专利名称：电池组的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种电池组，其适合应用于例如矩形聚合物电池。
背景技术：
近年来，例如笔记本尺寸的个人计算机、便携式电话、PDA(个人数字助理)等便携式电子设备已经流行，且具有高电压、高能量密度和轻重量优点的锂离子电池广泛地用作电源。
此外，作为使用液体系统电解质溶液的情况下变成问题的液体泄漏的对策，例如其中将非水电解质溶液注入聚合物而获得的凝胶体高聚合物膜或全固态电解质用作电解质的锂离子聚合物二次电池已经投入实际使用。
锂离子聚合物二次电池具有这样的电池单元结构，其中具有正电极、负电极、聚合物电解质且其中引线分别从正电极和负电极引出的电池元件覆盖有外膜，例如铝叠层。此外，电池单元被装入盒形成型壳体中，该壳体由树脂制成的成对的上下壳与具有保护电路、连接端子等的接线板一起形成。
如上所述，常规聚合物电池最终作为电池组产品卖给用户等，其中覆盖有铝叠层、接线板等的电池元件被由成对的上下壳形成的成型壳体覆盖。
在这样的电池组中，需要提高容积能量效率。例如，在JP-A-2002-184364中，已经提出矩形电池结构，其中电池单元的四个相互连接的表面连续覆盖一层树脂膜，且连接部分设置到电池单元的小区域的表面中，在连接部分中，覆盖电池单元的树脂膜被覆盖，因此减小厚度。
然而，常规电池组具有下述问题。根据其中电池单元被成型壳体覆盖的常规电池组的结构，为了保护电池单元不受从外部施加的振动等影响，需要将成型壳体的厚度设为约0.3到0.4mm范围内的值。因此，当考虑用于将电池单元固定到成型壳体的双面胶带、将成型壳体的成型时公差等时，电池组的厚度增加到超过电池单元的厚度约0.8到1.0mm。
根据其中电池单元覆盖由树脂制成的成对的上下壳形成的成型壳体的结构，在优选通过例如超声焊接连接上下壳的情形，需要将连接部分的厚度设置为大约0.7mm。因此，电池组的厚度增加到超过电池单元的厚度约1.4mm。在电池单元具有约4.0mm厚度的情形，不可避免地将电池组的体积增加电池单元大小的约1.3到1.4倍。
此外，根据当前聚合物电池的电池组，电池元件被具有约0.1mm厚度的层叠膜包裹，在电池单元周围部分中的层叠膜通过热焊接等密封，且所得的电池组进一步装入由塑料制成的壳中。因此，存在如果这样的电池组装入与液体系统电池类似的金属罐中则容积效率降低的问题。
为了避免这样的问题，通过用由金属制成的壳覆盖电池单元，即使厚度小，但可以构成具有足够硬度的电池组。例如，铝罐可以用作使用液体系统电解质的锂离子电池等的矩形电池组的外壳。由铝等形成的矩形金属罐主要由拉伸工艺成型。
然而，在现有状况下，当减薄通过拉伸工艺成型的金属罐时，这样的金属罐的厚度限制等于约0.2mm。这是因为通过拉伸工艺成型的金属罐的开口高度取决于用于拉伸的模具(模具组)的强度。因此，仅通过使用普通的拉伸工艺难以实现等于或小于约0.1mm的厚度。
因此，本发明的目的是提供一种电池组，其中通过减小覆盖电池单元的外壳的厚度，由于外壳导致的体积增加减少了，且可以保证机械强度和端子的可靠性及安全性。
发明内容
为了实现上述目的，根据本发明，矩形电池单元插入金属制成的外壳中，该外壳通过将外周表面厚度小的圆筒成型为几乎与矩形电池单元的外形一致的圆柱形状而获得，且盖分别安装到外壳的两端开口部分，因此形成电池组。此时，可以通过将电池元件外部覆盖层叠膜，或者按照原样使用电池元件而形成矩形电池单元。为了防止湿气穿透到电池元件部分，还可以通过将用于吸收湿气的湿气捕捉剂混合到形成盖的树脂中而形成盖，盖安装到外壳两端的开口部分。
图1是示出应用本发明的电池组的结构的示意图；图2是示出装入电池组中的电池元件的结构的示意图；
图3是示出应用本发明的电池组的外部视图的示意图；图4是示出作为应用本发明的外壳的制造方法的DI(挤拉拉伸)成型法的步骤的示意图；图5是示出DI成型法的步骤的示意图；图6是具体示出DI成型法的示意图；图7是示出应用本发明的外壳的制造方法的示意图；图8是示出应用本发明的外壳的制造方法的示意图；图9是示出盖的安装法的另一示例的示意图；图10是示出盖的安装法的另一示例的示意图；图11是示出盖的另一结构的示例的示意图，其中A是侧视图，B是沿A中的线X1-X1所取的剖面图，C是平面图，D是沿C中的线Y1-Y1所取的剖面图，且E是从A的相对侧观察的侧视图；图12是示出盖的安装法的另一示例的示意图；图13是示出应用本发明的电池组的结构的示意图；图14是示出应用本发明的外壳通过辊形成法形成时的步骤的示意图。
具体实施例方式
下面将参考附图描述本发明的实施例。如上所述，在本发明中，在电池单元装入外壳中时，可以使用通过在电池元件外部覆盖层叠膜而形成的电池单元，或者可以原样使用电池单元。首先，将详细描述通过在电池元件外面覆盖层叠膜而形成的电池单元。
图1是根据本实施例的电池组的分解透视图。参考标号1代表电池的电池单元，该电池例如是锂离子聚合物二次电池。电池单元1通过将电池元件覆盖用作包覆(sheathing)元件的层叠膜而形成。电池单元1的外形几乎是矩形的。
如图2所示，电池元件10以如下方式构成，带形正电极11层叠在隔离物13a上，带形负电极12层叠在隔离物13b上，它们沿纵向缠绕，且分别地，引线2从正电极11引出，且引线3从负电极12引出。通过将正电极和负电极与隔离物层叠在一起而获得的层叠电极组件除了沿纵向缠绕的结构之外，还可以具有通过弯曲法、堆积法等形成的结构。
在正电极11中，正电极活性材料层形成在带形正电极集流器(collector)上，且聚合物电解层14形成在正电极活性材料层上。在负电极12中，负电极活性材料层形成在带形负电极集流器上，且聚合物电解层14形成在负电极活性材料层上。引线2和3分别连接到正电极集流器和负电极集流器。已经提出的下面的材料可以用作正电极活性材料、负电极活性材料和聚合物电解质。
在正电极中，根据目标电池的种类，金属氧化物、金属硫化物或特定的高聚物可以构成为正电极活性材料。例如，在形成锂离子电池的情形，主要包括LixMO2(在该表达式中，M代表一种或多种过渡金属，x是一般等于或大于0.05且等于或小于1.10的值，虽然该值根据电池的充电/放电状态而不同)的锂复合氧化物等可以用作正电极活性材料。钴(Co)、镍(Ni)、锰(Mn)等优选作为构成锂复合氧化物的过渡金属M。
作为这样的锂离子复杂氧化物的具体示例，可以指出的是LiCoO2、LiNiO2、LiMn2O4、LiNiyCo1-yO2(0＜y＜1)等。根据这些锂复合氧化物，可以产生高压且可以获得优异的能量密度。不包括锂的金属硫化物或氧化物例如TiS2、MoS2、NbSe2、V2O5等也可以用作正电极活性材料。这些正电极活性材料的多种组合也可以用作正电极。当通过使用如上所述的正电极活性材料形成正电极时，可以增加导电材料、粘合剂等。
例如，诸如碳黑或石墨等碳材料用作导电材料。例如聚偏二氟乙烯(polyvinylidene fluoride)、聚四氟乙烯、聚偏二氟乙烯等用作粘合剂。
可以掺入(dope)锂或脱去(dedope)锂的材料可以用作负电极材料。例如，可以使用诸如抗石墨化碳材料或石墨材料的碳材料。更具体而言，可以使用例如热解碳族、焦炭族(沥青焦炭、针状焦炭、石油焦炭)、石墨族、玻璃化碳(vitrified carbon)族、有机高聚物化合物烘烤材料(通过在适当温度下烘烤酚醛树脂、呋喃(fran)树脂等并将其碳化而获得)、碳纤维、活性碳等。此外，例如聚乙炔、聚吡咯等高聚物或例如SnO2等氧化物可以用作掺入锂或脱去锂的材料。当负电极由这些材料形成时，可以添加粘合剂等。例如，聚偏二氟乙烯、苯乙烯-丁二烯橡胶等用作粘合剂。
聚合物电解质通过这样的方法形成，其中混合了高聚物材料、电解质溶液和电解盐从而变为凝胶的电解质渗透到聚合物中。高聚物材料具有与电解质溶液相容的性质，该后一种材料包括硅凝胶；丙烯酸凝胶；丙烯腈凝胶；聚磷腈变性(polyphosphazene-denatured)聚合物；聚环氧乙烷；聚氧化丙烯；和它们的复合聚合物、交联聚合物、变性聚合物等；或者碳氟化合物聚合物，例如诸如聚偏二氟乙烯、聚(偏二氟乙烯-共-六氟丙烯)、聚(偏二氟乙烯-共-三氟丙烯)等的高聚物材料；以及它们的混合物。
电解质溶液成分可以使上述高聚物材料分散，并且非质子溶剂使用例如碳酸乙烯(EC)、碳酸丙烯(PC)、碳酸丁烯(BC)等。作为电解盐，使用与溶剂相容的材料，并通过阳离子和阴离子的组合构成。碱金属或碱土金属用作阳离子。Cl-、Br-、I-、SCN-、ClO4-、BF4-、PF6-、CF3SO3-等用作阴离子。具体而言，使用如此浓度的电解盐，使得LiPF6或LiBF4可以溶解于该电解质溶液。
层叠膜是通过将膜形金属与合成树脂粘结而获得的多层膜，并具有如下结构，即例如热焊层、金属层和表面保护层从与电池元件接触的内部依次层叠。聚丙烯(PP)层或聚乙烯(PE)层可以用作热焊层。铝(Al)层可以用作金属层。尼龙层或聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)层可以用作表面保护层。
聚丙烯层和聚乙烯层具有热焊接功能和防止聚合物电解质改变的功能。浇注聚丙烯(Casted Polypropylene，CPP)(非定向聚丙烯)等用作聚丙烯层。非定向低密度聚乙烯(LLDPE)等用作聚乙烯层。例如，形成具有约30μm厚度的聚丙烯(PP)层。聚丙烯(PP)层和聚乙烯层具有使得电池单元1不受热影响的熔点，该热通过热焊接施加到电池单元1。
铝层具有防止湿气渗透到层中的功能。退火处理的铝(8021-O JIS H4160)或(8079-O JIS H 4160)等可以用作铝层。使用厚度位于约30到130μm范围内的铝层。在构成层叠膜的树脂或粘合剂具有吸收湿气的功能或蒸发沉积膜用作阻挡湿气渗透的屏障的情况，可以省略这样的金属层。
尼龙层或聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)层具有将铝层与电池单元1的外部隔离的功能，并具有约10到30μm的厚度。通过在与电池元件接触的铝内部形成聚丙烯层并通过对外部形成尼龙层或聚对苯二甲酸乙二醇酯层，聚丙烯层在尼龙层或聚对苯二甲酸乙二醇酯层之前焊接。因此，例如，在通过热焊接密封层叠膜的情况，它们可以容易地被连接。
分别连接到正电极和负电极的引线2和3从电池单元1的边缘表面之一(前侧)引出。例如保持元件4安装到引线2和3，从而将引线2和3一起夹在当中。保持元件4例如由具有绝缘性能的合成树脂材料制成，稳定地保持电路板5，并将电路板5与电池单元11绝缘。
电路板5通过电阻焊接、超声焊接等固定到从保持元件4突出的引线2和3。电路板5具有将电池组的外部连接到电池单元1的作用。保护电路、识别电池组的ID(识别)电阻等安装在电路板5上，该保护电路包括例如熔丝、PTC(正温度系数热敏电阻元件)、电热调节器等的温度保护元件。PTC串连到电池元件。当电池的温度高于设定温度时，电阻突然升高，因此突然切断在电池中流动的电流。熔丝和电热调节器也串连到电池元件。当电池温度高于设定温度时，它们切断在电池中流动的电流。
固定到引线2和3的电路板5被装入前盖6中。多个例如3个接触部分形成在前盖6侧的电路板5上。
前盖6和后盖7是由例如合成树脂材料或者与外壳8相同的材料成型的成型元件，该合成树脂材料例如聚碳酸酯(PC)、聚丙烯(PP)、ABS树脂(丙烯腈丁二烯苯乙烯共聚物)、聚酰胺系热熔树脂等，与外壳8相同的材料将在后面解释，其例如是铝、不锈钢(SUS)等金属材料。前盖6和后盖7分别安装到圆柱形外壳8两端的开口部分，并封闭外壳8。
保持装入的电路板5不摇动的保持部分提供在前盖6内部。如图3所示，开口9形成在与电路板具有的接触部分对应的位置。电路板5的接触部分通过开口9暴露到外部。设置开口9将形成在固定于前盖6内部的电路板5上的接触部分与外部电路电连接。由于前盖6具有开口9，其优选由合成树脂材料制成。
包括前盖6和后盖7的一对盖通过适合它们材料的安装方法连接到外壳8。如果盖由合成树脂材料制成，例如通过在外壳8和盖的连接表面层叠聚丙烯(PP)、聚乙烯(PE)等的薄膜并加热连接表面，盖和外壳8可以通过热焊接固定。
前盖6、后盖7和外壳8可以用树脂系粘结剂粘结，该粘结剂例如是包含硅树脂变形聚合物作为主要组分的化学反应型粘结剂，例如由CemedineCo.，Ltd制造的“超级X系列”等。如果使用热熔系树脂，则外壳8和盖可以在成型前盖6和后盖7的外形的同时被粘结。外壳8、前盖6和后盖7也可以通过填缝(caulking)而连接。
如果前盖6和后盖7由与外壳8相同的材料制成，该材料例如诸如铝等金属材料，则它们可以通过在产生常规锂离子聚合物电池中使用的由铝制成的矩形罐时通过焊接等连接。
外壳8具有适合插入电池单元1并将其密封在其中的圆柱形状。外壳8通过成型法形成，这将在后面解释，从而其厚度非常小，为约0.1mm。外壳8由能够保护内部电池单元1不受来自外部的振动等影响的材料制成，即使其厚度小，该材料例如诸如铝、钛、铁、不锈钢(SUS)等的金属。例如3003H18、3004H18、1N30H18等材料可以用作铝。根据这些铝材料，由于维氏硬度等于或大于20，因此即使外壳厚度非常小，等于约0.1mm，也可以保证强度。
具有图3所示的外视图的电池组通过上述组成部分而构成。
现在将描述外壳8的成型法。基本上，在薄薄地形成侧壁时，具有圆柱形状的外壳的强度更强，且侧壁可以形成得比具有矩形管形的外壳更薄。例如，当外壳被减薄时，矩形管形的侧壁的厚度的极限值等于约0.2mm。然而，圆柱形状的侧壁的厚度可以减小到约0.1mm。通过使用这样的事实，如图4所示，外壳8首先形成为圆柱形并被加工，从而圆柱外周表面的厚度减小到约0.1mm。接着，其被成型为几乎与电池单元1的外形一致的管形，即矩形管形。其侧壁薄的圆柱外壳元件通过DI(挤拉拉伸)成型法成型。DI成型法是一种挤压加工技术，且侧壁可以通过拉伸和挤拉而薄薄地形成。
将参考图5和6描述通过DI成型法产生外壳元件(外壳)的示例。首先，在冲压坯料(blank punching-out)步骤中，称为坯料的碟21由具有约0.3mm厚度的金属板20冲压而成。在凹压(cupping)步骤中，冲压的坯料21的外周侧面被保持，而坯料21的中心部分被挤压，因此成型具有低侧壁的杯形外壳元件22。
在深拉和挤拉步骤中，圆形罐即杯形外壳元件22通过深拉而小型化，从而圆柱部分的直径等于期望尺寸，圆柱部分的侧壁通过挤拉成型被薄薄地延伸。因此，可以获得外围表面厚度非常小为约0.1mm的外壳元件23。设置外壳元件23的圆柱部分的膛孔，使得电池单元1可以插入且其内表面稍大于电池单元1的插入表面的面积。
在修整步骤中，修整已经进行深拉和挤拉的外壳元件23的两端。因此，形成具有期望厚度和膛孔的外围表面的圆柱外壳元件24。通过修整由深拉和挤拉形成的外壳元件23的侧壁边缘的凹/凸部分被切割并分离且底部也被切割并分离的原因是为了获得矩形管形而不是圆形罐。
在切割步骤中，外壳元件24的侧壁被切割，从而其高度等于与装入的电池单元1的长度相应的长度，因此根据电池元件1的形状形成圆柱外壳元件25。因此，形成图4所示的圆柱外壳元件。例如，从修整步骤中获得的一个圆柱可以获得多个相应于电池单元1形状的圆柱外壳元件15。
将参考图6详细描述深拉和挤拉法。杯形外壳元件22通过冲头(punch)30深拉并通过挤拉模31a、31b、31c和31d挤拉。在由杯形外壳元件22形成薄外壳元件23的步骤中的外壳元件22a在图6中示出。此时，外壳元件22a的可模压性被参考标号32a、32b、32c和32d所示的润滑剂/冷却剂提高。
在如此形成具有大厚度的圆柱外壳元件25之后，形成的外壳元件25被成型为矩形管形，该矩形管形几乎与电池单元1的外形一致。如图7A和7B所示，通过对圆柱外壳元件25例如使用冲模34a和34b以及成型元件35可以成型矩形管形状。因此，可以形成图7B所示的适合插入电池单元1的矩形管形的外壳8。
也可以使用如图8A和8B所示的方法。在此情形，通过对圆柱外壳元件25使用冲模36a和36b以及成型元件37a和37b可以获得截面几乎为椭圆形的外壳。
矩形管形的成型方法不是特别限定的，只要该方法可以由圆柱形成型为矩形管形。
在产生常规矩形管形状的过程中，考虑到强度，难以将外围表面的厚度设为约0.2mm或以下。然而，在圆柱外围表面的厚度由于圆柱形状而减小之后，外壳元件被成型为根据电池单元1形状的矩形管形，从而可以形成外围表面厚度非常小为约0.1mm的矩形管形。形成了外围表面厚度如上所述非常小的矩形管形的无缝坚固外壳8。
已经连接电路板5的电池单元1被插入到矩形管形状的外壳8中，且外壳8的两端分别被前盖6和后盖7封闭，从而形成电池组。电路板5也可以在电池单元1插入到外壳8中之后连接到电池单元1。电池单元1具有被初始充电膨胀且此后无论充电/放电状态都不回复到初始尺寸的性质。因此，例如通过将电池单元1在初始充电之前插入到外壳8中之后，通过电池单元1的膨胀，电池单元1被紧密安装到外壳8中，因此使得电池单元1能够被固定。
根据需要，通过与常规锂离子聚合物二次电池的电池组类似的方法，进行外壳8的绝缘处理和外观处理。通过在外壳8的外表面上形成树脂层等进行绝缘处理的情况，例如字符、图片等信息也可以通过激光印刷在树脂层上。因此，可以印刷设计或产品信息而不使用标签，并可以进一步利于提高容积效率。
如上所述，在根据本实施例的电池组中，当形成外壳8时，其通过DI成型法等形成为薄侧壁的圆柱形状，且随后该外壳被成型为适合插入电池单元1的矩形管形。因此，即使外壳8具有矩形管形，侧壁厚度非常小的外壳也可以无缝地形成。因此，即使电池单元1是矩形的，也可以使用厚度非常小且具有高强度的外壳。因此，外壳8所需的容量的增加可以降低，且可以保证足够的机械强度和端子的可靠性及安全性。在使用成型外壳的常规电池组的情况，虽然电池主体的容积效率等于约78％，但是在根据本发明的电池组的情况中，可以获得90％以上的容积效率。
在通过拉伸和挤拉成型外壳8的情况，通过改变使用的一部分冲模，可以容易地改变外壳8的外部尺寸，例如宽度、深度、高度等。因此，当外壳8形成时的自由度高，而且可以容易地形成根据各种尺寸的电池单元1的外壳8。
由于外壳8由金属材料制成，所以可以容易地进行内表面处理和包覆处理。因此，可以对外壳8的内表面和/或外表面容易地进行绝缘、表面保护等处理，且可以容易地提高电池组的安全性。
由于外壳8也是金属外壳，所以具有防止湿气渗透到电池中的效果。因此，对于插入到外壳中的电池单元，也可以使用电池元件已被密封进树脂膜而不是铝层叠模的电池单元。树脂膜是复合膜，其中粘附到铝层叠膜的铝层外表面的外部树脂层与粘附到铝层内表面的内部树脂层直接粘附。在使用这样的复合膜的情况，由于铝层(金属层)不是必需的，所以容积效率可以进一步提高。
对于前盖，如图9所示，安装突起部分43a设置在盖43侧，且安装孔部分42a设置在外壳42侧。当盖43通过压力插入外壳42中时，安装突起部分43a插入安装孔部分42a，从而盖43可以可靠地固定到外壳42。在此情形，锥形表面43b也可以形成在盖43的一侧边缘，从而使得向外壳42中的插入容易。通过用上述盖43封闭外壳42，电池组可以可靠地气密性地密封外壳42的内侧并防止湿气、灰尘等渗透，且可以获得高的可靠性。
在上述电池组1中，各种改进都是可能的。例如，作为盖43和电路板45的组装结构，也可以使用图10所示的组装结构。盖43和电路板45的组装结构将在下面描述。
首先，此情况中的盖43主要由盖板51构成，盖板51通过与上述示例类似的方式封闭外壳42的开口部分。用于固定到外壳42的固定爪52提供到盖43的两端，从而向外突出。当盖43安装到外壳42并固定电池时与电池50接触的电池主体支撑突起53形成在每个固定爪52的内部位置。此外，板两端支撑部分54和板中心支撑部分55设置在与盖板51的预定间距处，即，在几乎等于电路板45厚度的间距处。电路板45插入到盖板51与板两端支撑部分54之间的间隙中，以及插入到盖板51与板中心支撑部分55之间的间隙中，并保持到盖43。
图11示出盖板43的详细结构。每个板两端支撑部分54不仅具有用于支撑电路板45后表面的支撑板54a，而且具有用于支撑电路板45一侧边缘的侧边支撑部分54b。因此，当电路板45插入到间隙中时，电路板45通过侧边支撑部分54b设置在插入方向。
板中心支撑部分55的一侧边缘与盖板51耦合，且另一侧边缘55a侧是自由边缘。板中心支撑部分55被例如树脂具有的弹力推动到盖板51侧。通过克服推力插入电路板45，电路板45安装到盖43，其状态为后表面被板中心支撑部分55推动。成对的固定爪55b提供在板中心支撑部分55的另一侧边缘55a。当安装电路板45时，固定爪55b与远侧边缘支撑部分54b一起支撑电路板45的侧表面，并在图中的垂直方向设置电路板45，因此防止电路板45的意外脱落。
此外，定位孔55c提供在板中心支撑部分55的底边侧。定位突起45a提供在电路板45相应于定位孔55c的位置。当电路板45安装到间隙中时，通过将电路板45的定位突起45a插入到板中心支撑部分55的定位孔55c，形成了电路板45向盖43的定位特别是在图中右/左方向的定位。
图12示出了盖43向外壳42的安装状态。通过挤压盖43和电池50一起并将盖43的固定爪52固定到外壳42的安装孔部分42a，可以进行通过盖43对外壳42的密封。此时，对盖43提供的电池主体支撑突起53与电池50的边缘表面接触，从而电池50可靠地固定在外壳42中。
将作为另一实施例描述使用外部未覆盖层叠膜的电池元件的电池组。下面将参考附图解释这样的电池组。
图13是使用外部未覆盖层叠膜的电池单元的电池组的分解透视图。参考标号61代表电池的电池元件，该电池例如是锂离子聚合物二次电池。电池元件61可以通过与上述实施例类似的材料和方法形成。
在类似于上述实施例的方式中，已经安装保持元件64的引线62和63从电池元件61的前侧的一端表面引出。保持元件64由例如具有绝缘性能的合成树脂材料制成，稳定保持电路板65，并将电路板65与电池元件61绝缘。电路板65通过电阻焊接、超声焊接等固定到从保持元件64突出的引线62和63。保护电路、ID电阻等安装到电路板65上。固定到引线62和63的电路板65装入前盖66中。多个例如三个接触部分形成在前盖66侧的电路板65上。
前盖66和后盖67是由例如合成树脂材料制成的成型元件，该合成树脂材料例如是聚碳酸酯(PC)、聚丙烯(PP)、ABS树脂(丙烯腈丁二烯苯乙烯共聚物)、聚酰胺系热熔树脂等。前盖66和后盖67安装到圆柱外壳68两端的开口部分并封闭外壳68。在使用外部未覆盖层叠膜的电池元件的情况，由于前盖66和后盖67需要绝缘性能，所以不使用例如铝、不锈钢(SUS)等材料。
湿气捕捉剂可以混合到构成前盖66和后盖67的树脂中以提高湿气阻挡性能。作为湿气捕捉剂，优选使用可以容易地形成水合物的捕捉剂，例如通式由MSO4或M2SO4表示的包括硫酸盐(在该表达式中，M选自Na、K、Mg和Ca)或通式由(-CH2-CH(COOM)-)n表示的聚丙烯酸盐(在该表达式中，M选自Na、K、Mg和Ca)等，且所述湿气捕捉剂以0.2％以上到10％以下范围中的比例混合到树脂中。
包括前盖66和后盖67的一对盖通过适合它们材料的安装方法连接到外壳68。如果盖由合成树脂材料制成，例如通过在外壳68和盖的连接表面上层叠聚丙烯(PP)、聚乙烯(PE)等的薄膜并加热连接表面，则盖和外壳68可以通过热焊接固定。
如果使用热熔系树脂，则外壳68和盖可以在盖的外形成型的同时安装。湿气捕捉剂可以混合到热熔系树脂中，以提高湿气阻挡性能。作为湿气捕捉剂，优选使用可以容易地形成氢氧化物的捕捉剂，例如通式由MSO4或M2SO4表示的包括硫酸盐(在该表达式中，M选自Na、K、Mg和Ca)或通式由(-CH2-CH(COOM)-)n表示的聚丙烯酸盐(在该表达式中，M选自Na、K、Mg和Ca)等，且所述湿气捕捉剂以0.2％以上到10％以下范围中的比例混合到树脂中。
在类似于上述实施例的方式中，外壳68具有适合插入电池元件61并将其封闭在其中的圆柱形状。至于外壳68的厚度，其通过DI成型法形成从而具有约0.1mm的厚度。外壳68由例如铝、铁、不锈钢(SUS)等金属形成。例如3003H18、3004H18、1N30H18等材料可以用作铝。根据这些铝材料，由于维氏硬度等于或大于20，即使外壳的厚度小至等于约0.1mm，也可以保证强度。
电池组通过上述组成部分制造。作为制造电池组时使用的部分和它们的材料，可以使用与上述实施例类似的部分和材料。
由于使用外部未覆盖层叠膜的电池元件，所以对外壳68的内表面进行绝缘处理是重要的。作为绝缘处理的方法，具体而言，在外壳68由铝制成的情况，可以使用防蚀铝(alumite)处理其内壁部分的方法。进行防蚀铝工艺以在铝表面上形成阳极氧化涂层，且该氧化涂层起绝缘层的作用。根据防蚀铝工艺，表面可以被绝缘而不增加外壳68的厚度。进行防蚀铝工艺的部分至少是外壳68的内壁，该内壁存在与电池元件61接触的可能。然而，本发明不限于此部分，而是可以对整个外壳进行防蚀铝工艺。
或者，取代铝工艺，外壳68通过深拉通过将树脂膜粘附到铝而获得的复合材料而形成，且树脂膜设置到内壁侧，因此也能够保证电池单元61的绝缘性能。在这种情况下，大部分外壳68由铝制成并获得聚丙烯、聚乙烯、离子交联聚合物(ionomer)、乙烯-异丁烯酸酯(ethylene-methacrylate)共聚物、乙烯-甲基丙酸烯酸(ethylene-methacrylic acid)共聚物、乙烯-异丁烯酸酯(ethylene-methylacrylate)共聚物等已经粘附到内壁表面。
优选将树脂膜的厚度设为5到30mm。由于使用通过将圆柱形成型矩形而获得的外壳68，存在即使将其成型为矩形并将电池元件61装入之后，可以将外壳恢复成初始形状并将其变形为扩展的形状。通过粘附树脂膜，由于对装入外壳中的电池元件可以获得热粘结性质，所以可以抑制完成的封装的变化。
绝缘也可以通过这样的结构获得，其中在制造电池元件61时设置在正电极和负电极之间的分隔物设置得比每个正电极和负电极长，且电池元件61的外周部分覆盖有分隔物，或者通过向内壁部分喷涂涂料然后进行烘烤工艺的方法。
如上所述，在根据本实施例的电池组中，由于使用装入外壳的电池元件而外部不覆盖层叠膜，所以可以保证足够的机械强度和端子的可靠性和安全性，并进一步提高容积效率。根据使用成型外壳的常规电池组的电池主体的容积效率等于约78％，而本实施例的电池组的情形可以获得95％以上的容积效率。
虽然在上述实施例中通过DI成型法形成了圆柱外壳元件(金属管)，但圆柱外壳元件的产生不限于这种方法，而是也可以通过图14所示的辊形成法等形成。在通过辊形成法形成圆柱外壳元件的情况，多个用于成型的滚动辊(rolling roller)设置在圆形罐的外周侧面上，且该圆形罐在多个辊之间逐渐穿透，因此将外壳元件成型为需要的形状。
下面将参考实施例描述本发明。在这些实施例中，改变电池元件和外壳的结构(存在或不存在层叠膜覆盖物)来形成电池组，并比较了容积效率。
实施例1其中电路板等已经连接到电池单元的组件被插入到圆柱形塌陷(collapsed)罐中，该圆柱形塌陷罐通过将DI成型法制造的具有0.1mm厚度的圆柱金属管成型为矩形形状而获得，在该电池单元中，具有4.0mm厚度的电池元件被外部覆盖具有0.1mm厚度的铝叠层，且通过树脂成型形成的前盖和后盖被安装在圆柱形塌陷罐的两开口端部并焊接到外壳，因此形成电池组。
实施例2其中电路板等已经连接到电池单元的组件被插入到圆柱形塌陷罐中，该圆柱形塌陷罐通过将辊形成法制造的具有0.1mm厚度的圆柱金属管成型为矩形形状而获得，在该电池单元中，具有4.0mm厚度且该电池元件被外部覆盖具有0.1mm厚度的铝叠层，且通过树脂成型形成的前盖和后盖被安装在圆柱形塌陷罐的两开口端部并焊接到外壳，因此形成电池组。
实施例3其中已经连接到电路板等并具有4.0mm厚度的电池元件被外部覆盖具有0.05mm厚度的复合膜的组件被插入到圆柱形塌陷罐中，该圆柱形塌陷罐通过将DI成型法制造的具有0.1mm厚度的圆柱金属管成型为矩形形状而获得，且通过树脂成型形成的前盖和后盖被安装在圆柱形塌陷罐的两开口端部并焊接到外壳，因此形成电池组。
实施例4其中已经连接到电路板等并具有4.0mm厚度的电池元件被外部覆盖具有0.05mm厚度的复合膜的组件被插入到圆柱形塌陷罐中，该圆柱形塌陷罐通过将辊形成法制造的具有0.1mm厚度的圆柱金属管成型为矩形形状而获得，且通过树脂成型形成的前盖和后盖被安装在圆柱形塌陷罐的两开口端部并焊接到外壳，因此形成电池组。
对比例1其中电路板等已经连接到电池单元的组件被插入到通过树脂成型制造的成型外壳中，在该电池单元中，具有4.0mm厚度的电池元件被外部覆盖具有0.1mm厚度的铝叠层，因此形成电池组。
对比例2其中电路板等已经连接到电池单元的组件被插入到通过深拉制造的具有0.2mm厚度的矩形罐中，且焊接电池盖，因此形成电池组，在该电池单元中，具有4.0mm厚度的电池元件被外部覆盖具有0.1mm厚度的铝叠层。
对于上述制造的每个电池组，测量了电池组的体积和装入电池中的电池元件的体积，因此由(电池元件体积/电池组体积)获得容积效率。
测量结果在下面表1中示出。
从上述结果，根据具有这样常规结构的电池组，其中外部覆盖层叠膜的电池单元插入树脂成型外壳中，虽然容积效率等于78％，根据本发明的电池组，其中电池单元插入通过将DI成型法或辊形成法制造的金属管成型为矩形形状而获得的外壳中，容积效率等于或大于92％，且将理解容积效率被大大提高了。
在这些电池组中，根据使用其中电池元件外部未覆盖层叠膜的电池单元的电池组，容积效率等于95％且可以不浪费结构地制造电池单元。因此，如果外壳的外部尺寸设为常数，则装入外壳中的电池主体的尺寸可以放大且可以增加电池容量。相反，如果电池容量设为常数，则电池组可以小型化。
本发明不限于上述两个实施例等，而是在不脱离本发明的精神的范围内，许多改进和应用都是可能的。虽然针对使用凝胶电解质的锂离子聚合物二次电池描述了上述实施例，但电池种类不限于此。本发明也可以应用于可以使用圆柱外壳的其他种类的电池，例如，使用固体电解质或液体电解质的电池元件。
电路板5、前盖6等的安装结构不限于使用图1所示的保持元件4。例如，也可以使用其中引线2和3被电路板5和前盖6夹置的结构，将在夹置部分和电池元件1之间的引线2和3弯曲，且外壳8通过压力插入从而挤压前盖6，因此连接外壳8和前盖6。自然，在图12所示的电池元件外部未覆盖图12所示的层叠膜的情况也可以使用这样的方法。
权利要求
1.一种电池组，包括电池单元，在所述电池单元中电池元件装入具有绝缘性能的膜形包覆元件中；矩形外壳，以如下方式构成，在金属材料形成为圆柱形状之后，所述圆柱形状被成型为几乎与所述电池元件的外形一致的管形，且在两端形成开口部分；和一对盖，分别安装到所述外壳的开口部分，其中所述电池单元装入所述外壳中，且所述开口部分被所述一对盖封闭。
2.根据权利要求1所述的电池组，其中所述外壳的金属材料选自包括铁、钛、不锈钢和铝的组。
3.根据权利要求2所述的电池组，其中所述金属材料的维氏硬度等于或大于20。
4.根据权利要求2所述的电池组，其中所述铝选自包括3003H18、3004H18和1N30H18的组。
5.根据权利要求1所述的电池组，其中所述膜形包覆元件通过层叠树脂膜而形成。
6.根据权利要求5所述的电池组，其中所述膜形包覆元件通过用粘合剂粘合厚度位于10μm以上到25μm以下范围的外层树脂膜和厚度位于25μm以上到35μm以下范围的内层树脂膜而形成，且用于吸收湿气的湿气捕捉剂混合到所述粘合剂。
7.根据权利要求6所述的电池组，其中所述外层树脂膜选自包括聚对苯二甲酸乙二醇酯、尼龙、聚萘二甲酸乙二醇酯(polyethylene naphthalate)、聚对苯二甲酸丁二醇酯(polybutylene terephthalate)的组。
8.根据权利要求6所述的电池组，其中所述内层树脂膜选自包括聚丙烯、马来酸盐变性的聚丙烯、聚乙烯、马来酸盐变性的聚乙烯、离子交联聚合物、乙烯-异丁烯酸酯共聚物、乙烯-甲基丙酸烯酸共聚物和乙烯-甲基丙烯酸酯共聚物的组。
9.根据权利要求6所述的电池组，其中所述湿气捕捉剂选自包括硫酸盐或聚丙烯酸盐的组，其中所述硫酸盐的通式由MSO4或M2SO4表示(在该表达式中，M选自Na、K、Mg和Ca)，聚丙烯酸盐的通式由(-CH2-CH(COOM)-)n表示(在该表达式中，M选自Na、K、Mg和Ca)，且所述湿气捕捉剂以1％以上到10％以下范围中的比例混合。
10.根据权利要求6所述的电池组，其中金属或金属氧化物的蒸发沉积膜形成在至少所述外层树脂膜的外表面上或内层树脂膜的内表面上。
11.根据权利要求1所述的电池组，其中所述外壳通过DI成型方法形成。
12.根据权利要求1所述的电池组，其中所述外壳通过辊形成法形成。
13.根据权利要求1所述的电池组，其中电路板设置在所述一对盖的至少之一的内侧上。
14.根据权利要求1所述的电池组，其中所述电池元件具有凝胶体或固体电解质。
15.根据权利要求1所述的电池组，其中热焊接树脂膜形成在所述外壳的内表面上。
16.根据权利要求15所述的电池组，其中所述热焊接树脂膜选自包括聚丙烯、马来酸盐变性的聚丙烯、聚乙烯、马来酸盐变性的聚乙烯、离子交联聚合物、乙烯-异丁烯酸酯共聚物、乙烯-甲基丙酸烯酸共聚物和乙烯-甲基丙烯酸酯共聚物的组。
17.根据权利要求1所述的电池组，其中至少对所述外壳的外表面进行绝缘处理。
18.根据权利要求17所述的电池组，其中所述绝缘处理也用作设计印刷。
19.根据权利要求17所述的电池组，其中所述设计印刷通过激光来印刷。
20.一种电池组，包括电池元件；矩形外壳，以如下方式构成，在金属材料形成为圆柱形状之后，所述圆柱形状被成型为几乎与所述电池元件的外部形状一致的管形，且开口部分形成在两端；和一对盖，分别安装到所述外壳的开口部分，其中所述电池元件被装入所述外壳中，且所述开口部分被所述一对盖封闭。
21.根据权利要求20所述的电池组，其中所述外壳的金属材料选自包括铁、钛、不锈钢和铝的组。
22.根据权利要求21所述的电池组，其中所述金属材料的维氏硬度等于或大于20。
23.根据权利要求21所述的电池组，其中所述铝选自包括3003H18、3004H18和1N30H18的组。
24.根据权利要求20所述的电池组，其中所述外壳通过DI成型方法形成。
25.根据权利要求20所述的电池组，其中所述外壳通过辊形成法形成。
26.根据权利要求20所述的电池组，其中电路板设置在所述一对盖的至少一个的内侧上。
27.根据权利要求20所述的电池组，其中所述盖通过树脂成型形成。
28.根据权利要求20所述的电池组，其中用于吸收湿气的湿气捕捉剂混合到所述盖的树脂材料。
29.根据权利要求28所述的电池组，其中所述湿气捕捉剂选自包括硫酸盐或聚丙烯酸盐的组，其中所述硫酸盐的通式由MSO4或M2SO4表示(在该表达式中，M选自Na、K、Mg和Ca)，聚丙烯酸盐的通式由(-CH2-CH(COOM)-)n表示(在该表达式中，M选自Na、K、Mg和Ca)，且所述湿气捕捉剂以0.2％以上到10％以下范围中的比例混合。
30.根据权利要求20所述的电池组，其中所述电池元件具有凝胶体或固体电解质。
31.根据权利要求20所述的电池组，其中至少对所述外壳的内表面进行绝缘处理。
32.根据权利要求31所述的电池组，其中绝缘工艺通过在所述外壳内表面上形成树脂膜而进行，且所述树脂膜选自包括聚丙烯、马来酸盐变性的聚丙烯、聚乙烯、马来酸盐变性的聚乙烯、离子交联聚合物、乙烯-异丁烯酸酯共聚物、乙烯-甲基丙酸烯酸共聚物和乙烯-甲基丙烯酸酯共聚物的组。
33.根据权利要求20所述的电池组，其中至少对所述外壳的外表面进行绝缘处理。
34.根据权利要求33所述的电池组，其中所述绝缘处理也用作设计印刷。
35.根据权利要求33所述的电池组，其中大量信息等通过激光印刷到所述设计印刷。
36.一种电池组的制造方法，包括如下步骤形成功率产生元件；将电路板连接到所述功率产生元件；通过将金属材料成型为圆柱形状来形成壳元件；通过将所述壳元件成型为几乎与所述功率产生元件的外形一致的管形而形成外壳；和将所述功率产生元件装入所述外壳并通过一对盖封闭所述外壳的开口端部。
37.根据权利要求36所述的制造方法，其中所述功率产生元件是电池单元，其中电池元件已装入具有绝缘性能的膜形包覆元件中。
38.根据权利要求35所述的电池组，其中所述功率产生元件是没有装入膜形包覆元件的电池元件。
全文摘要
一种如下形成的电池组，通过使用DI成型方法或辊形成法制造由薄壁圆柱金属管形成的壳元件并将该壳元件成型从而与电池元件的形状大致匹配，以形成外壳；在该外壳中存放连接电路板的功率产生元件；并通过前盖和后盖封闭外壳的敞开部分，前盖和后盖通过例如树脂成型而制造。功率产生元件在电池元件被层叠膜从外部包裹或电池元件容纳在外壳中的状态下使用。而且，为了抑制湿气穿透到电池中，吸收湿气的湿气捕捉剂可以混合在前盖和后盖的树脂材料中。
文档编号B21D51/52GK1989633SQ200580024928
公开日2007年6月27日 申请日期2005年7月22日 优先权日2004年7月23日
发明者平塚贤, 坂本美津夫, 八田一人, 土屋谦二, 瀬川健, 佐藤雅人, 市桥明, 本田一良 申请人:索尼株式会社