JP7763207B2 - Energy storage module and manufacturing method thereof - Google Patents
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Description
本発明は、複数の蓄電デバイスを備えた蓄電モジュールおよびその製造方法に関する。 The present invention relates to an energy storage module equipped with multiple energy storage devices and a manufacturing method thereof.
従来、車両駆動用電源等では、複数の蓄電デバイス(単セル)を電気的に接続してなる蓄電モジュールが広く利用されている。これに関連する従来技術文献として、特許文献1が挙げられる。 Conventionally, energy storage modules consisting of multiple electrically connected energy storage devices (single cells) have been widely used in vehicle drive power sources and the like. Patent Document 1 is an example of a related prior art document.
例えば特許文献1には、複数のサブモジュールと、複数のサブモジュールを予め定められた位置に収容する筐体と、を有する蓄電モジュールが開示されている。特許文献1において、上記複数のサブモジュールは、それぞれ、複数の蓄電デバイス(単セル)が配列されたセル群と、配列方向に拘束圧を作用させてセル群を拘束する拘束部材と、を備える。そして、上記筐体内には、相対的に低温になりやすい領域があり、当該低温になりやすい領域に配置されたサブモジュールは、他のサブモジュールよりも相対的に拘束部材の拘束圧が低くなるように構成されている。特許文献1には、このようにハイレート耐性が低下しやすい領域(低温になりやすい領域)で蓄電デバイスへの拘束圧を低くすることにより、複数の蓄電デバイスのハイレート耐性(ハイレート充放電を繰り返した際の抵抗増大)を平準化しうる旨が記載されている。 For example, Patent Document 1 discloses an energy storage module having multiple submodules and a housing that houses the multiple submodules in predetermined positions. In Patent Document 1, each of the multiple submodules includes a cell group in which multiple energy storage devices (single cells) are arranged, and a restraining member that applies a restraining pressure in the arrangement direction to restrain the cell group. The housing contains an area that is prone to relatively low temperatures, and submodules arranged in this area are configured so that the restraining pressure of the restraining member is relatively lower than that of other submodules. Patent Document 1 describes how, by reducing the restraining pressure on the energy storage devices in areas where high-rate resistance is likely to decrease (areas prone to low temperatures), it is possible to average out the high-rate resistance (increase in resistance when high-rate charging and discharging are repeated) of the multiple energy storage devices.
上記特許文献1に記載の技術では、1つのセル群に含まれる複数の蓄電デバイスについては相互に拘束圧を異ならせることができない。そのため、本発明者らの検討によれば、セル群内に温度分布が発生した場合、複数の蓄電デバイスのハイレート耐性を平準化し難いことがあった。また、セル群ごとに拘束部材が必須となるため、拘束部材がかさばって蓄電モジュール全体としての体積エネルギー密度が低下したり、例えば蓄電モジュールを車両等の移動体に搭載する場合は、重量が重くなって燃費が悪化したりする虞があった。 The technology described in Patent Document 1 above does not allow the multiple energy storage devices included in a single cell group to have different confinement pressures. Therefore, according to the inventors' research, if a temperature distribution occurs within the cell group, it can be difficult to equalize the high-rate resistance of the multiple energy storage devices. Furthermore, because a confinement member is required for each cell group, the confinement members are bulky, reducing the volumetric energy density of the entire energy storage module. For example, when the energy storage module is mounted on a moving object such as a vehicle, the weight increases, potentially resulting in poor fuel efficiency.
本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、その主な目的は、複数の蓄電デバイスのハイレート耐性を平準化できる新規な構成の蓄電モジュールおよびその製造方法を提供することにある。 The present invention was made in consideration of the above circumstances, and its main purpose is to provide a new energy storage module configuration that can equalize the high-rate resistance of multiple energy storage devices, as well as a manufacturing method for the same.
本発明により、複数の蓄電デバイスを備えた蓄電モジュールであって、複数の上記蓄電デバイスは、それぞれ、正極と負極とを有し、上記蓄電モジュール内には、複数の上記蓄電デバイスの充放電時に、相対的に温度が低くなる低温領域と、相対的に温度が高くなる高温領域と、があり、ここで、上記正極の単位面積当たりの理論容量に対する、上記負極の単位面積当たりの理論容量の比(負極理論容量/正極理論容量)を、対向容量比とすると、複数の上記蓄電デバイスのうち、上記低温領域に配置されている第1蓄電デバイスは、上記高温領域に配置されている第2蓄電デバイスよりも上記対向容量比が高い、蓄電モジュールが提供される。 The present invention provides an energy storage module comprising a plurality of energy storage devices, each of which has a positive electrode and a negative electrode. The energy storage module includes a low-temperature region where the temperature is relatively low and a high-temperature region where the temperature is relatively high when the energy storage devices are charged or discharged. If the ratio of the theoretical capacity per unit area of the negative electrode to the theoretical capacity per unit area of the positive electrode (negative electrode theoretical capacity/positive electrode theoretical capacity) is taken as the opposing capacity ratio, then the first energy storage device of the plurality of energy storage devices, located in the low-temperature region, has a higher opposing capacity ratio than the second energy storage device located in the high-temperature region.
また、本発明により、複数の蓄電デバイスを備え、複数の上記蓄電デバイスは、それぞれ、正極と負極とを有する、蓄電モジュールの製造方法が提供される。この製造方法は、上記正極の単位面積当たりの理論容量に対する、上記負極の単位面積当たりの理論容量の比(負極理論容量/正極理論容量)を、対向容量比とすると、複数の上記蓄電デバイスとして、上記対向容量比が相対的に高い第1蓄電デバイスと、上記対向容量比が相対的に低い第2蓄電デバイスと、を用意する用意工程と、複数の上記蓄電デバイスを充放電させたときの上記蓄電モジュール内の温度分布を予測する温度分布予測工程と、上記温度分布に基づき、相対的に温度が低い低温領域に上記第1蓄電デバイスを配置し、相対的に温度が高い高温領域に上記第2蓄電デバイスを配置して、上記蓄電モジュールを構築する構築工程と、を含む。 The present invention also provides a method for manufacturing an energy storage module comprising a plurality of energy storage devices, each of which has a positive electrode and a negative electrode. This manufacturing method includes the following steps: a preparation step of preparing, as the plurality of energy storage devices, a first energy storage device having a relatively high opposing capacity ratio and a second energy storage device having a relatively low opposing capacity ratio, where the ratio of the theoretical capacity per unit area of the negative electrode to the theoretical capacity per unit area of the positive electrode (negative electrode theoretical capacity/positive electrode theoretical capacity) is the opposing capacity ratio; a temperature distribution prediction step of predicting the temperature distribution within the energy storage module when the plurality of energy storage devices are charged and discharged; and a construction step of constructing the energy storage module by arranging the first energy storage device in a low-temperature region where the temperature is relatively low and the second energy storage device in a high-temperature region where the temperature is relatively high, based on the temperature distribution.
本発明者らが種々検討を重ねたところ、上記対向容量比が高い蓄電デバイスは、上記対向容量比が低い蓄電デバイスに比べて、相対的にハイレート耐性に優れていることが判明した。そこで、本発明では、ハイレート耐性が低下しやすい低温領域に、相対的に上記対向容量比が高い(ハイレート耐性に優れた)蓄電デバイスを配置している。これにより、複数の蓄電デバイスのハイレート耐性を平準化できる。ひいては、蓄電モジュール全体のハイレート耐性を向上できる。また、特許文献1の技術とは異なり「セル群」という枠組みにとらわれる必要がないため、個々の蓄電デバイスのハイレート耐性を柔軟に調節できる。さらに、特許文献1の技術に比べて拘束部材の数を削減できるため、体積エネルギー密度や燃費をも向上できる。 After extensive research, the inventors discovered that energy storage devices with a high opposing capacity ratio have relatively better high-rate resistance than energy storage devices with a low opposing capacity ratio. Therefore, in the present invention, energy storage devices with a relatively high opposing capacity ratio (excellent high-rate resistance) are placed in low-temperature regions where high-rate resistance is likely to decrease. This makes it possible to equalize the high-rate resistance of multiple energy storage devices. Ultimately, this improves the high-rate resistance of the entire energy storage module. Furthermore, unlike the technology of Patent Document 1, this technology is not limited to the framework of a "cell group," allowing for flexible adjustment of the high-rate resistance of individual energy storage devices. Furthermore, since the number of restraining members can be reduced compared to the technology of Patent Document 1, it is possible to improve volumetric energy density and fuel efficiency.
なお、ここに開示される技術と特に関連するものではないが、特許文献2、3には、それぞれ、蓄電デバイスに好適な電極の性状(例えば活物質層の空孔率)ないし放電容量比の範囲が記載されている。 While not particularly related to the technology disclosed herein, Patent Documents 2 and 3 each describe electrode properties (e.g., porosity of the active material layer) and discharge capacity ratio ranges suitable for electricity storage devices.
以下、適宜図面を参照しながら、ここに開示される技術の好適な実施形態を説明する。本明細書において特に言及している事項以外の事柄であって本発明の実施に必要な事柄(例えば、本発明を特徴付けない蓄電モジュールや蓄電デバイスの一般的な構成および製造プロセス)は、当該分野における従来技術に基づく当業者の設計事項として把握されうる。ここに開示される蓄電モジュールは、本明細書に開示されている内容と当該分野における技術常識とに基づいて実施することができる。 Preferred embodiments of the technology disclosed herein will be described below, with appropriate reference to the drawings. Matters necessary for implementing the present invention other than those specifically mentioned in this specification (for example, the general configuration and manufacturing process of an energy storage module or energy storage device that does not characterize the present invention) can be understood as design matters of a person skilled in the art based on prior art in the relevant field. The energy storage module disclosed herein can be implemented based on the contents disclosed in this specification and common technical knowledge in the relevant field.
なお、以下の図面において、同じ作用を奏する部材・部位には同じ符号を付し、重複する説明は省略または簡略化することがある。また、本明細書において範囲を示す「A~B」の表記は、A以上B以下の意と共に、「好ましくはAより大きい」および「好ましくはBより小さい」の意を包含するものとする。また、本明細書において「等しい」という表記は、必ずしも完全一致のみを指すものではなく、例えば、±5%程度の変動(製造誤差等)を許容しうるものとする。 In the drawings below, components and parts that perform the same function are given the same reference numerals, and redundant explanations may be omitted or simplified. Furthermore, in this specification, the notation "A to B" indicating a range means greater than or equal to A and less than or equal to B, as well as "preferably greater than A" and "preferably smaller than B." Furthermore, in this specification, the notation "equal" does not necessarily refer to an exact match; for example, a variation of approximately ±5% (due to manufacturing errors, etc.) is acceptable.
[蓄電モジュール]
図1は、蓄電モジュール500を模式的に示す斜視図である。蓄電モジュール500は、ここでは、複数の蓄電デバイス100と、複数のスペーサ200と、拘束機構300と、を備えている。ただし、複数のスペーサ200および拘束機構300は必須でなく、他の実施形態において省略することもできる。
[Energy storage module]
1 is a perspective view schematically illustrating an energy storage module 500. Here, the energy storage module 500 includes a plurality of energy storage devices 100, a plurality of spacers 200, and a restraining mechanism 300. However, the plurality of spacers 200 and the restraining mechanism 300 are not essential and may be omitted in other embodiments.
なお、以下の説明において、図面中の符号L、R、F、Rr、U、Dは、左、右、前、後、上、下を表し、図面中の符号X、Y、Zは、蓄電デバイス100の短辺方向、短辺方向と直交する長辺方向、上下方向を、それぞれ表すものとする。短辺方向Xは、蓄電デバイス100の配列方向でもある。ただし、これらは説明の便宜上の方向に過ぎず、蓄電モジュール500の設置形態を何ら限定するものではない。 In the following description, the symbols L, R, F, Rr, U, and D in the drawings represent left, right, front, rear, top, and bottom, and the symbols X, Y, and Z in the drawings represent the short side direction of the energy storage device 100, the long side direction perpendicular to the short side direction, and the up-down direction, respectively. The short side direction X is also the arrangement direction of the energy storage devices 100. However, these directions are merely used for convenience of explanation and do not in any way limit the installation form of the energy storage module 500.
拘束機構300は、複数の蓄電デバイス100を拘束する部材である。拘束機構300は、ここでは1つである。拘束機構300は、ここでは、全ての蓄電デバイス100とスペーサ200とに対して、配列方向Xから等しい拘束圧を印加するように構成されている。拘束機構300は、一対のエンドプレート310と、一対のサイドプレート320と、複数のビス330と、を備えている。一対のエンドプレート310および一対のサイドプレート320は、複数の蓄電デバイス100を収容する筐体としても把握されうる。一対のエンドプレート310および一対のサイドプレート320は、金属製であることが好ましい。 The restraining mechanism 300 is a member that restrains multiple energy storage devices 100. In this embodiment, there is only one restraining mechanism 300. The restraining mechanism 300 is configured to apply equal restraining pressure to all of the energy storage devices 100 and spacers 200 in the arrangement direction X. The restraining mechanism 300 includes a pair of end plates 310, a pair of side plates 320, and multiple screws 330. The pair of end plates 310 and the pair of side plates 320 can also be understood as a housing that houses multiple energy storage devices 100. The pair of end plates 310 and the pair of side plates 320 are preferably made of metal.
一対のエンドプレート310は、配列方向Xにおいて蓄電モジュール500の両端に配置されている。一対のエンドプレート310は、複数の蓄電デバイス100と複数のスペーサ200とを配列方向Xに挟み込んでいる。一対のサイドプレート320は、一対のエンドプレート310を架橋している。一対のサイドプレート320は、例えば、拘束荷重が10~15kN程度となるように、複数のビス330によってエンドプレート310に固定されている。これにより、複数の蓄電デバイス100に対して配列方向Xから均一な拘束荷重が印加され、複数の蓄電デバイス100が一体的に保持されている。ただし、拘束機構の構成はこれに限定されるものではない。拘束機構300は、例えばサイドプレート320にかえて、複数の拘束バンドやバインドバー等を備えていてもよい。 A pair of end plates 310 are arranged at both ends of the energy storage module 500 in the arrangement direction X. The pair of end plates 310 sandwich a plurality of energy storage devices 100 and a plurality of spacers 200 in the arrangement direction X. A pair of side plates 320 bridges the pair of end plates 310. The pair of side plates 320 are fixed to the end plates 310 with a plurality of screws 330 so that the restraining load is, for example, approximately 10 to 15 kN. This applies a uniform restraining load to the plurality of energy storage devices 100 in the arrangement direction X, holding the plurality of energy storage devices 100 together. However, the configuration of the restraining mechanism is not limited to this. The restraining mechanism 300 may include, for example, a plurality of restraining bands, binding bars, etc. instead of the side plates 320.
スペーサ200は、ここでは配列方向Xにおいて複数の蓄電デバイス100の間にそれぞれ配置されている。すなわち、配列方向Xでは、蓄電デバイス100とスペーサ200とが交互に並んでいる。ただし、蓄電モジュール500がスペーサ200を含まない場合には、配列方向Xに隣り合う蓄電デバイス100同士が当接(直接接触)していてもよい。スペーサ200は、流体(典型的には、空気等の気体)が通過可能な多孔質構造の部分を含むことが好ましい。 Here, the spacers 200 are arranged between the multiple energy storage devices 100 in the arrangement direction X. That is, the energy storage devices 100 and the spacers 200 are arranged alternately in the arrangement direction X. However, if the energy storage module 500 does not include spacers 200, the energy storage devices 100 adjacent to each other in the arrangement direction X may be in abutting contact (direct contact). The spacers 200 preferably include a porous structure portion that allows fluid (typically, a gas such as air) to pass through.
蓄電デバイス100は、繰り返し充放電が可能なデバイスである。なお、本明細書において「蓄電デバイス」とは、リチウムイオン二次電池やニッケル水素電池等の二次電池と、リチウムイオンキャパシタや電気二重層キャパシタ等のキャパシタと、を包含する概念である。複数の蓄電デバイス100は、ここでは、一対のエンドプレート310の間に、配列方向X(言い換えれば蓄電デバイス100の厚み方向X)に沿って配置されている。複数の蓄電デバイス100は、拘束機構300で拘束されていることが好ましい。なお、複数の蓄電デバイス100の形状、サイズ、個数等は図1に開示される態様に限定されることなく、適宜変更することができる。 The power storage device 100 is a device that can be repeatedly charged and discharged. In this specification, the term "power storage device" encompasses secondary batteries such as lithium-ion secondary batteries and nickel-metal hydride batteries, and capacitors such as lithium-ion capacitors and electric double-layer capacitors. Here, the multiple power storage devices 100 are arranged between a pair of end plates 310 along the arrangement direction X (in other words, the thickness direction X of the power storage device 100). The multiple power storage devices 100 are preferably restrained by a restraining mechanism 300. The shape, size, number, etc. of the multiple power storage devices 100 are not limited to the embodiment disclosed in FIG. 1 and can be modified as appropriate.
ここでは図示を省略しているが、蓄電モジュール500の使用時には、複数の蓄電デバイス100がバスバー等の導電部材によって相互に電気的に接続される。接続方法は特に制限されず、例えば、直列、並列、あるいは多直列多並列等であってもよい。好適な一態様では、複数の蓄電デバイス100が直列に接続される。これにより、例えば車両等の移動体への使用に適したレベルまで、好適に出力特性を向上できる。また、直列接続の場合、一部の蓄電デバイス100の性能悪化が蓄電モジュール500全体の性能悪化につながりやすい。そのため、ここに開示される技術を適用することが殊に効果的である。 Although not shown here, when the energy storage module 500 is in use, multiple energy storage devices 100 are electrically connected to each other by conductive members such as bus bars. The connection method is not particularly limited and may be, for example, series, parallel, or multi-series/multi-parallel. In a preferred embodiment, multiple energy storage devices 100 are connected in series. This makes it possible to suitably improve output characteristics to a level suitable for use in mobile objects such as vehicles. Furthermore, in the case of a series connection, performance degradation of some energy storage devices 100 is likely to lead to performance degradation of the entire energy storage module 500. For this reason, applying the technology disclosed herein is particularly effective.
図2は、蓄電デバイス100の斜視図である。図1、図2からわかるように、複数の蓄電デバイス100は、いずれも扁平な角型であり、ここでは同一形状である。複数の蓄電デバイス100は、後述する長側壁12b同士が平行になるように配置されている。複数の蓄電デバイス100は、ここではスペーサ200を介して長側壁12b同士が相互に対向するように、配列方向Xに並んでいる。 Figure 2 is a perspective view of the energy storage device 100. As can be seen from Figures 1 and 2, the multiple energy storage devices 100 are all flat, rectangular, and have the same shape here. The multiple energy storage devices 100 are arranged so that their long side walls 12b, described below, are parallel to each other. Here, the multiple energy storage devices 100 are lined up in the arrangement direction X with the long side walls 12b facing each other via spacers 200.
図3は、図2のIII-III線に沿う模式的な縦断面図である。図3に示すように、蓄電デバイス100は、ここでは、電池ケース10と、電極体20と、正極端子30と、負極端子40と、を備えている。図示は省略するが、蓄電デバイス100は、ここではさらに非水電解液を備えている。蓄電デバイス100は、正極端子30と負極端子40とが取り付けられた電池ケース10に、電極体20と非水電解液とが収容されて構成されている。蓄電デバイス100は、典型的には非水電解液二次電池であり、ここではリチウムイオン二次電池である。蓄電デバイス100が非水電解液二次電池(特にはリチウムイオン二次電池)である場合、ここに開示される技術を適用することが殊に効果的である。 Figure 3 is a schematic longitudinal cross-sectional view taken along line III-III in Figure 2. As shown in Figure 3, the electricity storage device 100 includes a battery case 10, an electrode assembly 20, a positive electrode terminal 30, and a negative electrode terminal 40. Although not shown, the electricity storage device 100 further includes a non-aqueous electrolyte. The electricity storage device 100 is configured by housing the electrode assembly 20 and non-aqueous electrolyte in a battery case 10 to which the positive electrode terminal 30 and the negative electrode terminal 40 are attached. The electricity storage device 100 is typically a non-aqueous electrolyte secondary battery, and in this case, a lithium-ion secondary battery. When the electricity storage device 100 is a non-aqueous electrolyte secondary battery (particularly a lithium-ion secondary battery), applying the technology disclosed herein is particularly effective.
電池ケース10は、電極体20および非水電解液を収容する容器である。図2に示すように、電池ケース10は、ここでは扁平かつ有底の直方体形状(角形)の外形を有する。電池ケース10の材質は、従来から使用されているものと同じでよく、特に制限はない。電池ケース10は、例えば、アルミニウム、アルミニウム合金、鉄、鉄合金等からなっている。電池ケース10は、図3に示すように、開口12hを有する外装体12と、開口12hを封口する封口板(蓋体)14と、を備えている。外装体12は、図2に示すように、長辺および短辺を有する略矩形状の底壁12aと、底壁12aの長辺から延び相互に対向する一対の長側壁12bと、底壁12aの短辺から延び相互に対向する一対の短側壁12cと、を備えている。長側壁12bは平坦である。 The battery case 10 is a container that houses the electrode assembly 20 and nonaqueous electrolyte. As shown in FIG. 2, the battery case 10 has a flat, bottomed, rectangular (square) outer shape. The material of the battery case 10 may be the same as that conventionally used, and is not particularly limited. The battery case 10 is made of, for example, aluminum, aluminum alloy, iron, iron alloy, etc. As shown in FIG. 3, the battery case 10 includes an exterior body 12 having an opening 12h and a sealing plate (lid) 14 that seals the opening 12h. As shown in FIG. 2, the exterior body 12 includes a substantially rectangular bottom wall 12a having long and short sides, a pair of long side walls 12b extending from the long side of the bottom wall 12a and facing each other, and a pair of short side walls 12c extending from the short side of the bottom wall 12a and facing each other. The long side walls 12b are flat.
封口板14は、板状部材である。封口板14は、略矩形状である。封口板14は、図3に示すように、外装体12の開口12hを塞ぐように外装体12に取り付けられている。電池ケース10は、外装体12の開口12hの周縁に封口板14が接合(好ましくは溶接接合)されることによって、一体化されている。電池ケース10は、気密に封止(密閉)されている。封口板14には、注液孔15と、2つの端子引出孔18、19と、が設けられている。注液孔15は、外装体12に封口板14を組み付けた後、非水電解液を注液するためのものである。注液孔15は、封止部材16により封止されている。端子引出孔18、19は、封口板14を上下方向Zに貫通している。 The sealing plate 14 is a plate-like member. The sealing plate 14 has a substantially rectangular shape. As shown in FIG. 3 , the sealing plate 14 is attached to the exterior body 12 so as to cover the opening 12h of the exterior body 12. The battery case 10 is integrated by joining (preferably welding) the sealing plate 14 to the periphery of the opening 12h of the exterior body 12. The battery case 10 is hermetically sealed (sealed). The sealing plate 14 has a liquid filling hole 15 and two terminal holes 18 and 19. The liquid filling hole 15 is for filling the nonaqueous electrolyte after the sealing plate 14 is assembled to the exterior body 12. The liquid filling hole 15 is sealed with a sealing member 16. The terminal holes 18 and 19 penetrate the sealing plate 14 in the vertical direction Z.
正極端子30は、封口板14の長辺方向Yの一端部(図2、図3の左端部)に配置され、負極端子40は、封口板14の長辺方向Yの他端部(図2、図3の右端部)に配置されている。図3に示すように、正極端子30および負極端子40は、それぞれ、端子引出孔18、19を挿通して封口板14の内部から外部へと延びている。正極端子30および負極端子40は、ここでは、かしめ加工により、封口板14の端子引出孔18、19を囲む周縁部分に、かしめられている。正極端子30および負極端子40の外装体12の側の端部(図3の下端部)には、かしめ部30c、40cが形成されている。これにより、正極端子30および負極端子40は、封口板14に固定されている。 The positive electrode terminal 30 is located at one end of the sealing plate 14 in the long side direction Y (left end in Figures 2 and 3), and the negative electrode terminal 40 is located at the other end of the sealing plate 14 in the long side direction Y (right end in Figures 2 and 3). As shown in Figure 3, the positive electrode terminal 30 and the negative electrode terminal 40 extend from the inside to the outside of the sealing plate 14 through the terminal outlet holes 18 and 19, respectively. Here, the positive electrode terminal 30 and the negative electrode terminal 40 are crimped to the peripheral portion of the sealing plate 14 surrounding the terminal outlet holes 18 and 19 by crimping. Crimped portions 30c and 40c are formed on the ends of the positive electrode terminal 30 and the negative electrode terminal 40 on the exterior body 12 side (lower end in Figure 3). This secures the positive electrode terminal 30 and the negative electrode terminal 40 to the sealing plate 14.
図3に示すように、正極端子30は、外装体12の内部で正極集電部50を介して電極体20の正極タブ群23と電気的に接続されている。正極端子30は、内部絶縁部材80およびガスケット90によって封口板14と絶縁されている。負極端子40は、外装体12の内部で、負極集電部60を介して電極体20の負極タブ群25と電気的に接続されている。負極端子40は、内部絶縁部材80およびガスケット90によって封口板14と絶縁されている。 As shown in FIG. 3 , the positive electrode terminal 30 is electrically connected to the positive electrode tab group 23 of the electrode assembly 20 via the positive electrode current collector 50 inside the exterior housing 12. The positive electrode terminal 30 is insulated from the sealing plate 14 by an internal insulating member 80 and a gasket 90. The negative electrode terminal 40 is electrically connected to the negative electrode tab group 25 of the electrode assembly 20 via the negative electrode current collector 60 inside the exterior housing 12. The negative electrode terminal 40 is insulated from the sealing plate 14 by the internal insulating member 80 and a gasket 90.
図2、図3に示すように、封口板14の外側の面には、板状の正極外部導電部材32および負極外部導電部材42が取り付けられている。正極外部導電部材32は、正極端子30と電気的に接続されている。負極外部導電部材42は、負極端子40と電気的に接続されている。正極外部導電部材32および負極外部導電部材42は、複数の蓄電デバイス100を相互に電気的に接続するバスバー等の導電部材が付設される部材である。正極外部導電部材32および負極外部導電部材42は、外部絶縁部材92によって封口板14と絶縁されている。蓄電モジュール500は、例えば、配列方向Xにおいて隣り合う蓄電デバイス100のうち、一方の蓄電デバイス100の正極外部導電部材32と、他方の蓄電デバイス100の負極外部導電部材42とがバスバー等で電気的に接続されることにより、直列に接続される。 As shown in Figures 2 and 3, a plate-shaped positive electrode external conductive member 32 and a plate-shaped negative electrode external conductive member 42 are attached to the outer surface of the sealing plate 14. The positive electrode external conductive member 32 is electrically connected to the positive electrode terminal 30. The negative electrode external conductive member 42 is electrically connected to the negative electrode terminal 40. The positive electrode external conductive member 32 and the negative electrode external conductive member 42 are members to which conductive members such as bus bars that electrically connect multiple energy storage devices 100 to each other are attached. The positive electrode external conductive member 32 and the negative electrode external conductive member 42 are insulated from the sealing plate 14 by an external insulating member 92. For example, the energy storage module 500 is connected in series by electrically connecting the positive electrode external conductive member 32 of one of the energy storage devices 100 adjacent to each other in the arrangement direction X with the negative electrode external conductive member 42 of the other energy storage device 100 via a bus bar or the like.
図4は、電極体20の構成を示す模式図である。図4に示すように、電極体20は、正極22と、負極24と、セパレータ26と、を有する。電極体20は、ここでは、帯状の正極22と、帯状の負極24とが、帯状のセパレータ26を介して積層され、捲回軸WLを中心として捲回されてなる捲回電極体である。電極体20は、外形が扁平形状である。電極体20は、ここでは捲回軸WLが長辺方向Yと略平行になる向きで外装体12の内部に配置されている。ただし、他の実施形態において、電極体20は、捲回軸WLが上下方向Zと略平行になる向きで外装体12の内部に配置されていてもよい。また、電極体20は、複数枚の方形状(典型的には矩形状)の正極と、複数枚の方形状(典型的には矩形状)の負極とが、絶縁された状態で積み重ねられてなる積層型電極体であってもよい。 Figure 4 is a schematic diagram showing the configuration of the electrode assembly 20. As shown in Figure 4, the electrode assembly 20 has a positive electrode 22, a negative electrode 24, and a separator 26. Here, the electrode assembly 20 is a wound electrode assembly formed by stacking a strip-shaped positive electrode 22 and a strip-shaped negative electrode 24 with a strip-shaped separator 26 interposed therebetween and winding them around a winding axis WL. The electrode assembly 20 has a flat outer shape. Here, the electrode assembly 20 is disposed inside the exterior body 12 with the winding axis WL oriented approximately parallel to the long-side direction Y. However, in other embodiments, the electrode assembly 20 may be disposed inside the exterior body 12 with the winding axis WL oriented approximately parallel to the vertical direction Z. Furthermore, the electrode assembly 20 may be a stacked electrode assembly formed by stacking multiple square-shaped (typically rectangular) positive electrodes and multiple square-shaped (typically rectangular) negative electrodes in an insulated state.
正極22の構成は従来と同様であってよい。正極22は、ここでは、正極集電体22cと、正極集電体22cの少なくとも一方の表面上に固着された正極活物質層22aおよび正極保護層22pと、を有する。ただし、正極保護層22pは必須ではなく、他の実施形態において省略することもできる。正極集電体22cは、帯状である。正極集電体22cは、金属製であることが好ましく、金属箔からなることがより好ましい。正極集電体22cは、ここではアルミニウム箔である。 The configuration of the positive electrode 22 may be the same as that of a conventional positive electrode. Here, the positive electrode 22 has a positive electrode current collector 22c, and a positive electrode active material layer 22a and a positive electrode protective layer 22p adhered to at least one surface of the positive electrode current collector 22c. However, the positive electrode protective layer 22p is not essential and may be omitted in other embodiments. The positive electrode current collector 22c is strip-shaped. The positive electrode current collector 22c is preferably made of metal, and more preferably made of metal foil. Here, the positive electrode current collector 22c is aluminum foil.
正極集電体22cの長辺方向Yの一方の端部(図4の左端部)には、複数の正極タブ22tが設けられている。複数の正極タブ22tは、長辺方向Yの一方側(図4の左側)に向かって突出している。複数の正極タブ22tは、セパレータ26よりも長辺方向Yに突出している。正極タブ22tは、ここでは正極集電体22cの一部であり、金属箔(アルミニウム箔)からなっている。複数の正極タブ22tは長辺方向Yの一方の端部(図4の左端部)で積層され、正極タブ群23を構成している。正極タブ群23は、正極集電部50を介して正極端子30と電気的に接続されている。 A plurality of positive electrode tabs 22t are provided at one end of the positive electrode current collector 22c in the long side direction Y (left end in Figure 4). The multiple positive electrode tabs 22t protrude toward one side in the long side direction Y (left end in Figure 4). The multiple positive electrode tabs 22t protrude further in the long side direction Y than the separator 26. In this example, the positive electrode tabs 22t are part of the positive electrode current collector 22c and are made of metal foil (aluminum foil). The multiple positive electrode tabs 22t are stacked at one end in the long side direction Y (left end in Figure 4) to form a positive electrode tab group 23. The positive electrode tab group 23 is electrically connected to the positive electrode terminal 30 via the positive electrode current collector 50.
正極活物質層22aは、正極集電体22cの片面または両面(ここでは両面)に、正極集電体22cの長手方向に沿って、帯状に設けられている。正極活物質層22aは、電荷担体を可逆的に吸蔵および放出可能な正極活物質を含んでいる。正極活物質としては、例えばリチウム遷移金属複合酸化物やリチウム遷移金属リン酸化合物が挙げられる。リチウム遷移金属複合酸化物は、遷移金属元素として、Ni、Co、Mnのうちの少なくとも1種を含むことが好ましい。リチウム遷移金属複合酸化物の具体例としては、例えば、リチウムニッケル系複合酸化物、リチウムコバルト系複合酸化物、リチウムマンガン系複合酸化物、リチウムニッケルマンガン系複合酸化物、リチウムニッケルコバルトマンガン系複合酸化物、リチウムニッケルコバルトアルミニウム系複合酸化物、リチウム鉄ニッケルマンガン系複合酸化物等が挙げられる。なかでも、リチウムニッケルコバルトマンガン系複合酸化物が好ましい。正極活物質は、1種単独で用いてよく、または2種以上を組み合わせて用いてもよい。 The positive electrode active material layer 22a is provided in a strip shape on one or both sides (both sides in this example) of the positive electrode current collector 22c, extending along the longitudinal direction of the positive electrode current collector 22c. The positive electrode active material layer 22a contains a positive electrode active material capable of reversibly absorbing and releasing charge carriers. Examples of positive electrode active materials include lithium transition metal composite oxides and lithium transition metal phosphate compounds. The lithium transition metal composite oxide preferably contains at least one of Ni, Co, and Mn as a transition metal element. Specific examples of lithium transition metal composite oxides include lithium nickel composite oxides, lithium cobalt composite oxides, lithium manganese composite oxides, lithium nickel manganese composite oxides, lithium nickel cobalt manganese composite oxides, lithium nickel cobalt aluminum composite oxides, and lithium iron nickel manganese composite oxides. Of these, lithium nickel cobalt manganese composite oxides are preferred. The positive electrode active materials may be used alone or in combination.
なお、本明細書において「リチウムニッケルコバルトマンガン系複合酸化物」とは、Li、Ni、Co、Mn、Oを構成元素とする酸化物の他に、それら以外の1種または2種以上の添加的な元素を含んだ酸化物をも包含する用語である。添加的な元素の例としては、Mg、Ca、Al、Ti、V、Cr、Y、Zr、Nb、Mo、Hf、Ta、W、Na、Fe、Zn、Sn等の遷移金属元素や典型金属元素等が挙げられる。また、添加的な元素は、B、C、Si、P等の半金属元素や、S、F、Cl、Br、I等の非金属元素であってもよい。このことは、上記したリチウムニッケル系複合酸化物、リチウムコバルト系複合酸化物、リチウムマンガン系複合酸化物、リチウムニッケルマンガン系複合酸化物、リチウムニッケルコバルトアルミニウム系複合酸化物、リチウム鉄ニッケルマンガン系複合酸化物等についても同様である。 In this specification, the term "lithium nickel cobalt manganese composite oxide" encompasses oxides containing Li, Ni, Co, Mn, and O as constituent elements, as well as oxides containing one or more additional elements. Examples of additional elements include transition metal elements and typical metal elements such as Mg, Ca, Al, Ti, V, Cr, Y, Zr, Nb, Mo, Hf, Ta, W, Na, Fe, Zn, and Sn. The additional element may also be a metalloid element such as B, C, Si, or P, or a non-metal element such as S, F, Cl, Br, or I. This also applies to the lithium nickel composite oxide, lithium cobalt composite oxide, lithium manganese composite oxide, lithium nickel manganese composite oxide, lithium nickel cobalt aluminum composite oxide, and lithium iron nickel manganese composite oxide.
特に限定されるものではないが、正極活物質層22a中の正極活物質の割合は、80質量%以上が好ましく、例えば90~99質量%がより好ましい。正極活物質層22aは、正極活物質以外の任意成分、例えば、バインダ、導電材、等の各種添加成分を含んでいてもよい。バインダとしては、例えばポリフッ化ビニリデン(PVdF)等が挙げられる。導電材としては、例えばカーボンブラック等の炭素材料が挙げられる。特に限定されるものではないが、例えば車両等の移動体に搭載されるような蓄電モジュール500において、正極活物質層22aの厚み(正極集電体22cの片面当たりの平均厚み)は、例えば10~300μmであり、好ましくは20~200μmである。 Although not particularly limited, the proportion of the positive electrode active material in the positive electrode active material layer 22a is preferably 80% by mass or more, and more preferably 90 to 99% by mass. The positive electrode active material layer 22a may contain optional components other than the positive electrode active material, such as various additive components such as binders and conductive materials. Examples of binders include polyvinylidene fluoride (PVdF). Examples of conductive materials include carbon materials such as carbon black. Although not particularly limited, in an energy storage module 500 to be mounted on a mobile object such as a vehicle, the thickness of the positive electrode active material layer 22a (average thickness per surface of the positive electrode current collector 22c) is, for example, 10 to 300 μm, and preferably 20 to 200 μm.
特に限定されるものではないが、例えばハイブリッド自動車(HEV;Hybrid Electric Vehicle)等の移動体に搭載されるような蓄電モジュール500において、正極活物質層22aの捲回軸WL方向の幅(平均値、正極タブ22tに形成された部分は除く)、言い換えれば幅方向Yの長さLpは、5cm以上が好ましく、9cm以上がより好ましく、例えば10cm以上、15cm以上、20cm以上、25cm以上がさらに好ましい。長さLpは、例えば100cm以下、50cm以下、30cm以下であってもよい。 Although not particularly limited, in an energy storage module 500 to be mounted on a mobile object such as a hybrid electric vehicle (HEV), the width of the positive electrode active material layer 22a in the winding axis WL direction (average value, excluding the portion formed on the positive electrode tab 22t), in other words, the length Lp in the width direction Y, is preferably 5 cm or more, more preferably 9 cm or more, and even more preferably, for example, 10 cm or more, 15 cm or more, 20 cm or more, or 25 cm or more. The length Lp may be, for example, 100 cm or less, 50 cm or less, or 30 cm or less.
正極保護層22pは、長辺方向Yにおいて正極集電体22cと正極活物質層22aとの境界部分に設けられている。正極保護層22pは、正極活物質層22aに沿って帯状に設けられている。正極保護層22pは、無機フィラー(例えば、アルミナ)を含んでいる。正極保護層22pは、無機フィラー以外の任意成分、例えば、導電材、バインダ、各種添加成分、等を含んでいてもよい。 The positive electrode protective layer 22p is provided at the boundary between the positive electrode current collector 22c and the positive electrode active material layer 22a in the long side direction Y. The positive electrode protective layer 22p is provided in a strip shape along the positive electrode active material layer 22a. The positive electrode protective layer 22p contains an inorganic filler (e.g., alumina). The positive electrode protective layer 22p may contain optional components other than the inorganic filler, such as a conductive material, a binder, various additives, etc.
負極24の構成は従来と同様であってよい。負極24は、ここでは、負極集電体24cと、負極集電体24cの少なくとも一方の表面上に固着された負極活物質層24aと、を有する。負極集電体24cは、帯状である。負極集電体24cは、金属製であることが好ましく、金属箔からなることがより好ましい。負極集電体24cは、ここでは銅箔である。 The configuration of the negative electrode 24 may be the same as that of a conventional negative electrode. Here, the negative electrode 24 has a negative electrode current collector 24c and a negative electrode active material layer 24a fixed to at least one surface of the negative electrode current collector 24c. The negative electrode current collector 24c is strip-shaped. The negative electrode current collector 24c is preferably made of metal, and more preferably made of metal foil. Here, the negative electrode current collector 24c is copper foil.
負極集電体24cの長辺方向Yの一方の端部(図4の右端部)には、複数の負極タブ24tが設けられている。複数の負極タブ24tは、長辺方向Yの一方側(図4の右側)に向かって突出している。複数の負極タブ24tは、セパレータ26よりも長辺方向Yに突出している。負極タブ24tは、ここでは負極集電体24cの一部であり、金属箔(銅箔)からなっている。複数の負極タブ24tは長辺方向Yの一方の端部(図4の右端部)で積層され、負極タブ群25を構成している。負極タブ群25は、長辺方向Yにおいて正極タブ群23と対称的な位置に設けられている。負極タブ群25は、負極集電部60を介して負極端子40と電気的に接続されている。 A plurality of negative electrode tabs 24t are provided at one end of the negative electrode current collector 24c in the long side direction Y (the right end in FIG. 4). The plurality of negative electrode tabs 24t protrude toward one side in the long side direction Y (the right end in FIG. 4). The plurality of negative electrode tabs 24t protrude further in the long side direction Y than the separator 26. In this example, the negative electrode tabs 24t are part of the negative electrode current collector 24c and are made of metal foil (copper foil). The plurality of negative electrode tabs 24t are stacked at one end in the long side direction Y (the right end in FIG. 4) to form a negative electrode tab group 25. The negative electrode tab group 25 is located symmetrically to the positive electrode tab group 23 in the long side direction Y. The negative electrode tab group 25 is electrically connected to the negative electrode terminal 40 via the negative electrode current collector 60.
負極活物質層24aは、負極集電体24cの片面または両面(ここでは両面)に、負極集電体24cの長手方向に沿って、帯状に設けられている。負極活物質層24aは、電荷担体を可逆的に吸蔵および放出可能な負極活物質を含んでいる。負極活物質としては、例えば黒鉛、ハードカーボン、ソフトカーボン等の炭素材料や、シリコンを含む化合物(Si含有材料)等が挙げられる。黒鉛は、天然黒鉛であっても人造黒鉛であってもよく、黒鉛が非晶質な炭素材料で被覆された形態の非晶質炭素被覆黒鉛であってもよい。 The negative electrode active material layer 24a is provided in a strip shape on one or both sides (both sides in this example) of the negative electrode current collector 24c, along the longitudinal direction of the negative electrode current collector 24c. The negative electrode active material layer 24a contains a negative electrode active material that can reversibly store and release charge carriers. Examples of negative electrode active materials include carbon materials such as graphite, hard carbon, and soft carbon, as well as compounds containing silicon (Si-containing materials). The graphite may be natural graphite or artificial graphite, or it may be amorphous carbon-coated graphite, in which graphite is coated with an amorphous carbon material.
特に限定されるものではないが、負極活物質層24a中の負極活物質の割合は、90質量%以上が好ましく、例えば95~99質量%がより好ましい。負極活物質層24aは、負極活物質以外の任意成分、例えば、バインダ、増粘剤、分散剤、等の各種添加成分を含んでいてもよい。バインダとしては、例えばスチレンブタジエンラバー(SBR)、ポリフッ化ビニリデン(PVdF)等が挙げられる。増粘剤としては、例えばカルボキシメチルセルロース(CMC)等が挙げられる。特に限定されるものではないが、負極活物質層24aの厚み(負極集電体24cの片面当たりの平均厚み)は、例えば車両等の移動体に搭載されるような蓄電モジュール500において、例えば10~400μmであり、好ましくは20~300μmである。 Although not particularly limited, the proportion of the negative electrode active material in the negative electrode active material layer 24a is preferably 90% by mass or more, and more preferably 95 to 99% by mass. The negative electrode active material layer 24a may contain optional components other than the negative electrode active material, such as various additives such as binders, thickeners, and dispersants. Examples of binders include styrene butadiene rubber (SBR) and polyvinylidene fluoride (PVdF). Examples of thickeners include carboxymethyl cellulose (CMC). Although not particularly limited, the thickness of the negative electrode active material layer 24a (average thickness per surface of the negative electrode current collector 24c) is, for example, 10 to 400 μm, and preferably 20 to 300 μm, in a power storage module 500 to be mounted on a mobile object such as a vehicle.
負極活物質層24aの捲回軸WL方向の幅(平均値、負極タブ24tに形成された部分は除く)、言い換えれば幅方向Yの長さLnは、図4に示すように、正極活物質層22aの長さLpと同じかそれよりも長いことが好ましい。長さLnは、高容量化と高出力化とをバランスする観点等から、5cm以上が好ましく、9cm以上がより好ましく、例えば10cm以上、15cm以上、20cm以上、25cm以上がさらに好ましい。長さLnは、例えば100cm以下、50cm以下、30cm以下であってもよい。 The width of the negative electrode active material layer 24a in the winding axis WL direction (average value, excluding the portion formed on the negative electrode tab 24t), in other words, the length Ln in the width direction Y, is preferably the same as or longer than the length Lp of the positive electrode active material layer 22a, as shown in Figure 4. From the perspective of balancing high capacity and high output, the length Ln is preferably 5 cm or more, more preferably 9 cm or more, and even more preferably, for example, 10 cm or more, 15 cm or more, 20 cm or more, or 25 cm or more. The length Ln may be, for example, 100 cm or less, 50 cm or less, or 30 cm or less.
セパレータ26は、正極22と負極24との間に配置されている。セパレータ26は、正極22と負極24とを絶縁する部材である。セパレータ26の構成は従来と同様であってよい。セパレータ26の長辺方向Yの長さLsは、負極活物質層24aの長辺方向Yの長さLnと同じかそれよりも長いことが好ましい。セパレータ26としては、例えば、ポリエチレン(PE)、ポリプロピレン(PP)等のポリオレフィン樹脂からなる樹脂製の多孔性シート(微多孔膜)が好適である。セパレータ26は、樹脂製の多孔性シートの表面に、機能層(例えば、接着層や耐熱層(Heat Resistance Layer:HRL)等)を備えていてもよい。 The separator 26 is disposed between the positive electrode 22 and the negative electrode 24. The separator 26 is a member that insulates the positive electrode 22 from the negative electrode 24. The separator 26 may have a conventional configuration. The length Ls of the separator 26 in the long side direction Y is preferably equal to or longer than the length Ln of the negative electrode active material layer 24a in the long side direction Y. The separator 26 is preferably a resin porous sheet (microporous membrane) made of a polyolefin resin such as polyethylene (PE) or polypropylene (PP). The separator 26 may have a functional layer (e.g., an adhesive layer or a heat resistance layer (HRL)) on the surface of the resin porous sheet.
非水電解液の構成は従来と同様であってよい。非水電解液は、典型的には、非水溶媒と支持塩(電解質塩)とを含んでいる。非水溶媒は、例えば、エチレンカーボネート、ジメチルカーボネート、エチルメチルカーボネート等のカーボネート類である。支持塩は、例えば、六フッ化リン酸リチウム(LiPF6)等のフッ素含有リチウム塩や、リチウムビス(フルオロスルホニル)イミド(LiFSI)である。非水電解液は、必要に応じてさらに添加剤を含んでもよい。非水電解液は、典型的には液状であるが、ゲル状であってもよい。また、他の実施形態において、蓄電デバイス100は、非水電解液にかえて固体電解質を備えていてもよい。その場合、セパレータ26は省略することができる。 The configuration of the non-aqueous electrolyte may be the same as that of a conventional non-aqueous electrolyte. The non-aqueous electrolyte typically contains a non-aqueous solvent and a supporting salt (electrolyte salt). The non-aqueous solvent is, for example, a carbonate such as ethylene carbonate, dimethyl carbonate, or ethyl methyl carbonate. The supporting salt is, for example, a fluorine-containing lithium salt such as lithium hexafluorophosphate (LiPF 6 ) or lithium bis(fluorosulfonyl)imide (LiFSI). The non-aqueous electrolyte may further contain additives as necessary. The non-aqueous electrolyte is typically liquid, but may also be gel-like. In another embodiment, the electricity storage device 100 may include a solid electrolyte instead of the non-aqueous electrolyte. In this case, the separator 26 may be omitted.
図5は、蓄電モジュール500および冷却装置400を模式的に示す平面図である。なお、図5では、スペーサ200および蓄電デバイス100の上面の詳しい図示は省略している。図5に示すように、冷却装置400は、ここでは、吸気口IPと、排気口OPと、空冷ファン410と、温度センサ420と、制御装置430と、を備えている。冷却装置400は、ここでは冷媒として空気を使用する空冷型の冷却装置である。ただし、他の実施形態において、冷却装置400、液冷媒を用いる液冷型の冷却装置であってもよい。 Figure 5 is a plan view schematically showing the energy storage module 500 and the cooling device 400. Note that detailed illustration of the spacer 200 and the top surface of the energy storage device 100 is omitted in Figure 5. As shown in Figure 5, the cooling device 400 here includes an air intake port IP, an exhaust port OP, an air-cooled fan 410, a temperature sensor 420, and a control device 430. The cooling device 400 here is an air-cooled cooling device that uses air as a refrigerant. However, in other embodiments, the cooling device 400 may be a liquid-cooled cooling device that uses a liquid refrigerant.
本実施形態において、吸気口IPは、蓄電モジュール500の配列方向Xの一方側(前方F側)に設けられている。排気口OPは、配列方向Xの他方側(後方Rr側)に設けられている。空冷ファン410は、吸気口IPに取付けられている。空冷ファン410は、吸気口IPに風(空気)を送るように構成されている。空冷ファン410の構成は限定されないが、例えば電動モータ(図示省略)を備えている。温度センサ420は、ここでは蓄電モジュール500のXY平面における中心部に配置されている。温度センサ420は、例えば、熱電対やサーミスタ等である。 In this embodiment, the air intake port IP is provided on one side (front F side) of the power storage module 500 in the arrangement direction X. The air exhaust port OP is provided on the other side (rear Rr side) in the arrangement direction X. The air-cooled fan 410 is attached to the air intake port IP. The air-cooled fan 410 is configured to send wind (air) to the air intake port IP. The configuration of the air-cooled fan 410 is not limited, but may include, for example, an electric motor (not shown). The temperature sensor 420 is located in the center of the power storage module 500 in the XY plane. The temperature sensor 420 is, for example, a thermocouple or a thermistor.
制御装置430は、温度センサ420および空冷ファン410の電動モータと電気的に接続されている。制御装置430は、例えば温度センサ420によって蓄電モジュール500内の温度が所定の第1温度以上になったことが検知されると、空冷ファン410を動作させる。これにより、蓄電モジュール500外の低温の空気が吸気口IPから蓄電モジュール500内に供給され、蓄電モジュール500内に空気流れAFが生じる。供給された空気は、蓄電デバイス100を冷却しながら蓄電モジュール500内を通過して、排気口OPから排出される。制御装置430は、例えば温度センサ420によって蓄電モジュール500内の温度が所定の第2温度以下になったことが検知されると、空冷ファン410を停止させる。このような空冷型の冷却装置400によれば、低コストで蓄電デバイス100を冷却できる。 The control device 430 is electrically connected to the temperature sensor 420 and the electric motor of the air-cooling fan 410. For example, when the temperature sensor 420 detects that the temperature inside the power storage module 500 has reached or exceeded a predetermined first temperature, the control device 430 operates the air-cooling fan 410. This allows low-temperature air from outside the power storage module 500 to be supplied into the power storage module 500 through the air intake port IP, creating an air flow AF within the power storage module 500. The supplied air passes through the power storage module 500 while cooling the power storage device 100, and is then discharged through the air exhaust port OP. For example, when the temperature sensor 420 detects that the temperature inside the power storage module 500 has reached or exceeded a predetermined second temperature, the control device 430 stops the air-cooling fan 410. This air-cooling type cooling device 400 allows the power storage device 100 to be cooled at low cost.
ところで、本発明者らの検討によれば、例えば冷却装置400のような冷却機構を備えた蓄電モジュール500の内部には、複数の蓄電デバイス100の充放電時に温度分布が生じ、相対的に温度が低くなる低温領域A1と、相対的に温度が高くなる高温領域A2と、が生じうる。具体的には、蓄電デバイス100が充放電に伴って発熱すると、隣接した蓄電デバイス100同士が相互に加熱し合う。これにより、配列方向Xの中央部では、蓄電デバイス100同士の連鎖的な発熱が生じ、相対的に温度が高くなりやすい。一方、配列方向Xの両端部(図5の前方F部および後方Rr部)は、中央部に比べて放熱性が高いため、連鎖的な発熱が生じにくい。よって、配列方向Xの両端部では、相対的に温度が低くなりやすい。 According to the inventors' investigations, a temperature distribution occurs inside an energy storage module 500 equipped with a cooling mechanism such as the cooling device 400 during charging and discharging of multiple energy storage devices 100, resulting in a low-temperature region A1 where the temperature is relatively low and a high-temperature region A2 where the temperature is relatively high. Specifically, when the energy storage devices 100 generate heat during charging and discharging, adjacent energy storage devices 100 heat each other. This causes a chain reaction of heat generation between the energy storage devices 100 in the central portion of the arrangement direction X, making the temperature relatively high. On the other hand, the ends of the arrangement direction X (the front portion F and the rear portion Rr in Figure 5) have higher heat dissipation properties than the central portion, making chain reaction of heat generation less likely to occur. Therefore, the temperatures at both ends of the arrangement direction X tend to be relatively low.
とりわけ本実施形態では、配列方向Xの前方F側に、冷媒(空気)が供給される吸気口IPおよび空冷ファン410が配置され、配列方向Xの後方Rr側に、排気口OPが配置されている。このため、配列方向Xの両端部が低温になりやすい。ゆえに、配列方向Xの中央部が、相対的に温度が高い高温領域A2となり、配列方向Xの両端部(図5の前方F部および後方Rr部)が、相対的に温度が低い低温領域A1となりやすい。特には、吸気口IPおよび空冷ファン410が配置されている配列方向Xの前方F部が最も低温になりやすい。すなわち、本実施形態では、配列方向Xの少なくとも前方F側が、相対的に温度が低い低温領域A1となりやすい。 In particular, in this embodiment, the intake port IP and air-cooled fan 410, through which refrigerant (air) is supplied, are arranged on the front F side of the arrangement direction X, and the exhaust port OP is arranged on the rear Rr side of the arrangement direction X. As a result, both ends of the arrangement direction X tend to be cold. As a result, the center of the arrangement direction X becomes a high-temperature area A2 with a relatively high temperature, and both ends of the arrangement direction X (the front F part and rear Rr part in Figure 5) tend to become low-temperature areas A1 with a relatively low temperature. In particular, the front F part of the arrangement direction X, where the intake port IP and air-cooled fan 410 are arranged, tends to be the coldest. In other words, in this embodiment, at least the front F side of the arrangement direction X tends to become a low-temperature area A1 with a relatively low temperature.
例えば特許文献1等にも記載されている通り、このように蓄電モジュール500内に温度分布が生じていると、蓄電デバイス100のハイレート耐性にバラつきが生じうる。詳しくは、低温領域A1で蓄電デバイス100のハイレート耐性が低くなりうる。この場合、低温領域A1の蓄電デバイス100のハイレート耐性を基準にして蓄電モジュール500全体の充放電を制御すると、高温領域A2の蓄電デバイス100が有する高いハイレート耐性を十分に活用することができない。一方、高温領域A2の蓄電デバイス100のハイレート耐性を基準にすると、低温領域A1の蓄電デバイス100に高い電圧が掛かって、ハイレート劣化が加速しやすい。このように、蓄電モジュール500内に温度分布が生じていると、低温領域A1の蓄電デバイス100のハイレート耐性に引っ張られ、蓄電モジュール500全体のハイレート耐性が低下する虞がある。さらに、蓄電モジュールを車両等の移動体に搭載する場合は、燃費が悪化する虞もある。 As described in Patent Document 1, for example, when temperature distribution occurs within the energy storage module 500, variations in the high-rate resistance of the energy storage device 100 can occur. Specifically, the high-rate resistance of the energy storage device 100 can be reduced in the low-temperature region A1. In this case, if the charging and discharging of the entire energy storage module 500 is controlled based on the high-rate resistance of the energy storage device 100 in the low-temperature region A1, the high high-rate resistance of the energy storage device 100 in the high-temperature region A2 cannot be fully utilized. On the other hand, if the high-rate resistance of the energy storage device 100 in the high-temperature region A2 is used as the standard, a high voltage is applied to the energy storage device 100 in the low-temperature region A1, which is likely to accelerate high-rate degradation. When temperature distribution occurs within the energy storage module 500, the high-rate resistance of the entire energy storage module 500 may be affected by the high-rate resistance of the energy storage device 100 in the low-temperature region A1, potentially reducing the high-rate resistance of the entire energy storage module 500. Furthermore, when the energy storage module is installed in a moving object such as a vehicle, fuel economy may be reduced.
そこで、ここに開示される技術では、複数の蓄電デバイス100として、正極22と負極24との対向容量比が相互に異なる第1蓄電デバイス110と第2蓄電デバイス120とを用いている。第1蓄電デバイス110は、第2蓄電デバイス120よりも対向容量比が高くなっている。詳しくは後述するが、本発明者らの検討の結果、対向容量比が高い蓄電デバイス100ほどハイレート耐性が高くなることが確認されている。そのため、本実施形態では、相対的に温度が低い低温領域A1、ここでは配列方向Xの両端部(図5の前方F部および後方Rr部)に、相対的に対向容量比が高い(ハイレート耐性の高い)第1蓄電デバイス110を配置している。また、相対的に温度が高い高温領域A2、ここでは配列方向Xの中央部に、相対的に対向容量比が低い(ハイレート耐性が低い)第2蓄電デバイス120を配置している。 Therefore, the technology disclosed herein uses, as the multiple power storage devices 100, a first power storage device 110 and a second power storage device 120 having mutually different opposing capacity ratios between the positive electrode 22 and the negative electrode 24. The first power storage device 110 has a higher opposing capacity ratio than the second power storage device 120. As will be described in detail later, the inventors' studies have confirmed that the higher the opposing capacity ratio of a power storage device 100, the higher its high-rate resistance. Therefore, in this embodiment, a first power storage device 110 having a relatively high opposing capacity ratio (high high-rate resistance) is arranged in a low-temperature region A1 where the temperature is relatively low, in this case, at both ends in the arrangement direction X (the front portion F and the rear portion Rr in Figure 5). Furthermore, a second power storage device 120 having a relatively low opposing capacity ratio (low high-rate resistance) is arranged in a high-temperature region A2 where the temperature is relatively high, in this case, at the center in the arrangement direction X.
このような構成によれば、複数の蓄電デバイス100のハイレート耐性を高いレベルで平準化できる。ひいては、劣化の加速を抑制して、蓄電モジュール500全体のハイレート耐性を向上できる。また、特許文献1の技術とは異なり「セル群」という枠組みにとらわれる必要がないため、蓄電モジュール500内の温度分布に応じて複数の蓄電デバイス100のハイレート耐性を柔軟に調節できる。ゆえに、特許文献1の技術に比べて高精度に複数の蓄電デバイス100のハイレート耐性を平準化できる場合もある。さらに、特許文献1の技術に比べて拘束機構300の数を削減できるため、体積エネルギー密度や燃費をも向上できる。加えて、部品点数を削減して、製造コストを低減できる。 With this configuration, the high-rate resistance of the multiple energy storage devices 100 can be equalized to a high level. This in turn suppresses accelerated degradation and improves the high-rate resistance of the entire energy storage module 500. Furthermore, unlike the technology of Patent Document 1, there is no need to be bound by the framework of a "cell group," so the high-rate resistance of the multiple energy storage devices 100 can be flexibly adjusted according to the temperature distribution within the energy storage module 500. Therefore, it may be possible to equalize the high-rate resistance of the multiple energy storage devices 100 with higher accuracy than with the technology of Patent Document 1. Furthermore, because the number of restraint mechanisms 300 can be reduced compared to the technology of Patent Document 1, volumetric energy density and fuel efficiency can also be improved. Additionally, the number of parts can be reduced, reducing manufacturing costs.
なお、対向容量比は、正極22の単位面積当たりの理論容量(mAh/cm2)に対する、負極24の単位面積当たりの理論容量(mAh/cm2)の比(負極理論容量/正極理論容量)であり、典型的には、正極活物質層22aと負極活物質層24aとが対向する対向部(ここでは、正極活物質層22aの幅Lpの領域)について、次の式:対向容量比={負極24の単位面積当たりの負極活物質の質量(g/cm2)×負極活物質の理論電気容量(mAh/g)}/{正極22の単位面積当たりの正極活物質の質量(g/cm2)×正極活物質の理論電気容量(mAh/g)};で求められる値である。なお、正極活物質および負極活物質の理論電気容量(ないしその算出方法)は公知であり、例えば、黒鉛の理論電気容量は、372mAh/gである。また、単位面積当たりの正極活物質の質量および負極活物質の質量は、それぞれ、正極22と負極24とが対向する領域における平均値であることが好ましい。 The opposing capacity ratio is the ratio of the theoretical capacity per unit area of the negative electrode 24 (mAh/cm 2 ) to the theoretical capacity per unit area of the positive electrode 22 (mAh/cm 2 ) (negative electrode theoretical capacity/positive electrode theoretical capacity), and is typically a value calculated for the opposing portion where the positive electrode active material layer 22a and the negative electrode active material layer 24a face each other (here, the region of width Lp of the positive electrode active material layer 22a) by the following formula: opposing capacity ratio = {mass of negative electrode active material per unit area of the negative electrode 24 (g/cm 2 ) × theoretical electrical capacity of negative electrode active material (mAh/g)} / {mass of positive electrode active material per unit area of the positive electrode 22 (g/cm 2 ) × theoretical electrical capacity of positive electrode active material (mAh/g)}. The theoretical electric capacity (or a method for calculating the same) of the positive electrode active material and the negative electrode active material is publicly known, for example, the theoretical electric capacity of graphite is 372 mAh/g. The mass of the positive electrode active material and the mass of the negative electrode active material per unit area are preferably average values in the region where the positive electrode 22 and the negative electrode 24 face each other.
上記式からも明らかなように、対向容量比は、例えば正極22および/または負極24の製造時に、正極集電体22cの単位面積当たりの正極活物質層22aの質量(正極活物質層22aの目付量)、および/または、負極集電体24cの単位面積当たりの負極活物質層24aの質量(負極活物質層24aの目付量)を変化させることによって調整することができる。本実施形態のように第1蓄電デバイス110と第2蓄電デバイス120とがそれぞれ複数である場合は、複数の第1蓄電デバイス110のいずれもが、複数の第2蓄電デバイス120よりも相対的に対向容量比が高いことが好ましい。 As is clear from the above formula, the face-to-face capacity ratio can be adjusted, for example, during the manufacture of the positive electrode 22 and/or negative electrode 24, by changing the mass of the positive electrode active material layer 22a per unit area of the positive electrode current collector 22c (basis weight of the positive electrode active material layer 22a) and/or the mass of the negative electrode active material layer 24a per unit area of the negative electrode current collector 24c (basis weight of the negative electrode active material layer 24a). When there are multiple first electricity storage devices 110 and multiple second electricity storage devices 120, as in this embodiment, it is preferable that all of the multiple first electricity storage devices 110 have a relatively higher face-to-face capacity ratio than the multiple second electricity storage devices 120.
特に限定されるものではないが、例えば車両等の移動体に搭載されるような蓄電モジュール500において、エネルギー密度とハイレート耐性とを高いレベルでバランスする観点等から、第1蓄電デバイス110と第2蓄電デバイス120とは、いずれも、対向容量比が、典型的には、1.0以上であり、概ね1.0~2.0の範囲にあることが好ましい。特に、ハイブリッド自動車(HEV;Hybrid Electric Vehicle)に搭載されるような高出力タイプの蓄電モジュール500では、対向容量比が、1.2~1.9の範囲にあることがより好ましく、例えば1.3~1.8の範囲にあるとよい。ただし、電気自動車(BEV;Battery Electric Vehicle)に搭載されるような高容量タイプの蓄電モジュール500では、エネルギー密度が優先のため、対向容量比を1.0~1.2程度とする場合もある。対向容量比を所定値以上とすることで、蓄電モジュール500のハイレート充電特性を向上できる。 While not particularly limited, in a power storage module 500 to be mounted on a mobile object such as a vehicle, from the perspective of achieving a high level of balance between energy density and high-rate resistance, the first power storage device 110 and the second power storage device 120 both have a counter-capacity ratio that is typically 1.0 or greater, and preferably in the range of approximately 1.0 to 2.0. In particular, for a high-output power storage module 500 to be mounted on a hybrid electric vehicle (HEV), the counter-capacity ratio is more preferably in the range of 1.2 to 1.9, for example, 1.3 to 1.8. However, for a high-capacity power storage module 500 to be mounted on a battery electric vehicle (BEV), energy density is prioritized, so the counter-capacity ratio may be approximately 1.0 to 1.2. By setting the counter-capacity ratio at a predetermined value or greater, the high-rate charging characteristics of the power storage module 500 can be improved.
蓄電モジュール500内の温度分布にもよるが、ハイブリッド自動車(HEV;Hybrid Electric Vehicle)に搭載されるような高出力タイプの蓄電モジュール500において、第1蓄電デバイス110は、対向容量比が、概ね1.0~2.0、例えば1.6~1.9の範囲にあることが好ましく、1.7~1.8の範囲にあることがより好ましい。第2蓄電デバイス120は、対向容量比が、概ね1.0~1.8、例えば1.4~1.7の範囲にあることが好ましく、1.5~1.6の範囲にあることがより好ましい。対向容量比を所定値以上とすることで、蓄電モジュール500のハイレート充電特性を向上できる。 Although this depends on the temperature distribution within the energy storage module 500, in a high-output energy storage module 500 such as that installed in a hybrid electric vehicle (HEV), the first energy storage device 110 preferably has a counter-current capacity ratio of approximately 1.0 to 2.0, for example, in the range of 1.6 to 1.9, and more preferably in the range of 1.7 to 1.8. The second energy storage device 120 preferably has a counter-current capacity ratio of approximately 1.0 to 1.8, for example, in the range of 1.4 to 1.7, and more preferably in the range of 1.5 to 1.6. By setting the counter-current capacity ratio to a predetermined value or higher, the high-rate charging characteristics of the energy storage module 500 can be improved.
第1蓄電デバイス110と第2蓄電デバイス120との対向容量比の差は、例えば蓄電モジュール500内の温度分布等によって適宜調整される設計事項である。このため、特に限定されるものではないが、第1蓄電デバイス110と第2蓄電デバイス120とで温度分布が大きく異なる場合等には、第1蓄電デバイス110と第2蓄電デバイス120とで、対向容量比の差が、10%以上であることが好ましく、15%以上であることがより好ましく、例えば20%以上、30%以上であってもよい。対向容量比の差を所定値以上とすることで、ここに開示される技術の効果がより顕著に発揮されうる。対向容量比の差は、例えば100%以下、50%以下であってもよい。これにより、第1蓄電デバイス110と第2蓄電デバイス120とのハイレート充電特性が精度よく平準化されうる。なお、第1蓄電デバイス110と第2蓄電デバイス120とが複数である場合、対向容量比の差は、複数の第1蓄電デバイス110の対向容量比の平均と複数の第2蓄電デバイス120の対向容量比の平均との差でありうる。 The difference in the opposing capacity ratio between the first power storage device 110 and the second power storage device 120 is a design factor that is adjusted appropriately based on, for example, the temperature distribution within the power storage module 500. Therefore, although not particularly limited, in cases where the temperature distribution between the first power storage device 110 and the second power storage device 120 differs significantly, the difference in the opposing capacity ratio between the first power storage device 110 and the second power storage device 120 is preferably 10% or more, more preferably 15% or more, and may be, for example, 20% or more, 30% or more. By setting the difference in the opposing capacity ratio to a predetermined value or more, the effects of the technology disclosed herein can be more pronounced. The difference in the opposing capacity ratio may be, for example, 100% or less, or 50% or less. This allows the high-rate charging characteristics of the first power storage device 110 and the second power storage device 120 to be accurately equalized. Note that when there are multiple first power storage devices 110 and multiple second power storage devices 120, the difference in opposing capacity ratio may be the difference between the average opposing capacity ratio of the multiple first power storage devices 110 and the average opposing capacity ratio of the multiple second power storage devices 120.
一実施形態において、第1蓄電デバイス110は、第2蓄電デバイス120よりも負極活物質層24aの目付量が大きいことが好ましい。すなわち、第1蓄電デバイス110の負極活物質層24aは、例えば対向容量比を増加させる分、相対的に単位面積当たりの塗布量が多く(ゆえに、典型的には負極活物質層24aの厚みが相対的に厚く)なっており、相対的に負極理論容量が高くなるように構成されていることが好ましい。第2蓄電デバイス120の負極活物質層24aは、例えば対向容量比を減少させる分、相対的に単位面積当たりの塗布量が少なく(ゆえに、典型的には負極活物質層24aの厚みが相対的に薄く)なっており、相対的に負極理論容量が低くなるように構成されていることが好ましい。また、第1蓄電デバイス110と第2蓄電デバイス120とは、正極活物質層22aの目付量が同じであり、正極理論容量が等しくなるように構成されていることが好ましい(例えば、±5%程度の変動(製造誤差等)は許容されうる)。これにより、第1蓄電デバイス110と第2蓄電デバイス120とのエネルギー密度を平準化し、蓄電モジュール500全体として高エネルギー密度化を実現できる。 In one embodiment, the first power storage device 110 preferably has a larger coating weight of the negative electrode active material layer 24a than the second power storage device 120. That is, the negative electrode active material layer 24a of the first power storage device 110 is preferably configured so that the coating amount per unit area is relatively large (and therefore the thickness of the negative electrode active material layer 24a is typically relatively large) to, for example, increase the opposing capacity ratio, thereby resulting in a relatively high negative electrode theoretical capacity. The negative electrode active material layer 24a of the second power storage device 120 is preferably configured so that the coating amount per unit area is relatively small (and therefore the thickness of the negative electrode active material layer 24a is typically relatively small) to, for example, decrease the opposing capacity ratio, thereby resulting in a relatively low negative electrode theoretical capacity. Furthermore, the first electricity storage device 110 and the second electricity storage device 120 are preferably configured to have the same basis weight of the positive electrode active material layer 22a and the same positive electrode theoretical capacity (for example, a variation of about ±5% (manufacturing error, etc.) is acceptable). This allows the energy densities of the first electricity storage device 110 and the second electricity storage device 120 to be equalized, thereby achieving a high energy density for the electricity storage module 500 as a whole.
正極活物質層22aおよび負極活物質層24aの目付量の具体的な値は、例えば蓄電モジュール500の用途等によって適宜調整される設計事項である。このため、特に限定されるものではないが、例えば車両等の移動体に搭載されるような蓄電モジュール500において、第1蓄電デバイス110と第2蓄電デバイス120とは、いずれも、正極活物質層22aの目付量が、概ね3~35mg/cm2の範囲にあることが好ましく、4~30mg/cm2の範囲にあることがより好ましく、例えば5~25mg/cm2の範囲であるとよい。また、負極活物質層24aの目付量が、概ね3~25mg/cm2の範囲にあることが好ましく、3.5~20mg/cm2の範囲にあることがより好ましく、例えば4~15mg/cm2の範囲であるとよい。また、負極活物質層24aの目付量は、正極活物質層22aの目付量よりも小さいことが好ましい。なお、上記目付量の値は、集電体の両面に活物質層が形成されている場合には、片面分の活物質層の塗布量である。 The specific values of the basis weights of the positive electrode active material layer 22a and the negative electrode active material layer 24a are design factors that are adjusted as appropriate depending on, for example, the application of the power storage module 500. Therefore, although not particularly limited, in a power storage module 500 that is mounted on a mobile body such as a vehicle, the basis weight of the positive electrode active material layer 22a of both the first power storage device 110 and the second power storage device 120 is preferably in the range of approximately 3 to 35 mg/cm 2 , more preferably in the range of 4 to 30 mg/cm 2 , for example, in the range of 5 to 25 mg/cm 2. The basis weight of the negative electrode active material layer 24a is preferably in the range of approximately 3 to 25 mg/cm 2 , more preferably in the range of 3.5 to 20 mg/cm 2 , for example, in the range of 4 to 15 mg/cm 2. The basis weight of the negative electrode active material layer 24a is preferably smaller than the basis weight of the positive electrode active material layer 22a. When active material layers are formed on both sides of the current collector, the above-mentioned value of the basis weight is the amount of the active material layer applied to one side.
[蓄電モジュールの製造方法]
次に、複数の蓄電デバイス100を備えた蓄電モジュール500の製造方法について説明する。蓄電モジュール500は、例えば、(工程A)第1蓄電デバイス110と第2蓄電デバイス120とを用意する、用意工程と、(工程B)蓄電モジュール500内の温度分布を予測する、温度分布予測工程と、(工程C)第1蓄電デバイス110と第2蓄電デバイス120とを組み合わせて蓄電モジュール500を構築する、構築工程と、を含む製造方法によって製造することができる。なお、(工程A)用意工程と(工程B)温度分布予測工程の順序は特に限定されず、例えば(工程A)用意工程の後に(工程B)温度分布予測工程を行ってもよいし、(工程B)温度分布予測工程の後に(工程A)用意工程を行ってもよいし、両工程を同時進行で行ってもよい。また、ここに開示される製造方法は、任意の段階でさらに他の工程を含んでもよい。
[Method of manufacturing the energy storage module]
Next, a method for manufacturing an energy storage module 500 including a plurality of energy storage devices 100 will be described. The energy storage module 500 can be manufactured by a manufacturing method including, for example, (Step A) a preparation step of preparing a first energy storage device 110 and a second energy storage device 120; (Step B) a temperature distribution prediction step of predicting a temperature distribution within the energy storage module 500; and (Step C) a construction step of combining the first energy storage device 110 and the second energy storage device 120 to construct the energy storage module 500. The order of the (Step A) preparation step and the (Step B) temperature distribution prediction step is not particularly limited. For example, the (Step A) preparation step may be followed by the (Step B) temperature distribution prediction step, or the (Step B) preparation step may be followed by the (Step A) temperature distribution prediction step, or both steps may be performed simultaneously. The manufacturing method disclosed herein may also include other steps at any stage.
(工程A)用意工程では、複数の蓄電デバイス100として、対向容量比が相対的に高い第1蓄電デバイス110と、対向容量比が相対的に低い第2蓄電デバイス120と、を用意する。本実施形態において、(工程A)用意工程は、(A-1)負極24を作製する負極作製工程と、(A-2)負極24を用いて電極体20を作製する電極体作製工程と、(A-3)電池ケース10に電極体20と非水電解液とを収容する収容工程と、(A-4)コンディショニング工程とを、この順に含んでいる。 In the (Step A) preparation step, a plurality of power storage devices 100 are prepared, including a first power storage device 110 with a relatively high counter-capacity ratio and a second power storage device 120 with a relatively low counter-capacity ratio. In this embodiment, the (Step A) preparation step includes, in this order: (A-1) a negative electrode fabrication step of fabricating a negative electrode 24; (A-2) an electrode assembly fabrication step of fabricating an electrode assembly 20 using the negative electrode 24; (A-3) a housing step of housing the electrode assembly 20 and a non-aqueous electrolyte solution in a battery case 10; and (A-4) a conditioning step.
(A-1)負極作製工程では、負極活物質層24aの目付量が異なる、少なくとも2種類の負極24を作製する。詳しくは、第1蓄電デバイス110用の、相対的に目付量が多い第1負極と、第2蓄電デバイス120用の、相対的に目付量が少ない第2負極と、を作製する。具体的には、例えばまず、上述したような固形分材料(例えば、負極活物質、バインダ、増粘剤等)を所定の溶媒(例えば、水やN-メチル-2-ピロリドン等)に分散させることによって、少なくとも負極活物質を含む負極合材ペーストを調製する。次に、調製した負極合材用ペーストを、従来公知の塗工装置を用いて負極集電体24cの表面に付与し、乾燥させる。このとき、単位面積当たりの負極合材ペーストの塗布量を変化させることで、負極活物質層24aの目付量を調整できる。その後、必要に応じてプレス処理や乾燥処理等を行ってもよい。以上のようにして、目付量が異なる負極活物質層24aが形成された第1負極と第2負極とを作製することができる。 (A-1) In the negative electrode preparation process, at least two types of negative electrodes 24 are prepared, each having a different basis weight of the negative electrode active material layer 24a. Specifically, a first negative electrode having a relatively high basis weight is prepared for the first power storage device 110, and a second negative electrode having a relatively low basis weight is prepared for the second power storage device 120. Specifically, for example, first, a negative electrode composite paste containing at least the negative electrode active material is prepared by dispersing the solid materials (e.g., negative electrode active material, binder, thickener, etc.) described above in a predetermined solvent (e.g., water, N-methyl-2-pyrrolidone, etc.). Next, the prepared negative electrode composite paste is applied to the surface of the negative electrode current collector 24c using a conventionally known coating device and dried. At this time, the basis weight of the negative electrode active material layer 24a can be adjusted by changing the amount of negative electrode composite paste applied per unit area. Thereafter, pressing, drying, and other processes may be performed as necessary. In this manner, a first negative electrode and a second negative electrode having negative electrode active material layers 24a with different coating weights can be produced.
(A-2)電極体作製工程では、負極作製工程で作製した第1負極と第2負極とを、それぞれ、上述したようなセパレータ26を介して、別途用意した正極22と対向させ、捲回する。これにより、第1蓄電デバイス110用の電極体20と、第2蓄電デバイス120用の電極体20とを作製する。 (A-2) In the electrode assembly fabrication process, the first and second negative electrodes fabricated in the negative electrode fabrication process are wound up opposite a separately prepared positive electrode 22, with the separator 26 as described above interposed between them. This produces an electrode assembly 20 for the first electricity storage device 110 and an electrode assembly 20 for the second electricity storage device 120.
(A-3)収容工程では、電極体作製工程で作製した電極体20と、上述したような非水電解液とを、電池ケース10に収容する。好適な一実施形態では、まず、電極体20の正極タブ群23を正極集電部50に接合し、電極体20の負極タブ群25を負極集電部60に接合する。これにより、封口板14と電極体20とを一体化する。次に、外装体12の開口12hに封口板14を被せ、外装体12の内部に電極体20を配置する。次に、外装体12の開口12hの周縁に封口板14を溶接して、外装体12と封口板14とを一体化する。次に、上述したような非水電解液を調製し、封口板14の注液孔15から電池ケース10の内部に注液する。これにより、第1蓄電デバイス110用の電池組立体と、第2蓄電デバイス120用の電池組立体とを作製する。 (A-3) In the accommodation step, the electrode assembly 20 prepared in the electrode assembly preparation step and the nonaqueous electrolyte solution as described above are accommodated in the battery case 10. In a preferred embodiment, first, the positive electrode tab group 23 of the electrode assembly 20 is joined to the positive electrode current collector 50, and the negative electrode tab group 25 of the electrode assembly 20 is joined to the negative electrode current collector 60. This integrates the sealing plate 14 and the electrode assembly 20. Next, the sealing plate 14 is placed over the opening 12h of the exterior body 12, and the electrode assembly 20 is placed inside the exterior body 12. Next, the sealing plate 14 is welded to the periphery of the opening 12h of the exterior body 12, thereby integrating the exterior body 12 and the sealing plate 14. Next, the nonaqueous electrolyte solution as described above is prepared and injected into the battery case 10 through the injection hole 15 of the sealing plate 14. This produces a battery assembly for the first power storage device 110 and a battery assembly for the second power storage device 120.
(A-4)コンディショニング工程では、作製した電池組立体を少なくとも1回、充電する。好ましくは、作製した電池組立体を少なくとも1回、充放電する。電池組立体の充放電は、従来と同様に行うことができる。典型的には、正極端子30と負極端子40との間に外部電源を接続し、端子間が所定の充電状態(SOC;State of Charge)となるまで充電ないし放電を行う。そして、電池ケース10を気密に封止(密閉)する。以上のようにして、対向容量比が異なる第1蓄電デバイス110と第2蓄電デバイス120とを用意することができる。 (A-4) In the conditioning step, the fabricated battery assembly is charged at least once. Preferably, the fabricated battery assembly is charged and discharged at least once. Charging and discharging of the battery assembly can be performed in the same manner as conventional methods. Typically, an external power source is connected between the positive electrode terminal 30 and the negative electrode terminal 40, and charging or discharging is performed until a predetermined state of charge (SOC) is reached between the terminals. The battery case 10 is then hermetically sealed (sealed). In this manner, a first power storage device 110 and a second power storage device 120 having different opposing capacity ratios can be prepared.
(工程B)温度分布予測工程では、複数の蓄電デバイス100を充放電させたときの、蓄電モジュール500内の温度分布を予測する。すなわち、例えば図5のような態様では、配列方向Xの両端部(特には配列方向Xの前方F部)が低温領域A1となりやすい。しかし蓄電モジュール500内の温度分布は、冷却装置400の構成(例えば、吸気口IP、排気口OP、空冷ファン410の設置位置や個数)や放熱経路によっても変化しうる。また、例えば低温領域A1の範囲(配列方向Xの長さ)も、例えば蓄電デバイス100の個数や充放電条件等によって変化しうる。そのため、予備実験ないし、市販の解析ソフトを用いたシミュレーション等により、充放電時の蓄電モジュール500内の温度分布を予測することが好ましい。特には、蓄電モジュール500を模した予備試験用の蓄電モジュールを構築して温度分布を実測し、実測に基づいて蓄電モジュール500内の温度分布を予測することが好ましい。 (Step B) In the temperature distribution prediction step, the temperature distribution within the energy storage module 500 is predicted when multiple energy storage devices 100 are charged and discharged. That is, for example, in the configuration shown in FIG. 5 , both ends in the arrangement direction X (particularly the front F in the arrangement direction X) tend to become low-temperature regions A1. However, the temperature distribution within the energy storage module 500 can also vary depending on the configuration of the cooling device 400 (e.g., the installation positions and number of the air intake port IP, exhaust port OP, and air-cooling fan 410) and the heat dissipation path. Furthermore, for example, the range of the low-temperature region A1 (the length in the arrangement direction X) can also vary depending on, for example, the number of energy storage devices 100 and the charge and discharge conditions. Therefore, it is preferable to predict the temperature distribution within the energy storage module 500 during charge and discharge through preliminary experiments or simulations using commercially available analysis software. In particular, it is preferable to construct a preliminary test energy storage module simulating the energy storage module 500, measure the temperature distribution, and predict the temperature distribution within the energy storage module 500 based on the actual measurements.
好適な一実施形態では、まず、用意工程で作製した第1蓄電デバイス110および第2蓄電デバイス120とは異なる予備試験用の複数の蓄電デバイスを用意し、それぞれに温度センサを取り付ける。次に、予備試験用の複数の蓄電デバイスを用いて、蓄電モジュール500を模した予備試験用の蓄電モジュールを組み立てる。次に、予備試験用の複数の蓄電デバイスを実際に充放電(好ましくはハイレート充放電)させ、このときの温度分布を取得する。充放電条件は、実際に使用する態様を想定した条件が好ましい。そして、取得した温度分布に基づいて、蓄電モジュール500内の温度分布を予測し、例えば低温領域A1と高温領域A2とに区分け(例えば2分割)する。 In a preferred embodiment, first, multiple power storage devices for a preliminary test are prepared that are different from the first power storage device 110 and the second power storage device 120 produced in the preparation process, and a temperature sensor is attached to each. Next, a power storage module for a preliminary test that simulates the power storage module 500 is assembled using the multiple power storage devices for the preliminary test. Next, the multiple power storage devices for the preliminary test are actually charged and discharged (preferably at a high rate), and the temperature distribution during this process is obtained. The charge and discharge conditions are preferably those that simulate actual use. Then, based on the obtained temperature distribution, the temperature distribution within the power storage module 500 is predicted and divided (e.g., into two regions), for example, into a low-temperature region A1 and a high-temperature region A2.
(工程C)構築工程では、温度分布予測工程で予測された温度分布に基づき、第1蓄電デバイス110と第2蓄電デバイス120とを配置して、蓄電モジュール500を構築する。具体的には、低温領域A1と区分けされた領域に、対向容量比が相対的に高い第1蓄電デバイス110を配置し、高温領域A2と区分けされた領域に、対向容量比が相対的に低い第2蓄電デバイス120を配置する。そして、例えば複数のスペーサ200と共に、拘束機構300によって第1蓄電デバイス110と第2蓄電デバイス120とを拘束し、一体的に保持する。以上のようにして、蓄電モジュール500を構築できる。 (Step C) In the construction step, the first power storage device 110 and the second power storage device 120 are arranged based on the temperature distribution predicted in the temperature distribution prediction step to construct the power storage module 500. Specifically, the first power storage device 110, which has a relatively high opposing capacity ratio, is arranged in an area designated as the low-temperature area A1, and the second power storage device 120, which has a relatively low opposing capacity ratio, is arranged in an area designated as the high-temperature area A2. Then, the first power storage device 110 and the second power storage device 120 are restrained and held together by a restraining mechanism 300, for example, together with a plurality of spacers 200. In this manner, the power storage module 500 can be constructed.
[蓄電モジュールの用途]
蓄電モジュール500は各種用途に利用可能であるが、ハイレート耐性に優れることから、高出力が必要とされる用途、例えば、乗用車、トラック等の車両に搭載されるモータ用の動力源(駆動用電源)として好適に用いることができる。車両の種類は特に限定されないが、例えば、プラグインハイブリッド自動車(PHEV;Plug-in Hybrid Electric Vehicle)、ハイブリッド自動車(HEV;Hybrid Electric Vehicle)、電気自動車(BEV;Battery Electric Vehicle)等が挙げられる。車両等の移動体に蓄電モジュール500を搭載することで、移動体の燃費(電費)を向上できる。
[Uses of energy storage modules]
The power storage module 500 can be used for a variety of purposes, but because it has excellent high-rate durability, it can be suitably used for purposes requiring high output, such as a power source (driving power source) for motors mounted on vehicles such as passenger cars and trucks. The type of vehicle is not particularly limited, and examples include plug-in hybrid electric vehicles (PHEVs), hybrid electric vehicles (HEVs), and battery electric vehicles (BEVs). By mounting the power storage module 500 on a mobile object such as a vehicle, the fuel efficiency (electricity cost) of the mobile object can be improved.
以下、本発明に関するいくつかの試験例を説明するが、本発明をかかる試験例に限定することを意図したものではない。 The following describes several test examples related to the present invention, but it is not intended that the present invention be limited to these test examples.
本試験例では、対向容量比が異なる蓄電デバイスを構築し、ハイレート耐性を確認した。具体的には、まず、表1に示す対向容量比の電極体を作製し、当該電極体を用いて蓄電デバイス(リチウムイオン二次電池、例1~例4)を作製した。なお、対向容量比は、負極活物質層の目付量を変更することで調整した。また、負極活物質層の目付量以外の構成は、全ての蓄電デバイスで共通とした。次に、25℃の温度環境下で、蓄電デバイスをSOC50%の状態に調整し、150Aで10秒間の定電流放電を行い、放電抵抗を測定した。次に、10秒間で降下した電池電圧ΔVを読み取り、その電池電圧ΔVと放電電流値(150A)とに基づき、IV抵抗(初期抵抗)を算出した。 In this test example, energy storage devices with different counter-current capacity ratios were constructed and their high-rate durability was confirmed. Specifically, electrode assemblies with the counter-current capacity ratios shown in Table 1 were first fabricated, and energy storage devices (lithium-ion secondary batteries, Examples 1 to 4) were fabricated using these electrode assemblies. The counter-current capacity ratio was adjusted by changing the basis weight of the negative electrode active material layer. Furthermore, the configuration other than the basis weight of the negative electrode active material layer was the same for all energy storage devices. Next, the energy storage devices were adjusted to an SOC of 50% in a temperature environment of 25°C, and a constant current discharge of 150 A was performed for 10 seconds, and the discharge resistance was measured. Next, the battery voltage drop ΔV over 10 seconds was read, and the IV resistance (initial resistance) was calculated based on the battery voltage ΔV and the discharge current value (150 A).
次に、25℃の温度環境下で、蓄電デバイスをSOC50%の状態に調整し、150Aの充電レートで10秒間、定電流充電をした後、5秒間休止し、次いで10Aの放電レートで150秒間、定電流放電をした後、5秒間休止する充放電を1サイクルとして、これを1000サイクル繰り返し、ハイレート耐久試験を行った。そして、ハイレート耐久試験後、初期抵抗と同様にIV抵抗を測定して、初期抵抗に対する耐久試験後のIV抵抗の比(耐久試験後のIV抵抗/初期抵抗)から、抵抗増加率を算出した。結果を表1に示す。なお、表1には、例1の対向容量比および抵抗増加率を、それぞれ1.00(基準)としたときの相対値を表している。 Next, the energy storage device was adjusted to an SOC of 50% in a 25°C environment, and subjected to 1000 cycles of constant-current charging at a charge rate of 150 A for 10 seconds, followed by a 5-second pause. Then, a constant-current discharge at a discharge rate of 10 A for 150 seconds, followed by a 5-second pause, was performed. This cycle constituted one charge/discharge cycle, and a high-rate durability test was performed. After the high-rate durability test, the IV resistance was measured in the same manner as the initial resistance, and the resistance increase rate was calculated from the ratio of the IV resistance after the durability test to the initial resistance (IV resistance after the durability test/initial resistance). The results are shown in Table 1. Table 1 shows the capacitance ratio and resistance increase rate of Example 1, each expressed as a relative value with 1.00 (reference).
表1に示すように、対向容量比が高い蓄電デバイスほど、ハイレート耐久試験後の抵抗の増加が小さく抑えられており、すなわちハイレート耐性が高かった。特に限定解釈されることを意図したものではないが、この理由としては、対向容量比が高い(ここでは、相対的に負極理論容量が多い)ほど、ハイレート充放電時に負極のSOCが上昇しにくくなり、負極の膨張収縮が抑えられたことが考えられる。以上のことから、対向容量比が高い蓄電デバイスは、対向容量比が低い蓄電デバイスに比べて、相対的にハイレート耐性に優れることが実験結果からも裏付けられた。 As shown in Table 1, the higher the counter capacity ratio of an energy storage device, the smaller the increase in resistance after the high-rate durability test, i.e., the higher the high-rate durability. While no particular limitation is intended, the reason for this is thought to be that the higher the counter capacity ratio (here, the relatively higher the negative electrode theoretical capacity), the less likely the negative electrode SOC to increase during high-rate charging and discharging, and the expansion and contraction of the negative electrode is suppressed. From the above, the experimental results also support the idea that energy storage devices with a high counter capacity ratio have relatively better high-rate durability than energy storage devices with a low counter capacity ratio.
以上、本発明の好適な実施形態について説明したが、上記実施形態は一例に過ぎない。本発明は、他にも種々の形態にて実施することができる。本発明は、本明細書に開示されている内容と当該分野における技術常識とに基づいて実施することができる。請求の範囲に記載の技術には、上記に例示した実施形態を様々に変形、変更したものが含まれる。例えば、上記した実施形態の一部を他の変形例に置き換えることも可能であり、上記した実施形態に他の変形例を追加することも可能である。また、その技術的特徴が必須なものとして説明されていなければ、適宜削除することも可能である。 The above describes a preferred embodiment of the present invention, but the above embodiment is merely an example. The present invention can be implemented in various other forms. The present invention can be implemented based on the content disclosed in this specification and the common technical knowledge in the relevant field. The technology described in the claims includes various modifications and variations of the above-exemplified embodiment. For example, it is possible to replace part of the above-mentioned embodiment with other modifications, or to add other modifications to the above-mentioned embodiment. Furthermore, if a technical feature is not described as essential, it may be deleted as appropriate.
(1)例えば、上記した実施形態では、(工程A)用意工程において、意図的に対向容量比を異ならせた蓄電デバイス100を製造するようにしていた。しかしこれには限定されない。例えば、対向容量比がバラついている多数の蓄電デバイスのなかから、予め定められた良品の範囲内で第1蓄電デバイス110と第2蓄電デバイス120とを選別して、用意することもできる。 (1) For example, in the above-described embodiment, in the preparation step (Step A), the power storage devices 100 are manufactured with intentionally different opposing capacity ratios. However, this is not limited to this. For example, the first power storage device 110 and the second power storage device 120 may be selected and prepared within a predetermined range of acceptable products from among a large number of power storage devices with varying opposing capacity ratios.
具体例として、使用済みの蓄電デバイス(蓄電モジュールの状態でありうる)を市場から回収し、再利用する場合、すなわち蓄電デバイス100がリユース品である場合が挙げられる。近年、例えばリチウムイオン二次電池等の蓄電デバイスには、トレーサビリティの観点等から、識別情報が付されていることがある。一例では、蓄電モジュールの表面(例えば封口板14)に、読み取り装置で読み取り可能な光学シンボルが付されている。あるいは、蓄電デバイスの内部等に識別情報を含む小型基板が搭載されている。識別情報には、例えば型番、メーカー名、製造国名、製造工場名、製造年月日等のID情報に加えて、正極活物質や負極活物質の種類、対向容量比等の組成情報が含まれうる。 A specific example is when a used energy storage device (which may be in the form of an energy storage module) is collected from the market and reused, i.e., when the energy storage device 100 is a reused product. In recent years, energy storage devices such as lithium-ion secondary batteries have been given identification information for reasons of traceability, etc. In one example, an optical symbol that can be read by a reading device is given to the surface of the energy storage module (e.g., sealing plate 14). Alternatively, a small substrate containing identification information is mounted inside the energy storage device. The identification information may include ID information such as the model number, manufacturer name, country of manufacture, name of manufacturing plant, and date of manufacture, as well as composition information such as the type of positive electrode active material and negative electrode active material and opposing capacity ratio.
この場合、(工程A)用意工程は、(1-a)回収された多数の蓄電デバイスに付されている識別情報をそれぞれ読み出して、対向容量比の情報を取得する取得工程と、(1-b)取得した対向容量比の情報に基づいて、対向容量比が相対的に高い第1蓄電デバイス110と、負極活物質層24aの対向容量比が相対的に低い第2蓄電デバイス120と、を選別する選別工程と、を含んでいてもよい。かかる蓄電モジュールの製造方法は、蓄電デバイスの再利用方法(リユース方法)としても把握されうる。なお、本明細書において「光学シンボル」とは、光学的反射率の高い部分と低い部分との組み合わせによって情報を記憶する情報媒体の総称であり、QRコード(登録商標)やデータマトリックス、データタグ等の2次元シンボル(2次元コード、2次元バーコード等ともいう。)を包含する概念である。 In this case, the (Step A) preparation step may include: (1-a) an acquisition step of reading out the identification information attached to each of the many collected electricity storage devices to acquire information on the counter-current capacity ratio; and (1-b) a sorting step of sorting out, based on the acquired counter-current capacity ratio information, first electricity storage devices 110 having a relatively high counter-current capacity ratio and second electricity storage devices 120 having a relatively low counter-current capacity ratio in the negative electrode active material layer 24a. This method of manufacturing an electricity storage module can also be understood as a method of reusing electricity storage devices. Note that, in this specification, the term "optical symbol" is a general term for information media that store information by combining areas with high and low optical reflectivity, and is a concept that encompasses two-dimensional symbols (also referred to as two-dimensional codes, two-dimensional barcodes, etc.) such as QR Code (registered trademark), data matrix, and data tags.
(2)例えば、上記した図5の実施形態では、配列方向Xの両端部(図5の前方F部および後方Rr部)が、相対的に温度が低い低温領域A1であり、配列方向Xの中央部が、相対的に温度が高い高温領域A2であった。しかしこれには限定されない。上述の通り、蓄電モジュール500内の温度分布は、冷却装置400の構成(例えば、吸気口IP、排気口OP、空冷ファン410の設置位置や個数)や、蓄電デバイス100の個数、充放電条件等によって変化しうる。また、上記した図5の実施形態では、蓄電モジュール500内が低温領域A1と高温領域A2との2つの温度領域に区分けされ、さらに、温度分布が配列方向Xに対称になっていた。しかしこれには限定されない。例えば蓄電モジュール500内は、3つ以上の温度領域に区分けすることもできる。その場合、図5の実施形態では、配列方向Xの後方Rr側の低温領域A1を、低温領域A1よりも温度が高くかつ高温領域A2よりも温度が低い中温領域A3としてもよい。また、冷却経路や放熱経路が複雑な場合、温度分布は、例えば低温領域A1と高温領域A2とが交互に出現する等、ランダムになっていてもよい。以下、いくつかの具体的な変形例について、図6~図9を参照しつつ説明する。なお、図6~図9では、冷却装置の図示を省略している。 (2) For example, in the embodiment of FIG. 5 described above, both ends in the arrangement direction X (the front F portion and the rear Rr portion in FIG. 5 ) are low-temperature regions A1, where the temperature is relatively low, and the center portion in the arrangement direction X is high-temperature region A2, where the temperature is relatively high. However, this is not limited to this. As described above, the temperature distribution within the energy storage module 500 can vary depending on the configuration of the cooling device 400 (e.g., the installation positions and number of the air intake port IP, the exhaust port OP, and the air-cooling fans 410), the number of energy storage devices 100, the charge/discharge conditions, etc. Furthermore, in the embodiment of FIG. 5 described above, the energy storage module 500 is divided into two temperature regions, the low-temperature region A1 and the high-temperature region A2, and the temperature distribution is symmetrical in the arrangement direction X. However, this is not limited to this. For example, the energy storage module 500 can also be divided into three or more temperature regions. In this case, in the embodiment of Figure 5, the low-temperature region A1 on the rear Rr side of the arrangement direction X may be made into a medium-temperature region A3, which has a higher temperature than the low-temperature region A1 and a lower temperature than the high-temperature region A2. Furthermore, if the cooling path or heat dissipation path is complex, the temperature distribution may be random, for example, with the low-temperature region A1 and the high-temperature region A2 appearing alternately. Several specific variations will be described below with reference to Figures 6 to 9. Note that the cooling device is not shown in Figures 6 to 9.
(第1変形例)図6は、第1変形例に係る蓄電モジュール500aの平面図である。上述の通り、配列方向Xの中央部では、蓄電デバイス100同士の連鎖的な発熱が生じやすいことが知られている。そのため、図6では図示を省略しているが、配列方向Xの中央部には、冷媒(空気)が供給される吸気口IPおよび/または空冷ファン410が追加で設置され、中央部が強く冷却されることがある。すると、図6に示すように、蓄電モジュール500aの温度分布は、図5とは逆に、配列方向Xの中央部が、相対的に温度が低い低温領域A1となり、配列方向Xの両端部(図6の前方F部および後方Rr部)が、相対的に温度が高い高温領域A2となりうる。 (First Modification) Figure 6 is a plan view of a power storage module 500a according to a first modification. As mentioned above, it is known that chain heat generation between the power storage devices 100 is likely to occur in the central portion of the arrangement direction X. For this reason, although not shown in Figure 6, an air intake port IP and/or an air-cooling fan 410 through which a refrigerant (air) is supplied may be additionally installed in the central portion of the arrangement direction X to strongly cool the central portion. As a result, as shown in Figure 6, the temperature distribution of the power storage module 500a is the opposite of that in Figure 5, with the central portion of the arrangement direction X becoming a low-temperature region A1 with a relatively low temperature, and both ends of the arrangement direction X (the front portion F and the rear portion Rr in Figure 6) becoming high-temperature regions A2 with a relatively high temperature.
このような場合等には、図6に示すように、低温領域A1である配列方向Xの中央部に、相対的に対向容量比が高い(ハイレート耐性の高い)第1蓄電デバイス110を配置し、高温領域A2である配列方向Xの両端部に、相対的に対向容量比が低い(ハイレート耐性が低い)第2蓄電デバイス120を配置するとよい。 In such cases, as shown in Figure 6, it is advisable to place a first power storage device 110 with a relatively high opposing capacity ratio (high high-rate resistance) in the center of the arrangement direction X, which is the low-temperature region A1, and place a second power storage device 120 with a relatively low opposing capacity ratio (low high-rate resistance) at both ends of the arrangement direction X, which are the high-temperature regions A2.
(第2、第3変形例)図7は、第2変形例に係る蓄電モジュール500bの平面図である。図8は、第3変形例に係る蓄電モジュール500cの平面図である。例えば、図5の配列方向Xの前方F側に設置された空冷ファン410が強力で冷却能力が高い場合、図7、図8にそれぞれ示すように、蓄電モジュール500b、500c内の温度分布は、配列方向Xの前方F部が、相対的に温度が低い低温領域A1となり、配列方向Xの後方Rr部が相対的に温度が高い高温領域A2となりうる。 (Second and third modified examples) Figure 7 is a plan view of a power storage module 500b according to a second modified example. Figure 8 is a plan view of a power storage module 500c according to a third modified example. For example, if the cooling fan 410 installed on the front F side of the arrangement direction X in Figure 5 is powerful and has high cooling capacity, the temperature distribution within the power storage modules 500b and 500c may be such that the front F part in the arrangement direction X becomes a low-temperature region A1 with a relatively low temperature, and the rear Rr part in the arrangement direction X becomes a high-temperature region A2 with a relatively high temperature, as shown in Figures 7 and 8, respectively.
このような場合等には、図7、図8に示すように、低温領域A1である配列方向Xの前方F部に、相対的に対向容量比が高い(ハイレート耐性の高い)第1蓄電デバイス110を配置し、高温領域A2である配列方向Xの後方Rr部に、相対的に対向容量比が低い(ハイレート耐性が低い)第2蓄電デバイス120を配置するとよい。 In such cases, as shown in Figures 7 and 8, it is advisable to arrange a first power storage device 110 with a relatively high opposing capacity ratio (high high-rate resistance) in the front F portion of the arrangement direction X, which is the low-temperature region A1, and to arrange a second power storage device 120 with a relatively low opposing capacity ratio (low high-rate resistance) in the rear Rr portion of the arrangement direction X, which is the high-temperature region A2.
また、低温領域A1と高温領域A2との配分は、例えば蓄電デバイス100の個数、充放電条件等によっても異なりうる。このため、低温領域A1と高温領域A2とは、図7に示すように、配列方向Xに均一に設けられていてもよく、図8に示すように、配列方向Xに不均一に設けられていてもよい。言い換えれば、蓄電モジュール500に含まれる第1蓄電デバイス110の個数と第2蓄電デバイス120の個数とは、同じであってもよいし、異なっていてもよい。 Furthermore, the distribution of low temperature regions A1 and high temperature regions A2 may differ depending on, for example, the number of power storage devices 100, charge/discharge conditions, etc. Therefore, the low temperature regions A1 and high temperature regions A2 may be uniformly arranged in the arrangement direction X as shown in FIG. 7, or may be unevenly arranged in the arrangement direction X as shown in FIG. 8. In other words, the number of first power storage devices 110 and the number of second power storage devices 120 included in the power storage module 500 may be the same or different.
(第4変形例)図9は、第4変形例に係る蓄電モジュール500dの平面図である。図9に示すように、蓄電モジュール500dの温度分布は、ここでは図5よりも詳細に区分けされている。すなわち、配列方向Xの両端部(図6の前方F部および後方Rr部)が、相対的に温度が低い低温領域A1であり、配列方向Xの中央部が、相対的に温度が高い高温領域A2であり、低温領域A1と高温領域A2との間が、低温領域A1よりも温度が高くかつ高温領域A2よりも温度が低い中温領域A3である。 (Fourth Modification) Figure 9 is a plan view of a power storage module 500d according to a fourth modification. As shown in Figure 9, the temperature distribution of the power storage module 500d is divided into more detailed sections than in Figure 5. That is, both ends in the arrangement direction X (the front F section and the rear Rr section in Figure 6) are low-temperature regions A1 with relatively low temperatures, the center in the arrangement direction X is a high-temperature region A2 with relatively high temperatures, and between the low-temperature region A1 and the high-temperature region A2 is a medium-temperature region A3 with a temperature higher than the low-temperature region A1 and lower than the high-temperature region A2.
このような場合等には、図9に示すように、低温領域A1である配列方向Xの両端部に、相対的に対向容量比が高い(ハイレート耐性の高い)第1蓄電デバイス110を配置し、高温領域A2である配列方向Xの中央部に、相対的に対向容量比が低い(ハイレート耐性が低い)第2蓄電デバイス120を配置し、低温領域A1と高温領域A2との中間である中温領域A3に、第2蓄電デバイス120よりも対向容量比が高く、かつ第1蓄電デバイス110よりも対向容量比が低い、第3蓄電デバイス130を配置するとよい。言い換えれば、高温領域A2、中温領域A3、低温領域A1の順、ここでは、配列方向Xの中央部から両端部に向かって、対向容量比が段階的に高くなるように、複数の蓄電デバイス100を配置するとよい。 In such cases, as shown in FIG. 9 , a first power storage device 110 with a relatively high opposing capacity ratio (high high-rate resistance) can be arranged at both ends of the arrangement direction X, which are the low-temperature region A1; a second power storage device 120 with a relatively low opposing capacity ratio (low high-rate resistance) can be arranged in the center of the arrangement direction X, which is the high-temperature region A2; and a third power storage device 130 with a higher opposing capacity ratio than the second power storage device 120 and a lower opposing capacity ratio than the first power storage device 110 can be arranged in the medium-temperature region A3, which is intermediate between the low-temperature region A1 and the high-temperature region A2. In other words, the multiple power storage devices 100 can be arranged so that the opposing capacity ratio increases stepwise in the order of the high-temperature region A2, the medium-temperature region A3, and the low-temperature region A1, in this case from the center to both ends of the arrangement direction X.
なお、図9では蓄電モジュール500内を3つの温度領域に区分けしているが、4つ以上の温度領域に区分けすることも勿論可能である。このように温度分布に応じて蓄電モジュール500内を細かく区分けすることで、ここに開示される技術の効果が高いレベルで発揮され、蓄電モジュール500全体のハイレート耐性をより良く向上できる。 Note that while Figure 9 shows the interior of the energy storage module 500 divided into three temperature zones, it is of course possible to divide it into four or more temperature zones. By dividing the interior of the energy storage module 500 into smaller zones in this way according to the temperature distribution, the effects of the technology disclosed herein can be exerted to a high level, and the high-rate resistance of the entire energy storage module 500 can be further improved.
以上の通り、ここで開示される技術の具体的な態様として、以下の各項に記載のものが挙げられる。
項1:複数の蓄電デバイスを備えた蓄電モジュールであって、複数の上記蓄電デバイスは、それぞれ、正極と負極とを有し、上記蓄電モジュール内には、複数の上記蓄電デバイスの充放電時に、相対的に温度が低くなる低温領域と、相対的に温度が高くなる高温領域と、があり、ここで、上記正極の単位面積当たりの理論容量に対する、上記負極の単位面積当たりの理論容量の比(負極理論容量/正極理論容量)を、対向容量比とすると、複数の上記蓄電デバイスのうち、上記低温領域に配置されている第1蓄電デバイスは、上記高温領域に配置されている第2蓄電デバイスよりも上記対向容量比が高い、蓄電モジュール。
項2:上記蓄電モジュール内には、上記低温領域と上記高温領域との間に、上記低温領域よりも温度が高くかつ上記高温領域よりも温度が低い中温領域があり、複数の上記蓄電デバイスは、上記高温領域、上記中温領域、上記低温領域の順で、上記対向容量比が、段階的に高くなるように配置されている、項1に記載の蓄電モジュール。
項3:上記第1蓄電デバイスと上記第2蓄電デバイスとは、上記対向容量比の差が、10%以上である、項1または項2に記載の蓄電モジュール。
項4:上記第1蓄電デバイスと上記第2蓄電デバイスとは、いずれも、上記対向容量比が、1.0以上2.0以下の範囲にある、項1~項3のいずれか一つに記載の蓄電モジュール。
項5:上記記負極は、負極活物質層を有し、上記第1蓄電デバイスは、上記第2蓄電デバイスよりも上記負極活物質層の目付量が大きい、項1~項4のいずれか一つに記載の蓄電モジュール。
項6:上記第1蓄電デバイスと上記第2蓄電デバイスとは、いずれも、リチウムイオン二次電池である、項1~項5のいずれか一つに記載の蓄電モジュール。
項7:複数の蓄電デバイスを備え、複数の上記蓄電デバイスは、それぞれ、正極と負極とを有する、蓄電モジュールの製造方法であって、ここで、上記正極の単位面積当たりの理論容量に対する、上記負極の単位面積当たりの理論容量の比(負極理論容量/正極理論容量)を、対向容量比とすると、複数の上記蓄電デバイスとして、上記対向容量比が相対的に高い第1蓄電デバイスと、上記対向容量比が相対的に低い第2蓄電デバイスと、を用意する用意工程と、複数の上記蓄電デバイスを充放電させたときの上記蓄電モジュール内の温度分布を予測する温度分布予測工程と、上記温度分布に基づき、相対的に温度が低い低温領域に上記第1蓄電デバイスを配置し、相対的に温度が高い高温領域に上記第2蓄電デバイスを配置して、上記蓄電モジュールを構築する構築工程と、を含む、蓄電モジュールの製造方法。
As described above, specific aspects of the technology disclosed herein include those described in the following sections.
Item 1: An energy storage module including a plurality of energy storage devices, each of the plurality of energy storage devices having a positive electrode and a negative electrode, wherein the energy storage module includes a low-temperature region where the temperature is relatively low and a high-temperature region where the temperature is relatively high when the plurality of energy storage devices are charged or discharged, and wherein, when a ratio of a theoretical capacity per unit area of the negative electrode to a theoretical capacity per unit area of the positive electrode (negative electrode theoretical capacity/positive electrode theoretical capacity) is defined as an opposed capacity ratio, a first energy storage device of the plurality of energy storage devices that is arranged in the low-temperature region has a higher opposed capacity ratio than a second energy storage device that is arranged in the high-temperature region.
Item 2: The energy storage module according to Item 1, wherein, between the low temperature region and the high temperature region, there is a medium temperature region within the energy storage module, the medium temperature region having a temperature higher than that of the low temperature region and lower than that of the high temperature region, and the plurality of energy storage devices are arranged such that the opposing capacity ratio increases stepwise in the order of the high temperature region, the medium temperature region, and the low temperature region.
Item 3: The energy storage module according to Item 1 or 2, wherein the difference in the opposing capacity ratio between the first energy storage device and the second energy storage device is 10% or more.
Item 4: The storage module according to any one of Items 1 to 3, wherein the opposing capacity ratio of the first storage device and the second storage device is in the range of 1.0 or more and 2.0 or less.
Item 5: The electricity storage module according to any one of Items 1 to 4, wherein the negative electrode has a negative electrode active material layer, and the first electricity storage device has a larger basis weight of the negative electrode active material layer than the second electricity storage device.
Item 6: The power storage module according to any one of Items 1 to 5, wherein the first power storage device and the second power storage device are both lithium ion secondary batteries.
Clause 7: A method for manufacturing an electricity storage module including a plurality of electricity storage devices, each having a positive electrode and a negative electrode, wherein, when a ratio of a theoretical capacity per unit area of the negative electrode to a theoretical capacity per unit area of the positive electrode (negative electrode theoretical capacity/positive electrode theoretical capacity) is defined as an opposed capacity ratio, the plurality of electricity storage devices include a preparation step of preparing a first electricity storage device having a relatively high opposed capacity ratio and a second electricity storage device having a relatively low opposed capacity ratio; a temperature distribution prediction step of predicting a temperature distribution in the electricity storage module when the plurality of electricity storage devices are charged and discharged; and a construction step of constructing the electricity storage module by arranging the first electricity storage device in a low-temperature region where the temperature is relatively low and arranging the second electricity storage device in a high-temperature region where the temperature is relatively high, based on the temperature distribution.
10 電池ケース
20 電極体
22 正極
22a 正極活物質層
24 負極
24a 負極活物質層
100 蓄電デバイス
110 第1蓄電デバイス
120 第2蓄電デバイス
130 第3蓄電デバイス
300 拘束機構
400 冷却装置
410 空冷ファン
500 蓄電モジュール
A1 低温領域
A2 高温領域
A3 中温領域
REFERENCE SIGNS LIST 10 Battery case 20 Electrode body 22 Positive electrode 22a Positive electrode active material layer 24 Negative electrode 24a Negative electrode active material layer 100 Electricity storage device 110 First electricity storage device 120 Second electricity storage device 130 Third electricity storage device 300 Restraint mechanism 400 Cooling device 410 Air-cooling fan 500 Electricity storage module A1 Low temperature region A2 High temperature region A3 Medium temperature region
Claims (7)
複数の前記蓄電デバイスは、それぞれ、正極と負極とを有し、
前記蓄電モジュール内には、複数の前記蓄電デバイスの充放電時に、相対的に温度が低くなる低温領域と、相対的に温度が高くなる高温領域と、があり、
ここで、前記正極の単位面積当たりの理論容量に対する、前記負極の単位面積当たりの理論容量の比(負極理論容量/正極理論容量)を、対向容量比とすると、
複数の前記蓄電デバイスのうち、前記低温領域に配置されている第1蓄電デバイスは、前記高温領域に配置されている第2蓄電デバイスよりも前記対向容量比が高い、
蓄電モジュール。 A power storage module including a plurality of power storage devices,
Each of the plurality of power storage devices has a positive electrode and a negative electrode,
the power storage module includes a low-temperature region where the temperature is relatively low and a high-temperature region where the temperature is relatively high when the power storage devices are charged or discharged,
Here, the ratio of the theoretical capacity per unit area of the negative electrode to the theoretical capacity per unit area of the positive electrode (negative electrode theoretical capacity/positive electrode theoretical capacity) is defined as the opposing capacity ratio:
Among the plurality of power storage devices, a first power storage device arranged in the low temperature region has a higher opposed capacity ratio than a second power storage device arranged in the high temperature region.
Energy storage module.
複数の前記蓄電デバイスは、前記高温領域、前記中温領域、前記低温領域の順で、前記対向容量比が、段階的に高くなるように配置されている、
請求項1に記載の蓄電モジュール。 a medium temperature region between the low temperature region and the high temperature region within the energy storage module, the medium temperature region having a temperature higher than that of the low temperature region and lower than that of the high temperature region;
The plurality of power storage devices are arranged such that the opposing capacity ratio increases stepwise in the order of the high temperature region, the medium temperature region, and the low temperature region.
The energy storage module according to claim 1 .
請求項1に記載の蓄電モジュール。 a difference in the opposing capacity ratio between the first power storage device and the second power storage device is 10% or more;
The energy storage module according to claim 1 .
請求項1から3のいずれか1つに記載の蓄電モジュール。 the first power storage device and the second power storage device each have an opposing capacity ratio in the range of 1.0 or more and 2.0 or less;
The energy storage module according to claim 1 .
前記第1蓄電デバイスは、前記第2蓄電デバイスよりも前記負極活物質層の目付量が大きい、
請求項1から3のいずれか1つに記載の蓄電モジュール。 the negative electrode has a negative electrode active material layer,
the first electricity storage device has a larger basis weight of the negative electrode active material layer than the second electricity storage device;
The energy storage module according to claim 1 .
請求項1から3のいずれか1つに記載の蓄電モジュール。 The first power storage device and the second power storage device are both lithium ion secondary batteries.
The energy storage module according to claim 1 .
ここで、前記正極の単位面積当たりの理論容量に対する、前記負極の単位面積当たりの理論容量の比(負極理論容量/正極理論容量)を、対向容量比とすると、
複数の前記蓄電デバイスとして、前記対向容量比が相対的に高い第1蓄電デバイスと、前記対向容量比が相対的に低い第2蓄電デバイスと、を用意する用意工程と、
複数の前記蓄電デバイスを充放電させたときの前記蓄電モジュール内の温度分布を予測する温度分布予測工程と、
前記温度分布に基づき、相対的に温度が低い低温領域に前記第1蓄電デバイスを配置し、相対的に温度が高い高温領域に前記第2蓄電デバイスを配置して、前記蓄電モジュールを構築する構築工程と、
を含む、
蓄電モジュールの製造方法。 A method for manufacturing an electricity storage module including a plurality of electricity storage devices, each of the plurality of electricity storage devices having a positive electrode and a negative electrode, the method comprising:
Here, the ratio of the theoretical capacity per unit area of the negative electrode to the theoretical capacity per unit area of the positive electrode (negative electrode theoretical capacity/positive electrode theoretical capacity) is defined as the opposing capacity ratio:
a preparation step of preparing, as the plurality of power storage devices, a first power storage device having a relatively high opposed capacity ratio and a second power storage device having a relatively low opposed capacity ratio;
a temperature distribution prediction step of predicting a temperature distribution in the power storage module when the plurality of power storage devices are charged and discharged;
a construction step of constructing the power storage module by arranging the first power storage device in a low-temperature region having a relatively low temperature and arranging the second power storage device in a high-temperature region having a relatively high temperature based on the temperature distribution;
Including,
A method for manufacturing a storage module.
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