CN201994381U - 双极型二次电池 - Google Patents
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Abstract
本实用新型提供一种双极型二次电池，其防止双极型二次电池因外力而变形时的电池容量恶化。该双极型二次电池具有：发电要素(7)，其将双极型电极(5)隔着电解质层(4)多片串联层叠而形成，其中，该双极型电极(5)是在集电体(1)的一个面上形成正极活性物质层(2)，在另一个面上形成负极活性物质层(3)而成的；2片集电板(9、10)，其在发电要素(7)的层叠方向两端部隔着发电要素(7)而配置；以及绝缘部(8)，其将配置在集电体的形成有正极活性物质层或者负极活性物质层的部分的外周部的绝缘部件(8a～8e)层叠而形成，绝缘部在集电板的外周边的外侧，具有成为大于或等于2片集电板的间隔的厚度的部位。
Description
技术领域
本实用新型涉及一种以从两侧夹持集电体的方式配置正极和负极而形成的双极型二次电池的密封构造。
背景技术
作为在电动汽车或混合动力汽车等的电动机驱动中使用的二次电池，已知双极型二次电池，其将多片双极型电极串联地层叠而形成发电要素，其中，该双极型电极在集电体的一个面上形成正极，在另一个面上形成负极。
例如，在专利文献1中，公开了在发电要素的层叠方向两端配置正负极集电板的双极型二次电池。
专利文献1：日本特开2009-016235号公报
实用新型内容
但是，在专利文献1的双极型二次电池中，从外部施加力的情况下，特别地从与双极型电极的层叠方向相交叉的方向作用外力的情况下，可能使发电要素变形而集电板彼此接触。如果集电板彼此接触，则流过大电流，与此相伴而发热，因此导致电池容量恶化。
因此，本实用新型的目的在于，防止向双极型二次电池施加外力的情况下的电池容量恶化。
本实用新型的双极型二次电池具有：发电要素，其是将在集电体的两个面上分别形成正极活性物质层和负极活性物质层的双极型电极，隔着电解质层串联地层叠多片而成；以及2片集电板，其在发电要素的层叠方向两端部隔着发电要素而配置。并且，具有绝缘部，其将配置在集电体的形成有正极或者负极的部分的外周部的绝缘部件层叠而成。另外，绝缘部在集电板的外周边的外侧，具有成为大于或等于2片集电板的间隔的厚度的部位。
实用新型的效果
根据本实用新型，即使双极型二次电池因外力而以集电板彼此接近的方式变形，也通过将绝缘部向电池要素的内部压入，而使集电板之间的间隔变宽，增大发电要素和集电板的接触电阻。因此，即使集电板彼此接触，也可以抑制此时流过的电流，由此可以防止电池容量的恶化。
附图说明
图1是示意地表示第1实施方式的双极型电池的整体构造的概略剖面图。
图2是示意地表示双极型电极的构造的概略剖面图。
图3是示意地表示单电池层的构造的概略剖面图。
图4是从层叠方向观察双极型电池的图。
图5是示意地表示第2实施方式的双极型电池的整体构造的概略剖面图。
图6是示意地表示第3实施方式的双极型电池的整体构造的概略剖面图。
具体实施方式
下面，基于附图，说明本实用新型的实施方式。
(第1实施方式)
首先，说明双极型二次电池(以下简称为双极型电池)的构造。
图1是示意地表示第1实施方式的双极型电池的整体构造的概略剖面图。图2是示意地表示构成双极型电池的双极型电极的构造的概略剖面图。图3是示意地表示构成双极型电池的单电池层的构造的概略剖面图。图4是从层叠方向上方观察双极型电池的图。
如图1所示，双极型电池由下述部分构成，即：发电要素(电池要素)7，其是将多片双极型电极5隔着电解质层4串联层叠而成；以及密封部8，其用于防止来自电解质层4的电解质的泄漏，配置在电池要素7的周围。密封部8是如后述所示由多个密封材料8a～8e构成的部分。在电池要素7的层叠方向的两端，配置正及负的集电板9、10，它们分别进行电气连接，引出向面方向流动的电流。此外，对于双极型电极5、电解质层4、以及密封部8的详细内容，在后面记述。
双极型电极5如图2所示，在集电体1的一个面上设置正极2，在另一个面上设置负极3。
电池要素7如图3所示，以使相邻的双极型电极5的正极2和负极3隔着电解质层4而相对的方式，使双极型电极5和电解质层4交替地以多片串联层叠。并且，在电池要素7的层叠方向两端配置集电板9、10。此外，集电板9、10也可以采用仅在集电体1所需的单面上形成电极(正极2或者负极3)的构造。即，双极型电池的基本结构，也可以说是将多个单电池层6串联连接的结构。
集电板9、10的面积比集电体1面积小，如图4所示，在从层叠方向上方观察的情况下，成为集电板9、10的外周被作为框型薄膜的密封部8包围的结构。
在这里，说明各结构部件的结构以及双极型电池的制作方法。
[集电体]
将在具有导电性的聚乙烯(PE)树脂中使碳材料分散而得到的导电性高分子材料，通过延伸而成型为厚度100[μm]程度的薄膜状。将其切断为适当的大小(例如140×90mm)，而得到集电体1。
[正极]
将以下的材料以规定比率混合，制作正极浆料。
首先，将由作为正极活性物质的LiMn2O4[85质量％]、作为导电辅助剂的乙炔黑[5质量％]、作为粘合剂的聚偏氟乙烯(PVDF)[10质量％]、以及作为浆料粘度调整溶剂的N-甲基-2-吡咯烷酮(NMP)构成的材料，以上述比率混合，制作正极浆料。
将上述正极浆料涂敷在集电体1的单面上，利用真空烤炉使其干燥。然后，进行挤压以使厚度成为60[μm]，从而形成正极电极。
此外，在集电体1的外周侧的规定范围(例如距离外周10mm程度)内，不涂敷正极浆料。密封部8形成为与不涂敷该正极浆料的范围对应的框型。
[负极]
将以下的材料以规定的比率混合，制作负极浆料。
首先，将由作为负极活性物质的硬碳[90质量％]、作为粘合剂的PVDF[10质量％]、以及作为浆料粘度调整溶剂的NMP构成的材料，以上述比率混合，制作负极浆料。将该负极浆料涂敷在与涂敷有集电体1的正极浆料的面相反侧的面上，利用真空烤炉进行干燥。然后，进行挤压以使厚度成为50[μm]，形成负极电极。对于负极浆料的涂敷范围，与上述正极相同。
此外，在上述的正极及负极的制作中，由于NMP在电极干燥时全部挥发而去除，所以不是电极的结构材料，而是为了得到适当的浆料粘度而适量添加的。另外，上述比率表示对除了浆料粘度调整溶剂以外的成分进行换算后的比率。
通过上述方法，完成双极型电极5，该双极型电极5在作为集电体1的导电性高分子膜的一个面上具有正极，在与其相反侧的面上具有负极。
[电解质层]
通过在PE制的隔板(厚度35μm)中浸渍电解液，从而形成电解质层4。电解液是在碳酸二乙酯(DEC)和碳酯乙烯(EC)的体积比为1比1的混合溶剂中，溶解1M作为电解质的LiPF6而得到的。
此外，电解液在后述的层叠工序中注入。
[密封部]
密封部8如图1所示，由多个密封材料8a～8e构成。密封材料8a～8e例如是由聚烯烃、聚酯、聚酰亚胺、或者聚酰胺这种具有绝缘性的树脂材料构成的框型的薄膜，配置在不涂敷上述正极浆料的范围内。由于这些材料即使在电池的动作电位下也在电气方面稳定，所以不会对电池造成恶劣影响，可以可靠地绝缘。此外，如果是具有相同性质的材料，则也可以是上述以外的材料。
密封材料8a～8e的特征在于，刚性比电池要素7高。具体地说，形成为杨氏模量为0.1～120GPa。
另外，后述的熔接中的粘接强度由拉伸强度规定，例如设定为大于或等于0.2[N/mm]。但是，当然并不限于此。
[层叠方法]
将上述的双极型电极5和电解质层4交替地层叠，从层叠方向两侧向密封材料8a～8e的3个边施加热和压力，使密封材料8a～8e与集电体1熔接。用于熔接的条件为，在140℃的温度和0.2Mpa的压力下施加5秒钟。没有熔接的1个边，成为用于注入电解液的注入部。
在上述熔接后从注入部注入电解液，利用由铝板形成的集电板9、10(130×80mm，厚度100μm)，从层叠方向两端夹持电池要素7，以将它们覆盖的方式利用铝层压片进行真空密封。由此，完成利用大气压提高电池要素7和集电板9、10的接触的双极型电池。
此外，作为将电池要素7和集电板9、10粘接的粘接剂，例如可以举出橡胶类、硅类、烯烃类、丙烯类等，但当然并不限于这些。
另外，电池要素7和集电板9、10之间的粘接力，设为比相邻的双极型电极5之间的粘接力以及相邻的密封材料8a～8e之间的粘接力弱。
返回图1的说明。
如上述所示，集电板9、10的面积比密封部8小，在图1中，成为密封部8向集电板9、10的左右方向伸出的状态。
如果从与层叠方向相交叉的方向(在图1中为横向)向双极型电池施加外力，则被施加外力的部分(输入部)被向电池要素7的内侧方向压入，双极型电池的输入部侧的侧面，成为以输入部为顶点而向电池要素7的中心方向凸出的形状。即，以使集电板9和集电板10的输入部侧的部分彼此接近的方式，使得双极型整体变形。
在该变形的程度较大的情况下，如果密封部8为与集电板9、10同等的面积，或者密封材料8a～8e的面积比集电板9、10小(例如日本特开2009-16235号公报的图3)，则可能使集电板9和集电板10的输入部侧的端部彼此接触。如果集电板9和集电板10接触，则会因流过大电流而发热，促进电池容量的恶化。
但是，根据图1的结构，如果以集电板9和集电板10彼此接近的方式变形，则集电板9以及集电板10的输入部侧的端部，分别陷入相邻的密封材料8a以及密封材料8e中。由此，集电板9和集电板10的输入部侧的端部难以接触。另外，即使发生接触，也通过将密封材料8a～8e向电池要素的内部压入而使集电板9、10的间隔变宽，增大电池要素7和集电板9、10的接触电阻，因此，可以抑制接触时流过的电流。
此外，通过对集电板9、10的外周各部分进行倒角加工，从而进一步使得集电板9、10难以贯穿密封部8。
另外，如上述所示，由于密封材料8a～8e的刚性比电池要素7的刚性高，所以可以抑制作用外力时的双极型电池整体的变形量。其结果，可以防止集电板9和集电板10的接触。
另外，由于电池要素7和集电板9、10之间的粘接力，比层叠的双极型电极5之间以及密封材料8a～8e之间的粘接力弱，所以在作用外力而发生变形时，首先集电板9、10从电池要素7剥离，不会流过电流。由此，可以防止由于双极型电极5之间的粘接发生剥离的情况等引起的发热。
上述效果也可以由振动试验实施后的容量维持率以及电阻变化率体现。振动试验是始终施加规定的输入加速度及频率的振动，使双极型电池振动的试验，振动试验后的容量维持率以及电阻变化率，将振动前的容量作为100％，将电阻变化率作为1而进行表示。
试验的结果是，在本实施方式的结构中，振动试验后的容量维持率为大约70％，电阻变化率为大约0.9。
此外，作为比较对象，针对密封部8没有从集电板9、10的外周边伸出的方式，进行相同的试验，容量维持率为大约50％，电阻变化率为大约0.7。
此外，在本实施方式中，设置在集电体1上的密封材料8a～8e除了以层叠的状态构成密封部8而起到密封作用以外，还作为防止集电板9和集电板10的接触的绝缘部起作用。但是，密封材料8a～8e也可以仅起到密封作用，在其之外另外设置起绝缘作用的绝缘部。
根据以上内容，在本实施方式中，可以得到下述效果。
(1)由于密封部8在集电板9、10的外周边的外侧具有大于或等于集电板9、10的间隔的厚度的部位，所以即使在作用外力以使集电板9、10接近的方式变形的情况下，也可以防止集电板9和集电板10接触。另外，由于即使发生接触，通过将密封材料8a～8e向电池要素的内部压入，从而使集电板9、10的间隔变宽，增大电池要素7和集电板9、10的接触电阻，所以可以抑制此时流过的电流。因此，可以防止电池容量的恶化。
(2)由于将密封材料8a～8e层叠而成的密封部8，还作为防止集电板9、10接触的绝缘部起作用，所以除了密封材料8a～8e以外，不需要设置绝缘部，可以减少成本以及制作工时。
(第2实施方式)
图5是示意地表示第2实施方式的双极型电池的整体构造的概略剖面图。
与第1实施方式比较，双极型电极5的构造、电解质层4、层叠方法等是相同的，但集电板9、10的面积以及密封部8的构造不同。
在本实施方式中，集电板9、10的面积与电解质层4、正极2以及负极3相同。对于密封部8，层叠方向两端部的密封部8a、8e，以从集电板9、10的层叠方向端部沿层叠方向凸出的程度较厚。即，密封部8与电池要素7相比在层叠方向上较厚。
在图5所示的结构中，与第1实施方式的说明相同地，如果通过从与层叠方向相交叉的方向施加外力，使双极型电池整体以集电板9和集电板10接近的方式变形，则与此相伴，密封部8也以输入部为中心弯曲而变形。因此，在集电板9和集电板10之间，可靠地存在密封材料8a、8e。即，与第1实施方式相同地，可以防止集电板9和集电板10接触。
振动试验后的电池容量维持率以及电阻变化率，分别为大约80％，大约1.0。
根据以上内容，在本实施方式中，可以得到与第1实施方式相同的效果。
(第3实施方式)
图6是示意地表示第3实施方式的双极型电池的整体构造的概略剖面图。
与第1实施方式比较，双极型电极5的构造、电解质层4、层叠方法等是相同的，但密封部8的构造不同。
在本实施方式中，密封材料8a、8e成为随着远离电池要素7而层叠方向的厚度逐渐增加的“楔形”。因此，如果作用将密封部8向电池要素7的内部方向压入的方向的外力，则密封部8以使得集电板9和集电板10的间隔变宽的方式被压入，集电板9以及集电板10从电池要素7剥离。
其结果，不仅可以防止因集电板9和集电板10接触而导致的发热，而且使得集电板9、10与电池要素7以及密封部8电气分离，可以防止电流集中以及发热。
振动试验后的电池容量维持率以及电阻变化率，分别为大约90％，为大约1.0。
根据以上内容，在本实施方式中，除了与第1实施方式相同的效果以外，还可以得到下述效果。
由于密封部8成为所谓楔形，即，越远离集电板9、10的外周边，厚度越增大，所以如果作用外力，则楔形部分容易进入电池要素7和集电板9、10之间，易于将集电板9、10从电池要素7剥离。由此可以防止电流集中以及发热。
此外，本实用新型并不限定于上述实施方式，当然可以在权利要求书所记载的技术思想的范围内，进行各种变更。
Claims (3)
1.一种双极型二次电池，其特征在于，具有：
发电要素，其是将双极型电极隔着电解质层串联地层叠多片而成，其中，该双极型电极是在集电体的一个面上形成正极活性物质层，在另一个面上形成负极活性物质层而形成的；
2片集电板，其在所述发电要素的层叠方向两端部隔着所述发电要素而配置；以及
绝缘部，其是将绝缘部件层叠而成，该绝缘部件配置在所述集电体的形成有所述正极活性物质层或者所述负极活性物质层的部分的外周部，
所述绝缘部在所述集电板的外周边的外侧，具有成为大于或等于所述2片集电板的间隔的厚度的部位。
2.根据权利要求1所述的双极型二次电池，其中，
所述绝缘部的厚度为，越远离所述集电板的外周边而越增大。
3.根据权利要求1或2所述的双极型二次电池，其中，
所述绝缘部件是包围相邻的单电池层的周围而配置在所述集电体之间的密封部件，其中，该单电池层包含所述正极活性物质、所述电解质层、以及所述负极活性物质而构成。
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