CN1255242A - 封闭电池和封闭件 - Google Patents

Abstract

一种紧密密封的电池,当其内部压力由于铁路、过充电、反向充电等已经升高时,允许立即释放内部压力,并且同时切断电流,以有效地防止温度升高或电池的爆炸,并且由此保证电池的安全性和可靠性。该电池的特征在于:一个具有绕一个阀元件(5)的宽部的缝隙(3),通过相对于一个金属基片(1)的中心偏心定位阀元件(5)的中心而形成,从而当电池的内部压力已经升高时,阀元件(5)与一层金属箔(2)一起能平稳地离开铰支在弯曲支点部分(4)上的基片(1)升高,以通过断开引线(6)或脱开引线(6)的钎接部分(8)而必定切断电流,其特征还在于:金属箔(2)在规定压力下稳定和准确地破裂,以打开一个贯穿的阀开口部分(7),由此把电池内的气体释放到外面,而防止电池爆炸。

Description

封闭电池和封闭件

本发明涉及一种当电池温度或内部压力升高时在规定压力下，特别是在低压下，能够破裂以迅速释放内部压力、且同时中断电流的电池，并且涉及一种用在该封闭电池中的封闭件。

最近，随着对尺寸小、重量轻及性能高的电子装置的需要的增大，具有高能密度的无水电池的使用已经变得很普遍。使用诸如锂、钠、或钾之类的碱性金属作为其负极活性材料的电池，采用完全封闭结构的电池外壳，因为碱性金属容易与水反应。

这样一种完全封闭电池具有可储存的优点，但相反，其高密封性有时会引起电池本身的破裂，这归因于在其中电池暴露于高温、或短路形成在电池内部或外部而引起大电流流动、或由于在其生产过程中渗入的水污染造成在电池中产生氢气的情况下其内部压力的异常升高。在这样一种情况下，装有这样一种破裂电池的装置将损坏，况且损坏的装置和电池可能有伤害用户的危险。因而，在电池内部压力增大到这样高的程度之前，应该需要某种压力释放机构。

至今，已经提出了几种用来释放电池内部压力的方法，并且他们的一些已经用在实际中。例如，日本公开出版物HEI 2-304861公开了一种用于电池的安全阀，该安全阀包括一个提供在电池外壳的一部分处、且带有一个与电池内部连通的阀通孔和一个与外部连通的出口的阀体，该阀体包括：一个阀件，至少其相对着阀通孔的表面由橡胶制成；和一个弹性件，用来把阀件的上述橡胶表面推到阀通孔。该安全阀通过用橡胶制成的阀件封闭阀通孔来保持电池的可密封性，并且通过当内部压力升高到为弹性件规定的压力时使阀通孔打开，防止电池内部压力升高超过规定压力。

这样一种常规安全阀已经广泛用在Ni-Cd型电池中。然而，在采用碱性金属作为负极的活性材料的无水电池中还没有使用过，因为即使弹性件把阀件压到阀通孔由此封闭电池，也不可能得到无水电池所要求的那样高的可密封性。

在日本公开出版物SHO 63-285859中公开了用来释放要求高可密封性的电池的内部压力的方法之一。在该方法中，电池的外壳在其壳壁的一部分处带有一个减薄的部分。该减薄部分通过使用压力装置冷轧外壳的板形成，直到板轧制部分的厚度成为其初始厚度的一半。因而，就该薄壁部分而论，电池具有良好的可密封性，因为薄壁部分仅从外壳连续壁的一部分转化而来。

在日本公开出版物HEI-6-215760中公开了另一种该类型的压力释放机构。该释放机构包括：一个阀隔膜，装配在带有一个底部的电池的圆柱形外壳的开口端，并且布置在电池的电极元件上方；和一根用来中断电流的引线，布置在阀隔膜上方。在该结构中，当电池的内部压力升高时，阀隔膜膨胀，断开用来中断电流的引线以切断电流。

根据日本公开出版物SHO-63-285859中公开的方法，必须得到外壳的薄壁部分，从而减薄部分能在较低压力下破裂。然而，当壳壁部分制得太薄时，可能在压制成形期间形成细微或微小的裂缝，因而损害电池外壳的可密封性。

而且，当金属通过冷加工处理时，他们不可避免地加工硬化。然而，金属的硬化不总是均匀地出现，并因此引起不能正常控制用于这种压力释放机构的操作压力的问题。已经进一步提出了一种用来减薄电池外壳的一部分壳壁的半蚀刻方法。控制蚀刻之后的减薄部分的剩余厚度极为困难，并且也难以得到良好的产品。另一个问题是半蚀刻部分不能免除针孔的形成，并因此需要检查所有的产品。

另一方面，根据在日本公开出版物HEI-6-215760中所公开的方法，必须准确地控制形成在引线中的切开部分的深度。鉴于其工作过程，这是一个严重的问题。另一个问题是电流在规定压力下不能可靠地断开。

为了解决上述的常规缺陷，本发明的一个目的在于提供一种包括一个阀片的封闭电池，该阀片在规定压力下，特别是在低压下，能稳定和准确地破裂，从而释放其内部压力，并且该阀片能容易地制造，并且本发明的目的还在于提供一种用在所述密封电池中的封闭件。

本发明提供一种封闭电池，该电池包括：一个电极元件，包括一根正电极、一根负电极、和一块隔板；一种电解质；一个电池外壳，容纳所述电极元件以及所述电解质；及一个封闭件，装配在所述电池外壳的一个开口端部的内周缘中，以封闭电池外壳的开口端部，其中所述封闭件包括：一个金属基片；一个阀元件，其带有一个在所述金属基片中的缝隙，以便用作释放片，从而当电池的内部压力升高时，阀元件从一个弯曲支点弯曲，以便给金属基片提供一个用来释放内部压力的开口部分；及一层金属箔，粘附到金属基片的内表面上，其中所述阀元件由一个具有宽度的缝隙限定，换句话说，缝隙形成在阀元件圆周与金属基片之间，并且阀元件的中心对于金属基片的中心是偏心的。本发明还提供一个用在所述封闭电池中的封闭件。

根据本发明，当电池的内部压力由于短路、过充电、反向充电等升高时，一个阀片操作，以变形其本身和推动与升起阀元件，该阀片包括：一个金属基片，其中提供一个用来释放电池内部压力的阀元件；和一层金属箔，具有均匀和准确的厚度，并且安置在金属基片的上方，以便封闭一个通常用阀元件封闭的通孔。这时，由于阀元件对于金属基片偏心地形成，所以他们之间的缝隙允许具有较宽的宽度，这便于阀片V的操作。当阀片电气脱开、且内部压力达到规定压力时，阀元件由于这种宽缝隙的形成而平稳地升高，并且金属箔稳定和准确地破裂以排放电池的内部气体，从而能预先防止内部温度的突然升高和电池的爆炸。

现在结合参照附图的最佳实施例和例子，解释本发明。

图1是竖直剖视图，表示根据本发明的完整封闭电池的上部。

图2是平面视图，表示根据本发明的阀片。

图3是沿图2中的Y-Y取出的剖视图。

图4是说明性视图，表示在异常情况下阀片的操作方式。

图5是另一张说明性视图，表示在异常情况下阀片的操作方式。

图6是平面视图，表示根据本发明的阀片的另一个实施例。

图7是平面视图，表示根据本发明的阀片的又一个实施例。

1：金属基片

2：金属箔

3：缝隙

4：弯曲支点部分

5：阀元件

6：引线

7：阀开口部分

8：钎接部分

C1：阀元件的中心

C2：阀开口部分的中心

图1是竖直剖视图，表示本发明的完全封闭的电池的上部。图2是平面视图，表示本发明的封闭电池的一个阀片。图3是竖直剖视图，表示上述阀片。图4和图5是说明性视图，表示在异常情况下阀片的操作方式。图6是平面视图，表示阀片的另一个实施例。

在图1中，一个带有一个用作负电极终端的底部的圆柱形电池外壳30，容纳一个电极元件32以及与外部隔离的电解质。电极元件32由盘绕叠层组成，包括一个正极32a、一个隔板32b、及一个通过隔板32b相对着正极32a布置的负极32c。

一个带有用作爆炸防止机构的通孔0和0且同时作为正极终端的封闭端盖33，通过经一个绝缘垫圈34嵌入外壳30的上开口端部而装配。在电极元件32上方，布置有一个盘状内端盖37，并且在内端盖37的中央部分处提供有一个大直径的气体释放孔35。

在内端盖37与封闭端盖33之间，提供一个形成用来包围电极元件和其他件的封闭件的阀片V。阀片V的周缘36与封闭端盖33的周缘33a相接触。这些周缘36和33a通过经一个绝缘垫圈40嵌接在内端盖37的周缘37a中固定。

一根引线6通过一种适当的方法，连接到阀片V的内表面上，阀片V用作用来封闭电池的上开口端部的封闭件。引线6延伸到电极元件32的正极32a。

如图2和图3中所示，阀片V在平面视图中基本上是圆形的，并且包括一个具有圆形形状的金属基片1、和一层粘附到金属基片1的内表面上的金属箔2。作为金属基片1的材料，可以使用从包括钢板、不锈钢板、铜板、和铝板的组中选择的任一种。作为金属箔2的材料，可以使用从包括钢箔、不锈钢箔、铜箔、铝箔、镍箔、和镍-铁合金箔的组中选择的任一种。

一个阀元件5形成在金属基片1中，其中心对于金属基片1的中心偏心，从而在阀元件与金属基片之间的缝隙3具有按位置变化的宽度，以致于缝隙可以得到月牙形状。具有这样一种宽度的缝隙3在金属基片的厚度方向全部透过金属基片。阀元件5带有不形成缝隙的部分，该部分是一个弯曲支点部分4。缝隙3如此形成，从而缝隙相对于阀元件5的中心与弯曲支点部分相对的一部分提供有缝隙的最大宽度，并且该宽度从该最宽部分向缝隙3的两端逐渐减少。由缝隙3限定的靠内部分构成阀元件5，当内部压力升高时，阀元件5作为用来释放电池内部压力的压力释放片操作。当阀元件5从弯曲支点部分4升高时，将形成一个阀开口部分7，以便释放电池的内部压力。(见图5)例如，引线6经一个钎接部分8固定到金属箔2上。

其次，解释在异常情况下阀片的操作方式。现在，由于过充电等产生从电池的电解质分解的气体，该气体升高电池的内部压力。在这种情况下，因为阀片V带有其宽度按位置变化的月牙状缝隙3，所以阀元件5与金属箔2一起在较低压力下和相对大的角度θ下从弯曲支点部分4升高，如图4中所示，由此使钎接部分8脱离引线6，因而可靠地断开电流。然后，金属箔2与具有按位置变化的宽度的月牙状缝隙3相对应的一部分破裂，以形成阀开口部分7，从而向外释放内部压力。由电解质产生的气体穿过阀开口部分7，并且从封闭端盖33的通孔0中排放。

顺便说明，尽管阀元件5从金属基片从弯曲支点部分4升高，但由于阀元件的中心C1对于阀开口部分7的中心C2偏心，产生一个宽得足以形成大的阀开口部分的空间。

阀元件的形状不必限于图2中所示的基本圆形形状，而阀元件可以是由图6中10所指示的那种，该阀元件在弯曲支点部分4处带有一个臂部分4a。根据本发明的构成，在完全封闭的电池中，由于具有大宽度部分的缝隙3的形成，当电池的内部压力由于诸如短路、过充电、或反向充电之类的一些异常而升高时，阀元件5与金属箔2一起从弯曲支点部分4平稳地升高，如图4中所示，由此切断引线或使钎接部分8脱离引线6，因而可靠地断开电流。然后，金属箔2与月牙状缝隙3相对应的部分破裂，由此形成阀开口部分7，从而向外释放内部压力。由电解质产生的气体穿过阀开口部分7，并且从封闭端盖33的通孔0中排放。如用来解释阀片V的操作方式的图5中所示，一旦任何情况需要阀片操作，阀片就使阀开口部分7形成，由此释放电池的内部气体。因而，能预先防止电池不致内部温度突然升高或其爆炸。通过以微米量级厚度的最高精度制造金属箔，能控制用于阀片的操作压力。而且，通过选择阀片的材料成分和调节弯曲支点部分4的长度，能在稳定的压力范围内预定操作压力。

根据本发明的安全阀片，当电池的内部压力由于短路、过充电、反向充电等升高时，并且在达到规定压力的时刻，阀元件能平稳地升高，并且使金属箔稳定和准确地破裂，即使在低压下也是如此，以便释放电池的内部气体。因而，能预先防止电池不致温度突然升高或其爆炸。

Claims (7)

1.一种封闭电池，包括：一个电极元件，包括一根正电极、一根负电极、和一块隔板；一种电解质；一个电池外壳，容纳所述电极元件以及所述电解质；及一个封闭件，装配在所述电池外壳的一个开口端部的内周缘中，以封闭电池外壳的开口端部，其中所述封闭件包括：一个金属基片；一个阀元件，在所述金属基片中提供有一个缝隙，以便用作释放片，从而当电池的内部压力升高时，阀元件从一个弯曲支点弯曲，以便给金属基片提供一个用来释放内部压力的开口部分；及一层金属箔，粘附到金属基片的内表面上，其中所述阀元件带有一个在其圆周与所述金属基片之间的缝隙，并且所述阀元件的中心相对于所述金属基片的中心偏心。

2.根据权利要求1所述的封闭电池，其中所述金属箔连接有一个用来把电流从电极元件传导到一个封闭端盖的引线件，并且当所述阀元件操作以释放内部压力时，所述引线件从金属箔上电气断开以中断电流。

3.根据权利要求1所述的封闭电池，其中所述阀元件具有基本上为圆形的形状，并且绕其圆周提供有一个其宽度按位置变化的缝隙，并且所述阀元件带有一个用作弯曲支点部分的部分。

4.根据权利要求3所述的封闭电池，其中所述阀元件具有基本上为圆形的形状，并且绕其圆周提供有一个其宽度按位置变化的缝隙，并且弯曲支点带有一个臂部分。

5.根据权利要求1至4任一项所述的封闭电池，其中所述金属基片由从包括钢板、不锈钢板、铜板、和铝板的组中选择的任一种制成。

6.根据权利要求1至5任一项所述的封闭电池，其中所述金属箔是从包括钢箔、不锈钢箔、铜箔、铝箔、镍箔、和镍-铁合金箔的组中选择的任一种。

7.一种封闭件，可用在根据权利要求1至6任一项所述的封闭电池中。

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