电池组件的制作方法

专利名称：电池组件的制作方法
技术领域：
本发明总体上涉及电池组件(battery pack)，例如，包括非水电解质二次电池的 电池组件。具体地，本发明涉及一种将电池组(battery group)及其保护电路基板一体化 的电池组件，该电池组包括多个电池，每个电池都包括通过缠绕或堆叠其间具有隔膜的正 极和负极而形成的并通过封装材料封装的电池元件。
背景技术：
近来，诸如摄像机、便携式电话、便携式计算机等的大量便携式电子设备已经出 现，并且这些电子设备的尺寸和重量日益减小。随着电子设备变得更小且更轻，也期望用作 这些电子设备的便携式电源的电池组件更小且更轻，并实现高能量。在这样的电池组件中 所使用的电池的一个实例为高容量锂离子二次电池。锂离子二次电池包括这样的电池元件，该电池元件包括能够嵌入或脱嵌锂离子的 正极和负极。该电池元件被密封在金属壳或金属层模具中，并且通过电连接至电池元件 的电路基板来控制。现有技术的一些锂离子二次电池与电路基板一起被容纳在具有上部 或下部的壳体中，从而形成电池组件(参照日本专利第3556875号、第3614767号以及第 3643792 号)。

发明内容
关于上述现有技术的锂离子二次电池，当将金属壳用于密封电池元件时，尽管可 以容易地实现高的尺寸精度，但是厚度和重量倾向于变大。相反，当将金属层模具用于密封 电池元件时，与使用金属壳时相比，可以实现更高的体积能量密度，并且可以减小厚度和重 量。然而，由于电池元件的尺寸显著变化，所以已经难以提高尺寸精度，并且其机械强度变 低。而且，近年来，将多个电池一体化的电池组件被日益使用。其实例包括使用镍氢电 池的用于汽车的电池组件(已经被投入实际使用)以及用于笔记本计算机和电动工具的电 池组件。然而，由于电池组件中的电池经历了伴随充/放电操作的反复膨胀和收缩，所以尽 管单个电池的变形量很小，但是变形的总量不可忽略。因此，在现有技术中，仅有的可行选 项是使用不会显著变形的圆柱形电池。然而，在这种情况下，电池之间存在很大的间隙，因 此体积效率低。期望提供一种电池组件，包括多个具有高体积能量密度的电池，并且即使当使用 具有高体积效率的矩形电池时，也具有良好的尺寸精度和机械强度。本发明的实施方式提供了一种电池组件，包括多个电池，每个电池都包括通过缠绕或堆叠其间具有隔膜的正极和负极所形成的电池元件以及封装该电池元件的封装材料； 连接构件，电连接电池以形成电池组；保持单元，将电池保持在一起；保护电路基板，连接 至电池组；以及外封装件，一体地包覆电池组和保护电路基板，该外封装件通过用树脂填充 容纳电池组和保护电路基板的成型模(molding die)中的空间、并且在100°C以下的温度 下固化树脂而形成。外封装材料的树脂优选包含选自尿烷树脂、丙烯酸树脂和环氧树脂中的一种树 脂。更优选地，所述树脂为选自尿烷树脂、丙烯酸树脂和环氧树脂的可固化树脂，并且包含 由经历吸热反应的化合物所构成的吸热剂。本发明的发明人已经发现，由于这样的电池组件抑制了电池的劣化、具有很好的 减振和抗冲击性能、并可以以更低的成本获得，因此其适合于汽车使用。换句话说，根据该电池组件，用诸如层模具的封装材料密闭地密封包括正极、负极 和隔膜的电池元件，从而形成电池。然后，将包括多个这样的电池的电池组件容纳在成型模 中，并且使用树脂(外封装件)与保护电路基板一体化。因此，该电池组件在微小的绝热部 与组件之间不存在接触热阻。当具有良好的热导率的树脂和填料被包含在电池组件的外封装件中时，由于不均 勻的热分布所引起的某些电池的劣化可得以显著抑制。当某些电池的容量劣化时，其他电 池变得过充电，导致其他电池的锂析出和劣化加速，从而形成恶性循环。相反，上面描述的 电池组件即使在1000次循环测试后也只产生非常小的电池劣化不均勻性。由于老化劣化以及持续的振动和冲击，在部分电路中会发生电池的端子(诸如接 头、引线等)的断开。当断开发生时，原本应该流入由于断开而被隔离的电池中的电流流入 保持连接的电池中。因此，在这样的保持连接的电池中，会流动设定电流值两倍大的电流。 结果，在电化学驱动的电池中，引起锂析出和由于过充电而导致的副反应的不安全操作条 件持续进行，因此可能导致非常严重的电池劣化和可靠性降低。相反，上面描述的电池组件 的端子从电池中引出，并且无余量地进行固定。因此，可以避免上面提及的失效模式。根据本发明的实施方式，可以提供一种电池组件，其包括比使用金属壳的电池具 有更高的体积能量密度的多个电池。即使当使用具有高体积效率的矩形电池时，也可以提 供具有良好的尺寸精度和机械强度的电池组件。此外，电池组件的尺寸和重量可得以减小， 并且安全性和可靠性可得以进一步提高。


图1是示出了装配电池的处理的透视图；图2是示出了电池元件的结构的透视图；图3A是示出了在弯曲电池的两侧前的状态的示图，而图3B是示出了在弯曲电池 的两侧后的状态的示图；图4是示出了电池组件的实施方式的截面图；图5是包括用封装材料封装的电池元件的电池的前视图；图6是示出了其中电池通过连接构件彼此电连接的电池组的实例的示图；图7是示出了电池组的另一个实例的示图；图8是示出了电池组的又一个实例的示图9A至图9E是分别示出了保持单元的实例的平面图；图IOA至图IOC是示出了制造电池组件的处理的透视图，其中忽略了保持单元的 图示；以及图IlA至图IlC是示出了使用保持单元来制造电池组件的处理的透视图。
具体实施例方式现在，将详细地描述电池组件的实施方式。在该描述中，除非另外指出，否则用于 描述浓度、含量、填充率等的符号“ ％，，均指的是质量百分数。电池组件包括多个电池；连接构件，使电池彼此电连接以形成电池组；保持单 元，将多个电池保持在一起；保护电路基板，连接至电池组；以及外封装材料，一体地包覆 电池组、保护电路基板等。每一个电池都包括通过缠绕或堆叠其间具有隔膜的正极和负极 所形成的电池元件，以及包覆该电池元件的封装材料。该外封装材料通过用树脂填充在容 纳电池组和保护电路基板的成型模中的空间并在100°c以下的温度下固化树脂而形成。该电池组件具有使电池彼此电连接的连接构件和将电池保持在一起的保持单元， 但是并不需要诸如母线、基板和弹簧等的大尺寸组件。因此，可以提高体积能量密度。用封装材料封装的电池元件具有从电极的涂覆面积密度和压制密度得到的尺寸 公差。连接构件不必为通用的由多个组件构成的稳固结构的母线。保持在电池的端子(接 头引线)之间的简单构件可以替代地被用作连接构件。这是因为，树脂最终填充了端子附 近的空间，并且一旦被固化则表现出强度和绝缘性能。因为保持单元最终将与外封装件(树脂)一体化并且可以确保强度和压力保持， 所以保持单元可以为基于电池的最大尺寸而设计的简单构件。例如，保持单元可以为与成 型模分开的构件，或者可以为用于与成型模一体地定位的销、钩、凸部、凹部等。保持单元不 仅将多个电池保持在一起，而且还将电池组固定在成型模上。例如，成型模可以为通过多个 分割部(区段)所构成的树脂成型模或简单的壳体。根据电池组件的更优选的实施方式，外封装件中的树脂可以包含尿烷树脂、丙烯 酸树脂和环氧树脂中的一种。外封装件中的树脂可以为选自尿烷树脂、丙烯酸树脂和环氧 树脂中的可固化树脂，并且可以包含含有进行吸热反应的化合物的吸热剂。电池组件的外封装件的树脂优选具有5%以上40%以下的根据日本工业标准 (JIS)K-7113的伸长率。当伸长率小于5%时，由于振动或冲击，容易发生断裂；因此，在充 /放电循环中膨胀和收缩重复发生的长期操作中，由于类似的局部断裂所引起的强度的降 低和尺寸的改变成为问题。当伸长率超过40%时，电池的膨胀和收缩不能被充分抑制，并且 不能维持正极与负极之间的界面。电池组件的外封装件的树脂根据JIS K-7191优选在0. 45MPa载荷下具有60°C以 上150°C以下的变形温度，或者55°C以上150°C以下的玻璃化转变温度(Tg)。玻璃化转变温度(Tg)优选基于为了以高灵敏度检测通过常用热分析无法检测的 高分子(聚合物)材料的局部松弛等而利用动态机械分光计(DMS)所测量的诸如弯曲、 拉伸或剪切等的变形时的反应延迟、弹性变化(tan δ)来测量。在这些测量中，使用通过 SeikoInstruments Inc.生产的DMS (EXSTAR DMS6100)，并且赋予弯曲变形，使得弯曲弹性 从IOMPa改变成120MPa，同时室温环境温度从20°C改变成200°C，从而从弹性变化的角度评估玻璃化转变温度(Tg)。可选地，可以通过使用通过差示扫描量热法(DSC)所确定的拐点 或通过在特定压力下测量具有单位长度的固体每摄氏度的伸长率所确定的线性膨胀系数 的改变点，来确定玻璃化转变温度。当在载荷下的变形温度低于60°C或玻璃化转变温度低于55°C时，并且当环境温 度增加至接近60°C时，刚性和粘度快速下降，并且外封装件变得非常容易变形。因此，由于 在通常的操作条件下发生的振动或冲击会产生变形。由于伴随充/放电操作引起的膨胀和 收缩也会产生变形。相反，当在载荷下的变形温度或玻璃化转变温度高于150°C时，需要更 长时间和更高温度来进行固化，导致生产率降低。在外封装的硬度保持不变直至150°C的情 况下，在正常操作期间内确保充分的强度会降低安全性，这是由于其会抑制在异常条件的 温度下聚合物电池快速裂开的特性。具有上述结构的电池组件的外封装件包含形状保持聚合物，其含有包含多元醇和 聚异氰酸酯的绝缘可固化聚氨酯树脂。通常，当包含树脂的材料被用在外封装件中时，通常通过使用例如模具热熔技术 一体地包覆电池组和保护电路基板来形成外封装件。在这种情况下，使用在加热时液化并 且在冷却时重新固化的热塑型树脂或例如通过加热可固化的可固化树脂。然而，由于在被加热至高于树脂的熔点或玻璃化转变点(玻璃化转变温度)的 温度50°C至150°C后热塑型树脂产生流动性，所以热塑型树脂通常被加热至约为180°C至 450°C的高温。热塑性树脂的固化开始于树脂被注入模具中的时刻。因此，为了制造薄的成 型制品，树脂被从很窄的开口提供，以覆盖很大的面积，并且这包括在注入口附近具有在几 秒钟内固化趋势的树脂的注入处理。即使当树脂被加热至高温以降低树脂的粘度时、即使 当注入压力增大时、或即使当注入口的数量增多时，具有大面积和250μπι以下厚度的电池 组件也难以获得。换句话说，当在外封装件中使用树脂时，仅可以制造具有的体积能量密度 比使用金属壳的那些更差的电池组件。另一方面，当使用现有技术的热固性树脂时，固化温 度为高约150°C并且由于固化时间长所以生产率很低。通常在非水电解质二次电池中使用的聚乙烯基隔膜通常在120°C至140°C的温度 下关闭，变为不允许离子通过的膜，并且不再起隔膜的作用。在电池中所包含的电解质(例 如，用作非水电解质的聚偏二氟乙烯)可能进行物理性能的变化，很可能导致电池的变形。一体化了电池组和保护电路基板的电池组件具有安装在保护电路内的正温度系 数(PTC)元件，使得PTC元件在异常电流流动的情况下起控制器的作用。术语“正温度系 数”意味着PTC元件的电阻随着温度而升高，因此具有正系数。然而，在这样的高温下的加 热会改变系数值并且会破坏诸如温度热熔断路(temperaturethermal cutoff)的元件，结 果保护电路基板会停止其功能。根据一个实施方式的电池组件，包含多元醇和聚异氰酸酯的绝缘可固化聚氨酯树 脂被用作在外封装件中所包括的形状保持聚合物。因此，可以在相对较低的温度下(例如， 120°C以下)一体地包覆电池组和保护电路，并且可以提供实现高尺寸精度和高机械强度 以及尺寸及重量减小的电池组件，而不会破坏电池组或保护电路基板。由于使用了包含绝缘可固化聚氨酯树脂的外封装件，所以尺寸精度被提高。因此， 利用外封装件制备的电池组件比使用金属板的更薄，并且表现出更高的产量和得以提高的 能量密度。此外，由于生产率和加工性能通过使用该外封装件而被提高，所以可以制造各种尺寸、形状、强度等的适合于各种用途的电池组件，并且可以增强设计的自由度。外封装件形状保持聚合物在一个实施方式的电池组件的外封装材料中所包括的形状保持聚合物包含含有 多元醇和聚异氰酸酯的绝缘可固化聚氨酯树脂。在本说明书中，“绝缘可固化聚氨酯树 脂”指的是生产具有在25士5°C和65士5% RH下所测量的10ιαΩ · cm以上的体积电阻值 (Ω - cm)的固化产物的材料，并且更优选地，生产具有10"Ω · cm以上的体积电阻值的固 化产物的材料。绝缘可固化聚氨酯树脂优选生产具有6以下(IMHz)的介电常数和15kV/mm 以上的击穿电压的固化产物。体积电阻值是根据JIS C2105、通过在25士5°C和65士5% RH 下开始对样品(厚度3mm)施加500V测量电压60秒后测量该值而进行测量的。在绝缘可固化聚氨酯树脂中所包括的多元醇优选具有30%以下，并且更优选为 20%以下的氧含量。当多元醇的氧含量为30%以下时，从中获得的固化产物的物理性能不 会很容易地改变。固化产物表现出高耐湿性和耐热性以及绝缘性能，因此适合于用作电池 组件的外封装件。在绝缘可固化聚氨酯树脂中所包括的多元醇优选具有200以下，并且更优选150 以下的碘值。当在包括外封装件中的形状保持聚合物中所使用的多元醇的碘值为200以 下时，所得的固化产物表现出高耐热性，并且即使在高温环境下也不会变硬或变脆。因 此，该固化产物适合于用作一体地包覆电池组和保护电路基板的外封装材料。根据JIS K3331-1995来测量碘值。在绝缘可固化聚氨酯树脂中所包含的多元醇优选为聚酯多元醇、聚醚多元醇、或 具有由碳_碳键所构成的主链的多元醇或它们的混合物。聚酯多元醇是脂肪酸与多元醇的反应产物。脂肪酸可以为选自由蓖麻油酸、氧己 酸、氧癸酸、氧十一酸、氧亚油酸、氧硬脂酸以及氧十六碳烯酸组成的组中的至少一种含羟 基长链脂肪酸。与脂肪酸反应的多元醇可以为选自由诸如乙二醇、丙二醇、丁二醇、己二醇 和二甘醇的二醇类，诸如丙三醇、三羟甲基丙烷和三乙醇胺的三官能团多元醇，诸如双甘油 和季戊四醇的四官能团多元醇，诸如山梨醇的六官能团多元醇，以及诸如麦芽糖和蔗糖的 八官能团多元醇组成的组中的至少一种。它的其他实例包括脂肪族、脂环族、或芳族胺与对 应于这些多元醇的氧化烯的加聚物以及聚酰胺-聚胺与这样的氧化烯的加聚物。特别地，优选使用蓖麻油酸甘油酯、蓖麻油酸与1，1，1_三羟甲基丙烷的聚酯多元 醇等。聚醚多元醇由乙醇与氧化烯的加聚物构成。乙醇可以为选自由乙二醇，二甘醇，丙 二醇，二丙甘醇，诸如1，3_ 丁二醇、1，4_ 丁二醇、4，4'-双羟苯基丙烷和4，4'-双羟基苯 基甲烷的二羟基醇，以及诸如丙三醇、1，1，1-三羟甲基丙烷、1，2，5_己三醇和季戊四醇的 三羟基以上的醇组成的组中的至少一种。氧化烯可以为选自由环氧乙烷、环氧丙烷、环氧丁 烷以及α-氧化烯烃组成的组中的至少一种。具有由碳-碳键构成的主链的多元醇可以为选自由丙烯醛基多元醇、聚丁二烯多 元醇、聚异戊二烯多元醇、氢化聚丁二烯多元醇、聚碳酸酯多元醇、通过在包含C-C键的多 元醇上接枝丙烯腈(AN)或苯乙烯单体(SM)所形成的多元醇、以及聚丁二醇(PTMG)组成的 组中的至少一种。在绝缘可固化的聚氨酯树脂中所包含的多元醇优选包含粉末。当多元醇包含粉末时，包含聚异氰酸酯的绝缘可固化的聚氨酯树脂和包含粉末的多元醇在一体地包覆电池组 和保护电路基板的处理中表现出良好的触变性，从而提高了可加工性。此外，由于多元醇包 含粉末，所以由包含聚异氰酸酯的绝缘可固化的聚氨酯树脂和包含粉末的多元醇所构成的 外封装件表现出提高的表面硬度、耐热性以及散热性能等。粉末的实例包括诸如碳酸钙、氢氧化铝、氧化铝、氧化硅、氧化钛、碳化硅、氮化硅、 硅酸钙、硅酸镁和碳的无机颗粒以及诸如聚丙烯酸甲酯、聚丙烯酸乙酯、聚甲基丙烯酸甲 酯、聚甲基丙烯酸乙酯、聚乙烯醇、羧甲基纤维素、聚氨酯和多酚的有机聚合物颗粒。可以单 独或组合使用这些颗粒。由这些粉末构成的颗粒的表面可以进行表面处理。用作粉末的聚 氨酯或多酚可以被用作发泡粉末。此外，粉末可以是多孔的。在绝缘可固化的聚氨酯树脂中所包含的聚异氰酸酯优选为芳族聚异氰酸酯、脂肪 族聚异氰酸酯或脂环族聚异氰酸酯、或者它们的混合物。芳族聚异氰酸酯的实例包括二苯基甲烷二异氰酸酯(MDI)、多苯基多次甲基多异 氰酸酯(粗MDI)、甲苯二异氰酸酯(TDI)、多甲苯多异氰酸酯(粗TDI)、二甲苯二异氰酸 酯(XDI)以及萘二异氰酸酯(NDI)。脂肪族聚异氰酸酯的实例包括己烷亚甲基二异氰酸酯 (HDI)。脂环族聚异氰酸酯的实例包括异佛乐酮二异氰酸酯(IPDI)。聚异氰酸酯的其他实例包括通过用碳二亚胺改性上述聚异氰酸酯而生产的碳二 亚胺改性的聚异氰酸酯、通过用异氰脲酸酯改性上述聚异氰酸酯而生产的异氰脲酸酯改性 的聚异氰酸酯、以及通过多元醇与过量的聚异氰酸酯之间的反应而生成的异氰酸封端的聚 氨酯聚合物。可以单独或组合使用聚异氰酸酯。特别地，优选使用二苯基甲烷二异氰酸酯、多苯基多次甲基多异氰酸酯或碳二亚 胺改性的聚异氰酸酯。将催化剂添加到绝缘可固化的聚氨酯树脂中，以使得在多元醇与聚异氰酸酯之间 发生反应，并且促进异氰酸酯的二聚和三聚作用。催化上述反应的通用催化剂可以被用作 催化剂。催化剂的实例包括胺类催化剂、金属类异氰脲酸酯催化剂以及有机锡化合物。胺类催化剂的实例包括诸如三乙烯二胺、2-甲基三乙烯二胺、四甲基己二胺、五甲 基二亚乙基三胺、五甲基二亚丙基三胺、五甲基己二胺、二甲基氨基乙基醚、三甲基胺丙基 乙酉享胺、三二甲基氨基丙基六S化三嗪(tridimethylaminopropylhexahydrotriazine)、以 及叔胺盐的叔胺。金属类异氰脲酸酯催化剂的实例包括诸如二月桂酸二丁锡、辛酸铅、蓖麻醇酸钾、 蓖麻醇酸钠、硬脂酸钾、硬脂酸钠、油酸钾、油酸钠、醋酸钾、醋酸钠、环烷酸钾、环烷酸钠、辛 酸钾、辛酸钠、以及它们的混合物的脂肪酸金属盐。由于异氰脲酸酯环可以被引入到绝缘可固化的聚氨酯树脂的分子中并且通过异 氰脲酸酯环的存在提高了固化产物的阻燃性和耐热性，因此优选使用金属类异氰脲酸酯催 化齐U。优选相对于100重量份的多元醇，以在0. 5重量份以上且20重量份以下的范围内来 使用金属类异氰脲酸酯催化剂。当金属类异氰脲酸酯催化剂的量小于0. 5重量份时，不会 产生充足的异氰脲酸酯。当金属类异氰脲酸酯催化剂的量相对于100重量份的多元醇大于 20重量份时，很难实现对应于于添加量的效果。有机锡化合物的实例包括醋酸三正丁基锡、三氯正丁基锡、二氯二甲基锡、二氯二 丁基锡以及氢氧化三甲基锡。这些催化剂可以按原样使用或可以溶解在诸如乙酸乙酯的溶剂中，使得其浓度在0. 至20%的范围内，随后被添加，使得相对于100重量份的异氰酸 酯，催化剂含量按固体来表示为0. 01至5重量份。不管催化剂是按原样添加或被溶解在溶 剂中，催化剂含量按固体来表示都相对于100重量份的异氰酸酯为0. 01至5重量份，并且 更优选为0. 05至1重量份。如果催化剂的含量非常小，即，小于0. 01重量份，则聚氨酯树 脂成型制品形成很慢，并且由于固化没有产生树脂状物质，所以成型变得困难。相反，当催 化剂含量超过5重量份时，树脂过快地形成，因此，很难成型为在电池组件的外封装件中所 包括的形状保持聚合物。除了绝缘可固化聚氨酯树脂之外，用作电池组件的外封装件的形状保持聚合物还 可以包含诸如填料、阻燃剂、消泡剂、抗菌剂、稳定剂、增塑剂、浓缩剂、抗真菌剂、另一种树 脂等的添加剂，只要可固化性没有劣化即可。例如，磷酸三乙酯、磷酸三(2，3-二溴丙基) 酯等可以用作上述添加剂中的阻燃剂。其他添加剂的实例包括诸如三氧化二锑和沸石的填 料以及诸如染料和颜料的着色材料。外封装件填料除了上述的形状保持聚合物之外，在电池组件中所包括的外封装件优选还包含含 有金属氧化物、金属氮化物等的填料。因此，包含绝缘可固化聚氨酯树脂的形状保持聚合物 优选与填料具有相容性和反应性。形状保持聚合物更优选与金属层压膜具有良好的粘合性 以及良好的尺寸稳定性和成型性。陶瓷填料、金属氧化物填料或金属氮化物填料可以被用作填料。金属氧化物填料 或金属氮化物填料的实例包括硅(Si)、铝(Al)、钛(Ti)、锆(&)、锌(Zn)和镁(Mg)的氧化 物或氮化物或者这些氧化物或氮化物的任何混合物。由金属氧化物或氮化物构成的这些填 料提高了外封装件的硬度和热导率。包含金属氧化物填料或金属氮化物填料的层可以被设 置成与包含形状保持聚合物的层接触。可选地，金属氧化物填料或金属氮化物填料可以被 混合在包含形状保持聚合物的层中。在这种情况下，金属氧化物填料或金属氮化物填料优 选被均勻分散在整个形状保持聚合物层上。填料的混合比率可以根据形状保持聚合物的形状而改变，但优选相对于形状保持 聚合物的总质量为3% 60%。如果填料的量小于3%，则不能获得具有充分硬度的外封装 件。如果填料的量大于60%，则会产生与制造期间的成型性和陶瓷的脆性相关的问题。当填料的平均粒径减小时，由于平均粒径的减小影响成型期间的填充性能，所以 硬度增加，而生产率会降低。相反，当填料的平均粒径增大时，不能获得期望的强度，并且电 池组件的尺寸精度不是令人满意的。因此，填料的平均粒径优选为0. 5 μ m 40 μ m，并且更 Vti&^J 2 μ m 20 μ m。填料的颗粒可以采取诸如球状、鳞片状、板状和针状的各种形状。虽然填料颗粒的 形状没有特别限制，但是球形填料颗粒是优选的，因为具有均一平均粒径的球形填料颗粒 可以容易地制造并且可以低的成本获得。具有高纵横比的针状填料颗粒也是优选的，因为 可容易地增大强度。鳞片状填料颗粒也是优选的，因为当所混合的填料的比率很高时可以 增加填充性能。应当注意，根据用途和材料，可以使用具有不同平均粒径和形状的填料颗粒 作为混合物。除了上述的形状保持聚合物和填料之外，外封装材料还可以包含各种其他添加 剂。例如，除了形状保持聚合物之外，还可以使用固化剂、UV吸收剂、光稳定剂以及这些中 的任意混合物。
外封装件的特性该实施方式的电池组件使用包含绝缘可固化聚氨酯树脂的外封装件作为形状保 持聚合物。这增加了尺寸精度、抗冲击性以及机械强度，并且减小了电池组件的尺寸(厚 度)和重量。该外封装件优选具有以下物理特性值。通过差示扫描量热法(DSC)测量的包含作为绝缘的形状保持聚合物的绝缘可固 化聚氨酯树脂的外封装件的玻璃化转变点(Tg)优选为45°C 130°C，更优选为65°C 120°C，并且最优选为75°C 110°C。外封装件优选在正常操作期间内具有良好的抗冲击性 和机械强度，但是优选当异常条件发生时容易破裂，使得由电池所生成的气体可以容易地 被排出至外部。可固化聚氨酯树脂被优选用作在外封装件中所包括的这样的形状保持聚合 物。为了满足这些要求，包含形状保持聚合物的外封装件优选具有等于或高于正常使用电 池组件的温度、但等于或低于异常条件发生的温度的玻璃化转变点。当玻璃化转变点小于 45°C时，包含形状保持聚合物的外封装件的玻璃化转变点会变得低于正常使用的温度。由 于难以抑制构成形状保持聚合物的分子的热运动、保持可固化性、并且允许产生良好的机 械强度，所以这不是优选的。相反，当玻璃化转变点超过130°C时，包含形状保持聚合物的外 封装件的玻璃化转变点会超过异常条件发生的温度。因此，构成形状保持聚合物的分子的 热运动在异常条件下被抑制，外封装件变得不容易破裂，并且在异常条件下产生的气体很 难被快速排出至外部。通过根据JIS K7171的塑料一弯曲性能确定所确定的包含形状保持聚合物的 外封装件的弯曲强度优选为IOMPa 120MPa，更优选为20MPa llOMPa，并且最优选为 70MPa 1OOMPa。通过根据JIS K7171的塑料一弯曲性能确定所确定的包含形状保持聚合物的外 封装件的弯曲模量优选为30MPa 3000MPa，更优选为900MPa 2550MPa，并且最优选为 IOOOMPa 2500MPa。包含形状保持聚合物的外封装件具有通过根据JIS K7215的塑料的计示硬度(硬 度计硬度，durometer hardness)的测试方法所确定的优选D30 D99，更优选D60 D90， 并且最优选为D60 D85的表面硬度。当外封装件的计示D硬度为D30 D99时，可以获 得具有高抗冲击性和机械强度的外封装件。在例如60°C以上的异常条件时的温度下所测量 的外封装件的计示D硬度优选低于在JISK7215中所规定的正常环境(23°C 士2°C的温度和 50士5% RH)中所测量的外封装件的计示D硬度。当在异常条件时的温度下的外封装件的 硬度小于正常条件下的硬度时，在异常条件下产生的气体很容易使外封装件裂开，并且在 外封装件裂开的情况下，气体可以被快速排出至外部。外封装件很薄。例如，包覆用于便携式设备用途的矩形电池的最大面积的封装部 的厚度为1000 μ m以下。当厚度超过1000 μ m时，使用该外封装件所制备的电池组件不能 完全表现出体积能量密度方面的优势。更优选地，厚度为300 μ m以下。只要可以满足电池 组件所期望的抗冲击性和机械强度，厚度优选尽可能小。形状保持聚合物和填料的组合使用比在现有技术中使用铝金属或组合使用热塑 性树脂和金属可以获得更高的强度和更高的抗冲击性。因此，通过更小的厚度可以实现相 同的强度，从而提高体积能量密度。当外封装件很厚时，可以获得比现有技术具有更高强度 和更高可靠性的电池组件。由于可以相对自由地选择电池的尺寸和形状，所以电池组件可以被应用于诸如自行车的后备电源的大尺寸电池，并且可以被自由设计，以适合所期望的 地方，同时实现所期望的强度。电池组件的外封装件的树脂优选由尿烷树脂、丙烯酸树脂和环氧树脂中的一种构 成，并且优选包含含有进行吸热反应的化合物的吸热剂。更优选地，吸热剂包含在90°C 150°C范围内进行吸热反应的化合物。由于在该实施方式中使用可固化树脂并且吸热化合物可以被添加到固化前液态 的可固化树脂中，所以可以容易地实现抑制异常条件时的温度的效果，特别地，不会增加制 造处理的数目。由于吸热化合物可以作为无机填料的替代物而添加，所以树脂的表面硬度 可得以提高，并且通过在60°C (即，低于吸热温度)下的高温保存测试已经确认了抑制电池 组件膨胀的新效果。由于没有影响外观，所以特性等可以被激光打印在树脂表面上以消除 标记，从而进一步提高了体积能量密度。吸热剂的实例包括诸如氢氧化物，水合物，诸如四氢呋喃(C4H8O · 17H20)和环糊 精的水合包合物，诸如十水合硫酸钠、十水合四硼酸钠(Na2B4O7 · IOH2O)和四水合四硼酸氨 ((NH4)2B4O7 · 4H20)的水合盐，以及碳酸盐化合物的通用的吸热剂。金属氢氧化物优选包含铜、锌、铝、钴或镍，并且可以为氢氧化铜、氢氧化锌、氢氧 化铝、氢氧化钴和氢氧化镍中的任何一种。特别地，由于氢氧化铜在100°c以上的温度下引 起脱水和用于产生金属氧化物的反应并产生大的吸热效果，所以优选氢氧化铜。金属水合物优选选自铜、锌、铝、钴、钙、锆、镍和镁的金属水合物。其优选实例包括 CuSO4 · 5H20, ZnSO4 · H2O, ZnSO4 · 7H20, AlCl3 · 6Η20, η 水合硅酸铝，(Al (NO3)3 · 9H20)，诸如 CoCl2的1. 5-水合物、2-水合物、4-水合物和6-水合物的CoClyjC合物，CaCl2的2-水合物、 4-水合物和6-水合物，硅酸钙水合物，硫酸钙水合物，氯氧化锆八水合物，硝酸氧锆二水合 物，二氧化锆水合物，硫酸镍六水合物，硝酸镍六水合物，氯化镍六水合物，硫酸镁水合物， 氟化镁水合物，氯化镁六水合物，烧石膏(CaSO4 ·0. 5Η20)和石膏(CaSO4 ·2Η20)。从约128°C 开始吸热反应的硫酸钙(CaSO4 ·2Η20)和从约100°C开始吸热反应的亚硫酸钙(CaSO3 ·2Η20) 是更优选的。任何常见的碳酸盐可以被用作碳酸盐化合物。特别地，由于碱式碳酸锌的热分解 温度为约120°C，所以优选碱式碳酸锌。可以与任何已经被用作填料的化合物组合使用这些 吸热化合物，从而增加机械强度和阻燃性。通过差示扫描量热法(DSC)来评估吸热开始的温度(也称作吸热反应的开始温 度)。使用通过SII生产的DSC6100作为测量仪器，并且对20mg的样品进行称重、密封在铝 盘中、并以2°C/min从正常温度加热至600°C，即，铝的熔点。确认了吸热峰开始的温度，并 且该温度被假设为吸热反应的开始温度。在该实施方式的电池组件的外封装件中使用的树脂优选为热固性树脂。可选地， 热塑性树脂、已经被固化的可固化树脂、金属板、或金属组件可以被用在外封装件的一部分 中，以提高生产率、定位精度以及生产节拍时间。热塑性树脂可以为任意的，但优选聚乙烯、聚丙烯、聚酰胺或聚碳酸酯。从与热固 性树脂的粘合性、阻燃性和机械强度的观点来看，更优选使用聚酰胺或聚碳酸酯。可固化树 脂可以为任意的，但优选为丙烯酸树脂、环氧树脂或尿烷树脂。更优选地，从原材料成本、生 产设施的共享使用、粘结强度等的观点来看，使用与注入到模具中的树脂相同的树脂。
接着，将参照附图来描述电池组件的实施方式。图4中所示的电池组件P包括多 个电池20 ；连接构件31，电连接电池20，从而形成电池组G ；保持器33A，将电池20保持在 一起；保护电路基板32 ；以及外封装件18，一体地包覆电池组G、保护电路基板32、保持器 33A和其他相关部件。外封装件18通过用树脂填充容纳电池组G和保护电路基板32的壳 体(成型模)C内部的空间并在100°C以下的温度下固化树脂来形成。附图中所示的外封装 件18 —体地包覆电池组G、保护电路基板32和其他相关部件，同时具有延伸至外部的电池 20的端子。电池20为非水电解质二次电池，并且如图1所示，通过用作为封装材料的一个实 例的金属层压膜17封装电池元件10来制备每个电池20。电池元件10被置于在层压膜17 中形成的凹部17a(空间17a)中，并且电池元件10的周围被密封。在该实施方式中，空间 17a为具有对应于电池元件10的矩形的形状的矩形空间。用于封装电池元件10的封装材料可以为任何常见的金属层压膜，但优选为铝层 压膜。铝层压膜优选为适合于拉伸并形成用于容纳电池元件10的凹部17a的铝层压膜。用于封装电池元件10的封装材料优选为至少包括一层的膜，并且优选包含聚烯 烃和聚乙烯叉类(polyvinylidene)之一。例如，包括铝层和粘合层的多层层压膜以及被设 置在铝层的两侧上的表面保护层可以被用作铝层压膜。其中从电池元件10的内侧(S卩，从 电池元件10的表面侧)起依次配置用作粘合层的丙烯(PP)层、用作金属层的铝层以及用 作表面保护层的尼龙或聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)层的铝层压膜被优选用作铝层压膜。现在，将描述电池元件10的结构。图2是示出了被封装并容纳在用作封装材料的 层压膜17中的电池元件10的结构的透视图。在该图中，带状正极11、隔膜13a、与正极11 相对配置的带状负极12以及隔膜13b在纵向方向上顺序堆叠并卷绕，从而形成电池元件 10。用凝胶电解质14来涂覆正极11和负极12的两侧。连接至正极11的正极端子15a和连接至负极12的负极端子15b (在下文中，这些 端子可以被称作“电极端子15”，而不指明它们连接的具体端子)从电池元件10中引出。分 别用作为用马来酸酐(PPa)等改性的聚丙烯构成的树脂片的密封剂16a和密封剂16b (在 下文中，密封剂被统称为“密封剂16”)涂覆正极端子15a和负极端子15b，从而提高与随后 作为封装所提供的层压膜17的粘合性。现在，将详细地描述电池(在用外封装件封装前)的构成要素。正极正极包括正极集电体和设置在正极集电体的两侧上的正极活性物质层。正极活性 物质层包括正极活性物质。正极集电体包括诸如铝(Al)箔的金属箔。正极活性物质层例 如包含正极活性物质、导电剂和粘结剂。正极活性物质、导电剂和粘结剂可以以任何比例混 合，只要它们可以均勻地分散在溶剂中。根据期望的电池类型，可以使用金属氧化物、金属硫化物或特定聚合物作为正极 活性物质。例如，为了构成锂离子电池，可以使用由化学式(1)表示的过渡金属和锂的复合 氧化物LiXMO2 (1)其中，M表示至少一种过渡金属，并且尽管X可根据电池的充/放电状态而改变， 但是X通常表示0.05 1.10。可以使用钴(Co)、镍(Ni)、锰(Mn)等作为锂复合氧化物的 过渡金属(M)。
锂复合氧化物的具体实例包括LiCo02、LiNiO2, LiMn2O4以及LiNiyCcvyO2 (0 < y < 1)。也可以使用过渡金属元素的一些原子被不同元素的原子所取代的固溶体。其实例包 括LiNia5Coa5O2和LiNitl.8CoQ.202。这些锂复合氧化物可以产生高电压并且表现出高能量密 度。也可以使用诸如TiS2、MoS2, NbSe2和V2O5的不包含锂的金属硫化物或氧化物作为正极 活性物质。可以单独或组合使用这些正极活性物质。例如，可以使用诸如碳黑和石墨的碳材料作为导电剂。可以使用聚偏二氟乙烯、聚 四氟乙烯、聚偏二氟乙烯等作为粘结剂。可以使用N-甲基吡咯烷酮等作为溶剂。均勻地混合正极活性物质、粘结剂和导电剂以制备正极混合物，并且将该正极混 合物分散在溶剂中，从而制备浆料。通过刮刀技术等将浆料均勻地施加在正极集电体上，在 高温下干燥，以蒸发溶剂，并进行压制以形成正极活性物质层。正极11包括通过点焊或超声波焊接而连接至正极集电体的一端的正极端子15a。 正极端子15a优选为金属箔或网，但不是必须由金属构成，只要端子是电化学和化学稳定 的并导电即可。用于正极端子15a的材料的实例包括铝。负极负极包括负极集电体和设置在负极集电体的两侧上的负极活性物质层。负极活性 物质层包含负极活性物质。负极集电体包括金属箔，例如，铜(Cu)箔、镍箔或不锈钢箔。例如，负极活性物质层包含负极活性物质，根据需要还可以包含导电剂和粘结剂。 与正极活性物质一样，可以以任何比例来混合负极活性物质、导电剂、粘结剂和溶剂。可以嵌入和脱嵌锂金属、锂合金、或锂的碳材料或金属-碳复合材料可以被用作 负极活性物质。可以嵌入和脱嵌锂的碳材料的具体实例包括石墨、难石墨化碳和易石墨化 碳。更具体地，可以使用诸如热解碳、焦炭(浙青焦炭、针状焦炭和石油焦炭)、石墨、玻璃 碳、有机高分子化合烧成体(通过在适当的温度下焙烧并碳化诸如酚醛树脂或呋喃树脂的 适当树脂来制备)、碳纤维和活性炭的碳材料。可以使用诸如聚乙炔、聚吡咯等的聚合物或 诸如SnO2的氧化物作为可以嵌入和脱嵌锂的材料。可以使用各种金属作为可以与锂形成合金的材料。例如，经常使用锡(Sn)、钴 (Co)、铟(In)、铝(Al)、硅(Si)以及它们的合金。当使用金属锂时，不是总是需要使用金属 锂粉末并使用粘结剂将金属锂粉末形成为涂覆膜。相反，可以使用辊压的锂金属箔并压结 合在集电体上。粘结剂的实例包括聚偏二氟乙烯以及丁苯橡胶。例如，可以使用N-甲基吡咯烷酮 或甲乙酮作为溶剂。均勻地混合负极活性物质、粘结剂和导电剂以制备负极混合物，并且将该负极混 合物分散在溶剂中，以制备浆料。通过与用于形成正极相同的技术将浆料均勻地施加在负 极集电体上，在高温下干燥，以蒸发溶剂，并进行压制以形成负极活性物质层。如同正极11 一样，负极12也包括通过点焊或超声波焊接而连接至集电体的一端 的负极端子15b。负极端子15b不是必须由金属构成，只要其是电化学和化学稳定的并且导 电即可。用于负极端子的材料的实例包括铜和镍。当电池元件10具有矩形形状时，如图1至图5所示，正极端子15a和负极端子15b 被优选从电池元件10的一侧(通常短边之一)以相同的方向引出。然而，端子引出的方向 可以为任意的，只要不会发生短路等并且电池性能不会劣化即可。正极端子15a和负极端子15b被连接的位置可以为任意的，并且用于建立连接的技术可以为任意的，只要能实现 电接触即可。电解质可以使用通常用于锂离子电池的电解质盐和非水溶剂作为电解质。非水溶剂的实例包括碳酸亚乙酯、碳酸亚丙酯、Y-丁内酯、碳酸二甲酯、碳酸二乙 酯、碳酸甲乙酯、碳酸二丙酯、碳酸乙丙酯、以及通过用卤素取代碳酸酯的氢而制备的溶剂。 这些溶剂可以单独使用或者作为包括特定组成比率的多种溶剂的混合物而使用。通常在电池电解质中所使用的材料可以被用作锂盐，其为电解质盐的一个实 例。其具体实例包括 LiCl、LiBr、LiI、LiC103、LiClO4, LiBF4, LiPF6, LiN03、LiN(CF3SO2)2、 LiN(C2F5SO2) 2、LiAsF6, LiCF3SO3^ LiC (SO2CF3) 3、LiAlCl4 以及 LiSiF60 从氧化稳定性的观点 来看，优选LiPFf^n LiBF4。这些锂盐可以单独使用或作为混合物组合使用。用于溶解锂盐 的浓度可以为任意的，只要锂盐可以被溶解在非水溶剂中即可。锂离子浓度优选相对于非 水溶剂在0. 4mol/kg至2. Omol/kg的范围内。当使用凝胶电解质时，利用基质聚合物来凝胶化上述电解质。基质聚合物可以为 与通过在非水溶剂中溶解电解质盐所制备的非水电解液相容并且可以被凝胶化的任何聚 合物。基质聚合物的实例包括在重复单元中包含聚偏二氟乙烯、聚环氧乙烷、聚环氧丙烷、 聚丙烯腈和聚甲基丙烯腈的聚合物。可以单独或组合使用这些聚合物。特别地，优选将聚偏二氟乙烯和其中将7. 5%以下的六氟丙烯引入到聚偏二氟乙 烯中的共聚物作为基质聚合物。这样的聚合物通常具有在5. OX IO5至7. OX IO5 (50万至70 万)范围内的数均分子量或在2. 1 X IO5 3. 1 X IO5 (21万至31万)范围内的重均分子量， 以及在1. 7dl/g 2. ldl/g范围内的本征粘度。隔膜隔膜由诸如陶瓷无纺布的无机材料构成的多孔膜或由诸如聚丙烯(PP)或聚乙烯 (PE)的聚烯烃材料构成的多孔膜构成，并且可以具有包括两种以上的这些多孔膜的多层结 构。其中，由聚乙烯或聚丙烯构成的多孔膜是最有效的。通常，具有5μπι 50μπι厚度的隔膜适合于使用。厚度更优选为7 μ m 30 μ m。 如果隔膜过厚，则活性物质的填充率下降，从而降低了电池容量和离子导电性，并劣化了电 流特性。如果隔膜过薄，则膜的机械强度下降。电池的制造将如上所制备的凝胶电解质溶液均勻地涂覆在正极11和负极12上，以浸渍正极 活性物质层和负极活性物质层，并且被存储在正常温度下或进行干燥步骤，以形成凝胶电 解质层14。接着，设置有凝胶电解质层14的正极11、隔膜13a、设置有凝胶电解质层14的负 极12、以及隔膜13b依次堆叠并卷绕，从而形成电池元件10。然后，将电池元件10置于层 压膜17中的凹部(空间)17a中，以获得凝胶非水电解质二次电池。在该实施方式中，如图1、图3A和图3B所示，利用上述的层压膜17来封装电池元 件10，并且对电池元件10的外围进行熔融粘结并密封，以获得电池20。如图3A和图3B所 示，在用层压膜17容纳并密封电池元件10后，容纳电池元件10的凹部17a的两侧部(在 下文中，也被称作“侧密封部”)17b被朝向凹部17a弯曲。
弯曲角θ优选在80°至100°的范围内。在小于80°的弯曲角时，凹部17a的两 侧的侧密封部17b过度敞开，并且这增加了电池20的宽度，并使其很难减小电池20的尺寸 并提高电池20的电池容量。上限值100°是根据凹部17a的形状所定义的值。当所容纳的 电池元件10具有平坦形状时，弯曲角的上限值为约100°。用于侧密封部17b处的热熔结 合所采取的宽度优选为0. 5mm 2. 5mm,并且更优选为1. 5mm 2. 5mm。侧密封部17b的弯曲宽度D优选等于或大于凹部17a的高度h或电池元件10的 厚度，以减小电池20的尺寸并提高电池20的电池容量。为了减小电池20的尺寸并提高电 池20的电池容量，弯曲次数优选为1。接着，将描述电池组件的制造方法的实施方式。如图5所示，电池20(即，包括用 层模具17封装的电池元件10的电池20，电池元件10包括正极11、负极12以及用层模具 17封装的隔膜13a和13b)具有引出至外部的正极端子15a和负极端子15b。根据图4中 所示的电池组件P，多个上述电池20(在图中所示的实例中为4个)被包括并且通过连接构 件31彼此电连接，从而形成电池组G，同时通过保持器33a将电池20保持在一起。在图4所示的电池组件P中，四个电池20被配置成使得它们前后交替，并且邻近 电池20的正极端子15a和负极端子15b通过连接构件31而彼此连接。换句话说，4个电池 20被串联连接。然后，如图6所示，一端处的电池20的负极端子15b和另一端处的电池20 的正极端子15a被连接至保护电路基板32。保护电路基板32控制包括电池20的电池组G 的电压和电流。此外，如图9A所示，在电池组件P中使用具有对应于电池20的配置的开口 34的 保持器33A。图中所示的开口 34具有对应于电池20在厚度方向上进行截取的截面的形状。 由于电池20被固定在开口 34中，所以保持器33A将电池20保持在一起。如图IOA和图IOB所示，电池组G和保护电路基板32置于具有开口上端的立方壳 体(成型模)C中，同时使电极端子15a和15b以及保护电路基板32面朝上。应当注意，虽 然图IOA和图IOB中的附图中省略了连接构件31、保护电路基板32以及保持器33A，但是 它们也与电池组G —起被容纳在壳体C中。在该处理过程中，保持器33A起壳体C内部的 定位单元的作用，并且有助于进一步提高加工性能和质量。随后，如图IOC所示，用通过喷嘴供给的、包含形状保持聚合物、填料等的熔融树 脂填充容纳电池组G和保护电路基板32的壳体C中的空间，并且使树脂在100°C以下固化， 以制备外封装件18。结果，获得了其中利用外封装件18—体地包覆电池组G、保护电路基 板32以及其他相关组件的电池组件P。当与该实施方式中一样使用壳体C作为成型模时， 壳体C可以是可拆卸的或者可以形成为电池组件P的一部分。当使用高粘性树脂作为用于形成外封装件18的树脂时，通常通过施加压力来填 充树脂，以防止在壳体C中的成型空间内产生空隙。在该处理过程中，保持器33A表现出将 电池组G和保护电路基板32保持在紧靠压力填充的树脂的位置处的定位功能。可选地，树 脂注入可以分成两个以上的操作。该实施方式的电池组件P包括具有比使用金属壳的电池更高的体积能量密度的 多个电池20。即使当使用具有高体积效率的矩形电池20时，也可以实现尺寸精度和机械强 度的提高以及尺寸和重量的减小以及安全性和可靠性的进一步提高。由于电池组件P具有良好的尺寸精度和机械强度并且可以实现尺寸和重量的减小，所以电池组件P可以被用作用于诸如便携式电话、膝上型计算机和数码像机的移动设 备的电池、用于电动和混合动力汽车的包含高输出的二次电池、以及用于电动工具的电池。图7是示出了电池组的另一个实例的示图。附图中所示的电池组G具有以相同方 向配置的四个电池20。正极端子15a通过连接构件31彼此连接，并且负极端子15b通过不 同的连接构件31彼此连接。换句话说，四个电池20并联连接。一端处的电池20的正极端 子15a和负极端子15b被连接至保护电路基板32。在这种情况下，如图9B所示，使用具有 对应于电池20的配置的开口 34的保持器33B。图8是示出了电池组的又一个实例的示图。在附图中所示的电池组G中，两个电 池20的正极端子15a通过连接构件31彼此连接，并且两个电池20的负极端子15b通过另 一个连接构件31彼此连接。提供两组这样的电池。一组电池20的正极端子15a通过另一 个连接构件31被连接至另一组电池20的负极端子15b。换句话说，两个电池20并联连接 以形成一组，并且两个这样的组彼此串联连接。然后，一组电池20的负极端子15b和另一 组电池20的正极端子15a被连接至保护电路基板32。在这种情况下，如图9C所示，使用具 有对应于电池20的配置的开口 34的保持器33C。保持器可以为具有如图9D所示的以列和行方式配置的开口 34的保持器33D，或者 为具有如图9E所示的具有与电池20的主单元的正面形状相对应的形状的开口 34的保持 名^" 3 3E ο在电池组件中所包括的电池组G中包括的电池20的数目可以为除4之外的任意 数目，并且可以根据期望自由组合串联连接和并联连接。因此，用于电池组G的保持器也可 以采用除了在附图中所示的上述那些之外的各种形式。保持器33A 33E中的每一个都如图1IA 图1IC所示与电池组G等一起被容纳 在成型模中，将电池20保持在一起，将电池20的位置固定在模具中，并且连同电池组G和 保护电路基板32 —起被填充在成型模中的树脂(外封装件18) —体地包覆。成型模可以为如图10A、图10B、图IOC和图IlA所示的容纳垂直设置的电池组G 以及保持器33A的壳体C，或者为如图IlB所示的容纳水平设置的电池组G以及保持器33E 的壳体C。成型模可以如图IlC所示通过上装配模具Dl和下装配模具D2构成，或者可以采 取任意形式，而没有任何限制。实施例现在，将使用实施例和比较例更详细地描述本发明，但是本发明并不限于这些实 施例。实施例1 18和比较例1 3改变外封装件(树脂)的特性，即，形状保持聚合物和无机填料的类型、载荷下的 变形温度、玻璃化转变点、伸长率以及固化技术(固化温度)，并且通过使用上述制造方法 来制备每个都包括用各自的外封装件一体地封装的电池组的电池组件。然后，评价各例的 电池组件的性能。在23°C的温度下，通过重复以4. 2V的上限进行15小时的IC恒电流恒电压充电、 并且IC恒电流放电至2. 5V的最终电压来确定额定能量密度(Wh/Ι)，其中基于第一次循环 的放电容量来确定额定能量密度。额定能量密度(Wh/Ι)=(平均放电电压(V) X额定容量(Ah))/电池体积
17
应当注意，IC表示电池的理论容量可以在1小时内被释放的电流值。每个电池组件进行0. 2C-50V充电和0. 2C-30V放电，然后进行IC充/放电10次， 使得电池组件在50V下被完全充电(平均电压4. 17V)。然后，根据JIS D 1601对电池进 行24小时振动测试。在振动测试中，每个电池组件置于200mmX200mmX200mm的壳体中， 并且用胶带固定，将IOg的50 μ m的模拟沙子的二氧化硅颗粒置于壳体中，并在水平和垂直 方向上施加具有33Hz频率和IOG加速度的振动。在振动测试中，每个电池的每层的电压通 过电压监控接头被定期监控。包括这样的层的电池被认为是异常电池，该层的电压从层的 平均电压下降0.05V以上。记录异常电池的数目，并且由这样的异常电池观察到的值被排 除在平均值的确定之外。还进行720小时振动测试。还研究了 10000次循环后的厚度变化率、目视外观和最 劣化电池的容量保持率以及在过充电测试中观察到的最大温度。结果示于表1和表2中。
从表1和2中显而易见的是，实施例1 18的电池组件的在24H振动测试、10，000 次循环后的厚度变化率、目视外观和最劣化电池的容量保持率以及在过充电测试中所观察
ο
r3
ο
(N
CS
Os
(N
Os
\D (N
as
ON
(N
Os
Os OS
\D (N
Os 0\
vo
00 Os
OO
(N
(N
OO
(N
VT) CN
(N
(N
《
(N
(N
O
O
O
(N
g涂畋孕$ S獎忘鉍9
^ M
卜
卜
r-
ΓΛ
00
(N
Ο
￡ Ss τ Ss I Ss 81 S^ Ll豕蟛饨 91￥蝎饨
寸ι
π S^
<Ν S^
二革豸械
5
6S^ ^ S^.
L 9 S
寸承螭栊 ￡
τ
t-牟堪桄
(N
O^ $ ..Vi
0(Ν$
S
OZ $
0(Ν$
0(ΝS
S
03 $
S
ΟΓΝ$
3
0<Ν$
tl
β $
？
0CN$
OCN$
orN
OZ 141^^
OZ $
τ .i
OO m
(N
W
2f41
0<Ν$
0(Ν$
S
0(Ν$
OO
0CN$
8vs
0<Ν$
OO
ys
03 $
I
ι—(
0 N$
？Ft
ει ..S
0(Ν$
S
P
0CN$
§
0(Ν$
O^ $ ..ys
0(Ν$
κορ
is S ^
(I_)
HWM,
OIV 0I> 0l> eoo
dl
6寸1
赠s-B-该
02 ε ,υοο
6L U LL SA ZL
S ^
MMMM
S
(％)##绝
Ss
SKS
^ OOROI
^0002到的最大温度方面都获得了比比较例1 3更好的结果。这证明了实施例1 18的电池 组件都具有充分的机械强度以及很高的尺寸精度。特别地，在720H振动测试后，实施例10 18的电池组件保持了良好的外观，并且 实施例14 18的电池组件实现了零失效。实施例19 39以及比较例4和5改变外封装件的树脂、在树脂中所包含的吸热剂、吸热剂的类型(组成)、吸热反 应的起始温度、添加量以及固化技术(固化温度)，并且根据上面的制造方法来制备每个都 包括用各自的外封装件一体地包覆的电池组的电池组件。然后，评价各例的电池组件的性 能。额定能量密度(Wh/Ι)如上所述。研究了在60°C下储存1个月后的尺寸变化，在 50°C、3C、20V的过充电测试中内部温度超过100°C所用的时间，以及在60°C下钉刺测试中 的最大温度。结果示于表3和表4中。表3 表 4 如从表3和表4中显而易见的是，实施例19 39的电池组件在1个月后的尺寸 变化、过充电测试中内部温度超过100°c所需的时间和钉刺测试中的最大温度方面均获得 了比比较例4和5更好的结果。特别地，钉刺测试中的最大温度显著低于比较例4和5，证 明了吸热剂的温度抑制效果很显著，并且安全性很高。本领域的普通技术人员应当理解，根据设计要求和其他因素，可以进行各种修改、 组合、子组合以及变形，只要它们在所附权利要求书或其等同物的范围内。
权利要求
一种电池组件，包括多个电池，每一个电池都包括通过卷绕或堆叠其间具有隔膜的正极和负极所形成的电池元件，以及封装所述电池元件的封装材料；连接构件，电连接所述电池以形成电池组；保持装置，用于将所述电池保持在一起；保护电路基板，连接至所述电池组；以及外封装件，一体地包覆所述电池组和所述保护电路基板，所述外封装件通过用树脂填充容纳所述电池组和所述保护电路基板的成型模中的空间、并在100℃以下的温度下固化所述树脂而形成。
2.根据权利要求1所述的电池组件，其中，所述外封装件的所述树脂包含选自尿烷树 脂、丙烯酸树脂和环氧树脂中的一种树脂。
3.根据权利要求1所述的电池组件，其中，所述外封装件的所述树脂是选自尿烷树脂、 丙烯酸树脂和环氧树脂中的可固化树脂，并且包含由进行吸热反应的化合物构成的吸热 剂。
4.根据权利要求2或3所述的电池组件，其中，所述外封装件的所述树脂具有5%以上 40%以下的根据日本工业标准K-7113的伸长率。
5.根据权利要求2或3所述的电池组件，其中，根据日本工业标准K-7191，所述外封装 件的所述树脂在0. 45MPa载荷下具有60°C以上的变形温度，或者具有55°C以上的玻璃化转 变温度Tg。
6.根据权利要求2或3所述的电池组件，其中，所述外封装件的所述树脂包含含有Al 或Si的氧化物和含有Al或Si的氮化物中的一种。
7.根据权利要求1所述的电池组件，其中，封装所述电池元件的所述封装材料为至少 具有一层的薄膜，并且包含聚烯烃和聚乙烯叉类膜中的一种。
8.根据权利要求3所述的电池组件，其中，所述化合物在90°C 150°C范围内的温度下 进行所述吸热反应。
9.根据权利要求8所述的电池组件，其中，进行所述吸热反应的所述化合物包含选自 氢氧化物、水合物、包合物、水合盐以及碳酸盐化合物中的至少一种。
10.根据权利要求9所述的电池组件，其中，所述氢氧化物是选自铜、锌、铝、钴和镍的 金属的氢氧化物。
11.根据权利要求9所述的电池组件，其中，所述水合物是选自铜、锌、铝、钴、钙、锆、镍 和镁的金属的水合物。
12.根据权利要求1至11中任一项所述的电池组件，其中，用于所述电池元件的所述封 装材料为铝层压膜。
13.一种电池组件，包括多个电池，每一个电池都包括通过卷绕或堆叠其间具有隔膜的正极和负极所形成的电 池元件，以及封装所述电池元件的封装材料；连接构件，电连接所述电池以形成电池组；保持单元，将所述电池保持在一起；保护电路基板，连接至所述电池组；以及外封装件，一体地包覆所述电池组和所述保护电路基板，所述外封装件通过用树脂填 充容纳所述电池组和所述保护电路基板的成型模中的空间、并在100°c以下的温度下固化 所述树脂而形成。
全文摘要
本发明提供了一种电池组件，其包括多个电池，每一个电池都包括通过卷绕或堆叠其间具有隔膜的正极和负极所形成的电池元件，以及封装该电池元件的封装材料；连接构件，电连接电池以形成电池组；保持装置，用于将电池保持在一起；保护电路基板，连接至电池组；以及外封装件，一体地包覆电池组和保护电路基板，该外封装件通过用树脂填充容纳电池组和保护电路基板的成型模中的空间、并在100℃以下的温度下固化树脂而形成。
文档编号H01M2/10GK101908640SQ20101019061
公开日2010年12月8日 申请日期2010年5月27日 优先权日2009年6月3日
发明者一宫谦吾, 任田正之, 山本鉴, 梅川雅文, 牧野哲也, 田中健彦 申请人:索尼公司