專(zhuān)利名稱(chēng)：電池組件的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種具有多個(gè)電池的電池組件，特別涉及電池組件的結(jié)構(gòu)的改良。
背景技術(shù)：
近年來(lái)，由于個(gè)人筆記本電腦、移動(dòng)電話等可攜帶設(shè)備的普及，作為這些設(shè)備的電源的電池的需要也在提高。特別是，小型且重量輕的、能量密度高的、能反復(fù)充放電的二次電池的需求正在提高。
對(duì)于這樣的需要，正積極開(kāi)展著非水電解質(zhì)二次電池的研究開(kāi)發(fā)。這樣的非水電解質(zhì)二次電池，隨著可攜帶設(shè)備的高功能化，通常保持有更大的能量，從而異常情況發(fā)生時(shí)，產(chǎn)生的熱量也很大。
關(guān)于收納這樣的電池的電池組件，已提出了在特定的電池因?yàn)槟承┰虍惓０l(fā)熱的時(shí)候抑制該熱量傳給相鄰的電池的結(jié)構(gòu)。
專(zhuān)利文獻(xiàn)1中提出了利用由難燃性樹(shù)脂等構(gòu)成的隔離板互相隔離多個(gè)電池的方案。
專(zhuān)利文獻(xiàn)2中提出了為了進(jìn)一步提高隔離板的難燃性，使用云母或陶瓷等無(wú)機(jī)耐火材料的方案。
現(xiàn)有技術(shù)文獻(xiàn) 專(zhuān)利文獻(xiàn) 專(zhuān)利文獻(xiàn)1 日本特開(kāi)平2003-331803號(hào)公報(bào) 專(zhuān)利文獻(xiàn)2 日本特開(kāi)平2008-218210號(hào)公報(bào)

發(fā)明內(nèi)容
發(fā)明要解決的問(wèn)題 但是，近年，收納于電池組件的電池的容量十分大，而且電池異常發(fā)熱而到達(dá)的溫度有時(shí)可能比隔離板的耐熱溫度要高。即，由難燃性樹(shù)脂材料構(gòu)成的隔離板不能承受異常發(fā)熱時(shí)的溫度上升，從而難以充分地切斷向相鄰電池的熱傳導(dǎo)。
而且，使用以云母、陶器等這樣的無(wú)機(jī)耐火材料為主材料的隔離板的話，電池組件變重，所以非常不適合可攜帶的設(shè)備使用。而且，因?yàn)樵颇?、陶瓷是高價(jià)材料，使用以云母、 陶瓷等這樣的無(wú)機(jī)耐火材料為主材料的隔離板的話，會(huì)使得電池組件的成本很難降低。
解決問(wèn)題的手段 本發(fā)明具有，多個(gè)二次電池，收納所述多個(gè)二次電池的殼體，和至少一個(gè)將所述多個(gè)二次電池互相隔離的絕熱層， 所述至少1個(gè)的絕熱層，其特征在于含有在110°C至200°C間的第1規(guī)定溫度下可能發(fā)泡的材料，且所述絕熱層在發(fā)泡材料發(fā)泡的情況下，厚度增加。
發(fā)明的效果 根據(jù)本發(fā)明，被收納的電池中的某一個(gè)異常發(fā)熱時(shí)，絕熱層被加熱，絕熱層中包含的發(fā)泡材料就會(huì)發(fā)泡，從而絕熱層能發(fā)揮出優(yōu)異的絕熱效果。從而能夠提供一種安全性高、 輕量且便宜的電池組件，其通過(guò)使用這樣的絕熱層，即使被收納的電池里面某一個(gè)出現(xiàn)了異常發(fā)熱，也能有效抑制其熱量向其他電池的熱傳導(dǎo)。本發(fā)明的新的技術(shù)特征記載在所附的權(quán)利要求書(shū)中，但通過(guò)結(jié)合本發(fā)明的其他的目的及特征，對(duì)照附圖對(duì)構(gòu)成及內(nèi)容這兩方面進(jìn)行詳細(xì)的說(shuō)明，可以更好地理解本發(fā)明。


圖1是本發(fā)明實(shí)施形態(tài)1的電池組件的縱向截面圖。
圖2是沿圖1的X-X線的截面圖。
圖3是本發(fā)明實(shí)施形態(tài)2的電池組件的縱向截面圖。
圖4是沿圖3的Y-Y線的截面圖 圖5是本發(fā)明實(shí)施形態(tài)3的電池組件的隔離板的沿厚度方向的截面圖。
具體實(shí)施例方式本發(fā)明涉及一種電池組件，該電池組件具有多個(gè)二次電池、收納所述多個(gè)二次電池的殼體、和將所述多個(gè)二次電池互相隔離的至少一個(gè)絕熱層。絕熱層可以存在于相鄰的二次電池之間。
電池的形狀例如可以為圓筒形或方形等。圓筒型電池或方型電池為圓柱體或方柱體，在電池的一端設(shè)置有正極端子，在其另一端設(shè)置有負(fù)極端子。多個(gè)圓筒型電池或方型電池，譬如排成一橫列以使相鄰的電池側(cè)面彼此相對(duì)。
作為絕熱層的配置方法，譬如，在多個(gè)二次電池的各個(gè)表面(除了兩端面之外)上配置絕熱層，或者使絕熱層支撐于配置為使多個(gè)二次電池之間相互隔離的至少1個(gè)隔壁體上。隔壁體理想的是承載絕熱層的承載板或者收納絕熱層的袋體。從絕熱效果的觀點(diǎn)出發(fā)，在二次電池都是圓筒型、且軸方向平行地設(shè)置為一橫列的情況下，較理想的是隔壁體的寬度為二次電池的直徑以上的尺寸。
絕熱層含有能在110°C以上200°C不到的第1規(guī)定溫度發(fā)泡的材料。第1規(guī)定溫度是指電池異常發(fā)熱使得絕熱層被加熱了時(shí)的絕熱層的溫度。從電池組件的使用環(huán)境以及電池異常發(fā)熱時(shí)的電池溫度的觀點(diǎn)出發(fā)，需要采用能在110°C以上發(fā)泡的發(fā)泡材料。后述的堿金屬的硅酸鹽發(fā)泡的溫度為110°C以上200°C不到。為了把絕熱層的溫度設(shè)置在電池自己發(fā)熱的溫度以下，第1規(guī)定溫度優(yōu)選為150°C以下。
正常情況下，由于發(fā)泡材料不發(fā)泡，所以絕熱層不膨脹，而是作為薄層而存在。在收納于電池組件的多個(gè)電池中的某一個(gè)發(fā)生了異常發(fā)熱時(shí)，接觸或接近該電池的絕熱層被加熱使得發(fā)泡材料發(fā)泡，從而在絕熱層內(nèi)產(chǎn)生大量的氣泡，絕熱層的厚度增大。利用那些大量的氣泡，能發(fā)揮優(yōu)異的絕熱性能，有效地抑制熱量向相鄰的正常的電池傳遞。
以發(fā)泡材料作為主材料的絕熱層，與以云母、陶瓷等的無(wú)機(jī)耐火材料作為主材料的絕熱層相比，一般價(jià)格便宜且重量輕，而且由于以發(fā)泡材料為主材料的絕熱層的制造也比較容易，所以具有高絕熱效果的電池組件可以實(shí)現(xiàn)輕量化、低價(jià)格。
另外，本發(fā)明采用發(fā)泡材料作為構(gòu)成絕熱層的材料，因此即便在采用無(wú)機(jī)耐火材料的情況下，只需要使用少量的無(wú)機(jī)耐火材料，就能得到充分的絕熱效果。
下面，參照附圖對(duì)本發(fā)明的實(shí)施形態(tài)進(jìn)行說(shuō)明。本發(fā)明并不限定于以下的實(shí)施形態(tài)，可在不變更其要點(diǎn)的范圍內(nèi)進(jìn)行適宜的變更來(lái)實(shí)施。
實(shí)施形態(tài)1 本實(shí)施形態(tài)的電池組件1，如圖1和圖2所示，具有作為圓筒型二次電池的電池 3、4，收納電池3、4的方型的樹(shù)脂制的殼體2，覆蓋電池3、4的側(cè)面的絕熱層5、6。另外，雖然圖上中沒(méi)有示出，但電池組件除了具有上述部件以外，還具有對(duì)電池3、4進(jìn)行電連接的部件(導(dǎo)線等)以及從電池組件輸出電到外部的部件(外部端子等)這樣的電池組件的構(gòu)成所需要的部件。這些構(gòu)件可以使用以前的電池組件所適用的構(gòu)件。
電池3、4是圓柱體，其一端設(shè)置有正極端子，另一端設(shè)置有負(fù)極端子。電池3、4的側(cè)面彼此相互相對(duì)，并按照同樣的朝向配置。電池3、4的兩端面沒(méi)有被絕熱層覆蓋，正極端子和負(fù)極端子露出。因?yàn)殡姵?、4的端面彼此不相互對(duì)著，所以在電池3及電池4的端面間不容易發(fā)生熱傳導(dǎo)。
絕熱層5、6主要含有堿金屬的硅酸鹽。從價(jià)格低廉、硅酸鹽容易制造的方面考慮， 該堿金屬優(yōu)選是選自由鈉(Na)、鉀(K)及鋰(Li)構(gòu)成的組中的至少1種。
從結(jié)合力的觀點(diǎn)來(lái)看，Na > K > Li，從耐水性的觀點(diǎn)來(lái)看，Li > K > Na。將這3種堿金屬的硅酸鹽配合于電池組件的使用機(jī)器，單獨(dú)使用也可以，2種以上組合使用也可以。
堿金屬的硅酸鹽帶有很多的結(jié)晶水。含有結(jié)晶水的堿金屬的硅酸鹽例如具有由表達(dá)式=M2O · nSi02 · XH2O表示的組成。式中，M為選自由Na、K以及Li構(gòu)成的組中的至少一種。M為Na或者Li時(shí)，η為0.5 4。M是K時(shí)，η為0. 4 4。χ是表示結(jié)晶水的量的值， 其可以根據(jù)結(jié)晶水的量取任意值。例如，硅酸鹽為偏硅酸鈉時(shí)，M = Na及η = 1。硅酸鹽為硅酸鉀時(shí)，M = K及η = 1。硅酸鹽為硅酸鋰時(shí)，M = Li及η = 1。
含有結(jié)晶水的堿金屬的硅酸鹽如果暴露在高溫環(huán)境下，堿金屬的硅酸鹽從大約 110°C附近開(kāi)始釋放結(jié)晶水，與此同時(shí)地開(kāi)始發(fā)泡。因此，在絕熱層5、6的內(nèi)部形成大量的氣泡，絕熱層的厚度增大，其絕熱性能得以提高。
例如，在電池組件1中，電池3異常發(fā)熱了時(shí)，絕熱層5被加熱到第1規(guī)定溫度時(shí)， 絕熱層5中的堿金屬的硅酸鹽開(kāi)始發(fā)泡，絕熱層5 —邊產(chǎn)生氣泡一邊膨脹。結(jié)果，包含大量的氣泡而膨脹了的絕熱層5，抑制了從電池3向相鄰的電池4的熱傳導(dǎo)，從而阻止了電池3 的異常發(fā)熱影響到電池4。
從殼體內(nèi)的空間和絕熱層5、6的絕熱性來(lái)看，絕熱層5、以及絕熱層6的厚度方向的膨脹率為30-600%比較理想，為200-400%更理想。
另外，膨脹率用下式表示。
膨脹率(％ )=(絕熱層膨脹后的厚度-絕熱層膨脹前的厚度)/(絕熱層的膨脹前的厚度)X100 絕熱層膨脹的程度，例如，可以根據(jù)發(fā)泡材料的種類(lèi)及含有比例、以及后述的發(fā)泡催化劑的含有比例來(lái)進(jìn)行調(diào)整。
絕熱層的厚度是與指圓筒型電池的軸方向垂直的截面的直徑方向的厚度尺寸。 又，方型電池的絕熱層的厚度，是指與側(cè)面相垂直的方向的厚度尺寸。
并且，絕熱層5、6還具有利用堿金屬的硅酸鹽放出結(jié)晶水時(shí)的潛熱對(duì)電池進(jìn)行冷卻的效果。因此，堿金屬的硅酸鹽作為絕熱層的材料十分理想。發(fā)泡材料為堿金屬的硅酸鹽時(shí)，不僅能得到發(fā)泡材料的發(fā)泡所產(chǎn)生的絕熱效果，而且還能得到上述的冷卻效果，因此可以抑制電池3的熱向電池4的傳導(dǎo)。
還有，因?yàn)榻^熱層5、6主要是由沒(méi)有發(fā)火點(diǎn)、引火點(diǎn)的不燃材料構(gòu)成，因此在提高電池組件1的可靠性方面比較適合。
為了能在絕熱層被加熱至超過(guò)堿金屬的硅酸鹽發(fā)泡的第1規(guī)定溫度的溫度時(shí)更有效地進(jìn)行絕熱，較理想的是絕熱層5、6還含有能在高溫環(huán)境下以上的第2規(guī)定溫度)發(fā)泡的發(fā)泡催化劑。
發(fā)泡催化劑優(yōu)選使用以高的溫度放出氣體的材料，該高的溫度指比堿金屬的硅酸鹽放出的結(jié)晶水變?yōu)樗羝沟迷摴杷猁}發(fā)泡的溫度要高的溫度。發(fā)泡催化劑在電池異常發(fā)熱使絕熱層被加熱直到超過(guò)第一規(guī)定溫度時(shí)放出氣體。由此，在絕熱層5、6產(chǎn)生更多的有助于發(fā)泡的氣體。所以，與絕熱層不含有發(fā)泡催化劑的情況相比較，能夠進(jìn)一步增大絕熱層5、6的發(fā)泡材料發(fā)泡后的厚度。因此，能夠更進(jìn)一步增強(qiáng)絕熱層5、6的絕熱效果。
發(fā)泡促進(jìn)劑優(yōu)選使用選自由氫氧化鋁、氫氧化鈣、氫氧化鎂、明礬、硫酸鈉、碳酸鈣、碳酸鎂、以及碳酸鋇構(gòu)成的組中的至少一種。
作為發(fā)泡材料和發(fā)泡促進(jìn)劑的組合的代表例，對(duì)于鈉的硅酸鹽選擇氫氧化鋁、氫氧化鎂。鈉的硅酸鹽被加熱到大約130 150°C時(shí)，釋放結(jié)晶水，其變成水蒸汽而發(fā)泡。相對(duì)于此，氫氧化鋁被加熱到大約200-300°C時(shí)通過(guò)熱分解而生成水蒸汽。而且，氫氧化鎂被加熱到大約400°C以上時(shí)會(huì)通過(guò)熱分解而生成水蒸汽。通過(guò)這樣的組合，當(dāng)絕熱層的溫度超過(guò)鈉的硅酸鹽放出水蒸汽的溫度時(shí)，通過(guò)作為發(fā)泡促進(jìn)劑的氫氧化鋁和氫氧化鎂的熱分解而生成水蒸汽。因此，即便絕熱層的溫度比鈉的硅酸鹽放出水蒸汽的溫度高，也能在絕熱層內(nèi)持續(xù)產(chǎn)生氣泡。絕熱層5、6中的發(fā)泡促進(jìn)劑的含有比例Wa，相對(duì)于堿金屬的硅酸鹽(不包含結(jié)晶水)100質(zhì)量份為5 95質(zhì)量份較為理想，為20 80質(zhì)量份更為理想。發(fā)泡促進(jìn)劑的含有比例過(guò)少時(shí)，發(fā)泡促進(jìn)劑的效果有時(shí)無(wú)法充分發(fā)揮。發(fā)泡促進(jìn)劑的含有比例過(guò)多時(shí)，發(fā)泡材料占有比例相對(duì)減少，因此絕熱層5、6帶來(lái)的絕熱效果有時(shí)不能充分得到。而且，使用后述的結(jié)構(gòu)材料時(shí)，結(jié)構(gòu)材料占有比例相對(duì)的減少，絕熱層5、6與電池3、4之間的粘結(jié)力可能會(huì)下降。其結(jié)果，可能會(huì)發(fā)生絕熱層5、6從電池3、4的表面部分剝落等的情況。
為了改善高溫環(huán)境下的絕熱層形狀的穩(wěn)定性，較理想的是，絕熱層5、6還含有由在高溫環(huán)境下以上的第2規(guī)定溫度)不發(fā)泡的無(wú)機(jī)粒子構(gòu)成的結(jié)構(gòu)材料。更進(jìn)一步說(shuō)，絕熱層5、6含有發(fā)泡促進(jìn)劑及結(jié)構(gòu)材料這兩種材料更為理想。無(wú)機(jī)粒子在絕熱層內(nèi)均勻分散。從耐熱性以及絕熱層形狀的穩(wěn)定性的觀點(diǎn)出發(fā)，理想的是無(wú)機(jī)粒子為陶瓷的粒子。
較理想的是，陶瓷使用選自由硅酸鋁、氟硅酸鈉、膨潤(rùn)土、蒙脫石、高嶺石、莫來(lái)石、 硅藻土、氧化鋁、二氧化硅、云母、氧化鈦、蛭石、珠光體、鎂質(zhì)消石灰卜)、海泡石、滑石、硅酸鈣、硅酸鎂、硫酸鈣以及水泥構(gòu)成的組中的至少一種。
粒子的形狀例如為球狀、薄片狀、纖維狀等。當(dāng)結(jié)構(gòu)材料為纖維狀時(shí)，平均纖維長(zhǎng)為0. 1 100 μ m,平均纖維直徑為0. 01 10 μ m比較理想。當(dāng)結(jié)構(gòu)材料為球狀時(shí)，平均直徑為0. 1 100 μ m比較理想。當(dāng)結(jié)構(gòu)材料為薄片狀時(shí)，例如厚度為0.01 10 μ m以及最大直徑為0. 05 100 μ m比較理想。
絕熱層5、6中的構(gòu)造材料的含有比例ffb，相對(duì)于堿金屬的硅酸鹽(不包含結(jié)晶水)100質(zhì)量份為5 70質(zhì)量份較為理想，為10-50質(zhì)量份更為理想。
結(jié)構(gòu)材料的含有比例過(guò)少的話，絕熱層5、6發(fā)泡時(shí)，絕熱層5、6的厚度變得局部不均勻，所得到的發(fā)泡層(已經(jīng)膨張的絕熱層)的絕熱效果有時(shí)無(wú)法充分得到。結(jié)構(gòu)材料的含有比例過(guò)多時(shí)，由于發(fā)泡材料及發(fā)泡促進(jìn)劑所占的比例相對(duì)減少，因此絕熱層5、6的絕熱效果有時(shí)不能充分得到。
從絕熱效果及電池組件的小型輕量的觀點(diǎn)出發(fā)，絕熱層的厚度(發(fā)泡材料發(fā)泡前的厚度)為0. 1 3mm比較理想，在Imm以下更為理想。即使絕熱層的厚度很薄在Imm以下，也能夠通過(guò)將絕熱層保持在電池表面來(lái)確保絕熱層的形狀穩(wěn)定性。
電池組件的制造方法，例如，包含以下工序 (A)準(zhǔn)備殼體2的工序， (B)制作含有堿金屬的硅酸鹽的絕熱層形成用組成物的工序；(C)將在工序(B)中制造的絕熱層形成用組成物以一定的厚度層狀地涂敷在電池3、4的側(cè)面后，使其干燥而形成絕熱層5、6的工序； (D)在殼體2內(nèi)收納電池3、4的工序。
以下，對(duì)工序(A)進(jìn)行說(shuō)明。
殼體例如通過(guò)樹(shù)脂成型得到。殼體的成型所用的樹(shù)脂材料使用UL-94規(guī)格的V-O 以上的難燃性樹(shù)脂較為理想。在“關(guān)于筆記本型電腦的鋰離子二次電池的安全利用的指南”((社)電子信息技術(shù)產(chǎn)業(yè)協(xié)會(huì)，(社)電池工業(yè)會(huì))中，推薦殼體的樹(shù)脂材料使用上述的難燃性樹(shù)脂。殼體的構(gòu)成材料最好使用經(jīng)過(guò)了難燃化處理的高分子材料。作為該高分子材料，理想的是使用對(duì)聚碳酸酯(PC)、聚丙烯(PP)及聚對(duì)苯二甲酸乙二醇酯(PET)等中的任意一種實(shí)施了難燃化處理的材料。
殼體例如由具有開(kāi)口部的盒子主體以及覆蓋盒子主體的開(kāi)口部的板狀的蓋體構(gòu)成。盒子的主體和蓋體，例如通過(guò)黏合劑或者熱熔敷來(lái)接合。黏合劑，例如，使用施敏打硬 (力J夕^ > )(株)制的超級(jí)X。從操作性的觀點(diǎn)出發(fā)，熱熔敷最好為超聲波熔敷。為了使蓋體容易安裝于盒子主體，最好在盒子主體里設(shè)置與蓋體的端部嵌合的凹部。
以下，對(duì)工程(B)進(jìn)行說(shuō)明。
絕熱層形成用組成物例如通過(guò)對(duì)堿金屬的硅酸鹽加入溶劑或分散劑來(lái)得到。還可以按照需要，在絕熱層形成用組成物里加入發(fā)泡催化劑以及構(gòu)造材料中的至少一個(gè)。溶劑或分散劑例如使用水、有機(jī)溶劑。
從操作性的觀點(diǎn)來(lái)看，采用水玻璃(硅酸鈉的水溶液)作為絕熱層形成用組成物較為理想。例如，可以使用Jis規(guī)格(JIS K 1408)的1-3號(hào)硅酸鈉作為水玻璃。
以下，對(duì)工程(C)進(jìn)行說(shuō)明。
例如，在電池的側(cè)面涂敷絕熱層形成用組成物，形成了涂膜之后，使涂膜干燥，除去涂膜中的溶劑或分散劑，由此形成絕熱層。例如，在絕熱層形成用組成物使用水玻璃的情況下，可以形成含有具有結(jié)晶水的固體形狀的硅酸鈉的絕熱層。
從絕熱層形成用組成物的涂敷方法來(lái)看，可以使用浸漬涂法、輥涂法、噴涂法、刀刮涂法等以前就被大家所公知的涂法。
以下，對(duì)工程(D)進(jìn)行說(shuō)明。
例如，在工程(A)，用盒子主體和蓋體構(gòu)成殼體的情況下，從盒子主體的開(kāi)口部收納電池之后，通過(guò)粘合劑或者熱融敷將蓋體裝在盒子主體上，在殼體內(nèi)收納電池。
本實(shí)施形態(tài)中，在殼體2的內(nèi)部收納2個(gè)電池，并且兩個(gè)電池都設(shè)置了絕熱層，不過(guò)，即使僅在一個(gè)電池形成絕熱層，也能得到絕熱效果。
還有，在收納有3個(gè)以上電池的電池組件中，可以對(duì)所有的電池都設(shè)置絕熱層，或者也可以交替地配置有絕熱層的電池和沒(méi)有絕熱層的電池來(lái)進(jìn)行收納。為了確實(shí)地防止向相鄰的電池傳熱，所有的電池都設(shè)置絕熱層較為理想。
實(shí)施形態(tài)2 如圖3及圖4所示，本實(shí)施形態(tài)的電池組件11具有為圓筒型二次電池的電池13、 14，收納電池13、14的方形的樹(shù)脂制的殼體12，以及將電池13和電池14間隔離的隔離板 16。隔離板16由承載板17及形成在承載板17的一個(gè)面的絕熱層15組成。
承載板17由熱傳導(dǎo)性(熱擴(kuò)散性)優(yōu)異、能保持規(guī)定形狀的材料構(gòu)成較為理想。 承載板17為金屬箔更為理想。即便在熱集中并傳遞到隔離板16的局部的情況下，可以通過(guò)金屬箔使熱分散并傳遞到絕熱層15的整體。因此，絕熱層15的整體可以進(jìn)行高效率地絕熱。金屬箔可以采用不銹鋼箔、鋁箔、銅箔、或鈦箔，在這些中不銹鋼箔最為理想。從隔離板的強(qiáng)度及電池組件的小型輕量化的觀點(diǎn)出發(fā)，金屬箔的厚度為10 50 μ m比較理想。在使用如同使用合金系的負(fù)極活性物質(zhì)的非水電解質(zhì)二次電池那樣的、容量較大的電池的情況下，電池異常地發(fā)熱時(shí)的電池溫度會(huì)非常高。在采用這樣的電池的情況下，承載板17采用如不銹鋼及鈦這樣熔點(diǎn)高的材料比較理想。
絕熱層15可以由與實(shí)施形態(tài)1中的絕熱層5、6 —樣的材料構(gòu)成。從殼體12內(nèi)的空間及絕熱層15的絕熱性的觀點(diǎn)出發(fā)，絕熱層15的厚度方向的膨脹率為30 600%比較理想，為200 400%則更為理想。從電池組件的小型輕量化及絕熱效果的觀點(diǎn)出發(fā)，絕熱層15的厚度(即發(fā)泡材料發(fā)泡之前的厚度)為0. 1 3mm比較理想，在Imm以下就更為理想。即便絕熱層15的厚度薄至Imm以下，也可以通過(guò)承載板17來(lái)確保絕熱層的形狀穩(wěn)定性。
從隔離板16的厚度方向的承載板的傳熱性與絕熱層的絕熱性之間的平衡的觀點(diǎn)出發(fā)，承載板17的厚度A與絕熱層15的厚度B (發(fā)泡材料發(fā)泡之前的厚度)的比A/B = 0. 05 0. 1比較理想，為0. 05 0. 5更為理想。
本實(shí)施形態(tài)的電池組件11的制造方法，例如，包括 實(shí)施形態(tài)1的工序㈧以及工序⑶； (C)用工序(B)中制造絕熱層形成用組成物，以一定厚度呈層狀地涂敷在承載板 17的一面，干燥后形成絕熱層15，制造隔離板16的工序； (D)以在電池13和電池14之間配置隔離板16的形態(tài)將電池13、電池14和隔離板16收納在殼體12內(nèi)的工序。
在工序(C)中，例如，在承載板17的一面，涂敷上絕熱層形成用組成物，涂膜形成后，干燥涂膜，把涂膜中的溶劑或分散劑除去，從而在承載板17的一面形成絕熱層15。
工序(D)中，例如，在工序(A)中用盒子主體和蓋體構(gòu)成殼體2的情況下，從盒子主體的開(kāi)口部收納電池13和電池14，并且在電池13和電池14之間插入隔離板16之后，通過(guò)粘合劑或熱熔敷將蓋體安裝于盒子主體，從而將電池13、電池14及隔離板16收納在殼體 2內(nèi)。
又，在工序(A)中，在盒子主體的內(nèi)表面的規(guī)定地方形成用于使隔離板的端部嵌
8合的槽的情況下，在工序(D)中，也可以在將電池收納于盒子主體內(nèi)之前，預(yù)先使隔離板的端部與槽嵌合，將隔離板設(shè)置在盒子主體的規(guī)定位置上。
又，在工程(A)中，通過(guò)插入成型，使得盒子主體和隔離板一體化。例如，使用具有基部以及從上述基部的一端開(kāi)始垂直延伸的立起部的承載板，在立起部的一面形成絕熱層，得到隔離板。使用該隔離板作為插入構(gòu)件，在盒子主體的樹(shù)脂成型時(shí)以將隔離板的基部填埋入盒子主體的底部的形態(tài)進(jìn)行插入成型。
根據(jù)本實(shí)施形態(tài)，即便電池13、14中的某一個(gè)異常發(fā)熱，這個(gè)熱直接或者通過(guò)熱傳導(dǎo)性良好的承載板17對(duì)絕熱層15加熱，絕熱層15中的發(fā)泡材料就會(huì)發(fā)泡。因此，絕熱層15含有氣泡的增多，厚度增大，由此使電池13、14間被絕熱。
從絕熱效果的觀點(diǎn)出發(fā)，隔離板16的寬度(絕熱層15的與電池的軸方向垂直的面的面方向的長(zhǎng)度)，如圖4所示，優(yōu)選為在收納了電池13、14狀態(tài)下大于等于電池的直徑 (電池的自設(shè)置面(殼體的內(nèi)底面)的高度以上)的尺寸。
在用方型的電池代替圓筒型電池并將其收納在殼體內(nèi)的情況下，隔離板16的寬度(絕熱層15的與電池的軸方向垂直的面的面方向的長(zhǎng)度)優(yōu)選為大于等于方型電池的自設(shè)置面(殼體的內(nèi)底面)的高度的尺寸。
本實(shí)施形態(tài)中，是在承載板的一面配置絕熱層，也可以在承載板的兩面配置絕熱層。此時(shí)，承載板的熱擴(kuò)散的效果更加顯著。
實(shí)施形態(tài)3 本實(shí)施形態(tài)的電池組件，如圖5示，除了用由絕熱層23及收納絕熱層23的袋體22 組成的隔離板21來(lái)代替實(shí)施形態(tài)2的隔離板16以外，構(gòu)成與實(shí)施形態(tài)2相同。
袋體22由能夠變形的材料構(gòu)成，以使得絕熱層23能夠膨脹。絕熱層23以能夠膨脹形態(tài)被收納在袋體22內(nèi)。因?yàn)榇w22被密閉，絕熱層23可被可靠地保持在袋體22內(nèi)。
為了使絕熱層23在其厚度方向上容易膨脹，在隔離板21的厚度方向的截面上，袋體22的覆蓋絕熱層23的端面的部分的周長(zhǎng)尺寸比絕熱層23的厚度(發(fā)泡材料發(fā)泡之前的厚度尺寸)長(zhǎng)較為理想。在隔離板21的厚度方向的截面上，袋體22的覆蓋絕熱層23的端面的部分的周長(zhǎng)的尺寸為絕熱層23的厚度(發(fā)泡材料在發(fā)泡之前的厚度)的1. 3-7倍左右比較理想，3-5倍更理想。從袋體22內(nèi)的絕熱層23的形狀穩(wěn)定性及袋體22的內(nèi)容量的觀點(diǎn)出發(fā)，絕熱層23在厚度方向的膨脹率為30-600%比較理想，為200-400%更理想。
從袋體的強(qiáng)度及電池組件的小型輕量化的觀點(diǎn)出發(fā)，袋體22理想的是由鍍鋁膜 (7 > $ 二々Λ，S本一卜7 O Λ )形成。從鍍鋁膜的強(qiáng)度和電池組件的小型輕量化的觀點(diǎn)出發(fā)，鍍鋁膜的厚度理想的是80 150μπ 。鍍鋁膜是由鋁層和形成在鋁層的兩面上的樹(shù)脂層構(gòu)成。從強(qiáng)度及密閉性的觀點(diǎn)出發(fā)，樹(shù)脂層的厚度(每一面的厚度)理想為 20-50 μ Hio 因?yàn)殄冧X膜包含傳熱性優(yōu)良的鋁層，因此即使對(duì)隔離板進(jìn)行集中局部加熱，也可以使熱通過(guò)鋁層向絕熱層全體擴(kuò)散。因此，絕熱層其局部的絕熱性不會(huì)降低，可以通過(guò)絕熱層高效率地絕熱。從鋁層的傳熱性及電池組件的小型輕量化的觀點(diǎn)出發(fā)，鋁層為厚度 20-50 μ m的鋁箔比較理想。
較理想的是，形成在鋁層的一個(gè)表面上的樹(shù)脂層，發(fā)揮表面保護(hù)層的功能，而形成于鋁層的另一面上的樹(shù)脂層，發(fā)揮粘合層(熱熔敷層)的功能。粘合層是出于將膜(粘合層)相互接合而設(shè)置的。構(gòu)成粘合層的材料，優(yōu)選采用聚丙烯(PP)、聚氯乙烯(PVC)、聚乙烯(PE)。粘合層的厚度為20-50 μ m比較理想。
構(gòu)成表面保護(hù)層的材料優(yōu)選使用聚酰胺(PA)、聚對(duì)苯二甲酸乙二醇酯(PET)。作為聚酰胺，可以列舉出6-尼龍、6，6_尼龍、6，10_尼龍、和6，12_尼龍等。在它們當(dāng)中，從熔點(diǎn)比較高、耐熱性出色這方面來(lái)考慮，優(yōu)選6，10-尼龍和6，12-尼龍。表面保護(hù)層的厚度為 10 50 μ m比較。
絕熱層23可以用與實(shí)施形態(tài)1的絕熱層5、6同樣的材料構(gòu)成。從絕熱效果及電池組件的小型輕量化的觀點(diǎn)出發(fā)，絕熱層23的厚度(發(fā)泡材料發(fā)泡之前的厚度)為0.1 3mm比較理想，在Imm以下更為理想。即使絕熱層23的厚度薄至Imm以下，也能通過(guò)袋體 22確保絕熱層23的形狀的穩(wěn)定性。
從隔離板21的厚度方向上的鍍鋁膜的傳熱性與絕熱層的絕熱性的平衡的觀點(diǎn)出發(fā)，袋體22的厚度A與絕熱層23的厚度B (發(fā)泡材料發(fā)泡之前的厚度)的比A/B為0. 05 1比較理想。
通過(guò)在殼體內(nèi)收納的電池間配置隔離板21，與實(shí)施形態(tài)2相同，可以抑制從異常發(fā)熱的電池到相鄰的其他正常電池的熱傳導(dǎo)。
本實(shí)施形態(tài)的電池組件的制造方法，例如，包括如下工序 實(shí)施形態(tài)1的工序㈧以及工序⑶； (C)用工序(B)中制造的絕熱層形成用組成物來(lái)形成絕熱層，在袋體22內(nèi)配置絕熱層23，制造隔離板21的工序; (D)以隔離板21配置在電池13和電池14之間的形態(tài)，將電池13、電池14和隔離板21收納在殼體12內(nèi)的工序。
工序(C)中，例如，從袋體的開(kāi)口填充在工序(B)中制造的絕熱層形成用組成物， 使其成為一定厚度的層狀，從而形成絕熱層23。然后，閉上開(kāi)口制造隔離板21。在工序(C) 中，可以干燥絕熱層形成用組成物，不過(guò)，由于絕熱層形成用組成物被密閉在袋體內(nèi)，不干燥也可以。在另外做成板狀的絕熱層之后，再將其填塞進(jìn)袋體里也是可以的。
又，工序(C)中，可以如以下那樣，用2張相同形狀的鍍鋁膜(以下，簡(jiǎn)稱(chēng)為膜)來(lái)制造隔離板。
具體來(lái)說(shuō)，在1片膜上涂敷絕熱層形成用組成物之后，干燥，形成絕熱層。此時(shí)，在膜的周邊部不配置絕熱層以使膜露出。即，使膜露出為框狀。
再將1片膜蓋在絕熱層上之后，用粘合劑或熱熔敷把2片膜的周邊部接合起來(lái)。這樣，就構(gòu)成了收納絕熱層的袋體。
這時(shí)，將膜的框狀的露出部中的外周端緣部的規(guī)定區(qū)域作為結(jié)合部，膜的配置絕熱層的部分和結(jié)合部之間的部分設(shè)置有為使絕熱層能在袋體內(nèi)膨脹而不接合的區(qū)域。熱熔敷的情況下，優(yōu)選將接合側(cè)的樹(shù)脂層作為上述的粘合層。絕熱層可以被收納在袋體內(nèi)，不貼緊于袋體的內(nèi)表面也可以。在絕熱層膨脹前和膨脹后這兩種情況下，都可以將絕熱層穩(wěn)定地保持在袋體內(nèi)。
工程⑶中，可以根據(jù)與實(shí)施形態(tài)2同樣的方法，將電池13、電池14和隔離板21 收納在殼體2內(nèi)。
實(shí)施例1 以下，用金屬圓柱體代替電池來(lái)對(duì)本發(fā)明的電池組件的絕熱效果進(jìn)行評(píng)價(jià)。
實(shí)施例1 按照以下的步驟制作實(shí)施形態(tài)1的電池組件。
準(zhǔn)備兩個(gè)長(zhǎng)度65mm、外徑18mm的SUS304制的圓柱體來(lái)代替實(shí)施形態(tài)1中的二次電池3、4。在圓柱體的側(cè)面均勻涂敷絕熱層形成用組成物，放置一晝夜使之自然干燥，形成含有具有結(jié)晶水的硅酸鈉的絕熱層(厚度1mm)。這樣一來(lái)，圓柱體的側(cè)面被絕熱層覆蓋。 絕熱層形成用組成物使用的是在硅酸鈉(大阪硅曹株式會(huì)社制，商品名3號(hào)硅酸鈉)80質(zhì)量份中加入水20質(zhì)量份所得到的硅酸鈉的水溶液。Nii2O SiO2的摩爾比為1 3。
在內(nèi)部空間長(zhǎng)67mm、幅41mm、深度20mm、且由厚度Imm的聚碳酸酯(PC)制的盒子主體里，收納有兩個(gè)側(cè)面被絕熱層覆蓋的圓柱體。
具體來(lái)說(shuō)，殼體由有底方筒狀的盒子主體和四方板狀的蓋體構(gòu)成。從盒子主體的開(kāi)口部收納兩個(gè)圓柱體后，將蓋體安裝在盒子主體上。又，為了后述的評(píng)價(jià)試驗(yàn)，使盒子主體和蓋體不接合地構(gòu)成電池組件。
實(shí)施例2 按照以下步驟制作實(shí)施形態(tài)2的電池組件。
將絕熱層形成用組成物均一地涂在長(zhǎng)65mm、寬20mm、厚0. 03mm的不銹鋼箔的一面上，放置一晝夜讓它自然地干燥，形成了含有具有結(jié)晶水的硅酸鈉的絕熱層(厚Imm)。這樣做，可以得到長(zhǎng)度65mm、寬度20mm、厚度Imm的隔離板。所采用的絕熱層形成用組成物與實(shí)施例1中采用的絕熱層形成用組成物是同樣的。
準(zhǔn)備長(zhǎng)度65mm、外徑18mm的SUS304制的圓柱體來(lái)代替實(shí)施形態(tài)2中的二次電池 13、14。
在與實(shí)施例1相同的殼體內(nèi)，收納有上述的隔離板和2個(gè)圓柱體。
具體來(lái)說(shuō)，殼體由有底方筒狀的盒子主體和四方板狀的蓋體構(gòu)成。在盒子主體中收納了 2個(gè)圓柱體，并且在2個(gè)圓柱體之間插入了隔離板。然后在盒子本體上安裝蓋體。這樣，在殼體里面就收納了隔離板以及2個(gè)圓柱體。另外，為了后述的評(píng)價(jià)試驗(yàn)，不接合盒子主體和蓋體地構(gòu)成電池組件。
實(shí)施例3 絕熱層形成用組成物，除了使用株式會(huì)社愛(ài)可信(7·夕七7 )制造的ACCERA COAT ( τ·々七，二一卜)F(基本是硅酸鈉，還包含其他的結(jié)構(gòu)材料)以外，根據(jù)與實(shí)施例1 同樣的方法制造了電池組件。Nii2O SiO2的摩爾比是1 3.2。
實(shí)施例4 絕熱層形成用的組成物，除了使用株式會(huì)社愛(ài)可信m、制造的ACCERA COAT F (基本是硅酸鈉，還包含其他的結(jié)構(gòu)材料)以外，根據(jù)與實(shí)施例2同樣的方法制造了電池組件。
比較例1 除了 2個(gè)圓柱體側(cè)面沒(méi)有被絕熱層覆蓋，在2個(gè)圓柱體之間配置了長(zhǎng)度65mm、寬度 20mm、厚Imm的PC板以外，根據(jù)與實(shí)施例1同樣的方法制造了電池組件。
實(shí)施例5 按照以下步驟制造實(shí)施形態(tài)3的電池組件。
在鍍鋁膜(長(zhǎng)度73mm、寬度^mm、厚0. lmm)(以下，簡(jiǎn)稱(chēng)為膜)的一面均勻地涂敷絕熱層形成用組成物，放置一晝夜使其自然地干燥，形成含有具有結(jié)晶水的硅酸鈉的絕熱層(長(zhǎng)度65mm、寬度20mm、厚lmm)。
所使用的絕熱層形成用的組成物和實(shí)施例1采用的絕熱層形成用的組成物相同。 膜使用的是鋁層(厚度40 μ m)、形成在鋁層的一個(gè)表面上的PET層(表面保護(hù)層)(厚度 30 μ m)、和形成在鋁層的另一表面上的PP層(粘合層)(厚度30 μ m)的層疊體。在該膜的粘合層表面形成了絕熱層。此時(shí)，在膜的周邊部不配置絕熱層，使膜露出為框狀。這個(gè)露出部的寬度為4mm。
在絕熱層的上面，還配置了與上述一樣的膜，讓粘合層與絕熱層相對(duì)，使2片膜相重合。這樣，使2片膜的露出部(粘合層)彼此熱熔敷。這樣，得到由絕熱層和收納絕熱層的袋狀的膜構(gòu)成的隔離板21。
這時(shí)，將膜的框狀露出部的外周端緣部的寬2mm的區(qū)域作為熱熔敷部，在膜的設(shè)置絕熱層的部分和熱熔敷部之間(寬2mm的區(qū)域)設(shè)置為了使絕熱層能在袋體內(nèi)膨張而不進(jìn)行熱熔敷的區(qū)域。
除了使用上述所得到的隔離板來(lái)代替實(shí)施例2中的隔離板以外，根據(jù)與實(shí)施例2 同樣的方法，制作了電池組件。
實(shí)施例6 絕熱層形成用組成物，除了使用株式會(huì)社愛(ài)可信(7夕七7 )制造的ACCERA COAT F(基本是硅酸鈉，還包含其他的結(jié)構(gòu)材料)以外，根據(jù)與實(shí)施例5同樣的方法制造了電池組件。
評(píng)價(jià) 對(duì)于實(shí)施例1-6以及比較例1，進(jìn)行了以下的評(píng)價(jià)。準(zhǔn)備了陶瓷取暖器(坂口電熱 (株)制造、MS-iK)。從殼體取下蓋子，使板狀的陶瓷取暖器的發(fā)熱體抵接于一個(gè)圓柱體的一端面，再將從該發(fā)熱體延伸的一對(duì)導(dǎo)線連接于端子間電壓為6v的電源上。把取暖器的溫度設(shè)置在700°C，當(dāng)取暖器的溫度達(dá)到700°C再過(guò)10分鐘后，用熱電偶測(cè)量另一個(gè)圓柱體的溫度。
另外，用數(shù)字游標(biāo)卡尺測(cè)定在取暖器加熱前絕熱層膨脹前的厚度以及在取暖器加熱后絕熱層膨脹后的厚度。根據(jù)下面的式子可以求得膨脹率。膨脹率(％)=(絕熱層膨脹后的厚度-絕熱層膨脹前的厚度)/ (絕熱層膨脹前的厚度)X100 表1表示其結(jié)果。
[表1]
權(quán)利要求
1.一種電池組件，其特征在于，具有多個(gè)二次電池、收納所述多個(gè)二次電池的殼體、 和將所述多個(gè)二次電池相互隔離的至少一個(gè)絕熱層；所述至少一個(gè)絕熱層含有能在110°C以上、200°C不到的第1規(guī)定溫度發(fā)泡的發(fā)泡材料；通過(guò)所述發(fā)泡材料的發(fā)泡來(lái)增加該絕熱層的厚度。
2.如權(quán)利要求1所述的電池組件，其特征在于，所述至少一個(gè)絕熱層包含配置于所述二次電池的各自表面的絕熱層。
3.如權(quán)利要求2所述的電池組件，其特征在于，所述絕熱層的所述發(fā)泡材料發(fā)泡前的厚度為0. 1 3mm。
4.如權(quán)利要求1所述的電池組件，其特征在于，所述至少一個(gè)絕熱層支撐于至少一個(gè)隔壁體上，所述至少一個(gè)隔壁體配置為使所述多個(gè)二次電池相互隔離。
5.如權(quán)利要求4所述的電池組件，其特征在于，所述隔壁體包含金屬箔，所述絕熱層承載于所述金屬箔的一個(gè)面。
6.如權(quán)利要求5所述的電池組件，其特征在于，所述絕熱層的所述發(fā)泡材料發(fā)泡前的厚度為0. 1 3mm。
7.如權(quán)利要求4所述的電池組件，其特征在于，所述隔壁體包括袋體，所述絕熱層收納在所述袋體內(nèi)。
8.如權(quán)利要求7所述的電池組件，其特征在于，所述絕熱層的所述發(fā)泡材料發(fā)泡前的厚度為0. 1 3mm。
9.如權(quán)利要求4所述的電池組件，其特征在于，所述二次電池都是圓柱型，且軸方向平行地配置為一橫列，所述隔壁體的寬度尺寸在所述二次電池的直徑以上。
10.如權(quán)利要求1所述電池組件，其特征在于，所述發(fā)泡材料包含具有結(jié)晶水的堿金屬的硅酸鹽。
11.如權(quán)利要求10所述的電池組件，其特征在于，所述堿金屬是選自由鈉、鉀及鋰構(gòu)成的組中的至少1種。
12.如權(quán)利要求1所述的電池組件，其特征在于，所述絕熱層還包含能在200°C以上的第2規(guī)定溫度發(fā)泡的發(fā)泡促進(jìn)劑和由在所述第2規(guī)定溫度不發(fā)泡的無(wú)機(jī)粒子構(gòu)成的結(jié)構(gòu)材料。
13.如權(quán)利要求12所述的電池組件，其特征在于，所述發(fā)泡促進(jìn)劑是選自由氫氧化鋁、 氫氧化鈣、氫氧化鎂、明礬、硫酸鈉、碳酸鈣、碳酸鎂及碳酸鋇構(gòu)成的組中的至少一種。
14.如權(quán)利要求12所述的電池組件，其特征在于，所述結(jié)構(gòu)材料是選自由硅酸鋁、氟硅酸鈉、膨潤(rùn)土、蒙脫石、高嶺石、莫來(lái)石、硅藻土、氧化鋁、二氧化硅、云母、氧化鈦、蛭石、珠光體、鎂質(zhì)消石灰、海泡石、滑石、硅酸鈣、硅酸鎂、硫酸鈣以及水泥構(gòu)成的組中的至少一種。
全文摘要
電池組件具有多個(gè)二次電池、收納多個(gè)二次電池的殼體、和將多個(gè)二次電池相互隔離的至少一個(gè)絕熱層。至少一個(gè)絕熱層含有能在110℃以上、200℃不到的第1規(guī)定溫度發(fā)泡的發(fā)泡材料，通過(guò)發(fā)泡材料的發(fā)泡在絕熱層內(nèi)產(chǎn)生氣泡，從而增大絕熱層的厚度。由此，可以提供一種在電池異常發(fā)熱時(shí)具有較高的絕熱效果、且安全性優(yōu)異的電池組件。
文檔編號(hào)H01M2/10GK102187493SQ20108000301
公開(kāi)日2011年9月14日 申請(qǐng)日期2010年6月7日 優(yōu)先權(quán)日2009年6月8日
發(fā)明者橫山智彥, 清水啟介, 藤川萬(wàn)鄉(xiāng) 申請(qǐng)人:松下電器產(chǎn)業(yè)株式會(huì)社