CN101752593A - 二次电池及其电池组和搭载二次电池的车辆 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种二次电池，其具有平卷的电极卷绕体、容纳该电极卷绕体的扁平形外壳、和被夹入它们之间的膜部件。在膜部件形成有厚部。厚部位于电极卷绕体的表面中的平面部和曲面部的分界部分。由此，在约束二次电池时的负载宽范围地施加在几乎整个电极卷绕体上。这样一来可充分发挥发电性能。由此，提供使在电极体上施加充分的负载、提高电池性能的二次电池。本发明的二次电池还可以用作为：电池组、搭载于车辆的电池、搭载于电池搭载设备的电池。

Description

二次电池及其电池组和搭载二次电池的车辆

技术领域

本发明涉及二次电池及其电池组。更为详细来说，涉及：作为扁平形二次电池中使得在电极体上适当施加约束负载(binding load，夹紧载荷)从而提高电池性能的二次电池、和其电池组、搭载该二次电池的车辆。

背景技术

以往以来，使用如例如锂离子电池的可充电的二次电池。其用途有：例如对车辆的车载设备的电力供给、电池搭载设备的电源(电力源)等。二次电池一般使用层叠(重叠)卷绕正、负电极板和隔板(separator)且将浸渍了电解液的电极卷绕体作为发电元件。而且，二次电池通常为将上述的电极卷绕体密封在外壳内的结构。在电极卷绕体的卷绕方式上存在平卷(flat winding)、圆柱卷(cylindrical winding)等，外壳的形状根据卷绕方式的不同而不同。平卷情况下的外壳为扁平形(flat shape)。

为了满足电力供给目标(对象)所需的电力的情况(内容)，有时将二次电池做成组合了多个的电池组来使用。在将扁平形的二次电池做成电池组的情况下，在厚度方向配置多个二次电池，用适当的约束部件约束整体使其一体化。在该约束状态，每个二次电池都处于在厚度方向受挤压的状态。在电极卷绕体上适当施加该挤压负载在二次电池的发电性能上是重要的条件已为公众所知。作为这样的二次电池的在先技术例如可以举出：在专利文献1中公开的内容。

专利文献1：日本特开2004-227788号公报

发明内容

但是，在上述以往的二次电池中存在如下问题。即，实际上不能很好地将负载施加在电极卷绕体上。因此，有可能无法充分发挥电池性能。由此，有可能也无法充分发挥搭载电池的车辆、电池搭载设备的性能。作为产生这样的情况的原因可以举出由约束负载所导致的外壳的变形。

图14表示在厚度方向施加有负载的状态下的二次电池的剖视图。如图14所示，用施压部件51、51挤压二次电池的外壳50的两面的平面部分。由此，外壳50因在图14中上下方向被稍稍压溃而变形，从而对电极卷绕体52施加负载。在此，外壳50的压溃情况不均匀。即，在宽度方向(图14中左右方向)的中央存在某种程度的压溃、而在两端附近为几乎没有压溃的形状。这是因为：由于外壳50的盖部分、底部分的存在，在两端附近的刚性比中央高。

因此，如在图15中放大表示的那样，在外壳50(或间隔板53(spacer))和电极卷绕体52之间会产生具有微小间隙的区域54。该区域54存在于图14中的左右方向的两端附近的上下两面。在电极卷绕体52中的区域54内的部分当然没有被施加负载。因此相应地施加在电极卷绕体52上的负载不充分。另外，在图15中，外壳50的变形的程度画得比实际大很多。

因为产生了上述区域54，在电极卷绕体52上的负载分布变为如图16的曲线图所示的情况。图16的曲线图中的横轴表示图14中的左右方向的位置。另外，在图16中用“55”表示的范围是在电极卷绕体52上必需施加负载的范围、且与图14中的施压部件51存在的范围大致一致。在图16的负载分布中，需要负载的范围55的两端存在负载不足的范围56、56。范围56、56当然与上述的区域54对应。由于这样产生了范围56，因此，作为需要负载的范围55的整体所受到的负载不足。

顺带提一句，在图16的曲线图中观察到即使在范围55的内部负载也随着位置的不同而不均匀。该不均匀源自于施压部件51的结构。即，虽然在图14中只是简单地表示了施压部件51，但是，实际的施压部件51为了通过通气产生冷却性而具有梳齿结构。因此，产生如在图16中所观察到的负载不均匀。这种程度的不均匀在电池性能上不会产生问题。

本发明是为了解决上述以往的技术所具有的问题而做成的。即其目的在于提供一种使在电极体上施加充分的负载从而提高电池性能的二次电池和其电池组、搭载该二次电池的车辆。

为了达成上述目的而做成的本发明的二次电池具有电极体和容纳该电极体的扁平形外壳，还具有位于扁平形外壳的内表面和电极体之间挤压电极体的表面的一部分的挤压部件。挤压部件即可以是独立于电极体和扁平形外壳的另外的第3部件，也可以与扁平形外壳的内表面一体形成。由于该挤压部件的存在，因此可在电极体的宽范围上施加负载，可充分发挥电池性能。

根据本发明，可在电极体上施加充分的负载，因此，可提供提高了电池性能的二次电池和其电池组。

附图说明

图1是表示根据一实施方式的二次电池的结构的分解立体图。

图2是表示膜部件中的厚部的形状的放大剖视图。

图3是表示厚部的形状的另一例的放大剖视图。

图4是表示厚部的形状的再一例的放大剖视图。

图5是表示二次电池的电极卷绕体的外形和厚部的位置的关系的剖视图。

图6是表示根据一实施方式的二次电池中的在施加了负载的情况下厚部附近的状态的放大剖视图。

图7是表示根据一实施方式的二次电池中的在电极卷绕体上的负载分布的曲线图。

图8是表示厚部形状的另一例(图3)中的施加了负载的情况的局部放大剖视图。

图9是表示厚部形状的再一例(图4)中的施加了负载的情况的局部放大剖视图。

图10是表示根据一实施方式的二次电池的另一构成例的分解立体图。

图11是表示将根据一实施方式的二次电池做成电池组的构成例的图。

图12是表示搭载了根据一实施方式的二次电池的电池组的车(汽车)的透视立体图。

图13是表示搭载了根据一实施方式的二次电池或其电池组的冲击式钻机(电锤钻，hammer drill)的透视立体图。

图14是表示在二次电池上施加负载的情况的剖视图。

图15是说明由于外壳变形产生在电极卷绕体上没有施加负载的区域的剖视图。

图16是表示以往的二次电池中的在电极卷绕体上的负载分布的曲线图。

符号说明：

1电极卷绕体；2膜部件；3硬外壳：5厚部(压迫部件)；9膜部件；10厚部(压迫部件)；11平面部；12曲面部；13二次电池；51施压部件；200车辆；300冲击式钻机

具体实施方式

以下参照附图对具体实现本发明的最佳(优选)实施方式进行详细说明。根据本实施方式的二次电池基本上是如图1所示将电极卷绕体1密封在金属制或硬质树脂制的硬外壳3内的锂离子二次电池。

电极卷绕体1为层叠正、负电极板(片，sheet)和隔板卷绕成平卷形的部件。将电极卷绕体1在缠上用于调整厚度的膜部件2之后、插入硬外壳3。硬外壳3为形成二次电池的外形的扁平形状的外壳。膜部件2被夹入硬外壳3的内表面和电极卷绕体1之间。在硬外壳3为金属制的情况下，膜部件2还起到使电极卷绕体1和硬外壳3之间绝缘的作用。另外，对电极卷绕体1浸渍电解液。在硬外壳3插入电极卷绕体1和膜部件2之后，进行端子的安装、硬外壳3的开口部4的密封。

在膜部件2设置有4处厚部5。厚部5是以比膜部件2中的厚部5以外的部位(厚度100μm左右)厚的方式形成的筋状(线型)的部位。图2表示厚部5的截面形状。如在图2中所示厚部5为膜部件2的一方的面隆起成棱形的截面形状的部位。更为详细来说，厚部5的隆起侧的面形成有斜面6和垂直面7。

厚部5的隆起的高度H处于厚部5以外的部位的厚度T的0.5～1.5倍的范围内是适当的。若该高度H过小则作为厚部5的效果小。相反，若该高度H过大，则会由厚部5对电极卷绕体1施加过大的负载，在平面部分上的负载反而变小。另外，厚部5的宽度W优选是为5mm左右。

膜部件2的厚部5的隆起面(图2中的上侧的面)在被组装在二次电池时不是与电极卷绕体1相对的面、而是与硬外壳3的内表面相对面的面。但这种朝向也可以是反向的。另外，厚部5的截面形状不限于图2所示的形状，也可以是图3或图4所示的形状。而且，还可以是表里两面隆起的形状。

膜部件2的厚部5在被组装入二次电池时如图5所示位于电极卷绕体1的外形中的平面部11和曲面部12的分界部分。在图5中，厚部5位于平面部11中的与平面部11和曲面部12的分界相邻的部位。但不限于此，厚部5也可位于曲面部12中的与平面部11和曲面部12的分界相邻的部位。或者厚部5也可跨着平面部11和曲面部12的分界。

图6表示在使用上述的膜部件2的二次电池中由约束部件施加约束负载时的情况。图6是与以往技术的说明中的图15相当的图。因此，对图6和图15进行对比观察，则发现如下不同。即，不具有厚部5的图15中如上述产生在电极卷绕体52上没有施加负载的间隙区域54。

但是，在具有厚部5的图6中，与图15的区域54相当的部位8也在电极卷绕体1上施加充分的负载。这是因为：即使在硬外壳3因受到挤压而变形的情况下、电极卷绕体1和膜部件2也紧密接触，而且，膜部件2(特别是其厚部5)与硬外壳3的内表面紧密接触。即，由于厚部5的存在，电极卷绕体1中的若为以往的二次电池则成为间隙区域54的部位受到良好(充分)的挤压。

图7表示本实施方式的二次电池中的在电极卷绕体1上的负载分布的曲线图。与图16所示的以往的二次电池中负载分布相比较，可认为：需要负载的范围55的两端的负载不足的范围56、56几乎消失了。即，在几乎整个需要负载的范围55上施加有必要的负载。当然这是由厚部5的存在本身所产生的效果。因此，在本实施方式的二次电池中，可以充分发挥电极卷绕体1的本来的发电性能。这是因为：由于间隙区域的存在所导致的负载不足这样的情况不存在了。

另外，在图6所示的负载状态下的厚部5因负载被稍稍压变形(压溃)。即，图6中的厚部5的高度H’与图2所示的本来的高度H相比稍稍变小。在作为厚部5使用图3或图4的截面形状的情况下，可以说也是同样的。图8、图9表示在这些情况中的负载状态下的剖视图。图8、图9中的厚部5的高度与图3、图4相比也稍稍变小。

本实施方式的二次电池也可以是如图10所示的电池。图10的二次电池相对于图1的电池来说改变了插入硬外壳3的电极卷绕体1的朝向。与此相伴，膜部件9中的厚部10的位置也被改变。但是，在如下方面没有改变：厚部10在组装入2次电池时位于电极卷绕体1的外形中的平面部11和曲面部12的分界部分。

本实施方式的二次电池可以用作为如图11所示的电池组。图11的电池组为用施压部件51、51夹持多个本实施方式的二次电池13并用螺栓111和螺母112紧固的电池组。通过该紧固，将约束负载施加在各二次电池13。施压部件51、51实际上为梳齿状。各二次电池13通常串联连接。在该电池组的各二次电池13也由于膜部件的厚部如上述那样在电极卷绕体上良好地施加(充分的)负载。由此，可以充分发挥作为整个电池组的本来的发电性能。

另外，图11中仅在两端配置施压部件51、51，但也可以在各二次电池13之间配置施压部件51。另外，在图11所示的电池组中，最好是在其所有的二次电池的膜部件设置厚部。但不限于此，即使仅在一部分的二次电池的膜部件设置厚部，也可得到相应的效果。

本实施方式的二次电池或其电池组可以用作为如图12所示的车辆200中的电源。车辆200是并用发动机240、前电动机220和后电动机230作为驱动源的混合动力车。该车辆200具有车身290、发动机240、前电动机220、后电动机230、电缆250、变换器260(inverter)、蓄电池组100。蓄电池组100中内置如图11所示的电池组。该电池组由本实施方式的二次电池构成。在这样的车辆200中也由于各二次电池中的膜部件的厚部的存在而可充分发挥蓄电池组100的本来的发电性能。

另外，作为车辆只要是在其驱动动力源的全部或一部分使用由电池所产生的电能的车辆即可。不管车轮的数量为多少个皆可。例如，可以举出：电动车、混合动力车、插入式(plug-in)混合动力车、混合动力铁道车辆、铲车、电动轮椅、电动助力自行车、电动机车等。另外，也可以是使用由电池所产生的电能仅作为车载的电气设备的电源的车辆。还可以使用不做成电池组的单个的二次电池。

另外，本实施方式的二次电池或其电池组可以用作为如图13所示的电池搭载设备的电源。图13所示为搭载蓄电池组100的冲击式钻机300。冲击式钻机300是具有主体320和蓄电池组100的电池搭载设备。冲击式钻机300中的蓄电池组100可拆装地搭载在主体320的底部321。在这样的冲击式钻机300中也由于各二次电池中的膜部件的厚部的存在而可充分发挥蓄电池组100的本来的发电性能。

另外，作为电池搭载设备只要是搭载电池并将其用作为能量源的至少1个的设备即可。例如，可以举出：个人计算机、手机、电池驱动的电动工具、不间断电源装置、电池驱动的各种家电制品、办公设备、产业设备等。另外，也可以使用不做成电池组的单个(单体)的二次电池。

如以上详细说明的那样，根据本实施方式的二次电池或其电池组，在膜部件2设置厚部5。而且，使该厚部5位于电极卷绕体1的外形中的平面部11和曲面部12的分界部分。由此，实现：在电极卷绕体上良好地施加负载、充分发挥本来的发电性能的二次电池。

另外，本实施方式仅仅是例示，不对本发明产生任何限制。因此，本发明当然可以在不脱离其要旨的范围内进行各种改良、变形。例如，也可以使用仅厚部的单独部件和没有厚部的平坦的膜部件代替具有厚部的膜部件。在这种情况下，如果硬外壳的至少内表面为绝缘性的表面，那么膜部件就不是不可缺少的。另外，还可适用于锂离子二次电池以外的二次电池。

另外，在本实施方式中，作为电极体示出了将电极板等卷绕成平卷形的电极卷绕体1，但电极体不限于此。也可以是椭圆形或长圆形截面的电极体，还可以不是卷绕型而是层叠型电极体。在这些情况下，只要预先调查由约束产生的负载在电极体上的分布、并在需要的部位配置需要尺寸的挤压部件即可。

优选是：在本发明的二次电池中还具有被夹入扁平形外壳的内表面和电极体之间的膜部件，在膜部件的一部分形成比其他部分厚的厚部。在这种情况下，厚部起到作为挤压部件的作用。

而且，电极体的表面含有平面部和曲面部，挤压部件或厚部优选是配置在电极体的表面中的平面部和曲面部的分界部分。在电极体的曲面部中的与电极体的平面部邻接的部分，扁平形外壳的内表面和电极体的曲面部之间的距离小。因此，由于挤压部件或厚部的存在而在电极体上可靠地施加挤压。由此，不仅在电极体的平面部上、而且在曲面部的至少一部分上也可靠地施加挤压负载。

在本发明中，进一步优选是：电极体为由卷绕成平卷的电极板形成的电极卷绕体。特别是在使用平卷的电极卷绕体的电池中，由挤压部件在宽范围上施加负载的意义大。

本发明还适用于如下二次电池的电池组：具有多个上述二次电池和从外部挤压二次电池的挤压部件，组合多个二次电池，挤压部件在电极体厚度方向挤压多个二次电池的组合。

本发明还适用于搭载二次电池的车辆，该二次电池具有电极体和容纳电极体的扁平形外壳，还具有位于扁平形外壳的内表面和电极体之间、挤压电极体的表面的一部分的挤压部件。

Claims (10)

1.一种二次电池，具有电极体和容纳上述电极体的扁平形外壳，其特征在于，

还具有位于上述扁平形外壳的内表面和上述电极体之间、挤压上述电极体的表面的一部分的挤压部件。

2.根据权利要求1所述的二次电池，其特征在于，具有被夹入上述扁平形外壳的内表面和上述电极体之间的膜部件，

在上述膜部件的一部分形成有比其他部分厚的厚部，

上述厚部为上述挤压部件。

3.根据权利要求1所述的二次电池，其特征在于，上述电极体的表面含有平面部和曲面部，

上述挤压部件配置在上述电极体的表面中的平面部和曲面部的分界部分。

4.根据权利要求2所述的二次电池，其特征在于，上述电极体的表面含有平面部和曲面部，

上述挤压部件配置在上述电极体的表面中的平面部和曲面部的分界部分。

5.根据权利要求1所述的二次电池，其特征在于，上述电极体为由卷绕成平卷的电极板形成的电极卷绕体。

6.根据权利要求2所述的二次电池，其特征在于，上述电极体为由卷绕成平卷的电极板形成的电极卷绕体。

7.根据权利要求3所述的二次电池，其特征在于，上述电极体为由卷绕成平卷的电极板形成的电极卷绕体。

8.根据权利要求4所述的二次电池，其特征在于，上述电极体为由卷绕成平卷的电极板形成的电极卷绕体。

9.一种二次电池的电池组，具有：具有电极体、容纳上述电极体的扁平形外壳的二次电池，和从外部对上述二次电池施压的施压部件，多个上述二次电池被组合在一起，上述施压部件在上述电极体的厚度方向对上述多个二次电池的组合施加压力，其特征在于，

至少1个上述二次电池具有：位于上述扁平形外壳的内表面和上述电极体之间、挤压上述电极体的表面的一部分的挤压部件。

10.一种车辆，搭载有二次电池，其特征在于，上述二次电池具有电极体和容纳上述电极体的扁平形外壳，

还具有：位于上述扁平形外壳的内表面和上述电极体之间、挤压上述电极体的表面的一部分的挤压部件。

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