TW398089B - Pressure activated current interrupter for electrochemical cells - Google Patents

Description

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I本發明係關於電化學電池之電流斷續器，，其中電流 斷續器可安全地防止氣體壓力過度升高時電池的作動,。" 經濟部中央標準局負工消費合作社印製 多種電化學電池特別鹼性電池設計上關連的問題為 當電池持續放電超過某—點.，通常約為電池使用容量完全 被耗盡該點附近，.電池傾向於產生氣體‘。但當名目容量相 等但實際容量非絕對完全相等的電池於—系列配置中放電 時造成電池被迫放t也可能產线體m可能產生 於電池被充電時丨特別電池並非特別設計用作可充放電池 或未正確使用充電器時尤為如此 '添加劑含括陽極及，陰 極，多種電池組件可經塗層來延遲此種產氣。雖言如此，， 電化學電池特別驗性電池習常設置有可破裂隔膜或厚膜於 電池殼體之端蓋總成内部.。有此種可破裂隔膜之電池例如 述於美國專利3,617,386。此種隔膜係設計為當電池内部 之氣體壓力超過預定程度時破裂 < 端蓋總成可設置通孔 時’隔膜或厚膜破裂使氣體逃逸9 雖然可破裂隔膜可使電池有顯著安全特性可解除氣 體壓力，但其確實有腐蝕性或有害電解質可能連同氣體被 載運出通風通道的缺點。 電池可設置壓力響應膜於電池體内，，該膜可破裂或 鬆脫，、使電池本身内部之電路徑斷路.，換言之電池電極（陽 極或陰極）與對應電池端子（正或負端子）間之電路斷路。 此型壓力響應電流斷續器件述於美國專利4,〇35,552。此 種壓力響應電流斷續.器件可能顯著增高電池成本，原因為 其设sf成發揮功能時仍全體維持於電池内部.。其又有缺點

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五、發明説明（2 Α7 Β7 經濟部中央標準局員工消費合作社印製

為佔據電池内部相當空間，、否則該等空間可供額外陽極或 陰極材料使用、。 其他類型電池用之壓力驅動電流斷續器件係利用外 部接觸裱’、該環電連接電池殼體至位於殼體封閉端之電池 端板周緣。' 此型壓力驅動電流斷續器件述於美國專利 4,992,344、殼體又與電池電極之一典型為鹼性電池陰極 做電接觸。，端子本體係與電池殼體絕緣9當電池内部之氣 體壓力積聚時，·殼體封閉端鼓出，，引起導電環與端板的連 接切斷、’因此斷開電極與端板間之電路徑而關斷電池。，雖 然部份此型電流斷續器件係位於電池外部•，但器件整體證 實製造上昂貴且功能不可靠： 美國專利2,651，669敘述一種附有可變形平坦隔膜之 電池：該隔膜係呈個別件傲置於電池殼體開口端。當壓力 於電池内部積聚時，，隔膜傾向於向外偏轉，、使與隔膜接觸 的絕緣短柱由電池-端凸起而破壞與另_器件的電接觸。 所述設計之缺點為可變形隔膜必須呈個料以電池㈣ 内，.因而需要隔膜與電池殼體間之獨立密封。 如此需要對電池提供輔助或替代的壓力驅動電流斷 續器器件，、其製造上方便，，可靠·，無須額外密封且不會顯 著降低電池合里。> 希望提供一種附有此種麗力驅動電流斷 、名只裔件之電池其係於塵力籍^ 49 i# V/ 坚刀檟聚私度夠咼前被驅動而使氣 體通風及由電池内部排出電解質。 本發明係關於—種電化學電池特别驗性電池用之Μ 力驅動電流斷續總成。本發明之電流斷續總成包含一支承 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) ΟΙ -裝· 訂 ·_ ^1.--------- I I 1

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底座及一電絕緣件其可響應支承底座之運動而活動。支承 底座為電池殼體整合一體之一部份：及其具有可響應氣體 壓力偏轉面。、附有可偏轉面之支承底座較佳包含部份電池 筒形殼體之封閉端、絕緣件係於支承底座之可偏轉面做實 體連通。、當電池内部氣體壓力積聚至超過預定程度時.，支 承底座偏轉而造成絕緣件由端子間凸S，·因而打斷電池與 另一電池、、接受供電器件或該電池之充電裝置之接觸端子 間之電接觸。 本發明之壓力驅動電流斷續總成當應用於鹼性電，池 時較佳係位於殼體之封閉端，該端形成電池之正端子。如 此當斷續總成被驅動時，絕緣件由正端子凸起而打斷該端 子與另-電池、接受供電之電力器件或充電該電池之裝置 的接觸端子間之電接觸。 方面，'電流斷續總成可應用於電池殼體封閉端之 體成形的正端子尖點之該型驗性電池的柱形殼體封閉 端。方面，電流斷續總成可施用於驗性電池之筒形殼體 封閉端’.該型驗性電池與電池殼體封閉端有—體成形的正 經濟部中央標準局舅工消費合作社印製 :點 '此種電池中、’正尖點本身係與電池殼體於封閉端一 ‘成::正端子尖點内面暴露於電池内部可能積聚的氣 義雨於外，發月之方面端子中部可向内凹而形成一槽 美:於境，、及一絕緣件係附接於槽之外表面.，故也 子之槽面形成絕緣件之支承底I於電池 正吊刼作期間，、雖然絕緣件係 端m錄於端子外侧·，但仍沈沒於 大點内凹部之形成槽的周緣下方：當電池内部壓力累 ▲張尺度適用 經濟部中央標準局員工消費合作社印製

經濟部中央標準局貝工消費合作社印製 A7 --— —__ B7五、發明説明（5^"" ~ ^ " 例。 第2A圖為第1圖之附有整合一體成形尖點之驗性電 池之封閉端之剖面圖,，該電池係與另一電池或待供 做電接觸。、 第2B圖為第2A電池封閉端於電池内部氣體壓力已 經驅動本發明之電流斷續器後之剖面圖、。 第3A圖為附有本發明之電流斷續器總成之另一具體 例的平坦非整合一體成形尖點（熔接正端板）鹼性電池之封 閉端之剖面圖。 ， 第3B圖為第3A電池封閉端於電池内部氣體壓力 經驅動本發明之電流斷續器後之剖面圖。 \ 第4圖為電流斷續器絕緣件之特定具體例之透視圖 第5A圖為附有本發明之電流斷續器總成之另一具股 例的彎曲非整合一體成形尖點（熔接正端板)鹼性電池之封 閉端之剖面圖。、 第5B圖為第5A電池封閉端於電池内部氣體壓力 經驅動本發明之電流斷續器後之剖面圖。 較佳具體例之詳細說明 本發明之壓力驅動電流斷續器總成較佳應用至一 電池例如驗性電池或蓄電池如鋰離子、、鎳金屬氫化物或 錢蓄電池、。本發明可優異地應用於此等電池殼體之封 端。、 電化電池如電池5(第1圖）典型有一筒形（殼體）丨5、， 其具有一封閉端係由殼體本身形成、，如第1圖所示。電池 已 體 已 次 鎳 閉 I製！ β再填寫本1} -訂-

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經濟部中央標準局員工消費合作社印製 A7 -------— 五、發明説明（7 ) ~~—' ~~~-— 件可能為電池設計為可充電但未特別設計為可在充電；或 若電池首先接受高功率使用例如用於AA電池，連續以約 0.5安至2.0安之排流速率排流、，隨後於低排流（低於〇 ι 安）放電至完全、。 本發明之電流斷續總成之優點為可於㈣可破裂隔 膜等之電池組通風系統被驅動前關斷電池而氣體或腐錄 電解質並未被排除，、因而獲得更安全的電池設計，特別對 具有較低化學平衡（陰極/陽極比）之電池尤為如此、。本發 明之電流斷續總成也顯著減少因氣體壓力積聚導致「電池 膨出」的機會、，膨出可能使電池塞在待供電器件之電池組 腔室内、。 第2圖所不本發明之較佳具體例中、，電流斷續總成 施加至筒形殼體15封閉端2〇用於有整合一體之尖點之驗 f生電池’、例如驗性電池具有正端子尖點由部份電池殼體形 成於電池封閉端 '，如第2圖所示。代表性驗性電池殼體顯 不於第1圖。、此種驗性電池具有筒形殼體15初步成形為 一端封閉而另一端開啟 '。鹼性電池有一陽極包含鋅、，及一 陰極包含二氧化猛，、氫氧化鉀，、電解質及隔板材料典型包 含螺繁或纖維素。'電池内填充陽極及陰極线材料後，叙 入端蓋總成35至開口端21而封閉電池。、端蓋總成含有可 破裂隔膜，、若電池内部氣體壓力積蓄至超過預定值，則氣 體可經此隔膜逸至周圍環境。適當端蓋總成及密封該總成 於電池開口端之方法敘述於美國專利七兇入討〗、，併述於 此以供參考。、開口端之端蓋總成含有負端子，'於相反端之 (請先聞讀背面之注意事項#'填寫本頁) ·ί ·Ί^Γ^-IT_線 I-------- n 10

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經濟部中央操準局員工消費合作社印製 A7 ______B7 五、發明説明（10 ) ' 密時、。 第3A圖所不之另一較佳具體例中、，電流斷續總成1〇〇 可位於電池105封閉端 '電流斷續器總成1〇〇包含可偏轉 支承底座1 80形成電池殼體115之整合一體部份，及絕緣 件150與支承底座1 80做實體連通、。第3 A圖所示具體例 中，、如板118熔接至支承底座。、端板118有一尖點1其 有一平坦面175且有一孔口 122貫穿其中、。第5八圖所示 替代例中電流斷續總成1 〇〇為類似，、但被板〗18有一尖 點120其具有向内曲的中央表面125 ?此等具體例之電池 105較佳為C或D尺寸鹼性電池。、電池係由筒形殼體u 5 形成’、喊體有一藉殼體115形成之封閉端丨丨8及對電池5 所述之相對開口端（第1圖）？於電池填充以陽極、、陰極，、 隔板及電解質後端蓋總成如前述嵌入開口端。、電池較佳有 一外板（端板118)於封閉端118熔接至電池殼體U5:端 板118係藉施加點焊145介於端板118周緣與電池殼體115 間而熔接至殼體115。、外板（端板118)中部形成正端子尖 點120^子尖點120(第3A圖）具有平坦接觸面175其有 一孔口 122?另外如第5A圖所示，端子尖點12〇具有向 内彎的中部125 :本發明之電流斷續總成之絕緣件15〇可 嵌入電池封閉端之殼體面丨8〇與端板丨〗8間。此具體例中， 於電池封閉端之電池殼體面〗8〇可作為絕緣件丨5〇之支承 底座。、第3A圖所示具體例中、，絕緣件15〇之頭151較佳 於正常電池工作條件下係停靠於正位於端子尖點12〇内面 下方。、此具體例（第3A圖）中、，孔口 122係大於絕緣件15〇 本紙張尺錢财關家標準（CNS ) A4規格（2l^I97公麓） ----------:1!©!裝 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) n n n n i .· = I 1--1 13 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 A7 —---— _ B7 _ 五、發明説明（11 ) 之頭151直徑。、第5A圖所示替代具體例中：絕緣件15〇 之頭151較佳於電池正常工作條件下係停靠於孔口 122内 部。、支承底座180中部185可向内凹如第3A或5A圖 所示、。支承底座180包含凹部185構成殼體115之整合一 體部份？下凹之支承底座180及端子尖點12〇界定夾持絕 緣件150之腔室135、。孔口 122係設置於端子尖點12〇中 央或接近中央。、當電池内部壓力蓄積至超過預定值時，支 承底座180之凹部185向外鼓出、，使絕緣件15〇被推過孔 口 122，、如第3B或5B圖所示。、一旦支承底座18〇向外 鼓起，、即使電池壓力返回正常程度、，支承底座仍保持於此 位置。〜當絕緣件150被推壓通過孔口 122時，，絕緣件被迫 接觸另一電池或待供電器件端子、，因而打斷與另一電池或 器件電接觸：此具體例之絕緣件15〇較佳呈有一球形或盤 形中區160之細長件而保持其介於支承底座〗8〇與端板 11 8間定位。、 絕緣件150較佳由聚烯烴或聚醯胺（尼龍）塑膠材料製 成。、絕緣件150之長度較佳為約2毫米至1〇毫米、，更加 約4毫米；'及圓盤部16〇直徑為約2毫米至1〇毫米、。支 承底座180之下凹中部185深度亦即由頂點19〇至環形底 座195之深度較佳約〇 5至2毫米。凹部185之曲率半徑 (第3A及5A圖）較佳為約5毫米至2〇毫米、。第5A圖所 不變化中、’也有尖點120向内曲之中部125，、下凹中部125 為、力0.5毫米至.2毫米、。端子尖點12 〇較佳為鋼材料 製成，、厚度為約（Κ25毫米，。支承底座18〇較佳為鋼材料 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁)

14 五、發明説明（l2 製成，'厚度為約0.25毫米。'當電流斷續總成100(第3A 或第5A圖）應用至C或D尺寸電池時？腔室135之頂點 190與尖點平坦面175間之長度（第3A圖）或頂，點19〇與 尖點内凹中部125間之長度(第5A圖)為約2毫米至15毫 米。、 池 池 向 訂 ，第3A圖或第认圖之電流斷續器具體例較佳設計成 當電池（電池大小由AAA至D)内部氣體壓力達到約· 至2500 psi(13,789，_至172}368，_達因/平方厘米）程 度（電流斷續器驅動程度）時被驅動、。到達此種壓力時'，支 承底座⑽之凹陷中部185以較佳約_至ι〇〇_克力 之力向外鼓。'此力約為電池與待供電器件間之接觸力或待 供電器件之電池腔室内部串聯連結之各電池（電池至電 接觸）間之典型接觸力之約百倍。、（電池習知係藉對正電 之微弱彈簧力而被夾持於電池腔室内部）。因中部i Μ 外豉出（第3Β圖或第5Β圖；)時施加的力係遠大於電池至電 池或電池至器件接觸力，故絕緣件15〇將由端子尖點⑽ 充分凸起而打斷電池至電池或電池至器件的電接觸。較佳 絕緣件150由端子尖點12〇之凸起為約〇·5毫米、。 雖然已經參照特定具體例說明本發明之壓力驅動電 流斷續器總成，]旦須了解可未背離此處所述構想做出本發 明之其它具體例及變化。、因此本發明非僅限於任何特定具 體例反而係由申請專利範圍及其相當範圍界芩。 本纸張纽適用中國國家操準（CNS ) Α4規格（21()><297公着了 15 五、發明説明（l3 ) A7 B7 元件標號對照 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 5 電池 10， 100，200電流斷續總成 12 正端子尖點 15， 115 殼體 17 縱軸 20 > 120封閉端，端子尖點 21 開口端 25 槽區 35 端蓋總成 37 電流收集器 40 陰極 50， 150 絕緣件 ， 60 陽極 75 - 105 電池 118 端板 122 孔π 125 中央表面 145 點焊 151 頭 160 盤部 180 凹面支承底座 185 中部 135 電池腔室 85 隔板 175 平坦面 190 頂點、 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) Θ 裝·

•tT 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) Μ規格（210X 297公釐） 16

Claims (1)

1. 六、申請專利範圍 山種電化學電池'其包含一殼體具有—封閉端,，一對 碥子其中端子之-係位於殼體之封閉端，'該電池進_ t包含電流斷續器總成位於殼體之封閉端，該電流斷 總成包含電絕緣件位於殼體封閉端之端子附近’ 及當電池内部氣體壓力積聚至超過預定值時使絕緣件 由料向外鼓出的裝置，、因而防止端子與另一電池或 其它電器件端子間之電接觸、，其中該使絕緣件由端子 向外凸起之裝置包含電池殼體之一部份、。 2·如申請專利範圍第1項之電化學電池，，'其巾該使絕緣 件由端子凸起之裝置包含一整合一體構件係由部份電 池殼體形成’、該整合一體構件具有可響應電池内部之 氣體壓力積聚的可偏轉面，，絕緣件係與整合一體構件 之可偏轉面做實體連通，'其中當電池内部氣體壓力累 積至超過預定值時，'該表面向外偏轉；使絕緣件凸起 超出殼體封閉端之端子末梢。 3.如申請專利範圍第2項之電化學電池，其中該電池為 筒形’、及該可偏轉面係位於大致垂直電池縱軸平面， 可偏轉面係朝電池内部向内彎曲。 4·如申晴專利範圍第3項之電化學電池，，其中該具有向 内f曲面之整合一體構件也構成於電池封閉端之端 子’、及向内彎曲面於端子外側形成一槽、。 5.如申請專利範圍第4項之電化學電池、，其中該絕緣件 係固定^該端子外側之槽内部曲面.，該曲面提供絕緣 17 ( CNS ) A4^ ( 210X297^ ) 申請專利範圍 A8 B8 C8 D8 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 件之支承底座。 \ 6. 如申請專利範圍第5項之電化學電池、，其中該絕緣件 包含塑膠材料塊、’其中當電池内部氣體壓力累積至超 ㈣定值時，、曲面向外偏轉，、使槽顛倒，，及絕緣件由 端子末梢凸起、’藉此防止端子與另一電池或與其它電 力器件間之電接觸。、 7. 如申請專利範圍第6項之電化學電池'，其中當曲面 外偏轉而使槽顛倒時1，絕緣件係由端子末梢凸起至 約1毫米、。 ， 8·如申請專利範圍第6項之電化學電池，，其中該電池為 鹼性電、池，、及於殼體肖閉端之端子構成電池的正端于。 9. 如申請專利範圍帛3項之電化學電池，其中該具有向 内曲面之整合一體構件係由殼體封閉端之一部份形 成。- 10. 如申請專利範圍第3項之電化學電池，、其中該電池進 一步包含金屬外板熔接至形成殼體封閉端之整合一 構件，，該板具有一向外凸起之中部形成於殼體封閉 之端子。 1 1 ·如申請專利範圍第1 〇項之電化學電池，，其中該於殼 封閉端之向内彎曲面與外板中部間之區域界定一 室，、其中至少實質部份之絕緣件係定位於腔室内部 及部份絕緣件係與向内彎曲面做實體連通、。 12.如申請專利範圍第丨丨項之電化學電池：其中該形成端 向 少 體 端 體 腔

   (請先閔讀背面之注意事項再填寫本頁) .裝------訂--.---線·'--^---1! —^1 ί A8 B8 C8 D8 '申請專利範圍 子之外板中部有一孔口貫穿其中，，其中當電池内部氣 體壓力蓄積至超過預定值時，於殼體封閉端之彎曲面 向外偏轉’、造成部份絕緣件經由孔口凸起，，及延伸超 出於忒體封閉端之端子末梢、，因而防止端子與另—電 池或待供電器件間之電接觸。、 13,如申請專利範圍帛12項之電化學電池，，其中該絕緣件 為細長件，1其具有球形或盤形中部而使絕緣件穩定於 腔室内部。、 、 14·如申請專利範圍帛12項之電化學電池，、其中緊鄰環繞 之板。卩伤係朝向電池内部向内彎曲.，部份絕緣件 經由孔口凸起，，但未伸展超出於殼體封閉端之端子末 梢，，直到電池内部之氣體壓力蓄積至超過預定值,。 15·如申請專利範圍帛12項之電化學電池，，其中該電池為 殼體封閉端之軒構成電池之正端子。 16·— 中該使絕緣件由端子凸起之裝置包含由 部份殼體形成的整合一體構件’、該整合一體構件：有 可響應電池内部之氣體壓力積聚的可偏轉面，絕緣件 係與可偏轉面做實體連通，、其中當電池内部氣體壓力 積聚至超過預定值時，、該表面向外偏轉使絕緣件凸起 超出位於殼體封閉端之端子末梢，'因而防止端子與另 一電池或電器件間之電接觸，。 其中該電池為 17.如申請專利範圍第16項之電化學電池 驗性電池V