CN107004797B - 电池 - Google Patents

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Abstract

电池具备容纳容器、配置在容纳容器中的第一电池单元和第二电池单元的至少一方、以及配置在容纳容器与第一电池单元之间和第一电池单元与第二电池单元之间中的至少一方之间的石墨片，石墨片具有用于取出电信号的端子部。

Description

电池
技术领域
本公开涉及用于各种电子设备或用作车载用的锂二次电池等电池。
背景技术
以锂离子二次电池等为代表的层叠型二次电池由交替地层叠了正负电极板的层叠体、容纳该层叠体的电池壳体、以及填充在电池壳体内部的电解液等构成。
这种二次电池一般是将多个电池单元容纳在一个电池容纳容器而作为电池组进行使用。若在使用电池时多个电池单元之间的温度差增大，则与相对低温的电池单元相比，高温的电池单元的充放电会加速，容易劣化。此外，电池单元若劣化，则有可能会膨胀。作为探测该电池单元的膨胀的方法，有在电池安装应变计的方法。
另外，上述的在电池安装应变计来探测电池的膨胀的技术公开在专利文献1。
在先技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2003-59484号公报
发明内容
专利文献1公开的技术存在如下课题，即，电池的外形变大，并且由于电池成为高温而容易劣化。
本公开的电池具备：容纳容器；第一电池单元和第二电池单元中的至少一方，其配置在容纳容器中；以及石墨片，其配置在容纳容器与第一电池单元之间和第一电池单元与第二电池单元之间中的至少一方之间，石墨片具有用于取出电信号的端子部。
本公开的电池用于解决上述课题，能够在多个电池单元之间谋求均热化，并且能够检测电池单元的膨胀。
附图说明
图1是实施方式1中的电池的剖视图。
图2A是实施方式1中的电容器部的分解立体图。
图2B是实施方式1中的电容器部的分解立体图。
图3是实施方式1中的电池单元膨胀时的剖视图。
图4是实施方式2中的电池的剖视图。
图5是实施方式2中的电容器部的分解立体图。
图6是实施方式2中的电池单元膨胀时的剖视图。
图7A是实施方式3中的电池的剖视图。
图7B是实施方式3的变形例中的电池的剖视图。
图7C是实施方式3的变形例中的电池的剖视图。
具体实施方式
以下，参照附图对解决上述课题的电池进行说明。
另外，以下说明的实施方式均示出一个具体例。在以下的实施方式中示出的数值、形状、材料、构成要素、构成要素的配置位置以及连接方式等是一个例子，主旨不在于限定本发明。此外，对于以下的实施方式中的构成要素中的、未记载在表示最上位概念的独立权利要求的构成要素，作为任意的构成要素进行说明。在以下的说明中，在所有的图中，对相同或相当的要素标注相同的附图标记，并省略其重复的说明。
(实施方式1)
以下，参照附图对实施方式1中的电池进行说明。
图1是实施方式1中的电池10的剖视图。图2A是电池10的容纳容器11内的电容器部100的分解立体图。
图1所示的电池10是锂离子二次电池。该电池10具备金属制的容纳容器11和配置在容纳容器11中的3个电池单元12a、电池单元12b以及电池单元12c，且在这些电池单元12a、电池单元12b以及电池单元12c 各自之间，电容器部100配置为穿过它们之间。
如图2A所示，电容器部100设置有在端部具备用于检测电信号的端子部14的石墨片13a，并在石墨片13a的下表面设置有绝热片17，在上表面设置有电介质层15。进而，在绝热片17的下表面具备绝缘层16。
另外，在本说明书说明的电容器部是指，至少包括石墨片的介于多个电池单元之间以及电池单元与容纳容器之间的构成要素，并不限定构成要素。
石墨片13a是用作电极的导电体。石墨片13a是通过对高分子进行热分解而得到的热分解石墨片，厚度为大约25μm。热分解石墨片比例如对石墨片进行压固而得到的石墨片的柔软性高，因此能够容易地配置在电池单元之间。该热分解石墨片的导热率为大约1200W/m·K，与例如多用作电极的铜的导热率相比，也极高。根据以上，热分解石墨片作为在狭窄空间中使用的散热构件特别有用。
图2A所示的石墨片13a的端子部14是指，石墨片13a的端部的一部分突出的部分。关于石墨片13a的端子部14，只要是将石墨片13a作为电极并用于将该石墨片13a与外部端子进行连接的连接端子即可。作为端子部14的变形例，也可以做成为将石墨片13a与外部端子进行连接且由与石墨片13a不同的构成材料构成的端子部14。
构成电介质层15的材料是氨基甲酸乙酯，厚度为大约100μm。
构成绝缘层16的材料是聚对苯二甲酸乙二醇酯(以下，记为PET)，厚度为大约10 μm。
在绝热片17中，在由无纺布构成的纤维片的纤维之间承载有二氧化硅干凝胶。二氧化硅干凝胶具有限制空气分子的运动的纳米尺寸的空隙构造，且导热率低。使用了该二氧化硅干凝胶的绝热片17的导热率为大约 0.018～0.024W/m·K。绝热片17与热分解石墨片同样地作为在狭窄空间中使用的绝热构件特别有用。该绝热片17的导热率比空气的导热率低，因此绝热性能比例如在电池单元之间设置了空气层作为绝热层的情况高。以上，绝热片例如在担心多个电池单元中的延烧等的情况下是有用的，且对狭窄空间中的使用用途是有用的，因此有助于电池的小型化。
另外，虽然图1所示的绝热片17设置在电池单元12a、电池单元12b 以及电池单元12c各自之间，但是也可以与电容器部100同样地作为单个绝热片而配置为穿过电池单元12a、电池单元12b以及电池单元12c之间。
此外，关于容纳容器11，除了金属制的容纳容器11以外，例如也可以用铝的金属层进行层压而成。
在电池10中，设置在电容器部100内的石墨片13a对在电池单元12a、电池单元12b以及电池单元12c产生的热进行传热，从而能够降低电池单元12a、电池单元12b以及电池单元12c中的温度差。即，石墨片13a能够使电池单元12a、电池单元12b以及电池单元12c各自的内部或电池单元12a、电池单元12b以及电池单元12c之间均热化。
接下来，对配置在电池的容纳容器内的电池单元的膨胀探测进行说明。
电池单元会由于劣化而使体积膨胀。由于该电池单元的膨胀，所以会对容纳容器内的构件施加压缩应力而使其形变。本公开的电池作为静电电容值的变化来检测该构件的形变，从而探测电池单元的膨胀。
图3是电池单元12b和电池单元12c膨胀时的电容器部100的剖视图。如图3所示，当电池单元12b和电池单元12c劣化而使体积膨胀时，会对电容器部100施加压缩应力，电容器部100会形变。电池10是能够检测由该电容器部100形变而造成的电容器部100的静电电容值的变化的结构。
关于静电电容值的测定，可将作为导电体的石墨片13a和电池单元 12b作为一对电极，并将配置在一对电极之间的电介质层15的静电电容值变换为电信号而进行检测。此时，用作电极的电池单元12b的外部封装体表面由金属等导电体构成。绝缘层16设置在电池单元12a、电池单元 12b以及电池单元12c各自之间，对电池单元12a、电池单元12b以及电池单元12c之间分别进行绝缘。
同样地，还能够将作为导电体的石墨片13a和容纳容器11作为一对电极，并将配置在一对电极之间的电介质层15的静电电容值变换为电信号进行检测。此时，用作电极的容纳容器11的内侧面由金属等导电体构成。
热分解石墨片与一般用作电极的铜等金属相比，导热率高且线膨胀系数小。进而，与铜等相比较，由温度造成的电导率等物理特性值的变化小，因此能够降低由温度造成的静电电容值的变化的影响，因此能够精度良好地探测电池单元的膨胀。
构成电介质层15的材料的相对介电常数优选为3以上。通过使电介质层15的相对介电常数为3以上，从而一对电极之间的静电电容值增大，即使形变量少，也能够精度良好地探测电池单元的膨胀。
优选构成绝缘层16的材料的杨氏模量比构成电介质层15的材料的杨氏模量大。优选使构成绝缘层16的材料的杨氏模量比构成电介质层15 的材料的杨氏模量大。通过这样，与绝缘层16相比，电介质层15的压缩应力造成的形变量更大，静电电容值的变化量也增大，能够精度良好地探测电池单元的膨胀。此外，更优选的绝缘层16的杨氏模量为2GPa以上，能够更加精度良好地检测电池单元的膨胀。
接下来，对实施方式1中的电池10的变形例进行说明。
图2B示出与图2A的电容器部100的结构不同的电容器部200。图 2B所示的电容器部200具备在端部具备用于检测电信号的端子部14的石墨片13a，在石墨片13a的下表面具备绝热片17，在石墨片13a的上表面和绝热片17的下表面分别具备电介质层15。图2B的电容器部200在石墨片13a的上方和下方这双方具备电介质层，能够构成将石墨片13a作为公共电极的两对电极。即，两对电极均将石墨片13a作为一方的电极，另一方的电极选自电池单元12b和电池单元12c或容纳容器11中的任一个，能够作为电信号来检测两个电介质层15的静电电容值的变化，因此能够更加精度良好地探测电池单元的膨胀。
(实施方式2)
以下，参照附图对实施方式2中的电池20进行说明。
另外，对于与实施方式1相同的结构，省略其说明，对于相同或相当的要素标注相同的附图标记，并省略其重复的说明。
图4是实施方式2中的电池20的剖视图。图5是电池20的容纳容器 11内的电容器部300的分解立体图。
电池20与实施方式1的电池10不同，具备在端部具备用于检测电信号的端子部14的两个石墨片13a和13b。
电容器部300具备石墨片13a和13b、以及设置在石墨片13a与13b 之间的电介质层15和绝热片17，在石墨片13a和13b的设置有电介质层 15的面的相反侧的面分别具备两个绝缘层16。电池20具备两个石墨片 13a和13b，因此与实施方式1的电池10相比较，能够对更多的热进行传热，能够进一步降低电池单元12a、电池单元12b以及电池单元12c中的温度差。
接下来，对配置在电池的容纳容器内的电池单元的膨胀探测进行说明。
图6是电池单元12b和电池单元12c膨胀时的电容器部300的剖视图。如图6所示，例如当电池单元12b和电池单元12c劣化而使体积膨胀时，会对电容器部300施加压缩应力，电容器部300会形变。电池20是能够检测由该电容器部300形变造成的电容器部300的静电电容值的变化的结构。
关于静电电容值的测定，可将作为导电体的石墨片13a和13b作为一对电极，并将配置在一对电极之间的电介质层15的静电电容值变换为电信号而进行检测。
绝缘层设置在电池单元12a、电池单元12b以及电池单元12c各自之间，对电池单元12a、电池单元12b以及电池单元12c之间分别进行绝缘。
此外，还能够将作为导电体的石墨片13a和13b中的任一方和电池单元12a、电池单元12b以及电池单元12c中的任一个或容纳容器11作为一对电极，并将配置在该一对电极之间的电介质层15的静电电容值变换为电信号而进行检测。此时，用作一对电极的任一个电池单元中的外部封装体表面或容纳容器11的内侧面设为金属等导电体。
(实施方式3)
以下，参照附图对实施方式3中的电池进行说明。
另外，对于与实施方式1和2相同的结构，省略其说明，对于相同或相当的要素标注相同的附图标记，并省略其重复的说明。
在实施方式1的电池10中，示出了将记载的单个电容器部100配置为穿过电池单元12a、电池单元12b以及电池单元12c之间的结构，但是电容器部的结构不限于该结构。以下，对在电池单元之间具有多个电容器部的电池进行说明。
图7A是实施方式3中的电池30的剖视图。
电池30在电池单元12a、电池单元12b以及电池单元12c之间分别具备多个电容器部400，多个电容器部400粘附在电池单元12a、电池单元12b以及电池单元12c中的每一个。
该电容器部400具有石墨片13a和石墨片13b，在石墨片13a和石墨片13b之间具备电介质层和绝热片。在电池30中，在电池单元12a、电池单元12b以及电池单元12c中的任一个劣化而膨胀时，可将作为导电体的石墨片13a和石墨片13b作为一对电极，并将配置在一对电极之间的电介质层15的静电电容值变换为电信号而对其进行检测。
图7B是实施方式3中的电池的变形例。
电池40在电池单元12a、电池单元12b以及电池单元12c之间分别具备多个电容器部500，多个电容器部500粘附在电池单元12a、电池单元12b以及电池单元12c中的每一个。
该电容器部500设置有石墨片13a和石墨片13b，在石墨片13a与石墨片13b之间设置有两个电介质层15，在两个电介质层15之间设置有空间19。电池40通过在电容器部500设置空间19，从而能够区分电池单元的膨胀量小的情况和大的情况并仅将大的情况探测为电池单元的膨胀。
例如，在未在电容器部500设置空间19的电池中，即使是由于像通常那样进行的电池的充放电而产生的电池单元的轻微的膨胀，电介质层 15也会形变，电介质层15的静电电容值会变化。另一方面，在电容器部 500设置有空间19的电池40中，由于由电池单元的轻微的膨胀造成的压缩应力，所以空间19优先崩溃，不会对电介质层15施加压缩应力，因此电介质层15的静电电容值不会变化。即，电池40能够区分电池单元的膨胀轻微的情况和例如由于电池过充电而产生的气体引起的急剧的膨胀而进行检测。
图7C是实施方式3中的电池的变形例。电池50的多个电容器部600 在电池40中的多个电容器部500的空间19的区域设置了绝热片17。该绝热片17分别设置在电池单元12a、电池单元12b以及电池单元12c之间，例如在担心电池单元12a、电池单元12b以及电池单元12c各自之间的延烧等的情况下是有用的，有助于电池的小型化。进而，绝热片17的导热率比例如由空气层构成的空间19的导热率低，作为绝热构件是优选的。
产业上的可利用性
本公开的电池可降低电池单元的劣化，可得到小型的电池，并且通过探测电池单元的膨胀，从而能够提供一种安全的电池，在产业上是有用的。
附图标记说明
10：电池；
11：容纳容器；
12a：电池单元；
12b：电池单元；
12c：电池单元；
13a：石墨片；
13b：石墨片；
14：端子部；
15：电介质层；
16：绝缘层；
17：绝热片；
19：空间；
20：电池；
30：电池；
40：电池；
50：电池；
100：电容器部；
200：电容器部；
300：电容器部；
400：电容器部；
500：电容器部；
600：电容器部。

Claims (13)

1.一种电池，具备：
容纳容器；
电池单元，其配置在所述容纳容器中；
石墨片，其配置在所述容纳容器与所述电池单元之间；以及
电介质层，其配置在所述电池单元和所述容纳容器中的一方与所述石墨片之间，
所述石墨片具有用于取出电信号的端子部，所述石墨片和隔着所述电介质层与所述石墨片对置的所述电池单元或所述容纳容器作为一对电极，
至少由所述石墨片和所述电介质层构成电容器部，所述电容器部将所述电介质层的静电电容值变换为电信号进行检测。
2.根据权利要求1所述的电池，
所述电容器部将由于所述电池单元膨胀而形变的所述电介质层的静电电容值的变化变换为电信号进行检测。
3.一种电池，具备：
容纳容器；
第一电池单元和第二电池单元，其配置在所述容纳容器中；
石墨片，其配置在所述第一电池单元与所述第二电池单元之间；以及
电介质层，其配置在所述第一电池单元与所述第二电池单元之间，
所述石墨片具有用于取出电信号的端子部，所述石墨片和隔着所述电介质层与所述石墨片对置的所述第一电池单元或所述第二电池单元作为一对电极，
至少由所述石墨片和所述电介质层构成电容器部，所述电容器部将所述电介质层的静电电容值变换为电信号进行检测。
4.根据权利要求3所述的电池，所述电容器部将由于所述第一电池单元和所述第二电池单元中的至少一方膨胀而形变的所述电介质层的静电电容值的变化变换为电信号进行检测。
5.根据权利要求3所述的电池，还具备：绝热片，其配置在所述第一电池单元与所述第二电池单元之间。
6.根据权利要求5所述的电池，在所述第一电池单元与所述第二电池单元之间，所述石墨片配置在所述绝热片与所述电介质层之间。
7.根据权利要求5所述的电池，所述绝热片具有无纺布和承载在所述无纺布的干凝胶。
8.根据权利要求5所述的电池，所述电介质层的杨氏模量比所述绝热片的杨氏模量低。
9.一种电池，具备：
容纳容器；
电池单元，其配置在所述容纳容器中；
第一石墨片和第二石墨片，与所述电池单元相邻地配置在所述容纳容器中；以及
电介质层，其配置在所述第一石墨片与所述第二石墨片之间，
所述第一石墨片和所述第二石墨片分别具有用于取出电信号的第一端子部和第二端子部，
至少由所述第一石墨片、所述第二石墨片和所述电介质层构成电容器部，所述电容器部将所述电介质层的静电电容值变换为电信号进行检测。
10.根据权利要求9所述的电池，
所述电容器部将由于所述电池单元膨胀而形变的所述电介质层的静电电容值的变化变换为电信号进行检测。
11.根据权利要求9所述的电池，还具备：绝热片，其配置在所述第一石墨片与所述第二石墨片之间，
所述电池单元至少具有第一电池单元和第二电池单元，
所述第一石墨片和所述第二石墨片配置在所述第一电池单元与所述第二电池单元之间。
12.根据权利要求11所述的电池，所述绝热片具有无纺布和承载在所述无纺布的干凝胶。
13.根据权利要求11所述的电池，所述电介质层的杨氏模量比所述绝热片的杨氏模量低。
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