CN103155259A - 二次电池 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及将电解液和具有正极、负极以及隔膜（22）的层叠电极体（20）一同收容在外壳构件（30）内而成的二次电池。在上述二次电池中，公知有为了防止在上述层叠电极体中发生错位而将上述隔膜的外周和上述外壳构件的封口一同接合的技术，但是在这样的技术中，存在没有采取用于维持电池性能的、向上述层叠电极体补充电解液的对策以及防止从形成在上述隔膜的外周的接合部开始断裂的对策等问题。本发明为了解决上述的问题而将上述二次电池形成为如下的二次电池：该二次电池具有：多个接合部（40），其是通过将上述隔膜的外周部与上述外壳构件一同接合而成的；保持部（50），其至少形成在上述接合部彼此之间并保持有上述电解液，各个上述接合部的周长的总和长于包含所有上述接合部的最小面积的矩形的周长。

Description

二次电池
技术领域
本发明涉及一种二次电池。
背景技术
通过将多个具有从外壳构件向外部导出的电极的扁平型电池层叠，并串联和/或并联地进行电连接，从而获得高输出和/或高容量的电池组件。
上述的扁平型电池中例如使用非水电解质二次电池。非水电解质二次电池是将层叠电极体与非水系的电解液一同收容在外壳构件内的电池。层叠电极体具有正极、负极以及防止两极的短路的隔膜。作为外壳构件，例如使用铝层压片。通过熔接铝层压片的外周部，构成用于收容层叠电极体的电池容器。
在这种二次电池中，公知有以下技术：为了防止在层叠电极体中产生错位，与铝层压片的熔接封口一同熔接隔膜的外周部（参照专利文献1）。
先行技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开平11－250873
此外，为了维持电池性能，重要的是，层叠电极体含有预定量的电解液。因此，在由于某种原因而导致了在层叠电极体中的电解液的量不足的事态时，优选向层叠电极体补充电解液。
然而，专利文献1的非水电解质二次电池关于将隔膜的外周部与外壳构件一同接合的结构并未从向层叠电极体补充电解液的观点进行考察，有可能电池性能由于长期的使用而降低。
另外，在隔膜的外周部接合在铝层压片等外壳材料上而成的二次电池中，从防止电池性能的降低的观点考虑，理想的是，采取用于对从形成在隔膜的外周部的接合部开始的断裂进行防止的对策，但是在专利文献1的非水电解质二次电池中，并未采取任何关于防止断裂的对策。因而，成为难以谋求电池的长寿命化的非水电解质二次电池。
发明内容
本发明是为了解决伴随上述现有技术而存在的问题而做成的，其目的在于提供一种二次电池，该二次电池将与外壳构件一同对隔膜的外周部进行接合的结构形成为向层叠电极体补充电解液且能够适当地防止隔膜从接合部开始断裂的结构，由此，即使长期地使用，也能够谋求维持电池性能。
用于达成上述目的的本发明是一种二次电池，该二次电池是将具有正极、负极以及隔膜的层叠电极体与电解液一同收容在外壳构件内而成的二次电池，其中，该二次电池具有将上述隔膜的外周部与上述外壳构件一同接合而成的多个接合部。至少在上述接合部彼此之间形成有保持有上述电解液的保持部。而且，各个上述接合部的周长的总和形成得长于包含所有上述接合部的最小面积的矩形的周长。
根据本发明，在将隔膜的外周部与外壳构件一同接合的结构中，并不是利用连续的单个接合部来进行接合，而是具有多个接合部，并且至少在接合部彼此之间形成有保持有电解液的保持部。因此，能够从接合部彼此之间的保持部向层叠电极体补充电解液。而且，通过使各个接合部的周长的总和长于包含所有的接合部的最小面积的矩形的周长，能够使相对于拉伸方向的力的强度提高，能够防止在隔膜的厚度变薄的接合部中发生断裂。因此，能够提供即使长期使用也能够谋求维持电池性能的二次电池。
附图说明
图1是表示电池组件的立体图。
图2是表示图1所示的电池组件的电池单元（日文：セルユニット）的立体图。
图3是表示图2所示的层叠体的背面侧的分解立体图。
图4是表示扁平型电池的立体图。
图5是表示用于说明将隔膜的外周部与外壳构件一同接合而成的接合部的、扁平型电池的主要部分的俯视图。
图6的（A）是图5的6A－6A剖视图，图6的（B）是图5的6B－6B剖视图。
图7的（A）是在图5中被虚线7A包围的部分的局部放大图，图7的（B）是在图5中被虚线7B包围的部分的局部放大图。
图8的（A）、（B）是用于说明在空心箭头所示的方向的拉伸力作用于扁平型电池上时的作用的示意图。
图9的（A）～（E）是表示多个接合部的形状、配置方式的例子以及各个接合部的周长的总和（La）与包含所有接合部的最小面积的矩形的周长（Lb）之间的关系的示意图。
图10的（A）～（C）是表示多个接合部的形状、配置方式的例子以及各个接合部的各自的周长的总和（La）与包含所有接合部的最小面积的矩形的周长（Lb）之间的关系的示意图。
图11是用于说明本发明的另一实施方式的扁平型电池的接合部的俯视图。
图12是示意性地表示实施例的接合部和比较例的接合部的图。
具体实施方式
以下，参照附图说明本发明的实施方式。此外，在附图的说明中对相同的要素标注相同的附图标记，省略重复的说明。为了说明的方便而夸张了附图的尺寸比率，与实际的比率不同。附图中的X轴和Y轴分别表示扁平型电池10的短边方向和长边方向。
参照图1及图2，电池组件100在壳体120的内部收容有包括多个扁平型电池10（相当于二次电池）的电池单元130和具有电绝缘性的绝缘盖140。电池组件100能够单独使用，但是，例如，通过使多个电池组件100串联化和/或并联化，能够形成对应于所期望的电流、电压以及容量的电池组。
壳体120具有呈大致矩形的箱状的下壳体122和构成盖体的上壳体124。上壳体124的缘部通过铆接加工而被折边接合于下壳体122的外周壁的缘部。下壳体122和上壳体124由壁厚较薄的钢板或铝板形成。下壳体122和上壳体124具有通孔126。通孔126配置在角部这4个部位，用于供贯穿螺栓（未图示）在其中贯穿，该贯穿螺栓（未图示）用于将电池组件100彼此多层层叠而保持为电池组。附图标记131、132是以从下壳体122的前表面的开口部突出的方式配置的输出端子。
参照图2，电池单元130具有：层叠体132，其是通过电连接并层叠多个扁平型电池10而成的；以及多个隔离件160、161，其用于支承电池。隔离件160、161具有电绝缘性。隔离件160配置在层叠体132的前表面侧，隔离件161（相当于支承构件）配置在层叠体132的背面侧。
参照图3，例如，配置在层叠体132的背面侧的隔离件161以夹持外壳构件30的外周部32的方式被定位。隔离件161在长边方向两端部具有通孔162。通孔162与下壳体122的背面侧的通孔126及上壳体124的背面侧的通孔126对位。
参照图4～图7，扁平型电池10例如为锂离子二次电池，其将层叠电极体20与电解液一同收容在外壳构件30内。扁平型电池10具有从外壳构件30导出到外部的电极（以下，称作“引板”）41、42。此外，在图5中附图标记21表示正极或负极，在图6中为了简化而只表示有隔膜22。
层叠电极体20是依次层叠正极、负极以及隔膜22而形成的。正极具有例如由LiMn2O4等锂－过渡金属复合氧化物构成的正极活性物质层。负极具有例如由碳和锂－过渡金属复合氧化物构成的负极活性物质层。隔膜22由例如能够使电解质渗透的具有透气性的多孔状的PE（聚乙烯）形成。
从轻量化和导热性的观点考虑，外壳构件30由高分子－金属复合层压膜等薄片材料构成，该高分子－金属复合层压膜等薄片材料是通过对铝、不锈钢、镍、铜等金属（包括合金）覆盖聚丙烯薄膜等绝缘体而成的。外壳构件30具有覆盖层叠电极体20的主体部31和在主体部31的周缘延伸的外周部32。外周部32的一部分或全部通过热熔接而接合起来。
引板41、42是用于从层叠电极体20引出电流的构件，在扁平型电池10的前表面侧延伸。
扁平型电池10具有为了防止在层叠电极体20中产生错位而将隔膜22的外周部与外壳构件30一同接合而成的多个接合部40。而且，至少在接合部40彼此之间形成有以自如地向层叠电极体20补充电解液的方式保持有电解液的保持部50。接合能够应用热熔接、超声波熔接以及焊接。在图5、图7以及图8中，为了易于理解，对接合部40添加了剖面线。
更详细地说，如图5、图6以及图7的各个图所示，在将隔膜22的外周部与外壳构件30一同接合的结构中，并不是利用连续的单个的接合部进行接合，而是分开进行接合，从而具有多个接合部40。此外，为了说明的方便，也将“连续的单个的接合部”简称作“连续接合部”。
若要列举出接合部40的尺寸例的一个例子，则参照图7的（A）、（B），W1（宽度）=2mm，W2（间隙间隔）=1mm，W3（进深）=2mm。另外，W4（从隔膜22的外周部与外壳构件30之间的熔接部（接合部40）至外壳构件30的外周部32彼此之间的熔接部为止的间隙）=5mm。接合部40的整个面积相对于隔膜22的整个面积的比率并没有特别限定，例如为0.1%～1%。
在利用连续接合部进行了接合的情况下，成为在从连续接合部至在外壳构件的外周部彼此的接合部之间的间隙区域中将会封入所积留的电解液的所谓的袋结构。在该实施方式的情况下，将不能够有效利用所封入的电解液。
相对于此，在如本实施方式这样以具有多个接合部40的方式进行了接合的情况下，至少在接合部40彼此之间的区域中，隔膜22彼此并未熔接，因此能够形成使隔膜22之间的微小间隙保持电解液51的保持部50（参照图6）。而且，在由于某种原因而导致在层叠电极体20中的电解液51的量不足的事态的情况下，由于毛细现象而能够从保持部50向层叠电极体20补充电解液51。通过对这种层叠电极体20进行的电解液51的补充，能够长期维持层叠电极体20含有预定量的电解液51的状态，能够提供即使长期使用也能够谋求维持电池性能的扁平型电池10。
另外，易于使在电池的生产工序中积留在层叠电极之间的气体从利用于发电的区域通过接合部40彼此之间的区域S1释放到外周部32。由此，能够抑制发电效率因气体而降低的情况。
参照图5、图7，在图示例中，不仅是接合部40彼此之间的区域S1，在多个接合部40之中图中最上方的接合部40与外壳构件30之间的间隙区域S2、图中最下方的接合部40与外壳构件30之间的间隙区域S3以及多个接合部40与位于背面侧（图5中右侧）的外壳构件30之间的间隙区域S4也发挥作为保持部50的功能。因而，能够以自如地向层叠电极体20补充更多的电解液51的方式保持有电解液51，能够谋求更长期地维持电池性能。
参照图3～图5，外壳构件30的外周部32包括：多个支承部33，其被粘接剂连接在用于支承电池的隔离件161上；以及延伸部34，其配置在支承部33彼此之间并朝向电池的外方延伸。另外，隔膜22的外周部包括朝向外壳构件30的延伸部34延伸并且用于形成接合部40的舌部23。根据该结构，能够有效利用被隔离件161支承而实质上未利用于发电的无用空间，从而能够增加电解液51的保持容量，能够谋求电池的高寿命化。
在延伸部34上形成有供设置在隔离件161上的销贯穿的通孔35。通过将销贯穿在通孔35内，能够限制扁平型电池10相对于隔离件161的支承位置。
在图8的（A）中，利用双点划线示意性地表示了在空心箭头60所示的方向的拉伸力作用于隔膜22时产生在接合部40附近的断裂线61。在图8的（B）中，利用实线箭头62示意性地表示了向各个接合部40施加拉伸应力的方向。
若在图8的（B）中实线箭头62所示的方向的拉伸应力过大地施加到各个接合部40，则隔膜22等沿着图8的（A）所示的断裂线61断裂。断裂线61沿着各个接合部40的周围（3边）延伸。换言之，若各个接合部40的周长的总和变长，则能够对抗更大的拉伸应力。
因而，在作用有较大的拉伸应力的情况下，如图5所示，可以增加接合部40的数量而使各个接合部40的周长的总和变长。
优选的是，各个接合部40的周长的总和（La）比包含所有接合部40的最小面积的矩形63的周长（Lb）长。在图9及图10中由虚线来表示矩形63的形态。这是因为在将扁平型电池10搭载于伴随着汽车等的行驶而产生振动的车辆时，相对于拉伸方向的力量的强度提高。而且，是因为能够防止在隔膜22的厚度变薄的接合部40中发生断裂。
图9的（A）～（E）及图10的（A）～（C）是表示多个接合部40的形状、配置方式的例子以及上述的La与Lb之间的关系的示意图。
图5、图9的（A）、（C）表示多个接合部40的各自的大小相同且呈一列配置在X方向上的例子。La与Lb之间的关系如下：La＜Lb（图9的（C）），La＞Lb（图5、图9的（A））。本发明并不限定于该情况。
如图9的（B）所示，也可以将不同大小的接合部40呈一列配置在X方向上。La＞Lb。
如图9的（D）、（E）所示，也可以不将接合部40呈一列配置在X方向上，而是使某一个接合部40相对于其他接合部40在Y方向上位移。La＞Lb（图9的（D）），La＜Lb（图9的（E））。
如图10的（A）所示，不仅可以将多个接合部40排列在X方向上，还可以在Y方向上排列为两层。La＞Lb。在该形态中，只要在图中的左右方存在间隙，就能够至少在接合部40彼此之间形成以自如地向层叠电极体20补充电解液51的方式保持有电解液51的保持部50。
如图10的（B）所示，也可以排列为在X方向上两列、在Y方向上两层。La＞Lb。
如图10的（C）所示，也可以排列为在X方向上5列、在Y方向上两层。La＞Lb。在该形态中，在Y方向的下层侧的接合部40彼此之间的间隙位置和在Y方向的上层侧的接合部40彼此之间的间隙位置在X方向上位移。在该实施方式中，也能够至少在接合部40彼此之间形成以自如地向层叠电极体20补充电解液51的方式保持有电解液51的保持部50。
虽省略图示，但是接合部40并不限定于与X方向或Y方向平行延伸的情况，也可以相对于X方向或Y方向倾斜地延伸。
如上说明的那样，本实施方式的扁平型电池10具有：多个接合部40，其是通过将隔膜22的外周部与外壳构件30一同接合而成的；以及保持部50，其至少形成在接合部40彼此之间并以自如地向层叠电极体20补充电解液51的方式保持有电解液51，因此，能够从接合部40彼此之间的保持部50向层叠电极体20补充电解液51，能够长期维持层叠电极体20的含有预定量的电解液51的状态。由此，能够提供即使长期使用也能够谋求维持电池性能的二次电池。另外，变得易于使积留在层叠电极之间的气体通过接合部40彼此之间的区域而释放到外周部32，能够抑制发电效率因气体而降低的情况。而且，通过使各个接合部40的周长的总和长于包含所有接合部40的最小面积的矩形63的周长，能够提高相对于拉伸方向的力的强度，防止在隔膜22的厚度变薄的接合部40中发生断裂。
外壳构件30的外周部32包括：多个支承部33，其连接在用于支承电池的隔离件161上；以及延伸部34，其配置在支承部33彼此之间并朝向电池的外方延伸，隔膜22的外周部包括朝向外壳构件30的延伸部34延伸并且用于形成接合部40的舌部23，因此，能够有效利用被隔离件161支承而实质上并未利用于发电的无用空间来增加电解液51的保持容量，能够谋求电池的高寿命化。
其他实施方式
接着，说明本发明的扁平型电池的另一实施方式。
参照图11，另一实施方式的扁平型电池10概括来说具有：接合部40，其是通过将隔膜22的外周部与外壳构件30一同接合而成的；一个接合区域45，其包括互相隔开间隙W2地相邻的多个接合部40；其他接合区域46、47，其以与一个接合区域45分开的间隙大于间隙W2的方式形成；以及保持部50，其形成在接合部40彼此之间并保持有电解液。而且，在一个接合区域45及其他接合区域46、47中，相邻的各个接合部40的周长的总和形成得长于包含相邻的接合部40的最小面积的矩形65的周长。
在上述的实施方式中，从防止在接合部40中发生断裂的观点考虑，关注形成在扁平型电池10中的所有接合部40与包含所有接合部40的最小面积的矩形63之间的关系，采用了满足La＞Lb的条件的结构。另一方面，在本实施方式中，关注相邻的多个接合部40所构成的接合区域45、46、47，谋求了提高每一个接合区域45、46、47的接合强度。
如图11所示，在扁平型电池10中形成有多个接合区域45、46、47。各接合区域45、46、47是用于分别形成相邻地配置的多个接合部40的预定的区域。在各接合区域45、46、47之间设有间隙间隔W5。该间隙间隔W5形成得比相邻的接合部40之间的间隙间隔W2大。此外，在相邻的接合部40之间和各接合区域45、46、47之间形成有保持部50。
在一个接合区域45中，以满足La（相邻的各个接合部40的周长的总和）＞Lc（包含相邻的接合部40的最小面积的矩形65的周长）的条件的方式形成有接合部40。因此，一个接合区域45与在相当于一个接合区域的部位形成有连续接合部的情况相比较，拉伸强度提高。与一个接合区域45同样地，在各个其他接合区域46、47中，以满足La＞Lc的条件的方式形成有接合部40。因而，在各个其他接合区域46、47中的拉伸强度提高。如此，通过提高各接合区域45、46、47的各自的拉伸强度，能够谋求提高整个扁平型电池10中的隔膜22的拉伸强度。
如上说明的那样，根据另一实施方式的扁平型电池10，能够利用保持部50来进行电解液的补充，且能够适当地防止在接合部40中发生断裂，因此能够谋求长期地维持电池性能。
此外，在另一实施方式中，示出了由4个相邻的接合部形成了1个接合区域的形态，但是用于形成接合区域的接合部的数量并不特别限定，能够适当进行变更。另外，示出了在1个扁平型电池中形成有3个接合区域的形态，但是接合区域的数量也并不特别限定，能够适当进行变更。
变更例
本发明并不限定于上述的各实施方式，能够适当进行变更。例如，示出了将正负引板41、42这双方配置在外壳构件30的一个边上的扁平型电池10，但是，理所当然，能够应用于将正负引板配置在不同的边上而成的二次电池。另外，也可以在配置引板的边上设置保持部50。
实施例
接着，说明包括多个接合部40的扁平型电池10的实施例。此外，本发明的二次电池并不仅限定于以下的实施例所示的形态。
表1中示出各实施例和比较例的实施条件。
表1
实施例1、实施例2是具有满足各个熔接部（接合部40）的周长的总和（La）＞包含所有熔接部40的最小面积的矩形63的周长（Lb）这一条件的结构的扁平型电池10。图12的（A）示意性地表示实施例1的熔接部，图12的（B）示意性地表示实施例2的熔接部。
在实施例1和实施例2中，各熔接部40的大小、熔接部40之间的间隙间隔的大小以及熔接点数量分别不同。另外，实施例1的熔接部40的整个面积形成得比实施例2的熔接部40的整个面积大。实施例1、2均在多个熔接部40之间形成有保持部50。
比较例是包括连续熔接部（熔接点数为1点）140的以往的扁平型电池。在图12的（C）中表示比较例的熔接部140。此外，熔接部140的整个面积形成为与实施例2的熔接部40的整个面积相同的大小。
根据表1所示的结果能够确认实施例1、2所示的扁平型电池10具有大于比较例所示的以往的扁平型电池的熔接强度的熔接强度。另外，若实施例2与比较例进行比较，则尽管熔接部的整个面积没有变化，但能够确认实施例2的扁平型电池10具有较大的熔接强度。根据以上的结果能够确认：本申请的发明的扁平型电池10与以往的扁平型电池相比较，提高了相对于施加在熔接部40上的拉伸方向的力的强度。

Claims (3)

1.一种二次电池，其是将具有正极、负极以及隔膜的层叠电极体与电解液一同收容在外壳构件内而成的二次电池，其中，
该二次电池具有：
多个接合部，其是通过将上述隔膜的外周部与上述外壳构件一同接合而成的；以及
保持部，其至少形成在上述接合部彼此之间并保持有上述电解液，
各个上述接合部的周长的总和长于包含所有上述接合部的最小面积的矩形的周长。
2.一种二次电池，其是将具有正极、负极以及隔膜的层叠电极体与电解液一同收容在外壳构件内而成的二次电池，其中，
该二次电池具有：
接合部，其是通过将上述隔膜的外周部与上述外壳构件一同接合而成的；
一个接合区域，其包括互相隔开间隙地相邻的多个上述接合部；
其他接合区域，其以与上述一个接合区域分开的间隙大于上述间隙的方式形成；以及
保持部，其至少形成在上述接合部彼此之间并保持有上述电解液；
在上述一个接合区域和其他接合区域中，各个相邻的上述接合部的周长的总和长于包含相邻的上述接合部的最小面积的矩形的周长。
3.根据权利要求1或权利要求2所述的二次电池，其中，
上述外壳构件的外周部包括：多个支承部，其连接在用于支承电池的支承构件上；以及延伸部，其配置在上述支承部彼此之间并朝向电池的外方延伸，
上述隔膜的外周部包括朝向上述外壳构件的上述延伸部延伸并且用于形成上述接合部的舌部。
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