RU2315397C1 - Электрохимический элемент с улучшенной безопасностью - Google Patents

Электрохимический элемент с улучшенной безопасностью Download PDF

Info

Publication number
RU2315397C1
RU2315397C1 RU2006117322/09A RU2006117322A RU2315397C1 RU 2315397 C1 RU2315397 C1 RU 2315397C1 RU 2006117322/09 A RU2006117322/09 A RU 2006117322/09A RU 2006117322 A RU2006117322 A RU 2006117322A RU 2315397 C1 RU2315397 C1 RU 2315397C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
cathode
elements
anode
separator
active
Prior art date
Application number
RU2006117322/09A
Other languages
English (en)
Inventor
Хее Гиоунг КАНГ
Ох Янг ХИУН
Чанг Бум АХН
Хианг Мок ЛИ
Original Assignee
Эл Джи Кем, Лтд
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 Эл Джи Кем, Лтд filed Critical Эл Джи Кем, Лтд
Application granted granted Critical
Publication of RU2315397C1 publication Critical patent/RU2315397C1/ru

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00—Electrodes
    • H01M4/02—Electrodes composed of, or comprising, active material
    • H01M4/04—Processes of manufacture in general
    • H01M4/0402—Methods of deposition of the material
    • H01M4/0404—Methods of deposition of the material by coating on electrode collectors
    • 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
    • H01M10/0583—Construction or manufacture of accumulators with folded construction elements except wound ones, i.e. folded positive or negative electrodes or separators, e.g. with "Z"-shaped electrodes or 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
    • H01M10/05—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
    • H01M10/36—Accumulators not provided for in groups H01M10/05-H01M10/34
    • H01M10/38—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
    • H01M10/42—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
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00—Electrodes
    • H01M4/02—Electrodes composed of, or comprising, active material
    • H01M4/04—Processes of manufacture in general
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00—Electrodes
    • H01M4/02—Electrodes composed of, or comprising, active material
    • H01M4/64—Carriers or collectors
    • H01M4/70—Carriers or collectors characterised by shape or form
    • 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
    • H01M10/04—Construction or manufacture in general
    • H01M10/0413—Large-sized flat cells or batteries for motive or stationary systems with plate-like electrodes
    • 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
    • H01M10/052—Li-accumulators
    • H01M10/0525—Rocking-chair batteries, i.e. batteries with lithium insertion or intercalation in both electrodes; Lithium-ion batteries
    • 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
    • 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
    • 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
    • Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P70/00—Climate change mitigation technologies in the production process for final industrial or consumer products
    • Y02P70/50—Manufacturing or production processes characterised by the final manufactured product

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Electrochemistry (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Secondary Cells (AREA)
  • Battery Electrode And Active Subsutance (AREA)

Abstract

Изобретение относится к батарее из сборки электрохимических элементов. Техническим результатом изобретения является повышение безопасности эксплуатации. Согласно изобретению предложена батарея, в которой из электродов, составляющих сборку элементов, два крайних снаружи электрода оба представляют собой катоды, катодные токосъемники этих катодов покрыты с одной стороны активными катодными материалами на своих первых поверхностях, другие стороны катодных токосъемников, не покрытые активными катодными материалами, обращены наружу данного элемента в сборе, и толщина катодных токосъемников составляет 70-150% от толщины слоя покрытия из активного катодного материала. 2 з.п. ф-лы, 3 ил., 1 табл.

Description

Область техники
Настоящее изобретение относится к электрохимическому элементу (химическому источнику тока) с улучшенной безопасностью.
Уровень техники
Интерес к технологии хранения энергии в последнее время возрастает. В частности, применения электрохимических устройств распространяются на переносные телекоммуникационные приборы, такие как компактные мобильные телефоны, видеокамеры и портативные компьютеры (ноутбуки), и, кроме того, на источники питания для электрических транспортных средств (электромобилей), и по этой причине усилия и попытки исследования и разработки таких электрохимических устройств становятся все более актуальными. В этой связи область электрохимических устройств хранения энергии привлекает все большее внимание, и, в частности, большой интерес сосредотачивается на разработке перезаряжаемых вторичных батарей.
Кроме того, в результате миниатюризации и уменьшения массы электрических приборов требуются также миниатюризация и уменьшение массы батарей, используемых в качестве источника питания в таких электронных приборах. По этой причине в последнее время с целью увеличения удельной емкости батарей проводятся научно-исследовательские и опытно-конструкторские работы в отношении новых конструкций батарей.
Раскрытие изобретения
Техническая задача
Заявка на патент Кореи № 2001-5861 описывает элемент, имеющий структуру, способную довести до максимума содержание активного электродного материала, c получением небольшого, но обладающего высокой емкостью элемента, то есть пакетного электрохимического элемента со структурой, включающей в себя множество уложенных в пакет «полных» (двухэлектродных) элементов или «сдвоенных» (трехэлектродных) элементов и разделительную пленку, проложенную между каждым из элементов в этом пакете.
Однако вследствие реализации высокой емкости описанных выше элементов проблемы с безопасностью, такие как предотвращение избыточной зарядки/избыточной разрядки и внутреннего короткого замыкания элементов, возросли. В частности, безопасность электрохимического элемента, связанная с избыточной зарядкой элементов, перегревом и проникновением колющих предметов представляет собой проблему, требующую срочного решения.
Для улучшения безопасности элементов были ранее предложены способ установки защитной схемы и защитного элемента на электрохимический элемент или способ с использованием блокирования нагрева посредством сепаратора. Однако использование защитной схемы сильно ограничивает реализацию маленьких и недорогих пакетных батарей, в то время как механизм блокирования нагрева посредством сепаратора эффективно не работает во многих случаях, когда генерирование тепла происходит внезапно.
Наряду с этим был предложен способ с использованием органической добавки к электролиту для решения проблем, связанных с безопасностью элементов. Например, патент США № 6074776 описывает пример предотвращения избыточной зарядки элементов посредством использования полимеризуемого мономера. В дополнение к этому выложенная публикация патента Японии № 2000-215909 описывает пример добавления 1-10% по массе разветвленных полициклических ароматических соединений и соединений бензола к органическому растворителю электролита. Однако использование органической добавки к электролиту может вызывать ухудшение рабочих характеристик элемента.
Кроме того, в выложенной публикации патента Японии № 2000-164206 описывается другой способ предотвращения избыточной зарядки элементов. В соответствии с этим способом, после того как углеродная сажа в качестве проводящего материала и связующий агент нанесены в виде покрытия на катодный токосъемник, на этот слой наносят смешанный материал из активного катодного материала и связующего агента, так что когда элемент заряжается, сопротивление слоя проводящего материала увеличивается примерно в 100 раз, таким образом прерывая протекание тока.
Альтернативно для увеличения безопасности элемента было также предложено модифицировать поверхность активного электродного материала. Выложенная публикация патента Японии № Hei 9-55210 описывает активный катодный материал, полученный посредством нанесения на оксиды на основе лития-никеля покрытия из алкоголятов Co, Al и Mn, с последующей термической обработкой. Выложенная публикация патента Японии № Hei 11-16566 описывает оксиды на основе лития с покрытием из металлов, таких как Ti, Sn, Bi, Cu, Si, Ga, W, Zr, B или Mo, и их оксидов. И, кроме того, выложенная публикация патента Японии № Hei 11-185758 описывает активный катодный материал, полученный посредством нанесения на поверхность оксидов лития-марганца покрытия из оксидов металлов с использованием способа соосаждения, с последующей термической обработкой.
Однако указанные выше способы не способны повысить начальную температуру, при которой поверхность активного электродного материала реагирует с электролитом, то есть температуру (температуру генерации тепла), при которой при избыточной зарядке элемента высвобождаются молекулы кислорода, связанные с металлами активного катодного материала, а также не способны уменьшить «теплотворную способность».
В дополнение к этому патент США № 5705291 описывает способ увеличения структурной стабильности активного катодного материала посредством нанесения на поверхность этого активного катодного материала покрытия из композиции, содержащей борат, алюминат, силикат или их смеси, но этот способ по-прежнему демонстрирует плохую структурную стабильность.
По этой причине в области технологии батарей по-прежнему существует необходимость в разработке технологии улучшения безопасности элементов.
Техническое решение
Авторы настоящего изобретения обнаружили, что при такой структуре элемента безопасность этого элемента по отношению к проникновению иглообразного проводника, такого как гвоздь, может быть улучшена посредством расположения катода, содержащего катодный токосъемник с покрытием из активного катодного материала только на одной его стороне и с толщиной, соответствующей 70-150% от толщины слоя покрытия из активного катодного материала, в качестве крайнего снаружи электрода так, чтобы закрыть обе наружных поверхности элемента в сборе, и таким образом создали настоящее изобретение на основе этого факта.
В соответствии с настоящим изобретением указанная выше и другие задачи могут быть решены посредством создания электрохимического элемента, в котором из электродов, составляющих этот элемент, два крайних снаружи электрода оба представляют собой катоды, катодные токосъемники этих катодов покрыты с одной стороны активными катодными материалами на своих первых поверхностях, вторые поверхности катодных токосъемников, не покрытые активными катодными материалами, обращены наружу данного элемента в сборе, и толщина катодных токосъемников составляет 70-150% от толщины слоя покрытия из активного катодного материала.
Краткое описание чертежей
Указанные выше и другие задачи, признаки и дополнительные преимущества настоящего изобретения станут более понятными из следующего далее подробного описания, приведенного в сочетании с прилагаемыми чертежами, на которых:
фиг.1 представляет собой частичный вид в поперечном разрезе, схематически показывающий крайнюю снаружи часть в процессе, когда в элемент в соответствии с настоящим изобретением проникает гвоздь;
фиг.2 представляет собой фотографию катода, сделанную вдоль линии A-A на фиг.1, после испытания проникновением гвоздя на элементе в соответствии с настоящим изобретением; и
фиг.3 представляет собой фотографию катода, сделанную вдоль линии B-B на фиг.1, после испытания проникновением гвоздя в элемент в соответствии с настоящим изобретением.
Наилучшие варианты осуществления изобретения
Теперь настоящее изобретение будет описываться подробно со ссылками на предпочтительные варианты его осуществления и прилагаемые чертежи.
При осуществлении испытаний по оценке безопасности элемента, таких как проникновение гвоздя, главная причина взрыва или возгорания элемента заключается в сильном омическом нагреве из-за токов, протекающих в области контакта между активными катодными материалами и активными анодными материалами, возникающей в результате деформации электродов, происходящей при проникновении проводящего гвоздя. Если внутренняя температура элемента из-за такого омического нагрева увеличивается выше критической точки, оксидная структура активных катодных материалов разрушается, приводя таким образом к термическому повреждению, и вследствие этого происходит возгорание или взрыв элемента.
Как правило, поскольку активный катодный материал представляет собой оксид, он имеет низкую электрическую проводимость и таким образом большее сопротивление по сравнению с активным анодным материалом, при этом, поскольку иглообразный проводник, такой как гвоздь, выполнен из металла, он имеет очень низкое сопротивление по сравнению с активным катодным или анодным материалом. Поэтому для улучшения безопасности элемента посредством понижения сопротивления области проникновения, возникающей при проникновении гвоздя, понижение сопротивления активного катодного материала представляет собой наиболее критичный фактор.
По этой причине авторы настоящего изобретения обнаружили, что указанная выше структурная модификация элемента в сборе может предотвратить непосредственный контакт между гвоздем и активным катодным материалом, возникающий при проникновении гвоздя, и тем самым предотвратить увеличение сопротивления из-за непосредственного контакта между гвоздем и активным катодным материалом.
Теперь настоящее изобретение будет описано более подробно со ссылками на фиг.1, схематически показывающую крайнюю снаружи часть в процессе, когда в структуру элемента в соответствии с настоящим изобретением проникает гвоздь.
Обращаясь к фиг.1, в элементе в соответствии с настоящим изобретением крайний снаружи электрод представляет собой катод 100, причем токосъемник 110 этого катода 100 имеет покрытие из активного материала 120 только на своей внутренней поверхности 114, а его наружная поверхность 112 не имеет покрытия из активного материала 120. В противоположность этому анод 300, расположенный напротив данного катода, опуская сепаратор 200 между этими катодом и анодом, имеет покрытие из активного материала 320 соответственно на обеих сторонах токосъемника 310. Для удобства иллюстрации на фиг.1 катод 100, сепаратор 200 и анод 300 показаны на расстоянии друг от друга (слегка), отличающемся от их реальной структуры.
При осуществлении испытания проникновением гвоздя на элементе с такой структурой, как показано на фиг.1, гвоздь 400 сначала вступает в контакт с крайним снаружи (самым внешним) катодным токосъемником 110, и по мере продолжения проникновения этот катодный токосъемник 110 прогибается вниз из-за вхождения гвоздя 400, и, в свою очередь, изгибается также покрытие из активного катодного материала 120 на внутренней поверхности 114 катодного токосъемника 110. Это происходит потому, что катодный токосъемник 110, изготовленный, как правило, из пластичного материала (например, алюминия), изгибается в направлении проникновения под действием направленной вниз силы со стороны гвоздя 400, таким образом удлиняясь посредством фрикционного контакта с гвоздем 400, и при этом активный материал 120, нанесенный в виде покрытия на внутреннюю поверхность 114 катодного токосъемника 110, заворачивается внутрь. По этой причине, даже когда гвоздь 400 достигает сепаратора 200 и активного материала 320, нанесенного в виде покрытия на анод 300, активный катодный материал 120, имеющий высокое электрическое сопротивление, не будет непосредственно контактировать с гвоздем 400. Фиг.2 и 3 показывают фотографии деформированной формы крайнего снаружи катода 100 после испытания проникновением, сделанные соответственно вдоль линии A-A и линии B-B на фиг.1. В частности, обращаясь к фиг.3, можно подтвердить, что вокруг области, через которую проникал гвоздь (не показан), наружная поверхность катодного токосъемника, на которой нет покрытия из активного катодного материала, вскрылась вниз. Черная часть на фиг.3 представляет собой активный катодный материал. По этой причине возможно обеспечение еще более низкого сопротивления по сравнению с тем, когда гвоздь непосредственно контактирует с активным катодным материалом, тем самым предотвращая повышение температуры внутри элемента выше критической точки, что приводит к предотвращению возгорания и взрыва элемента.
Как следствие, элемент по настоящему изобретению может гарантировать безопасность элемента без присоединения отдельного защитного устройства или введения химических добавок и не демонстрирует проблем известных аналогов, которые описаны выше.
В настоящем изобретении крайний снаружи катодный токосъемник предпочтительно имеет толщину, соответствующую 70-150% от толщины слоя покрытия из активного катодного материала. Это связано с тем, что если толщина катодного токосъемника составляет менее 70% от толщины слоя покрытия из активного катодного материала, то катодный токосъемник не претерпевает такой деформации, как описанная выше, и поэтому активный катодный материал с высоким электрическим сопротивлением будет непосредственно контактировать с гвоздем. С другой стороны, увеличение толщины токосъемника крайнего снаружи катода является преимущественным с точки зрения безопасности элемента, однако, если толщина крайнего снаружи катодного токосъемника превосходит 150% от толщины слоя покрытия из активного катодного материала, то толщина и масса элемента значительно увеличиваются, что является нежелательным по сравнению с другим случаем, когда его толщина не превосходит 150% от толщины слоя покрытия из активного катодного материала.
Элемент в соответствии с настоящим изобретением может иметь структуру «сдвоенного» (трехэлектродного) элемента, состоящую из катода/сепаратора/анода/сепаратора/катода, однако каких-либо конкретных ограничений на ее конструкцию не имеется. То есть предпочтительно элемент в соответствии с настоящим изобретением может также иметь структуру, включающую в себя множество «полных» (двухэлектродных) элементов, состоящих из катода/сепаратора/анода, или множество сдвоенных элементов, состоящих из последовательно уложенных в пакет катода/сепаратора/анода/сепаратора/катода или анода/сепаратора/катода/сепаратора/анода, и сепаратор, проложенный между каждым из элементов в этом пакете, как описывается в заявке на патент Кореи № 2001-5861, раскрытие которой включено сюда посредством ссылки во всей его полноте.
Вариант осуществления изобретения
Теперь настоящее изобретение будет описываться более подробно со ссылками на следующие далее примеры. Эти примеры приводятся только для иллюстрации настоящего изобретения и не должны рассматриваться как ограничивающие рамки и объем настоящего изобретения.
Пример 1: Получение пакетного элемента, имеющего катод с односторонним покрытием в качестве крайнего снаружи электрода
1.1. Получение катода
LiCoO2, углеродную сажу и ПВДФ (поливинилиденфторид) в массовом соотношении 95:2,5:2,5 диспергировали в N-МП (N-метилпирролидоне) с получением суспензии. Полученную таким образом суспензию наносили в виде покрытия на лист алюминиевой фольги, сушили в достаточной степени при температуре 130°C, а затем пропускали через прессующие (подпрессовывающие) валки с получением катода.
В этой связи катод, который должен быть помещен на крайней снаружи стороне крайнего снаружи сдвоенного элемента, покрывали суспензией только на одной стороне алюминиевой фольги («одностороннее покрытие»), в то время как катод сдвоенного элемента, который должен быть помещен внутри него, покрывали суспензией на обеих сторонах алюминиевой фольги.
Алюминиевую фольгу, которая представляла собой катодный токосъемник в катоде с односторонним покрытием, изготавливали имеющей толщину, соответствующую 50%, 60%, 70%, 80%, 90% и 100% от толщины слоя покрытия из активного катодного материала соответственно. Толщину катода с односторонним покрытием делали большей чем 90 мкм. Катод с двухсторонним покрытием имел толщину в 140 мкм.
1.2. Получение анода
Графит, ацетиленовую сажу и ПВДФ в массовом соотношении 94:1:5 диспергировали в N-МП с получением суспензии. Суспензию, полученную таким образом, наносили на обе стороны медного токосъемника. За этим следовала сушка в достаточной степени при температуре 80°C и пропускание через прессующие валки с получением анода. Анод с двухсторонним покрытием имел толщину в 138 мкм.
1.3. Получение сепаратора, разделительной пленки, полимерной пленки для полиэлектролита
Получали многослойную полимерную пленку, в которой полипропиленовая пленка, имеющая микропористую структуру и толщину 20 мкм, представляла собой первый полимерный слой, а сополимер поливинилиденфторида-хлортрифторэтилена 32008 (коммерчески доступен от Solvay Polymer Corp., США) представлял собой второй гелеобразующий полимерный слой. То есть указанный выше сополимер 32008 растворяли до концентрации 2-4% в ацетоне при температуре 50-60°C. Полученный прозрачный раствор, в котором сополимер 32008 полностью растворился, наносили в виде покрытия на обе стороны первого полимерного слоя, выполненного из полипропилена, посредством обычного способа нанесения покрытий. Толщина нанесенного сополимера 32008 составляла 1 мкм, а толщина конечной многослойной полимерной пленки составляла 22 мкм.
1.4. Получение расположенных внутри сдвоенных элементов
Катод с активным катодным материалом, нанесенным на обе стороны катодного токосъемника, разрезали на прямоугольники, имеющие размер 3 см x 5 см, за исключением участка, где должен формироваться вывод. Анод с активным анодным материалом, нанесенным на обе стороны анодного токосъемника, разрезали на прямоугольники, имеющие размер 3,1 см x 5,1 см, за исключением участка, где должен формироваться вывод.
Сдвоенные элементы получали следующим образом: один сдвоенный элемент получали посредством размещения анода с двухсторонним покрытием в средине и катода с двухсторонним покрытием - по обе стороны снаружи. Другой сдвоенный элемент получали посредством размещения катода с двухсторонним покрытием в средине и анода с двухсторонним покрытием - по обе стороны снаружи. При этом данные сдвоенные элементы получали посредством резания многослойной полимерной пленки, полученной в Разделе 1.3, до размера 3,2 см x 5,2 см и прокладывания ее между каждым катодом и анодом, при этом ламинируя (наслаивая) катоды и аноды при нагреве.
1.5. Получение расположенных снаружи по краям сдвоенных элементов
Сдвоенные элементы, которые должны располагаться по краям, получали следующим образом. Каждый из полученных в Разделе 1.1 катодов с активным катодным материалом, нанесенным на одну их сторону и на обе их стороны соответственно, разрезали на прямоугольники, имеющие размер 3 см x 5 см, за исключением участка, где должен формироваться вывод. Анод с активным анодным материалом, нанесенным на обе его стороны, разрезали на прямоугольники, имеющие размер 3,1 см x 5,1 см, исключая участки, где должен формироваться вывод. Указанный выше катод с односторонним покрытием, анод с двухсторонним покрытием и катод с двухсторонним покрытием последовательно укладывали в пакет, а затем между этими электродами прокладывали многослойные полимерные пленки, полученные в Разделе 1.3, которые были разрезаны до размера 3,2 x 5,2 см. За этим следовало их термическое связывание с получением сдвоенных элементов.
1.6. Укладка сдвоенных элементов в пакет
Сдвоенные элементы, полученные согласно описанному выше, последовательно укладывали в пакет посредством прокладывания указанных выше многослойных полимерных пленок между сдвоенными элементами.
1.7.1 Получение батареи
Батарею из уложенных в пакет сдвоенных элементов, полученную согласно указанному выше, помещали в образующий корпус (гермитизирующий) материал из ламината алюминия, а затем инжектировали жидкий электролит, содержащий EC/EMC (этилцеллюлозу/этилметилцеллюлозу) в массовом соотношении 1:2 в 1M LiPF6, а затем герметизировали.
Сравнительный пример 1: Получение пакетного элемента, имеющего анод с односторонним покрытием в качестве крайнего снаружи электрода
Батарею получали посредством осуществления такой же процедуры, как и в примере 1, за исключением того, что в качестве крайнего снаружи электрода использовали анод с односторонним покрытием.
Сравнительный пример 2: Получение пакетного элемента, имеющего катод с двухсторонним покрытием в качестве крайнего снаружи электрода
Батарею получали посредством осуществления такой же процедуры, как и в примере 1, за исключением того, что в качестве крайнего снаружи электрода использовали катод с двухсторонним покрытием.
Сравнительный пример 3: Получение пакетного элемента, имеющего анод с двухсторонним покрытием в качестве крайнего снаружи электрода
Батарею получали посредством осуществления такой же процедуры, как и в примере 1, за исключением того, что в качестве крайнего снаружи электрода использовали анод с двухсторонним покрытием.
Батареи, полученные в примере 1 и сравнительных примерах 1-3, заряжали (CC-CV, порог отсечения 50 мА) до 4,2, 4,25, 4,3 и 4,35 В электрическим током, соответствующим 1/2 C емкости элемента соответственно, и осуществляли испытания проникновением гвоздя посредством проникновения через эти элементы железного иглообразного проводника, имеющего диаметр 2,5 мм. Количество образцов согласно соответствующим условиям составляло в сумме 30, и результаты испытаний оценивали по количеству образцов, которые взорвались во время испытания проникновением гвоздя. Результаты испытаний показаны ниже в таблице 1.
Таблица 1
  Пример 1 Сравнительный пример 1 Сравнительный пример 2 Сравни-
тельный
пример 3
Толщина токосъемника (%)* 50 60 70 80 90 100 50 60 70 80 90 100    
4,20 В 7 5 0 0 0 0 14 13 11 13 13 10 15 17
4,25 В 8 8 0 0 0 0 16 17 17 16 19 15 16 17
4,3 В 10 9 0 0 0 0 15 17 18 17 15 16 14 18
4,35 В 10 10 0 0 0 0 15 15 15 17 19 17 19 16
*(Толщина токосъемника крайнего снаружи электрода с односторонним покрытием/толщина слоя покрытия из активного электродного материала) × 100
Было обнаружено, что все элементы согласно сравнительным примерам взорвались, в то время как элементы согласно примеру 1 в соответствии с настоящим изобретением не взорвались, за исключением элементов с толщиной токосъемника менее 70%.
Как видно из приведенного выше описания, элемент в соответствии с настоящим изобретением может реализовать улучшение безопасности элемента посредством устранения непосредственного контакта между активным катодным материалом и иглообразным проводником при осуществлении испытания проникновением гвоздя и тем самым предотвратить возгорание или взрыв элемента из-за внутреннего короткого замыкания.
Хотя выше в иллюстративных целях были раскрыты предпочтительные варианты осуществления настоящего изобретения, специалисты в данной области поймут, что возможны различные модификации, дополнения и замены, без отклонения от рамок и духа настоящего изобретения, охарактеризованного в прилагаемой формуле изобретения.

Claims (3)

1. Батарея, в которой из электродов, составляющих сборку элементов, два крайних снаружи электрода оба представляют собой катоды, катодные токосъемники этих катодов покрыты с одной стороны активными катодными материалами на своих первых поверхностях, другие стороны катодных токосъемников, не покрытые активными катодными материалами, обращены наружу сборки элементов, и толщина (крайних снаружи) катодных токосъемников составляет 70÷150% от толщины слоя покрытия из активного катодного материала, при этом, когда в сборку элементов проникает иглообразный проводник, катодный токосъемник, непокрытый активным катодным материалом, изгибается в направлении проникновения так, что активный катодный материал, имеющий высокое электрическое сопротивление, непосредственно не контактирует с этим иглообразным проводником.
2. Батарея по п.1, в которой сборка элементов содержит сдвоенные элементы, состоящие из катода/сепаратора/анода/сепаратора/катода.
3. Батарея по п.1, в которой сборка элементов представляет собой пакетную сборку элементов со структурой, включающей в себя единичные элементы, выбранные из группы, образованной полными элементами, состоящими из катода/сепаратора/анода, и сдвоенными элементами, состоящими из последовательно уложенных в пакет катода/сепаратора/анода/сепаратора/катода или анода/сепаратора/катода/сепаратора/анода, и сепараторы, проложенные между каждым из уложенных в пакет полных элементов или сдвоенных элементов.
RU2006117322/09A 2003-11-21 2004-11-19 Электрохимический элемент с улучшенной безопасностью RU2315397C1 (ru)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020030083116A KR100611940B1 (ko) 2003-11-21 2003-11-21 안전성이 향상된 전기화학 전지
KR10-2003-0083116 2003-11-21

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2315397C1 true RU2315397C1 (ru) 2008-01-20

Family

ID=34617274

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2006117322/09A RU2315397C1 (ru) 2003-11-21 2004-11-19 Электрохимический элемент с улучшенной безопасностью

Country Status (9)

Country Link
US (1) US8304105B2 (ru)
EP (1) EP1714347B1 (ru)
JP (1) JP4588714B2 (ru)
KR (1) KR100611940B1 (ru)
CN (1) CN100490243C (ru)
BR (1) BRPI0416689B1 (ru)
RU (1) RU2315397C1 (ru)
TW (1) TWI252603B (ru)
WO (1) WO2005050772A1 (ru)

Families Citing this family (15)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP4640354B2 (ja) * 2007-02-26 2011-03-02 ソニー株式会社 電極構造体およびその製造方法、ならびに電池およびその製造方法
CN101689633A (zh) * 2007-05-08 2010-03-31 加利福尼亚大学董事会 高放电倍率锂离子电池
TW201125188A (en) * 2010-01-08 2011-07-16 Phoenix Silicon Int Corp Coating removal equipment and its removal method thereof.
WO2011136028A1 (en) 2010-04-28 2011-11-03 Semiconductor Energy Laboratory Co., Ltd. Power storage device and method for manufacturing the same
WO2011152190A1 (en) 2010-06-02 2011-12-08 Semiconductor Energy Laboratory Co., Ltd. Power storage device and method for manufacturing the same
KR101927380B1 (ko) * 2012-10-19 2018-12-10 에스케이이노베이션 주식회사 이차전지
EP3070776B1 (en) * 2014-01-10 2018-04-11 LG Chem, Ltd. Electrode assembly having safety separator, and secondary battery comprising same
EP3216067B1 (en) * 2014-11-05 2021-09-15 24m Technologies, Inc. Electrochemical cells having semi-solid electrodes and methods of manufacturing the same
CN113300029A (zh) 2015-06-18 2021-08-24 24M技术公司 单袋电池单元以及制造方法
KR102051554B1 (ko) * 2016-08-17 2019-12-03 주식회사 엘지화학 침상 도체로 인한 단락을 방지하는 인슐레이터 어셈블리를 포함하는 전지셀
JP6638692B2 (ja) * 2017-04-28 2020-01-29 トヨタ自動車株式会社 積層電池
JP6724861B2 (ja) * 2017-05-26 2020-07-15 トヨタ自動車株式会社 電極集電体および全固体電池
KR102217447B1 (ko) 2017-07-06 2021-02-22 주식회사 엘지화학 이차전지
WO2019073595A1 (ja) * 2017-10-13 2019-04-18 Ｎｅｃエナジーデバイス株式会社 リチウムイオン二次電池
CN108987794B (zh) * 2018-07-17 2020-10-23 惠州市豪鹏科技有限公司 一种软包式锂离子电池及穿钉测试方法

Family Cites Families (23)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS62229663A (ja) * 1986-03-29 1987-10-08 Japan Storage Battery Co Ltd 注液式非水電池
CA2016517C (en) 1989-05-11 1999-01-12 Dale R. Shackle Solid state electrochemical cell having microroughened current collector
RU2046457C1 (ru) 1992-07-15 1995-10-20 Акционерное общество "Балтэлектро" Водоактивируемый химический источник тока
US5605550A (en) * 1993-06-14 1997-02-25 Valence Technology, Inc. Battery laminate with improved electrolyte and anode or cathode layer characteristics
US5612153A (en) 1995-04-13 1997-03-18 Valence Technology, Inc. Battery mask from radiation curable and thermoplastic materials
JP3582161B2 (ja) 1995-08-11 2004-10-27 ソニー株式会社 正極活物質及びそれを用いた非水電解質二次電池
US5705291A (en) * 1996-04-10 1998-01-06 Bell Communications Research, Inc. Rechargeable battery cell having surface-treated lithiated intercalation positive electrode
JP3765094B2 (ja) 1996-12-28 2006-04-12 株式会社ジーエス・ユアサコーポレーション 非水電解液電池
US6010653A (en) * 1997-03-19 2000-01-04 Valence Technology, Inc. Methods of fabricating electrodes for electrochemical cells
CA2205683C (en) * 1997-05-16 2001-05-15 Moli Energy (1990) Limited Polymerizable additives for making non-aqueous rechargeable lithium batteries safe after overcharge
JPH1116566A (ja) 1997-06-20 1999-01-22 Hitachi Ltd 電 池
JPH11185758A (ja) 1997-12-24 1999-07-09 Aichi Steel Works Ltd 非水二次電池用正極材料
JP2000164206A (ja) 1998-11-25 2000-06-16 At Battery:Kk 組電池用非水電解液二次電池
JP3402237B2 (ja) 1999-01-20 2003-05-06 日本電池株式会社 非水電解質二次電池
DE60000460T2 (de) * 1999-03-04 2003-06-05 Greatbatch W Ltd Gewickelte Hochleistungsbatterie
KR100515572B1 (ko) 2000-02-08 2005-09-20 주식회사 엘지화학 중첩 전기화학 셀 및 그의 제조 방법
US6503432B1 (en) * 2000-03-02 2003-01-07 E. I. Du Pont De Nemours And Company Process for forming multilayer articles by melt extrusion
JP4432244B2 (ja) 2000-09-29 2010-03-17 三菱化学株式会社 平板積層型電池
JP4887568B2 (ja) * 2001-04-12 2012-02-29 日本電気株式会社 二次電池
JP4453667B2 (ja) * 2001-12-28 2010-04-21 Ｔｄｋ株式会社 リチウムイオン二次電池
JP3606265B2 (ja) * 2002-03-01 2005-01-05 日本電池株式会社 非水電解質二次電池
CN1234179C (zh) * 2002-03-22 2005-12-28 Lg化学株式会社 含防过量放电剂的锂蓄电池
JP2003331916A (ja) * 2002-05-08 2003-11-21 Tdk Corp 二次電池および二次電池の製造方法

Also Published As

Publication number Publication date
US8304105B2 (en) 2012-11-06
TWI252603B (en) 2006-04-01
JP4588714B2 (ja) 2010-12-01
US20050123827A1 (en) 2005-06-09
CN100490243C (zh) 2009-05-20
KR20050049208A (ko) 2005-05-25
CN1883075A (zh) 2006-12-20
TW200527743A (en) 2005-08-16
EP1714347A1 (en) 2006-10-25
WO2005050772A1 (en) 2005-06-02
BRPI0416689A (pt) 2007-01-30
JP2007511055A (ja) 2007-04-26
KR100611940B1 (ko) 2006-08-11
BRPI0416689B1 (pt) 2014-08-19
EP1714347A4 (en) 2010-06-23
EP1714347B1 (en) 2014-04-16

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US7378185B2 (en) Prismatic lithium secondary battery having a porous heat resistant layer
US6617074B1 (en) Lithium ion polymer secondary battery and gelatinous polymer electrolyte for sheet battery
CN100373681C (zh) 非水电解质电池及其制造方法
RU2315397C1 (ru) Электрохимический элемент с улучшенной безопасностью
JP3831939B2 (ja) 電池
JP5259662B2 (ja) 電極組立体及びこれを含む二次電池
US20220223948A1 (en) Electrochemical apparatus and electronic apparatus
JP4815845B2 (ja) ポリマー電池
CN111313102A (zh) 电芯及包含其的电化学装置和电子装置
US20080199764A1 (en) Safer high energy battery
JP2001084984A (ja) 電 池
WO2022000314A1 (zh) 一种电化学装置用隔板、电化学装置及电子装置
JP3410027B2 (ja) 非水電解質電池
CN101286550B (zh) 电池包装及包括该电池包装的二次电池
JP2003242963A (ja) 電 池
JP4207238B2 (ja) 積層型有機電解質電池
JP2010021043A (ja) セパレータ、セパレータの製造方法および電池
JP4800580B2 (ja) 二次電池
JP3482591B2 (ja) 非水電解質電池
JP4820059B2 (ja) 二次電池
JPH10172607A (ja) シート状リチウム二次電池
JP2002298795A (ja) 電気化学デバイス
JP2022175369A (ja) 二次電池の集電体およびその製造方法、ならびに二次電池
EP3232491A1 (en) Lithium secondary battery
JP2005216789A (ja) 電池