锂-离子二次电池

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锂-离子二次电池

时间:2020-01-11本站浏览次数:133

       

锂-离子二次电池

本发明涉及一种包括电池元件和覆盖该电池元件的外部封壳的锂-离子二次电池。所述电池元件包括隔件和层叠式电极体,所述层叠式电极体具有在层叠方向上分别布置在所述隔件两个表面上的第一电极和第二电极。所述外部封壳包括在所述层叠方向上位于所述电池元件一侧的第一封壳构件,和在所述层叠方向上位于所述电池元件另一侧的第二封壳构件。所述第一封壳构件的线性膨胀系数α1大于所述第二封壳构件的线性膨胀系数α2。

如图1所示,根据本发明第一实施例的锂_离子二次电池10包括电池元件(产生电能的元件)21和外部封壳,所述外部封壳用于把电池元件21密封在所述电池内。所述外部封壳包括第一封壳构件25和第二封壳构件26。电池元件21包括在层叠方向上(图中的Z方向上或每一个层叠式电极体22的厚度方向上)一个层叠在另一个之上的多个层叠式电极体22和交替插在相应的层叠式电极体22之间的多个正电极电流收集器11和负电极电流收集器12。每一个层叠式电极体22包括隔件15、第一电极(正电极活性材料层)13和第二电极(负电极活性材料层)14。正电极活性材料层13和负电极活性材料层14在层叠方向上分别布置在隔件15两个表面上。每一个活性材料层包括活性材料、粘合剂(binder)和其他合适的添加剂。在层叠方向上彼此相邻的层叠式电极体22层叠成以使相应的层叠式电极体22的正电极活性材料层13和负电极活性材料层14相互面对。正电极电流收集器11插在层叠方向上彼此相邻的层叠式电极体22的正电极活性材料层之间。正电极电流收集器11的两个表面与相应的正电极活性材料层建立表面接触。而且,正电极电流收集器11也与电池元件21最外边的正电极活性材料层建立表面接触。负电极电流收集器12插在层叠方向上彼此相邻的层叠式电极体22的负电极活性材料层之间。负电极电流收集器12的两个表面与相应的负电极活性材料层建立表面接触。隔件15保持电解质。众所周知的结构和材料可用于所述电流收集器、所述隔件、所述活性材料和粘合剂等。

所述第一实施例的特征在于,所述第一封壳构件的线性膨胀系数α1大于所述第二封壳构件的线性膨胀系数α2。线性膨胀系数α指示与物体一定单位温升相关的物体长度增加比率的参数。假定所述物体长度为L,温度为Τ,改变量分别是AL和ΔΤ,则线性膨胀系数α表示为:

如图1所示,根据本发明第一实施例的锂_离子二次电池10包括电池元件(产生电能的元件)21和外部封壳,所述外部封壳用于把电池元件21密封在所述电池内。所述外部封壳包括第一封壳构件25和第二封壳构件26。电池元件21包括在层叠方向上(图中的Z方向上或每一个层叠式电极体22的厚度方向上)一个层叠在另一个之上的多个层叠式电极体22和交替插在相应的层叠式电极体22之间的多个正电极电流收集器11和负电极电流收集器12。每一个层叠式电极体22包括隔件15、第一电极(正电极活性材料层)13和第二电极(负电极活性材料层)14。正电极活性材料层13和负电极活性材料层14在层叠方向上分别布置在隔件15两个表面上。每一个活性材料层包括活性材料、粘合剂(binder)和其他合适的添加剂。在层叠方向上彼此相邻的层叠式电极体22层叠成以使相应的层叠式电极体22的正电极活性材料层13和负电极活性材料层14相互面对。正电极电流收集器11插在层叠方向上彼此相邻的层叠式电极体22的正电极活性材料层之间。正电极电流收集器11的两个表面与相应的正电极活性材料层建立表面接触。而且,正电极电流收集器11也与电池元件21最外边的正电极活性材料层建立表面接触。负电极电流收集器12插在层叠方向上彼此相邻的层叠式电极体22的负电极活性材料层之间。负电极电流收集器12的两个表面与相应的负电极活性材料层建立表面接触。隔件15保持电解质。众所周知的结构和材料可用于所述电流收集器、所述隔件、所述活性材料和粘合剂等。

在示于图3中的锂-离子二次电池中,附加边缘EXl和EX2形成在所述第一实施例的第二封壳构件26的一部分上。在此所述的“附加边缘”表示所述封壳构件的区域,它在向内或向外方向上弯曲。一旦在垂直于Z轴方向,即例如在X方向或Y方向施加拉力或压力,所述附加边缘比所述封壳构件的其他区域更容易变形。更精确地说,假定一种情况,即所述电池的温度升高且由于所述两个封壳构件之间线性膨胀系数存在差异,所以压力作用在第一封壳构件25上而拉力作用在第二封壳构件26上,第二封壳构件26各个附加边缘EXl和EX2的端点(EXla和EXlb或EX2a和EX2b)之间的距离Ll和L2比其他区域两个端点之间的距离(例如,距离L3)增长更多,并且在第一封壳构件25变形成朝向所述电池外侧的凸形之前,所述附加边缘EXl和EX2就开始变形。确切地说,所述附加边缘被施加的拉力延伸,其中所述拉力的绝对值比第一封壳构件25变形成凸形所需压力的绝对值小。

当所述电池放置在高温环境中时,所述第一封壳构件和所述第二封壳构件都开始膨胀。在此,由于所述第一封壳构件的线性膨胀系数α1大于所述第二封壳构件的线性膨胀系数α2,所以在所述外部封壳中产生内应力。然后,压应力作用在所述第一封壳构件上,同时拉应力作用在所述第二封壳构件上。因此,所述第一封壳构件变形成朝向所述电池外侧(正Z方向)的凸形,如图1中的阴影线所示。然后,随着所述电池内部的体积(所述封壳的体积容量)增加,对所述电池元件的层叠压力(所述层叠式电极体上的表面压力)减小。层叠压力的降低增加了所述电池的内电阻,或中断导电通路。因此,电流被切断,这样抑制了进一步温升。该结构防止活性材料因温升而损坏,因此,此结构的电池具有优良的耐久性。同时,当所述电池的温度恢复正常时,所述外部封壳从朝向所述电池外侧的凸变形情况恢复,并重新具有正常轮廓。因此,保持了正常温度范围内所述电池的输出特性。

12改变为塑性方式的材料用于所述外部封壳。至于这种材料,可使用例如含网格薄层(meshthinlayer)的外部封壳。然而,本发明并不只限于该结构。

如公开在日本专利申请未审公开No.2002-75455中,锂-离子电池用锂合成物氧化物等作为活性材料。传统活性材料在高温条件下易于损坏。因此,在随着电流经过产生热量,电池温度升高的情况下,活性材料逐渐损坏。作为对策,现在存在一种技术,在高温下通过把供给电池的电流减小到某种程度以抑制温度升高。日本专利公告No.3811353中,当电子传导材料与活性材料接触时,使用一种特性为电阻随温度升高而增大的材料。即,在此使用的材料是导电聚合物,这种导电聚合物是通过导电材料与例如聚甲烯的聚合物混合而形成的。

在示于图3中的锂-离子二次电池中,附加边缘EXl和EX2形成在所述第一实施例的第二封壳构件26的一部分上。在此所述的“附加边缘”表示所述封壳构件的区域,它在向内或向外方向上弯曲。一旦在垂直于Z轴方向,即例如在X方向或Y方向施加拉力或压力,所述附加边缘比所述封壳构件的其他区域更容易变形。更精确地说,假定一种情况,即所述电池的温度升高且由于所述两个封壳构件之间线性膨胀系数存在差异,所以压力作用在第一封壳构件25上而拉力作用在第二封壳构件26上,第二封壳构件26各个附加边缘EXl和EX2的端点(EXla和EXlb或EX2a和EX2b)之间的距离Ll和L2比其他区域两个端点之间的距离(例如,距离L3)增长更多,并且在第一封壳构件25变形成朝向所述电池外侧的凸形之前,所述附加边缘EXl和EX2就开始变形。确切地说,所述附加边缘被施加的拉力延伸,其中所述拉力的绝对值比第一封壳构件25变形成凸形所需压力的绝对值小。

用于形成所述第三构件的材料没有特别限制,只要其最外部分具有电绝缘特性即可。所述第一封壳构件和所述第二封壳构件可使用相同的材料。

本发明的一个目的是提供一种锂_离子二次电池,所述锂_离子二次电池能够在正常温度范围内维持电池输出特性并且即使被在高温下保存也具有优良的耐久性。

图8表示从所述电池的层叠方向看到的第四实施例的优选例的前视图。在图8的锂-离子二次电池中,所述第三构件43形成使其周边部分从第一封壳构件25和第二封壳构件26(未示出)的每一个连接点向外(在正、负X方向和正、负Y方向)突起。而且,所述突起部43a设置有多个肋片43b。通过为所述第三构件43的突起部43a设置肋片43b,由接触所述肋片的气流有效带走所述电池内部产生的热。这样,改进了所述散热效果。




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