板(第1の負極絶縁部材)とを含む。また、負極端子部4は、負極端子リード(第2の負極リード)をさらに備えることができる。負極端子リードは、貫通孔を有する導電性の板である。負極端子部4が負極端子リードを含む場合、負極端子部4が負極絶縁補強部材をさらに備えることができる。また、バックアップ負極リードと負極端子リードとの間に負極中間リード(第3の負極リード)が配置される。これらの部材は、正極端子部3で説明したのと同様な構造を有する。例えば図9に示す構造を有するバスバーは、負極外部端子の頭部に嵌合される。すなわち、負極外部端子の頭部のテーパ部にバスバーの切欠部が挿入されてテーパ部に切欠部が嵌合される。テーパ部と切欠部の端面とが接している部分は、例えば溶接により接合され、これにより、負極外部端子とバスバーが電気的に接続される。
電極群2は、第1の外装部5内に、第一端面7aが正極端子部3と対向し、かつ第二端面8aが負極端子部4と対向するように収納される。そのため、電極群2の第一端面7a及び第二端面8aと交わる平面が第1の外装部5内の底面と対向し、第一端面7a及び第二端面8aと交わる湾曲面が第1の外装部5内の長辺側側面と対向する。
第1の外装部5の短辺側壁と底部とを繋ぐコーナ部においては、電極群2の第一端面7aとの間、第二端面8aとの間、それぞれに隙間が存在する。第1の外装部5の短辺側壁と底部とを繋ぐコーナ部に内側に張り出した凹部を設け、凹部の底部を傾斜面5cとすることにより、第1の外装部5内のデッドスペースが少なくなるため、電池の体積エネルギー密度を高くすることが可能となる。また、傾斜面5cそれぞれに正極端子部3、負極端子部4を配置することにより、傾斜面を持たない短辺側面に正極端子部3及び負極端子部4を設ける場合よりも、端子部の設置面積を増やすことができる。そのため、正極外部端子14の軸部18及び負極外部端子の軸部の径を太くすることが可能になるため、低抵抗で大きな電流(ハイレート電流)を流すことが可能となる。
第2の外装部6は、第1の外装部5の蓋として機能する。第1の外装部5のフランジ部5bと第2の外装部6の四辺が溶接されることにより、電極群2が外装部材1内に封止される。
以上説明した図1~図10に示す蓄電モジュールは、開口部にフランジ部を有するステンレス鋼製の第1の外装部とステンレス鋼製の第2の外装部が溶接されて形成された空間内に電極群が収納される外装部材を含む。第1,第2の外装部がステンレス鋼製であるため、第1,第2の外装部の板厚を薄くした際にも高い強度を保つことができる。その結果、外装部材の柔軟性を高めることができるため、減圧封止又は外装部材の外側から荷重を加える等により電極群を拘束しやすくなる。これにより、電極群の極間距離が安定して抵抗を低くすることができると共に、耐振動性と耐衝撃性を有する電池パックの実現が容易になる。さらに、第1,第2の外装部の柔軟性が高いと、第1,第2の外装部の内面から電極群までの距離を縮めることが容易となるため、電池の放熱性を改善し得る。
ステンレス鋼製の第1,第2の外装部は、溶接がし易く、安価な抵抗シーム溶接により封止が可能である。よって、ラミネートフィルム製容器よりも気体シール性の高い外装部材を低コストで実現することができる。また、外装部材の耐熱性を向上することができる。例えば、SUS304の融点が1400℃であるのに対し、Alの融点は650℃である。
また、外部端子の頭部にテーパ部を設けることにより、頭部にバスバー等の部品を固定することが容易となる。そのため、外部端子の頭部にバスバー等の部品を溶接する際、外部端子の位置決めが容易になり、所望の位置に高い強度で溶接することが可能となる。従って、電池の信頼性をより高めることができる。
例えば、図8に例示されるように、頭部17の下面の四角錐形状のテーパ部17dにバスバー200の切欠部203のテーパ状端面204を嵌め合わせるため、バスバー200の位置決めが容易になり、頭部17の頂面17aの所定の位置にバスバー200が高い強度で溶接される。その結果、電池の信頼性を向上することができる。
また、外部端子の頭部のテーパ部と第1の外装部との間に新たな絶縁部材を固定することができるため、第1の外装部と他の電池等が接触することによる短絡等を回避することができる。
対のテーパ部は、外部端子の頭部の下面の全辺に設ける代わりに、短辺のみか、長辺のみに設けることも可能である。対のテーパ部は、辺全体に亘って設ける必要はなく、互いに点対称の関係にあると良い。対のテーパ部は、一組に限らず、複数組あっても良い。
頭部の下面にテーパ部を設ける代わりに、頭部の側面をテーパ部としても良い。その例を図11~図16に示す。
図11及び図12は、頭部の形状を四角錐台形状(ピラミッド形状)にした例である。図11に示すように、正極端子部及び/又は負極端子部の頭部117は、四角錐台形状(ピラミッド形状)を有する。すなわち、頭部117の頂面117aは、矩形の平面である。4つの側面117b,117c,117d,117eは、錐体面であり、下方に向かうに従って頭部の横断面積が大きくなるように傾斜している。4つの側面117b,117c,117d,117eがテーパ部として機能する。
バスバー300は、図12に示すように、平板状の第1の接続部301と、第1の接続部301の一辺からほぼ垂直に立ち上がり、第1の外装部5の短辺側面に沿うように屈曲した第2の接続部302と、第2の接続部302に設けられた矩形の貫通孔303とを有する。図13に示すように、貫通孔303の内側面は、下方(絶縁板116側)に向かうに従って開口面積が大きくなるように傾斜したテーパ形状を有する。貫通孔303の内側面のテーパ形状は、頭部117のテーパ部117b,117c,117d,117eの形状に対応するものである。頭部117のテーパ部117b~117eにバスバー300の貫通孔303が挿入され、図12に示すように、テーパ部117b~117eに貫通孔303が嵌合される。テーパ部117b~117eと貫通孔303の内側面とが接している部分は、例えば溶接により接合され、これにより、正極外部端子及び/または負極外部端子とバスバーが電気的に接続される。第1の接続部301は、他の電池等と電気的に接続させるために使用され得る。溶接方法として、レーザ溶接、抵抗溶接、超音波溶接等が挙げられる。第1の絶縁部材116は、第1の外装部5の傾斜面5Cと、頭部117の下面並びにバスバー300の第2の接続部302との間に配置されて、これらを絶縁している。
バスバー400は、図14及び図15に示すように、平板状の第1の接続部401と、第1の接続部401の一辺からほぼ垂直に立ち上がり、第1の外装部5の短辺側面に沿うように屈曲した第2の接続部402と、第2の接続部402の長辺中央付近に設けられた矩形の切欠部403とを有する。切欠部403の三つの端面は、下方(絶縁板116側)に向かうに従って開口面積が大きくなるように傾斜したテーパ形状を有する。切欠部403の三つの端面のテーパ形状は、頭部117のテーパ部117b,117c,117d,117eの形状に対応するものである。頭部117のテーパ部117b,117c,117dにバスバー400の切欠部403が挿入され、図14及び図15に示すように、テーパ部117b,117c,117dに切欠部403が嵌合される。テーパ部117b,117c,117dと切欠部403の端面とが接している部分は、例えば溶接により接合され、これにより、正極外部端子及び/または負極外部端子とバスバーが電気的に接続される。第1の接続部401は、他の電池等と電気的に接続させるために使用され得る。溶接方法として、レーザ溶接、抵抗溶接、超音波溶接等が挙げられる。第1の絶縁部材116は、第1の外装部5の傾斜面5Cと、頭部117の下面並びにバスバー400の第2の接続部402との間に配置されて、これらを絶縁している。
図16は、頭部の形状を円錐台形状にした例である。図16に示すように、正極端子部及び/又は負極端子部の頭部217は、円錐台形状を有する。すなわち、頭部217の頂面217aは、円形の平面である。側周面217bは、錐体面であり、下方に向かうに従って頭部の横断面積が大きくなるように傾斜している。側周面217bがテーパ部として機能する。
バスバー500は、図16に示すように、平板状の第1の接続部501と、第1の接続部501の一辺からほぼ垂直に立ち上がり、第1の外装部5の短辺側面に沿うように屈曲した第2の接続部502と、第2の接続部502に設けられた円形の貫通孔503とを有する。貫通孔503の内周面は、下方(絶縁板116側)に向かうに従って開口面積が大きくなるように傾斜したテーパ形状を有する。貫通孔503の内周面のテーパ形状は、頭部217のテーパ部217bの形状に対応するものである。頭部217のテーパ部217bにバスバー500の貫通孔503が挿入され、図16に示すように、テーパ部217bに貫通孔503が嵌合される。テーパ部217bと貫通孔503の内周面とが接している部分は、例えば溶接により接合され、これにより、正極外部端子及び/または負極外部端子とバスバーが電気的に接続される。第1の接続部501は、他の電池等と電気的に接続させるために使用され得る。溶接方法として、レーザ溶接、抵抗溶接、超音波溶接等が挙げられる。第1の絶縁部材116は、第1の外装部5の傾斜面5Cと、頭部217の下面並びにバスバー500の第2の接続部502との間に配置されて、これらを絶縁している。
バスバーを構成する材料は特に限定されないが、例えばアルミニウム、アルミニウム合金等が含まれる。
なお、テーパ部は、正極外部端子あるいは負極外部端子の一方のみに設けても、正極外部端子及び負極外部端子の双方に設けることも可能である。正極外部端子及び負極外部端子の双方にテーパ部を設けることにより、電池の信頼性をより高めることができる。
第1の外装部及び第2の外装部の板厚は、0.02mm以上0.3mm以下の範囲にすることが望ましい。この範囲にすることにより、機械的強度と柔軟性という相反する性質を両立させることができる。板厚のより好ましい範囲は、0.05mm以上0.15mm以下である。
傾斜部は、外装部材の短辺の中央部付近に設けるものに限定されず、外装部材の短辺全体に亘るものでも良い。
第2の外装部には、図3に例示されるような平板を使用することができるが、平板の代わりに、開口部にフランジ部を有するものを使用しても良い。このような構造の例には、第1の外装部と同様なものを挙げることができる。
外装部材は、電池内圧が規定値以上に上昇した際に電池内部の圧力を開放することができる安全弁などを更に備えることもできる。
バックアップ正極リード及びバックアップ負極リードは、U字形状の導電板に限定されず、導電性の平板を使用しても良い。また、バックアップ正極リードまたはバックアップ負極リードあるいは両方を用いない構成にすることも可能である。
以上説明した通り、第1の実施形態の蓄電モジュールによれば、外部端子の頭部にテーパ部が設けられ、バスバーがテーパ部に固定されているため、第1,第2の外装部の板厚を薄くした際にも高い強度と信頼性を得ることができる。そのため、柔軟性と放熱性に優れ、かつ強度と信頼性の高い蓄電モジュールを提供することができる。
実施形態に係る蓄電モジュールの電池は、一次電池であってもよいし、又は二次電池であってもよい。実施形態に係る電池の一例としては、リチウムイオン二次電池が挙げられる。
第1の正極リード及び第1の負極リードは、例えば、アルミニウム、アルミニウム合金材、銅、ニッケルメッキが施された銅等から形成することができる。接触抵抗を低減するために、リードの材料は、リードに電気的に接続し得る正極集電体又は負極集電体の材料と同じであることが好ましい。
第1の正極絶縁部材及び第1の負極絶縁部材、正極及び負極の絶縁補強部材は、例えば、テトラフルオロエチレン・パーフルオロアルキルビニルエーテル共重合体(PFA)、ポリプロピレン(PP)、ポリエチレン(PE)、ナイロン、ポリブチレンテレフタラート(PBT)、ポリエチレンテレフタラート(PET)、ポリテトラフロオロエチレン(PTFE)、ポリフェニレンサルファイド(PPS)、及びポリエーテルエーテルケトン(PEEK)等の熱可塑性樹脂から形成される。
実施形態の蓄電モジュールの電池に含まれる正極、負極、セパレータ及び非水電解質について、以下に説明する。
1)正極
正極は、例えば、正極集電体と、正極集電体に保持された正極材料層と、正極集電タブとを含むことができる。正極材料層は、例えば、正極活物質、導電剤、及び結着剤を含むことができる。
正極は、例えば、正極集電体と、正極集電体に保持された正極材料層と、正極集電タブとを含むことができる。正極材料層は、例えば、正極活物質、導電剤、及び結着剤を含むことができる。
正極活物質としては、例えば、酸化物又は硫化物を用いることができる。酸化物及び硫化物の例には、リチウムを吸蔵する二酸化マンガン(MnO2)、酸化鉄、酸化銅、酸化ニッケル、リチウムマンガン複合酸化物(例えばLixMn2O4またはLixMnO2)、リチウムニッケル複合酸化物(例えばLixNiO2)、リチウムコバルト複合酸化物(例えばLixCoO2)、リチウムニッケルコバルト複合酸化物(例えばLiNi1-yCoyO2)、リチウムマンガンコバルト複合酸化物(例えばLixMnyCo1-yO2)、スピネル構造を有するリチウムマンガンニッケル複合酸化物(例えばLixMn2-yNiyO4)、オリビン構造を有するリチウムリン酸化物(例えばLixFePO4、LixFe1-yMnyPO4、LixCoPO4)、硫酸鉄(Fe2(SO4)3)、バナジウム酸化物(例えばV2O5)及び、リチウムニッケルコバルトマンガン複合酸化物が挙げられる。上記の式において、0<x≦1であり、0<y≦1である。活物質として、これらの化合物を単独で用いてもよく、或いは、複数の化合物を組合せて用いてもよい。
結着剤は、活物質と集電体とを結着させるために配合される。結着剤の例としては、ポリテトラフルオロエチレン(PTFE)、ポリフッ化ビニリデン(PVdF)、フッ素系ゴムが挙げられる。
導電剤は、集電性能を高め、且つ、活物質と集電体との接触抵抗を抑えるために必要に応じて配合される。導電剤の例としては、アセチレンブラック、カーボンブラック及び黒鉛のような炭素質物が挙げられる。
正極材料層において、正極活物質及び結着剤は、それぞれ、80質量%以上98質量%以下及び2質量%以上20質量%以下の割合で配合することが好ましい。
結着剤は、2質量%以上の量にすることにより十分な電極強度を得ることができる。また、20質量%以下にすることにより電極の絶縁材の配合量を減少させ、内部抵抗を減少できる。
導電剤を加える場合には、正極活物質、結着剤及び導電剤は、それぞれ、77質量%以上95質量%以下、2質量%以上20質量%以下、及び3質量%以上15質量%以下の割合で配合することが好ましい。導電剤は、3質量%以上の量にすることにより上述した効果を発揮することができる。また、15質量%以下にすることにより、高温保存下での正極導電剤表面での非水電解質の分解を低減することができる。
正極集電体は、アルミニウム箔、又は、Mg、Ti、Zn、Ni、Cr、Mn、Fe、Cu及びSiから選択される少なくとも1種類の元素を含むアルミニウム合金箔であることが好ましい。
正極集電体は、正極集電タブと一体であることが好ましい。或いは、正極集電体は、正極集電タブと別体でもよい。
2)負極
負極は、例えば、負極集電体と、負極集電体に保持された負極材料層と、負極集電タブとを含むことができる。負極材料層は、例えば、負極活物質、導電剤、及び結着剤を含むことができる。
負極は、例えば、負極集電体と、負極集電体に保持された負極材料層と、負極集電タブとを含むことができる。負極材料層は、例えば、負極活物質、導電剤、及び結着剤を含むことができる。
負極活物質としては、例えば、リチウムイオンを吸蔵及び放出することができる、金属酸化物、金属窒化物、合金、炭素等を用いることができる。0.4V以上(対Li/Li+)貴な電位でリチウムイオンの吸蔵及び放出が可能な物質を負極活物質として用いることが好ましい。
導電剤は、集電性能を高め、且つ、負極活物質と集電体との接触抵抗を抑えるために配合される。導電剤の例としては、アセチレンブラック、カーボンブラック及び黒鉛のような炭素質物が挙げられる。
結着剤は、分散された負極活物質の間隙を埋め、また、負極活物質と集電体とを結着させるために配合される。結着剤の例としては、ポリテトラフルオロエチレン(PTFE)、ポリフッ化ビニリデン(PVdF)、フッ素系ゴム、及びスチレンブタジェンゴムが挙げられる。
負極材料層中の活物質、導電剤及び結着剤は、それぞれ、68質量%以上96質量%以下、2質量%以上30質量%以下、及び2質量%以上30質量%以下の割合で配合することが好ましい。導電剤の量を2質量%以上とすることにより、負極層の集電性能を向上させることができる。また、結着剤の量を2質量%以上とすることにより、負極材料層と集電体との結着性を十分に発現することができ、優れたサイクル特性を期待できる。一方、導電剤及び結着剤はそれぞれ28質量%以下にすることが高容量化を図る上で好ましい。
集電体としては、負極活物質のリチウムの吸蔵電位及び放出電位において電気化学的に安定である材料が用いられる。集電体は、銅、ニッケル、ステンレス又はアルミニウム、或いは、Mg、Ti、Zn、Mn、Fe、Cu、及びSiから選択される少なくとも1種類の元素を含むアルミニウム合金から作られることが好ましい。集電体の厚さは5~20μmの範囲内にあることが好ましい。このような厚さを有する集電体は、負極の強度と軽量化とのバランスをとることができる。
負極集電体は、負極集電タブと一体であることが好ましい。或いは、負極集電体は、負極集電タブと別体でもよい。
負極は、例えば負極活物質、結着剤および導電剤を汎用されている溶媒に懸濁してスラリーを調製し、このスラリーを集電体に塗布し、乾燥させて、負極材料層を形成した後、プレスを施すことにより作製される。負極はまた、負極活物質、結着剤及び導電剤をペレット状に形成して負極材料層とし、これを集電体上に配置することにより作製されてもよい。
3)セパレータ
セパレータは、例えば、ポリエチレン、ポリプロピレン、セルロース、またはポリフッ化ビニリデン(PVdF)を含む多孔質フィルム、または、合成樹脂製不織布から形成されてよい。中でも、ポリエチレン又はポリプロピレンから形成された多孔質フィルムは、一定温度において溶融し、電流を遮断することが可能であるため、安全性を向上できる。
セパレータは、例えば、ポリエチレン、ポリプロピレン、セルロース、またはポリフッ化ビニリデン(PVdF)を含む多孔質フィルム、または、合成樹脂製不織布から形成されてよい。中でも、ポリエチレン又はポリプロピレンから形成された多孔質フィルムは、一定温度において溶融し、電流を遮断することが可能であるため、安全性を向上できる。
4)電解液
電解液としては、例えば、非水電解質を用いることができる。
電解液としては、例えば、非水電解質を用いることができる。
非水電解質は、例えば、電解質を有機溶媒に溶解することにより調製される液状非水電解質、又は、液状電解質と高分子材料を複合化したゲル状非水電解質であってよい。
液状非水電解質は、電解質を0.5モル/L以上2.5モル/L以下の濃度で有機溶媒に溶解したものであることが好ましい。
有機溶媒に溶解させる電解質の例には、過塩素酸リチウム(LiClO4)、六フッ化リン酸リチウム(LiPF6)、四フッ化ホウ酸リチウム(LiBF4)、六フッ化砒素リチウム(LiAsF6)、トリフルオロメタンスルホン酸リチウム(LiCF3SO3)、及びビストリフルオロメチルスルホニルイミドリチウム[LiN(CF3SO2)2]のようなリチウム塩、及び、これらの混合物が含まれる。電解質は高電位でも酸化し難いものであることが好ましく、LiPF6が最も好ましい。
有機溶媒の例には、プロピレンカーボネート(PC)、エチレンカーボネート(EC)、及びビニレンカーボネートのような環状カーボネート;ジエチルカーボネート(DEC)、ジメチルカーボネート(DMC)、及びメチルエチルカーボネート(MEC)のような鎖状カーボネート;テトラヒドロフラン(THF)、2メチルテトラヒドロフラン(2MeTHF)、及びジオキソラン(DOX)のような環状エーテル;ジメトキシエタン(DME)、及びジエトキシエタン(DEE)のような鎖状エーテル;γ-ブチロラクトン(GBL)、アセトニトリル(AN)、及びスルホラン(SL)が含まれる。これらの有機溶媒は、単独で、又は混合溶媒として用いることができる。
高分子材料の例には、ポリフッ化ビニリデン(PVdF)、ポリアクリロニトリル(PAN)、及びポリエチレンオキサイド(PEO)が含まれる。
或いは、非水電解質として、リチウムイオンを含有した常温溶融塩(イオン性融体)、高分子固体電解質、無機固体電解質等を用いてもよい。
常温溶融塩(イオン性融体)は、有機物カチオンとアニオンとの組合せからなる有機塩のうち、常温(15~25℃)で液体として存在し得る化合物を指す。常温溶融塩には、単体で液体として存在する常温溶融塩、電解質と混合させることで液体となる常温溶融塩、及び有機溶媒に溶解させることで液体となる常温溶融塩が含まれる。一般に、非水電解質電池に用いられる常温溶融塩の融点は、25℃以下である。また、有機物カチオンは、一般に4級アンモニウム骨格を有する。
以上説明した実施形態の蓄電モジュールによれば、外部端子の頭部に設けられたテーパ部にバスバーが固定されているため、信頼性を向上することができる。
なお、端子部は、正極端子部及び負極端子部双方に適用しても良いが、正極端子部又は負極端子部のいずれか片方に適用することも可能である。
(第2の実施形態)
第2の実施形態の電池パックは、実施形態の蓄電モジュールのうちの少なくとも一つ備える。実施形態の電池パックは、実施形態の蓄電モジュールを単位セルとする組電池を含んでいても良い。
(第2の実施形態)
第2の実施形態の電池パックは、実施形態の蓄電モジュールのうちの少なくとも一つ備える。実施形態の電池パックは、実施形態の蓄電モジュールを単位セルとする組電池を含んでいても良い。
第2の実施形態の電池の組電池の例を図17~図24に示す。
図17~図20に示すように、電池パック601は、単位セルとして、図1に示す第1の実施形態の蓄電モジュール100を用いた組電池101を含む。複数(例えば4個)の単位セル1001~1004は、互いの外装部材1の主面同士が面した状態で積層されている。複数の単位セル1001~1004は、直列に接続されている。図17及び図18に示す通り、組電池101の一方の短辺側側面においては、バスバー200が用いられている。他方の短辺側側面においては、図19及び図20に示す通り、三角柱状のバスバー602が用いられている。他方の短辺側側面において、図20に示す通り、最も外側に位置する(図では最上層)単位セル1001の正極外部端子14は、単位セル1001の隣に位置する単位セル1002の負極外部端子314とが三角柱状のバスバー602により電気的に接続されている。三角柱状のバスバー602は、正極外部端子14の頭部の頂面17aと、負極外部端子314の頭部の頂面317aとの間に配置されている。
また、単位セル1002の隣に位置する単位セル1003の正極外部端子14は、単位セル1003の隣に位置する単位セル1004の負極外部端子314とが三角柱状のバスバー602により電気的に接続されている。三角柱状のバスバー602は、正極外部端子14の頭部の頂面17aと、負極外部端子314の頭部の頂面317aとの間に配置されている。負極絶縁板(第1の負極絶縁部材)216は、傾斜面5Cと負極外部端子314の頭部との間に配置されて、これらを絶縁している。
なお、外部端子の二つの頂面とバスバーは、それぞれ、溶接により電気的に接続されている。溶接には、例えばレーザー溶接、アーク溶接、抵抗溶接が用いられる。
一方、三角柱状のバスバーで接続された正負極外部端子それぞれの対極の外部端子は、図18に示す通り、その頭部にバスバー200が取り付けられている。バスバー200の固定方法は、図8で説明した通りである。単位セル1002の正極外部端子14に固定されたバスバー200の第1の接続部201と、単位セル1003の負極外部端子(図示せず)に固定されたバスバー200の第1の接続部201とが重ね合されている。これら第1の接続部201の貫通孔にボルト603が挿入され、ボルト603がナット604により固定されることにより、負極外部端子と正極外部端子がバスバーにより電気的に接続される。
図18に示す通り、最も外側に位置する一方の(図では最上層)単位セル1001の負極外部端子の頭部のテーパ部に嵌合されたバスバー200は、組電池101の負極外部端子として機能し得る。また、他方の(図では最下層)単位セル1004の正極外部端子14の頭部のテーパ部に嵌合されたバスバー200は、組電池101の正極外部端子として機能し得る。
以上説明した接続の結果、単位セル1001~1004は直列に接続されて4直列の組電池101が得られる。この組電池101を含む電池パックでは、負極外部端子の頭部の頂面と正極外部端子の頭部の頂面の間に三角柱状のバスバーが配置されて、これらが接合されることにより電気的に接続されている。また、これらの正負極外部端子と対極の関係にある正負極外部端子については、頭部のテーパ部に嵌合されたバスバーを用いて電気的に接続されている。これらの結果、単位セル間の隙間を小さくすることができる。そのため、組電池101の体積エネルギー密度を高くすることができる。
図21~図24に示す電池パック601は、二つの単位セルが並列に接続された二つの組電池ユニットを、直列に接続した組電池を含む。単位セルには、図1に示す第1の実施形態の蓄電モジュール100が用いられる。複数(例えば4個)の単位セル1001~1004は、互いの外装部材1の主面同士が面した状態で積層されている。
組電池の一方の短辺側側面(第1の短辺側側面)では、図22に示す通り、最も外側に位置する(図では最上層)単位セル1001の負極外部端子314は、単位セル1001の隣に位置する単位セル1002の負極外部端子314と三角柱状のバスバー602により電気的に接続されている。三角柱状のバスバー602は、負極外部端子314の頭部の頂面317a同士の間に配置されている。216は、負極絶縁板(第1の負極絶縁部材)を示す。
また、単位セル1002の隣に位置する単位セル1003の正極外部端子14は、単位セル1003の隣に位置する単位セル1004の正極外部端子14と三角柱状のバスバー602により電気的に接続されている。三角柱状のバスバー602は、正極外部端子14の頭部の頂面17a同士の間に配置されている。
なお、外部端子の二つの頂面とバスバーは、それぞれ、溶接により電気的に接続されている。溶接には、例えばレーザー溶接、アーク溶接、抵抗溶接が用いられる。
単位セル1001及び単位セル1002において、図22に示す通り、第1の短辺側側面には、負極外部端子314が設けられているが、他方の短辺側側面(第2の短辺側側面)には、図24に示す通り、正極外部端子14が設けられている。単位セル1001の正極外部端子14は、単位セル1002の正極外部端子14と三角柱状のバスバー602により電気的に接続されている。三角柱状のバスバー602は、正極外部端子14の頭部の頂面17a同士の間に配置されている。
上記の方法により、単位セル1001及び単位セル1002が並列接続されることにより、第1の組電池ユニット102が得られる。
一方、単位セル1003及び単位セル1004において、図22に示す通り、第1の短辺側側面には、正極外部端子14が設けられているが、第2の短辺側側面には、図24に示す通り、負極外部端子314が設けられている。単位セル1003の負極外部端子314は、単位セル1004の負極外部端子314と三角柱状のバスバー602により電気的に接続されている。三角柱状のバスバー602は、負極外部端子314の頭部の頂面317a同士の間に配置されている。
上記の方法により、単位セル1003及び単位セル1004が並列接続されることにより、第2の組電池ユニット103が得られる。
また、組電池101の第2の短辺側側面では、単位セル1002の正極外部端子14と、単位セル1003の負極外部端子314には、図24に示す通り、バスバー200が取り付けられている。バスバー200の固定方法は、図8で説明した通りである。単位セル1002の正極外部端子14に固定されたバスバー200の第1の接続部201と、単位セル1003の負極外部端子314に固定されたバスバー200の第1の接続部201とが重ね合されている。これら第1の接続部201の貫通孔にボルト603が挿入され、ボルト603がナット604により固定されることにより、負極外部端子314と正極外部端子14がバスバー200により電気的に接続される。これにより、第1の組電池ユニット102と第2の組電池ユニット103が直列に接続される。
組電池101の第1の短辺側側面では、図22に示す通り、最も外側に位置する一方の(図では最上層)単位セル1001の負極外部端子314の頭部のテーパ部に嵌合されたバスバー200は、組電池101の負極外部端子として機能し得る。また、他方の(図では最下層)単位セル1004の正極外部端子14の頭部のテーパ部に嵌合されたバスバー200は、組電池101の正極外部端子として機能し得る。
以上説明した接続の結果、単位セル1001及び単位セル1002が並列に接続された第1の組電池ユニット102と、単位セル1003及び単位セル1004が並列に接続された第2の組電池ユニット103を、直列に接続した組電池101が得られる。この組電池101を含む電池パックでは、正極外部端子及び負極外部端子それぞれの頭部の頂面の間に三角柱状のバスバーが配置されて、これらが接合されることにより電気的に接続されている。また、第1の組電池ユニット102と第2の組電池ユニット103が、外部端子の頭部のテーパ部に嵌合されたバスバーを用いて電気的に接続されている。そのため、単位セル間の隙間を小さくすることができる。その結果、組電池101の体積エネルギー密度を高くすることができる。
なお、隣り合う単位セル間には絶縁空間があっても良く、0.03mm以上の隙間を設けるか、絶縁部材(例えば、樹脂であるポリプロピレンやポリフェニレンサルファイドやエポキシ、ファインセラミックスであるアルミナやジルコニアなど)等を間に挟むことが出来る。
バスバーは、例えば、アルミニウム、アルミニウム合金材等から形成することができる。
第2の実施形態の電池パックは、実施形態の蓄電モジュールを少なくとも一つ含むため、薄型化及び柔軟性の向上が可能で、信頼性に優れ、製造コストの削減が可能な電池パックを提供することができる。
電池パックは、例えば、電子機器、車両(鉄道車両、自動車、原動機付自転車、軽車両、トロリーバス等)の電源として使用される。
組電池は、複数の蓄電モジュールを直列、並列、あるいは直列及び並列を組み合わせて電気的に接続したものを含み得る。また、電池パックは、組電池に加え、電池制御ユニット(Battery Control Unit)等の回路を備えることができるが、組電池が搭載されるもの(例えば車両など)が有する回路を電池制御ユニットとして使用することができる。電池制御ユニットは、単電池及び組電池の電圧または電流あるいは両方を監視して過充電及び過放電を防止する機能等を有する。
以上説明した少なくとも1つの実施形態に係る蓄電モジュールは、外部端子の頭部にテーパ部が設けられて、テーパ部にバスバーが固定されているため、エネルギー密度及び信頼性の高い蓄電モジュールを提供することができる。
第1の実施形態の蓄電モジュールでは、外部端子の頭部にテーパ部を設け、テーパ部にバスバーを固定したが、外部端子の頭部にテーパ部を設けずに頭部にバスバーを固定しても良い。この実施形態を第3の実施形態として以下に説明する。
(第3の実施形態)
第3の実施形態の蓄電モジュールを図25及び図26を参照して説明する。図25及び図26に示す蓄電モジュール1000は、外部端子の頭部及びバスバーの構造が異なること以外は、図1~図10に示す蓄電モジュールと同様な構造を有する。
第3の実施形態の蓄電モジュールを図25及び図26を参照して説明する。図25及び図26に示す蓄電モジュール1000は、外部端子の頭部及びバスバーの構造が異なること以外は、図1~図10に示す蓄電モジュールと同様な構造を有する。
正極外部端子14は、図26に示すように、頭部417と、円柱状の軸部418とを含む。頭部417は、略直方体形状で、矩形の頂面417aを有する。円柱状の軸部418は、頭部417から軸方向に伸び出ており、正極絶縁ガスケット15の中空部及び正極端子リード19の貫通孔19a内に挿入されている。軸部418の先端は、正極端子リード19の貫通孔19aから突出している。この突出した部分は、かしめ加工により拡径されて、貫通孔19aの周縁を被覆している。頭部417と軸部418とをつなぐ段差部と、第1の外装部5との間に、正極絶縁ガスケット15のフランジ部15a及び正極絶縁板16が挟まれている。
図25及び図26に示すように、バスバー700は、矩形状の貫通孔701aを有する平板状の第1の接続部701と、第1の接続部701の長辺から延び出て第1,第2の外装部5,6の面方向に水平な板状の第2の接続部702とを有する。
バスバー700の第1の接続部701の裏面が、頭部417の頂面417aと接している。裏面における貫通孔701aの周縁が、頂面417aに溶接により固定されている。バスバー700の第2の接続部702は、第1の外装部5のフランジ部5bの延出方向と平行に配置されている。換言すると、第2の接続部702は、第1,第2の外装部5,6の面方向、すなわち、蓄電モジュールの上下面に平行に配置されている。
以上説明した第3の蓄電モジュールによれば、外部端子の頭部にバスバーが固定されているため、エネルギー密度及び信頼性の高い蓄電モジュールを提供することができる。また、バスバーが、第1の外装部のフランジ部の延出方向と平行に配置された板状の接続部を備えることにより、蓄電モジュール同士をその間の隙間を小さくして電気的に接続することが可能になる。
(第4の実施形態)
第4の実施形態の電池パックは、第3の実施形態の蓄電モジュールを含む。実施形態の電池パックは、実施形態の蓄電モジュールを単位セルとする組電池を含んでいても良い。
第4の実施形態の電池パックは、第3の実施形態の蓄電モジュールを含む。実施形態の電池パックは、実施形態の蓄電モジュールを単位セルとする組電池を含んでいても良い。
第3の実施形態の蓄電モジュールを含む組電池の例を図27~図34に示す。
図27~図30に示すように、電池パック601は、単位セルとして、図25,26に示す第3の実施形態の蓄電モジュール1000を用いた組電池を含む。複数(例えば4個)の単位セル10001~10004は、互いの外装部材1の主面同士が面した状態で第1方向Xに積層されている。複数の単位セル10001~10004は、直列に接続されている。各単位セル10001~10004は、バスバー700の代わりに、以下に説明する構造のバスバー800を備える。バスバー800は、矩形状の貫通孔801aを有する平板状の第1の接続部801と、第1の接続部801の長辺から延び出た中間部802と、中間部802の長辺から延び出た板状の第2の接続部803とを有する。中間部802の面方向は、第1の外装部5の側面に平行である。第2の接続部803の面方向は、第1,第2の外装部5,6の面方向に水平である。第2の接続部803は、円形の貫通孔803aを有する。
図27及び図28に示す通り、組電池の一方の短辺側側面においては、バスバー800が用いられている。他方の短辺側側面においては、図29及び図30に示す通り、三角柱状のバスバー602が用いられている。他方の短辺側側面において、図30に示す通り、最も外側に位置する(図では最上層)単位セル10001の正極外部端子14は、第1方向Xにおいて単位セル10001と対向する単位セル10002の負極外部端子314とが三角柱状のバスバー602により電気的に接続されている。三角柱状のバスバー602は、正極外部端子14の頭部の頂面と、負極外部端子314の頭部の頂面との間に挟まれて、これらに溶接等によって固定されている。
また、第1方向Xにおいて単位セル10002と対向する単位セル10003の正極外部端子14は、単位セル10003と第1方向Xにおいて対向する単位セル10004の負極外部端子314とが三角柱状のバスバー602により電気的に接続されている。三角柱状のバスバー602は、正極外部端子14の頭部の頂面と、負極外部端子314の頭部の頂面との間に挟まれて、これらに溶接等で固定されている。
なお、外部端子の二つの頂面とバスバーは、それぞれ、溶接により電気的に接続されている。溶接には、例えばレーザー溶接、アーク溶接、抵抗溶接が用いられる。
一方、三角柱状のバスバーで接続された正負極外部端子それぞれの対極の外部端子は、図27及び図28に示す通り、その頭部にバスバー800が取り付けられている。バスバー800の第1の接続部801の裏面が、正極外部端子の頭部の頂面417a又は負極外部端子の頭部の頂面314aと接している。裏面における貫通孔701aの周縁が、頂面417a,314aに溶接により固定されている。バスバー800の第2の接続部803は、第1,第2の外装部5,6の面方向、すなわち、蓄電モジュールの上下面に平行に配置されている。
単位セル10002の正極外部端子14に固定されたバスバー800の第2の接続部803と、単位セル10003の負極外部端子314に固定されたバスバー800の第2の接続部803とが重ね合されている。これら第2の接続部803の貫通孔803aにボルト603が挿入され、ボルト603がナット604により固定されることにより、負極外部端子と正極外部端子がバスバーにより電気的に接続される。
図28に示す通り、最も外側に位置する一方の(図では最上層)単位セル10001の負極外部端子の頭部のテーパ部に嵌合されたバスバー800は、電池パック601の負極外部端子として機能し得る。また、他方の(図では最下層)単位セル10004の正極外部端子14の頭部のテーパ部に嵌合されたバスバー800は、電池パック601の正極外部端子として機能し得る。
以上説明した接続の結果、単位セル10001~10004は直列に接続されて4直列の組電池が得られる。この組電池を含む電池パック601では、負極外部端子の頭部の頂面と正極外部端子の頭部の頂面の間に三角柱状のバスバーが配置されて、これらが接合されることにより電気的に接続されている。また、これらの正負極外部端子と対極の関係にある正負極外部端子については、頭部の頂面に固定されたバスバーを用いて電気的に接続されている。このようにして単位セル同士を電気的に接続すると、単位セル間の隙間を小さくすることができる。そのため、組電池の体積エネルギー密度を高くすることができる。
図31~図34に示す電池パック601は、二つの単位セルが並列に接続された組電池ユニットを二つ含み、これら組電池ユニットを直列に接続したものを組電池として含む。単位セルには、蓄電モジュール1000が用いられる。複数(例えば4個)の単位セル10001~10004は、互いの外装部材1の主面同士が面した状態で第1方向Xに積層されている。
組電池の一方の短辺側側面(第1の短辺側側面)では、図32に示す通り、最も外側に位置する(図では最上層)単位セル10001の負極外部端子314は、第1方向Xにおいて単位セル10001と対向する単位セル10002の負極外部端子314と三角柱状のバスバー602により電気的に接続されている。三角柱状のバスバー602は、負極外部端子314の頭部の頂面同士の間に配置されている。216は、負極絶縁板(第1の負極絶縁部材)を示す。
また、第1方向Xにおいて単位セル10002と対向する単位セル10003の正極外部端子14は、単位セル10003と第1方向Xにおいて対向する単位セル10004の正極外部端子14と三角柱状のバスバー602により電気的に接続されている。三角柱状のバスバー602は、正極外部端子14の頭部の頂面同士の間に配置されている。
なお、外部端子の二つの頂面とバスバーは、それぞれ、溶接により電気的に接続されている。溶接には、例えばレーザー溶接、アーク溶接、抵抗溶接が用いられる。
単位セル10001及び単位セル10002において、図32に示す通り、第1の短辺側側面には、負極外部端子314が設けられているが、他方の短辺側側面(第2の短辺側側面)には、図34に示す通り、正極外部端子14が設けられている。単位セル10001の正極外部端子14は、単位セル10002の正極外部端子14と三角柱状のバスバー602により電気的に接続されている。三角柱状のバスバー602は、正極外部端子14の頭部の頂面同士の間に配置されている。
上記の方法により、単位セル10001及び単位セル10002が並列接続されることにより、第1の組電池ユニット1002が得られる。
一方、単位セル10003及び単位セル10004において、図32に示す通り、第1の短辺側側面には、正極外部端子14が設けられているが、第2の短辺側側面には、図34に示す通り、負極外部端子314が設けられている。単位セル10003の負極外部端子314は、単位セル10004の負極外部端子314と三角柱状のバスバー602により電気的に接続されている。三角柱状のバスバー602は、負極外部端子314の頭部の頂面同士の間に配置されている。
上記の方法により、単位セル10003及び単位セル10004が並列接続されることにより、第2の組電池ユニット1003が得られる。
また、組電池の第2の短辺側側面では、単位セル10002の正極外部端子14と、単位セル10003の負極外部端子314には、図34に示す通り、バスバー800が取り付けられている。バスバー800の固定方法は、図28で説明した通りである。単位セル10002の正極外部端子14に固定されたバスバー800の第2の接続部803と、単位セル10003の負極外部端子314に固定されたバスバー800の第2の接続部803とが重ね合されている。これら第2の接続部803の貫通孔にボルト603が挿入され、ボルト603がナット604により固定されることにより、負極外部端子314と正極外部端子14がバスバー800により電気的に接続される。これにより、第1の組電池ユニット1002と第2の組電池ユニット1003が直列に接続される。
組電池の第1の短辺側側面では、図32に示す通り、最も外側に位置する一方の(図では最上層)単位セル10001の負極外部端子314の頭部に固定されたバスバー800は、組電池の負極外部端子として機能し得る。また、他方の(図では最下層)単位セル10004の正極外部端子14の頭部に固定されたバスバー800は、組電池の正極外部端子として機能し得る。
以上説明した接続の結果、単位セル10001及び単位セル10002が並列に接続された第1の組電池ユニット1002と、単位セル10003及び単位セル10004が並列に接続された第2の組電池ユニット1003を、直列に接続した組電池が得られる。この組電池を含む電池パック601では、正極外部端子及び負極外部端子それぞれの頭部の頂面の間に三角柱状のバスバーが配置されて、これらが接合されることにより電気的に接続されている。また、第1の組電池ユニット1002と第2の組電池ユニット1003が、外部端子の頭部に固定されたバスバーを用いて電気的に接続されている。このようにして単位セルを電気的に接続すると、単位セル間の隙間を小さくすることができる。その結果、組電池の体積エネルギー密度を高くすることができる。
第4の実施形態の電池パックは、実施形態の蓄電モジュールを少なくとも一つ含むため、薄型化及び柔軟性の向上が可能で、信頼性に優れ、製造コストの削減が可能な電池パックを提供することができる。
本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。
Claims (10)
- 電池と、バスバーとを含む蓄電モジュールであって、
前記電池は、
正極、前記正極と電気的に接続された正極集電タブ、負極、及び、前記負極と電気的に接続された負極集電タブを含み、扁平形状に捲回された正極集電タブが第一端面に位置し、かつ扁平形状に捲回された負極集電タブが第二端面に位置する、扁平形状の電極群と、
有底角筒形状で、かつ開口部にフランジ部を有するステンレス鋼製の第1の外装部と、ステンレス鋼製の第2の外装部とを含み、前記第1の外装部の前記フランジ部と前記第2の外装部が溶接されて形成された空間内に前記電極群が収納されて前記第一端面及び前記第二端面が第1の外装部の側壁の内面と対向する、外装部材と、
前記第1の外装部の前記側壁に開口された貫通孔と、頭部及び前記頭部から延び出た軸部を含み、前記頭部が前記第1の外装部の外側に突出し、かつ前記軸部が前記第1の外装部の前記貫通孔にかしめ固定され、前記正極または前記負極と電気的に接続された外部端子とを含む端子部とを含み、
前記外部端子の前記頭部に前記バスバーが固定されている、蓄電モジュール。 - 前記外部端子の前記頭部にテーパ部が設けられ、
前記バスバーが前記テーパ部に固定されている、請求項1に記載の蓄電モジュール。 - 前記頭部の側面もしくは下面に前記テーパ部として、四角錐形状のテーパ部が設けられており、
前記バスバーが、テーパ状の内側面を有する矩形の貫通孔を有し、
前記頭部の前記テーパ部に前記バスバーの前記貫通孔が嵌合されている、請求項2に記載の蓄電モジュール。 - 前記頭部の側面もしくは下面に前記テーパ部として、四角錐形状のテーパ部が設けられており、
前記バスバーが、テーパ状端面を有する矩形の切欠きを有し、
前記頭部の前記テーパ部に前記バスバーの前記貫通孔が嵌合されている、請求項2に記載の蓄電モジュール。 - 前記頭部の側面に前記テーパ部として、円錐形状のテーパ部が設けられており、
前記バスバーがテーパ状内周面を有する円形の貫通孔を有し、
前記頭部の前記テーパ部に前記バスバーの前記貫通孔が嵌合されている、請求項2に記載の蓄電モジュール。 - 前記頭部の側面に前記テーパ部として、円錐形状のテーパ部が設けられており、
前記バスバーがテーパ状内周面を有する楕円形の貫通孔を有し、
前記頭部の前記テーパ部に前記バスバーの前記貫通孔が嵌合されている、請求項2に記載の蓄電モジュール。 - 前記バスバーが、前記第1の外装部の前記フランジ部の延出方向と平行に配置される接続部を含む、請求項2に記載の蓄電モジュール。
- 前記外部端子の前記頭部と前記外装部材の前記第1の外装部との間に配置された絶縁部材をさらに備える、請求項1~7のいずれか1項に記載の蓄電モジュール。
- 請求項1~8のいずれか1項に記載の蓄電モジュールを含む、電池パック。
- 前記蓄電モジュールを複数備え、前記複数の蓄電モジュールが前記バスバーにより電気的に接続されている、請求項9に記載の電池パック。
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