DE102010035458A1

DE102010035458A1 - Batterie

Info

Publication number: DE102010035458A1
Application number: DE102010035458A
Authority: DE
Inventors: Kengo Kurata; Tsutomu Matsui; Soichi Hanafusa; Hideyuki Ishii; Tatsuya Shinoda; Tsutomu Kanetsuna
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 2009-08-26
Filing date: 2010-08-26
Publication date: 2011-08-04
Anticipated expiration: 2030-08-27
Also published as: DE102010035458B4; JP5595830B2; US9203059B2; JP2011071104A; US20110052970A1

Abstract

Gemäß einer Ausführungsform enthält eine Batterie ein Gehäuse (1), eine Elektrodengruppe (2), einen Deckel (5), einen externen Anschluss (13a, 13b) und ein Isolierelement (12a, 12b). Der externe Anschluss (13a, 13b) enthält einen Kopfbereich (23) und einen axialen Bereich (24), der sich von dem Kopfbereich (23) erstreckt. Der axiale Bereich (24) ist verstemmt und in eine Durchgangsöffnung (15a, 15b) in dem Deckel (5) eingepasst. Das Isolierelement (12a, 12b) ist zwischen dem Deckel (5) und dem externen Anschluss (13a, 13b) angeordnet. Das Isolierelement (12a, 12b) enthält einen Stromschienenfixierungsbereich.

Description

TECHNISCHES GEBIET
Hierin beschriebene Ausführungsformen betreffen im Allgemeinen eine Batterie, ein Batteriemodul und ein Verfahren zum Herstellen des Batteriemoduls
HINTERGRUND
In jüngster Zeit wurde eine sekundäre Batterie, wie beispielsweise ein Bleiakkumulator oder eine Nickelwasserstoffbatterie, als eine Leistungsquelle mit größer Abmessung und großer Kapazität verwendet, wobei ein typisches Beispiel davon eine Leistungsquelle für ein elektrisches Fahrzeug, ein Hybridauto, ein elektrisches Motorrad oder einen Gabelstapler ist. Jüngst wurden Entwicklungen aktiv vorangetrieben, um eine sekundäre Lithiumionenbatterie einzusetzen, welche eine große Energiedichte aufweist. In deren Entwicklungen wurden Erhöhungen der Abmessungen und der Kapazität vorangebracht, während eine Verbesserung der Lebensdauer, der Sicherheit und anderer Merkmale berücksichtigt wurden.
Als eine Leistungsquelle für die oben erwähnten Fahrzeuge oder Produkte wurde eine Batteriepackung verwendet, in der eine große Anzahl von Batterien miteinander in Reihe oder parallel verbunden sind, da die Packung eine große Antriebsleistung vermittelt.
Um die Batterien in Reihe oder parallel miteinander zu verbinden oder elektrische Energie aus den Batterien abzugreifen, werden Stromschienen mit externen Anschlüssen der Batterien verbunden (vergleiche beispielsweise JP-A-2009-87542 (KOKAI), JP-A-2009-87720 (KOKAI), JP-A-2009-87722 (KOKAI) und JP-A-2009-87761 (KOKAI)). Das Verfahren zum Verbinden von Stromschienen mit externen Anschlüssen ist im Wesentlichen ein Verfahren des Ausbildens von Öffnungen in den Stromschienen und Befestigens der mit Öffnungen versehenen Stromschienen an Bolzen, die in den externen Anschlüssen ausgebildet sind, mit Schrauben. Ein Kontaktwiderstand wird zwischen den externen Anschlüssen und den Stromschienen, welche daran mit Schrauben befestigt sind, erzeugt. Es besteht die Befürchtung, dass sich, wenn Schwingungen oder mechanische Kräfte, wie beispielsweise eine Einschlagskraft, auf die Bereiche aufgebracht werden, welche mit den Schrauben befestigt sind, der Kontaktwiderstand ändert.
KURZ BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1 ist eine auseinandergezogene perspektivische Ansicht einer Batterie einer Ausführungsform;
2 ist eine perspektivische Ansicht, welche die äußere Erscheinung der Batterie in 1 darstellt;
3 ist eine vertikale Schnittansicht, die auf der Linie III-III in 2 genommen ist und den Bereich einer Verstemmung der Batterie in der Betrachtungsrichtung entlang der Pfeilrichtung darstellt;
4 ist eine perspektivische Ansicht eines Batteriemoduls einer Ausführungsform;
5 ist eine vergrößerte Schnittansicht von Stromschienenanbringbereichen in dem Batteriemodul in 4;
6 ist eine vergrößerte Schnittansicht von Stromschienenanbringbereichen in einem Batteriemodul, in dem Batterien einer anderen Ausführungsform verwendet werden;
7 ist eine schematische Draufsicht eines externen Isolators, der in einer Batterie noch einer weiteren Ausführungsform verwendet wird;
8 ist eine vergrößerte Schnittansicht von Stromschienenanbringbereichen in einem Batteriemodul, in dem Batterien noch einer weiteren Ausführungsform verwendet werden;
9 ist eine teilweise auseinandergezogene perspektivische Ansicht einer Elektrodengruppe, welche in der Batterie in 1 verwendet wird;
10 ist eine Schnittansicht, die auf der Linie X-X in 9 genommen ist und den Bereich betrachtet entlang der Pfeilrichtung darstellt;
11A ist eine Teildraufsicht eines Beispiels von ersten und zweiten Isolierelementen, die in einer Batterie einer Ausführungsform verwendet werden;
11B ist eine Schnittansicht von verstemmten Abschnitten, welche die Isolierelemente, die in 11A dargestellt sind, aufweisen;
12A ist eine Teildraufsicht eines Beispiels von ersten und zweiten Isolierelementen, die in einer Batterie einer Ausführungsform verwendet werden;
12B ist eine Schnittansicht von verstemmten Abschnitten, welche die Isolierelemente, die in 12A dargestellt sind, aufweisen;
13A ist eine Teildraufsicht eines Beispiels von ersten und zweiten Isolierelementen, die in einer Batterie einer Ausführungsform verwendet werden;
13B ist eine Schnittansicht von verstemmten Abschnitten, welche die Isolierelemente, die in 13A dargestellt sind, aufweisen;
14A ist eine Teildraufsicht eines Beispiels von jeweils ersten und zweiten Isolierelementen, die in einer Batterie einer Ausführungsform verwendet werden;
14B ist eine Schnittansicht von verstemmten Abschnitten, welche die Isolierelemente, die in 14A dargestellt sind, aufweisen;
15A ist eine Teildraufsicht eines Beispiels von jeweils ersten und zweiten Isolierelementen, die in einer Batterie einer Ausführungsform verwendet werden;
15B ist eine Schnittansicht von verstemmten Abschnitten, welche die Isolierelemente, die in 15A dargestellt sind, aufweisen;
16A ist eine Teildraufsicht eines Beispiels von jeweils ersten und zweiten Isolierelementen, die in einer Batterie einer Ausführungsform verwendet werden; und
16B ist eine Schnittansicht von verstemmten Abschnitten, welche die Isolierelemente, die in 16A dargestellt sind, aufweisen.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
Eine Batterie weist gemäß einer Ausführungsform im Wesentlichen ein Gehäuse, eine Elektrodengruppe, einen Deckel, einen externen Anschluss einer positiven Elektrode, einen externen Anschluss einer negativen Elektrode, ein erstes Isolierelement und ein zweites Isolierelement auf.
Die Elektrodengruppe ist in dem Gehäuse vorgesehen und enthält eine positive Elektrode und eine negative Elektrode. Der Deckel ist für eine Öffnung in dem Gehäuse vorgesehen und enthält eine erste Durchgangsöffnung und eine zweite Durchgangsöffnung.
Der externe Anschluss der positiven Elektrode enthält einen Kopfbereich und einen axialen Bereich, der sich von dem Kopfbereich erstreckt und verstemmt ist und in der ersten Durchgangsöffnung in dem Deckel fixiert ist. Der externe Anschluss der negativen Elektrode enthält einen Kopfbereich und einen axialen Bereich, der sich von dem Kopfbereich erstreckt und verstemmt ist und in der zweiten Durchgangsöffnung in dem Deckel fixiert ist.
Das erste Isolierelement ist zwischen dem Deckel und dem externen Anschluss der positiven Elektrode angeordnet. Das zweite Isolierelement ist zwischen dem Deckel und dem externen Anschluss der negativen Elektrode angeordnet. Das erste und zweite Isolierelement enthalten jeweils einen Stromschienenfixierungsbereich.
Ein Batteriemodul gemäß der Ausführungsform enthält die Batterien und eine Stromschiene. Die Stromschiene ist an den Kopfbereich des externen Anschlusses der positiven Elektrode oder den externen Anschluss der negativen Elektrode der Batterie geschweißt. Die Stromschiene ist an dem Stromschienenfixierungsbereich des ersten Isolierelements oder des zweiten Isolierelements befestigt.
Ein Verfahren zur Herstellung des Batteriemoduls gemäß der Ausführungsform enthält die Schritte des Befestigens der Stromschiene an dem Stromschienenfixierungsbereich des ersten oder zweiten Isolierelements und Schweißens der Stromschiene an den Kopfbereich des externen Anschlusses der positiven Elektrode oder des externen Anschlusses der negativen Elektrode.
Um den Bindungswiderstand zwischen externen Anschlüssen und Stromschienen zu stabilisieren, wurden Untersuchungen bezüglich des Verbindens der externen Anschlüsse und der Stromschienen mittels Laserstrahlschweißen, Widerstandsschweißen oder Ultraschallschweißen (Binden) durchgeführt. Wenn eine große Anzahl von Batterien aneinandergereiht wird, werden Stromschienen auf den Batterien angeordnet und anschließend werden diese Elemente aneinandergeschweißt, um die Batterien miteinander in Reihe oder parallel zu verbinden, wobei ein Schweißfehler häufig aufgrund der Positionslücke zwischen den externen Anschlüssen und den Stromschienen verursacht wird. Um die Positionslücke zwischen den externen Anschlüssen und den Stromschienen zu vermeiden, wird eine Technik der Verwendung von Werkzeugen zum Bestimmen relativer Positionen zwischen den Batterien und den Stromschienen und Befestigen dieser Elemente angewendet. Wenn die Anzahl der verwendeten Werkzeuge groß ist, wird das Problem verursacht, dass sich entsprechend Herstellungskosten erhöhen.
Beispiele des Schweißfehlers enthalten eine unzureichende Schweißfestigkeit und ein Abfallen der Stromschienen von den externen Anschlüssen aufgrund der Positionslücke zwischen den externen Anschlüssen und den Stromschienen. Wenn eine große Anzahl von Batterien gehandhabt wird, wird es schwierig, einen Schweißfehler aufzufinden. Als Folge davon verringert sich die Zuverlässigkeit der Batteriepackung, und ferner entsteht das Risiko eines Kurzschlusses, verursacht durch das Abfallen oder Trennen der Stromschiene.
Die Ausführungsformen stellen eine Batterie und ein Batteriemodul, in denen zu der Zeit des miteinander Verschweißens eines externen Anschlusses und einer Stromschiene, ein Schweißfehler aufgrund der Positionslücke zwischen dem externen Anschluss und der Stromschiene unterdrückt wird, wodurch eine Batteriepackung mit hoher Zuverlässigkeit und Sicherheit erhalten wird; und ein Verfahren zur Herstellung des Batteriemoduls bereit.
Es werden im Folgenden Batterien gemäß den Ausführungsformen der Erfindung mit Bezug auf die Zeichnungen beschrieben. Die Erfindung ist nicht auf diese Ausführungsformen beschränkt.
Eine Batterie 30, die in 1 dargestellt ist, ist eine abgedichtete rechteckförmige nicht wässrige sekundäre Batterie. Ein Gehäuse 1 weist eine einseitig geschlossene rechteckförmige zylindrische Gestalt auf und ist beispielsweise aus einem leitfähigen Material, wie beispielsweise einem Metall und einer Legierung gefertigt. Beispiele des leitfähigen Materials enthalten Aluminium, eine Aluminiumlegierung, Eisen und Edelstahl.
Eine Elektrodengruppe 2 wird beispielsweise durch Vorsehen eines Trenners zwischen einer lagenförmigen positiven Elektrode und einer lagenförmigen negativen Elektrode, Wickeln des resultierenden Elements in eine Spiralform und anschließendes Pressen des gesamten resultierenden Elements in eine flache Form ausgebildet. Die positive Elektrode (nicht dargestellt) umfasst einen Stromabnehmer und eine aktive Materialschicht bzw. Aktivmaterialschicht der positiven Elektrode, die auf eine Oberfläche oder jede Oberfläche des Stromabnehmers aufgeschichtet ist. Die negative Elektrode (nicht dargestellt) umfasst einen Stromabnehmer und eine aktive Materialschicht bzw. Aktivmaterialschicht der negativen Elektrode, die auf eine Oberfläche oder jede Oberfläche des Stromabnehmers aufgeschichtet ist. Eine Nase der positiven Elektrode 3 ist durch Ultraschallschweißen (Binden) an den Stromabnehmer der positiven Elektrode der Elektrodengruppe 2 geschweißt und erstreckt sich von der oberen Endfläche der Elektrodengruppe 2 nach oben. Eine Nase der negativen Elektrode 4 ist durch Ultraschallschweißen (Binden) an den Stromabnehmer der negativen Elektrode der Elektrodengruppe 2 geschweißt und erstreckt sich von der oberen Endfläche der Elektrodengruppe 2 nach oben. Die Nase der positiven Elektrode 3 und die Nase der negativen Elektrode 4 sind nicht im Besonderen beschränkt, solang die Nasen 3 und 4 elektrische Energie von der positiven Elektrode und der negativen Elektrode der Elektrodengruppe 2 entsprechend abnehmen können. Die Nasen 3 und 4 können Vorsprünge sein, die durch teilweises Erweitern der entsprechenden Stromabnehmer der positiven Elektrode und negativen Elektrode erhalten werden. Die Elektrodengruppe 2 ist mit einer Elektrolytlösung (nicht dargestellt) imprägniert.
Wie es in 2 dargestellt ist, ist ein Deckel 5 in der Form einer rechteckförmigen Platte an eine Öffnung in dem Gehäuse 1 beispielsweise mittels eines Lasers nahtgeschweißt. Ein lasergeschweißter Bereich 6 ist an den gesamten vier Seiten des Deckels 5 ausgebildet. Der Deckel ist beispielsweise aus einem leitfähigen Material, wie beispielsweise einem Metall und einer Legierung, gefertigt. Beispiele des leitfähigen Materials enthalten Aluminium, eine Aluminiumlegierung, Eisen und Edelstahl. Der Deckel 5 und das Gehäuse 1 sind vorzugsweise aus dem gleichen Material gefertigt. Eine Öffnung 7 zum Einbringen der elektrolytischen Lösung ist in dem Deckel 5 ausgebildet, um sich in einem offenen Zustand zu befinden. Nachdem die elektrolytische Lösung in das Gehäuse eingebracht ist, wird die Einbringöffnung 7 mit einem Abdichtungsdeckel 8 abgedichtet.
Wie es in 1 dargestellt ist, sind eine Anschlusseinheit 9(+) der positiven Elektrode und eine Anschlusseinheit 9(–) der negativen Elektrode in dem Deckel 5 vorgesehen. Die Anschlusseinheit der positiven Elektrode 9(+) umfasst einen Anschluss der positiven Elektrode 10a, einen ersten internen Isolator 11a, ein erstes Isolierelement 12a und einen externen Anschluss der positiven Elektrode 13a. Die Anschlusseinheit der negativen Elektrode 9(–) umfasst einen Anschluss der negativen Elektrode 10b, einen zweiten internen Isolator 11b, ein zweites Isolierelement 12b und einen externen Anschluss der negativen Elektrode 13b.
Zwei rechteckförmige Ausnehmungen 14 sind in der Außenoberfläche des Deckels 5 ausgebildet. Der externe Anschluss der positiven Elektrode 13a ist in einer Ausnehmung 14 aufgenommen, während der externe Anschluss der negativen Elektrode 13b in der anderen Ausnehmung 14 aufgenommen ist. Eine erste Durchgangsöffnung 15a und eine zweite Durchgangsöffnung 15b sind entsprechend in den Ausnehmungen 14 vorgesehen.
Der Anschluss der positiven Elektrode 10a und der Anschluss der negativen Elektrode 10b sind in der Form von rechteckförmigen Platten ausgebildet, welche Durchgangsöffnungen 16 als Öffnungen umfassen, in die axiale Bereiche der externen Anschlüsse der positiven und negativen Elektrode 13a und 13b entsprechend einzupassen sind. Der Anschluss der positiven Elektrode 10a und der Anschluss der negativen Elektrode 10b sind in dem Gehäuse 1 angeordnet. Der Anschluss der positiven Elektrode 10a ist mit der Nase der positiven Elektrode 3 beispielsweise durch Schweißen elektrisch verbunden. Der Anschluss der negativen Elektrode 10b ist mit der Nase der negativen Elektrode beispielsweise durch Schweißen elektrisch verbunden.
Der erste interne Isolator 11a liegt in der Form einer rechteckförmigen Platte vor, welche eine Durchgangsöffnung 17 umfasst, die mit der ersten Durchgangsöffnung 15a in dem Deckel 5 und der Durchgangsöffnung 16 in dem Anschluss der positiven Elektrode 10a kommuniziert. Der erste interne Isolator 11a ist zwischen der Innenoberfläche des Deckels 5 und dem Anschluss der positiven Elektrode 10a angeordnet, um den Deckel 5 und den Anschluss der positiven Elektrode 10a elektrisch voneinander zu isolieren. Der zweite interne Isolator 11b liegt in der Form einer rechteckförmigen Platte vor, welcher eine Durchgangsöffnung 17 umfasst, die mit der zweiten Durchgangsöffnung 15b in dem Deckel 5 und der Durchgangsöffnung 16 in dem Anschluss der negativen Elektrode 10b kommuniziert. Der zweite interne Isolator 11b ist zwischen der Innenoberfläche des Deckels 5 und dem Anschluss der negativen Elektrode 10b angeordnet, um den Deckel 5 und den Anschluss der negativen Elektrode 10b elektrisch voneinander zu isolieren.
Wie es in 3 dargestellt ist, umfassen sowohl das erste Isolierelement 12a als auch das zweite Isolierelement 12b einen zylindrischen Bereich 18 in einer zylindrischen Form, einen Flanschbereich 19, der so in einer Flanschform ausgebildet ist, um an ein Ende einer Öffnung in dem zylindrischen Bereich 18 angepasst zu sein, einen Seitenwandbereich 20, der sich von vier Seiten des Flanschbereichs 19 nach oben erhebt, und zwei Vorsprünge 211 und 212, an denen Stromschienen zu befestigen sind. Die zwei Vorsprünge 211 und 212 sind angeordnet, um von den oberen Endflächen zweier aus vier Seiten des Seitenwandbereichs 20 des ersten oder zweiten Isolierelements 12a oder 12b, die einander gegenüberliegen, nach oben hervorzustehen. Die Vorsprünge 211 und 212 sind jeweils in der Mitte jedes der Seitenwandbereiche 20 positioniert. Die Vorsprünge 211 und 212 befinden sich jeweils in Form eines kreisförmigen Stabs, der eine Abmessung im Wesentlichen gleich der Abmessung jeder Öffnung in jeder der Stromschienen aufweist, und eine Verhakung 22 an einem oberen Ende enthält. Die Verhakung 22 erstreckt sich in der Gestalt eines kreisförmigen sich verjüngenden Kegels.
Eine der zwei Enden einer Öffnung in jedem der zylindrischen Bereiche 18 des ersten und zweiten Isolierelements 12a und 12b ist in jeweils eine der ersten und zweiten Durchgangsöffnungen 15a und 15b in den Ausnehmungen 14 in dem Deckel 5 eingebracht. Das andere Öffnungsende von jeder der zylindrischen Bereiche 18 ist in die Durchgangsöffnung 17 in den ersten oder zweiten internen Isolatoren 11a oder 11b eingebracht. Die Flanschbereiche 19 des ersten und zweiten Isolierelements 12a und 12b decken die Umgebungen der ersten und zweiten Durchgangsöffnung 15a und 15b in den Ausnehmungen 14 in dem Deckel 5 ab.
Wie es in 1 dargestellt ist, umfassen der externe Anschluss der positiven Elektrode 13a und der externe Anschluss der negativen Elektrode 13b jeweils einen rechteckförmigen Kopfbereich 23 und eine axialen Bereich 24, der sich von dem Kopfbereich 23 nach unten erstreckt. Wie es in 3 dargestellt ist, werden die Kopfbereiche 23 der externen Anschlüsse der positiven und negativen Elektrode 13a und 13b in Räumen gehalten, die von den Flanschbereichen 19 und den Seitenwandbereichen 20 der ersten und zweiten Isolierelemente 12a und 12b entsprechend umgeben sind. Die axialen Bereiche 24 der externen Anschlüsse der positiven und negativen Elektrode 13a und 13b werden entsprechend in die zylindrischen Bereiche 18 des ersten und zweiten Isolierelements 12a und 12b und die Durchgangsöffnungen 16 in den Anschlüssen der positiven und negativen Elektrode 10a und 10b eingebracht, sodass die unteren Enden der axialen Bereiche 24 von den Durchgangsöffnungen 16 hervorstehen.
Wie für jeden der externen Anschlüsse der positiven und negativen Elektrode 13a und 13b wird in dem Fall des Pressens des axialen Bereichs 24 in der axialen Richtung, während die Position des Kopfabschnitts 23 fixiert ist, der axiale Bereich 24 verformt, um den Durchmesser davon groß zu machen (d. h. die Verformung ist eine Erweiterung), wie es in 3 dargestellt ist. Als Folge davon wird das erste Isolierelement 12a, das zwischen dem axialen Bereich 24 des externen Anschlusses der positiven Elektrode 13a und der ersten Durchgangsöffnung 15a in dem Deckel 5 positioniert ist, gepresst, wodurch ein festes Anhaften bzw. ein enges in Kontakt bringen des ersten Isolierelements 12a an den ersten internen Isolator 11a bewirkt wird und ferner ein festes Anhaften bzw. ein enges in Kontakt bringen des axialen Bereichs 24 des externen Anschlusses der positiven Elektrode 13a an die Durchgangsöffnung 16 in dem Anschluss der positiven Elektrode 10a bewirkt wird. Ferner wird das zweite Isolierelement 12b, das zwischen dem axialen Bereich 24 des externen Anschlusses der negativen Elektrode 13b und der zweiten Durchgangsöffnung 15b in dem Deckel 5 positioniert ist, gepresst, wodurch ein festes Anhaften bzw. enges in Kontakt bringen des zweiten Isolierelements 12b an dem zweiten interne Isolator 11b bewirkt wird und ferner ein festes Anhaften bzw. enges in Kontakt bringen des axialen Bereichs 24 des externen Anschlusses der negativen Elektrode 13b an der Durchgangsöffnung 16 in dem Anschluss der negativen Elektrode 10b bewirkt wird. Mit anderen Worten werden die externen Anschlüsse der positiven und negativen Elektrode 13a und 13b entsprechend in den ersten und zweiten Durchgangsöffnungen 15a und 15b in dem Deckel 5 durch das erste Isolierelement 12a und den ersten internen Isolator 11a und durch das zweite Isolierelement 12b und den zweiten interne Isolator 11b verstemmt und fixiert, und ferner werden die Anschlüsse 13a und 13b auch mit den Anschlüssen der positiven und negativen Elektrode 10a und 10b entsprechend verstemmt und fixiert. Auf diese Weise werden die externen Anschlüsse der positiven und negativen Elektrode 13a und 13b an dem Deckel 5 in dem Zustand fixiert, in dem eine elektrische Isolation davon voneinander und eine Luftdichtigkeit darin beibehalten werden. Ferner werden der externe Anschluss der positiven Elektrode 13a und der Anschluss der positiven Elektrode 10a aneinander in dem Zustand fixiert, in dem die elektrische Verbindung dazwischen beibehalten wird. Der externe Anschluss der negativen Elektrode 13b und der Anschluss der negativen Elektrode 10b sind auch miteinander in einem Zustand fixiert, in dem die elektrische Verbindung dazwischen beibehalten wird.
4 stellt eine Ausführungsform eines Batteriemoduls dar, das eine Mehrzahl von (beispielsweise 3) Batterien 30 umfasst, welche die gleiche Struktur, wie sie oben beschrieben ist, aufweisen. Ein Batteriemodul 31 umfasst Stromschienen 32. Die Stromschienen 32 werden verwendet, um die Batterien miteinander zu verbinden oder elektrische Energie von den Batterien abzugreifen. Jede der Stromschienen 32 ist aus einem leitfähigen Material, wie beispielsweise Metall gefertigt. Um zwei benachbarte Batterien elektrisch miteinander zu verbinden, umfassen einige der Stromschienen 32 jeweils ein Paar von Öffnungen 331 und 332, in welche die zwei Vorsprünge 211 und 212 des ersten und zweiten Isolierelements von einer der zwei Batterien 30 eingepasst sind, und ein Paar von Öffnungen 341 und 342, in welche die zwei Vorsprünge 211 und 212 des ersten oder zweiten Isolierelements der anderen Batterie 30 eingepasst sind.
Die zwei Vorsprünge 211 und 212 des zweiten Isolierelements 12b der Batterie 30, welche auf der Rückseite des Batteriemoduls in 4 positioniert ist, sind in das Öffnungspaar 331 und 332 in der ersten Stromschiene 32 eingebracht und eingepasst. In das Öffnungspaar 341 und 342 in dieser Stromschiene 32 sind die zwei Vorsprünge 211 und 212 des ersten Isolierelements 12a der Batterie 30 in der Mitte eingebracht und eingepasst. Ferner sind in das Öffnungspaar 331 und 332 in der zweiten Stromschiene 32 die zwei Vorsprünge 211 und 212 des zweiten Isolierelements 12a der Batterie 30 in der Mitte eingebracht und eingepasst. Ferner sind in das Öffnungspaar 341 und 342 in dieser Stromschiene 32 die zwei Vorsprünge 211 und 212 des ersten Isolierelements 12a der Batterie 30 auf der Vorderseite eingebracht und eingepasst. Die Verhakungen 22 der Vorsprünge 211 und 212 vermeiden entsprechend ein Abfallen der Stromschienen 32 von den Vorsprüngen 211 und 212. Auf diese Weise werden die drei Batterien 30 durch die zwei Stromschienen 32 fixiert. Wie es in 5 dargestellt ist, werden in diesem Zustand mehrere Punkte (beispielsweise zwei Punkte) der ersten Stromschiene 32, welche sich zwischen den Öffnungen 331 und 332 befinden, mit dem Kopfbereich 23 des externen Anschlusses der negativen Elektrode 13b der Batterie 30 auf der Rückseite verschweißt. Gleichzeitig werden mehrere Punkte (beispielsweise zwei Punkte) dieser Stromschiene 32, welche sich zwischen den Öffnungen 341 und 342 befinden, mit dem Kopfbereich 23 des externen Anschlusses der positiven Elektrode 13a der Batterie 30 in der Mitte verschweißt. Ferner werden mehrere Punkte (beispielsweise zwei Punkte) der zweiten Stromschiene 32, die sich zwischen den Öffnungen 331 und 332 befinden, mit dem Kopfbereich 23 des externen Anschlusses der negativen Elektrode 13b der Batterie 30 in der Mitte verschweißt, und ferner werden mehrere Punkte (beispielsweise zwei Punkte) dieser Stromschiene 32 zwischen den Öffnungen 341 und 342 mit dem Kopfbereich 23 des externen Anschlusses der positiven Elektrode 13a der Batterie auf der Vorderseite verschweißt. Auf diese Weise werden die drei Batterien 30 über die Stromschienen 32 in Reihe miteinander elektrisch verbunden. Jedes Referenzzeichen 35 in den 4 und 5 stellt Schweißbereiche bzw. verschweißte Bereiche dar. Die Verbindung zwischen den Batterien 30 ist nicht auf die Verbindung in Reihe beschränkt, und eine parallele Verbindung kann vorgesehen sein.
In dem Batteriemodul 31 in 4 können zwei der Stromschienen 32 als ein Eingabeanschluss und ein Ausgabeanschluss des Batteriemoduls entsprechend verwendet werden. Öffnungen 341 und 342 in einer der zwei Stromschienen 32 werden auf die zwei Vorsprünge 211 und 212 des ersten Isolierelements 12a der Batterie 30 auf der Rückseite in 4 angepasst und anschließend wird die Stromschiene 32 an den Kopfbereich 32 des externen Anschlusses der positiven Elektrode 13a geschweißt. Als Folge davon kann diese Stromschiene 32 als ein Anschluss der positiven Elektrode des Batteriemoduls verwendet werden. Öffnungen 331 und 332 in der anderen Stromschiene 32 werden an die zwei Vorsprünge 211 und 212 des zweiten Isolierelements 12b der Batterie 30 auf der Vorderseite in 4 angepasst, und anschließend wird die Stromschiene 32 an den Kopfbereich 32 des externen Anschlusses der negativen Elektrode 13b geschweißt. Als Folge davon kann diese Stromschiene 32 als ein Anschluss der negativen Elektrode des Batteriemoduls verwendet werden.
In dem Zustand, in dem die Vorsprünge 211 und 212 des ersten und zweiten Isolierbereichs 12a und 12b in die Öffnungen 331 und 332 und die Öffnungen 341 und 342 in den Stromschienen 32 eingepasst und damit fixiert sind, tritt die Positionslücke zwischen den externen Anschlüssen der positiven und negativen Elektrode 13a und 13b und den Stromschienen 32 nicht auf. Somit können diese Elemente einfach verschweißt werden. Beispiele des Schweißens enthalten Laserstrahlschweißen, Widerstandschweißen und Ultraschallschweißen (Binden). In einem Fall, in dem die externen Anschlüsse mit den Stromschienen mittels Laserstrahlschweißen verschweißt werden, tritt ein Schweißfehler auf, wenn die Anschlüsse mit den Schweißflächen der Stromschienen nicht eng in Kontakt stehen. Somit ist es zur Zeit des Laserstrahlschweißens notwendig, komplizierte Werkzeuge zu verwenden, welche zu schweißende Nahbereiche der Stromschiene pressen, um fixiert zu werden. Die Werkzeuge können einfache Presswerkzeuge sein, da die Elemente sich bereits in Position befinden.
Das Material des ersten und zweiten Isolierelements 12a und 12b, welche ausgeformte Harzprodukte sind, die zwischen den externen Anschlüssen von jeder Batterie und deren Deckel angeordnet sind, ist vorzugsweise ein Harzmaterial, das einen hohen Schmelzpunkt aufweist, wenn die Batterie mit einem starken Strom geladen und/oder entladen wird. Typische Beispiele des Harzes enthalten Tetrafluorethylen/Perfluoralkyl-Vinyl-Ether-Copolymer (im Folgenden als „PFA” bezeichnet) und Polyphenylensulfid (PPS). Das Material, das den ersten und zweiten interne Isolator 11a und 11b ausbildet, ist nicht im Besonderen beschränkt und kann gleich dem Material des ersten und zweiten Isolierelements 12a und 12b sein.
Es ist auch möglich, das erste oder zweite Isolierelement 12a oder 12b in zwei zu unterteilen und drei Arten von ausgeformten Harzprodukten zu verwenden, welche die zwei unterteilten Isolierelemente und den ersten oder zweiten internen Isolator 11a oder 11b enthalten. Ein Beispiel davon ist in 6 dargestellt. In 6 umfasst ein erstes Isolierelement 12a zwei Komponenten, d. h. eine erste Isolierdichtung 40 und einen ersten externen Isolator 41. Ein erstes Isolierelement 12b umfasst zwei Komponenten, d. h. eine zweite Isolierdichtung 40 und einen zweiten externen Isolator 41. Die erste und zweite Isolierdichtung 40 umfassen jeweils einen zylindrischen Bereich 40a in einer kreiszylindrischen Form und einen Flanschbereich 40b, der in einer Flanschform ausgebildet ist, um an ein oder zwei Enden einer Öffnung in dem zylindrischen Bereich 40a angepasst zu sein. Die zylindrischen Bereiche 40a der ersten und zweiten Isolierdichtung 40 werden entsprechend in die erste und zweite Durchgangsöffnung 15a und 15b in den Ausnehmungen 14 in dem Deckel 5 eingebracht, und das andere Öffnungsende von jedem der zylindrischen Bereiche 40a wird in die Durchgangsöffnung 17 in dem ersten oder zweiten internen Isolator 11a oder 11b eingebracht. Die Flanschbereiche 40b der ersten und zweiten Isolierdichtung 40 decken die Umgebungen der ersten und zweiten Durchgangsöffnung 15a und 15b in den Ausnehmungen 14 in dem Deckel 5 entsprechend ab.
Der erste und zweite externe Isolator 41 umfassen jeweils einen Basisbereich 41b in der Form einer rechteckförmigen Platte, welche eine Durchgangsöffnung 41a, einen Seitenwandbereich 41c, der sich von vier Seiten des Basisabschnitts 41b nach oben erhebt, und Vorsprünge 211 und 212 umfasst, die sich von der oberen Endfläche des Seitenwandbereichs 41c nach oben erstrecken. Der erste und zweite externe Isolator 41 sind entsprechend in den Ausnehmungen 14 in dem Deckel 5 angeordnet, und die Flanschbereiche 40b der ersten und zweiten Isolierdichtung 40 sind entsprechend in die Durchgangsöffnungen 41a in dem ersten und zweiten externen Isolator 41 eingebracht.
Der Kopfbereich 23 der externen Anschlüsse der positiven und negativen Elektrode 13a und 13b werden in Räumen gehalten, die von den Flanschbereichen 40b der ersten und zweiten Isolierdichtung 40, den Basisbereichen 41b des ersten und zweiten externen Isolators 41 und den Seitenwandbereichen 41c davon entsprechend umgeben sind. Die axialen Bereiche 24 der externen Anschlüsse der positiven und negativen Elektrode 13a und 13b werden entsprechend in die zylindrischen Bereiche 40a der ersten und zweiten Isolierdichtung 40 und die Durchgangsöffnung 16 in den Anschlüssen der positiven und negativen Elektrode 10a und 10b eingebracht, und die unteren Enden der axialen Bereiche 24 stehen von den Durchgangsöffnungen 16 entsprechend hervor.
Wie es in 6 dargestellt ist, werden in dem Fall des Pressens der axialen Bereiche 24 in den entsprechenden axialen Richtungen, währen die Positionen der Kopfbereiche 23 fixiert sind, die axialen Bereiche 24 jeweils verformt, um den Durchmesser davon groß zu machen (d. h. die Verformung ist eine Erweiterung). Als Folge davon werden die ersten und zweiten Isolierdichtungen 40, die entsprechend zwischen dem axialen Bereich 24 des externen Anschlusses der positiven Elektrode 13a und der ersten Durchgangsöffnung 15a in dem Deckel 5 und zwischen dem axialen Bereich 24 des externen Anschlusses der negativen Elektrode 13b und der zweiten Durchgangsöffnung 15b in dem Deckel 5 positioniert sind, gepresst. Ferner bewirkt dieses Pressen, dass die Isolierdichtungen 40 mit den internen Isolatoren 11 und den externen Isolatoren 41 eng in Kontakt geraten, und bewirkt ferner, dass die axialen Bereiche 24 der externen Anschlüsse der positiven und negativen Elektrode 13a und 13b entsprechend mit den Durchgangsöffnungen 16 in den Anschlüssen der positiven und negativen Elektrode 10 eng in Kontakt geraten. Mit anderen Worten werden die externen Anschlüsse der positiven und negativen Elektrode 13a und 13b mit dem Deckel 5 verstemmt und damit fixiert, durch die externen Isolatoren 41, Isolierdichtungen 40 und die internen Isolatoren 11, und ferner auch mit den Anschlüssen der positiven und negativen Elektrode 10a und 10b entsprechend verstemmt und fixiert. Auf diese Weise werden die externen Anschlüsse der positiven und negativen Elektrode 13a und 13b an dem Deckel 5 in dem Zustand fixiert, in dem die elektrische Isolation davon voneinander und eine Luftdichtigkeit darin beibehalten werden. Ferner werden der externe Anschluss der positiven Elektrode 13a und der Anschluss der positiven Elektrode 10a miteinander in dem Zustand fixiert, in dem eine elektrische Verbindung dazwischen beibehalten wird. Der externe Anschluss der negativen Elektrode 13b und der Anschluss der negativen Elektrode 10b werden auch in dem Zustand miteinander fixiert, in dem die elektrische Verbindung dazwischen beibehalten wird.
Komponenten, welche zum Beibehalten der Luftdichtigkeit durch Verstemmen und Fixieren wichtig sind, sind die Isolierdichtungen 40. Bei Verwendung von ausgeformten Produkten als Isolierdichtungen 40 aus einem Harzmaterial, das einen höheren Schmelzpunkt als die externen Isolatoren 41 und internen Isolatoren 11 aufweist, kann die Luftdichtigkeit bei einer hohen Temperatur (beispielsweise 100°C oder niedriger) sicher aufrechterhalten werden, während die Verarbeitungsmenge des Harzmaterials auf einen kleinen Wert gehalten wird. Somit, selbst wenn PFA, das ein teueres Harzmaterial ist, für die Isolierdichtungen 40 verwendet wird, wird eine Erhöhung der Kosten für das Material begrenzt. Wenn für die externen Isolatoren 41 ein härteres Material als für die Isolierdichtungen 40 verwendet wird, kann die mechanische Festigkeit groß gemacht werden. Somit, wenn die externen Anschlüsse sich drehen, kann das Risiko eines Kurzschlusses kleingemacht werden.
Ferner können die Isolierdichtungen 40 in einer kleineren Abmessung als die ersten und zweiten Isolationselemente 12a und 12b in 3 vorgesehen sein; somit kann eine große Anzahl von Isolierdichtungen, welche mit den Dichtungen 40 äquivalent sind, mittels einer Form ausgebildet werden. Als Folge davon wird die Dichtungsproduktivität erhöht, um eine vorteilhafte Wirkung des Begrenzens von Kosten zum Verarbeiten des Harzes zu den Dichtungen erzeugt werden. Als Folge davon können die Kosten für die Dichtungen verringert werden. Das Harzmaterial, das einen hohen Schmelzpunkt aufweist, ist vorzugsweise ein Harz, das Fluor enthält, das bezüglich des Widerstands gegen elektrolytische Lösungen ausgezeichnet ist. Ein typisches Beispiel des Harzes ist Tetrafluorethylen/Perfluoralkyl-Vinyl-Ether (PFA), das einen Schmelzpunkt von 300 bis 310°C aufweist.
Bezüglich des PFAs beträgt die Schmelzflussrate bzw. der Schmelzestrom (im Folgenden als „MFR” bezeichnet) davon vorzugsweise 5 g/10 Minuten oder weniger. In diesem Fall wird das Harz davon abgehalten, bei einer hohen Temperatur zu fließen, um die Luftdichtigkeit zu verbessern. Die MFR wird unter den folgenden Bedingungen gemessen: einer Temperatur von 372°C und einer Last von 5 kg.
Die Dicke des Flanschbereichs 40b von jeder der Isolierdichtungen 40 ist vorzugsweise größer als die des Basisbereichs 41b des entsprechenden externen Isolators 41. In diesem Fall wird der Flanschbereich 40b der Isolierdichtung 40, der zum sicheren Beibehalten der Luftdichtigkeit wichtig ist, das erste Mal zur Zeit des Verstemmens eingedrückt. Danach wird der Flanschbereich 40b zwischen dem Kopfbereich 23 des externen Anschlusses der positiven oder negativen Elektrode 13a oder 13b und dem Deckel 5 fixiert, während die Lücke zwischen dem Flanschbereich 40b und dem Basisbereich 41b des externen Isolators 41 mit dem Flanschbereich 40b eingebettet wird. Das ermöglicht es, die Lücke zwischen der Isolierdichtung 40 und dem externen Isolator 41 zu eliminieren, um eine Struktur zum Vermeiden eines Kurzschlusses aufgrund von Migration auszubilden.
Das Harz, das für den externen Isolator 41 verwendet wird, ist vorzugsweise ein Harz, das einen niedrigeren Schmelzpunkt aufweist und härter ist als das Harz, das für die Isolierdichtung 40 verwendet wird. Im Besonderen weist der externe Isolator vorzugsweise einen niedrigeren Schmelzpunkt und eine größere Rockwell-Härte als die Isolierdichtung auf, wodurch das Folgende ermöglicht wird: wenn eine Drehkraft auf den externen Anschluss der positiven oder negativen Elektrode 13a oder 13b um deren verstemmten Bereich herum wirkt, wird ein Brechen des externen Isolators aufgrund der Kraft, die auf den Kopfbereich des externen Anschlusses 23 und den Deckel 5 aufgebracht wird, vermieden, sodass ein Kurzschluss, der durch Kontakt zwischen dem Kopfbereich des externen Anschlusses 23 und dem Deckel 5 verursacht wird, vermieden wird.
Wenn PFA für die Isolierdichtung 40 verwendet wird, ist die Rockwell-Härte von PFA ungefähr R50. Beispiele eines Materials, das eine größere Rockwell-Härte aufweist, enthalten Polypropylen (PP), das eine Härte von R85 bis 110 und einen Schmelzpunkt von 160 bis 170°C aufweist, Polyethylen-Terephthalat (PET), das eine Härte von R110 bis 120 und einen Schmelzpunkt von 264°C aufweist, und Polyphenylen-sulfid (PPS), das eine Härte von R118 bis 124 und einen Schmelzpunkt von 280 bis 290°C aufweist. Die Rockwell-Härte ist in JIS K 7202-2, „Plastic – Method for Determining Hardness – Part 2: Rockwell Hardness" beschrieben.
Der externe Isolator 41 ist vorzugsweise ein Spritzgussprodukt. Gemäß dem PFA, das ein MFR von 5 g/10 Minuten oder weniger aufweist, kann die Luftdichtigkeit bei einer hohen Temperatur sicher beibehalten werden; allerdings kann das Harz nicht einfach einem Spritzguss unterzogen werden. Bei Verwendung eines Spritzgussprodukts als externer Isolator 41 wird die Flexibilität der Gestaltänderung davon erhöht. Ferner kann eine Polarisationsanzeige, wie beispielsweise eine „+”-Markierung oder eine „–”-Markierung, in dem externen Isolator 41 ausgebildet werden, welcher zur Befestigung des Anschlusses der positiven Elektrode oder des Anschlusses der negativen Elektrode verwendet wird, oder die Isolatoren 41 können in unterschiedliche Farben eingefärbt werden. Somit können die plus und minus Eigenschaften einfach voneinander unterschieden werden. 7 stellt ein Beispiel dar, in dem eine „+”-Markierung 42 in der oberen Endfläche des Seitenwandbereichs 41c des externen Isolators 41 der positiven Elektrode dargestellt ist. Beispiele des Harzes, das spritzgegossen werden kann, enthalten PP, PET und PPS.
Harze, welche für den ersten und zweiten internen Isolator 11a und 11b verwendet werden, sind nicht im Besonderen beschränkt. Die Harze sind jeweils vorzugsweise ein Harz, das einen niedrigeren Schmelzpunkt als das Harz aufweist, das für die Isolierdichtungen 40 verwendet wird. Wenn das Harz einem Spritzguss unterzogen werden kann, wird die Flexibilität der Formänderung des ausgeformten Produkts vorteilhaft erhöht. Spezielle Beispiele des Harzes enthalten PP, PET und PPS.
Die Gestalt der Vorsprünge 211 und 212 ist nicht auf die Gestalt beschränkt, die in 3 dargestellt ist. Es ist bezüglich der Gestalt ausreichend, wenn die Stromschienen 32 von den Vorsprüngen nicht abfallen. Wie es beispielsweise in 8 dargestellt ist, kann für die Vorsprünge 211 und 212 eine Komponente, welche ein ringförmiges oberes Ende umfasst, indem ein Teil des Umfangs des oberen Endes nach außen erweitert ist, als jeweilige Verhakungen 22 verwendet werden.
Die Anzahl der Vorsprünge, die in jedem der Isolierelemente vorgesehen sind, ist nicht auf zwei beschränkt und kann eins, drei oder mehr sein. Die Anzahl der Vorsprünge, die hierin erwähnt sind, ist nicht die Summe solcher, welche in den ersten und zweiten Isolierelementen vorgesehen sind, sondern auf die Anzahl in jedem der Elemente. Die Anzahl der Vorsprünge, die in dem ersten Isolierelement vorgesehen sind, kann gleich oder verschieden von der der Vorsprünge sein, die in dem zweiten Isolierelement vorgesehen sind.
Es werden typische Beispiele des Materials der externen Anschlüsse hierin beschrieben. In dem Fall einer sekundären Lithiumionenbatterie, in der ein auf Kohlenstoff basierendes Material als aktives Material der negativen Elektrode verwendet wird, wird im Allgemeinen Aluminium oder eine Aluminiumlegierung für den Anschluss der positiven Elektrode verwendet, während ein Metall, wie beispielsweise Kupfer, Nickel oder Eisen plattiert mit Nickel für den Anschluss der negativen Elektrode verwendet wird. Wenn Lithiumtitanat als das aktive Material der negativen Elektrode verwendet wird, ist es möglich, neben den obigen, Aluminium oder eine Aluminiumlegierung für den Anschluss der negativen Elektrode zu verwenden.
In der Batterie in 1 erweitern bzw. erstrecken sich die Nasen sowohl der positiven als auch der negativen Elektrode von einer der zwei Endflächen der Elektrodengruppe; allerdings ist das Verfahren zum Erweitern nicht darauf beschränkt. Beispielsweise ist es möglich, eine Nase der positiven Elektrode von einer der zwei Endflächen der Elektrodengruppe zu erweitern und eine Nase der negativen Elektrode von der anderen Endfläche zu erweitern. In diesem Fall ist es möglich, Stromabnehmer so vorzusehen, wobei keiner ein aktives Material trägt, dass sie von beiden Endflächen der Elektrodengruppe entsprechend vorstehen, und die vorstehenden Stromabnehmer entsprechend als positive und negative Elektrodennasen zu verwenden.
In der Batterie der 1 wird die spiralförmige, flache Elektrodengruppe verwendet; allerdings ist die Struktur der Elektrodengruppe nicht im Besonderen beschränkt und kann beispielsweise eine geschichtete Elektrodengruppe sein, in der positive Elektroden und negative Elektroden abwechselnd geschichtet sind, während ein Trenner zwischen jeweils benachbarten zweiten Elektroden vorgesehen ist.
Im Folgenden werden die positive Elektrode, die negative Elektrode, die Trenner und die elektrolytische Lösung, welche in der Batterie in 1 verwendet werden, beschrieben.
Die positive Elektrode wird durch Aufbringen einer Mischung (slurry), welche ein aktives Material der positiven Elektrode enthält, auf einen Stromabnehmer, der aus einer Aluminiumfolie oder einer Folie aus einer Aluminiumlegierung gefertigt ist, ausgebildet. Das aktive Material der positiven Elektrode ist nicht im Besonderen beschränkt und kann ein Oxid, ein Sulfid, ein Polymer oder ein anders Material sein, das imstande ist, Lithium zu absorbieren und freizugeben. Bevorzugte Beispiele des aktiven Materials enthalten ein Lithium-Mangan-Verbundoxid, Lithium-Nickel-Verbundoxid, Lithium-Kobalt-Verbundoxid und Lithium-Eisen-Phosphat, welche jeweils ein großes positives Elektrodenpotenzial vermitteln. Die negative Elektrode wird durch Aufbringen einer Mischung (slurry), welche ein aktives Material der negativen Elektrode enthält, auf einen Stromabnehmer, der aus einer Aluminiumfolie oder einer Folie aus einer Aluminiumlegierung gefertigt ist, ausgebildet. Das aktive Material der negativen Elektrode ist nicht im Besonderen beschränkt, und kann ein Metalloxid, ein Metallsulfid, ein Metallnitrid, eine Legierung oder ein anderes Material sein, das imstande ist, Lithium zu absorbieren und freizugeben. Das aktive Material ist vorzugsweise eine Substanz, welche ein hochwertigeres Potenzial zum Absorbieren und Freigeben von Lithiumionen als das Potenzial von metallischem Lithium bei 0,4 V oder mehr aufweist. Da das aktive Material der negativen Elektrode, das ein solches Potenzial zum Absorbieren und Freigeben von Lithiumionen aufweist, eine Legierungsreaktion zwischen Aluminium oder irgendeiner Aluminiumlegierung und Lithium unterdrückt, kann Aluminium oder eine Aluminiumlegierung für den Stromabnehmer der negativen Elektrode und Bestandteile, welche die negative Elektrode betreffen, verwendet werden. Beispiele davon enthalten Titanoxid, Lithium-Titanoxid, Wolframoxid, amorphes Zinoxid, Zinsiliziumoxid und Siliziumoxid. Unter diesen Beispielen wird Lithium-Titan-Verbundoxid bevorzugt. Die Trenner können jeweils beispielsweise eine feinporöse Membran, ein gewebtes Stoffteil oder ein ungewebtes Stoffteil, oder ein Schichtprodukt sein, in dem die gleichen oder unterschiedliche Arten von Elementen, die aus diesen Beispielen ausgewählt sind, aufeinander aufgeschichtet sind. Beispiele des Materials, das die Trenner ausbildet, enthalten Polyethylen, Polypropylen, Ethylen-Propylen-Copyolymer und Ethylen-Buten-Copolymer.
Die elektrolytische Lösung kann eine nicht-wässrige elektrolytische Lösung sein, in der ein Elektrolyt (beispielsweise Lithiumsalz) in einem nicht-wässrigen Lösungsmittel aufgelöst ist. Beispiele des nicht-wässrigen Lösungsmittels enthalten Ethylencarbonat (EC), Propylencarbonat (PC), Butlylencarbonat (BC), Dimethylcarbonat (DMC), Diethylcarbonat (DEC), Ethylmetylcarbonat (EMC), γ-Butyrolacton (γ-BL), Sulfolan, Acetonitril, 1,2-Dimetoxyethan, 1,3-Dimetoxypropan, Dimethylether, Tetrahydrofuran (THF) und 2-Methyltetrahydrofuran. Wie bei dem nicht-wässrigen Lösungsmittel kann ein einziges Lösungsmittel verwendet werden oder zwei oder mehrere Lösungsmittel können als Mischform verwendet werden. Beispiele des Elektrolyts enthalten Lithiumperchlorat (LiClO₄), Lithiumhexafluorphosphat (LiPF₆), Lithiumborofluorid (LiBF₄), Lithiumhexafluorarsenat (LiAsF₆) und Lithiumtrifluormetasulfonat (LiCF₃SO₃). Diese Elektrolyte können entweder allein oder als Mischung von zwei oder mehr Arten verwendet werden. Der Betrag des Elektrolyts, das in dem nicht-wässrigen Lösungsmittel gelöst ist, kann sich im Bereich von 0,2 bis 3 mol/l befinden.
Mit Bezug auf die 9 und 10 wird im Folgenden die Elektrodengruppe 2, welche in 1 dargestellt ist, beschrieben. 9 ist eine teilweise auseinandergezogene perspektivische Ansicht der Elektrodengruppe 2, welche in der Batterie 30 in 1 verwendet wird. 10 ist eine Schnittansicht, welche auf der Linie X-X in 9 genommen ist und den Bereich betrachtet entlang der Pfeilrichtung darstellt. Wie es in 10 dargestellt ist, umfasst eine positive Elektrode 51 einen bandförmigen Stromabnehmer der positiven Elektrode 51a und aktive Materialschichten der positiven Elektrode 51b, welche auf beiden Oberflächen des Stromabnehmers der positiven Elektrode 51a entsprechend ausgebildet sind. Die aktiven Materialschichten der positiven Elektrode 51b können jeweils ein aktives Material der positiven Elektrode, ein Leitungsmittel und ein Bindemittel enthalten. Der Stromabnehmer der positiven Elektrode 51a kann beispielsweise aus einer Metallfolie gefertigt sein. Das Material, das den Stromabnehmer der positiven Elektrode 51a ausbildet, kann beispielsweise Aluminium oder eine Aluminiumlegierung sein. Eine negative Elektrode 52 umfasst einen bandförmigen Stromabnehmer der negativen Elektrode 52a und aktive Materialschichten der negativen Elektrode 52b, welche entsprechend auf beiden Oberflächen des Stromabnehmers der negativen Elektrode 52a ausgebildet sind. Die aktiven Materialschichten der negativen Elektrode 52b können jeweils ein aktives Material der negativen Elektrode, ein Leitungsmittel und ein Bindemittel enthalten. Der Stromabnehmer der negativen Elektrode 52a kann beispielsweise aus einer Metallfolie gefertigt sein. Das Material, welches den Stromabnehmer der negativen Elektrode 52b ausbildet, kann beispielsweise Aluminium oder eine Aluminiumlegierung sein. Einer von zwei Trennern 53 ist zwischen der aktiven Materialschicht der positiven Elektrode 51b und der aktiven Materialschicht der negativen Elektrode 52b angeordnet, und der andere Trenner 53 ist auf der anderen aktiven Materialschicht der negativen Elektrode 2 angeordnet. Es werden zwei Windungskerne in einer flachen Form verwendet, um diese Elemente in eine flache Form zu wickeln (d. h. die Schichtung). Nachdem die Schichtung durch dieses Verfahren gewickelt ist, wird das gewickelt Produkt durch Pressen in eine gewünschte flache Form gebracht. Auf diese Weise wird die abgeflachte ausgeformte Elektrodengruppe 2, die in 1 dargestellt ist, erhalten.
Die Struktur der Stromschienenfixierungsbereiche der ersten und zweiten Isolierelemente ist nicht auf die Struktur beschränkt, die in 3 oder 8 dargestellt ist. Beispielsweise können erste und zweite Isolierelemente, welche Strukturen aufweisen, die in den 11A und 11B bis 16A und 16B dargestellt sind, verwendet werden. Die 11A, 12A, 13A, 14A, 15A und 16A sind jeweils Teildraufsichten der Umgebungen der Vorsprünge 211 und 212 von Seitenwandbereichen 20 der ersten und zweiten Isolierelemente 12a und 12b. Die 11B, 12B, 13B, 14B, 15B und 16B sind jeweils eine Ansicht eines Bereichs, der durch Schneiden von Bereichen erhalten wird, wo externe Anschlüsse der positiven und negativen Elektrode 13a und 13b entsprechend mit einem Deckel 5 und Anschlüssen der positiven und negativen Elektrode 10a und 10b verstemmt und fixiert werden, durch ein erstes Isolierelement 12a und einen ersten internen Isolator 11a und durch ein zweites Isolierelement 12b und einen zweiten internen Isolator 11b. Das Schneiden wurde parallel zu den entsprechenden Achsen der externen Anschlüsse der positiven und negativen Elektrode 13a und 13b durchgeführt. Die gleichen Elemente, wie die, die in den 1 bis 3 dargestellt sind, haben die gleichen Referenzzeichen, und eine Beschreibung davon wird ausgelassen.
Die 11A und 11B stellen eine Ausführungsform dar, in der obere Endbereiche von stabförmigen Vorsprüngen 211 und 212, die sich jeweils in einer Form eines vieleckigen pyramidenförmig zulaufenden Kegels erweitern, als Verhakungen 22 verwendet werden. 12A und 12B stellen eine Ausführungsform dar, in der obere Endbereiche von stabförmigen Vorsprüngen 211 und 212, die sich jeweils in einer Form eines viereckigen pyramidenförmig zulaufenden Kegels erweitern, als Verhakungen 22 verwendet werden. Das Polygon als Gestalt der oberen Fläche des vieleckigen pyramidenförmig zulaufenden Kegels ist nicht auf ein 12-Eck, wie es in den 11A und 11B dargestellt. ist, oder ein Viereck, wie es in 12A und 12B dargestellt ist, beschränkt und kann irgendeine Form sein, welche drei oder mehr Seiten aufweist. Das Polygon kann in verschiedenen Gestalten gefertigt sein, wie beispielsweise ein Dreieck, ein Fünfeck und ein Sechseck.
Da die Verhakungen 22 in der Form des vieleckigen pyramidenförmig zulaufenden Kegels von den Umfangsoberflächen der Vorsprünge 211 und 212 hervorstehen, kann vermieden werden, dass die Stromschienen 32 von den Vorsprüngen 211 und 212 abfallen.
In den 13A und 13B befinden sich Vorsprünge 211 und 212 jeweils in der Form eines viereckigen Prismas. Eine nach außen gerichtete Seitenfläche 22a des oberen Endbereichs von jedem der Vorsprünge 211 und 212 ist geneigt, und diese geneigte Fläche steht in stärkerem Maße zum Boden der Fläche nach außen hervor. Die entsprechenden Abschnitte, welche nach außen hervorstehen, dienen als Haken bzw. Verhakungen 22. Da die Verhakungen der vieleckigen Prismaform 22 von den Seitenflächen der Vorsprünge 211 und 212 nach außen hervorstehen, kann vermieden werden, dass die Stromschienen 32 von den Vorsprüngen 211 und 212 abfallen.
Sowohl die 14A und 14B als auch die 15A und 15B stellen eine Ausführungsform dar, in der keine Verhakungen 22 vorgesehen sind. Wie es in den 14A und 14B dargestellt ist, liegen Vorsprünge 211 und 212 jeweils in Stabform vor. Da keine Verhakungen 22 vorgesehen sind, können die Stromschienen 32 rasch mit den Vorsprüngen 211 und 212 angepasst werden, um einen Zeitraum zu verkürzen, der für den Arbeitsschritt des Schweißens der Stromschienen 32 an die externen Anschlüsse der positiven und negativen Elektrode 13a und 13b erforderlich ist. Durch ein größeres Vorsehen des Durchmessers der Vorsprünge 211 und 212 als die Öffnungen in den Stromschienen 32 kann vermieden werden, dass die Stromschienen 32 von den Vorsprünge 211 und 212 abfallen. Selbst wenn der Durchmesser der Vorsprünge 211 und 212 groß vorgesehen ist, können die Vorsprünge 211 und 212 in die Öffnungen in den Stromschienen 32 eingebracht werden, da die Vorsprünge 211 und 212 aus Harz gefertigt sind.
Wie es in den 15A und 15B dargestellt ist, liegen Vorsprünge 211 und 212 jeweils in der Form eines viereckigen Prismas vor. Da keine Verhakungen 22 vorgesehen sind, können die Stromschienen 32 rasch an den Vorsprüngen 211 und 212 angebracht werden, um den Zeitraum zu verkürzen, der für einen Schweißarbeitsschritt der Stromschienen 32 an die externen Anschlüsse der positiven und negativen Elektrode 13a und 13b erforderlich ist. Ferner kann durch ein größeres Vorsehen der Größe der Vorsprünge 211 und 212 als der Durchmesser der Öffnungen in den Stromschienen 32 vermieden werden, dass die Stormschienen 32 von den Vorsprüngen 211 und 212 abfallen.
Wie es in den 16A und 16B dargestellt ist, liegen Vorsprünge 211 und 212) jeweils in der Form eines vieleckigen Prismas (beispielsweise ein achteckiges Prisma) vor. Wie für die Vorsprünge 211 und 212 wird der Durchmesser davon von der Mitte zum oberen Ende davon kontinuierlich kleiner. Die Spitzen der Vorsprünge 211 und 212 liegen jeweils in der Form einer vieleckigen Pyramide vor; folglich können die Stromschienen 32 rasch an den Vorsprüngen 211 und 212 angebracht werden, um einen Zeitraum zu verkürzen, der für einen Schweißarbeitsschritt der Stromschienen 32 an die externen Anschlüsse der positiven und negativen Elektrode 13a und 13b erforderlich ist.
Wie es oben beschrieben ist, weisen Batterien von jeder der Ausführungsformen, welche Batterien in einer Batteriepackung betreffen, eine Funktion des Fixierens von Stromschienen mittels Isolationselementen auf, welche zwischen externen Anschlüssen jeder Batterie und einen Deckel angeordnet sind. Als Folge davon ist es möglich, die Batterien miteinander zu verbinden oder elektrische Energie von den Batterien abzugreifen. Durch Verstemmen und Fixieren der externen Anschlüsse mit dem Deckel über die Isolationselemente können einfach Stromschienenfixierungsbereiche angebracht werden. Durch Bereitstellen der Stromschienen mit einer Funktion, bei der diese an die Isolationselemente angepasst sind, können die externen Anschlüsse der Batterien und die Stromschienen daran gehindert werden, sich beim Schweißen nicht relativ in Position zu befinden, sodass ein Schweißfehler vermieden werden kann. Folglich können die Batterien der Ausführungsformen ein Batteriepaket bereitstellen, das eine hohe Zuverlässigkeit und Sicherheit aufweist. Ferner stellen die Ausführungsformen eine vorteilhafte Wirkung darin bereit, dass die Struktur der Werkzeuge zum Positionieren und Fixieren der Stromschienen an den Batterien, zum Schweißen, einfach vereinfacht werden kann, da die externen Anschlüsse und die Stromschienen bereits aneinander fixiert sind.
Somit ermöglichen die Ausführungsformen, einen Schweißfehler zu unterdrücken, der durch die Positionslücke zwischen den externen Anschlüssen und den Stromschienen beim Schweißen bewirkt wird, um Batterien, welche ein Batteriepaket mit hoher Zuverlässigkeit und Sicherheit ergeben, und ein Batteriemodul und ein Verfahren zur Herstellung des Batteriemoduls bereitzustellen.
Während bestimmte Ausführungsformen beschrieben wurden, wurden diese Ausführungsformen lediglich anhand eines Beispiels dargestellt, und es ist nicht beabsichtigt, dass diese den Gegenstand der Erfindungen beschränken. Tatsächlich können neue Ausführungsformen, die hierin beschrieben sind, in einer Vielzahl anderer Formen verwirklicht werden; ferner können verschiedene Auslassungen, Ersetzungen und Änderungen in der Form der Ausführungsformen, die hierin beschrieben sind, durchgeführt werden, ohne sich vom Gegenstand der Erfindungen zu entfernen. Die begleitenden Ansprüche und deren Äquivalente sind gedacht, um solche Formen oder Modifikationen, die in den Gegenstand der Erfindungen fallen, abzudecken.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

JP 2009-87542 A [0004]
JP 2009-87720 A [0004]
JP 2009-87722 A [0004]
JP 2009-87761 A [0004]

Zitierte Nicht-Patentliteratur

JIS K 7202-2, „Plastic – Method for Determining Hardness – Part 2: Rockwell Hardness” [0062]

Claims

Batterie, die umfasst: ein Gehäuse (1); eine Elektrodengruppe (2), die in dem Gehäuse (1) vorgesehen ist und eine positive Elektrode (51) und eine negative Elektrode (52) umfasst; einen Deckel (5), der für eine Öffnung in dem Gehäuse (1) vorgesehen ist und eine erste Durchgangsöffnung (15a) und eine zweite Durchgangsöffnung (15b) umfasst; einen externen Anschluss der positiven Elektrode (13a), der einen Kopfbereich (23) und einen axialen Bereich (24) umfasst, der sich von dem Kopfbereich (23) erstreckt und verstemmt ist und in der ersten Durchgangsöffnung (15a) in dem Deckel (5) fixiert ist; einen externen Anschluss der negativen Elektrode (13b), der einen Kopfbereich (23) und einen axialen Bereich (24) umfasst, der sich von dem Kopfbereich (23) erstreckt und verstemmt ist und in der zweiten Durchgangsöffnung (15b) in dem Deckel (5) fixiert ist; ein erstes Isolierelement (12a), das zwischen dem Deckel (5) und dem externen Anschluss der positiven Elektrode (13a) angeordnet ist; und ein zweites Isolierelement (12b), das zwischen dem Deckel (5) und dem externen Anschluss der negativen Elektrode (13b) angeordnet ist; wobei das erste und zweite Isolierelement (12a, 12b) jeweils einen Stromschienenfixierungsbereich umfassen.
Batterie nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Isolierelement (12a) einen Seitenwandbereich (20), welcher einen Umfang des Kopfbereichs (23) des externen Anschlusses der positiven Elektrode (13a) umgibt, und einen ersten Vorsprung (211, 212) umfasst, der von einer oberen Endfläche des Seitenwandbereichs (20) nach oben hervorsteht, wobei das zweite Isolierelement (12b) einen Seitenwandbereich (20), der einen Umfang des Kopfbereichs (23) des externen Anschlusses der negativen Elektrode (13b) umgibt, und einen zweiten Vorsprung (211, 212) umfasst, der von einer oberen Endfläche des Seitenwandbereichs (20) nach oben hervorsteht, und der Stromschienenfixierungsbereich den ersten und zweiten Vorsprung (211, 212) umfasst.
Batterie nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der erste und zweite Vorsprung (211, 212) jeweils eine stabförmige Gestalt umfasst.
Batterie nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der erste und zweite Vorsprung (211, 212) jeweils eine Verhakung (22) umfasst, welche nach außen hervorsteht.
Batterie nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der erste und zweite Vorsprung (211, 212) jeweils eine vieleckige Prismagestalt umfasst.
Batterie nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der erste und zweite Vorsprung (211, 212) jeweils eine Verhakung (22) umfasst, welche nach außen hervorsteht.
Batterie nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Isolierelement (12a) einen ersten externen Isolator (41), der einen Seitenwandbereich (41c), der einen Umfang des Kopfbereichs (23), des externen Anschlusses der positiven Elektrode (13a) umgibt, und einen ersten Vorsprung (211, 212) umfasst, der von einer oberen Endfläche des Seitenwandbereichs (41c) nach oben positioniert ist, und eine erste Isolierdichtung (40) umfasst, welche einen zylindrischen Bereich (40a) umfasst, der in die erste Durchgangsöffnung (15a) in dem Deckel (5) eingebracht ist, das zweite Isolierelement (12b) einen zweiten externen Isolator (41), der einen Seitenwandbereich (41c), der einen Umfang des Kopfbereichs (23) des externen Anschlusses der negativen Elektrode (13b) umgibt, und einen zweiten Vorsprung (211, 212) umfasst, der von einer oberen Endfläche des Seitenwandbereichs (41) nach oben positioniert ist, und eine zweite Isolierdichtung (40) umfasst, welche einen zylindrischen Bereich (40a) umfasst, der in die zweite Durchgangsöffnung (15b) in dem Deckel (5) eingebracht ist, und der Stromschienenfixierungsbereich den ersten und zweiten Vorsprung (211, 212) umfasst.
Batterie nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass eine Farbe des ersten externen Isolators (41) sich von einer Farbe des zweiten externen Isolators (41) unterscheidet.
Batterie nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der erste externe Isolator (41) und/oder der zweite externe Isolator (41) eine Kennzeichnung der Polarität umfasst.
Batterie nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass diese ferner umfasst: einen Anschluss der positiven Elektrode (10a), der in dem Gehäuse (1) angeordnet ist, der mit der positiven Elektrode (51) elektrisch verbunden ist und verstemmt ist und an dem axialen Bereich (24) des externen Anschlusses der positiven Elektrode (13a) fixiert ist; einen ersten internen Isolator (11a), der zwischen dem Anschluss der positiven Elektrode (10a) und dem Deckel (5) angeordnet ist; einen Anschluss der negativen Elektrode (10b), der in dem Gehäuse (1) angeordnet ist, mit der negativen Elektrode (52) elektrisch verbunden ist und verstemmt ist und an dem axialen Bereich (24) des externen Anschlusses der negativen Elektrode (13b) fixiert ist; und einen zweiten internen Isolator (11b), der zwischen dem Anschluss der negativen Elektrode (10b) und dem Deckel (5) angeordnet ist.
Batterie nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Isolierdichtung (40) ein Harz umfasst, das einen höheren Schmelzpunkt als der erste externe Isolator (41) und der erste interne Isolator (11a) aufweist, und die zweite Isolierdichtung (40) ein Harz umfasst, das einen höheren Schmelzpunkt als der zweite externe Isolator (41) und der zweite interne Isolator (11b) aufweist.
Batterie nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass das Harz ein Tetrafluorethylen/Perfluoralkyl-Vinyl-Ether-Copolymer umfasst.
Batterie nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die erste und zweite Isolierdichtung (40) jeweils wenigstens ein Harz umfassen, das aus der Gruppe ausgewählt ist, welche aus Polypropylen, Polyethylen-Terephthalat und Polyphenylen-Sulfid besteht.
Batterie nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass der erste und zweite interne Isolator (11a, 11b) jeweils wenigstens ein Harz umfassen, das aus der Gruppe ausgewählt ist, welche aus Polypropylen, Polyethylen-Terephthalat und Polyphenylen-Sulfid besteht.
Batteriemodul, dadurch gekennzeichnet, dass dieses umfasst: Batterien (30) nach Anspruch 1; und eine Stromschiene (32), welche an den Kopfbereich (23) des externen Anschlusses der positiven Elektrode (13a) oder des externen Anschlusses der negativen Elektrode (13b) der Batterie (30) geschweißt ist und an dem Stromschienenfixierungsbereich des ersten Isolierelements (12a) oder des zweiten Isolierelements (12b) fixiert ist.
Verfahren zur Herstellung des Batteriemoduls nach Anspruch 15, welches umfasst: Fixieren der Stromschiene an dem Stromschienenfixierungsbereich des ersten oder zweiten Isolierelements der Batterie; und Schweißen der Stromschiene an den Kopfbereich des externen Anschlusses der positiven Elektrode oder des externen Anschlusses der negativen Elektrode.
Verfahren zur Herstellung des Batteriemoduls nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass das Schweißen ein Laserstrahlschweißen ist.
Batteriemodul, dadurch gekennzeichnet, dass dieses umfasst: Batterien (30) nach Anspruch 2; und eine Stromschiene (32), welche an den Kopfbereich (23) des externen Anschlusses der positiven Elektrode (13a) oder des externen Anschlusses der negativen Elektrode (13b) der Batterie (30) geschweißt ist, und eine Öffnung (331, 332, 341, 342) umfasst, in welche der erste oder zweite Vorsprung (211, 212) eingepasst ist.
Verfahren zur Herstellung des Batteriemoduls nach Anspruch 18, das umfasst: Anpassen der Öffnung in der Stromschiene an den ersten oder zweiten Vorsprung; und Schweißen der Stromschiene an den Kopfbereich des externen Anschlusses der positiven Elektrode oder des externen Anschlusses der negativen Elektrode.
Verfahren zur Herstellung eines Batteriemoduls nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, dass das Schweißen ein Laserstrahlschweißen ist