封装电池、层叠叠层电池组、以及覆膜电池的制作方法

专利名称：封装电池、层叠叠层电池组、以及覆膜电池的制作方法
技术领域：
本发明涉及覆膜电池、封装电池、以及层叠叠层(stacked)电池组，所述覆膜电池包括由外部膜形成的密封空间中的电池单元。
背景技术：
已知覆膜电池(film-covered battery)使用膜作为外部材料。通常，在覆膜电池中，在由膜形成的密封空间中容纳包括正极板、负极板、电解质等在内的电池单元。在这方面，通过将相对的膜热熔结(fusion-bonded)在电池单元周围以使得电池单元被膜所包围，来形成密封空间。此外，将引线端子分别连接至电池单元的正极板和负极板。这些引线端子从膜中伸出。在向覆膜电池施加预定义范围以外的电压时，由于电解质溶剂的电解使得产生气体。由此而产生的气体使得密封空间中的内压(inner pressure)升高。此外，当在预定义范围以外的高温下使用覆膜电池时，由于电解盐等的分解而产生导致气体的材料。基本上，理想的是在预定义范围之内使用覆膜电池，以便不生成气体。然而，当由于覆膜电池被施加不正常的电压而使得用于控制覆膜电池的控制电路发生故障时，或者当由于某种原因使得周围环境中温度不正常地升高时，有时可以在密封空间内产生大量气体。当在密封空间中产生气体时，密封空间内的内压升高。这使得膜破裂或膜的熔结部分剥落，并且从该部分排放出气体。因为不能识别膜哪里将会胀裂以及膜哪里将会剥落， 所以位于附近的设备将依据膜哪里会胀裂或剥落而受到不利影响。专利文献1 (JP-2005-203262A)描述了一种覆膜电池，该覆膜电池可以将覆膜电池内产生的气体从覆膜电池的特定位置排放到外部。该覆膜电池具有入口状的无熔融区，该无熔融区延续到电池单元周围与膜的无熔结区域邻接的空间。随着从电池单元产生的气体使得内压提高，气体进入无熔融区并使无熔结区域的外部膜膨胀。随着无熔结区域的膨胀，用于将膜的无熔结部分扯开的应力集中在与无熔融区相邻的熔结部分中。这样，在该部分中膜逐渐剥落，其中应力集中在余下的无熔结区域前面 (下文中称作“应力集中部分”)。在应力集中部分附近提供诸如孔之类的释压部分。随着应力集中部分中剥落的进行，剥落的区域达到释压部分。当剥落的区域达到释压部分时，覆膜电池的内部通过释压功件(feature)与外界连通。这样，在覆膜电池内产生的气体从释压功件排放到外部。因此， 可以从特定的点(释压功件)排放气体。专利文献1 JP-2005-203262A。

发明内容
本发明要解决的问题在专利文献1中描述的覆膜电池中，随着无熔结区域的膨胀，产生了更大的应力以剥落该无熔结区域。图IA和IB是用于描述无熔结区域在膨胀时的尺寸与用于剥落该无熔结区域的应力之间的关系的示意图。关于这一点，在图IA和IB中没有对形成无熔结区域IOOc和无熔结区域IOOa的外部膜5的横截面加阴影线。在图IA和IB中，用于剥落无熔结区域IOOa的应力F表现为垂直作用到无熔结区域IOOa的熔结面IOOb的力。因此，当相等的应力f作用于图IA和IB中的无熔结区域 IOOc上时，用于剥落无熔结区域IOOa的应力F变得更大(例如，F = fcos θ )，这是因为应力f的方位与垂直于熔结面IOOb的方向(应力F的方向)形成了更小的角Θ。如图IA和IB所示，随着无熔结区域IOOb的膨胀，无熔结区域IOOc的更大一部分变成基本上与熔结面IOOb垂直。然后，随着该部分的占据，产生更大的应力以剥落无熔结区域100a。另一方面，还将从另一角度给出以下描述。当内部气体所产生的内压施加到膜时， 如果膜与相对侧上用于约束膨胀的部件相接触，则内压将被该部件的反作用所抵消。然而， 当用于约束膨胀的部件没有与该位置相接触时，内压由膜平面中(in-plane)方向上的张应力(张力)所支持。相应地，随着膜与用于约束膨胀的部件相接触的面积变小，通过将内压与面积相乘而得到的力变大，从而产生更大的张力。因此，当无熔结区域IOOc膨胀时，由于膜与用于约束膨胀的部件相接触的面积较小，所以用于剥落无熔结区域IOOa的应力F变得较大。当专利文献1所描述的覆膜电池包含于夹持部件中以提供封装电池时，膨胀的无熔结区域的容积受到夹持部件的内部空间的高度的限制。换言之，无熔结区域无法膨胀到超过夹持部件的内部空间的高度。此外，当覆膜电池直接地彼此层叠叠层时，两个相邻的覆膜电池也会阻碍膨胀，例如约束无熔结区域可以膨胀到的空间的高度。为此，为无熔结区域提供释压功件，S卩，用作安全阀的无熔结区域并不剥落，除非该无熔结区域的内压变得非常高。这导致了以下问题覆膜电池填充有高压气体。例如，如果将用作安全阀的无熔结区域的熔结强度降低，使得即使覆膜电池被夹持部件所夹持，用作安全阀的无熔结区域由于气体的产生而达到预定压强时也会剥落，则在正常使用期间降低了密封可靠性。当正常使用期间密封可靠性很重要时，优选地，用作安全阀的无熔结区域的熔结强度与除了安全阀以外的其他无熔结区域的熔结强度相同或尽量相近。然而，在这种情况下，除非压强变高，否则安全阀不会打开，这导致在除了安全阀以外的局部无熔结区域的密封中发生破裂的风险提高。特别地，不仅在覆膜电池被夹持在夹持部件中的情况下会发生高压气体填充覆膜电池的问题，在无熔结区域没有较大膨胀的情况下也会发生该问题。本发明的目的是提供一种可以解决上述问题的封装电池、层叠叠层电池组、以及覆膜电池。解决问题的手段
本发明的第一封装电池包括覆膜电池，所述覆膜电池包括电池单元以及形成将所述电池单元安装于其中的密封空间的外部膜；以及夹持所述覆膜电池的夹持部件；所述密封空间包括将所述电池单元容纳于其中的容纳部分，以及与所述容纳部分连通并由于所述密封空间的内压升高而膨胀的袋，所述袋包括被配置为由于所述袋的膨胀而工作的安全阀，其中所述夹持部件包括开口以及将所述容纳部分安装于其中的腔，以及在将所述容纳部分安装到所述腔中时，所述袋和所述安全阀的至少一部分从所述开口伸出到所述夹持部件之外。本发明的第二封装电池包括覆膜电池，所述覆膜电池包括电池单元以及形成将所述电池单元安装于其中的密封空间的外部膜；以及夹持所述覆膜电池的夹持部件；所述密封空间包括将所述电池单元容纳于其中的容纳部分，以及与所述容纳部分连通并由于所述密封空间的内压升高而膨胀的袋，所述袋包括被配置为由于所述袋的膨胀而工作的安全阀，其中所述夹持部件包括开口，以及所述袋是折叠的或缠绕的，并由于内压的升高而展开或解开，使得所述袋和所述安全阀的至少一部分从所述开口伸出到所述夹持部件之外。本发明的第三封装电池包括覆膜电池，所述覆膜电池包括电池单元以及形成将所述电池单元安装于其中的密封空间的外部膜；以及夹持所述覆膜电池的夹持部件；所述密封空间包括将所述电池单元容纳于其中的容纳部分，以及与所述容纳部分连通并由于所述密封空间的内压升高而膨胀的袋，所述袋包括被配置为由于所述袋的膨胀而工作的安全阀，其中所述夹持部件包括当所述覆膜电池由所述夹持部件夹持时在与所述袋和所述安全阀的至少一部分相对的位置处形成的凹槽。本发明的第一层叠叠层电池组包括多个层叠叠层的覆膜电池，其中所述覆膜电池包括电池单元；以及外部膜，形成将所述电池单元安装于其中的密封空间，所述密封空间包括将所述电池单元容纳于其中的容纳部分，以及与所述容纳部分连通并由于所述密封空间的内压升高而膨胀的袋，所述袋包括被配置为由于所述袋的膨胀而工作的安全阀， 所述袋位于所述覆膜电池中与层叠叠层方向垂直的一侧，以及所述袋被布置在相邻的覆膜电池中互不相同的位置处。本发明的第二层叠叠层电池组包括多个层叠叠层的覆膜电池，其中所述覆膜电池包括电池单元；以及外部膜，形成将所述电池单元安装于其中的密封空间，所述密封空间包括将所述电池单元容纳于其中的容纳部分，以及与所述容纳部分连通并由于所述密封空间的内压升高而膨胀的袋，所述袋包括被配置为由于所述袋的膨胀而工作的安全阀，以及所述袋是折叠的或缠绕的，并由于内压的升高而展开或解开，使得所述袋和所述安全阀的至少一部分伸出到相邻电池的轮廓之外。本发明的覆膜电池包括电池单元，所述电池单元包括层叠叠层的正极板和负极板；以及形成密封空间的外部膜，所述密封空间容纳所述电池单元并且被配置为由于所述电池单元产生的气体而膨胀，其中所述外部膜包括熔结的开口，以限定所述外部膜的无熔结区域，所述无熔结区域与所述正极板或所述负极板的主表面相对。本发明的效果根据本发明，可以防止覆膜电池在非正常情况下填充有高压气体的危险状态，同时确保了正常使用期间的密封可靠性。


图IA是描述了膨胀时的无熔结区域的大小与用于剥落无熔结区域的应力之间的关系的示意图。图IB是描述了膨胀时的无熔结区域的大小与用于剥落无熔结区域的应力之间的关系的示意图。图2是包含于根据本发明一个实施例的封装电池中的覆膜电池的分解透视图。图3是图2所示的覆膜电池的顶视平面图。图4是示出了根据本发明一个实施例的封装电池的顶视平面图。图5是图4所示的封装电池的顶视平面图。图6是夹持部分IOa的透视图。图7是描述了作用于外部膜5上的扯开应力的示意图。图8是描述了作用于无熔结区域上的扯开应力的示意图。图9是描述了无熔结区域如何膨胀的示意图。图10是描述了在熔结膜突起5d中外部膜5如何逐渐剥落的示意图。图IlA是示出了另一示例性的熔结膜突起的示意图。图IlB是示出了另一示例性的熔结膜突起的示意图。图IlC是示出了另一示例性的熔结膜突起的示意图。图12是示出了安全阀中另一示例性释压功件的示意图。图13是示出了另一示例性应力集中部分的示意图。图14是示出了根据本发明一个实施例的层叠叠层电池组的透视图。图15是示出了根据本发明另一实施例的层叠叠层电池组的透视图。图16是示出了根据本发明又一实施例的层叠叠层电池组的透视图。图17A是示出了另一示例性袋(膨胀预备部分)的示意图。图17B是示出了另一示例性袋(膨胀预备部分)的示意图。图17C是示出了另一示例性袋(膨胀预备部分)的示意图。图18A是示出了又一示例性袋(膨胀预备部分)的示意图。图18B是示出了又一示例性袋(膨胀预备部分)的示意图。图19A是示出了根据本发明另一实施例的封装电池的顶视平面图。图19B是示出了根据本发明另一实施例的封装电池的顶视平面图。图19C是示出了根据本发明另一实施例的封装电池的顶视平面图。图20A是示出了根据本发明一个实施例的覆膜电池的示意图。图20B是示出了根据本发明一个实施例的覆膜电池的示意图。附图标记的说明1、IA覆膜电池2电池单元2a正极板2b负极板2c主表面3正电极引线
4负电极引线5外部膜5a密封区域5b杯部分(容纳部分)5c熔结膜突出5d、36a、36b、36c、46 熔结膜突起7、57无熔结区域8、58 通孔8a安全阀9封装电池10、IOA夹持部件10a、10b、10Aa、IOAb 夹持部分10al、10a2、10a3 凹口10a4 月空IOc 开口48 切口56岛式熔结区域IOAl 凹槽IAl熔结区域
具体实施例方式接下来，将参考附图来描述本发明的示例实施例。图2是包含于根据本发明一个实施例的封装电池中的覆膜电池的分解透视图。覆膜电池1包括平坦的、大体上为矩形的电池单元2，由多个正极板和负极板的层叠叠层组成；正电极引线3和负电极引线4，分别连接至电池单元2的正极和负极；以及外部膜5，将电池单元2密封，正电极引线3和负电极引线4的一部分穿过所述外部膜5而延伸。电池2包括由两侧镀有电极材料的金属箔制成的多个正极板和负极板，其中正极板和负极板通过隔离物交替地层叠叠层。为每个正极板和每个负极板的一侧提供未镀有电极材料的无镀层部分。正极板的无镀层部分和负极板的无镀层部分以集体的方式(in a collective way)超声波焊接在一起，正极板的无镀层部分一起连接到正电极引线3，而负极板的无镀层部分一起连接到负电极引线4。在该示例实施例中，正电极引线3和负电极引线4是从覆膜电池1的彼此相对的侧面引出的。在非水(non-aqueous)电解电池的情况下，如锂离子电池，将铝箔用于包括正极的金属箔，而使用铜箔作为包括负极的金属箔。将铝极板用于正电极引线3，而将镍极板或铜极板用于负电极引线4。在将铜极板用作负电极引线4时，可以在铜极板的表面上进行镀
ο作为隔离物(separator)，使用可注入电解质的薄层部件，如由诸如聚烯烃、非织造织物(unwoven fabric)、织物(woven fabric)之类的热塑树脂制成的微型多孔膜(微型多孔膜)。外部膜5包括两个层压膜，这两个层压膜从电池单元2的厚度方向上的两侧将电池单元2夹在中间并包围电池单元2。将覆盖在电池单元2周围的外部膜5的相对表面熔结，以形成密封空间，电池单元2安装在所述密封空间中。在图2中，由阴影线来指示外部膜5的熔结区域作为密封区域5a。在每个外部膜5的中央区域形成杯部分5b。杯部分5b形成容纳部分，所述容纳部分是用于容纳电池单元2的空间。例如通过深冲压成型(de印draw molding)来处理杯部分5b。在图2所示的示例中，在两个外部膜5中都形成杯部分5b，然而也可以仅在外部膜5之一中形成杯部分5b。备选地，可以不形成杯部分5b，而是利用外部膜5的弹性以形成用于包围并容纳电池单元2的容纳部分。用于包括外部膜5的层压膜可以是通常用于这种类型的覆膜电池的膜，只要该膜具有弹性并且可以将电池单元2密封以使得电解质不会泄漏。用于外部膜5的层压膜的代表性层组成可以是金属薄膜层与热粘胶树脂层的层叠叠层，或金属薄膜层、热粘胶树脂层以及保护层的层叠叠层，其中，保护层层叠叠层在金属薄膜层与热粘胶树脂层相对的那一侧上，由诸如聚对苯二甲酸乙二醇酯(polyethylene terephtalate)、尼龙等聚酯的膜制成。当密封电池单元2时，相对地放置热粘胶树脂层，以包围电池单元2。例如，这里所使用的金属薄膜层可以是厚度为10μπι-100μπι的铝、钛、钛合金、
铁、不锈钢、镁合金等的薄片。用于热粘胶树脂层的树脂不具体受限，只要它可以被热熔结就可以了。例如，将聚丙烯、聚乙烯、其酸性变质版本、聚苯硫醚、聚酯(如，聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚酰胺、乙烯醋酸乙烯酯共聚物)等用作热粘胶树脂层。优选地，热粘胶树脂层的厚度在10 μ m到200 μ m 的范围内，更优选地在30 μ m到100 μ m的范围内。接下来，将参考图3来描述覆膜电池1的密封区域5a中的特性结构。图3是图2 所示覆膜电池1的顶视平面图。如图3所示，在密封区域5a的一侧设置无熔结区域7，包括没有热熔结在一起的外部膜5的部分，使得无熔结区域7与杯部分5b (容纳部分)连通。与可以跟杯部分5b连通的无熔结区域7相关联，外部膜5在放置无熔结区域7的位置之外包括熔结膜突出5c，以保证特定密封区域5a在其整个外围上。外部膜5还形成有熔结膜突起5d，所述熔结膜突起5d从无熔结区域7外部的密封区域5a伸出，熔结朝向杯部分5b。熔结膜突起5d还形成有贯穿外部膜5的通孔8熔结。 这样，熔结膜突起5d和通孔8构成安全阀8a。由杯部分5b、熔结膜突出5c (密封区域5a)、以及熔结膜突起5d (下文中称作“膨胀预备部分”)包围的无熔结区域7所限定的空间与杯部分5b(容纳部分)连通，用于使膨胀预备部分与杯部分5b连通的空间被密封区域5a密闭地密封。这里，由膨胀预备部分、熔结膜突出5c、以及安全阀8a构成的部分与本发明中的袋相对应。图4是示出了根据本发明一个实施例的封装电池的顶视平面图，图5是图4所示CN 102386354 A
说明书
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封装电池在从箭头A方向查看时的顶视平面图。在图4和5中，与图2和3中所示组件相同的组件以相同的附图标记来表示。本示例实施例的封装电池9包括覆膜电池1和夹持部件10。夹持部件10由互相固紧的夹持部分IOa和夹持部分IOb组成，其中容纳覆膜电池 1的杯部分(容纳部分)5b，并且包括允许无熔结区域7、熔结膜突出5c (密封区域5a)、熔结膜突起5d、以及通孔8向外伸出的开口 10c。在该示例实施例中，夹持部分IOa和夹持部分IOb形状相同。图6是示出了夹持部分IOa的透视图。在图6中，夹持部分IOa包括凹口 10al，形成开口 IOc ；凹口 10a2和凹口 10a3， 形成用于使引线通过的开口 ；以及腔104a，用于将杯部分(容纳部分)5b安装于其中。如图5和6所示，腔10a4包括开口 10c。夹持部分IOa和夹持部分IOb彼此固紧，以使得凹口 IOal通过无熔融部分7与安装在腔10a4内的杯部分(容纳部分)5b彼此相对。在为覆膜电池1施加预定义范围以外的电压时，或在将覆膜电池1暂时加热到高温时，尽管覆膜电池1被夹持部件10所夹持，还是会从电池单元2产生气体从而导致杯部分5b与无熔结区域7所限定的密封空间中的内压升高。随着密封空间中内压的升高，无熔结区域7所限定的膨胀预备区域膨胀。该膨胀预备区域通过开口 IOc伸到夹持部件10之外。因此，夹持部件10并不约束膨胀预备区域膨胀，膨胀预备区域是由于容纳电池单元2的密封空间内产生的气体而导致膨胀的。换言之，袋会膨胀。随着袋膨胀的越来越严重，使得袋中扯开熔结膜突起5d的张力的应力分量增大 (参见图IA和1B)。当袋膨胀到预定大小时，袋中产生的张力使熔结膜突起5d逐渐剥落， 当剥落达到通孔8的位置时，容纳电池单元2的密封空间通过通孔8与覆膜电池1的外部连通，并且通过通孔8释放了密封空间内升高的压强。从而可以防止覆膜电池1内填满高压气体的危险情形。此外，因为袋膨胀到比夹持部件10的厚度(由夹持部件10限定的腔容积)还要大，所以大的扯开应力作用于熔结膜突起5d上，即使密封空间内存在低的内压。因此，不一定要降低熔结膜突起5d的熔结强度。因此，可以防止密封空间的密封的可靠性降低。在下文中，将对于外部膜5如何随着内压的升高而逐渐剥落给出详细描述。如图7所示，当外部膜的热熔结区域与无熔融区域之间具有平滑边界时，扯开应力Fl仅作用于一个方向上，所以剥落朝着外部膜5的外部边沿进行。然而，如图8所示，当设有熔结膜突起5d时，外部膜5由于填充在无熔结区域7中的气体而在熔结膜突起5d的两侧发生膨胀，使得扯开应力F2作用于熔结膜突起5d的两侧上。更详细地，杯部分5b的膨胀受到夹持部件10的约束，而无熔结区域7的膨胀不受夹持部件10的约束。相应地，如图9所示，无熔结区域7比杯部分5b膨胀的更厉害。如可以看出的，在图9中外部膜5的截面并未加阴影线。如参考图IA至IB描述过的，当杯部分5b和无熔结区域7所限定的密封空间内存在恒定内压时，随着与密封区域5a相邻的可膨胀空间具有更大的直径，用于扯开密封区域5a的应力变得更大。因此，对熔结膜突起5d施加了比作用于与杯部分5b相邻的密封区域 5a上的扯开应力更大的扯开应力。因此，比其余密封区域5a上的扯开应力更大的扯开应力作用于熔结膜突起5d的拐角上，使得熔结膜突起5d拐角处的外部膜5比其他密封区域5a先扯开。由于外部膜5在熔结膜突起5d的拐角处扯开，所以熔结膜突起5d的拐角变成圆形的，但是熔结膜突起5d仍然保持凸起形，从而扯开应力从多个方向作用于熔结膜突起5d 上。因此，外部膜5在其他密封区域5a之前逐渐剥落，直到熔结膜突起5d最终基本上消失为止，同时降低了凸起形的锐度。图10是描述在熔结膜突起5d中外部膜5如何剥落的示意图。如图10所示，在熔结膜突起5d中，随着内压的升高，剥落从熔结膜突起5d的两侧开始进行，如a —b。外部膜从以下位置开始剥落该位置依赖于外部膜5的材料、熔结膜突起5d的突出长度、以及内压。相应地，在预先确定了外部膜5的材料和熔结膜突起5d的突出长度时， 通过在密封空间内部与密封空间外部进行连通时调节通孔8的位置，可以任意地设置用于释放由杯部分5d和无熔结区域7所限定的密封空间的压强(释放压强)。具体地，当在接近熔结膜突起5d的远端(更接近杯部分5b)的位置处设置通孔8 时，密封空间内的压强能够以低内压从通孔8释放，而当在接近熔结膜突起5d的近端(更接近密封区域5a)设置通孔8时，在内压变高之前，密封空间内的压强不会被释放。在覆膜电池1中，优选设计释放压强在0.05MPa-lMPa的范围内，更优选地在 0. IMPa-O. 2MPa的范围内，随大气压而升高。即使在次要问题情况下，当大电流临时流动或当覆膜电池1临时面对高温时，如果释放压强过低，则密封空间将被释放，从而使覆膜电池1失效。另一方面，如果释放压强过高，则另一密封区域可能在外部膜5剥落到通孔8之前打开，导致在不期望的方向释放气体的危险增大。如上所述，根据本示例实施例，封装电池包括膨胀约束防止部分(例如，开口 10c)，用于在袋膨胀时防止夹持部件在袋的至少一部分中约束或干扰袋的膨胀。具体地，设有安全阀8a的袋通过开口 IOc伸到夹持部件10的外部。因此，袋可以随着密封空间内产生的气体而膨胀，而该膨胀不会受到夹持部件10的约束。随着袋膨胀得越来越严重，袋中产生的张力的应力分量增大，以作用于安全阀8a 上(参见图19)。当袋膨胀到预定大小时，安全阀8a被袋中产生的张力的作用所打开，以从安全阀8a中释放密封空间内的气体。这样，即使没有降低构成安全阀8a的一部分的熔结膜突起的熔结强度，即，即使没有降低密封可靠性，也可以如前述一样防止危险情形，其中袋的大小受到夹持部件10的限制，以防止袋膨胀到预定大小，从而无法打开安全阀8a，结果覆膜电池1填充有高压气体。此外，在该示例实施例中，如图3所示，外部膜5被成形为具有熔结膜突起5c。因此，由于外部膜5的密封区域5a(需要该功能以密封电池单元2)足以保留在形成无熔结区域7的区域中，所以密封可靠性得到更大的改进。
在这方面，尽管图3中熔结膜突起5d是三角形的，然而可以适当地修改熔结膜突起5d的形状，只要其基本上朝向容纳电池单元2的腔突出。在图11A-11C中示出了熔结膜突起5d的若干示例。图IlA所示的熔结膜突起36a包括弓形前端。图IlB所示的示例是矩形熔结膜突起36b。图IlC所示的示例是本垒形(home base shape)熔结膜突起36c。在任何熔结膜突起36a、36b和36c中，外部膜5不仅在前端侧膨胀，还在该熔结膜突起两侧的无熔结区域中膨胀，从而使得扯开应力不仅作用自前端侧，还作用自横向侧。因此，扯开应力集中在熔结膜突起36a、36b和36c的前端，使得剥落向着余下的无熔结区域进行。具体地，图IlC所示的熔结膜突起36c朝着容纳电池单元2的腔逐渐变细(taper)，如图3所示的熔结膜突起5d，并且具有尖锐的前端。该形状便于从前端进行的剥落。在图3所示的覆膜电池1中，通孔用作安全阀的释压功件，而释压功件不限于通孔，可以适当地修改。例如，如图12所示，在熔结膜突起46中形成的切口 48可以用作释压功件。在这种情况下，切口 48起到类似于前述通孔的作用。此外，通过改变切口 48前端的位置，可以任意地设置释放压强。结构上，释压功件不需要是贯穿两个外部膜(一个外部覆膜在另一个外部膜之上)的孔，只要释压功件在无熔结区域剥落时允许容纳电池单元的腔与覆膜电池1的外部连通就可以。释压功件可以是通过两个外部膜(一个外部覆膜在另一个外部膜之上)中仅仅一个而形成的通孔或切口。此外，不需要提供集中了扯开应力的应力集中部分作为熔结膜突起，可以对应力集中部分应用多种结构，只要扯开应力作用于集中在熔结区域之内的结构上就可以，这允许剥落向余下的无熔结区域进行。图13是示出了另一示例性应力集中部分的示意图。在图13中，形成岛式熔结区域56作为应力集中部分，与和容纳电池单元2的外壳部分连续的入口形状的无熔结区域57内余下的熔结区域独立。在岛式熔结区域56内形成充当释压功件的通孔58。在图13所示的示例中，随着容纳电池单元2的容纳部分内产生气体，所产生的气体进入无熔结区域57，使得外部膜5在岛式熔结区域56的整个外围上膨胀。这样，扯开应力集中作用于岛式熔结区域56上，使得扯开向着余下的熔结区域进行。当外部膜5剥落到岛式熔结区域56中的通孔58时，压强得以释放。通过调节从岛式熔结区域56的外部边沿到通孔58的距离，可以任意地设置释放压强。在图13所示的示例中，释压功件是利用通孔来实现的，然而释压功件可以是切口而不是通孔，如结合图12所描述的，或进一步备选地，可以通过外部膜(其中一个覆盖在另一个之上)之一来形成通孔或切口，或在外部膜(其中一个覆盖在另一个之上)之一中形成通孔或切口。此外，对于上述各个示例而言共同的是，通过使扯开应力有效地作用于应力集中部分上，可以促进应力集中部分中的剥落，从而可以更确定地释放压强。为了使扯开应力有效地作用于应力集中部分上，优选地将无熔结区域配置为便于引入容纳电池单元2的容纳部分中产生的气体。例如，如图3所示，无熔结区域7可以沿着至少一侧逐渐变细。这样，无熔结区域7可以在宽度上延伸，从而便于容纳电池单元2的容纳部分中产生的气体进入无熔结区域7中。备选地，可以将无熔结区域7置于容纳电池单元2的容纳部分的较长一侧的中央区域中。该位置使得外部膜5最容易在可以形成无熔结区域7的区域中膨胀，从而通过在该位置提供无熔结区域7，便于容纳电池单元2的容纳部分中产生的气体进入无熔结区域7。接下来，将给出根据本发明一个示例实施例的层叠叠层电池组的描述。图14是示例性层叠叠层电池组的透视图，所述层叠叠层电池组是通过在封装电池9a的厚度方向上层叠多个封装电池9a_9a而形成的，其中如图4所示，膨胀预备区域(无熔结区域7)和安全阀8a从夹持部件10的开口 IOc中伸出。在图14中，与图4或5中所示组件相同的组件以相同的附图标记来表示。此外，在图14中省略了通孔8。在该层叠叠层电池组中，相邻的封装电池9a_9a包括位于与封装电池9a_9a层叠叠层方向垂直的一侧上的袋，使得从开口 IOc伸出到夹持部件10外部的袋不会与相邻封装电池9a的袋接触，其中设置袋在封装电池9a中的位置、在夹持部件10中设置的开口 IOc的位置以及在覆膜电池1中设置的无熔结区域7的位置互不相同。根据本示例实施例，由于在相邻的封装电池9a_9a中袋和开口 IOc在位置上互不相同，所以从开口 IOc伸出到夹持部件10外部的袋可以彼此保持不与相邻封装电池9a的袋相接触。因此，可以防止每个袋约束其他袋的膨胀。相应地，即使多个封装电池9a在它们的厚度方向上层叠叠层，也可以防止覆膜电池1填充有高压气体的危险情形。图15是示出了根据本发明另一示例实施例的层叠叠层电池组的顶视平面图。在图15中，与图4、5或14所示组件相同的组件以相同的附图标记来表示。在图15中，相邻的封装电池9b_9b在位于与封装电池9b_9b堆叠方向垂直的一侧上布置有袋，使得相邻封装电池9b-9b的袋以彼此相对的方向从开口 IOc伸出，其中设置袋在封装电池9b中的位置、在夹持部件10中设置的开口 IOc的位置、以及在覆膜电池1中设置的无熔结区域7的位置互不相同。根据该示例实施例，由于从开口 IOc伸出到夹持部件10外部的袋彼此保持不与相邻封装电池9b的袋接触，所以每个袋不会约束其他袋的膨胀。图16是示出了根据本发明又一示例实施例的层叠叠层电池组的透视图。在图16中，与图3所示组件相同的组件以相同的附图标记来表示。在图16所述的层叠叠层电池组中，为各个覆膜电池提供偏向一极(在图16中是负极)的袋，并且将这些覆膜电池颠倒地交替层叠叠层。在这种情况下，根据相同的设计由多个覆膜电池形成该层叠叠层电池组，但是将袋布置在并不重叠的位置。相应地，可以形成以下这样的层叠叠层电池组该电池组具有布置在并不重叠的位置处的袋，并且具有在该层叠叠层电池组中使用的一种类型的形状的覆膜电池。
特别地，在图4、5、14、15以及16所示的封装电池(覆膜电池)中，随着袋的尺寸增大，对于袋的伸出出现了浪费的空间。为此，优选地，在图4、5、14、15以及16所示的封装电池(覆膜电池)中，在正常状态下(在没有气体产生时)袋是折叠的或缠绕的，同时，随着气体引入到袋中，袋展开或解开并膨胀到预定的大小。例如，在图4、5、14和15所示的封装电池中，在正常状态下(在没有气体产生时)袋是折叠的或缠绕的，同时，随着气体引入袋中，袋展开或解开以从开口伸出到夹持部件的外部，并且膨胀到预定的大小。关于这一点，可以利用胶带、粘合剂等将折叠或缠绕的袋固定到外部膜。即使在袋被布置在相同的位置并且在对电池进行层叠叠层时这些袋一个位于另一个之上，通过保持袋的折叠或缠绕，也可以产生符合本发明目的的优点。以下将参考图17A-17C来给出描述。图17A-17C是示出了通常为折叠的以及随着气体的引入而膨胀到预定大小的示例袋的示意图。在图17A-17C中，与图4所示组件相同的组件以相同的附图标记表示。如图17A所示，袋(无熔结区域7)在正常状态下(没有气体产生时)是折叠的。然后，如图17B所示，如果稍后在覆膜电池1中产生气体，则该气体进入袋，使得袋展开并膨胀到预定大小。如图17C所示，当层叠叠层了多个封装电池9时，袋有可能是一个位于另一个之上的。然而，在袋正常地折叠或缠绕的情况下，仅在发生故障或遭受到内压升高的覆膜电池中，袋因升高的内压而得到释放，并且与其他相邻封装电池的袋相比伸出到外部更远的地方，这使得相邻的电池对这个袋的膨胀造成的阻碍更小，因此这个袋是可以膨胀的。这样，即使袋在相邻电池的袋之上或以下，这个袋也可以膨胀，从而可以将大的张力以小的内压传输到安全阀。关于这一点，袋的折叠方式不限于图17所示的示例，可以适当地作出修改。图18A-18B是示出了另一种袋的折叠方式的示意图。在图18A-18B中，虚线示意性地示出了袋在膨胀时的示例形状。在图18A-18B中，与图8所示组件相同的组件以相同的附图标记来表示。如图18A所示，密封侧(在其上形成袋)可以从其近端弯曲。具体地，将袋旁边的正常密封区域一起弯曲。同样地，在这种情况下，气体注入到发生故障的电池的袋中，使得弯曲的密封侧伸展出去，并且安全阀冲出相邻电池的轮廓，使得袋可以膨胀而不受相邻电池的干扰，并且可以有效地向安全阀施加大的力以容易地打开该安全阀。在图18中，折叠靠近电池单元容纳部分(杯部分)，但是袋的折叠不限于此，并且袋可以在一定程度上远离电池单元容纳部分(杯部分)的位置处弯曲，袋弯曲的角度可以是直角或180度(如图18B所示)，或者可以适当地改变。在图18B的示例中，袋靠近中心弯曲。在这种情况下，当升高的内压使袋展开以使该袋向外伸出时，伸出到相邻电池轮廓之外的部分大约是袋的区域的二分之一。这样，袋的主体不需要伸出到相邻电池的轮廓之外，并且如果所释放的袋的整体可以膨胀到大于包含于相邻电池轮廓之内的袋时，则仅所释放的袋的一部分可以伸出到相邻电池的轮廓之外。在图17C和图18A-18B中，结合层叠叠层电池组描述了折叠的或缠绕的袋的实现。然而，显而易见的是，在向没有夹持部件的单个电池(单个封装电池)或覆膜电池提供通常为折叠或缠绕的并随着气体的引入而从折叠或缠绕状态释放以膨胀到预定大小的袋时，可以节省空间。此外，在通过层叠叠层覆膜电池来形成层叠叠层电池组时，相邻的覆膜电池彼此夹持。因此，图14、15、17C以及图18A-18B所示的封装电池可以是覆膜电池自身。在这种情况下，由于覆膜电池还充当夹持部件，所以可以简化配置。此外，在这种情况下，双面胶、粘合剂、缓冲材料、隔离物等可以介于相邻的覆膜电池之间。图19A-19C是示出了根据本发明另一示例实施例的封装电池的图。具体地，图19A是根据本发明另一示例实施例的封装电池的顶视平面图；图19B是从箭头B方向查看图19A时的顶视平面图；图19C是示出了对图19A和19B所示的封装电池的示例修改的图。在图19A-19C中，与图2和图3所示组件相同的组件以相同的附图标记来表示。在图19A-19C中，夹持部件IOA是由彼此固紧的夹持部分IOAa和夹持部分IOAb构成的，并且包含覆膜电池1。在覆膜电池1夹持在夹持部件IOA内时，在与袋(无熔结区域7)和安全阀8a (熔结膜突起5d和通孔8)相对的位置处为夹持部件IOA设置凹槽IOAl。在图19A-19C中，省略了通孔8。在这种情况下，借由凹槽10A1，袋可以在容纳电池单元2的腔中产生的气体的作用下发生膨胀，而不受夹持部件IOA的限制。随着袋逐渐膨胀，袋中产生的张力作用于熔结膜突起5d上的应力分量增大。在袋膨胀到预定大小时，熔结膜突起5d在袋中产生的张力的作用下剥落到通孔8，以将袋内的气体从通孔8排放出。这样，即使没有降低熔结膜突起5d的熔结强度，即，即使没有降低密封可靠性，也可以如之前一样防止危险状态，在所述危险状态下，袋的大小受到夹持部件的限制以防止袋膨胀到预定大小，从而无法打开安全阀，结果造成覆膜电池1填充有高压气体。此外，如图19C所示，当在与凹槽IOAl相对的位置处提供类似于凹槽IOAl的凹槽10A2时，S卩，当在袋的两侧都提供凹槽时，袋可以进一步膨胀，这是更为优选的。尽管以上描述主要是结合了示意性配置而给出的，其中袋的主体伸出到外部，然而袋的整个部分不需要伸出到夹持部件的外部或伸出到相邻电池的轮廓之外，仅仅袋的一部分可以伸出到外部，假定与整个位于夹持部件内或相邻电池轮廓内的袋相比上述袋可以膨胀得更大。在目前给出的描述中，外部膜材料的膜的突出被用作袋，但是袋可以不与外部膜材料接续，并且可以由另一袋状物制成(其中该袋状物是由膜制成的)，其直接地或通过管道等连接到内部电池空间。此外，安全阀可以是包括切入膜或金属箔内的切口(这便于破裂)的类型，而不是目前为止所描述的类型。此外，安全阀可以不是被配置为在由袋内的内压升高而导致的张力的作用下破坏密封的类型。另一类型的安全阀可以包括例如袋附近的针或其他类似物，使得在袋极大地膨胀时，袋的表面到达针，针将袋刺破以允许放出气体。还可以是借助于袋内张力而发生作用的一种安全阀。
同样地，在这种类型的安全阀中，由于袋可以膨胀到较大的容积，所以可以将针布置得更远离袋，从而使得可以降低以下风险由于不期望的情况，如振动，导致针与外部材料接触。此外，通过将针置于折叠的或缠绕的袋在展开或解开时所膨胀到的位置，针可以被置于足够远离电池的位置，从而使得可以降低由于不期望的情况而导致针与外部材料接触的风险。图20A是示出了根据本发明另一示例实施例的覆膜电池IA的分解平面图，图20B是从箭头B查看图20A时的顶视平面图。在图20A-20B中，与图2或3所示组件相同的组件以相同的附图标记来表示。以类似于图2所示的覆膜电池1的方式，图20A-20B所示的覆膜电池IA包括具有层压结构的电池单元2，该层压结构由层叠叠层的正极板加和负极板2b组成；以及用于在其中安置电池单元2的外部膜5，其中所述外部膜5与杯部分恥一起形成，所述杯部分5b充当因电池单元2产生的气体而膨胀的密封空间。此外，为与正极板加或负极板2b的主表面2c相对的外部膜5提供熔结区域1A1，所述熔结区域IAl是通过对外部膜5之间形成的开口进行热熔结而创建的。在这种情况下，随着密封空间因产生的气体而膨胀，对熔结区域IAl施加扯开熔结区域IAl的应力，熔结区域IAl被扯开，从而气体在熔结区域IAl被扯开的地方排放出来。扯开熔结区域IAl的应力增大，这是因为该应力与正极板加或负极板2b的主表面2c的大小相一致(参见图1A-1B)。因此，即使装有电池单元的密封空间内的内压并没有升高，熔结区域IAl也会被扯开，使得气体在熔结区域被扯开的地方排放出来。因此，即使没有降低熔结区域IAl的熔结强度，即，没有降低密封可靠性，密封空间内的气体也会排放到外部。此外，可以为熔结区域IAl设置入口形状的无熔结区，或设置应力集中部分，或设置诸如孔之类的释压功件。尽管通过给出若干代表性示例而描述了本发明，然而应理解，本发明不限于这些示例，在本发明的技术构思之内可以适当地对本发明进行修改。例如，在图2所示的覆膜电池中，通过将电池单元2夹在两个外部膜5之间，并且通过对电池单元2周围的外部膜5的相对的四侧进行热熔结，形成密封空间，然而，也可以利用另一方法来形成密封空间。例如，可以将单个外部膜折叠成两个以将电池单元2加在中间，可以对三个开放侧进行热熔结，以形成用于将电池单元2密封于其中的密封空间。关于电池单元2的结构，前述示例示出了层叠叠层类型的结构，包括多个交替层叠叠层的正极板和负极板。备选地，也可以取而代之地使用缠绕类型的电池单元，其中以条带的形状形成正极板、负极板、以及隔离物，正极板与负极板一个位于另一个之上，隔离物位于正极板与负极板之间，并且它们是缠绕的，然后可以将它们压缩成平坦的形状，从而创建具有正极和负极的交替层叠叠层结构。此外，电池单元2仅需要包括正极、负极、以及电解质，这样可以将用于常规电池中的任意电池单元用作电池单元2。一般的锂离子二次电池中的电池单元是由正极板和负极板组成的，所述正极板由两侧涂有正极活性材料(如，锂锰合成氧化物(lithium manganese composite oxide)，钴酸锂(lithium cobaltate)等)的铝箔制成，所述负极板由两侧涂有碳材料(所述碳材料可以掺杂或不掺杂锂)的铜箔制成。通过隔离物彼此相对地布置正极板和负极板，并且为正极板和负极板注入包括锂盐的电解液以形成电池。同样地，针对其他类型化学电池的电池单元也可以被用作电池单元2，如镍氢电池、镍镉电池、金属锂原电池或二次电池、锂聚合体电池、等等。此外，尽管图2示出的示例中正电极引线3和负电极引线4是从覆膜电池1的相对侧延伸出来的，然而它们也可以从相同侧延伸出来。此外，覆膜电池可以充当夹持部件。根据第一封装电池，设有安全阀的袋通过开口伸出到夹持部件的外部。因此，夹持部件并不约束袋的膨胀，密封空间内产生的气体会使得袋膨胀得很大。当袋膨胀到特定容积时，安全阀在袋中产生的大的张力的作用下打开，以从安全阀排放密封空间内的气体。这样，与袋包含在夹持部件所约束的空间内的情况相比，能够以较小的内压将大的张力传输至安全阀。相应地，例如，即使没有降低安全阀的开口的强度，S卩，没有降低密封可靠性，也可以如之前一样防止危险状态，在所述危险状态下，用于向作为安全阀的无熔结区域传输张力的无熔结区域的可膨胀尺寸受夹持部件的约束，妨碍了无熔结区域膨胀到足够的尺寸，从而无法打开安全阀，结果造成覆膜电池填充有高压气体。这使得降低了在无熔结区域中除了安全阀的区域之外的位置处的密封发生破裂的风险。特别地，袋需要适当的大量气体以胀大，然而这里重要的是，在产生了增大内压的气体时，在传输至安全阀的袋的张力与施加到无熔结区域中除了安全阀的区域以外的地方的外部膜的张力之间的差异增大，从而降低了在除了安全阀的区域以外的位置发生不期望的密封破裂的风险。上述优点也适用于以下将描述的本发明的第二和第三封装电池、第一和第二层叠叠层电池组、以及覆膜电池。根据第二封装电池，袋在除了非正常事件(当产生气体时)以外的情况下可以保持较小的尺寸，并且该袋还具有与本发明第一封装电池的袋相类似的优点。如果袋被制造得较大，则袋的伸出部分将浪费地占用空间，S卩，无益的。因此，在袋的尺寸保持较小时，除了可能出现非正常事件的情况(产生气体时)以外，即使提供大的袋，也不会浪费地使用空间。根据第三封装电池，夹持部件并不约束袋的膨胀，但是密封空间内产生的气体会导致袋的尺寸发生大的膨胀。随着袋膨胀到特定容积，袋中产生的大的张力使得安全阀打开，从而密封空间内的气体从安全阀排放出去。这样，与夹持部件的存在对袋在顶部和底部的膨胀造成约束的情况相比，能够以较低的内压将大的张力传输到安全阀。根据第一层叠叠层电池组，袋不与相邻覆膜电池的袋相互干扰。因此，防止每个电池的袋妨碍其电池的袋的膨胀。相应地，即使多个覆膜电池在它们的厚度方向层叠叠层，也可以防止覆膜电池填充有高压气体的危险状态。根据第二层叠叠层电池组，层叠叠层多个覆膜电池，袋可以一个位于另一个之上，然而袋在通常状态下(当没有气体产生时)是折叠或弯曲的，只有发生故障并经受内压升高的覆膜电池中内压的增大才会使袋释放以伸出到相邻电池的轮廓之外，从而相邻电池对
6该袋的膨胀的阻碍更小，并且袋的尺寸可以发生大的膨胀。这样，即使将袋布置在相邻电池的袋之上或之下，它的尺寸也可以发生大的膨胀，并且该袋可以小的内压向安全阀传输大的张力。关于这一点，在本发明和示例实施例中，层叠叠层电池组指的是直接层叠叠层在夹持部件中或容纳在夹持部件中、并且一个层叠叠层于另一个之上、并且串联或并联的覆膜电池。在直接层叠叠层时，双面胶、粘合剂、缓冲材料、隔离物等可以介于相邻的覆膜电池之间。根据覆膜电池，外部膜包括熔结的开口，以限定该外部膜的无熔结区域，该无熔结区域与正极板或负极板的主表面相对。相应地，随着密封空间因产生的气体而膨胀，对无熔结区域施加用于扯开无熔结区域的应力，以便扯开该无熔结区域，气体从无熔结区域被扯开的位置排放出。扯开无熔结区域的应力较大，因为该应力与正极板或负极板的主表面的大小相一致。因此，可以防止覆膜电池填充有高压气体的危险状态。尽管参考本发明的示例实施例具体示出并描述了本发明，然而本发明不限于这些实施例。本领域技术人员将理解，在不脱离如所附权利要求所限定的本发明的精神和范围的前提下，可以对本发明进行形式和细节上的各种改变。本申请基于并要求于2007年2月21日提交的日本专利申请No. 2007-40976的优
先权，其全部公开一并在此作为参考。
1权利要求
1.一种层叠叠层电池组，包括多个层叠叠层的覆膜电池，其中，所述覆膜电池包括 电池单元；以及外部膜，形成将所述电池单元安装于其中的密封空间；所述密封空间包括将所述电池单元容纳于其中的容纳部分，以及与所述容纳部分连通以便由于所述密封空间的内压升高而膨胀的袋，所述袋包括被配置为当所述袋膨胀时而工作的安全阀，以及至少两个所述覆膜电池的所述袋的位置彼此不同。
2.根据权利要求1所述的层叠叠层电池组，其中，所述袋被布置在相邻的覆膜电池中互不相同的位置处。
3.根据权利要求1或2所述的层叠叠层电池组，其中，所述袋是折叠的或缠绕的。
4.根据权利要求1至3中任一项权利要求所述的层叠叠层电池组，还包括分别用于夹持所述覆膜电池的每个夹持部件。
5.根据权利要求4所述的层叠叠层电池组，其中，所述每个夹持部件包括开口或凹槽， 所述袋和安全阀的至少一部分从所述开口或所述凹槽伸出所述夹持部件之外。
6.根据权利要求1至5中任一项权利要求所述的层叠叠层电池组，其中，所述袋位于所述覆膜电池中与层叠叠层方向垂直的一侧。
全文摘要
提供了一种封装电池、组装电池、以及覆膜电池，可以防止高压气体填充在覆膜电池中的危险状态，同时确保密封可靠性。封装电池包括覆膜电池和夹持部件，所述覆膜电池包括电池单元以及形成容纳所述电池单元的密封空间的外部膜，所述夹持部件夹持所述覆膜电池。密封空间包括容纳电池单元的容纳部分，以及与所述外壳部分连通以在密封空间内的压强升高时膨胀的袋。所述袋包括在袋膨胀时激活的安全阀。夹持部件包括开口以及将容纳部分安装于其中的腔。在将容纳部分安装于腔中时，袋和安全阀的至少一部分从开口伸出到夹持部件之外。
文档编号H01M2/10GK102386354SQ20111031243
公开日2012年3月21日 申请日期2008年1月9日 优先权日2007年2月21日
发明者乙幡牧宏, 内海和明, 屋田弘志, 水田政智 申请人:日本电气株式会社