CN203026592U - 电池单元 - Google Patents

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Abstract

本发明的电池单元中，从集电体（313）的端部朝向第一电极活性物质（314）的表面（311）的斜面（316）与集电体（313）的角度即第一角度大于从集电体（313）的端部朝向第二电极活性物质（315）的表面（312）的斜面（317）与集电体（313）的角度即第二角度。

Description

电池单元
技术领域
本发明涉及电池单元。 
本申请基于2010年3月26日向日本提出申请的特愿2010-073171号而主张优先权，并将其内容援引于此。 
背景技术
一直以来，使用电池单元作为各种电气装置的电力源。可反复充放电的电池单元即二次电池除了电力源之外还作为发电装置等的电力缓冲器而使用。作为电池单元，已知有卷绕型和层叠型这大致两种电池单元。其中，层叠型的电池单元具有将正极板和负极板经由隔板层叠而成的层叠体。正负的电极板在集电材的两面设有电极活性物质。 
近年来，提出了能够减少电极板与隔板的位置错动的技术(例如，专利文献1)。在专利文献1中，正负的电极板的一方的电极板由袋状的隔板包装。由于一方的电极板与隔板的相对位置被限制，因此在电极板和隔板不易产生位置错动。 
为了利用袋状的隔板来包装电极板，例如在支承台等上支承的隔板上配置电极板，在电极板上配置另一隔板。并且，将上方的隔板朝向下方的隔板按压并进行加热。在电极板的周边，上下的隔板彼此因热量而熔融且压接(以下，称为熔融固定)，由此能得到在袋状的隔板包装电极板的结构。 
【在先技术文献】 
【专利文献】 
【专利文献1】日本特开2008-269819号公报 
在如上述那样由隔板包装的电极板中，可能会产生下述的不良情况。由于在电极板的周边对上下的隔板进行热压接，因此使上下的隔板彼此密接的力作为按压力也作用在电极板的缘端的角部。尤其是在电极板的上表面，上方的隔板向下方倾斜而与上述角部进行接触，因此压力会集中地作用在角部。 
当压力集中地作用在角部时，电极活性物质的角部容易发生破损而脱落。当电极活性物质脱落时，会产生因电极板上的电极活性物质的量减少而电池性能下降的情况、因脱落的电极活性物质成为异物而引起隔板的损伤等不良情况。 
发明内容
本发明鉴于上述情况而作出，目的在于提供一种电极板由隔板包装，且不易产生电极活性物质的脱落或隔板的损伤，安全性优异的电池单元。 
在本发明中，为了实现所述目的而采用以下的结构。 
本发明的一形态的电池单元的特征在于，具有：第一电极板，具备板状的集电体、涂敷于所述集电体的一个面的第一电极活性物质、涂敷于所述集电体的另一面的第二电极活性物质；第一隔板，覆盖所述第一电极活性物质而进行配置；以及第二电极板，经由所述第一隔板而层叠在所述第一电极板上，与所述第一电极板的极性不同，从所述集电体的端部朝向所述第一电极活性物质的表面的斜面与所述集电体的角度即第一角度大于从所述端部朝向所述第二电极活性物质的表面的斜面与所述集电体的角度即第二角度。 
通过使第一角度小于第二角度，与第一及第二电极活性物质均具 有第一角度的情况相比，第二电极活性物质的量比第一电极活性物质的量多。由此，能够防止电池性能的劣化。而且，与第一电极活性物质不具有第一角度而具有第二角度的情况相比，能够缓和因第一隔板产生的摩擦力而防止第一电极活性物质脱落。 
另外，优选的电池单元的特征在于，还具有：第二隔板，覆盖所述第二电极活性物质而进行配置；以及接合部，在所述端部的附近将所述第一隔板与所述第二隔板熔融固定，所述接合部在所述第一电极板的法线方向上设置在所述第一电极活性物质侧。 
另外，优选的电池单元的特征在于，所述第一角度与所述第二角度之和为约60°以上90°以下。 
【发明效果】 
根据本发明的电池单元，能够提供一种防止电池性能劣化，防止电极活性物质脱离，且防止隔板损伤的安全性优异的电池单元。 
附图说明
图1是表示本发明的电池单元的简要结构的分解立体图。 
图2A是图1的A-A’线剖视图。 
图2B是图1的B-B’线剖视图。 
图3A是表示第一电极板及覆盖体的俯视图。 
图3B是图3A的C-C’线剖视图。 
图4是第一、第二倾斜面和主面形成的倾斜角的说明图。 
图5A是表示覆盖体的形成方法的剖视图。 
图5B是表示覆盖体的形成方法的剖视图。 
图6是第一、第二倾斜面的倾斜角的评价方法的说明图。 
图7A是起模部的俯视图。 
图7B是图6A的D-D’线剖视图。 
图8A是表示将电极板的原板切断的情况的剖视图。 
图8B是表示将电极板的原板切断的情况的剖视图。 
图8C是表示将电极板的原板切断的情况的剖视图。 
图9是表示利用单刃的起模刀将原板的切断时的作用在原板上的力的说明图。 
图10是利用双刃的起模刀将原板切断时的原板的变形的说明图。 
【标号说明】 
1...电池单元，2...电池容器，3...层叠体，4...起模部，8、9...支承台，20...容器主体，21...盖，22、23...电极端子，24、25...连接导电部(引线)，31...第一电极板(正极板)，31a...原板，32...第二电极板(负极板)，33...第一隔板，34...第二隔板，35...接合部，36...覆盖体，37...电极标签，38...电极标签，39...缘(端部)，39a...切断部，40...支承基板，40a0..对置面，41...起模刀，42...第一按压部，42a...表面，42b...侧面，43...第二按压部，43a...表面，43b...侧面，81...保护片，311...一面(第一电极板的主面)，312...另一面(第一电极板的主面)，313、313a...集电材，314、314a...第一电极活性物质，315、315a...第二电极活性物质，316、316B...第一倾斜面，316C...面，317、317B...第二倾斜面，317C...面，318、318a、319...界面，411...刀尖，412...内周面，413...外周面，d...间隔，F1...按压力，F2...压缩力，F3，F4...分力，L...切线，P1、P2...角部，P3、P4...端点 
具体实施方式
以下，参照附图，说明本发明的实施方式。在说明使用的附图中，为了容易表示特征的部分，有时使附图中的结构的尺寸或比例尺与实际的结构不同。在实施方式中说明的要素的全部在本发明中并不是必须的。在实施方式中，对于同样的结构要素，标注相同标号进行图示，有时省略其详细说明。 
图1是示意性地表示本发明的层叠型电池单元的简要结构的分解立体图。图2A是图1的A-A’线向视剖视图。图2B是图1的B-B’线 向视剖视图。电池单元1具备中空的电池容器2和收容在电池容器2的内部的层叠体3。在以下的说明中，使用与电池容器2的宽度、厚度及高度方向对应的XYZ正交坐标系。 
电池单元1例如是锂离子二次电池。在电池容器2的内部积存有电解液。而且，在收容的层叠体3与电池容器2的内壁之间配置有未图示的绝缘板。在图2B中，虽然看起来在层叠体3的Y轴方向的宽度与电池容器2的Y轴方向的内壁之间存在大间隙，但实际上，上述绝缘板和层叠体3的Y轴方向的宽度合计尺寸与上述内壁的尺寸大致相同。 
电池容器2包括：具有开口的容器主体20；将该开口闭塞而与容器主体20接合的盖21。本发明的适用范围不受电池容器2的形状和材质限定。 
本实施方式的容器主体20中，外形为长方体状，与包括开口的开口面平行的截面形状为矩形框状。盖21的平面形状为矩形。容器主体20及盖21例如为铝制，通过焊接等而相互接合。 
在盖21设有朝向电池容器2的外部突出的电极端子22、23。在电池单元1的内部和外部，经由电极端子22、23能够进行电力的交接。例如，电极端子22为正极端子，电极端子23为负极端子。 
如图2A及图2B所示，层叠体3中，第一电极板31和第二电极板32夹持第一隔板33或第二隔板34，从而成为交替层叠的结构。第一隔板33覆盖第一电极板31的表背的一面(主面)311。第二隔板34覆盖第一电极板31的表背的另一面(主面)312。第一隔板33和第二隔板34通过利用接合部35相互熔融固定而接合进行一体化，从而构成覆盖体36。 
第一电极板31是正极板，第二电极板32是负极板。 
第一电极板31例如是平面形状为矩形的薄板状的部件。第一电极板31包括电极标签37。电极标签37在从层叠方向(Y方向)俯视的状态下，沿着朝向电极端子22的方向延伸。电极标签37经由连接导电部(引线)24而与电极端子22电连接。 
第二电极板32例如是平面形状为矩形的薄板状的部件。第二电极板32包括电极标签38。电极标签38设置在从层叠方向俯视时与电极标签37不重合的部分，沿着朝向电极端子23的方向延伸。电极标签38经由连接导电部(引线)25而与电极端子23电连接。 
另外，涂敷在第一电极板31上的电极活性物质(正极活性物质)设计成在Z方向上收在负极活性物质的尺寸内。即，正极活性物质的Z方向的尺寸比负极活性物质的Z方向的尺寸小，正极活性物质的Z方向的两端配置在比负极活性物质的Z方向的两端靠内侧。 
接着，详细说明第一电极板31及覆盖体36。在此，详细叙述作为正极板的第一电极板31由作为袋状的隔板的覆盖体36覆盖的结构。另外，与第一电极板31不同的极性的电极板、即作为负极板的第二电极板32也可以与第一电极板31同样地构成。而且，也可以同样地通过覆盖体36来覆盖第一电极板31和第二电极板32这两个电极板。 
图3A是表示第一电极板及覆盖体的俯视图。图3B是图3A的C-C’线剖视图。图4是第一、第二倾斜面和第一电极活性物质及第二电极活性物质的集电体的主面形成的倾斜角的说明图。图5A及图5B是表示覆盖体的形成方法的剖视图。图6是第一、第二倾斜面的倾斜角的评价方法的说明图。 
在图3A中，以第一电极板31的面处于XZ平面的方式进行了图 示。如图3A所示，接合部35以从层叠方向俯视下包围第一电极板31的方式设置。在此，在第一电极板31中，与沿着除了包括电极标签37的基端的边之外的3边的部分连续地设置接合部35。当然，在第一电极板31中，也可以与沿着除了电极标签24的基端附近之外的4边的部分连续地设置接合部35。 
覆盖体36形成为袋状，沿着上述3边的部分通过接合部连接，在沿着另1边的部分具有开口。第一电极板31收容在覆盖体36的内侧，电极标签37通过覆盖体36的开口而向覆盖体36的外侧露出。 
如图3B所示，作为正极板的第一电极板31包括集电体313、第一电极活性物质314及第二电极活性物质315。集电体313例如由铝等的导体箔构成，厚度为5μm至30μm左右。第一电极活性物质314及第二电极活性物质315均为相同的电极活性物质，例如是厚度为10μm～200μm左右的三元系材料LiNixCoyMnzO2(x+y+z＝1)。另外，作为负极板的第二电极板32是正极板的约一半左右的厚度的碳材料(人造石墨、天然石墨等)。 
第一电极活性物质314设置在集电体313的一面(第一面)。第一电极活性物质314的一面(第一面)与集电体313相接，另一面(第二面)成为第一电极板31的一面(第一面)311(也称为第一电极活性物质314的表面)。第二电极活性物质315设置在集电体313的另一面(第二面)。第二电极活性物质315的一面(第一面)与集电体313相接，另一面(第二面)成为第一电极板31的另一面(第二面)312(也称为第二电极活性物质315的表面)。在第一电极板31的缘(端部)39形成有与第一电极板31的第一面311连续的第一倾斜面316及与第一电极板31的第二面312连续的第二倾斜面317。 
第一倾斜面316相对于集电体313倾斜的第一倾斜角β比第二倾斜面317相对于集电体313倾斜的第二倾斜角α大。因此，图4所示 的角部P2的角度α1(第一电极板31的第二面312与第二倾斜面317的角度)比角部P1的角度β1(第一电极板31的第一面311与第一倾斜面316的角度即第一角度)大。因此，如图5A及图5B中说明所示，通过第二隔板34施加给角部P2的压力及摩擦力比角部P1与P2的角度相等的情况(例如角度P1和P2双方为β1的情况)下的压力及摩擦力小。 
另外，由第一倾斜面316和第二倾斜面317构成的形状尖细时，与电极板的其他的部分相比，该尖细的部分的强度变弱。这种情况下，电极板可能会发生折弯，或上述尖细的部分可能会刺破隔板。 
因此，为了防止这些情况，在本实施方式中，设计成第一倾斜角β与第二倾斜角α之和为大致90°，且第二倾斜角α的范围为0＜α＜45°，且第一倾斜角β的范围为45°＜β＜90°。因此，由第一电极板31的第二面312和第二倾斜面317构成的角部P2的角度α1成为比第一电极板31的第一面311和第一倾斜面316构成的角部P1的角度β1大的角度。即，由于α+β≈90°，因此保持α1+β1≈270°的关系且α1＞β1。具体而言，成为135°＜α1＜180°且90°＜β1＜135°。 
当然，只要确保上述尖细的部分的强度且不会产生刺破隔板的程度的形状即可，根据情况的不同，也可以不是α+β≈90°，例如是60°≤α+β≤90°。 
为了形成覆盖体36，如图5A所示，在熔融固定用的支承台9上配置第一隔板33，在第一隔板33上配置第一电极板31。并且，以角部P1与第一隔板33相接的方式配置第一电极板31。 
然后，在第一电极板31上配置第二隔板34。 
并且，使热封机(未图示)接触到第一电极板31的端部39的外 侧且与第一电极板31接近的位置(图5A所示的空心箭头的位置)，利用该热封机将第二隔板34朝向第一隔板33按压，并将第一隔板33与第二隔板34熔融固定。由此，如图5B所示，形成接合部35，并且将第一隔板33与第二隔板34进行一体化，从而以包装第一电极板31的状态形成袋状的覆盖体36。 
第一隔板33在熔融固定时由支承台9支承且平坦地保持，因此与第二电极活性物质315的角部P2相比，施加在第一电极活性物质314的角部P1的角上的压力及摩擦力小。此时，在Y方向上，接合部35成为在以集电体313的位置为中心观察时配置在第一电极活性物质314一侧的结构。即，接合部35在Y方向上，隔着集电体313配置在与第二电极活性物质315相反侧。 
在第一隔板33与第二隔板34的熔融固定时，第二隔板34从第一电极板31的第二面312上朝向第一隔板33变形。而且，为了压接，热封机将第二隔板34朝向第一隔板33按压，然后将第二隔板34朝向接合部35拉拽，对第二电极活性物质315的角部P2的角施加摩擦力。这是为了防止第一电极板在袋状的隔板即覆盖体36的内部移动(为了使第一电极板的位置固定)而接合部35在X方向上接近端部39形成所引起的。在此，从接合部35到端部39的距离在X方向上约为0.5mm。 
另外，该距离是以将电极板配置于支承台9时即使产生误差而热封机也不会与电极板接触的方式估计的距离，并且是为了在尽可能接近电极板的位置上进行熔融固定的机构上的极限的距离。因此，与在第一电极板31形成覆盖体36的情况同样地，在负极板的第二电极板32形成覆盖体的情况下，从该覆盖体的接合部到第二电极板32的端部的在X方向上的距离等于第一电极板31的端部39与接合部35的在X方向上的距离。 
如上所述在角部P2的角度α1比角部P1的角度β1大时，与角部 P2的角度为β1的情况相比，施加给角部P2的压力及摩擦力被分散，能防止第二电极活性物质315的脱落。如此，第二电极活性物质315不易发生脱落，因此覆盖体36不易产生损伤。具体而言在135°＜α1＜180°时，从防止该脱落防止的观点来看能得到良好的结果。 
在图4中，第一电极板31的第一面311及第二面312、第一倾斜面316及第二倾斜面317、以及界面318及界面319由直线图示，但这些面实际上可能包含凹凸。例如用最小平方法等的各种近似方法或统计的方法对使用SEM等计测的面上的点的位置进行处理，并对凹凸进行平滑化，由此能够确定。 
使用电池单元并使用浸渍在电解液中的电极板反复进行充放电时，由于经年变化等，第一倾斜面316或第二倾斜面317如图6所示成为曲面(将成为曲面的第一倾斜面称为316B，将第二倾斜面称为317B)，有时难以确定第一电极板31的端部39的上述α、β的角度。 
这种情况下，在第一电极板31的XY平面的剖面中，将面316C看作第一倾斜面，该面316C通过集电体313与第一电极活性物质314的界面318的端点P3及角部P1。并且，面316C与界面318所成的角度β2作为上述β。而且，将面317C看作第二倾斜面，该面317C通过集电体313与第二电极活性物质315的界面319的端点P4及角部P2。并且，将面317C与界面319所成的角度α2判断为上述α。 
接着，说明第一电极板31的制造方法的一例。图7A是起模部的俯视图。图7B是图7A的D-D’线剖视图。图8A至图8C是表示将电极板的原板切断的情况的剖视图，图9是表示在原板切断时作用在原板上的力的说明图。 
图7A所示的起模部4包括支承基板40、起模刀41、第一按压部42及第二按压部43。起模部4例如是汤姆逊模具(Thomson Die)， 起模刀41是汤姆逊刀(Thomson Cutter)。支承基板40例如是平板状，与原板对置配置。如图7B所示，在支承基板40中，在与原板对置的面即对置面40a上配置且固定起模刀41、第一按压部42及第二按压部43。 
起模刀41例如将板厚为0.5mm～2.0mm左右的带状体折弯成第一电极板31的形状而成。在本实施方式中，作为起模刀41，可以采用单刃。起模刀41的内周面412与对置面40a大致垂直，内周面412的前端成为刀尖411。 
第一按压部42及第二按压部43是起模时在原板由支承台等支承的状态下，将原板朝向支承台按压的部件。第一按压部42及第二按压部43例如由橡胶或海绵等弹性体构成。 
第一按压部42在俯视对置面40a时设置在起模刀41的内周面412的内侧。第二按压部43设置在起模刀41的外周面413的外侧。以第一按压部42的表面42a及第二按压部43的表面43a比刀尖411突出的方式设定第一按压部42及第二按压部43的对置面40a的法线方向的尺寸(厚度)。在此，表面42a与表面43a成为一个面。即，表面42a及表面43a与对置面40a平行，从表面42a及表面43a到对置面40a的距离相等。 
第一按压部42以其侧面42b距刀尖411隔开一定距离的方式设置。该距离、即间隔d根据原板的形成材料和板厚来设定。在本实施方式中，通过在侧面42b与刀尖411之间隔开约5mm的距离，而能够在所希望的范围内得到α及β等的角度。 
第二按压部43以其侧面43b与起模刀41的外周面413相接的方式设置。若侧面43b与外周面413相接，则在起模的过程中，在起模刀41的附近能够按压电极板的原板，能够有效地抑制原板与起模刀41 的位置错动。 
为了利用起模部4对第一电极板31进行起模，如图8A所示，使起模部4与原板31a抵接。详细而言，首先在起模用的支承台8上配置保护片81，在保护片81上配置原板31a。保护片81防止支承台8与起模刀41直接接触。原板31a是在集电体313a的两面(第一面及第二面)上分别涂覆有第一电极活性物质314a及第二电极活性物质315a的部件。原板31a以第一电极活性物质314a与保护片81相接的方式配置。 
接着，使图7B所示的起模部4的对置面40a与图8A所示的原板31a对置，使起模部4的第一按压部42及第二按压部43与第二电极活性物质315a的表面接触。在该阶段，刀尖411不会与原板31a的第二电极活性物质315a发生接触。 
接着，如图8B所示，使起模部4朝向原板31a移动。如此，第一按压部42及第二按压部43被朝向支承台8按压而发生压缩变形，刀尖411与原板31a接触。单刃的起模刀41相对于原板31a以大致90°的角度侵入的方式配置，因此其内周面412相对于原板31a成大致90°的角度。 
如图8C所示，在使起模部4朝向原板31a进一步移动时，刀尖411从第一按压部42及第二按压部43突出，刀尖411将原板31a切断。第一按压部42及第二按压部43对原板31a进行按压，因此原板31a与起模部4的相对位置被限，从而能够使刀尖411与原板31a的规定的位置接触。位于起模刀41的内侧的原板31a作为第一电极板31而被起模。在图8C中，由于起模刀41具有板厚，因此起模刀41的两侧的切割面朝着彼此分离的方向被压开与板厚对应的距离。 
如图9所示，第一按压部42及第二按压部43与原板31a抵接的部分的原板31a被第一按压部42及第二按压部43的按压力F1按压来 限制位置。位于起模刀41的内周面412侧的原板31a的切割面是成为第一电极板31的第二倾斜面317的部分。 
切断部39a从起模刀41的内周面412接受沿着原板31a的主面的方向的压缩力F2。内周面412与第一按压部42的侧面42b之间的原板31a由于存在间隔d而未被第一按压部42按压，因此允许向上方的变形而发生弯曲变形。由此，第一电极活性物质315a的切割面相对于原板31a的表面发生倾斜，成为第一电极板31的第二倾斜面317。 
与起模刀41的内周面412相接的原板31a的切割面中的集电体313a的第二面的切线为L。此时，压缩力F2能够分解为与切线L平行的分力F3和与切线L垂直的分力F4。切断部39a中的第一电极活性物质314a由分力F4朝向保护片81按压而发生压缩变形，成为第一电极板31的第一倾斜面316。如此，图4所示的第二倾斜面317是与图9所示的起模刀41的内周面412抵接的抵接面。而且，图4所示的第一倾斜面316是与保护片81抵接的抵接面。由此，图4所示的第一倾斜面316与第二倾斜面317所成的角度成为图9所示的内周面412与保护片81的表面所成的角度的相同程度(在此大致为90°)。 
在图9中，说明了使用单刃的起模刀的起模，但也可以如图10所示，通过双刃的起模刀进行起模。在图10中，与图9不同之处是使用双刃的起模刀41a。 
起模刀41a具备具有总计2θ的角度的刀尖。起模刀41a的刀尖具有距与保护片81的表面垂直的假想的线为角度θ的斜率。 
这种情况下，与上述的α相当的α3和与上述的β相当的β3的关系成为α3＜β3且α3+β3+θ≈90°。其中，当由第一倾斜面316a和第二倾斜面317a构成的形状细尖时，与电极板的其他的部分相比，该尖细的部分的强度有时会变弱。因此电极板可能会发生折弯，或上述 尖细的部分可能会刺破隔板。由于起模刀41a不是单刃，因此无法形成为α3+β3≈90°，只要确保尖细的部分的强度且不会产生刺破隔板的程度的形状即可，例如只要是60°≤α3+β3≤90°。这种情况下，使用0°≤θ≤30°的双刃的起模刀。 
即便在这种情况下，也能得到与在图5A及图5B中说明的效果同样的效果。 
以上，说明了本发明的优选的实施方式，本发明的技术范围并未限定为上述实施方式。在不脱离本发明的主旨的范围内能够进行结构的附加、省略、置换、及其他的变更。本发明并未由上述的说明来限定，而仅由权利要求书的范围来限定。上述实施方式为层叠型电池单元，但是即便为卷绕型电池单元，在利用覆盖体覆盖正极板或负极板的情况下，也能够适用。 
【工业实用性】 
根据本发明的电池单元，能够提供一种防止电池性能劣化，防止电极活性物质脱离，且防止隔板损伤，安全性优异的电池单元。 

Claims (3)

1.一种电池单元，其特征在于，具有：
第一电极板，具备板状的集电体、涂敷于所述集电体的一个面的第一电极活性物质、涂敷于所述集电体的另一面的第二电极活性物质；
第一隔板，覆盖所述第一电极活性物质而进行配置；以及
第二电极板，经由所述第一隔板而层叠在所述第一电极板上，与所述第一电极板的极性不同，
从所述集电体的端部朝向所述第一电极活性物质的表面的斜面与所述集电体的角度即第一角度大于从所述端部朝向所述第二电极活性物质的表面的斜面与所述集电体的角度即第二角度。
2.根据权利要求1所述的电池单元，其特征在于，还具有：
第二隔板，覆盖所述第二电极活性物质而进行配置；以及
接合部，在所述端部的附近将所述第一隔板与所述第二隔板熔融固定，
所述接合部在所述第一电极板的法线方向上设置在所述第一电极活性物质侧。
3.根据权利要求2所述的电池单元，其特征在于，
所述第一角度与所述第二角度之和为约60°以上90°以下。
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