專利名稱：蓄電裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及層疊多個單電池而構(gòu)成的電池組等蓄電裝置。
背景技術(shù)：
以往，二次電池等蓄電裝置作為電動汽車(EV)、混合動力汽車 (HEV)、燃料電池車(FCV)的驅(qū)動源使用，為了適應(yīng)高輸出的要求， 使用了將多個單電池電串聯(lián)的電池組(例如，參照專利文獻l)。 專利文獻1:日本特開2004-164897 (圖1等)

發(fā)明內(nèi)容
層疊了單電池的構(gòu)成的電池組，由于充放電等，而在層疊方向上產(chǎn)生 溫度分布不均。具體地講，位于中心層側(cè)的單電池，與位于外層側(cè)的單電 池相比，散熱性低，熱容易積存，所以在中心層側(cè)溫度會變高。
在此，以往的電池組中，所有的單電池都是相同的構(gòu)成，所以由于上 述的在層疊方向上的溫度分布不均，而使單電池的電阻值變化。具體地講， 位于中心層的單電池的電阻值變小。由此，層疊方向上的多個單電池中， 電壓值會產(chǎn)生偏差。
另一方面，對電池組而言， 一般地控制充放電，以避免各單電池偏離 規(guī)定的充放電電壓值造成過充電或過放電。
在此，如上所述，如果多個單電池的電壓值發(fā)生偏差，則必須以顯示 出最低電壓值的單電池為基準，進行充放電的控制。而且，在這種情況下， 已經(jīng)不能均等地使用構(gòu)成電池組的所有的單電池(即不能使其均等地充放 電)。于是，本發(fā)明的目的是提供一種蓄電裝置，能夠抑制層疊方向上的多 個單電池的輸出偏差。
本發(fā)明是具有多個電解質(zhì)層且這些電解質(zhì)層介有電極體而層疊的蓄電 裝置，其特征在于，多個電解質(zhì)層包括設(shè)置于層疊方向上的第一位置的電 解質(zhì)層和設(shè)置于與第一位置不同的散熱性低于第一位置的散熱性的第二位 置的電解質(zhì)層，第二位置的電解質(zhì)層的電阻值大于第一位置的電解質(zhì)層的 電阻值。
具體地講，在電解質(zhì)層為含有粒子群的固體電解質(zhì)層的情況下，可以 使第二位置的電解質(zhì)層中的粒子群的密度低于第一位置的電解質(zhì)層中的粒 子群的密度。
在此，通過使電解質(zhì)層中的粒子群的平均粒徑不同，可使電解質(zhì)層中 的粒子群的密度不同。另外，在電解質(zhì)層中含有用于使粒子群粘結(jié)的粘結(jié) 劑的情況下，通過使該粘結(jié)劑的量不同，可使電解質(zhì)層中的粒子群的密度 不同。
另一方面，可以使第二位置的電解質(zhì)層的厚度大于第一位置的電解質(zhì) 層的厚度。進而，還可以使第一位置和第二位置的電解質(zhì)層的種類相互不 同。例如，可以相應(yīng)于層疊方向上的電解質(zhì)層的位置，采用離子傳導(dǎo)率不 同的材料，或使離子傳導(dǎo)率不同的多種材料的混合比不同。
另外，在與層疊方向垂直的面內(nèi)，可以使第二位置的電解質(zhì)層以及與 第二位置的電解質(zhì)層接觸的電極體比第 一位置的電解質(zhì)層以及與第 一位置 的電解質(zhì)層接觸的電極體小。
在此，可以使第二位置為與層疊方向的大致中心相當?shù)奈恢?。在這種 情況下，可以使多個電解質(zhì)層的電阻值，從層疊方向的外層向中心層變大。
發(fā)明效果
本發(fā)明中，在第一位置和第二位置中，預(yù)先使設(shè)置于散熱性低的第二 位置的電解質(zhì)層的電阻值大于設(shè)置于第一位置的電解質(zhì)層的電阻值。由此， 即使由于蓄電裝置的充放電等而發(fā)生層疊方向上的溫度分布不均，也能夠抑制位于層疊方向上的不同位置的單電池的輸出偏差。


圖l是表示本發(fā)明的雙極型電池的一部分構(gòu)成的剖視圖。
圖2是表示本發(fā)明的實施例1中，層疊方向的位置與溫度、電壓值、 輸入輸出值以及固體電解質(zhì)層的粒子群密度的關(guān)系的圖(A E )。
圖3是表示本發(fā)明的實施例2中，層疊方向的位置與溫度、電壓值、 輸入輸出值以及固體電解質(zhì)層的厚度的關(guān)系的圖(A E)。
圖4是表示作為實施例2的變形例的雙極型電池的一部分構(gòu)成的剖視圖。
圖5是表示本發(fā)明的實施例3中，層疊方向的位置與溫度、電壓值、 輸入輸出值以及固體電解質(zhì)層的電阻(粒子群的種類)的關(guān)系的圖(A E )。
圖6是表示本發(fā)明的實施例4中，層疊方向的位置與溫度、電壓值、 輸入輸出值以及電極面積的關(guān)系的圖(A E)。
具體實施例方式
以下，對本發(fā)明的實施例進行說明。 實施例1
用圖1和圖2對本發(fā)明的實施例1的雙極型電池(二次電池)進行說 明。在此，圖l是表示本發(fā)明的雙極型電池的一部分構(gòu)成的剖視圖。此夕卜， 圖2是表示雙極型電池的層疊方向上的溫度分布、電壓分布、輸入輸出分 布以及固體電解質(zhì)層中的粒子群的密度分布的圖。
本實施例的雙極型電池100，是層疊多個單電池而構(gòu)成的電池組。具 體地講，如圖l所示，具有將多個雙極電極IO隔著固體電解質(zhì)層14進行 層疊的構(gòu)成。
在此，所謂單電池是由固體電解質(zhì)層14和配置于該固體電解質(zhì)層14 的兩側(cè)的正極層12以及負極層13構(gòu)成的發(fā)電要素。
各雙極電極IO,具有集電體ll、和形成于集電體11的兩面的正極層
512以及負極層13。正極層12和負極層13,可通過采用噴墨方式在集電體 ll上形成。另外，正極層12和負極層13具有大致均勻的厚度(包括制造 誤差)。
另外，在本實施例中對雙極型的二次電池進行了說明，但本發(fā)明還可 以適用于非雙極型的二次電池。在此，非雙極型的二次電池，采用在集電 體的兩面形成有相同的電極層(正極層或負極層)的電極，或采用僅在集 電體的單面形成有電極層的電極。
另外，在下述實施例中對二次電池進行說明，但本發(fā)明還可以適用于 作為蓄電裝置的疊層型電容器(雙電層電容器)。
集電體ll，例如，可以由鋁箔形成，或由多種金屬(合金)形成。另 外，還可以將在金屬表面覆蓋了鋁而成的物體作為集電體ll使用。
另外，作為集電體ll,還可以采用貼合了多種金屬箔的所謂復(fù)合集電 體。在采用該復(fù)合集電體的情況下，作為正極用集電體的材料可以采用鋁， 作為負極用集電體的材料可以采用鎳、銅等。另外，作為復(fù)合集電體，可 以采用使正極用集電體和負極用集電體直接接觸而成的集電體，或者采用 在正極用集電體與負極用集電體之間設(shè)置了具有導(dǎo)電性的層的集電體。
在集電體ll的相對的面中，形成于其中一個面的正極層12中含有正 極活性物質(zhì)。另外，正極層12中可根據(jù)需要含有導(dǎo)電劑、粘合劑、用于提 高離子傳導(dǎo)性的高分子凝膠電解質(zhì)、高分子電解質(zhì)、添加劑等。
另外，形成于集電體11的另一個面的負極層13中含有負極活性物質(zhì)。 而且，負極層13中可根據(jù)需要含有導(dǎo)電劑、粘合劑、用于提高離子傳導(dǎo)性 的高分子凝膠電解質(zhì)、高分子電解質(zhì)、添加劑等。
在此，構(gòu)成各電極層12、 13的材料，可以采用公知的材料。
例如，在鎳-氫電池中，作為正極層12的活性物質(zhì)可以采用鎳氧化物， 作為負極層13的活性物質(zhì)可以采用MmNi(5-x-y-z)AlxMnyCoz (Mm:鈰 鑭合金)等儲氫合金。另外，在鋰二次電池中，作為正極層12的活性物質(zhì) 可以采用鋰-過渡金屬復(fù)合氧化物，作為負極層13的活性物質(zhì)可以采用 碳。另外，作為導(dǎo)電劑可以采用乙炔黑、炭黑、石墨、碳纖維、碳納米管。固體電解質(zhì)層14，配置在兩個雙極電極10之間。具體地講，固體電 解質(zhì)層14，由一個雙極電極10的正極層12和另一個雙極電極10的負極 層13夾持。另外，固體電解質(zhì)層14具有大致均勻的厚度(包括制造誤差)。
固體電解質(zhì)層14中含有包含多個粒子的粒子群、和用于使該粒子群粘 結(jié)的粘結(jié)劑。在此，作為固體電解質(zhì)層14，可以采用無機固體電解質(zhì)、高 分子固體電解質(zhì)。
作為無機固體電解質(zhì)，例如，可以采用Li的氮化物、卣化物、含氧酸 鹽、硫化磷化合物。更具體地講，可以采用Li3N、 Lil、 Li3N-LiI-LiOH、 LiSi04、 LiSi04-LiI-LiOH、 Li3P04 - Li4Si04、 Li2SiS3、 Li20-B203、 Li202-Si02、 Li2S-GeS4、 Li2S-P2S5、 Lil - Li2S - P2S5。
另外，作為高分子固體電解質(zhì)，例如可以采用由上述電解質(zhì)和進行電 解質(zhì)的離解的高分子構(gòu)成的物質(zhì)、在高分子中具有離子離解基的物質(zhì)。作 為進行電解質(zhì)的離解的高分子，例如可以采用聚環(huán)氧乙烷衍生物以及含該 衍生物的聚合物、聚環(huán)氧丙烷衍生物以及含該衍生物的聚合物、磷酸酯聚 合物。另外，還可以并用無機固體電解質(zhì)和高分子固體電解質(zhì)。
在此，在作為雙極型電池100使用鋰二次電池的情況下，若作為構(gòu)成 固體電解質(zhì)14的材料采用疏化物，則可以提高鋰離子的傳導(dǎo)性。作為硫化 物，例如可以采用硫化鋰、硫化硅。
本實施例的雙極型電池100，其圖1所示的構(gòu)成在Z方向(層疊方向) 連續(xù)。而且，層疊方向的兩端，如圖2(A)所示，分別設(shè)有用于雙極型電 池100充放電的正極端子21和負極端子22。正極端子21和負極端子22 與用于控制雙極型電池100的充放電的電路連接。
在本實施例的雙極型電池100中，多個固體電解質(zhì)層14的構(gòu)成相應(yīng)于 層疊方向(Z方向)上的位置而不同。具體地講，如圖2(E)所示，位于 中心層的固體電解質(zhì)層14中的粒子群的密度最低，位于外層(最外層)的 固體電解質(zhì)層14中的粒子群的密度最高。
另外，對于位于中心層與外層之間的固體電解質(zhì)層14，被設(shè)定為使得 從中心層向外層粒子群的密度變大。在此，各固體電解質(zhì)層14中的粒子群的密度大致恒定(包括制造誤差)。
作為使固體電解質(zhì)層14中的粒子群的密度不同的方法，可以使粒子群 的平均粒徑不同。具體地講，在使固體電解質(zhì)層14中的粒子群的平均粒徑 不同的情況下，使位于中心層的固體電解質(zhì)層14中的粒子群的平均粒徑最 大，使位于外層的固體電解質(zhì)層14中的粒子群的平均粒徑最小。換言之， 使位于中心層的固體電解質(zhì)層14中的粒子的粒徑最大,使位于外層的固體 電解質(zhì)層14中的粒子的粒徑最小。
另外，對于位于中心層與外層之間的固體電解質(zhì)層14，使粒子群的平 均粒徑從中心層向外層增加。換言之，使粒子的粒徑從中心層向外層變大。
另一方面，采用具有大致恒定的粒徑(特定的平均粒徑)的粒子群， 并使固體電解質(zhì)層14中的粘結(jié)劑的量不同，也可以使固體電解質(zhì)層14中 的粒子群的密度不同。具體地講，使位于中心層的固體電解質(zhì)層14中的粘 結(jié)劑的量最多，使位于外層的固體電解質(zhì)層14中的粘結(jié)劑的量最少。而且， 對于位于中心層與外層之間的固體電解質(zhì)層14,使粘結(jié)劑的量從中心層向 外層增加。
另外，還可以相應(yīng)于層疊方向上的固體電解質(zhì)層14的位置，使粒子群 的粒徑不同，并使粘結(jié)劑的量不同。在這種情況下，只要使位于中心層側(cè) 的固體電解質(zhì)層14中的粒子群的密度低于位于外層側(cè)的固體電解質(zhì)層14 中的粒子群的密度即可。
在此，層疊了多個單電池的構(gòu)成的雙極型電池100中，如圖2(B)所 示，層疊方向上的溫度分布不恒定，在中心層溫度最高，在外層溫度最低。 這起因于與雙極型電池100的充放電等相伴的發(fā)熱，位于中心層側(cè)的單電 池，與位于外層側(cè)的單電池相比，散熱性低，熱容易積存。
在這種情況下，如果如以往那樣，對于層疊方向上的所有固體電解質(zhì) 層14，使粒子群的密度大致恒定(參照圖2 (E)的虛線)，則位于中心層 的固體電解質(zhì)層14，由于溫度上升而電阻值變小。由此，如圖2(C)、 (D) 的虛線所示，層疊方向上的多個單電池，其電壓值和輸入輸出值會發(fā)生偏
8差。
在此，對于所有的固體電解質(zhì)層14,在使粒子群的密度大致恒定的情 況下，在層疊方向上的溫度分布發(fā)生不均之前(換言之，使用雙極型電池 100之前)，所有的固體電解質(zhì)層14的電阻值大致恒定。但是，伴隨雙極 型電池100的使用(充放電等)，層疊方向上的溫度分布發(fā)生不均，所以層 疊方向上的固體電解質(zhì)層14的電阻值變化。
在本實施例中，如上所述，相應(yīng)于層疊方向上的固體電解質(zhì)層14的位 置，使固體電解質(zhì)層14中的粒子群的密度不同。在此，如果使固體電解質(zhì) 層14中的粒子群的密度變低，則可以使該固體電解質(zhì)層14的電阻值增大。 另夕卜，如果使固體電解質(zhì)層14中的粒子群的密度增高，則可以使該固體電 解質(zhì)層14的電阻值變小。
如果這樣地預(yù)先相應(yīng)于層疊方向上的位置，使固體電解質(zhì)層14的電阻 值不同，則即使由于雙極型電池100的充放電等而產(chǎn)生了如圖2(B)所示 的溫度分布，也能夠抑制層疊方向上的固體電解質(zhì)層14的電阻值的偏差。 如果這樣地抑制電阻值的偏差，就能夠抑制雙極型電池100的電壓值和輸 入輸出值的偏差。例如，如圖2 (C) (D)的實線所示，能夠使電壓值和 輸入輸出值大致恒定。
在此，圖2(E)所示的密度分布，可以基于層疊方向上的溫度分布(圖 2 (B))而設(shè)定。即，若預(yù)先求出與雙極型電池100的充放電等相伴的層 疊方向上的溫度分布，就可以得到與該溫度變化相伴的各單電池的電壓變 化量。
而且，可以基于各單電池的電壓變化量，設(shè)定各單電池中所含的固體 電解質(zhì)層14的電阻值。即，可以設(shè)定各固體電解質(zhì)層14的電阻值，使得 變化后的電壓值在層疊方向上沒有偏差。
如果如本實施例那樣構(gòu)成固體電解質(zhì)層14，則能夠抑制層疊方向上的 多個單電池的電壓值和輸入輸出值的偏差，所以對于雙極型電池100內(nèi)的 所有單電池，可基于同一基準進行充放電的控制。
在此，人們知道，對于二次電池而言， 一般當輸入輸出電壓偏離規(guī)定的電壓范圍(上限制和下限值)時，會對電池壽命造成不良影響，所以為
了謀求電池長壽命，不進行偏離規(guī)定的電壓范圍的充放電(失效保護；fail safe)。在本實施例中，可以對所有的單電池在同一條件下進行這樣的充放 電控制。
而且，通過以位于中心層的固體電解質(zhì)層14為基準，設(shè)定層疊方向上 的所有的固體電解質(zhì)層14的電阻值，如圖2(D)所示，可以得到與以往 的雙極型電池(用虛線表示)的最大的輸入輸出值對應(yīng)的輸入輸出值。
另外，在本實施例中，基于圖2 (E)所示的密度分布曲線設(shè)定了固體 電解質(zhì)層14中的粒子群的密度，但并不限于此。即，使固體電解質(zhì)層14 中的粒子群的密度不同，以使得可以抑制與層疊方向上的溫度分布不均相 伴的多個單電池的電壓值偏差即可。
例如，也可以只使位于中心層的固體電解質(zhì)層14中的粒子群的密度低 于位于外層的固體電解質(zhì)層14中的粒子群的密度。在該情況下，能夠抑制 位于中心層的單電池和位于外層的單電池的電壓值偏差。而且，在雙極型 電池IOO內(nèi)，可以含有固體電解質(zhì)層14中的粒子群的密度大致相等的至少 兩個固體電解質(zhì)層14。 實施例2
下面，用圖3對本發(fā)明的實施例2的雙極型電池(二次電池)進行說 明。在此，圖3是與實施例1的圖2對應(yīng)的圖。另外，在圖3 (E)中，表 示出層疊方向上的位置與固體電解質(zhì)層的厚度的關(guān)系。
本實施例的雙極型電池101的構(gòu)成，也和在實施例1中說明的雙極型 電池IOO的構(gòu)成大致相同。以下的說明中，對具有與在實施例1中說明的 構(gòu)件相同的功能的構(gòu)件，采用相同的標號。另外，以下的說明中，對與實 施例1不同的點進行說明。
在本實施例中，相應(yīng)于層疊方向(Z方向)的位置，使固體電解質(zhì)層 14的厚度(Z方向的長度)不同。具體地講，使位于中心層的固體電解質(zhì) 層14的厚度最厚，使位于外層的固體電解質(zhì)層14的厚度最薄。
另外，對于位于中心層與外層之間的固體電解質(zhì)層14，如圖3 (E)所示，使固體電解質(zhì)層14的厚度從中心層向外層變薄。另外，各固體電解 質(zhì)層14的厚度大致均勻(包括制造誤差)。
如在實施例1中所說明的那樣，位于中心層的單電池，溫度最高，該 單電池中的固體電解質(zhì)層14的電阻值變小。在此，對于雙極型電池101 內(nèi)的所有固體電解質(zhì)層14，如果使其厚度大致恒定，則如圖3(C)、 (D) 的虛線所示，對于層疊方向上的多個單電池而言，電壓值和輸入輸出值發(fā) 生偏差。這是因為，由于與雙極型電池101的充放電等相伴的層疊方向上 的溫度分布的變化，層疊方向上的多個單電池的電阻值出現(xiàn)偏差的緣故。
在本實施例中，如上所述，相應(yīng)于層疊方向上的固體電解質(zhì)層14的位 置，使固體電解質(zhì)層14的厚度不同。在此，如果使固體電解質(zhì)層14變厚， 則能夠使該固體電解質(zhì)層14的電阻值增大。另外，如果使固體電解質(zhì)層 14的厚度變薄，則能夠使該固體電解質(zhì)層14的電阻值減小。
這樣，如果預(yù)先相應(yīng)于層疊方向上的位置，使固體電解質(zhì)層14的電阻 值不同，則即使由于雙極型電池101的充放電等而產(chǎn)生圖3 (B)所示的溫 度分布，也能夠抑制層疊方向上的固體電解質(zhì)層14的電阻值的偏差。如果 這樣地抑制電阻值的偏差，就能夠抑制雙極型電池101的電壓值和輸入輸 出值的偏差。例如，如圖3 (C)、 (D)的實線所示，能夠使電壓值和輸入 輸出值大致恒定。
在此，圖3(E)所示的厚度分布，可以基于層疊方向上的溫度分布(圖 3 (B))而設(shè)定。即，如果預(yù)先求出與雙極型電池101的充放電等相伴的 層疊方向上的溫度分布，就可以得到與該溫度變化相伴的各單電池的電壓 變化量。
而且，可以基于各單電池的電壓變化量，設(shè)定各單電池中所含的固體 電解質(zhì)層14的厚度。即，可以設(shè)定各固體電解質(zhì)層14的厚度，以使得變 化后的電壓值在層疊方向沒有偏差。
在本實施例中，也能夠獲得與實施例1同樣的效果。另外，在本實施 例中，通過使固體電解質(zhì)層14的厚度不同，可以使雙極型電池101與以往 的雙極型電池(多個固體電解質(zhì)層的厚度大致相等的電池)相比更薄型化。另外，在本實施例中，對使用固體電解質(zhì)層14的情況進行了說明，但 并不限于此。即，還可以使用液體狀或凝膠狀的電解質(zhì)。
在該情況下，需要使用密封材料來防止電解質(zhì)泄漏到雙極型電池外。 具體地講，如圖4所示，在層疊方向上相鄰的兩個集電體ll之間配置密封 材料30，通過集電體11和密封材料30形成密閉空間。另外，在圖4中， 對于具有與在實施例l(圖1)中說明的構(gòu)件相同的功能的構(gòu)件，使用相同 標號。
另一方面，在本實施例中，基于圖3 (E)所示的厚度分布曲線設(shè)定了 固體電解質(zhì)層14的厚度，但不限于此。即，使固體電解質(zhì)層14的厚度不 同，以使得可以抑制與層疊方向上的溫度分布不均相伴的多個單電池的電 壓值的偏差即可。
例如，也可以使位于中心層的固體電解質(zhì)層14的厚度大于位于外層的 固體電解質(zhì)層14的厚度。在該情況下，能夠抑制位于中心層的單電池和位 于外層的單電池的電壓值的偏差。而且，在雙極型電池101內(nèi)，也可以含 有固體電解質(zhì)層14的厚度大致相等的至少兩個固體電解質(zhì)層14。 實施例3
接著用圖5對本發(fā)明的實施例3的雙極型電池(二次電池)進行說明。 在此，圖5是與實施例1的圖2對應(yīng)的圖。另外，在圖5 (E)中，表示出 層疊方向上的位置與固體電解質(zhì)層的電阻值的關(guān)系。
本實施例的雙極型電池102的構(gòu)成，也和在實施例1中所說明的雙極 型電池100的構(gòu)成大致相同。以下的說明中，對具有與在實施例l中說明 的構(gòu)件相同的功能的構(gòu)件，采用相同標號。另外，在以下的說明中，對與 實施例1不同的點進行說明。
在本實施例的雙極型電池102中，使固體電解質(zhì)層14中所含的粒子群 的材料，相應(yīng)于層疊方向上的固體電解質(zhì)層的位置而不同。
具體地講，如圖5 (E)所示，使各固體電解質(zhì)層14中的粒子群的材 料不同，以使得位于中心層的固體電解質(zhì)層14的電阻值最大，位于外層的 固體電解質(zhì)層14的電阻值最小。另外，對于位于中心層與外層之間的固體電解質(zhì)層14，使各固體電解質(zhì)層14中的粒子群的材料不同，以使得從中 心層向外層電阻值變小。
如在實施例l、 2中說明的那樣，通過使固體電解質(zhì)層14中的粒子群 的密度不同，或使固體電解質(zhì)層14的厚度不同，可以使固體電解質(zhì)層14 的電阻值不同。在此，使構(gòu)成固體電解質(zhì)層14的粒子群的材料不同，也可 以使固體電解質(zhì)層14的電阻值不同。
作為使粒子群的材料不同的方法，可以采用具有相互不同的離子傳導(dǎo) 率的粒子，或使用實施了涂布的粒子。
在此，若舉出構(gòu)成固體電解質(zhì)層14的粒子的材料和離子傳導(dǎo)率的具體 例子的話，有Li20-B203; 107(S/cm)、 Li202 - SK)2; l(T6(S/cm)、 Li2S-GeS4; 10 5 ( S/cm )、 Li2S - P2S5; 10 4 ( S/cm )、 Lil 一 Li2S - P2S5; l(T3 (S/cm)。
在采用相互不同的材料的粒子的情況下，可以相應(yīng)于固體電解質(zhì)層14 的位置而使材料不同或使多種材料的混合比不同。即，可以相應(yīng)于層疊方 向上的固體電解質(zhì)層14的位置，分開使用上述材料的粒子。另外，還可以 混合上述材料的粒子(至少兩種不同的材料)，并使它們的混合比不同。
另一方面，在粒子的表面實施涂布的情況下，可以通過涂布的材料使 離子傳導(dǎo)率變高或變低。而且，在采用相互不同的種類的粒子(涂布的材 料不同的粒子)的情況下，可以相應(yīng)于固體電解質(zhì)層14的位置而使粒子的 種類不同或使多種粒子(至少兩種)的混合比不同。
另外，也可以混合未被涂布的粒子和被涂布了的粒子來使用。
如在實施例1中說明的那樣，位于中心層的單電池，其溫度最高，該 單電池中的固體電解質(zhì)層14的電阻值變小。在此，對于雙極型電池102 內(nèi)的所有固體電解質(zhì)層14，如果使用相同種類的粒子群，則如圖5(C)、 (D)的虛線所示，在層疊方向上的多個單電池中，電壓值和輸入輸出值 發(fā)生偏差。這是因為，由于與雙極型電池102的充^t電等相伴的層疊方向 上的溫度分布的變化，層疊方向上的多個單電池的電阻值出現(xiàn)偏差的緣故。
在本實施例中，如上所述，相應(yīng)于層疊方向上的固體電解質(zhì)層14的位
13置，使構(gòu)成固體電解質(zhì)層14的粒子群的種類(材料、或多種材料的混合比) 不同。在此，為了使固體電解質(zhì)層14的電阻值變大或變小，可以適當選擇 固體電解質(zhì)層14中的粒子群的種類。
這樣，如果預(yù)先相應(yīng)于層疊方向上的位置使固體電解質(zhì)層14的電阻值 不同，則即使由于雙極型電池102的充放電等而產(chǎn)生圖5(B)所示的溫度 分布，也能夠抑制層疊方向上的固體電解質(zhì)層14的電阻值的偏差。如果這 樣地抑制電阻值的偏差，就能夠抑制雙極型電池102的電壓值和輸入輸出 值的偏差。例如，如圖5(C)、 (D)的實線所示，能夠使電壓值和輸入輸 出值大致恒定。
在此，圖5 (E)所示的電阻分布(粒子群的種類)可以基于層疊方向 上的溫度分布(圖5 (B))而設(shè)定。即，如果預(yù)先求出與雙極型電池102 的充放電等相伴的層疊方向上的溫度分布，就可以得到與該溫度變化相伴 的單電池的電壓變化量。
而且，可以基于各單電池中的電壓變化量設(shè)定各單電池中所含的固體 電解質(zhì)層14的電阻值。即，可以設(shè)定各固體電解質(zhì)層14的電阻值(粒子 群的種類)，以使得變化后的電壓值在層疊方向上沒有偏差。
在本實施例中，也能夠獲得與實施例1同樣的效果。
另外，在本實施例中，對使用固體電解質(zhì)層14的情況進行了說明，但 并不限于此。即，還可以與實施例2同樣地使用液體狀或凝膠狀的電解質(zhì)。 在該情況下，使液體狀或凝膠狀的電解質(zhì)的電阻值不同。具體地講，可以 使這些電解質(zhì)的種類(材料、或多種材料的混合比)不同。
另一方面，在本實施例中，基于圖5 (E)所示的電阻分布曲線設(shè)定了 各固體電解質(zhì)層14中的粒子群的種類，但并不限于此。即，使固體電解質(zhì) 層14中的粒子群的種類不同，以使得可以抑制與層疊方向上的溫度分布不 均相伴的多個單電池的電壓值的偏差即可。
例如，可以僅使固體電解質(zhì)層14中的粒子群的種類不同，以使得位于 中心層的固體電解質(zhì)層14的電阻值大于位于外層的固體電解質(zhì)層14的電 阻值。在該情況下，能夠抑制位于中心層的單電池和位于外層的單電池的電壓值的偏差。另夕卜，在雙極型電池102內(nèi)可以含有固體電解質(zhì)層14的粒 子群的種類相同的至少兩個固體電解質(zhì)層14。 實施例4
接著，用圖6對本發(fā)明的實施例4的雙極型電池(二次電池)進行說 明。在此，圖6是與實施例1的圖2對應(yīng)的圖。另外，在圖6 (E)中，表 示出層疊方向上的位置與雙極電極(電極體)的面積的關(guān)系。
本實施例的雙極型電池103的構(gòu)成，也和在實施例1中說明的雙極型 電池100的構(gòu)成大致相同。在以下的說明中，對具有與在實施例l中說明 的構(gòu)件相同的功能的構(gòu)件，采用相同標號。另外，以下的說明中，對與實 施例1不同的點進行說明。
在本實施例的雙極型電池103中，使雙極電極10 (電極層12、 13 )以 及固體電解質(zhì)層14的面積相應(yīng)于層疊方向的位置而不同。這里所說的"面 積"，是與層疊方向垂直的面內(nèi)的面積(大小)。
具體地講，使位于中心層的雙極電極10(電極層12、 13)以及固體電 解質(zhì)層14的面積最小，使位于外層的雙極電極IO (電極層12、 13)以及 固體電解質(zhì)層14的面積最大。而且，對于位于中心層與外層之間的雙極電 極IO以及固體電解質(zhì)層14，從中心層向外層雙極電極IO(電極層12、 13) 以及固體電解質(zhì)層14的面積變大。
如本實施例所述，通過使雙極電極10 (電極層12、 13 )以及與之接觸 的固體電解質(zhì)層14的面積不同，可以使單電池的電阻值相應(yīng)于層疊方向的 位置而不同。即，如果使雙極電極IO (電極層12、 13)以及與之接觸的固 體電解質(zhì)層14的面積變小，則可以使電阻值變大。另外，如果使雙極電極 10 (電極層12、 13)以及與之接觸的固體電解質(zhì)層14的面積變大，則可 以使電阻值變小。
如在實施例1中說明的那樣，位于中心層的單電池，其溫度最高，該 單電池的電阻值變小。在此，如果將雙極型電池103內(nèi)的所有雙極電極IO 以及固體電解質(zhì)層14設(shè)成相同的面積，則如圖6(C)、 (D)的虛線所示， 在層疊方向上的多個單電池中，電壓值和輸入輸出值會出現(xiàn)偏差。這是因
15為，由于與雙極型電池103的充放電等相伴的層疊方向上的溫度分布的變 化，層疊方向上的多個單電池的電阻值出現(xiàn)偏差。
在本實施例中，如上所述，通過使雙極電極10以及固體電解質(zhì)層14 的面積相應(yīng)于層疊方向上的位置而不同，來使層疊方向上單電池的電阻值 不同。
這樣，如果預(yù)先使單電池的電阻值相應(yīng)于層疊方向上的位置而不同， 則即使由于雙極型電池103的充放電等，產(chǎn)生如圖6(B)所示的溫度分布， 也能夠抑制層疊方向上單電池的電阻值的不均。如果這樣抑制電阻值的不 均，則能夠抑制雙極型電池103中的電壓值和輸入輸出值的不均。例如， 如圖6 (C)、 (D)的實線所示，能夠使電壓值和輸入輸出值大致恒定。
在此，圖6(E)所示的面積分布，可以基于層疊方向上的溫度分布(圖 6 (B))而設(shè)定。即，如果預(yù)先求出與雙極型電池103的充放電等相伴的 層疊方向上的溫度分布，就可以得到與該溫度變化相伴的單電池的電壓變 化量。
而且，可以基于各單電池的電壓變化量設(shè)定各單電池中所含的雙極電 極10以及固體電解質(zhì)層14的面積。即，可以設(shè)定雙極電極10以及固體電 解質(zhì)層14的面積，以使得變化后的電壓值在層疊方向上沒有偏差。
在本實施例中，也能夠獲得與實施例1同樣的效果。另外，在本實施 例中，由于從外層側(cè)向中心層側(cè)雙極電極10以及固體電解質(zhì)層14的面積 變小，所以能夠使雙極型電池(電池組)103重量減輕。
另外，在本實施例中，對使用固體電解質(zhì)層14的情況進行了說明，但 并不限于此。即，還可以和實施例2同樣地使用液體狀或凝膠狀的電解質(zhì)。
另一方面，在本實施例中，基于圖6 (E)所示的面積分布曲線設(shè)定了 雙極電極10以及固體電解質(zhì)層14的面積，但并不限于此。即，使雙極電 極10以及固體電解質(zhì)層14的面積不同，以使得可以抑制與層疊方向上溫 度分布不均相伴的多個單電池的電壓值的偏差即可。
例如，可以只使位于中心層的雙極電極10以及固體電解質(zhì)層14的面 積小于位于外層的雙極電極10以及固體電解質(zhì)層14的面積。在該情況下，能夠抑制位于中心層的單電池和位于外層的單電池的電壓值的偏差。而且，
在雙極型電池103內(nèi)，可以含有雙極電極IO以及固體電解質(zhì)層14的面積 相等的至少兩個單電池。
另外，在本實施例中，如圖6(A)所示，是在雙極型電池(電池組) 103的兩個側(cè)面(X方向的側(cè)面)具有曲率的構(gòu)成，但并不限于此。
即，只要使雙極電極10以及固體電解質(zhì)層14的面積相應(yīng)于層疊方向 的位置而不同即可，例如，可以〗吏雙極型電池(電池組)的一個側(cè)面具有 曲率，使另一個側(cè)面大致平坦。換言之，可以使所層疊的雙極電極10以及 固體電解質(zhì)層14的一側(cè)邊在層疊方向上一致。
另外，雙極電極IO以及固體電解質(zhì)層14的形狀(從層疊方向觀察時 的形狀)可以是任何形狀。例如，可以將雙極電極10以及固體電解質(zhì)層 14的形狀形成為矩形或圓形。關(guān)于其他的實施例也同樣。
在上述的實施例1~4中，考慮層疊了多個單電池的電池組內(nèi)的溫度分 布，而使各固體電解質(zhì)層14的構(gòu)成不同。但在電池組受到來自外部的熱影 響而使層疊方向上的溫度分布變化的情況下，可以基于該溫度分布，使各 固體電解質(zhì)層14的構(gòu)成不同。以下具體進行說明。
例如，在電池組附近配置有熱源(發(fā)動機和馬達等)的情況下，由于 受到來自該熱源的熱影響，熱源側(cè)的單電池，與其他單電池相比，往往溫 度會變得較高(換言之，散熱性惡化)。
于是，通過使多個單電池(固體電解質(zhì)層)中位于熱源側(cè)的單電池(固 體電解質(zhì)層)的電阻值高于位于其他位置的單電池(固體電解質(zhì)層)的電 阻值，就能夠抑制層疊方向上的多個單電池的電壓值的偏差。
具體地講，可以使位于熱源側(cè)(層疊方向上的一個外層側(cè))的單電池 (一個或多個)的電阻值大于其它的單電池(例如，位于層疊方向上的另 一個最外層側(cè)的單電池)的電阻值。
在此，作為使單電池的電阻值不同的方法，可以采用在實施例1 4中 說明的方法。即，可以使固體電解質(zhì)層14中的粒子群的密度不同，或使固 體電解質(zhì)層14的厚度不同。另外，可以使構(gòu)成固體電解質(zhì)層14的粒子群的種類(材料、或多種材料的混合比)不同，或使雙極電極IO以及固體電 解質(zhì)層14的面積不同。
另一方面，上述實施例1 4是使固體電解質(zhì)層14中的粒子群的密度、 固體電解質(zhì)層14的厚度、固體電解質(zhì)層14中的粒子群的種類、雙極電極 10以及固體電解質(zhì)層14的面積分別相應(yīng)于層疊方向的位置而不同的例子， 但還可以使這四個參數(shù)中至少兩個參數(shù)不同。在該情況下，只要使散熱性 低的位置(例如中心層)的單電池的電阻值大于散熱性高的位置(例如外 層)的單電池的電阻值即可。
在上述實施例1~4中說明的二次電池，例如，可以作為電動汽車(EV)、 混合動力汽車(HEV)、燃料電池車(FCV)中的馬達驅(qū)動用的蓄電裝置 使用。
權(quán)利要求
1. 一種蓄電裝置，是具有多個電解質(zhì)層且這些電解質(zhì)層介有電極體而層疊的蓄電裝置，其特征在于，所述多個電解質(zhì)層包括設(shè)置于層疊方向上的第一位置的電解質(zhì)層；以及，設(shè)置于第二位置的電解質(zhì)層，所述第二位置是與所述第一位置不同的位置，其散熱性比所述第一位置的散熱性低，所述第二位置的電解質(zhì)層的電阻值大于所述第一位置的電解質(zhì)層的電阻值。
2. 如權(quán)利要求l所述的蓄電裝置，其特征在于，所述電解質(zhì)層為含有 粒子群的固體電解質(zhì)層，所述第二位置的電解質(zhì)層中的粒子群的密度低于所述第一位置的電解 質(zhì)層中的粒子群的密度。
3. 如權(quán)利要求l所迷的蓄電裝置，其特征在于，所述第二位置的電解 質(zhì)層的厚度大于所述第一位置的電解質(zhì)層的厚度。
4. 如權(quán)利要求l所述的蓄電裝置，其特征在于，所述第一位置和所述 笫二位置的電解質(zhì)層的種類相互不同。
5. 如權(quán)利要求l所述的蓄電裝置，其特征在于，在與層疊方向垂直的 面內(nèi)，所述第二位置的電解質(zhì)層以及與所述第二位置的電解質(zhì)層接觸的電 極體比所述第一位置的電解質(zhì)層以及與所述第一位置的電解質(zhì)層接觸的電 極體小。
6. 如權(quán)利要求1~5的任一項所述的蓄電裝置，其特征在于，所述第 二位置是與層疊方向的大致中心相當?shù)奈恢谩?br> 全文摘要
本發(fā)明涉及具有多個電解質(zhì)層且這些電解質(zhì)介有電極體而層疊的蓄電裝置。在蓄電裝置中，由于中心層側(cè)與外層側(cè)相比散熱性低，所以因充放電等而使層疊方向的溫度分布發(fā)生不均。由于該不均而使所述蓄電裝置的各層的電阻值變化，結(jié)果存在各層之間發(fā)生輸出偏差，不能使各層均等地充放電的問題。本發(fā)明通過在蓄電裝置(102)中，使層疊方向的大致中心等的散熱性低的位置的電解質(zhì)層的電阻值大于層疊方向的外側(cè)等的散熱性高的位置的電解質(zhì)層的電阻值來謀求解決上述問題。
文檔編號H01M10/04GK101461086SQ20078002015
公開日2009年6月17日 申請日期2007年11月7日 優(yōu)先權(quán)日2006年11月15日
發(fā)明者中村好志 申請人:豐田自動車株式會社