ГЕРМЕТИЧНАЯ АККУМУЛЯТОРНАЯ БАТАРЕЯ Российский патент 2018 года по МПК H01M10/48 H01M2/20 

ПРЕДПОСЫЛКИ ИЗОБРЕТЕНИЯ

1. Область техники, к которой относится изобретение

[0001] Настоящее изобретение относится к герметичной аккумуляторной батарее и, в частности, к прямоугольной герметичной аккумуляторной батарее, включающей в себя слоистый электродный блок с конструкцией, в которой поочередно наслоены множество листов положительного и отрицательного электродов.

2. Описание предшествующего уровня техники

[0002] Герметичные аккумуляторные батареи, к примеру, литий-ионные аккумуляторные батареи и никель-металлогидридные аккумуляторные батареи, используются не только в качестве так называемых портативных источников питания для компьютеров, мобильных терминалов и т.п., но и в последние годы предпочтительно используются в качестве источников питания для приведения в движение транспортных средств. В частности, легкие литий-ионные аккумуляторные батареи с высокой плотностью энергии являются предпочтительными в качестве источника питания с высокой выходной мощностью для приведения в движение транспортного средства, такого как электротранспортное средство (EV), гибридное транспортное средство со штепсельным соединением для заряда от внешнего источника (PHV) и гибридное транспортное средство (HV), и поэтому ожидается увеличение спроса на них в будущем. Герметичная аккумуляторная батарея представляет собой батарею с такой конструкцией, в которой электродный блок, имеющий в своем составе положительные и отрицательные электроды и электролит, заключен в прямоугольном (коробчатом) жестком кожухе, изготовленном обычно из металла, а проем кожуха герметизирован. В качестве примера общей формы электродного блока, заключенного в герметичной аккумуляторной батарее, можно привести так называемый слоистый электродный блок с конструкцией, в которой прямоугольные листовые положительные и отрицательные электроды (в дальнейшем называемые "листами положительного электрода" и "листами отрицательного электрода") поочередно наслоены с размещенными между ними сепараторами. Поскольку емкость батареи в расчете на единицу объема является относительно большой, слоистый электродный блок с такой конструкцией представляет собой подходящий для приведения в движение транспортного средства источник питания, от которого требуются большая емкость и высокая выходная мощность, и размер батареи или емкость батареи можно легко регулировать посредством увеличения или уменьшения числа наслоенных листов положительного и отрицательного электродов. Например, в публикации заявки на патент Японии № 2015-210922 (JP 2015-210922 А) описывается пример слоистого электродного блока, входящего в состав литий-ионной аккумуляторной батареи с герметичной конструкцией. Раскрытый в JP 2015-210922 А слоистый электродный блок обладает особенностью токоотводящей конструкции, в которой наслаиваемые листы положительного электрода и листы отрицательного электрода выполняют таким образом, что из частей краев листов выступают лепестковые выводы, и после того, как слоистый электродный блок сформирован, лепестковые выводы положительных и отрицательных электродов накладываются и соединяются с контактными выводами положительных и отрицательных электродов для внешнего соединения.

[0003] Между тем, поскольку слоистый электродный блок имеет конструкцию, в которой листы положительного электрода и листы отрицательного электрода поочередно наслоены с размещенными между ними сепараторами, конструктивная стабильность является относительно низкой. Следовательно, чтобы поддерживать высокоскоростные заряд и разряд, подходящие для источника питания для приведения в движение транспортного средства в течение длительного времени, важно, чтобы конструкция слоистого электродного блока стабильно поддерживалась в кожухе герметичной батареи. Например, чтобы предотвращать встряхивание слоистого электродного блока в кожухе, между размещенным в кожухе слоистым электродным блоком и внутренней стенкой кожуха размещается прокладка (регулирующий толщину элемент), чтобы заполнять зазор, что описывается в JP 2015-210922 А. Помимо этого, чтобы минимизировать позиционное отклонение между наслоенными листами положительного и отрицательного электродов, от одной широкой поверхности (одной боковой поверхности на одном из концов слоистого электродного блока согласно форме листов положительного и отрицательного электродов в направлении наслаивания, идентично далее) к другой широкой поверхности прикрепляется удерживающая лента, накрывающая поверхность пакета (боковую поверхность слоистого электродного блока в направлении наслаивания листов положительного и отрицательного электрода, идентично далее) слоистого электродного блока.

СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ

[0004] Тем не менее, конструкция для поддержания слоистого электродного блока в описанном в JP 2015-210922 А аспекте не является удовлетворительной, когда он установлен в транспортном средстве, которое вибрирует при движении, и по-прежнему имеется пространство для улучшения. Кроме того, токоотводящая конструкция (конструкция с лепестковыми выводами) слоистого электродного блока в описанном в JP 2015-210922 А аспекте не является удовлетворительной в качестве источника питания для приведения в движение транспортного средства, которому требуются быстрые, высокоскоростные заряд и разряд относительно сильным током при движении с вибрацией, и также имеется пространство для улучшения токоотводящей конструкции. Настоящее изобретение относится к герметичной аккумуляторной батарее, включающей в себя слоистый электродный блок, которая является особенно подходящей в качестве источника питания для приведения в движение транспортного средства (бортовой аккумуляторной батареи) и позволяет получать высокую емкость. Настоящее изобретение предоставляет герметичную аккумуляторную батарею с токоотводящей конструкцией, которая имеет выгодную конструктивную стабильность (устойчивость) при монтаже в транспортном средстве и превосходные характеристики высокоскоростного заряда и разряда.

[0005] Настоящее изобретение предлагает аккумуляторную батарею с герметичной конструкцией (герметичную аккумуляторную батарею), которая включает в себя слоистый электродный блок с конструкцией, в которой положительный электрод, включающий в себя прямоугольный листовой токоотвод положительного электрода и сформированный на этом токоотводе слой активного материала положительного электрода, и отрицательный электрод, включающий в себя прямоугольный листовой токоотвод отрицательного электрода и сформированный на этом токоотводе слой активного материала отрицательного электрода, поочередно наслоены с сепаратором между ними, электролит и прямоугольный кожух. В герметичной аккумуляторной батарее по данному аспекту настоящего изобретения прямоугольный кожух включает в себя тело кожуха, в котором заключены слоистый электродный блок и электролит, и крышку для закрытия проема кожуха. Помимо этого, на одном конце каждого из положительного электрода и отрицательного электрода в направлении длинной стороны образована открытая часть токоотвода, не имеющая слоя активного материала, в направлении короткой стороны. Следовательно, слоистый электродный блок имеет конфигурацию, в которой открытые части токоотводов положительных электродов наслоены на одном конце в направлении длинной стороны, а открытые части токоотводов отрицательных электродов наслоены на другом конце в направлении длинной стороны. При этом отводящая ток положительных электродов деталь и отводящая ток отрицательных электродов деталь прикреплены к стороне внутренней поверхности крышки кожуха. Часть отводящей ток положительных электродов детали и часть наслоенных открытых частей токоотводов положительных электродов соединены между собой, и часть отводящей ток отрицательных электродов детали и часть наслоенных открытых частей токоотводов отрицательных электродов соединены между собой.

[0006] В герметичной аккумуляторной батарее, имеющей вышеуказанную конфигурацию, открытая часть токоотвода положительного электрода и открытая часть токоотвода отрицательного электрода слоистого электродного блока с вышеуказанной конфигурацией соединены (обычно соединены сваркой) с соответственно отводящей ток положительных электродов деталью и отводящей ток отрицательных электродов деталью, прикрепленным к стороне внутренней поверхности крышки. Таким образом, внутри прямоугольного кожуха заключен слоистый электродный блок, который объединен с крышкой через отводящую ток положительных электродов деталь и отводящую ток отрицательных электродов деталь. Поэтому в герметичной аккумуляторной батарее с данной конфигурацией можно зафиксировать положение и ориентацию слоистого электродного блока в кожухе батареи, в котором крышка и тело кожуха соединены между собой и герметизированы. В результате можно предотвратить встряхивание слоистого электродного блока внутри кожуха. Таким образом, в герметичной аккумуляторной батарее с данной конфигурацией можно реализовывать предпочтительную конструктивную стабильность слоистого электродного блока.

[0007] Помимо этого, в одном аспекте раскрытой здесь герметичной аккумуляторной батареи участок соединения между отводящей ток положительных электродов деталью и открытой частью токоотвода положительного электрода и участок соединения между отводящей ток отрицательных электродов деталью и открытой частью токоотвода отрицательного электрода сформированы в положениях, при которых, когда полная длина в направлении короткой стороны каждой из открытых частей токоотводов положительного электрода и отрицательного электрода с использованием конца рядом с крышкой в качестве начальной точки задана как L, расстояние от конца рядом с крышкой в направлении короткой стороны меньше L/2. В герметичной аккумуляторной батарее с вышеуказанной конфигурацией участки соединения слоистого электродного блока со стороны положительного электрода и со стороны отрицательного электрода сформированы в положениях, при которых расстояние от конца рядом с крышкой (в общем, с верхней поверхностью прямоугольного кожуха, когда батарея используется обычным образом) в направлении короткой стороны меньше L/2. Другими словами, участок сварки в смотанном электродном блоке, объединенном с крышкой, сформирован на стороне рядом с крышкой. Авторы изобретения подробно проанализировали взаимозависимость между участком соединения между слоистым электродным блоком и отводящей ток положительных электродов деталью и участком соединения между слоистым электродным блоком и отводящей ток отрицательных электродов деталью и внутренним сопротивлением батареи. В результате было обнаружено, что внутреннее сопротивление (сопротивление элементов внутри батареи) сильно изменяется в зависимости от положения (т.е. расстояния в направлении короткой стороны), в котором сформированы участки соединения. Таким образом, в герметичной аккумуляторной батарее с данной конфигурацией, когда участок соединения между слоистым электродным блоком и отводящей ток положительных электродов деталью и участок соединения между слоистым электродным блоком и отводящей ток отрицательных электродов деталью предусмотрены в положениях, при которых расстояние в направлении короткой стороны меньше L/2, можно минимизировать внутреннее сопротивление батареи. Поэтому в герметичной аккумуляторной батарее с данной конфигурацией можно реализовывать выгодную токоотводящую конструкцию слоистого электродного блока.

[0008] Кроме того, если участки соединения предусмотрены в описанных выше положениях, когда в кожухе выделяется газ (обычно образующийся при разложении электролита) вследствие неожиданного анормального состояния, такого как анормальный нагрев в случае избыточного заряда или внутреннего короткого замыкания, участки соединения (и их окрестности), предусмотренные на стороне рядом с крышкой (т.е. смежной с крышкой), могут служить в качестве помех (барьеров) на пути потока, по которому выделившийся в слоистом электродном блоке газ вытекает наружу из электродного блока. Следовательно, бóльшая часть выделившегося в слоистом электродном блоке газа обязательно вытекает из части электродного блока наружу через крышку, и можно предотвратить накопление выделившихся внутри слоистого электродного блока газов со стороны крышки. Соответственно, в дополнение к конструктивной стабильности, может быть реализован более высокий уровень безопасности.

[0009] В другой форме герметичной аккумуляторной батареи раскрытого здесь аспекта участок соединения между отводящей ток положительных электродов деталью и открытой частью токоотвода положительного электрода и участок соединения между отводящей ток отрицательных электродов деталью и открытой частью токоотвода отрицательного электрода могут быть сформированы в положениях, при которых расстояние от конца рядом с крышкой в направлении короткой стороны меньше L/4. В такой конфигурации можно дополнительно минимизировать внутреннее сопротивление батареи, и может быть реализована более выгодная токоотводящая конструкция.

[0010] В еще одной форме герметичной аккумуляторной батареи раскрытого здесь аспекта участок соединения между отводящей ток положительных электродов деталью и открытой частью токоотвода положительного электрода и участок соединения между отводящей ток отрицательных электродов деталью и открытой частью токоотвода отрицательного электрода могут быть сформированы в положениях, при которых, когда общая толщина слоистого электродного блока в направлении наслаивания задана как D, расстояние от конца рядом с крышкой в направлении короткой стороны составляет D/2 или менее. В такой конфигурации можно дополнительно минимизировать внутреннее сопротивление батареи, и может быть реализована более выгодная токоотводящая конструкция.

[0011] Сепаратор раскрытого здесь слоистого электродного блока может включать в себя адгезив для улучшения адгезии к обращенному к нему положительному или отрицательному электроду. Когда в качестве сепаратора слоистого электродного блока используется сепаратор, включающий в себя адгезив (в дальнейшем называемый "сепаратором с адгезивом"), можно дополнительно минимизировать позиционное отклонение между наслоенными листами положительного электрода и отрицательного электрода. Следовательно, можно дополнительно повысить конструктивную стабильность слоистого электродного блока в прямоугольном кожухе. При этом сепаратор может представлять собой независимый и отдельный элемент, отличающийся от положительного электрода и отрицательного электрода, или может быть выполнен заодно в виде слоя на поверхностях положительного электрода и/или отрицательного электрода заранее.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

[0012] Ниже будут описаны признаки, преимущества и техническая и промышленная значимость примерных вариантов осуществления изобретения со ссылкой на прилагаемые чертежи, на которых аналогичные номера обозначают аналогичные элементы и на которых:

Фиг. 1 – вид в перспективе, схематично показывающий внешний вид герметичной аккумуляторной батареи (литий-ионной аккумуляторной батареи) согласно варианту осуществления;

Фиг. 2 – пояснительный рисунок, схематично показывающий конструктивные элементы слоистого электродного блока согласно варианту осуществления;

Фиг. 3 – вид в перспективе, схематично показывающий конфигурацию слоистого электродного блока согласно варианту осуществления;

Фиг. 4 – рисунок, описывающий сборку объединенного с крышкой токоотводного узла и слоистого электродного блока согласно варианту осуществления;

Фиг. 5 – вид спереди, схематично показывающий участки соединения между отводящими ток положительных и отрицательных электродов деталями и открытыми частями токоотводов положительного и отрицательного электродов согласно варианту осуществления;

Фиг. 6 – вид сбоку со стороны положительного электрода, схематично показывающий участки соединения между отводящими ток положительных и отрицательных электродов деталями и открытыми частями токоотводов положительного и отрицательного электрода согласно варианту осуществления;

Фиг. 7 – вид спереди, схематично показывающий состояние, в котором объединенный с крышкой токоотводный узел и слоистый электродный блок устанавливаются в теле кожуха согласно одному варианту осуществления;

Фиг. 8 – вид спереди, схематично показывающий состояние, в котором объединенный с крышкой токоотводный узел и слоистый электродный блок устанавливаются в теле кожуха согласно другому варианту осуществления;

Фиг. 9 – рисунок, описывающий форму листа сепаратора и состояние размещения листов положительного и отрицательного электродов согласно другому варианту осуществления; и

Фиг. 10 показывает график, горизонтальная ось которого представляет участок соединения (мм) между отводящими ток положительных и отрицательных электродов деталями и открытыми частями токоотводов положительного и отрицательного электродов, а вертикальная ось которого представляет значение сопротивления элементов (мкОм).

ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ВАРИАНТОВ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ

[0013] В качестве примера описанной здесь герметичной аккумуляторной батареи ниже со ссылкой на чертежи подробно описывается предпочтительный вариант осуществления литий-ионной аккумуляторной батареи. Компоненты, отличные от конкретно упомянутых в этом подробном описании, которые требуются для реализации, могут быть поняты специалистами в данной области техники в качестве конструктивных аспектов на основе предшествующего уровня техники. Настоящее изобретение может быть реализовано на основе содержания, раскрытого в этом подробном описании, и общеизвестных технических знаний в данной области техники. Хотя нижеприведенный вариант осуществления относится к литий-ионной аккумуляторной батареи, варианты осуществления настоящего изобретения не ограничены литий-ионной аккумуляторной батареей, и настоящее изобретение может надлежащим образом применяться к другим герметичным вторичным батареям, например, к конденсатору с двойным электрическим слоем, литий-ионному конденсатору и натрий-ионной аккумуляторной батарее. В этом подробном описании "активный материал" означает вещество, участвующее в поглощении и высвобождении носителей заряда (например, ионов лития в литий-ионной аккумуляторной батарее) на стороне положительного электрода или на стороне отрицательного электрода. При этом диапазон числовых значений A-B (A и B являются произвольными числами) в этом подробном описании указывает A или более и B или менее.

[0014] В качестве примера раскрытой здесь герметичной аккумуляторной батареи ниже примерно иллюстрируется литий-ионная аккумуляторная батарея в форме, в которой слоистый электродный блок и электролит (в данном варианте осуществления – неводный электролит) заключены в прямоугольном кожухе (т.е. коробчатой формы в виде прямоугольного параллелепипеда). Размеры (длина, ширина, толщина и т.п.) на чертежах не отражают фактические размеры. Помимо этого, конструктивные элементы и детали, имеющие идентичные функции, обозначаются идентичными ссылочными номерами, а их избыточные описания исключаются или упрощаются.

[0015] Как показано на фиг. 1, литий-ионная батарея 10 согласно настоящему варианту осуществления представляет собой герметичную аккумуляторную батарею, имеющую конфигурацию, в которой плоский слоистый электродный блок 50 (см. фиг. 3), который будет описан ниже, заключен в плоском прямоугольном кожухе 12 (т.е. внешнем контейнере батареи 10), соответствующем форме слоистого электродного блока 50, вместе с электролитом (не показан, здесь – неводным электролитом). Прямоугольный кожух 12 включает в себя тело 14 кожуха, имеющее коробчатую форму (т.е. форму прямоугольного параллелепипеда с дном), один конец которого (соответствующий верхней поверхности в состоянии обычного использования батареи 10) является открытым (т.е. имеет проем), и крышку 16, которая прикреплена к проему и включает в себя прямоугольную пластинчатую деталь, которая закрывает этот проем. Когда крышка 16 приваривается по периметру проема тела 14 кожуха, образуется прямоугольный кожух 12, имеющий шестигранную герметичную конструкцию, включающую в себя пару широких поверхностей кожуха, которые обращены к широкой поверхности плоского слоистого электродного блока, и четыре прямоугольных боковых поверхности (т.е. крышка 16 выполнена на одной верхней поверхности из них), смежных с широкой поверхностью кожуха. Хотя они не ограничены конкретным образом, в качестве предпочтительных примеров размеров прямоугольного кожуха батареи этого типа можно привести длину от 80 мм до 200 мм для длинной стороны тела 14 кожуха и крышки 16; длину от 8 мм до 40 мм для короткой стороны тела 14 кожуха и крышки 16 (т.е. толщину кожуха 12); и высоту от 70 мм до 150 мм для кожуха 12. Размер слоистого электродного блока может быть охарактеризован как размер, при котором слоистый электродный блок может быть заключен в используемом прямоугольном кожухе, и не ограничен конкретным образом.

[0016] Материалы прямоугольного кожуха 12 (тела 14 кожуха и крышки 16) могут быть идентичными материалам, используемым в герметичных аккумуляторных батареях уровня техники, и не ограничены конкретным образом. Кожух 12, который в основном включает в себя легкий металлический материал с подходящей теплопроводностью, является предпочтительным. Примеры таких металлических материалов включают алюминий, нержавеющую сталь и никелированную сталь. Как показано на фиг. 1, контактный вывод 18 отрицательного электрода и контактный вывод 20 положительного электрода для внешнего соединения выполнены заодно на стороне внешней поверхности крышки 16. К этим внешним контактным выводам 18 и 20 положительного и отрицательного электродов могут быть подключены контактные выводы внешнего соединения, имеющие соответствующие формы, согласно виду применения литий-ионной аккумуляторной батареи 10 по настоящему варианту осуществления. При этом между обоими контактными выводами 18 и 20 крышки 16 образованы тонкостенный предохранительный клапан 40, выполненный с возможностью сбрасывать внутреннее давление, когда внутреннее давление в кожухе 12 увеличивается до предварительно заданного уровня или выше, и отверстие 42 для впрыска жидкости, через которое подается неводный электролит. Фиг. 1 показывает состояние после завершения впрыскивания жидкости, и отверстие 42 для впрыска жидкости запечатано герметизирующим материалом 43. При этом механизм действия предохранительного клапана 40 и вид герметизации отверстия для впрыска жидкости идентичны таковым у батарей этого типа в уровне техники, и специальные конфигурации не являются обязательными.

[0017] Как показано на фиг. 2, слоистый электродный блок 50 по настоящему варианту осуществления имеет конфигурацию, в которой прямоугольный лист 51 положительного электрода и лист 55 отрицательного электрода, имеющий идентичную прямоугольную форму с листом 51 положительного электрода, поочередно наслоены с размещенным между ними листовым сепаратором 58, имеющим идентичную прямоугольную форму. В листе 51 положительного электрода слой 53 активного материала положительного электрода сформирован на обеих поверхностях длинного листового токоотвода 52 положительного электрода. В листе 55 отрицательного электрода слой 57 активного материала отрицательного электрода сформирован на обеих поверхностях длинного листового токоотвода 56 отрицательного электрода. Тем не менее, как показано на фиг. 2, на одном конце прямоугольного токоотвода 52 положительного электрода в направлении длинной стороны образована открытая часть 52A токоотвода положительного электрода, не имеющая слоя 53 активного материала положительного электрода, в форме полоски в направлении короткой стороны. Аналогично, на другом конце прямоугольного токоотвода 56 отрицательного электрода в направлении длинной стороны образована открытая часть 56A токоотвода отрицательного электрода, не имеющая слоя 57 активного материала отрицательного электрода, в форме полоски в направлении короткой стороны.

[0018] Как показано на фиг. 2 и фиг. 3, лист 51 положительного электрода и лист 55 отрицательного электрода наслаиваются таким образом, что они немного сдвинуты по положению друг от друга в направлении длинной стороны, и открытая часть 52A токоотвода положительного электрода выступает из одного конца сепаратора 58 в направлении длинной стороны, а открытая часть 56A токоотвода отрицательного электрода выступает из другого конца. В результате, как показано на фиг. 3, на одном конце и другом конце слоистого электродного блока 50 в направлении длинной стороны образуются соответственно участок, на котором наслаиваются открытые части 52A токоотводов положительных электродов, и участок, на котором наслаиваются открытые части 56A токоотводов отрицательных электродов. При этом в слоистом электродном блоке 50 по настоящему варианту осуществления, с учетом выгодного и стабильного поглощения и высвобождения носителей заряда, предпочтительно, чтобы размер слоя 57 активного материала отрицательного электрода в направлении длинной стороны задавался большим, чем размер слоя 53 активного материала положительного электрода в направлении длинной стороны. Помимо этого, чтобы надежно осуществить изоляцию между слоем 53 активного материала положительного электрода и слоем 57 активного материала отрицательного электрода, размер сепаратора 58 в направлении длинной стороны предпочтительно задается большим, чем эти размеры в направлении его длинной стороны. Эти компоненты подробнее описываются ниже.

[0019] В качестве материалов и элементов положительных и отрицательных электродов слоистого электродного блока 50 могут использоваться без ограничения материалы и элементы, используемые в обычных литий-ионных аккумуляторных батареях предшествующего уровня техники. Например, в качестве токоотвода 52 положительного электрода могут использоваться без конкретного ограничения токоотводы положительного электрода, используемые в литий-ионных аккумуляторных батареях этого типа. Обычно предпочтителен металлический токоотвод положительного электрода с подходящей проводимостью. Например, может использоваться металлический материал, такой как алюминий, никель, титан и нержавеющая сталь. В частности, предпочтительным является алюминий (например, алюминиевая фольга). Толщина токоотвода 52 положительного электрода не ограничена конкретным образом. Тем не менее, с учетом баланса между удельной емкостью батареи и прочностью токоотвода, предпочтительна толщина примерно от 5 мкм до 50 мкм, и более предпочтительна примерно от 8 мкм до 30 мкм.

[0020] В качестве примеров активного материала положительного электрода можно привести, например, сложные оксиды металлов и лития со слоистой структурой, шпинельной структурой или т.п. (например, LiNi_1/3Co_1/3Mn_1/3O₂, LiNiO₂, LiCoO₂, LiFeO₂, LiMn₂O₄, LiNi_0,5Mn_1,5O₄, LiCrMnO₄ и LiFePO₄). Например, сложный оксид LiNiCoMn (например, LiNi_1/3Co_1/3Mn_1/3O₂) является предпочтительным примером, поскольку он имеет превосходную термостойкость и высокую плотность энергии. Альтернативно, в качестве предпочтительного примера можно привести сложный оксид лития-марганца со шпинельной структурой. В качестве его примеров можно привести LiMn₂O₄, LiCrMnO₄, LiNi_0,5Mn_1,5O₄ и т.п. Поскольку такие активные материалы положительного электрода представляют собой активные материалы положительного электрода с высоким потенциалом, с которыми может быть реализовано напряжение разомкнутой цепи (НРЦ) согласно стандарту металлического лития (относительно Li/Li⁺) в 4,3 В или более, они представляют собой подходящие активные материалы положительного электрода. Слой 53 активного материала положительного электрода может содержать прочие компоненты, отличные от активного материала положительного электрода, например, проводящий материал и связующее. В качестве проводящего материала, могут надлежащим образом использоваться углеродная сажа, к примеру, ацетиленовая сажа (АС) и другие углеродные материалы (такие как графит). В качестве связующего может использоваться поливинилиденфторид (ПВДФ). Толщина слоя 53 активного материала положительного электрода в общем составляет 10 мкм или более (например, 50 мкм или более) и может составлять 200 мкм или менее (например, 100 мкм или менее). Помимо этого, плотность слоя 53 активного материала положительного электрода не ограничена конкретным образом, но, в общем, составляет 1,5 г/см³ или более (например, 2 г/см³ или более), и может составлять 4,5 г/см³ или менее (например, 4,2 г/см³ или менее). Слой 53 активного материала положительного электрода с такой конфигурацией может обеспечить высокие характеристики батареи (например, высокие плотность энергии и плотность мощности). Слой 53 активного материала положительного электрода может быть сформирован, когда активный материал положительного электрода и используемый при необходимости материал (к примеру, проводящий материал и связующее) растворяют в соответствующем растворителе (например, в N-метил-2-пирролидоне, NMP), приготавливая пастообразный (или шламоподобный) композит, надлежащее количество этого композита наносят на поверхность токоотвода 52 положительного электрода и выполняют сушку. Помимо этого, когда при необходимости выполняют соответствующее прижатие, можно регулировать свойства (например, среднюю толщину, плотность и пористость) слоя 53 активного материала положительного электрода.

[0021] Между тем, в качестве токоотвода 56 отрицательного электрода могут использоваться без конкретного ограничения токоотводы отрицательного электрода, используемые в литий-ионной аккумуляторной батарее этого типа. Обычно предпочтительным является металлический токоотвод отрицательного электрода с подходящей проводимостью. Например, может использоваться медь (например, медная фольга) и сплав, который в основном содержит медь. Толщина токоотвода 56 отрицательного электрода не ограничена конкретным образом. Тем не менее, с учетом баланса между удельной емкостью батареи и прочностью токоотвода, предпочтительна толщина примерно от 5 мкм до 50 мкм, а более предпочтительна – примерно от 8 мкм до 30 мкм.

[0022] В качестве активного материала отрицательного электрода могут использоваться без конкретного ограничения один либо два или более типов материала, используемого в литий-ионных аккумуляторных батареях уровня техники. Например, в качестве иллюстративных примеров можно привести дисперсный (или сферический, чешуйчатый) углеродный материал, по меньшей мере часть которого имеет структуру графита (слоистую структуру), сложный оксид лития-переходного металла (например, сложный оксид лития-титана, такой как Li₄Ti₅O₁₂) и сложный нитрид лития-переходного металла. Углеродный материал, например, можно легко проиллюстрировать примерами натурального графита, искусственного графита (синтетического графита), неграфитизируемого углерода (твердого углерода), легко графитизируемого углерода (мягкого углерода) и т.п. Альтернативно, могут использоваться частицы углерода в форме, в которой частицы графита в качестве ядер закрыты (покрыты) аморфным углеродным материалом. Слой 57 активного материала отрицательного электрода может при необходимости содержать необязательные компоненты, такие как связующее и загуститель, в дополнение к активному материалу отрицательного электрода. В качестве связующего и загустителя могут надлежащим образом использоваться связующее и загуститель, используемые в отрицательных электродах литий-ионных аккумуляторных батарей этого типа уровня техники. Например, в качестве связующего может использоваться стиролбутадиеновый каучук (СБК) или т.п. В качестве загустителя и т.п. может надлежащим образом использоваться карбоксиметилцеллюлоза (КМЦ). Толщина слоя 57 активного материала отрицательного электрода в общем составляет 20 мкм или более (например, 50 мкм или более), а предпочтительно 200 мкм или менее (например, 100 мкм или менее). Помимо этого, плотность слоя 57 активного материала отрицательного электрода не ограничена конкретным образом и, в общем, составляет 0,5 г/см³ или более (например, 1 г/см³ или более), а предпочтительно примерно 2 г/см³ или менее (например, 1,5 г/см³ или более). Слой 57 активного материала отрицательного электрода может быть сформирован, когда активный материал отрицательного электрода и используемый при необходимости материал (к примеру, связующее) растворяют в соответствующем растворителе (например, в деионизированной воде), приготавливая пастообразный (или шламоподобный) композит, надлежащее количество этого композита наносят на поверхность токоотвода 56 отрицательного электрода и выполняют сушку. Помимо этого, когда при необходимости выполняют соответствующее прижатие, можно регулировать свойства (например, среднюю толщину, плотность и пористость) слоя 57 активного материала отрицательного электрода.

[0023] В качестве сепаратора 58 может использоваться без конкретного ограничения сепаратор, включающий известный в уровне техники пористый лист. Например, в качестве иллюстративных примеров можно привести пористый лист (такой как пленка и нетканое полотно), изготовленный из полиолефиновой смолы, такой как полиэтилен (ПЭ), полипропилен (ПП) или т.п. Пористый лист может иметь однослойную структуру или может иметь структуру с двумя или более слоями (например, трехслойную структуру, в которой слой ПП наложен на обеих поверхностях слоя ПЭ). Помимо этого, может использоваться конфигурация, в которой на одной поверхности или обеих поверхностях пористого листа предусмотрен пористый термостойкий слой. Термостойкий слой, например, может быть слоем (называемый "слоем наполнителя"), содержащим неорганический наполнитель и связующее. В качестве неорганического наполнителя, например, может предпочтительно использоваться глинозем, бемит, кремнезем и т.п. Толщина сепаратора не ограничена, но предпочтительно задается в диапазоне, например, от 10 мкм до 40 мкм.

[0024] В качестве используемого сепаратора 58 особенно предпочтителен сепаратор с адгезивом, посредством которого может быть улучшена адгезия к обращенному к нему листу 51 положительного электрода (главным образом слою 53 активного материала положительного электрода) или листу 55 отрицательного электрода (главным образом слою 57 активного материала отрицательного электрода). Когда в состав входит адгезив, можно увеличить адгезионную прочность по отношению к по меньшей мере одному (или обоим) из наслаиваемых листа 51 положительного электрода и листа 55 отрицательного электрода. В результате можно минимизировать позиционное отклонение между наслаиваемыми листами 51 и 55 положительного и отрицательного электродов и можно повысить конструктивную стабильность слоистого электродного блока 50. Вид сепаратора с адгезивом не ограничен конкретным образом, и могут использоваться различные его виды. Например, в качестве иллюстративных примеров можно привести сепаратор, в котором адгезивный слой, включающий в себя адгезивный компонент с клейким (или липким) полимерным соединением, таким как фторкаучук, акриловая смола, полиамидная смола, полиимидная смола или полиуретановая смола, сформирован на поверхности подложки, включающей в себя изготовленный из полиолефина пористый лист. Толщина адгезивного слоя не ограничена конкретным образом и подходящим образом составляет примерно от 0,2 мкм до 1,0 мкм.

[0025] Слоистый электродный блок 50 образуется, когда наслаивают требуемое число наборов из листа 51 положительного электрода, листа 55 отрицательного электрода и сепаратора 58 (предпочтительно, сепаратора с адгезивом), имеющих вышеуказанную конфигурацию, и прикладывают соответствующее давление в направлении наслаивания. В этом случае, когда при необходимости выполняют теплое прессование при требуемой температуре, можно улучшать адгезию между сепаратором (в частности, сепаратором с адгезивом) и обращенными к нему положительным и отрицательным электродами. Размер слоистого электродного блока 50 не ограничен конкретным образом. Слоистый электродный блок 50 может иметь форму, соответствующую размеру вышеописанного случая.

[0026] Неводный электролит, который заключен в прямоугольном кожухе 12 вместе со слоистым электродным блоком 50, представляет собой электролит, в котором вспомогательная соль содержится в соответствующем неводном растворителе. Без конкретного ограничения могут использоваться неводные электролиты, используемые для известных в уровне техники литий-ионных аккумуляторных батарей. Например, в качестве неводного растворителя может использоваться этиленкарбонат (ЭК), диэтилкарбонат (ДЭК), диметилкарбонат (ДМК), этилметилкарбонат (ЭМК) или т.п. Помимо этого, в качестве вспомогательной соли, например, может надлежащим образом использоваться соль лития, такая как LiPF₆.

[0027] В дополнение к неводному растворителю и вспомогательной соли в неводный электролит могут добавляться различные добавки (например, пленкообразующий материал). Например, в качестве иллюстративных примеров можно привести соль лития с оксалатным комплексом в качестве аниона, такую как бис(оксалато)борат лития (LiB(C₂O₄)₂), LiBF₂(C₂O₄) и LiPF₂(C₂O₄), дифторфосфат лития (LiPO₂F₂), виниленкарбонат (ВК), винилэтиленкарбонат (ВЭК), фторэтиленкарбонат (ФЭК), этиленсульфит (ЭС), пропансультон (ПС) и бис(трифторметансульфонил)имид лития (LiTFSI). Эти добавки могут использоваться отдельно или в сочетании двух или более типов. В качестве концентрации добавки в неводном электролите, когда предельное количество растворения каждой добавки в используемом неводном растворителе принято за 100%, предпочтительна концентрация, полученная при растворении 5-90% от нее в неводном электролите. Обычно, когда используется (LiB(C₂O₄)₂) или LiPO₂F₂, концентрацию предпочтительно регулируют таким образом, что она находится в пределах диапазона 0,01 моль/л или более и 0,2 моль/л или менее. Например, добавка может добавляться так, что ее концентрация в неводном электролите составляет 0,01 моль/л или более и 0,1 моль/л или менее.

[0028] Таким образом, литий-ионная аккумуляторная батарея 10 согласно настоящему варианту осуществления образована с использованием слоистого электродного блока 50 с вышеуказанной конфигурацией и неводного электролита. Как схематично показано на фиг. 4, на стороне внутренней поверхности крышки 16 согласно настоящему варианту осуществления предусмотрены выступающими вниз из крышки 16 отводящая ток положительных электродов деталь 32 и отводящая ток отрицательных электродов деталь 36, электрически соединенные с контактным выводом 20 положительного электрода и контактным выводом 18 отрицательного электрода. В частности, как показано на фиг. 4 и фиг. 6, отводящая ток положительных электродов деталь 32 и отводящая ток отрицательных электродов деталь 36 согласно настоящему варианту осуществления образованы в виде двух длинных токоотводящих пластинок, которые проходят параллельно в направлении короткой стороны слоистого электродного блока 50, размещенного в кожухе 12. Таким образом, в настоящем варианте осуществления сформирован объединенный с крышкой токоотводный узел 30, в котором объединены крышка 16, контактные выводы 20 и 18 положительного и отрицательного электродов и отводящие ток положительных и отрицательных электродов детали 32 и 36 в виде длинных пластинок. После этого, когда слоистый электродный блок 50 прикрепляется к объединенному с крышкой токоотводному узлу 30 с использованием некоего способа соединения, такого как сварка, слоистый электродный блок 50 внутри кожуха 12 объединен с и скреплен с крышкой 16, и за счет этого можно поддерживать ориентацию и конструкцию слоистого электродного блока 50 на высоком уровне. При этом материалы отводящих ток положительных и отрицательных электродов деталей 32 и 36 не ограничены конкретным образом, но могут быть металлом, который является идентичным или аналогичным металлу соответствующих токоотводов положительных и отрицательных электродов.

[0029] В частности, как показано на фиг. 4, отводящая ток положительных электродов деталь 32 объединенного с крышкой токоотводного узла 30 размещается на открытой части 52A токоотвода положительного электрода слоистого электродного блока 50, а отводящая ток отрицательных электродов деталь 36 объединенного с крышкой токоотводного узла 30 размещается на открытой части 56A токоотвода отрицательного электрода слоистого электродного блока 50. Следовательно, объединенный с крышкой токоотводный узел 30 и слоистый электродный блок 50 совмещаются и собираются. Тогда определенное число открытых частей 52A и 56A токоотводов положительных и отрицательных электродов, которые наслоены согласно числу наслоенных листов 51 и 55 положительного и отрицательного электродов, распределяются по отводящим ток положительных и отрицательных электродов деталям 32 и 36. Обычно, как показано на фиг. 6, открытые части 52A токоотводов положительных электродов равномерно разделяются на два пучка, и каждый из пучков распределяется по любой из двух деталей 32, отводящих ток положительных электродов (это аналогично применимо между открытыми частями 56A токоотводов отрицательных электродов и отводящей ток отрицательных электродов деталью 36, которые не показаны). Затем, как показано на фиг. 5 и фиг. 6, части отводящих ток положительных и отрицательных электродов деталей 32 и 36 подвергают точечной сварке. Соответственно, слоистый электродный блок 50 в проводящем состоянии соединяют с объединенным с крышкой токоотводным узлом 30 на участках соединения (участках сварки Wp и Wn в настоящем варианте осуществления) на стороне положительного электрода и на стороне отрицательного электрода. Способ точечной сварки может быть таким же, как и в уровне техники, и не ограничен специальными способами сварки. Например, для соединения могут использоваться ультразвуковая сварка, контактная сварка, лазерная сварка или т.п.

[0030] В раскрытой здесь литий-ионной аккумуляторной батарее 10, как показано на чертежах, участок соединения Wp между отводящей ток положительных электродов деталью 32 и открытой частью 52A токоотводов положительных электродов и участок соединения Wn между отводящей ток отрицательных электродов деталью 36 и открытой частью 56A токоотводов отрицательных электродов формируют в положениях, при которых, когда полная длина в направлении короткой стороны каждой из открытых частей 52A и 56A токоотводов положительных и отрицательных электродов с использованием конца рядом с крышкой 16 в качестве начальной точки принята за L, расстояние P от конца рядом с крышкой 16 в направлении короткой стороны составляет меньше, чем L/2 (см. фиг. 5). Когда расстояние P составляет менее L/3, это является более предпочтительным, а когда расстояние P составляет менее L/4, это особенно предпочтительно. Что касается соединения слоистого электродного блока 50 и объединенного с крышкой токоотводного узла 30, то когда участки соединения (сварки) Wp и Wn задаются близкими к крышке 16 (другими словами, к верхней поверхности кожуха 12) указанным образом, можно предотвратить увеличение внутреннего сопротивления батареи. То есть, когда участки соединения (сварки) Wp и Wn задаются близкими к крышке (верхней поверхности) указанным образом, можно реализовывать выгодную токоотводящую конструкцию слоистого электродного блока 50. Помимо этого, в предпочтительном аспекте, участки соединения Wp и Wn между слоистым электродным блоком 50 и объединенным с крышкой токоотводным узлом 30 сформированы в таких положениях, при которых, когда общая толщина слоистого электродного блока 50 в направлении наслаивания принята за D, расстояние P от конца рядом с крышкой 16 в направлении короткой стороны составляет D/2 или менее. Можно еще более надлежащим образом минимизировать внутреннее сопротивление батареи и можно реализовывать более выгодную токоотводящую конструкцию (см. примеры испытаний, которые описываются ниже).

[0031] Как описано выше, задают участки соединения Wp и Wn, выполняют точечную сварку и затем слоистый электродный блок 50 и объединенный с крышкой токоотводный узел 30, которые соединены между собой, устанавливают в теле 14 кожуха, при этом слоистый электродный блок 50 помещается внутри кожуха. Затем сваривают периферийную часть проема тела 14 кожуха и периферийную часть крышки 16, герметизируя прямоугольный кожух 12. Затем через предусмотренное в крышке 16 отверстие 42 для впрыска жидкости вводят неводный электролит. Далее отверстие 42 для впрыска жидкости закрывают заданным герметизирующим материалом 43, и за счет этого изготавливают литий-ионную аккумуляторную батарею 10 согласно настоящему варианту осуществления. После ее изготовления выполняют обработку начальным зарядом, дозревание и т.п. при предварительно заданных условиях, и за счет этого получают литий-ионную аккумуляторную батарею 10 в применимом состоянии.

[0032] Хотя выше со ссылкой на чертежи подробно описана герметичная аккумуляторная батарея по предпочтительному варианту осуществления настоящего изобретения, настоящее изобретение не ограничено этим. Например, чтобы дополнительно повысить конструктивную стабильность слоистого электродного блока 50, такого как слоистый электродный блок 150 литий-ионной аккумуляторной батареи 110, показанной на фиг. 8, от одной широкой поверхности к другой широкой поверхности могут присоединяться удерживающие ленты 61 и 63 для удерживания и связывания листов положительных и отрицательных электродов и сепараторов, составляющих электродный блок 150 в направлении наслаивания, закрывая поверхность наслаивания слоистого электродного блока 150. Число используемых удерживающих лент 61 и 63 и положения их присоединения не ограничены конкретным образом. В раскрытой здесь герметичной аккумуляторной батарее, как описано выше, участки соединения Wp и Wn между слоистым электродным блоком 50 и объединенным с крышкой токоотводным узлом 30 предусмотрены в положениях (D/2 или менее) рядом с крышкой 16. Следовательно, как показано на фиг. 8, в качестве положения присоединения удерживающей ленты 63 предпочтительно положение (например, положение присоединения удерживающей ленты 63 на фиг. 8) вдоль длинной стороны, которая обращена к дну тела 14 кожуха. В дополнение к положению вдоль обращенной к дну длинной стороны, удерживающая лента 61 также присоединена в положении (например, в положении присоединения удерживающей ленты 61 на фиг. 8) вдоль длинной стороны, которая обращена к верхней поверхности кожуха (крышке 16 в вышеописанном варианте осуществления). Следовательно, можно получать слоистый электродный блок 150, имеющий еще более повышенную конструктивную стабильность.

[0033] Помимо этого, в качестве сепаратора может использоваться сепаратор 158, имеющий форму длинного листа (форму полосы), показанную на фиг. 9, вместо множества сепараторов 58, имеющих форму прямоугольного листа, аналогичную листам 51 и 55 положительного и отрицательного электродов, как показано на фиг. 2. В этом случае, в общем, как показано на фиг. 9, предпочтительно используют сепаратор 158, который зигзагообразно складывается с заданными интервалами. Лист 51 положительного электрода и лист 55 отрицательного электрода могут размещаться в углублениях (вогнутых частях) зигзагообразно сложенного сепаратора 158 путем поочередного размещения положительного и отрицательного электродов. При этом сепаратор не ограничен элементом, отдельным от положительного и отрицательного электродов, как показано на чертеже, и может быть выполнен заодно в виде слоя на поверхностях положительного электрода и/или отрицательного электрода заранее. Может использоваться слой сепаратора, заранее сформированный заодно в виде слоя на поверхностях положительного электрода и/или отрицательного электрода.

[0034] Ниже описываются примеры испытаний, относящиеся к настоящему изобретению. Настоящее изобретение не предназначено быть ограниченным примерами испытаний (примерами). Согласно следующим материалам и процессам были сформированы подвергаемые оценочным испытаниям литий-ионные аккумуляторные батареи согласно примерам 1-5, показанным в таблице 1.

Формирование литий-ионной аккумуляторной батареи

[0035] Положительный электрод подвергаемой оценочным испытаниям литий-ионной аккумуляторной батареи приготовили согласно следующим процедурам. Порошок шпинельного активного материала положительного электрода с высоким потенциалом – LiNi_0,5Mn_1,5O₄ (LNM), ацетиленовую сажу (АС) в качестве проводящего материала и ПВДФ в качестве связующего смешали при массовом соотношении LNM:АС:ПВДФ=90:8:2 с NMP, приготовив композит для формирования шламоподобного слоя активного материала положительного электрода. Композит нанесли на обе поверхности прямоугольной алюминиевой фольги 120 мм × 80 мм (токоотвода положительного электрода) с толщиной 15 мкм и выполнили сушку и прижатие, приготовив лист положительного электрода. При этом на одном конце в направлении длинной стороны была оставлена открытая часть токоотвода положительного электрода с шириной примерно 2,6 см в направлении короткой стороны.

[0036] Отрицательный электрод подвергаемой оценочным испытаниям литий-ионной аккумуляторной батареи приготовили согласно следующим процедурам. В качестве порошка активного материала отрицательного электрода приготовили графит (C), поверхность которого была покрыта аморфным углеродом. Затем этот графит (C), СБК в качестве связующего и КМЦ в качестве загустителя смешали при массовом отношении C:СБК:КМЦ=98:1:1 с деионизированной водой, приготовив композит для формирования шламоподобного слоя активного материала отрицательного электрода. Композит нанесли на обе поверхности прямоугольной медной фольги 120 мм × 80 мм (токоотвода отрицательного электрода) с толщиной 10 мкм и выполнили сушку и прижатие, приготовив лист отрицательного электрода. При этом на одном конце в направлении длинной стороны была оставлена открытая часть токоотвода отрицательного электрода с шириной примерно 2,4 см в направлении короткой стороны.

[0037] Множество листов положительного электрода и листов отрицательного электрода, приготовленных так, как описано выше, наслаивали поочередно с сепараторами, включающими в себя полиолефиновый лист с формой, идентичной форме подложки, и содержащий фторкаучук адгезивный слой на обеих поверхностях, нагревали до предварительно заданного диапазона температур (примерно 70-80°C) и сжимали, сформировав слоистый электродный блок с толщиной наслоения в 25 мм. Далее сформированный слоистый электродный блок помещали внутрь кожуха батареи, имеющего соответствующую прямоугольную форму. В частности, приготовили объединенный с крышкой токоотводный узел, имеющий такую же конфигурацию, как и в вышеописанном варианте осуществления. Отводящие ток положительных и отрицательных электродов детали объединенного с крышкой токоотводного узла и открытые части токоотводов положительных и отрицательных электродов слоистого электродного блока соединяли в предварительно заданных положениях (на участках соединения) посредством точечной сварки (ультразвуковой сварки).

[0038] При этом, как показано в таблице 1, для участка соединения между отводящими ток положительных электродов деталями и открытой частью токоотвода положительного электрода и участка соединения между отводящими ток отрицательных электродов деталями и открытой частью токоотвода отрицательного электрода, когда полная длина в направлении короткой стороны (в направлении высоты) каждой из открытых частей токоотводов положительных и отрицательных электродов с использованием конца (т.е. верхней боковой части электродного блока) рядом с крышкой в качестве начальной точки принята за L (80 мм), участки соединения у батарей примера 1, примера 2, примера 3, примера 4 и примера 5 находятся на уровне L/10 (8 мм), L/6,6 (12 мм), L/4 (20 мм), L/2 (40 мм) и L/1,1 (73 мм). При этом, когда общая толщина слоистого электродного блока в направлении наслаивания принята за D (25 мм), участки соединения у батарей примера 1 и примера 2 могут быть указаны как находящиеся на уровне D/3 (8 мм) и D/2 (12 мм) соответственно.

[0039] Слоистый электродный блок и объединенный с крышкой токоотводный узел, объединенные точечной сваркой, устанавливали в имеющем прямоугольную форму теле кожуха батареи и герметизировали посредством сварки периферии крышки. Затем вводили неводный электролит через предусмотренное в крышке отверстие для впрыска жидкости и герметизировали проем. При этом использовали неводный электролит, приготовленный растворением LiPF₆, служащего в качестве вспомогательной соли, с концентрацией 1,1 моль/л в смеси растворителей, содержащей ЭК, ЭМК и ДМК в объемном отношении ЭК:ЭМК:ДМК=30:40:30 и дополнительно содержащей LiB(C₂O₄)₂ в качестве добавочного материала с концентрацией примерно 0,05 моль/л. Таким образом приготовили подвергаемые оценочным испытаниям литий-ионные аккумуляторные батареи согласно примерам 1-5.

Измерение значения сопротивления элементов

[0040] В качестве индикатора при рассмотрении увеличения и уменьшения внутреннего сопротивления батареи согласно изменению положения участков сварки измеряли значение сопротивления элементов между контактными выводами положительного и отрицательного электродов, предусмотренными на стороне внешней поверхности крышки, и участками сварки отводящих ток положительных и отрицательных электродов деталей с использованием имеющегося в продаже тестера. При этом значение суммы значения сопротивления между контактным выводом положительного электрода и участком сварки отводящей ток положительных электродов детали и значения сопротивления между контактным выводом отрицательного электрода и участком сварки отводящей ток отрицательных электродов детали принимается за значение сопротивления элементов (мкОм). Результаты измерений показаны в виде графика на фиг. 10. Из этого графика можно четко понять, что по мере того, как уменьшается расстояние от контактных выводов положительного и отрицательного электродов до участков сварки отводящих ток положительных и отрицательных электродов деталей, значение сопротивления элементов склонно снижаться. Следовательно, в герметичной аккумуляторной батарее, такой как литий-ионная аккумуляторная батарея, включающая в себя слоистый электродный блок этого типа, является соответственно предпочтительным меньшее расстояние (например, меньше L/2) от контактных выводов положительного и отрицательного электродов до участков сварки отводящих ток положительных и отрицательных электродов деталей. Помимо этого, при минимизации увеличения внутреннего сопротивления батареи можно ожидать улучшения высокотоковых характеристик и циклических характеристик.

Испытание на проникновение гвоздя

[0041] В качестве оценочного испытания на безопасность литий-ионных аккумуляторных батарей провели испытание на проникновение гвоздя, которое широко используется. Сравнительно оценивали общие времена газовыделения батарей примеров 1-5. В частности, гвоздь с диаметром примерно 5 мм перемещался с заданной скоростью от центра одной широкой поверхности батарей к другой широкой поверхности в направлении толщины и проникал насквозь. После этого наблюдали дымы из сквозных отверстий и измеряли время до прекращения дымления. Результаты показаны в таблице 1. Результаты ранжируются как 1, 2, 3, 4 и 5 в порядке от наименьшей длительности дымления.

Таблица 1

Испытываемая батарея Положение участка соединения Длительность дымления Определение Пример 1 8 мм (L/10, D/3) 1 Превосходная Пример 2 12 мм (L/6,6, D/2) 2 Превосходная Пример 3 20 мм (L/4) 3 Удовлетворительная Пример 4 40 мм (L/2) 4 Пригодная Пример 5 73 мм (L/1,1) 5 Непригодная

[0042] Как показано в колонке в таблице 1, было подтверждено, что время до прекращения дымления становится меньше по мере того, как становится короче расстояние от контактных выводов положительного и отрицательного электродов до участков сварки отводящих ток положительных и отрицательных электродов деталей. Это указывает то, что участки соединения и их окрестности могут служить в качестве барьеров против вытекания газов, выделившихся внутри слоистого электродного блока, нагретого вследствие возникновения анормального короткого замыкания, к примеру, из-за проникновения гвоздя, и предотвращать быстрое накопление газов на стороне крышки в верхней части кожуха и снижать уровень дымов.

[0043] Как описано выше, герметичная аккумуляторная батарея, такая как раскрытая здесь литий-ионная аккумуляторная батарея, включает в себя слоистый электродный блок, который может обеспечить высокую емкость и имеет токоотводящую конструкцию, обладающую выгодной конструктивной стабильностью и превосходными характеристиками высокоскоростного заряда и разряда. Следовательно, она может подходящим образом использоваться в качестве источника питания для приведения в движение транспортного средства (бортовой аккумуляторной батареи).

Изобретение относится к области электротехники, а именно к герметичной аккумуляторной батарее, включающей в себя слоистый электродный блок с конструкцией, в которой поочередно наслоено множество листов положительного и отрицательного электродов. В аккумуляторной батарее отводящая ток положительных электродов деталь и отводящая ток отрицательных электродов деталь соединены соответственно с частью открытой части токоотвода положительного электрода и частью открытой части токоотвода отрицательного электрода слоистого электродного блока. Участок соединения между отводящей ток положительных электродов деталью и открытой частью токоотвода положительного электрода и участок соединения между отводящей ток отрицательных электродов деталью и открытой частью токоотвода отрицательного электрода сформированы в положениях, при которых, когда полная длина в направлении короткой стороны каждой из открытых частей токоотвода положительного электрода и отрицательного электрода принята за L, расстояние от конца рядом с крышкой в направлении короткой стороны меньше L/2. Повышение конструктивной стабильности и улучшение характеристики высокоскоростного заряда и разряда аккумуляторной батареи являются техническим результатом изобретения. 3 з.п. ф-лы, 10 ил.

1. Герметичная аккумуляторная батарея, содержащая:

слоистый электродный блок с конструкцией, в которой положительный электрод, включающий в себя прямоугольный листовой токоотвод положительного электрода и сформированный на токоотводе положительного электрода слой активного материала положительного электрода, и отрицательный электрод, включающий в себя прямоугольный листовой токоотвод отрицательного электрода и сформированный на токоотводе отрицательного электрода слой активного материала отрицательного электрода, наслоены поочередно с сепаратором между ними;

электролит; и

прямоугольный кожух,

при этом прямоугольный кожух включает в себя тело кожуха, в котором заключены слоистый электродный блок и электролит, и крышку для закрытия проема кожуха,

на одном конце каждого из положительного электрода и отрицательного электрода в направлении длинной стороны образована открытая часть токоотвода, не имеющая слоя активного материала, в направлении короткой стороны,

слоистый электродный блок имеет конфигурацию, в которой открытые части токоотводов положительных электродов наслоены на одном конце в направлении длинной стороны, а открытые части токоотводов отрицательных электродов наслоены на другом конце в направлении длинной стороны,

отводящая ток положительных электродов деталь и отводящая ток отрицательных электродов деталь прикреплены к стороне внутренней поверхности крышки кожуха,

часть отводящей ток положительных электродов детали и часть наслоенных открытых частей токоотводов положительных электродов соединены между собой, и

часть отводящей ток отрицательных электродов детали и часть наслоенных открытых частей токоотводов отрицательных электродов соединены между собой, и

при этом участок соединения между отводящей ток положительных электродов деталью и открытой частью токоотвода положительного электрода и участок соединения между отводящей ток отрицательных электродов деталью и открытой частью токоотвода отрицательного электрода сформированы в положениях, при которых, когда полная длина в направлении короткой стороны каждой из открытых частей токоотводов положительного электрода и отрицательного электрода с использованием конца рядом с крышкой в качестве начальной точки принята за L, расстояние от конца рядом с крышкой в направлении короткой стороны меньше L/2.

2. Герметичная аккумуляторная батарея по п. 1, при этом

участок соединения между отводящей ток положительных электродов деталью и открытой частью токоотвода положительного электрода и участок соединения между отводящей ток отрицательных электродов деталью и открытой частью токоотвода отрицательного электрода сформированы в положениях, при которых расстояние от конца рядом с крышкой в направлении короткой стороны меньше L/4.

3. Герметичная аккумуляторная батарея по п. 1 или 2, при этом

участок соединения между отводящей ток положительных электродов деталью и открытой частью токоотвода положительного электрода и участок соединения между отводящей ток отрицательных электродов деталью и открытой частью токоотвода отрицательного электрода сформированы в положениях, при которых, когда общая толщина слоистого электродного блока в направлении наслаивания принята за D, расстояние от конца рядом с крышкой в направлении короткой стороны составляет D/2 или менее.

4. Герметичная аккумуляторная батарея по п. 1 или 2, при этом

сепаратор включает в себя адгезив для улучшения адгезии к обращенному к нему положительному или отрицательному электроду.