CN104488113A - 包括电流中断装置的二次电池 - Google Patents

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Abstract

在此处提出的二次电池(10)中，当电池壳(12)中的气压增加到或高于指定级别，并且电流中断阀(26)因此升高到连接端子(21)侧时，薄部(71)在与电流中断阀(26)接合的部分的周围断裂，连接端子(21)与电极体彼此电气中断。绝缘体(27)被设置在薄部(71)断裂的部分中，并且在薄部(71)断裂之后介于所断裂的薄部(71)的两个边缘之间。

Description

包括电流中断装置的二次电池
技术领域
本发明涉及二次电池。
背景技术
公开号为2012-028008的日本专利申请(JP 2012-028008A)公开了一种包括电流中断装置的密封电池，该电流中断装置用于在电池壳的内部压力因为产生异常气体而增加时切断电池电流。其中公开的电流中断装置包括中空的圆柱形电极端子和电流中断阀，该电极端子在其一端具有凸缘。电极端子以绝缘的状态附接到电池壳，同时在设置于电池壳中的孔中插入密封材料，以便将凸缘置于电池壳中。电流中断阀是凸形板材料并且附接到电极端子的凸缘以便朝着电池壳的内侧突出。在此，电流中断阀的凸形顶部被焊接到电池壳中容纳的集电体上。集电体与电流中断阀的连接部比其余部分薄。电流中断阀是回动阀，并且保持其向电池壳内侧突出的凸形，直至二次电池的内部压力达到指定的中断压力。一旦二次电池的内部压力超过指定的中断压力，电流中断阀便发生回动(朝着电极端子侧变形)。此时，薄部断裂，从而使集电体与电流中断阀分离。
在公开号为2008-218193的日本专利申请(JP 2008-218193A)中，当电流中断阀回动(朝着电极端子侧变形)时，阻止集电体被引向电流中断阀侧，从而可以防止集电体的断裂部朝着电流中断阀变形以及上升。因此，公开了集电体的断裂部不太可能在电流被中断之后再次接触电流中断阀。
公开号为09-134715的日本专利申请(JP 09-134715A)(日本专利号3649491)公开了一种电流中断装置，通过该电流中断装置，电流中断阀与集电体之间的接合部在电流中断阀回动时分离。在此，公开了在电流中断阀与集电体之间设置压缩弹性部件(苯乙烯-丁二烯橡胶)。此时，还公开了，在电流中断阀与集电体之间的接合部被分离之后，弹性部件进行弹性恢复和膨胀，以阻止电流中断阀和集电体再次彼此接合。
例如，像JP 2008-218193A和JP 09-134715A(日本专利号3649491)那样，提出了多种结构，用于防止在电流中断阀进行回动并且电流中断阀与集电体电中断之后，电流中断阀与集电体之间再次发生电连接。在JP09-134715A(日本专利号3649491)中，当电流中断阀回动时，电流中断阀和集电体的焊接被剥落。换言之，这不是一种集电体断裂的结构，因此，当电流中断阀回动时，电流中断阀和集电体发生电中断。此外，JP2008-218193A公开了一种集电体断裂的结构，因此，当电流中断阀回动时，电流中断阀和集电体发生电中断。但是，在这种情况下，当电流中断阀从回动状况恢复时，电流中断阀和集电体可能再次进行电连接。
发明内容
本发明的第一方面涉及一种二次电池。所述二次电池包括：电池壳；电极体，其被容纳在所述电池壳中；连接端子，其被设置在所述电池壳中；以及电流中断装置，其包括电流中断阀、集电体和绝缘体，该电流中断装置将所述连接端子电连接到所述电极体，并且在所述电池壳中的气压增加到或高于指定级别时，将所述连接端子与所述电极体电气切断。所述电流中断阀由导电薄板形成并且附接到所述连接端子的位于所述电池壳内侧的开口，以便覆盖所述开口。所述集电体包括：厚部，其被设置在面向所述电流中断阀的位于所述电池壳内侧的表面的位置处；以及薄部，其形成于所述厚部的中心并且与所述电流中断阀接合。当所述电池壳中的气压增加到或高于所述指定级别时，所述电流中断阀升高到所述连接端子侧，所述薄部在与所述电流中断阀接合的部分的周围断裂，并且所述连接端子与所述电极体电气中断。所述绝缘体被设置在所述薄部断裂的部分中，并且在所述薄部断裂之后介于所断裂的薄部的两个边缘之间。
在此，所述绝缘体为膜。所述绝缘体可被设置在所述电流中断阀与所述集电体之间。所述薄部形成有凹痕，该凹痕确定要断裂的部分，并且所述绝缘体可延伸超出所述凹痕到达所述要断裂的部分。所述绝缘体附接到位于所述薄部和所述电流中断阀接合的部分的所述集电体侧的表面，并且可以覆盖所述薄部的至少一部分。所述薄部形成有凹痕，该凹痕确定要断裂的部分，并且所述绝缘体可附接到位于要从所述凹痕断裂的部分的一侧的所述薄部，并且延伸超出所述凹痕到达所述要断裂的部分的外侧。
附图说明
下面将参考附图描述本发明的示例性实施例的特征、优点、以及技术和工业意义，在所述附图中，相同的附图标记表示相同的部件，其中：
图1是根据本发明的一个实施例的锂离子电池的外部透视图；
图2是示出根据本发明的实施例的被安装在锂离子电池中的卷绕电极体的视图；
图3是示出根据本发明的实施例的被附接到卷绕电极体的正电极集电体(内部端子)的透视图；
图4是根据本发明的实施例的电流中断装置的截面图；
图5是根据本发明的实施例的电流中断装置的分解透视图；
图6是根据本发明的实施例的电流中断装置的电流中断部的放大视图；
图7是示出根据本发明的实施例的绝缘座的内侧的透视图；
图8是示出根据本发明的实施例的绝缘膜的视图；
图9是根据本发明的实施例的电流中断装置的电流中断部的放大图；
图10是根据本发明的实施例的电流中断装置的电流中断部的放大图；
图11是示出根据本发明的实施例的绝缘膜的孔的引导(guide)的视图；
图12是根据本发明的另一实施例的电流中断装置的电流中断部的放大图；
图13是根据本发明的另一实施例的电流中断装置的电流中断部的放大图；
图14是根据本发明的另一实施例的电流中断装置的电流中断部的放大图；
图15是示出根据本发明的另一实施例的电流中断装置的绝缘膜的直径的引导的视图；以及
图16是示出其中安装有根据本发明的实施例的锂离子电池的车辆的视图。
具体实施方式
下面将描述根据本发明的实施例的二次电池。不用说，在描述实施例时不会有任何专门限制本发明的意图。此外，每个附图中的尺寸关系(例如长度、宽度和厚度等)不反映实际尺寸关系。具有相同作用的构件或组件由相同的附图标记表示，对它们的描述将不会被重复或者将被简化。
下面将描述锂离子电池作为实例，在该锂离子电池中，卷绕型电极体(下面称为“卷绕电极体”)和非水电解液被容纳在多边形(即，盒型长方体)壳体中。需要指出，二次电池的类型不限于本发明中的锂二次电池(通常是指包括非水电解质的锂离子电池)，只要包括此处要公开的电流中断装置即可。本发明也可应用于其它类型的二次电池，例如镍氢电池。而且，电池结构不受限制，因此，本发明不特别限于多边形电池。例如，描述了卷绕电极体作为电极体的实例，但是，也可替代地使用层压型电极体。而且，描述了扁平状的卷绕电极体作为卷绕电极体的实例，但是，卷绕电极体可具有圆柱形状。
图1是根据本发明的实施例的锂离子电池10的外部透视图。图2是示出被安装在锂离子电池10中的卷绕电极体50的视图。在图2中，以部分展开的状态示出每个片(正电极片220、负电极片240和隔离物262、264)，从而示出卷绕电极体50的卷绕结构。
根据本发明的实施例的锂离子电池10通过扁平的多边形电池壳(也就是说，外部容器)12来配置，如图1所示。如图2所示，在锂离子电池10中，扁平状的卷绕电极体50与未示出的液体电解质(电解液)一起被容纳在电池壳12中。
<<电池壳12>>
电池壳12由盒型(换言之，有底的长方体)壳主体14和密封板16(盖体)形成，壳主体14在一端(在电池10的正常使用期间对应于其上端)具有开口，密封板16由附接到开口以密封开口的矩形板构件形成。密封板16被焊接到壳主体14的开口的周边边缘。因此，电池壳12具有六面体形状并且具有密封结构，此结构包括成对的壳宽幅面14A和四个矩形壳表面14B，壳宽幅面14A面向扁平状卷绕电极体50的宽幅面，矩形壳表面14B与壳宽幅面14A邻接(也就是说，其矩形壳上表面被配置为密封板16)。
电池壳12的材料不做具体限制，只要在普通密封电池中使用即可。电池壳12优选地主要由具有高导热性的、重量轻的金属材料形成。此类金属材料的实例包括铝、不锈钢和镀镍钢。根据该实施例的电池壳12(壳主体14和密封板16)由铝或主要由铝形成的合金形成。
如图1所示，用于外部连接的正电极端子18(外部端子)和负电极端子20(外部端子)在密封板16上形成。适当成形的端子可基于根据该实施例的锂离子电池10的使用模式而被附接到这些外部端子18、20。
在电池壳12的内部压力增加到或高于指定级别(例如，设定的阀断开压力约为0.3MPa到1.0MPa)时释放内部压力的薄安全阀40、以及液体注入端口42在密封板16上的两个端子18、20之间形成。需要指出，图1示出这样的状态：其中，在从液体注入端口42注入液体之后，使用密封材料43密封液体注入端口42。
<<卷绕电极体50(电极体)>>
如图2所示，卷绕电极体50包括长片状正电极(正电极片220)，与正电极片220类似的长片状负电极(负电极片240)，以及两个长片状隔离物(隔离物262、264)。
<<正电极片220>>
正电极片220包括带状正电极集电箔221和正电极活性材料层223。适合于正电极的金属箔可优选地被用于正电极集电箔221。例如，可使用具有指定宽度、以及大约15μm厚度的带状铝箔作为正电极集电箔221。非涂覆部222沿着正电极集电箔221的宽度方向上的一个边缘被设置。在所示实例中，正电极活性材料层223被保持在正电极集电箔221中的除设置在正电极集电箔221中的非涂覆部222之外的两个表面上。正电极活性材料层223包含正电极活性材料。通过使用包含正电极活性材料的正电极混合物涂覆正电极集电箔221来形成正电极活性材料层223。
可以不受任何限制地使用常用于锂离子电池的一种、两种或更多种材料作为正电极活性材料。优选实例包括：包含锂和过渡金属元素作为组成金属元素的氧化物(锂过渡金属氧化物)，例如锂镍氧化物(例如，LiNiO2)、锂钴氧化物(例如，LiCoO2)和锂锰氧化物(例如，LiMn2O4)；包含锂和过渡金属元素作为组成金属元素的磷酸盐，例如磷酸锂锰(LiMnPO4)和磷酸锂铁(LiFePO4)。
<<导电材料>>
描述了诸如碳粉或碳纤维之类的碳材料作为导电材料的实例。可单独使用从这种碳材料中选择的一种类型，也可组合地使用其中的两种或更多种。可使用多种类型的碳黑(例如，乙炔黑、油炉黑(oil-furnace black)、石墨碳黑(graphite carbon black)、碳黑、石墨、科琴黑)和石墨粉，作为碳粉。
<<粘合剂>>
粘合剂粘合正电极活性材料层中包含的正电极活性材料颗粒和导电材料颗粒，并且还粘合这些颗粒和正电极集电箔221。可使用能够在溶剂中溶解或分散的聚合物作为此类粘合剂。例如，在使用水溶剂的正电极混合物组成中，可以优选地采用可在水中溶解的聚合物或可在水中分散的聚合物，例如纤维素聚合物(羧甲基纤维素(CMC)、羟丙基甲基纤维素(HPMC)等)、含氟树脂等(例如，聚乙烯醇(PVA)、聚四氟乙烯(PTFE)、四氟乙烯-六氟丙烯共聚物(FEP)等)、或橡胶(醋酸乙烯酯共聚物、苯乙烯-丁二烯共聚物(SBR)、含丙烯酸的SBR树脂(SBR乳胶)等)。此外，在使用非水溶剂的正电极混合物组成中，可以优选地采用聚合物(聚偏二氟乙烯(PVDF)、聚偏二氯乙烯(PVDC)、聚丙烯腈(PAN)等)。
<<负电极片240>>
如图2所示，负电极片240包括带状负电极集电箔241和负电极活性材料层243。适合于负电极的金属箔可优选地被用于负电极集电箔241。对于负电极集电箔241，使用具有指定宽度、以及大约10μm厚度的带状铜箔。非涂覆部242沿着负电极集电箔241的宽度方向上的一个边缘被设置。负电极活性材料层243在负电极集电箔241中的除在负电极集电箔241中设置的非涂覆部242之外的两个表面上形成。负电极活性材料层243被保持在负电极集电箔241上，并且至少包含负电极活性材料。通过使用包含负电极活性材料的负电极混合物涂覆负电极集电箔241来形成负电极活性材料层243。
<<负电极活性材料>>
可以不受任何限制地使用用于普通锂离子电池的一种、两种或更多种材料作为负电极活性材料。优选实例包括诸如石墨碳和非晶碳之类的碳材料、锂过渡金属氧化物、和锂过渡金属氮化物。此外，可描述由多孔聚烯烃树脂形成的隔离物片作为上述隔离物片的优选实例。
<<隔离物262、264>>
如图2所示，隔离物262、264分隔正电极片220和负电极片240。在该实例中，隔离物262、264中的每一者由具有指定宽度、且包含多个微孔的带状片材料形成。例如，可使用由多孔聚烯烃树脂形成的单层结构隔离物或层压结构隔离物，作为隔离物262、264。在该实例中，如图2所示，负电极活性材料层243的宽度b1稍大于正电极活性材料层223的宽度a1。而且，隔离物262、264的宽度c1、c2稍大于负电极活性材料层243的宽度b1(c1、c2>b1>a1)。
需要指出，隔离物262、264中的每一者由图2所示的实例中的片状构件形成。可将任何构件用于隔离物262、264，只要该构件能够使正电极活性材料层223和负电极活性材料层243绝缘，并且还允许电解质移动即可。因此，隔离物262、264不限于片状构件。作为片状构件的替代，隔离物262、264中的每一者可由在正电极活性材料层223的表面或负电极活性材料层243的表面上形成的绝缘颗粒层形成。在此，绝缘颗粒可由具有绝缘性质的无机填料(例如，金属氧化物或金属氢氧化物填料)或绝缘树脂颗粒(例如，聚乙烯或聚丙烯颗粒)形成。
<<液体电解质(电解液)>>
可以不受任何限制地使用被用于普通锂离子电池的非水电解液或与非水电解液类似的溶液，作为液体电解质(电解液)。此类非水电解液通常具有这样的组成：其中适当的非水溶剂包含支持盐。例如可从以下项构成的组中选择一种、两种或更多种：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、1,2-二乙氧基乙烷、四氢呋喃、1,3-二氧戊环等，作为非水溶剂。此外，作为支持盐，诸如LiPF6、LiBF4、LiAsF6、LiCF3SO3、LiC4F9SO3、LiN(CF3SO2)2、LiC(CF3SO2)3之类的锂盐可被使用。作为实例，可描述这样的非水电解液：其中，碳酸亚乙酯和碳酸二乙酯的混合溶剂(例如，质量比为1:1)包含浓度约为1mol/L的LiPF6。需要指出，也可采用固态或胶状电解质替代电解液。
<<卷绕电极体50的附接>>
在该实施例中，如图2所示，对卷绕电极体50施压并进行弯曲以使其在与卷绕轴WL正交的一个方向上变得扁平。在图2所示的实例中，正电极集电箔221的非涂覆部222和负电极集电箔241的非涂覆部242以螺旋状暴露于隔离物262、264的两侧。
图3是示出被附接到卷绕电极体50的正电极集电体60(内部端子)的透视图。在该实施例中，如图3所示，非涂覆部222(242)的中间部224被聚集并焊接到在电池壳12中设置的正电极集电体60(内部端子)。
<<正电极集电体60(内部端子)>>
在此，正电极集电体60(也可被称为“内部端子”)是电连接到被容纳在电池壳12中的卷绕电极体50的构件。在该实施例中，正电极集电体60由铝或含有铝作为主材料的合金(铝合金)制成。如图3所示，正电极集电体60包括内部端子部61，臂部62、63，以及集电接头(tab)64、65。内部端子部61基本是矩形平板。臂部62、63从内部端子部61的对边延伸。集电接头64、65是焊接部，其被设置在臂部62、63的末端(tip)。
在该实施例中，如图2所示，以螺旋状卷绕的正电极片220的正电极非涂覆部222基本呈椭圆形暴露在被施压并弯曲以变扁平的卷绕电极体50的在卷绕轴方向上的一侧。如图3所示，内部端子部61被设置为面向基本呈椭圆形暴露的正电极非涂覆部222的一侧的弯曲部(图3所示的实例中的上弯曲部)的弯曲面。臂部62、63中的每一者具有从内部端子部61弯曲的形状。臂部62、63延伸到非涂覆部222(242)的中间部224，以便在臂部62、63之间保持基本呈椭圆形暴露的正电极非涂覆部222。如图3所示，非涂覆部222的中间部224被捆绑(bundle)。中间部224被保持在设置于臂部62、63的末端的集电接头64、65之间。然后，集电接头64、65和非涂覆部222的中间部224被焊接在一起。
图3仅示出卷绕电极体50的正电极侧，但是，未示出的其负电极侧具有相同的结构。用于外部连接的负电极端子20经由负电极集电接头和负电极集电体(未示出，且被设置在电池壳12中)被电连接到卷绕电极体50。
<<电流中断装置80>>
如上所述，锂离子电池10包括电池壳12和被容纳在电池壳12中的卷绕电极体50(电极体)。锂离子电池10包括电流中断装置80，该装置在电池壳12的内部压力变得异常高时切断电池电流。在该实施例中，电流中断装置80在正电极中的电池电流导通路径中，在正电极端子18(外部端子)与正电极集电体60(内部端子)之间构造。
如图3所示，正电极集电体60(内部端子)的内部端子部61基本为矩形平板，并且被形成为在其中央具有圆形薄部71。薄部71的周边(厚部72)充分地比薄部71厚，并且具有所需的刚性。在该实施例中，厚部72被形成为在两侧具有开口73、74，其中，薄部71位于开口73、74之间。此外，在厚部72的四个角处形成附接孔75。
<<薄部71>>
如图3到图5所示，在该实施例中，薄部71在厚部72的中央被形成为基本呈圆形。另外，在该实施例中，薄部71由铝或铝合金形成。在中央上，沿着具有指定直径的圆形形成环形凹痕76(锐角凹槽)。凹痕76可通过使用锐角刀片雕刻而形成。孔77在径向上形成在凹痕76的内侧。
在此，图4示出这样的横截面：其沿着电池壳12的厚度方向穿过正电极端子18(外部端子)的近似中央部分。图5是电流中断装置80的每个组件的分解透视图。图6是电流中断装置80的电流中断部的放大视图。
<<正电极端子安装孔16A>>
在该实施例中，如上所述，锂离子电池10的电池壳12包括多边形壳主体14和密封板16(盖体)，壳主体14的一个表面开口，而密封板16附接到壳主体14(请参阅图1)。在密封板16上设置正电极端子18(外部端子)，针对正电极端子18构造电流中断装置80(请参阅图4)。正电极端子18经由电流中断装置80被电连接到电池壳12中的正电极集电体60(内部端子)以及卷绕电极体50的正电极元件(请参阅图3)。如图4所示，密封板16被形成为具有正电极端子安装孔16A。在正电极端子安装孔16A的周围设置台阶16A1，用于安装正电极端子18。
<<正电极端子18的结构>>
在此，如图4到图6所示，包含电流中断装置80的正电极端子18包括连接端子21、第一垫圈22、第二垫圈23、绝缘座24、Z端子25、电流中断阀26(回动板)，以及作为绝缘体的绝缘膜27(请参阅图6)。需要指出，绝缘膜27在图4和图5中未示出。
<<连接端子21>>
在该实施例中，如图4和图5所示，连接端子21被固定到形成于密封板16中的正电极端子安装孔16A。在该实施例中，连接端子21具有铆钉状结构，连接端子21通过该结构被插入并固定到正电极端子安装孔16A，并且连接端子21包括圆筒部31和头部32。头部32被设置在圆筒部31的一端，并且以平板状从圆筒部31的端部向外径侧扩展。以平板状扩展的头部32的外径端33具有这样的形状：其在周向上连续，并且在沿着圆筒部31的轴与圆筒部31分离的方向上升高。外径端33的末端充当连接端子21的一端上的开口。用于容纳电流中断阀26的容纳部34被设置在外径端33的末端。容纳部34设置有台阶，盘形电流中断阀26被安装到该台阶上。
<<第一垫圈22、第二垫圈23>>
第一垫圈22和第二垫圈23中的每一者为具有绝缘性质的弹性部件，例如橡胶。第一垫圈22和第二垫圈23被安装在连接端子21与密封板16之间的间隙中。第一垫圈22和第二垫圈23使连接端子21和密封板16绝缘，并且确保电池壳12中安装有连接端子21的部分的气密性。
在该实施例中，第一垫圈22基本为盘形构件，其被设置为在密封板16的外侧覆盖正电极端子安装孔16A的周边。第二垫圈23包括圆筒部23a和平板部23b。圆筒部23a被设置在第二垫圈23的一端。平板部23b以平板形(在该实施例中为盘形)从圆筒部23a的一端朝外径向延伸。第二垫圈23的圆筒部23a被安装到连接端子21中的圆筒部31的外周，并且与连接端子21的圆筒部31一起被插入正电极端子安装孔16A中。第二垫圈23的平板部23b沿着密封板16的内侧从正电极端子安装孔16A延伸，并且被保持在密封板16的内表面与连接端子21的头部32之间。
<<绝缘座24>>
图7是示出绝缘座24的内侧(其附接有连接端子21的外径端33和正电极集电体60(内部端子)的一侧)的透视图。如图4、图5和图7所示，绝缘座24基本为环形板，并且是具有绝缘性质的构件(例如，由树脂制成的构件)。安装有第二垫圈23的圆孔24a在绝缘座24的中央形成。在绝缘座24的下侧(正电极集电体60(内部端子)侧)，支持部24b、24c、24d在连接端子21的头部32的周围朝着正电极集电体60(内部端子)延伸。支持部24b、24c、24d被设置有突起24e、24f、24g、24h。
如图4所示，绝缘座24被附接到密封板16的内表面并且介于密封板16的内表面与连接端子21的头部32之间。绝缘座24使密封板16和连接端子16绝缘，并且将连接端子21的头部32固定到密封板16的内表面。
<<Z端子25>>
Z端子25是具有导电性质的环形板构件，在绝缘板16外侧被安装到连接端子21的圆筒部31上，并且被置于第一垫圈22上。
<<到密封板16的附接>>
如图4和图5所示，连接端子21、第一垫圈22、第二垫圈23、绝缘座24和Z端子25被附接到密封板16的正电极端子安装孔16A。
例如，第二垫圈23的圆筒部23a被安装到连接端子21的圆筒部31上。绝缘座24在密封板16的内表面上被安装到正电极端子安装孔16A的周围。然后，连接端子21的圆筒部31与第二垫圈23一起被从密封板16的内侧插入密封板16的正电极端子安装孔16A中。接下来，第一垫圈22被附接到连接端子21的从正电极端子安装孔16A突出的圆筒部31，并且被设置在密封板16上。而且，Z端子25被附接到圆筒部31，并且被设置在第一垫圈22上。在这种状态下，以圆筒部31的末端向外径侧扩展的方式对圆筒部31的末端施压，并且通过连接端子21塞严(caulk)密封板16。因此，连接端子21、第一垫圈22、第二垫圈23、绝缘座24和Z端子25被附接到密封板16的正电极端子安装孔16A。用于密封圆筒部31的开口的密封帽31a被插入圆筒部31的末端。电流中断阀26被附接到此类连接端子21的组件。
<<电流中断阀26>>
电流中断阀26由导电薄板形成。电流中断阀26也被称为回动板。电流中断阀26具有大致盘形的形状，此盘形可适合于连接端子21的在密封板16的内侧设置的容纳部34。电流中断阀26的中央部26a轻轻地弯曲并且从边缘隆起。电流中断阀26被安装到连接端子26的容纳部34上，以便其中央朝着电池壳12的内侧隆起。然后，电流中断阀26的边沿26b在整个周长上与容纳部34接合。因此，电流中断阀26密封连接端子21的在电池壳12内侧的开口21a。换言之，电流中断阀26以气密的方式分隔连接端子21的内侧和电池壳12的内侧。电流中断阀26和连接端子21例如可通过焊接(在该实施例中为激光焊接)进行接合。这样可确保所需的接合强度以及所需的气密性。
电流中断阀26被焊接到上述正电极集电体60(内部端子)的内部端子部61。电流中断阀26的中央部26a被安装到孔77，孔77在内部端子部61中的薄部71的中央处形成。然后，电流中断阀26的中央部26a和薄部71在孔77的边沿77a处被接合在一起。在该实施例中，电流中断阀26和薄部71通过激光焊接或电阻焊接进行接合。
在内部端子部61的四个角上设置的附接孔75安装到绝缘座24的突起24e、24f、24g、24h。然后，正电极集电体60的内部端子部61通过绝缘座24的突起24e、24f、24g、24h的热变形而被固定到绝缘座24上。
<<正电极的电气路径>>
作为采用上述结构的结果，如图3和图4所示，锂离子电池10的正电极(正电极端子18)被形成为具有从正电极片220的正电极非涂覆部222到被焊接到非涂覆部222的集电接头64、65(正电极集电体60)、臂部62、63、内部端子部61(正电极集电体60)、电流中断阀26、连接端子21和Z端子25的电气路径。此类电气路径和密封板16(电池壳12)通过第一垫圈22、第二垫圈23和绝缘座24绝缘。
<<电流中断装置80的操作>>
在此，内部端子部61的薄部71和电流中断阀26的中央部26a受到电池壳12的内部压力。此时，电池壳12的内部压力发生作用以将电流中断阀26升高到连接端子21侧。同时，在内部端子部61的薄部71周围设置的厚部72通过绝缘座24被固定到密封板16(电池壳12)上。这样，剪力在薄部71的与电流中断阀26接合的部分周围发生作用。然后，当电池壳12中的气压增加到或高于指定级别时，薄部71在薄部71的与电流中断阀26接合的部分的周围断裂，连接端子21与卷绕电极体50发生电气中断。
在该实施例中，环形凹痕76在内部端子部61的薄部71的中央处沿着具有指定直径的圆形成。薄部71在形成有凹痕76的部分中进一步变薄，并且剪力集中于此。因此，当薄部71因为电池壳12的内部压力作用于其上而断裂时，薄部71沿着凹痕76断裂。因此，薄部71断裂的部分由凹痕76确定。
<<绝缘膜27(绝缘体)>>
如图6所示，作为绝缘体的绝缘膜27被设置在薄部71要断裂的部分中，并且在薄部71断裂之后，在断裂的薄部71的两个边缘之间延伸。在该实施例中，如图6所示，绝缘膜27被设置在电流中断阀26与内部端子部61之间。图8是示出根据该实施例的绝缘膜27的视图。如图8所示，绝缘膜27为盘形膜并且具有圆孔27a。在圆孔27a周围形成裂缝(slit)27b。
圆孔27a大于电流中断阀26与内部端子部61之间的接合部，并且沿着小于在内部端子部61的薄部71中形成的凹痕76的圆形成。如图6所示，以使电流中断阀26和内部端子部61的接合部安装于圆孔27a的方式，将绝缘膜27设置在内部端子部61上。如上所述，绝缘膜27延伸到内部端子部61上的凹痕76的内侧。需要指出，绝缘膜27是薄膜材料，为了方便起见，未在图44中示出。
图9和图10示出当薄部71断裂时，绝缘膜27的状态。如图9所示，当电池壳12(请参阅图1)的内部压力增加，电流中断阀26和薄部71因此升高，并且绝缘膜27的内边沿升高时，此类绝缘膜27弯曲。
然后，如图10所示，一旦薄部71沿着凹痕76断裂，薄部71的与电流中断阀26接合的片71b穿过绝缘膜27的孔27a，并且移到绝缘膜27的上方(到达电流中断阀26侧)。在内部端子部61上，绝缘膜27延伸到其上形成有凹痕76的圆的内侧。在此状态下，绝缘膜27在断裂的薄部71的两个边缘之间(在断裂的薄部71的片71b与内部端子部61中剩余的薄部71的片71a之间)延伸。
因此，即使电流中断阀26恢复到原始形状，绝缘膜27也介于断裂的薄部71的片71b与内部端子部61中剩余的薄部71之间。这阻止了断裂的薄部71的片71b与内部端子部61中剩余的薄部71的片71a接触。因此，可阻止电流中断阀26再次电连接到内部端子部61。
例如，可将具有绝缘性质的薄膜用于此类绝缘膜27，并且绝缘膜27优选地具有所需的挠性和张力(弹性、强度)。可将诸如聚丙烯(PP)、聚乙烯(PE)或聚苯硫醚(PPS)之类的树脂膜用于此类绝缘膜27。此外，在这种情况下，可将厚度例如约为20μm到100μm的膜用于绝缘膜27。
需要指出，如图6所示，在绝缘膜27被设置在薄部71上的实施例中，绝缘膜27的圆孔27a的内径优选地小于薄部71的凹痕76的直径。如果绝缘膜27的圆孔27a的内径小于薄部71的凹痕76的直径，则在薄部71断裂之后，绝缘膜27在断裂的薄部71的两个边缘之间延伸。如果绝缘膜27的圆孔27a的内径充分地小于薄部71的凹痕76的直径，则在断裂的薄部71的两个边缘之间延伸的绝缘膜27的长度变长，从而能够可靠地抑制电流中断阀26再次电连接到内部端子部61。
另一方面，如果绝缘膜27的圆孔27a的内径比薄部71的凹痕76的直径小得多，则可以认为当薄部71断裂，并且电流中断阀26因此回动时，断裂的薄部71的片71b被绝缘膜27卡住(catch)。因此，可基于下面的等式确定绝缘膜27的圆孔27a的内径，其中以绝缘膜27的容许伸出裕量A(从其上形成有凹痕76的圆伸出的长度)作为基准。需要指出，根据该等式获取的值只是关于绝缘膜27的圆孔27a的内径的引导，并且圆孔27a的内径不一定限于该值：
X2+Y2＝Z2；A＝Z-X
在此，对于X、Y、Z和A(请参阅图11)进行以下说明：X：从电流中断阀26和薄部71的接合部W到薄部71的边沿的距离；Y：电流中断阀26的回动高度；Z：从回动之后的接合部到薄部71的边沿的距离；A：绝缘膜27的容许伸出裕量(从其上形成有凹痕76的圆伸出的长度)。
圆孔27a的内径应该由作为引导的通过A设定的容许伸出裕量确定。例如，圆孔27a可从其上形成有凹痕76的圆伸出这样的长度，约为通过A设定的容许伸出裕量的±20％。更优选地，圆孔27a可从其上形成有凹痕76的圆伸出这样的长度，约为通过A设定的容许伸出裕量的±15％，或者进一步约为通过A设定的容许伸出裕量的±10％。优选地，通过A设定的容许伸出裕量例如约为0.2mm到1.0mm。
已经描述了这样的实施例：其中，作为绝缘体的绝缘膜27被设置在电流中断阀26与内部端子部61之间。但是，绝缘体的设置不限于上述结构。
图12到图14示出电流中断装置80的另一实施例。图12示出这样的状态：其中，作为绝缘体的绝缘膜27被设置在根据另一实施例的电流中断装置80中。如图12所示，例如，作为绝缘体的绝缘膜27可被附接到薄部71与电流中断阀26之间的接合部的内部端子部61侧的表面。在这种情况下，绝缘膜27优选地被附接为覆盖薄部71的至少一部分。在该实施例中，薄部71被形成为具有凹痕76，此凹痕确定要断裂的部分。
因此，作为绝缘体的绝缘膜27优选地被附接到凹痕76内侧的薄部71，并且优选地延伸到凹痕76的外侧。如上所述，优选地，绝缘膜27在薄部71断裂的部分的内侧被附接到薄部71与电流中断阀26之间的接合部，并且绝缘膜27的外边缘27c延伸到薄部71断裂的部分的外侧。
在图12所示的实施例中，绝缘膜27例如为圆形膜。薄部71不具有图6所示的孔77，并且薄部71与电流中断阀26的中央部26a对齐并与其接合。在此，薄部71优选地通过激光焊接被接合到电流中断阀26的中央部26a。绝缘膜27被附接到薄部71中这样的表面：该表面与被焊接到此类电流中断阀26的薄部71的中心处(接合部W的内侧)的电流中断阀26相反。如上所述，薄部71与电流中断阀26之间的接合结构不限于针对图6所示的实施例描述的结构。
图13和图14示出当薄部71断裂时，绝缘膜27的状态。当电池壳12(请参阅图1)的内部压力增加时，电流中断阀26和薄部71升高。电流中断阀26和薄部71在升高的同时发生弯曲。此时，绝缘膜27也随着薄部71的变形而发生弯曲。而且，当电池壳12(请参阅图1)的内部压力增加到或高于指定级别时，薄部71沿着图13所示的凹痕76断裂。一旦薄部71断裂，薄部71的与电流中断阀26接合的片71b便与内部端子部61中剩余的薄部71的片71a分离。
此时，绝缘膜27被接合到薄部71的与电流中断阀26接合的片71b。如图14所示，绝缘膜27穿过在内部端子部61的剩余薄部71的片71a中形成的孔71c，并且移到内部端子部61上方(内部端子部61的电流中断阀26侧)。在移到内部端子部61上方(内部端子部61的电流中断阀26侧)之后，绝缘膜27延伸到薄部71的与电流中断阀26接合的片71b的外侧。在这种状态下，绝缘膜27在断裂的薄部71的两个边缘之间(在断裂的薄部71的片71b与内部端子部61中剩余的薄部71的片71a之间)延伸。
因此，即使电流中断阀26恢复到原始形状，绝缘膜27也介于断裂的薄部71的片71b与内部端子部61中剩余的薄部71的片71a之间。这样，断裂的薄部71的片71b不会再次接触内部端子部61中剩余的薄部71的片71a。因此，抑制电流中断阀26再次电连接到内部端子部61。如上所述，绝缘膜27可附接到薄部71与电流中断阀26之间的接合部的内部端子部61侧的表面。
需要指出，如图12所示，在绝缘膜27被设置在薄部71之下的实施例中，绝缘膜27的直径优选地大于薄部71的凹痕76的直径。如果绝缘膜27的直径大于薄部71的凹痕76的直径，则在薄部71断裂之后，绝缘膜27在断裂的薄部71的两个边缘之间延伸。如果绝缘膜27的直径充分地大于薄部71的凹痕76的直径，则在断裂的薄部71的两个边缘之间延伸的绝缘膜27的长度增加。因此，电流中断阀26能够可靠地被抑制再次电连接到内部端子部61。另一方面，如果绝缘膜27的直径比薄部71的凹痕76的直径小得多，则电流中断阀26可能再次电连接到内部端子部61。
因此，可基于下面的等式确定绝缘膜27的直径，其中以绝缘膜27的容许伸出裕量A(从其上形成有凹痕76的圆伸出的长度)作为基准。需要指出，根据该等式获取的值只是关于绝缘膜27的直径的引导，并且绝缘膜27的直径不一定限于该值：
X2+Y2＝Z2；A＝Z-X
在此，对于X、Y、Z和A(请参阅图15)进行以下说明：X：从电流中断阀26和薄部71的接合部到薄部71的边沿的距离；Y：电流中断阀26的回动高度；Z：从回动之后的接合部到薄部71的边沿的距离；A：绝缘膜27的容许伸出裕量(从其上形成有凹痕76的圆伸出的长度)。
绝缘膜27的直径优选地由作为引导的通过A设定的容许伸出裕量确定。例如，绝缘膜27可从凹痕76伸出这样的长度，约为通过A设定的容许伸出裕量的±20％。更优选地，绝缘膜27可从凹痕76伸出这样的长度，约为通过A设定的容许伸出裕量的±15％，或者进一步约为通过A设定的容许伸出裕量的±10％。优选地，通过A设定的容许伸出裕量例如约为0.2mm到1.0mm。
如上所述，非常高的电流作用于车辆。因此，当锂离子电池10的电池电流被电流中断装置80中断时，优选地，可靠地维持电池电流的中断状态。如上所述，在根据本发明的实施例的锂离子电池10中，当锂离子电池10的电池电流被电流中断装置80中断时，绝缘膜27(绝缘体)在内部端子部61中断裂的薄部71的两个边缘之间延伸。因此，进一步地可靠地维持锂离子电池10中的电池电流的中断状态。在此，描述了膜作为介于内部端子部61中断裂的薄部71的两个边缘之间的绝缘体的实例。然而，介于内部端子部61中断裂的薄部71的两个边缘之间的绝缘体不一定为膜，只要它介于内部端子部61中断裂的薄部71的两个边缘之间，并且抑制电流中断阀26与内部端子部61再次彼此电连接即可。因此，绝缘体不一定为膜。
到目前为止，例示出锂离子电池作为根据本发明的实施例的二次电池。然而，根据本发明的实施例的二次电池不限于锂离子电池，可以应用于各种类型的密封电池。此外，作为二次电池的锂离子电池特别适合于要求高容量、高输出的车辆驱动电源用的二次电池，例如要求优异的输出特性的用于混合动力车辆、插电式混合动力车辆或电动车辆的驱动电池。在这种情况下，例如如图16所示，采用电池组1000作为实施例，在该电池组中，多个锂离子电池10组合并连接在一起，电池组1000可被优选地用作车辆的驱动电池，该驱动电池充当直接驱动车辆1的驱动轮的发动机(电动机)电源。

Claims (6)

1.一种二次电池，包括：
电池壳；
电极体，其被容纳在所述电池壳中；
连接端子，其被设置在所述电池壳中；以及
电流中断装置，其包括电流中断阀、集电体和绝缘体，该电流中断装置将所述连接端子电连接到所述电极体，并且在所述电池壳中的气压增加到或高于指定级别时，将所述连接端子与所述电极体电气切断，
其中所述电流中断阀由导电薄板形成并且附接到所述连接端子的位于所述电池壳内侧的开口，以便覆盖所述开口；
所述集电体包括：厚部，其被设置在面向所述电流中断阀的位于所述电池壳内侧的表面的位置处；以及薄部，其形成于所述厚部的中心并且与所述电流中断阀接合，
当所述电池壳中的气压增加到或高于所述指定级别时，伴随所述电流中断阀变形，所述薄部在与所述电流中断阀接合的部分的周围断裂，并且所述连接端子与所述电极体电气中断，并且
所述绝缘体被设置在所述薄部断裂的部分中，并且在所述薄部断裂之后介于所断裂的薄部的两个边缘之间。
2.根据权利要求1所述的二次电池，其中
所述绝缘体为膜。
3.根据权利要求2所述的二次电池，其中
所述绝缘体被设置在所述电流中断阀与所述集电体之间。
4.根据权利要求3所述的二次电池，其中
所述薄部形成有凹痕，该凹痕确定要断裂的部分，并且
所述绝缘体延伸超出所述凹痕到达所述要断裂的部分。
5.根据权利要求2所述的二次电池，其中
所述绝缘体附接到位于所述薄部和所述电流中断阀接合的部分的所述集电体侧的表面，并且覆盖所述薄部的至少一部分。
6.根据权利要求5所述的二次电池，其中
所述薄部形成有凹痕，该凹痕确定要断裂的部分，并且
所述绝缘体附接到位于要从所述凹痕断裂的部分的一侧的所述薄部，并且延伸超出所述凹痕到达所述要断裂的部分。
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