專利名稱：電池的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種電池。
背景技術(shù)：
傳統(tǒng)電池具有疊置的至少一個(gè)電力產(chǎn)生元件，在每個(gè)電力產(chǎn)生元件中串聯(lián)地疊置正電極、電解質(zhì)和負(fù)電極。電池在疊置方向的兩端具有電流收集器板。每個(gè)收集器板的表面上連接有凸片，用于抽取電流收集器板的外周的一部分處的電力。(專利文檔1)現(xiàn)有技術(shù)引用專利文檔日本未審公開專利申請(qǐng)No. 2005-63775(專利文檔1)

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明解決的問題但是，從歷史角度講，為了獲取由電池產(chǎn)生的電力，將凸片的邊長度設(shè)置成短于電流收集器板的長度，由此得到具有小接合區(qū)域的結(jié)構(gòu)，使得電流可能集中在接合或連接區(qū)域上。相對(duì)比地，在電流收集器板不與凸片連接的區(qū)域處，不存在足夠的電流。因此，在凸片連接區(qū)域與其他區(qū)域之間，電流密度存在明顯的差別，并且電壓發(fā)生急劇變化。電壓的這一變化又影響電力產(chǎn)生元件的內(nèi)部中的電極，并且可能導(dǎo)致在相同電極內(nèi)部隨著時(shí)間產(chǎn)生惡化率的變化，并且會(huì)降低電池壽命。本發(fā)明的目的是提供一種電池壽命改善的電池。解決問題的方式為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明設(shè)置有電力產(chǎn)生元件、第一收集器板、第二收集器板、 傳導(dǎo)材料的凸起或突伸部分以及端子。該電力產(chǎn)生元件具有串聯(lián)地疊置的至少一個(gè)單位電池單元層，每個(gè)單位電池單元層又通過疊置正電極、電解質(zhì)和負(fù)電極而構(gòu)成。第一收集器板設(shè)置在定位在電力產(chǎn)生元件最外的正電極的表面上，而第二收集器板設(shè)置在電力產(chǎn)生元件最外的負(fù)電極的表面上。由傳導(dǎo)性材料制成的凸起或突伸部分形成在第一和第二收集器板的至少一側(cè)上并且寬度不小于收集器板的端部邊緣的寬度的一半。端子設(shè)置在凸起部分處并且從凸起或突伸部件獲取電流。本發(fā)明的技術(shù)效果根據(jù)本發(fā)明的電池設(shè)置有凸起部分，其寬度大于電流收集器的端部邊緣的一半從而通過將端子連接至凸起部分而抽取電力。因此，確保收集器板和凸起部分之間的連接面積大并且可以消除電流集中。因此，可以由于電流密度的不同而獲得電壓梯度的減小，因此，電極的惡化速度的不同可以受到抑制從而獲得改善的電池壽命。


圖1是示意性地說明雙極蓄電池的結(jié)構(gòu)的透視圖。
圖2是雙極蓄電池的剖面圖。圖3是示出雙極可再次充電電池的電力產(chǎn)生元件的結(jié)構(gòu)的示意性剖視圖。圖4是示出穿透電力產(chǎn)生元件的電流路徑長度的概念性示意圖。圖5是示出電流收集器板中的電流和電壓分配的概念性示意圖。圖6是示出在電流收集器板和桿處的電流路徑長度和表面電流分配的概念性示意圖。圖7是示出根據(jù)本發(fā)明的第二實(shí)施例的電流收集器板和桿處的電流路徑長度和表面電流分配的概念性示意圖。
具體實(shí)施例方式現(xiàn)在將參照本發(fā)明的實(shí)施例的附圖進(jìn)行說明。順便說一句，對(duì)于附圖中相同的元件標(biāo)示相同的附圖標(biāo)記，從而省略冗余的說明。對(duì)于附圖中的相應(yīng)元件的比例，可以作出夸張表示從而便于說明，所示的比例可以不同于實(shí)際尺寸。首先，雖然將雙極類型的鋰離子蓄電池(雙極蓄電池)描述為優(yōu)選實(shí)施例，但是對(duì)于隨后實(shí)施例中描述的蓄電池不作出限制。即，本發(fā)明可以等同地應(yīng)用至除了雙極蓄電池以外類型的電池。(第一實(shí)施例)圖1是示意性地示出雙極蓄電池10的結(jié)構(gòu)的透視圖。圖2是圖1的雙極蓄電池的剖面圖。如圖1和圖2所示，蓄電池10的結(jié)構(gòu)形成為使得在電力產(chǎn)生元件21的兩端上具有第一電流收集器板25和第二電流收集器板27，該電力產(chǎn)生元件21具有基本上矩形的形狀并且導(dǎo)致在內(nèi)部產(chǎn)生充電和放電反應(yīng)。該電力產(chǎn)生元件21的兩端表面其中的一個(gè)分配至正電極，而另一端表面相應(yīng)于負(fù)電極。分別地，在正電極的表面上設(shè)置并且配對(duì)第一電流收集器板25，而在副電極的表面上，設(shè)置并且配對(duì)第二電流收集器板27。但是，這一配對(duì)可以是相互替換的。至少在第一電流收集器25和第二電流收集器27其中的一個(gè)上設(shè)置桿部件或部分 (凸起部分)41、42。在隨后的實(shí)施例中，將說明其中的第一電流收集器和第二電流收集器二者都設(shè)置有桿的布置結(jié)構(gòu)，即，分別是第一桿元件41和第二桿元件42。第一桿41和第二桿42 二者的寬度分別不小于第一電流收集器25和第二電流收集器27的端部邊緣的寬度的一半，這兩個(gè)桿突伸至電力產(chǎn)生元件21的側(cè)部。在下述實(shí)施例中，將說明其中的第一桿41和第二桿42的寬度與相關(guān)聯(lián)的第一電流收集器25和第二電流收集器27的端部邊緣的寬度相同的布置結(jié)構(gòu)。在第一桿41的一端處沿著拉長或軸向方向設(shè)置有用于獲取產(chǎn)生在雙極蓄電池10中的電流的端子43。類似地，在第二桿42處，設(shè)置另一端子44從而獲取電流。這里，不必要說的是，通過使用端子獲取電力，也可對(duì)雙極蓄電池充電。另外，第一桿41和第二桿42的端子43、44連接至傳導(dǎo)線路45、46、電力線路、匯流排或引線從而進(jìn)行其中的充電和放電操作。而且，通過使用傳導(dǎo)線路45、46、電力線路、匯流排或引線，與相鄰雙極蓄電池串聯(lián)或并聯(lián)連接，將配置成用于供給所需電壓/電流規(guī)格的電池組件包。
此外，可以通過現(xiàn)有技術(shù)中已知的過程制造雙極式蓄電池10。下面，將說明構(gòu)成雙極蓄電池10的每個(gè)部件，作為雙極鋰離子蓄電池的實(shí)例從而示出如何應(yīng)用本發(fā)明。但是，電解質(zhì)、電流收集器板、電流收集器、粘合劑、支持鹽(鋰鹽)、 活性材料的類型以及按照需要添加的化合物的選擇并不是特定限制的。根據(jù)所需的用途， 通過參照傳統(tǒng)公知的知識(shí)可以適當(dāng)?shù)卮_定細(xì)節(jié)。(電力產(chǎn)生元件)圖3是示出雙極蓄電池10的電力產(chǎn)生元件21的結(jié)構(gòu)的示意性剖視圖。如圖3所示，電力產(chǎn)生元件21的結(jié)構(gòu)通過疊置單位蓄電池單元層19與夾置在其間的電流收集器而構(gòu)成，該單位蓄電池單元層通過疊置正電極13、電解質(zhì)17和負(fù)電極15而構(gòu)成。疊置層的數(shù)量可根據(jù)雙極蓄電池10所需的電流/電壓進(jìn)行確定。同樣，在圖3中， 電力產(chǎn)生元件21的結(jié)構(gòu)構(gòu)成為疊置多個(gè)單位電池單元與夾置的電流收集器。但是，單一電池單元19也可作為電力產(chǎn)生元件工作。雙極電極23包括按照這一順序疊置的正電極、電流收集器11和負(fù)電極15。(正電極(正電極活性材料層)和負(fù)電極(負(fù)電極活性材料層))正電極13和負(fù)電極15分別具有正電極活性材料層15和負(fù)電極活性材料層13，并且每個(gè)包括活性材料，當(dāng)需要時(shí)，還包括其他添加劑。正電極活性材料層13的實(shí)例可包括鋰過渡金屬復(fù)合氧化物，諸如LiMn204、 LiCoO2, LiNiO2, Li (Ni-Co-Mn)O2和其中這些過渡金屬的一部分由其他元素代替的化合物， 諸如鋰過渡金屬磷酸鹽化合物，以及鋰過渡金屬硫酸鹽化合物。在一些情況下，兩個(gè)或多個(gè)正電極活性材料可組合使用。優(yōu)選地，在容量和輸出特性方面，使用鋰過渡金屬復(fù)合氧化物作為正電極活性材料。應(yīng)當(dāng)指出的是，除了如上所述的其他正電極活性材料也可使用。負(fù)電極活性材料層15的實(shí)例包括碳材料，諸如石墨、軟碳和硬碳，鋰過渡金屬復(fù)合氧化物，諸如Li4Ti5O12,金屬材料和鋰合金負(fù)電極材料。在一些情況下，可組合使用兩種或多種負(fù)電極活性材料。但是，在容量和輸出特性方面，碳材料或鋰過渡金屬復(fù)合氧化物優(yōu)選為負(fù)電極活性材料。不必說的是，可以適當(dāng)?shù)厥褂萌魏纹渌呢?fù)電極活性材料。正電極活性材料層13和負(fù)電極活性材料層15也可包含結(jié)合劑，諸如聚偏二氟乙烯、聚酰亞胺、丁苯橡膠、羧甲基纖維素、聚丙烯、聚四氟乙烯、聚丙烯腈和聚酰胺。這些結(jié)合劑在耐熱方面表現(xiàn)優(yōu)異并且具有大的電位窗，從而在正和負(fù)電極電勢(shì)的寬范圍中保持穩(wěn)定，以適用于活性材料層。這些結(jié)合劑可單獨(dú)使用或者兩個(gè)或多個(gè)組合使用。另外，其他添加劑可被包括在活性材料層中，諸如傳導(dǎo)輔助件、電解鹽(鋰鹽)、離子傳導(dǎo)聚合物等。正電極13的厚度并不是特定限定的，如混合量所指的，并且應(yīng)到考慮電池的所需用途(導(dǎo)向輸出或者更多對(duì)于能量的聚焦等)以及離子傳導(dǎo)性。正活性材料層的典型厚度的范圍為大約10與500 μ m之間。負(fù)電極15基本上類似于對(duì)于正電極材料所解釋的內(nèi)容，除了負(fù)電極活性材料的類型。因此，這里省略詳細(xì)說明。(電解質(zhì)層)作為構(gòu)成電解質(zhì)層17的電解質(zhì)，可使用液體電解質(zhì)或聚合物電解質(zhì)。液體電解質(zhì)采用溶液的形式，其中鋰鹽(支持鹽)溶解在有機(jī)溶劑中(增韌劑)?？捎米髟鲰g劑的有機(jī)溶劑的實(shí)例為碳酸鹽，諸如碳酸次乙酯(EC)、碳酸丙烯(PC)。可用作支持鹽的鋰鹽的實(shí)例為LiBETI等化合物，其可以添加至電極活性材料層。另一方面，聚合物電解質(zhì)可分類為其中包含電解質(zhì)溶液的凝膠電解質(zhì)和不包含這種電解質(zhì)溶液的固有(全固態(tài))聚合物電解質(zhì)。凝膠聚合物采用凝膠的形式，其中，上述液體電解質(zhì)被注入由離子傳導(dǎo)性聚合物構(gòu)成的母體聚合物中。作為母體聚合物的離子傳導(dǎo)性聚合物的實(shí)例為聚環(huán)氧乙烷(PEO)、聚環(huán)氧丙烷(PPO)和其共聚物。在這些多亞烷氧基(polyalkyleneoxy)聚合物中，電解質(zhì)鹽諸如鋰鹽可以容易地溶解。當(dāng)電解質(zhì)層可通過液體電解質(zhì)或凝膠電解質(zhì)形成時(shí)，可在電解質(zhì)層中使用分離器。分離器的實(shí)例包括聚烯烴的多孔膜，諸如聚乙烯和聚丙烯。固有聚合物電解質(zhì)可采用其中溶解支持鹽(鋰鹽)但是不包含有機(jī)溶劑(增塑齊U)的母體聚合物的形式。因此，使用這種固有聚合物電解質(zhì)可防止液體從電池泄漏并且可改善電池的可靠性。固有聚合物電解質(zhì)或凝膠電解質(zhì)的母體聚合物形成交叉結(jié)合結(jié)構(gòu)從而提供改善的機(jī)械強(qiáng)度。為了形成這種交叉結(jié)合結(jié)構(gòu)，可考慮通過使用任何適當(dāng)?shù)木酆铣跏计魇咕酆衔镫娊赓|(zhì)的可聚合材料(諸如PEO或ΡΡ0)經(jīng)受任何聚合反應(yīng)，諸如熱聚合、紫外線聚合、輻射引發(fā)聚合或電子束引發(fā)聚合。電解質(zhì)17的厚度并不受到特定的限制。但是，為了獲得緊湊型雙極電池，厚度應(yīng)當(dāng)優(yōu)選地保持為盡可能薄，只要能夠確保作為電解質(zhì)的功能。典型的固體聚合物電解質(zhì)層的厚度為大約10至100 μ m。(電流收集器)電流收集器板11的材料由傳導(dǎo)性材料構(gòu)成，用作連接部件，將活性材料層13、15 電連接至外部。只要具有導(dǎo)電屬性，則不需對(duì)關(guān)于電流收集器11的具體材料、結(jié)構(gòu)等的選擇作出限制，已知的結(jié)構(gòu)/屬性可使用在傳統(tǒng)鋰離子蓄電池中。例如，可采用金屬或傳導(dǎo)性聚合物。在電力獲取的容易性方面。優(yōu)選地使用金屬材料。更具體地說，例如，舉例說明從下述組中選擇出的至少一種電流收集器材料，該組包括鐵、鉻、鎳、鎂、鈦、鉬、釩、鈮、鋁、銅、 銀、金、鉬和碳等。更優(yōu)選地，可以從下述組中選出的至少一種電流收集器材料作為實(shí)例，該組包含鋁、鈦、銅、鎳、銀或不銹鋼(SUS)。這些可具有單層結(jié)構(gòu)(例如，采用箔的形式)，或者可實(shí)現(xiàn)為多層結(jié)構(gòu)，包含不同類型的層。另外，可優(yōu)選地使用鎳-鋁包層的材料、銅-鋁包層的材料和這些金屬的任何組合的包蒙皮材料。同樣，所采用的金屬的表面涂覆有鋁箔。 另外，可使用PTC(正溫度系數(shù))元件，其中當(dāng)超過預(yù)定溫度時(shí)電阻快速增加。在這些金屬中，鑒于電子傳導(dǎo)性和電池操作電勢(shì)，優(yōu)選鋁或銅。同樣，在一些情況下，上述標(biāo)示為電流收集器材料的金屬箔材料其中的兩種或多種可形成為箔并且結(jié)合到一起。上述材料在耐腐蝕性、導(dǎo)電性和可加工性方面是優(yōu)異的。電流收集器11的典型厚度為1至50 μ m。但是，可以使用在這一厚度范圍以外的電流收集器。同樣，電流收集器11可通過箔、非紡織織物或多孔體形成。(絕緣區(qū)段)絕緣區(qū)段31設(shè)置成防止由于液體電解質(zhì)從電解質(zhì)層17泄漏而造成的液體合流。 另外，絕緣區(qū)段31可以防止將電流收集器接觸電池中相鄰的一個(gè)，或者防止由于在電力產(chǎn)生元件21的單位蓄電池單元層19的端部的輕微未對(duì)齊而造成短路。作為構(gòu)成絕緣部分31的材料，需要下述這些屬性作為絕緣屬性，防止掉出固體電解質(zhì)層的密封屬性，防止?jié)駳鈴耐獠繚B透的密封屬性或性能，在電池操作溫度下的耐熱性。 例如，可使用聚氨酯樹脂、環(huán)氧樹脂、聚乙烯樹脂、聚丙烯樹脂、聚酰亞胺樹脂和橡膠。尤其地，從耐腐蝕、耐化學(xué)性、構(gòu)建簡單(薄膜生產(chǎn)率)和經(jīng)濟(jì)效率性的觀點(diǎn)來看，聚乙烯或聚丙烯樹脂可優(yōu)選地用作絕緣部分31的構(gòu)成材料。(第一電流收集器板(正電極電流收集器板)和第二電流收集器板(負(fù)電極電流收集器板))用于第一電流收集器板25和第二電流收集器板27的材料并不具體限定，可使用各種電流收集器材料，公知為用于傳統(tǒng)雙極蓄電池的高傳導(dǎo)性材料，諸如金屬材料，包括鋁、銅、鈦、鎳、不銹鋼(SUQ以及其合金，在重量輕、耐腐蝕和高傳導(dǎo)屬性方面更優(yōu)選地為鋁或銅，最優(yōu)選地為鋁。電流收集器板25、27可通過采用噴墨技術(shù)將上述材料噴灑至基板而制造，或者可選擇地采用多種金屬材料的包層、涂覆或?qū)盈B而形成。另外，電流收集器也可包括樹脂。電流收集器板25、27的沿著疊置方向觀看的面積大于電子產(chǎn)生元件21中的雙極電極23的兩端表面面積。因此，應(yīng)力可以均勻地施加在電流收集器板25、27上。第一電流收集器板25并不采用機(jī)械方式固緊至端部電流收集器11，但是可以采用由當(dāng)由包層或封裝四密封時(shí)的壓力導(dǎo)致的金屬接觸而電連接至端部電流收集器11。在正電流收集器25與端部電流收集器11之間，可夾置具有粘合或非粘合屬性的優(yōu)異傳導(dǎo)性的包層試劑。這也同樣適用于第二電流收集器27。另外，對(duì)于電流收集器板25、27，可使用相同材料或不同材料。而且，電流收集器板 25和27可通過延伸定位在電力產(chǎn)生元件21最外層的電流收集器11而形成。(桿)桿(凸起部件)41和42設(shè)置在每個(gè)電流收集器板25、27的部分或全部外周。尤其地，優(yōu)選地，桿41、42可分別僅設(shè)置在電流收集器25和27的一個(gè)邊緣上。另外，桿41和 42可優(yōu)選地定位在相對(duì)端部，同時(shí)使電力產(chǎn)生元件21陷入其中作為中心。另外，其上設(shè)置有桿41或42的表面優(yōu)選地處于電力產(chǎn)生元件停靠所處的相同表面上，即，在電力產(chǎn)生元件21的一側(cè)上。但是，桿41、42可選擇地設(shè)置在電力產(chǎn)生元件的相對(duì)側(cè)上。桿41和42的材料可采用例如金屬或傳導(dǎo)性聚合物。但是，在獲取電力的容易性方面，優(yōu)選地使用金屬材料。更具體地說，例如，可舉出鋁、鎳、鐵、不銹鋼、鈦、銅和其他金屬。 另外，可優(yōu)選地使用鋁和鎳包層、銅和鋁包層和這些金屬的組合的包蒙皮材料。同樣，也可使用表面涂覆有鋁的桿作為備選。桿41、42，尤其地，第一桿41或第二桿42，的寬度不小于第一電流收集器25或第二電流收集器27的端部邊緣的寬度的一半，兩個(gè)桿凸起至電力產(chǎn)生元件21的側(cè)部。桿41和42的橫截面面積優(yōu)選地不小于電極的面積的0. 04%。由此，可獲得用于驅(qū)動(dòng)電驅(qū)車輛的電源的非含水蓄電池的所需控制精確度。這里應(yīng)當(dāng)指出的是，桿41、42的橫截面積定義為在垂直于其軸線的平面上(拉伸方向)的橫截面的面積。通過將端子43和44分別設(shè)置在桿41和42上，電流可以回流至電池外部。端子
743和44可定位在至少一個(gè)或多個(gè)位置的任何地方。尤其地，端子43和44的位置優(yōu)選地定位在彼此最遠(yuǎn)的位置。(電池外部封裝)作為電池包層或外部封裝20，除了已知的金屬罐，可接受采用包含鋁的層疊薄膜的包型殼體。例如，可使用鋁分層膜，例如三層分層膜，其中PP層、鋁層和尼龍層按照這一順序疊置。電池封裝材料并不局限于上述。在多種可能的選擇中，優(yōu)選分層膜，因?yàn)槠涓咻敵龊屠鋮s特性，以及對(duì)于電動(dòng)車輛諸如EV(電動(dòng)車輛)和HEV(混合電動(dòng)車輛)的大裝備電池的可適用性。在圖3中，桿41和42定位在電池封裝四的內(nèi)部中，雖然桿41和42可定位在電池封裝四外部。(傳導(dǎo)線路和匯流排)作為用于獲取電池外部電流的傳導(dǎo)線路45和46，也可使用動(dòng)力線路、引線和匯流排。傳導(dǎo)線路電連接至最外層電流收集器或者收集器板并且導(dǎo)引至用作電池包層或封裝的分層片的外部。傳導(dǎo)線路45、46的材料并不特定限制?？墒褂萌魏喂母邆鲗?dǎo)性材料，用于雙極鋰離子蓄電池中的傳導(dǎo)線路。傳導(dǎo)線路材料的優(yōu)選實(shí)例為金屬材料，諸如鋁、銅、鈦、鎳、 不銹鋼(SUQ和其合金。但是，在重量輕、耐腐蝕和高傳導(dǎo)性方面，更優(yōu)選鋁和銅。用于傳導(dǎo)線路45的傳導(dǎo)線路材料可以與傳導(dǎo)線路46相同或不同。理想情況下，采用耐熱、受熱可收縮絕緣管等覆蓋引導(dǎo)出電池封裝四的任何部件，從而防止在這些部件與將影響產(chǎn)品的性能的外圍設(shè)備或線路接觸時(shí)產(chǎn)生短路(例如， 車輛部件，尤其是電子設(shè)備)。(電流收集器機(jī)構(gòu))為了提供本實(shí)施例的操作性方面，現(xiàn)在將說明用于從電力產(chǎn)生元件21獲取電流的電流收集器機(jī)構(gòu)。圖4是示出穿透電力產(chǎn)生元件M的電流的電流路徑長度的示意圖。圖5是示出端子的可變位置的圖。圖6是示出當(dāng)用于獲取電流的端子的位置已經(jīng)改變時(shí)電流收集器和桿中的電流路徑以及電流收集器板中的表面電流分布的示意圖。電力產(chǎn)生元件21經(jīng)受充電或放電，電流被充電或放電經(jīng)由與電力產(chǎn)生元件表面電接觸的電流收集器板并且經(jīng)由設(shè)置在電流收集器板的側(cè)部的邊緣上的桿，設(shè)置在桿41、 42的端部部分處的端子43、44，最終通過動(dòng)力線路45、46。下面將說明，假定電力產(chǎn)生元件 20采用矩形形狀，但是形狀并不作為限制。如圖4所示，電流流入桿42，穿透電力產(chǎn)生元件21并且最終通過桿41的端子流動(dòng)到外部。這里，參照?qǐng)D4(a)和4(b)，分別說明桿41和42的位置。在圖4(a)中，桿41和 42以電力產(chǎn)生元件21作為對(duì)稱中心對(duì)稱地設(shè)置。在圖4(b)中，桿41和42位于相對(duì)于電力產(chǎn)生元件21的相同側(cè)上。對(duì)于電流流動(dòng)路徑，例如，在圖4(a)中，存在電流路徑P1、P2 和P3，在圖4(b)中，存在路徑P4、P5、P6。如圖4(a)所示，如果電流取自定位在彼此相對(duì)的位置上的桿，那么路徑P1、P2和P3具有相同的長度，因此，載荷將均勻地施加在電力產(chǎn)生元件21上。相對(duì)比地，如圖4(b)所示，如果電流采用位于電力產(chǎn)生元件21的相同側(cè)上的桿 41和42而被取出，那么P4、P5和P6的相對(duì)路徑長度將采用公式P4 > P5 > P6測(cè)量，使得載荷將不被等同地施加至電力產(chǎn)生元件。換句話說，不管電流路徑，當(dāng)路徑長度相同時(shí)，由于不考慮電力產(chǎn)生元件21中的電流路徑、電流將傳遞至等同電阻，所以將消除負(fù)電壓的均勻性。因此，如圖4(a)所示，優(yōu)選地將桿41、42設(shè)置成以電力產(chǎn)生元件21為中心對(duì)稱。為此的這一原因是因?yàn)榕c圖4(b)所示相比，圖4(a)的布置結(jié)構(gòu)將減小電壓梯度。這里，應(yīng)當(dāng)指出的是，兩個(gè)桿41、42的寬度不小于第一電流收集器板25和第二電流收集器板27的端部邊緣的寬度的一半。因此，沿著垂直于本片的方向?qū)⒉淮嬖陔妷禾荻?。因此，圖4(a)和 4(b)中的兩種布置結(jié)構(gòu)在這一方面是有利的?，F(xiàn)在，將說明端子的位置相對(duì)于桿的變化。如圖5所示，電流通過桿42和電力產(chǎn)生元件21并且流動(dòng)通過桿41的端子向外至外部逆變器(INV)等。這里，在圖5(a)和5 (b) 中，將說明桿41和42的位置。在圖5(a)中，端子43和44在桿41和42上的設(shè)置是分別對(duì)稱的。在圖5(b)中，桿41和42上的端子43和44位于沿著相同方向的端部處。在圖 5(a)和5(b)中描述的兩種情況下，由于桿41和42的寬度不小于第一電流收集器板41和第二電流收集器板42的端部邊緣的寬度的一半，所以不存在電壓梯度。在圖5(b)的結(jié)構(gòu)中，相反于圖5(a)中的端子43、44的對(duì)角線位置，傳導(dǎo)線路43、44在相同側(cè)上被拉出。因此，圖5(b)中的結(jié)構(gòu)確保制造的簡單。下文描述桿的兩端之間的電勢(shì)差。電流收集器板和桿的電流/電壓分布能夠由下述公式表示。這里，分別地，j表示電流密度[A/m2]并且采取不變值，P表示電阻率[Ω -m], A表示桿的橫截面積[m2]，t表示電流收集器板的厚度[m]，LxW表示電流收集器板的尺寸 [m]。如圖5所示，當(dāng)由I軸線和w軸線限定的兩個(gè)坐標(biāo)軸線相對(duì)于電流收集器板應(yīng)用時(shí)，能夠在方程1中表述給定距離w和平行于I-軸線的電路分布。[方程1]
IJ"7' dwdl 二 jldw
0這里，為了簡化的原因，假定不存在僅取決于w的電壓差。因此，在桿所不接觸的電極板的端部處的電流被計(jì)算為jLdw，沿著桿的電流分布可以采用方程2表述。[方程2]I (L，w) = jLw同時(shí)，沿著桿的電壓分布可以根據(jù)上述電流分布和桿的屬性在方程3中表述。[方程3]E(w) = j^L
2A換句話說，縱向端部二者之間的電勢(shì)差，AEmax，可以表述為方程4。[方程4]AEmax=J^
-X J 2A流入和流出雙極蓄電池的總電流I可以在方程5中表述，使得方程4的電勢(shì)差 AEmax能夠重寫為方程6。[方程5]
I = jLW[方程6]
^W^max=P/-為了最小化AEmax，W可減小。換句話說，當(dāng)設(shè)計(jì)相同面積的電力發(fā)生元件時(shí)，有效的是，當(dāng)L可以設(shè)定更大時(shí)，或者桿的橫截面積，A可以采取大值。因此，根據(jù)第一實(shí)施例中的雙極蓄電池10，桿41和42包括適當(dāng)?shù)臋M截面積，同時(shí)定位跨過電流收集器板的一個(gè)邊緣的整個(gè)長度上，并且相對(duì)于彼此定位，電力產(chǎn)生元件設(shè)置在其間。由于這些構(gòu)造，電阻可以降低，電流可以被均勻地收集到所述桿。另外，不考慮通過垂直于電極表面的任何位置的平面的電流路徑，其兩個(gè)極之間的電阻的整體均勻性可以確保，同時(shí)得到更均勻的電勢(shì)分布的結(jié)果。因此，由于能夠從整個(gè)收集器板跨過桿均勻地收集電流，所以不會(huì)發(fā)生明顯的電流集中。因此，電壓的突然改變可以被抑制為最小值，電極的惡化率將被延遲，電池壽命將得以改善。尤其地，通過確保與電極面積相比、桿的橫截面面積超過0. 04%，可實(shí)現(xiàn)用作電力驅(qū)動(dòng)車輛的電源的非含水蓄電池的所需控制精確度。這里，當(dāng)桿41和42設(shè)置有超過第一電流收集器板25和第二電流收集器板27的端部邊緣的寬度的一半時(shí)，將確保均勻的電勢(shì)分配和電極的惡化率的延遲。而且，桿41和42配置以從電流收集器板25、27凸起至電力產(chǎn)生元件21的側(cè)部 (即，內(nèi)部方向)。因此，這種布置結(jié)構(gòu)是空間高效的，桿41和42存儲(chǔ)在電力產(chǎn)生元件21 的高度中。另外，每個(gè)都分別連接至桿41和42的端子43和44進(jìn)一步連接至傳導(dǎo)線路或?qū)Ь€45和46。由于導(dǎo)線的結(jié)構(gòu)，傳導(dǎo)導(dǎo)線45和46將確保當(dāng)它們從電池封裝四拉出時(shí)進(jìn)行容易的修型，如圖3所示。(實(shí)施例2)第二實(shí)施例的雙極蓄電池10不同于第一實(shí)施例的地方在于，用于獲取電流的端子的位置。更具體地說，如圖7所示，在第二實(shí)施例中，端子47和48分別定位在第一桿47 的中點(diǎn)和第二桿48的中點(diǎn)。通過將端子47、48分別定位在第一桿47的中點(diǎn)和第二桿48的中點(diǎn)，可以經(jīng)由導(dǎo)線或匯流排從桿的中點(diǎn)獲取電力，即，從電力產(chǎn)生元件21的中心線。在這種情況下，方程6 的AEmax可以通過將尺寸W替換W/2而重新計(jì)算。由于ΔEmax為獨(dú)一限定的容忍值，所以當(dāng)該值假定為不通過上述替換而改變時(shí)，桿的橫截面積可以減小為Α/2，使得可以獲得體積、質(zhì)量和成本的實(shí)質(zhì)性降低。因此，根據(jù)第二實(shí)施例中的雙極蓄電池10，除了第一實(shí)施例的效果，可實(shí)現(xiàn)額外的技術(shù)效果，諸如沿著邊緣的電流路徑的最大長度的減小，從而最小化該桿的橫截面積，該橫截面積根據(jù)容忍電勢(shì)差和所需工作電流進(jìn)行限定。最后，本發(fā)明應(yīng)用所至的電池的類型并不被特定地限制，而是可應(yīng)用至例如非含水電解質(zhì)電池。同樣，非含水電解質(zhì)電池，如果按照結(jié)構(gòu)和形狀分類，并不特定地限定為疊置(平式)電池，和繞組式(柱式)，但是可以等同地應(yīng)用任何已知的結(jié)構(gòu)。類似地，當(dāng)非含水電解質(zhì)電池按照電解質(zhì)的類型分類時(shí)，不施加特定限制。例如，本發(fā)明等同地應(yīng)用至任何液體電解質(zhì)電池，其中的非含水電解質(zhì)液體浸入在分離器中，所謂的聚合物電池，諸如高聚合物凝膠電解質(zhì)電池和固體聚合物電解質(zhì)(全固體電解質(zhì))電池。高聚合物凝膠電解質(zhì)和/或固體聚合物電解質(zhì)可以單獨(dú)使用或組合使用，其中，高聚合物凝膠電解質(zhì)或固體聚合物電解質(zhì)可以浸入在分離器中。而且，鑒于移動(dòng)跨過相關(guān)電極的電極材料或金屬離子，本發(fā)明可以不是限制性的， 而是可應(yīng)用至任何類型的電極材料等，諸如，鋰離子蓄電池、鈉離子蓄電池、鉀離子蓄電池、 鎳氫蓄電池和鎳鎘蓄電池。優(yōu)選地，由于可歸因于鋰離子蓄電池的每單位電池單元(單位電池單元層)的高壓性能、高能密度、和高電力輸出密度，當(dāng)用作車輛的主或輔助源時(shí)，本發(fā)明可應(yīng)用至鋰離子蓄電池。當(dāng)需要繞組式(柱式)電池時(shí)，雙極電極可圍繞一側(cè)的桿纏繞從而構(gòu)成螺旋形橫截面以獲得類似的效果。此外，本發(fā)明也可應(yīng)用至僅能夠放電的原電池，而不是必須具限制可充電的蓄電池。原因是因?yàn)楫?dāng)獲取電流時(shí)，原電池采用與上述實(shí)施例相同的方式操作。雖然在上述第一和第二實(shí)施例中，對(duì)使用桿或棍狀的桿41或42進(jìn)行說明，但是本發(fā)明并不局限于這一特定結(jié)構(gòu)或形式。只要使用朝向電力產(chǎn)生元件的側(cè)部突出的凸起部件并且其寬度不小于電流收集器板的端部邊緣的一半寬度，那么不需要桿形構(gòu)造，但是可使用其他結(jié)構(gòu)代替桿41、42。另外，在上述實(shí)施例1和2中，說明桿41、42設(shè)置在相關(guān)聯(lián)的電流收集器板上的情況，即，分別在第一電流收集器板25和第二電流收集器板27上。但是本發(fā)明并不局限于這一特定布置結(jié)構(gòu)。在最小情況下，通過將上述桿(凸起部件)設(shè)置在至少電流收集器板其中的一個(gè)上，將獲得減小壓力梯度的效果。明顯地，當(dāng)設(shè)置在兩個(gè)電流收集器上時(shí)，可期待電壓梯度減小得更多。附圖標(biāo)記的說明10雙極蓄電池11電流收集器13正電極15負(fù)電極17電解質(zhì)19單位電池單元層21電力產(chǎn)生元件23雙極電極25第一電流收集器板27第二電流收集器板四層疊薄膜31絕緣器41 第一桿42 第二桿43、44 端子45、46動(dòng)力線路
權(quán)利要求
1.一種電池，包括電力產(chǎn)生元件，所述電力產(chǎn)生元件通過疊置至少一個(gè)單位電池單元層而構(gòu)成，每個(gè)單位電池單元層通過順序地疊置正電極、電解質(zhì)和負(fù)電極而構(gòu)成；第一電流收集器板，所述第一電流收集器板設(shè)置在所述電力產(chǎn)生元件的最外正電極的表面上；第二電流收集器板，所述第二電流收集器板設(shè)置在所述電力產(chǎn)生元件的最外負(fù)電極的表面上；傳導(dǎo)凸起部分，所述傳導(dǎo)凸起部分至少形成在所述第一電流收集器板和第二電流收集器板其中的一個(gè)中，寬度不小于所述相關(guān)聯(lián)的電流收集器板的端部邊緣的寬度的一半； 端子，所述端子連接至所述凸起部分，配置以獲取來自于所述凸起部分的電流。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電池，其中，所述凸起部分設(shè)置在所述第一電流收集器板和第二電流收集器板二者上。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的電池，其中，設(shè)置在所述第一電流收集器板和第二電流收集器板二者上的所述凸起部分以所述電力產(chǎn)生元件作為中心對(duì)稱地定位。
4.根據(jù)權(quán)利要求1至3任一項(xiàng)所述的電池，其中，所述端子形成在所述凸起部分的端部處。
5.根據(jù)權(quán)利要求1至4任一項(xiàng)所述的電池，其中，所述凸起部分形成為具有與所述凸起部分連接所至的所述電流收集器板相同的寬度。
6.根據(jù)權(quán)利要求1至5任一項(xiàng)所述的電池，其中，所述凸起部分凸出至所述電力產(chǎn)生元件的側(cè)部。
7.根據(jù)權(quán)利要求1至5任一項(xiàng)所述的電池，其中，所述凸起部分在垂直于其軸線的平面中的橫截面面積不小于相關(guān)聯(lián)的正電極或負(fù)電極的表面面積的0. 04%。
全文摘要
公開一種具有改善壽命的電池。具體公開的是一種電池，包括電力產(chǎn)生元件(21)，所述電力產(chǎn)生元件通過疊置一個(gè)或多個(gè)單位電池單元層而構(gòu)成，每個(gè)單位電池單元層通過順序地疊置正電極、電解質(zhì)和負(fù)電極而構(gòu)成；第一電流收集器板(25)，設(shè)置在所述電力產(chǎn)生元件(21)的最外正電極的表面上；第二電流收集器板(27)，設(shè)置在所述電力產(chǎn)生元件(21)的最外負(fù)電極的表面上；傳導(dǎo)凸起部分(41)或(42)，設(shè)置在在所述第一電流收集器板(25)和/或第二電流收集器板(27)上，寬度不小于收集器板(25)或(27)的端部邊緣的寬度的一半；以及端子(44)或(45)，裝配至至所述凸起部分(41)或(42)，從所述凸起部分(41)或(42)取出的電流。
文檔編號(hào)H01M10/04GK102576850SQ201080038918
公開日2012年7月11日 申請(qǐng)日期2010年7月23日 優(yōu)先權(quán)日2009年9月1日
發(fā)明者下井田良雄, 安部孝昭, 宮崎泰仁, 木下拓哉 申請(qǐng)人:日產(chǎn)自動(dòng)車株式會(huì)社