[发明专利]电池的内部短路检测装置和方法、电池组件以及电子设备系统

说明书

技术领域

本发明涉及用于检测在负极与正极之间具有由包含树脂粘结剂和无机氧化物填充物 的多孔性保护膜等构成的耐热层的非水电解质二次电池(non-aqueous electrolyte secondary battery)、极板阻抗为4Ω·cm²以上的非水电解质橄榄石型磷酸铁锂二次电 池(non-aqueous electrolyte olivine-type lithium iron phosphate secondary battery) 等非水电解质二次电池的内部短路的装置、方法、电池组件以及电子设备系统。

背景技术

例如在日本专利公报第3371301号(以下简称作“专利文献1”)和国际公布第 05/098997号小册子(以下简称作“专利文献2”)中记载有一种在负极与正极之间具有 包含树脂粘结剂和无机氧化物填充物的多孔性保护膜的非水电解质二次电池。根据具有此 种多孔性保护膜的非水电解质二次电池的结构，即使在制造时从电极剥落的活性物质或裁 剪工序中的碎屑等附着在电极表面，也可抑制之后发生内部短路。然而，因为是这样的结 构，所以如果发生内部短路，以不具有多孔性保护膜的以往结构的电池中所用的以往方案， 存在无法检测到内部短路的发生的问题。

为了说明上述问题，首先，以下叙述不具有多孔性保护膜的以往结构的电池中所用的 以往方案。

即，在不具有多孔性保护膜的以往结构的电池的情况下，当发生内部短路时，如图3 所示，电池电压一下子下降，之后电压不再恢复。因此，通过以适当的周期监视电池电压， 或者检测短路电流造成的急剧的温度上升，可检测到内部短路。

这基于如下机制(mechanism)。例如，因制造工序中剥落的电极材料或碎屑等金属 异物，首先，当如图4(A)所示发生内部短路时，则因该短路而产生的热，如图4(B) 所示，短路部的正极铝芯材熔融。接着，在该热的作用下，如图4(C)所示，由聚乙烯 等高分子材料构成的隔膜发生熔融而收缩，从而如图4(D)所示短路孔扩大，导致短路 面积扩大。随后，如图4(E)所示短路部分熔融，在该热的作用下再次从图4(C)所示 的熔融(短路孔)扩大开始反复。这样，电池电压一下子下降，而且因热失去控制导致单 位电池温度一下子上升。

因此，例如在日本专利公开公报特开平8-83630号(以下简称作“专利文献3”) 中示出了如因内部短路等发生温度上升则存储该情况，从而可检测非工作时的内部短路等 的技术。而且，在该专利文献3中示出了在针对大幅度的电压下降检测到大幅度的温度上 升时判定为内部短路的方案。而且，在日本专利公开公报特开2002-8631号(以下简称 作“专利文献4”)中示出了基于电压、压力、温度、声音等检测内部短路的方案。另外， 在日本专利公开公报特开2003-317810号(以下简称作“专利文献5”)中公开了从电 极赋予多个频率的信号以检测内部短路的方案。

对此，在如上述专利文献1或专利文献2的具有多孔性保护膜的结构中，当因制造工 序中剥落的电极材料或碎屑等金属异物而如图5(A)所示发生内部短路时，其情况如下。 即，即使如图5(B)所示，短路部的正极铝芯材发生熔融，也可通过所述多孔性保护膜 避免正极铝芯材与负极合剂的接触。因此，如图5(B)至图5(D)所示，隔膜的熔融只 会停留在所述金属异物所存在的区域附近，短路的扩大得到阻止。随后，单位电池电压也 大致恢复，可在微小短路(small short circuit)的状态下使用。在此专利文献1或专利 文献2的结构下发生内部短路时的单位电池电压的变化如图6所示。因此，上述专利文献 3至5的方案存在难以检测内部短路的问题。

而且，使用橄榄石型磷酸铁锂(LiFePO₄)作为正极材料的二次电池其热·化学稳定 性高(high thermal/chemical stability)，并且价格便宜，被期待取代使用钴酸锂(LiCoO₂)的二次电池。但是，使用橄榄石型磷酸铁锂(LiFePO₄)作为该正极材料的二次电池其 导电性低，而且锂离子的扩散速度也极慢，所以存在与所述专利文献1或专利文献2的具 有多孔性保护膜的结构的二次电池同样的问题，即在内部短路时通过所述专利文献3至5 的方法无法检测出。

发明内容