BRPI0411692B1

BRPI0411692B1 - bateria secundária

Info

Publication number: BRPI0411692B1
Application number: BRPI0411692A
Authority: BR
Inventors: Duk Hyun Ryu; Han Ho Lee; Jae Hyun Lee; Jun Yong Jeong; Min Chul Jang; Soon Ho Ahn
Original assignee: Lg Chemical Ltd
Priority date: 2003-07-11
Filing date: 2004-07-09
Publication date: 2016-05-31
Also published as: EP1652245B8; BRPI0411692B8; EP1652245B1; US9065152B2; CA2532241C; JP4949022B2; CA2532241A1; RU2313855C2; EP1652245A4; US20060159990A1; BRPI0411692A; TW200507321A; RU2006104120A; WO2005006467A1; JP2006527474A; EP1652245A1; JP2012049135A; TWI251363B

Abstract

"bateria secundária com segurança aperfeiçoada". a presente invenção provê uma bateria secundária compreendendo um invólucro de bateria o qual encerra o perímetro externo da bateria secundária e recobre a inteira superfície externa dos eletrodos positivo e negativo e uma porção de cada terminal dos eletrodos positivo e negativo, onde o invólucro da bateria é formado por um filme laminado que inclui uma camada externa de polímero, uma camada interna de alumínio e uma camada adesiva formada em uma porção da superfície interna da camada de alumínio, a camada de aluminio do invólucro da bateria sendo eletricamente conectada com qualquer um dos terminais positivo e negativo. em outro aspecto, a invenção provê uma bateria secundária compreendendo um invólucro de bateria o qual encerra o perímetro externo da bateria secundária e recobre a inteira superfície externa dos eletrodos positivo e negativo e uma porção de cada terminal dos eletrodos positivo e negativo, onde o invólucro da bateria é formado por um filme laminado que inclui uma camada externa de polímero, uma camada interna de alumínio e uma camada adesiva formada em uma porção da superfície interna da camada de alumínio, incluindo pelo menos uma chapa de metal eletricamente condutiva em pelo menos uma superfície externa superior e inferior, e cada chapa de metal eletricamente condutiva está eletricamente conectada com qualquer um dos terminais positivo e negativo. na bateria secundária da invenção, a corrente que surge em condições tais como penetração de farpas/cavacos pode fluir para a camada de alumínio do invólucro ou para a chapa de metal fora do invólucro para inibir a geração de calor dentro da bateria, assim aperfeiçoando a segurança da bateria.

Description

"BATERÍA SECUNDÁRIA" A presente invenção se refere a uma bateria secundária colocada era uma nova estrutura de invólucro de bateria provendo uma segurança aperfeiçoada para a bateria. Mais particularmente, o invólucro inventivo pode ser usado em baterias secundárias de lítio, particularmente baterias de polímero de lítio.

Descrição do Estado da Técnica Recentemente, baterias secundárias de lítio que usam eletrólito não-aquoso são crescentemente usadas como uma fonte de energia para dispositivos eletrônicos portáteis devido à alta voltagem, alta capacidade, alta saída e baixo peso. Porém, tais baterias secundárias de lítio têm um problema de segurança e assim estão sendo feitas tentativas de resolver este problema. Quando a bateria secundária de lítio é sobrecarregada, o excesso de lítio flui de um eletrodo positivo e é inserido em um eletrodo negativo, enquanto o metal de lítio extremamente reativo é depositado na superfície do eletrodo negativo, e o eletrodo positivo se torna termicamente instável. Isto resulta em rápidas reações exotérmicas devido à reação de decomposição de um solvente orgânico usada como eletrólito, causando assim problemas de segurança, como fogo na bateria e explosão.

Além disso, quando materiais condutivos, tais como farpas ou cavacos, penetram na bateria, a energia eletroquímica dentro da bateria é convertida em energia térmica, enquanto rapidamente é gerado calor. O calor gerado causa rápidas reações exotérmicas pela reação química dos materiais do eletrodo positivo ou negativo, resultando em problemas de segurança, como fogo na bateria e explosão.

Além disso, a penetração de farpas/cavacos, compressão, impacto e exposição de bateria á alta temperatura leva a um curto-circuito local dentro dos eletrodos positivo e negativo da bateria. Neste momento, correntes excessivas fluem localmente gerando calor. Como a magnitude de uma corrente de curto-circuito causada pelo curto-circuito local é inversamente proporcional à resistência, a corrente de curto-circuito flui na direção de porções com baixa resistência, principalmente através de uma chapa de metal usada como um coletor de corrente. 0 cálculo da geração de calor neste caso indica que uma geração de calor muito alta acontece localmente, centrada na região na qual uma farpa ou cavaco penetrou, conforme descrito na fig. 1.

Se a geração de calor acontece dentro da bateria, os eletrodos positivo e negativo e o eletrólito incluídos na bateria reagirão entre si ou entrarão em combustão, e eventualmente a bateria pegará fogo ou explodirá, uma vez que esta reação é uma reação exotêrmica muito alta. Por esta razão, é exigido cuidado para que tenha certeza de que a rápida geração de calor dentro da bateria não ocorra.

Se a bateria ê pressionada contra um objeto pesado, sujeita a um forte impacto ou ficar exposta a alta temperatura, tal problema de segurança também acontecerá. Este problema de segurança será mais série, à medida em que a capacidade das baterias secundárias de lítio aumenta, conduzindo a um aumento na densidade de energia.

Geralmente, as baterias secundárias de lítio usam um óxido de metal de transição contendo lítio como um material ativo positivo, que é um ou mais selecionados do grupo que consiste de, por exemplo, LiCo02, LiNi02, LiMn204, LiMn02 e LiNi^xCoxCh (0 > X > 1) . Como um material ativo negativo, carbono, metal de lítio ou uma liga são usados, e outros óxidos de metal, tais como Ti02 e Sn02, também podem ser usados, os quais podem intercalar e de-intercalar o lítio e terem um potencial menor que 2V para o lítio. Além disso, como um eletrólito não-aquoso, são usados carbonatos cíclicos e lineares, 0 eletrólito não-aquoso contém um sal de lítio selecionado do grupo que consiste de, por exemplo, Licl04, LiCF3S03, LiPF6, LiBF„, LiAsFG, e LiN (CF3S02) 2.

Na bareria secundária de lítio fabricada como tal, o eletrodo positivo ou negativo e o eletrólito não-aquoso podem reagir entre si a uma alta temperatura, particularmente em uma condição carregada, causando assim uma reação de alto calor. Uma série de reações exotérmicas que resultam deste calor causam o problema de segurança.

Embora o problema de segurança em um estado de sobrecarga possa ser resolvido pela adição de aditivos ao eletrõlíto não-aquoso, a segurança da bateria nas condições acima mencionadas, tais como penetração de farpas/cavacos, pressionamento, impacto e exposição a alta temperatura, não podem ser garantida pela adição de aditivos ao eletrolito não-aquoso.

Objetivos da Invenção Então, a presente invenção foi feita devido aos problemas acima mencionados que acontecem no estado da arte anterior, e ê um objetivo da presente invenção prover uma bateria secundária de lítio cuja segurança é garantida mesmo em condições tais como penetração de farpas/cavacos, pressionamento, impacto e exposição a alta temperatura.

Quando um curto-circuito local acontece nos eletrodos positivo e negativo de uma bateria devido a penetração de farpas ou cavacos, pressionamento, impacto, exposição a alta temperatura, etc., para impedir que uma corrente excessiva flua localmente por um coletor de corrente, a presente invenção tentou dispersar a corrente de curto-circuito tanto para a camada de alumínio dentro de um invólucro de bateria como para uma chapa de metal colocada fora do invólucro da bateria, garantindo assim a segurança da batería.

Para este propósito, a presente invenção tentou fazer uma conexão elétrica entre a camada de alumínio de um invólucro de alumínio laminado e o terminal positivo ou negativo de uma bateria, na qual o invólucro de alumínio laminado é freqüentemente usado em baterias secundárias de lítio, particularmente baterias de polímero de lítio.

Além disso, a presente invenção tentou colocar pelo menos uma chapa de metal com condutividade elétrica e/ou condutividade térmica, tal como alumínio ou cobre, fora do invólucro de alumínio laminado, e conectar eletricamente a chapa de metal ao terminal positivo e/ou ao terminal negativo.

Em um aspecto, a presente invenção provê uma bateria secundária compreendendo um invólucro de bateria o qual inclui o perímetro exterior da bateria secundaria e recobre a inteira superfície externa dos eletrodos positivo e negativo e uma porção de cada terminal dos eletrodos positivo e negativo, onde o invólucro da bateria é formado por um filme laminado que compreende uma camada externa de polímero, uma camada interna de alumínio e uma camada adesiva formada em uma porção da superfície interna da camada de alumínio, a camada de alumínio do invólucro de batería sendo eletricamente conectada com ambos os terminais positivo e negativo.

Em outro aspecto, a presente invenção provê um invólucro de batería formado por um filrne laminado que inclui uma camada externa de polímero, uma camada interna de alumínio e uma camada adesiva formada em uma porção da superfície interna da camada de alumínio, na qual uma porção da camada adesiva a ficar em contato com o terminal positivo ou negativo da batería é removida e uma peça feita de um material eletricamente condutivo é inserida na porção removida.

Ainda em outro aspecto, a presente invenção provê um invólucro de batería formado por um filme laminado que inclui uma camada externa de polímero, uma camada interna dc alumínio e uma camada adesiva em uma porção da superfície interna da camada de alumínio, na qual pelo menos uma porção da camada externa de polímero do invólucro ê removida e uma peça feita de um material eletricamente condutivo é inserida na porção removida.

Ainda em outro aspecto, a presente invenção provê uma batería secundária compreendendo um invólucro de bateria o qual inclui o perímetro exterior da bateria secundária e recobre a inteira superfície externa dos eletrodos positivo e negativo e uma porção de cada terminal dos eletrodos positivo e negativo, onde o invólucro da bateria é formado por um filme laminado que inclui uma camada externa de polímero, uma camada interna de alumínio e uma camada adesiva formada em uma porção da superfície interna da camada de alumínio, e mais adiante compreende pelo menos uma chapa de metal eletricamente condutiva em pelo menos uma das superfícies externas superior e inferior do invólucro da bateria, e a chapa de metal eletricamente condutiva está eletricamente conectada com qualquer um dos terminais positivo e negativo.

Em outro aspecto adicional, a presente invenção provê um invólucro de bateria formado por um filme laminado que compreende uma camada externa de polímero, uma camada interna de alumínio e uma camada adesiva em uma porção da superfície interna da camada de alumínio, o invólucro de batería incluindo pele menos uma chapa de metal eletricamente condutiva em pelo menos uma porção da sua superfície superior ou inferior.

De acordo com a presente invenção, através da conexão elétrica entre o terminal positivo ou negativo e a camada de alumínio do invólucro da batería, uma corrente de curto-circuito ocorrendo em condições tais como penetração de farpas/cavacos, pressionamento, impacto e exposição a alta temperatura, etc., pode fluir para a camada de alumínio do invólucro para inibir a geração de calor dentro da batería, melhorando assim a segurança da batería. Alternativamente, pela conexão entre o terminal positivo ou negativo e a chapa de metal eletricamente condutiva fora do invólucro, a corrente de curto-circuito que ocorre em condições tais como penetração de farpas/cavacos, pressionamento, impacto e exposição a alta temperatura, etc., pode fluir para a chapa de metal fora do invólucro para inibir a geração de calor dentro da batería, melhorando assim a segurança da batería.

Breve Descrição dos Desenhos A fig, 1 é um gráfico mostrando uma mudança de temperatura ao redor de uma porção de batería penetrada com uma farpa/cavaco. A fig. 2 é uma vista em perspectiva mostrando uma batería secundária de lítio colocada em um invólucro genérico. A fig. 3 é uma vista em corte seccional tomada ao longo da linha pontilhada da fig. 2. A fig. 4 é uma vista em corte seccional de uma bateria de acordo com um aspecto da presente invenção na qual um terminal positivo esta conectado com a camada de alumínio de um invólucro da batería pela inserção de uma peça de metal eletricamente condutivo no invólucro da bateria. A fig. 5 é uma vista em corte seccional de uma bateria de acordo com um aspecto da presente invenção na qual um terminal negativo está conectado com a camada de alumínio de um invólucro da bateria pela inserção de uma peça de metal eletricamente condutivo no invólucro da bateria. A fig. 6 é uma vista em corte seccional de uma batería na qual a camada de polímero 6 do invólucro da fig. 3 foi completamente removida. A fig. 7 é uma vista em corte seccional de uma batería na qual uma porção do lado do terminal positivo da camada de polímero 6 do invólucro da fig. 3 foi removida. A fig. 8 é uma vista em corte seccional de uma batería na qual uma porção do lado do terminal negativo da camada de polímero 6 do.invólucro da fig. 3 foi removida. A fig. 9 é uma vista em perspectiva de uma batería secundária de lítio de acordo com um aspecto da presente invenção na qual a camada de polímero de um invólucro de batería foi removida e a camada de alumínio 5 está eletricamente conectada com o terminal positivo 1 ou o terminal negativo 2 por meio de um material eletricamente condutivo colocado fora do invólucro. A fig. 10 é um exemplo de uma vista em corte seccional tomada ao longo da linha pontilhada da fig. 9 mostrando uma bateria secundária de lítio de acordo com um aspecto da presente invenção na qual a camada de polímero de um invólucro foi completamente removida e o terminal positivo 1 está conectado com a camada de alumínio 5 por meio de um material eletricamente condutivo colocado fora do invólucro. A fig. 11 á um exemplo de uma vista em corte seccional tomada ao longo da linha pontilhada da fig. 9 mostrando uma bateria secundária de lítio de acordo com um aspecto da presente invenção na qual a camada de polímero de um invólucro foi completamente removida e o terminal negativo 2 está conectado com a camada de alumínio 5 por meio de um material eletricamente condutivo colocado fora do invólucro. A fig. 12 é uma vista em perspectiva de uma bateria secundária de lítio de acordo com um aspecto da presente invenção na qual um terminal da bateria está conectado com uma única chapa de metal disposta fora do invólucro. A fig. 13 ê uma vista em perspectiva de uma bateria secundária de lítio de acordo com um aspecto da presente invenção na qual duas chapas de metal fora do invólucro são acopladas às superfícies superior e inferior da bateria, respectivamente, e conectadas com um terminal de batería.

Forma de Incorporação Preferida da Invenção A seguir, a presente invenção será descrita em detalhes.

Uma batería secundária' que pode ser fabricada de acordo com a presente invenção é preferivelmente uma bateria secundária de lítio e compreende: um eletrodo positivo capaz de intercalar e de-intercalar íons de lítio; um eletrodo negativo capaz de intercalar e de-intercalar íons de lítio; um separador poroso; e um eletrólito. A fig. 2 exibe uma bateria secundária de lítio recoberta por um invólucro genérico formado por um filme laminado que inclui uma camada externa de polímero, uma camada interna de alumínio e uma camada adesiva formada em uma porção da superfície interna da camada de alumínio. A fig. 3 é uma vista em corte seccional tomada ao longo da linha pontilhada da fig. 2, mostrando uma porção do invólucro da bateria incluindo os terminais positivo e negativo. Recorrendo à fig. 3, a porção do invólucro da bateria incluindo os terminais positivo e negativo compreende a camada adesiva interna 4, a camada intermediária de alumínio 5 e a camada externa de polímero 6. 0 terminal positivo 1 ou o terminal negativo 2 é conectado com o exterior através da camada adesiva interna. Os terminais podem ser recobertos com o filme de terminal 3. 0 filme de terminal 3 é um filme de polímero especial que é usado para aumentar a adesão entre a camada adesiva 4 e os terminais 1 e 2. Geralmente, a camada adesiva tem excelente adesão por si só, mas não tem adesão excelente a um terminal feito de, por exemplo, alumínio, níquel ou cobre. Por esta razão, para melhorar a adesão entre o terminal de metal e a camada adesiva, prefere-se usar o filme de terminal. 0 filme de terminal 3 é feito de um polímero eletricamente isolante, e preferivelmente uma mistura de polímero de poliolefina usado na camada adesiva geral com aditivos. A camada adesiva 4 serve para aderir ambos os lados de um invólucro, um ao outro, impedindo assim que a umidade externa ou materiais estranhos entrem na batería e impedindo que um eletrólito na bateria vaze para o exterior. Ela é feita de um material de resina tendo durabilidade contra substâncias orgânicas, tal como eletrólitos, é termoplãstica para fácil adesão com colagem térmica e é eletricamente isolante. Uma camada adesiva atualmente usada é feita principalmente de resina de poliolefina, tal como poliolefina, polipropileno ou um copolímero relacionado. A camada de alumínio 5 serve modelar o invólucro e prevenir a infiltração de umidade e/ou vazamento de eletrólito. A camada de alumínio é feita de metal de alumínio com condutividade elétrica excelente e boa condutividade térmica. A camada de polímero 6 mais externa permite a proteção e impressão da porção externa da bateria e é feita de um material que não tem nenhuma condutividade de tal modo que um curto-circuito não ocorre nem mesmo quando os dois terminais da bateria entrarem em contato entre si. Atualmente, a camada de polímero é feita de PET (polietileno tereftalato) ou fibra sintética.

Adequadamente, na bateria recoberta pelo invólucro genérico, o filme de alumínio dc invólucro e o terminal da bateria são isolados eletricamente pelo filme de terminal ou pela camada adesiva de tal sorte que a corrente não pode fluir entre eles.

Um aspecto da presente invenção é caracterizado pelo fato que, para garantir a segurança de uma bateria, uma conexão entre o terminal positivo i e a camada de alumínio 5 ou entre o terminal negativo 2 e a camada de alumínio 5 é feita de tal maneira que a eletricidade ou a corrente pode fluir entre o terminal positivo 1 e a camada de alumínio 5 ou entre o terminal negativo 2 e a camada de alumínio 5.

Se a camada de alumínio do invólucro e o terminal positivo estão eletricamente conectados entre si, ou a camada de alumínio e a camada negativa estão eletricamente conectadas entre si, de acordo com a presente invenção uma corrente de curto-circuito ocorrendo em condições tais como penetração de farpas/cavacos fluira para a camada de alumínio do invólucro para causar geração de calor no invólucro, de forma que haverá pequena ou nenhuma geração de calor dentro da bateria.

Porém, em condições normais sem condições especiais tais como penetração de farpas/cavacos, nenhuma corrente flui para a camada de alumínio uma vez que a voltagem da camada de alumínio do invólucro é a mesma em qualquer parte. Também, mesmo quando outros terminais entram em contato com a superfície externa do invólucro, nenhuma corrente fluí no invólucro uma vez que o invólucro é rodeado pela camada de polímero com propriedade eletricamente isolante. Adequadamente, no caso do uso de tal invólucro, em uma condição normal, nenhuma corrente fluirá para a camada de alumínio do invólucro, mas em condições perigosas tais como penetração de farpas/cavacos, a corrente fluirá para a camada de alumínio, para assim inibir o fluxo de corrente na bateria e garantir a segurança da bateria. A presente invenção permite fluxo de corrente entre o terminal de metal e a camada de alumínio do invólucro conectando-os diretamente ou indiretamente por meio de um material eletricamente condutivo. A estrutura na qual a camada de alumínio do invólucro da bateria está diretamente conectada com qualquer um dos dois terminais de eletrodo pode ser provida por um dos seguintes métodos; um método para fazer a conexão entre a camada de alumínio e o terminal, cercando-se a superfície externa da bateria com o invólucro da bateria pressionando-se mais fortemente e fundindo-se termicamente uma porção do invólucro adjacente ao terminal correspondente, mais do que em relação a outras porções; um método para fazer a conexão, removendo-se uma porção da camada adesiva 4 do invólucro da bateria; se o terminal correspondente estiver recoberto com o filme de terminal 3, em um método para fazer a conexão, remove-se uma porção do filme de terminal 3; e um método para fazer a conexão, removendo-se uma porção da camada adesiva 4 do invólucro da bateria e uma porção do filme de terminal 3 recobrindo o terminal, o qual corresponde à porção removida da camada adesiva.

Se a camada de alumínio e o terminal estiverem conectados diretamente entre si, o calor gerado na bateria pode ser dispersado através do terminal para a camada de alumínio em uma condição normal ou até mesmo em condições especiais, uma vez que a camada de alumínio é feita de metal de alumínio com excelentes condutívidades elétrica e térmica.

Enquanto isso, a estrutura na qual a camada de alumínio do invólucro de batería está conectada com qualquer um dos dois terminais de eletrodo através de um material eletricamente condutivo pode ser provida pelo seguinte método: um método para fazer a conexão entre a camada de alumínio e o terminal, removendo-se a porção da camada adesiva do invólucro da batería que é adjacente ao terminal correspondente, e então inserindo-se uma peça feita de um material eletricamente condutivo na porção removida; ou um método para fazer a conexão, removendo-se pelo menos uma porção da camada externa de polímero do invólucro da bateria e inserindo-se uma peça ou camada de material eletricamente condutivo entre a porção removida e o terminal correspondente.

As figs. 4 e 5 ilustram métodos para inserir a peça 7 de material eletricamente condutivo em uma porção da camada adesiva aderida ao terminal positivo ou negativo.

As figs. 6 a 11 ilustram métodos para fazer conexão removendo-se toda a, ou uma porção da, camada externa de polímero de um invólucro de alumínio laminado e inserindo-se então uma peça ou camada feita de um material eletricamente condutivo entre a camada de alumínio exposta e o terminal positivo ou negativo.

Isto é, a fig. 6 mostra a remoção inteira da camada de polímero 6 do invólucro, e as figs. 7 e 8 mostram a remoção parcial da camada de polímero 6. Corno a camada de polímero do invólucro é removida conforme descrito acima, a camada de alumínio 5 fica exposta ao exterior, Uma peça ou camada feita de um material eletricamente condutivo é inserida na porção exposta de tal modo que a camada de alumínio 5 e o terminal positivo 1 ou o terminal negativo 2 ficam conectados entre si através do material eletricamente condutivo. Métodos para conectar metal e metal entre si incluem soldagem por arco e soldagem por resistência, no qual a soldagem por resistência pode ser usada para conectar a camada . de alumínio do invólucro com o material eletricamente condutivo, e a soldagem por arco pode ser usada para conectar o material eletricamente condutivo com o terminal positivo ou negativo. A fig. 9 mostra uma vista em perspectiva de uma batería secundária de lítio de acordo com uma forma de incorporação da presente invenção na qual a camada de alumínio 5 e o terminal positivo 1 ou o terminal negativo 2 estão conectados entre si através de um material eletricamente condutivo colocado por fora do invólucro da batería, de tal maneira que a corrente pode fluir entre eles. Vistas em corte seccional, tomadas ao longo da linha pontilhada da fíg. 9 são mostradas nas figs. 10 e 11.

Exemplos de material eletricamente condutivo que pode ser usado na presente invenção incluem todos os metais com condutividade elétrica, como metal de alumínio, metai de cobre e metal de níquel.

Prefere-se que o material eletricamente condutivo também tenha excelente condutividade térmica, pois o calor dentro da batería pode ser dispersado através do terminal e então pelo material termicamente condutivo para a camada de alumínio em uma condição normal ou mesmo em uma ccndição especial.

Adicionalmente, o terminal pode ser conectado eletricamente com a camada de alumínio do invólucro por meio de vários outros métodos.

Enquanto isso, a conexão do terminal com a camada de alumínio do invólucro provê uma vantagem com relação à utilização do espaço.

Outro aspecto da presente invenção é caracterizado pelo fato de que, para garantir a segurança de uma bateria, pelo menos uma chapa de metal 8 eletricamente e/ou termicamente condutiva é acoplada à superfície externa superior ou inferior do invólucro da bateria (fig, 12) ou a ambas superfícies externas do invólucro da bateria (fig. 13), e está conectada com o terminal positivo 1, com o terminal negativo 2 ou com ambos os terminais.

Se o terminal positivo ou negativo e a chapa de metal fora do invólucro estão conectados entre si de acordo com a presente invenção de tal modo que a corrente pode fluir entre eles, a corrente surgindo em condições especiais, tais como penetração de farpas/cavacos, fluirá para a chapa de metal para causar geração de calor na chapa de metal localizada fora do invólucro, de tal sorte que haverá pequena ou nenhuma geração de calor dentro da bateria.

Porém, em condições normais sem condições especiais tais como penetração de farpas/cavacos, nenhuma corrente flui para a chapa de metal uma vez que a voltagem da chapa de metal fora do invólucro é a mesma em qualquer parte.

Adequadamente, no caso do uso de tal invólucro, em condições normais, nenhuma corrente flui para a chapa de metal fora do invólucro, mas em condições perigosas tais como penetração de farpas/cavacos, a corrente flui para a chapa de metal fora do invólucro inibindo assim o fluxo de corrente na batería, garantindo a segurança da bateria. A chapa de metal fora do invólucro pode ser usada em um estado exposto e também ser cercada por uma camada de polímero eletricamente isolante.

Conforme mostrado nas figs. 12 e 13, a presente invenção compreende acoplar uma chapa de metal eletricamente condutiva e/ou termicamente condutiva â superfície superior, inferior ou a ambas superfícies da batería, e conectar a chapa de metal acoplada com o terminal positivo ou negativo. Alternativamente, se duas ou mais chapas de metal forem usadas em combinação, um método será usado o qual inclui inserir um material eletricamente não-condutivo como um separador entre as chapas de metal, acoplando as chapas de metal tendo o separador entre elas a uma ou ambas superfícies do invólucro da bateria e conectando as chapas de metal acopladas ao terminal positivo ou negativo. Neste último caso, o material eletricamente não-condutivo inserido entre as chapas de metal serve para prevenir curto-circuitos.

Exemplos não limitativos de um mécodo de conexão do terminal positivo ou negativo com a chapa de metal fora do invólucro incluem soldagem ultrasõnica, soldagem por arco e soldagem por resistência. Além disso, podem ser usados vários outros métodos para conectar eletricamente o terminal com a chapa de metal fora do invólucro.

Como um material para a chapa de metal eletricamente condutiva, pode ser usado na presente invenção um material selecionado dentre todos os metais eletricamente condutivos, bem como óxidos e ligas relacionadas. Exemplos incluem metal de alumínio, metal de cobre e metal de níquel.

Se uma chapa de alumínio for usada como chapa de metal, ela será conectada preferivelmente com o terminal positivo, e se uma chapa de cobre for usada como chapa de metal, ela será conectada preferivelmente com o terminal negativo. Porém, contanto que a chapa de metal tenha excelente condutividade elétrica, ela pode ser conectada com o terminal positivo ou negativo independentemente do material da chapa de metal.

Além disso, é preferido que a chapa de metal eletricamente condutiva também tenha excelente condutividade térmica pelo que o calor dentro da batería pode ser dispersado através do terminal para a chapa de metal termicamente condutiva em condições normais ou mesmo em condições especiais.

Exemplos não limitativos de material eletricamente não-condutivo usado no separador inserido entre as chapas de metal incluem materiais de polímero eletricamente não-condutivos, como PP (polipropileno) e PE (polietileno) , como se usa nos separadores porosos de baterias.

Se a chapa de metal for colocada dentro do invólucro, será difícil dispersar para fora o calor produzido na chapa de metal. Ao contrário, o fato inventivo onde a chapa de metal é colocada fora do invólucro tem a vantagem de uma fácil dispersão do calor. Além disso, a bateria inclui um material de eletrodo positivo, um material de eletrodo negativo, um eletrólito e similares, que são altamente instáveis causando rápidas reações químicas com aquecimento. Por esta razão, se a chapa de metal for colocada dentro do invólucro, a geração de calor na chapa de metal resultará em aquecimento do material positivo, material negativo e eletrólito que estão em volta, provocando assim rápidas reações químicas onde um problema de segurança, como fogo na bateria ou explosão, pode acontecer.

Enquanto isso, embora o inventivo invólucro de batería compreenda a camada de alumínio, uma camada feita de qualquer material também pode ser substituída pela camada de alumínio contanto que tenha condutividade elétrica e possa dar forma ao invólucro. Uma batería recoberta com um invólucro incluindo tal camada também está dentro do escopo da presente invenção.

Exemplos de baterias para as quais a presente invenção pode ser aplicada incluem baterias secundárias de lítio compreendendo: (a) um eletrodo positivo capaz de intercalar e de-intercalar íons de lírio,· (b) um eletrodo negativo capaz de intercalar e de-intercalar íons de lítio; {c} um separador poroso; e (d) um eletrõlito não-aquoso que contém um sal de lítio e um composto de eletrólito. 0 eletrólito não-aquoso inclui carbonatos cíclicos e lineares. Exemplos do carbonato cíclico incluem carbonato de etileno (CE), carbonato de propileno (CP), e gama-butirolactona (GBL). Exemplos do carbonato linear incluem carbonato de dietila (CDE), carbonato de dimetila (CDM), carbonato de etil metila (CEM), carbonato de metil propila (CMP) e uma mistura de dois ou mais deles. 0 sal de lítio contido no eletrólito não-aquoso é preferivelmente selecionado do grupo que consiste em LiCl04, LÍCF3S03, LíPF6, LÍBF4r LiAs?6, e LiN (CF3S02) a. 0 material ativo negativo usado é preferivelmente carbono, metal de lítio ou uma liga. Além disso, também podem ser usados outros óxidos de metal como Ti02 e Sn02 que pode intercalar e de-intercalar íons de lítio e tem um potencial menor que 2 V para o lítio.

Exemplos preferidos do material ativo positivo incluem metais de transição contendo lítio, como LíCo02, LiNiQ2, LiMn2Q4, LiMn02 Lilffi^xCo^ (0 > X > 1) , e uma mistura de dois ou mais deles. Além disso, um eletrodo positivo feito de óxidos de metal, tal como Mn02, ou uma combinação relacionada, também pode ser usado.

Além disso, exemplos do separador poroso incluem um separador poroso de poliolefina. A batería secundária de íons de lítio de acordo com a presente invenção pode ser fabricada colocando-se o separador poroso entre os eletrodos positivo e negativo e adicionando o eletrólito não-aquoso contendo um sal de lítio, tal como LiPFÈ, e aditivos, de acordo com um método convencional. 0 invólucro de batería secundária de acordo com a presente invenção pode ser usado em baterias do tipo bolsa feitas de um filme de alumínio laminado.

Mais adiante, a presente invenção será descrita em detalhes através dos exemplos seguintes. Porém, deve ser entendido que estes exemplos são apenas para propósito ilustrativo e não pretendem limitar o escopo da presente invenção.

Exemplo 1 1M de solução de LiPFe tendo uma relação de CE:CEM de 1:2 foi usada como eletrólito, grafite artificial como eletrodo negativo, e LiCo02 como eletrodo positivo. Então, uma batería de polímero de lítio tipo 383562 foi fabricada por um método convencional, e colocada em um invólucro de alumínio laminado. Nesta etapa de embalamento, para conectar a camada de alumínio do invólucro com o terminal positivo, uma porção de um filme de terminal recobrindo o terminal positivo foi removida, e depois uma peça áe metal de alumínio foi inserida na porção removida e sujeita a fusão térmica. Deste modo, uma bateria foi fabricada.

Exemplo 2 Uma bateria foi fabricada da mesma maneira como no Exemplo 1 exceto que uma peça de metal de níquel foi inserida para conectar o terminal negativo com a camada de alumínio do invólucro.

Exemplo 3 1M de solução de LiPF6 tendo uma relação de CE:CEM de 1:2 foi usada como eletrólito, grafite artificial como eletrodo negativo, e LiCo02 como eletrodo positivo. Então, uma bateria de polímero de lítio tipo 383562 foi fabricada por um método convencional, e colocada em um invólucro de alumínio laminado. Nesta etapa de embalamento, uma porção da camada externa de polímero do invólucro foi removida para expor a camada de alumínio ao exterior, e depois a camada de alumínio exposta e o terminal positivo foram soldados, cada um, a uma peça de alumínio de tal modo que eles ficaram eletricamente conectados entre si. Deste modo, foi fabricada uma batería.

Exemplo 4 Uma batería foi fabricada da mesma maneira como no Exemplo 3 exceto que o terminal negativo e a camada de alumínio do invólucro foram soldados, cada um, a uma peça de alumínio de tal maneira que eles ficaram eletricamente conectados entre si.

Exemplo 5 1M de solução de LiPF6 tendo uma relação de CErCEM de 1:2 foi usada como eletrólito, grafite artificial como eletrodo negativo, e LiCo02 como eletrodo positivo. Então, uma bateria de polímero de lítio tipo 383562 foi fabricada por um método convencional, e colocada em um invólucro de alumínio laminado. Nesta etapas de embalamento, cada uma das duas chapas de alumínio foi acoplada a cada uma de ambas superfícies externas do invólucro e conectadas com o terminal positivo através de soldagem ultrasômca. Deste modo, uma bateria foi fabricada.

Exemplo 6 Uma bateria foi fabricada da mesma maneira como no Exemplo 5 exceto que cada uma das duas chapas de cobre foi acoplada a cada uma de ambas superfícies externas do invólucro e conectadas com o terminal negativo.

Exemplo 7 Uma bateria foi fabricada da mesma maneira como no Exemplo 5 exceto que uma chapa de alumínio e uma chapa de cobre foram acopladas a cada uma de ambas superfícies externas do invólucro e conectadas com os terminais positivo e negativo, respectivamente. Neste momento, um material eletricamente não-condutivo foi interposto como um separador entre as duas chapas para prevenir curto-círcuitos.

Exemplo Comparativo 1 Uma bateria foi fabricada da mesma maneira como no Exemplo 1 exceto que a camada de alumínio do invólucro não foi conectada com os terminais positivo e negativo, e também a chapa de metal não foi colocada fora do invólucro.

Teste de Penetração de Farpas/Cavacos As baterias fabricadas nos Exemplos 1-7 e Exemplo Comparativo 1 foram deixadas em um estado completamente carregado. A porção central das baterias fabricadas como descrito acima foi penetrada com uma farpa/cavaco de ferro com diâmetro de 2,5 mm usando um provador de penetração de farpas/cavacos. Como a segurança das baterias varia dependendo da velocidade de penetração da farpa/cavaco, um dispositivo capaz de ajustar a velocidade de penetração foi usado de forma que a farpa/cavaco podia penetrar a velocidades variadas. Para examinar a segurança das baterias, o teste foi executado com diversas velocidades de penetração da farpa/cavaco. A batería do Exemplo Comparativo 1 pegou fogo mesmo quando a farpa/cavaco penetrou a uma i^elocidade de 1 cm/segundo, mas as baterias dos Exemplos 1-7 não pegaram fogo mesmo quando a farpa/cavaco penetrou a uma velocidade de 10 cm/segundo.

Os resultados do teste de penetração de farpas/cavacos estão resumidos na tabela 1 abaixo.

Tabela 1

Claims

1. Batería secundária compreendendo eletrodos positivo e negativo e terminais de eletrodos positivo (1) e negativo (2), e um invólucro de bateria o . qual recobre a inteira superfície externa de cada eletrodo e uma porção de cada terminal de eletrodo, o invólucro de bateria sendo formado de um filme laminado compreendendo uma camada externa de polímero (6) , uma camada interna de alumínio (5) e uma camada adesiva (4) formada em pelo menos uma porção da superfície interna da camada de alumínio (5) , em que a camada de alumínio (5) do invólucro de bateria é eletricamente conectada com um dos terminais positivo (1) e negativo (2), a bateria secundária caracterizada por compreender adicionalmente uma chapa de metal eletricamente condutiva (8) em pelo menos uma das superfícies externas superior e inferior do invólucro da bateria, a chapa de metal eletricamente condutiva (8) sendo eletricamente conectada a um ou ambos os terminais positivo (1) e negativo (2).

2. Bateria secundária, de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato de que a camada de alumínio (5) do invólucro de bateria e o eletrodo positivo (1) ou negativo (2) estão diretamente conectados entre si ou conectados entre si por meio de um material eletricamente condutivo.

3. Bateria secundária, de acordo com a reivindicação 2, caracterizada pelo fato de que a conexão direta entre a camada de alumínio (5) e qualquer um dos dois terminais é obtida pressionando-se mais fortemente e fundindo-se termicamente uma porção do invólucro adjacente ao terminal do que o restante do invólucro.

4. Bateria secundária, de acordo com a reivindicação 2, caracterizada pelo fato de que a conexão entre a camada de alumínio (5) e qualquer um dos dois terminais formados pelo material eletricamente condutivo é obtida removendo-se uma porção da camada adesiva (4) adjacente ao terminal e inserindo-se uma peça (7) do material eletricamente condutivo na porção removida ou removendo-se uma porção da camada externa de polímero (6) do invólucro da bateria e inserindo-se um pedaço (7) do material eletricamente condutivo entre a porção removida e o terminal correspondente.

5. Bateria secundária, de acordo com a reivindicação 2 ou 4, caracterizada pelo fato de que o material eletricamente condutivo é pelo menos um dentre alumínio, cobre e níquel.

6. Bateria secundária, de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizada pelo fato de ser uma bateria secundária de lítio.