[发明专利]非水电解质二次电池

说明书

技术领域

本发明涉及一种非水电解质二次电池以及非水电解质二次电池的制造方法，特别涉及一种锂离子二次电池等的安全性的技术。

背景技术

近年来，电子设备的便携化和无线化迅速发展，这对于用作电子设备的驱动电源的小型轻量、且具有高能量密度的二次电池提出了更高的要求。

作为满足这种要求的典型的二次电池，可以列举出非水电解质二次电池。该非水电解质二次电池具有正极、负极、聚乙烯制隔膜以及非水电解质。在正极中，与锂离子可逆地进行电化学反应的正极活性物质(例如，锂钴复合氧化物)保持在正极集流体上。在负极中，负极活性物质保持在负极集流体上。在此，特别是作为负极活性物质，既可以是金属锂或锂合金等活性物质，或者也可以是以碳为施主物质(在此，施主物质是指能够嵌入和脱嵌锂离子的物质)的锂嵌入化合物。聚乙烯制隔膜设置在正极与负极之间，其在保持非水电解质的同时，防止在正极与负极之间发生短路。作为非水电解质，可以使用溶解有LiClO₄或LiPF₆等锂盐的非质子性有机溶液。

作为这样的锂离子二次电池的制造方法，首先，将正极和负极分别成形为薄膜片状或箔状，然后介入聚乙烯制隔膜将正极和负极层叠起来或卷绕成螺旋状来形成发电单元。其次，将发电单元收纳在由镀覆有不锈钢或镍的铁、或铝等金属构成的电池容器内，然后将非水电解质注入到电池容器内。之后，将盖板固定在电池容器上以密封电池容器。

然而，若锂离子二次电池陷于过充电状态或者发生短路(外部短路或内部短路)，则锂离子二次电池内的温度达到高温。若锂离子二次电池内的温度超过聚乙烯的熔点(110℃左右)，聚乙烯就会熔化，正极和负极互相接触，因而导致大电流在正极与负极之间流动，根据情况的不同，锂离子二次电池将会起火或者冒烟，这是非常危险的。

于是，有人提出了如下的技术方案，即在锂离子二次电池内设置当温度上升时将电流截断的部件(CID：Current Interrupt Device)。一般地说，若锂离子二次电池内的温度上升，则锂离子二次电池内产生气体，锂离子二次电池内的气压会由于气体的产生而上升。CID的构成为：探测锂离子二次电池内的气压上升，若观察到锂离子二次电池内的气压上升，而且锂离子二次电池内的温度上升了，CID便将电流截断。

但是，例如在电池壳体受损时，不能充分确保锂离子二次电池的气密性，所以CID也就无法察觉到锂离子二次电池内的气压上升而不能正常地工作。此外，若锂离子二次电池受到落下等撞击时，有时CID就会出现异常。若CID这样不能正常地工作，则当锂离子二次电池内的温度上升时，就不能将电流截断，因而不能保证电池的安全性。

为防备CID出现异常，特开2006-147569号公报中所采取的做法是，用在高温下也不会熔化的多孔陶瓷层来代替聚乙烯制隔膜。因为即使锂离子二次电池的温度上升，多孔陶瓷层也不会熔化，所以能够抑制短路时正极和负极接触面积的扩大，从而能够防止大电流流动。

另外，在特开2003-31208号公报中公开的技术是这样的，将在规定温度以上会发生体积膨胀的热膨胀材料的粉末分散在活性物质层内。这样一来，即使电池内的温度在规定温度以上，也能够在活性物质之间、活性物质与集流体之间截断电流。

如上所述，在锂离子二次电池陷于过充电状态时、发生外部短路时或在锂离子二次电池内发生内部短路时，锂离子二次电池内的温度都会上升。但是，一般说来，锂离子二次电池内的温度上升的速度在过充电状态、发生外部短路时和发生内部短路时是不相同的。

若锂离子二次电池陷于过充电状态或者发生外部短路，锂离子二次电池的温度会缓慢上升。具体地说，在过充电时，即锂离子二次电池持续充电到超过通常使用范围的电压时，从锂离子二次电池成为异常状态开始算起，需要几分钟到几个小时，锂离子二次电池内的温度才会上升到锂离子二次电池的热失控开始温度(一般为140℃)以上的值。根据情况的不同，即使锂离子二次电池从异常状态开始继续充电几个小时以上，该电池的温度有时也不会达到热失控开始温度。

另一方面，当在锂离子二次电池内发生内部短路时，锂离子二次电池的温度急剧上升。具体地说，已发生内部短路的部位的温度在发生内部短路后1秒钟以内的时间内，就上升到锂离子二次电池的热失控开始温度以上，锂离子二次电池整体的温度也是在出现内部短路后几秒钟以内就上升到锂离子二次电池的热失控开始温度以上。