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，用于避免因過充電對電池造成的損傷，來提高安全性、可靠性。在電池罐內部內置有將正極、隔膜以及負極卷繞形成的電極組裝體、以及過充電防止機構等，所述過充電防止機構具備：電壓檢測部，檢測正負極間的電壓為規(guī)定值以上的情況；設于所述正極導線或所述負極導線的熔斷器體；和開關部件，所述熔斷器體與所述開關部件串聯連接而構成所述電極組裝體的短路電路，當在充電之際正負極間的電壓變?yōu)橐?guī)定值以上時，通過所述電壓檢測部使所述開關部件閉路，由此利用所述電極組裝體中蓄積的能量將將所述熔斷器體熔斷。
【專利說明】鋰離子二次電池
【技術領域】
[0001 ] 本發(fā)明涉及鋰離子二次電池。
【背景技術】
[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造是將對經由隔膜而層疊的正極以及負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，電池內部的氣體的壓力也上升，并且，電池內溫度上升，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，由于可預測為被頻繁地重復進行充放電，所以要采取確保安全性的過充電對策。
[0005]此前作為過充電對策，公知有下述的對策:根據齊納二極管，在端子間的電壓超過規(guī)定范圍的情況下，利用發(fā)熱單元將形成于封裝部件的開口打開，從封裝部件內排出由過充電產生的氣體。
[0006]另外，作為其他的過充電對策，還公知有一種設置過充電防止機構來確保安全性的對策，所述充電防止機構通過在電池內部設置溫度熔斷器，并在電極組裝體的溫度上升的情況下，將溫度熔斷器熔斷來切斷充電電流。
[0007]以往技術文獻
[0008]專利文獻
[0009]專利文獻1:日本特開2006 - 185708
【發(fā)明內容】

[0010]本發(fā)明要解決的技術問題
[0011]即使如上述那樣排出因過充電產生的氣體，雖然電池內壓減少，但只要電池不與外部充電電源連接，則過充電狀態(tài)就不會被解除。另外，即使將利用溫度熔斷器實現的過充電防止對策應用于過充電引起的溫度上升不顯著的種類的電池，也難以期待實際效力。
[0012]本實施方式的目的在于，避免因過充電對電池造成的損傷，實現安全性、可靠性高的二次電池。
[0013]用于解決問題的手段
[0014]本實施方式的鋰離子二次電池在電池罐內部內置有:將正極、隔膜以及負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線、與所述負極連接的負極導線、以及過充電防止機構，所述電池罐被蓋體密封，具備被固定于所述蓋體且與所述正極導線連接的正極端子部和被固定于所述蓋體且與所述負極導線連接的負極端子部。[0015]而且，所述過充電防止機構具備:電壓檢測部，檢測鋰離子二次電池的正負極間的電壓為規(guī)定值以上的情況；基于該電壓檢測部的信號起動的驅動部；開關部；和設于所述正極導線或所述負極導線的熔斷器體，所述熔斷器體與所述開關部件串聯連接而構成所述電極組裝體的短路電路，當在充電時正負極間的電壓變?yōu)橐?guī)定值以上的情況下，通過來自所述電壓檢測部的信號使驅動部工作而將所述開關部閉路，由此通過所述電極組裝體中蓄積的能量將所述熔斷器體熔斷。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0016]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。
[0017]圖2是表示本實施方式的鋰離子二次電池的一個例子的剖視圖。
[0018]圖3是用于對本實施方式的過充電防止機構的動作進行說明的概念圖。
[0019]圖4是更詳細地表示本實施方式的鋰離子二次電池的一個例子的剖視圖。
[0020]圖5是表示圖4的短路電路閉路機構的一個例子的主要部分放大剖視圖。
[0021]圖6是表示圖4的短路電路閉路機構的另一個例子的主要部分放大剖視圖。
[0022]圖7是表示第二實施方式的鋰離子二次電池的剖視圖。
[0023]圖8是表示第二實施方式的鋰離子二次電池的動作的電路圖。
【具體實施方式】
[0024][第一實施方式]
[0025]對該實施方式的鋰離子二次電池而言，在鋰離子二次電池中通過在電池罐內部配置過充電防止機構，來實現安全性、可靠性高的電池。
[0026]S卩，該鋰離子二次電池在電池罐內部具備:將正極、隔膜以及負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線；與所述負極連接的負極導線；以及內置過充電防止機構，所述電池罐被蓋體密封，并被固定于所述蓋體而與所述正極導線連接的正極端子部；和被固定于所述蓋體而與所述負極導線連接的負極端子部。
[0027]而且，所述過充電防止機構具備:電壓檢測部，檢測鋰離子二次電池的正負極間的電壓為規(guī)定值以上的情況；基于該電壓檢測部的信號起動的驅動部；開關部；和設于所述正極導線或所述負極導線的熔斷器體，所述熔斷器體、所述開關部件串聯連接而構成所述電極組裝體的短路電路，當在充電時正負極間的電壓變?yōu)橐?guī)定值以上時，通過驅動部基于來自所述電壓檢測部的信號工作而將所述開關部閉路，利用所述電極組裝體中蓄積的能量將所述熔斷器體熔斷。
[0028]所述過充電防止裝置的電壓檢測部由含有齊納二極管、整流二極管或者比較器(comparator)的電路構成。
[0029]另外，所述開關部由例如相對置的正極導線和負極導線、與其間的絕緣性的樹脂膜構成，所述正極導線與所述負極導線之間總是被作用按壓力，在由電壓檢測部檢測出過充電狀態(tài)的情況下，配置在所述樹脂膜的附近的如電阻加熱線那樣的電阻加熱單元基于來自所述電壓檢測部的電流而發(fā)熱，使所述絕緣樹脂膜軟化或熔融來將所述正極導線與所述負極導線接觸，由此所述短路電路閉路，所述熔斷器體熔斷而切斷充電電流。
[0030]優(yōu)選所述按壓力由彈簧件、磁鐵或者壓力開關等單元產生。[0031 ] 優(yōu)選所述絕緣樹脂膜出于一端被固定，另一端被彈簧件施加了拉力的狀態(tài)。由此，能夠促進所述絕緣樹脂膜的軟化或熔融，使正極導線與負極導線的接觸變得可靠。
[0032]優(yōu)選所述電壓檢測部為耐溶劑性并且被絕緣性的樹脂覆蓋。由此，能夠實現即使在電池罐內的有機電解液環(huán)境下也沒有被腐蝕等之虞的可靠性高的過充電防止裝置。
[0033]以下，利用附圖對本實施方式的鋰離子二次電池詳細進行說明。
[0034][構造]
[0035]將本實施方式的鋰離子二次電池的構造的一個例子表示于作為局部剖視立體圖的圖1以及作為剖視圖的圖2。在圖1以及圖2中，對于共用的部件賦予了相同的附圖標記。
[0036]如圖1、圖2所示，該電池10的電池罐11呈現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19。在該蓋體19上設有電流取出用的端子15、16，并經由鋁箔等電極導線22、23與內部的正極12和負極13連接。在正極12與負極13的薄金屬箔的表面分別涂敷形成有正極活性物質、負極活性物質。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的方式成形來構成電極組裝體18，與未圖示的電解液一同收容到電池罐11中。
[0037]對電池罐11的開口部的蓋體19還可以設置氣體排出閥17，以便能夠在電池內壓上升的情況下排出內部氣體。
[0038]另外，構成所述過充電防止機構的至少一部分的電子電路(電壓檢測部)21被覆蓋成不受到填充于電池罐內部的有機電解液的不良影響，被固定于蓋體19而配設在電池罐的內部。
[0039]以下，進而對各構成要件進行說明。
[0040](電池罐)
[0041]電池罐11呈現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反應那樣的材料，或者也可以對電池罐內部實施用于絕緣的樹脂涂層。
[0042](蓋體)
[0043]蓋體19具備由鋁等金屬板材構成的外封裝，并且，還可以形成由聚丙烯等絕緣性板材構成的內封裝。通過激光焊接等方法被密封固定于電池罐11的開口部。在蓋體19上至少形成有2個開口，分別設置正極端子15、負極端子16。并且，也可以根據需要而設置在內部壓力高的情況下將氣體排出的氣體排出閥17。
[0044]在蓋體的電池罐內側，固定有構成過充電防止機構的至少一部分的電子電路。通過對該電子電路進行固定，可消除因電池使用時的振動引起的布線斷線等擔心。
[0045]也可以在電池組裝工序之前，將正負極導線與蓋體19接合而一體化。由此，可提高制造工序的作業(yè)效率。另外，同樣優(yōu)選將過充電防止機構也一體化。
[0046](電極組裝體)
[0047]電極組裝體18如上述那樣，通過將正極12與負極13以及隔膜14重疊并卷繞，并以能夠收容于電池罐11的方式成形。
[0048]電極組裝體的正負極12、13的端部被卷繞形成為從隔膜14突出，突出的正負極與電極取出用的導線22、23通過焊接等方法電連接，該導線22、23與所述蓋體的正負極端子15,16電連接。
[0049](正極)
[0050]正極例如通過將含有正極活性物質的膏涂敷到由鋁箔或鋁合金箔構成的集電體來制作。
[0051]作為正極活性物質，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，可舉出能獲得高的正極電位的鋰錳復合氧化物、鋰鎳復合氧化物、鋰鈷復合氧化物、鋰磷酸鐵等。
[0052](負極)
[0053]負極通過將含有負極活性物質的膏涂敷到由鋁箔或鋁合金箔構成的集電體來制作。
[0054]作為負極活性物質，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。這樣的具有鋰離子嵌入脫嵌電位的負極活性物質由于可抑制鋁或鋁合金與鋰的合金反應，所以使得鋁或鋁合金向負極集電體以及負極相關構成部件的使用變?yōu)榭赡?。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)選是鋰鈦復合氧化物。
[0055](隔膜)
[0056]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。
[0057](電解液)
[0058]電解液可使用通過使非水溶劑溶解電解質(例如鋰鹽)而調制成的非水電解液。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，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。電解質可單獨使用，也可以混合2種以上來使用。優(yōu)選電解質相對非水溶劑的溶解量為0.2mol / L?3mol / L。
[0059]上述正極、負極、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。
[0060](過充電防止機構)
[0061 ] 在鋰離子二次電池中，為了在過充電等狀態(tài)下確保電池的安全，要求迅速地切斷電流。作為過充電時的現象，會發(fā)生電壓上升、電池內溫度上升、或者內壓上升等現象。鑒于此，通過利用傳感器檢測這些現象，并對應地切斷電流，可實現過充電防止機構。
[0062]該實施方式的過充電防止機構具備:作為過充電狀態(tài)監(jiān)視單元的電壓檢測部、和用于在檢測出過充電之后通過使短路電路閉路來將熔斷器體切斷的短路電路閉路機構。該短路電路閉路機構成為包含對電路進行開閉的開關部和驅動該開關部的驅動部的構成。[0063]這些單元的至少一部分可以構成為將電子部件安裝于電路布線基板來實現所需要的功能的電子電路。
[0064]在該過充電防止機構的各單元分別由電子電路構成的情況下，利用疊層(laminate)件包圍覆蓋該電子電路，在進行了密封的基礎上固定到蓋體。由此，能夠不受有機電解液的影響地將過充電防止機構配置到電池罐內，可迅速地檢測過充電狀態(tài)，能夠實現安全裝置的可靠的動作。
[0065]在本實施方式的鋰離子二次電池中，所述疊層件具有耐電解液腐蝕性、阻擋(barrier)性，優(yōu)選是由單層或多層構成的樹脂膜構成的疊層件，或將鋁箔作為基材并層疊了單層或多層樹脂膜的復合材料層疊膜所形成的疊層件。
[0066]也可以取代該層壓膜覆蓋，而利用絕緣性樹脂涂著電子電路的需要部分，來形成絕緣膜。并且，還可以通過樹脂模來進行絕緣。另外，還存在將過充電防止機構本身與電解液隔離的方法。例如，通過將電池罐分割成2室，將含有電解液的電極組裝體與過充電防止機構配置于不同室的方法、利用層壓膜對含有電解液的電極組裝體進行覆蓋保護的方法等也能夠期待同樣的效果。
[0067](電壓檢測部)
[0068]過充電狀態(tài)的檢測如上所述，可以通過檢測充電電壓上升、電池內的溫度上升、或者電池內壓上升等來進行。這些檢測由電壓檢測裝置或溫度測定裝置、壓力傳感器等進行。
[0069]在本實施方式中，作為檢測過充電的狀態(tài)的單元，采用基于充電電壓來進行判定的單元。其原因在于，在上述本實施方式中的由鈦酸鋰負極和二氧化錳系正極構成的鋰離子二次電池中，即使變成過充電狀態(tài)，溫度上升以及內壓上升也不顯著，在檢測出這些異常的時刻，有可能過充電狀態(tài)進行了很長時間，難以實現可靠性高的對過充電狀態(tài)的檢測。
[0070]作為該電壓檢測部，是在對該鋰離子二次電池的主體的端子間電壓進行測定并超過基準電壓的情況下，判斷為成為過充電狀態(tài)的部件。這樣的單元例如可由齊納二極管、整流二極管或者比較器等實現。
[0071](短路電路閉路機構)
[0072]在對本實施方式的鋰離子二次電池的一個例子進行表示的作為剖視圖的圖4中，用虛線包圍的區(qū)域41是短路電路閉路機構的主要部分。如圖所示，該短路電路閉路機構可由下述部件構成:開關部，其由在電池的平常時處于非接觸狀態(tài)的正極導線24和負極導線25形成；以及驅動部控制裝置，對在過充電狀態(tài)下成為接觸狀態(tài)的彈簧件等驅動部以及驅動部的動作進行控制?？傊?，驅動部以及其控制裝置被構成為基于來自電壓檢測部的信號使開關部工作，將短路電路閉路。
[0073]如圖2所示，在該實施方式的鋰離子二次電池中，開關部26構成為將正極導線24與負極導線25空間隔離，或隔著絕緣性膜使二者對置配置。接近開關部地配置有彈簧件等形成的驅動部，在短路電路閉路機構工作時開關部閉路。
[0074]開關部在因隔離而處于非接觸的情況下，在短路電路閉路機構工作時通過驅動部的推壓而成為接觸狀態(tài)。
[0075]另外，在開關部的導線間夾設有絕緣膜的情況下，預先利用彈簧件那樣的推壓單元使正極導線與負極導線壓接。而且，構成為檢測出過充電狀態(tài)，通過上述電阻加熱單元使該樹脂膜加熱熔融或軟化，讓正極導線與負極導線接觸而短路，或者構成為通過絕緣膜移動來接觸而短路。
[0076]在上述實施方式中，也可以取代彈簧件而使用一對磁鐵使兩條導線壓接。
[0077]作為開關部，出了如上述那樣使正極導線與負極導線直接接觸來形成閉電路之夕卜，還存在經由電池罐將正極導線與負極導線電連接，來形成閉電路的方法。另外，為了降低開關的接觸電阻，也可以實施表面處理、例如鍍覆處理。
[0078]圖5、6中表示了該短路電路閉路機構的具體例，其詳細內容將在后述的實施例中敘述。
[0079](熔斷器體)
[0080]熔斷器體可以是市售的由低熔點金屬線材構成的熔斷器，或者也可以如圖2所示那樣形成為對正極導線23或者負極導線22的一部分設置狹窄部，通過該導線的電阻進行熔斷。
[0081](過充電防止機構的動作)
[0082]使用圖3對過充電防止機構的動作進行說明。
[0083]該過充電防止機構由熔斷器體34、開關35、驅動開關的驅動部36、電壓檢測部37等構成，與本實施方式的鋰離子二次電池發(fā)電體31連接。在該鋰離子二次電池的平常充電時，外部端子15、16與外部充電電源連接，對電極組裝體供給充電電力。此時，開關35為開路。
[0084]在該鋰離子二次電池發(fā)電體31變成過充電狀態(tài)的情況下，來自過充電狀態(tài)監(jiān)視單元即電壓檢測部37的表示是過充電狀態(tài)的信號被供給至驅動部36，通過驅動部的作用對開關部35進行驅動而使短路電路閉路。
[0085]由此，形成從鋰離子二次電池發(fā)電體31經由開關35、熔斷器體34的短路電路，基于鋰離子二次電池中蓄積的能量在該電路中瞬間流過大電流，使得熔斷器體34基于熔斷器體34的電阻發(fā)熱而熔斷，將充電電流切斷。
[0086][第二實施方式]
[0087]在上述實施方式中，當在鋰離子二次電池的充電之際陷于過充電狀態(tài)時，通過過充電防止機構的動作將熔斷器體熔斷以便切斷充電電流，但即便實施這樣的措置，在該鋰離子二次電池的發(fā)電體中也會蓄積充電能量并殘留。在對這樣的電池進行廢棄處理的情況下，當發(fā)生了電池電極間的短路等狀況時，有可能激烈地釋放出能量而發(fā)生火災。
[0088]本實施方式用于實現在過充電狀態(tài)的鋰離子二次電池中使殘留能量安全地釋放的機構。
[0089]本實施方式的鋰離子二次電池如圖7所示，除了圖2所示的第一實施方式的電池的構成之外，還具有與熔斷器體27并聯連接電阻元件71這一特征。
[0090]使用作為電路圖的圖8對本實施方式的鋰離子二次電池的動作進行說明。圖8(a)表示了本實施方式的鋰離子二次電池的通常的充電狀態(tài)。另外，圖8 (b)表示了在過充電狀態(tài)下過充電防止機構工作之后的電路的狀態(tài)。在圖8 (a)中，如上述那樣，電阻體71與熔斷器體27并聯連接。由于該電阻體71的電阻遠遠大于熔斷器體27，所以與端子15、16連接的電源的充電電流不通過電阻體71地經由熔斷器體27供給至發(fā)電體31。
[0091]另一方面，如果檢測出發(fā)電體31變?yōu)檫^充電狀態(tài)，則如上述那樣通過過充電防止機構的動作將熔斷器體27熔斷，形成將發(fā)電體31、開關部35、電阻體71串聯連接的電路。[0092]在該電路中，發(fā)電體31中蓄積的能量經由電阻體36被消耗，鋰離子二次電池的能量被釋放。
[0093]在上述實施方式中，優(yōu)選電阻體的電阻值與熔斷器體的電阻值相比為10000倍以上。
[0094]其原因在于，如果電阻體的電阻值為該范圍以下，則在開關部35接通的情況下，流過熔斷器體32的電流的一部分流過電阻體36，使得熔斷器體的發(fā)熱降低，有可能有損電流切斷的功能。并且，在該電阻值大于該范圍的情況下，能量釋放時的發(fā)熱量較大，不能否定會發(fā)生意想不到的現象，為了安全地進行能量釋放，優(yōu)選增大電阻值。
[0095]【實施例1】
[0096]以下，使用圖4以及將圖4的短路電路閉路機構部放大后的圖5并通過實施例對上述實施方式進行詳細說明。
[0097]本實施方式的鋰離子二次電池根據電壓的上升來檢測過充電狀態(tài)。
[0098]首先，通過以下的方法制成電極組裝體。
[0099]將由LiCoO2構成的正極活性物質與使聚偏氯乙烯溶解于N -甲基吡咯烷酮的溶液混合，調制出膏狀的正極涂料。該膏狀的正極涂料在通過70目(mesh)的網而除去了大的顆粒之后，除了集電極耳(tab)部分之外被涂覆到厚度為12 μ m的由帶狀鋁箔構成的正極集電體的表背兩面，并使 其干燥而形成涂膜。對干燥后的帶狀體實施沖壓成形，通過切斷為規(guī)定的尺寸而獲得了正極。
[0100]將由1^4115012構成的負極活性物質與使聚偏氯乙烯溶解于N—甲基吡咯烷酮的溶液混合二調制成膏狀的負極涂料。該膏狀的負極涂料在通過70目的網而除去了大的顆粒之后，除了集電極耳部分之外被涂覆到厚度為12 μ m的由帶狀鋁箔構成的負極集電體的表背兩面，并使其干燥而形成涂膜。對干燥后的帶狀體實施沖壓成形，通過切斷為規(guī)定的尺寸而獲得了負極。
[0101]向如上述那樣獲得的帶狀正極與負極之間配置聚乙烯樹脂制隔膜并對它們進行卷繞，由此制成電極組裝體18。
[0102]接下來，對鋁制的成為蓋體19的蓋部分的板材接合成為正負極導線22、23的鋁板材。正極導線24使用長度為70mm截面積為IOmm2的導線，負極導線25使用長度為20mm截面積為IOmm2的導線。在負極導線的一個位置設置截面積小的部分(截面積為3_2)，由此形成了熔斷器體27。正負極端子使用鋁。
[0103]利用鋁層壓膜件對檢測充電電壓上升的電子電路(電壓檢測部)21進行覆蓋、密封而固定于蓋體19。該電子電路由將基準電壓與施加充電電壓進行比較的比較器實現。
[0104]從該熔斷器體27與負極端子16之間引出負極導線25，另一方面從正極導線22引出正極導線24，能夠使這些導線接觸而作為開關部。該開關部通常被斷開，在電池變?yōu)檫^充電狀態(tài)的情況下，基于來自電子電路19的驅動信號由未圖示的致動器使其導通。結果，形成從電極組裝體18的正極12經由正極導線、正極導線24、開關部26、負極導線25、負極導線23、熔斷器體27、負極導線23、負極13的短路電路，通過來自該電池的大電流流過而將熔斷器體熔斷，可切斷充電電流。
[0105]圖5中表示了上述開關部以及驅動部的一個例子的詳細情況。圖5是開關部以及驅動部的主要部分放大圖。在圖5中，正極導線24與負極25被配置成局部對置。在正極導線24與負極導線25之間配置有加熱能夠熔斷的樹脂絕緣膜54，來阻止正極導線24與負極25的接觸。該樹脂絕緣膜54的一端被固定，另一端被彈簧件53附加拉力。在樹脂絕緣膜54的固定端附近配置有如鎳鉻電熱絲那樣的電阻加熱線51，該電阻加熱線51與所述驅動電路連接，基于過充電時的驅動信號被通電加熱。另外，正極導線24以及負極導線25總是被彈簧件52按壓。
[0106]如果在過充電時對電阻加熱線51供給驅動電力，則樹脂絕緣膜54被加熱而熔斷，樹脂絕緣膜54向圖5的右端部移動，正極導線24與負極導線25接觸，正極導線24與負極導線25變成導通狀態(tài)，對熔斷器體供給大電流。
[0107]彈簧件采用了耐電解液性的SUS304。絕緣樹脂采用了具有耐電解液性并在彈簧件的拉力所引起的負荷下也難以伸長的PPS樹脂。
[0108]對將碳酸乙烯酯與碳酸丙烯酯以體積比1:2混合而得到的混合溶劑以lmol / L的濃度溶解LiPF6，調制成非水電解質。將獲得的非水電解質注入到方型的鋁制電池罐11。
[0109]接下來，將通過上述工序獲得的電極組裝體18與和蓋體19 一體化的正負極導線電連接，并在將其收納于電池罐11之后進行密封。
[0110]通過以上處理，制成了容量為20Ah的非水電解質鋰離子二次電池。
[0111]針對所獲得的鋰離子二次電池，在25°C環(huán)境下進行了從SOC為100% (2.7V)的狀態(tài)起供給電流IC相當(20A)的過充電試驗。電壓檢測部采用比較器，將檢測電壓的閾值設定為3.5V。[0112]該充電試驗的結果是:在充電開始后的2分40秒檢測出電壓上升，通過熔斷器體熔斷而停止了充電。此時的電池罐的溫度上升不到10°c (溫度為35°C以下)，除了熔斷器體熔斷以外，電池的形狀沒有變化。
[0113]另一方面，除了采用具備氣體排出閥的蓋體，并省略了其他的過充電防止機構之外，使用與上述實施例同樣的電池進行了比較實驗。結果，電池罐的最高溫度達到342°C，在充電開始后40分鐘氣體排出閥工作，電池產生破裂。
[0114]【實施例2】
[0115]也可以取代在上述實施例1中采用的開關驅動機構而采用使用了短路片的開關機構。將該實施例2表示于圖6。圖6是表示上述過充電防止機構的短路電路閉路機構部分的局部剖視圖。
[0116]在圖6中，19為蓋體。在蓋體19的電池罐內部正極導線24、負極導線25被配置成相互分離。在所述蓋體19的底面固定有彈簧件64，該彈簧件64將短路片61向與蓋體19分離的方向推壓。短路片61由金屬片構成，與正極導線24、負極導線25接觸，形成經由正極導線24、短路片61、負極導線25的導通路。短路片61在平常時通過如樹脂膜那樣的可熔斷部件62來克服彈簧件64的按壓力以不與正極導線24、負極導線25接觸的方式被拉向蓋體19側。在所述可熔斷部件61的附近配置有電阻加熱線63。該電阻加熱線與未圖示的驅動部控制電路連接，在過充電時基于由驅動部控制電路供給的電力而發(fā)熱，對可熔斷部件62進行加熱而將其熔斷。結果，短路片61基于彈簧件64的彈力而與正極導線24、負極導線25接觸，形成導通路。由此，與上述實施例1同樣，基于鋰離子二次電池中蓄積的電力在未圖示的熔斷器體中流過大電流而將熔斷器體熔斷，由此切斷充電電流。
[0117]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、主旨同樣地屬于權利要求所記載的發(fā)明和其等同的范圍。
[0118]附圖標記說明
[0119] 10…鋰離子二次電池；11...電池罐；12…正極；13…負極；14…隔膜；15…正極端子;16…負極端子;17…氣體排出閥;18…電極組裝體;19…蓋體;21…電壓檢測部;22…正極導線;23…負極導線;24…正極導線；25…負極導線;26…短路電路閉路機構;27…熔斷器體；31…鋰離子二次電池；32…負極端子；33...正極端子；34…熔斷器體；35…開關部；36…驅動部；37...電壓檢測部；41…短路電路閉路機構；51...電阻加熱線；52...彈簧件；53…彈簧件；54…絕緣膜；61…短路片；62…可熔斷部件；63...電阻加熱線；64...彈簧件；71…電阻兀件。
【權利要求】
1.一種鋰離子二次電池，在電池罐內部內置有將正極、隔膜及負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導線、與所述負極連接的負極導線、以及過充電防止機構，所述電池罐被蓋體密封，該鋰離子二次電池具備被固定于所述蓋體且與所述正極導線連接的正極端子部和被固定于所述蓋體且與所述負極導線連接的負極端子部，該鋰離子二次電池的特征在于， 所述過充電防止機構具備:電壓檢測部，檢測正負極間的電壓為規(guī)定值以上的情況；熔斷器體，設于所述正極導線或所述負極導線；開關部；以及驅動部，驅動所述開關部， 所述熔斷器體與所述開關部串聯連接而構成所述電極組裝體的短路電路，在充電時正負極間的電壓變?yōu)橐?guī)定值以上的情況下，通過來自所述電壓檢測部的信號使所述驅動部工作而將所述開關部閉路，由此通過所述電極組裝體中蓄積的能量將所述熔斷器體熔斷。
2.根據權利要求1所述的鋰離子二次電池，其特征在于， 所述過充電防止機構通過在電池罐內部檢測電壓來工作。
3.根據權利要求1所述的鋰離子二次電池，其特征在于， 所述電壓檢測部包括齊納二極管、整流二極管或者比較器。
4.根據權利要求1所述的鋰離子二次電池，其特征在于， 所述開關部由相對置的正極導線、負極導線以及配置于它們之間的絕緣性的樹脂膜構成，所述正極導線以及負極導線之間在兩條導線相接觸的方向上總是被施加按壓力。
5.根據權利要求4所述的鋰離子二次電池，其特征在于， 所述按壓力由彈簧件或者磁鐵賦予。
6.根據權利要求4所述的鋰離子二次電池，其特征在于， 配置在所述樹脂膜的附近的電阻加熱單元構成為基于來自所述電壓檢測部的電流而發(fā)熱，使所述樹脂膜軟化或熔融從而所述正極導線與所述負極導線接觸。
7.根據權利要求4所述的鋰離子二次電池，其特征在于， 所述絕緣樹脂膜的一端被固定，另一端被彈簧件施加拉力。
8.根據權利要求1所述的鋰離子二次電池，其特征在于， 所述開關部由分離且相對置的正極導線和負極導線構成，在所述鋰離子二次電池充電時，在兩電極間的電壓變?yōu)橐?guī)定值以上的情況下，所述正極導線與所述負極導線被所述驅動部驅動成相互接觸。
9.根據權利要求1所述的鋰離子二次電池，其特征在于， 所述過充電防止機構的至少一部分被耐溶劑性且絕緣性的樹脂覆蓋而封閉。
10.根據權利要求9所述的鋰離子二次電池，其特征在于， 所述耐溶劑性且絕緣性的樹脂是疊層件。
11.根據權利要求10所述的鋰離子二次電池，其特征在于， 所述疊層件由單層或多層構成的樹脂構成，或由以鋁箔為基材的單層或多層的樹脂膜的層疊體構成。
12.根據權利要求1所述的鋰離子二次電池，其特征在于， 與所述熔斷器體并聯連接有電阻元件。
13.根據權利要求12所述的鋰離子二次電池，其特征在于， 所述電阻體的電阻值為所述熔斷器部的電阻值的10000倍以上。
【文檔編號】H01M10/052GK103718345SQ201380002399
【公開日】2014年4月9日 申請日期:2013年3月15日 優(yōu)先權日:2012年3月15日
【發(fā)明者】高橋賢一, 間明田博清, 瀨上清司, 橋本達也 申請人:株式會社東芝