CN101669245A - 电池的内部短路安全性评价方法、用内部短路安全性评价方法确定了安全性的电池和电池组以及它们的制造方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了电池的内部短路安全性的评价方法，所述电池包含电极组、电解质、将所述电极组和所述电解质包含在内部的外壳以及将电极组与外壳电连接的集电端子，所述电极组是将正极、负极以及将正负极电绝缘的绝缘层进行卷绕或层叠而得到的。在本发明的方法中，在电池的电极组内部的正极与负极对置的部位混入异物，用加压体的压力按压混入部，将介于正负极之间的绝缘层局部破坏而使之发生内部短路，并且上述按压时的电极组与加压体的接触面积比异物的外切四边形面积大。由此，在电池内部的任意位置进行短路试验，综合评价电池的内部短路安全性。

Description

电池的内部短路安全性评价方法、用内部短路安全性评价方法确定了安全性的电池和电池组以及它们的制造方法
技术领域
本发明涉及电池的评价方法，特别是涉及评价内部短路时的安全性的方法、安全性被确定了的电池和电池组。
背景技术
锂二次电池由于重量轻、具有高能量密度，因而主要作为便携式设备的电源而被实用化。此外，如今，锂二次电池作为大型且高功率的电源(例如车载用电源)也备受关注，其开发很活跃。
锂二次电池在正极和负极之间具有绝缘层，该绝缘层具有如下作用：使各极板电绝缘，并且保持电解液。将锂二次电池在极度的高温环境下长时间保存时，上述绝缘层容易收缩，因此存在正极与负极发生物理性接触而引发内部短路的倾向。特别是近年来伴随着由锂二次电池的高容量化引起的绝缘层的薄型化的倾向，内部短路的问题越来越严重。一旦发生内部短路，伴随着短路电流产生的焦耳热会使短路部分进一步扩大，有时会导致电池过热。
即使电池产生了内部短路，确保其安全性也非常重要，关于提高电池内部短路时的安全性的技术的开发一直都非常活跃。例如，提出了在正极或负极的集电体露出部粘贴绝缘性胶带以防止集电体间的内部短路的技术(参照专利文献1)和在极板上印刷由离子透过性的陶瓷粒子和粘合剂构成的绝缘层的技术(参照专利文献2)等。
另一方面，为了确保出现内部短路时的安全性，正确评价出现内部短路时的电池的安全性也非常重要。目前，作为锂二次电池等电池的安全性项目，评价内部短路时的发热行为的电池评价试验在用于锂电池的UL标准(UL1642)、电池工业会的方针(SBA G1101-1997锂二次电池安全性评价标准指导方针)等中被制定(参照专利文献3)。
在这些评价试验中，例如有钉刺试验、压坏试验等。钉刺试验是指，通过将钉子刺入电池侧面，在电池内部的正极、负极、钉子之间短路电流流向短路部而产生焦耳热，观察由该焦耳热引起的电池温度或电池电压等的变化。此外，压坏试验是指，利用圆棒、方棒、平板等使电池发生物理性变形，使正极、负极之间发生内部短路，观察电池温度或电池电压等的变化。
专利文献1：日本特开2004-247064号公报
专利文献2：日本特开平10-106530号公报
专利文献3：日本特开平11-102729号公报
发明内容
考虑到电池的使用用途，必须知道当发生内部短路时具有何种级别的安全性能，诸如“完全不发热”或“多少存在发热”等。但是目前，由于不能正确地评价内部短路的安全性，因此也没有将安全性的级别确定。因而，热切期望能够对每个电池的内部短路的安全性级别进行确定。
首先，关于内部短路的安全性，本发明者们潜心研究发现：根据电池内的短路部位(到电池表面的距离、集电体的露出部或活性物质形成部、或电池的形状等)的不同，电池发生内部短路时的安全性有很大变化。例如，在电池表面附近发生的短路与在内部发生的短路相比，由于放热的影响，安全性在表观上更高。此外，当在与电极的集电体等电阻小的部件对置(也称作相对向)的部位和与电极活性物质等电阻大的部件对置的部位同时发生短路时，伴随着短路产生的短路电流大多流向与电阻小的集电体对置的部位。其结果是，不是在热稳定性不高的活性物质对置部位而是在集电体的对置部位产生大量焦耳热，因此，内部短路的安全性在表观上更高。
也就是说，若采用目前的评价方法，则根据短路的发生部位的不同，可能会将有可能变成更危险状态的某电池错误地评价为安全的电池。因此，为了正确评价电池的内部短路安全性，考虑电池的形状和构成要素，避开表观上被评价为安全的部位、使在任意位置发生内部短路是很重要的。
但是，在钉刺试验中，短路部位局限于电池的最表面，最外周部的构成对其评价结果有很大的影响。例如，电池的电压为V(V)、短路部的电阻为R1(Ω)、电池的内部电阻为R2(Ω)时，短路部产生的热量W(W)如下式所示。
W＝V2×R1/(R1+R2)2
因此，当短路部的电阻与电池的内部电阻相同时，短路部的发热量极大，相对于此，若短路部的电阻变小，则发热量也变小。即，在钉刺试验中，通过在发生短路的最外周部设置电阻小的部位、具体为不存在活性物质的集电体的露出部等，能使焦耳热的产生量降低，表观上内部短路的安全性提高。
但是，假设在电池内混入了异物时，根据其大小和形状、硬度等，有可能在电池内的任意位置发生内部短路。即，采用目前的钉刺试验法，有时不能正确评价对于在市面上可能发生的内部短路的安全性。
另外，在压坏试验法中，根据对压坏试验时的短路行为的分析，可知一次有多点发生短路或短路的发生部位根据试验不同而有偏差，有时不能正确评价对于内部短路的安全性。
由此，热切期望能有用于在电池内部的任意位置进行短路试验、综合评价电池的内部短路安全性的评价方法、评价装置及电池安全性级别的确定。
本发明是鉴于上述课题而完成的发明，涉及正确评价内部短路时的安全性的方法。
即，本发明提供了一种电池的内部短路安全性评价方法，该方法用于评价电池的内部短路的安全性，该电池包含电极组、电解质、将它们所述电极组和所述电解质包含在内部的外壳、以及将电极组与外壳电连接的集电端子，该电极组是对正极、负极、和将正负极电绝缘的绝缘层进行卷绕或层叠而得到的；该方法的特征在于，在电池的电极组内部的正极与负极对置的部位中混入异物，用加压体的压力按压混入部，将介于正负极之间的绝缘层局部破坏，从而发生内部短路，并且上述按压时的电极组与加压体的接触面积比异物的外切四边形面积大。
加压体的与电极组的接触部形状优选为U字形或平板状。
加压体的与电极组的接触部优选含有导热系数为15W/m·K以下的材料。
加压体的与电极组的接触部进一步优选含有橡胶材料。
通过将截面形状为四边形的金属线切断来制作异物，优选以非切断面与电极(正极和/或负极)或绝缘层面对面或对置的方式混入异物。
异物的与绝缘层的对置面(也称作相对向面)优选具有弯折状或弯曲状的面形状。
另一形态的异物优选为在作为平板的板状物的表面的至少一部分上具有从该表面向外延伸的突起部的形状。
此外，本发明还提供了通过本发明的内部短路安全性评价方法确定了安全性的电池的制造方法。
此外，本发明还提供了通过本发明的内部短路安全性评价方法确定了安全性的电池组的制造方法。
此外，本发明还提供了通过本发明的电池的制造方法制造的电池。
此外，本发明还提供了通过本发明的电池组的制造方法制造的电池组。
通过本发明的电池的内部短路安全性评价方法，能正确地评价内部短路时的电池的安全性。因此，可以将得到的电池用于与该电池的安全性级别相应的用途，从而电池使用时的安全性进一步提高。
另外，按照通过本发明的电池的内部短路安全性评价方法确认了安全性级别的电池的制造顺序来制造电池，同样能保证电池的内部短路安全性级别。
附图说明
图1是示意地表示本实施例制作的电池的结构的纵截面图。
图2是说明本发明的电池的内部短路评价方法的立体图。
图3是表示异物的具体例的立体图。
图4是表示异物的具体例的立体图。
图5是表示异物的具体例的立体图。
具体实施方式
本发明采用如下电池的内部短路安全性评价方法：在电池的电极组内部的正极和负极对置的部位中混入异物，用加压体的压力按压混入部，将正负极之间的绝缘层局部破坏，从而发生内部短路，并且上述按压时的电极组与加压体的接触面积比异物的外切四边形面积大。
通过采用本发明的电池的内部短路时的安全性评价方法，可以使短路电流集中于任意部位，因而可以正确评价对于内部短路的安全性。
并且，通过使按压时的电极组与加压体的接触面积比异物的外切四边形面积大，从而不仅能对异物自身进行按压，还能对异物附近的正极板-绝缘层-负极板间进行同等程度地按压。在这种情况下，与只按压异物自身的情况相比，由发生内部短路而产生的热向异物附近的热扩散更易均等地进行，能够实施维持了下述状态的内部短路试验，并能作为稳定性高的评价方法，所述状态是与在发生内部短路时向电极组内部均等地施加组内压力的实际使用时的电池接近的状态。
作为向电池内混入异物的方法，可以举出如下方法：将制得的电池分解，在从外壳取出的电极组内部的正极与负极对置的部位中混入异物，再度组装成电池后，用加压体按压。另外，具体而言，例如，在正极与负极对置的部位、即在正极与绝缘层之间、负极与绝缘层之间等混入异物。这样，通过在电池制造后混入异物，可以避免在电池制造工序中发生内部短路，因而优选。
另外，还优选在混入异物时，将绝缘片和异物重叠设置，再度构成后取出绝缘片，进一步按压使之发生短路。这样可以防止在混入异物后再度组装成电池时发生短路。作为绝缘片的材质，优选具有耐热性、绝缘性。
关于进行按压的装置条件，只要能进行上述试验即可，例如可以采用使用伺服电动机的螺杆式、后丝杠(post guide screw)式、摆式、杠杆式、曲柄式、机械按压式、油压按压式、空气按压式等的加压装置，可以举出用这些设备在一定速度或一定加压的条件下进行按压的方法。
另外，按压时，使加压体与电极组的接触面积比异物的外切四边形面积大。这里，外切四边形面积是指完全将异物包围的最小长方形的面积。在按压异物的混入部时，由于在异物与绝缘层的对置部进行加压，引起变形，从而导致绝缘层破坏而发生内部短路。此时，由于构成绝缘层的绝缘膜具有伸展性，因此认为实际发生加压、变形的面积接近异物的外切四边形面积。
因此，为了使得按压压力不会集中到异物局部地均等地进行加压，可进行稳定性(或重现性)高的评价，必须使电极组和加压体的接触面积大于异物的外切四边形面积。
加压体的大小可以根据电池的大小、异物的大小等适当决定。此外，通过将加压体的与电极组的接触部的形状设定成U字形或平板状，能增加加压时的加压体与电极组的接触面积。
U字形的加压体是指与电极组对置的部分(接触部分)为凸型的呈U字形的加压体，截面形状为半圆、椭圆形。平板状的加压体是指与电极组对置的部分为平面状的加压体，其平面形状可以采用长方形、正方形、圆形、椭圆形等。
此外，加压体的与电极组的接触部优选含有导热系数为15W/m·K以下的材料，更优选由导热系数为15W/m·K以下的材料形成。由于通过加压体对异物的混入部进行加压，因此发生内部短路时产生的发热量的一部分从与存在于正上方的加压体的接触部放热。通过在接触部采用具有与以放热性大为特征的金属材料(铁、碳素钢、不锈钢等，导热系数为50～16W/m·K)相比导热性较低的材料，能抑制异物混入部的发热经接触部向加压体放热，使发热量集中于短路部而降低偏差。
作为导热系数为15W/m·K以下的材料，可以列举丁腈橡胶、丁苯橡胶、天然橡胶、乙丙橡胶、氯丁橡胶、硅橡胶、聚氨酯橡胶、氟橡胶、HYPALON等橡胶材料；聚乙烯、聚丙烯、聚氯乙烯、聚偏氯乙烯、聚苯乙烯、聚乙酸乙烯酯、特氟隆(注册商标)、酚醛树脂、环氧树脂、三聚氰胺树脂、尿素树脂、不饱和聚酯树脂、醇酸树脂、聚氨酯、聚酰亚胺等树脂材料；氧化铝、氮化硅、氧化锆等陶瓷材料等。这些材料可以单独使用1种，或者也可以根据需要组合2种以上使用。
此外，加压体的与电极组的接触部优选含有橡胶材料，特别优选由橡胶材料形成。使用了橡胶材料的接触部由于具有橡胶弹性，因此在按压时的电极组的异物混入部与加压体的接触部，橡胶材料会发生弹性变形，能得到与电极组的表面形状相应的密合的接触状态，即使加压体的形状与其他材料的加压体的形状相同，也能形成更大的接触面积，从这一点考虑是优选的。此外，橡胶材料的导热系数极低，为0.2～2W/m·K，能进一步抑制短路部的放热性。
此外，异物是通过将截面形状为四边形的金属线切断来制作的，优选非切断面与上述电极或上述绝缘层对置。即，优选使将与长度方向垂直的方向的截面的形状为四边形的金属线切断而得到的异物以其切断面不与电极(正极或负极)或绝缘层对置的方式混入。
异物可以通过以异物片作为材料来大量稳定地制得，所述异物片是通过机械加工对金属线进行切断而得到的。进而，通过使非切断面与电极或绝缘层对置，能防止在异物切断面存在的切断毛刺与电极或绝缘层接触。由此，可以防止按压时切断毛刺部对电极的损伤以及对绝缘层的破坏。
另外，关于截面形状为四边形的金属线的加工方法，可以列举出裁切形成规定厚度的金属板的裁切加工、将金属线在规定宽度的轧制辊上进行加工而形成四边形截面的挤出加工等。
进而，关于截面形状为四边形的金属线的切断方法，可以列举出机械加工、激光加工、利用金属疲劳的切断加工、利用电热线的热切断加工等。另外，在机械加工中使用剪刀、切割工具等切断的方法能减少切断毛刺的尺寸，因而特别优选。
此外，异物的与绝缘层的对置面优选为弯折状或弯曲状。具有这种形状的异物具有外切四边形面积增大的倾向，因而能引起稳定的绝缘层破坏。此外，在电极上设置异物时，能在与电极对置的面上得到多个支点，防止异物颠倒、掉落，易于作业，且重现性高，能稳定地进行设置。
另外，作为弯折状或弯曲状，具体可以列举出例如L字形、V字形、U字形、C字形、S字形、Z字形、W字形、I字形、コ字形(凹字形)等形状。这些形状是将异物与绝缘层对置时从绝缘层侧观察异物的形状。图3和图4所示为异物的具体例子。图3和图4是示意地表示异物的形状的立体图。图3(a)所示的异物10的与绝缘层的对置面具有C字形的形状。图3(b)所示的异物11的与绝缘层的对置面具有L字形的形状。图4(a)所示的异物12的与绝缘层的对置面具有コ字形的形状。图4(b)所示的异物13的与绝缘层的对置面具有I字形的形状。
此外，作为异物，当采用在平板的一部分具有突起部的形状时，不仅能按压异物还能按压异物附近，从而优选。即，为在平板的板状物的表面的至少一部分上设置从该表面向外延伸的突起部而得到的形状。作为该形状的具体例子，例如可以列举出图钉形、T字形等形状。
T字形是指，例如在长方形的板状物的一侧表面设置从长方形的一边或其附近延伸到与该边对置的一边或其附近为止的板状突起部而得到的形状中，与板状突起部延伸的方向垂直的方向的截面形状为T字形。可以将突起部按压到绝缘层使绝缘层破坏而引发内部短路的同时，利用平板部对异物附近施加压力。
此外，图钉形是指在圆形板状物的表面的大致中心设有突起部的形状。图5列举了具有突起部的异物的具体例。图5是示意地表示具有突起部的异物的形状的立体图。图5(a)所示的异物14具有图钉形形状。图5(b)所示的异物15具有与板状突起部延伸的方向垂直的方向的截面形状为T字形的形状。
图钉形或T字形的异物可以通过如下方法来制作：通过机械加工削出平板状金属棒的方法、在平板上铆接或粘接或焊接突起部的直径的金属棒的方法、切去平板的一部分制成突起部的方法等。
另外，优选采用利用这些内部短路评价方法确定了内部短路的安全级别的制造方法来制造电池。通过利用同一制造方法制造电池，能同样地保证内部短路安全性级别。
此外，优选采用利用这些内部短路评价方法确定了内部短路的安全级别的制造方法来制造电池组。通过利用同一制造方法制造电池组，能同样地保证内部短路安全性级别。
此外，优选由这些制造方法制造的电池。由此能同样地保证电池的内部短路安全性级别。
进而，优选由这些制造方法制造的电池组。由此能同样地保证电池组的内部短路安全性级别。
另外，上述本发明的电池评价装置不限于特定的电池种类，例如还可以用于锰干电池、碱干电池、锂一次电池等一次电池、或铅蓄电池和镍镉蓄电池、镍氢电池、锂二次电池等二次电池。
实施例
以下，列举实施例和比较例具体地说明本发明。
(实施例1)
<电池的制作>
如下所示制作了圆筒形锂二次电池，作为评价内部短路安全性的电池。
(i)正极的制作
使用双腕式混炼机将3kg的正极活性物质即钴锂氧化物粉末(中值粒径为15μm)、1kg的含有12重量％的粘合剂即聚偏氟乙烯(PVDF)的N-甲基-2-吡咯烷酮(NMP)溶液(吴羽化学工业株式会社制)、90g的导电剂即乙炔黑和作为分散介质的适量的NMP搅拌，制备正极合剂浆料。将正极合剂浆料涂布到厚度为20μm的由铝箔形成的带状正极集电体的两面上后，使其干燥，用轧制辊轧制使活性物质形成部的厚度为180μm，形成正极活性物质层。将得到的电极裁成56mm，得到正极。另外，在相当于电极组的最内周部的部分设置集电体露出部，焊接由铝形成的连接端子。此外，在电池的正极的最外周的正极合剂末端部设置约1周的集电体的露出部。
(ii)负极的制作
使用双腕式混炼机将3kg的负极活性物质即人造石墨粉末(中值粒径为20μm)、75g含有40重量％的粘合剂即改性丁苯橡胶粒子的水分散液(日本Zeon株式会社制)、30g的增粘剂即羧甲基纤维素(CMC)和作为分散介质的适量的水搅拌，制备负极合剂浆料。将该负极合剂浆料涂布到厚度为20μm的由铜箔形成的带状负极集电体的两面上后，使其干燥，用轧制辊轧制使活性物质形成部的厚度为180μm，形成负极活性物质层。将得到的极板裁成57.5mm，得到负极。另外，在相当于电极组的最外周部的部分设置约一周长度的集电体露出部，在其端部焊接由镍形成的连接端子，制成负极板。
(iii)电池的组装
将正极和负极隔着厚度为20μm的由聚丙烯-聚乙烯-聚丙烯这三层形成的绝缘层(Celgard公司制)进行卷绕，制作电极组。在实施了镀镍的铁制圆筒形外壳(直径18mm、高65mm、内径17.85mm)中插入电极组后，向外壳内注入5.0g电解质，用盖子将外壳的开口部封口，制成容量为2400mAh的锂二次电池。
电解质采用在碳酸亚乙酯(EC)、碳酸二甲酯(DMC)和碳酸甲乙酯(EMC)的混合溶剂中按1mol/L的浓度溶解了LiPF6得到的溶液。混合溶剂中的EC、DMC和EMC的体积比为1∶1∶1。在电解质中添加了3重量％的碳酸亚乙烯酯(VC)。
首先，进行2次试充放电，接着在400mA的电流值下充电至4.1V。然后，在45℃环境下保存7天。
按以上顺序制作电池，使用在以下条件下充电后的电池进行内部短路完全性的评价。
恒电流充电：电流值1575mA/充电终止电压4.25V
恒电压充电：充电电压4.25V/充电终止电流100mA
图1所示为本实施例中制作的电池的纵截面图。图1的电池包含铁制的电池壳1和收纳于该电池壳1内的电极组4。电极组4由正极5、负极6、和隔膜7构成，正极5和负极6隔着隔膜7卷绕成漩涡状。在该电极组4的上部和下部配置有上部绝缘板8a和下部绝缘板8b。电池壳1的开口端部通过垫圈3将封口板2敛缝来进行封口。
此外，在正极5上安装铝制的正极引线5c的一端，该正极引线5c的另一端与兼为正极端子的封口板2连接。在负极6上安装镍制的负极引线6c的一端，该负极引线6c的另一端与兼为负极端子的电池壳1连接。
(内部短路安全性评价)
图2是用于说明本发明的电池的内部短路安全性评价方法的一实施方式的立体图。图2所示为电极组4和以混入电极组4内的方式配置的异物9。图2所示的电极组4为：将上述得到的充电后的电池在露点为-25℃以下的干燥环境下分解来取出电极组4，将该电极组4的最外周部局部解开至能看见正负极活性物质的部分为止。
接着，在活性物质涂布部与Al箔的边界部将结束卷绕的最外周的正极集电体(以下称为Al箔)切断，在正极活性物质层与负极活性物质层对置的位置的、正极5的正极活性物质层与绝缘层7之间配置异物9，混入异物9。即，如图2所示，异物9位于正极活性物质层-隔膜(绝缘层7)之间的比正极活性物质涂布端部更靠内周侧20mm的位置。作为异物9，采用如下方法得到：用剪刀将截面为200μm×50μm的四边形的Ni制金属线切断成2mm长后，成形成与绝缘层7的对置面为C字形(全长2mm、外径0.9mm)而得到。异物9的外切四边形面积为0.8mm2，相对于电极面垂直的方向的长度(高度)方向为200μm。
在与异物9部分对置的绝缘层7和负极6之间为了防止试验前的短路而插入厚50μm×宽15mm的聚酰亚胺胶带，然后再次将电极组4卷绕。另外，在电极组4的混入异物9的部分的表面部作记号以识别异物9的混入部。
内部短路试验采用内部设置了预热用恒温槽和能加压的装置的试验用恒温槽。
在温度设定为比试验温度高5℃的预热用恒温槽中，放入装有电极组4的密封袋，放置30分钟～60分钟直至达到规定的温度。然后，将电极组4在密封状态下放入60℃的恒温槽内，放置直至电池温度达到60℃。从密封袋取出电极组4，在事先设定为60℃的试验用恒温槽内安装电压测定端子、热电偶的端子，以电极组4与加压体在作了记号的位置进行接触的方式将电极组设置到加压装置的架台上。
然后，取下防止短路的聚酰亚胺胶带，关闭恒温槽，在电极组4的温度到达60℃时，依靠加压体的压力按压混入部，将存在于正负极之间的绝缘层7局部破坏，发生内部短路。加压条件为：以0.1mm/s的恒定速度，在比开路电压低0.07V的瞬间停止短路。
加压体采用宽10mm×10mm的碳素钢(导热系数为58W/mK)制的平板状方杆。加压体与电极组4的接触面积的测定如下来进行：在另外的未充电组上，在与加压体的接触部粘贴感压纸(富士胶片制富士PRESCALE、超低压型)，施加50N的压力，进行测定。由于感压纸会因加压而变色，因此测定变色部分的面积作为接触面积。另外，本实施例的加压体的接触面积为14mm2(1.4mm×10mm)。
关于内部短路试验的结果，对10个电池，确认发生内部短路后有没有出现电极组的表面温度达到170℃以上这样的发热，当评价结果为5个以上出现异常发热时，判断在发生内部短路的部位能将短路电流集中，能充分实施评价安全性级别。
(实施例2)
除了使用加工成直径为10mm的U字形的圆杆作为加压体外，制作与实施例1相同的电池，实施内部短路试验。此时的加压体的接触面积为6mm2(3mm×2mm)。
(实施例3)
除了使用加工成直径为5mm的圆板状的平板作为加压体外，制作与实施例1相同的电池，实施内部短路试验。此时的加压体的接触面积为25mm2(4.5mm×5.5mm)。
(实施例4)
除了使用宽10mm×10mm的不锈钢304(导热系数为16W/mK)制的平板状方杆作为加压体外，制作与实施例1相同的电池，实施内部短路试验。此时的加压体的接触面积为25mm2(4.5mm×5.5mm)。
(实施例5)
除了在加压体的表面设置氧化铝(Sodick制、SA610、导热系数为14W/m·K)外，制作与实施例1相同的电池，实施内部短路试验。此时的加压体的接触面积为25mm2(4.5mm×5.5mm)。
(实施例6)
除了在加压体的表面粘贴丁腈橡胶(入间川橡胶株式会社制、IN-80、厚2mm、导热系数为0.3W/m·K)外，制作与实施例1相同的电池，实施内部短路试验。此时的加压体的接触面积为40mm2(4mm×10mm)。
(实施例7)
作为异物，采用与绝缘层的对置面成形为具有一边为1mm且弯折成直角的弯折状的L字形而得到的异物，制作与实施例5相同的电池，实施内部短路试验。另外，该异物的外切四边形面积为1.0mm2(1.0×1.0mm)。
(比较例1)
对与实施例1相同的电池进行如下评价。将充电至4.25V的电池在不分解的状态下置于60℃的恒温槽内，放置到电池温度达到60℃为止。采用铁制钉子(φ3mm)作为加压体，刺入电极组。加压条件为：0.1mm/s的恒定速度。然后，在电池电压因短路下降到4.15V以下后，使钉子移动200μm后停止。以上的结果如表1所示。
[表1]
Figure G200880013215XD00131
*1不锈钢304
由比较例1可知：在钉刺试验中未观察到170℃以上的异常发热。这可以认为是由于在正极的最外周部存在正极集电体，在刺入的钉子和正极板和负极板之间发生短路，短路电流集中到最外周部电阻小的位置，评价结果为安全。
相对于此，关于实施例1～实施例7，通过按压异物混入部来局部破坏存在于正负极间的绝缘层而发生内部短路，确认有异常发热的产生。这样，实施例1～实施例7能通过内部短路试验来评价安全性的级别。此外，由实施例1～实施例7的结果可知：随着与异物的外切四边形面积相比按压时的电极组与加压体的接触面积变大，电池的异常发热电池数进一步增加，成为稳定的安全性试验。
由实施例5可知：通过使用导热系数为14W/mK的氧化铝材料，电池的异常发热电池数进一步增加，成为稳定的安全性试验。
由实施例6和实施例7可知：由于橡胶材料具有橡胶弹性，使按压时的电极组与加压体的接触面积增加，因此电池的异常发热电池数进一步增加，成为稳定的安全性试验。
(实施例8)
用剪刀将截面为2mm×50μm的四边形的Ni制金属线切断成200μm长，制作异物，将异物成形为与绝缘层的对置面为C字形(全长2mm、外径0.9mm)后，将得到的异物置于正极活性物质-隔膜间的比正极合剂涂布端部更靠内周侧20mm的位置，除此以外与实施例1同样地实施内部短路试验。另外，该异物的外切四边形面积为0.8mm2。其结果如表2所示。
[表2]
  实施例1   实施例8
  加压体   平板   U字
  加压体形状   10mm方柱   10mm方柱
  接触部形状   碳素钢   碳素钢
  导热系数W/m·K   58   58
  异物形状   C字形   C字形
  外切四边形mm2   0.8   0.8
  接触部面积mm2   14   14
  异物高度μm   200   200
  异物宽μm   50   50
  异物长mm   2   2
  异物切断方法   机械切断侧面   机械切断绝缘层面
  发热电池数   7/10   5/10
由表2可知：通过切断截面形状为四边形的金属线来制作异物，非切断面与上述电极或上述绝缘层对置，从而电池的异常发热电池数进一步增加，成为稳定的安全性试验。
这可认为是由于非切断面与电极或绝缘层对置，能抑制由切断毛刺引起的局部短路，能对异物整体加压，能进行更稳定的安全性试验。
(实施例9)
采用成形成如下异物形状的异物：异物的与上述绝缘层的对置面为具有一边为1mm且弯折成直角的弯折状的L字形。除此以外，实施与实施例1同样的内部短路试验。该异物的外切四边形面积为1.0mm2。
(实施例10)
除了采用异物的与绝缘层的对置面成形为一边为0.67mm且在2处直角弯折成凹型而得到的异物以外，实施与实施例1同样的内部短路试验。
该异物的外切四边形面积为0.4mm2。
(实施例11)
除了采用异物的与绝缘层的对置面成形为长度为2mm的直线状的I字而得到的异物以外，实施与实施例1同样的内部短路试验。该异物的外切四边形面积为0.1mm2。
(实施例12)
在厚100μm、直径2mm的镍圆板上，作为突起部，在圆板中央部通过电阻焊焊接直径0.5mm、长200μm的镍棒，制作具有图钉形状的异物。将该异物设置在正极活性物质层与负极活性物质层对置的部位的、负极活性物质与绝缘层之间、并使突起部朝向绝缘层侧，除此以外，实施与实施例1同样的内部短路试验。由该异物的镍圆板大小来算出外切四边形面积，为3.1mm2。
(实施例13)
由厚200μm、边长为1mm的镍正方形板，通过采用立铣刀的切削方法，在正方形板的中央部形成宽100μm、长1mm、高150μm的突起部，由此切削成异物。由此制作在平板部的大小为1mm×1mm、厚50μm的正方形板的局部具有宽100μm、长1mm、高150μm的突起部的T字形异物。将该异物设置在正极活性物质层与负极活性物质层对置的部位的、负极活性物质与绝缘层之间、并使突起部朝向绝缘层侧，除此以外，实施与实施例1同样的内部短路试验。由该异物的镍正方形板大小来算出外切四边形面积，为1.0mm2。它们的结果如表3所示。
[表3]
当异物形状为实施例1的C字形、实施例9的L字形、实施例10的凹字形时，由于为弯折状或弯曲状，因而能增加异物的外切四边形面积，能按压异物整体而非局部，能引起稳定的绝缘层破坏。此外，设置异物时，I字形的情况下，规定了与电极垂直的高度方向的设置容易发生横滚，作业性不佳。相对于此，在实施例1、实施例9和实施例10的情况下，能容易地将异物设置在规定的位置。
此外，如实施例12和实施例13所示，若使用图钉形和T字形的异物，则电池的异常发热电池数增加，能进行稳定的安全性试验。这可以认为是通过将突起部按压于绝缘层，从而因绝缘层破坏而发生内部短路的同时，能通过平板对异物附近实施加压。
这样，通过使用本发明的试验方法，能明确电池的内部短路的安全性级别。
因此，以电池的最佳使用用途或进行应用设备的设计为目的，使用如下的表述来表示为电池、电池组或明确电池的特性的目录等，能确定电池和电池组的安全级别。例如，实施例1的情况下，表述为“内部短路60℃-7/10”，实施例2的情况下，表述为“内部短路60℃-6/10”。
安全级别的确定不限于上述表现方法，存在各种各样的方式。例如，除表示上述试验条件或结果的数字以外，也可以是根据事先确定的标准的符号或文字。
通过使用本发明的电池的内部短路评价方法以及电池和电池组，能以良好的精度评价内部短路的安全性，从而能提供可靠性高的电池。

Claims (11)

1、一种电池的内部短路安全性评价方法，所述电池包含电极组、电解质、将所述电极组和所述电解质包含在内部的外壳以及将电极组与外壳电连接的集电端子，所述电极组是将正极、负极、和将正负极电绝缘的绝缘层进行卷绕或层叠而得到的，
所述方法的特征在于，在电池的电极组内部的正极与负极对置的部位混入异物，用加压体的压力按压混入部，将介于正负极之间的绝缘层局部破坏，从而发生内部短路，并且所述按压时的电极组与加压体的接触面积比异物的外切四边形面积大。
2、根据权利要求1所述的电池的内部短路安全性评价方法，其中，所述加压体的与电极组的接触部形状为U字形或平板状。
3、根据权利要求1所述的电池的内部短路安全性评价方法，其中，所述加压体的与电极组的接触部为导热系数为15W/m·K以下的材料。
4、根据权利要求1所述的电池的内部短路安全性评价方法，其中，所述加压体的与电极组的接触部为橡胶材料。
5、根据权利要求1所述的电池的内部短路安全性评价方法，其中，所述异物通过将截面形状为四边形的金属线切断来制作，非切断面与所述电极或所述绝缘层面对面。
6、根据权利要求1所述的电池的内部短路安全性评价方法，其中，所述异物的与所述绝缘层的对置面为弯折状或弯曲状。
7、根据权利要求1所述的电池的内部短路安全性评价方法，其中，所述异物为在平板的一部分上具有突起部的形状。
8、一种电池的制造方法，其通过权利要求1的内部短路安全性评价方法确定了安全性。
9、一种电池组的制造方法，其通过权利要求1的内部短路安全性评价方法确定了安全性。
10、一种电池，其通过权利要求8的电池的制造方法制得。
11、一种电池组，其通过权利要求9的电池组的制造方法制得。
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