CN114747069A - 蓄电装置 - Google Patents

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Abstract

蓄电装置具备：电极体，正极板与负极板隔着隔离件而层叠；外装罐，容纳电极体以及电解液，具有筒状的侧壁部、和形成于侧壁部的至少一端的开口部；封口板，将外装罐的开口部堵塞；和保持构件，被容纳于外装罐并在第1方向与侧壁部对置，并且具有向侧壁部突出的至少一个对置部。

Description

蓄电装置
技术领域
本公开涉及蓄电装置。
背景技术
以往，作为蓄电装置之一，例如专利文献1那样公开了在外装罐的开口部焊接封口板的蓄电装置。
在先技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2018-190510号公报
发明内容
蓄电装置由于经年劣化、电极体的膨胀或者收缩等各种重要因素而可能膨胀。如上述那样，若将封口板与外装罐的开口部接合的蓄电装置膨胀，则容易向外装罐的侧面的周缘施加机械压力。此时，侧壁的周缘的一部分构成开口部。因此，可能向开口与封口板的接合部也施加机械压力。若在该接合部发生过度的压力，则也担心接合部断裂。
作为本公开的一方式的蓄电装置具备：电极体，正极板与负极板隔着隔离件而层叠；外装罐，容纳电极体以及电解液，具有筒状的侧壁部、和形成于侧壁部的至少一端的开口部；封口板，将外装罐的开口部堵塞；和保持构件，被容纳于外装罐并在第1方向与侧壁部对置，并且具有向侧壁部突出的至少一个对置部。
通过本公开的一方式，在处于初始状态的蓄电装置中，能够使外装罐的侧壁部以一定量膨胀。在该蓄电装置中，相比于使用在初始状态下未膨胀的外装罐的蓄电装置，从初始状态膨胀到极限的外装罐与侧壁部的变形量变小。因此，在外装罐膨胀到极限时，能够减少在外装罐与封口板的接合部产生的机械压力。由此，蓄电装置的可靠性提高。
附图说明
图1是作为实施方式的一个例子的蓄电装置的剖视图。
图2是表示作为实施方式的一个例子的保持构件的立体图。
图3是图2的AA剖视图。
图4是表示蓄电装置的制造工序的一部分的示意图。
图5A是表示作为实施方式的另一个例子的保持构件的立体图。
图5B是表示作为实施方式的另一个例子的保持构件的立体图。
图6A是表示作为实施方式的另一个例子的保持构件的立体图。
图6B是表示作为实施方式的另一个例子的保持构件的立体图。
图6C是表示作为实施方式的另一个例子的保持构件的剖视图。
具体实施方式
以下，使用附图来对本公开的实施方式进行说明。以下说明的形状、材料以及个数是用于说明的示例，能够根据蓄电装置的规格来适当变更。以下，在全部附图中对同等的要素赋予相同的符号并进行说明。
使用图1，对作为实施方式的一个例子的蓄电装置10进行说明。图1是表示蓄电装置10的剖视图。
作为实施方式的一个例子的蓄电装置10是非水电解质二次电池，适当的一个例子是锂离子电池。另外，蓄电装置10也可以是镍氢电池、双电层电容器等。蓄电装置10例如被利用于电动汽车或者混合动力车的驱动电源、或者***电力的峰值偏移用的固定式蓄电***。蓄电装置10具备：正极板与负极板隔着隔离件而层叠的电极体20、容纳电极体20以及电解液的外装罐30、将外装罐30的开口堵塞的封口板40。此外，蓄电装置10具备详细后述的保持构件50(参照图2)。
以下，为了说明的方便，将以外装罐30的封口板40侧为上侧、以与封口板40相反的一侧为下侧的方向设为高度方向，将正极端子41与负极端子42并排的方向设为宽度方向，将与高度方向以及宽度方向正交的方向设为作为第1方向的进深方向(参照图2)来进行说明。
电极体20通过将大致矩形的片状的正极板、负极板以及隔离件层叠而构成。层叠的正极板、负极板、隔离件使用固定带进行约束。也可以通过在隔离件的与正极板或者负极板对置的面涂敷粘接剂，来将正极板或者负极板向隔离件粘结固定。此外，电极体20被容纳于具有底部且上端开口的大致长方体状的绝缘保持架29。电极体20被配置于外装罐30内以使得正极板与负极板层叠的层叠方向平行于外装罐30的进深方向。另外，电极体20也可以将带状的正极板与带状的负极板以隔着带状的隔离件的状态进行卷绕来形成卷绕体，将该卷绕体压扁以使得变得平坦从而设为扁平卷绕体。此时，电极体20的层叠方向也可以是扁平卷绕体的厚度方向。
正极板例如具有：由厚度15μm的铝箔构成的芯体、形成于芯体的表背面的电极层、芯体中未形成电极层的芯体露出部、作为芯体露出部的一部分且从芯体露出部的上端延伸突出而形成的正极引线21。
正极的电极层例如包含活性物质、导电剂和粘结剂。作为正极的活性物质能够使用锂镍钴锰复合氧化物，作为粘结剂能够使用聚偏氟乙烯(PVdF)，作为导电剂能够使用碳材料，作为分散介质能够使用N-甲基吡咯烷酮(NMP)。在电极层的形成时，制作包含这些活性物质、导电剂、粘结剂、分散剂的浆料。将该浆料涂敷于正极的芯体的两面。然后，通过使其干燥，来将浆料中的分散介质除去，在芯体上形成电极层。然后，将电极层压缩为规定厚度。将这样得到的正极板切断为规定的形状。
负极板例如具有：由厚度8μm的铜箔构成的芯体、形成于芯体的表背面的电极层、芯体中未形成电极层的芯体露出部、作为芯体露出部的一部分且从芯体露出部的上端延伸突出而形成的负极引线22。
负极的电极层例如包含活性物质、导电剂、粘结剂、增粘剂。作为负极的活性物质能够使用石墨，作为粘结剂能够使用苯乙烯丁二烯橡胶(SBR)，作为增粘剂能够使用羧甲基纤维素(CMC)，作为分散介质能够使用水。在电极层的形成时，制作包含这些活性物质、导电剂、粘结剂、增粘剂的浆料。将该浆料涂敷于负极的芯体的两面。然后，通过使其干燥，来将浆料中的分散介质除去，在芯体上形成电极层。然后，将电极层压缩为规定厚度。将这样得到的负极板切断为规定的形状。
作为隔离件例如能够使用树脂制的物质，作为树脂能够使用聚烯烃、聚乙烯、聚丙烯。
正极引线21经由集电构件23，与设置于封口板40的正极端子41电连接。与构成电极体20的正极板的片数相应地设置正极引线21。多个正极引线21在延伸突出方向的前端侧被捆扎的状态下分别与集电构件23接合。在将正极引线21向集电构件23接合时，能够进行超声波焊接、电阻焊接、激光焊接、冷压焊等来进行接合。
负极引线22经由集电构件24，与设置于封口板40的负极端子42电连接。与构成电极体20的负极板的片数相应地设置负极引线22。多个负极引线22在延伸突出方向的前端侧被捆扎的状态下分别与集电构件24接合。在将负极引线22分别向集电构件24接合时，能够进行超声波焊接、电阻焊接、激光焊接、冷压焊等来进行接合。
正极的集电构件23例如由铝制的板材构成。集电构件23在一端与正极引线21连接，在另一端与正极端子41连接。在集电构件23与封口板40之间，存在绝缘构件25。
正极端子41与集电构件23也可以经由电流切断装置(CID)而电连接。该CID是如下的安全装置，即：在蓄电装置10的异常时在外装罐30内部产生气体，在外装罐30内超过规定的压力时，能够切断集电构件23与正极端子41的电连接。电流切断装置例如具有：反转板，与集电构件23的另一端连接，并且在受到外装罐30内的压力时，向远离集电构件23的方向变形；和导电盖，将反转板与正极端子41电连接。导电盖是在下侧(电极体20侧)设置开口部、在上侧(封口板40侧)设置上表面的盘状的导电构件。在上表面形成连接孔，正极端子41被***。
负极的集电构件24例如由铜制的板材构成。集电构件24在一端与负极引线22连接，在另一端与负极端子42连接。在集电构件24与封口板40之间，存在绝缘构件26。
外装罐30例如是形成有底部30B、从底部30B的周缘立设的方筒状的侧壁部、在与底部30B相反侧的端部形成有开口部30H的方形壳体。外装罐30例如由铝等金属构成。外装罐30例如能够对铝材进行拉深加工而形成。各筒状的侧壁部包含：在进深方向对置形成的2个长壁部30X、30X(参照图4)、在宽度方向对置形成的2个短壁部30Y、30Y。
上述侧壁部中的各壁的厚度也可以是如下程度的薄度，即：后述的保持构件50被***到外装罐30并保持在外装罐30的进深方向对置的各个长壁部30X，在将封口板40焊接于外装罐30时，充分地挠曲。
在封口板40，正极端子41与负极端子42在封口板40的长边方向(图1的宽度方向)被分离地配置。正极端子41和负极端子42从封口板40的顶面突出。封口板40例如将铝制的板加工而形成。封口板40位于外装罐30的开口部30H上，能够对外装罐30的开口端例如使用激光等来焊接，从而封口板40将外装罐30内密封。
封口板40也可以具有用于将电解液向外装罐30内注液的注液孔。在封口板40，也可以设置将该注液孔堵塞的注液栓。此外，封口板40也可以构成为被线状的多个槽包围，设置在外装罐30内超过规定的压力时上述槽裂开从而将外装罐30内的气体向外部排气的压力调整阀45。此外，优选在封口板40的顶面，沿着周缘形成环状的槽。通过该结构，在将封口板40与外装罐30的开口部30H焊接接合时，能够使封口板40的周缘高效地熔融。
正极端子41贯通封口板40的端子孔而设置，一端向外装罐30的外部露出，另一端容纳于外装罐30内。在正极端子41中，另一端***到设置于导电盖的上表面的连接孔，正极端子41的另一端被铆接为在径向扩展从而被固定于导电盖。正极端子41例如包含铝制的筒体。
负极端子42贯通封口板40的端子孔而设置，一端向外装罐30的外部露出，另一端容纳于外装罐30内。负极端子42例如可以由在外装罐30内与集电构件24连接的另一端包含铜材料、向外装罐30的外部露出的一端包含铝的包层材料构成。负极端子42在另一端，被铆接为在径向扩展，从而与集电构件24一起固定于封口板40。
使用图2以及图3，对作为实施方式的一个例子的保持构件50进行说明。图2是从下侧观察封口板40的立体图。图3是图2的AA剖视图。
作为实施方式的一个例子的保持构件50被容纳于外装罐30，与在外装罐30的进深方向对置的各个长壁部30X对置并且保持长壁部30X以使得外装罐30在进深方向膨胀(参照图4)。通过保持构件50，能够在外装罐30膨胀的状态下将封口板40焊接于外装罐30。
如图2中示例那样，本实施方式的保持构件50例如在宽度方向，分别设置于正极侧和负极侧。保持构件50具有一对保持片51(对置部)，该一对保持片51(对置部)与在进深方向对置的各个长壁部30X对置，并且保持长壁部30X。此时，对置部的突出的部分的前端部与长壁部30X抵接。此外，对于保持片51，从高度方向来观察蓄电装置10时，长壁部30X的至少一部分与保持片51的至少一部分重叠。
保持片51在封口板40的进深方向的两端部，在高度方向，向下方延伸突出。保持片51例如被设置于各个绝缘构件25、26的进深方向的两端部，合计被设置于4个位置。保持构件50在被容纳于外装罐30时，优选被设置为与电极体20的正极引线21以及负极引线22不干扰。具体地说，保持片51例如可以在各个绝缘构件25、26的进深方向的两端部，仅设置于在宽度方向二等分之后的外侧部分。或者，若将保持构件50在宽度方向设置于1个位置，则也可以将保持构件50配置为在宽度方向与外装罐30的中点部分重叠。
保持片51由绝缘材料形成，例如与各个绝缘构件25、26一体地形成，也可以是与绝缘构件25、26相同的材质。此外，保持片51也可以是在进深方向具有弹性(例如挠性)的构件。
保持片51是在与宽度方向垂直的剖视下为大致V字状的长条状的构件，将大致V字状的折弯部向进深方向的外侧而配置。保持片51具有：向进深方向的外侧倾斜的基端部51B、向进深方向的内侧倾斜的前端部51A。另外，保持片51也可以不是V字而是U字。另外，基端部51B也可以仅在绝缘构件的下端将连接部分扩展到绝缘构件的上端。此时基端部51B与绝缘构件的连接强度提高。
如图3中示例那样，在将一对保持片51的进深方向的最大长度设为L1、将外装罐30的开口部的进深方向的内寸设为L2、将一对前端部51A的***方向的前端侧的进深方向的长度设为L3时，按照成为L3＜L2＜L1的关系来形成保持构件50。
L1的大小被设定为：在封口板40设置保持构件50并***到外装罐30来将封口板40焊接于外装罐30时，外装罐30的高度方向的中央部的进深方向的长度(对置的长壁部30X的进深方向的最大长度)成为目标长度。此外，L1也可以比封口板40的进深方向的尺寸、外装罐30的开口部的内侧的尺寸、外装罐30的底部30B的内侧的尺寸之中的任一个大。另外，根据蓄电装置的使用状态，外装罐30也可能膨胀为比保持构件的尺寸大，因此保持片51也可以未必与长壁部30X抵接。
目标长度可以被决定为：例如不具有保持构件50的外装罐30从初始形状变形到最大膨胀形状时，初始形状的外装罐30的高度方向的中央部的进深方向的长度与最大膨胀形状的外装罐30的高度方向的中央部的进深方向的长度的中央值。所谓初始形状，是将封口板40焊接于外装罐30时的外装罐30的形状。所谓最大膨胀形状，是蓄电装置10进行消耗的时期的膨胀时的外装罐30的形状。
L3的大小设为根据L2的大小而不同。L3的大小优选例如是L2的大小的80％以下。此外，在保持构件50中，L1的大小也可以在宽度方向不同。例如，L1之中，也可以越接近于外装罐30的宽度方向的中点，L1越大。这是由于外装罐30在宽度方向中点部分最容易膨胀。
保持片51的高度方向的大小设为如下大小，即：至少例如在绝缘构件25、26设置保持构件50并***到外装罐30来将封口板40焊接于外装罐30时，保持片51与电极体20不干扰。
使用图4的(A)～图4的(C)，对蓄电装置10的制造工序进行说明，图4的(A)～图4的(C)是对蓄电装置10的制造工序的一部分进行说明的示意图。另外，在图4的(A)～图4的(C)中，省略电极体20等的图示。
如图4的(A)中示例那样，在外装罐30中容纳电极体20(参照图1)以及电解液，将分别设置于封口板40的绝缘构件25、26的保持构件50从外装罐30的开口部30H向外装罐30***。此时，保持构件50的下端部的进深方向的长度L1比外装罐30的进深方向的长度L2小，因此能够容易将保持构件50***到外装罐30。
如图4的(B)中示例那样，通过***到外装罐30的保持构件50，外装罐30在进深方向膨胀。此时，保持构件50保持的外装罐30的长壁部30X彼此的宽度扩大到保持构件50的最大长度L1，从而外装罐30的进深方向的中央长度成为上述的目标长度。
如图4的(C)中示例那样，在保持构件50被***到外装罐30，外装罐30在进深方向膨胀的状态下，外装罐30的开口部30H通过夹具K而关闭并紧贴于外装罐30的开口部30H，封口板40被焊接于开口部30H。
对现有的方形电池的课题、以及蓄电装置10的效果进行说明。
在蓄电装置中，随着经过时间而劣化，外装罐膨胀，并且随着充放电时，外装罐膨胀或者收缩。在蓄电装置中，向外装罐与封口板的焊接部作用应力，该焊接部疲劳从而强度降低。
在此，在外装罐的长壁部的变形中，例如着眼于长壁部的高度方向中央部的膨胀方向的位移，在膨胀的朝向，位移增加。该位移随着基于蓄电装置的充放电时的外装罐的膨胀或者收缩，以规定位移宽度反复增减，或者仅仅持续增加。此时，为了减少对焊接部产生的最大应力以使得不超过应力的耐力，需要减小蓄电装置从初始状态到膨胀极限状态为止的外装罐的位移量。为此，需要将外装罐的焊接时的形状预先设为膨胀的形状。
通过本实施方式的蓄电装置10，能够以通过保持构件50而外装罐30在进深方向膨胀的形状，在外装罐30焊接封口板40。由此，从初始状态到膨胀极限的外装罐30的长壁部30X的膨胀方向的位移量变小，作用于膨胀到极限的外装罐30与封口板40的焊接部的应力(最大应力)变小。进而，能够提高该焊接部的疲劳特性。
使用图5A、图5B、图6A～图6C，对作为实施方式的另一个例子的保持构件50进行说明。图5A以及图5B是从下侧观察封口板40的立体图。图6A～图6C是相当于图2的AA剖视图的图。
以下，在实施方式的另一个例子中，对与上述的保持构件50共用的部分省略说明，仅说明与上述的保持构件50不同的部分。
如图5A中示例那样，保持构件50也可以遍及宽度方向的全长而设置。具体地说，保持片51也可以设置于例如各个绝缘构件25、26的进深方向的两端部并且遍及宽度方向的全长而形成。此时，保持构件50也可以设置于封口板40或者集电构件23、24。
如图5B中示例那样，保持构件50也可以仅设置于宽度方向的两端部。具体地说，保持片51也可以设置于例如各个绝缘构件25、26的进深方向的两端部并且仅形成于宽度方向的两端部。此时，保持构件50也可以设置于封口板40或者集电构件23、24。
如图6A中示例那样，保持片51也可以在与宽度方向垂直的剖视下为大致三角形状的长条状的构件，将大致三角形状的角部之中的一个朝向进深方向的外侧而配置。此时，保持构件50也可以设置于封口板40或者集电构件23、24。如图6B中示例那样，保持构件50的保持片51也可以设置于封口板40。此时，保持片51也可以将独立的绝缘构件组装于封口板，或者由导电构件形成。如图6C中示例那样，保持构件50的保持片51也可以设置于集电构件23、24。此时，保持片51将独立的绝缘材料组装于集电构件，或者由导电构件形成。可以在上述的导电构件构成保持片51的表面，形成绝缘层或者进行绝缘处理。此外，本实施方式的保持片51在进深方向排列多个而配置，或者也可以仅是一个保持片。该单个的保持片51可以保持一对长壁部30X的两方，或者也可以仅保持单个。
另外，本发明并不限定于上述的实施方式及其变形例，在本申请的专利权利要求中所述的事项的范围内当然能够进行各种变更、改善。
-符号说明-
10 蓄电装置
20 电极体
21 正极引线
22 负极引线
23 集电构件
24 集电构件
25 绝缘构件
26 绝缘构件
29 绝缘保持架
30 外装罐
30B 底部
30H 开口部
30X 长壁部
30Y 短壁部
40 封口板
41 正极端子
42 负极端子
45 压力调整阀
50 保持构件
51 保持片
51A 前端部
51B 基端部。

Claims (13)

1.一种蓄电装置，具备：
电极体，正极板与负极板隔着隔离件被层叠而成；
外装罐，容纳所述电极体以及电解液，具有筒状的侧壁部、和形成于所述侧壁部的至少一端的开口部；
封口板，将所述外装罐的所述开口部堵塞；和
保持构件，被容纳于所述外装罐，在第1方向与所述侧壁部对置，并且具有向所述侧壁部突出的至少一个对置部。
2.根据权利要求1所述的蓄电装置，其中，
至少一个所述对置部是在第1方向以规定的间隔排列的一对所述对置部。
3.根据权利要求1或者2所述的蓄电装置，其中，
从所述侧壁部的所述开口部观察，所述侧壁部与所述对置部重叠。
4.根据权利要求1所述的蓄电装置，其中，
所述对置部的突出的部分的前端部与所述侧壁部抵接。
5.根据权利要求1～4的任一项所述的蓄电装置，其中，
所述保持构件的所述对置部的第1方向上的最大长度比所述外装罐的内部的第1方向的长度大。
6.根据权利要求1～5的任一项所述的蓄电装置，其中，
所述蓄电装置具有将所述侧壁部的另一端堵塞的底部，
所述对置部的第1方向的最大长度比所述底部的第1方向的长度大。
7.根据权利要求1～6的任一项所述的蓄电装置，其中，
所述对置部的下端的第1方向上的长度比所述封口板的第1方向上的长度小。
8.根据权利要求6所述的蓄电装置，其中，
所述对置部的下端的第1方向上的长度比所述底部的第1方向的长度小。
9.根据权利要求1～8的任一项所述的蓄电装置，其中，
所述保持构件由绝缘材料形成。
10.根据权利要求1～9的任一项所述的蓄电装置，其中，
所述保持构件被设置于所述封口板。
11.根据权利要求1～9的任一项所述的蓄电装置，其中，
所述蓄电装置还具备：集电构件，与所述电极体的正极引线或者负极引线连接，
所述保持构件被设置于所述集电构件。
12.根据权利要求1～9的任一项所述的蓄电装置，其中，
所述蓄电装置还具备：
集电构件，与所述电极体的正极引线或者负极引线连接；和
绝缘构件，将所述集电构件与所述封口板绝缘，
所述保持构件被设置于所述绝缘构件。
13.根据权利要求1～12的任一项所述的蓄电装置，其中，
在所述电极体中，所述正极板与所述负极板被层叠的方向与所述第1方向平行。
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