CN101019268A - 棱柱形锂二次电池 - Google Patents

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Abstract

棱柱形锂二次电池，其包括：包含底部、侧壁和开口顶部的棱柱形电池外壳；电极组件；非水电解液；以及覆盖电池外壳的开口顶部的封口板，电池外壳内容纳有电极组件和非水电解液。棱柱形电池外壳的侧壁具有两块相互对置的呈矩形的主平面部分，电极组件包括：正极、负极、置于正负极之间的多孔耐热层和隔膜。电池外壳的侧壁具有两块相互对置的呈矩形的主平面部分，以及多孔耐热层的厚度A和每个侧壁主平面部分的厚度B满足如下关系：0.003≤A/B≤0.05。

Description

棱柱形锂二次电池
技术领域
本发明涉及一种棱柱形锂二次电池，该电池具有优异的安全性和电池特性。
背景技术
锂二次电池作为高功率电源可用于便携式器件等领域而引起了人们的极大兴趣，近来它作为用于电动车等高输出功率电源也引起了重视。化学类电池(如锂二次电池)通常包含一个隔膜，其作用一方面使正极和负极彼此电绝缘，同时保持电解液。在锂二次电池中，隔膜通常是由聚烯烃(如聚乙烯、聚丙烯等)材料形成的微孔薄膜组成。棱柱形锂二次电池的电极组件是将正极、负极和置于正负极之间的隔膜相互缠绕在一起形成的，因此从整个截面看所述电极装置基本上呈椭圆形。
当锂二次电池较长时间存贮在温度很高的环境中时，由微孔膜组成的隔膜将趋向于收缩。当隔膜收缩时，正极和负极之间由于相互物理接触会导致内部短路。另外，欲提高锂二次电池的电容希望隔膜越薄越好，隔膜薄更易于短路，因此防止隔膜的内部短路特别重要。这是由于一旦发生内部短路电流，由短路电流产生的焦耳热会导致短路迅速扩展，从而导致电池过热。
因此，为了防止内部短路，从而抑制短路的扩展，提出在活性材料层上形成含有无机填料(固态细颗粒)和粘结剂的多孔耐热层。氧化铝和二氧化硅等可用作为无机填料，所述无机填料填充在多孔耐热层中，填料颗粒之间的相互结合可通过较少量的粘结剂来实施(参见专利文献1)。由于多孔耐热层即使在高温下也不会收缩，从而能抑制由于内部短路而出现的电池过热现象。
专利文献1：日本公开专利公报No.Hei 7-220759
发明内容
本发明所要解决的问题
近年来，在用于便携式器件的电源领域内，越来越需要快速充电、而快速充电需要高速进行充电(如1小时或更短的充电时间)。与慢速充电(如1.5小时或更长的充电时间)相比，在高速充电中的反复充电/放电过程中，电极板会显著膨胀和收缩，并产生大量的气体，从而可能使电极组件发生变形，同时由于多孔耐热层中的粘结剂含量较少，且填料颗粒之间的结合不牢，也可能会损坏多孔热阻层。在这种情况下，多孔耐热层的上述功能特性(抑制由于内部短路而出现的电池过热现象)也会收到削弱。
因此，本发明的主要目的是防止多孔耐热层受损，同时提供安全性和电池特性都优异的棱柱形锂二次电池。
解决问题的方法
本发明涉及棱柱形锂二次电池，它包括：包含底部、侧壁和开口顶部的棱柱形电池外壳；电极组件；非水电解液；以及覆盖该电池外壳的开口顶部的封口板，该电池外壳内容纳有电极组件和非水电解液。棱柱形电池外壳的侧壁具有两块相互对置的呈矩形的主平面部分。电极组件包括：正极、负极、置于正负极之间的多孔耐热层和隔膜。多孔耐热层的厚度A和侧壁的每个主平面部分的厚度B满足如下关系：0.003≤A/B≤0.05.
棱柱形电池外壳的开口顶部基本上呈矩形，矩形的长边对应于主平面部分，即主平面部分对应于侧壁的较宽表面部分。
多孔耐热层的厚度A优选为2-10μm，侧壁的每个主平面部分的厚度B优选为160-1000μm，且满足如下关系：0.005≤A/B≤0.03.
电极组件可以为缠绕型。例如，正极为带状正极，包含正极核心部件和置于正极核心部件每一侧面上的正极活性材料层，而负极为带状负极，包含负极核心部件和置于负极核心部件每一侧面上的负极活性材料层。这些带状正极、负极与置于正负极之间的多孔耐热层和隔膜相互缠绕在一起形成电极组件。在这种电极组件中，优选所述多孔耐热层置于两个活性材料层中的至少一个的表面上，这两个活性材料层形成在正极和负极中至少一个的核心部件的两个侧面上。
电极组件也可为叠层型结构。例如，电极组件包含至少一个片状的正极和至少一个片状的负极，正极和负极与置于正、负极之间的多孔耐热层和隔膜叠层在一起。在这种情况下，最外层的电极优选仅在核心部的一侧(内表面)上具有活性材料层。
多孔耐热层优选包含绝缘填料。
绝缘填料优选包含无机氧化物。
发明效果
当电池高速充电时，电极组件会发生显著变形。然而，如电池外壳侧壁的主平面部分能给电极组件一个足够的反向推力，多孔耐热层将不会被损坏，在这种情况下，由于多孔耐热层压向正极或负极的活性材料层，因而不会变形。
值得注意的是：多孔耐热层也必需具有容纳正负极之间电解液的功能。因此，当多孔耐热层作用于活性材料的压力过大时，电极组件中的电解液在局部地区的浓度会不足，这将导致电池性能的下降。
本发明基于上述二个发现。在本发明中，提出根据多孔耐热层的厚度，使电池外壳侧壁主平面部分推向多孔耐热层的作用力控制在适当的范围内。因此，可以避免多孔耐热层由于内部短路作用而受到的损坏，并确保安全性，同时也能得到优良的电池特性。
附图说明
图1根据本发明的棱柱形锂二次电池的部分截面示意图；以及
图2根据本发明的棱柱形锂二次电池的纵向截面图。
具体实施方式
图1是根据本发明的棱柱形锂二次电池的部分截面示意图。
正极13包括带状正极核心部件11和置于该核心部件11两侧上的正极活性材料层12。负极16包括带状负极核心部件14和置于该核心部件14两侧上的负极活性材料层15。多孔耐热层18置于每个负极活性材料层15的表面上。多孔耐热层18具有阻止由于内部短路作用而引起膨胀的功能。正极13和负极16与置于正负极之间的带状隔膜17和多孔耐热层18相互缠绕在一起形成电极组件。负极核心部件的外露部分14a位于电极组件的最外圈。电极组件置于棱柱形电池外壳19中。
本发明中，多孔耐热层的厚度A和电池外壳侧壁主平面部分的厚度B应满足如下关系：0.003≤A/B≤0.05。多孔耐热层具有两个功能：一是避免短路的功能(第一功能)；二是容纳电解液的功能(第二功能)。当电池外壳侧壁主平面部分作用在电极组件上的力不足时，多孔耐热层在高速充电时可能受损，这样会削弱多孔耐热层的第一功能。相反，当电池外壳侧壁主平面部分作用在电极组件上的力过分大时，由于多孔耐热层受到强力的压缩而不能容纳足够量的电解液，其第二个功能将受到影响。
当A/B＜0.003时，与电池外壳侧壁主平面部分的厚度B相比，多孔耐热层厚度A显得过小。当多孔耐热层较薄时，它所能容纳的电解液量小，此外，由于电池外壳侧壁主平面部分作用于电极组件上的压力过大，电解液易于被挤出多孔耐热层，从而导致电解装置中局部区域电解液不足，从而降低电池性能。从上述两个功能间平衡的最优化来看，希望0.005≤A/B，尤其希望0.01≤A/B。
当0.05＜A/B时，与电池外壳侧壁主平面部分的厚度B相比，多孔耐热层厚度A显得过大。当多孔耐热层厚度过大时，其柔韧性会降低，多孔耐热层会变脆。因此在高速充电时，电极组件将变形，多孔耐热层也可能被损坏。另外，由于电池外壳侧壁主平面部分作用于电极组件上的力不足，多孔耐热层不能得到充分支撑，多孔耐热层也易于被损坏，且电池的抗短路特性也会降低。为使上述两个功能间平衡的最优化，希望A/B≤0.03，尤其希望A/B≤0.025。综上所述，优选A/B为：0.005≤A/B≤0.03，更优选0.01≤A/B≤0.025。
多孔耐热层的厚度A优选2～10μm，更优选3～8μm。当厚度A过小时，其提高抗短路性的功能或容纳电解液的功能会不充分。当厚度A过大时，正极和负极之间的距离过大，从而降低电池的输出特性。
电池外壳侧壁主平面部分的厚度B优选160～1000μm，更优选200～500μm。当厚度B过小时，难于形成电池外壳，而厚度B过大时，难于提高电池的能量密度。
隔膜优选使用微孔膜。微孔膜的材料优选聚烯烃，聚烯烃优选聚乙烯和聚丙烯等，也可使用包含聚乙烯和聚丙烯二者的微孔膜。从维持高电容设计方面考虑，微孔膜的厚度优选8～20μm。
多孔耐热层可只形成于正极活性材料层的表面上，或只形成于负极活性材料层的表面上，也可以同时形成于二者的表面上。然而，为了以可靠的方式避免内部短路，多孔耐热层最好置于负极活性材料层的表面上，这是因为与正极活性材料层相比，负极活性材料层被设计成具有更大的面积。此外，，多孔耐热层也可形成于核心部件单侧的活性材料层上或核心部件双侧的活性材料层上。进而；希望耐热层能牢固地粘附在活性材料层的表面。
多孔耐热层也可以独立片的形式存在。然而，由于片状多孔耐热层不具有高机械强度，使其不易操作。此外，多孔耐热层会形成于隔膜的表面上。然而，由于隔膜在高温下会收缩，因此对多孔耐热层的制备工艺要求更严格。为消除这些不足，希望多孔耐热层最好形成在正极活性材料层的表面上、或负极活性材料层的表面上。多孔耐热层有大量的微孔。于是，即使多孔耐热层形成在正极活性材料层的表面上、或负极活性材料层的表面上、或隔膜的表面上，也不会干扰锂离子的运动。可层叠具有相同组分或不同组分的多孔耐热层。
多孔耐热层优选包括绝缘填料和粘结剂。这种多孔耐热层是将含有绝缘填料和少量粘结剂的糊状原料用刮刀或口模式涂布机涂布在电极活性材料层的表面上然后干燥而形成的。所述糊状原料是例如采用双臂捏和机将绝缘填料、粘结剂和液相组分混合制成。同时，多孔耐热层也可是由具有高耐热性树脂的纤维所形成的膜。高耐热性树脂优选芳香族聚酰胺、聚酰胺亚胺等。与由具有高耐热性树脂的纤维所形成的膜相比，包含绝缘填料和粘结剂的多孔耐热层由于粘结剂的作用从而具有更高的结构强度，因此优选这种包含绝缘填料和粘结剂的多孔耐热层。
绝缘填料可包含具有高热阻性树脂的纤维或珠粒，但优选包含无机氧化物。由于无机氧化物较硬，即使由于充/放电作用下引起电极的膨胀，也能使正极和负极之间的距离保持在适当的范围内。在无机氧化物中，特别优选例如氧化铝，二氧化硅，氧化镁，二氧化钛和二氧化锆等，因为这些氧化物在锂二次电池的工作环境下具有很好的电化学稳定性。这些氧化物可单独使用，也可二种或二种以上组合使用，此外，绝缘填料可以是耐高温树脂，如芳香族聚酰胺或聚酰胺亚胺。也可将无机填料和耐高温树脂组合使用。
在包含绝缘填料和粘结剂的多孔耐热层中，为保持其机械强度和离子导电性，包含在多孔耐热层中的粘结剂的量，相对于每100重量份绝缘填料，优选1～10重量份，进一步优选2～8重量份。大多数粘结剂和增稠剂本身对非水电解液会溶胀。于是，当粘结剂的含量超过10重量份时，粘结剂由于过度溶胀而堵塞了多孔耐热层的微孔，从而降低离子导电性，电池的反应性也会受影响。另一方面，如果粘结剂的含量少于1重量份，多孔耐热层的机械强度会下降。
用于多孔耐热层的粘结剂没有特别限定，粘结剂优选聚偏二氟乙烯(PVDF)，聚四氟乙烯(PTFE)，聚丙烯酸型橡胶颗粒(Zeon公司的BM-500(商品名))。特别优选PTFE或BM-500与增稠剂组合在一起使用。对增稠剂没有特别限定，增稠剂优选羧甲基纤维素(CMC)，聚环氧乙烷(PEO)，以及改性丙烯腈橡胶(如Zeon公司的BM-720H(商品名))。
包含绝缘填料和粘结剂的多孔耐热层的孔隙率，为了保持其机械强度和确保离子导电率，优选40～80％，更优选45～65％。当孔隙率为40～80％的多孔耐热层用合适量的电解液浸渍时，电极组件以合适的程度溶胀，从而经溶胀的电极组件也以合适的程度挤压电池外壳的内侧壁。当由40～80％的孔隙率所产生的效果，与A/B比值的最优化所产生的效果二者协同组合起来，可得到第一功能和第二功能间平衡特别优化的电池。
应该指出的是多孔耐热层的孔隙率可以通过改变绝缘填料的中值粒径、粘结剂的加入量和原料浆料的干燥条件来调控，例如，提高干燥过程中的干燥温度或热空气的流动速度均会增加其孔隙率。多孔耐热层的孔隙率也可以由例如多孔耐热层的厚度、绝缘填料和粘结剂的加入量以及绝缘填料和粘结剂的真比重来计算。多孔耐热层的厚度可以通过若干电极横截面(如10个横截面)的SEM照片和若干横截面的平均厚度来确定。当然，也可以采用汞式孔隙率检测计来测量。
正极包括，例如，正极核心部件和置于正极核心部件两侧上的正极活性材料层。正极核心部件是例如适于缠绕的带子，并包含铝，铝合金等。正极活性材料层含有正极活性材料作为主要组分，并可含有任选的组分如导电剂和粘结剂。对这些材料没有特别的限定，作为正极活性材料优选含锂的过渡金属氧化物，在含锂的过渡金属氧化物中，优选例如钴酸锂，改性钴酸锂，镍酸锂，改性镍酸锂，锰酸锂，改性锰酸锂。
负极包括例如负极核心部件和置于负极核心部件两侧上的负极活性材料层。负极核心部件是例如呈适于缠绕的带子，并包含铜，铜合金等。负极活性材料层含有负极活性材料作为主要组分，并可含有任选的组分如导电剂和粘结剂。对这些材料没有特别的限定，优选的负极活性材料包括：各种天然石墨，各种人造石墨，含硅的复合材料如硅化物，锂金属，以及各种合金材料。
用于正极和负极的粘结剂示例包括PTFE、PVDF和苯乙烯-丁二烯橡胶。导电剂示例包括乙炔黑，ketjen黑(注册商标)，以及各种石墨材料。
非水电解液优选包含能够溶解锂盐的非水溶剂。对锂盐没有特别的限定，优选例如LiPF6和LiBF4。它们可以单独使用，也可以两种或更多种组合使用。对非水溶剂没有特别的限定，优选碳酸亚乙酯(EC)，碳酸二甲酯(DMC)，碳酸二乙酯(DEC)和甲基碳酸乙酯(EMC)。这些非水溶剂可以单独使用，也可以两种或更多种组合使用。所选的电池材料在锂二次电池的工作电压范围内必须具有电化学稳定性，优选如铝、铁和不锈钢。电池外壳也可以镀镍或锡。
下面将结合实施例对本发明加以更为详细的描述。
实施例1
(电池编号：1)
(i)正极的制造
使用双臂捏和机边搅拌边混合3kg钴酸锂、1kgPVDF#1320(商品名，Kureha化学工业有限公司出品，一种含12wt％PVDF的N-甲基-2-吡咯烷酮(NMP)溶液)、90g乙炔黑和合适量的NMP，以制备正极材料混合浆料。将该浆料施涂到包含有厚度为15μm铝箔的正极核心部件的两侧上，干燥后，再经辊轧，以形成具有正极活性材料层的正极其总厚度为130μm，然后将正极切割成宽为43mm的带状物。
(ii)负极的制造
用双臂捏和机边搅拌边混合3kg人造石墨、75gBM-400B(商品名，Zeon公司出品，一种含40wt％改性苯乙烯-丁二烯橡胶的水分散体)、30gCMC和合适量的水，以制备负极材料混合浆料。将该浆料施涂到包含有厚度为10μm铜箔的两侧上，干燥后，再经辊轧，以形成具有负极材料活性层的负极其总厚度为140μm，然后被切割成宽为45mm的带状物。
(iii)多孔耐热层的形成
使用双臂捏和机边搅拌边混合970g氧化铝(绝缘填料，其中值粒径为0.3μm)、375gBM-720H(商品名，ZEON公司出品，一种含8wt％改性聚丙烯腈橡胶(粘结剂)的NMP溶液)和合适量的NMP，以制备原料的混合浆料。将该浆料施涂到负极活性材料层的表面上，然后于120℃在减压下干燥10小时，以形成厚度为0.5μm的多孔耐热层。
多孔耐热层的孔隙率均为48％。由如下参数计算其孔隙率：由多孔耐热层横截面的SEM照片测定的其厚度；由X射线荧光分析法确定在多孔耐热层给定区域中的氧化铝含量；氧化铝和粘结剂的真比重；以及氧化铝和粘结剂的重量比。
(iv)非水电解液的制备
将LiPF6溶解在由碳酸亚乙酯(EC)、碳酸二甲酯(DMC)和甲基碳酸乙酯(EMC)以1∶1∶1的体积比组成的溶剂混合物中得到LiPF6的浓度为1mol/L的溶液，然后，将该溶液与3wt％碳酸亚乙烯酯混合，以制得非水电解液。
(v)电池的制造
电池的制备是结合图2来进行说明的，在图2中是除了电极组件外的元件的截面示意图。
通过将正极和负极与形成在其两侧的多孔耐热层和置于正负极之间的含有厚度为20μm聚乙稀微孔膜(商品名A089，Celgard K.K.公司出品)的隔膜相互缠绕在一起，从而制得基本上呈椭圆形横截面的电极组件21。
将电极组件21放置在铝制棱柱形电池外壳20中，电池外壳20具有底部20a和侧壁20b电池外壳20的顶部为开口并基本上呈矩形，侧壁20b具有主平面部分，并且每个主平面部分的厚度为80μm。
然后，绝缘体24安装在电极组件21上，以防止电池外壳21与正极引线22或负极引线23之间的短路。矩形封口板25安装在电池外壳20的开口顶部。封口板25在其中心具有负极端子27，在负极端子27周围配置有绝缘密封垫圈25。负极引线23与负极端子27相连接，正极引线22同封口板25的底面相连接。电池外壳20的开口顶部通过激光焊接开口边缘和封口板25使其密封。然后，将2.5g的非水电解液通过封口板25上的注射孔注入到电池外壳20中，最后，通过焊接技术将注射孔用封口塞封好。最终得到的棱柱形锂二次电池，其高度为50mm，宽度为34mm，内部空间厚度大约为5.2mm，其设计功率为850mAh。
(电池编号：2～6)
棱柱形锂二次电池2，3，4，5，6以如电池1相同的方法制备，所不同的是电池外壳侧壁主平面部分的厚度分别改变为：160μm，300μm，600μm，1000μm和1500μm。
(电池编号：7～12)
棱柱形锂二次电池7，8，9，10，11，12分别以如电池1，2，3，4，5，6相同的方法制备，所不同的是多孔耐热层的厚度均改为1μm。
(电池编号：13～18)
棱柱形锂二次电池13，14，15，16，17，18分别以如电池1，2，3，4，5，6相同的方法制备，所不同的是多孔耐热层的厚度均改为2μm。
(电池编号：19～24)
棱柱形锂二次电池19，20，21，22，23，24分别以如电池1，2，3，4，5，6相同的方法制备，所不同的是多孔耐热层的厚度均改为3μm。
(电池编号：25～32)
(i)电池25，26，27，29，30，32
棱柱形锂二次电池25，26，27，29，30，32分别以如电池1，2，3，4，5，6相同的方法制备，所不同的是多孔耐热层的厚度均改为4μm。
(ii)电池28
棱柱形锂二次电池28以如电池1相同的方法制备，所不同的是电池侧壁主平面部分的厚度改变为400μm，且多孔耐热层的厚度改为4μm。
(iii)电池31
棱柱形锂二次电池31以如电池1相同的方法制备，所不同的是电池侧壁主平面部分的厚度改变为1200μm，且多孔耐热层的厚度改为4μm。
(电池编号：33～40)
棱柱形锂二次电池33，34，35，36，37，38，39，40分别以如电池25，26，27，28，29，30，31，32相同的方法制备，所不同的是多孔耐热层的厚度均改变为7μm。
(电池编号：41～48)
棱柱形锂二次电池41，42，43，44，45，46，47，48分别以如电池25，26，27，28，29，30，31，32相同的方法制备，所不同的是多孔耐热层的厚度均改变为10μm。
(电池编号：49～54)
棱柱形锂二次电池49，50，51，52，53，54分别以如电池1，2，3，4，5，6相同的方法制备，所不同的是多孔耐热层的厚度均改为20μm。
在电池2～50中，多孔耐热层的孔隙率在46～49％的范围内。
[电池性能评价]
所有的电池预先充电、放电两次，然后于45℃环境中存放7天，再以如下方式进行电池性能评价。表1显示了多孔耐热层厚度A，电池侧壁主平面部分厚度B，以及相关的评价结果。
(钉穿刺测试)
所有电池以850mA的充电电流充电到4.35或4.45V的截至电压。钉穿刺测试是在20℃环境下，使用直径为2.7mm的圆铁钉以5mm/sec的速率刺穿入每个经充电电池的侧壁，并用配置在电池侧壁的热电偶测量电池的温度。在电池被刺穿后的90秒后记录电池的温度。(循环寿命测试)
该测试是在20℃环境下，采用以下条件1和条件2分别充电和放电500次，测得循环500次的放电功率相对于初始放电功率的百分率(功率保持率)。
(1)条件1
恒流充电：充电电流850mA/充电终止电压4.2V
恒压充电：充电电压4.2V/充电终止电流100mA
恒流放电：放电电流850mA/放电终止电压3V
(2)条件2
恒流充电：充电电流850mA/充电终止电压4.2V
恒压充电：充电电压4.2V/充电终止电流100mA
恒流放电：放电电流1700mA/放电终止电压3V
表1
电池编号     多孔耐热层厚度A(μm)   主平面部分厚度B(μm)  A/B     钉穿刺测试     功率保持率(％)
    90秒后电池温度(℃)     850mA放电     1700mA放电
    4.35v     4.45v     条件1     条件2
    1     0.5   80  0.0063     93     112     76     57
    2     0.5   160  0.0031     95     105     78     54
    3     0.5   300  0.0017     94     103     63     42
    4     0.5   600  0.0008     96     103     59     42
    5     0.5   1000  0.0005     98     104     56     39
    6     0.5   1500  0.0003     90     106     55     38
    7     1   80  0.0125     94     114     75     56
    8     1   160  0.0063     93     102     77     57
    9     1   300  0.0033     90     104     80     55
    10     1   600  0.0017     96     102     62     40
    11     1   1000  0.0010     89     105     64     43
    12     1   1500  0.0007     87     106     60     37
    13     2   80  0.0250     97     116     80     66
    14     2   160  0.0125     92     101     76     64
    15     2   300  0.0067     90     100     81     66
    16     2   600  0.0033     93     104     78     52
    17     2   1000  0.0020     94     104     61     42
    18     2   1500  0.0013     92     105     63     38
    19     3   80  0.0375     96     117     75     51
    20     3   160  0.0188     95     106     75     66
    21     3   300  0.0100     91     107     78     68
    22     3   600  0.0050     87     103     81     63
    23     3   1000  0.0030     91     104     74     56
    24     3   1500  0.0020     94     105     64     46
    25     4   80  0.0500     96     116     78     61
    26     4     160   0.0250     90     102     80     62
    27     4     300   0.0133     88     102     83     65
    28     4     400   0.0100     85     105     77     64
    29     4     600   0.0067     91     103     81     63
    30     4     1000   0.0040     83     100     75     53
    31     4     1200   0.0033     90     102     76     55
32 4 1500   0.0027 89 101 58 42
    33     7     80   0.0875     123     133     78     66
    34     7     160   0.0438     87     118     81     66
    35     7     300   0.0233     91     106     80     66
    36     7     400   0.0175     86     106     76     62
    37     7     600   0.0117     93     103     78     64
    38     7     1000   0.0070     88     105     76     66
    39     7     1200   0.0058     84     105     74     54
    40     7     1500   0.0047     86     101     74     56
    41     10     80   0.1250     126     140     78     69
    42     10     160   0.0625     118     131     79     68
    43     10     300   0.0333     96     115     76     64
    44     10     400   0.0250     94     104     80     64
    45     10     600   0.0167     89     102     82     65
    46     10     1000   0.0100     86     106     79     64
    47     10     1200   0.0083     88     105     83     55
    48     10     1500   0.0067     91     106     80     53
    49     20     80   0.2500     130     142     82     56
    50     20     160   0.1250     127     136     78     56
    51     20     300   0.0667     124     135     84     52
    52     20     600   0.0333     90     122     83     58
    53     20     1000   0.0200     87     115     78     56
    54     20     1500   0.0133     85     114     81     56
在电池3～6、10～12、17、18、24和30中，当A/B(多孔耐热层的厚度A(μm)与电池外壳侧壁主平面部分的厚度B(μm)之比值)小于0.003时，电池的循环寿命特性相当低。这是由于多孔耐热层的厚度A与电池外壳侧壁主平面部分的厚度B相比太小造成的，当多孔耐热层的厚度A太小时，该耐热层只能容纳少量的电解液，且电解液在电池外壳侧壁主平面部分压力的作用下可能被挤出，其结果是造成电极组件中的电解液不足。
另一方面，在电池33、41、42、49、50和51中，由于A/B比值大于0.05，钉穿刺测试表明电池过热非常显著。钉穿刺测试后拆开电池发现，多孔耐热层不仅在钉穿刺位置而且在许多其他位置都被分离了，这是由于多孔耐热层的厚度相对于电池外壳的厚度过大造成的。当多孔耐热层的厚度A过大时，该耐热层会变脆，因而电池在高速充电时电极组件的变形会导致耐热层的损坏。该多孔耐热层遭损坏的另一个可能原因是由于电池外壳侧壁厚度B过薄，它对电极组件的作用力显得不足。
就电池1～12而言，当电池在苛刻的充电/放电条件(2)下于1700mA放电时，不管其电池外壳侧壁主平面部分的厚度如何，其循环寿命特性相当低。该结果表明当多孔耐热层的厚度A为1μm或更小时，由于太薄而使本发明的效果下降。另外需要注意的是：在条件(1)下，即使当多孔耐热层的厚度A为1μm或更小时，其结果也比较好。
对电池49～50而言，当电池在条件(2)下，不管其电池外壳侧壁主平面部分的厚度如何，其循环寿命特性相当低，钉穿刺测试表明在充电到4.45V时电池过热现象特别显著。该结果表明当多孔耐热层的厚度A为20μm或更大时，由于太厚而使本发明的效果下降。
总的来看，当电池外壳侧壁主平面部分的厚度B过大(如＞1000μm)时，条件(2)下其循环寿命特性相当低，当当电池外壳侧壁主平面部分的厚度B过小(如＜80μm)时，钉穿刺测试表明在充电到4.45V时电池过热现象特别显著。
工业应用性
本发明的棱柱形锂二次电子具有优异的抗短路性、安全性好、以及优异的高速放电特性。因此，它可用作为便携式器件(如个人数字助理和便携式电子器件)的电源。另外，它还可用作为小型功率存储设备(如家用设备，二轮摩托车，电动车和混合型电动车)的电源，其应用并无特别限定。
权利要求书(按照条约第19条的修改)
1.一种棱柱形锂二次电池，其包括：包含底部、侧壁和开口顶部的棱柱形电池外壳；电极组件；非水电解液；以及覆盖所述电池外壳的开口顶部的封口板，所述电池外壳内容纳有所述电极组件和所述非水电解液，
其中，所述电极组件包括：正极；负极；置于正极和负极之间的多孔耐热层和隔膜，
所述棱柱形电池外壳的侧壁具有两块相互对置的呈矩形的主平面部分，以及
所述多孔耐热层的厚度A与所述每个主平面部分的厚度B满足如下关系：0.003≤A/B≤0.05。
2.如权利要求1所述的棱柱形锂二次电池，其特征在于，所述多孔耐热层的厚度A优选2～10μm，每个所述主平面部分的厚度B优选160～1000μm，且0.005≤A/B≤0.03。
3.如权利要求1所述的棱柱形锂二次电池，其特征在于，
所述正极为带状结构的正极，包含正极核心部件和置于正极核心部件每一侧面上的正极活性材料层，所述负极为带状结构的负极，包含负极核心部件和置于正极核心部件每一侧面上的负极活性材料层，
所述带状正极和所述带状负极与置于正负极之间的所述多孔耐热层和所述隔膜相互缠绕在一起，以及
所述多孔耐热层置于两个活性材料层中的至少一个的表面上，所述活性材料层形成在正极和负极中至少一个的核心部件的两个侧面上。
4.如权利要求1所述的棱柱形锂二次电池，其特征在于，
所述多孔耐热层包含绝缘填料。
5.如权利要求4所述的棱柱形锂二次电池，其特征在于，
所述绝缘填料包含无机氧化物。
6.如权利要求1所述的棱柱形锂二次电池，其特征在于，
所述电池外壳含有铝。

Claims (5)

1.一种棱柱形锂二次电池，其包括：包含底部、侧壁和开口顶部的棱柱形电池外壳；电极组件；非水电解液；以及覆盖所述电池外壳的开口顶部的封口板，所述电池外壳内容纳有所述电极组件和所述非水电解液，
其中，所述电极组件包括：正极；负极；置于正极和负极之间的多孔耐热层和隔膜，
所述棱柱形电池外壳的侧壁具有两块相互对置的呈矩形的主平面部分，以及
所述多孔耐热层的厚度A与所述每个主平面部分的厚度B满足如下关系：0.003≤A/B≤0.05。
2.如权利要求1所述的棱柱形锂二次电池，其特征在于，所述多孔耐热层的厚度A优选2～10μm，每个所述主平面部分的厚度B优选160～1000μm，且0.005≤A/B≤0.03。
3.如权利要求1所述的棱柱形锂二次电池，其特征在于，
所述正极为带状结构的正极，包含正极核心部件和置于正极核心部件每一侧面上的正极活性材料层，所述负极为带状结构的负极，包含负极核心部件和置于正极核心部件每一侧面上的负极活性材料层，
所述带状正极和所述带状负极与置于正负极之间的所述多孔耐热层和所述隔膜相互缠绕在一起，以及
所述多孔耐热层置于两个活性材料层中的至少一个的表面上，所述活性材料层形成在正极和负极中至少一个的核心部件的两个侧面上。
4.如权利要求1所述的棱柱形锂二次电池，其特征在于，
所述多孔耐热层包含绝缘填料。
5.如权利要求4所述的棱柱形锂二次电池，其特征在于，
所述绝缘填料包含无机氧化物。
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