CN111033797B - 蓄电装置 - Google Patents

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Abstract

蓄电装置具备将多个二次电池和多个缓冲板交替地配置而成的电池层叠体。各缓冲板分别具有非变形部和随着二次电池的体积变化而弹性变形的变形部。非变形部具有供变形部嵌入的贯通孔。变形部形成得比非变形部厚。

Description

蓄电装置
技术领域
本公开涉及一种蓄电装置。
背景技术
以往，已知包括二次电池和缓冲板的蓄电装置。例如，在专利文献1中公开了一种蓄电装置，其中，电连接的多个二次电池和多个缓冲板沿着预定方向交替地排列，并且以沿着该排列方向施加载荷的状态进行约束。另外，在专利文献1中公开了在缓冲板的与二次电池抵接的接触面形成有允许随着充放电而产生的二次电池的体积变化的变形部和不允许二次电池的体积变化的非变形部的结构。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2014-157747号公报
发明内容
如上所述，构成蓄电装置的二次电池因充放电而膨胀、收缩而体积变化。也就是说，二次电池的体积根据充电率(State of Charge：SOC)而变化。在二次电池的SOC较低时，二次电池的约束力因二次电池的收缩而减小，因此例如难以稳定地保持二次电池，也能够设想因振动而发生极板间的偏移。另一方面，在SOC较高时，因二次电池的膨胀而产生的反作用力增大，能够设想例如施加于电极体的压力上升而循环特性降低。
本公开的目的在于，提供一种能够允许随着充放电而产生的二次电池的体积变化，并且稳定地保持二次电池的蓄电装置。
作为本公开的一技术方案的蓄电装置的特征在于，该蓄电装置包括：二次电池，其为至少1个；以及缓冲板，其为至少两个，分别抵接于所述二次电池的彼此相对的侧壁，所述各缓冲板分别具有非变形部和随着所述二次电池的体积变化而弹性变形的变形部，所述非变形部具有供所述变形部嵌入的贯通孔或凹部，所述变形部形成得比所述非变形部厚。
采用本公开的一技术方案，能够提供能够允许随着充放电而产生的二次电池的体积变化，并且稳定地保持二次电池的蓄电装置。采用作为本公开的一技术方案的蓄电装置，在SOC较低的状态下，能够提高二次电池的耐振动性，在SOC较高的状态下，能够抑制因二次电池的膨胀而产生的反作用力。
附图说明
图1是作为实施方式的一例的蓄电装置的立体图。
图2是表示沿着图1中的AA线的截面的局部的图，表示二次电池的SOC为0％的状态。
图3是表示沿着图1中的AA线的截面的局部的图，表示二次电池的SOC为100％的状态。
图4是作为实施方式的一例的缓冲板的分解立体图。
图5是用于说明作为实施方式的一例的缓冲板的大小和配置的图。
图6是表示作为实施方式的另一例的缓冲板的剖视图。
具体实施方式
以下，参照附图详细地说明实施方式的一例。不过，本公开的蓄电装置不限定于以下说明的实施方式。在实施方式的说明中参照的附图是示意性地记载，在附图中描绘的构成要素的尺寸比例等应该参照以下的说明来判断。另外，在本说明书中，关于“大致～”这一记载，若以“大致平行”为例进行说明，则意指完全平行的状态和能够认为实质平行的状态这两者。
以下，例示具备包含多个二次电池和多个缓冲板的电池层叠体的蓄电装置，但本公开的蓄电装置也可以由1个二次电池和分别抵接于该电池的彼此相对的侧壁的两个缓冲板构成。另外，设为构成电池层叠体的多个二次电池电连接的结构而进行说明，但也可以是各二次电池不电连接，也可以是多个二次电池中的仅一部分二次电池相互电连接。即，构成1个电池层叠体的多个二次电池也可以是各个二次电池分别能够充放电地连接于电源的结构，或者也可以是每个预定的电池块能够充放电地连接于电源的结构。
另外，作为构成二次电池的电极体，例示隔着隔板将多个正极和多个负极交替地层叠而成的层叠型的电极体，但电极体也可以是隔着隔板将长条状的正极和长条状的负极卷绕而成的卷绕型。
图1是作为实施方式的一例的蓄电装置10的立体图。图2和图3是表示沿着图1中的AA线的截面的局部的图。图2表示二次电池12的SOC为0％的状态，图3表示二次电池12的SOC为100％的状态。
如图1～图3所例示，蓄电装置10具备将多个二次电池12和多个缓冲板20交替地配置而成的电池层叠体11。另外，蓄电装置10具备自二次电池12和缓冲板20排列的方向的两侧按压电池层叠体11的一对端板18。在本实施方式中，构成电池层叠体11的多个二次电池12和多个缓冲板20沿着水平方向排列。以下，为了便于说明，将二次电池12和缓冲板20排列的方向设为“第1方向或厚度方向”，将水平方向中的与第1方向正交的方向设为“第2方向或横向”，将与第1方向和第2方向正交的方向设为“上下方向”。
蓄电装置10是将多个二次电池12电连接而构成的组合电池，也被称为电池模块或电池组。在本实施方式中，构成电池层叠体11的所有的二次电池12相互电连接。作为二次电池12的例子，能够举出锂离子电池等非水电解质二次电池。在图1所示的例子中，电池层叠体11由7个作为方形电池的二次电池12构成，但二次电池12的数量没有特别限定。
蓄电装置10具备与各端板18连结的束紧条19以利用一对端板18对电池层叠体11作用预定的紧固压力。各端板18是在第2方向(横向)上比二次电池12稍长的板状体，从第1方向的两侧夹持电池层叠体11。束紧条19例如是沿着第1方向设置的棒状的构件，分别设于电池层叠体11的第2方向两侧。
在本实施方式中，两根束紧条19跨设于一对端板18地安装。即，一对端板18由两根束紧条19连结。具体而言，束紧条19的一端部与一端板18连结，束紧条19的另一端部与另一端板18连结，利用各端板18对电池层叠体11作用预定的紧固压力。通过调整束紧条19相对于端板18的连结力，能够变更该紧固压力。
构成电池层叠体11的各二次电池12分别具备由外装罐13和封闭外装罐13的开口部的封口板14构成的电池壳体。以各二次电池12的封口板14朝向相同的方向，另外封口板14的高度对齐的方式交替地配置二次电池12和缓冲板20，从而构成电池层叠体11。作为发电要素的电极体30和电解液收纳于外装罐13。另外，也可以代替电解液地使用固体电解质，该固体电解质使用凝胶状聚合物等。
图1所例示的电池壳体是由有底筒状的外装罐13和在横向上较长的在俯视时呈大致矩形形状的封口板14构成的方形的金属制壳体。外装罐13具有彼此相对配置的两个侧壁13A、彼此相对配置的两个侧壁13B以及在横向上较长的在仰视时呈大致矩形形状的底面部。4个侧壁部例如相对于底面部大致垂直地形成。电池壳体的上表面部由封口板14形成。
二次电池12具有正极端子15和负极端子16。例如，正极端子15设于封口板14的横向一端侧，负极端子16设于封口板14的横向另一端侧。电池层叠体11具备将相邻的二次电池12的电极端子彼此连接的多个汇流条17。在本实施方式中，以相邻的二次电池12的正极端子15和负极端子16的位置彼此相反的方式排列各二次电池12，利用汇流条17将相邻的二次电池12串联地连接。即，汇流条17将相邻的二次电池中的一个二次电池12的正极端子15和另一个二次电池12的负极端子16连接。
电极体30是由多个正极31(参照后述的图5)和多个负极隔着隔板沿着第1方向交替地层叠而成的层叠型的电极体。负极通常比正极31大一圈，负极的复合材料层必定与正极31的形成有复合材料层的部分相对配置。在电极体30中，既可以使用多个隔板，也可以使用曲折的1片隔板。电极体30的层叠构造例如通过利用缓冲板20从二次电池12的厚度方向两侧按压来维持。另外，在图2中，电极体30以不与外装罐13的底面部接触的状态收纳于外装罐13内，但电极体30也可以与底面部接触。
在本实施方式中，正极31和负极与外装罐13的各侧壁13A大致平行地配置。另外，各侧壁13A与各端板18大致平行地配置。因此，利用一对端板18作用于电池层叠体11的上述紧固压力即各二次电池12的约束力作用于侧壁13A。侧壁13A以面积比侧壁13B的面积大且比正极31和负极的面积大的方式形成。侧壁13B在厚度方向上形成得比电极体30的厚度长。例如，侧壁13A具有横向上的长度比上下方向上的长度长的大致矩形形状，侧壁13B具有上下方向上的长度比厚度方向上的长度长的大致矩形形状。对于二次电池12而言，在侧壁13A、13B中，仅侧壁13A随着由充放电导致的电极体30的体积变化而变形。
缓冲板20介于两个二次电池12之间，抵接于各二次电池12的侧壁13A。在图1所示的例子中，在二次电池12与各端板18之间也分别配置有缓冲板20。电池层叠体11具有比二次电池12的数量多1个的8个缓冲板20。由端板18施加的紧固压力借助各缓冲板20传递到各二次电池12的侧壁13A，借助侧壁13A作用于电极体30。缓冲板20具有允许二次电池12的体积变化，并且将相邻的二次电池12的端子间距离维持为恒定的功能。
以下，进一步参照图4和图5详细地说明缓冲板20。图4是缓冲板20的分解立体图，图5是用于说明缓冲板20的大小和配置的图。
如图2～图4所例示，各缓冲板20分别具有非变形部21和随着二次电池12的体积变化而弹性变形的变形部22。非变形部21具有供变形部22嵌入的贯通孔23。缓冲板20以变形部22插入非变形部21的贯通孔23的状态配置于两个二次电池12的间隙。另外，变形部22形成得比非变形部21厚。利用与非变形部21相比具有厚度的变形部22插入贯通孔23的结构，能够在不增大相邻的二次电池12的间隔(以下有时称为“单体间距离”)的前提下高效地跟随二次电池12的体积变化。
在本说明书中，对于变形部22的厚度等尺寸而言，只要没有特别说明，均表示在未作用载荷的状态下的尺寸。在自二次电池12的间隙卸下了缓冲板20时，或者在因SOC的降低而导致二次电池12的厚度减小而压缩载荷减小的状态(参照图2)下，变形部22自非变形部21的厚度方向两侧沿着第1方向突出。另外，变形部22在刚刚制造蓄电装置10之后和二次电池12的SOC为0％的状态下也在厚度方向上压缩一定程度。在该情况下，即使二次电池12的SOC为0％也自变形部22向侧壁13A作用按压力(复原力)而借助侧壁13A夹持电极体30。
非变形部21是实质不随着二次电池12的体积变化而变形的部分，由弹性模量比变形部22的弹性模量高的材料构成。非变形部21例如由刚度较高的绝缘性的树脂材料构成。缓冲板20具有非变形部21，从而缓冲板20的形状稳定化，能够更稳定地约束并保持二次电池12。另外，通过设置非变形部21，容易将二次电池12的端子间距离维持为恒定。
变形部22是随着二次电池12的体积变化而弹性变形的部分，由比非变形部21柔软的弹性模量较低的材料构成。变形部22例如由绝缘性的橡胶、发泡体、弹性体等构成。作为具体例，能够举出硅橡胶、氟橡胶、乙烯-丙烯橡胶等橡胶、聚氨酯、聚烯烃、聚苯乙烯、聚酰亚胺、酚醛树脂、硅树脂等发泡体。缓冲板20具有变形部22，从而能够吸收二次电池12的体积变化，能够抑制因二次电池12的膨胀而产生的反作用力。在SOC降低而二次电池12收缩时，能够按压侧壁13A而改善二次电池12的耐振动性。
另外，在变形部22中使用发泡体那样的多孔质材料、NASBIS(注册商标)那样的导热性较低的材料，从而提高二次电池12间的隔热性能，提高延烧的抑制功能。
如图4所例示，非变形部21以与侧壁13A的周缘部抵接的方式形成为框状。贯通孔23的形状没有特别限定，但优选为矩形形状。优选的是，贯通孔23形成于非变形部21的包含中央部的广阔范围。贯通孔23例如以孔缘与非变形部21的端部大致平行的方式在非变形部21的周缘部剩余大致恒定宽度的框状部分地形成。非变形部21是横向长度W21比上下方向长度L21长的矩形的框体，以长度方向沿着电池层叠体11的横向的方式配置。
在蓄电装置10中，相邻的两个二次电池12的最短距离由非变形部21的厚度T21决定。即，单体间距离(最短距离)与厚度T21大致相同。非变形部21的厚度T21的一例是1mm～3mm。即使二次电池12的体积变化厚度T21也不变化，因此单体间距离与二次电池12的SOC无关地维持为恒定。另一方面，变形部22的厚度T22随着二次电池12的体积变化而变化。
变形部22是扁平的长方体，具有比非变形部21的厚度T21大的厚度T22。不过，在因SOC的上升而导致二次电池12膨胀时，变形部22压缩而厚度T22变得比厚度T21小。也就是说，在变形部22未压缩的状态下，变形部22具有比非变形部21的厚度大的厚度。变形部22因例如二次电池12的体积变化而厚度T22变化至少200μm。
变形部22的厚度T22比二次电池12的厚度与非变形部21的厚度T21的总和小，优选比二次电池12的厚度小。厚度T22例如是非变形部21的厚度T21的1.5倍～3倍，作为具体例是1.5mm～9mm。
变形部22以能够插入非变形部21的贯通孔23的大小形成。变形部22能够弹性变形，因此也可以具有比贯通孔23大的尺寸，但为了高效地吸收二次电池12的体积增量，优选以与贯通孔23同等或贯通孔23以下的尺寸形成。即，优选满足变形部22的横向长度W22≤贯通孔23的横向长度W23，并且变形部22的上下方向长度L22≤贯通孔23的上下方向长度L23的条件。
图5是二次电池12的主视图，利用假想线表示缓冲板20。在图5中，在外装罐13的侧壁13A中，对与非变形部21抵接的部分标注斜线阴影，对与变形部22抵接的部分标注点状阴影。
如图5所例示，优选的是，缓冲板20配置为与二次电池12抵接的面(以下有时称为“抵接面”)比正极31大，隔着侧壁13A与正极31的整体相对。当在正极31形成有引线部等不存在复合材料层的集电体暴露部的情况下，缓冲板20的抵接面比正极31的除了暴露部以外的部分大即可。即，优选的是，缓冲板20的抵接面的面积比正极31的形成有复合材料层的部分的面积大。另一方面，从蓄电装置10的小型化等观点出发，优选的是，缓冲板20的抵接面的面积为外装罐13的侧壁13A的面积以下。
在本实施方式中，缓冲板20的抵接面具有与外装罐13的侧壁13A大致相同的面积，形成为面积比正极31和负极的面积大。另外，缓冲板20以不自各二次电池12之间伸出的方式以抵接面的周缘与侧壁13A的周缘大致一致的状态配置。
优选的是，非变形部21配置为贯通孔23的缘部隔着侧壁13A与正极31的周缘部相对。由于负极比正极31大一圈，在该情况下，贯通孔23的缘部配置为与负极的周缘部相对。即，利用非变形部21推压极板的周缘部。另一方面，优选的是，非变形部21不与极板的除了周缘部以外的广阔范围相对。因此，贯通孔23以非变形部21仅与极板的周缘部相对那样的大小形成。在该情况下，在极板的与非变形部21相对的周缘部处抑制电极体30的膨胀，但作用于电极体30的约束力稳定化，易于抑制极板间的偏移。
优选的是，变形部22配置为与二次电池12抵接的面(抵接面)比正极31小，隔着侧壁13A与正极31相对。在该情况下，变形部22的抵接面的整体与正极31和负极相对配置。变形部22的抵接面也可以比极板面积大，但如上所述，优选的是，以非变形部21与极板的周缘部相对的方式使抵接面比极板小一圈。不过，由于变形部22与极板的广阔范围，例如极板面积的80％以上的范围相对配置，因此能够充分地缓和由电极体30的体积变化产生的影响。
在具备上述的结构的蓄电装置10中，当二次电池12的SOC升高时，电极体30膨胀而厚度增加，被电极体30按压的外装罐13的侧壁13A变形而向外侧鼓起，二次电池12的厚度增加(参照图3)。当二次电池12的厚度变大时，变形部22压缩而压入非变形部21的贯通孔23内。换言之，二次电池12的局部进入贯通孔23内。另外，非变形部21不变形，单体间距离不变化。也就是说，各二次电池12的厚度的增加被缓冲板20的变形部22吸收。缓冲板20对各二次电池12的电极体30施加预定的压力而均匀地维持极板距离，并且减小因各二次电池12的膨胀而产生的反作用力。
另一方面，在蓄电装置10中，在二次电池12的SOC降低时，电极体30的厚度减小(参照图2)。当电极体30的厚度减小时，外装罐13的侧壁13A因变形部22的按压力(复原力)而变形而向内侧凹陷，借助侧壁13A自厚度方向两侧按压电极体30。由于电极体30的厚度的减小，作用于变形部22的压缩载荷减小，因此变形部22要恢复为原来的形状而鼓起，越过非变形部21的抵接面地向第1方向两侧鼓出，并且借助侧壁13A对电极体30施加预定的压力。因此，在SOC较低的状态下，能够提高二次电池12的耐振动性，能够抑制极板间的偏移。
如上所述，采用蓄电装置10，能够允许随着充放电而产生的二次电池12的体积变化，并且能够稳定地保持二次电池12。缓冲板20与二次电池12的SOC无关地与外装罐13的侧壁13A抵接，对电极体30施加预定的压力。因此，在SOC较低的状态下，能够提高二次电池12的耐振动性，在SOC较高的状态下，能够抑制因二次电池12的膨胀而产生的反作用力。利用比非变形部21厚的变形部22插入贯通孔23的结构，例如能够缩短单体间距离而实现装置的小型化，并且能够提高循环特性。
图6是表示作为实施方式的另一例的缓冲板20X的剖视图。如图6所例示，在缓冲板20X的非变形部21X形成有凹部23X来代替贯通孔23，在这一点上与缓冲板20的非变形部21不同。在非变形部21X的与各二次电池12相对的两面中的除了周缘部以外的广阔范围形成有供变形部22X嵌入的凹部23X。变形部22X设于非变形部21X的两侧，形成得比非变形部21X厚。在该情况下，各变形部22X的厚度T22X的总和比非变形部21X的厚度T21X大即可。各变形部22X的厚度T22X既可以以比厚度T21X大，也可以比厚度T21X小，还可以与厚度T21X相同。
缓冲板20X与缓冲板20同样，优选的是，配置为与二次电池12抵接的面比正极31大，隔着侧壁13A与正极31的整体相对。另外，优选的是，非变形部21X配置为凹部23X的缘部隔着侧壁13A与正极31的周缘部相对。变形部22X的与二次电池12抵接的面比正极31小，隔着侧壁13A与正极31相对配置。
在使用缓冲板20X的情况下也是，在二次电池12的SOC上升而电极体30的厚度增加时，变形部22X压缩而压入凹部23X内。另一方面，在二次电池12的SOC降低而电极体30的厚度减小时，变形部22X向缓冲板20的厚度方向两侧鼓出。由此，在SOC较低的状态下，能够提高二次电池12的耐振动性，在SOC较高的状态下，能够抑制因二次电池12的膨胀而产生的反作用力。
附图标记说明
10、蓄电装置；11、电池层叠体；12、二次电池；13、外装罐；13A、13B、侧壁；14、封口板；15、正极端子；16、负极端子；17、汇流条；18、端板；19、束紧条；20、20X、缓冲板；21、21X、非变形部；22、22X、变形部；23、贯通孔；23X、凹部；30、电极体；31、正极。

Claims (2)

1.一种蓄电装置，其中，
该蓄电装置包括：
二次电池，其为至少1个；以及
缓冲板，其为至少两个，分别抵接于所述二次电池的彼此相对的侧壁，
各所述缓冲板分别具有非变形部和随着所述二次电池的体积变化而弹性变形的变形部，
所述非变形部具有供所述变形部嵌入的贯通孔或凹部，
所述变形部形成得比所述非变形部厚，
所述二次电池具有隔着隔板将多个正极和比所述正极大的多个负极交替地层叠而成的电极体，
所述缓冲板配置为与所述二次电池抵接的面比所述正极大，隔着所述侧壁与所述正极的整体相对，
所述非变形部配置为以所述贯通孔或所述凹部的缘部隔着所述侧壁与所述正极的周缘部相对的方式抵接于二次电池的侧壁，
所述变形部配置为与所述二次电池抵接的面比所述正极小，隔着所述侧壁与所述正极相对。
2.根据权利要求1所述的蓄电装置，其中，
该蓄电装置包括：
电池层叠体，其由多个所述二次电池和多个所述缓冲板交替地配置而成；以及
端板，其为一对，自所述二次电池和所述缓冲板排列的方向的两侧按压所述电池层叠体。
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