鋰離子二次電池的制作方法
【專利摘要】本實施方式涉及鋰離子二次電池，在電池罐內(nèi)部內(nèi)置有：將正極、隔膜以及負(fù)極卷繞形成的電極組裝體、有機電解液、與所述正極連接的正極導(dǎo)線、與所述負(fù)極連接的負(fù)極導(dǎo)線、以及過充電防止機構(gòu)，該電池罐被蓋體密封，并具備被固定于所述蓋體而與所述正極導(dǎo)線連接的正極端子部、和被固定于所述蓋體而與所述負(fù)極導(dǎo)線連接的負(fù)極端子部。而且，所述過充電防止機構(gòu)具備：感測電極組裝體內(nèi)部溫度，使其形狀變化的感溫變形部件；通過所述感溫變形部件的形狀變化被驅(qū)動的開關(guān)部件；與正極外部電極端子和正極或負(fù)極外部電極端子和負(fù)極串聯(lián)連接的熔斷器部件；以及將所述鋰離子二次電池電極組裝體、熔斷器部件、開關(guān)部件串聯(lián)連接而成的短路電路。
【專利說明】鋰離子二次電池
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001 ] 本發(fā)明涉及鋰離子二次電池。
【背景技術(shù)】
[0002]近年來，出于削減二氧化碳排出量、汽油那樣的石化燃料枯竭的考慮等，使用二次電池作為能源的汽車已經(jīng)被實用化。作為該二次電池，除了被要求高輸出、高能量密度、小型輕型化、低價格等之外，其安全性、耐用性的改善也是必不可缺少的。
[0003]作為高能量密度的汽車用二次電池，公知有鋰離子二次電池。該高能量密度鋰離子二次電池的典型構(gòu)造是將對經(jīng)由隔膜而層疊的正極以及負(fù)極進行卷繞而成的電極組裝體浸入到有機電解液中而密封到電池罐中。
[0004]鋰離子二次電池由于使用了有機電解液，所以如果處于過充電狀態(tài)，則除了電池電壓上升之外，電池內(nèi)部的氣體的壓力也上升，并且，電池內(nèi)溫度上升，還有可能達到電解液漏液、罐破裂等狀態(tài)。作為汽車用二次電池，由于可預(yù)測為被頻繁地重復(fù)進行充放電，所以要采取確保安全性的過充電對策。
[0005]作為過充電對策，公知的方法是例如在過充電時使發(fā)熱單元發(fā)熱，利用該熱將容器開口，在過充電時進行氣體釋放。
[0006]以往技術(shù)文獻
[0007]專利文獻
[0008]專利文獻1:日本特開2006 - 185708
【發(fā)明內(nèi)容】

[0009]發(fā)明要解決的技術(shù)問題
[0010]若如上述那樣使容器開口來釋放氣體，則電池內(nèi)的有機電解液所含的有機溶劑會被釋放到外部空氣中，對環(huán)境造成污染。另外，由于在將容器開口之后也繼續(xù)流動充電電流，所以繼續(xù)充電狀態(tài)，還有可能導(dǎo)致狀況進一步惡化。
[0011]本實施方式的目的在于，實現(xiàn)一種對外部沒有不良影響，能夠可靠地阻止過充電狀態(tài)的可靠性高的電池。
[0012]用于解決問題的手段
[0013]本實施方式的鋰離子二次電池在電池罐內(nèi)部內(nèi)置有將正極、隔膜以及負(fù)極卷繞而形成的電極組裝體、有機電解液、與所述正極連接的正極極耳、與所述負(fù)極連接的負(fù)極極耳、以及過充電防止機構(gòu)，該電池罐被蓋體密封，具備被固定于所述蓋體且與所述正極極耳連接的正極端子部、和被固定于所述蓋體且與所述負(fù)極極耳連接的負(fù)極端子部，其中，
[0014]所述過充電防止機構(gòu)具備:感測電極組裝體內(nèi)部溫度使其形狀變化的感溫變形部件；通過所述感溫變形部件的形狀變化被驅(qū)動的開關(guān)部件；與正極外部電極端子和正極串聯(lián)連接或與負(fù)極外部電極端子和負(fù)極串聯(lián)連接的熔斷器部件；以及將所述鋰離子二次電池的電極組裝體、熔斷器部件、開關(guān)部件串聯(lián)連接而成的短路電路，在通過所述感溫變形部件的形狀變化被驅(qū)動而所述開關(guān)部件接通的情況下，所述短路電路成為閉回路，通過所述電極組裝體中蓄積的電能將所述熔斷器部件熔斷而切斷充電電流路徑。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0015]圖1是表示本實施方式的鋰離子二次電池的一個例子的局部剖視立體圖。
[0016]圖2是表示實施例1的鋰離子二次電池的概略圖。
[0017]圖3是表示實施例2的鋰離子二次電池的概略圖。
[0018]圖4是表示實施例3的鋰離子二次電池的概略圖。
【具體實施方式】
[0019]本實施方式的鋰離子二次電池在電池罐內(nèi)部具備:將正極、隔膜以及負(fù)極卷繞形成的電極組裝體；有機電解液；與所述正極連接的正極極耳(tab);與所述負(fù)極連接的負(fù)極極耳；以及內(nèi)置過充電防止機構(gòu)，被蓋體密封，并被固定于所述蓋體而與所述正極極耳連接的正極端子部；和被固定于所述蓋體而與所述負(fù)極極耳連接的負(fù)極端子部。
[0020]而且，所述過充電防止機構(gòu)具備:感測電極組裝體內(nèi)部溫度，使其形狀變化的感溫變形部件；通過所述感溫變形部件的形狀變化被驅(qū)動的開關(guān)部件；與正極外部電極端子和正極串聯(lián)連接或與負(fù)極外部電極端子和負(fù)極串聯(lián)連接的熔斷器部件；以及將所述鋰離子二次電池電極組裝體、熔斷器部件、開關(guān)部件串聯(lián)連接而成的短路電路。
[0021]關(guān)于過充電防止機構(gòu)的動作，在電池過充電時電池主體溫度上升，結(jié)果所述感溫變形部件發(fā)生形狀變化，與感溫變形部件相接設(shè)置的推壓桿按壓開關(guān)部件而將所述開關(guān)部件接通。結(jié)果，所述短路電路成為閉回路，通過所述電極組裝體中蓄積的電能將所述熔斷器部件溶斷來切斷充電電流路徑。
[0022]優(yōu)選所述感溫變形部件由形狀記憶合金、雙金屬以及蠟中的至少一個構(gòu)成。更優(yōu)選是形狀記憶合金。作為該形狀記憶合金的形狀，優(yōu)選為C型環(huán)狀。
[0023]優(yōu)選所述短路電路的一部分經(jīng)由電池罐。另外，熔斷器部件可以由形成于所述正極導(dǎo)線或負(fù)極導(dǎo)線的狹窄部構(gòu)成。
[0024]所述開關(guān)部件由下述部件構(gòu)成，所述部件是指由與所述電池罐對置配置的導(dǎo)線狀部件和電池罐構(gòu)成的開關(guān)部、被配置在所述導(dǎo)線狀部件附近的彈簧、彈簧卡止部件、和推壓彈簧卡止部件的推壓桿狀部件，所述彈簧被所述卡止部件壓縮固定，所述彈簧的壓縮伴隨著與過充電時所述感溫變形部件的變形對應(yīng)的推壓桿狀部件的移動而被釋放，通過所述彈簧的回彈力使得所述導(dǎo)線狀部件與所述電池罐瞬間接觸而將所述短路電路閉路來熔斷所述熔斷器部件。
[0025]以下，利用附圖對本實施方式的鋰離子二次電池詳細(xì)進行說明。
[0026][構(gòu)造]
[0027]將本實施方式的鋰離子二次電池的構(gòu)造的一個例子表示于作為局部剖視立體圖的圖1。
[0028]如圖1所示，該電池10的電池罐11呈現(xiàn)具有開口部的中空有底圓筒狀或中空有底長方體或中空有底立方體，在開口部配置有將開口密封的蓋體18。在該蓋體18上設(shè)有電流取出用的端子15、16，并經(jīng)由鋁箔等電極導(dǎo)線22、23與內(nèi)部的正極12和負(fù)極13連接。正極12與負(fù)極13通過在薄金屬箔的表面分別涂敷正極活性物質(zhì)、負(fù)極活性物質(zhì)而形成。使這兩極間分別重疊卷繞用于絕緣且具有離子透過性的隔膜14，并按照能夠收容于罐體11的方式成形來構(gòu)成電極組裝體，與未圖示的電解液一同收容到電池罐11中。
[0029]對電池罐11的開口部的蓋體18還可以設(shè)置氣體排出閥17，以便能夠在電池內(nèi)壓上升的情況下排出內(nèi)部氣體。
[0030]在本實施方式中，對過充電狀態(tài)進行感測，作為與之對應(yīng)的單元，可以在不使用電子電路的情況下實現(xiàn)。因此，不存在電子電路在有機電解液氣氛下那樣的狀況被腐蝕等之虞，能夠?qū)崿F(xiàn)可靠性高的過充電防止機構(gòu)。
[0031]以下，進而對各構(gòu)成要件進行說明。
[0032](電池罐)
[0033]電池罐11呈現(xiàn)具有開口部的中空有底圓筒狀或中空有底長方體或中空有底立方體，通過對鋁等金屬進行成形而獲得。在該電池罐11內(nèi)部填充有有機電解液，電池罐11可采用不與該有機電解液化學(xué)反應(yīng)那樣的材料，或者也可以對電池罐內(nèi)部實施用于絕緣的樹脂涂層。
[0034](蓋體)
[0035]蓋體18由構(gòu)成封裝部的鋁板和使內(nèi)部絕緣的聚丙烯等絕緣性的板材形成，通過斂縫等方法被密封固定于電池罐11的開口部。在蓋體18上至少形成有2個開口，分別設(shè)有正極端子15、負(fù)極端子16。并且，也可以根據(jù)需要而設(shè)置在內(nèi)部壓力高的情況下將氣體排出的氣體排出閥17。
[0036](電極組裝體)
[0037]電極組裝體如上述那樣，通過將正極12與負(fù)極13以及隔膜14重疊并卷繞，并按照能夠收容于電池罐11的方式成形。
[0038]電極組裝體的正負(fù)極12、13端部被卷繞形成為從隔膜14突出，突出的正負(fù)極與電極取出用的極耳22、23通過焊接等方法電連接，該極耳22、23與所述蓋體的正負(fù)極端子15、16電連接。
[0039](正極)
[0040]正極例如通過將含有正極活性物質(zhì)的膏涂敷到由鋁箔或鋁合金箔構(gòu)成的集電體來制作。作為正極活性物質(zhì)，沒有特別限定，可使用能夠嵌入脫嵌鋰的氧化物或硫化物、聚合物等。作為優(yōu)選的活性物質(zhì)，可舉出能獲得高的正極電位的鋰錳復(fù)合氧化物、鋰鎳復(fù)合氧化物、鋰鈷復(fù)合氧化物、鋰磷酸鐵等。
[0041](負(fù)極)
[0042]負(fù)極通過將含有負(fù)極活性物質(zhì)的膏涂敷到由鋁箔或鋁合金箔構(gòu)成的集電體來制作。
[0043]作為負(fù)極活性物質(zhì)，沒有特別限定，可使用能嵌入脫嵌鋰的金屬氧化物、金屬硫化物、金屬氮化物、合金等，優(yōu)選是鋰離子的嵌入脫嵌電位相對金屬鋰電位高0.4V以上的物質(zhì)。這樣的具有鋰離子嵌入脫嵌電位的負(fù)極活性物質(zhì)由于可抑制鋁或鋁合金與鋰的合金反應(yīng)，所以使得鋁或鋁合金向負(fù)極集電體以及負(fù)極相關(guān)構(gòu)成部件的使用變得可能。例如有鈦氧化物、鋰鈦氧化物、鎢氧化物、非晶體錫氧化物、錫硅氧化物、氧化硅等，其中優(yōu)選是鋰鈦復(fù)合氧化物。[0044](隔膜)
[0045]作為隔膜，可使用微多孔性的膜、紡布、無紡布、這些中的同一材料或者不同種類材料的層疊物等。作為形成隔膜的材料，可舉出聚乙烯、聚丙烯、乙烯一丙烯共重合聚合物、乙烯一丁烯共重合聚合物等。
[0046](電解液)
[0047]電解液可使用通過使非水溶劑溶解電解質(zhì)(例如鋰鹽)而調(diào)制成的非水電解液。作為非水溶劑，例如可舉出碳酸乙烯酯(EC)、碳酸丙烯酯(PC)、丁烯碳酸酯(BC)、二甲基碳酸酯(DMC)、碳酸二乙酯(DEC)、碳酸甲乙酯(EMC)、Y — 丁內(nèi)酯(Y —BL)、環(huán)丁砜、乙腈、1,2 一二甲氧基乙烷、1，3 —二甲氧基丙烷、二甲醚、四氫呋喃(THF)、2 —甲基四氫呋喃等。非水溶劑可以單獨使用，也可以混合2種以上來使用。作為電解質(zhì)，例如可舉出過氟酸鋰(LiC104)、六氟過磷酸鋰(LiPF6)、四氟化硼酸鋰(LiBF4)、六氟化砷鋰(LiAsF6)、三氟甲磺酸鋰(LiCF3SO3)等鋰鹽。電解質(zhì)可單獨使用，也可以混合2種以上來使用。優(yōu)選電解質(zhì)相對非水溶劑的溶解量為0.2mol / L~3mol / L。
[0048]上述正極、負(fù)極、隔膜或者有機電解液中所示的材料只是例示，在本實施方式中，并不限定于這些。
[0049](過充電防止機構(gòu))
[0050]本實施方式的過充電防止機構(gòu)具備:感測電極組裝體內(nèi)部溫度并使其形狀變化的感溫變形部件；通過所述感溫變形部件的形狀變化被驅(qū)動的開關(guān)部件；與正極外部電極端子和正極串聯(lián)連接或與負(fù)極外部電極端子和負(fù)極串聯(lián)連接的熔斷器部件；將所述鋰離子二次電池電極組裝體、熔 斷器部件、開關(guān)部件串聯(lián)連接而成的短路電路。
[0051]而且，在該鋰離子二次電池過充電時，電池主體溫度上升，結(jié)果所述感溫變形部件發(fā)生形狀變化，與感溫變形部件相接設(shè)置的推壓桿按壓開關(guān)部件而將所述開關(guān)部件接通。結(jié)果，所述短路電路成為閉回路，通過所述電極組裝體中蓄積的能量將所述熔斷器部件溶斷而切斷充電電流路徑。
[0052]下面，通過實施例對上述過充電防止機構(gòu)進行說明。
[0053]【實施例1】
[0054]以下，使用圖2對本實施例的過充電防止機構(gòu)進行說明。其中，對于上述圖1中記載的內(nèi)容省略說明。
[0055]圖2是本實施例的鋰離子二次電池的剖視圖，圖2 (a)是側(cè)剖視圖，圖2 (b)以及(C)是正剖視圖。另外，圖2 (a)、圖2 (b)是平常充電時的圖，圖2 (C)是異常充電時的圖。
[0056]該實施例是使用了 C型環(huán)狀的形狀記憶部件作為感溫變形部件的例子。在鋰離子二次電池中，過充電狀態(tài)時溫度最上升的是電極組裝體的內(nèi)部，優(yōu)選將感溫變形部件配置到該部分。
[0057]如圖2 (b)所示，感溫變形部件21在電極組裝體的內(nèi)部與一對導(dǎo)線推壓部件23相接配置。該導(dǎo)線推壓部件23被配置成圍繞上述形狀記憶部件而對其進行支承。在該導(dǎo)線推壓部件23與電池罐11之間配置有導(dǎo)線狀部件24、25，分別與外部正極端子16、外部負(fù)極端子15連接。上述形狀記憶部件21的形狀被壓縮固定，成為殘存壓縮變形的形狀。
[0058]當(dāng)本電池在充電時成為過充電狀態(tài)時，如果電池主體的溫度上升，則形狀記憶部件21的壓縮變形被釋放，形狀記憶部件21的形狀復(fù)原而按壓推壓桿狀體23，使推壓桿狀體23按照沿圖的左右方向滑動的方式移動。結(jié)果，導(dǎo)線狀部件24、25與電池罐11接觸而短路。于是，將熔斷器部件22、導(dǎo)線狀部件24、電池罐11、導(dǎo)線狀部件25、電極組裝體連接而成的短路電路與電極組裝體閉路，通過電極組裝體中蓄積的電能而流過大電流，在熔斷器部22中基于電阻引起溫度上升，使得該熔斷器熔斷。結(jié)果，充電電流路徑被切斷，可解除過充電狀態(tài)。
[0059]【實施例2】
[0060]使用作為本實施例2的鋰離子二次電池的概略剖視圖的圖3對本實施例進行說明。
[0061]圖3與圖2同樣，是鋰離子二次電池的概略剖視圖。實施例2與上述實施例1的不同點在于，在實施例1中導(dǎo)線推壓部件23按壓導(dǎo)線狀部件24、25，結(jié)果使導(dǎo)線狀部件24、25與電池罐11之間短路。在本實施例2中，在導(dǎo)線按壓部件23與導(dǎo)線狀部件24、25之間配置有比較輕型的桿狀部件31。
[0062]這樣，通過在本實施例2中使用桿狀部件31，使得陷于過充電狀態(tài)的情況的應(yīng)該移動的部件的質(zhì)量降低，結(jié)果，通過小的形狀記憶部件的恢復(fù)力也能可靠地進行開關(guān)部件的驅(qū)動，能夠更可靠地實現(xiàn)過充電防止動作。
[0063]【實施例3】
[0064]使用對過充電防止機構(gòu)的主要部分進行表示的圖4來說明實施例3。
[0065]圖4是將開關(guān)部件的附近的一部分放大表示的概略圖。圖4 (a)是平常充電時的圖，圖4 (b)是異常充電時的圖。
[0066]在圖4 (a)中，彈簧31與固定于電池罐的支承部件(未圖示)和彈簧支架42卡止而被壓縮。彈簧支架42是以支承軸43為中心旋轉(zhuǎn)自如地軸支承于支承部件(未圖示)的部件，優(yōu)選具有2個以上彈簧支架42來卡止彈簧41。
[0067]在異常充電時，電池主體的電極組裝體的溫度上升，導(dǎo)線按壓部件23沿左右方向滑動，如果導(dǎo)線推壓部件被推壓，則如圖4 (b)所示，彈簧支架42的電池罐側(cè)前端部向擴開的方向移動，彈簧41的卡止被解除。結(jié)果，彈簧31瞬間按壓導(dǎo)線狀部件24，使導(dǎo)線狀部件24與電池罐11之間短路。這樣，所述短路電路閉路，將圖4中未表示的熔斷器部件熔斷，來切斷充電電流。
[0068]以上，對本發(fā)明的幾個實施方式以及實施例進行了說明，但這些實施方式只是例示，不意圖限定發(fā)明的范圍。這些實施方式能夠以其他的各種方式來實施，在不脫離發(fā)明主旨的范圍可以進行各種省略、置換、變更。這些實施方式及其變形與包含于發(fā)明的范圍、主旨同樣地屬于權(quán)利要求所記載的發(fā)明和其等同的范圍。
[0069]附圖標(biāo)記說明
[0070]10…鋰離子二次電池；11...電池罐;12…正極;13…負(fù)極;14…隔膜;15…正極端子；16…負(fù)極端子；17…氣體排出閥；18…蓋體；21…形狀記憶部件；22…熔斷器部件；23…導(dǎo)線按壓部件；24、25…導(dǎo)線狀部件；31…桿狀部件；26…開關(guān)部；41…彈簧；42…彈簧支架；43…支承軸。
【權(quán)利要求】
1.一種鋰離子二次電池，在電池罐內(nèi)部內(nèi)置有將正極、隔膜及負(fù)極卷繞而形成的電極組裝體、有機電解液、與所述正極連接的正極極耳、與所述負(fù)極連接的負(fù)極極耳、以及過充電防止機構(gòu)，該電池罐被蓋體密封，該鋰離子二次電池具備被固定于所述蓋體且與所述正極極耳連接的正極端子部和被固定于所述蓋體且與所述負(fù)極極耳連接的負(fù)極端子部，該鋰離子二次電池的特征在于， 所述過充電防止機構(gòu)具備:感溫變形部件，感測電極組裝體內(nèi)部溫度使其形狀變化；開關(guān)部件，通過所述感溫變形部件的形狀變化而被驅(qū)動；熔斷器部件，與正極外部電極端子和正極串聯(lián)連接或與負(fù)極外部電極端子和負(fù)極串聯(lián)連接；以及短路電路，將所述鋰離子二次電池的電極組裝體、熔斷器部件、開關(guān)部件串聯(lián)連接而成， 在所述開關(guān)部件通過所述感溫變形部件的形狀變化被驅(qū)動而接通的情況下，所述短路電路成為閉回路，通過所述電極組裝體中蓄積的電能將所述熔斷器部件熔斷來切斷充電電流路徑。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鋰離子二次電池，其特征在于， 所述感溫變形部件由形狀記憶合金、雙金屬以及蠟中的至少一種構(gòu)成。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或者2所述的鋰離子二次電池，其特征在于， 所述短路電路具備兩個與電池罐接觸的開關(guān)部件，在短路電路變成閉回路的情況下，短路電流通過電池罐。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鋰離子二次電池，其特征在于， 所述熔斷器部件由形成于從所述電極組裝體引出的正極導(dǎo)線或負(fù)極導(dǎo)線中的任一個導(dǎo)線上的狹窄部構(gòu)成。
5.根據(jù)權(quán)利要求1至4中任意一項所述的鋰離子二次電池，其特征在于， 所述開關(guān)部件包括:由與所述電池罐對置配置的導(dǎo)線狀部件和電池罐構(gòu)成的開關(guān)部、被配置在所述導(dǎo)線狀部件附近的彈簧、彈簧卡止部件、以及推壓彈簧卡止部件的推壓桿狀部件，所述彈簧被所述卡止部件壓縮固定，伴隨著與過充電時所述感溫變形部件的變形對應(yīng)的推壓桿狀部件的移動，所述彈簧的壓縮被釋放，通過所述彈簧的回彈力使所述導(dǎo)線狀部件與所述電池罐瞬間接觸，將所述短路電路閉路來熔斷所述熔斷器部件。
6.根據(jù)權(quán)利要求1至5中任意一項所述的鋰離子二次電池，其特征在于， 所述感溫變形部件具有由形狀記憶合金形成的大致C環(huán)狀。
【文檔編號】H01M10/04GK103703590SQ201380002398
【公開日】2014年4月2日 申請日期:2013年3月15日 優(yōu)先權(quán)日:2012年3月15日
【發(fā)明者】高橋賢一, 間明田博清, 橋本達也 申請人:株式會社東芝