TW432737B - Explosion-proof safety valve assemblage and closed secondary battery using it - Google Patents

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經濟部中央標準局員工消費合作杜印製 432737 A7 B7 _ 五、發明説明（I ) 本_昍的詳細介-紹 發明範圍. 本發明涉及到一種具有引線蓋的防爆安全閥組件。由 於電池過度充電產生氣體或者由於電池短路，引起電池內 部壓力升高時’此引線蓋能迅速切斷此密閉型電池的電流 ，放出氣體a本發明還涉及到一種使用該組件之密閉型二 次電池》 相關@藝· 最近，隨著對尺寸小、可移動且具有增強功能的電子 設備的需求的增加’具有高能密度的無水電解質二次電池 普遍用作這種電子設備的能源。因爲這種無水電解質二次 電池使用鹸性金屬如鋰作爲電池正負極的激活物質，所以 具有密閉型外殻，以使這種鹼金屬不與空氣中的水發生反 應。 這種密閉型無水電解質二次電池具有可存儲的優點， 但是，由於它很好的密封性，會碰到別的問題》那就是， 如果這種密閉型無水電解質二次電池被放到高溫環境中或 被誤處理，其內部壓力有時會異常升高，引起電池爆炸。 比如，當以高於額定値的電流向電池過量充電時，或 者誤將它的正極端和負極端短路，在電池中產生一個很大 的電流時，電極元件中的無水電解質會分解，產生氣體^ 如果電池外殼中充滿了這種氣體，那麼電池的內部壓力會· 異常升高，甚至最後電池會爆炸。 4 — I . — 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X29·?公釐) ' (請先閱讀背而之注意事項再填寫本頁) 訂 經濟部中央標準局員工消費合作社印裝 432737 A7 B7 " _____ 五、發明説明（y) 因此，使用這種無水電解質二次電池作爲電源的電子 設備將遭到破壞。 目前已知有密閉型無水電解質二次電池配備有防爆裝 置，用於防止發生如上所述的電池爆炸。 比如，日本專利公開出版號爲HEI-6-215760的刊物刊 登了一種密閉型無水電解質二次電池的防爆裝置，這種防 爆裝置配有閥門膜片和一根引線’此閥門膜片放置在位於 有底電池的圓柱形外殼內的電極兀件上，弓丨線置於閥門膜 片上’用於切斷電流°當電池的內壓力升高時，上述閥門 膜片向上變形，以斷開引線，切斷電流，幾乎同時閥門膜 片斷裂，釋放出電池中的壓力。 本發明解決的問穎 然而’這種具有傳統的防爆裝置的密閉型無水電解質 二次電池有問題β那就是’爲了能夠可靠地斷開電流，這 種電池必須具有精確加工的引線板或引線。生產操作中將 這種引線板或引線安裝到電池中時，還必須特別注意它們 的位置。因此，爲得到所需裝置，這種二次電池的生產過 程應該包括大量必不可少的人工。 因此’本發明的目的是提供一種防爆安全閥組件及使 用該組件之密閉型二次電池，其中在形成電池回路的傳統 引線板或引線處’一個密封蓋與防爆安全閥完全組合在一 起’以便在加工過程中，例如在加工傳統的密閉型二次電 池所必需的精確加工和定位引線板或引線過程中，減少一 ___5_ 本紙張尺度適f中國國家標準（CNS } Λ4^格（21&<297公釐） 一 (請先閱讀背而之注意事項再填寫本頁) 、?τ 432737 A7 經濟部中央標牟局員工消費合作杜印製 五、發明説明㈠） 些人工操作時間。依本發明，還能夠提高產童，減少成本 0 解決問題的羊跺 爲達到上述目的，依據申請專利範圍第1項，提供一 種用於密閉型二次電池的防爆安全閥組件，包括外殻、由 正極和負極組成的電極元件、和與該外殻相連的隔離件。 藉由絕緣墊片和整個密封蓋，該防爆安全閥組件牢固地連 在該外殼的開口端部分。該防爆安全閥組件包括防爆安全 閥元件，無心盤形絕緣件，和引線蓋。此引線蓋由中央有 一個包有金屬薄片的開口的金屬襯底做成^ 依據申請專利範圔第2項，提烘另一種用於密閉型二 次電池的防爆安全閥組件，包括外殼、由正極和負極組成 的電極元件、和與該外殼相連的隔離件。藉由絕緣墊片和 整個密封蓋，該防爆安全閥組件牢固地密封在該外殼的開 口端部分。該防爆安全閥組件包括中間呈凹形的防爆安全 閥元件，無心盤形絕緣件，和引線蓋。此引線蓋由包有金 屬薄片的金屬襯底做成，其中在金屬薄片的中央有一個凸 起。 依據申請專利範圍第3項，在前述申請專利範圍的防 爆安全閥組件中，該安全閥元件的凹形和該引線蓋凸起用 雷射焊合或用超音波焊合，以使密閉型二次電池中產生電 流回路。 依據申請專利範圍第4項，在前述申請專利範圍的防 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本百； 訂 ) ^32737 A7 B7 經濟部中央標準局負工消費合作杜印製 五、發明説明（4_ ) 爆安全閥組件中，該引線蓋有一些放氣通孔。 依據申請專利範圍第5和6項，在前述申請專利範圔 的防爆安全閥組件中，該安全閥元件由包有金屬薄片的金 靥襯底形成。 依據申請專利範圍第7-9項，提供了一種使用上述防 爆安全閥組件的密閉型二次電池。 最佳啻施例 下面參照附圖，詳細介紹本發明的防爆安全閥組件和 密閉型二次電池的最佳實施例。 第一圖是剖視圖，顯示依本發明之具有防爆安全閥組 件的密閉型二次電池的上部。第二圖是分解圖，顯示包括 引線蓋的防爆安全閥元件的組成部分》第三圖是防爆安全 閥元件的前視圖和剖視圖。第四圖是引線蓋的前視圖和剖 視圖^第五圖和第六圖是解說圖，說明在非正常情況下， 如在以超出額定範圍的電流給電池過量充電時，或當電池 正負極短路引起超大電流時，防爆安全閥的操作方式。 如第一圖所示，電極元件60放置在同時作爲負極端的 外殻50中。電極元件60包括正電極60A、隔離件60B和 負電極60C，它們被包在一起且繞成漩渦狀。既作爲防爆 安全成員又作爲正電極端的密封蓋30是蓋形的，且有放氣 通孔31，藉由絕緣墊片40和含有引線蓋16的防爆安全閥 組件10，密封蓋30鉚接在外殻50的上面開口端部分。密 封蓋30面對著電極元件60放置。在密封蓋和電極元件之 ___7_ 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（2U1X 297公釐） (請先聞讀背面之注意事項再填寫本頁) 訂 4S2737 經濟部中夬標準局員工消費合作社印策 A7 __B7_ 五、發明説明（S ) 間，放置著帶有引線蓋16的防爆安全閥組件i〇。 防爆安全閥組件10從上至下依次包括防爆安全閥元件 V，絕緣件13 ’和引線蓋16，它們基本上關於密閉型二次 電池同軸放置。 防爆安全閥元件V的中央部分預先鍛製了一個凹形20 ’以便與引線蓋16中央的凸起24接觸，在密閉型二次電 池內產生一個電流回路。 防爆安全閥元件V中的凹形20與引線蓋16中的凸起 24的接觸部分可用雷射焊接或用超音波焊接，以保証能可 靠地建立電流回路。 上述閥門元件V包括金屬襯底11和金屬薄片12，其 中金屬薄片12包住金屬襯底11的下表面。金屬襯底11有 —個所需形狀的閥門21。 上述絕緣件13的中央部分，有一個大孔26，它可以 用作放氣孔。上述引線蓋16包括金屬襯底14和包住此金 屬襯底14的下表面的金屬薄片15。金屬襯底14的中央有 一個開口 24Α，預設的凸起24即形成於此開口中，爲電池 提供電流回路。另外，放氣孔25貫穿金屬襯底14和金屬 薄片15的整個厚度。它們與引線蓋中心對齊放置。 另一方面，放置在上述引線蓋中央開口中的金屬薄 片15部分與預設的凸起24鍛接在一起，使上述閥門元件 V與電池內部產生一個電流回路。 具有放氣孔71的隔板70放置在電極元件60的上面。 正電極引線61有一端通過隔板7〇的周邊處的孔連在電極 _8___ 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) Α4规格（210X297公釐） (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 432737 經濟部中央標準扃貝工消費合作社印11 五、發明説明（μ ) 元件60的正極60A上，另一端連在引線蓋14的下表面。 如第二圖所示，上述安全閥組件i〇從上至下分別有閥 門元件V、絕緣件13和引線蓋16。 如第三圖所示，閥門元件V是圖形的，包括金屬襯底 11和包住此金屬襯底11的下表面的金屬薄片12。金屬襯 底U有一個規定形狀的閥門21。 具有同心間距的空隙22依照閥門21的形狀穿透整塊 金屬襯底11，如第三圖所示。相應地，當從上面能看到金 屬襯底11時，同時能從上述同心形成的空隙22中看到部 分金屬薄片12。 當受到電池中產生的氣體的壓力時，上述暴露在同心 空隙22中的金屬薄片12部分會變形。此時，閥門21並不 由氣體直接擠壓變形，而是隨著電池中的氣壓引起的金屬 薄片U的變形而間接變形。閥門21變形時，金屬襯底11 和閥門21的連接處形成一個沒有斷裂的部分，這就是支軸 部分23。就這樣，藉由支軸部分23作爲偏轉軸，一個彎 曲力施加於閥門21。 對於閥門來說，可以爲任何形狀，這絲毫不會影響它 作爲防爆安全閥的功能。即，如前所述，包住金屬襯底11 的下表面的金屬薄片12直接由電池中的氣壓引起變形》形 成於金屬襯底II中的閥門21不是直接由電池中的氣壓引 起變形，而是隨著電池中的氣壓引起的金屬薄片12的變形 而間接變形。因此，閥門21的形狀可以任意選擇。比如， 欲使閥門於較低壓力下操作，可以把閥門的表面積減小 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 訂 本紙張尺度適用中國國家橾準（CNS ) Α4規格（2丨〇 X 297公釐） 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 432737 A7 B7 五、發明説明（y) 換句話說，減少閥門的表面積就是增加金屬襯底11中金屬 薄片12的可見的暴露部分的面積。 金屬薄片12包住金屬襯底11的下表面，形成閥門元 件V後，金屬薄片的中央部分被鍛製成所規定的凹形20 β 形成所規定的凹形20的加工操作可以簡單地通過使用壓鍛 機或其它相似機器，在閥門元件V的上表面鍛製出凹形20 。藉由控制施加於閥門元件V的上表面的力量，或藉由變 換工具’可以得到所需的不同的凹形形狀。這樣，凹形可 以做成球形，圓柱形，規則六面體形，或六面體形等。 作爲金屬襯底11的材料，可以是鋼片，不鏽鋼片，銅 片或鋁片0另一方面，金屬薄片12的材料包括薄鋼片，薄 不鏽鋼片，薄銅片，薄鋁片或鎳鐵合金薄片。 絕緣件13是一塊無心圓盤，如第二圖所示。在此洞的 大致中央處，也即在此無心部分，位於閥門元件V中央的 上述凹形20和位於引線蓋中央的凸起24彼此接觸，形成 密閉型二次電池的電流回路。絕緣件13中央的大洞也用作 放氣孔。 上述引線蓋16是圓形，如第四圖中的平面圖所示，包 括金屬襯底14和包住此金屬襯底的下表面的金屬薄片15 〇 上述襯底14有貫穿此襯底中心的開口 24a，金屬薄片 15包住此金屬襯底。此金屬薄片15有一個凸起24，用於 建立密閉型二次電池和上述閥門元件之間的電流回路。放 氣通孔25整齊同心地排列在引線蓋上。放氣通孔25貫穿 _____10___ 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁)

、1T 432737 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 A7 _B7 _ 五、發明説明（3 ) 整個金羼襯底14和金屬薄片15的厚度’它們可以具有任 意形狀，只要不影響其功能就行1 ’且可以任意選擇它們的 數量。如，可以配置二至六個圖形孔或橢圓形孔用於排氣 ，這些孔的中心沿著引線蓋的外圓周方向排列。通過使用 壓鍛機或其它相似機器，在引線蓋16的金屬薄片15的表 面上進行操作，就可以簡單地完成在引線蓋中心形成凸起 24的操作。 藉由控制施加於金屬薄片表面的力量’或藉由變換工 具，可以得到所需的不同的凸起24形狀。這樣，凸起可以 做成球形，圓柱形，規則六面體形，或六面體形等。 作爲金屬襯底14的材料，可以是鋼片，不鏽鋼片，銅 片或鋁片。另一方面，金屬薄片15的材料包括薄鋼片，薄 不鏽鋼片，薄銅片，薄鋁片或鎳鐵合金薄片。 在具有這種結構的密閉型二次電池中，當電池被供應 一個大於額定値的電流時，如由於過度充電引起大電流時 ，電解質分解，產生氣體。所產生的氣體充滿二次電池的 外殼50 ’其內部壓力升高。通過引線蓋16上的放氣孔25 及位於絕緣件13的中心的大孔26，此內部壓力擴散至位 於大孔26上面的閥門元件ν的上述金屬薄片12。 金屬薄片12包住金屬襯底11的下表面，由閥門元件 V的所有構成部分組成，且藉由與絕緣件π連在一起的絕 緣塾圈40及引線蓋16，此金屬薄片被裝入外殻50的上開 D端部分。相應地，當壓力達到預定値時，由於電池中所 產生氣體的壓力，暴露於同心形成的空隙22中的部分金屬 _______ 11___ 本紙張尺度適用中國g家標準（CNS) Μ規格（210x;m公瘦） (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 訂

經濟部中央橾準局貞工消費合作社印I 432737 A7 B7 五、發明説明（γ ) 薄片12會變形，如第五圖所示。 此時，金屬襯底Π和閥門21的連接部分形成一個沒 有斷裂的部分，即支軸部分23，此部分與暴露於同心形成 的空隙22中的部分金屬薄片Π由於氣體壓力而產生的變 形相一致。且在此沒有斷裂的部分，一個彎曲力施加於閥 門21，支軸部分23變成弓形，隨後閥門21本身升高而變 形。 因此，由閥門元件V和引線蓋16形成的電池電流回 路此時斷開，如第五圖所示，大電流不再流入電池中。隨 後，如第六圖所示，上述露置於同心形成的空隙22中的部 分金屬薄片12斷裂，以減少升高的內部壓力，且通過第一 圖中所示的密封蓋30的通孔31放出電池中產生的氣體Ρ 〇 必須注意，以所需形狀形成於金屬襯底11中的閥門 21的變形及露置於同心形成的空隙22中的部分金屬薄片 12的變形都是塑性變形。因此，一旦電流回路被斷開，就 不會再連接，斷裂的部分也不再恢復。 發明功效 如上所述，依本發明，引線蓋整體形成於安全閥上， 用於建立電池的電流回路，取代傳統的由引線板或引線形 成的電流回路。因此，在引線板或引線所必需的精加工和 定位過程中，可以去掉一些人工生產時間。還能提供一種 密閉型二次電池。這種電池使用這種經濟而安全的引線蓋 ____12_ 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) Α4規格（210X297公釐） (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) ,ιτ 43^7^ A7 B7 五、發明説明（l〇) ，配有防爆安全閥組件，這使產品產量增加，成本減少。 附圖簡要說明 第一圖是剖視圖，說明具有防爆安全閥的密閉型二次 電池的上面部分。 第二圖是分解圖，說明防爆安全閥元件。 第三圖是防爆安全閥的前視圖和剖視圖》 第四圖是引線蓋的前視圖和剖視圖。 第五圖是解說圖A，說明非正常情況下，防爆安全閥 的操作方式。 第六圖是解說圖B，說明非正常情況下，防爆安全閥 的操作方式。 參考字符沣釋 V:防爆安全閥元件 P :產生的氣體 (讀先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) -a 經濟部中夬標準局員工消費合作社印製 10 ： 防爆安全閥組件 11 ： 金屬襯底 12 ： 金屬薄片 13 ： 絕緣件 14 ： 金屬襯底 15 ： 金屬薄片 16 ： 引線蓋 22 ： 空隙 13 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X 297公釐） 432737 A7 B7 五、發明説明（丨丨） 23 =支軸部分 24 :凸起 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 24a :凸起開口 25 :引線蓋的放氣孔 26 :絕緣件的放氣孔1 30 :密封蓋 31 :通孔 40 :絕緣墊圈 50 :外殻 60 ·’電極元件 60A :正電極 60B .隔離件 60C :負電極 61 :正電極引線 70 :隔板 71 :隔板的放氣孔 經濟部中央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 ) A4C格（210 X 297公釐）

Claims (1)

1. 0ς88ΰ ABC0

   432737 六、申請專利範圍 1 ·—種防爆安全閥組件，其係用於密閉型二次電池 ’該電池包括外殼、由正極和負極組成的電極元件、和與 --------------裝--- (請先閱讀背面之泫意事項再填寫本頁) 該外殼相連的隔離件， 藉由絕緣墊片和整個密封蓋’該防爆安全閥組件牢固 地連在該外殻的開口端部分’及該防爆安全閥組件包括防 爆安全閥元件，無心盤形絕緣件，和引線蓋’此引線蓋由 中央有一個開口的金屬襯底組成，而此開口疊有金屬薄片 〇 2 · —種防爆安全閥組件’其係用於密閉型二次電池’ 該電池包括外殻、由正極和負極組成的電極元件、和與該 外殼相連的隔離件， 丨線 藉由絕緣墊片和整個密封蓋，該防爆安全閥組件牢固 地連在該外殼的開口端部分，及該防爆安全閥組件包括中 間呈凹形的防爆安全閥元件，無心盤形絕緣件，和引線蓋 ;此引線蓋由包有金屬薄片的金屬襯底做成，其中在金屬 薄片的中央有一個凸起。 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 3 ·根據申請專利範圍第2項中的防爆安全閥組件， 其中藉由雷射焊接或超音波焊接，該防爆安全閥組件的凹 形連結在該引線蓋的凸起上，以使密閉型二次電池內產生 一個電流回路。 4 ·根據申請專利範圔第1-3項中任何一項中的防爆安 全閥組件，其中引線蓋上有一些放氣通孔。 5 .根據申請專利範圍第1-3項任何一項中的防爆安全 閥組件，其中防爆安全閥元件由疊有金屬薄片的金屬襯底 1 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 x 297公釐） A8B8C8D8 432737 六、申請專利範圍 形成。 6 ·根據申請專利範圍第4項中的防爆安全閥組件，其 中防爆安全閥元件由疊有金屬薄片的金屬襯底形成。 »----------------------訂--------- (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐）