CN101315973B

CN101315973B - 电池组

Info

Publication number: CN101315973B
Application number: CN2008100859043A
Authority: CN
Inventors: 新屋敷昌孝; 藤原雅之; 前田仁史; 船桥淳浩
Original assignee: Sanyo Electric Co Ltd
Current assignee: Sanyo Electric Co Ltd
Priority date: 2007-06-01
Filing date: 2008-05-28
Publication date: 2012-09-05
Anticipated expiration: 2028-05-28
Also published as: JP2008300288A; US8309247B2; US20110023290A1; JP5196876B2; CN101315973A; US20080299453A1

Abstract

本发明提供一种电池组。该电池组可对多个方形电池加压并保持它们，可均匀地对各电池加压，且可高效率地自各电池散热。该电池组是沿厚度方向层叠多个方形电池(2)而成的，其特征在于，在各电池之间设置2张平板(3、4)，通过使该2张平板向相互分离的方向移动来对各电池加压，在与各电池的层叠方向垂直的方向上夹着各电池地配置一对相对的架构件(10、20)，该一对架构件具有沿各电池的层压方向延伸的相对面(11、21)，并在相对面上分别设置插入到各电池之间的2张平板之间的楔形隔离件(12、22)，缩小一对架构件之间的间隔，从而使隔离件进入到2张平板之间的里侧，使2张平板向相互分离的方向移动，对各电池加压。

Description

电池组

技术领域

本发明涉及一种可以对多个方形电池加压并保持它们的电池组。

背景技术

一种借助分离片层叠多个电极板、且组合多个收容并密封于层压片式的外壳构件中的方形锂离子电池而成的电池组，由于其具有较大的容量，并且具有良好的高速特性，因此，可用于机器人、电车、备用电源等。

上述那样的层压式方形锂离子电池在充放电时，电极板会产生膨胀以及收缩。当电极板之间的距离增大时，正极活性物质层内以及负极活性物质层内的导电性降低，因此内部电阻上升，产生电池容量降低、循环特性恶化。因此，为了避免电极板之间的距离增加，优选在层叠方形锂离子电池而成的电池组中，预先从外部对各电池施加压力。

在专利文献1～3中，借助平板或隔离件沿厚度方向层叠上述那样的层压式方形锂离子电池，在层叠后的电池两端设置束缚板，用带子或者连结杆紧固该束缚板，从而按压各电池。

但是，在利用这种方法按压各电池时，存在难以对各电池施加均匀的压力的问题。特别是在电池的层叠数量较多时，产生位于两端的电池与中心附近的电池易于发生上述的压力不均这样的问题。因此，在一部分电池中内部电阻上升，易于产生电池容量降低、循环特性恶化。

另外，各电池在高速放电时会发热，但是在以往的电池组构造中存在自各电池的散热不充分、电池温度上升、到达运转上限温度而不能放电的情况。

在专利文献4中，沿厚度方向层叠多个扁平型电池，在层叠方向的两端设置1组散热器，通过使散热器与设置于其侧面的1组固定平板相互接近，从而以相互接近的方式移动来加压电池。

在这样的电池组中也存在由于用两端的散热器按压各电池，因此难以对各电池均匀地施压的问题。并且，也不能解决自各电池散热不充分、电池温度上升这样的问题。

专利文献1：日本特开2003-323874号公报

专利文献2：日本特开2005-259500号公报

专利文献3：日本特开2006-196222号公报

专利文献4：日本特开2006-40696号公报

发明内容

本发明的目的在于提供一种可以均匀地对各电池加压、并且可以使各电池高效率地散热的方形电池的电池组。

本发明的电池组是沿厚度方向层叠多个方形电池而成的，其特征在于，在各电池之间设置2张平板，使该2张平板向相互分离的方向移动，从而对各电池加压。

在本发明中，在各电池间设置2张平板，使该2张平板向相互分离的方向移动，从而对各电池加压。因此，可以在大致相同的条件下对各电池加压，从而可以均匀地对各电池加压。另外，由于使配置于各电池之间的2张平板向分离的方向移动，因此能在2张平板之间形成空间。因此，可以从该空间部分散热，从而可以高效率地从各电池散热。

另外，在按照本发明的优选的实施方式中，在与各电池的层叠方向垂直的方向上夹着各电池地设置相对的一对架构件，该一对架构件具有沿各电池的层叠方向延伸的相对面，在上述相对面上分别设置可插入到各电池之间的上述2张平板之间的楔形隔离件，缩小一对架构件之间的间隔，从而使隔离件进入到2张平板之间的里侧，使该2张平板向相互分离的方向移动，对各电池加压。

楔形隔离件只要具有能通过使隔离件的前端部进入到2张平板之间的里侧而使2张平板向相互分离的方向移动的形状即可，并没有特别限定。作为楔形隔离件，可以举出例如三角柱形状的隔离件。

通过使用上述一对架构件来构成本发明的电池组，可以对各电池加压且夹持并保持各电池。即，通过使2张平板向相互分离的方向移动，可以在相邻的平板之间对各电池加压且夹持各电池。

在按照本发明的优选的实施方式中，通过缩小一对架构件之间的间隔，使隔离件进入到2张平板的里侧。作为缩小一对架构件之间的间隔的方法，可以举出通过在一对架构件之间设置多个连结杆，拧紧设置在该连结杆的至少一端上的螺栓来缩小一对架构件之间的间隔的方法。

采用本发明，如上所述，在各电池之间设置2张平板，使该2张平板向相互分离的方向移动。因此，如上所述，在2张平板之间形成有空间，可以利用该空间向外部散热。因此，平板优选由导热率较高的材料形成。例如，优选由SUS(不锈钢)、铝、铜等金属形成。另外，隔离件也插入到2张平板之间，也可以通过隔离件进行散热，因此隔离件也优选由导热率较高的材料形成，例如，优选由与平板同样的金属形成。但是，本发明中的平板以及隔离件的材质并不限定为金属，也可以采用树脂等形成。

另外，隔离件既可以与架构件一体地形成，也可以在架构件上安装独立的隔离件。

本发明中的平板优选具有与方形电池的被加压的侧面面积相通或是面积更大的平面部。由于具有这样的平面部，可以均匀地对电池的侧面加压。

本发明中的方形电池优选为借助分离片交替地层叠多个正极与负极而成的电池。在这样的层叠型电池中，分别集中抽取出连接于各正极的正极片和连接于各负极的负极片，正极片连接于正极端子，负极片连接于负极端子。

另外，本发明中的方形电池优选为这样的电池，即，在由层压膜等挠性膜构成的外壳体中，插入由层叠后的正极、负极以及分离片构成的电极体，把电解液注入到外壳体内而成的电池。

另外，本发明中的方形电池也可以这样制成，即，借助分离片叠加正极和负极，将其卷绕成螺旋状而做成为电极体，将该电极体碾压扁平后插入到由层压膜等构成的外壳体中而制成。

本发明中的方形电池只要具有可被平板加压的相对的侧面即可，其形状没有特别限定。

作为本发明中的方形电池，在采用以层压膜为外壳体的锂离子电池时，可以最显著地体现本发明的效果。以层压膜为外壳体的锂离子电池特别容易因充放电而膨胀，因此可最显著地获得对电池加压而抑制使电极间距离增加的效果。因此，可以最显著地体现本发明的效果。但是，本发明并不限定于此，外壳体也可以由金属罐、树脂外壳形成，电池系统也可以是镍—镉蓄电池、镍氢电池等其他电池系统。

在本发明中，在层叠的各电池之间配置2张平板，使该2张平板向相互分离的方向移动，从而对各电池加压。因此，可以大致均等地对各电池加压，在各电池中，可以大致相同程度地获得抑制电极之间距离增加的效果，从而可以抑制电池容量的下降、循环特性恶化。

另外，由于使设置于各电池之间的2张平板向相互分离的方向移动，因此在2张平板之间形成空间。采用本发明，可以从该空间释放出在电池内产生的热量。因此，可以高效率地向外部释放出高速放电时由各电池产生的热量，从而可以高速充放电。

附图说明

图1是表示按照本发明的实施例1的电池组的侧视图。

图2是表示按照本发明的实施例1的电池组的立体图。

图3是表示按照本发明的实施例1中所使用的架构件以及隔离件的立体图。

图4是表示按照本发明的实施例1的叠层式电池的立体图。

图5是表示比较例的电池组的侧视图。

具体实施方式

下面，利用具体的实施例来说明本发明，但本发明并不限定于下述实施例。

制作叠层式方形电池

制作正极

混合90重量％的作为正极活性物质的LiC_oO₂、5重量％的作为导电剂的炭黑、5重量％的作为粘结剂的聚偏氟乙烯、作为溶剂的N-甲基吡咯烷铜(NMP)溶液，将其调制成正极用混合剂浆之后，将该正极用混合剂浆涂敷于作为正极集电体的铝箔的两面上。然后，对溶剂进行干燥并用辊压缩至厚度0.1mm之后，将其切断为宽95mm及高95mm，从而制作成了正极。

另外，作为正极活性物质，除了上述的LiCoO₂之外，还可以采用例如LiNiO₂、LiMnO₄或者是这些物质的复合体等。

制作负极

混合95重量％的作为负极活性物质的石墨粉末、5重量％的作为粘结剂的聚偏氟乙烯、作为溶剂的NMP溶液，将其调制成负极用混合剂浆之后，将该浆涂敷于作为负极集电体的铜箔的两面上。然后，对溶剂进行干燥并用辊压缩至厚度0.08mm之后，将其切断为宽100mm及高100mm，从而制作成了负极。

另外，作为上述负极活性物质，采用人造石墨，但也适宜采用天然石墨、其他的碳材料。

安装集电片

利用超音波焊接分别将由铝箔构成的正极片安装在上述正极上、将由铜箔构成的负极片安装在上述负极上。

制作层叠电极体

借助聚丙烯制的分离片(100mm×100mm、厚度30μm)以正极片与负极片处于同一边的方向层叠50张安装有正极片的上述正极与51张安装有负极片的上述负极。另外，以两端部为负极的方式层叠正极以及负极。在该层叠体上卷绕用于保持形状的绝缘带，从而做成了层叠电极体。

制作电解液

以体积比为30∶70的比例混合碳酸亚乙酯(EC)和碳酸甲乙酯(MEC)，在该混合溶剂中溶解1M(摩尔/升)的LiPF₆，从而制作成了电解液。

制作叠层式电池

将上述层叠电极体插入到由层压片膜构成的外壳体中，对外壳体的安装有正极片和负极片一侧的边进行热熔接，再热熔接其余3边中的2边。接着，从未进行热熔接的1边侧向外壳体内注入上述电解液，注入后对未进行热熔接的1边进行热熔接，从而密封外壳体，完成了叠层式电池。

图4是表示叠层式电池的立体图。如图4所示，在叠层式电池2上安装有正极端子5以及负极端子6。在正极端子5的前端形成有弯曲部5a。在负极端子6上也同样地形成有弯曲部6a。弯曲部5a和弯曲部6a向互相相反的方向弯曲。正极端子5利用超音波焊接安装于在电池内层叠起来的各正极的正极片上。负极端子6也同样地利用超音波焊接安装于在电池内层叠起来的各负极的负极片上。

叠层式电池的宽度为100mm，长度为110mm，厚度为12mm。

制作电池组

使用在上述过程中制成的叠层式电池如下所示地制作电池组。

实施例1

图1是表示在实施例1中制作成的电池组的侧视图，图2是立体图。

如图1及图2所示，本实施例的电池组是沿厚度方向层叠叠层式电池2而构成的，在电池2之间插入有2张平板3以及平板4。平板3以及平板4由SUS(不锈钢)形成，宽度为100mm，高度为115mm，厚度为2mm。

在与电池2的层叠方向垂直的方向上夹住各电池2地设有一对架构件10和架构件20。架构件10和架构件20具有相互相对的相对面11和相对面21，使相对面11和21相对地配置。在相对面11和21上设置有楔形的隔离件12和22。楔形隔离件12和22具有三角柱状的形状，以将其前端部分插入到平板3以及平板4之间的方式配置。

架构件10和20的宽度为80mm，电池2在层叠方向上的长度为300mm，厚度为2mm。在架构件10和20的宽度方向的两端部上设置基座部13和23。由于基座部13和23的高度为8mm，架构件的厚度为2mm，因此合计高度为10mm。

隔离件12和22如上所述地具有三角柱形状，三角柱的底边为4mm，高度为10mm。隔离件12和22具有等腰三角形的截面。另外，其宽度方向上的长度为80mm。相邻的隔离件之间的间隔设为使三角柱的顶点之间距离为18mm。

架构件10和20由SUS形成。隔离件12和22也由SUS形成。

如图2所示，电池2通过在相邻的电池2之间连接正极端子5以及负极端子6而串联地电连接。另外，在相邻的电池2中，正极端子5的弯曲部5a及负极端子6的弯曲部6a向相反方向弯曲。因此，相邻的电池2的负极端子6的弯曲部6a以与正极端子5的弯曲部5a重叠的方式与其连接。正极端子5和负极端子6的连接可以通过超音波熔接、电阻焊接、螺栓固定等来进行。在进行螺栓固定时，可以在各端子上开设供螺栓通过的孔，利用螺栓和螺母进行固定。串联连接的电池2的电流从位于一端的电池2的正极端子5和位于另一端的电池2的负极端子6被取出。在本实施例中，串联地电连接层叠的电池2，但也可以将其并联地电连接。另外，在图1中省略图示正极端子5以及负极端子6。

图3是表示架构件20的立体图。另外，架构件10也为同样地构成。如图3所示，在架构件20的电池层叠方向的端部上形成有孔20a。在一个端部上形成有两个，在两个端部上合计形成有4个孔。如图1以及图2所示，在该孔中通过连结杆30，如图1所示，在连结杆30的两端部上安装有螺栓构件31，拧紧该螺栓31，从而可以缩小架构件10与架构件20之间的距离。另外，图2中省略图示螺栓构件31。另外，连结杆30的直径为8mm，长度为133mm。该连结杆30也由SUS形成。通过安装螺栓31来缩小架构件10与架构件20之间的间隔，能使架构件10的楔形隔离件12和架构件20的楔形隔离件22进入到平板3与平板4间的里侧。通过这样使隔离件12和22向中心侧进入，可以使2张平板3和平板4向相互分离的方向移动，通过使平板3和平板4向分离的方向移动，可以在相邻的平板之间对电池2加压。

各电池2通过被夹持并按压在如上所述地进行移动的平板3和平板4之间而被加压。因为在各电池2中可以实现大致同样的加压状态，因此在本实施例的电池组中，可以对电池2施加均等的压力，不会产生以往那样的位于端部的电池与位于中央的电池的加压状态不同等问题。

另外，由于通过使隔离件12和22进入，在平板3和平板4之间形成有空间，因此能从该空间释放热量。因此，采用本实施例，可以高效率地释放在电池2内产生的热量。因此，可高速充放电。另外，如上所述，在本实施例中，由于平板3和平板4由金属形成，因此能高效率地传导在电池2内产生的热量，将其释放到外部。另外，由于隔离件12和22及架构件10和20也由金属形成，因此可以高效率地传导来自平板3和平板4的热量，将其释放到外部。

在本实施例中，虽然将隔离件12和22做成相同的尺寸形状，但是也可以根据设置隔离件的部位使其尺寸形状不同。通过使隔离件的尺寸形状等不同，可以改变对电池2的加压状态。另外，可以改变平板之间的空间区域。因此，特别是在希望比其他部位更良好地散热的部位，也可以改变平板的尺寸形状以使平板之间的间隔更宽。

另外，如上所述，由于隔离件的尺寸形状也会影响电池的加压状态，因此也可以改变其尺寸形状来调整对电池的加压状态。

在本实施例中，层叠15个电池2。

比较例1

采用与上述同样的叠层式电池2，制作成了如图5所示的比较例的电池组。图5是侧视图，在各电池2之间配置有由聚醚酮醚(PEEK)树脂形成的平板7(宽100mm，高115mm，厚5mm)。在层叠的电池2的两端上设有由SUS形成的加压板(宽130mm，高140mm，厚5mm)41和42。在加压板41和42的四个角上形成有孔，加压板41和42由穿入到该孔中的4根连结杆40连结，通过拧紧设于连结杆40的两端部上的螺栓43来加压电池2。另外，连结杆40的直径为8mm，长度为290mm，由SUS形成。

另外，在该比较例1中也层叠15个电池2。

对电池的加压状态的评价

在实施例1中，为了评价对各电池2施加压力的状态，在电池2的侧面与平板3或平板4之间插入压敏纸(在0.2MPa的条件下感应，被施加压力的部位会变色的压敏纸)，评价电池组的加压状态。另外，在比较例1中，为了评价对各电池2施加压力的状态，在电池2与平板7之间也插入有压敏纸，评价加压状态。

结果：在比较例1中，确认在位于电池组中央部的电池和位于端部的电池上加压的压力存在很大差别。与此相对，在实施例1的电池中，确认对各电池施加了大致相同程度的压力，可以对各电池均等地加压。

散热性的评价

叠层式电池的评价

对组装电池组之前的叠层式电池的散热性能进行了评价。首先，在以1C(12A)的恒定电流对电池充电之后，以4.2V的恒定电压进行充电。然后，以1C(12A)放电时的放电容量是12Ah。另外，以10C(120A)放电时的放电容量是10.8Ah。

假定电池为密封状态，以厚度为20mm的隔热材料(玻璃纤维)进行隔热，以10C放电时的电池温度从20℃上升到了60℃(放电结束时)。

实施例1的电池组的评价

将实施例1的电池组放入到密封的空间内，以1C充电之后，测量以10C放电时的温度上升幅度。结果，电池温度上升至20C～50℃(刚刚放电之后)。另外，构成电池组的各电池的温度偏差在5℃以内。

如上所述，在实施例1的电池组中，其温度上升小于电池单体隔热状态的情况，即使将电池组设置于密封空间内，也不会上升到异常温度70℃。因而可知：采用本发明，可以高效率地自各电池散热。

在上述实施例中，层叠15个各电池，但本发明电池组中电池的层叠数并不限定于上述实施例，只要是多个即可。

另外，在上述实施例中，采用一对架构件，在架构件的相对面上设置楔形的隔离件，将该隔离件插入到2张平板之间，从而使2张平板向相互分离的方向移动，但本发明并不限定于此，也可以利用其他方法使2张平板向相互分离的方向移动。

另外，本发明中的平板和隔离件的尺寸形状以及材质并不限定于上述实施例，可以采用各种尺寸形状以及各种材质。

Claims

1.一种电池组，该电池组是沿厚度方向层叠多个方形电池而成的，其特征在于，

在各电池之间设置2张平板，在与上述各电池的层叠方向垂直的方向上夹着上述各电池地设置一对架构件，该一对架构件具有沿上述各电池的层叠方向延伸的相对面，并在上述相对面上分别设置插入到上述各电池间的上述2张平板之间的楔形隔离件，通过缩小上述一对架构件之间的间隔，从而使上述隔离件进入到上述2张平板之间的里侧，通过使上述2张平板向相互分离的方向移动，对上述各电池加压且在相邻的平板之间夹持上述各电池。

2.根据权利要求1所述的电池组，其特征在于，上述方形电池为以层压膜为外壳体的锂离子电池。

3.根据权利要求1所述的电池组，其特征在于，在上述一对架构件之间设置多个连结杆，拧紧设置于连结杆的至少一端上的螺栓，从而缩小上述一对架构件之间的间隔。

4.根据权利要求1～3中任1项所述的电池组，其特征在于，上述平板由金属形成。