[发明专利]安全性提高的二次电池

说明书

技术领域

本发明涉及封闭于新电池包装结构内的二次电池，所述新电池包装结构提高了电池安全性。更具体地，本发明的包装可用于锂二次电池，特别是锂聚合物电池。

背景技术

近来，由于使用非水电解质的锂二次电池具有高电压、高容量、高输出和低重量，因而逐渐将其用作便携式电子器件的电源。但是，此类锂二次电池存在安全问题，因而试图解决该问题的研究正在进行中。当锂二次电池过充电时，过量的锂会从正极流出并进入到负极中，而具有极高反应性的锂金属会沉积在负极表面上，并使正极变得热不稳定。由于用作电解质的有机溶剂的分解反应，这会导致快速的放热反应，由此引起安全问题，例如电池着火和爆炸。

此外，当导电材料如钉子穿透电池时，电池内的电化学能会转化成热能，同时快速发热。所产生的热量通过正极或负极材料的化学反应而引起快速放热反应，从而导致安全问题，例如电池着火和爆炸。

此外，电池的钉子穿透(nail penetration)、压迫、冲击和高温暴露导致电池正极和负极内的局部短路。此时，局部会产生导致发热的过高电流流动。因为由局部短路引起的短路电流值与电阻成反比，所以短路电流主要通过用作集电器的金属箔朝低电阻部分流动。在此情况下，对发热的计算表明，以钉子穿透部分为中心会产生极高的局部发热，如图1中所示。

如果电池内存在发热，则正极和负极与电池内所包含的电解质或者相互反应或者燃烧，由于该反应是极高放热反应，因而最后使电池着火或爆炸。为此，需小心确保电池内不产生快速发热。

如果电池被重物压迫、遭受强冲击或暴露于高温，则也会发生上述安全问题。由于锂二次电池的容量增加，导致能量密度的增加，因而该安全问题会更严重。

通常，锂二次电池使用含锂过渡金属氧化物作为正极活性物质，所述含锂过渡金属氧化物是选自如下的一种或多种：例如LiCoO₂、LiNiO₂、LiMn₂O₄、LiMnO₂和LiNi_1-XCo_XO₂(0＜X＜1)。使用碳、锂金属或合金作为负极活性物质，也可使用可吸藏和放出锂且对锂具有低于2V的电势的其他金属氧化物，如TiO₂和SnO₂。此外，使用环状和直链碳酸酯作为非水电解质。所述非水电解质含有选自如下的锂盐：例如LiClO₄、LiCF₃SO₃、LiPF₆、LiBF₄、LiAsF₆和LiN(CF₃SO₂)₂。

在如上制得的锂二次电池中，正极或负极与非水电解质可在高温相互反应，尤其是在充电情况下，由此产生高反应热。由该热量导致的一系列放热反应会引起安全问题。

尽管通过向非水电解质中加入添加剂可解决过充电状态下的安全问题，但诸如钉子穿透、压迫、冲击和高温暴露的上述情形下的电池安全性，则不能通过向非水电解质中加入添加剂而获得。

发明内容

由此，鉴于现有技术中存在的上述问题完成了本发明，本发明的目的是提供能确保安全性的锂二次电池，即便在诸如钉子穿透、压迫、冲击和高温暴露的情形下仍能确保安全性。

当由于钉子穿透、压迫、冲击、高温暴露等而导致电池的正极和负极中存在局部短路时，为防止通过集电极的局部过度电流流动，本发明人尝试将短路电流或者朝电池包装内的铝层分散，或者朝电池包装外侧的金属箔分散，从而确保了电池的安全。

为此目的，本发明人尝试在铝复合包装的铝层与电池的正极端子或负极端子之间形成电连接，其中在锂二次电池、特别是锂聚合物电池中频繁使用铝复合包装。

此外，本发明人尝试将具有导电性和/或导热性的至少一种金属箔如铝或铜置于铝复合包装的外侧，并将所述金属箔电连接至正极端子和/或负极端子。

在一方面，本发明提供了包括电池包装的二次电池，所述电池包装密封二次电池的外周边，并覆盖正极和负极的整个外表面及各正极端子和负极端子的一部分，其中所述电池包装由如下层压膜形成，该层压膜包括外聚合物层、内铝层和形成于铝层一部分内表面上的粘合层，电池包装的铝层与正极端子和负极端子中的任一个保持电连接。