CN1151566C - 薄型电池 - Google Patents

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Abstract

要增强电池安全性，薄型电池需要在电池内部压力升高时确实地切断电连接。通过电绝缘垫圈设置上部阀盘和下部阀盘，上部阀盘一部分形成为凹状，下部阀盘一部分上形成有微孔和相连的薄壁部，上部阀盘凹部的底部与下部阀盘由微孔和薄壁部封闭的部分相熔结，这种结构构成使得下部阀盘的强度高于上部阀盘的强度。

Description

薄型电池
技术领域
本发明涉及一种薄型电池，具体来说，涉及一种设置在薄型电池中具有防爆功能的密封组件。
背景技术
近来，音频视频设备和个人计算机这类电池供电的电器存在无绳和便携趋势，需要小型、轻型和高能量密度的电池作为其驱动电源。具体来说，锂二次电池能量密度较高，并对其成为下一代电池寄予厚望，其潜在市场规模较大。此外，从电器薄型外观设计和有效利用空间这种观点出发，也有安装薄型电池的需要。
但已知封闭型电池，例如用锂金属或碳素材料作为负极的锂二次电池，存在这样一种问题，当处于短路、过充电或反向充电状态时，由于电解质或反应物质的分解，电池中产生和积聚有气体。
在这种短路、过充电或反向充电情况下，要防止电池爆炸，提出了一种例如日本公开112151/90号专利公报所揭示的防爆部件。具体来说，如图12所示，簧片202同因内部压力集结而变形的防爆阀门201配合，当内部压力达到规定值时，簧片202便脱离该防爆阀门201或撕裂，从而切断电流。图12中，防爆阀门201通过垫圈204装在电池壳体203内。
但这种构成，达到规定的内部压力时，若防爆阀门201并非确实地脱离簧片202，或撕开形成毛边的话，尽管防爆阀门201起到作用，但防爆阀门201与簧片202之间仍会保持导通状态，因而短路状态等便会持续下去。
或者，将这种圆柱体电池的防爆部件如薄型电池中所使用的那样应用于较小宽度尺寸的椭圆形密封板时，由于气体压力的有效接受面较小，椭圆形密封板其宽度较小，因而随内部压力升高造成的金属防爆阀门的变形不够充分，即便电池有较高的内部压力，防爆阀门也会失效。此外，薄型电池由于电池壳的抗压低于圆柱体电池，因而防爆阀门的作用压必须设定为低于圆柱体电池。故而需要减小弹性金属防爆阀门的厚度，以增加防爆阀门随内部压力升高而产生的变形。
而且，在电池较低内部压力状态下，若防爆阀门其厚度减小使得该金属防爆阀门产生足够变形的话，防爆阀门的作用压便发生波动，防爆阀门就会没法确实起作用。
另一方面，还提出一种如图11所示的防爆部件。图11中，防爆阀门301的一部分经熔结部分303与端接板302凸起的顶部电连接。随着电池内气体的积聚，防爆阀门301向上变形，当内部压力达到规定值时，熔结部分303便断开，端接板302和防爆阀门301互相分离，从而防爆阀门301与端接板302断开电连接。
这种结构当电池内部压力升高时，也因金属防爆阀门不够充分的变形和不均匀的熔结强度，尤其是正达到规定电池内部压力的话，防爆阀门的中央熔结部分就会断不开，电池内的电连接没法确实断开。
薄型电池也由于宽度方向的尺寸较小，强度较弱，当通过卷边密封时，就会使内侧容纳的部件变形，由于排出气体，因而电连接部件的薄壁部位会有麻烦。
发明内容
因此，本发明目的在于提供一种薄型电池用的防爆密封组件，它能够在电池其内部压力因短路、过充电或反向充电而提高时，通过确实地使密封组件阀门动作以切断电连接，来确保电池的安全和可靠性。
本发明的薄型电池包括：(1)顶面具有第一开口的第一容器，(2)第一容器中容纳的电极，(3)第一容器中容纳的电解质，以及(4)密封组件。
密封组件包括：(a)底面具有穿孔、顶面具有第二开口的金属制第二容器，(b)装在第二容器底部一侧具有导电性的下部阀盘，(c)装在下部阀盘的上部周边区域内的电绝缘垫圈，(d)装在电绝缘垫圈上表面一侧具有导电性的上部阀盘，以及(e)装在第二开口中位于上部阀盘上表面一侧、具有导电性的罩型端子。
通过与下部阀盘、电绝缘垫圈、上部阀盘和罩型端子各自的周边一起卷边来密封第二容器的外围。在此状态下，上部阀盘和罩型端子互相电气导通，罩型端子和第二容器互相电气绝缘，下部阀盘和第二容器互相电气导通。下部阀盘在穿孔相对应部位形成第一薄壁部。上部阀盘和下部阀盘具有一使第一薄壁部与上部阀盘的第一区域电气一体结合的接合部。
本发明这种构成，当电池内部压力因短路、过充电或反向充电而提高时，包含该接合部的上部阀盘就向外变形，而且由于此形变应力，包含该接合部的第一薄壁部被撕开，并与下部阀盘脱离。结果，上部阀盘与下部阀盘便互相电气隔离。
这种构成最好上部阀盘在第二区域形成第二薄壁部。因而，电池中产生的气体通过撕开的第一薄壁部，再撕开第二薄壁部，气体进一步通过撕开的第二薄壁部，排出到电池外面。因此，可以有效防止电池的突然温升或电池内部压力的上升。
这种构成最好在下部阀盘上形成与第一薄壁部相接的微孔。因而，使得通过该微孔的第一薄壁部完全被撕开，避免形成毛边等。因而，消除了未撕开部分或毛边保持导通状态的缺陷，因而可以将下部阀盘和上部阀盘之间的电气导通完全切断。此外，通过该微孔，气压可以更迅速地传送至上部阀盘，并能够使上部阀盘变形，利用该形变应力从下部阀盘撕下第一薄壁部。某些情况下可以通过调整下部阀盘第一薄壁部的厚度或长度，任意设定切断电连接的压力。
这种构成就阀盘在内部压力升高时的形变强度而言，最好下部阀盘的强度大于上部阀盘的强度。因而，抑制了下部阀盘因电池内部压力升高而造成的变形，可以防止切断以后上部阀盘与下部阀盘的接触。
这种构成最好上部阀盘的第一区域呈凹状，并通过激光焊接、超声波焊接、电阻焊接、熔融、锡焊等接合手段使该凹状的底部和下部阀盘的薄壁部电气接合，形成一接合部。因而，电池内部压力升高的话，便从下面往上面推动该接合部。当达到规定内部压力时，凹状中的接合部便从下面往上面大幅顶起，利用该顶起应力撕开第一薄壁部，并使之脱离下部阀盘。因此，可以彻底杜绝上部阀盘与下部阀盘的电气接触。
这种构成最好在罩型端子周边与上部阀盘之间设置金属加强板。因而，通过卷边密封时，加强板承受来自周边的压力，抑制上部阀盘和下部阀盘的变形，从而可以获得机械形变小的上部阀盘和下部阀盘。
这种构成最好在罩型端子和上部阀盘之间空间设置PTC(正温度系数)热敏电阻元件。因而，PTC热敏电阻元件检测温度，可以防止发生过电流。
附图说明
图1是示意本发明薄型电池用防爆密封组件一实施例的侧视截面图。
图2是图1中密封组件的透视分解图。
图3是示意本发明薄型电池用密封组件中所含的上部阀盘的第一薄壁部一实施例的透视图及侧视截面图。
图4是示意本发明薄型电池用密封组件中所含的上部阀盘的第一薄壁部另一实施例的透视图及侧视截面图。
图5是示意本发明薄型电池用密封组件中所含的上部阀盘的凹部一实施例的透视图及侧视截面图。
图6是示意本发明薄型电池用密封组件中所含的下部阀盘一实施例的透视图及侧视截面图。
图7是示意本发明薄型电池用密封组件中所含的下部阀盘另一实施例的透视图及侧视截面图。
图8是示意本发明薄型电池用密封组件中所含的下部阀盘不同实施例的透视图及侧视截面图。
图9是示意本发明薄型电池用密封组件中所含的金属加强板一实施例的侧视截面图。
图10是本发明薄型电池一实施例的主要部件的截面原理图。
图11是常规密封板的侧视截面图。
图12是常规电池密封板的侧视截面图。
具体实施方式
以下参见附图详细说明本发明实施例。
(实施例1)
图10示出本发明电池实施例的简化截面图。图10中，电极102和电解质103存放在具有开口的薄容器101中。薄容器101具有椭圆截面。防爆密封组件100设置在薄容器101的开口处，通过绝缘垫圈105密封。电极102包括夹有分隔体的阴极和阳极。防爆密封组件100一部分经簧片104与电极102电气连接。
图1示出密封组件100的详细截面图。图2示出密封组件100的透视分解图。图1和图2中，密封部件100具有通过带有开口的绝缘垫圈3设置的上部阀盘2和下部阀盘4。也就是说，下部阀盘4设置在金属壳体5内侧底部。有一电绝缘垫圈3设置在下部阀盘4上表面一侧周边。具体来说，绝缘垫圈3在中央具有开口。上部阀盘2通过绝缘垫圈3设置在下部阀盘4的上表面一侧周边。在下部阀盘4与上部阀盘2之间形成有间隙，它们互相电气绝缘。有一金属罩型端子1设置在罩型端子1的上表面一侧。电绝缘垫圈3设置在该罩型端子1上表面一侧的周边。金属壳体5的外围部分包含下部阀盘4、绝缘垫圈3、上部阀盘2、罩型端子1和绝缘垫圈3各自的周边，并使之卷边密封。
金属壳体5在其底部左右对称部位具有形成在第一区域内的第一穿孔7a和形成在第二区域内的第二穿孔7b。使用过程中，仅仅第一穿孔7a起到有效作用。在金属壳体5中形成两个穿孔7a、7b这种构成在组装密封组件时就不需要调整左右位置，从而便于组装。
上部阀盘2形成有第二薄壁部2a和凹部2b。下部阀盘4形成有微孔4a和与之相连的第一薄壁部4b。第一穿孔7a、第一薄壁部4b和凹部2b形成在互相对应的部位。第一薄壁部4b位于微孔4a的内侧部位和上部阀盘2的凹部2b熔融形成一个接合部10。下部阀盘4和上部阀盘2通过该接合部10电气连接。罩型端子1形成有穿孔1a。
在椭圆形密封组件场合，对罩型端子1进行卷边密封时，最好通过维持加到该端子外围边缘上的压力，防止内部部件变形。为了防止变形，在罩型端子1的周边和上部阀盘2之间设置一加强板6。该加强板6如图9所示由金属制成，在中央有一开口。
在防爆密封组件中，金属壳体的一部分与同极板102导通的簧片104焊接，该金属壳体5的内侧底部与下部阀盘4互相接触。下部阀盘4与上部阀盘2在接合部10互相电气导通。上部阀盘2的周边与金属罩型端子1接触。罩型端子1和金属壳体5通过绝缘垫圈3设置，并互相电气隔离。
按照这种构成，当因短路、电池过充电或反向充电而产生气体，使电池内部压力升高时，所产生气体便从金属壳体5底部的第一穿孔7a传送至接合部10，包括接合部10在内的上部阀盘便向外侧变形，包括接合部10在内的第一薄壁部4b便被变形应力撕裂，从而与下部阀盘4脱离。因此，上部阀盘和下部阀盘之间的电连接切断，从而切断电流。
或者当电池内部压力升高时，所产生的气体通过微孔4a，进入下部阀盘4和上部阀盘2之间的间隙，上部阀盘2的第二薄壁部2a被这种气体压力撕裂。所产生的气体通过第二薄壁部中的孔，释放到电池外面。
接合部10是利用激光焊接通过熔融上部阀盘2凹部2b的底部和形成在下部阀盘4与相连的薄壁部4b上的微孔4a所封闭的部位形成的。
上部阀盘2最好是一种弹性薄页。按照此构成，上部阀盘2便可以随内部压力的升高充分向上变形。在本实施例中，利用铝箔作为上部阀盘2。
本实施例中，上部阀盘2由铝制成，具有6至10kgf/cm2抗拉强度和0.10mm厚度。按照此构成，可以确实地防止上部阀盘2与下部阀盘4电气连接切断后再导通。
下部阀盘4最好由比上部阀盘2强度高的材料制成。按照此构成，下部阀盘4不太可能随电池内部压力的升高而向上变形，从而可以彻底防止下部阀盘4与上部阀盘2的接触。此外，电池内部压力升高时，可以抑制下部阀盘4的变形，防止上部阀盘2与下部阀盘4之间切断以后再接触。本实施例中，下部阀盘4由铝箔做成，具有14至18kgf/cm2抗拉强度和0.10mm厚度。
本实施例中，如图5所示，凹部2b形成在上部阀盘2的第一区域，该凹部2b的底部与下部阀盘4的第一薄壁部4b熔融。按照此构成，电池内部压力升高时，上部阀盘2的凹部2b便由该内部压力大幅从下往上顶起，从而可以增加上部阀盘2的变形。通过该顶起力，包括接合部10在内的第一薄壁部4b便从下部阀盘4上撕下，从而可以彻底防止上部阀盘2和下部阀盘4的电气连接。上部阀盘2充分变形，可以防止下部阀盘4和上部阀盘2的电接合部10切断以后再导通。通过在上部阀盘2上形成凹部2b，来增强上部阀盘2和下部阀盘4的粘接度和平整度，从而可以进行稳定的激光焊接。
作为在上部阀盘2上形成第二薄壁部2a的方法已知有以下方法。如图3所示，可以用金属冲头等击打形成环形、圆形、C型、或笔直型的薄壁部。或者，如图4所示，用钢球加合适的负载，形成局部半球形薄壁部。本实施例中，如图3所示，用圆形金属冲头形成第二薄壁部2a。电池内部压力超过规定值时，这种薄壁部2a便被撕裂，电池内的气体释放到电池外面。
下部阀盘4上的微孔4a和第一薄壁部4b可以形成为如图6、图7和图8所示的各种形状。本实施例中，如图6所示，以1.8mm间隔设有两个互相相对的穿孔槽作为微孔4a，并在这两个微孔4a之间形成一矩形第一薄壁部4b，从而第一薄壁部4b可以与微孔4a相连。第一薄壁部4b还可以按图7所示形状形成，形成圆形薄壁部4b，在薄壁部4b圆周上的相对位置上形成两个微孔4a。或者可以如图8所示，形成圆形薄壁部4b，在薄壁部4b圆周上形成微孔4a。同时，可以调整第一薄壁部4b的厚度或长度，任意设定电池的切断作用压。
图3至图8中，上部一侧附图均为透视图，并在下部一侧示出该透视图中沿A-A’线和B-B’线的截面图。
本实施例中，还可以在罩型端子1与上部阀盘2之间空间设置一PTC热敏电阻元件，以便能够防止过电流。
按本实施例构成，在上面提及的短路、过充电或反向充电状态，电池内部压力达到规定压力时，均确实地切断电连接。而且，在内部压力异常升高时，上部阀盘2第二薄壁部2a被撕开，释放内部压力。因此，可确保电池更高的安全性。
此外，通过在罩型端子1和上部阀盘2之间设置金属加强板6，可以在对椭圆形密封组件进行卷边密封时防止外围边缘压力造成内部部件变形。
按采用这种密封组件的电池实施例，表1中示出接合部随电池内部压力升高时的切断作用压。作为对照，在表1中示出采用如图11所示的常规密封组件测定电池接合部切断作用压的结果。
本实施例和现有技术的密封组件其切断作用压均设定为6kg/cm2。
(表1)
电池                           防爆阀门作用压     波动范围
现有技术密封板                 x＝9.32            x＝2.20
本发明密封板                   x＝6.30            x＝0.30
标准：
作用压--在5至7kg/cm2范围内为宜；
波动范围--在0.8以内为宜。
如表1所示，在采用本实施例密封组件的电池当中，包括接合部10在内的第一薄壁部4b确实从下部阀盘4上撕下。此时撕下时的作用压大约在6kg/cm2，符合规定的切断作用压。切断作用压的波动范围较小。
而采用现有技术密封部件的电池在大约9kg/cm2时起作用，该作用压比所设定压力高得相当多，而且波动范围宽。
工业实用性
综上所述，本发明将薄型电池的防爆密封组件应用于薄型电池。当电池内部压力因电池短路、过充电或反向充电而升高时，上部阀盘和下部阀盘的接合部便脱离，使得电连接被切断。因而，可以完满地防止阀盘不充分变形、不平整熔断或毛边造成的导通状态，可以确实地切断电连接。此外，还能将所产生的气体有效地释放到电池外面。

Claims (15)

1.一种薄型电池包括：(1)顶面具有第一开口的第一容器，(2)所述第一容器中容纳的电极，(3)所述第一容器中容纳的电解质，以及(4)密封组件，
其特征在于，所述密封组件包括：(a)底面具有穿孔、顶面具有第二开口的金属制第二容器，(b)装在第二容器底部一侧具有导电性的下部阀盘，(c)装在所述下部阀盘的上部周边区域内的电绝缘垫圈，(d)装在所述电绝缘垫圈上表而一侧具有导电性的上部阀盘，以及(e)装在所述第二开口中位于所述上部阀盘上表面一侧、具有导电性的罩型端子，
通过与所述下部阀盘、所述电绝缘垫圈、所述上部阀盘和所述罩型端子各自的周边一起卷边来密封所述第二容器的外围，所述上部阀盘和所述罩型端子互相电气导通，所述罩型端子和所述第二容器互相电气绝缘，所述下部阀盘和所述第二容器互相电气导通，所述下部阀盘在所述穿孔相对应部位形成第一薄壁部，所述上部阀盘和所述下部阀盘具有一使所述第一薄壁部与所述上部阀盘的第一区域电气一体结合的接合部，以及
当所述第一容器内的压力达到规定值时，包括所述接合部在内的所述第一薄壁部便撕开，与所述下部阀盘脱离，从而所述上部阀盘和所述下部阀盘互相电气隔离。
2.如权利要求1所述的薄型电池，其特征在于，所述上部阀盘在第二区域形成第二薄壁部，所述第一容器中产生的气体通过撕开所述第一薄壁部所形成的第一孔以便再撕开所述第二薄壁部，所述气体接着通过撕开所述第二薄壁部所形成的第二孔，释放到所述第一容器外面。
3.如权利要求2所述的薄型电池，其特征在于，所述罩型端子形成有一第三穿孔，所述气体通过所述第三穿孔，释放到所述第一容器外面。
4.如权利要求1所述的薄型电池，其特征在于，所述下部阀盘形成有微孔，当所述压力达到所述规定值时，所述第一容器中所述压力经所述微孔加到所述上部阀盘，所述上部阀盘因所述压力的作用而向外变形，包含所述接合部在内的所述第一薄壁部由所述上部阀盘变形产生的应力从所述下部阀盘撕下。
5.如权利要求1所述的薄型电池，其特征在于，所述下部阀盘比所述上部阀盘具有更高的机械强度。
6.如权利要求1所述的薄型电池，其特征在于，所述上部阀盘的所述第一区域具有凹状，所述凹状的底部与所述第一薄壁部相接形成所述接合部，所述凹状的所述接合部当所述第一容器中的所述压力达到所述规定值时向上表面一侧顶起，包含所述接合部在内的所述第一薄壁部由此时的顶起力撕开，并与所述下部阀盘脱离，从而所述上部阀盘与下部阀盘互相电气隔离。
7.如权利要求1所述的薄型电池，其特征在于，所述下部阀盘在所述第一薄壁部周围的至少一个位置形成有与所述第一薄壁部相连的微孔，包含所述接合部在内的所述第一薄壁部当所述第一容器内的压力达到所述规定值时便经过所述微孔撕开，与所述下部阀盘脱离，从而所述上部阀盘与所述下部阀盘互相电气隔离。
8.如权利要求1所述的薄型电池，其特征在于，所述第一薄壁部周围形成有多个微孔，所述多个微孔每一个处于互相远离的位置，包含所述接合部在内的所述第一薄壁部当所述第一容器内的压力达到所述规定值时便经过所述微孔撕开，与所述下部阀盘脱离，从而所述上部阀盘与所述下部阀盘互相电气隔离。
9.如权利要求1所述的薄型电池，其特征在于，在所述第一薄壁部一区域内形成有至少两个互相相对的穿孔槽，包含所述接合部在内的所述第一薄壁部当所述第一容器内的压力达到所述规定值时便经过所述两个穿孔槽撕开，与所述下部阀盘脱离，从而所述上部阀盘与所述下部阀盘互相电气隔离。
10.如权利要求1所述的薄型电池，其特征在于，所述罩型端子周边与所述上部阀盘周边之间安装有导电加强板。
11.如权利要求1所述的薄型电池，其特征在于，所述罩型端子与所述上部阀盘之间间隙设置有正向特性热敏电阻元件。
12.如权利要求1所述的薄型电池，其特征在于，所述下部阀盘具有比所述上部阀盘较高的机械强度，所述上部阀盘形成有第二薄壁部，所述第一区域形成有凹状，所述凹状底部与所述第一薄壁部相接，所述第一薄壁部周围形成有多个微孔，所述多个微孔每一个处于互相远离的位置，所述凹部当所述第一容器内的所述压力达到所述规定值时便受到所述压力的作用向外顶起，包含所述接合部的所述第一薄壁部受到此时的顶起应力从所述下部阀盘上撕下，接着，所述第二薄壁部被撕开，所述第一容器内产生的气体便通过这样撕开形成的孔，释放到所述第一容器外面。
13.如权利要求1所述的薄型电池，其特征在于，所述上部阀盘为金属薄页。
14.如权利要求1所述的薄型电池，其特征在于，所述下部阀盘为金属薄页。
15.如权利要求1所述的薄型电池，其特征在于，所述第一薄壁部的形状为圆形、C型、环形、笔直型和半球形当中至少一种。
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