专利名称：蓄电装置以及冷却系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种蓄电装置，该蓄电装置在结构上将具备介由电解质层 而配置的电极体的蓄电单元收纳于壳体中，能够提高蓄电单元的散热效率。
背景技术：
一直以来，将所谓的二次电池、电双层电容器的蓄电装置作为混合动 力车辆、电动车的蓄电池使用。在该蓄电装置中，由于在充放电时电池等 会发热，所以有时电池的性能、寿命会下降。
于是，有的通过对收纳蓄电装置的壳体供给冷却用空气等来使蓄电装 置冷却。另外，有的在收纳多个单体电池相连接而成的电池组的密封容器
或收纳多个电池的密封容器中，填充冷却液(例如参照专利文献l、 2)。
专利文献1、 2所记载的电池(或单体电池)具有壳体(例如叠层膜)包覆 发电要素(包含电极体以及电解质层)的结构，该电池和冷却液一起被收纳 在密封容器中。在该结构中，电池的壳体与冷却液接触。
这里， 一般来说，为了使水等不i^壳体中，壳体处于密封状态，在 壳体中密封有干燥气体(例如空气或氮气)，或使壳体内部处于真空状态。 对于该结构，参照图5予以说明。
在图5中，含有电极体以及电解质层的电池单元(发电要素)100，被收 纳在壳体200的内部。另外，电池单元200具有正极用的电极体和负极用 的电极体介由电解质层层叠的结构。各电极体具有集电体、和在该集电体 的表面形成的电极层(正极层或负极层)。
而且，在专利文献l、 2所记载的冷却构造中，通过使冷却液接触壳体 200,从而介由壳体200进行电池单元100的散热(冷却)。专利文献l:日本特开平11-26031号公报(第0031、 0034、 0035段、 图l等)
专利文献2:日本特开2003-346924号公才艮(第0011至0013段、图1
等)
发明内容
但是，将干燥气体密封在壳体200中的结构、和使壳体200内部处于 真空状态的结构，有时充放电时在电池单元100中产生的热量没有有效地 传导至壳体200。
因此，即便像专利文献l、 2所记载的冷却构造那样使冷却液接触壳体 200并使壳体200的热量释放出来，也只是进行壳体200的冷却。即，其 状态为在电池单元100中产生的热量几乎都残留在壳体200内部，不能有 效地进行电池单元100的散热(冷却)。
另外，在使壳体200内部设为真空状态时，在该真空处理时电池单元 100的集电体等会弯曲，在层叠方向上相邻的集电体可能会相互接触(短 路)。
于是，本发明的目的在于提供一种能够提高作为发电要素的蓄电单元 的冷却效率的蓄电装置。
本发明的蓄电装置，其特征在于，具有蓄电单元和壳体，所述蓄电单 元具有介由电解质层而配置的电极体，所述壳体中收纳有该蓄电单元以及 用于冷却蓄电单元的、至少与所述电极体接触的冷却液。
这里，作为冷却液，能够使用例如氟系惰性液体。更加具体而言，作 为氟系惰性液体，能够使用例如Fluorinert、 Novec HFE(氩氟醚)、Novec 1230(3M公司制造)。
另外，电解质层以及电极体中的至少一者能够由含疏或硫的化合物的 材料形成。而且，作为电解质层，能够使用固体电解质层(更具体而言是高 分子固体电解质、无机固体电解质)。进而，壳体能够由叠层膜形成。
另外，作为电极体，能够使用具有集电体、和在该集电体的彼此相背的面上分别形成的正极层以及负极层的双极型电极体。
另一方面，本发明中的冷却系统，其特征在于，具有上述本发明的蓄 电装置和用于冷却该蓄电装置的壳体的冷却机构。
这里，作为冷却机构，具有使冷却介质与壳体接触(供给)的结构，从 而能够进行壳体的冷却。作为冷却介质，能够使用冷却用空气、冷却用液 体(例如氟系惰性液体)。
根据本发明，通过将蓄电单元和冷却液一起收纳在壳体中，并使冷却 液至少与电极体接触，从而使在蓄电单元中产生的热量通过冷却液有效地 传导至壳体，能够提高蓄电单元的散热效率。
图1是表示本发明的实施例1的蓄电装置的结构的侧一见图。
图2是表示实施例1的蓄电装置的结构的剖^L图。
图3是实施例1的蓄电装置的外观立体图。
图4是表示实施例1的变形例的蓄电装置的部分结构的图。
图5是表示现有蓄电装置的结构的侧视图。
具体实施例方式
以下，对本发明的实施例进行说明。
实施例1
使用图1至图3对本发明的实施例1中的蓄电装置进行说明。这里， 图1是表示蓄电装置的概略结构的侧视图，图2是表示蓄电装置的内部结 构的剖视图。另外，图3是蓄电装置的外观立体图。
如图1所示，作为发电要素的蓄电单元1，具有以夹持固体电解质层 10的状态层叠多个电极体11的结构。这里，在本实施例中，作为蓄电单 元l，使用二次电池，但也可以使用电双层电容器。
各电极体ll，具有集电体lla、在集电体lla的一面上形成的正极层 llb和在集电体lla的另一面(与前一面相背的面)上形成的负极层llc。即，各电极体11呈双极型电极构造。
这里，在位于蓄电单元l的层叠方向的两端的电极体ll上，只在一面 上形成有电极层(正极层或负极层)。
在正极层lib以及负极层lie的各电极层中含有与正极以及负极相应 的活性物质。另外，在各电极层llb、 llc中，才艮据需要，含有导电助剂、 结合剂、用于提高离子传导性的无机固体电解质、高分子凝胶电解质、高 分子电解质、添加剂等。
作为正极活性物质，能够使用例如过渡金属和锂的复合氧化物。具体 而言，有LiCo02等的Li . Co系复合氧化物、LiNK)2等的Li Ni系复合 氧化物、尖晶石LiMn204等的Li .Mn系复合氧化物、LiFeO;j等的Li ' Fe 系复合氧化物。此外，还有LiFeP04等的过渡金属和锂的磷酸化合物、硫 酸化合物、V2Os、 Mn02、 TiS2、 MoS2、 Mo03等的过渡金属氧化物、硫 的化合物、Pb02、 AgO、 NiOOH等。另一方面，作为负极活性物质，能 够使用例如金属氧化物、锂-金属复合氧化物、炭。
另外，虽然在本实施例中对使用双极型电极体11的情况进行了说明， 但并不限定于此。例如，也能够使用在集电体的两面形成有正极层的电极 体、和在集电体的两面形成有负极层的集电体。此时，具有正极层的电极 体、和具有负极层的电极体，以夹持固体电M层的状态交替配置(层叠)。
另外，作为集电体lla，能够使用一种金属箔、或贴合多种金属箔的 所谓复合集电体。
作为固体电解质层10，能够使用高分子固体电解质、无机固体电解质。 作为该电解质的材料，能够使用公知的材料。
作为高分子固体电解质，能够使用聚氧乙烯(PEO)、聚氧丙烯(PPO)、 它们的聚合物。在该高分子固体电解质中，为了确保离子传导性而含有锂 盐。作为锂盐，能够使用LiBF4、 LiPF6、 LiN(S02CF3)2、 LiN(S02C2F5)2、 或者它们的混合物。
在上述构成的蓄电单元1中，如图2所示，位于层叠方向(图1的上下 方向)两端的电极体(正极以及负极)分别与正极端子12以及负极端子13电以及机械连接。
另外，蓄电单元1被壳体2包覆，壳体2由用叠层膜形成的膜部件 2a、 2b构成。在壳体2以及蓄电单元1之间所形成的空间中，填充有用于 冷却蓄电单元1的冷却用液体3。在本实施例中，作为冷却用液体3使用 氟系惰性液体。
作为叠层膜， 一般而言，使用将热熔接性树脂膜、金属箔、有刚性的 树脂膜按该顺序层叠的高分子金属复合膜。这里，热熔接性树脂膜作为收 纳蓄电单元1时的密封部件使用，金属箔、有刚性的树脂膜是为了使叠层 膜具有湿性、耐透气性、耐化学性而使用的。
作为热熔接性树脂，能够使用例如聚乙烯、聚乙烯/乙酸乙烯基酯。作 为金属箔，能够使用例如铝箔、镍箔。作为具有刚性的树脂，能够使用例 如聚对苯二甲酸乙二酯、尼龙。
另一方面，作为氟系惰性液体，能够使用3M公司生产的Fluorinert、 NovecHFE(氢氟醚)、Novec 1230。另夕卜，作为冷却用液体3，也能够使用 氟系惰性液体以外的液体。即，只要是能够使在蓄蓄电单元1中产生的热 量有效地释放出来(换言之传导至壳体2)的液体即可，例如能够使用硅油。
壳体2，如图2所示，介由树脂层4夹持蓄电单元1，在该外缘侧的区 域，相互热熔接成为密封状态。另外，与蓄电装置1连接的正极端子12 以及负极端子13从壳体2延伸至蓄电装置5的外部。由此，能够在外部输 取在蓄电单元l中产生的电力。
在本实施例中，对作为壳体2使用叠层膜的情况进行了说明，但并不 限定于此，例如能够使用金属制的壳体。
如上所述，在本实施例的蓄电装置5中，在壳体2的内部收纳冷却用 液体3，冷却用液体3与蓄电单元以及壳体2接触。具体而言，冷却用液 体3与固体电解质层10以及集电体11接触，并且与壳体2的内面接触。 在该结构中，充放电时蓄电单元l所产生的热量容易通过冷却用液体传导 至壳体2，能够提高蓄电单元1的散热效率。
即，冷却用液体3，能够通过在壳体2的内部自然对流，使在蓄电单元1中产生的热量传导至壳体2，由此能够抑制蓄电单元1的温度上升。
另外，如果在壳体2的内部收纳冷却用液体3，则能够提高壳体2内 部的热容量，能够抑制蓄电单元1的急剧升温。在装备蓄电装置5的车辆 等中，在蓄电装置5(蓄电单元1)发生急剧升温时，为了确保安全性，有 必要停止蓄电装置5的充放电。这里，像本实施例这样，通过抑制蓄电装 置5的急剧升温，从而能够赢得用于控制蓄电装置5的充放电的时间，能 够提高安全性。
这里，为了提高蓄电单元1的散热效率，作为冷却用液体3，优选使 用热导率高的液体。另夕卜，如图2所示，冷却用液体3与正极端子12以及 负极端子13接触，所以为了防止正极端子12以及负极端子13之间短路， 优选使用具有电绝缘性的液体。进而优选使用不能浸渗蓄电单元l、壳体2 的液体。
另外，考虑到这一点，作为冷却用液体3，能够适用氟系惰性液体。
另外，氟系惰性液体的水分溶解度与其他的液体相比较低，所以能够 抑制收纳在壳体2的内部的蓄电单元1与水分接触。即，能够抑制构成蓄 电单元1的部件(电极体11、固体电解质层IO)与水分接触而劣化的情况。
另外，在作为蓄电单元1的构成材料使用含硫或硫的化合物的材料的 情况下，硫原子可能会与水反应而产生硫化氢(气体)。因此，如果使用氟 系惰性液体，就能够抑制硫原子与水的反应，能够抑制疏化氢的生成。
而且，氟系惰性液体，如上所述，绝缘性优异，所以即便与蓄电单元 直接接触，也不会发生分解、劣化。
另外，如果使用氟系惰性液体，能够作为消化剂起作用，即便在本实 施例的蓄电装置5受外力等而破损的情况下，也能够确保安全性。尤其是， 作为氟系惰性液体，如果使用Novecl230，则能够得到优异的消化性。
进而，在壳体2的内部收纳冷却用液体3，与使壳体2的内部处于真 空状态的情况相比，能够防止蓄电单元l的集电体lla等弯曲。由此，能 够防止多个集电体lla相互接触而发生短路。
在本实施例的蓄电装置5中，能够使用冷却介质来冷却壳体2的外表面。
具体而言，能够将蓄电装置5收纳在密封容器(未图示)中，并用冷却 用的液体填充该密封容器。这里，密封容器以及冷却用的液体，相当于权 利要求书所记载的冷却机构。而且，能够使冷却用的液体在密封容器中自 然对流。另外，密封容器与循环通路相连接，使用设置在循环通路上的泵 强制使冷却用的液体循环，并且由设置于循环通路上的散热器冷却冷却用 的液体(与蓄电装置5之间进行热交换的液体)。
另外，设置对蓄电装置5供给冷却用的空气的冷却机构，也能够冷却 蓄电装置5。作为该冷却机构，能够由例如用于将蓄电装置5外部的空气 导入蓄电装置5中的导管、和^L置在该导管上的风扇构成。
如上所述，通过冷却蓄电装置5(壳体2)，能够进一步提高设置在蓄电 装置5的内部的蓄电单元1的散热效率。
另一方面，对在本实施例的蓄电单元1中使用固体电解质层10的情况 进行了说明，但并不限定于此。具体而言，也能够使用凝胶状、液状的电 解质层。此时，如图4所示，能够在层叠方向上相邻的集电体lla之间配 置密封材料14。这里，图4是表示蓄电单元1的部分结构的概略图，对与 在上述实施例中所说明的部件相同的部件，使用相同的符号。
如图4所示，如果在层叠方向上相邻的集电体lla之间，沿着这些集 电体lla的外缘配置密封材料14，则能够密封相邻的集电体lla之间的空 间，能够在该密封空间中收纳液状或凝胶状的电解质层15。而且，利用密 封材料14,能够防止电解质层15的成分漏到外部(冷却用液体3中)、防止 冷却用液体3 ii7v电解质层15的内部。此时，冷却用液体3与电极体ll(更 具体是集电体lla)接触。
这里，作为密封材料14的材料，为了防止在层叠方向上相邻的集电体 lla之间的短路，优选使用绝缘性的材料。另外，优选使用冷却用液体3 难以渗入的材料。
作为凝胶电解质，包括在具有离子传导性的高分子骨架中保持有在 锂离子电池中所使用的电解液的电解质；和，在不具有锂离子传导性的高分子骨架中保持有同样的电解液的电解质。
作为凝胶电解质所含的电解液，只要是例如在锂离子电池中通常使用 的电解液即可，可以使用含有下述物质的非质子性有机溶剂(增塑剂)，所
述物质是从LiPF6、 LiBF4、 LiC104、 LiAsF6、 LiTaF6、 LiAlCl4、 Li2B1()Cl10 等的无机酸阴离子盐、LiCF3S03、 Li(CF3S02)2N、 Li(C2FsS02)2N等的有 机酸阴离子盐中选出的至少一种锂盐(电解质盐)、或者它们的混合物，所 述非质子性有机溶剂是从碳酸亚丙酯、碳酸亚乙酯等环状碳酸酯类；碳酸 二甲酯、碳酸乙基甲基酯、碳酸二乙酯等链状碳酸酯类；四氢呋喃、2-甲 基四氢呋喃、1，4-二噁烷、1,2-二甲氧基乙烷、1，2-二丁氧基乙烷等醚类、Y-丁内酯等内酯类；乙腈等腈类；丙酸甲酯等酯类；二曱基曱酰胺等酰胺类； 乙酸甲酯、甲酸甲酯中选出的至少一种，或两种以上的混合。
作为上述锂盐，能够4吏用例如LiPF6、 LiBF4、 LiC104、 LiAsF6、 LiTaF6、 LiAlCU、 Li;jBK)Cl，o等的无机酸阴离子盐、Li(CF3S02)2N、 Li(C2F5S02)2N 等的有机酸阴离子盐、或者它们的混合物。
另一方面，本实施例的蓄电单元l，具有介由固体电解质层IO层叠多 个电极体ll的结构，但并不限定于此。例如也可以通过巻绕长条状的电极 体而构成蓄电单元。
此时，在被巻绕的电极体之间配置电解质层。而且，准备具有能够收
纳巻绕电极体而构成的蓄电单元的形状(具体而言是圆筒状)的壳体，在该 壳体中填充冷却用液体(例如氟系惰性液体)即可。
本实施例的蓄电装置，能够作为例如电动车(EV)、混合动力车辆 (HEV)、燃料电池车辆(FCV)中的电动机驱动用的蓄电装置。这里，在将本 实施例的蓄电装置搭载于电动车的情况下，为了得到驱动电动机的输出功 率，必须准备多个本实施例的蓄电装置，并将它们并联连接使用。
权利要求
1.一种蓄电装置，其特征在于，具有蓄电单元和壳体，所述蓄电单元具有介由电解质层而配置的电极体，所述壳体中收纳有所述蓄电单元以及用于冷却所述蓄电单元的、至少与所述电极体接触的冷却液。
2. 根据权利要求l所记载的蓄电装置，其特征在于，所述冷却液是氟 系惰性液体。
3. 根据权利要求1或2所记载的蓄电装置，其特征在于，所述电解质 层以及所述电极体中的至少 一者含有硫或硫的化合物。
4. 根据权利要求1至3中任一项所记载的蓄电装置，其特征在于，所 述电解质层是固体电解质层。
5. 根据权利要求1至4中任一项所记载的蓄电装置，其特征在于，所 述壳体由叠层膜形成。
6. —种冷却系统，其特征在于，具有权利要求1至5中任一项所记载 的蓄电装置、和用于冷却所述蓄电装置的壳体的冷却才几构。
全文摘要
本发明提供一种能够提高蓄电单元的散热性的蓄电装置。提供了一种蓄电装置，具有具有介由电解质层(10)配置的电极体(11)的蓄电单元(1)；和收纳该蓄电单元(1)以及用于该蓄电单元(1)的冷却的、至少与电极体(11)接触的冷却液(3)的壳体(2)。
文档编号H01M10/50GK101529648SQ200780039638
公开日2009年9月9日 申请日期2007年10月23日 优先权日2006年10月27日
发明者高木优 申请人:丰田自动车株式会社