CN116169439A - 电池单体 - Google Patents

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Abstract

本发明的目的在于提供一种电池单体，其能够防止集电器的损伤或断裂，并能够可靠地确保集电器与端子之间的导电性。为了解决上述问题，本发明提供一种电池单体，其具备：发电元件，其具备多个集电器；及，端子，其在多个集电器的层叠方向上延伸并与多个集电器电连接；并且，端子插入形成在多个集电器上的孔部，并且在集电器与端子的抵接部位，形成有弯曲部，在多个集电器彼此之间且抵接部位的周围，配置有间隔保持部件。

Description

电池单体
技术领域
本发明涉及一种电池单体。
背景技术
以往，具有高能量密度的锂离子二次电池等二次电池正在广泛普及。近年来，从改善能量效率、扩大可再生能量的比例来减轻对地球环境的不良影响、以及减少CO2的观点出发，正在研究将二次电池使用于车载等各种用途。二次电池具有以下结构，即在正极与负极之间存在固体电解质(隔膜)，并且填充有液体或固体电解质(电解液)。
不论在使用液体电解质还是固体电解质的锂离子二次电池中，都要重复层叠包括正极集电器的正极、电解质、及包括负极集电器的负极。而且，在每一个正极和负极中，将多个集电器从相同方向拉出，然后将多个集电器捆扎，之后与引线端子连接(例如，参照专利文献1)。
如专利文献1所揭示的技术，在将多个集电器捆扎并与引线端子连接时，由于箔状的集电器弯曲而产生应力，因此，集电器可能会由于振动等而损伤或断裂。因此，也考虑使集电器单独与在集电器的层叠方向上延伸出的引线端子接触。
作为使集电器与在集电器的层叠方向上延伸出的引线端子接触的技术，可列举如下的方法，在层叠方向的任意一个端部，将捆扎的集电器汇集，只在该部分上使引线端子延伸来与集电器接触(例如，参照专利文献2)。
[先前技术文献]
(专利文献)
专利文献1：日本特开2008-159592号公报
专利文献2：日本特开2010-027494号公报
发明内容
[发明所要解决的问题]
专利文献2中所揭示的技术与专利文献1中所揭示的技术相同，由于多个集电器汇集在一起，因此，集电器会因涂层的厚度而弯曲，集电器有可能损伤或断裂。另外，如果将端子插入形成在集电器上的孔部，并由铆钉产生轴向力而使集电器仅压在端子上，集电器会仅在端面上与端子接触，因此，存在可能无法可靠地确保集电器与端子之间的导电性的问题。
本发明是鉴于上述问题而形成的，目的在于提供一种电池单体，其能够防止集电器的损伤和断裂，并能够可靠地确保集电器与端子之间的导电性。
[解决问题的技术手段]
(1)本发明涉及一种电池单体，其具备：发电元件，其具备多个集电器；及，端子，其在前述多个集电器的层叠方向上延伸并与前述多个集电器电连接；并且，前述端子插入形成在前述多个集电器上的孔部，并且在前述集电器与前述端子的抵接部位，形成有弯曲部，在前述多个集电器彼此之间且前述抵接部位的周围，配置有间隔保持部件。
根据(1)的发明，能够提供一种电池单体，其能够防止集电器的损伤和断裂，并能够可靠地确保集电器与端子之间的导电性。
(2)根据(1)所述的电池单体，其中，具有外装体，所述外装体具有插入前述端子的孔部，前述端子在前述层叠方向的端部延伸至前述外装体的外侧。
根据(2)的发明，能够在集电器的层叠方向端部上设置电池单体的电极。
(3)根据(2)所述的电池单体，其中，在前述外装体的前述孔部的端面与前述端子的抵接部位，形成有弯曲部。
根据(3)的发明，能够提高外装体的密封性。
(4)根据(3)所述的电池单体，其中，前述外装体的弯曲部的弯曲量小于前述集电器的弯曲部的弯曲量。
根据(4)的发明，能够防止外装体进入集电器与端子之间，并能够使集电器与端子可靠地接触。
(5)根据(3)或(4)所述的电池单体，其中，配置在前述外装体外部的前述端子在前述层叠方向的一个端部的直径大于配置在前述外装体内部的前述端子的直径，在前述端子的端部与前述外装体之间，配置有引线端子或间隙嵌入部件。
根据(5)的发明，变得容易从电池单体中获取电流，并且能够提高外装体的密封性。
(6)根据(5)所述的电池单体，其中，前述端子的端部与前述引线端子或前述第二间隔保持部件利用凹凸、螺钉形状和铆钉中的任意一种方式嵌合。
根据(6)的发明，能够进一步提高外装体的密封性。
(7)根据(1)所述的电池单体，其中，具有外装体，所述外装体在内部收容前述发电元件与前述端子，前述外装体在前述发电元件与层叠端面抵接的抵接面上具有导电层。
根据(7)的发明，能够降低电池单体的电阻，并且能够提高气密性。
(8)根据(7)所述的电池单体，其中，前述外装体具有树脂层，所述树脂层在前述抵接面上覆盖前述导电层的外周，前述抵接面上的前述导电层的面积大于前述抵接面上的前述树脂层的面积。
根据(8)的发明，能够降低电池单体的电阻，并且能够提高气密性。
附图说明
图1是本发明的第一实施方式的电池单体的俯视图。
图2是图1中的A-A线剖面图。
图3是图1中的B-B线剖面图。
图4是本发明的第二实施方式的电池单体的剖面图。
图5是本发明的第二实施方式的从抵接面观察的外装体的示意图。
具体实施方式
以下，参照图式对本发明的一实施方式进行说明。本发明的内容不限定于以下的实施方式的描述。在以下的实施方式中，以锂离子固体二次电池为例，对电池单体进行说明，但本发明不限定于上述，也可以将本发明应用于除锂离子二次电池之外的固体二次电池。
《第一实施方式》
<电池单体的整体构造>
如图1至3所示，本实施方式的电池单体1具有作为引线端子的负极引线端子20和正极引线端子30、及外装体6。如图2和图3所示，电池单体1具有层叠体作为发电元件，所述层叠体层叠有收容在外装体6的内部的负极集电器22、负极活性物质层23、固体电解质层4、正极集电器32、及正极活性物质层33。如图2所示，多个负极集电器22被从层叠体的端面朝相同方向拉出，并分别与负极端子21a或21b抵接。同理，如图3所示，多个正极集电器32被从层叠体的端面朝相同方向拉出，并分别与正极端子31a或31b抵接。
作为发电元件的上述层叠体在各负极集电器22的两面上层叠有负极活性物质层23，在各正极集电器32的表面上层叠有正极活性物质层33。它们可以是分开的层，也可以将集电器与活性物质层形成为ー体。而且，在负极集电器22及负极活性物质层23与正极集电器32及正极活性物质层33之间，层叠有固体电解质层4。上述层叠单位可以重复层叠多个，层叠的数量没有特别限定。
[负极集电器]
负极集电器22没有特别限定，可以使用可用于二次电池的负极的公知的集电器。作为负极集电器22，可使用箔状的金属箔。可列举例如不锈钢(SUS)箔、铜(Cu)箔等金属箔。
[负极活性物质层]
作为构成负极活性物质层23的负极活性物质没有特别限定，可以使用作为二次电池的负极活性物质而公知的物质。对于其组成没有特别限定，可以包含固体电解质、导电助剂、或粘合剂等。作为负极活性物质，可列举例如锂金属、Li-A1合金或Li-In合金等锂合金、Li4Ti5O12等钛酸锂、碳纤维或石墨等碳材料等。
[正极集电器]
正极集电器32没有特别限定，可以使用可用于二次电池的正极的公知的集电器。作为正极集电器32，可使用箔状的金属箔。可列举例如不锈钢(SUS)箔、铝(A1)箔等金属箔。
[正极活性物质层]
作为构成正极活性物质层33的正极活性物质没有特别限定，可以使用作为二次电池的正极活性物质而公知的物质。对于其组成没有特别限定，可以包含固体电解质、导电助剂、或粘合剂等。作为正极活性物质，可列举例如二硫化钛、二硫化钼、硒铌等过渡金属硫属化物、镍酸锂(LiNiO2)、锰酸锂(LiMnO2、LiMn2O4)、钴酸锂(LiCoO2)等过渡金属氧化物等。
[负极端子和正极端子]
负极端子21a和21b是具有近似圆筒形状的导电部件，例如由经由连结部件C在外装体6的内部连结的两个部件所构成。负极端子21a和21b在上述层叠体中的多个负极集电器22的层叠方向上延伸，并在外装体6的内部与从上述层叠体中拉出的多个负极集电器22电连接。负极端子21a的一个端部配置在外装体6的外部，具有比配置在外装体6的内部的负极端子21a大的直径。作为负极端子的构造，不限定于由上述两个部件的构成，也可以是一个部件。但是，借由上述两个部件构成负极端子，能够方便地将负极端子插入形成在负极集电器22上的孔部并固定。
在上述负极端子21a的一个端部与外装体6之间，配置有作为引线端子的负极引线端子20。负极引线端子20经由凹凸部211与负极端子21a嵌合。由此，能够提高上述层叠体的密封性。此外，也可以配置作为分开的部件的间隙嵌入部件，来代替负极引线端子20。作为上述间隙嵌入部件，没有特别限制，只要是可以与负极引线端子20和负极端子21a电连接，且具有导电性的部件即可。负极引线端子20与负极端子21也可以利用螺钉形状、或铆钉中的任意一种方式代替上述凹凸部嵌合。
正极端子31a和31b具有与上述负极端子21a和21b相同的构造。
[固体电解质层]
作为构成固体电解质层4的固体电解质，没有特别限定，可以列举例如硫化物系固体电解质材料、氧化物系固体电解质材料、氮化物系固体电解质材料、卤化物系固体电解质材料等。
[引线端子]
负极引线端子20和正极引线端子30没有特别限定，优选的是铝(Al)、铜(Cu)等具有可挠性的线形板状部件。
[外装体]
外装体6收容作为发电元件的上述层叠体。利用外装体6，可以防止大气和水分进入上述层叠体。外装体6由包含铝箔等无机物薄膜和树脂层的层压薄膜等构成。
<集电器与端子的连接结构>
如图2所示，在从上述层叠体的端面拉出的多个负极集电器22上，形成有插入负极端子21a和21b的孔部。形成在负极集电器22上的孔部的直径的尺寸，在插入负极端子21a和21b之前的状态下，小于配置在外装体6的内部的负极端子21a和21b的直径的尺寸。而且，扩大上述孔部的直径，并将负极端子21a和21b插入形成在上述多个负极集电器22上的孔部。由此，在负极端子21a和21b与多个负极集电器22的抵接部位，形成有弯曲部221。
弯曲部221是将形成在作为金属箔的负极集电器22上的孔部的直径扩大而形成的，因此，具有朝向与负极端子21a和21b抵接的方向的应力。由此，能够增大负极集电器22与负极端子21a和21b的接触面积，并且能够使负极集电器22与负极端子21a和21b可靠地接触，并能够可靠地确保负极集电器22与负极端子21a和21b之间的导电性。此外，在图1至图3中，弯曲部221分别形成在作为金属箔的多个负极集电器22的短边侧的端部附近，但弯曲部221也可以分别形成在作为金属箔的多个负极集电器22的长边侧的端部附近。由此，能够使电流分布均衡。
在外装体6上，形成有插入负极端子21a的孔部。形成在外装体6上的孔部的直径的尺寸，在插入负极端子21a之前的状态下，小于配置在外装体6的内部的负极端子21a的直径的尺寸。而且，将形成在上述外装体6上的孔部的直径扩大，并将负极端子21a插入形成在上述外装体6上的孔部。由此，在上述孔部的端面与负极端子21a的抵接部位，形成弯曲部。因此，能够使上述孔部的端面与负极端子21a可靠地接触。以往，由于水分从由层压薄膜等构成的外装体与从外装体的端部延伸出的金属端子被热焊接的部位渗透等，导致电池单体的寿命缩短，但利用上述构造，能够提高外装体6的密封性，并能够延长电池单体的寿命。
除上述之外，优选为，形成在外装体6上的上述弯曲部的弯曲量小于形成在负极集电器22上的弯曲部221的弯曲量。由此，即使在与外装体6相邻的负极集电器22中，也能够防止外装体6进入负极端子21a与负极集电器22之间，因此，能够可靠地确保负极端子21a与上述负极集电器22之间的导电性。上述构造可以由以下方式实现，将形成在插入负极端子21a之前的状态下的负极集电器22上的孔部的直径，设为比形成在外装体6上的孔部的直径小。
如图2所示，在从上述层叠体的端面拉出的多个负极集电器22彼此之间，且在与作为负极端子21a和21b的抵接部的弯曲部221的周围，配置有作为间隔保持部件的垫片5a。垫片5a的层叠方向的厚度与上述层叠体中的相邻的负极集电器22彼此的间隔几乎相同。由此，能够将从上述层叠体的端面拉出的多个负极集电器22不弯曲而大致平行地配置在除了作为与负极端子21a和21b的抵接部位的弯曲部221之外的部位上。由此，能够防止负极集电器22损伤或断裂。
如图3所示，在从上述层叠体的端面拉出的多个正极集电器32中，也形成有插入正极端子31a和31b的孔部。正极集电器32、正极端子31a、及31b具有与上述负极集电器22、负极端子21a和21b相同的构造，在正极端子31a和31b与多个正极集电器32的抵接部位，形成有弯曲部321。由此，能够获得与上述负极集电器22、负极端子21a和21b相同的效果。
如图3所示，在从上述层叠体的端面拉出的多个正极集电器32彼此之间，且在弯曲部321的周围，配置有作为间隔保持部件的垫片5a。垫片5a的厚度与上述层叠体中的相邻的正极集电器32彼此的间隔几乎相同。另一方面，在本实施方式的层叠体中，由于在正极端子31a侧的层叠方向端部配置有负极集电器22，因此，在该部位上在外装体6与正极集电器32之间配置有垫片5b。垫片5b的厚度小于垫片5a的厚度。在正极端子31b侧的层叠方向端部上，具有规定的厚度的正极端子31b的外装体6侧的端部被密封在外装体6的内部，因此，在正极端子31b侧的层叠方向端部上的正极集电器32彼此之间配置有具有厚度小于垫片5a的厚度的垫片5b。
<电池模块>
在组合多个具有上述构造的电池单体1，构成电池模块的情况下，以在层叠体的层叠方向上延伸配置的负极引线端子20和正极引线端子30沿水平方向排列的方式配置多个电池单体1，从而可以在不浪费空间的情况下，构成电池模块。此时，优选的是，从层叠体的层叠方向观察的平面视图中，电池单体1的负极引线端子20和正极引线端子30的位置以彼此交错的方式配置。由于使用电池模块，各电池单体1有时会膨胀并且厚度发生变化，但利用上述构造，由于能够使厚度容易发生变化的正极引线端子30的位置分散，因此，能够使电池模块单位的厚度均衡。
《第二实施方式》
接着，对本发明的第二实施方式进行说明。对于与上述第一实施方式相同的构造，在图式上标注相同的符号，并省略说明。
[外装体]
如图4所示，本实施方式的电池单体1a具有：层叠体，其层叠有作为发电元件的负极集电器22、负极活性物质层23、固体电解质层4、正极集电器32、及正极活性物质层33；及，外装体6a，其将负极端子21a和21b收容在内部。在图4中，示出了将负极端子21a和21b收容在内部的外装体6a，外装体6a以相同的构造将正极端子31a和31b收容在内部。
外装体6a具有树脂层61、作为导电层的金属层62、及树脂层63。树脂层61是配置在电池单体1a的最外层的层，树脂层63是配置在电池单体1a的最内层的层。如图5所示，金属层62的一部分朝电池单体1a的外部延伸形成引线端子62a。引线端子62a也可以由与金属层62不同的部件构成，只要与金属层62电连接即可。也可以使用除金属之外的导电性物质，来代替金属层62。
如图4所示，金属层62与配置在上述层叠体的一个层叠端面上的负极集电器22a抵接。由此，由负极端子21a和21b收集的电流可以经由负极集电器22a和金属层62流入图5所示的引线端子62a。此外，金属层62也同样与配置在上述层叠体的另一个层叠端面上的正极集电器32a抵接。
图5是从使外装体6a与层叠体抵接的抵接面侧观察的示意图。如图5所示，在外装体6a的抵接面的中央部，配置有金属层62。金属层62的外周被树脂层63覆盖。增大上述抵接面上的金属层62的面积，由此，可以降低电阻。另一方面，优选的是，树脂层63在上述抵接面上的面积尽可能小，只要能够将负极端子21a和21b与金属层62之间绝缘即可。从上述观点出发，优选的是，抵接面上的金属层62的面积大于树脂层63的面积。
具有上述构造的外装体6a可以由以下方式制作，例如可以将依次层叠树脂层、金属层、树脂层而构成的层压薄膜的一侧的树脂层挖通。此外，代替在外装体6a上形成引线端子62a，也可以挖通树脂层61的一部分，并设置与金属层62连接的引线端子。以往的层压电池在层压薄膜与引线端子之间可能会形成空隙，导致气密性降低。但是，与以往的层压电池相比，利用上述的引线端子的构造，能够提高电池单体1a的气密性。代替上述引线端子的构造，也可以利用使金属层62的一部分从外装体6a的一端露出的方式延伸，作为引线端子。
由于电流汇集在上述层叠体中的与金属层62抵接的负极集电器22a和正极集电器32a上，因此，优选使它们比负极集电器22和正极集电器32的厚度更厚。
以上，对本发明的优选的实施方式进行了说明，但本发明的内容不限定于上述实施方式，可以进行适当变化。
在上述实施方式中，以负极集电器22和正极集电器32从分别的集电器中延伸者进行了说明。不限定于上述。只要负极集电器22和正极集电器32从上述层叠体的端面拉出即可，也可以与不同的部件电连接而被拉出。
附图标记
1、1a电池单体
20负极引线端子(引线端子)
30正极引线端子(引线端子)
21a、21b负极端子(端子)
31a、31b正极端子(端子)
22负极集电器(集电器)
32正极集电器(集电器)
221、321弯曲部
5a、5b垫片(间隔保持部件)
6、6a外装体
62导电层(金属层)
63树脂层

Claims (8)

1.一种电池单体，其具备：发电元件，其具备多个集电器；及，端子，其在前述多个集电器的层叠方向上延伸并与前述多个集电器电连接；并且，
前述端子插入形成在前述多个集电器上的孔部，并且在前述集电器与前述端子的抵接部位，形成有弯曲部，
在前述多个集电器彼此之间且前述抵接部位的周围，配置有间隔保持部件。
2.根据权利要求1所述的电池单体，其中，
具有外装体，所述外装体具有插入前述端子的孔部，
前述端子在前述层叠方向的端部延伸至前述外装体的外侧。
3.根据权利要求2所述的电池单体，其中，
在前述外装体的前述孔部的端面与前述端子的抵接部位，形成有弯曲部。
4.根据权利要求3所述的电池单体，其中，
前述外装体的弯曲部的弯曲量小于前述集电器的弯曲部的弯曲量。
5.根据权利要求3或4所述的电池单体，其中，
配置在前述外装体外部的前述端子在前述层叠方向的一个端部的直径大于配置在前述外装体内部的前述端子的直径，
在前述端子的端部与前述外装体之间，配置有引线端子或间隙嵌入部件。
6.根据权利要求5所述的电池单体，其中，
前述端子的端部与前述引线端子或前述间隔保持部件利用凹凸、螺钉形状和铆钉中的任意一种方式嵌合。
7.根据权利要求1所述的电池单体，其中，
具有外装体，所述外装体在内部收容前述发电元件和前述端子，
前述外装体在前述发电元件与层叠端面抵接的抵接面上具有导电层。
8.根据权利要求7所述的电池单体，其中，
前述外装体具有树脂层，所述树脂层在前述抵接面上覆盖前述导电层的外周，
前述抵接面上的前述导电层的面积大于前述抵接面上的前述树脂层的面积。
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