專利名稱：密封電化學(xué)電池組電池的外殼的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種具有外殼的電化學(xué)電池組電池，所述電池包括容器和用于密封電化學(xué)電池組電池的集電器組件。
背景技術(shù)：
用作電子設(shè)備電源的電池組能夠儲存大量能量。電池組中可包括一個或更多個電化學(xué)電池組電池。由于內(nèi)部溫度發(fā)生變化、在放電過程中電極內(nèi)部容積的增大以及在電池充電，特別是對于可再充電的電池組而言，和放電過程中生成氣體，因此電化學(xué)電池組電池內(nèi)部的壓力可能增大。這樣的電化學(xué)電池組電池典型地包括用于從電池中釋放或排放氣體從而限制內(nèi)部壓力積聚的機構(gòu)。
電化學(xué)電池組電池可具有端部開口的容器和設(shè)置在該容器的開口端以封閉電化學(xué)電池組電池的集電器組件。該集電器組件可包括釋放過大壓力的壓力釋放安全排氣機構(gòu)。
在電化學(xué)電池組電池中已使用了多種不同的集電器組件和壓力釋放排氣設(shè)計。例如，可以在可再充電的含水電解質(zhì)電池中，例如在鎳鎘電池和鎳-金屬氫化物電池中找到可釋放的減壓孔。一次(不可再充電的)含水電池，例如堿性鋅-二氧化錳電池，已使用具有相對較大表面積的塑料密封件的集電器組件，所述塑料密封件包括在內(nèi)部壓力超過預(yù)定極限時可發(fā)生破裂的薄弱部分。一次和可再充電的非水電解質(zhì)電池，例如具有包含金屬鋰和鋰插入材料的電極的電池，典型地包括具有使蒸汽透過減至最少的薄壁塑料密封構(gòu)件和能夠非常快地降低內(nèi)部壓力的減壓孔的集電器組件。
常規(guī)集電器組件和壓力釋放排氣設(shè)計的實例可參見以下文獻(xiàn)美國專利No.4,963,446(1990年10月16日授權(quán)給Roel s等)、No.5,015,542(1991年5月14日授權(quán)給Chaney，Jr.等)、No.5,156,930(1992年10月20日授權(quán)給Daio等)、No.5,609,972(1997年5月11日授權(quán)給Kaschmitter等)、No.5,677,076(1997年10月14日授權(quán)給Sato等)、No.5,741,606(1998年4月21日授權(quán)給Mayer等)和No.5,766,790(1998年6月16日授權(quán)給Kameishi等)。這些實例中的每一個都具有較大的集電器組件容積或限制電池內(nèi)的活性成分或大量部件容積從而使得電池成本更高且難以進(jìn)行制造的尺寸約束裝置。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明涉及一種具有電極組件、電解質(zhì)和外殼的電化學(xué)電池組電池，所述電極組件包括正電極和負(fù)電極以及位于所述電極之間的隔件。所述外殼包括容器和集電器組件。所述集電器組件具有能夠在電化學(xué)電池組電池的內(nèi)部壓力達(dá)到預(yù)定釋放壓力時發(fā)生破裂的壓力釋放排氣構(gòu)件。所述集電器組件內(nèi)的部件的數(shù)量和布置要求較小的容積，由此允許用于活性材料的較大容積并且有利于制造經(jīng)濟(jì)可靠的電池。
在本發(fā)明的一個實施例中，所述集電器組件包括保持器和接觸彈簧，二者中的每一個在電化學(xué)電池組電池內(nèi)沿壓力釋放通道限定出開口。所述集電器組件還包括被設(shè)置在保持器與接觸彈簧之間且封閉所述壓力釋放通道的壓力釋放排氣構(gòu)件。當(dāng)電化學(xué)電池組電池內(nèi)的壓力至少與預(yù)定釋放壓力一樣高時，壓力釋放排氣構(gòu)件發(fā)生破裂從而允許電池內(nèi)的物質(zhì)通過保持器的開口而泄漏出來。
在本發(fā)明的另一個實施例中，所述保持器和接觸彈簧外圍凸緣與所述壓力釋放排氣構(gòu)件配合協(xié)作，從而在壓力釋放排氣構(gòu)件與保持器之間形成密封。所述保持器可例如通過保持器中的卷邊向接觸彈簧和壓力釋放排氣構(gòu)件施加壓縮力。另外，所述接觸彈簧可進(jìn)一步包括接觸彈簧外圍凸緣內(nèi)的連續(xù)凸出部，從而即便是在施加到壓力釋放排氣構(gòu)件上的壓縮力減小時，能夠維持壓力釋放排氣構(gòu)件的周部部分與保持器之間的密封。此外，所述壓力釋放排氣構(gòu)件可通過熱熔、超聲波焊接或通過施加粘結(jié)劑而被物理結(jié)合到導(dǎo)電保持器上。
在又一個實施例中，所述集電器組件包括位于壓力釋放排氣構(gòu)件與保持器之間的密封裝置。
所述壓力釋放排氣構(gòu)件可包括至少一層導(dǎo)電或不導(dǎo)電的組分。所述壓力釋放排氣構(gòu)件可包括金屬、聚合物或其混合物的組分。所述壓力釋放排氣構(gòu)件的結(jié)構(gòu)和組分可以基于將要提供電池的所需低重量損失的電解質(zhì)的蒸汽透過率。所述壓力釋放排氣構(gòu)件的組分和厚度還可以基于在壓力釋放構(gòu)件發(fā)生破裂時預(yù)定的或所需的釋放壓力。在一個典型實施例中，厚度在約0.0254毫米(0.001英寸)至約0.254毫米(0.010英寸)的范圍內(nèi)的五層層壓制品，即聚對苯二甲酸乙二醇酯/聚乙烯/鋁/聚乙烯/低密度聚乙烯的壓力釋放排氣構(gòu)件在室溫條件(20℃-25℃)下的釋放壓力大小在約14.1千克/平方厘米(200磅/平方英寸)至約42.3千克/平方厘米(600磅/平方英寸)的范圍內(nèi)。


結(jié)合以下附圖能夠更好地理解本發(fā)明。附圖中所示的部件不一定是按照比例進(jìn)行繪制的。同時，在所有附圖中，使用相似的附圖標(biāo)記表示各圖中相對應(yīng)的元件。
圖1是根據(jù)本發(fā)明的一個實施例的電化學(xué)電池組電池的剖視圖；圖2是現(xiàn)有技術(shù)的電化學(xué)電池組電池的頂部部分和集電器組件的剖視圖；圖3是根據(jù)本發(fā)明的一個實施例的電化學(xué)電池組電池的頂部部分和集電器組件的剖視圖；圖4是根據(jù)本發(fā)明的一個實施例的電化學(xué)電池組電池的頂部部分和集電器組件的剖視圖；和圖5是在蒸汽透過率試驗中所使用的試驗隔膜的剖視圖。
具體實施例方式
圖1示出了根據(jù)本發(fā)明的一個實施例的圓柱形電化學(xué)電池組電池100。本發(fā)明的電化學(xué)電池組電池100具有包括容器104和集電器組件106的外殼102。容器104具有封閉的底部敞開的頂端，所述頂端被集電器組件106所封閉。容器104還具有將容器104的頂部部分與底部部分分開的卷邊107。設(shè)置在容器104的底部部分內(nèi)的是電極組件108，所述電極組件包括負(fù)電極或陽極110、正電極或陰極112和設(shè)置在陽極110與陰極112之間的隔件114。在如圖1所示的典型實施例中，陽極110、陰極112和隔件114分別是呈螺旋狀盤繞在一起的薄板，該設(shè)計也被稱作“jelly roll”型設(shè)計。電化學(xué)電池組電池100呈圓柱形，然而，本領(lǐng)域的技術(shù)人員能夠意識到本發(fā)明的其它可選實施例還可包括具有其它形狀的電池和電極。容器104可具有多種幾何形狀如棱柱形和矩形中的一種形狀。
如果電化學(xué)電池組電池是鋰電化學(xué)電池組電池，那么陽極110中含有可以薄板或箔片形式存在的金屬鋰。鋰電池中的陰極112可包含一種或多種活性材料，所述活性材料通常以微粒的形式存在。任何合適的陰極活性材料均可使用，且可包括例如FeS2、MnO2、CFx和(CF)n。合適的隔件材料對于電解質(zhì)而言是不導(dǎo)電的且是離子可透過的。在鋰電化學(xué)電池組電池中使用的電解質(zhì)典型地包括有機溶劑。在下文中將對與陽極110、陰極112、隔件114和鋰及多種其它電化學(xué)電池組電池中的電解質(zhì)的材料組分相關(guān)的進(jìn)一步詳細(xì)的信息進(jìn)行描述。
容器104可以為具有一體封閉底部的金屬構(gòu)件，然而，也可以使用最初在兩端開口的金屬管。電池容器104可以是至少在外部可選地鍍有例如鎳從而保護(hù)容器104外部不發(fā)生腐蝕或提供所需外觀的鋼構(gòu)件。同時，鋼的種類可部分地取決于容器104成形的方式。例如，采用拉拔工藝制成的容器可由經(jīng)過擴(kuò)散退火的、除鋁的、晶粒大小為ASTM9至11且具有等軸細(xì)長晶粒形狀的低碳SAE 1006或相當(dāng)?shù)匿撝瞥伞？墒褂闷渌饘僖詽M足特定需要。例如，對于其中容器104電接觸陰極112的電化學(xué)電池組電池100而言，電池的開路電壓為約3伏或更高，或者該電池是可再充電的，可能需要比鋼更耐蝕的容器材料。這些材料包括，但不限于，不銹鋼、鍍鎳的不銹鋼、包覆鎳的不銹鋼、鋁及其合金。
被設(shè)置在外殼102的頂部部分中的集電器組件106可包括正接觸端子116、限定出開口的保持器118、壓力釋放排氣構(gòu)件120、限定出開口的接觸彈簧122、和被定位在這些部件與容器104之間的密封墊124。集電器組件106可以可選地包括被定位在保持器118與正接觸端子116之間的限定出開口的正溫度系數(shù)(PTC)裝置126。在容器104凸出的正接觸端子116被容器104向內(nèi)彎折的頂部邊緣128和密封墊124保持在適當(dāng)?shù)奈恢锰帯?br> 電極組件108中的陰極112通過接觸彈簧122被電連接至集電器組件106。接觸彈簧122可具有至少一個被偏壓置靠在集流器136的上邊緣上的突舌134，所述集流器被設(shè)置在電極組件108的頂部。集流器136是其上設(shè)置有陰極材料的導(dǎo)電基板，例如金屬基板，所述基板延伸超出陰極材料和隔件114。集流器136可由銅、銅合金、鋁、鋁合金、和在電池內(nèi)部是穩(wěn)定的其它金屬制成。集流器136可以是薄板、箔片、網(wǎng)屏或多孔金屬網(wǎng)的形式。接觸彈簧122可由例如包括形狀記憶合金的具有類彈簧特性的一種或多種導(dǎo)電材料制成。當(dāng)在組裝過程中集電器組件106被放入容器104中時，集流器136可推壓具有彈性組分的接觸彈簧122的突舌134。這有助于確保突舌134與集流器136間的接觸。接觸彈簧122可具有多于一個用于接觸集流器136的突舌134。在一些實施例中，通過突舌134在集流器136上施加的類似彈簧的作用力保持突舌134與集流器間的電接觸。在其它實施例中，突舌134可被焊接到集流器136上。在另一些其它實施例中，突舌134通過導(dǎo)電引線，例如被焊接到突舌134和集流器136上的窄金屬條或線，與集流器136相連。有時焊接連接可能更為可靠，特別是在處理、儲存和使用的極端條件下更是如此，但是壓力連接不需要附加的組裝作業(yè)和設(shè)備。
陽極110通過金屬陽極引線(未示出)被電連接至容器104的內(nèi)表面，并且另外，電極組件108通過隔件114的外包層和環(huán)繞電極組件108頂部周部的絕緣器138與容器104物理隔開，從而防止集流器136與容器104產(chǎn)生接觸。通過隔件114的向內(nèi)折疊的延伸部和定位在容器104底部的電絕緣底部圓盤(未示出)能夠防止陰極112的底部邊緣與容器104底部之間的接觸。
在電化學(xué)電池組電池100的正常工作過程中，電氣裝置(未示出)一端可與集電器組件106的正接觸端子116接觸，在容器104的封閉端可與負(fù)接觸端子接觸。由此形成自負(fù)端子或容器104、通過陽極引線、通過電極組件108、通過集流器136、到達(dá)集電器組件106的導(dǎo)電通路。通過集電器組件106的電流通路通過接觸彈簧122的突舌134、跨過保持器118、繞過壓力釋放排氣構(gòu)件120、到達(dá)正接觸端子116。保持器118可由一種或更多種導(dǎo)電材料，例如金屬、雙金屬和三層層壓材料構(gòu)成。例如，保持器118可以是金屬，例如鍍鎳鋼或不銹鋼或者鋼、不銹鋼、銅、鋁、鎳及其合金組合的包層金屬。
正接觸端子116應(yīng)對由周圍環(huán)境中的水產(chǎn)生的腐蝕具有良好的抗力以及具有良好的導(dǎo)電性。正接觸端子116可由導(dǎo)電材料，例如鍍鎳?yán)滠堜摶蛟谛纬山佑|端子之后進(jìn)行鍍鎳的鋼，構(gòu)成。所使用的材料還可取決于正接觸端子116的形狀復(fù)雜度。如果正接觸端子116具有復(fù)雜形狀，那么例如，可使用晶粒大小為ASTM 8至9的經(jīng)過軟退火處理的304不銹鋼，從而提供易于金屬成形的所需的腐蝕抗力。一旦成形，正接觸端子116上還可鍍上多種金屬，例如鎳。
密封墊124提供密封，用以使集電器組件106緊靠在容器104的頂部上。密封墊124可自絕緣器138延伸至容器104頂部的邊緣128處，所述絕緣器物理隔開集流器136與卷邊107以下的容器104下部。容器104頂部的外形輪廓包括提供用于集電器組件106的支承面140的卷邊107。密封墊124物理隔開集電器組件106的導(dǎo)電部件與容器104的頂部并且同時密封集電器組件106的部件的周緣，用以防止在這些部件之間發(fā)生腐蝕和電解質(zhì)的泄漏。密封墊124具有一定尺寸，從而使得在將集電器組件106插入容器104中并且壓接容器104的頂部邊緣與密封墊124時，密封墊124受到壓縮從而在密封墊124與容器104之間以及在密封墊124與集電器組件106的其它部件的界面表面之間形成密封。
密封墊124可由能夠形成壓力密封且同時具有較小的蒸汽透過率(VTR)以便將進(jìn)入電池中的水量和電化學(xué)電池組電池100的電解質(zhì)損失量減至最少的材料組分制成。密封墊124可由聚合組分例如熱塑性或熱固性聚合物制成，其組分部分地基于在電化學(xué)電池組電池100中所使用的陽極110、陰極112和電解質(zhì)的化學(xué)相容性?？梢栽诜撬娊赓|(zhì)電池如鋰電池或鋰離子電池的密封墊124中使用的材料的實例包括，但不限于，聚丙烯、聚苯硫醚、四氟化物-全氟烷基乙烯基醚的共聚物、聚對苯二甲酸丁二醇酯(PBT)、乙烯-四氟乙烯共聚物、聚鄰苯二甲酰胺及其混合物?？墒褂玫暮线m的聚丙烯為美國特拉華州Wilmington的Basell Polyolephins生產(chǎn)的PRO-FAX6524。合適的聚苯硫醚為美國德克薩斯州Shiner的Boedeker Plastics，Inc.生產(chǎn)的TECHTRONPPS。除基礎(chǔ)樹脂以外，所述聚合物中還可包含無機增強填充劑和有機化合物。
電化學(xué)電池組電池100的壓力釋放通道142由保持器118的開口和接觸彈簧122的開口限定出。通過跨過保持器118和接觸彈簧122中的開口設(shè)置的壓力釋放排氣構(gòu)件120實現(xiàn)電化學(xué)電池組電池100和壓力釋放通道142的封閉。密封是在壓力釋放排氣構(gòu)件120的周部與保持器118和接觸彈簧122中的至少一個之間形成的。該密封可能是由于在界面表面處緊密的壓力接觸而造成的，所述壓力接觸在一些實施例中還可通過壓縮壓力釋放排氣構(gòu)件120的周部而得到增強?？蛇x地，可在所述界面表面處施加粘結(jié)劑或密封劑，如下文中所述。由于在容器104的頂部邊緣與密封墊124被壓接在一起時在密封墊124和集電器組件106的其它部件的周部上施加的軸向力的作用，因此保持器118或接觸彈簧122中的至少一個的周部還可用于將壓力釋放排氣構(gòu)件120的周部偏壓到密封界面表面上面?？梢酝ㄟ^為此沿接觸彈簧122和保持器118的周部凸緣使用適當(dāng)?shù)牟牧虾瓦m當(dāng)?shù)膸缀涡螤?，而實現(xiàn)保持器118和接觸彈簧122對壓力釋放排氣構(gòu)件的偏壓特性。
在電化學(xué)電池組電池100的正常工作過程中，在電池內(nèi)通過化學(xué)反應(yīng)產(chǎn)生氣體。隨著電化學(xué)電池組電池100內(nèi)的內(nèi)部壓力的積聚，內(nèi)容物通過壓力釋放排氣構(gòu)件120而大體上被包含在電化學(xué)電池組電池100內(nèi)。隨著內(nèi)部壓力的積聚，壓力釋放排氣構(gòu)件120可產(chǎn)生形變；然而，如上面所述的由容器104施加到集電器組件106上的軸向壓縮力可致使壓力釋放排氣構(gòu)件120大體上保持處于適當(dāng)?shù)奈恢?，從而防止氣體和電池內(nèi)容物通過保持器118的開口發(fā)生泄漏。在電化學(xué)電池組電池100內(nèi)對集電器組件106加壓至少可以防止壓力釋放排氣構(gòu)件120向內(nèi)產(chǎn)生蠕變，從而當(dāng)電池壓力小于預(yù)定釋放壓力時在保持器118的開口和接觸彈簧122的開口之間的壓力釋放通道142中形成開口。
然而，當(dāng)電化學(xué)電池組電池100內(nèi)的壓力至少與預(yù)定釋放壓力一樣高時，壓力釋放排氣構(gòu)件120發(fā)生破裂并且允許電池內(nèi)以氣體或液體或以上兩種方式存在的物質(zhì)通過保持器118的開口泄漏出來。電池內(nèi)的所述物質(zhì)可通過正接觸端子116中的一個或更多個排氣孔130泄漏出來。鑒于安全性和環(huán)境要求，所述預(yù)定釋放壓力可以根據(jù)電化學(xué)電池組電池100的化學(xué)種類和整體性而發(fā)生變化。例如，在AA型或AAA型鋰電池組中，所述預(yù)定釋放壓力，即壓力釋放排氣構(gòu)件120例如通過發(fā)生破裂而形成開口時的壓力，大小可在約10.5千克/平方厘米(150磅/平方英寸)至約42.3千克/平方厘米(600磅/平方英寸)的范圍內(nèi)，并且在一些實施例中，在室溫條件下大小可在約14.1千克/平方厘米(200磅/平方英寸)至約28.1千克/平方厘米(400磅/平方英寸)的范圍內(nèi)。例如可通過容器中的穿孔對電池加壓從而確定壓力釋放排氣構(gòu)件發(fā)生破裂時的壓力。
如上面所述，電化學(xué)電池組電池100可選擇地包括限定出開口且被設(shè)置在保持器118與正接觸端子116之間的PTC裝置126。在電化學(xué)電池組電池100的正常工作過程中，電流流過PTC裝置126。如果電化學(xué)電池組電池100的溫度達(dá)到異常高的水平，那么PTC裝置126的電阻增大以降低電流。PTC裝置126能夠減慢或阻止電池由于違反電氣操作規(guī)則例如外部短路、異常充電和強制深度放電而導(dǎo)致的內(nèi)部熱量和壓力的持續(xù)積聚。然而，如果內(nèi)部壓力持續(xù)積聚達(dá)到預(yù)定釋放壓力，那么壓力釋放排氣構(gòu)件120發(fā)生破裂以減輕內(nèi)部壓力。
設(shè)置在保持器118與接觸彈簧122之間的壓力釋放排氣構(gòu)件120包括至少一層金屬、聚合物或其混合物的組分。還有可能是壓力釋放排氣構(gòu)件120可包括兩層或更多層不同的材料組分。例如，具有與第一層不同組分的第二層可用于將壓力釋放排氣構(gòu)件120結(jié)合到保持器118或接觸彈簧122上。在另一個實例中，具有與第一層不同組分的第二層和第三層可用于將壓力釋放排氣構(gòu)件120結(jié)合到保持器118和接觸彈簧122上。同樣，具有兩種或更多種組分的多個層可用于適應(yīng)壓力釋放排氣構(gòu)件120的特性性質(zhì)例如強度和柔性。
適于用作壓力釋放排氣構(gòu)件120的組分可包括，但不限于，金屬如鋁、銅、鎳、不銹鋼及其合金；以及聚合材料例如聚乙烯、聚丙烯、聚對苯二甲酸丁二醇酯(PBT)、聚對苯二甲酸乙二醇酯(PET)、乙烯丙烯酸、乙烯甲基丙烯酸、聚乙烯甲基丙烯酸及其混合物。壓力釋放排氣構(gòu)件120的組分還可包括使用金屬強化的聚合物，以及金屬或聚合物或二者的單層或多層層壓制品。例如所述單層可以是水、二氧化碳和電解質(zhì)基本不可透過的金屬，或者是涂覆有阻止蒸汽透過的氧化材料層如SiOx或Al2O3層的非金屬化的聚合物薄膜。壓力釋放排氣構(gòu)件120可進(jìn)一步包括一層例如包含聚氨酯的粘結(jié)層和一層例如包含低密度聚烯烴類的熱封層。
另一種可選方式是，粘結(jié)劑或其它類型的密封劑材料可適用于一部分壓力釋放排氣構(gòu)件、保持器或二者用以增強集電器組件內(nèi)的密封。
不管組分，壓力釋放排氣構(gòu)件120應(yīng)化學(xué)耐受電池100中所包含的電解質(zhì)并且應(yīng)具有較小的蒸汽透過率(VTR)以便在較寬范圍的周圍溫度下提供低比率的電池100的重量損失。例如，如果壓力釋放排氣構(gòu)件120是蒸汽不可透過的金屬，那么通過壓力釋放排氣構(gòu)件120的蒸汽透過率基本上為零。然而，如上面所述，壓力釋放排氣構(gòu)件120可包括至少一層蒸汽可透過材料例如聚合材料，所述蒸汽可透過材料例如能夠起到粘結(jié)層或彈性體層的作用，用以在壓力釋放排氣構(gòu)件120與保持器118和接觸彈簧122中的至少一個之間形成密封。
根據(jù)本發(fā)明的典型實施例的在75℃條件下測得的壓力釋放排氣構(gòu)件120的一層的蒸汽透過率可小于約11.81克·毫米/(天·平方毫米){3000克·密耳/(天·平方英寸)}，且在一些實施例中，蒸汽透過率可在約0.1969克·毫米/(天·平方毫米){50克·密耳/(天·平方英寸)}至約11.81克·毫米/(天·平方毫米){3000克·密耳/(天·平方英寸)}的范圍內(nèi)，在另一種可選實施方式中，所述蒸汽透過率可在約0.3543克·毫米/(天·平方毫米){90克·密耳/(天·平方英寸)}至約9.84克·毫米/(天·平方毫米){2500克·密耳/(天·平方英寸)}的范圍內(nèi)，且在又一種可選實施方式中，所述蒸汽透過率可在約0.3543克·毫米/(天·平方毫米){90克·密耳/(天·平方英寸)}至約5.9克·毫米/(天·平方毫米){1500克·密耳/(天·平方英寸)}之間的范圍內(nèi)。除了可選擇以使蒸汽透過率位于所需限值內(nèi)的壓力釋放排氣構(gòu)件120的蒸汽可透過層的組分之外，蒸汽透過率可根據(jù)包含在電化學(xué)電池組電池100內(nèi)的電解質(zhì)的組分而發(fā)生變化。在下文中將對具有多于一層材料的壓力釋放排氣構(gòu)件和用于計算蒸汽透過率的試驗方法進(jìn)行更加詳細(xì)地描述。
預(yù)定釋放壓力，或壓力釋放排氣構(gòu)件120旨在發(fā)生破裂時的壓力是其物理性質(zhì)(例如強度)、其物理尺寸(例如厚度)以及由保持器118限定出的開口和由PTC裝置126限定出的無論哪一個更小的開口的面積的函數(shù)。壓力釋放排氣構(gòu)件120通過保持器118和PTC裝置126暴露的面積越大，則由于通過電化學(xué)電池組電池100的內(nèi)部氣體施加的合力更大的而造成的預(yù)定釋放壓力越小。
壓力釋放排氣構(gòu)件120的厚度可小于約0.254毫米(0.010英寸)，且在一些實施例中，所述厚度可在約0.0254毫米(0.001英寸)至約0.127毫米(0.005英寸)的范圍內(nèi)，且在又一種實施例中，所述厚度可在約0.0254毫米(0.001英寸)至約0.05毫米(0.002英寸)的范圍內(nèi)。基于蒸汽透過率(VTR)和預(yù)定釋放壓力要求，本領(lǐng)域的技術(shù)人員可以確定壓力釋放排氣構(gòu)件120的組分和厚度。
圖2是現(xiàn)有技術(shù)的電化學(xué)電池組電池200的頂部部分的剖視圖。電化學(xué)電池組電池200包括外殼202和由集電器組件206的封閉的開口端，所述外殼202具有包括分開容器204的頂部和底部的卷邊207的容器204。集電器組件206包括具有一個或多個排氣孔230、密封墊224、PTC裝置226、電池蓋244、環(huán)套246、排氣滾珠248和與集流器236物理接觸的接觸彈簧222的正接觸端子216，所述集流器236從容器204底部的電極組件(未示出)中延伸出來。另外，所述集流器236通過絕緣器238與容器204物理隔開。電池蓋244具有在電化學(xué)電池組電池200內(nèi)部遠(yuǎn)離正接觸端子216向下伸出的排氣井250。排氣井250具有在其內(nèi)形成的排氣孔口252，當(dāng)排氣滾珠248和排氣環(huán)套246位于排氣井250中使得環(huán)套246被壓縮在排氣滾珠248與排氣井250的垂直壁部之間時，所述排氣孔口被排氣滾珠248和排氣環(huán)套246密封住。當(dāng)電化學(xué)電池組電池200的內(nèi)部壓力超過預(yù)定水平時，排氣滾珠248，且在一些實例中環(huán)套246和排氣滾珠248者受力遠(yuǎn)離排氣孔口252，且至少部分地位于排氣井250外面，從而通過電化學(xué)電池組電池200的排氣孔口252和排氣孔230釋放加壓氣體。
結(jié)合如圖1所示的本發(fā)明的典型實施例，電化學(xué)電池組電池100的容器104的頂部部分或肩部的垂直高度h1小于如圖2所示的電化學(xué)電池組電池200的容器204的頂部部分的垂直高度h2。在容器104外面從容器104的頂部到卷邊107的支承表面140的測量得到的肩部高度h1(圖1)小于在容器204外面從容器204的頂部到卷邊207的支承表面240的測量得到的肩部高度h2(圖2)。如圖1所示的集電器組件106比如圖2現(xiàn)有技術(shù)所示的集電器組件206需要更小的垂直高度或肩部高度，由此允許在電化學(xué)電池組電池100的容器104的底部部分中存在更大的容積用以容納活性電極材料?；旧鲜潜馄降膲毫︶尫排艢鈽?gòu)件120(圖1)比具有排氣井250的電池蓋244(圖2)消耗更少的垂直空間。結(jié)果是，常規(guī)AA型鋰/FeS2電化學(xué)電池組電池200的頂部部分的肩部高度h2為約3.175毫米(0.125英寸)，而在本發(fā)明的一個典型實施例中的AA型鋰/FeS2電化學(xué)電池組電池100的頂部部分的肩部高度h1可為約2.667毫米(0.105英寸)。另外，集電器組件106(圖1)具有比現(xiàn)有技術(shù)的集電器組件206更少的零件，這樣就允許在組裝和制造過程中更加容易且具有更大的靈活性，由此降低了成本。
圖3是根據(jù)本發(fā)明的另一個典型實施例的電化學(xué)電池組電池300的頂部部分和集電器組件306的剖視圖。電化學(xué)電池組電池300包括外殼302和由集電器組件306的封閉的開口端，所述外殼302具有包括位于容器304的頂部和底部之間的卷邊307的容器304。集電器組件306包括具有一個或多個排氣孔330、密封墊324、限定出開口的保持器318、壓力釋放排氣構(gòu)件320和限定出開口且具有突舌334的接觸彈簧322的正接觸端子316，所述突舌334物理接觸從容器304底部的電極組件(未示出)中延伸出來的集流器336。所述保持器318的開口和接觸彈簧322的開口沿壓力釋放通道342限定出一個開口，且壓力釋放排氣構(gòu)件320被設(shè)置跨過所述保持器318和接觸彈簧322的開口從而封閉位于保持器318與接觸彈簧322之間的壓力釋放通道342?？蛇x擇地，集電器組件306可包括限定出開口且被設(shè)置在保持器318與正接觸端子316之間的PTC裝置326。
集電器組件306與圖1所示的集電器組件106相類似。然而，保持器318具有彎邊319，例如C形彎邊，所述彎邊直接接觸接觸彈簧322和壓力釋放排氣構(gòu)件320并且提供軸向力以將壓力釋放排氣構(gòu)件320的周邊保持貼靠在保持器318和接觸彈簧322上。保持器318的彎邊319在徑向和軸向上均具有高強度并且能夠承受較大的徑向和軸向壓縮密封作用力從而使得在電化學(xué)電池組電池300內(nèi)的內(nèi)部壓力積聚時將壓力釋放排氣構(gòu)件320大體上保持處于適當(dāng)?shù)奈恢锰?。?dāng)壓力積聚時，壓力釋放排氣構(gòu)件320可產(chǎn)生形變或隆起，但是在電池內(nèi)部壓力小于預(yù)定釋放壓力時，壓縮力可以維持保持器318與壓力釋放排氣構(gòu)件320之間的密封。
另外，接觸彈簧322可包括外圍凸緣，所述外圍凸緣具有能夠改進(jìn)壓力釋放排氣構(gòu)件320的周部部分與保持器318之間的密封的凸出部332。接觸彈簧322的外圍凸緣可以是連續(xù)的環(huán)狀凸緣且凸出部332可以是完全圍繞彈簧322的中心開口的連續(xù)凸出部。另一種可選方式是，所述凸出部332可以是不連續(xù)的，包括多個分開的凸出部。所述凸出部332具有在保持器318的彎邊319產(chǎn)生回彈且發(fā)生應(yīng)力松弛且遠(yuǎn)離接觸彈簧322進(jìn)行移動時有助于維持壓力釋放排氣構(gòu)件320的周部部分上的壓縮力的形狀。在圖3所示典型實施例中的凸出部332是接觸彈簧322外圍凸緣的向下和向內(nèi)的軋制邊；然而，向上伸出且具有其它可選的外形輪廓的凸出部也是有可能的。
接觸彈簧322還可具有能夠在密封墊324上面施加徑向壓縮力的延伸壁部323。這樣能夠通過在接觸彈簧322與密封墊324之間提供附加內(nèi)部密封從而提高容器304開口端密封的有效性。這樣就能夠增大密封墊324與集電器組件306之間的界面密封表面的長度，并且保持來自壓力釋放排氣構(gòu)件320的周部部分的電解質(zhì)。這樣還可以保護(hù)接觸彈簧322的周部邊緣和保持器318的底部邊緣不接觸電解質(zhì)，從而防止發(fā)生腐蝕。
另一種可選方式是，所述保持器可呈墊圈形狀，如圖1所示的電池100中示出的，且接觸彈簧的外圍凸緣可包括向上彎折且位于保持器周部部分上方的一部分。
圖4是根據(jù)本發(fā)明的另一可選實施例的電化學(xué)電池組電池400的剖視圖。電化學(xué)電池組電池400包括外殼402和由集電器組件406的封閉的開口端，所述外殼402具有包括分開容器404的頂部和底部的卷邊407的容器404。集電器組件406包括具有一個或多個排氣孔430、密封墊424、具有開口的保持器418、壓力釋放排氣構(gòu)件420和具有突舌434的接觸彈簧422的正接觸端子416，所述突舌434物理接觸從容器404底部的電極組件(未示出)中延伸出來的集流器436。可選擇地，集電器組件406可包括被設(shè)置在保持器418與正接觸端子416之間的PTC裝置426。
如電化學(xué)電池組電池300的保持器318(圖3)一樣，電化學(xué)電池組電池400的保持器418(圖4)具有彎邊419，例如C形彎邊，所述彎邊接觸壓力釋放排氣構(gòu)件420和接觸彈簧422。保持器418、接觸彈簧422和壓力釋放排氣構(gòu)件420協(xié)同作用以在集電器組件406內(nèi)形成電解質(zhì)密封。接觸彈簧422具有外圍凸緣，所述外圍凸緣具有以向下伸出的剖面呈V形的環(huán)形溝槽的形式存在的凸出部432，雖然具有其它可選幾何形狀和外形輪廓的凸出部432也是有可能的。接觸彈簧422的外圍凸緣可以是連續(xù)的(例如環(huán)形)凸緣，且凸出部432沿接觸彈簧422的外圍凸緣可以是連續(xù)的(例如環(huán)形的凸出部)。
如上面所述，可以通過改變保持器418的開口的大小從而控制電化學(xué)電池組電池400的預(yù)定釋放壓力，即壓力釋放排氣構(gòu)件420發(fā)生破裂時的壓力。對于給定的材料種類和厚度而言，假定壓力釋放排氣構(gòu)件420具有相同的厚度和組分，可以通過增大由保持器418限定的開口而減小電化學(xué)電池組電池的釋放壓力，這是因為更多的向外的作用力將會被施加到壓力釋放排氣構(gòu)件420上。例如，由保持器418限定的開口小于由保持器318限定的開口(圖3)，且因此，電化學(xué)電池組電池400的預(yù)定釋放壓力大于電化學(xué)電池組電池300的預(yù)定釋放壓力(圖3)。上面還假定PTC裝置426的開口至少與由保持器418限定的開口一樣大。
在另一可選實施例中，電化學(xué)電池組電池400(圖4)可以具有集電器組件406，所述集電器組件除密封墊424以外可包括可選的內(nèi)部密封墊。該內(nèi)部密封墊被設(shè)置在壓力釋放排氣構(gòu)件420與保持器418和接觸彈簧422中的至少一個之間，以提供電解質(zhì)密封。該內(nèi)部密封墊在將集電器組件406放入容器404中時可以提高壓力釋放排氣構(gòu)件420對周圍金屬部件的密封的有效性。該內(nèi)部密封墊可由多種材料中的一種材料如彈性體材料制成，如上文中結(jié)合密封墊124所述(圖1)，并且其可為涂覆了粘結(jié)劑的材料，從而提供粘結(jié)結(jié)合密封。該內(nèi)部密封墊可具有設(shè)置在保持器418與接觸彈簧422和壓力釋放排氣構(gòu)件420二者之間的C形剖面，然而該內(nèi)部密封墊可具有多種形狀。例如，該內(nèi)部密封墊可以是被設(shè)置在保持器418與壓力釋放排氣構(gòu)件420的周部部分的上表面之間、在壓力釋放排氣構(gòu)件420與接觸彈簧422的周部部分的上表面之間或均在這些位置處的大體上扁平的墊圈。該內(nèi)部密封墊還可以呈L形，在豎直或倒置位置取向，從而使得該內(nèi)部密封墊的垂直壁部被設(shè)置在壓力釋放排氣構(gòu)件420和接觸彈簧422的外周部分的外邊緣周圍，只要在接觸彈簧422與保持器418之間存在電接觸即可。這種L形構(gòu)造，以及C形幾何結(jié)構(gòu)可相對于壓力釋放排氣構(gòu)件420的外周部分密封住電解質(zhì)。相似的內(nèi)部密封墊可被包括在分別如圖1和3所示的電化學(xué)電池組電池100，300的其它可選實施例以及其它一些實施例中。
在電池400中，壓力釋放排氣構(gòu)件420包括第一層420a、第二層420b和第三層420c。例如，被設(shè)置在第一層420a與保持器418之間的第二層420b和被設(shè)置在第一層420a與接觸彈簧422之間的第三層420c可起到粘結(jié)層或密封層的作用，從而相對于保持器418和接觸彈簧422密封住壓力釋放排氣構(gòu)件420。如在任何典型實施例中一樣，壓力釋放排氣構(gòu)件420可采用多種方法如粘結(jié)結(jié)合、點焊、超聲波焊接或本領(lǐng)域已公知的其它焊接和附接方法與保持器418或接觸彈簧422或二者相結(jié)合。還有可能的是壓力釋放排氣構(gòu)件420可機械地保持處于適當(dāng)?shù)奈恢?，從而使得不需要粘結(jié)和熱封材料層。第二層420b和第三層420c還可起到保護(hù)涂層的作用，從而防止在組裝過程中第一層420a出現(xiàn)擦傷或發(fā)生破裂。
如上面結(jié)合電化學(xué)電池組電池100(圖1)所述，壓力釋放排氣構(gòu)件120(圖1、3)和420(圖4)可包括至少一層含有金屬、聚合物和其混合物的組分。可用于壓力釋放排氣構(gòu)件420的合適的三層層壓制品是可從美國威斯康星州的Curwood of Oshkosh獲得的等級為0539635C-501C的商品名為LIQUIFLEX的PET/鋁/EAA的共聚物。合適的五層層壓制品是可從美國佐治亞州Columbus的Ludlow Coated Products獲得的商品名為BF-48的PET/PE/鋁/PE/LLDPE，Ludlow Coated Products是美國新澤西州普林斯頓的擁有其全部股權(quán)的Tyco International，Ltd的子公司。
可以使用根據(jù)ASTM E96-80(材料的水蒸汽透過率的標(biāo)準(zhǔn)測試方法)改寫的方法確定如上面所述的壓力釋放排氣構(gòu)件120(圖1)、320(圖3)和420(圖4)的任何可透過層的蒸汽透過率大小范圍。具有壓力釋放排氣構(gòu)件，例如壓力釋放排氣構(gòu)件120、320和420的可透過層的組分的試驗用隔膜501(圖5)被放置在一個直徑為25毫米、高為54毫米且含有要被用在電池中的8毫升電解質(zhì)的15毫升瓶子(例如Wheaton血清瓶，25毫米直徑×54毫米高，Cat.No.06-406D)的頂部上面。排氣隔膜501具有尺寸大小適于提供對瓶子的密封的壁部503、盤芯505和測試表面507。壁部503的外徑為19.56毫米且壁部503的內(nèi)徑為14.33毫米。盤芯505的直徑為3.23毫米且在測試表面507以下的長度為1.91毫米。測試表面507的厚度為0.508毫米且壁部503與盤芯505之間的環(huán)形區(qū)域的測試表面積為1.529平方厘米。真空脂被涂在瓶子的唇部上，并且具有直徑為15.88毫米的中心孔的密封件(例如Wheaton鋁密封件，Cat.No.060405-15)被放置在試驗用隔膜上面并且被緊緊地壓接到瓶子上，從而使得試驗用隔膜501在測試過程中保持密封到瓶子上面。對密封的瓶子進(jìn)行稱重，并且在75℃條件下貯存所述瓶子，并且在預(yù)定的測試周期內(nèi)每隔一定時間(例如六個月中的每月，兩周中的每天等)就稱重一次。確定在測試周期內(nèi)的重量變化并且計算第一實驗VTR值。如上面所述對密封的空瓶進(jìn)行同樣的測試并且確定在相同的規(guī)則時間間隔和測試周期內(nèi)的重量變化，且計算第二實驗VTR值。第一和第二實驗VTR值中的每一個使用平均總重?fù)p失量進(jìn)行計算。最后，從在含有電解質(zhì)的瓶子上的測試運行計算得到的第一實驗VTR值中減去在空瓶上的測試運行計算得到的第二實驗VTR值，從而得到試驗用隔膜的VTR值。
下面將對可用作本發(fā)明的實施例，包括但不限于上面如圖1、3、4中所示的典型實施例，中的電極組件和電解質(zhì)的材料進(jìn)行描述。含有金屬鋰的鋰電化學(xué)電池組電池中的陽極常常以薄板或箔片的形式存在。鋰的組分可以變化，盡管純度總是相當(dāng)高。鋰可與其它金屬例如鋁形成合金，從而提供所需的電池電性能。鋰離子電池的陽極包括一種或多種鋰插入材料。術(shù)語插入材料意味著所述材料能夠?qū)囯x子插入和去插入其晶體結(jié)構(gòu)。合適的材料的實例包括但不限于，碳例如石墨碳、中間相和/或無定形碳；過渡金屬的氧化物例如鎳、鈷和錳的氧化物；過渡金屬的硫化物例如鐵、鉬、銅和鈦的硫化物；以及非晶態(tài)金屬氧化物，例如含有硅酮和錫的非晶態(tài)金屬氧化物。這些材料通常為成形為所需形狀的顆粒材料。
鋰電池的陰極中含有一種或更多種通常以顆粒形式存在的活性材料。任何合適的陰極活性材料可被使用，且可包括例如FeS2、MnO2、CFx和(CF)n。鋰離子電池的陰極中含有一種或更多種通常以顆粒形式存在的鋰插入或鋰可插入材料。實例包括金屬氧化物，例如釩和鎢的氧化物；鋰化過渡金屬的氧化物例如鎳、鈷和錳的鋰化過渡金屬氧化物；鋰化金屬的硫化物例如鐵、鉬、銅和鈦的鋰化金屬硫化物；以及鋰化碳。
合適的隔件材料是離子可透過的和不導(dǎo)電的。合適隔件的實例包括由例如聚丙烯、聚乙烯、超高分子量聚乙烯等材料制成的微孔隔膜。用于Li/FeS2電池的合適的隔件材料是可從美國北卡羅來納州Charlotte的Celgard Inc.獲得的商品名為CELGARD2400的微孔聚丙烯隔膜和可從美國紐約州Macedonia的Exxon Mobil化學(xué)公司獲得的商品名為Setella F20DHI的微孔聚乙烯隔膜。一層固體電解質(zhì)或聚合物電解質(zhì)也可被用作隔膜。
鋰電池和鋰離子電池中的電解質(zhì)為非水電解質(zhì)且僅含有非常少量的雜質(zhì)水，例如重量含量小于約百萬分之500。合適的非水電解質(zhì)含有溶解在有機溶劑中的一種或更多種電解質(zhì)鹽。根據(jù)陽極和陰極活性材料以及所需的電池性能，可以使用任何合適的鹽。實例包括溴化鋰、高氯酸鋰、六氟磷酸鋰、六氟磷酸鉀、六氟砷酸鋰、三氟甲磺酸鋰和碘化鋰。合適的有機溶劑包括下面的一種或多種即碳酸二甲酯；碳酸二乙酯；碳酸二丙酯；碳酸甲基乙基酯；碳酸乙二醇酯；碳酸丙二醇酯；1，2-碳酸丁二醇酯；2，3-碳酸丁二醇酯；甲酸甲酯(methaformate)；γ丁內(nèi)酯；環(huán)丁砜；乙腈；3，5-二甲基異惡唑；n，n-二甲基甲酰胺；和醚。所述鹽和溶劑的組合物應(yīng)提供足夠強的電解質(zhì)導(dǎo)電性和導(dǎo)電性，從而滿足在所需溫度范圍內(nèi)的電池放電要求。當(dāng)在溶劑中使用醚時，溶劑通常具有低粘度、較好的潤濕性能、良好的低溫放電性能以及高放電率性能。合適的醚包括，但不限于，非環(huán)醚例如1，2-二甲氧基乙烷(DME)；1，2-二乙氧基乙烷；二(甲氧基乙基)醚；三甘醇二甲醚；四甘醇二甲醚和二乙醚；環(huán)醚例如1，3-二氧戊環(huán)(DIOX)；四氫呋喃；2-甲基四氫呋喃；和3-甲基-2-惡唑啉酮；及其混合物。
根據(jù)本發(fā)明的電化學(xué)電池組電池可以是鋰電池和鋰離子電池以外的其它類型的電池。實例包括具有含水電解質(zhì)的一次和可再充電電池，例如鋅/MnO2、鋅/NiOOH、鎳/鎘、鎳/金屬氫化物堿性電池。這些類型的電池可具有堿性電解質(zhì)以及溶質(zhì)例如氫氧化鉀、氫氧化鈉及其混合物。
可采用任何適當(dāng)?shù)墓に嚱M裝電化學(xué)電池組電池100、300和400。例如，可通過將電極組件108和絕緣器138插入到電池容器104中并且分配電解質(zhì)進(jìn)入容器104中而制造圖1所示的電化學(xué)電池組電池100。然后，將密封墊124、接觸彈簧122、保持器118、壓力釋放排氣構(gòu)件120以及可選的PTC裝置126放置在容器104的開口端中。當(dāng)包括密封墊124和正接觸端子116的集電器組件106被向下推到卷邊107的支承部分140上且容器104的頂部邊緣向內(nèi)彎曲從而使得容器104壓靠住密封墊124從而實現(xiàn)外殼開口端的密封時，容器104在卷邊107處受到支承。可采用任何適當(dāng)?shù)姆椒ɡ缤ㄟ^壓接、夾緊、鍛壓或重拉撥而使容器104產(chǎn)生形變從而密封電化學(xué)電池組電池100。
在一種可選實施例中，壓力釋放排氣構(gòu)件120可采用一種或多種方法，例如通過熱熔、超聲波焊接或通過施加粘結(jié)劑而被結(jié)合到保持器118上。如上面所述，壓力釋放排氣構(gòu)件120可以是單層，或者另一種可選方式是，兩層或多層材料的層壓制品。在這種情況下，壓力釋放排氣構(gòu)件120可被結(jié)合到保持器118上，從而形成在密封墊124和接觸彈簧122后面隨后被插入容器104中的分組件。然后，PTC裝置126和正接觸端子116被放置在容器104的開口端中以便密封電化學(xué)電池組電池100。另一種可選方式是，壓力釋放排氣構(gòu)件120可采用上述方法中的一種而被結(jié)合到接觸彈簧122和保持器118上。
電化學(xué)電池組電池300的典型實施例(圖3)包括壓接的保持器318，所述壓接的保持器318的形成方法如下將壓力釋放排氣構(gòu)件320放置在保持器318上，將接觸彈簧322放置在壓力釋放排氣構(gòu)件320上，然后使保持器318的邊緣產(chǎn)生彎曲，從而使得其接觸接觸彈簧310從而形成分組件。壓力釋放排氣構(gòu)件320能夠可選地被結(jié)合到保持器318或接觸彈簧322或接觸彈簧和保持器二者上?？梢孕纬呻娀瘜W(xué)電池組電池400(圖4)中所使用的相似的分組件。在接觸彈簧322和422分別包括凸出部332和432時，在接觸彈簧被用以形成分組件之前，接觸彈簧322和422的外圍凸緣成形以形成多種可能的幾何形狀中的一種形狀，例如環(huán)形或多邊形，具有多種可能的外形輪廓中的一種，例如V形溝槽或圓緣。
雖然為了理解清楚起見在前面已對本發(fā)明進(jìn)行了一定的詳細(xì)描述，但是，明顯的是，可在所附權(quán)利要求的范圍內(nèi)實踐一定的改變和變型。例如，雖然說明書中描述的主要是鋰電池和鋰離子電池，但是本發(fā)明也可適用于其它電池類型。同時，雖然上文中所述的實施例已對與連接到放電陰極上的正接觸端子相關(guān)的壓力釋放排氣構(gòu)件進(jìn)行了舉例說明，但是，在負(fù)電池端子處可以使用相同的釋放機構(gòu)。因此，本發(fā)明被認(rèn)為是示例性和非限制性的，且本發(fā)明不受在此給出的細(xì)節(jié)的限制，而可以被改進(jìn)，并且僅受所附權(quán)利要求書范圍的限制。
權(quán)利要求
1.一種具有外殼、電極組件和電解質(zhì)的電化學(xué)電池組電池，所述電極組件包括正電極、負(fù)電極以及設(shè)置在所述電極之間的隔件，所述外殼包括其中設(shè)有電極組件和電解質(zhì)的具有開口端的容器；和被設(shè)置在電極組件與外殼的開口端之間的集電器組件，所述集電器組件包括限定出第一開口的保持器；包括限定出第二開口的外圍凸緣的接觸彈簧，所述第一開口和第二開口限定出壓力釋放通道；和具有被設(shè)置在保持器與接觸彈簧之間的周部部分且封閉所述壓力釋放通道的壓力釋放排氣構(gòu)件，所述壓力釋放排氣構(gòu)件能夠響應(yīng)于至少與預(yù)定釋放壓力一樣高的電池內(nèi)部壓力發(fā)生破裂從而允許物質(zhì)通過保持器的第一開口而泄漏出來。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電池，其中所述壓力釋放排氣構(gòu)件包括至少第一層從包括以下物質(zhì)組中選擇出來的組分，所述物質(zhì)組包括金屬、聚合物及其混合物。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電池，其中所述壓力釋放排氣構(gòu)件的厚度為0.254毫米或更小。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電池，其中所述保持器、接觸彈簧的外圍凸緣和壓力釋放排氣構(gòu)件的周部部分配合協(xié)作，從而在集電器組件內(nèi)形成電解質(zhì)密封。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的電池，其中所述接觸彈簧的外圍凸緣形成連續(xù)環(huán)。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電池，其中所述壓力釋放排氣構(gòu)件包括電解質(zhì)的蒸汽透過率小于11.81克·毫米/(天·平方毫米)的第一層。
7.根據(jù)權(quán)利要求2所述的電池，其中所述壓力釋放排氣構(gòu)件包括第二層，所述第二層包含從以下物質(zhì)組選擇出的組分，所述物質(zhì)組包括聚乙烯、聚丙烯、聚對苯二甲酸丁二醇酯、聚對苯二甲酸乙二醇酯、乙烯丙烯酸、乙烯甲基丙烯酸、聚乙烯甲基丙烯酸及其混合物。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的電池，其中所述壓力釋放排氣構(gòu)件包括第三層，所述第一層被設(shè)置在第二層與第三層之間，所述第三層包含從以下物質(zhì)組選擇出的組分，所述物質(zhì)組包括聚乙烯、聚丙烯、聚對苯二甲酸丁二醇酯、聚對苯二甲酸乙二醇酯、乙烯丙烯酸、乙烯甲基丙烯酸、聚乙烯甲基丙烯酸及其混合物。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的電池，其中所述第一層中包含鋁。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電池，其中所述集電器組件包括被設(shè)置貼靠在容器上的第一密封墊，并且所述密封墊、保持器、接觸彈簧和壓力釋放排氣構(gòu)件被壓縮在一起，由此在保持器與接觸彈簧之間提供密封。
11.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電池，其中所述集電器組件包括被設(shè)置在保持器與接觸彈簧和壓力釋放排氣構(gòu)件中的至少一個之間的第二密封墊。
12.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電池，其中所述接觸彈簧的外圍凸緣包括圍繞所述第一開口的連續(xù)凸緣，所述連續(xù)凸緣包括其上面的連續(xù)凸出部。
13.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電池，其中所述保持器與所述壓力釋放排氣構(gòu)件被結(jié)合到一起。
14.根據(jù)權(quán)利要求12所述的電池，其中所述接觸彈簧與所述壓力釋放排氣構(gòu)件被結(jié)合到一起。
15.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電池，其中所述壓力釋放排氣構(gòu)件在20℃-25℃時壓力為10.5千克/平方厘米至42.3千克/平方厘米的范圍內(nèi)的條件下發(fā)生破裂。
16.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電池，其中所述壓力釋放排氣構(gòu)件包括一層包含鋁的組分，且所述壓力釋放排氣構(gòu)件的最大厚度為0.254毫米。
17.根據(jù)權(quán)利要求16所述的電池，其中所述壓力釋放排氣構(gòu)件包括第二層和第三層，所述第二層和第三層具有從以下物質(zhì)組選擇出的組分，所述物質(zhì)組包括聚乙烯、聚丙烯、聚對苯二甲酸丁二醇酯、聚對苯二甲酸乙二醇酯、乙烯丙烯酸、乙烯甲基丙烯酸、聚乙烯甲基丙烯酸及其混合物。
18.根據(jù)權(quán)利要求17所述的電池，其中所述電池進(jìn)一步包括接觸端子和被設(shè)置在接觸端子與保持器之間的正溫度系數(shù)裝置。
19.根據(jù)權(quán)利要求18所述的電池，其中所述正電極包含F(xiàn)eS2且所述負(fù)電極包含金屬鋰。
20.根據(jù)權(quán)利要求19所述的電池，其中所述保持器具有大體上呈圓形的周緣。
21.根據(jù)權(quán)利要求20所述的電池，其中所述外殼是圓柱形的。
22.一種具有外殼、電極組件和電解質(zhì)的電化學(xué)電池組電池，所述電極組件包括正電極、負(fù)電極以及設(shè)置在所述電極之間的隔件，所述外殼包括其中設(shè)有電極組件和電解質(zhì)的具有開口端的容器；和被設(shè)置在電極組件與外殼的開口端之間的集電器組件，所述集電器組件包括限定出第一開口的保持器；包括限定出第二開口的外圍凸緣的接觸彈簧，所述第一開口和第二開口限定出壓力釋放通道；和具有被設(shè)置在保持器與接觸彈簧之間的周部部分且封閉位于第一開口與第二開口之間的所述壓力釋放通道的壓力釋放排氣構(gòu)件，所述壓力釋放排氣構(gòu)件能夠響應(yīng)于至少與預(yù)定釋放壓力一樣高的電池內(nèi)部壓力發(fā)生破裂從而允許物質(zhì)通過保持器的第一開口而泄漏出來；并且其中所述保持器和接觸彈簧凸緣與所述壓力釋放排氣構(gòu)件配合協(xié)作，從而在壓力釋放排氣構(gòu)件與保持器之間形成密封。
23.根據(jù)權(quán)利要求22所述的電池，其中所述壓力釋放排氣構(gòu)件在20℃-25℃時的破裂壓力在10.5千克/平方厘米至42.3千克/平方厘米的范圍內(nèi)。
24.根據(jù)權(quán)利要求22所述的電池，其中所述壓力釋放排氣構(gòu)件包括至少第一層從包括以下物質(zhì)組中選擇出來的組分，所述物質(zhì)組包括金屬、聚合物及其混合物。
25.根據(jù)權(quán)利要求24所述的電池，其中所述壓力釋放排氣構(gòu)件的第一層中包含鋁。
26.根據(jù)權(quán)利要求25所述的電池，其中所述壓力釋放排氣構(gòu)件包括第二層，所述第二層包含從以下物質(zhì)組選擇出的組分，所述物質(zhì)組包括聚乙烯、聚丙烯、聚對苯二甲酸丁二醇酯、聚對苯二甲酸乙二醇酯、乙烯丙烯酸、乙烯甲基丙烯酸、聚乙烯甲基丙烯酸及其混合物。
27.根據(jù)權(quán)利要求26所述的電池，其中所述壓力釋放排氣構(gòu)件包括第三層，所述第一層被設(shè)置在第二層與第三層之間，所述第三層包含從以下物質(zhì)組選擇出的組分，所述物質(zhì)組包括聚乙烯、聚丙烯、聚對苯二甲酸丁二醇酯、聚對苯二甲酸乙二醇酯、乙烯丙烯酸、乙烯甲基丙烯酸、聚乙烯甲基丙烯酸及其混合物。
28.根據(jù)權(quán)利要求27所述的電池，其中所述第二層中包含聚乙烯且所述第三層中包含聚乙烯。
29.根據(jù)權(quán)利要求22所述的電池，其中所述接觸彈簧的外圍凸緣包括圍繞所述第一開口的連續(xù)凸緣，所述連續(xù)凸緣包括其上面的連續(xù)凸出部。
30.根據(jù)權(quán)利要求22所述的電池，其中所述保持器具有向壓力釋放排氣構(gòu)件和接觸彈簧施加壓縮力的卷邊。
31.根據(jù)權(quán)利要求29所述的電池，其中所述保持器具有向壓力釋放排氣構(gòu)件的周部部分和接觸彈簧的外圍凸緣施加壓縮力的卷邊。
32.根據(jù)權(quán)利要求31所述的電池，其中所述集電器組件進(jìn)一步包括接觸端子；密封墊；和被設(shè)置在接觸端子與保持器之間的正溫度系數(shù)裝置。
33.根據(jù)權(quán)利要求32所述的電池，其中所述保持器與所述壓力釋放排氣構(gòu)件被結(jié)合到一起。
34.根據(jù)權(quán)利要求33所述的電池，其中所述正電極包含F(xiàn)eS2且所述負(fù)電極包含金屬鋰。
35.根據(jù)權(quán)利要求33所述的電池，其中所述保持器具有大體上呈圓形的周緣。
36.根據(jù)權(quán)利要求33所述的電池，其中所述外殼是圓柱形的。
37.一種具有外殼、電極組件和電解質(zhì)的電化學(xué)電池組電池，所述電極組件包括正電極、負(fù)電極以及設(shè)置在所述電極之間的隔件，所述外殼包括其中設(shè)有電極組件和電解質(zhì)的具有開口端的容器；和被設(shè)置在電極組件與外殼的開口端之間的集電器組件，所述集電器組件包括限定出第一開口的保持器；包括限定出第二開口的外圍凸緣的接觸彈簧，所述第一開口和第二開口限定出壓力釋放通道；和具有被設(shè)置在保持器與接觸彈簧之間的周部部分且封閉位于第一開口與第二開口之間的所述壓力釋放通道的壓力釋放排氣構(gòu)件，所述壓力釋放排氣構(gòu)件能夠響應(yīng)于至少與預(yù)定釋放壓力一樣高的電池內(nèi)部壓力發(fā)生破裂從而允許物質(zhì)通過保持器的第一開口而泄漏出來；和壓力釋放排氣構(gòu)件與保持器之間的密封手段。
38.根據(jù)權(quán)利要求37所述的電池，其中所述密封手段包括通過所述保持器、接觸彈簧的外圍凸緣與所述壓力釋放排氣構(gòu)件的周部部分的配合協(xié)作而產(chǎn)生的壓縮力。
39.根據(jù)權(quán)利要求38所述的電池，其中所述密封手段包括圍繞接觸彈簧的外圍凸緣和壓力釋放排氣構(gòu)件的周部部分的保持器中的卷邊。
40.根據(jù)權(quán)利要求39所述的電池，其中所述集電器組件包括用于在壓力釋放排氣構(gòu)件與保持器之間的壓縮力減小時能夠維持壓力釋放排氣構(gòu)件與保持器之間的密封的裝置。
41.根據(jù)權(quán)利要求40所述的電池，其中所述用于維持壓力釋放排氣構(gòu)件與保持器之間的密封的裝置包括完全圍繞第二開口的位于接觸彈簧外圍凸緣內(nèi)的連續(xù)凸出部。
42.根據(jù)權(quán)利要求37所述的電池，其中所述正電極包含F(xiàn)eS2且所述負(fù)電極包含金屬鋰。
全文摘要
一種具有用于密封電池容器的開口端的集電器組件的電化學(xué)電池。所述集電器組件包括其中分別具有中心開口的保持器和具有外圍凸緣的接觸彈簧。設(shè)置在保持器與接觸彈簧的外圍凸緣之間的壓力釋放排氣構(gòu)件在正常情況下密封保持器和接觸彈簧中的開口并且在內(nèi)部壓力超過預(yù)定極限時發(fā)生破裂以釋放電池內(nèi)的壓力。
文檔編號H01M2/08GK1950961SQ200580013660
公開日2007年4月18日 申請日期2005年4月26日 優(yōu)先權(quán)日2004年4月28日
發(fā)明者J·X·吳, R·A·蘭甘 申請人:永備電池有限公司