ПАКЕТИРОВАННЫЙ АККУМУЛЯТОР
PACKAGED BATTERY

Область техники
Настоящее изобретение относится к пакетированному аккумулятору, в котором множество электрических элементов укладываются поверх друг друга.
Уровень техники
В публикации JP 2001-068156 A раскрыт пакетированный аккумулятор с полимерным электролитом, включающий в себя группу электродов и блоки короткого замыкания и ускорения теплового излучения. Блоки формируются посредством размещения двух металлических пластин за пределами группы электродов через изолятор. Считается, что аккумулятор согласно JP 2001-068156 A позволяет уменьшать напряжение на своем электрическом элементе и плавно выделять тепло, вырабатываемое в блоке и т.д., наружу, когда электроды замыкаются накоротко при сквозном пробивании и т.д. посредством приложения тока короткого замыкания к блоку короткого замыкания и ускорения теплового излучения. В публикациях JP 2001-068157 А и JP 2015-018710 А также раскрыты различные технологии для того, чтобы устранять теплообразование вследствие внутреннего короткого замыкания аккумуляторов, возникающего при сквозном пробивании и т.д.
Техническая задача
В пакетированном аккумуляторе, в котором множество электрических элементов укладываются поверх друг друга и электрически соединяются параллельно, возникновение короткого замыкания в некоторых электрических элементах при сквозном пробивании и т.д. заставляет электроны протекать из других электрических элементов в некоторые электрические элементы (циркулирующий ток), и после этого температура локально увеличивается в некоторых электрических элементах. Чтобы исключать такую проблему, рассматривается предоставление части шунтирования тока короткого замыкания отдельно от электрических элементов (часть шунтирования тока короткого замыкания вызывает разделение короткого замыкания так, что оно протекает в нее, когда электрические элементы и часть шунтирования короткого замыкания замыкаются накоротко). Принудительное обеспечение короткого замыкания как в части шунтирования тока короткого замыкания, так и в некоторых электрических элементах при сквозном пробивании и шунтирование циркулирующего тока из других электрических элементов не только в некоторые электрические элементы, но также и в часть шунтирования тока короткого замыкания, сопротивление короткого замыкания которой является небольшим, позволяет не допускать локального возрастания температуры в некоторых электрических элементах (фиг. 7).
Часть шунтирования тока короткого замыкания позиционируется около электрических элементов, с учетом надлежащего принудительного обеспечения короткого замыкания при сквозном пробивании. Дополнительно, часть шунтирования тока короткого замыкания находится рядом с электрическими элементами, с учетом повышения плотности энергии аккумулятора. Например, часть шунтирования тока короткого замыкания укладывается поверх группы электродов (множества электрических элементов) таким образом, чтобы вплотную приближаться к группе уложенных электродов. Тем не менее, часть шунтирования тока короткого замыкания около электрических элементов может вызывать чрезмерное увеличение температуры электрических элементов, поскольку температура части шунтирования тока короткого замыкания чрезмерно увеличивает короткое замыкание при сквозном пробивании и т.д.
Решение задачи
Авторы настоящего изобретения провели интенсивные исследования для того, чтобы разрешать вышеуказанные проблемы, и обнаружили следующее.
(1) В пакетированном аккумуляторе, включающем в себя часть шунтирования тока короткого замыкания и электрические элементы, чрезмерное увеличение температуры части шунтирования тока короткого замыкания при сквозном пробивании и т.д. обусловлено большой величиной циркулирующего тока, который многократно протекает из электрических элементов в часть шунтирования тока короткого замыкания, сопротивление короткого замыкания которой является небольшим. Если величина тока, который протекает в часть шунтирования тока короткого замыкания, уменьшается, когда температура части шунтирования тока короткого замыкания достигает порогового значения или больше, температура части шунтирования тока короткого замыкания не увеличивается чрезмерно.
(2) Увеличение сопротивления части шунтирования тока короткого замыкания, когда температура части шунтирования тока короткого замыкания достигает порогового значения или больше, позволяет уменьшать величину циркулирующего тока, который протекает в часть шунтирования тока короткого замыкания.
(3) Предоставление PPTC-слоя между слоями части шунтирования тока короткого замыкания (между слоем токоотвода и изолирующим слоем) позволяет увеличивать сопротивление части шунтирования тока короткого замыкания, когда температура части шунтирования тока короткого замыкания достигает порогового значения или больше.
На основе вышеуказанных заключений, настоящее изобретение раскрывает, в качестве средства для разрешения вышеуказанных проблем, пакетированный аккумулятор, включающий в себя: по меньшей мере, одну часть шунтирования тока короткого замыкания и множество электрических элементов, причем часть шунтирования тока короткого замыкания и электрические элементы укладываются поверх друг друга, при этом: часть шунтирования тока короткого замыкания включает в себя первый слой токоотвода, второй слой токоотвода и изолирующий слой, предоставленный между первым и вторым слоями токоотвода, причем все эти слои укладываются поверх друг друга; каждый электрический элемент включает в себя слой катодного токоотвода, слой катодного материала, слой электролита, слой анодного материала и слой анодного токоотвода, причем все эти слои укладываются поверх друг друга; первый слой токоотвода электрически соединяется со слоем катодного токоотвода; второй слой токоотвода электрически соединяется со слоем анодного токоотвода; электрические элементы электрически соединяются друг с другом параллельно; и часть шунтирования тока короткого замыкания рядом с электрическими элементами включает в себя PPTC-слой между первым слоем токоотвода и изолирующим слоем и/или между вторым слоем токоотвода и изолирующим слоем.
"Около" включает в себя значение "рядом".
"PPTC-слой" представляет собой полимерный PTC-слой. Здесь, PTC представляет собой "положительный температурный коэффициент", который представляет собой поведение электрического сопротивления по изменению его значения с положительным коэффициентом в соответствии с возрастанием температуры. PPTC-слой, по меньшей мере, включает в себя органический полимер и проводящий материал. В PPTC-слое кристаллическое состояние органического полимера и состояние соединения проводящего материала изменяются с возрастанием температуры, приводя к увеличению электрического сопротивления PPTC-слоя. Примеры PPTC-слоя включают в себя слой, в котором объем органического полимера увеличивается с возрастанием температуры, чтобы разделять или разбивать проводящий материал. В слое, отделение или разбивание проводящего материала вызывает уменьшение числа соединений проводящего материала, приводя к быстрому увеличению электрического сопротивления слоя нелинейным способом, когда температура слоя достигает предварительно определенного значения.
В пакетированном аккумуляторе настоящего раскрытия сущности, часть шунтирования тока короткого замыкания предпочтительно включает в себя первую часть шунтирования тока короткого замыкания около электрических элементов и вторую часть шунтирования тока короткого замыкания, расположенную на стороне первой части шунтирования тока короткого замыкания, противостоящей электрическим элементам; первая часть шунтирования тока короткого замыкания предпочтительно включает в себя PPTC-слой; и вторая часть шунтирования тока короткого замыкания предпочтительно не включает в себя PPTC-слой.
В пакетированном аккумуляторе настоящего раскрытия сущности, следующие направления предпочтительно представляют собой идентичные направления: направление укладки слоя катодного токоотвода, слоя катодного материала, слоя электролита, слоя анодного материала и слоя анодного токоотвода в каждом электрическом элементе; направление укладки электрических элементов; направление укладки первого слоя токоотвода, изолирующего слоя и второго слоя токоотвода части шунтирования тока короткого замыкания; и направление укладки части шунтирования тока короткого замыкания и электрических элементов.
В пакетированном аккумуляторе настоящего раскрытия сущности, часть шунтирования тока короткого замыкания предпочтительно предоставляется, по меньшей мере, за пределами электрических элементов.
Преимущества изобретения
Пакетированный аккумулятор согласно настоящему изобретению позволяет обеспечивать протекание циркулирующего тока, который формируется, когда короткое замыкание принудительно возникает при сквозном пробивании и т.д., в часть шунтирования тока короткого замыкания и позволяет подавлять возрастание температуры в электрических элементах. Когда температура части шунтирования тока короткого замыкания достигает порогового значения или больше, пакетированный аккумулятор увеличивает сопротивление PPTC-слоя и затем уменьшает величину тока, который протекает в часть шунтирования тока короткого замыкания. Это исключает чрезмерное увеличение температуры части шунтирования тока короткого замыкания и исключает чрезмерное увеличение температуры электрических элементов, размещаемых рядом с частью шунтирования тока короткого замыкания.
Краткое описание чертежей
Фиг. 1 является схематичным видом для того, чтобы пояснять многослойную структуру пакетированного аккумулятора 100;
Фиг. 2A является внешним видом в перспективе части 10 шунтирования тока короткого замыкания, и фиг. 2B является видом в поперечном сечении вдоль IIB-IIB в части 10 шунтирования тока короткого замыкания, оба из которых поясняют многослойную структуру части 10 шунтирования тока короткого замыкания;
Фиг. 3A является внешним видом в перспективе электрического элемента 20, и фиг. 3B является видом в поперечном сечении вдоль IIIB-IIIB в электрическом элементе 20, оба из которых поясняют многослойную структуру электрического элемента 20;
Фиг. 4 является схематичным видом для того, чтобы пояснять многослойную структуру пакетированного аккумулятора 200;
Фиг. 5A является внешним видом в перспективе части 110 шунтирования тока короткого замыкания, и фиг. 5B является видом в поперечном сечении по VB-VB в части 110 шунтирования тока короткого замыкания, оба из которых поясняют многослойную структуру части 110 шунтирования тока короткого замыкания;
Фиг. 6 является графиком, показывающим температурную зависимость электрического сопротивления алюминиевой фольги с PPTC-слоем; и
Фиг. 7 является схематичным видом для того, чтобы пояснять циркулирующий ток при сквозном пробивании, которое возникает, когда электрические элементы соединяются параллельно.
Подробное описание вариантов осуществления изобретения
1. Пакетированный аккумулятор 100
Фиг. 1 схематично показывает многослойную структуру пакетированного аккумулятора 100. Участки, в которых соединяются слои токоотвода (столбиковые выводы токоотвода), а также кожух аккумулятора и т.д. исключены на фиг. 1 для удобства пояснения. Фиг. 2A и 2B схематично показывают многослойную структуру части 10 шунтирования тока короткого замыкания пакетированного аккумулятора 100. Фиг. 2A является внешним видом в перспективе, и фиг. 2B является видом в поперечном сечении вдоль IIB-IIB. Фиг. 3A и 3B схематично показывает многослойную структуру электрического элемента 20 пакетированного аккумулятора 100. Фиг. 3A является внешним видом в перспективе, и фиг. 3B является видом в поперечном сечении вдоль IIB-IIB.
Как показано на фиг. 1-3B, пакетированный аккумулятор 100 включает в себя, по меньшей мере, одну часть 10 шунтирования тока короткого замыкания и множество электрических элементов 20, 20,.... В части 10 шунтирования тока короткого замыкания, друга первый слой 11 токоотвода, второй слой 12 токоотвода и изолирующий слой 13, предоставленный между первым и вторым слоями 11 и 12 токоотвода, укладываются поверх друг. В каждом электрическом элементе 20, слой 21 катодного токоотвода, слой 22 катодного материала, слой 23 электролита, слой 24 анодного материала и слой 25 анодного токоотвода укладываются поверх друг друга. В пакетированном аккумуляторе 100, первый слой 11 токоотвода электрически соединяется со слоем 21 катодного токоотвода, второй слой 12 токоотвода электрически соединяется со слоем 25 анодного токоотвода, и множество электрических элементов 20, 20,... электрически соединяются параллельно. Здесь, признак пакетированного аккумулятора 100 заключается в том, что часть 10 шунтирования тока короткого замыкания около электрических элементов 20, 20,... включает в себя PPTC-слой 14 между первым слоем 11 токоотвода и изолирующим слоем 13 и/или между вторым слоем 12 токоотвода и изолирующим слоем 13.
1.1. Часть 10 шунтирования тока короткого замыкания
Часть 10 шунтирования тока короткого замыкания включает в себя первый слой 11 токоотвода, второй слой 12 токоотвода и изолирующий слой 13, предоставленный между первым и вторым слоями 11 и 12 токоотвода. Часть 10 шунтирования тока короткого замыкания дополнительно включает в себя PPTC-слой 14 между первым слоем 11 токоотвода и изолирующим слоем 13 и/или между вторым слоем 12 токоотвода и изолирующим слоем 13. Когда аккумулятор нормально используется, первый слой 11 токоотвода и второй слой 12 токоотвода надлежащим образом изолируются в части 10 шунтирования тока короткого замыкания с такой структурой посредством изолирующего слоя 13. Когда короткое замыкание возникает при сквозном пробивании, первый слой 11 токоотвода и второй слой 12 токоотвода контактируют друг с другом, в таком случае электрическое сопротивление снижается.
1.1.1. Первый слой 11 токоотвода и второй слой 12 токоотвода
Первый слой 11 токоотвода и второй слой 12 токоотвода могут формироваться из металлической фольги, металлической сетки и т.п. В частности, металлическая фольга является предпочтительной. Примеры металла для формирования слоев 11 и 12 токоотвода включают в себя Cu, Ni, Al, Fe, Ti, Zn, Co, Cr, Au, Pt и нержавеющую сталь.
Каждая толщина первого и второго слоев 11 и 12 токоотвода не ограничена конкретными значениями. Например, толщина предпочтительно составляет 0,1 мкм - 1 мм, а более предпочтительно, 1-100 мкм. Слои 11 и 12 токоотвода с таким диапазоном толщины могут более надлежащим образом контактировать друг с другом при сквозном пробивании и могут более надлежащим образом вызывать короткое замыкание в части 10 шунтирования тока короткого замыкания.
Как показано на фиг. 2, первый слой 11 токоотвода имеет столбиковый вывод 11a токоотвода. Первый слой 11 токоотвода электрически соединяется с каждым слоем 21 катодного токоотвода электрических элементов 20, 20,... через столбиковый вывод 11a токоотвода. Второй слой 12 токоотвода имеет столбиковый вывод 12a токоотвода. Второй слой 12 токоотвода электрически соединяется с каждым слоем 25 анодного токоотвода электрических элементов 20, 20,... через столбиковый вывод 12a токоотвода. Материал столбикового вывода 11a токоотвода может быть идентичным или отличающимся от материала первого слоя 11 токоотвода. Материал столбикового вывода 12a токоотвода может быть идентичным или отличающимся от материала слоя 12 токоотвода. Каждое электрическое сопротивление в столбиковых выводах 11a токоотвода и 12a предпочтительно меньше каждого электрического сопротивления в столбиковом выводе 21a катодного токоотвода и столбиковом выводе 25a анодного токоотвода, которые описываются ниже, с учетом принудительного протекания большой величины циркулирующего тока в часть 10 шунтирования тока короткого замыкания, когда короткое замыкание возникает при сквозном пробивании, и т.д.
1.1.2. Изолирующий слой 13
Изолирующий слой 13 пакетированного аккумулятора 100 может формироваться из любого материала, который изолирует первый слой 11 токоотвода и второй слой 12 токоотвода при нормальном использовании аккумулятора. Изолирующий слой 13 может формироваться из органического материала, неорганического материала или смеси органического материала и неорганического материала. В частности, органический материал является предпочтительным. Это обусловлено тем, что неорганический материал имеет преимущество низкой вероятности короткого замыкания, вызываемого растрескиванием при нормальном использовании.
В качестве органического материала для формирования изолирующего слоя 13, могут использоваться различные смолы. Примеры смол включают в себя различные термопластические смолы и различные термореактивные смолы. В частности, конструкционные суперпластики, такие как полиимид, полиамидоимид, полиэфирэфиркетон и полифениленсульфид, являются предпочтительными. Термореактивные смолы обычно имеют более высокую теплоустойчивость, чем термопластические смолы, и являются твердыми и ломкими. Таким образом, когда изолирующий слой 13 формируется из термореактивной смолы, изолирующий слой 13 легко разрушается при сквозном пробивании части 10 шунтирования тока короткого замыкания, что позволяет предотвращать следование деформациям первого слоя 11 токоотвода и второго слоя 12 токоотвода посредством изолирующего слоя 13 и позволяет проще обеспечивать контакт друг с другом первого слоя 11 токоотвода и второго слоя 12 токоотвода. Формирование изолирующего слоя 13 из термореактивной смолы также позволяет запрещать термическое разложение изолирующего слоя 13, даже когда температура изолирующего слоя 13 увеличивается.
В качестве неорганического материала для формирования изолирующего слоя 13, может использоваться различная керамика. Например, могут использоваться неорганические оксиды. Изолирующий слой 13 также может формироваться из металлической фольги, имеющей оксидное покрытие на поверхности. Примеры такой металлической фольги включают в себя алюминиевую фольгу, имеющую покрытие на основе оксида алюминия на поверхности, причем покрытие формируется из анодного оксидного покрытия на поверхности алюминиевой фольги посредством обработки алюмитом. В этом случае, толщина оксидного покрытия предпочтительно составляет 0,01-5 мкм. Нижний предел более предпочтительно составляет 0,1 мкм или больше, и верхний предел более предпочтительно составляет 1 мкм или меньше.
Толщина изолирующего слоя 13 не ограничена конкретными значениями. Например, толщина предпочтительно составляет 0,1 мкм - 1 мм, а более предпочтительно, 1-100 мкм. Изолирующий слой 13 с таким диапазоном толщины позволяет более надлежащим образом изолировать первый слой 11 токоотвода и второй слой 12 токоотвода при нормальном использовании аккумулятора и позволяет более надлежащим образом обеспечивать проводимость первого слоя 11 токоотвода и второго слоя 12 токоотвода, чтобы вызывать внутреннее короткое замыкание, когда первый и второй слои 11 и 12 токоотвода деформируются посредством внешнего механического напряжения, такого как сквозное пробивание.
1.1.4. PPTC-слой 14
В части 10 шунтирования тока короткого замыкания, PPCT-слой 14 предоставляется между первым токоотводом 11 и изолирующим слоем 13 и/или между вторым слоем 12 токоотвода и изолирующим слоем 13. PPTC-слой 14 представляет собой слой из полимерного PTC-слоя. Таким образом, PPTC-слой, по меньшей мере, включает в себя органический полимер и проводящий материал, в котором кристаллическое состояние органического полимера и состояние соединения проводящего материала изменяются с возрастанием температуры, приводя к увеличению его электрического сопротивления. Примеры PPTC-слоя 14 включают в себя слой, в котором объем органического полимера увеличивается с возрастанием температуры, чтобы разделять или разбивать проводящий материал. В слое, отделение или разбивание проводящего материала уменьшает число соединений проводящего материала, приводя к быстрому увеличению электрического сопротивления слоя нелинейным способом, когда слой достигает предварительно определенной температуры. Например, когда пакетированный аккумулятор 100 представляет собой полностью твердотельный аккумулятор, PPTC-слой 14 предпочтительно быстро увеличивает свое электрическое сопротивление нелинейным способом при температуре 120-250°C.
Органический полимер для формирования PPTC-слоя 14 не ограничен конкретными типами. Примеры органического полимера включают в себя поливинилиденфторид (PVdF), полипропилен (PP) и полиэтилен (PE). Из них, PVDF является предпочтительным. Это обусловлено тем, что PVDF имеет преимущество с учетом теплоустойчивости. Проводящий материал для формирования PPTC-слоя 14 не ограничен конкретными типами. Примеры проводящего материала включают в себя углеродные частицы и различные металлические частицы. Из них, углеродные частицы являются предпочтительными. Это обусловлено тем, что углеродные частицы могут стерически обеспечивать проводимость PPTC-слоя 14 в небольшой величине. PPTC-слой 14 может содержать другие материалы, такие как заполнитель, при необходимости. Примеры заполнителя включают в себя частицы оксида алюминия.
Отношение компонентов смеси из органического полимера, проводящего материала и других необязательных материалов в PPTC-слое 14 не ограничено конкретными значениями. Отношение компонентов смеси может адекватно определяться в зависимости от целевых рабочих характеристик (температуры, при которой сопротивление изменяется, и т.д.). Например, объемное отношение органического полимера и проводящего материала может составлять от 3:1 до 10:1. Толщина PPTC-слоя 14 также не ограничена конкретными значениями. Например, толщина предпочтительно составляет 0,1 мкм - 1 мм, а более предпочтительно, 1-100 мкм, хотя и в зависимости от размера проводящего материала.
PPTC-слой 14 должен предоставляться только между первым слоем 11 токоотвода и изолирующим слоем 13 и/или между вторым слоем 12 токоотвода и изолирующим слоем 13. Например, поверхность первого слоя 11 токоотвода, обращенная к изолирующему слою 13, может полностью покрываться PPTC-слоем 14, поверхность второго слоя 12 токоотвода, обращенная к изолирующему слою 13, может полностью покрываться PPTC-слоем 14, или, по меньшей мере, одна поверхность изолирующего слоя 13 может покрываться PPTC-слоем.
1.2. Электрический элемент 20
Электрический элемент 20 включает в себя слой 21 катодного токоотвода, слой 22 катодного материала, слой 23 электролита, слой 24 анодного материала и слой 25 анодного токоотвода, причем все эти слои укладываются поверх друг друга. Таким образом, электрический элемент 20 может функционировать в качестве одиночного аккумулятора.
1.2.1. Слой 21 катодного токоотвода
Слой 21 катодного токоотвода может формироваться из фольги, металлической сетки и т.д. В частности, металлическая фольга является предпочтительной. Примеры металла для формирования слоя 21 катодного токоотвода включают в себя Ni, Cr, Au, Pt, Al, Fe, Ti, Zn и нержавеющую сталь. Слой 21 катодного токоотвода может иметь покровный слой на своей поверхности, чтобы регулировать контактное сопротивление. Примеры покровного слоя включают в себя покровный углеродный слой. Толщина слоя 21 катодного токоотвода не ограничена конкретными значениями. Например, толщина предпочтительно составляет 0,1 мкм - 1 мм, а более предпочтительно, 1-100 мкм.
Как показано на фиг. 3A и 3B, слой 21 катодного токоотвода предпочтительно имеет столбиковый вывод 21a катодного токоотвода в части своего внешнего края. Столбиковый вывод 21a позволяет легко электрически соединять первый слой 11 токоотвода и слой 21 катодного токоотвода и позволяет легко электрически параллельно соединять слои 21, 21,... катодного токоотвода.
1.2.2. Слой 22 катодного материала
1/3
1/3
1/3
2
2
2
5
2
2
5
2
2
5
Слой 22 катодного материала, по меньшей мере, включает в себя активный материал. Когда пакетированный аккумулятор 100 представляет собой полностью твердотельный аккумулятор, слой 22 катодного материала необязательно может включать в себя твердый электролит, связующее, проводящее вспомогательное средство и т.д., в дополнение к активному материалу. Когда пакетированный аккумулятор 100 представляет собой аккумулятор на основе раствора электролита, слой 22 катодного материала необязательно может включать в себя связующее, проводящее вспомогательное средство и т.д., в дополнение к активному материалу. Известные активные материалы могут использоваться в качестве активного материала. Из известных активных материалов, могут выбираться два материала с различными потенциалами, при которых абсорбируются и высвобождаются предварительно определенные ионы (с зарядным и разрядным потенциалом), и из этих двух материалов, материал, имеющий более благородный потенциал, может использоваться в качестве активного катодного материала, и материал, имеющий более базовый потенциал, может использоваться в качестве активного анодного материала, который описывается ниже. Например, когда изготавливается литий-ионный аккумулятор, различные литийсодержащие сложные оксиды, такие как оксид лития и кобальта, оксид лития и никеля, LiNiCoMnO, оксид лития и марганца и шпинельные литийсодержащие соединения, могут использоваться в качестве активного катодного материала. Когда пакетированный аккумулятор 100 представляет собой полностью твердотельный аккумулятор, поверхность активного катодного материала может покрываться оксидным слоем, таким как слой ниобата лития, слой титаната лития и слой фосфата лития. Когда пакетированный аккумулятор 100 представляет собой полностью твердотельный аккумулятор, его твердый электролит предпочтительно представляет собой неорганический твердый электролит. Это обусловлено тем, что неорганические твердые электролиты имеют высокую ионную удельную электропроводность и превосходную теплостойкость, по сравнению с органическими полимерными электролитами. Дополнительно, неорганические твердые электролиты являются предпочтительными, поскольку давление, приложенное к электрическому элементу 20, является высоким при сквозном пробивании, и затем эффект пакетированного аккумулятора 100 настоящего изобретения существенно прилагается с неорганическими твердыми электролитами, по сравнению с органическими полимерными электролитами. Примеры неорганического твердого электролита включают в себя оксидные твердые электролиты, такие как цирконат лития и лантана, и сульфидные твердые электролиты, такие как LiS-PS. В частности, сульфидный твердый электролит, который содержит LiS-PS, является предпочтительным, и сульфидный твердый электролит, который содержит 50% молекулярной массы или больше LiS-PS, является более предпочтительным. В качестве связующего, могут использоваться различные типы связующего, такие как бутадиеновый каучук (BR), бутадиенакрилатный каучук (ABR) и поливинилиденфторид (PVDF). Примеры проводящего вспомогательного средства включают в себя углеродные материалы, такие как ацетиленовая сажа и сажа Ketjen, и металлические материалы, такие как никель, алюминий и нержавеющая сталь. Содержание каждого компонента слоя 22 катодного материала может быть идентичным тому, что указано выше. Форма слоя 22 катодного материала также может идентичной тому, что указано выше. В частности, слой 22 катодного материала, сформированный как лист, является предпочтительным с учетом простого формирования пакетированного аккумулятора 100. В этом случае, толщина слоя 22 катодного материала, например, предпочтительно составляет 0,1 мкм - 1 мм, а более предпочтительно, 1-150 мкм.
1.2.3. Слой 23 электролита
Слой 23 электролита, по меньшей мере, включает в себя электролит. Когда пакетированный аккумулятор 100 представляет собой полностью твердотельный аккумулятор, слой 23 электролита может содержать твердый электролит и необязательно может содержать связующее. Твердый электролит предпочтительно выбирается из вышеуказанных неорганических твердых электролитов. Связующее может адекватно выбираться из связующих, которые могут использоваться для слоя 22 катодного материала. Содержание каждого компонента слоя 23 твердого электролита может быть идентичным тому, что указано выше. Форма слоя 23 твердого электролита также может идентичной тому, что указано выше. В частности, слой 23 твердого электролита, сформированный как лист, является предпочтительным с учетом простого формирования пакетированного аккумулятора 100. В этом случае, толщина слоя 23 твердого электролита, например, предпочтительно составляет 0,1 мкм - 1 мм, а более предпочтительно, 1-100 мкм. Когда пакетированный аккумулятор 100 представляет собой аккумулятор на основе раствора электролита, слой 23 электролита включает в себя раствор электролита и разделитель. Раствор электролита и разделитель являются очевидными для специалистов в данной области техники, и их подробные пояснения опускаются здесь.
1.2.4. Слой 24 анодного материала
Слой 24 анодного материала, по меньшей мере, включает в себя активный материал. Когда пакетированный аккумулятор 100 представляет собой полностью твердотельный аккумулятор, слой 24 анодного материала необязательно может включать в себя твердый электролит, связующее, проводящее вспомогательное средство и т.д., в дополнение к активному материалу. Когда пакетированный аккумулятор 100 представляет собой аккумулятор на основе раствора электролита, слой 24 анодного материала необязательно может включать в себя связующее, проводящее вспомогательное средство и т.д., в дополнение к активному материалу. Известные активные материалы могут использоваться в качестве активного материала. Из известных активных материалов, могут выбираться два материала с различными потенциалами, при которых абсорбируются и высвобождаются предварительно определенные ионы (с зарядным и разрядным потенциалом), и из этих двух материалов, материал, имеющий более благородный потенциал, может использоваться в качестве активного катодного материала, и материал, имеющий более базовый потенциал, может использоваться в качестве активного анодного материала. Например, когда формируется литий-ионный аккумулятор, примеры активного анодного материала включают в себя углеродные материалы, такие как графит и твердый углерод, различные оксиды, такие как титанат лития, Si, сплав Si, металлический литий и литиевый сплав. Твердый электролит, связующее и проводящее вспомогательное средство в слое 24 анодного материала могут адекватно выбираться из твердых электролитов, связующих и проводящих вспомогательных средств, которые могут использоваться для слоя 22 катодного материала. Каждое содержание компонентов в слое 24 анодного материала может быть идентичным тому, что указано выше. Форма слоя 24 анодного материала также может идентичной тому, что указано выше. В частности, слой 24 анодного материала, сформированный как лист, является предпочтительным с учетом простого формирования пакетированного аккумулятора 100. В этом случае, толщина слоя 24 анодного материала, например, предпочтительно составляет 0,1 мкм - 1 мм, а более предпочтительно, 1-100 мкм. Следует отметить, что толщина слоя 24 анодного материала предпочтительно может определяться таким образом, что объем анода превышает объем катода.
1.2.5. Слой 25 анодного токоотвода
Слой 25 анодного токоотвода может формироваться из металлической фольги, металлической сетки и т.д. В частности, металлическая фольга является предпочтительной. Примеры металла для формирования слоя 25 анодного токоотвода включают в себя Cu, Ni, Fe, Ti, Co, Zn и нержавеющую сталь. Слой 25 анодного токоотвода может иметь покровный слой на своей поверхности, чтобы регулировать контактное сопротивление. Примеры покровного слоя включают в себя покровный углеродный слой. Толщина слоя 25 анодного токоотвода не ограничена конкретными значениями. Например, толщина предпочтительно составляет 1 мкм - 1 мм, а более предпочтительно, 1-100 мкм.
Как показано на фиг. 3A и 3B, слой 25 анодного токоотвода предпочтительно имеет столбиковый вывод 25a анодного токоотвода в части своего внешнего края. Столбиковый вывод 25a позволяет легко электрически соединять второй слой 12 токоотвода и слой 25 анодного токоотвода и позволяет легко электрически параллельно соединять слои 25, 25,... анодного токоотвода.
1.4. Компоновка и состояние соединения части шунтирования тока короткого замыкания и электрических элементов
1.4.1. Компоновка электрических элементов
Число электрических элементов 20, 20,..., укладываемых в пакетированном аккумуляторе 100, не ограничено конкретными значениями. Число может надлежащим образом определяться в зависимости от целевой мощности аккумулятора. Множество электрических элементов 20, 20,... могут укладываться поверх друг друга таким образом, что они непосредственно контактируют друг с другом, и могут укладываться поверх друг друга через другой слой (например, изолирующий слой) или зазор (воздушный слой). Как показано на фиг. 1, множество электрических элементов 20, 20,... предпочтительно укладываются таким образом, что они непосредственно контактируют друг с другом, с учетом повышения выходной плотности аккумулятора. Помимо этого, как показано на фиг. 1, 3A и 3B, два из электрических элементов 20a и 20b совместно используют один слой 25 анодного токоотвода. Это дополнительно повышает выходную плотность аккумулятора. Дополнительно, как показано на фиг. 1, направление укладки множества электрических элементов 20, 20,... и направление укладки слоев 21-25 в каждом электрическом элементе 20 предпочтительно являются идентичными в пакетированном аккумуляторе 100. Это позволяет легко объединять пакетированный аккумулятор 100, приводя к дополнительному повышению выходной плотности аккумулятора.
1.4.2. Электрическое соединение электрических элементов
Множество электрических элементов 20, 20,... электрически соединяются параллельно в пакетированном аккумуляторе 100. Когда один из электрических элементов, имеющих такое параллельное соединение, замыкается накоротко, электроны концентрируются в электрическом элементе, имеющем короткое замыкание, из других электрических элементов. Таким образом, такие электрические элементы, имеющие параллельное соединение, легко имеют большое джоулево тепло, когда аккумулятор замыкается накоротко. Другими словами, эффект предоставления части 10 шунтирования тока короткого замыкания более существенно прилагается в пакетированном аккумуляторе, содержащем множество электрических элементов 20, 20,..., которые имеют электрически параллельное соединение. В качестве элемента для того, чтобы электрически соединять множество электрических элементов 20, 20,..., может использоваться известный элемент. Например, как описано выше, множество электрических элементов 20, 20,... могут электрически соединяться друг с другом параллельно через столбиковый вывод 21a катодного токоотвода, предоставленный в слое 21 катодного токоотвода, и столбиковый вывод 25a анодного токоотвода, предоставленный в слое 25 анодного токоотвода.
1.4.3. Электрическое соединение части шунтирования тока короткого замыкания и электрических элементов
В пакетированном аккумуляторе 100, первый слой 11 токоотвода части 10 шунтирования тока короткого замыкания электрически соединяется со слоем 21 катодного токоотвода электрического элемента 20, и второй слой 12 токоотвода части 10 шунтирования тока короткого замыкания электрически соединяется со слоем 25 анодного токоотвода электрического элемента 20. Когда короткое замыкание возникает, например, в части 10 шунтирования тока короткого замыкания и некоторых электрических элементах (например, в электрическом элементе 20a), электрическое соединение части 10 шунтирования тока короткого замыкания и электрического элемента 20, аналогичное указанному, позволяет обеспечивать принудительное протекание большого циркулирующего тока в часть 10 шунтирования тока короткого замыкания из других электрических элементов (например, электрического элемента 20b). В качестве элемента для того, чтобы электрически соединять часть 10 шунтирования тока короткого замыкания и электрические элементы 20, 20,..., может использоваться известный элемент. Например, как описано выше, первый столбиковый вывод 11a токоотвода, предоставленный в первом слое 11 токоотвода, и второй столбиковый вывод 12a токоотвода, предоставленный во втором слое 12 токоотвода, могут электрически соединять часть 10 шунтирования тока короткого замыкания и электрические элементы 20, 20,....
1.4.4. Позиционная взаимосвязь между частью шунтирования тока короткого замыкания и электрическими элементами
Часть 10 шунтирования тока короткого замыкания и множество электрических элементов 20, 20,... должны только укладываться вместе. В этом случае, часть 10 шунтирования тока короткого замыкания и электрические элементы 20, 20,... могут непосредственно укладываться или могут косвенно укладываться через другой слой (изолирующий слой, воздушный слой и т.д.) при условии, что вышеуказанные проблемы разрешаются. Когда часть 10 шунтирования тока короткого замыкания и электрические элементы 20, 20,... непосредственно укладываются, вышеуказанные проблемы, очевидно, возникают. Считается, что эффект пакетированного аккумулятора настоящего раскрытия сущности прилагается более существенно, когда часть 10 шунтирования тока короткого замыкания непосредственно укладывается относительно электрических элементов 20, 20,... и находится рядом с электрическими элементами 20, 20,.... С другой стороны, вышеуказанные проблемы могут возникать, даже когда часть 10 шунтирования тока короткого замыкания косвенно укладывается относительно электрических элементов 20, 20,.... Таким образом, даже когда часть 10 шунтирования тока короткого замыкания косвенно укладывается относительно электрических элементов 20, 20... через другой слой, термоизоляция не может достигаться в достаточной степени между частью 10 шунтирования тока короткого замыкания и электрическими элементами 20, 20,... при условии, что часть 10 шунтирования тока короткого замыкания находится около электрических элементов 20, 20,.... Часть 10 шунтирования тока короткого замыкания может укладываться за пределами множества электрических элементов 20, 20,..., может укладываться между множеством электрических элементов 20, 20,... либо может укладываться как снаружи, так и между множеством элементов 20, 20,... выработки мощности. В частности, как показано на фиг. 1, часть 10 шунтирования тока короткого замыкания предпочтительно предоставляется, по меньшей мере, за пределами электрических элементов 20, 20,..., когда часть 10 шунтирования тока короткого замыкания и множество электрических элементов 20, 20,... укладываются поверх друг друга. Это приводит к возникновению короткого замыкания в части 10 шунтирования тока короткого замыкания раньше, чем во множестве электрических элементов 20, 20,... и затем обеспечивает принудительное протекание циркулирующего тока из электрических элементов 20, 20,... в часть 10 шунтирования тока короткого замыкания, приводя к запрету теплообразования в электрических элементах 20, 20,....
Короткое замыкание аккумулятора при сквозном пробивании легко возникает, когда электрический элемент 20 пробивается насквозь из направления слоя 21 катодного токоотвода к направлению слоя 25 анодного токоотвода (или из слоя 25 анодного токоотвода к слою 21 катодного токоотвода) электрического элемента 20. В этом аспекте, направление пробивания гвоздями и направление укладки каждого слоя предпочтительно являются идентичными в пакетированном аккумуляторе 100. Подробнее, в пакетированном аккумуляторе 100, направление укладки слоя 21 катодного токоотвода, слоя 22 катодного материала, слоя 23 электролита, слоя 24 анодного материала и слоя 25 анодного токоотвода в каждом электрическом элементе 20, направление укладки множества электрических элементов 20, 20,..., направление укладки первого слоя 11 токоотвода, изолирующего слоя 13 и второго слоя 12 токоотвода в части 10 шунтирования тока короткого замыкания и направление укладки части 10 шунтирования тока короткого замыкания и множества электрических элементов 20, 20,... предпочтительно являются идентичными.
1.4.5. Взаимосвязь между частью шунтирования тока короткого замыкания и электрическими элементами по размеру
В пакетированном аккумуляторе 100, короткое замыкание легко возникает в части 10 шунтирования тока короткого замыкания раньше, чем в электрических элементах 20, 20,..., когда пакетированный аккумулятор пробивается насквозь за счет принудительного охватывания, посредством части 10 шунтирования тока короткого замыкания, максимально большого участка электрических элементов 20, 20,.... С этой точки зрения, в пакетированном аккумуляторе 100, например, внешний край части 10 шунтирования тока короткого замыкания предпочтительно предоставляется за пределами внешних краев электрических элементов 20, 20,... при просмотре из направления укладки части 10 шунтирования тока короткого замыкания и множества автоматических элементов 20, 20,.... Альтернативно, как показано на фиг. 1, когда направление укладки множества электрических элементов 20, 20,... и направление укладки слоев 21-25 в каждом электрическом элементе 20 являются идентичными, внешний край части 10 шунтирования тока короткого замыкания предпочтительно предоставляется за пределами внешних краев слоя 22 катодного материала, слоя 23 электролита и слоя 24 анодного материала при просмотре из направления укладки части 10 шунтирования тока короткого замыкания и множества электрических элементов 20, 20,.... В этом случае, следует отметить, что слои расположены таким образом, что первый слой 11 токоотвода части 10 шунтирования тока короткого замыкания и слой 25 анодного токоотвода электрического элемента 20 не имеют короткого замыкания. Таким образом, изолятор и т.п. должен предоставляться между частью 10 шунтирования тока короткого замыкания и электрическими элементами 20, 20,..., чтобы предотвращать возникновение короткого замыкания между частью 10 шунтирования тока короткого замыкания и электрическими элементами 20, 20,..., даже когда часть 10 шунтирования тока короткого замыкания является большой.
С другой стороны, с учетом дополнительного увеличения плотности энергии аккумулятора и с учетом простого недопущения короткого замыкания между частью 10 шунтирования тока короткого замыкания и электрическими элементами 20, 20,..., часть 10 шунтирования тока короткого замыкания может изготавливаться максимально небольшой. Таким образом, с этих точек зрения, внешний край части 10 шунтирования тока короткого замыкания предпочтительно находится на внутренней стороне относительно внешних краев электрических элементов 20, 20,... при просмотре из направления укладки части 10 шунтирования тока короткого замыкания и множества электрических элементов 20, 20,... в пакетированном аккумуляторе 100. Альтернативно, в случае если направление укладки множества электрических элементов 20, 20,... и направление укладки слоев 21-25 в каждом электрическом элементе 20 являются идентичными, внешний край части 10 шунтирования тока короткого замыкания предпочтительно находится на внутренней стороне относительно внешних краев слоя 22 катодного материала, слоя 23 электролита и слоя 24 анодного материала, при просмотре из направления укладки части 10 шунтирования тока короткого замыкания и множества электрических элементов 20, 20,....
Как описано выше, пакетированный аккумулятор 100 позволяет обеспечивать протекание циркулирующего тока в часть 10 шунтирования тока короткого замыкания, когда короткое замыкание возникает при сквозном пробивании и т.д. в пакетированном аккумуляторе 100, и позволяет подавлять температуру в электрическом элементе 20. С другой стороны, когда температура части 10 шунтирования тока короткого замыкания достигает порогового значения или больше, сопротивление PPTC-слоя 14 увеличивается, и величина тока, который протекает в части 10 шунтирования тока короткого замыкания, снижается. Это исключает чрезмерное увеличение температуры части 10 шунтирования тока короткого замыкания и исключает чрезмерное увеличение температуры электрического элемента 20 около части 10 шунтирования тока короткого замыкания.
2. Пакетированный аккумулятор 200
Фиг. 4 схематично показывает многослойную структуру пакетированного аккумулятора 200. Как показано на фиг. 4, пакетированный аккумулятор 200 включает в себя часть 10 шунтирования тока короткого замыкания и часть 110 шунтирования тока короткого замыкания. Фиг. 5A и 5B схематично показывают структуру части 110 шунтирования тока короткого замыкания. Фиг. 5A является внешним видом в перспективе, и фиг. 5B является видом в поперечном сечении вдоль VB-VB. Структура пакетированного аккумулятора 200, за исключением части 110 шунтирования тока короткого замыкания, является идентичной структуре пакетированного аккумулятора 100.
Как показано на фиг. 4, пакетированный аккумулятор 200 включает в себя, в качестве частей шунтирования тока короткого замыкания, первую часть 10 шунтирования тока короткого замыкания около электрических элементов 20, 20,... и вторую часть 110 шунтирования тока короткого замыкания, расположенную на стороне первой части 10 шунтирования тока короткого замыкания, противостоящей электрическим элементам 20, 20,.... Здесь, как упомянуто выше, признак пакетированного аккумулятора 200 заключается в том, что PPTC-слой 14 предоставляется в первой части 10 шунтирования тока короткого замыкания, а не во второй части 110 шунтирования тока короткого замыкания, как показано на фиг. 5A и 5B.
Когда температура и сопротивление части 10 шунтирования тока короткого замыкания увеличиваются на ранней стадии вследствие циркулирующего тока с коротким замыканием, вызываемым при сквозном пробивании и т.д. в пакетированном аккумуляторе 100, описанном выше, циркулирующий ток, который предположительно затем протекает в части 10 шунтирования тока короткого замыкания, может протекать в электрических элементах 20, 20,..., сопротивление короткого замыкания которых является небольшим. Таким образом, чрезмерное возрастание температуры части 10 шунтирования тока короткого замыкания может подавляться, тогда как температура электрических элементов 20, 20,... может увеличиваться. С другой стороны, как описано выше, возрастание температуры части 10 шунтирования тока короткого замыкания рядом с электрическими элементами 20, 20,... должно подавляться в максимально возможной степени.
В пакетированном аккумуляторе 200, даже когда температура и сопротивление части 10 шунтирования тока короткого замыкания увеличиваются на ранней стадии вследствие циркулирующего тока с коротким замыканием, возникающего в частях 10 и 110 шунтирования тока короткого замыкания при сквозном пробивании и т.д., в таком случае можно обеспечивать протекание большой величины циркулирующего тока в часть 110 шунтирования тока короткого замыкания после этого. Таким образом, чрезмерное возрастание температуры в электрических элементах 20, 20,... может подавляться посредством подавления чрезмерного возрастания температуры в части 10 шунтирования тока короткого замыкания рядом с электрическими элементами 20, 20,..., и одновременно, возрастание температуры в электрическом элементе 20, 20,... может подавляться посредством обеспечения протекания большой величины циркулирующего тока в часть 110 шунтирования тока короткого замыкания.
3. Способ изготовления пакетированного аккумулятора
Часть 10 шунтирования тока короткого замыкания может легко формироваться посредством: предоставления PPTC-слоя 14, по меньшей мере, поверх одной из поверхности первого слоя 11 токоотвода (например, металлической фольги) и поверхности второго слоя 12 токоотвода (например, металлической фольги); расположения изолирующего слоя 13 (например, изоляционной пленки) между первым слоем 11 токоотвода и вторым слоем 12 токоотвода таким образом, что PPTC-слой 14 позиционируется между изолирующим слоем 13 и слоями 11 и 12 токоотвода. Как показано на фиг. 2A и 2B, изолирующий слой 13 может располагаться поверх обеих поверхностей второго слоя 12 токоотвода, PPTC-слой 14 может располагаться поверх поверхности каждого изолирующего слоя 13, противостоящей второму слою 12 токоотвода, и первый слой 11 токоотвода может располагаться поверх поверхности каждого PPTC-слоя 14, противостоящей изолирующему слою 13. Часть 110 шунтирования тока короткого замыкания может легко формироваться посредством расположения изолирующего слоя 13 (например, изоляционной пленки) между первым слоем 11 токоотвода (например, металлической фольги) и вторым слоем 12 токоотвода (например, металлической фольги). Как показано на фиг. 5A и 5B, изолирующий слой 13 может располагаться поверх обеих поверхностей второго слоя 12 токоотвода, и первый слой 11 токоотвода дополнительно может располагаться поверх поверхности каждого изолирующего слоя 13, противостоящей второму слою 12 токоотвода. Здесь, каждый слой частей 10 и 110 шунтирования тока короткого замыкания может присоединяться друг к другу посредством клея, смолы и т.д., чтобы сохранять форму частей 10 и 110 шунтирования тока короткого замыкания. В этом случае, клей и т.д. не должен применяться ко всей поверхности каждого слоя, а должен применяться только к части поверхности каждого слоя.
2
Электрический элемент 20 может изготавливаться посредством известного способа. Например, когда полностью твердотельный аккумулятор изготавливается, электрический элемент 20 может изготавливаться посредством: применения катодного материала поверх поверхности слоя 21 катодного токоотвода посредством влажного способа и затем сушки катодного материала, чтобы формировать слой 22 катодного материала; применения анодного материала поверх поверхности слоя 25 анодного токоотвода и затем сушки анодного материала, чтобы формировать слой 24 анодного материала; переноса слоя 23 электролита, который включает в себя твердый электролит, между слоем катодного материала 21 и слоем 24 анодного материала; и затем прижатия, чтобы унифицировать их. Давление для того, чтобы прижимать их, не ограничено конкретными значениями и предпочтительно составляет, например, 2 тонны/см или больше.
Часть 10 шунтирования тока короткого замыкания может электрически соединяться с множеством электрических элементов 20, 20,..., и множество электрических элементов 20, 20,... могут электрически соединяться параллельно, посредством: укладки части 10 шунтирования тока короткого замыкания, сформированной так, как описано выше, относительно множества электрических элементов 20, 20,...; соединения столбикового вывода 11a, предоставленного в первом слое 11 токоотвода, со столбиковым выводом 21a слоя 21 катодного токоотвода; соединения столбикового вывода 12a, предоставленного во втором слое 12 токоотвода, со столбиковым выводом 25a слоя 25 анодного токоотвода; соединения столбиковых выводов 21a, 21a,... слоев 21, 21,... катодного токоотвода друг с другом; и соединения столбиковых выводов 25a, 25a,... слоев 25, 25,... анодного токоотвода друг с другом. Если необходимо, часть 110 шунтирования тока короткого замыкания может укладываться поверх на стороне части 10 шунтирования тока короткого замыкания, противостоящей электрическим элементам 20, 20,..., и слои 11 и 12 токоотвода электрически соединяются, как описано выше. Пакетированный корпус, электрически соединенный так, как указано, вакуумно инкапсулируется в кожухе аккумулятора, таком как многослойная пленка и оболочка из нержавеющей стали, затем полностью твердотельный аккумулятор изготавливается в качестве пакетированного аккумулятора. Следует отметить, что эти технологические операции являются примером, и полностью твердотельный аккумулятор может изготавливаться посредством этапов, отличных от этих этапов. Например, слой катодного материала и т.д. может формироваться посредством сухого способа вместо влажного способа.
Альтернативно, аккумулятор на основе раствора электролита может изготавливаться в качестве пакетированного аккумулятора посредством: расположения разделителя вместо вышеописанного слоя твердого электролита, чтобы обеспечивать принудительное электрическое соединение пакетированного корпуса аналогично тому, как описано выше; и затем помещения пакетированного корпуса в кожух аккумулятора, заполненный раствором электролита. Когда аккумулятор на основе раствора электролита изготавливается, формование выпрессовыванием каждого слоя может опускаться.
Таким образом, пакетированные аккумуляторы 100 и 200 могут легко изготавливаться посредством применения известного способа для изготовления пакетированного аккумулятора.
4. Дополнительные примечания
В вышеприведенном описании, часть шунтирования тока короткого замыкания формируется из двух первых слоев токоотвода, двух изолирующих слоев и одного второго слоя токоотвода. Тем не менее, пакетированный аккумулятор настоящего раскрытия сущности не ограничен этой структурой. Часть шунтирования тока короткого замыкания может иметь любую форму, которая имеет изолирующий слой между первым слоем токоотвода и вторым слоем токоотвода. Число каждого слоя части шунтирования тока короткого замыкания не ограничено конкретными значениями.
В вышеприведенном описании, два электрических элемента совместно используют один слой анодного токоотвода. Тем не менее, пакетированный аккумулятор настоящего раскрытия сущности не ограничен этой структурой. Электрический элемент может представлять собой любой элемент, который функционирует в качестве одиночного аккумулятора и который имеет слой катодного токоотвода, слой катодного материала, слой электролита, слой анодного материала и слой анодного токоотвода, укладываемые вместе.
В вышеприведенном описании, часть шунтирования тока короткого замыкания предоставляется с обеих сторон пакетированного аккумулятора за пределами множества электрических элементов в направлении укладки. Тем не менее, число частей шунтирования тока короткого замыкания не ограничено двумя. Пакетированный аккумулятор может включать в себя две или более части шунтирования тока короткого замыкания за пределами множества электрических элементов. Часть шунтирования тока короткого замыкания может располагаться не только за пределами множества электрических элементов в направлении укладки, но также и между множеством электрических элементов.
В вышеприведенном описании, множество электрических элементов укладываются поверх друг друга. Пакетированный аккумулятор, не включающий в себя множество электрических элементов (одиночный аккумулятор), также может прилагать определенную величину эффекта. Тем не менее, джоулево тепло вследствие короткого замыкания, вызываемого при сквозном пробивании, имеет тенденцию быть большим во множестве электрических элементов, чем в одном электрическом элементе. Этот аспект представляет собой преимущество пакетированного аккумулятора настоящего раскрытия сущности в том, что множество электрических элементов укладываются поверх друг друга, помимо эффекта предоставления части шунтирования тока короткого замыкания.
В вышеприведенном описании, столбиковые выводы токоотвода выступают из частей шунтирования тока короткого замыкания и электрических элементов. Тем не менее, пакетированный аккумулятор настоящего раскрытия сущности не должен обязательно включать в себя столбиковые выводы токоотвода. Например, множество слоев токоотвода, имеющих большую площадь, могут электрически соединяться друг с другом без столбиковых выводов, посредством: выступания внешних краев слоев токоотвода большой площади наружу из пакетированного корпуса, который включает в себя слои токоотвода большой площади, части шунтирования тока короткого замыкания и электрические элементы; и расположения проводящих материалов между выступающими слоями токоотвода. Альтернативно, слои токоотвода могут электрически соединяться друг с другом с помощью монтажных проводов вместо столбиковых выводов.
В вышеприведенном описании, пакетированный аккумулятор может представлять собой аккумулятор на основе раствора электролита или полностью твердотельный аккумулятор. Тем не менее, технология настоящего раскрытия сущности может прилагать больший эффект, когда пакетированный аккумулятор представляет собой полностью твердотельный аккумулятор. Полностью твердотельный аккумулятор имеет меньшее число зазоров в своем электрическом элементе, чем аккумулятор на основе раствора электролита. Затем большое давление прикладывается к электрическому элементу полностью твердотельного аккумулятора, когда гвоздь проникает через электрический элемент при сквозном пробивании. Таким образом, в полностью твердотельном аккумуляторе, сопротивление короткого замыкания электрического элемента снижается, и большая величина циркулирующего тока протекает в участке, в котором короткое замыкание возникает при сквозном пробивании. Дополнительно, в полностью твердотельном аккумуляторе, давление в силу ограничения может прикладываться к электрическому элементу, чтобы уменьшать внутреннее сопротивление в электрическом элементе. В этом случае, давление в силу ограничения прикладывается в направлении укладки электрического элемента (в направлении из слоя катодного токоотвода к слою анодного токоотвода). Когда аккумулятор пробивается насквозь, как давление при сквозном пробивании, так и давление в силу ограничения прикладывается к электрическому элементу. Таким образом, считается, что слой катодного токоотвода и слой анодного токоотвода легко контактируют друг с другом, чтобы иметь короткое замыкание, и сопротивление короткого замыкания электрического элемента легко снижается. Таким образом, эффект предоставления части шунтирования тока короткого замыкания, чтобы обеспечивать принудительное шунтирование циркулирующего тока, существенно прилагается в полностью твердотельном аккумуляторе. С другой стороны, аккумулятор на основе раствора электролита типично включает в себя раствор электролита, заполненный в кожухе аккумулятора, и слои, погруженные в раствор электролита. Раствор электролита предоставляется в зазорах между слоями. Таким образом, давление, приложенное, когда аккумулятор на основе раствора электролита пробивается насквозь, является небольшим, и затем сопротивление короткого замыкания электрического элемента увеличивается. Величина циркулирующего тока, который должен протекать в некоторых электрических элементах в аккумуляторе на основе раствора электролита, может быть меньше величины циркулирующего тока в полностью твердотельном аккумуляторе. Таким образом, эффект предоставления части шунтирования тока короткого замыкания в аккумуляторе на основе раствора электролита является относительно небольшим, по сравнению со случаем, в котором часть шунтирования тока короткого замыкания предоставляется в полностью твердотельном аккумуляторе.
Когда электрические элементы электрически соединяются последовательно через биполярный электрод, сквозное пробивание некоторых электрических элементов заставляет циркулирующий ток протекать в некоторые электрические элементы из других электрических элементов через гвоздь. Таким образом, циркулирующий ток протекает через гвоздь, который имеет высокое контактное сопротивление, и в силу этого величина тока циркулирующего тока является небольшой. Когда электрические элементы электрически соединяются последовательно через биполярный электрод, величина циркулирующего тока считается наибольшей, когда все электрические элементы пробиваются гвоздями. В таком случае, разряд электрических элементов уже достаточно выполнен, и в таком случае локальное увеличение температуры некоторых электрических элементов является затруднительным. В этом аспекте, эффект части шунтирования тока короткого замыкания считается небольшим, по сравнению со случаем, в котором электрические элементы электрически соединяются параллельно. Таким образом, технология настоящего раскрытия сущности прилагает существенный эффект, в частности, когда электрические элементы электрически соединяются параллельно в аккумуляторе.
Примеры
PPTC-слой предоставляется поверх поверхности металлической фольги, которая формирует слой токоотвода. Температурная зависимость электрического сопротивления полученного материала проверяется. В дальнейшем показан пример, в котором алюминиевая фольга используется в качестве металлической фольги, печная сажа используется в качестве проводящего материала, чтобы формировать PPTC-слой, PVDF используется в качестве органического полимера, и оксид алюминия используется в качестве заполнителя. Слой токоотвода и PPTC-слой, используемые в пакетированном аккумуляторе настоящего раскрытия сущности, не ограничены этими материалами.
Печная сажа (произведена компанией Tokai Carbon Co., Ltd.), средний диаметр первичных частиц которой составляет 66 нм, используется в качестве проводящего материала. Частицы оксида алюминия (CB-P02, произведены компанией SHOWA DENKO K. K.) используются в качестве заполнителя. PVDF (KF-полимер L#9130, произведен компанией KUREHA CORPORATION) используется в качестве органического полимера. Печная сажа, частицы оксида алюминия и PVDF, имеющие объемное отношение в 10:60:30, смешиваются с NMP, за счет чего формируется паста. Полученная паста применяется поверх алюминиевой фольги (1N30, произведена компанией UACJ Corporation) в 15 мкм по толщине, так что толщина пасты после сушки составляет 10 мкм. Паста с алюминиевой фольгой высушивается в сушильной печи, за счет чего получается алюминиевая фольга с PPTC-слоем.
Электрическое сопротивление алюминиевой фольги с PPTC-слоем измеряется, за счет чего проверяется температурная зависимость алюминиевой фольги с PPTC-слоем. Результаты показаны на фиг. 6. Как показано на фиг. 6, сопротивление алюминиевой фольги с PPTC-слоем быстро увеличивается нелинейным способом, когда ее температура достигает предварительно определенного значения или больше. Величина увеличения сопротивления в 10 или более раз превышает сопротивление до того, как температура достигает предварительно определенного значения. Использование этой алюминиевой фольги с PPTC-слоем в качестве слоя токоотвода части шунтирования тока короткого замыкания позволяет достигать части шунтирования тока короткого замыкания, которая может быстро увеличивать свое сопротивление, когда ее температура достигает предварительно определенного значения или больше.
Промышленная применимость
Пакетированный аккумулятор согласно настоящему изобретению может надлежащим образом использоваться, например, в качестве крупного бортового источника питания для транспортных средств.
Перечень ссылочных позиций
10 - часть шунтирования тока короткого замыкания
11 - первый слой токоотвода
11a - первый столбиковый вывод токоотвода
12 - второй слой токоотвода
12a - второй столбиковый вывод токоотвода
13 - изолирующий слой
14 - PPTC-слой
20 - электрический элементы
21 - слой катодного токоотвода
21a - столбиковый вывод катодного токоотвода
22 - слой катодного материала
23 - слой электролита
24 - слой анодного материала
25 - слой анодного токоотвода
25a - столбиковый вывод анодного токоотвода
100 - пакетированный аккумулятор