[發明專利]電化學裝置

有效

• 申請號: 200910129457.1
• 申請日: 2009-03-20
• 公開（公告）號: CN101546846A
• 公開（公告）日: 2009-09-30
• 發明（設計）人: 直井克夫;西澤建治;向后美津雄
• 申請（專利權）人: TDK株式會社
• 主分類號: H01M10/36
• 分類號: H01M10/36;H01M10/40;H01M10/38;H01M4/02;H01M2/14;H01M10/42
• 代理公司: 北京尚誠知識產權代理有限公司
• 代理人: 龍 淳

技術領域

本發明涉及電化學裝置。

背景技術

隨著便攜式電子設備的普及，需要輕量、小型、且能夠長時間連續驅動的二次電池等的電化學裝置。現有的二次電池使用了金屬的外裝殼，但是，以鋰聚合物電池為代表，通過將薄且輕的薄膜用于外裝袋，從而能夠減輕電池重量，增大設計的自由度。

一直以來，在將這樣的薄膜用于外裝袋的電池中產生某些異常的情況雖然取決于所使用的電解質的種類，但是有時產生氣體，嚴重時導致著火。例如，將充電器設定為，如果達到規定的時間或電壓，則停止充電，但是，在充電因某些理由而不停止的情況下，將超過電化學裝置的容量，成為過充電。如果過充電狀態進一步持續，則電解質分解，產生氣體，并且內部變形導致外裝袋膨脹，引起內部短路，存在著外裝袋破裂或電化學裝置著火的危險。

另外，已知，如果使用鋰離子的二次電池超過某個溫度，則容易引起熱失控。熱失控產生氣體和更多的熱，引起電池的破裂或著火。

為了避免這樣的事態，例如，如日本專利申請公開第2000-100399號公報和日本專利申請公開平第11-312506號公報中所述，研討了設置安全閥并根據內壓的上升而釋放氣體的機構。

發明內容

但是，上述的安全閥的工作并不一定穩定，而且，如果在安全閥進行工作之前，內壓導致外裝體膨脹，電極素體受到壓力，則電極素體變形，引起內部短路，正極因內部的發熱而引起熱失控，嚴重時存在著破裂、著火的危險。

本發明是鑒于上述的現有技術所具有的問題而提出的，其目的在于，提供一種防止因外裝體內部的溫度上升而引起的破裂和著火并飛躍地提高安全性的電化學裝置。

為了達到上述目的，本發明提供了一種電化學裝置，其具備：電極素體，含有正極和負極隔著第1分隔層而層疊的層疊構造；以及第1虛擬電極和第2虛擬電極，分別配置在上述電極素體的層疊方向的兩個端面上，其中，上述第1虛擬電極和上述第2虛擬電極的一方與上述電極素體中的正極電連接，另一方與上述電極素體中的負極電連接，上述第1虛擬電極和上述第2虛擬電極在上述電極素體的外周部具有隔著第2分隔層而相互相對的相對部分，上述第1虛擬電極和上述第2虛擬電極的一方或雙方至少在上述相對部分的相互相對的一側具有阻抗控制層，上述阻抗控制層具有上述第1虛擬電極和上述第2虛擬電極之間的內部短路估計電流成為相當于0.09C～相當于1.00C的范圍的阻抗值，以作為上述第1虛擬電極和上述第2虛擬電極的合計的阻抗值，隔著上述第2分隔層而相對的上述第1虛擬電極和上述第2虛擬電極，以在比上述電極素體中的隔著第1分隔層而相對的正極和負極更低的溫度下發生短路的方式構成。

在此，本發明中的“內部短路估計電流”是指在異常高溫時，當本發明中的第1虛擬電極和第2虛擬電極發生短路時在安全上所能夠允許的電流。即，意味著在第1虛擬電極和第2虛擬電極之間產生內部短路時的電流的安全范圍。關于內部短路估計電流，能夠基于單電池的容量和充滿電時的電池電壓，從歐姆定律(V＝IR)計算出該值。例如，如果假定單電池的容量為2(Ah)，充滿電時的電池電壓為4.2(V)，則為了使內部短路估計電流為相當于1C，根據4.2(V)÷(2×1)(A)，必要的阻抗值為2.1(Ω)。另外，為了使相同的單電池的內部短路估計電流為相當于0.1C，根據4.2(V)÷(2×0.1)(A)，必要的阻抗值為21(Ω)。此外，相當于1C是指與充放電相當于單電池容量的電流1小時的量相當的電流。

發明者悉心研討，結果發現，設置第1虛擬電極和第2虛擬電極。并通過設定第1虛擬電極和第2虛擬電極的厚度方向的阻抗值的合計，使得內部短路估計電流成為相當于0.09C～相當于1.00C的范圍，從而能夠確保電化學裝置的安全性。即，依照本發明的電化學裝置，那么，在因外裝體內部的溫度上升而處于危險的溫度氛圍的情況下，使緩慢的自放電產生，使得用于電化學裝置的活性物質變化為更進一步的熱穩定領域，能夠飛躍地提高電化學裝置的安全性。獲得相關的效果是因為在上述電化學裝置中，在電極素體中的正極和負極發生短路之前，通過第1虛擬電極和第2虛擬電極隔著阻抗控制層進行電接觸，從而產生緩和的內部短路。此外，例如因第2分隔層的收縮、熔融等，使得第1虛擬電極和第2虛擬電極隔著阻抗控制層進行電接觸，從而產生短路。如此，由于第1虛擬電極和第2虛擬電極隔著阻抗控制層而緩和地短路，因而能夠安全地使電池容量降低，避免因硬短路時的焦耳熱而引起的熱失控，防止外裝體的破裂或電化學裝置的著火，飛躍地提高在異常高溫氛圍下的電化學裝置的安全性。