專利名稱：電池的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及電池，尤其涉及由多個二次電池相互連接而成的電池，各二次電池的電極端子從外殼構(gòu)件的外圍邊緣抽出。
背景技術(shù)：
日本專利申請JP特開09-259859公開了一種技術(shù)，其中，電極板通過隔膜堆疊以形成堆疊體，所述堆疊體放入外殼構(gòu)件中，多個二次電池以使連接到電極板的電極端子從外殼構(gòu)件的外圍邊緣抽出的方式堆疊，因此從各二次電池伸出的電極端子通過連接方法如焊接直接連接以形成具有所需容量和電壓的電池組。
日本專利申請JP特開2001-236937公開了一種技術(shù)，其中，多個二次電池堆疊成電池堆疊體，在電池堆疊體的最上層和最下層堆疊一對束縛板，于是這對束縛板通過連接桿彼此相連，從而使多個二次電池通過束縛板擠壓在一起。

發(fā)明內(nèi)容
然而，本發(fā)明人對這種結(jié)構(gòu)的電池進行了研究，以便說明這樣一種現(xiàn)象在使用過程中在各二次電池內(nèi)部產(chǎn)生氣體，氣體聚集在電極板之間，從而導(dǎo)致電池的輸出電壓下降，或許需要存在一個空間以將給定壓力以基本上均勻的方式提供給各二次電池。
并且，當(dāng)通過由連接桿施壓的該對束縛板向多個二次電池施加表面壓力時，由于通過各束縛板施加的壓力使得各束縛板極易變形。變形的發(fā)生伴隨著表面壓力分布圖形，其中從二次電池的外圍到其中央?yún)^(qū)域表面壓力降低，造成難以將均勻的表面壓力施加給各二次電池，難以可靠抑制二次電池中的電壓降。
本發(fā)明人在上述研究的基礎(chǔ)上完成了本發(fā)明，本發(fā)明的目的是提供一種電池，該電池能夠獲得使每個二次電池獲得均勻的表面壓力，以可靠地抑制二次電池中的電壓降。
為了達到上述目的，本發(fā)明的一種方案提供一種電池，包括電池堆疊體，所述電池堆疊體包括多個堆疊的二次電池，在各二次電池中，電極板借助隔膜堆疊，容納并密封在外殼構(gòu)件中，電極端子相應(yīng)地連接到電極板并從外殼構(gòu)件的外圍邊緣抽出；一對板狀構(gòu)件，分別作為電池堆疊體的最外層堆疊，從而彼此相對；以及借助該對板狀構(gòu)件擠壓多個二次電池的擠壓機構(gòu)，該對板狀構(gòu)件的至少一個具有以下特性在基于受擠壓機構(gòu)擠壓的該對板狀構(gòu)件的至少一個的多個擠壓點而確定的擠壓中心處表現(xiàn)出最大剛度。
換句話說，本發(fā)明的另一目的是提供一種電池，包括電池堆疊體，所述電池堆疊體包括多個堆疊的二次電池，在各二次電池中，電極板借助隔膜堆疊，容納并密封在外殼構(gòu)件中，電極端子相應(yīng)地連接到電極板并從外殼構(gòu)件的外圍邊緣抽出；一對板狀構(gòu)件，分別作為電池堆疊體的最外層堆疊，從而彼此相對；以及借助該對板狀構(gòu)件擠壓多個二次電池的擠壓裝置；用于向該對板狀構(gòu)件的至少一個提供以下特性的提供裝置在基于受該擠壓裝置擠壓的該對板狀構(gòu)件的至少一個的多個擠壓點而確定的該對板狀構(gòu)件中至少一個的擠壓中心具有最大的剛度。
由結(jié)合附圖進行的以下描述，本發(fā)明的其它和進一步的特點、優(yōu)點和益處將更為顯而易見。


圖1是描述根據(jù)本發(fā)明的第一實施例的二次電池的整體結(jié)構(gòu)的平面圖。
圖2A是沿圖1的線II-II取向的橫截面圖；圖2B是圖2A中的截面IIB的放大截面圖；圖3是表示第一實施例的電池的整體結(jié)構(gòu)的分解透視圖；
圖4是表示形成第一實施例的電池的子組件的平面圖；圖5是第一實施例的電池的一部分的分解透視圖；圖6A至6F是用于描述在第一實施例中的擠壓點分布圖形的例子的典型示圖；圖7A是第一實施例的電池上端板的平面圖；圖7B是第一實施例的電池上端板的前視圖；圖7C是第一實施例的電池上端板的側(cè)視圖；圖7D是表示第一實施例的電池的上端板的彎曲度(量)“y”的曲線；圖8是用于描述第一實施例的電池效果的曲線，橫坐標(biāo)表示每個二次電池的壓縮容限(長度)L，縱坐標(biāo)表示表面壓力P；圖9A是表示根據(jù)本發(fā)明第二實施例的電池上端板的平面圖；圖9B是第二實施例的電池板的前視圖；圖9C是第二實施例的電池板的側(cè)視圖；圖9D是表示第二實施例的電池上端板的彎曲度(量)“y”的曲線；圖10A表示根據(jù)本發(fā)明第三實施例的電池上端板的平面圖；圖10B是第三實施例的電池板的前視圖；圖10C是第三實施例的電池板的側(cè)視圖；圖10D是表示第三實施例的電池上端板的彎曲度(量)“y”的曲線；圖11A表示根據(jù)本發(fā)明第四實施例的電池上端板的平面圖；圖11B是第四實施例的電池板的前視圖；圖11C是第四實施例的電池板的側(cè)視圖；圖11D是表示第四實施例的電池上端板的彎曲度(量)“y”的曲線；圖11E是圖11A中截面XIE的放大圖；圖11F是沿圖11A的線XIE-XIF取向的截面圖；和圖12是表示其中安裝了根據(jù)本發(fā)明各實施例的電池的車輛的典型示圖。
具體實施例方式
下面，參照附圖描述根據(jù)本發(fā)明的各實施例的電池。順便指出，在根據(jù)本發(fā)明的各實施例中，相同的元件采用相同的參考標(biāo)記，為了簡便起見適當(dāng)?shù)氖÷粤嘶蚝喕嗣枋觥?br> (第一實施例)首先，參照圖1至8詳細描述根據(jù)本發(fā)明第一實施例的電池。
圖1是第一實施例的二次電池的整體結(jié)構(gòu)的平面圖；圖2A是沿圖1的線II-II取向的橫截面圖；圖2B是圖2A中的截面IIB的放大橫截面圖。
圖1至2B表示形成二次電池的一個薄型電池(單電池)10，將多個這種薄型電池堆疊成具有所需電壓和容量的電池。
具體而言，二次電池10是平板狀堆疊型鋰類薄電池，示意性地由三個正極板101、五個隔膜102、三個負極板103、正極端子104、負極端子105、上部外殼構(gòu)件106、下部外殼構(gòu)件107和電解質(zhì)(未示出)構(gòu)成。其中，正極板101、隔膜102、負極板103和電解質(zhì)被稱作發(fā)電元件108。
形成發(fā)電元件108的正極板101包括延伸到正極端子104的正極集流體101a；和在正極集流體101a的一部分的兩個主表面上形成的正極層101b、101c。順便指出，該正極板101的該正極層101b、101c并不形成在正極集流體101a的兩個主表面的整個區(qū)域上，而是僅分別形成在當(dāng)正極板101、隔膜102和負極板103堆疊成圖2A所示的發(fā)電元件108時大致與隔膜102重疊的區(qū)域中。
正極板101的正極集流體101a包括電化學(xué)穩(wěn)定的金屬箔，如鋁箔、鋁合金箔、銅箔或鎳箔。此外，通過下述方式形成正極層101b、101c制備鋰復(fù)合氧化物如鋰鎳復(fù)合氧化物(LiNiO2)、鋰錳復(fù)合氧化物(LiMnO2)或鋰鈷復(fù)合氧化物(LiCoO2)、正極活性材料如硫?qū)僭?S、Se和Te)、導(dǎo)電材料如碳黑、和粘合劑如聚四氟乙烯的水分散體的混合物；將所得到的混合物涂覆在正極集流體101a兩個主表面的一部分上；烘干所得到的層；并輥壓所烘干的層。
形成發(fā)電元件108的負極板103包括延伸到負極端子105的負極集流體103a；和在負極集流體103a的一部分的兩個主表面上形成的負極層103b、103c。同樣，該負極層103b、103c并不形成在負極集流體103a的兩個主表面的整個區(qū)域上，而是僅形成在當(dāng)正極板101、隔膜102和負極板103堆疊成圖2A所示的發(fā)電元件108時大致與隔膜102重疊的區(qū)域中。
正極板101的正極集流體101a包括電化學(xué)穩(wěn)定的金屬箔，如鋁箔、鋁合金箔、銅箔或鎳箔。
負極板103的負極集流體103a由電化學(xué)穩(wěn)定的金屬箔形成，如鎳箔、銀箔、不銹鋼箔或鐵箔。并且，通過下述方式形成負極層103b、103c制備負極活性材料如非晶碳、硬石墨化碳、石墨化碳和石墨和用作有機鍛燒體原料的苯乙烯-丁二烯橡膠樹脂粉末的水分散體的混合物；烘干所得到的混合物；碾碎所烘干的混合物以獲得由表面載有苯乙烯-丁二烯橡膠的碳顆粒構(gòu)成的主要材料；將主要材料與粘合劑如丙烯酸樹脂乳狀液混合；將所得到的混合物涂覆到負極集流體103a的兩個主表面的一部分上；烘干所得到的涂層；并輥壓所得到的烘干層。
特別是，當(dāng)采用非晶碳和硬石墨化碳作為負極活性材料時，二次電池在充電和放電循環(huán)的過程中的輸出電壓具有平臺特性差的電位，根據(jù)放電量出現(xiàn)輸出電壓降低。因此，這種電池不適合作為通訊設(shè)備和辦公用機器的電源，但由于在輸出上沒有迅速下降，因此適合作為電動車輛的電源。
發(fā)電元件108的隔膜102用于防止在正極板101和負極板103之間的短路，并可具有支撐電解質(zhì)的作用。隔膜102包括由聚烯烴如聚乙烯(PE)和聚丙烯(PP)形成的薄多孔膜，并同時具有聚集熱量以封閉該層的孔隙以切斷電流的功能。
順便指出，隔膜102不僅可包括單層膜如聚烯烴，而且還可以是把聚丙烯夾在聚乙烯膜之間的三層結(jié)構(gòu)和把聚烯烴薄多孔膜與有機無紡織物層疊的結(jié)構(gòu)。因此，通過把隔膜102堆疊成多層，隔膜102具有各種功能，如防止過電流的功能、支撐電解質(zhì)的功能和保持隔板形狀的功能(用于提高剛度)。
利用上述結(jié)構(gòu)的發(fā)電元件108，將正極板101和負極板103交替堆疊。此外，三個正極板101借助正極集流體101a連接到由金屬箔制成的正極端子104。同時，三個負極板103借助負極集流體103a連接到同樣由金屬箔制成的負極端子105。
順便指出，發(fā)電元件108的正極板101、隔膜102和負極板103不限于以上列出的特定數(shù)量的幾片，發(fā)電元件108甚至可由單片正極板101、三片隔膜102和單片負極板103構(gòu)成，也可由根據(jù)需要選擇一定數(shù)量的正極板、隔膜和負極板構(gòu)成。
此外，對正極端子104和負極端子105的材料沒有特別限制，只要這些電極端子由電化學(xué)穩(wěn)定的金屬材料形成即可，正極端子104的例子可包括鋁箔、鋁合金箔、銅箔或鎳箔，像上面所列出的正極集流體101a的那樣。同樣，負極端子105可包括鎳箔、銀箔、不銹鋼箔或鐵箔，這些是電化學(xué)穩(wěn)定的，像上面所列出的負極集流體103a的那樣。
此外，雖然形成電極板101、103的集流體101a、103a的金屬箔本身可延伸成電極端子104、105以使電極板101、103分別直接地連接到電極端子104、105，但是電極板101、103的集流體101a、103a和電極端子104、105可通過與形成集流體101a、103a的金屬箔不同的材料或與金屬箔不同的組成部件相互連接。
發(fā)電元件108可容納在上部外殼構(gòu)件106和下部外殼構(gòu)件107中(它們共同形成外殼構(gòu)件)并進行氣密性密封。對于上部外殼構(gòu)件106和下部外殼構(gòu)件107，正如在描述上部外殼構(gòu)件106的圖2B所典型示出的那樣，任何這些組成部件都采取三層結(jié)構(gòu)的形式，這三層結(jié)構(gòu)包括內(nèi)層(合成樹脂層)106a，由在耐電解質(zhì)-液體性能和熱熔性方面優(yōu)異的樹脂膜制成，例如聚乙烯、改性聚乙烯、聚丙烯、改性聚丙烯或離子交聯(lián)聚合物；中間層(金屬層)106b，由金屬箔如鋁箔形成；和外層(合成樹脂層)106c，由在電絕緣性方面優(yōu)異的樹脂膜形成，例如聚酰胺類樹脂或聚酯類樹脂。
因此，任何上部外殼構(gòu)件106和下部外殼構(gòu)件107都由撓性材料形成，例如樹脂-金屬薄膜疊層，其中，在金屬箔如鋁箔的一個表面上(在二次電池10的內(nèi)表面?zhèn)?層疊有在耐電解質(zhì)-液體性能和熱熔性方面優(yōu)異的樹脂如聚乙烯，在另一表面上(二次電池10的外表面?zhèn)?層疊有在電絕緣性方面優(yōu)異的樹脂如聚酰胺類樹脂。
這樣，通過使外殼構(gòu)件除了包括樹脂膜之外還包括金屬層，就使外殼構(gòu)件具有增加的強度。并且，通過用在熱熔性方面優(yōu)異的樹脂如聚乙烯形成外殼構(gòu)件的內(nèi)層，外殼能夠具有與由金屬制成的電極端子良好的熱熔性。
順便指出，如圖1和2A所示，正極端子104從外殼構(gòu)件106、107的一端部向外引出，負極端子105從另一端部引出，由于電極端子104、105的厚度使得在上部外殼構(gòu)件106和下部外殼構(gòu)件107之間的熔合部分中出現(xiàn)空隙。為了保持二次電池10內(nèi)部的密封性，可插入由聚乙烯和聚丙烯制成的密封膜與電極端子104、105和外殼構(gòu)件106、107之間的區(qū)域接觸。對于任何的正極端子104和負極端子105，密封膜都可優(yōu)選由與形成外殼構(gòu)件106、107的樹脂同類的樹脂形成。
在采用這些外殼構(gòu)件106、107裝入發(fā)電元件108、一部分正極端子104和一部分負極端子105時，把由含鋰鹽溶質(zhì)的有機液體溶劑制成的液體電解質(zhì)注入到外殼構(gòu)件106、107之間限定的空間中，所述鋰鹽例如為高氯酸鋰、四氟硼酸鋰和六氟磷酸鋰，從外殼構(gòu)件106、107之間限定的空間中抽出空氣以形成真空狀態(tài)，通過熱壓方式熱熔外殼構(gòu)件106、107的外圍邊緣以獲得氣密密封效果。
有機液體溶劑的例子可包括酯類溶劑，如碳酸丙烯(PC)、碳酸乙烯(EC)、碳酸二甲酯(DMC)和碳酸甲乙酯，本發(fā)明不限于這些化合物。另一例子可包括這樣的有機液體溶劑，它包括與酯類溶劑混合的酯類溶劑，例如分散混合的γ-丁內(nèi)酯(γ-BL)和二乙氧基乙烷(DEE)。
下面，詳細描述具有以上列出的結(jié)構(gòu)的多個二次電池10構(gòu)成的電池100。
圖3是表示第一實施例的電池的整體結(jié)構(gòu)的分解透視圖；圖4是表示形成第一實施例的電池的子組件的平面圖；圖5是第一實施例的電池的一部分的分解透視圖；圖6A至6F是分別用于描述在第一實施例中的擠壓中心的例子的典型示圖；圖7A是第一實施例的電池上端板的平面圖；圖7B是第一實施例的電池上端板的前視圖；圖7C是第一實施例的電池上端板的側(cè)視圖；圖7D是表示第一實施例的電池的上端板的彎曲度(量)“y”的曲線；圖8是用于描述第一實施例的電池效果的曲線，其中橫坐標(biāo)表示每個二次電池的壓縮容限(長度)L，縱坐標(biāo)表示表面壓力P。
如圖3至5所示，電池100由組件堆疊體(電池堆疊體)40、一對端板(板狀構(gòu)件)21a、22a和四套螺桿(rod)51和螺母(nut)52(共同形成擠壓機構(gòu))構(gòu)成，所述組件堆疊體40由11個子組件30a-30k構(gòu)成，各組件由9個二次電池10a-10i構(gòu)成，所述一對端板(板狀構(gòu)件)21a、22a堆疊在該組件堆疊體40的最上層和最下層，所述組件堆疊體40的各二次電池10借助端板21a、22a通過所述螺桿51和螺母52擠壓在一起。順便指出，在圖3中，為了便于理解電池100的結(jié)構(gòu)，所描述的組件堆疊體40具有加寬的間隔。
尤其是，如圖4所示，形成電池組100的各子組件30由9個二次電池10a-10i構(gòu)成，這9個二次電池以3行、3列的方式布置在同一平面上并以串聯(lián)方式連接。
具體而言，第一至第三個二次電池10a-10c設(shè)置在一列中，其中，第一個二次電池10a的負極端子105和第二個二次電池10b的正極端子104連接。同樣，第二個二次電池10b的負極端子105和第三個二次電池10c的正極端子104連接，第一至第三個二次電池10a-10c以串聯(lián)方式電連接。以類似方式，第四至第六個二次電池10d-10f以串聯(lián)方式電連接，第七至第九個二次電池10g-10i同樣以串聯(lián)方式電連接。此外，對于子組件30，第三個二次電池10c的負極端子104和第四個二次電池10d的正極端子105通過匯流條31連接。同樣，第六個二次電池10f的負極端子104和第七個二次電池10g的正極端子105通過另一匯流條31連接。結(jié)果，第一至第九個二次電池10a-10i以串聯(lián)方式電連接(參見圖4中的虛線所示)。順便指出，對于將各二次電池10的電極端子104和105相互連接以及將電極端子104、105和匯流條31相互連接的技術(shù)的舉例，示意性地列出了超聲波焊接和冷焊。
同時，電池組100的組件堆疊體40在結(jié)構(gòu)中由11個子組件30堆疊而成，正如上面列出的那樣，其中如圖3和5所示，相鄰子組件30a-30k的端子104、105按相反極性沿同一方向取向，也就是說，各子組件30a-30k在彼此相鄰的子組件30a-30k以180度旋轉(zhuǎn)的情況下堆疊，以使相反極性的電極端子104、105連接，這樣，各子組件電連接，同時中間板41分別插在相鄰子組件30a-30k之間。
具體而言，如圖3所示，第一和第二子組件30a、30b在第一個二次電池10a的正極端子104和第二個二次電池10b的負極端子105沿同一方向取向的情況下堆疊以使電極端子104、105連接，中間板41插在第一和第二子組件30a和30b之間。第一至第十一個子組件30a-30k以類似方式依次堆疊，采用本實施例的電池組100，總計99個二次電池10以串聯(lián)方式電連接。順便指出，用于將各子組件30的電極端子按相反極性相互連接的技術(shù)舉例典型包括超聲波焊接和冷壓焊。
插在相鄰子組件30之間的中間板41由比子組件30更大外形的平板狀構(gòu)件形成，并且在如圖3和5所示的各拐角附近的四個區(qū)域上具有可用于插入螺桿51的螺桿插入孔42。
堆疊在電池100的組件堆疊體40的最上層的上端板21a和堆疊在組件堆疊體40的最下層的下端板22a由板狀構(gòu)件形成，它們各具有比子組件30的尺寸更大的外形，如圖3和5所示，并在四個拐角附近的區(qū)域內(nèi)按與在中間板41中形成的螺桿插入孔42同心的位置分別形成螺桿插入孔23，以便當(dāng)堆疊在組件堆疊體40的最上層和最下層時使螺桿51插入。
為了利用如上所述的組成元件將電池100組裝成整體，如圖3和5所示，將堆疊的十一層子組件30a-30k分別插入中間板41，以形成組件堆疊體40。隨后，將上、下端板21a、22a分別堆疊在組件堆疊體40的最上層和最下層。然后，將螺桿51插入在端板21a、22a和中間板41中形成的各螺桿插入孔23、42，將在螺母52中形成的內(nèi)螺紋部分通過給定的緊固力緊固到在各螺桿51的末端上形成的相應(yīng)外螺紋部分，從而完成電池100的組裝。
這里，利用給定的緊固力將在螺母52上形成的內(nèi)螺紋部分緊固到在螺桿51的末端形成的外螺紋部分，從而借助端板21a、22a對形成組件堆疊體40的各二次電池施以給定的表面壓力。順便指出，對這種加壓機構(gòu)沒有特別的結(jié)構(gòu)限制，例如如上所述的螺栓和螺母，還可以采用以彈簧形式的結(jié)構(gòu)，所述彈簧能夠通過彈性力擠壓端板21a、22a。
此外，用在電池組100中的端板21a、22a由在壓力中心Q處(在特定情況下Q1至Q4)提供最高剛度的材料制成，因此，正如為了方便起見僅示意性地表示出上端板21a的圖7A-7D所示出的那樣，端板21a、22a在壓力中心Q采取最大剛度，壓力中心Q是根據(jù)將被螺桿51和螺栓52擠壓的端板21a、22a的各擠壓點確定的。
在這里首先描述擠壓點Q，在以上討論的電池100的情況下，通過螺桿51在拐角部分附近的四個點處擠壓端板21a、22a，從而使擠壓點P1-P4存在于拐角部分附近的區(qū)域內(nèi)，由如圖6A所示的擠壓點P1-P4導(dǎo)致的重心位置被確定為擠壓中心Q。
描述其它擠壓方式，在如圖6B所示的擠壓方式中，其中在總共五個位置處對端板21a、22a進行擠壓，包括在端板21a、22a各拐角附近處的四個擠壓點P1-P4和在端板21a、22a的大致中心位置處的一個擠壓點P5，也就是說，在甚至附加地擠壓端板21a、22a的大致中心位置的情況下，首先，把由第一、第二和第五擠壓點P1、P2和P5導(dǎo)致的重心位置設(shè)為第一擠壓中心Q1。以類似方式，把由第二、第三和第五擠壓點P2、P3和P5導(dǎo)致的重心位置設(shè)為第二擠壓中心Q2。
此外，把由第三、第四和第五擠壓點P3、P4和P5導(dǎo)致的重心位置設(shè)為第三擠壓中心Q3。另外，把由第一、第四和第五擠壓點P1、P4和P5導(dǎo)致的重心位置設(shè)為第四擠壓中心Q4。因此，總共設(shè)置四個擠壓點Q1至Q4。
此外，如圖6C所示，在總共六個位置處對端板21a、22a進行擠壓的擠壓方式中，包括在端板21a、22a各拐角附近處的四個擠壓點P1-P4、在端板21a、22a的大致中心部分處的第五擠壓點P5和在端板21a、22a的大致中心部分處的第六擠壓點P6，也就是說，在甚至通過螺桿附加地擠壓端板21a、22a的各長邊的大致中心部分的情況下，首先，把由第一、第五、第六和第四擠壓點P1、P5、P6和P4導(dǎo)致的重心位置設(shè)為第一擠壓中心Q1。同樣，把由第五、第二、第三和第六擠壓點P5、P2、P3和P6導(dǎo)致的重心位置設(shè)為第二擠壓中心Q2。
此外，在如圖6D所示的擠壓方式中，在總共六個位置處，對端板21a、22a進行擠壓，包括在端板21a、22a各拐角附近處的四個擠壓點P1-P4、在第二擠壓點P2和第三擠壓點P3之間的大致中心部分處的第五擠壓點P5和在第四擠壓點P4和第一擠壓點P1之間的大致中心部分處的第六擠壓點P6，也就是說，在甚至通過螺桿附加地擠壓端板21a、22a的各短邊的大致中心部分的情況下(如同一圖中所示)，首先，把由第一、第二、第五和第六擠壓點P1、P2、P5和P6導(dǎo)致的重心位置設(shè)為第一擠壓中心Q1。并且，把由第五、第三、第四和第六擠壓點P5、P3、P4和P6導(dǎo)致的重心位置設(shè)為第二擠壓中心Q2。
此外，在如圖6E所示的擠壓方式中，在總共八個位置處對端板21a、22a進行擠壓，包括在端板21a、22a各拐角附近處的四個擠壓點P1-P4和在各擠壓點P1-P4的大致中心部分處的第五至第八擠壓點P5-P8，把由擠壓點P1-P8導(dǎo)致的重心位置設(shè)為擠壓中心Q。
另外，在如圖6F所示的擠壓方式中，在總共九個位置處對端板21a、22a進行擠壓，包括在端板21a、22a各拐角附近處的四個擠壓點P1-P4、在各擠壓點P1-P4的大致中心部分處的第五至第八擠壓點P5-P8和在端板21a、22a的大致中心位置處的第九擠壓點P9，如同一附圖所示，把由第一、第五、第九和第八擠壓點P1、P5、P9和P8導(dǎo)致的重心位置設(shè)為第一擠壓中心Q1。以類似方式，把由第五、第二、第六和第九擠壓點P5、P2、P6和P9導(dǎo)致的重心位置設(shè)為第二擠壓中心Q2。此外，把由第六、第三、第七和第九擠壓點P6、P3、P7和P9導(dǎo)致的重心位置設(shè)為第三擠壓中心Q3，把由第七、第四、第八和第九擠壓點P7、P4、P8和P9導(dǎo)致的重心位置設(shè)為第四擠壓中心Q4。
順便指出，在以上列出的任意擠壓方式中，各擠壓點P(P1至P9)基本上與在端板21a、22a中形成各螺桿插入孔23的位置一致。
此外，將本實施例的上端板22a構(gòu)成為在基于圖6A所示的第一至第四擠壓點P1-P4而確定的擠壓中心Q處具有最大剛度，并且如圖7A至7C所示，本實施例的上端板22a包括以大致“X”形狀沿對角線延伸的高剛度構(gòu)件211和主要由剩余的外圍部分構(gòu)成的低剛度構(gòu)件212。高剛度構(gòu)件211由相對較硬的材料構(gòu)成，其具有等于或大于50的橡膠剛度Hs；而低剛度構(gòu)件212由相對較軟的材料構(gòu)成，其具有小于50的橡膠剛度Hs。高剛度構(gòu)件211比低剛度構(gòu)件212具有更高的剛度。低剛度構(gòu)件212在對角線上形成有凹槽，高剛度構(gòu)件211安裝在所述凹槽中，高剛度構(gòu)件211和低剛度構(gòu)件212通過硫化粘接方式相互連接成一體。順便指出，在附圖中，電池100的向內(nèi)方向表示為“IN”，電池100的向外方向表示為“OUT”。
雖然在附圖中沒有特別說明，但是下端板22a也同樣由高剛度構(gòu)件和低剛度構(gòu)件構(gòu)成，高剛度構(gòu)件以大致“X”形狀沿對角線延伸，低剛度構(gòu)件主要由剩余的外圍部分構(gòu)成，這樣，在擠壓中心Q處的剛度最高。
如圖7D所示，對具有上述結(jié)構(gòu)的端板21a、22a進行設(shè)置，使得在擠壓中心Q處的彎曲度最小，從外圍越接近擠壓中心Q，彎曲度越低，由此從外圍向擠壓中心Q剛度逐步增加，以使擠壓中心Q具有最大剛度。因此，當(dāng)借助端板21a、22a由螺桿51和螺母52向組件堆疊體40的各二次電池10施加給定的表面壓力時，可使在端板21a、22a上發(fā)生的變形最小化。
端板21a、22a具有以下性能對在高剛度構(gòu)件211接近擠壓中心Q的中心區(qū)域處的尺寸“a”和“b”以及在高剛度構(gòu)件211的對角線部分的寬度“c”進行擴大和縮小，以調(diào)整高剛度構(gòu)件211相對于低剛度構(gòu)件212的相對硬度，由此調(diào)節(jié)在端板21a、22a中的彎曲度(量)“y”(參見圖7D)。
順便指出，雖然增加或減小如圖7C所示的高剛度構(gòu)件211的厚度“d”可調(diào)整高剛度構(gòu)件211相對于低剛度構(gòu)件212的相對剛度，但是厚度“d”的增加導(dǎo)致上端板21a的厚度的增加，從而使電池100自身的體積和重量增加。
如圖8所示，常規(guī)所用的電池采用剛度基本相同的端板，由于厚度變化、熱膨脹和構(gòu)成電池的二次電池的充放電循環(huán)引起的厚度改變造成了各二次電池的每一單元的壓縮容限(長度)L2是落在0.1-0.18[mm]的范圍內(nèi)的值，此時，各二次電池受到的表面壓力P2是在0.29×10-1到4.9×10-1[MPa]的范圍內(nèi)的值。此表面壓力值包括超出基本上可作為相同表面壓力接受的值PE的部分，所述值PE在0.49×10-1到3.9×10-1[MPa]的范圍內(nèi)。
相反，如同一圖所示，本實施例的電池組100采用端板21a、22a，其剛度向擠壓中心Q逐步增加，二次電池10每一單元的壓縮容限(長度)L1是落在0.117-0.15[mm]的范圍內(nèi)的值，此時，各二次電池受到的表面壓力P1在0.78×10-1到2.05×10-1[MPa]的范圍內(nèi)。此表面壓力值完全落在認為是基本相等的表面壓力的允許值PE的范圍內(nèi)，施加于形成電池100的多個二次電池10的表面壓力是相等的，因此獲得了長工作壽命的二次電池。
同時，利用其上所述的在壓力點Q具有最大剛度的各端板，不僅可以像第一實施例那樣改變材料，而且還可以像下面將描述的第二至第四實施例那樣改變端板的剛度。并且，除了端板的結(jié)構(gòu)之外，第二至第四實施例的電池在結(jié)構(gòu)上類似于第一實施例。而且，雖然僅參照上端板描述第二至第四實施例，但是應(yīng)理解下端板也采取類似的結(jié)構(gòu)。下面，集中描述這種差別，相同的組成部件采用相同的參考標(biāo)記，以適當(dāng)省略或簡化的形式進行描述。
(第二實施例)下面，參照圖9A至9D描述本發(fā)明第二實施例的電池組。
圖9A是表示根據(jù)本發(fā)明第二實施例的電池上端板的平面圖；圖9B是第二實施例的電池上端板的前視圖；圖9C是第二實施例的電池上端板的側(cè)視圖；圖9D是表示第二實施例的電池上端板的彎曲度(量)“y”的曲線。順便指出，在附圖中，電池100的向內(nèi)方向表示為“IN”，電池100的向外方向表示為“OUT”。
如圖9A-9C所示，對本實施例的上端板21b進行設(shè)置，使得在擠壓中心Q處的厚度T1比在外圍部分的厚度T2更厚一些(表示為T1＞T2)。
利用這種結(jié)構(gòu)，如圖9D所示，把在擠壓中心Q處的彎曲度(量)“y”設(shè)為最小值，上端板21b在擠壓中心Q處采取剛度的最大值。
順便指出，當(dāng)將上端板21b堆疊在組件堆疊體40的最上層時，將上端板21b堆疊成讓壁厚變化的表面向外放置。
(第三實施例)下面，參照圖10A至10D描述本發(fā)明的第三實施例的電池。
圖10A表示根據(jù)本發(fā)明第三實施例的電池上端板的平面圖；圖10B是第三實施例的電池上端板的前視圖；圖10C是第三實施例的電池上端板的側(cè)視圖；圖10D是表示第三實施例的電池上端板的彎曲度(量)“y”的曲線。順便指出，在附圖中，電池100的向內(nèi)方向表示為“IN”，電池100的向外方向表示為“OUT”。
如圖10A至10C所示，上端板21形成有多個基本上呈“L”形狀的肋條24，肋體24在垂直于端板21c的表面的方向上向上突出，正如在平面上看出的那樣，這些肋條以相對于對角線和大致中心線呈對稱關(guān)系的方式形成在對角線和在相鄰對角線之間的大致中心線上(即，在經(jīng)過對角線的交叉點并基本上平行于端板21c的長邊和短邊的線段上)。并且，如圖10A所示，對上端板21c進行設(shè)置，使得越接近擠壓中心Q，肋條24就越厚，在鄰近于擠壓中心Q的區(qū)域內(nèi)肋條24的密度具有最大值，因此，接近于擠壓中心Q的肋條24a的厚度比在外圍區(qū)域中設(shè)置的肋條24b的厚度更厚一些(表示為ta＞tb)。
利用這種結(jié)構(gòu)，如圖10D所示，把在擠壓中心Q處的彎曲度(量)“y”設(shè)為最小值，上端板21c擠壓中心Q處的剛度為最大值。
順便指出，當(dāng)將上端板21c堆疊在組件堆疊體40的最上層時，將上端板21c堆疊成讓形成有肋條24的表面向外放置。
(第四實施例)下面，參照圖11A-11F描述本發(fā)明第四實施例的電池。
圖11A表示根據(jù)本發(fā)明第四實施例的電池上端板的平面圖；圖11B是第四實施例的電池上端板的前視圖；圖11C是第四實施例的電池上端板的側(cè)視圖；圖11D是表示第四實施例的電池上端板的彎曲度(量)“y”的曲線；圖11E是圖11A中截面XIE的放大圖；圖11F是沿圖11A的線XIE-XIE取向的截面圖。順便指出，在附圖中，電池100的向內(nèi)方向表示為“IN”，電池100的向外方向表示為“OUT”。
如圖11A-11C、11E和11F所示，本實施例的上端板21d具有沿垂直于端板21d表面的方向向上突出的多層肋條24，所述肋條以從外圍邊緣部分開始并返回到外圍邊緣部分的方式接連地形成，使得肋條24從外圍邊緣部分沿對角線伸向擠壓中心Q并在擠壓中心Q折回到外圍邊緣部分。以此方式，在與從擠壓中心Q伸出的各對角線平行的線段上設(shè)置多層肋條24。順便指出，圍繞擠壓中心Q形成一組四個肋條24，各肋條呈三角狀，從而包圍該擠壓中心Q。
如圖11A和11E所示，形成具有下述結(jié)構(gòu)的肋條24和多層24，使得相鄰肋條24之間的距離W1、W2、W3、W4(以W1為參考值)從外圍側(cè)朝向擠壓中心Q逐步減小(表示為W1＞W(wǎng)2＞W(wǎng)3＞W(wǎng)4)，由此將肋條24的密度確定為在擠壓中心Q附近最高。
利用這種結(jié)構(gòu)，如圖11D所示，對上端板21d進行設(shè)置使得在擠壓中心Q處的彎曲度(量)“y”具有最小值，在擠壓中心Q處的剛度具有最大值。
順便指出，當(dāng)將上端板21d堆疊在組件堆疊體40的最上層時，把上端板21d堆疊成使形成有肋條24的表面向外放置。
此外，采用本實施例，如圖11A所示，在使用風(fēng)扇(未示出)以吹出冷空氣CA從而冷卻形成電池100的各二次電池10的情況下，使冷風(fēng)經(jīng)過上端板21d的肋條24可以降低在二次電池的溫度分布上的變化。
在假設(shè)具有最窄間距W4的那部分路徑具有橫截面積α[m2]的情況下，第二窄位置處的間距W3大致上表示為W3＝1.5×W4，具有間距W3的那部分路徑具有約為2.25×α[m2]的橫截面積。此外，在冷風(fēng)以V[m3/min]的恒定流速吹向上端板21d時，經(jīng)過間距W3的那部分的冷風(fēng)具有V/60α[m/s]的風(fēng)速，而經(jīng)過間距W4的那部分路徑的風(fēng)速達到V/135α[m/s]的值。
因此，可對上端板21d進行設(shè)置，使得越接近擠壓點Q，風(fēng)速就越快，這樣，在中心部分Q累積的熱量能夠有效地被冷卻，可平衡二次電池的溫度分布。
因此，涉及上述各實施例的電池100的表面壓力被均化，由此使二次電池輸出量的降低達到最小，適于安裝在車輛如電動汽車上作為動力電源。
圖12是表示安裝有根據(jù)本發(fā)明各實施例的電池的車輛的典型示圖。
如圖12所示，可將第一至第四實施例的電池100安裝在車輛1的地板下面。
如上所述，利用根據(jù)本發(fā)明各實施例的電池，將端板設(shè)置成在擠壓中心處具有最大的剛度，端板的擠壓中心處易于因擠壓而變形，將在擠壓中心處的剛度制得比除擠壓中心之外的其它區(qū)域更高一些。這使得當(dāng)借助螺桿和螺母、通過端板將給定壓力施加給組件堆疊體的各二次電池時在端板擠壓中心處出現(xiàn)的變形得以抑制。因此，可以使施加于組件堆疊體的各二次電池的表面壓力得以平衡，可以盡量減少二次電池輸出電壓的下降。
順便指出，利用上述的各實施例，雖然一個子組件由9個二次電池構(gòu)成，并將11層這樣的子組件進行堆疊，以使總共99個(9×11)二次電池串聯(lián)連接成電池，但是本發(fā)明并不限于這種結(jié)構(gòu)，可以進行任意選擇，其中，一個子組件由n個二次電池構(gòu)成，將M層這樣的子組件進行堆疊，這樣，總數(shù)為N×M個二次電池就串聯(lián)連接起來，任意地形成電池(M和N表示自然數(shù))。
此外，利用上述各實施例，雖然二次電池串聯(lián)連接，但是本發(fā)明不限于這種特定連接方式。當(dāng)然可以提供這樣的電池組其中，各二次電池以串聯(lián)、并聯(lián)或串、并聯(lián)結(jié)合的方式任意連接，由此提供所需的容量和輸出電壓。
并且，利用上述備實施例，雖然對在電池堆疊體的最上層和最下層設(shè)置的一對板狀構(gòu)件的剛度都進行了調(diào)整，但是如果需要，僅調(diào)整一個板狀構(gòu)件的剛度也就夠了。
2004年3月11日在日本申請的JP特開2004-068870的全部內(nèi)容在此引作參考。
雖然上面參照本發(fā)明的特定實施例對本發(fā)明進行了描述，但是本發(fā)明不限于上述實施例。本領(lǐng)域的技術(shù)人員可根據(jù)以上啟示對上述實施例進行修改和變化。參照下面的權(quán)利要求書限定本發(fā)明的范圍。
權(quán)利要求
1.一種電池，包括電池堆疊體，所述電池堆疊體包括多個堆疊的二次電池，在各二次電池中，電極板借助隔膜堆疊，容納并密封在外殼構(gòu)件中，電極端子相應(yīng)地連接到電極板并從外殼構(gòu)件的外圍邊緣抽出；一對板狀構(gòu)件，分別作為電池堆疊體的最外層進行堆疊，從而彼此相對；和借助該對板狀構(gòu)件擠壓多個二次電池的擠壓機構(gòu)，該對板狀構(gòu)件的至少一個具有以下特性在基于受擠壓機構(gòu)擠壓的該對板狀構(gòu)件的至少一個的多個擠壓點而確定的擠壓中心處表現(xiàn)出最大剛度。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的電池，其中該對板狀構(gòu)件的至少一個形成有多個肋條，所述肋條沿垂直于該對板狀構(gòu)件的至少一個的表面的方向突出。
3.根據(jù)權(quán)利要求2的電池，其中多個肋條以如下配置方式形成越接近擠壓中心，多個肋條的配置密度就越大，在擠壓中心附近的配置密度具有最大值。
4.根據(jù)權(quán)利要求2的電池，其中多個肋條以如下厚度方式形成越接近擠壓中心，多個肋條的厚度就越大，在擠壓中心附近的厚度具有最大值。
5.根據(jù)權(quán)利要求2的電池，其中多個肋條以間距方式形成，越接近擠壓中心，多個肋條的間距就越小，在擠壓中心附近的間距具有最小值。
6.根據(jù)權(quán)利要求2的電池，其中多個肋條的每一個都位于對角線或平行于該對板狀構(gòu)件中的至少一個的側(cè)邊的線段上，從而具有相對于對角線或平行于該對板狀構(gòu)件中的至少一個的側(cè)邊的線段對稱的結(jié)構(gòu)。
7.根據(jù)權(quán)利要求2的電池，其中多個肋條的每一個具有從外圍邊緣部分伸向在該對板狀構(gòu)件的至少一個的表面上的擠壓中心、并在擠壓中心折回到外圍邊緣部分的結(jié)構(gòu)。
8.根據(jù)權(quán)利要求7的電池，其中可采用冷卻流體以使其在多個肋條之間的空間流動，從而冷卻二次電池。
9.根據(jù)權(quán)利要求1的電池，其中該對板狀構(gòu)件的至少一個由在擠壓中心表現(xiàn)出最大剛度的材料形成。
10.根據(jù)權(quán)利要求9的電池，其中在該對板狀構(gòu)件的至少一個的對角線上設(shè)置較高剛度的構(gòu)件，在該對板狀構(gòu)件的至少一個的剩余區(qū)域中設(shè)置較低剛度的構(gòu)件。
11.根據(jù)權(quán)利要求1的電池，其中該對板狀構(gòu)件的至少一個在擠壓中心具有最大壁厚。
12.根據(jù)權(quán)利要求1的電池，其中外殼構(gòu)件包括由合成樹脂材料制成的合成樹脂層和由金屬材料制成的金屬層。
13.根據(jù)權(quán)利要求1的電池，其中電極板包括具有正極活性材料的正極板，所述正極活性材料含有鋰錳類復(fù)合氧化物、鋰鎳類復(fù)合氧化物和鋰鈷類復(fù)合氧化物的至少一種。
14.根據(jù)權(quán)利要求1的電池，其中電極板包括具有負極活性材料的負極板，所述負極活性材料含有結(jié)晶碳和非晶碳的至少一種。
15.根據(jù)權(quán)利要求1的電池，其中多個二次電池以串聯(lián)和并聯(lián)中的至少一種方式相互電連接以形成子組件。
16.根據(jù)權(quán)利要求1的電池，其中該電池可用作汽車用電源。
17.一種電池，包括電池堆疊體，所述電池堆疊體包括多個堆疊的二次電池，在各二次電池中電極板借助隔膜堆疊，容納并密封在外殼構(gòu)件中，電極端子相應(yīng)地連接到電極板并從外殼構(gòu)件的外圍邊緣抽出；一對板狀構(gòu)件，分別作為電池堆疊體的最外層進行堆疊，從而彼此相對；借助該對板狀構(gòu)件擠壓多個二次電池的擠壓裝置；用于向該對板狀構(gòu)件的至少一個提供以下特性的提供裝置在基于受該擠壓裝置擠壓的該對板狀構(gòu)件的至少一個的多個擠壓點而確定的該對板狀構(gòu)件中至少一個的擠壓中心具有最大的剛度。
全文摘要
一種電池，提供有電池堆疊體，所述電池堆疊體包括多個堆疊的二次電池，在各二次電池中，電極板借助隔膜堆疊，容納并密封在外殼構(gòu)件中，電極端子相應(yīng)地連接到電極板并從外殼構(gòu)件的外圍邊緣抽出；一對板狀構(gòu)件，分別作為電池堆疊體的最外層堆疊，從而彼此相對；以及擠壓機構(gòu)，借助該對板狀構(gòu)件擠壓多個二次電池。該對板狀構(gòu)件的至少一個具有以下特性在基于受擠壓機構(gòu)擠壓的該對板狀構(gòu)件的至少之一的多個擠壓點而確定的擠壓中心處表現(xiàn)出最大剛度。
文檔編號H01M4/58GK1667851SQ200510054560
公開日2005年9月14日 申請日期2005年3月11日 優(yōu)先權(quán)日2004年3月11日
發(fā)明者東野龍也, 村松聰 申請人:日產(chǎn)自動車株式會社