層疊封裝扁平電池的製作方法
2023-07-16 06:11:31
專利名稱：層疊封裝扁平電池的製作方法
技術領域：
本發明涉及提高了熱焊接部分穩定性的層疊封裝扁平電池。具體而言，本發明涉及以在熱焊接部分的電極引出端中提供通孔的方式確保在熱焊接部分中電極引出端和疊層膜的穩定性，進一步涉及由這些電池形成的電池組件和裝配成的電池組。
背景技術：
近年來，由來自車輛的廢氣引起的空氣汙染已成為全球問題。在這種情況下，採用電能作為動力源的電動車輛和通過發動機和馬達的組合運行的混合汽車引起了人們的關注。因此，把具有高的能量密度和高的輸出密度的電池安裝在這些混合汽車上的研究開發具有產業上的重要位置。對於用於這些應用的電池結構，有這樣的一種結構，其中，將卷繞起來的電能產生元件裝在圓柱形殼體中。在另一種結構中，卷繞而成的電能產生元件或者將扁平電極和隔板堆疊而成的電能產生元件裝在扁平殼體中。
由於需要這些圓柱或扁平殼體具有增加的強度，因此必須將這些殼體形成為金屬殼。因此就存在著難以降低重量的問題。這樣，作為降低電池重量以及取得更高能量密度和更高輸出功率的手段，引用了在JP特開平11-224652(1999)中描述的原有技術。在此常規技術中，提出了利用疊層膜作為外殼的電池結構，疊層膜的外圍通過熱焊接進行密封，從而密封外殼。
在以上描述的利用疊層膜作為外殼的電池中，由於由外力或者電池的溫升引起的內壓的升高所造成的變形，因此有時會破壞它的密封性能。尤其當把電池安裝在電動車輛或混合汽車上時，有時電池溫度升高至大約60℃。在此情況下，在充/放電過程中大電流流過電極引出端，因此，電極引出端的溫度有時比電池溫度高大約30℃。因此，電極引出端的溫度有時達到了疊層膜中樹脂的軟化點(大約90℃)。在這種情形下，由於樹脂內部溫度的升高導致了電池的內部壓力的增加，在一些情況下損壞了在疊層膜和電極引出端中的樹脂彼此接觸的區域的密封性能。因此，在以上描述的採用疊層膜作為外殼的電池中，確保相當於金屬殼的密封性能或者更好成為了重要課題。因此，作為應對這些要求的技術，已經進行了嘗試，通過在相應於電極引出端的熱焊接部分的位置中提供由含鈦酸鹽結合劑的烯樹脂形成的塗覆層，增加了密封性能。在此情況下，烯樹脂還用作疊層膜的最外層(參考JP特開平2000-133218)。
發明內容
但在以上描述的發明中，雖然當電池用於可攜式攝像機、行動電話、可攜式計算機等時或者在電池製成後的最初時期保持了密封性能，但是在電池安裝在電動車輛或者混合汽車上的變化條件下存在著它的長期可靠性不能保持的可能性。
與此同時，雖然優選擴大電極引出端的面積以便控制其電阻，但是如果擴大了電極引出端的面積，在疊層膜和電極引出端之間的接合表面也會增大，造成了更難以保證密封的可靠性。
並且在以上描述的充電/放電過程中，有時電極引出端的溫度達到了塗覆樹脂的軟化點。此外，在某些情況下，由於在電極引出端和塗覆樹脂的熱膨脹性之間的差別，還由於電池的內壓，導致了在電極引出端和塗覆樹脂的接合表面上出現剝離和開裂，從而使密封性能降低。由於以上描述的密封性能的降低，存在著發生液體洩漏的可能性，其中電解液或其分解產物從電池中的電極引出端的末端洩漏出來並移向在電極引出端和塗覆樹脂之間的界面。此外，出現了加速損壞塗覆樹脂和外部材料的問題，其中，滲透出的電解液腐蝕電極引出端，造成電阻的增加，這導致在大電流充電/放電過程中電極引出端產生更多的熱量。
在此情況下，考慮到上述問題研製了本發明。本發明的目的是提供一種層疊封裝扁平電池，該電池利用由聚合物和金屬彼此結合而成的疊層膜作為電池外部材料，其中增加了電池密封性能的可靠性，確保了當採用大電流時的充電/放電性能。
本發明的第一方面提供一種層疊封裝扁平電池，包括由聚合物和金屬彼此結合而成的疊層膜；由多個電極板和隔板形成的並由疊層膜密封的發電元件；以及連接到電極板的電極引出端，其中通過在疊層膜的外圍上形成熱焊接部分的方式密封發電元件，電極引出端從熱焊接部分突出，在其接觸熱焊接部分的位置上提供通孔。
本發明的第二方面提供一種電池組件，包括至少兩個以串聯和/或並聯方式連接的層疊封裝扁平電池，層疊封裝扁平電池包括由聚合物和金屬彼此結合而成的疊層膜；由多個電極板和隔板形成的並由疊層膜密封的發電元件；以及連接到電極板的電極引出端，其中通過在疊層膜的外圍上形成熱焊接部分的方式密封發電元件，電極引出端從熱焊接部分突出，在其接觸熱焊接部分的位置上提供通孔。
本發明的第三方面提供一種裝配電池組，包括至少兩個以串聯和/或並聯方式連接的電池組件，該電池組件包括層疊封裝扁平電池，層疊封裝扁平電池包括由聚合物和金屬彼此結合而成的疊層膜；由多個電極板和隔板形成的並由疊層膜密封的發電元件；以及連接到電極板的電極引出端，其中通過在疊層膜的外圍上形成熱焊接部分的方式密封發電元件，電極引出端從熱焊接部分突出，在其接觸熱焊接部分的位置上提供通孔。
本發明的第四方面提供一種車輛，包括包括至少兩個以串聯和/或並聯方式連接的電池組件的裝配電池組，該電池組件具有層疊封裝扁平電池，層疊封裝扁平電池包括由聚合物和金屬彼此結合而成的疊層膜；由多個電極板和隔板形成的並由疊層膜密封的發電元件；以及連接到電極板的電極引出端，其中通過在疊層膜的外圍上形成熱焊接部分的方式密封發電元件，電極引出端從熱焊接部分突出，在其接觸熱焊接部分的位置上提供通孔。
本發明的第五方面提供一種用於製造層疊封裝扁平電池的方法，包括製備由聚合物和金屬彼此結合而成的疊層膜、由多個電極板和隔板形成的並通過在疊層膜的外圍上形成熱焊接部分的方式密封在疊層膜中的發電元件、以及連接到電極板並具有在與熱焊接部分的接觸部分中設置的通孔的電極引出端；向電極引出端的至少一個表面的接觸部分上附著粘接層；以及通過在疊層膜之間插入粘接層的同時熱焊接疊層膜並密封發電元件的方式形成熱焊接部分。
現在參考附圖描述本發明，其中圖1A是說明根據本發明的層疊封裝扁平電池的實施方式的透視圖；圖1B是沿著圖1A的線IB-IB取向的橫截面圖；圖2A和2B是說明根據本發明的層疊封裝扁平電池的另一實施方式的透視圖；圖3A是說明根據本發明的層疊封裝扁平電池的熱焊接部分的實施方式的放大橫截面圖；圖3B是說明根據本發明的層疊封裝扁平電池的電極引出端的實施方式的示意圖；圖3C是沿著圖3B的線IIIC-IIIC取向的橫截面圖；圖4A，4B和4C是說明根據本發明的層疊封裝扁平電池的電極引出端的另一實施方式的示意圖；圖5A是說明根據本發明的、其中設置有粘接層的層疊封裝扁平電池的電極引出端的實施方式的示意圖；圖5B是說明根據本發明的、其中設置有粘接層的層疊封裝扁平電池的熱焊接部分的放大橫截面圖；圖6是說明根據本發明的層疊封裝扁平電池的熱焊接部分的另一實施例的放大橫截面圖；圖7A是說明根據本發明的電池組件的實施方式的前視圖；
圖7B是說明根據本發明的電池組件的實施方式的橫截面圖；圖7C是說明根據本發明的電池組件的實施方式的平面圖；圖8是說明根據本發明的裝配電池組的實施方式的透視圖；圖9是說明其上安裝了本發明的電池組件的車輛的示意圖；圖10是說明溫度升高測試的結果的曲線圖。
具體實施例方式
下面參考附圖描述本發明的實施方式。
如圖1A和1B所示，根據本發明的電池10以這種方式構成以熱焊接兩個疊層膜50和51的方式密封發電元件。發電元件是由正極板20(電極板)、間隔件30和負極板40(電極板)堆疊而成。疊層膜50和51是通過以豎直方向將聚合物和金屬彼此結合的方式形成的。電池10以這樣的方式構成正引出端22(電極引出端)和負引出端42(電極引出端)分別從正引出端的熱焊接部分23和負引出端的熱焊接部分43向外突出。正引出端22通過正極集流體21連接到正極板20，負引出端42通過負極集流體41連接到負極板40。在正負引出端22和42的熱焊接部分23和43中設置通孔24和44。應注意，用於疊層膜熱焊接的方法不限於圖1所示的、其中電池的外圍部分由兩片疊層膜熱焊接的一種情況。例如，如圖2A所示，可以採用這樣的結構其中採用袋形疊層膜以在其中容納發電元件，僅熱焊接它的兩個開口端，正、負引出端22和42分別從這裡突出。此外，如圖2B所示，取出正、負引出端22和42的位置可僅限於一個。
同時，優選本發明的電池以如圖1A至2B所示的扁平形狀構成。這是因為如果在安裝在車輛或混合汽車上的高能量密度和高輸出密度的電池中採用圓形電池結構，就很難確保取出電極引出端的區域的密封性能的長期可靠性。
對於本發明的電極，採用能夠吸收和釋放鋰離子的正負電極。隔板和其中注入的電解液、固體電解質或凝膠電解質或者選擇性地的充當隔板的固體電解質或凝膠電解質用於發電元件。對於正負電極、隔板、電解液等，可採用公眾所知的那些。例如，雖然對於正極希望採用含有LiCoO2、LiMn2O4或LiNiO2作為主要材料的正極活性材料，對於負極希望採用含有石墨或硬質碳即無定形碳作為主要材料的負極活性材料，但是正、負極活性材料沒有特別限制。應注意，正極定義為包括正極集流體和連接到集流體的端部上的正引出端的部分。正極板定義為包括在正極集流體中的正極活性材料的反應部分。同樣，負極定義為包括負極集流體和連接到集流體的端部上的負引出端的部分。負極板定義為包括在負極集流體中的負極活性材料的反應部分。
此外，對作為本發明的發電元件的主要元件之一的隔板沒有特別地限制，可以採用公眾所知的那些。應注意，對於本發明的隔板，它的名稱不限制它的選擇，隔板可以由充當隔板功能的固體電解質或凝膠電解質代替。原因如下。具體而言，固體電解質電池和凝膠電解質電池包括按如下方式構成的一種發電元件裝入由疊層膜形成的外部材料中並通過對外部材料周圍熱焊接的方式包封。在此情況下，發電元件通過在正極板的正極活性材料層和負極板的負極活性材料層之間設置固體電解質或凝膠電解質的方式形成。此外，發電元件以與前面相同的方式包含上述電解液或電解質。
在本發明中，通過堆疊正極板、隔板和負極板形成的發電元件以與常規發電元件類似的方式構成。例如，各正極板通過以下方式形成在正極集流體的反應部分的兩個表面上塗覆並烘乾上述正極活性材料。各負極板通過以下方式形成在負極集流體的反應部分的兩個表面上塗覆並烘乾上述負極活性材料。各隔板由聚合物電解質板形成。具有正極活性材料的正極集流體和具有負極活性材料的負極集流體通過超聲波焊接或其他類似方式分別連接到正引出端和負引出端。這種連接還可以通過電阻焊接的方式進行。但本發明的發電元件的結構不限於此。
此外，在由聚合物和金屬彼此結合而成的疊層膜用作外部材料的同時，對疊層膜沒有特別的限制。可採用通過在聚合物膜之間設置金屬膜並層疊將被一體化的全部材料的方式形成公眾所知的膜。如圖3A所示，作為疊層膜，設置由聚合物膜形成的外部保護層50a(疊層膜的最外層，耐熱絕緣膜50a)、金屬膜層50b、以及由絕緣聚合物膜形成的熱焊接層50c(疊層膜的最內層，熱焊接膜50c)。具體而言，疊層膜是以這樣的方式構成的一種耐熱絕緣膜50a以聚合物膜的形式形成在金屬膜層50b的兩個表面上，熱焊接膜50c層疊在耐熱絕緣膜50a的至少一個表面上。通過層疊將被一體化的全部材料的方式構成疊層膜。通過適當的方法熱焊接這種疊層膜，這樣一部分熱焊接膜50c焊接到正引出端22以形成熱焊接部分23。
鋁膜等可列為金屬膜的實施例。此外，聚乙烯對苯二酸酯膜(耐熱絕緣膜)、尼龍膜(耐熱絕緣膜)、聚乙烯膜(熱焊接膜)、聚丙烯膜(熱焊接膜)等可列為聚合物膜的例子。然而，本發明的外部材料不限於這些。由於採用能夠熱焊接的絕緣膜，因此疊層膜能夠利用如超聲波焊接等技術容易、安全地連接。應注意，為了讓電池的長期可靠性增加至最大，作為疊層膜的構成元件的金屬膜可直接地彼此連接。在此情況下，當電極引出端和金屬膜相互接觸時可能會發生短路的缺陷。因此，優選在金屬膜不接觸電極引出端的熱焊接部分中的位置上相互連接金屬膜。超聲波焊接可用於通過去除或破壞位於金屬膜之間的樹脂的方式相互連接金屬膜。
在採用具有塗覆表面的電極引出端的情況下，金屬例如鋁(Al)、不鏽鋼和含這些金屬的合金材料、以及金屬例如銅(Cu)和鐵(Fe)可用作將作為電極引出端的基礎材料的金屬。從控制整個電極引出端的電阻增加的觀點出發，採用Cu作為基礎材料是所希望的，但基礎材料不限於Cu。此外，雖然鎳最適合於表面塗覆層，但也可以採用如銀或金等金屬材料。表面塗覆層可以設置在正負極引線的任意一面或兩面。
在用於電極引出端的基礎材料的金屬材料中，金屬例如Al在與外部材料的聚合物材料的粘接方面是優異的，正如從這些金屬用於外部材料的聚合物-金屬複合疊層膜的金屬膜材料的事實理解的那樣。因此，可以說不一定要在電極引出端上提供表面塗覆層。另一方面，在用作基礎材料的金屬材料中例如Cu和Fe等金屬在與外部材料的聚合物材料的粘接方面比較差。因此，可以說更需要提供表面塗覆層。通常來說，金屬例如Al用作正引出端的基礎材料，金屬例如Cu和Fe用作負引出端的基礎材料。
本發明的特徵在於，在熱焊接部分中具有通孔的電極引出端用在如上所述的層疊封裝扁平電池中。雖然對於電極引出端的正負引出端的任一個可以說是相同的，但是將描述正引出端的熱焊接部分。
如圖3B所示，採用其中設置了通孔24的正引出端22。通孔的數量可以是任意設置的一個或多個。如果正引出端22以垂直方向夾在疊層膜50和51之間，接著加熱，那麼熱焊接膜50c成為熔融樹脂50c』。如果熔融樹脂50c』通過壓力固定到正引出端22上，那麼熔融樹脂50c』滲入到正引出端22的通孔24中。因此，如果在冷卻之後熔融樹脂50c』固化，那麼疊層膜的熱焊接膜50c就通過在垂直方向上的通孔24彼此連接，正引出端的熱焊接部分23的連接變得更牢固。特別是，在利用疊層膜作為外部材料的情況下，在疊層膜和電極引出端之間的粘接就變成了在樹脂和金屬之間的粘接，因此有些時候，在將電池用於汽車的情況下就不能確保足夠的密封性能。然而，根據本發明，以提供通孔的方式能夠很容易地增加密封性能，由於錨定作用而增加了正引出端的熱焊接部分的強度。此外，如果以上面描述的方式設置通孔，那麼就可以使夾在熱焊接部分中並露出到外部材料的外部的電極引出端的密封性能在長期可靠性方面得以很大程度的改善。因此，還可以確保對於長時間周期的良好密封性能。應注意，還能夠以相同方式確保負引出端的良好密封性能。
在本發明中，作為優選，在各電極引出端中設置的多個通孔以交錯方式設置在熱焊接部分。例如，將描述從正引出端的正極集流體側(發電元件側)向電池的外部設置兩行的情況，在每行中包括四個至五個通孔。如圖4A所示，從正極集流體側向電池外部設置通孔以便相互不重疊。因此，在提供三行通孔的情況下，相鄰的兩行通孔從正極集流體側向電池的外側設置以便相互不重疊，如圖4B所示。在此方式下，可以延長電解液由其洩漏的路徑P，因此可以防止電解液洩漏到電池的外部。
此外，通孔的形狀不限於正方形和矩形形狀，還可以是圓形和橢圓形狀，對於各行具有不同的形狀。例如，從正極集流體側向電池外部可以進行選擇設置，該設置包括由圓形通孔構成的第一行、由橢圓形通孔構成的第二行以及由矩形通孔構成的第三行。圖4C表示設置了兩行圓弧通孔的正引出端，其中通孔以交錯的方式排列。
在本發明中，優選通孔的總橫截面積的比例在電極引出端的橫截面積的20-50％的範圍內。如果層疊封裝扁平電池用於汽車同時流過大電流(大約100A)，電極引出端有時產生熱量。特別是，如果電極引出端的寬度是40mm或更寬，通孔的總橫截面積超過50％，那麼電極引出端的電阻增加，在充電/放電過程中產生的熱量進一步增加。如果在使用過程中電池的溫度超過70℃，那麼熱焊接膜有時軟化，因此不可能確保密封性能，儘管這取決於疊層膜的熱焊接膜的材料。優選在電池使用過程中電極引出端的溫升控制在30℃或更低。如果通孔的總橫截面積是50％或更低，溫升可以控制在上述範圍內。另一方面，如果總橫截面積低於20％，有時不能充分確保密封性能。參照沿線IIIC-IIIC切開的圖3B的正引出端的表面，進一步描述在本發明中通孔的橫截面積的比率。如圖3C所示，正引出端的厚度設為b，其寬度設為a，通孔的寬度設為a1、a2和a3。在此情況下，通孔的總橫截面積表示為(a1+a2+a3)×b，正引出端的橫截面積表示為a×b。因此，通孔的總橫截面積相對於電極引出端的橫截面積的比率可表示為((a1+a2+a3)/a)×100(％)。
在本發明中，可在至少一個電極引出端的表面上設置粘接層。因為金屬膜層包含在疊層膜中，所以在熱焊接過程中金屬部分接觸電極引出端，從而在某些情況下導致短路。通過在它們之間插入粘接層，可以防止這種短路缺陷。
圖5A和5B表示具有粘接層60的正引出端22。雖然粘接層60的寬度a』可以等於正引出端22的寬度，但優選寬度a』大於寬度a。這是為了有效防止包括在疊層膜中的正引出端和金屬膜層之間的短路缺陷。此外，粘接層的寬度h需要足夠長的長度以覆蓋通孔。為了增加密封性能，優選寬度h等於或大於正引出端的熱焊接部分23的寬度w。此外，粘接層可以設置在電極引出端的一個或兩個表面上。在此情況下採用的粘接層的尺寸對於各種情況可以不同。
對於如上所述的粘接層的樹脂，有聚乙烯、聚丙烯、改性聚丙烯、改性聚丙烯和耐熱交聯聚丙烯的兩層結構、改性聚丙烯、耐熱交聯聚丙烯和改性聚丙烯的三層結構等。作為優選，至少在與疊層膜的熱焊接膜的接觸表面上採用聚乙烯、聚丙烯和改性聚丙烯中任一種。這是由於粘接層在與熱焊接膜的熱焊接特性方面是優異的，因為用在本發明中的疊層膜的熱焊接膜是聚乙烯膜、聚丙烯膜等。特別是對於聚丙烯的特性，硬度高，熱變性溫度高，應力裂紋小，對重複彎曲應力的耐受性高。因此，作為優選，粘接層特別是單層聚丙烯或改性聚丙烯、或者在表面層上具有這樣的單層的疊層。如果利用由此構成的粘接層進行熱焊接，那麼粘接層還插入到通孔24的內部中，如圖5B所示，由此提高了密封性能，同時可防止短路缺陷。在正引出端的兩個表面上提供粘接層的情況由圖5B中的例子說明。然而，即使粘接層設置在正引出端的一個表面上，也可以有效增加密封性能，這是優選的。
對於本發明的層疊封裝扁平電池的尺寸沒有限制。然而，從電極引出端的熱焊接部分的強度方面考慮，優選電極引出端的厚度為300μm或更薄。
在製造具有粘接層的層疊封裝扁平電池的情況下，除了採用具有在對應於熱焊接層的部分中的通孔的正負引出端之外，以與前面相同的方式製造電池，其中粘接層至少粘接到一側表面上。至於在正和/或負引出端上設置的通孔的尺寸和布置、通孔的橫截面積相對於電極引出端的橫截面積的比率、電極引出端的尺寸、進行熱焊接的區域等類似條件，可以採用與其中不設置粘接層的層疊封裝扁平電池類似的條件。本發明的特徵在於，在不改變常規製造工藝的條件下可以將密封性能增加至高於常規電池，由於採用添加有粘接層的電極引出端的錨定作用，因此可以提高電極引出端的熱焊接部分的強度。
可根據粘接層的類型適當選擇熱焊接溫度。通常來說，熱焊接溫度在210-230 ℃的範圍內，更優選在215-225 ℃的範圍內。另外，熱焊接時間是7至10秒，更優選在8至9秒。
在本發明中，疊層膜的端部可折回到外部並熱焊接到各電極引出端。這是因為可以防止含在疊層膜中的金屬膜和電極引出端接觸，可以防止短路缺陷。如圖6所示，粘接層60僅設置在正引出端22的一個表面上，兩個疊層膜的端部向外彎折並熱焊接，這樣含在疊層膜中的金屬膜50b不接觸正引出端22。該端部以可確保密封性能的方式彎折，由於錨定作用增加了電極引出端的強度，防止了在疊層膜和電極引出端之間的短路。作為優選，粘接層61還設置在彎曲部分以便保持這種彎曲狀態。在某些情況下，疊層膜的最外層具有耐熱絕緣特性，但不具有熱焊接特性。在利用如上所述的疊層膜的情況下，粘接層61的插入保持長時期的彎折狀態。
在本發明中，可通過以串聯和/或並聯的方式將至少兩個上述的層疊封裝扁平電池連接起來，從而構成電池組件。本發明的電池組件如圖7A，7B和7C所示。如圖7B和7C所示，電池組件100可按以下方式構成以並聯方式連接四塊上述的扁平電池10，四塊並聯連接的電池10構成一組，六組扁平電池10串聯連接，將各組扁平電池10裝入由金屬製成的電池組件殼體110中。利用引出線122和132分別把在電池組件殼體110的蓋上設置的正負端子120和130和扁平電池10的電極引出端121和131彼此連接起來。此外，在以並聯方式連接四塊扁平電池10的情況下，如果各扁平電池10的電極引出端121利用合適的導電連接構件例如圖7B中所示的間隔件140進行電連接，則是令人滿意的。同樣，在另外以串聯方式連接的情況下，六組扁平電池10，每組具有四個並聯連接的扁平電池10，如果每個扁平電池10的電極引出端121和131利用合適的連接構件例如圖7B中所示的匯流條150依次電連接，則是令人滿意的。然而，本發明的電池組件不限於此處描述的一種，當適合時可以採用公眾所知的那些。此外，根據要求可在電池組件上設置各種測量和控制裝置。例如，為了監測電池的電壓，可以在電池組件殼體110的蓋子上設置用於測量電壓的連接器。
同時，在本發明中，還優選以串聯方式電連接四塊扁平電池10。考慮四塊扁平電池10以串聯方式連接的這種情況。雖然根據單個電池的工作電壓、總電壓可以不同，但如果單個電池的工作電壓是3.5V，總電壓將是14V，這種14V的能量可應用於12V電流源。如果12塊單電池以串聯方式連接，那麼總電壓將是42V，這可以應用於將來的傳輸電壓。如果96塊單電池串聯連接，那麼總電壓可應用於電動車輛或混合電動車輛的電流源。特別是，42V的電壓是用於在實際應用中啟動馬達的閥、電閘等的有效電壓。如上所述，單電池的數量以4的倍數設置，因此可以根據其應用目的獲得電池組件。
接下來，以串聯和/或並聯的方式連接至少兩個上述電池組件，由此構成裝配電池組。因此，在無需製造新電池組件以應付此情況的條件下，對於根據目的變化的電池容量和輸出，可以滿足相對低成本的需要。為了通過並聯連接如上所述的六組電池組件100而構成如圖8所示的裝配電池組200，在各電池組件殼體110的蓋子上設置的電池組件100的正負端子120和130分別利用具有外部正負端子210和220的正負電極電連接板230和240相互電連接。此外，在電池組件殼體110的兩個表面和連接板250上設置的各螺釘孔(未示出)由螺釘260固定在一起，由此電池組件100連接在一起。此外，分別由正負極絕緣蓋270和280保護電池組件100的正負端子120和130。藉助利用適當顏色例如紅和藍的顏色編碼，使絕緣蓋彼此區別出來。
此外，即使當電池組件和/或裝配電池安裝在電動車輛或混合汽車上，也可以長時間確保它的良好密封性能，可以增加它的壽命。對於這種應用的裝配電池組的安裝位置，例如，如圖9所示，裝配電池組200安裝在電動車輛或混合汽車300的中間座位的下面。這是方便的，因為車輛的內部空間和行李間(trunk room)可以設計得更寬敞一些。但本發明不限於上面的描述，裝配電池組200也可以安裝在後行李間的下面，或者作為選擇，如果對於電動車輛不安裝發動機，那麼可以安裝在車輛前面安裝發動機的區域中。應注意，在本發明中，根據其目的，不僅可以安裝裝配電池組200，而且還可以安裝電池組件100，或者也可以組合安裝電池組件和裝配電池組。此外，雖然對於可在其上安裝本發明的電池組件和/或裝配電池組的車輛而言，上述的電動車輛和混合汽車是優選的，但是車輛並不限於這些。
以下根據具體實施例描述本發明。
實施例1利用疊層膜製造圖1A所示的層疊封裝扁平電池，在各疊層膜中熱焊接膜是聚丙烯，金屬膜是鋁。
對於電極而言，採用利用LiMn2O4作正極活性材料的正極和利用無定形碳作負極活性材料的負極。對於正引出端，採用150μm厚的Al板。對於負引出端，採用150μm厚的Ni板。各正負引出端45mm寬、40mm長。在各電極引出端中，以7.5mm的間隔在一行中設置三個通孔，各通孔具有5mm×3mm的尺寸。通孔的橫截面積相對於各電極引出端的橫截面積的比率是33％。
通過將通孔陣列取作中心的熱焊接，將由改性聚丙烯形成的粘接層附著在各電極引出端的兩個表面上，各粘接層具有10mm×48mm×0.1mm的面積。
隨後，這些粘接層和電極引出端以垂直方向夾在疊層膜之間，通過熱焊接將它的外圍部分連接在一起，整體被密封，從而把發電元件裝在其中。由此製成扁平電池。這種扁平電池的容量大約為2Ah。在230℃的溫度下進行7秒的熱焊接工藝。
實施例2對於在各電極引出端中設置的通孔而言，以大約6mm的間隔在各行中設置四個或五個通孔，各通孔具有4mm×1mm的尺寸。在各電極引出端中設置兩排所述行。除了上述不同之外以與實施例1類似的方式製造層疊封裝扁平電池。通孔的橫截面積相對於各電極引出端的橫截面積的比率是44％。
實施例3300μm厚的Al板用作正引出端，300μm厚的Ni板用作負引出端。除了上述不同之外以與實施例1類似的方式製造層疊封裝扁平電池。
實施例4600μm厚的Al板用作正引出端，600μm厚的Ni板用作負引出端。除了上述不同之外以與實施例1類似的方式製造層疊封裝扁平電池。
實施例5以9mm的間隔在一行上排列三個通孔，每個通孔4mm長、2mm寬。除了上述不同之外以與實施例4類似的方式製造層疊封裝扁平電池。在此電池中，通孔的橫截面積相對於各電極引出端的橫截面積的比率大約是26％。
實施例6以9.3mm的間隔在一行上排列四個通孔，每個通孔2mm長、2mm寬。除了上述不同之外以與實施例4類似的方式製造層疊封裝扁平電池。在此電池中，通孔的橫截面積相對於各電極引出端的橫截面積的比率大約是18％。
對比例1在各電極引出端中不設置通孔。除了上述不同之外以與實施例4類似的方式製造電池。
升溫測試利用在實施例1和2中製造的層疊封裝扁平電池，以50A重複進行充電/放電，將5秒的打開和25秒的暫停設定為一個循環。測量在此情況下電極端子引線的升高溫度，其結果示於圖10中。
如圖10所示，在通孔的橫截面積的比率是33％的實施例1的情況下的升高溫度低於在橫截面積的比率是44％的實施例2的情況下的升高溫度。
時效測試和剝離強度測試對於各實施例1-6和對比例1，採用五塊層疊封裝扁平電池。這些電池在40℃的氣氛下放置60天。此後，檢測在各電池中是否發生液體洩漏。此外，對於放置了60天的這些電池，電極引出端的熱焊接部分切成20mm寬。通過剝離強度測試測量熱焊接部分的剝離強度。其中剝離強度比率(在離開(leaving)後的剝離強度/最初剝離強度)為0.5或更高的情況被認為是可接受的。
表1
根據表1，因為通孔設置在實施例1至6的電極引出端中，增加了密封性能，消除了液體洩漏的發生。此外，由於通孔還增加了剝離強度，增加了電池的可靠性。
申請日為2002年9月3日的日本專利申請P2002-257867的全部內容在此引作參考。
雖然參考本發明的特定實施例描述了本發明，但本發明不限於上述實施例，鑑於此技術，本領域的普通技術人員可以進行變化和修改。參考權利要求限定本發明的範圍。
權利要求
1.一種層疊封裝扁平電池，包括由聚合物和金屬彼此結合而成的疊層膜；由多個電極板和隔板形成的並由疊層膜密封的發電元件；以及連接到電極板的電極引出端，其中通過在疊層膜的外圍上形成熱焊接部分的方式密封發電元件，並且電極引出端從熱焊接部分突出，在其接觸熱焊接部分的位置上提供通孔。
2.根據權利要求1的層疊封裝扁平電池，其中從發電元件側向電池外部在電極引出端中設置多個通孔，以便彼此不重疊。
3.根據權利要求1的層疊封裝扁平電池，其中通孔的橫截面積相對於電極引出端的橫截面積的比率在20-50％的範圍內。
4.根據權利要求1的層疊封裝扁平電池，其中粘接層設置在電極引出端的至少一個表面上。
5.根據權利要求1的層疊封裝扁平電池，其中連接到電極引出端的疊層膜的端部朝著電池外部摺疊回來。
6.一種電池組件，包括至少兩個以串聯和/或並聯方式連接的層疊封裝扁平電池，層疊封裝扁平電池包括由聚合物和金屬彼此結合而成的疊層膜；由多個電極板和隔板形成的並由疊層膜密封的發電元件；以及連接到電極板的電極引出端，其中通過在疊層膜的外圍上形成熱焊接部分的方式密封發電元件，並且電極引出端從熱焊接部分突出，在其接觸熱焊接部分的位置上提供通孔。
7.一種裝配電池組，包括至少兩個以串聯和/或並聯方式連接的電池組件，該電池組件包括層疊封裝扁平電池，層疊封裝扁平電池包括由聚合物和金屬彼此結合而成的疊層膜；由多個電極板和隔板形成的並由疊層膜密封的發電元件；以及連接到電極板的電極引出端，其中通過在疊層膜的外圍上形成熱焊接部分的方式密封發電元件，並且電極引出端從熱焊接部分突出，在其接觸熱焊接部分的位置上提供通孔。
8.一種車輛，包括包括至少兩個以串聯和/或並聯方式連接的電池組件的裝配電池組，該電池組件具有層疊封裝扁平電池，層疊封裝扁平電池，包括由聚合物和金屬彼此結合而成的疊層膜；由多個電極板和隔板形成的並由疊層膜密封的發電元件；以及連接到電極板的電極引出端，其中通過在疊層膜的外圍上形成熱焊接部分的方式密封發電元件，並且電極引出端從熱焊接部分突出，在其接觸熱焊接部分的位置上提供通孔。
9.一種用於製造層疊封裝扁平電池的方法，包括製備由聚合物和金屬彼此結合而成的疊層膜；由多個電極板和隔板形成的並通過在疊層膜的外圍上形成熱焊接部分的方式密封在疊層膜中的發電元件；以及連接到電極板並具有在與熱焊接部分的接觸部分中設置的通孔的電極引出端；向電極引出端的至少一個表面的接觸部分上附著粘接層；以及通過在疊層膜之間插入粘接層的同時熱焊接疊層膜並密封發電元件的方式形成熱焊接部分。
全文摘要
一種層疊封裝扁平電池，包括由聚合物和金屬彼此結合而成的疊層膜；由多個電極板和隔板形成的並由疊層膜密封的發電元件；以及連接到電極板的電極引出端。在本發明的層疊封裝扁平電池中，通過在疊層膜的外圍上形成熱焊接部分的方式密封發電元件，並且電極引出端從熱焊接部分突出，在其接觸熱焊接部分的位置上提供通孔。
文檔編號H01M10/00GK1495934SQ0315577
公開日2004年5月12日 申請日期2003年9月2日 優先權日2002年9月3日
發明者嵨村修, 安部孝昭, 伊藤孝憲, 齋藤崇實, 堀江英明, 菅原浩, 實, 憲, 明, 昭, 村修 申請人:日產自動車株式會社