專利名稱：二次電池及其電池組和搭載二次電池的車輛的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及二次電池及其電池組。更為詳細來說，涉及作為扁平形二次電池中使 得在電極體上適當(dāng)施加約束負載(binding load，夾緊載荷)從而提高電池性能的二次電 池、和其電池組、搭載該二次電池的車輛。
背景技術(shù)：
以往以來，使用如例如鋰離子電池的可充電的二次電池。其用途有例如對車輛的 車載設(shè)備的電力供給、電池搭載設(shè)備的電源(電力源)等。二次電池一般使用層疊(重疊) 巻繞正、負電極板和隔板(s印arator)且將浸漬了電解液的電極巻繞體作為發(fā)電元件。而 且，二次電池通常為將上述的電極巻繞體密封在外殼內(nèi)的結(jié)構(gòu)。在電極巻繞體的巻繞方式 上存在平巻(flat winding)、圓柱巻(cylindrical winding)等，外殼的形狀根據(jù)巻繞方式 的不同而不同。平巻情況下的外殼為扁平形(flat shape)。 為了滿足電力供給目標(對象)所需的電力的情況(內(nèi)容)，有時將二次電池做成 組合了多個的電池組來使用。在將扁平形的二次電池做成電池組的情況下，在厚度方向配 置多個二次電池，用適當(dāng)?shù)募s束部件約束整體使其一體化。在該約束狀態(tài)，每個二次電池都 處于在厚度方向受擠壓的狀態(tài)。在電極巻繞體上適當(dāng)施加該擠壓負載在二次電池的發(fā)電性 能上是重要的條件已為公眾所知。作為這樣的二次電池的在先技術(shù)例如可以舉出在專利 文獻1中公開的內(nèi)容。 專利文獻1 :日本特開2004-227788號公報

發(fā)明內(nèi)容
但是，在上述以往的二次電池中存在如下問題。即，實際上不能很好地將負載施加 在電極巻繞體上。因此，有可能無法充分發(fā)揮電池性能。由此，有可能也無法充分發(fā)揮搭載 電池的車輛、電池搭載設(shè)備的性能。作為產(chǎn)生這樣的情況的原因可以舉出由約束負載所導(dǎo) 致的外殼的變形。 圖14表示在厚度方向施加有負載的狀態(tài)下的二次電池的剖視圖。如圖14所示， 用施壓部件51、51擠壓二次電池的外殼50的兩面的平面部分。由此，外殼50因在圖14中 上下方向被稍稍壓潰而變形，從而對電極巻繞體52施加負載。在此，外殼50的壓潰情況不 均勻。即，在寬度方向(圖14中左右方向)的中央存在某種程度的壓潰、而在兩端附近為 幾乎沒有壓潰的形狀。這是因為由于外殼50的蓋部分、底部分的存在，在兩端附近的剛性 比中央高。 因此，如在圖15中放大表示的那樣，在外殼50(或間隔板53 (spacer))和電極巻 繞體52之間會產(chǎn)生具有微小間隙的區(qū)域54。該區(qū)域54存在于圖14中的左右方向的兩端 附近的上下兩面。在電極巻繞體52中的區(qū)域54內(nèi)的部分當(dāng)然沒有被施加負載。因此相應(yīng) 地施加在電極巻繞體52上的負載不充分。另外，在圖15中，外殼50的變形的程度畫得比 實際大很多。
因為產(chǎn)生了上述區(qū)域54，在電極巻繞體52上的負載分布變?yōu)槿鐖D16的曲線圖所 示的情況。圖16的曲線圖中的橫軸表示圖14中的左右方向的位置。另外，在圖16中用 "55"表示的范圍是在電極巻繞體52上必需施加負載的范圍、且與圖14中的施壓部件51存 在的范圍大致一致。在圖16的負載分布中，需要負載的范圍55的兩端存在負載不足的范 圍56、56。范圍56、56當(dāng)然與上述的區(qū)域54對應(yīng)。由于這樣產(chǎn)生了范圍56，因此，作為需 要負載的范圍55的整體所受到的負載不足。 順帶提一句，在圖16的曲線圖中觀察到即使在范圍55的內(nèi)部負載也隨著位置的 不同而不均勻。該不均勻源自于施壓部件51的結(jié)構(gòu)。S卩，雖然在圖14中只是簡單地表示 了施壓部件51，但是，實際的施壓部件51為了通過通氣產(chǎn)生冷卻性而具有梳齒結(jié)構(gòu)。因此， 產(chǎn)生如在圖16中所觀察到的負載不均勻。這種程度的不均勻在電池性能上不會產(chǎn)生問題。
本發(fā)明是為了解決上述以往的技術(shù)所具有的問題而做成的。即其目的在于提供一 種使在電極體上施加充分的負載從而提高電池性能的二次電池和其電池組、搭載該二次電 池的車輛。 為了達成上述目的而做成的本發(fā)明的二次電池具有電極體和容納該電極體的扁 平形外殼，還具有位于扁平形外殼的內(nèi)表面和電極體之間擠壓電極體的表面的一部分的擠 壓部件。擠壓部件即可以是獨立于電極體和扁平形外殼的另外的第3部件，也可以與扁平 形外殼的內(nèi)表面一體形成。由于該擠壓部件的存在，因此可在電極體的寬范圍上施加負載， 可充分發(fā)揮電池性能。 根據(jù)本發(fā)明，可在電極體上施加充分的負載，因此，可提供提高了電池性能的二次 電池和其電池組。


圖1是表示根據(jù)一實施方式的二次電池的結(jié)構(gòu)的分解立體圖。
圖2是表示膜部件中的厚部的形狀的放大剖視圖。
圖3是表示厚部的形狀的另一例的放大剖視圖。
圖4是表示厚部的形狀的再一例的放大剖視圖。 圖5是表示二次電池的電極巻繞體的外形和厚部的位置的關(guān)系的剖視圖。 圖6是表示根據(jù)一實施方式的二次電池中的在施加了負載的情況下厚部附近的
狀態(tài)的放大剖視圖。 圖7是表示根據(jù)一實施方式的二次電池中的在電極巻繞體上的負載分布的曲線 圖。 圖8是表示厚部形狀的另一例(圖3)中的施加了負載的情況的局部放大剖視圖。 圖9是表示厚部形狀的再一例(圖4)中的施加了負載的情況的局部放大剖視圖。 圖10是表示根據(jù)一實施方式的二次電池的另一構(gòu)成例的分解立體圖。 圖11是表示將根據(jù)一實施方式的二次電池做成電池組的構(gòu)成例的圖。 圖12是表示搭載了根據(jù)一實施方式的二次電池的電池組的車(汽車)的透視立體圖。 圖13是表示搭載了根據(jù)一實施方式的二次電池或其電池組的沖擊式鉆機(電錘 鉆，hammer drill)的透視立體圖。
圖14是表示在二次電池上施加負載的情況的剖視圖。 圖15是說明由于外殼變形產(chǎn)生在電極巻繞體上沒有施加負載的區(qū)域的剖視圖。 圖16是表示以往的二次電池中的在電極巻繞體上的負載分布的曲線圖。 符號說明 1電極巻繞體；2膜部件；3硬外殼5厚部(壓迫部件)；9膜部件；10厚部(壓迫 部件)；11平面部；12曲面部；13 二次電池；51施壓部件；200車輛；300沖擊式鉆機
具體實施例方式
以下參照附圖對具體實現(xiàn)本發(fā)明的最佳(優(yōu)選)實施方式進行詳細說明。根據(jù)本 實施方式的二次電池基本上是如圖1所示將電極巻繞體1密封在金屬制或硬質(zhì)樹脂制的硬 外殼3內(nèi)的鋰離子二次電池。 電極巻繞體1為層疊正、負電極板(片，sheet)和隔板巻繞成平巻形的部件。將 電極巻繞體1在纏上用于調(diào)整厚度的膜部件2之后、插入硬外殼3。硬外殼3為形成二次電 池的外形的扁平形狀的外殼。膜部件2被夾入硬外殼3的內(nèi)表面和電極巻繞體1之間。在 硬外殼3為金屬制的情況下，膜部件2還起到使電極巻繞體1和硬外殼3之間絕緣的作用。 另外，對電極巻繞體1浸漬電解液。在硬外殼3插入電極巻繞體1和膜部件2之后，進行端 子的安裝、硬外殼3的開口部4的密封。 在膜部件2設(shè)置有4處厚部5。厚部5是以比膜部件2中的厚部5以外的部位 (厚度100i!m左右)厚的方式形成的筋狀(線型)的部位。圖2表示厚部5的截面形狀。 如在圖2中所示厚部5為膜部件2的一方的面隆起成棱形的截面形狀的部位。更為詳細來 說，厚部5的隆起側(cè)的面形成有斜面6和垂直面7。 厚部5的隆起的高度H處于厚部5以外的部位的厚度T的0.5 1.5倍的范圍內(nèi) 是適當(dāng)?shù)?。若該高度H過小則作為厚部5的效果小。相反，若該高度H過大，則會由厚部5 對電極巻繞體1施加過大的負載，在平面部分上的負載反而變小。另外，厚部5的寬度W優(yōu) 選是為5mm左右。 膜部件2的厚部5的隆起面(圖2中的上側(cè)的面)在被組裝在二次電池時不是與 電極巻繞體l相對的面、而是與硬外殼3的內(nèi)表面相對面的面。但這種朝向也可以是反向 的。另外，厚部5的截面形狀不限于圖2所示的形狀，也可以是圖3或圖4所示的形狀。而 且，還可以是表里兩面隆起的形狀。 膜部件2的厚部5在被組裝入二次電池時如圖5所示位于電極巻繞體1的外形中 的平面部ll和曲面部12的分界部分。在圖5中，厚部5位于平面部11中的與平面部11 和曲面部12的分界相鄰的部位。但不限于此，厚部5也可位于曲面部12中的與平面部11 和曲面部12的分界相鄰的部位?；蛘吆癫?也可跨著平面部11和曲面部12的分界。
圖6表示在使用上述的膜部件2的二次電池中由約束部件施加約束負載時的情 況。圖6是與以往技術(shù)的說明中的圖15相當(dāng)?shù)膱D。因此，對圖6和圖15進行對比觀察，則 發(fā)現(xiàn)如下不同。即，不具有厚部5的圖15中如上述產(chǎn)生在電極巻繞體52上沒有施加負載 的間隙區(qū)域54。 但是，在具有厚部5的圖6中，與圖15的區(qū)域54相當(dāng)?shù)牟课?也在電極巻繞體1 上施加充分的負載。這是因為即使在硬外殼3因受到擠壓而變形的情況下、電極巻繞體1
5和膜部件2也緊密接觸，而且，膜部件2(特別是其厚部5)與硬外殼3的內(nèi)表面緊密接觸。 即，由于厚部5的存在，電極巻繞體1中的若為以往的二次電池則成為間隙區(qū)域54的部位 受到良好(充分)的擠壓。 圖7表示本實施方式的二次電池中的在電極巻繞體1上的負載分布的曲線圖。與 圖16所示的以往的二次電池中負載分布相比較，可認為需要負載的范圍55的兩端的負載 不足的范圍56、56幾乎消失了。即，在幾乎整個需要負載的范圍55上施加有必要的負載。 當(dāng)然這是由厚部5的存在本身所產(chǎn)生的效果。因此，在本實施方式的二次電池中，可以充分 發(fā)揮電極巻繞體1的本來的發(fā)電性能。這是因為由于間隙區(qū)域的存在所導(dǎo)致的負載不足 這樣的情況不存在了。 另外，在圖6所示的負載狀態(tài)下的厚部5因負載被稍稍壓變形(壓潰)。S卩，圖6 中的厚部5的高度H'與圖2所示的本來的高度H相比稍稍變小。在作為厚部5使用圖3 或圖4的截面形狀的情況下，可以說也是同樣的。圖8、圖9表示在這些情況中的負載狀態(tài) 下的剖視圖。圖8、圖9中的厚部5的高度與圖3、圖4相比也稍稍變小。
本實施方式的二次電池也可以是如圖10所示的電池。圖10的二次電池相對于圖 1的電池來說改變了插入硬外殼3的電極巻繞體1的朝向。與此相伴，膜部件9中的厚部 10的位置也被改變。但是，在如下方面沒有改變厚部10在組裝入2次電池時位于電極巻 繞體1的外形中的平面部11和曲面部12的分界部分。 本實施方式的二次電池可以用作為如圖11所示的電池組。圖11的電池組為用施 壓部件51、51夾持多個本實施方式的二次電池13并用螺栓111和螺母112緊固的電池組。 通過該緊固，將約束負載施加在各二次電池13。施壓部件51、51實際上為梳齒狀。各二次 電池13通常串聯(lián)連接。在該電池組的各二次電池13也由于膜部件的厚部如上述那樣在電 極巻繞體上良好地施加(充分的)負載。由此，可以充分發(fā)揮作為整個電池組的本來的發(fā) 電性能。 另外，圖11中僅在兩端配置施壓部件51、51，但也可以在各二次電池13之間配置 施壓部件51。另外，在圖ll所示的電池組中，最好是在其所有的二次電池的膜部件設(shè)置厚 部。但不限于此，即使僅在一部分的二次電池的膜部件設(shè)置厚部，也可得到相應(yīng)的效果。
本實施方式的二次電池或其電池組可以用作為如圖12所示的車輛200中的電 源。車輛200是并用發(fā)動機240、前電動機220和后電動機230作為驅(qū)動源的混合動力 車。該車輛200具有車身290、發(fā)動機240、前電動機220、后電動機230、電纜250、變換器 260 (inverter)、蓄電池組100。蓄電池組100中內(nèi)置如圖11所示的電池組。該電池組由本 實施方式的二次電池構(gòu)成。在這樣的車輛200中也由于各二次電池中的膜部件的厚部的存 在而可充分發(fā)揮蓄電池組100的本來的發(fā)電性能。 另外，作為車輛只要是在其驅(qū)動動力源的全部或一部分使用由電池所產(chǎn)生的電能 的車輛即可。不管車輪的數(shù)量為多少個皆可。例如，可以舉出電動車、混合動力車、插入式 (plug-in)混合動力車、混合動力鐵道車輛、鏟車、電動輪椅、電動助力自行車、電動機車等。 另外，也可以是使用由電池所產(chǎn)生的電能僅作為車載的電氣設(shè)備的電源的車輛。還可以使 用不做成電池組的單個的二次電池。 另外，本實施方式的二次電池或其電池組可以用作為如圖13所示的電池搭載設(shè) 備的電源。圖13所示為搭載蓄電池組100的沖擊式鉆機300。沖擊式鉆機300是具有主體
6320和蓄電池組100的電池搭載設(shè)備。沖擊式鉆機300中的蓄電池組100可拆裝地搭載在 主體320的底部321。在這樣的沖擊式鉆機300中也由于各二次電池中的膜部件的厚部的 存在而可充分發(fā)揮蓄電池組100的本來的發(fā)電性能。 另外，作為電池搭載設(shè)備只要是搭載電池并將其用作為能量源的至少1個的設(shè)備 即可。例如，可以舉出個人計算機、手機、電池驅(qū)動的電動工具、不間斷電源裝置、電池驅(qū)動 的各種家電制品、辦公設(shè)備、產(chǎn)業(yè)設(shè)備等。另外，也可以使用不做成電池組的單個(單體) 的二次電池。 如以上詳細說明的那樣，根據(jù)本實施方式的二次電池或其電池組，在膜部件2設(shè) 置厚部5。而且，使該厚部5位于電極巻繞體1的外形中的平面部11和曲面部12的分界部 分。由此，實現(xiàn)在電極巻繞體上良好地施加負載、充分發(fā)揮本來的發(fā)電性能的二次電池。
另外，本實施方式僅僅是例示，不對本發(fā)明產(chǎn)生任何限制。因此，本發(fā)明當(dāng)然可以 在不脫離其要旨的范圍內(nèi)進行各種改良、變形。例如，也可以使用僅厚部的單獨部件和沒有 厚部的平坦的膜部件代替具有厚部的膜部件。在這種情況下，如果硬外殼的至少內(nèi)表面為 絕緣性的表面，那么膜部件就不是不可缺少的。另外，還可適用于鋰離子二次電池以外的二 次電池。 另外，在本實施方式中，作為電極體示出了將電極板等巻繞成平巻形的電極巻繞 體l，但電極體不限于此。也可以是橢圓形或長圓形截面的電極體，還可以不是巻繞型而是 層疊型電極體。在這些情況下，只要預(yù)先調(diào)查由約束產(chǎn)生的負載在電極體上的分布、并在需 要的部位配置需要尺寸的擠壓部件即可。 優(yōu)選是在本發(fā)明的二次電池中還具有被夾入扁平形外殼的內(nèi)表面和電極體之間 的膜部件，在膜部件的一部分形成比其他部分厚的厚部。在這種情況下，厚部起到作為擠壓 部件的作用。 而且，電極體的表面含有平面部和曲面部，擠壓部件或厚部優(yōu)選是配置在電極體 的表面中的平面部和曲面部的分界部分。在電極體的曲面部中的與電極體的平面部鄰接的 部分，扁平形外殼的內(nèi)表面和電極體的曲面部之間的距離小。因此，由于擠壓部件或厚部的 存在而在電極體上可靠地施加擠壓。由此，不僅在電極體的平面部上、而且在曲面部的至少 一部分上也可靠地施加擠壓負載。
在本發(fā)明中，進一步優(yōu)選是電極體為由巻繞成平巻的電極板形成的電極巻繞體。 特別是在使用平巻的電極巻繞體的電池中，由擠壓部件在寬范圍上施加負載的意義大。
本發(fā)明還適用于如下二次電池的電池組具有多個上述二次電池和從外部擠壓二 次電池的擠壓部件，組合多個二次電池，擠壓部件在電極體厚度方向擠壓多個二次電池的 組合。 本發(fā)明還適用于搭載二次電池的車輛，該二次電池具有電極體和容納電極體的扁 平形外殼，還具有位于扁平形外殼的內(nèi)表面和電極體之間、擠壓電極體的表面的一部分的 擠壓部件。
權(quán)利要求
一種二次電池，具有電極體和容納上述電極體的扁平形外殼，其特征在于，還具有位于上述扁平形外殼的內(nèi)表面和上述電極體之間、擠壓上述電極體的表面的一部分的擠壓部件。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的二次電池，其特征在于，具有被夾入上述扁平形外殼的內(nèi)表 面和上述電極體之間的膜部件，在上述膜部件的一部分形成有比其他部分厚的厚部， 上述厚部為上述擠壓部件。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的二次電池，其特征在于，上述電極體的表面含有平面部和曲 面部，上述擠壓部件配置在上述電極體的表面中的平面部和曲面部的分界部分。
4. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的二次電池，其特征在于，上述電極體的表面含有平面部和曲 面部，上述擠壓部件配置在上述電極體的表面中的平面部和曲面部的分界部分。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的二次電池，其特征在于，上述電極體為由巻繞成平巻的電極 板形成的電極巻繞體。
6. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的二次電池，其特征在于，上述電極體為由巻繞成平巻的電極 板形成的電極巻繞體。
7. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的二次電池，其特征在于，上述電極體為由巻繞成平巻的電極 板形成的電極巻繞體。
8. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的二次電池，其特征在于，上述電極體為由巻繞成平巻的電極 板形成的電極巻繞體。
9. 一種二次電池的電池組，具有具有電極體、容納上述電極體的扁平形外殼的二次 電池，和從外部對上述二次電池施壓的施壓部件，多個上述二次電池被組合在一起，上述施 壓部件在上述電極體的厚度方向?qū)ι鲜龆鄠€二次電池的組合施加壓力，其特征在于，至少1個上述二次電池具有位于上述扁平形外殼的內(nèi)表面和上述電極體之間、擠壓 上述電極體的表面的一部分的擠壓部件。
10. —種車輛，搭載有二次電池，其特征在于，上述二次電池具有電極體和容納上述電 極體的扁平形外殼，還具有位于上述扁平形外殼的內(nèi)表面和上述電極體之間、擠壓上述電極體的表面的一部分的擠壓部件。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種二次電池，其具有平卷的電極卷繞體、容納該電極卷繞體的扁平形外殼、和被夾入它們之間的膜部件。在膜部件形成有厚部。厚部位于電極卷繞體的表面中的平面部和曲面部的分界部分。由此，在約束二次電池時的負載寬范圍地施加在幾乎整個電極卷繞體上。這樣一來可充分發(fā)揮發(fā)電性能。由此，提供使在電極體上施加充分的負載、提高電池性能的二次電池。本發(fā)明的二次電池還可以用作為電池組、搭載于車輛的電池、搭載于電池搭載設(shè)備的電池。
文檔編號H01M10/04GK101752593SQ20091024667
公開日2010年6月23日 申請日期2009年12月1日 優(yōu)先權(quán)日2008年12月16日
發(fā)明者丸山宜之, 根本雄太 申請人:豐田自動車株式會社