專利名稱：層疊封裝扁平電池的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及提高了熱焊接部分穩(wěn)定性的層疊封裝扁平電池。具體而言，本發(fā)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(wěn)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(shù)：
近年來，由來自車輛的廢氣引起的空氣污染已成為全球問題。在這種情況下，采用電能作為動力源的電動車輛和通過發(fā)動機和馬達(dá)的組合運行的混合汽車引起了人們的關(guān)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(fā)具有產(chǎn)業(yè)上的重要位置。對于用于這些應(yīng)用的電池結(jié)構(gòu)，有這樣的一種結(jié)構(gòu)，其中，將卷繞起來的電能產(chǎn)生元件裝在圓柱形殼體中。在另一種結(jié)構(gòu)中，卷繞而成的電能產(chǎn)生元件或者將扁平電極和隔板堆疊而成的電能產(chǎn)生元件裝在扁平殼體中。
由于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(shù)。在此常規(guī)技術(shù)中，提出了利用疊層膜作為外殼的電池結(jié)構(gòu)，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，由于由外力或者電池的溫升引起的內(nèi)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(dāng)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(dá)到了疊層膜中樹脂的軟化點(大約90℃)。在這種情形下，由于樹脂內(nèi)部溫度的升高導(dǎo)致了電池的內(nèi)部壓力的增加，在一些情況下?lián)p壞了在疊層膜和電極引出端中的樹脂彼此接觸的區(qū)域的密封性能。因此，在以上描述的采用疊層膜作為外殼的電池中，確保相當(dāng)于金屬殼的密封性能或者更好成為了重要課題。因此，作為應(yīng)對這些要求的技術(shù)，已經(jīng)進行了嘗試，通過在相應(yīng)于電極引出端的熱焊接部分的位置中提供由含鈦酸鹽結(jié)合劑的烯樹脂形成的涂覆層，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(fā)明內(nèi)容
但在以上描述的發(fā)明中，雖然當(dāng)電池用于可攜式攝像機、移動電話、便攜式計算機等時或者在電池制成后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(yōu)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。
并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(dá)到了涂覆樹脂的軟化點。此外，在某些情況下，由于在電極引出端和涂覆樹脂的熱膨脹性之間的差別，還由于電池的內(nèi)壓，導(dǎo)致了在電極引出端和涂覆樹脂的接合表面上出現(xiàn)剝離和開裂，從而使密封性能降低。由于以上描述的密封性能的降低，存在著發(fā)生液體泄漏的可能性，其中電解液或其分解產(chǎn)物從電池中的電極引出端的末端泄漏出來并移向在電極引出端和涂覆樹脂之間的界面。此外，出現(xiàn)了加速損壞涂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(dǎo)致在大電流充電/放電過程中電極引出端產(chǎn)生更多的熱量。
在此情況下，考慮到上述問題研制了本發(fā)明。本發(fā)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(jié)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(dāng)采用大電流時的充電/放電性能。
本發(fā)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(jié)合而成的疊層膜；由多個電極板和隔板形成的并由疊層膜密封的發(fā)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(fā)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(fā)明的第二方面提供一種電池組件，包括至少兩個以串聯(lián)和/或并聯(lián)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(jié)合而成的疊層膜；由多個電極板和隔板形成的并由疊層膜密封的發(fā)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(fā)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(fā)明的第三方面提供一種裝配電池組，包括至少兩個以串聯(lián)和/或并聯(lián)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(jié)合而成的疊層膜；由多個電極板和隔板形成的并由疊層膜密封的發(fā)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(fā)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(fā)明的第四方面提供一種車輛，包括包括至少兩個以串聯(lián)和/或并聯(lián)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(jié)合而成的疊層膜；由多個電極板和隔板形成的并由疊層膜密封的發(fā)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(fā)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(fā)明的第五方面提供一種用于制造層疊封裝扁平電池的方法，包括制備由聚合物和金屬彼此結(jié)合而成的疊層膜、由多個電極板和隔板形成的并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(fā)電元件、以及連接到電極板并具有在與熱焊接部分的接觸部分中設(shè)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并密封發(fā)電元件的方式形成熱焊接部分。


現(xiàn)在參考附圖描述本發(fā)明，其中圖1A是說明根據(jù)本發(fā)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(jù)本發(fā)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(jù)本發(fā)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(jù)本發(fā)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(jù)本發(fā)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(jù)本發(fā)明的、其中設(shè)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(jù)本發(fā)明的、其中設(shè)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(jù)本發(fā)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(jù)本發(fā)明的電池組件的實施方式的前視圖；
圖7B是說明根據(jù)本發(fā)明的電池組件的實施方式的橫截面圖；圖7C是說明根據(jù)本發(fā)明的電池組件的實施方式的平面圖；圖8是說明根據(jù)本發(fā)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(fā)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(jié)果的曲線圖。
具體實施例方式
下面參考附圖描述本發(fā)明的實施方式。
如圖1A和1B所示，根據(jù)本發(fā)明的電池10以這種方式構(gòu)成以熱焊接兩個疊層膜50和51的方式密封發(fā)電元件。發(fā)電元件是由正極板20(電極板)、間隔件30和負(fù)極板40(電極板)堆疊而成。疊層膜50和51是通過以豎直方向?qū)⒕酆衔锖徒饘俦舜私Y(jié)合的方式形成的。電池10以這樣的方式構(gòu)成正引出端22(電極引出端)和負(fù)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(fù)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(fù)引出端42通過負(fù)極集流體41連接到負(fù)極板40。在正負(fù)引出端22和42的熱焊接部分23和43中設(shè)置通孔24和44。應(yīng)注意，用于疊層膜熱焊接的方法不限于圖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，可以采用這樣的結(jié)構(gòu)其中采用袋形疊層膜以在其中容納發(fā)電元件，僅熱焊接它的兩個開口端，正、負(fù)引出端22和42分別從這里突出。此外，如圖2B所示，取出正、負(fù)引出端22和42的位置可僅限于一個。
同時，優(yōu)選本發(fā)明的電池以如圖1A至2B所示的扁平形狀構(gòu)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采用圓形電池結(jié)構(gòu)，就很難確保取出電極引出端的區(qū)域的密封性能的長期可靠性。
對于本發(fā)明的電極，采用能夠吸收和釋放鋰離子的正負(fù)電極。隔板和其中注入的電解液、固體電解質(zhì)或凝膠電解質(zhì)或者選擇性地的充當(dāng)隔板的固體電解質(zhì)或凝膠電解質(zhì)用于發(fā)電元件。對于正負(fù)電極、隔板、電解液等，可采用公眾所知的那些。例如，雖然對于正極希望采用含有LiCoO2、LiMn2O4或LiNiO2作為主要材料的正極活性材料，對于負(fù)極希望采用含有石墨或硬質(zhì)碳即無定形碳作為主要材料的負(fù)極活性材料，但是正、負(fù)極活性材料沒有特別限制。應(yīng)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(yīng)部分。同樣，負(fù)極定義為包括負(fù)極集流體和連接到集流體的端部上的負(fù)引出端的部分。負(fù)極板定義為包括在負(fù)極集流體中的負(fù)極活性材料的反應(yīng)部分。
此外，對作為本發(fā)明的發(fā)電元件的主要元件之一的隔板沒有特別地限制，可以采用公眾所知的那些。應(yīng)注意，對于本發(fā)明的隔板，它的名稱不限制它的選擇，隔板可以由充當(dāng)隔板功能的固體電解質(zhì)或凝膠電解質(zhì)代替。原因如下。具體而言，固體電解質(zhì)電池和凝膠電解質(zhì)電池包括按如下方式構(gòu)成的一種發(fā)電元件裝入由疊層膜形成的外部材料中并通過對外部材料周圍熱焊接的方式包封。在此情況下，發(fā)電元件通過在正極板的正極活性材料層和負(fù)極板的負(fù)極活性材料層之間設(shè)置固體電解質(zhì)或凝膠電解質(zhì)的方式形成。此外，發(fā)電元件以與前面相同的方式包含上述電解液或電解質(zhì)。
在本發(fā)明中，通過堆疊正極板、隔板和負(fù)極板形成的發(fā)電元件以與常規(guī)發(fā)電元件類似的方式構(gòu)成。例如，各正極板通過以下方式形成在正極集流體的反應(yīng)部分的兩個表面上涂覆并烘干上述正極活性材料。各負(fù)極板通過以下方式形成在負(fù)極集流體的反應(yīng)部分的兩個表面上涂覆并烘干上述負(fù)極活性材料。各隔板由聚合物電解質(zhì)板形成。具有正極活性材料的正極集流體和具有負(fù)極活性材料的負(fù)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(fù)引出端。這種連接還可以通過電阻焊接的方式進行。但本發(fā)明的發(fā)電元件的結(jié)構(gòu)不限于此。
此外，在由聚合物和金屬彼此結(jié)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?？刹捎猛ㄟ^在聚合物膜之間設(shè)置金屬膜并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(shè)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(nèi)層，熱焊接膜50c)。具體而言，疊層膜是以這樣的方式構(gòu)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(gòu)成疊層膜。通過適當(dāng)?shù)姆椒岷附舆@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(fā)明的外部材料不限于這些。由于采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(shù)容易、安全地連接。應(yīng)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(gòu)成元件的金屬膜可直接地彼此連接。在此情況下，當(dāng)電極引出端和金屬膜相互接觸時可能會發(fā)生短路的缺陷。因此，優(yōu)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。超聲波焊接可用于通過去除或破壞位于金屬膜之間的樹脂的方式相互連接金屬膜。
在采用具有涂覆表面的電極引出端的情況下，金屬例如鋁(Al)、不銹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(chǔ)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(fā)，采用Cu作為基礎(chǔ)材料是所希望的，但基礎(chǔ)材料不限于Cu。此外，雖然鎳最適合于表面涂覆層，但也可以采用如銀或金等金屬材料。表面涂覆層可以設(shè)置在正負(fù)極引線的任意一面或兩面。
在用于電極引出端的基礎(chǔ)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(yōu)異的，正如從這些金屬用于外部材料的聚合物-金屬復(fù)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涂覆層。另一方面，在用作基礎(chǔ)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涂覆層。通常來說，金屬例如Al用作正引出端的基礎(chǔ)材料，金屬例如Cu和Fe用作負(fù)引出端的基礎(chǔ)材料。
本發(fā)明的特征在于，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。雖然對于電極引出端的正負(fù)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，采用其中設(shè)置了通孔24的正引出端22。通孔的數(shù)量可以是任意設(shè)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，那么熱焊接膜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，那么熔融樹脂50c’滲入到正引出端22的通孔24中。因此，如果在冷卻之后熔融樹脂50c’固化，那么疊層膜的熱焊接膜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，在將電池用于汽車的情況下就不能確保足夠的密封性能。然而，根據(jù)本發(fā)明，以提供通孔的方式能夠很容易地增加密封性能，由于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(shè)置通孔，那么就可以使夾在熱焊接部分中并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，還可以確保對于長時間周期的良好密封性能。應(yīng)注意，還能夠以相同方式確保負(fù)引出端的良好密封性能。
在本發(fā)明中，作為優(yōu)選，在各電極引出端中設(shè)置的多個通孔以交錯方式設(shè)置在熱焊接部分。例如，將描述從正引出端的正極集流體側(cè)(發(fā)電元件側(cè))向電池的外部設(shè)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(cè)向電池外部設(shè)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(cè)向電池的外側(cè)設(shè)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泄漏的路徑P，因此可以防止電解液泄漏到電池的外部。
此外，通孔的形狀不限于正方形和矩形形狀，還可以是圓形和橢圓形狀，對于各行具有不同的形狀。例如，從正極集流體側(cè)向電池外部可以進行選擇設(shè)置，該設(shè)置包括由圓形通孔構(gòu)成的第一行、由橢圓形通孔構(gòu)成的第二行以及由矩形通孔構(gòu)成的第三行。圖4C表示設(shè)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(fā)明中，優(yōu)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％的范圍內(nèi)。如果層疊封裝扁平電池用于汽車同時流過大電流(大約100A)，電極引出端有時產(chǎn)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％，那么電極引出端的電阻增加，在充電/放電過程中產(chǎn)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℃，那么熱焊接膜有時軟化，因此不可能確保密封性能，盡管這取決于疊層膜的熱焊接膜的材料。優(yōu)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范圍內(nèi)。另一方面，如果總橫截面積低于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(fā)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(shè)為b，其寬度設(shè)為a，通孔的寬度設(shè)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于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(fā)明中，可在至少一個電極引出端的表面上設(shè)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(dǎo)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’可以等于正引出端22的寬度，但優(yōu)選寬度a’大于寬度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(yōu)選寬度h等于或大于正引出端的熱焊接部分23的寬度w。此外，粘接層可以設(shè)置在電極引出端的一個或兩個表面上。在此情況下采用的粘接層的尺寸對于各種情況可以不同。
對于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(lián)聚丙烯的兩層結(jié)構(gòu)、改性聚丙烯、耐熱交聯(lián)聚丙烯和改性聚丙烯的三層結(jié)構(gòu)等。作為優(yōu)選，至少在與疊層膜的熱焊接膜的接觸表面上采用聚乙烯、聚丙烯和改性聚丙烯中任一種。這是由于粘接層在與熱焊接膜的熱焊接特性方面是優(yōu)異的，因為用在本發(fā)明中的疊層膜的熱焊接膜是聚乙烯膜、聚丙烯膜等。特別是對于聚丙烯的特性，硬度高，熱變性溫度高，應(yīng)力裂紋小，對重復(fù)彎曲應(yīng)力的耐受性高。因此，作為優(yōu)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(gòu)成的粘接層進行熱焊接，那么粘接層還插入到通孔24的內(nèi)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(shè)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(yōu)選的。
對于本發(fā)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(yōu)選電極引出端的厚度為300μm或更薄。
在制造具有粘接層的層疊封裝扁平電池的情況下，除了采用具有在對應(yīng)于熱焊接層的部分中的通孔的正負(fù)引出端之外，以與前面相同的方式制造電池，其中粘接層至少粘接到一側(cè)表面上。至于在正和/或負(fù)引出端上設(shè)置的通孔的尺寸和布置、通孔的橫截面積相對于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(qū)域等類似條件，可以采用與其中不設(shè)置粘接層的層疊封裝扁平電池類似的條件。本發(fā)明的特征在于，在不改變常規(guī)制造工藝的條件下可以將密封性能增加至高于常規(guī)電池，由于采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(jù)粘接層的類型適當(dāng)選擇熱焊接溫度。通常來說，熱焊接溫度在210-230 ℃的范圍內(nèi)，更優(yōu)選在215-225 ℃的范圍內(nèi)。另外，熱焊接時間是7至10秒，更優(yōu)選在8至9秒。
在本發(fā)明中，疊層膜的端部可折回到外部并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(shè)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并熱焊接，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，由于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(yōu)選，粘接層61還設(shè)置在彎曲部分以便保持這種彎曲狀態(tài)。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(tài)。
在本發(fā)明中，可通過以串聯(lián)和/或并聯(lián)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(gòu)成電池組件。本發(fā)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(gòu)成以并聯(lián)方式連接四塊上述的扁平電池10，四塊并聯(lián)連接的電池10構(gòu)成一組，六組扁平電池10串聯(lián)連接，將各組扁平電池10裝入由金屬制成的電池組件殼體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(shè)置的正負(fù)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，在以并聯(lián)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(dǎo)電連接構(gòu)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(lián)方式連接的情況下，六組扁平電池10，每組具有四個并聯(lián)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(gòu)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(fā)明的電池組件不限于此處描述的一種，當(dāng)適合時可以采用公眾所知的那些。此外，根據(jù)要求可在電池組件上設(shè)置各種測量和控制裝置。例如，為了監(jiān)測電池的電壓，可以在電池組件殼體110的蓋子上設(shè)置用于測量電壓的連接器。
同時，在本發(fā)明中，還優(yōu)選以串聯(lián)方式電連接四塊扁平電池10。考慮四塊扁平電池10以串聯(lián)方式連接的這種情況。雖然根據(jù)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(yīng)用于12V電流源。如果12塊單電池以串聯(lián)方式連接，那么總電壓將是42V，這可以應(yīng)用于將來的傳輸電壓。如果96塊單電池串聯(lián)連接，那么總電壓可應(yīng)用于電動車輛或混合電動車輛的電流源。特別是，42V的電壓是用于在實際應(yīng)用中啟動馬達(dá)的閥、電閘等的有效電壓。如上所述，單電池的數(shù)量以4的倍數(shù)設(shè)置，因此可以根據(jù)其應(yīng)用目的獲得電池組件。
接下來，以串聯(lián)和/或并聯(lián)的方式連接至少兩個上述電池組件，由此構(gòu)成裝配電池組。因此，在無需制造新電池組件以應(yīng)付此情況的條件下，對于根據(jù)目的變化的電池容量和輸出，可以滿足相對低成本的需要。為了通過并聯(lián)連接如上所述的六組電池組件100而構(gòu)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(shè)置的電池組件100的正負(fù)端子120和130分別利用具有外部正負(fù)端子210和220的正負(fù)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(shè)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(fù)極絕緣蓋270和280保護電池組件100的正負(fù)端子120和130。借助利用適當(dāng)顏色例如紅和藍(lán)的顏色編碼，使絕緣蓋彼此區(qū)別出來。
此外，即使當(dāng)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。對于這種應(yīng)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(nèi)部空間和行李間(trunk room)可以設(shè)計得更寬敞一些。但本發(fā)明不限于上面的描述，裝配電池組200也可以安裝在后行李間的下面，或者作為選擇，如果對于電動車輛不安裝發(fā)動機，那么可以安裝在車輛前面安裝發(fā)動機的區(qū)域中。應(yīng)注意，在本發(fā)明中，根據(jù)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，雖然對于可在其上安裝本發(fā)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(yōu)選的，但是車輛并不限于這些。
以下根據(jù)具體實施例描述本發(fā)明。
實施例1利用疊層膜制造圖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。
對于電極而言，采用利用LiMn2O4作正極活性材料的正極和利用無定形碳作負(fù)極活性材料的負(fù)極。對于正引出端，采用150μm厚的Al板。對于負(fù)引出端，采用150μm厚的Ni板。各正負(fù)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(shè)置三個通孔，各通孔具有5mm×3mm的尺寸。通孔的橫截面積相對于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。
隨后，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(fā)電元件裝在其中。由此制成扁平電池。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對于在各電極引出端中設(shè)置的通孔而言，以大約6mm的間隔在各行中設(shè)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(shè)置兩排所述行。除了上述不同之外以與實施例1類似的方式制造層疊封裝扁平電池。通孔的橫截面積相對于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(fù)引出端。除了上述不同之外以與實施例1類似的方式制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(fù)引出端。除了上述不同之外以與實施例1類似的方式制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類似的方式制造層疊封裝扁平電池。在此電池中，通孔的橫截面積相對于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類似的方式制造層疊封裝扁平電池。在此電池中，通孔的橫截面積相對于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(shè)置通孔。除了上述不同之外以與實施例4類似的方式制造電池。
升溫測試?yán)迷趯嵤├?和2中制造的層疊封裝扁平電池，以50A重復(fù)進行充電/放電，將5秒的打開和25秒的暫停設(shè)定為一個循環(huán)。測量在此情況下電極端子引線的升高溫度，其結(jié)果示于圖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于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于各實施例1-6和對比例1，采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。此后，檢測在各電池中是否發(fā)生液體泄漏。此外，對于放置了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)后的剝離強度/最初剝離強度)為0.5或更高的情況被認(rèn)為是可接受的。
表1

根據(jù)表1，因為通孔設(shè)置在實施例1至6的電極引出端中，增加了密封性能，消除了液體泄漏的發(fā)生。此外，由于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(nèi)容在此引作參考。
雖然參考本發(fā)明的特定實施例描述了本發(fā)明，但本發(fā)明不限于上述實施例，鑒于此技術(shù)，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員可以進行變化和修改。參考權(quán)利要求限定本發(fā)明的范圍。
權(quán)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(jié)合而成的疊層膜；由多個電極板和隔板形成的并由疊層膜密封的發(fā)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(fā)電元件，并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(jù)權(quán)利要求1的層疊封裝扁平電池，其中從發(fā)電元件側(cè)向電池外部在電極引出端中設(shè)置多個通孔，以便彼此不重疊。
3.根據(jù)權(quán)利要求1的層疊封裝扁平電池，其中通孔的橫截面積相對于電極引出端的橫截面積的比率在20-50％的范圍內(nèi)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1的層疊封裝扁平電池，其中粘接層設(shè)置在電極引出端的至少一個表面上。
5.根據(jù)權(quán)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折疊回來。
6.一種電池組件，包括至少兩個以串聯(lián)和/或并聯(lián)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(jié)合而成的疊層膜；由多個電極板和隔板形成的并由疊層膜密封的發(fā)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(fā)電元件，并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(lián)和/或并聯(lián)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(jié)合而成的疊層膜；由多個電極板和隔板形成的并由疊層膜密封的發(fā)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(fā)電元件，并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(lián)和/或并聯(lián)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(jié)合而成的疊層膜；由多個電極板和隔板形成的并由疊層膜密封的發(fā)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(fā)電元件，并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。
9.一種用于制造層疊封裝扁平電池的方法，包括制備由聚合物和金屬彼此結(jié)合而成的疊層膜；由多個電極板和隔板形成的并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(fā)電元件；以及連接到電極板并具有在與熱焊接部分的接觸部分中設(shè)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并密封發(fā)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(jié)合而成的疊層膜；由多個電極板和隔板形成的并由疊層膜密封的發(fā)電元件；以及連接到電極板的電極引出端。在本發(fā)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(fā)電元件，并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(yōu)先權(quán)日2002年9月3日
發(fā)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(chǎn)自動車株式會社