[发明专利]电池内部短路评价方法及电池内部短路评价装置以及电池、电池组件以及它们的制造方法

说明书

技术领域

本发明涉及电池内部短路评价方法及电池内部短路评价装置以及电池、电池组件以及它们的制造方法。更详细地，本发明主要涉及电池内部短路评价方法的改良。

背景技术

由于锂离子二次电池重量轻、具有高能量密度，因此主要作为便携式设备用电源而被实用化。此外，现在，作为大型且高功率的电源(如车载用的电源)锂离子二次电池受人注目，其开发进行地很活跃。

锂离子二次电池中，在正极和负极之间设置有绝缘层。绝缘层具有将正极及负极的极板电绝缘、还保持电解液的功能。树脂制的绝缘层被广泛使用。在极度高温环境中长时间保存锂离子二次电池时，由于上述树脂制的绝缘层易收缩，因此正极和负极物理接触即直接接触而存在发生内部短路的倾向。尤其，近年来，随着锂离子二次电池的高容量化，绝缘层有薄型化的倾向，相应地，防止内部短路正成为更重大的技术课题。一旦发生内部短路，伴随短路电流的焦耳热所引起的短路部进一步扩大，有时也达到电池过热的地步。

此外，即便在电池发生内部短路时，确保其安全性是非常重要的。因此，对提高电池内部短路时的安全性的技术正如火如荼地推进开发。如，提出了在正极或负极的集流端子露出部上粘贴绝缘性带，防止集流端子之间的内部短路的技术(如，参考专利文献1)。此外，提出了在极板上印刷离子透过性的含有陶瓷离子和胶粘剂的绝缘层的技术(如，参考专利文献2)。

还有，为了确保发生内部短路时的安全性，正确评价内部短路发生时的电池的安全性也非常重要。作为锂离子二次电池等的电池的安全性项目，以用于锂电池的UL规格(UL1642)、由电池工业会制定的指南(SBA G1101-1997锂二次电池安全性评价基准指南)等制定评价内部短路时的发热行为的电池评价试验。这些试验方法如在专利文献中也被用于电池的安全性评价(如，参考专利文献3)。

在以往的评价试验中如有钉刺试验、抗压试验等。钉刺试验是从电池侧面使钉子贯通或刺入来进行的内部短路试验。通过刺入钉子，在电池内部的正极、负极、钉之间产生内部短路，短路电流在短路部流过，产生焦耳发热。通过观察基于这些现象的电池温度、电池电压等的变化，评价安全性。此外，抗压试验是通过圆棒、方杆、平板等使电池发生物理变形的内部短路试验。由此使内部短路在正极、负极之间发生，观察电池温度、电池电压等的变化，评价安全性的试验。然而，以往的电池评价方法都不能正确评价对于内部短路的安全性。

此外，考虑电池的使用用途方面，发生内部短路时需要知道具有“完全不发热”、“存在一些发热”等何种水平的安全性能。

然而，由于以往的电池评价方法不能正确评价内部短路的安全性，因此将安全性的水平也特定也是非常困难的。

专利文献1：日本专利特开2004-247064号公报

专利文献2：日本专利特开平10-106530号公报

专利文献3：日本专利特开平11-102729号公报

发明内容

本发明人为解决上述课题而进行了专心研究。结果，发现了电池发生内部短路时的安全性由电池内的短路位置(自电池表面的距离、集流端子的露出部、电极活性物质等)、电池的形状等不同而有很大的变化。

如，在放热的影响上，在电池表面附近发生的短路比在内部发生的短路表观安全性变高。此外，若在与电极的集流端子等低电阻构件相对之处、和与电极活性物质等电阻一定程度高的构件相对之处同时发生短路，伴随短路的短路电流的大部分流向与电阻低的集流端子的相对之处。所以，大部分焦耳热也发生在集流端子相对部，而不是在热稳定性不高的活性物质层相对部发生，表观内部短路的安全性变高。

即，即便在有可能成为更危险状态的电池中，根据发生短路的位置不同，如果评价方法不适当，也有可能会得出电池是安全的这样的错误评价。本发明人发现了：为了正确评价电池内部短路安全性，鉴于电池的形状或内部结构等的构成，避开那些在表观上被评价为安全的位置，而在随机的地方使其发生内部短路，这一点是非常重要的。

钉刺试验中，由于短路处被局限在电池的外周部、尤其是最外周部，因此其评价结果很大程度被电池外周部的结构所左右。如，在钉刺试验中，在短路部中的发热量W(单位：瓦特)由下述式所示。

W＝V²×R1/(R1+R2)²

[式中，V表示电池的电压(单位：伏特)。R1表示短路部的电阻(单位：欧姆)。R2表示电池的内部电阻(单位：欧姆)。]