JP7728867B2 - 電池セル、電池、装置及び電池セルの製造方法並びに製造機器 - Google Patents

電池セル、電池、装置及び電池セルの製造方法並びに製造機器

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Description

本出願は、電池技術分野に関し、特に電池セル、電池、装置及び電池セルの製造方法並びに製造機器に関する。
近年、化石エネルギーの枯渇や環境汚染の圧力が高まるにつれて、二次電池はこれまでにない重視と発展を得ている。二次電池の応用範囲はますます広くなっており、例えば、水力、火力、風力、太陽光発電所などのエネルギー蓄積電源システムや、電動工具、電気自転車、電気バイク、電気自動車、軍事用機器、航空宇宙などの分野で応用されている。
二次電池は、使用中に熱を発生する。従来技術では、電極アセンブリの極板の熱は、タブを介してハウジングに付着された電極端子に伝導され、電極端子を介して外部に排出される。しかしながら、極板の熱をハウジングを介して速やかに取り出すことは難しい。
上記問題点に鑑みて、本発明は、電池セルの内部の熱の放熱効率を向上させる電池セル、電池、装置及び電池セルの製造方法並びに製造機器を提供する。
第１の態様によれば、本出願の実施例は、電池セルを提供し、該電池セルは、収容空間を有するハウジングと、前記収容空間に収容され、極板を含む電極アセンブリと、前記極板と前記ハウジングとを直接接続して、前記電極アセンブリの熱を前記ハウジングに伝導するように構成される熱伝導部材とを含む。
本出願の実施例の技術案によれば、電極アセンブリの極板の熱を面積の大きいハウジングに伝導することができ、それによって電池セルの放熱効率を向上させた。
いくつかの実施例では、前記熱伝導部材は、前記極板の前記電極アセンブリを露出している端面に接続されている。これにより、熱伝導部材が電極アセンブリを露出している端面の極板に同時に接触することができるので、極板上の熱をより速やかにハウジングに取り出すことができる。
いくつかの実施例では、前記ハウジングには第１の収容部が設置されており、前記熱伝導部材は、前記第１の収容部内まで延びるように構成される。該構造は、熱伝導部材とハウジングとの接触面積を増加させて、電池セルの放熱効率をさらに向上させることができる。
いくつかの実施例では、前記熱伝導部材は、互いに接続された第１の部分と第２の部分とを含む。前記第１の部分は、前記第１の収容部内に位置し、前記第２の部分は、前記第１の部分と前記電極アセンブリとの間に位置し、前記第２の部分の面積は、前記第１の部分の面積よりも大きい。これにより、第２の部分の面積を増大させることにより、熱伝導部材の熱伝導面積を増大させ、電極アセンブリの熱をより効果的にハウジングに伝導することができる。
いくつかの実施例では、前記第１の収容部は、第１の貫通孔であり、前記電池セルは、前記第１の貫通孔をシールする蓋をさらに含む。一方では、該構造は、熱伝導部材とハウジングとの接触面積を増大させて、放熱効率を向上させることができる。他方では、蓋が第１の貫通孔をシールすることで、より強度の高いシール面を形成することができ、ハウジングと熱伝導部材との間のシール不良による電池セルのシール効果の喪失を防止することができる。
いくつかの実施例では、前記電池セルは、前記ハウジングと前記電極アセンブリとの間に設置されて前記電極アセンブリと前記ハウジングとを隔離する絶縁部材をさらに含む。前記絶縁部材には、第２の貫通孔が設置されており、前記熱伝導部材は、一端が前記極板に接続されるように構成され、他端が前記第２の貫通孔を通過して前記ハウジングに接続されるように構成される。それにより、第２の貫通孔は、熱伝導部材が極板とハウジングとを直接接続することを確保することができ、それによって極板の熱を速やかにハウジングに伝導する。
いくつかの実施例では、前記電池セルは、前記ハウジングと前記電極アセンブリとの間に設置されて前記電極アセンブリと前記ハウジングとを隔離する絶縁部材をさらに含む。前記絶縁部材のエッジには、第１の溝が設置されており、前記熱伝導部材は、一端が前記極板に接続されるように構成され、他端が前記第１の溝を通過して前記ハウジングに接続されるように構成される。それにより、該構造は、ハウジングの内面を第１の溝内の熱伝導部材に接触させることができるので、熱伝導部材とハウジングとの接触面積を増大させて、電池セルの放熱効率をさらに向上させることができる。
いくつかの実施例では、前記絶縁部材の前記電極アセンブリに近い表面には、前記第２の貫通孔と連通する第２の溝が設けられており、前記熱伝導部材は、前記第２の溝内まで延びている。それにより、一方では、第２の溝は、熱伝導部材とハウジングとの接触面積を増大させて、電池セルの放熱効率をさらに向上させることができる。他方では、第２の溝は、熱伝導部材が占める空間を低減して、電池セルのエネルギー密度を向上させることができる。
いくつかの実施例では、前記絶縁部材の端部にはボスが設けられており、前記ボスは、前記電極アセンブリに当接しており、前記第２の貫通孔と前記第１の溝又は前記第２の溝とが前記ボスに設置されている。前記絶縁部材の中部には、前記電極アセンブリから離れる方向に凸となる凸部が設けられており、前記凸部内にはバリアが設けられており、前記バリアは、前記電極アセンブリの前記凸部と対向する端面まで延びて、前記熱伝導部材と前記電極アセンブリのタブとの接触を阻止する。これにより、バリアは、熱伝導部材がタブに直接接触することを回避し、タブが裂けることを防止し、電池セル内部の安全性を向上させることができる。
いくつかの実施例では、前記熱伝導部材の熱伝導係数は、前記絶縁部材の熱伝導係数よりも大きい。それにより、電池セルの放熱効率をさらに向上させることができる。
いくつかの実施例では、前記電池セルは、複数の前記電極アセンブリを含み、前記熱伝導部材は、複数の前記電極アセンブリの極板に接続されている。それにより、複数の電極アセンブリが熱伝導部材を共用することで、電池セルの構造の簡素化を実現することができる。
いくつかの実施例では、前記ハウジングには放圧機構が設けられ、前記熱伝導部材は前記放圧機構と間隔を置いて設置される。それにより、熱伝導部材が放圧通路を塞ぐことを防止し、放圧機構の効果の喪失を回避することができる。
第２の態様によれば、本出願の実施例は、第１の態様における電池セルを含む電池をさらに提供する。
いくつかの実施例では、前記電池は、前記ハウジングに付着された熱管理部品をさらに含む。それにより、極板から熱伝導部材を介してハウジングに伝導された熱を熱管理部品を介して速やかに取り出すことができ、電池の放熱効率をさらに向上させる。
いくつかの実施例では、前記熱管理部品は、前記熱伝導部材に対応して設置される。それにより、極板から熱伝導部材を介してハウジングに伝導された熱を熱管理部品を介してより速やかに取り出すことができ、電池の放熱効率をより一層向上させる。
第３の態様によれば、本出願の実施例は、装置をさらに提供し、該装置は、電気エネルギーを供給するためのものであり、又はエネルギー蓄積手段としてのものである。
第４の態様によれば、本出願の実施例は、電池セルを製造する方法をさらに提供し、該方法は、収容空間を有するハウジングを提供することと、極板を含む電極アセンブリを提供することと、熱伝導部材を提供することと、前記電極アセンブリと前記熱伝導部材とを前記収容空間に収容し、前記熱伝導部材が前記極板と前記ハウジングとを直接接続するようにして、前記電極アセンブリの熱を前記ハウジングに伝導することとを含む。
第５の態様によれば、電池セルの製造機器を提供し、該製造機器は、収容空間を有するハウジングと、極板を含む電極アセンブリと、熱伝導部材とを提供するように構成される提供装置と、前記電極アセンブリと前記熱伝導部材とを前記収容空間に収容し、前記熱伝導部材が前記極板と前記ハウジングとを直接接続するようにして、前記電極アセンブリの熱を前記ハウジングに伝導するように構成される組み立て装置とを含む。
ここで説明された図面は、本出願のさらなる理解を提供するためのものであり、本出願の一部を構成し、本出願の例示的な実施例及びその説明は、本出願を解釈するためのものであり、本出願の不適切な限定を構成しない。図面において、
本出願の一実施例による車両の概略図である。 本出願の一実施例による電池の構造概略図である。 本出願の一実施例による電池モジュールの構造概略図である。 本出願の一実施例による電池セルの斜視分解図である。 本出願の一実施例による電池セルの電極アセンブリの構造を示す断面図である。 図５Ａに示す電池セルの電極アセンブリの外形輪郭を示す概略図である。 本出願の別の実施例による電池セルの電極アセンブリの構造を示す断面図である。 本出願の一実施例によるエンドキャップと絶縁部材の組み立て後の斜視図である。 本出願の一実施例による電池セルの熱伝導部材の断面図である。 本出願の別の実施例による電池セルの熱伝導部材の断面図である。 本出願の別の実施例による電池セルの斜視分解図である。 本出願の別の実施例による電池セルの熱伝導部材の断面図である。 本出願の別の実施例による電池セルの斜視分解図である。 本出願の一実施例による電池セルの製造方法の概略図である。 本出願の一実施例による電池セルの製造機器の概略図である。
本出願の実施例の目的、技術案、及び利点をより明確にするために、以下、本出願の実施例の図面を結び付けながら、本出願の実施例における技術案を明確に説明する。説明される実施例は、本出願の実施例の一部に過ぎず、すべての実施例ではないことは明らかである。本出願における実施例に基づき、当業者が創造的な労力を払わない前提で得られたすべての他の実施例は、いずれも本出願の保護範囲に属する。
特に定義されない限り、本出願で使用される全ての科学技術用語は、当業者によって一般的に理解されるものと同じ意味を有する。本出願において、出願の明細書で使用される用語は、具体的な実施例を説明するためにのみ用いられ、本出願を制限することを意図するものではない。本出願の明細書と請求の範囲及び上記の図面の説明における用語である「含む」、「有する」及びそれらの任意の変形は、非排他的な「含む」を意図的にカバーするものである。本出願の明細書と請求の範囲又は上記の図面における用語である「第１の」、「第２の」などは、異なる対象を区別するためのものであり、特定の順序又は主副関係を説明するためのものではない。
本出願において「実施例」と言及する場合、実施例で説明された特定の特徴、構造又は特性が本出願の少なくとも１つの実施例に含まれてもよいことを意味する。明細書における各箇所に記載されたこの語句は、必ずしも全てが同じ実施例を指すものではなく、他の実施例と相互排他する独立した又は代替的な実施例でもない。当業者は、本出願に説明された実施例が他の実施例と組み合わされてもよいことを明示的かつ暗示的に理解できる。
本出願の記述において、説明すべきこととして、特に明記し、限定する場合を除き、「取り付け」、「繋がり」、「接続」、「付着」という用語は、広義に理解されるべきであり、例えば、固定接続であってもよく、着脱可能な接続、又は一体的な接続であってもよく、直接に接続してもよく、中間媒体を介して間接に接続してもよく、２つの素子の内部を連通させてもよい。当業者は、具体的な状況に応じて、上記用語の本出願における具体的な意味を理解することができる。
本出願における「及び／又は」という用語は、関連対象の関連関係を記述するものに過ぎず、３つの関係が存在してもよいことを表し、例えば、Ａ及び／又はＢは、単独のＡ、ＡとＢとの組み合わせ、単独のＢの三つのケースを表してもよい。また、本出願における文字である「／」は、一般的には前後関連対象が「又は」の関係であることを表す。
本出願における「複数」とは、二つ以上（二つを含む）のことを言う。
本出願の実施例で言及した電池は、より高い電圧と容量を提供するために１つ又は複数の電池セルを含む単一の物理的モジュールを指す。例えば、電池には、電池モジュール又は電池パックなどが含まれてもよい。電池は、一般的には、１つ又は複数の電池セルをパッケージングするための筐体を含む。筐体は、液体又はその他の異物が電池セルの充電又は放電に影響を与えることを回避することができる。
電池セルは、円柱体、扁平体、長方体、又はその他の形状などを有してもよい。電池セルは、パッケージングの形態によって、一般的には、柱形電池セル、直方体角型電池セル及びパウチ電池セルという３種類に分けられる。
複数の電池セルは、電極端子を介して直列及び／又は並列に接続されて、多様な応用場面に応用され得る。いくつかの電気自動車などのハイパワー用途の場合、電池の応用は、電池セル、電池モジュール及び電池パックの３つの階層を含む。技術の発展に伴い、電池モジュールという階層を省略することができる。即ち、電池セルから直接電池パックを形成する。この改善は、電池システムの重量エネルギー密度、体積エネルギー密度を向上させると共に、部品点数を大幅に減少させる。
発明者らは、電極アセンブリの熱が電極アセンブリ－タブ－電極端子という放熱経路を通じて外部に伝導されることを見出した。しかしながら、電極アセンブリの熱がハウジングに伝導されにくく、放熱効果が不十分であった。電極アセンブリの側面とハウジングとの間に熱伝導部材を設置することが提案されているが、熱伝導部材が電極アセンブリの極板と直接接触しないため、十分な放熱効果を期待することが困難である。
これに鑑みて、本出願は、技術案を提供し、本出願の電池セルは、収容空間を有するハウジングと、前記収容空間に収容され、極板を含む電極アセンブリと、前記極板と前記ハウジングとを直接接続して、前記電極アセンブリの熱を前記ハウジングに伝導するように構成される熱伝導部材とを含む。該技術案によれば、電極アセンブリの極板の熱を速やかに面積の大きいハウジングに伝導することができ、それによって電池セルの放熱効率を向上させた。
本出願のいくつかの実施例は、電池セルを含む電池を提供する。
本出願のいくつかの実施例は、装置を提供し、該装置は、電気エネルギーを供給するためのものであり、又はエネルギー蓄積手段としてのものである。任意選択的に、装置は、車両、船舶又は宇宙航空機などであってもよい。
本出願の実施例で説明された技術案はいずれも様々な装置、例えば、携帯電話、携帯型デバイス、ノートパソコン、電動スクーター、電動玩具、電動工具、電動車両、船舶及び宇宙航空機などに適用でき、例えば、宇宙航空機は飛行機、ロケット、スペースシャトル及び宇宙船などを含む。
理解すべきこととして、本出願の実施例で説明された技術案は、上記で説明された機器のみに適用できるというわけではなく、電池を使用する全ての機器に適用できるが、説明を簡潔にするために、下記実施例では、電動車両を例にして説明する。
例えば、図１では、本出願の一実施例による車両４００の構造概略図が示されている。車両４００は、燃料油自動車、ガス自動車又は新エネルギー自動車であってもよく、新エネルギー自動車は、純電気自動車、ハイブリッド自動車やレンジエクステンダー自動車などであってもよい。例えば、車両４００の底部又は先頭又は後尾に電池３００を設置してもよい。電池３００は、車両４００への給電に用いられてもよい。例えば、電池３００を車両４００の操作電源とすることができ、車両４００の電気回路システムに用いられ、例えば、車両４００の始動、ナビゲーション及び走行時の動作電力需要に用いられる。本出願の別の実施例では、電池３００は、車両４００の操作電源として用いることができるだけでなく、車両４００の駆動電源として、燃料油又は天然ガスの代わりに、又はその一部の代わりに車両４００に駆動動力を提供することもできる。
異なる電力消費需要を満たすために、電池は複数の電池セルを含んでもよく、ここで、複数の電池セルの間は、直列接続又は並列接続又は直並列接続されてもよく、直並列接続は、直列接続と並列接続との混合を指す。電池は、電池パックと呼ばれてもよい。任意選択的に、複数の電池セルをまず直列接続又は並列接続又は直並列接続して電池モジュールを構成し、複数の電池モジュールを直列接続又は並列接続又は直並列接続して電池を構成してもよい。つまり、複数の電池セルは直接的に電池を構成してもよく、又は、まず電池モジュールを構成し、さらに電池モジュールで電池を構成してもよい。
例えば、図２は、本出願の一実施例による電池３００の構造概略図である。電池３００は、複数の電池セル１００を含んでもよい。電池３００は、筐体（又はカバーと呼ばれる）をさらに含んでもよく、筐体内部が中空構造であり、複数の電池セル１００が筐体内に収容される。図２に示すように、筐体は２つの部分を含んでもよく、ここではそれぞれ第１の部分３０１と第２の部分３０２と呼び、第１の部分３０１と第２の部分３０２は、互いに係合される。第１の部分３０１と第２の部分３０２の形状は、複数の電池セル１００を組み合わせた形状に基づいて決定されてもよく、第１の部分３０１と第２の部分３０２はいずれも１つの開口を有してもよい。例えば、第１の部分３０１と第２の部分３０２は、いずれも中空長方体であり、それぞれ１つの面のみが開口面であり、第１の部分３０１の開口と第２の部分３０２の開口とが対向して設置され、且つ第１の部分３０１と第２の部分３０２とが互いに係合して、密閉されたチャンバを有する筐体を形成する。複数の電池セル１００は、互いに並列又は直列又は直並列接続されて組み合わせた後、第１の部分３０１と第２の部分３０２とが互いに係合して形成した筐体内に置かれる。
任意選択的に、電池３００は他の構造をさらに含んでもよいが、ここでは説明を省略する。例えば、この電池３００は、複数の電池セル１００同士の電気的接続、例えば、並列又は直列又は直並列接続を実現するためのバスバー部材をさらに含んでもよい。具体的に、バスバー部材は、電池セル１００の電極端子に接続されることで電池セル１００同士の電気的接続を実現することができる。さらに、バスバー部材は、溶接によって電池セル１００の電極端子に固定されることができる。複数の電池セル１００の電気エネルギーは、さらに導電機構により筐体を通過して引き出されることができる。任意選択的に、導電機構は、バスバー部材に属するものであってもよい。
様々な電力需要に応じて、電池セル１００の数は、任意の数値に設定されてもよい。複数の電池セル１００を直列、並列、又は直並列接続することにより、大きい容量又は電力を実現することができる。各電池３００に含まれる電池セル１００の数は多い場合があるため、取り付けを容易にするために、電池セル１００をグループ化して設置し、各グループの電池セル１００が電池モジュールを構成してもよい。電池モジュールに含まれる電池セル１００の数は限定されず、需要に応じて設置すればよい。例えば、図３は電池モジュールの一例である。電池は、複数の電池モジュールを含んでもよく、これらの電池モジュールは、直列、並列、又は直並列に接続することができる。
図４には、角型構造を例にした電池セル１００が示されている。本出願において、電池セルは、リチウムイオン電池、リチウム硫黄電池、ナトリウムリチウムイオン電池、ナトリウムイオン電池、又はマグネシウムイオン電池などを含む。
図４を参照して、本出願の一実施例による電池セル１００は、収容空間１３を有するハウジング１と、収容空間に収容され、極板を有する電極アセンブリ２と、極板とハウジング１とを直接接続して、電極アセンブリ２の熱をハウジング１に伝導するように構成される熱伝導部材３とを含む。
いくつかの実施例では、電池セル１００は、複数の電極アセンブリ２を含み、熱伝導部材３は、複数の電極アセンブリ２の極板に接続されている。複数の電極アセンブリ２が熱伝導部材３を共用することで、電池セル１００の構造の簡素化を実現することができる。
いくつかの実施例では、図４に示すように、ケース１１内には、第２の方向Ｄ２（電池セルの厚さ方向）に沿って積層された２つの電極アセンブリ２が設置されている。もちろん、他の実施例では、ケース１１内に１つの電極アセンブリ２が設置され、又は、ケース内に三つ以上の電極アセンブリ２が設置されてもよい。複数の電極アセンブリ２は、第２の方向Ｄ２に沿って積層されている。
極板の構造は、図５Ａ、図５Ｂ及び図６に示す通りで、電極アセンブリ２は、第１の極板１１１と、第２の極板１１２と、前記第１の極板１１１と前記第２の極板１１２との間に設置されたセパレータ１１３とを含む。ここで、第１の極板１１１は、正極板となり、第２の極板１１２は、負極板となるようにしてもよい。他の実施例では、第１の極板１１１は、負極板となり、第２の極板１１２は、正極板となるようにしてもよい。第１の極板１１１と第２の極板１１２を極板１１０と通称してもよい。ここで、セパレータ１１３は第１の極板１１１と第２の極板１１２との間に介在する絶縁体である。正極板の活物質は、正極板の塗布領域上に塗布されてもよく、負極板の活物質は、負極板の塗布領域上に塗布されてもよい。正極板１１１の塗布領域から延出された部分を正極タブ２１とする。負極板１１２の塗布領域から延出された部分を負極タブ２２とする。
いくつかの実施例では、図５Ａに示すように、電極アセンブリ２は、捲回型構造である。ここで、第１の極板１１１、セパレータ１１３及び第２の極板１１２は、何れも帯状構造であり、第１の極板１１１、セパレータ１１３及び第２の極板１１２はこの順に積層して捲回して電極アセンブリ２を形成する。図５Ｂは、電極アセンブリ２の外形輪郭概略図であり、電極アセンブリ２の表面は、第２の方向Ｄ２に沿って互いに対向する一対の第１の側面１１４を含む。ここで、電極アセンブリ２は、略六面体構造であり、第１の側面１１４は、捲回軸線に略平行であり、面積が最も大きい表面である。第１の側面１１４は、平面である必要がなく、相対的に平坦な表面であってもよい。電極アセンブリ２の表面は、第３の方向Ｄ３に沿って互いに対向する一対の第２の側面１１５をさらに含む。端面１１６は、一対の第１の側面１１４と一対の第２の側面１１５とを接続している。
いくつかの実施例では、図６に示すように、電極アセンブリ２は、積層型構造である。即ち、電極アセンブリ２は、複数の第１の極板１１１と、複数の第２の極板１１２とを含み、セパレータ１１３が第１の極板１１１と第２の極板１１２との間に設置されている。第１の極板１１１、セパレータ１１３、第２の極板１１２は、この順に積層されて設置されている。ここで、第１の極板１１１、セパレータ１１３及び第２の極板１１２は、第２の方向Ｄ２に沿って積層されている。図４Ｂに示された電極アセンブリと似たように、電極アセンブリ２は、略六面体構造であり、電極アセンブリ２の表面は、一対の第１の側面１１４と一対の第２の側面１１５とを含み、第１の側面１１４は、積層方向、即ち第２の方向Ｄ２に略垂直である。一対の第１の側面１１４は、第３の方向Ｄ３に沿って互いに対向する。端面１１６は、一対の第１の側面１１４と一対の第２の側面１１５とを接続している。
いくつかの実施例では、熱伝導部材３は、極板１１０（第１の極板１１１と第２の極板１１２とを含む）の電極アセンブリを露出している端面１１６に接続されている。これにより、熱伝導部材３が電極アセンブリ２に露出している端面１１６の極板に同時に接触することができるので、極板１１０（第１の極板１１１と第２の極板１１２とを含む）上の熱をより速やかにハウジング１に取り出すことができる。
図４に戻り、ハウジング１は、ケース１１とエンドキャップ１２とから構成されており、ケース１１は、アルミニウム、アルミニウム合金又はニッケルメッキ鋼などの金属材料から製造されてもよく、ケース１１は、六面体形状又は他の形状を有し、且つ開口を有してもよい。本出願は、ケース１１の形状に対して特に制限せず、それは円柱形、四角形又は他の任意の形状であってもよい。電極アセンブリ２はケース１１内に収容されている。エンドキャップ１２は、ケース１１の開口を密閉して、ケース１１内に収容された電極アセンブリ２と電解質とを密閉するためのものである。エンドキャップ１２は、金属又は硬質プラスチックから製造されてもよい。エンドキャップ１２の寸法は、ケース１１の開口の寸法に適応する。エンドキャップ１２には、２つの電極端子が付着されており、２つの電極端子はそれぞれ第１の電極端子１２１と第２の電極端子１２２である。エンドキャップ１２には、放圧機構１８又は注液孔などの多くの機能的アセンブリが付着されてもよい。また、ケース１１の帯電を防止するために、電極アセンブリ２の周りは絶縁シート２３で被覆されてもよい。
第１の電極端子１２１は、正電極端子となり、第２の電極端子１２２は、負電極端子となるようにしてもよい。他の実施例では、第１の電極端子１２１は、負電極端子となり、第２の電極端子１２２は、正電極端子となるようにしてもよい。第１の電極端子１２１と第２の電極端子１２２は、溶接又はリベットなどの固定具によってエンドキャップ１２に固定されてもよい。エンドキャップ１２の帯電を防止するために、第１の電極端子１２１及び第２の電極端子１２２とエンドキャップ１２との間には絶縁処理が施されてもよい。
エンドキャップ１２と電極アセンブリ２との間には、アダプタ部材１４が設置されてもよい。本実施例では、２つのアダプタ部材がある。電極アセンブリ２の第１のタブ２１は、１つのアダプタ部材１４を介してエンドキャップ１２上の第１の電極端子１２１に電気的に接続されている。電極アセンブリ２の第２のタブ２２は、もう一つのアダプタ部材１４を介してエンドキャップ１２上の第２の電極端子１２２に電気的に接続されている。
図７、図８に示すように、いくつかの実施例では、熱伝導部材３は、電極アセンブリ２とハウジング１との間に設置されている。より具体的には、熱伝導部材３は、エンドキャップ１２の第３の方向Ｄ３（電池セルの幅方向であり、第２の方向Ｄ２に垂直である）の両端に設置されている。熱伝導部材３の第１の方向Ｄ１（電池セルの高さ方向であり、第２の方向Ｄ２及び第３の方向Ｄ３に垂直である）の一端は電極アセンブリ２の端面１１６に接触し、熱伝導部材３の第１の方向Ｄ１の他端はエンドキャップ１２に接触している。これにより、熱伝導部材３は、タブから離れた位置（即ち、極板の熱が溜まりやすい位置）で極板の熱をハウジングに伝導して、電池セルの放熱効率を向上させた。
図７、図８に示すように、いくつかの実施例では、ハウジング１には第１の収容部１５が設置されており、熱伝導部材３は、第１の収容部１５内まで延びるように構成される。この構造は、第１の収容部１５に延びる熱伝導部材３とハウジング１との接触面積を増やすことができ、より高い熱伝導効果を得ることができる。
いくつかの実施例では、第１の収容部１５は、円柱状、角柱状、円錐状、角錐状などの形状であってもよい。
図８に示すように、いくつかの実施例では、熱伝導部材３は、互いに接続された第１の部分３１と第２の部分３２とを含む。第１の部分３１は、第１の収容部１５内に位置し、第２の部分３２は、第１の部分３１と電極アセンブリ２との間に位置し、第２の部分３２の面積は、第１の部分３１の面積よりも大きい。例えば、第１の方向Ｄ１において、第２の部分３２の投影面積は、第１の部分３１の投影面積よりも大きく、且つ第１の部分３１の投影は、第２の部分３２の投影に含まれる。これにより、第２の部分３２の面積を増大させることにより、熱伝導部材の熱伝導面積を増大させて、電極アセンブリ２の熱をより効果的にハウジング１に伝導することができる。
いくつかの実施例では、第１の収容部１５は、第１の貫通孔１７であり、電池セルは、第１の貫通孔１７をシールする蓋１６をさらに含む。一方では、該構造は、熱伝導部材３とハウジング１との接触面積を増大させて、放熱効率を向上させることができる。他方では、蓋１６が第１の貫通孔１７をシールすることで、より強度の高いシール面を形成することができ、ハウジングと熱伝導部材との間のシール不良による電池セルのシール効果の喪失を防止することができる。
いくつかの実施例では、蓋１６は、レーザ溶接、ろう付けなどの方式によってハウジング１の第１の貫通孔１７に固定されてもよい。
いくつかの実施例では、図７、図８に示すように、電池セル１００は、ハウジング１と電極アセンブリ２との間に設置されて電極アセンブリ２とハウジング１とを隔離する絶縁部材４をさらに含む。絶縁部材４には第１の溝４１が設置されており、熱伝導部材３は、第１の溝４１を通過して極板１１０とハウジング１とを接続する。それにより、該構造は、ハウジング１の内面を第１の溝内の熱伝導部材３に接触させることができるので、熱伝導部材３とハウジング１との接触面積を増大させて、電池セルの放熱効率をさらに向上させることができる。
いくつかの実施例では、絶縁部材４は、ＰＰ、ＰＥＴ材料で製造されてもよい。熱伝導部材３は、例えば、注入によって第１の溝４１を埋めてもよい。第１の溝４１は、例えば、第１の方向Ｄ１に垂直な断面形状が変化しない柱状に形成されてもよい。このとき、第１の方向Ｄ１において、第１の溝４１の投影面積は、第１の貫通孔１７の投影面積よりも大きく、且つ第１の貫通孔１７の投影は、第１の溝４１の投影に含まれる。それにより、熱伝導部材３は、第１の貫通孔１７の側面でエンドキャップ１２と接触できるだけでなく、エンドキャップ１２の内面においてもエンドキャップ１２と接触できるので、熱伝導部材３とハウジング１との接触面積を増大させて、電池セルの放熱効率をさらに向上させることができる。
いくつかの実施例では、図９に示すように、絶縁部材４には第２の貫通孔４２が設置され、熱伝導部材３の一端は電極アセンブリ２の極板１１０に接続されるように構成され、他端は第２の貫通孔４２を通過してハウジング１に接続されるように構成される。それにより、第２の貫通孔４２は、熱伝導部材が極板とハウジング１とを直接接続することを確保することができ、それによって極板の熱を速やかにハウジング１に伝導する。
いくつかの実施例では、第２の貫通孔４２の大きさ、位置、形状は、例えば、第１の貫通孔１７とマッチングする。熱伝導部材は、例えば、第１の貫通孔１７及び第２の貫通孔４２に延設してもよい。また、第２の貫通孔４２の大きさを第１の貫通孔１７よりも若干大きく設置してもよい。
いくつかの実施例では、図９に示すように、絶縁部材４の電極アセンブリ２に近い表面には、第２の貫通孔４２に連通する第２の溝４３が設けられており、熱伝導部材３は、第２の溝４３内に延びている。それにより、一方では、第２の溝４３は、熱伝導部材３とハウジング１との接触面積を増大させて、電池セルの放熱効率をさらに向上させることができる。他方では、熱伝導部材３が占める空間を低減して、電池セルのエネルギー密度を向上させることができる。
いくつかの実施例では、第２の溝４３は、第２の貫通孔４２よりも大きな断面積（第１の方向Ｄ１に垂直な断面）を有してもよい。溝４３は、例えば、円形、長方形、レーストラック形であってもよい。溝４３は、例えば、第３の方向Ｄ３に沿って中心に向かって延びている。溝４３が中心に向かって延びることにより、溝４３に位置する熱伝導部材３は、第１のタブ２１、第２のタブ２２及びアダプタ部材１４により近く設置される。第１のタブ２１、第２のタブ２２及びアダプタ部材１４の発熱量が大きいため、熱伝導部材３が該部分の熱を速やかにハウジング１に導くことに有利である。また、第２の溝４３の断面積が大きいので、熱伝導部材３の電極アセンブリ２に近い部分の面積を増大させることができ、電池セル１００の放熱効率を向上させることができる。
いくつかの実施例では、図１０、図１１に示すように、絶縁部材４の端部にはボス４４が設けられており、ボス４４は、電極アセンブリ２に当接し、第１の溝４１は、ボス４４に設置されている。第２の貫通孔４２と第１の溝４１又は第２の溝４３は、ボス４４に設置されている。絶縁部材４の中部には、電極アセンブリ２から離れる方向に凸となる凸部４５が設けられており、凸部４５内にはバリア４６が設けられており、バリア４６は、電極アセンブリ２の凸部４５と対向する端面まで延びて、熱伝導部材３と電極アセンブリ２のタブ（第１のタブ２１又は第２のタブ２２）との接触を阻止する。これにより、バリア４６は、熱伝導部材３がタブ（第１のタブ２１又は第２のタブ２２）に直接接触することを回避し、タブが裂けることを防止し、電池セル内部の安全性を向上させることができる。
いくつかの実施例では、ボス４４は、絶縁部材４の第３の方向Ｄ３の端部に設置され、ボス４４は、エンドキャップ１２から電極アセンブリ２に向かって突出している。ボス４４は、例えば、三面から第１の溝４１又は第２の溝４３を囲み、電極アセンブリ２の端面１１６に当接するように構成されてもよい。これにより、ボス４４は、電極アセンブリ２を固定する役割を果たす一方、ボス４４は、その内部に形成された熱伝導部材３を電極アセンブリ２の端面１１６に密着させることにより、電池セル１００の放熱効率をさらに向上させた。
いくつかの実施例では、図１０、図１１に示すように、熱伝導部材３は、凸部４５内まで延びて、熱伝導面積をさらに増大させることができる。また、凸部４５の内部には、電極アセンブリ２の第１のタブ２１と第２のタブ２２は、それぞれアダプタ部材１４を介してエンドキャップ１２上の第１の電極端子１２１と第２の電極端子１２２に電気的に接続されている。凸部４５の第１の電極端子１２１と第２の電極端子１２２に対応する位置に貫通孔が設置されている。また、凸部４５には放圧機構が設置されている。つまり、第１の方向Ｄ１において、凸部４５内にタブ２１、２２が収容され得る。バリア４６は、例えば、第２の方向Ｄ２に延びる延出部４６１と、この延出部４６１と絶縁部材の第２の方向Ｄ２の両端とを接続する傾斜部４６２とを有する。延出部４６１、傾斜部４６２は、アダプタ部材１４の輪郭に沿って形成されてもよい。バリア４６を設置することにより、熱伝導部材３を、第１のタブ２１、第２のタブ２２、アダプタ部材１４などの電流流通部材から確実に離間させることができる。これにより、熱伝導部材３と極板（第１の極板１１１と第２の極板１１２とを含む）との接触面積を増大させることができる一方で、熱伝導部材３が直接アダプタ部材１４などの電流流通部材に接触することを回避でき、電池セル１００の内部の安全性を確保することができる。
いくつかの実施例では、熱伝導部材３は放圧機構１８と間隔を置いて設置される。該構造は、熱伝導部材３が放圧通路を塞ぐことを防止し、放圧機構１８の効果の喪失を回避することができる。
いくつかの実施例では、バリア４６は、熱伝導部材３を放圧機構１８と間隔を置いて設置する。注入によって熱伝導部材を形成する場合、バリア４６は、注入された熱伝導部材３が絶縁部材４上の放圧機構１８に対応する放圧孔に流入することを阻止し、熱伝導部材３が放圧通路を塞ぐことを防止し、放圧機構１８の効果の喪失を回避することができる。また、熱伝導部材３と放圧機構１８は、タブ２１、２２、アダプタ部材１４などを介して間隔を置いて設置されてもよく、同様に放圧機構１８の効果の喪失を回避することができる。
いくつかの実施例では、熱伝導部材３の熱伝導係数は、絶縁部材４の熱伝導係数よりも大きい。それにより、電池セルの放熱効率をさらに向上させることができる。
いくつかの実施例では、熱伝導部材３の熱伝導係数は、例えば、空気の熱伝導係数よりも大きく、例えば、≧０．８ｗ／ｋｇ．℃である。熱伝導部材３は、例えば、熱伝導グリース、熱伝導シリカゲル、熱伝導ポッティング接着剤などの材料を用いてもよい。
また、本出願の技術案に対して種々の変形を行ってもよい。例えば、図１２に示すように、第１のタブ２１と第２のタブ２２は、電極アセンブリ２の第１の方向Ｄ１に沿う両端にそれぞれ設置されてもよい。これに対応して、熱伝導部材３も電極アセンブリ２の第１の方向Ｄ１に沿う両端にそれぞれ設置される。これにより、熱伝導部材３は、電極アセンブリ２の２つの端面において熱をハウジング１に取り出すことができ、電池セルの放熱効率をより一層向上させることができる。
また、本出願は、電池をさらに提供し、電池は、本出願の電池セルを含む。
いくつかの実施例では、電池は、複数の電池セル１００同士の電気的接続、例えば、並列又は直列又は直並列接続を実現するためのバスバー部材を含んでもよい。
いくつかの実施例では、図１１に示すように、電池は、ハウジング１に付着された熱管理部品１９をさらに含む。それにより、極板１１１、１１２から熱伝導部材３を介してハウジング１に伝導された熱を熱管理部品１９を介して速やかに取り出すことができ、電池の放熱効率をさらに向上させる。
いくつかの実施例では、熱管理部品１９は、複数の電池セル１００の温度を調節するように流体を収容するためのものである。ここで、流体は、液体又は気体であってもよく、温度を調節することは、複数の電池セル１００を加熱又は冷却することを指す。電池セル１００を冷却又は降温する場合、該熱管理部品１９は、複数の電池セル１００の温度を低下させるように冷却流体を収容するために用いられ、このとき、熱管理部品１９は、冷却部品、冷却システム又は冷却板などと呼ばれてもよく、収容される流体は、冷却媒体又は冷却流体と呼ばれてもよく、より具体的には、冷却液又は冷却気体と呼ばれてもよい。また、熱管理部品１９は、複数の電池セル１００を昇温するように加熱するためにも用いられてもよく、本出願の実施例は、これを限定しない。任意選択的に、前記流体は、より高い温度調節効果を達成することができるように、循環して流れるものであってもよい。任意選択的に、流体は、水、水とエチレングリコールの混合液、又は空気などであってもよい。
いくつかの実施例では、図１１に示すように、熱管理部品１９は、熱伝導部材３に対応して設置される。それにより、極板１１１、１１２から熱伝導部材３を介してハウジング１に伝導された熱を熱管理部品を介してより速やかに取り出すことができ、電池の放熱効率をより一層向上させる。
また、本出願の一実施例は、装置４００をさらに提供し、該装置４００は、前記の各実施例における電池セル１００を含んでもよい。任意選択的に、該装置は、車両、船舶又は宇宙航空機などであってもよい。
以下は、図１３と図１４を結び付けながら本出願の実施例による電池セルの製造方法と製造機器について説明する。詳細に説明していない部分は、前記各実施例を参照されたい。
図１３には、本出願の実施例による電池セルの製造方法５００の例示的ブロック図が示されている。本出願の実施例による電池セルの製造方法５００は、収容空間を有するハウジングを提供するステップ５１０と、極板を含む電極アセンブリを提供するステップ５２０と、熱伝導部材を提供するステップ５３０と、電極アセンブリと熱伝導部材とを収容空間に収容し、熱伝導部材が極板とハウジングとを直接接続するようにして、電極アセンブリの熱をハウジングに伝導する組立ステップ５４０とを含む。ここで、ステップ５１０～５３０の前後順序を限定せず、任意に入れ替えることができ、例えば、電極アセンブリを提供するステップ５２０を実行してから、ハウジングを提供するステップ５１０を実行してもよい。
図１４は、本出願の実施例による電池セルの製造機器６００の例示的フローチャートである。本出願の実施例による電池セルの製造機器６００は、収容空間を有するハウジングと、極板を含む電極アセンブリと、熱伝導部材とを提供するように構成される提供装置６１０と、前記電極アセンブリと前記熱伝導部材とを前記収容空間に収容し、前記熱伝導部材が前記極板と前記ハウジングとを直接接続するようにして、前記電極アセンブリの熱を前記ハウジングに伝導するように構成される組み立て装置６２０とを含む。
最後に、説明すべきこととして、本出願は上記実施例に限定されない。上記実施例は例示に過ぎず、本出願の技術案の範囲内で、技術思想と実質的に同一の構成を有し、同様な作用と効果を奏する実施例は、いずれも本出願の技術範囲内に含まれるものとする。なお、本出願の主旨から逸脱しない範囲内で、実施例に対して当業者が想到し得る様々な変形を実施し、実施例における一部の構成要素を組み合わせて構築される他の形態も、本出願の範囲内に含まれるものとする。
１００ 電池セル
３００ 電池
４００ 車両
１ ハウジング
１１ ケース
１２ エンドキャップ
１３ 収容空間
１４ アダプタ部材
１５ 第１の収容部
１６ 蓋
１７ 第１の貫通孔
１８ 放圧機構
１９ 熱管理部品
１１０ 極板
１１１ 第１の極板
１１２ 第２の極板
１１３ セパレータ
１１４ 第１の側面
１１５ 第２の側面
１１６ 端面
１２１、１２２ 電極端子
２ 電極アセンブリ
２１、２２ タブ
３ 熱伝導部材
３１ 第１の部分
３２ 第２の部分
４ 絶縁部材
４１ 第１の溝
４２ 第２の貫通孔
４３ 第２の溝
４４ ボス
４５ 凸部

Claims (13)

  1. 電池セルであって、
    収容空間を有するハウジングであって、前記ハウジングには第１の収容部が設置されており、前記第１の収容部は第１の貫通孔であるハウジングと、
    前記収容空間に収容され、極板を含む電極アセンブリと、
    前記極板と前記ハウジングとを直接接続して、前記電極アセンブリの熱を前記ハウジングに伝導するように構成され、且つ前記第１の収容部内まで延びるように構成される熱伝導部材とを含み、
    前記熱伝導部材は、前記極板の前記電極アセンブリを露出している端面に接続されている、電池セル。
  2. 前記熱伝導部材は、互いに接続された第１の部分と第２の部分とを含み、前記第１の部分は、前記第１の収容部内に位置し、前記第２の部分は、前記第１の部分と前記電極アセンブリとの間に位置し、前記第２の部分の面積は、前記第１の部分の面積よりも大きい、請求項１に記載の電池セル。
  3. 前記電池セルは、前記第１の貫通孔をシールする蓋をさらに含む、請求項１又は２に記載の電池セル。
  4. 前記電池セルは、前記ハウジングと前記電極アセンブリとの間に設置されて前記電極アセンブリと前記ハウジングとを隔離する絶縁部材をさらに含み、
    前記絶縁部材には、第２の貫通孔が設置されており、前記熱伝導部材は、一端が前記極板に接続されるように構成され、他端が前記第２の貫通孔を通過して前記ハウジングに接続されるように構成され、又は、前記絶縁部材のエッジには、第１の溝が設置されており、前記熱伝導部材は、一端が前記極板に接続されるように構成され、他端が前記第１の溝を通過して前記ハウジングに接続されるように構成される、請求項１～３のいずれか一項に記載の電池セル。
  5. 前記絶縁部材の前記電極アセンブリに近い表面には、前記第２の貫通孔と連通する第２の溝が設けられており、前記熱伝導部材は、前記第２の溝内まで延びている、請求項４に記載の電池セル。
  6. 前記絶縁部材の端部にはボスが設けられており、前記ボスは、前記電極アセンブリに当接しており、前記第２の貫通孔と前記溝とが前記ボスに設置されており、
    前記絶縁部材の中部には、前記電極アセンブリから離れる方向に凸となる凸部が設けられており、前記凸部内にはバリアが設けられており、前記バリアは、前記電極アセンブリの前記凸部と対向する端面まで延びて、前記熱伝導部材と前記電極アセンブリのタブとの接触を阻止する、請求項４又は５に記載の電池セル。
  7. 前記熱伝導部材の熱伝導係数は、前記絶縁部材の熱伝導係数よりも大きい、請求項４～６のいずれか一項に記載の電池セル。
  8. 前記電池セルは、複数の前記電極アセンブリを含み、前記熱伝導部材は、複数の前記電極アセンブリの極板に接続されている、請求項１～７のいずれか一項に記載の電池セル。
  9. 前記ハウジングには放圧機構が設けられ、前記熱伝導部材は前記放圧機構と間隔を置いて設置されている、請求項１～８のいずれか一項に記載の電池セル。
  10. 請求項１～９のいずれか一項に記載の電池セルを含む、電池。
  11. 前記電池は、前記ハウジングに付着された熱管理部品をさらに含む、請求項１０に記載の電池。
  12. 前記熱管理部品は、前記熱伝導部材に対応して設置される、請求項１１に記載の電池。
  13. 請求項１～９のいずれか一項に記載の電池セルを含み、前記電池セルは、電気エネルギーを供給するためのものであり、又はエネルギー蓄積手段としてのものである、装置。
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