CN208014826U - 高输出电池及电池壳体 - Google Patents
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Abstract
提供一种高输出电池及电池壳体,高输出电池(1)具有:壳体,其具有两个电池元件室(51、52),该两个电池元件室通过使在金属箔(11)的一个面上层叠有耐热性树脂层(13)、在另一个面上层叠有热熔接性树脂层(15)的两张叠层材料(21、22)以热熔接性树脂层为内侧而相对、且由将热熔接性树脂层彼此熔接而成的热封固部包围而形成;和两个电池元件(61、62),其收纳在上述壳体的各电池元件室中,上述壳体的一方的叠层材料(22)在各电池元件室内具有供金属箔的一部分露出的内侧金属露出部(25、26),两个电池元件经由电池元件室内的一方的叠层材料(22)的内侧金属露出部和该一方的叠层材料的金属箔而串联连接。
Description
技术领域
本实用新型涉及作为用于电动工具用、车载用、再生能源回收用、数码相机、带动力的汽车模型等的蓄电池(锂离子二次电池等)、电容器(condenser、capacitor)、全固态电池等而使用的高输出电池、及在高输出电池中使用的电池壳体。
背景技术
在上述用途的电池中谋求高输出的情况下,通过将多个电池串联连接来应对。另外,近年来响应电池的小型化薄型化的要求,而提出了将通过叠层材料制成壳体的薄型电池串联连接而成的电池组。(参照专利文献1、2)。
在专利文献1中,记载有将多个双极性电池以外的普通电池通过极耳(tab lead)串联连接成的电池组。另外,在专利文献2中,记载有通过对多个层叠型的双极性电池一边使正极和负极的位置反转一边堆叠而串联连接成的电池组,其中该层叠型的双极性电池通过使构成壳体的叠层片的金属箔露出于壳体内外而形成了导电部。
现有技术文献
专利文献
专利文献1:日本特开2005-216631号公报(专利文献1的说明书附图的图1)
专利文献2:日本特开2005-276486号公报(专利文献2的说明书附图的图6)
实用新型内容
专利文献1所记载的电池组为将各个普通电池通过从壳体引出的极耳连接而成的构造,因此整体尺寸会增大。专利文献2的电池组不使用极耳,因此不需要用于连接的空间,但是会堆叠多个双极性电池,由此厚度会增大。
本实用新型的目的在于,鉴于上述背景技术而提供一种小型且薄型、同时能够得到高输出的电池。
即,本实用新型具有下述[1]~[6]所记载的结构。
[1]一种高输出电池,其特征在于,具有:壳体,其具有两个电池元件室,该两个电池元件室通过使在金属箔的一个面上层叠有耐热性树脂层、在另一个面上层叠有热熔接性树脂层的两张叠层材料以热熔接性树脂层为内侧而相对、且由将热熔接性树脂层彼此熔接而成的热封固部包围而形成;和
两个电池元件,其收纳在上述壳体的各电池元件室中,
上述壳体的一方的叠层材料在各电池元件室内具有供金属箔的一部分露出的内侧金属露出部,
两个电池元件经由电池元件室内的一方的叠层材料的内侧金属露出部和该一方的叠层材料的金属箔而串联连接,
上述两个电池元件的没有与其他电池元件连接的正极或负极与引线的一端连接。
[2]一种高输出电池,其特征在于,具有:壳体,其具有两个电池元件室,该两个电池元件室通过使在金属箔的一个面上层叠有耐热性树脂层、在另一个面上层叠有热熔接性树脂层的两张叠层材料以热熔接性树脂层为内侧而相对、且由将热熔接性树脂层彼此熔接而成的热封固部包围而形成;和
两个电池元件,其收纳在上述壳体的各电池元件室中,
上述壳体的一方的叠层材料在各电池元件室内具有供金属箔的一部分露出的内侧金属露出部,
两个电池元件经由电池元件室内的一方的叠层材料的内侧金属露出部和该一方的叠层材料的金属箔而串联连接,
一方的电池元件的没有与其他电池元件连接的正极或负极与引线的一端连接,该引线的另一端被从两张叠层材料的热熔接性树脂层之间向壳体之外引出,
另一方的电池元件的没有与其他电池元件连接的负极或正极在电池元件室内与另一方的叠层材料的供金属箔的一部分露出的内侧金属露出部导通,且上述另一方的叠层材料在电池元件室外具有供金属箔的一部分露出的外侧金属露出部。
[3]一种电池壳体,其特征在于,具有两个电池元件室,该两个电池元件室通过使在金属箔的一个面上层叠有耐热性树脂层、在另一个面上层叠有热熔接性树脂层的两张叠层材料以热熔接性树脂层为内侧而相对、且由将热熔接性树脂层彼此熔接而成的热封固部包围而形成,
一方的叠层材料在各电池元件室内具有供金属箔的一部分露出的内侧金属露出部,另一方的叠层材料在一方的电池元件室内具有供金属箔的一部分露出的内侧金属露出部,且在壳体的外表面具有供金属箔的一部分露出的外侧金属露出部。
[4]一种高输出电池,其特征在于,具有:壳体,其具有第一至第三这三个电池元件室,该第一至第三这三个电池元件室通过使在金属箔的一个面上层叠有耐热性树脂层、在另一个面上层叠有热熔接性树脂层的两张叠层材料以热熔接性树脂层为内侧而相对、且由将热熔接性树脂层彼此熔接而成的热封固部包围而形成;和
三个电池元件,其收纳在上述壳体的各电池元件室中,
上述壳体在第二电池元件室内,两张叠层材料分别具有供金属箔的一部分露出的内侧金属露出部,在第一电池元件室内,在一方的叠层材料上具有供金属箔的一部分露出的内侧金属露出部,在第三电池元件室内,另一方的叠层材料具有供金属箔的一部分露出的内侧金属露出部,
收纳在上述第一电池元件室中的第一电池元件和收纳在第二电池元件室中的第二电池元件经由一方的叠层材料的内侧金属露出部和该一方的叠层材料的金属箔而串联连接,收纳在第二电池元件室中的第二电池元件和收纳在第三电池元件室中的第三电池元件经由另一方的叠层材料的内侧金属露出部和该另一方的叠层材料的金属箔而串联连接,
上述第一电池元件的没有与第二电池元件连接的正极或负极与引线的一端连接,上述第三电池元件的没有与第二电池元件连接的负极或正极与引线的一端连接。
[5]一种电池壳体,其特征在于,具有第一至第三这三个电池元件室,该第一至第三这三个电池元件室通过使在金属箔的一个面上层叠有耐热性树脂层、在另一个面上层叠有热熔接性树脂层的两张叠层材料以热熔接性树脂层为内侧而相对、且由将热熔接性树脂层彼此熔接而成的热封固部包围而形成,
在第二电池元件室内,两张叠层材料分别具有供金属箔的一部分露出的内侧金属露出部,
在第一电池元件室内,一方的叠层材料具有供金属箔的一部分露出的内侧金属露出部,
在第三电池元件室内,另一方的叠层材料具有供金属箔的一部分露出的内侧金属露出部。
[6]一种高输出电池,其特征在于,具有:壳体,其具有第一至第四这四个电池元件室,该第一至第四这四个电池元件室通过使在金属箔的一个面上层叠有耐热性树脂层、在另一个面上层叠有热熔接性树脂层的两张叠层材料以热熔接性树脂层为内侧而相对、且由将热熔接性树脂层彼此熔接而成的热封固部包围而形成;和
四个电池元件,其收纳在上述壳体的各电池元件室中,
上述壳体的一方的叠层材料在第一电池元件室及第二电池元件室内具有供金属箔的一部分露出的内侧金属露出部,另一方的叠层材料在第三电池元件室及第四电池元件室内具有供金属箔的一部分露出的内侧金属露出部,
收纳在上述第一电池元件室中的第一电池元件和收纳在第二电池元件室中的第二电池元件经由一方的叠层材料的内侧金属露出部和该一方的叠层材料的金属箔而串联连接,
收纳在上述第三电池元件室中的第三电池元件和收纳在第四电池元件室中的第四电池元件经由另一方的叠层材料的内侧金属露出部和该另一方的叠层材料的金属箔而串联连接,
在上述第二电池元件室与第三电池元件室之间的热封固部的第一叠层材料与第二叠层材料之间配置有引线,上述引线的一端在第二电池元件室内与第二电池元件的没有与第一电池元件连接的负极或正极连接,上述引线的另一端在第三电池元件室内与第三电池元件的没有与第四电池元件连接的负极或正极连接,由此上述第二电池元件和第三电池元件经由上述引线而串联连接,
上述第一电池元件的没有与第二电池元件连接的正极或负极与引线的一端连接,上述第四电池元件的没有与第三电池元件连接的负极或正极与引线的一端连接。
实用新型效果
上述[1]所记载的高输出电池的壳体具有两个电池元件室,收纳在各电池元件室中的电池元件在一个壳体内经由构成壳体的叠层材料的金属箔而串联连结,因此与将在一个壳体中收纳有一个电池元件的电池在壳体外连接的情况相比能够以小空间连接。另外,壳体是使两张叠层材料相对而形成了电池元件室的薄型。因此,能够使高输出电池小型化薄型化。另外,由于是薄型,所以散热性高。
上述[2]所记载的高输出电池的正极端子或负极端子的某一方使用设在壳体的外表面上的金属露出部而不使用引线,因此在基于上述[1]所记载的壳体内的串联连接实现的小型化效果的基础上,还能够进一步谋求小型化。另外,由于是薄型,所以散热性高。
上述[3]所记载的电池壳体能够作为上述[2]所记载的高输出电池的壳体而将电池元件在壳体内串联连接。
上述[4]所记载的高输出电池的壳体具有三个电池元件室,收纳在各电池元件室中的电池元件在一个壳体内经由构成壳体的叠层材料的金属箔而串联连结,因此与将在一个壳体中收纳有一个电池元件的电池在壳体外连接的情况相比能够小空间连接。另外,壳体是使两张叠层材料相对而形成了电池元件室的薄型。因此,能够使高输出电池小型化薄型化。另外,由于是薄型,所以散热性高。
上述[5]所记载的电池壳体能够作为上述[4]所记载的高输出电池的壳体而将电池元件在壳体内串联连接。
上述[6]所记载的高输出电池的壳体具有四个电池元件室,收纳在各电池元件室中的电池元件在一个壳体内经由构成壳体的叠层材料的金属箔及引线而串联连结,因此与将在一个壳体中收纳有一个电池元件的电池在壳体外连接的情况相比能够以小空间连接。另外,壳体是使两张叠层材料相对而形成了电池元件室的薄型。因此,能够使高输出电池小型化薄型化。另外,由于是薄型,所以散热性高。
附图说明
图1是构成本实用新型的高输出电池的壳体的叠层材料的剖视图。
图2A是将两个电池元件串联连接而成的高输出电池的俯视图。
图2B是图2A的2B-2B线剖视图。
图3是将两个电池元件串联连接而成的其他高输出电池的剖视图。
图4A是将三个电池元件串联连接而成的高输出电池的俯视图。
图4B是图4A的4B-4B线剖视图。
图5A是将四个电池元件串联连接而成的高输出电池的俯视图。
图5B是图5A的5B-5B线剖视图。
附图标记说明
1、2、3、4…高输出电池
10…叠层材料
11…金属箔
13…耐热性树脂层
15…热熔接性树脂层
16、17…金属露出部
21、31、41、101…第一叠层材料
22、42、102…第二叠层材料
51、71、81、111…第一电池元件室
52、72、82、112…第二电池元件室
83、113…第三电池元件室
114…第四电池元件室
25、26、35、43、44、45、46、115、116、117、118…内侧金属露出部
36…外侧金属露出部
61…第一电池元件
62…第二电池元件
63…第三电池元件
64…第四电池元件
65…引线(负极引线)
66…引线(正极引线)
67…引线
具体实施方式
在图1中示出作为本实用新型的电池壳体的材料的叠层材料的层叠构造,在图2A~图5B中示出三种高输出电池。
[叠层材料]
如图1所示,叠层材料10在金属箔11的一个面上经由第一粘结剂层12而层叠有成为壳体的外侧层的耐热性树脂层13,并且在上述金属箔层11的另一个面上经由第二粘结剂层14而层叠有成为壳体的内侧层的热熔接性树脂层15,在金属箔11的两面上层叠有树脂层。
对于上述的层叠构造的叠层材料10,根据后述的高输出电池的形态而形成有金属露出部。即,根据需要在上述耐热性树脂层13侧的面中,去除耐热性树脂层13的一部分及第一粘结剂层12的一部分而形成有供金属箔11露出的金属露出部16。另外,在上述热熔接性树脂层15侧的面中,去除热熔接性树脂层15的一部分及第二粘结剂层14的一部分而形成有至少两处供金属箔11露出的金属露出部17。另外,不具有金属露出部16、17的叠层材料10也会用作壳体的材料。
上述金属露出部16、17例如能够通过以下的方法制作。
在金属箔11上,使用表面具有凹凸的凹版辊(gravure roll)一边形成没有涂布粘结剂的粘结剂未涂布部一边涂布粘结剂而形成了第一粘结剂层12后,使金属箔11和耐热性树脂层13贴合并进行陈化处理。通过相同的方法,形成具有粘结剂未涂布部的第二粘结剂层14并贴合热熔接性树脂层15。并且,当通过激光刀或物理刀等将粘结剂未涂布部上的耐热性树脂层13沿着粘结剂未涂布部的轮廓切断而除去了树脂片时,就会形成金属露出部16。热熔接性树脂层15 侧的金属露出部17也通过相同的方法形成。
(叠层材料的材料)
另外,本实用新型并不限定构成叠层材料10的各层的材料,但以下是优选的材料的例子。
作为金属箔11,能够例示铝箔、不锈钢箔、镍箔、铜箔、钛箔、这些金属的包层箔,而且能够例示对这些金属箔实施了镀覆的镀覆箔。另外,在这些金属箔上形成化学转化膜也是优选的。金属箔11 的厚度优选为7μm~150μm。
作为构成耐热性树脂层13的耐热性树脂,使用在对叠层材料热封时的热封温度下不会熔融的耐热性树脂。作为上述耐热性树脂,优选使用具有比构成热熔接性树脂层15的热塑性树脂的熔点高 10℃以上的熔点的热塑性树脂,尤其优选使用具有比热塑性树脂的熔点高20℃以上的熔点的热塑性树脂。能够列举例如聚酰胺膜、聚酯膜等,优选使用它们的拉伸膜。其中,从成形性及强度的方面考虑,尤其优选双轴拉伸聚酰胺膜或双轴拉伸聚酯膜、或者包含它们在内的多层膜,而且优选使用将双轴拉伸聚酰胺膜和双轴拉伸聚酯膜贴合而成的多层膜。作为上述聚酰胺膜,并没有特别限定,但能够列举例如6-聚酰胺膜、6,6-聚酰胺膜、MXD聚酰胺膜等。另外,作为双轴拉伸聚酯膜,能够列举双轴拉伸聚对苯二甲酸丁二醇酯 (PBT)膜、双轴拉伸聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)膜等。另外,耐热性树脂层13可以以单层形成,或者也可以以由例如PET膜/聚酰胺膜构成的多层形成。另外,厚度优选为9μm~50μm的范围。
作为构成热熔接性树脂层15的热塑性树脂,从耐化学品性及热封固性的方面考虑,优选由聚乙烯、聚丙烯、烯烃类共聚物、它们的酸改性物及离聚物构成。另外,作为烯烃类共聚物,能够例示EVA (乙烯-醋酸乙烯酯共聚物)、EAA(乙烯丙烯酸共聚物)、EMAA (乙烯甲基丙烯酸共聚物)。另外,也能够使用聚酰胺膜(例如12 尼龙)或聚酰亚胺膜。另外,厚度优选为20μm~80μm的范围。
作为耐热性树脂层13侧的第一粘结剂12,优选使用例如包含基于作为主剂的聚酯树脂和作为固化剂的多官能异氰酸酯化合物形成的二液固化型聚酯-聚氨酯类树脂、或聚醚-聚氨酯类树脂在内的粘结剂。另一方面,作为热熔接性树脂层15侧的第二粘结剂14,能够列举由例如聚氨酯类粘结剂、丙烯酸类粘结剂、环氧类粘结剂、聚烯烃类粘结剂、弹性体(elastomer)类粘结剂、氟类粘结剂等形成的粘结剂。
[高输出电池]
在图2A~图5B中示出四种高输出电池1、2、3、4。
在以下的说明中,标注了相同附图标记的部件表示相同物或同等物,省略重复的说明。
(壳体)
上述高输出电池1、2、3的壳体将平坦片(flat sheet)的第一叠层材料21、31、41和具有通过拉深加工而使热熔接性树脂层15凹陷的凹部的第二叠层材料22、42作为材料,使第一叠层材料21、31、 41和第二叠层材料22、42以热熔接性树脂层15为内侧而相对,并使凹部周围的热熔接性树脂层15彼此熔接,由此形成两个电池元件室51、52、71、72或三个电池元件室81、82、83。
另外,关于作为上述高输出电池4的壳体的材料的第一叠层材料101及第二叠层材料102,第一叠层材料101及第二叠层材料102 双方均具有热熔接性树脂层15凹陷的两个凹部和平坦部分。并且,使第二叠层材料102的平坦部分与第一叠层材料101的凹部合在一起,使第一叠层材料101的平坦部分与第二叠层材料102的凹部合在一起,并使凹部周围的热熔接性树脂层15彼此熔接,由此形成四个电池元件室111、112、113、114。
在上述各电池元件室51、52、71、72、81、82、83、111、112、 113、114中收纳有电池元件61、62、63、64。此外,在这些附图中,叠层材料21、31、41、22、42、101、102省略了粘结剂层12、14,而仅示出了金属箔11、耐热性树脂层13、热熔接性树脂层15这三层。
在上述高输出电池1、2、3、4中,将多个电池元件室从附图的左边按顺序称为第一电池元件室51、71、81、111、第二电池元件室 52、72、82、112、第三电池元件室83、113、第四电池元件室114,将收纳在这些电池元件室中的电池元件称为第一电池元件61、第二电池元件62、第三电池元件63、第4电池元件64。另外,将形成在电池元件室51、71、81、111、52、72、82、112、83、113、114内的金属露出部称为内侧金属露出部25、26、43、44、45、46、115、 116、117、118,将形成在电池元件室51外的金属露出部称为外侧金属露出部36。
(电池元件)
电池元件通过由正极、负极、配置在正极与负极之间的隔膜 (separator)组成的裸电池(bare cell)及电解液而构成。一边夹持隔膜一边层叠多个正极和多个负极,将所有正极接合而作为裸电池的正极,将所有负极接合而作为裸电池的负极。或者,按正极/隔膜/负极/隔膜的顺序重叠并将其卷绕而作为裸电池,使正极及负极露出于裸电池的相对的两个面。上述正极是在金属箔的一个面上经由粘合剂层叠正极活性物质层而形成的。同样地,上述负极是在金属箔的一个面上经由粘合剂层叠负极活性物质层而形成的。
作为上述正极用的金属箔而优选使用厚度为7μm~50μm的铝箔。作为正极活性物质层,由对PVDF(聚偏氟乙烯)、SBR(丁苯橡胶)、 CMC(羧甲基纤维素钠盐等)、PAN(过氧乙酰硝酸酯)等的粘合剂添加了盐(例如钴酸锂、镍酸锂、磷酸铁锂、锰酸锂等)而成的混合组成物等形成。上述混合组成物在锂离子二次电池等中优选使用,但在双电层电容器等中作为正极活性物质而优选使用碳类活性炭。上述正极活性物质层的厚度优选设定为2μm~300μm。在上述正极活性物质层中也可以进一步含有碳纤维、碳黑、CNT(碳纳米管) 等导电辅助剂。作为上述粘合剂层,能够列举由PVDF、SBR、CMC、 PAN等形成的层。另外,为了提高金属箔与正极活性物质层之间的导电性,也可以在上述粘合剂层中进一步添加碳黑、CNT(碳纳米管)等导电辅助剂。
作为上述负极用的金属箔,优选使用厚度为7μm~50μm的铜箔,但除此以外,也能够使用例如铝箔、钛箔、不锈钢箔等。作为上述负极活性物质层,由在PVDF、SBR、CMC、PAN等的粘合剂中添加了添加物(例如石墨、钛酸锂、Si类合金、锡类合金等)而成的混合组成物等形成。上述负极活性物质层的厚度优选设定为 1μm~300μm。在上述负极活性物质层中也可以进一步含有碳黑、CNT 等导电辅助剂。
上述粘合剂层在正极和负极是共同的,能够列举由PVDF、SBR、 CMC、PAN等形成的层。另外,为了提高金属箔与正负极活性物质层之间的导电性,也可以在上述粘合剂层中进一步添加碳黑、CNT (碳纳米管)等导电辅助剂。
作为上述隔膜,能够列举聚乙烯制隔膜、聚丙烯制隔膜、通过由聚乙烯膜和聚丙烯膜构成的多层膜形成的隔膜、或由对这些树脂制隔膜的某一个涂布陶瓷等耐热无机物而成的湿式或干式的多孔质膜构成的隔膜等。上述隔膜的厚度优选设定为5μm~50μm。
作为上述电解质,优选使用包含从由碳酸乙烯酯、碳酸丙烯酯、碳酸二甲酯、碳酸甲乙酯、碳酸二乙酯及二甲氧基乙烷构成的组中选择的至少两种电解液和锂盐在内的混合非水类电解液。作为上述锂盐,能够列举六氟磷酸锂、四氟硼酸锂等。作为上述电解液,也可以使用由上述的混合非水类电解液与PVDF、PEO(聚氧化乙烯) 等凝胶化而成的电解液。
此外,电池元件的构造及电池元件的材料并不限定于上述。
(第一高输出电池)
如图2A及图2B所示,构成高输出电池1的壳体的第一叠层材料21不具有金属露出部,具有两个凹部的第二叠层材料22在第一电池元件室51内具有内侧金属露出部25,在第二电池元件室52内具有内侧金属露出部26。上述内侧金属露出部25、26与参照图1 的形成在热熔接性树脂层15侧的面上的金属露出部17相对应。
收纳在上述第一电池元件室51中的第一电池元件61的正极与内侧金属露出部25接触而与金属箔11导通,收纳在第二电池元件室52中的第二电池元件62的负极与内侧金属露出部26接触而与金属箔11导通。由此,第一电池元件61和第二电池元件62经由第二叠层材料22的金属箔11而串联连接。
另一方面,第一电池元件61的负极与引线65的一端连接,上述引线65的另一端被从第一叠层材料21与第二叠层材料22之间向第一电池元件室51之外引出,被引出的部分成为高输出电池1的负极端子。另外,第二电池元件62的正极与引线66的一端连接,上述引线66的另一端被从第一叠层材料21与第二叠层材料22之间向第二电池元件室52之外引出,被引出的部分成为高输出电池1的正极端子。上述引线65、66在中间部的两面上接合有绝缘性的树脂膜 67。上述树脂膜67具有在热封固时提高与热熔接性树脂层15之间的接合力而提高电池元件室51、52的密封性的效果。
(第二高输出电池)
图3所示的高输出电池2的负极端子的形态与图2A及图2B的高输出电池1不同。关于壳体的材料,第一叠层材料31不同,第二叠层材料22共同。
第一叠层材料31在第一电池元件室71内具有内侧金属露出部 35,在外表面具有外侧金属露出部36。上述内侧金属露出部35与参照图1的形成在热熔接性树脂层15侧的面上的金属露出部17相对应,上述外侧金属露出部36与形成在耐热性树脂层13侧的面上的金属露出部16相对应。
收纳在上述第一电池元件室71中的第一电池元件61的正极与内侧金属露出部25接触而与金属箔11导通,收纳在第二电池元件室72中的第二电池元件62的负极与内侧金属露出部26接触而与金属箔11导通。由此,第一电池元件61和第二电池元件62经由第二叠层材料22的金属箔11而串联连接。
另一方面,第一电池元件61的负极与第一叠层材料31的内侧金属露出部35接触而与金属箔11导通,金属箔11露出于壳体的外表面的外侧金属露出部36成为高输出电池2的负极端子。另外,第二电池元件62的正极与引线66的一端连接,上述引线66的另一端被从第一叠层材料31与第二叠层材料22之间向第二电池元件室72 之外引出,被引出的部分成为高输出电池2的正极端子。
上述高输出电池2是在第一电池元件室71的外表面上设置了外侧金属露出36的例子,但只要是第一叠层材料31,则能够在第二电池元件室72的外表面或热封固部上设置外侧金属露出部(负极端子)。另外,也能够使第一叠层材料31的端部从热封固部延长而使热熔接性树脂层15露出,并在露出了的热熔接性树脂层15上设置金属露出部17而将其用作负极端子。
(第三高输出电池)
如图4A及图4B所示,高输出电池3具有三个电池元件室81、82、83。构成壳体的第一叠层材料41在第二电池元件室82及第三元件室83内分别具有内侧金属露出部43、44。具有凹部的第二叠层材料42在第一电池元件室81内及第二电池元件室82内分别具有内侧金属露出部45、46。上述内侧金属露出部43、44、45、46与参照图1的形成在热熔接性树脂层15侧的面上的金属露出部17相对应。
收纳在第一电池元件室81中的第一电池元件61的正极与第二叠层材料42的内侧金属露出部45接触而与金属箔11导通,收纳在第二电池元件室82中的第二电池元件62的负极与第二叠层材料42 的内侧金属露出部46接触而与金属箔11导通。上述第二电池元件 62的正极与第一叠层材料41的内侧金属露出部43接触而与金属箔 11导通,收纳在第三电池元件室63中的第三电池元件83的负极与第一叠层材料41的内侧金属露出部44接触而与金属箔11导通。由此,第一电池元件61和第二电池元件62通过第二叠层材料42的金属箔11而串联连接,第二电池元件62和第三电池元件63通过第一叠层材料41的金属箔11而串联连接,三个电池元件61、62、63被串联连接。
被串联连接的第一至第三电池元件61、62、63(三个)中的、位于一方端部的第一电池元件61的负极与引线65的一端连接,上述引线65的另一端被从第一叠层材料41与第二叠层材料42之间向第一电池元件室81之外引出,被引出的部分成为高输出电池3的负极端子。另外,位于另一方端部的第三电池元件63的正极与引线66 的一端连接,上述引线66的另一端被从第一叠层材料41与第二叠层材料42之间向第三电池元件室83之外引出,被引出的部分成为高输出电池3的正极端子。
如上述那样,上述高输出电池1、2、3的多个电池元件通过作为壳体材料的叠层材料的金属箔而串联连接。由于多个电池元件在一个壳体内被连接,所以与将各个电池元件在壳体外连接相比能够以小空间串联连接,也不会因连接而导致壳体的厚度增加。因此,能够将因串联连接导致的平面尺寸的扩大限定到最小限度,并且实现薄型且高输出的电池。并且由于是薄型,所以散热性高。而且,在将两个电池元件连结的高输出电池2中,作为正极端子或负极端子而能够利用叠层材料的金属箔露出部,从而能够不使用引线而进一步谋求小型化。
上述的高输出电池1、2、3均能够使电池元件室内的电池元件的正极和负极的位置反转,或者能够在平坦片的第一叠层材料和具有凹部的第二叠层材料中使金属露出部的形成位置反转。另外,只要能够在两张叠层材料之间形成收纳空间就能够制作电池元件室,因此基于塑性加工的凹部形成不是必要条件。也能够通过两张平坦片的叠层材料、或两张带凹部的叠层材料来制作壳体。
(第四高输出电池)
上述的高输出电池1、2、3的电池元件的数量为两个或三个,但通过将与电池元件连接的引线在壳体内与其他电池元件连接,而能够串联连接四个以上的电池元件。在图5A及图5B中示出将四个电池元件串联连接的高输出电池4。
构成上述高输出电池4的壳体的第一叠层材料101在第一电池元件室111及第二电池元件室112内具有内侧金属露出部115、116,第二叠层材料102在第三电池元件室113及第四电池元件室114内具有内侧金属露出部117、118。上述内侧金属露出部115、116、117、 118与参照图1的形成在热熔接性树脂层15侧的面上的金属露出部 17相对应。
收纳在上述第一电池元件室111中的第一电池元件61的正极与内侧金属露出部115接触而与第一叠层材料101的金属箔11导通,收纳在第二电池元件室112中的第二电池元件62的负极与内侧金属露出部116接触而与第一叠层材料101的金属箔11导通。另外,收纳在上述第三电池元件室113中的第三电池元件63的正极与内侧金属露出部117接触而与第二叠层材料102的金属箔11导通,收纳在第四电池元件室114中的第二电池元件64的负极与内侧金属露出部 118接触而与第二叠层材料102的金属箔11导通。而且,第二电池元件62的正极和第三电池元件63的负极经由引线68而连接。上述引线68在中间部的两面上接合有绝缘性的树脂膜67,配置在第二电池元件室112与第三电池元件室113之间的热封固部120的第一叠层材料101与第二叠层材料102之间,且一端在第二电池元件室112 内与第二电池元件62的正极连接,另一端在第三电池元件室113内与第三电池元件63的负极连接。与上述引线68接合的树脂膜67与接合于被引出到壳体之外的引线65、66的树脂膜67相同,提高了与热熔接性树脂层15之间的接合力。通过以上结构,第一至第四电池元件61、62、63、64经由第一叠层材料10的金属箔11、引线68、第二叠层材料101的金属箔11而串联连接。
另外,上述第一电池元件61的负极与引线65的一端连接,上述引线65的另一端被从第一叠层材料101与第二叠层材料102之间向第一电池元件室111之外引出,被引出的部分成为高输出电池4 的负极端子。另外,第四电池元件64的正极与引线66的一端连接,上述引线66的另一端被从第一叠层材料101与第二叠层材料102之间向第四电池元件室114之外引出,被引出的部分成为高输出电池4 的正极端子。
如上述那样,使通过配置在壳体内的引线进行连接的手法与将相邻的电池元件室的电池元件通过叠层材料的金属箔进行连接的手法组合,由此能够将四个电池元件在壳体内串联连接,而且能够制作高输出的电池。另外,由于引线配置在电池元件室内和热封固部,所以不会因引线导致电池尺寸扩大,与使用两个具有两个电池元件室的电池、例如图2A、2B的高输出电池1并将被引出到壳体外的引线65、66连接的情况相比,能够以小空间连接。另外,由于与不使用壳体内引线的高输出电池相同是薄型的,所以散热性高。
在本实用新型中,与电池元件连接的引线在将另一端向壳体外引出了的情况下作为电池的正极端子或负极端子而发挥功能,在将另一端在壳体内与其他电池元件连接的情况下作为电池内的电池元件串联连接机构而发挥功能。
此外,图示例的电池元件数量为四个,但只要将收纳在不具有内侧金属露出部的电池元件室中的电池元件在壳体内经由引线连接,就能够制作串联五个以上的高输出电池。另外,也能够在图4A、 4B的高输出电池3中通过将收纳在不具有内侧金属露出部的电池元件室中的电池元件在壳体内经由引线连接来增加电池元件数。
实施例
制作参照图2A及图2B的双串联的高输出电池1、及参照图4A 及图4B的三串联的高输出电池3。
(叠层材料)
用作壳体的材料的叠层材料是图1所示的层叠构造,使用下述的材料制作了双串联壳体的第一叠层材料21及第二叠层材料22、三串联壳体的第一叠层材料41及第二叠层材料42这四种。
金属箔11:厚度为20μm的电解镍箔
耐热性树脂层13:厚度为25μm的拉伸尼龙膜
热熔接性树脂层15:厚度为30μm的未拉伸聚丙烯膜
第一粘结剂层12:二液固化型聚酯-聚氨酯类粘结剂
第二粘结剂层14:二液固化型酸改性聚丙烯类粘结剂
双串联壳体的第一叠层材料21不具有金属露出部,在金属箔11 的一个面上通过第一粘结剂层12贴合耐热性树脂层13,在另一个面上通过第二粘结剂层14贴合热熔接性树脂层。
双串联壳体的第二叠层材料22、三串联壳体的第一叠层材料41 及第二叠层材料42是具有成为壳体的内侧金属露出部的金属露出部 17的叠层材料。关于这些叠层材料22、41、42,首先对金属箔11 的一个面使用凹版辊一边形成在所需位置不涂布粘结剂的粘结剂未涂布部一边涂布粘结剂而形成了第二粘结剂层14,之后使金属箔11 和热熔接性树脂层15贴合,在另一个面上形成第一粘结剂层12并贴合耐热性树脂层13,进行陈化处理。然后,利用激光沿着粘结剂未涂布部的轮廓将热熔接性树脂层15切断,通过除去树脂层片而形成了金属露出部17。
而且,第二叠层材料22、42通过拉深加工而形成了热熔接性树脂层15侧凹陷的凹部。上述凹部为纵40mm×横40mm×深(高) 4mm。
(电池元件)
使用下述的正极、负极及隔膜制作了裸电池。
正极:
在宽度为500mm、厚度为15μm的硬质铝箔(以JIS H4160分类的A1100的硬质铝箔)的一个面上涂布了使作为粘合剂的PVDF(聚偏氟乙烯)溶解于溶剂(二甲基甲酰胺)而成的粘合剂液后,在100℃下使其干燥30秒钟,由此形成了干燥后的厚度为0.5μm的粘合剂层。接着,将由60质量部的以钴酸锂为主成分的正极活性物质、10质量部的作为粘结剂兼电解液保持剂的PVDF(聚偏氟乙烯)、5质量部的乙炔黑(导电材料)、25质量部的N-甲基-2-吡咯烷酮(NMP)(有机溶剂)混匀分散而成的糊剂涂布到上述粘合剂层的表面上后,在 100℃下进行30分钟干燥,接着进行热压,由此形成密度为4.8g/cm3、干燥后的厚度为120μm的正极活性物质层,并裁断成35mm宽度,由此得到了正极。
负极:
接着,在宽度为500mm、厚度为15μm的硬质铜箔(以JIS H3100 分类的C1100R的硬质铜箔)的一个面上涂布了使作为粘合剂的 PVDF(聚偏氟乙烯)溶解于溶剂(二甲基甲酰胺)而成的粘合剂液后,在100℃下使其干燥30秒钟,由此形成了干燥后的厚度为0.5μm 的粘合剂层。接着,在将由57质量部的以碳粉末为主成分的负极活性物质、5质量部的作为粘结剂兼电解液保持剂的PVDF、10质量部的六氟丙烯和无水马来酸的共聚物、3质量部的乙炔黑(导电材料)、 25质量部的N-甲基-2-吡咯烷酮(NMP)(有机溶剂)混匀分散而成的糊剂涂布到上述粘合剂层表面上后,在100℃下进行30分钟干燥,接着进行热压,由此形成密度为1.5g/cm3、干燥后的厚度为20.1μm 的负极活性物质层,并裁断成35mm宽度,由此得到了负极。
隔膜:
使用了宽度为38mm且厚度为8μm的多孔质的湿式隔膜。
制作了以如下方式构成的38mm正方形(俯视下为38mm×38mm 的正方形状)且厚度为4mm的裸电池:对于上述的材料,将按负极 (将负极活性物质层侧配置在隔膜a侧)/隔膜a/正极(将正极活性物质层侧配置在隔膜b侧)/隔膜b的顺序错开长度方向的端部且层叠而成的层叠体卷绕,使正极的硬质铝箔露出于一个面,使负极的硬质铜箔露出于另一个面。将上述裸电池用作第一裸电池61a、第二裸电池62a、第三裸电池63a。
电解液:
使用了对碳酸乙烯酯(EC)、碳酸二甲酯(DMC)、碳酸甲乙酯(EMC)以等量体积比配制的混合溶剂以浓度1摩尔/L溶解了六氟磷酸锂(LiPF6)而成的电解液。
(双串联的高输出电池):参照图2A及图2B)
高输出电池1的平面尺寸为60mm×110mm,第一电池元件室 51及第二电池元件室52分别为纵40mm×横40mm×深4mm。热封固部为宽度10mm。
构成壳体的第一叠层材料21为不具有金属露出部的平坦片,第二叠层材料22具有成为第一电池元件室51及第二电池元件室52的两个凹部,在各个内表面的底部具有内侧金属露出部25、26。
在两个裸电池中的第一裸电池61a的负极上接合了由宽度5mm ×长度50mm×厚度100μm的铜箔构成的负极引线65,在第二裸电池62a的正极上接合了由宽度5mm×长度50mm×厚度100μm的软质铝箔构成的正极引线66。
在上述第二叠层材料22的成为第一电池元件室51的凹部中将正极作为下侧地装填第一裸电池61a,使正极与内侧金属露出部25 接触。另外,在成为第二电池元件室52的凹部中将负极作为下侧地装填第二裸电池62a,使负极与内侧金属露出部26接触。将负极引线65的另一端及正极引线66的另一端从第二叠层材料22的长度方向的两端(短边)向外引出,将第一叠层材料21盖上而封堵了第一电池元件室51及第二电池元件室52的开口部。
接着,对引出了负极引线65、正极引线66的两条短边、第一电池元件室51与第二电池元件室52之间、一条长边进行了热封固。热封固是通过用一对200℃的热板从封固边的上下以0.3Mpa的压力夹压并保持三秒钟而进行的。通过上述热封固,第一电池元件室51 及第二元件室52仅一条边未封固。并且,从第一电池元件室51及第二电池元件室52各自的未封固边通过注液用注射器注入了5mL 的电解液。接着,将未封固边通过夹子(clip)夹持而暂时固定,将导线分别与负极引线65及正极引线66连接,进行充电直至在它们之间产生8.2V的电池电压,在从电极和隔膜等产生了气体并进行了放气后,在6.0V的放电状态下且在0.086Mpa的减压下,用一对200℃的热板从上下以0.3Mpa的压力夹压未封固边并保持三秒钟,由此完全封固接合。由此,得到了图2A及图2B所示的结构的电池容量 1160mAh的高输出电池1。
通过相同的材料和相同的方法制作了三个上述高输出电池1。
(三串联的高输出电池:参照图4A及图4B)
高输出电池3的平面尺寸为60mm×160mm,第一至第三电池元件室81、82、83分别为纵40mm×横40mm×深4mm。热封固部为宽度10mm。
构成壳体的第一叠层材料41是平坦片,在成为第二电池元件室 82及第三电池元件室83的部分中分别具有内侧金属露出部43、44。另外,第二叠层材料42具有成为第一至第三电池元件室81、82、83 的三个凹部,在第一电池元件室81及第二电池元件室82的内表面的底部具有内侧金属露出部45、46。
在三个裸电池中的第一裸电池61a的负极上接合了由宽度5mm ×长度50mm×厚度100μm的铜箔构成的负极引线65,在第三裸电池63a的正极上接合了由宽度5mm×长度50mm×厚度100μm的软质铝箔构成的正极引线66。在第二裸电池62a上没有接合引线。
在上述第二叠层材料42的成为第一电池元件室81的凹部中将正极作为下侧地装填第一裸电池61a,使正极与内侧金属露出部45 接触。在成为第二电池元件室82的凹部中将负极作为下侧地装填无引线的第二裸电池62a,使负极与内侧金属露出部46接触。在成为第三电池元件室83的凹部中将正极作为下侧地装填第三裸电池63a。将负极引线65的另一端及正极引线66的另一端从第二叠层材料42 的长度方向的两端(短边)向外引出,将第一叠层材料41盖上而封堵了第一至第三电池元件室81、82、83的开口部。通过将上述第一叠层材料41盖上,第二裸电池62a的正极与第一叠层材料41的内侧金属露出部43接触,第三裸电池63a的负极与第一叠层材料41 的内侧金属露出部44接触。
接着,对引出了负极引线65、正极引线66的两条短边、第一电池元件室81与第二电池元件室82之间、第二电池元件室82与第三电池元件室83之间及一条长边通过与上述的双串联电池相同的方法进行了热封固。通过上述热封固,第一至第三电池元件室81、82、 83仅一条边未封固。并且,从第一至第三电池元件室81、82、83 的未封固边通过注液用注射器注入了5mL的电解液。接着,将未封固边通过夹子夹持而暂时固定,将导线分别与负极引线65及正极引线66连接,进行充电直至在它们之间产生12.5V的电池电压,在从电极和隔膜等产生了气体并进行了放气后,在9.0V的放电状态且在 0.086Mpa的减压下,对未封固边通过与双串联电池相同的方法进行了热封固。由此,得到了图4A及图4B所示的结构的电池容量1720mAh的高输出电池3。
通过相同的材料和相同的方法制作了三个上述高输出电池3。
对制作出的两种各三个高输出电池1、3充电,并测定了充电后的初始电压。将测定值示出到表1中。
表1
通过表1,确认得到了所期望的电压。
本申请基于2016年11月21日提出申请的日本国专利申请特愿 2016-225813号主张优先权,其公开内容直接构成本申请的一部分。
在此使用的术语及表述是用于说明,并不用于限定地解释,不排除在此所示且所述的特征事项的任何均等物,必须认识成允许本实用新型所要求保护的范围内的各种变形。
工业实用性
本实用新型的高输出电池能够优选用作各种电源。
Claims (6)
1.一种高输出电池,其特征在于,具有:
壳体,其具有两个电池元件室,该两个电池元件室通过使在金属箔的一个面上层叠有耐热性树脂层、在另一个面上层叠有热熔接性树脂层的两张叠层材料以热熔接性树脂层为内侧而相对、且由将热熔接性树脂层彼此熔接而成的热封固部包围而形成;和
两个电池元件,其收纳在所述壳体的各电池元件室中,
所述壳体的一方的叠层材料在各电池元件室内具有供金属箔的一部分露出的内侧金属露出部,
两个电池元件经由电池元件室内的一方的叠层材料的内侧金属露出部和该一方的叠层材料的金属箔而串联连接,
所述两个电池元件的没有与其他电池元件连接的正极或负极与引线的一端连接。
2.一种高输出电池,其特征在于,具有:
壳体,其具有两个电池元件室,该两个电池元件室通过使在金属箔的一个面上层叠有耐热性树脂层、在另一个面上层叠有热熔接性树脂层的两张叠层材料以热熔接性树脂层为内侧而相对、且由将热熔接性树脂层彼此熔接而成的热封固部包围而形成;和
两个电池元件,其收纳在所述壳体的各电池元件室中,
所述壳体的一方的叠层材料在各电池元件室内具有供金属箔的一部分露出的内侧金属露出部,
两个电池元件经由电池元件室内的一方的叠层材料的内侧金属露出部和该一方的叠层材料的金属箔而串联连接,
一方的电池元件的没有与其他电池元件连接的正极或负极与引线的一端连接,该引线的另一端被从两张叠层材料的热熔接性树脂层之间向壳体之外引出,
另一方的电池元件的没有与其他电池元件连接的负极或正极在电池元件室内与另一方的叠层材料的供金属箔的一部分露出的内侧金属露出部导通,且所述另一方的叠层材料在电池元件室外具有供金属箔的一部分露出的外侧金属露出部。
3.一种电池壳体,其特征在于,
具有两个电池元件室,该两个电池元件室通过使在金属箔的一个面上层叠有耐热性树脂层、在另一个面上层叠有热熔接性树脂层的两张叠层材料以热熔接性树脂层为内侧而相对、且由将热熔接性树脂层彼此熔接而成的热封固部包围而形成,
一方的叠层材料在各电池元件室内具有供金属箔的一部分露出的内侧金属露出部,另一方的叠层材料在一方的电池元件室内具有供金属箔的一部分露出的内侧金属露出部,且在壳体的外表面具有供金属箔的一部分露出的外侧金属露出部。
4.一种高输出电池,其特征在于,具有:
壳体,其具有第一电池元件室至第三电池元件室这三个电池元件室,该第一电池元件室至第三电池元件室这三个电池元件室通过使在金属箔的一个面上层叠有耐热性树脂层、在另一个面上层叠有热熔接性树脂层的两张叠层材料以热熔接性树脂层为内侧而相对、且由将热熔接性树脂层彼此熔接而成的热封固部包围而形成;和
三个电池元件,其收纳在所述壳体的各电池元件室中,
所述壳体在第二电池元件室内,两张叠层材料分别具有供金属箔的一部分露出的内侧金属露出部,在第一电池元件室内,在一方的叠层材料上具有供金属箔的一部分露出的内侧金属露出部,在第三电池元件室内,另一方的叠层材料具有供金属箔的一部分露出的内侧金属露出部,
收纳在所述第一电池元件室中的第一电池元件和收纳在第二电池元件室中的第二电池元件经由一方的叠层材料的内侧金属露出部和该一方的叠层材料的金属箔而串联连接,收纳在第二电池元件室中的第二电池元件和收纳在第三电池元件室中的第三电池元件经由另一方的叠层材料的内侧金属露出部和该另一方的叠层材料的金属箔而串联连接,
所述第一电池元件的没有与第二电池元件连接的正极或负极与引线的一端连接,所述第三电池元件的没有与第二电池元件连接的负极或正极与引线的一端连接。
5.一种电池壳体,其特征在于,
具有第一电池元件室至第三电池元件室这三个电池元件室,该第一电池元件室至第三电池元件室这三个电池元件室通过使在金属箔的一个面上层叠有耐热性树脂层、在另一个面上层叠有热熔接性树脂层的两张叠层材料以热熔接性树脂层为内侧而相对、且由将热熔接性树脂层彼此熔接而成的热封固部包围而形成,
在第二电池元件室内,两张叠层材料分别具有供金属箔的一部分露出的内侧金属露出部,
在第一电池元件室内,一方的叠层材料具有供金属箔的一部分露出的内侧金属露出部,
在第三电池元件室内,另一方的叠层材料具有供金属箔的一部分露出的内侧金属露出部。
6.一种高输出电池,其特征在于,具有:
壳体,其具有第一电池元件室至第四电池元件室这四个电池元件室,该第一电池元件室至第四电池元件室这四个电池元件室通过使在金属箔的一个面上层叠有耐热性树脂层、在另一个面上层叠有热熔接性树脂层的两张叠层材料以热熔接性树脂层为内侧而相对、且由将热熔接性树脂层彼此熔接而成的热封固部包围而形成;和
四个电池元件,其收纳在所述壳体的各电池元件室中,
所述壳体的一方的叠层材料在第一电池元件室及第二电池元件室内具有供金属箔的一部分露出的内侧金属露出部,另一方的叠层材料在第三电池元件室及第四电池元件室内具有供金属箔的一部分露出的内侧金属露出部,
收纳在所述第一电池元件室中的第一电池元件和收纳在第二电池元件室中的第二电池元件经由一方的叠层材料的内侧金属露出部和该一方的叠层材料的金属箔而串联连接,
收纳在所述第三电池元件室中的第三电池元件和收纳在第四电池元件室中的第四电池元件经由另一方的叠层材料的内侧金属露出部和该另一方的叠层材料的金属箔而串联连接,
在所述第二电池元件室与第三电池元件室之间的热封固部的第一叠层材料与第二叠层材料之间配置有引线,所述引线的一端在第二电池元件室内与第二电池元件的没有与第一电池元件连接的负极或正极连接,所述引线的另一端在第三电池元件室内与第三电池元件的没有与第四电池元件连接的负极或正极连接,由此所述第二电池元件和第三电池元件经由所述引线而串联连接,
所述第一电池元件的没有与第二电池元件连接的正极或负极与引线的一端连接,所述第四电池元件的没有与第三电池元件连接的负极或正极与引线的一端连接。
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2017
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