固体电池模组及固体电池单体的制作方法

1.本发明涉及一种固体电池模组及固体电池单体。


背景技术：

2.近年来，由于汽车、个人计算机、移动电话等大小不同的电气、电子设备的普及，高容量、高输出的电池的需求迅速扩大。作为这种电池，可以列举在正极与负极之间使用有机电解液作为电解质的液体型电池单体、或使用阻燃性的固体的固体电解质代替有机电解液的电解质的固体电池单体等。
3.作为这种电池，已知一种利用层压膜包裹长方体形状的单体并封闭为板形状的层压单体类型的电池，在电动汽车(electric vehicle；ev)或混合动力汽车(hybrid electric vehicle；hev)等用途中，使用将这种层压单体类型的电池单体排列多个收纳在壳体内的电池组(以下，有时描述为电池模组或固体电池模组)。借由利用外装体来进行包裹，可以防止大气侵入电池(例如，参照专利文献1)。
4.[先前技术文献]
[0005]
(专利文献)
[0006]
专利文献1：日本特开2012
‑
169204号公报


技术实现要素：

[0007]
[发明所要解决的问题]
[0008]
如专利文献1中所公开的，在利用薄膜包裹电池进行封闭时，一般是利用两枚薄膜来包裹电池，并将彼此相对的薄膜的四条边接合来设置接合部，从而进行封闭。在电池单体具有上述接合部的情况下，为了将多个电池单体层叠来形成电池模组，需要考虑接合部的形状来将电池单体之间进行固定。
[0009]
在层叠液体型电池单体来形成电池模组的情况下，电池模组只要具有固定电池单体的功能即可。但是，在层叠固体电池单体来形成固体电池模组的情况下，需要提高固体电池单体的约束压力，并且存在由于接合部的形状不固定，而固体电池单体的层叠产生偏移的问题。另外，以往的固体电池单体需要以要内包的层叠体为基准进行定位，但由于从外部无法看到层叠体，因此难以在形成模组时进行定位。
[0010]
本发明是鉴于上述内容而成，目的在于提供一种可以容易地进行固体电池单体的定位，并可以抑制层叠体的位置偏移的固体电池模组及固体电池单体。
[0011]
[解决问题的技术手段]
[0012]
(1)本发明涉及一种固体电池模组，其具有：多个固体电池单体，具有固体电池、及收容前述固体电池的外装体；绝缘部件；及，载置板，载置多个前述固体电池单体；其中，前述固体电池具备具有负极层、固体电解质层及正极层的层叠体、以及集电体极耳，前述绝缘部件配置在前述层叠体的除了配置有前述集电体极耳的侧面之外的其它侧面上。
[0013]
根据(1)的发明，可以提供一种可以容易地进行固体电池单体的定位，并可以抑制
层叠体的位置偏移的固体电池模组。
[0014]
(2)根据(1)所述的固体电池模组，其中，前述绝缘部件配置在前述固体电池中的前述层叠体与前述载置板之间。
[0015]
根据(2)的发明，可以以载置板为基准容易地对固体电池单体进行定位。
[0016]
(3)根据(1)或(2)所述的固体电池模组，其中，前述绝缘部件沿着前述层叠体的层叠方向配置。
[0017]
根据(3)的发明，可以将层叠体定位并固定于绝缘部件上，而构成固体电池模组。
[0018]
(4)一种固体电池单体，用于根据(1)至(3)中任一项所述的固体电池模组，其具有固体电池、绝缘部件及收容前述固体电池和前述绝缘部件的外装体，前述固体电池具备具有负极层、固体电解质层及正极层的层叠体，前述绝缘部件沿着前述层叠体的层叠方向配置。
[0019]
根据(4)的发明，可以提供一种固体电池单体，所述固体电池单体构成可以抑制层叠体的位置偏移的固体电池模组。由于固体电池单体预先收容有绝缘部件，因此可以容易地进行定位。
[0020]
(5)根据(4)所述的固体电池单体，其中，前述外装体具备：折返部，折返一枚薄膜而形成,以收容前述固体电池；及，接合部，将彼此相对的前述薄膜的端部之间接合而成。
[0021]
根据(5)的发明，由于可以在不将接合部配置在与绝缘部件或载置板之间的情况下构成固体电池模组，因此可以防止层叠体的位置偏移。另外，可以提升固体电池模组的体积能量密度。
[0022]
(6)根据(5)所述的固体电池单体，其中，前述绝缘部件是借由使前述接合部具有规定的厚度而构成。
[0023]
根据(6)的发明，由于可以利用接合部来构成为绝缘部件，因此可以削减组装所需的工时与成本。
附图说明
[0024]
图1是第一实施方式的固体电池模组1的立体图。
[0025]
图2是图1中的a
‑
a线剖面图。
[0026]
图3是第二实施方式的固体电池模组1a的剖面图。
[0027]
图4是图2的放大剖面图。
[0028]
图5是第一实施方式的固体电池单体10的立体图。
[0029]
图6是绘示第一实施方式的固体电池单体10的制造方法的一例的立体图。
[0030]
图7是以往的固体电池模组的剖面图。
具体实施方式
[0031]
以下，针对本发明的实施方式，参照附图进行说明。但是，以下所示的实施方式是对本发明进行例示，本发明并不限定于以下的实施方式。
[0032]
《第一实施方式》
[0033]
＜固体电池模组＞
[0034]
图1是绘示本发明的第一实施方式的固体电池模组1的概要的立体图。如图1所示，
固体电池模组1具有多个固体电池单体10、支承体2、冷却板3、载置板4、防振部件5及固定薄膜6。此外，虽然在图1中省略了图示，但固体电池模组1的上表面如图2所示被顶盖7被覆。
[0035]
固体电池模组1是借由层叠多个固体电池单体10并电连接而构成。多个固体电池单体10配置在载置板4上。构成固体电池单体10的电极的集电体极耳13从多个固体电池单体10的一端面延伸出。相邻的固体电池单体10的集电体极耳13借助母线通电部20电连接。固体电池单体10的详细构成将后述。
[0036]
[支承体]
[0037]
支承体2是支承固体电池单体10，防止固体电池单体10的破损的板状部件。支承体2具备母线通电部20、集电极耳支承部22及载置板固定部23。支承体2除了上述以外，还可以在支承体2的上端部等上具备梳形、锯型或通孔式的散发部。借由上述散发部，使支承体2的表面积增加，从而可以有效地将由固体电池单体10产生的热量散发。
[0038]
母线通电部20对集电体极耳13或与集电体极耳13电连接的集电极耳引线进行面支承，并且将相邻的固体电池单体10的集电体极耳13或上述集电极耳引线电连接。集电极耳支承部22以经由外装体12对上述集电体极耳13或上述集电极耳引线进行面支承的方式构成。由此，能够更有效地防止固体电池单体10的破损，并且能够经由由连接的多个固体电池单体10产生的电集中到母线通电部。载置板固定部23配置在支承体2的下部的两侧，将支承体2固定于载置板4。借由载置板固定部23，能够有效地固定固体电池单体10，从而可以更有效地防止固体电池单体10的破损。
[0039]
支承体2夹持在相邻的固体电池单体10之间。支承体2借由与固体电池单体10的外装体12接触，对固体电池单体10进行面支承，而防止固体电池单体10的破损。支承体2的材质并无特别限制，可以使用金属或树脂等。作为支承体2，优选使用导热率高的金属。由此，可以有效率地将由固体电池单体10产生的热量散发。
[0040]
[冷却板]
[0041]
冷却板3是借由与固体电池单体10接触，来将由固体电池单体10产生的热量散发。冷却板3例如包括：电池单体载置部31，配置于固体电池单体10的载置面；及，电池单体夹持部32，从电池单体载置部31向上方延伸，并夹持在固体电池单体10之间。在本实施方式中，冷却板3分别配置在所层叠的固体电池单体10的端部上。冷却板3除了上述以外，还可以配置于固体电池单体10的载置面。冷却板3的材质并无特别限制，优选为诸如金属之类的导热性高的材质。
[0042]
[载置板]
[0043]
载置板4载置多个固体电池单体10。载置板4的材质并无特别限制，优选为诸如金属之类的导热性高的材质。由此，可以有效地防止固体电池单体10的破损，并且能够有效地将由固体电池单体10产生的热量散发。
[0044]
[防振部件]
[0045]
防振部件5是载置多个固体电池单体10的部件。在本实施方式中，针对多个固体电池单体10的每一个，防振部件5配置在冷却板3的上表面。多个固体电池单体10也可以经由防振部件5而载置于载置板4的上表面。借由经由防振部件5来载置多个固体电池单体10，可以有效地抑制固体电池单体10的晃动。防振部件5的材质可以使用聚氨酯橡胶或硅橡胶等以往公知的材质作为防振部件。
[0046]
[固定薄膜]
[0047]
固定薄膜6对多个固体电池单体10进行固定。借由固定薄膜6，可以有效地防止固体电池单体10的破损。固定薄膜6的材质并无特别限定，可以列举纸、布、薄膜(赛璐玢(cellophane)、定向聚丙烯(oriented polypropylene；opp)、醋酸酯、聚酰亚胺、聚氯乙烯(polyvinyl chloride；pvc)等)、金属箔等构成的粘着胶带等。
[0048]
[顶盖]
[0049]
顶盖7覆盖固体电池模组1的上表面，相当于固体电池模组1的盖子。借由顶盖7，可以保持固体电池模组1的电绝缘性。借由对多个固体电池单体10从顶盖7的上方施加规定的压力，可以将层叠体110定位在绝缘部件14上。
[0050]
图2是图1中的a
‑
a线剖面图。如图2所示，固体电池单体10具有收容固体电池11的外装体12。如图4所示，固体电池11具有层叠体110。在层叠体110与载置板4之间，沿着图4中箭头所示的层叠体110的层叠方向，配置有绝缘部件14。外装体12的与载置板4侧相接的面是不具有接合部等高度差的平滑的表面。由此，借由从上方即顶盖7侧对固体电池单体10施加规定的压力，而被收容在外装体12中，并能够使从外部无法看到的层叠体110与绝缘部件14及载置板4直接或间接抵接进行定位。
[0051]
图4是图2中的主要部分放大图。如图4所示，在固体电池模组1中，多个固体电池单体10中的层叠体110层叠在同一方向上，并且端部被对齐固定。由此，可以保证固体电池模组1的输入/输出电压，并且可以抑制电极的断裂。另外，可以均匀地对齐集电体极耳13的位置，并且可以提升制造固体电池模组1时的良率。
[0052]
[固体电池单体]
[0053]
如图5所示，固体电池单体10具备：固体电池11、外装体12、集电体极耳13及绝缘部件14。在本实施方式中，绝缘部件14被收容在外装体12中，并配置在固体电池11的任意一侧。也可以将绝缘部件14配置在固体电池单体10的外侧，与固体电池单体10分开构成。此外，在本说明书中，“电池”不包含外装体，而是表示在以下说明的层叠体上连接有上述集电极耳引线的构成。“电池单体”表示包含“电池”及外装体的构成。
[0054]
如图4所示，固体电池11具有层叠体110，所述层叠体110依次层叠有负极层114、固体电解质层117、及正极层111的多个层叠。此外，根据单体构成，正极层111也可以配置在外装体12侧。
[0055]
负极层114分别在负极集电体115的两表面层叠有负极活性物质层116。正极层111分别在正极集电体113的两表面层叠有正极活性物质层112。这些层可以为独立的层，也可以与集电体与活性物质层成为一体。
[0056]
(负极活性物质层)
[0057]
作为构成负极活性物质层116的负极活性物质，并无特别限定，可以应用公知的物质作为固体电池的负极活性物质。关于其组成，也无特别限制，也可以包含固体电解质、导电助剂或粘结剂等。作为负极活性物质，例如可以列举：锂金属、li
‑
al合金或li
‑
in合金等锂合金、li4ti5o
12
等钛酸锂、碳纤维或石墨等碳材料等。
[0058]
(负极集电体)
[0059]
负极集电体115并无特别限定，可以应用固体电池的负极中可使用的公知的集电体。作为负极集电体115的材料，例如可以列举镍、铜及不锈钢等。另外，作为负极集电体115
的形状，例如可以列举箔状、板状、网状、发泡状等，其中优选箔状。
[0060]
(正极活性物质层)
[0061]
作为构成正极活性物质层112的正极活性物质，并无特别限定，可以应用公知的物质作为固体电池的正极活性物质。关于其组成，也无特别限制，也可以包含固体电解质、导电助剂或粘结剂等。作为正极活性物质，可以适当选用能够释放和吸收离子(例如，锂离子)的材料。作为正极活性物质的具体例，例如可以列举：钴酸锂(licoo2)、镍酸锂(linio2)、lini
p
mn
q
co
r
o2(p q r＝1)、lini
p
al
q
co
r
o2(p q r＝1)、锰酸锂(limn2o4)、用li
1 x
mn2‑
x
‑
y
m
y
o4(x y＝2，m选自al、mg、co、fe、ni及zn中的至少一种)所表示的异种元素取代li
‑
mn尖晶石、磷酸金属锂(limpo4，m选自fe、mn、co及ni中的至少一种)等。
[0062]
(正极集电体)
[0063]
正极集电体113只要具有进行正极层的集电的功能，则无特别限定。作为正极集电体113的材料，例如可以列举铝、铝合金、不锈钢、镍、铁及钛等。其中，优选铝、铝合金及不锈钢。作为正极集电体113的形状，例如可以列举箔状、板状、网状、发泡状等。其中优选箔状。
[0064]
(固体电解质层)
[0065]
固体电解质层117层叠在负极层114与正极层111之间，至少含有固体电解质材料。固体电解质例如是形成为层状的固体电解质层。经由固体电解质层中所包含的固体电解质材料，可以进行正极活性物质与负极活性物质之间的离子传导(例如，锂离子传导)。
[0066]
(外装体)
[0067]
外装体12是与固体电池11紧密接触地固定，并收容固体电池11的外装体。借由利用外装体12对固体电池11封闭收容，从而可以防止大气侵入固体电池11。
[0068]
外装体12由薄膜形成。上述薄膜只要是可以形成收容固体电池11的外装体12的薄膜，则无特别限制。形成外装体12的薄膜优选为可以对外装体12赋予气密性的薄膜。形成外装体12的一枚薄膜可以为单层的薄膜，也可以为由多层构成的层叠体。
[0069]
形成外装体12的薄膜优选具备阻隔层，所述阻隔层例如由铝箔等无机物薄膜、氧化硅或氧化铝等无机氧化物薄膜等构成。借由使外装体12具备阻隔层，可以对外装体12赋予气密性。
[0070]
形成外装体12的薄膜优选具备由聚乙烯树脂等热塑性树脂构成的密封层。借由使薄膜上所层叠的密封层彼此相对焊接，可以将薄膜彼此接合。因此，不再需要涂布粘接剂的工序。此外，形成外装体12的薄膜也可以不具备密封层。借由利用粘接剂将薄膜彼此接合，也可以形成外装体12。
[0071]
形成外装体12的薄膜可以例示层叠有基材层、上述阻隔层及上述密封层的层叠体，所述基材层由聚对苯二甲酸乙二酯、聚萘二甲酸乙二酯、尼龙、聚丙烯等构成。这些层可以经由以往公知的粘接剂来层叠，也可以利用挤出涂布法等来层叠。
[0072]
形成外装体12的薄膜的优选厚度根据薄膜中所使用的材质而异，优选为50μm以上，更优选为100μm以上。形成外装体12的薄膜的优选厚度优选为700μm以下，更优选为200μm以下。
[0073]
如图5所示，外装体12具备折返部124，所述折返部124是将一枚薄膜在固体电池11的一个端面处折返而形成，以收容大致长方体形状的固体电池11。另外，如图6所示，外装体12具备彼此相对的端部之间接合的接合部121a及121b、接合部122a及122b、以及接合部
123a及123b。另外，外装体12具有折返部124及彼此相对的侧面125与侧面126。
[0074]
关于外装体12，在包裹固体电池11进行封闭时，一般是利用两枚薄膜来包裹固体电池11，并将彼此相对的薄膜的四条边接合进行封闭。图7是绘示由具有以往的外装体12a的固体电池单体10a构成的固体电池模组1b的概要的剖面图。如图7所示，将彼此相对的薄膜的四条边接合来封闭固体电池11的以往的外装体12a会在载置板4a与顶盖5a之间配置接合部121c。由于由薄膜形成的接合部121c的形状不固定，因此载置板4a及顶盖5a需要采用考虑了接合部121c的形状的形状。但是，如图7所示，由于接合部121c的形状不固定，因此有可能发生层叠体的位置偏移。由于固体电池单体10a是施加较高的约束压力而被固定，因此如果收容于固体电池单体10a中的层叠体发生位置偏移，那么除了无法保证固体电池模组的输入/输出电压之外，还有可能发生极板断裂。
[0075]
本实施方式的外装体12由于具有将一枚薄膜在固体电池11的一个端面折返而形成的上述构成，因此可以在与载置板4之间不配置接合部的情况下构成。由此，可以抑制层叠体110的层叠偏移而构成固体电池模组1。
[0076]
(集电体极耳)
[0077]
集电体极耳13是将固体电池11中的负极集电体及正极集电体从固体电池11的其中一端面及另一端面引出而构成的。在本实施方式中，集电体极耳13从各自的集电体引出即可。即，集电体极耳13可以是各自的集电体延伸而成，也可以是与集电体不同的部件。可用于集电体极耳13的材质并无特别限定，可以使用与以往固体电池中所使用的材质相同的材质。
[0078]
(绝缘部件)
[0079]
绝缘部件14配置在层叠体110的除配置有集电体极耳13的侧面之外的其它侧面上。如图4所示，,绝缘部件14优选沿着层叠体110的层叠方向配置。借由配置绝缘部件14，如图4所示，可以使多个固体电池11中的层叠体110的层叠方向成为同一方向，并将层叠体110的各层的端部的位置对齐而构成固体电池模组1。
[0080]
作为绝缘部件14的材质，只要是可以确保与层叠体110的绝缘性，且具有刚性的部件，则无特别限定。绝缘部件14例如可以使用聚丙烯(polypropylene；pp)树脂、聚苯硫醚(poly phenylene sulfide；pps)树脂等树脂材料、由纸浆等制造的纤维材料、在表面配置有具有绝缘性的树脂等部件的金属材料等。另外，借由使外装体12的一部分，例如接合部121a及121b具有规定的厚度，也可以作为绝缘部件14来使用。
[0081]
[固体电池单体10的制造方法]
[0082]
固体电池单体10的制造方法例如如图6所示，具有(a)制造外装体12的工序、(b)将固体电池11及绝缘部件14载置在外装体12上的工序、(c)将外装体12折返为筒状并接合的工序、及(d)将其他接合部焊接密封的工序。
[0083]
在(a)制造外装体12的工序中，借由预先形成折叠线等来制作一枚外装体12。该折叠线等是按照要收容于外装体12的固体电池11的形状和大小来制作。
[0084]
在(b)将固体电池11及绝缘部件14载置在外装体12上的工序中，沿着上述外装体12上所形成的折叠线，将固体电池11载置在外装体12上。然后，配置为沿着固体电池11的层叠体110的层叠方向将绝缘部件14与固体电池11抵接。此外，在图6中，是将绝缘部件14配置在折返部124侧，但并不限定于此，也可以将绝缘部件14配置在接合部121a及121b侧。
[0085]
在(c)将外装体12折返为筒状并接合的工序中，将外装体12折返为筒状，以将固体电池11及绝缘部件14收容于内部，并借由从外部施加热量而将在内表面设置有密封层的接合部121a与121b焊接接合。
[0086]
在(d)将其他接合部焊接密封的工序中，以夹持集电体极耳13的方式将接合部122a及122b、以及接合部123a及123b接合。由此，可以减少薄膜彼此接合而成的外装体12的接合部而抑制无效空间的形成，从而有效地提升固体电池单体10的体积能量密度。
[0087]
在固体电池11为固体电池的情况下，优选在上述(d)工序之前，将外装体12的内部抽真空。由此，对形成有折返部124的电池单体的端部面也会均匀地施加大气压，从而能够更牢固地固定固体电池。另外，可以抑制由振动引起的固体电池的层叠偏移或电极断裂，从而提升耐久性。
[0088]
此外，也可以在将上述(c)中的外装体12折返为筒状并接合后，将固体电池11及绝缘部件14插入至形成为筒状的外装体12内。但是，根据上述流程，在形成有折叠线的薄膜上载置固体电池11及绝缘部件14，并将密封部之间密封，从而进一步以没有间隙的状态来收容电池。因此，根据上述流程，可以有效地提升固体电池单体10的体积能量密度。
[0089]
以下，针对本发明的另一实施方式进行说明。关于与上述第一实施方式相同的构成，有时会省略说明。
[0090]
《第二实施方式》
[0091]
图3是绘示第二实施方式的固体电池模组1a的图。图3相当于图1中的a
‑
a剖面图。本实施方式的固体电池模组1a不仅在载置板4与固体电池11之间配置有绝缘部件14，而且在顶盖7与固体电池11之间也配置有绝缘部件14a。由此，借由从顶盖7的上方以规定的压力来按压多个固体电池单体10，能够更可靠地对层叠体110进行定位。
[0092]
以上，针对本发明的优选实施方式进行了说明，但本发明并不限定于上述实施方式，在不妨碍本发明的效果的范围内适当施加的变更也包含在本发明的范围内。
[0093]
在上述实施方式中，在图2及图3中，绝缘部件14及14a配置在外装体12的内部，但并不限定于上述内容。绝缘部件14及14a只要配置在层叠体110与载置板4之间、或者层叠体110与顶盖7之间即可。因此，绝缘部件14也可以配置在外装体12的外部。
[0094]
在上述实施方式中，在图2中，绝缘部件14配置在层叠体110与载置板4之间。另外，在图3中，除了上述内容，绝缘部件14a还配置在层叠体110与顶盖7之间，但并不限定于上述内容。仅具有配置在层叠体110与顶盖7之间的上述绝缘部件14a的构成也包含在本发明的范围内。此外，如图3中所示，最优选同时具有上述绝缘部件14及14a。
[0095]
绝缘部件14也可以与层叠体110及载置板4不直接抵接。绝缘部件14也可以如图2所示，经由防振部件5或保护材等其他部件而间接与层叠体110、及载置板4或顶盖7抵接。
[0096]
在上述第一实施方式中，以将绝缘部件14仅配置在层叠体110与载置板4之间的构成进行了说明，但并不限定于上述内容。绝缘部件14例如也可以配置在层叠体110与固定薄膜6之间。由此，可以更好地抑制层叠体110的位置偏移。
[0097]
附图标记
[0098]
1、1a 固体电池模组
[0099]
10 固体电池单体
[0100]
11 固体电池
[0101]
110 层叠体
[0102]
111 正极层
[0103]
114 负极层
[0104]
117 固体电解质层
[0105]
12 外装体
[0106]
121a、121b、122a、122b、123a、123b 接合部
[0107]
124 折返部
[0108]
13 集电体极耳
[0109]
14、14a 绝缘部件
[0110]
4 载置板