专利名称：层叠封装扁平电池的制作方法
技术领域：
本发明涉及提高了热焊接部分稳定性的层叠封装扁平电池。具体而言，本发明涉及以在热焊接部分的电极引出端中提供通孔的方式确保在热焊接部分中电极引出端和叠层膜的稳定性，进一步涉及由这些电池形成的电池组件和装配成的电池组。
背景技术：
近年来，由来自车辆的废气引起的空气污染已成为全球问题。在这种情况下，采用电能作为动力源的电动车辆和通过发动机和马达的组合运行的混合汽车引起了人们的关注。因此，把具有高的能量密度和高的输出密度的电池安装在这些混合汽车上的研究开发具有产业上的重要位置。对于用于这些应用的电池结构，有这样的一种结构，其中，将卷绕起来的电能产生元件装在圆柱形壳体中。在另一种结构中，卷绕而成的电能产生元件或者将扁平电极和隔板堆叠而成的电能产生元件装在扁平壳体中。
由于需要这些圆柱或扁平壳体具有增加的强度，因此必须将这些壳体形成为金属壳。因此就存在着难以降低重量的问题。这样，作为降低电池重量以及取得更高能量密度和更高输出功率的手段，引用了在JP特开平11-224652(1999)中描述的原有技术。在此常规技术中，提出了利用叠层膜作为外壳的电池结构，叠层膜的外围通过热焊接进行密封，从而密封外壳。
在以上描述的利用叠层膜作为外壳的电池中，由于由外力或者电池的温升引起的内压的升高所造成的变形，因此有时会破坏它的密封性能。尤其当把电池安装在电动车辆或混合汽车上时，有时电池温度升高至大约60℃。在此情况下，在充/放电过程中大电流流过电极引出端，因此，电极引出端的温度有时比电池温度高大约30℃。因此，电极引出端的温度有时达到了叠层膜中树脂的软化点(大约90℃)。在这种情形下，由于树脂内部温度的升高导致了电池的内部压力的增加，在一些情况下损坏了在叠层膜和电极引出端中的树脂彼此接触的区域的密封性能。因此，在以上描述的采用叠层膜作为外壳的电池中，确保相当于金属壳的密封性能或者更好成为了重要课题。因此，作为应对这些要求的技术，已经进行了尝试，通过在相应于电极引出端的热焊接部分的位置中提供由含钛酸盐结合剂的烯树脂形成的涂覆层，增加了密封性能。在此情况下，烯树脂还用作叠层膜的最外层(参考JP特开平2000-133218)。
发明内容
但在以上描述的发明中，虽然当电池用于可携式摄像机、移动电话、便携式计算机等时或者在电池制成后的最初时期保持了密封性能，但是在电池安装在电动车辆或者混合汽车上的变化条件下存在着它的长期可靠性不能保持的可能性。
与此同时，虽然优选扩大电极引出端的面积以便控制其电阻，但是如果扩大了电极引出端的面积，在叠层膜和电极引出端之间的接合表面也会增大，造成了更难以保证密封的可靠性。
并且在以上描述的充电/放电过程中，有时电极引出端的温度达到了涂覆树脂的软化点。此外，在某些情况下，由于在电极引出端和涂覆树脂的热膨胀性之间的差别，还由于电池的内压，导致了在电极引出端和涂覆树脂的接合表面上出现剥离和开裂，从而使密封性能降低。由于以上描述的密封性能的降低，存在着发生液体泄漏的可能性，其中电解液或其分解产物从电池中的电极引出端的末端泄漏出来并移向在电极引出端和涂覆树脂之间的界面。此外，出现了加速损坏涂覆树脂和外部材料的问题，其中，渗透出的电解液腐蚀电极引出端，造成电阻的增加，这导致在大电流充电/放电过程中电极引出端产生更多的热量。
在此情况下，考虑到上述问题研制了本发明。本发明的目的是提供一种层叠封装扁平电池，该电池利用由聚合物和金属彼此结合而成的叠层膜作为电池外部材料，其中增加了电池密封性能的可靠性，确保了当采用大电流时的充电/放电性能。
本发明的第一方面提供一种层叠封装扁平电池，包括由聚合物和金属彼此结合而成的叠层膜；由多个电极板和隔板形成的并由叠层膜密封的发电元件；以及连接到电极板的电极引出端，其中通过在叠层膜的外围上形成热焊接部分的方式密封发电元件，电极引出端从热焊接部分突出，在其接触热焊接部分的位置上提供通孔。
本发明的第二方面提供一种电池组件，包括至少两个以串联和/或并联方式连接的层叠封装扁平电池，层叠封装扁平电池包括由聚合物和金属彼此结合而成的叠层膜；由多个电极板和隔板形成的并由叠层膜密封的发电元件；以及连接到电极板的电极引出端，其中通过在叠层膜的外围上形成热焊接部分的方式密封发电元件，电极引出端从热焊接部分突出，在其接触热焊接部分的位置上提供通孔。
本发明的第三方面提供一种装配电池组，包括至少两个以串联和/或并联方式连接的电池组件，该电池组件包括层叠封装扁平电池，层叠封装扁平电池包括由聚合物和金属彼此结合而成的叠层膜；由多个电极板和隔板形成的并由叠层膜密封的发电元件；以及连接到电极板的电极引出端，其中通过在叠层膜的外围上形成热焊接部分的方式密封发电元件，电极引出端从热焊接部分突出，在其接触热焊接部分的位置上提供通孔。
本发明的第四方面提供一种车辆，包括包括至少两个以串联和/或并联方式连接的电池组件的装配电池组，该电池组件具有层叠封装扁平电池，层叠封装扁平电池包括由聚合物和金属彼此结合而成的叠层膜；由多个电极板和隔板形成的并由叠层膜密封的发电元件；以及连接到电极板的电极引出端，其中通过在叠层膜的外围上形成热焊接部分的方式密封发电元件，电极引出端从热焊接部分突出，在其接触热焊接部分的位置上提供通孔。
本发明的第五方面提供一种用于制造层叠封装扁平电池的方法，包括制备由聚合物和金属彼此结合而成的叠层膜、由多个电极板和隔板形成的并通过在叠层膜的外围上形成热焊接部分的方式密封在叠层膜中的发电元件、以及连接到电极板并具有在与热焊接部分的接触部分中设置的通孔的电极引出端；向电极引出端的至少一个表面的接触部分上附着粘接层；以及通过在叠层膜之间插入粘接层的同时热焊接叠层膜并密封发电元件的方式形成热焊接部分。
现在参考附图描述本发明，其中图1A是说明根据本发明的层叠封装扁平电池的实施方式的透视图；图1B是沿着图1A的线IB-IB取向的横截面图；图2A和2B是说明根据本发明的层叠封装扁平电池的另一实施方式的透视图；图3A是说明根据本发明的层叠封装扁平电池的热焊接部分的实施方式的放大横截面图；图3B是说明根据本发明的层叠封装扁平电池的电极引出端的实施方式的示意图；图3C是沿着图3B的线IIIC-IIIC取向的横截面图；图4A，4B和4C是说明根据本发明的层叠封装扁平电池的电极引出端的另一实施方式的示意图；图5A是说明根据本发明的、其中设置有粘接层的层叠封装扁平电池的电极引出端的实施方式的示意图；图5B是说明根据本发明的、其中设置有粘接层的层叠封装扁平电池的热焊接部分的放大横截面图；图6是说明根据本发明的层叠封装扁平电池的热焊接部分的另一实施例的放大横截面图；图7A是说明根据本发明的电池组件的实施方式的前视图；
图7B是说明根据本发明的电池组件的实施方式的横截面图；图7C是说明根据本发明的电池组件的实施方式的平面图；图8是说明根据本发明的装配电池组的实施方式的透视图；图9是说明其上安装了本发明的电池组件的车辆的示意图；图10是说明温度升高测试的结果的曲线图。
具体实施例方式
下面参考附图描述本发明的实施方式。
如图1A和1B所示，根据本发明的电池10以这种方式构成以热焊接两个叠层膜50和51的方式密封发电元件。发电元件是由正极板20(电极板)、间隔件30和负极板40(电极板)堆叠而成。叠层膜50和51是通过以竖直方向将聚合物和金属彼此结合的方式形成的。电池10以这样的方式构成正引出端22(电极引出端)和负引出端42(电极引出端)分别从正引出端的热焊接部分23和负引出端的热焊接部分43向外突出。正引出端22通过正极集流体21连接到正极板20，负引出端42通过负极集流体41连接到负极板40。在正负引出端22和42的热焊接部分23和43中设置通孔24和44。应注意，用于叠层膜热焊接的方法不限于图1所示的、其中电池的外围部分由两片叠层膜热焊接的一种情况。例如，如图2A所示，可以采用这样的结构其中采用袋形叠层膜以在其中容纳发电元件，仅热焊接它的两个开口端，正、负引出端22和42分别从这里突出。此外，如图2B所示，取出正、负引出端22和42的位置可仅限于一个。
同时，优选本发明的电池以如图1A至2B所示的扁平形状构成。这是因为如果在安装在车辆或混合汽车上的高能量密度和高输出密度的电池中采用圆形电池结构，就很难确保取出电极引出端的区域的密封性能的长期可靠性。
对于本发明的电极，采用能够吸收和释放锂离子的正负电极。隔板和其中注入的电解液、固体电解质或凝胶电解质或者选择性地的充当隔板的固体电解质或凝胶电解质用于发电元件。对于正负电极、隔板、电解液等，可采用公众所知的那些。例如，虽然对于正极希望采用含有LiCoO2、LiMn2O4或LiNiO2作为主要材料的正极活性材料，对于负极希望采用含有石墨或硬质碳即无定形碳作为主要材料的负极活性材料，但是正、负极活性材料没有特别限制。应注意，正极定义为包括正极集流体和连接到集流体的端部上的正引出端的部分。正极板定义为包括在正极集流体中的正极活性材料的反应部分。同样，负极定义为包括负极集流体和连接到集流体的端部上的负引出端的部分。负极板定义为包括在负极集流体中的负极活性材料的反应部分。
此外，对作为本发明的发电元件的主要元件之一的隔板没有特别地限制，可以采用公众所知的那些。应注意，对于本发明的隔板，它的名称不限制它的选择，隔板可以由充当隔板功能的固体电解质或凝胶电解质代替。原因如下。具体而言，固体电解质电池和凝胶电解质电池包括按如下方式构成的一种发电元件装入由叠层膜形成的外部材料中并通过对外部材料周围热焊接的方式包封。在此情况下，发电元件通过在正极板的正极活性材料层和负极板的负极活性材料层之间设置固体电解质或凝胶电解质的方式形成。此外，发电元件以与前面相同的方式包含上述电解液或电解质。
在本发明中，通过堆叠正极板、隔板和负极板形成的发电元件以与常规发电元件类似的方式构成。例如，各正极板通过以下方式形成在正极集流体的反应部分的两个表面上涂覆并烘干上述正极活性材料。各负极板通过以下方式形成在负极集流体的反应部分的两个表面上涂覆并烘干上述负极活性材料。各隔板由聚合物电解质板形成。具有正极活性材料的正极集流体和具有负极活性材料的负极集流体通过超声波焊接或其他类似方式分别连接到正引出端和负引出端。这种连接还可以通过电阻焊接的方式进行。但本发明的发电元件的结构不限于此。
此外，在由聚合物和金属彼此结合而成的叠层膜用作外部材料的同时，对叠层膜没有特别的限制。可采用通过在聚合物膜之间设置金属膜并层叠将被一体化的全部材料的方式形成公众所知的膜。如图3A所示，作为叠层膜，设置由聚合物膜形成的外部保护层50a(叠层膜的最外层，耐热绝缘膜50a)、金属膜层50b、以及由绝缘聚合物膜形成的热焊接层50c(叠层膜的最内层，热焊接膜50c)。具体而言，叠层膜是以这样的方式构成的一种耐热绝缘膜50a以聚合物膜的形式形成在金属膜层50b的两个表面上，热焊接膜50c层叠在耐热绝缘膜50a的至少一个表面上。通过层叠将被一体化的全部材料的方式构成叠层膜。通过适当的方法热焊接这种叠层膜，这样一部分热焊接膜50c焊接到正引出端22以形成热焊接部分23。
铝膜等可列为金属膜的实施例。此外，聚乙烯对苯二酸酯膜(耐热绝缘膜)、尼龙膜(耐热绝缘膜)、聚乙烯膜(热焊接膜)、聚丙烯膜(热焊接膜)等可列为聚合物膜的例子。然而，本发明的外部材料不限于这些。由于采用能够热焊接的绝缘膜，因此叠层膜能够利用如超声波焊接等技术容易、安全地连接。应注意，为了让电池的长期可靠性增加至最大，作为叠层膜的构成元件的金属膜可直接地彼此连接。在此情况下，当电极引出端和金属膜相互接触时可能会发生短路的缺陷。因此，优选在金属膜不接触电极引出端的热焊接部分中的位置上相互连接金属膜。超声波焊接可用于通过去除或破坏位于金属膜之间的树脂的方式相互连接金属膜。
在采用具有涂覆表面的电极引出端的情况下，金属例如铝(Al)、不锈钢和含这些金属的合金材料、以及金属例如铜(Cu)和铁(Fe)可用作将作为电极引出端的基础材料的金属。从控制整个电极引出端的电阻增加的观点出发，采用Cu作为基础材料是所希望的，但基础材料不限于Cu。此外，虽然镍最适合于表面涂覆层，但也可以采用如银或金等金属材料。表面涂覆层可以设置在正负极引线的任意一面或两面。
在用于电极引出端的基础材料的金属材料中，金属例如Al在与外部材料的聚合物材料的粘接方面是优异的，正如从这些金属用于外部材料的聚合物-金属复合叠层膜的金属膜材料的事实理解的那样。因此，可以说不一定要在电极引出端上提供表面涂覆层。另一方面，在用作基础材料的金属材料中例如Cu和Fe等金属在与外部材料的聚合物材料的粘接方面比较差。因此，可以说更需要提供表面涂覆层。通常来说，金属例如Al用作正引出端的基础材料，金属例如Cu和Fe用作负引出端的基础材料。
本发明的特征在于，在热焊接部分中具有通孔的电极引出端用在如上所述的层叠封装扁平电池中。虽然对于电极引出端的正负引出端的任一个可以说是相同的，但是将描述正引出端的热焊接部分。
如图3B所示，采用其中设置了通孔24的正引出端22。通孔的数量可以是任意设置的一个或多个。如果正引出端22以垂直方向夹在叠层膜50和51之间，接着加热，那么热焊接膜50c成为熔融树脂50c’。如果熔融树脂50c’通过压力固定到正引出端22上，那么熔融树脂50c’渗入到正引出端22的通孔24中。因此，如果在冷却之后熔融树脂50c’固化，那么叠层膜的热焊接膜50c就通过在垂直方向上的通孔24彼此连接，正引出端的热焊接部分23的连接变得更牢固。特别是，在利用叠层膜作为外部材料的情况下，在叠层膜和电极引出端之间的粘接就变成了在树脂和金属之间的粘接，因此有些时候，在将电池用于汽车的情况下就不能确保足够的密封性能。然而，根据本发明，以提供通孔的方式能够很容易地增加密封性能，由于锚定作用而增加了正引出端的热焊接部分的强度。此外，如果以上面描述的方式设置通孔，那么就可以使夹在热焊接部分中并露出到外部材料的外部的电极引出端的密封性能在长期可靠性方面得以很大程度的改善。因此，还可以确保对于长时间周期的良好密封性能。应注意，还能够以相同方式确保负引出端的良好密封性能。
在本发明中，作为优选，在各电极引出端中设置的多个通孔以交错方式设置在热焊接部分。例如，将描述从正引出端的正极集流体侧(发电元件侧)向电池的外部设置两行的情况，在每行中包括四个至五个通孔。如图4A所示，从正极集流体侧向电池外部设置通孔以便相互不重叠。因此，在提供三行通孔的情况下，相邻的两行通孔从正极集流体侧向电池的外侧设置以便相互不重叠，如图4B所示。在此方式下，可以延长电解液由其泄漏的路径P，因此可以防止电解液泄漏到电池的外部。
此外，通孔的形状不限于正方形和矩形形状，还可以是圆形和椭圆形状，对于各行具有不同的形状。例如，从正极集流体侧向电池外部可以进行选择设置，该设置包括由圆形通孔构成的第一行、由椭圆形通孔构成的第二行以及由矩形通孔构成的第三行。图4C表示设置了两行圆弧通孔的正引出端，其中通孔以交错的方式排列。
在本发明中，优选通孔的总横截面积的比例在电极引出端的横截面积的20-50％的范围内。如果层叠封装扁平电池用于汽车同时流过大电流(大约100A)，电极引出端有时产生热量。特别是，如果电极引出端的宽度是40mm或更宽，通孔的总横截面积超过50％，那么电极引出端的电阻增加，在充电/放电过程中产生的热量进一步增加。如果在使用过程中电池的温度超过70℃，那么热焊接膜有时软化，因此不可能确保密封性能，尽管这取决于叠层膜的热焊接膜的材料。优选在电池使用过程中电极引出端的温升控制在30℃或更低。如果通孔的总横截面积是50％或更低，温升可以控制在上述范围内。另一方面，如果总横截面积低于20％，有时不能充分确保密封性能。参照沿线IIIC-IIIC切开的图3B的正引出端的表面，进一步描述在本发明中通孔的横截面积的比率。如图3C所示，正引出端的厚度设为b，其宽度设为a，通孔的宽度设为a1、a2和a3。在此情况下，通孔的总横截面积表示为(a1+a2+a3)×b，正引出端的横截面积表示为a×b。因此，通孔的总横截面积相对于电极引出端的横截面积的比率可表示为((a1+a2+a3)/a)×100(％)。
在本发明中，可在至少一个电极引出端的表面上设置粘接层。因为金属膜层包含在叠层膜中，所以在热焊接过程中金属部分接触电极引出端，从而在某些情况下导致短路。通过在它们之间插入粘接层，可以防止这种短路缺陷。
图5A和5B表示具有粘接层60的正引出端22。虽然粘接层60的宽度a’可以等于正引出端22的宽度，但优选宽度a’大于宽度a。这是为了有效防止包括在叠层膜中的正引出端和金属膜层之间的短路缺陷。此外，粘接层的宽度h需要足够长的长度以覆盖通孔。为了增加密封性能，优选宽度h等于或大于正引出端的热焊接部分23的宽度w。此外，粘接层可以设置在电极引出端的一个或两个表面上。在此情况下采用的粘接层的尺寸对于各种情况可以不同。
对于如上所述的粘接层的树脂，有聚乙烯、聚丙烯、改性聚丙烯、改性聚丙烯和耐热交联聚丙烯的两层结构、改性聚丙烯、耐热交联聚丙烯和改性聚丙烯的三层结构等。作为优选，至少在与叠层膜的热焊接膜的接触表面上采用聚乙烯、聚丙烯和改性聚丙烯中任一种。这是由于粘接层在与热焊接膜的热焊接特性方面是优异的，因为用在本发明中的叠层膜的热焊接膜是聚乙烯膜、聚丙烯膜等。特别是对于聚丙烯的特性，硬度高，热变性温度高，应力裂纹小，对重复弯曲应力的耐受性高。因此，作为优选，粘接层特别是单层聚丙烯或改性聚丙烯、或者在表面层上具有这样的单层的叠层。如果利用由此构成的粘接层进行热焊接，那么粘接层还插入到通孔24的内部中，如图5B所示，由此提高了密封性能，同时可防止短路缺陷。在正引出端的两个表面上提供粘接层的情况由图5B中的例子说明。然而，即使粘接层设置在正引出端的一个表面上，也可以有效增加密封性能，这是优选的。
对于本发明的层叠封装扁平电池的尺寸没有限制。然而，从电极引出端的热焊接部分的强度方面考虑，优选电极引出端的厚度为300μm或更薄。
在制造具有粘接层的层叠封装扁平电池的情况下，除了采用具有在对应于热焊接层的部分中的通孔的正负引出端之外，以与前面相同的方式制造电池，其中粘接层至少粘接到一侧表面上。至于在正和/或负引出端上设置的通孔的尺寸和布置、通孔的横截面积相对于电极引出端的横截面积的比率、电极引出端的尺寸、进行热焊接的区域等类似条件，可以采用与其中不设置粘接层的层叠封装扁平电池类似的条件。本发明的特征在于，在不改变常规制造工艺的条件下可以将密封性能增加至高于常规电池，由于采用添加有粘接层的电极引出端的锚定作用，因此可以提高电极引出端的热焊接部分的强度。
可根据粘接层的类型适当选择热焊接温度。通常来说，热焊接温度在210-230 ℃的范围内，更优选在215-225 ℃的范围内。另外，热焊接时间是7至10秒，更优选在8至9秒。
在本发明中，叠层膜的端部可折回到外部并热焊接到各电极引出端。这是因为可以防止含在叠层膜中的金属膜和电极引出端接触，可以防止短路缺陷。如图6所示，粘接层60仅设置在正引出端22的一个表面上，两个叠层膜的端部向外弯折并热焊接，这样含在叠层膜中的金属膜50b不接触正引出端22。该端部以可确保密封性能的方式弯折，由于锚定作用增加了电极引出端的强度，防止了在叠层膜和电极引出端之间的短路。作为优选，粘接层61还设置在弯曲部分以便保持这种弯曲状态。在某些情况下，叠层膜的最外层具有耐热绝缘特性，但不具有热焊接特性。在利用如上所述的叠层膜的情况下，粘接层61的插入保持长时期的弯折状态。
在本发明中，可通过以串联和/或并联的方式将至少两个上述的层叠封装扁平电池连接起来，从而构成电池组件。本发明的电池组件如图7A，7B和7C所示。如图7B和7C所示，电池组件100可按以下方式构成以并联方式连接四块上述的扁平电池10，四块并联连接的电池10构成一组，六组扁平电池10串联连接，将各组扁平电池10装入由金属制成的电池组件壳体110中。利用引出线122和132分别把在电池组件壳体110的盖上设置的正负端子120和130和扁平电池10的电极引出端121和131彼此连接起来。此外，在以并联方式连接四块扁平电池10的情况下，如果各扁平电池10的电极引出端121利用合适的导电连接构件例如图7B中所示的间隔件140进行电连接，则是令人满意的。同样，在另外以串联方式连接的情况下，六组扁平电池10，每组具有四个并联连接的扁平电池10，如果每个扁平电池10的电极引出端121和131利用合适的连接构件例如图7B中所示的汇流条150依次电连接，则是令人满意的。然而，本发明的电池组件不限于此处描述的一种，当适合时可以采用公众所知的那些。此外，根据要求可在电池组件上设置各种测量和控制装置。例如，为了监测电池的电压，可以在电池组件壳体110的盖子上设置用于测量电压的连接器。
同时，在本发明中，还优选以串联方式电连接四块扁平电池10。考虑四块扁平电池10以串联方式连接的这种情况。虽然根据单个电池的工作电压、总电压可以不同，但如果单个电池的工作电压是3.5V，总电压将是14V，这种14V的能量可应用于12V电流源。如果12块单电池以串联方式连接，那么总电压将是42V，这可以应用于将来的传输电压。如果96块单电池串联连接，那么总电压可应用于电动车辆或混合电动车辆的电流源。特别是，42V的电压是用于在实际应用中启动马达的阀、电闸等的有效电压。如上所述，单电池的数量以4的倍数设置，因此可以根据其应用目的获得电池组件。
接下来，以串联和/或并联的方式连接至少两个上述电池组件，由此构成装配电池组。因此，在无需制造新电池组件以应付此情况的条件下，对于根据目的变化的电池容量和输出，可以满足相对低成本的需要。为了通过并联连接如上所述的六组电池组件100而构成如图8所示的装配电池组200，在各电池组件壳体110的盖子上设置的电池组件100的正负端子120和130分别利用具有外部正负端子210和220的正负电极电连接板230和240相互电连接。此外，在电池组件壳体110的两个表面和连接板250上设置的各螺钉孔(未示出)由螺钉260固定在一起，由此电池组件100连接在一起。此外，分别由正负极绝缘盖270和280保护电池组件100的正负端子120和130。借助利用适当颜色例如红和蓝的颜色编码，使绝缘盖彼此区别出来。
此外，即使当电池组件和/或装配电池安装在电动车辆或混合汽车上，也可以长时间确保它的良好密封性能，可以增加它的寿命。对于这种应用的装配电池组的安装位置，例如，如图9所示，装配电池组200安装在电动车辆或混合汽车300的中间座位的下面。这是方便的，因为车辆的内部空间和行李间(trunk room)可以设计得更宽敞一些。但本发明不限于上面的描述，装配电池组200也可以安装在后行李间的下面，或者作为选择，如果对于电动车辆不安装发动机，那么可以安装在车辆前面安装发动机的区域中。应注意，在本发明中，根据其目的，不仅可以安装装配电池组200，而且还可以安装电池组件100，或者也可以组合安装电池组件和装配电池组。此外，虽然对于可在其上安装本发明的电池组件和/或装配电池组的车辆而言，上述的电动车辆和混合汽车是优选的，但是车辆并不限于这些。
以下根据具体实施例描述本发明。
实施例1利用叠层膜制造图1A所示的层叠封装扁平电池，在各叠层膜中热焊接膜是聚丙烯，金属膜是铝。
对于电极而言，采用利用LiMn2O4作正极活性材料的正极和利用无定形碳作负极活性材料的负极。对于正引出端，采用150μm厚的Al板。对于负引出端，采用150μm厚的Ni板。各正负引出端45mm宽、40mm长。在各电极引出端中，以7.5mm的间隔在一行中设置三个通孔，各通孔具有5mm×3mm的尺寸。通孔的横截面积相对于各电极引出端的横截面积的比率是33％。
通过将通孔阵列取作中心的热焊接，将由改性聚丙烯形成的粘接层附着在各电极引出端的两个表面上，各粘接层具有10mm×48mm×0.1mm的面积。
随后，这些粘接层和电极引出端以垂直方向夹在叠层膜之间，通过热焊接将它的外围部分连接在一起，整体被密封，从而把发电元件装在其中。由此制成扁平电池。这种扁平电池的容量大约为2Ah。在230℃的温度下进行7秒的热焊接工艺。
实施例2对于在各电极引出端中设置的通孔而言，以大约6mm的间隔在各行中设置四个或五个通孔，各通孔具有4mm×1mm的尺寸。在各电极引出端中设置两排所述行。除了上述不同之外以与实施例1类似的方式制造层叠封装扁平电池。通孔的横截面积相对于各电极引出端的横截面积的比率是44％。
实施例3300μm厚的Al板用作正引出端，300μm厚的Ni板用作负引出端。除了上述不同之外以与实施例1类似的方式制造层叠封装扁平电池。
实施例4600μm厚的Al板用作正引出端，600μm厚的Ni板用作负引出端。除了上述不同之外以与实施例1类似的方式制造层叠封装扁平电池。
实施例5以9mm的间隔在一行上排列三个通孔，每个通孔4mm长、2mm宽。除了上述不同之外以与实施例4类似的方式制造层叠封装扁平电池。在此电池中，通孔的横截面积相对于各电极引出端的横截面积的比率大约是26％。
实施例6以9.3mm的间隔在一行上排列四个通孔，每个通孔2mm长、2mm宽。除了上述不同之外以与实施例4类似的方式制造层叠封装扁平电池。在此电池中，通孔的横截面积相对于各电极引出端的横截面积的比率大约是18％。
对比例1在各电极引出端中不设置通孔。除了上述不同之外以与实施例4类似的方式制造电池。
升温测试利用在实施例1和2中制造的层叠封装扁平电池，以50A重复进行充电/放电，将5秒的打开和25秒的暂停设定为一个循环。测量在此情况下电极端子引线的升高温度，其结果示于图10中。
如图10所示，在通孔的横截面积的比率是33％的实施例1的情况下的升高温度低于在横截面积的比率是44％的实施例2的情况下的升高温度。
时效测试和剥离强度测试对于各实施例1-6和对比例1，采用五块层叠封装扁平电池。这些电池在40℃的气氛下放置60天。此后，检测在各电池中是否发生液体泄漏。此外，对于放置了60天的这些电池，电极引出端的热焊接部分切成20mm宽。通过剥离强度测试测量热焊接部分的剥离强度。其中剥离强度比率(在离开(leaving)后的剥离强度/最初剥离强度)为0.5或更高的情况被认为是可接受的。
表1
根据表1，因为通孔设置在实施例1至6的电极引出端中，增加了密封性能，消除了液体泄漏的发生。此外，由于通孔还增加了剥离强度，增加了电池的可靠性。
申请日为2002年9月3日的日本专利申请P2002-257867的全部内容在此引作参考。
虽然参考本发明的特定实施例描述了本发明，但本发明不限于上述实施例，鉴于此技术，本领域的普通技术人员可以进行变化和修改。参考权利要求限定本发明的范围。
权利要求
1.一种层叠封装扁平电池，包括由聚合物和金属彼此结合而成的叠层膜；由多个电极板和隔板形成的并由叠层膜密封的发电元件；以及连接到电极板的电极引出端，其中通过在叠层膜的外围上形成热焊接部分的方式密封发电元件，并且电极引出端从热焊接部分突出，在其接触热焊接部分的位置上提供通孔。
2.根据权利要求1的层叠封装扁平电池，其中从发电元件侧向电池外部在电极引出端中设置多个通孔，以便彼此不重叠。
3.根据权利要求1的层叠封装扁平电池，其中通孔的横截面积相对于电极引出端的横截面积的比率在20-50％的范围内。
4.根据权利要求1的层叠封装扁平电池，其中粘接层设置在电极引出端的至少一个表面上。
5.根据权利要求1的层叠封装扁平电池，其中连接到电极引出端的叠层膜的端部朝着电池外部折叠回来。
6.一种电池组件，包括至少两个以串联和/或并联方式连接的层叠封装扁平电池，层叠封装扁平电池包括由聚合物和金属彼此结合而成的叠层膜；由多个电极板和隔板形成的并由叠层膜密封的发电元件；以及连接到电极板的电极引出端，其中通过在叠层膜的外围上形成热焊接部分的方式密封发电元件，并且电极引出端从热焊接部分突出，在其接触热焊接部分的位置上提供通孔。
7.一种装配电池组，包括至少两个以串联和/或并联方式连接的电池组件，该电池组件包括层叠封装扁平电池，层叠封装扁平电池包括由聚合物和金属彼此结合而成的叠层膜；由多个电极板和隔板形成的并由叠层膜密封的发电元件；以及连接到电极板的电极引出端，其中通过在叠层膜的外围上形成热焊接部分的方式密封发电元件，并且电极引出端从热焊接部分突出，在其接触热焊接部分的位置上提供通孔。
8.一种车辆，包括包括至少两个以串联和/或并联方式连接的电池组件的装配电池组，该电池组件具有层叠封装扁平电池，层叠封装扁平电池，包括由聚合物和金属彼此结合而成的叠层膜；由多个电极板和隔板形成的并由叠层膜密封的发电元件；以及连接到电极板的电极引出端，其中通过在叠层膜的外围上形成热焊接部分的方式密封发电元件，并且电极引出端从热焊接部分突出，在其接触热焊接部分的位置上提供通孔。
9.一种用于制造层叠封装扁平电池的方法，包括制备由聚合物和金属彼此结合而成的叠层膜；由多个电极板和隔板形成的并通过在叠层膜的外围上形成热焊接部分的方式密封在叠层膜中的发电元件；以及连接到电极板并具有在与热焊接部分的接触部分中设置的通孔的电极引出端；向电极引出端的至少一个表面的接触部分上附着粘接层；以及通过在叠层膜之间插入粘接层的同时热焊接叠层膜并密封发电元件的方式形成热焊接部分。
全文摘要
一种层叠封装扁平电池，包括由聚合物和金属彼此结合而成的叠层膜；由多个电极板和隔板形成的并由叠层膜密封的发电元件；以及连接到电极板的电极引出端。在本发明的层叠封装扁平电池中，通过在叠层膜的外围上形成热焊接部分的方式密封发电元件，并且电极引出端从热焊接部分突出，在其接触热焊接部分的位置上提供通孔。
文档编号H01M10/00GK1495934SQ0315577
公开日2004年5月12日 申请日期2003年9月2日 优先权日2002年9月3日
发明者嵨村修, 安部孝昭, 伊藤孝宪, 斋藤崇实, 堀江英明, 菅原浩, 实, 宪, 明, 昭, 村修 申请人:日产自动车株式会社