CN102318106B - 用于锂离子电池的模组式电流遮断装置组件 - Google Patents

用于锂离子电池的模组式电流遮断装置组件 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种模组式电流遮断装置，包括：一导电性破裂圆盘、及一个装附于该破裂圆盘上以形成电气通路的一导电性压力圆盘。电气绝缘环分开破裂圆盘的周缘与压力圆盘的周缘，安装元件将电气绝缘环固定至压力圆盘上。破裂圆盘与电气绝缘环至少其中之一界定出一导管，致使通过此导管而使压力圆盘的一侧暴露至足够的压力下，将会使压力圆盘与破裂圆盘分开而切断电气通路。

Description

用于锂离子电池的模组式电流遮断装置组件
相关申请案
本案主张2008年12月19日申请的美国临时申请案第61/203,157号及2009年4月3日申请的美国临时申请案第61/166,580号的优先权，上述两件专利案的内容在此提及作为参考。
背景技术
在可携式电子装置中的锂离子电池一般会根据其使用过程而受到不同的充电、放电、及储存等例行程序。使用锂离子电池化学作用的电池当被过度充电而超过其确定的安全极限时，这些电池会产生气体，此气体可以被用来触发压力启动式安全装置，以增进电池的可靠性与安全性。典型地，可使用一电流遮断装置(Current Interrupt Device，CID)，通过当电池内部的压力超过预定值时可遮断来自电池的电流路径，而保护电池内任何过度的内部压力增加。典型地，电流遮断装置包括一破裂圆盘及一压力圆盘，两者彼此成电气相连。破裂圆盘及压力圆盘接着分别与电池的一电极及一端子电气相连；当电池内部的压力大于一预定值时，压力圆盘与电流遮断装置的破裂圆盘彼此分离(例如：发生变形或者相互脱离)，藉此遮断电极与端子之间的电流。
然而，一般来说，现有技术中熟知的电流遮断装置是以相当大的压力启动，此高压例如大于约15kg/cm2的内部表压力。典型地，当任何过度的内部压力增加而触发电流遮断装置的作用时，电池的内部温度也相当高，如此又引起额外的安全性问题。对于相当大型的电池来说，例如大于”18650”的电池(亦即，其外径约18mm且长度为65mm)，高温变成一个很特别的问题。
而且，典型地，电流遮断装置是在制造电池剩余部位时一起制造的，且必须具有很小的变化公差以确保能够在适当压力下产生作用。在一些设计中，由于必须提供气体压力导管的缘故，所以在电池的凝胶卷(jelly roll)到一凸耳之间实施熔接所能获得的表面积就会受到限制。在圆盘中的气体压力导管经常包括至少一通孔，此通孔在凝胶卷到破裂圆盘之间的凸耳熔接期间必须保持畅通而不能被阻塞住。
因此，对于电池来说，特别是相当大型的锂离子电池来说，亟需要有能够减少或消除上述问题的电流遮断装置。
发明内容
一般来说，本发明关于一种模组式电流遮断装置、一种包含模组式电流遮断装置的电池、及一种用于形成模组式电流遮断装置的方法。
模组式电流遮断装置包括一导电性破裂圆盘、及一个装附于该破裂圆盘上以形成电气通路的一导电性压力圆盘。一电气绝缘环分开破裂圆盘的周缘与压力圆盘的周缘，电流遮断装置的一安装元件将此电气绝缘环固定至压力圆盘上。破裂圆盘与电气绝缘环至少其中之一界定出一导管，致使通过此导管而使压力圆盘的一侧暴露至足够的压力下，而使压力圆盘与破裂圆盘分开而切断一电气通路。
在另一实施例中，本发明是一种包括模组式电流遮断装置的电池，其中电流遮断装置包括一导电性破裂圆盘、及一个装附于该破裂圆盘上以形成电气通路的一导电性压力圆盘。一电气绝缘环分开破裂圆盘的周缘与压力圆盘的周缘，电流遮断装置的一安装元件将此电气绝缘环固定至压力圆盘上。破裂圆盘与电气绝缘环至少其中之一界定出一导管，致使通过此导管而使压力圆盘的一侧暴露至足够的压力下，而使压力圆盘与破裂圆盘分开而切断电气通路。
在另一实施例中，本发明是一种用于形成模组式电流遮断装置的方法，包括以下步骤：组合一压力圆盘及该电流遮断装置的一安装元件；以及组合一破裂圆盘及一电气绝缘环。然后，组合好的压力圆盘及安装元件、及组合好的破裂圆盘与电气绝缘环则组接起来，且破裂圆盘以激光或电阻点焊方式焊接至压力圆盘，以便在两者之间形成一电气通路。
本发明具有许多优点：例如，模组式电流遮断装置可以与锂离子电池分开制造，藉此显著减少电池的制造成本，且增加模组式电流遮断装置所能应用的形式。而且，相对于现有用于从电池凝胶卷的凸耳焊接的电流遮断装置，本发明的模组式电流遮断装置具有显著增加的表面积，因此，显著增加制造期间的电池产量。此外，在一些实施例中，因为通过破裂圆盘与电气绝缘环界定出一导管，所以破裂圆盘不需要包括允许气体通过的通孔，藉此消除在从电池凝胶卷实施凸耳焊接期间可能会阻塞住通孔的问题。而且，本发明的模组式电流遮断装置在至少一方位上是通用的，例如通过呈圆形结构，如此一来，便不需要在组装期间对电流遮断装置实施定向。因此，显著减少制造期间的误差以及后续品质检查时遭退货的可能性。在一实施例中，破裂圆盘上的一斜面边缘界定出一通道，且提供以机械方式将破裂圆盘固定至电流遮断装置的电气绝缘环的一机构，如此一来，破裂圆盘就不需要界定出通孔而使气体压力连通至压力圆盘上。
附图说明
图1是本发明模组式电流遮断装置的一实施例的剖面图。
图2A及图2B分别是图1的模组式电流遮断装置的导电性破裂圆盘零件的平面图及剖面图。
图3A及图3B分别是图1的模组式电流遮断装置的导电性压力圆盘零件的平面图及剖面图。
图4A、图4B、图4C分别是图1的模组式电流遮断装置的电气绝缘环零件的一实施例的立体图、剖面图及平面图。
图5是沿着图1中的直线V-V对模组式电流遮断装置所作的局部剖面图。
图6A及图6B分别是1图的模组式电流遮断装置的安装元件零件的剖面图及平面图。
图7A到图7D显示用以制造本发明模组式电流遮断装置的方法的步骤。
图8A、图8B、及图8C分别显示一方型电池的盖子的外观示意图、剖面图、及内部示意图，显示模组式电流遮断装置被固定至盖子上。
图9是本发明的方型电池的剖面图，以剖面显示本发明的模组式电流遮断装置安置于盖子内。
主要元件符号说明：
10-模组式电池遮断装置；
12-导电性破裂圆盘；
11、13-凹陷部；
14-导电性压力圆盘；
16-电气绝缘环；
18-安装元件；
20、22-斜面边缘；
24-焊接点；
26-焊接点；
28-截头圆锥体；
30-第一端；
32-第二端；
34-基座；
36-帽盖；
38-基座；
40-框边；
46-通道；
48-侧边；
50-保持点；
52-基座
54-隆起部；
56-贯通开口；
58-皱褶；
60-盖子；
62-贯通开口；
64-馈通组件；
66-零件；
70-电池；
72-凸耳；
74-凸耳。
具体实施方式
从以下针对本发明范例性实施例的详细说明中，可以更加清楚理解本发明的上述特点；图式中的类似元件符号用以在不同图形中表示相同的部件。这些图形并非按照实际比例绘制，且用以强调本发明的实施例而已。
一般来说，本发明关于一种用于电池的模组式电流遮断装置，例如用于锂离子电池，且特别是用于方型锂离子电池。在另一实施例中，本发明是一种包含上述模组式电流遮断装置的电池。在另一实施例中，本发明是一种用于制造模组式电流遮断装置的方法。
以下文中所使用的本发明电池的「端子」意指电池中连接到外部电子电路的部位或表面。而且，以下文中所使用的句子「电气连接」、「电气连通」或「电气接触」意指通过电子流过导体而使一些部件彼此相通，这一点与牵涉到例如锂离子等离子通过电解质所引起的电化学交流是相反的。
图1为模组式电池遮断装置10的一实施例的剖面图，其包括：一导电性破裂圆盘12、一导电性压力圆盘14、一电气绝缘环16、及一安装元件18。
如图2A及图2B所示，破裂圆盘12包括多个中央凹陷部11与13，每个凹陷部独立地具有介于大约0.16mm与大约0.26mm之间范围的深度，及介于大约2.95mm与大约3.05mm之间范围的宽度。如图2A所示，导电性破裂圆盘12是一多边形。虽然图2A中显示具有十四个侧边，导电性破裂圆盘12一般具有大约10到20个侧边48。导电性破裂圆盘12的侧边48相交而界定出多个保持点50，选择性地或者作为另一替代方式，破裂圆盘12包括多个未显示的通孔，破裂圆盘12的斜面边缘20、22相对于破裂圆盘12的主要平面具有一角度，此角度的范围一般介于大约40度到55度的范围之间。较佳地，斜面边缘20、22的角度介于大约45度到49度的范围之间，且最好是大约47度。典型地，破裂圆盘12具有一主要直径D(其范围介于大约6mm与大约16mm之间)，及一厚度T(其范围介于大约0.3mm与0.7mm之间)。较佳地，破裂圆盘12的直径大约为11mm，而其厚度大约为0.5mm。破裂圆盘12的厚度在凹陷部11、13一般来说介于大约0.065mm与0.085mm之间的范围内；破裂圆盘12是由适当材料制成，适当材料的范例包括：铝、镍、及铜，适当材料的范例包括铝3003系列(例如：铝3000H-0或H-14系列、且较佳为H-14系列)。
再次参考图1，导电性压力圆盘14以焊接点24、26装附于导电性破裂圆盘12上；选择性地，导电性压力圆盘14可以不通过任何焊接点、单一焊接点、或三个以上的焊接点而连接到导电性破裂圆盘12。典型地，焊接点是以点焊方式形成的焊接点。在一特别较佳实施例中，焊接点包括铝。
虽然具有其他结构的导电性压力圆盘14也可以运用于本发明的模组式电流遮断装置上，但是，较佳地，如图3A及图3B所示，导电性压力圆盘14包括截头圆锥体28，此截头圆锥体28包括第一端30及第二端32，第一端30具有比第二端32更大的直径。导电性压力圆盘14亦包括一基座34，其径向延伸自截头圆锥体28的第一端30的周缘；帽盖36密封住截头圆锥体28的第二端。在此所使用的「截头圆锥体」一词意指标准圆锥体(以直角三角形绕着其一脚旋转所产生的圆锥体)切除其顶部后的基本壁部(不包括顶端与底端)。在一实施例中，帽盖36大致上呈平面状。
在此所使用的「大致平面状或帽盖」意指充分类似一平面的表面，致使能够以一点或多点随意接触另一个平面状表面，且通过点焊接等适当方式而熔接至此表面。在一些实施例中，尽管制造压力圆盘14或组装形成模组式电流遮断装置10所引起的变形(例如，通过焊接导电性破裂圆盘12到导电性压力圆盘14所引起的变形)，然而帽盖36还是可以被认为是大致呈平面状。
一根成型销能够同时使压力圆盘14上的帽盖36及破裂圆盘12上的钱币状部位11产生变形；接着，压力圆盘14被装附至破裂圆盘12上，以形成一导电通路。较佳地，压力圆盘14与破裂圆盘12以点焊方式通过多个焊接点位置而焊接在一起，这些焊接点位置的数量介于1到6个之间，例如2个焊接点。较佳地，可以使用激光焊接；较佳地，安装激光焊接设备以快速连续的多个重复激光脉冲而撞击焊接点；调整每个重复激光脉冲的能量，致使在一个焊接点的所有重复激光脉冲的组合能量足以局部熔化压力圆盘14及破裂圆盘12中的铝，藉此将它们以金相方式结合在一焊接点中。相较于使用较高功率的单次激光脉冲的方式，使用多个重复激光脉冲的优点在于显著减少每个焊接点所提供的总激光能量变化，藉此在焊接点强度产生较小的变化。
较佳地，帽盖36及/或基座34各自独立地具有一材料厚度(图3B中以字母d表示)，此厚度的范围介于大约0.05mm到0.5mm之间，例如大约0.05mm到0.3mm之间、0.05mm到0.2mm之间、大约0.05mm到0.15mm之间(例如：大约0.127mm)、或大约千分之五英寸。
较佳地，帽盖36的直径(在图3A及图3B中以字母b标示)介于大约2mm到大约10mm之间的范围内，较佳地介于5mm到10mm之间，最好介于5mm到8mm之间(例如，介于大约0.20英寸到0.25英寸之间)，例如大约5.5mm(或者大约为0.215英寸)。
较佳地，帽盖36从基座34凸出的高度(图3B中以字母c表示)介于大约0.5mm到大约1mm之间的范围内，较佳地介于大约0.55mm到大约0.65mm之间的范围内，例如大约为0.596mm(或者大约为0.024英寸)。
较佳地，截头圆锥体28与平行于基座34的一平面之间的角度介于大约15度到大约25度之间的范围内，例如介于大约18度到大约23度的范围内，或者介于大约19度到大约21度的范围内。较佳地，截头圆锥体28与平行于基座34的一平面之间的角度大约为21度。较佳地，截头圆锥体28中第一端30对第二端32的直径比(亦即：图3B中b对a的比例)介于大约1：1.20到大约1：1.35之间的范围内，例如介于大约1：1.23到大约1：1.28之间的范围内。
再次参考图1，当施加于导电性压力圆盘14中接触到导电性破裂圆盘12的一表面上的内部表压力在介于大约4kg/cm2到10kg/cm2之间的范围内时，例如介于大约4kg/cm2到9kg/cm2之间的范围内时、介于大约5kg/cm2到9kg/cm2之间的范围内时、或介于大约7kg/cm2到9kg/cm2之间的范围内时，导电性破裂圆盘12就会与导电性压力圆盘14分开，而导电性压力圆盘14与导电性破裂圆盘12的分开就”致动”此模组式电流遮断装置10。以下文中所用的模组式电流遮断装置10的「致动」意指中断导电性破裂圆盘12与导电性压力圆盘14之间的电流。较佳地，当导电性压力圆盘14与导电性破裂圆盘12分开时，仍可以维持导电性压力圆盘14的完整性，藉此压力圆盘14并不会破裂，或以其他方式允许气体从压力圆盘14的一侧流动压力圆盘14的另一侧。典型地，压力圆盘14与破裂圆盘12的分开会使导电性压力圆盘14与破裂圆盘12之间的任何焊接点产生破裂。
压力圆盘14可以由适当金属制成，例如铝、铜、与镍。适当的铝材范例为铝3003系列，例如铝3003H-0或H-14系列。较佳地，压力圆盘14包括铝，且较佳地主要由铝所制成。
电气绝缘环16将破裂圆盘12的周缘与压力圆盘14的周缘相互隔开。参考图4A、图4B及图4C，电气绝缘环16包括一基座38及一框边40。典型地，框边40与基座38的周缘隔开一段距离b，此距离介于大约0.4mm到大约0.55mm之间的范围内。典型地，框边40的高度介于大约0.80mm到大约0.90mm之间的范围内。唇缘44延伸自框边40且重叠导电性破裂圆盘12；在一实施例中，唇缘44接触破裂圆盘12，藉此在基座38与破裂圆盘12之间产生干涉配合，如图4A所示，电气绝缘环16在基座38上界定出多个通道46；在一实施例中，如图4C所示，至少一通道46具有一条主轴，此主轴大致垂直于电气绝缘环16所界定的圆圈的一切线。电气绝缘环16的适当材料范例包括聚丙烯，例如高密度聚丙烯及有侧链的聚四氟乙烯共聚物树脂。
如图5所示，典型地，破裂圆盘12的点50与电气绝缘环16的框边40之间成相互干涉的关系；导电性破裂圆盘12的侧边48及电气绝缘环16的框边40界定出多条导管42，这些导管可提供气体压力从破裂圆盘12的一侧流体相通道破裂圆盘12的另一侧。电气绝缘环16的通道46亦提供破裂圆盘12的主要表面之间的流体相通。
安装元件或安装杯18重叠于压力圆盘14上，如图6A及图6B所示，安装元件18包括基座52及隆起部54，其中隆起部54界定出一贯通开口56。在安装元件18周缘上的皱褶58用以将压力圆盘14固定至电气绝缘环16；选择性地，安装元件18可以利用焊接点(未显示)而固定至压力圆盘14上，在这些焊接点上，安装元件18接触导电性压力圆盘14。较佳地，贯通开口56的直径介于大约2mm到大约4mm之间的范围内。安装元件18是由适当材料所制成，例如铝、镍及铜。较佳地，安装元件18是由金属制成且电性连接至压力圆盘14。在一实施例中，安装元件18包括铝，且较佳地主要是由铝制成。
作为另一替代方式，压力圆盘14是以其他方式连接到电池的一电气端子上(例如：电池壳)，安装元件18可以由电气绝缘材料(例如：聚丙烯)所制成。图6为安装元件18的平面图，其显示安装元件18的结构为圆形，藉此，在一实施例中，隆起部54大致上依循压力圆盘14的基座34。典型地，形成安装元件18所使用的材料的厚度介于大约0.3mm到大约0.5mm之间的范围内。
用以制造本发明模组式电流遮断装置的方法，包括以下步骤：组合导电性压力圆盘14与安装元件18，且组合一导电性破裂圆盘12与电气绝缘环16。然后，组合好的导电性压力圆盘14与安装元件18、及组合好的导电性破裂圆盘12与电气绝缘环16则通过机械方式或其他能够将导电性破裂圆盘12与导电性压力圆盘14结合起来的适当方式(例如激光或电阻点焊接)彼此固接在一起。安装元件18的边缘可以在压力圆盘14与电气绝缘环16的边缘上产生皱褶。在另一实施例中，如图7A到图7D所示，压力圆盘14与安装元件18组合在一起(图7A)，然后，通过产生皱褶的适当方法而形成单一接缝(图7B)；选择性地，如现有技术中众所周知，具有抗电解质特性的适当内衬化合物(例如密封材料，以柏油为主的密封材料)可以被放置于压力圆盘14与安装元件18的结合表面之间。如图7C所示，然后形成一双重接缝以作为气密式密封。然后，电气绝缘环16被放置在压力圆盘14上，压力圆盘14与安装元件18则再次被压皱以夹紧电气绝缘环16。如图7D所示，压力圆盘12被放入适当位置(如图1所示)，且如上述般利用点焊接方式焊接至压力圆盘14。
较佳地，导电性压力圆盘14及导电性破裂圆盘12是由大致相同的金属制成。在此所用的「大致相同金属」一语是指在特定电压(例如：电池的操作电压)下具有相同的化学及电化学稳定性。在一特定实施例中，导电性破裂圆盘12及导电性压力圆盘14的其中至少之一包括铝，例如铝3003系列。在一特定实施例中，导电性压力圆盘14包括铝，其比导电性破裂圆盘12更软。较佳地，导电性压力圆盘14及导电性破裂圆盘12两者均包括铝。较佳地，破裂圆盘12是由铝3003H-14系列所制成，而压力圆盘14是由铝3003H-0系列所制成。破裂圆盘12与压力圆盘14可以通过本项技术中所熟知的适当方法制成，例如：冲压、铸造、及/或铣磨技术。
图8A、图8B、及图8C分别显示含有本发明模组式电流遮断装置的一电池的盖子组件的外观平面图、剖面图、及内部平面图。从图8A、图8B、及图8C中可以看出，电流遮断装置10安装于电池的盖子60所界定的一贯通开口62内，大部份的电流遮断装置10位于电池内，但安装元件18的隆起部54则搁置于盖子60的贯通开口62内。安装元件18通过适当方法(例如：干涉配合、焊接、皱褶接合、铆钉结合等)而固定至盖子60上。较佳地，安装元件18与盖子60彼此焊接在一起，可以使用本项技术中熟知任何适当焊接技术。较佳地，安装元件18与盖子60之间是以气密方式结合；较佳地，本发明运用激光焊接技术；更好地，使用周围激光焊接技术再两个部件的圆周界面上缝焊、或者在安装元件18的基座62上实施穿透焊接，藉此以气密式地结合安装元件18与盖子60。较佳地，焊接是以圆周方向实施于基座52的中间或基座52的边缘；较佳地，在焊接过程期间(例如：激光焊接过程)，控制安装元件18的温度而不超过正对着焊接点的安装元件18的一表面的熔点温度，可以利用本项技术中熟知的任何适当冷却方法实施上述的温度控制。较佳地，盖子60是由大致上与安装元件18相同的材料所制成，例如铝3003H-0或H-14系列。
从图8A可以看出，其为电池的盖子60的外观平面图，可以看得见安装元件18的隆起部54且大致上具有圆形结构。典型地，安装元件18、盖子60的剩余部位、及盖子60所电气连接的电池罐作为正端；如图8A至图8C所示，馈通组件64(feed-through assembly)则作为电池的负端，且通过零件66而与盖子60的剩余部位、模组式电流遮断装置10、及盖子60所电气连接的电池罐彼此电气隔离。
图9显示本发明的电池70的剖面图，此电池70包含盖子60，且其中安装有模组式电流遮断装制10。凸耳72连接一电极(较佳为正电极)与破裂圆环14；可以通过适当方法(例如：激光或电阻点焊)而将凸耳72结合至破裂圆盘14；通过适当方法(例如：激光或电阻点焊)，凸耳74将另一电极连接到馈通组件64上。
选择性地，特别是在电流遮断装置10被电性连接至电池阳极而非阴极时，模组式电流遮断装置10的导电性零件可以由铝以外的材料制成，例如镀有镍的铁材。
虽然已经描绘并说明了本发明的一些范例性实施例，但是要知道的是对于熟习本项技术者来说，仍可以在不违背申请专利范围所界定的范围的前提下构思出其他形式与细节上的变化。
参考专利文件
2007年6月22日申请的美国专利申请案(代理人案号3853.1012-001)「用于锂离子电池的整合型电流遮断装置」、2007年6月22日申请的国际专利申请案(代理人案号3853.1001-015)「锂离子辅助电池」、2006年6月27日申请的美国临时专利申请案第60/816,775号、2005年9月16日申请的美国临时专利申请案第60/717,898号、2005年12月23日申请的国际专利申请案第PCT/US2005/047383号、2006年6月23日申请的美国专利申请案第11/474,081号、2006年6月23日申请的美国专利申请案第11/474,056号、2006年6月28日申请的美国临时专利申请案第60/816,977号、2006年6月12日申请的美国专利申请案第11/485,068号、2006年7月14日申请的美国临时专利申请案第11/486,970号、2006年10月19日申请的美国临时专利申请案第60/852,753号、2008年4月24日申请的美国临时专利申请案第60/125,327号、及2008年4月24日申请的美国临时专利申请案第61/125,281号，这些专利文件在此提及作为参考。
所有的专利案、公告申请案及引证资料中的揭示在此提及作为参考。

Claims (36)

1.一种用于电池的模组式电流遮断装置，包括：
a)一导电性破裂圆盘；
b)一导电性压力圆盘，装附于该破裂圆盘上以形成一电气通路；
c)一电气绝缘环，隔开该破裂圆盘的周缘与该压力圆盘的周缘；以及
d)一安装元件，该安装元件将该电气绝缘环固定至该压力圆盘，其中该安装元件具有导电性且电气连接至该压力圆盘；
其中该破裂圆盘与该电气绝缘环仅一起界定出一导管，通过该导管而使该压力圆盘的一侧暴露至足够的压力下，而使该压力圆盘与该破裂圆盘分开而切断该电气通路。
2.如权利要求1所述的模组式电流遮断装置，其特征在于，该破裂圆盘包括多个保持点，该多个保持点与该电气绝缘环形成一干涉配合。
3.如权利要求2所述的模组式电流遮断装置，其特征在于，该破裂圆盘的周缘是一多边形。
4.如权利要求3所述的模组式电流遮断装置，其特征在于，该多边形界定出该多个保持点。
5.如权利要求3所述的模组式电流遮断装置，其特征在于，该多边形具有10个到20个侧边。
6.如权利要求5所述的模组式电流遮断装置，其特征在于，该多边形具有14个侧边。
7.如权利要求2所述的模组式电流遮断装置，其特征在于，该导管局部被该破裂圆盘的周缘所界定。
8.如权利要求7所述的模组式电流遮断装置，其特征在于，该破裂圆盘的周缘呈斜面状。
9.如权利要求7所述的模组式电流遮断装置，其特征在于，该破裂圆盘的周缘包括二斜面。
10.如权利要求9所述的模组式电流遮断装置，其特征在于，至少一斜面的角度介于40度到55度之间的范围内。
11.如权利要求10所述的模组式电流遮断装置，其特征在于，至少一斜面的角度为47度。
12.如权利要求11所述的模组式电流遮断装置，其特征在于，二斜面的角度皆为47度。
13.如权利要求1所述的模组式电流遮断装置，其特征在于，该电气绝缘环在该环的周缘界定出一唇缘，该唇缘重叠于该破裂圆盘的周缘上。
14.如权利要求13所述的模组式电流遮断装置，其特征在于，该电气绝缘环在该破裂圆盘的周缘界定出一槽沟，该电气绝缘环的该唇缘在该槽沟重叠于该破裂圆盘上。
15.如权利要求14所述的模组式电流遮断装置，其特征在于，该电气绝缘环的该唇缘的一表面大致上平齐该破裂圆盘的一表面。
16.如权利要求1所述的模组式电流遮断装置，其特征在于，该电气绝缘环界定出至少一通道，该至少一通道连同该破裂圆盘一起界定出该导管的至少一部分。
17.如权利要求16所述的模组式电流遮断装置，其特征在于，该通道具有一主轴，该主轴大致上垂直于该电气绝缘环所界定的圆圈的一切线。
18.如权利要求1所述的模组式电流遮断装置，其特征在于，该破裂圆盘、该压力圆盘、及该安装元件为铝制。
19.如权利要求1所述的模组式电流遮断装置，其特征在于，该电气绝缘环包括一聚合物。
20.如权利要求1所述的模组式电流遮断装置，其特征在于，该破裂圆盘界定出至少一导管。
21.如权利要求1所述的模组式电流遮断装置，其特征在于，该电气绝缘环在该环的周缘界定出至少一导管，藉此在该压力圆盘的一截头圆锥状零件及该电流截断装置的一外表面之间存在流体相通。
22.如权利要求1所述的模组式电流遮断装置，其特征在于，该压力圆盘包括一截头圆锥状零件。
23.如权利要求22所述的模组式电流遮断装置，其特征在于，该压力圆盘另外包括一末端表面及一周围基座，该末端表面通过该截头圆锥状零件而连结至该周围基座上，且其中该破裂圆盘在末端表面电气连接至该压力圆盘。
24.如权利要求23所述的模组式电流遮断装置，其特征在于，该压力圆盘在至少一点上电气连接至该破裂圆盘。
25.如权利要求24所述的模组式电流遮断装置，其特征在于，该点包括一焊接点。
26.如权利要求1所述的模组式电流遮断装置，其特征在于，该安装元件通过在该安装元件周缘上的一皱褶而将该电气绝缘环固定至该压力圆盘上。
27.如权利要求1所述的模组式电流遮断装置，其特征在于，该安装元件界定出一安装元件导管。
28.如权利要求1所述的模组式电流遮断装置，其特征在于，当施加于该压力圆盘中正对着该破裂圆盘的一表面上的表压力在介于4kg/cm2到9kg/cm2之间的范围内，则切断该破裂圆盘与该压力圆盘之间的电气连接。
29.一种包括模组式电流遮断装置的电池，该电流遮断装置包括：
a)一导电性破裂圆盘；
b)一导电性压力圆盘，装附于该破裂圆盘上以形成一电气通路；
c)一电气绝缘环，隔开该破裂圆盘的周缘与该压力圆盘的周缘；以及
d)一安装元件，该安装元件将该电气绝缘环固定至该压力圆盘，其中该安装元件具有导电性且电气连接至该压力圆盘；
其中该破裂圆盘与该电气绝缘环的仅一起界定出一导管，通过该导管而使该压力圆盘的一侧暴露至足够的压力下，而使该压力圆盘与该破裂圆盘分开而切断该电气通路。
30.如权利要求29所述的电池，其中该模组式电流遮断装置位于该电池的一盖子的一凹陷部，该凹陷部界定出该盖子内的一开口。
31.如权利要求30所述的电池，其中该模组式电流遮断装置是一具有该电池正端的零件。
32.如权利要求31所述的电池，其中该电池的正端的至少一导线与该模组式电流遮断装置的该破裂圆盘电气连通。
33.如权利要求32所述的电池，其中该电池是一锂离子为主的电池。
34.一种用于形成模组式电流遮断装置的方法，包括以下步骤：
a)组合一压力圆盘及一安装元件；
b)组合一破裂圆盘及一电气绝缘环，藉此该破裂圆盘与该电气绝缘环仅一起界定出一导管；
c)将组合好的该压力圆盘及该安装元件、及组合好的该破裂圆盘与该电气绝缘环组接起来；以及
d)以激光或电阻点焊方式焊接该破裂圆盘至该压力圆盘，以便在两者之间形成一电气通路。
35.一种用于形成电池的方法，包括以下步骤：
a)组合一压力圆盘及一安装元件；
b)组合一破裂圆盘及一电气绝缘环，藉此该破裂圆盘与该电气绝缘环仅一起界定出一导管；
c)将组合好的该压力圆盘及该安装元件、及组合好的该破裂圆盘与该电气绝缘环组接起来；
d)以激光或电阻点焊方式焊接该破裂圆盘至该压力圆盘，以便在两者之间形成一电气通路，藉以形成一模组式电流遮断装置；以及
e)将该模组式电流遮断装置放入该电池的一盖子的一凹陷部内，其中该凹陷部界定出该盖子的一开口。
36.如权利要求35所述的方法，更包括一步骤：在该盖子的该凹陷部结合该安装元件至该盖子上。
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Families Citing this family (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101479865A (zh) 2006-06-27 2009-07-08 波士顿电力公司 用于锂离子电池的整合性电流中断装置
KR101521158B1 (ko) 2007-06-22 2015-05-18 보스톤-파워, 인크. 리튬－이온 전지에 대한 ｃｉｄ 보유 장치
US8642195B2 (en) 2008-12-19 2014-02-04 Boston-Power, Inc. Modular CID assembly for a lithium ion battery
JP5916401B2 (ja) * 2012-01-27 2016-05-11 三洋電機株式会社 非水電解質二次電池、その製造方法、及びその非水電解質二次電池を備える車両
JP5720956B2 (ja) * 2012-05-18 2015-05-20 トヨタ自動車株式会社 二次電池
WO2014033806A1 (ja) * 2012-08-27 2014-03-06 トヨタ自動車株式会社 密閉型二次電池
JP6112338B2 (ja) * 2012-10-24 2017-04-12 トヨタ自動車株式会社 二次電池
JP2014139904A (ja) * 2013-01-21 2014-07-31 Hitachi Vehicle Energy Ltd 角形二次電池
DE112016001181T5 (de) * 2015-03-13 2017-11-30 Kabushiki Kaisha Toyota Jidoshokki Leistungsspeichergerät
JP6748936B2 (ja) * 2015-09-24 2020-09-02 株式会社Ｇｓユアサ 蓄電素子
EP3422434A4 (en) * 2016-02-25 2019-03-27 BYD Company Limited SINGLE CELL BATTERY, BATTERY MODULE, POWER BATTERY, AND ELECTRIC VEHICLE
EP3714495A1 (en) * 2017-11-20 2020-09-30 CPS Technology Holdings LLC Reversal device for li-ion cell overcharge protection

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4025696A (en) * 1976-05-24 1977-05-24 Union Carbide Corporation Safety switch for small diameter galvanic cells
CN1866581A (zh) * 2005-05-16 2006-11-22 松下电器产业株式会社 密闭型二次电池及其制造方法
CN201069809Y (zh) * 2007-05-23 2008-06-04 东莞新能源电子科技有限公司 一种柱形锂离子电池结构

Family Cites Families (15)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2970340B2 (ja) * 1992-09-29 1999-11-02 松下電器産業株式会社 密閉型電池用防爆封口板
US6037071A (en) * 1996-04-10 2000-03-14 Duracell Inc Current interrupter for electrochemical cells
JP3646442B2 (ja) * 1996-12-05 2005-05-11 ソニー株式会社 非水電解液電池
JPH10188945A (ja) * 1996-12-20 1998-07-21 Ngk Insulators Ltd リチウム二次電池
US6210824B1 (en) * 1998-01-15 2001-04-03 Texas Instruments Incorporated Current interrupt apparatus for electrochemical cells
JP4284712B2 (ja) * 1998-03-10 2009-06-24 パナソニック株式会社 密閉型電池用防爆封口板およびそれを用いた密閉型電池
US6204635B1 (en) * 1998-05-22 2001-03-20 Texas Instruments Incorporated Current interrupt apparatus particularly adapted for use with prismatic electrochemical cells
JP2001148240A (ja) * 1999-11-22 2001-05-29 Nec Corp 二次電池およびその製造方法
US6296970B1 (en) * 2000-01-21 2001-10-02 Moltech Power Systems, Inc. Connector assembly for connecting battery cells
KR100578804B1 (ko) * 2004-03-29 2006-05-11 삼성에스디아이 주식회사 캡 조립체 및 이를 구비한 이차 전지
JP2006351512A (ja) * 2005-05-16 2006-12-28 Matsushita Electric Ind Co Ltd 密閉型二次電池およびその製造方法
US7959791B2 (en) * 2005-05-17 2011-06-14 Radiometer Medical Aps Enzyme sensor with a cover membrane layer covered by a hydrophilic polymer
CN101479865A (zh) * 2006-06-27 2009-07-08 波士顿电力公司 用于锂离子电池的整合性电流中断装置
KR101521158B1 (ko) * 2007-06-22 2015-05-18 보스톤-파워, 인크. 리튬－이온 전지에 대한 ｃｉｄ 보유 장치
TWI359548B (en) * 2007-11-16 2012-03-01 Advance Smart Ind Ltd Alarm protected addapatus for lithium-ion battery

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4025696A (en) * 1976-05-24 1977-05-24 Union Carbide Corporation Safety switch for small diameter galvanic cells
CN1866581A (zh) * 2005-05-16 2006-11-22 松下电器产业株式会社 密闭型二次电池及其制造方法
CN201069809Y (zh) * 2007-05-23 2008-06-04 东莞新能源电子科技有限公司 一种柱形锂离子电池结构

Also Published As

Publication number Publication date
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TW201025698A (en) 2010-07-01
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