вторичная батарея с улучшенной безопасностью

Формула изобретения

1. Вторичная батарея, содержащая корпус батареи, который охватывает внешний периметр вторичной батареи и покрывает всю внешнюю поверхность положительного и отрицательного электродов и часть каждого полюса положительного и отрицательного электродов, причем корпус батареи образован из ламинированной пленки, содержащей внешний полимерный слой, внутренний алюминиевый слой и клейкий слой, образованный на части внутренней поверхности алюминиевого слоя, при этом алюминиевый слой корпуса батареи электрически соединен с любым из положительного и отрицательного полюсов.

2. Вторичная батарея по п.1, в которой алюминиевый слой корпуса батареи и положительный или отрицательный полюс соединены непосредственно друг с другом или соединены друг с другом посредством электропроводного материала.

3. Вторичная батарея по п.2, в которой непосредственное соединение между алюминиевым слоем и любым из двух полюсов осуществлено любым из следующих способов: способ создания соединения между алюминиевым слоем и полюсом путем окружения внешней поверхности батареи корпусом батареи и более сильного сжатия и термического сплавления смежной с соответствующим полюсом части корпуса, чем это сделано на других частях; способ создания соединения путем удаления части клейкого слоя корпуса батареи; если соответствующий полюс покрыт полюсной пленкой, способ создания соединения путем удаления части полюсной пленки; и способ создания соединения путем удаления части клейкого слоя корпуса батареи и части покрывающей полюс полюсной пленки, которая соответствует удаленной части клейкого слоя.

4. Вторичная батарея по п.2, в которой соединение между алюминиевым слоем и любым из двух полюсов посредством электропроводного материала осуществлено любым из следующих способов: способ создания соединения между алюминиевым слоем и полюсом путем удаления той части клейкого слоя корпуса батареи, которая является соседней с соответствующим полюсом, и затем вставки детали, выполненной из электропроводного материала, на место удаленной части; и способ создания соединения путем удаления по меньшей мере части внешнего полимерного слоя корпуса батареи и вставки детали из электропроводного материала между удаленной частью и соответствующим полюсом.

5. Вторичная батарея по п.2, в которой электропроводный материал является по меньшей мере одним материалом, выбранным из группы, состоящей из алюминия, меди и никеля.

6. Вторичная батарея по любому из пп.1-5, которая представляет собой литиевую вторичную батарею.

7. Вторичная батарея по любому из пп.1-5, которая дополнительно содержит электропроводную металлическую фольгу на по меньшей мере одной из верхней и нижней наружных поверхностей корпуса батареи, причем эта электропроводная металлическая фольга электрически соединена с любым из положительного и отрицательного полюсов.

8. Корпус батареи, образованный из ламинированной пленки, содержащей внешний полимерный слой, внутренний алюминиевый слой и клейкий слой, образованный на части внутренней поверхности алюминиевого слоя, причем часть клейкого слоя, предназначенная для контакта с положительным или отрицательным полюсом, удалена, и на место удаленной части вставлена деталь, выполненная из электропроводного материала.

9. Корпус батареи, образованный из ламинированной пленки, содержащей внешний полимерный слой, внутренний алюминиевый слой и клейкий слой, образованный на части внутренней поверхности алюминиевого слоя, причем по меньшей мере часть внешнего полимерного слоя корпуса батареи удалена, и на место удаленной части вставлена деталь, выполненная из электропроводного материала.

10. Вторичная батарея, содержащая корпус батареи, который окружает внешний периметр вторичной батареи и покрывает всю внешнюю поверхность положительного и отрицательного электродов и часть каждого полюса положительного и отрицательного электродов, причем корпус батареи образован из ламинированной пленки, содержащей внешний полимерный слой, внутренний алюминиевый слой и клейкий слой, образованный на части внутренней поверхности алюминиевого слоя, и дополнительно содержит по меньшей мере одну электропроводную металлическую фольгу на по меньшей мере одной из его верхней и нижней внешних поверхностей, и при этом каждая электропроводная металлическая фольга электрически соединена с любым из положительного или отрицательного полюсов.

11. Вторичная батарея по п.10, в которой металлическая фольга выполнена из материала, выбранного из группы, состоящей из электропроводных металлов и их оксидов и сплавов.

12. Вторичная батарея по п.10, в которой металлическая фольга дополнительно обладает теплопроводностью.

13. Вторичная батарея по п.10, в которой еще две металлические фольги размещены на внешних поверхностях корпуса батареи, и между металлическими фольгами расположен сепаратор, выполненный из неэлектропроводного материала.

14. Вторичная батарея по любому из пп.10-13, которая представляет собой литиевую вторичную батарею.

15. Корпус батареи, образованный из ламинированной пленки, содержащей внешний полимерный слой, внутренний алюминиевый слой и клейкий слой, образованный на части внутренней поверхности алюминиевого слоя, причем корпус батареи дополнительно содержит по меньшей мере одну электропроводную металлическую фольгу на по меньшей мере одной из его верхней и нижней внешних поверхностей.

Приоритет по пунктам:

11.07.2003 по пп.1-6, 8 и 9;

31.07.2003 по пп.10-15;

09.07.2004 по п.7.

Описание изобретения к патенту

Область техники, к которой относится изобретение

Настоящее изобретение относится к вторичной батарее (химическому источнику тока), заключенной в новую корпусную конструкцию, которая обеспечивает улучшение безопасности батареи. В частности, изобретенный корпус может быть использован для литиевых вторичных батарей, в особенности литиевых полимерных батарей.

Уровень техники

В последнее время литиевые вторичные батареи с использованием неводного электролита применяют во все возрастающих количествах в качестве источника питания для портативных электронных устройств благодаря их высокому напряжению, высокой емкости, высокой выходной мощности и низкой массе. Однако, такие литиевые вторичные батареи имеют проблему безопасности, и поэтому предпринимаются попытки решить данную проблему. Когда литиевую вторичную батарею чрезмерно заряжают, избыточный литий течет от положительного электрода и внедряется в отрицательный электрод, при этом на поверхности отрицательного электрода откладывается очень реакционноспособный металлический литий, а положительный электрод становится термически нестабильным. Это приводит к быстрым экзотермическим реакциям вследствие реакции разложения органического растворителя, используемого в качестве электролита, таким образом создавая проблемы безопасности, такие как возгорание и взрыв батареи.

Кроме того, когда в батарею проникают проводящие материалы, такие как гвозди, электрохимическая энергия батареи превращается в тепловую энергию, при этом происходит быстрое выделение тепла. Выделяющаяся теплота вызывает быстрые экзотермические реакции посредством химического взаимодействия материалов положительного или отрицательного электродов, приводя к проблемам безопасности, таким как возгорание и взрыв батареи.

Кроме того, проникновение гвоздя, сжатие, удар и воздействие высокой температуры на батарею приводят к локальному короткому замыканию в положительном и отрицательном электродах батареи. При этом локально протекают интенсивные токи с выделением тепла. Величина тока короткого замыкания, вызванного локальным коротким замыканием, обратно пропорциональна сопротивлению, причем токи короткого замыкания текут в направлении участков с низким сопротивлением, главным образом через металлическую фольгу, используемую в качестве токосъемника. Расчеты выделения тепла в данном случае показывают, что локально происходит очень сильное тепловыделение с центром в области, в которую проник гвоздь, как описано со ссылкой на фиг.1.

Если внутри батареи происходит тепловыделение, положительный и отрицательный электроды и заключенный в батарее электролит либо провзаимодействуют друг с другом, либо возгорятся, и, в конечном счете, батарея загорится или взорвется, так как данная реакция является очень высокоэкзотермической реакцией. По этой причине необходимо заботиться об обеспечении гарантий того, что внутри батареи не происходит быстрого тепловыделения.

Если батарея сжимается тяжелым предметом, подвергается сильному удару или действию высокой температуры, также будет возникать подобная проблема безопасности. Указанная проблема безопасности будет все более серьезной по мере того, как увеличивается емкость литиевой вторичной батареи, приводя к увеличению плотности энергии.

Обычно, в литиевой вторичной батарее в качестве активного положительного материала используется литийсодержащий оксид переходного металла, который представляет собой один или более материал, выбранный из группы, состоящей, например, из LiCoO ₂, LiNiO₂, LiMn₂ O₄, LiMnO₂ и LiNi _1-xCo_xO₂ (0<x<1). В качестве активного отрицательного материала используют углерод, металлический литий или сплав лития, и также могут быть использованы другие оксиды металлов, такие как TiO₂ и SnO₂, которые могут интеркалировать и деинтеркалировать литий и имеют потенциал менее 2 В по литию. Кроме того, в качестве неводного электролита используют циклические или линейные карбонаты. Такой неводный электролит содержит соль лития, выбранную из группы, состоящей, например, из LiClO ₄, LiCF₃SO₃ , LiPF₆, LiBF₄, LiAsF ₆ и LiN(CF₃SO₂ )₂.

В литиевой вторичной батарее, изготовленной из таких материалов, положительный или отрицательный электроды и неводный электролит могут реагировать друг с другом при высокой температуре, особенно в заряженном состоянии, вызывая интенсивное выделение теплоты реакции. Ряд экзотермических реакций, возникающих из-за данного разогрева, создают проблему безопасности.

Хотя проблема безопасности в чрезмерно заряженном состоянии может быть решена путем введения добавок в неводный электролит, безопасность батареи в вышеупомянутых условиях, таких как проникновение гвоздя, сжатие, удар и воздействие высокой температуры, не может быть обеспечена путем введения добавок в неводный электролит.

Раскрытие изобретения

Таким образом, настоящее изобретение было создано ввиду вышеупомянутых проблем, существующих в предшествующем уровне техники, и задачей настоящего изобретения является создание литиевой вторичной батареи, безопасность которой обеспечивается даже в таких условиях как проникновение гвоздя, сжатие, удар и воздействие высокой температуры.

Когда в положительном и отрицательном электродах возникает локальное короткое замыкание из-за проникновения гвоздя, сжатия, удара, воздействия высокой температуры и т.д., для предотвращения протекания избыточного тока через токосъемник авторы настоящего изобретения предприняли попытку распределить ток короткого замыкания либо по алюминиевому слою внутри корпуса батареи, либо по металлической фольге, помещенной снаружи корпуса батареи, таким образом обеспечивая безопасность батареи.

Для данной цели авторы настоящего изобретения попытались сделать электрическое соединение между алюминиевым слоем ламинированного алюминием корпуса и положительным или отрицательным полюсом батареи, в которой ламинированный алюминием корпус часто используется для литиевых вторичных батарей, в частности литиевых полимерных батарей.

Кроме того, авторы настоящего изобретения попытались расположить по меньшей мере одну металлическую фольгу с электропроводностью и/или теплопроводностью, такую как алюминиевая или медная фольга, снаружи ламинированного алюминием корпуса и электрически соединить указанную металлическую фольгу с положительным полюсом и/или отрицательным полюсом.

В одном аспекте настоящее изобретение предлагает вторичную батарею, содержащую корпус батареи, который охватывает внешний периметр вторичной батареи и покрывает всю внешнюю поверхность положительного и отрицательного электродов и часть каждого полюса положительного и отрицательного электродов, причем корпус батареи образован из ламинированной пленки, содержащей внешний полимерный слой, внутренний алюминиевый слой и клейкий слой, образованный на части внутренней поверхности алюминиевого слоя, при этом алюминиевый слой корпуса батареи электрически соединен с любым из положительного и отрицательного полюсов.

В другом аспекте настоящее изобретение предлагает корпус батареи, образованный из ламинированной пленки, содержащей внешний полимерный слой, внутренний алюминиевый слой и клейкий слой, образованный на части внутренней поверхности алюминиевого слоя, в котором часть клейкого слоя, предназначенная для контакта с положительным или отрицательным полюсом батареи, удалена, и в место удаленной части вставлена деталь из электропроводного материала.

В еще одном аспекте настоящее изобретение предлагает корпус батареи, образованный из ламинированной пленки, содержащей внешний полимерный слой, внутренний алюминиевый слой и клейкий слой на части внутренней поверхности алюминиевого слоя, в котором по меньшей мере часть внешнего полимерного слоя корпуса удалена, и в место удаленной части вставлена деталь из электропроводного материала.

В еще одном аспекте настоящее изобретение предлагает вторичную батарею, содержащую корпус батареи, который окружает внешний периметр вторичной батареи и покрывает всю внешнюю поверхность положительного и отрицательного электродов и часть каждого полюса положительного и отрицательного электродов, при этом корпус батареи образован из ламинированной пленки, содержащей внешний полимерный слой, внутренний алюминиевый слой и клейкий слой, образованный на части внутренней поверхности алюминиевого слоя, и дополнительно содержит по меньшей мере одну электропроводную металлическую фольгу на по меньшей мере одной из верхней и нижней внешних поверхностей корпуса батареи, и эта электропроводная металлическая фольга электрически соединена с любым из положительного и отрицательного полюсов.

В другом дополнительном аспекте настоящее изобретение предлагает корпус батареи, образованный из ламинированной пленки, содержащей внешний полимерный слой, внутренний алюминиевый слой и клейкий слой на части внутренней поверхности алюминиевого слоя, причем корпус батареи дополнительно содержит по меньшей мере одну электропроводную металлическую фольгу на по меньшей мере части его верхней или нижней поверхности.

Согласно настоящему изобретению, посредством электрического соединения между положительным или отрицательным полюсом и алюминиевым слоем корпуса батареи ток короткого замыкания, возникающий при таких условиях как проникновение гвоздя, сжатие, удар, воздействие высокой температуры и т.д., может течь к алюминиевому слою корпуса, в результате чего подавляется тепловыделение внутри батареи и таким образом улучшается безопасность батареи. Альтернативно, посредством соединения между положительным или отрицательным полюсом и электропроводной металлической фольгой снаружи корпуса ток короткого замыкания, возникающий при таких условиях как проникновение гвоздя, сжатие, удар, воздействие высокой температуры и т.д., может течь к металлической фольге снаружи корпуса, в результате чего подавляется тепловыделение внутри батареи и таким образом улучшается безопасность батареи.

Краткое описание чертежей

Фиг.1 представляет собой графическую диаграмму, показывающую изменение температуры вблизи проткнутой гвоздем части батареи.

Фиг.2 представляет собой вид в перспективе, показывающий литиевую вторичную батарею, заключенную в обычный корпус.

Фиг.3 представляет собой вид в разрезе, сделанном вдоль пунктирной линии на фиг.2.

Фиг.4 представляет собой вид в разрезе, показывающий батарею согласно одному аспекту настоящего изобретения, в которой положительный полюс соединен с алюминиевым слоем корпуса батареи путем вставки электропроводной металлической детали в корпус батареи.

Фиг.5 представляет собой вид в разрезе, показывающий батарею согласно одному аспекту настоящего изобретения, в которой отрицательный полюс соединен с алюминиевым слоем корпуса батареи путем вставки электропроводной металлической детали в корпус батареи.

Фиг.6 представляет собой вид в разрезе, показывающий батарею, из которой полностью удален полимерный слой 6 корпуса по фиг.3.

Фиг.7 представляет собой вид в разрезе, показывающий батарею, из которой удалена расположенная на стороне положительного полюса часть полимерного слоя 6 корпуса по фиг.3.

Фиг.8 представляет собой вид в разрезе, показывающий батарею, из которой удалена расположенная на стороне отрицательного полюса часть полимерного слоя 6 корпуса по фиг.3.

Фиг.9 представляет собой вид в разрезе, показывающий литиевую вторичную батарею согласно одному аспекту настоящего изобретения, в которой удален полимерный слой корпуса батареи, а алюминиевый слой 5 электрически соединен с положительным полюсом 1 или отрицательным полюсом 2 электропроводным материалом, расположенным снаружи корпуса.

Фиг.10 представляет собой пример вида в разрезе, сделанном вдоль пунктирной линии на фиг.9, и показывает литиевую вторичную батарею согласно одному аспекту настоящего изобретения, в которой полимерный слой корпуса полностью удален, а положительный полюс 1 соединен с алюминиевым слоем 5 электропроводным материалом, расположенным снаружи корпуса.

Фиг.11 представляет собой пример вида в разрезе, сделанном вдоль пунктирной линии на фиг.9, и показывает литиевую вторичную батарею согласно одному аспекту настоящего изобретения, в которой полимерный слой корпуса полностью удален, а отрицательный полюс 2 соединен с алюминиевым слоем 5 электропроводным материалом, расположенным снаружи корпуса.

Фиг.12 представляет собой вид в перспективе, показывающий литиевую вторичную батарею согласно одному аспекту настоящего изобретения, в которой полюс батареи соединен с единственной металлической фольгой, прикрепленной снаружи корпуса.

Фиг.13 представляет собой вид в перспективе, показывающий литиевую вторичную батарею согласно одному аспекту настоящего изобретения, в которой две металлических фольги снаружи корпуса прикреплены соответственно к верхней и нижней поверхностям батареи и соединены с полюсом батареи.

Лучший вариант осуществления изобретения

Ниже настоящее изобретение будет описано подробно.

Вторичная батарея, которая может быть изготовлена согласно настоящему изобретению, предпочтительно, представляет собой литиевую вторичную батарею и содержит положительный электрод, способный интеркалировать и деинтеркалировать ионы лития; отрицательный электрод, способный интеркалировать и деинтеркалировать ионы лития; пористый сепаратор и электролит.

Фиг.2 показывает литиевую вторичную батарею, закрытую обычным корпусом, образованным из ламинированной пленки, содержащей внешний полимерный слой, внутренний алюминиевый слой и клейкий слой, образованный на части внутренней поверхности алюминиевого слоя. Фиг.3 представляет собой вид в разрезе, сделанном вдоль пунктирной линии на фиг.2, и показывает часть корпуса батареи, включая положительный и отрицательный полюсы. Согласно фиг.3, часть корпуса батареи, включающая в себя положительный и отрицательный полюсы, содержит внутренний клейкий слой 4, промежуточный алюминиевый слой 5 и внешний полимерный слой 6. Положительный полюс 1 или отрицательный полюс 2 сквозь внутренний клейкий слой соединен с внешней частью. Полюсы могут быть покрыты полюсной пленкой 3.

Полюсная пленка 3 представляет собой специальную полимерную пленку, которую используют для усиления сцепления между клейким слоем 4 и полюсами 1 и 2. Обычно клейкий слой имеет отличное сцепление сам с собой, но не отличное сцепление с полюсом, выполненным, например, из алюминия, никеля или меди. По указанной причине, чтобы улучшить сцепление между металлическим полюсом и клейким слоем, предпочтительно использовать полюсную пленку.

Полюсная пленка 3 выполнена из электроизолирующего полимера, а предпочтительно - смеси полиолефинового полимера, используемого в обычном клейком слое, с добавками.

Клейкий слой 4 служит для сцепления обеих сторон корпуса друг с другом, таким образом предохраняя от проникновения внешней влаги или посторонних материалов извне в батарею и предохраняя электролит в батарее от вытекания наружу. Он выполнен из смолистого материала, который обладает длительной устойчивостью к воздействию органических веществ, таких как электролиты, является термопластичным для легкого сцепления при термическом соединении и является электроизолирующим. Клейкий слой, который используют в настоящее время, обычно выполнен из полиолефиновой смолы, такой как полиолефин, полипропилен или их сополимер.

Алюминиевый слой 5 служит для придания формы корпусу и предотвращения просачивания и протекания влаги или электролита. Алюминиевый слой выполнен из металлического алюминия с очень хорошей электропроводностью и теплопроводностью.

Самый внешний полимерный слой 6 дает возможность защиты и печати на внешней части батареи и выполнен из материала, который не имеет проводимости, так что короткое замыкание не происходит, даже если два полюса батареи касаются друг друга. В настоящее время полимерный слой выполняют из ПЭТ (полиэтилентерефталата) или нейлона.

Соответственно, в батарее, закрытой обычным корпусом, алюминиевая пленка корпуса и полюс батареи электрически изолированы друг от друга полюсной пленкой или клейким слоем так, что ток не может течь между ними.

Один аспект настоящего изобретения отличается тем, что для обеспечения безопасности батареи выполнено соединение между положительным полюсом 1 и алюминиевым слоем 5 или между отрицательным полюсом 2 и алюминиевым слоем 5 так, что электричество или ток могут течь между положительным полюсом 1 и алюминиевым слоем 5 или между отрицательным полюсом 2 и алюминиевым слоем 5.

Если алюминиевый слой корпуса и положительный полюс электрически соединены друг с другом, или же алюминиевый слой и отрицательный полюс электрически соединены друг с другом согласно настоящему изобретению, то ток короткого замыкания, возникающий в таких условиях как проникновение гвоздя, будет течь к алюминиевому слою корпуса, вызывая выделение тепла в корпусе, так что внутри батареи выделение тепла будет небольшим или его не будет вообще.

Однако в обычном состоянии без особых условий, таких как проникновение гвоздя, ток не протекает по алюминиевому слою, так как напряжение на алюминиевом слое корпуса везде одинаково. Также, даже когда другие полюсы находятся в контакте с внешней поверхностью корпуса, ток не протекает в корпусе, так как корпус окружен полимерным слоем с электроизолирующими свойствами. Соответственно, в случае использования такого корпуса, в обычном состоянии ток не протекает по алюминиевому слою корпуса, но в опасных условиях, таких как проникновение гвоздя, ток будет протекать по алюминиевому слою, подавляя тем самым протекание тока внутрь батареи и обеспечивая безопасность батареи.

Настоящее изобретение дает возможность протекать току между металлическим полюсом и алюминиевым слоем корпуса либо путем их непосредственного соединения, либо путем их опосредованного соединения с помощью электропроводного материала.

Конструкция, в которой алюминиевый слой корпуса батареи соединен непосредственно с любым из двух электродных полюсов, может быть обеспечена одним из следующих способов: способ создания соединения между алюминиевым слоем и полюсом путем окружения внешней поверхности батареи корпусом батареи и более сильным сжатием и термическим плавлением части корпуса, соседствующей с соответствующим полюсом, чем других частей; способ создания соединения путем удаления части клейкого слоя 4 корпуса батареи; если соответствующий полюс покрыт полюсной пленкой 3, способ создания соединения путем удаления части полюсной пленки 3; и способ создания соединения путем удаления части клейкого слоя 4 корпуса батареи и части, покрывающей полюс полюсной пленки 3, которая соответствует удаленной части клейкого слоя.

Если алюминиевый слой и полюс непосредственно соединены друг с другом, тепловыделение в батарее может быть распространено через полюс к алюминиевому слою в обычном состоянии или даже в особых условиях, так как алюминиевый слой изготовлен из металлического алюминия с очень хорошей электро- и теплопроводностями.

В то же время конструкция, в которой алюминиевый слой корпуса батареи соединен с любым из двух электродных полюсов посредством электропроводного материала, может быть обеспечена следующим способом: способ создания соединения между алюминиевым слоем и полюсом путем удаления той части клейкого слоя корпуса батареи, которая соседствует с соответствующим полюсом, и затем вставки детали, выполненной из электропроводного материала, в место удаленной части; или способ создания соединения путем удаления по меньшей мере части внешнего полимерного слоя корпуса батареи и вставки детали или слоя из электропроводного материала между удаленной частью и соответствующим полюсом.

Фиг.4 и 5 иллюстрируют способы вставки детали 7 из электропроводного материала в часть клейкого слоя, прилипшего к положительному или отрицательному полюсу.

Фиг.6-11 иллюстрируют способы создания соединения путем удаления всего или части внешнего полимерного слоя ламинированного алюминием корпуса и затем вставки детали или слоя из электропроводного материала между открытым алюминиевым слоем и положительным или отрицательным полюсом.

А именно, фиг.6 показывает полное удаление полимерного слоя 6 с корпуса, а фиг.7 и 8 показывают частичное удаление полимерного слоя 6. Так как полимерный слой корпуса удаляют, как описано выше, алюминиевый слой 5 открывается наружу. Деталь или слой из электропроводного материала вставляют в открытую часть так, что алюминиевый слой 5 и положительный полюс 1 или отрицательный полюс 2 соединяются друг с другом этим электропроводным материалом. Способы соединения металла и металла друг с другом включают в себя электродуговую сварку и контактную электросварку, причем контактная электросварка может быть использована для соединения алюминиевого слоя корпуса с электропроводным материалом, а электродуговая сварка может быть использована для соединения электропроводного материала с положительным или отрицательным полюсом.

Фиг.9 показывает вид в перспективе литиевой вторичной батареи согласно варианту осуществления настоящего изобретения, в которой алюминиевый слой 5 и положительный полюс 1 или отрицательный полюс 2 соединены друг с другом электропроводным материалом, расположенным снаружи корпуса батареи так, что между ними может протекать ток. Виды в разрезе, сделанном вдоль пунктирной линии на фиг.9, показаны на фиг.10 и 11.

Примеры электропроводного материала, который может быть использован в настоящем изобретении, включают в себя все металлы с хорошей электропроводностью, такие как металлический алюминий, металлическая медь и металлический никель.

Предпочтительно, если электропроводный материал также имеет хорошую теплопроводность, и в данном случае теплота внутри батареи может распространяться через полюс и затем через теплопроводный материал к алюминиевому слою в обычном состоянии или даже в особых условиях.

Кроме того, полюс может быть электрически соединен с алюминиевым слоем корпуса другими различными способами.

В то же время, соединение полюса с алюминиевым слоем корпуса обеспечивает преимущество с точки зрения использования пространства.

Другой аспект настоящего изобретения отличается тем, что для обеспечения безопасности батареи по меньшей мере одну электропроводную и/или теплопроводную металлическую фольгу 8 прикрепляют к верхней или нижней внешней поверхности корпуса батареи (фиг.12) или к обеим внешним поверхностям корпуса батареи (фиг.13) и соединяют с положительным полюсом 1, отрицательным полюсом 2 или с обоими полюсами.

Если положительный или отрицательный полюс и металлическую фольгу снаружи корпуса соединяют друг с другом согласно настоящему изобретению так, что ток может протекать между ними, то ток, возникающий в особых условиях, таких как проникновение гвоздя, будет течь по металлической фольге, вызывая тепловыделение в металлической фольге, расположенной снаружи корпуса, так что будет малой или вообще будет отсутствовать генерация тепла внутри батареи.

Однако в нормальных состояниях без специальных условий, таких как проникновение гвоздя, ток к металлической фольге не течет, поскольку напряжение металлической фольги снаружи корпуса такое же, как и в любом другом месте.

Соответственно, в случае использования такого корпуса в нормальных состояниях ток не течет к металлической фольге снаружи корпуса, но при опасных условиях, таких как проникновение гвоздя, ток течет к металлической фольге снаружи корпуса, тем самым препятствуя протеканию тока в батарею и гарантируя безопасность батареи.

Металлическая фольга снаружи корпуса может быть использована в открытом состоянии, а также может быть закрыта электроизолирующим полимерным слоем.

Как показано на фиг.12 и 13, настоящее изобретение охватывает прикрепление электропроводной и/или теплопроводной металлической фольги к верхней, нижней или обеим поверхностям батареи и соединение прикрепленной металлической фольги с положительным или отрицательным полюсом. Альтернативно, если две или более металлические фольги используют в комбинации, будет использоваться способ, который включает в себя введение неэлектропроводного материала, подобного сепаратору, между металлическими фольгами с прикреплением каждой металлической фольги, имеющей сепаратор между ними, к одной или обеим поверхностям корпуса батареи и соединением каждой прикрепленной металлической фольги к положительному или отрицательному полюсу. В последнем случае неэлектропроводный материал, введенный между металлическими фольгами, служит для предотвращения короткого замыкания.

Многочисленные примеры способа соединения положительного или отрицательного полюса с металлической фольгой снаружи корпуса включают в себя ультразвуковую сварку, электродуговую сварку и контактную электросварку. Кроме того, для электрического соединения полюса с металлической фольгой снаружи корпуса могут быть использованы различные другие способы.

В настоящем изобретении в качестве материала для электропроводной металлической фольги могут быть использованы электропроводные металлы и их оксиды и сплавы. Примеры этого материала включают в себя металлический алюминий, металлическую медь и металлический никель.

Если в качестве металлической фольги используют алюминиевую фольгу, то ее предпочтительно соединяют с положительным полюсом, а если в качестве металлической фольги используют медную фольгу, то ее предпочтительно соединяют с отрицательным полюсом. Однако при условии, что металлическая фольга имеет отличную электропроводность, она может быть соединена с положительным или отрицательным полюсом независимо от материала металлической фольги.

Кроме того, предпочтительно, чтобы электропроводная металлическая фольга также имела очень хорошую теплопроводность, и в данном случае тепло внутри батареи может быть рассеяно через полюс к теплопроводной металлической фольге в нормальных состояниях или даже в специальных условиях.

Неограничительные примеры неэлектропроводных материалов, используемых в сепараторе, введенном между металлическими фольгами, включают в себя неэлектропроводные полимерные материалы, такие как ПП (полипропилен) и ПЭ (полиэтилен), которые используются в пористом сепараторе батарей.

Если металлическая фольга прикреплена внутри корпуса, то будет трудно рассеять выделившееся в металлической фольге тепло наружу. В отличие от этого, в случае настоящего изобретения, где металлическая фольга прикреплена снаружи корпуса, имеется преимущество легкого рассеяния тепла. Кроме того, батарея включает в себя материал положительного электрода, материал отрицательного электрода, электролит и тому подобное, которые являются очень неустойчивыми в случае быстрых химических реакций при нагревании. По указанной причине, если металлическая фольга прикреплена внутри корпуса, выделение тепла в металлической фольге приведет к нагреванию окружающего положительного материала, отрицательного материала и электролита, вызывая, таким образом, быстрые химические реакции, и в этом случае могут возникнуть проблемы с безопасностью, такие как воспламенение или взрыв батареи.

Между тем, хотя корпус батареи по изобретению содержит слой алюминия, этот слой алюминия может заменить слой, выполненный из любого материала, при условии, что он обладает электропроводностью и может придавать формуемость корпусу. Батарея, закрытая корпусом, содержащим такой слой, также находится в рамках настоящего изобретения.

Примеры батарей, к которым может быть применено настоящее изобретение, включают в себя литиевые вторичные батареи, содержащие: (а) положительный электрод, способный интеркалировать и деинтеркалировать ионы лития; (b) отрицательный электрод, способный интеркалировать и деинтеркалировать ионы лития; (с) пористый сепаратор и (d) неводный электролит, содержащий соль лития и соединение-электролит.

Неводный электролит включает в себя циклические и линейные карбонаты. Примеры циклических карбонатов включают в себя этиленкарбонат (ЭК), пропиленкарбонат (ПК) и гаммабутиролактон (ГБЛ). Примеры линейных карбонатов включают в себя диэтилкарбонат (ДЭК), диметилкарбонат (ДМК), этилметилкарбонат (ЭМК), метилпропилкарбонат (МПК) и смесь двух или более из них.

Соли лития, содержащиеся в неводном электролите, предпочтительно выбраны из группы, состоящей из LiClO₄, LiCF₃SO ₃, LiPF₆, LiBF₄ , LiAsF₆ и LiN(CF₃ SO₂)₂.

Используемый отрицательный активный материал предпочтительно представляет собой углерод, металлический литий или сплав лития. Кроме того, могут также быть использованы оксиды других металлов, такие как TiO₂ и SnO₂, которые могут интеркалировать и деинтеркалировать ионы лития и имеют потенциал менее 2 В по литию.

Предпочтительные примеры положительного активного материала включают в себя литийсодержащие переходные металлы, такие как LiCoO₂, LiNiO ₂, LiMn₂O₄, LiMnO₂, LiNi_1-xCo _xO₂ (0<х<1) и смеси двух или более из них. Кроме того, также могут быть использованы положительные электроды, выполненные из оксидов металлов, таких как MnO ₂, или их комбинации.

Кроме того, примеры пористых сепараторов включают в себя пористый полиолефиновый сепаратор.

Вторичная литий-ионная батарея согласно настоящему изобретению может быть изготовлена помещением пористого сепаратора между положительным и отрицательным электродами и добавлением неводного электролита, содержащего соль лития, такую как LiPF ₆, и добавок в соответствии с общепринятым способом.

Корпус вторичной батареи согласно настоящему изобретению, выполненный из ламинированной алюминием пленки, может быть использован в батареях типа «пуговицы».

Ниже настоящее изобретение будет описано подробно на следующих примерах. Должно быть понятно, однако, что данные примеры представляют собой только иллюстрацию и не ограничивают рамки настоящего изобретения.

Пример 1

1М раствор LiPF₆, имеющий соотношение ЭК:ЭМК, равное 1:2, использовали в качестве электролита, искусственный графит - в качестве отрицательного электрода, а LiCoO₂ - в качестве положительного электрода. Затем обычным способом изготавливали литиевую полимерную батарею типа 383562 и заключали ее в ламинированный алюминием корпус. На данном этапе заключения в корпус для того, чтобы соединить алюминиевый слой корпуса с положительным полюсом, часть полюсной пленки, покрывающей положительный полюс, удаляли, после чего вставляли деталь из металлического алюминия на место удаленной пленки и подвергали термическому сплавлению (сварке). Таким образом, батарея была изготовлена.

Пример 2

Батарею изготавливали таким же образом, как и в примере 1, за исключением того, что вставляли деталь из металлического никеля для того, чтобы соединить отрицательный полюс с алюминиевым слоем корпуса.

Пример 3

1М раствор LiPF ₆, имеющий соотношение ЭК:ЭМК, равное 1:2, использовали в качестве электролита, искусственный графит - в качестве отрицательного электрода, а LiCoO₂ - в качестве положительного электрода. Затем обычным способом изготавливали литиевую полимерную батарею типа 383562 и заключали ее в ламинированный алюминием корпус. На данном этапе заключения в корпус часть внешнего полимерного слоя корпуса удаляли с тем, чтобы открыть наружу алюминиевый слой, после чего открытый алюминиевый слой и положительный полюс сваривали с алюминиевой деталью так, что они были электрически соединены друг с другом. Таким образом, батарея была изготовлена.

Пример 4

Батарею изготавливали таким же образом, как и в примере 3, за исключением того, что сваривали отрицательный полюс и алюминиевый слой корпуса с алюминиевой деталью так, что они были электрически соединены друг с другом.

Пример 5

1М раствор LiPF ₆, имеющий соотношение ЭК:ЭМК, равное 1:2, использовали в качестве электролита, искусственный графит - в качестве отрицательного электрода, а LiCoO₂ - в качестве положительного электрода. Затем обычным способом изготавливали литиевую полимерную батарею типа 383562 и заключали ее в ламинированный алюминием корпус. На данном этапе заключения в корпус каждый из двух кусков алюминиевой фольги прикрепляли к каждой из обеих внешних поверхностей корпуса и соединяли с положительным полюсом ультразвуковой сваркой. Таким образом, батарея была изготовлена.

Пример 6

Батарею изготавливали таким же образом, как и в примере 5, за исключением того, что каждый из двух кусков медной фольги прикрепляли к каждой из обеих внешних поверхностей корпуса и соединяли с отрицательным полюсом.

Пример 7

Батарею изготавливали таким же образом, как и в примере 5, за исключением того, что алюминиевую фольгу и медную фольгу прикрепляли к каждой из обеих внешних поверхностей корпуса и соединяли соответственно с положительным и отрицательным полюсами. В данном случае между двумя фольгами размещали неэлектропроводный материал, подобный сепаратору, чтобы предотвратить короткое замыкание.

Сравнительный пример 1

Батарею изготавливали таким же образом, как и в примере 1, за исключением того, что алюминиевый слой корпуса не соединяли ни с положительным, ни с отрицательным полюсом, и также металлическую фольгу не прикрепляли к внешней стороне корпуса.

Испытание на проникновение гвоздя

Батареи, изготовленные в примерах 1-7 и в сравнительном примере 1, были доведены до полностью заряженного состояния. Центральную часть батарей, изготовленных согласно описанному выше, подвергали проникновению железного гвоздя диаметром 2,5 мм, используя прибор для испытания на проникновение гвоздя. Поскольку безопасность батарей меняется в зависимости от скорости проникновения гвоздя, использовали устройство, способное регулировать скорость проникновения так, чтобы гвоздь мог проникать с различными скоростями. Для проверки безопасности батарей испытание проводили при различных скоростях проникновения гвоздя. Батарея согласно сравнительному примеру 1 воспламенялась даже в том случае, когда гвоздь проникал со скоростью 1 см/секунду, а батареи согласно примерам 1-7 не воспламенялись даже в тех случаях, когда гвоздь проникал со скоростью 10 см/секунду.

Результаты испытания на проникновение гвоздя суммированы в таблице 1 ниже.

Таблица 1
	Скорость проникновения гвоздя (см/сек)	Воспламенение	Максимальная температура (°С)
Сравнительный Пример 1	10	Да	-
	1	Да	-
Пример 1	10	Нет	78
	1	Нет	83
Пример 2	10	Нет	81
	1	Нет	89
Пример 3	10	Нет	78
	1	Нет	83
Пример 4	10	Нет	81
	1	Нет	89
Пример 5	10	Нет
	1	Нет
Пример 6	10	Нет
	1	Нет
Пример 7	10	Нет
	1	Нет