CN1252170A - 电化学电池用的断流器 - Google Patents

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Abstract

一种电化学电池用的断流器。热敏感断流机构(38)集成在电化学电池用的端帽组件(10)内。热敏感机构(38)最好具有自由浮起的双金属盘(40)或形状记忆合金元件,当它暴露于高温时会变形引起端帽组件内的电通道中断。这样就防止了电流通过电池流动和有效地关闭了工作的电池。该热敏感机构(38)可以具有电阻元件,最好是齐纳二极管(700)以增加热敏感性。该端帽组件(10)可以具有压力敏感机构(48),当存在极高的气体压力积累时它会破损,气体可通过端帽组件(10)内的一系列通气孔(63,67)由电池内部排放到外部环境。

Description

电化学电池用的断流器
本发明涉及电化学电池用的断流器，它可在电池内温度或压力过度增加时安全地防止电流通过电池流动。
电化学电池，特别是高能密度电池，例如用锂作为激活材料的那些电池，易遭受泄漏或破损，而它们又引起由电池供电设备的损坏或周围环境的破坏。在可再充电电池的情况下，电池内部温度的升高可能是过充电的结果，不希望有的温度升高经常伴随有内部气体压力的相应升高。这种现象可能发生在外部短路情况下。希望的是，安全装置与电池组合时不会引起电池的成本、尺寸或重量的过度增加。
这种电池，特别是使用锂作为激活材料的可再充电电池，易于遭受泄漏或电池内部温度升高引起的损坏，它时常又伴随有压力的相应增加。引起这种现象的原因可能是使用不当，例如过充电或线路短路。同样重要的是电池应是密封的以防止电解液溢出和外界水份渗入。
如上所述，如果这种电池过充电，会出现自热现象。以过快的速度充电或过充电会导致温度升高。如果充电电压或充电电流过高会产生过充电，导致电池迅速过热，从而引起安全方面的担心。当温度超过某一点，此点随电池的化学和结构而变化，就会开始不希望的和不可控的热失控情况。此外，由于过热、内压积累，电解液可能突然由电池溢出。最好在这种现象发生前开始控制地排气。曾试图用正热膨胀系数(PTC)装置来防止过多的电流通过可再充电电池，PTC装置的电阻随着通过的电流量而增加。然而，如果电池过充电，例如，如果使用了过高的充电电压，单独使用PTC装置并不能防止热失控情况的产生。
普通的电池设计使用了端帽接头，当电池的阳极和阴极激活材料及适当的隔离材料和电解液装入圆筒壳体后，端帽接头插入圆筒壳体内。端帽与阳极或阴极材料之一电接触，以及端帽的暴露部分形成了电池的端子之一。电池壳体的一部分形成了另一个端子。
本发明具有一个或多个断流器机构，集成在单端帽组件内，它可成功地用于一次或二次(可再充电的)电池，例如，将端帽组件插入电池壳体的开口端。本发明的端帽组件特别适用于可再充电电池，例如，锂-离子及可再充电锂电池以及使用液体或聚合物电解液或聚合物/液体混合电解液的类似电池，以及镍金属氢化物、镍镉、或其他可再充电电池。本发明的端帽组件克服了电池高温暴露、过度或不正确充电或放电，或短路时电池过热和压力积累的危险。
在一个实施例中，本发明提供了一种电化学电池用的端帽组件，这种端帽组件具有集成在其内的热敏感断流机构，当电池内部的过热超过预定温度时，它启动以切断及防止电流通过电池。端帽组件具有暴露的端帽板作为电池的端子。当端帽组件使用于电池和电池正常工作时，端帽板与电池的电极(阳极或阴极)电连接。集成在端帽组件内的热启动断流机构具有双金属元件，当它暴露于超过预定值的温度时产生偏转。双金属元件的偏转推动活动的金属元件以隔断电池的一个电极与端帽端子板之间的电连接从而防止了电流通过电池。可替换的是，在本发明的另一实施例中可使用热敏感球来代替双金属元件。如果电池的温度超过预定值，则热敏感球熔化，引起其上的金属支撑元件足够的偏转以切断电池的一个电极与端帽的端子板之间的电通道。在本发明的另一实施例中，热敏感断流机构具有集成在端帽组件内的形状记忆合金元件。在电池正常工作时，形状记忆元件提供了端帽板和一个电池电极之间的一部分电通道，使电流能通过电池。当电池的温度达到预定值时，形状记忆元件偏转使电通道中断和立即切断通过电池的电流。
将一个二极管，最好是齐纳二级管放置在断流器组件内热敏感元件的附近，即双金属盘、形状记忆元件或可熔化球的附近。齐纳二极管(Zener diode)与电池的端子并联。如果电池被偶然过充电、长时间充电或过高电压充电将引起二极管发热，而这又引起双金属盘或形状记忆元件偏转或引起热敏感球(如果存在)的熔化，以切断上述电通道，从而关闭电池。一个可破损板或膜片可与热敏感断流机构一起集成在端帽组件内。当电池内的压力积累超过预定值时，该板或膜片破损使电池内的气体逸散到外部环境。
在另一实施例中，本发明提供了一种电池，特别是可再充电的电池用的端帽组件，其中端帽集成两个断流机构，一个为热敏感的和另一个为压力敏感的。该热敏感断流机构最好使用双金属元件、形状记忆元件或热敏感可熔化球，当电池内部的过热超过预定温度时，它们启动断流器和防止电流通过电池流动。该组件可以包括二极管，最好是齐纳二极管，置于热敏感元件的附近。齐纳二极管与电池的端子并联。如果电池偶然过充电、过长时间充电或以过高电压充电将引起二极管发热，而它又引起形状记忆元件偏转或热敏感球熔化以切断上述电通道从而关闭电池。可破损板或膜片可以与热敏感断流机构一起集成在端帽组件内。当电池内的压力积累超过预定值时，板或膜片使电池内的气体逸散到外部环境。
在另一实施例中本发明提供了一种电池，特别是可再充电的电池用的端帽组件，其中端帽集成两个断流机构，一个为热敏感的和另一个为压力敏感的，该热敏感断流机构最好使用双金属元件、形状记忆元件或热敏感可熔化球，当电池的内部过热超过预定温度时它们启动断流器和防止电流通过电充动。该组件可包括二极管，最好是齐纳二极管，设置在热敏感元件附近。齐纳二极管与电池的端子并联。如果电池偶然过充电、过长时间充电或以过高电压充电将引起二极管发热，而它又引起形状记忆元件偏转或热敏感球熔化以切断上述电通道从而关闭电池。当电池内的气体压力积累超过预定值时，压力敏感机构启动以切断电流。在这种情况下，压力断流机构可以引起端帽组件内的金属膜片偏转从而切断电端帽端子板和电池电极之间的电连接，从而防止了电流通过电池。在气体压力积累极高的情况下，金属膜片也会破损使气体流入端帽组件的内舱室和通过一系列通气孔排放到外部环境。
本发明的另一实施例提供了本发明的端帽组件用的密封机构。该密封机构防止了电解液、液体或气体由端帽内部漏到外部环境和防止了水份入电池。
参见下列附图对本发明的特点将会更好理解，附图中：
图1，2和3为通过图6的端帽组件的视线1-1切取的垂直横剖面图。
图1示出电路连接模式的热启动的断流机构和压力启动的断流机构。
图2示出电路中断模式的热启动的断流机构。
图3示出压力启动的，电路中断模式的压力启动的断流机构。
图4为另一实施例的端帽组件的垂直剖面图，它具有集成在其中的压力启动断流机构和热启动断流机构，其热能元件变软以释放弹性元件以开启电路。
图5为图1或图9实施例所示本发明的端帽组件各部件的展开透视图。
图6为端帽组件底部的透视图，示出抗压力板及其中的通气孔。
图7为本发明的端帽组件透视图，示出插入电池圆筒形壳体的开口端。
图8为完成的带有本发明端帽组件的电池的透视图，它插入电池圆筒形壳体的开口端，上述组件的端帽板组成了电池的端子。
图9为垂直横剖面图，示出电路连接模式的使用形状记忆元件的热启动断流机构和压力启动断流机构。
图10为垂直横剖面图，示出电路中断模式的使用形状记忆元件的热启动断流机构。
图11为形状与二极管子组件配合的椭圆盘的透视图。
图12为形状与二极管子组件配合的矩形盘的透视图。
本发明的端帽组件10(图1)可使用于一次或二次(可再充电的)电池。在一个最佳实施例中端帽组件插入电池典型的圆筒形壳体90(图7)内。电池具有正电极(放电阴极)、负电极(放电阳极)、隔离器和电解液以及分别与正电极和负电极电连接的正极和负极外端子。
现在参见图1，端帽组件10用于插入电池壳体的开口端，该端盖组件有热启动的断流器子组件38和在其内集成的压力释放子组件48。子组件38和48被一个公共的支承板60隔离开。子组件38和48被盖子30内的卷边环55保持在其内。盖子30限定了端帽组件10的外壁。断流器子组件38在其顶端被杯形端帽板20限定和在其底端被焊接在支承板60上的接触板15限定。杯形的端帽板20构成电池的一个外端子。支承板60将内部设有热启动子组件38的舱室68与内部设有压力释放子组件48的舱室78隔离开。接触板15与支承板60电连接，而当端帽组件10装入电池时支承板60又与电池的一个电极(阳极或阴极)电连接。热敏感电路断流器机构(40，50)的设置完成了接触板15和端帽20之间的电路。如果电池内的温度超过预定的门槛值，断流器机构启动以断掉端帽20和接触板15之间的电接触，从而防止电流通过电池流动。
压力释放子组件48具有薄的金属膜片70与抗压力板80连接，而抗压力板80借助焊接在其上的导电片87与电池电极88电连接[抗压力板为导电的和具有足够的厚度，它在较高的压力至少至约600磅/英寸2(4.14×106帕斯卡)没有实质上变形]。如果电池内的气体压力积累超过预定的门槛值，膜片70向外凸起切断与抗压力板80的电接触，从而防止电流通过电池。抗压力板80和支承板60最好也具有通孔73和63以帮助通气和释放电池内积累的压力。
在图1所示最佳实施例中，端帽组件10可以用于可再充电的电池，例如锂-离子可再充电的电池。(锂-离子可再充电的电池的特点是电池放电时锂离子由负电极向正电极转移以及电池充电时锂离子由正电极向负电极转移)。它典型地具有锂钴氧化物(LixCoO2)或锂镍氧化物(LiNixO2)或钴取代的锂镍氧化物(LiCOxNiyO2)或尖晶石晶体结构的锂镁氧化物(LixMn2O4)正电极。锂-离子电池典型地具有使用碳或氧化锡的负电极。负电极组成放电时电池的阳极和充电时电池的阴极。这种电池的电解液可以是溶解于非水溶剂混合物内的锂盐。盐可以是LiPF6和溶剂最好包括二甲基碳酸盐(DMC)、碳酸亚乙酯(EC)、丙烯基碳酸盐(PC)以及它们的混合物。本发明也适用于其他可再充电的电池，例如，镍金属氢化物电池和镍镉电池。端帽组件10具有端帽端子20，它典型地为可再充电的电池的正端子；金属支承板60，它组成了帽板20下面的支承座；和位于帽板20和支承板60之间的绝缘子盘35。端帽组件10最好设置了如图1所示支承板60下面的压力释放膜片70。膜片70可以焊接至下层的抗压力板80上。将膜片70的基面焊接到抗压力板80的凸起部分82上就可方便地实现上述焊接。膜片70应由导电材料制成和其厚度根据膜片的启动压力为约0.1至0.5毫米之间。膜片70希望由铝制成。膜片70最好压纹使其在预定的压力断掉。这就是说，膜片的表面可以冲压或蚀刻出纹路，使一部分的厚度小于其余部分。本发明使用的最佳膜片70在其表面压出“C”形半圆槽70a。槽的形状最好与膜片70周边主要部分的形状相同或相似和最好位于周边附近。产生通气的特定压力是可控的，可根据槽的深度、位置或形状以及材料的硬度等参数改变。当压力过火时膜片沿槽线断开。端帽20和支承板60限定它们之间的舱室68，其中设置热启动断流器子组件38。绝缘子盘35由周边基部35a和其下斜臂35b组成。下斜臂35b延伸进入膜片70的舱室68。膜片70的设计为当电池内的气体积累达到预定的门槛值时膜片破损。支承板60和膜片70之间的中间区形成了舱室78，在膜片70破裂时电池内积累的气体可以排出。
断流器子组件38具有热敏感双金属盘40，和金属接触板15，它与弹性的弹簧状元件50电接触。弹性元件50可以由单独的柔性元件组成，它具有外圆周边部分50a，由它径向向内延出盘保持片部分50c用以在电池的任何方位将双金属盘40自由保持在位，而不限制其快速移动作用。该元件可以在外周边部分50a的一点上焊接到端帽板20，中心接触部分50b与板15接触。此外，接触部分50b可以设计成具有减小的横截面，这样它就可以起到可断保险丝的作用以保护功率巨增的情况。双金属盘40处于与下斜臂35自由啮合位置。该臂为双金属盘40的支座。双金属盘40也最好具有中心孔用以接受金属接触板15的凸起的接触部分。接触板15最好焊接到支承板60上，以便为弹性元件50提供一个支持表面，如图1所示。端帽组件10也可具有二极管，最好是齐纳二极管芯片700。二极管的正极金属面720用导电钎料连接到端帽20上。金属丝或金属片形式的导电线702由二极管的负极面730引出。导线701可以连接至端帽组件的卷边环55。连接导线702可以焊接至负极面730。卷边环55与外壁30电连接，而后者又使用焊接到电池壳体90的方法与电池的负端子电连接。因此，由二极管伸出的负极导线702变成与电池的负端子(电池壳体)电连接。电绝缘体703设置在负极导线702的上方和下方并围绕它以防止与端帽20或端帽组件10内任何作为正极的内部金属部件接触。绝缘体703可以为聚酯或聚酰胺材料的薄膜。绝缘体703还可以使用聚氯乙烯代替。与此相同，暴露的二极管的金属负极面730也使用绝缘体703包复，例如聚酯或聚酰胺薄膜，以防止端帽组件10内二极管的负极面730和作为正极的金属部件接触。用于锂-离子电池，齐纳二极管700希望具有齐纳电压约5.0伏，最好在约4.7和5.0伏之间，以及瓦特数在约100和500微瓦之间，用于端帽组件10。用于锂-离子电池端帽组件320的优选的齐纳二极管700可以是齐纳二极管(500微瓦)晶片芯板，型号为CDC5230，其齐纳电压4.7伏，可由Compensated Devices Inc.Merose，Mass.供应。齐纳二极管700与导电线702、绝缘体703形成的二极管子组件的厚度在0.25和0.35毫米之间。
齐纳二极管700为双端子半导体结装置，它可以是晶片形式，例如薄椭圆晶片(图11)或多边形晶片，最好是矩形或正方形晶片(图12)或圆柱形晶片。晶片形式的齐纳二极管具有涂金属的正极端子面(阴极)720，负极端子面(阳极)730以及位于个端子面之间的芯部半导体结层715。结715典型地用二氧化硅保护。在圆柱形齐纳二极管内，半导体结位于圆柱内。圆柱的外表面形成了一个端子面和圆柱的一个端面形成了相反的端子。当齐纳二极管与电化学电池或直流电源连接时，它显示出有特征的电流/电压比曲线。齐纳二极管可以根据齐纳电压V*(击穿电压)和齐纳电压下的功率消耗(瓦特数)来预先选择。如果跨接二极管两端子的电压变化，通过二极管的电阻逐渐降低至齐纳电压V*。当电压接近或越过齐纳电压V*时，通过二极管的电阻大幅度降低。这意味着当电压离开齐纳电压V*大大增加时，二极管的电阻变得非常小和通过二极管的电流I变得非常大。当电流通过二极管时，二极管遭受I2R加热，其平衡表面温度与瓦特密度(单位表面面积的功率消耗)呈函数关系。
业已明确，正确选择二极管，最好是齐纳二极管和将二极管放置在端帽组件10内热敏感断流器盘40的附近提供了补充的安全性，这种情况是由于过高的充电电压或过高的充电电流导致电池暴露于过充电状态。在这种情况下二极管由于I2R加热而迅速变热，它又引起断流器盘40偏转以断开电极片87和端帽20之间的电通道和关闭电池。业已明确，装入齐纳二极管可以加速这种过充电时的关闭响应，因为断流器盘40暴露于和传感补充的热源，即二极管。齐纳二极管最好这样选择，使齐纳电压大大超出电池的正常工作电压，但同时有电压门槛值，以触发断流器盘40去关闭电池。齐纳二极管也可以这样选择，使热量达到足够引起断流器盘40偏转时齐纳电压携带的电流消散。最好也这样选择二极管，使电池不使用时电池仅有微不足道的漏电。对锂-离子电池希望选择的齐纳二极管在3.0伏电流时的漏电小于约100微安，最好为约20微安。
锂-离子电池的工作电压典型地在约3和4伏之间。因此，为锂-离子电池用端帽组件10和上述其他断流器端帽组件选择的正确的齐纳二级管希望具有齐纳电压约5.0伏，最好在约4.7和5.0伏之间，瓦特数在约100和500微瓦之间。当电池不使用时这种二极管给出可忽视的漏电以及在正常充电条件下不会产生足够的热量引起断流器盘40偏转。与锂-离子电池配合使用的端帽组件10用的优选的齐纳二极管700可以采用纳二极管(500微瓦)晶片芯板型号CDC5230，齐纳电压4.7伏，由Compensated Devices Inc.of Melrose Mass.供应。与锂-离子电池配合使用的端帽组件10用的可代替的齐纳二极管700可以是300微瓦的，晶片芯板型号CD4688，齐纳电压4.7伏。这种芯板的宽度约0.6毫米和厚度约0.25毫米。
虽然本发明的端帽组件使用的优选的二极管700为齐纳二级管，但在该位置也可使用其他二极管。例如，齐纳二极管可以被肖基二极管(Schottky diode)代替，或低能耗、低漏电的整流二极管代替。这种二极管也显示出希望的特性，即使用的电压增加时电阻降低，因此可以作为发热元件代替齐纳二极管，在电池遭受过充电情况下引起断流器盘40偏转。然而，这种二极管不如齐纳二极管好，因为它们在达到特定的电压，即预定的齐纳电压时并未显示出电阻的急剧下降。
在上述端帽组件的最佳实施例中的二极管700是与电池的端子固定地并联。在上述最佳实施例中，二极管的正极端子720和断流器的弹性元件50(图1)与电池的正极端子电连接。因此，当断流器的元件50偏转时，在正极端子和正电极之间的电通道被切断，与此同时关闭电池和停止二极管作用。装入二极管的代替的电路设计也可使用。其他的电阻，例如电阻器可以装在电路中一个或2个齐纳二极管的端子和将上述齐纳二极管的端子与相应极性的电池的端子连接处之间。还有，二极管700(图1)可以与电池的端子并联和断流器50可以与二极管串联，例如，如果二极管700的正极面720与接触板15或金属支承板60连接以代替与端帽20连接。在该实施例中当断流器的弹性元件50偏转时，二极管不会失去作用。由此可见，此处和权利要求中所使用的二极管700“并联”术语并不排除在管脚电路内插入补充的电阻器或断流器50的可能性，插在二极管的端子和将该端子与相应极性的电池端子连接的连接处之间。上述实施例所选二极管使电池仅有可忽略的漏电。为了完全消除电池上的惯性漏电，二极管的一个端子可以固定地连接在相应的电池端子上以及另一个端子通过开关连接在另一个相应的端子上，当电池插入充电装置或装置工作时开关可接通。
使用端帽组件10时无论装入或不装入内二级管700均不排除在正电极片87和正极端子20之间的电通道内增加正热膨胀系数(PTC)装置。如果增加正热膨胀系数装置，可将其装在端帽组件10内或它的外部。然而，上述实施例中装有齐纳二极管700的端帽组件10并不需要正热膨胀系数装置。当电流通过正热膨胀系数装置时它显示出电阻增加。然而，正热膨胀系数装置的电阻增加不足以阻止全部电流通过。因此，正热膨胀装置本身不能提供象上述端帽组件10的最佳实施例同样程度的保护，特别是电池遭受使用过高充电电压或过长时间充电引起的过充电时。此外，断流器盘40也可以反应出过度充电或放电，排除了在这种情况下使用正热膨胀系数装置保护的必要性。
还有一个电绝缘垫圈25通过端帽20的周边和沿膜片70的底周边延伸。如图1所示，垫圈25还与子组件38的外边邻接。还可以有一个金属环55用以卷边在垫圈25的顶边和顶住膜片70以密封端帽组件的内部部件。垫圈25使端帽20与卷边环55绝缘和形成支承板60和卷边环55之间的密封。端帽组件10的盖子30可由图5所示卷边圆筒件制成。在完成的电池组件内(图8)盖子30的外表面与电池壳体90的内表面接触。支承板60为子组件38的部件提供支持的基座，它最好为弓形以保持对垫圈25内表面的有效径向压缩力。支承板60可在其表面设置通孔63用于当膜片70破损时向上舱室68通气。进入上舱室68的气体通过端帽20内的初次通气孔67排放到外部环境。端帽组件的盖子30与电池壳体90接触，而电池壳体与相反的端子接触，在锂-离子可再充电的电池情况下，典型地与负极端子接触。因此，垫圈25提供了端帽20和外壁30之间的电绝缘，即电池的两个端子之间的电绝缘，从而防止了电池的短路。如图1所示，还可以有一个补充的绝缘环，即外壁30的顶部和压力板80之间的绝缘子托环42，这也是为了保证在电池的正端子和负端子之间没有短路。
膜片70最好为杯形，由铝制成，其厚度最好在约3和10密耳(mil)之间。在此种厚度当电池的内气体压力上升到至少在约100磅/英寸2和200磅/英寸2之间(6.894×105和13.89×105帕斯卡)时，膜片基部72和支承板80之间的焊缝破损以及膜片基部72凸起和与支承板80分离(图3)。(这种压力积累可以发生在以下情况，例如，如果电池在高于建议的电压充电或者电池短路或使用不当)然而，如果膜片基部72的厚度希望能方便地调节至在其他压力水平凸起，膜片基部72与支承板80脱离会断开膜片70和支承板80之间的全部电接触。这种脱离也断开了端帽20和电池电极88之间的电通道与支承板80的接触，从而使电流不能流入和流出电池，有效地关闭电池。甚至在电流通道被切断后，如果电池内的压力由于其他原因继续上升，例如，在炉内加热，通气膜片70也会优先在压力至少250和400磅/英寸2(17.2×105×27.6×105帕斯卡)破损以防止电池爆裂。在这种极端的情况下，膜片70的破损可使气体通过抗压力板80的通气孔73(图1和6)由电池内部排出，而气体由其进入下舱室78(图1)。然后气体通过支承板60的通气孔63(图1)和绝缘盘35的通气孔(如果需要，图中未示出)由下舱室78进入上舱室68。收集在上舱室68内的气体通过端帽板20内的初次通气孔67排放至外部环境。
本发明断流器的特点可以结合图1～3说明。应该注意，在所示的专门的实施例中，电池的一个电极在端帽组件10装入电池时通过搭接片87与支承板80接触。在电池正常工作时支承板80与端帽板20电接触。在锂-离子电池内电极88与支承板80接触，后者可以方便地作为正电极。该电极与电池壳体90绝缘。负电极(图中未示出)与电池壳体90连接。图1的实施例示出在热断流器双金属盘40或压力释放膜片70启动引起电流中断前的端帽组件的形状。在图1所示的这个专门的实施例中，支承板80与膜片70电接触，而膜片70与支承板60电接触。支承板60与接触板15电接触，而后者又与弹性元件50电接触，弹性元件50又与端帽20电接触。在图1所示本发明的集成化端帽设计中，电极88之间的电接触与压力板80和端帽20的接触有两种途径可以中断，如上所述，如果电池内的压力积累达到预定的门槛值，在膜片基部72凸起离开压力板80时，膜片70和压力板80之间的接触中断。这种电路中断防止了电流流入和流出电池。另一方面，如果电池过热，电池内部温度或二极管700的温度达到预定水平时，热断流子组件38的双金属盘40致动。这样一来双金属盘向上推进离开绝缘子35b，从而引起弹性元件50与接触板15脱开。这样就切断了电接搭接片80和端帽20之间的电通道，从而防止了电流流入和流出电池。本发明的一个优点是将此两种断流机构结合在单独的端帽组件10内，它可以作为单件插入电池的开口端。还有一个优点是将齐纳二极管700结合在端帽组件10内以提高热敏感性和增加安全性，特别是在由于长时间充电或使用过高充电电压引起电池发热的情况下。
双金属盘40最好不要使用机械方法固定到绝缘子盘35的下面，而是可自由活动，即如图1所示，处于盘臂35b上自由浮起状态。按照这种设计，任何时间，无论电池充电或放电时，均无电流通过双金属盘40。这是因为双金属盘40未启动时与接触板15没有电接触。然而，一旦电池过热超出预定的门槛温度，双金属盘40设计的正确校正作用使其速动或变形(图2)以推进弹性元件50脱离接触板15，从而防止了电池端子之间的电流流动。双金属盘40是这样校正的，使它具有预定的碟形，使达到给定的门槛温度值时盘被启动。上述双金属盘40在绝缘子盘臂35b上自由浮起的设计使任何时间，无论电池充电或放电时，均不允许电流从它通过。这关就使得双金属盘40的校正易于进行而精确，因为这里没有由于电流通过双金属板盘40时引起的发热效应(I2R加热)。双金属盘40很容易由两层具有不同热膨胀系数的异种金属组成。双金属盘40的顶层(最接近端帽20的层)为高热膨胀金属，最好为镍-铬-铁合金以及下层或底层为低热膨胀合金，最好为镍-铁合金。在该实施例中，当温度上升到至少约60至75℃时双金属盘40启动引起足够的变形以推进弹性元件50脱离与接触板15的接触。也有可能这样选择高、低热膨胀金属层，使盘40除了在温度低于-20℃外不需重调，在大多情况下它使装置成为单作用恒温装置。
上述部件使用的优选材料如下：端帽20最好用不锈钢或镀镍钢制成，厚度在约8至15密耳(0.2至0.375毫米)之间，以保证适当的支承、强度和耐腐蚀性。端帽组件10的外壁30也最好用不锈钢或镀镍钢制成，厚度在约8至15密耳(0.2至0.375毫米)之间。压力板80最好由铝制成，厚度在约10至20密耳(0.25至0.5毫米)之间，在中部与膜片基部72焊接接触点处的厚度可减少至约2至5密耳(0.05至0.125毫米)之间。绝缘子托环42可以用高温热塑性材料如高温聚酯树脂制成，以满足强度和耐火性，可使用的商品为General Electric PlasticsCompany供应的VALOX。卷边环55最好用不锈钢或镀镍钢制成，厚度在8至15密耳(0.2至0.375毫米)以满足强度和耐腐蚀性。膜片70最好用铝制造，厚度在约3至10密耳(0.075至0.25毫米)之间。当内部气体压力超过门槛压力值约100和250磅/英寸2(6.89×105和17.2×105帕斯卡)时，这种厚度的膜片断裂，脱离开压力板80的焊缝。一旦内部气体压力超过约250和400磅/英寸2(17.2×105和27.6×105帕斯卡)时，膜片70破损以补充释放气体压力积累。放置双金属盘40的绝缘子盘35最好用高压缩强度、高热稳定性和低成型收缩率的材料制造。制造盘35的适宜材料为液晶聚合物等，厚度在约10和30密耳(0.25和0.75毫米)之间，商品为Celanese Co.供应的VECTRA。支承板60最好用不锈钢或镀镍钢制造，以满足适当的强度和耐腐蚀性，厚度在约10和30密耳(0.25和0.75毫米)之间。弹性元件50最好用铍、铜、镍-铜合金、不锈钢等制造，这些材料具有优良的弹性作用和非常好的电导性。用铍-铜和镍-铜合金制成的弹性元件50的适当厚度在约3和8密耳(0.075和0.2毫米)之间以获得足够的强度和载流能力。这种材料可以是在接触区镀银或金或包层的以保证该区的低电阻。接触板15最好用镀金或银等精密金属的冷轧钢板制造以降低接触电阻和改善可靠性。它也可用镍-铜包复合金、不锈钢或镀镍钢制造。绝缘垫圈25典型地是用聚合物材料如尼龙或聚丙烯制成。围绕端帽组件部件的密封件应是气密的，以保证液态或气态的电解液不能进入端帽的舱室或由电池渗出。
端帽组件10完成后可以插入图7所示圆筒形电池壳体90的开口端95内。电池壳体90开口端处的周边焊接到端帽组件10的盖子30的外壁上，以保证端帽组件10与电池壳体90之间的气密性密封。卷边环55的周边壁顶住绝缘热圈25和膜片70的径向压力造成了围绕端帽组件10内部部件的气密性密封。
在端帽设计的一个代替的实施例中，压力释放机构和热启动断流机构均集成在图4所示的端帽组件110内。图4所示实施例与图1～3所述类似，不同的是不使用双金属盘启动弹簧机构，而代之以热球175以保证保持弹性的弹簧元件150与接触板115接触。接触板115依次与端帽板20电接触。弹性元件150可以具有延长的金属壁150a，它焊接在支承板60的一端上。支承板60与膜片70电接触，而膜片70焊接在下面的抗压力板80的升起部分82上。电极搭接片87与板80电接触。弹性元件150最好将其相对端的端头制成杯形或凸面形与接触板115接触。在支承板60的周边60a上面有一个绝缘盘120以防止支承板60与接触板115之间的直接接触。因此，当弹性元件150保持压紧接触板115时支承板60与端帽20之间有电接触。支承板60依次与铝膜片70电接触，当端帽组件10使用于电池时(端帽组件10可以插入圆筒形壳体90的开口端内，方式如图1所示实施例所述)铝膜片70通过搭接片87与板80和电池的电极88接触。因此，当弹性元件150借助热球175压紧接触板115时，在电池的电极88和端帽板20之间(通过搭接片87)有电接触，允许电池正常工作。如果电池过热超过预定的门槛温度，热球175熔化，从而撤除了对弹性元件150的支承。热球175的熔化引起弹性元件150向下速动和中断了与接触板115的接触，这样一来切断一电接搭接片87和端帽20之间的电通道，切断电流流入和流出电池。如果在电池内的内部气体压力超过预定值，膜片70将破损，从而中断了板80与膜片70之间的电接触，它也使气体通过支承板60和端帽内相应的通气孔63和67排放到外部环境中。
端帽组件110(图4)也可以具有二极管，最好是齐纳二极管700，呈椭圆或多边盘形，最好如图12所示的方形。齐纳二极管放置在图4所示热球175的附近。二极管的正极金属面720用导电钎料连接到端帽20上。由金属丝或片组成的导电线702由二极管的负极面730引出。导线702可以与端帽组件的卷边环55电连接。连接器导线702可以焊接到负极面730上。卷边环55与外壁30电连接，将外壁30焊接到电池壳体90上使其与电池的负端子电连接，因此，由二极管引出的负极导线702变成与电池的负端子(电池壳体)电连接。电绝缘层703设置在负极导线702的上面和下面并围绕导线702以防止与端帽20以及端帽组件110内是正极的任何内部金属部件接触。绝缘层703可以是聚酯或聚酰胺薄膜。绝缘层703可以采用聚氯乙烯代替，与此相似，二极管暴露的金属负极面730也可包复一层绝缘材料，例如聚酯或聚酰胺薄膜，以防上二极管的负极面730和组件10内正极性的金属部件之间的接触。齐纳二极管700希望具有齐纳电压约5.0伏，最好在约4.7和5.0伏之间和瓦特数在约100和500微瓦之间，以便用于锂-离子电池用的端帽组件110。一种与锂-离子电池结合使用的端帽组件110用的优选的齐纳二极管700可以是齐纳二极管(500微瓦)晶片芯板型号CDC 5230，齐纳电压4.7伏，由Compensated Devices Inc.of Melrose，Mass.供应。
图4所示实施例中端帽20、支承板60、接触板115和铝膜片70用的优选材料与图1～3所示具有相同标号的相应元件的相同。接触板115最好用不锈钢或镀镍冷轧钢板制成，镀有银或金以降低电阻。图4所示绝缘子盘120最好用具有优异介电性能的高温热塑性材料制造。盘120用的优选材料可以是聚酰胺(商业名称为KAPTON，由EI.DuPontCo.供应)，或高温聚酯(商业名称为VALOX，由General Electric PlasticsCo.供应)。弹性元件150最好用铍-铜合金制造，厚度在约5和10密耳(0.125和0.25毫米)之间，以保证与板115接触时良好的导电性以及顶住宅的热球175的压力消除后可靠的弹簧作用。此外，弹性臂150可以镀银或金以增加导电性。热球175最好用低熔点聚合物制造，即其熔点在约65℃和100℃之间，但仍有优异的压缩强度以便在电池正常工作时将弹性臂150保持在原位。热球175适宜的材料为聚乙烯蜡，商业名称为POLYWAX，由Petrolyte Co.供应。这种聚乙烯蜡的热球在75℃和80℃之间希望的温度范围内熔化。
图9和10示出另一实施例，该实施例与图1，2所示同样用途的实施例实质上相同，其不同之处是热敏感断流机构具有形状记忆合金元件45代替双金属盘40和弹簧50。形状记忆合金是这样一种合金，它从塑性变形金属被加热引起的固态相变恢复至原始的形状。形状记忆响应在强烈的两相结晶学关系中进行，即低温稳定的马氏体相和高温稳定的奥氏体相。当合金保持在位和加热时需记忆的形状在奥氏体相成型，以及合金冷却时材料转变为马氏体结构。在使用中当形状记忆合金加热时它恢复至奥氏体相时记忆的形状。上述用途的形状记忆合金有商品供应，例如由Special Metals Corp.of New Harford，N.Y.供应。
形状记忆合金元件45(图9)是导电的和最好具有与弹簧50相同的形状(图1)。因此它可能希望制成单独的局部空心盘，例如，具有不连续表面，即带孔45f表面(图5)的盘。盘45具有外边45a(图5)和由周边45a向内凸入空心部分，即上述孔内的柔性部分45b。柔性部分45b最好如图9所示在其表面上预成型出轻微弯度45e这样使其端子端45c平顶住接触板15以完成正电极87和端帽20之间的电通道。柔性部分45b的厚度小于其长度。柔性部分45b的厚度希望小于1毫米，最好在0.2和0.5毫米之间。柔性部分45b在端帽组件10内水平取向，如图9所示，这样通过元件45b的电流通道至少实质上处于厚度方向和最好实质上通过元件45b的全部电流通道处于厚度方向上。如果电池的内部温度由于任何原因变得太高，即发生了失控的放热反应，则形状记忆合金元件45将弯折和变平，从而断开与接触板15的接触。在使用可再充电的电池时，特别是锂-离子电池，形状记忆合金元件45可以由制造商预变形至可在希望的温度60℃和120℃之间弯折。当达到这样的温度时形状记忆合金元件45立即弯折以切断电流和关闭电池，从而防止了可导致热流溢的放热反应。
在这样温度启动的希望的形状记忆合金可在已知的形状记忆合金组中选择，例如，镍-钛(Ni-Ti)、铜-锌-铝(Cu-Zn-Al)和铜-铝-镍(Cu-Al-Ni)。然而，业已确定，形状记忆元件45使用的最希望的合金为上述电化学电池的断流器用的镍-钛合金。优选的镍-钛形状记忆合金的商业名称为NITINOL，由Special Metals Corp.供应。形状记忆元件45可以是可再调合金，即在加热时变形，但在冷却时不需要施加外力即可恢复至原始的形状。然而，本申请的形状记忆元件45不需要再调，即加热至启动温度时为不可逆变形。由优选合金NITINOL制的形的记忆元件45制成这样的，一旦启动它是不可再调的。优选的NITINOL合金的记忆元件45可以方便地制成具有圆周边的单件(图5)，由它向内伸出柔性部分。柔性部分可以方便地制成矩形和具有外边部分45d和被弯部45分离的内部45c。当达到预定致动温度，最好在约60℃和120℃之间的温度，形状记忆元件45沿弯部45e弯折，元件45b偏转离开与接触板15的接触，如图10所示，从而切断电池内的电流。为了达到这种启动效应，已确定出NITINOL合金元件45的厚度最好在0.2和0.5毫米范围内，其表面面积的选择是使该元件的电阻小于约5毫欧。上述记忆元件45的希望的形状是空心盘形，具有圆外边45a，希望由它向内伸出柔性部分45b，这样可减少厚度和具有良好的接触面积以减少元件45的总电阻。形状记忆元件45希望具有变形应变不大于8％。此外，45c和45d两部分之间的角度希望在约10°和30°之间。这样当达到启动温度时可使记忆元件45b偏转离开接触板15和变平。在使用于锂-离子电池的情况下，记忆元件45的上述优选设计可获得小于5毫欧的总电阻，依次它又可使电池连续工作时的漏电小于5安。虽然柔性部分45b希望为矩形，其他形状也可使用，例如，柔性部分45具有某些锥度，使45b部分的平均宽度小于45d部分的平均宽度。在优选的设计中记忆元件45的底面可以是平坦的，即没有伸出的脚部和凸部。
记忆元件45的优点是要求较少的部件，因为与双金属盘结合的弹簧50可以取消。因此记忆元件45制成具有热敏感启动性能和在此种启动时似弹簧弯曲的双重性能的单独元件。还有记忆元件45单位重量的弹力也比双金属盘40大。这种性能便将记忆元件45特别适合用于小型电池，例如AAA尺寸电池或棱柱形可再充电的电池。在这种情况下，电池的直径或宽度小于AAA尺寸电池的宽度，其宽度小于约10.0毫米，可破损压力膜片70也可以取消，因为端帽组件10内空间太小。在此种用途中记忆元件45以及上述用于端帽组件10的优选结构设计仍可以使用，但支承板60和膜片70可以合并为单独的元件，其支承板的形状和取向示于图9。在此设计中，下舱室78和通气孔63应取消。接触板15也可任选，因为形状记忆元件45b可以与板60直接电接触，该板起到接触板的作用。
端帽组件10(图9和10)也可具有二极管，最好是椭圆形或多边形盘的晶片齐纳二极管700，它最好为图12所示的方形。齐纳二极管放置在图9和10所示形状记忆元件45的附近。这样做的优点是将齐纳二极管结合到端帽组件10内以增加热敏感性和提高安全性，特别是在长时间充电或使用过高充电电压引起电池发热的情况下。二极管的正极金属面720借助导电钎料将其连接至端帽20上。金属丝或片状的导电导线702由二极管的负极面730引出。导线702与端帽组件的卷边环55电连接。导线702可以焊接到负极面730上。卷边环55与外壁30电连接，而后者又焊接在电池的壳体90上与电池的负极端电连接。这样一来，二极管引出的负极导线702变成与电负极端子(电池壳体)电连接。绝缘层703设置在负极导线702的上面和下面以防止它与端帽20(图9和10)以及端帽组件10内是正极的任何内部金属部件接触，绝缘层703可以采用聚酯或聚酰胺薄膜材料。绝缘层703也可以用聚氯乙烯代替。与此相似，暴露的二极管金属负极面730也使用绝缘层703复盖，如聚酯或聚酰胺薄膜以防止二极管的负极面730与端帽组件10内金属部件之间的接触，因为它们是正极的。齐纳二极管700希望具有齐纳电压约4.7伏，最好在约4.7和5.0伏之间，瓦特数在约100和500微瓦之间，以便用于锂-离子电池用的端帽组件10。一种与锂-离子电池结合使用的端帽组件10(图9和10)用的优选的齐纳二极管700可以是齐纳二极管(500微瓦)晶片芯板型号CDC 5230，齐纳电压4.7伏，由Compensated Devices Inc.of Melrose，Mass.供应。
在一个最佳实施例中端帽组件装有记忆合金元件45，它还具有按图3所示方式启动的压力敏感膜片70，当电池内的压力达到预定的水平时，切断正电极87和端帽板20之间的电通道。如同前述，参见图1～3的实施例，压力膜片70(图9和10)也可以具有沟槽63，它的设计是当电池内的压力超过预定的水平时它会破损使气体通过。如果电池内的压力积累剧增，则膜片70的中心部分也会破损，使由电池内部排放气体的面积增大。
图5为图1和9所示端帽组件10的放大图。端帽组件10是由图5所示的部件装配而成，其顺序如下：参见图1所示实施例的结构，预组件是由部件20、50、40、35、15、60、70、25和55组成。参见图9所示实施例，预组件是由部件20、45、35、15、60、70、25和55组成。
图1所示预组件可以方便地完成，首先将塑料垫圈25插入卷边环55内，随后将通气膜片70插入垫圈25内和随后将支承板60与其上焊接的接触板15一起插入到通气膜片70内。这时绝缘子盘35放置在接触板15周围和双金属盘40放置在绝缘子盘35的外斜臂35b上。双金属盘40不与绝缘子盘35结合，但呈自由浮起状态放在其上，而绝缘子盘有助于双金属盘的定位。弹性的弹簧元件50的外端顶面焊接在端帽20的周边上。齐纳二极管700的正极金属面720最好同焊接连接到端帽20的内面。带弹性元件50和焊接上齐纳二极管700的端帽20放在绝缘子盘35的上面，使接触板15凸起的中部与弹性元件50的内端接触以及弹性元件50外端的底面与绝缘子盘35的周边接触，这样一来，弹性元件50的外端楔入端帽20和绝缘子盘35之间和元件50的相对端或内端与接触板15接触。二极管的负有导线702焊接到卷边环55的顶边。
图9所示实施例的预组件的结构方式类似，不同的是双金属盘40被取消和使用形状记忆元件45代替了弹性元件50。这样一来，图9所示实施例的预组件可以方便地完成，首先将塑料垫圈25插入卷边环55，随后将通气膜片70插入垫圈25和随后将支承板60与其上焊接的接触板15一起插入到通气膜片70内。记忆元件45随后被焊接到端帽20的周边上。齐纳二极管700的正极金属面720最好用焊接连接到端帽20的内表面上。带有记忆元件45和其上焊接的齐纳二极管700的端帽20随后放置在绝缘子盘35的上面，使接触板15凸起的中部与记忆元件45的内端接触以及记忆元件外端的底面与绝缘子盘35的周边接触。这样一来，记忆元件45的外端楔入端帽20和绝缘子盘35之间以及记忆元件45的相对端或内端与接触板15接触。
参见图1或图9任一实施例的结构，环55是随后用机构法卷边在垫圈25的顶边上，以保持垫圈25的顶端紧压在端帽20的周边上。这种卷边是沿环55的形心(垂直)轴施加机械力实现的。然后在第二约束阶段，径向对卷边环55的壁施加机械压力，从而完成预组件的装配。该径向卷边保持顶组件的内部部件在环55内的紧密性和气密性。随后将预组件插入金属盖子30内使卷边环55的底面顶住盖子30的底内边。之后将卷边环55的底面焊接到盖子30的底内边上。随后将压力板80速推入绝缘子托环42的底部以及将托环42与其上所附压力板80一起放置在顶住盖子30的外底面位置，从压力板80的凸起的中部与通气膜片70接触。压力板80和膜片70之间的该接触点随后点焊从而完成端帽组件10的结构。端帽组件10可以使用于电池，例如，插入如图7所示电池的圆筒形壳体90的开口端和将盖子30的外表面焊接到圆筒形壳体90开口端95处的内表面上。这产生了电池100(示于图8)，其端帽组件10紧密地密封在圆筒形壳体内以及端帽板20形成电池的端子。
虽然本发明借助某些最佳实施例作了说明，但本发明不应局限于这些专门的实施例，而应结合下列权利要求书和类似内容来限定。

Claims (65)

1.一种端帽组件，使用于具有正级和负极端子、一对电极即阳极和阴极的电化学电池，上述端帽组件具有壳体和暴露的端帽板，上述板起到电池端子的作用，上述端帽组件具有通过它的导电通道，它可使上述端帽组件在装入电池时端帽板与电池的电极电连接，上述端帽组件还具有热敏感元件用以防止电流通过上述电通道流动以及在上述热敏感元件附近的电阻元件，上述电阻元件在有电流从其通过时引起发热，上述电阻元件在对其施加的电压增加时显示出电阻降低，当上述端帽组件内的温度达到预定的水平时上述热敏感元件可启动而切断上述电通道。
2.按照权利要求1所述的端帽组件，其特征在于上述电阻元件具有位于上述壳体内的二极管，上述二极管具有正极和负极端子用于与上述电池的正极和负极端子分别并联。
3.按照权利要求1所述的端帽组件，其特征在于上述电阻元件具有带有位于上述壳体内的齐纳二极管的二极管子组件，上述齐纳二极管具有正极和负极端子用于与上述电池的正极和负极端子分别并联。
4.按照权利要求3所述的端帽组件，其特征在于上述齐纳二极管的端子与上述组件的上述暴露的端帽板电连接。
5.按照权利要求1所述的端帽组件，其特征在于上述组件为自包容结构。
6.按照权利要求3所述的端帽组件，其特征在于上述二极管子组件具有导电元件与上述二极管的一个端子连接，上述导电元件由二极管引出用于与电池相同极性的端子电连接。
7.按照权利要求6所述的端帽组件，其特征在于上述导电元件被电绝缘层包复。
8.按照权利要求3所述的端帽组件，其特征在于齐纳二极管的瓦特数在约100和500微瓦之间。
9.按照权利要求8所述的端帽组件，其特征在于齐纳二极管的齐纳电压小于约5伏。
10.按照权利要求3所述的端帽组件，其特征在于上述齐纳二极管为晶片芯板。
11.按照权利要求6所述的端帽组件，其特征在于上述二极管子组件为多边形或椭圆形的晶片。
12.按照权利要求1所述的端帽组件，它还具有压力敏感元件，该压力敏感元件具有位于上述端帽组件一端与上述端帽板相对的可破损元件，当由上述端帽板最远侧边处的气体压力达到上述元件破损的预定的水平时上述可破损元件破损，允许气体从中通过。
13.按照权利要求1所述的端帽组件，其特征在于上述电池具有圆筒形壳体和由圆筒形壳体插入供电池用的端帽组件以及将端帽组件焊接到壳体上。
14.按照权利要求1所述的端帽组件，其特征在于上述热敏感元件具有在上述端帽组件内的舱室，上述端帽组件具有双金属元件和弹性的导电元件，该弹性元件形成了上述电通道的一部分而当上述组件内的电池温度达到预定的水平时，该双金属元件变形从而推进顶住上述弹性金属元件引起上述电通道中断。
15.按照权利要求14所述的端帽组件，其特征在于双金属元件自由放置在上述端帽组件内电绝缘元件的一个表面上。
16.按照权利要求15所述的端帽组件，其特征在于上述弹性的金属元件的一部分夹持在上述端帽板的一部分和上述电绝缘元件的一部分之间以及该端帽组件具有接触板形成上述电通道的一中分，而上述弹性元件与上述接触板电接触。
17.按照权利要求12所述的端帽组件，它还具有位于横跨端帽组件的内部宽度和在上述端帽板和上述可破损元件之间的隔离元件，上述隔离元件将上述热敏感元件由上述压力敏感元件隔离开来。
18.按照权利要求17所述的端帽组件，其特征在于上述隔离元件具有至少带一个孔的金属板，从而当上述可破埚元件破损时，气体可以通过上述孔进入上述端帽组件的上述舱室内。
19.按照权利要求18所述的端帽组件，其特征在于上述端帽板具有至少一个通孔，使得上述可破损元件破损时，由上述舱室收集的气体可以通过上述端帽孔排放到外部环境。
20.按照权利要求17所述的端帽组件，其特征在于上述可破损元件具有可破损的膜片。
21.按照权利要求16所述的端帽组件，其特征在于当上述双金属元件达到预定的温度时它变形导致弹性的导电元件切断与上述接触板的电连接，从而引起上述电通道中断。
22.按照权利要求20所述的端帽组件，其特征在于它还具有与端帽板的周边和膜片的周边接触的绝缘垫圈，上述端帽组件还具有金属元件即卷边元件，用机械方法卷边在上述垫圈的周围以便在机械压缩力下保持上述膜片板和上述端帽板。
23.按照权利要求22所述的端帽组件，其特征在于它还具有包着上述卷边元件的金属盖子。
24.按照权利要求23所述的端帽组件，其特征在于端帽组件使用于电池时是将其插入电池圆筒形壳体的开口端和将上述盖子的外表面焊接到上述壳体的内表面上，因此端帽组件变成紧密地密封在圆筒形壳体内，而端帽板具有的电池的端子暴露在外部环境。
25.按照权利要求1所述的端帽组件，其特征在于热敏感元件具有弹性的导电元件与上述端帽板接触，以及可熔的材料球体保持上述弹性的导电元件与上述端帽板及端帽组件的另一导电部分之间的电接触，当端帽组件使用于电池时上述另一导电部分用于与电池的电极电连接，从而保证了上述端帽板和上述电极之间在电池工作时的电连接，而当电池温度达到预定的水平时，上述球体熔化，引起上述弹性的金属元件移动以切断上述端帽板和上述电池电极之间的电连接，从而阻止了电池的工作。
26.一种端帽组件，使用于具有正极和负极端子、一对内电极即阳极和阴极的电化学电池，上述端帽组件具有壳体、壳体内的舱室以及暴露的端帽板，上述板起到电池端子的功能，上述端帽组件具有通过其中的导电通道它使上述端帽组件装入电池时端帽板与电池的电极电连接，上述端帽组件还具有a)热敏感元件用以防止电流通过上述电通道以及a.1)与上述电池端子电连接的电阻元件，用以当电流从其中通过时引起发热，上述电阻元件显示出当对其施加的电压增加时电阻降低，而上述热敏感元件具有形状记忆合金元件，当上述端帽组件内的温度达到预定的水平时它可以启动导致上述电通道中断，以及上述端帽组件还具有b)压力敏感元件，它具有位于上述端帽组件的一端与上述端帽板相对的可破损元件，当由上述端帽板最远侧边处的气体压力达到上述元件破损的预定水平时，上述可破损元件破损，允许气体从中通过。
27.按照权利要求26所述的端帽组件，其特征在于上述电阻元件具有位于上述壳体内的二极管，上述二极管具有正极和负极端子用以与上述电池的正级和负极端子分别并联。
28.按照权利要求26所述的端帽组件，其特征在于上述电阻元件具有位于上述壳体内的齐纳二极管的二极管子组件，上述齐纳二极管具有正极和负极端子用以与上述电池的正极和负极端子分别并联。
29.按照权利要求28所述的端帽组件，其特征在于上述齐纳二极管的端子与上述组件的上述暴露的端帽板电连接。
30.按照权利要求26所述的端帽组件，其特征在于上述组件为自包容结构。
31.按照权利要求28所述的端帽组件，其特征在于上述二极管子组件具有导电元件与上述二极管的一个端子连接，上述导电元件由二极管引出用于与电池相同极性的端子电连接。
32.按照权利要求31所述的端帽组件，其特征在于上述导电元件体被电绝缘层包复。
33.按照权利要求28所述的端帽组件，其特征在于齐纳二极管的瓦特数在约100和500微瓦之间。
34.按照权利要求28所述的端帽组件，其特征在于齐纳二极管的齐纳电压小于约5伏。
35.按照权利要求28所述的端帽组件，其特征在于齐纳二极管为晶片芯板。
36.按照权利要求31所述的端帽组件，其特征在于上述二极管子组件为多边形或椭圆形的晶片。
37.按照权利要求26所述的端帽组件，其特征在于上述形状记忆合金为镍-钛合金。
38.按照权利要求26所述的端帽组件，其特征在于上述电池具有圆筒形壳体和由圆筒形壳体插入供电池用的端帽组件以及将端帽组件焊接到壳体上。
39.按照权利要求26所述的端帽组件，其特征在于上述热敏感元件具有在上述端帽组件内的舱室，形状记忆合金元件形成了上述电通道的一部分，而当上述组件内的电池温度达到预定的水平时，该双金属元件变形从而引起上述电通道中断。
40.按照权利要求39所述的端帽组件，其特征在于上述形状记忆元件具有带弯曲表面的单件结构的柔性元件，而当上述组件内的电池温度达到预定的水平时上述形状记忆元件的表面变形引起上述电通道中断。
41.按照权利要求39所述的端帽组件，其特征在于上述形状记忆元件具有带通孔的盘，上述盘具有外边和由外边的一部分凸入上述通孔的柔性部分，该外边放置在上述帽组件内绝缘元件的表面上，而上述柔性部分具有弯曲面，而当上述组件内的电池温度达到预定的水平时，上述弯曲表面变形引起上述电通道中断。
42.按照权利要求41所述的端帽组件，其特征在于上述形状记忆元件的上述外边夹持在上述端帽板的一部分和上述电绝缘元件的一部分之间以及上述端帽组件具有接触板，它形成上述电通道的一部分，而上述形状记忆元件与上述接触板电接触。
43.按照权利要求26所述的端帽组件，它还具有位于横跨端帽组件的内部宽度和在上述端帽板和上述可破损元件之间的隔离元件，上述隔离元件将上述热敏感元件由上述压力敏感元件隔离开来。
44.按照权利要求43所述的端帽组件，其特征在于上述隔离元件具有至少带一个孔的金属板，从而当上述可破损元件破损时，气体可以通过上述孔进入上述端帽组件的上述舱室内。
45.按照权利要求43所述的端帽组件，其特征在于上述端帽板具有至少一个通孔，使得上述可破损元件破损时，由上述舱室收集的气体可以通过上述端帽孔排放到外部环境。
46.按照权利要求45所述的端帽组件，其特征在于上述可破损元件具有可破损的膜片。
47.按照权利要求46所述的端帽组件，它还具有与端帽板的周边和膜片的周边接触的绝缘垫圈，上述端帽组件还具有金属元件即卷边元件，用机械方法卷边在上述垫圈的周围以便将上述膜片和上述端帽板保持在机构压缩应力下。
48.按照权利要求47所述的端帽组件，它还具有围绕上述卷边元件的金属盖子。
49.按照权利要求48所述的端帽组件，其特征在于端帽组件使用于电池时是将其插入电池圆筒形壳体的开口端和将上述盖子的外表面焊接到上述壳体的内表面上，因此端帽组件变成紧密地密封在圆筒形壳体内，而端帽板具有的电池的端子暴露在外部环境。
50.按照权利要求26所述的端帽组件，其特征在于上述形状记忆合金元件具有盘，其孔穿透其厚度，上述形状记忆元件具有周边和由上述周边向内凸起进入上述通孔的柔性部分，上述周边放置在上述端帽组件内绝缘元件的表面上，而当上述端帽组件内的电池温度达到预定的水平时上述柔性部分变形引起上述电通道中断。
51.一种将端帽组件插入电池圆筒形壳体开口端方法制成的电化学电池，上述电池还具有正极和负极端子、一对内电极即阳极和阴极，而上述端帽组件具有壳体和暴露的端帽板，上述端帽板起到电池端子的功能，改进的电化学电池具有在上述端帽组件内借助导电通道与一个上述电极电连接的上述端帽板，而上述端帽组件具有a)由导电的形状记忆合金元件构成的热敏感元件用以防止电流通过电池及a.1)在上述热敏感元件附近的电阻元件，用以当电流以通过上述电阻元件时引起发热，上述电阻元件显示出当对其施加的电压增加时电阻降低，而上述形状记忆元件具有带弯曲表面的柔性元件，其厚度小于长度，上述柔性元件在上述端帽组件内这样取向，使电流实质上通过上述柔性元件厚度的方向流动，而当电池温度达到预定的温度水平时，上述形状记忆元件沿上述弯曲表面偏转引起上述端帽板和上述电极之间的上述电通道中断，从而防止了电流通过电池流动。
52.按照权利要求51所述的电化学电池，其特征在于上述电阻元件具有位于上述壳体内的二级管，上述二极管具有正极和负极端子与上述电池的正极和负极端子分别并联。
53.按照权利要求51所述的电化学电池，其特征在于上述电阻元件具有位于上述壳体内的齐纳二极管的二极管子组件，上述齐纳二极管具有正极和负有端子用以与上述电池的正极和负极端子分别并联。
54.按照权利要求53所述的电化学电池，其特征在于上述齐纳二极管的端子与上述组件的上述暴露的端帽板板电连接，而齐纳二极管的上述连接的端民上述暴露的端帽板的极性相同。
55.按照权利要求51所述的电化学电池，其特征在于上述组件为自包容结构。
56.按照权利要求53所述的电化学电池，其特征在于上述二极管子组件具有导电元件与上述二极管的一个端子连接。上述导电元件由二极管引出与电池的相同极性的端子电连接。
57.按照权利要求56所述的电化学电池，其特征在于上述导电元件体被电绝缘层包复。
58.按照权利要求53所述的电化学电池，其特征在于齐纳二极管的瓦特数在约100和500微瓦之间。
59.按照权利要求58所述的电化学电池，其特征在于齐纳二管的齐纳电压小于约5伏。
60.按照权利要求53所述的电化学电池，其特征在于上述齐纳二极管为晶片芯板。
61.按照权利要求56所述的电化学电池，其特征在于上述二极管子组件为多边形或椭圆形晶片。
62.按照权利要求51所述的电化学电池，其特征在于上述形状记忆元件具有带通过厚度孔的盘，上述盘具有外周边和由上述外周边的一部分向内凸出进入上述通孔的上述柔性元件，上述柔性元件具有弯曲表面，当电池的温度达到预定的水平时该弯曲表面偏转。
63.按照权利要求51所述的电化学电池，其特征在于上述形状记忆元件由镍-钛合金制成。
64.按照权利要求51所述的电化学电池，它还具有b)压力敏感元件，当电池内的内部气体压力达到预定的水平时可使气体由电池内部进入到上述端帽组件的内部。
65.按照权利要求64所述的电化学电池，其特征在于上述压力敏感元件具有位于上述端帽组件一端对着上述端帽板的可破损的膜片板，当由上述端帽板最远侧边处的气体压力达到上述膜片产生破损的预定水平时上述膜片板破损，允许气体从中通过。
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