CN104143612B - 破裂元件和具有破裂元件的原电池 - Google Patents

Abstract

破裂元件和具有破裂元件的原电池。本发明涉及一种用于保护原电池免受有害过压(3)的破裂元件(1)，包含基本平面构造的基体，其中所述基体多层地构建。基体的第一层(4)在此由第一金属构成并且基体的第二层(5)在此由第二金属构成。在破裂元件(1)发热的情况下，破裂元件(1)由于不同的金属而拱曲，使得在发热情况下破裂元件受到偏压。此外，本发明涉及一种具有压力释放开口(8)和置入到该压力释放开口(8)中的根据本发明的破裂元件(1)的原电池(2)。

Description

破裂元件和具有破裂元件的原电池

技术领域

本发明涉及用于保护原电池免受有害过压的破裂元件，包含基本上平面地构造的基体。

此外，本发明涉及具有压力释放开口和置入到该压力释放开口中的破裂元件的原电池。本发明意义下的原电池尤其是电池组电池、蓄电池电池或燃料电池，特别优选地锂离子电池。

背景技术

包含基本上平面地构造的基体的、用于保护原电池免受有害过压的破裂元件在现有技术中尤其是作为破裂膜或破裂片已知。此类破裂元件充当压力保险装置，并且尤其是在电池组电池、例如锂离子电池的情况下使用，以保护电池组电池免受有害过压。在此，破裂元件为电池组电池的内部密封中的一种断裂点。在此，如果电池组电池或电池壳体中的内压超过了特定的值，破裂元件就通过破裂打开。

从文献DE10328862B4已知一种锂电池组，其具有破裂膜作为压力保险装置。尤其是在锂离子电池的情况下，在电池发热时，尤其是损坏的结果下，可以发生气体形成。因此例如可能在电池组电池再充电时由于错误出现的高电流而出现过高的运行温度，其导致电池组电池的液态电解质的至少一部分被转化为气体状态，由此电池内部的压力增高。在此，该气体形成导致在电池内部产生过压。没有压力保险装置，例如破裂膜，在此存在电池可能爆炸的危险。该危险通过置入到此类原电池的电池壳体中的压力保险装置，尤其是置入到过压阀中的破裂膜而减小。压力保险装置在电池内的特定压力下打开，例如通过置入到过压阀中的破裂膜的破裂，从而在电池中形成的气体可以通过释放开口被引出，并且电池内部的压力减轻。在此，通常将破裂膜焊入到原电池的电池壳体的电池盖的为此设置为过压阀的开口中。

在这种破裂元件情况下的问题在于，这样来制造破裂元件，从而该破裂元件在所希望的电池内压情况下破裂。因此破裂元件应当根据几个应用情况下的相应要求在低的电池内压时破裂，而在其他的应用情况下，在高的电池内压下才破裂。

发明内容

在该背景下，本发明的任务是提供开头提到的破裂元件，其在定义的电池内压下破裂，尤其是在对于在不同电池内压下的不同破裂行为进行设计的情况下无需显著改变相应破裂元件的尺寸。由此应当尤其是实现：对于原电池可以使用如下破裂元件，所述破裂元件有利地依照要求实现在比在常规破裂元件的使用中低或高的电池内压下的破裂。本发明的任务的另一个方面在此是，改善原电池，尤其是在经改善的破裂元件作为压力保险装置方面，该经改善的原电池尤其是实现在比常规破裂元件低或高的电池内压下的破裂。

为了解决该任务，提出一种用于保护原电池免受有害过压的破裂元件，包含基本上平面构造的基体，其中基体多层地构建，并且其中基体的第一层由第一金属构成并且基体的第二层由第二金属构成。在此，破裂元件的基体可以尤其是片状地或条状地形成。通过破裂元件的根据本发明的双金属构型，有利地、尤其是如下地影响破裂元件的破裂行为，即破裂元件在与具有可比较尺寸的常规破裂元件不同的电池内压下破裂。通过根据本发明的具有由第一金属材料构成的第一金属层和由第二金属材料构成的第二金属层的基体的多层性，可以取决于所选择的关于第一金属层和第二金属层的材料组合，在破裂元件发热的情况下获得破裂元件的正偏压或负偏压。因此，在破裂元件破裂时，可以有利地可靠地影响压力。

根据本发明，尤其是规定，基体的第一层具有不同于基体的第二层的线性膨胀系数，优选至少有5％不同的线性膨胀系数，特别优选地至少有8％不同的线性膨胀系数。因此尤其是规定，基体的第一层具有比基体的第二层至少小5％的线性膨胀系数，或者基体的第一层具有比基体的第二层至少大5％的线性膨胀系数。在此，线性膨胀系数是温度改变dT与固体的相对长度改变dL/L之间的比例常数。

由于基体的第一层与基体的第二层的不同的线性膨胀系数，有利地利用双金属条原理，以在破裂元件发热情况下(所述发热通常首先导致原电池中的气体形成)产生破裂元件的负偏压或正偏压，其中通过对基体的相应层的金属材料的选择来影响是产生负偏压还是产生正偏压。如果破裂元件被构造为使得基体第一层指向原电池的电池内部而第二层指向外，则在基体的第一层具有比第二层小的线性膨胀系数时产生破裂元件的正偏压。相反，在第一层具有比第二层大的线性膨胀系数时，在破裂元件发热情况下产生破裂元件的负偏压。相应层的线性膨胀系数之间的差别越大，可产生的偏压越大。也就是说，根据本发明的破裂元件的基体第一层和基体第二层在热作用下有差别地膨胀。

换言之，在对相应层使用具有不同线性膨胀系数的不同金属的情况下，至少两层地构造的破裂元件的发热有利地导致破裂元件拱曲。破裂元件的有着具有较小线性膨胀系数的层的一侧在此有利地凸状拱出，而破裂元件的有着具有较大线性膨胀系数的层的一侧有利地凹状拱曲。

因此如果将根据本发明的破裂元件以基体的第一层布置在热源方向上，其中第一层具有比第二层小的线性膨胀系数，那么破裂元件在发热情况下在热源方向上、也即尤其是朝向原电池的电池内部变形。这具有有利的效应，即需要附加的力以引起破裂元件破裂。破裂元件由于上述变形因此具有正偏压。由于该原因，在原电池发热情况下，对于破裂元件的破裂所需要的电池内压必然比在具有基本上相同尺寸、但仅由一种材料制成的破裂元件情况下要高。

相反，如果根据本发明的破裂元件被构造为使得指向原电池的电池内部的第一层具有比第二层大的线性膨胀系数，那么在原电池发热情况下，破裂元件向外变形，即远离电池内部。通过该变形，破裂元件有利地已经承受了特定的力并可以这样说受到了负偏压。这导致有利的效应，即在原电池发热情况下，对于根据本发明的破裂元件的破裂所需要的电池内压比在具有可比较的尺寸、但仅由唯一的材料例如只由铝制成的破裂元件情况下要低。

根据本发明破裂元件的一个有利的构型规定，在基体的第一层与基体的第二层之间布置至少一个第三层。基体的该第三层有利地构造为，使得防止基体的第一层的金属与基体的第二层的金属之间发生电化学反应。

有利地，第三层是电隔离层。在此尤其是规定，第三层比第一层和第二层更薄地构造。第三层因此也就是是基体的最薄的层并因此有利地不影响或至少不明显影响破裂元件的根据本发明的偏压。第三层有利地防止基体的第一层与第二层之间出现电化学反应。电隔离层可以尤其是构造为漆层。在一个有利的构型中，其中基体的第一层由铝形成并且基体的第二层由铜形成，第三层可以尤其也是铬层。第三层有利地仅构造为如需要的那么厚，以防止破裂元件的基体的第一层与第二层之间的电化学反应。

根据本发明破裂元件的另一个特别优选的构型规定，基体的层牢固接合地相互连接。为了产生基体的层之间的牢固接合，可以使用已知的方法，尤其是冷焊法和轧制法。

根据本发明破裂元件的另一个有利的构型规定，基体的第一层和/或基体的第二层具有至少一个断裂点。通过构造至少一个断裂点，可以有利地进一步影响根据本发明的破裂元件的破裂行为，并且在此尤其是影响破裂元件应当在什么样的压力下破裂。在此，所述至少一个断裂点有利地通过至少一个切口、尤其是至少一个凹口在基体的第一层和/或基体的第二层中实现。如果基体的第一层和基体的第二层分别具有断裂点，则尤其是规定，这些断裂点是叠合的，也即第一层的断裂点布置在与第二层的断裂点相同的位置处。尤其是规定，在基体的层被牢固接合地连接之后制造断裂点，尤其是通过凹口，其中视凹口的深度而定，因此不仅基体的第一层而且基体的第二层可以具有断裂点。尤其是，破裂元件的基体可以因此具有至少一个断裂点，通过所述断裂点破裂元件的破裂行为进一步受到影响。

本发明的另一个有利的构型规定，基体的第一层由铝或由不锈钢构成，优选地由具有材料编号(W-Nr.)1.4301的不锈钢构成。在此，破裂元件的第一层在后来置入原电池的压力释放开口时指向电池内部。如果在此应当产生根据本发明的破裂元件的正偏压，则在下面的表中所描述的材料组合是特别有利的。在此在表的左侧栏中分别列举用于破裂元件的第一层的材料，该材料被分别分配有对于破裂元件的第二层待选择的材料的两种有利的替换方案。

如果根据本发明的破裂元件应当具有负偏压，那么下面的表中所列举的对于根据本发明的破裂元件的基体的第一层和第二层的材料组合是特别有利的，其中破裂元件在稍后置入到原电池的压力释放开口中时必须以基体的第一层指向电池内部。在此在表的左侧栏中分别列举了用于破裂元件的第一层的材料，该材料被分别分配有对于破裂元件的第二层待选择的材料的三个有利的替换方案。

本发明的另一个有利的构型规定，基体的第一层具有比基体的至少一个其他层更大的面积，其中所述至少一个其他层相对于第一层被布置为，使得第一层形成至少一个侧边缘，优选地环形的侧边缘。借助于该侧边缘，能够将根据本发明的破裂元件特别有利地焊入到原电池的压力释放开口中。

此外，为了解决开头提到的任务，提出一种具有压力释放开口和置入到压力释放开口中的破裂元件的原电池，其中破裂元件是根据本发明的破裂元件。，所述破裂元件在此可以以上述构型的每一种组合进行构造。

根据原电池的一个有利的构型规定，破裂元件的基体的第一层由与原电池的具有压力释放开口的元件相同的材料构成。借此有利地使得能够将破裂元件同类型地或同材料地焊入到原电池的压力释放开口中。压力释放开口在此优选地布置在电池壳体的电池盖中，其中电池壳体包围原电池。

作为原电池的另一个有利的构型规定，破裂元件以基体的第一层指向电池内部地置入到原电池的压力释放开口中。在此尤其是规定，第一层由铝或铝合金或不锈钢构成。如果将破裂元件的第一层选择为使得该第一层具有比基体的指向外的第二层大的线性膨胀系数，则这导致有利的效应，即在原电池发热情况下，破裂元件向外、也即远离电池内部地变形。破裂元件由此已经承受了特定的力并在一定程度上受到偏压。该偏压导致，在原电池发热情况下，对于破裂元件的破裂所需要的电池内压相对于具有可比较尺寸的破裂元件(其仅由一种材料，例如仅由铝构成)下降。通过破裂元件的基体的至少两层的构建，其中第一层具有相对于第二层不同的线性膨胀系数，因此有利地实现，相应地构造的原电池使得由原电池所形成的气体能够比常规破裂元件更早地泄漏。

相反，如果根据本发明的破裂元件被构造为使得破裂元件的基体的第一层具有比基体的第二层小的线性膨胀系数，则在原电池发热情况下，破裂元件由于双金属基体而朝向电池内部变形。破裂元件由此在一定程度上受到偏压。由此需要附加的力以引起破裂元件破裂。由于该原因，在原电池发热情况下，在原电池的电池内部中对于根据本发明的破裂元件的破裂所需要的压力比在使用常规破裂元件的情况下要高，其中所述常规破裂元件在可比较的尺寸情况下仅由唯一一种材料、例如只由铝制造。

附图说明

本发明的其他有利的详细内容、特征和构型细节结合在图中所描绘的实施例被详细阐述。在此：

图1在示意图中示出根据本发明的破裂元件的一个实施例的俯视图；

图2在示意图中示出根据本发明的破裂元件的另一个实施例的侧视图；

图3在示意图中示出具有根据本发明的破裂元件的根据本发明的原电池的一个实施例的透视图；

图4在示意图中示出置入到原电池的压力释放开口中的根据本发明的破裂元件的一个实施例的侧视图；和

图5在示意图中示出置入到原电池的压力释放开口中的根据本发明的破裂元件的另一个实施例的侧视图。

具体实施方式

图1中描绘了对于构造为破裂膜的破裂元件1的一个实施例。破裂元件1包含基本上平面地构造的基体，该基体多层地构建。在此，破裂元件1具有由第一金属构成的第一层4和由第二金属构成的第二层5，其中第一金属具有比第二金属大至少5％的线性膨胀系数。破裂元件1的第一层4在此可以例如由铝构成，而破裂元件1的第二层5可以由锌构成。破裂元件1的第一层4和第二层5由牢固接合地相互连接，优选地借助于冷焊法。

图1中所描绘的破裂元件1具有断裂点6。该断裂点优选地在第一层4和第二层5的牢固接合的连接之后被压印。通过断裂点6，破裂元件1的破裂行为有利地进一步得到改善。

在图1中所描绘的破裂元件1的情况下，破裂元件1的第一层4具有比破裂元件1的第二层5大的面积。在此，如此地相对于第一层4布置第二层5，使得第一层4形成环形的侧边缘7。利用该侧边缘7，可以将破裂元件1有利地焊入到原电池的压力释放开口中。

在图2中描绘了构造为破裂膜的破裂元件1的侧视图。在此破裂元件1具有两层构建的基体。在此由第一金属材料构成的第一层4与由第二金属材料构成的第二层5牢固接合地连接。破裂元件1的第一层4在此具有不同于破裂元件1的第二层5的线性膨胀系数。破裂元件1的基体因此按照双金属条的方式构建。此外，破裂元件1的基体具有凹口6作为断裂点。通过断裂点6有利地进一步以所希望的方式影响破裂元件1的破裂行为。

在图3中描绘了原电池2。在此，原电池2可以尤其是可再充电的锂离子电池。在所描绘的实施例中，原电池2构造为具有电池壳体11和电池盖12的棱柱形电池。电池末端13凸出于电池盖12，所述电池末端13与原电池的负电极和正电极导电地连接并且用于原电池2的电接触。在电池末端13之间在电池盖12中存在压力释放开口8。在压力释放开口8中引入构造为破裂膜的根据本发明的破裂元件1并与电池盖12焊接在一起，从而原电池2在正常运行中尤其是相对于湿度密封。压力释放开口8与其中置入的破裂元件1一起在此在一定程度上是过压阀。破裂元件1具有断裂点6。

破裂元件1的基体多层地构件。在此，基体具有由第一金属、尤其是由铝构成的第一层。此外，基体具有由第二金属、尤其是由铜构成的第二层。第二层因此具有比第一层小的线性膨胀系数。在破裂元件1的基体的第一层与第二层之间布置第三层作为电隔离层。电隔离层尤其可以是铬层。在此，该铬层比破裂元件1的第一层和第二层明显更薄地模压。破裂元件1的层牢固接合地相互连接。

破裂元件1以第一层指向电池内部地布置在原电池2的压力释放开口8中。破裂元件1的第一层具有比破裂元件1的第二层和第三层更大的面积，其中相对于第一层这样布置第二层和第三层，使得第一层形成环形的侧边缘，利用该侧边缘将破裂元件1在压力释放开口8中与电池盖12焊接在一起。在此，原电池的电池盖12由与破裂元件1的第一层相同的金属材料、优选地也即同样由铝构成。

因为破裂元件1的第一层具有比破裂元件1的第二层更大的线性膨胀系数，因此在原电池2发热情况下破裂元件1向外拱曲，由此在一定程度上产生破裂元件1的负偏压。破裂元件1因此在比破裂元件低的电池内压情况下已经破裂，该破裂元件在可比较的尺寸情况下、尤其是在可比较的厚度情况下仅由唯一的材料构成，例如只由铝构成。

结合图4和5，详细阐述根据本发明的破裂元件1的基体的多层构型的效果，其中第一层4具有不同于第二层5的线性膨胀系数。在此，在图4和图5中，分别将破裂元件1焊入电池盖12的压力释放开口8中，其中电池盖12又与电池壳体11连接。在此电池壳体11包围在图4和5中未详细描绘的原电池，例如锂离子电池。在图4和5中的实施例中的破裂元件1分别具有断裂点6，其中破裂元件的基体中的断裂点分别从基体的第二层5开始被引入到破裂元件1的基体中，在此是通过凹口。

在图4和5中，破裂元件1分别以破裂元件1的第一层4指向电池内部10地布置在压力释放开口8中。破裂元件1的第二层5布置为分别向外9指向。

在图4中所描绘的破裂元件1的情况下，基体的第二层5具有比基体的第一层4至少大5％的线性膨胀系数。在图5中所描绘的实施例的情况下，破裂元件1的第二层5具有比基体的第一层4至少小5％的线性膨胀系数。

在图4和图5中所描绘的情形下，原电池例如由于电池损坏发热，其中电池发热对破裂元件1的影响在图4和图5中描绘。

因为在图4中所描绘的实施例中，破裂元件1的第一层4具有比破裂元件1的第二层5小的线性膨胀系数，因此破裂元件1如在图4中所描绘的那样朝向电池内部10变形。产生引起破裂元件1的正偏压的拱曲。由于该偏压，需要比在图5中所描绘的实施例情况下高的电池内压以使破裂元件1破裂。

因为在图5中所描绘的实施例的情况下，破裂元件1的第二层5具有比破裂元件1的第一层4小的线性膨胀系数，因此在图5中所描绘的实施例的情况下显示了与在图4中所描绘的实施例的情况下不同的效果。在图5中所描绘的实施例的情况下，破裂元件1——如在图5中所描绘的——向外9拱曲。产生引起破裂元件1的负偏压的拱曲。由于该偏压，破裂元件1在比使具有仅由一种金属材料构成的常规基体、例如仅由铝构成的基体的破裂元件1破裂的电池内压低的电池内压下就已经破裂。在其下破裂元件1可能破裂的电池内压在图4和图5中分别通过箭头3被象征性地描绘。通过图4中绘图中的相比于图5中绘图中的更多数目的箭头3，象征性地描绘了用于图4中破裂元件1的破裂的电池内压必然显著地高于在图5中所示实施例中的电池内压。

在图中所描绘和结合这些图所阐述的实施例用于阐述本发明，并且对于本发明不是限制性的。

Claims (11)

1.用于保护原电池免受有害过压的破裂元件(1)，包含基本上平面构造的基体，其特征在于，所述基体多层地构建，其中基体的第一层(4)由第一金属构成并且基体的第二层(5)由第二金属构成，其中基体的第一层具有不同于基体的第二层的线性膨胀系数。

2.根据权利要求1的破裂元件(1)，其特征在于，基体的第一层(4)具有与基体的第二层(5)至少有5％不同的线性膨胀系数。

3.根据前述权利要求之一的破裂元件(1)，其特征在于，在基体的第一层(4)与基体的第二层(5)之间布置至少一个第三层。

4.根据权利要求3的破裂元件(1)，其特征在于，所述第三层为电隔离层，其中第三层比第一层(4)和第二层(5)更薄地构造。

5.根据权利要求1或2的破裂元件(1)，其特征在于，基体的层(4,5)牢固接合地相互连接。

6.根据权利要求1或2的破裂元件(1)，其特征在于，基体的第一层(4)和/或基体的第二层(5)具有至少一个断裂点。

7.根据权利要求1或2的破裂元件(1)，其特征在于，基体的第一层(4)由铝或由不锈钢构成。

8.根据权利要求1或2的破裂元件(1)，其特征在于，基体的第一层(4)具有比基体的至少一个其他层(5)更大的面积，其中所述至少一个其他层(5)相对于第一层(4)这样布置，使得第一层(4)形成至少一个侧边缘(7)。

9.具有压力释放开口(8)和置入到该压力释放开口(8)中的破裂元件(1)的原电池，其特征在于，所述破裂元件(1)为根据权利要求1至8之一的破裂元件。

10.根据权利要求9的原电池(2)，其特征在于，破裂元件(1)的基体的第一层(4)由与原电池(2)的具有压力释放开口(8)的元件(12)相同的材料构成。

11.根据权利要求9或10所述的原电池(2)，其特征在于，破裂元件(1)以基体的第一层(4)指向原电池内部(10)的方式置入到压力释放开口(8)中。