BRPI0508427B1 - Dispositivo eletroquímico compreendendo um terminal de eletrodo tendo um dispositivo de proteção - Google Patents

Dispositivo eletroquímico compreendendo um terminal de eletrodo tendo um dispositivo de proteção Download PDF

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Ahn Soon-Ho
Park Pil-Kyu
Choi Soo-An
Lee Yong-Tae
Kim Ju-Dam
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Abstract

dispositivo eletroquímico compreendendo em terminal de eletrodo tendo um dispositivo de proteção é descrito um dispositivo eletroquímico compreendendo uma montagem de eletrodos tendo um catodo, um anodo e um eletrólito, e um alojamento que encerra a montagem de eletrodos incluindo um dispositivo de proteção ao qual qualquer um ou ambos um terminal de catodo, para conectar o catodo com um terminal externo, e um terminal de anodo, para conectar o anodo com um terminal externo, estão eletricamente conectados, onde o dispositivo de proteção está disposto no espaço interno do alojamento e o terminal do eletrodo equipado com o dispositvo de proteção é dobrado para ambos os lados do dispositivo de proteção de forma que a superfície mais larga do dispositivo de proteção fica assentada em uma suprfície lateral do alojamento onde o terminal do eletrodo está presente.

Description

(54) Título: DISPOSITIVO ELETROQUÍMICO COMPREENDENDO UM TERMINAL DE ELETRODO TENDO UM DISPOSITIVO DE PROTEÇÃO (51) Int.CI.: H01M 2/34 (30) Prioridade Unionista: 13/04/2004 KR 10-2004-0025394 (73) Titular(es): LG CHEM, LTD.
(72) Inventor(es): KIM, JE-YOUNG; AHN, SOON-HO; PARK, PIL-KYU; CHOI, SOO-ΑΝ; LEE, YONGTAE: KIM. JU-DAM « ·
Figure BRPI0508427B1_D0001
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• * • » *
DISPOSITIVO ELETROQUÍMICO COMPREENDENDO UM TERMINAL DE ELETRODO TENDO UM DISPOSITIVO DE PROTEÇÃO
A presente invenção se relaciona a um dispositivo e 1 e 11’ o químico que inclui um te r r n i n a 1 d e e 1. e t r o d o tendo um. dispôs it..ivo de proteção para interromper a corrente elétrica quando a temperatura do dispositivo eletroquímico aumenta.
Estado da Arte
Recentemente, está havendo um. interesse crescente na tecnologia de armazenamento de energia. As baterias têm sido extensamente usadas como fontes de energia em telefones portáteis, filmadoras, computadores notebook, PCs (computadores pessoais) e carros elétricos, resultando em uma pesquisa e desenvolvimento intensivos. Considerando isto, os dispositivos eletroquímicos são assunto de grande interesse. Particularmente, o desenvolvimento de baterias secundárias recarregãveis é o foco de atenção. Recentemente, a pesquisa e o desenvolvimento de novos eletrodos e baterias que podem, melhorar a densidade de capacidade e a energia específica têm sido feitos intensivamente no campo das baterias secundárias.
Entre as baterias secundárias atualmente usadas, as baterias secundárias de litio que apareceram no início dos anos de 1990 têm voltagem de excitação e densidade de energia mais altas que as baterias convencionais que usam eletrólitos aquosos (tais como baterias de Ni-MH, baterias de Ni-Cd, baterias de H2SO4Pb, etc.). Por estas razões, as baterias secundárias de lítio são vantajosamente usadas. Porém, tais baterias secundárias de lítio têm a desvantagem de que os eletrólitos orgânicos nelas usados podem causar problemas relacionados à segurança resultando em ignição e explosão das baterias e assim os processos de fabricação de tais baterias ficam complicados. Mais recentemente, imaginou-se que as baterias de polímeros de íons de lítio desenvolvidas com a finalidade de superar as falhas das baterias de íons de lítio conduziríam às baterias da próximas geração. Porém, tais baterias de polímeros de litio desenvolvidas até o momento têm uma capacidade reiativamente baixa se comparadas com as baterias de íons de lítio, e provêem capacidade de descarga insuficiente a * * *
Li baixa t emper atura. Então, há una necessidade i ninente d-- baterias capazes de resolver os problemas acima mencionados.
As baterias de íons de i í f io têm um mecanismo de operação diferente do das baterias de hidridos de metal de níquel ou das baterias de níquel-cãdmio. Cada LiCoO- e grafite usados respectivamente como material ativo de catodo e material ativo de anodo em uma batería de íons de lí tio, tem uma estrutura cristalina na qual um espaço vasic esta presente. durante os ciclos de carga/des carga, os ions de Li se intercalam e deintercalam repetidamente fora do espaço vazio assim se movem dentro da batería.
estado em seu
Uma batería é fabricada descarregado. Durante o ciclo de carga, o lítio contido nos cristais de LiCcO2 se de-intercalam fora dos cristais, se movem para o anodo e assim se intercalam na estrutura cristalina de grafite. Ao contrário, durante o ciclo de descarga, o lítio contido na grafite se de-intercala fora da estrutura cristalina da grafite e então se intercalam em cristais presentes no catodo. Tais idas e vindas repetidas dos íons de Li entre catodo e anodo são referidas como o assim chamado conceito de cadeira de balanço, que forma o mecanismo de operação de uma batería de íons de lítio.
A avaliação de segurança das baterias é muito importante. Deve ser considerado, em primeiro lugar, que os usuários têm que estar protegidos de danos devido ao maifuncionamento das baterias. Para satisfazer esta condição, a segurança das baterias fica restrita estritamente em termos de ignição e combustão da batería, pelos padrões de segurança. A sobrecarga de uma bateria é o problema mais iminente a ser resolvido.
Todas as baterias são perigosas quando sobrecarregadas e as baterias de íons de lítio não podem ser uma exceção. Quando uma bateria é sobrecarregada, os íons de lítio se movem continuamente do catodo para o anodo presente em um estado em que o lítio ocupa completamente o espaço vazio na estrutura cristalina da grafite, quando observado do ponto de vista geométrico, de forma que os íons de lítio crescem na superfície do anodo, resultando em formação de dendrite tendo uma estrutura • · · • * • « .1^ resinosa. Ta2. dendr ite pode resultar em explosão e incêndio da bateria quando a bateria sofre abuso. A morfologia da dendrite depende do tipo de sal de iítio contido no eletrólito.
O fenômeno mais perigoso que resulta da sobrecarga de uma bateria é a sobrecarga de alta temperatura, gue é o pior que acontece às baterias de íons de lí tio. Quando uma bateria de íons de lí tio é sobrecarregada a uma voltagem de 4,2V ou mais, o eletróli to começa a se decompor e tende a ter alta possibilidade de ignição â medida em que a temperatura da bateria aumenta até alcançar o ponto de flash. Porém, não há ocorrência de ignição dentro do espaço fechado de uma bateria porque não é provido oxigênio. O LiCoO; usado como material ativo de catodo forma uma estrutura de camadas O-Co-O na qual uma camada de Co se localiza entre camadas de átomos de oxigênio, tal estrutura tomando a forma de um sanduíche. Adicionaimente, o LiCoCp pode formar uma estrutura cristalina de O-Co-O-Li-O-Co-O na qual uma camada de Lí se localiza entre duas estruturas do tipo sanduíche. Esta última estrutura não é estável.
A alta temperatura, o LiCoCt tem grande tendência a ser convertido em uma estrutura estável de espinha (estrutura do tipo contorno). A estrutura espinhal temí a fórmula molecular de LiCo204 e assim tem uma pequena quantidade de oxigênio por célula de unidade, se comparada a uma estrutura em camadas. Então, neste caso, o oxigênio restante se move para um eletrólito de modo que o oxigênio pode ser provido ao eletról·ito alcançando seu ponto de flash, causando assim a explosão da bateria. Porém, porque uma bateria não pode, ela mesma, prevenir a emissão de calor conforme mencionado acima, muitas tentativas têm sido feitas, por exemplo, para montar um circuito de proteção em uma bateria ou aplicar obstrução de calor usando um separador.
Particularmente, sabe-se que dispositivos de proteção tais como um dispositivo de PTC (positive temperature coefficient - coeficiente de temperatura positivo) ou um fusível térmico são eficientes quando eles estão dispostos na vizinhança de um eletrodo como uma fonte emissora de calor (por exemplo, na porção central ou na superfície lateral de uma bateria) através de soldagem por resistência, para detectar prontamente um aumento de • a a
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t.ercpfctatura da bateria seguido por operação anormal· da bateria.
Adicionalmente, tais dispositivos de proteção são freqüentemente dispostos na porção lateral da bateria para aumentar a eficiência de energia por volume.
Como abordagem mais recente, a patente japonesa publicada tt 2003-45492 descreve uma batería compreendendo um dispositivo de proteção sensível ao calor ·:' PTC) montado em um terminai de eletrodo Lendo condutividade de calor reiativamente alta, onde o dispositivo de proteção correspondente está disposto na região selada. Porém, de acordo com a bateria, como o disposi tivo de PTC está montado no exterior da bateria e o alojamento da bateria tem baixa condutividade de calor, não é possível responder sensivelmente às variações em temperatura dentro da bateria, na prática. Mais ainda, como a bateria é fabricada por um processo complicado, apresenta pobre aplicabilidade industriai, na prática.
Descrição da Invenção
Então, a presente invenção destina-se aos problemas acima mencionados. É um objetivo da presente invenção prover um dispositivo eletroquimico que inclui um dispositivo de proteção ativado imediatamente com respeito a um aumento da temperatura do dispositivo eletroquimico interrompendo a corrente elétrica de maneira que o dispositivo eletroquimico possa ser protegido enquanto minimizando a queda na densidade de energia por volume do dispositivo eletroquimico.
É outro objetivo da presente invenção prover uma embalagem de dispositivo eletroquimico tendo um ou mais dispositivos eletroquímicos acima citados.
De acordo com um aspecto da presente invenção, é provido um dispositivo eletroquimico compreendendo uma montagem de eletrodos tendo um catodo, um anodo e um eletrólito, e um aloj amento que encerra a montagem de eletrodos incluindo um dispositivo de proteção ao qual qualquer um, ou ambos, terminal de catodo, para conectar o catodo com um terminai externo, e terminal de anodo para conectar o anodo com um terminal externo, estão eletricamente conectados, onde o dispositivo de proteção está disposto no espaço interno do alojamento e o terminal do eletrodo
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equipado com c dispositivo de proteção é dobrado para ambos os tacos do dispositivo de proteção de forma que a superfície mais larga do dispositivo de proteção fica assentada em uma superfície lateral no alojamento onde o terminal de eletrodo está presente.
De acordo com outro aspecto da presente invenção, e provido um dispositivo eletroquimico que inclui uma montagem de eletrodos tendo um catodo, um anodo e um eletrélito, a montagem de eletrodo estando encerrada em um alojamento tendo uma superfície interna e uma superfície externa, onde o dispositivo eletroquimico inclui um dispositivo de proteção ao qual qualquer um ou ambos terminal de catodo, para conectar o catodo com um terminal externo, e terminal de anodo, para conectar o anodo com um terminal externo, estão eletricamente conectados, o dispositivo de proteção estando disposto em uma região selada entre as superfícies internas do alojamento, e a região selada do alojamento é dobrada de modo que a região selada tendo o dispositivo de proteção é assentada em uma superfície lateral do alojamento.
dispositivo de proteção que pode estar disposto no espaço interno de um alojamento ou na região selada de um alojamento de acordo com a presente invenção, inclui um dispositivo de PTC, um fusível térmico, um dispositivo bimetal, um diodo Zener, etc.
De acordo com a presente invenção, o dispositivo de proteção é conectado eletricamente em série ao terminal de um eletrodo, ou em paralelo, preferivelmente em série. A conexão entre o terminal de catodo ou terminal de anodo e o dispositivo de proteção pode ser feita por soldagem.
Preferivelmente, o dispositivo de proteção que pode ser usado na presente invenção é um dispositivo de proteção que protege um dispositivo eletroquimico de um aumento de temperatura do dispositivo eletroquimico.
O dispositivo de PTC usado na presente invenção como dispositivo de proteção é conectado eletricamente em série a um terminal de eletrodo e pode interromper a corrente elétrica pela ocorrência de um aumento rápido de resistência, quando a temperarura de uma bateria aumenta anormalmente (por exemplo, no « « *
Λ γ
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caso de sobre-corrente ou curto-circuito externo, particnlarmente no caso de uma sobrecarga'!, de modo que a temperatura não possa aumentar mais. Então, o dispositivo d.e PTC pode melhorar a segurança da bateria.
Em uma forma de incorporação da presente invenção, o dispositivo de proteção está disposto dentro do alojamento do dispositivo eletroqulmico, e a superfície mas larga do dispositivo de proteção é assentada na superfície lateral no alojamento onde o terminai de eletrodo está presente. Por exemplo, no caso de uma montagem de eletrodos empilhada tendo quatro superfícies empilhadas, o dispositivo de proteção fica disposto no espaço entre a superfície empilhada, na qual o terminal de eletrodo está presente, e o alojamento, e a superfície do dispositivo de proteção fica oposta à superfície empilhada na qual o terminal está presente. Neste caso, o dispositivo de proteção pode responder prontamente a um aumento de temperatura do dispositivo eietroquímico sem ocorrência de queda na densidade de energia do dispositivo eietroquímico.
Quando o dispositivo de proteção está disposto no espaço interno do alojamento conforme descrito acima, é preferível dobrar o terminal de tal maneira que a superfície mas larga do dispositivo de proteção possa ser assentada na superfície lateral da bateria. Por exemplo, é preferível dobrar o terminal de catodo ou terminal de anodo conectados eletricamente ao dispositivo de proteção de tal maneira que o dispositivo de proteção possa ser disposto paralelamente ao espaço entre a superfície empilhada da montagem de eletrodos empilhada e o alojamento (e que a superfície do dispositivo de proteção possa ficar oposta à superfície empilhada).
Particularmente, é preferível cobrir com fita ambas as superfícies do terminal usando um filme de isolação para prevenir a interconexão do terminal a ser dobrado (veja-se a fig. 6a) . Adicionalmente, o terminai ou o dispositivo de proteção é recoberto com uma fita de isolação para prevenir curto-circuito elétrico. Exemplos particulares do filme de isolação incluem um filme de isolação de imida.
A porção
Figure BRPI0508427B1_D0010
proteção ê
tendo o di sposit ivo de recoberta preferivelmente com um polímero para prevenn a. quebra do dispositivo de proteção (por exemplo, uma folha de PTC) causada por infiltração do elet.rólito no dispositivo de proteção. Exemplos não-limitativos de polímero incluem polietileno, polipropileno, poliuretano, resinas epóxi, silicone, etc.
Em outra forma de incorporação, o di sposit ivo de proteção está dísposro na região selada entre as superfícies internas de um alojamento. Neste caso, é preferível minimizar a temperatura e a pressão durante a selagem de modo que a quebra do próprio dispositivo de proteção possa ser prevenida.
Enquanto isso, é mais eficiente em termos de segurança que o dispositivo de proteção tenha uma superfície de contato com a montagem dos eletrodos tão grande quanto possível de modo que o calor gerado dentro da montagem de eletrodos possa ser detectada com alta sensibilidade. Então, é preferível que o dispositivo de proteção se estenda num pré-determinado comprimento para longe da direção longitudinal do terminal conectado pelo dispositivo de proteção, preferivelmente ao longo da direção perpendicular (veja-se as figs. 2c, 2d, 2e e 2f)* Fazendo assim, o dispositivo de proteção pode se estender na superfície lateral do alojamento, minimizando a queda de densidade de energia por volume causada por tal folha de proteção estendida. Se o dispositivo de proteção está disposto na região selada do alojamento e a região selada do alojamento é dobrada para ser assentada na superfície lateral do alojamento, a porção estendida do dispositivo de proteção também fica assentada na superfície lateral do alojamento. Particularmente, quando o dispositivo de proteção está presente na vizinhança de uma aba do terminal do eletrodo, o calor gerado pelo dispositivo eletroquímico durante um estado de sobrecarga é conduzido principalmente pelo terminal do eletrodo. Como resultado, a condutividade de calor para o dispositivo de proteção pode diminuir. Então, de acordo com a presente invenção, a porção do di spositivo de proteção exposta estendendo-se a partir de um terminal linear, preferivelmente ao .longo da direção perpendicular, pode melhorar a sensibilidade ao aumento de temperatura do dispositivo eletroquímico bem como a condutividade
I?
Figure BRPI0508427B1_D0011
« · • ·· • i de caioi (veja-se as figs, 3, 7 e 11; . Em outias palavras, o calor; gerado pelo dispositivo eletroquímieo sob estado de sobrecarga não apenas pode ser conduzido pelo termina 1 do eletrodo mas também diretamente para a porção exposta do dispositivo de proteção, aumentando assim a eficiência operacional do dispositivo de proteção.
Conforme mostrado na fig. 13, quando uma montagem de eletrodo tendo uma estrutura empilhada e provida e cada r e rmi nal· está conectado a uma aba do eletrodo em formato de V” (número 6, na fig. 1}, uma vacância é criada entre a superfície empilhada da montagem de eletrodos e o alojamento (número 7, na fig. 1) .
Quando o dispositivo de proteção está disposto no espaço entre uma aba do catodo e uma aba do anodo em uma montagem de eletrodos empilhada incluindo uma aba de eletrodo tendo um formato de V (veja-se a fig. 7a) conforme descrito acima, não há queda da capacidade da bateria. Adicionalmente, é possível maximizar a área de contato entre o dispositivo de proteção e a bateria.
Embora a presente invenção geralmente possa ser aplicada em baterias de íons de lítio, também pode ser aplicada a todos os dispositivos eletroquímicos incluindo baterias de hidrido de metal de níquel, baterias de níquel-cádmio, etc. Adicionalmente, a presente invenção terá aplicabilidade em futuras baterias que possam substituir as baterias de íons de lítio.
Uma forma de incorporação da presente invenção, caracterizada por compreender um dispositivo de proteção disposto dentro de um alojamento, pode ser aplicada a baterias cilíndricas e prismáticas, do tipo bolsa, sem limitações particulares do formato do alojamento da bateria.
Enquanto isso, outra forma de incorporação da presente invenção, caracterizada por compreender um dispositivo de proteção disposto na região selada de um alojamento, é adequada para baterias do tipo bolsa. Ao contrário das baterias prismáticas ou cilíndricas, as baterias do tipo bolsa geralmente usam uma bolsa de alumínio como al·ojamento permitindo que o dispositivo de proteção fique disposto na região selada, na prática.
♦ » * • * * « ♦ » * *
Figure BRPI0508427B1_D0012
Em seguida, formas de incorporação preferidas de baterias do tipo bolsa, particularmente baterias secundárias de polímero de .íons de iít.io às quais a presente invenção é aplicada, serão explicadas em mais detalhes com referência aos desenhos acompanhantes.
Como mostrado na fig. 1, uma montagem de eletrodos 1 é encerrada e selada por um alojamento 2 feito de um material de isolação e inclui um catodo, um anodo, um separador interposto entre o catodo e o anodo e um polímero de gel . Um terminal de catodo 3 e um terminal de anodo 4 estão conectados a um catodo e um anodo, respectivamente. O terminal de catodo e o terminal de anodo são selados por calor em uma região selada 5 disposta na circunferência do alojamento.
Ά fig. 2 mostra várias formas de incorporação de dois terminais conectado um ao outro por um dispositivo de
proteção (por exemplo, um dispositivo de PTC) de acordo com a
presente invenção.
0 dispositivo de PTC é formado por ligação
cruzada entre carbono negro~de-fumo como agente condutivo e
polietileno como polímero matriz.
Em seguida, a presente invenção será exemplificada por uma batería secundária de lítio.
A batería secundária de lítio inclui um catodo compreendendo um óxido composto de lítio como material ativo de catodo, um anodo capaz de interealação/de-intercalação de lítio, um eletrólito não-aquoso e um separador.
O material ativo de catodo que forma o catodo inclui um óxido composto de litio. Exemplos particulares de óxido composto de lítio inclui óxidos baseados em material de intercalação de lítio tal como óxidos de manganês de lítio, óxidos de cobalto litiados, óxidos de níquel de lítio ou outros óxidos compostos obtidos por combinações relacionadas. O material ativo de catodo é unido a um coletor de corrente de catodo tal como uma chapa formada de alumínio, níquel ou combinações relacionadas para prover o catodo.
O material ativo de anodo que forma o anodo de uma batería secundária de lítio inclui metal de lítio, uma liga de • » »
Figure BRPI0508427B1_D0013
Figure BRPI0508427B1_D0014
ntio, ou materiais de rntercalação de iitio tais como carbono, coque de pet róleo, carbono ativado, grafite ou outros tipos de carbono. O material ativo de anodo é unido a um coletor de corrente de anodo tal como uma chapa formada de cobre, ouro, níquel, liga de cobre ou combinações relacionadas para prover o anodo.
O separador que pode ser usado tem uma estrutura micro-porosa e inclui filmes muitr-camada formados de poi retiiene, polipropileno ou suas combinações, ou filmes de polímero para eletrólitos de polímero sólido ou eletrólitos de gei-polímero tais como fluoreto de polivinilideno, óxido de polietileno, poliacrilonitrilo ou copolímero de fluoreto-hexafluoropropileno polivinilideno.
O eletrólito que pode ser usado na presente invenção inclui um sal representado pela fórmula A+B, onde A representa um cátion de metal alcalino selecionado do grupo consistindo em Li*, Na+, K+ e combinações relacionadas, e B“ representa um ânion selecionado do grupo consistindo em PF<, BF4, Cl’, Br’, I’, ClOf, AsF6, CH3CO2, CF3SO3‘, N(CF3SO2)2~, C(CF2SO2)3 e combinações relacionadas, o sal sendo dissolvido ou dissociado em um solvente orgânico selecionado do grupo que consiste em carbonato de propileno (CP), carbonato de etileno (CE), carbonato de dietila (CDE), carbonato de dimetila (CDM), carbonato de dipropila (CDP), sulfóxido de dimetila, acetonitrilo, dimetóxi25 etano, díetóxi-etano, tetrahidrofurano, N-metil-2-pirroli dona (NMP), carbonato de etil-metila (CEM), gama-butírolactona (γbutirolactona) e misturas relacionadas.
Adicionalmente, não há nenhuma limitação particular no formato do dispositivo eletroquímico para o qual a presente invenção é aplicada. O dispositivo eletroquímico pode ser um dispositivo do tipo fino ou de grande tamanho, etc. A presente invenção pode ser aplicada a um dispositivo empilhado tendo uma pluralidade de dispositivos eletroquímico, um dispositivo do tipo de embalagem rígida tendo um alojamento de embalagem no qual um dispositivo eletroquímico está contido e um dispositivo do tipo de embalagem flexível incluindo um dispositivo eletroquímico exposto para o exterior.
I. !
« · * a » · • · • a · ·
Breve Descrição dos Desenhos
A fig. 1 é uma vista esquemática mostrando um disposi tivo e I o+roquimico com formato de bolsa usado na presente i nvenção.
As figs. 2a-2f são vistas ilustrar ivas cada uma mostrando dois terminais conectados um ao outro por meio de um dispositivo de proteção (por exemplo, PTC) de acordo com a presente invenção.
A f ig. 3 é uma fotografia mostrando uma forma de incorporação de um terminal de PTC em formato de T para uso prático.
As figs. 4-7 são fotografias cada uma mostrando
uma forma de incorporação de um terminal de PTC aplicado a uma
bateria para uso prático, onde a fig. 4 mostra um terminai de PTC
cuj a porção do PTC está presente no exterior de um aloj amento; a fig. 5 mostra um terminal de PTC cuj a porção do PTC está presente na região de adesão (região selada) de um alojamento; a fig. 6a mostra um terminal de PTC cuja porção do PTC está disposta na vizinhança de uma aba do eletrodo em um alo j amento; a f ig. 6b mostra a aparência de uma bateria embalada com um aloj amento depois da montagem de um PTC na vizinhança de uma aba do eletrodo dentro do alojamento conforme mostrado na fig. 6A; a fig. 7 a mostra um terminal de PTC em formato de T cuja porção do PTC está disposta em um espaço interno (um espaço entre uma aba do catodo e uma aba do anodo) criado pela formação de um formato de V em uma bateria tendo uma estrutura empiihada-e-enroiada; e a fig. 7b mostra a aparência de uma bateria embalada com um aloj amento, a bateria incluindo o terminal de PTC disposto como mostrado na fig. 7a.
A fig. 8 é um gráfico que mostra as variações de temperatura e voltagem, obtidas do teste de sobrecarga de uma bateria de polímero real (Exemplo Comparativo 1) tendo um terminal de PTC cuja porção do PTC está disposta no exterior de um aloj amento.
A fig. 9 é um gráfico mostrando os comportamentos de sobrecarga de uma bateria (Exemplo 1) tendo um terminal de PTC cuja porção do PTC está disposta na região selada.
λ.
« * · * * » · • * • * •« « I • * « * ^5
A fig. 10 sao uw gráfico mostrando os comportamentos de sobrecarga de uma batei ia (Exemplo 2) tendo nm terminai de PTC cuja porção do PTC esta disposta em uma região da aba dentro da bateria.
Figure BRPI0508427B1_D0015
* · *· · »
» « « ··♦
A fig. 11 e um gráfico mostrando os comportamentos de sobrecarga de uma bateria (Exemplo 3) tendo um terminal de PTC cuja porção do PTC se estende no espaço entre uma aba do catodo e uma aba do anodo.
A fig. 12 e um gráfico mostrando os comportamentos de sobrecarga de uma bateria (Exemplo Comparativo 2) tendo um terminal convencional em vez de um terminal de PTC.
A fig. 13 é uma vista em perspectiva mostrando a formação de um formato em V em uma bateria tendo uma estrutura empilhada, vista pela lateral.
Descrição dos números de referência nos desenhos:
1: montagem de eletrodo
2: alojamento (do tipo bolsa de alumínio)
3: terminal de catodo
4: terminal de anodo
5: região de adesão (região selada) do alojamento
6: formato em V do terminal da aba do eletrodo
Ί: espaço entre a aba do catodo e a aba do anodo criado pela formação do formato em V
Modo de Execução da Invenção
Referência será feita agora em detalhes às formas de incorporação preferidas da presente invenção. Será entendido que os exemplos a seguir são apenas ilustrativos e a presente invenção não fica a eles limitada.
[Exemplos]
Exemplo Comparativo 1
Um dispositivo de PTC (Modelo N° NSP-L500) disponível da LG Cable Co. foi montado em uma bateria secundária de polímero de íons de lítio (Nome Comercial: ICP323456, 600 mAh) disponível da LG Chem., Ltd. O dispositivo de PTC foi selado por calor com um terminal de catodo para prover a forma mostrada na fig. 2b. Então, a bateria foi inclusa em um alojamento do tipo • ·♦ • * · . * : : ··.; *· ?
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3a bolsa de tal maneira que a porção de PTC exterior do alojamento conforme mostrado na fig.
• ·* · • « ficou presente .
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Exemplo 1
A mesma bateria secundária de polímero de íons de lítio disponível da LG Chem., Ltd. e o mesmo dispositivo de PTC disponível da LG Cable Co. como no Exemplo Comparativo 1 foram usados. Neste Exemplo, o disposit ívc de PTC foi selado por calor com um terminai de catodo para prover a forma mostrada na fig. 2b. Então, a bateria foi encerrada em um alojamento do tipo bolsa de tal maneira que a porção de PTC ficou presente na região selada interna do alojamento conforme mostrado na fig. 5.
Exemplo 2
A mesma bateria secundária de polímero de íons de lítio disponível· da LG Chem. , Ltd. e o mesmo dispositivo de PTC disponível da LG Cable Co. como no Exemplo Comparativo 1 foram usados. Semelhantemente, o dispositivo de PTC foi selado por calor com um terminal de catodo para prover a forma mostrada na fig. 2b. Então, a bateria foi inclusa em um alojamento do tipo bolsa de tal maneira que a porção de PTC ficou presente dentro do alojamento conforme mostrado na fig. 6a. Particularmente, para minimizar a perda de densidade de energia, o terminal foi dobrado de forma que a folha de PTC ficou disposta entre a superfície empilhada (superfície tendo o terminal) da montagem dos eletrodos e o alojamento. Adicionalmente, o terminal foi isolado usando um filme de imida para prevenir interconexão entre os terminais (veja-se a fig. 6a).
Exemplo 3
A mesma bateria secundária de polímero de íons de lítio disponível da LG Chem., Ltd. e o mesmo dispositivo de PTC disponível da LG Cable Co. como no Exemplo Comparativo 1 foram usados. Semelhantemente, o dispositivo de PTC foi selado por calor com um terminal de catodo para prover a forma mostrada na fig. 2d. Então, a bateria foi encerrada em um alojamento do tipo bolsa de tal maneira que a porção estendida da folha de PTC ficou presente entre a aba do catodo e a aba do anodo. Adicionalmente, a folha de PTC foi recoberta com um polímero para prevenir a quebra da camada de PTC causada por infiltração do eletrólito.
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- : ’ . * * * *
Exemplo Comparativo 2
A mesma batería do Exemplo Comparativo 1 foi provida, a batería usando um terminal convencional sem dispositivo de proteção.
ΙΟ
Avaliação
Cada bater ia secundária de polímero de íons de lítio obtida dos Exemplos 1, 2 e 3 e Exemplos Comparativos 1 e 2 acima foi sobrecarregada (20V/3C) e as variações de temperatura e voltagem estão mostradas na fig. 8 (Exemplo Comparativo 1), fig. 9 (exemplo 1), fig. 10 (exemplo 2), fig. 11 (exemplo 3) e fig. 12 (Exemplo Comparativo 2} . Como pode ser visto nas figs. 8 e 12, ambos as baterías não usando nenhum dispositivo de PTC e a batería incluindo um dispositivo de PTC disposto no exterior do alojamento da batería explodiram, enquanto as baterias incluindo um dispositivo de PTC disposto dentro das baterias ficaram seguras conforme mostrado nas figs. 9, 10 e 11. Recorrendo às figs. 8 e 12, cada bateria teve ignição e a temperatura da bateria aumentou para 200 °C ou mais. Porém, como pode ser visto nas figs. 9, 10 e 11, a temperatura mais alta foi de 105 °C, 45 °C e 35 °C em cada caso (baseado na temperatura da superfície da montagem de eletrodos) . Adicionalmente, pode ser visto que a bateria de acordo com o Exemplo 3 incluindo um dispositivo de proteção de PTC como uma folha estendendo-se a partir do terminal para proporcionar uma grande área de contato com a montagem dos eletrodos, foi mais segura do que a bateria de acordo com o Exemplo 2 tendo uma área de contato relativamente pequena.
Como pode ser visto dos resultados anteriores obtidos do teste de sobrecarga, dispor um dispositivo de PTC dentro de um dispositivo eletroquímico provê uma melhora significativa em termos de segurança, se comparado a dispor um dispositivo de PTC no exterior do dispositivo eletroquímico. Imagina-se que isto resulte da dependência de temperatura de um dispositivo de PTC, a qual é o princípio de operação dos dispositivos de PTC, a dependência de temperatura sendo mais sensível dentro do dispositivo eletroquímico. Então, os terminais de PTC tendo a forma das figs. 5, 6 ou 7 são o as formas de incorporação mais preferidas em termos de segurança e desempenho.
IS
Figure BRPI0508427B1_D0016
• * · « « * • ·
Figure BRPI0508427B1_D0017
O terminai de PTC conforme deserdo acima proveu excelentes resultados depois de vários testes de segurança incluindo testes de penetração de unha, testes de forno a arta temperatura, etc., para uma embalagem compreendendo uma pluralidade de dispositivos eletroquímicos, bem como no teste de sobrecarga acima.
Figure BRPI0508427B1_D0018
Figure BRPI0508427B1_D0019
Aplicabilidade industrial
Como pode ser visto aerma, o dispositivo elet roquímico de acordo com a presente invenção inclui um dispositivo de proteção disposto na região selada de um alojamento ou dentro de um alojamento, em que a superfície mais larga do dispositivo de proteção é assentada na superfície lateral do alojamento. Então, é possível melhorar a sensibilidade do dispositivo de proteção a um aumento de temperatura da bateria, o grau de reação e a condutividade de calor, enquanto minimizando a queda de densidade de energia por volume causada pelo dispositivo de proteção. Finalmente, de acordo com a presente invenção, é possível melhorar a segurança de um dispositivo eletroquímico.
1/9

Claims (4)

  1. REIVINDICAÇÕES
    1. Dispositivo eletroquímico compreendendo um terminal de eletrodo tendo um dispositivo de proteção, compreendendo uma montagem de eletrodos (1) tendo um catodo, um
    5 anodo e um eletrólito, e um alojamento (2) que encerra a montagem de eletrodos (1), caracterizado por o dispositivo de proteção ao qual qualquer um, ou ambos, o terminal de catodo (3) para conectar o catodo com um terminal externo, e o terminal de anodo (4) para conectar o anodo com um terminal externo, estão eletricamente
    10 conectados, com o dispositivo de proteção estando disposto em um espaço interno do alojamento (2) e o terminal do eletrodo equipado com o dispositivo de proteção estando dobrado em ambos os lados do dispositivo de proteção de maneira que a superfície mais larga do dispositivo de proteção fica assentada em uma superfície lateral
    15 do alojamento (2) onde o terminal do eletrodo está presente.
  2. 2. Dispositivo eletroquímico compreendendo um terminal de eletrodo tendo um dispositivo de proteção, compreendendo uma montagem de eletrodos (1) tendo um catodo, um anodo e um eletrólito, a montagem de eletrodo (1) estando
    20 encerrada por um alojamento (2) tendo uma superfície interna e uma superfície externa, caracterizado por o dispositivo eletroquímico compreender adicionalmente o dispositivo de proteção ao qual qualquer um, ou ambos, o terminal de catodo (3) para conectar um catodo com um terminal externo, e o terminal de anodo (4) para
    25 conectar o anodo com um terminal externo, estão eletricamente conectados, o dispositivo de proteção estando disposto em uma região selada (5) entre as superfícies internas do alojamento (2), e a região selada (5) do alojamento (2) é dobrada de maneira que a região selada (5) tendo o dispositivo de proteção fica assentada
    30 em uma superfície lateral do alojamento (2).
  3. 3. Dispositivo eletroquímico, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 ou 2, caracteriz ado pelo fato de que o dispositivo de proteção interrompe a corrente elétrica quando a temperatura do dispositivo eletroquímico aumenta.
    35 4. Dispositivo eletroquímico, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 ou 2, caracteriz ado pelo fato de que o dispositivo de proteção é selecionado do grupo consistindo
    Petição 870170067533, de 11/09/2017, pág. 5/20
    2/9 em um dispositivo PTC, fusível térmico, dispositivo bimetal e diodo Zener.
    5. Dispositivo eletroquímico, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 ou 2, caracterizado pelo fato de
    5 que o terminal ou o dispositivo de proteção é recoberto com um filme de isolação para prevenir curto-circuito.
    6. Dispositivo eletroquímico, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 ou 2, caracteriz ado pelo fato de que o dispositivo de proteção é recoberto com um polímero capaz de
    10 inibir a infiltração do eletrólito.
    7. Dispositivo eletroquímico, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 ou 2, caracteriz ado pelo fato de que o dispositivo de proteção tem uma porção que se estende para longe da direção longitudinal do terminal conectado ao dispositivo
    15 de proteção.
    8. Dispositivo eletroquímico, de acordo com a reivindicação 7, caracteriz ado pelo fato de que o dispositivo de proteção tem uma porção que se estende perpendicularmente à direção longitudinal do terminal conectado ao dispositivo de
    20 proteção.
    9. Dispositivo eletroquímico, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 ou 2, caracteriz ado pelo fato de que o terminal de catodo ou o terminal de anodo está conectado ao dispositivo de proteção por meio de solda.
    25 10. Dispositivo eletroquímico, de acordo com a reivindicação 1, caracteriz ado pelo fato de incluir uma montagem de eletrodos empilhada à qual um terminal de catodo e um terminal de anodo estão conectados, cada terminal estando dobrado para prover um formato de “V”, e o dispositivo de proteção estando
    30 disposto em um espaço que é o resultado do formato em “V” criado pelo terminal de catodo ou pelo terminal de anodo.
    11. Dispositivo eletroquímico, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 ou 2, caracteriz ado pelo fato de compreender uma embalagem de dispositivo eletroquímico incluindo
    35 um dispositivo eletroquímico ou uma pluralidade de dispositivos eletroquímicos.
    Petição 870170067533, de 11/09/2017, pág. 6/20
    3/9
    12. Dispositivo eletroquímico, de acordo com a reivindicação 11, caracterizado pelo fato de que os dispositivos eletroquímicos estão conectados em série ou em paralelo.
    Petição 870170067533, de 11/09/2017, pág. 7/20
  4. 4/9
BRPI0508427A 2004-04-13 2005-04-12 Dispositivo eletroquímico compreendendo um terminal de eletrodo tendo um dispositivo de proteção BRPI0508427B8 (pt)

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