[發(fā)明專利]二次電池

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201380037846.6
• 申請日: 2013-10-11
• 公開（公告）號: CN104471749A
• 公開（公告）日: 2015-03-25
• 發(fā)明（設計）人: 水野智行;小山裕;高橋慶一;谷口明宏;藤田秀明
• 申請（專利權）人: 豐田自動車株式會社
• 主分類號: H01M2/34
• 分類號: H01M2/34;H01M4/1315;H01M4/1391;H01M4/505;H01M4/525;H01M10/0525;H01M10/0567;H01M10/42;H01M10/0587;H01M4/02
• 代理公司: 北京市中咨律師事務所 11247
• 代理人: 賀月嬌;楊曉光

技術領域

本發(fā)明涉及二次電池。在本說明書中，“二次電池”是表示能夠反復地充電的一般蓄電裝置的術語，并且包括諸如鋰離子二次電池、鎳氫電池、鎳鎘電池等的所謂的蓄電裝置以及諸如電雙層電容器等的蓄電裝置。

背景技術

在本說明書中，“鋰離子二次電池”表示使用鋰離子作為電解質離子，并且通過伴隨鋰離子在正電極與負電極之間的電子的遷移而執(zhí)行充電/放電的二次電池。一般被稱為“鋰二次電池”的電池是包括在本說明書中的鋰離子二次電池內的典型實例。

鋰離子二次電池使用能夠存儲和釋放鋰離子的基于碳的材料作為負電極活性材料，使用鋰過渡金屬復合氧化物作為正電極活性材料，并且使用電解液，在該電解液中，鋰鹽被溶解在有機溶劑中。

在鋰離子二次電池中，在過度充電狀態(tài)下，鋰被從正電極過度釋放，并且在負電極中，鋰被過度插入。因此，正電極和負電極這兩個電極都變得熱不穩(wěn)定。當正電極和負電極二者都變得熱不穩(wěn)定時，最終電解液中的有機溶劑被分解而導致急劇的放熱反應。因此，電池異常發(fā)熱而降低電池的安全性。針對此問題，例如，公開號為2001-15155的日本專利申請(JP2001-15155?A)中公開了包括電流中斷裝置(CID)的鋰離子二次電池，當電池內部的氣壓變得大于電池容器中的預定壓力時，該電流中斷裝置使電流中斷。在鋰離子二次電池的電解液中，添加了在達到預定的過度充電狀態(tài)時產生氣體的氣體發(fā)生劑。

在JP?2001-15155?A中公開的鋰離子二次電池中，當達到過度充電狀態(tài)時，添加在電解液中的氣體發(fā)生劑開始聚合反應而產生氣體。當過度充電狀態(tài)進一步持續(xù)時，所產生的氣體量增加，電池外殼內部的壓力變高，用于中斷電流的密封板工作以中斷過度充電電流。從而可以使電池機械地停止。

進一步地，作為鋰離子二次電池，在公開號為2012-109166的日本專利申請(JP?2012-109166?A)、以及WO?2011/067982?A中，公開了使用中空正電極活性材料顆粒(具有中空部的正電極活性材料顆粒)的二次電池。當中空正電極活性材料顆粒被使用時，在正電極活性材料層中，電解液不僅滲入正電極活性材料顆粒的周圍，而且還滲入中空部(正電極活性材料顆粒的內部)。因此，在電極反應中，正電極活性材料顆粒順暢地釋放或存儲鋰離子。據稱從而可以將二次電池的電阻增加保持為低，并且可改善高速放電和快速充電的性能。

在下文中，將研究采用中空正電極活性材料顆粒作為正電極活性材料顆粒，并且采用電流中斷裝置。在電流中斷裝置中，將在過度充電狀態(tài)下產生氣體的氣體發(fā)生劑添加到電解液中，并且當電池外殼內的內部壓力變?yōu)轭A定值或更高時，中斷電流路徑。在過度充電狀態(tài)下，特別地由于正電極的電位變高，因此，在滲入正電極活性材料層的電解液中所包含的氣體發(fā)生劑發(fā)生反應而產生氣體。當由于所產生的氣體，電池外殼的內部壓力變得高于預定壓力時，電流中斷裝置工作以中斷電流路徑，從而使電池的反應停止。然而，在配備有電流中斷裝置的電池中，當中空正電極活性材料顆粒被采用作為正電極活性材料顆粒時，存在這樣的可能：氣體的產生可能減緩，并且電流中斷裝置可能被延遲起動(actuation)。希望電流中斷裝置在達到預定條件時在短時間內工作。

發(fā)明內容

作為本發(fā)明的一方面的二次電池包括電池外殼、電極體、端子、非水電解液和電流中斷裝置。在此，所述電極體被容納在電池外殼中。所述端子被連接到所述電極體。所述非水電解液被容納在所述電池外殼中，并且包含氣體發(fā)生劑。當所述電池外殼的內部壓力變?yōu)楦哂陬A定壓力時，所述電流中斷裝置中斷所述電極體與所述端子之間的電連接。

在此，所述電極體包括正電極集電體和在所述正電極集電體上形成(保持)的正電極活性材料層。所述正電極活性材料層包括多個中空正電極活性材料顆粒、多個導電材料顆粒以及多個空隙支持顆粒。所述空隙支持顆粒是被配置為在所述正電極活性材料層中提供小孔徑為0.5μm或更大的空隙的顆粒。所述導電材料顆粒是被配置為提供所述正電極活性材料層的電氣連續(xù)性的顆粒。此外，所述空隙支持顆粒的平均顆粒尺寸B與所述中空正電極活性材料顆粒的平均顆粒尺寸A的比率(即，B/A)為1/3≤(B/A)≤2；并且所述空隙支持顆粒的壓碎強度大于所述導電材料顆粒的壓碎強度。

根據這種二次電池，正電極活性材料層可恰當地確?？障?，可恰當地確保氣體發(fā)生劑所產生的氣體量，可在保持高輸出特性的同時增加所產生的氣體量，并且可使電流中斷裝置恰當地工作。