專利名稱：用膜外裝的電池以及使用所述電池的電池組的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種采用設(shè)置了安全閥的外裝膜進(jìn)行外裝的鋰離子電池等密封型電池、以及將所述密封型電池串聯(lián)和/或并聯(lián)的電池組，并涉及在由于異常充電等而產(chǎn)生氣體的情形，使安全閥可靠地動作的構(gòu)造。
背景技術(shù)：
由于鋰離子電池重量輕、能量密度比鎳鎘電池或鎳氫電池等其它的二次電池高，所以不僅用于移動電話或筆記本電腦、攝像機(jī)等的便攜設(shè)備的驅(qū)動用電源，而且正在作為電動汽車等的電源使用。
鋰離子電池的構(gòu)成為負(fù)極使用碳等可以摻雜、去摻雜鋰離子的材料，正極使用鈷酸鋰或鎳酸鋰、錳酸鋰等含鋰遷移金屬氧化物，電解液使用LiPF6等溶解鋰鹽的有機(jī)溶劑。所述有機(jī)電解液，在大幅度超過4.2V的電壓范圍內(nèi)，存在通過氧化分解產(chǎn)生可燃?xì)怏w等，電池內(nèi)壓上升，導(dǎo)致發(fā)熱或破損的情形。
將多個鋰離子電池串連或并聯(lián)使用的應(yīng)用，例如電動自行車、電動汽車等的動力用途或無停電電源裝置等日益增加，由于使用多個電池，故在使用對合成樹脂膜和鋁箔等進(jìn)行層疊的外裝膜作為外裝體的情形，與使用金屬罐作為外裝體的情形相比，其特征為可以獲得容量密度、重量密度較大的電池。
但是，使用了可彎曲性外裝膜的鋰離子電池，與將金屬罐作為外裝體的情形相比，在產(chǎn)生氣體時電池的膨脹很明顯。因此，在將外裝膜作為外裝體的鋰離子電池中，對用于將所產(chǎn)生的氣體從電池內(nèi)釋放用的安全閥提出了多種方案。
將外裝膜用于外裝體的電池，例如，將具有2張尼龍膜/鋁箔/聚丙烯膜的三層構(gòu)造的外裝膜2的聚丙烯膜層之間進(jìn)行熱熔融，從而密封外周。當(dāng)電池陷入過充電等異常狀態(tài)時，由于電解液的分解產(chǎn)生氣體，或者電池元件發(fā)熱。在這種情形，一部分熱熔融部開裂，根據(jù)情況不同，可能發(fā)生破裂。
因此，JP-A-1999-086823、JP-A-1999-097070提出了如下方案在密封部的一部分上設(shè)置耐壓性比其它部分低的部分，或在熔融部上設(shè)置剝離強(qiáng)度小的部分，設(shè)置選擇性地使所述部分開裂的機(jī)構(gòu)。
此外，JP-A-1999-312505提出了如下薄型電池在該薄型電池中，設(shè)置了使外裝膜中配置在最內(nèi)側(cè)的樹脂層的厚度部分變薄，當(dāng)內(nèi)壓上升時開裂的安全閥。此外，JP-A-2000-100399中提出了起安全閥作用的密封范圍的熱熔融溫度比沒有安全閥的密封范圍的熱熔融溫度低。
此外，JP-A-2005-116474中提出了如下結(jié)構(gòu)的電池將層疊膜作為外裝膜，并在熱熔融部的一部分上配置了具有由低熔點樹脂構(gòu)成的閥體的安全閥、和可以將從發(fā)電元件產(chǎn)生的熱直接傳導(dǎo)至該安全閥傳的傳熱部件。
圖11示出使用了可彎曲性外裝膜的鋰離子電池。將引出了正極端子2、負(fù)極端子3的作為電池元件的層疊體，在上表面用壓花形成的外裝膜覆蓋，在底面用平板形的外裝膜覆蓋，對周邊部6的各邊用熱板依次熱熔融，或通過框形的熱板進(jìn)行熱熔融。
在未引出正極端子2和負(fù)極端子3的熔融邊上設(shè)置了安全閥7。在將多個這樣制造的電池連接使用的情形，在如上所述的安全閥中，受到來自附近電池的發(fā)熱或產(chǎn)生氣體的影響，導(dǎo)致安全閥之外的部分開裂，起不到安全閥的作用。
具體地，當(dāng)使用了電流取出用的正極端子2和負(fù)極端子3設(shè)置在相同的密封邊上的外裝膜的鋰離子電池的情形，在由鋁制成的正極端子2和鎳或銅制成的負(fù)極端子3的端子部上配置密封劑材料，在防止漏液的同時提高了熔融強(qiáng)度。但是，當(dāng)電池發(fā)熱的情形，由于與金屬制成的正極端子或負(fù)極端子接觸的部分比其它密封部分的溫度高，故導(dǎo)致在所述端子間，周邊部6的熱熔融部發(fā)生開裂的情形。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明公開了一種密封型電池，將電池元件用外裝膜進(jìn)行外裝，在外裝膜的周邊通過熱熔融形成密封部，使位于正極端子和負(fù)極端子之間的端子間的密封部比其它任何部分的密封部當(dāng)內(nèi)壓上升時的開裂強(qiáng)度都大，在所述端子間密封部之外的部分上設(shè)置了當(dāng)電池內(nèi)壓上升時釋放壓力的安全閥。
所述密封型電池從端子間密封部的電池外周部至電池內(nèi)部的熱熔融寬度比位于其它任何密封部的熱熔融寬度都大。
所述密封型電池在端子間密封部的外面配置了當(dāng)將電池安裝到電池使用設(shè)備時擠壓密封部的擠壓部件。
所述密封型電池為鋰離子電池，所使用的正極活性物質(zhì)的組成式為Li1+xMn2-x-yMyO4-z，(0.03≤x≤0.16，0≤y≤0.1，-0.1≤z≤0.1，M＝從Mg、Al、Ti、Co、Ni中選擇的一種以上材料)。
此外，對于層疊了用外裝膜體外裝了電池元件的多個密封型電池，通過在外裝膜的周邊熱熔融而形成密封部，當(dāng)內(nèi)壓上升時位于正極端子和負(fù)極端子之間的端子間密封部比其它任何部分的密封部的開裂強(qiáng)度都大，在所述端子間密封部以外的部分，即不與相鄰電池的外裝面接觸的位置上配置了當(dāng)電池的內(nèi)壓上升時釋放壓力的安全閥。
所述電池組為密封型電池，從其端子間密封部的電池的外周側(cè)至電池內(nèi)部側(cè)的熱熔融寬度比位于其它任何密封部的熱熔融寬度都大。
所述電池組是對配置了擠壓端子間密封部外表面的耐熱性擠壓部件的密封型電池進(jìn)行層疊而成的電池組。
所述電池組為將鋰離子電池作為單位電池的電池組，所使用的正極活性物質(zhì)的組成式為Li1+xMn2-x-yMyO4-z(0.03≤x≤0.16，0≤y≤0.1，-0.1≤z≤0.1，M＝從Mg、Al、Ti、Co、Ni中選擇的一種以上材料)。


現(xiàn)將參考附圖描述本發(fā)明，其中相似的參考標(biāo)號指示相似的元件。
圖1A是說明本發(fā)明一實施例的密封型電池的正視圖，圖1B是平面圖，此外圖1C是側(cè)視圖。
圖2A是說明本發(fā)明另一實施例的密封型電池的正視圖，圖2B是平面圖，此外圖2C是側(cè)視圖。
圖3A是說明本發(fā)明另一實施例的密封型電池的正視圖，圖3B是平面圖，此外圖3C是側(cè)視圖。
圖4A是說明本發(fā)明另一實施例的密封型電池的正視圖，圖4B是平面圖，此外圖4C是側(cè)視圖。
圖5A是說明本發(fā)明另一實施例的密封型電池的正視圖，圖5B是說明安全閥的動作的圖。此外，圖5C-5F是說明安全閥的圖。
圖6A是從端子側(cè)觀察本發(fā)明一實施例的電池組的圖，圖6B是側(cè)視圖。此外，圖6C是說明構(gòu)成電池組的單位電池的正視圖。
圖7A是從端子側(cè)觀察本發(fā)明另一實施例的電池組的圖，圖7B是側(cè)視圖。此外，圖7C是說明構(gòu)成電池組的單位電池的正視圖。
圖8A是從端子側(cè)觀察本發(fā)明一實施例的電池組的圖，圖8B是側(cè)視圖。此外，圖8C是說明構(gòu)成電池組的單位電池的正視圖。
圖9是說明本發(fā)明一實施例的電池組的側(cè)視圖。
圖10A是從端子側(cè)觀察本發(fā)明一實施例的電池組的連線狀態(tài)的圖，圖10B是從端子側(cè)觀察本發(fā)明另一實施例的電池組的連線狀態(tài)的圖。
圖11A是說明現(xiàn)有的使用了外裝膜的密封型電池的正視圖，圖11B是平面圖，此外圖11C是從端子側(cè)觀察的側(cè)視圖。
具體實施例方式
本發(fā)明提供了一種采用在同一邊上配置了正極端子和負(fù)極端子的外裝膜進(jìn)行外裝的密封型電池，當(dāng)電池的內(nèi)部壓力上升時可以可靠地從安全閥釋放內(nèi)部壓力，而不使其它的熔融部開裂。
即，在本發(fā)明的密封型電池中，由于形成了位于正極端子和負(fù)極端子之間的密封部的熱熔融部由于內(nèi)部壓力增大而導(dǎo)致開裂的強(qiáng)度大，并且在正極端子和負(fù)極端子之間以外的密封部，即在當(dāng)多個電池層疊時也不對動作產(chǎn)生障礙的部位設(shè)置安全閥，由此可以從安全閥可靠地排放出內(nèi)部氣體。
此外，對于將多個鋰離子電池等密封型電池多個連接的電池組，因為某種原因使電池組處于過充電狀態(tài)，在密封型電池內(nèi)部產(chǎn)生氣體導(dǎo)致內(nèi)壓上升的情形，或電池元件發(fā)熱的情形，由于從安全閥釋放壓力而不致于破裂，而且氣體的排放位置被特定，所以可以俘獲產(chǎn)生的氣體，從而能夠獲得安全的鋰離子電池等的電池組。
下面舉例說明本發(fā)明的鋰離子電池。
圖1A、1B、和1C是說明本發(fā)明一實施例的鋰離子電池的圖。
在鋰離子電池1中，將平板形的正極電極和負(fù)極電極通過隔離體進(jìn)行層疊的電池元件，或?qū)畹恼龢O電極和負(fù)極電極按正極電極/隔離體/負(fù)極電極/隔離體的順序?qū)盈B卷起之后擠壓為扁平的電池元件，將正極端子2和負(fù)極端子3與該電池元件結(jié)合之后，將外裝膜4用作外裝材料，將周邊通過熱熔融密封。
在正極端子2和負(fù)極端子3之間的端子間密封部5之外的周邊部分上，具有當(dāng)電池內(nèi)部壓力上升的情形由于開裂而釋放壓力的安全閥7。
將在比外裝膜4低的壓力下開裂的膜熱熔融到設(shè)置于外裝膜上的孔的部分上，或者切割成外裝膜，形成薄壁部，從而形成安全閥7。
另一方面，本發(fā)明的鋰離子電池1的正極端子2和負(fù)極端子3之間的端子間密封部5比其它任何密封部的熱熔融寬度51都形成得大，使得當(dāng)內(nèi)部壓力增大時不會開裂。
結(jié)果，既便容易受到電池的溫度上升所引起的正極端子2和負(fù)極端子3的溫度上升影響的端子間密封部5比其它的密封部溫度高的情形，也可以防止開裂。
在圖1A、1B和1C示出的實施例中，外裝膜4由壓花加工至可以容納電池元件大小的壓花膜41和平板狀膜42形成，但是壓花膜41和平板狀膜42，分別既可以是單獨的外裝膜也可以是連續(xù)的外裝膜。
舉出鋰離子電池的一個實施例，分別在鋁箔、銅箔的一部分上留出正極端子、負(fù)極端子取出用的部分，涂敷正極活性物質(zhì)、負(fù)極活性物質(zhì)，制造出正極電極板和負(fù)極電極板之后，通過聚丙烯、聚乙烯或聚丙烯/聚乙烯/聚丙烯的三層構(gòu)造的多孔隔離體將其層疊而制造出電池元件。
此時，對正極電極和負(fù)極電極進(jìn)行層疊，以便使未涂敷各自的電極活性物質(zhì)的部分在相同側(cè)。然后，在層疊體上，通過超聲波焊接引出正極為鋁、負(fù)極為鎳的外部電流取出用接頭，作為各自的正極端子、負(fù)極端子。將引出了正極端子、負(fù)極端子的作為電池元件的層疊體，上表面用符合層疊體形狀的壓花形成的可彎曲膜覆蓋，底面用平板形的可彎曲膜覆蓋。
作為外裝膜，優(yōu)選使用將鋁和聚烯烴樹脂膜、聚酯膜、尼龍膜等進(jìn)行層疊的層疊體膜。
采用框形等的熱熔融工具對周邊部進(jìn)行熱熔融，從而密封外裝膜。在密封時，進(jìn)行熱熔融，使端子間密封部5的熔融寬度51比其它任何的密封部6的熱熔融寬度都大。
此外，當(dāng)熱熔融時殘留電解液注入部而進(jìn)行熱熔融，并通過真空含浸法注入電解液之后，密封電解液注入部，從而將LiPF6作為支持鹽的、將乙烯碳酸脂(EC)∶二乙基碳酸脂(DEC)＝30∶70(體積百分比)等作為溶劑的電解液注入到電池內(nèi)部。
此外，在使用壓花膜和平板形膜的2張膜的情形，有必要對周圍的四邊熱熔融而進(jìn)行密封，但是當(dāng)將一張可彎曲的膜折彎使用的情形下，可以通過對周邊部的3邊進(jìn)行熱熔融進(jìn)行制造。
此外，設(shè)置安全閥的位置，只要是端子間密封部5以外的部分，就可以設(shè)置在任意的部分，但是如圖所示，優(yōu)選設(shè)置在與設(shè)置了電極端子的一邊相反一側(cè)的邊上。
在鋰離子電池的情形，作為正極活性物質(zhì)，優(yōu)選錳酸鋰等鋰錳復(fù)合氧化物，對于金屬鋰優(yōu)選在4V附近具有坪區(qū)(plateau)的組成式Li1+xMn2-x-yMyO4-z(0.03≤x≤0.16、0≤y≤0.1、-0.1≤z≤0.1、M＝從Mg、Al、Ti、Co、Ni中選擇的一種以上材料)。鋰錳復(fù)合氧化物，使用除去了集電體金屬箔的部分的正極電極密度大于等于2.8g/cc以上的粒子形狀、粒度分布、平均顆粒直徑、相對表面積、真密度的材料，由此可以獲得較大的能量密度。此外，由正極活性物質(zhì)、粘合劑、導(dǎo)電性賦予劑等構(gòu)成的正極合劑中，優(yōu)選使用正極活性物質(zhì)所占的重量百分比為80％以上的正極合劑。
如上所述的鋰錳復(fù)合氧化物，可以使用碳酸鋰、氫氧化鋰、氧化鋰等作為鋰源。可以使用二氧化錳、三氧化二錳、四氧化三錳、堿式碳酸錳和硝酸錳等作為錳源。
在上述物質(zhì)中，從處理的容易程度、容易獲得填充性高的活性物質(zhì)的觀點來看，優(yōu)選碳酸鋰作為鋰源，優(yōu)選二氧化錳、三氧化二錳、四氧化三錳作為錳源。
鋰錳復(fù)合氧化物的合成，如上所述將鋰源、錳源按規(guī)定的組成比進(jìn)行稱量、混和。此時，為了使鋰源和錳源的反應(yīng)性良好，或者為避免三氧化二錳的異相殘留，優(yōu)選鋰源的最大顆粒直徑為2μm以下，錳源的最大顆粒直徑為30μm以下?；旌涂梢允褂们蚰C(jī)、V型混合機(jī)、切混機(jī)(cutter mixer)、蕩篩機(jī)(shaker)等進(jìn)行。此外，獲得的混和粉末在600℃～950℃的溫度范圍，空氣中氧分壓以上的環(huán)境中燒結(jié)制成。
正極電極將鋰錳復(fù)合氧化物與粘合劑、碳黑、乙炔黑等導(dǎo)電性賦予劑混合并涂敷在集電體金屬箔上進(jìn)行制造。粘合劑可以使用聚偏二氟乙烯(PVdF)、聚四氟乙烯(PTFE)等。優(yōu)選鋁箔作為集電體金屬箔。
此外，負(fù)極為可以插入、脫離鋰的石墨或非晶碳，與根據(jù)速率特性、輸出特性、低溫放電特性、脈沖放電特性、能量密度、輕量化、小型化等作為電池所重視的特性而合適地選擇的粘合劑相混和并作為電極。粘合劑可以使用與正極電極相同的聚偏二氟乙烯(PVdF)、聚四氟乙烯(PTFE)、和橡膠系粘合劑。優(yōu)選銅箔作為集電體金屬箔。
隔離體可以使用聚丙烯、聚乙烯、或聚丙烯/聚乙烯/聚丙烯的三層結(jié)構(gòu)的多孔塑料膜。隔離體的厚度考慮到速率特性或電池的能量密度、機(jī)械強(qiáng)度，優(yōu)選10μm至30μm。
作為非水電解液的溶劑，可以使用從碳酸鹽類、醚類、酮類。優(yōu)選從介電常數(shù)高的溶劑乙烯碳酸脂(EC)、碳酸丙二酯(PC)、γ-丁內(nèi)脂等中選擇的至少一種材料，作為低粘度溶劑優(yōu)選從碳酸二乙酯(DEC)、二甲基碳酸脂(DMC)、乙基碳酸甲酯(EMC)、醚類等中選擇的至少一種材料，優(yōu)選使用其混和液。
在這些材料中，優(yōu)選EC+DEC、EC+EMC、EC+DMC、PC+DEC、PC+EMC、PC+DMC、PC+EC+DEC等的組合，但是當(dāng)溶劑的純度低的情形或含水量多的情形，最好提高在高電位側(cè)電位窗較寬的溶劑種類的混和比例。進(jìn)而為了消耗水分或提高抗氧化性、提高安全性等目的也可以添加微量的添加劑。
作為支持鹽，可以使用從LiBF4、LiPF6、LiClO4、LiAsF6、Li(CF3SO2)N、Li(C2F6SO2)2N構(gòu)成的組中選擇的至少一種材料。在這些材料中，優(yōu)選含LiPF6的材料。支持鹽的濃度優(yōu)選0.8mol/l～1.5mol/l，0.9mol/l～1.2mol/l更佳。
圖2A、2B和2C是說明本發(fā)明另一實施例的鋰離子電池的圖。與圖1A、1B和1C示出的實施例的電池相比，不同之處是端子間密封部5的外表面上配置了擠壓部件8。
擠壓部件8，在將電池安裝到電池使用設(shè)備的情形，或?qū)盈B了多個電池的情形，配置為與電池外表面9的高度相同。結(jié)果，當(dāng)鋰離子電池發(fā)熱時，直到壓力釋放部7開始動作為止，起到抑制正極端子和負(fù)極端子之間的外裝膜發(fā)生膨脹的作用。
擠壓部件8可以使用陶瓷或合成樹脂等絕緣性材料、以及用絕緣性材料覆蓋金屬的材料。作為合成樹脂材料可以使用與外裝膜所使用的聚丙烯膜等具有相同程度的耐熱性的材料。形狀可以是棱柱形、或圓柱形，高度可以是鋰離子電池的厚度減去端子間密封部的厚度。此外，優(yōu)選覆蓋正極端子和負(fù)極端子之間的外裝膜未被熱熔融的面積的二分之一以上。此外，擠壓部件8可以通過兩面粘接膠帶等與端子間密封部結(jié)合。
圖3A、3B和3C是說明本發(fā)明另一實施例的鋰離子電池的圖。在圖1A、1B和1C示出的實施例的電池中，在一張可彎曲性膜上形成容納電池元件的壓花加工部，另一張可彎曲性膜是平板形膜，而在本例中，電池的兩面都是通過壓花膜41形成的，在兩個壓花膜41的中央容納電池元件。這樣，端子間密封部5的熱熔融寬度51比其它任何密封部6的熱熔融寬度都形成得大，當(dāng)電池內(nèi)部的壓力上升時，端子間開口部5不會首先開裂，安全閥7開始動作而釋放內(nèi)部壓力。
此外，配置在各自的面上的壓花膜，既可以是在各膜上進(jìn)行了壓花加工的膜，也可以是將在一個膜上的兩個位置設(shè)置了壓花加工部的膜進(jìn)行彎折并作為外裝膜的膜。
此外，圖4A、4B和4C是說明本發(fā)明另一實施例的鋰離子電池的圖。在圖2A、2B和2C示出的實施例的電池中，在一張可彎曲性膜上形成容納電池元件的壓花加工部，另一張可彎曲性膜是平板形膜，而在本例中，電池的兩面都是通過壓花膜41而形成的，在兩個壓花膜41的中央容納了電池元件。
而且，其特征在于，在端子間密封部5外表面的兩面配置了擠壓部件81和82。擠壓部件81、82配置為與電池的外表面91和92的高度相同。因而，當(dāng)將電池安裝到電池使用設(shè)備時，或者在層疊了多個電池的情形，由于當(dāng)鋰離子電池發(fā)熱致使電池內(nèi)部的壓力增大的情形，抑制了正極端子和負(fù)極端子之間的可彎曲膜發(fā)生膨脹，故可以通過安全閥7釋放電池的內(nèi)部壓力。
圖5A是說明本發(fā)明另一實施例的密封型電池的正視圖。圖5B是說明安全閥的動作的圖。此外，圖5C-5F是說明安全閥的圖。
在圖5A示出的密封型電池1中，將與圖1A、1B、1C所示相同的正極端子2和負(fù)極端子3結(jié)合之后，通過將可彎曲膜4用于外裝材料并對周圍進(jìn)行熱熔融而實施密封。
在正極端子2和負(fù)極端子3之間的端子間密封部5上，形成了比其它任何一個密封部的熱熔融寬度51都大的熱熔融部。此外，具有形成在從下部的熱熔融部61向密封型電池1的內(nèi)部延伸的半島形熱熔融部的安全閥7。
圖5B是說明在內(nèi)部壓力上升的情形安全閥7的狀態(tài)的圖。如果內(nèi)部壓力上升導(dǎo)致外裝膜4膨脹，則從下部的熱熔融部61向密封型電池1的內(nèi)部延伸的半島形熱熔融部71附近的外裝膜4上受到比下部的熱熔融部61大的應(yīng)力。結(jié)果，半島形熱熔融部71的熱熔融部上產(chǎn)生開裂。如果開裂到達(dá)通孔72，則可以從通孔72釋放內(nèi)部壓力，從而防止密封型電池的破裂。
安全閥7的動作壓力可以通過改變在圖5C中擴(kuò)大圖所示出的從半島形熱熔融部71的前端與下部的熱熔融部61之間的距離L1、從半島形熱熔融部71的前端至通孔72的距離L2、通孔72的半徑R、以及半島形熱熔融部的寬度W的大小而進(jìn)行調(diào)整。此外，可以根據(jù)所使用的外裝膜的強(qiáng)度、熱熔融部的強(qiáng)度進(jìn)行合適的設(shè)定。
此外，半島形熱熔融部和下部的熱熔融部61的結(jié)合部73，通過取為曲線形而可以提高結(jié)合部73的強(qiáng)度。
此外，圖5D-5F，分別是說明安全閥的半島形熱熔融部的另一實例的圖。
下面，說明本發(fā)明的電池組。電池組根據(jù)電池使用設(shè)備所要求的電流、電壓，將規(guī)定個數(shù)的電池串連、并聯(lián)而形成。
在電池組的情形，與僅有一個電池的情形相比，受到相鄰電池發(fā)熱的影響較大，但是由于本發(fā)明的電池組在容易受到發(fā)熱影響的部位即端子間密封部上使用采取了對策的電池，因而能夠提供性能優(yōu)良的電池組。
圖6A是從端子側(cè)觀察的說明本發(fā)明一實施例的電池組的圖。圖6B是側(cè)視圖。圖6C是說明單位電池的圖。
所述電池組10由多個圖1A、1B和1C所說明的鋰離子電池1層疊而成。在各鋰離子電池1中，由于正極端子2和負(fù)極端子3之間的端子間密封部5比其它的密封部6的熔融寬度51都大，所以當(dāng)電池內(nèi)部的壓力上升時，在安全閥7動作之前不開裂，能夠可靠地實現(xiàn)壓力釋放動作。
此外，由于各安全閥7配置在端子間密封部5以外的部分，即在層疊的情形與相鄰電池的外裝體不接觸的部分，故安全閥7可以實現(xiàn)不因相鄰的電池而妨礙其動作，當(dāng)壓力增大時可靠地動作。
圖7A是從端子側(cè)觀察的說明本發(fā)明另一實施例的電池組的圖。圖7B是側(cè)視圖。圖7C是說明單位電池的平面圖。
所述電池組10由多個圖2A、2B和2C所說明的鋰離子電池1層疊而成。配置在各單位電池1的端子間密封部5上的擠壓部件8與相鄰的單位電池1的平板形膜42接觸，從而通過單位電池相互擠壓。其結(jié)果，即使在電池內(nèi)部壓力上升的情形也可以實現(xiàn)端子間密封部5在安全閥7動作之前不開裂，實現(xiàn)安全的動作。
圖8A是從端子側(cè)觀察的說明本發(fā)明另一實施例的電池組的圖，圖8B是側(cè)視圖，圖8C是說明單位電池的圖。
電池組10由多個圖4A、4B和4C所說明的鋰離子電池1層疊而成。在鋰離子電池1的端子間密封部5上設(shè)置了擠壓部件81、82，擠壓部件81、82的表面設(shè)定為與通過壓花膜41形成的電池的外表面91和92的高度相同。其結(jié)果，因為電池組在層疊時通過擠壓部件81、82擠壓密封部5，所以既便在電池內(nèi)部的壓力上升的情形，也可以防止在壓力釋放部7動作之前端子間密封部5的開裂。
圖9是說明本發(fā)明另一實施例的電池組的側(cè)視圖。
電池組10由多個圖2A、2B和2C所說明的鋰離子電池1層疊而成，在該實施例中，配置在各單位鋰離子電池的端子間密封部的擠壓部件8由整體安裝的集合型擠壓部件83構(gòu)成。集合型擠壓部件83，在層疊了規(guī)定數(shù)量的鋰離子電池之后，從端子側(cè)向各端子間密封部之間插入從而擠壓端子間密封部，起到與預(yù)先在單位鋰離子電池上安裝了擠壓部件相同的作用。
圖10A、10B是說明本發(fā)明的電池組相互連線狀態(tài)的圖。
圖10是由圖1A、1B和1C所說明的鋰離子電池層疊而成的電池組10，正極端子和負(fù)極端子通過鎳或鎳-銅-鎳結(jié)構(gòu)的包層材料等導(dǎo)電材料11連接，以便使正極端子2和負(fù)極端子3串聯(lián)，然后，由設(shè)置于兩端的端板12夾持并以一定寬度固定，完成電池組10。在端板上，優(yōu)選使用放熱性優(yōu)良的金屬板。
此外，圖10B是對安裝了擠壓部件8的圖2A、2B和2C所說明的鋰離子電池進(jìn)行層疊而成的電池組10，其它的構(gòu)成與圖10A示出的相同。
下面示出實施例說明本發(fā)明。
實施例1鋰離子電池的制造通過使用錳酸鋰作為正極活性物質(zhì)，使用碳黑作為導(dǎo)電性賦予劑，按錳酸鋰∶碳黑∶聚偏二氟乙烯＝90∶6∶4的質(zhì)量比進(jìn)行混和，并分散在N-甲基吡咯啉(NMP)中形成糊膏。將獲得的糊膏涂敷在20μm厚的鋁金屬箔上之后，使NMP蒸發(fā)而制造出正極板。
將正極板沖壓為寬55mm、高100mm的活性物質(zhì)涂敷部和取出電流用的寬10mm、高15mm形狀的未涂敷活性物質(zhì)的部分。
作為負(fù)極活性物質(zhì)使用了石墨，按石墨∶聚偏二氟乙烯＝90∶10的質(zhì)量比進(jìn)行混和，并在N-甲基吡咯啉(NMP)中分散形成糊膏。將獲得的糊膏涂敷在15μm厚的銅金屬箔上之后，使NMP蒸發(fā)而制造出負(fù)極板。將獲得的負(fù)極板沖壓為寬59mm、高104mm的活性物質(zhì)涂敷部分和取出電流用的寬10mm、高15mm形狀的未涂敷活性物質(zhì)的部分。
將制造出的9塊正極板和10塊負(fù)極板通過25μm厚的聚丙烯/聚乙烯/聚丙烯的三層構(gòu)造的隔離體進(jìn)行層疊，使正極板和負(fù)極板的電流取出部為同一方向，然后，在正極板的電流取出部上通過超聲波焊接結(jié)合了由鋁制成的正極端子。此外，在負(fù)極板的電流取出部上通過超聲波焊接結(jié)合了由鎳制成的負(fù)極端子，從而制造出電池元件。
然后，準(zhǔn)備2塊由尼龍(厚度30μm)/鋁(厚度50μm)/聚丙烯(厚度50μm)的層疊體構(gòu)成的外裝膜，一個壓花加工為可以容納電池元件的形狀，另一個為平板形狀，使聚丙烯層作為內(nèi)側(cè)，在與取出了正極端子和負(fù)極端子的邊成直角的邊上殘留有用于注入電解液的未熔融的部分而進(jìn)行熱熔融。
熱熔融取正極端子和負(fù)極端子之間的熱熔融寬度，即圖1中標(biāo)記51所示出部分的寬度為10mm，其它的熱熔融寬度為5mm。此外，與取出了正極端子和負(fù)極端子的邊相反一側(cè)的邊上，從周邊的熱熔融部向電池的內(nèi)側(cè)延伸5mm的寬度，形成了前端部分高度為4mm的等腰三角形的熱熔融部。然后，在周邊部上沿垂直方向距所述等腰三角形的頂點4mm的地方上設(shè)置直徑為1.5mm的通孔，從而形成安全閥。
然后，從未熔融部將取1mol/l的LiPF6作為支持鹽、乙烯碳酸脂(EC)∶碳酸二乙酯(DEC)＝30∶70(體積比)作為溶劑的電解液注入之后，通過真空含浸法注入電解液之后，密封電解液注入部從而獲得鋰離子電池。
制造出的鋰離子電池，用0.3C恒流充電到4.2V，然后，切換為恒壓充電并一直充電到總充電時間為10小時之后，用0.2C的電流恒流放電至3.0V為止。
電池組的制造如圖9A所示那樣，采用在層疊的銅的周圍通過鍍鎳而形成包層的導(dǎo)電材料，將制造出的8個鋰離子電池串聯(lián)連接，并配置上下厚度為2mm的鋁板，將上下鋁板用設(shè)置在4個部位的螺栓和螺母進(jìn)行固定。
過充電試驗所制造出的電池組用1C的充電電流在環(huán)境溫度25℃下進(jìn)行3小時的充電。電池組上最初施加了72V的電壓，構(gòu)成電池組的所有單位電池中，安全閥動作而釋放了內(nèi)部的壓力，但其它的熔融部未發(fā)生開裂。
實施例2在實施例1中，除了以下方面以外，其他均與實施例1相同地制造單位電池，并與實施例1相同地制造電池組，從而在與實施例1相同的條件下進(jìn)行了過充電試驗，該方面為取端子間密封部的熱熔融寬度與其它的周邊密封部相同，均為5mm，通過兩面粘接膠帶，將聚碳酸酯制的長20mm、寬10mm、厚3mm的擠壓部件接合在端子間擠壓部。在構(gòu)成電池組的所有單位電池中，安全閥動作并釋放了內(nèi)部的壓力，但其它的熔融部均未開裂。
實施例3在實施例1中，作為正極活性物質(zhì)，除了將錳酸鋰和組成式為LiNi0.8Co0.2O2的鎳酸鋰以重量比8∶2進(jìn)行混和之外，其他均與實施例1相同地制造電池組，并與實施例相同地進(jìn)行過充電試驗。
構(gòu)成電池組的所有單位電池的安全閥動作并釋放了內(nèi)部的壓力，但其它的熔融部均未開裂。
對比例1除了將取端子間密封部的熱熔融寬度設(shè)定為與其它的周邊密封部同樣為5mm之外，與實施例1相同地制造單位電池，并與實施例1相同地層疊單位電池以制造出電池組，并在與實施例1相同的條件下進(jìn)行了過充電試驗。
在構(gòu)成電池組的8個單位電池中，6個單位電池的安全閥動作并釋放了內(nèi)部的壓力，但是發(fā)現(xiàn)，2個單位電池的熔融部發(fā)生了開裂。
權(quán)利要求
1.一種密封型電池，其特征在于用外裝膜外裝電池元件，通過熱熔融在外裝膜的周邊形成密封部，當(dāng)內(nèi)壓上升時使位于正極端子和負(fù)極端子之間的端子間密封部比其它任何部分的密封部的開裂強(qiáng)度都大，在所述端子間密封部以外的部分上配置了當(dāng)電池內(nèi)壓上升時釋放壓力的安全閥。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的密封型電池，其特征在于，從端子間密封部的電池外周部到電池內(nèi)部的熱熔融寬度比位于其它任何密封部的熱熔融寬度都大。
3.根據(jù)權(quán)利要求1的密封型電池，其特征在于，在端子間密封部的外表面上，配置了將所述電池安裝到電池使用設(shè)備時擠壓密封部的擠壓部件。
4.根據(jù)權(quán)利要求1的密封型電池，其特征在于，所述密封型電池是鋰離子電池，在該鋰離子電池中，所使用的正極活性物質(zhì)的組成式為Li1+xMn2-x-yMyO4-z，其中0.03≤x≤0.16，0≤y≤0.1，-0.1≤z≤0.1，M＝從Mg、Al、Ti、Co、Ni中選擇的一種以上)。
5.一種電池組，其特征在于，在所述端子間密封部以外的部分，即不與相鄰電池的外裝膜接觸的位置上配置當(dāng)電池內(nèi)壓上升時釋放壓力的安全閥，并將各單位電池進(jìn)行串聯(lián)連接或者并聯(lián)連接中的至少一種連接，其中在該單位電池中，用外裝膜外裝電池元件并通過熱熔融在其周邊形成密封部，當(dāng)內(nèi)壓上升時，位于正極端子和負(fù)極端子之間的端子間密封部比其它任何部分的密封部的開裂強(qiáng)度都大。
6.根據(jù)權(quán)利要求5的電池組，其特征在于，從端子間密封部的電池的外周部側(cè)到電池內(nèi)部側(cè)的熱熔融寬度比位于其它任何密封部的熱熔融寬度都大。
7.根據(jù)權(quán)利要求5的電池組，其特征在于，該電池組是對配置了擠壓端子間密封部外表面的耐熱性擠壓部件的密封型電池進(jìn)行層疊而成的。
8.根據(jù)權(quán)利要求5的電池組，其特征在于，所述電池組是鋰離子電池，在該鋰離子電池中，所使用的正極活性物質(zhì)的組成式為Li1+xMn2-x-yMyO4-z，其中0.03≤x≤0.16，0≤y≤0.1，-0.1≤z≤0.1，M＝從Mg、Al、Ti、Co、Ni中選擇的一種以上。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種密封型電池以及將所述密封型電池串聯(lián)和/或并聯(lián)的電池組。在所述密封型電池中，用外裝膜外裝電池元件，當(dāng)內(nèi)壓上升時，在外裝膜的周邊通過熱熔融形成密封部，并且位于正極端子和負(fù)極端子之間的端子間的密封部比其它任何部分的密封部的開裂強(qiáng)度都大，在所述端子間密封部之外的部分上設(shè)置了當(dāng)壓力上升時釋放壓力的安全閥；在所述電池組中，在與相鄰電池的外裝膜不接觸的位置上配置當(dāng)內(nèi)壓上升時釋放壓力的安全閥并對多個密封型電池進(jìn)行層疊。
文檔編號H01M4/48GK101030634SQ20071000596
公開日2007年9月5日 申請日期2007年2月15日 優(yōu)先權(quán)日2006年2月15日
發(fā)明者粂內(nèi)友一, 大道寺孝夫, 栃原功 申請人:Nec東金株式會社