CN101411003B - 电池组件及其制造方法和具有电池组件的车辆 - Google Patents

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Abstract

构成电池组件的各个电池(12)包括将片状正极集电体(32)和片状负极集电体(34)与片状隔板进行卷绕而形成的扁平形状卷绕电极体(30)，并且片状正极集电体(32)的后缘(32E)和片状负极集电体(34)的后缘(34E)位于处在卷绕电极体(30)的实质接收限制载荷的部分的外侧的位置(30B)。有限制载荷施加在电池上的电池组件获得了长的使用寿命，同时保持了良好的输出特性。

Description

电池组件及其制造方法和具有电池组件的车辆
技术领域
本发明涉及一种电池组件，其中多个能够充电和放电的单电池(二次电池)串联连接，还涉及一种制造该电池组件的方法，以及具有该电池组件的车辆。更具体地，本发明涉及构成适于安装在车辆上的电池组件的(单)电池的构造。
背景技术
提供有将多个单电池串联连接而构成的电池组件，其使用质轻的具有高能量密度的锂离子电池或其它二次电池或蓄电装置如电容器作为(单)电池。已发现，使用这类电池组件作为能提供高功率的电源，更具体地，作为安装在车辆上的电源或用于个人电脑和便携式终端的电源越来越重要。特别地，希望将其中有多个具有高能量密度的轻质锂离子电池形式的电池串联连接的电池组件用作安装在车辆上的高功率电源。作为安装在构成电池组件的各个电池中的电极体，使用将长的片状正极集电体、长的片状负极集电体和长的片状隔板卷绕成扁平形状而形成的卷绕电极体。例如，日本专利申请11-167929号公报(JP-A-11-167929)、日本专利申请2000-285953号公报(JP-A-2000-285953)和日本专利申请2002-8708号公报(JP-A-2002-8708)公开了具有这种扁平形状卷绕电极体的二次电池(单电池)。
同时，当安装在车辆如汽车上时，电池组件被安装在有限的空间内，并且被认为使用在有振动产生的状态下；因此，电池组件被组装成使得大量电池被布置成列并处于受限状态。当电池被保持在受限状态下时，有大的载荷施加在构成电池组件的各个电池上。因此，希望构成电池组件的电池即使在有这样的大载荷施加于电池上的情况下也具有良好的充放电特性和输出特性并且具有长的使用寿命。
发明内容
本发明的目的是提供一种包括多个串联连接的电池的电池组件，更具体地，提供一种包括多个能实现长的使用寿命同时确保良好的充放电特性和高输出特性的电池(电极体)的电池组件。本发明的另一个目的是提供一种具有上述电池组件的车辆如汽车。
本发明的第一方面涉及这样一种电池组件，所述电池组件由多个能够充电和放电的电池串联连接而构成。每个所述电池包括将片状正极集电体和片状负极集电体与片状隔板进行卷绕而形成的扁平形状卷绕电极体。至少两个彼此相邻的所述电池布置成使包含在相应电池中的所述卷绕电极体的平表面彼此相对，并被保持在限制载荷沿所述电池的布置方向施加到所述卷绕电极体上的受限状态下。在上述至少两个电池中的每一个所包含的所述卷绕电极体中，所述片状正极集电体(或正极集电体板片)的位于所述卷绕电极体的外侧的后缘和所述片状负极集电体(或负极集电体板片)的位于所述卷绕电极体的外侧的后缘均位于所述卷绕电极体的实质接收所述限制载荷的部分的外侧。
在本说明书中，术语“(单)电池”是指串联连接以构成电池组件的各个蓄电装置，并且若非特别限定，所述蓄电装置包括各种成分的电池以及电容器。术语“二次电池”一般是指能反复充电的可再充电电池，包括所谓的蓄电池，例如锂离子电池和镍金属氢化物(NiMH)电池。构成锂离子电池的蓄电装置是上述“电池”的典型示例，并且由多个这样的电池构成的锂离子电池组件是本文公开的“电池组件”的典型示例。
上述正极和负极集电体板片的后缘可导致在卷绕电极体的外表面上形成一个或多个台阶部。如果这些台阶部形成在卷绕电极体的实质接收限制载荷的部分(典型地，卷绕电极体的扁平外表面所包含的任何部分)中，则由于限制载荷而施加在卷绕电极体上的压力(表面压力)在台阶部(板片后缘位于此)和台阶部周围的其它部分之间会有所不同。载荷压力(表面压力)的不均匀会导致在卷绕电极体内部的压力施加程度的不均匀，这又导致电池构成成分如电解质在卷绕电极体内的不均匀或不均一的分布，从而使得电池的循环寿命性能(与由于反复充放电而引起的容量变化相关的特性)恶化。在根据本发明第一方面的电池组件中，正极和负极集电体板片的后缘均位于卷绕电极体的实质接收限制载荷的部分的外侧。因此，限制载荷压力(表面压力)能均匀地或均一地施加在卷绕电极体上。因此，如此构造的电池组件避免了上述问题，并且获得了优异的循环寿命性能和长的使用寿命。
在上述至少两个电池中的每一个所包含的所述卷绕电极体中，所述片状隔板(或隔板板片)的位于所述卷绕电极体的外侧的后缘可位于所述卷绕电极体的实质接收所述限制载荷的部分的外侧。通过将隔板板片的后缘以及正极和负极集电体板片的后缘设置在实质接收限制载荷的部分的外侧，限制载荷压力(表面压力)可均匀地施加在卷绕电极体上，并且所述电池组件可获得更好的循环寿命性能和更长的使用寿命。
另外，可在上述至少两个电池中的相邻电池之间配置间隔保持板，使得所述间隔保持板被保持在所述限制载荷沿所述电池的布置方向施加到所述间隔保持板以及相应的电池上的受限状态下。在这种情况下，正极集电体板片的后缘和负极集电体板片的后缘均可位于卷绕电极体的能被所述间隔保持板挤压的部分的外侧。类似地，隔板板片的后缘可位于能被间隔保持板挤压的部分的外侧。在如此构造的、电池沿其布置方向被限制同时间隔保持板(间隔件)被插入和配置在相邻电池之间的电池组件中，限制载荷沿电池的布置方向经相应的间隔保持板施加到各个电池的卷绕电极体上。在如上所述地构造的电池组件中，没有板片后缘位于卷绕电极体的能被间隔保持板挤压的部分内，且因此载荷压力(表面压力)均匀地施加在被间隔保持板挤压的部分上。因此，即使是在存在用于保持各个电池的间隔保持板的情况下，电池组件也可获得长的使用寿命，同时确保优异的循环寿命性能。
正极集电体板片的后缘和负极集电体板片的后缘均可位于相应的卷绕电极体的所述相对的平表面的外侧。隔板板片的后缘也可位于所述相对的平表面的外侧。通过将板片后缘置于上述位置，限制载荷压力(表面压力)可均匀地施加在卷绕电极体的平表面的整个区域上。
正极集电体板片的后缘和负极集电体板片的后缘均可位于角部内，所述角部形成在作为所述卷绕电极体的前后表面的两个平表面之间。隔板板片的后缘也可位于上述角部内。通过将板片后缘置于上述角部内，可容易地在卷绕电极体的平表面的整个区域上施加均匀的限制载荷压力(表面压力)而不受板片后缘的影响。
在上述至少两个电池中的每一个所包含的所述卷绕电极体中，将正极集电体板片的后缘、负极集电体板片的后缘和隔板板片的后缘中的至少一者固定在所述卷绕电极体的外表面上的条带可设置在所述卷绕电极体的实质接收所述限制载荷的部分的外侧。像上述板片后缘一样，所述条带可导致在卷绕电极体的外表面上形成台阶部。在如上所述地构造的电池组件中，由条带形成的台阶部位于卷绕电极体的实质接收限制载荷的部分的外侧。因此，即使是在存在所述条带的情况下，限制载荷压力(表面压力)也可均匀地施加在卷绕电极体上，并且电池组件可获得长的使用寿命，同时确保优异的循环寿命性能。
在上述至少两个电池中的每一个所包含的所述卷绕电极体中，片状正极集电体(或正极集电体板片)的位于卷绕电极体的中心侧的前缘和片状负极集电体(或负极集电体板片)的位于卷绕电极体的中心侧的前缘均可位于卷绕电极体的实质接收限制载荷的部分的外侧。另外，片状隔板(或隔板板片)的前缘也可位于卷绕电极体的实质接收限制载荷的部分的外侧。通过将板片前缘以及板片后缘置于卷绕电极体的实质接收限制载荷的部分的外侧，施加在卷绕电极体上的限制载荷压力可均匀地施加在卷绕电极体的整个内部，并且电池组件可获得更好的循环寿命性能和更长的使用寿命。
本发明的第二方面涉及一种制造电池组件的方法，在所述电池组件中多个能够充电和放电的电池串联连接。所述方法包括以下步骤：制备至少两个电池，所述电池均具有将片状正极集电体和片状负极集电体与片状隔板进行卷绕而形成的扁平形状卷绕电极体；和将所述电池布置成使包含在所述电池中的相邻电池中的所述卷绕电极体的平表面彼此相对，同时将所述电池保持在限制载荷沿所述电池的布置方向施加到所述卷绕电极体上的受限状态下。在上述至少两个电池中的每一个所包含的所述卷绕电极体中，正极集电体板片的位于所述卷绕电极体的外侧的后缘和负极集电体板片的位于所述卷绕电极体的外侧的后缘均位于所述卷绕电极体的实质接收所述限制载荷的部分的外侧。此外，隔板板片的后缘可位于卷绕电极体的实质接收限制载荷的部分的外侧。
另外，正极集电体板片的后缘和负极集电体板片的后缘均可位于相应的卷绕电极体的相对的平表面的外侧。此外，隔板板片的后缘以及正极和负极集电体板片的后缘可位于相对的平表面的外侧。另外，正极集电体板片的后缘和负极集电体板片的后缘均可位于形成在作为卷绕电极体的前后表面的两个平表面之间的角部(弯曲部)内。此外，隔板板片的后缘以及正极和负极集电体板片的后缘可位于形成在作为卷绕电极体的前后表面的两个平表面之间的角部(弯曲部)内。
在上述至少两个电池中的每一个所包含的卷绕电极体中，在使用条带将正极和负极集电体板片的后缘以及隔板板片的后缘中的至少一者固定在卷绕电极体的外表面上的情况下，该条带可位于卷绕电极体的实质接收限制载荷的部分的外侧。在构造上述至少两个电池中的每一个的卷绕电极体时，正极集电体板片的前缘和负极集电体板片的前缘可位于卷绕电极体的实质接收限制载荷的部分的外侧。此外，隔板板片的前缘以及集电体板片的前缘可位于卷绕电极体的实质接收限制载荷的部分的外侧。在制造包括间隔保持板的电池组件时，正极集电体板片的后缘和负极集电体板片的后缘均可位于卷绕电极体的能被间隔保持板挤压的部分的外侧。此外，隔板板片的后缘以及集电体板片的后缘可位于卷绕电极体的能被间隔保持板挤压的部分的外侧。根据本发明第二方面的制造电池组件的方法，能有利地制造出上述任意电池组件。
本发明的第三方面涉及一种具有根据本发明第一方面的电池组件或根据本发明第二方面制造出的电池组件的车辆。安装在根据本发明第三方面的车辆上的电池组件可获得长的使用寿命，同时确保优异的循环寿命性能。
附图说明
从下面参照附图对示例性实施例的说明中可清楚看到本发明的上述和其它特征及优点，在附图中相似的附图标记用于表示相似的元件，其中：
图1是示意性地示出根据本发明一个实施例的电池组件的构造的透视图；
图2是示意性地示出图1的电池组件的构造的侧视图；
图3是示意性地示出卷绕电极体的一个示例的前视图；
图4是示出以图2所示的受限状态容纳在电池容器中的卷绕电极体的剖视图；
图5是示意性地示出安装在根据本发明上述实施例的电池组件中的卷绕电极体的主要部分的说明图；
图6是示意性地示出安装在根据上述实施例的电池组件中的卷绕电极体的主要部分的说明图；
图7是示意性地示出安装在根据上述实施例的电池组件中的卷绕电极体的主要部分的说明图；
图8是示意性地示出相关技术的安装在电池组件中的卷绕电极体的状态的说明图；
图9是示意性地示出相关技术的卷绕电极体的台阶表面部的说明图；以及
图10是示意性地示出具有本发明的电池组件的车辆(汽车)的侧视图。
具体实施方式
下面将描述本发明的一个示例性实施例。应当理解，除了在本说明书中特别指出的要素(例如，构成电池组件的电池的构造，卷绕电极体的构造和制造卷绕电极体的方法)以外，实现本发明所必需的要素(例如，正电极和负电极以及隔板的构造及它们的制造方法，限制单电池的方法，以及在车辆上安装电池组件的方法)可被认为是本领域技术人员显而易见且基于所涉及领域的相关技术的设计要素。本发明可基于本说明书的内容和所涉及领域的公知常识加以实施。如上所述，根据本发明的电池组件具有优异的循环寿命性能并且可获得长的使用寿命。由于这些特性，本发明的电池组件可有利地用作特别是安装在车辆如汽车上的电机(电动机)的电源。因此，本发明提供了包括电池组件10作为电源的车辆(其典型例子为汽车，例如配备有电动机的混合动力车、电车或燃料电池车)1。
根据本发明实施例的电池组件主要包括多个能够充电和放电的二次电池形式的电池，并且构造成使得所述多个电池串联连接。各个电池的构造没有特别限制。在本发明的某些实施例中，所述电池的形式可以为镍金属氢化物(NiMH)电池、双层电容器等。在本发明的当前实施例中，特别地，所述电池的形式为锂离子电池。由于锂离子电池是具有高能量密度的高功率二次电池，所以这些电池可提供高性能的电池组件，特别是要安装在车辆上的电池组件。下面将参照实施例详述本发明，其中锂离子电池作为示例用作构成电池组件的单电池，尽管电池组件或电池的构造不特别地受限于该实施例。
如安装在相关技术的电池组件中的电池一样，构成电池组件的各个电池通常包括具有特定电池成分或元素(例如，正电极和负电极各自的活性材料，正电极和负电极各自的集电体，隔板和电解质)的卷绕电极体，以及容纳电极体的容器。如作为示例的图1和图2所示，电池组件10包括多个(本实施例中为4个)电池12。各个电池12都具有成形为(本实施例中为箱状)接纳下述的扁平形状卷绕电极体的容器14。容器14设有与卷绕电极体的正极集电体电连接的外部正极端子15，以及与卷绕电极体的负极集电体电连接的外部负极端子16。尽管在图中未示出，但相应电池12的外部正极端子15和外部负极端子16彼此串联连接，从而提供具有期望电压的电池组件10。尽管如相关技术的电池的情形那样，容器14可配备有安全阀等以释放在容器14内部产生的气体，但不对非本发明特征的容器14的构造作详细说明。
容器14可由允许容器14响应于上述限制载荷压力(表面压力)而变形的柔性材料形成。在本实施例中，例如，由金属制成并且在表面上涂覆有绝缘树脂的容器或由聚烯烃树脂如聚丙烯或其它合成树脂制成的容器可用作容器14。在发明的该本实施例中，容器14也可由已经用于相关技术中的电池的外体部的层压薄膜形成。例如，层压薄膜具有三层结构，包括由具有高熔点的树脂(如聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚四氟乙烯或聚酰胺树脂)制成的外表层(保护层)、由金属薄片(如铝或钢)形成的阻挡层(即可阻止气体和水进入的层)以及由具有较低熔点的可热熔树脂(如乙烯-乙烯乙酸，或烯烃树脂，如聚乙烯或聚丙烯)制成的粘合层。
如图2所示，电池12被布置成列而使相邻电池12的容器14的大宽度表面或主表面14A(对应于容纳在容器14内的卷绕电极体30的平表面)彼此相对。此外，具有适当形状的间隔保持板(间隔件)18配置在电池阵列的相邻电池12之间，以及配置在从电池12的布置方向看处于最外侧的电池12的相对的外侧上，而使间隔保持板18与容器14的相应主表面14A紧密接触。各个间隔保持板18的材料和/或形状可选择成使得板18可用作用于驱散在使用期间在各个相应电池内产生的热量的散热部件。例如，间隔保持板18可由具有高导热性的金属制成，或者可成形(例如像梳形)为使冷却流体(典型地为空气)能被导入相邻电池之间的空间内。
如图1和图2所示，根据本实施例的限制结构设在电池12和间隔保持板18(下面统称为“电池组”)的阵列周围。更具体地，如图1和2所示，一对限制板20A、20B配置在置于电池组的相对外侧上的最外侧间隔保持板18的外侧，使得限制板20A、20B与间隔保持板18紧密接触。另外，一对紧固梁21附装在电池组的相对侧面上而用作所述一对限制板20A、20B之间的桥接件。如图2所示，梁21的端部用螺纹件22紧固和固定在限制板20A、20B上，从而限制板20A、20B可沿电池的布置方向限制电池组。
在将梁21紧固于限制板20A、20B上后，大小与梁21的紧固程度相称的限制载荷(表面压力)沿紧固方向(即，电池布置方向)施加到各个电池12的容器主表面14A上(见图4)。在间隔保持板18位于相邻的电池12之间同时与电池12紧密接触的本实施例中，当电池组受到限制载荷时，电池容器14的主表面14A的与间隔保持板18接触的部分被间隔保持板18挤压(即从其接受表面压力)。由于该实施例的容器14如上所述为柔性的，所以施加在容器主表面14A上的载荷(表面压力)原样施加在容器14所包含的扁平形状卷绕电极体30的平表面或平面上(见图4)。
接下来，将参照附图描述作为本发明特征的各个电池12的容器14内的构造。图3是容纳在容器14内的卷绕电极体30的从其一个平坦主表面侧看去的前视图。图4是示意性地示出处于图2所示的受限状态下的各个电池12的容器14所容纳的卷绕电极体30的状态的剖视图。如图3所示，卷绕电极体30以与相关技术的锂离子电池的卷绕电极体类似的方式如此被制造，即，使片状正极集电体(下面称作“正极集电体板片”)32和片状负极集电体(下面称作“负极集电体板片”)34与两个片状隔板(下面称作“隔板板片”)36层叠，并卷绕这些板片32、34、36，同时使正极集电体板片32和负极集电体板片34沿与卷绕方向垂直的方向稍微彼此错置。然后，如此得到的卷绕结构在其侧面被推压成较平的形状，从而提供了扁平形状的卷绕电极体30。
由于以上述方式卷绕板片32、34、36，同时使正极集电体板片32和负极集电体板片34沿与卷绕电极体30的卷绕方向垂直的方向稍微彼此错置，所以位于卷绕电极体30的宽度方向(即图3中的横向)上的相对两侧的正极集电体板片32的一个边缘32A和负极集电体板片34的一个边缘34A从卷绕电极体30的芯部30A向外延伸。在芯部30A中，一层将形成在正极集电体板片32上的正极活性材料、一层将形成在负极集电体板片34上的负极活性材料和隔板板片36被紧紧地卷绕在一起。正极导线端子32B和负极导线端子34B分别设置在正极侧边缘32A(其上未形成正极活性材料层)和负极侧边缘34A(其上未形成负极活性材料层)上，并且分别电连接到上述外部正极端子15和外部负极端子16。
构成卷绕电极体30的材料和成分可类似于相关技术的锂离子电池的电极体的材料和成分，并且不受特别限制。例如，正极集电体板片32可通过在一长段正极集电体上涂敷一层用于锂离子电池的正极活性材料来形成。铝箔片(用于本实施例中)或适用于正电极的其它金属箔片可用作正极集电体。用于相关技术的锂离子电池的一种物质或者两种或多种物质可用作正极活性材料，尽管其不限于任何特定的物质。例如，可使用LiMn2O4、LiCoO2、LiNiO2等。另一方面，负极集电体板片34可通过在一长段负极集电体上涂敷一层用于锂离子电池的负极活性材料来形成。铜箔片(用于本实施例中)或适用于负电极的其它金属箔片可用作负极集电体。用于相关技术的锂离子电池的一种物质或者两种或多种物质可用作负极活性材料，尽管其不限于任何特定的物质。例如，可使用碳材料，如石墨碳和无定形碳，含锂的过渡金属氧化物以及过渡金属氮化物，等等。置于正极和负极集电体板片32、34之间的隔板板片36可由多孔烯烃树脂形成。
在本实施例中，在正极集电体板片32、负极集电体板片34和两个隔板板片36被层叠在一起从而如图3所示形成扁平形状(典型地，具有椭圆形、螺旋形截面)的卷绕电极体30后，用粘合带40(由树脂制成)将最外侧板片(在该实施例中为隔板板片36之一)的位于卷绕体外周上的后缘36E固定在卷绕电极体30的外表面上。通过这种结构，可防止卷绕电极体30松散，并且可将其保持在良好的卷绕状态。将如此构造的卷绕电极体30置于容器14内，并且将适当的电解质(例如，非含水电解质，如碳酸二乙酯和碳酸乙二酯的混合溶剂，其含有适当量的锂盐如LiPF6)注入和密封在容器14内，由此提供了根据本实施例的电池12。制备多个这样的电池12(图4中为4个电池)，从而构成电池组件10。
在根据本实施例的电池组件10的各个电池12中，构成卷绕电极体30的板片32、34、36的所有后缘32E、34E、36E和前缘32D、34D位于卷绕电极体30的接收限制载荷的部分(更具体地，卷绕电极体30的对应于与间隔保持板18紧密接触的容器主表面14A的平表面)的外侧。此外，条带40也位于上述平表面的外侧。
更具体地，如图5至图7所示(其中不需要说明的部分省略或变形)，在本实施例的卷绕电极体30内，正极集电体板片32的后缘32E和负极集电体板片34的后缘34E位于形成在卷绕电极体30的前后平表面(对应于芯部的主表面)之间的相对的弯曲角部(R部)30B之一内，如图5所示。类似地，正极集电体板片32的前缘32D和负极集电体板片34的前缘34D位于上述弯曲角部30B内，如图7所示。另外，在本实施例的卷绕电极体30中，隔板板片36之一的后缘36E和条带40位于与其内具有正极和负极集电体板片的后缘的角部30B相对的另一角部(R部分)30C内，如图6所示。在图6中，未示出另一隔板板片36。尽管在图中未示出，但隔板板片的前缘也位于上述角部30C内。
如上所述，构成卷绕电极体30的正极和负极集电体板片32、34的所有后缘32E、34E和前缘32D、34D都位于角部30B内，而隔板板片36的所有后缘36E和条带40都位于角部30C内，因此不会由于各个板片(或条带)的边缘的存在而导致在卷绕电极体30的接收限制载荷(表面压力)的平表面内出现台阶(即，突起和凹陷)。因此，可防止在图8和图9所示的相关技术的电池结构中会遇到的限制载荷(表面压力)不均匀的问题。在图8和图9的电池结构中，卷绕电极体130被置于电池112的容器114内，使得正极集电体板片132的后缘132E、负极集电体板片134的后缘134E、隔板板片136的后缘136E和条带140位于实质接收限制载荷的部分(在本示例中为卷绕电极体130的平表面)内。在这种情况下，限制载荷(表面压力)不均匀地施加在卷绕电极体130上。如果限制载荷(表面压力)如图9中的大、小箭头所示被不均匀地施加，则施加在卷绕电极体130内部的压力在一个部分上与在另一个部分上彼此不同，导致电解质(电解溶液)的不均匀分布。结果，在电池充电和放电时卷绕电极体130中的某些部分可能承受高的载荷，从而导致电池的循环寿命性能(使用寿命)恶化。另一方面，在本实施例的电池组件10中，限制载荷(表面压力)均匀地或均一地施加在各个电池12内的卷绕电极体30(或其平表面)上，且因此不会由于上述限制载荷(表面压力)的不均匀而产生问题。这样，本实施例的电池组件10具有优异的循环寿命性能和输出特性，并获得了长的使用寿命。另外，在本实施例中，三种板片32、34、36的后缘(并且优选地，前缘)中的至少一者位于角部30B之一内，而三种板片32、34、36的其余后缘(并且优选地，前缘)位于另一角部30C内，这样可避免角部之一内的板片边缘的集中，并且可预防可能由集中导致的问题，例如卷绕电极体30的外形的扭曲。
下面参照试验示例对本发明的操作和效果进行说明。首先，利用常规方法，通过在长度为2.7m、宽度为10cm和厚度为15μm的铝箔的表面的特定区域上形成用于锂离子电池的、包含锂镍氧化物作为主要成分的正极活性材料层(以质量计，88％的锂镍氧化物，10％的乙炔黑，1％的聚四氟乙烯，和1％的羧甲基纤维素)来制备正极集电体板片。此外，利用常规方法，通过在长度为2.9m、宽度为10cm和厚度为10μm的铜箔的表面的特定区域上形成用于锂离子电池的、包含石墨作为主要成分的负极活性材料层(以质量计，98％的锂镍氧化物，1％的丁苯橡胶，和1％的羧甲基纤维素)来制备负极集电体板片。将这些正极和负极集电体板片与两个由聚乙烯制成的、长度为3.1m、宽度为11cm且厚度为25μm的隔板板片进行卷绕，并推压所得到的卷绕结构，从而提供扁平形状的用于锂离子电池的卷绕电极体，以用于试验示例中。与图3所示的卷绕电极体30一样，使用由聚丙烯制成的粘合带将作为最外侧板片的隔板板片的后缘固定在卷绕体的外周表面上。在试验示例中，使用上述扁平形状的卷绕电极体制备总共五种试样，使得各种试样在下述三个条件方面彼此不同：(1)正极和负极集电体板片的后缘位于卷绕电极体的中部区域(平表面)内或位于角部内，(2)隔板板片的后缘位于卷绕电极体的中部区域(平表面)内或位于角部内，以及(3)正极和负极集电体板片的前缘位于卷绕电极体的中部区域内或位于角部内，如下面的表1所示。
将正极和负极导线端子焊接在如此制备的卷绕电极体上，并将卷绕电极体置于由铝制成且具有与卷绕电极体形状对应的形状的箱状容器内。将适当量的电解溶液(将作为锂盐的LiPF6以1M的浓度溶解在质量比为1:1:1的碳酸乙二酯、乙基碳酸二甲酯和二甲基碳酸盐的混合溶剂中而制备的非含水电解质)注入并密封在容器内。这样，就制备了与上述五种试样(见表1)对应的总共五种锂离子电池。随后，对于每个试样电池，将图1所示的限制结构附装在容器的外侧，使得一定的限制载荷(表面压力：约4.0x106Pa)沿卷绕电极体的厚度方向施加在其平表面上。
对于保持在上述受限状态下的各个试样电池来说，研究其循环寿命性能和输出性能，并且评价与电池性能(特别地，输出特性和使用寿命)有关的本发明的效果。更具体地，在进行适当的调整处理后，在25℃的温度条件下使各个试样电池在恒定电流下放电直至电压达到3.0V，接着在恒定电流和恒定电压下充电，而将充电状态(SOC)控制在50％。随后，使电池在25℃下在从10至100A范围内选定的某些电流下放电，并且绘制试样电池的I-V特性曲线图。此处，放电截止电压被设定为3.0V。接着，从I-V特性曲线图确定10秒输出值。接下来，在60℃的温度条件下使各个试样电池在恒定电流(10A)下充电而电压从3.0V变化到4.1V，随后在恒定电流(10A)下放电直至电压达到3.0V。使这种充电-放电循环重复10,000次。之后，使电池在恒定电流和恒定电压下充电，使得充电状态被控制为50％。接着，以与上述相同的方式绘制I-V特性曲线图，并且从曲线图确定在10,000次充电和放电循环后的10秒输出值。随后，获得在10,000次充放电循环后的10秒输出值占初始充电后的10秒输出值的百分比作为输出保留率(％)。循环寿命试验的结果如表1所示。
表1
 
正极和负极集电体板片的后缘的位置 隔板板片的后缘和条带的位置 正极和负极集电体板片的前缘的位置 输出保留率(％)(10,000次循环后)
试样1 中部区域 中部区域 中部区域 71
 
试样2 角部 中部区域 中部区域 82
试样3 中部区域 角部 中部区域 75
试样4 中部区域 中部区域 角部 78
试样5 角部 角部 角部 85
从表1所示的结构可清楚看到，通过将正极和负极集电体板片的后缘置于处在卷绕电极体的实质接收限制载荷的部分(平表面)的外侧的位置(试验示例中的角部之一)提高了保留率。从表1所示的结果还可清楚看到，通过将正极和负极集电体板片的前缘和/或隔板板片的后缘(和条带)置于处在卷绕电极体的实质接收限制载荷的部分的外侧的位置(试验示例中的另一个角部)可进一步提高保留率。
尽管已参照示例性实施例说明了本发明，但应当理解，本发明不限于所述的实施例或构造。相反，本发明意图涵盖各种变型和等同结构。此外，尽管示例性实施例的各个元件以各种组合和构型示出，但包括更多、更少或仅一个元件的其它组合和构型也处在本发明的精神和范围内。

Claims (8)

1.一种电池组件，所述电池组件由多个能够充电和放电的电池(12)串联连接而构成，所述电池组件的特征在于：
每个所述电池(12)包括将片状正极集电体(32)和片状负极集电体(34)与片状隔板(36)进行卷绕而形成的扁平形状卷绕电极体(30)；
至少两个彼此相邻的所述电池(12)布置成使包含在相应电池(12)中的所述卷绕电极体(30)的平表面彼此相对，并被保持在限制载荷沿所述电池的布置方向施加到所述卷绕电极体(30)上的受限状态下；并且
在所述至少两个电池(12)中的每一个所包含的所述卷绕电极体(30)中，所述片状正极集电体(32)的位于所述卷绕电极体的外侧的后缘(32E)和所述片状负极集电体(34)的位于所述卷绕电极体的外侧的后缘(34E)均位于所述卷绕电极体(30)的实质接收所述限制载荷的部分的外侧，
其中，
在所述至少两个电池(12)中的相邻电池之间配置有间隔保持板(18)，所述间隔保持板(18)被保持在所述限制载荷沿所述电池的所述布置方向施加到所述间隔保持板(18)以及相应的电池(12)上的受限状态下；并且
在所述至少两个电池(12)中的每一个的所述卷绕电极体(30)中，所述片状正极集电体(32)的所述后缘(32E)和所述片状负极集电体(34)的所述后缘(34E)均位于所述卷绕电极体(30)的能被所述间隔保持板(18)挤压的部分的外侧。
2.根据权利要求1所述的电池组件，其中
所述片状正极集电体(32)的所述后缘(32E)和所述片状负极集电体(34)的所述后缘(34E)均位于相应的卷绕电极体(30)的所述相对的平表面的外侧。
3.根据权利要求2所述的电池组件，其中
所述片状正极集电体(32)的所述后缘(32E)和所述片状负极集电体(34)的所述后缘(34E)均位于角部(30B，30C)内，所述角部(30B，30C)形成在作为所述卷绕电极体(30)的前后表面的两个平表面之间。
4.根据权利要求1所述的电池组件，其中
在所述至少两个电池(12)中的每一个所包含的所述卷绕电极体(30)中，所述片状隔板(36)的位于所述卷绕电极体的外侧的后缘(36E)位于所述卷绕电极体(30)的实质接收所述限制载荷的部分的外侧。
5.根据权利要求4所述的电池组件，其中
在所述至少两个电池(12)中的每一个所包含的所述卷绕电极体(30)中，在所述卷绕电极体(30)的实质接收所述限制载荷的部分的外侧设置有将所述片状正极集电体(32)的所述后缘(32E)、所述片状负极集电体(34)的所述后缘(34E)和所述片状隔板(36)的所述后缘(36E)中的至少一者固定在所述卷绕电极体的外表面上的条带(40)。
6.根据权利要求1所述的电池组件，其中
在所述至少两个电池(12)中的每一个所包含的所述卷绕电极体(30)中，所述片状正极集电体(32)的位于所述卷绕电极体的中心侧的前缘(32D)和所述片状负极集电体(34)的位于所述卷绕电极体的中心侧的前缘(34D)均位于所述卷绕电极体(30)的实质接收所述限制载荷的部分的外侧。
7.一种制造电池组件的方法，在所述电池组件中多个能够充电和放电的电池(12)串联连接，所述方法的特征在于包括：
制备至少两个电池(12)，所述电池(12)均具有将片状正极集电体(32)和片状负极集电体(34)与片状隔板(36)进行卷绕而形成的扁平形状卷绕电极体(30)；和
将所述至少两个电池(12)布置成使包含在所述电池(12)中的相邻电池中的所述卷绕电极体(30)的平表面彼此相对，并将所述电池(12)保持在限制载荷沿所述电池的布置方向施加到所述卷绕电极体(30)上的受限状态下，其中
在所述至少两个电池(12)中的每一个所包含的所述卷绕电极体(30)中，所述片状正极集电体(32)的位于所述卷绕电极体的外侧的后缘(32E)和所述片状负极集电体(34)的位于所述卷绕电极体的外侧的后缘(34E)均位于所述卷绕电极体(30)的实质接收所述限制载荷的部分的外侧，
其中，
在所述至少两个电池(12)中的相邻电池之间配置有间隔保持板(18)，所述间隔保持板(18)被保持在所述限制载荷沿所述电池的所述布置方向施加到所述间隔保持板(18)以及相应的电池(12)上的受限状态下；并且
在所述至少两个电池(12)中的每一个的所述卷绕电极体(30)中，所述片状正极集电体(32)的所述后缘(32E)和所述片状负极集电体(34)的所述后缘(34E)均位于所述卷绕电极体(30)的能被所述间隔保持板(18)挤压的部分的外侧。
8.一种车辆，其特征在于包括根据权利要求1所述的电池组件。
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