CN102165624A - 具有改善的安全性的端帽组件和采用此组件的圆柱形二次电池 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种端帽组件，其装载在电池的圆柱形容器的开放上端，其中在该圆柱形容器内安装有电极组件，该端帽组件包括：安全通气口，具有被构造成通过该电池内所产生的高压气体而破裂的预定凹痕；断流装置，通过焊接耦接到该安全通气口的底部，用于在该电池的内部压力升高时中断电流；以及断流装置衬垫，用于围绕该断流装置的外周，其中该断流装置包括两个或更多个、用于排出气体的通孔，该通孔被形成为：该通孔的面积之和等于该断流装置的总面积的20％至50％。当该电池内产生高压气体时，该端帽组件有效地中断电流并快速排出气体，从而大幅提高该电池的安全性。

Description

具有改善的安全性的端帽组件和采用此组件的圆柱形二次电池

技术领域

本发明涉及具有改善的安全性的端帽组件和包括该组件的圆柱形二次电池，更具体地讲，涉及装载到电池的圆柱形容器的开放上端的端帽组件，其中在圆柱形容器内安装有电极组件，该端帽组件包括：安全通气口，具有被构造成通过电池内所产生的高压气体而破裂的预定凹痕；断流装置，通过焊接耦接到安全通气口的底部，用于在电池内部压力升高时中断电流；以及断流装置衬垫，用于围绕断流装置外周，其中，断流装置包括两个或更多个、用于排出气体的通孔，通孔被形成为：通孔的面积之和等于断流装置的总面积的20％至50％。

背景技术

随着移动装置的不断发展，以及对此类移动装置的需求的增长，对作为移动装置的能源的二次电池的需求也快速增长。在这些二次电池中，锂二次电池具有高能量密度和高放电电压，已经开始对其进行大量研究，并且大范围地将其投入商业用途。

根据电池壳体的形状，二次电池可分为电极组件安装在圆柱形金属容器内的圆柱形电池、电极组件安装在棱柱形金属容器内的棱柱形电池、或电极组件安装在由铝层合片材形成的袋形壳体内的袋形电池。圆柱形电池具有相对较大的容量并且在结构上稳定，因而具有优点。

安装在电池壳体内的电极组件为电力产生元件，其具有阴极/隔膜/阳极叠堆结构，并且可以进行充电和放电。电极组件可分类为：卷绕型电极组件，该组件被构造成如下结构，其中缠绕施加有活性材料的长片材型阴极和长片材型阳极，同时将隔膜设置在阴极和阳极之间；或者堆叠型电极组件，该组件被构造成如下结构，其中依次堆叠具有预定尺寸的多个阴极和阳极，同时将隔膜分别设置在阴极和阳极之间。由于卷绕型电极组件易于制造，并且具有高单位重量能量密度，因此卷绕型电极组件具有优点。

图1为典型地示出一般圆柱形二次电池的纵向剖面透视图。

参见图1，将卷绕型(缠绕型)电极组件120插入圆柱形壳体130，在圆柱形壳体130内注入电解质，并且将具有例如阴极端子的电极端子(未示出)的顶盖140耦接到圆柱形壳体130的开放上端，通过这种方式制造了圆柱形二次电池10。

电极组件120被以如下结构构造，其中，阴极121和阳极122以环状缠绕，隔膜123夹在阴极121和阳极122之间。圆柱形中心销150设置在缠绕体中央(卷绕体中央)。中心销150一般由金属材料制成，以呈现出预定强度。中心销150被构造成由金属片材卷成的中空圆柱形结构。中心销150起固定和支撑电极组件的作用。此外，中心销150起通道作用，用来排出对二次电池进行充电、放电以及操作时二次电池的内部反应所产生的气体。

同时，锂二次电池具有安全性较低的缺点。例如，当二次电池被过度充电至约4.5V或以上时，阴极活性材料分解，在阳极处发生锂金属的枝晶生长，并且阳极活性材料分解。此时，二次电池发热，导致上述分解和若干次二次分解(sub decomposition)快速进行，最终导致二次电池可能着火和爆炸。

因此，为了解决上述问题，一般的圆柱形二次电池包括断流装置(CID)和安装在电极组件与顶盖之间的安全通气口，以在二次电池异常工作时中断电流和释放内部压力。

下文将结合图2至4描述上述部件。

参见这些附图，顶盖10突出以形成阴极端子。顶盖10具有排气出口。顶盖10下方依次设置有：正温度系数(PTC)元件20，用来在电池内部温度升高时通过大幅增加电池电阻而中断电流；安全通气口30，其被构造成在正常状态下具有下凹形状，而在电池内部压力升高时凸起并破裂，以排出气体；以及连接板50，在其上端一侧耦接到安全通气口30，在其下端一侧连接到电极组件40的阴极。

因此，在正常工作条件下，电极组件40的阴极经由引线42、连接板50、安全通气口30和PTC元件20连接到顶盖10，以实现导电。

然而，当因多种原因(例如过度充电)从电极组件40产生气体导致电池内部压力升高时，如图3所示，安全通气口30的形状颠倒。也就是说，安全通气口30向上凸起。此时，安全通气口30与连接板50分隔开，以中断电流。因此，可以防止过度充电进一步加剧，从而实现安全性。然而，当电池内部压力连续升高时，如图4所示，安全通气口30破裂，导致加压气体经安全通气口30的破裂口排出到顶盖10的排气出口以外，从而防止电池爆炸。

然而，该操作过程绝对依赖于电极组件所产生的气体量或电池排出的气体量。如果所产生或排出的气体量不够，或者在短时间内没有增加至预定水平，则随后可能会发生短路，并且可能会因电极组件持续导电而发生热失控现象。当电池持续导电时，热失控现象发生或进一步加速，导致电池着火或爆炸的可能性大幅增加。因此，电池的安全性受到严重威胁。此外，近年来连续发生膝上型计算机点燃事故，因此进一步突出了电池安全的重要性。

因此，非常需要开发一种端帽组件，在电池内部因多种原因(例如过度充电)而产生气体，导致电池内部压力升高时，该端帽组件能够迅速排出电池内的气体。

发明内容

【技术问题】

因此，本发明旨在解决上述问题，以及其他尚待解决的技术问题。

具体地讲，本发明的一个目的是提供能够迅速将加压气体排出电池的、具有改善的安全性的端帽组件。

本发明的另一个目的是通过使用具有改善的安全性的端帽组件而提供具有改善的安全性的锂二次电池。

【技术解决方案】

根据本发明的一个方面，上述和其他目的可通过提供装载在电池的圆柱形容器的开放上端的端帽组件来实现，其中，在圆柱形容器内安装有电极组件。端帽组件包括：安全通气口，具有被构造成通过电池内所产生的高压气体而破裂的凹痕；断流装置，通过焊接耦接到安全通气口底部，用于在电池内部压力升高时中断电流；以及断流装置衬垫，用于围绕断流装置外周，其中，断流装置包括用于排出气体的两个或更多个通孔，通孔的形状使得通孔的面积之和等于断流装置总面积的20％至50％。

断流装置可被构造成当电池内部压力升高时破裂，以中断电流。断流装置可被构造成如下结构：其中，在断流装置中央处设置被构造成向上凸起的突出部，以使得突出部通过焊接固定到安全通气口的凹陷部的底部，并且连接到卷绕体阴极的阴极引线通过除了突出部的凹陷部的底部电连接到断流装置。

由于断流装置如上述耦接到安全通气口，当安全通气口的形状颠倒时，断流装置和阴极之间的连接破裂，从而中断电流。在具体的实例中，可以在突出部外周设置凹痕。当安全通气口的形状颠倒时，凹痕破裂，导致在突出部耦接到安全通气口的状态下能够很容易实现断流装置与阴极的分离。

此外，断流装置可以设置有两个或更多个通孔，气体可以通过这些通孔中向上流动。电池内的气体通过通孔上升，以颠倒安全通气口的形状。

然而，本专利申请的发明人已通过实验发现，当断流装置上形成的通孔的面积之和小于断流装置总面积的20％时，由于电池内所产生的高压，电池更容易着火或爆炸。这可能是因为穿过通孔的气体量较少，从而不能有效实现断电，或者是因为向上的气流被中断或改变，从而增加了断电所需要的时间。另一方面，当通孔尺寸过大时，很难保证预定强度，从而在断流装置制造过程中可能会扭曲部件，而这种情况是不可取的。

在根据本发明的端帽组件中，断流装置包括两个或更多个、用于排出气体的通孔，通孔形成为：通孔的面积之和等于断流装置总面积的20％至50％，更优选地为30％至40％。因此，有可能增加向上流动的气体量(排出的气体量)并且实现气体的快速向上流动(排出)。

因此，当电池内部因过度充电之类多种原因产生气体，而导致电池内部压力升高时，通过断电和安全通气口破裂而使气体迅速排出电池，从而确保了电池的安全性。

通孔可被形成为弧形形状，以使得通孔关于断流装置的中心径向对称。当通孔如上述径向对称时，防止了在一个方向上排出过多的气体，并且确保了断流装置的强度。

通孔数量并无具体限制。优选地，通孔数量为2至4个。

在一个优选实例中，可以等间距地设置三个通孔，使得每个通孔都具有对应于围绕断流装置中心的50至80度角度的弧形形状。

此外，可以将突出部形成为如下结构：其中，在突出部的同心圆上形成3至5个通槽，并且在突出部的同心圆上形成用于互连通槽的桥，每个桥都具有凹痕。在这种情况下，可以将通槽等间距布置，使得通槽对应于通孔，优选地，每个通槽都具有对应于围绕断流装置中心的40至55度角度的弧形形状。

安全通气口是一种装置，其在电池内部压力升高时排出电池内的气体，从而确保电池的安全性。例如，当电池内产生气体，而导致电池内部压力达到临界值时，安全通气口破裂，从而使气体穿过安全通气口的裂口，然后通过顶盖内形成的一个或多个排气出口排出电池。

可以在安全通气口中央设置有被构造成下凹陷的凹陷部。在该结构中，当电池内部压力升高时，安全通气口的凹陷部颠倒，即，安全通气口中央的下凹形状翻转为安全通气口中央的上凸形状，导致安全通气口与断流装置分离，从而中断电连接。

安全通气口的操作如下。电池内所产生的气体穿过断流装置的通孔，以向安全通气口施加向上的压力。当向上的压力达到预定压力(下文称为“第一临界压力”)时，安全通气口的凹陷部形状颠倒，导致固定到凹陷部的突出部与断流装置分离，从而中断断流装置与安全通气口的电连接。

凹陷部可包括上弯曲部分和下弯曲部分。在上弯曲部分可以形成第一凹痕。在现有技术中，已经提出仅断开下弯曲部分的结构。然而，由于下弯曲部分面积较小，因而不适于有效排出气体。根据本发明，另一方面，在上弯曲部分形成被构造用于破裂的凹痕，以使得断开面积相对较大，从而有可能快速排出大量气体。

当电池内部压力在尽管通过安全通气口实现了断电的情况下仍然持续升高，导致电池内部压力达到另一预定压力(下文称为“第二临界压力”)时，第一凹痕断开。因此，电池内的加压气体经顶盖的排气出口排出电池。

同时，第一凹痕可被构造成开放曲线形状，该曲线一侧开放，以防止整个上弯曲部分与安全通气口的剩余部分分离。也就是说，一侧开放区域充当凹陷部与安全通气口剩余部分之间的桥。

第一凹痕的尺寸并无具体限制。优选地，第一凹痕具有对应于通过连接断流装置内形成的通孔的中心而形成的假想圆的尺寸，使得从断流装置向上流动的气体直接向第一凹痕施加压力。

另外，如上所述，第一凹痕的开放区域可具有防止第一凹痕断开时凹陷部完全断开的尺寸。第一凹痕的开放区域关于安全通气口的中心可具有与一定角度相对应的弧长，该角度优选地为20至50度，更优选地为25至40度。

在一个优选的实例中，可以在安全通气口的下弯曲部分形成第二凹痕。优选地，第二凹痕被构造成开放曲线形状，该曲线的相对端开放，使得电池内部压力升高时仅断开上弯曲部分。在相对端开放的结构内，当电池内部压力升高时，下弯曲部分的断开受到限制，并且实现由于上弯曲部分断开的开口。

优选地，第二凹痕的开放的相对端与第一凹痕的开放区域不对齐。在一个更优选的实例中，第二凹痕的开放相对端可被设置为与第一凹痕的开放区域大致成直角。

在一个优选的实例中，第一凹痕可具有比第二凹痕更大的深度，从而使第一凹痕先于第二凹痕破裂(断开)。

安全通气口的材料并无具体限制。优选地，安全通气口由具有0.15至0.4mm厚度的铝片材制成，从而使电池内部压力达到临界值时安全通气口破裂(断开)。

断流装置衬垫被构造成围绕断流装置的外周。在一个优选的实例中，断流装置衬垫可具有形成于其中央的开口。由于优选地将加压气体的流动路径构造成直线，以便有效实现气体的向上流动，因此断流装置衬垫的中央开口可被构造成不覆盖断流装置的通孔的形状。

在现有技术中，衬垫被形成为部分覆盖断流装置的通孔。因此，已经穿过通孔的高压气流被衬垫扰乱，导致排出的气体量减少，并且改变气体的流动路径，从而难以实现安全通气口的即时操作。另一方面，在如上所述衬垫不覆盖通孔的结构中，已经穿过通孔的所有高压气体直接到达安全通气口，从而进一步确保了电池的安全性。

在一个优选的实例中，断流装置的通孔、断流装置衬垫的开口和安全通气口的凹痕可以彼此对齐成直线。

直到电池内所产生的高压气体经断流装置的通孔和断流装置衬垫的开口到达安全通气口的凹痕，气体的流动路径保持直线，使得高压气体大量迅速地向上流动。因此，实现了安全通气口的即时操作，从而确保了电池的安全性。

根据情况，根据本发明的端帽组件还可包括正温度系数(PTC)元件，该元件用于在电池内部温度升高时，通过大幅增加电池电阻而断电。

端帽组件可被构造为如下结构，其中，断流装置、断流装置衬垫、安全通气口、PTC元件和具有一个或多个排气出口的顶盖堆叠。另外，还可以在堆叠结构的外周安装衬垫。可以将PTC元件以密封接触状态设置在顶盖和安全通气口之间。

根据本发明的另一个方面，提供了包括具有上述构造的端帽组件和具有阴极/隔膜/阳极结构的电极组件(卷绕体)的圆柱形电池。圆柱形电池通过以下步骤制造：将卷绕体插入圆柱形容器，在圆柱形容器内注入电解质，将具有电极端子的顶盖140耦接到圆柱形容器的开放上端。

在一个优选的实例中，圆柱形电池可进一步包括装载在卷绕体上端的盘形绝缘构件。盘形绝缘构件可以在其中央设置用于排出气体和连接电极端子的开口。另外，盘形绝缘构件可以在开口周围设置至少一个通孔。

在这种情况下，优选地，盘形绝缘构件的该至少一个通孔具有足以与断流装置衬垫的开口和断流装置的通孔对齐成直线的尺寸，以使得盘形绝缘构件的该至少一个通孔与断流装置衬垫的开口和断流装置的通孔连通。例如，该至少一个通孔可具有相当于盘形绝缘构件的面积的20％至50％的尺寸。

绝缘构件的材料并无具体限制，只要由绝缘材料形成即可。例如，绝缘构件可由聚丙烯树脂形成。更为优选地，使用高强度聚丙烯树脂，因为聚丙烯树脂呈现高的机械强度厚度比，因此当在电池上施加较大外部冲击时，聚丙烯树脂能够防止卷绕体移动和短路。

卷绕体被构造成如下结构：其中阴极和阳极以环形缠绕，而隔膜则夹在阴极和阳极之间。圆柱形中心销设置在缠绕体中央(卷绕体中央)。中心销一般由金属材料制成，以呈现预定强度。中心销被构造成由金属片材卷成的中空圆柱形结构。中心销起固定和支撑电极组件的作用。此外，中心销起通道作用，用来排出对电池进行充电、放电以及操作时电池内部反应所产生的气体。

圆柱形容器的材料并无具体限制。优选地，圆柱形容器由不锈钢、钢、铝或它们的等同物形成。

根据本发明的圆柱形电池可以为具有高能量密度、高放电电压和高输出稳定性的锂二次电池。锂二次电池通常包括阴极、阳极、隔膜和含有锂盐的非水电解质。

通过例如将阴极活性材料、导电材料和粘结剂的混合物施加到阴极集电器，并干燥所施加的混合物，可以制造阴极。根据需要，还可以添加填料。通过将阳极材料施加到阳极集电器并干燥所施加的阳极材料，可以制造阳极。也可以根据需要添加上述成分。

隔膜设置在阳极和阴极之间。隔膜可由呈现高离子渗透率和高机械强度的绝缘性薄膜制成。

含有锂盐的非水电解质由非水电解质和锂盐组成。非水电解质可包括液态非水电解质、固态非水电解质和无机固态非水电解质。

集电器、电极活性材料、导电材料、粘结剂、填料、隔膜、电解质和锂盐在本发明所属领域中是已知的，因此不对其进行详细描述。

根据本发明的锂二次电池可通过本发明所属领域中已知的一般方法制造。也就是说，可通过将多孔隔膜置于阴极和阳极之间，并将电解质注入其中来制造锂二次电池。

例如，如上所述，通过将包括作为阴极活性材料的锂过渡金属氧化物活性材料、导电材料和粘结剂的浆料施加到集电器以及干燥并压制浆料，可以制造阴极。同样，如上所述，通过将包括作为阳极活性材料的碳活性材料、导电材料和粘结剂的浆料施加到薄的集电器并干燥浆料，可以制造阳极。

附图说明

根据结合附图的以下具体实施方式，将更清楚地理解本发明的上述和其他目的、特征及其他优点，在附图中：

图1是示出一般的圆柱形二次电池的纵向剖面透视图；

图2至4是纵向剖面图，其示出了在常规圆柱形二次电池中通过安全元件的工作而中断电流并排出高压气体的一系列过程；

图5是示出根据本发明的实施例的圆柱形二次电池的典型剖面图；

图6和7分别是示出图5的二次电池中使用的安全通气口的透视图和平面图；

图8和9分别是示出图5的二次电池中使用的断流装置的透视图和平面图；

图10和11分别是示出图5的二次电池中使用的断流装置衬垫的透视图和平面图；

图12和13分别是示出图5的二次电池中使用的盘形绝缘构件的透视图和平面图；

图14是典型视图，其示出了根据本发明的实施例的盘形绝缘构件、断流装置衬垫和断流装置的堆叠过程；以及

图15至17是纵向剖面图，其示出了在图5的二次电池中通过安全元件的工作而中断电流并排出高压气体的一系列过程。

具体实施方式

下面将结合附图详细描述本发明的优选实施例。然而，应该指出的是，本发明的范围并不限于图示实施例。

图5是示出根据本发明的实施例的圆柱形二次电池的端帽组件的结构的典型剖面图，图6和7分别是示出图5的圆柱形电池中使用的安全通气口的透视图和平面图。

首先参见图5，通过以下步骤制造圆柱形电池100：将卷绕体110插入圆柱形容器220，在圆柱形容器220内注入电解质，将盘形绝缘构件800装载到卷绕体110的上端，然后将端帽组件300安装到圆柱形容器200的开放上端。

端帽组件300被构造为如下结构，其中，顶盖310、PTC元件350和用于减小电池内部压力的安全通气口320设置在气密衬垫400内，并且彼此密封接触，其中气密衬垫安装在圆柱形容器200的上卷边部210。

在安全通气口320的下端通过焊接耦接到断流装置600，该断流装置被构造成在电池内部压力升高时破裂以中断电流。断流装置600被断流装置衬垫700包围。

PTC元件350以密封接触状态设置在顶盖310和安全通气口320之间。当电池内部温度升高时，PTC元件350大幅增加电池电阻，以中断电流。顶盖310在中部向上凸起，以充当连接外部电路的阴极端子。沿顶盖310的突出部周边形成多个排气出口312，以便通过排气出口312将加压气体排出圆柱形容器200。

将结合图6和7更详细地描述如上述构造的端帽组件300的安全通气口320的结构。

安全通气口320为导电的薄膜结构。在安全通气口320中央形成下凹的凹陷部322。在安全通气口320的上弯曲部分形成第一凹痕324。在安全通气口320的下弯曲部分形成第二凹痕326。

如示出安全通气口320的平面图的图7所示，形成于安全通气口320的上弯曲部分的第一凹痕324被构造成开放曲线形状，该曲线的一侧开放。开放区域为非凹痕部分330。当高压气体将凹痕形成区域断开时，依靠非凹痕部分330防止第一凹痕324整体与安全通气口320的剩余部分分离。

另外，安全通气口320的下弯曲部分形成第二凹痕326。第二凹痕326被构造成其相对的两端开放的开放曲线形状。在第二凹痕326开放的相对端区域设置有两个非凹痕部分340。非凹痕部分340防止第二凹痕326因断开而分离。为了严格防止第二凹痕326分离，优选地将非凹痕部分340设置在与第一凹痕324的非凹痕部分330不对齐的位置。更优选地，如图所示，第二凹痕326被大致设置为与第一凹痕324的非凹痕部分330的中心线成直角，并且两个非凹痕部分340彼此相对。

图8和9分别是示出图5的二次电池中使用的断流装置600的透视图和平面图。

参见图8、9以及图5，在断流装置600中央形成向上凸起的突出部620。突出部620固定到安全通气口320的凹陷部322的底部(参见图6)。连接到卷绕体110的阴极的阴极引线420电连接到断流装置600的除了突出部620的剩余底部区域。

在突出部620的同心圆上形成了三个通槽630和具有凹痕650并用来互连通槽630的桥640。

另外，在断流装置600的外周形成用于排出气体的三个通孔610，通孔610具有弧形形状，以使得通孔610关于断流装置的中心轴线径向对称。通孔的面积之和等于断流装置600总面积的30％。因此，从电池排出的高压气体量增加，从而实现了可靠的断电效果。通孔610以大约120度的间隔布置。各个通孔610的形状和尺寸相同。各个通孔610之间的距离大致相等。利用该结构，断流装置600有可能在使排出的气体量最大化的同时保持较高机械强度。

优选地，连接各个通孔610的中心线的圆(参见虚线)的尺寸约等于安全通气口320的第一凹痕324(参见图6和7)的尺寸。因此，当电池的内部压力超出预定水平时，已经穿过通孔610的高压气体直线压向第一凹痕324，以加速第一凹痕324的断开，从而实现快速排出气体。

图10和11分别是示出被构造成围绕断流装置600的断流装置衬垫700的透视图和平面图。为便于描述，断流装置衬垫被简单示出为仅显示开口形状。

参见图10和11以及图5，断流装置衬垫700中央处设置有开口710。中央开口710被构造成不覆盖断流装置600的通孔610的形状。也就是说，断流装置衬垫700的形状大致与断流装置600的无开口的区域的外周形状一致。因此，当断流装置衬垫700围绕断流装置600的外周时，断流装置衬垫700不覆盖断流装置600的通孔610，从而确保了通孔610作为排气通道的功能。

图12和13分别是示出盘形绝缘构件800的实例的透视图和平面图，该盘形绝缘构件被构造为装载到图5的圆柱形电池100的卷绕体110的上端。

参见图12和13以及图5，在盘形绝缘构件800中央处设置有用于气体排出和电极端子连接的开口820。此外，在盘形绝缘构件800的外周设置有一个或多个通孔810。盘形绝缘构件800的通孔810可具有与断流装置600的通孔610相对应的形状、尺寸和位置。此外，盘形绝缘构件800的通孔810具有与盘形绝缘构件800的面积的约30％相当的尺寸。

图14为典型视图，其示出依次堆叠在圆柱形电池内的盘形绝缘构件800、断流装置衬垫700、断流装置600和安全通气口320。

参见图14以及图2至13，盘形绝缘构件800的通孔810、断流装置衬垫700的中央开口710、断流装置600的通孔610、以及安全通气口320的第一凹痕324彼此对齐，以便将加压气体有效排出电池。

图15至17为纵向剖面图，其典型地示出了当电池内部压力异常升高时用于排出加压气体的一系列过程。

参见这些附图，当电池内部压力异常升高时，加压气体穿过断流装置600的通孔610和通槽630，并对安全通气口320向上施加压力。

结果，如图16所示，安全通气口320的凹陷部322被压力抬起。随着内部压力达到第一临界压力水平，通过焊接而固定到凹陷部322的突出部620轻松与断流装置600分离，从而中断从断流装置600至安全通气口320的电连接。

当尽管电流中断而电池内部压力仍持续升高，导致电池内部压力达到第二临界压力水平时，如图17所示，安全通气口320的第一凹痕324断开。结果，电池内的加压气体通过顶盖310的排气出口312排出电池。在该实施例中，具有相对较大直径的第一凹痕324断开，因此排出的气体量大于具有相对较小直径的第二凹痕326断开时的水平，从而实现快速排出高压气体。

下面将更详细地描述本发明的实例。但应该指出的是，本发明的范围并不限于所示实例。

[实例1]

如图7所示，在外径16mm、厚度0.3mm的铝片材内形成直径8.0mm、厚度0.06mm的、除去30度弧之外的第一凹痕，在该铝片材内形成直径4.0mm、厚度0.1mm的、除去两个30度弧之外的第二凹痕。然后，铝片材中央向下凹陷，形成深度0.65mm的凹陷部。通过这种方式，制造出安全通气口。

此外，如图9所示，在外径11mm、厚度0.5mm的铝片材上径向地形成三个通孔，使得通孔的面积之和等于铝片材总面积的约30％。然后，在该铝片材的中央处形成直径1.53mm、凸出高度0.20mm的突出部，在距离中央突出部中心1.5mm的位置通过冲孔形成三个通槽，每个通槽均具有0.6mm的宽度和2.61mm的周向长度。随后，在连接相邻通槽的桥处形成厚度约70μm的凹痕。通过这种方式，制造出断流装置。

此外，如图11所示，由外径12mm、厚度0.5mm的聚丙烯片材制成断流装置衬垫，使得断流装置衬垫被构造成不覆盖断流装置的通孔。

将断流装置的外周插入断流装置衬垫，并且通过激光焊接将安全通气口的凹陷部的底部固定到断流装置的突出部的顶部。

将卷绕型电极组件插入圆柱形容器，并将盘形绝缘构件安装到圆柱形容器上，其中电极组件被构造成以下结构，其中，由聚丙烯制成的多孔隔膜设置在由氧化锂钴制成的阴极和由石墨制成的阳极之间。然后，将圆柱形容器的顶部卷边，从而将盘形绝缘构件固定到圆柱形容器上。随后，将其中装配有固定有断流装置的安全通气口、PTC元件和顶盖的衬垫插入卷边部分。然后，通过挤压向内弯曲圆柱形容器的上端，以夹紧衬垫。通过这种方式，制造出电池。

[实例2]

按照实例1中的相同方法制造电池，不同的是在制造安全通气口时，第一凹痕的厚度为0.1mm，并且每个第二凹痕的厚度为0.06mm。

[实例3]

按照实例1中的相同方法制造电池，不同的是在制造安全通气口时，第一凹痕的直径为7mm，并且第一凹痕的厚度为0.06mm。

[对比例1]

按照实例1中的相同方法制造电池，不同的是断流装置的通孔面积之和等于断流装置总面积的约18％。

[实验实例1]

在按照实例1至3和对比例1所述制造的电池上进行针刺试验。下表1示出了针刺试验的结果。

<表1>

	通孔面积比率	安全通气口的断开处	爆炸	电池容器变形
					实例1	30％	第一凹痕	X	X
实例2	30％	第二凹痕	X	△
					实例3	30％	内部凹痕(直径增加)	X	△
对比例1	18％	第一凹痕	O	O

由上表1可知，当使用根据本发明的通孔面积比率30％的断流装置时，电池不爆炸或者电池容器不变形。另一方面，对于使用根据对比例1的通孔面积比率18％的断流装置的电池，电池在针刺试验过程中爆炸。此外，如实例2和3，当第二凹痕断开，从而不能顺利实现从安全通气口排出气体时，电池不爆炸，但电池容器变形。

对于大容量电池，当安全通气口的断开尺寸和断流装置的通孔的尺寸不够大时，不可能充分排出气体。当安全通气口的断开处对应于位于内部的第二凹痕时，在该凹痕断开之后，安全通气口的倾斜的内部凹痕限制气体排出，即便增加凹痕直径也是这样。

如上所述，通过将第一凹痕作为安全通气口的断开处，并且增加断流装置通孔的面积，有可能将加压气体有效排出到电池外，从而提高电池的安全性。

【工业适用性】

由以上描述可以明显看出，根据本发明的端帽组件包括设置有具有相对较大的面积的通孔的断流装置。因此，有可能将加压气体有效排出到电池外。此外，当被构造成破裂的安全通气口的凹痕被形成为使凹痕对应于通孔时，有可能实现以直线排出高压气体。因此，当高压气体产生时，有可能实现即时断开安全通气口并快速排出气体，从而大幅提高电池的安全性。

虽然为了示意目的已公开了本发明的优选实施例，但本领域的技术人员应当知道，在不脱离随附权利要求中公开的本发明的范围和精神的情况下，可以进行各种修改、增加和替代。

Claims (11)

1.一种端帽组件，装载在电池的圆柱形容器的开放上端，其中在所述圆柱形容器内安装有电极组件，所述端帽组件包括：

安全通气口，具有被构造成通过所述电池内所产生的高压气体而破裂的预定的凹痕；

断流装置，通过焊接耦接到所述安全通气口的底部，用于在所述电池的内部压力升高时中断电流；以及

断流装置衬垫，用于围绕所述断流装置的外周，其中

所述断流装置包括两个或更多个、用于排出气体的通孔，所述通孔被形成为：所述通孔的面积之和等于所述断流装置的总面积的20％至50％。

2.根据权利要求1所述的端帽组件，其中所述断流装置被构造成如下结构：其中，在所述断流装置中央处设置有突出部，所述突出部被构造成向上凸出，使得所述突出部通过焊接固定到所述安全通气口的凹陷部的底部；连接到卷绕体的阴极的阴极引线通过所述凹陷部的除了所述突出部的底部电连接到所述断流装置；在所述突出部的同心圆上形成3至5个通槽；并且在所述突出部的所述同心圆上形成用于互连所述通槽的桥，每一个所述桥都具有凹痕。

3.根据权利要求1所述的端帽组件，其中所述通孔被形成为弧形形状，以使得所述通孔关于所述断流装置的中心径向对称。

4.根据权利要求1所述的端帽组件，其中在所述安全通气口中央处设置有被构造成向下凹陷的凹陷部，在所述安全通气口形成所述凹陷部的上弯曲部分和下弯曲部分处分别设置有第一凹痕和第二凹痕，并且在所述安全通气口的所述上弯曲部分处形成的所述第一凹痕被构造成开放曲线形状，所述开放曲线的一侧开放。

5.根据权利要求4所述的端帽组件，其中所述第二凹痕被构造成开放曲线形状，所述开放曲线的相对端开放。

6.根据权利要求1所述的端帽组件，其中所述端帽组件被构造成如下结构：其中，所述断流装置、所述断流装置衬垫、所述安全通气口、正温度系数(PTC)元件、以及具有至少一个排气出口的顶盖堆叠，并且在堆叠结构的外周进一步安装有衬垫。

7.根据权利要求1所述的端帽组件，其中在所述断流装置衬垫中央设置有开口，并且所述中央开口被构造成不覆盖所述断流装置的所述通孔的形状。

8.根据权利要求7所述的端帽组件，其中所述断流装置的所述通孔、所述断流装置衬垫的所述开口、以及所述安全通气口的凹痕彼此对齐成直线，以使得所述断流装置的所述通孔、所述断流装置衬垫的所述开口和所述安全通气口的所述凹痕彼此连通。

9.一种圆柱形电池，包括根据权利要求1至8中的任一项所述的端帽组件和具有阴极/隔膜/阳极结构的电极组件(卷绕体)。

10.根据权利要求9所述的圆柱形电池，还包括装载在所述卷绕体的上端的盘形绝缘构件，其中在所述盘形绝缘构件中央处设置有用于排出气体和连接电极端子的开口，并且所述盘形绝缘构件在所述开口周围设置有至少一个通孔，所述至少一个通孔具有相当于所述盘形绝缘构件的面积的20％至50％的尺寸。

11.根据权利要求10所述的圆柱形电池，其中所述盘形绝缘构件的所述至少一个通孔与所述断流装置衬垫的所述开口和所述断流装置的所述通孔对齐成直线，以使得所述盘形绝缘构件的所述至少一个通孔与所述断流装置衬垫的所述开口和所述断流装置的所述通孔连通。

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