專利名稱：雙極蓄電池、電池組和裝配其的車輛的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明總體地涉及一種雙極蓄電池。更具體地說，本發(fā)明所涉及的雙極蓄電池抑制并且中斷雙極蓄電池中由內(nèi)部短路造成的雙極蓄電池的接線板/終端板中的電路的局部集中。
背景技術(shù)：
近年來，迫切需要減少排放至大氣的二氧化碳的量從而保護環(huán)境。由于汽車行業(yè)逐漸地將電動汽車和混合電動車作為一種減少二氧化碳排放的方式，所以雙極蓄電池作為推進這種車輛的電動機的電源正在吸引注意力。電源是使得電動車輛和混合電動車切實可行的關(guān)鍵。
當雙極蓄電池過度充電或者從外部引發(fā)機械振動(沖擊)時，一般會在雙極蓄電池內(nèi)部產(chǎn)生短路。由于當前使用的雙極蓄電池具有大的能量強度，所以產(chǎn)生在雙極蓄電池中的內(nèi)部短路在產(chǎn)生內(nèi)部短路的部分處造成局部加熱。由于雙極包括緊密地層疊到一起的正電極活性材料層、集電器、負電極活性材料層和絕緣層，所以局部的加熱不會容易地冷卻，熱量趨向于在產(chǎn)生內(nèi)部短路的部分中持續(xù)存在。
為了消除由鋰離子蓄電池中的短路導(dǎo)致的溫度增加的問題，出現(xiàn)一種技術(shù)，在正電極集電器上使用極端薄的鋁膜。采用這一技術(shù)，當短路電流流動在正電極集電器中時，薄的鋁膜由于電流而加熱，并且消散熱量，由此恢復(fù)產(chǎn)生短路的部分的絕緣，防止電池的溫度增加(參見日本待審公開專利出版物No. 2003-243038)。
鑒于上述內(nèi)容，本領(lǐng)域技術(shù)人員從本公開內(nèi)容清楚可知，存在改善雙極蓄電池的需求。本發(fā)明解決本領(lǐng)域的這一需求以及其他需求，本領(lǐng)域技術(shù)人員從本公開內(nèi)容清楚可知。

發(fā)明內(nèi)容
已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，日本待審公開專利出版物No. 2003-243038中示出的技術(shù)不適于雙極蓄電池。雙極蓄電池包括彼此堆疊(層疊)的多個雙極電極，電解質(zhì)層位于其間，雙極電極的每個包括單一集電器，具有形成在一側(cè)上的正電極活性材料層以及形成在另一側(cè)上的負電極活性材料層。因此，單一的單元電池通過正電極活性材料層和負電極活性材料層與其間的電解質(zhì)層的每一組合形成，多個串聯(lián)堆疊到一起的這種單一單元形成發(fā)電單元。用于將電力從多個單一單元(即，發(fā)電單元)運送到外部的用作引線的接線板布置在多個單一單元的相反堆疊方向面對終端上。
4 如果到達發(fā)電單元的終端的接線板(即，集電器板)的短路產(chǎn)生在這種類型的雙極蓄電池中，那么集中的電流將不停止地持續(xù)流動通過接線板，即使電池中的集電器使短路電流消散。因此，存在整個電池的溫度將持續(xù)上升的可能性。因此，當與日本待審公開專利出版物No. 2003-243038中示出的單一層電池相關(guān)的現(xiàn)有技術(shù)應(yīng)用至雙極蓄電池時，整個電池的溫度不能被防止在產(chǎn)生由內(nèi)部短路造成的短路電流時上升。
鑒于現(xiàn)有技術(shù)的狀態(tài)，本發(fā)明的一個目的是提供一種雙極蓄電池，該蓄電池能夠防止在雙極蓄電池中產(chǎn)生由內(nèi)部短路造成的接線板中的電流集中。本發(fā)明能夠用作改善雙極蓄電池的可靠性的技術(shù)。
根據(jù)一個方面，設(shè)置一種雙極蓄電池，基本上包括發(fā)電單元和一對接線板。所述發(fā)電單元包括多個雙極電極，所述雙極電極彼此堆疊，電解質(zhì)層設(shè)置在雙極電極之間并且使所述雙極電極分離開。每個所述雙極電極包括集電器、形成在所述集電器的第一側(cè)表面上的正電極活性材料層和形成所述集電器的第二側(cè)表面上的負電極活性材料層。第一接線板連接至所述發(fā)電單元的第一堆疊方向面對端。第二接線板連接至所述發(fā)電單元的第二堆疊方向面對端。所述接線板其中的至少一個包括電流抑制裝置，所述電流抑制裝置抑制當內(nèi)部短路產(chǎn)生在所述發(fā)電單元中時產(chǎn)生的電流。
本發(fā)明的這些和其他目的、特征、方面和優(yōu)勢將通過隨后的詳細說明而變得對本領(lǐng)域技術(shù)人員清楚明了，該詳細說明與附圖結(jié)合公開優(yōu)選實施例。


現(xiàn)在參照形成本初始公開的一部分的附圖。
圖1是雙極蓄電池的透視圖，尤其用于車輛電池組中，包含多個雙極蓄電池； 圖2是根據(jù)第一至第三實施例的圖1所示的雙極蓄電池沿著剖面線2-2所見的橫截面剖視圖； 圖3A是根據(jù)第一實施例的沿著堆疊方向所示的設(shè)置在圖2所示的正和負電極接線板上的校正元件或熔絲的結(jié)構(gòu)的示意性圖示； 圖;3B是根據(jù)第一實施例的沿著堆疊方向所示的設(shè)置在圖2所示的發(fā)電單元中的絕緣部件的結(jié)構(gòu)的示意性圖示； 圖4是示出根據(jù)第一實施例的用于制造裝配有用于雙極蓄電池的絕緣部件的集電器的步驟的一項實例的流程圖； 圖5A是根據(jù)第一實施例的變形方案的沿著堆疊方向所示的設(shè)置在圖2所示的正和負電極接線板上的校正元件或熔絲的另一結(jié)構(gòu)的示意性圖示； 圖5B是根據(jù)第一實施例的變形方案的沿著堆疊方向所示的設(shè)置在圖2所示的發(fā)電單元中的絕緣部件的另一結(jié)構(gòu)的示意性圖示； 圖6A是根據(jù)第一實施例的變形方案的沿著堆疊方向所示的設(shè)置在圖2所示的正和負電極接線板上的校正元件或熔絲的另一結(jié)構(gòu)的示意性圖示； 圖6B是根據(jù)第一實施例的變形方案的沿著堆疊方向所示的設(shè)置在圖2所示的發(fā)電單元中的絕緣部件的另一結(jié)構(gòu)的示意性圖示； 圖7A是沿著堆疊方向所示的設(shè)置在圖2所示的正和負電極接線板上的校正元件或熔絲的另一個的示意性圖示，所述校正元件或熔絲設(shè)置在每個接線板已經(jīng)分隔所成的三個區(qū)域的部分中； 圖7B是另一結(jié)構(gòu)的示意性圖示，其中，校正元件或熔絲設(shè)置在每個接線板分隔所成的三個矩形區(qū)域的部分中； 圖7C是另一結(jié)構(gòu)的示意性圖示，其中，校正元件或熔絲設(shè)置在每個接線板分隔所成的九個單元狀區(qū)域的部分中； 圖8A是沿著堆疊方向所示的設(shè)置在圖2所示的正和負電極接線板上的校正元件或熔絲的另一結(jié)構(gòu)的示意性圖示，校正元件或熔絲設(shè)置在每個接線板已經(jīng)分隔所成的三個區(qū)域的部分中； 圖8B是另一結(jié)構(gòu)的示意性圖示，其中，校正元件或熔絲設(shè)置在每個接線板已經(jīng)分隔所成的三個矩形區(qū)域的部分中； 圖8C是另一結(jié)構(gòu)的示意性圖示，其中，校正元件或熔絲設(shè)置在每個接線板分隔所成的九個單元狀區(qū)域的部分中； 圖9是根據(jù)第三實施例的用于發(fā)電單元的控制系統(tǒng)的方框圖； 圖10是根據(jù)第三實施例的圖9所示的控制系統(tǒng)的操作的流程圖； 圖IlA是包括連接到一起的多個雙極蓄電池的電池組的俯視平面圖； 圖IlB是圖IlA所示的電池組的前部正面圖； 圖IlC是圖IlA和IlB所示的電池組的右側(cè)正面圖； 圖12是裝配有形成圖IlA至IlC所示的電池組的多個雙極蓄電池的車輛； 圖13是根據(jù)第四和第五實施例的沿著圖1所示的雙極蓄電池的剖面線13-13所示的雙極蓄電池的橫截面剖視圖； 圖14是根據(jù)第四和第五實施例的雙極電極的橫截面剖視圖； 圖15是示出根據(jù)第四實施例的具有網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的接線板的放大局部俯視平面圖； 圖16A是根據(jù)第四實施例的具有另一網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的接線板的放大局部俯視平面圖； 圖16B是根據(jù)第四實施例的具有另一網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的接線板的橫向橫截面； 圖17A是根據(jù)第四實施例的具有網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的接線板的第一變形方案的放大局部俯視平面圖； 圖17B是根據(jù)第四實施例的具有網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的接線板的第一變形方案的橫向橫截 圖17C是根據(jù)第四實施例的網(wǎng)結(jié)構(gòu)的帶狀材料的橫截面剖視圖； 圖18A是根據(jù)第四實施例的具有網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的接線板的第二變形方案的放大局部俯視平面圖； 圖18B是根據(jù)第四實施例的具有網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的接線板的第二變形方案的橫向橫截面剖視圖； 圖19是根據(jù)第四實施例的具有網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的接線板的第三變形方案的橫向橫截面剖視圖； 圖20A是根據(jù)第四實施例的具有非編織網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的接線板的第四變形方案的放大局部俯視平面圖； 圖20B是根據(jù)第四實施例的具有編織網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的接線板的第四變形方案的橫向橫截面剖視圖； 圖21是示出根據(jù)第五實施例的由傳導(dǎo)性樹脂制成的接線板的橫截面剖視圖； 圖22是示出根據(jù)第五實施例的由傳導(dǎo)性樹脂制成的接線板如何用于防止內(nèi)部短路的示意圖； 圖23是示出根據(jù)第五實施例的變形方案的接線板的表面的放大局部俯視平面圖。
具體實施例方式 現(xiàn)在將參照

選定實施例。具有相同功能的元件示出在附圖中，相同的附圖標記和重復(fù)的解釋已略去。本領(lǐng)域技術(shù)人員從本公開內(nèi)容清楚可知，實施例的詳細說明僅僅是示例性的并不是為了將本發(fā)明限制為由所附的權(quán)利要求及其等同內(nèi)容限定的那樣。 部件的尺寸和比例尺寸僅僅用于強調(diào)或簡化。實際的尺寸和比例尺寸可能會與這里示出的不同。本發(fā)明能夠應(yīng)用于具有雙極蓄電池結(jié)構(gòu)的任何電池，例如，鋰離子電池、鋰離子蓄電池、氯化鎳電池、固態(tài)聚合物燃料電池或者固態(tài)氧化物燃料電池。在下述實施例中，雙極蓄電池為雙極鋰離子蓄電池(下文簡單地稱之為“雙極蓄電池”)。如下所述，所示實施例的雙極蓄電池結(jié)構(gòu)具有接線板，配置成抑制或者中斷產(chǎn)生于接線板中的電流集中。因此，如果產(chǎn)生到達接線板的內(nèi)部短路，那么產(chǎn)生在接線板中的集中局部電流能夠被抑制或防止。因此，能夠防止由于內(nèi)部短路而產(chǎn)生在電池中的溫度上升。
第一實施例 圖1示出根據(jù)第一實施例的雙極蓄電池的外觀。圖2是沿著圖1中的剖面線2-2 所示的雙極蓄電池的橫截面剖視圖。如圖1所示，雙極蓄電池100具有大體平整的形狀。雙極蓄電池100具有正電極接線板101、負電極接線板102和外罩103。正電極接線板101延伸離開外罩103的第一側(cè)。負電極接線板102延伸離開外罩103的第二側(cè)，該第二側(cè)與外罩103的第一側(cè)相反。雙極蓄電池100也具有發(fā)電單元40，如圖2所示構(gòu)造。外罩103用以封蓋發(fā)電單元40。外罩103圍繞其外周熱熔融從而將發(fā)電單元40氣密密封為基本上真空的狀態(tài)并且防止外部空氣進入。
圖3A示出沿著堆疊方向所示的設(shè)置在圖2所示的正電極接線板和負電極接線板上的校正元件或熔絲的結(jié)構(gòu)。圖3B示出沿著堆疊方向所示的設(shè)置在圖2所示的發(fā)電單元 40上的絕緣部件的結(jié)構(gòu)。
如圖2所示，發(fā)電單元40包括層疊到一起的多個雙極電極21，電解質(zhì)層25交替地布置在雙極電極21之間。雙極電極21的每個包括集電器22、形成在集電器22的一個側(cè)表面上的正電極活性材料層23和形成在集電器22的另一側(cè)表面上的負電極活性材料層24。 單獨一個單元電池沈通過正電極活性材料層23、電解質(zhì)層25和夾置于兩個集電器22之間的負電極活性材料層M的每個組合形成。單獨一個單元電池沈的外周部分每個設(shè)置有環(huán)形密封部分30，防止外部空氣接觸單獨一個單元電池沈的正電極活性材料層23、電解質(zhì)層 25和負電極活性材料層M。雖然圖2所示的發(fā)電單元40具有六個單一單元電池沈，但是單一單元電池26的數(shù)量可以按照需要根據(jù)所需的電壓和所需的電容進行選擇。
如圖2所示，位于發(fā)電單元40的一個堆疊方向面對端處的最外層由集電器22的其中一個(即，集電器22a)形成。集電器22a的內(nèi)部側(cè)上具有正電極活性材料層23。位于發(fā)電單元40的另一堆疊方向面對端處的最外層由集電器22的其中一個(即，集電器22b)形成。集電器22b的內(nèi)部側(cè)上具有負電極活性材料層M。在這一實施例中，布置在發(fā)電單元40的兩個堆疊方向面對端處的集電器2 和22b在其僅一側(cè)上具有正電極活性材料層 23或者負電極活性材料層M。但是，也可接受使用一側(cè)上具有正電極活性材料層23以及另一側(cè)上具有負電極活性材料層M的雙極電極21 (與發(fā)電單元40中使用的雙極電極21 的其他相同)作為發(fā)電單元40的兩個堆疊方向面對端的最外層。
正電極接線板101電連接至集電器22a，負電極接線板102電連接至集電器22b從而將電流吸引離開發(fā)電單元40。集電器2 通過使用焊接或另一連接方法而在規(guī)定位置處連接至正電極接線板101，從而獲得電氣和機械特性穩(wěn)固的連接。類似地，集電器22b通過使用焊接或另一連接方法而在規(guī)定位置處連接至負電極接線板102，從而獲得電氣和機械特性穩(wěn)固的連接。對于所述規(guī)定位置，可接受的是集電器22a與正電極接線板101之間的連接的中心位置。類似地，對于所述規(guī)定位置，可接受的是集電器22b與負電極接線板102 之間的連接的中心位置。對于所述規(guī)定位置，同樣可接受的是偏移離開所述中心位置朝向正電極接線板101或負電極接線板102向外延伸的方向。集電器2 連接至正電極接線板 101的位置和集電器22b連接至負電極接線板102的位置在本說明書中被稱為“電流導(dǎo)引連接位置”。
如圖3A所示，沿著堆疊方向所示的，正電極接線板101和集電器22a重疊的正電極接線板101的一部分，以及沿著堆疊方向所示的，負電極接線板102和集電器22b重疊的負電極接線板102的一部分，每個都設(shè)置有兩個校正元件或熔絲52A和52B，其將接線板 101和102分隔為三個區(qū)域A、B和C。通過校正元件或熔絲52A和52B，這三個區(qū)域A、B和 C彼此電氣連接(線性連接)于其間的邊界處。
當發(fā)電單元40中產(chǎn)生內(nèi)部短路時，校正元件或熔絲52A和52B用于限制分別在不同的區(qū)域A、B和C之間沿著集電器2 和22b在接線板101和102的平面方向流動的電流的大小，和/或中斷(停止)分別在不同的區(qū)域A、B和C之間沿著集電器2 在接線板101 和102的平面方向流動的電流。例如，當區(qū)域A中產(chǎn)生內(nèi)部短路并且在集電器的平面上電流流動從區(qū)域B朝向區(qū)域A時，校正元件或熔絲52A用于限制電流的大小或中斷該電流。
在這一實施例中，校正元件或熔絲52A和52B設(shè)置在正電極接線板101和負電極接線板102上。但是同樣可接受的是，將校正元件或熔絲52A和52B僅設(shè)置在正電極接線板101或負電極接線板102上。
如圖;3B所示，每個雙極電極21的集電器22設(shè)置有兩個絕緣部件62A和62B (絕緣器件)，沿著集電器22的平面方向?qū)⒓娖?2分隔為三個區(qū)域A、B和C。絕緣部件62A 和62B設(shè)置成中斷流動于分隔區(qū)域A、B和C之間的集電器22中的電流。因此，由于絕緣部分62A和62B的作用，單獨一個電池單元沈等同于每個包括三個區(qū)域A、B和C并且平行地連接到一起的六個單獨一個電池單元26。
設(shè)置在正電極接線板101和負電極接線板102上的校正元件或熔絲52A和52B的位置和設(shè)置在雙極電極21的集電器22上的絕緣部件62A和62B的位置在發(fā)電單元40沿著堆疊方向觀看時基本上相同(對齊)。通過將校正元件或熔絲52A和絕緣部件62A布置 (對齊)在相同位置并且將校正元件或熔絲52B和絕緣部件62B布置(對齊)在相同位置， 產(chǎn)生內(nèi)部短路的區(qū)域能夠與正常工作的其他區(qū)域隔離開。因此，局部電流持續(xù)流動的情況能夠被避免，并且能夠抑制局部加熱。
當將要產(chǎn)生內(nèi)部短路的可能性與雙極蓄電池100的形狀或結(jié)構(gòu)無關(guān)時，對于三個區(qū)域A、B和C的表面區(qū)域優(yōu)選地相等。同時，如果，例如，將產(chǎn)生內(nèi)部短路的可能性在雙極蓄電池的邊緣部分處更大，那么區(qū)域B的表面區(qū)域被設(shè)定成大于區(qū)域A和C的表面區(qū)域。通過減小內(nèi)部短路可能性高的區(qū)域的表面面積，當內(nèi)部短路產(chǎn)生時流動的電流的大小能夠被減小，由電流產(chǎn)生的熱量能夠被降低。
雖然在這一實施例中，將絕緣部分62A和62B設(shè)置在組成雙極電極21的所有集電器22上，但是如果絕緣部件62A和62B沒有設(shè)置在所有集電器22上也是可接受的。例如， 絕緣部件62A和62B可沿著堆疊方向設(shè)置在每個其他集電器22上。
現(xiàn)在將說明根據(jù)這一實施例的發(fā)電單元40的部件元件。正電極活性材料層23是包括正電極活性材料的正電極。正電極也可包括傳導(dǎo)性提升器、粘合劑等，使其完全地滲透正電極。例如，使用化學(xué)橋接或物理橋接的凝膠電解質(zhì)可用于完全地滲透正電極。
正電極活性材料可以是在溶液類型鋰離子電池中使用的過渡金屬和鋰等的復(fù)合氧化物。更具體地說，可使用LiCoA或者鋰和鈷的另一復(fù)合氧化物、LiNiO2或者鋰和鎳的另一復(fù)合氧化物、LiMn2O4或者鋰和錳的另一復(fù)合氧化物、或者Lii^eA或者鋰和鐵的另一復(fù)合氧化物。另外，可使用諸如下述的材料，硫酸鹽化合物、鋰和磷的復(fù)合氧化物(例如， LiFePO4)、過渡金屬的氧化物或硫化物(例如，^05、111102、1^2、110&和臨03)，或者諸如1^02、 AgO和NiOOH的化合物。
從制造的觀點來看，正電極活性材料的顆粒直徑(顆粒尺寸)應(yīng)當使得正電極活性材料能夠形成為軟膏并且采用噴灑涂覆的方式形成薄膜。另外，為了減小正電極的電阻， 顆粒尺寸應(yīng)當小于典型地使用在其中的電解液不是固態(tài)的溶液類型鋰離子電池中的顆粒尺寸。更具體地說，正電極活性材料的平均顆粒直徑應(yīng)當為從0. 1至10 μ m。
聚合物凝膠電解質(zhì)通常采用具有離子傳導(dǎo)屬性的固態(tài)聚合物電解質(zhì)，包含典型地使用在鋰離子電池中的電解質(zhì)溶液，但是聚合物凝膠電解質(zhì)也可通過將電解質(zhì)溶液嵌入不具有離子傳導(dǎo)屬性的聚合物的分子構(gòu)架中而獲得。
包含在聚合物凝膠電解質(zhì)中的電解質(zhì)溶液(電解質(zhì)鹽和增塑劑)應(yīng)當是典型地使用在鋰離子電池中的電解質(zhì)溶液。例如，電解質(zhì)溶液能夠容納從下述選出的至少一個鋰鹽 (電解質(zhì)鹽)，諸如 LiPF6, LiBF4、LiClO4, LiAsF6, LiTaF6, LiAlCl4 和 Li2B10Cl10 的無機酸陰離子鹽以及諸如LiCF3S03、Li (CF3SO2)2N和Li (C2F5SO2)2N的有機酸陰離子鹽。電解質(zhì)溶液也可使用質(zhì)子惰性的溶劑或者其他有機溶劑(增塑劑)，包括從下述選出的兩個或多個有機溶劑其中的至少一個或混合物，諸如丙烯碳酸脂和乙烯碳酸脂的環(huán)狀碳酸脂；諸如乙烷碳酸脂、甲基乙基碳酸脂和二乙基碳酸脂的鏈狀碳酸脂；諸如四氫呋喃、2-甲基四氫呋喃、1， 4-二惡烷、1，2-乙二醇二甲醚以及l(fā)，2-dibut0Xyethane的醚類；諸如Y-丁內(nèi)酯的內(nèi)酯； 諸如乙腈的氰基衍生物；諸如甲基丙酸鹽的酯類；諸如二甲基甲酰胺的酰胺(類)；乙酸甲酯；以及甲酸甲酯。但是，電解質(zhì)溶液不局限于這些電解質(zhì)鹽和有機溶劑。
具有離子傳導(dǎo)屬性的聚合物的實例包括聚環(huán)氧乙烷/聚乙烯氧化物(PEO)，聚環(huán)氧丙烷/聚丙烯氧化物(PPO)和PEO與PPO的共聚物?？捎米骶酆衔锬z電解質(zhì)的不具有鋰離子傳導(dǎo)屬性的聚合物的實例包括聚偏二氟乙烯(PVDF)，聚氯乙烯(PVC)，聚丙烯腈 (PAN)，和聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)。但是，將使用的聚合物并不局限于這些聚合物。PAN 和PMMA可更精確地分類為具有非常小的離子傳導(dǎo)性(相對于無)的聚合物，因此，也能夠分類為不具有離子傳導(dǎo)屬性的聚合物。但是，在這一實施例中，PAN和PMMA示出為不具有鋰離子傳導(dǎo)性并且可使用在聚合物凝膠電解質(zhì)中的聚合物的實例。前述鋰鹽的實例包括諸如 LiPF6, LiBF4, LiClO4, LiAsF6, LiTaF6, LiAlCl4 和 Li2B10Cl10 的無機酸陰離子鹽以及諸如 Li (CF3SO2)2N和Li (C2F5SO2)2N的有機酸陰離子鹽，以及任何這些的混合物。但是，將被使用的鋰鹽并不局限于這些鋰鹽。傳導(dǎo)性增強器的實例包括乙炔黑、碳黑和石墨。但是，將被使用的傳導(dǎo)性增強器不限制于這些物質(zhì)。
在這一實施例中，電解質(zhì)溶液、鋰鹽和聚合物混合到一起從而形成預(yù)凝膠溶液，預(yù)凝膠溶液被注入正電極。對于正電極，正電極活性材料、傳導(dǎo)性增強器和粘合劑的混合比例應(yīng)當鑒于電池將被使用(例如，輸出相對于能量)的應(yīng)用和離子傳導(dǎo)性進行確定。例如，尤其在固態(tài)聚合物電解質(zhì)的情況下，如果電解質(zhì)在正電極中的比例過小，那么離子傳導(dǎo)阻力和離子擴散阻力將在活性材料層內(nèi)部增加并且電池性能將下降。同時，尤其在固態(tài)聚合物電解質(zhì)的情況下，如果電解質(zhì)在正電極中的比例過大，那么電池的能量密度將下降。鑒于這些因素，固態(tài)聚合物電解質(zhì)的量應(yīng)當根據(jù)電池的目的確定。
雖然對于正電極的厚度沒有特定的限制，但是類似于混合比例，厚度應(yīng)當鑒于電池將被使用(例如，輸出相對于能量)和離子傳導(dǎo)性的應(yīng)用進行確定。正電極活性材料層的典型厚度為從10至500 μ m。
負電極包括負電極活性材料。該負電極也可包括傳導(dǎo)性增強器、粘合劑等。除了用作負電極活性材料的材料的類型，負電極基本上與正電極相同，相同方面的說明將省略。
用于溶液類型鋰離子電池的負電極活性材料可用作負電極活性材料。優(yōu)選實例包括金屬氧化物、鋰金屬復(fù)合氧化物和碳。更多的優(yōu)選實例包括碳、過渡金屬氧化物和鋰過渡金屬復(fù)合氧化物。更優(yōu)選的實例包括鈦氧化物、鋰和鈦的復(fù)合氧化物以及碳。可接受使用這些物質(zhì)其中的一個或者兩個或多個的組合。
在這一實施例中，具有優(yōu)良容量和輸出特性的電池能夠通過使用過渡金屬和鋰的復(fù)合氧化物作為正電極活性材料層的正活性材料以及使用碳或過渡金屬和鋰氧化物作為負電極活性材料層的負電極活性材料而獲得。
電解質(zhì)層25是由具有離子傳導(dǎo)屬性的聚合物制成的層。對于材料沒有特定的限制，只要其具有離子傳導(dǎo)屬性。在這一實施例中，電解質(zhì)層25的電解質(zhì)是通過將用作基部材料的分離器注入預(yù)凝膠溶液并且允許聚合物凝膠電解質(zhì)通過化學(xué)橋接或物理橋接形成而制成的聚合物凝膠電解質(zhì)。因此，聚合物凝膠電解質(zhì)是具有離子傳導(dǎo)屬性(例如，聚乙烯氧化物(PEO))、包含通常使用在鋰離子電池中的電解質(zhì)溶液的全固態(tài)聚合物電解質(zhì)。對于聚合物來說也可以接受的是采用聚偏二氟乙烯(PVDF)或者不具有鋰離子傳導(dǎo)屬性的另一聚合物，聚合物凝膠電解質(zhì)也可通過將一般使用在鋰離子電池中的電解質(zhì)溶液嵌入聚合物的分子構(gòu)架而獲得。示出為包含在正電極中的電解質(zhì)的實例的該相同的聚合物凝膠電解質(zhì)也可使用在負電極中，其解釋在這里省略。寬范圍的比例的聚合物和電解質(zhì)可使用在聚合物凝膠電解質(zhì)中。假定100%的聚合物是全固態(tài)聚合物電解質(zhì)，并且100%的電解質(zhì)溶液是液體電解質(zhì)，那么采用其間的比例獲得的任何材料為聚合物凝膠電解質(zhì)。術(shù)語“聚合物電解質(zhì)”包括聚合物凝膠電解質(zhì)和全固態(tài)聚合物電解質(zhì)。具有離子傳導(dǎo)屬性的陶瓷和其他無機固態(tài)電解質(zhì)也是全固態(tài)電解質(zhì)。
如上所解釋的，除了用作形成電池的聚合物電解質(zhì)，聚合物凝膠電解質(zhì)可使用在正電極和負電極中。用于制造電池的聚合物電解質(zhì)可以不同于或者相同于使用在正電極和負電極中的聚合物電解質(zhì)。同樣可接受將不同的聚合物電解質(zhì)使用在雙極蓄電池100的不同層中。聚合物凝膠電解質(zhì)、固態(tài)聚合物電解質(zhì)和無機固態(tài)電解質(zhì)總體地稱為“固態(tài)電解質(zhì)”。對于構(gòu)成電池的電解質(zhì)的厚度沒有特定的限制。但是，為了獲得緊湊的雙極蓄電池， 優(yōu)選地電解質(zhì)盡可能地薄，同時仍然能夠作為電解質(zhì)執(zhí)行其功能。固態(tài)聚合物電解質(zhì)層的典型厚度為從10至100 μ m。但是，電解質(zhì)的形狀可使用該制造方法的特性進行變化，例如， 電解質(zhì)能夠容易地沉積為膜到電極(正電極或負電極)的上表面和側(cè)表面的外周部分上， 并且不必要在任何地方都使得厚度基本上相同，從而確保電解質(zhì)的功能和性能。
通過使用固態(tài)電解質(zhì)用作雙極蓄電池100的電解質(zhì)層，能夠防止液體泄漏，能夠防止液體匯流(對于雙極蓄電池專有的問題)并且能夠獲得高度可靠的雙極蓄電池。另外， 密封部件30的結(jié)構(gòu)可以簡化，因為不存在任何液體泄漏。因此，雙極蓄電池能夠更容易地被制造并且雙極蓄電池的可靠性能夠增強。
固態(tài)電解質(zhì)的實例包括這種公知的固態(tài)聚合物電解質(zhì)，例如，聚環(huán)氧乙烷/聚乙烯氧化物(PEO)，聚環(huán)氧丙烷/聚丙烯氧化物(PPO)和其共聚物。支承鹽(鋰鹽)容納在固態(tài)聚合物電解質(zhì)層從而使離子傳導(dǎo)屬性穩(wěn)固。諸如LiBF4、LiPF6、LiN(SO2CF3) JPLiN(SO2C2F5)2 的化合物或這些的混合物能夠用作支承鹽。但是，將被使用的支承鹽并不局限于這些物質(zhì)。 化合物L(fēng)iBF4、LiPF6、LiN (SO2CF3)2和LiN(SO2C2F5)2容易溶解在這種聚亞烷基氧化物聚合物中，諸如PEO和ΡΡ0。另外，形成橋接結(jié)構(gòu)可提供優(yōu)良的機械強度。
密封部件30設(shè)置在單獨一個電池單元沈的外周上。密封部件30用于保護發(fā)電單元40不與外部空氣接觸，由此防止電解質(zhì)的離子傳導(dǎo)性下降。所使用的電解質(zhì)不僅僅是液體電解質(zhì)或者半固態(tài)凝膠電解質(zhì)，也是固態(tài)電解質(zhì)。密封部件30防止活性材料與空氣或者包含空氣的濕氣反應(yīng)。密封部件30也防止液體泄漏和液體匯合，當使用液體或半固態(tài)凝膠電解質(zhì)時產(chǎn)生該液體泄漏和匯合。作為密封預(yù)制件，有利地使用通過壓縮地變形而緊密地附著至集電器22的橡膠樹脂或者通過加熱和壓縮而緊密地附著至集電器22的熱可熔樹脂(例如，烯烴)。雖然對于能夠使用的橡膠樹脂不具有特定限制，但是優(yōu)選地使用從包括硅橡膠、氟橡膠、烯烴橡膠和腈橡膠的組中選出的橡膠樹脂。這些橡膠樹脂具有極佳的密封性能、耐堿性、耐化學(xué)品性、耐久性、耐空氣變化和耐熱性，并且能夠長時間使用而不會降低這些極佳的屬性或樹脂質(zhì)量。
對于能夠使用的熱可熔性樹脂不具有特定的限制，只要樹脂能夠在發(fā)電單元40 中用作密封部件30，以及只要樹脂在將使用發(fā)電單元40的所有狀況下展示極佳的密封效果。熱可熔下樹脂優(yōu)選地選自于包括硅、環(huán)氧樹脂、尿烷、聚丁二烯、烯烴樹脂(例如，聚丙烯和聚乙烯)和固體石蠟的組。這些熱可熔樹脂具有極佳的密封性能、耐堿性、耐化學(xué)品性、耐久性、耐空氣變化和耐熱性，并且能夠長時間使用而不會降低這些極佳的屬性或樹脂質(zhì)量。
如圖3A所示，用于形成正電極接線板101的區(qū)域A、B和C的材料與用于形成集電器2 的材料相同。同樣，用于形成負電極接線板102的區(qū)域A、B和C的材料與用于形成集電器22b的材料形同。在這一實施例中，能夠用于接線板和集電器的材料沒有特定的限制，能夠使用公知的現(xiàn)有材料。例如，能夠有利地使用鋁和不銹鋼(SUS)。如圖3A所示，校正元件或熔絲52A和52B必須在集電器2 或集電器22b的中間位置處以直線形式形成在正接線板101或負接線板102上。因此，如果校正元件形成，那么能夠用于形成N型或P型半導(dǎo)體的基于硅的材料用作用于校正元件的材料。如果形成熔絲，那么將具有低熔點即適當熔化溫度的金屬用作熔絲的材料。
正電極接線板101和負電極接線板102能夠通過使用噴墨方法將前述材料沉積在基板上而制成。例如，在區(qū)域A、B和C中形成集電器的材料和形成校正元件52A和52B的 N型或P型半導(dǎo)體的每個分離地以線性形式沉積。當形成線形形狀的熔絲52A和52B時，形成熔絲52A和52B的材料以線形形狀沉積。因此，用作接線板的區(qū)域A、用作校正元件或熔絲的線性區(qū)域、用作接線板的區(qū)域B、用作校正元件或熔絲的其他線性區(qū)域以及用作接線板的區(qū)域C的每個可如上所述形成。
當正電極接線板101或負電極接線板102形成為簡單的接線板(即，不具有線形形狀的校正元件或熔絲)時，接線板能夠使用這種優(yōu)選材料制成，諸如鋁箔、不銹鋼(SUS) 箔、鎳和鋁包層、銅和鋁包層或采用這些金屬的組合制成的鍍板。同樣可接受的是通過將鋁膜沉積在金屬表面上而形成該接線板。同樣，在一些情況下，能夠使用通過將兩個或多個金屬箔層疊到一起制成的接線板。雖然對于正電極接線板101和負電極接線板102的厚度沒有特定限制，但是厚度通常從1至100 μ m。
集電器22可通過使用氧化鋁作為基板的絕緣體并且使用由乙炔黑和聚乙烯制成的復(fù)合樹脂作為導(dǎo)體而制成。現(xiàn)在將參照圖4說明制成集電器22的方法的實例。但是，集電器22并不局限于所述材料以及這里所述的制造方法。
在這一實施例中，多孔絕緣材料通過使用陽極氧化方法形成鋁材料的金屬氧化物而制成。如圖4所示，鋁片材料將用作基板。該基板的鋁片材料采用JISA 1050制成(步驟 S101)。
鋁片材料然后被浸入包含的醋漿草酸的電解質(zhì)溶液。連接電源使得用作陽極的鋁片材料和一件不銹鋼(SUS304)也浸入電解質(zhì)液體，其用作陰極。恒流器用作電流調(diào)節(jié)裝置，使得陽極氧化能夠被傳導(dǎo)有具有50A/m2的電流密度的恒定直流，由此將鋁片材料氧化形成氧化鋁(步驟S102)。
包含在步驟S102中的氧化鋁然后在80°C浸入水中并且進行水合作用從而獲得氧化鋁水合物。多孔材料的密度通過使用裝配有加熱器的水箱并且調(diào)節(jié)氧化鋁與水箱中的 80°C水接觸的時間量而進行控制。與水接觸的時間被延長從而增加絕緣材料的密度并且縮短從而減小絕緣材料的密度(步驟S103)。
在步驟S103中獲得的氧化鋁水合物然后被放入電烤爐并且在空氣中在500°C下烘烤一個小時。該烘烤處理用于使氧化鋁水合物脫水并且將其轉(zhuǎn)換為結(jié)晶氧化鋁(步驟 S104)。
然后在步驟S105，由乙炔黑和聚乙烯制成的復(fù)合樹脂的擠壓片與步驟S104中獲得的水晶氧化鋁(多孔絕緣體)匹配。水晶氧化鋁和復(fù)合樹脂(即，導(dǎo)電復(fù)合樹脂材料) 的擠壓片在170°C下被熱壓。因此，水晶氧化鋁注入導(dǎo)電復(fù)合樹脂材料以形成電力控制裝置 (步驟。因此，獲得具有絕緣部件62A和62B的集電器。
采用使用在這一實施例中的陽極氧化方法，具有任何所需密度的絕緣金屬氧化物能夠通過控制金屬氧化物與電解質(zhì)溶液接觸的時間量以及控制電流密度而形成。同樣，采用這一實施例中用作導(dǎo)電復(fù)合樹脂材料的乙炔黑和聚乙烯復(fù)合物，該材料的導(dǎo)電性能夠通過控制乙炔黑和聚乙烯的混合比例而進行控制。
雖然在這一實施例中鋁用作絕緣金屬氧化物的金屬材料，但是可接受使用能夠使用陽極氧化方法進行氧化的另一金屬。雖然醋漿草酸用作電解質(zhì)溶液，但是也可接受使用磷酸、硫酸或者一般用于陽極氧化的另一電解質(zhì)溶液。
同樣可使用樹脂、陶瓷或已經(jīng)通過擠壓、壓制形成或切割而形成在格網(wǎng)上的其他絕緣材料，以及將絕緣材料如上所述浸入傳導(dǎo)材料。
現(xiàn)在將說明發(fā)電單元40的操作。當根據(jù)上述這一實施例制造的發(fā)電單元40中產(chǎn)生內(nèi)部短路時，局部電流被防止繼續(xù)存在，局部加熱被防止。現(xiàn)在將說明防止持續(xù)出現(xiàn)局部電流的機制。在這一實施例中，假定正電極接線板101或負電極接線板102連接在電流導(dǎo)引連接位置51，并且集電器2 或集電器22b在電流導(dǎo)引連接位置61連接至區(qū)域B。
例如，如果內(nèi)部短路產(chǎn)生在定位于圖3A和;3B所示的區(qū)域A中的單獨一個電池單元，那么區(qū)域A中的電勢將不同于區(qū)域B和C中的電勢，區(qū)域A和區(qū)域B之間存在電勢差。 電勢差將使得區(qū)域B的電勢更高并且區(qū)域A的電勢更低。與電勢差的出現(xiàn)同時地，局部電流將在產(chǎn)生內(nèi)部短路并且將產(chǎn)生加熱的部分中流動，導(dǎo)致溫度的局部增加。
在正電極接線板101或負電極接線板102接觸集電器22a或集電器22b的位置， 如果校正元件52A設(shè)置在正電極接線板101或負電極接線板102的區(qū)域A與區(qū)域B之間， 那么校正元件52A將用于阻止電流從區(qū)域B流向區(qū)域A。因此，避免局部電流持續(xù)流動并且局部加熱被抑制的情況。
同時，如果熔絲52A設(shè)置在區(qū)域A與區(qū)域B之間，那么局部溫度上升將導(dǎo)致熔絲 52A熔化和斷裂，因此阻斷區(qū)域A與區(qū)域B之間的電連接。簡短地說，熔絲52A將用于完全地中斷(停止)從區(qū)域B流向區(qū)域A的電流。因此，局部電流持續(xù)流動的情況被避免并且局部加熱被抑制。
當校正元件(或整流元件)用作電流限制裝置時，校正元件的極性通常設(shè)定為使得在正電極接線板101中，電流從區(qū)域B流動至區(qū)域A，電流從區(qū)域C流動至區(qū)域B，因為電流導(dǎo)引連接位置51 (61)設(shè)置在區(qū)域B。采用這種方式，該校正元件能夠被設(shè)定為使得電流僅沿電流輸出方向流動。因此，當電流開始沿異常方向(即，相對于輸出方向的方向)流動時，如在內(nèi)部短路期間產(chǎn)生的，那一電流被防止。
雖然二極管或其他校正元件在這一實施例中用作電流限制裝置，但是也可接受使用PTC元件，該元件設(shè)計成使得當溫度增加時其電阻急劇地增加。
第一實施例的發(fā)電單元40設(shè)置有校正元件或熔絲52A和52B，布置成將正電極接線板101或負電極接線板102沿著平面方向分割成多個區(qū)域。因此，當發(fā)電單元40中產(chǎn)生內(nèi)部短路時，沿著平面方向在集電器22的區(qū)域之間流動的電流能夠被限制或中斷。同樣地，絕緣部件62A和62B設(shè)置在集電器22中，從而將集電器22沿著平面方向分割為多個區(qū)域。因此，發(fā)電單元40能夠等同于包括分隔為三個區(qū)域A、B和C并且并行地連接的雙極蓄電池的電池。因此，在單獨一個單元電池沈的集電器22中，在多個區(qū)域之間沿著集電器22 的平面方向流動的電流能夠被干擾或中斷。另外，校正元件或熔絲52A或52B和絕緣部分 62A和62B布置在當發(fā)電單元40沿著堆疊方向觀看時相同的位置(對齊)。因此，當在發(fā)電單元40中產(chǎn)生內(nèi)部短路時，能夠以非常有效的方式防止局部電流的產(chǎn)生。
簡短地說，采用第一實施例，當內(nèi)部短路產(chǎn)生在發(fā)電單元40被分隔所成的三個區(qū)域其中的一個中時，局部電流能夠被阻止，加熱能夠被保持至最低，因為產(chǎn)生內(nèi)部短路的區(qū)域被從正常操作的區(qū)域隔離開。因此，電池能夠通過使用僅僅那些正常操作的區(qū)域而被持續(xù)使用。
同樣地，第一實施例示出校正元件或熔絲52A和52B設(shè)置在正電極接線板101和負電極接線板102中的實例，絕緣部件62A和62B設(shè)置在形成單獨一個單元電池沈的集電器22中從而防止由內(nèi)部短路導(dǎo)致的加熱。但是，采用這種結(jié)構(gòu)，可通過將校正元件或熔絲 52A和52B僅設(shè)置在正電極接線板101或負電極接線板102中而在某些程度上防止由內(nèi)部短路造成的加熱。
現(xiàn)在，將討論第一實施例的第一變形方案。圖5A示出沿著堆疊方向所見的圖2所示的設(shè)置在正電極接線板101和負電極接線板102上的校正元件或熔絲52A和52B的不同結(jié)構(gòu)。該結(jié)構(gòu)不同于第一實施例。圖5B示出沿著堆疊方向所見的圖2所示的設(shè)置在單獨一個單元電池26的集電器22上的絕緣部件62A和62B的不同結(jié)構(gòu)。該結(jié)構(gòu)不同于第一實施例。發(fā)電單元40的基本結(jié)構(gòu)和發(fā)電單元40的部件元件的構(gòu)成特征與第一實施例相同， 其說明在此省略。相對于第一實施例的唯一區(qū)別在于，設(shè)置在正電極接線板101和負電極接線板102中的校正元件或熔絲52A和52B的結(jié)構(gòu)以及設(shè)置在發(fā)電單元40中的絕緣部件 62A和62B的結(jié)構(gòu)在第一變形方案中是不同的。
在第一變形方案中，如圖5A所示，正電極接線板101和負電極接線板102的校正元件或熔絲52A和52B配置成具有不同尺寸矩形的形狀，其布置成同心地并且比例地類似于正電極接線板101和負電極接線板102。校正元件或熔絲52A和52B布置成將矩形接線板的每個分隔為三個區(qū)域A、B和C。
三個區(qū)域A、B和C通過校正元件或熔絲52A和52B在其間的邊界處彼此電連接 (線性連接)。由于校正元件或熔絲52A和52B采用與第一實施例中相同的方式操作，所以其說明在此省略。在這一實施例中，校正元件或熔絲52A和52B設(shè)置在正電極接線板101 和負電極接線板102 二者上。但是也可接受將校正元件或熔絲52A和52B設(shè)置在僅正電極接線板101上或僅負電極接線板102上。
如圖5B所示，構(gòu)成發(fā)電單元40的單獨一個單元電池沈的每個具有絕緣部件62A 和62B，其布置在沿著堆疊方向的對應(yīng)于(對齊于)正電極接線板101和負電極接線板102 的校正元件或熔絲52A和52B的位置。因此，絕緣部件62A和62B的形狀是矩形狀的校正元件或熔絲52A和52B。
絕緣部件62A和62B設(shè)計成中斷流動在分隔區(qū)域之間的集電器22中的電流。因此，由于絕緣部件62A和62B的動作，布置在正電極接線板101和負電極接線板102之間的單獨一個單元電池沈等同于每個包括三個區(qū)域A、B和C并且并行地連接到一起的六個單獨電池單元沈。
校正元件或熔絲52A和52B以及絕緣部件62A和62B布置成發(fā)電單元40沿著堆疊方向觀看時的相同的位置，使得產(chǎn)生內(nèi)部短路的區(qū)域與正確工作的其他區(qū)域隔離開。因此，局部電流持續(xù)流動的情況能夠避免，局部加熱能夠被抑制。
在第一變形方案中，類似于第一實施例，當內(nèi)部短路將產(chǎn)生的可能性無關(guān)于雙極蓄電池100的形狀或結(jié)構(gòu)時，三個區(qū)域A、B和C的表面面積優(yōu)選地相等。例如，如果隨著電流從雙極蓄電池100的外周朝向其中心移動而內(nèi)部短路將產(chǎn)生的可能性變高，那么隨著電流從區(qū)域A移動至區(qū)域，所述區(qū)域的表面面積優(yōu)選地降低C (A > B > C)。相反地，如果隨著電流從雙極蓄電池100的中心朝向其外周移動而內(nèi)部短路將產(chǎn)生的可能性變高，那么隨著電流從區(qū)域A移動至區(qū)域C，所述區(qū)域的表面面積優(yōu)選地增加(A < B < C)。
雖然，類似于第一實施例，該第一變形方案示出絕緣部件62A和62B設(shè)置在構(gòu)成發(fā)電單元40的所有集電器22中的情況，但是可接受不將絕緣部件62A和62B設(shè)置在所有的集電器22中。例如，可接受將絕緣部件62A和62B沿著堆疊方向設(shè)置在集電器22的每另一個。
現(xiàn)在將討論第一實施例的第二變形方案。圖6A示出沿著堆疊方向所見的設(shè)置在圖2所示的正電極接線板101和負電極接線板102上的校正元件或熔絲52A和52B的不同結(jié)構(gòu)。該結(jié)構(gòu)不同于第一實施例。圖6B示出沿著堆疊方向所見的圖2所示的設(shè)置在發(fā)電單元40中的絕緣部件62A和62B的結(jié)構(gòu)。該結(jié)構(gòu)不同于第一實施例。發(fā)電單元40的基本結(jié)構(gòu)和發(fā)電單元40的部件元件的構(gòu)成特征與第一實施例相同，其說明在此省略。相對于第一實施例和第一變形方案的唯一區(qū)別在于，設(shè)置在正電極接線板101和負電極接線板102中的校正元件或熔絲52A和52B的結(jié)構(gòu)以及設(shè)置在發(fā)電單元40中的絕緣部件62A和62B的結(jié)構(gòu)在第二變形方案中是不同的。
在第二變形方案中，如圖6A所示，校正元件或熔絲52A、52B、52C和52D設(shè)置在十字形結(jié)構(gòu)中的正電極接線板101和負電極接線板102上，使得正電極接線板101和負電極接線板10的每個分隔成九個區(qū)域々、81、82、83、84、85、86、87和88。九個區(qū)域A和Bl至 B8在其間的邊界處通過校正元件或熔絲52A、52B、52C和52D彼此電連接(線性連接)。由于校正元件或熔絲52A、52B、52C和52D采用與第一實施例中相同的方式操作，所以其說明在此省略。在第二實施例中，校正元件或熔絲52A、52B、52C和52D也設(shè)置在正電極接線板 101和負電極接線板102 二者上。但是，也可接受將校正元件或熔絲52A、52B、52C和52D設(shè)置在僅正電極接線板101上或僅負電極接線板102上。
如圖6B所示，發(fā)電單元40的雙極電極21的每個具有絕緣部件62A、62B、62C和 62D，其布置在沿著堆疊方向的對應(yīng)于正電極接線板101和負電極接線板102的校正元件或熔絲52A、52B、52C和52D的位置。
絕緣部件62A、62B、62C和62D設(shè)計成中斷流動在分隔區(qū)域之間的集電器22中的電流。因此，由于絕緣部件62A、62B、62C和62D的動作，布置在正電極接線板101和負電極接線板102之間的單獨一個單元電池沈等同于每個包括九個區(qū)域A和Bl至B8并且并行地連接到一起的九個單獨電池單元26。
校正元件或熔絲52A、52B、52C和52D以及絕緣部件62A、62B、62C和62D布置成當發(fā)電單元40沿著堆疊方向觀看時的相同的位置，使得產(chǎn)生內(nèi)部短路的區(qū)域能夠與正確工作的其他區(qū)域隔離開。因此，局部電流持續(xù)流動的情況能夠避免，局部加熱能夠被抑制。
在第二變形方案中，類似于第一實施例，當內(nèi)部短路將產(chǎn)生的可能性無關(guān)于雙極蓄電池100的形狀或結(jié)構(gòu)時，區(qū)域A和Bl至B8的表面區(qū)域優(yōu)選地相等。例如，如果隨著電流從雙極蓄電池100的外周朝向其中心移動而內(nèi)部短路將產(chǎn)生的可能性變高，那么隨著電流從區(qū)域A移動至外部區(qū)域Bl至B8，所述區(qū)域的表面面積優(yōu)選地降低仏>81至88)。例如，如果隨著電流從雙極蓄電池100的中心朝向其外周移動而內(nèi)部短路將產(chǎn)生的可能性變高，那么隨著電流從區(qū)域A移動至外部區(qū)域Bl至B8，所述區(qū)域的表面面積優(yōu)選地增加(A< Bl 至 B8)。
雖然，類似于第一實施例，該第二變形方案示出絕緣部件62A、62B、62C和62D設(shè)置在構(gòu)成發(fā)電單元40的所有集電器22中的情況，但是可接受不將絕緣部件62A、62B、62C和 62D設(shè)置在所有的集電器22中。例如，可接受將絕緣部件62A、62B、62C和62D沿著堆疊方向設(shè)置在集電器22的每另一個。
采用第一實施例的第一和第二變形方案獲得的效果與采用第一實施例獲得的效果相同。
具有高容量和高輸出的電池組能夠通過多個雙極蓄電池100獲得，所述雙極蓄電池通過將雙極蓄電池100串聯(lián)地和/或并聯(lián)地連接到一起而根據(jù)該實施例或上述變形方案構(gòu)成。
圖IlA至IlC示出電池組的實例。為了組成這一電池組，第一電池組模塊250(參見圖11)通過將多個雙極蓄電池100串聯(lián)和/或并聯(lián)地連接而制成。若干這種電池組模塊 250然后串聯(lián)和/或并聯(lián)連接從而形成電池組300。雖然電池組模塊250的每個構(gòu)成一個電池組，但是術(shù)語“電池組模塊”使用在這一解釋中從而區(qū)別于電池組300。
電池組模塊250的每個包括彼此堆疊并且封裝在模塊殼內(nèi)部的多個雙極蓄電池 100。該雙極蓄電池100并聯(lián)連接。正側(cè)匯流排和負側(cè)匯流排采用連接孔中的導(dǎo)電桿而連接至雙極蓄電池100的每個。圖IlA示出電池組300的俯視平面圖。圖IlB示出電池組300 的前部正視圖。圖IlC示出電池組300的側(cè)部正視圖。電池組模塊250采用匯流排等電連接到一起并且使用連接夾具310彼此堆疊。連接到一起從而構(gòu)成電池組模塊250的每個的雙極蓄電池100的數(shù)量以及彼此堆疊從而構(gòu)成電池組300的電池組模塊250的數(shù)量根據(jù)安裝該電池組的車輛(電動車)所需的電池容量和輸出進行確定。
由于電池組300通過將雙極蓄電池100串聯(lián)、并聯(lián)或串聯(lián)和并聯(lián)組合地連接到一起而構(gòu)成，所以電池組300的容量和輸出能夠自由地調(diào)節(jié)。同樣，使用在雙極蓄電池100中的發(fā)電單元40設(shè)計成使得電流在發(fā)電單元40中沿著堆疊方向流動，每個雙極蓄電池100 的結(jié)構(gòu)形成為利用發(fā)電單元40的這一特征。由于構(gòu)成每個電池組模塊250的雙極蓄電池 100設(shè)計成限制或中斷當內(nèi)部短路產(chǎn)生在雙極蓄電池100中時沿集電器的平面方向流動的電流，所以雙極蓄電池具有長使用壽命并且高度可靠。因此，電池組300也具有長使用壽命并且高度可靠。此外，即使一部分電池組模塊250出現(xiàn)故障，電池組300也可通過僅代替出現(xiàn)故障的電池組模塊250而被修復(fù)。
參照圖12，類似于上述那些的雙極蓄電池100、電池組模塊250或者電池組300能夠安裝在車輛400中并且用作電源。
圖12示出安裝有上述電池組300的車輛400。電池組300是用于驅(qū)動車輛400的車輪的至少一個的車輛動力源。換句話說，電池組300構(gòu)成車輪驅(qū)動源。如圖12所示，電池組300安裝在車輛400中從而布置在車輛400的車身的中間部分中的座位下方。電池組 300布置在座位下方使得車輛設(shè)置有較大的艙室空間和較大的車廂。但是，該安裝并不局限于將電池組300安裝在座位下方。也可接受將電池組300安裝在車輛后部的車廂艙下方或者車輛前部的發(fā)動機室。
車輛400裝配有雙極蓄電池100，其限制或中斷當內(nèi)部短路產(chǎn)生在雙極蓄電池中時沿著集電器的平面方向流動的電流，或者車輛400裝配有包括多個這種雙極蓄電池的電池組。因此，車輛400的安全性和可靠性能夠增加。
該裝置不局限于將電池組300安裝在車輛400中。根據(jù)該應(yīng)用，可接受安裝圖11 所示的電池組模塊250或者僅圖1所示的雙極蓄電池100。也可接受安裝電池組300、(各) 電池組模塊250和(各)雙極蓄電池100的組合。雖然混合動力車、電動車和燃料電池車是能夠使用電池組300或電池組模塊250的優(yōu)選車輛，但是電池組300和電池組模塊250 不局限于這種車輛。根據(jù)這一實施例的雙極蓄電池100和/或電池組300也能夠用作不可被中斷的電源單元或其他車載動力源。
第二實施例 在第一實施例中，線性地分隔正電極接線板101和負電極接線板102的校正元件或熔絲52A和52B的每個構(gòu)造成橫跨分隔區(qū)域之間的整個邊界。在第二實施例中，校正元件或熔絲52A和52B設(shè)置在每個接線板被分隔所形成的區(qū)域的部分中，剩余的邊界部分采用絕緣部件絕緣。
圖7A示出沿著堆疊方向所見的圖2所示的設(shè)置在正電極接線板101和負電極接線板102上的校正元件或熔絲52A和52B的結(jié)構(gòu)，校正元件或熔絲52A和52B設(shè)置在每個接線板101和102分隔所成的三個區(qū)域的部分中。圖7B示出校正元件或熔絲52A和52B 設(shè)置在每個接線板101和102分隔所成的三個矩形區(qū)域的部分中的結(jié)構(gòu)。圖7C示出校正元件或熔絲52A和52B設(shè)置在每個接線板101和102分隔所成的九個單元狀區(qū)域的部分中的結(jié)構(gòu)。該發(fā)電單元40的基本結(jié)構(gòu)和發(fā)電單元40的部件元件的構(gòu)成特征與第一實施例相同并且其說明在此省略。
對于這一第二實施例和其變形方案，設(shè)置在雙極點擊21上的絕緣部件62A和62B 不做解釋，因為它們完全相同于第一實施例，第一實施例的第一變形方案，和第一實施例的第二變形方案，其中，絕緣部件62A和62B與校正元件或熔絲52A和52B具有相同的形狀和位置。因此，設(shè)置在雙極電極21上的絕緣部件62A和62B的形狀和位置被調(diào)節(jié)從而匹配設(shè)置在正電極接線板101和負電極接線板102上的校正元件或熔絲52A和52B的形狀和位置。
在這一實施例中，電流導(dǎo)引連接位置，即，正電極接線板101連接至集電器22a以及負電極接線板102連接至集電器22b的位置，設(shè)置在發(fā)電單元40的中間部分。
在圖7A所示的實例中，校正元件或熔絲52A和52B沿著每個接線板分隔所成的三個區(qū)域A、B和C之間的邊界的部分布置在正電極接線板101和負電極接線板102上。絕緣部件沿著沒有設(shè)置校正元件或熔絲52A和52B的邊界的部分(在圖中以虛線示出)設(shè)置。 因此，三個區(qū)域A、B和C通過校正元件或熔絲52A和52B在其間的邊界處彼此電連接(點連接)。從區(qū)域A流動到區(qū)域B的電流通過校正元件或熔絲52A，其設(shè)置在沿著區(qū)域A和區(qū)域B之間的邊界線的單一點處。從區(qū)域C流動至區(qū)域B的電流通過校正元件或熔絲52B，其設(shè)置在沿著區(qū)域C與區(qū)域B之間的邊界線的單一點處。
當內(nèi)部短路產(chǎn)生在發(fā)電單元40中時，校正元件或熔絲52A和52B用于限制流動在不同區(qū)域之間的集電器22中的電流的大小或者中斷(停止)流動在不同區(qū)域之間的集電器22中的電流。例如，當內(nèi)部短路產(chǎn)生在區(qū)域A中并且電流在集電器中從區(qū)域B流向區(qū)域 A時，校正元件或熔絲52A用于限制電流的大小或中斷該電流。
在圖7B所示的實例中，四個校正元件或熔絲52A和四個校正元件或熔絲52B布置在每個接線板被分隔所形成的三個區(qū)域A、B和C的部分中的正電極接線板101和負電極接
17線板102上。絕緣部件沿著不設(shè)置校正元件或熔絲52A和52B的邊界的部分(在圖中示出為虛線)設(shè)置。因此，三個區(qū)域A、B和C通過四個校正元件或熔絲52A和四個校正元件或熔絲52B在其間的邊界處彼此電連接(點連接)。從區(qū)域B流動至區(qū)域A的電流通過設(shè)置在沿著區(qū)域A與區(qū)域B之間的邊界線的四個點處的校正元件或熔絲52A。同時，從區(qū)域C流動至區(qū)域B的電流通過校正元件或熔絲52B，其設(shè)置在沿著區(qū)域C與區(qū)域B之間的邊界線的單獨點處。
當內(nèi)部短路產(chǎn)生在發(fā)電單元40中時，校正元件或熔絲52A和52B用于限制流動于不同區(qū)域之間的集電器中的電流的大小或者中斷不同區(qū)域之間的集電器22中流動的電流。例如，當內(nèi)部短路產(chǎn)生在區(qū)域B中并且電流在集電器22中從區(qū)域A和C朝向區(qū)域B流動時，四個校正元件或熔絲52A用于限制電流的大小或中斷該電流。
在圖7C所示的實例中，總共十二個校正元件或熔絲52A和52B布置在每個接線板被分隔所形成的九個區(qū)域之間的邊界的部分處的正電極接線板101與負電極接線板102 上。一個校正元件或熔絲52A、52B布置在每個邊界上。絕緣部件沿著沒有設(shè)置校正元件或熔絲52A和52B的邊界的部分(在圖中如虛線所示)設(shè)置。因此，九個區(qū)域A和Bl至B8 通過校正元件或熔絲52A和52B在其間的邊界彼此電連接(點連接)，其中的一個設(shè)置在每個邊界上。從區(qū)域Bl至B8的任何一個流動至區(qū)域A的電流通過沿著區(qū)域A與區(qū)域Bl至 B2的每個之間的邊界線設(shè)置在十二個點。
當內(nèi)部短路產(chǎn)生在發(fā)電單元40中時，校正元件或熔絲52A和52B用于限制不同區(qū)域之間的集電器中流動的電流的大小或者中斷不同區(qū)域之間的集電器22中流動的電流。 例如，當內(nèi)部短路產(chǎn)生在區(qū)域Bl中并且電流在集電器22中從區(qū)域Bl之外的區(qū)域朝向區(qū)域 Bl流動時，校正元件或熔絲52B其中的兩個用于限制電流的大小或中斷電流。
在這一實施例中，校正元件或熔絲52A和52B設(shè)置在正電極接線板101和負電極接線板102 二者上。但是，也可接受將校正元件或熔絲僅設(shè)置在正電極接線板101上或僅在負電極接線板102上。
第二實施例的變形方案 雖然第二實施例示出電流導(dǎo)引連接位置51和61設(shè)置在發(fā)電單元40的中間部分的實例，但是在這一變形方案中，電流導(dǎo)引連接位置51和61設(shè)置在發(fā)電單元40的邊緣部分上。
圖8A示出沿著堆疊方向所見的設(shè)置在圖2所示的發(fā)電單元40中的電流導(dǎo)引連接位置和校正元件或熔絲52A和52B的結(jié)構(gòu)，校正元件或熔絲52A和52B設(shè)置在每個接線板 101和102已經(jīng)被分隔形成的三個區(qū)域的部分中。圖8B示出校正元件或熔絲52A和52B設(shè)置在每個接線板101和102分隔所形成的三個矩形區(qū)域的部分中的結(jié)構(gòu)。圖8C示出校正元件或熔絲52A和52B設(shè)置在每個接線板101和102分隔形成的九個單元狀區(qū)域的部分中的結(jié)構(gòu)。該發(fā)電單元40的基本結(jié)構(gòu)和發(fā)電單元40的部件元件的構(gòu)成特征與第一實施例中的相同，其解釋在此省略。
對于第二實施例的這一變形方案，設(shè)置在雙極電極21上的絕緣部件62A和62B不進行解釋，因為它們完全相同于第一實施例、第一實施例的第一變形方案以及第一實施例的第二變形方案，因為絕緣部件62A和62B的形狀和位置與校正元件或熔絲52A和52B完全相同。因此，設(shè)置在雙極電極21上的絕緣部件62A和62B的形狀和位置被調(diào)節(jié)從而匹配設(shè)置在正電極接線板101和負電極接線板102上的校正元件或熔絲的形狀和位置。
在這一實施例中，電流導(dǎo)引連接位置設(shè)置在發(fā)電單元40的邊緣部分上。在圖8A所示的實例中，校正元件或熔絲52A和52B設(shè)置在每個接線板被分隔形成的三個區(qū)域A、B和 C的部分中的正電極接線板101和負電極接線板102上。兩個校正元件或熔絲52A設(shè)置在區(qū)域A和區(qū)域B(其更遠離電流導(dǎo)引連接位置51)之間的邊界處，一個校正元件或熔絲52B 設(shè)置在區(qū)域B和區(qū)域C(其更接近電流導(dǎo)引連接位置51)之間的邊界處。絕緣部件沿著邊界(在圖中以虛線示出)的沒有設(shè)置校正元件或熔絲52A和52B的部分設(shè)置。因此，三個區(qū)域A、B和C通過校正元件或熔絲52A和52B在其間的邊界處彼此電連接(點連接)。從區(qū)域A流動至區(qū)域B的電流通過設(shè)置在沿著區(qū)域A與區(qū)域B之間的邊界線的兩個點處的校正元件或熔絲52A。從區(qū)域B流動至區(qū)域C的電流通過校正元件或熔絲52B，其設(shè)置在沿著區(qū)域B與區(qū)域C之間的邊界線的單一點處。
設(shè)置在遠離電流導(dǎo)引連接位置51定位的邊界上的校正元件或熔絲的數(shù)量大于設(shè)置在更接近電流導(dǎo)引連接位置51定位的邊界上的校正元件或熔絲的數(shù)量，因為沿著集電器的平面方向的電阻在遠離電流導(dǎo)引連接位置51的位置處更大。因此，更多的校正元件或熔絲設(shè)置在遠離電流導(dǎo)引連接位置51定位的邊界上，從而使得電流能夠更容易地流動。
當在發(fā)電單元40中產(chǎn)生內(nèi)部短路時，校正元件或熔絲52A和52B用于限制不同區(qū)域之間的沿著集電器的平面方向流動的電流的大小或者中斷不同區(qū)域之間的沿著集電器的平面方向流動的電流。例如，當內(nèi)部短路產(chǎn)生在區(qū)域A中并且集電器中的電流從區(qū)域B 朝向區(qū)域A流動時，校正元件或熔絲52A用于限制電流的大小或者中斷電流。
在圖8B所示的實例中，校正元件或熔絲52A和52B布置在形成這些電極的接線板 101和102的每個被分隔形成的三個區(qū)域A、B和C的部分中的正電極接線板101和負電極接線板102上。更多數(shù)量的校正元件或熔絲設(shè)置在更遠離電流導(dǎo)引連接位置51定位的邊界上。即使沿著區(qū)域A與區(qū)域B之間的相同邊界，三個校正元件或熔絲52A設(shè)置在遠離電流導(dǎo)引連接位置51的位置，一個校正元件或熔絲52A設(shè)置在接近電流導(dǎo)引連接位置51的位置。類似地，沿著區(qū)域B與區(qū)域C之間的邊界，三個校正元件或熔絲52B設(shè)置在遠離電流導(dǎo)引連接位置51的位置，一個校正元件或熔絲52B設(shè)置在接近電流導(dǎo)引連接位置51的位置。 絕緣部件沿著邊界的沒有設(shè)置校正元件或熔絲52A和52B的部分(在圖中以虛線設(shè)置)設(shè)置。因此，三個區(qū)域A、B和C通過校正元件或熔絲52A和52B在其間的邊界處彼此電連接 (點連接)。從區(qū)域A流動至區(qū)域B的電流通過設(shè)置在沿著區(qū)域A與區(qū)域B之間的邊界線的四個點處的校正元件或熔絲52A。類似地，從區(qū)域B流動至區(qū)域C的電流通過設(shè)置在沿著區(qū)域B與區(qū)域C之間的邊界線的四個點處的校正元件或熔絲52B。
設(shè)置在更遠離電流導(dǎo)引連接位置51定位的邊界上的校正元件或熔絲的數(shù)量大于設(shè)置在更接近電流導(dǎo)引連接位置51定位在邊界上的校正元件或熔絲的數(shù)量，因為沿著集電器的平面方向的電阻在更遠離電流導(dǎo)引連接位置51的位置更大。因此，更多的校正元件或熔絲設(shè)置在更遠離電流導(dǎo)引連接位置51定位的邊界上從而使得電流能夠更容易地流動。
當內(nèi)部短路產(chǎn)生在發(fā)電單元40中時，校正元件或熔絲52A和52B用于限制流動于不同區(qū)域之間的集電器22中的電流的大小或者中斷流動在不同區(qū)域之間的集電器中的電流。例如，當內(nèi)部短路產(chǎn)生在區(qū)域C中并且電流在集電器22中從區(qū)域B朝向區(qū)域C流動時，
19校正元件或熔絲52A用于或者限制電流的大小或中斷電流。
在圖8C所示的實例中，校正元件或熔絲52A和52B布置在正電極接線板101和負電極接線板102上的每個接線板分隔形成的九個區(qū)域之間的邊界的部分處。更多數(shù)量的校正元件或熔絲設(shè)置在更遠離電流導(dǎo)引連接位置51定位的邊界上。在圖8C所示的實例中， 總共十七個校正元件或熔絲52A和52B設(shè)置在每個接線板上。絕緣部件沿著邊界的沒有設(shè)置校正元件或熔絲52A和52B的邊界的部分(在圖中以虛線示出)設(shè)置。因此，九個區(qū)域 A和Bl至B8通過校正元件或熔絲52A和52B在其間的邊界處彼此電連接(點連接)。流動至定位有電流導(dǎo)引連接位置51的區(qū)域B7的電流通過沿著區(qū)域A與區(qū)域Bl至B5、B6和 B8之間的邊界線的十七個點處的校正元件或熔絲52A和52B其中的一個。
設(shè)置在更遠離電流導(dǎo)引連接位置51定位的邊界上的校正元件或熔絲的數(shù)量大于設(shè)置在更接近電流導(dǎo)引連接位置51定位的邊界上的校正元件或熔絲52A和52B的數(shù)量，因為沿著集電器22的平面方向的電阻在更遠離電流導(dǎo)引連接位置51的位置處更大。因此， 更多的校正元件或熔絲設(shè)置在更遠離電流導(dǎo)引連接位置51定位的邊界上從而使得電流能夠更容易地流動。
當內(nèi)部短路產(chǎn)生在發(fā)電單元40中時，校正元件或熔絲52A和52B用于限制流動在不同區(qū)域之間的集電器中的電流的大小或者中斷流動于不同區(qū)域之間的集電器22中的電流。例如，當內(nèi)部短路產(chǎn)生在區(qū)域Bl中并且電流在集電器22中從另一區(qū)域朝向區(qū)域Bl流動時，校正元件或熔絲52A用于限制電流的大小或中斷該電流。
在這一變形方案中，校正元件或熔絲52A和52B設(shè)置在正電極接線板101和負電極接線板102 二者上。但是，也可接受將校正元件或熔絲設(shè)置在僅正電極接線板101或僅負電極接線板102上。
類似于第一實施例，根據(jù)第二實施例或第二實施例的變形方案的雙極蓄電池能夠用于構(gòu)成電池組。另外地，雙極蓄電池或電池組能夠安裝在車輛中。此外，由于這種電池組或車輛使用根據(jù)第二實施例的雙極蓄電池，所以由內(nèi)部短路導(dǎo)致的加熱能夠被抑制或防止，因此，電池能夠被防止產(chǎn)生熱損傷。
第三實施例 在第一和第二實施例中，校正元件或熔絲52A和52B設(shè)置在正電極接線板101和負電極接線板102已經(jīng)被分隔形成的區(qū)域之間的邊界部分上。區(qū)域之間的電勢差或邊界部分處的熱量被獨立地檢測到，正電極接線板101或負電極接線板102中的電流被限制或干擾或中斷。
圖9是用于發(fā)電單元40的控制系統(tǒng)的方框圖。圖10是示出ECU或圖9所示的其他控制系統(tǒng)的操作的流程圖。發(fā)電單元控制系統(tǒng)包括發(fā)電單元40、包括設(shè)置在發(fā)電單元40 中的開啟/關(guān)閉電路或可變電阻的一個或多個電流控制裝置70、電流檢測裝置80、電壓檢測裝置85，以及外部控制裝置90 (例如，E⑶)。電流檢測裝置80檢測電流控制裝置80中的電流。電壓檢測裝置85檢測電流控制裝置70兩端的電流。電壓檢測裝置85檢測電流控制裝置70兩端的電壓。在這一實施例中，假定安裝在車輛中的電子控制單元(ECU)用作外部控制裝置90，但是也可接受將專用控制裝置設(shè)置為外部控制裝置90，用于控制發(fā)電單元40。
在第三實施例中，電流控制裝置70安裝在發(fā)電單元40中。電流控制裝置70設(shè)置在分隔正電極接線板101和負電極接線板102的邊界部分中，如第一實施例和第二實施例中所解釋的。換句話說，電流控制裝置70設(shè)置在正電極接線板101和負電極接線板102分隔形成的區(qū)域之間的邊界部分上。電流檢測裝置80用作檢測流動在邊界部分中的電流的電流計。電壓檢測裝置85用作檢測相同邊界部分兩端存在的電壓的電壓計。外部控制裝置 90 (ECU)設(shè)計成根據(jù)從電流檢測裝置80和電壓檢測裝置85獲得的檢測結(jié)果操作電流控制裝置70。產(chǎn)生在發(fā)電單元40內(nèi)部的短路根據(jù)由電流檢測裝置80檢測的電流與由電壓檢測裝置85檢測的電壓之間的關(guān)系進行檢測。當采用這種方式檢測短路時，正電極接線板101 或負電極接線板102中的電流被限制或中斷。正電極接線板101和負電極接線板102中的電流被從外部ECU或其他外部控制裝置90發(fā)送至電流控制裝置70的命令限制或中斷。
在這一實施例中，當電流控制裝置70為可變電阻(電流限制裝置)時，可變電阻 (電流限制裝置)的電阻值由外部控制裝置90控制?？蛇x擇地，在這一實施例中，當電流控制裝置70為開啟/關(guān)閉電路(電流中斷裝置)時，開啟/關(guān)閉電路的開啟/關(guān)閉狀態(tài)由外部控制裝置90控制。
使用在這一實施例中的可變電阻每個都可以是電阻值差不多由外部控制裝置90 或半導(dǎo)體開關(guān)元件、晶體管或能夠類似地操作可變電阻的其他半導(dǎo)體裝置的電阻器。在這一實施例中示出的開啟/關(guān)閉電路每個都可以是具有機械接觸的非常小的繼電器或者半導(dǎo)體開關(guān)元件、晶體管或能夠類似地操作開關(guān)的其他半導(dǎo)體裝置。本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)當清楚可知，這一實施例的可變電阻或開啟/關(guān)閉電路能夠以與第一和第二實施例中所述的校正元件或熔絲相同的方式(位置和布置)而應(yīng)用到接線板101和102中。
現(xiàn)在將根據(jù)圖9所示的流程圖說明上述發(fā)電單元控制系統(tǒng)操作的方式。
電流檢測裝置80用于監(jiān)視電流控制裝置70 (例如，可變電阻器或開啟/關(guān)閉電路)中的電流的幅值。電壓檢測裝置85用于監(jiān)視電流控制裝置70兩端存在的電壓的幅值。 例如，如果這一實施例應(yīng)用至圖3(A)所示的第一實施例，那么電流檢測裝置80檢測從區(qū)域 A通過對應(yīng)于校正元件或熔絲52A的電流控制裝置70 (例如，第一可變電阻或第一開啟/ 關(guān)閉電路)流動至區(qū)域B的電流的幅值以及從區(qū)域C通過對應(yīng)于校正元件或熔絲52B的電流控制裝置70 (例如，第二可變電阻或第二開啟/關(guān)閉電路)流動至區(qū)域B的電流的幅值。 電壓檢測裝置85檢測區(qū)域A與區(qū)域B之間的勢差(電壓)以及區(qū)域C與區(qū)域B之間的勢差(電壓)(S10)?？刂蒲b置90(例如，ECU)確定電流控制裝置70中檢測到的電流的幅值是否大于設(shè)定值以及電流控制裝置70兩端檢測到的電壓的幅值是否大于設(shè)定值(S20)。
如果流動通過電流控制裝置70的電流的大小和電流控制裝置70兩端的電壓的大小不大于設(shè)定值(如果S20的結(jié)果為“否”)，那么控制裝置90(例如，ECU)確定內(nèi)部短路沒有產(chǎn)生在發(fā)電單元40中并且返回至步驟SlO從而監(jiān)視流動通過電流控制裝置70的電流的大小以及電流控制裝置70兩端的電壓的大小。
同時，如果流動通過電流控制裝置70的電流的大小以及電流控制裝置70兩端的電壓的大小大于設(shè)定值(如果S20的結(jié)果為“是”)，那么控制裝置90(例如，ECU)確定內(nèi)部短路正產(chǎn)生在發(fā)電單元40中并且電流控制裝置70用于通過增加可變電阻的電阻值從而降低邊界部分兩端流動的電流的大小或者通過將開啟/關(guān)閉電流設(shè)定為關(guān)閉從而中斷流動跨過邊界部分的電流而隔離正在產(chǎn)生內(nèi)部短路的區(qū)域(S30)。
采用這種方式，控制裝置90(例如，E⑶)，即，外部控制裝置，能夠當內(nèi)部短路產(chǎn)生在雙極蓄電池中時控制在正電極接線板101與負電極接線板102的分隔部分之間沿著平面方向流動的電流。該外部控制裝置也能夠當內(nèi)部短路產(chǎn)生在雙極蓄電池中時中斷在正電極接線板101與負電極接線板102的分隔部分之間沿著平面方向流動的電流。
類似于第一實施例和第二實施例，根據(jù)第三實施例的雙極蓄電池能夠用于組成電池組。另外，雙極蓄電池或電池組能夠安裝在車輛中。此外，由于這種電池組或車輛使用設(shè)計成抑制或防止由內(nèi)部短路導(dǎo)致的加熱的雙極蓄電池，所以電池能夠被防止造成熱損害。
第四實施例 圖13是示出根據(jù)第四實施例的雙極蓄電池的內(nèi)部結(jié)構(gòu)的示意圖(橫截面剖視圖)。類似于第一至第三實施例，根據(jù)第四實施例的雙極蓄電池基本上由雙極電極構(gòu)成。更具體地說，如圖13所示，根據(jù)第四實施例的雙極蓄電池10具有使用雙極電極21的發(fā)電單元40，其每個包括一側(cè)上具有正電極活性材料層23以及另一側(cè)上具有負電極活性材料層 24的集電器22。相鄰的雙極電極21的正電極活性材料層23和負電極活性材料層M布置成彼此面對，電解質(zhì)層25位于其間。
在發(fā)電單元40的一個堆疊方向面對端處的最外層是在其一側(cè)上僅具有正電極活性材料層23的集電器22a。在發(fā)電單元40的另一堆疊方向面對端處的最外層是在其一側(cè)上僅具有負電極活性材料層M的集電器22b。該正電極接線板101連接至發(fā)電單元40的一個堆疊方向面對端，負電極接線板102連接至另一堆疊方向面對端，用于將電流抽離發(fā)電單元40。換句話說，正電極接線板101連接至集電器22a，負電極接線板102連接至集電器22b。正電極接線板101和負電極接線板102的端部部分延伸自外部殼體103從而用作雙極蓄電池的凸片(電池端子)IOla和102b。
由于雙極蓄電池10的外觀類似于圖1所示的雙極電池100，所以沒有設(shè)置分離的抽取。
第四實施例不同于第一至第三實施例的地方在于集電器22、2 和22b、正電極接線板101和負電極接線板102的構(gòu)成特征。但是，相同的附圖標記用于這些部件，因為雙極蓄電池中其功能基本上與第一至第三實施例相同。與第一至第三實施例相同的其他部件和特征不進行說明。
現(xiàn)在將說明第四實施例的集電器22、2 和22b (雖然下述說明指代集電器22，用作最外層的集電器2 和22b是相同的)。根據(jù)第四實施例的集電器22是采用傳導(dǎo)樹脂的集電器。采用傳導(dǎo)樹脂的集電器的實例是包括具有傳導(dǎo)屬性的樹脂層的集電器22。樹脂層能夠具有傳導(dǎo)屬性的方式的特定實例包括使得該樹脂層包含樹脂和傳導(dǎo)材料(傳導(dǎo)填充物)并且采用本身具有傳導(dǎo)性的聚合物材料(傳導(dǎo)聚合物分子)制成樹脂層。包含樹脂和傳導(dǎo)材料的樹脂層是優(yōu)選的，因為能夠選擇樹脂和傳導(dǎo)性材料。
現(xiàn)在將說明樹脂層由其分子結(jié)構(gòu)本身具有傳導(dǎo)性的傳導(dǎo)聚合物材料制成的情況。 在這種情況下，整個集電器22由傳導(dǎo)聚合物樹脂材料制成。該傳導(dǎo)聚合物是導(dǎo)電的并且從用作電荷傳遞介質(zhì)并且相對于離子不具有傳導(dǎo)性的材料中選出來。這種傳導(dǎo)聚合物分子被認為是由于由共軛聚稀形成的能量帶而示出傳導(dǎo)性。代表性實例是傳導(dǎo)聚稀聚合物，其大量地使用在電解質(zhì)電容器中。更具體地說，優(yōu)選實例包括聚苯胺、聚吡咯、聚噻吩、多炔、聚對苯撐、聚苯撐1，2_亞乙烯基(polyphenylenevinylenes)、聚丙烯腈、聚噁二唑，以及這些的混合物。在這些中，聚苯胺、聚吡咯、聚噻吩、多炔從電子傳導(dǎo)以及穩(wěn)定地使用在電池中的能力的角度來看是尤其優(yōu)選的。
現(xiàn)在將詳細說明樹脂層由包含傳導(dǎo)材料的非傳導(dǎo)樹脂制成的優(yōu)選結(jié)構(gòu)。在這一結(jié)構(gòu)中，樹脂層設(shè)置在集電器22的所有或一部分上，樹脂層由包含傳導(dǎo)材料的樹脂制成，使得整個樹脂層是傳導(dǎo)性的。傳導(dǎo)材料(傳導(dǎo)填充物)從具有導(dǎo)電屬性的材料選出。從實現(xiàn)導(dǎo)電同時抑制離子在樹脂層中傳遞的觀點來看，優(yōu)選地使用可用作電荷傳遞介質(zhì)但是相對于離子不具有傳導(dǎo)性的材料。
傳導(dǎo)材料的特定實例包含鋁材料、不銹鋼(SUS)材料，諸如石墨和碳黑的碳材料、 銀材料、金材料、銅材料和鈦材料，但是能夠使用的傳導(dǎo)材料并不局限于這些?？山邮塥毩⒌厥褂们笆鰝鲗?dǎo)材料其中的任何一個或者共同地使用兩個或多個。同樣可接受的是使用這些材料的合金。銀、金、鋁、不銹鋼和碳材料是優(yōu)選的；在這些中，碳材料是尤其優(yōu)選的。同樣可接受的是傳導(dǎo)材料作為顆粒陶瓷材料或者涂覆或鍍有傳導(dǎo)材料(即，前述傳導(dǎo)材料其中的一個)的樹脂材料。該傳導(dǎo)材料可以采用顆粒形狀(形式)，但是并不局限于顆粒形式。例如，可接受地，傳導(dǎo)材料為填充物類型的傳導(dǎo)樹脂組分，諸如碳納米管。
除了碳黑和石墨的碳材料的實例包括碳纖維和c/c復(fù)合物(石墨和碳纖維的混合物)。除了作為優(yōu)良的導(dǎo)體，碳黑、石墨和其他碳顆粒具有非常寬的電勢窗口(window)并且相對于正電極電勢和負電極電視的寬范圍是穩(wěn)定的。碳顆粒也是極端地輕并且能夠使得電池質(zhì)量保持在最小值。由于碳顆粒通常用作電極的傳導(dǎo)性增強器，所以當用作傳導(dǎo)填充物的碳顆粒接觸電極中用作傳導(dǎo)性增強器的碳顆粒時接觸阻力小。另外，當碳顆粒用作傳導(dǎo)顆粒時，相對于電解質(zhì)的親和力能夠被降低并且能夠通過對碳的表面施加疏水性處理而獲得電解質(zhì)無法容易地滲入集線器的空腔(氣孔群)的狀態(tài)。
雖然在傳導(dǎo)材料的平均顆粒尺寸上沒有特定的限制，但是顆粒尺寸優(yōu)選為從0. 01 至ΙΟμπι。在該專利說明書中，“顆粒尺寸”指代沿著傳導(dǎo)材料顆粒的輪廓的兩點之間的最大距離L。用作“平均顆粒尺寸”的值通過使用掃描電子顯微鏡(SEM)或發(fā)射電子顯微鏡 (TEM)發(fā)現(xiàn)觀察于幾十個場中的若干場中的顆粒的顆粒大小的平均值而計算得到。隨后說明的活性材料顆粒和其他顆粒的顆粒尺寸和平均顆粒尺寸可采用類似的方式定義。
當樹脂層采用包含傳導(dǎo)材料的樹脂制成時，可接受使樹脂包含非傳導(dǎo)并且用于粘合傳導(dǎo)材料的聚合物材料。通過使用聚合物材料作為樹脂層的組成材料，傳導(dǎo)材料的粘合能夠改善并且雙極蓄電池的可靠性能夠增強。聚合物材料從能夠經(jīng)受將產(chǎn)生的正電極電勢和負電極電勢的材料中選出。
能夠使用的非傳導(dǎo)性聚合物樹脂材料的優(yōu)選實例包括聚乙烯(PE)，聚丙烯(PP)， 聚對苯二甲酸乙二醇酯(ΡΕΤ)，聚醚腈(PEN)，聚酰亞胺(PI)，聚酰胺(PA)，聚四氟乙烯 (PTFE)，丁苯橡膠(SBR)，聚丙烯腈(PAN)，聚丙烯酸甲酯(PMA)，聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)， 聚氯乙烯(PVC)，聚氟乙烯(PVF)，環(huán)氧樹脂或者這些的混合物。這些材料具有非常寬的勢能窗口并且相對于正電極電勢和負電極電勢都是穩(wěn)定的。由于這些材料重量也很輕，所以它們能夠獲得具有高輸出密度的雙極蓄電池。
對于包含在樹脂層中的傳導(dǎo)材料的比例沒有特定的限制，但是傳導(dǎo)材料的質(zhì)量優(yōu)選為聚合物材料(非傳導(dǎo)樹脂)和傳導(dǎo)性材料的總質(zhì)量的1至30%。該樹脂層通過使用足夠量的傳導(dǎo)材料能夠具有足夠程度的導(dǎo)電性。
雖然可接受使樹脂層除了傳導(dǎo)材料和樹脂以外包含其他添加劑，但是優(yōu)選地使樹脂層采用傳導(dǎo)材料和樹脂制成。樹脂層能夠使用公知的方法制成。例如，噴霧方法或涂覆方法能夠用于制作樹脂層。更具體地說，一種方式是制造包含聚合物材料的泥漿、應(yīng)用該泥漿并且允許泥漿硬化。用于制造泥漿的聚合物材料的特定類型是根據(jù)前述說明的聚合物材料，進一步的說明在此省略。另一中可包括在泥漿中的成分是傳導(dǎo)性材料。傳導(dǎo)性顆粒材料的特定實例如上所述，相同內(nèi)容的說明在此省略。另一方法是使用公知的方法混合聚合物材料、傳導(dǎo)顆粒以及其他添加劑并且將混合物形成為膜。還有另一方法是使用噴墨方法制造樹脂層，如日本未審公開專利出版物No. 2006-190649所述。
雖然對集電器22的厚度沒有特定限制，但是從增加雙極蓄電池的輸出密度的觀點來看，較薄的集電器厚度是優(yōu)選的。雙極蓄電池中的正電極和負電極之間存在的樹脂集電器可以是薄的，因為對于平面方向電阻來說可接受的是沿堆疊方向更大。更具體地說，每個集電器的厚度例如為10至300 μ m,優(yōu)選為20至60 μ m,更優(yōu)選為20至50 μ m。對于這些范圍中的集電器厚度，至少沿膜厚度方向能夠確保足夠的電子傳導(dǎo)性，雙極蓄電池的輸出密度可以在減小重量的同時增加。
通過使用傳導(dǎo)樹脂形成的集電器22的獨特特征是電阻沿膜厚度方向(單獨一個單元電池的堆疊方向)小，電阻沿平面方向大。雙極蓄電池中的集電器所需的特征是其在膜厚度方向(堆疊方向)具有足夠的電子傳導(dǎo)性。沿膜厚度和平面方向的電阻之間的差有助于抑制或防止內(nèi)部短路產(chǎn)生時電流集中的產(chǎn)生。更具體地說，如果沿集電器22的平面方向的電阻值高，那么電流被抑制或防止沿平面方向流動過集電器22朝向已經(jīng)產(chǎn)生內(nèi)部短路的部分。因此，僅僅通過使用樹脂集電器，由內(nèi)部短路導(dǎo)致的電流流動被抑制或防止，由內(nèi)部短路導(dǎo)致的溫度增加也能夠被抑制或防止。
如果沿膜厚度方向的體積電阻等于或小于IO2 Ω-cm，那么大體地能夠獲得具有沿其厚度方向(膜厚度方向)的足夠電子傳導(dǎo)性的集電器。優(yōu)選地，沿膜厚度方向的體積電阻為從 IO2 Ω -cm 至 1(Γ5 Ω -cm。
同時，對于表示沿平面方向的電阻的表面電阻來說可接受的是其值大到足以不允許電流流動，因為沒有必要沿平面方向穩(wěn)定大的電子傳導(dǎo)性。在傳導(dǎo)樹脂的表面電阻方面， 如果表面電阻為從例如IO16至KTQ/crn2，那么能夠有效地避免內(nèi)部短路期間電流的集中。 同樣對于表面阻力可接受高于或低于這一范圍。
也可以在具有通過混合傳導(dǎo)材料而已經(jīng)具有導(dǎo)電性的樹脂層的集電器中實現(xiàn)厚度方向電阻與平面方向電阻之間的差。例如，考慮使用樹脂膜結(jié)構(gòu)制成的樹脂層，該結(jié)構(gòu)具有許多中空腔，布置成沿膜厚度方向連通，以及填充入所述腔的傳導(dǎo)材料。
更具地體說，如圖14所示，這種樹脂層具有有機結(jié)構(gòu)體1和傳導(dǎo)材料2，該有機結(jié)構(gòu)體1具有許多中空腔，布置成沿膜厚度方向連通，該傳導(dǎo)材料2填充入有機結(jié)構(gòu)體1的腔中。填充入多孔有機結(jié)構(gòu)體1的腔的部分中的傳導(dǎo)材料2采用金屬粉末或者其他傳導(dǎo)材料 2a和粘合聚合物(粘合劑)2b構(gòu)成，其用于將傳導(dǎo)材料加的顆粒粘合到一起并且用于將傳導(dǎo)材料加粘合到有機結(jié)構(gòu)體1。傳導(dǎo)材料2以高密度充填，使得傳導(dǎo)材料加的顆粒沿著膜厚度方向彼此接觸(參見圖14的放大局部視圖)。
如果傳導(dǎo)材料加的顆粒能夠封裝為足夠高的密度使得它們不會從腔中濺出，那么粘合聚合物(粘合劑2b)并不是必須的。類似地，粘合聚合物(粘合劑)2b在傳導(dǎo)材料加本身具有使其能夠在腔中附著的附著屬性(例如，磁性)時不是必須的。
24 當集電器22使用多孔有機結(jié)構(gòu)體1制成時，對于有機結(jié)構(gòu)體1的多孔性(空隙含量)優(yōu)選地(即，導(dǎo)入傳導(dǎo)材料的部分的比例)為從10至90%，或者更優(yōu)選地從30至 90%。如果多孔性低，即，小于10%，那么傳導(dǎo)材料(提供大部分傳導(dǎo)性)的量小并且難于沿膜厚度方向穩(wěn)定足夠的傳導(dǎo)性。同時，如果多孔性超過90%，那么沿著平面方向彼此連通的腔(空隙)的數(shù)量將為大并且填充入腔中的傳導(dǎo)材料將使電流容易地沿平面方向流動。 電流容易地沿平面方向流動的情況是不需要的，因為其與沿平面方向的電阻不同于膜厚度方向的電阻的理念沖突。
通過使用上述結(jié)構(gòu)，集電器22可以形成為傳導(dǎo)性沿膜厚度方向高并且沿平面方向幾乎不存在(由于沿平面方向的腔之間的連通非常少)。因此，當內(nèi)部短路產(chǎn)生時，電流能夠防止在任何給定集電器中沿平面方向流動并且能夠抑制或防止由內(nèi)部短路導(dǎo)致的電流集中的產(chǎn)生。
在平面方向獲得與膜厚度方向不同的電阻也可以采用其他方法。例如，混合入樹脂的傳導(dǎo)材料的顆?？膳渲贸裳啬ず穸确较蜉^大，沿平面方向較小，使得顆粒不太可能沿平面方向彼此接觸，傳導(dǎo)性也僅在膜厚度方向高。因此，對于用于獲得不同于沿膜厚度方向的沿平面方向的電阻的方法來說沒有限制。
現(xiàn)在將說明根據(jù)第四實施例的接線板。在第四實施例中，接線板具有網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)。更具體地說，該網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)可以是例如，通過交織多個如圖15所示的線狀材料的多個線束而獲得針織結(jié)構(gòu)。圖16A和16B示出線狀材料的線束編織到一起的編織結(jié)構(gòu)。圖17A至18C示出纖維的橫截面形狀為橢圓形的編織結(jié)構(gòu)(網(wǎng)狀結(jié)構(gòu))的變形方案。圖18A和18B示出絕緣熱樹脂已經(jīng)嵌入該結(jié)構(gòu)的編織結(jié)構(gòu)(網(wǎng)狀結(jié)構(gòu))。圖19示出嵌入絕緣樹脂并且進一步設(shè)置有金屬薄膜的編織結(jié)構(gòu)(網(wǎng)狀結(jié)構(gòu))。
在第四實施例中，接線板的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)用于抑制或中斷電流的集中?，F(xiàn)在將更詳細地說明前述網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)。
圖15示出使用在接線板中的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的實例。用于形成該網(wǎng)的線束材料是傳導(dǎo)性纖維510(包括單獨線束，下文應(yīng)用相同)并且針織從而形成具有針織狀結(jié)構(gòu)的接線板 501。圖16示出另一實例，其中纖維510(線束材料)僅僅編織成平的編織圖案，從而獲得具有編織結(jié)構(gòu)的接線板502。圖16A是俯視平面圖，圖16B是橫截面剖視圖。
雖然術(shù)語“接線板501”和“接線板502”用于解釋第四實施例，但是二者都指代圖 13所示的正電極接線板101和負電極接線板102。在隨后的說明中提及的接線板503、504、 505和506也對應(yīng)于正電極接線板101和負電極接線板102 二者。
在針織結(jié)構(gòu)接線板501和編織結(jié)構(gòu)接線板502中，電流主要地流動通過單獨纖維 510。雖然某些電流傳遞通過纖維彼此接觸的部分，但是接觸電阻的效果使得這種電流小于流過單獨纖維的電流。
如果針織結(jié)構(gòu)接線板501或編織結(jié)構(gòu)接線板502接觸電池中的集電器22 (除了最外集電器2 和22b，其布置成接觸接線板)，那么將產(chǎn)生短路。電流的集中將產(chǎn)生在出現(xiàn)內(nèi)部短路的部分，相同的部分將經(jīng)受由電流導(dǎo)致的加熱。所述加熱將熔化并且切斷一部分纖維并且電流將不再流過被切斷部分。因此，由內(nèi)部短路導(dǎo)致的雙極蓄電池的加熱能夠被防止。
用作線束材料的傳導(dǎo)纖維可以是單獨一個線束的鋁或銅線或者傳導(dǎo)樹脂的單獨一個線束或纖維。任何種類的線束材料都是可接受的，只要其在規(guī)定溫度下熔化和切斷。線束材料應(yīng)當切斷所處的規(guī)定溫度(在下文稱為“切斷溫度”)將在下文進行說明。
針織結(jié)構(gòu)接線板501和編織結(jié)構(gòu)接線板502用作彈性體并因此不同于金屬箔。由于其針織結(jié)構(gòu)，針織結(jié)構(gòu)接線板501能夠形成為具有尤其高的彈性力。因此，在充電和放電期間的電極的膨脹和收縮以及由于熱循環(huán)的部件的膨脹和收縮能夠被吸收并且接線板相對于這種變形和使用的耐久性得以改善。當使用針織結(jié)構(gòu)時，單獨纖維的橫向方向是電流被引出離開電池的方向(輸出方向)。換句話說，纖維沿著圖13所示的正電極接線板101 和負電極接線板102的凸片IOla和102b的方向?qū)颉Ｍㄟ^沿這種方向?qū)蛩隼w維，接線板101可制成為使得電流容易地沿輸出方向流動。
針織或編織結(jié)構(gòu)能夠通過使用正常的針織或編織制造過程采用傳導(dǎo)纖維或金屬線束材料而獲得。
現(xiàn)在將討論具有網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的接線板的第一變形方案。圖17A至17B示出用于制成針織或編織結(jié)構(gòu)的纖維520的橫截面(線束材料)是橢圓形的針織或編織結(jié)構(gòu)(類似網(wǎng)的結(jié)構(gòu))的變形方案。圖17A是纖維520的單獨一束的平面視圖。圖17B是纖維520的單獨一束的橫截面剖視圖。圖17C纖維520的單獨一束的橫截面剖視圖。
如圖17所示，當使用具有橢圓橫截面形狀的纖維520(線束材料)時，纖維520布置成編織方式，使得平整方向(即，橢圓形橫截面的細長方向)沿接線板503的平面方向?qū)?。采用這種方式，能夠增加發(fā)電單元40的最外集電器2 和22b與接線板的接觸表面面積。因此，相對于最外集電器2 和22b的接觸電阻能夠減小，并且能夠更高效地從發(fā)電單元40收集電力并且饋送至凸片IOla和102a。抑制或防止產(chǎn)生內(nèi)部短路時的電流集中的效果與圖15和16所示的結(jié)構(gòu)相同。
現(xiàn)在將討論具有網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的接線板的第二變形方案。圖18示出第四實施例的另一變形方案，其中具有針織或編織結(jié)構(gòu)(網(wǎng)結(jié)構(gòu))的接線板504嵌入絕緣樹脂。圖18A是俯視平面圖，圖18B是橫截面剖視圖。
這一結(jié)構(gòu)是通過將絕緣樹脂530嵌入圖15至17所示的針織或編織結(jié)構(gòu)的任何中。圖18示出圖16所示的結(jié)構(gòu)，從而解釋這一變形方案，但是圖15至17所示的針織或編織結(jié)構(gòu)的任何是可接受的。
通過將絕緣樹脂530嵌入針織或編織結(jié)構(gòu)，構(gòu)成針織或編織結(jié)構(gòu)的單獨纖維能夠彼此絕緣。因此，電流僅在單獨纖維中流動并且不流過接觸部分。因此，纖維由于在產(chǎn)生由內(nèi)部短路造成的電流集中的部分的溫度增加而變得被切斷并且電流能夠被防止從已經(jīng)產(chǎn)生電流集中的部分流動至其他纖維。
現(xiàn)在將說明具有樹脂嵌入結(jié)構(gòu)的接線板504如何能夠被制造的實例。
能夠嵌入網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的絕緣樹脂的實例包括聚乙烯(PE)，聚丙烯(PP)，聚對苯二甲酸乙二醇酯(PET)，聚醚腈(PEN)，聚酰亞胺(PI)，聚酰胺(PA)，聚四氟乙烯(PTFE)，丁苯橡膠(SBR)，聚丙烯腈(PAN)，聚丙烯酸甲酯(PMA)，聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)，聚氯乙烯 (PVC)，聚氟乙烯(PVF)，環(huán)氧樹脂或者這些的混合物。這些樹脂材料具有非常寬的勢能窗口并且相對于正電極電勢和負電極電勢是穩(wěn)定的。由于這些材料重量也很輕，所以它們能夠?qū)崿F(xiàn)獲得具有高輸出密度的雙極蓄電池。
當前述聚合物樹脂的任何被嵌入網(wǎng)格結(jié)構(gòu)中時，網(wǎng)格結(jié)構(gòu)浸入已經(jīng)溶解在溶劑中
26的聚合物材料，聚合物材料允許浸泡入網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)。該網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)然后干燥從而移除溶劑并且獲得嵌入有樹脂的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)。接下來，樹脂嵌入網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的傳導(dǎo)纖維(或金屬)的表面通過研磨或磨亮樹脂嵌入網(wǎng)格結(jié)構(gòu)的表面而露出，從而切斷該樹脂部分并且暴露傳導(dǎo)纖維(或金屬)。使得傳導(dǎo)纖維(或金屬)暴露的表面處于將接觸發(fā)電單元40的最外集電器2 或 22b的接線板的側(cè)部上。
現(xiàn)在將討論具有網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的接線板的第三變形方案。第四實施例的另一變形方案如圖19所示。在這一變形方案中，傳導(dǎo)性薄膜540設(shè)置在具有編織結(jié)構(gòu)的嵌入絕緣樹脂 (圖18所示的結(jié)構(gòu))的接線板505的表面上。該表面處于將接觸發(fā)電單元40的最外集電器2 或22b的接線板505的一側(cè)上。圖19是接線板505的橫截面剖視圖。相同的俯視平面圖被省略，因為其與圖18所示的樹脂嵌入結(jié)構(gòu)的相同。
傳導(dǎo)性薄膜540是通過例如蒸汽沉積或濺射而施加至絕緣樹脂嵌入網(wǎng)格結(jié)構(gòu)的表面的金屬膜。通過使用蒸汽沉積或濺射而將金屬設(shè)置在編織結(jié)構(gòu)的表面上，該金屬能夠形成為牢固地粘附至該編織結(jié)構(gòu)的所有纖維的表面。同樣，所沉積的金屬增加發(fā)電單元40 的最外集電器2 或22b與接線板505之間的接觸表面面積。因此，編織接線板505與發(fā)電單元40之間的接觸電阻能夠被減小。
傳導(dǎo)薄膜540優(yōu)選地由具有高傳導(dǎo)性的鋁、銅或另一金屬制成。膜厚度優(yōu)選地等于或小于1 μ m并且大概200nm足夠。該膜厚度不希望超過1 μ m,因為當膜較厚時存在纖維不會響應(yīng)于溫度的增加而切斷的可能性?？山邮艿氖?，假設(shè)最小的許用膜厚度是能夠通過蒸汽沉積或濺射而制成的最小厚度。傳導(dǎo)薄膜MO的功能是為了相對于最外集電器2 和22b增加表面接觸面積，并且其能夠足夠良好地滿足這一功能，即使其很薄。換句話說， 傳導(dǎo)薄膜540本身不需要用作傳遞電流的接線板。
同樣可接受的是，傳導(dǎo)性薄膜540可通過除了蒸汽沉積或濺射的方法而形成。
采用充分薄的膜，當由于內(nèi)部短路而產(chǎn)生電流集中時，纖維在電流集中由于溫度增加而產(chǎn)生的部分中切斷。在正常狀態(tài)下，電能能夠高效地從發(fā)電單元40收集并且傳遞至凸片IOla和102a。
現(xiàn)在將解釋切斷溫度。該切斷溫度根據(jù)將使用雙極蓄電池的溫度而不同。例如， 當用于車輛應(yīng)用的鋰離子電池使用于60°C時，優(yōu)選地使纖維切斷于65至150°C。如果切斷溫度設(shè)定為低于65°C，那么存在纖維將在正常使用溫度下切斷并且電池?zé)o法滿足其所設(shè)定功能的可能性。相反地，如果切斷溫度高于150°C，那么如果局部溫度增加沒有保持處于監(jiān)控狀態(tài)，存在整個電池的溫度將增加的可能性。因此，切斷溫度應(yīng)當根據(jù)使用在雙極蓄電池中的材料和雙極蓄電池的應(yīng)用而設(shè)定為適當值，在這一說明書中將不指出對于切斷溫度的限制。
用于制造具有針織結(jié)構(gòu)或編織結(jié)構(gòu)的接線板的纖維可以是例如傳導(dǎo)樹脂的纖維或者單獨線束的金屬。
由傳導(dǎo)樹脂制成的纖維能夠采用傳導(dǎo)聚合物或包含已經(jīng)被處理成纖維狀狀態(tài)的傳導(dǎo)材料的樹脂(這些樹脂集合地指代為“傳導(dǎo)樹脂”)制成?？山邮艿木酆衔锖蛡鲗?dǎo)材料與先前關(guān)于傳導(dǎo)樹脂集電器所述的材料相同。
當這種傳導(dǎo)樹脂用于這種纖維時，除了將纖維設(shè)計成切斷于該切斷溫度，有必要保持足夠程度的傳導(dǎo)性，從而允許在正常狀態(tài)下從發(fā)電單元40收集的電流朝向凸片流動。這里，“正常狀態(tài)”指代由內(nèi)部短路導(dǎo)致的電流集中沒有產(chǎn)生的狀態(tài)。因此，每個單獨纖維的體積電阻被設(shè)定為IO2 Ω-cm，或者更優(yōu)選地，IO2至10_5 Ω-cm。當體積電阻處于這一范圍時，網(wǎng)格纖維能夠以高效的方式傳遞從發(fā)電單元40收集的電流朝向凸片。
同樣可以接受的是采用薄的金屬束制成纖維。所使用的金屬可以是例如鋁、銅或不銹鋼。在20°C下，鋁的體積電阻是2. 8 X 10_6 Ω -cm,銅的體積電阻為1. 7 X 10_6 Ω -cm,不銹鋼(SUS410)的體積電阻是62.2X 10_6Ω-cm。其他金屬材料也可以使用。金屬束可制成為更厚從而允許更多的電流在正常狀態(tài)下流動，可以使用合金，使得所述束在切斷溫度立刻切斷。
傳導(dǎo)纖維或金屬束制成為適當?shù)暮穸葟亩@得前述切斷溫度。
現(xiàn)在將說明具有網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的接線板的第四變形方案。雖然到目前為止已根據(jù)通過制造針織結(jié)構(gòu)或編織結(jié)構(gòu)而獲得類似網(wǎng)的結(jié)構(gòu)的實例說明第四實施例，但是根據(jù)第四實施例的接線板并不局限于針織或編織結(jié)構(gòu)。例如，如圖20所示，可接受通過模具沖壓單獨一個金屬片而制成沖壓網(wǎng)506(金屬網(wǎng)結(jié)構(gòu))。在這種情況下，構(gòu)成網(wǎng)的網(wǎng)束所形成的寬度使得它們在切斷溫度切斷。因此，當產(chǎn)生由內(nèi)部短路導(dǎo)致的電流集中時，在產(chǎn)生電流集中的部分中的網(wǎng)束由于那一部分中的溫度增加而變得被切斷，并且雙極蓄電池的溫度增加能夠被抑制或防止。
第四實施例的工作實例 根據(jù)第四實施例構(gòu)造的雙極蓄電池的實驗樣品已被制造并且其循環(huán)測試特性已被評測。
現(xiàn)在將說明雙極蓄電池樣品的結(jié)構(gòu)。
正電極材料通過以規(guī)定比例混合下述材料而制成。
· LiMn2O4(85wt% )用作正電極活性材料。
·乙炔黑(5wt% )用作傳導(dǎo)性增強器。
· PVDF(IOwt% )用作粘合劑。
· NMP用作溶劑，將正電極材料的泥漿的粘度調(diào)節(jié)至適于涂覆的粘度。
·樹脂集電器的一個表面涂覆有泥漿，然后干燥以獲得正電極。
負電極材料通過以規(guī)定比例混合隨后材料而制成 ·硬碳(85wt% )用作負電極活性材料。
·乙炔黑(5wt% )用作傳導(dǎo)性增強器。
· PVDF(IOwt% )用作粘合劑。
· NMP用作溶劑，將正電極材料的泥漿的粘度調(diào)節(jié)至適于涂覆的粘度。
樹脂集電器的一個表面涂覆有泥漿，然后干燥以獲得一側(cè)上具有正電極、另一側(cè)上具有負電極的集電器，即，完整的雙極電極。
除了上述方法，正電極和負電極能夠通過將包括預(yù)涂覆金屬箔的電極傳遞至樹脂集電器而制成。
該集電器使用聚乙烯、聚酰亞胺或者其他樹脂材料作為基部材料、混合該基部材料與作為傳導(dǎo)材料的乙炔黑(碳材料)并且擠壓該混合物以將集電器形成為薄膜而制成。
電解質(zhì)材料通過以規(guī)定比例混合下述材料而制成。
· PC和EC以1比1的比例混合，IM LiPF6 (90wt% )作為鋰鹽添加從而獲得電解質(zhì)溶液。
如上所述制成的雙極電極、密封材料和分離器彼此堆疊(層疊)并且從上方和下方壓制(壓力和熱)在外周部分的三側(cè)上從而熔化和密封所述層，由此獲得發(fā)電單元。該壓制條件為0. 2VPa，200°C，5秒。
密封材料是基于聚乙烯的熱塑性樹脂；聚丙烯或環(huán)氧樹脂也是可接受的。
液體電解質(zhì)從未被壓制的剩余側(cè)注入，然后該剩余側(cè)被壓制和密封。
能夠覆蓋雙極蓄電池元件的整個突出面的接線板根據(jù)下述工作實例制成。該接線板布置成夾置層疊發(fā)電單元，接線板和發(fā)電單元涂覆有鋁疊層作為外部殼并且真空密封。 該整個雙極蓄電池單元以大氣壓從兩側(cè)而被壓制從而增加接線板與發(fā)電單元之間的接觸， 由此完成凝膠電解質(zhì)雙極蓄電池樣品的制造。
現(xiàn)在將說明評價方法 工作實例1 在這一工作實例中，具有如圖16所示的編織結(jié)構(gòu)的接線板502用作雙極蓄電池樣品的接線板。該編織結(jié)構(gòu)由具有100 μ m的直徑的鋁束制成并且編織成以100 μ m間隔開從而將切斷溫度100°C定為目標。
裝配有接線板502的雙極蓄電池樣品的初始充電被執(zhí)行，初始電壓被檢測。接下來，從外罩的表面將局部電壓施加至電池從而在內(nèi)部集電器與接線板之間建立接觸并且引發(fā)內(nèi)部短路。
充電/放電循環(huán)測試然后在50°C下執(zhí)行。即使在超過50個循環(huán)之后仍保持初始電壓，即，示出良好的循環(huán)特性。外罩的表面溫度也在充電/放電循環(huán)測試期間被監(jiān)視并且被發(fā)現(xiàn)不超過50°C，其是測試期間的環(huán)境溫度。
工作實例2 在這一工作實例中，具有如圖17所示的編織結(jié)構(gòu)的接線板503用作雙極蓄電池樣品的接線板。該編織結(jié)構(gòu)由具有50 μ m的短直徑和200 μ m的長直徑的橫截面形狀的鋁束制成。該鋁束編織成以IOOym間隔開，該編織結(jié)構(gòu)設(shè)計成以切斷溫度100°C為目標。
裝配有接線板503的雙極蓄電池樣品的初始充電被執(zhí)行，初始電壓被檢測。接下來，從外罩的表面將局部電壓施加至電池從而在內(nèi)部集電器與接線板之間建立接觸并且引發(fā)內(nèi)部短路。
充電/放電循環(huán)測試然后在50°C下執(zhí)行。即使在超過50個循環(huán)之后也保持初始電壓，即，示出良好的循環(huán)特性。外部罩的表面溫度也在充電/放電循環(huán)測試期間被監(jiān)視并且被發(fā)現(xiàn)不超過50°C，其是測試期間的環(huán)境溫度。
工作實例3 在這一工作實例中，如圖18所示的具有嵌入絕緣樹脂的編織結(jié)構(gòu)的接線板504 用作雙極蓄電池樣品的接線板。該網(wǎng)格結(jié)構(gòu)由具有100 μ m直徑的鋁束制成并且編織成以 100 μ m間隔開，從而以切斷溫度100°C為目標?；诰垡蚁┑臒崴苄詷渲米髑度霕渲?。在樹脂嵌入網(wǎng)格結(jié)構(gòu)之后，鋁束暴露在將接觸發(fā)電單元的表面。
裝配有接線板504的雙極蓄電池樣品的初始充電被執(zhí)行，初始電壓被檢測。接下來，從外罩的表面將局部電壓施加至電池從而在內(nèi)部集電器與接線板之間建立接觸并且引發(fā)內(nèi)部短路。
充電/放電循環(huán)測試然后在50°C下執(zhí)行。即使在超過50個循環(huán)之后也保持初始電壓，即，示出良好的循環(huán)特性。外罩的表面溫度也在充電/放電循環(huán)測試期間被監(jiān)視并且被發(fā)現(xiàn)不超過50°C，其是測試期間的環(huán)境溫度。
工作實例4 在這一工作實例中，具有如圖19所示的編織結(jié)構(gòu)的接線板505用作雙極蓄電池樣品的接線板，其嵌入有絕緣樹脂并且設(shè)置有由銅制成的薄膜。該編織結(jié)構(gòu)由具有ΙΟΟμπι直徑的鋁束制成并且編織成以ΙΟΟμπι間隔開，從而以切斷溫度100°C為目標。基于聚乙烯的熱塑性樹脂用作嵌入樹脂。在樹脂嵌入網(wǎng)格結(jié)構(gòu)之后，鋁束暴露在將接觸發(fā)電單元的表面。 由銅制成的薄膜被蒸汽沉積至暴露鋁的表面上200nm的厚度。
裝配有接線板505的雙極蓄電池樣品的初始充電被執(zhí)行，初始電壓被檢測。接下來，從外罩的表面將局部電壓施加至電池從而在內(nèi)部集電器與接線板之間建立接觸并且弓I 發(fā)內(nèi)部短路。
充電/放電循環(huán)測試然后在50°C下執(zhí)行。即使在超過50個循環(huán)之后保持初始電壓，即，示出良好的循環(huán)特性。外罩的表面溫度也在充電/放電測試循環(huán)期間被監(jiān)視并且被發(fā)現(xiàn)不超過50°C，其是測試期間的環(huán)境溫度。
比較性實例1 作為比較性實例，使用用于每個接線板的單獨一片鋁箔制造雙極蓄電池樣品。裝配有鋁箔接線板的雙極蓄電池樣品的初始充電被執(zhí)行，初始電壓被檢測。接下來，從外罩的表面將局部電壓施加至電池從而在內(nèi)部集電器與接線板之間建立接觸并且引發(fā)內(nèi)部短路。
之后，當嘗試在50°C下對電池樣品充電時電池電壓將不會上升。因此，不能執(zhí)行重復(fù)的充電和放電。
通過所述工作實例獲得的結(jié)果示出即使當產(chǎn)生內(nèi)部短路時，根據(jù)第四實施例的雙極蓄電池的溫度不會上升，電池能夠被重復(fù)地充電和放電。
現(xiàn)在將說明由第四實施例示出的效果。
在第四實施例中，接線板具有網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)并且構(gòu)成網(wǎng)的每種單獨材料束設(shè)計成由于產(chǎn)生內(nèi)部短路時的熱量而被切斷。因此，雙極蓄電池整體的溫度不會在產(chǎn)生內(nèi)部短路時增加。由于任何不必要的電流集中被中斷，所以能夠保持更均一的電流分布和更均一的溫度， 能夠改善電池的使用壽命。內(nèi)部短路的原因包括例如作為在雙極蓄電池整體上的力以及傳導(dǎo)性外部物質(zhì)通過外罩對電池的滲入(例如，釘子刺破電池)。
通過使用針織或編織結(jié)構(gòu)來獲得類似網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，能夠獲得具有優(yōu)良柔韌性的接線板，并且接線板能夠在充電和放電期間適應(yīng)雙極蓄電池整體的膨脹和收縮，而不使得壓力在電池內(nèi)部增加。
通過使用具有橢圓形橫截面形狀的束材料形成網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，能夠在接線板與發(fā)電單元之間實現(xiàn)較大的接觸表面面積，接線板能夠從發(fā)電單元更高效地抽出電流。
通過將絕緣樹脂嵌入該類似網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，能夠防止電力在網(wǎng)材料束之間傳遞。因此， 當產(chǎn)生內(nèi)部短路時，電流能夠被防止流動通過其他束。
當絕緣樹脂嵌入接線板的網(wǎng)結(jié)構(gòu)中時，接線板能夠通過將傳導(dǎo)性薄膜設(shè)置在接線板表面上(在將接觸發(fā)電單元的側(cè)部上)而實現(xiàn)從發(fā)電單元更高效地抽出電流。
具有網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)由金屬制成的接線板也能夠通過模具沖壓制成。模具沖壓得到的金
30屬網(wǎng)能夠容易地制成。
根據(jù)第四實施例的雙極蓄電池也能夠用于制成電池組，類似于第一至第三實施例。另外，雙極蓄電池或電池組能夠安裝在車輛中。此外，由于這種電池組或車輛使用設(shè)計成抑制或防止由內(nèi)部短路導(dǎo)致的加熱的雙極蓄電池，所以電池能夠被防止產(chǎn)生熱損害。
第五買施例 根據(jù)第五實施例的雙極蓄電池基本上與根據(jù)第四實施例的雙極蓄電池相同，除了接線板的構(gòu)成特征。除了接線板的部件的說明在隨后的說明中省略，因為其他部件與第四實施例中相同。圖21是根據(jù)第五實施例的接線板601的橫截面示意性視圖。接線板601 設(shè)計成用作圖13所示的正接線板101或負接線板102。
這一接線板601包括由樹脂混合傳導(dǎo)性材料(傳導(dǎo)性填充物)610制成的傳導(dǎo)性樹脂層605。接線板601用于抑制或中斷電流的集中。
通過調(diào)節(jié)混合入該樹脂材料的傳導(dǎo)性材料610的比例，電流能夠容易地沿平面方向流動，并且所得到的接線板的拉伸強度低于集電器的拉伸強度。
圖22是示出接線板601如何防止產(chǎn)生電流集中的示意圖。如圖22所示，由于接線板601的拉伸強度小，所以當接線板經(jīng)受能夠造成內(nèi)部短路的力時接線板601斷開。這一斷開導(dǎo)致用作電流攜帶元件的傳導(dǎo)性材料610隨著一些樹脂分散開。該圖示出由樹脂和傳導(dǎo)性材料制成的分散件620。由于電流不能在斷開部分中流動，所以能夠防止由于內(nèi)部短路產(chǎn)生的電流集中。同樣，由于接線板601的拉伸強度低于集電器的拉伸強度，所以當由內(nèi)部短路產(chǎn)生的力到達接線板601時，接線板601能夠可靠地斷開并且導(dǎo)致傳導(dǎo)性樹脂中用作電流攜帶元件的傳導(dǎo)性材料610散開。
處于獨立狀態(tài)下的接線板601的拉伸強度優(yōu)選地不大于例如ΙΟΝ/mm2。因此，如果超過ΙΟΝ/mm2的力作用于接線板601，那么接線板601將斷開并且傳導(dǎo)性材料610 (電流傳導(dǎo)元件)將散開。因此，當能夠?qū)е聝?nèi)部短路的力作用在接線板601上時，接線板601內(nèi)部的傳導(dǎo)性材料能夠被可靠地分散開。從防止內(nèi)部短路的觀點來看，對于拉伸強度沒有特定的下限。不管拉伸強度多小都沒有關(guān)系，只要接線板601能夠保持其形狀。由于雙極蓄電池作為整體被外罩覆蓋，所以接線板能夠具有相當?shù)偷睦鞆姸炔⑶胰匀怀浞值赜米麟p極蓄電池的接線板。換句話說，接線板的拉伸強度需要足夠低，使得接線板在大小足夠斷開外罩的力作用在接線板上時立刻斷開。
為了獲得足夠的拉伸強度，構(gòu)成接線板601的使用在傳導(dǎo)樹脂中的傳導(dǎo)性材料的比例優(yōu)選為相對于接線板601的整個重量為3至90wt%，更優(yōu)選地為10至90wt%。如果傳導(dǎo)性材料的量小于3wt%，那么將不會獲得足夠的傳導(dǎo)性。相反地，如果傳導(dǎo)性材料的量超過90wt%，那么將不具有足夠的樹脂材料支承傳導(dǎo)性材料，存在接線板將不能保持其形狀的可能性。
根據(jù)雙極蓄電池的形狀，10至50wt%的一部分從確保電池結(jié)構(gòu)被密封的觀點來看是優(yōu)選的。一種形式的雙極蓄電池不使用集電器作為最外層，接線板60直接地連接至正電極活性材料層或負電極活性材料層。在這種情況下，如果傳導(dǎo)性材料的比例超過50wt %， 那么存在樹脂將不會進入傳導(dǎo)性材料件之間的間隙以及敞開間隙仍然保持的可能性。因此，接線板的密封性能低，電解質(zhì)會從接線板直接連接的正電極活性材料層或負電極活性材料層泄漏出來。
同樣，這種接線板的體積電阻優(yōu)選為1 Ω-cm或者更小，更優(yōu)選地0. 001 Ω-cm或者更小。接線板的厚度為優(yōu)選0.1mm或更大，或者更優(yōu)選地Imm或更大。這種體積電阻是需要的從而使得接線板按照需要地工作，即，使得電流能夠容易地沿平面方向流動。
用于制成接線板601的傳導(dǎo)性樹脂是具有直接插入其中的傳導(dǎo)性材料的樹脂或者具有與粘合劑共同插入其中的傳導(dǎo)性材料的樹脂。樹脂的材料和形狀和傳導(dǎo)性材料基本上在第四實施例中如上所述。材料和形狀的說明在此省略從而避免相同信息的重復(fù)出現(xiàn) (但是圖14所示的傳導(dǎo)性材料填充入空腔的結(jié)構(gòu)并不包括在這一實施例中以作為對于傳導(dǎo)性樹脂的可能性)。
接線板601優(yōu)選為通過例如擠壓或滾壓而形成。更具體地說，在樹脂和傳導(dǎo)性材料熔化并混合到一起以后，接線板601能夠通過諸如膨脹擠壓、T模具擠壓或壓延滾壓的擠壓或滾壓方法形成。該接線板優(yōu)選地不是使用包括拉引的方法形成。如果接線板未被拉引， 那么所使用的樹脂成分將不會在成型過程期間被加壓，其結(jié)晶度能夠保持低。因此，可提供高度易斷的接線板601。
現(xiàn)在將討論第五實施例的變形方案。圖23是用于說明第五實施例的變形方案的接線板的表面的俯視平面圖。許多擦痕620設(shè)置在這一接線板602的前表面和后表面。除了擦痕620，接線板602與第五實施例的接線板601相同。
擦痕620包括在形成接線板之后形成在接線板602的表面上的無數(shù)的頭發(fā)狀的擦痕。也可接受擦痕620形成在僅一側(cè)的表面上而不是兩側(cè)上。設(shè)置擦痕620使得接線板602 能夠當強力作用在接線板602上時更容易地斷開，由此增加電流集中防止作用。雖然擦痕 620描述在附圖中作為隨機布置，但是對于擦痕620的布置或數(shù)量不具有特定的限制。擦痕 620能夠以隨機的方式豎直地、水平地和沿對角線地布置，如該圖所示，或者例如，擦痕620 能夠以規(guī)則的形式豎直地、水平地和/或沿對角線地布置，其間具有相等的間隔。同樣可接受地使得擦痕620僅豎直地、僅水平地或僅沿對角線地布置。任何布置也是可接受的，只要接線板602當經(jīng)受力時容易地斷開。
第五實施例的工作實例 接線板的結(jié)構(gòu)如下所述。否則，雙極蓄電池樣品采用與上述關(guān)于第四實施例的工作實例相同的方式制成。
工作實例5 現(xiàn)在將說明制造接線板的方式。
聚酯丸和碳黑混合到一起、熔化并且調(diào)和。調(diào)和的材料然后使用?；瘷C器形成為小丸。所制成的小丸通過使用平的熱壓制設(shè)備對其進行壓制而形成為傳導(dǎo)性膜。該膜形成入接線板(通過對其進行切割)，雙極蓄電池樣品使用接線板制成。
比例性實例2 所制成的雙極蓄電池樣品與工作實例5相同，除了接線板采用鋁箔制成。
評價 在所制成的電池樣品被充電之后，具有20mm直徑的環(huán)形桿用于將力施加至電池的中心部分，使得產(chǎn)生內(nèi)部短路。電池樣品的電壓然后被測量。采用工作實例5，基本上沒有觀察到電壓降低。同時，在比較性實例2中觀察到大的電壓降低。同樣，工作實例5未示出溫度增加，而比較性實例2未示出溫度增加。根據(jù)所獲得的結(jié)果，采用根據(jù)第五實施例的
32結(jié)構(gòu)，內(nèi)部短路不會產(chǎn)生，雙極蓄電池整體的溫度不會增加，即使當大力施加至該電池。簡短地說，電池持續(xù)示出與雙極蓄電池相同的性能，即使在其經(jīng)受這種力之后。
現(xiàn)在將說明由第五實施例示出的效果。在第五實施例中，由于接線板形成為具有比集電器小的拉伸強度，所以接線板中的傳導(dǎo)性元件在接線板經(jīng)受能夠造成內(nèi)部短路的力時分散。因此，電流不能在產(chǎn)生分散的部分中流動并且防止由于內(nèi)部短路產(chǎn)生電流集中。內(nèi)部短路的原因包括例如作用在雙極蓄電池整體上的力以及傳導(dǎo)性外部物體穿過外罩進入電池(例如，釘子刺破電池)。當力作用在雙極蓄電池整體上時，傳導(dǎo)性元件在接線板的產(chǎn)生力的部分處分散。當外部物體穿透電池時，產(chǎn)生在穿透時刻的力導(dǎo)致接線板的傳導(dǎo)性元件分散。
通過使得接線板的拉伸強度為ΙΟΝ/mm2或更小，當能夠造成內(nèi)部短路的力從外部產(chǎn)生作用時，接線板能夠以局部的方式被可靠地斷開，能夠防止由內(nèi)部短路產(chǎn)生的電流集中。
由于接線板由樹脂和傳導(dǎo)性材料的混合物制成，所以能夠獲得所需的拉伸強度， 同時也確保接線板具有足夠的傳導(dǎo)性從而充分地作為接線板發(fā)揮作用。
由于接線板在制造過程期間沒有被拉引，所以高度脆的接線板能夠獲得。
傳導(dǎo)材料相對于使用在接線板中的總重量的質(zhì)量比優(yōu)選為從3至90wt%。因此， 接線板能夠設(shè)計成使得其具有足夠程度的傳導(dǎo)性，也使得傳導(dǎo)性在能夠?qū)е聝?nèi)部短路的力作用在電池上時容易地分散。
通過在接線板的至少一個表面中形成擦痕，其脆度能夠增加使得當能夠?qū)е聝?nèi)部短路的力作用在電池上時傳導(dǎo)性材料更容易分散。
根據(jù)第五實施例的雙極蓄電池也能夠用于制成電池組，類似于第一至第四實施例。另外，雙極蓄電池或電池組能夠安裝在車輛中。此外，由于這種電池組或車輛使用的雙極蓄電池設(shè)計成抑制或防止由內(nèi)部短路導(dǎo)致的加熱，所以電池能夠被防止產(chǎn)生損害。
雖然已經(jīng)選擇僅僅選定的實施例示出本發(fā)明，但是本領(lǐng)域技術(shù)人員從本公開內(nèi)容清楚可知可在不脫離如所附權(quán)利要求限定的發(fā)明的范圍的情況下在這里作出各種改變和改進。例如，集電器能夠采用如第一實施例中的設(shè)置在相鄰區(qū)域之間的絕緣裝置分隔為多個區(qū)域，接線板能夠根據(jù)第四或第五實施例制成。相反地，集電器能夠由樹脂制成，設(shè)計成使得電流不能如第四實施例中那樣容易地沿平面方向流動，接線板能夠根據(jù)第一至第三實施例其中的任何制成。各種其他組合也能夠用于抑制或中斷由內(nèi)部短路導(dǎo)致的電流的集中并且防止在雙極蓄電池中產(chǎn)生溫度增加。另外，在所有實施例中，雙極蓄電池的形式能夠被改進使得集電器不被用作最外層并且接線板直接地連接至正電極活性材料層或負電極活性材料層。
同樣也不必要使得所有優(yōu)勢都同時存在于特定實施例中。不同于現(xiàn)有技術(shù)的每個特征，單獨地或與其他特征組合地，也應(yīng)當被理解為申請人對其它發(fā)明的分開的說明，包括由這種(各)特征實現(xiàn)的結(jié)構(gòu)性和/或功能性概念。因此，根據(jù)本發(fā)明的實施例的前述說明僅僅用于示例，而不是為了限制如所附權(quán)利要求以及其等同內(nèi)容限定的發(fā)明。
權(quán)利要求
1.一種雙極蓄電池，包括包括多個雙極電極的發(fā)電單元，所述雙極電極沿堆疊方向彼此堆疊，電解質(zhì)層設(shè)置在雙極電極之間并且使所述雙極電極分離開，每個所述雙極電極包括集電器、形成在所述集電器的第一側(cè)表面上的正電極活性材料層和形成所述集電器的第二側(cè)表面上的負電極活性材料層；以及一對接線板，第一接線板連接至所述發(fā)電單元的第一堆疊方向面對端，第二接線板連接至所述發(fā)電單元的第二堆疊方向面對端，所述第一和第二接線板其中的至少一個包括電流抑制裝置，所述電流抑制裝置抑制當內(nèi)部短路產(chǎn)生在所述發(fā)電單元中時產(chǎn)生的電流。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的雙極蓄電池，其中所述電流抑制裝置選擇性地由電流中斷裝置和電流限制裝置其中的一個形成，所述電流中斷裝置中斷電流，所述電流限制裝置通過沿所述至少一個接線板的平面方向分隔所述至少一個接線板而抑制電流，其中，所述至少一個接線板的平面方向相對于所述發(fā)電單元的堆疊方向垂直地導(dǎo)向。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的雙極蓄電池，其中所述集電器其中的至少一個具有絕緣裝置，所述絕緣裝置沿所述至少一個集電器的平面方向分隔所述至少一個集電器，其中，所述至少一個集電器的平面方向相對于所述發(fā)電單元的堆疊方向垂直地導(dǎo)向。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的雙極蓄電池，其中所述至少一個接線板的電流抑制裝置設(shè)置的位置沿著所述發(fā)電單元的堆疊方向觀看基本上對齊于所述至少一個集電器的絕緣裝置的位置。
5.根據(jù)權(quán)利要求2或4所述的雙極蓄電池，其中所述電流抑制裝置包括用作所述電流限制裝置的可變電阻，所述可變電阻的電阻值由外部控制裝置控制。
6.根據(jù)權(quán)利要求2或4所述的雙極蓄電池，其中所述電流抑制裝置包括用作所述電流限制裝置的校正元件。
7.根據(jù)權(quán)利要求2或4所述的雙極蓄電池，其中所述電流抑制裝置包括用作所述電流中斷裝置的開啟/關(guān)閉電路，所述開啟/關(guān)閉電路的開啟/關(guān)閉狀態(tài)由外部控制裝置控制。
8.根據(jù)權(quán)利要求2或4所述的雙極蓄電池，其中所述電流抑制裝置包括用作電流中斷裝置的熔絲。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的雙極蓄電池，其中所述至少一個接線板具有用作所述電流抑制裝置的類似網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的雙極蓄電池，其中所述類似網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)包括多個線束，所述多個線束或者針織成針織結(jié)構(gòu)或者編織成編織結(jié)構(gòu)。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的雙極蓄電池，其中所述線束具有橢圓形橫截面。
12.根據(jù)權(quán)利要求10或11所述的雙極蓄電池，其中絕緣樹脂嵌入所述針織結(jié)構(gòu)或編織結(jié)構(gòu)。
13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的雙極蓄電池，其中所述至少一個接線板具有金屬箔，所述金屬箔布置在所述至少一個接線板的接觸所述發(fā)電單元的一側(cè)上。
14.根據(jù)權(quán)利要求9所述的雙極蓄電池，其中所述類似網(wǎng)狀的結(jié)構(gòu)是非編織的金屬網(wǎng)結(jié)構(gòu)。
15.根據(jù)權(quán)利要求1所述的雙極蓄電池，其中所述至少一個接線板具有小于所述至少一個集電器的拉伸強度從而形成所述電流抑制裝置。
16.根據(jù)權(quán)利要求15所述的雙極蓄電池，其中所述至少一個接線板的拉伸強度等于或小于10N/mm2。
17.根據(jù)權(quán)利要求15或16所述的雙極蓄電池，其中所述至少一個接線板由樹脂和傳導(dǎo)性材料制成。
18.根據(jù)權(quán)利要求15至17任一項所述的雙極蓄電池，其中所述至少一個接線板使用擠壓過程或滾壓過程而不使用拉引過程形成。
19.根據(jù)權(quán)利要求17或18所述的雙極蓄電池，其中所述至少一個接線板包含相對于所述至少一個接線板的總重量為3至90Wt%的傳導(dǎo)性材料。
20.根據(jù)權(quán)利要求15至19任一項所述的雙極蓄電池，其中所述至少一個接線板在至少一個表面上具有擦痕。
21.一種電池組，包括串聯(lián)地和/或并行地連接到一起的根據(jù)權(quán)利要求1至20任一項所述的多個雙極蓄電池。
22.—種車輛，包括包括根據(jù)權(quán)利要求1至20任一項所述的雙極蓄電池的電源。
23.一種雙極蓄電池，包括 用于產(chǎn)生電力的發(fā)電裝置；以及端子裝置，用于為所述發(fā)電裝置提供連接，所述端子裝置包括用于抑制當內(nèi)部短路產(chǎn)生在所述發(fā)電裝置中時產(chǎn)生的電流的電流抑制裝置。
全文摘要
設(shè)置一種雙極蓄電池，基本上包括發(fā)電單元(40)和一對接線板(101、102)。所述發(fā)電單元(40)包括多個雙極電極(21)，所述雙極電極沿堆疊方向彼此堆疊，電解質(zhì)層(25)設(shè)置在雙極電極(21)之間并且使所述雙極電極(21)分離開。每個所述雙極電極(21)包括集電器(22)、形成在所述集電器(22)的第一側(cè)表面上的正電極活性材料層(23)和形成所述集電器(22)的第二側(cè)表面上的負電極活性材料層(24)。第一接線板(101)連接至所述發(fā)電單元(40)的第一堆疊方向面對端。第二接線板(102)連接至所述發(fā)電單元(40)的第二堆疊方向面對端。所述接線板(101、102)其中的至少一個包括電流抑制裝置(52A、52B)，所述電流抑制裝置抑制當內(nèi)部短路產(chǎn)生在所述發(fā)電單元(40)中時產(chǎn)生的電流。
文檔編號H01M10/0585GK102187504SQ200980141657
公開日2011年9月14日 申請日期2009年10月19日 優(yōu)先權(quán)日2008年10月20日
發(fā)明者須賀創(chuàng)平, 青柳成則, 小原健兒, 太田康雄, 片村淳二, 小比賀基治, 保坂賢司, 堀江英明, 渡邊茂雄 申請人:日產(chǎn)自動車株式會社