專利名稱：鋰離子二次電池及其設計方法
背景技術：
1.發(fā)明領域本發(fā)明涉及一種鋰離子二次電池，該電池包括一種用于將電池充電過度時在電池內(nèi)部產(chǎn)生的電解液的分解氣體釋放到電池外部的安全裝置。更明確地，本發(fā)明涉及一種通過控制安全裝置的觸發(fā)時間以提高其安全性的鋰離子二次電池，以及其設計方法。特別是根據(jù)本發(fā)明的鋰離子二次電池可優(yōu)選用做車用電池。
2.有關技術的說明近年來，人們要求電池能夠輸出大功率的電能，并能儲存大量能量。因此，鋰離子二次電池得到廣泛的使用。特別是當需要電池具有高能量密度——例如汽車用電池——的時候，鋰離子電池引起了廣泛關注。在鋰離子二次電池中裝有陽極和陰極，并在封閉的蓄電池箱中通過隔離物使兩電極相對，并通過在陰極和陽極之間的電極反應獲得電流。
如果由于系統(tǒng)失控或類似的原因，導致鋰離子二次電池充電過量，并在電池內(nèi)儲存了過量的電荷，會因電池材料的化學反應，特別是因電池中注滿的電解液分解，而產(chǎn)生氣體。結果，如圖9所示，蓄電池箱的內(nèi)壓力升高。另外，因化學反應過程產(chǎn)生的反應熱、因充電電流而產(chǎn)生的焦耳熱等等，導致溫度進一步升高。隨即，因隔離物的斷路效應導致隔離物堵塞，隨即導致鋰離子無法通過隔離物。因此，如圖9所示，內(nèi)電阻增加，電壓迅速升高。當內(nèi)部溫度超過隔離物的耐熱溫度，隔離物熔化、破裂，并在電池內(nèi)部發(fā)生短路(在下文中，稱為“內(nèi)部短路”)。
在圖9中，舉例顯示了斷路及內(nèi)部短路幾乎同時發(fā)生的情況。不過，如

圖10中所示，存在一種自斷路發(fā)生后的短期之后才發(fā)生內(nèi)部短路的其它情況。自斷路發(fā)生后直到發(fā)生內(nèi)部短路的時間隨著電池過度充電時電流量的降低而加長。
如上所述，電池過度充電以及反常電流流動是不受歡迎的。因此，為了防止電池過度充電及反常電流的流動，在電池內(nèi)容物中嵌入一種電子控制電路。當其量等于或大于預定值的電能被充入電池時，電子控制電路檢測到異常，并開啟充電/放電電路以中斷電流。更進一步地，即使電子控制電路被破壞，為防止蓄電池箱破裂，可以提供一種安全裝置，用以當蓄電池箱內(nèi)部壓力超過預定值時，將充滿蓄電池箱的氣體釋放到電池外部。
日本特許公開2002-75314(第4-5頁，圖1)公開了這樣一種安全裝置的實施例。在該出版物中公開的安全裝置包括與氣孔相通的沉孔部分，其在具有延性并構成密封容器的金屬蓄電池箱和電池蓋的至少一個上成型；一個由金屬片制成的、在沉孔部分底面預設并封堵氣孔的開口端的安全閥；一個因沉孔部分周邊材料的塑性形變而形成的、將密封狀態(tài)下的安全閥周邊部分固定在沉孔部分底面的固定部分。
雖然可利用上述安全裝置，但仍不能可靠地防止分解氣體(其當安全裝置被觸發(fā)時噴出)與內(nèi)部短路導致的瞬間放電之間的相互作用。如日本特許公開2002-75314中圖9所示，產(chǎn)生這個問題是由于觸發(fā)安全裝置與內(nèi)部短路幾乎是同時發(fā)生。也就是說，產(chǎn)生這個問題是由于直到蓄電池箱破裂前的瞬間，安全裝置才被觸發(fā)。因此，存在一種可能性，即當安全裝置被觸發(fā)時，噴出的分解氣體可以與內(nèi)部短路導致的瞬間放電之間的相互作用。
同樣，利用日本特許公開2002-75314中公開的安全裝置，可以將安全閥的操作壓力設置到較低的值。然而，如果在內(nèi)部短路的同時開啟安全閥，可能會使得釋放到電池外部的分解氣體與內(nèi)部短路導致的瞬間放電相互作用。
發(fā)明簡述本發(fā)明的一個目標是在內(nèi)部短路發(fā)生之前，通過控制安全裝置的觸發(fā)時間可靠地觸發(fā)安全裝置以提高安全性。
本發(fā)明的第一方面涉及一種鋰離子二次電池，其包括一種將電池過度充電時在電池內(nèi)部產(chǎn)生的電解液的分解氣體釋放到電池外部的安全裝置。在內(nèi)部短路發(fā)生之前觸發(fā)該鋰離子二次電池的安全裝置，由此將電池內(nèi)部產(chǎn)生的電解液分解氣體釋放到電池外部。
該鋰離子二次電池包括能夠?qū)㈦姵剡^度充電時在電池內(nèi)部產(chǎn)生的電解液分解氣體釋放到電池外部的安全裝置。在內(nèi)部短路發(fā)生前觸發(fā)該安全裝置，以便將電池內(nèi)部產(chǎn)生的電解液的分解氣體釋放到電池外部。也就是說，在內(nèi)部短路發(fā)生前觸發(fā)該安全裝置。這樣就有可能可靠地防止在內(nèi)部短路發(fā)生的同時觸發(fā)安全裝置。因此，可以迅速地將電池內(nèi)部產(chǎn)生的電解液的分解氣體釋放到電池外部。因此，當電池進一步被過度充電且發(fā)生內(nèi)部短路時，被釋放到電池外部的氣體的濃度會降低。這樣就有可能防止被釋放到電池外部的電解液的分解氣體與內(nèi)部短路導致的瞬間放電之間的相互作用。結果提高了電池的安全性。
更特別的是，在內(nèi)部短路發(fā)生前十秒或更早的時間觸發(fā)安全裝置，這是合意的。當觸發(fā)安全裝置后直到內(nèi)部短路發(fā)生，這之間的時間為10秒或更長時，有可能可靠地防止被釋放到電池外部的分解氣體與內(nèi)部短路導致的瞬間放電之間的相互作用(見圖3)。由此能夠獲得更高的安全水平。
這種安全裝置是宜一種能夠在壓力達到預置壓力時開啟的安全閥。使用這樣的安全閥，可以通過相當簡單的結構來實現(xiàn)具有較高安全水平的鋰離子二次電池。這里的安全閥可以使用具有傳統(tǒng)結構且能夠改變預置壓力的安全閥。
預置壓力的設置應使得安全閥能夠在內(nèi)部短路發(fā)生前十秒或更早開啟。如上所述，當啟動安全閥(安全裝置)后直到內(nèi)部短路發(fā)生，這之間的時間為十秒或更長時，有可能可靠地防止被釋放到電池外部的電解液的分解氣體和內(nèi)部短路導致的瞬間放電之間的相互作用。因此，有可能獲得相當高的安全水平。
同樣，宜將注入電池的電解液的量設置到等于或大于一個量，在該量處出現(xiàn)涉及當電池過度充電時每單位時間分解氣體生成量的拐點。在本說明書中，“涉及分解氣體生成量的拐點”意味著一個點，在該點處，與電解液的量相關的、當電池過度充電時每單位時間的分解氣體的生成量發(fā)生了改變，也就是說，圖6中所示圖案的傾角在該點發(fā)生了改變。
當電解液的量增加，電解液的量和電池過度充電時每單位時間的氣體生成量是直接成比例的，直到電解液的量達到一個確定的值。但當電解液的量超過這個確定值時，每單位時間的氣體生成量幾乎不變。但是，當電解液的量小于出現(xiàn)拐點的量時，鋰在電極上沉積，并可能發(fā)生由枝晶生長導致的內(nèi)部短路。因此，通過將電解液的量設置為等于或大于出現(xiàn)拐點的量，鋰將不會沉積。結果，內(nèi)部短路將很難發(fā)生。同樣，通過將電解液的量設置為等于或大于出現(xiàn)拐點的量，有可能在觸發(fā)安全裝置后，直到內(nèi)部短路發(fā)生(見圖7)之間獲得十秒或更長時間。從而有可能可靠地防止被釋放到電池外部的分解氣體和內(nèi)部短路導致的瞬間放電之間的反應。結果，有可能獲得相當高的安全水平。
優(yōu)選將本發(fā)明的第一方面用于一種可用作車用電池的鋰離子二次電池。這是因為當車用電池的尺寸很大時需要迅速觸發(fā)安全裝置。同樣，這也是因為這里有氣體釋放的空間(例如，閥帽下的空間)。
本發(fā)明的第二方面涉及一種鋰離子電池的設計方法，該電池能夠?qū)㈦姵剡^度充電時在電池內(nèi)部產(chǎn)生的電解液分解氣體釋放到電池外部。在這種方法中，基于由過度充電開始后直到開始將分解氣體釋放到電池外部的第一時間和由過度充電開始后直到內(nèi)部短路發(fā)生的第二時間，設計該鋰離子二次電池，使得能夠在內(nèi)部短路發(fā)生之前觸發(fā)安全裝置，以便將電池內(nèi)部產(chǎn)生的電解液氣體釋放到電池外部。
當鋰離子二次電池由此設計時，有可能防止釋放到電池外部的分解氣體與內(nèi)部短路導致的瞬間放電之間的反應。
可以設計電池，使得第二時間與第一時間之間的差值為十秒或更多。
該安全裝置具有一個安全閥，當電池內(nèi)的壓力達到預置壓力時安全閥開啟，將分解氣體釋放到電池外部。在此情況下，可以基于安全閥開啟的壓力和第二時間與第一時間之間的差值之間的關系設置預置壓力。
可以基于電池的充電電流設置預置壓力。
可以基于電解液的量與第二時間與第一時間之間的差值之間的關系設置注入電池中的電解液的量。
可以基于電池的充電電流設置注入電池中的電解液的量。
附圖的簡要說明由于下列參照附圖對優(yōu)選實施例的描述，本發(fā)明的上述的和進一步的目標、特點和優(yōu)點將變得顯而易見，其中，用相同的數(shù)字來代表相同的部件，并且其中圖1是顯示根據(jù)本發(fā)明的實施方案的鋰離子二次電池的透視圖；圖2是顯示根據(jù)本發(fā)明的實施方案的鋰離子二次電池的規(guī)格的表格圖3是顯示在安全閥開啟的時間與內(nèi)部短路發(fā)生的時間之間的時間差與燃著的可能性(在下文中稱其為“燃著可能性”)之間關系的圖；圖4是顯示在安全閥開啟的時間與內(nèi)部短路發(fā)生的時間之間的時間差與安全閥的開閥壓力之間關系的圖；圖5是顯示在根據(jù)本發(fā)明的實施方案的鋰離子二次電池中，當電池過度充電時，在開閥壓力被設置為0.54兆帕的情況下，電池內(nèi)部壓力與電壓的變化的圖；圖6是顯示在安全閥開啟的時間與內(nèi)部短路發(fā)生的時間之間的時間差與生成氣體的量之間關系的圖；圖7是顯示在安全閥開啟的時間與內(nèi)部短路發(fā)生的時間之間的時間差與電解液的量之間關系的圖；圖8是顯示在根據(jù)本發(fā)明的實施例的鋰離子二次電池中，當電池過度充電時，在電解液的量被設置為95克的情況下，電池內(nèi)部壓力與電壓的變化的圖；圖9是顯示當鋰離子二次電池過度充電時，在斷路與內(nèi)部短路同時發(fā)生的情況下，電池內(nèi)部壓力與電壓的變化的圖；圖10是顯示當鋰離子二次電池過度充電時，在斷路與內(nèi)部短路不同時發(fā)生的情況下，電池內(nèi)部壓力與電壓的變化的圖；優(yōu)選實施方案的詳細說明下文將參照附圖對按照本發(fā)明的鋰離子電池的優(yōu)選實施方案進行說明。
首先，在圖1中展示了按照本發(fā)明的實施方案的鋰離子二次電池(專用于車輛的電池)的結構示意圖。圖1是顯示鋰離子二次電池的示意性結構的立體圖。按照實施例的鋰離子二次電池10具有如圖1中所示的長方形盒狀。陽極12、陰極13與安全閥14(即為安全裝置)安置在蓄電池箱11的上表面上。
蓄電池箱11包括，一個上表面敞開的長方形盒狀電池箱11a和與電池箱11a開口部位吻合的蓋板11b。電池箱11a與蓋板11b不會受電解液的侵蝕，并需具備可以使電池箱11a和蓋板11b不易變形的一定的機械強度。因此，可以采用鋁、鋁合金、不銹鋼或類似物作為材料。在實施方案中，用鋁作為蓄電池箱11的材料。隨后通過將電池箱11a與蓋板11b粘接或焊接在一起的方法，將蓄電池箱制成密封結構。
鋰離子二次電池10的規(guī)格列示在圖2中。如圖2中所示，該鋰離子二次電池10的容量為12安培，內(nèi)電阻為1.5mΩ。鋰離子二次電池的外尺寸為120毫米(寬)×100毫米(高)×25毫米(厚)。由于蓄電池箱11所用鋁材的厚度為1毫米，因此鋰離子二次電池的內(nèi)部體積為118毫米(長)×98毫米(高)×23毫米(厚)＝266毫升。鋰離子二次電池10的死空間為大約95毫升。
與電解液一起置入蓄電池箱11中的電極體(未顯示)是通過將活性材料(可導致電動反應)以層壓方式成型到集電金屬箔的表面，并將陽極和陰極與插入其間的隔離物層壓的方法制成的?？梢圆捎脤訅悍ɑ蜉佨埛ㄗ鳛閷訅弘姌O的方法。在層壓型法中，使用幾層到幾十層陽極和幾層到幾十層陰極，并且陽極和陰極可交替地層壓。在輥軋型法中，使用一條帶狀陽極與一條帶狀陰極，并輥軋陽極與陰極以將其層壓為卷形或平滑輥形。
在蓋板11b上做兩個貫通孔。固定陽極12與陰極13，使其從貫通孔中伸出。將陽極12和陰極13與電極體相連。
通過在金屬箔上開槽的方法，制造放置在蓄電池箱11的上表面上，亦即在蓋板11b上的安全閥14。安全閥14被設定為當蓄電池箱11內(nèi)部壓力達到預定值，并且凹槽破壞的時候開啟。當電池過度充電時，電解液分解，分解氣體充滿蓄電池箱11，在蓄電池箱內(nèi)部的壓力升高并達到預定值，安全閥14開啟以便將蓄電池箱內(nèi)充滿的分解氣體釋放到電池外部。在內(nèi)部短路發(fā)生前十秒或更早，安全閥14開啟。由此，安全閥14不會在內(nèi)部短路發(fā)生的同時開啟。
在按照實施方案的鋰離子二次電池10中，通過控制安全閥14的開閥時間，可以在內(nèi)部短路發(fā)生前十秒或更早的時間開啟安全閥門14。由此，在內(nèi)部短路發(fā)生前，被釋放到電池外部的分解氣體的濃度變低。如此，當內(nèi)部短路發(fā)生時通過安全閥14的、在二次電池10外部發(fā)生的瞬間放電，與釋放到電池外部的分解氣體之間不會相互反應。
在下文中將說明為什么要在內(nèi)部短路發(fā)生前10秒或更早的時間開啟安全閥的原因。為了獲得高安全級別，通過試驗，發(fā)明人對在安全閥開啟的時間與內(nèi)部短路發(fā)生的時間之間的時間差值與燃著可能性之間的關系做了研究，以發(fā)現(xiàn)安全閥最適宜的開啟時間。圖3顯示了試驗的結果。燃著可能性表示的是釋放到電池外部的分解氣體與內(nèi)部短路導致的瞬間放電相互反應并發(fā)生燃燒的例子的百分比。
根據(jù)圖3，當在安全閥開啟的時間與內(nèi)部短路發(fā)生的時間之間的時間差值短于十秒時，燃著可能性突然提高。隨著時間差值的降低，燃著可能性升高。在另一方面，當時間差值等于或大于十秒時，燃著可能性為0％。通過該試驗，發(fā)明人發(fā)現(xiàn)，通過獲得十秒或更長的、在安全閥開啟的時間與內(nèi)部短路發(fā)生的時間之間的時間差值，燃著可能性為0％，也就是說，釋放到電池外部的分解氣體與內(nèi)部短路導致的瞬間放電之間不會相互作用，蓄電池箱不會破裂。因此而確定了在內(nèi)部短路發(fā)生前十秒或更早，開啟安全閥14。
通過將在安全閥開啟的時間與內(nèi)部短路發(fā)生的時間之間的時間差值鎖定在10秒或更長的方法，有可能可靠地防止釋放到電池外部的分解氣體與內(nèi)部短路導致的瞬間放電的相互作用。同樣，有可能可靠地防止蓄電池箱的破裂。結果，可提高安全水平。
下面說明把在安全閥開啟的時間與內(nèi)部短路發(fā)生的時間之間的時間差值鎖定在10秒或更久的具體方法。對將安全閥14的開閥壓力設置到較低的值并迅速開啟安全閥14的方法做說明，以此作為第一種方法。為了找到安全閥14的最佳的開閥壓力，發(fā)明人進行了試驗。通過試驗，發(fā)明人檢定了在開閥壓力改變的情況下，在安全閥開啟的時間與內(nèi)部短路發(fā)生的時間之間的時間差值。圖4顯示了試驗的結果。在圖4中，按照近似表達式，計算在可得的十秒或更長的時間差值y處的開閥壓力x。參考量“x”表示開閥壓力，參考量“y”表示時間差值。
當充電電流為50A，表達式如下。
y＝-0.00003x6+0.00011x5+0.02645x4-0.60881x3+5.3681x2-22.837x+527.16因此，在時間差值等于或大于10秒處的開閥壓力低于0.911兆帕。
當充電電流為80安，表達式如下。
y＝0.00012x6-0.00674x5-0.14331x4-1.050521x3+8.1251x2-22.042x+309.9因此，在時間差值等于或大于10秒處的開閥壓力低于0.812兆帕。
如圖4中所示，電流強度決定了開閥壓力x與時間差值y之間的關系。因此，需要將安全閥的開閥壓力設置在放電電流為最大級別時的假設值。在獲得考慮到安全性的開閥壓力x后，由于按照實施方案的鋰離子二次電池10的放電電流最大值為50安，所以將安全閥14的開閥壓力設置為0.54兆帕。
當安全閥14的開閥壓力被設置為0.54兆帕，且電池過度充電時(充電電流為50安)，如圖5中所示，在內(nèi)部短路發(fā)生前大約95秒，安全閥14開啟，充斥在蓄電池箱11中的分解氣體被釋放到電池外部。結果，內(nèi)部短路導致的瞬間放電與釋放的分解氣體沒有相互反應。蓄電池箱11也沒有破裂。因此，通過將安全閥14的開閥壓力設置為0.54兆帕的方法，有可能在內(nèi)部短路發(fā)生前10秒或更早時間開啟安全閥14。結果，有可能獲得相當高的安全水平。
接下來將對第二種方法——調(diào)節(jié)電解液的量——進行說明。將電解液的量設置到等于或大于出現(xiàn)拐點的量，該拐點涉及當電池過度充電時每單位時間分解氣體的生成量。將安全閥14的開閥壓力設置為0.15兆帕。
在這種情況下，“與分解氣體生成量有關的拐點”表示的是一個點，在該點，與電解液量相關的、當電池過度充電時每單位時間生成的分解氣體的量發(fā)生了變化，也就是說，在該點，如圖6所示的圖案的傾角發(fā)生了變化。下面對圖6中所示的實施方案做詳細說明。在電解液的量小于88克的情況下，當電解液的量增加時，每單位時間生成的分解氣體的量也成比例地增加。但是，當電解液的量等于或大于88克時，每單位時間生成的分解氣體的量不再變化。也就是說，當電解液的量小于88克時、與電解液的量相關的、每單位時間生成的分解氣體的量的變化率不同于當電解液的量等于或大于88克時的變化率。因此，在實施方案中，與分解氣體生成量有關的拐點為“88克”。
通常，當電解液的量不足(當電解液的量小于拐點出現(xiàn)處的量時)時，鋰在電極上沉積，并可能發(fā)生由枝晶生長導致的內(nèi)部短路。當電解液的量小于與分解氣體生成量有關的拐點出現(xiàn)處的量時，開始出現(xiàn)鋰的沉積(見圖7)。因此，必需將電解液的量設置到等于或大于與電池過度充電時每單位時間的分解氣體生成量有關的拐點出現(xiàn)處的量。
隨后，為了找到適宜的電解液的量，發(fā)明人進行了試驗。通過試驗，發(fā)明人檢定了在電解液的量改變的情況下，在安全閥開啟的時間與內(nèi)部短路發(fā)生的時間之間的時間差值。圖7顯示了試驗的結果。在圖7中，按照近似表達式，計算在可得的十秒或更大的時間差值y處的電解液量X。參考量“x”表示電解液的量，參考量“y”表示時間差值。
當充電電流為50安時，表達式如下。
y＝8.0869x-512.67因此，在時間差值y為十秒或更大處的電解液的量x等于或大于65克。
當充電電流為80安時，表達式如下。
y＝3.3136x-204.42因此，在時間差值y為十秒或更大處的電解液的量x等于或大于65克。
隨后，考慮到以下事實——電解液的量應當被設置為等于或大于與電池過度充電時每單位時間分解氣體生成量相關的拐點出現(xiàn)處的量的值、按照實施方案的鋰離子二次電池的最大充電電流為50安等等，將電解液的量設置為95克。
當使用95克電解液，且電池過度充電時(充電電流為50安)，如圖8中所示，在內(nèi)部短路發(fā)生前大約95秒，安全閥14開啟，充斥在蓄電池箱11中的分解氣體被釋放到電池外部。結果，內(nèi)部短路導致的瞬間放電與釋放的分解氣體之間沒有相互反應。蓄電池箱11也沒有破裂。因此，通過將電解液的量設置為95克的方法，有可能在內(nèi)部短路發(fā)生前10秒或更早的時間開啟安全閥14。結果，有可能獲得相當高的安全水平。因此，除了調(diào)節(jié)開閥壓力外，通過調(diào)節(jié)電解液的量，也有可能提高鋰離子二次電池的安全水平。
也有可能通過減少內(nèi)部體積的死空間的方法，提高在安全閥14開啟的時間與內(nèi)部短路發(fā)生的時間之間的時間差值。也有可能通過將降低安全閥14的開閥壓力、調(diào)節(jié)電解液的量及減少內(nèi)部體積的死空間等方法任意聯(lián)用的方法，提高在安全閥14開啟的時間與內(nèi)部短路發(fā)生的時間之間的時間差值。在任意聯(lián)用上述方法的情況下，當電池以相同比率(電池容量對充電電流的比率)過度充電時，在安全閥14的開閥起始時間(過度充電開始之后直到閥門開啟的時間)和短路起始時間(過度充電開始之后直到內(nèi)部短路發(fā)生的時間)之間建立了下列聯(lián)系。
(開閥起始時間)＝(開閥起始壓力)∝(氣體生成量)∝(死空間)(短路起始時間)＝(隔離物的耐熱溫度(熔融溫度))∝(每單位時間升高的溫度)考慮到這些，需要設計能夠滿足下列表達式的電池。
(短路起始時間)-(開閥起始時間)≥十秒如到目前為止所說明的那樣，按照實施方案的鋰離子二次電池10包括安全閥14，其用來將電池過度充電時在電池內(nèi)部產(chǎn)生的電解液的分解氣體釋放到電池外部。安全閥14的開閥壓力被設置為0.54兆帕。因此，當電池過度充電時，在內(nèi)部短路發(fā)生前大約95秒，安全閥14開啟，并將電解液的分解氣體釋放到電池外部。
同樣，當電池過度充電時，在按照實施方案的鋰離子二次電池中，當安全閥14的開閥壓力仍為傳統(tǒng)值不變時，通過將電解液的量設置為95克的方法也有可能在內(nèi)部短路發(fā)生前大約95秒開啟安全閥14。
如上所述，通過調(diào)節(jié)安全閥14的開閥壓力、調(diào)節(jié)電解液的量或減少死空間的方法，有可能在內(nèi)部短路發(fā)生前十秒或更早的時間開啟安全閥14。因此，當內(nèi)部短路發(fā)生時，被釋放到電池外部的分解氣體的濃度降低。因此，有可能阻止分解氣體與內(nèi)部短路導致的瞬間放電之間的反應。從而，蓄電池箱11不會破裂。結果，有可能獲得安全水平相當高的鋰離子二次電池。
同樣，在汽車里，有能夠釋放分解氣體的空間(例如，在閥帽下)，而且車用電池很大。因此，如上所述，使用上述能夠迅速觸發(fā)安全裝置的鋰離子二次電池作為車用電池，是有效的。
由于通過優(yōu)選實施方案對本發(fā)明進行了詳細的說明，對于那些熟悉本技術領域的人來說，本發(fā)明不限于上述實施例，并且本發(fā)明可以以各種各樣在本發(fā)明范圍之內(nèi)的其它實施例的方式實現(xiàn)，這是顯而易見的。同樣，具體的數(shù)值，例如列示在實施方案中的開閥壓力和電解液的量，都僅僅是例子，數(shù)值不限于實施例中所示的值。應根據(jù)電池的規(guī)格確定適宜的值。
如到目前位置所說明的那樣，在鋰離子二次電池中，在內(nèi)部短路發(fā)生前觸發(fā)安全裝置，以便將在電池內(nèi)部產(chǎn)生的電解液的分解氣體釋放到電池外部。因此，有可能迅速將電池內(nèi)部產(chǎn)生的電解液分解氣體釋放到電池外部。當電池進一步過度充電，且發(fā)生內(nèi)部短路時，釋放到電池外部的氣體濃度變低。由此，有可能阻止被釋放到電池外部的電解液分解氣體與內(nèi)部短路導致的瞬間放電之間的反應。結果，提高了安全水平。
同樣，根據(jù)該鋰離子二次電池，在內(nèi)部短路發(fā)生前十秒或更早的時間觸發(fā)安全裝置。因此，有可能可靠地阻止釋放到電池外的分解氣體與內(nèi)部短路導致的瞬間放電之間的反應。結果有可能獲得更高的安全水平。
權利要求
1.一種鋰離子二次電池，其包含將鋰離子二次電池過度充電時鋰離子二次電池內(nèi)部產(chǎn)生的電解溶液的分解氣體排放到鋰離子二次電池外部的安全裝置，該電池的特征是在發(fā)生內(nèi)部短路前啟動安全裝置，并將鋰離子二次電池內(nèi)部產(chǎn)生的電解溶液的分解氣體排放到鋰離子二次電池外部。
2.如權利要求1所述的鋰離子二次電池，其中，在內(nèi)部短路發(fā)生前十秒或更早的時間觸發(fā)安全裝置。
3.如權利要求1或2所述的鋰離子二次電池，其中安全裝置為安全閥(14)，其當鋰離子二次電池(10)內(nèi)的壓力達到預設壓力時開啟。
4.如權利要求3所述的鋰離子二次電池，其中，設置預設壓力，使得在內(nèi)部短路發(fā)生前十秒或更早時間，安全閥(14)開啟。
5.如權利要求1或2所述的鋰離子二次電池，其中注入鋰離子二次電池的電解液的量等于或大于這樣一個量，在該量處出現(xiàn)與鋰離子二次電池過度充電時每單位時間分解氣體的生成量相關的拐點。
6.如權利要求1或2所述的鋰離子二次電池，其中鋰離子二次電池安裝在汽車上。
7.一種鋰離子二次電池的設計方法，該電池包括一種安全裝置，能夠?qū)囯x子二次電池過度充電時在鋰離子二次電池內(nèi)部產(chǎn)生的電解液的分解氣體釋放到鋰離子二次電池外部，其特征在于這種鋰離子二次電池的設計使其在內(nèi)部短路發(fā)生前觸發(fā)安全裝置，以便將鋰離子二次電池內(nèi)部產(chǎn)生的電解液的分解氣體釋放到鋰離子二次電池外部，其基于在過度充電開始之后直到將分解氣體釋放到鋰離子二次電池外部開始為止的第一時間，和過度充電開始之后直到內(nèi)部短路發(fā)生為止的第二時間。
8.如權利要求7所述的方法，其中，該鋰離子二次電池的設計使得第二時間與第一時間之間的差值為十秒或更多。
9.如權利要求7或8所述的方法，其中安全裝置具有安全閥(14)，其當鋰離子二次電池(10)內(nèi)的壓力達到預設壓力時開啟，當安全閥(14)開啟時，將分解氣體釋放到鋰離子二次電池外部，而且預設壓力是根據(jù)安全閥(14)開啟時的壓力與第二時間與第一時間之間的差值之間的關系設定的。
10.如權利要求9所述的方法，其中，根據(jù)鋰離子二次電池(10)的充電電流設定預設壓力。
11.如權利要求7或8所述的方法，其中，根據(jù)電解液的量與第二時間與第一時間之間的差值之間的關系設定注入鋰離子二次電池(10)的電解液的量。
12.如權利要求11所述的方法，其中，根據(jù)鋰離子二次電池(10)的充電電流設定注入鋰離子二次電池(10)的電解液的量。
全文摘要
在鋰離子二次電池(10)中設置一個安全閥(14)，用以將電池過度充電時在電池內(nèi)部產(chǎn)生的電解液的分解氣體釋放到電池外部。通過將安全閥(14)的開閥壓力設定為0.54兆帕的方法，當電池過度充電時，在內(nèi)部短路發(fā)生前大約95秒開啟安全閥(14)，并將電解液的分解氣體迅速釋放到電池外部。
文檔編號H01M2/12GK1521872SQ20041000420
公開日2004年8月18日 申請日期2004年2月10日 優(yōu)先權日2003年2月10日
發(fā)明者荒川洋 申請人:豐田自動車株式會社