[發(fā)明專利]電池系統(tǒng)和電池結(jié)構(gòu)

無效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201210035588.5
• 申請日: 2012-02-16
• 公開（公告）號: CN102646856A
• 公開（公告）日: 2012-08-22
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 白澤淳;寺西浩;今井博俊
• 申請（專利權(quán)）人: 豐田自動車株式會社
• 主分類號: H01M10/48
• 分類號: H01M10/48;H01M10/0525;H01M2/10
• 代理公司: 北京集佳知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11227
• 代理人: 魏金霞;田軍鋒

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及電池單元被加壓的電池系統(tǒng)及其結(jié)構(gòu)。

背景技術(shù)

近年來，在范圍從諸如移動電話的小型設(shè)備到諸如汽車的大型機器的裝備中，對作為電源的二次電池的需求不斷增長。伴隨而來的是朝著這種二次電池的更大性能、特別是更大容量的推進。

用于上述應(yīng)用場合的二次電池至少設(shè)置有正電極、負電極以及置于正電極與負電極之間的電解質(zhì)。其中，使用的電解質(zhì)為液體電解質(zhì)或固體電解質(zhì)形式的介質(zhì)，其作為正電極與負電極之間的離子傳導(dǎo)的介質(zhì)。

在使用液體電解質(zhì)(下文也稱作“電解液”)作為二次電池的電解質(zhì)的情況下，正電極層和負電極層的內(nèi)部容易被電解液浸透。因此，在電解液與正電極層和負電極層中包含的活性物質(zhì)之間容易形成界面，因此容易提高性能。然而，廣泛使用的電解液通常易燃，因此必須采取用于保障安全的措施。還必須采取措施以防范電解液從框體泄漏出的情形(液體泄漏)。

這種液體泄漏不會在采用固態(tài)的電解質(zhì)(下文也稱作“固體電解質(zhì))的電池上發(fā)生。此外，固體電解質(zhì)通常不易燃。相應(yīng)地，上述措施可以簡化或省略。因此，已經(jīng)提出了設(shè)置有包含不易燃固體電解質(zhì)的層(下文也稱作“固體電解質(zhì)層)的二次電池(下文也稱作“固體電池”)。為了減小內(nèi)阻，已經(jīng)提出了依賴于通過在各個層層疊的方向上施加壓力使正電極層、固體電解質(zhì)層和負電極層更強力地附著于彼此從而使得界面電阻減小的技術(shù)。

與這種電池相關(guān)的技術(shù)的實例包括例如在日本專利申請?zhí)亻_No.10-214638(JP-A-10-214638)中公開的鋰離子二次電池，其中各自由能夠儲存和釋放鋰的負電極和正電極、非水電解液、以及容納它們的殼體構(gòu)成的單位電池單元(電池單元)組合成多個單位電池單元并容納在組裝電池殼體(框體)內(nèi)，從而產(chǎn)生組裝電池，使得單位電池單元被靜水壓加壓，所述靜水壓通過將氣體、液體或固體粉末、或者它們的混合材料中的至少一種材料填充到組裝電池殼體內(nèi)的空間中而在組裝電池殼體內(nèi)產(chǎn)生。在JP-A-10-214638中公開的電池中，單位電池單元由產(chǎn)生于殼體內(nèi)的靜水壓加壓，因此能夠防止施加在單位電池單元上的壓力呈現(xiàn)可變性的情形。因此，防止了一些單位電池單元比其他單位電池單元劣化得更快(局部劣化)的情形，并且因此能夠減小組裝電池整體的性能損失，特別是循環(huán)特性削弱。

在單位電池單元通過這種靜水壓加壓的電池中，單位電池單元中的內(nèi)阻可根據(jù)施加在單位電池單元上的壓力值而變化。因此，優(yōu)選地，組裝電池殼體內(nèi)的靜水壓設(shè)定為等于或高于給定值，以提高電池性能。從提高例如電池安全性的觀點看，靜水壓也優(yōu)選設(shè)定為等于或小于給定值。因此，組裝電池殼體內(nèi)的靜水壓必須管理成處于預(yù)定范圍內(nèi)。在JP-A-10-214638中公開的電池中，組裝電池殼體內(nèi)的靜水壓的管理通過以下方式實現(xiàn)：單獨制造固定有應(yīng)變計的密封框體，將該密封框體布置在組裝電池殼體內(nèi)以及測量密封框體的應(yīng)變。然而，這種管理靜水壓的方法依賴于復(fù)雜的系統(tǒng)，這樣會提高成本。日本專利申請?zhí)亻_No.2006-128122(JP-A-2006-128122)公開了一種電池模塊，其中通過用殼體的側(cè)面板將隔板彼此連結(jié)而形成一種結(jié)構(gòu)，從而能夠防止整個殼體在外力作用下的不規(guī)則變化，而且插入殼體的單位電池的安全性能夠得到提高。日本專利申請?zhí)亻_No.2007-66612(JP-A-2007-66612)公開了一種電池結(jié)構(gòu)，其中，電池元件通過層疊外包裝與電解質(zhì)一起包裝，該層疊結(jié)構(gòu)具有多層結(jié)構(gòu)，并且感測層間伸展的傳感器構(gòu)建在其中。然而，即便通過在文獻JP-A-2006-128122和JP-A-2007-66612中所公開的特征的組合也難以解決上述問題。

鋰離子電池被廣泛用作諸如移動電話、數(shù)碼相機等便攜設(shè)備的電源。在汽車行業(yè)中，高輸出、高容量的鋰離子電池也被開發(fā)用于安裝在例如電動車輛(EV)和混合動力車輛(HEV)中。

可用的這種鋰離子電池包括例如層疊電池型的電池，其中，電極板組包裝在層疊膜內(nèi)并密封成平板的形式。已經(jīng)提出尤其是在EV和HEV應(yīng)用中使用組裝電池，其中這種層疊電池型的鋰離子電池在厚度方向上排列成多個并容納在殼體內(nèi)。

在JP-A-10-214638中，通過將諸如氣體等的靜水壓發(fā)生介質(zhì)填充到組裝電池殼體內(nèi)的空間中而在這種鋰二次電池的組裝電池中的所有單位電池單元上施加相等的壓力。根據(jù)報道，結(jié)果不但單位電池單元的內(nèi)阻值降低，而且單位電池單元之間的內(nèi)阻值波動也變得更小，從而能夠獲得在高電池容量的情況下具有良好循環(huán)特性的鋰二次電池。