CN108232273B - 二次电池堆的制造方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种二次电池堆的制造方法。该二次电池堆是将二次电池和树脂部件交替地层叠而得的层叠体，包括：第一加压工序，其沿要进行层叠的方向对与二次电池一起层叠之前的树脂部件进行加压；层叠工序，其将经过了第一加压工序的树脂部件与二次电池一起层叠而成为层叠体；以及第二加压工序，其沿层叠方向对层叠而得的层叠体进行加压。
Description
技术领域
本发明涉及二次电池堆的制造方法。
背景技术
将多个二次电池组合为一体而得的二次电池堆用于各种用途。在二次电池堆中，有的使用方形外形的二次电池。在上述那样的二次电池堆中，通常二次电池和大致平板状的框架部件在二次电池的厚度方向上层叠。
作为上述那样的构成的二次电池堆的一例，可以举出日本特开2012-129043所记载的“电池包1”。如图2和图14所示，所述文献的“电池包1”是“单电池10”(二次电池)和“分隔部件40”(框架部件)层叠而成的。并且，如所述文献的图1所示，用“端板31”和“带32”约束上述的层叠体使其成为一体。在所述文献的技术中，由“带32”对“电池包1”赋予约束力。所述约束力的施加是为了抑制“单电池10”的膨胀所必需的(参照所述文献的0023段)。
然而，在所述技术中，存在下面这样的问题点。有时在作为“电池包1”的一部分的“单电池10”中会发生短路不良。已知产生上述问题点的原因有上述的约束力的施加。在用“带32”来约束层叠体时沿层叠方向进行加压，因此，因所述加压在“单电池10”的内部压力也会上升。并且，所述加压强势进行到使“分隔部件40”一定程度地变形的程度。因此，有时此时的内压上升会引发因一定程度混入了“单电池10”内的微小的金属性异物导致的短路。
发明内容
本发明提供一种既抑制对组装时的二次电池的加压力的施加、又持续对做好的二次电池堆施加必要的载荷的二次电池堆的制造方法。
在本发明的技术方案中，一种二次电池堆的制造方法，所述二次电池堆是将二次电池和树脂部件交替地层叠而得的层叠体，包括：第一加压工序，其沿要进行层叠的预定的方向对与二次电池一起层叠之前的树脂部件进行加压；层叠工序，其将经过了第一加压工序的树脂部件与二次电池一起层叠而成为层叠体；以及第二加压工序，其沿层叠方向对层叠而得的层叠体进行加压。
根据本发明的技术方案，仅对树脂部件进行第一加压工序，不对二次电池进行第一加压工序。因此，在第一加压工序中，能够对树脂部件施加相对地高的加压载荷。在层叠工序中，将如上述那样预先进行了加压的树脂部件与二次电池一起层叠。因此，在对层叠体进行加压的第二加压工序中，不需要过度地施加载荷。即使如此，因进行了第一加压工序得到的效果，也会对做好的二次电池堆施加必要的载荷。
在本发明的技术方案中，也可以是，二次电池堆的制造方法还包括在第一加压工序时使树脂部件升温到不会熔化的范围内的温度的工序。根据本发明的技术方案，在因升温而使树脂部件软化了的状态下，进行第一加压工序，所以能够更切实地对树脂部件进行压缩。
在本发明的技术方案中，也可以是，在第一加压工序中使树脂部件发生蠕变变形。根据本发明的技术方案，可防止做好的二次电池堆中的载荷不足，会相对长时间地持续施加必要的载荷。
在本发明的技术方案中，也可以是，以比第一加压工序中的加压力弱的加压力来进行第二加压工序中的加压。根据本发明的技术方案，能够防止因对二次电池的加压载荷导致的损伤。
根据本发明的技术方案，提供了一种既抑制对组装时的二次电池的加压力的施加、又持续对做好的二次电池堆施加必要的载荷的二次电池堆的制造方法。
附图说明
以下将参照附图说明本发明的示例性实施方式的特征、优点以及技术和工业重要性，其中同样的附图标记表示同样的部件，并且附图中：
图1是利用实施方式的制造方法制造的二次电池堆的立体图。
图2是具有通气槽的框架部件的剖视图。
图3是示出预加压工序的示意图。
图4是示出进行取得预加压工序中的行程与载荷的关系的试验的状况的示意图。
图5是示出通过图4的试验得到的结果的图表。
图6是示出在预加压工序中一次对多个框架部件进行加压的情况的示意图。
图7是示出进行温度调整的情况下的预加压工序的示意图。
图8是示出正式加压工序的示意图。
图9是示出经过了预加压工序和正式加压工序的载荷的变迁的图表。
图10是根据有无预加压工序比较地示出施加于正式加压工序后的单元电池的载荷的经时变化的曲线图。
具体实施方式
以下，一边参照附图，一边对将本发明具体化了的实施方式详细地进行说明。本实施方式是在图1所示的二次电池堆1的制造方法中应用了本发明的实施方式。因此，首先对二次电池堆1简单地进行说明。图1的二次电池堆1是在单元电池2和框架部件3的厚度方向上交替地层叠多个单元电池2和框架部件3而得的。
单元电池2是锂离子二次电池或其他二次电池，为平板状的外形。更详细而言，单元电池2是使电极卷绕体内置于铝等方形的金属制壳体而成的。电极卷绕体是将正负的带状的电极板隔着分隔体交替地重叠卷绕并压缩成扁平状而成的。框架部件3为大致平板状，是形成为收纳单元电池2的框架状的树脂制部件。框架部件3也可以如图2所示在平坦部分形成有通气槽14。通气槽14为用于二次电池堆1的使用状态下的单元电池2的散热的形状。在以下的说明中为了简便省略了通气槽14。
另外，在二次电池堆1的图1近前侧端部，具备端面部件4。端面部件4与框架部件3同样地也为树脂制，二次电池堆1的两端为树脂制的部件。也可以是，在二次电池堆1还适宜地设置有例如日本特开2012-129043的图1中作为“20”所描绘的那样的捆束部件，但是省略了图示。
在本实施方式的制造方法中，关于单元电池2和框架部件3，作为单元电池2和框架部件3的单体均作为成品来供给。将作为单元电池2和框架部件3的单体的单元电池2和框架部件3组装成二次电池堆1这一层叠形态并进行固定的过程是本实施方式的制造方法的适用对象。在本实施方式中，按下面的步骤来制造二次电池堆1。以下，依次对各步骤进行说明。1.对框架部件3的预加压工序(第一加压工序)→2.单元电池2与框架部件3的层叠工序→3.对层叠体的正式加压工序(第二加压工序)
首先，对“1.”的预加压工序进行说明。预加压工序是如图3所示沿框架部件3的厚度方向对框架部件3进行加压的工序。所述预加压工序以与单元电池2组合之前的单独状态下的框架部件3为对象来进行。即，单元电池2不是预加压工序的对象物。在图3的预加压工序中，用固定块5和可动块6夹持着框架部件3的平坦部分。接着，用缸体7将可动块6朝向固定块5推压(推压力F)。由此，沿厚度方向对框架部件3的平坦部分进行加压。当然，所述加压的方向是之后将框架部件3和单元电池2一起层叠的预定的方向。缸体7的推压力F的发生源可以是气压也可以液压还可以是电磁力。在框架部件3中通过所述预加压工序加压了的部分发生蠕变变形。变形的内容当然是厚度方向上的压缩。所述蠕变变形造成的压缩，在解除了推压力F后也不会完全恢复，会某一程度地残留。
使用图4和图5更详细地对预加压工序中的加压的状况进行说明。图4示出了进行取得压缩的行程与载荷的关系的试验的状况。图4描绘了将用隔板(dummy plate)8从上下夹着框架部件3而得的物体放置到基板9之上，并用万能试验机(autograph)10从上往下进行推压的状况。基板9是不动的。基板9和下方的隔板8与固定块5相当，上方的隔板8与可动块6相当。能够一边用万能试验机10朝下推压上方的隔板8，一边测定此时的行程(下降量)和推压力F。
图5示出了用图4的装置使行程随时间的经过而线性地增加了时的、推压力F的载荷值的上升状况。在加压开始后4秒左右行程达到1.3mm，之后相反地使行程线性地减小。图5的图表是隔板8与框架部件3的接触面积在每个单面为50cm2的情况下的图表。
根据图5可知，即使开始进行加压，在行程达到0.6mm左右之前载荷值都几乎不会上升。从行程超过0.6mm起载荷值才急剧地上升，在最大行程时载荷值达到约30kN。在最大行程时之后，行程和载荷值均减小。只是，关于所述减小，载荷值比行程快，在行程返回到了0.6mm左右时载荷已基本为零。在此之后，是即使万能试验机10的行程进一步返回，框架部件3的压缩变形的恢复也不会跟进的状况。即，框架部件3成为蠕变变形了的状态。
在图5中，容许施加于要与框架部件3组合的单元电池2的载荷的上限值约为10kN。图5的图表中的最大的载荷值如前所述约为30kN，因此大幅超过容许上限值10kN。即，图5的图表中的最大的载荷是若施加于单元电池2则有可能在单元电池2的内部产生微小短路的程度的高载荷。然而，如参照图3进行了说明的那样，实际上不会对单元电池2施加预加压工序中的压缩载荷。因此，在本实施方式的预加压工序中，能够施加相对高的压缩载荷。
此外，在图4中使用了万能试验机10，这是因为作为试验需要读取压缩的行程和载荷的值。在实际的量产时，用图3所示那样的适当的缸体7足矣。另外，在实际的量产时，也可以是，如图6所示一次对多个框架部件3进行加压。在图6中，除所述的固定块5和可动块6之外还使用中间块11。在此，固定块5、可动块6、中间块11和隔板8，是具有耐受预加压工序中的加压载荷的强度的部件即可。可以是适当的金属部件。另外，这些部件能够反复地再次使用。
在此前的说明中，在预加压工序中不特别地进行温度调整。但是，不仅如此，也可以如图7所示在预加压工序中进行温度调整。在图7中，替代图3中的固定块5和可动块6而使用了内置有加热器的固定块12和可动块13。而且，优选的是，固定块12或可动块13还具备热敏电阻等温度传感器。由此，一边使框架部件3某一程度地升温一边进行预加压工序。
该情况下的框架部件3的升温温度为使作为框架部件3的原料的树脂某一程度地软化但未至熔化的程度。作为框架部件3的原料的树脂通常使用聚乙烯、聚丙烯等热塑性树脂。因此，框架部件3的升温温度不需要是过高的温度。升温温度为50℃以上且120℃以下的程度足矣。在上述那样进行温度调整的情况下的预加压工序中，压缩载荷也可以比上述的水准低。也可以与后述的正式加压工序中的压缩载荷为同一程度或为其以下。
另外，图7的固定块12和可动块13是设想内置有电热加热器而描绘的，但是加热方式不限于此。既可以是IH加热器也可以是红外线式还可以是利用温热流体的循环的加热方式。另外，也可以是使用没有内置加热器的固定块5和可动块6而在所述固定块5和可动块6的附近另行配置所述加热器的方式。当然，即使在如图6那样一次对多个框架部件3进行加压的情况下也能够采用温度调整方式。
接着，进行“2.”的层叠工序。所述层叠工序不是需要特别说明的工序，在该层叠工序中，将多个单元电池2和框架部件3在单元电池2和框架部件3的厚度方向上交替地重叠而成为图1所示的二次电池堆1那样的层叠体的形态。只是，所谓所述框架部件3使用经过上述的预加压工序而产生了蠕变变形的部件。
接着，进行“3.”的正式加压工序。在所述正式加压工序中，对在所述层叠工序中层叠而得的二次电池堆1的整体(包括端面部件4)进行加压。加压的方向是二次电池堆1的长边方向，即，各个单元电池2和/或框架部件3的厚度方向。所述正式加压工序中的加压，使用所述固定块5和缸体7如图8那样进行即可。通过所述正式加压使二次电池堆1一体化。也可以适当地进行捆束部件的安装。
只是，正式加压工序中的推压力G设为比上述的预加压工序中的没有进行温度调整的情况下的推压力F弱的力。这是因为在正式加压工序中单元电池2也成为加压的对象物。在正式加压工序中，为了在单元电池2的内部不产生微小短路，需要限定为适度地弱的加压。另一方面，必须进行二次电池堆1的组装后的加压即正式加压。这是因为若不进行正式加压则相反地会成为单元电池2异常的原因。在单元电池2的内部，正负的电极板的层叠体为因集电部件而从外装壳体的盖部件下垂的状态。因此，需要对单元电池2施加某一程度的加压使其成为夹紧层叠体的形态。这是因为，若不这样做，则电极板的层叠体有可能因开始使用后的振动等而从集电部件被撕裂。
图9中示出经过了预加压工序和正式加压工序的载荷的变迁。如图9所示，在本实施方式中，正式加压工序中的推压力G为与预加压工序中的推压力F相比相当低的水准。它的实现是因为如上述那样预先在预加压工序中已使框架部件3蠕变变形。如果不进行预加压工序就组装二次电池堆1并进行正式加压工序，则如图9中所示，需要比推压力G强的推压力H。因此，有时因推压力H而在单元电池2的内部产生微小短路。另外，若不进行预加压工序并且以不充分的弱的推压力G来进行正式加压工序，则有时会产生如上述那样因开始使用后的振动导致的不良情况。
通过图10来说明如上述那样因有无预加压工序而产生差异的原因。图10示出了正式加压工序后的施加于单元电池2的载荷的经时变化。图10的图表是基于取代缸体7而使用图4所示的万能试验机10测定到的结果的图表。在图10中，示出了以5.5kN的载荷值对进行了预加压工序的单元电池2和没有进行预加压工序的单元电池2进行正式加压工序，之后历经6个小时后测定施加于单元电池2的载荷而得的结果。对于进行了预加压工序的单元电池2的预加压工序时的载荷值，与图5所示的情况同样为30kN。
根据图10可知，在进行了预加压工序的单元电池2中，成为在正式加压结束后约2个小时左右载荷值的下降开始收敛，之后稳定的载荷持续施加于单元电池2的状况。因此，在开始使用后难以发生不良情况。这是因为，在预加压工序时已经使框架部件3蠕变变形了，所以在正式加压工序后蠕变变形几乎不会发展。
另一方面，在没有进行预加压工序的单元电池2中，即使在正式加压结束后经过了6个小时左右，载荷值的下降也平缓地持续着。在6个小时后的时刻，与进行了预加压工序的单元电池2的载荷值之差拉开到0.1kN左右。因此，有时在使用过程中对单元电池2的载荷不足，会发生因开始使用后的振动导致的不良情况。这是因为，使用了没有预先使其蠕变变形的框架部件3，所以在正式加压工序后蠕变变形会发展。在不进行预加压工序的情况下，为了补偿所述载荷的过度下降，如图9所示那样在正式加压工序时需要适度强的按压力H。但是，强的按压力H，如上所述，相反地会产生因压力过大导致的不良情况。
如以上详细地说明了的那样，根据实施方式，在制造将单元电池2和框架部件3交替地层叠而成的二次电池堆1时，先于层叠工序，进行仅对框架部件3加压使其发生蠕变变形的预加压工序。并且，如上所述将预先蠕变变形了的框架部件3与单元电池2一起层叠。由此，实现了既能将在层叠状态下进行的正式加压工序中的加压力抑制为不会在单元电池2中产生微小短路的程度的适度弱的力、又能持续对做好的二次电池堆1施加必要的载荷的制造方法。另外，由此，也排除了作为单元电池2的外装体使用过度坚固的外装体的必要。
此外，本实施方式只是例示而已，并不对本发明构成任何限定。因此，本发明当然能够在不脱离本发明主旨的范围内进行各种改良、变形。例如，单元电池2也可以是锂离子二次电池以外的种类的二次电池。另外，框架部件3也可以是单纯的平板状的树脂板。另外，关于载荷值和/或行程等所述的数值，只是关于特定尺寸的单元电池2时的例示。
Claims (2)
1.一种二次电池堆的制造方法，所述二次电池堆是将二次电池和树脂部件交替地层叠而得的层叠体，其特征在于，包括：
第一加压工序，其沿要进行层叠的预定的方向对与所述二次电池一起层叠之前的所述树脂部件进行加压；
层叠工序，其将经过了所述第一加压工序的所述树脂部件与所述二次电池一起层叠而成为所述层叠体；以及
第二加压工序，其沿层叠方向对层叠而得的所述层叠体进行加压，
在所述第一加压工序中，使所述树脂部件发生蠕变变形，
以比所述第一加压工序中的加压力弱的加压力来进行所述第二加压工序中的加压。
2.根据权利要求1所述的二次电池堆的制造方法，其特征在于，
还包括在所述第一加压工序时使所述树脂部件升温到不会熔化的范围内的温度的工序。
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