CN102884668A - 双极型二次电池 - Google Patents

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Abstract

一种双极型二次电池，其收装于壳体的电池主体由经由电解质层而层叠的多个双极型电极构成的单个层叠体或串联连接多个层叠体构成。一面与壳体的内周面接合，另一面与电池主体的一端接合的正极集电板和负极集电板分别从壳体向外侧延伸。通过具备根据壳体的伸长变形而切断经由电池主体的正极集电板与负极集电板的电连接的切断机构，从而在产生短路电流时，断开双极型二次电池的电流通路，保护双极型二次电池不受短路电流影响。

Description

双极型二次电池
技术领域
本发明涉及双极型二次电池自短路电流中的保护。
背景技术
日本专利厅2009年发行的JP2009－252548A中提案有关于在由层叠有多层的单元构成的锂离子电池等双极型二次电池中使用的流动性密封剂。
在单元的层叠方向的一端配置有正极活性物质，另一端配置有负极活性物质。流动性密封剂配置于电解质的周围，具有将单元自空气中隔断的作用，以使单元的电解质不因空气中的水分而劣化。
石蜡等流动性密封剂在高电压下产生电分解。电分解的流动性密封剂不能确保需要的绝缘性。现有技术通过将流动密封剂分割成被密闭的多层，防止在流动密封剂上施加高电压，实现难以产生电分解的构造。
与双极型二次电池连接的外部电路产生短路时，短路电流在电池内部继续流动，从而电池发热。
现有技术的双极型二次电池在这种状况也具有防止在流动密封剂施加的高电压的负荷防止效果，但不具备断开短路电流，防止电池其自身发热的作用。
发明内容
因此，本发明的目的是保护双极型二次电池不受短路电流影响。
为了实现上述目的，本发明的双极型二次电池具备：电池主体；将电池主体收装于内部的壳体；一面与壳体的内周面接合、另一面与电池主体的一端接合且向壳体外部延伸的正极集电板；一面与壳体的内周面接合、另一面与电池主体的另一端接合且向壳体外部延伸的负极集电板。
电池主体由单个层叠体或串联连接多个层叠体构成。层叠体经由电解质层层叠多个由板状的集电体、配置于集电体的一面的正极活性物质层、及配置于集电体的另一面的负极活性物质层构成的双极型电极而构成。
双极型二次电池还具备根据壳体的伸长变形切断经由电池主体的正极集电板与负极集电板的电连接的切断构件。
本发明的详细以及其它特征及优点在说明书的下面的记载中进行说明，并且在附图表示。
附图说明
图1是本发明的双极型二次电池的立体图；
图2是沿图1的A－A线切取的双极型二次电池的纵向剖面图；
图3是本发明第二实施例的双极型二次电池的概略纵向剖面图；
图4是与图3类似但表示涉及折返部的变化的图；
图5是与图3类似但表示涉及折返部的其它变化的图；
图6是与图3类似但表示本发明的第三实施例的图；
图7是本发明第三实施例的集电板的纵向剖面图；
图8是与图6类似但表示涉及折返部的变化的图；
图9是与图6类似但表示涉及折返部的其它变化的图；
图10是包含本发明第四实施例的双极型二次电池的概略纵向截面的概略构成图；
图11A~11C是本发明的双极型电极的正面图和背面图和纵向剖面图；
图12A、12B是安装了密封前体的双极型电极的正面图和横向剖面图；
图13A、13B是安装了隔板的双极型电极的正面图和横向剖面图；
图14是说明双极型二次电池的最终形成工序的冲压机的概略侧面图；
图15是未形成折返部的双极型二次电池的纵向剖面图；
图16是本发明的第五实施例的双极型二次电池的概略纵向剖面图；
图17是本发明的第五实施例的双极型二次电池内部的平面图。
具体实施方式
参照附图1，双极型二次电池100具备：大致矩形横截面的壳体103、经由壳体103的相对的两个边从壳体103的内侧向外侧取出的正极集电板101和负极集电板102。
参照图2，双极型二次电池100在壳体103的内侧具备电池主体300。电池主体300通过将层叠多个单元26的层叠体30串联连接两个而构成。正极集电板101和负极集电板102以夹持电池主体300的形式分别与壳体103的内周面接合。更详细地说，正极集电板101和负极集电板102通过粘接固定于壳体103的内周面。
壳体103将电池主体300与外部气体截断，具有保护电池主体300的作用。壳体103由一对壳体部件103a和103b构成。壳体部件103a和103b各具有收纳电池主体300的凹部和包围凹部的凸缘部。
壳体103通过以夹持从壳体103的内侧向外侧的正极集电板101和负极集电板102的形式将一对壳体部件103a和103b的凸缘部彼此焊接而一体地构成。壳体103使用具备对于内外产生的压力差不损伤层叠体30的强度和可变形的挠性的片状原料。片状原料还优选不透过电解液及气体并具有电绝缘性，且对于电解液等材料具有化学稳定性。
片状原料优选使用层压薄膜，聚乙烯、聚丙烯、聚碳酸酯等。层压薄膜为用聚丙烯薄膜等绝缘性的合成树脂膜覆盖含铝、不锈钢、镍、铜等合金的金属的金属箔的构成。
构成层叠体30的单元26由电解质层25、层叠于电解质层25的两侧的正极活性物质层23和负极活性物质层24、与层叠方向相关地层叠于正极活性物质层23和负极活性物质层24的外侧的板状的集电体22构成。但是，如图所示，在层叠多个单元26的情况下，集电体22在邻接的单元26之间仅夹持一片。
集电体22使用公知的材料。例如，可以使用铝及不锈钢（SUS）。集电体22的材料中也可以含有高分子材料。即，可以使用聚烯烃（聚丙烯、聚乙烯）、聚酯（PET、PEN）、聚酰亚胺、聚酰胺、聚偏氟乙烯（PVdF）。为了使这些高分子材料具有导电性，优选在高分子材料中分散有科琴黑、乙炔黑、炭黑等碳或铝（Al）、铜（Cu）、不锈钢（SUS）、钛（Ti）等金属的粒子。
正极活性物质层23含正极活性物质，还含导电辅助剂及粘合剂等。正极活性物质可以使用在溶液系锂离子电池中使用的过渡金属与锂的复合氧化物。
负极活性物质层24含负极活性物质，还含导电辅助剂及粘合剂等。负极活性物质可以使用在溶液系的锂离子电池使用的负极活性物质。
特别是，通过在正极活性物质层23的正极活性物质中使用锂-过渡金属复合氧化物，通过负极活性物质层24的负极活性物质使用碳或锂－过渡金属复合氧化物，由此，能够构成容量和输出特性优异的电池。
电解质层25为含具有离子传导性的高分子的层或液体电解质。在本实施例中，电解质使用了高分子凝胶电解质，该高分子凝胶电解质是使作为基材的隔板含浸于预凝胶溶液之后，通过化学交联或物理交联而得到。电解质中所含的电解液含有碳酸丙烯酯、碳酯乙烯酯、碳酸二乙酯等有机溶剂，因温度上升而沸腾汽化。在该实施例中，隔板的熔点为约摄氏120度（℃）。电解质溶剂的沸点约为140℃。
单元26的外周被密封部40覆盖。密封部40填充于邻接的集电体22的外周部之间，截断正极活性物质层23和电解质层25和负极活性物质层24与外部气体的接触。通过密封部40密封单元26，防止电解质的离子传导度降低。另外，防止使用液体或半固体的凝胶状的电解质的情况的漏液引起的液体短路。
密封前体例如可以使用通过加压变形而与集电体22贴紧的橡胶系树脂或通过加热加压热熔粘而与集电体22贴紧的烯系树脂等可热熔粘的树脂。
对于橡胶树脂没有特别的限制，优选选自由硅系橡胶、氟系橡胶、烯烃系橡胶、腈系橡胶构成的组。这些橡胶系树脂在密封性、耐碱性、耐药性、耐久性、耐候性、耐热性等方面优异，在二次电池的使用环境中也可以长期维持这些优异的性能和品质。
可热熔粘的树脂优选能够发挥在层叠体30的所有使用环境下优异的密封效果。可热熔粘的树脂例如，选自由硅、环氧、聚氨酯、聚丁二烯、烯烃系树脂（聚丙烯、聚乙烯等）、石蜡构成的组。这些可热熔粘的树脂在密封性、耐碱性、耐药性、耐久性、耐候性、耐热性等方面优异，在二次电池的使用环境中也可以长期维持这些优异的性能和品质。
在层叠体30的制造工艺中，在集电体22的一面形成正极活性物质层23、另一面形成负极活性物质层24的多个双极型电极21和电解质层25交替地层叠6层。在与层叠方向有关的层叠体30的两端层叠有正极集电体22a和负极集电体22b。和集电体22不同，正极集电体22a在一面形成正极活性物质层23，另一面没有形成任何部件。负极集电体22b在一面形成负极活性物质层24，在另一面也没有形成任何部件。正极集电体22a以将正极活性物质层23与电解质层25相接的状态层叠。负极集电体22b以将负极活性物质层24与电解质层25相接的状态层叠。
使用热冲压机以密封部40形成规定的厚度的方式将如上所述进行层叠的规定数量的单元26热压，再通过使未固化的密封部40固化，完成双极型的层叠体30。
电池主体300以一层叠体30的正极集电体22a与另一层叠体30的负极集电体22b相接的方式，由串联地配置的两个层叠体30构成。
正极集电板101和负极集电板102具有将电流从电池主体300向壳体103的外侧取出，或从壳体103的外侧向电池主体300供给电流的作用。正极集电板101和负极集电板102的材料没有特别的限制，可以使用公知的材料。优选使用铝、不锈钢（SUS）、高分子材料等。
构成电池主体300的两个层叠体30的邻接的正极集电体22a和22b通过导电性粘接剂粘接。另外，位于电池主体300的一端的正极集电体22a和正极集电板101、及位于电池主体300的另一端的负极集电体22b和负极集电板102也利用导电性粘接剂粘接。粘接剂使用剥离强度120％的丁基橡胶系导电性双面胶带、剥离强度100％的丙烯酸系导电性双面胶带、剥离强度90％的导电性环氧粘接剂中的任一种。
另外，正极集电板101与壳体部件103a的内周面的接合、负极集电板102与壳体部件103b的内周面的接合也分别通过使用粘接剂的粘接而进行。粘接使用剥离强度120％的丁基橡胶系双面胶带、或剥离强度100％丙烯酸系双面胶带。
各剥离强度为用百分比表示将丙烯双面胶带的剥离强度设为100％情况下的各粘接剂的剥离强度。
两个层叠体30的正极集电体22a和负极集电体22b的粘接不是必须的条件，也可以不用粘接它们，只要简单地抵接即可。
在本发明的双极型二次电池100中，上述的粘接以满足下面的条件的方式进行。
即，在将两个层叠体30的正极集电体22a和负极集电体22b的剥离强度设为K4，将正极集电体22a和正极集电板101的剥离强度设为K3，将负极集电体22b和负极集电板102的剥离强度设为K5，将正极集电板101和壳体103的剥离强度设为K1，将负极集电板102和壳体103的剥离强度设为K2的情况下，满足下面的任一条件，即：
K1.K2＞K3或
K1.K2＞K4或
K1.K2＞K5。
另外，在不粘接两个层叠体30的正极集电体22a和22b的情况下，剥离强度K4为零。
上述的关系用下面的文章表示。即壳体103的内周面和正极集电板101的剥离强度及壳体103的内周面和负极集电板102的剥离强度均设定得比正极集电板101和正极集电体22a的剥离强度、负极集电板102和负极集电体22b的剥离强度、及层叠体30间的正极集电体22a和负极集电体22b的剥离强度的至少一个大。
在以上的处理后，通过使构成壳体103的一对壳体部件103a和103b的凸缘状的外周部彼此在真空状态热熔粘，完成双极型二次电池100。也可以将壳体部件103a和103b的外周部彼此留一部分进行热熔粘，通过从未热熔粘部抽出壳体103内的空气，将壳体103内形成真空状态。
在混合电动汽车（HEV）及电动汽车（EV）中，在对车身施加强的冲击的情况下，通过来自车载蓄电池的电力供给而动作的各种电路往往产生故障。于是，当从蓄电池向已经故障的电路继续供给电力时，在已经故障的电路流过大的电流，电路发热，往往强电线路会短路。另外，也认为车载蓄电池内的强电线路彼此短路。
在这种壳体内，在双极型二次电池100内过大的短路电流流过，因双极型二次电池100的内部电阻而产生发热，从而引起双极型二次电池100的温度上升。因该温度上升，层叠体30的电解质层25的电解液中所包含的碳酸丙烯酯、碳酯乙烯酯、碳酸二乙酯等有机溶剂沸腾而汽化时，壳体103的内压上升，壳体103膨胀。
壳体103的膨胀经由与壳体103的内周面粘接的正极集电板101及负极集电板102对两个层叠体30产生拉伸负荷。
该拉伸负荷作为剥离力不仅作用在壳体103的内周面和正极集电板101之间及壳体103的内周面和负极集电板102之间，而且作用在两个层叠体30的正极集电体22a和负极集电体22b之间、位于电池主体300的一端的正极集电体22a和正极集电板101之间、及位于电池主体300的另一端的负极集电体22b和负极集电板102之间。
在该双极型二次电池100中，壳体103的内周面和正极集电板101的剥离强度及壳体103的内周面和负极集电板102的剥离强度均设定得比电池主体300的一端的正极集电体22a和正极集电板101的剥离强度、电池主体300的另一端的负极集电体22b和负极集电板102的剥离强度、及两个层叠体30之间的正极集电体22a和负极集电体22b的剥离强度的至少一个大。因此，通过剥离力的作用，正极集电板101和正极集电体22a、负极集电板102和负极集电体22b、及构成电池主体300的两层层叠体30间的正极集电体22a和负极集电体22b的任一方都剥离。而且，已剥离的这些部件间的接触变弱，由此，抑制短路电流流过。另外，通过部件间完全剥离，断开短路电流。
这样，根据本发明，能够保护双极型二次电池100不受与双极型二次电池100连接的外部电路的短路电流影响。
在本实施例中，各层叠体30由6个单元构成，另外，通过串联连接两个层叠体30构成电池主体300。但是，构成层叠体30的单元26的数量及串联连接的层叠体30的个数可根据双极型二次电池100所要求的电压及容量任意设定。
因此，电池主体300也可以由例如层叠体30间没有连接部的单一层叠体30构成。该情况下，壳体103的内周面和正极集电板101的剥离强度及壳体103的内周面和负极集电板102的剥离强度均设定得比正极集电板101和电池主体300的一端的正极集电体22a的剥离强度及负极集电板102和电池主体300的另一端的负极集电体22b的剥离强度的至少一个大即可。
参照图3～5，说明本发明的第二实施例。另外，这些图为了易显示特征，将主要部分变形进行描述。
第一实施例中，双极型二次电池100内产生的剥离力主要仅因壳体103的温度膨胀而产生的构造。在本实施例中，在构成壳体103的一壳体部件103a上设置折返部11作为壳体103的伸长余量以使根据壳体103内的气体压力的上升，壳体103向单元26的层叠方向伸长。
参照图3，折返部11从与壳体部件103a的单元26的层叠方向相关的端面向远离电池主体300的方向圆筒状突出。突出端以大致180度折返，形成顶部。折返部11根据壳体103的内压上升，使折返部11的内侧的壳体部件103a的端面向远离电池主体300的方向位移，由此容易地进行壳体103的伸长变形。
除壳体103以外的双极型二次电池100的构成包含剥离强度的设定与第一实施例相同。根据本实施例，容易进行壳体103相对于内压的上升的伸长。其结果是，在壳体103的内压上升时，促使正极集电板101和电池主体300的一端的正极集电体22a、负极集电板102和电池主体300的另一端的负极集电体22b、及构成电池主体300的两个层叠体30间的正极集电体22a和负极集电体22b的任一方的剥离。因此，对于外部电路的短路电流，能够更快且可靠地保护双极型二次电池100。
折返部11的形成位置及个数可有各种各样的变化。
参照图4，在此，构成壳体103的一壳体部件103a的与单元26的层叠方向相关的外周面遍及360度设有具有顶部的折返部11。
参照图5，在此，构成壳体103的一壳体部件103a的与单元26的层叠方向相关的外周面遍及360度设有两个具有顶部的折返部11。
不依赖折返部11的形成位置及个数，在这样可伸缩构成的壳体103中，在双极型二次电池100中当流过短路电流，电池温度上升，壳体103的内压上升时，在单元26的层叠方向，壳体103容易膨胀变形。优选壳体103在0.1－10千克（kg）／平方厘米（cm2）（≈千帕（kPa））的内压下不破坏而易变形。在这种内压下壳体103容易变形时，能够容易地分离正极集电板101或负极集电板102和电池主体300之间或构成电池主体300的两个层叠体30之间。
即，在与双极型二次电池100连接的外部电路流过过大的短路电流时，双极型二次电池100的电池温度上升，包含于各单元26的电解质层25的电解液沸腾。因伴随着电解液的沸腾而产生的有机溶剂汽化气体，使壳体103的内压上升，壳体103向单元26的层叠方向即、折返部11伸展的方向伸长。
伴随着壳体103的伸长，用剥离强度大的粘接剂在壳体103粘接的正极集电板101及负极集电板102与壳体139一体地向相互分开的方向位移。该剥离力比粘接力相对弱，作用在正极集电板101和电池主体300的一端的正极集电板22a之间、负极集电板102和电池主体300的另一端的负极集电体22b之间、及构成电池主体300的两个层叠体30的正极集电体22a和负极集电体22b之间，使它们中的任一方都分开。其结果是断开双极型二次电池100内部的短路电流。
在本实施例中，在壳体部件103a形成折返部11，但也可以在壳体部件103b形成折返部11。也可以在壳体部件103a和壳体部件103b双方形成折返部11。
参照图6～9，说明本发明的第三实施例。这些图也为了易显示特征，对主要部分变形进行描述。
参照图6，在本实施例中不仅具有第二实施例的构成，而且，预先加长设定从正极集电板101向壳体部件103a及电池主体300的粘接部位至向壳体103之外的取出部的区间的长度。
参照图7，具体而言，从正极集电板101向壳体部件103a及电池主体300的粘接部位至向壳体103之外的取出部的区间，且与电池主体300的角部对应的位置形成折返部12。优选以由折返部12引起的正极集电板101的可位移的范围等于由折返部11引起的壳体103的可伸长位移量的方式设定折返部12的尺寸。
折返部12优选设置于折返部11的内侧。
即，参照图8，在壳体部件103a的外周面设置折返部11的情况下，优选在折返部11的内侧设置折返部12。
参照图9，在壳体部件103a的外周面设置多个折返部11的情况下，优选在多个折返部11的内侧分别设置折返部12。
双极型二次电池100的其它构成与第二实施例相同。
在第二实施例中，跟随壳体103的伸长变形的正极集电板101的位移有可能因单元26的层叠方向的正极集电板101的尺寸而产生限制。然而，在本实施例中，通过在正极集电板101设置折返部12，跟随壳体103的伸长变形的正极集电板101的位移变得容易。因此，能够伴随壳体103的伸长变形更可靠地进行正极集电板101和电池主体300的一端的正极集电体22a、或负极集电板102和电池主体300的另一端的负极集电体22b、或构成电池主体300的两个层叠体30的正极集电体22a和负极集电体22b的分离。
在本实施例中，在壳体部件103a形成折返部11，在正极集电板101形成折返部12，但也可在壳体部件103b形成折返部11，在负极集电板102形成折返部12。另外，也可在壳体部件103a和壳体部件103b双方形成折返部11，在正极集电板101和负极集电板102双方形成折返部12。
参照图10，说明本发明的第四实施例。
本实施例的双极型二次电池100在壳体103的内侧具备产生气体的充气机14。
充气机14通过化学反应产生气体。充气机14内装有点火器、点火剂、气体发生剂等。充气机14上连接有配置于壳体103之外的控制器15。控制器15使充气机14的点火器动作，对点火剂点火使气体发生剂燃烧。
作为有关充气机14的其它构成，内装填充高压气体的高压容器和将高压容器开口的促动器，配置于壳体103外的控制器15使促动器动作，可放出高压容器的气体。也可以使用使两者组合的混合型。
在控制器15上连接有检测层叠体30的温度的温度传感器16。控制器15由具备中央运算装置（CPU）、读出专用存储器（ROM）、随机存取存储器（RAM）及输入输出接口（I／O接口）的微机构成。控制器15以在层叠体30的温度例如为100℃以上时使充气机14动作的方式事先进行编程。
代替温度传感器16，设置检测正极集电板101或负极集电板102的电流的电流传感器，在电流传感器的检测电流超过短路电流相当值的情况下，控制器15也可以以使充气机14动作的方式进行编程。
另外，代替温度传感器16，设有检测正极集电板101和负极集电板102的电位差的电压传感器，在电压传感器的检测电压脱离通常动作时相当的电压值的情况下，控制器15也可以以使充气机14动作的方式进行编程。通常动作时相当的电压值例如为4.2V－2.5V。
另外，代替温度传感器16设有检测壳体103的内压的压力传感器，在壳体103的内压为规定压力以上的情况下，控制器15也可以以使充气机14动作的方式进行编程。
以上的各传感器都是检测与双极型二次电池100内的短路电流有关联的参数的传感器。
根据本实施例，在双极型二次电池100流过短路电流时，充气机14动作产生气体，在气体压力下使壳体103膨胀。其结果是，壳体103迅速伸长，能够跟快进行正极集电板101和电池主体300的一端的正极集电体22a、或负极集电板102和电池主体300的另一端的负极集电体22b、或构成电池主体300的两个层叠体30的正极集电体22a和负极集电体22b的分离。
参照图16和17说明本发明的第五实施例。
在本实施例中，比单元26的外形尺寸大地形成构成电池主体300的任一单元26的电解质层25的基材即隔板SP，在壳体103的内侧将隔板SP的外周部与壳体部件103a的端面热熔粘。
为了避免和正极集电板101的干涉，在隔板SP的外周部的一部分正极集电板101形成用于使正极集电板101通过的切口。壳体103的规格与第一实施例相同。
伴随着壳体103伸长变形，包含壳体部件103a上粘接了外周部的隔板SP的层叠体30与壳体部件103a一体位移。其结果是，伴随着壳体103的伸长变形而作用在电池主体300的拉伸负荷集中地作用于该层叠体30和固定于壳体部件103b的负极集电板102之间，促使层叠体30间的正极集电体22a和负极集电体22b的剥离、或负极集电板102和电池主体300的另一端的负极集电体22b的剥离。
另外，也可以将隔板SP固定于壳体部件103b的端面。另外，固定于壳体部件103a或103b的隔板SP也可以是任何层叠体30的任何单元26。
下面，参照图11A~11C、图12A和图12B、图13A和图13B、图14及图15，通过发明者们进行的实验对双极型二次电池100的制造和所得的制品的电流断开能力进行说明。
首先，对双极型电极的制作进行说明。
根据下述要领制作正极层。即，制作正极基剂，其包含：85重量%（wt％）LiMn2O4作为正极活性物质，5wt％乙炔黑作为导电辅助剂，10wt％聚偏氟乙烯（PVdF）作为粘合剂，在正极基剂中将N-甲基吡咯烷酮（NMP）作为浆料粘度调节溶剂添加至涂敷作业适合的粘度，制作正极浆料。
如图11A所示，在作为集电体22的厚度20微米（μm）的SUS箔的单面涂敷正极浆料，使之干燥，形成30μm的正极活性物质层23。
根据下述要领制作负极层。即，制作负极基剂，其包含：90wt％硬碳作为负极活性物质，10wt％PVDF作为粘合剂。通过在负极基剂中将NMP作为浆料粘度调节溶剂添加至适合涂敷作业的粘度，制作负极浆料。如图11B所示，在作为涂敷正极的集电体22的SUS箔的反面涂敷负极浆料，使之干燥形成30μm的负极活性物质层24。
如图11C所示，通过在作为集电体22的SUS箔的两面形成正极活性物质层23和负极活性物质层24，得到双极型电极21的基材。
下面，将基材切成160×130毫米（mm），对正极、负极都以宽度10mm剥出外周部，露出SUS的表面。结果制作具有140×110mm的电极面和露出其外周的10mm宽的SUS构成的集电体22的双极型电极21的构造体。
接着，制作电解质基剂，其包含10wt%PVdF－HFP，该PVdF－HFP包含90wt％在碳酸丙烯酯、碳酯乙烯酯（PC－EC）的混合溶剂中含1摩尔六氟磷酸锂（LiPF6）的电解液，10％六氟丙烯（HFP）共聚物作为主聚合物。电解质基剂中将碳酸二甲酯（DMC）作为粘度调制溶剂添加至涂敷作业适合的粘度，制作预凝胶电解质。通过在构造体的正极、负极电极部的两面涂敷该预凝胶电解质电解质，并使DMC干燥，由此，完成凝胶电解质渗入的双极型电极21。
下面，对密封部前体的形成进行说明。
参照图12A和12B，使用涂料器在双极型电极21的正极外周部的露出部涂敷1液性未固化的环氧树脂构成的密封前体40A。
参照图13A和图13B，下面，以将12μm厚度的聚乙烯薄膜构成的170×140（mm）隔板SP覆盖含SUS的集电体22的全面的方式配置于正极侧。之后，在隔板SP的与密封前体40A重叠的位置使用涂料器，涂敷1液性未固化环氧树脂构成的密封前体40A。
通过层叠上述的双极型电极21和隔板SP，制作层叠了12个单元26的层叠体30的构造体。
下面，对双极型电池的冲压成型进行说明。
参照图14，利用热冲压机，通过将上述构成的层叠体30的构造体在面压1kg／cm2（≈kPa），80℃进行1小时热冲压，使密封前体40A固化，得到密封部40。通过该工序，可以将密封部40冲压至规定的厚度，可再固化。通过上述工艺，完成层叠有12层单元26的层叠体30。
下面，对包装进行说明。
利用导电性双面胶带将通过上述工艺制作的3个层叠体30相互粘接，得到串联连接的3个层叠体30，换言之，得到由36层单元26构成的电池主体300。利用导电性双面胶带将正极集电板101粘接在电池主体300的一端的正极集电体22a。将负极集电板102粘接在电池主体300的另一端的负极集电体22b。利用双面胶带将正极集电板101的与电池主体300相反侧的面粘接于壳体部件103a的内周面。同样地，利用双面胶带将负极集电板102的与电池主体300相反侧的面粘接于壳体部件103b的内周面。以壳体部件103a和103b的凸缘部夹持正极集电板101和负极集电板102的取出部形式，以将壳体103真空密封的方式溶敷凸缘部。
通过上述工艺，制作与双极型二次电池100相关的本发明的实例＃1－＃8和未采用本发明的比较例＃1－＃3。
对于正极集电板101和壳体部件103a及负极集电板102和壳体部件103b的粘接，使用剥离强度120％丁基橡胶系双面胶带、剥离强度100％的丙烯酸系双面胶带、及剥离强度90％的环氧粘接剂任一种。
另外，对于构成电池主体300的3个层叠体30间的正极集电体22a和负极集电体22b的粘接、正极集电板101和电池战队300的一端的正极集电体22a的粘接、及负极集电板102和电池主体300的另一端的负极集电体22b的粘接，使用剥离强度120％的丁基橡胶系双面胶带、剥离强度100％的丙烯酸系双面胶带、及剥离强度90％的环氧粘接剂的任一种。剥离强度都用百分比表示在将丙烯双面胶带的剥离强度设为100％的情况的相对的剥离强度。
表1表示与实例＃1－＃8和比较例＃1－＃3的各部的剥离强度相关的情况。另外，实例＃1－＃4相当于第一实施例，实例＃5相当于第二实施例，实例＃6相当于第三实施例，实例＃7相当于第四实施例，实例＃8相当于第五实施例。
[表1]
Figure BDA00002350513100131
Figure BDA00002350513100141
在未采用本发明的比较例＃1－＃3中，对于构成电池主体300的层叠体30间的正极集电体22a和负极集电体22b的粘接、正极集电板101和电池主体300的一端的正极集电体22a的粘接、及负极集电板102和电池主体300的另一端的负极集电板22b的粘接，使用剥离强度100％丙烯酸系导电性双面胶带。
在比较例＃1中，对于正极集电板101和壳体部件103a的粘接及负极集电板102和壳体部件103b的粘接，使用剥离强度90％环氧粘接剂。在比较例＃2中，对于正极集电板101和壳体部件103a的粘接使用剥离强度120％丁基橡胶系双面胶带，对于负极集电板102和壳体部件103b的粘接使用剥离强度90％的环氧粘接剂。在比较例3中，对于正极集电板101和壳体部件103a的粘接，使用剥离强度90％的环氧粘接剂，对于负极集电板102和壳体部件103b的粘接使用剥离强度120％的丁基橡胶系双面胶带。
另一方面，在本发明的实例＃1和＃2中，对于构成电池主体300的层叠体30间的正极集电体22a和负极集电体22b的粘接使用剥离强度90％的环氧粘接剂，对于正极集电板101和电池主体300的一端的正极集电体22a的粘接及负极集电板102和电池主体300的另一端的负极集电体22b的粘接使用剥离强度100％丙烯酸系导电性双面胶带。
在实例＃1中，对于正极集电板101和壳体部件103a的粘接及负极集电板102和壳体部件103b的粘接使用剥离强度120％的丁基橡胶系双面胶带。
在实例＃2中，对于正极集电板101和壳体部件103a的粘接及负极集电板102和壳体部件103b的粘接使用剥离强度100％的丙烯酸系双面胶带。
在本发明的实例＃3中，对于构成电池主体300的层叠体30间的正极集电体22a和负极集电体22b的粘接使用剥离强度120％丁基橡胶系导电性双面胶带，对于正极集电板101和电池主体300的一端的正极集电体22a的粘接，使用剥离强度100％的丙烯酸系导电性双面胶带，对于负极集电板102和电池主体300的另一端的负极集电体22b的粘接，使用剥离强度120％的丁基橡胶系导电性双面胶带，对于正极集电板101和壳体部件103a的粘接及负极集电板102和壳体部件103b的粘接，使用剥离强度120％的丁基橡胶系双面胶带。
在本发明的实例＃4中，对构成电池主体300的层叠体30间的正极集电体22a和负极集电体22b的粘接及正极集电板101和电池主体300的一端的正极集电体22a的粘接，使用剥离强度100％的丙烯酸系导电性双面胶带，对于负极集电板102和电池主体300的另一端的负极集电体22b的粘接，使用剥离强度90％的环氧粘接剂，对于正极集电板101和壳体部件103a的粘接及负极集电板102和壳体部件103b的粘接，使用剥离强度100％的丙烯酸系双面胶带。
在本发明的实例＃5－＃8中，对于构成电池主体300的层叠体30间的正极集电体22a和负极集电体22b的粘接，使用剥离强度90％的环氧粘接剂，对于正极集电板101和电池主体300的一端的正极集电体22a的粘接、负极集电板102和电池主体300的另一端的负极集电体22b的粘接、正极集电板101和壳体部件103a的粘接、及负极集电板102和壳体部件103b的粘接，使用剥离强度100％的丙烯酸系双面胶带。
另外，在本发明的实例＃8中，增大形成特定的单元26的隔板SP的外形尺寸，将该隔板SP的外周部经由剥离强度120％丁基橡胶系导电性双面胶带与壳体部件103a粘接。
下面，说明壳体103的材质以及形状的不同及充气机14的有无。
实例＃1的壳体103由铝合金制的罐构成，比较例＃1－＃3和实例＃2－7的壳体103由铝的层压薄膜构成。
实例＃1－＃4和＃8、及比较例＃1－＃3的双极型二次电池100的壳体103形成为图15所示的形状。这基本上相当于第一实施例的壳体103。
实例＃5的双极型二次电池100的壳体103形成为图3所示的形状。即、在一壳体部件103a的顶面的两端分别设置有具有向单元26的层叠方向突出的1个顶部的折返部11。
实例＃6的双极型二次电池100形成为图6和7所示的形状。即、使用和实例＃5同样的壳体103，并且在折返部11的内侧形成折返部12。
实例＃7的壳体103如图10所示，在壳体103内具备充气机14，在壳体103的外侧具备控制器15。
发明者们将加压输送空气的管与比较例＃1-＃3的壳体103和实例＃1-＃6的壳体103连接，测定正极集电板101和负极集电板102间的电阻并加压输送空气，测定电阻急增时的壳体103的内压。对于实例＃7，以使配置于壳体103的内部的充气机14动作的状态测定正极集电板101和负极集电板102之间电阻急增时的壳体103的内压。
表2表示关于比较例＃1－＃3和实例＃1－＃6及＃8的测定结果。
[表2]
Figure BDA00002350513100161
参照表1，未采用本发明的比较例＃1－＃3的正极集电板101和壳体103及负极集电板102和壳体103之间的剥离强度比正极集电板101和电池主体300的一端的正极集电体22a之间、或负极集电板102和电池主体300的另一端的负极集电体22b之间、或层叠体30间的正极集电体22a和负极集电体22b之间任一方的剥离强度低。因此，在正极集电板101和壳体103之间或负极集电板102和壳体103之间产生剥离，不能截断双电极二次电池100内部的短路电流。
本发明的实例＃1－＃6及＃8的正极集电板101和壳体部件103a的剥离强度及负极集电板102和壳体部件103b的剥离强度比正极集电板101和电池主体300的一端的正极集电体22a的剥离强度、负极集电板102和电池主体300的另一端的负极集电体22b的剥离强度、及构成电池主体300的层叠体30间的正极集电体22a和负极集电体22b的剥离强度的至少一个高。即剥离强度最弱的粘接部存在于正极集电板101和负极集电板102之间。因此，当壳体103伸长时，在正极集电板101和负极集电板102之间的任一处产生剥离，断开双极型二次电池100内部的短路电流。
从实例＃2－＃4的结果可知，正极集电板101和电池主体300的一端的正极集电体22a的剥离强度、负极集电板102和电池主体300的另一端的负极集电体22b的剥离强度、及层叠体30间的正极集电体22a和负极集电体22b的剥离强度的至少一个低于正极集电板101和壳体103的剥离强度及负极电极板102和壳体103的剥离强度即可。这样可知通过使壳体103的内压上升，断开电流。
比较实例＃1和实例＃2－＃6及＃8时，在实例＃1中内压为12kg／cm2（≈kPa）阻力急增，同时，因内压使壳体103破损。根据该事实，在即使内压达到10kg／cm2（≈kPa）以上，壳体103也不变形的情况下，认为因内压而使壳体103破损的可能性高。
比较实例＃2－＃4及＃8和实例＃5－＃6时，在实例＃2－＃4及＃8中壳体103上未形成相当于用于体积变化的伸长余量的折返部11。在这样的壳体中，如果不增加较大的内压，就不能进行电力截断。
另外，比较实例＃5和实例＃6时，通过形成折返部11和折返部12，与只形成折返部11的情况相比可知，以小的内压可以截断电流。
对于表2未表示的实施例7，控制器15通过使充气机14动作，在壳体103内增加5kg／cm2（≈kPa）的内压时，正极集电板101和负极集电板102之间的电阻与其它实例＃1－＃6相同地急增。由此，确认能够截断双极型二次电池100的内部电流。
根据实例＃1－＃8，确认通过使用铝等的层压膜的壳体103，能够容易地截断短路电流。
对于上述的说明，在此通过引用2010年5月19日为申请日的日本的特愿2010－115113号的内容成为一体。
如上所述，通过几个特定的实施例说明本发明，但本发明不限定于上述各实施例。对于本领域技术人员，可在本发明请求的技术范围内对这些实施例施加各种各样的修正或变更。
例如，本发明可适用于含锂离子电池的任何的双极型二次电池中。
在上述说明的各实施例中，将铝罐或铝层压薄膜制作的壳体部件103a和103b相互粘接而得到密闭的壳体103。然而，壳体103只要具有根据温度上升而伸长的特性，可以是任何的构造及材质。
产业上的可利用性
如上所述，根据本发明，可以截断在双极型二次电池内流过大量的电流。因此，对于电动汽车的二次电池的保护，带来好的效果。
本发明的实施例包含的不相容的性质或特长如下面所要求。

Claims (7)

1.一种双极型二次电池（100），其中，具备：
电池主体（300），其由单个层叠体（30）或串联连接多个层叠体（30）而构成，所述层叠体（30）为将双极型电极（21）经由电解质层（25）层叠有多层的层叠体，所述双极型电极（21）由板状的集电体（22）和配置于集电体（22）的一面的正极活性物质层（23）及配置于集电体（22）的另一面的负极活性物质层（24）构成；
壳体（103），其将电池主体（300）收装于内部；
正极集电板（101），其一面与壳体（103）的内周面接合，另一面与电池主体（300）的一端接合，并且向壳体（103）外部延伸；
负极集电板（102），其一面与壳体（103）的内周面接合，另一面与电池主体（300）的另一端接合，并且向壳体（103）外部延伸；
切断机构，其根据壳体（103）的伸长变形，切断经由电池主体（300）的正极集电板（101）与负极集电板（102）的电连接。
2.如权利要求1所述的双极型二次电池（100），其中，
切断机构通过将正极集电板（101）与壳体（103）的内周面的剥离强度或负极集电板（102）与壳体（103）的内周面的剥离强度设定得比正极集电板（101）与电池主体（300）的剥离强度、负极集电板（102）与电池主体（103）的剥离强度、及被层叠有多层的层叠体（30）的相对彼此间的剥离强度的至少一个大而构成。
3.如权利要求1或2所述的双极型二次电池（100），其中，
壳体（103）的内周面与正极集电板（101）、壳体（103）的内周面与负极集电板（102）、正极集电板（101）与电池主体（300）的一端、负极集电番（102）与电池主体（300）的另一端分别通过粘接而接合。
4.如权利要求1～3中任一项所述的双极型二次电池（100），其中，
壳体（103）由片状的壳体部件（103a、103b）形成，该壳体（103）具有将所述壳体部件（103a、103b）向壳体（103）的内外方向折弯而形成的折返部（11）。
5.如权利要求3所述的双极型二次电池（100），其中，
正极集电板（101）和负极集电板（102）的任一个都具有将正极集电板（101）或负极集电板（102）向壳体（103）的内外方向折弯而形成的折返部（12）。
6.如权利要求2所述的双极型二次电池（100），其中，
切断机构还具备：充气机（14），其与壳体（103）连接，并产生气体；传感器（16），其检测电池主体（300）内部的短路电流；控制器（15），其被编程以在电池主体（300）的内部产生了短路电流的情况下控制充气机（14）向壳体（103）内供给气体。
7.如权利要求1～6中任一项所述的双极型二次电池（100），其中，
壳体（103）由将金属箔用合成树脂膜覆盖的层压薄膜形成。
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