CN102422464A - 层叠型电池及其制造方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种层叠型电池，其层叠多个具有电极片的扁平型电池而成，其特征在于，该层叠型电池具有为防止上述电极片短路而配置的绝缘构件和与上述电极片相连接的端子，上述端子的顶端侧被设置在上述绝缘构件上的支承构件支承。

Description

层叠型电池及其制造方法
技术领域
本发明涉及一种层叠型电池及其制造方法。
背景技术
日本特许厅于2006年发布的JP2006-210312A中公开了一种电池组，该电池组层叠了多个利用外壳构件封装发电元件并且使板状的电极片导出至该外壳构件外部的扁平型电池，使各个扁平型电池的电极片彼此电连接。
该以往的电池组，使电极片与板状的电池组的输出端子重合并借助于一对绝缘板夹持这两者。当针对电池组输入输出电力时，利用螺纹紧固等将连接构件连接在输出端子上。因此，存在如下问题：在输出端子上施加有螺纹紧固时的转矩、车辆的振动等的外力，从而应力集中于电极片与输出端子的接合部。
发明内容
因而，本发明的目的在于对应力集中于电极片与输出端子间的接合部进行抑制。
为了达到上述目的，在本发明中，提供一种层叠型电池，其是层叠多个具有电极片的扁平型电池而成的，其中，该层叠型电池具有为防止电极片短路而配置的绝缘构件和与电极片相连接的端子，利用设置在绝缘构件上的支承构件来支承端子的顶端侧。
该发明的详细内容及其他特征、优点，在说明书后面的记载中进行说明，并且在附图中示出。
附图说明
图1是本发明的第1实施例的单电池的立体图。
图2是层叠了4片单电池的本发明的第1实施例的层叠型电池的立体图。
图3是层叠型电池的分解立体图。
图4是正极端子与正极端子支承构件的分解立体图。
图5是安装有正极端子支承构件的正极端子的立体图。
图6是将层叠型电池收容于电池盒内部的本发明的第1实施例的电池组件的立体图。
图7是放大了层叠型电池的正极端子部分的分解立体图。
图8是图7的VIII-VIII剖视图。
图9是说明正极端子支承构件的安装方法的图。
图10是放大了本发明的第2实施例的层叠型电池的正极端子部分的分解立体图。
图11是图10的XI-XI剖视图。
图12是表示保持本发明的第3实施例的正极端子支承构件的结构的剖视图。
图13是表示本发明的第4实施例的正极端子支承构件的结构的剖视图。
图14是用于说明未利用端子支承构件固定支承端子时的应力集中的情况的层叠型电池主要部分的横截面图。
具体实施方式
图1是本发明的第1实施例的单电池1的立体图。
单电池1为薄型且扁平的锂离子二次电池，其具有能够充放电的发电元件、将发电元件收容于内部的外壳构件11、用于向外部放出发电元件的电力的呈板状的正极片12及负极片13。
发电元件由使正极板与负极板隔着隔膜交替层叠而成的电极层叠体和电解质构成。由于关于发电元件的构造及原理是众所周知的，因此省略其详细说明。
外壳构件11在俯视状态下形成为长方形状，由在金属箔的两面层叠了合成树脂层的层叠膜构成。就外壳构件11而言，在收容了发电元件的状态下热熔接两片层叠膜的外周部而形成凸缘14，从而将发电元件收容于内部。在外壳构件11的短边侧的凸缘14上，分别各形成有两个供后述的隔离片的固定销212(参照图3)插入的固定孔15。
正极片12及负极片13分别设置在外壳构件11的一个短边侧。正极片12的一端位于外壳构件11的外部，正极片12的另一端在外壳构件11的内部与构成发电元件的正极板相连接。负极片13的一端位于外壳构件11的外部，负极片13的另一端在外壳构件11的内部与构成发电元件的负极板相连接。
图2是层叠了4片单电池1的本发明的第1实施例的层叠型电池2的立体图，是设有正极片12及负极片13的短边侧的立体图。图3是层叠型电池2的分解立体图。
以下，参照图2及图3说明层叠型电池2。
如图2所示，层叠型电池2具有4片单电池1、5片隔离片21、正极端子(母线，bus bar)22、正极端子支承构件23、负极端子(母线)24、负极端子支承构件25。正极端子22及负极端子24分别是电力输入输出用的端子。
在以下说明中，当需要特别区分4片单电池1时，从图中下侧的单电池1起依次称为单电池1A、单电池1B、单电池1C、单电池1D。同样地，当需要特别区分5片隔离片21时，从图中下侧的隔离片21起依次称为隔离片21A、隔离片21B、隔离片21C、隔离片21D、隔离片21E。图3中仅记载有5片隔离片21中的最下层的隔离片21A与最上层的隔离片21E。
如图2所示，4片单电池1相互紧密接触，并且以正极片12及负极片13存在于同一方向的方式进行层叠。
5片隔离片21是分别由电绝缘性优异的合成树脂材料等构成的板状的构件。在5片隔离片21的两端，形成有供用于将层叠型电池2固定在后述的电池盒31(参照图6)内的螺栓插入的螺栓插入孔211。
另外，5片隔离片21分别以夹着设有正极片12及负极片13的靠短边侧的凸缘14的方式进行层叠。即，单电池1A的靠短边侧的凸缘14、正极片12及负极片13被隔离片21A与隔离片21B夹持。单电池1B的靠短边侧的凸缘14、正极片12及负极片13被隔离片21B与隔离片21C夹持。单电池1C的靠短边侧的凸缘14、正极片12及负极片13被隔离片21C与隔离片21D夹持。单电池1D的靠短边侧的凸缘14、正极片12及负极片13被隔离片21D与隔离片21E夹持。另外，未设有正极片12及负极片13的靠短边侧的凸缘14也同样地被另外的5片隔离片21夹持。
如图3所示，在隔离片21A的层叠面的两端分别形成有固定销212，该固定销212从该隔离片21A的层叠面的上表面突出，用于插入在单电池1A的凸缘14上形成的固定孔15内。在隔离片21B、隔离片21C及隔离片21D上也形成有具有相同功能的固定销。
另外，在隔离片21A的层叠面的两端，还分别形成有从其上表面突出的L字状的卡合爪213。该卡合爪213用于与形成在隔离片21B的下表面上的L字状的卡合孔(未图示)相卡合。隔离片21A的卡合爪213与隔离片21B的卡合孔相卡合，从而隔离片21A与隔离片21B相连接。在隔离片21B、隔离片21C及隔离片21D上也形成有同样的卡合爪，在隔离片21C、隔离片21D及隔离片21E上也形成有同样的卡合孔，各个卡合爪与卡合孔相卡合，从而相邻的隔离片21彼此相连接。
而且，在隔离片21A的层叠面的图中右侧配置有中间端子(母线)26，在左侧配置有正极端子22的一部分。
中间端子26是对未施加有绝缘覆膜的带状的导体进行弯曲加工而形成的，形成为具有3个弯曲部261A～261C与4个平坦面262A～262D的台阶状的形状。对于第1级的平坦面262A，在将单电池1A的负极片13重叠在该平坦面262A上并利用超音波熔接等进行了接合的基础上，利用隔离片21A与隔离片21B夹持该单电池1A的负极片13。对于第2级的平坦面262B，在将单电池1B的负极片13重叠在该平坦面262B上并利用超音波熔接等进行了接合的基础上，利用隔离片21B与隔离片21C夹持该单电池1B的负极片13。对于第3级的平坦面262C，在将单电池1C的正极片12重叠在该平坦面262C上并利用超音波熔接等进行了接合的基础上，利用隔离片21C与隔离片21D夹持该单电池1C的正极片12。对于第4级的平坦面262D，在将单电池1D的正极片12重叠在该平坦面262D上并利用超音波熔接等进行了接合的基础上，利用隔离片21D与隔离片21E夹持该单电池1D的正极片12。
正极端子22是对未施加有绝缘覆膜的带状的导体进行弯曲加工而形成的。正极端子支承构件23是具有绝缘性的合成树脂制的箱体，安装在正极端子22上。进一步参照图4及图5说明正极端子22及正极端子支承构件23。
图4是正极端子22与正极端子支承构件23的分解立体图。图5是将正极端子支承部23安装在正极端子22上的状态的立体图。在本实施例中，正极端子22与正极端子支承构件23例如通过嵌件成形而一体化。
正极端子22具有扭转部221、端子部222、支承构件安装部223、弯曲部224、第1接合部225、第2接合部226。
扭转部221通过在将导体的一端侧边扭转边拉起后、使该导体的一端侧沿直角方向倾倒而形成在导体的中央附近。
端子部222通过进一步呈大致直角拉起沿直角方向倾倒的导体的一端侧的端部而形成。端子部222成为大致正方形的平板状，在其中央形成有螺栓通孔227。螺栓通孔227是为了利用螺栓连接适当的连接构件而设置的，该适当的连接构件用于电连接该正极端子22和例如另外的层叠型电池2的输入输出端子、电动机等外部设备的端子。
支承构件安装部223是形成在扭转部221与端子部222之间的平坦的区域。在支承构件安装部223上安装有正极端子支承构件23。
弯曲部224通过弯折从扭转部221到导体的另一端之间的中央附近而形成。
第1接合部225是从扭转部221到弯曲部224的平坦的区域。对于第1接合部225，在将单电池1A的正极片12重叠于其上并利用超音波熔接等进行了接合的基础上，利用隔离片21A与隔离片21B夹持该单电池1A的正极片12。
第2接合部226是从弯曲部224到导体的另一端的平坦的区域。对于第2接合部226，在将单电池1B的正极片12重叠于其上并利用超音波熔接等进行了接合的基础上，利用隔离片21B与隔离片21C夹持该单电池1B的正极片12。
正极端子支承构件23具有正面壁231、背面壁232、侧面壁233、底面壁234。
在正面壁231的中央形成有凹部231A，该凹部231A形成为与嵌入正极端子支承部23内的螺母27的外形对应的六边形。螺母27是供在将连接构件连接在正极端子22的端子部222时所使用的螺栓螺纹配合的构件，其被压入固定在凹部231A内并被正面壁231保持。
在正面壁231的比凹部231A靠背面壁232侧的部分形成有螺栓通孔231B，供通过正极端子22的螺栓通孔227与螺母27螺纹配合的螺栓的前端部穿过。
在凹部231A的下方，形成有供正极端子22的支承构件安装部223穿过的矩形的通孔231C。另外，在背面壁232上也同样地形成有供支承构件安装部223穿过的矩形的通孔232A(参照图8)，通过使支承构件安装部223穿过各个通孔231C、232A，正极端子支承构件23被安装在正极端子22上。
在正面壁231的外缘，形成有向正极端子22的端子部222侧延伸的外缘壁235。外缘壁235形成为在将正极端子支承构件23安装在正极端子上时覆盖端子部222的外缘。端子部222被该外缘壁235保持。
背面壁232形成为长方形状，比外缘壁235的上端面235A向图中上方延伸、并且比底面壁234向图中下方延伸。在此，如图2所示，背面壁232的下端部与从隔离片21A的侧面向正极端子22的端子部222侧局部突出的部分213嵌合，背面壁232的上端部与从隔离片21A的侧面向正极端子的端子部222侧局部突出的部分214嵌合。由此，正极端子支承构件23被隔离片21A与隔离片21D保持，正极端子22被正极端子支承构件23固定支承。另外，后面参照图7及图8来说明正极端子支承构件23具体如何被隔离片21A与隔离片21D保持。
底面壁234位于正极端子22的穿过正面壁231及背面壁232的各个通孔231C、232A的支承构件安装部223的下方，用于支承该支承构件安装部223。
再次参照图2及图3来说明负极端子24及负极端子支承构件25。
负极端子24是对未施加有绝缘覆膜的带状的导体进行弯曲加工而形成的。负极端子24虽然形状与正极端子22不同，但是具有与正极端子22相同的功能。
对于负极端子24的第1接合部241，在将单电池1C的负极片13重叠于其上并利用超音波熔接等进行了接合的基础上，利用被隔离片21C与隔离片21D夹持该单电池1C的负极片13。对于负极端子24的第2接合部242，在将单电池1D的负极片13重叠于其上并利用超音波熔接等进行了接合的基础上，利用被隔离片21D与隔离片21E夹持该单电池1D的负极片13。
负极端子支承构件25是具有绝缘性的合成树脂制的箱体，安装在负极端子24上。对于负极端子支承构件25，在形成在正面壁上的矩形的通孔位于凹部的上方这一点上与正极端子支承构件23不同，但是其他方面则具有与正极端子支承构件23相同的结构及功能。而且，与正极端子支承构件23同样地被从隔离片21A的侧面局部突出的部位215与从隔离片21D的侧面局部突出的部位216保持。
图6是将层叠型电池2收容于电池盒31内部的本发明的第1实施例的电池组件3的立体图。
电池盒31具有上部开口的箱状的下盒体311、用于闭合下盒体311的开口的上盒体312。下盒体311与上盒体312通过相互卷紧各自的外缘部而固定。
下盒体311具有用于使收容于内部的层叠型电池2的正极端子22及负极端子24从下盒体311的侧面突出的槽口313。
在上盒体312上，以与形成在层叠型电池2的隔离片21上的螺栓插入孔211对应的方式形成有4个插入孔314。另外，在下盒体311上，也以与形成在层叠型电池2的隔离片21上的螺栓插入孔211对应的方式形成有4个插入孔(未图示)。通过将螺栓插入上盒体312的插入孔314、层叠型电池2的螺栓插入孔211及下盒体31的插入孔内，使层叠型电池2固定于电池盒31。
如此形成的电池组件3，例如作为能量供给源被安装到电动汽车上，通过借助正极端子22及负极端子24串联或并联连接任意数量的电池组件3，构成了期望的电压及能量容量的车载电池。
在此，当作为车载电池电连接电池组件3彼此时，利用适当的连接构件来连接一个电池组件3的各个端子22、24与另一个电池组件3的各个端子22、24。此时，连接构件借助螺纹紧固等与各个端子22、24相连接。因此，在各个端子22、24上作为外力施加有螺纹紧固时的转矩，并且在车辆行驶时也施加有由振动引起的外力。
这样，当未像本实施例那样利用正极端子支承构件23、负极端子支承构件25来固定支承正极端子22、负极端子24时，会发生以下问题点。
图14是说明未利用端子支承构件固定支承端子时的应力集中的情况的层叠型电池要部的横截面图，是作为未应用本实施例的比较例的图。
如图14所示，在未利用端子支承构件固定支承端子401的状态下，当在从隔离片402突出的端子401的一端侧施加有螺纹紧固时的转矩或由振动引起的外力时，应力集中于以与单电池403的电极片404重叠的方式被隔离片402夹持的端子401的接合部。其结果，电极片404与端子401的物理接触不充分，电池组件的输出会降低。
因此，在本实施例中，利用端子支承构件来固定支承端子，抑制了应力集中于电极片与端子间的连接部。
以下，参照图7及图8来说明正极端子支承构件23如何被隔离片21保持并固定支承正极端子22。
图7是放大了层叠型电池2的正极端子支承构件23的附近的分解立体图。图8是图7的VIII-VIII剖视图。
如图7所示，在隔离片21A上，形成有从隔离片21A的侧面向正极端子22的端子部222侧局部突出的部分213。而且，如图8所示，在该突出部位213上，形成有供正极端子支承构件23的背面壁232的下端部嵌合的嵌合槽213A。
另外，如图7所示，在隔离片21D上，形成有从隔离片21D的侧面向正极端子22的端子部222侧局部突出的部位214。而且，如图8所示，在该突出部位214上，形成有供正极端子支承构件23的背面壁232的上端部嵌合的嵌合槽214A。
通过使正极端子支承构件23的背面壁232的下端部与形成在隔离片21A上的嵌合槽213A相嵌合，使正极端子支承构件23的背面壁232的上端部与形成在隔离片21D上的嵌合槽214A相嵌合，从而正极端子支承构件23被隔离片21A及隔离片21D保持。而且，通过如此利用隔离片21A及隔离片21D来保持安装在正极端子22上的正极端子支承构件23，正极端子22被正极端子支承构件23固定支承。
由此，能够抑制当在正极端子22上施加有螺纹紧固时的转矩、由振动带来的外力时应力集中于第1接合部225及第2接合部226。即，能够抑制在正极端子22的端子部222上连接螺栓时的正极端子22的旋转、行驶时的正极端子22的振动。因而，能够抑制正极端子22的第1接合部225及第2接合部226与单电池1A及单电池1B的正极片12的接合不良。
另外，正极端子22的端子部222的外周被外缘壁235覆盖，正极端子22的端子部222被该外缘壁235保持。由此，能够进一步抑制在正极端子22的端子部222上连接螺栓时的正极端子22的旋转、行驶时的正极端子22的振动。
另外，由于负极端子24也与正极端子22同样地被负极端子支承构件25固定支承，因此在负极端子24处也能够抑制与负极片13的接合不良。
在此，也可考虑利用电池盒31来保持正极端子支承构件23及负极端子支承构件25，但是根据以下的理由，本实施例更有优势。
即，由具有柔软性的层叠膜等构成的单电池1因充放电而易于在层叠方向上产生体积变化。因此，例如当利用电池盒31来保持正极端子支承构件23时，由于单电池1的体积变化，正极端子支承构件23和与单电池1的正极片12相接合的各个接合部间的相对位置将发生变化。其结果，在正极片12与各个接合部之间易于产生接触不良。
与此相对，在本实施例中，由于利用隔离片21来保持正极端子支承构件23及负极端子支承构件25，因此即使单电池1的体积产生变化，正极端子支承构件23与各个接合部间的相对位置的变化也极其少。因此，在正极片12与各个接合部之间不易产生接触不良。
图9是说明正极端子支承构件23的安装方法的图。
在安装正极端子支承构件23时，首先使安装在正极端子22上的正极端子支承构件23的背面壁232的下端部与形成在从隔离片21A局部突出的部分213上的嵌合槽213A相嵌合。
接着，在隔离片21A上层叠隔离片21B、在隔离片21B上层叠隔离片21C。
之后，使正极端子支承构件23的背面壁232的上端部与形成在从隔离片21D局部突出的部分214上的嵌合槽214A相嵌合，并且在隔离片21C上层叠隔离片21D。
这样，在本实施例中，由于在从隔离片21A及隔离片21D局部突出的部分213、214形成有嵌合槽213A、214A，因此在层叠隔离片21的一连串的作业工序中能够容易地安装正极端子支承构件23。
因此，由于未伴随有将部件安装在层叠方向以外的方向上这种复杂的工序，因此易于实现制造工序的自动化，并且能够以与以往的隔离片层叠作业实质上相同的作业来安装正极端子支承构件23。因而，能够抑制制造工时增加。
接着，参照图10及图11说明本发明的第2实施例。
图10是放大了本发明的第2实施例的层叠型电池2的正极端子22部分的分解立体图。图11是图10的XI-XI剖视图。
如图10及图11所示，在本发明的第2实施例中，仅在隔离片21D上形成有用于与正极端子支承构件23的背面壁232的上端部相嵌合的嵌合槽214A。即使在该情况下，由于正极端子22的第1接合部225被隔离片21A与隔离片21B夹持，因此其结果，正极端子支承构件23也被隔离片21A、隔离片21B及隔离片21D保持。因此，由于能够固定保持正极端子22，因此能够获得与第1实施例相同的效果。
另外，本发明并不限定于上述实施方式，在其技术思想范围内能够实施各种变形是显而易见的。
例如，在上述实施例中，作为输出端子例示说明了正极端子22及负极端子24，但并不限于此，也可以是用于测量电池组件3的电压的电压检出用端子。
另外，在上述实施例中，使正极端子支承构件23的背面壁232的下端部及上端部与设置在隔离片21A及隔离片21D上的嵌合槽相嵌合，但也可以是与此相反的构造。例如也可以如图12所示，在正极端子支承构件23的背面壁232的下端及上端设置嵌合槽232B、232C，使形成在隔离片21A及隔离片21D上的突起213B、214B嵌合在该嵌合槽232B、232C内。另外，隔离片21与正极端子支承构件23相嵌合的构造也并不仅于由这样的突起与槽实现的构造。
另外，在上述实施例中，一体成形了正极端子22与正极端子支承构件23，但是例如也可以如图13所示，利用设置在两侧面壁233的下端的卡扣装配爪233A等，将底面壁234作为单体从后方进行安装。
关于以上说明，以引用方式将申请日为2009年5月15日的日本特愿2009-118228号的内容和申请日为2010年5月13日的日本特愿2010-111330号的内容纳入本说明书。
工业实用性
如上所述，本发明在应用于连接有多个电池组件3的车载电池时，带来了格外令人满意的效果。
本发明的实施例所包含的排他性质或特征如权利要求书中所限定。

Claims (18)

1.一种层叠型电池，其层叠多个具有电极片的扁平型电池而成，其特征在于，该层叠型电池具有：
绝缘构件，其配置为用于防止上述电极片短路；
端子，其与上述电极片相连接；
上述端子的前端侧被设置在上述绝缘构件上的支承构件支承。
2.根据权利要求1所述的层叠型电池，其特征在于，
上述支承构件被上述绝缘构件保持。
3.根据权利要求1所述的层叠型电池，其特征在于，
上述绝缘构件具有从该绝缘构件向外侧突出的保持部，
上述保持部用于在上述扁平型电池的层叠方向上保持上述支承构件。
4.根据权利要求3所述的层叠型电池，其特征在于，
上述保持部包括从一个绝缘构件向外侧突出的第1保持部和从与上述一个绝缘构件不同的另一个绝缘构件向外侧突出的第2保持部，
上述第1保持部及上述第2保持部从上述扁平型电池的层叠方向的两侧保持上述支承构件。
5.根据权利要求1所述的层叠型电池，其特征在于，
上述端子的基端侧被多个上述绝缘构件保持。
6.根据权利要求1所述的层叠型电池，其特征在于，
上述绝缘构件具有从该绝缘构件向外侧突出的保持部，
上述支承构件包括用于支承上述端子的一端侧的壁面和被上述保持部保持的被保持部。
7.根据权利要求6所述的层叠型电池，其特征在于，
上述保持部包括从一个绝缘构件向外侧突出的第1保持部和从与上述一个绝缘构件不同的另一个绝缘构件向外侧突出的第2保持部，
上述被保持部包括被上述第1保持部及上述第2保持部保持的被保持部。
8.根据权利要求6所述的层叠型电池，其特征在于，
上述端子在基端侧具有供上述电极片接合的接合部，
上述接合部被多个上述绝缘构件保持。
9.根据权利要求6所述的层叠型电池，其特征在于，
在上述壁面上具有用于对上述端子和外部设备的端子进行固定的固定部。
10.根据权利要求1所述的层叠型电池，其特征在于，
将上述层叠型电池收容在电池盒内。
11.根据权利要求10所述的层叠型电池，其特征在于，
上述电池盒具有用于使上述端子向该电池盒的外部导出的孔部。
12.根据权利要求1所述的层叠型电池，其特征在于，
上述端子在前端侧具有用于安装上述支撑构件的支承构件安装部，
上述支承构件具有壁部，当该支承构件被安装在上述支承构件安装部上时该壁部在上述扁平型电池的层叠方向上延伸，
上述绝缘构件具有向与上述扁平型电池的层叠方向正交的方向突出且用于保持上述壁部的保持部。
13.根据权利要求12所述的层叠型电池，其特征在于，
上述保持部具有供上述壁部嵌合的开口部。
14.根据权利要求12所述的层叠型电池，其特征在于，
上述保持部还具有向与上述扁平型电池的层叠方向平行的方向突出的突出部，
上述壁部具有供上述突出部嵌合的开口部。
15.根据权利要求12所述的层叠型电池，其特征在于，
上述壁部向上述扁平型电池的层叠方向上方延伸。
16.根据权利要求12所述的层叠型电池，其特征在于，
上述壁部向上述扁平型电池的层叠方向上方及下方延伸。
17.根据权利要求12所述的层叠型电池，其特征在于，
上述端子的基端侧被多个上述绝缘构件夹持，上述端子的顶端侧从该绝缘构件突出。
18.一种层叠型电池的制造方法，该层叠型电池是交替层叠具有电极片的扁平型电池与用于防止上述电极片短路的绝缘构件而构成的，其特征在于，
使上述电极片与形成在电力输入输出用的端子的基端侧的接合部相接合，
以使上述端子的顶端侧从上述绝缘构件的侧面突出的方式，利用上述绝缘构件来夹持上述端子的接合部，同时利用上述绝缘构件来保持安装在上述端子顶端侧的支承构件。
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