防止过充电的安全装置和与该安全装置结合的二次电池制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种安全装置和使用该安全装置的二次电池。该安全装置包括：当在其两端之间的电压差超过预定电压水平时产生热的电压敏感加热元件，和具有根据温度而定的可逆电流开／关功能的温度敏感元件。温度敏感元件与电压敏感加热元件结合，使得温度敏感元件检测电压敏感加热元件产生的热。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】防止过充电的安全装置和与该安全装置结合的二次电池
本专利技术涉及用于保护二次电池免于过充电、过电压、过电流和过热的具有简单结构的安全装置。
技术介绍
二次电池是可再充电电池，包括Ni-Cd电池、Ni-MH电池和锂离子电池。最近，由于锂离子电池为公众所注意，因此积极进行了有关锂离子电池的研究。这是因为锂离子电池具有能量密度比Ni-Cd电池或Ni-MH电池的能量密度高的优点。锂离子电池可被制造成轻量的小型尺寸，因而锂离子电池能被有效地用作便携式电子设备如移动电话、可携式摄像机或笔记本电脑的电源。另外，锂离子电池被广泛地用作电动车辆的电源，因而锂离子电池目前已作为下一代能量存储介质而被公众注意。尽管离子电池具有上述优点，但锂离子电池存在容易受过充电损害的缺点。如果二次电池不装备安全装置，则可能由于过充电而发生二次电池的意外着火或爆炸，从而造成危险事故或财产损失。因此，防止或限制过充电或解决由过充电引起的问题对于二次电池来说非常重要。例如，当锂离子电池经受过充电时，在正极活性材料(例如LiCoO2)和锂离子电池的电解液之间可能递增加地发生负反应。这种负反应破坏了正极活性材料的结构，同时引起电解液的氧化反应。同时，锂可沉积在由石墨等组成的负极活性材料上。如果施加到二次电池的电压连续升高，即使二次电池已被过充电，也可能发生二次电池的意外着火或爆炸。-->如果二次电池连接到高电压电源上，则上述问题可能变得严重。例如，如果锂离子二次电池连接到车用电源上，在乘用车场合时施加12V，在货车场合时施加24V，因为两个12V的电源并联连接。在这种情况下，如果突然施加偏离二次电池标准的过量电压到二次电池上，则可能发生危险事故，因而必需提供能有效保护二次电池免于过瞬时电压的安全装置。例如，日本专利未审公开No.2003-284237公开了一种用于二次电池的安全装置，包括齐纳二极管和热结合到齐纳二极管上的热熔丝。根据具有上述安全装置的上述二次电池，当二次电池受到过充电电压时，流向齐纳二极管的电流突然增加，因而齐纳二极管的功率消耗突然增加，从而产生热。由于齐纳二极管产生热，因而连接到齐纳二极管的热熔丝被不可逆地切断，从而切断了正被施加到二次电池上的电流。根据日本专利未审公开No.2003-284237，当二次电池受到过充电电压时，利用齐纳二极管的击穿电压以便断开热熔丝。但是，如果齐纳二极管的击穿电压稍微高于二次电池的最大充电电压，则当二次电池在正常工作时，齐纳二极管可能具有泄漏电流，尽管可防止二次电池的过充电。本领域中通常知道，齐纳二极管在低于齐纳二极管击穿电压1V或更小的预定电压下有泄漏电流。因此，如果从连接到二次电池的正极和负极的元件产生泄漏电流，则二次电池可能自放电，因而在二次电池被充电后，二次电池的工作时间和寿命可能会降低。如果使用在二次电池的充电电压下不会引起泄漏电流的齐纳二极管用于二次电池，则当二次电池受到过充电时，不能充分地放电电流。另外，当高电流被施加到齐纳二极管上时，齐纳二极管被击穿，从而齐纳二极管可能不再起它原来的作用。即使电压升高，电阻也高至电流不能流过齐纳二极管。-->附图说明图1A为说明当恒定电流(1安培)施加到齐纳二极管时温度变化随电压变化的图，齐纳二极管为一种电压敏感加热元件。图1B为说明泄漏电流区间和击穿电压区间随齐纳二极管电压的图。图2为说明当恒定电流(1安培)施加到压敏变阻器时温度变化随电压变化的图，非线性电阻器为一种电压敏感加热元件。图3为说明电阻变化特性随PTC元件温度的图，PTC元件为一种温度敏感元件。图4为说明根据本专利技术一种实施方案的安全装置和二次电池之间的结合关系和工作原理的示意图。图5A和5B为说明图4中所示安全装置的示意图，其中环绕安全装置涂敷防腐/防水材料。图6A和6B为说明根据本专利技术另一种实施方案的安全装置和二次电池之间的结合关系的示意图。图7A和7B分别为图6中所示安全装置的正视图和俯视图。图8为说明与聚合物电池结合的图6所示的安全装置的示意图。图9A和9B分别为与方形二次电池结合的图6所示的安全装置的正视图和俯视图。
技术实现思路
当温度升高超过预定温度时，具有根据温度而定的可逆电流开/关功能的温度敏感元件如PTC元件起作用。因此，温度敏感元件只有在二次电池被过热到预定温度水平时才起作用，即使二次电池受到过充电。因此，温度敏感元件可能在二次电池由于施加到其上的热冲击被破坏后起作用。为了解决上述问题，本专利技术提供一种利用电压敏感加热元件产生的热起作用的温度敏感元件，当电压敏感加热元件的两端之间的电压-->差达到预定电压水平(例如过充电电压)时就产生热，按照这种方式，电流在二次电池受到过热前被切断，从而防止了二次电池被破坏或过充电。另外，与使用击穿电压类似于二次电池标准充电电压的恒定电压元件的现有技术不同，为了防止二次电池由于并联连接到二次电池正极和负极的元件引起的泄漏电流造成的自放电，本专利技术利用能通过使用二次电池受到过充电时击穿电压前产生的热操纵温度敏感元件如PTC元件的电压敏感加热元件。在这种情况下，并联连接到二次电池正极和负极的电压敏感加热元件具有明显高于二次电池标准充电电压的击穿电压，当二次电池被正常充电或放电时不可能出现泄漏电流。本专利技术提供一种安全装置和与它结合的二次电池。安全装置包括在其两端之间的电压差超过预定电压水平时产生热的电压敏感加热元件，和具有根据温度而定的可逆电流开/关功能的温度敏感元件，其中温度敏感元件与电压敏感加热元件结合，使得温度敏感元件检测电压敏感加热元件产生的热。根据本专利技术的优选实施方案，电压敏感加热元件在其击穿电压前产生热，温度敏感元件利用电压敏感加热元件在低于击穿电压的预定电压下产生的热起作用。此时，电压敏感加热元件的击穿电压比引起电压敏感加热元件产生操作温度敏感元件的热的预定电压高至少15％。另外，引起电压敏感加热元件产生操作温度敏感元件的热的预定电压高于装备有安全装置的电气和/或电子设备的最大标准电压和低于电气和/或电子设备的击穿电压。同时，得到电压敏感加热元件的1小时的泄漏电流值优选小于电池容量值(mAh)的0.05％。如果在二次电池的满充电电压下泄漏电流值小于电池容量值(mAh)的0.05％，则泄漏电流可在二次电池的使用电压范围内被忽略。-->专利技术方式现在将对本专利技术的优选实施方案详细地作出说明。根据本专利技术，电压敏感加热元件与具有可逆电流开/关功能的温度敏感元件导热地结合，其中电压敏感加热元件在其两端之间的电压差达到预定电压水平并因此电流从中流过时产生热，结合方式为温度敏感元件可检测电压敏感加热元件产生的热。因而电压敏感加热元件产生的热直接被转移到温度敏感元件上，从而施加到温度敏感元件的电流被切断。优选地，电压敏感加热元件与温度敏感元件物理接触。因此，根据本专利技术的安全装置可表现出优良的安全特性，即使电压敏感加热元件如具有低容量的恒压元件被应用到安全装置上。如果根据本专利技术的具有电压敏感加热元件和温度敏感元件的安全装置用于电气和/或电子设备，如二次电池，则可防止电气和/或电子设备经受过充电或过电压。在本专利技术的安全装置中，电压敏感加热元件并联连接到二次电池的端子(正极和负极)上，温度敏感元件串联或并联(优选串联)连接到二次本文档来自技高网...

【技术保护点】
安全装置，包括：当两端之间的电压差超过预定电压水平时产生热的电压敏感加热元件，和具有根据温度而定的可逆电流开／关功能的温度敏感元件，其中温度敏感元件与电压敏感加热元件结合，使得温度敏感元件检测由电压敏感加热元件产生的 热。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】KR 2004-9-7 10-2004-00712851.安全装置，包括：当两端之间的电压差超过预定电压水平时产生热的电压敏感加热元件，和具有根据温度而定的可逆电流开/关功能的温度敏感元件，其中温度敏感元件与电压敏感加热元件结合，使得温度敏感元件检测由电压敏感加热元件产生的热。2.如权利要求1所述的安全装置，其中电压敏感加热元件和温度敏感元件被可逆地操作。3.如权利要求1所述的安全装置，其中当温度升高超过预定温度时温度敏感元件切断电流。4.如权利要求1所述的安全装置，其中温度敏感元件包括正温度系数(PTC)元件或双金属。5.如权利要求1所述的安全装置，其中电压敏感加热元件包括齐纳二极管或非线性电阻器。6.如权利要求1所述的安全装置，其中电压敏感加热元件在其击穿电压前产生热，温度敏感元件通过在低于击穿电压的预定电压下由电压敏感加热元件产生的热被操作。7.如权利要求6所述的安全装置，其中电压敏感加热元件的击穿电压比引起电压敏感加热元件产生操作温度敏感元件的热的预定电压高至少15％。8.如权利要求1所述的安全装置，其中引起电压敏感加热元件产生操作温度敏感元件的热的预定电压高于装备有安全装置的电气和/或-->电子设备的最大标准电压和低于...

【专利技术属性】
技术研发人员：张诚均，李在宪，李濬焕，河秀玹，曹正柱，
申请(专利权)人：株式会社LG化学，
类型：发明
国别省市：KR[韩国]