TW408511B - Closed battery and closing member - Google Patents

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408511 ;、發明説明（1) 本發明之細節說明 [產業之領域] 本發明係有關於在電池的溫度或內壓上升時，一種能 夠在一固定壓力下，特別是在低壓下破裂，而輕易地釋出 內壓且同時切斷電流的密閉型電池。 [先前技術] 近來，隨著對於被製成更小尺寸並具有更高性能的電 子裝置所增加的要求，諸如鋰離子二次電池等重量輕且能 纛密度高的非水性電解質電池已被廣泛地使用。因爲非水 性電解質電池係使用諸如鋰、鈉或鉀等鹼性金屬做爲其負 竃極的活性材料，而該鹼性金屬易與水反應產生氣體，所 以其係使用一完全密封結構的容器。該完全密封電池具有 優越的儲存性能，但相反地，其將因高度密封的結果而產 生一個問題。亦即，若電池曝置於高溫，或在其內部或外 圔短路則會有一大電流流過，或者若因製造渦程中所包含 的水氣而使得電池中產生氫氣，則電池的內部壓力有時將 異常升高且電池將爆裂，其將損傷裝置。其亦可能會有傷’ 害裝置使用者的危險。因此，提供用以將電池內壓在其增 加至一高水平之前釋放出的機構係所需。 至今，若干個用以釋放出電池內壓的方法已被提出， 且部份已被實際使用。例如，日本專利早期公開案案號平-2-3〇4861揭示一電池用之安全閥機構。該安全閥係被架構 ，而使得電池容器的某一部份上設有一閥腔室，其具有通 ____4 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) Α4規格（21〇 Χ：297公釐） 4〇85il A7 B7 五、發明説明（>) (請先聞讀背面之注意事項再填寫本頁) 往電池內部之閥開口以及一通往外界的排氣孔。該閥腔室 係設有一閥組件’其中至少面向閥開口的表面爲橡膠所製 成，其並設有將該閥組件的橡膠製表面壓向閥開口的一彈 性組件。因此，該閥組件的橡膠關閉該閥開口’所以電池 的密封性將可確定；當內壓到達橡膠組件可釋壓的某一壓 力値時，該閥開口將開啓，故可避免內壓過度升高。 此種傳統式安全閥已廣泛地使用於Ni_cd型電池中。 然而，其尙未使用於以鹼金屬做爲負電極活性材料的非水 性電池中，因爲即使彈性組件將閥組件壓向閥開口以關閉 電池，其仍無法獲得非水性電池所要求的高密封度。 用以釋放需要高度密封之電池內壓的方法之一 ’已爲 日本專利早期公開案案號昭-63-285859所揭示。在該方法 中，一電池容器的部份壁上係設有一薄化的部份。該薄化 的部份係使用壓機將容器壁薄片冷壓’直到被壓之薄片部 份的厚度變成原厚度一半時爲止而形成。因此’該薄化的 部份可提供電池優良的密封性’因爲在其上無開口的咎器 體僅有一部份被變形。 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 該形式之另一種壓力釋放機構係揭示於日本專利早期 公開案案號平6-；215760。該釋放機構係設有一閥隔膜’其 係被固定於具有底部之圓柱形外圍容器中之電極元件較高 部份的開口端部份；於閥隔膜上並設有一用於切斷電流的 導線。在該結構中，當電池內壓升高時’該閥隔膜將膨膜 而使切斷電流用的導線破裂’以切斷電流。 本紙張尺度適用中國國家操华(CNS ) A4规格（210X297公釐） 408511 A7 B7 五、發明説明（今） [本發明所要解決的問題] 根據如日本專利早期公開案案號昭-63-285859所揭示 之方法，將經薄化的容器壁部份變薄，而使得該經薄化的 部份可在較低壓力下破裂係所需。然而，當該容器壁部份 太薄時，其可能會在壓製成形時形成微細或微小裂縫，其 可能有害於電池容器的密封性α此外，當金屬以冷加工處 理時，其必然爲加工所硬化。然而，該加工並不一定會產 生均勻的硬化，因此，其將產生用於該壓力釋放機構之操 作壓力可能會有變化的問題。有一種用以製作較薄電池容 器壁部份的半蝕刻法。然而，控制蝕刻後所殘留的薄化部 份厚度係極爲困難的，且其亦難以獲得一較佳的良率。另 一個問題係針孔於半蝕刻部份產生，因此，所有的產品皆 需檢査。 根據如日本專利早期公開案案號平-6-215760所揭示之 方法，精確地控制形成於導線中之切斷部份的深度係所需 的。由形成的觀點視之，該方法係困難的，其將產生在某 固定壓力下電流未確實被切斷的問題。 以解決如上述之傳統方法缺點的觀點視之，本發明之 一目的係提供一種加入一閥片的密閉型電池，以及上述密 閉型電池用的一密閉組件：其中該閥片可以在某固定壓力 下穩定地且精確地破裂，特別是在一低壓下時亦然，因而 釋放其內壓，且其可容易地製造。本發明之另一目的亦爲 提供一種具有能夠容易處理的結構且在製程中幾乎不產生 缺陷產品的密閉組件，以及使用該密閉組件的密閉型電池 _ 6 _____

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經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 A7 B7 408511 五、發明説明（+ ) [解決問題的手段] 上述問題可以根據本發明的密閉型電池而解決’其包 括有一外圍容器、由一正電極與一負電極及一隔離物所組 成的一電極元件、在該外圍容器中容納一電解質、以及固 定於外圍容器開口端部份內緣以關閉開口端的一密閉組件 。該密閉組件由一閥元件以及一金屬箔所組成’且該閥元 件係由一金屬基板所形成，其上有複數個貫穿的開口，以 各開口間的小間距沿著環狀的圓周而排列。該金屬箔係層 疊於金屬基板的內表面，而將貫穿的開口關閉。當電池內 壓升高時，可因微小力量而變形之形成於金屬基板上之開 口間的小間距部份將伸長，而使得爲複數個置於環狀圓周 上之貫穿的開口所圍繞的金屬基板部份產生凸起。 根據本發明之結構，以複數個貫穿的開口所圍繞之金 屬基板部份以及金屬箔所組成的一閥片’係與由電極元件 傳遞電流的導線蓋連接。當電池內壓升高時，爲複數個貫 穿之開口所圍繞的部份將凸出’而導線蓋將切斷與金屬箔 的電連接以切斷電流。當內壓進一步升高時，金屬箔將破 裂以釋放出電池內部的氣體，而避免電池容器的爆裂，其 中該金屬箔係被層疊，以關閉由其上有貫穿之開口的金屬 基板所形成之閥元件的開口。 上述之複數個貫穿的開口係具有相同直徑的圓形開口 。其最好個別沿著閥元件中心之外圍固定半徑的圓周，而 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4规格（210X297公釐） (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁)

'1T 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 A7 B7 408511 五、發明説明（ς) 以固定間距排列’例如環狀圓周。此外，複數個在環狀圓 周上之貫穿的開口所形成的開口的總長度，最好爲環狀圓 周總長度的30至85% 此外’金屬基板最好爲鋼板、不鏽鋼板、銅板或鋁板 。該金屬箔最好爲鋼箔、不鏽鋼箔、銅箔、鋁箔、鎳箔或 鎳鐵合金箔。 因此’本發明之密閉組件係被架構，而使得其一部份 在一固定壓力下變形’以在內壓升高時快速地切斷電池電 流。該密閉組件係進〜步設有一在固定壓力使自身破裂而 釋放內壓的機構。上述用以切斷電流之固定壓力，可以根 據開口的形狀及排列而任意地設定，而釋放內壓之壓力値 則可以根據金屬箔的材料及厚度而任意設定。 [較佳實施例之說明] 本發明之較佳實施例及範例係參考圖式而說明如下。 圖1係表示以本發明範例而完全密閉之電池的上面部份的 縱截面圖。圖2係表示以本發明之另一個範例而完全密閉 之電池的上面部份的縱截面圖。圖3係表示具有一閥元件 之密閉組件的平面圖。圖4係表示該密閉組件的縱截面圖 。圖5及圖6係表示當電池內壓異常升高時該密閉組件動 作的解釋圖。圖7及圖8係表示密閉組件之其他範例的平 面圖。 在圖1中，具有底部且做爲負電極端的圓柱形外圍容 器30，容納了與外界隔離的電解質和電極元件32 °電極元 {請先閣讀背面之注意事項再填寫本頁)

經濟部智慧財4局員工消費合作社印製 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) Α4規格（210X297公釐） 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 408511 A7 ___ B7__ 五、發明説明（b ) 件32係被架構，以使得由一正電極32a、一隔離物32b以 及一負電極32c所組成的層疊物以捲形環繞，其中該負電 極32c係面對正電極32a而放置，並藉隔離物32b與正電 極32a絕緣。 做爲防爆裂機構且同時做爲正電極端之具有氣體釋放 孔0、0的密閉帽罩33，係藉由絕緣塡隙物34將外圍容器 30的上開口端部份塡隙密封而固定。具有氣體釋放孔37b 的導線蓋37，係放置在電極元件32上方。 於導線蓋37與正溫度係數元件38之間，提供一閥片 V，其形成密閉電極元件32及其他元件用之密閉組件，其 中正溫度係數元件38的阻値將隨溫度增加而增加，以將電 池電流控制於一正常水平。閥片V的周圍36係與正溫度 係數元件38接觸，而正溫度係數元件38係與密閉帽罩33 的周圍33a接觸。該周圍36與33a以及正溫度係數元件 38，係藉由絕緣塡隙物40將導線蓋37的周圍3W塡隙密 封而固定。 藉由適當的方式，使導線6附著於做爲密閉電池上開 口端部份用的密閉組件之閥片V的內表面。導線6係延伸 至電極元件32的正電極32a。因此’提供了電池的電流路 徑。 該電流路徑亦可能以如圖2所示之另一種方法提供。 亦即，導線蓋37係面對閥片V放置，且絕緣塡隙物4〇置 於其間，而下凹部份20係形成於閥片v的中心部份’其 與形成於導線蓋37中心部份的凸起24接觸。導線6係藉 ____9__ 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（2丨0X297公釐） (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁)

408511 五、發明説明（1 ) (請先聞讀背面之注意事項再填寫本頁) 由適當的方法而附著於導線蓋37的內表面，且導線6係延 伸至電極元件32的正電極32a。因此，提供了一電流路徑 的範例。 如圖3與圖4所示，閥片V的平面圖爲實質上圓盤狀 。閥片V係由圓盤狀金屬基板1以及層疊於金屬基板1內 表面的金屬箔2所組成。鋼板、不鏽鋼板、銅板或鋁板可 使用爲金屬基板1的材料。鋼箔 '不鏽鋼箔、銅箔、鋁箔 、鎳箔或諸如鎳鐵.合金箔等鎳合金箔，可使用爲金屬箔2 的材料。 Λ 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 在表示本發明之一範例的圖3中，係安置複數個貫穿 的開口 3 (“η”個貫穿的開口，亦即圖3的狀況爲8個開口 )(在圖3的狀況中每個爲圓形），而使得其個別的圓心 係出現於環狀圓周1上（圓周1係以半徑“r”環繞圖3閥片 V的中心位置），並以界於其間之相等間距“w”隔開，而使 其在一圓形線上形成環狀。如圖4所示，金屬箔2具有附 著於例如硬焊部份8的導線6。當電池內壓升高時，易於 變形之金屬基板1的等間距“w”部份將伸長，且爲複數個 貫穿的開口 3所圍繞的閥片部份5將凸起，以允許導線6 自硬焊部份8脫離或斷裂而切斷電流。 該複數個C“n”個）貫穿的開口 3的總長度：ΠΧΔ1 ( A1代表在圓周1上各貫穿開口的實質長度）最好可以爲圓 周1總長的3〇至85%。在貫穿的開口總長度小於圓周總長 的30%之狀況中，金屬基板1的剛性將變得較高。因此， 即使當內壓升高時，閥片的部份5將不會充分地凸起，因 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) Α4規格（210Χ 297公釐） 408511 A7 B7__ 五、發明説明（Λ ) 此導線6將不會自硬焊部份8脫離。因此，其將無法切斷 電流。另一方面，在總長度超過圓周1總長的85%之狀況 中，若外面有強大力量施加於電池，例如電池掉落’則閥 片的部份5有時會變形而使得導線6自硬焊部份8脫離或 斷裂，而切斷電流。 其次將說明在電池內壓升高的異常狀況中閥片的動作 。一旦電池內壓升高時，以相同間距“w”在金屬基板1之 環狀圓周上排成一列的之貫穿的開口 3間的諸等間距部份 (容易變形的部份），將相同地伸長，且閥片的部份5將 凸起，如圖5所示。由於該閥片的部份5此種凸起的緣故 ，附著於金屬箔2的導線6將自硬焊部份8脫離或自行斷 裂，而切斷電流。當內壓進一步升高時，將貫穿的開口 3 關閉的金屬箔2的部份將斷裂，以使得閥開口打開而釋放 J--^—..—,—Q裝— (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 訂 408511 A7 B7 五、發明説明（1) (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 所以僅有些微形變產生，且導線6的連接部份並未斷裂。 因此，其可能發生的危險性係會引起電池內壓上升的過量 大電流將持續流動。因此，本發明最重要的因素爲：貫穿 的開口 3係以等間距“w”排列於金屬基板1上面的環狀圓 周上。 順帶一提，閥元件之部分5的形狀可以表示於圖3中 ，其中複數個圓形開口係以等間距排列於環狀圓周上。例 如，如圖7及8所示，其可能爲二個或四個類似橢圓形的 開口 3，以等間距“w”置於軸在閥片V中心的橢圓形1上。 翘濟部智慧財產局員X消費合作社印製 根據本發明之完全密閉的電池，當電池內壓因爲諸如 短路、過度充電或逆向充電等異常狀況而升高時，以等間 距置於金屬基板1上之貫穿的開□ 3之間的等間距部份(容 易變形），係穩定地且精確地伸長，特別是在低壓的狀況下 ，所以閥元件的部份5係凸起以斷絕與導線6之間的連接 ，而切斷電流。當內壓進一步升高時，關閉該貫穿的開口 3之金屬箔2部份，係於某一固定壓力下破裂，而使得閥 開口 7打開，並釋出電池內部的氣體。因此，其係得以避 免電池溫度遽升及爆裂。 允許閥片的閥元件的部份5穩定凸起的作業壓力，係 藉由決定在金屬基板1上之貫穿開口 3間之等間距部份（ 容易變形）的一適當尺寸’並藉由決定金屬基板1的適當 材料組成而設定。再者，其係得以藉由決定金屬箔2的適 當材料組成，而在一穩定的作業壓力下，使得關閉貫穿開 口 3的金屬箔2破裂，因爲金屬箔2可以微米級的最高精 本紙張又度適用中國國家標準（CNS > A4規格（2丨公釐） 經濟部智慧財產局員工消費舍作社印製 408511 a? Β7 五、發明説明U ο 確度製造。 本發明的闕元件係以下列的方式製造。亦即’片狀的 金屬基板1係藉由打孔或相似的方法’沿著其縱向連續地 貫穿，以將閥片ν所需的複數個開口 3提供於其上。所形 成之貫穿的金屬基板1係以金屬箔2層疊於其一表面上。 其次，所形成的層疊物係被截成具有實質圓形的各閥片ν 。金屬基板1的片條係以數對滾輪傳遞或以一對滾輪連續 層合至金屬箱2。·在金屬基板具有僅部份的圓未被貫穿的 結構的狀況中，像是在馬蹄鐵狀開口的狀況下’且當該基 板被傳遞並層合時’該被貫穿之開口的邊緣部份有時會爲 滾輪所牽絆。在該狀況中，該閥片將以未被貫穿的部份爲 支點而被翻起來。如此有缺陷的閥片必須廢棄。此外，有 可能發生的狀況爲連續的傳遞與層合作業將變得不可能執 行。 根據本發明，所形成之貫穿的開口 3係擁有複數個未 被貫穿的部份，且該貫穿的開口 3係被貫穿，而使得未被 貫穿的部份平行於金屬基板片1的縱向（傳遞方向）。因 此，得以在傳遞及層合作業中，避免開口的邊緣部份爲滾 輪所牽絆，或避免閥片以未被貫穿的部份爲支點而被翻起 來。 [本發明的功效] 如上述，即使當電池內壓因短路、過度充電' 逆向充 電或其他相似情形而升高時，本發明的安全閥片將允許設 浪尺度適用中麵家標丰（CNS ) Α4規格（2丨。><291?公釐） _ (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁)

408511 五、發明説明（I丨） 於金屬基板上之容易變形的部份穩定地形變，以在內壓到 *達某一相對低的固定壓力値時，能夠切斷電池中的電流。 當該內壓進一步升高時，關閉設於金屬基板上之貫穿開口 的金屬箔將穩定地且精確地定破裂，以將電池中的氣體釋 出至外界。因此，得以避免電池溫度遽升及爆裂。 [圖式之簡略說明] 圖1係表示以本發明範例而完全密閉之電池的上面部 份的縱截面圖。 圖2係表示以本發明之另一個範例而完全密閉之電池 的上面部份的縱截面圖。 圖3係表示具有一閥元件之密閉組件的平面圖。 圖4係表示該密閉組件的縱截面圖。 圖5係表示當電池內壓異常升高時該密閉組件動作的 解釋圖。 圖6係表示當電池內壓異常升高時該密閉組件動作的 解釋圖。 _ 圖7係表示另一個密閉組件之範例的平面圖。 圖8係表示又一個密閉組件之範例的平面圖。 [參考數字之說明] 〇:氣體釋放孔 1 .金屬基板 2:金屬箔 —------------ 14 __ IJ11 .%—I (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 訂 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 尽紙張尺度適用中國國家槺擎（CNS ) A4規格（210X297公釐） A7 B7 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 408511 五、發明説明（纟y) 3 :貫穿的開口 5:閥元件的部份 6 :導線 7 :閥開口 8 :硬焊部份 20 :下凹部份 24 :凸起 30 :外圍容器 32 :電極元件 32a :正電極 32b :隔離物 32c :負電極 33 :密閉帽罩 33a :邊緣蓋套 34 :絕緣塡隙物 3 6 :周圍 37 :導線蓋 37a :圚周 37b :氣體釋放孔 38 :正溫度係數元件 40 :絕緣塡隙物 V :閥片 1 :環狀圓周 r:整個圓圈之環狀圓周的半徑 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 訂 本紙張尺度逋用中國國家標準（CNS ) A4規格（2Ϊ0Χ297公釐） 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 408511 Αν B7 五、發明説明（\七） w :貫穿的開口 3之間的間距 A1 :在圓周1上貫穿的開口 3的長度 本紙張尺度適用·中國國家標準（CNS ) A4规格（2S0X2.97公釐） (請先鬩讀背面之注意事項再填寫本頁)

Claims (1)

1. 經濟部中央標準局員工消費合作社印裂 ^08311 abI C8 D8 六、申請專利範圍 1，一種密閉型電池，其包括有一外圍容器、由一正電 極與一負電極及一隔離物所組成的一電極元件、在該外圍 容器中容納一電解質、以及固定於該外圍容器開口端部份 內緣以關閉開口端的一密閉組件， 該密閉組件由一閥元件以及一金屬箔所組成， 該閥元件係由一金屬基板所形成，其上有複數個貫穿 的開口’以各開口間的小間距沿著環狀的圓周而排列，該 金屬箔係層疊於金屬基板的內表面，而將貫穿的開口關閉 ’而當電池內壓升高時，可因微小力量而變形之形成於金 屬基板上之開口間的小間距部份將伸長，而使得爲複數個 置於環狀圓周上之貫穿的開口所圍繞的金屬基板部份產生 凸起。 .… 1根據申請專利範圍第1項之密閉型電池，其中層疊 於爲複數個貫穿的開口所圍繞的部份之該金屬箔，係與由 電極元件導出電流的導線蓋相連接，並且爲複數個貫穿之 開口所圍繞的部份將由於電池內壓而凸出，而該導線蓋將 切斷與金屬箔的電連接，以切斷電流。 3. 根據申請專利範圍第1或2項之密閉型電池，其中 該複數個貫穿的開口係具有相同直徑的圚形開口，其係個 別繞著閥元件中心固定半徑的圓周而以相等間距排列’其 係諸如環狀圓周。 4. 根據申請專利範圍第1或2項之密閉型锺池’其中 形成如複數個在環狀圓周上之貫穿開口的開口總長度’爲 環狀圓周總長度的30至85%。 (請先閱讀背面之注$項再填寫本頁)

   本紙張尺度逋用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） 408511 ABCD 申請專利範圍 5. 根據申請專利範圍第1或2項之密閉型電池，其中 該金屬基板爲鋼板、不鏽鋼板、銅板或鋁板。 6. 根據申請專利範圍第1或2項之密閉型電池，其中 該金屬箔爲鋼箔、不鏽鋼箔、銅箔、鋁箔、鎳箔或鎳鐵合 金箱。 7. —種用於根據申請專利範圍第1至6項任一項. 池中的密閉組件。

   (請先聞讀背面之注意事項再填寫本頁) -裝. 訂 經濟部中夬標準局員工消費合作社印製 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) Λ4規格（210X297公釐）