專利名稱：封閉電池和封閉件的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及這樣一種封閉電池當(dāng)升高溫度或電池的內(nèi)部壓力時(shí)，在固定壓力下，特別是在低壓下，該封閉電池能夠破裂，以快速釋放內(nèi)部壓力并且同時(shí)切斷電流。
最近，隨著對(duì)制造得尺寸更小和具有提高性能的電子裝置的增大需求，已經(jīng)廣泛使用重量輕和能量密度高的無水電解液電池，如鋰離子二次電池。由于無水電解液電池使用諸如鋰、鈉、或鉀之類的堿金屬作為其負(fù)極的活性材料，并且這樣的堿金屬容易與水反應(yīng)生成氣體，所以采用完全密封結(jié)構(gòu)的殼體。這樣一種完全封閉電池在存儲(chǔ)性方面優(yōu)良，但反過來，由于非常高的密封性產(chǎn)生一個(gè)問題。即，如果電池暴露于高溫或者在其內(nèi)部或外部短路，并且大的電流流動(dòng)，或者如果由于在制造過程中包含潮氣而在電池中產(chǎn)生氫氣，則電池的內(nèi)部壓力有時(shí)異常升高，并且電池爆裂，這可能損壞設(shè)備。因而，必須提供在增大到高程度之前用來釋放電池內(nèi)部壓力的某種機(jī)構(gòu)。
至今，已經(jīng)提出用來釋放電池內(nèi)部壓力的幾種方法，并且他們的一些已經(jīng)用在實(shí)際中。例如，日本專利分開出版物No.HEI-2-304861公開了一種用于電池的安全閥機(jī)構(gòu)。該安全閥這樣建造，從而電池殼體在其一部分上提供有一個(gè)帶有一個(gè)引導(dǎo)到電池內(nèi)部的閥開口、和一個(gè)引導(dǎo)到外部的排出孔的閥腔。閥腔提供有一個(gè)閥件，其中至少面對(duì)著閥開口的表面由橡膠制成；和一個(gè)彈性件，以把所述閥件的橡膠制表面貼著閥開口壓緊。因而，閥件的橡膠封閉閥開口，從而能保證電池的密封性，而當(dāng)內(nèi)部壓力達(dá)到用于彈性件的固定壓力以允許壓力釋放時(shí)，開啟閥開口，從而能防止內(nèi)部壓力的過分升高。
這樣一種常規(guī)安全閥已經(jīng)廣泛用在Ni-Cd型電池中。然而，它還沒有用在把堿金屬用作負(fù)極活性材料的無水電池中，由于即使把閥件壓緊閥開口，由此封閉電池，也不可能得到無水電池所要求的高密封性。
在日本專利公開出版物No.SHO-63-285859中公開了用來釋放要求高密封性的電池的內(nèi)部壓力的方法之一。在這種方法中，電池殼體在其壁的一部分處提供一個(gè)減薄部分。通過用壓力機(jī)冷壓罐頭壁板直到板壓制部分的厚度成為其原始厚度的一半，形成該減薄部分。因而，該減薄部分能提供給電池良好的密封性，因?yàn)閮H變形罐體在其上沒有開口的部分。
在日本專利公開出版物No.HEI6-215760中公開了另一種壓力釋放機(jī)構(gòu)。該釋放機(jī)構(gòu)在帶有底部的圓柱形外部殼體中的電極元件的上部處提供有一個(gè)裝配在一個(gè)開口端部中的閥隔膜，并且用來切斷電流的一根引線布置在閥隔膜上。在這種結(jié)構(gòu)中，當(dāng)升高電池的內(nèi)部壓力時(shí)，閥隔膜膨脹，以斷開用來切斷電流的引線而斷開電流。
根據(jù)在日本專利公開出版物No.SHO-63-285859中所公開的方法，必須使殼體的減薄部分變薄，從而減薄部分能以較低壓力破裂。然而，當(dāng)壁部分變得太薄時(shí)，在壓制成形期間可能形成有細(xì)或小的裂紋，這可能損壞電池殼體的密封性。而且，當(dāng)金屬通過冷加工處理時(shí)，他們不可避免地由加工硬化。然而，加工不總是引起均勻的硬化，并因此，產(chǎn)生可以改變用于這種壓力釋放機(jī)構(gòu)的操作壓力的問題。有一種用來制造電池殼體壁較薄部分的半蝕刻方法。然而，極為困難的是，控制在蝕刻之后保持的減薄部分的剩余厚度，并且也難以得到良好的生產(chǎn)率。另一個(gè)問題在于在半蝕刻部分中產(chǎn)生針孔，并因此，所有產(chǎn)品需要檢查。
根據(jù)在日本專利公開出版物No.HEI6-215760中所公開的方法，必須準(zhǔn)確地控制在引線中形成的切斷部分的深度。該方法考慮到其成形是困難的，這引起在固定壓力下不可靠切斷電流的問題。
為了解決上述常規(guī)方法的缺陷，本發(fā)明的一個(gè)目的在于提供一種能包括一個(gè)閥片的封閉電池、和一種在上述封閉電池中使用的封閉件，該閥片在固定壓力下，特別是在低壓下，能穩(wěn)定和準(zhǔn)確地破裂，以便釋放其內(nèi)部壓力，并且能容易地制造。本發(fā)明的目的還在于，提供一種具有能夠容易處理的結(jié)構(gòu)且在制造過程中幾乎不引起缺陷產(chǎn)品的封閉件、和一種使用該封閉件的封閉電池。
根據(jù)本發(fā)明通過一種封閉電池能解決上述問題，該封閉電池包括一個(gè)外殼體；一個(gè)電極元件，由與一種電解液一起裝在所述外殼體中的一個(gè)正極、一個(gè)負(fù)極、和一種隔離件組成；及一個(gè)封閉件，固定到外殼體開口端部的內(nèi)邊緣上，以便封閉開口端部。該封閉件由一個(gè)閥元件和一層金屬箔組成，并且閥元件由金屬基片形成，在該基片上沿一個(gè)環(huán)形圓周布置有多個(gè)打孔開口，在每個(gè)開口之間具有較小間隔。把金屬箔層壓到金屬基片的內(nèi)表面上，以便封閉打孔開口。當(dāng)升高電池的內(nèi)部壓力時(shí)，在形成在金屬基片上的開口之間、可由較小力變形的小間隔部分拉長，以便引起由布置在環(huán)形圓周上的多個(gè)打孔開口圍繞的金屬基片的一部分突出。
根據(jù)本發(fā)明的結(jié)構(gòu)，由多個(gè)打孔開口圍繞的金屬基片部分和金屬箔組成的閥片，與用來傳導(dǎo)來自電極元件的電流的引線蓋連接。當(dāng)電池的內(nèi)部壓力升高時(shí)，由多個(gè)打孔開口圍繞的部分突出，并且引線蓋與金屬箔電氣脫開，以切斷電流。當(dāng)內(nèi)部壓力進(jìn)一步升高時(shí)，將其層壓以封閉由其上帶有打孔開口的金屬基片形成的閥元件開口的金屬箔破裂，以釋放電池的內(nèi)部氣體，從而防止電池殼體爆裂。
上述多個(gè)打孔開口是具有相同直徑的圓形開口。他們最好繞閥元件的中心沿固定半徑的圓周分別以等間隔布置，這是一個(gè)用于環(huán)形圓周的例子。而且，在環(huán)形圓周上形成為多個(gè)打孔開口的開口求和總長度最好是環(huán)形圓周整個(gè)長度的30至85％。
況且，金屬基片最好是鋼片、不銹鋼片、銅片、或鋁片。金屬箔最好是鋼箔、不銹鋼箔、銅箔、鋁箔、鎳箔、或鎳鐵合金箔。
因而，本發(fā)明的封閉件這樣建造，從而當(dāng)內(nèi)部壓力升高時(shí)，其一部分在固定壓力下變形，以迅速切斷電池的電流。封閉件進(jìn)一步提供有一個(gè)在固定壓力下用來斷裂其本身的機(jī)構(gòu)，以釋放內(nèi)部壓力。根據(jù)開口的形狀和布置能任意設(shè)置用來切斷電流的上述固定壓力，并且根據(jù)金屬箔的材料和厚度能設(shè)置釋放內(nèi)部壓力時(shí)的壓力值。


圖1是縱向剖視圖，通過本發(fā)明的一個(gè)例子表示一種完全封閉電池的上部。
圖2是縱向剖視圖，通過本發(fā)明的另一個(gè)例子表示一種完全封閉電池的上部。
圖3是平面圖，表示帶有一個(gè)閥元件的封閉件。
圖4是表示該封閉件的縱向剖視圖。
圖5是解釋圖，表示當(dāng)電池的內(nèi)部壓力異常升高時(shí)封閉件的動(dòng)作。
圖6是解釋圖，表示當(dāng)電池的內(nèi)部壓力異常升高時(shí)封閉件的動(dòng)作。
圖7是平面圖，表示封閉件的另一個(gè)例子。
圖8是平面圖，表示封閉件的又一個(gè)例子。0通孔1金屬基片2金屬箔3打孔開口5閥元件的部分7閥開口8釬接部分20凹下部分24突出部分30外殼體32電極元件32a正極32b分離器
32c負(fù)極33封閉帽33a邊緣蓋34絕緣墊圈36邊緣37引線蓋37a圓周37b通孔38正溫度系數(shù)元件40絕緣墊圈V閥片l環(huán)形圓周r作為整個(gè)圓的環(huán)形圓周的半徑w在打孔開口3之間的間隔Δl在圓周1上打孔開口3的長度下面參照附圖解釋本發(fā)明的最佳實(shí)施例和例子。圖1是縱向剖視圖，通過本發(fā)明的一個(gè)例子表示一種完全封閉電池的上部。圖2是縱向剖視圖，通過本發(fā)明的另一個(gè)例子表示一種完全封閉電池的上部。圖3是平面圖，表示帶有一個(gè)閥元件的封閉件。圖4是表示該封閉件的縱向剖視圖。圖5和6是解釋圖，表示當(dāng)電池的內(nèi)部壓力異常升高時(shí)封閉件的動(dòng)作。圖7和8是平面圖，表示封閉件的其他例子。
在圖1中，帶有一個(gè)用作負(fù)極端子的底部的圓柱形外殼體30裝有一個(gè)電極元件32以及與外部隔離的電解液。電極元件32這樣配置，從而以螺旋形式纏繞由正極32a、隔離件32b、和貼緊正極32a布置且由隔離件32b與正極32a絕緣的負(fù)極32c組成的層壓件。
帶有用于氣體釋放的通孔0、用作爆裂防止機(jī)構(gòu)且同時(shí)用作正極端子的封閉帽33，通過鉚接到外殼體30的上開口端部上經(jīng)絕緣墊圈34固定。布置以上電極元件32、具有用于氣體釋放的通孔37b的引線蓋37。
在引線蓋37、與其電阻值隨溫度升高而增大由此把電池電流控制到正常值的正溫度系數(shù)元件38之間，提供一個(gè)形成用來密閉電極元件32及其它元件的封閉件的閥片V。閥片V的邊緣36與正溫度系數(shù)元件38接觸，元件38與封閉蓋33的邊緣33a接觸。這些邊緣36和33a、及正溫度系數(shù)元件38通過鉚接到到引線蓋37的圓周37a上經(jīng)絕緣墊圈40固定。
由一個(gè)適當(dāng)裝置把引線6固定到用作用來封閉電池上開口端部的封閉件的閥片V的一個(gè)內(nèi)表面上。引線6延伸到電極元件32的正極32a。因而，這里提供有一個(gè)電池的電流通路。
否則可以如圖2中所示提供電流通路。即，引線蓋37相對(duì)著閥片V布置使絕緣墊圈40插入在他們之間，并且下凹部分20形成在閥片V的中心部分處，閥片V與形成在引線蓋37的中心部分處的的突出部分24相接觸。引線6由一個(gè)適當(dāng)裝置固定到引線蓋37的內(nèi)表面上，并且引線6延伸到電極元件32的正極32a。因而，這里提供電流通路的一個(gè)例子。
閥片V在如圖3和4中所示的平面圖中基本上具有盤形。閥片V由具有圓形形狀的金屬基片1、和層壓到金屬基片1上的內(nèi)表面上的金屬箔2構(gòu)成。作為用于金屬基片1的材料，可以使用鋼片、不銹鋼片、銅片、或鋁片。作為用于金屬箔2的材料，可以使用鋼箔、不銹鋼箔、銅箔、鋁箔、鎳箔、或鎳合金箔，例如鎳鐵合金箔。
在表示本發(fā)明的一個(gè)例子的圖3中，這樣布置多個(gè)打孔開口3(“n”個(gè)打孔開口，即在圖3情況下的8個(gè)開口)(在圖3情況下每個(gè)具有圓形形狀)，從而其相應(yīng)中心呈現(xiàn)在環(huán)形圓周1上(環(huán)形圓周1在圖3中具有繞閥片V的中心位置的半徑“r”)，并且在他們之間以相等間隔“w”離開，從而他們以圓形線形成環(huán)形。如圖4中所示，例如金屬箔2具有固定到釬接部分8上的引線6。當(dāng)電池的內(nèi)部壓力升高時(shí)，易于變形的金屬基片1的等間隔“w”的部分拉長，并且由多個(gè)打孔開口3圍繞的閥片的部分5突出，以便使引線6與釬接部分8脫開或斷開以切斷電流。
這些多個(gè)(“n”個(gè))打孔開口3的總和長度n×Δl(Δl表示在圓周l上每個(gè)打孔開口3的大致長度)可以最好是圓周l的整個(gè)長度的30至85％。在其中打孔開口的總和長度小于圓周整個(gè)長度的30％的情況下，金屬基片1的剛度較高。因而，即使當(dāng)內(nèi)部壓力升高時(shí)，閥片的部分5也不足夠地突出，并因此引線6不與釬接部分8脫開。因此，不可能切斷電流。在其他方面，在其中總和長度超過圓周l的整個(gè)長度的85％時(shí)，如果把任何外部較大的力施加到電池上，例如，電池落下，則閥片的部分5有時(shí)會(huì)變形，引起引線6與釬接部分8脫開或斷開，從而切斷電流。
其次，解釋在其中電池的內(nèi)部壓力升高的異常情況下閥片的動(dòng)作。一旦電池的內(nèi)部壓力升高，在金屬基片1上布置在環(huán)形圓周線中的打孔開口3之間、在他們之間具有等間隔“w”的等間隔部分(容易變形部分)就等同地拉長，并且閥片的部分5突出，如圖5中所示。由于閥片部分5的這種突出，固定到金屬箔2上的引線6與釬接部分8脫開或斷開其本身，從而可靠地切斷電流。當(dāng)內(nèi)部壓力進(jìn)一步升高時(shí)，金屬箔2封閉打孔開口3的部分破裂，使閥開口打開并且釋放內(nèi)部壓力，如圖6中所示。經(jīng)閥開口7和經(jīng)封閉帽33的通孔0排出釋放氣體。
相反，在其中打孔開口3不在這樣一條環(huán)形圓周線中以等間隔“w”存在于金屬基片1上、而是例如以馬蹄形狀存在的情況下，當(dāng)內(nèi)部壓力升高時(shí)，由馬蹄形打孔開口3圍繞的金屬基片1的一個(gè)舌形部分變形，使具有間隔“w”的金屬基片1的連續(xù)和單獨(dú)部分作為支點(diǎn)，并且特別是，其中離上述支點(diǎn)最遠(yuǎn)的該舌形部分的一定部分大大地變形，并且與其相對(duì)應(yīng)的金屬箔2的一部分破裂以釋放氣體，并且把電池的內(nèi)部壓力設(shè)置為自由的。然而，由于對(duì)其連接引線6的中心部分靠近用來引起這種變形的上述支點(diǎn)，所以僅有很小的變形，并且引線6的連接部分不會(huì)斷開。因而，可能有引起電池內(nèi)部壓力升高的過大電流保持流動(dòng)的危險(xiǎn)。結(jié)果，本發(fā)明最重要的因素在于打孔開口3布置在金屬基片1上的環(huán)形圓周線中，使他們之間具有等間隔“w”。
順便說明，閥元件的部分5的形狀可以表示在圖3中，其中多個(gè)圓形開口布置在圓周線中，在他們之間具有等間隔。例如，如圖7和8中所示，它可以如此布置，從而兩個(gè)或四個(gè)橢圓形開口3布置在其軸線在閥片V的中心處的橢圓1上，在他們之間具有等間隔。
根據(jù)本發(fā)明的完全封閉電池，當(dāng)電池的內(nèi)部壓力由于諸如短路、過充電、或反向充電之類的某種異常升高時(shí)，在以打孔開口3之間的等間隔布置在金屬基片1上的打孔開口3之間的等間隔部分(易變形)穩(wěn)定和準(zhǔn)確地拉長，特別是在低壓下，從而閥元件的部分5突出以脫開引線6，并且電氣斷開電流。當(dāng)內(nèi)部壓力進(jìn)一步升高時(shí)，封閉打孔開口3的金屬箔2的部分在固定壓力下破裂，使閥開口7打開并且排出電池的內(nèi)部氣體。因而，有可能防止溫度的突然升高和電池的爆裂。
通過確定在金屬基片1上的打孔開口3之間的等間隔部分(易變形的)的適當(dāng)尺寸、和通過確定用于金屬基片1的適當(dāng)材料成分，能設(shè)置穩(wěn)定地允許閥片的閥元件的部分5突出的操作壓力。而且，有可能通過確定用于金屬箔2的適當(dāng)材料成分，使封閉打孔開口3的金屬箔2在穩(wěn)定的操作壓力下破裂，因?yàn)榻饘俨?能微米級(jí)的最高精度制造。
本發(fā)明的閥元件能以如下方式制造。即，沿其縱向通過沖孔等連續(xù)地打孔具有帶條形狀的金屬基片1，以便在其上提供一個(gè)閥片V所要求的多個(gè)開口3。把如此打孔的金屬基片1層壓到其上帶有金屬箔2的一個(gè)表面上。然后，以具有基本上圓形形狀的每個(gè)閥片V的形式?jīng)_切生成的層壓件。金屬基片1的帶條由幾對(duì)壓輥轉(zhuǎn)移，或者由一對(duì)壓輥連續(xù)地層壓到金屬箔2上。在其中金屬基片具有這樣一種結(jié)構(gòu)從而僅僅圓的一部分不打孔的情況下，象馬蹄形開口，并且當(dāng)轉(zhuǎn)移和層壓這樣一種金屬基片時(shí)，這種打孔開口的邊緣部分有時(shí)由壓輥卡住。在這樣一種情況下，閥片以非打孔部分作為支點(diǎn)卷起。如此生產(chǎn)的有缺陷片必須廢棄。而且，可能有連續(xù)轉(zhuǎn)移和層壓操作變得不可能的情況。
根據(jù)本發(fā)明，打孔開口3借助于存在的多個(gè)非打孔部分形成，并且這樣打孔打孔開口3，從而平行于金屬基片1的帶條的縱向(轉(zhuǎn)移方向)提供非打孔部分。因而，有可能防止開口的邊緣部分由壓輥卡住、或在轉(zhuǎn)換和層壓操作中閥片以非打孔部分作為支點(diǎn)卷起。
如上所述，即使當(dāng)電池的內(nèi)部壓力由于諸如短路、過充電、反向充電等而升高時(shí)，本發(fā)明的安全閥片也操作，以允許容易變形部分提供在金屬基片上以穩(wěn)定地變形，從而在內(nèi)部壓力達(dá)到在較低壓力下的固定值時(shí)，切斷電池中的電流。當(dāng)內(nèi)部壓力進(jìn)一步升高時(shí)，封閉提供在金屬基片上的打孔開口的金屬箔穩(wěn)定和準(zhǔn)確地?cái)嗔?，從而把電池?nèi)的氣體排到外部。因而，有可能防止溫度的突然升高或電池的爆裂。
權(quán)利要求
1．一種封閉電池，包括一個(gè)外殼體；一個(gè)電極元件，由與一種電解液一起裝在所述外殼體中的一個(gè)正極、一個(gè)負(fù)極、和一種隔離件組成；及一個(gè)封閉件，固定到所述外殼體開口端部的內(nèi)邊緣上，以便封閉開口端部，所述封閉件由一個(gè)閥元件和一層金屬箔組成，所述閥元件由金屬基片形成，在該基片上沿一個(gè)環(huán)形圓周布置有多個(gè)打孔開口，在每個(gè)開口之間具有較小間隔，并且把所述金屬箔層壓到金屬基片的內(nèi)表面上，以便封閉所述打孔開口，其中當(dāng)升高電池的內(nèi)部壓力時(shí)，在形成在金屬基片上的所述開口之間、可由較小力變形的所述小間隔部分拉長，以便引起由布置在環(huán)形圓周上的所述多個(gè)打孔開口圍繞的金屬基片的一部分突出。
2．根據(jù)權(quán)利要求1所述的封閉電池，其中層壓到由多個(gè)打孔開口圍繞的部分上的所述金屬箔，與用來傳導(dǎo)來自電極元件的電流的引線蓋連接，并且當(dāng)由多個(gè)打孔開口圍繞的所述部分由于電池的內(nèi)部壓力而突出時(shí)，所述引線蓋與金屬箔電氣脫開，以切斷電流。
3．根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的封閉電池，其中所述多個(gè)打孔開口是具有相同直徑的圓形開口，他們最好繞閥元件的中心沿固定半徑的圓周分別以等間隔布置，這是一個(gè)用于環(huán)形圓周的例子。
4．根據(jù)權(quán)利要求1至3任一項(xiàng)所述的封閉電池，其中在所述環(huán)形圓周上形成為多個(gè)打孔開口的開口求和總長度最好是環(huán)形圓周整個(gè)長度的30至85％。
5．根據(jù)權(quán)利要求1至4任一項(xiàng)所述的封閉電池，其中所述金屬基片是鋼片、不銹鋼片、銅片、或鋁片。
6．根據(jù)權(quán)利要求1至5任一項(xiàng)所述的封閉電池，其中所述金屬箔是鋼箔、不銹鋼箔、銅箔、鋁箔、鎳箔、或鎳鐵合金箔。
7．一種在根據(jù)權(quán)利要求1至6任一項(xiàng)所述的封閉電池中使用的封閉件。
全文摘要
本發(fā)明的目的在于提供一種這樣的封閉電池:能夠快速釋放其內(nèi)部壓力且同時(shí)斷開其電流以有效防止本身溫度升高和爆裂,從而當(dāng)在這樣一種封閉電池中,內(nèi)部壓力由于短路、過充電、反向充電等升高時(shí),它可以保證其安全性和可靠性。一種封閉件包括:閥元件5,由在其上沿一個(gè)環(huán)形圓周布置多個(gè)打孔開口3的金屬基片1形成,在打孔開口3之間具有窄間隔;和金屬箔2,層壓到金屬基片1的內(nèi)表面上,以便封閉打孔開口3。當(dāng)封閉電池的內(nèi)部壓力升高時(shí),由小力可變形的金屬基片的窄間隔部分拉長,以便引起由布置在環(huán)形圓周上的多個(gè)打孔開口3圍繞的金屬基片的一部分突出。具有這種結(jié)構(gòu)的封閉件固定到電池外殼體30的開口端部的內(nèi)邊緣上,電池外殼體30裝有:由正極32a、負(fù)極32c、及隔離件32b組成的電極元件32;以及其中的電解液,以便封閉外殼體30的開口端部。
文檔編號(hào)H01M2/34GK1288596SQ9980217
公開日2001年3月21日 申請(qǐng)日期1999年1月14日 優(yōu)先權(quán)日1998年1月16日
發(fā)明者杉本義之, 西條謹(jǐn)二, 河村宏明, 岡本浩明, 礒部剛彥 申請(qǐng)人:東洋鋼鈑株式會(huì)社