TW478193B - Secondary battery and method of manufacturing same - Google Patents

Description

【發明背景】 1 ·發明領域 本發明係關认 時，它具有截餅Ϊ一種二次電池，當電池中的壓力升高 雷吔之太、土載斷電流通路的功能，以及關於製造此種二次 2 ·習知技術 近年來，谢· μ γ — 於可經由重覆的充電和放電循環而長期使 产者=Ϊ電，（例如，鋰離子二次電池）中之具有高能量密 =—Α 〃有著持續之需求。而目前較以前更重要的是為此 一-人電池作充分的安全措施。大體上，二次電池是密封 的、構因此’舉例而言，若一個二次電池過度充電，包 含在其中的電解液便會在電池中迅速地蒸發成氣體，造成 電池中的壓力急遽上升。若此種情況持續發生，電池本身 έ有九、裂的可此’導致危險的情況發生。因此一直以來對 =次電池的安全措施之一是採用截斷電流.元件（以下簡稱 「截斷裝置」）’當電池電壓升高時，會截斷電流通路。 以下將詳述二次電池所使用的一種傳統截斷裝置。如 圖1Α和1Β所示，傳統的二次電池將截斷裝置配置於外殼16 之開放端部。此截斷裝置包含··破裂板丨丨，此破裂板丨丨關 閉外殼16之開放端部，並具有向下凸起部Ua，此凸起部 na有一扁平的尖端底部；罩蓋10，以環板12電性連接於 破裂板11頂面的表面，且做為電池外部端子；焊接板14， 做為電池内部端子，它接合於向下凸起部Ua的尖端底 部，並具有通風孔14a ;及絕緣墊13，封住破裂板n和外

第6頁 478193 五、發明說明（2) 二4 ^間的空隙，且將破裂板11和焊接板1 4以電性絕緣的 πτ 1 _持著，只在焊接板1 4和破裂板間的接合部1 5四周留 卜工I永0 ，緣㈣具有：-凹部，其内裝有破裂板u和罩蓋 ，一開口部，形成於凹部之底部中；及一安裝安裝部， 設於該開口部之内周面，用以安裝焊接板14。 電性3板14和破裂板11除了在接合部15之外，彼此並無 二6之内中裝入有陽極板與陰極板隔著分隔板而捲 裝成之組件，及電解液。 焊接板14係成環形。從捲裝組件延伸 片17和焊接板14焊接一起。 木的等冤性拉 如上結構之二次電池，當電池中的壓力升高時，應力 =於施加方向係使凸起部Ua朝罩蓋10發 接板14和破裂板U間的接合部15 之拉力。當拉力超出接合部15的強度時，破 部11a的尖端底部會從焊接板14脫離，而凸起^丨丨^朝罩蓋 1，0側變形。：池内部和外部間的電性連接中斷，使電池内 氣體的產生停止。其結果，電池中的壓力會 择 截斷裝置的設計應是在電池中的壓 一曰口 要損壞電池本身時，破裂板會剝離， 彳某一程度將 路。當電池中的壓力達到將要損壞電池本身通 裂板不可以停留在不脫離的狀態。而當電 ： 的物體上而引起大震盛時’破裂板卻並不可以輕易= 478193

因此，在焊接板和破裂板接合部的機械強度是保證電 池達到所要求的可靠性重要因素，須將其控制於一 ^ 值。 日本公開專利公報號碼1 99 1 06 / 1 997揭露一項能將焊 接強度的差異減低和穩定化的技術。該公報中記載說在 相當於焊接板的第一板材（内部端子板6 )和相當於第二板 材（防爆閥體3)的破裂板二者，利用超音波焊接處理方 式，在第一板材凸起尖端的一平直表面處加以焊接 由限定會影響焊接強度的平板表面面積和凸㈣高度之^ 式’焊接強度的差異便可降低且趨穩定。 然而，上述公報僅揭露 和形狀受到限定的表面，便 異，但卻沒有揭露接合界面 控制於一定的水準。 利用超音波焊接處理接合面積 可降低且穩定焊接強度的差 在何一狀態下方可將剝離強度 :各個=接合面彼此抵接且執行超音 屬接合面的微細凹凸中之凸部的密接面積增大，且由於: 持於密切接觸的表面上之屌子的樜 、 八A德，；^ ^ 擴散而促使金屬接合面遺 仃接合。其後原子的擴散活化了金眉接人灵而 a人』 空隙而在金屬接合界面形成熔化金屬 口 、，沩除轉 接塊」）。當熔接塊經過超音波焊接(以：間稱為「熔 接合界面間的剝離強度變V盥： 術，當原子的擴散進行到溶妾^ 格搔塊經過超音波焊接處理而形 478193 五、發明說明（4) 成的階段時，接合部的剝離強度大半取決於熔接塊區域的 材料強度’亦即形成熔接塊的區域，僅只調整超音波p接 處理時之設定條件是很難加以控制的。 f 每、接合部的剝離強度會與接合面積成比例增大。因此， 當為了從二次電池擷取大量的電流而增大接合面積（ ί Ϊ : f)時，若金屬接合界面被接合成使接合強度和ί 則接合部的剝離強度會太大以致不能截斷電 如所示，從電極板延伸出纟的導電性拉片連 電池中的環形焊接板。若於二次電池組裝或受到 由外力加諸於導電性拉片•，焊=易 合部由於焊接板只在接合部接合，它會在接 【發明概述】因此，接合部可能發生意外剝離之問題。 得到ί::的係提供一種二次電池之製造方法，以求 能輕易地電池中搁取大量電流的電流通過區域，且 一定值。、；板和焊接板間的接合部之剝離強度控制在 本發Q月^· 〇 之二次電池，該：二：：提供一種具有高信度的截斷裝置 裝或受到振動^ 9 ^包括一接合部，它在二次電池組 到異常高時才擊時不會脫離，只在電池中的壓力達 若接合^係在：^ : ^到上述目的而做的研究結果發現·· 在初期狀態下由原子的擴散而產生時，則只有 〇 五、發明說明（5) 靠設定超音波焊接 而本案發明人亦發 次接合剝離強度之 於完全擴散接合的 件的結構，用以預 時，破裂板會很輕 根據本發明， 電池具有截斷組件 路，此截斷組件安 破裂板，封住外殼 板表面的一部分， 接合於破裂板另一 且具有通風孔；一 隙，且以電性絕緣 接板和破裂板間的 造方法包含用一超 分的步驟，於初期 了0 機的條件才能控制 明了接合面之形狀 差異。再者，由於 接合部強度，本案 防二次電池在組裝 易地被剝離。 提供一種二次電池 以在電池中的壓力 裝在外殼的開放端 之開放端部；一罩 且做為電池的《外 表面的一部分，並 絕緣墊，封住破裂 的方式支持著破裂 接合部四周留下空 音波焊接機接合破 的階段就使接合部 接合部之剝離強度。 ’可減少和穩定在各 接合部的剝離強度小 發明人發明了截斷組 或受到振動或是衝擊 之製造方法，該二次 不正常時截斷電流通 部，截斷組件包括： 蓋’電性連接至破裂 部端子；一焊接板， 做為電池内部端子， 板和外殼之間的空 板和焊接板，只在焊 隙；此二次電池之製 裂板和焊接板之一部 界面的原子擴散終 庠丨=i :法中’破裂板和焊接板間的接合部之剝離強 料之強度…，即使在為了由二次電池掏 而使接合面積加大的情形下，藉由於初期階 散所得之接合部亦可免除因過大的剝離強度 片早ϊ ΐ:截斷電流通路的弊病。料，於初期階段由 原子擴政所得之接合部可在設定超音波焊接機的條件下，

第10頁 478193 五、發明說明（6) 幸莖易地產生 更佳的 中之一者具 凹部，破裂 持嚅合，且 合，而於初 部可以是半 於此法中， 凹部，接合 此以嚅合保 加，以達到 之外周所包 期擴散接合 之剝離強度 面沿著其表 接合面彼此 的影響便會 於上述 夠調整在破 初期階 超過接合面 依上述 繞著接合部 有可以防止 情形是：於上述方法中，破裂板與焊接板兩者 有凸起部，而另一者具有剛好嵌入該凸起部的 板和焊接板之接合面係以凸起部和凹部彼此保 破裂板的一部分和焊接板係以超音波焊接機接 期的階段令接合部界面之原子擴散終止。凸起 球形、圓柱形、輻射狀、或是條紋狀的凸起。 由於接合面具有彼此以嗡合保持住之凸起部和 面在接合時便很容易定位。由於接合面具有彼 持住之凸起和凹部，所接觸之表面面積會增 等於或大於接合面之最大投影面積（由接|部 圍之面積），俾使接合部之每一單位面積的初 區域之發生率的差異減小。依此方式，接合處 的差異會減少且趨穩定。此外，當產生使& = 面偏移之力時，在接合面之凸起和凹部會防^ 偏移開。故沿著接合面施加之力對於接合狀態 減小。 心 方法，調整於初期階段的原子擴散進展狀況能 裂板和焊接板間之接合部的剝離強度。 段中包含形成有溶接塊之擴散接合^的面積不 的5 0 %的一個階段。 方法所製造之二次電池中設有可以防止焊接板 轉動之裝置。更好的情況是’二次電池更包含 焊接板繞著接合部擺盪（搖動）的裝置。由於

第11頁 五、發明說明（7) ΐΐίϊϊΚ;:止焊接板位置移開，當二次電池在組 二次!以i:::加y不會施加到接合部。因此， 右絕緣塾I古· 部，形成於凹；:底；凹：安裝破裂板；一開口 周面，用以在此—壯邛，及女装。卩，設於該開口部的内 轉動之裝置和防=^部之上安裝該焊接板；則防止焊接板 之結構。 烊接板擺盪（搖動）之裝置可具備下列 外二有防i焊接板繞著接合部轉動之裝置可在其 齒的一凹槽。=一接絕緣墊的安裝部則可形成有供嵌入該 以包含五角a形之：ϊ Γ止焊接板繞著接合部轉動之裝置可 角形之焊接i 而安裝部的形狀則是能互補此五 : 又’關於防止焊接板繞接合部擺盈的裝 構成。妾板之安裝部可由夾持於焊接板兩面之凹槽所 【較佳實施例之詳細說明】 如圖2所不，根據本發明之二次電池具有一截斷I 合部15彼此接合之破裂板11和傷^ η知接板14藉由與圖1Α和以所示之傳統式二 τ同的處理程序在接合部15彼此接合，且 與圖U和1Β所示之傳統式二次電池不同。 狀 以下將描述根據本發明在接合部丨5彼此 U和焊接板14之接合處理程序。如圖2戶斤示，破裂糾裂之板 凸起部11 a之尖端底部表面與焊接板丨4在接合部丨5彼此接

478193 五、發明說明（8) 合，且在此接合部1 5界面的原子擴散係處於初期階段。 裂板11之凸起部1 la與焊接板14係以普通之超音波焊 彼此接合。破裂板11和焊接板14可用鋁製造，但 / 何一種非鐵金屬製造。 任 如圖9A所示，在以初期擴散所得到之接合部15， 部界面之原子擴散係處於初期階段（此階段中由熔接Q 形成之擴散-接合面積應該最多只達到接合表面的5 〇 % '厅 更理想的是接合表面的10%或少於1〇%)。由於使用超5 ϊη合處理程序在接合部界面之原子擴散進行至後 +卩白&之刖巳完成（於此階段中，由熔接塊所形成之擴= 传接因合二積么過接合表面的至少5°%) °如此完成接合處理 係因由超音波焊接機所執行之接合處理程序中的原子= =入後半段時，所接合之原料會用溶接塊牢固地彼此二畋 5，此等熔接塊佔據了一半或過半之接合面。然後，^ 強度會變成和形成熔接塊區域之材料強度相等，且形成 接塊區域之全部面積會在超音波焊接條件下獲得調整， =離強度。但僅只調整超音波焊接的設定條件（例如 何、施加超音波振動的時間、超音波振動的頻率、 超曰波振動能量等），由於溶接塊的形成係以高速在進 =綠^數毫心單位即已結束焊接’而會導致控制焊接區制 離強度的準確性問冑。於本實施例中，破裂仙 :

Ha之尖端底部表面及焊接板14，係藉由超音波焊接機，Ρ 在接二部界面進行的原子擴散於初期階段結束的接合情 下進仃接合m兄下’破裂板u和悍接板14的剝離強

第13頁 478193 五、發明說明（9) 超音波焊接所獲得的接合強度，據此溶接 成區的材料強度會等於剝離強度。因此，只要接合部 在初期的擴散階段，可能增加接合面積，以便 ::::電池擷取大量電流。再者，由於使用很容易設定接 被”很有用的超音波焊接機來執行擴散接合， 因此處在初期擴散狀態的接合部可以很容易實現。 以下將描述接合部15的形狀。如圖2所/，在破裂板 1和焊接板14間的接合部15之接合表面係以凸起和凹下狀 心彼此嚷合。接合面形狀的範例顯示在圖3 A、3 β、4 a、 °於圖^糊所示之範例中，接合表面係以半球 =凸起18及與之互補的凹部彼此保持嚅合。於圖“和“所 頌不之範例中，接合表面係以圓柱形凸起19及與之互補 凹部彼此保持嚅合。於圖5和6中，接合表面其中之一 具有輻射狀凸起20或條形狀凸起21，而另一接合面則具= 可配合此等輻射狀凸起2〇或條形狀凸起2丨之凹部。於圖、5 和6中，凸起部可能具有如圖⑽或“所示之半球形或、長曰方 形交會區。於圖6所示之範例中，當接合面巳接合^， 音波振動應施加在與形成條形狀凸起2丨的方向呈垂直之° =理想。#前述超音波振動之施加的方向的㈣係在於 超曰波振動時的應力，會使金屬表面活性化而 面原子擴散情形良好。 受口 Η界 於接合部1 5的接合面使用上述之形狀可以在每欠 後有效的減少和穩定剝離強度的差異。以下將描述上口 形狀具功效的原因。在擴散接合處理程序中的原子擴^ = Η 第14頁 五、發明說明（10) Μ Θ ® fa1 子内部的距離彼 域開始進行。接合面彼此緊密地保持在 率在每次接合時皆有不因，起的區域的發生 凸起和凹部並；i; b同此乃口為在金屬表面上微小的 散接合區域面積占有之接 比件相同，由於擴 *接合中制離強度有 料’二匕在每 本實施例，桩人Z Η 八七疋頂料中事。因此，於 彼此嚷合的凸起和：二:3二主3Β:” ：4β、5及6所示之 達到大於或等於接合面的最大投=加接觸表,積’以 時初期擴散接合區的每一單接 σ此在每次接合 依此方式，每二；:差異會降 當電池的壓力達到預定之異常標：二二降低’於是 被截斷。 、早夺便谷5午電流可靠地 持住再= =是以_，彼此肩合保 在被施加剝離方向以外方易地被定位。此外， 著接合面偏移的方向）之力1 °，、使被接合的構件沿 防止所接合表面彼此相對力移時動 加的力對於接合狀態的影響：會：：剝離方向以外方向施 於本實施例，如圖2所_ 9二二 的中央開口部的焊接板〗4 , ^，女裝在絕緣墊1 3凹部底部 法轉動。例如，如圖7所亍〃形狀係設成使得焊接板14無 具有在其上之凸起部14c，、絕=巧14具有外周緣14b，並 焊接板14，而凹槽13a則用;^塾13具—開口咖用以裝入 用以肷入凸起部l4c。另一種選 478193 五、發明說明（11) 如圖8所示，焊接板14係—五角形，絕緣㈣具 的妒狀^裝人焊接板i 4 ’ A 口之形狀剛好與焊接板1 4 ^ ^成互補。由於具備此等結構，即使二次電池由於组 二捲Γ7:振動或衝擊而對導電性拉片17施力時，亦可預 Α接板14繞著接合部15轉動。此外，如圖2、7及 :开持著焊接板"相反面之外周緣“b的凹槽13c， 板二：：：’之内周面，用以在絕緣塾13中裝入焊接 部15擺Ϊγ /裝接的結構可防止焊接板14不致繞著接合 裝時劣典备動）。由於結合上述之結構，當二次電池在組 ‘接^二3振動或衝擊時’便不會有應力施加於由初期擴 力變:里ί生的接合部15。由於接合部15只在電池中的壓 性。战吊的高時才會脫落，二次電池因此具高度可靠 耸；^ 本發明之較佳實施例是使用特別案例來描述，此 m ^ ^ ^ 勺卹只為說明而巳，在不偏離下列申請專利範 π神或範圍，仍可加以變化和修改。

478193 圖式簡單說明 —^^ 圖1A係傳統式二次池截斷裝置 圖； 1干之局部側剖面 圖1B係如圖1A由傳統式二次電池從電池 之焊接板及其相關零件之平面圖； A又内诨觀察 圖2係根據本發明實施例中二次電池截署 面圖； |衣罝之側剖 圖3A係如圖2所示截斷裝置接合部 圖(沿著接合面所取之剖面圖）； 獲，面之k剖面 圖3B係沿著圖μ的1118一 IIIB線之橫剖面圖； 圖4 A係如圖2所示截斷裝置接合部的另一接人 生 剖面圖（沿著接合面所取之剖面圖）； 之才κ 圖4Β係沿著圖4Α的IVB-IVB線之橫剖面圖； 圖5係如圖2所示，仍是截斷裝置接合部的另一 之棱剖面圖（沿著接合面所取之剖^面圖）； 圖6係如圖2所示，仍是截斷裝置接合部的另一 之橫剖面圖（沿著接合面所取之剖面圖）； ϋ 圖7係如圖2所示二次電池從雷姊々k Μα、 β I日目雨 尾池外设内部所視之焊接 板及其相關零件之平面圖； τ文 圖8係如圖2所示二次電池狁φ ^ ^ Λ 攸電池外殼内部所視之另一 太干接板及其相關零件之平面圖； 圖9 Α係顯示在接合部之部公 机^ = 1 77區域中接合部界面初期階 #又的原子擴散之顯微鏡影像圖；以及 圖9 Β係顯示在接合部之部分^ ^ ^ ^ ^ ^ ^ ^ ^ ^ ^ ^ 々舶I …你 1刀&域中達成完全擴散接合 之顯破鏡影像圖。

第17 頁 478193 圖式簡單說明 【符號說 >明 1 10 罩 蓋 11 破 裂 板 11a 凸 起 部 12 環 板 13 絕 緣 墊 13a 凹 槽 13b 開 D 13c 凹 槽 14 焊 接 板 14a 通 風 孔 14b 外 周 緣 14c 凸 起 部 15 接 合 部 16 外 殼 17 導 電 性 拉 片 18 半 球形 凸 起 19 圓 柱 形 凸 起 20 輻 射 狀 凸 起 21 條 形 狀 凸 起

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Claims (1)

1. 4/δΙ^ 六、申請專利範圍 1. 一種 件，以在電池 置於外殼之開 之開放端部； 分，且做為電 一部分之表面 絕緣墊，封住 板和該焊接板 該破裂板間的 該二次電 利用超音 分，於初期階 2. 如申 其中該初期階 不超過接合面 3. 如申 更包含一調整 該破裂板和該 4· 一種二 件，以在電池 置於外殼之開 放端部；一罩 做為電池外部 之表面，且做 一次電池之製i告^Γ、、土 中m + 万法，此電池具有一截斷組 甲变力異吊時截斷雷 姑砂加 A m所電流通路；此截斷組件配 一 1 L L含·一破裂板，用以封閉該外殼 :電性連接於該破裂板表面之-部 'i1子，一焊接板，接合於該破裂板另 ::為電池内部端子，並具有通風孔；一 ^ ‘板和该外殼之間的空隙，且將該破裂 j二性’⑧緣的方式支持著，只在該焊接板和 接合部四周留下空隙； 池之製造方法包含以下步驟： 波焊接機接合該破裂板和該焊接板之一部 段就使接合部界面的原子擴散終了。 請專利範圍第1項之二次電池之製造方法， 段包含由熔接塊所形成之擴散接合區的面積 之50%的階段。 請專利範圍第1項之二次電池之製造方法， 初期階段之原子擴散的進展狀況，藉以調整 焊接板之接合部的剝離強度的階段。 次電池之製造方法，此電池具有一截斷組 中壓力異常時截斷電流通路；該截斷組件配 放端部，包含：一破裂板，關閉該外殼之開 蓋，電性連接於該破裂板表面之一部分，且 端子；一焊接板，接合於該破裂板另一部分 為電池内部端子，並具有通風孔；一絕緣

   β π技此、，+ 卜八又之間的空隙，且將該破裂板和 遠烊接板以電性絕緣的方式φ # 墊，封住該破裂板和該外踔 gj ΛΑ 4Λ Λ A 飞克持者，只在該焊接板和該破 ^ ^ ^ Λ ^ ^ 卜工隙，该焊接板和該破裂板其中 部，該方法包含以下步驟、有剛好嵌入該凸起部之凹 裂板：：2:和該凹部彼此嚅合以保持住該焊接板和該破 裂扳之接合面；以及 a 八於、^ 焊接機接合該焊接板和該破裂板之一部 刀’於初期階段就使接合部界面的原子擴散終了。 装中U申請專利範圍第4項之二次電池之製造方法， 期階段包含形成熔接塊之擴散接 過接合面之5〇%的階段。 P ~ 人*申清專利範圍第4項之二次電池之製造方法， 兮姑列4 °周整初期P自奴之原子擴散的進展狀況，藉以調整 该破衣板和該焊接板之接合部的剝離強度的階段。 A η主田 種具有截斷組件之二次電池，當電池中壓力異 :時=載斷電流通路；該截斷組件配置於外殼之開放端 Ο ^ ^ •一破裂板’關閉該外殼之開放端部；一罩蓋， 電 '連，於4破裂板表面之—部分，且做為電池外部端 ^ γ 一焊接板，接合於該破裂板另一部分之表面，且做為 電=,端子，並具有通風孔；—絕緣墊，封住該破裂板 ^ ^喊之間的空隙，且將該破裂板和該焊接板以電性絕 、表^方^支持著，只在該焊接板和該破裂板間的接合部四 周留下空隙；其中該破裂板和該焊接板接合的部分是以接

   第20頁 ^/8193 合面之原子擴散於初期階段時而接合。 8.如申睛專利範圍第7項之具有截斷組件之二次電 接人^中該初期階段包含一階段’其中形成炫接塊之擴散 要。區的面積不超過接合面之5〇%。 9·如申請專利範圍第8項之具有截斷組件之二次電 如’其中該焊接板和該破裂板間接合部之接合面係以凸起 4和凹部彼此嚅合以保持住。 1 〇 ·如申請專利範圍第9項之具有截斷組件之二次電 '，更包含一組件以防止該焊接板繞著該接合部轉動。 、、 1 ·如申明專利範圍第g項具有截斷組件之二次電 2，更包含一組件以防止該焊接板繞著該接合部擺盪和搖 動0 12· 具有截斷組件之二次電池，當電池中壓力異常 =用以截斷電流通路；該截斷組件配置於外殼之開放端 邛匕3 · 一破裂板，關閉該外殼之開放端部；一罩蓋， 電性連接於該破裂板表面之一部分，且做為電池外部端 子、，一焊接板，接合於該破裂板另一部分之表面，且做為 ，池内邛埏子，並具有通風孔；一絕緣墊，封住該破裂板 和該外殼之間的空隙，且將該破裂板和該焊接板以電性絕 緣的方式支持著，只在該焊接板和該破裂板間的接合部四 周留下空隙；該絕緣墊具有一凹部，於其中安裝該破裂 板，一開口部形成於該凹部的底部；及一安裝部，設於該 開口部的内周面，用以在該安裝部之上安裝該焊接板，其 中該破裂板和該焊接板接合的部分是以接合面之原子擴散

   «193 «193

   六、 申請專利範圍 於初期階段時而接合。 13·如申請專利範圍第1 2項之具有截斷組件之二次電 池’其中該初期階段包含一階段，其中形成熔接塊之擴散 接合區的面積不超過接合面之5 0%。 14·如申請專利範圍第1 3項之具有截斷組件之二次電 池’其中該焊接板和該破裂板間接合部之接合面係以凸起 部和凹部彼此嚅合以保持住。 15.如申清專利範圍第1 4項之具有截斷組件之二次電 池，其中該焊接板和該破裂板之接合面其中一面具有半球 幵y、圓柱形、輕射狀、或條紋狀之凸起，另一面具有剛好 嵌入該凸起部之凹部。 16·如申請專利範圍第1 4項之具有戴斷組件之二次電 池’其中該焊接板於其外周緣設有一齒，而該絕緣墊之該 安裝部則具有可供後入該齒之一凹槽。 Λ 17·如申請專利範圍第14項之具有截斷組件之二 池，其中^ —丨--一 -人电

   互補該五 18. 二次電池 槽。

   第22頁