CN1309431A - 密封电池 - Google Patents

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Abstract

一种密封电池,其包括:容置发电组件的外壳;变形板,由垫圈与外壳的开口部连结并密封,随电池内压变化而向外变形;接头帽盖,设在变形板最上部;电流切断装置,设在变形板和接头帽盖之间,靠变形板的变形压力切断电流,其包括:横梁,设置成横穿变形板变形中心上部;在该横梁上形成的断裂部和放出孔的绝缘印刷基板;上部导电薄膜,形成在绝缘印刷基板上部;及端子部,形成在放出孔内,对变形板和上部导电薄膜进行连接。

Description

密封电池
本发明涉及一种当由于电池工作不正常而使其内部压力上升到规定压力以上时，能切断电流，释放出内部压力，确保电池安全的密封电池。
密封电池根据其外观形状不同而分为圆柱形和方形，根据其阳极和阴极的材料不同而分为各种类型。
美国专利第5,418,082号公开了一种“具有电流切断装置的密封电池”，如图11所示。
图11的密封电池，其外壳2内部装入了由阳极、阴极、隔板和电解液构成的发电组件4(电池芯子)。在该外壳2的开口处通过绝缘垫圈8对接受电池内压而产生变形的完全阀6进行密封结合。在该安全阀6的上部设置引线12，在其中央处形成向发电组件4一侧突出的凸起6a。并且，在安全阀6和发电组件4之间设置了一种具有中心孔14a和气孔14b的圆盘14，在该中心孔14a中插入上述凸起6a。在上述圆盘14的下部设置一种用于遮盖中心孔14a的金属薄板16，并使其与上述发电组件4的引线18相连接。安全阀6的凸起6a与金属薄板16熔焊连接，在安全阀6和圆盘14之间设置了圆盘支架20。
其中，电流切断装置10，在内压升到规定值以上时，安全阀6产生变形，这种变形使得安全阀6的凸起6a和金属薄板16的焊接结合处分离，从而切断电流，保证安全。
但是，上述电流切断装置10，因为工作压力取决于安全阀6的凸起6a和金属薄板16的焊接质量，在此情况下，因焊接时存在许多参数(熔焊机的功率、能量、振幅、压力、时间、焊接机的间隔、材料等)，很难对焊接条件进行正确组合，结果产生电流切断装置的工作状态出现偏差。并且，上述安全阀6和金属薄片16的焊接部分，时间一长因与电解液的反应，或被氧化，或强度降低，受外部冲击时很容易分离等，造成工作压力误差，其结果是对电池的安全性造成致命的影响。
为了解决上述的现有技术问题，本发明的目的是提供一种当由于电池工作不正常而使内部压力上升到规定值以上时，能在设定压力范围内正确地切断电流，确保电池安全的电池。
为了实现上述目的，本发明采取了以下技术方案：
一种密封电池，其特征在于包括：
外壳，用于容置发电组件；
变形板，它通过垫圈与上述外壳的开口部相连结并被密封，随电池内压变化而向外变形；
接头帽盖，它设置在上述变形板的最上部；和
电流切断装置，它设置在上述变形板和接头帽盖之间，由于上述变形板的变形压力断开，以切断电流；
上述电流切断装置，包括：
横梁(traverse)，其设置成横穿上述变形板变形中心的上部；
绝缘印刷板，其中包括在该横梁上形成的断裂部和放出孔；
上部导电薄膜，它形成在上述绝缘印刷基板的上部；和
端子部，它形成在上述放出孔内部，连接变形板和上部导电薄膜。
所述的密封电池，其特征在于：上述电流切断装置还包括在上述绝缘印刷基板的下部形成的下部导电薄膜，上述端子部连接下部导电薄膜和上部导电薄膜。
所述的密封电池，其特征在于：为了仅使上述上部导电薄膜的一侧的端部与接头帽盖相接触，上述上部导电薄膜形成的长度比上述横梁短；为了使上述下部导电薄膜的端部与上部导电薄膜局部相重叠，上述下部导电薄膜形成与上述上部导电薄膜成反比的长度。
所述的密封电池，其特征在于：上述上部导电薄膜、下部导电薄膜或绝缘印刷基板分别包括各自的环状构件。
所述的密封电池，其特征在于：上部导电薄膜和下部导电薄膜相重叠的区域内形成的断裂部的孔作为放出孔，在放出孔内部形成端子部。
所述的密封电池，其特征在于：上述断裂部在横梁上形成孔，在结构上强度小。
所述的密封电池，其特征在于设置了许多个上述断裂部。
所述的密封电池，其特征在于上述断裂部被设置在横梁的中央。
所述的密封电池，其特征在于上述下部和上部导电薄膜由铜或铅形成。
所述的密封电池，其特征在于：上述电流切断装置除去与接头帽盖相连接的上部导电薄膜的部分区域以及与变形板相连接的下部导电薄膜的部分区域，其余区域内包含被涂敷的绝缘膜。
所述的密封电池，其特征在于上述绝缘膜是涂敷绝缘墨水而形成的。
所述的密封电池，其特征在于：上述变形板具备由电池内压进行切断的安全阀。
所述的密封电池，其特征在于：上述安全阀的切断压力设定值大于断裂部的压力。
所述的密封电池，其特征在于形成上述变形板的位移在1mm以下。
所述的密封电池，其特征在于上述变形板具有补强筋。
所述的密封电池，其特征在于上述变形板是平板。
所述的密封电池，其特征在于：在上述电流切断装置和接头帽盖之间还设置了一种当电池温度上升超过安全温度时能抑制和切断电流的限流器。
所述的密封电池，其特征在于：因上述限流器是由2块导电薄板之间插入碳和聚合物的混合物而形成的，使下部的金属薄板和电流切断装置的上部导电薄膜形成一个整体。
本发明的密封电池包括：外壳，用于容置发电组件；变形板，它通过垫圈与上述外壳的开口部连结并被密封，受电池内压影响而向外变形；接头帽盖，它设置在上述变形板的最上部；电流切断装置，它设置在上述变形板和接头帽盖之间，由于上述变形板的变形压力断开，以切断电流。上述电流切断装置，包括：横梁(traverse)，其设置成横穿上述变形板变形中心的上部；绝缘印刷基板，其包括在该横梁上形成的断裂部和放出孔；上部导电薄膜，它形成在上述绝缘印刷基板的上部；端子部，它形成在上述放出孔内部，连接变形板和上部导电薄膜。
上述电流切断装置还包括在上述绝缘印刷基板的下部形成的下部导电薄膜，上述端子部连接下部导电薄膜和上部导电薄膜。
上述断裂部是在横梁和导电薄膜上形成孔，在结构上不坚固，它能设置许多个。
为了仅使上部导电薄膜的一侧的端部与接头帽盖相接触，上述上部导电薄膜形成的长度比上述横梁短；为了使下部导电薄膜的端部与上部导电薄膜局部相重叠，上述下部导电薄膜形成与上述上部导电薄膜成反比的长度。
上述上部导电薄膜、下部导电薄膜和绝缘印刷基板还可分别包括环形构件。
上述端子部利用上部导电薄膜和下部导电薄膜相重叠的区域内所形成的断裂部的孔作为放出孔，它形成在该孔的内部。
上述电流切断装置除去与接头帽盖相连接的上部导电薄膜的部分区域、以及与变形板相连接的下部导电薄膜的部分区域，剩余区域内包含涂敷绝缘膜。
本发明的密封电池能由在变形板上形成的安全阀作为防爆装置构成。并且，在电流切断装置和接头帽盖之间能设置一种当电池温度升高到安全温度以上时限制和切断电流的限流器。
再者，本发明能省略上述下部导电薄膜。在此情况下上述端子部连接上述导电薄膜和变形板。
本发明效果：
从本发明的详细说明和实施例中可看出：本发明仅使用断裂部的切断力作为电流切断装置的工作参数，所以，能把该电流切断时的动作误差减少到最小。并且，在长时间使用后电流切断的工作压力仍能继续保持初始设定状态，所以能达到实现安全密封电池的效果。
并且，本发明的密封电池因为和电流切断装置一起采用了防爆装置和限流器，所以，能提高电池的安全性和可靠性。
以下参照附图，详细说明本发明的实施例：
图1表示采用本发明第1实施例的密封电池的断面图。
图2表示第1实施例的帽盖部件的分解斜视图。
图3是表示第1实施例的电流切断装置的另一例的分解斜视图。
图4表示本发明的电流切断装置工作状态的断面图。
图5表示本发明的防爆装置工作状态的断面图。
图6表示采用本发明的第2实施例的密封电池的断面图。
图7表示第2实施例的帽盖部件的分解斜视图。
图8表示第2实施例工作状态的断面图。
图9表示采用本发明的第3实施例的密封电池的断面图。
图10表示第3实施例的帽盖部件的分解斜视图。
图11是表示原有的密封电池的断面图。
以下根据附图，详细说明本发明的最佳实施例。
本发明把借助于锂离子移动，能进行充放电的圆筒形外壳结构密封电池作为一例进行详细说明。但本发明并非仅限于此，而是也能适用于四方型外壳结构。
图1和图2是表示采用本发明第1实施例的密封电池。如图所示，本实施例的密封电池由外观为圆筒形的外壳22、以及在其上侧开口部通过绝缘垫圈24进行密封结合的帽盖部件26而构成。在圆筒形外壳22的内部装入发电组件28，该发电组件28是由阳极、阴极、插入到上述阳极和阴极之间的隔板以及电解液构成。
帽盖部件26包括对内部进行密封的变形板30，并通过垫圈24结合在外壳22的上端开口部内侧。该变形板30受电池内部发生的压力的作用而向该压力作用的方向即外侧(附图的上侧)方向产生变形。上述变形板30因为在装配阶段有可能向电池的内侧方向(附图的下侧方向)产生变形，所以，为了防止这种变形而形成了补强筋30a。在上述变形板30的底面上焊接了从发电组件28的阳极和阴极中的某一电极，例如从阳极中引出的分接头32，进行电气连接。阳极和阴极中剩余的电极，例如阴极利用图中未示出的分接头或直接连接方式与外壳22进行电连接。
在上述变形板30的最上侧设置了具有通气孔34a的接头帽盖34，在其下侧设置了限流器36。上述限流器36是在电池温度上升到安全温度以上时立即产生巨大电阻，限制和切断电流的流动的，将其省略掉也没有关系(以下说明省略限流器的构成)。
在上述变形板30和接头帽盖34之间设置电流切断装置38。电流切断装置38，在正常工作时让变形板30和接头帽盖34两者通电，当电池工作不正常使内部压力上升到规定值以上时，被变形板30的变形压力切断，把电流挡住。电流切断装置38作为本发明的第1安全装置使用。
上述电流切断装置38是作为变形板30和接头帽盖34之间的绝缘装置采用的能切断电路绝缘印刷基板382构成。利用环氧系树脂制作上述绝缘印刷基板382，该树脂与通常的印刷电路板(PCB)中所使用的树脂相同。上述绝缘印刷基板382由能横穿过变形板30的变形中心的上部而形成的横梁384、以及与连接该横梁384的两端的圆环形构件386构成，在上述横梁384上形成了能被变形板30的变形压力切断的断裂部384a。在此，可以省略环状构件386。
上述断裂部384a是在横梁384上形成孔，结构上强度小。上述孔分别形成在横梁384的中央及端部。即断裂部384a可由一个或多个孔形成。并且，如图3所示也可以由孔和槽的组合构成。
并且，上述电流切断装置38为了在变形板30和接头帽盖34之间构成电连接线路，在的下部形成下部导电薄膜388，在上述绝缘印刷基板382上部形成上部导电薄膜390，利用贯穿上述横梁384的断裂部384a的孔中的一个孔作为放出孔384b，在其内部形成端子部392，而形成电路。上述端子部392如图所示可形成圆筒状或圆柱状。
铜或铅利用非电解镀金或印刷方式形成上述下部和上部导电薄膜388、390和端子部392，所以下部和上部导电薄膜388、390在断裂部384a的位置上具有孔。
上述下部和上部导电薄膜388、390和绝缘印刷基板382一样包括交联部388b、390b和圆环状导电构件388a、390a，但也可以省略圆环状导电构件388a、390a。并且，如图3所示，也可以与下部和上部导电薄膜388、390分开，另外形成环状导电构件388a、390a。
上述上部导电薄膜390为了与接头帽盖34进行电连接，仅一部分接触。例如，使环状导电构件390a的外圆面与接头帽盖34相接触，为了在断裂部384a切断时切断电连接，其整体长度比上述横梁384短。并且，为了使环状导电构件388a与变形板30相连接，上述下部导电薄膜388形成的长度与上部导电薄膜390成反比，比较短，其形成的端部与上部导电薄膜390的一部分相重叠。在上述上部导电薄膜390和下部导电薄膜388相重叠的区域内布置断裂部384a和端子部392。
并且，如图4所示，，为了防止因变形板30随电池内压升高而向外凸出，由该压力切断断裂部384a把电流切断时，上述导电薄膜390与接头帽盖34相连接而使电流导通，本发明的电流切断装置38在与接头帽盖34相连接的上部导电薄膜390的一部分区域，例如除去环状导电构件390a的一部分区域，其它区域内涂敷绝缘膜394。在上述下部导电薄膜388上也是由于同样的原因而涂敷相同形状的绝缘膜394，该绝缘膜394可采用绝缘墨水来形成。
这样构成的帽盖部件26在外壳22的开口部通过垫圈24依次叠加后，通过对外壳22的开口部进行卷边而装配成图1的状态。
这样装配成的本发明的密封电池，由于电池的误用，短路及其它恶劣条件使电池内压上升和变形板30产生变形，并且该变形压力使电流切断装置38的断裂部384a产生切断动作，因此，如图4所示能切断电流，保证电池安全。
上述断裂部384a能切断横梁384的中央和两侧端部，但希望如图所示从中央切断。因为这时被布置在两侧端部的断裂部384a和中央部分一起弯曲，所以，能防止中央的断裂部复原和电接触。这时，在放出孔384b处使用中央的断裂部384a，使端子部392位于此处。
另一方面，本发明的密封电池，为了防止在上述电流切断装置38工作后内压仍继续上升，作为第2安全装置提供一种排出内部气体防止爆炸的防爆装置。
也就是说，在因电池内压而变形的上述变形板30上形成槽使强度降低而制成的安全阀30b被作为防爆装置。采用机械方法和腐蚀或电铸法可形成一定深度的槽。所以，上述安全阀30b在电池内压继续上升时如图5所示产生断裂，把内部气体和电解液排出。
图6和图7表示本发明的第2实施例的密封电池。从附图中可以看出：本实施例的密封电池，其结构与第1实施例相同。但本实施例，减少了构成帽盖部件26的零件数量，为简化结构，去除了电流切断装置38的下部导电薄膜。
更具体地说，本实施例的电流切断装置38在变形板30和接头帽盖34之间设置作为绝缘体的绝缘印刷基板382。上述绝缘印刷基板382由横穿过变形板30的变形中心的上部而形成的横梁384，以及连结在该横梁384两端的环状构件386构成，在上述横梁384上形成一种能被变形板30的变形压力切断的断裂部384a。这里可省略环状构件386。
并且，为了在变形板30和接头帽盖34之间进行电连接，上述电流切断装置38在上述绝缘印刷基板382的上部形成上部导电薄膜390，使该上部导电薄膜390的一部分与接头帽盖34相接触，利用贯通上述横梁384的放出孔384b在其内部形成端子部392，该端子部392的下端与变形板30相连接，构成电连接线路。上述上部导电薄膜390如图所示和绝缘印刷基板382一样包括交联部分388b、390b和环状导电构件390a，但环状导电构件390a也可以省略。
上述电流切断装置38为了切断电流，除去与接头帽盖34相连接的上部导电薄膜390的一部分区域，例如与接头帽盖34相接触的环状导电构件390a，其它区域内涂敷绝缘膜394。
所以，本实施例的密封电池，在电池的误用、短路及其它恶劣条件时如图8所示电池内压上升和变形板30的变形以及该变形压力使电流切断装置38的断裂部384a出现断裂动作，从而切断电流，在此之后当电池内压继续升高时变形板30的安全阀30b破裂，保证电池安全。
上述断裂部384a包括贯穿横梁384和上部导电薄膜390而形成的许多个孔或槽，并在横梁384的中央和两侧端部形成许多个。上述断裂部384a，能在横梁384的中央或两侧端部断裂，但最好是如图所示在中央断裂，这时被布置在两侧端部的断裂部384a和中央部分一起弯曲，所以能防止中央断裂部复原和电连接。
图9和图10表示本发明第3实施例的密封电池。从附图中可以看出：本实施例的密封电池，其结构与第1实施例相同。但本实施例必须包括限流器360，在构成帽盖部件26时为了简化结构，更改了电流切断装置38的结构。
更具体地说，本实施例的电流切断装置38在变形板30和限流器12之间作为绝缘体设置绝缘印刷基板382。上述绝缘印刷基板382由横穿变形板30的变形中心的上部形成的横梁384以及连接在该横梁384的两端上的环状构件386构成，在上述横梁384上形成由于变形板30的变形压力而被断开的断裂部384a。在此可以省略环状构件386。
并且，为了在变形板30和限流器12之间进行电连接，上述电流切断装置38在上述绝缘印刷基板382的上部形成上部导电薄膜390，在其下部形成下部导电薄膜388，形成贯穿上述横梁384的放出孔384b，在其内部形成端子部392，对上部和下部导电薄膜390、388进行电连接。上述下部导电薄膜388和绝缘印刷基板382相同，包括环状导电构件388a，但也可将其省略。
上述电流切断装置38为了切断电流，除去与接头帽盖34相连接的上部和下部导电薄膜390、388的一部分区域，剩余的区域内涂敷绝缘膜394。
另一方面，在本实施例中，限流器12通常是在2块金属薄板122、124之间夹入碳和聚合物的混合物126而制成的，它具有导电性聚合物链和受热膨胀的聚合物，由于上述热膨胀聚合物的膨胀而暂时切断导电性聚合物链的结合的作用而失去了通电性。
在此，本实施例中构成电流切断装置38的上述导电薄膜390一侧的端部被连接到限流器12的上，上述下部金属薄板124具有上部导电薄膜390的环状导电构件的作用。所以，本实施例能把电流切断装置38的上部导电薄膜390和限流器12的下部金属薄板124形成为一个整体。
这样构成的本实施例的密封电池，在电池的误用、短路以及遇到其它恶劣条件时电池内压的升高、变形板30的变形以及该变形压力使电流切断装置38的断裂部384a产生断裂动作，把电流切断，保证安全。
如上所述，本发明的密封电池在电池被误用、短路以及遇到其它恶劣条件时电池内压升高，变形板30变形，以及该变形压力使电流切断装置38的断裂部384a产生断开动作，如图4所示切断电流，由1次装置来保证电池的安全。这时变形板30的向外变形的位移量(ΔT)以设定在1mm以下为宜。
并且，本发明的变形板30形成平板状，这是为了使变形板30的变形压力能以大面积的分布来与电流切断装置38均匀接触，最终有利于减小工作误差。
在此，本发明的电流切断装置38为了正确地实现该工作，利用断裂部384a的断开来进行切断电流工作，它不同于过去的复杂并具有许多参数的熔焊部分离方法。决定本发明的电流切断动作的参数包括上部和下部导电薄膜390、388和横梁384在内的各部分的厚度(T1)、宽度(W)、材料和断裂部384a孔的直径。
决定本发明的电流切断动作的参数可能有很多种，但除断裂部384a的切断力外的上述参数在制造电流切断装置38之后是不变的，所以归根结底，工作压力取决于断裂部384a的切断力这个单一的参数。并且，上述断裂部384a的切断力不同于过去的熔焊方式，由于排除了时间长久所造成的被氧化以及与电解液的反应，所以能保持正确的工作压力。
考虑本发明和原有方式的电流切断工作压力的分布以及随时间而变化的关系，进行了许多试验，其结果可通过表1来说明。在此，电流切断装置38是按照断裂部384a的厚度(T1)为0.4mm，宽度(W)为2mm，并且孔的直径为0.7mm而形成并进行试验的，这时的工作压力单位是kgf/cm2。
  表1
    区分     本发明     现有技术
 样品1  样品2  样品3  样品4  样品5  样品1  样品2  样品3  样品4  样品5
产品出厂时  11.10  12.30  12.20  12.40  13.10  11.2  13.8  10.4  15.3  17.4
一个月后  11.10  12.30  12.20  12.40  13.10  11.0  13.5  10.2  15.0  17.1
六个月后  11.05  12.25  12.16  12.30  13.05  10.5  12.8  9.7  14.6  16.4
一年后  11.05  12.24  12.14  12.30  13.04  10.0  12.3  9.2  14.0  15.5
从表1中可以看出，现有技术的样品，工作压力为10.4～17.4Kgf/cm2，工作压力误差很大，与此相反，本发明的样品为11.10～13.10Kgf/cm2，误差减小。并且，可以看出：若用现有技术，则经过的时间一长，工作压力就急剧下降。但本发明经过1年后工作压力几乎没有变化。
再者本发明提供防爆装置作为确保电阻安全的第2装置。防爆装置，在电流切断装置38工作后电池内压仍继续上升时，如图5所示，利用变形板30的安全阀30b断裂并排出内部气体的作用，第2次防止电池爆炸。这时，因为电解液也和电池内部的气体一起被排出，所以，最终能使电化学反应中断，确保安全。

Claims (18)

1．一种密封电池，其特征在于包括：
外壳，用于容置发电组件；
变形板，它通过垫圈与上述外壳的开口部相连结并被密封，随电池内压变化而向外变形；
接头帽盖，它设置在上述变形板的最上部；和
电流切断装置，它设置在上述变形板和接头帽盖之间，由于上述变形板的变形压力断开，以切断电流；
上述电流切断装置，包括：
横梁，其设置成横穿上述变形板变形中心的上部；
绝缘印刷板，其中包括在该横梁上形成的断裂部和放出孔；
上部导电薄膜，它形成在上述绝缘印刷基板的上部；和
端子部，它形成在上述放出孔内部，连接变形板和上部导电薄膜。
2．如权利要求1所述的密封电池，其特征在于：上述电流切断装置还包括在上述绝缘印刷基板的下部形成的下部导电薄膜，上述端子部连接下部导电薄膜和上部导电薄膜。
3．如权利要求1所述的密封电池，其特征在于：上述上部导电薄膜形成的长度比上述横梁短，以使上述上部导电薄膜的一侧的端部与接头帽盖相接触；上述下部导电薄膜形成的长度与上述上部导电薄膜成反比，以便使上述下部导电薄膜的端部与上部导电薄膜局部相重叠。
4．如权利要求1所述的密封电池，其特征在于：上述上部导电薄膜、下部导电薄膜或绝缘印刷基板分别包括各自的环状构件。
5．如权利要求1所述的密封电池，其特征在于：上部导电薄膜和下部导电薄膜相重叠的区域内形成的断裂部的孔作为放出孔，在放出孔内部形成端子部。
6．如权利要求1所述的密封电池，其特征在于：上述断裂部在横梁上形成孔，在结构上强度小。
7．如权利要求6所述的密封电池，其特征在于设置了多个上述断裂部。
8．如权利要求5所述的密封电池，其特征在于上述断裂部被设置在横梁的中央。
9．如权利要求1所述的密封电池，其特征在于上述下部和上部导电薄膜由铜或铅形成。
10．如权利要求1所述的密封电池，其特征在于：上述电流切断装置除去与接头帽盖相连接的上部导电薄膜的部分区域以及与变形板相连接的下部导电薄膜的部分区域，其余区域内包含被涂敷的绝缘膜。
11．如权利要求10所述的密封电池，其特征在于上述绝缘膜是涂敷绝缘墨水而形成的。
12．如权利要求1所述的密封电池，其特征在于：上述变形板具备由电池内压进行切断的安全阀。
13．如权利要求12所述的密封电池，其特征在于：上述安全阀的切断压力设定值大于断裂部的压力。
14．如权利要求1所述的密封电池，其特征在于上述变形板的位移形成在1mm以下。
15．如权利要求1所述的密封电池，其特征在于上述变形板具有补强筋。
16．如权利要求1所述的密封电池，其特征在于上述变形板是平板。
17．如权利要求1所述的密封电池，其特征在于：在上述电流切断装置和接头帽盖之间还设置了一种当电池温度上升超过安全温度时能抑制和切断电流的限流器。
18．如权利要求17所述的密封电池，其特征在于：上述限流器是由2块导电薄板之间插入碳和聚合物的混合物而形成的，使下部的金属薄板和电流切断装置的上部导电薄膜形成一个整体。
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