CN1252897A - 密闭型电池 - Google Patents
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Abstract
本发明的目的是提供一种密闭型电池,它能迅速释放电池内部压力,同时可断开电流以有效地阻止电池的温升和爆炸,从而确保当在这种完全密闭型电池中由于短路、过充电、反向充电等原因使电池内部压力升高时电池的安全和可靠。本发明的密闭型电池设有一个用作网片的封闭件,它由一个金属基片(1)和一个金属箔(2)构成,在金属基片(1)中设有一个阀件(5),并且阀件(5)由断裂线(3)确定,并且金属箔(2)固定到金属基片(1)的内表面。当电池内部压力升高时,阀件(5)从金属基片的弯曲支轴部分4开始抬高,从而可形成一个开启阀,允许金属箔(2)在规定的压力尤其是在一个很低的压力下稳定而准确地破裂,以排出电池内部气体。此外,借助于固定到金属箔(2)上的引线(6),使破裂把电流断开,从而可预先防止电池爆炸。
Description
本发明涉及在规定的压力尤其是在一个低压力下能够破裂，因而能在电池温度或电池内部压力升高时迅速释放电池的内部压力并同时切断电流的密闭型电池。
近来，随着对电子设备的要求的不断提高，电子设备的尺寸更小、重量更轻、但性能更高，使用高能量密度的无水电池变得越来越流行。由于碱金属容易与水发生作用，所以使用碱金属(如锂、钠、或钾)作为电池负极的活性材料的电池要采用完全封闭结构的电池外壳。
这样一种完全封闭的电池的优点是容易存放，但反过来看，它的高密封性有时会由于电池内部压力异常升高而引起电池本身的破裂，例如电池暴露到高温环境、在电池的内部或外部形成短路，引起大电流或由于在电池的制造过程渗入的水污染引起的电池内的氢气的产生。在这样一种情况下，容纳这样的破裂电池的设备将要损坏，而且还存在损坏的设备和电池伤害用户的危险。因此，在电池内部压力增加到这样高的程度之前需要有某种压力释放机构。
至今，已经提出几种释放电池内部压力的方法，其中有一些已投入实际应用。例如，日本专利公开出版物HEI 2-304861公开了一种用于电池的安全阀，该安全阀包括一个设在一部分电池外壳上的并且有一个与电池内部沟通的阀孔的阀体，并且包括一个与外部沟通的出口，阀体包括一个阀件，阀件的至少相对于阀孔的表面由橡胶制成，阀体还包括一个弹性件，用于把上述阀件的橡胶表面推向阀孔。这个安全阀通过用橡胶制的阀件封闭阀孔保持电池的密封性，并且通过在电池内部压力升高到针对弹性件规定的压力时允许打开阀孔来防止电池内部压力升高超过规定的压力。
这样一种常规的安全阀在镍-镉型电池中已广泛采用，但在使用碱金属作为电池负极的活性材料的无水型电池中尚未使用，这是因为即使弹性件把阀件压向阀孔借此封闭电池，也不可能获得无水型电池要求的高密封性。
在日本专利公开出版物SHO 63-285859中公开了一种可释放要求高密封性的电池内部压力的方法。按此方法，电池外壳在它的一部分壁上设有一个变薄部分。使用一台冲压设备冷轧一片外壳，直到片的冷轧部分的厚度变为它的起始厚度的一半时为止，从而形成这个变薄部分。于是，就这个变薄部分而论，该电池具有好的密封性，这是因为这个变薄部分只是从电池的连续的壁的一部分转变过来的缘故。
在日本专利公开出版物HEI-6-215760中公开了另一个这种类型的压力释放机构。这个压力释放机构包括一个装在电池的圆柱形外壳的开口端的阀片，它有一个底部并且设在电池的电极元件的上方，该压力释放机构还包括一个设在阀片上方用于切断电流的引线。在此结构中，当电池内部压力升高时，阀片膨胀弄断用于切断电流的引线以切断电流。
按照日本专利公开出版物SHO-63-285859中公开的方法，必须获得电池外壳的一个极薄部分才能在相当低的压力下使变薄部分破裂。然而，当壁部分太薄时，在冲压成型期间可能形成细小的裂纹，因而有损于电池外壳的密封性。
此外，当通过冷加工方法处理金属时，将不可避免地使金属的可操作性变差金属发生硬化。金属的硬化不总是均匀地发生，因此就产生了一个问题：不可能有规律地控制这种压力释放机构的工作压力。为了使电池外壳的一部分壁变薄还曾提出一个半蚀刻方法，但控制蚀刻后变薄部分的剩余厚度是极其困难的，并且获得好的效率也很困难。另一问题是半蚀刻部分不能避免形成针孔，因而，所有产品需要检查。
另一方面，按照日本专利公开出版物HEI-6-215760公开的方法，必须精确地控制在引线中形成的切割部分的深度，这带来的问题是切割成型很困难以及在规定的压力下电流的切断不稳定。
为了克服现有技术的缺点，本发明的一个目的是提供一种密闭型电池，其中加入了一个阀片，该阀片在规定的压力尤其是在一个很低的压力下能够稳定而准确地破裂，从而可迅速释放电池的内部压力，并且该阀片的制造也是很容易的。
为了解决上述问题，本发明提供一种密闭型电池，它包括：由正电极、负电极、和隔离层构成的一个电极元件；一种电解液；容纳所说的电极元件和所说的电解液的一个电池外壳；和装在所说的电池外壳开口端部的内周边中以封闭电池外壳的开口端部的一个封闭件，其中：所说的封闭件由一个金属基片、一个阀件、和一个金属箔构成，所说的阀件设在所说的金属基片内，并且由一个断裂线确定，从而可用作压力释放片，其结果是当电池内部压力升高时，阀件从一个弯曲的支轴部分开始发生弯曲，使金属基片产生一个用于释放内部压力的开口部分，所说的金属箔固定到所说的金属基片的内表面。
按照本发明，当由于短路、过充电、或反向充电等原因使电池内部压力升高时，由金属基片和金属箔构成的阀片操作，使其本身发生形变，并推动和抬高阀件，在金属基片中设有一个阀件，用于释放电池内部压力，所说的金属箔有一个均匀和精确的厚度，并且金属箔放在金属基片的上方，从而可封闭通常由阀件封闭的通孔；并且当电池内部压力达到一个规定压力时，金属箔稳定而准确地破裂，从而切断电连接，同时排走电池内的内部气体，因而可预先防止内部温度突然升高或电池爆炸。
现在参照附图并结合优选实施例和实例说明本发明。
图1是表示本发明的一个完整的密闭型电池的上部的垂直剖面图。
图2是表示本发明的一个阀片的平面图。
图3是表示按本发明的阀片的垂直剖面图。
图4是表示在异常情况下阀片的操作方式的一个说明性的视图。
图5是表示按本发明的阀片的另一个实施例的平面图。
图6是表示按本发明的阀片的下一个实施例的平面图。
图1是表示本发明的一个完整的密闭型电池的上部的垂直剖面图。图2是表示本发明的密闭型电池的一个阀片的平面图。图3是上述阀片的垂直剖面图。图4是表示在异常情况下阀片的操作方式的一个说明性的视图。图5和6是表示阀片的另外的实施例的平面图。
在图1中，圆柱形的电池外壳30有一个用作电池负极端的底部，该电池30容纳与外部隔离的电极元件32和电解液。电极元件32由一个卷绕的叠层构成，该叠层包括正电极32a、隔离层32b、和负电极32c，负电极32c经隔离层32b和正电极32a相对设置。
封闭帽33有通孔0和0，用作一个防破机构，同时还用作一个正电极端，经过一个隔离垫34把所说的封闭帽33卡在电池外壳30的上开口端部。在电极元件32的上方设置一个盘状的内帽37，并且在内帽37的中心部分设置一个大直径的排气孔35。
在内帽37和封闭帽33之间，提供一个阀片V，所说的阀片V形成一个封闭电极元件和其它元件的一个密闭元件。阀片V的周边36与封闭帽33的周边33a接触。这些周边36和33a通过经一个隔离垫40卡在内帽37的周边37a中而得以固定。
通过适当的措施把一个引线6固定到阀片V的内表面上，所说的阀片V用作密闭电池的上开口端部的密闭元件。引线6延长到电极元件32的正电极32a。
如图2所示，阀片V在平面图中大体上是圆形的，并且由圆形的金属基片1和粘结到金属基片1的内表面的一个金属箔2构成。可以使用从包括钢片、不锈钢片、铜片、和铝片在内的组中选出的任何一种材料作为金属基片1的材料。可以使用从包括钢箔、不锈钢箔、铜箔、铝箔、镍箔、和镍铁合金箔在内的组中选出的任何一种材料作为金属箔2的材料。
在金属基片1中形成大体上圆形的断裂线3，以使所说的断裂线3沿金属基片1的厚度方向完全穿过金属基片1，当然上述的圆形的断裂线3还部分地留下一个非断裂线部分，它形成了一个弯曲支轴部分4。由断裂线3确定的内部是作为一个阀件5形成的，阀件5是作为一个压力释放片操作的，用于当电池内部压力升高时释放电池的内部压力。当阀件5从弯曲支轴部分4开始抬高时，就形成了一个阀开启部分7以释放电池的内部压力(见图4)。引线6例如通过钎焊固定到金属箔2上。
接下去，对在异常情况下阀片的操作方式进行说明。电池内部压力一旦升高，如图4所示，阀件5就要从弯曲支轴部分4开始抬高，同时使金属箔2断裂，从而形成阀开启部分7，向外部释放内部压力。高压的气体穿过阀开启部分7，并且从封闭帽33的通孔0排出。
在这种情况下，由于阀件5从弯曲支轴部分4开始抬高，使引线6如图4所示断开，或者使引线6到金属箔2的钎焊部分分开，借此切断电连接。
顺便提一下，阀件的形状不一定限于如图2所示的大体圆形形状，可以是如图5中用10表示的形状，在弯曲支轴部分设有一个臂部4a；或者是在图6中用11表示的形状，它是舌形的形状。
按照本发明的完全密闭型电池，当由于例如短路、过充电、或反向充电等某种异常使电池内部压力升高时，金属箔2在规定的压力下并且尤其是在一个很低的压力下稳定而准确地破裂，其结果是，从在柔性的金属基片上形成的弯曲支轴部分4开始向上推动圆形的阀件5，其中的圆形的阀件5设有柔性的金属基片1，并且所说的阀件5由穿过金属基片1的整个厚度的断裂线3确定。结果，使引线6切断，从而断开电连接。如用于说明阀片的操作方式的图4在剖面图中所示，当阀片工作时，它允许形成所说的阀开启部分7，借此才能释放电池内部气体。因此，可预先防止电池内部温度突然升高，或者电池爆炸。
通过选择阀片的材料组分，并且调节弯曲支轴部分4的长度，就可以在一个稳定的压力范围内控制阀片的操作压力，这是因为可以以最高的厚度精度(微米)制造所说的金属箔2。
如以上所述，按照本发明，当由于例如短路、过充电、或反向充电等使电池内部压力升高并且达到规定的压力时，阀片可以操作，使金属箔即使在一个很低的压力下稳定而准确地破裂，从而可释放电池内部气体。因此，可预先防止电池温度突然升高，或者电池爆炸。
Claims (7)
1、一种密闭型电池，包括：由正电极、负电极、和隔离层构成的一个电极元件；一种电解液；容纳所说的电极元件和所说的电解液的一个电池外壳；和装在所说的电池外壳开口端部的内周边中以封闭电池外壳的开口端部的一个封闭件，其中：所说的封闭件由一个金属基片、一个阀件、和一个金属箔构成，所说的阀件设在所说的金属基片内，并且由一个断裂线确定，从而可用作压力释放片，其结果是当电池内部压力升高时，阀件从一个弯曲支轴部分开始发生弯曲，使金属基片产生一个用于释放内部压力的开口部分，所说的金属箔固定到所说的金属基片的内表面。
2、权利要求1的密闭型电池，其特征在于：所说的金属箔与一个引线件相连，以使电流能从所说的电极元件流到一个封闭帽，并且当所说的阀件操作以释放内部压力时，所说的引线件与金属箔之间断电，以切断电流。
3、权利要求1的密闭型电池，其特征在于：所说的阀件大体上为圆形形状，它的一部分是弯曲支轴部分。
4、权利要求1的密闭型电池，其特征在于：所说的阀件大体上为圆形形状，它的弯曲支轴部分设有一个臂部分。
5、权利要求1的密闭型电池，其特征在于：所说的阀件大体上为舌形形状。
6、权利要求1-5中任何一项所述的密闭型电池，其特征在于：所说的金属基片由从包括钢片、不锈钢片、铜片、和铝片的组中选择出来的任何一种材料制成。
7、权利要求1-6中任何一项所述的密闭型电池，其特征在于：所说的金属箔由从包括钢箔、不锈钢箔、铜箔、铝箔、镍箔、和镍铁合金箔的组中选择出来的任何一种材料制成。
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