專利名稱：電源裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及電源裝置及其制造方法。
背景技術(shù)：
為了驅(qū)動(dòng)混合動(dòng)力汽車等的行駛用電動(dòng)機(jī)，需要大電流。例如，混合動(dòng)力汽車在啟動(dòng)時(shí)或加速時(shí)等驅(qū)動(dòng)行駛用電動(dòng)機(jī)時(shí)所需的電流高達(dá)100A以上。作為用于提供這樣的大電流的電源裝置，已知有包括能量密度高的二次電池的電源裝置。作為這樣的電源裝置，已知一種連接多個(gè)鎳氫電池、鎳鎘電池、鋰離子電池等單電池的電源裝置(例如參照專利文獻(xiàn)1和2)。專利文獻(xiàn)1和2的電源裝置具有多個(gè)連接的單電池、以及用于固定單電池的電池座。電池座的材料例如為塑料。這樣，具有多個(gè)連接的單電池的電源裝置即使一個(gè)單電池發(fā)生了問題，只要其他單電池還能工作就能夠供應(yīng)電流。但是，專利文獻(xiàn)1和2所公開的電源裝置中，由于電池座的材料為塑料等熱傳導(dǎo)率低的材料，因此在電源裝置的使用過程中產(chǎn)生的單電池的熱量難以傳遞到電池座。因此，存在電源裝置的使用過程中，熱量滯留在單電池中導(dǎo)致單電池的溫度升高的問題。單電池的溫度升高會導(dǎo)致單電池的性能下降，電源裝置整體的性能下降。另外，單電池為鋰離子電池時(shí)，溫度升高時(shí)還會導(dǎo)致熱失控的危險(xiǎn)。為了解決這個(gè)問題，已知一種由熱傳導(dǎo)率高的鋁等金屬構(gòu)成的成型體包圍多個(gè)連接的單電池的技術(shù)(例如參照專利文獻(xiàn)3)。圖1是專利文獻(xiàn)3所公開的電源裝置1的立體圖。如圖1所示，電源裝置1包括 具有多個(gè)單電池收納孔11的成型體10 ；以及收納在單電池收納孔11中的單電池20。另外， 成型體10具有用于冷卻成型體10的制冷劑流過的制冷劑流路13。成型體10由鋁等熱傳導(dǎo)率高的材料構(gòu)成。這樣，通過由熱傳導(dǎo)率高的成型體10包圍單電池20，從而在電源裝置1的使用過程中產(chǎn)生的單電池20的熱量傳遞到成型體10而從各單電池20奪走熱量。因此，單電池20 被冷卻并防止單電池20的溫度上升。另外，傳遞到成型體10的熱量被傳遞到流過制冷劑流路13的制冷劑并被釋放到外部。但是，即使是圖1所示的電源裝置1也存在使用過程中單電池20未被充分冷卻， 單電池20的溫度上升的問題。下面參照圖2，對電源裝置1的使用過程中單電池20的溫度上升的理由進(jìn)行說明。圖2表示圖1所示的電源裝置1的區(qū)域X的放大圖。電源裝置1中，由于單電池20被收納在電池收納孔11中，因此電池收納孔11的直徑被設(shè)定為大于單電池20的直徑。因此，將單電池20收納在電池收納孔11中時(shí)，如圖 2所示，在單電池20與電池收納孔11的內(nèi)壁之間產(chǎn)生間隙G。在單電池20與電池收納孔 11的內(nèi)壁之間形成間隙G時(shí)，單電池20與電池收納孔11的壁面之間的空氣作為隔熱材料發(fā)揮作用，單電池20的熱量不能傳遞到孔體。因此，熱滯留在單電池20內(nèi)，單電池20的溫度上升。
因此，即使提高包圍單電池的成型體材料的熱傳導(dǎo)率，也無法充分冷卻單電池，而產(chǎn)生單電池的性能下降以及熱失控的問題。為了解決這樣的問題，已知有成型體中不收納單電池，而是直接收納正極、負(fù)極和隔膜構(gòu)成的電極組與電解液的電源裝置(例如參照專利文獻(xiàn)4)。圖3是專利文獻(xiàn)4所公開的電源裝置的分解立體圖。如圖3所示，電源裝置1包括具有4個(gè)收納孔11并由鋁等構(gòu)成的導(dǎo)電性成型體10 ；以及收納在收納孔11中的4個(gè)電極組21。另外，成型體10的內(nèi)部為空洞以便于流過冷卻空氣。另外，圖3所示的電源裝置1中，各電極組21通過側(cè)板31和 33串聯(lián)連接。專利文獻(xiàn)1 日本特開2006-107774號公報(bào)專利文獻(xiàn)2 日本特開2005-285455號公報(bào)專利文獻(xiàn)3 日本特開平10-106521號公報(bào)專利文獻(xiàn)4 日本特開2003-109655號公報(bào)如圖3所示的專利文獻(xiàn)4的電源裝置1那樣，為了串聯(lián)連接各電極組21，需要使電極組21與導(dǎo)電性成型體10絕緣，以使正極與負(fù)極不短路。因此，需要由絕緣性隔膜或密封材料覆蓋收納在收納孔11中的電極組21的外周。但是，由絕緣體覆蓋電極組時(shí)，電極組與成型體不直接接觸，熱量難以從電極組傳遞到成型體。因此，專利文獻(xiàn)4的電源裝置中，即便使電極組與成型體直接接觸，也無法充分地將熱量從電極組傳遞到成型體，產(chǎn)生單電池的性能下降以及熱失控的問題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明是鑒于上述各問題而完成的，其目的在于提供能夠抑制溫度上升造成的性能下降以及熱失控的電源裝置。本發(fā)明人發(fā)現(xiàn)通過在成型體的收納孔中直接收納電極組和電解液(以下都簡稱為“單元”)且使電極組的正極或負(fù)極與成型體接觸，能夠高效率地冷卻各單元，進(jìn)而加以研究得以完成本發(fā)明。也就是說，本發(fā)明涉及以下所示的電源裝置。[1]電源裝置，包括成型體，其具有兩個(gè)以上獨(dú)立的收納孔；電極組，其通過將具有集電體以及配置在集電體上的合劑層的正極和負(fù)極、與由所述正極和所述負(fù)極夾著的隔膜的層疊物卷繞而構(gòu)成，且被收納在各個(gè)所述收納孔內(nèi)；以及電解液，其被收納在各個(gè)所述收納孔內(nèi)，所述電解液以及所述負(fù)極或所述正極與所述成型體接觸。[2]如[1]所述的電源裝置，所述電極組為柱狀，所述電極組的側(cè)面被所述負(fù)極或所述正極的集電體覆蓋。[3]如[1]或[幻所述的電源裝置，各個(gè)所述電極組并聯(lián)連接。[4]如[1]至[3]中任一項(xiàng)所述的電源裝置，所述成型體的熱傳導(dǎo)率為50W/mK以上。[5]如[3]所述的電源裝置，所述成型體的材料包括鋁、鎂、鐵、鎳、碳或它們的合
^^ ο[6]如[1]至[5]中任一項(xiàng)所述的電源裝置，所述成型體還具有散熱片。[7]如[1]至[6]中任一項(xiàng)所述的電源裝置，所述成型體為擠壓型材。
在本發(fā)明的電源裝置中，由于使熱傳導(dǎo)率高的電極組的正極或負(fù)極與成型體接觸，所以單元的熱量易于傳遞到成型體。因此，各單元能夠被高效率地冷卻，并能夠抑制溫度上升造成的性能下降以及熱失控。


圖1是現(xiàn)有的電源裝置的立體圖。圖2是現(xiàn)有的電源裝置的放大圖。圖3是現(xiàn)有的電源裝置的分解立體圖。圖4是實(shí)施方式1的電源裝置的立體圖。圖5是實(shí)施方式1的電源裝置的正視圖。圖6是表示實(shí)施方式1的電源裝置的散熱片的圖。圖7是實(shí)施方式1的電極組的立體圖。圖8是實(shí)施方式1的電極組的剖面圖。圖9是表示由絕緣膠帶保護(hù)電極組的端部的方法的圖。圖10是實(shí)施方式1的電源裝置的剖視圖。圖11是表示成型體的制作方法的圖。圖12是表示實(shí)施方式1的電源裝置的制造方法的圖。圖13是實(shí)施方式2的電源裝置的分解立體圖。圖14是實(shí)施方式3的電源裝置的剖面圖。符號說明100,200,300 電源裝置110、210 成型體111、211 收納孔113散熱片115 孔117 突起120 單元121電極組123電解液125正極引線127負(fù)極引線129絕緣板130240 正極封口板131正極端子133防爆閥135電解液供給孔140負(fù)極封口板141負(fù)極端子143 墊圈
150鋁坯料
151容器箱
153壓盤
155模具
157模具孔
161正極
163隔膜
165負(fù)極
167絕緣膠帶
230封口板
231負(fù)極端子
233墊圈
具體實(shí)施例方式1.關(guān)于本發(fā)明的電源裝置本發(fā)明涉及通過連接多個(gè)二次電池(單元)從而能夠提供大電流的電源裝置。本發(fā)明的電源裝置具有1)成型體、2)電極組、3)電解液。本發(fā)明的電源裝置的特征在于將未收納在殼體中的電極組和電解液直接收納在成型體中，且使正極或負(fù)極與成型體直接接觸。這樣，通過導(dǎo)電性高的正極或負(fù)極與成型體直接接觸，從而單元的熱量能夠高效率地傳遞到成型體，防止單元變?yōu)楦邷?。下面對各個(gè)構(gòu)成部件進(jìn)行說明。1)成型體成型體是用于收納后述的電極組和電解液的部件。成型體可以為導(dǎo)電性，也可以為非導(dǎo)電性。成型體具有多個(gè)獨(dú)立的收納孔。這里“獨(dú)立的”是指各收納孔彼此不連通(液體接界)。設(shè)置在成型體中的收納孔可以貫穿(參照圖10)也可以不貫穿(參照圖14)成型體。收納孔的形狀并不特別限定。收納孔可以為棱柱狀，也可以為圓柱狀。另外，收納孔的數(shù)量根據(jù)收納在成型體中的電極組的數(shù)量即電源裝置的輸出適當(dāng)選擇，通常為10至40個(gè)。各個(gè)收納孔中收納有后述的電極組和電解液。收納在成型體的收納孔中的電極組和電解液作為鎳氫電池、鎳鎘電池、鋰離子電池、鋰空氣電池、鋅空氣電池等二次電池發(fā)揮作用。以下將收納在成型體的一個(gè)孔中且作為二次電池發(fā)揮作用的電極組和電解液稱為“單元”。因此，本發(fā)明中，成型體具有多個(gè)單元。收納孔的形狀根據(jù)收納的電極組的形狀適當(dāng)選擇。例如，電極組為圓柱時(shí)，收納孔也為圓柱狀，電極組為棱柱時(shí)，收納孔也為棱柱狀。收納孔為棱柱(例如四棱柱)時(shí)，與收納孔的形狀為圓柱時(shí)相比較，單元與成型體的接觸面積增大。因此，收納孔為棱柱時(shí)，成型體能夠從單元更高效率地奪走熱量。優(yōu)選的是，成型體的材料的熱傳導(dǎo)率高。更具體而言，優(yōu)選的是，成型體的材料的熱傳導(dǎo)率為lW/mK以上，特別優(yōu)選的是為50W/mK以上。這樣的成型體的材料的例子包括鋁、 鎂、鐵、鎳、碳、以及它們的合金等。特別是A6063等鋁合金的熱傳導(dǎo)率高且易于成型，因此作為成型體的材料較為理想。另外，成型體的材料也可以為分散有碳納米管或碳石墨等的樹脂。
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由于成型體具有如上所述的高熱傳導(dǎo)率，因此具有高散熱率。另外，本發(fā)明中，也可以通過在成型體上形成散熱片(參照圖5、圖6)或形成制冷劑流路，從而進(jìn)一步提高成型體的散熱率。成型體還可以進(jìn)一步內(nèi)置加熱器。成型體具有加熱器時(shí)，即使在寒冷時(shí)也能夠使用電源裝置。另外，成型體除了收納孔以外，還可以具有用于調(diào)節(jié)成型體的熱容量的孔(參照圖5、標(biāo)號115)。成型體的制作方法并不特別限定，優(yōu)選的是例如為擠壓成型。擠壓成型是指將加熱后的坯料通過模具擠壓，從而成型出材料的形狀的方法(參照圖11C)。根據(jù)擠壓成型能夠以低成本制作成型體。通過擠壓成型制作出的部件也被稱為擠壓型材。2)電極組電極組通過卷繞正極、負(fù)極、以及配置在正極與負(fù)極之間的隔膜構(gòu)成的層疊物而構(gòu)成(參照圖7A和圖7B)。電極組為柱狀即可，可以為圓柱狀，也可以為棱柱狀。如上所述，本發(fā)明的特征在于電極組直接收納在成型體的收納孔中。因此，本發(fā)明中電極組與成型體直接接觸。收納在成型體的收納孔中的各個(gè)電極組可串聯(lián)連接也可并聯(lián)連接，但優(yōu)選的是并聯(lián)連接。這是由于各電極組(單元)并聯(lián)連接時(shí)，即使一個(gè)單元不工作時(shí)，只要其他單元工作，就能夠供應(yīng)電流，從而提高電源裝置的可靠性。另一方面，串聯(lián)連接各電極組時(shí)，要求成型體為非導(dǎo)電性以使正極與負(fù)極不短路。正極具有正極集電體以及配置在正極集電體上的正極合劑層。負(fù)極具有負(fù)極集電體以及配置在負(fù)極集電體上的負(fù)極合劑層。正極集電體和負(fù)極集電體為保持正極合劑層或負(fù)極合劑層并具有集電功能的電極基體。正極集電體和負(fù)極集電體例如根據(jù)單元的種類從鋁箔、銅箔、鎳箔等的金屬箔等中適當(dāng)選擇。例如，單元作為鋰離子電池發(fā)揮作用時(shí)，正極集電體為鋁箔，負(fù)極集電體為銅箔。 一般而言，正極集電體多使用厚度5 μ m至30 μ m的鋁箔或鋁合金箔，負(fù)極集電體多使用厚度5μπ 至25μπ 的銅箔。正極合劑層是由粘合料使正極活性物質(zhì)的粒子粘合而形成的層。粘合料使集電體與活性物質(zhì)之間以及活性物質(zhì)間粘合。正極合劑層包括導(dǎo)電材料，進(jìn)而還可以包括其他物質(zhì)。另外，正極合劑層一般如圖8所示，配置在正極集電體的兩個(gè)面上。正極活性物質(zhì)的粒子材料例如為鈷酸鋰、鎳酸鋰、錳酸鋰等鋰過渡金屬氧化物、 FeS, TiS2等過渡金屬硫化物、聚苯胺、聚吡咯等有機(jī)化合物、對這些化合物進(jìn)行部分元素置換得到的材料等。正極活性物質(zhì)的粒子的平均粒徑為1至100 μ m。粘合料的材料并不特別限定，例如為包含氟原子的樹脂或具有丙烯酸酯單位的橡膠粒子粘合料等熱可塑性樹脂。包含氟原子的樹脂的例子包括聚偏氟乙烯(PVDF)、聚偏氟乙烯的改性體、聚四氟乙烯(PTFE)等。粘合料的材料還可以進(jìn)一步包括導(dǎo)入反應(yīng)性官能團(tuán)的丙烯酸酯單體或者丙烯酸酯低聚物。導(dǎo)電材料的例子包括乙炔炭黑、科琴炭黑、槽法炭黑、爐法炭黑、燈炭黑和熱裂炭黑等炭黑、以及各種石墨。負(fù)極合劑層是由粘合料粘合負(fù)極活性物質(zhì)的粒子形成的層。負(fù)極合劑層包括導(dǎo)電材料，進(jìn)而還可以包括其他物質(zhì)。另外，負(fù)極合劑層一般如圖8所示，配置在負(fù)極集電體的兩側(cè)面上。負(fù)極活性物質(zhì)的材料例如為石墨或焦炭等碳系活性物質(zhì)、金屬鋰、鋰過渡金屬氮化物、或者硅化物等硅系復(fù)合材料。包含在負(fù)極合劑層中的粘合料的材料的例子包括聚偏氟乙烯(PVDF)及其改性體、丁苯共聚物橡膠粒子(SBR)及其改性體等。另外，包含在負(fù)極合劑層中的導(dǎo)電材料也可以與包含在正極合劑層中的導(dǎo)電材料相同。隔膜為將正極與負(fù)極絕緣且確保正極與負(fù)極之間的離子傳導(dǎo)性的部件。隔膜的材料只要是使用電源裝置時(shí)穩(wěn)定的材料即可，并不特別限定，例如為絕緣性高分子多孔薄膜。隔膜例如能夠通過如下方式制作，即涂覆、干燥并壓延混合了鋁硅、氧化鎂、二氧化鈦、 氧化鋯、碳化硅、氮化硅等無機(jī)物粒子、聚乙烯、聚丙烯、聚苯乙烯、聚丙烯腈、聚甲基丙烯酸甲酯、聚偏氟乙烯、聚四氟乙烯、聚酰亞胺等有機(jī)物粒子、所述無機(jī)物粒子與有機(jī)物粒子的混合物、粘合料、溶劑、各種添加劑等的材料。隔膜的厚度并不特別限定，例如為ΙΟμπι至 25 μ m0如上所述，本發(fā)明的特征在于電極組之中的負(fù)極或正極中的任一個(gè)與成型體接觸。因此，例如成型體為導(dǎo)電性時(shí)，負(fù)極或正極中的任一個(gè)與成型體電連接。因此，成型體為導(dǎo)電性時(shí)，成型體作為正極或負(fù)極發(fā)揮作用，各個(gè)電極組并聯(lián)連接。為了使相當(dāng)于電極的負(fù)極或正極中的任一個(gè)與成型體接觸，本發(fā)明中柱狀的電極組的側(cè)面被負(fù)極或正極中的任一個(gè)覆蓋(參照圖7A)。這樣，不是熱傳導(dǎo)率低的隔膜，而是熱傳導(dǎo)率高的電極與成型體接觸，從而電極組的熱容易順利地傳導(dǎo)到成型體。另外，優(yōu)選的是，本發(fā)明中與成型體接觸的不是負(fù)極或正極的合劑層，而是負(fù)極或正極的集電體。因此，優(yōu)選的是，柱狀的電極組的側(cè)面被負(fù)極或正極中的任一個(gè)的集電體覆蓋。通過使熱傳導(dǎo)率高于合劑層的集電體與成型體接觸，從而電極組的熱量更容易順利地傳導(dǎo)到成型體。如強(qiáng)度比較低的正極或負(fù)極的合劑層露出到電極組的側(cè)面，則當(dāng)將集電體插入成型體中時(shí)，電極組的電極有可能損傷。3)電解液電解液包括溶劑與電解質(zhì)。如上所述，本發(fā)明的特征在于電解液直接收納在成型體的收納孔中。因此，本發(fā)明中電解液與成型體接觸。溶劑根據(jù)單元的種類適當(dāng)選擇。例如單元作為鋰離子電池發(fā)揮作用時(shí)，溶劑為非水系溶劑。非水系溶劑的例子包括碳酸乙烯酯、碳酸丙烯酯、碳酸丁烯酯、碳酸二甲酯、碳酸甲乙酯、碳酸二乙酯、Y —丁內(nèi)酯、環(huán)丁砜、乙腈、1，2_ 二甲氧基乙烷、1，3_ 二甲氧基丙烷、 二乙醚、四氫呋喃、2-甲基四氫呋喃、Y —丁內(nèi)酯等。這些非水溶劑可以單獨(dú)使用，也可以混合兩種以上使用。另一方面，單元作為鎳氫電池、鎳鎘電池、鋅空氣電池、鋰空氣電池等發(fā)揮作用時(shí)， 溶劑為水。電解質(zhì)也根據(jù)單元的種類適當(dāng)選擇。例如單元作為鋰離子電池發(fā)揮作用時(shí)，電解質(zhì)的例子包括過氯酸鋰(LiClO4)、六氟磷酸鋰(LiPF6)、四氟硼酸鋰(LiBF4)、六氟砷酸鋰 (LiAsF6)、三氟甲基磺酸鋰(LiCF3SO3)、三氟甲基磺酸亞酰胺鋰[LiN(CF3SO2)2]等鋰鹽。另一方面，單元作為鎳氫電池、鎳鎘電池、鋅空氣電池發(fā)揮作用時(shí)，電解質(zhì)的例子包括氫氧化鉀等。
4)其他本發(fā)明的電源裝置還具有堵塞成型體的收納孔的封口板(參照圖10、圖13)。封口板上還可以形成有因發(fā)熱導(dǎo)致單元內(nèi)的壓力增加時(shí)用于釋放壓力的防爆閥(參照圖10)。另外，本發(fā)明的電源裝置還可以具有包括溫度傳感器與加熱器或制冷器的溫度調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)。通過溫度調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)能夠防止電源裝置的溫度過高或過低。這樣形成的電源裝置的電壓通常為1.2至3. 7V，容量為25至120Ah。需要更大的電壓或輸出時(shí)，連接多個(gè)本發(fā)明的電源裝置即可。例如，要求大電流的汽車用電源裝置中， 并聯(lián)連接14個(gè)串聯(lián)連接了 7個(gè)本發(fā)明的電源裝置的模塊。本發(fā)明的電源裝置的使用過程中，各單元放電而提供電流。此時(shí)，各單元提供的能量的一部分轉(zhuǎn)換為熱量。因此，電源裝置的使用過程中，各單元發(fā)熱。單元發(fā)出的熱量滯留在單元內(nèi)時(shí)，單元的溫度上升，單元的性能下降。如上所述，本發(fā)明的單元直接收納在成型體的收納孔中，且熱傳導(dǎo)率高的負(fù)極或正極與成型體接觸。因此，單元的熱量高效率地傳遞到成型體。由此，單元的熱量被成型體迅速帶走，單元被高效率地冷卻。從單元傳遞到成型體的熱量被釋放到成型體的外部。如上所述，由于本發(fā)明中成型體的散熱率高，因此傳遞到成型體的熱量被迅速地釋放到外部，成型體自身并不會變?yōu)樯袦亍?.本發(fā)明的電源裝置的熱容量優(yōu)選的是，本發(fā)明的電源裝置的熱容量大。具體而言，優(yōu)選的是，本發(fā)明的電源裝置的熱容量為475J/K以上。為了調(diào)節(jié)電源裝置的熱容量，可以增加成型體質(zhì)量，也可以增加單元數(shù)量。一個(gè)單元的熱容量約為35J/K。例如，將鋁構(gòu)成的成型體質(zhì)量設(shè)為480g以上， 將單元數(shù)設(shè)為10以上，則能夠得到每單位體積的輸出高且熱容量大的電源裝置。下面對電源裝置的熱容量大的優(yōu)點(diǎn)進(jìn)行說明。因混入電極組的金屬片等異物等，造成單元的正極與負(fù)極短路時(shí)，單元具有的大部分能量會轉(zhuǎn)換為熱。因短路造成單元具有的大部分能量轉(zhuǎn)換為熱量時(shí)，單元會急劇發(fā)熱并發(fā)生熱失控。這里“熱失控”是指因發(fā)熱導(dǎo)致發(fā)熱這樣的正反饋，造成無法進(jìn)行溫度控制的現(xiàn)象。具體而言，熱失控時(shí)正極分解而釋放氧，電解液氧化分解從而進(jìn)一步產(chǎn)生熱量。鋰離子電池的情況下，通常，若電池的溫度超過約150°C，則產(chǎn)生熱失控的危險(xiǎn)。也可以考慮通過空氣冷卻因短路造成的單元的發(fā)熱，從而抑制熱失控的發(fā)生。但是，由于因短路造成的發(fā)熱在極短時(shí)間內(nèi)發(fā)生，因此空氣冷卻會來不及冷卻。但是，如上所述，由于本發(fā)明的電源裝置的熱容量大而為475J/K以上，因此即使一個(gè)單元的正極與負(fù)極短路，單元具有的能量轉(zhuǎn)換為熱時(shí)，電源裝置整體也能夠吸收單元的熱，防止電源裝置變?yōu)?50°C以上，并能夠抑制熱失控的發(fā)生。例如，一個(gè)單元的電壓為3.6V，容量為4Ah時(shí)，一個(gè)單元具有的能量為3. 6VX4Ah = 14. 4ffh = 51836J。因此，電源裝置的熱容量為475J/K以上時(shí)，即使一個(gè)單元具有的能量全部轉(zhuǎn)換為熱量，電源裝置的上升溫度為51836J/475J/K = 109. IK 以下。因此，即使環(huán)境溫度為40°C，電源裝置的溫度也能夠保持在150°C以下
9(400C +109. I0C= 149. 1°C )，以抑制熱失控。下面，參照附圖對本發(fā)明的實(shí)施方式進(jìn)行說明，但本發(fā)明并不限于圖示的實(shí)施方式。[實(shí)施方式1]圖4是實(shí)施方式1的電源裝置100的立體圖。圖5是實(shí)施方式1的電源裝置100 的正視圖。。如圖4和5所示，電源裝置100具有成型體110和單元120。而且，電源裝置100 具有正極封口板130和負(fù)極封口板140(參照圖10)。成型體110例如為由鋁構(gòu)成的導(dǎo)電性部件。成型體110具有多個(gè)收納孔111。收納孔111貫穿成型體110。收納孔111中收納單元120。 成型體110的尺寸并不特別限定，例如長度L為140至180mm，寬度W為50至90mm， 高度H為40至80mm(參照圖4)。另外，收納孔的直徑Φ為10至30mm(參照圖5)。另外，成型體110具有多個(gè)散熱片113(參照圖4、圖5)。圖4和圖5示出成型體 110具有板狀散熱片的例子，但成型體110還可以具有如圖6A所示的棒狀散熱片113。由于棒狀散熱片與板狀散熱片相比較表面積大，因此能夠進(jìn)一步提高成型體110的散熱率。另外，如圖6B所示，也可以在散熱片113上設(shè)置多個(gè)突起117，從而增大散熱片113的表面積。而且，成型體110具有多個(gè)孔115(參照圖4、圖5)?？?15內(nèi)可以為空洞，也可以插入尼克羅姆鎳鉻合金棒。插入孔115的尼克羅姆鎳鉻合金棒可以在寒冷時(shí)作為加熱電源裝置的加熱器發(fā)揮作用。另外，為了調(diào)節(jié)成型體110的熱容量，孔115內(nèi)也可以填滿水、凝膠、碳、鐵、銅等。另外，孔115還可以作為制冷劑流路發(fā)揮作用。單元120收納在收納孔111中，具有電極組121和電解液123(參照圖10)。圖7A是電極組121的立體圖。如圖7A所示，電極組121為圓柱狀。電極組121 的側(cè)面被正極161覆蓋。因此，本實(shí)施方式中，正極161與成型體110接觸并與成型體110 電連接。圖7B是電極組121的分解立體圖。如圖7B所示，電極組121通過卷繞片狀的正極161、片狀的隔膜163、以及片狀的負(fù)極165的層疊物而構(gòu)成。圖8是正極161、隔膜163以及負(fù)極165的點(diǎn)劃線A處的剖面圖。如圖8所示，正極161由集電體161a和夾著集電體161a的合劑層161b構(gòu)成，負(fù)極165由集電體16 和夾著集電體16 的合劑層16 構(gòu)成。如圖8所示，本實(shí)施方式中，正極161的集電體161a比隔膜163和負(fù)極165更長。 這樣，通過使正極161的集電體161a比隔膜163和負(fù)極165更長，從而能夠由正極161的集電體161a構(gòu)成電極組121的側(cè)面，能夠使熱傳導(dǎo)率高于合劑層的正極161的集電體161a 與成型體110接觸。另外，優(yōu)選的是，電極組121的一個(gè)端部由蓋或絕緣膠帶167等保護(hù)。優(yōu)選的是， 受保護(hù)的電極組121的端部為將電極組121插入成型體110時(shí)的、插入方向的前端部。由此，當(dāng)將電極組121插入成型體110時(shí)，能夠防止電極損傷。為了用絕緣膠帶167保護(hù)電極組121的一個(gè)端部，如圖9A至圖9D所示，用絕緣膠帶167包裹電極組121的一個(gè)端部(圖9A至圖9C)，然后折疊超出電極組121的部位的絕緣膠帶167即可(圖9C、圖9D)。
圖10是圖4所示的電源裝置100的點(diǎn)劃線A處的剖面圖。如圖10所示，電極組 121和電解液123與成型體110接觸。另外，單元120具有防止正極與負(fù)極短路的絕緣板 129。收納單元120的收納孔111由正極封口板130和負(fù)極封口板140堵塞。正極封口板130具有正極端子131、防爆閥133、以及電解液供應(yīng)孔135。另外，優(yōu)選的是，正極封口板130與從電極組121的正極延伸出的正極引線125連接，但也可以不具有正極引線125。如上所述，這是由于電極組的正極161與成型體110直接接觸，因此即使不具有引線，正極161也與連接到成型體110的正極封口板130電連接。負(fù)極封口板140具有負(fù)極端子141和墊圈143。墊圈143將負(fù)極端子141絕緣。 負(fù)極端子141與從電極組121的負(fù)極延伸出的負(fù)極引線127連接。負(fù)極引線127例如由鎳構(gòu)成。這樣，本實(shí)施方式中，電極組121被直接收納在成型體110中，且熱傳導(dǎo)率高的正極161的集電體161a與成型體110接觸。因此，使用電源裝置100時(shí)，單元120的熱量被成型體110帶走，單元120被高效率地冷卻。因此，根據(jù)本實(shí)施方式，能夠抑制因溫度的上升造成的單元的性能下降以及熱失控。另外，本實(shí)施方式中，由于單元120被直接收納在成型體110中，因此存在于電極端子與實(shí)際產(chǎn)生電力的電極組之間的部件少。因此，能夠從單元120無損耗地獲取電流。另一方面，將具有電極組和電解液、以及收納電極組和電解液的殼體的單電池插入成型體的現(xiàn)有的電源裝置中(參照專利文獻(xiàn)幻，由于在電極組與電極端子之間存在殼體等部件，因此電流有可能損耗。接著，參照圖IlA至圖IlC以及圖12A至圖12C對本實(shí)施方式的電源裝置100的制造方法進(jìn)行說明。電源裝置100的制造方法例如具有1)第1步驟，準(zhǔn)備成型體110(參照圖IlA至 C) ；2)第2步驟，將電極組121插入成型體110的收納孔111中(圖12A)；幻第3步驟，用封口板堵塞收納孔111(圖12B)；以及4)第4步驟，從電解液供給孔135對收納孔111內(nèi)注入電解液123(圖12C)。下面對各個(gè)步驟進(jìn)行說明。第1步驟中，準(zhǔn)備成型體110。準(zhǔn)備成型體110時(shí)，通過擠壓成型制作成型體110 即可。利用擠壓成型的成型體的制作方法例如具有將加熱到適宜溫度的鋁坯料150插入耐壓容器的容器箱151的步驟(參照圖11A)；以及通過壓盤153將插入的鋁坯料150向模具155方向壓入的步驟(參照圖IlB和圖11C)。優(yōu)選的是，插入容器箱151的鋁坯料150 的溫度約為400°C。通過壓盤153將鋁坯料150向模具155方向壓入，從而鋁坯料150從模具孔157 被壓出(參照圖11B)，制作具有希望的形狀的成型體110(參照圖11C)。圖12A表示第2步驟。如圖12A所示，第2步驟中，將電極組121插入成型體110 的收納孔111中。電極組121具有正極引線125和負(fù)極引線127。如圖12A所示，正極引線 125也可以預(yù)先與正極封口板130連接，負(fù)極引線127也可以預(yù)先與負(fù)極封口板140連接。如上所述，本實(shí)施方式中，由于電極組121的側(cè)面被正極161覆蓋，因此將電極組 121插入成型體110的收納孔111中時(shí)，正極161的插入方向的前端有可能損傷。但是，如本實(shí)施方式所示，通過用絕緣膠帶167保護(hù)電極組121的插入方向的前端部(參照圖7A)， 從而當(dāng)插入電極組121時(shí)能夠抑制正極161的插入方向的前端損傷。另外，本實(shí)施方式中，電極組121的側(cè)面不是被強(qiáng)度低的合劑層，而是被強(qiáng)度比較高的集電體覆蓋。因此，正極 161更難以損傷。圖12B表示第3步驟。如圖12B所示，第3步驟中，將正極封口板130和負(fù)極封口板140與成型體110連接，堵塞收納孔111。將封口板與成型體連接的手段的例子包括激光焊接、鉚接、沖壓、超聲波焊接、熱焊、硬焊、壓鍛、摩擦接合以及螺絲固定等。從防止電解液的泄漏的觀點(diǎn)來看，優(yōu)選的是，封口板通過激光焊接與成型體110接合。圖12C示出第4步驟。如圖12C所示，第4步驟中，從正極封口板130的電解液供應(yīng)孔135注入電解液123。然后，通過防爆閥133堵塞電解液供應(yīng)孔135，從而制成實(shí)施方式1的電源裝置100。[實(shí)施方式2]實(shí)施方式1中，說明了各正極封口板獨(dú)立的方式。實(shí)施方式2中，說明電源裝置具有封閉全部收納孔的一張正極封口板的方式。圖13是實(shí)施方式2的電源裝置200的分解立體圖。電源裝置200除了正極封口板連結(jié)以外，與圖4所示的實(shí)施方式1的電源裝置100相同。對于與實(shí)施方式1的電源裝置100相同的結(jié)構(gòu)部件附加相同的標(biāo)號，并省略說明。如圖13所示，電源裝置200具有一張正極封口板M0。這樣，本實(shí)施方式中，由于正極封口板240不對每個(gè)單元120單獨(dú)劃分，因此元件數(shù)量少，能夠更簡便地制造電源裝置。[實(shí)施方式3]實(shí)施方式1和實(shí)施方式2中，對收納孔貫穿成型體的方式進(jìn)行了說明。實(shí)施方式 3中，對收納孔不貫穿成型體的方式進(jìn)行說明。圖14是實(shí)施方式3的電源裝置300的剖面圖。電源裝置300除了收納孔211的形狀不同以外，與圖10所示的實(shí)施方式1的電源裝置100相同。對于與實(shí)施方式1的電源裝置100相同的結(jié)構(gòu)部件附加相同的標(biāo)號，并省略說明。如圖14所示，電源裝置300具有成型體210和封口板230。成型體210具有收納孔211。收納孔211不貫穿成型體210。這樣的成型體210例如能夠通過沖壓成型進(jìn)行成型。封口板230具有負(fù)極端子231。負(fù)極端子231與負(fù)極引線127連接。負(fù)極端子231 被墊圈233絕緣。這樣，本實(shí)施方式中，由于通過沖壓成型制作成型體，因此能夠更簡便地制造電源
直ο本申請主張基于2010年2月3日申請的特愿第2010_022四6號的優(yōu)先權(quán)。該申請說明書中記載的內(nèi)容全部引用于本申請說明書。工業(yè)上的可利用性本發(fā)明的電源裝置能夠特別適合用作叉車、混合動(dòng)力汽車、電動(dòng)汽車等車輛用電源裝置、電子設(shè)備的備用電源以及家庭用蓄電池裝置。
1權(quán)利要求
1.電源裝置，包括成型體，其具有兩個(gè)以上獨(dú)立的收納孔；電極組，其通過將具有集電體以及配置在集電體上的合劑層的正極和負(fù)極、與由所述正極和所述負(fù)極夾著的隔膜的層疊物卷繞而構(gòu)成，且被收納在各個(gè)所述收納孔內(nèi)；以及電解液，其被收納在各個(gè)所述收納孔內(nèi)， 所述電解液以及所述負(fù)極或所述正極與所述成型體接觸。
2.如權(quán)利要求1所述的電源裝置，所述電極組為柱狀， 所述電極組的側(cè)面被所述負(fù)極或所述正極的集電體覆蓋。
3.如權(quán)利要求1所述的電源裝置，各個(gè)所述電極組并聯(lián)連接。
4.如權(quán)利要求1所述的電源裝置，所述成型體的熱傳導(dǎo)率為50W/mK以上。
5.如權(quán)利要求3所述的電源裝置，所述成型體的材料包括鋁、鎂、鐵、鎳、碳或它們的合金。
6.如權(quán)利要求1所述的電源裝置，所述成型體還具有散熱片。
7.如權(quán)利要求1所述的電源裝置，所述成型體為擠壓型材。
全文摘要
本發(fā)明公開了電源裝置，包括成型體，其具有兩個(gè)以上獨(dú)立的收納孔；電極組，其通過將具有集電體以及配置在所述集電體上的合劑層的正極和負(fù)極、與由所述正極和所述負(fù)極夾著的隔膜的層疊物卷繞而構(gòu)成，并被收納在各個(gè)所述收納孔內(nèi)；以及電解液，其被收納在各個(gè)所述收納孔內(nèi)，所述電解液以及所述電極組中的所述負(fù)極或所述正極與所述成型體接觸。
文檔編號H01M2/10GK102217119SQ20108000317
公開日2011年10月12日 申請日期2010年11月15日 優(yōu)先權(quán)日2010年2月3日
發(fā)明者松本敏宏, 金田善夫 申請人:松下電器產(chǎn)業(yè)株式會社