專利名稱：雙極型二次電池的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種雙極型二次電池。
技術(shù)背景 存在使多個(gè)二次電池分時(shí)進(jìn)行充放電的技術(shù)(參照專利文獻(xiàn)I)。專利文獻(xiàn)I :日本特開(kāi)平7-203634號(hào)公報(bào)

實(shí)用新型內(nèi)容在將層合多個(gè)單電池層的雙極型二次電池搭載在車輛上使用的情況下，為了消除由于電池的自行放電而產(chǎn)生的單電池層間的電壓波動(dòng)，必須在各集電體上設(shè)置用于檢測(cè)電位的電壓檢測(cè)用端子，根據(jù)由該電壓檢測(cè)用端子檢測(cè)到的各集電體的電位，計(jì)算各單電池層的電壓，并控制從電壓檢測(cè)用端子流出的平衡電流(放電電流)，以使得該計(jì)算出的各單電池層的電壓均勻化。優(yōu)選該平衡電流控制可以在盡可能短的時(shí)間內(nèi)結(jié)束。但是，如上述專利文獻(xiàn)I的技術(shù)所示，為了使多個(gè)二次電池分時(shí)放電而耗費(fèi)時(shí)間。因此，本實(shí)用新型的目的在于提供一種雙極型二次電池，其可以一次地使多個(gè)單電池層放電。本實(shí)用新型的雙極型二次電池具有發(fā)電要素，其通過(guò)將在集電體的一個(gè)表面形成正極活性物質(zhì)層，在另一個(gè)表面形成負(fù)極活性物質(zhì)層的雙極型電池，和離子在其內(nèi)部移動(dòng)的電解質(zhì)層，按照使該雙極型電極的正極活性物質(zhì)層和負(fù)極活性物質(zhì)層經(jīng)由該電解質(zhì)層彼此相對(duì)的方式層合，而使多個(gè)單電池層層合。并且，對(duì)于上述各單電池層，獨(dú)立地連接將開(kāi)關(guān)單元及放電電阻連結(jié)而構(gòu)成的放電電路。實(shí)用新型的效果根據(jù)本實(shí)用新型，構(gòu)成在相鄰的獨(dú)立放電電路之間安裝高電阻的集電體及高電阻的電極活性物質(zhì)層的回路。因此，即使使相鄰的開(kāi)關(guān)同時(shí)閉合，因?yàn)榇箅娏鞑粫?huì)通過(guò)高電阻的集電體或高電阻的電極活性物質(zhì)層，所以可以從多個(gè)單電池層一次放電，從而縮短至完成電壓平衡控制的時(shí)間。

圖I是本實(shí)用新型的第I實(shí)施方式的電壓平衡控制電路圖。圖2是本實(shí)用新型的第I實(shí)施方式的電壓平衡控制電路圖。圖3是使第I實(shí)施方式的集電體及負(fù)極活性物質(zhì)層部分的概略俯視圖縱向排列的圖。圖4是第I實(shí)施方式的電壓平衡控制電路圖。圖5是對(duì)比例I的電壓平衡控制電路圖。圖6是對(duì)比例I的電壓平衡控制電路圖。圖7是對(duì)比例I的電壓平衡控制電路圖。[0017]圖8是對(duì)比例I的電壓平衡控制電路圖。圖9是對(duì)比例2的電壓平衡控制電路圖。圖10是第2實(shí)施方式的電壓平衡控制電路圖。圖11是使第2實(shí)施方式的集電體及負(fù)極活性物質(zhì)層部分的概略俯視圖縱向排列的圖。
具體實(shí)施方式
下面，根據(jù)附圖對(duì)實(shí)施方式進(jìn)行說(shuō)明。在下述附圖中，為了使實(shí)用新型易于理解，有時(shí)將構(gòu)成層合型電池的要素等的各層的厚度或形狀夸張表示。 圖I表示用于對(duì)本實(shí)用新型的第I實(shí)施方式的電池堆I進(jìn)行電壓平衡控制的電氣回路圖(以下簡(jiǎn)稱為“電壓平衡控制電路圖”)。在這里，所謂電壓平衡控制是指，如后所述，通過(guò)放電而使四個(gè)單電池層15a至15d的電壓均勻的控制。雖未圖示，但將四個(gè)電池堆I以層合的狀態(tài)收容在金屬制的箱子中，構(gòu)成一個(gè)模塊，利用由多個(gè)模塊組成的電池組，構(gòu)成雙極型二次電池。由此，電池堆I是構(gòu)成雙極型二次電池的一個(gè)單元。該雙極型二次電池搭載到車輛上使用。在圖I中表示電池堆I的概略縱剖視圖，上方為鉛直上方，下方為鉛直下方。電池堆I如后所述，以樹(shù)脂-金屬?gòu)?fù)合層合薄膜作為外裝材料進(jìn)行包覆，在其內(nèi)部收容發(fā)電要素2。作為發(fā)電要素2，通過(guò)將在集電體的一個(gè)表面形成正極活性物質(zhì)層，在集電體的另一個(gè)表面形成負(fù)極活性物質(zhì)層的雙極型電極，和使離子在其內(nèi)部移動(dòng)的電解質(zhì)，以使相鄰的該雙極型電極的正極活性物質(zhì)層和負(fù)極活性物質(zhì)層經(jīng)由該電解質(zhì)層彼此相對(duì)的方式層合，從而層合多個(gè)單電池層。下面，對(duì)發(fā)電要素2進(jìn)行說(shuō)明。具有短邊側(cè)和長(zhǎng)邊側(cè)的扁平的長(zhǎng)方形的集電體4，由導(dǎo)電性高分子材料或在非導(dǎo)電性高分子材料中添加導(dǎo)電性填料的樹(shù)脂形成。集電體4不限于樹(shù)脂，也可以由金屬形成。但是，作為這里的集電體4，使用集電體的面內(nèi)電流的流過(guò)方向的內(nèi)部電阻相對(duì)較大(例如電阻率大于或等于O. 01 Qcm)，且在單電池層放電時(shí)，在與正極活性物質(zhì)層或負(fù)極活性物質(zhì)層接觸的部位產(chǎn)生非恒定的電位分布的材料。作為電流流過(guò)方向的電阻相對(duì)較大的金屬，例如可以列舉鎳鉻合金、不銹鋼(SUS)。電池堆I具有五個(gè)(多個(gè))雙極型電極3，其分別在圖I中沿水平方向放置的集電體4的鉛直下表面形成正極活性物質(zhì)層5 (正極)，在集電體4的鉛直上表面形成負(fù)極活性物質(zhì)層6(負(fù)極)。并且，負(fù)極活性物質(zhì)層6與正極活性物質(zhì)層5相比，表面積較大。各雙極型電極3沿鉛直方向經(jīng)由電解質(zhì)層7層合(串聯(lián)連接)，形成I個(gè)電池堆。在這里，在將上下方向相鄰的兩個(gè)雙極型電極分別作為上部雙極型電極、下部雙極型電極時(shí)，以使位于下部雙極型電極的上表面的負(fù)極活性物質(zhì)層6和位于上部雙極型電極的下表面的正極活性物質(zhì)層6經(jīng)由電解質(zhì)層7彼此相對(duì)的方式，配置下部、上部的各雙極型電極。正極、負(fù)極兩個(gè)電極活性物質(zhì)層5、6的水平方向的外周，與集電體4的水平方向的外周相比，小一圈而形成。在未設(shè)置這兩個(gè)電極活性物質(zhì)層5、6的集電體4的周緣部(水平方向的全周)，通過(guò)隔著具有規(guī)定寬度的密封部件11，使正極活性物質(zhì)層5與負(fù)極活性物質(zhì)層6絕緣，并且，在圖I中沿上下方向正對(duì)的兩個(gè)電極活性物質(zhì)層5、6之間形成規(guī)定的空間。另外，密封部件11距離兩個(gè)活性物質(zhì)層5、6水平方向的端部充裕的距離而配置在外側(cè)。通過(guò)在上述空間8中填充液體狀或膠狀的電解質(zhì)9，形成電解質(zhì)層7。在填充電解質(zhì)層9的空間8中設(shè)置由多孔質(zhì)膜形成的隔板12，利用該隔板12，還可以防止相對(duì)的兩個(gè)電極活性物質(zhì)層5、6電氣接觸。電解質(zhì)9可以通過(guò)該隔板12。位于發(fā)電要素2的層合方向的兩端的集電體，與用于使發(fā)電要素2充放電的強(qiáng)電耳片16、17連接。即，最上部的負(fù)極活性物質(zhì)層6與一個(gè)強(qiáng)電耳片16連接，最下部的正極活性物質(zhì)層5與另一個(gè)強(qiáng)電耳片17連接。在雙極型二次電池的充電后，作為正極端子起作用的是一個(gè)的強(qiáng)電耳片16，在充電后作為負(fù)極端子起作用的是另一個(gè)強(qiáng)電耳片17。由隔著電解質(zhì)層7的正極活性物質(zhì)層5及負(fù)極活性物質(zhì)層6構(gòu)成一個(gè)單電池層15(單電池)。因此，電池堆I也是將四個(gè)單電池層15串聯(lián)連接的結(jié)構(gòu)。下面使這四個(gè)單電池層如圖2所示，從鉛直上方開(kāi)始為第I單電池層15a、第2單電池層15b、第3單電池層15c、第4單電池層15d進(jìn)行區(qū)別。此外，圖2是與圖I相同的第I實(shí)施方式的電池堆I的概略縱剖視圖。雖未圖示，但包含強(qiáng)電耳片16、17的發(fā)電要素2的整體，使用樹(shù)脂-金屬?gòu)?fù)合層合薄膜作為外裝材料，通過(guò)使其周邊部利用熱粘合接合，從而收容發(fā)電要素2并密封為真空。在樹(shù)脂-金屬?gòu)?fù)合層合薄膜的外部，使強(qiáng)電耳片16、17和后述的五個(gè)放電用端子21a至21e、以及五個(gè)電壓檢測(cè)用端子27a至27e露出。將單電池層15串聯(lián)連接的數(shù)量在圖I、圖2中為四個(gè)，但將單電池層15串聯(lián)連接的數(shù)量及將后述的電池堆串聯(lián)連接的數(shù)量可以對(duì)應(yīng)于實(shí)際期望的電壓進(jìn)行調(diào)節(jié)。如果由串聯(lián)連接的四個(gè)單電池層15a至15d承擔(dān)的電壓各不相同，則因?yàn)樽鳛殡姵囟袸整體無(wú)法獲得期望的電池電壓，所以在本實(shí)施方式中，控制來(lái)自各集電體4a至4e的平衡電流(放電電流)，以使得四個(gè)單電池層15a至15d的各電壓一致。在這里，所謂平衡電流，是指以多個(gè)(在這里為四個(gè))單電池層15a至15d為對(duì)象，為了使四個(gè)單電池層15a至15d之間的電壓均勻而使之放電的電流。另外，平衡電流的控制也被稱為“電壓平衡控制”。即，所謂電壓平衡控制是指將多個(gè)(在這里為四個(gè))單電池層15a至15d作為對(duì)象，通過(guò)放電使這四個(gè)單電池層15a至15d的電壓均勻的控制。下面，適當(dāng)使用平衡電流、電壓平衡控制這一名稱。此外，對(duì)于搭載在車輛上的電池堆I進(jìn)行充放電，但為了消除因四個(gè)單電池層15a至15d的自行放電而產(chǎn)生的單電池層之間的電壓波動(dòng)，優(yōu)選電壓平衡控制可以在盡可能短的時(shí)間內(nèi)結(jié)束。但是，在后述的對(duì)比例I這種結(jié)構(gòu)的情況下，必須通過(guò)分時(shí)而至少進(jìn)行兩個(gè)階段 的放電，所以直至電壓平衡控制的結(jié)束為止耗費(fèi)時(shí)間。因此，在第I實(shí)施方式中，各單電池層15a至15d，獨(dú)立地連接將開(kāi)關(guān)單元及放電電阻連結(jié)而構(gòu)成的放電電路。下面具體地進(jìn)行說(shuō)明。電壓平衡電路20如圖2所示，由第I單電池層15a用的放電電路20a、第2單電池層15b用的放電電路20b、第3單電池層15c用的放電電路20c、第4單電池層15d用的放電電路20d構(gòu)成。在這里，使四個(gè)放電電路分別為第I放電電路20a、第2放電電路20b、第3放電電路20c、第4放電電路20d進(jìn)行區(qū)別。四個(gè)放電電路20a至20d的結(jié)構(gòu)相同。首先，第I放電電路20a如圖2所示，由兩個(gè)放電用端子31a、31b、兩條放電用配線32a、32b、一個(gè)放電用電阻24a、一個(gè)開(kāi)關(guān)單兀25a構(gòu)成。具體地說(shuō)，為了使放電電流從第I單電池層15a(平衡電流)流出，將一對(duì)放電用端子31a、31b使用粘接等方法安裝在集電體4a、4b的周緣部的規(guī)定位置(在圖2中為右端)，將其向上述樹(shù)脂-金屬?gòu)?fù)合層合薄膜的外部取出。并且，一對(duì)放電用端子31a、31b與放電用配線32a、32b的一端(左端)連接，放電用配線32a、32b另一端(右端)與常開(kāi)的開(kāi)關(guān)單元25a(例如繼電器等)連接。在放電用配線32b上安裝放電用電阻24a。同樣地，為了從第2單電池層15b流過(guò)放電電流(平衡電流)，使用粘接等方法，在集電體4b、4c的周緣部的規(guī)定位置(在圖2中為左端)安裝一對(duì)放電用端子31c、31d，向上述樹(shù)脂-金屬?gòu)?fù)合層合薄膜的外部取出。并且，一對(duì)放電用端子31c、31d與放電用配線32c、32d的一端(右端)連接，放電用配線32c、32d的另一端(左端)與常開(kāi)的開(kāi)關(guān)單元25b (例如繼電器等)連接。在放電用配線32d上安裝放電用電阻24b。同樣地，為了從第3單電池層15c流過(guò)放電電流(平衡電流)，使用粘接等方法， 在集電體4c、4d的周緣部的規(guī)定位置(在圖2中為右端)安裝一對(duì)放電用端子31e、31f，向上述樹(shù)脂-金屬?gòu)?fù)合層合薄膜的外部取出。并且，一對(duì)放電用端子31e、31f與放電用配線32e、32f的一端(右端)連接，放電用配線32e、32f的另一端(左端)與常開(kāi)的開(kāi)關(guān)單元25c (例如繼電器等)連接。在放電用配線32f上安裝放電用電阻24c。同樣地，為了從第4單電池層15d流過(guò)放電電流(平衡電流)，使用粘接等方法，在集電體4d、4e的周緣部的規(guī)定位置(在圖2中為左端)安裝一對(duì)放電用端子31g、31h，向上述樹(shù)脂-金屬?gòu)?fù)合層合薄膜的外部取出。并且，一對(duì)放電用端子31g、31h與放電用配線32g、32h的一端(右端)連接，放電用配線32g、32h的另一端(左端)與常開(kāi)的開(kāi)關(guān)單元25d(例如繼電器等)連接。在放電用配線32h上安裝放電用電阻24d。在這里，使五個(gè)集電體為第I集電體4a、第2集電體4b、第3集電體4c、第4集電體4d、第5集電體4c，使八個(gè)放電用端子為第I放電用端子31a、第2放電用端子31b、第3放電用端子31c、第4放電用端子31d、第5放電用端子31e、第6放電用端子31f、第7放電用端子31g、第8放電用端子31h，使八條放電用配線為第I放電用配線32a、第2放電用配線32b、第3放電用配線32c、第4放電用配線32d、第5放電用配線32e、第6放電用配線32f、第7放電用配線32g、第8放電用配線32h，使四個(gè)放電用電阻為第I放電用電阻24a、第2放電用電阻24b、第3放電用電阻24c、第4放電用電阻24d，使四個(gè)開(kāi)關(guān)單元為第I開(kāi)關(guān)單元25a、第2開(kāi)關(guān)單元25b、第3開(kāi)關(guān)單元25c、第4開(kāi)關(guān)單元25d進(jìn)行區(qū)別。由此，如果對(duì)于各單電池層15a至15d，獨(dú)立地連接將開(kāi)關(guān)單元及放電電阻連結(jié)(串聯(lián)連接)而構(gòu)成的放電電路20a至20d，則第I放電電路20a僅在第I單電池層15a放電時(shí)使用，第2放電電路20b僅在第2單電池層15b放電時(shí)使用，第3放電電路20c僅在第3單電池層15c放電時(shí)使用，第4放電電路20d僅在第4單電池層15d放電時(shí)使用。另外，第I、第3、第5、第7放電用端子31a、31c、31e、31g成為放電電流流出一側(cè)的端子。另一方面，第2、第4、第6、第8放電用端子31b、31d、31f、31h成為放電電流流入一側(cè)的端子。按照上述方式構(gòu)成由四個(gè)放電電路20a至20d構(gòu)成的電壓平衡電路20，四個(gè)放電電路20a至20d的開(kāi)關(guān)單元25a至25d的開(kāi)閉由控制電路29控制。另一方面，為了測(cè)量四個(gè)單電池層15a至15d的電壓，分別從第I、第3、第5、第7這四條放電用配線32a、32c、32e、32g分支出電壓檢測(cè)用配線28a、28c、28b、28d，將分支出的電壓檢測(cè)用配線28a至28d與控制電路29連接。另外，使用粘接等方法在第5集電體4e的周緣部的規(guī)定位置(在圖2中為右端)安裝電壓檢測(cè)用端子31i，向上述樹(shù)脂-金屬?gòu)?fù)合層合薄膜的外部取出。并且，電壓檢測(cè)用端子31i與電壓檢測(cè)用配線28e的一端(左端)連接，將另一端(右端)與控制電路29連接。在這里，使五個(gè)電壓檢測(cè)用配線為第I電壓檢測(cè)用配線28a、第2電壓檢測(cè)用配線28b、第 3電壓檢測(cè)用配線28c、第4電壓檢測(cè)用配線28d、第5檢測(cè)用配線28e進(jìn)行區(qū)別。此外，各放電電路20a至20d中使用的部件，在四個(gè)單電池層15a至15d上為相同的規(guī)格。具體地說(shuō)，八個(gè)放電用端子31a至31h及一個(gè)電壓檢測(cè)用端子31i全部為相同規(guī)格，四個(gè)開(kāi)關(guān)單元25a至25d也全部為相同規(guī)格。八條放電用配線32a至32h全部為相同材質(zhì)、相同長(zhǎng)度，四個(gè)放電用電阻24a至24d的電阻值全部相同。同樣地，五個(gè)電壓檢測(cè)用配線28a至28e全部為相同規(guī)格。在第2至第4這三個(gè)集電體4b至4d上，如圖3所示，安裝兩個(gè)放電用端子，安裝在每一個(gè)集電體上的兩個(gè)放電用端子的位置關(guān)系相同。在這里，圖3是將五個(gè)集電體4a至4e以及在各集電體4a至4e鉛直上方形成的負(fù)極活性物質(zhì)層6的部分的概略俯視圖縱向排列的圖。在圖3中，在具有短邊側(cè)(在圖3中位于左右的邊部側(cè))和長(zhǎng)邊側(cè)(在圖3中位于上下的邊部側(cè))的扁平長(zhǎng)方形的各集電體上，在周緣部保留一定寬度的熱粘合部，形成負(fù)極活性物質(zhì)層6。因此，負(fù)極活性物質(zhì)層6為扁平的長(zhǎng)方形。在這種具有短邊側(cè)和長(zhǎng)邊側(cè)的扁平長(zhǎng)方形的第2至第4集電體4b至4d的表面上，將第2、第3放電用端子31b、31c、第
4、第5放電用端子31d、31e、第6、第7放電用端子31f、31g，安裝在點(diǎn)對(duì)稱位置的周緣部且為短邊側(cè)的周緣部。即，在負(fù)極活性物質(zhì)層6的四個(gè)角部之一，并且在圖3中位于右下方的角部附近的集電體周緣部處，沿負(fù)極活性物質(zhì)層6的長(zhǎng)邊方向(在圖3中為左右方向)安裝第2、第5、第6放電用端子31b、31e、31f。另一方面，在負(fù)極活性物質(zhì)層6的四個(gè)角部之一，并且在圖3中位于左上方的角部附近的集電體周緣部，沿負(fù)極活性物質(zhì)層6的長(zhǎng)邊方向(在圖3中為左右方向)安裝第3、第4、第7放電用端子31c、31d、31g。由此，一側(cè)的放電用端子31b、31e、31f和另一側(cè)的放電用端子31c、31d、31g被設(shè)置在集電體周緣部上的彼此遠(yuǎn)離的位置上。同樣地，在第5集電體4e的表面上，將電壓檢測(cè)用端子31i和第8放電用端子31h，安裝在點(diǎn)對(duì)稱位置的周緣部且為短邊側(cè)的周緣部。即，在負(fù)極活性物質(zhì)層6的四個(gè)角部之一，并且在圖3中位于右下方的角部附近的集電體周緣部，沿負(fù)極活性物質(zhì)層6的長(zhǎng)邊方向(在圖3中為左右方向)安裝電壓檢測(cè)用端子31i。另一方面，在負(fù)極活性物質(zhì)層6的四個(gè)角部之一，并且在圖3中位于左上方的角部附近的集電體周緣部，沿負(fù)極活性物質(zhì)層6的長(zhǎng)邊方向(在圖3中為左右方向)安裝第8放電用端子31h。由此，電壓檢測(cè)用端子31i和第8放電用端子31h被設(shè)置在集電體周緣部的彼此遠(yuǎn)離的位置上。回到圖2中，如果將利用第I放電用端子31a檢測(cè)到第I集電體4a的電位作為第I電位VI，將利用第3放電用端子31c檢測(cè)到第2集電體4b的電位作為第2電位V2，將利用第5放電用端子31e檢測(cè)到第3集電體4c的電位作為第3電位V3，將利用第7放電用端子31g檢測(cè)到第4集電體4d的電位作為第4電位V4，將利用電壓檢測(cè)用端子31i檢測(cè)到第5集電體4e的電位作為第5電位V5,貝U第I單電池層15a的電壓ΛΥ1可以由第I電位Vl與第2電位V2的電位差表示，第2單電池層15b的電壓AV2可以由第2電位V2與第3電位V3的電位差表示，第3單電池層15c的電壓AV3可以由第3電位V3與第4電位V4的電位差表不，第4單電池層15d的電壓Δ V4可以由第4電位V4與第5電位V5的電位差表示。[0052]在被輸入來(lái)自四個(gè)放電用端子31a、31c、31e、31g及一個(gè)電壓檢測(cè)用端子31i的電位Vl至V5的控制電路29中，根據(jù)這五個(gè)電位Vl至V5，如上所述計(jì)算出四個(gè)單電池層15a至15d的電壓AVl至AV4。并且，為了使四個(gè)單電池層15a至15d的電壓AVl至AV4均勻，對(duì)四個(gè)開(kāi)關(guān)單元25a至25d進(jìn)行開(kāi)閉控制，在放電用電阻24a至24d中流過(guò)平衡電流(放電電流)。具體地說(shuō)，通過(guò)將四個(gè)單電池層15a至15d中具有最低電壓的單電池層的電壓作為目標(biāo)電壓，使其余的單電池層放電而使電壓下降，從而使四個(gè)單電池層15a至15d的電壓均勻，成為目標(biāo)電壓。下面，對(duì)于以四個(gè)單電池層15a至15d為對(duì)象的這種電壓平衡控制具體地進(jìn)行說(shuō)明。假設(shè)第3單電池層15c的電壓Λ V3，比其余第I、第2、第4三個(gè)單電池層15a、15b、15d的電壓AVI、AV2、AV4低。這時(shí)，將第3單電池層15c的電壓作為目標(biāo)電壓AVm(= AV3),必須從其余三個(gè)單電池層15a、15b、15c放電，直至其余這三個(gè)單電池層15a、15b、15d的電壓AVI、M2、ΛV4與目標(biāo)電壓ΛVm—致。為了對(duì)應(yīng)這一要求，在本實(shí)施方式中，如圖4所示，只要使第I、第2、第4開(kāi)關(guān)單元25a、25b、25d同時(shí)閉合，從而在第I、第2、第4這三個(gè)放電用電阻24a、24b、24d中，一次地流過(guò)圖示方向的平衡電流(放電電流)即可。由此，第I電位VI、第2電位V2及第4電位V4降低，該降低的電位經(jīng)由五個(gè)電壓檢測(cè)用配線28a至28e監(jiān)視。因此，根據(jù)監(jiān)視的電位計(jì)算出的第I、第2、第4單電池層的電壓AVI、Λ V2、Λ V4降低，在其達(dá)到與目標(biāo)電壓Λ Vm相等的時(shí)刻停止放電。即，在其余三個(gè)單電池層的電壓達(dá)到與目標(biāo)電壓相等的定時(shí)，使第I、第2、第4開(kāi)關(guān)單元25a、25b、25d同時(shí)斷開(kāi)，中止放電(電壓平衡控制)。為了與第I實(shí)施方式進(jìn)行比較，在圖5中表示對(duì)比例I的電壓平衡控制電路圖。在圖5中，對(duì)于與第I實(shí)施方式的圖2相同的部分標(biāo)記相同的標(biāo)號(hào)。對(duì)比例I相當(dāng)于現(xiàn)有裝置。在對(duì)比例I中，如圖5所示，因?yàn)閺母鲉坞姵貙?5a至15d流過(guò)放電電流(平衡電流)，所以使用粘接等方法在各集電體4a至4e的周緣部的規(guī)定位置(在圖5中為右端)安裝放電用端子21a至21e，向上述樹(shù)脂_金屬?gòu)?fù)合層合薄膜的外部取出。并且，各放電用端子21a至21e與放電用配線22a至22e的一端(左端)連接。在這里，使五個(gè)放電用端子為第I放電用端子21a、第2放電用端子21b、第3放電用端子21c、第4放電用端子21d、第5放電用端子21e，將五條放電用配線分為第I放電用配線22a、第2放電用配線22b、第3放電用配線22c、第4放電用配線22d、第5放電用配線22e進(jìn)行區(qū)別。使第I放電用配線22a的另一端(右端)和第2放電用配線22b的另一端(右端)與第I開(kāi)關(guān)單元25a連接，使第2放電用配線22b的另一端(右端)和第3放電用配線22c的另一端(右端)與第2開(kāi)關(guān)單元25b連接，使第3放電用配線22c的另一端(右端)與和第4放電用配線22d的另一端(右端)與第3開(kāi)關(guān)單元25c連接，使第4放電用配線22d的另一端(右端)和第5放電用配線22e的另一端(右端)與第4開(kāi)關(guān)單元25d連接。在五條放電用配線22a至22e上分別安裝放電用電阻24a至24e。按照這種方式構(gòu)成對(duì)比例I的電壓平衡電路20，電壓平衡電路20的開(kāi)關(guān)單元25a至25d的開(kāi)閉，由控制電路29控制。另一方面，為了檢測(cè)四個(gè)單電池層15a至15d的各電壓，從放電用配線22a至22e分別分支出電壓檢測(cè)用配線28a至28e，將五個(gè)電壓檢測(cè)用配線28a至28e的另一端(左端)與控制電路29連接。在這里，使五個(gè)電壓檢測(cè)用配線為第I電壓檢測(cè)用配線28a、第2電壓檢測(cè)用配線28b、第3電壓檢測(cè)用配線28c、第4電壓檢測(cè)用配線28d、第5電壓檢測(cè)用配線28e進(jìn)行區(qū)別。 對(duì)對(duì)比例I的電壓平衡控制具體地進(jìn)行說(shuō)明。在對(duì)比例I中，假設(shè)產(chǎn)生與第I實(shí)施方式相同的狀況(與第I實(shí)施方 式相同的情況)。即，其第3單電池層15c的電壓AV3，比其余第I、第2、第4三個(gè)單電池層15a、15b、15d的電壓AVI、M2、AV4低。這時(shí)，將第3單電池層15c的電壓作為目標(biāo)電壓AVm(= Λ V3)，必須從其余三個(gè)單電池層15a、15b、15c放電，直至其余這三個(gè)單電池層15a、15b、15d的電壓Λ VI、Λ V2、Λ V4與目標(biāo)電壓AVm—致。為了對(duì)應(yīng)這一要求，在對(duì)比例I中，因無(wú)法使相鄰的單電池層一次地放電，必須分時(shí)錯(cuò)開(kāi)使其放電。在這種情況下，因?yàn)闊o(wú)法使相鄰的第I單電池層15a和第2單電池層15b一次放電，所以，首先作為第I階段，為了使第2單電池層15b和第4單電池層15d放電，如圖6所示，使第2、第4開(kāi)關(guān)單元25b、25d在預(yù)先規(guī)定的一定時(shí)間內(nèi)同時(shí)閉合。通過(guò)第2開(kāi)關(guān)單元25b的閉合，在第2、第3放電用電阻24b、24c中流過(guò)圖示方向的平衡電流(放電電流)，通過(guò)第4開(kāi)關(guān)單元25d的閉合，在第4、第5放電用電阻25d、25e中流過(guò)圖示方向的平衡電流(放電電流)，使第2電位V2和第4電位V4降低。然后，在將第2、第4開(kāi)關(guān)單元25b、25d還原(斷開(kāi))后，作為第2階段，為了使第I單電池層15a放電，如圖7所示，使第I開(kāi)關(guān)單元25a閉合預(yù)先規(guī)定的一定時(shí)間。由此，在第I、第2放電用電阻24a、24b中流過(guò)圖示方向的平衡電流(放電電流)，使第I電位Vl降低。之后，使第I開(kāi)關(guān)單元25a還原(斷開(kāi))。由此，在必須使相鄰的單電池層放電的情況下，通過(guò)分時(shí)執(zhí)行兩個(gè)階段的放電，使其余三個(gè)單電池層15a、15b、15d的電壓AVI、AV2、ΛV4下降而均勻。在這里，對(duì)于在對(duì)比例I中，不使相鄰的單電池層一次放電而分時(shí)錯(cuò)開(kāi)使其放電的原因，參照?qǐng)D8進(jìn)行說(shuō)明。如上述情況所示，在第3單電池層15c的電壓AV3低于其余三個(gè)單電池層15a、15b、15d的電壓AVI、M2、AV4的情況下，本來(lái)只要使第I、第2、第4這三個(gè)開(kāi)關(guān)單元25a、25b、25d —次閉合即可。但是，為了使相鄰的第I、第2單電池層15a、15b—次放電，要使第I、第2開(kāi)關(guān)單兀25a、25b同時(shí)閉合,如圖8所不,會(huì)在第I、第3放電用電阻24a、24c中流過(guò)設(shè)想以外的較大電流。對(duì)此具體地進(jìn)行說(shuō)明。例如，假設(shè)第I集電體4a和第2集電體4b之間的電位差、第2集電體4b和第3集電體4c之間的電位差相等。此時(shí)，通過(guò)第I開(kāi)關(guān)單元25a的閉合,對(duì)應(yīng)于第I集電體4a與第2集電體4b之間的電位差(電壓)的第I電流(使電流值為II)沿圖示箭頭(參照實(shí)線)的方向流過(guò)第I、第2放電用電阻24a、24b。同樣地，通過(guò)第2開(kāi)關(guān)單元25b的閉合，與第2集電體4b和第3集電體4d間的電位差(電壓)相對(duì)應(yīng)的電流(如果使電流值為12，則12 = II)，沿圖示箭頭(參照實(shí)線)方向流過(guò)第2、第3放電用電阻24b、24c。放電電流的流動(dòng)不僅如此，如果通過(guò)第I、第2開(kāi)關(guān)單元25a、25b的閉合，使與第I集電體4a和第3集電體4c之間的電位差(電壓)相對(duì)應(yīng)的第3電流(如果使電流值為13，則13 = 2X11 = 2X12)沿圖示箭頭(參照實(shí)線)的方向流過(guò)第I、第3放電用電阻24a、24c。此時(shí)，通過(guò)第I放電用電阻24a中的總電流值為11+13 = I1+2XI1 =3X11，通過(guò)當(dāng)初預(yù)定的電流值11的3倍大的電流。同樣地，通過(guò)第3放電用電阻24c中的總電流值為12+13 = 12+2X 12 = 3X 12，通過(guò)當(dāng)初預(yù)定的電流值12的3倍大的電流。如果如上所述在放電用電阻中流過(guò)設(shè)想以外的較大的電流，則考慮對(duì)應(yīng)于該設(shè)想以外的較大電流，使用電阻值較大的放電用電阻24a至24e即可，但如果這樣做，則放電用電阻24a至24e所需的成本 升高。因此，在對(duì)比例I中，使電壓平衡電路20保持圖5所示的結(jié)構(gòu)不變，不使相鄰的單電池層一次放電，而是如圖6、圖7所示，使其分時(shí)進(jìn)行兩個(gè)階段的放電，從而防止設(shè)想以外的較大電流流過(guò)放電用電阻，并且使電壓平衡電路20的成本不會(huì)升高。但是，在對(duì)比例I中，因?yàn)榉謺r(shí)進(jìn)行兩個(gè)階段的放電而使電壓平衡控制結(jié)束，所以與通過(guò)一個(gè)階段的放電而使電壓平衡控制結(jié)束的情況相比，需要兩倍的時(shí)間。即，存在電壓平衡控制結(jié)束耗費(fèi)時(shí)間較長(zhǎng)的問(wèn)題。在圖9中表示為了解決對(duì)比例I的這一問(wèn)題而考慮的對(duì)比例2的電壓平衡控制電路圖。在圖9中,對(duì)于與對(duì)比例I的圖5相同的部分標(biāo)記相同的標(biāo)號(hào)。對(duì)比例2構(gòu)成為，通過(guò)對(duì)流過(guò)放電用電阻24a至24e的電流值進(jìn)行可變控制，可以一次進(jìn)行多個(gè)單電池層放電。即，如圖9所示，取代開(kāi)關(guān)單元，配置可根據(jù)來(lái)自控制電路29的信號(hào)進(jìn)行控制的晶體管29a至29d。另外，放電用電阻24a至24d與電壓檢測(cè)用電阻30a至30e串聯(lián)連接。在控制電路29中，利用電壓檢測(cè)用電阻30a至30e檢測(cè)各集電體15a至15e的電位，根據(jù)該檢測(cè)到的電位計(jì)算出各單電池層15a至15e的電壓，以使各單電池層15a至15d的電壓均勻的方式，使用晶體管29a至29d，同時(shí)控制流過(guò)各放電用電阻24a至24e的放電電流。根據(jù)對(duì)比例2，因?yàn)樵谏鲜銮闆r的情況下，可以從第I、第2、第4單電池層15a、15b、15d—次流過(guò)放電電流，所以直至電壓平衡控制結(jié)束為止，不需要耗費(fèi)較長(zhǎng)時(shí)間。但是，在對(duì)比例2中，在未從控制電路29向各晶體管29a至29d輸出信號(hào)的無(wú)負(fù)載時(shí)，會(huì)在各晶體管29a至29d中流過(guò)暗電流。盡管該暗電流很小，但因?yàn)槭菑母鲉坞姵貙?5a至15d流出的電流，所以，如果任由暗電流通過(guò)，則不必要地耗費(fèi)各單電池層15a至15d所具有的電容量。因此，為了使各晶體管29a至29d中無(wú)暗電流通過(guò)，必須使各晶體管29a至29d單獨(dú)與常開(kāi)繼電器串聯(lián)連接。而且，在對(duì)比例I中，在放電用電阻中流過(guò)設(shè)想以外的較大電流的原因?yàn)?，在相鄰的單電池層之間，共用放電用電阻或放電用配線等部件。例如圖6、圖7所示，第2放電用電阻24b被用于第I單電池層15a的放電，也被用于第2單電池層15b的放電。另外，在第2放電用配線22b中，在第I單電池層15a放電時(shí)，電流從右向左流過(guò)，在第2單電池層15b放電時(shí)，電流從左向右流過(guò)。因此，第I實(shí)施方式構(gòu)成為，在相鄰的單電池層之間不共用放電用電阻或放電用配線等部件，換言之，對(duì)于各單電池層分別獨(dú)立地連接放電電路。在這里，所謂“獨(dú)立地連接”，是指在相鄰的單電池層之間不共用放電用電阻或放電用配線等部件。即，構(gòu)成第I放電電路20a的各部件僅用于第I單電池層15a的放電，構(gòu)成第2放電電路20b的各部件僅用于第2單電池層15b的放電，構(gòu)成第3放電電路20c的各部件僅用于第3單電池層15c的放電，構(gòu)成第4放電電 路20d的各部件僅用于第4單電池層15d的放電。其結(jié)果，在第I實(shí)施方式中，即使如對(duì)比例2所示，不使用晶體管這種高價(jià)部件，也可以從多個(gè)單電池層15a至15d —次地進(jìn)行放電。另一方面，第2放電用端子31b與第3放電用端子31c之間經(jīng)由第2集電體4b及電極活性物質(zhì)層5、6電氣連接，第4放電用端子31d與第5放電用端子31e之間經(jīng)由第3集電體4c及電極活性物質(zhì)層5、6電氣連接，第6放電用端子3If與第7放電用端子3Ig之間經(jīng)由第4集電體4d及電極活性物質(zhì)層5、6電氣連接。因此，如果第2、第3、第4集電體4b、4c、4d的面內(nèi)及電極活性物質(zhì)層5、6的面內(nèi)電流流過(guò)方向的電阻值與放電用電阻24a至24d相同，則在上述情況下可以設(shè)想，在電壓平衡控制時(shí)，流過(guò)第I放電用電阻24a后的電流會(huì)經(jīng)過(guò)第2集電體4b及正極活性物質(zhì)層5而流過(guò)第2放電用電阻24b。這時(shí)流過(guò)的電流，不是本來(lái)從第2單電池層15b流出的放電電流，會(huì)使流過(guò)第2放電用電阻24b的放電電流增大。但是，實(shí)際上，第2、第3、第4集電體4b、4c、4d的面內(nèi)及電極活性物質(zhì)層5、6的面內(nèi)電流流過(guò)方向的電阻值,與放電用電阻24a至24d的電阻值相比,至少高出一個(gè)量級(jí)。即，在第2放電用電阻31b和第3放電用電阻31c之間，在第4放電用電阻31d和第5放電用電阻31e之間，在第6放電用電阻31f和第7放電用電阻31g之間，設(shè)置電阻值高于放電用電阻24a至24d的高電阻體(集電體4b、4c、4d及電極活性物質(zhì)層5、6)。因此，在上述情況中，如圖4所示，在從第I、第2、第4單電池層15a、15b、15d放電的情況下，流過(guò)第I放電用電阻24a后的放電電流不會(huì)再經(jīng)由第2集電體4b或正極活性物質(zhì)層5，流過(guò)第2放電用電阻24b(使通過(guò)第2放電用電阻24b的放電電流增加)。換言之，在使第I單電池層15a放電時(shí)，從第I單電池層15a流出的放電電流僅流過(guò)對(duì)于第I單電池層15a專門(mén)設(shè)置的第I放電用電阻24a，不會(huì)也流過(guò)對(duì)于與第I單電池層15a相鄰的第2單電池層15b專門(mén)設(shè)置的第2放電用電阻24b。在這里，說(shuō)明第I實(shí)施方式的作用效果。在第I實(shí)施方式中，具有發(fā)電要素2，其通過(guò)將在集電體4的一個(gè)表面形成正極活性物質(zhì)層5、在另一個(gè)表面形成負(fù)極活性物質(zhì)層6的雙極型電極3，和使離子在其內(nèi)部移動(dòng)的電解質(zhì)層7，按照使相鄰的該雙極型電極3的正極活性物質(zhì)層5和負(fù)極活性物質(zhì)層6經(jīng)由該電解質(zhì)層7相對(duì)的方式進(jìn)行層合，而將多個(gè)單電池層15a至15d層合,對(duì)于各單電池層15a至15d，獨(dú)立地連接將開(kāi)關(guān)單元25a至25d及放電電阻24a至24d連結(jié)(串聯(lián)連接)而構(gòu)成的放電電路20a至20d。根據(jù)第I實(shí)施方式，構(gòu)成在相鄰的獨(dú)立放電電路20a至20d之間安裝高電阻的集電體4b、4c、4d及高電阻的電極活性物質(zhì)層(5、6)的電路。因此，即使將相鄰的開(kāi)關(guān)單元25a至25d同時(shí)閉合，也不會(huì)在高電阻的集電體4b、4c、4d及高電阻的電極活性物質(zhì)層(5、6)中流過(guò)大電流，從而可以從多個(gè)單電池層15a至15d—次地放電，縮短直至結(jié)束電壓平衡控制的時(shí)間。在第I實(shí)施方式中，在一個(gè)集電體的表面上，將放電電流流出側(cè)的放電用端子31a、31c、31e、31g，和放電電流流入側(cè)的放電用端子31b、31d、31f、31h安裝在點(diǎn)對(duì)稱位置的周緣部且為短邊側(cè)的周緣部。根據(jù)第I實(shí)施方式，因?yàn)榉烹婋娏髁鞒鰝?cè)的放電用端子和放電電流流入側(cè)的放電用端子的安裝位置彼此遠(yuǎn)離，所以可以使放電電流流出側(cè)的放電用端子和放電電流流入側(cè)的放電用端子之間的集電體及電極活性物質(zhì)層的電阻進(jìn)一步增大，從而可以防止使相鄰的開(kāi)關(guān)單元同時(shí)閉合時(shí)的放電電流的增加。根據(jù)第I實(shí)施方式，因?yàn)樵趩坞姵貙?5a至15d放電時(shí)(電壓平衡控制時(shí))，集電體4a至4e的面內(nèi)電流流過(guò)方向的電阻值與放電用電阻24a至24d的電阻值相比，至少高出一個(gè)量級(jí)，所以可以使集電體4a至4e電阻進(jìn)一步升高，防止將相鄰的開(kāi)關(guān)單元同時(shí)閉合時(shí)的放電電流的增加。圖10是第2實(shí)施方式的電壓平衡控制電路圖，對(duì)與第I實(shí)施方式的圖2相同的部分標(biāo)記相同的標(biāo)號(hào)。圖11是將第2實(shí)施方式的集電體及負(fù)極活性物質(zhì)層的部分的概略俯視圖縱向排列的圖，對(duì)與第I實(shí)施方式的圖3相同的部分標(biāo)記相同的標(biāo)號(hào)。 第I實(shí)施方式如圖3所示，在具有短邊側(cè)和長(zhǎng)邊側(cè)的扁平的長(zhǎng)方形的集電體4a至4e的表面上，在短邊側(cè)的周緣部8安裝八個(gè)放電用端子31a至31h。第2實(shí)施方式如圖11所示，在該安裝各放電用端子31a至31h的短邊側(cè)的周緣部，以一定寬度配置由金屬板等構(gòu)成的良導(dǎo)體41a至41h。在面內(nèi)電流流過(guò)方向的內(nèi)部電阻相對(duì)較大(例如電阻率大于或等于O. OlQcm)的集電體4a至4e的周緣部安裝放電用端子31a至31h，在從該放電用端子31a至31h放電時(shí)，在與正極活性物質(zhì)層5或負(fù)極活性物質(zhì)層6連接的部位的集電體整體上會(huì)產(chǎn)生非恒定的電位分布。因?yàn)樵绞强拷烹娪枚俗?，與從放電用端子遠(yuǎn)離的部位相比，越流過(guò)相對(duì)較大的放電電流，所以靠近放電用端子的部位的電位下降與遠(yuǎn)離放電用端子的部位相比較大。與此相對(duì)，在第2實(shí)施方式中，通過(guò)在安裝放電用端子31a至31h的短邊側(cè)的周緣部，以一定寬度配置由金屬板構(gòu)成的良導(dǎo)體41a至41h，從而放電電流并不是朝向放電用端子31a至31h集中，而是放電電流朝向一定寬度的良導(dǎo)體41a至41h均勻流過(guò)。S卩，因?yàn)樵诩婓w面內(nèi)，放電電流不會(huì)向一個(gè)位置集中流過(guò)，所以與未配置良導(dǎo)體41a至41h的集電體的情況相比，可以緩和在電壓平衡控制時(shí)產(chǎn)生的集電體的電位分布。此外，在安裝電壓檢測(cè)用端子31i的第5集電體41a的短邊側(cè)的周緣部未設(shè)置良導(dǎo)體。這是因?yàn)椋诩婓w面內(nèi)產(chǎn)生電位分布是為了從集電體放電，并不是經(jīng)由電壓檢測(cè)用端子31i使其放電，所以不會(huì)在電壓檢測(cè)用端子31i附近的集電體的面內(nèi)產(chǎn)生電壓分布。從而不需要設(shè)置良導(dǎo)體。根據(jù)第2實(shí)施方式，因?yàn)樵诎惭b放電用端子31a至31h的短邊側(cè)的周緣部配置良導(dǎo)體41a至41h,在該良導(dǎo)體41a至41h上安裝放電用端子31a至31h,所以與將放電用端子直接安裝在短邊側(cè)的周緣部的情況相比，可以緩和集電體15a至15d面內(nèi)的電壓分布。在實(shí)施方式中，在將放電用電阻24a至24d安裝到一側(cè)的放電用配線32b、32d、32f、32h上的情況下進(jìn)行了說(shuō)明，但也可以在另一側(cè)放電用配線32a、32c、32e、32g上安裝放電用電阻24a至24d。在實(shí)施方式中，在集電體為具有短邊側(cè)和長(zhǎng)邊側(cè)的扁平長(zhǎng)方形的情況下進(jìn)行了說(shuō)明，但在其為具有四個(gè)相同邊長(zhǎng)的邊的扁平正方形的情況下也可以應(yīng)用本實(shí)用新型。
權(quán)利要求1.一種雙極型二次電池，其特征在于， 具有發(fā)電要素，該發(fā)電要素通過(guò)將在集電體的一個(gè)表面形成正極活性物質(zhì)層、在另一個(gè)表面形成負(fù)極活性物質(zhì)層的雙極型電極，和使離子在其內(nèi)部移動(dòng)的電解質(zhì)層，以使相鄰的該雙極型電極的正極活性物質(zhì)層和負(fù)極活性物質(zhì)層經(jīng)由該電解質(zhì)層相對(duì)的方式層疊，而使多個(gè)單電池層層疊， 對(duì)于上述各單電池層，獨(dú)立地連接將開(kāi)關(guān)單元及放電電阻連結(jié)而構(gòu)成的放電電路。
2.如權(quán)利要求I所述的雙極型二次電池，其特征在于， 上述集電體為具有短邊側(cè)和長(zhǎng)邊側(cè)的扁平的長(zhǎng)方形， 上述放電電路，在上述開(kāi)關(guān)單元及放電電阻串聯(lián)連接的兩端具有一對(duì)放電用端子，將這一對(duì)放電用端子安裝在一個(gè)單電池層中所包含的兩個(gè)集電體的周緣部。
3.如權(quán)利要求2所述的雙極型二次電池，其特征在于， 在一個(gè)集電體的表面上，將放電電流流出側(cè)的放電用端子和放電電流流入側(cè)的放電用端子安裝在點(diǎn)對(duì)稱位置的周緣部、且為短邊側(cè)的周緣部。
4.如權(quán)利要求I至3中的任意一項(xiàng)所述的雙極型二次電池，其特征在于， 在上述單電池層放電時(shí)，上述集電體的面內(nèi)電流流過(guò)方向的電阻值與上述放電用電阻的電阻值相比，至少高出一個(gè)量級(jí)或一個(gè)量級(jí)以上。
5.如權(quán)利要求2或3所述的雙極型二次電池，其特征在于， 在安裝上述第I或第2放電用端子的短邊側(cè)的周緣部配置良導(dǎo)體，在該良導(dǎo)體上安裝上述第I或第2放電用端子。
專利摘要本實(shí)用新型提供一種雙極型二次電池，其使多個(gè)單電池層一次放電。其具有發(fā)電要素(2)，其通過(guò)將在集電體(4)的一個(gè)表面形成正極活性物質(zhì)層(5)、在另一個(gè)表面形成負(fù)極活性物質(zhì)層(6)的雙極型電極(3)，和使離子在其內(nèi)部移動(dòng)的電解質(zhì)層(7)，按照使相鄰的該雙極型電極的正極活性物質(zhì)層和負(fù)極活性物質(zhì)層經(jīng)由該電解質(zhì)層相對(duì)的方式層合，而使多個(gè)單電池層(15)層合，對(duì)于上述各單電池層(15)，獨(dú)立地連接將開(kāi)關(guān)單元(25a至25d)及放電電阻(24a至24d)連結(jié)的放電電路(20a至20d)。
文檔編號(hào)H01M2/18GK202363543SQ20112032901
公開(kāi)日2012年8月1日 申請(qǐng)日期2011年9月1日 優(yōu)先權(quán)日2010年9月2日
發(fā)明者宮崎泰仁, 鈴木直人 申請(qǐng)人:日產(chǎn)自動(dòng)車株式會(huì)社