[發明專利]鋰離子二次電池、隔膜、電池組和充電方法

有效

• 申請號: 01801175.6
• 申請日: 2001-03-07
• 公開（公告）號: CN1372706A
• 公開（公告）日: 2002-10-02
• 發明（設計）人: 大道高弘;五十嵐聰;西川聰;本元博行;峰松宏昌
• 申請（專利權）人: 帝人株式會社
• 主分類號: H01M10/40
• 分類號: H01M10/40
• 代理公司: 中國專利代理(香港)有限公司
• 代理人: 姜建成

技術領域

本發明涉及在過度充電時具有高安全性的低成本鋰離子二次電池，涉及所述鋰離子二次電池所采用的隔膜、電池組和裝配有所述鋰離子二次電池的電氣/電子設備以及用于所述鋰離子二次電池的充電方法。

背景技術

隨著近年來便攜式電子設備的普及和性能的增強，對具有高能密度的二次電池的提出了相應要求。這種要求已通過更多地使用鋰離子二次電池來獲得滿足，其中所述二次電池采用了可以進行電化學涂布(doped)和去涂布(dedoped)的碳材料，將鋰用作負電極活性材料，而含鋰的過渡金屬氧化物作為正極活性材料。

這種鋰離子類型的二次電池通過鋰離子在正極和負極之間的遷移進行充電和放電，由此完成電能的貯存和釋放。鋰離子二次電池具有高的能量密度，這是因為它輸出的平均電壓約等于3.7伏，約為常規二次電池的3倍，但是，由于電解質水溶液不能用于常規的二次電池，所以采用具有足夠耐氧化-還原作用的無水電解質溶液。由于這個原因，鋰離子二次電池通常稱為無水二次電池。

由于無水二次電池使用易燃的無水電解質溶液作為電解質溶液，因此存在燃燒的危險，因此，在使用它們時必須保持高度警惕。雖然許多情況可能導致產生燃燒的危險，但過度充電尤其危險。

為了防止過度充電，采用恒定的電流和恒定的電壓對現存的無水二次電池進行充電，并向電池提供精密的保護電路(安全電路：IC+FET×2)。這些保護電路價格昂貴，因此增加了無水二次電池的成本。

當通過保護電路來防止過度充電時，保護電路有時也會操作失敗，因此基本上也不能認為它是安全的。對現有的無水二次電池作出了各種改進如提供安全排口(safety?vent)、PTC元件和使用具有熱熔化功能(切斷功能)的隔膜從而在過度充電時如果發生保護電路失效的情況下能安全破壞處于過度充電的電池。但是，即使提供這種裝置，根據過度充電的情況，過度充電時的安全性不是總能得到可靠保證，事實上，無水的二次電池仍然發生了燃燒的事故。

由于從安全和成本的角度來看，防止無水二次電池的過度充電的安全措施仍然不夠充分，因此還是存在待解決的問題，已經提出出各種方法以改善這個問題。

改進的一種方法是針對當保護電路失效時以安全方式破壞所述電池。這種方法的一個例子包括如日本專利號2928779、日本專利號3061759、日本專利號3113652、未審查的日本專利公開號2000-306610和其它出處提出添加一種在過度充電時能穩定產生氣體的化合物，并引起安全排口快速啟動，如日本專利號3061756提出加入一種在過度充電時進行聚合的化合物，由此阻斷電流，以及如未審查的日本專利公開號11-45740中提出加入一種在過度充電時具有吸熱作用的化合物；這此方法涉及的一些添加劑已被采用并且改進了無水二次電池的安全性。

另一種方法針對確保安全性，同時還通過除去保護電路或如具有熱敏電阻系統的簡單的保護來節省成本。這種方法的例子包括如未審查的日本專利公開號6-338347、未審查的日本專利公開號2000-251932、未審查的日本專利公開號2000-277147、未審查的日本專利公開號2000-228215和其它出處提出的使用還原氧化往復(shuttle)型添加劑。在過度充電時氧化還原往復型添加劑引起正極和負極之間的氧化-還原反應，由此通過消耗過度充電的電流的機制來防止過度充電。現已采用一些這樣的添加劑并且有助于改進無水二次電池的安全性，但它們沒能除去保護電路或簡化保護電路。

未審查的日本專利公開號2000-67917提出了一種通過采用凝膠-聚合物的電解質膜來防止過度充電的技術，該專利還表明了消除或簡化保護電路的可能性。但是，所述技術要求用于凝膠-聚合物電解質膜的膜厚不小于30微米，需要40微米或更大以獲得足夠的效果和甚至更大厚度以獲得明顯的效果。但是考慮到在大多數現有的無水二次電池中的隔膜厚度為25微米，沒有廣泛采用這種厚度，隨著電池能量密度不斷的提高，隔膜的厚度趨向于更薄。

未審查的日本專利公開號2000-123824也提出一種采用凝膠-聚合物的電解質來防止過度充電的技術，其中提出了消除或簡化保護電路的可能性。這種技術通過采用聚醚低聚物防止過度充電，但所述技術沒有被廣泛采用，因為與現有的無水二次電池相比，所述電池的放電特性極差。

本發明的公開

本發明的目的是通過提供一種無水電池來解決上述先有技術中的問題，所述無水二次電池在保持實用的電池特性的同時允許消除保護電路或簡化保護電路成為熱敏開關系統如熱敏電阻和/或PTC元件，由此與常規的無水二次電池相比，提高了過度充電的安全性并降低了成本。