CN101490895A - 蓄电装置 - Google Patents
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Abstract
蓄电装置包括：电池单元(25、25j、25k)；具有彼此层叠的第一金属板(11)和第二金属板(12)的集电箔(29)；以及用于测量第一金属板(11)和第二金属板(12)之间的电位差的电压测量器(13)。第一金属板(11)以及第二金属板(12)由互不相同的金属形成。集电箔(29)被配置为与电池单元(25、25j、25k)接触。
Description
技术领域
本发明涉及用于蓄电的蓄电装置。
背景技术
二次电池等蓄电装置由于配置在内部的蓄电单元发生电化学反应而发热，从而有时会出现温度上升的情况。如果蓄电装置的温度上升过高，其发电效率就会下降，因此最好进行内部的温度管理。
在日本专利文献特开2000-243370号公报中公开了一种电池组，并具体公开了以下内容。该电池组在电池盒的每个电池的间隔壁上形成用于将相邻的电池的电极电连接的贯穿孔，并在该贯穿孔中配置由导电性和热传导性好的材料形成的热传导部件。在该电池组中，热传导部件被夹在与阴极集电板和阳极集电板抵接的两个集电板连接体之间。该热传导部件的一部分以向电池组的外部突出的方式形成，并通过在突出的部分安装热敏电阻等来检测电池组内部的温度。
在日本专利文献特开平10-55825号公报中公开了一种非水性电解质二次电池，并具体公开了以下内容。该非水性电解质二次电池包括层叠电极体，该层叠电极体具有在中间夹着隔膜而层叠的负极和正极，并具有卷绕在其中的热电偶。热电偶的两端与配置在电池主体的表面上的测量内部温度用端子连接。将控制电路连接在测量内部温度用端子上来测量电压，并且当所测量的电压超过预先设定的适当的电压范围时，进行抑制充放电的控制。所述非水性电解质二次电池可提高安全性并可最大限度地诱发电池性能。
在日本专利文献特开2004-253155号公报中公开了一种双极锂离子二次电池，并具体公开了以下内容。该双极锂离子二次电池包括多个在集电体的一表面形成正极并在另一表面形成负极而成的双极电极，所述多个双极电极中间夹着电解质而串联层叠，并且电极周围的一部分没有进行绝缘处理，集电体在此处暴露。
在日本专利文献特开平8-7926号公报中公开了一种非水性电解质二次电池，该电池由将锂化合物用作正极活性物质的正极、将可掺杂/未掺杂锂的炭素材料用作负极活性物质的负极以及非水性电解质构成，在该非水性电解质二次电池中使用了将正极活性物质和负极活性物质保持于一片集电体的两侧上的双极型电极。
在上述的文献中公开了在电池盒中插入热传导部件并通过测量该热传导部件的温度来测量电池温度的做法。或者，通过将热电偶插入到卷绕的层叠体的中心部来测量电池的温度的做法。然而，在这些电池中存在用于测量电池温度的构造复杂的问题。
发明内容
本发明的目的在于，提供一种以简单的构成就能够检测异常的蓄电装置。
基于本发明的蓄电装置包括蓄电单元(蓄電セル)、以及具有彼此层叠的第一金属板和第二金属板的层叠金属板。并包括用于测量上述第一金属板和第二金属板之间的电位差的电位差测量单元。上述第一金属板以及上述第二金属板由互不相同的金属形成。上述层叠金属板被配置为与上述蓄电单元接触。
在上述发明中优选的是，包括被配置为与上述蓄电单元面接触的集电板，并且上述集电板包括所述层叠金属板。
在上述发明中优选的是，包括层叠体，该层叠体具有层叠在一起的多个上述蓄电单元。
在上述发明中优选的是，上述电位差测量单元包括：分别连接在上述第一金属板的端部以及上述第二金属板的端部上的导线、以及与上述导线连接并用于测量所述电位差的电压测量器。
在上述发明中优选的是，上述蓄电单元包括电池单元(電池セル)。
在上述发明中优选的是，包括温度检测单元，该温度检测单元用于基于上述电位差来检测温度。
附图说明
图1是实施方式1中的蓄电装置的简要立体图；
图2是实施方式1中的畜电装置的简要截面图；
图3是实施方式1中的蓄电装置的放大简要截面图；
图4是说明实施方式1中的蓄电装置的制造方法的简要截面图；
图5是实施方式2中的蓄电装置的简要截面图。
具体实施方式
[实施方式1]
参照图1至图4，对实施方式1中的蓄电装置进行说明。蓄电装置是用于蓄电的装置，包括二次电池或电容器等。在本实施方式中，以将多个电池单元组合成一体的蓄电装置为例，对蓄电装置进行说明。
图1是本实施方式中的蓄电装置的简要立体图。在本实施方式中的蓄电装置是包含多个电池单元的二次电池。并且，在本实施方式中的蓄电装置是包含双极电极的双极电池。
蓄电装置2具有多个电池单元层叠在一起的层叠体31。箭头100表示多个电池单元的层叠方向。蓄电装置2具有负电极21以及正电极23。层叠体31夹在负电极21和正电极23之间。负电极21以及正电极23通过固定部件35而相互固定。在负电极21以及正电极23各自的表面上配置有绝缘膜24。由绝缘膜24形成蓄电装置2与固定蓄电装置2的部件之间的绝缘。
蓄电装置2具有配置在层叠体31周围的树脂37。树脂37配置在负电极21与正电极23之间。树脂37以包围层叠体31的方式配置。
图2示出了本实施方式中的层叠体的局部放大简要截面图。层叠体31通过层叠多个电池单元25而构成一体。各电池单元25形成为板状。电池单元25包括：构成正极的正极活性物质层28、构成负极的负极活性物质层26、以及介于正极活性物质层28和负极活性物质层26之间的电解质层27。
电解质层27是由具有离子传导性的材料形成的层。电解质层27既可以是固体电解质，也可以是凝胶电解质。通过将电解质层27夹在正极活性物质层28与负极活性物质层26之间，能够提高正极活性物质层28与负极活性物质层26之间的离子传导性，能够提高电池的输出。
多个电池单元25以使正极活性物质层28和负极活性物质层26相对的方式层叠于在箭头100所示的层叠方向上彼此相邻的位置处。在多个电池单元25之间配置有集电箔29。集电箔29形成为板状。集电箔29与电池单元25面接触。
集电箔29的面积最大的面积最大表面与电池单元25的活性物质层接合。正极活性物质层28配置在集电箔29的一个表面29b上，负极活性物质层26配置在集电箔29的另一表面29a上。正极活性物质层28以及负极活性物质层26例如通过溅射法而形成在集电箔29的表面上。
双极电极30由配置于在电池单元25的层叠方向彼此相邻的电解质层27之间的正极活性物质层28、集电箔29以及负极活性物质层26的组构成。在双极电池中，一个双极电极30包括构成正极的正极活性物质层28和构成负极的负极活性物质层26。
多个电池单元25包括配置在离负电极21最近的一侧的电池单元25j和配置在离正电极23最近的一侧的电池单元25k。设置电池单元25j以使负极活性物质层26被配置在负电极21侧的边端上。设置电池单元25k以使正极活性物质层28被配置在正电极23侧的边端上。由此，负电极21与电池单元25j的负极活性物质层26接触，正电极23与电池单元25k的正极活性物质层28接触。
图3示出了本实施方式中的蓄电装置的端部的简要截面图。树脂37被配置成密封层叠体31。通过配置树脂37，能够防止电解质层27泄漏。本实施方式中的层叠体被树脂密封。
作为防止电解质层泄漏的构造，不限于用树脂密封，可以采用任意的方式。例如，也可以用密闭型盒子覆盖层叠体31。或者，也可以在集电箔29之间配置填料来取代树脂。或者，当电解质层27由固体电解质形成时，也可以不配置树脂37。
接着，对构成双极电池的各部件进行详细的说明。本实施方式中的集电箔29是将不同种类的金属层叠在一起的层叠金属板。集电箔29包含第一金属板11和第二金属板12。第二金属板12由与第一金属板11不同的金属形成。本实施方式中的第一金属板11以及第二金属板12被形成为具有彼此几乎相同的大小。第一金属板11和第二金属板12面接触。本实施方式中的第一金属板11为铜箔，第二金属板12为铝箔。
第一金属板以及第二金属板不限于上述方式，只要是互不相同的金属就可以。并且，第一金属板以及第二金属板也可以是复合金属板。作为金属板的材质例如铜以及铝之外，还能够采用钛、镍、不锈钢(SUS)或者它们的合金。
正极活性物质层28包括正极活性物质以及固体高分子电解质。正极活性物质层28也可以包含：用于提高离子传导性的支持电解质(锂盐)、用于提高电子传导性的导电助剂、作为浆液粘度调整溶剂的NMP(N-甲基-2-吡咯烷酮)、作为聚合引发剂的AIBN(偶氮二异丁腈)等。
正极活性物质可以使用在锂离子二次电池中通常使用的锂和过渡金属的复合氧化物。正极活性物质例如可以列举出：LiCoO2等Li·Co基复合氧化物、LiNiO2等Li·Ni基复合氧化物、尖晶石型LiMn2O4等Li·Mn基复合氧化物、LiFeO2等Li·Fe基复合氧化物等。此外，可以列举出：LiFePO4等过渡金属和锂的磷酸化合物或硫酸化合物；V2O5、MnO2、TiS2、MoS2、MoO3等的过渡金属氧化物或硫化物；PbO2、AgO、NiOOH等。
对固体高分子电解质不作特别限定，只要是具有离子传导性的高分子就可以。例如可以列举出：聚环氧乙烷(PEO)、聚环氧丙烷(PPO)、或它们的共聚物等。这样的聚亚烷基氧基高分子可以容易地溶解LiBF4、LiPF6、LiN(SO2CF3)2、LiN(SO2C2F5)2等锂盐。固体高分子电解质被包含在正极活性物质层28以及负极活性物质层26中的至少一个中。更加优选的是，固体高分子电解质被包含在正极活性物质层28以及负极活性物质层26二者中。
支持电解质可以使用Li(C2F5SO2)2N、LiBF4、LiPF6、LiN(SO2C2F5)2，或者它们的混合物等。导电助剂可以使用乙炔黑、炭黑、石墨等。
负极活性物质层26包含负极活性物质以及固体高分子电解质。负极活性物质层也可以包含：用于提高离子传导性的支持电解质(锂盐)、用于提高电子传导性的导电助剂、作为浆液粘度调整溶剂的NMP(N-甲基-2-吡咯烷酮)、作为聚合引发剂的AIBN(偶氮二异丁腈)等。
作为负极活性物质可以使用在锂离子二次电池中通常使用的材料。但是，在使用固体电解质的情况下，负极活性物质优选使用(炭或锂)与(金属氧化物或金属)的复合氧化物。更加优选的是，负极活性物质是炭或锂与过渡金属的复合氧化物。进一步优选的是，过渡金属为钛。即，负极活性物质进一步优选为钛氧化物或钛与锂的复合氧化物。
形成电解质层27的固体电解质可以使用例如聚环氧乙烷(PEO)、聚环氧丙烷(PPO)、这些的共聚物等固体高分子电解质。固体电解质包含用于确保离子传导性的支持电解质(锂盐)。支持电解质可以使用LiBF4、LiPF6、LiN(SO2CF3)2、LiN(SO2C2F5)2，或者它们的混合物等。
并且，在表1至表3中示出了形成正极活性物质层28、负极活性物质层26以及电解质层27的材料的具体例子。表1示出了电解质层27为有机固体电解质时的具体例，表2示出了电解质层27为无机固体电解质时的具体例，表3示出了电解质层27为凝胶电解质时的具体例。
参照图3，本实施方式中的蓄电装置2具有用于测量第一金属板11和第二金属板12之间的电位差的电位差测量单元，该电位差测量单元包括电压测量器13。电压测量器13与第一金属板11以及第二金属板12电连接。电位差测量单元包括导线14。第一金属板11以及第二金属板12分别通过导线14而与电压测量器13连接。导线14与第一金属板11的端部连接。并且，导线14与第二金属板12的端部连接。导线14在层叠体31外侧的区域与第一金属板11以及第二金属板12连接。
各导线14在配置有树脂37的区域与第一金属板11以及第二金属板12连接。电压测量器13被形成为能够通过塞贝克效应(seebeck effect)来测量在不同金属之间产生的电位差(电压)。
本实施方式中的蓄电装置具有温度检测器16，该温度检测器16是用于基于电压测量器13所测量的电位差来检测温度的温度检测单元。温度检测器16被形成为能够通过事先确定的温度与在不同金属之间产生的电位差的相关关系来检测出集电箔29的温度。
并且，本实施方式中的温度检测器16具有根据从第一金属板11和第二金属板12之间所产生的电位差检测出的温度与层叠体31内部的温度之间的相关关系来修正检测出的温度的功能。本实施方式中的温度检测器16被形成为可检测将层叠体31的集电箔29俯视的情况下的大约中央部分的温度。由此，温度检测器16被形成为能够检测层叠体31内部的温度。
在通常的充放电中，从各个集电箔29检测出的电位差在预定的范围内。在将该电位差范围作为基准电位差范围的情况下，当蓄电装置中发生了异常时，从各个集电箔29检测出的电位差将脱离基准电位差范围。通过测量从集电箔29检测的电位差，能够检测出蓄电装置的异常。例如，能够检测出蓄电单元之间的连接不良或电路短路等。
另外，在本实施方式中，由于可从测到的电位差检测出层叠体内部的温度，因此能够检测出层叠体的温度异常的情况。并且，由于导线与第一金属板的端部以及第二金属板的端部连接，因此不需要向层叠体的内部插入部件，能够以简单的结构测量层叠体内部的温度。例如，不将热电偶等温度测量设备插入层叠体的内部就能够测量层叠体内部的温度。
本实施方式中的蓄电装置可在不影响电池单元25内部的化学反应的情况下测量第一金属板11与第二金属板12的电位差。从而可在不影响电池单元25内部的化学反应的情况下测量蓄电装置内部的温度。
例如，当在电池单元层叠体的内部插入热电偶等温度测量设备时，会影响到电池单元内部的化学反应，但是在本实施方式中，由于不将用于测量温度的部件插入电池单元层叠体的内部，因此能够在不影响电池单元的情况下测量层叠体内部的温度。
本实施方式中的蓄电装置具有在发生异常时控制充放电的控制装置。控制装置被形成为，例如当层叠体31内部的温度超过了基准电位差范围时抑制充放电。或者控制装置被形成为，当层叠体31的内部上升为高温时，将连接在蓄电装置上的电路与蓄电装置电隔离。
在本实施方式中，电压测量器13与各个集电箔29连接。电压及测量器13与多个集电箔29中的每一个连接。通过这种结构，能够单独测量各个集电箔中的温度，从而能够确定发生异常的电池单元。
并且，通过将电压测量器连接在各个集电箔上，能够检测微小部分的异常，因此能够在初期检测出蓄电装置全体的异常。或者，当在多个电池单元中的一个电池单元发现了异常时，也可以判断为蓄电装置全体发生了异常。
本实施方式中的蓄电装置具有被配置成与电池单元面接触的集电板，集电板包括层叠金属板。根据这种结构，能够使集电板具有检测异常的功能。或者，能够简化结构。
本实施方式中的蓄电装置具有层叠体，该层叠体具有层叠在一起的多个电池单元。根据这种结构，能够增大蓄电池装置的容量，或提高输出电压。
图4示出了说明本实施方式中的蓄电装置的制造方法的简要截面图。本实施方式中的蓄电装置的制造方法包括：制造在电池单元25的两侧配置有第一金属板11及第二金属板12的单位单元的步骤；以及层叠这些单位单元的步骤。
在本实施方式中的蓄电装置的制造方法中，将在表面配置了第一金属板11和第二金属板12的电池单元25如箭头101、102所示相互接合。配置在一个电池单元25的表面时的第一金属板11和配置在另一个电池单元25上的第二金属板12被相互接合。
如上所述，在本实施方式中，不需要将电解质层、活性物质层以及集电箔依次层叠，可以先制造各个包含电池单元的单位单元，然后再将这些单位单元层叠来制造蓄电装置。因此，简化了层叠型电池的制造步骤，容易进行制造。或者，即使在制造电池单元的层叠体之后所进行的测试中发现了导线的连接不良，也能够容易进行修复，因此能够提高成品率。
本实施方式中的蓄电单元包括电池单元，但不限于这种方式，蓄电单元也可以包含电容器。可以将单个电容器层叠多个来构成层叠体。
并且，本实施方式中的层叠体是多个电池单元都面朝一侧层叠而成的，但不特别限定为这种方式，可以采用任意的层叠方法。例如，为了将电池单元并列连接，也可以包含彼此朝向相反侧的电池单元。
[实施方式2]
参照图5，对实施方式2中的蓄电装置进行说明。
图5是本实施方式中的蓄电装置的端部的简要截面图。在本实施方式中，用于测量第一金属板11和第二金属板12之间的电位差的电位差测量单元具有电压测量器13。电位差测量单元具有导线15。第一金属板11以及第二金属板12分别通过导线15而与电压测量器13连接。本实施方式中的蓄电装置具有温度检测器16，该温度检测器16是用于基于电压测量器13所测量的电位差来检测温度的温度检测单元。
各导线15与第一金属板11的端部以及第二金属板12的端部连接。在本实施方式中，各导线15在电池单元25的层叠体外侧的区域连接。并且，导线15在配置有树脂37的区域之外的区域连接。
在本实施方式的蓄电装置中，能够在层叠电池单元25之后将导线15与第一金属板11的端部以及第二金属板12的端部连接，从而能够容易地进行制造。或者，由于导线15连接在树脂37外侧的区域，因此能够在用树脂37固化层叠体31之后连接导线15，能够容易地进行制造。
在本实施方式的蓄电装置中，即使在制造蓄电装置之后所进行的测试中发现了导线15连接不良，也能够容易进行修复，因此能够提高成品率。
其他的结构、作用以及效果与实施方式1相同，因此这里不再重复说明。
根据本发明，可提供能够以简单的结构检测异常的蓄电装置。
在上述的各附图中，对于相同或相当的部分标注了相同的符号。
这次公开的上述实施方式在所有的方面都只是举例说明，并不是用来限制的。本发明的范围不是由上述的说明而是由权利要求书给出，并且其中将包括与权利要求书等同的含义以及范围内的所有变更。
产业上的可用性
本发明可有利地应用于用来蓄电的蓄电装置。
Claims (12)
1.一种蓄电装置，包括：
蓄电单元(25、25j、25k)；
具有彼此层叠的第一金属板(11)和第二金属板(12)的层叠金属板(29)；以及
用于测量所述第一金属板(11)和所述第二金属板(12)之间的电位差的电位差测量装置，
所述第一金属板(11)和所述第二金属板(12)由互不相同的金属形成，
所述层叠金属板(29)被配置为与所述蓄电单元(25、25j、25k)接触。
2.如权利要求1所示的蓄电装置，其中，
包括被配置为与所述蓄电单元(25、25j、25k)面接触的集电板(29)，
所述集电板(29)包括所述层叠金属板(29)。
3.如权利要求1所述的蓄电装置，其中，
包括层叠体(31)，该层叠体(31)具有层叠在一起的多个所述蓄电单元(25、25j、25k)。
4.如权利要求1所述的蓄电装置，其中，
所述电位差测量装置包括：
导线(14、15)，与所述第一金属板(11)的端部以及所述第二金属板(12)的端部分别连接；以及
电压测量器(13)，与所述导线(14、15)连接，用于测量所述电位差。
5.如权利要求1所述的蓄电装置，其中，
所述蓄电单元(25、25j、25k)包括电池单元(25、25j、25k)。
6.如权利要求1至5中任一项所述的蓄电装置，其中，
包括温度检测装置(16)，该温度检测装置(16)用于基于所述电位差来检测温度。
7.一种蓄电装置，包括：
蓄电单元(25、25j、25k)；
具有彼此层叠的第一金属板(11)和第二金属板(12)的层叠金属板(29)；以及
用于测量所述第一金属板(11)和所述第二金属板(12)之间的电位差的电位差测量单元，
所述第一金属板(11)和所述第二金属板(12)由互不相同的金属形成，
所述层叠金属板(29)被配置为与所述蓄电单元(25、25j、25k)接触。
8.如权利要求7所示的蓄电装置，其中，
包括被配置为与所述蓄电单元(25、25j、25k)面接触的集电板(29)，
所述集电板(29)包括所述层叠金属板(29)。
9.如权利要求7所述的蓄电装置，其中，
包括层叠体(31)，该层叠体(31)具有层叠在一起的多个所述蓄电单元(25、25j、25k)。
10.如权利要求7所述的蓄电装置，其中，
所述电位差测量单元包括：
导线(14、15)，与所述第一金属板(11)的端部以及所述第二金属板(12)的端部分别连接；以及
电压测量器(13)，与所述导线(14、15)连接，用于测量所述电位差。
11.如权利要求7所述的蓄电装置，其中，
所述蓄电单元(25、25j、25k)包括电池单元(25、25j、25k)。
12.如权利要求7至11中任一项所述的蓄电装置，其中，
包括温度检测单元(16)，该温度检测单元(16)用于基于所述电位差来检测温度。
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