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JP7753115B2 - Battery module - Google Patents

Battery module

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JP7753115B2
JP7753115B2 JP2022007045A JP2022007045A JP7753115B2 JP 7753115 B2 JP7753115 B2 JP 7753115B2 JP 2022007045 A JP2022007045 A JP 2022007045A JP 2022007045 A JP2022007045 A JP 2022007045A JP 7753115 B2 JP7753115 B2 JP 7753115B2
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solid
battery
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lithium
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幸一郎 青谷
敏和 小高
朋子 有阪
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Renault SAS
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Description

本発明は、複数の全固体電池を積層した電池モジュールに関するものである。 The present invention relates to a battery module made up of multiple stacked all-solid-state batteries.

固体電解質と正極及び負極の活物質層との間の界面抵抗を低く維持するために、正極、固体電解質、及び負極の積層構造の電極体が積層方向に加圧されている(例えば、特許文献1)。例えば、電極体を収納する外装部材の外側に外装部材を厚さ方向に押圧する押圧機構を配置し、押圧機構により発生させた押圧力によって全固体電池を積層方向に加圧している。 In order to maintain low interfacial resistance between the solid electrolyte and the active material layers of the positive and negative electrodes, the electrode assembly, which has a laminated structure of the positive electrode, solid electrolyte, and negative electrode, is pressurized in the stacking direction (see, for example, Patent Document 1). For example, a pressing mechanism that presses the exterior member that houses the electrode assembly in the thickness direction is disposed on the outside of the exterior member, and the pressing force generated by the pressing mechanism presses the all-solid-state battery in the stacking direction.

特開2013-062174号公報JP 2013-062174 A

しかしながら、上記のような全固体電池では、全固体電池が所定の温度以上になってリチウム金属が融解してしまった場合に、押圧機構により印加された圧力によって外部へ溶融リチウムが押し出されてしまう、という問題がある。 However, with all-solid-state batteries like the one described above, if the all-solid-state battery reaches a certain temperature or higher and the lithium metal melts, the pressure applied by the pressing mechanism can push the molten lithium out.

本発明が解決しようとする課題は、全固体電池が所定の温度以上になってリチウム金属が融解したとしても、外部に溶融リチウムが押し出されることを抑制できる電池モジュールを提供することである。 The problem that the present invention aims to solve is to provide a battery module that can prevent molten lithium from being extruded to the outside even when the temperature of the all-solid-state battery exceeds a predetermined value and the lithium metal melts.

本発明は、全固体電池の温度がリチウムの融点以上となった時に、加圧機構が面圧分布により誘導路を形成し、当該誘導路により溶融リチウムをバッファ部に誘導することにより、上記課題を解決する。 The present invention solves the above problem by having the pressure mechanism form a guide path through the surface pressure distribution when the temperature of the all-solid-state battery reaches or exceeds the melting point of lithium, and then guide the molten lithium to the buffer section through this guide path.

本発明によれば、全固体電池の温度がリチウムの融点以上となった時に、加圧機構が面圧分布により誘導路を形成し、当該誘導路により溶融リチウムをバッファ部に誘導することで、外部に溶融リチウムが押し出されることを抑制できる。 According to the present invention, when the temperature of the all-solid-state battery reaches or exceeds the melting point of lithium, the pressure mechanism forms a guide path through the surface pressure distribution, and this guide path guides the molten lithium to the buffer section, thereby preventing the molten lithium from being pushed out to the outside.

図1は、本発明の実施形態における電池モジュールの一例を示す斜視図である。FIG. 1 is a perspective view showing an example of a battery module according to an embodiment of the present invention. 図2(a)は、図1のIIa-IIa線に沿った断面図であり、図2(b)は、図2(a)のIIb-IIb線に沿った断面図である。2A is a cross-sectional view taken along line IIa-IIa in FIG. 1, and FIG. 2B is a cross-sectional view taken along line IIb-IIb in FIG. 2A. 図3は、本発明の実施形態における電池モジュールにおける第1の接着剤と第2の接着剤の変形例を示す断面図である。FIG. 3 is a cross-sectional view showing a modification of the first adhesive and the second adhesive in the battery module according to the embodiment of the present invention.

本実施形態に係る電池モジュールについて図面に基づいて説明する。図1は、本実施形態における電池モジュールの一例を示す斜視図である。図2(a)は、図1のIIa-IIa線に沿った断面図であり、図2(b)は、図2(a)のIIb-IIb線に沿った断面図である。 The battery module according to this embodiment will be described with reference to the drawings. Figure 1 is a perspective view showing an example of a battery module according to this embodiment. Figure 2(a) is a cross-sectional view taken along line IIa-IIa in Figure 1, and Figure 2(b) is a cross-sectional view taken along line IIb-IIb in Figure 2(a).

本実施形態における電池モジュール1は、自動車等の移動体に搭載されるものである。なお、電池モジュール1の用途は特に限定されず、例えば、電子機器等に搭載されていてもよい。図1に示すように、この電池モジュール1は、組電池2と、組電池2に面圧力を付与する加圧機構3と、を備えている。 The battery module 1 in this embodiment is mounted on a mobile object such as an automobile. The use of the battery module 1 is not particularly limited, and it may be mounted on, for example, an electronic device. As shown in FIG. 1 , the battery module 1 includes a battery pack 2 and a pressure mechanism 3 that applies surface pressure to the battery pack 2.

図1に示すように、加圧機構3は、組電池2の積層方向(図中のX方向)に沿って組電池2の両端面に面圧力を付与している。この加圧機構3は、第1のプレート31と、第2のプレート32と、複数(本例では4本)の締結具33と、を有している。第1及び第2のプレート31,32は、金属などの剛性を有するプレートであり、組電池2を積層方向の両端側から挟んでいる。また、締結具33は、第1及び第2のプレート31,32間の距離を調整可能に第1及び第2のプレート31,32を締結する部材である。この締結具33が第1及び第2のプレート31,32を組電池2側に押圧することにより、第1及び第2のプレート31,32は、組電池2に面圧力を付与する。 As shown in FIG. 1 , the pressure mechanism 3 applies surface pressure to both end surfaces of the battery pack 2 in the stacking direction of the battery pack 2 (the X direction in the figure). The pressure mechanism 3 includes a first plate 31, a second plate 32, and multiple (four in this example) fasteners 33. The first and second plates 31, 32 are rigid plates made of metal or other materials, and sandwich the battery pack 2 from both ends in the stacking direction. The fasteners 33 fasten the first and second plates 31, 32 together so that the distance between them can be adjusted. The fasteners 33 press the first and second plates 31, 32 toward the battery pack 2, causing the first and second plates 31, 32 to apply surface pressure to the battery pack 2.

図1及び図2(a)に示すように、組電池2は、複数(本例では8個)の全固体電池20と、複数(本例では9個)のバスバ21と、全固体電池20間に介在する第1の接着剤22と、全固体電池20間に介在する第2の接着剤23と、を備えている。 As shown in Figures 1 and 2(a), the battery pack 2 includes a plurality of (eight in this example) all-solid-state batteries 20, a plurality of (nine in this example) bus bars 21, a first adhesive 22 interposed between the all-solid-state batteries 20, and a second adhesive 23 interposed between the all-solid-state batteries 20.

図2(a)に示す全固体電池20は、充電された状態である。この充電された状態とは、SOC(State of Charge)が0%より大きい状態を意味する。詳細は後述するが、本実施形態における全固体電池20では、充電時に負極集電体205上にリチウム金属から構成された負極層207が析出する。逆に、全固体電池20が完全放電された状態では、当該負極層207は消失する。なお、完全放電された状態とは、全固体電池20のSOCが0%である状態を意味する。また、全固体電池20は、完全充電時に負極層が存在しないものに限定されず、完全放電時に負極層が存在するものであってもよい。 The all-solid-state battery 20 shown in FIG. 2(a) is in a charged state. This charged state refers to a state in which the SOC (State of Charge) is greater than 0%. As will be described in detail later, in the all-solid-state battery 20 of this embodiment, an anode layer 207 made of lithium metal is deposited on the anode current collector 205 during charging. Conversely, when the all-solid-state battery 20 is in a fully discharged state, the anode layer 207 disappears. Note that a fully discharged state refers to a state in which the SOC of the all-solid-state battery 20 is 0%. Furthermore, the all-solid-state battery 20 is not limited to one in which an anode layer is not present when fully charged, and may be one in which an anode layer is present when fully discharged.

図2(a)に示すように、この全固体電池20は、正極集電体201と、正極タブ202と、正極層203と、固体電解質層204と、負極集電体205と、負極タブ206と、負極層207と、外装部材208と、を備えている。なお、以下では、正極集電体201と、正極タブ202と、正極層203と、固体電解質層204と、負極集電体205と、負極タブ206と、負極層207と、を積層した積層体を電極体と呼称することがある。 As shown in FIG. 2(a), this all-solid-state battery 20 includes a positive electrode current collector 201, a positive electrode tab 202, a positive electrode layer 203, a solid electrolyte layer 204, a negative electrode current collector 205, a negative electrode tab 206, a negative electrode layer 207, and an exterior member 208. Hereinafter, the laminate formed by stacking the positive electrode current collector 201, the positive electrode tab 202, the positive electrode layer 203, the solid electrolyte layer 204, the negative electrode current collector 205, the negative electrode tab 206, and the negative electrode layer 207 may be referred to as the electrode assembly.

正極集電体201は、導電性を有する板状(又は箔状)の部材であり、特に限定されないが、例えば、金属や、導電性を有する樹脂から構成されている。金属としては、アルミニウム、ニッケル、鉄、ステンレス、チタン、又は、銅等を用いることができる。或いは、ニッケルとアルミニウムとのクラッド材、又は、銅とアルミニウムとのクラッド材等が用いられてもよい。また、導電性を有する樹脂としては、非導電性高分子材料に導電性フィラーが添加された樹脂等が挙げられる。 The positive electrode current collector 201 is a conductive plate-like (or foil-like) member and is made of, for example, a metal or a conductive resin, although it is not particularly limited thereto. Examples of metals that can be used include aluminum, nickel, iron, stainless steel, titanium, and copper. Alternatively, a clad material of nickel and aluminum, or a clad material of copper and aluminum may also be used. Examples of conductive resins include resins in which a conductive filler is added to a non-conductive polymer material.

正極タブ202は、正極集電体201と同様に、導電性を有する板状(又は箔状)の部材であり、特に限定されないが、例えば、金属や、導電性を有する樹脂から構成されている。金属及び導電性を有する樹脂としては、上述の正極集電体201を構成する材料と同様の材料を用いることができる。この正極タブ202の一端は、正極集電体201に接続されており、他端は、外装部材208の外側に延出している。正極タブ202は、バスバ21により他の全固体電池20の負極タブ206と電気的に接続されている。 Like the positive electrode current collector 201, the positive electrode tab 202 is a conductive plate-like (or foil-like) member and is made of, for example, but not limited to, a metal or a conductive resin. The metal and conductive resin may be made of the same materials as those used to make the positive electrode current collector 201. One end of the positive electrode tab 202 is connected to the positive electrode current collector 201, and the other end extends outside the exterior member 208. The positive electrode tab 202 is electrically connected to the negative electrode tab 206 of another all-solid-state battery 20 via a bus bar 21.

正極層203は、正極集電体201の主面に形成されている。この正極層203は、リチウム(Li)金属を放出及び吸蔵可能な正極活物質を少なくとも含有しており、特に限定されないが、硫黄を含む正極活物質を含有することが好ましい。硫黄を含む正極活物質は、硫黄の酸化還元反応を利用して、充電時にリチウムイオンを放出し、放電時にリチウムイオンを吸蔵することができる物質であればよい。硫黄を含む正極活物質の種類としては、特に制限されないが、硫黄単体(S)、有機硫黄化合物、又は、無機硫黄化合物の粒子或いは薄膜を使用することができる。 The positive electrode layer 203 is formed on the main surface of the positive electrode current collector 201. This positive electrode layer 203 contains at least a positive electrode active material capable of absorbing and releasing lithium (Li) metal, and although not particularly limited, preferably contains a positive electrode active material containing sulfur. The sulfur-containing positive electrode active material may be a material that utilizes the oxidation-reduction reaction of sulfur to release lithium ions during charging and absorb lithium ions during discharging. The type of sulfur-containing positive electrode active material is not particularly limited, but particles or thin films of elemental sulfur (S), organic sulfur compounds, or inorganic sulfur compounds can be used.

有機硫黄化合物としては、特に限定されないが、ジスルフィド化合物、硫黄変性ポリアクリロニトリル、硫黄変性ポリイソプレン、ルベアン酸(ジチオオキサミド)、ポリ硫化カーボン等を用いることができる。無機硫黄化合物としては、特に限定されないが、S-カーボンコンポジット、TiS、TiS、TiS、NiS、NiS、CuS、FeS、LiS、MoS、MoS等が挙げられる。なお、正極活物質として、硫黄を含まないものを使用してもよい。 The organic sulfur compound is not particularly limited, but examples thereof include disulfide compounds, sulfur-modified polyacrylonitrile, sulfur-modified polyisoprene, rubeanic acid (dithiooxamide), polycarbon sulfide, etc. The inorganic sulfur compound is not particularly limited, but examples thereof include S-carbon composite, TiS 2 , TiS 3 , TiS 4 , NiS, NiS 2 , CuS, FeS 2 , Li 2 S, MoS 2 , MoS 3 , etc. Note that a positive electrode active material that does not contain sulfur may also be used.

この正極層203と負極層207との間に、固体電解質層204が介在している。なお、全固体電池20が完全放電された状態において、この固体電解質層204は負極集電体205に接触している。固体電解質としては、例えば、硫化物固体電解質又は酸化物固体電解質等を用いることができるが、硫化物固体電解質を用いることが好ましい。 A solid electrolyte layer 204 is interposed between the positive electrode layer 203 and the negative electrode layer 207. When the all-solid-state battery 20 is fully discharged, the solid electrolyte layer 204 is in contact with the negative electrode current collector 205. As the solid electrolyte, for example, a sulfide solid electrolyte or an oxide solid electrolyte can be used, but it is preferable to use a sulfide solid electrolyte.

硫化物固体電解質としては、例えば、LiI-LiS-SiS、LiI-LiS-P、LiI-LiPO-P、LiS-P、LiI-LiPS、LiI-LiBr-LiPS、LiPS、LiS-P、LiS-P-LiI、LiS-P-LiO、LiS-P-LiO-LiI、LiS-SiS、LiS-SiS-LiI、LiS-SiS-LiBr、LiS-SiS-LiCl、LiS-SiS-B-LiI、LiS-SiS-P-LiI、LiS-B、LiS-P-Z(ただし、m、nは正の数であり、Zは、Ge、Zn、Gaのいずれかである)、LiS-GeS、LiS-SiS-LiPO、LiS-SiS-LiMO(ただし、x、yは正の数であり、Mは、P、Si、Ge、B、Al、Ga、又はInのいずれかである)等が挙げられる。なお、「LiS-P」という記載は、LiSおよびPを含む原料組成物を用いてなる硫化物固体電解質を意味しており、上記の他の記載についても同様である。或いは、硫化物固体電解質として硫化物ガラス等を用いてもよい。 Examples of the sulfide solid electrolyte include LiI-Li 2 S-SiS 2 , LiI-Li 2 SP 2 O 5 , LiI-Li 3 PO 4 -P 2 S 5 , Li 2 S-P 2 S 5 , LiI-Li 3 PS 4 , LiI-LiBr-Li 3 PS 4 , Li 3 PS 4 , Li 2 SP 2 S 5 , Li 2 SP 2 S 5 -LiI, Li 2 SP 2 S 5 -Li 2 O, Li 2 SP 2 S 5 -Li 2 O-LiI, Li 2 S-SiS 2 , Li 2 S-SiS 2 -LiI, Li 2 S—SiS 2 —LiBr, Li 2 S—SiS 2 —LiCl, Li 2 S—SiS 2 —B 2 S 3 —LiI, Li 2 S—SiS 2 —P 2 S 5 —LiI, Li 2 S—B 2 S 3 , Li 2 S—P 2 S 5 —Z m S n (where m and n are positive numbers, and Z is Ge, Zn, or Ga), Li 2 S—GeS 2 , Li 2 S—SiS 2 —Li 3 PO 4 , Li 2 S—SiS 2 —Li x MO y (where x and y are positive numbers, and M is any of P, Si, Ge, B, Al, Ga, and In). The term "Li 2 S-P 2 S 5 " means a sulfide solid electrolyte obtained using a raw material composition containing Li 2 S and P 2 S 5 , and the same applies to the other descriptions above. Alternatively, sulfide glass or the like may be used as the sulfide solid electrolyte.

酸化物固体電解質としては、例えば、NASICON型構造を有する化合物等を用いることができる。NASICON型構造を有する化合物としては、例えば、一般式Li1+xAlGe2-x(PO(0≦x≦2)で表される化合物(LAGP)、一般式Li1+xAlTi2-x(PO(0≦x≦2)で表される化合物(LATP)等を用いることができる。また、他の酸化物固体電解質としては、LiLaTiO(例えば、Li0.34La0.51TiO)、LiPON(例えば、Li2.9PO3.30.46)、LiLaZrO(例えば、LiLaZr12)等を用いることができる。 The oxide solid electrolyte may be, for example, a compound having a NASICON structure. Examples of the compound having a NASICON structure include a compound (LAGP) represented by the general formula Li1 + xAlxGe2 -x ( PO4 ) 3 (0≦x≦2) and a compound (LATP) represented by the general formula Li1 +xAlxTi2 - x ( PO4 ) 3 (0 x 2 ). Other examples of the oxide solid electrolyte include LiLaTiO (e.g., Li0.34La0.51TiO3), LiPON ( e.g. , Li2.9PO3.3N0.46 ) , and LiLaZrO ( e.g. , Li7La3Zr2O12 ).

負極集電体205は、正極集電体201と同様に、導電性を有する板状(又は箔状)の部材であり、特に限定されないが、例えば、金属や、導電性を有する樹脂から構成されている。金属及び導電性を有する樹脂としては、上述の正極集電体201を構成する材料と同様の材料を用いることができる。 Like the positive electrode current collector 201, the negative electrode current collector 205 is a conductive plate-shaped (or foil-shaped) member and is not particularly limited, but is made of, for example, a metal or a conductive resin. The metal and conductive resin may be made of the same materials as those used to make the positive electrode current collector 201 described above.

負極タブ206は、負極集電体205と同様に、導電性を有する板状(又は箔状)の部材であり、特に限定されないが、例えば、金属や、導電性を有する樹脂から構成されている。金属及び導電性を有する樹脂としては、上述の負極集電体205を構成する材料と同様の材料を用いることができる。この負極タブ206の一端は、負極集電体205に接続されており、他端は、外装部材208の外側に延出している。負極タブ206は、バスバ21により他の全固体電池20の正極タブ202と電気的に接続されている。 Like the negative electrode current collector 205, the negative electrode tab 206 is a conductive plate-like (or foil-like) member and is made of, for example, but not limited to, a metal or a conductive resin. The metal and conductive resin may be made of the same materials as those used to make the negative electrode current collector 205. One end of the negative electrode tab 206 is connected to the negative electrode current collector 205, and the other end extends outside the exterior member 208. The negative electrode tab 206 is electrically connected to the positive electrode tab 202 of another all-solid-state battery 20 via a bus bar 21.

負極層207は、全固体電池20の充電に伴って、正極層203から放出され固体電解質層204を介して負極集電体205の主面に到達し析出したリチウム金属を主成分とするリチウム金属層である。このリチウム金属層の体積は、全固体電池20の充電に伴ってアルカリ金属が析出して増加していく一方で、放電に伴ってアルカリ金属が消失(正極層203側へ移動)して減少していく。 The anode layer 207 is a lithium metal layer composed primarily of lithium metal that is released from the cathode layer 203, reaches the main surface of the anode current collector 205 via the solid electrolyte layer 204, and precipitates thereon as the all-solid-state battery 20 is charged. The volume of this lithium metal layer increases as alkali metal precipitates as the all-solid-state battery 20 is charged, but decreases as the alkali metal disappears (moves toward the cathode layer 203) as the battery is discharged.

外装部材208は、上記の電極体を内部に収容している。この外装部材208は、例えば、融着層、金属層、表面保護層がこの順に積層されたラミネートフィルムである。融着部は、例えば、ポリエチレンやポリプロピレン等であり、金属部は、例えば、アルミ箔等であり、保護層は、例えば、ナイロン等である。 The exterior member 208 houses the electrode assembly. This exterior member 208 is, for example, a laminate film in which a fusion layer, a metal layer, and a surface protection layer are laminated in this order. The fusion portion is made of, for example, polyethylene or polypropylene, the metal portion is made of, for example, aluminum foil, and the protection layer is made of, for example, nylon.

図2(b)に示すように、本実施形態における外装部材208は、略長方形の平面形状を有している。図2(a)に示すように、この外装部材208は、帯状のフィルムを折り返し部208aにおいて折り返した後に、シール材209によって長方形の3辺を接着して封止することにより形成される。この接着処理により、第1~第3のシール部208b~208dが形成される。なお、本実施形態では、シール材209を用いてフィルムの3辺を接着する場合を例示したがこれに限定されない。例えば、外装部材208の融着層を熱融着させることにより、第1~第3のシール部208b~208dを形成してもよい。 As shown in FIG. 2(b), the exterior member 208 in this embodiment has a substantially rectangular planar shape. As shown in FIG. 2(a), this exterior member 208 is formed by folding a strip-shaped film at folding portion 208a, and then bonding and sealing three sides of the rectangle with sealing material 209. This bonding process forms first to third seal portions 208b to 208d. Note that, while this embodiment illustrates a case in which three sides of the film are bonded using sealing material 209, this is not limiting. For example, the first to third seal portions 208b to 208d may be formed by heat-sealing the adhesive layer of the exterior member 208.

バッファ部208eは、全固体電池20の温度がリチウムの融点以上となった時に、負極層207から溶融する溶融リチウムを貯蔵する。リチウムの融点は、例えば、約180℃である。本実施形態におけるバッファ部208eは、外装部材208の折り返し部208aと、電極体と、の間に形成された内部空間である。外装部材208は、アルミ箔等から成る金属層を有しているため、この金属層が折り返し部208aにおいて、バッファ部208eに貯蔵された溶融リチウムが全固体電池20の外部に漏れ出すことを防止する。一方で、第1~第3のシール部208b~208dに溶融リチウムが到達すると、シール材209の融点は高くとも約160℃なので、溶融リチウムが外部に流出する恐れがある。 The buffer section 208e stores molten lithium that melts from the negative electrode layer 207 when the temperature of the all-solid-state battery 20 reaches or exceeds the melting point of lithium. The melting point of lithium is, for example, approximately 180°C. In this embodiment, the buffer section 208e is an internal space formed between the folded section 208a of the exterior member 208 and the electrode body. Because the exterior member 208 has a metal layer made of aluminum foil or the like, this metal layer prevents the molten lithium stored in the buffer section 208e from leaking out of the all-solid-state battery 20 at the folded section 208a. However, if the molten lithium reaches the first to third seal sections 208b to 208d, there is a risk that the molten lithium will leak out because the melting point of the seal material 209 is at most approximately 160°C.

本実施形態では、バッファ部208eは電池モジュール1において下部に設けられている。このため、重力によって、溶融リチウムがよりバッファ部208eに流れやすくなっており、全固体電池20の外部に溶融リチウムが流れ出ることを抑制できる。 In this embodiment, the buffer portion 208e is provided at the bottom of the battery module 1. This makes it easier for the molten lithium to flow into the buffer portion 208e due to gravity, preventing the molten lithium from leaking out of the all-solid-state battery 20.

また、本実施形態では、バッファ部208を長方形の長辺に設けており、バッファ部208の長さは長方形の短辺よりも長くなっている。よって、溶融リチウムのバッファ部208までの移動距離を短くすることができると共に、全固体電池20内でバッファ部208の体積を大きくとることができる。 In addition, in this embodiment, the buffer section 208 is provided on the long side of the rectangle, and the length of the buffer section 208 is longer than the short side of the rectangle. This shortens the distance that the molten lithium travels to the buffer section 208, and also allows the volume of the buffer section 208 to be increased within the all-solid-state battery 20.

図2(a)及び図2(b)に示すように、上記のような複数の全固体電池20は、第1の接着剤22及び第2の接着剤23を介して相互に接着されている。図2(b)に示すように、第1の接着剤22は、全固体電池20の主面の第1の領域Rに設けられている。一方で、第2の接着剤23は、全固体電池20の主面の第2の領域Rに設けられている。本実施形態では、第1及び第2の領域R,Rの領域の平面形状は長方形であり、第2の領域Rは、第1の領域Rの下方に設けられている。つまり、第2の領域Rは、第1の領域Rよりもバッファ部208e側に設けられている。 As shown in Figures 2(a) and 2(b), the above-described plurality of all-solid-state batteries 20 are bonded to one another via a first adhesive 22 and a second adhesive 23. As shown in Figure 2(b), the first adhesive 22 is provided in a first region R1 on the main surface of the all-solid-state battery 20. On the other hand, the second adhesive 23 is provided in a second region R1 on the main surface of the all-solid-state battery 20. In this embodiment, the first and second regions R1 , R2 have rectangular planar shapes, and the second region R2 is provided below the first region R1 . In other words, the second region R2 is provided closer to the buffer section 208e than the first region R1 .

第1の接着剤22と第2の接着剤23は、互いに軟化点の異なる接着剤から構成されており、第1の接着剤22の軟化点Tは、第2の接着剤23の軟化点Tよりも高くなっている(T>T)。第1の接着剤22の軟化点Tは、例えば、100℃より大きくてもよく(T>100℃)、第2の接着剤23の軟化点Tは、例えば、100℃以上180℃以下であってもよい(180℃≧T≧100℃)。このような第1の接着剤22を構成する材料としては、例えば、エポキシ樹脂、シリコーン樹脂等の接着剤樹脂を例示することができる。第2の接着剤23を構成する材料としても、第1の接着剤22を構成する材料と同様の樹脂を用いることができる。なお、第1の接着剤22を構成する材料と、第2の接着剤23を構成する材料と、が互いに異なる材料から構成されていてもよい。 The first adhesive 22 and the second adhesive 23 are made of adhesives with different softening points, with the softening point T1 of the first adhesive 22 being higher than the softening point T2 of the second adhesive 23 ( T1 > T2 ). The softening point T1 of the first adhesive 22 may be, for example, higher than 100°C ( T1 > 100°C), and the softening point T2 of the second adhesive 23 may be, for example, 100°C or higher and 180°C or lower (180°C ≧ T2 ≧ 100°C). Examples of materials constituting the first adhesive 22 include adhesive resins such as epoxy resin and silicone resin. The second adhesive 23 may also be made of the same resin as the material constituting the first adhesive 22. Note that the materials constituting the first adhesive 22 and the second adhesive 23 may be different materials.

全固体電池20の温度が正常な範囲(例えば、100℃未満)である場合、第1及び第2の接着剤22,23は軟化しておらず、略同等の硬さを有しているので、加圧機構3により全固体電池20の表面に均一な面圧力が付与される。 When the temperature of the all-solid-state battery 20 is within the normal range (e.g., below 100°C), the first and second adhesives 22, 23 are not softened and have approximately the same hardness, so the pressure mechanism 3 applies a uniform surface pressure to the surface of the all-solid-state battery 20.

一方で、全固体電池20の温度が異常な高温(例えば、リチウムの溶融点である180℃以上)である場合、軟化点の低い第2の接着剤23は、軟化点の高い第1の接着剤22よりも軟らかくなっている。このため、全固体電池20の表面に付与される面圧力は、第1の接着剤22が形成されている第1の領域Rにおいて高くなっており、第2の接着剤23が形成されている第2の領域Rにおいて低くなっている。このため、負極層207から溶融した溶融リチウムは、全固体電池20の平面視において、第1の領域R側から第2の領域Rに流れやすくなる。つまり、溶融リチウムは、加圧機構3による面圧分布により形成された誘導路24に沿って、バッファ部208eに導かれる。 On the other hand, when the temperature of the all-solid-state battery 20 is abnormally high (for example, above 180°C, which is the melting point of lithium), the second adhesive 23, which has a low softening point, is softer than the first adhesive 22, which has a high softening point. Therefore, the surface pressure applied to the surface of the all-solid-state battery 20 is high in the first region R1 where the first adhesive 22 is formed, and low in the second region R2 where the second adhesive 23 is formed. Therefore, molten lithium melted from the anode layer 207 tends to flow from the first region R1 to the second region R2 in a plan view of the all-solid-state battery 20. That is, the molten lithium is guided to the buffer portion 208e along the guide path 24 formed by the surface pressure distribution by the pressurizing mechanism 3.

なお、第1の接着剤22と第2の接着剤23の形状は上記のものに限定されない。例えば、第1の接着剤22の形状をコの字型とし、第2の接着剤23を第1の接着剤22の内側に設けてもよい。このような、変形例について図を参照しながら説明する。図3は、本実施形態における電池モジュールにおける第1の接着剤と第2の接着剤の変形例を示す断面図である。 The shapes of the first adhesive 22 and the second adhesive 23 are not limited to those described above. For example, the first adhesive 22 may be U-shaped, with the second adhesive 23 provided inside the first adhesive 22. Such modifications will be described with reference to the drawings. Figure 3 is a cross-sectional view showing a modification of the first adhesive and the second adhesive in the battery module of this embodiment.

図3に示すように、第1の接着剤22Bは、下向きのコの字形状を有している。この第1の接着剤22Bは、第1~第3の帯状部22a~22cと、開口部22dと、を有している。第1の帯状部22aは、全固体電池20の正負極タブ202,206側に位置し、全固体電池20の幅方向(図中のY方向)に沿って延在している。 As shown in FIG. 3, the first adhesive 22B has a downward U-shape. This first adhesive 22B has first to third strip-shaped portions 22a to 22c and an opening 22d. The first strip-shaped portion 22a is located on the positive and negative electrode tabs 202 and 206 side of the all-solid-state battery 20 and extends along the width direction of the all-solid-state battery 20 (the Y direction in the figure).

一方で、第2の帯状部22bは、全固体電池20のバッファ部208e側に位置し、全固体電池20の高さ方向(図中のZ方向)に沿って延在している。また、第2の帯状部22bは、第1の帯状部22aの一端に接続している。第3の帯状部22cも、全固体電池20のバッファ部208e側に位置し、全固体電池20の高さ方向(図中のZ方向)に沿って延在している。この第3の帯状部22cは、第2の帯状部22bとは離隔するように設けられており、第1の帯状部22aの他端に接続している。そして、この第2及び第3の帯状部22b,22cの間に開口部22dが設けられている。つまり、開口部22dがバッファ部208e側に向けて形成されている。 On the other hand, the second strip portion 22b is located on the buffer portion 208e side of the all-solid-state battery 20 and extends along the height direction of the all-solid-state battery 20 (Z direction in the figure). The second strip portion 22b is connected to one end of the first strip portion 22a. The third strip portion 22c is also located on the buffer portion 208e side of the all-solid-state battery 20 and extends along the height direction of the all-solid-state battery 20 (Z direction in the figure). The third strip portion 22c is spaced apart from the second strip portion 22b and connected to the other end of the first strip portion 22a. An opening 22d is provided between the second and third strip portions 22b, 22c. In other words, the opening 22d is formed toward the buffer portion 208e side.

この開口部22dの内側に、第2の接着剤23Bが設けられている。第2の接着剤23Bは、上記実施形態と同様に、バッファ部208e側に設けられている。この第2の接着剤23Bの上端及び左右端は、第1の接着剤22Bに接触している一方で、下端はバッファ部208e側に開放されている。 A second adhesive 23B is provided inside this opening 22d. As in the above embodiment, the second adhesive 23B is provided on the buffer portion 208e side. The upper end and left and right ends of this second adhesive 23B are in contact with the first adhesive 22B, while the lower end is open to the buffer portion 208e side.

この変形例のように、コの字型の第1の接着剤22Bにより第2の接着剤23Bの3方を囲うことにより、3方向の誘導路24を形成することができるため、溶融リチウムをバッファ部208eに集中させることができる。 In this modified example, by surrounding the second adhesive 23B on three sides with the U-shaped first adhesive 22B, a three-way guide path 24 can be formed, allowing the molten lithium to concentrate in the buffer portion 208e.

以上のような、電池モジュール1であれば、全固体電池20の温度がリチウムの融点以上となった時に、加圧機構3の面圧力の面圧分布により形成される誘導路24によってバッファ部208eに溶融リチウムを誘導できるので、電池モジュール1の外部に溶融リチウムが押し出されることを抑制できる。また、全固体電池20の温度が正常な温度である時には、面圧分布が生じておらず、全固体電池20に均一な面圧力が付与されるため、全固体電池20の電池性能の低下を抑制することができる。 With the battery module 1 described above, when the temperature of the all-solid-state battery 20 reaches or exceeds the melting point of lithium, the guide path 24 formed by the surface pressure distribution of the pressure applied by the pressure mechanism 3 can guide the molten lithium to the buffer portion 208e, thereby preventing the molten lithium from being pushed out of the battery module 1. Furthermore, when the temperature of the all-solid-state battery 20 is normal, no surface pressure distribution occurs and uniform surface pressure is applied to the all-solid-state battery 20, preventing a decrease in the battery performance of the all-solid-state battery 20.

また、本実施形態のように、全固体電池20の一辺にのみバッファ部208eを設け、誘導路24によりバッファ部208eに溶融リチウムを誘導する構成とすることで、エネルギー密度の低下を抑制することができる。 Furthermore, as in this embodiment, by providing a buffer portion 208e on only one side of the all-solid-state battery 20 and guiding molten lithium to the buffer portion 208e via the guide path 24, it is possible to suppress a decrease in energy density.

以上、本発明の実施形態について説明したが、これらの実施形態は、本発明の理解を容易にするために記載されたものであって、本発明を限定するために記載されたものではない。したがって、上記の実施形態に開示された各要素は、本発明の技術的範囲に属する全ての設計変更や均等物をも含む趣旨である。 Although embodiments of the present invention have been described above, these embodiments have been described to facilitate understanding of the present invention and are not intended to limit the present invention. Therefore, each element disclosed in the above embodiments is intended to include all design modifications and equivalents that fall within the technical scope of the present invention.

例えば、上記実施形態では、電池モジュール1の体積エネルギー密度を向上させる観点から、全固体電池20の内部空間をバッファ部208eとして使用しているがこれに限定されない。全固体電池20のシール部等にリチウムよりも融点の高い材料から成るバッファ部を取り付け、当該バッファ部へ溶融リチウムを遊動可能な誘導路を設定してもよい。 For example, in the above embodiment, the internal space of the all-solid-state battery 20 is used as the buffer portion 208e from the viewpoint of improving the volumetric energy density of the battery module 1, but this is not limiting. A buffer portion made of a material with a higher melting point than lithium may be attached to a seal portion or the like of the all-solid-state battery 20, and a guide path may be set in the buffer portion to allow the molten lithium to move freely.

1…電池モジュール
2…組電池
20…全固体電池(セル)
201…正極集電体
202…正極タブ
203…正極層
204…固体電解質層
205…負極集電体
206…負極タブ
207…負極層
208…外装部材
208a…折り返し部
208b~208d…第1~第3のシール部
208e…バッファ部
,R…第1及び第2の領域
209…シール材
21…バスバ
22,22B…第1の接着剤
22a~22c…帯状部
22d…開口部
23,23B…第2の接着剤
24…誘導路
3…加圧機構
31…第1のプレート
32…第2のプレート
33…締結具
1... Battery module 2... Battery pack 20... All-solid-state battery (cell)
DESCRIPTION OF SYMBOLS 201...Positive electrode current collector 202...Positive electrode tab 203...Positive electrode layer 204...Solid electrolyte layer 205...Anode current collector 206...Anode tab 207...Anode layer 208...Exterior member 208a...Folded portion 208b-208d...First to third sealing portions 208e...Buffer portion R 1 , R 2 ...First and second regions 209...Sealing material 21...Bus bar 22, 22B...First adhesive 22a-22c...Strip portion 22d...Opening 23, 23B...Second adhesive 24...Guiding path 3...Pressure mechanism 31...First plate 32...Second plate 33...Fastener

Claims (4)

リチウム金属層を含む負極を備える全固体電池を複数積層した組電池と、
前記組電池の積層方向に沿って前記組電池に面圧力を付与する加圧機構と、
前記リチウム金属層から溶融する溶融リチウムを貯蔵可能なバッファ部と、
前記バッファ部へ前記溶融リチウムを誘導する誘導路と、を備え、
前記加圧機構は、前記全固体電池の温度がリチウムの融点以上となった時に、面圧分布により前記誘導路を形成している電池モジュール。
a battery pack including a plurality of stacked all-solid-state batteries each including a negative electrode including a lithium metal layer;
a pressure mechanism that applies a surface pressure to the battery pack along a stacking direction of the battery pack;
a buffer section capable of storing molten lithium melted from the lithium metal layer;
a guide path for guiding the molten lithium to the buffer portion,
The pressure mechanism forms the guide path by a surface pressure distribution when the temperature of the all-solid-state battery reaches or exceeds the melting point of lithium.
請求項1に記載の電池モジュールであって、
前記全固体電池は、前記加圧機構により面圧を印加される表面を有し、
前記表面は、
開口を有するコの字型の第1の領域と、
前記第1の領域の内側に位置し、前記第1の領域よりも印加される面圧が小さい第2の領域と、を有し、
前記第1の領域の前記開口が、前記バッファ部側に位置している電池モジュール。
The battery module according to claim 1,
the all-solid-state battery has a surface to which a surface pressure is applied by the pressurizing mechanism,
The surface is
a U-shaped first region having an opening;
a second region located inside the first region and having a surface pressure applied thereto that is smaller than that applied to the first region;
The opening of the first region is located on the buffer portion side of the battery module.
請求項1又は2に記載の電池モジュールであって、
前記バッファ部は、前記電池モジュールにおいて下部に設けられた電池モジュール。
The battery module according to claim 1 or 2,
The buffer unit is a battery module provided at a lower portion of the battery module.
請求項1~3のいずれか一項に記載の電池モジュールであって、
前記バッファ部は、前記全固体電池の一辺に設けられており、
前記バッファ部が設けられた一辺の長さは、前記全固体電池の他の辺の長さよりも長い電池モジュール。
The battery module according to any one of claims 1 to 3,
the buffer portion is provided on one side of the all-solid-state battery,
The length of one side on which the buffer portion is provided is longer than the length of the other side of the all-solid-state battery.
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