RU2323507C1 - Элемент безопасности для батареи и батарея с таким элементом - Google Patents

Элемент безопасности для батареи и батарея с таким элементом Download PDF

Info

Publication number
RU2323507C1
RU2323507C1 RU2006145031/09A RU2006145031A RU2323507C1 RU 2323507 C1 RU2323507 C1 RU 2323507C1 RU 2006145031/09 A RU2006145031/09 A RU 2006145031/09A RU 2006145031 A RU2006145031 A RU 2006145031A RU 2323507 C1 RU2323507 C1 RU 2323507C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
battery
pmi
temperature
safety element
resistance
Prior art date
Application number
RU2006145031/09A
Other languages
English (en)
Inventor
Дзеонг-Дзу ЧО (KR)
Дзеонг-Дзу ЧО
Дзае-Хиун ЛИ (KR)
Дзае-Хиун ЛИ
Сунг-Киун ЧАНГ (KR)
Сунг-Киун ЧАНГ
Мин-Чул ДЗАНГ (KR)
Мин-Чул ДЗАНГ
Сун-Сик ШИН (KR)
Сун-Сик ШИН
Еуй-Йонг БАНГ (KR)
Еуй-Йонг БАНГ
Дзоон-Хван ЛИ (KR)
Дзоон-Хван ЛИ
Соо-Хиун ХА (KR)
Соо-Хиун ХА
Original Assignee
Эл Джи Кем, Лтд.
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Эл Джи Кем, Лтд. filed Critical Эл Джи Кем, Лтд.
Application granted granted Critical
Publication of RU2323507C1 publication Critical patent/RU2323507C1/ru

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M50/00—Constructional details or processes of manufacture of the non-active parts of electrochemical cells other than fuel cells, e.g. hybrid cells
    • H01M50/20—Mountings; Secondary casings or frames; Racks, modules or packs; Suspension devices; Shock absorbers; Transport or carrying devices; Holders
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01C—RESISTORS
    • H01C7/00—Non-adjustable resistors formed as one or more layers or coatings; Non-adjustable resistors made from powdered conducting material or powdered semi-conducting material with or without insulating material
    • H01C7/04—Non-adjustable resistors formed as one or more layers or coatings; Non-adjustable resistors made from powdered conducting material or powdered semi-conducting material with or without insulating material having negative temperature coefficient
    • H01C7/042—Non-adjustable resistors formed as one or more layers or coatings; Non-adjustable resistors made from powdered conducting material or powdered semi-conducting material with or without insulating material having negative temperature coefficient mainly consisting of inorganic non-metallic substances
    • H01C7/043—Oxides or oxidic compounds
    • H01C7/045—Perovskites, e.g. titanates
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01C—RESISTORS
    • H01C7/00—Non-adjustable resistors formed as one or more layers or coatings; Non-adjustable resistors made from powdered conducting material or powdered semi-conducting material with or without insulating material
    • H01C7/04—Non-adjustable resistors formed as one or more layers or coatings; Non-adjustable resistors made from powdered conducting material or powdered semi-conducting material with or without insulating material having negative temperature coefficient
    • H01C7/042—Non-adjustable resistors formed as one or more layers or coatings; Non-adjustable resistors made from powdered conducting material or powdered semi-conducting material with or without insulating material having negative temperature coefficient mainly consisting of inorganic non-metallic substances
    • H01C7/043—Oxides or oxidic compounds
    • H01C7/047—Vanadium oxides or oxidic compounds, e.g. VOx
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/05—Accumulators with non-aqueous electrolyte
    • H01M10/052—Li-accumulators
    • H01M10/0525—Rocking-chair batteries, i.e. batteries with lithium insertion or intercalation in both electrodes; Lithium-ion batteries
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/42—Methods or arrangements for servicing or maintenance of secondary cells or secondary half-cells
    • H01M10/425—Structural combination with electronic components, e.g. electronic circuits integrated to the outside of the casing
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/42—Methods or arrangements for servicing or maintenance of secondary cells or secondary half-cells
    • H01M10/425—Structural combination with electronic components, e.g. electronic circuits integrated to the outside of the casing
    • H01M10/4257—Smart batteries, e.g. electronic circuits inside the housing of the cells or batteries
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/42—Methods or arrangements for servicing or maintenance of secondary cells or secondary half-cells
    • H01M10/44—Methods for charging or discharging
    • H01M10/443—Methods for charging or discharging in response to temperature
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/60—Heating or cooling; Temperature control
    • H01M10/63—Control systems
    • H01M10/637—Control systems characterised by the use of reversible temperature-sensitive devices, e.g. NTC, PTC or bimetal devices; characterised by control of the internal current flowing through the cells, e.g. by switching
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M50/00—Constructional details or processes of manufacture of the non-active parts of electrochemical cells other than fuel cells, e.g. hybrid cells
    • H01M50/50—Current conducting connections for cells or batteries
    • H01M50/572—Means for preventing undesired use or discharge
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02H—EMERGENCY PROTECTIVE CIRCUIT ARRANGEMENTS
    • H02H7/00—Emergency protective circuit arrangements specially adapted for specific types of electric machines or apparatus or for sectionalised protection of cable or line systems, and effecting automatic switching in the event of an undesired change from normal working conditions
    • H02H7/18—Emergency protective circuit arrangements specially adapted for specific types of electric machines or apparatus or for sectionalised protection of cable or line systems, and effecting automatic switching in the event of an undesired change from normal working conditions for batteries; for accumulators
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02H—EMERGENCY PROTECTIVE CIRCUIT ARRANGEMENTS
    • H02H9/00—Emergency protective circuit arrangements for limiting excess current or voltage without disconnection
    • H02H9/04—Emergency protective circuit arrangements for limiting excess current or voltage without disconnection responsive to excess voltage
    • H02H9/041—Emergency protective circuit arrangements for limiting excess current or voltage without disconnection responsive to excess voltage using a short-circuiting device
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M2200/00—Safety devices for primary or secondary batteries
    • H01M2200/10—Temperature sensitive devices
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/10—Energy storage using batteries

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Electrochemistry (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Automation & Control Theory (AREA)
  • Connection Of Batteries Or Terminals (AREA)
  • Secondary Cells (AREA)
  • Battery Mounting, Suspending (AREA)
  • Primary Cells (AREA)

Abstract

Изобретение относится к элементу безопасности для батареи и к батарее с таким элементом безопасности. Согласно изобретению, элемент безопасности для батареи снабжен материалом, имеющим характеристику перехода металл-изолятор (ПМИ), когда сопротивление резко падает при определенной температуре или выше определенной температуры. Батарея с ПМИ-элементом безопасности переводится в стабильное разряженное состояние в том случае, когда она подвергается воздействию повышенной температуры, или когда температура батареи растет из-за внешнего воздействия. Техническим результатом является повышение безопасности батареи посредством понижения степени заряженности. 2 н. и 6 з.п. ф-лы, 6 ил.

Description

Область техники
Настоящее изобретение относится к элементу безопасности для батареи, который снабжен материалом, имеющим характеристику перехода металл-изолятор (ПМИ), когда сопротивление резко падает при определенной температуре или выше определенной температуры, и к батарее с таким элементом безопасности.
Уровень техники
В последнее время активный интерес проявляется к технологиям хранения энергии. Среди них усилия по исследованию и разработке батарей (химических источников тока) становятся все более и более материализованными, поскольку область их применения распространяется на мобильные телефоны, видеокамеры и фотокамеры и портативные компьютеры (ноутбуки), а также даже на источники энергии для электрических транспортных средств. С этой точки зрения электрохимическое устройство является самой интересной областью, и среди прочего, сейчас в центре внимания находится разработка вторичных батарей, которые могут заряжаться и разряжаться. Среди используемых в настоящее время вторичных батарей литий-ионные вторичные батареи, которые были разработаны в начале 1990-х годов, имеют преимущество по сравнению с традиционными батареями с водным электролитом, такими как никель-металлогидридные (Ni-MH), никель-кадмиевые (Ni-Cd) и свинцово-кислотные (H2SO4-Pb) аккумуляторные батареи, заключающееся в том, что ее рабочее напряжение является высоким, а ее удельная энергия является исключительно большой.
Однако, когда температура батареи в заряженном состоянии повышается из-за изменений в окружающей среде, таких как внешнее воздействие посредством давления (удары), проникновение колющих предметов (гвоздей или кусачек), повышение температуры окружающей среды, избыточный заряд или что-либо подобное, литий-ионная вторичная батарея подвергается набуханию, вызываемому взаимодействием активного электродного материала и электролита, и имеется даже опасность ее воспламенения или взрыва.
В частности, поскольку активный материал положительного электрода является чувствительным к электрическому напряжению, реакционная способность между положительным электродом и электролитом усиливается по мере того, как батарея заряжается и становится более высоким электрическое напряжение, что не только вызывает растворение поверхности положительного электрода и окисление электролита, но также увеличивает риск воспламенения или взрыва.
Чем больше увеличивается удельная энергия вследствие высокой емкости батареи, в частности вторичной батареи с неводным электролитом, такой как литиевая вторичная батарея, тем более важной становится такая проблема безопасности.
Раскрытие
Целью настоящего изобретения является повышение безопасности батареи посредством понижения степени заряженности батареи до того, как батарея получит повреждение из-за повышенной температуры. Для достижения это цели к батарее снаружи или внутри присоединяется элемент безопасности, который снабжен материалом, обладающим большим изменением сопротивления, так что при определенной температуре или выше определенной температуры через него резко начинает протекать электрический ток, в то время как при нормальной температуре использования батареи большого тока утечки не возникает.
В соответствии с настоящим изобретением предложены элемент безопасности, который снабжен материалом, имеющим характеристику перехода металл-изолятор (ПМИ), когда сопротивление резко падает при определенной температуре или выше определенной температуры, и батарея, положительный и отрицательный электроды которой соединены друг с другом через такой элемент безопасности.
Описание чертежей
Прилагаемые чертежи, которые приведены для обеспечения лучшего понимания изобретения и включены в состав данной заявки и составляют ее часть, иллюстрируют вариант(ы) реализации настоящего изобретения и вместе с описанием служат для объяснения принципов настоящего изобретения. На этих чертежах:
Фиг.1 представляет собой схематический вид вторичной батареи, к которой присоединен ПМИ-элемент безопасности в соответствии с настоящим изобретением, причем батарея слева представляет собой один из вариантов реализации с ПМИ-элементом безопасности, присоединенным во внутренней части аккумулятора, а батарея справа представляет собой один из вариантов реализации с ПМИ-элементом безопасности, присоединенным снаружи аккумулятора.
Фиг.2 представляет собой график, показывающий изменение характеристики сопротивления при повышении или падении температуры ПМИ-материала.
Фиг.3 представляет собой график, показывающий кривые изменения сопротивления для обычных элементов с ОТКС, где R100K3000 обозначает элемент с ОТКС, имеющий постоянную B 3000, а R10K4000 обозначает элемент с ОТКС, имеющий постоянную B 4000.
Фиг.4 представляет собой график, показывающий изменения толщины полимерных батарей в соответствии с примером 1 и сравнительными примерами 1 и 2, измеренные после того, как полимерные батареи были подвергнуты воздействию повышенной температуры.
Фиг.5 представляет собой график, показывающий результат исследований в термостате полимерной батареи с ПМИ-элементом безопасности в соответствии с примером 1.
Фиг.6 представляет собой график, показывающий результат исследований в термостате полимерной батареи без ПМИ-элемента безопасности в соответствии со сравнительным примером 1.
Варианты изобретения
Далее настоящее изобретение будет пояснено более подробно.
В соответствии с настоящим изобретением батарея характеризуется наличием элемента безопасности, присоединенного между ее положительным и отрицательным электродами, причем этот элемент безопасности содержит материал, имеющий характеристику перехода металл-изолятор (ПМИ), когда сопротивление резко падает при определенной температуре или выше определенной температуры, в качестве средства для восприятия повышения температуры батареи и для понижения степени заряженности батареи в том случае, когда эта батарея подвергается воздействию повышенной температуры или когда температура батареи повышается из-за внешнего воздействия посредством давления (ударов), проникновения колющих предметов (гвоздей или кусачек), повышения температуры окружающей среды или избыточного заряда.
Характеристика ПМИ представляет собой специфическую характеристику материала, который представлен только материалами, включающими в себя оксиды на основе ванадия, такие как VO, VO2 или V2O3, и материал Ti2O3, или такие материалы, к которым добавлен такой элемент, как St, Ba, La и т.п., причем сопротивление этих материалов резко изменяется в соответствии с температурой (см. фиг.2). Изменение сопротивления вызывается фазовым переходом кристаллической структуры между металлом и изолятором.
Различие между элементом безопасности, снабженным материалом, имеющим характеристику ПМИ (далее кратко упоминается как «ПМИ-элемент безопасности»), и элементом безопасности с отрицательным температурным коэффициентом сопротивления (ОТКС) и превосходство ПМИ-элемента безопасности по сравнению с элементом безопасности с ОТКС заключаются в следующем.
В противоположность обычным металлам материал, имеющий характеристику ОТКС (далее кратко упоминаемый как «ОТКС-материал»), представляет собой полупроводниковый элемент, обладающий характеристикой отрицательного температурного коэффициента сопротивления, когда сопротивление уменьшается вместе с повышением температуры. Полупроводник характеризуется тем, что его сопротивление уменьшается с увеличением температуры.
Следовательно, материал, имеющий характеристику ПМИ (далее кратко упоминаемый как «ПМИ-материал»), в котором происходит фазовый переход между металлом и изолятором, является достаточно сильно отличающимся от ОТКС-материала.
Также, в отличие от ПМИ-элемента безопасности по настоящему изобретению, элемент безопасности с ОТКС сложно применить в литий-ионной вторичной батарее. Кривые изменения сопротивления обычных элементов с ОТКС показаны на фиг.3.
ОТКС-материал имеет константу B примерно от 3000 до 4000 между нормальной температурой и 150°C, при этом изменение сопротивления описывается как Ri = Ro exp{B(1/Ti - 1/To)} (Ri - значение сопротивления при температуре Ti, Ro - значение сопротивления при температуре To). ОТКС-материал должен иметь значение сопротивления, по меньшей мере, от 10 до 5 кОм для того, чтобы он мог работать без такой проблемы, как ток утечки при нормальной температуре. В этом случае ОТКС-материал не может пропускать достаточный электрический ток для безопасной защиты батареи, тогда, когда температура увеличивается. Соответственно, для обеспечения протекания достаточного электрического тока должен использоваться ОТКС-материал, имеющий низкое сопротивление при нормальной температуре.
Однако, когда используется ОТКС-материал с низким сопротивлением при нормальной температуре, например, имеющий значение сопротивление 1 кОм, при напряжении 4,2 В (обычное напряжение зарядки вторичной батареи) протекает электрический ток в примерно 4 мА, и поэтому при обычной температуре использования батареи протекает ток утечки, приводя к состоянию избыточного разряда. Батарея в состоянии избыточного разряда демонстрирует явление, при котором рабочие характеристики батареи резко ухудшаются из-за растворения Cu и т.п. на отрицательном электроде. Кроме того, элемент безопасности, состоящий из ОТКС-материала, имеющего низкое значение начального сопротивления, может разрушаться, когда при повышенной температуре протекает избыточный электрический ток, так что элемент безопасности теряет свои свойства в качестве элемента с ОТКС, и сопротивление увеличивается. Такой элемент превращается в элемент, не совместимый с назначением настоящего изобретения. Кроме того, поскольку сопротивление ОТКС-материала уменьшается не при какой-либо конкретной температуре, а уменьшается вместе с повышением температуры, ОТКС-материал имеет другой недостаток, заключающийся в том, что ток утечки становится большим при температуре использования батареи от 50 до 60°C даже в случае ОТКС-материала, имеющего очень низкий ток утечки при нормальной температуре. В качестве примера, ОТКС-материал на 10 кОм, имеющий константу B 4000, демонстрирует ток утечки в примерно 2 мА при температуре 60°C.
В противоположность ОТКС-материалу, ПМИ-материал испытывает изменение сопротивления только в конкретном диапазоне температур и демонстрирует изоляционные характеристики, не оказывая влияния на батарею при температуре использования батареи от -20 до 60°C. Это явление приписывается структурному изменению кристаллического состояния и происходит в основном в материалах на основе ванадия, таких как VO, VO2 или V2O3. Кроме того, поскольку такие материалы имеют амплитуду изменения сопротивления порядка 102 или более, достаточный электрический ток может протекать через них только тогда, когда температура увеличивается до критической точки (критической температуры) или превышает ее, и таким образом обеспечивается возможность для быстрого перехода батареи в разряженное состояние, в то время как при температуре использования батареи большого тока утечки не возникает.
Критическая температура ПМИ-материала в отношении изменения сопротивления предпочтительно лежит в диапазоне от 50 до 150°C. С одной стороны, если сопротивление уменьшается при температуре ниже, чем 50°C, то батарея разряжается при нормальной температуре ее использования в пределах между 20 и 60°C, с уменьшением остаточной емкости батареи. С другой стороны, если сопротивление уменьшается при температуре, более высокой чем 150°C, то это уменьшение сопротивления не оказывает влияния на безопасность батареи, поскольку батарея уже набухла, воспламенилась или взорвалась из-за внешнего воздействия или изменений в окружающей среде.
Далее будет приведено описание конструкции ПМИ-элемента безопасности и его соединения с батареей.
В соответствии с первым предпочтительным вариантом реализации настоящего изобретения ПМИ-элемент безопасности выполняют посредством присоединения металлического проволочного вывода, имеющего высокую электрическую проводимость, к любым двум местам ПМИ-материала, имеющего определенную форму, соответственно, без приведения их в контакт друг с другом, и выполненный таким образом ПМИ-элемент безопасности соединяют с положительным и отрицательным электродными контактами батареи через эти два проволочных вывода. Для увеличения надежности ПМИ-элемента безопасности часть из ПМИ-материала такого ПМИ-элемента безопасности может быть герметизирована изолирующим от внешней среды материалом, таким как эпоксид или стекло.
В соответствии со вторым предпочтительным вариантом реализации настоящего изобретения ПМИ-элемент безопасности выполнен в виде чипа, и выполненный таким образом ПМИ-элемент безопасности может быть присоединен непосредственно к положительному и отрицательному электродным контактам батареи.
В соответствии с третьим предпочтительным вариантом реализации настоящего изобретения ПМИ-элемент безопасности выполнен в виде чипа, оба края которого покрыты металлическими пленками, и выполненный таким образом ПМИ-элемент безопасности может быть соединен непосредственно с положительным и отрицательным электродными контактами батареи.
При условии, что положительный и отрицательный электроды батареи могут быть физически соединены друг с другом, нет никаких ограничений на форму выполнения и положение ПМИ-элемента безопасности. Например, такой элемент безопасности по настоящему изобретению может быть предусмотрен внутри или снаружи аккумулятора, или в схеме защиты (см. фиг.1).
Далее будет подробно описан механизм работы батареи с ПМИ-элементом безопасности по настоящему изобретению.
Если контакты положительного и отрицательного электрода батареи соединены друг с другом с использованием ПМИ-материала внутри или снаружи батареи, то при нормальной температуре использования батареи электрический ток не протекает через этот ПМИ-материал между положительным и отрицательным электродами, поскольку ПМИ-материал имеет очень большое сопротивление при этой температуре. То есть ПМИ-материал не оказывает никакого влияния на батарею. Однако, если батарея подвергается воздействию повышенной температуры, или же температура батареи увеличивается из-за внешнего воздействия, и, таким образом, батарея находится при определенной температуре или выше определенной температуры, то сопротивление ПМИ-материала резко падает, и электрический ток протекает через ПМИ-материал между положительным и отрицательным электродами, что заставляет батарею разряжаться и, таким образом, переводиться в безопасное состояние.
Таким образом, когда в батарее используется ПМИ-элемент безопасности, взрыва или воспламенения не происходит, даже если батарея подвергается воздействию повышенной температуры. Если температура опять понижается, сопротивление ПМИ-материала опять становится больше, и электрический ток больше не протекает, так что батарея может использоваться в нормальном режиме.
Фиг.1 иллюстрирует два конкретных состояния, при которых ПМИ-элемент безопасности соединен со вторичной батареей различными способами в соответствии с предпочтительными вариантами реализации настоящего изобретения.
В этих вариантах реализации, показанных на фиг.1, ПМИ-элемент безопасности по настоящему изобретению присоединен к полимерной батарее.
Как правило, полимерная батарея имеет конструкцию многослойного типа и содержит одну или несколько положительных электродных пластин и одну или несколько отрицательных электродных пластин, уложенных слоями поочередно с положительными электродными пластинами. В этой батарее многослойного типа вывод положительного электрода, соединяющий одну или несколько положительных электродных пластин друг с другом и с внешним окружением аккумулятора, и вывод отрицательного электрода, соединяющий одну или несколько отрицательных электродных пластин друг с другом и с внешним окружением аккумулятора, соединены с источником питания, расположенным вне герметизирующего аккумуляторы материала.
ПМИ-элемент безопасности по настоящему изобретению, в котором ПМИ-материал присоединен параллельно средней части металлического соединителя, присоединен между выводами положительного и отрицательного электрода внутри или снаружи герметизирующего аккумуляторы материала.
В случае литиевой вторичной батареи она воспламеняется или взрывается при нагревании до 160°C или выше в заряженном состоянии. Однако, если параллельно контактам положительного и отрицательного электродов литиевой вторичной батареи присоединен ПМИ-материал, сопротивление которого изменяется в диапазоне температур от 50 до 150°C, то по этому ПМИ-материалу, через который электрический ток до этого не протекал, теперь протекает электрический ток, переводя заряженную литиевую вторичную батарею в разряженное состояние, поскольку сопротивление ПМИ-материала резко падает в указанном выше диапазоне температур. То есть литиевая вторичная батарея не будет воспламеняться или взрываться, даже если она нагревается до или выше 160°C.
Далее настоящее изобретение будет описываться более подробно со ссылкой на нижеследующие примеры, которые не должны рассматриваться в качестве ограничивающих рамки настоящего изобретения.
Пример 1
Аккумулятор изготавливали таким образом, что его положительный электрод состоит из активного материала положительного электрода (LiCoO2), повышающего проводимость агента и связующего (отношение этих компонентов составляет 95:2,5:2,5), а его отрицательный электрод состоит из активного материала отрицательного электрода (углерода), повышающего проводимость агента и связующего (отношение этих компонентов составляет 94:2:4). Между положительным и отрицательным электродами располагали изолирующую мембрану, смесь ЭК:ЭМК, содержащую 1 M LiPF6, использовали в качестве электролита, и в качестве материала наружной оболочки использовали «пакет». Таким образом была сформирована полимерная батарея. Между контактами положительного и отрицательного электродов сформированной таким образом полимерной батареи параллельно присоединяли ПМИ-элемент безопасности (оксид на основе ванадия), имеющий при нормальной температуре сопротивление 25 кОм.
(1) Для исследования при повышенной температуре эту полимерную батарею помещали в печь и измеряли изменение толщины батареи в то время, как температуру батареи поднимали с 25 до 90°C в течение 1 часа, поддерживали при 90°C в течение 5 часов и понижали до 25°C в течение 1 часа. Результаты этого исследования показаны на фиг.4.
(2) Для исследования в термостате батарею, к которой был присоединен ПМИ-элемент безопасности, заряжали вплоть до 4,3 В, а затем помещали в печь. После этого измеряли изменения электрического напряжения и температуры батареи, в то время как температуру печи поднимали от нормальной температуры до 160°C со скоростью 5°C/мин, поддерживали при 160°C в течение 1 часа и понижали до нормальной температуры посредством охлаждения на воздухе. Результаты измерения показаны на фиг.5, при этом батарея не взрывалась.
Сравнительный пример 1
Измерения изменения толщины при повышенной температуре и исследование в термостате осуществляли таким же образом, как и в примере 1, за исключением того, что ПМИ-элемент безопасности не присоединяли к полимерной батарее, сконструированной, как в примере 1. Результаты измерений изменения толщины при повышенной температуре показаны на фиг.4, а результаты исследования в термостате показаны на фиг.6. В результате исследования в термостате батарея в соответствии со сравнительным примером 1 взорвалась.
Сравнительный пример 2
Изменение толщины при повышенной температуре измеряли таким же образом, как и в примере 1, за исключением того, что вместо ПМИ-элемента безопасности к контактам положительного и отрицательного электродов полимерной батареи, сконструированной как в примере 1, параллельно присоединяли элемент с ОТКС (константа B = 4000), имеющий при нормальной температуре сопротивление 10 кОм. Результаты измерений показаны на фиг.4.
В случае полимерной батареи с элементом с ОТКС, при температуре 60°C генерировался ток утечки в 2 мА.
Как описано выше, батарея с ПМИ-элементом безопасности в соответствии с настоящим изобретением переводится в стабильное разряженное состояние в том случае, когда она подвергается воздействию повышенной температуры или когда температура батареи увеличивается из-за внешнего воздействия (удара) и тому подобного, что может обеспечить ее безопасность.
Вышеприведенные варианты реализации являются лишь примерными и не должны рассматриваться как ограничивающие настоящее изобретение. Предложенные основные положения могут быть легко применены к устройствам других типов. Описание настоящего изобретения предназначено для иллюстрации, а не для ограничения объема формулы изобретения. Специалистам в данной области техники будет очевидно множество альтернативных вариантов, модификаций и вариаций.

Claims (8)

1. Элемент безопасности для батареи, содержащий материал, имеющий характеристику перехода металл-изолятор (ПМИ), когда его сопротивление резко падает при определенной температуре или выше определенной температуры (ПМИ-материал).
2. Элемент безопасности по п.1, в котором критическая температура ПМИ-материала равна или превышает 50°С и ниже 150°С.
3. Элемент безопасности по п.1, в котором ПМИ-материал выбран из группы, состоящей из VO, VO2, VO2О3 и материалов, имеющих структуру Ti2О3, или таких материалов, к которым добавлен элемент St, Ba или La.
4. Элемент безопасности по п.1, в котором к любым двум местам ПМИ-материала присоединен металлический проволочный вывод, имеющий высокую электропроводность, соответственно, без приведения их в контакт друг с другом.
5. Элемент безопасности по п.1, в котором ПМИ-материал выполнен в виде чипа.
6. Элемент безопасности по п.1, в котором ПМИ-материал выполнен в виде чипа, и оба края этого чипа покрыты металлической пленкой.
7. Элемент безопасности по п.1, в котором ПМИ-материал герметизирован изолирующим от внешней среды материалом.
8. Батарея, содержащая положительный и отрицательный электроды, соединенные друг с другом через элемент безопасности по любому из пп.1-7.
RU2006145031/09A 2004-05-19 2005-05-18 Элемент безопасности для батареи и батарея с таким элементом RU2323507C1 (ru)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR20040035567 2004-05-19
KR10-2004-0035567 2004-05-19

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2323507C1 true RU2323507C1 (ru) 2008-04-27

Family

ID=35375540

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2006145031/09A RU2323507C1 (ru) 2004-05-19 2005-05-18 Элемент безопасности для батареи и батарея с таким элементом

Country Status (9)

Country Link
US (1) US7629073B2 (ru)
EP (1) EP1749329B1 (ru)
JP (1) JP4990757B2 (ru)
KR (2) KR100959982B1 (ru)
CN (1) CN100486034C (ru)
BR (1) BRPI0509414B1 (ru)
RU (1) RU2323507C1 (ru)
TW (1) TWI258236B (ru)
WO (1) WO2005112182A1 (ru)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2483395C1 (ru) * 2009-05-15 2013-05-27 Ниссан Мотор Ко., Лтд. Многослойная аккумуляторная батарея и способ ее изготовления

Families Citing this family (18)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100745354B1 (ko) * 2004-08-24 2007-08-02 주식회사 엘지화학 이차전지의 과충전 방지를 위한 안전 소자 및 그 안전소자가 결합된 이차전지
KR100734830B1 (ko) * 2005-01-14 2007-07-03 한국전자통신연구원 전하방전수단을 포함하는 리튬 2차전지
KR100786937B1 (ko) * 2005-07-20 2007-12-17 주식회사 엘지화학 이차전지 보호장치
US8673478B2 (en) 2007-02-05 2014-03-18 Gas Technology Institute Temperature dependent ionic gate
JP5605314B2 (ja) * 2011-06-13 2014-10-15 株式会社Ｇｓユアサ 電池短絡素子、二次電池、および二次電池システム
US9178126B2 (en) * 2012-07-05 2015-11-03 Electronics And Telecommunications Research Institute Thermoelectric elements using metal-insulator transition material
US9586489B2 (en) 2013-07-26 2017-03-07 Lg Chem, Ltd. Battery pack discharging device and method for discharging a battery pack
WO2015066558A1 (en) * 2013-11-01 2015-05-07 President And Fellows Of Harvard College Dopant-driven phase transitions in correlated metal oxides
KR101446994B1 (ko) * 2013-12-09 2014-10-07 주식회사 모브릭 Mit 기술을 적용한 자동 고온 및 고전류 차단 방법 및 이러한 방법을 사용하는 스위치
CN103700803A (zh) * 2014-01-16 2014-04-02 铂翔超精密模具科技（昆山）有限公司 一种电池保护***
KR101553372B1 (ko) * 2014-03-28 2015-09-15 전북대학교산학협력단 자발 보호 기능을 겸비한 발광 소자
KR101595498B1 (ko) * 2014-04-17 2016-02-18 주식회사 아이티엠반도체 폴리머 배터리 셀 및 이를 포함하는 전자장치
DE102017210369A1 (de) * 2017-06-21 2018-12-27 Lithium Energy and Power GmbH & Co. KG Batteriezelle
CN108305984A (zh) * 2018-01-31 2018-07-20 深圳市华源达科技有限公司 一种动力电池壳体
CN111276665B (zh) * 2018-12-04 2022-05-24 中信国安盟固利动力科技有限公司 一种软包装锂离子电池
CN113054329A (zh) * 2019-12-26 2021-06-29 荣盛盟固利新能源科技有限公司 带有过热安全保护的锂离子电池及其过热安全保护方法
CN111430655A (zh) * 2020-04-22 2020-07-17 福建飞毛腿动力科技有限公司 一种带有温度弹片的熔断保护结构
KR20230038952A (ko) * 2021-09-13 2023-03-21 주식회사 엘지에너지솔루션 전극 리드와 리드필름 사이에 안전 소자를 구비한 파우치형 전지 셀

Family Cites Families (28)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
FR2050607A5 (en) * 1969-06-18 1971-04-02 Egorova Taisiya Vanadium trioxide composition for thermistors
JPS5121160A (ja) * 1974-08-12 1976-02-20 Marutei Suteeto Deibaishiizu L Kotaisuitsuchisochi
US4019097A (en) * 1974-12-10 1977-04-19 Westinghouse Electric Corporation Circuit breaker with solid state passive overcurrent sensing device
GB1476779A (en) * 1974-12-20 1977-06-16 Matsushita Electric Ind Co Ltd Devices using ferroelectric materials
JPH0370698A (ja) * 1989-08-11 1991-03-26 Naomasa Nomura 頭部回転式高性能飛行機
JP3070698B2 (ja) * 1991-02-16 2000-07-31 ティーディーケイ株式会社 電流制御素子
JP3035677B2 (ja) 1991-09-13 2000-04-24 旭化成工業株式会社 安全素子付き二次電池
JP3467311B2 (ja) * 1994-03-30 2003-11-17 Ｔｄｋ株式会社 リチウム二次電池
JPH09134714A (ja) * 1995-11-07 1997-05-20 Wako Denshi Kk 安全装置用の皿バネ
RU2074442C1 (ru) 1995-06-13 1997-02-27 Научное конструкторско-технологическое бюро химических источников тока при Новочеркасском государственном техническом университете Плавкий предохранитель для литиевых химических источников тока цилиндрической формы
JPH09106804A (ja) * 1995-10-09 1997-04-22 Wako Denshi Kk 電池の安全装置
JP3305941B2 (ja) * 1996-01-22 2002-07-24 株式会社村田製作所 電子部品
JPH10144353A (ja) * 1996-11-15 1998-05-29 Ngk Insulators Ltd リチウム二次電池
JPH10229222A (ja) * 1997-02-18 1998-08-25 Tokin Corp 半導体温度スイッチ素子
JPH10302762A (ja) * 1997-02-28 1998-11-13 Sumitomo Chem Co Ltd サーマルスイッチを有するリチウム二次電池
JPH11111186A (ja) 1997-10-06 1999-04-23 Toshiba Corp カラー受像管およびその製造方法
JPH11191436A (ja) * 1997-12-26 1999-07-13 Hitachi Ltd 蓄電保護器
US6150051A (en) 1998-02-27 2000-11-21 Telcordia Technologies, Inc. Thermal switch for use in plastic batteries
JP4303801B2 (ja) * 1998-03-25 2009-07-29 ワコー電子株式会社 二次電池の安全装置
JPH11307069A (ja) * 1998-04-21 1999-11-05 Murata Mfg Co Ltd 電子部品および二次電池パック
JP2001325943A (ja) * 2000-05-16 2001-11-22 Toshiba Battery Co Ltd 扁平電池
KR100369069B1 (ko) * 1999-09-08 2003-01-24 삼성에스디아이 주식회사 안전장치가 구비된 파우치를 외장재로 하는 리튬 이차 전지
US6977343B2 (en) * 2000-05-18 2005-12-20 Sony Corporation Heat-sensitive material and heat-sensitive element
JP3622676B2 (ja) * 2000-05-18 2005-02-23 ソニーケミカル株式会社 感熱材料及び感熱素子
JP2002118004A (ja) * 2000-10-11 2002-04-19 Sharp Corp 感温抵抗変化膜およびその製造方法並びに感温抵抗変化膜を用いた赤外線センサ
KR100433623B1 (ko) * 2001-09-17 2004-05-31 한국전자통신연구원 급격한 금속-절연체 상전이를 이용한 전계 효과 트랜지스터
JP4218792B2 (ja) * 2002-09-18 2009-02-04 マクセル北陸精器株式会社 非水二次電池
JP2005044626A (ja) * 2003-07-22 2005-02-17 Sanyo Gs Soft Energy Co Ltd 電池

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2483395C1 (ru) * 2009-05-15 2013-05-27 Ниссан Мотор Ко., Лтд. Многослойная аккумуляторная батарея и способ ее изготовления
US9153807B2 (en) 2009-05-15 2015-10-06 Nissan Motor Co., Ltd. Laminated battery and manufacturing method thereof

Also Published As

Publication number Publication date
KR100959982B1 (ko) 2010-05-27
JP2007533074A (ja) 2007-11-15
CN100486034C (zh) 2009-05-06
EP1749329B1 (en) 2015-10-07
BRPI0509414A (pt) 2007-09-04
EP1749329A4 (en) 2011-01-19
US7629073B2 (en) 2009-12-08
KR101121282B1 (ko) 2012-03-23
US20050260486A1 (en) 2005-11-24
TWI258236B (en) 2006-07-11
CN1943073A (zh) 2007-04-04
KR20060047988A (ko) 2006-05-18
EP1749329A1 (en) 2007-02-07
JP4990757B2 (ja) 2012-08-01
BRPI0509414B1 (pt) 2016-05-17
TW200603457A (en) 2006-01-16
KR20080099227A (ko) 2008-11-12
WO2005112182A1 (en) 2005-11-24

Similar Documents

Publication Publication Date Title
RU2323507C1 (ru) Элемент безопасности для батареи и батарея с таким элементом
RU2326467C1 (ru) Электрохимическое устройство, содержащее электродный вывод с защитным элементом
JP5723925B2 (ja) 二次電池の保護回路及びそれを備えた二次電池
RU2332755C1 (ru) Защитное устройство для предотвращения избыточного заряда вторичных батарей и вторичные батареи с таким устройством
TWI734880B (zh) 電池單元及電池組
WO2009057893A1 (en) A safeguard apparatus preventing overcharge for a secondary battery
BRPI0509405B1 (pt) Bateria, dispositivo de segurança para uma bateria e método para ajustar a segurança de uma bateria
JP2011519124A (ja) 不可逆ヒューズを有する電気化学セル
KR101208570B1 (ko) 신규한 구조의 보호회로 모듈 및 이를 포함하고 있는 전지 팩
JP4984358B2 (ja) 電池及び電池パック
JP4329326B2 (ja) 温度保護素子ユニット付き二次電池及び二次電池パック
US20240055875A1 (en) Secondary battery capable of preventing overcharge, and charging method thereof
KR100749353B1 (ko) 리튬이온 배터리팩의 보호회로
KR20040037547A (ko) 이차 전지팩
KR101539690B1 (ko) 이차 전지용 회로 기판 및 이를 포함하는 배터리 팩
KR20100089124A (ko) 보호회로모듈 조립캡을 구비한 이차전지
KR200302619Y1 (ko) 이차 전지팩
KR20050073772A (ko) Ｐｔｃ 특성을 갖는 전극단자를 구비한 이차전지
KR20090077418A (ko) 폭발·발화방지유닛을 포함하는 배터리 팩
JPH097577A (ja) 二次電池
KR20040110536A (ko) 전지