CN102804449A

CN102804449A - 密闭型电池和车辆

Info

Publication number: CN102804449A
Application number: CN2010800244576A
Authority: CN
Inventors: 松浦智浩; 伊藤胜巳; 藤井启; 小田垣敏弘
Original assignee: FUJI SPRINGS CO INC; Toyota Motor Corp
Current assignee: FUJI SPRINGS CO INC; Toyota Motor Corp
Priority date: 2009-06-04
Filing date: 2010-06-02
Publication date: 2012-11-28
Anticipated expiration: 2030-06-02
Also published as: CA2764347A1; US20120088128A1; KR101321313B1; WO2010140045A1; CA2764347C; KR20120017441A; CN102804449B; JP4881409B2; JP2010282850A; EP2438641B1; EP2438641A1; US8900733B2

Abstract

一种形成在密闭型电池的壳体的一部分中的安全阀(40，140，240，340)包括形成在薄部(42，142，242，342)中的断裂沟槽部(50，150，250，350)。薄部(42，142，242，342)形成为在水平方向上长的形状或在竖直方向上长的形状，并具有弯曲外缘部(45，145，245，345)，其中外缘部(43)的至少一部分是弯曲的。该薄部(42，142，242，342)具有中央直沟槽部(60，160，260，360)和一对侧沟槽部(70，170，270，370)，所述中央直沟槽部在薄部的中央部分中沿薄部的较长方向延伸，所述一对侧沟槽部形成在中央直沟槽部(60，160，260，360)在较长方向上的两侧并与中央直沟槽部的较长方向端部(60A，60B，160A，160B，260A，260B)连接。这里，侧沟槽部(70，170，270，370)的一部分形成为沿循弯曲外缘部(45，145，245，345)而弯曲。

Description

密闭型电池和车辆

技术领域

本发明涉及一种密闭型电池，其中电极体与电解质一起容纳在密闭壳体中。更特别地，本发明涉及一种设置有在壳体的内部压力上升时打开的安全阀的密闭型电池。本发明还涉及一种设置有该密闭型电池的车辆。

背景技术

作为用于车辆的车载电源以及用于个人电脑和便携式终端等的电源，锂离子电池和其它的密闭型二次电池近年来变得越来越重要。特别地，重量轻并且能够获得高能量密度的锂离子电池也被用作用于车辆的车载高输出电源。这些密闭型电池通常设置有用于在壳体内的气体压力(即，内部压力)由于过度充电等而过度上升时释放该压力的内部压力释放机构。例如，日本专利申请No.11-273640公报(JP-A-11-273640)、日本专利申请No.2001-102024公报(JP-A-2001-102024)和日本专利申请No.2001-256944公报(JP-A-2001-256944)记载了这种内部压力释放机构的一个典型示例，其是通过在壳体的一部分中形成比壳体的任意其它部分薄的薄部(通常由金属制成)而制成的所谓的安全阀。该安全阀构造成使得在壳体的内部压力变得等于或大于预定值(即，打开压力)时，薄部断裂(打开)以释放该内部压力。

图15示出在密闭型电池壳体的一部分中形成的安全阀的结构的一个示例。图中所示的安全阀2由薄部3和在薄部3中形成的断裂沟槽部(压印部)4构成，薄部3具有在水平方向上长的形状(更具体地，较长方向上的两侧为半圆形的卵形)并且比电池壳体的任意其它部分薄。如果壳体的内部压力变得等于或大于预定值(即，打开压力)，则该内部压力将使断裂沟槽部4断裂，并且薄部3将通常向外翻转，由此打开阀，如图16所示。

对于上述安全阀2，如图16所示，打开的薄部3的开口部S的面积往往有限。特别地，在呈水平方向上长的形状(或竖直方向上长的形状)的薄部的较长方向上的两个端部的开口难以打开。但是，对于这种类型的安全阀来说，当壳体的内部压力上升到预定水平以上时，必需尽快打开所述阀并使薄部打开得更宽，以便将壳体内产生的气体快速释放到电池外部。但是，如果为了实现此要求而在薄部中形成过多的断裂沟槽部或者使断裂沟槽部的深度变得过深(即，如果使沟槽部变得非常薄)，则安全阀可能在壳体的内部压力超过预定水平之前(例如，当内部压力不正常地上升时)便打开。

因此，在薄部中形成过多的过度断裂沟槽部或者使断裂沟槽部的深度过深(即，使沟槽部非常薄)也可能导致使阀打开的壳体内部压力在各个电池之间(在各个电池中设置的安全阀之间)产生差异。另外，如果薄部形成得过大，则可能降低壳体的强度，并且薄部可能由于突然的振动或冲击而破裂。

发明内容

因此，本发明提供一种具有在壳体的内部压力达到预定水平(即，预设的开阀压力)时有效地打开并且在打开时确保充分的开口面积的安全阀的密闭型电池。本发明还提供一种具有该密闭型电池的车辆。

本发明的第一方面涉及一种密闭型电池。该密闭型电池包括构成正极和负极的电极体、电解质及容纳所述电极体和所述电解质的密闭壳体。在所述壳体的一部分中形成有在所述壳体的内部压力上升到等于或大于预定值时打开的安全阀。所述安全阀包括形成得比所述安全阀的周围部分薄的薄部，和形成在所述薄部中的断裂沟槽部。所述薄部在较长方向和较短方向之间尺寸不同，并且包括弯曲外缘部，其中在所述较长方向上的两端或两端附近的外缘部的至少一部分形成为弯曲的。典型的形状可例如为被称作卵形、椭圆形、长圆角矩形、跑道形等的在水平方向上长(或者在竖直方向上长)的形状。所述断裂沟槽部包括中央直沟槽部和一对侧沟槽部，所述中央直沟槽部在所述薄部的中央部分中沿所述薄部的所述较长方向延伸，所述一对侧沟槽部中的各个侧沟槽部分别形成在所述中央直沟槽部在所述较长方向上的两侧并与所述中央直沟槽部的相应的较长方向端部连接。这里，所述侧沟槽部的至少一部分形成为沿循所述弯曲外缘部而弯曲。

根据该方面，当壳体的内部压力变得等于或大于预定水平时，安全阀能够有效地打开(即，断裂沟槽部的断裂导致所述薄部打开)。此时，断裂沟槽部使得能在薄部中形成(打开)具有预定水平的开口面积的宽的开口部。也就是，利用具有该结构的密闭型电池，在壳体的内部压力上升之后，接收来自该内部压力的大部分力的中央直沟槽部由于壳体的内部压力而断裂(即，开裂)。然后，中央直沟槽部的该断裂(即，开裂)导致与中央直沟槽部连接的两个侧沟槽部的断裂(即，开裂)。此时，具有该结构的安全阀的侧沟槽部是这样的，即沿着在薄部的较长方向上的两个端部处的弯曲外缘部的部分形成为弯曲的(即，与弯曲外缘部平行(并靠近)地形成为弯曲的，其中它们之间具有恒定不变的预定间隙)。因此，弯曲的部分断裂或向外弯曲，这不仅使中央直沟槽部的两侧、而且使与中央直沟槽部连接的两个侧沟槽部有效地开裂，由此使得薄部的较长方向上的两个端部在大的区域内有效地打开。

在上述方面中，所述断裂沟槽部可形成为使得所述中央直沟槽部的厚度比所述侧沟槽部的厚度薄。

根据该结构，上述的断裂沟槽部的中央直沟槽部更容易能够在侧沟槽部之前断裂(即，开裂)。因此，薄部能够有效地打开。另外，能够防止安全阀的开阀压力在电池产品之间产生偏差。

在上述结构中，所述侧沟槽部可离所述中央直沟槽部越远以连续的或阶梯式的方式变得越厚。换句话说，所述侧沟槽部可朝所述中央直沟槽部越近以连续的或阶梯式的方式变得越薄。

根据该结构，在中央直沟槽部断裂(即，开裂)之后，侧沟槽部能够从朝向薄部中心的区域朝较长方向上的端部顺次地断裂(即，开裂)，这使得阀能够在宽的打开区域内平顺地打开。

在上述结构中，所述薄部可形成为卵形、圆角矩形、或椭圆形，其中所述较长方向上的两个端侧的外缘由所述弯曲外缘部构成。所述断裂沟槽部的所述侧沟槽部每个都可包括弯曲沟槽部和一对连接直沟槽部，所述弯曲沟槽部形成为沿循所述卵形的或椭圆形的薄部的所述弯曲外缘部的弯曲形状，所述一对连接直沟槽部将所述中央直沟槽部的所述相应的较长方向端部连接到所述弯曲沟槽部的两端。

根据该结构，当壳体的内部压力变得等于或大于预定水平时，中央直沟槽部和相连接的直沟槽部的断裂使得沿中央直沟槽部位于两侧的薄部(即，卵形的或椭圆形的薄部的较长方向上的中央区域)向外打开。此外，侧沟槽部的断裂(即，开裂)使得位于较长方向上的两个端部区域的薄部有效地向外打开。因此，当壳体的内部压力变得等于或大于预定水平时能够形成宽的开口部(即，开口)。

在上述结构中，所述弯曲沟槽部可形成为连续的弯曲沟槽部或不连续的弯曲沟槽部。

在上述结构中，所述断裂沟槽部可形成为使得所述中央直沟槽部的厚度比所述侧沟槽部的厚度薄，且所述侧沟槽部的所述连接直沟槽部的厚度比所述弯曲沟槽部的厚度薄。

根据该结构，上述的断裂沟槽部的中央直沟槽部在侧沟槽部之前断裂(即，开裂)，并且在中央直沟槽部断裂(即，开裂)之后，侧沟槽部能够从朝向薄部中心的区域朝较长方向上的端部顺次地断裂(即，开裂)，这使得阀能够在宽的打开区域内平顺地打开。

在上述结构中，所述中央直沟槽部的厚度可大致等于或大于30μm但小于50μm，并且所述侧沟槽部的厚度可大致等于或大于50μm但小于100μm。

在上述结构中，所述连接直沟槽部的厚度可大致等于或大于50μm但小于80μm，并且所述弯曲沟槽部的厚度可大致等于或大于80μm但小于100μm。

在上述结构中，所述中央直沟槽部可在所述薄部的所述中央部分中沿所述较长方向形成为具有等于或小于所述薄部在所述较长方向上的长度的一半的长度。

根据该结构，可使在壳体的内部压力上升时施加在中央直沟槽部上的应力水平在整个中央直沟槽部上大致相等。结果，施加在中央直沟槽部上的应力程度在沟槽部的各个位置不会是不同的。因此，中央直沟槽部在预定的内部压力水平恰当地断裂(即，开裂)，并且可防止安全阀的开阀压力在电池产品之间产生偏差。另外，中央直沟槽部能够平顺地断裂(即，开裂)。

在上述结构中，所述侧沟槽部中的每个都可包括使所述断裂沟槽部的所述中央直沟槽部延伸为靠接所述侧沟槽部的所述弯曲沟槽部的延伸部。

在上述结构中，所述密闭型电池可以是锂二次电池(典型地，锂离子电池)。

根据该结构，对于锂二次电池来说，电池壳体的内部压力易于因在壳体内产生的气体而上升，从而本发明可容易地应用。

本发明的第二个示例性实施例涉及一种包括根据第一方面的各结构中的任一种的密闭型电池的车辆。

根据第一方面的密闭型电池设置有安全阀，该安全阀具有这样的结构，其中当壳体的内部压力达到预定水平时阀有效地打开，并且能够确保充分的开口面积。因此，该密闭型电池可用作装载在车辆如汽车(典型地，设置有电动机的汽车，例如尤其为混合动力车辆、电动车辆或燃料电池车辆)中的电机(即，电动机)的电源。

附图说明

从下面参照附图对优选实施例的描述中将清楚看到本发明的上述和其它目的、特征及优点，在附图中相似的附图标记用于表示相似的要素，并且其中：

图1是示出根据本发明的第一示例性实施例的密闭型电池的框架形式的透视图；

图2是示出根据本发明的第一示例性实施例的电极体和电极端子的框架形式的侧视图；

图3是示出根据本发明的第一示例性实施例的密闭型电池的安全阀的结构的框架形式的透视图；

图4是图3中的安全阀的表面形状的平面图；

图5是沿图4中的线V-V截取的剖视图；

图6是沿图4中的线VI-VI截取的剖视图；

图7是沿图4中的线VII-VII截取的剖视图；

图8是示出图3所示的安全阀处于打开状态的框架形式的视图；

图9A是示出在薄部的较长方向上的中心(中央)线处的Mises应力分布的曲线图；

图9B是示出在薄部的较长方向上的中心线处的Mises应力分布的支持图解；

图10是根据本发明的第二示例性实施例的安全阀的表面形状的平面图；

图11是根据本发明的第三示例性实施例的安全阀的表面形状的平面图；

图12A是示出根据本发明的第一示例性实施例的一个修改示例的安全阀的侧沟槽部和中央直沟槽部的厚度变化方式的曲线图；

图12B是示出根据本发明的第一示例性实施例的所述修改示例的安全阀的侧沟槽部和中央直沟槽部的厚度变化方式的支持图解；

图13A是示出根据本发明的第四示例性实施例的安全阀的侧沟槽部和中央直沟槽部的厚度变化方式的曲线图；

图13B是示出根据本发明的第四示例性实施例的安全阀的侧沟槽部和中央直沟槽部的厚度变化方式的支持图解；

图14是示出设置有根据本发明的示例性实施例的密闭型电池的车辆的框架形式的侧视图；

图15是根据相关技术的安全阀的表面形状的平面图；以及

图16是示出图15所示的安全阀处于典型的打开状态的框架形式的视图。

具体实施方式

下面将参照附图对本发明的示例性实施例进行更详细的描述。本发明可基于在该说明书中描述的内容和本领域内的一般技术来实施。特别地，虽然本发明不意图被限制，但是在示例性实施例中，作为示例描述的密闭型电池为密闭型锂二次电池(即，锂离子电池)，其中卷绕型的电极体(在下文中被称为“卷绕电极体”)与非水电解质溶液一起容纳在方形(盒形)的壳体中。附及地，附图中的尺寸关系(例如，长度、宽度和厚度)不反映实际的尺寸关系。另外，具有相同操作的部件和部分将用相同的附图标记表示，并且将简化或省略冗余的描述。

根据本发明的第一示例性实施例的锂离子电池10具有这样的结构，其中，例如为如图2所示的卷绕电极体30与未示出的液体电解质(即，电解质溶液)一起容纳在例如为如图1所示的扁平方形的电池壳体(即，外壳)20中。壳体20由盒形(即，具有底部的方形筒状)的壳体主体21和盖体(壳体的组成部分)22构成，主体21在一端(其在根据该示例性实施例的电池10的通常使用过程中对应于上端部)具有开口部分，盖体22连接到并覆盖该开口部分。用于外部连接的正电极端子14和负电极端子16固定在盖体22上。这些电极端子14和16中的每个的一端(即，外侧端)从壳体20(即，盖体22)向外突出。电极端子14的另一端(即，内侧端)电连接到电极体30的正电极32，而电极端子16的另一端(即，内侧端)电连接到电极体30的负电极34的另一端(即，内侧端)。

壳体20的材料没有特别限制，只要它一般能与密闭型电池一起使用即可。壳体20主要由重量轻并且具有良好导热性的金属材料如铝、不锈钢和镀镍钢制成。在该示例性实施例中壳体20(或更具体地，主体21和盖体22)由铝或具有铝作为其主要成分的合金制成。盖体22的外形总体上大致为矩形板状。在长度方向上的两个端部中形成有供电极端子14和16穿过的未示出的端子出口孔。构造成如果壳体20的内部压力上升到预定值(例如大约0.3至1.0MPa)或更高则释放该内部压力的安全阀40形成在盖体22的位于电极端子14和16之间的部分在宽度方向上的中央部分中。后面将对该示例性实施例中的安全阀40的结构和机构进行描述。

如图2所示，卷绕电极体30如此制造，即，使长片状的正电极(即，正电极片)32和负电极(即，负电极片)34与总共两个长片状的隔板(即，隔板片)36叠置在一起，并沿长度方向卷绕它们，就象通常的锂离子电池的卷绕电极体那样，然后从侧面压平所得到的卷绕体。更具体地，正电极片32和负电极片34在宽度方向上稍微错开地卷绕，使得正电极片32在宽度方向上的一端从隔板片在宽度方向上的一端突出，而负电极片34在宽度方向上的一端从隔板片在宽度方向上的另一端突出。结果，在卷绕电极体30在卷绕轴线方向上的一个端部上形成其中正电极片32在宽度方向上的一端从卷绕芯部31(即，正电极片32，负电极片34和隔板片被紧密卷绕的部分)向外突出的部分，并且正电极端子14连接到该突出部分。类似地，在卷绕电极体30在卷绕轴线方向上的另一个端部上形成其中负电极片34在宽度方向上的一端从该卷绕芯部31向外突出的部分，并且负电极端子16连接到该突出部分。

卷绕电极体30及其本身部件的材料没有特别限制，并且可与设在典型的锂离子电池中的电极体的材料相同。例如，正电极片32可具有其中正电极活性物质层形成在长的正电极集流体(例如，铝箔)上的结构。可没有特别限制地使用常规地用在锂离子电池中的一种或两种或更多种类型的材料作为用于形成该正电极活性物质层的正电极活性物质。其示例包括锂过渡金属氧化物，例如LiMn₂O₄，LiCoO₂和LiNiO₂。负电极片34可具有其中负电极活性物质层形成在长的负电极集流体(例如，铜箔)上的结构。可没有特别限制地使用用在锂离子电池中的一种或两种或更多种类型的材料作为用于形成该负电极活性物质层的负电极活性物质。其示例包括碳基材料如石墨碳和无定形碳，锂过渡金属氧化物和锂过渡金属氮化物。隔板片的一个示例是由多孔聚烯烃树脂制成的隔板片。

可没有特别限制地使用非水电解质溶液如用在锂离子电池中的非水电解质溶液作液体电解质(即，电解质溶液)。该非水电解质溶液的成分典型地为含有支持电解质的适当的非水溶剂。可使用从由碳酸乙烯酯、碳酸丙烯酯、碳酸二甲酯、碳酸二乙酯、碳酸甲乙酯、1，2-二甲氧基乙烷(乙二醇二甲醚)、1，2-二乙氧基乙烷(乙二醇二乙醚)、四氢呋喃、1，3-二氧戊环等构成的组中选出的一种或两种或更多种作为非水溶剂。另外，可使用锂盐如LiPF₆、LiBF₄、LiAsF₆、LiCF₃SO₃、LiC₄F₉SO₃、LiN(CF₃SO₂)₂和LiC(CF₃SO₂)₃等作为支持电解质。在该示例性实施例中，可使用含有浓度为约1摩/升的LiPF₆的碳酸乙烯酯和碳酸二乙酯的混合溶剂(例如，质量比为1∶1)的电解质溶液。附及地，固态或凝胶态的电解质可代替电解质溶液使用。

接下来，将简要地描述一种制造具有如上所述地构造的部件的锂离子电池10的方法。首先，使正和负电极端子14和16的外侧端从盖体22向外突出，并将这些端子14和16固定至盖体22。通过分别将这些端子14和16的内侧端连接(例如，焊接)到卷绕电极体30的正和负电极32和34而连接盖体22与电极体30。然后，将连接到盖体22的电极体30经壳体主体21的开口部分安置在壳体主体21中，将盖体22装配在开口部分上，并例如通过激光焊接密封盖体22和壳体主体21之间的连接部。接下来，将电解质溶液经未示出的电解质溶液充填孔充填到壳体20中，在这之后，关闭电解质溶液充填孔并使壳体20密闭。这样，密闭型锂离子电池10能够被制造(构造)出来。附及地，电池本身的结构不限定本发明，所以其更详细的描述将被省略。在下文中，将对根据该示例性实施例(即，第一示例性实施例)的安全阀进行详细描述。

图3是在壳体20的盖体22中形成的安全阀40周围的区域的放大透视图。图4是安全阀40的表面形状的平面图。另外，图5是沿图4中的线V-V截取的剖视图，图6是沿图4中的线VI-VI截取的剖视图，图7是沿图4中的线VII-VII截取的剖视图。

如图3所示，根据该示例性实施例的安全阀40形成在壳体20的一部分(这里，盖体22)中，并包括比周围部分薄的薄部42，和以预定的形式形成在薄部42中的断裂沟槽部(即，压印部)50。薄部42形成为比周围的壳体(盖体为大约0.5mm至1mm厚)薄(大约0.1mm至0.3mm厚)。另外，薄部42形成为具有在水平方向上长的形状，其中较长方向上的尺寸与较短方向上的尺寸不同。更具体地，薄部42形成为所谓的卵形，该卵形由一对其中外缘部43沿循较长方向的直外缘部44和位于两端的半圆形弯曲外缘部45构成。

根据该示例性实施例的在卵形薄部42中形成的断裂沟槽部50包括在薄部42的中央部分中沿薄部42的较长方向延伸的中央直沟槽部60，和两对侧沟槽部70，在中央直沟槽部60的较长方向上的每侧都形成有一对侧沟槽部70，并且其与中央直沟槽部60的相应的较长方向端部60A和60B连接，如图4所示。这些沟槽部的截面形状为向薄部42的外表面侧敞开的V形。

如图所示，侧沟槽部70形成为扇状的环形，其由弯曲沟槽部74和成对的连接直边缘沟槽部72构成，弯曲沟槽部74形成为大致与卵形薄部42的弯曲外缘部45平行并具有相同的曲率，而成对的连接直边缘沟槽部72将弯曲沟槽部74的端部连接到中央直沟槽部60的端部60A和60B。

另外，如从图5至7可见，该示例性实施例中的断裂沟槽部50的不同的沟槽部形成有不同的厚度。更具体地，中央直沟槽部60的厚度比侧沟槽部70的厚度薄，并且在侧沟槽部70处，连接直沟槽部72的厚度比弯曲沟槽部74的厚度薄。附及地，各个沟槽部的实际厚度不受限制，因为期望使阀打开的压力设定根据电池的形状和用途而不同。中央直沟槽部60的厚度的一个示例是大致等于或大于30μm但小于50μm(例如，45μm)，侧沟槽部70的厚度的一个示例是大致等于或大于50μm但小于100μm(例如，55μm)。另外，侧沟槽部70的连接直沟槽部72的厚度大致等于或大于50μm但小于80μm(例如，55μm)，侧沟槽部70的弯曲沟槽部74的厚度大致等于或大于80μm但小于100μm(例如，95μm)。

使安全阀40具有这种结构使得如果壳体20的内部压力变得等于或大于预定水平，则根据该示例性实施例的密闭型锂离子电池10的安全阀40能够有效地打开，这又允许在壳体20内产生的气体快速地释放。更具体地，如图8所示，薄部42的经由中央直沟槽部60彼此相对的两侧42A和42B向上和向外翻转，而薄部42在较长方向上的两个端部42C和42D(在该说明书中也简称为较长方向端部)独立于侧沟槽部70的连接直沟槽部72的断裂(即，开裂)和弯曲沟槽部74的至少一部分的断裂(即，开裂)向上和向外翻转。结果，卵形薄部42通过分断为总共四个部分42A、42B、42C和42D而打开，以形成足以快速释放电池中的气体并由此快速降低壳体内的压力的开口部S。

<评估>

对一试件执行开阀评估，以便用实验来确认设置有根据该示例性实施例的安全阀的密闭型电池的性能，该试件包括与根据该示例性实施例的设置有安全阀的密闭型电池的安全阀具有相同形状的安全阀。

作为示例性实施例的试件，在大致1mm厚的由铝制成的可密闭壳体的一部分中形成呈图4所示的卵形并且在较长方向上大致为13mm、在较短方向上大致为5mm且厚度大致为100μm的薄部42。另外，以图4所示的形式形成断裂沟槽部50。此外，在薄部42的中央部分中形成在较长方向上大致为4mm长的中央直沟槽部60，并且两个连接直沟槽部72形成为从中央直沟槽部60的各端60A和60B延伸。连接直沟槽部72之间的角度大致为90度。连接直沟槽部72的端部和外缘部43之间的距离大致为1mm。将两个连接直沟槽部72的端部连接在一起、同时维持该距离的弯曲沟槽部74沿着弯曲外缘部45形成。制造多个全都设置有呈上述形状的安全阀的单独试件。

另外，作为用于比较示例的试件，制造多个设置有除了在侧沟槽部中没有弯曲沟槽部之外与示例性实施例的试件的安全阀(见图4)具有相同形状的安全阀的单独试件。

在该评估中，考虑在形成安全阀的铝材断裂时壳体中的预校验压力和沟槽深度之间的关系，将上述的断裂沟槽部形成为对每个试件都改变设定开阀压力，并根据该设定开阀压力对每个试件都改变沟槽部的深度(即，沟槽部的厚度)。附及地，该评估关注于影响薄部打开的断裂沟槽部的形状(即，形式)，因而中央直沟槽部和侧沟槽部的厚度被制成得相同。

然后，对于每个试件，使壳体的内部压力逐渐地升高，并测量在薄部(即，断裂沟槽部)实际开裂时的内部压力(即，实际开阀压力)。另外，测量阀打开时的开口面积并与一设定开口面积(即，具有例如如上述图8所示的理想的开口形状的开口面积)进行比较。在该评估中，示例性实施例的试件的设定开阀压力为0.3至0.9Mpa，而比较示例的试件的设定开阀压力为0.5至1.1Mpa。示例性实施例的试件的结果在表1中示出，比较示例的试件的结果在表2中示出。

表1

表2

如表1所示，对于设置有具有弯曲沟槽部74的安全阀的示例性实施例的试件来说，对所有的设定开阀压力都测得了大致相同水平的实际开阀压力。另外，开阀后的开口面积大致与设定开口面积相同。这便确认了如在示例性实施例中那样在侧沟槽部70中设置弯曲沟槽部74(或者更特别地，形成具有弯曲沟槽部74的侧沟槽部70)使得能够制成在壳体的内部压力(这里为设定开阀压力)达到预定水平时有效地打开并且在打开时能够维持充分的开口面积的安全阀40。

附及地，在该评估中，大致为4mm的中央直沟槽部的长度等于或小于薄部在较长方向上的长度(大致为13mm)的一半。这样指定中央直沟槽部的长度使得在壳体的内部压力上升时施加给中央直沟槽部的应力水平能够在整个中央直沟槽部中大致相等，并由此能够在中央直沟槽部实现更平顺的断裂(开裂)。

为了从实验上确认这一点，在具有预定厚度(大致为1mm)的铝片的一部分上形成如图4所示呈卵形并且在较长方向上大致为13mm、在较短方向上大致为5mm且厚度为200μm的薄部。另外，还形成除了薄部的厚度为300μm以外具有相同形状的薄部。通过施加预定水平的压力对这两个薄部检验通过较短方向上的中心的中心线的较长方向上的应力分布(Mises应力)。

图9A示出实验的结果。纵轴表示Mises应力的程度，横轴表示被测试薄部的较长方向上的中心线的相对位置。图9B是示出被测试薄部的较长方向上的中心线的相对位置的支持图解。如从图9A中的曲线图可见，应力均匀地集中在薄部的包括较长方向上的中心的总长度的大致一半(或更具体地，三分之一)。因此，如果中央直沟槽部的长度形成为相对于薄部的包括较长方向上的中心的总长度大致等于或小于其一半(例如大致一半到四分之一)或更具体地等于或小于其三分之一(例如大致三分之一到四分之一)，以使得应力大致均匀地集中在整个中央直沟槽部上，则可获得良好的结果。结果，可防止中央直沟槽部的断裂初始压力(即，开阀压力)在各个电池产品之间产生偏差。

接下来，将对根据本发明的第二示例性实施例的安全阀以及设置有该安全阀的电池进行描述。如图10所示，该示例性实施例的安全阀140的薄部142形成为所谓的圆角长方形，其中外缘部143包括一对沿较长方向延伸的直外缘部144A，一对沿较短方向延伸的直外缘部144B，和位于四个角部的弯曲外缘部145。同时，与上述的第一示例性实施例相似，根据该示例性实施例的在圆角长薄部142中形成的断裂沟槽部150包括在薄部142的中央部分中沿薄部142的较长方向延伸的中央直沟槽部160，和两对侧沟槽部170，在中央直沟槽部160的较长方向上的每侧都形成有一对侧沟槽部170，并且其与中央直沟槽部160的相应的较长方向端部160A和160B连接。这些沟槽部的截面形状与在第一示例性实施例中描述的相同。中央直沟槽部160的长度等于或小于薄部142在较长方向上的长度的一半(例如，大致一半至四分之一)。侧沟槽部170由弯曲沟槽部174和成对的连接直边缘沟槽部172构成，弯曲沟槽部174形成为靠近并大致平行于与圆角薄部142的四个角部对应的弯曲外缘部145，并与其具有相同的曲率，连接直边缘沟槽部172将各个弯曲沟槽部174的一个端部连接到中央直沟槽部160的端部160A和160B。附及地，该示例性实施例中的侧沟槽部170未形成为环构型。

与第一示例性实施例类似，对于设置有具有这种形式的断裂沟槽部150的安全阀140，当壳体的内部压力上升到预定水平时，阀能够平顺地打开并且能够实现宽的开口面积。也就是，通过薄部142的经由中央直沟槽部160彼此相对的两侧向上和向外翻转，以及然后侧沟槽部170的连接直沟槽部172和弯曲沟槽部174的断裂(即，分裂)，能够实现在薄部142的几乎整个区域上延伸的开口。结果，电池内的气体可快速地释放，由此使得壳体的内部压力能够快速降低。附及地，在该示例性实施例中，同样，各沟槽部也可在各部分形成有不同的厚度。更具体地，中央直沟槽部160的厚度可形成为比侧沟槽部170的厚度薄，并且在侧沟槽部170，连接直沟槽部172的厚度可形成为比弯曲沟槽部174的厚度薄。尺寸的示例与它们在上述第一示例性实施例中的相同，从而将省略冗余的描述。

在该示例性实施例中，对每对连接直沟槽部172都形成有两个弯曲沟槽部174(即，被分成为两个的弯曲沟槽部174)，但是本发明不限于此。也就是，也可设置单个弯曲沟槽部，或者可设置以虚线形状不连续地形成的弯曲沟槽部。也就是，只要至少一部分沿循弯曲外缘部形成为弯曲的，本发明便不受限制。

接下来，将描述根据本发明的第三示例性实施例的安全阀以及设置有该安全阀的电池。如图11所示，该示例性实施例的安全阀240的薄部242形成为椭圆形，其中外缘部243在较长方向和较短方向上的长度不同。同时，根据该示例性实施例的断裂沟槽部250形成为与在第一示例性实施例中描述的具有相同的形式。也就是，断裂沟槽部250包括在薄部242的中央部分中沿薄部242的较长方向延伸的中央直沟槽部260，和两对侧沟槽部270，在中央直沟槽部260的较长方向上的每侧都形成有一对侧沟槽部270，并且其与中央直沟槽部260的相应的较长方向端部260A和260B连接。这些沟槽部的截面形状与在第一示例性实施例中描述的相同。中央直沟槽部260的长度等于或小于薄部242在较长方向上的长度的一半(例如，大致一半到四分之一)。如图所示，侧沟槽部270形成为由弯曲沟槽部274和成对的连接直边缘沟槽部272构成的扇状环形，弯曲沟槽部274形成为靠近并大致平行于椭圆形薄部242的外缘部243(即，整个周边为弯曲外缘部)的位于较长方向上的两个端部处的部分的弯曲外缘部245，并与其具有相同的曲率，连接直边缘沟槽部272将弯曲沟槽部274的端部连接到中央直沟槽部260的端部260A和260B。

与第一示例性实施例类似，对于设置有这种椭圆形薄部242和上述形式的断裂沟槽部250的安全阀240，当壳体的内部压力上升到预定水平时，阀能够平顺地打开并且能够实现宽的开口面积。也就是，通过薄部242的经由中央直沟槽部260彼此相对的两侧向上和向外翻转，以及然后侧沟槽部270的连接直沟槽部272和弯曲沟槽部274的断裂(即，开裂)，能够实现在薄部242的几乎整个区域上延伸的开口(见图8)。结果，电池内的气体可快速地释放，由此使得壳体的内部压力能够快速降低。

附及地，虽然未示出，但是也可从一个弯曲沟槽部274到另一个弯曲端部274靠近并大致平行于外周缘部243形成附加的连接弯曲沟槽部，以便连接位于较长方向上的两端的两个侧沟槽部270的弯曲沟槽部274。形成这种附加的连接弯曲沟槽部使得薄部242的位于中央直沟槽部260两侧的部分能够更平顺地打开。另外，在该示例性实施例中，同样，各沟槽部也可在各个部分形成有不同的厚度。更具体地，中央直沟槽部260的厚度可形成为比侧沟槽部270的厚度薄，而在侧沟槽部270，连接直沟槽部272的厚度可形成为比弯曲沟槽部274的厚度薄。尺寸的示例与它们在上述第一示例性实施例中的相同，从而将省略冗余的描述。

虽然已对断裂沟槽部的形式和薄部的形状不同的几个示例性实施例进行了描述，但是本发明不限于这些。例如，在上述的示例性实施例中，描述的是沟槽部的厚度(即，沟槽深度)差异在中央直沟槽部和侧沟槽部之间以及在侧沟槽部的连接直沟槽部和弯曲沟槽部之间是不同的示例。但是，本发明不限于此。例如，如图12B的图示所示，在第一示例性实施例中中央直沟槽部60的厚度可以是恒定不变的，而侧沟槽部70的连接直沟槽部72的厚度可随着离中央直沟槽部60越远而连续地或增量式地增大。

这样设定沟槽部的厚度便于在中央直沟槽部60已断裂(即，开裂)之后侧沟槽部70从朝向薄部42中心的区域朝较长方向上的端部分阶段地顺次断裂(即，开裂)，并且易于阀在宽的开口面积上平顺地打开。

接下来，将对根据本发明的第四示例性实施例的安全阀以及设置有该安全阀的电池进行描述。如图13B所示，侧沟槽部370包括使断裂沟槽部350的中央直沟槽部360延伸为靠接侧沟槽部370的弯曲沟槽部374的延伸部372A。在这种情况下，延伸部372也能够起到连接直沟槽部的作用。附及地，除了中央直沟槽部延伸到较长方向上的两个端侧之外，根据该示例性实施例的安全阀340具有与根据第一示例性实施例的安全阀40相同的结构。正如图12A和12B所示，中央直沟槽部360的厚度是恒定不变的，而延伸部(即，一个连接直沟槽部)372A的厚度可随着离中央直沟槽部360越远而连续地或增量式地增大(图13A)。

本发明不限于上面的示例性实施例，而是当然能以任意各种方式进行修改。例如，电池的类型不限于上述的锂离子电池，而是也可选择性地为具有不同类型的电极体构成材料和电解质的电池，例如镍-镉电池、镍-金属氢化物电池、或锂二次电池，其中锂金属或锂合金被用于负电极。

另外，这里描述的密闭型电池能够用作装载在例如为汽车的车辆中的电机(电动机)的电源，特别地是因为当壳体的内部压力过度上升时该内部压力能够快速降低(换句话说，在壳体内产生的气体能够快速释放)。因此，如图14中的框架形式所示，本发明能够提供一种设置有密闭型电池10(典型地，由电连接在一起的多个电池10构成的电池组)作为电源的车辆(典型地为汽车，更特别地为设置有电动机的汽车，例如混合动力车辆或电动车辆)。

虽然已参照本发明的示例性实施例描述了本发明，但是应当理解，本发明不限于所述的实施例或构造。相反，本发明意图涵盖各种变型和等同的布置。此外，虽然以各种示例性的组合和构型示出了所公开的本发明的各个要素，但是包括更多、更少或仅单个要素的其它组合和构型也在所附权利要求的范围内。

Claims

1.一种密闭型电池，其特征在于包括：

构成正极和负极的电极体；

电解质；和

容纳所述电极体和所述电解质的密闭壳体，

其中，在所述壳体的一部分中形成有在所述壳体的内部压力上升到等于或大于预定值时打开的安全阀；

其中，所述安全阀包括形成得比所述安全阀的周围部分薄的薄部，和形成在所述薄部中的断裂沟槽部；

其中，所述薄部在较长方向和较短方向之间尺寸不同，并且包括弯曲外缘部，其中所述较长方向上的两端或两端附近的外缘部的至少一部分形成为弯曲的；

其中，所述断裂沟槽部包括中央直沟槽部和一对侧沟槽部，所述中央直沟槽部在所述薄部的中央部分中沿所述薄部的所述较长方向延伸，所述一对侧沟槽部中的各个侧沟槽部分别形成在所述中央直沟槽部在所述较长方向上的两侧并与所述中央直沟槽部的相应的较长方向端部连接；并且

其中，所述侧沟槽部的至少一部分形成为沿循所述弯曲外缘部而弯曲。

2.根据权利要求1所述的密闭型电池，其中，所述断裂沟槽部形成为使得所述中央直沟槽部的厚度比所述侧沟槽部的厚度薄。

3.根据权利要求1或2所述的密闭型电池，其中，所述侧沟槽部离所述中央直沟槽部越远以连续的或阶梯式的方式变得越厚。

4.根据权利要求1至3中任一项所述的密闭型电池，其中，所述薄部形成为卵形、圆角矩形、或椭圆形，其中所述较长方向上的两个端侧的外缘由所述弯曲外缘部构成；并且所述断裂沟槽部的所述侧沟槽部每个都包括弯曲沟槽部和一对连接直沟槽部，所述弯曲沟槽部形成为沿循所述卵形的或椭圆形的薄部的所述弯曲外缘部的弯曲形状，所述一对连接直沟槽部将所述中央直沟槽部的所述相应的较长方向端部连接到所述弯曲沟槽部的两端。

5.根据权利要求4所述的密闭型电池，其中，所述弯曲沟槽部形成为连续的弯曲沟槽部或不连续的弯曲沟槽部。

6.根据权利要求4或5所述的密闭型电池，其中，所述断裂沟槽部形成为使得所述中央直沟槽部的厚度比所述侧沟槽部的厚度薄，且所述侧沟槽部的所述连接直沟槽部的厚度比所述弯曲沟槽部的厚度薄。

7.根据权利要求4至6中任一项所述的密闭型电池，其中，所述中央直沟槽部的厚度大致等于或大于30μm但小于50μm；并且所述侧沟槽部的厚度大致等于或大于50μm但小于100μm。

8.根据权利要求4至7中任一项所述的密闭型电池，其中，所述连接直沟槽部的厚度大致等于或大于50μm但小于80μm；并且所述弯曲沟槽部的厚度大致等于或大于80μm但小于100μm。

9.根据权利要求1至8中任一项所述的密闭型电池，其中，所述中央直沟槽部在所述薄部的所述中央部分中沿所述较长方向形成为具有等于或小于所述薄部在所述较长方向上的长度的一半的长度。

10.根据权利要求1至9中任一项所述的密闭型电池，其中，所述侧沟槽部中的每个都包括使所述断裂沟槽部的所述中央直沟槽部延伸为靠接所述侧沟槽部的所述弯曲沟槽部的延伸部。

11.根据权利要求1至10中任一项所述的密闭型电池，其中，所述密闭型电池是锂二次电池。

12.一种车辆，其特征在于包括根据权利要求1至11中任一项所述的密闭型电池。