锂离子二次电池的制作方法
【专利摘要】本实施方式涉及锂离子二次电池，在电池罐内部内置有：将正极、隔膜以及负极卷绕形成的电极组装体、有机电解液、与所述正极连接的正极导线、与所述负极连接的负极导线、以及过充电防止机构，该电池罐被盖体密封，并具备被固定于所述盖体而与所述正极导线连接的正极端子部、和被固定于所述盖体而与所述负极导线连接的负极端子部。而且，所述过充电防止机构具备：感测电极组装体内部温度，使其形状变化的感温变形部件；通过所述感温变形部件的形状变化被驱动的开关部件；与正极外部电极端子和正极或负极外部电极端子和负极串联连接的熔断器部件；以及将所述锂离子二次电池电极组装体、熔断器部件、开关部件串联连接而成的短路电路。
【专利说明】锂离子二次电池
【技术领域】
[0001 ] 本发明涉及锂离子二次电池。
【背景技术】
[0002]近年来，出于削减二氧化碳排出量、汽油那样的石化燃料枯竭的考虑等，使用二次电池作为能源的汽车已经被实用化。作为该二次电池，除了被要求高输出、高能量密度、小型轻型化、低价格等之外，其安全性、耐用性的改善也是必不可缺少的。
[0003]作为高能量密度的汽车用二次电池，公知有锂离子二次电池。该高能量密度锂离子二次电池的典型构造是将对经由隔膜而层叠的正极以及负极进行卷绕而成的电极组装体浸入到有机电解液中而密封到电池罐中。
[0004]锂离子二次电池由于使用了有机电解液，所以如果处于过充电状态，则除了电池电压上升之外，电池内部的气体的压力也上升，并且，电池内温度上升，还有可能达到电解液漏液、罐破裂等状态。作为汽车用二次电池，由于可预测为被频繁地重复进行充放电，所以要采取确保安全性的过充电对策。
[0005]作为过充电对策，公知的方法是例如在过充电时使发热单元发热，利用该热将容器开口，在过充电时进行气体释放。
[0006]以往技术文献
[0007]专利文献
[0008]专利文献1:日本特开2006 - 185708
【发明内容】
[0009]发明要解决的技术问题
[0010]若如上述那样使容器开口来释放气体，则电池内的有机电解液所含的有机溶剂会被释放到外部空气中，对环境造成污染。另外，由于在将容器开口之后也继续流动充电电流，所以继续充电状态，还有可能导致状况进一步恶化。
[0011]本实施方式的目的在于，实现一种对外部没有不良影响，能够可靠地阻止过充电状态的可靠性高的电池。
[0012]用于解决问题的手段
[0013]本实施方式的锂离子二次电池在电池罐内部内置有将正极、隔膜以及负极卷绕而形成的电极组装体、有机电解液、与所述正极连接的正极极耳、与所述负极连接的负极极耳、以及过充电防止机构，该电池罐被盖体密封，具备被固定于所述盖体且与所述正极极耳连接的正极端子部、和被固定于所述盖体且与所述负极极耳连接的负极端子部，其中，
[0014]所述过充电防止机构具备:感测电极组装体内部温度使其形状变化的感温变形部件；通过所述感温变形部件的形状变化被驱动的开关部件；与正极外部电极端子和正极串联连接或与负极外部电极端子和负极串联连接的熔断器部件；以及将所述锂离子二次电池的电极组装体、熔断器部件、开关部件串联连接而成的短路电路，在通过所述感温变形部件的形状变化被驱动而所述开关部件接通的情况下，所述短路电路成为闭回路，通过所述电极组装体中蓄积的电能将所述熔断器部件熔断而切断充电电流路径。
【专利附图】
【附图说明】
[0015]图1是表示本实施方式的锂离子二次电池的一个例子的局部剖视立体图。
[0016]图2是表示实施例1的锂离子二次电池的概略图。
[0017]图3是表示实施例2的锂离子二次电池的概略图。
[0018]图4是表示实施例3的锂离子二次电池的概略图。
【具体实施方式】
[0019]本实施方式的锂离子二次电池在电池罐内部具备:将正极、隔膜以及负极卷绕形成的电极组装体；有机电解液；与所述正极连接的正极极耳(tab);与所述负极连接的负极极耳；以及内置过充电防止机构，被盖体密封，并被固定于所述盖体而与所述正极极耳连接的正极端子部；和被固定于所述盖体而与所述负极极耳连接的负极端子部。
[0020]而且，所述过充电防止机构具备:感测电极组装体内部温度，使其形状变化的感温变形部件；通过所述感温变形部件的形状变化被驱动的开关部件；与正极外部电极端子和正极串联连接或与负极外部电极端子和负极串联连接的熔断器部件；以及将所述锂离子二次电池电极组装体、熔断器部件、开关部件串联连接而成的短路电路。
[0021]关于过充电防止机构的动作，在电池过充电时电池主体温度上升，结果所述感温变形部件发生形状变化，与感温变形部件相接设置的推压杆按压开关部件而将所述开关部件接通。结果，所述短路电路成为闭回路，通过所述电极组装体中蓄积的电能将所述熔断器部件溶断来切断充电电流路径。
[0022]优选所述感温变形部件由形状记忆合金、双金属以及蜡中的至少一个构成。更优选是形状记忆合金。作为该形状记忆合金的形状，优选为C型环状。
[0023]优选所述短路电路的一部分经由电池罐。另外，熔断器部件可以由形成于所述正极导线或负极导线的狭窄部构成。
[0024]所述开关部件由下述部件构成，所述部件是指由与所述电池罐对置配置的导线状部件和电池罐构成的开关部、被配置在所述导线状部件附近的弹簧、弹簧卡止部件、和推压弹簧卡止部件的推压杆状部件，所述弹簧被所述卡止部件压缩固定，所述弹簧的压缩伴随着与过充电时所述感温变形部件的变形对应的推压杆状部件的移动而被释放，通过所述弹簧的回弹力使得所述导线状部件与所述电池罐瞬间接触而将所述短路电路闭路来熔断所述熔断器部件。
[0025]以下，利用附图对本实施方式的锂离子二次电池详细进行说明。
[0026][构造]
[0027]将本实施方式的锂离子二次电池的构造的一个例子表示于作为局部剖视立体图的图1。
[0028]如图1所示，该电池10的电池罐11呈现具有开口部的中空有底圆筒状或中空有底长方体或中空有底立方体，在开口部配置有将开口密封的盖体18。在该盖体18上设有电流取出用的端子15、16，并经由铝箔等电极导线22、23与内部的正极12和负极13连接。正极12与负极13通过在薄金属箔的表面分别涂敷正极活性物质、负极活性物质而形成。使这两极间分别重叠卷绕用于绝缘且具有离子透过性的隔膜14，并按照能够收容于罐体11的方式成形来构成电极组装体，与未图示的电解液一同收容到电池罐11中。
[0029]对电池罐11的开口部的盖体18还可以设置气体排出阀17，以便能够在电池内压上升的情况下排出内部气体。
[0030]在本实施方式中，对过充电状态进行感测，作为与之对应的单元，可以在不使用电子电路的情况下实现。因此，不存在电子电路在有机电解液气氛下那样的状况被腐蚀等之虞，能够实现可靠性高的过充电防止机构。
[0031]以下，进而对各构成要件进行说明。
[0032](电池罐)
[0033]电池罐11呈现具有开口部的中空有底圆筒状或中空有底长方体或中空有底立方体，通过对铝等金属进行成形而获得。在该电池罐11内部填充有有机电解液，电池罐11可采用不与该有机电解液化学反应那样的材料，或者也可以对电池罐内部实施用于绝缘的树脂涂层。
[0034](盖体)
[0035]盖体18由构成封装部的铝板和使内部绝缘的聚丙烯等绝缘性的板材形成，通过敛缝等方法被密封固定于电池罐11的开口部。在盖体18上至少形成有2个开口，分别设有正极端子15、负极端子16。并且，也可以根据需要而设置在内部压力高的情况下将气体排出的气体排出阀17。
[0036](电极组装体)
[0037]电极组装体如上述那样，通过将正极12与负极13以及隔膜14重叠并卷绕，并按照能够收容于电池罐11的方式成形。
[0038]电极组装体的正负极12、13端部被卷绕形成为从隔膜14突出，突出的正负极与电极取出用的极耳22、23通过焊接等方法电连接，该极耳22、23与所述盖体的正负极端子15、16电连接。
[0039](正极)
[0040]正极例如通过将含有正极活性物质的膏涂敷到由铝箔或铝合金箔构成的集电体来制作。作为正极活性物质，没有特别限定，可使用能够嵌入脱嵌锂的氧化物或硫化物、聚合物等。作为优选的活性物质，可举出能获得高的正极电位的锂锰复合氧化物、锂镍复合氧化物、锂钴复合氧化物、锂磷酸铁等。
[0041](负极)
[0042]负极通过将含有负极活性物质的膏涂敷到由铝箔或铝合金箔构成的集电体来制作。
[0043]作为负极活性物质，没有特别限定，可使用能嵌入脱嵌锂的金属氧化物、金属硫化物、金属氮化物、合金等，优选是锂离子的嵌入脱嵌电位相对金属锂电位高0.4V以上的物质。这样的具有锂离子嵌入脱嵌电位的负极活性物质由于可抑制铝或铝合金与锂的合金反应，所以使得铝或铝合金向负极集电体以及负极相关构成部件的使用变得可能。例如有钛氧化物、锂钛氧化物、钨氧化物、非晶体锡氧化物、锡硅氧化物、氧化硅等，其中优选是锂钛复合氧化物。[0044](隔膜)
[0045]作为隔膜，可使用微多孔性的膜、纺布、无纺布、这些中的同一材料或者不同种类材料的层叠物等。作为形成隔膜的材料，可举出聚乙烯、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](电解液)
[0047]电解液可使用通过使非水溶剂溶解电解质(例如锂盐)而调制成的非水电解液。作为非水溶剂，例如可举出碳酸乙烯酯(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 — 丁内酯(Y —BL)、环丁砜、乙腈、1,2 一二甲氧基乙烷、1，3 —二甲氧基丙烷、二甲醚、四氢呋喃(THF)、2 —甲基四氢呋喃等。非水溶剂可以单独使用，也可以混合2种以上来使用。作为电解质，例如可举出过氟酸锂(LiC104)、六氟过磷酸锂(LiPF6)、四氟化硼酸锂(LiBF4)、六氟化砷锂(LiAsF6)、三氟甲磺酸锂(LiCF3SO3)等锂盐。电解质可单独使用，也可以混合2种以上来使用。优选电解质相对非水溶剂的溶解量为0.2mol / L~3mol / L。
[0048]上述正极、负极、隔膜或者有机电解液中所示的材料只是例示，在本实施方式中，并不限定于这些。
[0049](过充电防止机构)
[0050]本实施方式的过充电防止机构具备:感测电极组装体内部温度并使其形状变化的感温变形部件；通过所述感温变形部件的形状变化被驱动的开关部件；与正极外部电极端子和正极串联连接或与负极外部电极端子和负极串联连接的熔断器部件；将所述锂离子二次电池电极组装体、熔 断器部件、开关部件串联连接而成的短路电路。
[0051]而且，在该锂离子二次电池过充电时，电池主体温度上升，结果所述感温变形部件发生形状变化，与感温变形部件相接设置的推压杆按压开关部件而将所述开关部件接通。结果，所述短路电路成为闭回路，通过所述电极组装体中蓄积的能量将所述熔断器部件溶断而切断充电电流路径。
[0052]下面，通过实施例对上述过充电防止机构进行说明。
[0053]【实施例1】
[0054]以下，使用图2对本实施例的过充电防止机构进行说明。其中，对于上述图1中记载的内容省略说明。
[0055]图2是本实施例的锂离子二次电池的剖视图，图2 (a)是侧剖视图，图2 (b)以及(C)是正剖视图。另外，图2 (a)、图2 (b)是平常充电时的图，图2 (C)是异常充电时的图。
[0056]该实施例是使用了 C型环状的形状记忆部件作为感温变形部件的例子。在锂离子二次电池中，过充电状态时温度最上升的是电极组装体的内部，优选将感温变形部件配置到该部分。
[0057]如图2 (b)所示，感温变形部件21在电极组装体的内部与一对导线推压部件23相接配置。该导线推压部件23被配置成围绕上述形状记忆部件而对其进行支承。在该导线推压部件23与电池罐11之间配置有导线状部件24、25，分别与外部正极端子16、外部负极端子15连接。上述形状记忆部件21的形状被压缩固定，成为残存压缩变形的形状。
[0058]当本电池在充电时成为过充电状态时，如果电池主体的温度上升，则形状记忆部件21的压缩变形被释放，形状记忆部件21的形状复原而按压推压杆状体23，使推压杆状体23按照沿图的左右方向滑动的方式移动。结果，导线状部件24、25与电池罐11接触而短路。于是，将熔断器部件22、导线状部件24、电池罐11、导线状部件25、电极组装体连接而成的短路电路与电极组装体闭路，通过电极组装体中蓄积的电能而流过大电流，在熔断器部22中基于电阻引起温度上升，使得该熔断器熔断。结果，充电电流路径被切断，可解除过充电状态。
[0059]【实施例2】
[0060]使用作为本实施例2的锂离子二次电池的概略剖视图的图3对本实施例进行说明。
[0061]图3与图2同样，是锂离子二次电池的概略剖视图。实施例2与上述实施例1的不同点在于，在实施例1中导线推压部件23按压导线状部件24、25，结果使导线状部件24、25与电池罐11之间短路。在本实施例2中，在导线按压部件23与导线状部件24、25之间配置有比较轻型的杆状部件31。
[0062]这样，通过在本实施例2中使用杆状部件31，使得陷于过充电状态的情况的应该移动的部件的质量降低，结果，通过小的形状记忆部件的恢复力也能可靠地进行开关部件的驱动，能够更可靠地实现过充电防止动作。
[0063]【实施例3】
[0064]使用对过充电防止机构的主要部分进行表示的图4来说明实施例3。
[0065]图4是将开关部件的附近的一部分放大表示的概略图。图4 (a)是平常充电时的图，图4 (b)是异常充电时的图。
[0066]在图4 (a)中，弹簧31与固定于电池罐的支承部件(未图示)和弹簧支架42卡止而被压缩。弹簧支架42是以支承轴43为中心旋转自如地轴支承于支承部件(未图示)的部件，优选具有2个以上弹簧支架42来卡止弹簧41。
[0067]在异常充电时，电池主体的电极组装体的温度上升，导线按压部件23沿左右方向滑动，如果导线推压部件被推压，则如图4 (b)所示，弹簧支架42的电池罐侧前端部向扩开的方向移动，弹簧41的卡止被解除。结果，弹簧31瞬间按压导线状部件24，使导线状部件24与电池罐11之间短路。这样，所述短路电路闭路，将图4中未表示的熔断器部件熔断，来切断充电电流。
[0068]以上，对本发明的几个实施方式以及实施例进行了说明，但这些实施方式只是例示，不意图限定发明的范围。这些实施方式能够以其他的各种方式来实施，在不脱离发明主旨的范围可以进行各种省略、置换、变更。这些实施方式及其变形与包含于发明的范围、主旨同样地属于权利要求所记载的发明和其等同的范围。
[0069]附图标记说明
[0070]10…锂离子二次电池；11...电池罐;12…正极;13…负极;14…隔膜;15…正极端子；16…负极端子；17…气体排出阀；18…盖体；21…形状记忆部件；22…熔断器部件；23…导线按压部件；24、25…导线状部件；31…杆状部件；26…开关部；41…弹簧；42…弹簧支架；43…支承轴。
【权利要求】
1.一种锂离子二次电池，在电池罐内部内置有将正极、隔膜及负极卷绕而形成的电极组装体、有机电解液、与所述正极连接的正极极耳、与所述负极连接的负极极耳、以及过充电防止机构，该电池罐被盖体密封，该锂离子二次电池具备被固定于所述盖体且与所述正极极耳连接的正极端子部和被固定于所述盖体且与所述负极极耳连接的负极端子部，该锂离子二次电池的特征在于， 所述过充电防止机构具备:感温变形部件，感测电极组装体内部温度使其形状变化；开关部件，通过所述感温变形部件的形状变化而被驱动；熔断器部件，与正极外部电极端子和正极串联连接或与负极外部电极端子和负极串联连接；以及短路电路，将所述锂离子二次电池的电极组装体、熔断器部件、开关部件串联连接而成， 在所述开关部件通过所述感温变形部件的形状变化被驱动而接通的情况下，所述短路电路成为闭回路，通过所述电极组装体中蓄积的电能将所述熔断器部件熔断来切断充电电流路径。
2.根据权利要求1所述的锂离子二次电池，其特征在于， 所述感温变形部件由形状记忆合金、双金属以及蜡中的至少一种构成。
3.根据权利要求1或者2所述的锂离子二次电池，其特征在于， 所述短路电路具备两个与电池罐接触的开关部件，在短路电路变成闭回路的情况下，短路电流通过电池罐。
4.根据权利要求1所述的锂离子二次电池，其特征在于， 所述熔断器部件由形成于从所述电极组装体引出的正极导线或负极导线中的任一个导线上的狭窄部构成。
5.根据权利要求1至4中任意一项所述的锂离子二次电池，其特征在于， 所述开关部件包括:由与所述电池罐对置配置的导线状部件和电池罐构成的开关部、被配置在所述导线状部件附近的弹簧、弹簧卡止部件、以及推压弹簧卡止部件的推压杆状部件，所述弹簧被所述卡止部件压缩固定，伴随着与过充电时所述感温变形部件的变形对应的推压杆状部件的移动，所述弹簧的压缩被释放，通过所述弹簧的回弹力使所述导线状部件与所述电池罐瞬间接触，将所述短路电路闭路来熔断所述熔断器部件。
6.根据权利要求1至5中任意一项所述的锂离子二次电池，其特征在于， 所述感温变形部件具有由形状记忆合金形成的大致C环状。
【文档编号】H01M10/04GK103703590SQ201380002398
【公开日】2014年4月2日 申请日期:2013年3月15日 优先权日:2012年3月15日
【发明者】高桥贤一, 间明田博清, 桥本达也 申请人:株式会社东芝