專利名稱：蓄電裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及具有電解質(zhì)層的蓄電裝置(例如二次電池)。
背景技術(shù)：
二次電池廣泛用作用于包括筆記本電腦和移動電話等多種移動電子裝 置的電源，二次電池也被用作用于電氣車輛的動力裝置用電源，等等。關(guān) 于這樣的二次電池，已經(jīng)提出了多種技術(shù)來抑制由于熱狀態(tài)變化引起的電
池性能劣化(例如參照日本特開No.2006-173095 (JP-A-2006-173095 )(段 落0008-0011、段落0015-0022、圖1等等)以及日本特開No.2005-340089 (JP-A-2005-340089 )(段落0029-0032、圖3、等等))。
JP-A-2006-173095介紹了 一種電池單元，其由多個彼此層層堆疊的電 池單體構(gòu)成。這種電池單元的熱輻射通過設(shè)置各電極的短側(cè)長度、電極面 積、電池單元的厚度以滿足給定的關(guān)系式來得到改進。
JP-A-2005-340089介紹了一種雙極電池，其中，為了改進熱輻射，使 得正活性物質(zhì)層的厚度與負(fù)活性物質(zhì)層的厚度中的至少一個小于隔板的厚 度。
然而，JP-A-2006-173095所介紹的電池單元的結(jié)構(gòu)沒有解決各電池單 體的熱輻射的問題。因此，來自各電池單體的熱輻射可能是不足的，這可 能使得各電池單體中的溫度分布不均勻。
另外，在JP-A-2005-340089所介紹的雙極電池中，活性材料層的厚度 與隔板的厚度是均勻的，垂直于雙極電池部件堆疊的方向(將被稱為堆疊 方向)的平面內(nèi)的溫度分布是不均勻的。也就是說，在由在其間插有電解 質(zhì)層的情況下堆疊的多個雙極電極構(gòu)成的雙極電池中，在垂直于堆疊方向 的平面內(nèi)存在具有不同熱輻射的區(qū)域。例如，在某些情況下，位于垂直于堆疊方向的平面的中心處的區(qū)域中的熱輻射低于同一平面內(nèi)周緣處的區(qū)域 中的熱輻射。
在這樣的雙極電池中，如果隔板等具有均勻的厚度，難以使得由于上 面提到的熱輻射差異引起的溫度分布的不均勻性最小化。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供了一種蓄電裝置，其適用于使得垂直于堆疊蓄電裝置部件 的方向的平面中溫度分布的不均勻性最小化。
本發(fā)明第一實施形態(tài)涉及一種蓄電裝置，其具有電解質(zhì)層；電極， 其由集電部分和電極層構(gòu)成，其中，電解質(zhì)層在垂直于堆疊蓄電裝置部件 的堆疊方向的平面內(nèi)的第一位置上的厚度大于在熱輻射比第一位置高的第 二位置上的厚度，且集電部分在與第一位置對應(yīng)的位置上的厚度小于在與 第二位置對應(yīng)的位置上的厚度。
在上面介紹的蓄電裝置中，電極層在與第一位置對應(yīng)的位置上的厚度 與電極層在與第二位置對應(yīng)的位置上的厚度可基本波此相等。在這種情況 下，可使第一位置上的電解質(zhì)層厚度與第二位置上的電解質(zhì)層厚度之間的 差基本上等于對應(yīng)于第一位置的位置上的集電部分厚度與對應(yīng)于第二位置 的位置上的集電部分厚度之間的差。
另外，可使與第一位置對應(yīng)的位置上的電極層的厚度小于與第二位置 對應(yīng)的位置上的電極層的厚度。在這種情況下，可使第一位置的電解質(zhì)層 的厚度與第二位置的電解質(zhì)層的厚度之間的差基本等于與第一位置對應(yīng)的 位置上的電極(即集電部分和電極層)的厚度和與第二位置對應(yīng)的位置的 電極的厚度之間的差。
另外，第一位置可以為基本上與電解質(zhì)層中心對應(yīng)的位置，第二位置 可以為與電解質(zhì)層周緣對應(yīng)的位置。
另外，電解質(zhì)層的厚度可從第二位置到第 一位置連續(xù)或階梯式增大， 集電部分的厚度可從第二位置到第一位置連續(xù)或階梯式減小。
另外，電極層的厚度可從第二位置到第一位置連續(xù)或階梯式減小。電解質(zhì)層可以為固體電解質(zhì)層。
另外，在上面介紹的蓄電裝置中，電極層可在垂直于堆疊方向的平面
內(nèi)具有沒有電極層的區(qū)域。另外，電解質(zhì)層可具有沒有電解質(zhì)層的區(qū)域 該區(qū)域位于與沒有電極層的區(qū)域?qū)?yīng)的位置。
在上面介紹的蓄電裝置中，可設(shè)置多個電極與電解質(zhì)層，所述多個電 極可以以這樣的方式堆疊每一對電極在其間夾有所述多個電解質(zhì)層中的 一個。至少一個電解質(zhì)層的厚度可大于其它電解質(zhì)層的厚度。
才艮據(jù)上面介紹的蓄電裝置，由于電解質(zhì)層的厚度才艮據(jù)在垂直于堆疊方 向的平面內(nèi)的位置(第一位置與第二位置)而變化，同一平面內(nèi)的溫度分 布的不均勻性可被最小化。具體而言，由于第一位置的電解質(zhì)層的厚度大 于熱輻射比第一位置的大的第二位置的電解質(zhì)層的厚度，第一位置的溫度 上升得到抑制，由此，第一位置與第二位置之間的溫度分布的不均勻性得 到最小化。
另外，在上面介紹的蓄電裝置中，集電部分的厚度在對應(yīng)于電解質(zhì)層 的較大厚度部分的位置(第一位置)上相對較小，在電解質(zhì)層的較小厚度 部分對應(yīng)的位置(第二位置)上相對較大。根據(jù)這種結(jié)構(gòu)，蓄電裝置厚度 不均勻性可以得到最小化。


參照附圖，通過下面對優(yōu)選實施例的介紹，可明了本發(fā)明的上述以及 其他目的、特征以及優(yōu)點，在附圖中，相同的標(biāo)號用于表示同樣的元件， 其中，
圖1為根據(jù)本發(fā)明第一示例性實施例的雙極電池的截面圖； 圖2為一圖表，其示出了 X-Y平面中各個位置的固體電解質(zhì)層與集電 部分的厚度；
圖3為一圖表，其示出了雙極電池中的溫度分布； 圖4為一透^L圖，其示出了雙極電池的夾固結(jié)構(gòu)； 圖5為一圖表，其示出了第一示例性實施例的變形示例的雙極電池在X-Y平面內(nèi)各個位置上的固體電解質(zhì)層的厚度；
圖6為第一示例性實施例的變型示例的雙極電池的截面圖； 圖7為第 一示例性實施例的另 一變型示例的雙極電池的截面圖； 圖8為第一示例性實施例的又一變型示例的雙極電池的截面圖。
具體實施例方式
下面將介紹本發(fā)明的示例性實施例。
首先，將參照圖1與圖2介紹根據(jù)本發(fā)明第一示例性實施例的雙極電 池(二次電池)。圖1為第一示例性實施例的雙極電池的截面圖(同一雙 極電池的部分)，該雙極電池被用作蓄電裝置。圖2為第一示例性實施例 的雙極電池中的固體電解質(zhì)層的平面圖、示出了各個位置的固體電解質(zhì)層 的厚度的圖表以及示出了各個位置的集電部分的厚度的圖表。
參照圖1，第一示例性實施例的雙極電池1由在其間插有固體電解質(zhì) 層14的情況下彼此層層堆疊的多個雙極電極(電極)IO構(gòu)成。
注意，盡管本發(fā)明應(yīng)用到第一示例性實施例的雙極型二次電池1，本 發(fā)明可應(yīng)用到多種其他的二次電池，例如具有同樣的電極層(正電極層或 負(fù)電極層)在各集電部分兩側(cè)形成的電極的電池，以及具有電極層僅在各 集電部分一側(cè)形成的電極的電池。
另外，與二次電池一樣，本發(fā)明也可應(yīng)用到被用作蓄電裝置的多層電 容器(電雙層電容器)。
參照圖1，作為基體，集電部分11被設(shè)置在各雙極電極10中。正電 極層12與負(fù)電極層13分別在堆疊方向上在各集電部分11的兩側(cè)形成(即 X-Y平面上的各集電部分ll的兩側(cè))。
參照圖2，各集電部分11的厚度(Z方向上集電部分11的長度)根 據(jù)X方向的位置以及Y方向的位置而變化。具體而言，如在X方向以及Y 方向可見，集電部分ll的厚度在中心處最小，在周緣處最大，且其從中心 到周緣連續(xù)增大。
也就是+兌，如圖1所示，堆疊方向上各集電部分11的兩側(cè)(分別在其上形成電極層12、 13的表面)是彎曲的。集電部分ll通過以噴墨施加法 等等施加給定的材料或通過按壓給定的材料而形成。用于形成集電部分11 的方法不限于這些方法。也就是說，可以使用任何方法，只要各集電部分 11可以以本說明書介紹的形狀形成。
雙極電池l為組件電池(assembled battery)，其由彼此層層堆疊的 多個電池單體構(gòu)成。正電極管(positive electrode tub )與負(fù)電極管(圖中 未示出)在堆疊方向(Z方向)上在雙極電池l的兩端形成。
雙極電池1的各電池單體為發(fā)電元件，其由固體電解質(zhì)層14以及設(shè)置 在固體電解質(zhì)層14上的電極層12、 13構(gòu)成。雙極電池l的正電極管與負(fù) 電極管被電氣且機械地連接到分別在堆疊方向上位于雙極電池1的兩端的 集電部分11。這些端集電部分(end current collecting portion ) 11的分別 與正電極管以及負(fù)電極管接觸的表面通常是平的而不是彎的。然而，這些 末端集電部分ll的接觸表面可以是彎的。在這種情況下，正電極管與負(fù)電 極管沿著端集電部分ll的各接觸表面布置。
正電極12在各集電部分11上的厚度基本上均勻(包括制造公差)。 類似地，各集電部分11上的負(fù)電極層13基本上均勻(包括制造公差)。 因此，由于集電部分ll的兩側(cè)如上所述地彎曲，在集電部分ll上形成的 各電極層12、 13的表面自然是彎曲的。也就是說，堆疊方向上在一側(cè)的正 電極層12的表面是凹的，而堆疊方向上在另一側(cè)的表面是凸的。類似地， 堆疊方向上在一側(cè)的負(fù)電極層13的表面是凹的，而堆疊方向上在另一側(cè)的 表面是凸的。
電極層12、 13使用噴墨材料施加法等等在各集電部分11上形成。 各集電部分ll例如由鋁箔或多種材料(合金)形成?；蛘?，各集電部 分11可通過在金屬(除鋁以外的)表面上涂覆鋁來形成。
另外，各自通過層制多個金屬箔形成的所謂合成集電部分可被用作集 電部分ll。在這種情況下，例如，用于正電極的集電部分由鋁或類似物制 成，而用于負(fù)電極的集電部分由鎳、銅或類似物制成。合成集電部分可被 制成為使得用于正電極的集電部分與用于負(fù)電極的集電部分彼此直接接觸，或使得在分別用于正電極的集電部分與用于負(fù)電極的集電部分之間形 成導(dǎo)電層。
各正電極層12包含正電極活性材料，各負(fù)電極層13包含負(fù)電極活性 材料。另外，根據(jù)需要，電極層12、 13可包含導(dǎo)電性添加物、結(jié)合劑、用 于增大離子傳導(dǎo)性的無機電解質(zhì)、高分子凝膠電解質(zhì)、高分子電解質(zhì)、多 種添加物等等。電極層12、 13可由已知材料制成。
例如，在鎳氯電池中，鎳氧化物被用作正電極層12的活性材料，吸收 氫的合金，例如MmNi (s-x-y-z) AlxMnyCoz ( Mm:混合稀土金屬)等可被用 作負(fù)電極13的活性材料。另外，在鋰二次電池的情況下，鋰遷移金屬復(fù)合 氧化物可被用作用于正電極12的活性材料，碳可被用作用于負(fù)電極13的 活性材料。另外，乙炔炭黑、碳塊、石墨、碳纖維以及碳納米管科被用作 導(dǎo)電添力口物。
同時，固體電解質(zhì)層14被設(shè)置于在堆疊方向(Z方向)上彼此鄰近的 每兩個雙極電極10之間。具體而言，各固體高分子層14被夾在兩個鄰近 的雙極電池10中的一個的正電極層12與另一雙極電極10的負(fù)電極層13之間。
另夕卜，參照圖2，各固體電解質(zhì)層14的厚度根據(jù)X方向中的位置以及 Y方向中的位置變化。具體而言，如在X方向所見，固體電解質(zhì)層14的 厚度(Z方向上固體電解質(zhì)層14的長度)在中心處最大、在周緣處最小， 且其從中心向著周緣連續(xù)減小。類似地，如在Y方向可見，固體電解質(zhì)層 14的厚度在中心處最大、在周緣處最小，并從中心向著周緣連續(xù)減小。
照此，各固體電解質(zhì)層14的表面(分別與電極層12、 13接觸的表面) 是具有特定曲率的凸面(彎曲的)。
在此示例性實施例中，由于如上所述地各固體電解質(zhì)層14的厚度從中 心向周緣連續(xù)減小且各集電部分11的厚度從中心向著周緣連續(xù)增大，可使 垂直于堆疊方向的平面(X-Y平面)內(nèi)各電池單體的厚度(參照圖1中的 "dcell")的不均勻性最小化。注意，各電池單體的厚度("dcdl")被 定義為如圖l所示穿過電池單體彼此鄰近的兩個集電部分ll的中心之間的距離。
在此示例性實施例中，各集電部分ll的厚度變化，從而補償各固體電
解質(zhì)層14的厚度的變化。也就是說，各固體電解質(zhì)層14的厚度變化量以 及各集電部分ll的厚度變化量基本上彼此相等，因此，各電池單體的厚度 基本上均勻。注意，"厚度的變化量"指的是X-Y平面中兩個任意點之間 的厚度差。
各固體電解質(zhì)層14包含粒子群，粒子群由多個粒子和用于結(jié)合粒子群 的結(jié)合劑構(gòu)成。例如，固體電解質(zhì)層14可用無機固體電解質(zhì)或固體高分子 電解質(zhì)構(gòu)成。
可用于構(gòu)成固體電解質(zhì)層14的無機固體電解質(zhì)的實例包括Li氮化物、 卣化物、氧化鹽(oxy國salt)以及磷化合物硫化物(phosphorus compound sulfide)。具體而言，可4吏用下面的物質(zhì)Li3N、 Lil、 Li3N-LiI-LiOH、 LiSi04、 LiSi04-LiI-LiOH、 Li3P04-Li4Si04、 Li2SiS3、 Li20-B203、 Li202-Si02、 Li2S-GeS4、 Li2S-P2S5以及LiI-Li2S-P2S5o
另一方面，可用于構(gòu)成固體電解質(zhì)層14的固體高分子電解質(zhì)的實例包 括由任何上面所列電解質(zhì)以及其進行電解質(zhì)的解離的高分子構(gòu)成的物質(zhì)； 具有帶有離子可解離基團的高分子的物質(zhì)。進行電解質(zhì)的解離的高分子的
實例包括聚氧化乙烯衍生物(polyethylene oxide derivatives )、具有聚氧 化乙烯衍生物的高分子、聚環(huán)氧丙烷衍生物(polypropylene oxide derivatives)、具有聚環(huán)氧丙烷衍生物的高分子、磷酸酯高分子(ester phosphate polymers )。注意，無機固體電解質(zhì)和固體高分子電解質(zhì)可組合 使用。
在鋰二次電池的情況下，如果硫化物被用作固體電解質(zhì)層14的材料， 固體電解質(zhì)層14的鋰離子傳導(dǎo)性提高。這樣的硫化物的實例包括鋰硫化物 和珪硫化物。
盡管第一示例性實施例應(yīng)用于使用固體電解質(zhì)層14的情況，本發(fā)明不 限于此。也就是說，例如，浸漬電解液的無紡布可被用作隔板(電解質(zhì)層)。 在這種情況下，具體而言，在尺寸(大小)上彼此不同的多種無紡布彼此層層堆疊，從而形成具有根據(jù)X-Y平面內(nèi)的位置而變化的厚度的隔板。如 此形成的隔板的使用提供了與使用第一示例性實施例的固體電解質(zhì)層14 的情況下所獲得的相同的效果。
在如上所述使用電解液的情況下，有必要在堆疊方向上彼此鄰近的集 電部分之間(繞每個電池單體)施加密封劑，以^更防止電解液泄漏到電池 單體的外部。
在此示例性實施例中，各固體電解質(zhì)層14的厚度基于例如傳統(tǒng)雙極電 池的溫度分布(X-Y平面內(nèi)的溫度分布)而設(shè)置。"傳統(tǒng)雙極電池"指的 是由具有基本一致的厚度的固體電解質(zhì)層和具有基本一致的厚度的雙極電 極構(gòu)成的電池。
圖3示出了雙極電池1 (電池單體)在X方向(或Y方向)的各個位 置上的溫度。在圖3中，縱軸表示電池單體中的溫度，橫軸表示X方向(或 Y方向)上的位置。
圖3中的虛線曲線C表示傳統(tǒng)的雙極電池(電池單體)中的溫度分布。 如溫度分布曲線C所示，傳統(tǒng)雙極電池的溫度在中心處最高，并向著周緣 下降。也就是說，熱傾向于保持在電池單體的中心處，從電池單體的中心 向外部的熱傳遞(熱輻射)相對較弱。因此，與其他部分相比，電池單體 中心處的溫度相對較高。
在溫度如圖3中的溫度分布曲線C所示在X-Y平面(即垂直于堆疊方 向的平面)內(nèi)不均勻的情況下，雙極電池的性能傾向于劣化。
有鑒于此，在第一示例性實施例中，每個固體電解質(zhì)層14被構(gòu)造為使 得其厚度在X-Y平面內(nèi)變化。具體而言，每個固體電解質(zhì)層的厚度在中心 處大于在周緣處。
由于如此形成的固體電解質(zhì)層14，每個固體電解質(zhì)層14的大厚度部 分(中心部分)的電流密度相對較低，因此，通過雙極電池l的充電與放 電在同樣部分產(chǎn)生的熱量相對較小。
在固體電解質(zhì)層14被形成為每個固體電解質(zhì)層14的厚度在中心處大 于周緣處的情況下，固體電解質(zhì)層14中心處的離子(例如鋰離子，如果電池為鋰二次電池的話)移動路徑受到限制，因此，固體電解質(zhì)層14的中心 處的電流減小。另外，固體電解質(zhì)層14的中心處較大的厚度提供了較高的 電阻(resistance)。
一般而言，作為熱被消耗的能量與電流平方以及電阻成比例。因此， 作為熱被消耗的能量大大依賴于電流。根據(jù)第一示例性實施例的固體電解 質(zhì)層14的結(jié)構(gòu)，如上所述，在各固體電解質(zhì)層14的中心處，電流相對較 小，電阻相對較高。因此，由于小的電流，固體電解質(zhì)層14中心處的發(fā)熱 能夠得到有效的抑制。
也就是說，通過如上所述地抑制各固體電解質(zhì)層14中心處的發(fā)熱，能 夠使X-Y平面內(nèi)雙極電池1的溫度分布的不均勻性得到最小化。
圖3中的單點曲線A表示其運行的早期在雙極電池l中的溫度分布。 如溫度分布曲線A所示，在運行早期，固體電解質(zhì)層14的溫度在中心處 低于在周緣處，因為固體電解質(zhì)層14的厚度在中心處大于在周緣處。
然而，X-Y平面內(nèi)固體電解質(zhì)層14的溫度分布隨著時間從溫度分布曲 線A (單點曲線)所示的狀態(tài)變?yōu)閳D3的實線B所示的狀態(tài)。
也就是說，由于雙極電池1 (電池單體)的中心處的熱輻射與其他部 分相比較弱，雙極電池l中心處的溫度上升相對和緩。因此，通過在考慮 雙極電池l中心處的溫度升高特性的情況下預(yù)先設(shè)置位于雙極電池l中心 處的固體電解質(zhì)層14的厚度，能夠使X-Y平面內(nèi)雙極電池1 (電池單體) 的溫度分布基本均勻。優(yōu)選為，第一示例性實施例的雙極電池l在圖3中 的實線B所示的溫度分布狀態(tài)中使用。
同時，在第一示例性實施例中，雙極電池l如圖4所示在堆疊方向上 從兩側(cè)被夾在夾固元件200之間，以便抑制通過雙極電池1的充電與放電 等等而發(fā)生的雙極電池l的熱膨脹。具體而言，雙極電池l在周緣上被夾 固，如圖4中的箭頭所示。
根據(jù)這種結(jié)構(gòu)，盡管可能抑制雙極電池1的周緣處的熱膨脹，雙極電 池l的中心處的熱膨脹不能得到抑制，因此，僅雙極電池的中心可能由于 熱膨脹而移位。然而，在第一示例性實施例的雙極電池l中，由于X-Y平面中的溫度 分布的不均勻性如上所述地得到最小化，雙極電池l的中心處的熱膨脹能 夠得到抑制。因此，即偵 使用圖4所示的結(jié)構(gòu)，能夠防止由于熱膨脹引起 的雙極電池1的中心的移位。
進一步地，根據(jù)第一示例性實施例，由于各電池單體的厚度如較早時 所述地基本上一致，可以向雙極電池l的整個表面施加基本均勻的壓力。
同時，盡管第 一示例性實施例中各固體電解質(zhì)層14被形成為使得其厚 度在X方向與Y方向如圖3所示地連續(xù)變化，固體電解質(zhì)層14可作為替 代地被形成為使得其厚度僅在X方向和Y方向中的一個上發(fā)生變化。在這 樣的情況下，同樣地，集電部分ll被形成為使得其厚度發(fā)生變化以便補償 固體電解質(zhì)層14的厚度的變化。因此，固體電解質(zhì)層14的厚度變化的方 向(X方向或Y方向)中的溫度分布不均勻能得到最小化。
另外，盡管第一示例性實施例中電極層12、 13基本上在集電部分11 的整個表面上形成(參照圖1)，電極層12、 13可作為替代地被形成為在 集電部分ll上存在沒有形成電極層的區(qū)域。在下面，作為第一示例性實施 例的變型實例，將參照圖5和圖6詳細(xì)介紹這種結(jié)構(gòu)。
圖5為裝在根據(jù)第一示例性實施例的此變型實例的雙極電池中的固體 電解質(zhì)層的平面圖以及示出了^i置(X方向的位置)上的固體電解質(zhì)層 厚度的圖表，圖6為該變型實例的雙極電池的側(cè)面圖。
參照圖6，正電極層22和負(fù)電極層23分別在各集電部分21的兩側(cè)上 形成。正電極層22和負(fù)電極層23各自具有如下所述的三個區(qū)域。
在堆疊方向上集電部分21的一側(cè)，在中心處形成第一正電極層22， 在X方向上第一正電極層22a的兩側(cè)分別形成第二正電極層22b和第三正 電極層22c。在第一至第三正電極層22a至22c之間，形成沒有正電極層 的區(qū)域。注意，第一至第三正電極層22a至22c由共用的材料制造。
類似地，在堆疊方向上集電部分21的另一側(cè)，在中心處形成第一負(fù)電 極層23a，在X方向上第一負(fù)電極層23a的兩側(cè)分別形成第二負(fù)電極層23b 與第三負(fù)電極層23c。在第一至第三負(fù)電極層23a到23c之間為沒有形成
13負(fù)電極層的區(qū)域。注意，第一到第三負(fù)電極層23a到23c由共用的材料制造。
固體電解質(zhì)層24僅在與形成電極層22、 23的區(qū)域?qū)?yīng)的區(qū)域內(nèi)形成。 具體而言，第一固體電解質(zhì)層24a在第一正電極層22a與第一負(fù)電極層23a 之間形成，第二固體電解質(zhì)層24b在第二正電極層22b與第二負(fù)電極層23b 之間形成，第三固體電解質(zhì)層24c在第三正電極層22c與第三負(fù)電極層23c 之間形成。
參照圖5，第一固體電解質(zhì)層24a的厚度在X方向上在中心處為最大， 且向著周緣(即向著第二固體電解質(zhì)層24b以及向著第三固體電解質(zhì)層 24c)連續(xù)減小。第二固體電解質(zhì)層24b的厚度在接近于固體電解質(zhì)層24 的中心的一側(cè)(即接近于第一固體電解質(zhì)層24a的一側(cè))最大，且其向著 周緣連續(xù)減小。類似地，第三固體電解質(zhì)層24c的厚度在接近于固體電解 質(zhì)層24的中心的一側(cè)(即接近于第一固體電解質(zhì)層24a的一側(cè))最大，且 其向著周緣連續(xù)減小。注意，第二固體電解質(zhì)層24b的最厚部分的厚度與 第三固體電解質(zhì)層24c的最厚部分的厚度小于第一固體電解質(zhì)層24a的最 薄部分的厚度。
根據(jù)這一變型，因此，提供了不具有電極層和不具有固體電解質(zhì)層的 區(qū)域(空間)，因此，雙極電池2中產(chǎn)生的熱能夠借助這些區(qū)域高效地釋 放到外部。特別地，由于X-Y平面內(nèi)中心處的溫度傾向于升高到最高水平， 如果在接近于X-Y平面內(nèi)的中心處提供沒有電極層的區(qū)域，雙極電池2(電 池單體)的熱能夠得到高效的釋放。
另外，由于每個電解質(zhì)層24a到24c的厚度根據(jù)X方向內(nèi)的位置而變 化，X方向內(nèi)的溫度分布的不均勻性能夠得到最小化。
盡管在此變型實例中各固體電解質(zhì)層24分立地在形成電極層22、 23 的區(qū)域內(nèi)形成，固體電解質(zhì)層24可以如在上面介紹的第一示例性實施例中 那樣為一個層，由于其減小了各鄰近集電部分21變形并在外力下相互接觸 的可能性。
另外，盡管在此變型實例中電極層22、 23等沒有在兩個區(qū)域內(nèi)形成，本發(fā)明不限于此。也就是說，沒有電極層的區(qū)域的數(shù)量是可適當(dāng)設(shè)定的。
沒有電極層的區(qū)域的數(shù)量越大，雙極電池2的能量效率越低。為了處理這 一問題，沒有電極層的區(qū)域的數(shù)量可被設(shè)置為最小必需數(shù)量。
盡管在前面的示例性實施例與變型實例中固體電解質(zhì)層和集電部分被 形成為使得其厚度連續(xù)變化，它們可作為替代地被形成為使得其厚度階梯 式變化。例如，固體電解質(zhì)層和集電部分可被形成為使得其厚度沿著圖2 中分別示出了各固體電解質(zhì)層厚度和各集電部分厚度的曲線階梯式變化。 在這種情況下，同樣地，X-Y平面內(nèi)雙極電池(電池單體)的溫度分布的 不均勻性能得到最小化，同時，最小化了電池單體中厚度的不均勻性。
另外，如上所述，第一示例性實施例和變型實例使用了這樣的結(jié)構(gòu) 其中，各單個固體電解質(zhì)層的厚度根據(jù)X-Y平面內(nèi)的位置而變化。除此之 外，在由多個彼此層層堆疊的電池單體構(gòu)成的組件電池的情況下，各固體 電解質(zhì)層可被形成為根據(jù)其在堆疊方向上位于何處而具有不同的厚度。
一般而言，在具有堆疊結(jié)構(gòu)的雙極電池中，堆疊方向上雙極電池中心 處的熱輻射以及堆疊方向上雙極電池外側(cè)的熱輻射彼此不同。因此，常常 為這樣的情況溫度分布(堆疊方向上的溫度分布)在各電池單體中不同。 為了處理這一點， 一個選擇是根據(jù)其在堆疊方向上的位置不同地設(shè)置各固 體電解質(zhì)層的厚度。通過這樣做，堆疊方向上溫度分布的不均勻性能夠得 到抑制。注意，在這種情況下，同樣地，各固體電解質(zhì)層的結(jié)構(gòu)與上面介 紹的結(jié)構(gòu)(參照圖l)相同，也就是說，各固體電解質(zhì)層的厚度在固體電 解質(zhì)層中心處大于在周緣處。
也就是說，在上面的情況下，為了使得雙極電池堆疊方向上的溫度分 布不均勻性最小化，堆疊方向上位于雙極電池中心處固體電解質(zhì)層的厚度 大于堆疊方向上位于雙極電池外側(cè)的固體電解質(zhì)層的厚度。
另外，也可以將第一示例性實施例的固體電解質(zhì)層或變型實例中的固 體電解質(zhì)層(即在其平面方向上具有非均勻厚度的固體電解質(zhì)層)用作電 池中心處的固體電解質(zhì)層，將傳統(tǒng)的固體電解質(zhì)層用作電池外側(cè)的固體電 解質(zhì)層。在第一示例性實施例與變型實例中，各固體電解質(zhì)層的不均勻的厚度
根據(jù)雙極電池的熱輻射特性得到設(shè)置。然而，在X-Y平面中溫度分布的不 均勻性原因包括外部熱影響的情況下，各固體電解質(zhì)層的非均勻厚度可通 過納入這樣的外部熱影響而得到設(shè)置。這將在下面更為詳細(xì)地介紹。
例如，在雙極電池附近存在熱源(例如發(fā)動機、電動4幾)的情況下， 熱源對雙極電池有熱的影響。因此，雙極電池的熱源側(cè)區(qū)域的溫度傾向于 高于其他區(qū)域的溫度(也就是說，雙極電池的熱源側(cè)區(qū)域的熱輻射與其他 區(qū)域中的相比劣化)。
然而，X-Y平面內(nèi)這樣的溫度分布不均勻性可通過將各固體電解質(zhì)層
小化。也就是說，如同上面所介紹的第一示例性實施例中一樣，由于根據(jù) X-Y平面內(nèi)的位置變化的固體電解質(zhì)層厚度，電流密度根據(jù)X-Y平面內(nèi)的 位置而變化，且其使得雙極電池(電池單體)中溫度分布的不均勻性最小化。
因此，各固體電解質(zhì)層的厚度可預(yù)先通過將反映來自熱源的熱影響(其 可預(yù)先推定)的X-Y平面溫度分布特性考慮在內(nèi)而得到設(shè)置。另外，在各 固體電解質(zhì)層的厚度如上所述地設(shè)置的情況下，各集電部分被形成為使得 其厚度如第一示例性實施例中那樣根據(jù)對應(yīng)的固體電解質(zhì)層厚度變化而變 化。也就是說，各集電部分的厚度變化，以便使得電池單體中的厚度的不 均勻性最小化。
例如，作為第一示例性實施例中的固體電解質(zhì)層結(jié)構(gòu)的附加或替代的 是，可使用下面的結(jié)構(gòu)。也就是說，使得固體電解質(zhì)層的熱源側(cè)部分的厚 度(例如X方向中一側(cè)上的較外部分)大于其它部分(例如，X方向上另 一側(cè)的較外部分)。這使得X-Y平面內(nèi)由于雙極電池充放電以及外部熱影 響產(chǎn)生的發(fā)熱引起的溫度分布不均勻得到最小化。
在固體電解質(zhì)層的溫度在熱源側(cè)部分最高(固體電解質(zhì)層的熱輻射在 熱源側(cè)部分最低)的情況下，固體電解質(zhì)層可被形成為使得其厚度在熱源 側(cè)部分最大。另一方面，在雙極電池為包含如圖1所示彼此層層堆疊的電池單體的 組件電池且堆疊方向上雙極電池的一側(cè)存在熱源的情況下，位于熱源側(cè)的 電池單體更容易受到熱源的熱影響。為了解決這一問題， 一個選擇是使位
單體的固體電解質(zhì)層的結(jié)構(gòu)。
具體而言，使得位于熱源側(cè)的固體電解質(zhì)層(堆疊方向上一側(cè)的最外 區(qū)域)的厚度大于其它固體電解質(zhì)層(例如位于堆疊方向上另一側(cè)的最外 區(qū)域中的固體電解質(zhì)層)的厚度。也就是說，多個固體電解質(zhì)層被形成為 使得一個區(qū)域中的層的厚度不同于其它區(qū)域中的層的厚度。
例如，可以使堆疊方向上位于雙極電池中心處的固體電解質(zhì)層的厚度 大于其它固體電解質(zhì)層的厚度。根據(jù)這種結(jié)構(gòu)，當(dāng)具有堆疊結(jié)構(gòu)的雙極電 池受到熱源的熱影響時，堆疊方向上溫度分布的不均勻性可得到最小化。 在這種情況下，同樣地，各固體電解質(zhì)層的結(jié)構(gòu)與上面介紹的結(jié)構(gòu)(參照 圖1)中相同。也就是說，各固體電解質(zhì)層的厚度在中心處與在周緣處相 比較大。
在位于接近于熱源的 一側(cè)的最外位置的電池單體的溫度在所有電池單 體中最高的情況下，也就是說，在最外電池單體的熱輻射在所有電池單體 中最低的情況下，最外電池單體中的固體電解質(zhì)層優(yōu)選為用最高的厚度制造。
同時，盡管在第一示例性實施例中如圖1所示各集電部分11的兩側(cè)是
彎曲的(凹的)，它們可以以其他形式形成。例如，如圖7所示，各集電 部分31可被制造為使得堆疊方向上集電部分31的一側(cè)一般地是平的(包 括制造7>差)，而另一側(cè)是彎曲的(凹的)，以l更與對應(yīng)的固體電解質(zhì)層 34的表面(彎曲表面)匹配。注意，固體電解質(zhì)層34的結(jié)構(gòu)與圖1所示 固體電解質(zhì)層14的結(jié)構(gòu)相同。
在上面的情況下，具體而言，具有基本一致的厚度的電極層(正電極 層與負(fù)電極層中的一個)32在集電部分31的彎曲側(cè)上形成，具有不一致 的厚度的電極層(正電極層與負(fù)電極層中的另一個)33在集電部分11的平坦側(cè)上形成。也就是說，電極層33具有與集電部分31接觸的基本平坦 的表面，以及與固體電解質(zhì)層34接觸的彎曲表面(凹面)，且電極層33 的厚度從中心向周緣連續(xù)增大。注意，集電部分31和電極層32、 33—起 構(gòu)成雙極電極30。
照此，在圖7所示的結(jié)構(gòu)中，同樣地，固體電解質(zhì)層34的厚度根據(jù)在 X-Y平面內(nèi)的位置而變化，由此使得X-Y平面內(nèi)的溫度分布的不均勻性最 小化。另外，在這種結(jié)構(gòu)中，由于集電部分31的厚度與電極層33的厚度 (即雙極電極33的厚度)也根據(jù)固體電解質(zhì)層34的厚度而變化，電池單 體中厚度的不均勻性能夠得到最小化。也就是說，在每個電池單體中，固 體電解質(zhì)層34的厚度變化通過集電部分31的厚度變化以及電極層33的厚 度變化而抵消。
盡管在圖1所示的結(jié)構(gòu)中固體電解質(zhì)層14的兩側(cè)(分別與電極層12、 13接觸的側(cè))是彎曲的(凸的)，它們可以以其他形式形成。也就是說， 堆疊方向上固體電解質(zhì)層的一側(cè)可以是彎曲的(凸的)，另一側(cè)可以被形 成為一般是平的。在這種情況下，固體電解質(zhì)層的厚度從周緣向中心連續(xù) 增大，因此，X-Y平面內(nèi)的溫度分布可以得到最小化。
另外，在上面的情況下，電極層的與固體電解質(zhì)層的彎曲側(cè)(凸側(cè)) 接觸的一側(cè)可以是彎曲的(凹的)，電極層的另一側(cè)可以被形成為一般是 平的。也就是說，在電池單體中，固體電解質(zhì)層的厚度的變化可通過電極 層的厚度的變化得到抵消。
另外，電極層的與固體電解質(zhì)層的彎曲側(cè)(凹側(cè))接觸的一側(cè)可4皮形 成為具有基本一致的厚度，集電部分的與此電極層接觸的一側(cè)可以是彎曲 的(凹的)。也就是說，在電池單體中，固體電解質(zhì)層厚度變化通過集電 部分的厚度變化得到抵消。
另一方面，雙極電池(電池單體)可被結(jié)構(gòu)化為如圖8所示。在圖8 所示的結(jié)構(gòu)中，電極層42的厚度、電極層43的厚度、集電部分41的厚度 根據(jù)在X-Y平面內(nèi)的位置而變化。注意，固體電解質(zhì)層44的結(jié)構(gòu)與圖1 所示固體電解質(zhì)層14的結(jié)構(gòu)相同，其中，固體電解質(zhì)層的厚度從周緣向中心處連續(xù)增大。
具體而言，集電部分41的兩側(cè)是彎曲的(凹的)，使得集電部分41 的厚度從中央向周緣連續(xù)增大。另外，各電解質(zhì)層42、 43的兩側(cè)是彎曲的 (凹的和凸的)，使得電解質(zhì)層42、 43從中央向周緣增大。
在圖8所示的結(jié)構(gòu)中，同樣地，固體電解質(zhì)層44的厚度根據(jù)在X-Y 平面內(nèi)的位置而變化，因此，X-Y平面內(nèi)的溫度分布變化能夠得到最小化。 另外，在圖8所示的結(jié)構(gòu)中，各電解質(zhì)層42、 43的厚度根據(jù)固體電解質(zhì)層 44的厚度而變化(即雙極電極40的厚度)，電池單體中的厚度不均勻性 能夠得到最小化。
同時，通過使得各電極層42、 43的厚度變化量與集電部分41的厚度 變化量的總和(即雙極電極40的厚度變化量)基本上等于固體電解質(zhì)層 44的厚度變化量(包括制造公差)，電池單體的厚度可被制造為基本一致。 "厚度變化量"指的是X-Y平面內(nèi)兩個任意點之間的厚度差。
另一方面，在圖l所示的結(jié)構(gòu)中，固體電解質(zhì)層14在一側(cè)的彎曲表面 的曲率以及固體電解質(zhì)層14在另一側(cè)的彎曲表面的曲率基本上彼此相等。 然而，這些彎曲表面可用不同的曲率形成。在這種情況下，同樣地，固體 電解質(zhì)層的厚度從周緣向中央連續(xù)增大，因此，X-Y平面內(nèi)的溫度分布變 化能夠得到最小化。
在上面的情況下，正與負(fù)電極的分別與固體電解質(zhì)層的兩側(cè)接觸的表 面具有不同的曲率。
上述雙極電池(二次電池)可,皮用作用于例如電氣車輛(EV)、混合 動力車(HEV)、燃料電池車輛(FCV)的蓄電裝置。
盡管參照被認(rèn)為是其優(yōu)選實施例的實施例介紹了本發(fā)明，將會明了 ， 本發(fā)明不限于所公開的實施例或構(gòu)造。相反，本發(fā)明旨在覆蓋多種變型和 等效布置。另外，盡管所公開的發(fā)明的多種元件以多種組合和構(gòu)造示出， 其是示例性的，包括更多、更少或僅僅一個元件的其他組合和構(gòu)造也屬于 本發(fā)明的范圍。
權(quán)利要求
1. 一種蓄電裝置，其特征在于包含電解質(zhì)層；以及電極，其由集電部分和電極層構(gòu)成，其中，電解質(zhì)層在垂直于堆疊蓄電裝置部件的堆疊方向的平面內(nèi)的第一位置上的厚度大于在熱輻射比第一位置高的第二位置上的厚度，且集電部分在與第一位置對應(yīng)的位置上的厚度小于在與第二位置對應(yīng)的位置上的厚度。
2. 根據(jù)權(quán)利要求l的蓄電裝置，其中，電解質(zhì)層在第一位置上的厚度和電解質(zhì)層在第二位置上的厚度之間的 差基本等于集電部分在與第一位置對應(yīng)的位置上的厚度和集電部分在與第 二位置對應(yīng)的位置上的厚度之間的差。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1或2的蓄電裝置，其中，電極層在與笫 一位置對應(yīng)的位置上的厚度和電極層在與第二位置對應(yīng) 的位置上的厚度基M此相等。
4. 根據(jù)權(quán)利要求l的蓄電裝置，其中，電極層在與第 一位置對應(yīng)的位置上的厚度小于電極層在與第二位置對 應(yīng)的位置上的厚度。
5. 根據(jù)權(quán)利要求4的蓄電裝置，其中，電解質(zhì)層在第一位置上的厚度和電解質(zhì)層在第二位置上的厚度之間的 差基本等于電極在與第 一位置對應(yīng)的位置上的厚度和電極在與第二位置對 應(yīng)的位置上的厚度之間的差。
6. 根據(jù)權(quán)利要求l-5中任意一項的蓄電裝置，其中， 第一位置為與電解質(zhì)層的中心基本對應(yīng)的位置，且 第二位置為與電解質(zhì)層的周緣對應(yīng)的位置。
7. 根據(jù)權(quán)利要求l-6中任意一項的蓄電裝置，其中， 電解質(zhì)層的厚度從第二位置到第一位置連續(xù)增大，且集電部分的厚度從第二位置到第一位置連續(xù)減小。
8. 根據(jù)權(quán)利要求l-6中任意一項的蓄電裝置，其中， 電解質(zhì)層的厚度從第二位置到第一位置階梯式增大，且 集電部分的厚度從第二位置到第 一位置階梯式減小。
9. 根據(jù)權(quán)利要求7的蓄電裝置，其中， 電極層的厚度從第二位置到第一位置連續(xù)減小。
10. 根據(jù)權(quán)利要求8的蓄電裝置，其中，電極層的厚度從第二位置到第 一位置階梯式減小。
11. 根據(jù)權(quán)利要求1-10中任意一項的蓄電裝置，其中， 在垂直于堆疊方向的平面內(nèi)，電極層有著沒有電極層的區(qū)域。
12. 根據(jù)權(quán)利要求ll的蓄電裝置，其中，電解質(zhì)層有著沒有電解質(zhì)層的區(qū)域，該區(qū)域位于與沒有電極層的區(qū)域 對應(yīng)的位置。
13. 根據(jù)權(quán)利要求1-12中任意一項的蓄電裝置，其中， 設(shè)置了多個電極與電解質(zhì)層，所述多個電極以這樣的方式堆疊每一對電極在其間夾有所述多個電解質(zhì)層中的一個。
14. 根據(jù)權(quán)利要求13的蓄電裝置，其中， 至少一個電解質(zhì)層的厚度大于其它電解質(zhì)層的厚度。
全文摘要
一種蓄電裝置，其包含電解質(zhì)層(14)；電極(10)，其由集電部分(11)和電極層(12，13)構(gòu)成，其中，電解質(zhì)層在垂直于堆疊方向的平面內(nèi)的第一位置上的厚度大于在熱輻射比第一位置高的第二位置上的厚度，且集電部分在與第一位置對應(yīng)的位置上的厚度小于在與第二位置對應(yīng)的位置上的厚度。
文檔編號H01M4/70GK101427414SQ200780013850
公開日2009年5月6日 申請日期2007年12月20日 優(yōu)先權(quán)日2006年12月21日
發(fā)明者中村好志 申請人:豐田自動車株式會社