CN106463684A - 矩形蓄电装置和制造矩形蓄电装置的方法 - Google Patents

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Abstract

一种矩形蓄电装置，其包括：具有上表面、下表面和四个侧表面的棱柱形电极组，所述电极组包括正电极、负电极、和介于所述正电极与负电极之间的隔膜；电解质；具有开口部的外壳，所述外壳容纳所述电极组和电解质；覆盖所述外壳的开口部的盖板；和介于所述电极组与所述外壳之间并将所述电极组与所述外壳彼此电绝缘的绝缘片，其中所述绝缘片被折叠以包围所述电极组的所述下表面和四个侧表面。

Description

矩形蓄电装置和制造矩形蓄电装置的方法
技术领域
本发明涉及包括电极组的矩形蓄电装置，并还涉及制造所述矩形蓄电装置的方法，所述电极组是通过交替堆叠片状正电极和片状负电极而制备的多层体、或是通过卷绕片状正电极和片状负电极的层叠体而制备的绕制体。
背景技术
常规的矩形蓄电装置各自包括电极组，所述电极组是，例如，通过交替堆叠片状正电极和片状负电极并以隔膜介于所述电极之间而制备的多层体，或者是通过卷绕以隔膜介于其间的正电极和负电极的层叠体而制备的绕制体。在此，“矩形蓄电装置”包括具有类似长方体的棱柱形状的蓄电装置、和具有带浑圆相对侧面和圆角的扁平棱柱形状的蓄电装置。
一般而言，矩形蓄电装置的外壳具有与所述电极组的形状相对应的形状。当电极组是多层体时，所述电极组具有类似长方体的棱柱的形状。于是，所述矩形蓄电装置也具有类似长方体的外部形状。当电极组是绕制体时，所述电极组具有以弯曲表面作为相对侧面的棱柱形状。于是，所述矩形蓄电装置也具有以弯曲表面作为相对侧面的外部形状。
这样的电极组被插入具有开口部的矩形外壳中。所述电极组被插入所述外壳中后，将盖板连在所述外壳的开口部上。随后，通过所述盖板中的开口将电解质倒入所述外壳中。随后，进行处理例如脱气并关闭所述盖板的开口。由此密封所述矩形蓄电装置。
一般而言，这样的外壳由金属形成并具有导电性。所述具有导电性的外壳具有拥有所述正电极或负电极的极性的构造，或具有不拥有这些电极的极性的构造。
在前一种构造中，外壳与具有与所述外壳相反的极性的电极接触导致蓄电装置的内部短路。在后一种构造中，正电极和负电极二者与外壳的接触也导致蓄电装置的内部短路。因此，一般而言，在所述电极组与外壳之间布置绝缘片等等(参见专利文献1)。
如专利文献1中所述，所述绝缘片可以成形以具有容纳所述电极组的袋形状。在这种时候，例如，单个绝缘片对半折叠，所生成的重叠部分的周边通过热焊接接合在一起以提供所述袋形状。或者，两个绝缘片彼此叠放，其周围部分通过热焊接接合在一起以提供所述袋形状。然而，这样的接合处理不限于热焊接。
或者，热收缩管用于覆盖棱柱形电极组的四个侧表面，并在所述电极组的下表面(底表面)与所述外壳的底部之间布置底绝缘片。以这种方式，防止蓄电装置中的内部短路，这是惯例。
引用文献
专利文献
专利文献1：日本未审专利申请公布No.2009-26704
发明内容
技术问题
如上所述，使用常规热焊接以从绝缘片形成袋，并且所述袋用于在其中容纳电极组以提供所述电极组与外壳之间的绝缘。或者，使用热收缩管和底绝缘片来提供电极组与外壳之间的绝缘。
然而，从绝缘片形成袋，除了蓄电装置的装配线路之外，还需要用例如热焊接设备形成绝缘片的袋的附加线路。这导致用于制造蓄电装置的设施规模增加并且蓄电装置的生产过程的复杂性也增加，造成了生产成本增加。
还有，使用热收缩管和底绝缘片需要，例如，将所述底绝缘片放入外壳中的步骤、将所述热收缩管与所述电极组相连的步骤、和收缩所述热收缩管的步骤。这导致蓄电装置生产过程的复杂性增加。
问题的解决方案
本发明的一个方面涉及矩形蓄电装置，其包括：
具有上表面、下表面和四个侧表面的棱柱形电极组，所述电极组包括正电极、负电极、和介于所述正电极与负电极之间的隔膜；
电解质；
具有开口部的外壳，所述外壳容纳所述电极组和电解质；
覆盖所述外壳的开口部的盖板；和
介于所述电极组与所述外壳之间并将所述电极组与所述外壳彼此电绝缘的绝缘片，
其中所述绝缘片被折叠以包围所述电极组的所述下表面和四个侧表面。
本发明的另一个方面涉及制造矩形蓄电装置的方法，所述方法包括：
(a)制备具有上表面、下表面和四个侧表面的棱柱形电极组的步骤，所述电极组包括正电极、负电极、和介于所述正电极与负电极之间的隔膜；
(b)制备电解质的步骤；
(c)制备具有开口部的外壳的步骤，所述外壳用于容纳所述电极组和电解质；
(d)制备覆盖所述外壳的开口部的盖板的步骤；
(e)制备用于介于所述电极组与所述外壳之间以将所述电极组与所述外壳彼此电绝缘的绝缘片的步骤；
(f)折叠所述绝缘片以包围所述电极组的所述下表面和四个侧表面的步骤；和
(g)将所述电极组和所述折叠的绝缘片放入所述外壳中致使所述绝缘片介于所述电极组与所述外壳之间的步骤。
发明的有利效果
本发明能够简化矩形蓄电装置的生产过程和生产设备。
附图说明
图1是分解透视图，示意性地示出了根据本发明实施方式的矩形蓄电装置的构造。
图2是所述电极组的子组的截面图，沿着图1中的I1-I1线获取并以箭头方向观看。
图3是展开的绝缘片的平面视图。
图4A是透视图，示出了折叠绝缘片以包围电极组的下表面和四个侧表面的过程的第一步。
图4B是透视图，示出了折叠绝缘片以包围电极组的下表面和四个侧表面的过程的第二步。
图4C是透视图，示出了折叠绝缘片以包围电极组的下表面和四个侧表面的过程的第三步。
图4D是透视图，示出了折叠绝缘片以包围电极组的下表面和四个侧表面的过程的第四步。
图4E是透视图，示出了折叠绝缘片以包围电极组的下表面和四个侧表面的过程的第五步。
图5是透视图，示出了将其中电极组的下表面和四个侧表面被绝缘片包围的中间产品插入外壳中的步骤。
图6是透视图，示出了容纳着其中电极组的下表面和四个侧表面被绝缘片包围的中间产品的外壳。
图7是透视图，示出了通过卷绕正电极和负电极以及介于其间的隔膜而制备的绕制体的外形。
图8是透视图，示出了宽型矩形蓄电装置的实例。
具体实施方式
根据本发明一种实施方式的矩形蓄电装置包括具有上表面、下表面和四个侧表面的棱柱形电极组，所述电极组包括正电极、负电极、和介于所述正电极与负电极之间的隔膜；电解质；具有开口部的外壳，所述外壳容纳所述电极组和电解质；覆盖所述外壳的开口部的盖板；和介于所述电极组与所述外壳之间并将所述电极组与所述外壳彼此电绝缘的绝缘片。所述绝缘片被折叠以包围所述电极组的所述下表面和四个侧表面。可以使用两个或更多个绝缘片。
在此，“棱柱形”包括，例如，长方体形状和具有浑圆侧面和圆角的长方体样形状。这种棱柱形的电极组具有上表面、下表面和四个侧表面。所述电极组可通过外壳的开口部插入所述外壳中。所述外壳的开口部可用例如盖子样的盖板覆盖。
如上所述，在所述实施方式的矩形蓄电装置中，提供所述电极组与所述外壳之间绝缘的绝缘片没有通过热焊接等成形为容纳所述电极组的袋。相反，所述绝缘片仅仅被折叠以覆盖所述电极组的下表面和四个侧表面。这样的步骤可易于合并到矩形蓄电装置的装配线路中。因此，所述实施方式能够简化矩形蓄电装置的生产。另外，所述实施方式能够遏制生产矩形蓄电装置的设施的规模增加和生产过程的复杂性增加。这促进了矩形蓄电装置的生产成本降低。
在此，关于覆盖所述电极组的下表面和四个侧表面的绝缘片的数量，从减少蓄电装置组件的数量和简化蓄电装置生产的观点来看，优选使用单个绝缘片。然而，例如，可以使用两个绝缘片：一片用于覆盖所述电极组应该被覆盖的一部分(例如，一半)，另一片用于覆盖所述电极组应该被覆盖的剩余部分。类似地，可以使用三个或更多个绝缘片以覆盖所述电极组应该被覆盖的不同部分。这样的绝缘片不限于单层结构并可以具有其中两种或更多种材料的层彼此叠放的多层结构。两个或更多个绝缘片可以彼此叠放的形式使用。
所述电极组的四个侧表面全部优选被这样的绝缘片覆盖。然而，所述电极组的四个侧表面的不直接面对所述外壳的部分不必被所述绝缘片覆盖。所述绝缘片也可以覆盖所述电极组的上表面的至少一部分。所述电极组的下表面全部优选被所述绝缘片覆盖。
所述电极组可以是，例如，通过堆叠以隔膜介于其间的片状正电极和片状负电极而制备的多层体，或是通过卷绕以隔膜介于其间的正电极和负电极的绕制体。当所述电极组是多层体时，它通常具有类似长方体的棱柱的形状(参见图1)。
在此，基本上，所述绝缘片仅仅被折叠，并且不具有将所述绝缘片的一个部分和另一个部分接合在一起的任何焊接部。当使用两个或更多个绝缘片时，所述绝缘片没有将所述绝缘片的一片和另一片接合在一起的任何焊接部。然而，例如，胶带可以用于保持绝缘片的折叠形状。
所述绝缘片的材料没有特殊限制，但优选是绝缘树脂。所述树脂的实例包括聚烯烃例如聚乙烯(PE)、聚丙烯(PP)和乙烯-丙烯共聚物；聚酯树脂例如聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)、聚对苯二甲酸丁二醇酯(PBT)和聚碳酸酯(PC)；聚醚树脂例如聚砜(PS)、聚醚砜(PES)和聚苯醚(PPE)；聚苯硫醚树脂例如聚苯硫醚(PPS)和聚苯硫醚酮；聚酰胺树脂例如芳族聚酰胺树脂(例如芳纶树脂)；聚酰亚胺树脂；和纤维素树脂。这些可以单独或以其两种或更多种的组合使用。
所述绝缘片可以由氟树脂形成。当所述矩形蓄电装置是例如熔盐电池时，所述矩形蓄电装置可在比较高的温度范围(例如，0至90℃)内使用。氟树脂具有高耐热性。因此，即使当所述矩形蓄电装置在比较高的温度范围内使用时，由氟树脂形成的绝缘片仍能防止被热软化。另一方面，当所述矩形蓄电装置在例如80℃或更低的温度范围内使用时，所述绝缘片没有必要由高度耐热的材料形成，并且所述绝缘片可以由更便宜的材料PP或PE形成。
顺便提及，通过熔合将由氟树脂形成的绝缘片成形以具有袋形状是困难的。在所述实施方式中，这样的绝缘片没有通过熔合成形以具有袋形状，而是仅仅折叠以包围所述电极组。因此，在所述实施方式中，氟树脂，其原本由于不适合熔合而难以用于这样的应用，现在能容易地用作所述绝缘片的材料。
这样的氟树脂是具有含氟单体单元的均聚物或共聚物。所述氟树脂的实例包括聚四氟乙烯(PTFE)、四氟乙烯-六氟丙烯共聚物、四氟乙烯-全氟烷基乙烯醚共聚物(PFA)、四氟乙烯-乙烯共聚物、聚偏氟乙烯(PVDF)和聚氟乙烯(PVF)。从提高耐热性的观点看，所述氟树脂优选具有200℃或更高的熔点。
本发明适用的蓄电装置的类型没有特殊限制。本发明适用于，例如，使用非水电解质的蓄电装置，例如碱金属离子二次电池和碱金属离子电容器；和使用含水电解质的蓄电装置，例如碱性蓄电池、铅蓄电池和双电层电容器。特别是，本发明优选适用于，例如，钠离子二次电池、锂离子二次电池、钠离子电容器和锂离子电容器。
在碱金属离子二次电池的正电极和负电极中，例如，进行包括碱金属离子(钠离子或锂离子)在内的法拉第(Faradaic)反应。在碱金属离子电容器的情况下，在正电极中进行吸附电解质中阴离子的非法拉第反应，而在负电极中进行包括碱金属离子在内的法拉第反应。
所述电解质可以被制备成含有，例如，有机电解质、以及熔盐和/或添加剂。所述有机电解质含有有机溶剂和溶解在所述有机溶剂中的碱金属盐。所述熔盐意思与熔化的盐相同并且也称为离子性液体。所述离子性液体是由阴离子和阳离子构成的液态离子性物质。当所述蓄电装置在比较高的温度下使用时，所述电解质优选具有90质量％或更多的熔盐含量。另一方面，当所述蓄电装置主要在常温范围(例如，-5至40℃)内使用时，所述电解质优选具有80质量％或更多的有机电解质含量，并且所述电解质优选具有50质量％或更多的有机溶剂含量。
电解质的主要成分是有机溶剂的锂离子二次电池和/或锂离子电容器在常温范围(例如-5至40℃)内使用。在这样的矩形蓄电装置中，聚烯烃例如PE或PP可优选用作所述绝缘片的材料。当钠离子二次电池在常温范围内使用时，PE或PP也可优选用作所述绝缘片的材料。当所述绝缘片由聚烯烃形成时，所述绝缘片优选具有0.05至0.2mm的厚度DT1。当所述绝缘片具有在这个范围的厚度时，所述绝缘片仅仅折叠就能更适合防止所述蓄电装置中的内部短路。
另一方面，当所述绝缘片由氟树脂形成时，所述绝缘片优选具有0.05至0.5mm的厚度DT2。或者，所述绝缘片不限于上述树脂片，并且可以由例如纤维素或纸形成。
所述绝缘片优选是具有长方形(其可以是正方形)形状的片。在这种情况下，在折叠状态中多余的部分(例如，在图3中，区域A3与区域A5之间的三角形部分)可以被切掉。然而，从保持所述绝缘片以具有足够的强度的观点来看，这样的部分优选留着不切。
当所述绝缘片的形状是具有第一边和与所述第一边正交的第二边的长方形时，所述绝缘片包括第一区域、第二区域和第三区域，所述第一区域包括所述绝缘片的中心部分并覆盖所述电极组的下表面，所述第二区域分别沿着所述下表面的两条对边回折以覆盖所述电极组的四个侧表面中的两个侧表面，所述第三区域沿着所述电极组的下表面的另两个对边并沿着所述四个侧表面之间的边界回折以覆盖所述四个侧表面中的另两个侧表面。
所述实施方式的矩形蓄电装置可包括正电极外部端子和负电极外部端子，它们彼此电绝缘并布置在所述盖板上。所述正电极和正电极外部端子可通过正电极引线片电连接。所述负电极和负电极外部端子可通过负电极引线片电连接。绝缘分隔构件优选布置在所述电极组与所述盖板之间。所述分隔构件优选是三维构件。例如，所述分隔构件包括布置成面向所述电极组的底板，和布置成从所述底板的周边延伸的至少一个直立板。所述底板包括所述正电极引线片通过它延伸的第一开口，和所述负电极引线片通过它延伸的第二开口。至少一个直立板介于所述外壳与所述正电极引线片和/或负电极引线片之间。三维绝缘分隔构件的这种介于所述外壳与所述正电极引线片和/或负电极引线片之间的直立板的存在，能够高度可靠地防止在所述蓄电装置内发生短路。
制造根据本发明实施方式的矩形蓄电装置的方法包括(a)制备具有上表面、下表面和四个侧表面的棱柱形电极组的步骤，所述电极组包括正电极、负电极、和介于所述正电极与负电极之间的隔膜；(b)制备电解质的步骤；(c)制备具有开口部的外壳的步骤，所述外壳用于容纳所述电极组和电解质；(d)制备覆盖所述外壳的开口部的盖板的步骤；(e)制备用于介于所述电极组与所述外壳之间以将所述电极组与所述外壳彼此电绝缘的绝缘片的步骤；(f)折叠所述绝缘片以包围所述电极组的所述下表面和四个侧表面的步骤；和(g)将所述电极组和所述折叠的绝缘片放入所述外壳中致使所述绝缘片介于所述电极组与所述外壳之间的步骤。
上述步骤(a)至(g)可全部合并到矩形蓄电装置的常规装配线路中。因此，不需要重大的修改以生产矩形蓄电装置。
如上所述，所述绝缘片通常具有长方形的形状(其是广义上的长方形并可以是正方形)，所述长方形具有第一边和与所述第一边正交的第二边。在这种情况下，当所述电极组的下表面具有拥有长边和短边的长方形形状(其是狭义上的长方形)时，所述绝缘片的第一边的长度设置得比所述电极组的下表面的长边的长度(所述电极组的最大宽度)长。换句话说，所述绝缘片的两条边彼此正交，所述两条边的至少一条设置得比所述电极组的最大宽度长。当所述绝缘片具有狭义上的长方形形状时，至少所述长边设置得比所述电极组的最大宽度长。当所述绝缘片具有正方形形状时，所述绝缘片的所有边的长度都设置得比所述电极组的最大宽度长。
在这种情况下，当所述矩形蓄电装置具有如图1所示的直立形状时，所述绝缘片的短边的长度(X1，参见图3)设置得大于所述电极组的最大宽度(所述下表面的长边)。另一方面，当所述矩形蓄电装置，如图8所示，是具有宽外壳14a的蓄电装置110，并且电极组12a的宽度W1比高度H1长至少两倍，所述电极组的最大宽度(W1)可以大于所述绝缘片的短边的长度。即使在这种情况下，所述绝缘片的长边的长度仍要设置得大于所述电极组的最大宽度。
所述步骤(f)包括：子步骤(f1)，所述电极组的下表面与所述绝缘片彼此接触致使所述电极组的下表面的长边与所述绝缘片的第二边Y1正交(参见图3)，并且所述下表面的中心位于所述绝缘片的中心处；子步骤(f2)，所述绝缘片分别沿着所述下表面的两条长边回折；子步骤(f3)，所述绝缘片分别沿着所述下表面的两条短边回折；和子步骤(f4)，所述绝缘片分别沿着所述四个侧表面之间的边界回折。顺便提及，关于子步骤(f3)和子步骤(f4)，子步骤(f3)可以先进行，或子步骤(f4)可以先进行。在后面参考图4A至图4E详细描述的折叠所述绝缘片的方式中，子步骤(f3)先进行。
顺便提及，在此使用的“正交”不一定是指所述电极组的下表面的长边与所述绝缘片的第二边正好形成90°的角度。当这个角度是或接近90°(例如80至100°)时，所述电极组的下表面的长边就被认为与所述绝缘片的第二边正交。另外，“所述电极组的下表面的中心位于所述绝缘片的中心”不一定是指这些中心正好在相同的位置。当这些中心之间的偏差小(例如，5mm或更少)时，所述电极组的下表面的中心就被认为位于所述绝缘片的中心。
以下，将参考附图具体描述所述矩形蓄电装置及其生产方法。
图1是分解透视图，示意性地示出了根据本发明实施方式的矩形蓄电装置的构造。这个图示的实例，矩形蓄电装置10，是矩形钠离子二次电池或锂离子电容器，并且包括棱柱形电极组12、具有开口部的矩形外壳14、和覆盖外壳14的所述开口部的盖板16。所述外壳14和盖板16由金属形成并具有导电性。
绝缘分隔构件18布置在电极组12的上表面与盖板16之间。绝缘片20布置在电极组12与外壳14之间。顺便提及，在图1中，为了更清楚地示出所述蓄电装置的内部结构，所述绝缘片20被部分切掉，致使所述电极组12的四个侧表面的上部从绝缘片20中露出。然而，实际上在这种实施方式中，为了防止蓄电装置中内部短路，绝缘片20覆盖电极组12的四个侧表面直到上端的全部。
所述盖板16可以配备正电极外部端子40和负电极外部端子42。所述正电极外部端子40布置在靠近盖板16的纵向末端(以Y-轴方向)的位置；所述负电极外部端子42布置在靠近另一个末端的位置。这些外部端子与盖板16电绝缘。
在盖板16的中心部分，可以提供安全阀44(例如破坏阀)，其能够在所述外壳的内压力异常增加时从所述外壳的内部释放气体。在安全阀44附近的区域中，可以提供压力控制阀46和电解质入口48。电解质入口48是在盖板16与所述外壳14的开口部相连之后，电解质通过它注入外壳14中的入口。电解质入口48用塞子(未显示)密封。
在所述实施方式中，电极组12包括其中正电极和负电极交替叠层的多层体。所述电极组12具有上表面、下表面、和四个平坦的侧表面。构成所述电极组12的正电极和负电极将在后面详细描述。所述电极组12具有类似长方体的棱柱形状的外形。在所述实施方式中，电极组12由多个(在所示出的实例中四个)子组12a、12b、12c和12d构成。
图2是所述电极组的子组的截面图。这个截面图是沿着图1中包括I1-I1线并且垂直于Y轴的平面获取的子组12a的截面图，以箭头方向观看。顺便提及，所示出的电极(正电极和负电极)的数量不一定匹配所述子组12a中实际包含的电极数量。其他子组12b至12d各自具有与子组12a相同的构造。
所述电极组12的子组12a由例如容纳在袋状隔膜21中的多个正电极22和交替堆叠的多个负电极24构成。每个正电极22包括正电极集电体和正电极活性材料。每个负电极24包括负电极集电体和负电极活性材料。在图2中，所述正电极集电体、负电极集电体、正电极活性材料和负电极活性材料没有与所述电极区别示出。
所述多个正电极22(或所述正电极集电体)的每一个的上端部分配备引线片(正电极引线片)26。所述正电极引线片26可以与所述正电极22或正电极集电体一起形成为单一单元。所述子组12a的多个正电极22的引线片集束在一起，例如，焊接在一起，使得这些正电极22并联连接。
正电极引线片26的集束部分26A(以下称为正电极引线片集束部分)与导电正电极连接构件30(参见图1)连接，并通过所述正电极连接构件30与正电极外部端子40电连接。其他子组12b至12d也各自具有这样的正电极引线片集束部分26A。这些正电极引线片集束部分26A也各自与正电极连接构件30连接，并通过所述正电极连接构件30与正电极外部端子40连接。这样的构造使所述电极组12的所有正电极22能够与所述正电极外部端子40并联连接。
所述多个负电极24(或所述负电极集电体)的每一个的上端部分配备引线片(负电极引线片)28。所述负电极引线片28可以与所述负电极24一起形成为单一单元，并布置在所述负电极24或负电极集电体的上端部分。所述子组12a的多个负电极24的引线片集束在一起，例如，焊接在一起，使得所述多个负电极24并联连接。
所述负电极引线片28的集束部分28A(以下称为负电极引线片集束部分)与导电性负电极连接构件32(参见图1)连接，并通过所述负电极连接构件32与所述负电极外部端子42电连接。其他子组12b至12d也各自具有这样的负电极引线片集束部分28A。这些负电极引线片集束部分28A也与所述负电极连接构件32连接，并通过所述负电极连接构件32与所述负电极外部端子42连接。这样的构造使所述电极组12的所有负电极24能够与所述负电极外部端子42并联连接。
分隔构件18布置在电极组12的上表面与盖板16之间以防止正电极引线片集束部分26A、负电极引线片集束部分28A、正电极连接构件30和负电极连接构件32接触导电外壳14。所述分隔构件18包括底板18a，其具有基本上长方形的外形，和四个直立板18b，其立在所述底板18a的四条边上从而垂直于所述底板18a。所述底板18a和所述四个直立板18b可形成为单一单元。所述底板18a与直立板18b之间的边界部分优选形成为有凹槽的薄部分，从而容易弯曲。于是，这样的三维分隔构件18可容易由单板构件形成。
所述底板18a具有第一开口18c和第二出口18d，所述子组12a至12d的正电极引线片集束部分26a各自通过所述第一开口18c延伸，所述子组12a至12d的负电极引线片集束部分28a各自通过所述第二开口18d延伸。所述四个直立板18b包围正电极引线片集束部分26A、负电极引线片集束部分28A、正电极连接构件30和负电极连接构件32，从而防止这些导电构件接触外壳14。
图3是所述绝缘片在它的未折叠状态下的平面视图。所述在未折叠状态下的绝缘片20具有例如长方形的形状并包括用于覆盖所述棱柱形电极组12的下表面的A1区域(相当于所述第一区域)；用于覆盖所述棱柱形电极组12的四个侧表面中的两个相对侧表面的A2区域(相当于所述第二区域)；和用于覆盖所述棱柱形电极组12的四个侧表面中的另两个相对侧表面的A3区域、A4区域、A5区域(这三个区域，A3至A5，相当于所述第三区域)。所述A1区域包括所述绝缘片20的中心部分。
所述绝缘片20经受各相当于所述电极组12的下表面的两条对边的第一折痕F1、和各相当于所述下表面的另两条对边的第二折痕F2的形成。被所述两条第一折痕F1和所述两条第二折痕F2包围的区域是A1区域。所述两条第一折痕F1垂直于所述绝缘片20的第二边Y1(示出的实例中的长边)。所述两条第二折痕F2垂直于所述绝缘片20的第一边X1(示出的实例中的短边)。
所述绝缘片20还经受四条第三折痕F3的形成，其沿着从所述两条第一折痕F1延伸到第二边Y1来延伸。被一条第二折痕F2和它的相邻两条第三折痕F3包围的区域是A3区域。所述绝缘片20还经受四条第四折痕F4的形成，其沿着相对于所述第三折痕F3以45°延伸的线段来延伸。另外，所述绝缘片20经受四条第五折痕F5的形成，其各相当于所述电极组12的四个侧表面之间的边界线。
以下，将关于折叠所述绝缘片20从而包围所述电极组12的下表面和四个侧表面的步骤，参考附图进行描述。
图4A至4E是透视图，示出了折叠绝缘片从而包围所述电极组的下表面和四个侧表面的步骤的实例。然而，这种折叠所述绝缘片的步骤不限于图4A至4E中示出的步骤。
例如，如图4A所示，首先通过从卷材展开并以预定的长度切割而制备具有长方形形状的绝缘片20；并将中间产品34放在所述绝缘片20上，所述中间产品34包括电极组12、盖板16和分隔构件18。这时，所述中间产品34放在绝缘片20上，致使所述电极组12的整个下表面面向所述绝缘片20的A1区域。
在所述中间产品34中，多个正电极引线片集束部分26A与正电极连接构件30连接，使得所述电极组的所有正电极与正电极外部端子40电连接。类似地，多个负电极引线片集束部分28A与负电极连接构件32连接，使得所述电极组12的所有负电极与负电极外部端子42电连接。所述电极组12具有一对具有较大面积的相对侧表面SF1和另一对具有较小面积的相对侧表面SF2。
随后，如图4B所示，所述绝缘片20分别沿着所述两条第一折痕F1回折。于是，所述绝缘片20的两个A2区域覆盖所述电极组12的两个侧表面SF1。
随后，如图4C所示，所述绝缘片20分别沿着所述两条第二折痕F2回折。于是，所述绝缘片20的两个A3区域覆盖所述两个侧表面SF2的下部分。这时，所述绝缘片20经受分别沿着四条第三折痕F3的折痕的形成以及还经受形成分别沿着四条第四折痕F4的折痕的形成。
随后，如图4D所示，所述绝缘片20分别沿着在A2区域之一周围的两条第五折痕F5(F5A)回折。于是，两个侧表面SF2未被A3区域覆盖的其余部分大部分被所述绝缘片20的两个A4区域覆盖。
如图4E所示，所述绝缘片20分别沿着在另一个A2区域(未显示)周围的两条第五折痕F5(F5B)回折。于是，两个侧表面SF2未被A3区域和A4区域覆盖的其余部分被所述绝缘片20的两个A5区域完全覆盖。作为迄今为止已经描述的所述绝缘片折叠步骤的结果，构成所述中间产品34的电极组12的下表面和四个侧表面被所述绝缘片20完全覆盖。顺便提及，在图4D和图4E中的子步骤可以在图4C中的子步骤之前进行。在这种情况下，与图4E中的状态相反，A3区域位于A4区域和A5区域的下部分。
随后，如图5所示，已经经受过所述绝缘片折叠步骤的中间产品34，以所述电极组12的下部分作为前端，通过外壳14的开口部插入所述外壳14中。图6示出了构成所述中间产品的电极组和分隔构件容纳在所述外壳中的状态。在图6示出的状态中，例如，盖板16的周围部分与外壳14的开口部焊接，使得所述盖板16与所述外壳14的开口部接合。然后，电解质通过电解质入口48注入外壳14中。电解质注入完成后，塞住电解质入口48，从而密封所述外壳14。
图7示出了作为通过卷绕以隔膜介于其间的正电极和负电极而制备的绕制体的电极组外形实例。图7中的绕制体100包括上表面101、下表面102、两个平行而平坦的侧表面103和104、以及一对弯曲的侧表面105和106。顺便提及，在所述实施方式中，所述电极组可以由单个绕制体100构成；或多个子组可以各自由单个绕制体100构成，并且所述多个子组可以构成所述电极组。
以下，将描述担任钠离子二次电池或锂离子电容器的发电元件的电极和电解质。正电极22或负电极24以下述方式形成：例如，将由金属箔或金属多孔体构成的集电体用电极混合物涂层或填充，并可选地在厚度方向上压缩所述集电体和所述电极混合物。所述电极混合物含有活性材料作为主要组分并可以含有导电助剂和/或粘合剂作为可选组分。
钠离子二次电池的负电极活性材料可以是可逆地吸收和释放钠离子的材料。这样的材料的实例包括碳材料、尖晶石型氧化锂钛、尖晶石型氧化钠钛、二氧化硅、硅合金、氧化锡和锡合金。这样的碳材料优选是非石墨化碳(硬碳)。锂离子电容器的负电极活性材料可以是可逆地吸收和释放锂离子的材料。这样的材料的实例包括碳材料、尖晶石型氧化锂钛、二氧化硅、硅合金、氧化锡和锡合金。所述碳材料的优选实例包括石墨、非石墨化碳和石墨化碳。
钠离子二次电池的正电极活性材料优选是可逆地吸收和释放钠离子的过渡金属化合物。所述过渡金属化合物优选是含钠过渡金属氧化物(例如NaCrO2)。锂离子电容器的正电极活性材料优选是可逆地吸附和解吸钠离子的多孔材料(例如活性碳)。
用于钠离子二次电池的电解质优选含有熔盐。所述熔盐含有钠离子和阴离子(第一阴离子)的盐。所述第一阴离子的实例包括含氟酸阴离子(例如PF6 -和BF4 -)、含氯酸阴离子(ClO4 -)、双磺酰基酰胺阴离子、和三氟甲磺酸阴离子(CF3SO3 -)。
用于钠离子二次电池的电解质除了所述熔盐之外，还可以含有，例如，有机溶剂和/或添加剂。从提高耐热性的观点来看，所述熔盐(由阴离子和阳离子构成的离子性物质)优选占所述电解质的90质量％或更多，更优选100质量％。
所述熔盐除了钠离子之外，还优选含有有机阳离子作为阳离子。所述有机阳离子的实例包括含氮阳离子、含硫阳离子和含磷阳离子。所述有机阳离子的反阴离子优选是双磺酰基酰胺阴离子。
所述双磺酰基酰胺阴离子的优选实例包括双(氟磺酰基)酰胺阴离子(N(SO2F)2 -)(FSA-)；双(三氟甲磺酰基)酰胺阴离子(N(SO2CF3)2 -)(TFSA-)，和(氟磺酰基)(三氟甲磺酰基)酰胺阴离子(N(SO2F)(SO2CF3)-)。
所述含氮阳离子的实例包括季铵阳离子、吡咯烷鎓阳离子和咪唑鎓阳离子。
所述季铵阳离子的实例包括四烷基铵阳离子(特别是，例如，四C1-5烷基铵阳离子)例如四乙基铵阳离子(TEA+)和甲基三乙基铵阳离子(TEMA+)。所述吡咯烷鎓阳离子的实例包括1-甲基-1-丙基吡咯烷鎓阳离子(Py13+)、1-丁基-1-甲基吡咯烷鎓阳离子(Py14+)和1-乙基-1-丙基吡咯烷鎓阳离子。所述咪唑鎓阳离子的实例包括1-乙基-3-甲基咪唑鎓阳离子(EMI+)和1-丁基-3-甲基咪唑鎓阳离子(BMI+)。
所述熔盐的钠离子与钠离子和有机阳离子总量的比率优选是10摩尔％或更多，更优选30摩尔％或更多。所述比率优选是90摩尔％或更少，更优选80摩尔％或更少。
用于锂离子电容器的电解质优选是有机电解质。所述有机电解质含有有机溶剂和溶解在所述有机溶剂中的锂盐。所述锂盐的实例包括LiPF6、LiBF4、LiClO4、双磺酰基酰胺锂(LiFSA)、和四氟甲磺酸锂(LiCF3SO3)。所述有机溶剂的实例包括环状碳酸酯(例如碳酸乙烯酯和碳酸丙烯酯)、链状碳酸酯(例如碳酸二乙酯、碳酸二甲酯和碳酸乙甲酯)、环状羧酸酯和链状羧酸酯。
用于锂离子电容器的电解质除了所述有机溶剂和锂盐之外，还可以含有，例如，熔盐和/或添加剂。然而，从提高低温下速率特性的观点来看，所述有机溶剂和所述锂盐优选占80质量％或更多，更优选100质量％。
如已经描述的，在所述实施方式中，布置在所述电极组与所述导电外壳之间的绝缘片没有通过热焊接等成形为袋。相反，所述绝缘片仅仅被折叠从而覆盖所述电极组的下表面和四个侧表面。这促进了矩形蓄电装置的生产步骤和生产设备的简化。
本发明的范围不限于上述内容并由权利要求书表明。本发明的范围意欲包括在所述权利要求书的等效性含义和范围内的所有修改。例如，上述实施方式涉及矩形蓄电装置是钠离子二次电池或锂离子电容器的情况。然而，本发明不限于这种实施方式并且适用于各种矩形蓄电装置例如锂离子二次电池和钠离子电容器。
工业适用性
本发明的矩形蓄电装置及其生产方法可用于，例如，家用或工业大规模储能装置以及安装在电动车辆和混合动力车辆上的电源。
参考符号目录
10矩形蓄电装置；12电极组；12a至12d子组；14外壳；16盖板；18分隔构件；18a底板；18b直立板；18c第一开口；18d第二开口；20绝缘片；21袋状隔膜；22正电极；24负电极；26正电极引线片；26a正电极引线片集束部分；28负电极引线片；28a负电极引线片集束部分；30正电极连接构件；32负电极连接构件；34中间产品；40正电极外部端子；42负电极外部端子；44安全阀；46压力控制阀；48电解质入口；100绕制体。

Claims (6)

1.一种矩形蓄电装置，包含：
具有上表面、下表面和四个侧表面的棱柱形电极组，所述电极组包括正电极、负电极、以及介于所述正电极与负电极之间的隔膜；
电解质；
具有开口部的外壳，所述外壳容纳所述电极组和所述电解质；
覆盖所述外壳的所述开口部的盖板；以及
绝缘片，所述绝缘片介于所述电极组与所述外壳之间，并且将所述电极组与所述外壳彼此电绝缘，
其中，所述绝缘片被折叠以便包围所述电极组的所述下表面和所述四个侧表面。
2.根据权利要求1所述的矩形蓄电装置，其中，所述绝缘片不具有将所述绝缘片的一个部分与另一个部分接合在一起的任何焊接部。
3.根据权利要求1或2所述的矩形蓄电装置，其中，所述绝缘片在其未折叠状态下具有矩形的形状，并且包括：
第一区域，所述第一区域包括所述矩形的中心部分，并且覆盖所述电极组的所述下表面，
第二区域，所述第二区域各自被沿着所述下表面的两条对边回折，以便覆盖所述四个侧表面中的两个侧表面，以及
第三区域，所述第三区域被沿着所述下表面的另两个对边并且沿着所述四个侧表面之间的边界回折，以便覆盖所述四个侧表面中的另两个侧表面。
4.根据权利要求1至3中的任一项所述的矩形蓄电装置，包含：
正电极外部端子和负电极外部端子，所述正电极外部端子和所述负电极外部端子彼此电绝缘并且被布置在所述盖板上；
正电极引线片，所述正电极引线片将所述正电极和所述正电极外部端子彼此电连接；
负电极引线片，所述负电极引线片将所述负电极和所述负电极外部端子彼此电连接；以及
绝缘分隔构件，所述绝缘分隔构件被布置在所述电极组与所述盖板之间，
其中，所述分隔构件包括：被布置成面向所述电极组的底板，以及被布置成从所述底板的周边延伸的至少一个直立板，
所述底板包括：所述正电极引线片延伸通过的第一开口，以及所述负电极引线片延伸通过的第二开口，并且
所述至少一个直立板介于在所述正电极引线片和所述负电极引线片之中的至少一个引线片与所述电池外壳之间。
5.一种制造矩形蓄电装置的方法，所述方法包含：
(a)制备具有上表面、下表面和四个侧表面的棱柱形电极组的步骤，所述电极组包括正电极、负电极、以及介于所述正电极与负电极之间的隔膜；
(b)制备电解质的步骤；
(c)制备具有开口部的外壳的步骤，所述外壳用于容纳所述电极组和所述电解质；
(d)制备用于覆盖所述外壳的所述开口部的盖板的步骤；
(e)制备绝缘片的步骤，所述绝缘片介于所述电极组与所述外壳之间以便将所述电极组与所述外壳彼此电绝缘；
(f)折叠所述绝缘片以便包围所述电极组的所述下表面和所述四个侧表面的步骤；以及
(g)将所述电极组和折叠的所述绝缘片放入所述外壳中，使得所述绝缘片介于所述电极组与所述外壳之间的步骤。
6.根据权利要求5所述的制造矩形蓄电装置的方法，其中，所述绝缘片具有包括第一边和与所述第一边正交的第二边的矩形的形状，
所述电极组的所述下表面具有包括长边和短边的矩形的形状，
所述绝缘片的所述第一边比所述下表面的所述长边长，并且
所述步骤(f)包括：
将所述下表面和所述绝缘片彼此接触，使得所述下表面的所述长边与所述绝缘片的所述第二边正交，并且使得所述下表面的中心位于所述绝缘片的中心处，
将所述绝缘片各自沿着所述下表面的所述两条长边回折，
将所述绝缘片各自沿着所述下表面的所述两条短边回折，以及
将所述绝缘片沿着所述四个侧表面之间的边界回折。
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