CN103811796A

CN103811796A - 电池组的制造方法

Info

Publication number: CN103811796A
Application number: CN201310537481.5A
Authority: CN
Inventors: 岩濑康资
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2012-11-06
Filing date: 2013-11-04
Publication date: 2014-05-21
Anticipated expiration: 2033-11-04
Also published as: CN103811796B; US9166248B2; JP5747895B2; US20140123472A1; JP2014093270A

Abstract

本发明涉及一种电池组（100）的制造方法，包括：在以相对于处于完成状态的电池组（100）的最大约束接触压力Pd满足0.8≤Pd/Pc≤0.9的最大压缩接触压力Pc压缩单电池（10）之后以最大约束接触压力Pd约束单电池（10）的约束过程；然后将单电池（10）在电气开放状态下放置预定天数的放置过程；和接着测试单电池（10）中有无内部短路的短路测试过程。

Description

电池组的制造方法

技术领域

本发明涉及一种电池组的制造方法，所述电池组包括多个单电池和约束所述单电池的约束部件，每个所述单电池具有包括电极板和隔板的电极体。

背景技术

已知多个单电池被直接或经由间隔件交替地堆叠并通过约束部件约束的电池组。

通常，当组装电池组时，被组装的单电池预先在堆叠方向上被过压缩以提高作业性能。这是因为，由于单电池的尺寸（厚度）预先通过将它们过压缩而减小，所以在单电池由约束部件约束时作业性能提高。更具体地，在处于完成状态的电池组中，由约束部件沿形成收纳在单电池中的电极体的隔板和电极板的厚度方向施加并沿隔板和电极板的扩展方向分布的压力之中的最高的最大接触压力为最大约束接触压力。在单电池以充分大于该最大约束接触压力、例如比最大约束接触压力大若干倍的压缩接触压力被过压缩之后，组装其中由约束部件约束这些过压缩单电池的电池组。最后，进行调节以使得在电池组处于完成状态时最大约束接触压力施加于每个单电池。

如日本专利申请公报No.2001-236985（JP2001-236985A）中所述，预想当单电池的电极体中存在的导电异物足够大而可能在电池组被贮存或将来使用时导致短路时，该异物在单电池以压缩接触压力被过压缩时可能贯穿隔板，并且单电池的正极板和负极板可能变得经由该异物电连接，从而引起短路。因此，对于这种电池，可设想在短时间内通过测试判别出可能发生短路的单电池并移除该单电池。

然而，现在已知的是，当导电异物小时，即使上述最大约束接触压力持续施加，就算电极体中存在这种小的异物将来也不会发生短路。但是，如果上述压缩接触压力过高，即使导电异物小，导电异物也会损害隔板。还已知的是，如果在电池组处于最大约束接触压力施加于这种受损的单电池的状态的同时经过了长时间（即，如果以此方式受损的单电池持续由约束部件以最大约束接触压力约束），则异物将贯穿隔板，并且正极板和负极板可变得经由该异物电连接，从而引起短路。然而，为了消除该问题，必须在电池组被组装之后长期地进行短路测试，这是不现实的。

发明内容

本发明提供了一种提高组装电池组时的作业性能的电池组的制造方法，并使得仅将来可能由于导电异物而发生短路的单电池能够在短时间内被判别出并移除。

本发明的第一方面涉及一种电池组的制造方法，所述电池组包括多个单电池和约束所述单电池的约束部件，每个所述单电池具有包括电极板和隔板的电极体。该制造方法包括：在处于完成状态的所述电池组中当由所述约束部件沿所述电极板和所述隔板的厚度方向施加并沿所述电极板和所述隔板的扩展方向分布的压力之中的最高的最大接触压力被设定为最大约束接触压力Pd时、在以满足0.8≤Pd/Pc≤0.9的最大压缩接触压力Pc在所述厚度方向上压缩所述单电池之后以所述最大约束接触压力Pd在所述厚度方向上约束所述单电池的约束过程；在所述约束过程之后将处于以所述最大约束接触压力Pd被约束的状态的所述单电池在电气开放状态下放置预定天数的放置过程；和在所述放置过程之后测试在以所述最大约束接触压力Pd被约束的状态下被放置的所述单电池中有无内部短路的短路测试过程。

在电池组的该制造方法中，在单电池已以相对于处于完成状态的电池组的最大约束接触压力Pd满足0.8≤Pd/Pc≤0.9的比最大约束接触压力Pd略高的最大压缩接触压力Pc被压缩之后，单电池以最大约束接触压力Pd被约束，处于电气开放状态下，并进行有无内部短路的测试。通过将最大压缩接触压力Pc设定为比满足Pd/Pc≤0.9（即，Pc≥1.11Pd）的最大约束接触压力Pd大的值，能预先充分地压缩单电池。因此，在例如当使用约束部件约束单电池时的时间能提高组装电池组时的作业性能。此外，对于在电极体中有将来可能导致短路的大的导电异物的单电池，该异物在单电池被压缩时贯穿隔板，并且正极板和负极板变得经由该异物电连接。结果发生短路。因此，能减少在放置过程中放置单电池的天数，从而能够在短时间内判别出并移除已发生短路的单电池。

另一方面，对于仅存在如果仅持续施加最大约束接触压力Pd则将来不会导致短路的小的异物的单电池而言，能够抑制小的异物在单电池以最大压缩接触压力Pc作为上限被压缩时损坏隔板，所述最大压缩接触压力Pc是满足Pd/Pc≥0.8（即，Pc≤1.25Pd）的值。结果，即使在完成的电池组中持续施加最大约束接触压力Pd，也能防止由于小的异物贯穿隔板而发生短路。因此，不需要在单电池已以最大约束接触压力Pd被约束之后长期地进行短路测试。这样，该制造方法既能提高组装电池组时的作业性能，又能在短时间内仅判别出将来可能由于导电异物而发生短路的那些单电池并移除它们。

所述单电池被放置的所述天数可为1.5至3.0天，含1.5和3.0天。

因此，能显著地缩短在电池组的制造中进行短路测试所需的时间。

所述最大约束接触压力Pd可为0.3至15.5MPa，含0.3和15.5MPa。

在最大约束接触压力Pd为0.3至15.5MPa（含0.3和15.5MPa）的电池组中，通过施加比该最大约束接触压力Pd略高的最大压缩接触压力Pc，能够适当地获得能提高组装电池组时的作业性能并且能在短时间内通过短路测试判别出仅将来可能由于导电异物而发生短路的单电池的效果。

附图说明

下面将参照附图描述本发明的示例性实施例的特征、优点以及技术和工业意义，在附图中相似的附图标记表示相似的要素，并且其中：

图1是根据本发明的一个示例性实施例的电池组的侧视图；

图2是根据该示例性实施例的单电池的透视图；

图3是根据该示例性实施例的单电池的纵剖视图；

图4是根据该示例性实施例的电极体的展开图，示出了经由隔板堆叠在一起的正极板和负极板；

图5是示出在厚度方向上被压缩的单电池的说明图；以及

图6是示出最大约束接触压力Pd与最大压缩接触压力Pc的比率Pd/Pc的值和进行短路测试所耗费的天数之间的关系的图示。

具体实施方式

在下文中，将参照附图描述本发明的示例性实施例。图1是电池组100的视图。另外，图2和3是单电池10的视图，该单电池是构成电池组100的多个单电池10中的一个，并且图4是构成单电池10的电极体30的视图。在以下描述中，电池组100的约束方向EH和高度方向FH被设定为图1所示的方向，并且单电池10的厚度方向BH、宽度方向CH和高度方向DH被设定为图1至3所示的方向。该电池组100装设在诸如混合动力车辆或电动车辆的车辆中。该电池组100包括配置成一列的多个单电池10、多个间隔件130和约束部件110，一个所述间隔件介设在相邻的单电池10之间，所述约束部件在压靠单电池10和间隔件130的同时约束单电池10和间隔件130。在下文中，为了简单起见，单电池10和间隔件130可用单数形式进行说明。

首先，将描述单电池10（见图2和3）。该单电池10为锂离子二次电池且为方角式密闭型电池。单电池10包括矩形平行六面体状的电池壳体20、收纳在电池壳体20内部的扁平状的卷绕电极体30以及由电池壳体20支承的正极端子60和负极端子70等。另外，非水电解质27保持在电池壳体20的内部。

这些当中，电极体30以电极体30的轴线（即，卷绕轴线）位于其与单电池10的宽度方向CH平行的侧面的状态收纳于电池壳体20中（见图3）。该电极体30是这样的：带状正极板31和带状负极板41经由由多孔树脂膜制成的两个带状隔板51堆叠在一起（见图4），绕轴线卷绕，并被压缩成扁平形状。正极板31在宽度方向上的一部分形成从隔板51在位于轴向的一个方向上的一侧（图3中的左侧和图4中的上方）突出的螺旋形状，并连接（焊接）到正极端子60。另外，负极板41在宽度方向上的一部分形成在另一侧（图3中的右侧和图4中的下方）突出的螺旋形状，并连接（焊接）到负极端子70。

正极板（即，电极板）31具有作为芯部、由铝制成的带状正极箔32。在该正极箔32的正面和背面两者的在宽度方向（图4中的上下方向）上的一部分（图4中的下方）上形成有沿纵向（即，图4中的左右方向）呈带状延伸的正极活性物质层33。另外，负极板（即，电极板）41具有作为芯部、由铜制成的带状负极箔（电极箔）42。在该负极箔42的正面和背面两者的在宽度方向（图4中的上下方向）上的一部分（图4中的上方）上形成有沿纵向（即，图4中的左右方向）呈带状延伸的负极活性物质层43。

所述多个单电池10经由间隔件130（即，以间隔件130在相邻的单电池10之间）在单电池10的厚度方向BH（即，图1中的左右方向）上配置成一列。相邻的单电池10通过未示出的汇流条串联电连接。在图1中，单电池10的正极端子60和负极端子70（见图2和3）被省略。

间隔件130由树脂制成。间隔件130具有矩形板状的板部131和从该板部131突出的多个突出部133，并由此具有梳状截面。该间隔件130的板部131靠接两个相邻的单电池10中的一个，并且突出部133靠接另一个相邻的单电池10。结果，在另一个单电池10和间隔件130之间在正交于电池组100的约束方向EH和高度方向FH的方向（即，正交于绘制图1的纸面的方向）上形成有供冷却介质流过的多个冷却路径RK。

交替地成行配置的单电池10和间隔件130在沿单电池10的厚度方向BH被挤压的状态下被约束。结果，收纳于单电池10中的电极体30也被推压，因此正极板31、负极板41和隔板51在厚度方向AH上被推压。约束部件110包括两个端板111、四个约束带113和八个紧固螺栓115。端板111呈矩形，并且在成行排列的单电池10和间隔件130的两侧各配置有一个。这些端板111靠接成行排列的单电池10和隔板130之中位于两端的单电池10。更具体地，每个端板111靠接面向分别位于两端的相应单电池10的外侧的宽表面20c的整个表面。

约束带113呈圆柱形并且配置在两个端板111之间，从而将端板111连接在一起。紧固螺栓115插入设在端板111中的未示出的通孔内，并将约束带113的端部113t紧固在端板111上。结果，配置在两个端板111之间的所述多个单电池10和间隔件130在沿约束方向EH被挤压的状态下被约束。

这里，在处于完成状态的电池组100中，由约束部件110沿正极板31、负极板41和隔板51的厚度方向AH施加并沿正极板31、负极板41和隔板51的扩展方向分布的压力之中的最高的最大接触压力为最大约束接触压力Pd。在该示例性实施例中，该最大约束接触压力Pd在被间隔件130的突出部133挤压的部分产生。最大约束接触压力为0.3至15.5MPa，含0.3和15.5MPa（更具体地，Pd=6.2MPa）。

将继续描述电池组100的制造方法。首先，准备多个单电池10。这些单电池10中的每个可预先分别进行有无内部短路的测试。这样做使得与后文将描述的短路测试过程中的短路测试结合的话短路测试被进行两次，因此能够更可靠地移除已发生内部短路的单电池10。

接下来，进行约束过程。首先，沿单电池10的厚度方向BH将所述多个单电池10堆叠在一起（见图5）。然后在单电池10的厚度方向BH上压缩这些单电池10，并以最大压缩接触压力Pc沿正极板31、负极板41和隔板51的厚度方向压缩它们。更具体地，如图5所示，成行排列的单电池10由压模KG从两侧夹住，并且单电池10以最大压缩接触压力Pc在厚度方向BH（厚度方向AH）上被压缩。该最大压缩接触压力Pc是比上述最大约束接触压力Pd略大的值，并且满足0.8≤Pd/Pc≤0.9。在该示例性实施例中，Pd=0.85Pc（Pc=1.18Pd），并且更具体地，最大压缩接触压力Pc为7.3MPa。

如后文将描述的，该压缩可在所述多个单电池10和间隔件130交替地配置、约束部件110的端板111配置在两侧并且所述多个单电池10、间隔件130和端板111被约束（见图1）时、在先成为最大压缩接触压力Pc之后成为最大约束接触压力Pd。或者，该压缩可针对各单个单电池10进行。

然后，利用电池组100的约束部件110，这些单电池10在单电池10的厚度方向BH（正极板31等的厚度方向AH）上以最大约束接触压力Pd被约束。亦即，多个单电池10和间隔件130交替地成行配置，并且端板111配置在两端（见图1）。然后利用约束带113和紧固螺栓115将端板111连接在一起，并且单电池10和间隔件130在约束方向EH（即，单电池10的厚度方向BH和正极板31等的厚度方向AH）上以最大约束接触压力Pd（具体地，Pd=6.2MPa）被约束。

接下来，在放置过程中，将由约束部件110以最大约束接触压力Pd约束的单电池10在电气开放状态下放置。更具体地，将由约束部件110约束的单电池10在25℃的环境中放置3.0天。

接下来，在短路测试过程中，对由约束部件110以最大约束接触压力Pd约束的单电池10进行有无内部短路的测试。更具体地，测量由约束部件110约束的每个单电池10的电池电压Vb，并获得在放置过程之前预先测得的电池电压Va和电池电压Vb之间的电池电压差△V（=Va-Vb）。如果该电池电压差△V等于或小于预定阈值Vc（△V≤Vc），则判定为单电池10良好而不存在内部短路。另一方面，如果电池电压差△V大于阈值Vc（△V＞Vc），则判定为单电池10中存在内部短路，并将单电池10作为缺陷电池移除（或更具体地，丢弃）。

然后利用未示出的汇流条将单电池10串联地电连接在一起。这样，电池组100完成。在该示例性实施例中，在单电池10由约束部件110约束的状态下对各单个单电池10进行有无内部短路的测试。然而，也可在所述多个单电池10被串联地电连接在一起时（即，在电池组100完成之后）对各单电池10进行有无内部短路的测试。

（试验结果）将继续描述为了评价根据该示例性实施例的电池组100的制造方法的效果而进行的试验的结果。最大约束接触压力Pd与最大压缩接触压力Pc的比率Pd/Pc在0.1至0.9（含0.1和0.9）的范围内不同地改变。除此之外，一直到短路测试过程之前的过程正如它们在示例性实施例中那样地进行。另外，在短路测试过程中，调查检查内部短路所需的天数（即，放置过程中的放置天数）。结果在图6中示出。在该试验中，最大压缩接触压力Pc被固定在7.3MPa，正如示例性实施例中那样，并且通过改变最大约束接触压力Pd的值而在0.1和0.9之间（含0.1和0.9）改变比率Pd/Pc的值。

如从图6显而易见的，最大约束接触压力Pd与最大压缩接触压力Pc的比率Pd/Pc的值越大，进行短路测试所需的天数（即，放置天数）越少。显然，当Pd/Pc为0.8或Pd/Pc为0.9时，进行短路测试所需的天数（即，放置天数）特别少，在3.0天或以下。

其原因如下。亦即，当单电池以与最大约束接触压力Pd相比充分大的最大压缩接触压力Pc被压缩时，更具体地，当Pc＞1.25Pd（Pd/Pc＜0.8）时，如果仅最大约束接触压力Pd持续被施加，则即使在由于所存在的唯一导电异物小而将来不会发生短路的单电池中也会发生短路。此外，由于该小的异物而发生的短路将由于在最大压缩接触压力Pc施加之后长时间地持续施加最大约束接触压力Pd而发生。因此，试图移除该单电池将不可避免地延长为了进行短路测试所耗费的时间（即，放置天数）。

另一方面，如果最大压缩接触压力Pc被限制为比最大约束接触压力Pd略高，或更具体地，如果最大压缩接触压力Pc为这样：1.11Pd≤Pc≤1.25Pd（0.8≤Pd/Pc≤0.9），则即使在单电池10已以最大压缩接触压力Pc被压缩之后持续施加最大约束接触压力Pd，也不会发生由小的异物引起的短路。另一方面，通过施加Pc≥1.11Pd（Pd/Pc≤0.9）的最大压缩接触压力Pc，能够在短时间内诱发由于大的异物而引起的短路。因此，可设想能减少为了进行短路测试所花费的时间（即，放置天数）。

在该试验中，如上所述，最大压缩接触压力Pc被固定在一定的值，并且通过改变最大约束接触压力Pd的值来改变比率Pd/Pc的值。然而，如果改变最大压缩接触压力Pc的值，也能获得类似效果。亦即，当最大约束接触压力Pd与最大压缩接触压力Pc的比率Pd/Pc被设定成使得0.8≤Pd/Pc≤0.9时，能够显著减少为了进行短路测试所花费的天数（即，放置天数）。

如上所述，在电池组100的制造方法中，在单电池10已相对于处于完成状态的电池组100的最大约束接触压力Pd以比满足0.8≤Pd/Pc≤0.9的最大约束接触压力Pd略高的最大压缩接触压力Pc在其厚度方向BH（即，正极板31等的厚度方向AH）上被压缩之后，单电池10以最大约束接触压力Pd被约束并进行有无内部短路的测试。

通过将最大压缩接触压力Pc设定为比满足Pd/Pc≤0.9（即，Pc≥1.11Pd）的最大约束接触压力Pd大的值，能预先充分地压缩单电池10。因此，在例如当使用约束部件110约束单电池10时的时间能提高组装电池组100时的作业性能。此外，对于在电极体30中有将来可能导致短路的大的导电异物的单电池10，该异物在单电池10被压缩时贯穿隔板51，并且正极板31和负极板41变得经由该异物电连接。结果发生短路。因此，能减少在放置过程中放置单电池10的天数，从而能够在短时间内判别出并移除已发生短路的单电池10。

另一方面，对于仅存在如果仅持续施加最大约束接触压力Pd则将来不会导致短路的小的异物的单电池10而言，通过设定上限，能够抑制小的异物在单电池10被压缩时损坏隔板51，其中最大压缩接触压力Pc是满足Pd/Pc≥0.8（即，Pc≤1.25Pd）的值。即使在完成的电池组100中持续施加最大约束接触压力Pd，也能防止由于小的异物贯穿隔板51而发生短路。因此，不需要在单电池10已以最大约束接触压力Pd被约束之后长期地进行短路测试。

这样，电池组100的所述制造方法既能提高组装电池组时的作业性能，又能在短时间内仅判别出将来可能由于导电异物而发生短路的那些单电池10并移除它们。更具体地，即使放置天数减少为1.5至3.0天（含1.5和3.0天），也能判别出并移除将来可能由于导电异物而发生短路的单电池10。在最大约束接触压力Pd为0.3至15.5MPa（含0.3和15.5MPa）的电池组100中，通过施加比该最大约束接触压力Pd略高的最大压缩接触压力Pc，能够适当地获得能提高组装电池组时的作业性能并且能在短时间内通过短路测试判别出仅将来可能由于导电异物而发生短路的单电池10的效果。

尽管已参照其示例性实施例描述了本发明，但应该理解的是，本发明并不限于这些示例性实施例。亦即，本发明能以已被适当修改的模式来实施而不脱离其范围。例如，在示例性实施例的约束过程中，利用电池组100的约束部件110以最大约束接触压力Pd约束单电池10，但也可利用除电池组100的约束部件110以外的其它约束夹具以最大约束接触压力Pd约束单电池10。在这种情况下，在通过该约束夹具约束单电池的状态下进行放置过程和短路测试过程。

Claims

1.一种电池组的制造方法，所述电池组包括多个单电池（10）和约束所述单电池（10）的约束部件（110），每个所述单电池具有包括电极板和隔板的电极体，所述制造方法包括：

在处于完成状态的所述电池组中当由所述约束部件（110）沿所述电极板和所述隔板的厚度方向施加并沿所述电极板和所述隔板的扩展方向分布的压力之中的最高的最大接触压力被设定为最大约束接触压力Pd时、在以满足0.8≤Pd/Pc≤0.9的最大压缩接触压力Pc在所述厚度方向上压缩所述单电池（10）之后以所述最大约束接触压力Pd在所述厚度方向上约束所述单电池（10）的约束过程；

在所述约束过程之后将处于以所述最大约束接触压力Pd被约束的状态的所述单电池（10）在电气开放状态下放置预定天数的放置过程；和

在所述放置过程之后测试在以所述最大约束接触压力Pd被约束的状态下被放置的所述单电池（10）中有无内部短路的短路测试过程。

2.根据权利要求1所述的制造方法，其中，所述单电池（10）被放置的所述天数为1.5至3.0天，含1.5和3.0天。

3.根据权利要求1或2所述的制造方法，其中，所述最大约束接触压力为0.3至15.5MPa，含0.3和15.5MPa。

4.根据权利要求1或2所述的制造方法，其中，当在所述单电池（10）电气开放之前测得的电池电压和在所述单电池被放置的所述预定天数之后测得的电池电压之差大于预定阈值时，判定为存在内部短路。