电池模块及其制造方法与流程

1.本发明涉及一种电池模块及其制造方法。


背景技术：

2.以往，已知有通过将多个电极体组合地串联连接而高电压化的电池模块。作为与其相关的现有技术文献，可列举出专利文献1、2。例如在专利文献1中，公开了如下电池模块：具备具有正极集电部和负极集电部的多个电极体，第一电极体的正极集电部和第二电极体的负极集电部分别从外装体伸出，在外装体的外部串联连结。
3.现有技术文献
4.专利文献
5.专利文献1：日本专利申请公开第2019－200884号公报
6.专利文献2：日本专利申请公开第2016－046113号公报


技术实现要素：

7.发明要解决的课题
8.电极体的正极集电部和负极集电部有时由不同种类的金属构成。在一例中，正极集电部为铝制，负极集电部为铜制。在这样的情况下，由于异种金属接合，连结部分的电阻变高。因此，从提高性能的观点出发，要求降低连结部分的电阻。另外，异种金属接合容易受到腐蚀(例如电解腐蚀)的影响。在专利文献1中，连结部分露出而暴露于外部空气。因此，有可能从连结部分开始进行腐蚀而引起质量的下降。
9.本发明是鉴于该情况而完成的，其主要目的在于提供一种具备串联连接的多个电极体且性能及质量高的电池模块及其制造方法。
10.用于解决课题的手段
11.根据本发明，提供一种电池模块，该电池模块具备：具有正极和负极的多个电极体；将多个上述电极体的上述正极和上述负极串联连接的连结端子；以及覆盖多个上述电极体和上述连结端子的薄膜外装体。多个上述电极体分别具有一对平坦的面，第一电极体和由上述连结端子连结的第二电极体以相互的上述平坦的面彼此相向的方式重叠而模块化。上述连结端子由作为与上述正极同种的金属的第一金属和作为与上述负极同种的金属的第二金属接合而成的包层材料构成。
12.在包层材料中，第一金属和第二金属接合，并进行原子间结合。通过使用由这样的包层材料构成的连结端子将多个电极体串联连接，即使在正极集电部和负极集电部由异种金属构成的情况下，也能够抑制连结部分的电阻。由此，能够使电池模块低电阻化而提供高性能的电池模块。另外，通过利用薄膜外装体覆盖连结端子，能够防止连结端子暴露于外部空气。由此，连结部分不易被腐蚀(例如电解腐蚀)，能够提供高质量的电池模块。此外，通过将多个电极体配置成平坦的面彼此相向，可得到在形成模块时容易进行约束的效果。通过对电池模块进行约束，能够稳定地发挥电池性能。例如，能够在充放电时将电极体的极间距
离保持为恒定，能够抑制充放电时的电阻不均和循环劣化。
13.在此公开的电池模块的优选的一个方式中，在上述薄膜外装体的内部划分出多个独立的电极体收容空间，上述电极体分别与电解液一起收容并液密地密封于上述电极体收容空间。由此，能够防止电解液的移动，能够稳定地发挥优异的电池性能。因此，能够进一步提高电池模块的性能和质量。另外，能够高效地制造电池模块，能够提高生产率。
14.在此公开的电池模块的优选的一个方式中，在上述包层材料的与上述薄膜外装体相向的一侧的面上一体形成有密封剂薄膜，上述密封剂薄膜与上述薄膜外装体熔接，相邻的上述电极体收容空间之间被隔开。由此，即使在正极集电部和负极集电部由异种金属构成的情况下，也能够稳定地密封电极体收容空间。
15.在此公开的电池模块的优选的一个方式中，上述密封剂薄膜分别设置于上述包层材料的上述第一金属和上述第二金属的表面，避开上述第一金属与上述第二金属的交界地配置。由此，能够适当地防止容易被腐蚀的第一金属与第二金属的交界(界面)暴露于电解液。因此，能够进一步提高电池模块的质量和耐久性。
16.在此公开的电池模块的优选的一个方式中，上述第二金属是铜或铜合金，在上述铜或上述铜合金的表面设置有镍镀层。由此，能够抑制铜的浸出。另外，与密封剂薄膜的接合性提高，从而密封剂薄膜不易从包层材料剥离。因此，能够提高电极体收容空间的密封性。
17.在此公开的电池模块的优选的一个方式中，上述薄膜外装体是通过深冲连续地成形有仿照上述电极体的外形的多个鼓出部的深冲成形件。由此，能够高效地制造电池模块，能够提高生产率。
18.在此公开的电池模块的优选的一个方式中，上述薄膜外装体是具有聚烯烃树脂层和聚酯树脂层的多层构造。由此，能够提高电极体收容空间的密封性和耐久性。
19.在此公开的电池模块的优选的一个方式中，上述薄膜外装体是具有2个树脂层和配置在上述2个树脂层之间的金属层的层压薄膜。由此，能够提高电极体收容空间的密封性和耐久性。
20.另外，根据本发明，提供一种电池模块的制造方法，该电池模块的制造方法包括：使用连结端子将具有正极和负极的多个电极体串联连接的连接工序，上述连结端子由作为与上述正极同种的金属的第一金属和作为与上述负极同种的金属的第二金属接合而成的包层材料构成；将串联连接的多个上述电极体和上述连结端子收容于薄膜外装体的内部的收容工序；以及将上述连结端子折弯以使多个上述电极体的平坦的面彼此相向的折弯工序。
21.通过将多个电极体在收容于薄膜外装体之前使用包层材料预先串联连接，能够高效地制造低电阻的电池模块。由此，能够提高生产率，并且实现低成本化。
附图说明
22.图1是示意性地表示一实施方式的电池模块的纵剖视图。
23.图2是示意性地表示连接工序的俯视图。
24.图3是图2的iii－iii线剖视图。
25.图4是示意性地表示收容工序的图3对应图。
具体实施方式
26.以下，适当参照附图，对在此公开的技术的优选实施方式进行说明。此外，本说明书中特别提及的事项以外的且实施所需的事项(例如，电池模块的一般结构和构建过程)可以作为本领域技术人员基于该领域中的现有技术作出的设计事项来掌握。在此公开的技术能够基于本说明书公开的内容和该领域中的技术常识来实施。另外，在以下的附图中，有时对起到相同作用的构件、部位标注相同的附图标记，省略或简化重复的说明。
27.此外，在本说明书中，“电池”是指能够提取电能的一般蓄电设备的用语，是包含一次电池和二次电池的概念。另外，在本说明书中，“二次电池”是指能够反复充放电的一般蓄电设备的用语，是包含锂离子二次电池、镍氢电池等所谓的蓄电池(化学电池)和双电层电容器等电容器(物理电池)的概念。
28.＜电池模块100＞
29.图1是示意性地表示电池模块100的纵剖视图。电池模块100具备薄膜外装体10、电极体组40、正极外部端子62以及负极外部端子64。电极体组40具备多个(第一～第四)电极体20a、20b、20c、20d、多个(第一～第三)连结端子30a、30b、30c以及电解液(未图示)。电池模块100在此为锂离子二次电池。薄膜外装体10和电极体组40在此进一步收容于作为框体的模块壳体60。电池模块100也可以还具备从模块壳体60的外侧约束电极体组40的约束构件。
30.此外，在以下的说明中，附图中的附图标记x、y、z分别表示电极体20a、20b、20c、20d的短边方向、与短边方向正交的长边方向、厚度方向。但是，这些方向仅是为了便于说明的方向，并不限定电极体20a、20b、20c、20d的配置方式。
31.薄膜外装体10是收容电极体组40、即电极体20a、20b、20c、20d、连结端子30a、30b、30c以及电解液的容器。薄膜外装体10在此为沿长边方向y延伸并覆盖整个电极体组40的1张袋状的薄膜。薄膜外装体10在此是通过深冲连续地成形有仿照电极体20a、20b、20c、20d的外形的多个鼓出部的深冲成形件。薄膜外装体10的内部由密封部50隔开。在薄膜外装体10的内部划分出由密封部50隔开的多个独立的电极体收容空间。在此，划分出4个电极体收容空间。电极体20a、20b、20c、20d分别与电解液一起液密地密封于4个电极体收容空间。
32.薄膜外装体10具有绝缘性和相对于所使用的电解液的耐性。在此，薄膜外装体10的至少内侧的面(即，与电极体20a、20b、20c、20d及连结端子30a、30b、30c相向的一侧的面)由能够热熔接的树脂层构成。薄膜外装体10可以是由1层的树脂层构成的单层构造，也可以是具有2层以上的树脂层的多层构造。树脂层例如由聚烯烃树脂、聚酯树脂、聚苯乙烯树脂、聚氯乙烯树脂等热塑性树脂构成。作为聚烯烃树脂，例如可列举出聚乙烯(pe)、聚丙烯(pp)和马来酸酐改性聚丙烯、马来酸酐聚酯等酸改性聚烯烃树脂等。作为聚酯树脂，例如可列举出聚对苯二甲酸乙二醇酯(pet)等。薄膜外装体10优选为多个树脂层层叠而成的多层构造。另外，也可以在多个树脂层之间设置用于将相向的2个树脂层相互粘接的粘接层。层叠薄膜优选具有聚烯烃树脂层(例如pp层)和聚酯树脂层(例如pet层)。
33.层叠薄膜也可以是具有2个树脂层和配置在2个树脂层之间的金属层的层压薄膜。层压薄膜例如与以往公知的层压型电池所使用的薄膜相同即可，没有特别限定。层压薄膜例如也可以构成为从内侧起依次包括第一树脂层、金属层以及第二树脂层。第一树脂层是用于实现热熔接的层(密封剂层)。第一树脂层例如由如上述那样的热塑性树脂构成。第一
树脂层优选为pp层。金属层是用于提高气密性的层。金属层例如由铝、铁、不锈钢等金属材料构成。金属层优选为铝层。第二树脂层是用于提高耐久性及抗冲击性的层(保护层)。第二树脂层也可以构成表层(层压薄膜的最外层)。第二树脂层例如由如上述那样的热塑性树脂构成。第二树脂层优选为pet层。也可以在树脂层与金属层之间设置用于将2个层相互粘接的粘接层。另外，也可以在第二树脂层之上还设置其他层。
34.电极体20a、20b、20c、20d与电解液一起分别收容于独立的4个电极体收容空间。电极体20a、20b、20c、20d经由连结端子30a、30b、30c串联连接。电极体的数量典型地为偶数个。电极体的数量在此为4个。但是，电极体只要为2个以上(多个)即可，没有特别限定。如图1所示，电极体20a、20b、20c、20d分别截面为方形(典型地为矩形)。电极体20a、20b、20c、20d分别具有一对平坦的面(宽幅面)。电极体20a、20b、20c、20d以相互的平坦的面彼此相向的方式沿着厚度方向z配置而模块化。在图1中，电极体20b、20d以相对于电极体20a、20c上下反转的状态配置。电极体20a、20b、20c、20d在厚度方向z上大致平行地排列。电极体20a、20b、20c、20d优选被约束构件从厚度方向z施加约束压力。
35.电极体20a、20b、20c、20d的结构与以往公知的电池相同即可，没有特别限定。此外，以下，以电极体20a为例详细进行说明，但电极体20b、20c、20d也能够采用同样的结构。电极体20a具备片状的正极(正极片)和片状的负极(负极片)。正极片和负极片在此分别为多张。电极体20a例如是方形(典型地为矩形)的正极片和方形(典型地为矩形)的负极片在厚度方向z上以绝缘的状态层叠而成的层叠电极体。但是，电极体20a例如也可以是带状的正极片和带状的负极片以绝缘的状态层叠并在长度方向上卷绕而成的卷绕电极体。
36.正极例如具有正极集电体和固定在正极集电体上并包含正极活性物质的正极活性物质层(未图示)。正极活性物质例如是锂镍钴锰复合氧化物等锂过渡金属复合氧化物。正极集电体由导电性金属构成。正极集电体例如由铝、铝合金、镍、钛、不锈钢等金属材料构成。正极集电体也可以以铝为主体(典型地为质量最多的成分，优选为占50质量％以上的成分。以下相同。)构成。正极集电体在此为金属箔，具体而言为铝箔。正极集电体在长边方向y的一方的端部具有未形成正极活性物质层的部分(正极集电体露出部)。
37.负极例如具有负极集电体和固定在负极集电体上并包含负极活性物质的负极活性物质层(未图示)。负极活性物质例如是石墨等碳材料。负极集电体典型地由与正极集电体不同的导电性金属构成。负极集电体例如由铜、铜合金、镍、钛、不锈钢等金属材料构成。负极集电体也可以以铜为主体构成。负极集电体在此为金属箔，具体而言为铜箔。负极集电体在长边方向y的一方的端部具有未形成负极活性物质层的部分(负极集电体露出部)。
38.电极体20a、20b、20c、20d分别具有正极集电部22和负极集电部24。正极集电部22通过多个正极片的正极集电体露出部在长边方向y的一方的端部层叠而构成。在电极体20a的正极集电部22连接有正极外部端子62的一方侧(第一金属31侧)的端部。在电极体20b、20c、20d的正极集电部22连接有连结端子30a、30b、30c的一方侧(第一金属31侧)的端部。负极集电部24通过多个负极片的负极集电体露出部在长边方向y的另一方的端部层叠而构成。在此，在长边方向y上，负极集电部24配置于正极集电部22的相反侧。在电极体20a、20b、20c的负极集电部24连接有连结端子30a、30b、30c的另一方侧(第二金属32侧)的端部。在电极体20d的负极集电部24连接有负极外部端子64的另一方侧(第二金属32侧)的端部。
39.电解液与电极体20a、20b、20c、20d一起分别收容于独立的4个电极体收容空间。电
解液与以往公知的电池相同即可，没有特别限定。电解液例如是含有非水系溶剂和支持盐的非水电解液。非水系溶剂例如包括碳酸盐类。支持盐例如是六氟磷酸锂(lipf6)等含氟锂盐。但是，电解液也可以为固体状(固体电解质)，与电极体20a、20b、20c、20d一体化。
40.连结端子30a、30b、30c是将电极体20a、20b、20c、20d电连接的导电构件。具体而言，是将电极体20a、20b、20c、20d的正极集电部22和负极集电部24串联连接的构件。连结端子30a、30b、30c与正极集电部22及负极集电部24接合(例如焊接接合)。连结端子的数量能够基于例如电极体的个数来决定。连结端子的数量典型地为(电极体的数量－1)个，在此为3个。如图1所示，连结端子30a、30b、30c以使电极体20a、20b、20c、20d的平坦的面彼此相向的方式折弯。连结端子30a、30b、30c在剖视观察时为
コ
字形。但是，连结端子30a、30b、30c的截面形状例如也可以为v字形、u字形等。
41.连结端子30a、30b、30c由导电性金属构成。此外，以下，以连结端子30a为例详细进行说明，但连结端子30b、30c也能够采用同样的结构。连结端子30a为板状。连结端子30a具有能够折弯的挠性。连结端子30a的板厚典型地比模块壳体60的板厚薄。连结端子30a的板厚也可以比作为正极集电体和/或负极集电体的金属箔厚。连结端子30a由第一金属31和与第一金属不同种类的第二金属32接合而成的包层材料构成。
42.第一金属31侧的端部与正极集电部22接合。第二金属32侧的端部与负极集电部24接合。第一金属31是与正极集电体同种的金属。第一金属31例如可以为铝或铝合金。第二金属32是与负极集电体同种的金属。第二金属32例如可以为铜或铜合金。另外，优选在铜或铜合金之上形成有包覆镍等金属的镀层(例如镍镀层)。
43.在连结端子30a、30b、30c的与薄膜外装体10相向的一侧的面上一体形成有密封剂薄膜51、52。由此，即使在使用包层材料作为连结端子30a、30b、30c的情况下，形成密封部50时的加工不良也不易产生。密封剂薄膜51、52以使正极集电部22不与薄膜外装体10直接接触的方式覆盖连结端子30a、30b、30c。密封剂薄膜51、52典型地与连结端子30a、30b、30c熔接。但是，密封剂薄膜51、52也可以使用粘接剂等进行粘贴。密封剂薄膜51、52与相向的薄膜外装体10接合(例如熔接)。由此，在长边方向y的两端部形成有密封部50。
44.密封剂薄膜51设置于包层材料的第一金属31的表面。密封剂薄膜52设置于第二金属32的表面。密封剂薄膜51介于第一金属31与薄膜外装体10之间。密封剂薄膜52介于第二金属32与薄膜外装体10之间。密封剂薄膜51、52在此设置于第一金属31与第二金属32的交界33(参照图2)的周缘。换言之，避开第一金属31与第二金属32的交界33地形成。但是，在其他实施方式中，也可以设置成覆盖第一金属31与第二金属32的交界33。
45.密封剂薄膜51、52可以是由1层的树脂层构成的单层构造，也可以是具有2层以上的树脂层的多层构造。树脂层可以由具有相对于所使用的电解液的耐性且在与薄膜外装体10的树脂层同程度的温度下熔融的树脂材料构成。另外，可以相对于薄膜外装体10的树脂层和连结端子30a发挥适当的粘接性。作为构成密封剂薄膜51、52的树脂材料，例如可列举出作为能够构成薄膜外装体10的树脂层的材料而例示的热塑性树脂。密封剂薄膜51、52也可以为聚烯烃片。
46.密封部50设置于在俯视观察时与连结端子30a、30b、30c重叠的位置。密封部50将薄膜外装体10的内部隔开，划分出多个独立的电极体收容空间。密封部50将电极体收容空间的长边方向y的两端部密封。密封部50将电极体收容空间液密地密封。密封部50通过设置
于连结端子30a、30b、30c的密封剂薄膜51、52分别与薄膜外装体10接合而构成。在此，通过第一金属31经由密封剂薄膜51与薄膜外装体10接合且第二金属32经由密封剂薄膜52与薄膜外装体10接合而构成。密封部50例如是密封剂薄膜51、52与薄膜外装体10熔接(例如热熔接)而成的熔接部。在交界33(参照图2)，薄膜外装体10直接相向。密封部50防止了交界33与外部空气、电解液接触。
47.正极外部端子62在薄膜外装体10的内部与电极体组40的一方的端部(详细而言，电极体20a的正极集电部22)连接。负极外部端子64在薄膜外装体10的内部与电极体组40的另一方的端部(详细而言，电极体20d的负极集电部24)连接。正极外部端子62和负极外部端子64分别从薄膜外装体10的内部向外部延伸。正极外部端子62和负极外部端子64的一端部伸出到模块壳体60的外部。
48.正极外部端子62和负极外部端子64与以往公知的电池相同即可，没有特别限定。正极外部端子62和/或负极外部端子64可以由1种金属构成，也可以由例如上述那样的包层材料构成。在正极外部端子62和/或负极外部端子64由包层材料构成的情况下，优选交界33均被薄膜外装体10覆盖，不暴露于外部空气、电解液。正极外部端子62和/或负极外部端子64也可以是与连结端子30a、30b、30c相同的构件。正极外部端子62例如优选为与正极集电部22连接的一侧由铝或铝合金构成，向外部伸出的一侧由异种的金属(例如，铜或铜合金)构成。负极外部端子64例如优选为与负极集电部24连接的一侧由铜或铜合金构成，向外部伸出的一侧由异种的金属(例如，铝或铝合金)构成。
49.＜电池模块100的制造方法＞
50.电池模块100的特征在于相邻的电极体20a、20b、20c、20d彼此由连结端子30a、30b、30c串联连接。其他结构可以与以往的电池相同。这样的电池模块100例如能够通过包括连接工序、收容工序以及折弯工序的制造方法来制造。但是，也可以在任意的阶段包括其他工序。
51.在连接工序中，首先，准备如上述那样的电极体20a、20b、20c、20d、连结端子30a、30b、30c、正极外部端子62以及负极外部端子64。正极外部端子62和负极外部端子64在此与连结端子30a、30b、30c同样地由第一金属31和第二金属32接合而成的包层材料构成。图2是示意性地表示连接工序的俯视图。图3是图2的iii－iii线剖视图。图2所示的电极体20a、20b、20c、20d在俯视观察时为矩形。
52.接着，如图2、图3所示，将电极体20a、20b、20c、20d排列配置在一条直线上。电极体20a、20b、20c、20d在此沿着长边方向y(串联方向)排成一列。此时，使电极体20b、20c、20d的正极集电部22与电极体20a、20b、20c的负极集电部24相向。接着，以架设在相向的正极集电部22与负极集电部24之间的方式配置连结端子30a、30b、30c。此时，将连结端子30a、30b、30c的第一金属31侧的端部放置在正极集电部22上，将第二金属32侧的端部放置在负极集电部24上。另外，在电极体20a的正极集电部22配置正极外部端子62，在电极体20d的负极集电部24配置负极外部端子64。然后，将正极集电部22与连结端子30a、30b、30c及正极外部端子62接合。另外，将负极集电部24与连结端子30a、30b、30c及负极外部端子64接合。此外，它们的接合方法没有特别限定，例如能够通过超声波焊接、电阻焊接、激光焊接等焊接接合来进行。
53.此外，在连结端子30a、30b、30c的表面分别一体形成有密封剂薄膜51、52。密封剂
薄膜51、52例如通过将树脂制的薄膜熔接(例如热熔接)于连结端子30a、30b、30c的表面而设置。图2所示的密封剂薄膜51、52在俯视观察时为矩形。在短边方向x上，密封剂薄膜51的长度比正极集电部22长，密封剂薄膜51的长度比负极集电部24长。如图3所示，密封剂薄膜51、52在厚度方向z的整个区域覆盖正极集电部22和负极集电部24。
54.如以上这样，能够制作电极体20a、20b、20c、20d经由连结端子30a、30b、30c串联连接而成的第一合体物。
55.在收容工序中，首先，准备如上述那样的薄膜外装体10和电解液。图4是示意性地表示收容工序的图3对应图。图4所示的薄膜外装体10由在长边方向y上长的矩形的2张树脂薄膜(片)11、12构成。树脂薄膜11、12分别具有仿照电极体20a、20b、20c、20d的外形的形状并具有连续地成形的多个鼓出部。这样的形状的树脂薄膜11、12例如能够通过对树脂制的薄膜进行深冲成形来制作。
56.接着，如图4所示，用2张树脂薄膜11、12在厚度方向z上夹入在连接工序中制作的第一合体物。然后，将密封剂薄膜51、52和树脂薄膜11、12熔接，形成密封部50。密封部50例如能够通过利用熔接装置(例如热封机)将密封剂薄膜51、52和薄膜外装体10夹入并加热的热熔接来形成。由此，电极体20a、20b、20c、20d的长边方向y的两端部被密封，划分出电极体收容空间。
57.另外，在收容工序中，在使电极体20a、20b、20c、20d分别浸渍电解液之后，沿着短边方向x的两端部的边缘，将相向的树脂薄膜11、12熔接。由此，电极体20a、20b、20c、20d分别与电解液一起液密地密封于电极体收容空间。
58.如以上这样，能够制作电极体20a、20b、20c、20d和连结端子30a、30b、30c收容于薄膜外装体10的第二合体物。
59.在折弯工序中，将连结端子30a、30b、30c的第一金属31的部分和第二金属32的部分分别折弯，使电极体20a、20b、20c、20d的平坦的面彼此相向。连结端子30a、30b、30c的折弯可以避开交界33地进行。即，可以将设置有密封剂薄膜51、52的部分与交界33之间折弯。由此，电极体20a、20b、20c、20d在厚度方向z上大致平行地排列。
60.如以上这样，能够制造电池模块100。
61.电池模块100能够利用于各种用途。例如，能够优选用作搭载于车辆的电机用的高输出动力源(驱动用电源)。车辆的种类没有特别限定，典型地可列举出汽车，例如插电式混合动力汽车(phev)、混合动力汽车(hev)、电动汽车(bev)等。
62.以上，对本发明的具体例子进行了详细说明，但这些仅是例示，并不限定权利要求书。权利要求书所记载的技术包括将以上例示的具体例子进行各种变形、变更而得到的技术。
63.附图标记说明
64.10薄膜外装体
65.20a、20b、20c、20d电极体
66.22正极集电部
67.24负极集电部
68.30a、30b、30c连结端子(包层材料)
69.31第一金属
70.32第二金属
71.33交界
72.50密封部
73.51、52密封剂薄膜
74.62正极外部端子
75.64负极外部端子
76.100电池模块。