TWI478416B - Secondary battery - Google Patents

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TWI478416B
TWI478416B TW102142688A TW102142688A TWI478416B TW I478416 B TWI478416 B TW I478416B TW 102142688 A TW102142688 A TW 102142688A TW 102142688 A TW102142688 A TW 102142688A TW I478416 B TWI478416 B TW I478416B
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Miyuki Terado
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Description

二次電池
本發明係關於二次電池。
層積複數具有由外裝構件導出至外部的電極的扁平電池，藉由於電氣上串聯及/或並聯連接，而得到高輸出及/或高容量之電池模組。
於前述之扁平型電池，例如使用非水電解質二次電池。非水電解質二次電池，係將層積電極體與非水系電解液一起收容於外裝構件內之電池。層積電極體，具有正極，負極，與防止兩極短路之分隔板。作為外裝構件，例如使用鋁層壓板。藉由熔接鋁層壓板的外周部，構成收容層積電極體的電池容器。
於此種二次電池，為了防止層積電極體發生偏移而將分隔板的外周部與鋁層壓板的熔接封口一起進行熔接的技術係屬已知(參照專利文獻1)。
[先前技術文獻] [專利文獻]
[專利文獻1]日本專利特開平11-250873號公報
然而，為了維持電池性能，層積電極體含有特定量的電解液是重要的。因此，由於某些原因而發生層積電極體之電解液量不足的情形時，最好對層積電極體補充電解液。
然而，專利文獻1之非水電解質二次電池，關於把分隔板的外周部與外裝構件一起接合的構造，無法由對層積電極體補充電解液的觀點來考察，所以跨長期間使用會有電池性能降低之虞。
此外，於分隔板的外周部被接合於鋁層壓板等外裝材的二次電池，由防止電池性能的降低的觀點來看，最好是講究防止從被形成於分隔板的外周部之接合部發生破斷之對策，但是在專利文獻1之非水電解質二次電池關於破斷防止並未採取任何對策。亦即，要謀求電池的長壽命化是困難的。
本發明，係為了解決伴隨著前述從前技術的課題而進行之發明，目的在於將分隔板的外周部與外裝構件一起接合的構造，做成可對層積電極體補充電解液，且適於防止從接合部發生分隔板的破斷之構造，因而即使跨長期間使用也可提供可謀求電池性能的維持之二次電池。
為了達成前述目的，本發明，係把具有正極與負極與分隔板之層積電極體與電解液一起收容於外裝購艦內之二 次電池，具有使前述分隔板的外周部與前述外裝構件一起接合的複數接合部。至少於前述接合部彼此之間，形成保持前述電解液的保持部。接著，前述接合部之分別的周圍的長度合計，形成為比構成包含前述接合部之全部的最小面積之矩形的周圍的長度更長。
根據本發明，於把分隔板的外周部與外裝構件一起接合的構造，不是藉由連續的單一接合部進行接合而是具有複數的接合部，至少於接合部彼此之間，形成保持電解液之保持部。因此，可以由接合部彼此之間的保持部，對層積電極體補充電解液。進而，藉由使接合部之分別的周圍的長度之合計，比構成包含接合部之全部的最小面積的矩形的周圍長度更長，可以提高對拉伸方向之力的強度，可以防止分隔板的厚度變薄之接合部發生破斷。因此，即使跨長期間使用也可謀求得到電池性能的維持之二次電池。
10‧‧‧扁平型電池
20‧‧‧層積電極體
22‧‧‧分隔板
30‧‧‧外裝構件
32‧‧‧外周部
41、42‧‧‧耳片
40‧‧‧接合部
50‧‧‧保持部
51‧‧‧電解液
100‧‧‧電池模組
120‧‧‧外殼
122‧‧‧外殼
124‧‧‧上外殼
126‧‧‧貫通孔
130‧‧‧電池單元
131、132‧‧‧輸出端子
140‧‧‧絕緣外蓋
160、161‧‧‧間隔件
162‧‧‧貫通孔
圖1係顯示電池模組之立體圖。
圖2係顯示圖1所示的電池模組的電池單元之立體圖。
圖3係顯示圖2所示的層積體的背面側之分解立體圖。
圖4係顯示扁平型電池之立體圖。
圖5係顯示供說明與外裝構件一起接合分隔板的外周部之接合部之用的扁平型電池的重要部位之平面圖。
圖6(A)係沿著圖5之6A-6A線之剖面圖，圖6(B)係沿著圖5之6B-6B線之剖面圖。
圖7(A)係於圖5以虛線7A包圍的部分的部分擴大圖，圖7(B)係於圖5以虛線7B包圍的部分之部分擴大圖。
圖8(A)(B)係供說明藉由反白箭頭所示的方向之拉力作用於扁平型電池時的作用之模式圖。
圖9(A)~(E)係顯示複數之接合部的形狀或配置型態之例，以及接合部之分別的周圍長度的合計(La)與構成包含接合部的全部之最小面積的矩形的周圍的長度(Lb)之關係的模式圖。
圖10(A)~(C)係顯示複數之接合部的形狀或配置型態之例，以及接合部之分別的周圍長度的合計(La)與構成包含接合部的全部之最小面積的矩形的周圍的長度(Lb)之關係的模式圖。
圖11係顯示相關於本發明的其他實施形態之扁平型電池的接合部之平面圖。
圖12係模式顯示實施例及比較例的接合部之圖。
以下，參照添附圖面同時說明本發明之實施形態。又，於圖面之說明，對同一要素賦予同一符號，省略重複的說明。圖面之尺寸比率，在說明的方便上有較為誇張之處，會與實際比率不同。圖面所附的X軸及Y軸，分別 顯示扁平型電池10的短邊方向及長邊方向。
參照圖1及圖2，電池模組100，於外殼120的內部，收容著包含複數扁平型電池10(相當於二次電池)的電池單元130，與具備電氣絕緣性的絕緣外蓋140。電池模組100，可以單獨使用，但例如藉由把複數之電池模組100串聯化及/或並聯化，可以形成對應於所要的電流、電壓、容量之電池組。
外殼120，具有約略矩形的箱形狀之下外殼122，與成為蓋體的上外殼124。上外殼124的邊緣部，藉由機械連接加工(rmechanical fastener)，被卷固於下外殼122的周壁的邊緣部。下外殼122及上外殼124，係由比較薄的鋼板或鋁板形成的。下外殼122及上外殼124具有貫通孔126。貫通孔126，被配置於角落部之4處所，被使用於插通使電池模組100彼此疊積複數個而保持成為電池組之用的貫通螺栓(未圖示)。符號131、132係以由下外殼122的前面的開口部突出的方式配置的輸出端子。
參照圖2，電池單元130，具有複數扁平型電池10被導電連接而層積的層積體132，及供支撐電池之用的複數間隔件160、161。間隔件160、161具有電氣絕緣性。間隔件160被配置於層積體132的前面側，間隔件161(相當於支撐構件)被配置於層積體132的背面側。
參照圖3，例如，被配置於層積體132的背面側的間隔件161，係以挾持外裝構件30的外周部32的方式被定位。間隔件161，於長邊方向兩端部具有貫通孔162。貫 通孔162，與下外殼122及上外殼124的背面側之貫通孔126對準位置。
參照圖4~圖7，扁平型電池10，例如為鋰離子二次電池，將層積電極體20與電解液一起收容於外裝構件30內。扁平型電池10，係由外裝構件30往外部導出的電極(以下，稱為「耳片」)41、42。又，於圖5符號21顯示正極或負極，圖6為了簡化僅顯示分隔板22。
層積電極體20，係將正極、負極及分隔板22依序層積而形成的。正極，例如具有由LiMn2 O4 等鋰-過渡金屬複合氧化物所構成的正極活性物質層。負極，例如具有由碳及鋰-過渡金屬複合氧化物所構成的負極活性物質層。分隔板22，例如由浸透電解質而得的具有通氣性的多孔狀之PE(聚乙烯)所形成。
外裝構件30，由輕量化及熱傳導性的觀點來看，以鋁、不銹鋼、鎳、銅等金屬(包含合金)以聚丙烯膜等絕緣體覆蓋之高分子-金屬複合層疊膜等之薄片材料所構成。外裝構件30，具有覆蓋層積電極體20的本體部31、及延伸於本體部31的周緣的外周部32。外周部32的一部分或全部，藉由熱熔接而接合。
耳片41及42，係供由層積電極體20導出電流之用的構件，延長於扁平型電池10的前面側。
扁平型電池10，為了防止層積電極體20之偏移的發生，具有與外裝構件30一起接合分隔板22的外周部之複數接合部40。接著，至少於接合部40彼此之間，形成對 層積電極體20可自由補充地保持電解液的保持部50。接合，可以適用熱熔接或超音波熔接、熔接等。於圖5、圖7及圖8，為了容易理解，於接合部40賦予影線。
進而詳言之，如圖5、圖6及圖7之各圖所示，於與外裝構建30一起接合分隔板22的外周部的構造，不是以連續的單一接合部進行接合，而是藉由分開接合，而具有複數之接合部40。又，為了說明上的便利，亦把「連續的單一接合部」，簡稱為「連續接合部」。
接合部40的尺寸例之一例，可參照圖7(A)(B)，為W1(寬幅)=2mm、W2(間隙間隔)=1mm、W3(深度)=2mm。此外，W4(分隔板22的外周部與外裝構件30之熔接部(接合部40)起至外裝構件30之外周部32彼此的熔接部為止之間隙)=5mm。接合部40全面積對分隔板22的全面積之比率，沒有特別限定，例如為0.1%~1%。
以連續接何部接合的場合，由連續接合部，至外裝構件之外周部彼此的接合部為止之間的間隙區域，成為使電解液密閉貯留之所謂袋構造。於相關的型態的場合，會無法有效利用封閉進來的電解液。
對此如本實施形態這樣具有複數的接合部40而接合的場合，至少在接合部40彼此之間的區域，分隔板22彼此未被熔接，所以在分隔板22間之微小間隙可以形成保持電解液51之保持部50(參照圖6)。接著，因某些原因而發生層積電極體20之電解液51之量不足的情形時， 可以由保持部50，藉由毛細管現象，對層積電極體20補充電解液51。藉由這樣之對層積電極體20的電解液51的補充，層積電極體20可以跨長期維持著包含特定量的電解液51的狀態，可以提供即使跨長期使用也可以謀求電池性能的維持之扁平型電池10。
此外，於電池的生產步驟積留於層積電極之間的氣體，容易由對發電有所貢獻的區域，通過接合部40彼此之間的區域S1，而往外周部32逃逸。藉此，可以抑制由於氣體而導致發電效率的降低。
參照圖5、圖7，在圖示之例，不僅接合部40彼此之間的區域S1，複數之接合部40之中圖中最上位的接合部40與外裝構件30之間的間隙區域S2，途中最下位的接合部40與外裝構件30之間的間隙區域S3、以及複數之接合部40與位於背面側(圖5中之右手側)的外裝構件30之間的間隙區域S4，也發揮作為保持部50之功能。亦即，對於層積電極體20可以自由補充地保持更多的電解液51，可以謀求更進一步跨長期間之電池性能的維持。
參照圖3~圖5，外裝構件30之外周部32，包含藉由黏接劑連接於支撐電池之用的間隔件161之複數支撐部33、被配置於支撐部33彼此之間而延伸往電池的外側方向之延長部34。此外，分隔板22的外周部，朝向外裝構件30的延長部34延伸同時包含被形成接合部40的舌部23。藉由相關的構成，可以有效地活用藉由間隔件161支撐而對發電沒有實質貢獻的死空間，可以增加電解液51 的保持容量，可謀求電池的高壽命化。
於延長部34，被形成設於間隔件161之栓被插通之貫通孔35。藉由使栓插通於貫通孔35，可以限制間隔件161對扁平型電池101之支撐位置。
於圖8(A)，藉由2點虛線模式顯示藉由反白的箭頭60所示的方向之拉伸力作用於分隔板22時，在接合部40附近產生的破斷線61。於圖8(B)，藉由實線箭頭62模式顯示對接合部40之各個施加拉伸應力的方向。
於圖8(B)藉由實線箭頭62所示的方向之拉伸應力對於接合部40之各個施加過剩的話，分隔板22會沿著圖8(A)所示的破斷線61破斷。破斷線61，沿著接合部40的分別的周圍(3邊)延伸。換句話說，接合部40之分別的周圍長度的合計變長的話，可以對抗更大的拉伸應力。
亦即，受到大的拉伸應力作用的場合，如圖5所示，增加接合部40的個數，增長接合部40之分別的周圍的長度之合計即可。
接合部40之分別的周圍的長度合計(La)，形成為比構成包含接合部40之全部的最小面積之矩形63的周圍的長度(Lb)更長為較佳。矩形63的態樣，藉由圖9及圖10之虛線顯示。因為在伴隨著汽車的行駛而產生振動的車輛上搭載扁平型電池10的場合，會提高對拉伸方向之力的強度所致。進而，因為可以防止分隔板22的厚度變薄之接合部40之破斷。
圖9(A)~(E)及圖10(A)~(C)，係顯示富庶之接合部40的形狀或配置型態之例，以及前述La與Lb之關係之模式圖。
圖5、圖9(A)、(C)係顯示複數之接合部40分別為大小相同而於X方向配置為一列之例。La與Lb之關係為La<Lb(圖9(C))，La>Lb(圖5、圖9(A))。本發明不以此場合為限。
如圖9(B)所示，將不同大小的接合部40於X方向上配置為一列亦可。為La>Lb。
如圖9(D)、(E)所示，不使接合部40於X方向上配置為一列，而使某個接合部40對其他接合部40位移於Y方向亦可。即為La>Lb(圖9(D))，La<Lb(圖9(E))。
如圖10(A)所示，不僅使複數之接合部40排列於X方向，於Y方向排列為2段亦可。為La>Lb。於此型態，也是只要於圖中左右存在間隙，至少於接合部40彼此之間，可以形成對層積電極體20可自由補充地保持電解液51的保持部50。
如圖10(B)所示，於X方向排列2列，於Y方向上排列2段亦可。為La>Lb。
如圖10(C)所示，於X方向排列5列，於Y方向上排列2段亦可。為La>Lb。於此型態，Y方向下段側之接合部40彼此之間的間隙位置，與Y方向上段側之接合部40彼此之間的間隙位置，於X方向上位移。於此型 態，也是至少於接合部40彼此之間，可以形成對層積電極體20可自由補充地保持電解液51的保持部50。
雖然省略圖示，但接合部40不僅限定於在X方向或Y方向上平行延伸的場合，對於X方向或Y方向傾斜延伸亦可。
如以上所說明的，本實施形態之扁平型電池10，因為具有與外裝構件30一起接合分隔板22之外周部的複數接合部40，與至少被形成於接合部40彼此之間對層積電極體20可自由補充地保持著電解液51之保持部50，所以由接合部40彼此之間的保持部50，可以對層積電極體20補充電解液51，可以使層積電極體20跨長期維持於包含特定量的電解液51的狀態。因而，即使跨長期間使用也可謀求得到電池性能的維持之二次電池。此外，可以使積留於層積電極之間的氣體，通過接合部40彼此之間的區域而往外周部32逃逸變得容易，可以抑制氣體導致之發電效率的降低。進而，藉由使接合部40之分別的周圍的長度之合計，比構成包含接合部40之全部的最小面積的矩形63的周圍長度更長，可以提高對拉伸方向之力的強度，可以防止分隔板22的厚度變薄之接合部40發生破斷。
外裝構件30之外周部32，包含被連接於供支撐電池之間隔件161的複數支撐部33，及被配置於支撐部33彼此之間的朝向電池的外方向延伸的延長部34，分隔板22的外周部，包含朝向外裝構件30的延長部34延伸同時被 形成接合部40的舌部23，所以可有效地活用藉由間隔件161所支撐而對發電沒有實質貢獻的死空間，可以增加電解液51的保持容量，可謀求電池的高壽命化。
(其他實施形態)
其次，說明相關於本發明之扁平型電池的其他實施形態。
參照圖11，相關於其他實施形態之扁平型電池10，大致說來，具有與外裝構件30一起接合分隔板22的外周部的接合部40，包含相互隔著間隙W2而鄰接的複數接合部40之一接合區域45，比間隙W2更離開一接合區域45而形成的其他接合區域46、47，以及被形成於接合部40彼此之間保持電解液之保持部50。接著，於一接合區域45及其他接合區域46、47，鄰接的接合部40之分別的周圍的長度合計，形成為比構成包含鄰接的接合部40的最小面積之矩形65的周圍的長度更長。
於前述之實施形態，由防止接合部40之破斷的觀點來看，著眼於被形成於扁平型電池10的所有的接合部40，與構成包含所有的接合部40之最小面積的矩形63之關係，採用滿足La>Lb的條件之構成。另一方面，於本實施形態，著眼於鄰接的複數之接合部40構成的接合區域45、46、47，而謀求各接合區域45、46、47之接合強度的提高。
如圖11所示，於扁平型電池10，形成複數之接合區 域45、46、47。各接合區域45、46、47，係鄰接配置的複數接合部40分別形成的特定區域。於各接合區域45、46、47之間，設有間隙間隔W5。此間隙間隔W5，形成為比鄰接的接合部40間的間隙間隔W2更大。又，鄰接的接合部40間，及各接合區域45、46、47間，形成保持部50。
於一接合區域45，以滿足La(鄰接的接合部40之分別的周圍的長度合計)>Lc(構成包含鄰接的接合部40的最小面積之矩形65的周圍的長度)的條件的方式形成接合部40。因此，一接合區域45，與相當於一接合區域的部位被形成連續接合部的場合相比，提高了拉伸強度。與一接合區域45同樣，於其他分別的接合區域46、47，以滿足La>Lc的條件的方式形成接合部40。亦即，其他接合區域46、47之分別的拉伸強度都提高。如此般，藉由提高各接合區域45、46、47分別的拉伸強度，可以謀求扁平型電池10全體之分隔板22的拉伸強度的提高。
如以上所說明的，根據其他實施形態的扁平型電池10的話，可以藉由保持部50進行電解液的補充，而且可以適切地防止接合部40之破斷，所以可以謀求跨長期間維持電池性能。
又，於其他實施形態，顯示了藉由4個鄰接的接合部形成1個接合區域的型態，但形成接合區域的接合部的個數沒有特別限定，可以適當變更。此外，顯示了於1個扁平型電池形成3個接合區域的型態，但接合區域的數目也 沒有特別限定，可以適當變更。
(變形例)
本發明不限於前述之各實施形態，可以進行適當的改變。例如，顯示了於外裝構件30之一個邊配置正負耳片41、42雙方之扁平型電池10，但對於把正負耳片配置於不同邊的二次電池當然可以適用。此外，於被配置耳片的邊設置保持部50亦可。
(實施例)
其次，說明具備複數接合部40的扁平型電池10之實施例。又，相關於本發明的二次電池，並不僅限於以下實施例所示之型態。
於表1顯示各實施例及比較例之實施條件。
實施例1、實施例2，係具備滿足熔接部(接合部40)之分別的周圍的長度合計(La)>構成包含熔接部40之全部的最小面積之矩形63的周圍的長度(Lb)的條件之構造之扁平型電池10。於圖12(A)模式顯示實施例1之熔接部，圖12(B)模式顯示實施例2之熔接部。
在實施例1與實施例2，各熔接部40的大小，熔接部40間的間隙間隔的大小，熔接點數各為不同。此外，熔接部40之全面積，係實施例1比實施例2形成為更大。實施例1、2都在複數熔接部40之間形成保持部50。
比較例，係具備連續熔接部(熔接點數為1點)140的從前的扁平型電池。於圖12(C)顯示比較例之熔接部140。又，熔接部140之全面積，形成為與實施例2相同大小。
由表1所示之結果，可以確認實施例1、2所示的扁平型電池10，比起比較例所示的從前的扁平型電池具有更大的熔接強度。此外，比較實施例2與比較例的話，也確認了即便熔接部的全面積沒有變化，實施例2的扁平型電池10具有更大的熔接強度。由以上的結果，可以確認相關於本發明的扁平型電池10，與從前的扁平型電池相比，提高了對被賦予熔接部40的拉伸方向之力的強度。
6A‧‧‧線
6B‧‧‧線
7A‧‧‧虛線
7B‧‧‧虛線
20‧‧‧層積電極體
21‧‧‧符號
22‧‧‧分隔板
30‧‧‧外裝構件
32‧‧‧外周部
33‧‧‧支撐部
34‧‧‧延長部
35‧‧‧貫通孔
40‧‧‧接合部
50‧‧‧保持部
S1‧‧‧區域
S2‧‧‧間隙區域
S3‧‧‧間隙區域
S4‧‧‧間隙區域

Claims (2)

  1. 一種二次電池，係於外裝構件內收容具有正極與負極與分隔板的層積電極體以及電解液，其特徵為具有：將前述分隔板的外周部與前述外裝構件一起接合之複數接合部，及至少被形成於前述接合部彼此之間保持前述電解液的保持部。
  2. 如申請專利範圍第1項之二次電池，其中前述外裝構件之外周部，包含被連接於供支撐電池之用的支撐構件的複數支撐部，及被配置於前述支撐部彼此之間朝向電池的外側方向延伸的延長部；前述分隔板的外周部，包含著朝向前述外裝構件的前述延長部延伸同時被形成前述接合部的舌部。
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