CN1667851A - 电池 - Google Patents

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Abstract

一种电池，提供有电池堆叠体，所述电池堆叠体包括多个堆叠的二次电池，在各二次电池中，电极板借助隔膜堆叠，容纳并密封在外壳构件中，电极端子相应地连接到电极板并从外壳构件的外围边缘抽出；一对板状构件，分别作为电池堆叠体的最外层堆叠，从而彼此相对；以及挤压机构，借助该对板状构件挤压多个二次电池。该对板状构件的至少一个具有以下特性：在基于受挤压机构挤压的该对板状构件的至少之一的多个挤压点而确定的挤压中心处表现出最大刚度。

Description

电池
技术领域
本发明涉及电池，尤其涉及由多个二次电池相互连接而成的电池，各二次电池的电极端子从外壳构件的外围边缘抽出。
背景技术
日本专利申请JP特开09-259859公开了一种技术，其中，电极板通过隔膜堆叠以形成堆叠体，所述堆叠体放入外壳构件中，多个二次电池以使连接到电极板的电极端子从外壳构件的外围边缘抽出的方式堆叠，因此从各二次电池伸出的电极端子通过连接方法如焊接直接连接以形成具有所需容量和电压的电池组。
日本专利申请JP特开2001-236937公开了一种技术，其中，多个二次电池堆叠成电池堆叠体，在电池堆叠体的最上层和最下层堆叠一对束缚板，于是这对束缚板通过连接杆彼此相连，从而使多个二次电池通过束缚板挤压在一起。
发明内容
然而，本发明人对这种结构的电池进行了研究，以便说明这样一种现象：在使用过程中在各二次电池内部产生气体，气体聚集在电极板之间，从而导致电池的输出电压下降，或许需要存在一个空间以将给定压力以基本上均匀的方式提供给各二次电池。
并且，当通过由连接杆施压的该对束缚板向多个二次电池施加表面压力时，由于通过各束缚板施加的压力使得各束缚板极易变形。变形的发生伴随着表面压力分布图形，其中从二次电池的外围到其中央区域表面压力降低，造成难以将均匀的表面压力施加给各二次电池，难以可靠抑制二次电池中的电压降。
本发明人在上述研究的基础上完成了本发明，本发明的目的是提供一种电池，该电池能够获得使每个二次电池获得均匀的表面压力，以可靠地抑制二次电池中的电压降。
为了达到上述目的，本发明的一种方案提供一种电池，包括电池堆叠体，所述电池堆叠体包括多个堆叠的二次电池，在各二次电池中，电极板借助隔膜堆叠，容纳并密封在外壳构件中，电极端子相应地连接到电极板并从外壳构件的外围边缘抽出；一对板状构件，分别作为电池堆叠体的最外层堆叠，从而彼此相对；以及借助该对板状构件挤压多个二次电池的挤压机构，该对板状构件的至少一个具有以下特性：在基于受挤压机构挤压的该对板状构件的至少一个的多个挤压点而确定的挤压中心处表现出最大刚度。
换句话说，本发明的另一目的是提供一种电池，包括电池堆叠体，所述电池堆叠体包括多个堆叠的二次电池，在各二次电池中，电极板借助隔膜堆叠，容纳并密封在外壳构件中，电极端子相应地连接到电极板并从外壳构件的外围边缘抽出；一对板状构件，分别作为电池堆叠体的最外层堆叠，从而彼此相对；以及借助该对板状构件挤压多个二次电池的挤压装置；用于向该对板状构件的至少一个提供以下特性的提供装置：在基于受该挤压装置挤压的该对板状构件的至少一个的多个挤压点而确定的该对板状构件中至少一个的挤压中心具有最大的刚度。
由结合附图进行的以下描述，本发明的其它和进一步的特点、优点和益处将更为显而易见。
附图说明
图1是描述根据本发明的第一实施例的二次电池的整体结构的平面图。
图2A是沿图1的线II-II取向的横截面图；
图2B是图2A中的截面IIB的放大截面图；
图3是表示第一实施例的电池的整体结构的分解透视图；
图4是表示形成第一实施例的电池的子组件的平面图；
图5是第一实施例的电池的一部分的分解透视图；
图6A至6F是用于描述在第一实施例中的挤压点分布图形的例子的典型示图；
图7A是第一实施例的电池上端板的平面图；
图7B是第一实施例的电池上端板的前视图；
图7C是第一实施例的电池上端板的侧视图；
图7D是表示第一实施例的电池的上端板的弯曲度(量)“y”的曲线；
图8是用于描述第一实施例的电池效果的曲线，横坐标表示每个二次电池的压缩容限(长度)L，纵坐标表示表面压力P；
图9A是表示根据本发明第二实施例的电池上端板的平面图；
图9B是第二实施例的电池板的前视图；
图9C是第二实施例的电池板的侧视图；
图9D是表示第二实施例的电池上端板的弯曲度(量)“y”的曲线；
图10A表示根据本发明第三实施例的电池上端板的平面图；
图10B是第三实施例的电池板的前视图；
图10C是第三实施例的电池板的侧视图；
图10D是表示第三实施例的电池上端板的弯曲度(量)“y”的曲线；
图11A表示根据本发明第四实施例的电池上端板的平面图；
图11B是第四实施例的电池板的前视图；
图11C是第四实施例的电池板的侧视图；
图11D是表示第四实施例的电池上端板的弯曲度(量)“y”的曲线；
图11E是图11A中截面XIE的放大图；
图11F是沿图11A的线XIE-XIF取向的截面图；和
图12是表示其中安装了根据本发明各实施例的电池的车辆的典型示图。
具体实施方式
下面，参照附图描述根据本发明的各实施例的电池。顺便指出，在根据本发明的各实施例中，相同的元件采用相同的参考标记，为了简便起见适当的省略了或简化了描述。
(第一实施例)
首先，参照图1至8详细描述根据本发明第一实施例的电池。
图1是第一实施例的二次电池的整体结构的平面图；图2A是沿图1的线II-II取向的横截面图；图2B是图2A中的截面IIB的放大横截面图。
图1至2B表示形成二次电池的一个薄型电池(单电池)10，将多个这种薄型电池堆叠成具有所需电压和容量的电池。
具体而言，二次电池10是平板状堆叠型锂类薄电池，示意性地由三个正极板101、五个隔膜102、三个负极板103、正极端子104、负极端子105、上部外壳构件106、下部外壳构件107和电解质(未示出)构成。其中，正极板101、隔膜102、负极板103和电解质被称作发电元件108。
形成发电元件108的正极板101包括：延伸到正极端子104的正极集流体101a；和在正极集流体101a的一部分的两个主表面上形成的正极层101b、101c。顺便指出，该正极板101的该正极层101b、101c并不形成在正极集流体101a的两个主表面的整个区域上，而是仅分别形成在当正极板101、隔膜102和负极板103堆叠成图2A所示的发电元件108时大致与隔膜102重叠的区域中。
正极板101的正极集流体101a包括电化学稳定的金属箔，如铝箔、铝合金箔、铜箔或镍箔。此外，通过下述方式形成正极层101b、101c：制备锂复合氧化物如锂镍复合氧化物(LiNiO2)、锂锰复合氧化物(LiMnO2)或锂钴复合氧化物(LiCoO2)、正极活性材料如硫属元素(S、Se和Te)、导电材料如碳黑、和粘合剂如聚四氟乙烯的水分散体的混合物；将所得到的混合物涂覆在正极集流体101a两个主表面的一部分上；烘干所得到的层；并辊压所烘干的层。
形成发电元件108的负极板103包括：延伸到负极端子105的负极集流体103a；和在负极集流体103a的一部分的两个主表面上形成的负极层103b、103c。同样，该负极层103b、103c并不形成在负极集流体103a的两个主表面的整个区域上，而是仅形成在当正极板101、隔膜102和负极板103堆叠成图2A所示的发电元件108时大致与隔膜102重叠的区域中。
正极板101的正极集流体101a包括电化学稳定的金属箔，如铝箔、铝合金箔、铜箔或镍箔。
负极板103的负极集流体103a由电化学稳定的金属箔形成，如镍箔、银箔、不锈钢箔或铁箔。并且，通过下述方式形成负极层103b、103c：制备负极活性材料如非晶碳、硬石墨化碳、石墨化碳和石墨和用作有机锻烧体原料的苯乙烯-丁二烯橡胶树脂粉末的水分散体的混合物；烘干所得到的混合物；碾碎所烘干的混合物以获得由表面载有苯乙烯-丁二烯橡胶的碳颗粒构成的主要材料；将主要材料与粘合剂如丙烯酸树脂乳状液混合；将所得到的混合物涂覆到负极集流体103a的两个主表面的一部分上；烘干所得到的涂层；并辊压所得到的烘干层。
特别是，当采用非晶碳和硬石墨化碳作为负极活性材料时，二次电池在充电和放电循环的过程中的输出电压具有平台特性差的电位，根据放电量出现输出电压降低。因此，这种电池不适合作为通讯设备和办公用机器的电源，但由于在输出上没有迅速下降，因此适合作为电动车辆的电源。
发电元件108的隔膜102用于防止在正极板101和负极板103之间的短路，并可具有支撑电解质的作用。隔膜102包括由聚烯烃如聚乙烯(PE)和聚丙烯(PP)形成的薄多孔膜，并同时具有聚集热量以封闭该层的孔隙以切断电流的功能。
顺便指出，隔膜102不仅可包括单层膜如聚烯烃，而且还可以是把聚丙烯夹在聚乙烯膜之间的三层结构和把聚烯烃薄多孔膜与有机无纺织物层叠的结构。因此，通过把隔膜102堆叠成多层，隔膜102具有各种功能，如防止过电流的功能、支撑电解质的功能和保持隔板形状的功能(用于提高刚度)。
利用上述结构的发电元件108，将正极板101和负极板103交替堆叠。此外，三个正极板101借助正极集流体101a连接到由金属箔制成的正极端子104。同时，三个负极板103借助负极集流体103a连接到同样由金属箔制成的负极端子105。
顺便指出，发电元件108的正极板101、隔膜102和负极板103不限于以上列出的特定数量的几片，发电元件108甚至可由单片正极板101、三片隔膜102和单片负极板103构成，也可由根据需要选择一定数量的正极板、隔膜和负极板构成。
此外，对正极端子104和负极端子105的材料没有特别限制，只要这些电极端子由电化学稳定的金属材料形成即可，正极端子104的例子可包括铝箔、铝合金箔、铜箔或镍箔，像上面所列出的正极集流体101a的那样。同样，负极端子105可包括镍箔、银箔、不锈钢箔或铁箔，这些是电化学稳定的，像上面所列出的负极集流体103a的那样。
此外，虽然形成电极板101、103的集流体101a、103a的金属箔本身可延伸成电极端子104、105以使电极板101、103分别直接地连接到电极端子104、105，但是电极板101、103的集流体101a、103a和电极端子104、105可通过与形成集流体101a、103a的金属箔不同的材料或与金属箔不同的组成部件相互连接。
发电元件108可容纳在上部外壳构件106和下部外壳构件107中(它们共同形成外壳构件)并进行气密性密封。对于上部外壳构件106和下部外壳构件107，正如在描述上部外壳构件106的图2B所典型示出的那样，任何这些组成部件都采取三层结构的形式，这三层结构包括：内层(合成树脂层)106a，由在耐电解质-液体性能和热熔性方面优异的树脂膜制成，例如聚乙烯、改性聚乙烯、聚丙烯、改性聚丙烯或离子交联聚合物；中间层(金属层)106b，由金属箔如铝箔形成；和外层(合成树脂层)106c，由在电绝缘性方面优异的树脂膜形成，例如聚酰胺类树脂或聚酯类树脂。
因此，任何上部外壳构件106和下部外壳构件107都由挠性材料形成，例如树脂-金属薄膜叠层，其中，在金属箔如铝箔的一个表面上(在二次电池10的内表面侧)层叠有在耐电解质-液体性能和热熔性方面优异的树脂如聚乙烯，在另一表面上(二次电池10的外表面侧)层叠有在电绝缘性方面优异的树脂如聚酰胺类树脂。
这样，通过使外壳构件除了包括树脂膜之外还包括金属层，就使外壳构件具有增加的强度。并且，通过用在热熔性方面优异的树脂如聚乙烯形成外壳构件的内层，外壳能够具有与由金属制成的电极端子良好的热熔性。
顺便指出，如图1和2A所示，正极端子104从外壳构件106、107的一端部向外引出，负极端子105从另一端部引出，由于电极端子104、105的厚度使得在上部外壳构件106和下部外壳构件107之间的熔合部分中出现空隙。为了保持二次电池10内部的密封性，可插入由聚乙烯和聚丙烯制成的密封膜与电极端子104、105和外壳构件106、107之间的区域接触。对于任何的正极端子104和负极端子105，密封膜都可优选由与形成外壳构件106、107的树脂同类的树脂形成。
在采用这些外壳构件106、107装入发电元件108、一部分正极端子104和一部分负极端子105时，把由含锂盐溶质的有机液体溶剂制成的液体电解质注入到外壳构件106、107之间限定的空间中，所述锂盐例如为高氯酸锂、四氟硼酸锂和六氟磷酸锂，从外壳构件106、107之间限定的空间中抽出空气以形成真空状态，通过热压方式热熔外壳构件106、107的外围边缘以获得气密密封效果。
有机液体溶剂的例子可包括酯类溶剂，如碳酸丙烯(PC)、碳酸乙烯(EC)、碳酸二甲酯(DMC)和碳酸甲乙酯，本发明不限于这些化合物。另一例子可包括这样的有机液体溶剂，它包括与酯类溶剂混合的酯类溶剂，例如分散混合的γ-丁内酯(γ-BL)和二乙氧基乙烷(DEE)。
下面，详细描述具有以上列出的结构的多个二次电池10构成的电池100。
图3是表示第一实施例的电池的整体结构的分解透视图；图4是表示形成第一实施例的电池的子组件的平面图；图5是第一实施例的电池的一部分的分解透视图；图6A至6F是分别用于描述在第一实施例中的挤压中心的例子的典型示图；图7A是第一实施例的电池上端板的平面图；图7B是第一实施例的电池上端板的前视图；图7C是第一实施例的电池上端板的侧视图；图7D是表示第一实施例的电池的上端板的弯曲度(量)“y”的曲线；图8是用于描述第一实施例的电池效果的曲线，其中横坐标表示每个二次电池的压缩容限(长度)L，纵坐标表示表面压力P。
如图3至5所示，电池100由组件堆叠体(电池堆叠体)40、一对端板(板状构件)21a、22a和四套螺杆(rod)51和螺母(nut)52(共同形成挤压机构)构成，所述组件堆叠体40由11个子组件30a-30k构成，各组件由9个二次电池10a-10i构成，所述一对端板(板状构件)21a、22a堆叠在该组件堆叠体40的最上层和最下层，所述组件堆叠体40的各二次电池10借助端板21a、22a通过所述螺杆51和螺母52挤压在一起。顺便指出，在图3中，为了便于理解电池100的结构，所描述的组件堆叠体40具有加宽的间隔。
尤其是，如图4所示，形成电池组100的各子组件30由9个二次电池10a-10i构成，这9个二次电池以3行、3列的方式布置在同一平面上并以串联方式连接。
具体而言，第一至第三个二次电池10a-10c设置在一列中，其中，第一个二次电池10a的负极端子105和第二个二次电池10b的正极端子104连接。同样，第二个二次电池10b的负极端子105和第三个二次电池10c的正极端子104连接，第一至第三个二次电池10a-10c以串联方式电连接。以类似方式，第四至第六个二次电池10d-10f以串联方式电连接，第七至第九个二次电池10g-10i同样以串联方式电连接。此外，对于子组件30，第三个二次电池10c的负极端子104和第四个二次电池10d的正极端子105通过汇流条31连接。同样，第六个二次电池10f的负极端子104和第七个二次电池10g的正极端子105通过另一汇流条31连接。结果，第一至第九个二次电池10a-10i以串联方式电连接(参见图4中的虚线所示)。顺便指出，对于将各二次电池10的电极端子104和105相互连接以及将电极端子104、105和汇流条31相互连接的技术的举例，示意性地列出了超声波焊接和冷焊。
同时，电池组100的组件堆叠体40在结构中由11个子组件30堆叠而成，正如上面列出的那样，其中如图3和5所示，相邻子组件30a-30k的端子104、105按相反极性沿同一方向取向，也就是说，各子组件30a-30k在彼此相邻的子组件30a-30k以180度旋转的情况下堆叠，以使相反极性的电极端子104、105连接，这样，各子组件电连接，同时中间板41分别插在相邻子组件30a-30k之间。
具体而言，如图3所示，第一和第二子组件30a、30b在第一个二次电池10a的正极端子104和第二个二次电池10b的负极端子105沿同一方向取向的情况下堆叠以使电极端子104、105连接，中间板41插在第一和第二子组件30a和30b之间。第一至第十一个子组件30a-30k以类似方式依次堆叠，采用本实施例的电池组100，总计99个二次电池10以串联方式电连接。顺便指出，用于将各子组件30的电极端子按相反极性相互连接的技术举例典型包括超声波焊接和冷压焊。
插在相邻子组件30之间的中间板41由比子组件30更大外形的平板状构件形成，并且在如图3和5所示的各拐角附近的四个区域上具有可用于插入螺杆51的螺杆插入孔42。
堆叠在电池100的组件堆叠体40的最上层的上端板21a和堆叠在组件堆叠体40的最下层的下端板22a由板状构件形成，它们各具有比子组件30的尺寸更大的外形，如图3和5所示，并在四个拐角附近的区域内按与在中间板41中形成的螺杆插入孔42同心的位置分别形成螺杆插入孔23，以便当堆叠在组件堆叠体40的最上层和最下层时使螺杆51插入。
为了利用如上所述的组成元件将电池100组装成整体，如图3和5所示，将堆叠的十一层子组件30a-30k分别插入中间板41，以形成组件堆叠体40。随后，将上、下端板21a、22a分别堆叠在组件堆叠体40的最上层和最下层。然后，将螺杆51插入在端板21a、22a和中间板41中形成的各螺杆插入孔23、42，将在螺母52中形成的内螺纹部分通过给定的紧固力紧固到在各螺杆51的末端上形成的相应外螺纹部分，从而完成电池100的组装。
这里，利用给定的紧固力将在螺母52上形成的内螺纹部分紧固到在螺杆51的末端形成的外螺纹部分，从而借助端板21a、22a对形成组件堆叠体40的各二次电池施以给定的表面压力。顺便指出，对这种加压机构没有特别的结构限制，例如如上所述的螺栓和螺母，还可以采用以弹簧形式的结构，所述弹簧能够通过弹性力挤压端板21a、22a。
此外，用在电池组100中的端板21a、22a由在压力中心Q处(在特定情况下Q1至Q4)提供最高刚度的材料制成，因此，正如为了方便起见仅示意性地表示出上端板21a的图7A-7D所示出的那样，端板21a、22a在压力中心Q采取最大刚度，压力中心Q是根据将被螺杆51和螺栓52挤压的端板21a、22a的各挤压点确定的。
在这里首先描述挤压点Q，在以上讨论的电池100的情况下，通过螺杆51在拐角部分附近的四个点处挤压端板21a、22a，从而使挤压点P1-P4存在于拐角部分附近的区域内，由如图6A所示的挤压点P1-P4导致的重心位置被确定为挤压中心Q。
描述其它挤压方式，在如图6B所示的挤压方式中，其中在总共五个位置处对端板21a、22a进行挤压，包括在端板21a、22a各拐角附近处的四个挤压点P1-P4和在端板21a、22a的大致中心位置处的一个挤压点P5，也就是说，在甚至附加地挤压端板21a、22a的大致中心位置的情况下，首先，把由第一、第二和第五挤压点P1、P2和P5导致的重心位置设为第一挤压中心Q1。以类似方式，把由第二、第三和第五挤压点P2、P3和P5导致的重心位置设为第二挤压中心Q2。
此外，把由第三、第四和第五挤压点P3、P4和P5导致的重心位置设为第三挤压中心Q3。另外，把由第一、第四和第五挤压点P1、P4和P5导致的重心位置设为第四挤压中心Q4。因此，总共设置四个挤压点Q1至Q4。
此外，如图6C所示，在总共六个位置处对端板21a、22a进行挤压的挤压方式中，包括在端板21a、22a各拐角附近处的四个挤压点P1-P4、在端板21a、22a的大致中心部分处的第五挤压点P5和在端板21a、22a的大致中心部分处的第六挤压点P6，也就是说，在甚至通过螺杆附加地挤压端板21a、22a的各长边的大致中心部分的情况下，首先，把由第一、第五、第六和第四挤压点P1、P5、P6和P4导致的重心位置设为第一挤压中心Q1。同样，把由第五、第二、第三和第六挤压点P5、P2、P3和P6导致的重心位置设为第二挤压中心Q2。
此外，在如图6D所示的挤压方式中，在总共六个位置处，对端板21a、22a进行挤压，包括在端板21a、22a各拐角附近处的四个挤压点P1-P4、在第二挤压点P2和第三挤压点P3之间的大致中心部分处的第五挤压点P5和在第四挤压点P4和第一挤压点P1之间的大致中心部分处的第六挤压点P6，也就是说，在甚至通过螺杆附加地挤压端板21a、22a的各短边的大致中心部分的情况下(如同一图中所示)，首先，把由第一、第二、第五和第六挤压点P1、P2、P5和P6导致的重心位置设为第一挤压中心Q1。并且，把由第五、第三、第四和第六挤压点P5、P3、P4和P6导致的重心位置设为第二挤压中心Q2。
此外，在如图6E所示的挤压方式中，在总共八个位置处对端板21a、22a进行挤压，包括在端板21a、22a各拐角附近处的四个挤压点P1-P4和在各挤压点P1-P4的大致中心部分处的第五至第八挤压点P5-P8，把由挤压点P1-P8导致的重心位置设为挤压中心Q。
另外，在如图6F所示的挤压方式中，在总共九个位置处对端板21a、22a进行挤压，包括在端板21a、22a各拐角附近处的四个挤压点P1-P4、在各挤压点P1-P4的大致中心部分处的第五至第八挤压点P5-P8和在端板21a、22a的大致中心位置处的第九挤压点P9，如同一附图所示，把由第一、第五、第九和第八挤压点P1、P5、P9和P8导致的重心位置设为第一挤压中心Q1。以类似方式，把由第五、第二、第六和第九挤压点P5、P2、P6和P9导致的重心位置设为第二挤压中心Q2。此外，把由第六、第三、第七和第九挤压点P6、P3、P7和P9导致的重心位置设为第三挤压中心Q3，把由第七、第四、第八和第九挤压点P7、P4、P8和P9导致的重心位置设为第四挤压中心Q4。
顺便指出，在以上列出的任意挤压方式中，各挤压点P(P1至P9)基本上与在端板21a、22a中形成各螺杆插入孔23的位置一致。
此外，将本实施例的上端板22a构成为在基于图6A所示的第一至第四挤压点P1-P4而确定的挤压中心Q处具有最大刚度，并且如图7A至7C所示，本实施例的上端板22a包括以大致“X”形状沿对角线延伸的高刚度构件211和主要由剩余的外围部分构成的低刚度构件212。高刚度构件211由相对较硬的材料构成，其具有等于或大于50的橡胶刚度Hs；而低刚度构件212由相对较软的材料构成，其具有小于50的橡胶刚度Hs。高刚度构件211比低刚度构件212具有更高的刚度。低刚度构件212在对角线上形成有凹槽，高刚度构件211安装在所述凹槽中，高刚度构件211和低刚度构件212通过硫化粘接方式相互连接成一体。顺便指出，在附图中，电池100的向内方向表示为“IN”，电池100的向外方向表示为“OUT”。
虽然在附图中没有特别说明，但是下端板22a也同样由高刚度构件和低刚度构件构成，高刚度构件以大致“X”形状沿对角线延伸，低刚度构件主要由剩余的外围部分构成，这样，在挤压中心Q处的刚度最高。
如图7D所示，对具有上述结构的端板21a、22a进行设置，使得在挤压中心Q处的弯曲度最小，从外围越接近挤压中心Q，弯曲度越低，由此从外围向挤压中心Q刚度逐步增加，以使挤压中心Q具有最大刚度。因此，当借助端板21a、22a由螺杆51和螺母52向组件堆叠体40的各二次电池10施加给定的表面压力时，可使在端板21a、22a上发生的变形最小化。
端板21a、22a具有以下性能：对在高刚度构件211接近挤压中心Q的中心区域处的尺寸“a”和“b”以及在高刚度构件211的对角线部分的宽度“c”进行扩大和缩小，以调整高刚度构件211相对于低刚度构件212的相对硬度，由此调节在端板21a、22a中的弯曲度(量)“y”(参见图7D)。
顺便指出，虽然增加或减小如图7C所示的高刚度构件211的厚度“d”可调整高刚度构件211相对于低刚度构件212的相对刚度，但是厚度“d”的增加导致上端板21a的厚度的增加，从而使电池100自身的体积和重量增加。
如图8所示，常规所用的电池采用刚度基本相同的端板，由于厚度变化、热膨胀和构成电池的二次电池的充放电循环引起的厚度改变造成了各二次电池的每一单元的压缩容限(长度)L2是落在0.1-0.18[mm]的范围内的值，此时，各二次电池受到的表面压力P2是在0.29×10-1到4.9×10-1[MPa]的范围内的值。此表面压力值包括超出基本上可作为相同表面压力接受的值PE的部分，所述值PE在0.49×10-1到3.9×10-1[MPa]的范围内。
相反，如同一图所示，本实施例的电池组100采用端板21a、22a，其刚度向挤压中心Q逐步增加，二次电池10每一单元的压缩容限(长度)L1是落在0.117-0.15[mm]的范围内的值，此时，各二次电池受到的表面压力P1在0.78×10-1到2.05×10-1[MPa]的范围内。此表面压力值完全落在认为是基本相等的表面压力的允许值PE的范围内，施加于形成电池100的多个二次电池10的表面压力是相等的，因此获得了长工作寿命的二次电池。
同时，利用其上所述的在压力点Q具有最大刚度的各端板，不仅可以像第一实施例那样改变材料，而且还可以像下面将描述的第二至第四实施例那样改变端板的刚度。并且，除了端板的结构之外，第二至第四实施例的电池在结构上类似于第一实施例。而且，虽然仅参照上端板描述第二至第四实施例，但是应理解下端板也采取类似的结构。下面，集中描述这种差别，相同的组成部件采用相同的参考标记，以适当省略或简化的形式进行描述。
(第二实施例)
下面，参照图9A至9D描述本发明第二实施例的电池组。
图9A是表示根据本发明第二实施例的电池上端板的平面图；图9B是第二实施例的电池上端板的前视图；图9C是第二实施例的电池上端板的侧视图；图9D是表示第二实施例的电池上端板的弯曲度(量)“y”的曲线。顺便指出，在附图中，电池100的向内方向表示为“IN”，电池100的向外方向表示为“OUT”。
如图9A-9C所示，对本实施例的上端板21b进行设置，使得在挤压中心Q处的厚度T1比在外围部分的厚度T2更厚一些(表示为T1＞T2)。
利用这种结构，如图9D所示，把在挤压中心Q处的弯曲度(量)“y”设为最小值，上端板21b在挤压中心Q处采取刚度的最大值。
顺便指出，当将上端板21b堆叠在组件堆叠体40的最上层时，将上端板21b堆叠成让壁厚变化的表面向外放置。
(第三实施例)
下面，参照图10A至10D描述本发明的第三实施例的电池。
图10A表示根据本发明第三实施例的电池上端板的平面图；图10B是第三实施例的电池上端板的前视图；图10C是第三实施例的电池上端板的侧视图；图10D是表示第三实施例的电池上端板的弯曲度(量)“y”的曲线。顺便指出，在附图中，电池100的向内方向表示为“IN”，电池100的向外方向表示为“OUT”。
如图10A至10C所示，上端板21形成有多个基本上呈“L”形状的肋条24，肋体24在垂直于端板21c的表面的方向上向上突出，正如在平面上看出的那样，这些肋条以相对于对角线和大致中心线呈对称关系的方式形成在对角线和在相邻对角线之间的大致中心线上(即，在经过对角线的交叉点并基本上平行于端板21c的长边和短边的线段上)。并且，如图10A所示，对上端板21c进行设置，使得越接近挤压中心Q，肋条24就越厚，在邻近于挤压中心Q的区域内肋条24的密度具有最大值，因此，接近于挤压中心Q的肋条24a的厚度比在外围区域中设置的肋条24b的厚度更厚一些(表示为ta＞tb)。
利用这种结构，如图10D所示，把在挤压中心Q处的弯曲度(量)“y”设为最小值，上端板21c挤压中心Q处的刚度为最大值。
顺便指出，当将上端板21c堆叠在组件堆叠体40的最上层时，将上端板21c堆叠成让形成有肋条24的表面向外放置。
(第四实施例)
下面，参照图11A-11F描述本发明第四实施例的电池。
图11A表示根据本发明第四实施例的电池上端板的平面图；图11B是第四实施例的电池上端板的前视图；图11C是第四实施例的电池上端板的侧视图；图11D是表示第四实施例的电池上端板的弯曲度(量)“y”的曲线；图11E是图11A中截面XIE的放大图；图11F是沿图11A的线XIE-XIE取向的截面图。顺便指出，在附图中，电池100的向内方向表示为“IN”，电池100的向外方向表示为“OUT”。
如图11A-11C、11E和11F所示，本实施例的上端板21d具有沿垂直于端板21d表面的方向向上突出的多层肋条24，所述肋条以从外围边缘部分开始并返回到外围边缘部分的方式接连地形成，使得肋条24从外围边缘部分沿对角线伸向挤压中心Q并在挤压中心Q折回到外围边缘部分。以此方式，在与从挤压中心Q伸出的各对角线平行的线段上设置多层肋条24。顺便指出，围绕挤压中心Q形成一组四个肋条24，各肋条呈三角状，从而包围该挤压中心Q。
如图11A和11E所示，形成具有下述结构的肋条24和多层24，使得相邻肋条24之间的距离W1、W2、W3、W4(以W1为参考值)从外围侧朝向挤压中心Q逐步减小(表示为W1＞W2＞W3＞W4)，由此将肋条24的密度确定为在挤压中心Q附近最高。
利用这种结构，如图11D所示，对上端板21d进行设置使得在挤压中心Q处的弯曲度(量)“y”具有最小值，在挤压中心Q处的刚度具有最大值。
顺便指出，当将上端板21d堆叠在组件堆叠体40的最上层时，把上端板21d堆叠成使形成有肋条24的表面向外放置。
此外，采用本实施例，如图11A所示，在使用风扇(未示出)以吹出冷空气CA从而冷却形成电池100的各二次电池10的情况下，使冷风经过上端板21d的肋条24可以降低在二次电池的温度分布上的变化。
在假设具有最窄间距W4的那部分路径具有横截面积α[m2]的情况下，第二窄位置处的间距W3大致上表示为W3＝1.5×W4，具有间距W3的那部分路径具有约为2.25×α[m2]的横截面积。此外，在冷风以V[m3/min]的恒定流速吹向上端板21d时，经过间距W3的那部分的冷风具有V/60α[m/s]的风速，而经过间距W4的那部分路径的风速达到V/135α[m/s]的值。
因此，可对上端板21d进行设置，使得越接近挤压点Q，风速就越快，这样，在中心部分Q累积的热量能够有效地被冷却，可平衡二次电池的温度分布。
因此，涉及上述各实施例的电池100的表面压力被均化，由此使二次电池输出量的降低达到最小，适于安装在车辆如电动汽车上作为动力电源。
图12是表示安装有根据本发明各实施例的电池的车辆的典型示图。
如图12所示，可将第一至第四实施例的电池100安装在车辆1的地板下面。
如上所述，利用根据本发明各实施例的电池，将端板设置成在挤压中心处具有最大的刚度，端板的挤压中心处易于因挤压而变形，将在挤压中心处的刚度制得比除挤压中心之外的其它区域更高一些。这使得当借助螺杆和螺母、通过端板将给定压力施加给组件堆叠体的各二次电池时在端板挤压中心处出现的变形得以抑制。因此，可以使施加于组件堆叠体的各二次电池的表面压力得以平衡，可以尽量减少二次电池输出电压的下降。
顺便指出，利用上述的各实施例，虽然一个子组件由9个二次电池构成，并将11层这样的子组件进行堆叠，以使总共99个(9×11)二次电池串联连接成电池，但是本发明并不限于这种结构，可以进行任意选择，其中，一个子组件由n个二次电池构成，将M层这样的子组件进行堆叠，这样，总数为N×M个二次电池就串联连接起来，任意地形成电池(M和N表示自然数)。
此外，利用上述各实施例，虽然二次电池串联连接，但是本发明不限于这种特定连接方式。当然可以提供这样的电池组：其中，各二次电池以串联、并联或串、并联结合的方式任意连接，由此提供所需的容量和输出电压。
并且，利用上述备实施例，虽然对在电池堆叠体的最上层和最下层设置的一对板状构件的刚度都进行了调整，但是如果需要，仅调整一个板状构件的刚度也就够了。
2004年3月11日在日本申请的JP特开2004-068870的全部内容在此引作参考。
虽然上面参照本发明的特定实施例对本发明进行了描述，但是本发明不限于上述实施例。本领域的技术人员可根据以上启示对上述实施例进行修改和变化。参照下面的权利要求书限定本发明的范围。

Claims (17)

1.一种电池，包括：
电池堆叠体，所述电池堆叠体包括多个堆叠的二次电池，在各二次电池中，电极板借助隔膜堆叠，容纳并密封在外壳构件中，电极端子相应地连接到电极板并从外壳构件的外围边缘抽出；
一对板状构件，分别作为电池堆叠体的最外层进行堆叠，从而彼此相对；和
借助该对板状构件挤压多个二次电池的挤压机构，该对板状构件的至少一个具有以下特性：在基于受挤压机构挤压的该对板状构件的至少一个的多个挤压点而确定的挤压中心处表现出最大刚度。
2.根据权利要求1的电池，其中该对板状构件的至少一个形成有多个肋条，所述肋条沿垂直于该对板状构件的至少一个的表面的方向突出。
3.根据权利要求2的电池，其中多个肋条以如下配置方式形成：越接近挤压中心，多个肋条的配置密度就越大，在挤压中心附近的配置密度具有最大值。
4.根据权利要求2的电池，其中多个肋条以如下厚度方式形成：越接近挤压中心，多个肋条的厚度就越大，在挤压中心附近的厚度具有最大值。
5.根据权利要求2的电池，其中多个肋条以间距方式形成，越接近挤压中心，多个肋条的间距就越小，在挤压中心附近的间距具有最小值。
6.根据权利要求2的电池，其中多个肋条的每一个都位于对角线或平行于该对板状构件中的至少一个的侧边的线段上，从而具有相对于对角线或平行于该对板状构件中的至少一个的侧边的线段对称的结构。
7.根据权利要求2的电池，其中多个肋条的每一个具有从外围边缘部分伸向在该对板状构件的至少一个的表面上的挤压中心、并在挤压中心折回到外围边缘部分的结构。
8.根据权利要求7的电池，其中可采用冷却流体以使其在多个肋条之间的空间流动，从而冷却二次电池。
9.根据权利要求1的电池，其中该对板状构件的至少一个由在挤压中心表现出最大刚度的材料形成。
10.根据权利要求9的电池，其中在该对板状构件的至少一个的对角线上设置较高刚度的构件，在该对板状构件的至少一个的剩余区域中设置较低刚度的构件。
11.根据权利要求1的电池，其中该对板状构件的至少一个在挤压中心具有最大壁厚。
12.根据权利要求1的电池，其中外壳构件包括由合成树脂材料制成的合成树脂层和由金属材料制成的金属层。
13.根据权利要求1的电池，其中电极板包括具有正极活性材料的正极板，所述正极活性材料含有锂锰类复合氧化物、锂镍类复合氧化物和锂钴类复合氧化物的至少一种。
14.根据权利要求1的电池，其中电极板包括具有负极活性材料的负极板，所述负极活性材料含有结晶碳和非晶碳的至少一种。
15.根据权利要求1的电池，其中多个二次电池以串联和并联中的至少一种方式相互电连接以形成子组件。
16.根据权利要求1的电池，其中该电池可用作汽车用电源。
17.一种电池，包括：
电池堆叠体，所述电池堆叠体包括多个堆叠的二次电池，在各二次电池中电极板借助隔膜堆叠，容纳并密封在外壳构件中，电极端子相应地连接到电极板并从外壳构件的外围边缘抽出；
一对板状构件，分别作为电池堆叠体的最外层进行堆叠，从而彼此相对；
借助该对板状构件挤压多个二次电池的挤压装置；
用于向该对板状构件的至少一个提供以下特性的提供装置：在基于受该挤压装置挤压的该对板状构件的至少一个的多个挤压点而确定的该对板状构件中至少一个的挤压中心具有最大的刚度。
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