專利名稱：確保良好安全性的電化學(xué)裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及中心銷組件的結(jié)構(gòu)，該中心銷插入電化學(xué)裝置的巻繞 型電極組件的巻繞中心，該電化學(xué)裝置具有容納巻繞型電極組件的殼 體。更具體地，本發(fā)明涉及一種中心銷組件，其適合在電化學(xué)裝置受 到外界的物理沖擊(例如擠壓、震動(dòng))時(shí)、內(nèi)部溫度上升時(shí)、和/或當(dāng) 該裝置被過(guò)充電時(shí)，保障該電化學(xué)裝置的安全性。
背景技術(shù)：
本領(lǐng)域中公知，隨著近來(lái)電子設(shè)備不斷向緊湊化和輕型化方向發(fā) 展以及便攜式電子裝置的廣泛使用，對(duì)具有高能量密度的鋰二次已進(jìn) 行了廣泛的研究開(kāi)發(fā)。
鋰二次電池分別使用適合鋰離子嵌入和脫出的物質(zhì)作為其陰極和 陽(yáng)極，并且有機(jī)電解質(zhì)或聚合物電解質(zhì)填充在陰極和陽(yáng)極之間的空間 中。鋰二次電池基于當(dāng)鋰離子分別自陰極和陽(yáng)極嵌入及脫出時(shí)發(fā)生的 氧化和還原反應(yīng)來(lái)產(chǎn)生電能。
然而，鋰二次電池具有安全性問(wèn)題，并且已經(jīng)做出了多種努力以 解決該問(wèn)題。
假如鋰二次電池凈皮過(guò)充電，則過(guò)量的鋰從陰極脫出并嵌入陽(yáng)極。 結(jié)果是，具有非常高的反應(yīng)性的鋰金屬沉積在陽(yáng)極表面上。陰極也變 得熱不穩(wěn)定。用作電解質(zhì)的有機(jī)溶劑發(fā)生分解反應(yīng)，所產(chǎn)生的急劇的 放熱反應(yīng)使得該電池著火或爆炸。
此外，使用可燃性非水電解質(zhì)的鋰二次電池常因以下原因而著火
或爆炸當(dāng)電池的內(nèi)部溫度上升時(shí)由電解質(zhì)的分解反應(yīng)產(chǎn)生的可燃性 氣體；由電解質(zhì)和電極之間的反應(yīng)產(chǎn)生的可燃性氣體；或由陰極的分 解產(chǎn)生的氧氣。
此外，假如電池^皮重物碾壓、假如電池受到強(qiáng)烈沖擊、或假如電 池被暴露于高溫，就會(huì)出現(xiàn)安全性問(wèn)題。特別地，假如釘子刺入電池、 假如電池被擠壓、假如電池受到?jīng)_擊、或假如電池被暴露于高溫，電池內(nèi)的陰極和陽(yáng)極將局部短路。結(jié)果是，過(guò)量的電流局部流動(dòng)并產(chǎn)生 熱量。由局部短路導(dǎo)致的短路電流的量與電阻成反比，從而大量的短 路電流流向具有4氐電阻的部位。在這種情況下，在短路部位周圍局部 地產(chǎn)生非常大量的熱量。
假如熱量產(chǎn)生在電池內(nèi)，則組成電池內(nèi)部的陰極、陽(yáng)極和電解質(zhì) 將相互反應(yīng)或燃燒。這個(gè)反應(yīng)是高度放熱的，從而電池最終將著火或 爆炸。因此，必須避免電池內(nèi)部出現(xiàn)這樣的急劇發(fā)熱。
為提高過(guò)充電情形下的安全性， 一種嘗試是向非水電解質(zhì)中加入 添加劑。然而，如上所述，當(dāng)釘子刺入電池時(shí)，當(dāng)電池被擠壓時(shí)，當(dāng) 電池受到?jīng)_擊或當(dāng)電池被暴露于高溫時(shí)，僅通過(guò)向非水電解質(zhì)添加添 加劑并不能保障安全性。

發(fā)明內(nèi)容
據(jù)此，本發(fā)明的一個(gè)目標(biāo)是提供一種中心銷組件，其適合在插入 巻繞型電極組件的巻繞中心的中心銷占據(jù)的有限空間中執(zhí)行多種功 能，特別是與電化學(xué)裝置的安全性有關(guān)的功能。更具體地，本發(fā)明的 目標(biāo)是提供一種中心銷組件，其適合在電化學(xué)裝置受到外界的物理沖 擊(例如擠壓、震動(dòng))時(shí)、當(dāng)內(nèi)部溫度上升時(shí)、和/或當(dāng)該裝置被過(guò)充 電時(shí)，保障該電化學(xué)裝置的安全性。
為了實(shí)現(xiàn)上述目標(biāo)，本發(fā)明提供一種插入電化學(xué)裝置的巻繞中心 的中心銷組件，該電化學(xué)裝置具有容納巻繞型電極組件的殼體，該中
心銷組件包括通過(guò)將平面基材巻繞成管狀而制成的中心銷，該平面 基材具有至少兩個(gè)壓花型凸出物，或至少兩個(gè)預(yù)定形狀的不連續(xù)凹痕； 放置在中心銷內(nèi)的空間中的容器，該容器容納能夠提高該裝置安全性 的物質(zhì)。
本發(fā)明還提供一種電化學(xué)裝置，其包含通過(guò)堆疊和巻繞第一隔 膜、具有第一電極接頭的第一電極板、第二隔膜、和具有第二電極接 頭的第二電極板而獲得的巻繞型電極組件；容納該巻繞型電極組件的 殼體；和上述插入該巻繞型電極組件的巻繞中心的中心銷組件。


7圖1示出了現(xiàn)有技術(shù)中具有被中心銷巻繞的電極組件的電化學(xué)裝置。
圖2簡(jiǎn)要地示出了制造本發(fā)明的中心銷的過(guò)程。
圖3示出了具有至少兩個(gè)預(yù)定形狀的不連續(xù)凹痕的示例性平面基材。
圖4示出了如何使用根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方案的中心銷組件來(lái) 組裝電池。
圖5簡(jiǎn)要地示出了根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方案的中心銷組件如何 確保安全性。
圖6a至6f簡(jiǎn)要地示出了本發(fā)明的多種示例性容器。
圖7示出了如何通過(guò)將容器插入本發(fā)明的中心銷來(lái)組裝中心銷組件。
具體實(shí)施例方式
下面，將更詳細(xì)地解釋本發(fā)明。
本發(fā)明的中心銷組件被插入電化學(xué)裝置的巻繞中心，該電化學(xué)裝 置具有容納巻繞型電極組件的殼體。
使用本發(fā)明的中心銷組件的巻繞型電極組件包括第一隔膜、具 有第一電極接頭的第一電極板、第二隔膜、和具有第二電極接頭的第 二電極板。中心銷組件與已經(jīng)被巻繞的第一隔膜相鄰，并借助第一隔 膜與第一電極板電絕緣。
巻繞型電極組件被容納在殼體中，所述殼體例如為包括罐體和用 來(lái)密封該罐體的蓋的組件。罐體由導(dǎo)電材料制成，并可以充當(dāng)與第二 電極接頭電連接的第二電極端子(參考圖1)。
本發(fā)明的中心銷組件適合在插入巻繞型電極組件的巻繞中心的中 心銷所占據(jù)的有限空間中執(zhí)行多種功能，特別是與電化學(xué)裝置的安全 性有關(guān)的功能。該中心銷組件特點(diǎn)在于其包括
(a) 中心銷，其通過(guò)將平面基材一一其具有至少兩個(gè)壓花型凸出 物或至少兩個(gè)預(yù)定形狀的不連續(xù)凹痕一一巻繞成管狀而制成；和
(b) 容器，其位于該中心銷內(nèi)的空間中，該容器容納能夠提高該 裝置安全性的物質(zhì)。(1)中心銷結(jié)構(gòu)
本發(fā)明的中心銷的制造方法是通過(guò)簡(jiǎn)單的制造過(guò)程，將具有至 少兩個(gè)壓花型凸出物或至少兩個(gè)預(yù)定形狀的凹痕的平面基材巻繞成管 狀，以形成中空管(參考圖2)。該中心銷能夠保障電化學(xué)裝置在受 到外界的物理沖擊(例如擠壓、震動(dòng))時(shí)的安全性，如下文將描述的。
通過(guò)用多種壓花才幾器(例如壓花壓模機(jī)(embossing stamper )) 處理平面基材，可以制造具有至少兩個(gè)壓花型凸出物的平面基材。
通過(guò)將平面基材巻繞成管狀(即圓柱狀)，可以在平面基材的凹 痕邊界部位形成凸出物(參考圖2和3)。
通過(guò)在平面基材上形成凹痕并對(duì)它進(jìn)行壓模以使在該基材的凹痕 邊界部位形成凸出物，可以從凹痕獲得凸出物。例如，將其上形成有 凹痕的平面基材放置在壓模機(jī)中、模壓、并進(jìn)行熱處理，以使在平面 基材被巻繞之前形成凸出物。
凹痕可以通過(guò)沖壓形成。圖2和3示出了具有至少兩個(gè)預(yù)定形狀 的不連續(xù)凹痕的示例性平面基材。
凹痕的起點(diǎn)和終點(diǎn)可以彼此重合，以建立閉環(huán)?；蛘?，起點(diǎn)和終 點(diǎn)可以不彼此重合，以建立開(kāi)環(huán)。每個(gè)凹痕可以是至少兩條直線的組 合、單條曲線、至少兩條曲線的組合、或直線和曲線的組合。這樣， 凹痕和凸出物可以具有多種形狀。
平面基材或中心銷可以由不銹鋼、鈦、鎳、或鋁制成，但材料不 局限于這些。平面基材或中心銷優(yōu)選地由導(dǎo)電材料制成。
平面基材的厚度可以是0.1-1 mm，其取決于電化學(xué)裝置的尺寸。 厚度優(yōu)選i也是0.1-0.4 mm。
中心銷的直徑根據(jù)電化學(xué)裝置的心軸(mandrel)的尺寸而確定， 但不應(yīng)太大。例如，中心銷的內(nèi)徑可以是1.5-6 mm,優(yōu)選地3-4 mm。 中心銷上的凸出物的高度可以是0.1-2 mm,優(yōu)選地0.2-0.6 mm。
凸出物的尖銳度和/或強(qiáng)度可以被調(diào)節(jié)，以使可能破壞隔膜、電極 等的內(nèi)部或外部壓力的限值可以被調(diào)節(jié)。
考慮到安全性，凸出物優(yōu)選地均勻地分布在中心銷的整個(gè)表面。
壓花型凸出物或通過(guò)凹痕形成的凸出物可以形成在中空管型中心 銷的內(nèi)周表面上、外周表面上、或內(nèi)周和外周表面二者上。假如壓花型凸出物或通過(guò)凹痕形成的凸出物形成在中心銷的外周
表面上，則預(yù)期可獲得以下優(yōu)點(diǎn)
假如物理沖擊從外界施加到電池，則該電池內(nèi)部防止陰極和陽(yáng)極 彼此接觸的隔膜會(huì)裂開(kāi)，從而出現(xiàn)短路。假如出現(xiàn)微小的短路，則該 電池的高能量集中在短路的微小區(qū)域。過(guò)量的電流產(chǎn)生熱量，該熱量 集中在該微小區(qū)域，由此導(dǎo)致的瞬時(shí)熱失控可能會(huì)使得該電池著火或爆炸。
因此，當(dāng)沖擊從外界施加時(shí)，據(jù)本發(fā)明具有壓花型凸出物或通過(guò) 凹痕形成的凸出物的中心銷有意地制造了數(shù)個(gè)短路，以使短路電流分 布在數(shù)個(gè)短路區(qū)域。這使所產(chǎn)生的電流和/或熱量?jī)?yōu)選地分布到中心 銷，以使該電池不被熱失控所危及。
應(yīng)注意，即使在正常狀態(tài)下，根據(jù)本發(fā)明的中心銷也保留壓花型 凸出物或通過(guò)凹痕形成的凸出物，以使即使中心銷沒(méi)有變形或在中心 銷變形之前，數(shù)個(gè)短路也可以被這些凸出物有意地引發(fā)。這樣可靠地 防止了由能量的集中和積聚導(dǎo)致的電池緊急情況(例如熱失控)。
為了使壓花型凸出物或通過(guò)凹痕形成的凸出物有意地制造數(shù)個(gè)短 路，這些凸出物必須能夠破壞與中心銷相鄰的隔膜，或破壞第一隔膜、 第二電極板、和第二隔膜。
為了確保只通過(guò)破壞隔膜就能制造短路，中心銷必須由導(dǎo)電材料 制成，并電連接到第二電極板的第二電極接頭。在正常狀態(tài)下，中心 銷必須借助第 一 隔膜而與第 一 電極板絕緣。
應(yīng)注意，當(dāng)?shù)谝桓裟?、第二電極板、和第二隔膜必須被破壞以有 意地制造短路時(shí)，中心銷與電極端子電絕緣。
當(dāng)平面基材被巻繞成管狀以形成中空管時(shí)，該巻繞的平面基材的 相對(duì)的兩側(cè)——它們?cè)谳S向上彼此相鄰——優(yōu)選地彼此接觸而不彼此 重疊，或優(yōu)選地彼此之間留有間隙。這兩個(gè)對(duì)側(cè)的邊沿設(shè)置為使它們 在正常狀態(tài)下既不向外也不向內(nèi)暴露。
當(dāng)預(yù)定水平或更高的壓力從外界施加時(shí)，對(duì)側(cè)彼此交叉，或它們 的邊沿向內(nèi)或向外突出，以l吏相鄰的一個(gè)或多個(gè)構(gòu)件——例如隔膜、 電極板、中心銷內(nèi)的容器等——可以沿對(duì)應(yīng)于各對(duì)側(cè)的直線軸向地被 破壞。
10當(dāng)受到外界沖擊時(shí)，除了受到?jīng)_擊的局部區(qū)域附近的凸出物可以 制造有意的局部短路，對(duì)側(cè)的邊沿也可以在整個(gè)軸向表面上制造有意 的短路，即使外界沖擊是局部的，因?yàn)檎麄€(gè)軸向區(qū)域被對(duì)側(cè)的邊沿破 壞。此外，即使因與處理有關(guān)的限制而沒(méi)有凸出物可以形成在電化學(xué) 裝置在中心銷軸向上的兩端，當(dāng)電化學(xué)裝置的兩端受到外界沖擊時(shí)， 平面基材的對(duì)側(cè)的邊沿仍可以制造有意的短路。
參考圖5，根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方案，中心銷14的表面形成有 至少一個(gè)凸出物，以使當(dāng)預(yù)定水平或更高的壓力從外界施加時(shí)隔膜可 以被破壞，中心銷14電連接到由導(dǎo)電材料制成并設(shè)置在第二電極板上 的第二電極接頭12，或電連接到與第二電極接頭電連接的第二電極端 子5。在正常狀態(tài)下，中心銷電連接到第二電極板，并借助第一隔膜 而與第一電極板電絕緣。假如預(yù)定水平或更高的壓力從外界施加，則 第一隔膜在至少一個(gè)區(qū)域內(nèi)被凸出物和/或?qū)?cè)的邊沿破壞，以使中心
銷和第一電極板被有意地短路。結(jié)果是，短路電流分布在數(shù)個(gè)短路區(qū) 域，也經(jīng)由中心銷分布到電池罐體5。這防止了該電池被熱失控所危 及(參考圖5)。
所述中心銷和/或罐體優(yōu)選由導(dǎo)熱材料制成，以使短路產(chǎn)生的熱量 能夠被分布中心銷和/或罐體(參考圖5)。
(2)中心銷內(nèi)的具有空間的容器的構(gòu)建
本發(fā)明的特征在于，密封容器被放置在中心銷內(nèi)的空間中，且該 容器容納能夠提高電化學(xué)裝置安全性的物質(zhì)。
此外，該密封容器的特征在于，假如物理撞擊從外界施加、假如 該電化學(xué)裝置具有異常高的溫度、和/或假如該裝置被過(guò)充電，則該容 器的預(yù)定部位被打開(kāi)，以將提高安全性的物質(zhì)釋放到該容器外，被釋 放的物質(zhì)的電化學(xué)反應(yīng)提高了該電化學(xué)裝置的安全性。
特別地，只有當(dāng)該電化學(xué)裝置的溫度異常上升和/或當(dāng)該裝置被過(guò) 充電時(shí)，該容器的預(yù)定部位被打開(kāi)，以使當(dāng)該裝置內(nèi)的溫度和電壓處 于正常范圍時(shí)，能夠提高電化學(xué)裝置安全性的物質(zhì)不影響該裝置，而 僅當(dāng)該裝置具有異常高的溫度時(shí)或當(dāng)該裝置被過(guò)充電時(shí)，該物質(zhì)才被 釋放以解決該裝置的安全性問(wèn)題。當(dāng)使用本發(fā)明的中心銷組件時(shí)，當(dāng)預(yù)定水平或更高的壓力從外界 施加時(shí)，中心銷內(nèi)周表面的凸出物和/或中心銷的兩個(gè)對(duì)側(cè)的邊沿可以 破壞容器或促進(jìn)其破壞。結(jié)果是，能夠提高該裝置安全性的物質(zhì)從該 容器釋放到中心銷外，從而提高了該裝置的安全性。
能夠提高該裝置安全性的物質(zhì)的非限制性實(shí)例包括能夠通過(guò)聚 合在電極表面形成涂層的物質(zhì)，諸如環(huán)己基苯和聯(lián)苯；引發(fā)聚合的催 化劑類物質(zhì)；用于氧化畫(huà)還原穿梭反應(yīng)(oxidation-reduction shuttle reaction)的物質(zhì)，諸如氯代苯曱醚；非可燃性物質(zhì)，諸如磷酸衍生物 和氟化醚；熱分解時(shí)能夠產(chǎn)生氣體的物質(zhì)，諸如偶氮化合物和過(guò)氧化 物；能夠在電極產(chǎn)生氧化和還原反應(yīng)的離子鹽。這些物質(zhì)可以單獨(dú)使 用，或至少兩種混合使用。
此時(shí)，即使已經(jīng)被適當(dāng)?shù)匕惭b，現(xiàn)有技術(shù)在所需時(shí)刻致動(dòng)安全性 裝置——諸如CID(電流中斷裝置)或排放閥——方面仍有困難。CID 被設(shè)計(jì)為在3-8kg/cm3致動(dòng)，排放閥被設(shè)計(jì)為在12kg/em3致動(dòng)。這樣 的安全性裝置的致動(dòng)需要電池內(nèi)壓力的增大，這要求電解質(zhì)在高溫或 高壓下分解產(chǎn)生的可燃性氣體或陰極物質(zhì)分解產(chǎn)生的氧氣因溫度上升 而膨脹。假如即使可燃性氣體和氧氣被產(chǎn)生，而電池內(nèi)的壓力仍很低， 則盡管電池內(nèi)逐漸形成易燃環(huán)境，CID或排放閥仍不被致動(dòng)。積聚的 可燃性氣體最終將著火和爆炸?？山档虲ID或排放閥的致動(dòng)壓力來(lái)試 圖改善這種情況。但這樣會(huì)導(dǎo)致的另一個(gè)問(wèn)題是，CID或排放閥可能 會(huì)被內(nèi)部壓力的增大致動(dòng)，內(nèi)部壓力的增大在電池的正常工作過(guò)程中 也可能出現(xiàn)，從而使電池變得不穩(wěn)定。
為了解決這些問(wèn)題，本發(fā)明可以使用氣體或產(chǎn)生氣體的物質(zhì)作為 能夠提高該裝置安全性的物質(zhì)。容器僅適于在特定條件下被破壞，并 散發(fā)大量氣體，以使該電化學(xué)裝置內(nèi)的壓力上升。這導(dǎo)致感知該裝置 內(nèi)壓力變化并自行致動(dòng)的安全性設(shè)備的早致動(dòng)，所述安全性設(shè)備諸如 (i)用于阻止該裝置再次致動(dòng)的第一安全性設(shè)備，和/或(ii)用于將 該裝置內(nèi)的異常狀態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)檎顟B(tài)的第二安全性設(shè)備。結(jié)果是，著 火所必需的氧氣或可燃性氣體、電極、和內(nèi)部積聚的熱量被提前釋放 到外界，以使可燃性氣體的密度和該裝置中的溫度下降。這防止了著 火和爆炸，從而提高了電池的安全性。第一安全性設(shè)備可以是壓敏裝置(pressure-sensitive device )，諸 如CID。第一安全性設(shè)備可以包括(i)壓敏裝置；(ii)用于從壓 敏裝置傳輸電流的電線；和(Hi)適于對(duì)經(jīng)由電線傳輸?shù)碾娏髯龀鲰?應(yīng)并停止該裝置充電過(guò)程或?qū)⒊潆娺^(guò)程切換到放電過(guò)程的構(gòu)件。第二 安全性i殳備可以是壓力開(kāi)啟閥(pressure-opened valve ),諸如糸》放閥。
氣體或產(chǎn)生氣體的化合物產(chǎn)生的氣體的非限制性實(shí)例包括惰性 氣體，諸如N2、 He、 Ne、 Ar、 Kr和Xe;滅火氣體，諸如C02、 F2 和Bn;和它們的混合物。假如可能，氧氣被排除在外，因?yàn)樗兹迹?而優(yōu)選惰性氣體，因?yàn)樗畈灰兹肌?br> 產(chǎn)生氣體的化合物可以作為固體或液體存在，并且，假如溫度達(dá) 到閾值，則該固體或液體的一部分可以發(fā)生相變而部分或全部地變成 氣體。該化合物可以以氣相存在。該化合物可以是當(dāng)熱分解時(shí)產(chǎn)生氣 體的物質(zhì)、低溫液體、可升華物質(zhì)、或離子鹽。
假如能夠提高該裝置的安全性的物質(zhì)是當(dāng)熱分解時(shí)產(chǎn)生氣體的物 質(zhì)，則該物質(zhì)被釋放出容器，然后熱分解以產(chǎn)生氣體?；蛘?，該物質(zhì) 熱分解以產(chǎn)生氣體并被釋放出容器。通過(guò)與感知該裝置內(nèi)壓力變化并 自行致動(dòng)的安全性設(shè)備協(xié)作，在容器外產(chǎn)生的氣體或被釋放出容器的 氣體(二氧化碳和/或氮?dú)?可以提高該裝置的安全性。通過(guò)熱分解產(chǎn) 生的氣體可以是大量惰性氣體，從而防止裝置內(nèi)可以產(chǎn)生熱量的物質(zhì) 接觸氧氣。這提高了該裝置的安全性。
當(dāng)熱分解時(shí)產(chǎn)生氣體的物質(zhì)是借助熱量自行分解并產(chǎn)生氣體的材 料，諸如二氧化碳或氮?dú)狻Ｔ撐镔|(zhì)的非限制性實(shí)例包括有機(jī)過(guò)氧化 物、碳酸鹽化合物、偶氮化合物、酰肼化合物、卡巴胼化合物(carbazide compound)或類似物。這樣的化合物可以單獨(dú)或組合用于本發(fā)明的容 器中。
此外，能夠提高該裝置安全性的物質(zhì)可以是低溫液體、可升華物 質(zhì)或它們的混合物。
假如被釋放出容器的物質(zhì)是低溫液體，則該低溫液體和該裝置內(nèi) 物質(zhì)之間的熱量交換迅速降低了該裝置的溫度，從而確保了該裝置的 安全性。該低溫液體或可升華物質(zhì)可發(fā)生相變而變成氣體，在相變過(guò) 程中從周圍吸收熱量，從而確保了該裝置的安全性。此外，相變產(chǎn)生的氣體可以是大量惰性氣體，其防止該裝置內(nèi)可能產(chǎn)生熱量的物質(zhì)接 觸氧氣。這提高了該裝置的安全性。
所述低溫液體的非限制性實(shí)例包括液氮、液氦、液氖、液氬、 液態(tài)二氧化碳、氯氟碳(CFC)和氫氯氟碳(HCFC)，它們被用作 制冷劑，氫氟碳(HFC)和烴(HC)，它們也可作為制冷劑。這些低 溫液體可以單獨(dú)使用，或至少兩種混合使用。
所述可升華物質(zhì)的非限制性實(shí)例包括碘、萘、樟腦、干水和氟 里昂。這些可升華物質(zhì)可以單獨(dú)使用，或至少兩種混合使用。
離子鹽可以被用作能夠提高該裝置安全性的物質(zhì)。被釋放出容器 的離子鹽的陽(yáng)離子和陰離子分別移動(dòng)到該裝置內(nèi)的陽(yáng)極和陰極，并進(jìn) 行還原和氧化反應(yīng)。特別地，該離子鹽的陽(yáng)離子在陽(yáng)極與電子一一其 通過(guò)由外界沖擊或內(nèi)部問(wèn)題導(dǎo)致的短路或過(guò)充電而高度積聚——反 應(yīng)，并減少電子的數(shù)目。這防止了由于電流的突然流動(dòng)而導(dǎo)致的溫度 的上升。該離子鹽的陰離子在陰極產(chǎn)生不可燃?xì)怏w，并在該裝置內(nèi)形 成不可燃?xì)夥?。這提高了該裝置的安全性。
例如，假如該離子鹽是NaCl，則被釋放出該容器的NaCl中的Na+ 移動(dòng)到陽(yáng)極、消耗電子、還原、并沉淀為金屬(Na)。另一方面，Cr 移動(dòng)到陰極、氧化、并產(chǎn)生不可燃的Cl2氣體。這提高了該裝置的安 全性。
所述離子鹽的非限制性實(shí)例包括A12(S04)3、 Ca(OH)2、 Mg(N03)2、 PM2、 NaCl、 MgCl2和Al2(OH)3。這些離子鹽可以單獨(dú)使用，或至少 兩種混合^f吏用。
圖6示出了根據(jù)本發(fā)明的容器的非限制性實(shí)例，該容器適合當(dāng)該 電化學(xué)裝置具有異常高的溫度時(shí)和/或當(dāng)該裝置被過(guò)充電時(shí)，打開(kāi)預(yù)定 部位并將提高安全性的物質(zhì)釋放出該容器，這些實(shí)例可以被分為三類。
根據(jù)本發(fā)明的容器的第一實(shí)施方案包含中空?qǐng)A柱管；由聚合物 構(gòu)成并密封該中空?qǐng)A柱管一端的第一構(gòu)件；由聚合物或金屬構(gòu)成并密 封該中空?qǐng)A柱管另一端的第二構(gòu)件。
該容器的第一實(shí)施方案的特征在于，第一構(gòu)件和第二構(gòu)件之一或 二者在高于該裝置正常驅(qū)動(dòng)溫度的溫度或高于4.3V的電壓下熔融。在 此，高于正常驅(qū)動(dòng)溫度的溫度優(yōu)選地從70。C至200°C。當(dāng)根據(jù)本發(fā)明的容器的第一實(shí)施方案中的第一構(gòu)件和第二構(gòu)件之 一或二者熔融時(shí)，該容器的內(nèi)部可以暴露到外界。
對(duì)構(gòu)成第一構(gòu)件和第二構(gòu)件的聚合物沒(méi)有特殊限制，只要該聚合
物在高于該裝置正常驅(qū)動(dòng)溫度的溫度或高于4.3V的電壓下熔融即可。 這樣的聚合物的非限制性實(shí)例包括硅樹(shù)脂、丙烯酸樹(shù)脂、聚氨酯樹(shù) 脂、環(huán)氧樹(shù)脂、橡膠、聚乙烯、聚丙烯、聚丁烯、聚乙醛、聚曱醛、 聚環(huán)氧丙烷、聚曱基丙烯酸曱酯、聚偏二氯乙烯、聚氟乙烯、聚偏氟 乙烯或類似物。上述聚合物可以單獨(dú)或組合使用。構(gòu)成第一構(gòu)件的聚 合物可以與構(gòu)成第二構(gòu)件的聚合物相同或不同。
此外，中空?qǐng)A柱管可以由聚合物或金屬構(gòu)成。特別地，中空?qǐng)A柱 管構(gòu)成根據(jù)本發(fā)明的容器的骨架。中空?qǐng)A柱管優(yōu)選地具有耐久性、電 化學(xué)穩(wěn)定性和熱穩(wěn)定性。
構(gòu)成中空?qǐng)A柱管的聚合物可以與構(gòu)成第一構(gòu)件和第二構(gòu)件的聚合 物相同或不同。優(yōu)選地，構(gòu)成中空?qǐng)A柱管的聚合物的熔點(diǎn)高于構(gòu)成第 一構(gòu)件和第二構(gòu)件的聚合物的熔點(diǎn)。更優(yōu)選地，構(gòu)成中空?qǐng)A柱管的聚 合物在高于該裝置正常驅(qū)動(dòng)溫度的溫度或高于4.3V的電壓下不熔融， 而是維持其原始形狀。這樣的聚合物的非限制性實(shí)例包括乙烯-乙酸 乙烯共聚物(EVA)、聚苯乙烯、聚苯醚(PPE)、聚三氟氯乙烯、 聚氯乙烯(PVC)、聚對(duì)苯二曱酸亞乙酯(PET)、聚酰胺、聚己內(nèi) 酰胺、聚碳酸酯(PC)、聚對(duì)二曱苯(poly-(p-xylene))、聚酰亞胺 (PI)、聚氧代苯曱酸酯(polyoxybenzoate ) ( POB )、聚醚醚酮 (PEEK)、聚苯硫醚(PPS)、聚醚砜(PES)、聚砜(PSU)、硅 樹(shù)脂、丙烯酸樹(shù)脂、聚氨酯樹(shù)脂、環(huán)氧樹(shù)脂、橡膠、聚乙烯、聚丙烯、 聚丁烯、聚乙醛、聚曱趁、聚環(huán)氧丙烷、聚曱基丙烯酸甲酯、聚偏二 氯乙烯、聚氟乙烯、聚偏氟乙烯或類似物。上述聚合物可以單獨(dú)或組 合使用。
此外，對(duì)構(gòu)成中空?qǐng)A柱管和第二構(gòu)件的金屬?zèng)]有特別限制，只要 該金屬的熔點(diǎn)高于構(gòu)成第一構(gòu)件和第二構(gòu)件的物質(zhì)的熔點(diǎn)即可。優(yōu)選 地，該金屬在高于該裝置正常驅(qū)動(dòng)溫度的溫度或高于4.3V的電壓下不 熔融。這樣的金屬的非限制性實(shí)例包括鎳、銅、鋁、鈦、鉻、碳、 鐵、鈷、鉬、金、銀、釩、SUS (不銹鋼)、它們的合金、或類似物。
15上述金屬可以單獨(dú)或組合使用。
圖6a是示出根據(jù)本發(fā)明的容器的第一實(shí)施方案的平面視圖，該容 器包含中空?qǐng)A柱管100以及密封該中空?qǐng)A柱管兩端的第一構(gòu)件200和 第二構(gòu)件300。聚合物構(gòu)件和中空?qǐng)A柱管端部可以例如通過(guò)熱熔法(hot fusion process)彼此聯(lián)接以使端部密封。在此，聚合物構(gòu)件在中空?qǐng)A 柱管被密封之后被引入中空?qǐng)A柱管端部。假如第一構(gòu)件200和/或第二 構(gòu)件300由與中空?qǐng)A柱管100相同的材料構(gòu)成，則可將中空?qǐng)A柱管的 一端或兩端進(jìn)行熱熔來(lái)密封該容器，而不使用單獨(dú)的第一構(gòu)件和/或第 二構(gòu)件。
圖6b和6c分別是示出根據(jù)本發(fā)明的第一實(shí)施方案的另一種容器 的平面視圖，該容器包含中空?qǐng)A柱管100;由聚合物構(gòu)成并密封該 中空?qǐng)A柱管一端的第一構(gòu)件200;和由聚合物構(gòu)成并密封該中空?qǐng)A柱 管另一端的第二構(gòu)件300。在此，由聚合物構(gòu)成的第一構(gòu)件以隔膜 (septum)或膠嚢(capsule)形式被引入中空聚合管的一端。
根據(jù)本發(fā)明的容器的第二實(shí)施方案包含由兩個(gè)或更多中空?qǐng)A柱 管借助聚合物彼此縱向連接而成的管子；用于密封該管子一端的第三 構(gòu)件；和用于密封該管子另一端的第四構(gòu)件。
該容器的第二實(shí)施方案的特征在于，用于連接該兩個(gè)或更多中空 圓柱管的聚合物在高于該裝置正常驅(qū)動(dòng)溫度的溫度或高于4.3V的電 壓下熔融，以使被連接的管彼此分離，并使該密封容器的內(nèi)部暴露到 外界。在此，高于該裝置正常驅(qū)動(dòng)溫度的溫度優(yōu)選地從70。C至200。C。
在該容器的第二實(shí)施方案中，用于連接該兩個(gè)或更多中空?qǐng)A柱管 的聚合物可以以管或板的形式存在。然而，對(duì)該聚合物的形狀和厚度 沒(méi)有特殊限制。
此外，對(duì)用于連接該兩個(gè)或多個(gè)中空?qǐng)A柱管的聚合物沒(méi)有特殊限 制，只要該聚合物在高于該裝置正常驅(qū)動(dòng)溫度的溫度或高于4.3V的電 壓下熔融即可。這樣的聚合物的非限制性實(shí)例包括硅樹(shù)脂、丙烯酸 樹(shù)脂、聚氨酯樹(shù)脂、環(huán)氧樹(shù)脂、橡膠、聚乙烯、聚丙烯、聚丁烯、聚 乙醛、聚曱醛、聚環(huán)氧丙烷、聚曱基丙烯酸甲酯、聚偏二氯乙烯、聚 氟乙烯、聚偏氟乙烯或類似物。上述聚合物可以單獨(dú)或組合使用。
在該容器的第二實(shí)施方案中，中空?qǐng)A柱管、第三構(gòu)件和第四構(gòu)件可以由聚合物或金屬彼此獨(dú)立地構(gòu)成。
對(duì)構(gòu)成中空?qǐng)A柱管、第三構(gòu)件和第四構(gòu)件的聚合物沒(méi)有特殊限制。 因此，構(gòu)成中空?qǐng)A柱管、第三構(gòu)件和第四構(gòu)件的各聚合物可以與用于 連接該兩個(gè)或更多中空?qǐng)A柱管的聚合物相同或不同。優(yōu)選地，各聚合 物的熔點(diǎn)高于用于連接該兩個(gè)或更多中空?qǐng)A柱管的聚合物的熔點(diǎn)。更
優(yōu)選地，各聚合物在在高于該裝置正常驅(qū)動(dòng)溫度的溫度或高于4.3V的 電壓下不熔融，而是維持其原始形狀。這樣的聚合物的非限制性實(shí)例 與構(gòu)成該容器的第一實(shí)施方案中的中空圃柱管的聚合物的非限制性實(shí) 例相同。
此外，對(duì)構(gòu)成中空?qǐng)A柱管、第三構(gòu)件和第四構(gòu)件的金屬?zèng)]有特殊 限制，只要該金屬的熔點(diǎn)高于用于連接該兩個(gè)或更多中空?qǐng)A柱管的聚 合物的熔點(diǎn)。更優(yōu)選地，該金屬在高于該裝置正常驅(qū)動(dòng)溫度的溫度或 高于4.3V的電壓下不熔融。這樣的金屬的非限制性實(shí)例與構(gòu)成該容器 的第一實(shí)施方案中的中空?qǐng)A柱管的金屬的非限制性實(shí)例相同。
圖6d是示出根據(jù)本發(fā)明的第二實(shí)施方案的另一種容器的平面視 圖，該容器包含由兩個(gè)中空?qǐng)A柱管100、 110借助聚合物400彼此縱 向連接而成的管子；和由聚合物構(gòu)成并密封該中空?qǐng)A柱管的第三構(gòu)件 200和第四構(gòu)件300。
根據(jù)本發(fā)明的容器的第三實(shí)施方案包含表面具有至少一個(gè)開(kāi)口 且兩端密封的中空?qǐng)A柱管；和用于密封該開(kāi)口的聚合物構(gòu)件。
該容器的第三實(shí)施方案的特征在于，用于密封開(kāi)口的聚合物構(gòu)件 在高于該裝置正常驅(qū)動(dòng)溫度的溫度或高于4.3V的電壓下熔融，以使該 密封容器的內(nèi)部暴露到外界。在此，高于該裝置正常驅(qū)動(dòng)溫度的溫度 優(yōu)選地從7(TC至200"C。
對(duì)形成在中空?qǐng)A柱管表面的開(kāi)口的形狀和尺寸沒(méi)有特殊限制。
而且，對(duì)用于密封該開(kāi)口的聚合物構(gòu)件的形狀和尺寸沒(méi)有特殊限 制。例如，聚合物構(gòu)件500可以是凹槽狀(notch-like shape)，其齒 接合到(indented into)中空?qǐng)A柱管100,如圖6e所示；也可以是劃 痕狀(scratch-like shape )，其作為薄層形成在中空?qǐng)A柱管100上，如 圖6f所示。
此外，對(duì)用于聚合物構(gòu)件的聚合物沒(méi)有特殊限制，只要該聚合物在高于使用該容器的裝置的正常驅(qū)動(dòng)溫度的溫度或高于4.3V的電壓 下熔融。這樣的聚合物的非限制性實(shí)例包括硅樹(shù)脂、丙烯酸樹(shù)脂、 聚氨酯樹(shù)脂、環(huán)氧樹(shù)脂、橡膠、聚乙烯、聚丙烯、聚丁烯、聚乙醛、 聚甲醛、聚環(huán)氧丙烷、聚甲基丙烯酸甲酯、聚偏二氯乙烯、聚氟乙烯、 聚偏氟乙烯或類似物。上述聚合物可以單獨(dú)或組合使用。
在該容器的第三實(shí)施方案中，中空?qǐng)A柱管可以由聚合物或金屬構(gòu)
成o
對(duì)構(gòu)成中空?qǐng)A柱管的聚合物沒(méi)有特殊限制。因此，構(gòu)成中空?qǐng)A柱 管的聚合物可以與用于聚合物構(gòu)件的聚合物相同或不同。優(yōu)選地，該 聚合物的熔點(diǎn)高于聚合物構(gòu)件的熔點(diǎn)。更優(yōu)選地，該聚合物在高于該
裝置正常驅(qū)動(dòng)溫度的溫度或高于4.3V的電壓下不熔融，而是維持其原 始形狀。這樣的聚合物的非限制性實(shí)例與構(gòu)成該容器的第一實(shí)施方案 中的中空?qǐng)A柱管的聚合物的非限制性實(shí)例相同。
此外，對(duì)構(gòu)成中空?qǐng)A柱管的金屬?zèng)]有特殊限制，只要該金屬的熔 點(diǎn)高于用于聚合物構(gòu)件的聚合物的熔點(diǎn)。更優(yōu)選地，該金屬在高于該 裝置正常驅(qū)動(dòng)溫度的溫度或高于4.3V的電壓下不熔融。這樣的金屬的 非限制性實(shí)例與構(gòu)成該容器的第一實(shí)施方案中的中空?qǐng)A柱管的金屬的 非限制性實(shí)例相同。
同時(shí)，根據(jù)本發(fā)明的容器不局限于上述第一至第三實(shí)施方案。上 述實(shí)施方案的任意組合也被包括在本發(fā)明的范圍內(nèi)。
圖7示出了如何通過(guò)將該容器插入本發(fā)明的中心銷來(lái)組裝中心銷 組件。
本發(fā)明可以使用上述中心銷組件來(lái)提高各種適合發(fā)生電化學(xué)反應(yīng) 的電化學(xué)裝置的安全性，所述電化學(xué)裝置包括各種一次電池、二次電 池、燃料電池、太陽(yáng)能電池、電容器。所述二次電池優(yōu)選地包括鋰二 次電池，諸如鋰金屬二次電池、鋰離子二次電池、鋰聚合物二次電池 和鋰離子聚合物二次電池。然而，本發(fā)明可應(yīng)用于各種電化學(xué)裝置， 不僅包括鋰離子電池，而且包括鎳氫電池和鎳鎘電池。本發(fā)明也可應(yīng) 用于期待取代鋰離子電池的未來(lái)電池。
對(duì)本發(fā)明使用的電化學(xué)裝置的形狀沒(méi)有特殊限制，該裝置可以具 有多種尺寸和/或形狀，包括圓柱型、平板型、塊型等。本發(fā)明同樣可應(yīng)用于組殼體(pack case )、硬組(hard pack)、和軟組(soft pack)。
本發(fā)明提供了一種電化學(xué)裝置組，其包括如上所述構(gòu)建的單個(gè)電化學(xué)裝置或基于并聯(lián)或串聯(lián)連接進(jìn)行組合的多個(gè)電化學(xué)裝置。
下面，將通過(guò)鋰二次電池示例說(shuō)明本發(fā)明。
鋰二次電池包括陰極，其包含鋰復(fù)合氧化物作為陰極活性材料；陽(yáng)極，其能夠進(jìn)行鋰嵌入/脫出；非水電解質(zhì)；和隔膜。
可以使用常規(guī)電化學(xué)裝置中的普通陰極活性材料作為所述陰極活性材料。所述陰極活性材料的非限制性實(shí)例包括鋰過(guò)渡金屬?gòu)?fù)合氧化物，諸如LiMxOy (M=Co、 Ni、 Mn、 CoaNibMnc)(例如，鋰錳復(fù)合氧化物諸如LiMn204,鋰鎳氧化物諸如LiNi02,鋰鈷氧化物諸如LiCo02,其他通過(guò)將上述氧化物中的錳、鎳、鈷用其他過(guò)渡金屬部分取代而獲得的氧化物，或含鋰的釩氧化物等)；或硫?qū)倩?calcogenide)，諸如二氧化錳、二硫化鈥、二硫化鉬等。優(yōu)選地，陰極活性材料可以是LiCo02 、 LiNi02 、 LiMn02 、 LiMn204 、Li(NiaCobMnc)02(其中0<a<l ， 0<b<l, 0<c<l ， a+b+c=l )、LiNi1YCoY02、LiCo,隱YMnv02、 LiNiLYMnvC^ (其中0《Y<1 ) 、 Li(NiaCobMnc)04 (其中0<a<2, 0<b<2， 0<c<2，且a+b+c=2 ) 、 LiMn2.zNiz04、 LiMn2—zCoz04(其中0<Z<2) 、 LiCoP04、 LiFeP04或它們的混合物。更優(yōu)選地，陰極活性材料可以是LixM02 (其中，M是Ni、 Co或Mn，并且0.05^1.10)。
將陰極活性材料粘結(jié)到陰極集流體——諸如由鋁、鎳或它們的組合所構(gòu)成的箔一一以形成陰極。
可以使用常規(guī)電化學(xué)裝置中的普通陽(yáng)極活性材料作為所述陽(yáng)極活性材料。所述陽(yáng)極活性材料的非限制性實(shí)例包括鋰金屬、鋰合金、碳、石油焦、活性炭、石墨或其他能夠進(jìn)行鋰離子嵌入/脫出的碳質(zhì)材料(carbonaceous material)。將陽(yáng)極活性材料粘結(jié)到陽(yáng)極集流體——諸如由銅、金、鎳、銅合金或它們的組合所構(gòu)成的箔——以形成陽(yáng)極。
可使用的隔膜具有微孔結(jié)構(gòu)，并包括由聚乙烯、聚丙烯或它們的組合所構(gòu)成的多層薄膜；或包括用于固體聚合物電解質(zhì)或膠體聚合物電解質(zhì)的聚合物薄膜，諸如聚偏氟乙烯、聚環(huán)氧乙烷、聚丙烯腈或聚偏氟乙烯-六氟丙烯共聚物?？捎迷诒景l(fā)明中的電解質(zhì)包括式A+B-表示的鹽。其中A+表示堿金屬陽(yáng)離子，其選自Li+、 Na+、 K+及其組合；B—表示陰離子，其選自PF6'、BF4 、 Cl 、 Br 、 I 、 CK)4 、 ASF6 、 CH3C02 、 CF3S03 、 N(CF3S02)2 、
C(CF3S02)3-及其組合，該鹽在有機(jī)溶劑中溶解或離解，所述有機(jī)溶劑
選自碳酸亞丙酯(PC)、碳酸亞乙酯(EC)、碳酸二乙酯(DEC)、碳酸二曱酯(DMC)、碳酸二丙酯(DPC) 、 二曱基亞砜、乙腈、二曱氧基乙烷、二乙氧基乙烷、四氫呋喃、N-甲基-2-吡咯烷酮(NMP)、碳酸曱乙酯(EMC) 、 Y-丁內(nèi)酯和它們的混合物。
如上所述，本發(fā)明的中心銷組件具有下列優(yōu)點(diǎn)當(dāng)預(yù)定水平或更高的壓力從外界施加時(shí)，形成在中心銷表面的凸出物和排列成直線的兩個(gè)對(duì)側(cè)的邊沿可以制造有意的內(nèi)部短路。這防止了該電化學(xué)裝置被熱失控所危及，從而保障了該裝置的安全性。
該中心銷組件的容器具有密封結(jié)構(gòu)，其內(nèi)具有空間，以容納能夠提高該電化學(xué)裝置安全性的物質(zhì)，填充該空間的物質(zhì)的量可以容易地進(jìn)行調(diào)節(jié)。當(dāng)沒(méi)有物理沖擊從外界施加時(shí)，或當(dāng)該裝置內(nèi)的溫度和電壓處于正常范圍時(shí)，本發(fā)明的存儲(chǔ)提高安全性的物質(zhì)的容器不影響該裝置。當(dāng)物理沖擊(例如擠壓、震動(dòng))從外界施加時(shí)、當(dāng)該裝置具有異常高的內(nèi)部溫度時(shí)、或當(dāng)該裝置具有由過(guò)充電導(dǎo)致的過(guò)量電壓時(shí)，該容器的局部一一其由聚合物制成一一熔融，并將提高安全性的物質(zhì)從該容器的空間釋放到外界。這提高了該電化學(xué)裝置的安全性。
這樣，根據(jù)本發(fā)明的中心銷組件，在中心銷占據(jù)的有限空間中，可以展現(xiàn)出多種功能，特別是與電化學(xué)裝置安全性有關(guān)的功能。
權(quán)利要求
1.一種中心銷組件，其被插入電化學(xué)裝置的卷繞中心，該電化學(xué)裝置具有容納卷繞型電極組件的殼體，該中心銷組件包含中心銷，其通過(guò)將平面基材卷繞成管狀而制成，該平面基材具有至少兩個(gè)壓花型凸出物或至少兩個(gè)預(yù)定形狀的不連續(xù)凹痕；和容器，其放置在該中心銷內(nèi)的空間中，該容器容納能夠提高該裝置安全性的物質(zhì)。
2. 如權(quán)利要求1所要求的中心銷組件，其中，當(dāng)具有凹痕的平面 基材被巻繞成管狀時(shí)或在其被巻繞成管狀之前，該平面基材的一部分 形成凸出物，所述部分位于凹痕邊界部分。
3. 如權(quán)利要求l所要求的中心銷組件，其中巻繞成管狀的平面基 材的兩個(gè)對(duì)側(cè)——它們?cè)谳S向上彼此面對(duì)——適于彼此接觸而不彼此 重疊，或者彼此之間留有間隙地彼此面對(duì)。
4. 如權(quán)利要求1所要求的中心銷組件，其中，當(dāng)預(yù)定水平或更高 的壓力從外界施加時(shí)，巻繞成管狀的平面基材的兩個(gè)對(duì)側(cè)——它們?cè)?軸向上彼此面對(duì)——的邊沿凸出，以使相鄰的一個(gè)或多個(gè)構(gòu)件沿對(duì)應(yīng) 于各對(duì)側(cè)的直線被破壞。
5. 如權(quán)利要求1所要求的中心銷組件，其中所述容器的結(jié)構(gòu)包含 中空?qǐng)A柱管；第一構(gòu)件，其由聚合物構(gòu)成，并密封該中空?qǐng)A柱管的一端；和 第二構(gòu)件，其由聚合物或金屬構(gòu)成，并密封該中空?qǐng)A柱管的另一端。
6. 如權(quán)利要求5所要求的中心銷組件，其中第一構(gòu)件和第二構(gòu)件 之一或二者在高于該裝置正常驅(qū)動(dòng)溫度的溫度或高于4.3 V的電壓下 溶融。
7. 如權(quán)利要求1所要求的中心銷組件，其中所述容器的結(jié)構(gòu)包含: 管子，其具有兩個(gè)或更多借助聚合物彼此縱向連接的中空?qǐng)A柱管； 第三構(gòu)件，其用于密封該管子的一端；和第四構(gòu)件，其用于密封該管子的另一端。
8. 如權(quán)利要求7所要求的中心銷組件，其中連接兩個(gè)或更多中空 圓柱管的聚合物在高于該裝置正常驅(qū)動(dòng)溫度的溫度或高于4.3 V的電壓下熔融。
9. 如權(quán)利要求1所要求的中心銷組件，其中所述容器的結(jié)構(gòu)包含 中空?qǐng)A柱管，其表面具有至少一個(gè)開(kāi)口，并且其兩端均被密封；和聚合物構(gòu)件，其用于密封該開(kāi)口。
10. 如權(quán)利要求9所要求的中心銷組件，其中所述聚合物構(gòu)件在 高于該裝置正常驅(qū)動(dòng)溫度的溫度或高于4.3 V的電壓下熔融。
11. 如權(quán)利要求6、 8和IO之任一項(xiàng)所要求的中心銷組件，其中 高于正常驅(qū)動(dòng)溫度的溫度從701C至200"C。
12. 如權(quán)利要求5、 7和9之任一項(xiàng)所要求的中心銷組件，其中用 于第一構(gòu)件的聚合物、用于笫二構(gòu)件的聚合物、連接所述兩個(gè)或更多 中空?qǐng)A柱管的聚合物、或用于密封所述開(kāi)口的聚合物是至少一種選自 以下的聚合物硅樹(shù)脂、丙烯酸樹(shù)脂、聚氨酯樹(shù)脂、環(huán)氧樹(shù)脂、橡膠、 聚乙烯、聚丙烯、聚丁烯、聚乙醛、聚曱醛、聚環(huán)氧丙烷、聚曱基丙 烯酸甲酯、聚偏二氯乙烯、聚氟乙烯和聚偏氟乙烯。
13. 如權(quán)利要求1所要求的中心銷組件，其中能夠提高該裝置安 全性的物質(zhì)是氣體或產(chǎn)生氣體的化合物。
14. 如權(quán)利要求1所要求的中心銷組件，其中能夠提高該裝置安 全性的物質(zhì)是至少一種選自以下的離子鹽A12(S04)3、 Ca(OH)2、 Mg(N03)2、 Pbl2、 NaCl、 MgCl2和Al2(OH)3。
15. 如權(quán)利要求l所要求的中心銷組件，其中能夠提高該裝置安 全性的物質(zhì)是低溫液體、可升華物質(zhì)、或低溫液體和可升華物質(zhì)的混 合物。
16. 如權(quán)利要求1所要求的中心銷組件，其中壓花型凸出物或通 過(guò)凹痕形成的凸出物形成在中心銷的內(nèi)周表面上、中心銷的外周表面 上、或中心銷的內(nèi)周和外周表面二者上。
17. 如權(quán)利要求1所要求的中心銷組件，其中所述壓花型凸出物 或通過(guò)凹痕形成的凸出物均勻地分布在平面基材的整個(gè)表面上。
18. —種電化學(xué)裝置，其包含巻繞型電極組件，其通過(guò)堆疊和巻繞第一隔膜、具有第一電極接 頭的第一電極板、第二隔膜和具有第二電極接頭的第二電極板而獲得;殼體，其容納該巻繞型電極組件；和根據(jù)權(quán)利要求l-17之任一項(xiàng)的中心銷組件，其插入該巻繞型電極 組件的巻繞中心。
19. 如權(quán)利要求18所要求的電化學(xué)裝置，其中所述中心銷組件具 有壓花型凸出物或通過(guò)凹痕形成的凸出物，該凸出物形成在中心銷的 外周表面，該中心銷組件與電極端子絕緣，并且，當(dāng)預(yù)定水平或更高 的壓力從外界施加時(shí)，該壓花型凸出物或通過(guò)凹痕形成的凸出物破壞第一隔膜、第一電極板和第二隔膜，以有意地制造至少一個(gè)短路。
20. 如權(quán)利要求18所要求的電化學(xué)裝置，其中所述中心銷組件具 有壓花型凸出物或通過(guò)凹痕形成的凸出物，這些凸出物形成在中心銷 的外周表面，該中心銷組件由導(dǎo)電材料制成并電連接到第二電極板的 第二電極接頭，該中心銷組件在正常狀態(tài)下借助第一隔膜而與第一電 極板絕緣，并且，當(dāng)預(yù)定水平或更高的壓力從外界施加時(shí)，這些凸出 物破壞第一隔膜，以有意地制造至少一個(gè)短路。
21. 如權(quán)利要求18所要求的電化學(xué)裝置，其中能夠提高該裝置安 全性的物質(zhì)是氣體或產(chǎn)生氣體的化合物，該裝置內(nèi)裝備有安全性設(shè)備， 以感知該裝置內(nèi)的壓力并反致動(dòng)該裝置，或迅速將該裝置內(nèi)的異常狀 態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)檎顟B(tài)，并且從該容器釋放的氣體的量處于使適合感知該 裝置內(nèi)壓力變化的安全性設(shè)備致動(dòng)的范圍內(nèi)。
22. 如權(quán)利要求21所要求的電化學(xué)裝置，其中所述安全性設(shè)備包 含至少一個(gè)選自以下的安全性設(shè)備(i)第一安全性設(shè)備，其適合感 知該裝置內(nèi)壓力的變化，并阻止該裝置被充電，或?qū)⒊潆姞顟B(tài)切換到 放電狀態(tài)；和(ii)第二安全性設(shè)備，其適合感知該裝置內(nèi)壓力的變化， 并從該氣體內(nèi)i文出熱量或氣體。
23. 如權(quán)利要求22所要求的電化學(xué)裝置，其中第一安全性設(shè)備包 含壓敏裝置。
24. 如權(quán)利要求22所要求的電化學(xué)裝置，其中第一安全性設(shè)備包 含(i)壓敏裝置；(ii)電線，其用于傳輸來(lái)自該壓敏裝置的電流； 和(iii)構(gòu)件，其適合對(duì)經(jīng)由該電線傳輸?shù)碾娏髯鞒鲰憫?yīng)，并阻止該 裝置被充電，或?qū)⒊潆姞顟B(tài)切換到放電狀態(tài)。
25. 如權(quán)利要求22所要求的電化學(xué)裝置，其中第二安全性設(shè)備是壓力開(kāi)啟閥。
26. 如權(quán)利要求22所要求的電化學(xué)裝置，其中第一安全性設(shè)備、 第二安全性設(shè)備、或第一和第二安全性設(shè)備二者，在高于該裝置正常 工作溫度的溫度范圍內(nèi)，被該裝置內(nèi)由該容器內(nèi)氣體排放壓力導(dǎo)致的 體積膨脹和壓力增大致動(dòng)。
27. 如權(quán)利要求18所要求的電化學(xué)裝置，其為鋰二次電池。
全文摘要
公開(kāi)了一種中心銷組件的結(jié)構(gòu)，該中心銷組件插入電化學(xué)裝置的卷繞型電極組件的卷繞中心，該電化學(xué)裝置具有容納卷繞型電極組件的殼體。當(dāng)電化學(xué)裝置受到外界的物理沖擊(例如擠壓、震動(dòng))時(shí)、當(dāng)內(nèi)部溫度上升時(shí)、和/或當(dāng)該裝置被過(guò)充電時(shí)，該中心銷組件可以保障該電化學(xué)裝置的安全性。該中心銷組件包括通過(guò)將平面基材卷繞成管狀而制成的中心銷，該平面基材具有至少兩個(gè)壓花型凸出物，或至少兩個(gè)預(yù)定形狀的不連續(xù)凹痕；放置在中心銷內(nèi)的空間中的容器，該容器容納能夠增進(jìn)該裝置安全性的物質(zhì)。
文檔編號(hào)H01M10/02GK101529640SQ200780039287
公開(kāi)日2009年9月9日 申請(qǐng)日期2007年10月22日 優(yōu)先權(quán)日2006年10月23日
發(fā)明者康銀珠, 樸必圭, 樸永善, 李明訓(xùn) 申請(qǐng)人:株式會(huì)社Lg化學(xué)