BRPI0508249B1 - Electrochemical device comprising an electrode assembly including a cathode, an anode and a separator disposed between the cathode and the anode e Set of electrochemical devices - Google Patents

Abstract

célula eletroquímica com dois tipos deseparadores fornecido é um dispositivo eletroquímico compreendendo dois de separadores tendo difernte de energiapara rompimento, onde a camada de elétrodo externa da montagem de elétrodo inclui um cátodo não revestido de material ativo, um ânodo não revestido de material ativo, e um separador (segundo separador ) disposto entre o cátodo e o ânodo e tendo energia relativamente baixa para rompimento comparado com aquela do separador (primeiro separador) em outra camadas de elétrodo. portanto, é possível melhorar notavelmente a segurança da bateria incluindo-se curto-circuito primário na camada de elétrodo externa de uma bateria, desse modo facillitando a dissipação de calor da bateria, sob aplicação de impacto externo.

Description

"DISPOSITIVO ELETROQUÍMICO COMPREENDENDO UMA MONTAGEM DE ELETRODO INCLUINDO UM CATODO, UM ANODO E UM SEPARADOR DISPOSTO ENTRE O CATODO E O ANODO E CONJUNTO DE DISPOSITIVOS ELETROQUÍMICOS" Campo da invenção [001] A presente invenção se refere a um dispositivo eletroquimico compreendendo dois tipos de separadores cada um tendo diferentes energias para ruptura, tendo segurança notavelmente melhorada principalmente induzindo-se curto-circuito na camada de eletrodo externa de uma batería sobre aplicação do impacto externo.

Antecedente da invenção [002] Recentemente, uma grande parte do interesse tem sido cada vez mais direcionada à tecnologia de armazenamento de energia. Em particular, os campos aplicáveis de tal tecnologia de armazenamento de energia têm sido prolongados para fontes de energia para instrumentos de telecomunicação portáteis tal como telefone móvel, computadores notebook e camcorders, e também para fontes de energia para veículos elétricos (Evs) e veículos elétricos híbrido (HEVs). Como tais, esforços e tentativas, para pesquisar e desenvolver baterias capazes de implementar tal tecnologia e fontes de energia, são cada vez mais empreendidos. Neste respeito, o campo de dispositivos eletroquímicos tem recebido uma grande parte de atenção, e em particular, muito interesse tem sido focado no desenvolvimento das células secundárias recarregá-veis. De acordo com a tendência voltada ao desenvolvimento de tais baterias, pesquisa e desenvolvimento têm sido focados na designação de um novo tipo de batería e eletrodo que aumenta a densidade da carga e energia especificam.

[003] Entre as baterias secundárias atualmente aplicadas, as baterias de íon de lítio, desenvolvidas desde de 1990s, receberam uma grande parte da atenção devido à sua densidade de energia e voltagem de operação alta quando comparadas com baterias tradicionais empregando eletrólitos aquosos, tal como baterias de Ni-MH, Ni-Cd e PbSC>4. Entretanto, tais baterias de íon de lítio passam por problemas de segurança associados com inflamabilidade e explosões, devido ao uso de eletrólitos orgânicos, e processos de fabricação difíceis e complicados. As baterias de polímero de íon de lítio do estado da técnica têm recebido uma grande parte do interesse como uma batería de geração imediata na qual as desvantagens exibidas por tais baterias de íon de lítio foram aliviadas. Entretanto, as baterias do polímero de íon de lítio atuais ainda têm uma capacidade da carga menor do que as baterias de íon de lítio existentes, e em particular têm capacidade de descarga insuficiente em temperaturas baixas, desse modo urgentemente requerendo melhora em tal capacidade de descarga inferior.

[004] O mecanismo de operação das baterias de íon de lítio é diferente daquele de baterias convencionais. LÍC0O2 e grafite, utilizados como materiais ativos de catodo e anodo em baterias de íon de lítio, respectivamente, têm estruturas cristalinas com cavidades neles. No carregamento e descarre-gamento da batería, os íons de lítio migram para dentro da batería pela entrada e saída do íon de lítio para dentro e para fora das cavidades.

[005] O catodo da bateria é um coletor de corrente servindo para coletar os elétrons, e a folha de alumínio é geralmente empregada como o catodo. O material ativo, L1C0O2 é revestido sobre a folha de alumínio. Entretanto, L1C0O2 exibe condutividade de elétron baixa e desse modo o carbono é adicionado a fim de realçar a condutividade do elétron.

[006] O anodo é folha de cobre revestida com grafite, como um coletor de corrente. O grafite tem condutividade de elétron superior e geralmente, o material condutivo de elétron é desse modo não adicionado ao anodo.

[007] O anodo e catodo são isolados de um outro por um separador, e como o eletrólito, o líquido preparado por adição de sais lítio ao solvente orgânico é empregado.

[008] As baterias secundárias são preparadas em um estado de descarga. No carregamento, o íon de lítio presente nos cristais de LÍC0O2 saem e migram para o anodo e então entram nas estruturas de cristal de grafite. Ao contrário, no descarregamento, os íons de lítio no grafite saem e entram nas estruturas de cristal do catodo. Desse modo, quando o carregamento e descarregamento da bateria prosseguem, os íons de lítio alternam entre o anodo e catodo, e o fenômeno do qual é chamado "conceito de cadeira de balanço", que corresponde ao mecanismo de operação das baterias de íon de lítio.

[009] Numerosos fabricantes produzem tais baterias porém as características de segurança das baterias produzidas variam de um fabricante para outro. Entretanto, as avaliações de segurança de tais baterias e obtenção de segurança são muito importantes. A consideração mais importante é o requerimento que a batería não dever causar lesão aos usuários sob erro e mau funcionamento em operação desta. Para este propósito, os padrões de segurança estritamente regulam a combustão do fogo e enfumação ou fumegação na bateria.

[0010] Uma variedade dos métodos tem sido concebida para efetuar a melhora da segurança. Em relação a isto, aqui foi depositado um pedido de patente se referindo a uma técnica de fabricação de uma bateria empregando mais que dois tipos de separados. A Publicação da Patente Japonesa Laid-open No. Hei 10-199502 divulga uma bateria tendo ambas propriedades de retenção de capacidade elevada e resistência à tração elevada, empilhando-se dois separadores tendo características diferentes entre o catodo e anodo. Nesta patente, o primeiro e o segundo separadores são com base em uma resina de polio-lefina e resina de poliamida, respectivamente.

[0011] A Publicação da Patente Japonesa Laid-open No. 2000-82497, designada por Sony Corporation, emprega dois separadores idênticos que foram enrolados um ao outro, a fim de melhorar as características do ciclo da bateria, porém isto exibiu características da bateria independente da segurança desta.

[0012] A Publicação da Patente Japonesa Laid-open No. 2003-243037, designada por Shin-Kobe Elétrica Machinery Co., Ltd., descreve uma bateria de íon de lítio tendo segurança melhorada empregando-se dois separadores tendo diferentes pontos de fusão. Aqui, a segurança da bateria é melhorada por indução do curto-circuito primário, quando a temperatura da bateria se eleva, em uma segunda zona de eletrodo que não absorve/ libera os íons de lítio e é composta do segundo separador tendo um ponto de fusão inferior. Entretanto, neste caso, a faixa prática na qual a bateria pode ser operada é limitada para cerca de 90°C, e desse modo, quando o curto-circuito ocorre abaixo de uma tal faixa da temperatura, deterioração grave no desempenho da bateria ocorre, desse modo o curto-circuito primário é requerido ocorrer acima de 90°C. Entretanto, onde o curto-circuito interno ocorre em temperaturas mais elevadas do que 90°C, a bateria prática pode ser exposta a situação mais perigosa comparada com a ocorrência do curto-circuito em temperatura ambiente, que sucessivamente provavelmente induz a piora da segurança da bateria. Como um resultado, este método não pode ser uma boa solução. Além disso, o uso de separadores do polímero tendo diferentes pontos de fusão considera somente a elevação da temperatura da bateria, e não tem efeito na segurança da bateria quando o curto-circuito ocorre por impacto externo tal como esmagamen-to, esmagamento parcial ou outro.

[0013] Como tal, aqui permanece uma necessidade urgente na técnica para o desenvolvimento de um dispositivo eletro-químico para melhorar a segurança das baterias, sob aplicação de impacto externo tal como esmagamento, esmagamento parcial ou outros.

RESUMO DA INVENÇÃO

[0014] Como um resultado da pesquisa e estudo extensivos e intensivos a fim de resolver os problemas exibidos pelas técnicas convencionais, os inventores da presente inven- ção descobriram que na fabricação da batería empregando dois diferentes tipos de separadores tendo grandes diferenças em energia para ruptura entre eles. Esta constituição leva à indução de curto-circuito primário em resposta ao impacto externo na camada de eletrodo externa incluindo o separador tendo menor energia para ruptura, desse modo melhorando a segurança da batería, e completada a presente invenção com base nesta descoberta.

[0015] Portanto, um objetivo da presente invenção é fornecer um dispositivo eletroquímico tendo a segurança melhorada por indução de curto-circuito na parte externa de uma batería, desse modo facilitando a dissipação de calor, sob aplicação do impacto externo.

[0016] De acordo com um aspecto da presente invenção, os objetos acima e outros podem ser concluídos pela condição de um dispositivo eletroquímico compreendendo uma montagem do eletrodo incluindo um catodo, um anodo e um separador disposto entre o catodo e anodo, onde a camada de eletrodo externa da montagem de eletrodo inclui um anodo não revestido de material ativo, um catodo não revestido de material ativo, e um separador disposto entre o catodo e anodo e tendo energia relativamente baixa para ruptura comparada com aquela dos separadores em outras camadas do eletrodo.

[0017] Geralmente, o catodo e o anodo, que constituem uma montagem de eletrodo do dispositivo eletroquímico, são virados para cada outro na forma revestida por material ativo, respectivamente. O separador interposto entre o catodo e o anodo (a seguir, algumas vezes, simplesmente referido como "separador primário") é composto de materiais tendo energia elevada para ruptura, por exemplo, polímeros de poliolefina tal como polietileno, polipropileno, etc. Também no dispositivo eletroquímico de acordo com a presente invenção, as camadas de eletrodo restantes, exceto para a camada de eletrodo externa, empregam o anodo e catodo revestido por material ativo mencionados acima, e o primeiro separador tendo energia elevada na ruptura.

[0018] Portanto, o dispositivo eletroquímico de acordo com a presente invenção, como definido acima, tem características constitucionais nas quais a constituição da camada de eletrodo externa da montagem do eletrodo é diferente daquela de outras camadas de eletrodos. Isto é, a camada de eletrodo externa inclui o catodo e anodo, virados um para o outro e não revestidos com materiais ativos, respectivamente, e o separador tendo energia relativamente baixa para ruptura (a seguir, algumas vezes, simplesmente referido como "segundo separador") introduzido entre eles.

[0019] A camada de eletrodo externa incluindo o segundo separador pode ser a camada de eletrodo superior da montagem de eletrodo, ou a camada de eletrodo inferior, ou ambas as camadas de eletrodo superior e inferior. Preferivelmente, a camada de eletrodo externa do dispositivo eletroquímico é compreendida da camada de eletrodo externa da presente invenção, na qual as camadas de eletrodo superior e inferior da montagem do eletrodo, respectivamente, incluem os segundos separadores.

[0020] Como empregado aqui, o termo "energia para rup- tura" se refere à magnitude de energia aplicada a um material separador sob indução de curto-circuito entre os eletrodos resultante da ruptura do separador interposto entre o catodo e anodo por impacto externo aplicado tal como esmagamento ou penetração de prego. Preferivelmente, tal energia para ruptura pode ser resistência à tração na ruptura (TSB) ou energia de tração para ruptura (TEB).

BREVE DESCRIÇÃO DOS DESENHOS

[0021] Os objetos acima e outros, características e outras vantagens da presente invenção serão mais claramente entendidos a partir da seguinte descrição detalhada em conjunto com os desenhos acompanhados, nos quais: [0022] Figura 1 é um gráfico de uma tensão geral versus curva de esforço mostrando a correlação entre resistência à tração na ruptura e energia de tração;

[0023] Figuras 2 e 3 são, respectivamente, gráficos de tensão geral versus curva de esforço obtidos por medição dos separadores empregados nos exemplos da presente invenção de acordo com um procedimento de teste padrão, ASTM D882;

[0024] Figura 4 é uma vista em seção transversal esque-mática de uma batería secundária de polímero de íon de lítio como uma modalidade de um dispositivo eletroquímico de acordo com a presente invenção;

[0025] Figuras 5 até 7 são, respectivamente, os gráficos mostrando as alterações na temperatura e voltagem de uma batería no desempenho dos testes de esmagamento parcial para baterias dos Exemplos Comparativos 1 e 2, e Exemplo 1 empregado no Exemplo Experimental 1; e [0026] Figuras 8 e 9 são, respectivamente, gráficos mostrando as alterações na temperatura e voltagem de uma ba-teria no desempenho de testes de penetração de prego para baterias do Exemplo Comparativo 1 e Exemplo 1 empregado no Exemplo Experimental 2.

DESCRIÇÃO DETALHADA DE MODALIDADE PREFERIDA

[0027] A presente invenção agora será descrita em detalhes com referência às modalidades preferidas e desenhos de acompanhamento.

[0028] A Figura 1 descreve uma curva de tensão-esforço geral mostrando a correlação entre resistência à tração na ruptura e energia de tração para ruptura. A resistência à tração na ruptura se refere à magnitude da tensão causando alterações repentinas no esforço. Ao passo que, energia de tração para ruptura se refere à energia até que o material de teste seja completamente rompido. A energia de tração para ruptura é definida como um valor integral da área sob uma curva de tensão-esforço até que a ruptura do material de teste ocorra, como mostrado na Figura 1, e é expressa em termos de volume de energia/unidade do material. Mesmo que muitos materiais exibam a correlação na qual a resistência à tração é geralmente proporcional à energia de tração para ruptura, este não é necessariamente o caso.

[0029] Sob consideração deste fato, o segundo separador na presente invenção tem baixa energia na ruptura quando comparado com o primeiro separador, e desse modo quando o impacto externo tal como esmagamento ou penetração de prego é aplicado ao separador, é relativamente facilmente rompido, principalmente resultando em curto-circuito do catodo e anodo virado um para o outro, em ambos lados do segundo separador. Além disso, uma vez que os materiais ativos de eletrodo não são revestidos na região em que o catodo e anodo estão virados um para o outro, o calor elevado não ocorre devido à condução elétrica por contato direto do catodo e anodo tendo valores de resistência inferiores.

[0030] Não há nenhum limite particular para diferenciar na magnitude de energia para ruptura do segundo separador relativo ao primeiro separador contanto que os efeitos acima mencionados possam ser obtidos. Preferivelmente, a energia de tração para ruptura do segundo separador é menor do que 90% daquela do primeiro separador. Isto é, o segundo separador preferivelmente tem energia de tração para ruptura pelo menos 10% menor, do que o primeiro separador. Onde a diferença da energia de tração para ruptura não é grande, a reversão da magnitude em energia de tração para ruptura entre o primeiro separador e o segundo separador (isto é, a energia de tração para ruptura do segundo separador torna-se maior do que a do primeiro separador) pode ocorrer, devido à tensão de pressão e térmica durante um processo de montagem da bateria, e desse modo isto não pode garantir curto-circuito preferencial sob aplicação de impacto externo, contrário a expectativa como desejado na presente invenção. Neste caso, a magnitude da resistência à tração na ruptura pode se tornar muito grande e o primeiro e segundo separadores empregados nos Exemplos da presente invenção, como será descrito a seguir, exibem cerca de 100 vezes a diferença na energia de tração para ruptura entre eles.

[0031] As Figuras 2 e 3 descrevem, respectivamente, as curvas de tensão-esforço obtidas por medição de separadores empregados nos Exemplos da presente invenção de acordo com ASTM D882. Especificamente, a Figura 2 mostra uma curva de tensão de tração-esforço de separador de multicamada de poli-etileno/ polipropileno (Celgard 2320, disponível por Celgard) como o primeiro separador, na direção da máquina (MD). Este separador exibiu resistência à tração de cerca de 1570 kg/cm2 e energia de tração de para ruptura de cerca de 309 KJ/m3, respectivamente. A Figura 3 mostra uma curva de tração-esforço de um separador de cerâmica composto de alumina e sí-lica como o segundo separador. Este separador de cerâmica exibiu resistência à tração de 124 kg/cm2, e a energia de tração para ruptura de 3,6 KJ/m3, desse modo representando valores significantemente menores quando comparado com o separador de poliolefina como o primeiro separador.

[0032] Os exemplos preferidos do segundo separador de acordo com a presente invenção podem incluir, porém não estão limitados a, separadores de cerâmica, separadores de polímero de adesivo com base em acrilato ou epóxi. Entre estes, os separadores de cerâmica são particularmente preferidos. Os exemplos preferidos dos separadores de cerâmica podem incluir, porém não estão limitados em Pb (Zr, Ti) O3 (PZT), Pbi-xLaxZn-yTiy03 (PLZT, x e y são independentemente entre 0 e 1), PB (Mg3Nb2/3) 03-PbTi03 (PMN-PT) , BaTi03, Hf02 (háfnio) , SrTi03, TÍO2 (titânio), S1O2 (sílica), Al2Ü3 (alumina), ZrÜ2 (zircô-nio), SnÜ2, CeÜ2, MgO, CaO, Y203 e qualquer combinação destes.

[0033] Se necessário, um polímero, como um aglutinante, pode ser adicionado ao separador de cerâmica, ou uma camada de cerâmica pode ser adicionada a uma camada de polímero. Em relação a isto, como os exemplos de polímeros utilizáveis, menção pode ser feita de poli(fluoreto-co-hexafluorpropileno de vinilideno), poli(fluoreto-co-tricloroetileno de vinilide-no) , poli(metacrilato de metila), poliacrilonitrila, polivi-nilpirrolidona, poli(acetato de vinila), poli(acetato de vi-nila-co-etileno), poli(óxido de etileno), poli(tereftalato de etileno), polissulfona, poliimida, poliamida, acetato de celulose, butirato de acetato de celulose, propionato de acetato de celulose, carbóximetilcelulose, cianoetilpululan, cia-noetilpolivinilálcool, cianoetilcelulose, cianoetilsacarose, pululan e qualquer combinação destes.

[0034] Uma vez que o segundo separador é utilizado na parte externa da montagem de eletrodo e desse modo uma camada de eletrodo que não é empregada na carga/ descarga da batería, a estrutura do separador não é necessariamente limitada a uma estrutura porosa. Portanto, qualquer forma de separador tal como películas com ou sem poros pode ser empregada contanto que elas possam impedir o curto-circuito de eletrodos sob condições de operação normal. Além disso, a grossura do segundo separador não é particularmente limitada, porem pode ser preferivelmente fabricado para ter a grossura aproximadamente idêntica àquela do primeiro separador.

[0035] Como um exemplo do dispositivo eletroquímico de acordo com a presente invenção, uma modalidade da bateria secundária de polímero de íon de lítio é descrita na Figura 4. Referindo-se a Figura 4, uma bateria de polímero de íon de lítio 10 inclui uma camada de eletrodo 50 composta de um ca-todo 30 e um anodo 40, cada empilhado em estado eletricamente espaçado por um primeiro separador 20, e a camada de eletrodo externa 51 composta de um catodo 31 e um anodo 41, cada empilhado em um estado eletricamente espaçado por um segundo separador 21. A camada de eletrodo externa 51 é caracterizada pelo fato de incluir o separador 21 tendo energia relativamente baixa para ruptura comparado com o primeiro separador e o catodo 31 e anodo 41, cada não tendo sido revestido com materiais ativos de eletrodo, estão virados uma para o outro através do separador 21.

[0036] A seguir, as baterias de ion de lítio ou baterias de polímero de ion de lítio de acordo com as modalidades preferidas da presente invenção serão mais especificamente descritas.

[0037] A batería secundária de lítio compreende uma camada de eletrodo incluindo um catodo contendo um óxido de metal de transição litiado como um material ativo de catodo, um anodo capaz de absorver e liberar os íons de lítio, um ele-trólito e um primeiro separador, e a camada de eletrodo externa incluindo catodo não contendo nenhum material ativo de catodo, um anodo não contendo nenhum material ativo de anodo, e um segundo separador tendo energia relativamente baixa para ruptura.

[0038] Como o material ativo de catodo para constituir o catodo, os óxidos de metal de transição litiado são geralmente empregados. Por exemplo, o material ativo de catodo pode ser aquele contendo materiais de intercalação de lítio como o componente principal, tal como óxido de manganês liti- ado, óxido de cobalto litiado, óxido de níquel litiado, ou óxidos de compósito formados por combinação destes. 0 catodo pode ser constituído por ligação do material ativo de catodo a um coletor de corrente de catodo, isto é, alumínio, níquel ou folha preparada por combinação destes.

[0039] Como o material ativo de anodo para constituir o anodo, os materiais de intercalação de lítio tal como metal de lítio ou ligas de lítio e carbono, coque de petróleo, carbono ativado, grafite, várias outras formas de carbono ou outros podem ser empregados como o componente principal. O anodo pode ser constituído por ligação do material ativo de anodo a um coletor de corrente de anodo, isto é, cobre, ouro, níquel ou ligas de cobre, ou folha preparada por combinação destes.

[0040] Como o eletrólito utilizável na presente invenção, menção pode ser feita de sais tendo uma estrutura de A+B-, onde A+ representa cátions de metal alcalino tal como Li+, Na+, K+ e qualquer combinação destes, e B- representa ânions tal como PFõ-, BF4-, Cl-, Br-, I-, CIO4-, ASF6-, CH3CO2-, N(CF3S02)2-, C(CF2S02)3~ e qualquer combinação destes. Por exemplo, o eletrólito pode ser aqueles nos quais os sais de lítio são dissolvidos e decompostos em um solvente orgânico selecionado do grupo consistindo em carbonato de propileno (PC), carbonato de etileno (EC), carbonato de dietila (DEC), carbonato de dimetila (DMC), carbonato de dipropila (DPC), sulfóxido de dimetila, acetonitrila, dimetoxietano, dietoxi-etano, tetraidrofurano, N-metil-2-pirrolidona (NMP), carbonato de metil etila (EMC), γ-butirolactona e mistura destes.

[0041] O primeiro separador emprega polietileno ou po-lipropileno microporoso, ou mistura destes, poli(fluoreto de vinilideno), poli(óxido de etileno), copolimeros de poli (fluoreto hexafluorpropileno de vinilideno) ou poliacriloni-trila.

[0042] As formas das baterias secundárias de polímero de íon de lítio, de acordo com a presente invenção, não são particularmente limitadas, e as baterias podem ser fabricadas para vários tamanhos incluindo tipo delgado, tipo grande ou outros. As baterias da presente invenção são também igualmente aplicáveis a tipo de multi célula sobreposta, tipo embalagem dura na qual a batería secundária está contida em um estojo de embalagem de batería, e um tipo de embalagem macia na qual a bateria é exposta ao exterior sem um estojo separado. Além disso, a montagem de eletrodo pode também ser feita em uma forma do tipo pilha ou do tipo rolo de gelatina. A montagem de eletrodo tipo pilha é particularmente preferida.

[0043] Além disso, de acordo com outro aspecto da presente invenção, aqui é fornecido uma embalagem de dispositivo eletroquímico compreendendo um ou uma pluralidade dos dispositivos eletroquímicos acima mencionados. O dispositivo eletroquímico pode ser constituído por combinação de acoplamento em tandem ou paralelo.

EXEMPLOS

[0044] Agora, a presente invenção será descrita em mais detalhes com referência aos seguintes Exemplos. Estes exemplos são fornecidos somente para ilustrar a presente invenção e não devem ser considerados como limitantes do escopo e es- pírito da presente invenção. EXEMPLO COMPARATIVO 1 [0045] Uma célula da bateria utilizada neste Exemplo foi uma bateria secundária de polímero de íon de lítio (ICP323456™, 560mAh, LG Chem, Coréia). Um segundo separador correspondendo ao numeral de referência 21 na Figura 4 empregou um separador com base em polietileno, idêntico àquele utilizado como um primeiro separador correspondendo ao numeral de referência 20, e a camada de eletrodo externo foi constituída de catodo e anodo revestidos de material ativo. Aqui, um separador de tricamada PP/PE/PP (Celgard 2320, disponível por Celgard) foi empregado como um separador com base em polietileno, e LÍC0O2 e grafite artificial foram empregados como os materiais ativos de catodo e anodo, respectivamente . EXEMPLO COMPARATIVO 2 [0046] Uma bateria foi preparada empregando o mesmo procedimento como no Exemplo Comparativo 1, exceto que, como a camada de eletrodo externa, um catodo e anodo foram utilizados na forma de folha que não foi revestida com os materiais ativos de eletrodo. Como a folha de catodo, a folha de alumínio (Sam-A Aluminum Co., Ltd., Coréia) tendo uma espessura de 15 micrômetros foi empregada. Como a folha de anodo, a folha de cobre tendo uma espessura de 15 micrômetros (Nip-pon Foil Manufacturing Company Ltd., Japão) foi empregada. EXEMPLO 1 [0047] Como uma célula de bateria, a mesma bateria secundária de polímero de íon de lítio (ICP323456™, 560mAh, LG

Chem, Coréia) foi empregada como no Exemplo Comparativo 1. Como um segundo separador da camada de eletrodo externa, o separador com base em cerâmica, composto de alumina e silica, que tendo baixa energia para ruptura foi empregado. Para a camada de eletrodo externa, as folhas não revestidas do material ativo foram empregadas no ambos catodo e anodo e estas folhas foram as mesmas como no Exemplo Comparativo 2. EXEMPLO COMPARATIVO 3 [0048] Uma bateria foi preparada empregando o mesmo procedimento como no Exemplo 1, exceto que, como a camada de eletrodo externa, um catodo e anodo se revestiram com os mesmos materiais ativos de eletrodo, como empregado nas camadas de eletrodo internas. EXEMPLO EXPERIMENTAL 1 [0049] As baterias secundárias de polímero de íon de lítio preparadas no Exemplo 1 e Exemplos Comparativos 1 até 3 foram sobrecarregadas (4,25V), respectivamente e em seguida foram submetidas ao teste de esmagamento. O teste de esmaga-mento foi realizado colocando-se um magneto em forma de disco tendo um diâmetro de 1 cm e altura de 0,5 cm sobre a bateria e aplicando esmagamento parcial à bateria. As alterações na temperatura e voltagem das baterias são mostradas na Figura 5 (Exemplo Comparativo 1), Figura 6 (Exemplo Comparativo 2) e Figura 7 (Exemplol). Como mostrado nas Figuras 5 e 6, todas as baterias utilizando separadores com base em polietileno convencionais espontaneamente inflamaram, desse modo resultando em temperatura elevada maior do que 200°C. Ao mesmo tempo em que, a bateria utilizando os eletrodos não revesti- dos de material ativo da camada de eletrodo externa da célula e utilizando o separador de cerâmica que tem baixa energia para ruptura e desse modo induz o curto-circuito por ruptura precoce em resposta ao impacto externo, como mostrado na Figura 7, nem explodiu nem espontaneamente inflamou e exibiu uma temperatura de 60°C (com base na temperatura de superfície da célula). Enquanto isso, a batería (Exemplo Comparativo 3) utilizando o separador tendo baixa energia para ruptura na camada de eletrodo externa porém utilizando um catodo e anodo revestido por material ativo de eletrodo, inflamou.

[0050] Como pode ser observado dos testes de esmagamen-to acima, onde a camada de eletrodo externo foi constituída dos eletrodos não revestidos de material ativo e o segundo separador tendo baixa energia para ruptura foi disposto entre ambos eletrodos, a bateria resultante exibiu segurança notavelmente melhorada quando comparada com, onde a constituição da bateria foi de outro modo feita. Isto é devido à fácil dissipação de calor induzindo-se ao desenvolvimento do curto-circuito primário na área externa. EXEMPLO EXPERIMENTAL 2 [0051] As baterias secundárias de polímero de íon de lítio preparadas no Exemplo 1 e Exemplos comparativos 1 até 3 foram sobrecarregadas (4,25V), respectivamente e em seguida foram submetidas ao teste de penetração de prego. O teste de penetração de prego foi realizado por penetração de um prego tendo um diâmetro de 2,5 mm até a parte central de cada bateria em uma velocidade de 1000 mm/ minuto. As alterações na temperatura e voltagem das baterias são mostradas na Figura 8 (Exemplo Comparativo 1) e Figura 9 (Exemplo 1).

[0052] A batería do Exemplo Comparativo 1, como mostrado na Figura 8, espontaneamente inflamou quando um separador com base em polietileno convencional foi empregado. Em contraste, a batería do Exemplo 1, como mostrado na Figura 9, nem explodiu nem inflamou espontaneamente. A bateria do Exemplo Comparativo 1 espontaneamente inflamou, resultando em temperatura elevada maior do que 200°C, porém a bateria do Exemplo 1 exibiu uma temperatura menor do que 90°C (com base na temperatura de superfície da célula), [0053] Como um resultado de outros testes, não houve nenhuma diferença substancial no desempenho básico entre as baterias do Exemplo 1 e do Exemplo Comparativo 1, desse modo representando que a adição da camada de eletrodo externa não teve nenhum efeito no desempenho da célula.

APLICABILIDADE INDUSTRIAL

[0054] Como evidente a partir da descrição acima, de acordo com a presente invenção, é possível melhorar a segurança da bateria sem causar deterioração do desempenho desta constituindo-se a bateria empregando dois tipos diferentes de separadores tendo diferença em energia para ruptura entre eles a fim de que cause um curto-circuito primário na camada de eletrodo externa incluindo o separador tendo energia relativamente baixa para romper em resposta ao impacto externo.

[0055] Embora as modalidades preferidas da presente invenção tenham sido descritas para propósitos ilustrativos, aqueles versados na técnica apreciarão que várias modificações, adições e substituições são possíveis, sem afastar-se do escopo e espírito da invenção como descrito nas reivindicações acompanhantes.

REIVINDICAÇÕES

Claims (10)

1. Dispositivo eletroquimico compreendendo uma montagem de eletrodo incluindo um catodo, um anodo e um separador disposto entre o catodo e o anodo, CARACTERIZADO pelo fato da camada de eletrodo externa (51) da montagem de eletrodo (10) incluir um catodo não revestido de material ativo (31), um anodo não revestido de material ativo (41), e um separador (segundo separador: 21) disposto entre o catodo (31) e o anodo (41) e tendo energia relativamente baixa para ruptura comparada com aquela dos separadores (primeiro separador: 20) em outras camadas de eletrodos, em que o segundo separador é um separador de cerâmica, e o primeiro separador é polietileno ou polipropileno micro-poroso, ou uma mistura destes, poli(fluoreto de vinilideno), poli(óxido de etileno), copolimero de poliacrilonitrila ou poli(fluoreto hexafluorpropileno de vinilideno).

2. Dispositivo eletroquimico, de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADO pelo fato da camada de eletrodo incluindo o segundo separador estar posicionada em ambas as camadas de eletrodos superior e inferior da montagem de eletrodo.

3. Dispositivo eletroquimico, de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADO pelo fato da energia para ruptura ser resistência à tração na ruptura (TSB) ou energia de tração para ruptura (TEB).

4. Dispositivo eletroquimico, de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADO pelo fato da energia de tração para ruptura do segundo separador ser menor do que 90% daquela do primeiro separador.

5. Dispositivo eletroquímico, de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADO pelo fato do separador de cerâmica ser Pb (Zr, Ti) O3 (PZT), Pbi-xLaxZri-yTiy03 (PLZT, x e y são independentemente entre 0 e 1), PB (Mg3Nb2/3) 03-PbTiC>3 (PMN-PT), BaTiC>3, Hf O2 (háfnio), SrTi03/ Ti02 (titânio), S1O2 (silica), AI2O3 (alumina), Zr02 (zircônio), Sn02, Ce02, MgO, CaO, Y2O3 e qualquer combinação destes.

6. Dispositivo eletroquímico, de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADO pelo fato de um polímero, como um aglutinante, ser adicionado ao separador de cerâmica, ou uma camada de cerâmica ser adicionada a uma camada do polímero.

7. Dispositivo eletroquímico, de acordo com a reivindicação 6, CARACTERIZADO pelo fato do polímero ser poli (fluoreto-co-hexafluorpropileno de vinilideno), poli (fluo-reto-co-tricloroetileno de vinilideno), poli(metacrilato de metila), poliacrilonitrila, polivinilpirrolidona, poli (acetato de vinila), poli(acetato de vinila-co-etileno), poli(óxido de etileno), poli(tereftalato de etileno), polis-sulfona, poliimida, poliamida, acetato de celulose, butirato de acetato de celulose, propionato de acetato de celulose, carbóximetilcelulose, cianoetilpululan, cianoetilpolivinilál-cool, cianoetilcelulose, cianoetilsacarose, pululan e qualquer combinação destes.

8. Dispositivo eletroquímico, de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADO pelo fato do dispositivo ser uma batería de polímero de íon de lítio e compreender uma camada de eletrodo consistindo em um catodo contendo óxido de metal de transição litiado como um material ativo de catodo, um anodo capaz de absorver e liberar os íons de lítio, um eletrólito e um primeiro separador, e a camada de eletrodo externa consistindo em um catodo contendo nenhum material ativo de catodo, um anodo contendo nenhum material ativo de anodo, e um segundo separador tendo energia relativamente baixa para ruptura.

9. Conjunto de dispositivos eletroquimicos CARACTERIZADO por compreender um ou uma pluralidade de dispositivos eletroquimicos conforme definido na reivindicação 1.

10. Conjunto de dispositivos eletroquimicos, de acordo com a reivindicação 9, CARACTERIZADO pelo fato do dispositivo eletroquimico ser constituído da combinação de acoplamento em tandem ou paralelo.