JP2021034141A - Lithium ion battery module and battery pack - Google Patents
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Abstract
【課題】蓄電素子のゆがみや電極の厚さにムラがあっても接触不良を生じることなく蓄電素子の最外層にある集電体と外部に電流を取り出す部分とを接続することができるリチウムイオン電池モジュールを提供すること。【解決手段】第一の金属シートと、蓄電素子と、第二の金属シートとをこの順に有するリチウムイオン電池モジュールであって、上記蓄電素子が、正極集電体、正極活物質層、セパレータ、負極活物質層及び負極集電体がこの順に積層され、上記正極集電体と上記負極集電体とを最外層に有し、上記正極活物質層及び前記負極活物質層の外周を封止することで電解液が封入された構成であるリチウムイオン単電池を含んでおり、上記蓄電素子の最外層の正極集電体と上記第一の金属シートとの間、及び/又は、上記蓄電素子の最外層の負極集電体と上記第二の金属シートとの間に配置された導電性の弾性部材を有し、上記第一の金属シートと、上記第二の金属シートとが互いに絶縁されていることを特徴とするリチウムイオン電池モジュール。【選択図】 図2PROBLEM TO BE SOLVED: To connect a current collector on the outermost layer of a power storage element and a portion for extracting a current to the outside without causing poor contact even if the power storage element is distorted or the thickness of an electrode is uneven. To provide a battery module. A lithium ion battery module having a first metal sheet, a power storage element, and a second metal sheet in this order, wherein the power storage element is a positive electrode current collector, a positive electrode active material layer, a separator, and the like. The negative electrode active material layer and the negative electrode current collector are laminated in this order, the positive electrode current collector and the negative electrode current collector are provided on the outermost layer, and the outer periphery of the positive electrode active material layer and the negative electrode active material layer is sealed. This includes a lithium-ion cell in which an electrolytic solution is sealed, and is located between the positive electrode current collector in the outermost layer of the power storage element and the first metal sheet, and / or the power storage element. It has a conductive elastic member arranged between the negative electrode current collector of the outermost layer and the second metal sheet, and the first metal sheet and the second metal sheet are insulated from each other. A lithium-ion battery module characterized by being [Selection diagram] Fig. 2
Description
本発明は、リチウムイオン電池モジュール及び電池パックに関する。 The present invention relates to a lithium ion battery module and a battery pack.
電気自動車及びハイブリッド電気自動車等の電源等に使用できる電池として高エネルギー密度のリチウムイオン電池が知られている。そして、リチウムイオン電池は、単電池を直列に接続した蓄電素子を電池外装容器に収容し、必要な電圧に調整した電池モジュールや、電池モジュールを複数組み合わせて電圧及び容量を調整した電池パックにして電源として使用される。 A lithium ion battery having a high energy density is known as a battery that can be used as a power source for electric vehicles and hybrid electric vehicles. Then, the lithium ion battery is made into a battery module in which a power storage element in which a single battery is connected in series is housed in a battery outer container and adjusted to a required voltage, or a battery pack in which a plurality of battery modules are combined to adjust the voltage and capacity. Used as a power source.
なかでも、パッケージから電極端子を引き出すことなく電流を外部に取り出して接続することができる複数積層したバイポーラ電池がラミネートシートに密封された積層型電池が知られている(特許文献1)。 Among them, there is known a laminated battery in which a plurality of stacked bipolar batteries that can be connected by taking out a current to the outside without pulling out an electrode terminal from the package are sealed in a laminated sheet (Patent Document 1).
特許文献1に記載の積層型電池(電池モジュールともいう)は、蓄電素子の最外層にある集電体と、ラミネートシートが有する導電層との接触部分によって外部に電流を取り出すが、製造過程で生じた蓄電素子のゆがみ及び電極の厚さムラ等の影響により、最外層にある集電体と電池外装容器が有する金属層との間に接触不良が生じる場合や、金属層表面の平滑性が十分ではなく、電池モジュール同士を積層して接続した場合に電池モジュール間の接触不良が生じることがあった。 The laminated battery (also referred to as a battery module) described in Patent Document 1 draws current to the outside by a contact portion between a current collector on the outermost layer of the power storage element and a conductive layer of the laminated sheet, but in the manufacturing process. Due to the resulting distortion of the power storage element and uneven thickness of the electrodes, poor contact may occur between the current collector on the outermost layer and the metal layer of the battery outer container, or the surface of the metal layer may be smooth. It was not sufficient, and poor contact between the battery modules sometimes occurred when the battery modules were stacked and connected to each other.
本発明は、上記課題を鑑みてなされたものであり、蓄電素子のゆがみや電極の厚さにムラがあっても接触不良を生じることなく蓄電素子の最外層にある集電体と外部に電流を取り出す部分とを接続することができるリチウムイオン電池モジュールの提供を目的とする。 The present invention has been made in view of the above problems, and even if the power storage element is distorted or the thickness of the electrodes is uneven, the current is applied to the current collector on the outermost layer of the power storage element and to the outside without causing poor contact. It is an object of the present invention to provide a lithium ion battery module that can be connected to a portion for taking out a current.
本発明は、第一の金属シートと、蓄電素子と、第二の金属シートとをこの順に有するリチウムイオン電池モジュールであって、上記蓄電素子が、正極集電体、正極活物質層、セパレータ、負極活物質層及び負極集電体がこの順に積層され、上記正極集電体と上記負極集電体とを最外層に有し、上記正極活物質層及び前記負極活物質層の外周を封止することで電解液が封入された構成であるリチウムイオン単電池を含んでおり、上記蓄電素子の最外層の正極集電体と上記第一の金属シートとの間、及び/又は、上記蓄電素子の最外層の負極集電体と上記第二の金属シートとの間に配置された導電性の弾性部材を有し、上記第一の金属シートと、上記第二の金属シートとが互いに絶縁されていることを特徴とするリチウムイオン電池モジュール、上記リチウムイオン電池モジュールを複数個含み、上記リチウムイオン電池モジュールの正極と負極とを直列に接続した電池パック、及び、上記リチウムイオン電池モジュールを複数個含み、上記リチウムイオン電池モジュールの正極と負極とを並列に接続した電池パックである。 The present invention is a lithium ion battery module having a first metal sheet, a power storage element, and a second metal sheet in this order, wherein the power storage element is a positive electrode current collector, a positive electrode active material layer, a separator, and the like. The negative electrode active material layer and the negative electrode current collector are laminated in this order, the positive electrode current collector and the negative electrode current collector are provided as the outermost layer, and the outer periphery of the positive electrode active material layer and the negative electrode active material layer is sealed. This includes a lithium-ion cell in which an electrolytic solution is sealed, and is located between the positive electrode current collector in the outermost layer of the power storage element and the first metal sheet, and / or the power storage element. It has a conductive elastic member arranged between the negative electrode current collector of the outermost layer and the second metal sheet, and the first metal sheet and the second metal sheet are insulated from each other. A plurality of lithium ion battery modules, a battery pack including a plurality of the lithium ion battery modules, and a positive electrode and a negative electrode of the lithium ion battery module connected in series, and a plurality of the lithium ion battery modules. It is a battery pack including the positive electrode and the negative electrode of the lithium ion battery module connected in parallel.
本発明のリチウムイオン電池モジュールは、蓄電素子のゆがみや電極の厚さにムラがあっても接触不良を生じることなく蓄電素子の最外層にある集電体と外部に電流を取り出す部分とを接続することができる。 In the lithium ion battery module of the present invention, even if the power storage element is distorted or the thickness of the electrode is uneven, the current collector on the outermost layer of the power storage element and the portion that draws current to the outside are connected without causing contact failure. can do.
以下、本発明のリチウムイオン電池モジュールを説明する。
なお、モジュールとは、複数の単電池を直列に接続することでひとつの電源として機能する様に組み合わせた組み合わせ単位を意味する。
Hereinafter, the lithium ion battery module of the present invention will be described.
The module means a combination unit that is combined so as to function as one power source by connecting a plurality of cells in series.
本発明のリチウムイオン電池モジュールは、第一の金属シートと、蓄電素子と、第二の金属シートとをこの順に有するリチウムイオン電池モジュールであって、上記蓄電素子が、正極集電体、正極活物質層、セパレータ、負極活物質層及び負極集電体がこの順に積層され、上記正極集電体と上記負極集電体とを最外層に有し、上記正極活物質層及び前記負極活物質層の外周を封止することで電解液が封入された構成であるリチウムイオン単電池を含んでおり、上記蓄電素子の最外層の正極集電体と上記第一の金属シートとの間、及び/又は、上記蓄電素子の最外層の負極集電体と上記第二の金属シートとの間に配置された導電性の弾性部材を有し、上記第一の金属シートと、上記第二の金属シートとが互いに絶縁されていることを特徴とする。
まずは、リチウムイオン単電池について説明する。
The lithium ion battery module of the present invention is a lithium ion battery module having a first metal sheet, a power storage element, and a second metal sheet in this order, and the power storage element is a positive electrode current collector and a positive electrode activity. The material layer, the separator, the negative electrode active material layer, and the negative electrode current collector are laminated in this order, and the positive electrode current collector and the negative electrode current collector are provided as the outermost layer, and the positive electrode active material layer and the negative electrode active material layer are provided. It contains a lithium ion cell cell in which an electrolytic solution is sealed by sealing the outer periphery of the storage element, and between the positive electrode current collector in the outermost layer of the power storage element and the first metal sheet, and / Alternatively, it has a conductive elastic member arranged between the negative electrode current collector in the outermost layer of the power storage element and the second metal sheet, and has the first metal sheet and the second metal sheet. It is characterized in that and are insulated from each other.
First, a lithium ion cell will be described.
[リチウムイオン単電池]
リチウムイオン単電池は、正極集電体、正極活物質層、セパレータ、負極活物質層及び負極集電体がこの順に積層され、上記正極集電体と上記負極集電体とを最外層に有し、上記正極活物質層及び上記負極活物質層の外周を封止することで電解液が封入された構成である。
[Lithium-ion cell]
In the lithium ion cell, the positive electrode current collector, the positive electrode active material layer, the separator, the negative electrode active material layer and the negative electrode current collector are laminated in this order, and the positive electrode current collector and the negative electrode current collector are provided in the outermost layer. Then, the electrolytic solution is sealed by sealing the outer periphery of the positive electrode active material layer and the negative electrode active material layer.
図1は、リチウムイオン単電池の一例を模式的に示す断面図である。
図1に示すリチウムイオン単電池100は、正極集電体11、正極活物質層13、セパレータ30、負極活物質層23及び負極集電体21がこの順に積層されており、正極集電体11と負極集電体21とを最外層に有する。正極活物質層13及び負極活物質層23の外周は、封止材40により封止され、電解液が封入された構成を有する。
以下、リチウムイオン単電池の各構成について説明する。
FIG. 1 is a cross-sectional view schematically showing an example of a lithium ion cell.
In the
Hereinafter, each configuration of the lithium ion cell will be described.
(正極集電体)
正極集電体11としては、公知のリチウムイオン単電池に用いられる集電体を用いることができ、例えば公知の金属集電体及び導電材料と樹脂とから構成されてなる樹脂集電体(特開2012−150905号公報及び国際公開第2015−005116号等に記載の樹脂集電体等)を用いることができる。
正極集電体11は、電池特性等の観点から、樹脂集電体であることが好ましい。
(Positive current collector)
As the positive electrode
The positive electrode
金属集電体としては、例えば、銅、アルミニウム、チタン、ニッケル、タンタル、ニオブ、ハフニウム、ジルコニウム、亜鉛、タングステン、ビスマス、アンチモン及びこれらの金属を1種以上含む合金、並びに、ステンレス合金からなる群から選択される一種以上の金属材料が挙げられる。これらの金属材料は薄板や金属箔等の形態で用いてもよい。また、上記金属材料以外で構成される基材表面にスパッタリング、電着、塗布等の方法により上記金属材料を形成したものを金属集電体として用いてもよい。 Examples of the metal collector include copper, aluminum, titanium, nickel, tantalum, niobium, hafnium, zirconium, zinc, tungsten, bismuth, antimony, alloys containing one or more of these metals, and a group consisting of stainless alloys. One or more metallic materials selected from are mentioned. These metal materials may be used in the form of a thin plate, a metal foil, or the like. Further, a metal current collector in which the metal material is formed on the surface of a base material made of a material other than the metal material by a method such as sputtering, electrodeposition, or coating may be used.
樹脂集電体としては、導電性フィラーとマトリックス樹脂とを含むことが好ましい。
マトリックス樹脂としては、例えば、ポリエチレン(PE)、ポリプロピレン(PP)、ポリメチルペンテン(PMP)、ポリシクロオレフィン(PCO)、ポリエチレンテレフタレート(PET)、ポリエーテルニトリル(PEN)、ポリテトラフルオロエチレン(PTFE)、スチレンブタジエンゴム(SBR)、ポリアクリロニトリル(PAN)、ポリメチルアクリレート(PMA)、ポリメチルメタクリレート(PMMA)、ポリフッ化ビニリデン(PVdF)、エポキシ樹脂、シリコーン樹脂又はこれらの混合物等が挙げられる。
電気的安定性の観点から、ポリエチレン(PE)、ポリプロピレン(PP)、ポリメチルペンテン(PMP)及びポリシクロオレフィン(PCO)が好ましく、さらに好ましくはポリエチレン(PE)、ポリプロピレン(PP)及びポリメチルペンテン(PMP)である。
The resin current collector preferably contains a conductive filler and a matrix resin.
Examples of the matrix resin include polyethylene (PE), polypropylene (PP), polymethylpentene (PMP), polycycloolefin (PCO), polyethylene terephthalate (PET), polyether nitrile (PEN), and polytetrafluoroethylene (PTFE). ), Styrene butadiene rubber (SBR), polyacrylic nitrile (PAN), polymethyl acrylate (PMA), polymethyl methacrylate (PMMA), polyvinylidene fluoride (PVdF), epoxy resin, silicone resin, or a mixture thereof.
From the viewpoint of electrical stability, polyethylene (PE), polypropylene (PP), polymethylpentene (PMP) and polycycloolefin (PCO) are preferable, and polyethylene (PE), polypropylene (PP) and polymethylpentene are more preferable. (PMP).
導電性フィラーは、導電性を有する材料から選択される。
具体的には、金属[ニッケル、アルミニウム、ステンレス(SUS)、銀、銅及びチタン等]、カーボン[グラファイト及びカーボンブラック(アセチレンブラック、ケッチェンブラック、ファーネスブラック、チャンネルブラック、サーマルランプブラック等)等]、及びこれらの混合物等が挙げられるが、これらに限定されるわけではない。
これらの導電性フィラーは1種単独で用いてもよいし、2種以上併用してもよい。また、これらの合金又は金属酸化物を用いてもよい。電気的安定性の観点から、好ましくはアルミニウム、ステンレス、カーボン、銀、銅、チタン及びこれらの混合物であり、より好ましくは銀、アルミニウム、ステンレス及びカーボンであり、さらに好ましくはカーボンである。またこれらの導電性フィラーとしては、粒子系セラミック材料や樹脂材料の周りに導電性材料(上記した導電性フィラーの材料のうち金属のもの)をめっき等でコーティングしたものでもよい。
The conductive filler is selected from materials having conductivity.
Specifically, metals [nickel, aluminum, stainless steel (SUS), silver, copper, titanium, etc.], carbon [graphite and carbon black (acetylene black, ketjen black, furnace black, channel black, thermal lamp black, etc.), etc.), etc. ], And a mixture thereof, etc., but is not limited to these.
These conductive fillers may be used alone or in combination of two or more. Moreover, you may use these alloys or metal oxides. From the viewpoint of electrical stability, aluminum, stainless steel, carbon, silver, copper, titanium and mixtures thereof are preferable, silver, aluminum, stainless steel and carbon are more preferable, and carbon is even more preferable. Further, as these conductive fillers, a conductive material (a metal one among the above-mentioned conductive filler materials) may be coated around a particle-based ceramic material or a resin material by plating or the like.
導電性フィラーの平均粒子径は、特に限定されるものではないが、電池の電気特性の観点から、0.01〜10μmであることが好ましく、0.02〜5μmであることがより好ましく、0.03〜1μmであることがさらに好ましい。なお、本明細書中において、「粒子径」とは、粒子の輪郭線上の任意の2点間の距離のうち、最大の距離Lを意味する。「平均粒子径」の値としては、走査型電子顕微鏡(SEM)や透過型電子顕微鏡(TEM)等の観察手段を用い、数〜数十視野中に観察される粒子の粒子径の平均値として算出される値を採用するものとする。 The average particle size of the conductive filler is not particularly limited, but is preferably 0.01 to 10 μm, more preferably 0.02 to 5 μm, and 0, from the viewpoint of the electrical characteristics of the battery. It is more preferably .03 to 1 μm. In addition, in this specification, "particle diameter" means the maximum distance L among the distances between arbitrary two points on the contour line of a particle. The value of the "average particle size" is the average value of the particle size of the particles observed in several to several tens of fields using an observation means such as a scanning electron microscope (SEM) or a transmission electron microscope (TEM). The calculated value shall be adopted.
導電性フィラーの形状(形態)は、粒子形態に限られず、粒子形態以外の形態であってもよく、カーボンナノチューブ等、いわゆるフィラー系導電性樹脂組成物として実用化されている形態であってもよい。 The shape (form) of the conductive filler is not limited to the particle form, and may be a form other than the particle form, and may be a form practically used as a so-called filler-based conductive resin composition such as carbon nanotubes. Good.
導電性フィラーは、その形状が繊維状である導電性繊維であってもよい。
導電性繊維としては、PAN系炭素繊維、ピッチ系炭素繊維等の炭素繊維、合成繊維の中に導電性のよい金属や黒鉛を均一に分散させてなる導電性繊維、ステンレス鋼のような金属を繊維化した金属繊維、有機物繊維の表面を金属で被覆した導電性繊維、有機物繊維の表面を導電性物質を含む樹脂で被覆した導電性繊維等が挙げられる。これらの導電性繊維の中では炭素繊維が好ましい。また、グラフェンを練りこんだポリプロピレン樹脂も好ましい。
導電性フィラーが導電性繊維である場合、その平均繊維径は0.1〜20μmであることが好ましい。
The conductive filler may be a conductive fiber whose shape is fibrous.
The conductive fibers include carbon fibers such as PAN-based carbon fibers and pitch-based carbon fibers, conductive fibers in which a metal having good conductivity and graphite are uniformly dispersed in synthetic fibers, and a metal such as stainless steel. Examples thereof include fibrous metal fibers, conductive fibers in which the surface of organic fibers is coated with metal, and conductive fibers in which the surface of organic fibers is coated with a resin containing a conductive substance. Among these conductive fibers, carbon fibers are preferable. Further, a polypropylene resin kneaded with graphene is also preferable.
When the conductive filler is a conductive fiber, its average fiber diameter is preferably 0.1 to 20 μm.
樹脂集電体中の導電性フィラーの重量割合は、5〜90重量%であることが好ましく、20〜80重量%であることがより好ましい。
特に、導電性フィラーがカーボンの場合、導電性フィラーの重量割合は、20〜30重量%であることが好ましい。
The weight ratio of the conductive filler in the resin current collector is preferably 5 to 90% by weight, more preferably 20 to 80% by weight.
In particular, when the conductive filler is carbon, the weight ratio of the conductive filler is preferably 20 to 30% by weight.
樹脂集電体は、マトリックス樹脂及び導電性フィラーのほかに、その他の成分(分散剤、架橋促進剤、架橋剤、着色剤、紫外線吸収剤、可塑剤等)を含んでいてもよい。また、複数の樹脂集電体を積層して用いてもよく、樹脂集電体と金属箔とを積層して用いても良い。 The resin current collector may contain other components (dispersant, cross-linking accelerator, cross-linking agent, colorant, ultraviolet absorber, plasticizer, etc.) in addition to the matrix resin and the conductive filler. Further, a plurality of resin current collectors may be laminated and used, or a resin current collector and a metal foil may be laminated and used.
正極集電体11の厚さは特に限定されないが、5〜150μmであることが好ましい。複数の樹脂集電体を積層して正極集電体として用いる場合には、積層後の全体の厚さが5〜150μmであることが好ましい。
The thickness of the positive electrode
正極集電体11は、例えば、マトリックス樹脂、導電性フィラー及び必要により用いるフィラー用分散剤を溶融混練して得られる導電性樹脂組成物を公知の方法でフィルム状に成形することにより得ることができる。
導電性樹脂組成物をフィルム状に成形する方法としては、例えば、Tダイ法、インフレーション法及びカレンダー法等の公知のフィルム成形法が挙げられる。なお、正極集電体11は、フィルム成形以外の成形方法によっても得ることができる。
The positive electrode
Examples of the method for molding the conductive resin composition into a film include known film molding methods such as the T-die method, the inflation method, and the calender method. The positive electrode
(正極活物質層)
正極活物質層13は、正極活物質を含む混合物の非結着体であることが好ましい。
ここで、非結着体とは、正極活物質層中において正極活物質の位置が固定されておらず、正極活物質同士及び正極活物質同士及び正極活物質と集電体とが不可逆的に固定されていないことを意味する。
正極活物質層13が非結着体である場合、正極活物質同士は不可逆的に固定されていないため、正極活物質同士の界面を機械的に破壊することなく分離することができ、正極活物質層13に応力がかかった場合でも正極活物質が移動することで正極活物質層13の破壊を防止することができ好ましい。
非結着体である正極活物質層13は、正極活物質層13を、正極活物質と電解液とを含みかつ結着剤を含まない正極活物質層13にする等の方法で得ることができる。
なお、本明細書において、結着剤とは、正極活物質同士及び正極活物質と集電体とを可逆的に固定することができない薬剤を意味し、デンプン、ポリフッ化ビニリデン、ポリビニルアルコール、カルボキシメチルセルロース、ポリビニルピロリドン、テトラフルオロエチレン、スチレン−ブタジエンゴム、ポリエチレン及びポリプロピレン等の公知の溶剤乾燥型のリチウムイオン電池用結着剤等が挙げられる。これらの結着剤は溶剤に溶解又は分散して用いられ、溶剤を揮発、留去することで表面が粘着性を示すことなく固体化するので正極活物質同士及び正極活物質と集電体とを可逆的に固定することができない。
(Positive electrode active material layer)
The positive electrode
Here, in the non-binding body, the position of the positive electrode active material is not fixed in the positive electrode active material layer, and the positive electrode active materials and the positive electrode active materials and the positive electrode active material and the current collector are irreversibly. It means that it is not fixed.
When the positive electrode
The positive electrode
In the present specification, the binder means a drug that cannot reversibly fix the positive electrode active materials to each other and the positive electrode active material to the current collector, and starch, polyvinylidene fluoride, polyvinyl alcohol, and carboxy. Examples thereof include known solvent-drying type binders for lithium ion batteries such as methyl cellulose, polyvinylpyrrolidone, tetrafluoroethylene, styrene-butadiene rubber, polyethylene and polypropylene. These binders are used by dissolving or dispersing in a solvent, and by volatilizing and distilling off the solvent, the surface solidifies without showing adhesiveness. Cannot be fixed reversibly.
正極活物質としては、リチウムと遷移金属との複合酸化物{遷移金属が1種である複合酸化物(LiCoO2、LiNiO2、LiAlMnO4、LiMnO2及びLiMn2O4等)、遷移金属元素が2種である複合酸化物(例えばLiFeMnO4、LiNi1−xCoxO2、LiMn1−yCoyO2、LiNi1/3Co1/3Al1/3O2及びLiNi0.8Co0.15Al0.05O2)及び金属元素が3種類以上である複合酸化物[例えばLiMaM’bM’’cO2(M、M’及びM’’はそれぞれ異なる遷移金属元素であり、a+b+c=1を満たす。例えばLiNi1/3Mn1/3Co1/3O2)等]等}、リチウム含有遷移金属リン酸塩(例えばLiFePO4、LiCoPO4、LiMnPO4及びLiNiPO4)、遷移金属酸化物(例えばMnO2及びV2O5)、遷移金属硫化物(例えばMoS2及びTiS2)及び導電性高分子(例えばポリアニリン、ポリピロール、ポリチオフェン、ポリアセチレン及びポリ−p−フェニレン及びポリビニルカルバゾール)等が挙げられ、2種以上を併用してもよい。
なお、リチウム含有遷移金属リン酸塩は、遷移金属サイトの一部を他の遷移金属で置換したものであってもよい。
As the positive electrode active material, composite oxide of lithium and transition metal {composite oxide is a transition metal is one (LiCoO 2, LiNiO 2, LiAlMnO 4, LiMnO 2 and LiMn 2 O 4, etc.), transition metal elements Two types of composite oxides (eg LiFeMnO 4 , LiNi 1-x Co x O 2 , LiMn 1-y Co y O 2 , LiNi 1/3 Co 1/3 Al 1/3 O 2 and LiNi 0.8 Co 0.15 Al 0.05 O 2) and a composite oxide metal element is three or more [e.g. LiM a M 'b M'' c O 2 (M, M' and M '' is different from the transition metal elements, respectively , and the meet a + b + c = 1. for example LiNi 1/3 Mn 1/3 Co 1/3 O 2 ) , etc.] or the like}, lithium-containing transition metal phosphate (e.g. LiFePO 4, LiCoPO 4, LiMnPO 4 and LiNiPO 4 ), Transition metal oxides (eg MnO 2 and V 2 O 5 ), transition metal sulfides (eg MoS 2 and TiS 2 ) and conductive polymers (eg polyaniline, polypyrrole, polythiophene, polyacetylene and poly-p-phenylene and Polyvinylcarbazole) and the like, and two or more kinds may be used in combination.
The lithium-containing transition metal phosphate may be one in which a part of the transition metal site is replaced with another transition metal.
正極活物質の体積平均粒子径は、電池の電気特性の観点から、0.01〜100μmであることが好ましく、0.1〜35μmであることがより好ましく、2〜30μmであることがさらに好ましい。 The volume average particle size of the positive electrode active material is preferably 0.01 to 100 μm, more preferably 0.1 to 35 μm, and even more preferably 2 to 30 μm from the viewpoint of the electrical characteristics of the battery. ..
正極活物質は、その表面の少なくとも一部が高分子化合物を含む被覆材により被覆された被覆正極活物質であってもよい。
正極活物質の周囲が被覆材で被覆されていると、正極の体積変化が緩和され、正極の膨張を抑制することができる。
The positive electrode active material may be a coated positive electrode active material in which at least a part of the surface thereof is coated with a coating material containing a polymer compound.
When the periphery of the positive electrode active material is coated with a coating material, the volume change of the positive electrode can be alleviated and the expansion of the positive electrode can be suppressed.
被覆材を構成する高分子化合物としては、特開2017−054703号公報及び国際公開第2015−005117号等に活物質被覆用樹脂として記載されたものを好適に用いることができる。 As the polymer compound constituting the coating material, those described as the active material coating resin in JP-A-2017-054703 and International Publication No. 2015-005117 can be preferably used.
被覆材には、導電剤が含まれていてもよい。
導電剤としては、正極集電体11に含まれる導電性フィラーと同様のものを好適に用いることができる。
The covering material may contain a conductive agent.
As the conductive agent, the same conductive filler as that contained in the positive electrode
正極活物質層13には、粘着性樹脂が含まれていてもよい。
粘着性樹脂としては、例えば、特開2017−054703号公報に記載された非水系二次電池活物質被覆用樹脂に少量の有機溶剤を混合してそのガラス転移温度を室温以下に調整したもの、及び、特開平10−255805公報に粘着剤として記載されたもの等を好適に用いることができる。
なお、粘着性樹脂は、溶媒成分を揮発させて乾燥させても固体化せずに粘着性(水、溶剤、熱などを使用せずに僅かな圧力を加えることで接着する性質)を有する樹脂を意味する。一方、結着剤として用いられる溶液乾燥型の電極用バインダーは、溶媒成分を揮発させることで乾燥、固体化して活物質同士を強固に接着固定するものを意味する。
従って、上述した結着剤(溶液乾燥型の電極バインダー)と粘着性樹脂とは異なる材料である。
The positive electrode
Examples of the adhesive resin include those prepared by mixing a small amount of an organic solvent with the non-aqueous secondary battery active material coating resin described in JP-A-2017-054703 and adjusting the glass transition temperature to room temperature or lower. Further, those described as a pressure-sensitive adhesive in JP-A No. 10-255805 can be preferably used.
The adhesive resin is a resin having adhesiveness (property of adhering by applying a slight pressure without using water, solvent, heat, etc.) without solidifying even if the solvent component is volatilized and dried. Means. On the other hand, a solution-drying type electrode binder used as a binder means a binder that dries and solidifies by volatilizing a solvent component to firmly bond and fix active materials to each other.
Therefore, the above-mentioned binder (solution-drying type electrode binder) and the adhesive resin are different materials.
正極活物質層13には、電解質と非水溶媒を含む電解液が含まれていてもよい。
電解質としては、公知の電解液に用いられているもの等が使用でき、例えば、LiPF6、LiBF4、LiSbF6、LiAsF6、LiN(FSO2)2及びLiClO4等の無機酸のリチウム塩、LiN(CF3SO2)2、LiN(C2F5SO2)2及びLiC(CF3SO2)3等の有機酸のリチウム塩等が挙げられ、LiN(FSO2)2(LiFSIともいう)が好ましい。
The positive electrode
As the electrolyte, those used in known electrolytes can be used, for example, lithium salts of inorganic acids such as LiPF 6 , LiBF 4 , LiSbF 6 , LiAsF 6 , LiN (FSO 2 ) 2 and LiClO 4. Lithium salts of organic acids such as LiN (CF 3 SO 2 ) 2 , LiN (C 2 F 5 SO 2 ) 2 and LiC (CF 3 SO 2 ) 3 can be mentioned, and LiN (FSO 2 ) 2 (also referred to as LiFSI). ) Is preferable.
非水溶媒としては、公知の電解液に用いられているもの等が使用でき、例えば、ラクトン化合物、環状又は鎖状炭酸エステル、鎖状カルボン酸エステル、環状又は鎖状エーテル、リン酸エステル、ニトリル化合物、アミド化合物、スルホン、スルホラン等及びこれらの混合物を用いることができる。 As the non-aqueous solvent, those used in known electrolytic solutions can be used, and for example, a lactone compound, a cyclic or chain carbonate, a chain carboxylic acid ester, a cyclic or chain ether, a phosphoric acid ester, or a nitrile can be used. Compounds, amide compounds, sulfones, sulfolanes and the like and mixtures thereof can be used.
ラクトン化合物としては、5員環(γ−ブチロラクトン及びγ−バレロラクトン等)及び6員環のラクトン化合物(δ−バレロラクトン等)等を挙げることができる。 Examples of the lactone compound include a 5-membered ring (γ-butyrolactone, γ-valerolactone, etc.) and a 6-membered ring lactone compound (δ-valerolactone, etc.).
環状炭酸エステルとしては、プロピレンカーボネート、エチレンカーボネート及びブチレンカーボネート等が挙げられる。
鎖状炭酸エステルとしては、ジメチルカーボネート、メチルエチルカーボネート、ジエチルカーボネート、メチル−n−プロピルカーボネート、エチル−n−プロピルカーボネート及びジ−n−プロピルカーボネート等が挙げられる。
Examples of the cyclic carbonic acid ester include propylene carbonate, ethylene carbonate and butylene carbonate.
Examples of the chain carbonate ester include dimethyl carbonate, methyl ethyl carbonate, diethyl carbonate, methyl-n-propyl carbonate, ethyl-n-propyl carbonate, di-n-propyl carbonate and the like.
鎖状カルボン酸エステルとしては、酢酸メチル、酢酸エチル、酢酸プロピル及びプロピオン酸メチル等が挙げられる。
環状エーテルとしては、テトラヒドロフラン、テトラヒドロピラン、1,3−ジオキソラン及び1,4−ジオキサン等が挙げられる。
鎖状エーテルとしては、ジメトキシメタン及び1,2−ジメトキシエタン等が挙げられる。
Examples of the chain carboxylic acid ester include methyl acetate, ethyl acetate, propyl acetate, methyl propionate and the like.
Examples of the cyclic ether include tetrahydrofuran, tetrahydropyran, 1,3-dioxolane, 1,4-dioxane and the like.
Examples of the chain ether include dimethoxymethane and 1,2-dimethoxyethane.
リン酸エステルとしては、リン酸トリメチル、リン酸トリエチル、リン酸エチルジメチル、リン酸ジエチルメチル、リン酸トリプロピル、リン酸トリブチル、リン酸トリ(トリフルオロメチル)、リン酸トリ(トリクロロメチル)、リン酸トリ(トリフルオロエチル)、リン酸トリ(トリパーフルオロエチル)、2−エトキシ−1,3,2−ジオキサホスホラン−2−オン、2−トリフルオロエトキシ−1,3,2−ジオキサホスホラン−2−オン及び2−メトキシエトキシ−1,3,2−ジオキサホスホラン−2−オン等が挙げられる。
ニトリル化合物としては、アセトニトリル等が挙げられる。アミド化合物としては、DMF等が挙げられる。スルホンとしては、ジメチルスルホン及びジエチルスルホン等が挙げられる。
非水溶媒は1種を単独で用いてもよいし、2種以上を併用してもよい。
Phosphate esters include trimethyl phosphate, triethyl phosphate, ethyl dimethyl phosphate, diethyl methyl phosphate, tripropyl phosphate, tributyl phosphate, tri (trifluoromethyl) phosphate, tri (trichloromethyl) phosphate, Tri (trifluoroethyl) phosphate, tri (triperfluoroethyl) phosphate, 2-ethoxy-1,3,2-dioxaphosphoran-2-one, 2-trifluoroethoxy-1,3,2- Examples thereof include dioxaphosphoran-2-one and 2-methoxyethoxy-1,3,2-dioxaphosphoran-2-one.
Examples of the nitrile compound include acetonitrile and the like. Examples of the amide compound include DMF and the like. Examples of the sulfone include dimethyl sulfone and diethyl sulfone.
One type of non-aqueous solvent may be used alone, or two or more types may be used in combination.
非水溶媒の内、電池出力及び充放電サイクル特性の観点から好ましいのは、ラクトン化合物、環状炭酸エステル、鎖状炭酸エステル及びリン酸エステルであり、更に好ましいのはラクトン化合物、環状炭酸エステル及び鎖状炭酸エステルであり、特に好ましいのは環状炭酸エステルと鎖状炭酸エステルの混合液である。最も好ましいのはエチレンカーボネート(EC)とジメチルカーボネート(DMC)の混合液、又は、エチレンカーボネート(EC)とプロピレンカーボネート(PC)の混合液である。 Among the non-aqueous solvents, lactone compounds, cyclic carbonates, chain carbonates and phosphate esters are preferable from the viewpoint of battery output and charge / discharge cycle characteristics, and lactone compounds, cyclic carbonates and chains are more preferable. A carbonic acid ester is particularly preferable, and a mixed solution of a cyclic carbonic acid ester and a chain carbonic acid ester is particularly preferable. The most preferable is a mixed solution of ethylene carbonate (EC) and dimethyl carbonate (DMC), or a mixed solution of ethylene carbonate (EC) and propylene carbonate (PC).
正極活物質層13には、導電助剤が含まれていてもよい。
導電助剤としては、正極集電体11に含まれる導電性フィラーと同様の導電性材料を好適に用いることができる。
The positive electrode
As the conductive auxiliary agent, a conductive material similar to the conductive filler contained in the positive electrode
正極活物質層13における導電助剤の重量割合は、3〜10重量%であることが好ましい。
The weight ratio of the conductive auxiliary agent in the positive electrode
正極活物質層13は、例えば、正極活物質及び電解液を含むスラリーを正極集電体11又は基材の表面に塗布し、余分な電解液を除去する方法によって作製することができる。
基材の表面に正極活物質層13を形成した場合、転写等の方法によって正極活物質層13を正極集電体11と組み合わせればよい。
上記スラリーには、必要に応じて、導電助剤や粘着性樹脂が含まれていてもよい。また、正極活物質は被覆正極活物質であってもよい。
The positive electrode
When the positive electrode
The slurry may contain a conductive auxiliary agent or an adhesive resin, if necessary. Further, the positive electrode active material may be a coated positive electrode active material.
正極活物質層13の厚みは、特に限定されるものではないが、電池性能の観点から、150〜600μmであることが好ましく、200〜450μmであることがより好ましい。
The thickness of the positive electrode
(負極集電体)
負極集電体21としては、正極集電体11で記載した構成と同様のものを適宜選択して用いることができ、同様の方法により得ることができる。
負極集電体21は、電池特性等の観点から、樹脂集電体であることが好ましい。
負極集電体21の厚さは特に限定されないが、5〜150μmであることが好ましい。
(Negative electrode current collector)
As the negative electrode
The negative electrode
The thickness of the negative electrode
(負極活物質層)
負極活物質層23は、負極活物質を含む混合物の非結着体であることが好ましい。負極活物質層が非結着体であることが好ましい理由、及び非結着体である負極活物質層23を得る方法等は、正極活物質層13が非結着体であることが好ましい理由、及び非結着体である正極活物質層13を得る方法と同様である。
(Negative electrode active material layer)
The negative electrode
負極活物質としては、炭素系材料[黒鉛、難黒鉛化性炭素、アモルファス炭素、樹脂焼成体(例えばフェノール樹脂及びフラン樹脂等を焼成し炭素化したもの等)、コークス類(例えばピッチコークス、ニードルコークス及び石油コークス等)及び炭素繊維等]、珪素系材料[珪素、酸化珪素(SiOx)、珪素−炭素複合体(炭素粒子の表面を珪素及び/又は炭化珪素で被覆したもの、珪素粒子又は酸化珪素粒子の表面を炭素及び/又は炭化珪素で被覆したもの並びに炭化珪素等)及び珪素合金(珪素−アルミニウム合金、珪素−リチウム合金、珪素−ニッケル合金、珪素−鉄合金、珪素−チタン合金、珪素−マンガン合金、珪素−銅合金及び珪素−スズ合金等)等]、導電性高分子(例えばポリアセチレン及びポリピロール等)、金属(スズ、アルミニウム、ジルコニウム及びチタン等)、金属酸化物(チタン酸化物及びリチウム・チタン酸化物等)及び金属合金(例えばリチウム−スズ合金、リチウム−アルミニウム合金及びリチウム−アルミニウム−マンガン合金等)等及びこれらと炭素系材料との混合物等が挙げられる。
上記負極活物質のうち、内部にリチウム又はリチウムイオンを含まないものについては、予め負極活物質の一部又は全部にリチウム又はリチウムイオンを含ませるプレドープ処理を施してもよい。
Examples of the negative electrode active material include carbon-based materials [graphite, non-graphitizable carbon, amorphous carbon, calcined resin (for example, phenol resin, furan resin, etc. are calcined and carbonized), cokes (for example, pitch coke, needle). Coke and petroleum coke, etc.) and carbon fibers, etc.], silicon-based materials [silicon, silicon oxide (SiOx), silicon-carbon composite (carbon particles whose surface is coated with silicon and / or silicon carbide, silicon particles or oxidation) Silicon particles whose surface is coated with carbon and / or silicon carbide, silicon carbide, etc.) and silicon alloys (silicon-aluminum alloy, silicon-lithium alloy, silicon-nickel alloy, silicon-iron alloy, silicon-titanium alloy, silicon -Manganese alloys, silicon-copper alloys, silicon-tin alloys, etc.)], conductive polymers (eg, polyacetylene and polypyrrole, etc.), metals (tin, aluminum, zirconium, titanium, etc.), metal oxides (titanium oxide and titanium oxide, etc.) (Lithium-titanium oxide, etc.), metal alloys (for example, lithium-tin alloys, lithium-aluminum alloys, lithium-aluminum-manganese alloys, etc.) and the like, and mixtures of these with carbon-based materials and the like can be mentioned.
Among the above-mentioned negative electrode active materials, those which do not contain lithium or lithium ions inside may be pre-doped with a part or all of the negative electrode active materials containing lithium or lithium ions in advance.
これらの中でも、電池容量等の観点から、炭素系材料、珪素系材料及びこれらの混合物が好ましく、炭素系材料としては、黒鉛、難黒鉛化性炭素及びアモルファス炭素がさらに好ましく、珪素系材料としては、酸化珪素及び珪素−炭素複合体がさらに好ましい。 Among these, carbon-based materials, silicon-based materials and mixtures thereof are preferable from the viewpoint of battery capacity and the like, graphite, graphitizable carbon and amorphous carbon are more preferable as carbon-based materials, and silicon-based materials are more preferable. , Silicon oxide and silicon-carbon composites are more preferred.
負極活物質の体積平均粒子径は、電池の電気特性の観点から、0.01〜100μmが好ましく、0.1〜20μmであることがより好ましく、2〜10μmであることがさらに好ましい。 The volume average particle size of the negative electrode active material is preferably 0.01 to 100 μm, more preferably 0.1 to 20 μm, and even more preferably 2 to 10 μm from the viewpoint of the electrical characteristics of the battery.
本明細書において、負極活物質の体積平均粒子径は、マイクロトラック法(レーザー回折・散乱法)によって求めた粒度分布における積算値50%での粒径(Dv50)を意味する。マイクロトラック法とは、レーザー光を粒子に照射することによって得られる散乱光を利用して粒度分布を求める方法である。なお、体積平均粒子径の測定には、日機装(株)製のマイクロトラック等を用いることができる。 In the present specification, the volume average particle size of the negative electrode active material means the particle size (Dv50) at an integrated value of 50% in the particle size distribution obtained by the microtrack method (laser diffraction / scattering method). The microtrack method is a method for obtaining a particle size distribution using scattered light obtained by irradiating particles with laser light. A microtrack or the like manufactured by Nikkiso Co., Ltd. can be used for measuring the volume average particle size.
負極活物質は、その表面の少なくとも一部が高分子化合物を含む被覆材により被覆された被覆負極活物質であってもよい。
負極活物質の周囲が被覆材で被覆されていると、負極の体積変化が緩和され、負極の膨張を抑制することができる。
The negative electrode active material may be a coated negative electrode active material in which at least a part of the surface thereof is coated with a coating material containing a polymer compound.
When the periphery of the negative electrode active material is coated with a coating material, the volume change of the negative electrode can be alleviated and the expansion of the negative electrode can be suppressed.
被覆材としては、被覆正極活物質を構成する被覆材と同様のものを好適に用いることができる。 As the coating material, the same material as the coating material constituting the coated positive electrode active material can be preferably used.
負極活物質層23は、電解質と非水溶媒を含む電解液を含有する。
電解液の組成は、正極活物質層13に含まれる電解液と同様の電解液を好適に用いることができる。
The negative electrode
As the composition of the electrolytic solution, an electrolytic solution similar to the electrolytic solution contained in the positive electrode
負極活物質層23には、導電助剤が含まれていてもよい。
導電助剤としては、正極活物質層13に含まれる導電性フィラーと同様の導電性材料を好適に用いることができる。
The negative electrode
As the conductive auxiliary agent, a conductive material similar to the conductive filler contained in the positive electrode
負極活物質層23における導電助剤の重量割合は、2〜10重量%であることが好ましい。
The weight ratio of the conductive auxiliary agent in the negative electrode
負極活物質層23には、粘着性樹脂が含まれていてもよい。
粘着性樹脂としては、正極活物質層13の任意成分である粘着性樹脂と同様のものを好適に用いることができる。
The negative electrode
As the adhesive resin, the same adhesive resin as the adhesive resin which is an optional component of the positive electrode
負極活物質層23は、例えば、負極活物質及び電解液を含むスラリーを負極集電体21又は基材の表面に塗布し、余分な電解液を除去する方法によって作製することができる。
基材の表面に負極活物質層23を形成した場合、転写等の方法によって負極活物質層23を負極集電体21と組み合わせればよい。
上記スラリーには、必要に応じて、導電助剤や粘着性樹脂等が含まれていてもよい。また、負極活物質は被覆負極活物質であってもよい。
The negative electrode
When the negative electrode
The slurry may contain a conductive auxiliary agent, an adhesive resin, or the like, if necessary. Further, the negative electrode active material may be a coated negative electrode active material.
負極活物質層23の厚みは、特に限定されるものではないが、電池性能の観点から、150〜600μmであることが好ましく、200〜450μmであることがより好ましい。
The thickness of the negative electrode
(セパレータ)
セパレータ30としては、ポリエチレン又はポリプロピレン製の多孔性フィルム、上記多孔性フィルムの積層フィルム(多孔性ポリエチレンフィルムと多孔性ポリプロピレンとの積層フィルム等)、合成繊維(ポリエステル繊維及びアラミド繊維等)又はガラス繊維等からなる不織布、及びそれらの表面にシリカ、アルミナ、チタニア等のセラミック微粒子を付着させたもの等の公知のリチウムイオン単電池に用いられるセパレータが挙げられる。
(Separator)
The
(リチウムイオン単電池)
リチウムイオン単電池100は、正極活物質層13及び負極活物質層23の外周を封止することで電解液が封入された構成である。
正極活物質層13及び負極活物質層23の外周を封止する方法としては、例えば、封止材40を用いて封止する方法が挙げられる。
封止材40は、正極集電体11及び負極集電体21の間に配置されており、セパレータ30の外周を封止する機能を有する。
(Lithium-ion cell)
The
Examples of the method of sealing the outer periphery of the positive electrode
The sealing
封止材40としては、電解液に対して耐久性のある材料であれば特に限定されないが、高分子材料が好ましく、熱硬化性高分子材料がより好ましい。
具体的には、エポキシ系樹脂、ポリオレフィン系樹脂、ポリウレタン系樹脂及びポリフッ化ビニリデン樹脂等が挙げられ、耐久性が高く取り扱いが容易であることからエポキシ系樹脂が好ましい。
The sealing
Specific examples thereof include epoxy-based resins, polyolefin-based resins, polyurethane-based resins, polyvinylidene fluoride resins, and the like, and epoxy-based resins are preferable because they have high durability and are easy to handle.
リチウムイオン単電池100の製造方法としては、例えば、正極集電体11、正極活物質層13、セパレータ30、負極活物質層23及び負極集電体21をこの順に重ね合わせた後、電解液を注入し、正極活物質層13及び負極活物質層23の外周を封止材40で封止することで得ることができる。正極活物質層13及び負極活物質層23の外周を封止材40で封止する方法としては、液状の封止材を塗布し硬化して封止する方法が挙げられる。
また、封止材40は、上述した電解液に対して耐久性のある高分子材料からなり、正極活物質層13又は負極活物質層23を収容する貫通孔を有する枠体であっても良い。封止材40が枠体である場合には、正極集電体11又は負極集電体12を枠体の一方の枠面に接合して貫通孔の一端を封止し、枠体の他方の枠面上にセパレータを挿入した状態で枠体同士を接着して封止する方法でリチウムイオン単電池100を得ることができる。
As a method for manufacturing the
Further, the sealing
[リチウムイオン電池モジュール]
本発明のリチウムイオン電池モジュールは、上述したリチウムイオン単電池100を用いて構成される。
以下、本発明のリチウムイオン電池モジュールの第一の態様及び第二の態様について説明する。
[Lithium-ion battery module]
The lithium ion battery module of the present invention is configured by using the above-mentioned
Hereinafter, the first aspect and the second aspect of the lithium ion battery module of the present invention will be described.
[リチウムイオン電池モジュールの第一の態様]
本発明のリチウムイオン電池モジュールの第一の態様では、蓄電素子を収容する電池外装容器を備え、上記電池外装容器が、上記第一の金属シート及び上記第二の金属シートを備えており、上記第一の金属シート及び上記第二の金属シートが、上記弾性部材と接する接触面と上記電池外装容器の外側に露出した露出面とを有することが好ましい。
図2(a)は、リチウムイオン電池モジュールの第一の態様の一例を模式的に示す断面図であり、図2(b)は、リチウムイオン電池モジュールの第一の態様の一例を模式的に示す斜視断面図である。
図2(a)に示すリチウムイオン電池モジュール300では、蓄電素子200を収容する電池外装容器140を備えており、蓄電素子200の最外層の正極集電体と電池外装容器140との間、及び/又は、蓄電素子200の最外層の負極集電体と電池外装容器140との間に配置された導電性の弾性部材130を備えている。
電池外装容器140は、内側から順に、樹脂層140aと、金属層140bと、樹脂層140cとを有する。
金属層140bは、弾性部材130と接する接触面と、電池外装容器140の外側に露出した露出面とを有しており、積層方向において上記接触面と露出面とが重なる範囲が、第一の金属シート110又は第二の金属シート120となる。
具体的には、図2(b)に示すように、積層方向Aにおいて、金属層140bが蓄電素子200の最外層の正極集電体と電池外装容器140との間の弾性部材130と接する接触面と、電池外装容器140の外側(正極側)に露出した露出面とが重なる範囲が第一の金属シート110である。また、積層方向Aにおいて、金属層140bが蓄電素子200の最外層の負極集電体と電池外装容器140との間の弾性部材130と接する接触面と、電池外装容器140の外側(負極側)に露出した露出面とが重なる範囲が第二の金属シート120である。
なお、樹脂層140a及び樹脂層140cは、絶縁層としての役割を有しており、第一の金属シート110及び第二の金属シート120は互いに絶縁されている。
リチウムイオン電池モジュール300は、このような構成を有するため、蓄電素子のゆがみや電極の厚さにムラがあっても接触不良を生じることなく蓄電素子の最外層にある集電体と外部に電流を取り出す部分(第一の金属シート110及び第二の金属シート120)とを接続することができ、更に、電池外装容器から電極端子を引き出すことなく電流を取り出すことができる。
以下、リチウムイオン電池モジュール300の各構成について説明する。
[First aspect of lithium-ion battery module]
In the first aspect of the lithium ion battery module of the present invention, the battery outer container for accommodating the power storage element is provided, and the battery outer container includes the first metal sheet and the second metal sheet. It is preferable that the first metal sheet and the second metal sheet have a contact surface in contact with the elastic member and an exposed surface exposed to the outside of the battery outer container.
FIG. 2A is a cross-sectional view schematically showing an example of the first aspect of the lithium ion battery module, and FIG. 2B schematically shows an example of the first aspect of the lithium ion battery module. It is a perspective sectional view which shows.
The lithium-
The battery
The
Specifically, as shown in FIG. 2B, in the stacking direction A, the
The
Since the lithium
Hereinafter, each configuration of the lithium
(蓄電素子)
蓄電素子200は、リチウムイオン単電池100を含む。
蓄電素子200は、リチウムイオン単電池100を1つ含む構成であってもよいし、リチウムイオン単電池100を複数個直列に積層された構成であってもよい。
リチウムイオン電池モジュールの出力を向上する観点から、蓄電素子200は、リチウムイオン単電池100が複数個直列に積層された構成であることが好ましく、例えば、リチウムイオン単電池100が5個以上直列に積層された構成であることが好ましく、7個以上直列に積層された構成であることがより好ましい。
なお、蓄電素子200が、リチウムイオン単電池100が複数個直列に積層された構成である場合には、隣接する一のリチウムイオン単電池100の正極と他のリチウムイオン単電池100の負極とが接触するように、すなわち、各リチウムイオン単電池100が同じ向きとなるように積層されていることが好ましい。複数個のリチウムイオン単電池100を同じ向きとなるように積層して蓄電素子200を構成した場合、蓄電素子200に含まれるいずれかのリチウムイオン単電池200に不良があった場合には、端子の接続をやり直す等の作業をすることなく不良のリチウムイオン単電池100のみを置き換えるだけで正常な蓄電素子200にすることができるので好ましい。
(Power storage element)
The
The
From the viewpoint of improving the output of the lithium ion battery module, the
When the
(電池外装容器)
電池外装容器140は、内側から順に、樹脂層140aと、金属層140bと、樹脂層140cとを有する。樹脂層140aは、積層方向において上側と下側とにある金属層140bを電気的に絶縁するように配置されていればよく、樹脂層140cは、積層方向において上側と下側とにある金属層140bの露出面の大きさに対応して必要に応じて配置される。
このような電池外装容器としては、例えば、金属シートと高分子シートとの複合材料及びラミネート容器等に用いられる高分子金属複合フィルムや、金属缶ケース等を用いることができる。
電池外装容器140では、金属層140bが、弾性部材130と接する接触面と、電池外装容器の外側に露出する露出面とを有しており、積層方向において上記接触面と露出面とが重なる範囲が、第一の金属シート110又は第二の金属シート120となる。
(Battery outer container)
The battery
As such a battery outer container, for example, a composite material of a metal sheet and a polymer sheet, a polymer metal composite film used for a laminated container or the like, a metal can case or the like can be used.
In the battery
樹脂層140aとしては、熱融着性樹脂フィルムであることが好ましい。
熱融着性樹脂フィルムとしては、例えば、ポリエチレン(PE)、ポリプロピレン(PP)、変性ポリエチレン、変性ポリプロピレン、アイオノマー、エチレンビニルアセテート(EVA)等の熱融着性樹脂製のフィルムを用いることができる。
熱融着性樹脂フィルムは、蓄電素子200を内部に収容する際にはシール層としても作用する。また、熱融着性樹脂フィルムは、絶縁層としての役割も有するため、第一の金属シート110及び第二の金属シート120は互いに絶縁されている。
樹脂層140aの厚さとしては特に限定されないが、例えば、10μm〜1000μmである。
The
As the heat-sealing resin film, for example, a film made of heat-sealing resin such as polyethylene (PE), polypropylene (PP), modified polyethylene, modified polypropylene, ionomer, ethylene vinyl acetate (EVA) can be used. ..
The thermosetting resin film also acts as a sealing layer when the
The thickness of the
金属層140bとしては、例えば、金属箔及び金属シート等を用いることができ、金属としてはアルミニウム、ニッケル、ステンレス及び銅等を用いることができる。
金属層140bの厚さとしては特に限定されないが、例えば、10μm〜300μmである。
As the
The thickness of the
樹脂層140cとしては、ポリエチレンテレフタレート(PET)等のポリエステル製フィルムや、樹脂層140aで例示した熱融着製樹脂フィルムや、ポリアミド(ナイロン(登録商標))等のポリアミド系合成繊維等の樹脂シートを用いることができる。
樹脂層140cの厚さとしては特に限定されないが、例えば、10μm〜1000μmである。
金属層140bは、湿性、耐通気性、耐薬品性を電池外装容器140に付与し、樹脂層140cは金属層140bの露出面を制限してリチウムイオン単電池100の外部で短絡が生じるのを防止する層である。
Examples of the
The thickness of the
The
電池外装容器140の具体的な構成としては、例えば、内側から順に、ポリエチレン(PE)/アルミニウム箔/ポリエチレンテレフタレート(PET)が積層された構成;ポリエチレン(PE)/アルミニウム箔/ナイロン(登録商標)が積層された構成;アイオノマー/ニッケル箔/ポリエチレンテレフタレート(PET)が積層された構成;エチレンビニルアセテート(EVA)/アルミニウム箔/ポリエチレンテレフタレート(PET)が積層された構成;アイオノマー/アルミニウム箔/ポリエチレンテレフタレート(PET)が積層された構成等が挙げられる。
As a specific configuration of the battery
電池外装容器140では、樹脂層140a、樹脂層140cに対して、溶剤処理、熱処理、火炎処理等を施すことにより、金属層140bが、弾性部材130と接する接触面と、電池外装容器の外側に露出する露出面とを形成することができる。
例えば、上述した熱融着性樹脂に対しては、トルエン、パークロロエチレン、トリクロロエチレン、四塩化炭素などの有機溶剤を用いて高温処理をすることにより、金属層140bを露出することができる。
また、例えば、上述したポリエステル製フィルムや、ポリアミド系合成繊維等の樹脂シートに対しては、クレゾール等の有機溶剤を用いて処理することにより、金属層140bを露出することができる。
また、金属層140bとなる金属箔及び金属シートに、樹脂層140aとなる所定の配置になるように成形された熱融着性樹脂フィルムと樹脂層140cとなる樹脂シートとを積層することによっても弾性部材130と接する接触面と、電池外装容器の外側に露出する露出面とを形成した電池外装容器140を得ることができる。
電池外装容器140では、金属層140bが、弾性部材130と接する接触面と、電池外装容器の外側に露出する露出面とを有しており、積層方向において上記接触面と露出面とが重なる範囲が、第一の金属シート110又は第二の金属シート120となる。
この第一の金属シート110が正極端子の役割を果たし、第二の金属シート120が負極端子の役割を果たし、直接電流を取り出すことができる。
In the battery
For example, the
Further, for example, the
Further, by laminating a heat-sealing resin film formed so as to have a predetermined arrangement of the
In the battery
The
リチウムイオン電池モジュール300では、蓄電素子200の最外層の正極集電体の面積に対する第一の金属シート110の面積の割合、及び、蓄電素子200の最外層の負極集電体の面積に対する第二の金属シート120の面積の割合は、それぞれ70%以上であることが好ましく、それぞれ80%以上であることがより好ましく、それぞれ85%以上であることが更に好ましく、それぞれ90%以上であることが特に好ましい。
第一の金属シート110及び第二の金属シート120がこのような面積の割合を有することにより、リチウムイオン電池モジュール300から好適に電流を取り出すことができる。
なお、第一の金属シート110の面積とは、図2(b)に示すように、積層方向Aにおいて、金属層140bが蓄電素子200の最外層の正極集電体と電池外装容器140との間の弾性部材130と接する接触面と、電池外装容器140の外側(正極側)に露出した露出面とが重なる範囲の面積を意味する。
また、第二の金属シート110の面積とは、積層方向Aにおいて、金属層140bが蓄電素子200の最外層の負極集電体と電池外装容器140との間の弾性部材130と接する接触面と、電池外装容器140の外側(負極側)に露出した露出面とが重なる範囲の面積を意味する。
In the lithium
Since the
As shown in FIG. 2B, the area of the
The area of the
(弾性部材)
弾性部材130としては、金属シート110と蓄電素子200との間、及び第二の金属シート120と蓄電素子200との間を電気的に接続できる導電性を有し、かつ蓄電素子200を電池外装容器140に収容することで蓄電素子200にかかる応力によって変形できる柔軟性を有する弾性体であれば制限はないが、例えば、金属又は金属繊維からなる弾性体を好適に用いることができる。
弾性部材130を構成する金属としては、ニッケル、チタン、アルミニウム、銅、白金、鉄、クロム、スズ、亜鉛、インジウム、アンチモン及びカリウムからなる群から選択される少なくとも1種の金属又はこれらの金属を含む合金を用いることができる。
弾性部材130としてこれらの金属を用いることにより、高い電気伝導性を得ることができる。
(Elastic member)
The
As the metal constituting the
By using these metals as the
弾性部材130としては、例えば、植物繊維及び/又は金属以外の繊維(ガラス繊維、炭素繊維等)の織物又は不織物に対して、導電性炭素材料を混合又はコーティングして担持した弾性体を用いることもできる。
導電性炭素材料としては、カーボンブラック、アセチレンブラック、カーボンナノチューブ、炭素繊維、リグニンブラック、グラファイト及びグラフェンからなる少なくとも1つ以上を選択することができる。
また、炭素繊維からなる織物若しくは不織物、又はシート状のグラファイト(グラファイトシートともいう)等の導電性炭素シートを用いることもできる。
なかでも、蓄電素子200のゆがみを好適に吸収することができ、かつ、高い電気伝導性を備える観点から、グラファイトシートであることが好ましい。
As the
As the conductive carbon material, at least one or more composed of carbon black, acetylene black, carbon nanotubes, carbon fibers, lignin black, graphite and graphene can be selected.
Further, a woven or non-woven material made of carbon fiber, or a conductive carbon sheet such as sheet-shaped graphite (also referred to as a graphite sheet) can be used.
Of these, a graphite sheet is preferable from the viewpoint of being able to suitably absorb the distortion of the
また、弾性部材130としては、弾性を有する高分子材料に対して、上述の導電性炭素材料又は金属を混合した弾性体や、弾性を有する高分子材料の表面に上述の導電性炭素材料又は金属をコーティングした弾性体を用いることもできる。
このような弾性を有する高分子材料としては、例えば、シリコンゴム、フッ素ゴム、エピクロロヒドリンゴム、アクリルゴム、エチレンアクリルゴム、ウレタンゴム、ニトリルゴム、水素化ニトリルゴム、クロロスルホン化ポリエチレン、クロロプレーンゴム、EPDM(エチレン−プロピレン−ジエンゴム)、エチレンゴム、プロピレンゴム、ブチルゴム、ブタジエンゴム、スチレンブタジエンゴム、天然ゴム、ポリイソブチレン、塩化ポリエチレン、イソプレンゴム、発泡ポリプロピレン、発泡ポリエチレン、発泡ポリウレタンを用いることができる。
The
Examples of the polymer material having such elasticity include silicon rubber, fluororubber, epichlorohydrin rubber, acrylic rubber, ethylene acrylic rubber, urethane rubber, nitrile rubber, hydride nitrile rubber, chlorosulfonated polyethylene, and chloroplane. Rubber, EPDM (ethylene-propylene-diene rubber), ethylene rubber, propylene rubber, butyl rubber, butadiene rubber, styrene butadiene rubber, natural rubber, polyisobutylene, polyethylene chloride, isoprene rubber, foamed polypropylene, foamed polyethylene, foamed polyurethane can be used. it can.
蓄電素子200の最外層の正極集電体又は蓄電素子200の最外層の負極集電体の面積に対する弾性部材130の面積の割合は、70%以上であることが好ましい。
弾性部材130がこのような面積の割合を有することにより、蓄電素子200のゆがみや電極の厚さのムラに起因する接触不良を好適に防止することができる。また、リチウムイオン電池モジュール300の正極として機能する面と負極として機能する面とを平滑にすることができる。
弾性部材130の面積の割合は、80%以上であることがより好ましく、85%以上であることが更に好ましく、90%以上であることが特に好ましい。
The ratio of the area of the
When the
The ratio of the area of the
弾性部材130の厚さは特に限定されず、電池外装容器140の金属層と、蓄電素子200の最外層の正極集電体又は負極集電体との双方に接する厚さがあればよく、例えば、50μm〜500μmである。
The thickness of the
弾性部材130の弾性率としては、例えば、25℃で0.01〜50MPa/mmとすることが好ましい。
弾性部材130の弾性率は、例えば、0.01MPa/mmよりも小さい場合には、弾性部材130が変形してしまうことがあり、50MPa/mmよりも大きい場合には蓄電素子200との接触面に対する追従性が低下してしまうことがある。
弾性部材130の弾性率は、従来公知の弾性率測定方法によって求めることができ、例えば、荷重試験器(JIS K 6272の4.(試験機の等級分類)に規定する力計測系1級以上の精度を持つ試験装置を使用する。例えば、今田製作所(株)製の引張圧縮試験機SDWS)で弾性部材130に所定の荷重をかけた時の変位量から算出する方法によって求めることができる。弾性部材130がゴムの場合、JIS K 6254:2010に記載のA法によって求めることができる。また、弾性部材130の許容ひずみとしては、例えば、30〜99%であることが好ましい。
The elastic modulus of the
For example, when the elastic modulus of the
The elastic modulus of the
(リチウムイオン電池モジュールの第一の態様の一例の製造方法)
リチウムイオン電池モジュール300の製造方法としては、例えば、弾性部材130、蓄電素子200及び弾性部材130をこの順に重ね合わせた後、第一の金属シート110及び第二の金属シート120を備えた電池外装容器140に収容し、封止することで得ることができる。
なお、電池外装容器140は、ヒートシール、インパルスシール、超音波融着、高周波融着等の熱融着を用いて、封止することができる。
(Manufacturing method of an example of the first aspect of the lithium ion battery module)
As a method of manufacturing the lithium
The battery
[リチウムイオン電池モジュールの第二の態様]
本発明のリチウムイオン電池モジュールの第二の態様では、第一の金属シート、蓄電素子及び第二の金属シートを収容する電池外装容器を備え、上記第一の金属シートを構成する金属シートの一部及び上記第二の金属シートを構成する金属シートの一部が金属部材として上記電池外装容器を貫通して上記電池外装容器の外側に引き出されている、又は、上記第一の金属シート及び上記第二の金属シートに接続された金属部材が、上記電池外装容器を貫通して上記電池外装容器の外側に引き出されていることが好ましい。
[Second aspect of lithium-ion battery module]
A second aspect of the lithium ion battery module of the present invention includes a first metal sheet, a power storage element, and a battery outer container for accommodating the second metal sheet, and is one of the metal sheets constituting the first metal sheet. A part and a part of the metal sheet constituting the second metal sheet penetrate the battery outer container as a metal member and are pulled out to the outside of the battery outer container, or the first metal sheet and the above It is preferable that the metal member connected to the second metal sheet penetrates the battery outer container and is pulled out to the outside of the battery outer container.
図3(a)は、リチウムイオン電池モジュールの第二の態様の一例を模式的に示す断面図であり、図3(b)は、リチウムイオン電池モジュールの第二の態様の一例を模式的に示す斜視断面図である。
図3(a)に示すリチウムイオン電池モジュール400では、第一の金属シート115、蓄電素子200及び第二の金属シート125を収容する電池外装容器145を備えている。
具体的には、図3(b)に示すように、金属シートが蓄電素子200の最外層の正極集電体と電池外装容器140との間の弾性部材130と接する接触面の範囲が第一の金属シート115であり、金属シートが蓄電素子200の最外層の負極集電体と電池外装容器140との間の弾性部材130と接する接触面の範囲が第二の金属シート125である。そして、リチウムイオン電池モジュール400では、第一の金属シート115を構成する金属シートの一部及び第二の金属シート125を構成する金属シートの一部が金属部材150として電池外装容器145を貫通して電池外装容器145の外側に引き出されている、又は、第一の金属シート115及び第二の金属シート125に接続された金属部材150が、電池外装容器145を貫通して電池外装容器145の外側に引き出されている。
なお、リチウムイオン電池モジュール400では、第一の金属シート115及び第二の金属シート125と、電池外装容器145とは、別の部材である。
また、電池外装容器145の内面には絶縁層(図示しない)が形成されており、蓄電素子200の最外層の正極集電体と(導電性の弾性部材を介して)接続された第一の金属シート115と、蓄電素子200の最外層の負極集電体と(導電性の弾性部材を介して)接続された第二の金属シート125とは互いに絶縁されている。
リチウムイオン電池モジュール400は、このような構成を有するため、蓄電素子200のゆがみや電極の厚さにムラがあっても接触不良を生じることなく蓄電素子200の最外層にある集電体と外部に電流を取り出す部分(第一の金属シート115及び第二の金属シート125)とを接続することができる。
以下、リチウムイオン電池モジュール400の各構成について説明する。
FIG. 3A is a cross-sectional view schematically showing an example of the second aspect of the lithium ion battery module, and FIG. 3B schematically shows an example of the second aspect of the lithium ion battery module. It is a perspective sectional view which shows.
The lithium-
Specifically, as shown in FIG. 3B, the range of the contact surface where the metal sheet contacts the
In the lithium
Further, an insulating layer (not shown) is formed on the inner surface of the battery
Since the lithium
Hereinafter, each configuration of the lithium
(金属シート)
第一の金属シート115及び第二の金属シート125としては、導電性を有する材料からなるシートであれば特に限定されず、銅、アルミニウム、チタン、ステンレス鋼、ニッケル及びこれらの合金等の金属材料、並びに、樹脂集電体として記載した材料からなるシートを適宜選択して用いることができる。
リチウムイオン電池モジュール400では、第一の金属シート115を構成する金属シートの一部及び第二の金属シート125を構成する金属シートの一部が、金属部材150として電池外装容器145を貫通して電池外装容器145の外側に引き出されていても良いし、第一の金属シート115及び第二の金属シート125に接続された別の金属部材150が、電池外装容器145を貫通して電池外装容器145の外側に引き出されていても良い。
リチウムイオン電池モジュール400では、第一の金属シート115を構成する金属シートの一部である金属部材150、又は、第一の金属シート115に接続された別の金属部材150が、正極端子として機能する。
また、第二の金属シート125を構成する金属シートの一部である金属部材150、又は、第二の金属シート125に接続された別の金属部材150が、負極端子として機能する。
第一の金属シート115及び第二の金属シート125に接続された別の金属部材150としては、特に限定されず、公知の導線や金属タブを適宜選択して用いることができる。
(Metal sheet)
The
In the lithium
In the lithium
Further, a
The
蓄電素子200の最外層の正極集電体の面積に対する第一の金属シート115の面積の割合、及び、蓄電素子200の最外層の負極集電体の面積に対する第二の金属シート125の面積の割合は、それぞれ70%以上であることが好ましく、それぞれ80%以上であることがより好ましく、それぞれ85%以上であることが更に好ましく、それぞれ90%以上であることが特に好ましい。
第一の金属シート115及び第二の金属シート125がこのような面積の割合を有することにより、リチウムイオン電池モジュール400から好適に電流を取り出すことができる。
なお、リチウムイオン電池モジュール400において、第一の金属シート115の面積とは、図3(b)において、金属シートが蓄電素子200の最外層の正極集電体と電池外装容器140との間の弾性部材130と接する接触面の面積であり、第二の金属シート125の面積とは、金属シートが蓄電素子200の最外層の負極集電体と電池外装容器140との間の弾性部材130と接する接触面の面積である。
The ratio of the area of the
Since the
In the lithium
第一の金属シート115及び第二の金属シート125の厚さとしては、電流を好適に取り出す観点から、20〜80μmであることが好ましい。
The thickness of the
(電池外装容器)
電池外装容器145は、公知の金属缶ケースに用いる基材や、上述したリチウムイオン電池モジュールの第一の態様で記載した金属シートと高分子シートとの複合材料及びラミネート容器等に用いられる高分子金属複合フィルム等を所定の形状に成型等して用いることができる。
ただし、電池外装容器145では、金属シートが弾性部材130と接する接触面や、金属シートが電池外装容器145の外側に露出した露出面を設ける必要は無い。
また、電池外装容器145の内面には樹脂層からなる絶縁層(図示しない)が形成されており、電池外装容器145を貫通して外側に引き出されている正極端子又は負極端子として機能する金属部材150は、互いに絶縁されている。
(Battery outer container)
The battery
However, in the battery
Further, an insulating layer (not shown) made of a resin layer is formed on the inner surface of the battery
電池外装容器145では、正極端子又は負極端子として機能する金属部材150が、電池外装容器145を貫通して電池外装容器145の外側に引き出されている。
このような電池外装容器145を貫通する部位は、機械加工等を施すことにより形成することができる。また、電池外装容器145が上記基材、複合材料又は高分子金属複合フィルム等からなる複数の部材で構成されている場合、電池外装容器145を構成する部材同士の接合部分を電池外装容器145を貫通する部位とし、上記金属部材を引き出すことができる。また、電池外装容器145が蓄電素子200等を収容するための開口部を有する場合、開口部を電池外装容器145を貫通する部位とし、上記金属部材を引き出すことができる。
なお、「貫通して電池外装容器145の外側に引き出されている」とは、電池外装容器145を封止する際に、電池外装容器145の封止部から、第一の金属シート115及び第二の金属シート125、又は、第一の金属シート115に接続された金属部材及び第二の金属シート125に接続された金属部材を、電池外装容器145の外側に引き出した場合も含む。
In the battery
Such a portion penetrating the battery
It should be noted that "penetrating and being pulled out to the outside of the battery
(その他)
リチウムイオン電池モジュールの第二の態様において、蓄電素子200や、弾性部材130は、本発明のリチウムイオン電池モジュールの第一の態様で記載したものと同様のものを適宜選択して用いることができる。
(Other)
In the second aspect of the lithium ion battery module, as the
(リチウムイオン電池モジュールの第二の態様の製造方法)
リチウムイオン電池モジュール400の製造方法としては、例えば、第一の金属シート115、弾性部材130、蓄電素子200、弾性部材130及び第二の金属シート125をこの順に重ね合わせて、必要により予め貫通部を形成した電池外装容器145に収容し、電池外装容器145の貫通部から正極端子又は負極端子として機能する金属部材150を引き出した後、封止することで得ることができる。
なお、電池外装容器145は、ヒートシール、インパルスシール、超音波融着、高周波融着等の熱融着を用いて、封止することができる。
(Manufacturing method of the second aspect of the lithium ion battery module)
As a method for manufacturing the lithium
The battery
[電池パック]
電池パックとは、用途に合わせて電源としての容量及び電圧等を調整すること等を目的として、複数個の電池モジュールを直列又は並列に繋いで構成された電池システムを意味し、電池モジュールの他に充放電制御回路等が組み合わされていてもよい。
[Battery pack]
The battery pack means a battery system composed of a plurality of battery modules connected in series or in parallel for the purpose of adjusting the capacity and voltage as a power source according to the application, and other than the battery modules. A charge / discharge control circuit or the like may be combined with the above.
(電池パックの第一の態様)
本発明の電池パックの第一の態様は、リチウムイオン電池モジュールを複数個含み、リチウムイオン電池モジュールの正極と負極とを直列に接続した構成を有する。
図4は、電池パックの第一の態様の一例を模式的に示す断面図である。
図4に示す電池パック500は、上記の第一の態様のリチウムイオン電池モジュールであるリチウムイオン電池モジュール300を複数個含み、リチウムイオン電池モジュール300の正極と負極とが直列になるように接続されている。
電池パック500において、リチウムイオン電池モジュール300は、隣接する一のリチウムイオン電池モジュール300の正極端子と他のリチウムイオン電池モジュール300の負極端子とが接触するように、すなわち、各リチウムイオン電池モジュール300内における蓄電素子200の向きが一致するように積層されている。
電池パック500は、このような構成を有するため、出力を高めることができる。
(First aspect of battery pack)
The first aspect of the battery pack of the present invention includes a plurality of lithium ion battery modules, and has a configuration in which the positive electrode and the negative electrode of the lithium ion battery module are connected in series.
FIG. 4 is a cross-sectional view schematically showing an example of the first aspect of the battery pack.
The
In the
Since the
リチウムイオン電池モジュール300は、集電体と電気的に接続された金属シートが電池外装容器の外側に露出した露出面を有するため、電池パック500では、リチウムイオン電池モジュール300を複数個積層して露出面同士を接触するだけで、特別な部材を必要とせずに容易にリチウムイオン電池モジュール300同士を直列接続して電池パックとすることができる。
電池パックの出力を向上する観点から、例えば、リチウムイオン電池モジュール300を5個以上直列に接続した構成であることが好ましく、7個以上直列に接続した構成であることがより好ましい。
また、リチウムイオン電池モジュール300は、正極として機能する露出面と負極として機能する露出面とが平滑であるため、リチウムイオン電池モジュール300同士を直列接続しても電気的接続が良好である。
Since the lithium-
From the viewpoint of improving the output of the battery pack, for example, a configuration in which five or more lithium
Further, in the lithium
電池パック500は、複数のリチウムイオン電池モジュール300間を接続する部材を使用することなく、積層することにより形成されているので、リチウムイオン電池モジュール300の一つに不良品があった場合でも、リチウムイオン電池モジュール300間の配線をやり直すことなく不良品を取り換えるだけで、後の良品をそのまま使用できるため、メンテナンス性と経済性に優れる。
なお、図4では、リチウムイオン電池モジュール300を複数個含む構成の電池パックを記載したが、リチウムイオン電池モジュール400を複数個含み、リチウムイオン電池モジュール400の正極と負極とを直列に接続した構成であってもよい。
Since the
Although FIG. 4 shows a battery pack having a configuration including a plurality of lithium
(電池パックの第二の態様)
本発明の電池パックの第二の態様は、リチウムイオン電池モジュールを複数個含み、リチウムイオン電池モジュールの正極と負極とを並列に接続した構成を有する。
図5は、電池パックの第二の態様の一例を模式的に示す断面図である。
図5に示す電池パック600は、上記の第一の態様のリチウムイオン電池モジュールであるリチウムイオン電池モジュール300を複数個含み、リチウムイオン電池モジュール300の正極として機能する面が正極集電板160側となるように、負極として機能する面が負極集電板170側となるように、並列に接続されている。
電池パック600は、このような構成を有するため、高容量の電源として用いることができる。
(Second aspect of battery pack)
The second aspect of the battery pack of the present invention includes a plurality of lithium ion battery modules, and has a configuration in which the positive electrode and the negative electrode of the lithium ion battery module are connected in parallel.
FIG. 5 is a cross-sectional view schematically showing an example of the second aspect of the battery pack.
The
Since the
リチウムイオン電池モジュール300は、集電体と電気的に接続された金属シート(110及び120)が電池外装容器140の外側に露出した露出面を有するため、電池パック600では、正極集電板160及び負極集電板170を用い、その間にリチウムイオン電池モジュール300を挟むことにより、簡易な構成でリチウムイオン電池モジュール300同士を並列接続して電池パックとすることができる。
電池パックの寿命を向上する観点から、例えば、リチウムイオン電池モジュール300を5個以上並列に接続した構成であることが好ましく、7個以上並列に接続した構成であることがより好ましい。
また、リチウムイオン電池モジュール300は、正極として機能する露出面と負極として機能する露出面とが平滑であるため、リチウムイオン電池モジュール300の正極と正極集電板160との電気的接続、及び負極と負極集電板170との電気的接続が良好である。
In the lithium
From the viewpoint of improving the life of the battery pack, for example, a configuration in which five or more lithium
Further, since the exposed surface functioning as the positive electrode and the exposed surface functioning as the negative electrode of the lithium
正極集電板160及び負極集電板170を構成する材料は、特に制限されず、リチウムイオン電池用の集電板として公知の高導電性材料を用いることができる。
集電板の構成材料としては、例えば、アルミニウム、銅、チタン、ニッケル、ステンレス鋼(SUS)、これらの合金等の金属材料が好ましい。
軽量、耐食性、高導電性の観点から、アルミニウム、銅であることがより好ましく、アルミニウムであることが特に好ましい。
なお、正極集電板160及び負極集電板170は、同一の材料が用いられてもよいし、異なる材料を用いてもよい。
The materials constituting the positive electrode
As the constituent material of the current collector plate, for example, metal materials such as aluminum, copper, titanium, nickel, stainless steel (SUS), and alloys thereof are preferable.
From the viewpoint of light weight, corrosion resistance, and high conductivity, aluminum and copper are more preferable, and aluminum is particularly preferable.
The same material may be used for the positive electrode
電池パック600は、複数のリチウムイオン電池モジュール300を正極集電板160と負極集電板170との間に挟むことにより形成されているので、リチウムイオン電池モジュール300の一つに不良品があった場合でも、不良品を抜き取るだけで、後の良品をそのまま使用でき、メンテナンス性と経済性に優れる。
なお、図5では、リチウムイオン電池モジュール300を複数個含む構成の電池パックを記載したが、リチウムイオン電池モジュール400を複数個含み、リチウムイオン電池モジュール400の正極と負極とを並列に接続した構成であってもよい。
Since the
Although FIG. 5 shows a battery pack having a configuration including a plurality of lithium
本発明のリチウムイオン電池モジュールは、特に、携帯電話、パーソナルコンピューター、ハイブリッド自動車及び電気自動車用に用いられるリチウムイオン電池モジュールとして有用である。 The lithium ion battery module of the present invention is particularly useful as a lithium ion battery module used for mobile phones, personal computers, hybrid vehicles and electric vehicles.
11 正極集電体
13 正極活物質層
21 負極集電体
23 負極活物質層
30 セパレータ
40 封止材
100 リチウムイオン単電池
110、115 第一の金属シート
120、125 第二の金属シート
130 弾性部材
140、145 電池外装容器
140a 樹脂層
140b 金属層
140c 樹脂層
150 金属部材
160 正極集電板
170 負極集電板
200 蓄電素子
300、400 リチウムイオン電池モジュール
500、600 電池パック
11 Positive electrode
Claims (8)
前記蓄電素子が、正極集電体、正極活物質層、セパレータ、負極活物質層及び負極集電体がこの順に積層され、前記正極集電体と前記負極集電体とを最外層に有し、前記正極活物質層及び前記負極活物質層の外周を封止することで電解液が封入された構成であるリチウムイオン単電池を含んでおり、
前記蓄電素子の最外層の正極集電体と前記第一の金属シートとの間、及び/又は、前記蓄電素子の最外層の負極集電体と前記第二の金属シートとの間に配置された導電性の弾性部材を有し、
前記第一の金属シートと、前記第二の金属シートとが互いに絶縁されている
ことを特徴とするリチウムイオン電池モジュール。 A lithium ion battery module having a first metal sheet, a power storage element, and a second metal sheet in this order.
The power storage element has a positive electrode current collector, a positive electrode active material layer, a separator, a negative electrode active material layer, and a negative electrode current collector stacked in this order, and has the positive electrode current collector and the negative electrode current collector in the outermost layer. Contains a lithium ion cell having a structure in which an electrolytic solution is sealed by sealing the outer periphery of the positive electrode active material layer and the negative electrode active material layer.
It is arranged between the positive electrode current collector in the outermost layer of the power storage element and the first metal sheet and / or between the negative electrode current collector in the outermost layer of the power storage element and the second metal sheet. Has a conductive elastic member
A lithium ion battery module characterized in that the first metal sheet and the second metal sheet are insulated from each other.
前記電池外装容器が、前記第一の金属シート及び前記第二の金属シートを備えており、
前記第一の金属シート及び前記第二の金属シートが、前記弾性部材と接する接触面と前記電池外装容器の外側に露出した露出面とを有する請求項1に記載のリチウムイオン電池モジュール。 A battery outer container for accommodating the power storage element is provided.
The battery outer container includes the first metal sheet and the second metal sheet.
The lithium ion battery module according to claim 1, wherein the first metal sheet and the second metal sheet have a contact surface in contact with the elastic member and an exposed surface exposed to the outside of the battery outer container.
前記第一の金属シートを構成する金属シートの一部及び前記第二の金属シートを構成する金属シートの一部が金属部材として前記電池外装容器を貫通して前記電池外装容器の外側に引き出されている、又は、
前記第一の金属シート及び前記第二の金属シートに接続された金属部材が、前記電池外装容器を貫通して前記電池外装容器の外側に引き出されている
請求項1に記載のリチウムイオン電池モジュール。 A battery outer container for accommodating the first metal sheet, the power storage element, and the second metal sheet is provided.
A part of the metal sheet constituting the first metal sheet and a part of the metal sheet constituting the second metal sheet penetrate the battery outer container as a metal member and are pulled out to the outside of the battery outer container. Or
The lithium ion battery module according to claim 1, wherein the first metal sheet and a metal member connected to the second metal sheet penetrate the battery outer container and are pulled out to the outside of the battery outer container. ..
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