专利名称：高温工作型模块电池的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及将钠硫电池等高温工作型电池模块化的模块电池。
背景技术：
近年来，钠硫电池(以下称为“NaS电池”)这样的高温工作型电池被实用化。将多个这样的高温工作型电池作为单电池而容纳在绝热容器内的模块电池中，为应对单电池的破损、异常加热、或活性物质的泄漏这样的情况，在绝热容器内放置的单电池和绝热容器之间的间隙部，例如填充碳化硅、氧化铝、硅砂的粒状物、陶瓷颗粒(Scherben)(瓷绝缘子的粉碎物)等具有耐热性、耐腐蚀性和电绝缘性的填充砂。但是，当所述填充砂以能够流动的状态填充时，由于移送模块电池时的振动等，单电池相互之间可能产生位置偏移，由于该位置偏移引起电连接部件断路等问题。于是，为防止这样的单电池相互间的位置偏移，提出了将在所述填充砂中混合粘合剂而成的用于硬化 固化砂的技术。
实用新型内容实用新型要解决的问题但是，如果从绝热容器底面到单电池上面附近的全部间隙部使用高价的固化砂，则存在模块电池整体的制造成本上升的问题。另外，在现有的模块电池中，由于填充砂的体积密度不充分，模块电池移送时的振动等体积密度(bulk density)逐渐增高,与此同时充填高度变低，因而可能出现在单电池上部突出设置的连接端子或单电池本身露出于填充砂，填充砂的效果无法被充分发挥、另外连接端子的耐久性降低的情况。本实用新型是鉴于这样的现有技术的问题点而做出的，主要目的在于提供一种如下的模块电池，该模块电池能充分发挥填充砂的效果，并能在固定保持单电池的竖立设置状态且可靠地防止单电池相互间产生位置偏移的可能性的同时，减少固化砂的使用量，大幅降低制造成本。解决问题的手段为达到上述目的，本实用新型的模块电池，一种模块电池，具备多个单电池，其通过高温下的工作来进行充放电；绝热容器，其将这些单电池以竖立状态容纳；填充砂层，其配置于该绝热容器内部下侧并由填充在该绝热容器和所述单电池的间隙部的填充砂构成；固化砂层，其配置于该绝热容器内部上侧并通过对在所述填充砂中混合粘合剂而成的固化砂进行硬化而形成。且在各单电池上部突出设置的连接端子被所述填充砂和/或所述固化砂完全覆盖。所述模块电池的特征在于，所述固化砂层高度方向的范围，仅为从所述单电池上面到该单电池长度的1/5-1/15下方的部分，或者仅为从所述单电池上面到该单电池长度的1/5-1/15上方的部分，且所述填充砂层的体积密度P与理想体积密度Pi之间满足下式(I)的关系，0.98Pi 彡 P... (I)。此处，优选所述固化砂层水平面方向的范围仅为接近所述绝热容器侧壁的外周部分。另外，优选地，所述绝热容器为矩形箱型，所述固化砂层形成为俯视包含一对长边和一对短边的口字状的框型，所述一对长边各自的框宽为与一对长边平行的所述绝热容器的一对侧壁间隔的1/5-1/30，所述一对短边各自的框宽为与一对短边平行的所述绝热容器的一对侧壁间隔的1/10-1/50。另外，优选所述填充砂的平均粒径为0. 2-1. 5mm。另外，优选所述固化砂和所述填充砂的重量比为I : 10-1 30。另外，优选所述填充砂的体积密度P为I. 2-1. 6g/cm3。本实用新型的模块电池，适合使用单电池为钠硫电池的模块电池。实用新型效果若采用本实用新型的模块电池，通过将填充砂层的体积密度限制在上述规定范围，不仅能防止移送时的振动所导致的单电池的浮起、位置偏移、填充砂的填充高度的变化，避免由振动所引起的连接端子、单电池从填充砂中露出的情况，还能通过限制由粘合剂硬化了的固化砂层的范围，将粘合剂的使用量减少到现有的1/2-1/30左右，大幅降低模块电池的成本。
图I是本实用新型的第一实施方案的模块电池的侧面剖视图。图2是用于说明上述模块电池的间隙部的模块电池的侧面剖视图。图3是用于说明上述模块电池的间隙部的模块电池的俯视图。图4是本实用新型的第二实施方案的模块电池的侧面剖视图。图5是说明上述模块电池的固化砂层的水平面方向的范围的俯视图。附图标记说明I、11模块电池2单电池3绝热容器31容器主体32 盖体40填充砂层41、42固化砂层
具体实施方式
以下对本实用新型的第一实施方案进行说明。如图2所示，模块电池I具备通过高温下的工作来进行充放电的多个单电池2和将这些单电池2以竖立状态容纳的绝热容器
3。绝热容器3具备上面开口的矩形箱型容器主体31、堵塞该容器主体31的上面的盖体32。此外，在图I、下述的图4和图5中，省略了对盖体32的显示。另外，如图I所示，模块电池I具备填充砂层40，其配置于绝热容器3的内部下侦牝由填充在绝热容器3和单电池2的间隙部的填充砂构成；固化砂层41，其配置于绝热容器3的内部上侧，通过将在填充砂中混合粘合剂而成的固化砂进行硬化而形成。[0032]容器主体31的尺寸无特别限定，通常以纵1000-2000_X横1500_2500_X高400-700mm左右的容器为对象。这里所说的单电池2为NaS电池，通常使用外径50-100mmq>、高度400-540mm左右的类圆筒形状的NaS电池。单电池2竖立设置的方法无特别限定，优选地，使类圆筒形状的单电池2的侧面互相接触，以每单位面积上竖立设置的单电池2的数目最大的方式最密地填充。竖立设置的单电池2的数目因绝热容器3和单电池2的尺寸、单电池2的排列方法等不同而有所不同，在所述普通尺寸的绝热容器3内同样地将普通尺寸的单电池2以最密的方式填充的情况下，就能竖立设置45-432个左右的单电池2。此时最外侧的单电池2和容器主体31的内侧面之间的间隙部，其宽度在0-15mm左右，盖体32里面和单电池2上面之间的间隙部，其高度在10-20mm左右。此外，本实用新型的间隙部是指绝热容器3内容纳单电池2的状态下的间隙部，具体地，如图2和图3所示，包括间隙部51，其形成在容器主体31的内侧面和单电池2的侧面之间；间隙部52，其仅由单电池2的侧面形成；间隙部53等，其形成在盖体32的里面和单电池2上面之间。如图2所示，容器主体31的内底面通过积层敷设缓冲材料61、电加热器62、加强 板63、电绝缘用云母片64而构造。另外，在盖体32内面也贴有电绝缘用云母片65。作为填充砂，优选使用耐热性、耐腐蚀性和电绝缘性优异的碳化硅、氧化铝、硅砂的粒状物、陶瓷颗粒(瓷绝缘子的粉碎物)等粒状物,优选其平均粒径为0. 2-1. 5mm。如果填充砂的平均粒径过小，填充砂容易侵入单电池2的底面侧，从这一点来讲不优选，如果过大，流动性变差，填充砂的填充变得困难，在这一点上不优选。另外，如图I所示，固化砂层41的高度方向的范围仅为从单电池2上面到单电池2的长度H的1/5-1/15下方的部分(图I的高度hi的部分)。作为固化砂层41所使用的粘合剂，例如优选无机粘合剂(硼酸-金属氧化物-无水硼酸类)、聚酰亚胺类树脂、硅类树脂等热硬化性树脂、硅橡胶类树脂、酚类树脂、醇盐类树脂等室温硬化性树脂耐热性、耐水性和耐腐蚀性优异，因而优选。根据本发明人的研究，可知，这样如果仅在单电池2和绝热容器3之间的间隙部内、单电池2上面附近的特定高度的位置附近具备固化砂层41，即使填充于其他间隙部的填充砂未被硬化且处于可以流动的状态，也能固定并保持单电池2的竖立设置状态并能得到防止单电池2相互间的位置偏移所需要的强度。另外，通过仅将固化砂层41限定在所述特定部分，就能将混合了高价粘合剂的填充砂的使用量降低为现有的1/2-1/5左右，结果就能大幅降低模块电池I的制造成本。另夕卜，发现降低粘合剂的使用量的结果、还具有耐热容器3内的水分发生率减少，且电绝缘性提闻的效果。此外，之所以将固化砂层41设置成使其从单电池2的上面到达至单电池2的下方的特定位置，是因为如果将固化砂层41设置成使其到达至比该特定位置更靠近绝热容器3的底部的位置，会导致粘合剂硬化时的脱水变差，电绝缘性降低。另外，之所以将固化砂层41的高度hi设为单电池2的长度H的1/5-1/15，是因为如果hi不足H的1/15，则难以得到对固定单电池2的足够的强度，另一方面，如果hi超过H的1/5，则本实用新型的主要目的降低成本的效果和减少水分的效果减弱。此外，优选固化砂和填充砂的重量比为I 10-1 30。如果重量比小于该范围，则固化砂层41得不到足够的强度，另外，如果重量比大于该范围，则成本降低的效果和水分减少的效果变弱。[0039]另外，模块电池I的填充砂层41的体积密度P与理想体积密度Pi之间需要满足下式⑴的关系。0. 98Pi ^P... (I)事先，以即使对模块电池I施加振动，填充砂的体积密度也不会再变高的程度的体积密度来紧密地填充填充砂，由此防止振动所引起的单电池2的浮起和位置偏移，以及填充砂的填充高度变化。在本说明书中，理想体积密度Pi是指，在容纳单电池2的箱形绝热容器3内的间隙部填充填充砂的状态下，对绝热容器3以水平方向施加0. 3G的加速度使其在水平方向上振动时，达到饱和值的体积密度。从上述观点出发，优选以填充砂的体积密度P为理想体积密度Pi来填充，但
0.98Pi以上就可以得到同样的效果，因而体积密度P在理想体积密度Pi以上也可以。这 是由于理想体积密度Pi终究不过是以0. 3G的加速度施加振动时的饱和值，并不是真正的饱和体积密度，因此，施加超过0.3G的振动时也会产生体积密度进一步上升的情况。此夕卜，通常，填充砂的体积密度P在I. 2-1. 6g/cm3的范围。另外，通常填充的填充砂的重量为600-1100kg。另外，在本实用新型的模块电池I中，除了以上述体积密度填充填充砂层40之外，还需要用填充砂完全覆盖突出设置于各单电池2上部的连接端子21。这是由于存在如下情况即使体积密度充分，如果连接端子21露出来，则填充砂层表面附近容易腐蚀，另外，由于电池工作中的热循环而应力施加于连接端子21，因而连接端子21的耐久性降低。作为得到这样的填充砂的体积密度P的方法，可以采用以下振动工序。在向容纳单电池2的绝热容器3内的间隙部填充填充砂的工序中，对绝热容器3施加水平方向的加速度，使绝热容器3在水平方向上振动的同时填充填充砂。通过对绝热容器3施加水平方向的加速度，就能在抑制单电池2的浮起的同时紧密且均匀地填充填充砂。在制作模块电池I时，将单电池2容纳于绝热容器3之后，首先，从绝热容器3底部向间隙部填充填充砂，使绝热容器3振动，由此从单电池2的上面到单电池2的长度H的1/5-1/15下方的位置形成填充砂层40。另外，在其上的间隙部填充混合了粘合剂的固化砂直到单电池2上面。其后，通过加热等使粘合剂硬化从而形成固化砂层41，将单电池2以竖立设置状态保持并固定。另外，在这样硬化的固化砂层41上面，进一步敷上还未硬化的填充砂，在容器主体31上安装盖体32并密封。接着。对本实用新型的第二实施方案进行说明。如图4所示，本实施方案的模块电池11与第一实施方案相比较，固化砂层42的位置不同，仅在从单电池2上面到单电池2长度H的1/5-1/15上方的部分(图4的高度h2的部分)具备固化砂层42。另外，如图5所示，在本实施方案中，固化砂层42的水平面方向的范围，仅为接近绝热容器3侧壁的外周部分。更具体地，固化砂层42形成为俯视包含一对长边和一对短边的口字状的框型，一对长边各自的框宽Yl为与一对长边平行的绝热容器3的一对侧壁间隔Xl的1/5-1/30，一对短边各自的框宽Y2为与一对短边平行的绝热容器3的一对侧壁间隔的1/10-1/50。这样将固化砂层42形成俯视呈口字状的形状，能减少粘合剂的使用量，并使粘合剂硬化时的脱水变好。在制作本实施方案的模块电池11时，将单电池2容纳于绝热容器3之后，首先，从绝热容器3底部向间隙部填充填充砂，使绝热容器3振动，由此形成填充砂层40直到单电池2上面。另外，在单电池2上方的间隙部使用规定形状的夹具以口字状填充固定砂，使其达到单电池2长度H的1/5-1/15的高度(厚度)h2。其后，通过加热等使固化砂层42硬化，将单电池2以竖立设置状态保持并固定。另外，在被固化砂层42包围的区域敷上还未硬化的填充砂，在容器主体31上安装盖体32并密封。在本实施 方案的模块电池11中，也能得到固定并保持单电池2的竖立设置状态并防止单电池2相互间的位置偏移所需要的强度。另外，通过仅将固化砂层42限定在所述特定部分，就能将混合了高价粘合剂的填充砂的使用量降低为现有的1/2-1/30左右，结果就能大幅降低模块电池11的制造成本。另外，发现降低粘合剂的使用量的结果，还具有耐热容器3内的水分发生率减少，且电绝缘性提高的效果。此外，之所以将固化砂层42的高度h2设为单电池2的长度H的1/5-1/15的原因与第一实施方案相同，是因为，如果h2不到H的1/15，则难以得到固定单电池2的足够的强度，另一方面，如果h2超过H的1/5，则作为本实用新型的主要目的的降低成本的效果和减少水分的效果减弱。
权利要求1.一种模块电池，具备多个单电池，其通过高温下的工作来进行充放电；绝热容器，其将这些单电池以竖立状态容纳；填充砂层，其配置于该绝热容器内部下侧并由填充在该绝热容器和所述单电池的间隙部的填充砂构成；固化砂层，其配置于该绝热容器内部上侧并通过对在所述填充砂中混合粘合剂而成的固化砂进行硬化而形成，且在各单电池上部突出设置的连接端子被所述填充砂和/或所述固化砂完全覆盖， 所述模块电池的特征在于， 所述固化砂层的高度方向的范围，仅为从所述单电池的上面到该单电池长度的1/5-1/15下方的部分，或者仅为从所述单电池的上面到该单电池长度的1/5-1/15上方的部分，且所述填充砂层的体积密度P与理想体积密度Pi之间满足下式(I)的关系， 0. 98Pi ≤ P. (I)。
2.根据权利要求I所述的模块电池，其特征在于，所述固化砂层水平面方向的范围仅为接近所述绝热容器侧壁的外周部分。
3.根据权利要求2所述的模块电池，其特征在于，所述绝热容器为矩形箱型，所述固化砂层形成为俯视包含一对长边和一对短边的口字状的框型，所述一对长边各自的框宽为与一对长边平行的所述绝热容器的一对侧壁间隔的1/5-1/30，所述一对短边各自的框宽为与一对短边平行的所述绝热容器的一对侧壁间隔的1/10-1/50。
4.根据权利要求3所述的模块电池，其特征在于，所述填充砂的平均粒径为0.2-1. 5mm。
5.根据权利要求4所述的模块电池，其特征在于，所述固化砂和所述填充砂的重量比为 I : 10-1 30。
6.根据权利要求5所述的模块电池，其特征在于，所述填充砂的体积密度P为1.2-1. 6g/cm3。
7.根据权利要求6所述的模块电池，其特征在于，单电池为钠硫电池。
专利摘要本实用新型的高温工作型模块电池，具备高温工作型单电池(2)；绝热容器(3)，其将这些单电池(2)以竖立状态容纳；填充砂层(40)，其由填充在绝热容器(3)和单电池(2)的间隙部的填充砂构成；固化砂层(41)，其通过对在填充砂中混合粘合剂而成的固化砂进行硬化而形成。且在各单电池(2)的上部突出设置的连接端子被填充砂完全覆盖。固化砂层(41)高度方向的范围，仅为从单电池(2)上面到单电池(2)长度的1/5-1/15下方的部分，或者仅为从单电池(2)上面到单电池(2)长度的1/5-1/15上方的部分，且填充砂层(40)的体积密度P与理想体积密度Pi之间满足下式(1)的关系，0.98Pi≤P...(1)。
文档编号H01M2/10GK202503082SQ20112053066
公开日2012年10月24日 申请日期2011年12月16日 优先权日2011年12月16日
发明者白井觉 申请人:日本碍子株式会社