DE102016109199A1

DE102016109199A1 - Herstellungsverfahren einer zusammengesetzten Batterie

Info

Publication number: DE102016109199A1
Application number: DE102016109199.5A
Authority: DE
Inventors: Keiichiro Kobayashi
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2015-05-29
Filing date: 2016-05-19
Publication date: 2016-12-01
Anticipated expiration: 2036-05-20
Also published as: CN106207245B; KR101872083B1; DE102016109199B4; JP6376406B2; JP2016225131A; CN106207245A; US10263276B2; US20160351941A1; KR20160140457A

Abstract

Ein Herstellungsverfahren einer zusammengesetzten Batterie (10) enthält: Vorbereiten mehrere Batteriezellen (12) von denen jede einen Elektrodenkörper (30), der eine positive Elektrode und eine negative Elektrode aufweist, und einen Behälter (14) zum Aufnehmen des Elektrodenkörpers enthält; Klassifizieren der mehreren Batteriezellen in mehrere Dickenstufen in Abhängigkeit einer Dicke in einer Anordnungsrichtung des im Inneren jeder Batteriezelle aufgenommenen Elektrodenkörpers; und Anordnen der mehreren Batteriezellen in der Anordnungsrichtung, und Befestigen der mehreren Batteriezellen derart, dass eine Last auf die mehreren Batteriezellen in der Anordnungsrichtung aufgebracht wird, wobei die mehreren Batteriezellen aus den mehreren Dickenstufen in einer Weise ausgewählt werden, dass sie einer Länge in der Anordnungsrichtung der Batteriezellen entsprechen, die auf eine vordefinierte Länge angepasst wird, wenn die mehreren Batteriezellen in der Anordnungsrichtung angeordnet werden.

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
1. Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Herstellungsverfahren einer zusammengesetzten Batterie, die eine Mehrzahl von aufladbaren Batteriezellen (Sekundärbatterien) enthält, die in einer vordefinierten Richtung angeordnet sind, und mit durch eine auf die Batteriezellen in der Anordnungsrichtung aufgebrachten Kraft befestigt sind.
2. Beschreibung des Stands der Technik
Eine leichte bzw. leichtgewichtige Lithiumionensekundärbatterie mit einer hohen Energiedichte, Nickel-Wasserstoffbatterie oder eine andere Sekundärbatterie oder ein elektrisches Speicherelement, wie beispielsweise ein Kondensator wird als eine Batteriezelle verwendet und eine zusammengesetzte Batterie, die durch Verbinden mehrere Batteriezellen in Reihe gebildet wird, wird als eine elektrische Leistungszufuhr verwendet, die eine hohe Leistung ausgibt, und wird als eine elektrische Leistungsquelle zum Einbauen in einem Fahrzeug oder als Leistungsquelle für einen Personal-Computer und einen tragbaren Anschluss verwendet. Als Beispiel einer zusammengesetzten Batterie zum Einbauen in einem Fahrzeug offenbart die japanische Patentanmeldungsoffenlegung No. 2014-137889 eine zusammengesetzte Batterie, die durch Anordnen mehrere Batteriezellen in der gleichen Form, die durch Lithiumionensekundärbatterien gebildet ist, und durch Verbinden jeweiliger positiver Elektrodenanschlüsse und jeweiliger negativer Elektrodenanschlüsse der Batteriezellen in Reihe, konfiguriert ist.
Dabei wird in einer an einem Fahrzeug, wie beispielsweise einem Automobil, angebrachten zusammengesetzten Batterie angenommen, dass ein Befestigungsplatz für die zusammengesetzte Batterie beschränkt ist und die zusammengesetzte Batterie unter vibrierenden bzw. schwingenden Bedingungen verwendet wird; daher wird die zusammengesetzte Batterie durch Anordnen einer Anzahl von Batteriezellen in einem befestigtem Zustand (d. h., einem Zustand, in dem die Batteriezellen gegenseitig befestigt sind) zusammengesetzt, wie beispielsweise in der JP 2014-137889 A beschrieben. In einem solchen befestigten Zustand wird eine beachtliche Last auf die einzelnen Batteriezellen aufgebracht, die in der zusammengesetzten Batterie zusammengesetzt sind.
Beim Herstellen einer zusammengesetzten Batterie, wenn mehrere Batteriezellen angeordnet sind und mit einer Last, die auf die Batteriezellen in der Anordnungsrichtung dieser aufgebracht wird, befestigt sind, verursacht die Last eine Verzerrung und Verformung in der Lastrichtung auf einen Behälter (d. h., einen äußeren Gehäusekörper zum Aufnehmen eines Elektrodenkörper darin) von jeder Batteriezelle. Daher ist eine Dicke in einer Anordnungsrichtung jeder Batteriezelle in einem Zustand, in dem die Batteriezelle mit einer Last, die auf die Batteriezellen in einer vordefinierten Anordnungsrichtung aufgebracht wird, befestigt werden, abhängig von einer Dicke eines Elektrodenkörpers im Inneren des Behälters jeder Batteriezelle. Normalerweise gibt es jedoch zum Teil eine Variation (Unregelmäßigkeit) in der Dicke unter den Elektrodenkörpern. Wenn eine Anzahl von Batteriezellen, welche die Elektrodenkörper mit der zuvor genannten Variation in der Dicke enthalten, angeordnet wird und in einer Stapelrichtung befestigt wird, tritt eine Variation in der Dicke in der Anordnungsrichtung unter den jeweiligen Batteriezellen in dem befestigen Zustand auf, und die Variation in der Dicke unter den Batteriezellen summiert sich. Im Ergebnis erfahren hergestellte zusammengesetzte Batterien eine Variation in der Länge in der Anordnungsrichtung. Eine solche Variation in der Länge in der Anordnungsrichtung (Außenmaß) untern den zusammengesetzten Batterien verursacht die nachfolgenden Unannehmlichkeiten bzw. Probleme: die zusammengesetzte Batterie kann nicht in einem vorher vorbereiteten Befestigungsplatz angebracht werden oder ein unbrauchbarer bzw. redundanter Raum verbleibt, wenn die zusammengesetzte Batterie in diesem Befestigungsplatz angebracht wird. Zudem kann ein Nachteil im Konstruieren verursacht werden, welcher ein Sicherstellen einer größere Toleranz einer Außendimension bzw. Außenmaßes der zusammengesetzten Batterie zum Sicherstellen bzw. Garantieren einer Leistung fordert, um eine Variation im Außenmaß dieser zuzulassen (d. h., Vorsehen eines redundanten Raums um die zusammengesetzte Batterie). Daher ist es bei der Herstellung einer zusammengesetzten Batterie wünschenswert eine Variation der Länge in der Anordnungsrichtung der zusammengesetzten Batterie zu reduzieren.
KURZFASSUNG DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung schafft ein Herstellungsverfahren einer zusammengesetzten Batterie, die eine Variation der Länger in der Anordnungsrichtung einer zusammengesetzten Batterie reduzieren kann, die aus einer Unregelmäßigkeit in der Form unter den Elektrodenkörper resultiert, die im Inneren jeweiliger Batteriezellen aufgenommen sind, die in der zusammengesetzten Batterie zusammengesetzt werden, wodurch die zusammengesetzte Batterie hergestellt wird, die eine Dimension (insbesondere eine Längendimension bzw. Längenmaß der zusammengesetzten Batterie in der Anordnungsrichtung der Batteriezellen, die in der zusammengesetzten Batterie zusammengesetzt sind) aufweist, die zuvor eingestellt ist.
Ein Aspekt der vorliegenden Erfindung ist ein Herstellungsverfahren einer zusammengesetzten Batterie, das enthält: Vorbereiten mehrerer Batteriezellen, von denen jede einen Elektrodenkörper, der eine positive Elektrode und eine negative Elektrode aufweist, und einen Behälter zum Aufnehmen der Elektrodenkörper enthält; Klassifizieren der mehreren Batteriezellen in mehrere Stufen in Abhängigkeit einer Dicke in einer Anordnungsrichtung der Elektrodenkörper, die im Inneren jeder Batteriezelle aufgenommen sind; und Anordnen der mehreren Batteriezellen in der Anordnungsrichtung, und Befestigen der mehreren Batteriezellen, so dass eine Last auf die mehreren Batteriezellen in der Anordnungsrichtung aufgebracht wird, wobei die mehreren Batteriezellen, aus den mehreren Stufen ausgewählt werden, so dass eine Länge in der Anordnungsrichtung der Batteriezellen auf eine vordefinierte Länge angepasst wird, wenn die mehreren Batteriezellen in der Anordnungsrichtung angeordnet sind.
In der vorliegenden Spezifikation bezieht sich der Ausdruck „Batteriezellen” auf einzelne elektrische Speicherelement, welche in Reihe miteinander verbunden werden können, um eine zusammengesetzte Batterie zu konfigurieren, und, solange dies nicht anders beschrieben wird, umfasst es Batterien und Kondensatoren mit verschiedenen Bestandteilen. „Sekundärbatterien” kennzeichnen allgemein Batterien, welche wiederholt aufgeladen werden können und umfassen sogenannte Speicherbatterien, die Lithiumionensekundärbatterien oder Nickel-Wasserstoffbatterien enthalten. Ein elektrisches Speicherelement, welches eine Lithiumionensekundärbatterie beinhaltet, ist ein typisches Beispiel einer „Batteriezelle”, wie sie hierin verwendet wird, und eine Lithiumionensekundärbatteriemodul, das eine Mehrzahl solcher Batteriezellen enthält, ist ein typisches Beispiel einer „zusammengesetzten Batterie”, wie sie hierin offenbart ist. Die hierin offenbarte Technik ist auf eine zusammengesetzte Batterie anwendbar, die durch Anordnen einer vordefinierten Anzahl von Batteriezellen gebildet wird (z. B., Lithiumsekundärbatterien) von denen jede eine flache Außenform in einer Richtung aufweist, in welcher ebene Flächen bzw. Ebenen von diesen gestapelt werden (Stapelrichtung), und Verbinden von Elektrodenanschlüssen der jeweiligen Batteriezellen in Reihe oder parallel, gebildet wird.
Gemäß des obigen Aspekts wird die vordefinierte Anzahl von in der zusammengesetzten Batterie zusammengesetzten Batteriezellen in einer Weise ausgewählt und kombiniert, um eine Variation der Dicke unter den Elektrodenkörpern im Inneren der jeweiligen Batteriezellen auszugleichen (ferner eine Variation in der Dicke unter den Batteriezellen in einem zusammengesetzten Zustand) und die Länge in der Anordnungsrichtung der zusammengesetzten Batterie auf die spezifische Länge anzupassen; daher ist es möglich die zusammengesetzte Batterie mit einem präzisen Ausmaß bzw. einer präzisen Dimension herzustellen (insbesondere ein präzises Längenausmaß der zusammengesetzten Batterie relativ zu der Anordnungsrichtung der Batteriezellen, die in der zusammengesetzten Batterie zusammengesetzt sind). Gemäß des Herstellungsverfahrens der vorliegenden Erfindung ist es möglich, die zusammengesetzte Batterie für einen Einbau in einem Fahrzeug und anderen Zwecken auszubilden, welche die bevorzugte Einheitlichkeit im Außenmaß (Länge in der Anordnungsrichtung) aufweist, und eine ausgezeichnete Befestigungseigenschaft aufweist.
Im obigen Aspekt enthalten die mehreren Batteriezellen zumindest eine Batteriezelle, die von jedem von zwei oder mehr Stufen unter den mehreren Stufen ausgewählt wurde.
Im obigen Aspekt kann jeder Elektrodenkörper ein gewickelter Elektrodenkörper in einer flachen Form sein, der durch Wickeln einer positiven Elektrodenbahn, die eine positive Elektrodenaktivsubstanzschicht auf einem langen positiven Elektrodenstromkollektor enthält, und einer negative Elektrodenbahn, die eine negative Elektrodenaktivsubstanzschicht auf einem langen negativen Elektrodenstromkollektor enthält, gebildet ist. Die Dicke des gewickelten Elektrodenkörpers ist wahrscheinlich in Abhängigkeit des Grads und des Zustands seiner Wicklung unregelmäßig. Daher haben die Batteriezellen, die solch gewickelte Elektrodenkörper enthalten, wahrscheinlich eine Uneinheitlichkeit in der Dicke unter den Batteriezellen während dem Befestigen, aber in dem Herstellungsverfahren mit der zuvor genannten Konfiguration werden die Batteriezellen, die unterschiedlichen Dickenstufen angehören, in einer Weise ausgewählt und kombiniert, so dass die Länge der zusammengesetzten Batterie in der Anordnungsrichtung mit der Referenzlänge übereinstimmt, wodurch die zusammengesetzte Batterie hergestellt wird, die den oben spezifizierten Wert (spezifische Länge) erfüllt. Als Ergebnis ist es gemäß des Herstellungsverfahren des vorliegenden Aspekts möglich, die zusammengesetzte Batterie herzustellen, welche die mehreren Batteriezellen enthält, welche die gewickelten Elektrodenkörper als Elemente von diesem enthalten, und auch die ausgezeichnete Befestigungseigenschaft aufweist.
In dem obigen Aspekt kann der gewickelte Elektrodenkörper in einer solchen Weise ausgebildet sein, dass ein positives Elektrodenbahngrundelement und ein negatives Elektrodenbahngrundelement einander überlagern, gewickelt werden und auf eine vordefinierte Länge abgeschnitten werden, wobei das positive Elektrodenbahngrundelement durch kontinuierliches Bilden der positiven Elektrodenaktivsubtanzschicht gebildet wird, welche eine Länge aufweist, die einer Länge der mehreren Batteriezellen auf dem positiven Elektrodenstromkollektor in einer Längsrichtung entspricht, aufweist, wobei das negative Elektrodenbahngrundelement durch kontinuierliches Bilden der negativen Elektrodenaktivsubstanzschicht gebildet wird, die eine Länge aufweist, die einer Länge der mehren Batteriezellen auf dem negativen Elektrodenstromkollektor in der Längsrichtung entspricht. Obwohl die mehreren gewickelten Elektrodenkörper effektiv hergestellt werden können, werden die Formen der hergestellten gewickelten Elektrodenkörper in dem obigen Aspekt wahrscheinlich unregelmäßig. In dem Herstellungsverfahren mit der obigen Konfiguration ist es jedoch möglich, die Variation der Länge in der Anordnungsrichtung der zusammengesetzten Batterie, die aus den unregelmäßigen Formen der gewickelten Elektrodenkörper resultiert, zu reduzieren, wodurch die zusammengesetzte Batterie hergestellt wird, die ein präzises Ausmaß aufweist, das zuvor eingestellt bzw. festgelegt wurde. Gemäß des Herstellungsverfahrens des vorliegenden Aspekts ist es daher möglich, effektiv die zusammengesetzte Batterie herzustellen, welche die bevorzugte Einheitlichkeit im Außenmaß und die ausgezeichnete Befestigungseigenschaft aufweist.
In dem obigen Aspekt kann die Anzahl der Batteriezellen 30 oder mehr oder 50 oder mehr sein. Wenn die Anzahl der Batteriezellen ansteigt, ist es für eine hohe Kapazität der zusammengesetzten Batterie vorteilhaft, allerdings ist es wahrscheinlicher, dass eine Variation der Länge in der Anordnungsrichtung der zusammengesetzten Batterie aufgrund der Unregelmäßigkeit in der Form unter den Elektrodenkörpern verursacht wird. Gemäß des Herstellungsverfahren mit der zuvor genannten Konfiguration ist es im Gegensatz möglich, selbst wenn es eine Variation der Dicke unter den Elektrodenkörpern in einer Anzahl von Batteriezellen gibt, die zusammengesetzte Batterie herzustellen, die eine Variation der Dicke unter den Elektrodenkörpern im Inneren der jeweiligen Batteriezellen ausgleichen kann, so dass die Länge in der Anordnungsrichtung mit dem oben spezifizierten Wert (spezifizierte Länge) mit hoher Genauigkeit übereinstimmt. Gemäß des Herstellungsverfahrens des vorliegenden Aspekts ist es daher möglich, die zusammengesetzte Batterie herzustellen, welche eine hohe Kapazität und eine ausgezeichnete Befestigungseigenschaft aufweist.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Merkmal, Zeichnungen und technische sowie wirtschaftliche Bedeutung der beispielhaften Ausführungsformen der Erfindung werden nachfolgend mit Bezug auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben, in denen gleiche Bezugszeichen gleiche Elemente kennzeichnen, und wobei:
1 eine perspektivische Ansicht ist, die schematisch eine Konfiguration einer zusammengesetzten Batterie gemäß einer Ausführungsform darstellt;
2 eine Seitenansicht ist, die schematisch die Konfiguration der zusammengesetzten Batterie gemäß einer Ausführungsform darstellt;
3 eine Vorderansicht ist, die schematisch einen gewickelten Elektrodenkörper gemäß einer Ausführungsform darstellt;
4 eine Zeichnung ist, die schematisch einen Zustand im Inneren eines Behälters einer Batteriezelle gemäß einer Ausführungsform darstellt;
5 eine erklärende Zeichnung ist, die schematisch ein Herstellungsverfahren des gewickelten Elektrodenkörpers gemäß einer Ausführungsform darstellt;
6 eine erklärende Zeichnung ist, die schematisch das Herstellungsverfahren des gewickelten Elektrodenkörpers gemäß einer Ausführungsform darstellt; und
7 einen Graph darstellt, der eine Beziehung zwischen einer Dicke bzw. Breite des Elektrodenkörpers und einer Dicke bzw. Breite der Batteriezelle in einem befestigten Zustand darstellt.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER AUSFÜHRUNGSFORMEN
Nachfolgend wird eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung beschrieben werden. Andere Sachverhalte, die notwendig sind, um die vorliegende Erfindung auszuführen (z. B., eine Konfiguration und ein Herstellungsverfahren von positiven Elektroden, negativen Elektroden und Separatoren, ein Befestigungsverfahren von Batteriezellen und ein Verfahren zum Befestigen der zusammengesetzten Batterie in einem Fahrzeug) als Sachverhalte, auf die speziell in der vorliegenden Spezifikation Bezug genommen wird (z. B., eine Struktur einer Batteriezelle als ein Element einer zusammengesetzten Batterie) können von einem Fachmann als Konstruktionssachverhalte verstanden werden, der auf dem Stand der Technik in dem einschlägigen Gebiet basiert. Die Ausführungsform der vorliegenden Erfindung kann auf Basis des in der vorliegenden Spezifikation offenbarten Inhalts und allgemeinem technischem Fachwissen im Gebiet des Gegenstands ausgeführt werden. Die zusammengesetzte Batterie gemäß der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung kann als eine elektrische Leistungszufuhr für einen in einem Fahrzeug, wie beispielsweise einem Automobil, angebrachten Motor (Elektromotor) verwendet werden. Die Ausführungsform der vorliegenden Erfindung bildet daher ein Fahrzeug (ein Automobil, das einen Elektromotor enthält, wie beispielsweise ein Elektrofahrzeug und ein Brennstoffzellenfahrzeug), das die zuvor genannte zusammengesetzte Batterie als eine elektrische Leistungszufuhr enthält.
Die zusammengesetzte Batterie, die durch Anwenden einer, wie hierin offenbarten, Technik hergestellt wird, ist nicht auf eine bestimmte Konfiguration jeder Batteriezelle beschränkt, solange die zusammengesetzte Batterie durch Anordnen von Batteriezellen (typischerweise Batteriezellen mit einer flachen Außenform) und Befestigen der Batteriezellen in der Anordnungsrichtung (Stapelrichtung) hergestellt wird. Ein Beispiel der Batteriezellen kann eine Sekundärbatterie, wie beispielsweise eine Nickel-Wasserstoffbatterie und einen elektrischen Doppelschichtkondensator enthalten. Die vorliegende Erfindung kann vorzugsweise als ein Herstellungsverfahren einer zusammengesetzten Batterie eingesetzt werden, in welcher Lithiumionensekundärbatterien als Batteriezellen verwendet werden. Da eine Lithiumionensekundärbatterie eine Sekundärbatterie ist, die eine hohe Leistung bei einer hohen Energiedichte leistet, können Lithiumionensekundärbatterien in einer zusammengesetzten Batterie mit hoher Leistung zusammengesetzt werden, insbesondere in einer zusammengesetzten Batterie (Batteriemodul) zum Einbauen in ein Fahrzeug. Die Ausführungsform der vorliegenden Erfindung kann ein Herstellungsverfahren einer zusammengesetzten Batterie sein, in welcher eine Mehrzahl von solcher angeordneten Batteriezellen in Reihe oder parallel angeordnet ist.
Ohne die Absicht zu beschränken wird die Ausführungsform der vorliegenden Erfindung nachfolgend im Detail unter Verwendung eines Beispiels beschrieben, welches eine Lithiumionensekundärbatterie einer flachen Form als eine Batteriezelle verwendet und eine zusammengesetzte Batterie durch Verbinden der mehreren Batteriezellen in Reihe herstellt. In den folgenden Zeichnungen können die gleichen Bezugszeichen für Elemente oder Abschnitte verwendet werden, welche gleiche Funktionen haben, und eine Beschreibung dieser muss nicht wiederholt werden oder kann vereinfacht werden.
Die Batteriezelle, die als ein Element der zusammengesetzten Batterie verwendet wird, die gemäß der unten beschrieben Ausführungsform hergestellt wird, kann ähnlich zu einer Batteriezelle sein, die in einer herkömmlichen zusammengesetzten Batterie zusammengesetzt wird, und typischerweise einen Elektrodenkörper enthält, der vordefinierte Batteriebildungsmaterialien enthält (jeweils Aktivsubstanzen für positive und negative Elektroden, jeweils Stromkollektoren der positiven und negativen Elektrode, Separatoren und andere) und ein Behälter, welcher den Elektrodenkörper und einen passenden Elektrolyten darin aufnimmt.
Wie in 1 und 2 dargestellt ist, enthält die zusammengesetzte Batterie 10, wie hierin offenbart, als ein Beispiel, eine Mehrzahl von (typischerweise 10 oder mehr (beispielsweise 10 bis 100) vorzugsweise 30 oder mehr, oder noch bevorzugter 50 oder mehr, und noch bevorzugter 60 oder mehr) Batteriezellen 12. Jede Batteriezelle 12 enthält einen Behälter 14 in einer Form (Boxenform in der vorliegenden Ausführungsform), der einen gewickelten Elektrodenkörper in einer flachen Form, der später hierin beschrieben wird, aufnehmen kann.
Der Behälter 14 ist mit einem positiven Elektrodenanschluss 15, der elektrisch mit einer positiven Elektrode des gewickelten Elektrodenkörpers verbunden ist, und einem negativen Elektrodenanschluss 16, der elektrisch mit einer negativen Elektrode des gewickelten Elektrodenkörpers verbunden ist, ausgebildet. Wie in den Zeichnungen gezeigt, sind zwischen jeden zwei benachbarten Batteriezellen 12 die positiven Elektrodenanschlüsse 15 einer Batteriezelle 12 und die negativen Elektrodenanschlüsse 16 der anderen Batteriezelle 12 elektrisch durch ein Verbindungstool 17 verbunden. Aus diese Weise sind die jeweiligen Batteriezellen 12 in Reihe verbunden, wodurch die zusammengesetzte Batterie 10, die eine gewünschte Spannung aufweist, zusammengesetzt wird. Jeder dieser Behälter 14 kann mit einem Sicherheitsventil oder ähnlichen ausgebildet sein um im Inneren des Behälters erzeugtes Gas auszulassen ähnlich zu einem herkömmlichen Behälter einer Batteriezelle. Die Konfiguration dieses Behälters 14 kennzeichnet nicht die vorliegende Erfindung; deshalb wird eine detaillierte Beschreibung von dieser ausgelassen.
Das Material des Behälters 14 ist nicht auf ein Bestimmtes beschränkt und das Material kann das gleiche sein, welches bei einer herkömmlichen Batteriezelle verwendet wird. Im Hinblick auf eine Eignung zum Einbau in einem Fahrzeug oder ähnlichem kann ein Beispiel eines bevorzugten Materials zum Ausführen der vorliegenden Erfindung ein relativ leichtgewichtiges Material bzw. ein Leichtmaterial enthalten. Beispielsweise kann vorzugsweise ein Behälter aus Metall (beispielsweise Aluminium oder Stahl) verwendet werden, ein Behälter aus Kunstharz (beispielsweise ein Polyolefinharz, wie beispielsweise Polyethylen und Polypropylen oder ein Harz mit einem hohen Schmelzpunkt, wie beispielsweise Polyethylenterephthalat, Polytetrafluorethylen, und Polyamidharz). Der Behälter kann ein Harzfolienbehälter sein, der herkömmlich als ein Außengehäusekörper einer Batterie verwendet wird, wie beispielsweise ein laminierter Filmbehälter bzw. Folienbehälter in einer Dreischichtstruktur, enthaltend: eine äußere Oberflächen-(Schutz)-Schicht, die aus einem Harz mit einem hohen Schmelzpunkt hergestellt ist (z. B. ein Harz mit einem hohen Schmelzpunkt, wie beispielsweise Polyethylenterephtalat, Polyetrafluorethylen und Polyamidharz); eine Grenzschicht (d. h., eine Schicht, die Gas und Wasser blockieren kann), die durch eine Metallfolie konfiguriert ist (z. B. Aluminium oder Stahl); und eine Haftschicht, die durch ein thermisch haftendes Harz konfiguriert ist (Harz, das einen relativ niedrigen Schmelzpunkt hat, beispielsweise ein Polyolefinharz, wie beispielsweise Ethylenvinylacetat, Polyethylen und Polypropylen). Der Behälter 14 gemäß der vorliegenden Ausführungsform besteht beispielsweise aus Aluminium.
Wie in 1 und 2 dargestellt, während die mehreren Batteriezellen 12 derart angeordnet sind, dass sie zu jeder benachbarten Batteriezelle 12 umgekehrt sind, so dass die jeweiligen positiven Elektrodenanschlüsse 15 und die jeweiligen negativen Elektrodenanschlüsse 16 abwechselnd mit konstanten Intervallen angeordnet sind, sind die Batteriezellen 12 in einer Richtung angeordnet, in welcher Flächen 14A, die weitere Breiten haben (d. h., entsprechend zu ebenen Flächen der gewickelten Elektrodenkörper 30 (nachfolgende beschrieben), die in den jeweiligen Behältern 14 aufgenommen sind) der jeweiligen Behälter 14 einander gegenüberliegen. Zudem ist eine Kühlplatte 11 in einer vordefinierten Form zwischen jeden zwei benachbarten Batteriezellen 12 und an beiden äußeren Seiten der Batteriezellen 12 in der Batteriezellenanordnungsrichtung mit jeder Kühlplatte 11 in engem Kontakt mit der breiten Fläche 14A jedes benachbarten Behälters 14 angeordnet. Diese Kühlplatte 11 fungiert als ein Kühlelement um effektiv Wärme abzuleiten, die in jeder Batteriezelle im Betrieb erzeugt wird, und weist eine Rahmenform auf (kammartige Form, die beispielsweise Vorsprünge und Ausnehmungen in einer Seitenansicht hat, wie in der Zeichnung dargestellt), um ein Kühlfluid (typischerweise Luft) zwischen jeden zwei benachbarten Batteriezellen 12 einzuleiten. Die Kühlplatte 11 ist vorzugsweise aus einem Metall hergestellt, das eine ausgezeichnete thermische Leitfähigkeit aufweist, oder einem leichten und harten Synthetikharz, wie beispielsweise Polypropylen oder anderen.
Es ist ein Paar von Endplatten 18, 19 außerhalb der beiden äußeren Seiten der Batteriezellen 12 und den Kühlplatten 11 ausgebildet, die in der obigen Weise angeordnet sind. Die zuvor genannte Batteriezellgruppe und die Endplatten 18, 19 sind alle aneinander durch mehrere Befestigungsbänder 21 befestigt, die derart angeordnet sind, dass sie über (verbindend) die zwei Endplatten 18, 19 verlaufen, während eine Last in der Stapelrichtung (Anordnungsrichtung) der oben befestigten Körper 24 aufgebracht wird.
Alle, die Batteriezellgruppe, die Kühlplatten 11 und die Endplatten 18, 19, die in der Stapelrichtung der Batteriezellen 12 auf diese Weise angeordnet sind (auch nachfolgend als „befestigter Körper” bezeichnet) sind in der Stapelrichtung des befestigten Körpers mit einem bestimmten Befestigungsdruck P durch das Befestigungsband 21 befestigt, so dass sie sich über die beiden Endplatten 18, 19 erstrecken. Noch genauer, wie in 2 dargestellt, ist ein Ende jedes Befestigungsbands 21 an der Endplatte 18 mit einer Schraube 22 befestigt und fixiert, wodurch der bestimmte Befestigungsdruck P auf den befestigten Körper 24 in der Anordnungsrichtung von diesem aufgebracht wird (ein Flächendruck, der durch eine Wandfläche des Behälters 14 aufgenommen wird, ist beispielsweise etwa 2 × 10⁶ bis 5 × 10⁶ Pa). Eine Länge in der Anordnungsrichtung der zusammengesetzten Batterie 10, die mit dem oben bestimmten Befestigungsdruck P befestigt ist (Länge zwischen den jeweiligen äußeren Enden der Endplatten 18 und 19 in einem Beispiel wie in 1 und 2 dargestellt) ist als eine bestimmte Länge LT definiert. In der vorliegenden Spezifikation kennzeichnet die „spezifische Länge LT” eine Länge der zusammengesetzten Batterie, die entlang der Anordnungsrichtung der vordefinierten Anzahl der Batteriezellen verläuft, die in der zusammengesetzten Batterie zusammengesetzt sind, und kann typischerweise als ein zulässiger Längenbereich mit einer Toleranz verstanden werden. Beispielsweise kann verstanden werden, dass, wenn die bestimmte Länge LT als X cm bezeichnet wird, die spezifische Länge LT innerhalb eines Bereichs X ± α fällt, der die Toleranz ±α enthält.
In dem Herstellungsverfahren gemäß des vorliegenden Beispiels wird die zusammengesetzte Batterie 10, welche die zuvor genannte Konfiguration enthält, effizient in einer Weise hergestellt, in der die spezifische Länge LT stabil realisiert werden kann. Nachfolgend wird dieses Herstellungsverfahren mit Bezug auf die schematischen Zeichnungen, wie in 3 bis 6 dargestellt, beschrieben. Ein Prozess zum Vorbereiten der mehreren Batteriezellen 12, die in der zusammengesetzten Batterie 10 zusammengesetzt werden, wird beschrieben. Jeder dieser Batteriezellen 12 enthält einen Elektrodenkörper 30, der eine positive Elektrode und eine negative Elektrode enthält. In der vorliegenden Ausführungsform ist der Elektrodenkörper 30 ein gewickelter Elektrodenkörper 30 in einer flachen Form, der durch Wickeln einer positiven Elektrodenbahn 32, die eine positive Elektrodenaktivsubstanzschicht auf einem langen positiven Elektrodenstromkollektor enthält, einer negativen Elektrodenbahn 34, die eine negative Elektrodenaktivsubstandschicht auf einem langen negativen Elektrodenstromkollektor enthält, und Separatoren 36 gebildet ist.
Ein Material und ein Element, die den gewickelten Elektrodenkörper 30 konfigurieren, können die gleichen sein wie diese eines Elektrodenkörpers einer herkömmlichen Lithiumionenbatterie und sind nicht auf bestimmte beschränkt. Beispielsweise kann die positive Elektrodenbahn 32 durch Ausbilden der positiven Elektrodenaktivsubstanzschicht für eine Lithiumionenbatterie auf dem langen positiven Elektrodenstromkollektor gebildet sein. Eine Aluminiumfolie (in der vorliegenden Ausführungsform) oder irgendeine andere Metallfolie, die für die positive Elektrode geeignet ist, wird vorzugsweise für den positiven Elektrodenstromkollektor verwendet. Als die positive Elektrodenaktivsubstanz kann eine oder zwei oder mehr Substanzen verwendet werden, die herkömmlich in einer Lithiumionensekundärbatterie verwendet werden, ohne eine bestimmte Beschränkung. Ein bevorzugtes Beispiel von diesen kann ein Lithiumübergangsmetalloxid, wie beispielsweise LiMn₂O₄, LiCoO₂ und LiNiO₂, enthalten. Beispielsweise wird eine Aluminiumfolie, die eine Länge von etwa 2 m bis 4 m (z. B. 2,7 m), eine Breite von etwa 8 cm bis 12 cm (z. B. 10 cm) und eine Dicke von etwa 5 μm bis 20 μm (z. B., 15 μm) aufweist, als Stromkollektor verwendet werden und die positive Elektrodenaktivsubstanzschicht wird in einer vordefinierten Region auf einer Fläche dieser Folie gebildet, wodurch die bevorzugte positive Elektrodenbahn 32 gebildet wird.
Die negative Elektrodenbahn 34 kann dabei durch Ausbilden der negativen Elektrodenaktivsubstanzschicht für eine Lithiumionenbatterie auf dem langen negativen Elektrodenstromkollektor gebildet werden. Eine Kupferfolie (in der vorliegenden Ausführungsform) oder irgendeine andere metallische Folie, die als negative Elektrode geeignet ist, wird bevorzugt für den negativen Elektrodenstromkollektor verwendet. Als die negative Elektrodenaktivsubstanz können eine oder zwei oder mehr Substanzen verwendet werden, die herkömmlich in einer Lithiumionensekundärbatterie verwendet werden, ohne eine bestimmte Beschränkung. Ein bevorzugtes Beispiel dieser kann ein kohlenstoffbasiertes Material, wie beispielsweise Graphitkohlenstoff und amorphem Kohlenstoff, ein Lithiumübergangsmetalloxid oder ein Übergangsmetallnitrid enthalten. Beispielsweise wird eine Kupferfolie mit einer Länge von etwa 2 m bis 4 m (z. B. 2,9 m), einer Weite von etwa 8 cm bis 12 cm (z. B. 10 cm) und einer Dicke von etwa 5 μm bis 20 μm (z. B., 10 μm) verwendet werden und die negative Elektrodenaktivsubstanzschicht wird in einer vordefinierten Region auf einer Fläche dieser Folie gebildet wodurch die bevorzugte negative Elektrodenbahn 34 gebildet wird.
Ein bevorzugtes Beispiel der Separatorbahn 36, die zwischen der positiven Elektrodenbahn 32 und der negativen Elektrodenbahn 34 verwendet wird, kann eine Bahn enthalten, die aus einem porösen Polyolefinharz hergestellt ist. Beispielsweise kann eine poröse Separatorbahn, die aus einem synthetischen Harz (z. B. aus Polyolefin, wie beispielsweise Polyethylen hergestellt ist), die eine Länge von etwa 2 m bis 4 m (z. B. 3,1 m), eine Weite von etwa 8 cm bis 12 cm (z. B. 11 cm) und eine Dicke von etwa 5 μm bis 30 μm (z. B., 25 μm) aufweist, vorzugsweise verwendet werden.
In dem Bilden des gewickelten Elektrodenkörpers 30, in der gleichen Weise wie die eines gewickelten Elektrodenkörpers einer bekannten Lithiumionensekundärbatterie, sind die positive Elektrodenbahn 32, der erste Separator 36, die negative Elektrodenbahn 34 und der zweite Separator 36 in dieser Reihenfolge laminiert, und diese werden gewickelt während die positive Elektrodenbahn 32 und die negative Elektrodenbahn 34 leicht relativ zueinander in der lateralen Richtung verändert werden. Der hergestellte gewickelte Körper wird von der Seitenflächenrichtung gedrückt um eingedrückt zu werden, wodurch der gewickelte Elektrodenkörper 30 in einer ebenen Form hergestellt wird.
In einem bevorzugten Aspekt wird bei der Herstellung des gewickelten Elektrodenkörpers 30 die positive Elektrodenaktivsubstanzschicht auf dem langen positiven Elektrodenstromkollektor gebildet, wodurch die positive Elektrodenbahn hergestellt wird. Wie in 5 gezeigt, wird eine Zusammensetzung, die durch Verteilen eines Materials, das zum Bilden der positiven Elektrodenaktivsubstanz verwendet wird, die hauptsächlich die positive Elektrodenaktivsubstanz enthält, die in einem geeigneten Dispersionsmedium gebildet wird, auf ein Längsende (Anwendungsstartpunkt) bis zu dem anderen Längsende (Anwendungsendpunkt) des positiven Elektrodenstromkollektors aufgebracht, und wird dann getrocknet, und diese wird zwischen Rollen 68 gehalten und gepresst, wodurch ein positives Elektrodenbahngrundelement 32a hergestellt wird, das die positive Elektrodenaktivsubstandschicht enthält, die eine Länge aufweist, die zu einer Länge von mehreren (z. B., 100 bis 500) Batteriezellen 12 gleich ist, die kontinuierlich auf dem positiven Elektrodenstromkollektor in der Längsrichtung gebildet sind. Ähnlich wird eine Zusammensetzung, die durch Verteilen eines Materials, das zum Bilden der negativen Elektrodenaktivsubstanz verwendet wird, die hauptsächlich die negative Elektrodenaktivsubstanz enthält, die in einem geeigneten Dispersionsmedium gebildet wird, auf ein Längsende (Anwendungsstartpunkt) bis zu dem anderen Längsende (Anwendungsendpunkt) des negativen Elektrodenstromkollektors aufgebracht, und wird dann getrocknet, und diese wird gehalten und zwischen den Roller gehalten und gepresst, wodurch ein negatives Elektrodenbahngrundelement 34a hergestellt wird, welches die negative Elektrodenaktivsubstanzschicht enthält, die eine Länge aufweist, die gleich einer Länge von mehreren (z. B. 100 bis 500) Batteriezellen 12 ist, die kontinuierlich auf dem langen negativen Elektrodenstromkollektor in der Längsrichtung gebildet sind.
Wie in 6 dargestellt ist, werden eine positive Elektrodenrolle 33, die durch Wickeln des positiven Elektrodenbahngrundelements 32a in einer Rollform gebildet ist, eine negative Elektrodenrolle 35, die durch Wickeln des negativen Elektrodenbahngrundelements 34a in einer Rollform gebildet ist, und jede Separatorrolle (die durch Wickeln eines Separatorbahngrundelements 36a mit einer Länge, die gleich dieser der mehreren Batteriezellen 12 ist in einer Rollform) 37 in einer Wickelvorrichtung eingestellt; und das positive Elektrodenbahngrundelement 32a, das negative Elektrodenbahngrundelement 34a und die zwei Separatorbahngrundelemente 36a werden von den jeweiligen Rollen 33, 35, 37 herausgezogen. Das positive Elektrodenbahngrundelement 32a, das erste Separatorbahngrundelement 36a, das negative Elektrodenbahngrundelement 34a und das zweite Separatorbahngrundelement 36a sind in dieser Reihenfolge jeweils laminiert und durch einen vordefinierten Betrag gewickelt und derart an Anschlussendpositionen abgeschnitten, dass eine vordefinierte Länge (Länger einer einzelnen Batteriezelle) erreicht wird, wenn das Wickeln beendet ist. Jeder gewickelte Endabschnitt dieser an den Anschlussendpositionen abgeschnittenen Elementen ist aufgewickelt, wodurch der gewickelte Elektrodenkörper 30 hergestellt wird. Dieser Prozess wird wiederholt ausgeführt umso kontinuierlich die mehreren gewickelten Elektrodenkörper 30 (z. B. 100 bis 500 Körper) von den jeweiligen einzelnen Rollen 33, 35, 37 zu bilden.
In jedem hergestellten gewickelten Elektrodenkörper 30 in einer flachen Form, wie in 3 dargestellt, stehen, als Ergebnis des Aufwickelns des gewickelten Elektrodenkörpers 30, während der gewickelte Elektrodenkörper 30 in die laterale Richtung relativ zu der Wickelrichtung der gewickelten Elektrodenkörper 30 verschoben wird, jeweilige Endteile der positiven Elektrodenbahn 32 und der negativen Elektrodenbahn 34 von einem gewickelten Kernabschnitt 32 (d. h., einem Abschnitt, in dem ein Abschnitt der positiven Elektrodenbahn 32, an dem die positive Elektrodenaktivsubstanzschicht gebildet wird, ein Abschnitt der negativen Elektrodenbahn 34, an dem die negative Elektrodenaktivsubstanzschicht gebildet wird, und die Separatorbahnen 36 eng aufgewickelt werden) hervor. Der hervorstehende Abschnitt der positiven Elektrode (d. h., ein Abschnitt, an dem die positive Elektrodenaktivsubstanzschicht nicht gebildet ist) 32A und der hervorstehende Abschnitt der negativen Elektrode (d. h., ein Abschnitt, an dem die negative Elektrodenaktivsubtanzschicht nicht gebildet ist) 34A werden jeweils mit einem positiven Elektrodenleitanschluss 32B und einem negativen Elektrodenleitanschluss 34B ausgebildet und die jeweiligen Leitanschlüsse 32B und 34B sind elektrisch mit dem zuvor genannten positiven Elektrodenanschluss 15 und negativen Elektrodenanschluss 16 verbunden. Wie in 4 dargestellt, wird der gewickelte Elektrodenkörper 30 in dem Behälter 14 mit einer seitlich gelegenen Wickelachse des gewickelten Elektrodenkörpers 30 aufgenommen und ein nicht wässriger Elektrolyt (Elektrolytlösung), wie beispielsweise ein gemischtes Lösungsmittel aus Diethylkarbonat und Ethylenkarbonat (z. B. Massenverhältnis von 1:1), das eine angemessene Menge (z. B. Konzentration von 1 M) eines Grundelektrolyten (z. B. Lithiumsalz, wie beispielsweise LiPF₆) enthält, wird eingespritzt und in dem Behälter 14 verschlossen, wodurch die Batteriezelle 12 gebildet wird. Anschließend wird jede Batteriezelle 12 einmal oder wiederholt mehrere Male geladen und entladen, um so die Batteriezelle zu aktivieren, nachdem sie zusammengesetzt wird, wodurch die Batteriezelle in einen verwendbaren Zustand versetzt wird.
Auf Basis von Errungenschaften der vorliegenden Erfinder, wie zuvor beschrieben, ist bei dem Herstellen der zusammengesetzten Batterie 10, wenn die mehreren Batteriezellen 12 angeordnet werden und in der Anordnungsrichtung dieser befestigt werden, jeder Behälter 14 flexibel und daher wird eine Verzerrung oder Verformung des Behälter 14 in der Lastrichtung verursacht. Demzufolge hängt in einem Zustand, in dem die Last auf jede Batteriezelle 12 in der vordefinierten Anordnungsrichtung aufgebracht wird, während die Batteriezelle 12 befestigt wird, die Dicke in der Anordnungsrichtung jeder Batteriezelle 12 mehr von der Dicke des Elektrodenkörpers 30 im Inneren des Behälters 14 ab als die Außenform des Behälters 14 außerhalb des befestigen Zustands. Jedoch gibt es im Allgemeinen eine Variation (Unregelmäßigkeit) in der Dicke unter den Elektrodenkörpern 30 in einem gewissen Ausmaß aufgrund der Bedingungsänderung während der Herstellung oder ähnlichen. Wenn die mehreren Batteriezellen 12, welche die Elektrodenkörper 30 enthalten, eine solche Variation in der Dicke aufweisen, in der Stapelrichtung angeordnet und befestigt werden, wie in 7 dargestellt, wird eine Variation in der Dicke in der Anordnungsrichtung der Batteriezellen 12 unter den jeweiligen Batteriezellen 12 aufgrund der Variation in der Dicke untern den jeweiligen Elektrodenkörper 30 verursacht und die Variation in der Dicke unter diesen Batteriezellen 12 wird akkumuliert, was in einer Längenvariation der Anordnungsrichtung der hergestellten zusammengesetzten Batterie 10 resultiert. 7 ist ein Graph, der ein Verhältnis zwischen einer Dicke des Elektrodenkörpers und einer Dicke (in dem befestigen Zustand) der Batteriezelle darstellt, welche den obigen Elektrodenkörper enthält.
In dem hierin offenbarten Herstellungsverfahren, um die Variation der Länge in der Anordnungsrichtung der zusammengesetzten Batterien 10, die aus der Unregelmäßigkeit in der Form unter den Elektrodenkörpern 30 wie zuvor beschrieben resultiert, auszugleichen, werden die mehreren Batteriezellen 12 in einer Weise kombiniert, um die Variation der Dicke unter den Elektrodenkörpern 30 im Inneren der jeweiligen Batteriezellen 12 ausgeglichen, wodurch die zusammengesetzte Batterie 10 zusammengesetzt wird.
Genauer enthält der zuvor genannte Prozess des Vorbereitens der mehreren Batteriezellen 12 ein Messen der Dicke T in der Anordnungsrichtung des Elektrodenkörpers 30, der in jeder Batteriezelle 12 aufgenommen ist. Die mehreren Batteriezellen 12 werden in mehrere Dickenstufen klassifiziert, die jeweils unterschiedliche Dickenstufen aufweisen, in Abhängigkeit der Dicke (Messwert) T in der Anordnungsrichtung jedes Elektrodenkörpers 30 (Klassifizierungsprozess). Auf Basis des Graphen aus 7 wird zum Beispiel der Elektrodenkörper 30, der eine Dicke T in der Anordnungsrichtung des Elektrodenkörpers 30 aufweist, die in einen Bereich der Sollelektrodenkörperdicke von A ± 0,2 mm (d. h., A – 0,2 mm ≤ T ≤ A + 0,2 mm) in einen Dickenbereich 2 klassifiziert, der einen repräsentativen Wert „A” aufweist, der Elektrodenkörper 30, der eine Dicke T in der Anordnungsrichtung des Elektrodenkörpers 30 aufweist, der in einen Bereich von A + 0,2 mm < T ≤ A + 0,6 mm fällt, wird in einen Dickenbereich 1 klassifiziert, die einen repräsentativen Wert von „A + 0,4 mm” aufweist; und der Elektrodenkörper 30, der eine Dicke T in der Anordnungsrichtung des Elektrodenkörpers 30 aufweist, die in einen Bereich von A – 0,6 mm ≤ T < A – 0,2 mm fällt, wird in eine Dickenstufe 3 klassifiziert, die einen repräsentativen Wert von „A – 0,4 mm” aufweist. Die vordefiniert Anzahl der Batteriezellen 12, die in der zusammengesetzten Batterie 10 zusammengesetzt werden, werden aus zwei oder mehreren Stufen von den obigen Dickenstufen 1 bis 3 derart ausgewählt und kombiniert, um so in der Länge in der Anordnungsrichtung der zusammengesetzten Batterie 10 mit einer bestimmten Länge LT, die zuvor eingestellt ist, übereinzustimmen.
Gemäß eines bevorzugten Aspekts wird die vordefinierte Anzahl der Batteriezellen 12 in der zusammengesetzten Batterie 10 aus den obigen Dickenstufen derart ausgewählt und kombiniert, dass ein Absolutwert der repräsentativen Werte der Dickenstufen, zu welchen die jeweiligen ausgewählten Batteriezellen zählen, eine bestimmte Elektrodenkörperlänge RT wird. Wenn X Batteriezellen, die zu dem Rang 1 gehören, Y Batteriezellen, die zu dem Rang 2 gehören, und Z Batteriezellen, die zu dem Rang 3 gehören, ausgewählt und kombiniert werden, kann diese selektive Kombination in einer solchen Weise erfolgen, dass der Absolutwert von „A + 04, mm” × X + A × Y + „A – 0,4 mm” × Z mit der bestimmten Elektrodenkörperlänge RT übereinstimmt. Die zuvor genannte bestimmte Elektrodenkörperlänge wird typischerweise auf Basis „der Sollelektrodenkörperdicke A × der vordefinierten Anzahl” berechnet und wird derart definiert, dass der befestigte Körper 24, der die absolute Dicke der bestimmten Elektrodenkörperlänge RT aufweist, und die anderen in der zusammengesetzten Batterie enthaltenen Komponenten, mit dem bestimmten Befestigungsdruck P befestigt werden, wodurch die zusammengesetzte Batterie konfiguriert wird, welche die bestimmte Länge LT in der Anordnungsrichtung aufweist.
Der befestige Körper wird durch abwechselndes Anordnen der vordefinierten Anzahl der in der obigen Weise ausgewählten Batteriezellen 12 und der Kühlplatten 11, und außerdem, durch Anordnen der Endplatten 18, 19 an den beiden Endplatten dieser zusammengesetzt. Wie in 2 dargestellt, wird das Ende jedes Befestigungsbands 21 befestig und an den Endplatten 18, 19 mit den Schrauben 22 befestigt, um so den befestigen Körper 24 mit dem bestimmten Befestigungsdruck P zu befestigen, der an dem befestigen Körper 24 in der Anordnungsrichtung von diesem aufgebracht wird, wodurch die zusammengesetzte Batterie 10 zusammengesetzt wird (Zusammensetzungsprozess der zusammengesetzten Batterie).
Gemäß des Herstellungsverfahrens der vorliegenden Ausführungsform, ungeachtet der Variation der Dicke unter den Elektrodenkörpern 30 im Inneren der jeweiligen Batteriezellen 12, wird die vordefinierte Anzahl der Batteriezellen 12, die zusammengesetzt werden soll, aus den zwei oder mehr Stufen der Stufen 1 bis Stufe 3 derart ausgewählt und kombiniert, um die Variation der Dicke unter den Elektrodenkörpern 30 im Inneren der jeweiligen Batteriezellen 12 auszugleichen (zudem eine Variation der Dicke unter den jeweiligen Batteriezellen in dem befestigten Zustand) und die Länge in der Anordnungsrichtung der zusammengesetzten Batterie 10 auf die bestimmte Länge LT zu bringen bzw. anzunähern. Durch diese Konfiguration ist es möglich, die zusammengesetzte Batterie 10 herzustellen, welche die Variation in der Dicke unter den einzelnen Elektrodenkörpern derart ausgleichen kann, dass die Länge in der Anordnungsrichtung die bestimmte Länge LT erfüllt. Demzufolge ist es möglich, die nachfolgende Unannehmlichkeit zu vermeiden: eine Längenvariation in der Anordnungsrichtung der zusammengesetzten Batterie, die aufgrund der Unregelmäßigkeit in der Form unter den Elektrodenkörpern im Inneren der jeweiligen Batteriezellen auftritt, wodurch die zusammengesetzte Batterie nicht in dem zuvor vorbereitetem Befestigungsraum aufgenommen werden kann oder ein redundanter Platz besehen beleibt, wenn die zusammengesetzte Batterie in diesem Befestigungsraum aufgenommen wird, wie es bei den herkömmlichen zusammengesetzten Batterien der Fall ist. Es ist notwendig, eine größere Toleranz für die Außendimension zuzulassen, welche die Leistung jeder zusammengesetzten Batterie garantiert, um die Unregelmäßigkeit des Außenmaßes unter den zusammengesetzten Batterien zuzulassen (d. h., einen redundanten Raum um die zusammengesetzte Batterie sicherzustellen); daher ist es möglich die zusammengesetzte Batterie 10 derart zu konstruieren, welche einen geringeren bzw. kleineren Befestigungsraum als diese im herkömmlichen Fall aufweist. Im Vergleich beispielsweise mit einem Verfahren, das nur die Batteriezellen 12 verwendet, die der Dickenstufe 2 angehören, und die Batteriezellen 12 ausschließt, die der Dickenstufe 1 angehören (größere Dicke) und der Dickenstufe 3 angehören (kleiner Dicke), ist es in dem Herstellungsverfahren gemäß der vorliegenden Ausführungsform ebenso möglich, ein Reduzieren des Ausschusses der Batteriezellen 12 wie eine Reduktion der Produktionskosten der zusammengesetzten Batterie 10 zu verbessern.
Ein Beispiel eines bevorzugten Anwendungsziels der hierin offenbarten Technik kann eine zusammengesetzte Batterie enthalten, welche die gewickelten Elektrodenkörper 30 enthält, von denen jeder durch Verwenden des positiven Elektrodengrundelements 32a und des negativen Elektrodenbahngrundelementes 34a wie zuvor genannt gebildet ist. Dieser gewickelte Elektrodenkörper 30 kann effizient hergestellt werden, aber die Form von diesem ist wahrscheinlich gleichzeitig unregelmäßig. Noch genau neigt in dem positiven Elektrodenbahngrundelement 32a (5), welcher derart gebildet ist, dass die positive Elektrodenaktivsubtanzschicht, welche eine Länge gleich einer Länger der mehreren Batteriezellen aufweist, kontinuierlich auf dem positiven Elektrodenstromkollektor gebildet ist, die Dicke der positiven Elektrodenaktivsubstanzschicht dazu allmählich von einem Längsende (Anwendungsstartpunkt) in Richtung des anderen Längsendes (Anwendungsendpunkt) des positiven Elektrodenstromkollektors kleiner zu werden. In dem negativen Elektrodenbahngrundelement 34a, das derart gebildet ist, dass die negative Elektrodenaktivsubstanzschicht, welche eine Länge gleich einer Länge der mehreren Batteriezellen 12 aufweist, kontinuierlich auf dem negativen Elektrodenstromkollektor gebildet wird, neigt ähnlich die Dicke der negativen Elektrodenaktivsubstanzschicht dazu, allmählich von einem Längsende (Anwendungsstartpunkt) in Richtung des anderen Längsendes (Anwendungsendpunkt) des negativen Elektrodenstromkollektors kleiner zu werden. Wie in 6 gezeigt, wenn die mehreren gewickelten Elektrodenkörper 30 kontinuierlich unter Verwendung des positiven Elektrodenbahngrundelements 32a und des negativen Elektrodenbahngrundelements 34a gebildet werden, haben daher sowohl das positive Elektrodenbahngrundelement 32a und das negative Elektrodenbahngrundelement 34a die gleiche Tendenz einer Variation der Dicke; daher ist es wahrscheinlicher, dass beide Abschnitte, welche eine größere (kleinere) Dicke der beiden Bahnen aufweisen, miteinander kombiniert werden; und daher wird die Differenz der Dicke unter den gewickelten Elektrodenkörpern 30 wahrscheinlich größer. In einer früheren Phase des Wickeln neigt der gewickelte Elektrodenkörper 30, der eine relativ größere Dicke aufweist, dazu gehärtet zu werden, und in einer späteren Phase des Wickelns neigt der gewickelte Elektrodenkörper 30, der eine relativ kleinere Dicke aufweist, dazu gehärtet zu werden. Wenn die zusammengesetzte Batterie durch Kombinieren der Batteriezellen, welche die gewickelten Elektrodenkörper 30, welche die relativ größeren Dicke aufweisen, (oder die gewickelten Elektrodenkörper 30, welche die relativ kleineren Dicke aufweisen) enthalten, welche in der obigen Bildungsreihenfolge gehärtet wurden, zusammengesetzt wird, wird die Variation der Länge in der Anordnungsrichtung der zusammengesetzten Batterie wahrscheinlich größer. Im Gegensatz ist es gemäß des vorliegenden Aspekts möglich, die Variation der Länge in der Anordnungsrichtung der zusammengesetzten Batterie zu verhindern, die aus der Unregelmäßigkeit der Form unter den gewickelten Elektrodenkörper resultiert, wodurch die zusammengesetzte Batterie hergestellt wird, welche eine präzise Dimension, wie zuvor eingestellt, aufweist. Gemäß des Herstellungsverfahrens des vorliegenden Aspekts ist es daher möglich die zusammengesetzte Batterie effizient herzustellen, welche eine bevorzugte Einheitlichkeit im Außenmaß und eine ausgezeichnete Befestigungseigenschaft aufweist.
In der zuvor genannten Ausführungsform wird beispielhaft dargestellt, dass die mehreren Batteriezellen 12 in die drei Dickenstufen 1 bis 3 in Abhängigkeit der Dicke jedes Elektrodenkörpers 30 klassifiziert werden, aber die Anzahl der Dickenstufen für die Klassifikation ist nicht darauf beschränkt. Die Anzahl der Dickenstufen kann beispielsweise zwei oder mehr, drei oder mehr, oder fünf oder mehr sein. Die obere Grenze der Anzahl der Dickenstufen ist nicht auf eine bestimmte beschränkt, solange der zuvor genannte Effekt erreicht werden kann und kann beispielweise auf zehn oder weniger festgelegt werden.
In der zuvor genannten Ausführungsform werden die einzelnen Dicken in der Anordnungsrichtung der Elektrodenkörper 30 gemessen und die Elektrodenkörper werden in die mehreren Dickenstufen auf Basis der gemessenen Werte klassifiziert, aber das Kriterion für die Klassifizierung ist nicht auf aktuell gemessene Werte beschränkt. Beispielsweise werden jeweilige Bahndicken der für die Herstellung der Elektrodenkörper 30 verwendeten positiven Elektrodenbahn 32 und der negativen Elektrodenbahn 34 gemessen und die Dicke des Elektrodenkörpers 30 von Interesse wird auf Basis der obigen Bahndicken geschätzt. Da die Dicke des Elektrodenkörpers 30 von den jeweiligen Dicken der positiven Elektrodenbahn 32 und der negativen Elektrodenbahn 34 abhängig ist, kann die Dicke des Elektrodenkörpers 30 auf Basis der jeweiligen Bahndicken geschätzt werden, und der Elektrodenkörper 30 kann in die mehreren Dickenstufen auf Basis der geschätzten Werte klassifiziert werden. Wie jedoch in der oben beschriebenen Ausführungsform beschrieben ist es möglich die oben beschrieben Klassifikation präzise auszuführen und die zusammengesetzte Batterie 10, welche mit der bestimmten Länge LT in der Anordnungsrichtung übereinstimmt, noch genauer herzustellen, wenn die Elektrodenkörper 30 in die mehreren Dickenstufen auf Basis der aktuell gemessenen Werte der Elektrodenkörper 30 klassifiziert werden.
In der zuvor genannten Ausführungsform wird in dem Prozess des Herstellens der mehreren Batteriezellen 12 beispielshaft beschrieben, dass jede Dicke (die gesamte Anzahl der Dicken) der einzelnen Elektrodenkörper 30 gemessen wird, aber die Anzahl der Elektrodenkörper 30, von welchen die Dicken gemessen wird, ist nicht auf diese beschränkt. Die Dicke der einzelnen Elektrodenkörper 30 kann beispielsweise durch eine Probeentnahme pro Los erfasst werden. Wenn die mehreren Elektrodenkörper 30 kontinuierlich unter Verwendung des einzelnen positiven Elektrodenbahngrundelements 23a und des einzelnen negativen Elektrodenbahngrundelements 34a, wie zuvor genannt, gebildet werden, wird die Verteilung der Dicke unter den gewickelten Elektrodenkörpern 30 nicht unregelmäßig (zufällig), so dass die gewickelten Elektrodenkörper 30, welche eine relativ größere Dicke haben, dazu neigen bei einer früheren Phase des Wickelns gehärtet zu werden, und die gewickelten Elektrodenkörper 30, welche eine relativ kleinere Dicke aufweisen, neigen dazu bei einer späteren Phase des Wickelns gehärtet zu werden. Demzufolge ist es möglich die Dicken der einzelnen Elektrodenkörper 30 durch die Entnahme von Proben pro Los unter den mehren gewickelten Elektrodenkörpern, die in der obigen Bildung gehärtet wurden, ungefähr zu erfassen ohne jede Dicke der einzelnen Elektrodenkörper 30 in dem Prozess des Vorbereitens der mehreren Batteriezellen 12 zu messen, wodurch der Elektrodenkörper 30 pro Los in die mehreren Dickenstufen klassifiziert wird. Das Herstellungsverfahren der zusammengesetzten Batterie, wie hierin offenbart, enthält diesen Aspekt.
Die bevorzugte Ausführungsform des Herstellungsverfahrens der zusammengesetzten Batterie gemäß der vorliegenden Erfindung wurde im Detail beschrieben, aber wie zuvor beschrieben, soll die vorliegende Erfindung nicht auf die obige bestimmte Ausführungsform beschränkt werden. In der zuvor genannten Ausführungsform wird beispielsweise der Elektrodenkörper 30 in dem Behälter 14 mit der Wickelachse des gewickelten Elektrodenkörpers 30 aufgenommen, der entlang der Breiterrichtung der Batteriezellen 12 verläuft (in der Richtung der Zeichnungsbreite in 2), aber der Elektrodenkörper 30 kann derart angeordnet sein, um die Wickelachse in der Höhenrichtung (vertikale Richtung in 2) der Batteriezelle 12 anzuordnen. Anstelle des Elektrodenkörpers 30 vom Wickeltyp, kann es konfiguriert sein, um einen Elektrodenkörper von einem Laminiertyp zu verwenden, der durch wechselndes Laminieren mehrere positiver Elektrodenbahnen und mehrere negativer Elektrodenbahnen entlang der Separatorbahnen gebildet wird. In dem Elektrodenkörper vom Laminiertyp gibt es dennoch Variationen (Unregelmäßigkeiten) in der Dicke aufgrund einer Bedingungsänderung während dem Herstellen oder ähnlichem. Die vorliegende hierin offenbarte Erfindung wird bevorzugt bei einer zusammengesetzten Batterie angewendet, die durch Anordnen in der Stapelrichtung mehrere Batteriezellen gebildet wird, welche in Behältern aufgenommene Elektrodenkörper enthält, die verschiedene Konfigurationen aufweisen, (insbesondere Batteriezellen, welche in Behältern aufgenommene Elektrodenkörper vom Wickeltyp oder Stapeltyp enthalten, während Bahnen, welche die Elektrodenkörper bilden, in der Stapelrichtung der Batteriezellen laminiert sind).
Der Typ der Batteriezellen, welche in der zusammengesetzten Batterie zusammengesetzt werden, ist nicht auf die zuvor genannte Lithiumionensekundärbatterie beschränkt, und Batterien, welche verschiedene Inhalte mit unterschiedlichen Elektrodenkörpermaterialen und Elektrolyten enthalten, können verwendet werden, wie beispielsweise Lithiumionensekundärbatterien, welche negative Elektroden aus einem Lithiummetall oder einer Lithiumlegierung haben, Nickel-Wasserstoffbatterien, Nickelcadmiumbatterien, elektrische Doppelschichtkondensatoren und ähnliches. Die zusammengesetzte Batterie 10, wie in 1 dargestellt, wird mit Absicht in einer einfachen Konfiguration dargestellt, aber es ist für einen Fachmann ersichtlich, dass verschiedenen Modifikationen und zusätzliche Einrichtungen vorgenommen werden können, solange die Konfiguration und der Effekt der vorliegenden Erfindung nicht beschädigt wird. In dem Fall eines Einbaus der zusammengesetzten Batterie in einem Fahrzeug, wie beispielsweise einem Automobil, kann eine äußere Hülle zum Schutz von Hauptkomponenten der zusammengesetzten Batterie sein (Batteriezellgruppen, etc.), Teile zum Befestigen der zusammengesetzten Batterie an einem vordefinierten Abschnitt des Fahrzeugs, und Teile zum gegenseitigen Befestigen der mehreren zusammengesetzten Batterien (Batteriemodule) ausgebildet sein; aber die Anwesenheit oder Abwesenheit des Vorsehens dieser Bestandteile sind nicht für den technischen Umfang der vorliegenden Erfindung verantwortlich.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

JP 2014-137889 [0002]
JP 2014-137889 A [0003]

Claims

Herstellungsverfahren einer zusammengesetzten Batterie (10), dadurch gekennzeichnet, dass es aufweist: Vorbereiten mehrerer Batteriezellen (12) von denen jede einen Elektrodenkörper (30) enthält, der eine positive Elektrode und eine negative Elektrode aufweist, und einen Behälter (14) zum Aufnehmen des Elektrodenkörpers; Klassifizieren der mehreren Batteriezellen in mehrere Stufen in Abhängigkeit einer Dicke in einer Anordnungsrichtung des im Inneren jeder Batteriezelle aufgenommenen Elektrodenkörpers; und Anordnen der mehreren Batteriezellen in der Anordnungsrichtung, und Befestigen der mehreren Batteriezellen derart, dass auf die mehreren Batteriezellen eine Last in der Anordnungsrichtung aufgebracht wird, wobei die mehreren Batteriezellen aus den mehreren Stufen derart ausgewählt werden, dass eine Länge in der Anordnungsrichtung der Batteriezellen auf eine vordefinierte Länge angepasst wird, wenn die mehreren Batteriezellen in der Anordnungsrichtung angeordnet werden, wobei die mehreren Batteriezellen zumindest eine Batteriezelle enthalten, die von jeder von zwei oder mehreren Stufen unter den mehreren Stufen ausgewählt werden.
Herstellungsverfahren einer zusammengesetzten Batterie nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass jeder Elektrodenköper ein gewickelter Elektrodenkörper (30) in einer flachen Form ist, der durch Wickeln einer positiven Elektrodenbahn (32), die eine positive Elektrodenaktivsubstanzschicht auf einem langen positiven Elektrodenstromkollektor enthält, und einer negativen Elektrodenbahn (34), die eine negative Elektrodenaktivsubstanzaktivschicht auf einem langen negativen Elektrodenstromkollektor enthält, gebildet ist.
Herstellverfahren einer zusammengesetzten Batterie nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der gewickelte Elektrodenkörper in einer solchen Weise geformt ist, dass ein positives Elektrodenbahngrundelement (32a) und ein negatives Elektrodenbahngrundelement (34a) einander überlagern, gewickelt sind und bei einer vordefinierten Länge abgeschnitten werden, wobei das positive Elektrodenbahngrundelement durch kontinuierliches Bilden der positiven Elektrodenaktivsubstanzschicht gebildet ist, die eine Länge aufweist, die gleich einer Länge der mehreren Batteriezellen auf dem positiven Elektrodenstromkollektor in einer Längsrichtung ist, wobei das negative Elektrodenbahngrundelement durch kontinuierliches Bilden der negativen Elektrodenaktivsubstanzschicht gebildet ist, die eine Länge aufweist, die gleich einer Länge der mehreren Batteriezellen auf dem negativen Elektrodenstromkollektor in der Längsrichtung ist.
Herstellungsverfahren einer zusammengesetzten Batterie nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Anzahl der Batteriezellen 30 oder mehr ist.
Herstellungsverfahren einer zusammengesetzten Batterie nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Anzahl der Batteriezellen 50 oder mehr ist.