單體電池以及電池組的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及單體電池以及具備多個單體電池的電池組。
【背景技術(shù)】
[0002]近年來，作為混合型的電動車、純電動車等的動力源，開發(fā)了大容量(Wh)的二次電池，在其中，能量密度(Wh/kg)高的方形的鋰離子二次電池得到了矚目。
[0003]在方形的鋰離子二次電池中，通過將涂覆了正極活性物質(zhì)的正極箔、涂覆了負(fù)極活性物質(zhì)的負(fù)極箔以及用于使它們分別絕緣的分隔器重疊卷繞來形成扁平形狀的卷繞電極群。卷繞電極群與設(shè)置于電池蓋的正極外部端子以及負(fù)極外部端子電連接。卷繞電極群被收容于電池罐，電池罐的開口部通過電池蓋被密封焊接。二次電池是通過在從收容了卷繞電極群的電池容器的注液孔被注入電解液之后，插入注液栓并利用激光焊接進(jìn)行密封焊接而形成的。
[0004]通過利用匯流條等導(dǎo)通部件對多個上述方形的鋰離子二次電池(單體電池)的正極外部端子和負(fù)極外部端子進(jìn)行電連接來形成電池組，通過利用引線等導(dǎo)通部件對外部端子和外部設(shè)備進(jìn)行電連接，能夠向外部設(shè)備供給電力、或者能夠通過外部發(fā)電電力對二次電池進(jìn)行充電。
[0005]根據(jù)電化學(xué)上的理由，正極外部端子用純鋁或者鋁合金制作，負(fù)極外部端子用純銅或者銅合金制作。因此，在對一個單體電池的正極外部端子和另一單體電池的負(fù)極外部端子進(jìn)行電連接的情況下，在充放電電流路徑形成異種金屬界面。
[0006]如果異種金屬界面區(qū)域與外界的腐蝕性物質(zhì)相接，則形成電化學(xué)的局部電池，發(fā)生離子化傾向比純銅、銅合金大的純鋁、鋁合金腐蝕的所謂流電(galvanic)腐蝕現(xiàn)象，存在由純鋁或者鋁合金構(gòu)成的部件斷開的擔(dān)心。
[0007]在專利文獻(xiàn)I中，記載了如下的二次電池:在由銅構(gòu)成的端子與由鋁構(gòu)成的固定具之間，設(shè)置由具有銅與鋁之間的離子化傾向的鎳、不銹鋼等構(gòu)成的防腐蝕部件，能夠抑制流電腐蝕的發(fā)生。
[0008]現(xiàn)有技術(shù)文獻(xiàn)
[0009]專利文獻(xiàn)
[0010]專利文獻(xiàn)1:日本特開2011-77039號公報

【發(fā)明內(nèi)容】

[0011]發(fā)明所要解決的技術(shù)問題
[0012]在專利文獻(xiàn)I記載的二次電池中，在鎳與鋁之間產(chǎn)生電化學(xué)的電位差，所以發(fā)生鋁的流電腐蝕，產(chǎn)生由鋁構(gòu)成的部件的變薄。其結(jié)果，存在如下的擔(dān)心:在鎳與鋁的界面中接觸電阻增加，二次電池的輸出降低。
[0013]解決技術(shù)問題的技術(shù)方案
[0014]根據(jù)本發(fā)明的第I方式，單體電池具備:結(jié)合部件，在充放電電流的電流路徑結(jié)合第I金屬和第2金屬，形成有第I金屬與第2金屬的界面；以及犧牲防腐層，在結(jié)合部件中，與至少第I金屬以及第2金屬的某一方相接地配置，第I金屬是純鋁或者鋁合金，第2金屬是純銅或者銅合金，犧牲防腐層由離子化傾向比第I金屬大的材質(zhì)構(gòu)成。
[0015]根據(jù)本發(fā)明的第2方式，電池組具備多個單體電池，單體電池彼此被電連接，該電池組具備:結(jié)合部件，在充放電電流的電流路徑結(jié)合第I金屬和第2金屬，形成有第I金屬和第2金屬的界面；以及犧牲防腐層，在結(jié)合部件中，與至少第I金屬以及第2金屬的某一方相接地配置，第I金屬是純鋁或者鋁合金，第2金屬是純銅或者銅合金，犧牲防腐層由離子化傾向比第I金屬大的材質(zhì)構(gòu)成。
[0016]發(fā)明效果
[0017]根據(jù)本發(fā)明，能夠防止純鋁或者鋁合金與純銅或者銅合金的界面的腐蝕所引起的接觸電阻增加，能夠在長期防止電池的輸出降低。
【附圖說明】
[0018]圖1是第I實施方式的電池組的俯視圖。
[0019]圖2是示出構(gòu)成圖1的電池組的單體電池的外觀的立體圖。
[0020]圖3是示出圖2的單體電池的結(jié)構(gòu)的分解立體圖。
[0021]圖4是示出圖3的卷繞電極群的立體圖。
[0022]圖5(a)是示出第I實施方式的電池組的匯流條中所設(shè)置的犧牲防腐部件的圖，(b)是(a)的C部放大圖，(C)是示出與(b)所示的匯流條不同的結(jié)構(gòu)的匯流條的圖。
[0023]圖6(a)是示出圖5的匯流條的腐蝕表面的腐蝕電流密度的分析結(jié)果的圖，(b)是示出圖5的匯流條的分析模型的圖。
[0024]圖7(a)是示出未設(shè)置犧牲防腐部件的匯流條的腐蝕表面的腐蝕電流密度的分析結(jié)果的圖，(b)是示出未設(shè)置犧牲防腐部件的匯流條的分析模型的圖。
[0025]圖8(a)是示出在鋁與銅之間設(shè)置了鎳的匯流條的腐蝕表面的腐蝕電流密度的分析結(jié)果的圖，(b)是示出在鋁與銅之間設(shè)置了鎳的匯流條的分析模型的圖。
[0026]圖9是示出第I實施方式的變形例⑴的電池組的匯流條中所設(shè)置的犧牲防腐部件的圖。
[0027]圖10 (a)是示出圖9的匯流條的腐蝕表面的腐蝕電流密度的分析結(jié)果的圖，(b)是示出圖9的匯流條的分析模型的圖。
[0028]圖11是說明鋁與銅的界面、和與犧牲防腐部件的距離X的關(guān)系的圖。
[0029]圖12是示出距離X與腐蝕電流的關(guān)系的曲線圖。
[0030]圖13是示出第I實施方式的變形例(2)的電池組的匯流條中所設(shè)置的犧牲防腐部件的圖。
[0031]圖14(a)是示出圖13的匯流條的腐蝕表面的腐蝕電流密度的分析結(jié)果的圖，(b)是示出圖13的匯流條的分析模型的圖。
[0032]圖15是示出第I實施方式的變形例(3)的電池組的匯流條中所設(shè)置的犧牲防腐部件的圖。
[0033]圖16(a)是示出圖15的匯流條的腐蝕表面的腐蝕電流密度的分析結(jié)果的圖，(b)是示出圖15的匯流條的分析模型的圖。
[0034]圖17是示出構(gòu)成第2實施方式的電池組的單體電池的正極外部端子中所設(shè)置的犧牲防腐部件的圖。
[0035]圖18是示出構(gòu)成第2實施方式的變形例的電池組的單體電池的負(fù)極外部端子中所設(shè)置的犧牲防腐部件的圖。
[0036]圖19是示出與第3實施方式的電池組的匯流條以及單體電池的正極外部端子這兩者相接地配置的犧牲防腐部件的圖。
[0037]圖20是示出與第3實施方式的變形例的電池組的匯流條以及單體電池的負(fù)極外部端子這兩者相接地配置的犧牲防腐部件的圖。
[0038]圖21是示出與第4實施方式的電池組的匯流條以及單體電池的正極外部端子這兩者相接地配置的犧牲防腐部件的圖。
[0039]圖22是示出與第4實施方式的變形例的電池組的匯流條以及單體電池的負(fù)極外部端子這兩者相接地配置的犧牲防腐部件的圖。
[0040]圖23是示出構(gòu)成第5實施方式的電池組的單體電池的正極外部端子中所設(shè)置的犧牲防腐部件的圖。
[0041]圖24是示出構(gòu)成第5實施方式的變形例的電池組的單體電池的負(fù)極外部端子中所設(shè)置的犧牲防腐部件的圖。
[0042]圖25是示出層疊矩形形狀的正極電極以及負(fù)極電極而成的層疊電極群的圖。
【具體實施方式】
[0043]以下，參照附圖，說明將本發(fā)明應(yīng)用于在混合型的電動車、純電動車上搭載的蓄電裝置中嵌入的、且具備多個方形鋰離子二次電池(以下記載為單體電池)的電池組的實施方式。
[0044]—第I實施方式一
[0045]圖1是本發(fā)明的第I實施方式的電池組的俯視圖。如圖1所示，在電池組中，鄰接地設(shè)置了串聯(lián)地連接了 9個單體電池100的第I單元群組10A、和串聯(lián)地連接了 9個單體電池100的第2單元群組1B。
[0046]構(gòu)成第I單元群組1A的單體電池100是扁平的長方體形狀，以使在側(cè)面中具有寬的面積的寬面彼此對置的方式被排列配置。同樣地，構(gòu)成第2單元群組1B的單體電池100是扁平的長方體形狀，以使在側(cè)面中具有寬的面積的寬面彼此對置的方式被排列配置。
[0047]關(guān)于構(gòu)成第I單元群組1A的單體電池100，以使正極外部端子141以及負(fù)極外部端子151的位置逆轉(zhuǎn)的方式，朝向反轉(zhuǎn)而配置。相鄰的各單體電池100的正極外部端子141和負(fù)極外部端子151通過作為矩形平板狀的導(dǎo)通部件的匯流條110而電連接。同樣地，關(guān)于構(gòu)成第2單元群組1B的單體電池100，以使正極外部端子141以及負(fù)極外部端子151的位置逆轉(zhuǎn)的方式，朝向反轉(zhuǎn)而配置。相鄰的各單體電池100的正極外部端子141和負(fù)極外部端子151通過作為矩形平板狀的導(dǎo)通部件的匯流條110而電連接。
[0048]匯流條110、111通過激光焊接與正極外部端子141以及負(fù)極外部端子151連接。
[0049]對圖1所示的由第I單元群組1A以及第2單元群組1B構(gòu)成的電池組，與其它電池組串聯(lián)或者并聯(lián)地通過匯流條112電連接、或者與未圖示的電力取出用的端子通過匯流條112連接，經(jīng)由與電力取出用的端子連接的引線等與外部設(shè)備電連接。
[0050]對構(gòu)成電池組的單體電池100進(jìn)行說明。構(gòu)成電池組的各單體電池100分別是相同的構(gòu)造。圖2是示出單體電池100的外觀的立體圖，圖3是示出單體電池100的結(jié)構(gòu)的分解立體圖。
[0051]如圖2以及圖3所示，單體電池100是扁平的長方體形狀，具備由電池罐101和電池蓋102構(gòu)成的電池容器。電池罐101以及電池蓋102的材質(zhì)是鋁等。
[0052]如圖3所示，在電池罐101中收容了卷繞電極群170。電池罐101具有一對寬面101a、一對窄面101b、以及底面101c，形成為一端開口的有底箱狀。卷繞電極群170以被絕緣殼體108包覆的狀態(tài)被收容于電池罐101。絕緣殼體108的材質(zhì)是聚丙烯、聚對苯二甲酸乙二酯等具有絕緣性的樹脂。由此，電池罐101的底面以及側(cè)面、和卷繞電極群170被電絕緣。
[0053]如圖2以及圖3所示，電池蓋102是矩形平板狀，以遮住電池罐101的開口的方式被激光焊接。即，電池蓋102對電池罐101的開口進(jìn)行密封。在電池蓋102，配設(shè)了正極外部端子141以及負(fù)極外部端子151。
[0054]正極外部端子141經(jīng)由正極集電體180與卷繞電極群170的正極電極174電連接，負(fù)極外部端子151經(jīng)由負(fù)極集電體190與卷繞電極群170的負(fù)極電極175電連接。因此，經(jīng)由正極外部端子141以及負(fù)極外部端子151對外部負(fù)載供給電力、或者、經(jīng)由正極外部端子141以及負(fù)極外部端子151對卷繞電極群170供給外部發(fā)電電力而充電。
[0055]如圖3所示，在電池蓋102，貫穿設(shè)置了用于向電池容器內(nèi)注入電解液的注液孔106a。在電解液注入之后，通過注液栓106b，對注液孔106a進(jìn)行密封。作為電解液，例如，能夠使用在碳酸乙烯酯等碳酸酯系的有機(jī)溶劑中溶解了六氟化磷酸鋰(LiPF6)等鋰鹽的非水電解液。
[0056]如圖2所示，在電池蓋102的表面，凹設(shè)了氣體排出閥103。氣體排出閥103是以使內(nèi)壓作用時的應(yīng)力集中程度相對地變高的方式，通過利用加壓加工使電池蓋102部分性地薄壁化而形成的。氣體排出閥103在單體電池100由于過充電等異常而發(fā)熱并發(fā)生氣體、電池容器內(nèi)的壓力上升而達(dá)到規(guī)定壓力(例如約IMPa)時開裂，通過從內(nèi)部排出氣體而使電池容器內(nèi)的壓力降低。
[0057]如圖3所示，在電池蓋102，安裝正極外部端子141、負(fù)極外部端子151、正極集電體180、以及負(fù)極集電體190。在正極外部端子141與電池蓋102之間、以及負(fù)極外部端子151與電池蓋102之間，分別配置端子接受部161。在正極集電體180與電池蓋102之間、以及負(fù)極集電體190與電池蓋102之間，分別配置集電體接受部160。
[0058]根據(jù)電化學(xué)的理由，用純鋁或者鋁合金制作正極外部端子141及正極集電體180、以及后述的卷繞電極群170的正極箔171。用純銅或者銅合金制作負(fù)極外部端子151及負(fù)極集電體190、以及后述的卷繞電極群170的負(fù)極箔172。所謂純鋁，并非指100%純度的鋁，而是也可以包含在通常的精煉工序、制造工序中不可避免地混入的雜質(zhì)。所謂鋁合金，包含不可避免的雜質(zhì)，相比于其它成分，將鋁包含最多即可。即，鋁合金是指以鋁為主成分的合金。同樣地，所謂純銅，并非指100%純度的銅，而是也可以包含在通常的精煉工序、制造工序中不可避免地混入的雜質(zhì)。所謂銅合金，包含不可避免的雜質(zhì)，相比于其它成分，將銅包含最多即可。即，銅合金是指以銅為主成分的合金。以下，將純鋁或者鋁合金記載為鋁，將純銅或者銅合金記載為銅。
[0059]正極外部端子141具有長方體形狀的基部141a、和從基部141a的電池蓋102側(cè)的面朝向電池蓋102側(cè)突出的突部?；?