ES2928089T3 - Celda de batería que incluye miembro inductor de cortocircuito y procedimiento de evaluación de la seguridad que utiliza el mismo - Google Patents

Celda de batería que incluye miembro inductor de cortocircuito y procedimiento de evaluación de la seguridad que utiliza el mismo Download PDF

Info

Publication number
ES2928089T3
ES2928089T3 ES20787643T ES20787643T ES2928089T3 ES 2928089 T3 ES2928089 T3 ES 2928089T3 ES 20787643 T ES20787643 T ES 20787643T ES 20787643 T ES20787643 T ES 20787643T ES 2928089 T3 ES2928089 T3 ES 2928089T3
Authority
ES
Spain
Prior art keywords
battery cell
short circuit
inducing member
circuit inducing
cover unit
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
ES20787643T
Other languages
English (en)
Inventor
Seo Young Yoon
Tae Jong Kim
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
LG Energy Solution Ltd
Original Assignee
LG Energy Solution Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by LG Energy Solution Ltd filed Critical LG Energy Solution Ltd
Application granted granted Critical
Publication of ES2928089T3 publication Critical patent/ES2928089T3/es
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/42—Methods or arrangements for servicing or maintenance of secondary cells or secondary half-cells
    • H01M10/4235—Safety or regulating additives or arrangements in electrodes, separators or electrolyte
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R31/00—Arrangements for testing electric properties; Arrangements for locating electric faults; Arrangements for electrical testing characterised by what is being tested not provided for elsewhere
    • G01R31/50—Testing of electric apparatus, lines, cables or components for short-circuits, continuity, leakage current or incorrect line connections
    • G01R31/52—Testing for short-circuits, leakage current or ground faults
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/05—Accumulators with non-aqueous electrolyte
    • H01M10/058—Construction or manufacture
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/05—Accumulators with non-aqueous electrolyte
    • H01M10/058—Construction or manufacture
    • H01M10/0585—Construction or manufacture of accumulators having only flat construction elements, i.e. flat positive electrodes, flat negative electrodes and flat separators
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/42—Methods or arrangements for servicing or maintenance of secondary cells or secondary half-cells
    • H01M10/4285—Testing apparatus
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M50/00—Constructional details or processes of manufacture of the non-active parts of electrochemical cells other than fuel cells, e.g. hybrid cells
    • H01M50/10—Primary casings; Jackets or wrappings
    • H01M50/102—Primary casings; Jackets or wrappings characterised by their shape or physical structure
    • H01M50/105—Pouches or flexible bags
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M50/00—Constructional details or processes of manufacture of the non-active parts of electrochemical cells other than fuel cells, e.g. hybrid cells
    • H01M50/40—Separators; Membranes; Diaphragms; Spacing elements inside cells
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M50/00—Constructional details or processes of manufacture of the non-active parts of electrochemical cells other than fuel cells, e.g. hybrid cells
    • H01M50/40—Separators; Membranes; Diaphragms; Spacing elements inside cells
    • H01M50/409—Separators, membranes or diaphragms characterised by the material
    • H01M50/431—Inorganic material
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M50/00—Constructional details or processes of manufacture of the non-active parts of electrochemical cells other than fuel cells, e.g. hybrid cells
    • H01M50/40—Separators; Membranes; Diaphragms; Spacing elements inside cells
    • H01M50/46—Separators, membranes or diaphragms characterised by their combination with electrodes
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M50/00—Constructional details or processes of manufacture of the non-active parts of electrochemical cells other than fuel cells, e.g. hybrid cells
    • H01M50/40—Separators; Membranes; Diaphragms; Spacing elements inside cells
    • H01M50/463—Separators, membranes or diaphragms characterised by their shape
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M50/00—Constructional details or processes of manufacture of the non-active parts of electrochemical cells other than fuel cells, e.g. hybrid cells
    • H01M50/50—Current conducting connections for cells or batteries
    • H01M50/572—Means for preventing undesired use or discharge
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M2200/00—Safety devices for primary or secondary batteries
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M50/00—Constructional details or processes of manufacture of the non-active parts of electrochemical cells other than fuel cells, e.g. hybrid cells
    • H01M50/40—Separators; Membranes; Diaphragms; Spacing elements inside cells
    • H01M50/489—Separators, membranes, diaphragms or spacing elements inside the cells, characterised by their physical properties, e.g. swelling degree, hydrophilicity or shut down properties
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/10—Energy storage using batteries

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Electrochemistry (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Secondary Cells (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Connection Of Batteries Or Terminals (AREA)

Abstract

La presente invención se refiere a: una celda de batería que incluye una parte perforada formada a través de un separador y un miembro inductor de cortocircuito dispuesto en la parte perforada; y un método para evaluar la seguridad de una batería en condiciones de cortocircuito interno usando la celda de la batería. Usando la celda de batería de la presente invención, la seguridad de una batería en condiciones de cortocircuito interno puede evaluarse fácilmente sin deformación física o reensamblaje de la celda de batería. (Traducción automática con Google Translate, sin valor legal)

Description

DESCRIPCIÓN
Celda de batería que incluye miembro inductor de cortocircuito y procedimiento de evaluación de la seguridad que utiliza el mismo
Sector de la técnica
La presente invención se refiere a una celda de batería que incluye un miembro de inducción de cortocircuito y un procedimiento para evaluar la seguridad de la batería a causa de un cortocircuito interno que utiliza la celda de batería.
Esta solicitud reivindica el beneficio de la prioridad en base al número de solicitud coreana 10-2019-0041138, presentada el 9 de abril de 2019.
Estado de la técnica
A medida que aumenta el precio de las fuentes de energía como consecuencia del agotamiento de los combustibles fósiles y aumenta el interés por la contaminación medioambiental, la demanda de fuentes de energía alternativas respetuosas con el medio ambiente se convierte en un factor indispensable para la vida futura. Especialmente, a medida que aumentan el desarrollo tecnológico y la demanda de dispositivos móviles, la demanda de baterías secundarias como fuentes de energía aumenta rápidamente. Los documentos de la técnica anterior US2013/209841 y US6891 353 describen unidades de batería que comprenden elementos de conmutación in situ.
Típicamente, en términos de la forma de la batería, existe una gran demanda de una batería secundaria prismática y una batería secundaria tipo bolsa que se pueden aplicar a productos como teléfonos móviles con un grosor pequeño. En términos de los materiales, existe una gran demanda de baterías secundarias de litio, como las baterías de iones de litio y las baterías de polímero de iones de litio que tienen alta densidad de energía, tensión de descarga y estabilidad de salida.
En general, para preparar una batería secundaria, primero se forman un electrodo positivo y un electrodo negativo aplicando una mezcla de electrodos que contiene un material de electrodo activo a la superficie de un colector de corriente, luego se interpone un separador entremedio para hacer así un conjunto de electrodos, que luego se monta en una lata de metal cilíndrica o rectangular o dentro de una caja tipo bolsa de una hoja de aluminio, y se inyecta o se impregna un electrolito líquido en el conjunto de electrodos o se utiliza un electrolito sólido para preparar una batería secundaria.
Además, las baterías secundarias se clasifican según la estructura del conjunto de electrodos que tiene una estructura de electrodo positivo/separador/electrodo negativo. Ejemplos representativos del mismo incluyen un conjunto de electrodos en rollo de gelatina (enrollado) en el que se enrollan electrodos positivos y negativos de tipo hoja larga con un separador interpuesto entremedio, un conjunto de electrodos apilados en el que una pluralidad de electrodos positivos y negativos se cortan en una unidad de tamaño predeterminado, se apilan secuencialmente con un separador interpuesto entremedio, y un conjunto de electrodos apilados/plegables en el que dos celdas o celdas completas, en el que los electrodos positivo y negativo de una unidad predeterminada se apilan con un separador interpuesto entremedio, se enrollan con una lámina separadora.
Por otra parte, el electrodo genera una corriente a través del intercambio de iones, y el electrodo positivo y el electrodo negativo que constituyen el electrodo tienen una estructura en la que el material activo del electrodo se aplica al colector de corriente del electrodo hecho de metal.
En general, el electrodo negativo tiene una estructura en la que un material activo basado en carbono se recubre sobre una placa del electrodo hecha de cobre o aluminio, y el electrodo positivo tiene una estructura en la que un material activo hecho de LiCoO2 , LiMnO2 , LiNiO2 , o similar se recubre sobre una placa del electrodo de aluminio, etc.
Para fabricar un electrodo positivo o un electrodo negativo, una mezcla de electrodos que incluye un material de electrodo activo se recubre en una dirección sobre un colector de corriente de electrodo hecho de una hoja de metal larga. El separador se coloca entre el electrodo positivo y el electrodo negativo de la batería para realizar el aislamiento y mantener el electrolito para proporcionar un paso para la conducción de iones.
La batería secundaria es una batería recargable que se fabrica utilizando un material que puede repetir una pluralidad de procesos redox entre una corriente y un material. Cuando la corriente realiza la reacción de reducción en el material, se carga la potencia, y cuando se realiza la reacción de oxidación en el material, la potencia se descarga. En el presente documento, a medida que se realiza repetidamente la carga-descarga, se genera electricidad.
La batería secundaria de litio tiene un problema de baja seguridad a la vez que tiene excelentes propiedades eléctricas. Por ejemplo, las baterías secundarias de litio generan calor y gas como consecuencia de la reacción de descomposición de los materiales activos y los electrolitos, que son componentes de la batería, en condiciones de funcionamiento anómalas, como sobrecarga, sobredescarga, exposición a altas temperaturas y las condiciones de alta presión y alta temperatura promueven aún más la reacción de descomposición y, en ocasiones, provocan un incendio o una explosión.
Además, es muy importante garantizar la seguridad incluso cuando se produce un cortocircuito interno en la batería, y con esta finalidad, es importante evaluar correctamente la seguridad de la batería cuando se produce el cortocircuito interno. Como elemento de estabilidad de la batería para las baterías de litio secundarias, se explican los detalles sobre una prueba de evaluación de la batería para evaluar el comportamiento de generación de calor durante cortocircuitos internos en la norma UL para baterías de litio (UL1642), directrices de la Asociación de la Industria de Baterías (directrices de criterios de evaluación de seguridad de las baterías de litio secundarias SBA G1101-1997), etc.
Ha habido un procedimiento para colocar un elemento de calefacción dentro de la celda de batería para inducir un cortocircuito interno y generar calor interno mediante el elemento de calefacción, un procedimiento para perforar previamente un separador interno y tratar el área con productos químicos para que de este modo se disuelva a determinada temperatura, y un procedimiento para inducir un cortocircuito interno rompiendo el separador insertando determinado tipo de material metálico y aplicando una fuerza externa. Sin embargo, en el primer procedimiento, el producto y la forma reales serían diferentes debido al elemento de calentamiento dentro de la celda y la fuente de calefacción externa. En el caso del segundo procedimiento, era necesario deformar el separador realmente utilizado y se realizó un tratamiento químico en la parte donde el separador estaba dañado, por lo que existía el problema de que las características pueden ser diferentes a los productos existentes, y la reacción deseada puede no producirse debido a reacciones secundarias causadas por la reacción química dentro de la celda.
Por otra parte, el número de publicación de patente de EE. UU. 2013-0209841 (documento de patente 1) describe un dispositivo de inducción de cortocircuito interno de una batería, en el que después de perforar un separador, se inserta una placa de cobre en una celda de batería, luego las placas de cobre y aluminio se colocan a ambos lados del separador y luego se instala una capa de cera entre la placa de cobre y el separador o entre la placa de aluminio y el separador. Cuando la temperatura sube por encima del punto de fusión de la capa de cera en el dispositivo de inducción de cortocircuito interno, la capa de cera se elimina y los electrodos positivo y negativo se conectan eléctricamente mediante las placas de cobre y aluminio, lo que provoca un cortocircuito interno. Sin embargo, este procedimiento tiene el problema de que el proceso de fabricación del dispositivo de inducción de cortocircuito interno es complicado y el coste es elevado, y la celda de batería debe desensamblarse y volverse a ensamblar para su uso repetido.
Objeto de la invención
Problema técnico
La presente invención se creó para resolver los problemas anteriores, y un objetivo de la presente invención es proporcionar una celda de batería de prueba para evaluar la seguridad de una batería sin modificar físicamente la estructura de la celda de batería, y un procedimiento para evaluar la seguridad de la batería que utiliza la celda de batería.
Solución técnica
Una celda de batería según la presente invención para lograr el objetivo anterior incluye:
un electrodo positivo; un electrodo negativo; un separador dispuesto entre el electrodo positivo y el electrodo negativo y que tiene al menos una porción perforada; y un miembro de inducción de cortocircuito dispuesto sobre la porción perforada.
En el presente documento, el miembro de inducción de cortocircuito incluye una unidad de cubierta que cubre la porción perforada; y una o más unidades magnéticas dispuestas en la superficie lateral de la unidad de cubierta.
El miembro de inducción de cortocircuito se inserta en una celda de batería de prueba que incluye un electrodo positivo, un electrodo negativo y un separador, se interpone entre la porción perforada del separador y el electrodo positivo y/o entre la porción perforada del separador y el electrodo negativo, y sirve para inducir un cortocircuito interno de la celda de prueba al moverse por un campo magnético aplicado desde el exterior.
Mientras tanto, para impedir el cortocircuito como consecuencia del contacto entre el electrodo positivo y el electrodo negativo a través de la porción perforada, la unidad de cubierta del miembro de inducción de cortocircuito debe tener un área más grande que el área perforada de modo que pueda cubrir completamente la porción perforada. Además, la forma de la unidad de cubierta no se limita a formas como un círculo, elipse, rectángulo, triángulo, etc., sino que la unidad de cubierta debe poder cubrir completamente la porción perforada mientras mantiene el aislamiento entre el electrodo negativo y el electrodo positivo.
Por lo tanto, se puede usar una película aislante para la unidad de cubierta y se puede usar una película de polímero poroso para el intercambio iónico interno.
Además, la unidad de cubierta puede moverse según un campo magnético externo y puede incluir un cuerpo magnético para facilitar el movimiento. En este momento, se puede aplicar un revestimiento aislante adicional a la superficie del cuerpo magnético para que no se produzca un cortocircuito no deseado dentro de la celda de batería como consecuencia del cuerpo magnético. Sin embargo, para minimizar los factores que pueden afectar a la evaluación del cortocircuito en la celda de batería, lo más preferible es aplicar el mismo material que el separador.
Además, la unidad magnética se caracteriza por que al menos una está unida al extremo de la unidad de cubierta con un aglutinante, y también es posible unir dos o más unidades magnéticas según la dirección de movimiento. El aglutinante utilizado para unir la unidad magnética a la unidad de cubierta puede contener uno o más materiales seleccionados del grupo que consiste en fluoruro de polivinilideno, poli(alcohol vinílico), carboximetilcelulosa (CMC), almidón, hidroxipropilcelulosa, celulosa regenerada, polivinilpirrolidona, tetrafluoroetileno, polietileno, polipropileno, resina epoxi, polímero de etileno-propileno-dieno (EPDM), EPDM sulfonado, caucho de estireno-butadieno y sus copolímeros.
Puesto que la unidad magnética descrita anteriormente está unida al miembro de inducción de cortocircuito, cuando se aplica un campo magnético desde el exterior de la celda de batería, el elemento inductor de cortocircuito puede cambiar su posición dentro de la celda de batería según la dirección del campo magnético.
En este momento, la unidad magnética puede incluir uno o más materiales metálicos que tengan un fuerte magnetismo en el caso de que se aplique un campo magnético, como Fe, Ni y Co.
La porción perforada se puede formar en el centro del separador, pero no se limita a ello, y la posición de la porción perforada se puede cambiar según la posición que se vaya a cortocircuitar. Además, también es posible formar una pluralidad de porciones perforadas para ajustar arbitrariamente la posición del cortocircuito o para simular una situación en la que se produce un cortocircuito simultáneamente en varios lugares.
En el caso de que se forme una pluralidad de porciones perforadas como se ha descrito anteriormente, es preferible que el miembro de inducción de cortocircuito también se proporcione en la misma cantidad que el número de porciones perforadas formadas. Mientras tanto, el procedimiento de evaluación de la seguridad según el cortocircuito interno de la batería que utiliza la celda de batería descrita anteriormente incluye las etapas siguientes.
preparar un electrodo positivo, un electrodo negativo y un separador que tiene una porción perforada formada en el mismo;
preparar una unidad de cubierta para cubrir la porción perforada y una unidad magnética;
fabricar un miembro de inducción de cortocircuito uniendo la unidad magnética a la unidad de cubierta; colocar el miembro de inducción de cortocircuito en la porción perforada;
ensamblar una celda de batería que incluye el electrodo positivo, el electrodo negativo, el separador y el miembro de inducción de cortocircuito;
aplicar un campo magnético al miembro de inducción de cortocircuito desde el exterior de la celda de batería; y mover el miembro de inducción de cortocircuito para exponer la porción perforada.
Cuando el miembro de inducción de cortocircuito se mueve para exponer la porción perforada en la etapa descrita anteriormente, el electrodo positivo y el electrodo negativo entran en contacto directamente a través de la porción perforada expuesta, induciendo de este modo un cortocircuito interno.
Efectos ventajosos
Una celda de batería que incluye un miembro de inducción de cortocircuito de la presente invención mejora el problema de que la celda de batería se deforma físicamente después de una prueba de evaluación de cortocircuito interno, que era el mayor problema de los procedimientos convencionales, y los cortocircuitos internos pueden inducirse en una variedad de condiciones y ambientes sin cambios físicos. Además, dado que resulta posible experimentar y evaluar sin desensamblar y volver a ensamblar, el proceso es sencillo y se puede ahorrar tiempo y dinero.
Descripción de las figuras
La FIG. 1 es una vista lateral que muestra esquemáticamente una estructura de celda de batería provista de un miembro de inducción de cortocircuito convencional.
La FIG. 2 es una vista lateral en sección transversal que muestra esquemáticamente una estructura de una celda de batería provista de un miembro de inducción de cortocircuito según una realización de la presente invención.
La FIG. 3 es una vista en perspectiva que muestra esquemáticamente una estructura de una celda de batería provista de un miembro de inducción de cortocircuito según una realización de la presente invención.
La FIG. 4 es una vista en perspectiva que muestra esquemáticamente una estructura de una celda de batería provista de un miembro de inducción de cortocircuito según otra realización de la presente invención.
La FIG. 5 es una vista en perspectiva que muestra esquemáticamente la estructura de una celda de batería provista de un miembro de inducción de cortocircuito según otra realización adicional de la presente invención.
La FIG. 6 es una vista esquemática que muestra un procedimiento para evaluar la seguridad usando una celda de batería que tiene un miembro de inducción de cortocircuito según una realización de la presente invención en etapas.
Descripción detallada de la invención
Puesto que el concepto de la invención permite diversos cambios y numerosas realizaciones, las realizaciones particulares se ilustrarán en los dibujos y se describirán en detalle en el texto. Sin embargo, esto no pretende limitar la presente invención a la forma específica descrita, y debe entenderse que incluye todos los cambios, equivalentes y sustituyentes incluidos en el espíritu y alcance de la presente invención.
Al describir los dibujos, se utilizan números de referencia similares para elementos similares. En los dibujos adjuntos, las dimensiones de las estructuras se muestran en una escala ampliada para una mayor claridad de la invención. Los términos utilizados para describir diversos componentes son para su comprensión y los componentes no deben estar limitados por los términos. Los términos se utilizan únicamente con el propósito de distinguir un componente de otro. Por ejemplo, sin apartarse del alcance de la presente invención, un primer componente puede denominarse segundo componente y, de manera similar, el segundo componente también puede denominarse primer componente. Las expresiones singulares incluyen expresiones plurales a menos que el contexto indique claramente lo contrario.
En esta solicitud, debe entenderse que términos como "incluyen" o "tienen" pretenden indicar que hay una característica, número, etapa, operación, componente, parte o una combinación de los mismos descritos en la memoria descriptiva, y no excluyen de antemano la posibilidad de la presencia o incorporación de una o más características o números, etapas, operaciones, componentes, partes o combinaciones de los mismos.
Además, cuando se hace referencia a una porción, tal como una capa, una película, un área, una placa, etc., como que está "sobre" otra porción, esto incluye no solo el caso en el que la porción está "directamente sobre" la otra porción, sino también el caso en el que se interpone entremedio otra porción adicional. Por otra parte, cuando se hace referencia a una porción como una capa, una película, un área, una placa, etc., como que está "debajo" de otra porción, esto incluye no solo el caso en que la porción está "directamente debajo" de la otra porción, sino también el caso en el que se interpone entremedio otra porción adicional. Además, estar dispuesto "sobre" en la presente solicitud puede incluir el caso en que esté dispuesto en la parte inferior, así como en la parte superior.
En la memoria descriptiva de la presente invención, "cubrir" significa que la parte expuesta de un objeto está situada en un lado de modo que el objeto no sea visible, y cuando un objeto está "cubierto", significa que el exterior del objeto está ya no se pone al descubierto en el lado cubierto. Por ejemplo, "la porción perforada está cubierta con la porción de cobertura" significa que la porción perforada ya no está expuesta en una superficie donde la porción perforada está cubierta por la porción de cobertura.
A continuación, la presente invención se describirá con más detalle.
La prueba de cortocircuito interno es una prueba para evaluar la resistencia al cortocircuito interno entre las pruebas de seguridad de la batería, y es una prueba simulada en el caso de que un electrodo positivo y un electrodo negativo se cortocircuiten dentro de la batería. En la prueba de cortocircuito interno, primero se prepara una batería de evaluación completamente cargada, se genera un cortocircuito interno y se evalúa el comportamiento de la batería. En general, cuando se produce un cortocircuito interno, la batería se descarga y la tensión disminuye, y se realiza la prueba hasta que la tensión desciende por debajo de un determinado valor para evaluar la presencia o ausencia de ruptura, y la tensión y la temperatura de la batería, etc.
La FIG. 1 es una vista en sección transversal que muestra esquemáticamente un conjunto 100 de electrodos en el que está instalado un dispositivo de inducción de cortocircuito interno convencional desarrollado por el Laboratorio Nacional de Energía Renovable (NREL).
Con referencia a la FIG. 1, en el miembro de inducción de cortocircuito convencional, la cera 140 se utiliza como aislante para impedir que el electrodo negativo y el electrodo positivo entren en contacto durante el funcionamiento normal de la batería. Sin embargo, cuando la batería alcanza el punto de fusión de la cera, la cera se elimina y se produce un cortocircuito interno a causa del contacto entre el electrodo negativo y el electrodo positivo.
Específicamente, el dispositivo de inducción de cortocircuito interno convencional crea un orificio en un separador 120, inserta un bloque 140 hecho de un material metálico como el cobre en el orificio, e interpone una capa 130 de cera en un lado de la placa metálica. Además, una placa 160 de aluminio se une a una porción donde no se interpone la capa de cera del separador, y una placa 150 de cobre se une a la capa 130 de cera.
Después de instalar el dispositivo de inducción de cortocircuito interno en el separador 120 como se describe anteriormente, el separador 120, el electrodo 110 negativo y el electrodo 111 positivo se enrollan para preparar un conjunto de electrodos.
En una batería secundaria de iones de litio, se produce una reacción redox cuando los iones de litio se mueven entre los electrodos negativo y positivo. Sin embargo, en el caso de que la batería tuviera el miembro de inducción de cortocircuito convencional como se ha descrito anteriormente, se formó una región sin reaccionar puesto que era imposible mover los iones de litio a causa de la placa de aluminio y la placa de cobre en la porción donde está instalado el miembro de inducción de cortocircuito. A causa de la región sin reaccionar, el rendimiento de la batería, por ejemplo, la capacidad, se redujo en comparación con las baterías convencionales, y la precisión de la evaluación de seguridad se redujo porque era difícil simular el comportamiento correcto de la batería en el caso de que se produjera un cortocircuito interno. Además, en el caso del dispositivo de inducción de cortocircuito interno como se muestra en la FIG. 1, el coste de fabricación es alto y es inconveniente desensamblar y volver a ensamblar la celda de batería para reutilizarla después de insertarla en la celda de batería para su ensamblaje y prueba. Además, la estructura de la celda de batería puede deformarse durante este proceso de reensamblaje y esto puede provocar problemas de seguridad.
Además del procedimiento descrito anteriormente, existe un procedimiento de prueba para el cortocircuito interno de una celda de batería que utiliza una aleación con memoria de forma. Sin embargo, esto también tiene la limitación de que la batería debe calentarse a una temperatura determinada o superior, y existe el riesgo de que la estructura de la celda de batería se distorsione a causa de los cambios físicos de la aleación con memoria de forma insertada en la celda de batería.
Otros procedimientos conocidos incluyen la prueba de penetración de clavos y la prueba de aplastamiento. Sin embargo, deforman de forma irreversible y permanente la propia celda de batería, y existe el problema de que debe fabricarse una nueva celda de batería para cada prueba.
La celda de batería que incluye el miembro de inducción de cortocircuito según la presente invención es una mejora adicional de la técnica anterior descrita anteriormente, y el miembro de inducción de cortocircuito se caracteriza por que incluye una porción de cubierta hecha de un material de polímero poroso y una porción magnética que contiene un material magnético.
La celda de batería en la que se inserta el miembro de inducción de cortocircuito según la presente invención tiene específicamente una estructura en la que un conjunto de electrodos, en el que un electrodo positivo, un electrodo negativo y un separador, que tiene un miembro de inducción de cortocircuito interpuesto entre el electrodo negativo y el electrodo positivo están enrollados juntos, está integrado en una caja de batería. La forma de la batería, tal como una batería cilíndrica, una batería en forma de bolsa, una batería prismática o una batería en forma de moneda, no está limitada, pero en una realización de la presente invención, se usó una batería en forma de bolsa.
El conjunto de electrodos tiene una estructura en la que un electrodo negativo y un electrodo positivo se apilan de forma alternativa con un separador interpuesto entre los electrodos y se impregnan con un electrolito no acuoso de sal de litio. El electrodo para la batería secundaria se puede fabricar aplicando una mezcla de electrodos que contiene un material de electrodo activos en un colector de corriente y luego secando la mezcla de electrodos. La mezcla de electrodos puede incluir además un aglutinante, un material conductor, un relleno y similares, según sea necesario.
En la presente invención, el colector de electrodo positivo tiene en general un espesor de 3 a 500 micrómetros. El colector de corriente de electrodo positivo no está particularmente limitado siempre que tenga una alta conductividad sin provocar un cambio químico en la batería. Algunos ejemplos del colector de corriente de electrodo positivo incluyen acero inoxidable, aluminio, níquel, titanio, carbono o aluminio sinterizado o acero inoxidable cuya superficie se ha tratado con carbono, níquel, titanio, plata o similar. El colector de corriente puede tener irregularidades finas en la superficie del mismo para aumentar la adherencia del material activo del electrodo positivo, y son posibles diversas formas tales como una película, una hoja, una lámina, una red, un cuerpo poroso, una espuma y una tela no tejida.
La hoja para el colector de electrodos negativos en general tiene un espesor de 3 a 500 micrómetros. El colector de corriente de electrodo negativo no está particularmente limitado siempre que tenga conductividad eléctrica sin provocar cambios químicos en la batería, y ejemplos de ello incluyen cobre, acero inoxidable, aluminio, níquel, titanio, carbono sinterizado, cobre o acero inoxidable de los cuales la superficie ha sido tratada con carbono, níquel, titanio, plata o similar, aleación de aluminio-cadmio o similar. Además, al igual que el colector de corriente del electrodo positivo, se pueden formar irregularidades finas en la superficie para mejorar la fuerza de unión del material activo del electrodo negativo, y se puede usar en diversas formas, tales como una película, una hoja, una lámina, una red, un cuerpo poroso, una espuma y una tela no tejida.
En la presente invención, el material activo del electrodo positivo es un material capaz de provocar una reacción electroquímica y un óxido de metal de transición de litio, y contiene dos o más metales de transición. Ejemplos de los mismos incluyen: compuestos en capas tales como el óxido de cobalto y litio (LiCoO2) y óxido de litio y níquel (LiNiO2) que incorporan uno o más metales de transición; óxido de manganeso de litio que incorpora uno o más metales de transición; óxido de litio y níquel representado con la fórmula LiNi1-yMyO2 (en el que M = Co, Mn, Al, Cu, Fe, Mg, B, Cr, Zn o Ga y contiene al menos uno de entre los elementos anteriores, 0,01<y<0,7); óxido compuesto de litio, níquel, cobalto y manganeso representado con la fórmula
Li1+zNibMncCo1-(b+c+d)MdO(2-e)Ae tal como Lh+zNh/3Co1/3Mn1/3O2 , Li1+z Ni0,4Mn0,4Co0.2O2 etc. (en el que -0,5<z<0,5, 0,1<b<0,8, 0,1<C<0,8, 0<d<0,2,
0<e<0,2, b+c+d<1, M = Al, Mg, Cr, Ti, Si o Y, y A = F, P o Cl); fosfato de metal de litio a base de olivino representado con la fórmula Li1+xM+M'yPO4-zXz (en el que M = metal de transición, preferentemente Fe, Mn, Co o Ni, M'= Al, Mg o Ti, X = F, S o N, y -0,5<x<0,5, 0<y<0,5, 0<z<0,1).
Algunos ejemplos del material de electrodo activo negativo incluyen carbono tal como carbono no grafitado y carbono grafito; óxido de complejo metálico tal como LixFe2O3(0<x<1), LixWO2(0<x<1), Snx Me1-xMe'yOz (Me: Mn, Fe, Pb, Ge; Me': Al, B, P, Si, grupos 1, 2 y 3 de la tabla periódica, halógeno; 0<x<1; 1<y<3; 1<z<8); aleación de litio; aleación de silicio; aleación de estaño; óxidos metálicos tales como SnO, SnO2 , PbO, PbO2 , Pb2O3 , Pb3O4 , Sb2O3 , Sb2O4 , Sb2O5 , GeO, GeO2 , Bi2O3 , Bi2O4 y Bi2O5 ; polímeros conductores tales como el poliacetileno; y materiales basados en litio, cobalto o nitrógeno.
El material conductor normalmente se añade en una cantidad del 1 al 30 % en peso basado en el peso total de la mezcla que incluye el material activo del electrodo positivo. Dicho material conductor no está particularmente limitado siempre que tenga conductividad eléctrica sin provocar un cambio químico en la batería, y algunos ejemplos del mismo incluyen grafito tal como el grafito natural y el grafito artificial; negro de carbón tal como el negro de carbón, el negro de acetileno, el negro Ketjen, el negro canal, el negro horno, el negro lámpara y el negro de verano; fibras conductoras tales como la fibra de carbono y la fibra metálica; polvos metálicos tales como el fluoruro de carbono, el polvo de aluminio y de níquel; whisky conductor tal como el óxido de zinc y el titanato de potasio; óxidos de metales conductores tales como el óxido de titanio; y materiales conductores tales como los derivados de polifenileno y similares.
El aglutinante se añade en una cantidad del 1 al 30 % en peso, sobre la base del peso total de la mezcla que contiene el material activo del electrodo positivo, como un componente que ayuda a la unión entre el material activo y el material conductor y se une al colector de corriente. Algunos ejemplos de dichos aglutinantes incluyen fluoruro de polivinilideno, alcohol polivinílico, carboximetilcelulosa (CMC), almidón, hidroxipropilcelulosa, celulosa regenerada, polivinilpirrolidona, tetrafluoroetileno, polietileno, polipropileno, terpolímero de etileno-propileno-dieno (EPDM), EPDM sulfonado, caucho de estireno-butileno, caucho de flúor, diversos copolímeros y similares. El relleno se usa opcionalmente como un componente para inhibir la expansión de un electrodo, y no está particularmente limitado siempre que sea un material fibroso que no provoque un cambio químico en la batería. Los ejemplos del relleno incluyen polímeros de olefina tales como polietileno y polipropileno; materiales fibrosos tales como fibras de vidrio y fibras de carbono.
Otros componentes, tales como modificadores de la viscosidad, promotores de adherencia y similares, también pueden incluirse opcionalmente o en combinación de dos o más. El modificador de viscosidad es un componente que ajusta la viscosidad de la mezcla de electrodos para que el proceso de mezcla de la mezcla de electrodos y el proceso de recubrimiento en el colector de corriente del mismo sea fácil, y puede añadirse hasta un 30 % en peso basado en el peso total de la mezcla de electrodos negativos. Algunos ejemplos de dicho modificador de la viscosidad incluyen carboximetilcelulosa, fluoruro de polivinilideno y similares, pero no se limitan a ellos. En algunos casos, el disolvente descrito anteriormente puede servir como modificador de la viscosidad.
El promotor de adherencia es un componente auxiliar que se añade para mejorar la adherencia del material activo al colector de corriente y se puede añadir en menos del 10 % en peso en comparación con el aglutinante, y algunos ejemplos del mismo incluyen ácido oxálico, ácido adípico, ácido fórmico, derivados del ácido acrílico, derivados del ácido itacónico y similares.
El separador se interpone entre el electrodo positivo y el electrodo negativo, y se utiliza una película delgada aislante que tiene alta permeabilidad iónica y resistencia mecánica. El diámetro de poro del separador es, en general, de 0,01 a 10 micrómetros, y el espesor es, en general, de 5 a 300 micrómetros. Algunos ejemplos de un separador de este tipo incluyen polímeros a base de olefina, como el polipropileno, que es químicamente resistente e hidrófobo; una hoja o una tela no tejida hecha de fibra de vidrio, polietileno o similar.
La solución electrolítica no acuosa que contiene sal de litio consiste en un electrolito y una sal de litio. Y como solución electrolítica se utilizan un disolvente orgánico no acuoso, un electrolito sólido orgánico, un electrolito sólido inorgánico y similares.
Algunos ejemplos del disolvente orgánico no acuoso incluyen N-metil-2-pirrolidinona, carbonato de propileno, carbonato de etileno, carbonato de butileno, carbonato de dimetilo, carbonato de dietilo, gamma-butirolactona, 1,2-dimetoxietano, tetrahidroxifurano, 2-metiltetrahidrofurano, dimetilsulfóxido, 1,3-dioxolano, formamida, dimetilformamida, dioxolano, acetonitrilo, nitrometano, formiato de metilo, acetato de metilo, triéster de ácido fosfórico, trimetoximetano, derivados de dioxolano, sulfolano, metilsulfolano, 1,3-dimetil-2-imidazolidinona, derivados de carbonato de propileno, derivados d tetrahidrofurano, éteres, pirofosfato de metilo, propionato de etilo, etc.
Algunos ejemplos del electrolito sólido orgánico incluyen un electrolito polimérico tal como un derivado de polietileno, un derivado de óxido de polietileno, un derivado de óxido de polipropileno, un polímero de éster de fosfato, una lisina bajo agitación, un sulfuro de poliéster, un alcohol polivinílico, un fluoruro de polivinilideno, un polimerizador que incluye un grupo de disociación iónica, y similares.
Algunos ejemplos del electrolito sólido inorgánico incluyen nitruros, haluros y sulfatos de Li tales como Li3N, Lil, Li5NÍ2 , Lis N-Lii-LiOH, LiSiO4 , LiSiO4-LiI-LiOH, Ü2SiS3 , Li4SiO4 , Li4SiO4-Lil-LiOH y U3PO4-Li2S-SiS2.
La sal de litio es una sustancia que es soluble en el electrolito no acuoso. Algunos ejemplos de la sal de litio incluyen LiCl, LiBr, Lil, LiClO4 , LiBF4 , LiB10Cl10 , LiPF6, UCF3SO3 , UCF3CO2 , LiAsF6 , LiSbF6 , LiAlCU, CH3SO3U, (CF3SO2)2NLi, cloroborano litio, litio ácido alifático de cadena corta carboxílico, 4-fenilborato de litio, imida y similares.
Con el fin de mejorar las características de carga/descarga, el retardo de llama, etc., al electrolito se pueden añadir piridina, trietilfosfito, trietanolamina, éter cíclico, etilendiamina, n-glima, triamida hexafosfórica, derivado de nitrobenceno, azufre, colorante de quinonaimina, oxazolidinona con sustituyentes en el nitrógeno, N,imidazolidina con sustituyentes en el nitrógeno, éter dialquílico de etilenglicol, sal de amonio, pirrol, 2-metoxietanol, tricloruro de aluminio, etc. En algunos casos, se puede añadir un disolvente que contiene halógeno, como tetracloruro de carbono o trifluoruro de etileno, para que no se inflame, o se puede añadir un gas de dióxido de carbono para mejorar las características de almacenamiento a alta temperatura, y f Ec (carbonato de fluoroetileno), PRS (propano sultona) y similares pueden añadirse adicionalmente.
En un ejemplo preferido, puede añadirse una sal de litio como LiPF6, LiClO4 , LiBF4 y LiN(SO2CF3)2 a un disolvente mixto de un carbonato cíclico de EC o PC que es un disolvente de alto dieléctrico y un carbonato lineal de DEC, DMC o EMC que es un disolvente de baja viscosidad para preparar de este modo un electrolito no acuoso que contiene una sal de litio.
La celda de batería según la presente invención incluye un electrodo positivo, un electrodo negativo y un separador dispuesto entre el electrodo positivo y el electrodo negativo, y un miembro de inducción de cortocircuito está dispuesto en al menos una porción perforada formada en el separador.
Además, el miembro de inducción de cortocircuito incluye una unidad de cubierta que cubre la porción perforada; y una o más unidades magnéticas dispuestas en la superficie lateral de la unidad de cubierta.
Puede producirse un cortocircuito como consecuencia del contacto directo entre el electrodo positivo y el electrodo negativo a través de la porción perforada. Como el miembro de inducción de cortocircuito de batería de la presente invención está dispuesto en una superficie del separador formado con la porción perforada, la unidad de cubierta del miembro de inducción de cortocircuito cubre la porción perforada, lo cual impide un cortocircuito interno. Es decir, el miembro de inducción de cortocircuito puede estar dispuesto entre el electrodo positivo y el separador, o puede estar dispuesto entre el electrodo negativo y el separador.
Mientras tanto, para impedir el cortocircuito como consecuencia del contacto entre el electrodo positivo y el electrodo negativo a través de la porción perforada, la unidad de cubierta del miembro de inducción de cortocircuito debe tener un área más grande que el área perforada de modo que pueda cubrir completamente la porción perforada. Además, la forma de la unidad de cubierta no se limita a formas como un círculo, elipse, rectángulo, triángulo, etc., sino que la unidad de cubierta debe poder cubrir completamente la porción perforada mientras mantiene el aislamiento entre el electrodo negativo y el electrodo positivo. Es decir, incluso si el área de la unidad de cubierta de la porción perforada es mayor que el área de la porción perforada, cuando la forma es diferente, una parte de la porción perforada puede quedar expuesta. Por tanto, la unidad de cubierta debe poder bloquear completamente el contacto directo entre el electrodo positivo y el electrodo negativo a través de la porción perforada.
Además, se puede usar una película aislante en la unidad de cubierta para mantener un estado aislante, y se puede usar una película de polímero poroso que tenga propiedades aislantes como la unidad de cubierta para el intercambio iónico interno.
La unidad de cubierta puede moverse según un campo magnético externo y puede incluir un cuerpo magnético para facilitar el movimiento. En este momento, se puede aplicar un revestimiento aislante adicional a la superficie del cuerpo magnético, si es necesario, para que no se produzca un cortocircuito no deseado dentro de la celda de batería a causa del cuerpo magnético. Además, cuando la unidad de cubierta incluye un cuerpo magnético, el miembro de inducción de cortocircuito puede estar formado únicamente por una unidad de cubierta sin unidad magnética.
Sin embargo, para minimizar los factores que pueden afectar a la evaluación del cortocircuito en la celda de batería, lo más preferible es aplicar el mismo material que el separador. Según esto, el miembro de inducción de cortocircuito de la presente invención puede incluir una unidad de cubierta hecha del mismo material que el separador y una unidad magnética que permite el movimiento según un campo magnético desde el exterior.
Por otra parte, la unidad magnética incluida en el miembro de inducción de cortocircuito se caracteriza por que uno o dos o más están unidos al extremo de la unidad de cubierta por un aglutinante. La unidad magnética es para mover el miembro de inducción de cortocircuito mediante un campo magnético aplicado desde el exterior de la celda de batería. Cuando el miembro de inducción de cortocircuito se mueve según la dirección del campo magnético, la porción perforada puede quedar expuesta en el caso de que se retire la unidad de cubierta que cubre la porción perforada y, en consecuencia, la placa del electrodo positivo puede estar en contacto directo, lo que da como resultado un cortocircuito interno de la celda de batería. Es decir, puesto que la unidad magnética descrita anteriormente está unida a la unidad de cubierta del miembro de inducción de cortocircuito, cuando se aplica un campo magnético desde el exterior de la celda de batería provista del miembro de inducción de cortocircuito, la posición del miembro de inducción de cortocircuito puede cambiarse mientras se mueve dentro de la celda de batería según la dirección del campo magnético. Cuando la porción perforada queda expuesta según el movimiento del elemento de inducción de cortocircuito, un electrodo positivo y un electrodo negativo pueden estar en contacto directo y puede producirse un cortocircuito dentro de la celda de batería.
Si el aglutinante para unir la unidad magnética a la unidad de cubierta está diseñado para no afectar al separador y a la capa de electrodo del miembro de inducción de cortocircuito, y para impedir la conducción entre los electrodos cuando se produce un cortocircuito por el miembro de inducción de cortocircuito, no existen restricciones específicas sobre los tipos de productos químicos, y se puede usar una composición de resina epoxi siempre y cuando el electrolito interno no disminuya la fuerza adhesiva.
Dichos aglutinantes pueden estar hechos de uno o más materiales seleccionados del grupo que consiste en fluoruro de polivinilideno, alcohol polivinílico, carboximetilcelulosa (CMC), almidón, hidroxipropilcelulosa, celulosa regenerada, polivinilpirrolidona, tetrafluoroetileno, polietileno, polipropileno, resina epoxi, polímero de etileno-propileno-dieno (EPDM), EPDM sulfonado, caucho de estireno-butadieno y sus copolímeros.
En particular, el fluoruro de polivinilideno (PVDF) entre los productos químicos es un material comúnmente utilizado como aglutinante para electrodos y tiene una excelente resistencia química y buenas propiedades mecánicas, térmicas y eléctricas, que son ventajas de la resina de flúor. Como tal, no interfiere con la conexión eléctrica dentro de la celda de batería mientras mantiene la adherencia entre la unidad de cubierta y la unidad magnética del miembro de inducción de cortocircuito.
Mientras tanto, el material magnético es preferiblemente un elemento metálico que tiene un fuerte magnetismo cuando se aplica un campo magnético, tal como Fe, Ni y Co, y uno o más materiales magnéticos metálicos seleccionados del grupo que consiste en estos pueden incluirse en la unidad magnética. Con referencia a los dibujos, se describirá con más detalle un miembro de inducción de cortocircuito según la presente invención y un procedimiento para evaluar la seguridad de una batería que utiliza el mismo.
Las FIG. 2 y 3 son vistas laterales en sección transversal y vistas en perspectiva que muestran esquemáticamente estructuras de un miembro de inducción de cortocircuito y una celda de batería en la que se inserta un miembro de inducción de cortocircuito según una realización de la presente invención.
Con referencia a la FIG. 2, el miembro de inducción de cortocircuito según la presente invención se inserta en una celda 200 de batería, la celda 200 de batería puede incluir un electrodo 220 negativo, un electrodo 240 positivo y un separador 230 interpuesto entremedio, y el electrodo 220 negativo/el separador 230/el electrodo 240 positivo puede guardarse en una caja tipo bolsa 210.
El separador 230 está formado por una porción 231 perforada, y el electrodo 220 negativo y el electrodo 240 positivo pueden estar en contacto directo a través de la porción 231 perforada, provocando un cortocircuito.
El miembro de inducción de cortocircuito según la presente invención puede incluir una unidad 250 de cubierta y una unidad 251 magnética unida a la unidad 250 de cubierta, y puede interponerse en una superficie del separador 230. Específicamente, el miembro de inducción de cortocircuito según la presente invención puede interponerse en la porción 231 perforada formada en el separador 230. En este momento, dado que la unidad 250 de cubierta del miembro de inducción de cortocircuito cubre la porción 231 perforada formada en el separador 230 en una superficie, se puede impedir el contacto directo entre el electrodo 220 negativo y el electrodo 240 positivo.
Por otra parte, la ubicación o el área que se cortocircuitará se puede cambiar según se desee en la porción 231 perforada. Según otra realización de la presente invención mostrada en la FIG. 4, a diferencia de las FIG. 2 y 3 en el que la porción 231 perforada se forma en el centro del separador 230, la porción 231 perforada se forma en un extremo del separador 230.
Además, según otra forma de realización de la presente invención que se ilustra en la FIG. 5, se forman un total de tres porciones perforadas en ambos extremos y en el centro del separador 230. Por otra parte, los miembros de inducción de cortocircuito se proporcionan en la misma cantidad que el número de porciones perforadas formadas, y no se generó interferencia incluso cuando el miembro de inducción de cortocircuito se movió al hacer que la dirección de la unidad 251 magnética adjunta fuera diferente de la dirección de las FIG. 2 a 4.
Como se describe anteriormente, el miembro de inducción de cortocircuito según la presente invención puede cambiar fácilmente la posición o el área del cortocircuito simplemente configurando la posición y el tamaño de la porción perforada de manera diferente, y cuando se apilan múltiples electrodos positivos y negativos, resulta posible simular los detalles de un cortocircuito que se produce en una parte o en la totalidad de una capa específica.
Además, el miembro de inducción de cortocircuito de la presente invención según cada una de las realizaciones de las FIG. 2 a 5 incluye la unidad 251 magnética una frente a la otra al final de la unidad 250 de cubierta. Esto es para unir la unidad magnética a la porción extrema en la dirección en la que se mueve el miembro de inducción de cortocircuito cuando se aplica magnetismo desde el exterior. Es decir, la unidad 251 magnética está unida a la porción extrema en la dirección en la que la unidad 250 de cubierta se mueve por un campo magnético externo sobre la base del centro de la unidad 250 de cubierta. Cuando se aplica un campo magnético desde el exterior, la unidad 251 magnética se mueve a lo largo de la dirección del campo magnético mientras mueve la unidad 250 de cubierta unida a la unidad 251 magnética, y a través de este procedimiento de movimiento, resulta posible impedir el fenómeno de que la unidad 250 de cubierta quede atrapada o doblada mientras se empuja. Es decir, en la realización de las FIG. 2 a 4, es preferible que el miembro de inducción de cortocircuito se mueva en la dirección del eje longitudinal del separador, y en la realización de la FIG. 5, es ventajoso que el miembro de inducción de cortocircuito se mueva en la dirección del eje corto del separador.
El procedimiento de inducir un cortocircuito como consecuencia del movimiento del miembro de inducción de cortocircuito por un campo magnético se muestra específicamente en la FIG. 6.
De aquí en adelante, el procedimiento de evaluación de la seguridad de cortocircuito interno se describirá con más detalle con referencia a la FIG. 6. Primero, como se muestra en la etapa (a) de la FIG. 6, se aplica un campo magnético desde la superficie exterior de la celda de batería provista de un miembro de inducción de cortocircuito. En este momento, la unidad de cubierta del miembro de inducción de cortocircuito está en un estado que cubre la porción perforada del separador, y el electrodo positivo y el electrodo negativo que miran a través de la porción perforada están en un estado que están físicamente bloqueados por la unidad de cubierta y no están en contacto directo.
El campo magnético se aplica a la unidad magnética del miembro de inducción de cortocircuito, y el procedimiento de aplicación del campo magnético se puede aplicar sencillamente con un imán (260) permanente como el neodimio, pero no se limita a ello. Específicamente, la unidad magnética se une al extremo de la unidad de cubierta en la dirección del movimiento en relación con el centro de la unidad de cubierta, y después de aplicar un campo magnético a la unidad magnética, el miembro de inducción de cortocircuito se mueve para sacarlo al lado y exponer la porción perforada.
Con referencia a la etapa (b) de la FIG. 6, el miembro de inducción de cortocircuito se mueve dentro de la celda de batería según un campo magnético aplicado desde el exterior. Debido a esto, el electrodo positivo y el electrodo negativo entran en contacto a través de la porción perforada formada en el separador, provocando así un cortocircuito interno.
Como se describe anteriormente, el procedimiento de evaluación de la seguridad según el cortocircuito interno de la presente invención puede incluir específicamente las etapas siguientes.
preparar un electrodo positivo, un electrodo negativo y un separador que tiene una porción perforada formada en el mismo;
preparar una unidad de cubierta que puede cubrir una unidad magnética y la porción perforada; fabricar un miembro de inducción de cortocircuito uniendo la unidad magnética a la unidad de cubierta; colocar el miembro de inducción de cortocircuito en la porción perforada;
ensamblar una celda de batería que incluye el electrodo positivo, el electrodo negativo, el separador y el miembro de inducción de cortocircuito;
aplicar un campo magnético al miembro de inducción de cortocircuito desde el exterior de la celda de batería; mover el miembro de inducción de cortocircuito para exponer la porción perforada.
Según las etapas anteriores, como se muestra en (a) y (b) de la FIG. 6, la porción perforada del separador se puede exponer moviendo hacia un lado el miembro de inducción de cortocircuito que cubre la porción perforada del separador. Puesto que el electrodo positivo y el electrodo negativo entran en contacto directo a través de la porción perforada del separador, puede producirse un cortocircuito dentro de la celda de batería.
Descripción de los números de referencia
100: conjunto de electrodos
110: electrodo negativo
111: electrodo positivo
120: separador
130: capa de cera
140: bloque
150: placa de cobre
160: placa de aluminio
200: celda de batería
210: bolsa
220: electrodo negativo
230: separador
231: porción perforada
240: electrodo positivo
250: unidad de cubierta
251: unidad magnética
260: imán permanente

Claims (11)

REIVINDICACIONES
1. Una celda de batería que comprende:
un electrodo positivo; un electrodo negativo;
un separador dispuesto entre el electrodo positivo y el electrodo negativo y que tiene al menos una porción perforada; y
un miembro de inducción de cortocircuito dispuesto en la porción perforada,
en el que el miembro de inducción de cortocircuito incluye una unidad de cubierta que cubre la porción perforada; y una o más unidades magnéticas dispuestas en una superficie lateral de la unidad de cubierta.
2. La celda de batería de la reivindicación 1, en la que el miembro de inducción de cortocircuito está dispuesto entre el electrodo positivo y el separador, o entre el electrodo negativo y el separador.
3. La celda de batería de la reivindicación 1, en la que un área de la unidad de cubierta es mayor que la de la porción perforada.
4. La celda de batería de la reivindicación 1, en la que la unidad de cubierta comprende uno o una combinación de dos o más seleccionados del grupo que consiste en una película aislante, una película de polímero poroso y un cuerpo magnético.
5. La celda de batería de la reivindicación 1, en la que la unidad de cubierta comprende el mismo material que el del separador.
6. La celda de batería de la reivindicación 1, en la que la unidad magnética está unida a la unidad de cubierta mediante un aglutinante.
7. La celda de batería de la reivindicación 6, en la que el aglutinante contiene uno o más materiales seleccionados del grupo que consiste en fluoruro de polivinilideno, alcohol polivinílico, carboximetilcelulosa (CMC), almidón, hidroxipropilcelulosa, celulosa regenerada, polivinilpirrolidona, tetrafluoroetileno, polietileno, polipropileno, resina epoxi, polímero de etileno-propileno-dieno (EPDM), EPDM sulfonado, caucho de estireno-butadieno y sus copolímeros.
8. La celda de batería de la reivindicación 1, en la que una ubicación del miembro de inducción de cortocircuito se mueve mediante un campo magnético aplicado desde el exterior de la celda de batería.
9. La celda de batería de la reivindicación 1, en la que la unidad magnética contiene uno o más materiales magnéticos seleccionados del grupo que consiste en Fe, Ni y Co.
10. La celda de batería de la reivindicación 1, en la que la celda de batería incluye la misma cantidad de elementos de inducción de cortocircuito que las porciones perforadas.
11. Un procedimiento para evaluar la seguridad según un cortocircuito interno de una batería, el procedimiento que comprende:
preparar un electrodo positivo, un electrodo negativo y un separador que tiene una porción perforada formada en el mismo;
preparar una unidad de cubierta que puede cubrir una unidad magnética y la porción perforada; fabricar un miembro de inducción de cortocircuito uniendo la unidad magnética a la unidad de cubierta; colocar el miembro de inducción de cortocircuito en la porción perforada;
ensamblar una celda de batería que incluye el electrodo positivo, el electrodo negativo, el separador y el miembro de inducción de cortocircuito;
aplicar un campo magnético al elemento de inducción de cortocircuito desde el exterior de la celda de batería; y mover el miembro de inducción de cortocircuito para exponer la porción perforada.
ES20787643T 2019-04-09 2020-03-26 Celda de batería que incluye miembro inductor de cortocircuito y procedimiento de evaluación de la seguridad que utiliza el mismo Active ES2928089T3 (es)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020190041138A KR102760120B1 (ko) 2019-04-09 2019-04-09 단락 유도 부재를 포함하는 전지셀 및 이를 이용한 안전성 평가방법
PCT/KR2020/004087 WO2020209529A1 (ko) 2019-04-09 2020-03-26 단락 유도 부재를 포함하는 전지셀 및 이를 이용한 안전성 평가방법

Publications (1)

Publication Number Publication Date
ES2928089T3 true ES2928089T3 (es) 2022-11-15

Family

ID=72751918

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
ES20787643T Active ES2928089T3 (es) 2019-04-09 2020-03-26 Celda de batería que incluye miembro inductor de cortocircuito y procedimiento de evaluación de la seguridad que utiliza el mismo

Country Status (9)

Country Link
US (1) US11990588B2 (es)
EP (1) EP3826097B1 (es)
JP (1) JP7159455B2 (es)
KR (1) KR102760120B1 (es)
CN (1) CN112703627B (es)
ES (1) ES2928089T3 (es)
HU (1) HUE059935T2 (es)
PL (1) PL3826097T3 (es)
WO (1) WO2020209529A1 (es)

Families Citing this family (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR102734360B1 (ko) 2019-08-07 2024-11-27 주식회사 엘지에너지솔루션 내부 단락 유도를 위한 전기화학소자 및 이를 이용한 안전성 평가방법
KR102760183B1 (ko) * 2019-08-09 2025-02-03 주식회사 엘지에너지솔루션 단락유도부재를 포함하는 전기화학소자 및 이를 이용한 안전성 평가방법
CN112234321B (zh) * 2020-10-21 2023-04-07 广东电将军能源有限公司 一种久置防漏型安全电池
KR102900628B1 (ko) * 2021-11-02 2025-12-15 주식회사 엘지에너지솔루션 단락 유도 평가용 이차전지, 이의 제조방법 및 이차전지의 안전성 평가 방법
KR20230077053A (ko) * 2021-11-25 2023-06-01 주식회사 엘지에너지솔루션 단락 검사용 전지, 그 제조 방법 및 전지 안전성 분석 방법
KR20230082260A (ko) * 2021-12-01 2023-06-08 주식회사 엘지에너지솔루션 배터리 내부 단락 유발 장치 및 방법
DE102022106393A1 (de) 2022-03-18 2023-09-21 Volkswagen Aktiengesellschaft Batteriezelle sowie Verfahren zur Herstellung einer solchen Batteriezelle
CN116073090B (zh) * 2023-04-06 2023-06-20 宁德新能源科技有限公司 电化学装置及电子装置
WO2026028653A1 (ja) * 2024-07-30 2026-02-05 パナソニックＩｐマネジメント株式会社 円筒形リチウム一次電池

Family Cites Families (20)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6891353B2 (en) * 2001-11-07 2005-05-10 Quallion Llc Safety method, device and system for an energy storage device
US6989197B2 (en) 2002-11-04 2006-01-24 The Boeing Company Polymer composite structure reinforced with shape memory alloy and method of manufacturing same
KR100529097B1 (ko) 2003-06-16 2005-11-16 삼성에스디아이 주식회사 이차 전지
KR100646508B1 (ko) * 2005-01-28 2006-11-14 삼성에스디아이 주식회사 세퍼레이터 및 이를 구비하는 이차 전지
US8163409B2 (en) 2006-12-15 2012-04-24 Panasonic Corporation Evaluation method for safety upon battery internal short circuit, evaluation device for safety upon battery internal short circuit, battery, battery pack, and manufacturing method for battery and battery pack
JP5209896B2 (ja) * 2007-04-24 2013-06-12 パナソニック株式会社 電池の内部短絡安全性評価方法
KR100988694B1 (ko) * 2009-06-16 2010-10-18 삼성에스디아이 주식회사 이차 전지
EP2633585B1 (en) * 2010-10-27 2017-05-24 Alliance for Sustainable Energy, LLC Passive safety device and internal short tested method for energy storage cells and systems
CN103004003A (zh) * 2011-03-01 2013-03-27 松下电器产业株式会社 二次电池和二次电池的测试方法
KR101546807B1 (ko) * 2012-11-23 2015-08-24 주식회사 엘지화학 단락 유도부재를 포함하는 전지팩
US20180019476A1 (en) 2015-01-30 2018-01-18 The Regents Of The University Of California Modified charge collectors and cell cases for enhanced battery-cell robustness
CN204614848U (zh) * 2015-05-11 2015-09-02 宁德时代新能源科技有限公司 锂离子电池外短路连接装置
JP2017117628A (ja) * 2015-12-24 2017-06-29 三菱自動車工業株式会社 電池及びこれを用いた内部短絡安全性評価方法
JP6631792B2 (ja) 2016-03-29 2020-01-15 三菱自動車工業株式会社 二次電池の短絡評価方法
EP3316351A1 (en) 2016-10-27 2018-05-02 Lithium Energy and Power GmbH & Co. KG A system and a method for testing a battery cell
EP3336933A1 (en) * 2016-12-14 2018-06-20 Lithium Energy and Power GmbH & Co. KG System and method for operating a rechargeable battery unit and rechargeable battery unit
JP2018137141A (ja) * 2017-02-22 2018-08-30 パナソニック株式会社 電池の試験方法
KR102072619B1 (ko) * 2017-04-24 2020-02-03 주식회사 엘지화학 접착특성을 가진 천공된 리드를 포함하는 이차전지
WO2018230029A1 (ja) 2017-06-14 2018-12-20 日立オートモティブシステムズ株式会社 二次電池
KR102050637B1 (ko) 2017-10-12 2019-11-29 인제대학교 산학협력단 약물 부작용과 관련된 대립유전자 및 이의 검출 방법

Also Published As

Publication number Publication date
CN112703627A (zh) 2021-04-23
US11990588B2 (en) 2024-05-21
JP2021535568A (ja) 2021-12-16
CN112703627B (zh) 2024-04-05
US20220045373A1 (en) 2022-02-10
EP3826097A1 (en) 2021-05-26
EP3826097A4 (en) 2022-02-09
EP3826097B1 (en) 2022-08-31
KR20200118958A (ko) 2020-10-19
HUE059935T2 (hu) 2023-01-28
KR102760120B1 (ko) 2025-01-24
PL3826097T3 (pl) 2022-12-27
JP7159455B2 (ja) 2022-10-24
WO2020209529A1 (ko) 2020-10-15

Similar Documents

Publication Publication Date Title
ES2928089T3 (es) Celda de batería que incluye miembro inductor de cortocircuito y procedimiento de evaluación de la seguridad que utiliza el mismo
ES3056695T3 (en) Method for evaluating safety of an electrochemical element for inducing internal short circuit and such an electrochemical element
ES2975098T3 (es) Celda de batería prismática que comprende dos o más miembros de caja
EP3062379B1 (en) Hybrid electrode assembly having stepped structure
ES2934838T3 (es) Celda de batería que incluye una cinta de sellado para acelerar la conducción de calor
ES2989094T3 (es) Método para la fabricación de una batería secundaria de litio y batería secundaria de litio fabricada a partir de dicho método
KR101798926B1 (ko) 외력에 대한 구조적 안정성이 향상된 절연부재를 포함하는 이차전지
KR101763576B1 (ko) 작은 체적으로 고용량의 구현이 가능한 전극조립체 및 이를 포함하는 이차전지
ES3058663T3 (en) Electrochemical device comprising short circuit inducing member, and safety evaluation method using same
KR102201630B1 (ko) 전지케이스의 외형 변형이 적은 전지셀
KR102684695B1 (ko) 전지의 내부단락 유도장치 및 이를 포함하는 전지셀
KR101631124B1 (ko) 온도 측정 부재를 포함하는 이차전지
KR101849763B1 (ko) 일체형 온도센서를 구비한 리튬 전지
JP7364157B2 (ja) 二次電池およびそれを含むデバイス
KR102051927B1 (ko) 전극단자와 접속단간 접합 상태를 쉽게 확인할 수 있는 보호회로기판 및 이를 포함하는 이차전지팩
US20180102512A1 (en) Electrode assembly comprising reinforcing member capable of minimizing deformation of electrode and stacked structure of unit cell by protecting unit cell from external impact