非水电解质电池、非水电解质电池组以及车辆制造技术

本发明专利技术提供了设置有双极电极单元和包括非水电解质的绝缘层(6)的非水电解质电池(11)。所述绝缘层覆盖所述单元的双极电极(11)的集电器(3)的两个侧表面上的正极活性材料层和负极活性材料层(4、5)。所述单元每隔预定长度折叠，以具有设置成彼此面对的平坦部(8)和设置在平坦部之间以连接平坦部的弯曲部(12)。位于每个弯曲部的外侧表面上的电极的绝缘层的一部分的厚度(t)设定为大于绝缘层的另一部分的厚度(t0)，所述另一部分位于每个平坦部上。

Nonaqueous electrolyte battery, nonaqueous electrolyte battery, and vehicle

The present invention provides a nonaqueous electrolyte cell (11) provided with a bipolar electrode unit and an insulating layer (6) including a non-aqueous electrolyte. The insulating layer covers the positive electrode material layer and the negative electrode active material layer (4, 5) on the two side surfaces of the collector (3) of the bipolar electrode (11) of the unit. The units are folded at a predetermined length to have a flat portion (8) disposed to face each other and a curved portion (12) provided between the flat portions to connect the flat portion. The thickness (T) of a portion of the insulating layer on the outer surface of the electrode on each of the bent portions is set to greater than the thickness of the other portion of the insulating layer (T0), the other portion being located on each flat portion.

【技术实现步骤摘要】
非水电解质电池、非水电解质电池组以及车辆
本文所述的实施方案总体上涉及非水电解质电池、非水电解质电池组以及车辆。技术背景近年来，人们积极地研究和开发锂离子二次电池作为高能量密度电池。人们期望将锂离子二次电池用作诸如混合动力车辆和电动车辆的车辆的电源或者用作移动电话基站的不间断电源。然而，即使锂离子二次电池的电池尺寸变大，从锂离子二次电池的电池获得的电压也是约3.7V的低电压。因此，为了从使用锂离子二次电池的电池的电源获得高输出，需要使用其中锂离子二次电池的许多电池串联连接的电源。结果，电源的尺寸变大。人们提出可以相对于其输出将双极电池制成尺寸较小的电池。该双极电池使用多个双极电极，其中每个双极电极包括集电器、形成在集电器的一个侧表面上的正极活性材料层以及形成在集电器的另一个侧表面上的负极活性材料层。设置这些双极电极以在它们之间插入电解质层并且串联电连接。由于在双极电池中多个双极电极串联电连接，因此可以获得高电压和恒定电流的高功率，并且电池中的电阻也小。锂离子二次电池使用液体电解质。并且，在双极电池的一个电池中重复正极和负极。因此，如果将用于锂离子二次电池的液体电解质应用于双极电池，则可能由正极和负极之间的离子导电引起短路(液体接界)。因此，不能采用使用液体电解质的锂离子二次电池的电池结构作为双极电池的电池结构。迄今为止，人们已经提出了使用不包括液体电解质的聚合物固体电解质的双极电池。由于具有这种结构的双极电池不使用液体电解质，所以不可能由于多个双极电解质之间的液体电解质的离子传导而导致短路(液体接界)。然而，通常，固体电解质的离子电导率为液体电解质的离子电导率的约1/10至1/100，并且与液体电解质的离子电导率相比非常低。因此，该结构的双极电池的输出密度低，并且该结构的双极电池尚未实际使用。鉴于上述情况，提出了使用通过使液体电解质变成半固体而获得的凝胶电解质的双极电池。通过将电解质溶液浸入诸如聚环氧乙烷(PEO)、聚偏二氟乙烯(PVdF)等的聚合物中，制备凝胶电解质。由于凝胶电解质具有高的离子电导率，也可以预期使用凝胶电解质的双极电池的输出密度较高。为了制备作为一种非水电解质电池的使用凝胶电解质的双极电池，如锂离子二次电池那样的高能量密度电池，考虑将双极电极的片以Z字形模式(zigzagpattern)折叠。然而，在这种情况下，双极电极的折叠部(弯曲部)的外表面侧上的绝缘层可能破裂。如果绝缘层破裂，则在折叠部(弯曲部)内发生内部短路。考虑到上述情况，本专利技术的目的是提供非水电解质电池，其可以防止双极电池内的内部短路并且可以实现能量密度的提高；包含多个上述非水电解质电池的电池组；以及包含上述电池组的车辆。
技术实现思路
根据本专利技术的一个实施方案的非水电解质电池包含双极电极单元，该双极电极单元至少包括双极电极。双极电极包括具有一个侧表面和另一个侧表面的集电器、设置在集电器的一个侧表面上的正极活性材料层以及设置在集电器的另一个侧表面上的负极活性材料层。非水电解质电池还包含绝缘层，其覆盖双极电极的集电器的一个和另一个侧表面上的正极活性材料层和负极活性材料层，并且包括非水电解质。每隔预定长度折叠双极电极单元，使其具有彼此面对设置的多个平坦部和设置在平坦部之间的多个弯曲部。每个平坦部具有在预定长度方向上的一端和另一端，并且每个弯曲部将彼此面对的两个平坦部中的一个的一端和另一端中的一端与两个平坦部中另一个的一端和另一端中的另一端连接。此外，所述双极电极的绝缘层位于双极电极单元的每个弯曲部的至少外侧表面上的一部分的厚度设定为大于绝缘层的其他部分的厚度，所述其他部分位于每个平坦部上。根据本专利技术的一个实施方案的非水电解质电池组包含结合在一起的多个非水电解质电池。非水电解质电池串联、并联或者串联和并联组合地电连接。非水电解质电池组还包含非水电解质电池共用的成对的正极侧引线和负极侧引线，以及保护电路，其连接到非水电解质电池，被配置为检测非水电解质电池的异常运行并且避免非水电解质电池的异常运行。每个非水电解质电池包括具有内部空间的壳体和设置在壳体的内部空间内的双极电极单元。双极电极单元至少包括双极电极。双极电极包括具有一个侧表面和另一个侧表面的集电器、设置在集电器的一个侧表面上的正极活性材料层，以及设置在集电器的另一个侧表面上的负极活性材料层。每个非水电解质电池还包括覆盖双极电极的集电器的一个和另一个侧表面上的正极活性材料层和负极活性材料层并包括非水电解质的绝缘层。每隔预定长度折叠双极电极单元，使其具有彼此面对设置的多个平坦部和设置在平坦部之间的多个弯曲部。每个平坦部具有在预定长度方向上的一端和另一端，并且每个弯曲部将彼此面对的两个平坦部中的一个的一端和另一端中的一端与两个平坦部中另一个的一端和另一端中的另一端连接。此外，所述双极电极的绝缘层位于双极电极单元的每个弯曲部的至少外侧表面上的一部分的厚度设定为大于绝缘层的其他部分的厚度，所述其他部分位于每个平坦部上。根据本专利技术的一个实施方案的车辆包括一个实施方案的电池组。附图说明通过以下结合附图进行的详细描述，可以更充分地理解本专利技术。图1是第一实施方案的非水电解质电池的整体的示意性截面图。图2是在图1的非水电解质电池中使用的以Z字形模式折叠的双极电极的整体的示意性透视图；图3是图2中的双极电极的基本结构的示意性截面图；图4是在图1中的非水电解质电池中使用的以Z字形模式折叠的双极电极的弯曲部的放大截面图；图5是示意性地显示图3中的基本结构的双极电极在折叠之前的板状状态下的截面图；图6是示意性地显示第二实施方案的双极电极在其折叠前的板状状态下的截面图。图7是示意性地显示第三实施方案的双极电极在其折叠前的板状状态下的截面图。图8是示意性地显示第四实施方案的双极电极在其折叠前的板状状态下的截面图。图9是示意性地显示在第五实施方案的双极电极的多个弯曲部的外表面上形成包括非水电解质的电绝缘材料的厚膜部的过程的截面图。图10是示意性地显示其中捆扎多个非水电解质电池的电池组的结构的分解透视图，每个非水电解质电池使用双极电极并且根据图1中的第一实施方案；图11是示意性地显示图10中的电池组的电路的框图；并且图12是示意性地显示作为一种车辆的汽车的一个实例的示意性侧视图，该汽车包含图10所示的第一实施方案的非水电解液电池的电池组。专利技术详述在下文中，将参照附图描述涉及多种实施方案并且各自使用双极电极的非水电解质电池、涉及一个实施方案的非水电解质电池组，以及涉及一个实施方案的汽车。在多种实施方案中，共同的部件具有相同的附图标记，并且省略其重复描述。每幅图是用于描述实施方案并且促进对其理解的示意图。每幅图中所示的实施方案的形状、尺寸或尺度比例与实际设备的形状、尺寸或尺度比例不同。考虑到以下描述和公知技术，可以适当地改变实际设备的形状、尺寸或尺度比例。[第一实施方案]在下文中，将参照图1至图5描述根据第一实施方案并使用双极电极的非水电解质电池。图1是示意性地显示根据第一实施方案并使用双极电极的非水电解质电池60的结构的截面图。根据本实施方案的非水电解质电池60包括大致矩形形状的容器构件(壳体)61、容纳在容器构件61内的双极电极11以及设置在双极电极11的两个侧表面上的绝缘层(图1中未显示)。绝本文档来自技高网...

【技术保护点】
非水电解质电池(60)，其特征在于，其包含：双极电极单元，其至少包括双极电极(11)，该双极电极(11)包括具有一个侧表面和另一个侧表面的集电器(3)、设置在所述集电器的一个侧表面上的正极活性材料层(4)，以及设置在所述集电器的另一个侧表面上的负极活性材料层(5)；和绝缘层(6)，其覆盖所述双极电极(11)的集电器(3)的一个侧表面和另一个侧表面上的正极活性材料层和负极活性材料层(4和5)，并包括非水电解质，其中每隔预定长度折叠所述双极电极单元，使其具有彼此面对设置的多个平坦部(8)和设置在平坦部(8)之间的多个弯曲部(12)，每个平坦部(8)具有在预定长度方向上的一端和另一端，并且每个弯曲部(12)将彼此面对的两个平坦部(8)中的一个的一端和另一端中的一端与两个平坦部(8)中另一个的一端和另一端中的另一端连接，并且其中所述双极电极(11)的绝缘层(6)位于双极电极单元的每个弯曲部(12)的至少外侧表面上的一部分的厚度(t)设定为大于绝缘层(6)的其他部分的厚度(t0)，所述其他部分位于每个平坦部(8)上。

【技术特征摘要】
2016.03.17 JP 2016-0533421.非水电解质电池(60)，其特征在于，其包含：双极电极单元，其至少包括双极电极(11)，该双极电极(11)包括具有一个侧表面和另一个侧表面的集电器(3)、设置在所述集电器的一个侧表面上的正极活性材料层(4)，以及设置在所述集电器的另一个侧表面上的负极活性材料层(5)；和绝缘层(6)，其覆盖所述双极电极(11)的集电器(3)的一个侧表面和另一个侧表面上的正极活性材料层和负极活性材料层(4和5)，并包括非水电解质，其中每隔预定长度折叠所述双极电极单元，使其具有彼此面对设置的多个平坦部(8)和设置在平坦部(8)之间的多个弯曲部(12)，每个平坦部(8)具有在预定长度方向上的一端和另一端，并且每个弯曲部(12)将彼此面对的两个平坦部(8)中的一个的一端和另一端中的一端与两个平坦部(8)中另一个的一端和另一端中的另一端连接，并且其中所述双极电极(11)的绝缘层(6)位于双极电极单元的每个弯曲部(12)的至少外侧表面上的一部分的厚度(t)设定为大于绝缘层(6)的其他部分的厚度(t0)，所述其他部分位于每个平坦部(8)上。2.根据权利要求1所述的非水电解质电池(60)，其特征在于，通过涂布绝缘材料、附着绝缘材料的带(21)和将弯曲部(12)浸入熔融的绝缘材料中之一，相对于双极电极单元中位于平坦部(8)上的双极电极(11)的绝缘层(6)的部分的厚度(t0)，可以实现位于弯曲部(12)的外侧表面上的双极电极(11)的绝缘层(6)的部分的厚度(t)增加。3.根据权利要求1所述的非水电解质电池(60)，其特征在于，在所述双极电极(11)的负极活性材料层(5)中，反应电位在1.5V附近。4.根据权利要求1所述的非水电解质电池(60)，其特征在于，所述双极电极(11)的正极活性材料层(4)包括正极集电器(3)和负载在所述正极集电器(3)的至少一个侧表面上的正极材料层，所述双极电极(11)的负极活性材料层(5)包括负极集电器(3)和负载在负极集电器(3)的至少一个侧表面上的负极材料层，并且所述正极集电器(3)和负极集电器(3)各自包括铝。5.根据权利要求4所述的非水电解质电池，其特征在于，所述正极活性材料层(4)的正极材料层和所述负极活性材料层(5)的负极材料层分别含有能够吸留和释放锂离子的材料。6.根据权利要求1所述的非水电解质电池(60)，其特征在于，所述双极电极单元包括彼此相邻堆叠的多个双极电极(11)，并且彼此相邻的两个双极电极(11)之一的一个绝缘层(6)与紧邻所述一个双极电极(11)的一个绝缘层(6)的两个双极电极(11)中另一个的一个绝缘层(11)是共用的。7.非水电解质电池组(90)，其特征在于，其包含：多个非水电解质电池(91、60)，其结合在一起并且串联、并联或串联和并联组合地电连接；非水电解质电池(91、60)共用的成对的正极侧引线(71)和负极侧引线(73)；以及保护电路(69)，其连接到所述非水电解质电池(91、60)并且配置用于检测所述非水电解质电池(91、60)的异常运行，并且避免所述非水电解质电池(91、60)的异常运行，其中每个所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：吉间一臣，原田康宏，高见则雄，
申请(专利权)人：株式会社东芝，
类型：发明
国别省市：日本,JP