CN101179119A - 密封电池的安全阀 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种开放压力(工作压力)小(高灵敏度)，并加大开放面积的同时，提高落下强度，降低成本的密封电池的安全阀。一种密封电池的安全阀，设置了大致正交的径向易破裂槽等，组合容易进行易破裂部强度调节的阀芯环形和各种易破裂槽断面构造并用金属板加工。制造方法使用往复运动的分型模冲压。在易破裂槽断面构造上至少具有V切口、单向剪切加工易破裂槽、往复剪切加工易破裂槽这三种。
Description
技术领域
本发明涉及密封电池的安全阀，更详细地说涉及组合了容易进行易破裂部的强度调节的连续或半连续的阀芯环形状及各种易破裂部断面形状的密封电池的安全阀。
背景技术
在锂离子电池等中，在电池内部由于某些原因产生异常反应，使电池内部压力上升的场合，在密封电池中可能由于电池自身的爆炸而产生对人、对物的损害。作为其对策，需要在达到爆炸之前放出电池内部的气体，因此一般在电池外装部具有安全阀。
该安全阀具有以预先设计准备的内压被破裂开放的阀芯，在该阀芯所要求的特性上，开放压力当然比通常的电池内部压力高，但从安全上考虑希望是尽可能低的开放压力(有时将该临界开放压力称为工作压力)。而且，在电池内部的气体产生量多时，若放出该气体的阀芯的面积小，则电池内部压力暂时增加而存在达到爆炸的危险。
从而，因易破裂槽的破裂而产生的气体放出部的面积具有足以放出产生气体量的面积是非常重要的(根据我们的经验需要7mm2以上)。另外，该锂离子电池由于用于便携式电话或数码照相机等，因此根据操作可能用户将它掉落在地上或地板上使阀芯部破损，且电解液泄漏等。因此，对于这种意外落下，阀芯不容易损伤是非常重要的(将此称为落下强度)。
为了如上所述的目的，锂离子电池作为安全机构具有安全阀。该安全阀具有在电池侧面和底部通过直线或曲线或它们的组合并利用宽度2mm以下的冲压或蚀刻来构成薄的阀芯的情况(称为刻印类型或冲压阀)、以及在封口板上设置开放口并在此形成薄的阀芯的情况。该阀芯的平面形状呈长圆、椭圆或饮料罐的易开罐盖或其集合体之类的形状。
赋予电池壳体的盖的断面V切口刻印类型的安全阀，不能将工作压力设置为20kgf/cm2以下，而且不能确保气体放出时的充分的开口面积，所以对落下较弱，因此逐渐不使用。
作为在封口板上设置开放口并在此形成薄的阀芯的方法具有如下方法，即最初在封口板面内穿开具有规定大小的开放孔，利用包层或焊接将厚度20～60μ的薄的薄膜作为阀芯贴到该开放孔上(一般将此称为包层阀)。另外，也有在封口板面内通过冲压或蚀刻等来形成具有规定大小的薄膜的安全阀的方法(一般将此称为冲压阀)。
前一种包层阀虽然具有保持作为安全阀的要求特性的低工作压力、宽的放出面积及强的落下强度的优点，但是需要冲压三次和包层工序等制造工序复杂，而且制造技术难且成品率差，因此存在成本高的负面。
对此，冲压阀由于可以仅通过冲压(包括分型模冲压)在封口板内面形成阀芯，因此能够廉价地做成。而且，能够容易确保足以放出气体的规定的大小以上的安全阀面积，但是与包层阀比较，难以得到稳定的低的工作压力。
因此，冲压阀的开发通过冲压装置的精密的下死点控制和适应原材料的改进开发来进行。上述两个开发正在冲压装置厂家和阀芯材料厂家进行。而且，在生产作为阀芯的封口板的冲压厂家和使用它的电池厂家中，进行着通过对冲压阀的形状下功夫来得到所需的低工作压力的冲压阀的努力，也有不少发明提出了申请，但是尚未达到可得到稳定且足够低的工作压力的程度。
如日本特开平11-273640(专利文献1)所示，在封口板2的开放口21上形成呈半球形的薄壁的阀芯23，在该阀芯3的周围近旁形成易破裂槽。一般，在封口板上形成平面连续或不连续的环形的薄壁部，并在该薄壁部形成破裂槽的类型的安全阀中，在电池内部压力上升了时，通过薄壁的阀芯受到电池内部的压力而变形来使安全阀工作，因此以比较低的压力使安全阀工作，达到本来的目的(参照专利文献1)。
另外，日本特开2005-135873号(专利文献2)图2(b)所示，在封口板6上形成薄壁的阀芯，在该阀芯上形成向电池内侧突出的至少一个半球形部2，在上述半圆形部的至少一个周缘角上形成有容易使阀芯破裂的破裂槽4。一般变形大的地方以往是阀芯中央部附近，随着向阀芯周缘部变形量变小。通常破裂槽位于阀芯的周缘，因此在电池内部压力上升了时，位于在阀芯内部变形最小的地方(参照专利文献2)。
在日本特公昭58-23165(专利文献3)中，记载了利用单向剪切加工及往复方向剪切加工的容易分离的金属片连续体的制造方法(现有技术)(参照专利文献3)。
在现有技术中，对于密封电池、尤其是锂离子电池等的安全阀，在三洋电机、ミヤマツ一ル等中已进行开发、改进且一部分已实际应用。
但是，通常在落下等比较轻的冲击和设想内的低内压下稳定且不容易开口，另一方面在内压急剧上升时切实开口而能防止破坏的安全性高的密封电池的安全阀还未充分商业化。
发明内容
根据本发明，可提供如下安全阀：
一种密封电池的安全阀，有时伴随环境变迁产生异常气体，从而导致槽内气体压力的急剧上升，其特征在于，具有与平面连续或不连续环形的内周易破裂槽大致正交且向外边缘延伸的大致径向易破裂槽，对于槽整体的意外落下等不容易破裂，另一方面，对于因槽内异常气体的产生引起的内压上升，能以按照设计的比较低的内压破裂而释放内压(方案1)；
根据方案1的密封电池的安全阀，其特征在于，大致径向易破裂槽断面是V切口型、单向剪切加工型易破裂槽或往复剪切加工型易破裂槽的任意一种(方案2)；
根据方案2的密封电池的安全阀，其特征在于，易破裂槽的交点是以下的组合，
(1)V切口型易破裂槽之间的组合，
(2)V切口型易破裂槽和单向剪切加工型或往复剪切加工型易破裂槽的组合，
(3)单向剪切加工型易破裂槽之间的组合，
(4)往复剪切加工型易破裂槽之间的组合，
(5)单向剪切加工型易破裂槽和往复剪切加工型易破裂槽的组合(方案3)；以及，
根据方案1～3的密封电池的安全阀，其特征在于，在形成开口中央部轮廓的内周易破裂槽的残厚为t1、径向易破裂槽的残厚为t2时，安全阀部板厚T为1.2(t1，t2)≤T≤2.0(t1，t2)(方案4)。
本发明具有以下效果。
通过实施以上本发明，提供一种在对电池进行封口的板状的封口板的开放孔上形成有薄壁的阀芯，而且在电池内部压力达到规定值以上时，上述阀芯其周缘部的一部分或全部破裂而将电池的气体向电池外放出的电池的安全阀，阀芯形状为圆形、椭圆形或四边形等形状等任意的封闭的形状(连续或不连续环形或空心放射状)，破裂槽位于从阀芯的周缘离开的地方，因此得到以较小的力引起变形的效果。
另外，由于从中央破裂槽沿大致垂直方向朝阀芯周缘部，具有例如4条以上的大致放射状的辅助破裂槽，因此在与破裂槽的交点(易破裂槽彼此的交点)上集中应力，所以以低的压力也能开始断裂，而且若一旦开始破裂，则与向电池的外侧方向的压力不同，破裂槽通过辅助破裂槽还受到向电池侧面方向的压力。即，破裂传播(crack propagation)以比较小的压力进行。从而如上所述，与现有的冲压阀比较，可得到非常低的工作压力。
本发明的冲压阀包括在局部以V切口型易破裂槽之间或单向或往复剪切加工易破裂槽或它们的组合，以利用以大致直角的交点作为包层的出发点的破裂传播(crack propagation)并以易破裂槽之间的交点作为破裂开始点的易破裂槽的连续的破裂片连续体构成的阀芯。
其中单向剪切加工易破裂槽(1way shearing easy open ditch；1WAY SEOD)或往复剪切加工易破裂槽(2way shearing easy open ditch；2WAY SEOD)分别以使用了如图2、图3和图4、图所记载的组合型防皱模的工艺来制作，只用中心部的加工硬化的残存连接部进行连接。图3和图4分别所示的残存连接部分尤其位错密度高，且进行了加工硬化，所以比较脆且容易产生裂纹，容易破裂。哪一个都因Bauschinger效应而容易破裂、断裂。
另外，本发明中的所谓破裂是指，在易破裂部，例如塑性加工密度高且破坏时容易集中应力的破裂槽的交点或其附近，首先通过内压产生裂纹，并且裂纹沿着破裂槽传播而产生阀芯的破裂，从而将内部的高压气体放到大气中的现象，实际上一般破裂片(阀芯)的一部分被卷起来，而破裂槽的一部分(主要是延展变形部)不会断裂而残存。根据该特性，能够防止因破裂时分离阀芯的飞散引起的危险。
另外，当开始破裂时，从破裂槽与辅助破裂槽的交点开始产生裂纹，被两个辅助破裂槽和与这些大致正交的破裂槽所包围的部分向电池的外侧方向折弯，因此在阀芯工作时能够确保足够的用于放出气体的面积。
另外，以现有例1、2和本发明实施例1、2的顺序用同一厚度、同一原材料(软钢板或耐蚀Al合金板)进行了比较时，若比较其工作压力YA、YB、YC、YD则为YA＞YB＞YC＞YD。
如上所述，由于阀芯通过电池外侧方向和侧面方向的两个方向的力来破裂，因此在与通常的冲压阀进行比较的场合，在设计工作压力相同时可以将易破裂槽及辅助破裂槽的厚度做成较厚，所以落下强度也加强。而且，若落下强度相同则工作压力能做得较低。因此，容易做出任意的工作压力、落下强度的质量设计。但是，在大致正交的易破裂槽的交点附近，为了避免极端的应力集中，而需要考虑了应力缓和的形状设计。这可以通过金属原材料的加工硬化系数和开尖强度(開尖強度)的研究来得到精密的适当解。
如上所述，根据本发明，可得到在电池内部压力上升时迅速动作，并可迅速排出电池内部的气体，并且落下强度优良且可提高生产率的优良的效果。
附图说明
图1是表示现有例和本发明实施例的图。
图2是表示单向剪切加工的图。
图3是表示单向剪切加工易破裂槽的图。
图4是表示往复剪切加工的图。
图5是表示往复剪切加工易破裂槽的图。
图中：
A-现有例1，B-现有例2，C-本发明实施例1，D-本发明实施例2，YA-现有例1的工作压力，YB-现有例2的工作压力，YC-本发明实施例1，YD-本发明实施例2，EOD-易破裂槽，EODR-大致径向的易破裂槽，EOP-破裂开始点(交点)，A-压下压力，L-剪切加工行程，t1-单向剪切加工残厚，t2-往复剪切加工残厚，10-原材料钢板，11-单向剪切加工易破裂槽，12-往复剪切加工易破裂槽，20-冲压压模(或剪切刀)，30-防皱装置。
具体实施方式
如上所述，本发明在各种易破裂槽的交点产生的裂纹传播，即破裂进行，一部分保留连接状态的同时得到更大面积的抽气开口部，得到这种优良的作用效果，另一方面，得到即使用户手滑而将密封电池等金属制罐容器掉落在地板上，也能耐得住落下冲击而不容易开口(破裂)的效果。而且，这种作用效果实际使用就可以明白，但理论上如上所述还未解决的部分还是存在的。
以下使用图1，与现有例进行对比来详细说明本发明。在此，图1表示现有例1、2和本发明实施例1、2的俯视图、剖视图以及歪斜/工作压力的曲线图。图2、图3是分别表示单向剪切加工易破裂槽11的制造工序的剖视图及断面显微镜照片，图4、图5是分别表示往复方向剪切加工易破裂槽12的制造工序的剖视图及断面显微镜照片。在图1中，A表示现有例1，B表示现有例2，C表示本发明实施例1，D表示本发明实施例2，若各工作压力分别用YA、YB、YC、YD表示，则YA＞YB＞YC＞YD。而且，YA是现有例1的工作压力，YB是现有例2的工作压力，YC是本发明实施例1的工作压力，YD是本发明实施例2的工作压力。EOD是易破裂槽，EODR是大致径向的易破裂槽，EOP是破裂开始点(交点)。在图2、3、4中，A是压下压力，L是剪切加工行程，t1是单向剪切加工残厚，t2是往复剪切加工残厚，10是原材料钢板，11是单向剪切加工易破裂槽，12是往复剪切加工易破裂槽，20是冲压压模(或剪切刀)，30是防皱装置。
现有例1是在俯视图上以简单的V切口断面长圆状作为连续环形成轮廓的安全阀，该连续环也可以做成点线状的半连续。在该场合，即使施加内压也只是整体膨胀而使外周易开放槽破裂，而开口处并没有特定，歪斜(或应力)大，不容易开放。现有例2在现有例1的平面长圆状的易开放盖的中央部引入纵槽，在上下两处设置易破裂开始点。这比现有例1更接近本发明，纵线与外环部的交点部以低的工作压力开始破裂。但是，在现有例2中临界歪斜或工作压力还是很大。
实施例1
对此，在本发明实施例1中做成大致圆形的平面形状，从大致在径向连接内环和外环的径向易破裂槽和内环、外环易破裂槽的交点(易破裂开始点EOP)，以低的压力产生破裂而使裂纹传播。
实施例2
在本发明实施例2中，在径向有4条易破裂槽以轮辐状连接内环和外环，但是由8个易破裂点成为起点产生破裂而向各点三方传播裂纹，以低的内压(工作压力)在低歪斜的状态下以低压进行破裂。
另外，本发明实施例中，并不只是2级环状，长圆形、椭圆形、扇形、多边形等都可以，并不特别限制形状。重要的是要包括大致正交的EODR。在将形成开口中央部轮廓的环状易破裂槽的残厚设为t1、t2，且将现有的易破裂槽最小板厚设为T时，1.2(t1，t2)≤T≤2.0(t1，t2)。该公式的限定理由如下。
若T比(t1，t2)的1.2倍还小，则安全阀部板厚T和破坏槽残厚t1、t2的板厚大致相同。若T及t1、t2小则落下强度若，而且若大则工作压力变高。另外，若T比(t1，t2)的2.0倍还大，则安全阀的厚度T变大且工作压力明显提高。根据以上理由，设定为1.2(t1，t2)≤T≤2.0(t1，t2)。
产业上的可利用性
本发明的基本原理在于，将常见的软钢线(钢丝)用手继续弯曲则产生加工硬化(此时稍微发热)并逐渐变硬，最后折断的软质金属特有的性质，与应力集中一起保持，将从剪切应力达到脆性破坏的破裂特性与电池安全阀所希望的性质结合起来，其特征在于，通过使断面形状不同的多个易破裂槽例如以大致直角相交等，从而改变裂纹发生容易性和裂纹传播特性。再有还给出如下启示，在此追加(低中温)热处理，并通过恢复、再结晶工艺，可微妙地控制要求特性。
从而，本发明思想可应用于以往没有想到的各种容易分离的金属片连接体上。例如容易分离的半导体电子器件连续体和其他医疗用样品和药剂单位等各种精密部件的中间工艺用容易分离的连续体等，用途不限。
Claims (4)
1.一种密封电池的安全阀，有时伴随环境变迁产生异常气体，从而导致槽内气体压力的急剧上升，其特征在于，
具有与平面连续或不连续环形的内周易破裂槽大致正交并向外边缘延伸的大致径向易破裂槽，对于槽整体的意外落下等不容易破裂，另一方面，对于因槽内异常气体的产生引起的内压上升，能以按照设计的比较低的内压产生破裂而释放内压。
2.根据权利要求1所述的密封电池的安全阀，其特征在于，
大致径向易破裂槽断面是V切口型、单向剪切加工型易破裂槽或往复剪切加工型易破裂槽的任意一种。
3.根据权利要求2所述的密封电池的安全阀，其特征在于，
易破裂槽的交点是以下的组合：
(1)V切口型易破裂槽之间的组合；
(2)V切口型易破裂槽和单向剪切加工型或往复剪切加工型易破裂槽的组合；
(3)单向剪切加工型易破裂槽之间的组合；
(4)往复剪切加工型易破裂槽之间的组合；以及，
(5)单向剪切加工型易破裂槽和往复剪切加工型易破裂槽的组合。
4.根据权利要求1～3所述的密封电池的安全阀，其特征在于，
在形成开口中央部轮廓的内周易破裂槽的残厚为t1、径向易破裂槽的残厚为t2时，安全阀部板厚T为1.2(t1，t2)≤T≤2.0(t1，t2)。
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