CN101517808A - 蓄电装置的制造方法 - Google Patents
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Abstract
提供一种能够使得多个端子部从层叠方向看相互不重叠、且容易制造蓄电装置的蓄电装置的制造方法。在所述蓄电装置的制造方法中,该蓄电装置(1)隔着电解质层(30)而层叠有多个电极体(10),该制造方法具有如下工序:形成电极体的第一工序,上述电极体从层叠方向具有看大致旋转对称的外形,在其一部分区域具有朝蓄电装置的外方向突出的端子部(11a);第二工序,将在第一工序中获得的多个电极体,一边以它们的端子部从层叠方向看彼此不重叠的方式使层叠面内的角度不同一边隔着电解质层地进行层叠。
Description
技术领域
本发明涉及多个电极体隔着电解质层而层叠的蓄电装置的制造方法。
背景技术
以往,通过检测设置在二次电池上的正极片和负极片之间的电压来监视二次电池是否进行正常的动作(功能)。但是,在该结构中,在层叠了多个单电池的层叠型电池中,虽然能够监视层叠型电池的功能,但是却无法监视每个单电池的功能。
因此,提出了为各单电池设置用于检测该单电池的电压的电压检测片的方案(例如参照专利文献1~3)。具体地说,在构成单电池的集电体的一部份上设置电压检测片。
在此,在专利文献1、2所记载的层叠型电池中,从层叠方向看多个电压检测片彼此不重叠地配置。这是为了防止在层叠方向相邻的电压检测片彼此接触而发生短路的问题。
专利文献1:日本特开2005-11658号公报(0022段、图2、图6等)
专利文献2:日本特开2005-235428号公报(图17、图18等)
专利文献3:日本特开2004-319362号公报(图1、图3等)
发明内容
但是,在专利文献1、2所记载的层叠型电池中,由于采用电压检测片的位置不同的多种集电体,故而必须形成形状彼此不同的集电体。例如,在层叠十个单电池来构成层叠型电池的情况下,必须形成相应于这些单电池数量的形状不同的多个集电体。
这样,在形成形状不同的多个集电体的情况下,层叠型电池的制造成本上升。另外,在专利文献1、2所记载的层叠型电池的结构中,由于必须按照规定的顺序来层叠多个集电体,因此层叠型电池的制造工序复杂。
因此,本发明的主要目的在于提供能够容易地制造隔着电解质层而层叠了多个电极体的蓄电装置的蓄电装置的制造方法。
本发明是蓄电装置的制造方法,该蓄电装置隔着电解质层而层叠有多个电极体,该制造方法具有如下工序:形成电极体的第一工序,上述电极体从层叠方向看具有大致旋转对称的外形,在其一部分区域具有朝蓄电装置的外方向突出的端子部;和第二工序,将在上述第一工序中获得的多个电极体,一边以它们的端子部从层叠方向看彼此不重叠的方式使层叠面内的角度不同一边隔着电解质层地进行层叠。
在此,在第二工序中,能够以多个端子部从蓄电装置的层叠方向的一端侧向另一端侧沿蓄电装置的外周的一方向配置的方式,层叠多个电极体。另外,能够以多个端子部从层叠方向看大致等间隔地配置的方式,层叠多个电极体。
从层叠方向看到的电极体的外形(除了端子部以外的外形),具体地说,可以是大致圆形或大致正多边形。另外,作为电极体,可以由包括端子部的集电体、以及在集电体的彼此相对的面上分别形成的正极层和负极层构成。
在此,能够将多个电极体中的位于蓄电装置的层叠方向上的两端的电极体的端子部设为蓄电装置的充放电用的端子部。另外,能够将多个电极体中的配置于蓄电装置的层叠方向上的与两端不同的位置处的电极体的端子部,设为用于检测在层叠方向相邻的两个电极体之间的电压的端子部。
另一方面,本发明的蓄电装置,具有:多个电极体,其从层叠方向看具有大致旋转对称的外形,在其一部分区域具有朝蓄电装置的外方向突出的端子部;和配置于这些多个电极体之间的电解质层;多个电极体按照在层叠面内的角度不同以使得它们的端子部从层叠方向看彼此不重叠的状态层叠。
在此,可以设置基板,该基板沿着蓄电装置的外周配置并具有与各端子部电连接的多个配线。
根据本发明的蓄电装置的制造方法,采用具有大致旋转对称外形的多个电极体并以层叠面内的角度不同的方式层叠这些电极体,从而能够使得从层叠方向看多个端子部彼此不重叠。而且,由于能够采用相同形状的电极体,因此能够降低蓄电装置的制造成本。
附图说明
图1是本发明实施例1的二次电池的外观立体图。
图2是实施例1的二次电池的分解立体图。
图3A是表示实施例1的电极体的结构的主视图。
图3B是表示实施例1的电极体的结构的剖面图。
图4是用于说明实施例1中的电极体的层叠方法的图。
图5是表示用于获取实施例1的二次电池的输出的结构的图。
图6是表示用于获取实施例1的二次电池的输出的结构的图。
具体实施方式
下面对本发明的实施例进行说明。
实施例1
利用图1至图4对本发明实施例1的层叠型二次电池(蓄电装置)进行说明。在此,图1是二次电池的外观立体图,图2是二次电池的分解立体图。另外,图3A是用于二次电池的双极电极的主视图,图3B是双极电极的剖面图。图4是用于说明双极电极的层叠方法的图。
本实施例的二次电池1,是隔着电解质层30将图3所示的双极电极(电极体)10层叠的结构(参照图2)。双极电极10,如图3B所示,在集电体11的一个面形成正极层12,而在与一个面相对的另一个面形成负极层13。如图3A和图3B所示,正极层12和负极层13形成在沿着集电体11(除了后述的电压检测片11a以外)的外缘的区域内。
在此,图3A表示双极电极10的一个面(形成有正极层12的面)。另外,图3B表示图3A的B-B剖面图。
集电体11例如可以由铝箔形成,或由多个金属(合金)形成。另外,可以将在金属表面覆盖铝而成的部件作为集电体11来使用。
而且,还能够使用贴合了多个金属箔的所谓复合集电体。在使用该复合集电体的情况下,可以使用铝等作为正极用集电体的材料,使用镍、铜等作为负极用集电体的材料。另外,作为复合集电体,可以采用使正极用集电体和负极用集电体直接接触的复合集电体,或者采用在正极用集电体和负极用集电体之间设置具有导电性的层的复合集电体。
各电极层12、13含有相应于正极或负极的活性物质。另外,根据需要,各电极层12、13含有导电辅助剂、粘合剂、用于提高离子传导性的高分子凝胶电解质、高分子电解质、添加剂等。作为构成各电极层12、13的材料,可以使用公知的材料。
例如,在镍氢电池中,可以使用镍氧化物作为正极层12的活性物质,使用MmNi(5-x-y-z)AlxMnyCoz(Mm:混合稀土金属)等的氢吸收贮藏合金作为负极层13的活性物质。
另外,在锂二次电池中,可以使用锂-过渡金属复合氧化物作为正极层12的活性物质,可以使用碳作为负极层13的活性物质。另外可以使用乙炔黑、碳黑、石墨、碳纤维、碳纳米管作为导电辅助剂。
作为电解质层30,使用固体电解质(高分子固体电解质、无机固体电解质)。电解质层30不限于固体电解质,例如,可以采用凝胶状或液状的电解质。
在此,在采用凝胶状或液状的电解质的情况下,需要在层叠方向相邻的集电体11之间配置密封构件(未图示)以使电解质不会泄露到外部(二次电池1的外部)。也就是说,需要利用密封构件和集电体11使收容着电解质的空间成为密闭状态。
另一方面,在本实施例中,对双极型的二次电池1进行了说明,但是,本发明也可以使用于非双极型的二次电池。在此,在非双极型的二次电池中,可以使用在集电体11的两面形成相同的电极层(正极层或负极层)的电极体,或者使用仅在集电体11的一面形成电极层的电极体。
另外,在本实施例中,对二次电池1进行了说明,但是,本发明也可以使用于作为蓄电装置的层叠型电容器(双电层电容器)。该层叠型电容器是例如通过隔板交替重叠多个正极体和负极体而成的。
在该层叠型电容器中,例如,可以采用铝箔作为电极体(正极体或负极体)的集电体,采用活性炭作为正极活性物质和负极活性物质,采用由聚乙烯形成的多孔质膜作为隔板。
如图3A所示,集电体11具有朝集电体11的径向外侧突出的电压检测片11a。另外,集电体11中除了电压检测片11a以外的区域形成为大致圆形(包括制造误差)。
电压检测片11a用于检测本实施例的二次电池1的单电池电压,换言之,检测在层叠方向相邻的两个双极电极10之间的电压。通过这样检测单电池的电压,能够调整与其他单电池的容量平衡。
在此,单电池是指包括正极层12、负极层13、和由这些电极层12、13所夹着的电解质层30(参照图2)的发电要素。
另一方面,在二次电池1的位于层叠方向两端的电极体21、22(参照图2)中,在集电体的一面上形成电极层(正极层或负极层)。另外,在这些电极体21、22的集电体上,分别一体地形成朝集电体的径向外侧突出的正极片21a、负极片22a。正极片21a、负极片22a用于相对于二次电池1进行充电和放电。
在此,在电极体(正极体)21的集电体中,除了正极片21a以外的区域形成为大致圆形(包括制造误差)。另外,在电极体(负极体)22的集电体中,除了负极片22a以外的区域形成为大致圆形(包括制造误差)。
在本实施例中,正极片21a和负极片22a的宽度(在二次电池1的周向上的长度)比电压检测片11a的宽度(与上述同样的长度)宽。在此,电极体21、22的集电体和双极电极10的集电体11,仅仅是形成于这些集电体上的片的形状不同,除了片以外的区域成为大致相等的形状(大致圆形)。
片21a、22a的形状和片11a的形状可以大致相等。如果这样构成,则构成二次电池1的所有集电体可以形成为相同形状。另外,也可以不在电极体21、22的集电体上形成片21a、22a而在这些集电体的端面(层叠方向的端面)连接配线。此时,从层叠方向看,电极体21、22形成为大致圆形。
如图1所示,本实施例的二次电池1形成为大致圆柱状,在其外侧面(外周面)上配置有多个电压检测片11a、正极片21a和负极片22a。在此,片11a、21a、22a配置成从层叠方向(图2的箭头X方向)看二次电池1时彼此不重叠(参照图4)。
通过这样配置片11a、21a、22a,能够防止设置在层叠方向不同位置上的片彼此相互接触而发生短路的问题。
下面对本实施例的双极电极10的制造方法进行说明。
首先,准备构成集电体11的片状筒状物(金属箔),在该筒状物的一面上涂敷正极层12,而在另一面上涂敷负极层13。具体地说,能够采用公知的涂敷机涂敷法或喷射涂敷法等,在集电体11的表面形成正极层12和负极层13。
然后,通过冲压成形等将形成有正极层12和负极层13的集电体成形为图3A所示的形状。由此,能够得到本实施例的双极电极10。位于二次电池1两端的电极体21、22是通过在集电体的一面上涂敷正极层或负极层后进行冲压成形等而形成的。
接着,对本实施例的二次电池1的制造方法进行说明。
首先,在具有负极片22a的负极体22上重叠电解质层30,在该电解质层30上重叠具有电压检测片11a的双极电极10。然后,在该双极电极10上重叠电解质层30并重叠其他双极电极10。这样,继续层叠电解质层30和双极电极10,在层叠了所希望数量的电解质层30和双极电极10之后,重叠具有正极片21a的正极体21。
在此,在夹着电解质层30来层叠两个双极电极10的情况下,电解质层30以被一个双极电极10的正极层12和另一个双极电极10的负极层13夹着的方式配置。
另外,在层叠多个双极电极10和电极体21、22时,以从层叠方向看二次电池1时片11a、21a、22a彼此不重叠的方式,使双极电极10和电极体21、22的层叠角度(相位)不同地配置。利用图4对该层叠方法进行具体地说明。
首先,在相对于负极体22、以夹着电解质层30的状态层叠双极电极10的情况下,双极电极10的电压检测片11a相对于负极体22的负极片22a的位置沿二次电池1的周向一方向(图4的箭头所示的方向)错开地层叠。也就是说,从层叠方向看二次电池1时,电压检测片11a相对于负极片22a错开规定角度地层叠。
此时,除了片22a、11a以外的集电体的形状为大致旋转对称的圆形、是彼此大致相等的形状,因此,从层叠方向来看,除了电压检测片11a以外的双极电极10和除了负极片22a以外的负极体22彼此重叠(一致)。层叠正极体21时也是同样的。
另一方面,在相对于已层叠的双极电极10、以夹着电解质层30的状态层叠其他双极电极10的情况下,待层叠的双极电极10的电压检测片11a相对于已层叠的双极电极10的电压检测片11a沿二次电池1的周向一方向(图4的箭头所示的方向)错开地层叠。也就是说,从层叠方向来看,待层叠的电压检测片11a相对于已层叠的电压检测片11a错开规定角度地层叠。
此时,从层叠方向来看,除了电压检测片11a以外的双极电极10的形状为大致旋转对称的圆形、是彼此大致相等的形状,因此,除了电压检测片11a以外的两个双极电极10从层叠方向看时是彼此重叠(一致)。
在本实施例中,如图4所示,从层叠方向来看,多个电压检测片11a以规定角度θ等间隔地配置。在此,规定角度θ可以适当地设定。例如,作为规定角度θ,可以设定为用待层叠的双极电极10和电极体21、22的数量换言之片11a、21a、22a的数量除双极电极10(二次电池1)的外周(360度)而得到的值。
这样,若从层叠方向看二次电池1时等间隔地配置多个片11a、21a、22a,则确保在层叠方向相邻的片11a等的间隔,能够防止彼此位置不同的片11a等相互接触而发生短路的问题。
在本实施例中,从层叠方向看二次电池1时,等间隔地配置片11a、21a、22a,但是,也可以采用非等间隔地配置。也就是说,也可以使得从层叠方向来看在二次电池1的周向相邻的片11a、21a、22a的间隔不同。
在本实施例中,仅通过改变双极电极10等的层叠角度(相位)来进行层叠,就能够使得从层叠方向看二次电池1时片11a、21a、22a配置在不同的位置上。另外,除了片11a以外的双极电极10的形状和除了片21a、22a以外的电极体21、22的形状形成为旋转对称的大致圆形,因此,即使层叠角度不同,也可以重叠地层叠双极电极10和电极体21、22。
因此,没有必要像以往那样相应于层叠方向的位置来形成片位置不同的电极体,可以采用相同形状的双极电极10等来制造二次电池1。若能够采用相同形状的双极电极10等,则较之形成不同形状的双极电极等的情况,能够降低二次电池1的制造成本。
另外,在以往的二次电池中,必须按照规定的顺序来层叠形状不同的多个电极体,但是,在本实施例的二次电池1中,由于采用相同形状的双极电池10等,所以不必按照规定的顺序进行层叠。由此,能够容易地制造二次电池1。而且,能够提高二次电池1的生产率。
下面利用图5和图6对用于获取本实施例的二次电池1的输出的结构进行说明。在此,图5是表示用于获取二次电池的输出的第一结构的概略图,图6是表示用于获取二次电池的输出的第二结构的概略图。
在第一和第二结构中,电连接和机械连接于二次电池1的电压检测片11a的柔性基板的结构不同。
首先对第一结构进行说明。
如图5所示,柔性基板40配置于二次电池1的外周,具有与各电压检测片11a相连的多个配线(未图示)。也就是说,柔性基板40的配线设置有电压检测片11a的数量。
在各配线的端部设置有端子部(未图示),该端子部与对应的电压检测片11a电连接和机械连接。端子部和电压检测片11a能够例如利用导电性粘结剂来连接,或者经由各向异性导电膜来连接。
在此,在多个电压检测片11a中,一部分的电压检测片11a与柔性基板40的一个面连接,而其他的电压检测片11a与柔性基板40的另一面连接。
在此,在设置于柔性基板40的多个配线中,与上述一部分的电压检测片11a相连的配线的端子部在柔性基板40的一个面上露出。与上述其他的电压检测片11a相连的配线的端子部在柔性基板40的另一面上露出。
另外,如图5所示,柔性基板40的一端侧弯曲形成为圆筒状,并连接于电压检测电路(未图示)。由此,在电压检测电路中,能够检测单电池的电压。
下面对第二结构进行说明。在第二结构中,如图6所示,柔性基板41配置于二次电池1的外周,柔性基板41的内周面与各电压检测片11a的前端相连。
与图5所示的柔性基板40同样地,柔性基板41具有电连接和机械连接于各电压检测片11a的多个端子部(未图示)、和连接于这些端子部的多个配线(未图示)。在此,端子部在柔性基板41的内周面(二次电池1侧的面)露出。
端子部和电压检测片11a能够例如利用导电性粘结剂来连接,或者经由各向异性导电膜来连接。
在此,控制电路(未图示)能够基于经由柔性基板40、41而输出到电压检测电路(未图示)的电压来控制每个单电池的充电电压和放电电压。也就是说,控制电路能够经由电压检测电路来检测单电池的电压并根据该检测电压来调整每个单电池的充放电时的电流。
电连接多个电压检测片11a和电压检测电路的结构并不局限于图5和图6所示的结构。也就是说,只要是将配线电连接和机械连接于各电压检测片11a而能够检测单电池电压的结构,则可以采用任何结构。若如本实施例那样采用将多个配线配置在一个柔性基板40、41内的结构,则能够使得用于检测单电池电压的结构简单化。
另一方面,在本实施例中,对除了电压检测片11a以外的双极电极10的形状和除了片21a、22a以外的电极体21、22的形状为大致圆形的情况进行了说明,但是,并不局限于此。具体地说,除了片11a、21a、22a以外的双极电极10和电极体21、22的形状可以形成为大致正多边形(包括制造误差)。另外,只要是从层叠方向来看具有旋转对称的形状即可,而不必限于正多边形。
也就是说,若将除了片以外的双极电极等的形状形成为从层叠方向来看旋转对称的大致正多边形,则通过使这些双极电极等的层叠角度(相位)不同地层叠,能够使多个片从层叠方向看不重叠地配置。并且,能够层叠成在从层叠方向看时除了片以外的双极电极等相互重叠(一致)。
在此,在采用大致正多边形的双极电极等的情况下,各双极电极等的层叠角度(相当于图4的角度θ)取决于正多边形的一边所占的角度。
另外,若为正多边形,则可以是任何形状,但是,为了抑制片彼此的接触或利用二次电池的整个外侧面高效地配置片,优选采用近似圆形的正多边形。
另一方面,在本实施例中,如图4所示,多个片11a、21a、22a配置在二次电池1的外侧面的一周的范围内,但是并不局限于此。例如,可以以多个片11a、21a、22a在二次电池1的外侧面沿着螺旋状轨迹配置的方式来层叠双极电极10等。
本实施例的二次电池1可以作为例如电动车(EV)、混合动力车(HEV)、燃料电池车(FCV)中的马达驱动用的蓄电装置而加以使用。
Claims (9)
1.一种隔着电解质层而层叠有多个电极体的蓄电装置的制造方法,具有如下工序:
形成上述电极体的第一工序,该电极体从层叠方向看具有大致旋转对称的外形,在其一部分区域具有朝上述蓄电装置的外方向突出的端子部;和
第二工序,将在上述第一工序中获得的多个电极体,一边以它们的端子部从层叠方向看彼此不重叠的方式使层叠面内的角度不同一边隔着上述电解质层地进行层叠。
2.如权利要求1所述的蓄电装置的制造方法,其特征在于,在上述第二工序中,以上述多个端子部从上述蓄电装置的层叠方向的一端侧向另一端侧沿上述蓄电装置的外周的一方向配置的方式,层叠上述多个电极体。
3.如权利要求1或2所述的蓄电装置的制造方法,其特征在于,在上述第二工序中,以上述多个端子部从层叠方向看大致等间隔地配置的方式,层叠上述多个电极体。
4.如权利要求1-3中任一项所述的蓄电装置的制造方法,其特征在于,上述电极体从层叠方向看具有大致圆形或大致正多边形的外形。
5.如权利要求1-4中任一项所述的蓄电装置的制造方法,其特征在于,上述电极体具有包括上述端子部的集电体、以及在该集电体的彼此相对的面上分别形成的正极层和负极层。
6.如权利要求1-5中任一项所述的蓄电装置的制造方法,其特征在于,上述多个电极体中的、位于上述蓄电装置的层叠方向上的两端的上述电极体的端子部是上述蓄电装置的充放电用的端子部。
7.如权利要求1-6中任一项所述的蓄电装置的制造方法,其特征在于,上述多个电极体中的、配置于上述蓄电装置的层叠方向上的与两端不同的位置处的上述电极体的端子部,是用于检测在层叠方向相邻的两个上述电极体之间的电压的端子部。
8.一种蓄电装置,具有:
多个电极体,其从层叠方向看具有大致旋转对称的外形,在其一部分区域具有朝蓄电装置的外方向突出的端子部;和
配置于上述多个电极体之间的电解质层;
上述多个电极体按照在层叠面内的角度不同以使得该多个电极体的端子部从层叠方向看彼此不重叠的状态层叠。
9.如权利要求8所述的蓄电装置,其特征在于,具有基板,该基板沿着上述蓄电装置的外周配置、并具有与上述各端子部电连接的多个配线。
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