專利名稱：電池組件的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明總體上涉及電池組件(battery pack)，例如，包括非水電解質(zhì)二次電池的 電池組件。具體地，本發(fā)明涉及一種將電池組(battery group)及其保護電路基板一體化 的電池組件，該電池組包括多個電池，每個電池都包括通過纏繞或堆疊其間具有隔膜的正 極和負極而形成的并通過封裝材料封裝的電池元件。
背景技術(shù)：
近來，諸如攝像機、便攜式電話、便攜式計算機等的大量便攜式電子設(shè)備已經(jīng)出 現(xiàn)，并且這些電子設(shè)備的尺寸和重量日益減小。隨著電子設(shè)備變得更小且更輕，也期望用作 這些電子設(shè)備的便攜式電源的電池組件更小且更輕，并實現(xiàn)高能量。在這樣的電池組件中 所使用的電池的一個實例為高容量鋰離子二次電池。鋰離子二次電池包括這樣的電池元件，該電池元件包括能夠嵌入或脫嵌鋰離子的 正極和負極。該電池元件被密封在金屬殼或金屬層模具中，并且通過電連接至電池元件 的電路基板來控制。現(xiàn)有技術(shù)的一些鋰離子二次電池與電路基板一起被容納在具有上部 或下部的殼體中，從而形成電池組件(參照日本專利第3556875號、第3614767號以及第 3643792 號)。
發(fā)明內(nèi)容
關(guān)于上述現(xiàn)有技術(shù)的鋰離子二次電池，當將金屬殼用于密封電池元件時，盡管可 以容易地實現(xiàn)高的尺寸精度，但是厚度和重量傾向于變大。相反，當將金屬層模具用于密封 電池元件時，與使用金屬殼時相比，可以實現(xiàn)更高的體積能量密度，并且可以減小厚度和重 量。然而，由于電池元件的尺寸顯著變化，所以已經(jīng)難以提高尺寸精度，并且其機械強度變 低。而且，近年來，將多個電池一體化的電池組件被日益使用。其實例包括使用鎳氫電 池的用于汽車的電池組件(已經(jīng)被投入實際使用)以及用于筆記本計算機和電動工具的電 池組件。然而，由于電池組件中的電池經(jīng)歷了伴隨充/放電操作的反復(fù)膨脹和收縮，所以盡 管單個電池的變形量很小，但是變形的總量不可忽略。因此，在現(xiàn)有技術(shù)中，僅有的可行選 項是使用不會顯著變形的圓柱形電池。然而，在這種情況下，電池之間存在很大的間隙，因 此體積效率低。期望提供一種電池組件，包括多個具有高體積能量密度的電池，并且即使當使用 具有高體積效率的矩形電池時，也具有良好的尺寸精度和機械強度。本發(fā)明的實施方式提供了一種電池組件，包括多個電池，每個電池都包括通過纏繞或堆疊其間具有隔膜的正極和負極所形成的電池元件以及封裝該電池元件的封裝材料； 連接構(gòu)件，電連接電池以形成電池組；保持單元，將電池保持在一起；保護電路基板，連接 至電池組；以及外封裝件，一體地包覆電池組和保護電路基板，該外封裝件通過用樹脂填充 容納電池組和保護電路基板的成型模(molding die)中的空間、并且在100°C以下的溫度 下固化樹脂而形成。外封裝材料的樹脂優(yōu)選包含選自尿烷樹脂、丙烯酸樹脂和環(huán)氧樹脂中的一種樹 脂。更優(yōu)選地，所述樹脂為選自尿烷樹脂、丙烯酸樹脂和環(huán)氧樹脂的可固化樹脂，并且包含 由經(jīng)歷吸熱反應(yīng)的化合物所構(gòu)成的吸熱劑。本發(fā)明的發(fā)明人已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，由于這樣的電池組件抑制了電池的劣化、具有很好的 減振和抗沖擊性能、并可以以更低的成本獲得，因此其適合于汽車使用。換句話說，根據(jù)該電池組件，用諸如層模具的封裝材料密閉地密封包括正極、負極 和隔膜的電池元件，從而形成電池。然后，將包括多個這樣的電池的電池組件容納在成型模 中，并且使用樹脂(外封裝件)與保護電路基板一體化。因此，該電池組件在微小的絕熱部 與組件之間不存在接觸熱阻。當具有良好的熱導(dǎo)率的樹脂和填料被包含在電池組件的外封裝件中時，由于不均 勻的熱分布所引起的某些電池的劣化可得以顯著抑制。當某些電池的容量劣化時，其他電 池變得過充電，導(dǎo)致其他電池的鋰析出和劣化加速，從而形成惡性循環(huán)。相反，上面描述的 電池組件即使在1000次循環(huán)測試后也只產(chǎn)生非常小的電池劣化不均勻性。由于老化劣化以及持續(xù)的振動和沖擊，在部分電路中會發(fā)生電池的端子(諸如接 頭、引線等)的斷開。當斷開發(fā)生時，原本應(yīng)該流入由于斷開而被隔離的電池中的電流流入 保持連接的電池中。因此，在這樣的保持連接的電池中，會流動設(shè)定電流值兩倍大的電流。 結(jié)果，在電化學驅(qū)動的電池中，引起鋰析出和由于過充電而導(dǎo)致的副反應(yīng)的不安全操作條 件持續(xù)進行，因此可能導(dǎo)致非常嚴重的電池劣化和可靠性降低。相反，上面描述的電池組件 的端子從電池中引出，并且無余量地進行固定。因此，可以避免上面提及的失效模式。根據(jù)本發(fā)明的實施方式，可以提供一種電池組件，其包括比使用金屬殼的電池具 有更高的體積能量密度的多個電池。即使當使用具有高體積效率的矩形電池時，也可以提 供具有良好的尺寸精度和機械強度的電池組件。此外，電池組件的尺寸和重量可得以減小， 并且安全性和可靠性可得以進一步提高。
圖1是示出了裝配電池的處理的透視圖；圖2是示出了電池元件的結(jié)構(gòu)的透視圖；圖3A是示出了在彎曲電池的兩側(cè)前的狀態(tài)的示圖，而圖3B是示出了在彎曲電池 的兩側(cè)后的狀態(tài)的示圖；圖4是示出了電池組件的實施方式的截面圖；圖5是包括用封裝材料封裝的電池元件的電池的前視圖；圖6是示出了其中電池通過連接構(gòu)件彼此電連接的電池組的實例的示圖；圖7是示出了電池組的另一個實例的示圖；圖8是示出了電池組的又一個實例的示圖9A至圖9E是分別示出了保持單元的實例的平面圖；圖IOA至圖IOC是示出了制造電池組件的處理的透視圖，其中忽略了保持單元的 圖示；以及圖IlA至圖IlC是示出了使用保持單元來制造電池組件的處理的透視圖。
具體實施例方式現(xiàn)在，將詳細地描述電池組件的實施方式。在該描述中，除非另外指出，否則用于 描述濃度、含量、填充率等的符號“ ％，，均指的是質(zhì)量百分數(shù)。電池組件包括多個電池；連接構(gòu)件，使電池彼此電連接以形成電池組；保持單 元，將多個電池保持在一起；保護電路基板，連接至電池組；以及外封裝材料，一體地包覆 電池組、保護電路基板等。每一個電池都包括通過纏繞或堆疊其間具有隔膜的正極和負極 所形成的電池元件，以及包覆該電池元件的封裝材料。該外封裝材料通過用樹脂填充在容 納電池組和保護電路基板的成型模中的空間并在100°c以下的溫度下固化樹脂而形成。該電池組件具有使電池彼此電連接的連接構(gòu)件和將電池保持在一起的保持單元， 但是并不需要諸如母線、基板和彈簧等的大尺寸組件。因此，可以提高體積能量密度。用封裝材料封裝的電池元件具有從電極的涂覆面積密度和壓制密度得到的尺寸 公差。連接構(gòu)件不必為通用的由多個組件構(gòu)成的穩(wěn)固結(jié)構(gòu)的母線。保持在電池的端子(接 頭引線)之間的簡單構(gòu)件可以替代地被用作連接構(gòu)件。這是因為，樹脂最終填充了端子附 近的空間，并且一旦被固化則表現(xiàn)出強度和絕緣性能。因為保持單元最終將與外封裝件(樹脂)一體化并且可以確保強度和壓力保持， 所以保持單元可以為基于電池的最大尺寸而設(shè)計的簡單構(gòu)件。例如，保持單元可以為與成 型模分開的構(gòu)件，或者可以為用于與成型模一體地定位的銷、鉤、凸部、凹部等。保持單元不 僅將多個電池保持在一起，而且還將電池組固定在成型模上。例如，成型模可以為通過多個 分割部(區(qū)段)所構(gòu)成的樹脂成型?；蚝唵蔚臍んw。根據(jù)電池組件的更優(yōu)選的實施方式，外封裝件中的樹脂可以包含尿烷樹脂、丙烯 酸樹脂和環(huán)氧樹脂中的一種。外封裝件中的樹脂可以為選自尿烷樹脂、丙烯酸樹脂和環(huán)氧 樹脂中的可固化樹脂，并且可以包含含有進行吸熱反應(yīng)的化合物的吸熱劑。電池組件的外封裝件的樹脂優(yōu)選具有5%以上40%以下的根據(jù)日本工業(yè)標準 (JIS)K-7113的伸長率。當伸長率小于5%時，由于振動或沖擊，容易發(fā)生斷裂；因此，在充 /放電循環(huán)中膨脹和收縮重復(fù)發(fā)生的長期操作中，由于類似的局部斷裂所引起的強度的降 低和尺寸的改變成為問題。當伸長率超過40%時，電池的膨脹和收縮不能被充分抑制，并且 不能維持正極與負極之間的界面。電池組件的外封裝件的樹脂根據(jù)JIS K-7191優(yōu)選在0. 45MPa載荷下具有60°C以 上150°C以下的變形溫度，或者55°C以上150°C以下的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度(Tg)。玻璃化轉(zhuǎn)變溫度(Tg)優(yōu)選基于為了以高靈敏度檢測通過常用熱分析無法檢測的 高分子(聚合物)材料的局部松弛等而利用動態(tài)機械分光計(DMS)所測量的諸如彎曲、 拉伸或剪切等的變形時的反應(yīng)延遲、彈性變化(tan δ)來測量。在這些測量中，使用通過 SeikoInstruments Inc.生產(chǎn)的DMS (EXSTAR DMS6100)，并且賦予彎曲變形，使得彎曲彈性 從IOMPa改變成120MPa，同時室溫環(huán)境溫度從20°C改變成200°C，從而從彈性變化的角度評估玻璃化轉(zhuǎn)變溫度(Tg)?？蛇x地，可以通過使用通過差示掃描量熱法(DSC)所確定的拐點 或通過在特定壓力下測量具有單位長度的固體每攝氏度的伸長率所確定的線性膨脹系數(shù) 的改變點，來確定玻璃化轉(zhuǎn)變溫度。當在載荷下的變形溫度低于60°C或玻璃化轉(zhuǎn)變溫度低于55°C時，并且當環(huán)境溫 度增加至接近60°C時，剛性和粘度快速下降，并且外封裝件變得非常容易變形。因此，由于 在通常的操作條件下發(fā)生的振動或沖擊會產(chǎn)生變形。由于伴隨充/放電操作引起的膨脹和 收縮也會產(chǎn)生變形。相反，當在載荷下的變形溫度或玻璃化轉(zhuǎn)變溫度高于150°C時，需要更 長時間和更高溫度來進行固化，導(dǎo)致生產(chǎn)率降低。在外封裝的硬度保持不變直至150°C的情 況下，在正常操作期間內(nèi)確保充分的強度會降低安全性，這是由于其會抑制在異常條件的 溫度下聚合物電池快速裂開的特性。具有上述結(jié)構(gòu)的電池組件的外封裝件包含形狀保持聚合物，其含有包含多元醇和 聚異氰酸酯的絕緣可固化聚氨酯樹脂。通常，當包含樹脂的材料被用在外封裝件中時，通常通過使用例如模具熱熔技術(shù) 一體地包覆電池組和保護電路基板來形成外封裝件。在這種情況下，使用在加熱時液化并 且在冷卻時重新固化的熱塑型樹脂或例如通過加熱可固化的可固化樹脂。然而，由于在被加熱至高于樹脂的熔點或玻璃化轉(zhuǎn)變點(玻璃化轉(zhuǎn)變溫度)的 溫度50°C至150°C后熱塑型樹脂產(chǎn)生流動性，所以熱塑型樹脂通常被加熱至約為180°C至 450°C的高溫。熱塑性樹脂的固化開始于樹脂被注入模具中的時刻。因此，為了制造薄的成 型制品，樹脂被從很窄的開口提供，以覆蓋很大的面積，并且這包括在注入口附近具有在幾 秒鐘內(nèi)固化趨勢的樹脂的注入處理。即使當樹脂被加熱至高溫以降低樹脂的粘度時、即使 當注入壓力增大時、或即使當注入口的數(shù)量增多時，具有大面積和250μπι以下厚度的電池 組件也難以獲得。換句話說，當在外封裝件中使用樹脂時，僅可以制造具有的體積能量密度 比使用金屬殼的那些更差的電池組件。另一方面，當使用現(xiàn)有技術(shù)的熱固性樹脂時，固化溫 度為高約150°C并且由于固化時間長所以生產(chǎn)率很低。通常在非水電解質(zhì)二次電池中使用的聚乙烯基隔膜通常在120°C至140°C的溫度 下關(guān)閉，變?yōu)椴辉试S離子通過的膜，并且不再起隔膜的作用。在電池中所包含的電解質(zhì)(例 如，用作非水電解質(zhì)的聚偏二氟乙烯)可能進行物理性能的變化，很可能導(dǎo)致電池的變形。一體化了電池組和保護電路基板的電池組件具有安裝在保護電路內(nèi)的正溫度系 數(shù)(PTC)元件，使得PTC元件在異常電流流動的情況下起控制器的作用。術(shù)語“正溫度系 數(shù)”意味著PTC元件的電阻隨著溫度而升高，因此具有正系數(shù)。然而，在這樣的高溫下的加 熱會改變系數(shù)值并且會破壞諸如溫度熱熔斷路(temperaturethermal cutoff)的元件，結(jié) 果保護電路基板會停止其功能。根據(jù)一個實施方式的電池組件，包含多元醇和聚異氰酸酯的絕緣可固化聚氨酯樹 脂被用作在外封裝件中所包括的形狀保持聚合物。因此，可以在相對較低的溫度下(例如， 120°C以下)一體地包覆電池組和保護電路，并且可以提供實現(xiàn)高尺寸精度和高機械強度 以及尺寸及重量減小的電池組件，而不會破壞電池組或保護電路基板。由于使用了包含絕緣可固化聚氨酯樹脂的外封裝件，所以尺寸精度被提高。因此， 利用外封裝件制備的電池組件比使用金屬板的更薄，并且表現(xiàn)出更高的產(chǎn)量和得以提高的 能量密度。此外，由于生產(chǎn)率和加工性能通過使用該外封裝件而被提高，所以可以制造各種尺寸、形狀、強度等的適合于各種用途的電池組件，并且可以增強設(shè)計的自由度。外封裝件形狀保持聚合物在一個實施方式的電池組件的外封裝材料中所包括的形狀保持聚合物包含含有 多元醇和聚異氰酸酯的絕緣可固化聚氨酯樹脂。在本說明書中，“絕緣可固化聚氨酯樹 脂”指的是生產(chǎn)具有在25士5°C和65士5% RH下所測量的10ιαΩ · cm以上的體積電阻值 (Ω - cm)的固化產(chǎn)物的材料，并且更優(yōu)選地，生產(chǎn)具有10"Ω · cm以上的體積電阻值的固 化產(chǎn)物的材料。絕緣可固化聚氨酯樹脂優(yōu)選生產(chǎn)具有6以下(IMHz)的介電常數(shù)和15kV/mm 以上的擊穿電壓的固化產(chǎn)物。體積電阻值是根據(jù)JIS C2105、通過在25士5°C和65士5% RH 下開始對樣品(厚度3mm)施加500V測量電壓60秒后測量該值而進行測量的。在絕緣可固化聚氨酯樹脂中所包括的多元醇優(yōu)選具有30%以下，并且更優(yōu)選為 20%以下的氧含量。當多元醇的氧含量為30%以下時，從中獲得的固化產(chǎn)物的物理性能不 會很容易地改變。固化產(chǎn)物表現(xiàn)出高耐濕性和耐熱性以及絕緣性能，因此適合于用作電池 組件的外封裝件。在絕緣可固化聚氨酯樹脂中所包括的多元醇優(yōu)選具有200以下，并且更優(yōu)選150 以下的碘值。當在包括外封裝件中的形狀保持聚合物中所使用的多元醇的碘值為200以 下時，所得的固化產(chǎn)物表現(xiàn)出高耐熱性，并且即使在高溫環(huán)境下也不會變硬或變脆。因 此，該固化產(chǎn)物適合于用作一體地包覆電池組和保護電路基板的外封裝材料。根據(jù)JIS K3331-1995來測量碘值。在絕緣可固化聚氨酯樹脂中所包含的多元醇優(yōu)選為聚酯多元醇、聚醚多元醇、或 具有由碳_碳鍵所構(gòu)成的主鏈的多元醇或它們的混合物。聚酯多元醇是脂肪酸與多元醇的反應(yīng)產(chǎn)物。脂肪酸可以為選自由蓖麻油酸、氧己 酸、氧癸酸、氧十一酸、氧亞油酸、氧硬脂酸以及氧十六碳烯酸組成的組中的至少一種含羥 基長鏈脂肪酸。與脂肪酸反應(yīng)的多元醇可以為選自由諸如乙二醇、丙二醇、丁二醇、己二醇 和二甘醇的二醇類，諸如丙三醇、三羥甲基丙烷和三乙醇胺的三官能團多元醇，諸如雙甘油 和季戊四醇的四官能團多元醇，諸如山梨醇的六官能團多元醇，以及諸如麥芽糖和蔗糖的 八官能團多元醇組成的組中的至少一種。它的其他實例包括脂肪族、脂環(huán)族、或芳族胺與對 應(yīng)于這些多元醇的氧化烯的加聚物以及聚酰胺-聚胺與這樣的氧化烯的加聚物。特別地，優(yōu)選使用蓖麻油酸甘油酯、蓖麻油酸與1，1，1_三羥甲基丙烷的聚酯多元 醇等。聚醚多元醇由乙醇與氧化烯的加聚物構(gòu)成。乙醇可以為選自由乙二醇，二甘醇，丙 二醇，二丙甘醇，諸如1，3_ 丁二醇、1，4_ 丁二醇、4，4'-雙羥苯基丙烷和4，4'-雙羥基苯 基甲烷的二羥基醇，以及諸如丙三醇、1，1，1-三羥甲基丙烷、1，2，5_己三醇和季戊四醇的 三羥基以上的醇組成的組中的至少一種。氧化烯可以為選自由環(huán)氧乙烷、環(huán)氧丙烷、環(huán)氧丁 烷以及α-氧化烯烴組成的組中的至少一種。具有由碳-碳鍵構(gòu)成的主鏈的多元醇可以為選自由丙烯醛基多元醇、聚丁二烯多 元醇、聚異戊二烯多元醇、氫化聚丁二烯多元醇、聚碳酸酯多元醇、通過在包含C-C鍵的多 元醇上接枝丙烯腈(AN)或苯乙烯單體(SM)所形成的多元醇、以及聚丁二醇(PTMG)組成的 組中的至少一種。在絕緣可固化的聚氨酯樹脂中所包含的多元醇優(yōu)選包含粉末。當多元醇包含粉末時，包含聚異氰酸酯的絕緣可固化的聚氨酯樹脂和包含粉末的多元醇在一體地包覆電池組 和保護電路基板的處理中表現(xiàn)出良好的觸變性，從而提高了可加工性。此外，由于多元醇包 含粉末，所以由包含聚異氰酸酯的絕緣可固化的聚氨酯樹脂和包含粉末的多元醇所構(gòu)成的 外封裝件表現(xiàn)出提高的表面硬度、耐熱性以及散熱性能等。粉末的實例包括諸如碳酸鈣、氫氧化鋁、氧化鋁、氧化硅、氧化鈦、碳化硅、氮化硅、 硅酸鈣、硅酸鎂和碳的無機顆粒以及諸如聚丙烯酸甲酯、聚丙烯酸乙酯、聚甲基丙烯酸甲 酯、聚甲基丙烯酸乙酯、聚乙烯醇、羧甲基纖維素、聚氨酯和多酚的有機聚合物顆粒?？梢詥?獨或組合使用這些顆粒。由這些粉末構(gòu)成的顆粒的表面可以進行表面處理。用作粉末的聚 氨酯或多酚可以被用作發(fā)泡粉末。此外，粉末可以是多孔的。在絕緣可固化的聚氨酯樹脂中所包含的聚異氰酸酯優(yōu)選為芳族聚異氰酸酯、脂肪 族聚異氰酸酯或脂環(huán)族聚異氰酸酯、或者它們的混合物。芳族聚異氰酸酯的實例包括二苯基甲烷二異氰酸酯(MDI)、多苯基多次甲基多異 氰酸酯(粗MDI)、甲苯二異氰酸酯(TDI)、多甲苯多異氰酸酯(粗TDI)、二甲苯二異氰酸 酯(XDI)以及萘二異氰酸酯(NDI)。脂肪族聚異氰酸酯的實例包括己烷亞甲基二異氰酸酯 (HDI)。脂環(huán)族聚異氰酸酯的實例包括異佛樂酮二異氰酸酯(IPDI)。聚異氰酸酯的其他實例包括通過用碳二亞胺改性上述聚異氰酸酯而生產(chǎn)的碳二 亞胺改性的聚異氰酸酯、通過用異氰脲酸酯改性上述聚異氰酸酯而生產(chǎn)的異氰脲酸酯改性 的聚異氰酸酯、以及通過多元醇與過量的聚異氰酸酯之間的反應(yīng)而生成的異氰酸封端的聚 氨酯聚合物。可以單獨或組合使用聚異氰酸酯。特別地，優(yōu)選使用二苯基甲烷二異氰酸酯、多苯基多次甲基多異氰酸酯或碳二亞 胺改性的聚異氰酸酯。將催化劑添加到絕緣可固化的聚氨酯樹脂中，以使得在多元醇與聚異氰酸酯之間 發(fā)生反應(yīng)，并且促進異氰酸酯的二聚和三聚作用。催化上述反應(yīng)的通用催化劑可以被用作 催化劑。催化劑的實例包括胺類催化劑、金屬類異氰脲酸酯催化劑以及有機錫化合物。胺類催化劑的實例包括諸如三乙烯二胺、2-甲基三乙烯二胺、四甲基己二胺、五甲 基二亞乙基三胺、五甲基二亞丙基三胺、五甲基己二胺、二甲基氨基乙基醚、三甲基胺丙基 乙酉享胺、三二甲基氨基丙基六S化三嗪(tridimethylaminopropylhexahydrotriazine)、以 及叔胺鹽的叔胺。金屬類異氰脲酸酯催化劑的實例包括諸如二月桂酸二丁錫、辛酸鉛、蓖麻醇酸鉀、 蓖麻醇酸鈉、硬脂酸鉀、硬脂酸鈉、油酸鉀、油酸鈉、醋酸鉀、醋酸鈉、環(huán)烷酸鉀、環(huán)烷酸鈉、辛 酸鉀、辛酸鈉、以及它們的混合物的脂肪酸金屬鹽。由于異氰脲酸酯環(huán)可以被引入到絕緣可固化的聚氨酯樹脂的分子中并且通過異 氰脲酸酯環(huán)的存在提高了固化產(chǎn)物的阻燃性和耐熱性，因此優(yōu)選使用金屬類異氰脲酸酯催 化齊U。優(yōu)選相對于100重量份的多元醇，以在0. 5重量份以上且20重量份以下的范圍內(nèi)來 使用金屬類異氰脲酸酯催化劑。當金屬類異氰脲酸酯催化劑的量小于0. 5重量份時，不會 產(chǎn)生充足的異氰脲酸酯。當金屬類異氰脲酸酯催化劑的量相對于100重量份的多元醇大于 20重量份時，很難實現(xiàn)對應(yīng)于于添加量的效果。有機錫化合物的實例包括醋酸三正丁基錫、三氯正丁基錫、二氯二甲基錫、二氯二 丁基錫以及氫氧化三甲基錫。這些催化劑可以按原樣使用或可以溶解在諸如乙酸乙酯的溶劑中，使得其濃度在0. 至20%的范圍內(nèi)，隨后被添加，使得相對于100重量份的異氰酸 酯，催化劑含量按固體來表示為0. 01至5重量份。不管催化劑是按原樣添加或被溶解在溶 劑中，催化劑含量按固體來表示都相對于100重量份的異氰酸酯為0. 01至5重量份，并且 更優(yōu)選為0. 05至1重量份。如果催化劑的含量非常小，即，小于0. 01重量份，則聚氨酯樹 脂成型制品形成很慢，并且由于固化沒有產(chǎn)生樹脂狀物質(zhì)，所以成型變得困難。相反，當催 化劑含量超過5重量份時，樹脂過快地形成，因此，很難成型為在電池組件的外封裝件中所 包括的形狀保持聚合物。除了絕緣可固化聚氨酯樹脂之外，用作電池組件的外封裝件的形狀保持聚合物還 可以包含諸如填料、阻燃劑、消泡劑、抗菌劑、穩(wěn)定劑、增塑劑、濃縮劑、抗真菌劑、另一種樹 脂等的添加劑，只要可固化性沒有劣化即可。例如，磷酸三乙酯、磷酸三(2，3-二溴丙基) 酯等可以用作上述添加劑中的阻燃劑。其他添加劑的實例包括諸如三氧化二銻和沸石的填 料以及諸如染料和顏料的著色材料。外封裝件填料除了上述的形狀保持聚合物之外，在電池組件中所包括的外封裝件優(yōu)選還包含含 有金屬氧化物、金屬氮化物等的填料。因此，包含絕緣可固化聚氨酯樹脂的形狀保持聚合物 優(yōu)選與填料具有相容性和反應(yīng)性。形狀保持聚合物更優(yōu)選與金屬層壓膜具有良好的粘合性 以及良好的尺寸穩(wěn)定性和成型性。陶瓷填料、金屬氧化物填料或金屬氮化物填料可以被用作填料。金屬氧化物填料 或金屬氮化物填料的實例包括硅(Si)、鋁(Al)、鈦(Ti)、鋯(&)、鋅(Zn)和鎂(Mg)的氧化 物或氮化物或者這些氧化物或氮化物的任何混合物。由金屬氧化物或氮化物構(gòu)成的這些填 料提高了外封裝件的硬度和熱導(dǎo)率。包含金屬氧化物填料或金屬氮化物填料的層可以被設(shè) 置成與包含形狀保持聚合物的層接觸?？蛇x地，金屬氧化物填料或金屬氮化物填料可以被 混合在包含形狀保持聚合物的層中。在這種情況下，金屬氧化物填料或金屬氮化物填料優(yōu) 選被均勻分散在整個形狀保持聚合物層上。填料的混合比率可以根據(jù)形狀保持聚合物的形狀而改變，但優(yōu)選相對于形狀保持 聚合物的總質(zhì)量為3% 60%。如果填料的量小于3%，則不能獲得具有充分硬度的外封裝 件。如果填料的量大于60%，則會產(chǎn)生與制造期間的成型性和陶瓷的脆性相關(guān)的問題。當填料的平均粒徑減小時，由于平均粒徑的減小影響成型期間的填充性能，所以 硬度增加，而生產(chǎn)率會降低。相反，當填料的平均粒徑增大時，不能獲得期望的強度，并且電 池組件的尺寸精度不是令人滿意的。因此，填料的平均粒徑優(yōu)選為0. 5 μ m 40 μ m，并且更 Vti&^J 2 μ m 20 μ m。填料的顆?？梢圆扇≈T如球狀、鱗片狀、板狀和針狀的各種形狀。雖然填料顆粒的 形狀沒有特別限制，但是球形填料顆粒是優(yōu)選的，因為具有均一平均粒徑的球形填料顆粒 可以容易地制造并且可以低的成本獲得。具有高縱橫比的針狀填料顆粒也是優(yōu)選的，因為 可容易地增大強度。鱗片狀填料顆粒也是優(yōu)選的，因為當所混合的填料的比率很高時可以 增加填充性能。應(yīng)當注意，根據(jù)用途和材料，可以使用具有不同平均粒徑和形狀的填料顆粒 作為混合物。除了上述的形狀保持聚合物和填料之外，外封裝材料還可以包含各種其他添加 劑。例如，除了形狀保持聚合物之外，還可以使用固化劑、UV吸收劑、光穩(wěn)定劑以及這些中 的任意混合物。
外封裝件的特性該實施方式的電池組件使用包含絕緣可固化聚氨酯樹脂的外封裝件作為形狀保 持聚合物。這增加了尺寸精度、抗沖擊性以及機械強度，并且減小了電池組件的尺寸(厚 度)和重量。該外封裝件優(yōu)選具有以下物理特性值。通過差示掃描量熱法(DSC)測量的包含作為絕緣的形狀保持聚合物的絕緣可固 化聚氨酯樹脂的外封裝件的玻璃化轉(zhuǎn)變點(Tg)優(yōu)選為45°C 130°C，更優(yōu)選為65°C 120°C，并且最優(yōu)選為75°C 110°C。外封裝件優(yōu)選在正常操作期間內(nèi)具有良好的抗沖擊性 和機械強度，但是優(yōu)選當異常條件發(fā)生時容易破裂，使得由電池所生成的氣體可以容易地 被排出至外部?？晒袒郯滨渲粌?yōu)選用作在外封裝件中所包括的這樣的形狀保持聚合 物。為了滿足這些要求，包含形狀保持聚合物的外封裝件優(yōu)選具有等于或高于正常使用電 池組件的溫度、但等于或低于異常條件發(fā)生的溫度的玻璃化轉(zhuǎn)變點。當玻璃化轉(zhuǎn)變點小于 45°C時，包含形狀保持聚合物的外封裝件的玻璃化轉(zhuǎn)變點會變得低于正常使用的溫度。由 于難以抑制構(gòu)成形狀保持聚合物的分子的熱運動、保持可固化性、并且允許產(chǎn)生良好的機 械強度，所以這不是優(yōu)選的。相反，當玻璃化轉(zhuǎn)變點超過130°C時，包含形狀保持聚合物的外 封裝件的玻璃化轉(zhuǎn)變點會超過異常條件發(fā)生的溫度。因此，構(gòu)成形狀保持聚合物的分子的 熱運動在異常條件下被抑制，外封裝件變得不容易破裂，并且在異常條件下產(chǎn)生的氣體很 難被快速排出至外部。通過根據(jù)JIS K7171的塑料一彎曲性能確定所確定的包含形狀保持聚合物的 外封裝件的彎曲強度優(yōu)選為IOMPa 120MPa，更優(yōu)選為20MPa llOMPa，并且最優(yōu)選為 70MPa 1OOMPa。通過根據(jù)JIS K7171的塑料一彎曲性能確定所確定的包含形狀保持聚合物的外 封裝件的彎曲模量優(yōu)選為30MPa 3000MPa，更優(yōu)選為900MPa 2550MPa，并且最優(yōu)選為 IOOOMPa 2500MPa。包含形狀保持聚合物的外封裝件具有通過根據(jù)JIS K7215的塑料的計示硬度(硬 度計硬度，durometer hardness)的測試方法所確定的優(yōu)選D30 D99，更優(yōu)選D60 D90， 并且最優(yōu)選為D60 D85的表面硬度。當外封裝件的計示D硬度為D30 D99時，可以獲 得具有高抗沖擊性和機械強度的外封裝件。在例如60°C以上的異常條件時的溫度下所測量 的外封裝件的計示D硬度優(yōu)選低于在JISK7215中所規(guī)定的正常環(huán)境(23°C 士2°C的溫度和 50士5% RH)中所測量的外封裝件的計示D硬度。當在異常條件時的溫度下的外封裝件的 硬度小于正常條件下的硬度時，在異常條件下產(chǎn)生的氣體很容易使外封裝件裂開，并且在 外封裝件裂開的情況下，氣體可以被快速排出至外部。外封裝件很薄。例如，包覆用于便攜式設(shè)備用途的矩形電池的最大面積的封裝部 的厚度為1000 μ m以下。當厚度超過1000 μ m時，使用該外封裝件所制備的電池組件不能 完全表現(xiàn)出體積能量密度方面的優(yōu)勢。更優(yōu)選地，厚度為300 μ m以下。只要可以滿足電池 組件所期望的抗沖擊性和機械強度，厚度優(yōu)選盡可能小。形狀保持聚合物和填料的組合使用比在現(xiàn)有技術(shù)中使用鋁金屬或組合使用熱塑 性樹脂和金屬可以獲得更高的強度和更高的抗沖擊性。因此，通過更小的厚度可以實現(xiàn)相 同的強度，從而提高體積能量密度。當外封裝件很厚時，可以獲得比現(xiàn)有技術(shù)具有更高強度 和更高可靠性的電池組件。由于可以相對自由地選擇電池的尺寸和形狀，所以電池組件可以被應(yīng)用于諸如自行車的后備電源的大尺寸電池，并且可以被自由設(shè)計，以適合所期望的 地方，同時實現(xiàn)所期望的強度。電池組件的外封裝件的樹脂優(yōu)選由尿烷樹脂、丙烯酸樹脂和環(huán)氧樹脂中的一種構(gòu) 成，并且優(yōu)選包含含有進行吸熱反應(yīng)的化合物的吸熱劑。更優(yōu)選地，吸熱劑包含在90°C 150°C范圍內(nèi)進行吸熱反應(yīng)的化合物。由于在該實施方式中使用可固化樹脂并且吸熱化合物可以被添加到固化前液態(tài) 的可固化樹脂中，所以可以容易地實現(xiàn)抑制異常條件時的溫度的效果，特別地，不會增加制 造處理的數(shù)目。由于吸熱化合物可以作為無機填料的替代物而添加，所以樹脂的表面硬度 可得以提高，并且通過在60°C (即，低于吸熱溫度)下的高溫保存測試已經(jīng)確認了抑制電池 組件膨脹的新效果。由于沒有影響外觀，所以特性等可以被激光打印在樹脂表面上以消除 標記，從而進一步提高了體積能量密度。吸熱劑的實例包括諸如氫氧化物，水合物，諸如四氫呋喃(C4H8O · 17H20)和環(huán)糊 精的水合包合物，諸如十水合硫酸鈉、十水合四硼酸鈉(Na2B4O7 · IOH2O)和四水合四硼酸氨 ((NH4)2B4O7 · 4H20)的水合鹽，以及碳酸鹽化合物的通用的吸熱劑。金屬氫氧化物優(yōu)選包含銅、鋅、鋁、鈷或鎳，并且可以為氫氧化銅、氫氧化鋅、氫氧 化鋁、氫氧化鈷和氫氧化鎳中的任何一種。特別地，由于氫氧化銅在100°c以上的溫度下引 起脫水和用于產(chǎn)生金屬氧化物的反應(yīng)并產(chǎn)生大的吸熱效果，所以優(yōu)選氫氧化銅。金屬水合物優(yōu)選選自銅、鋅、鋁、鈷、鈣、鋯、鎳和鎂的金屬水合物。其優(yōu)選實例包括 CuSO4 · 5H20, ZnSO4 · H2O, ZnSO4 · 7H20, AlCl3 · 6Η20, η 水合硅酸鋁，(Al (NO3)3 · 9H20)，諸如 CoCl2的1. 5-水合物、2-水合物、4-水合物和6-水合物的CoClyjC合物，CaCl2的2-水合物、 4-水合物和6-水合物，硅酸鈣水合物，硫酸鈣水合物，氯氧化鋯八水合物，硝酸氧鋯二水合 物，二氧化鋯水合物，硫酸鎳六水合物，硝酸鎳六水合物，氯化鎳六水合物，硫酸鎂水合物， 氟化鎂水合物，氯化鎂六水合物，燒石膏(CaSO4 ·0. 5Η20)和石膏(CaSO4 ·2Η20)。從約128°C 開始吸熱反應(yīng)的硫酸鈣(CaSO4 ·2Η20)和從約100°C開始吸熱反應(yīng)的亞硫酸鈣(CaSO3 ·2Η20) 是更優(yōu)選的。任何常見的碳酸鹽可以被用作碳酸鹽化合物。特別地，由于堿式碳酸鋅的熱分解 溫度為約120°C，所以優(yōu)選堿式碳酸鋅?？梢耘c任何已經(jīng)被用作填料的化合物組合使用這些 吸熱化合物，從而增加機械強度和阻燃性。通過差示掃描量熱法(DSC)來評估吸熱開始的溫度(也稱作吸熱反應(yīng)的開始溫 度)。使用通過SII生產(chǎn)的DSC6100作為測量儀器，并且對20mg的樣品進行稱重、密封在鋁 盤中、并以2°C/min從正常溫度加熱至600°C，即，鋁的熔點。確認了吸熱峰開始的溫度，并 且該溫度被假設(shè)為吸熱反應(yīng)的開始溫度。在該實施方式的電池組件的外封裝件中使用的樹脂優(yōu)選為熱固性樹脂?？蛇x地， 熱塑性樹脂、已經(jīng)被固化的可固化樹脂、金屬板、或金屬組件可以被用在外封裝件的一部分 中，以提高生產(chǎn)率、定位精度以及生產(chǎn)節(jié)拍時間。熱塑性樹脂可以為任意的，但優(yōu)選聚乙烯、聚丙烯、聚酰胺或聚碳酸酯。從與熱固 性樹脂的粘合性、阻燃性和機械強度的觀點來看，更優(yōu)選使用聚酰胺或聚碳酸酯。可固化樹 脂可以為任意的，但優(yōu)選為丙烯酸樹脂、環(huán)氧樹脂或尿烷樹脂。更優(yōu)選地，從原材料成本、生 產(chǎn)設(shè)施的共享使用、粘結(jié)強度等的觀點來看，使用與注入到模具中的樹脂相同的樹脂。
接著，將參照附圖來描述電池組件的實施方式。圖4中所示的電池組件P包括多 個電池20 ；連接構(gòu)件31，電連接電池20，從而形成電池組G ；保持器33A，將電池20保持在 一起；保護電路基板32 ；以及外封裝件18，一體地包覆電池組G、保護電路基板32、保持器 33A和其他相關(guān)部件。外封裝件18通過用樹脂填充容納電池組G和保護電路基板32的殼 體(成型模)C內(nèi)部的空間并在100°C以下的溫度下固化樹脂來形成。附圖中所示的外封裝 件18 —體地包覆電池組G、保護電路基板32和其他相關(guān)部件，同時具有延伸至外部的電池 20的端子。電池20為非水電解質(zhì)二次電池，并且如圖1所示，通過用作為封裝材料的一個實 例的金屬層壓膜17封裝電池元件10來制備每個電池20。電池元件10被置于在層壓膜17 中形成的凹部17a(空間17a)中，并且電池元件10的周圍被密封。在該實施方式中，空間 17a為具有對應(yīng)于電池元件10的矩形的形狀的矩形空間。用于封裝電池元件10的封裝材料可以為任何常見的金屬層壓膜，但優(yōu)選為鋁層 壓膜。鋁層壓膜優(yōu)選為適合于拉伸并形成用于容納電池元件10的凹部17a的鋁層壓膜。用于封裝電池元件10的封裝材料優(yōu)選為至少包括一層的膜，并且優(yōu)選包含聚烯 烴和聚乙烯叉類(polyvinylidene)之一。例如，包括鋁層和粘合層的多層層壓膜以及被設(shè) 置在鋁層的兩側(cè)上的表面保護層可以被用作鋁層壓膜。其中從電池元件10的內(nèi)側(cè)(S卩，從 電池元件10的表面?zhèn)?起依次配置用作粘合層的丙烯(PP)層、用作金屬層的鋁層以及用 作表面保護層的尼龍或聚對苯二甲酸乙二醇酯(PET)層的鋁層壓膜被優(yōu)選用作鋁層壓膜?，F(xiàn)在，將描述電池元件10的結(jié)構(gòu)。圖2是示出了被封裝并容納在用作封裝材料的 層壓膜17中的電池元件10的結(jié)構(gòu)的透視圖。在該圖中，帶狀正極11、隔膜13a、與正極11 相對配置的帶狀負極12以及隔膜13b在縱向方向上順序堆疊并卷繞，從而形成電池元件 10。用凝膠電解質(zhì)14來涂覆正極11和負極12的兩側(cè)。連接至正極11的正極端子15a和連接至負極12的負極端子15b (在下文中，這些 端子可以被稱作“電極端子15”，而不指明它們連接的具體端子)從電池元件10中引出。分 別用作為用馬來酸酐(PPa)等改性的聚丙烯構(gòu)成的樹脂片的密封劑16a和密封劑16b (在 下文中，密封劑被統(tǒng)稱為“密封劑16”)涂覆正極端子15a和負極端子15b，從而提高與隨后 作為封裝所提供的層壓膜17的粘合性?，F(xiàn)在，將詳細地描述電池(在用外封裝件封裝前)的構(gòu)成要素。正極正極包括正極集電體和設(shè)置在正極集電體的兩側(cè)上的正極活性物質(zhì)層。正極活性 物質(zhì)層包括正極活性物質(zhì)。正極集電體包括諸如鋁(Al)箔的金屬箔。正極活性物質(zhì)層例 如包含正極活性物質(zhì)、導(dǎo)電劑和粘結(jié)劑。正極活性物質(zhì)、導(dǎo)電劑和粘結(jié)劑可以以任何比例混 合，只要它們可以均勻地分散在溶劑中。根據(jù)期望的電池類型，可以使用金屬氧化物、金屬硫化物或特定聚合物作為正極 活性物質(zhì)。例如，為了構(gòu)成鋰離子電池，可以使用由化學式(1)表示的過渡金屬和鋰的復(fù)合 氧化物LiXMO2 (1)其中，M表示至少一種過渡金屬，并且盡管X可根據(jù)電池的充/放電狀態(tài)而改變， 但是X通常表示0.05 1.10?？梢允褂免?Co)、鎳(Ni)、錳(Mn)等作為鋰復(fù)合氧化物的 過渡金屬(M)。
鋰復(fù)合氧化物的具體實例包括LiCo02、LiNiO2, LiMn2O4以及LiNiyCcvyO2 (0 < y < 1)。也可以使用過渡金屬元素的一些原子被不同元素的原子所取代的固溶體。其實例包 括LiNia5Coa5O2和LiNitl.8CoQ.202。這些鋰復(fù)合氧化物可以產(chǎn)生高電壓并且表現(xiàn)出高能量密 度。也可以使用諸如TiS2、MoS2, NbSe2和V2O5的不包含鋰的金屬硫化物或氧化物作為正極 活性物質(zhì)。可以單獨或組合使用這些正極活性物質(zhì)。例如，可以使用諸如碳黑和石墨的碳材料作為導(dǎo)電劑?？梢允褂镁燮蚁⒕?四氟乙烯、聚偏二氟乙烯等作為粘結(jié)劑?？梢允褂肗-甲基吡咯烷酮等作為溶劑。均勻地混合正極活性物質(zhì)、粘結(jié)劑和導(dǎo)電劑以制備正極混合物，并且將該正極混 合物分散在溶劑中，從而制備漿料。通過刮刀技術(shù)等將漿料均勻地施加在正極集電體上，在 高溫下干燥，以蒸發(fā)溶劑，并進行壓制以形成正極活性物質(zhì)層。正極11包括通過點焊或超聲波焊接而連接至正極集電體的一端的正極端子15a。 正極端子15a優(yōu)選為金屬箔或網(wǎng)，但不是必須由金屬構(gòu)成，只要端子是電化學和化學穩(wěn)定 的并導(dǎo)電即可。用于正極端子15a的材料的實例包括鋁。負極負極包括負極集電體和設(shè)置在負極集電體的兩側(cè)上的負極活性物質(zhì)層。負極活性 物質(zhì)層包含負極活性物質(zhì)。負極集電體包括金屬箔，例如，銅(Cu)箔、鎳箔或不銹鋼箔。例如，負極活性物質(zhì)層包含負極活性物質(zhì)，根據(jù)需要還可以包含導(dǎo)電劑和粘結(jié)劑。 與正極活性物質(zhì)一樣，可以以任何比例來混合負極活性物質(zhì)、導(dǎo)電劑、粘結(jié)劑和溶劑。可以嵌入和脫嵌鋰金屬、鋰合金、或鋰的碳材料或金屬-碳復(fù)合材料可以被用作 負極活性物質(zhì)。可以嵌入和脫嵌鋰的碳材料的具體實例包括石墨、難石墨化碳和易石墨化 碳。更具體地，可以使用諸如熱解碳、焦炭(浙青焦炭、針狀焦炭和石油焦炭)、石墨、玻璃 碳、有機高分子化合燒成體(通過在適當?shù)臏囟认卤簾⑻蓟T如酚醛樹脂或呋喃樹脂的 適當樹脂來制備)、碳纖維和活性炭的碳材料?？梢允褂弥T如聚乙炔、聚吡咯等的聚合物或 諸如SnO2的氧化物作為可以嵌入和脫嵌鋰的材料。可以使用各種金屬作為可以與鋰形成合金的材料。例如，經(jīng)常使用錫(Sn)、鈷 (Co)、銦(In)、鋁(Al)、硅(Si)以及它們的合金。當使用金屬鋰時，不是總是需要使用金屬 鋰粉末并使用粘結(jié)劑將金屬鋰粉末形成為涂覆膜。相反，可以使用輥壓的鋰金屬箔并壓結(jié) 合在集電體上。粘結(jié)劑的實例包括聚偏二氟乙烯以及丁苯橡膠。例如，可以使用N-甲基吡咯烷酮 或甲乙酮作為溶劑。均勻地混合負極活性物質(zhì)、粘結(jié)劑和導(dǎo)電劑以制備負極混合物，并且將該負極混 合物分散在溶劑中，以制備漿料。通過與用于形成正極相同的技術(shù)將漿料均勻地施加在負 極集電體上，在高溫下干燥，以蒸發(fā)溶劑，并進行壓制以形成負極活性物質(zhì)層。如同正極11 一樣，負極12也包括通過點焊或超聲波焊接而連接至集電體的一端 的負極端子15b。負極端子15b不是必須由金屬構(gòu)成，只要其是電化學和化學穩(wěn)定的并且導(dǎo) 電即可。用于負極端子的材料的實例包括銅和鎳。當電池元件10具有矩形形狀時，如圖1至圖5所示，正極端子15a和負極端子15b 被優(yōu)選從電池元件10的一側(cè)(通常短邊之一)以相同的方向引出。然而，端子引出的方向 可以為任意的，只要不會發(fā)生短路等并且電池性能不會劣化即可。正極端子15a和負極端子15b被連接的位置可以為任意的，并且用于建立連接的技術(shù)可以為任意的，只要能實現(xiàn) 電接觸即可。電解質(zhì)可以使用通常用于鋰離子電池的電解質(zhì)鹽和非水溶劑作為電解質(zhì)。非水溶劑的實例包括碳酸亞乙酯、碳酸亞丙酯、Y-丁內(nèi)酯、碳酸二甲酯、碳酸二乙 酯、碳酸甲乙酯、碳酸二丙酯、碳酸乙丙酯、以及通過用鹵素取代碳酸酯的氫而制備的溶劑。 這些溶劑可以單獨使用或者作為包括特定組成比率的多種溶劑的混合物而使用。通常在電池電解質(zhì)中所使用的材料可以被用作鋰鹽，其為電解質(zhì)鹽的一個實 例。其具體實例包括 LiCl、LiBr、LiI、LiC103、LiClO4, LiBF4, LiPF6, LiN03、LiN(CF3SO2)2、 LiN(C2F5SO2) 2、LiAsF6, LiCF3SO3^ LiC (SO2CF3) 3、LiAlCl4 以及 LiSiF60 從氧化穩(wěn)定性的觀點 來看，優(yōu)選LiPFf^n LiBF4。這些鋰鹽可以單獨使用或作為混合物組合使用。用于溶解鋰鹽 的濃度可以為任意的，只要鋰鹽可以被溶解在非水溶劑中即可。鋰離子濃度優(yōu)選相對于非 水溶劑在0. 4mol/kg至2. Omol/kg的范圍內(nèi)。當使用凝膠電解質(zhì)時，利用基質(zhì)聚合物來凝膠化上述電解質(zhì)。基質(zhì)聚合物可以為 與通過在非水溶劑中溶解電解質(zhì)鹽所制備的非水電解液相容并且可以被凝膠化的任何聚 合物。基質(zhì)聚合物的實例包括在重復(fù)單元中包含聚偏二氟乙烯、聚環(huán)氧乙烷、聚環(huán)氧丙烷、 聚丙烯腈和聚甲基丙烯腈的聚合物?？梢詥为毣蚪M合使用這些聚合物。特別地，優(yōu)選將聚偏二氟乙烯和其中將7. 5%以下的六氟丙烯引入到聚偏二氟乙 烯中的共聚物作為基質(zhì)聚合物。這樣的聚合物通常具有在5. OX IO5至7. OX IO5 (50萬至70 萬)范圍內(nèi)的數(shù)均分子量或在2. 1 X IO5 3. 1 X IO5 (21萬至31萬)范圍內(nèi)的重均分子量， 以及在1. 7dl/g 2. ldl/g范圍內(nèi)的本征粘度。隔膜隔膜由諸如陶瓷無紡布的無機材料構(gòu)成的多孔膜或由諸如聚丙烯(PP)或聚乙烯 (PE)的聚烯烴材料構(gòu)成的多孔膜構(gòu)成，并且可以具有包括兩種以上的這些多孔膜的多層結(jié) 構(gòu)。其中，由聚乙烯或聚丙烯構(gòu)成的多孔膜是最有效的。通常，具有5μπι 50μπι厚度的隔膜適合于使用。厚度更優(yōu)選為7 μ m 30 μ m。 如果隔膜過厚，則活性物質(zhì)的填充率下降，從而降低了電池容量和離子導(dǎo)電性，并劣化了電 流特性。如果隔膜過薄，則膜的機械強度下降。電池的制造將如上所制備的凝膠電解質(zhì)溶液均勻地涂覆在正極11和負極12上，以浸漬正極 活性物質(zhì)層和負極活性物質(zhì)層，并且被存儲在正常溫度下或進行干燥步驟，以形成凝膠電 解質(zhì)層14。接著，設(shè)置有凝膠電解質(zhì)層14的正極11、隔膜13a、設(shè)置有凝膠電解質(zhì)層14的負 極12、以及隔膜13b依次堆疊并卷繞，從而形成電池元件10。然后，將電池元件10置于層 壓膜17中的凹部(空間)17a中，以獲得凝膠非水電解質(zhì)二次電池。在該實施方式中，如圖1、圖3A和圖3B所示，利用上述的層壓膜17來封裝電池元 件10，并且對電池元件10的外圍進行熔融粘結(jié)并密封，以獲得電池20。如圖3A和圖3B所 示，在用層壓膜17容納并密封電池元件10后，容納電池元件10的凹部17a的兩側(cè)部(在 下文中，也被稱作“側(cè)密封部”)17b被朝向凹部17a彎曲。
彎曲角θ優(yōu)選在80°至100°的范圍內(nèi)。在小于80°的彎曲角時，凹部17a的兩 側(cè)的側(cè)密封部17b過度敞開，并且這增加了電池20的寬度，并使其很難減小電池20的尺寸 并提高電池20的電池容量。上限值100°是根據(jù)凹部17a的形狀所定義的值。當所容納的 電池元件10具有平坦形狀時，彎曲角的上限值為約100°。用于側(cè)密封部17b處的熱熔結(jié) 合所采取的寬度優(yōu)選為0. 5mm 2. 5mm,并且更優(yōu)選為1. 5mm 2. 5mm。側(cè)密封部17b的彎曲寬度D優(yōu)選等于或大于凹部17a的高度h或電池元件10的 厚度，以減小電池20的尺寸并提高電池20的電池容量。為了減小電池20的尺寸并提高電 池20的電池容量，彎曲次數(shù)優(yōu)選為1。接著，將描述電池組件的制造方法的實施方式。如圖5所示，電池20(即，包括用 層模具17封裝的電池元件10的電池20，電池元件10包括正極11、負極12以及用層模具 17封裝的隔膜13a和13b)具有引出至外部的正極端子15a和負極端子15b。根據(jù)圖4中 所示的電池組件P，多個上述電池20(在圖中所示的實例中為4個)被包括并且通過連接構(gòu) 件31彼此電連接，從而形成電池組G，同時通過保持器33a將電池20保持在一起。在圖4所示的電池組件P中，四個電池20被配置成使得它們前后交替，并且鄰近 電池20的正極端子15a和負極端子15b通過連接構(gòu)件31而彼此連接。換句話說，4個電池 20被串聯(lián)連接。然后，如圖6所示，一端處的電池20的負極端子15b和另一端處的電池20 的正極端子15a被連接至保護電路基板32。保護電路基板32控制包括電池20的電池組G 的電壓和電流。此外，如圖9A所示，在電池組件P中使用具有對應(yīng)于電池20的配置的開口 34的 保持器33A。圖中所示的開口 34具有對應(yīng)于電池20在厚度方向上進行截取的截面的形狀。 由于電池20被固定在開口 34中，所以保持器33A將電池20保持在一起。如圖IOA和圖IOB所示，電池組G和保護電路基板32置于具有開口上端的立方殼 體(成型模)C中，同時使電極端子15a和15b以及保護電路基板32面朝上。應(yīng)當注意，雖 然圖IOA和圖IOB中的附圖中省略了連接構(gòu)件31、保護電路基板32以及保持器33A，但是 它們也與電池組G —起被容納在殼體C中。在該處理過程中，保持器33A起殼體C內(nèi)部的 定位單元的作用，并且有助于進一步提高加工性能和質(zhì)量。隨后，如圖IOC所示，用通過噴嘴供給的、包含形狀保持聚合物、填料等的熔融樹 脂填充容納電池組G和保護電路基板32的殼體C中的空間，并且使樹脂在100°C以下固化， 以制備外封裝件18。結(jié)果，獲得了其中利用外封裝件18—體地包覆電池組G、保護電路基 板32以及其他相關(guān)組件的電池組件P。當與該實施方式中一樣使用殼體C作為成型模時， 殼體C可以是可拆卸的或者可以形成為電池組件P的一部分。當使用高粘性樹脂作為用于形成外封裝件18的樹脂時，通常通過施加壓力來填 充樹脂，以防止在殼體C中的成型空間內(nèi)產(chǎn)生空隙。在該處理過程中，保持器33A表現(xiàn)出將 電池組G和保護電路基板32保持在緊靠壓力填充的樹脂的位置處的定位功能?？蛇x地，樹 脂注入可以分成兩個以上的操作。該實施方式的電池組件P包括具有比使用金屬殼的電池更高的體積能量密度的 多個電池20。即使當使用具有高體積效率的矩形電池20時，也可以實現(xiàn)尺寸精度和機械強 度的提高以及尺寸和重量的減小以及安全性和可靠性的進一步提高。由于電池組件P具有良好的尺寸精度和機械強度并且可以實現(xiàn)尺寸和重量的減小，所以電池組件P可以被用作用于諸如便攜式電話、膝上型計算機和數(shù)碼像機的移動設(shè) 備的電池、用于電動和混合動力汽車的包含高輸出的二次電池、以及用于電動工具的電池。圖7是示出了電池組的另一個實例的示圖。附圖中所示的電池組G具有以相同方 向配置的四個電池20。正極端子15a通過連接構(gòu)件31彼此連接，并且負極端子15b通過不 同的連接構(gòu)件31彼此連接。換句話說，四個電池20并聯(lián)連接。一端處的電池20的正極端 子15a和負極端子15b被連接至保護電路基板32。在這種情況下，如圖9B所示，使用具有 對應(yīng)于電池20的配置的開口 34的保持器33B。圖8是示出了電池組的又一個實例的示圖。在附圖中所示的電池組G中，兩個電 池20的正極端子15a通過連接構(gòu)件31彼此連接，并且兩個電池20的負極端子15b通過另 一個連接構(gòu)件31彼此連接。提供兩組這樣的電池。一組電池20的正極端子15a通過另一 個連接構(gòu)件31被連接至另一組電池20的負極端子15b。換句話說，兩個電池20并聯(lián)連接 以形成一組，并且兩個這樣的組彼此串聯(lián)連接。然后，一組電池20的負極端子15b和另一 組電池20的正極端子15a被連接至保護電路基板32。在這種情況下，如圖9C所示，使用具 有對應(yīng)于電池20的配置的開口 34的保持器33C。保持器可以為具有如圖9D所示的以列和行方式配置的開口 34的保持器33D，或者 為具有如圖9E所示的具有與電池20的主單元的正面形狀相對應(yīng)的形狀的開口 34的保持 名^" 3 3E ο在電池組件中所包括的電池組G中包括的電池20的數(shù)目可以為除4之外的任意 數(shù)目，并且可以根據(jù)期望自由組合串聯(lián)連接和并聯(lián)連接。因此，用于電池組G的保持器也可 以采用除了在附圖中所示的上述那些之外的各種形式。保持器33A 33E中的每一個都如圖1IA 圖1IC所示與電池組G等一起被容納 在成型模中，將電池20保持在一起，將電池20的位置固定在模具中，并且連同電池組G和 保護電路基板32 —起被填充在成型模中的樹脂(外封裝件18) —體地包覆。成型?？梢詾槿鐖D10A、圖10B、圖IOC和圖IlA所示的容納垂直設(shè)置的電池組G 以及保持器33A的殼體C，或者為如圖IlB所示的容納水平設(shè)置的電池組G以及保持器33E 的殼體C。成型?？梢匀鐖DIlC所示通過上裝配模具Dl和下裝配模具D2構(gòu)成，或者可以采 取任意形式，而沒有任何限制。實施例現(xiàn)在，將使用實施例和比較例更詳細地描述本發(fā)明，但是本發(fā)明并不限于這些實 施例。實施例1 18和比較例1 3改變外封裝件(樹脂)的特性，即，形狀保持聚合物和無機填料的類型、載荷下的 變形溫度、玻璃化轉(zhuǎn)變點、伸長率以及固化技術(shù)(固化溫度)，并且通過使用上述制造方法 來制備每個都包括用各自的外封裝件一體地封裝的電池組的電池組件。然后，評價各例的 電池組件的性能。在23°C的溫度下，通過重復(fù)以4. 2V的上限進行15小時的IC恒電流恒電壓充電、 并且IC恒電流放電至2. 5V的最終電壓來確定額定能量密度(Wh/Ι)，其中基于第一次循環(huán) 的放電容量來確定額定能量密度。額定能量密度(Wh/Ι)=(平均放電電壓(V) X額定容量(Ah))/電池體積
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應(yīng)當注意，IC表示電池的理論容量可以在1小時內(nèi)被釋放的電流值。每個電池組件進行0. 2C-50V充電和0. 2C-30V放電，然后進行IC充/放電10次， 使得電池組件在50V下被完全充電(平均電壓4. 17V)。然后，根據(jù)JIS D 1601對電池進 行24小時振動測試。在振動測試中，每個電池組件置于200mmX200mmX200mm的殼體中， 并且用膠帶固定，將IOg的50 μ m的模擬沙子的二氧化硅顆粒置于殼體中，并在水平和垂直 方向上施加具有33Hz頻率和IOG加速度的振動。在振動測試中，每個電池的每層的電壓通 過電壓監(jiān)控接頭被定期監(jiān)控。包括這樣的層的電池被認為是異常電池，該層的電壓從層的 平均電壓下降0.05V以上。記錄異常電池的數(shù)目，并且由這樣的異常電池觀察到的值被排 除在平均值的確定之外。還進行720小時振動測試。還研究了 10000次循環(huán)后的厚度變化率、目視外觀和最 劣化電池的容量保持率以及在過充電測試中觀察到的最大溫度。結(jié)果示于表1和表2中。
從表1和2中顯而易見的是，實施例1 18的電池組件的在24H振動測試、10，000 次循環(huán)后的厚度變化率、目視外觀和最劣化電池的容量保持率以及在過充電測試中所觀察
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^0002到的最大溫度方面都獲得了比比較例1 3更好的結(jié)果。這證明了實施例1 18的電池 組件都具有充分的機械強度以及很高的尺寸精度。特別地，在720H振動測試后，實施例10 18的電池組件保持了良好的外觀，并且 實施例14 18的電池組件實現(xiàn)了零失效。實施例19 39以及比較例4和5改變外封裝件的樹脂、在樹脂中所包含的吸熱劑、吸熱劑的類型(組成)、吸熱反 應(yīng)的起始溫度、添加量以及固化技術(shù)(固化溫度)，并且根據(jù)上面的制造方法來制備每個都 包括用各自的外封裝件一體地包覆的電池組的電池組件。然后，評價各例的電池組件的性 能。額定能量密度(Wh/Ι)如上所述。研究了在60°C下儲存1個月后的尺寸變化，在 50°C、3C、20V的過充電測試中內(nèi)部溫度超過100°C所用的時間，以及在60°C下釘刺測試中 的最大溫度。結(jié)果示于表3和表4中。表3 表 4 如從表3和表4中顯而易見的是，實施例19 39的電池組件在1個月后的尺寸 變化、過充電測試中內(nèi)部溫度超過100°c所需的時間和釘刺測試中的最大溫度方面均獲得 了比比較例4和5更好的結(jié)果。特別地，釘刺測試中的最大溫度顯著低于比較例4和5，證 明了吸熱劑的溫度抑制效果很顯著，并且安全性很高。本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當理解，根據(jù)設(shè)計要求和其他因素，可以進行各種修改、 組合、子組合以及變形，只要它們在所附權(quán)利要求書或其等同物的范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
一種電池組件，包括多個電池，每一個電池都包括通過卷繞或堆疊其間具有隔膜的正極和負極所形成的電池元件，以及封裝所述電池元件的封裝材料；連接構(gòu)件，電連接所述電池以形成電池組；保持裝置，用于將所述電池保持在一起；保護電路基板，連接至所述電池組；以及外封裝件，一體地包覆所述電池組和所述保護電路基板，所述外封裝件通過用樹脂填充容納所述電池組和所述保護電路基板的成型模中的空間、并在100℃以下的溫度下固化所述樹脂而形成。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電池組件，其中，所述外封裝件的所述樹脂包含選自尿烷樹 脂、丙烯酸樹脂和環(huán)氧樹脂中的一種樹脂。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電池組件，其中，所述外封裝件的所述樹脂是選自尿烷樹脂、 丙烯酸樹脂和環(huán)氧樹脂中的可固化樹脂，并且包含由進行吸熱反應(yīng)的化合物構(gòu)成的吸熱 劑。
4.根據(jù)權(quán)利要求2或3所述的電池組件，其中，所述外封裝件的所述樹脂具有5%以上 40%以下的根據(jù)日本工業(yè)標準K-7113的伸長率。
5.根據(jù)權(quán)利要求2或3所述的電池組件，其中，根據(jù)日本工業(yè)標準K-7191，所述外封裝 件的所述樹脂在0. 45MPa載荷下具有60°C以上的變形溫度，或者具有55°C以上的玻璃化轉(zhuǎn) 變溫度Tg。
6.根據(jù)權(quán)利要求2或3所述的電池組件，其中，所述外封裝件的所述樹脂包含含有Al 或Si的氧化物和含有Al或Si的氮化物中的一種。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電池組件，其中，封裝所述電池元件的所述封裝材料為至少 具有一層的薄膜，并且包含聚烯烴和聚乙烯叉類膜中的一種。
8.根據(jù)權(quán)利要求3所述的電池組件，其中，所述化合物在90°C 150°C范圍內(nèi)的溫度下 進行所述吸熱反應(yīng)。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的電池組件，其中，進行所述吸熱反應(yīng)的所述化合物包含選自 氫氧化物、水合物、包合物、水合鹽以及碳酸鹽化合物中的至少一種。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的電池組件，其中，所述氫氧化物是選自銅、鋅、鋁、鈷和鎳的 金屬的氫氧化物。
11.根據(jù)權(quán)利要求9所述的電池組件，其中，所述水合物是選自銅、鋅、鋁、鈷、鈣、鋯、鎳 和鎂的金屬的水合物。
12.根據(jù)權(quán)利要求1至11中任一項所述的電池組件，其中，用于所述電池元件的所述封 裝材料為鋁層壓膜。
13.一種電池組件，包括多個電池，每一個電池都包括通過卷繞或堆疊其間具有隔膜的正極和負極所形成的電 池元件，以及封裝所述電池元件的封裝材料；連接構(gòu)件，電連接所述電池以形成電池組；保持單元，將所述電池保持在一起；保護電路基板，連接至所述電池組；以及外封裝件，一體地包覆所述電池組和所述保護電路基板，所述外封裝件通過用樹脂填 充容納所述電池組和所述保護電路基板的成型模中的空間、并在100°c以下的溫度下固化 所述樹脂而形成。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種電池組件，其包括多個電池，每一個電池都包括通過卷繞或堆疊其間具有隔膜的正極和負極所形成的電池元件，以及封裝該電池元件的封裝材料；連接構(gòu)件，電連接電池以形成電池組；保持裝置，用于將電池保持在一起；保護電路基板，連接至電池組；以及外封裝件，一體地包覆電池組和保護電路基板，該外封裝件通過用樹脂填充容納電池組和保護電路基板的成型模中的空間、并在100℃以下的溫度下固化樹脂而形成。
文檔編號H01M2/10GK101908640SQ20101019061
公開日2010年12月8日 申請日期2010年5月27日 優(yōu)先權(quán)日2009年6月3日
發(fā)明者一宮謙吾, 任田正之, 山本鑒, 梅川雅文, 牧野哲也, 田中健彥 申請人:索尼公司