TWI392131B - 安全性提升之電池蓋組及使用其之柱狀二次電池 - Google Patents

Description

安全性提升之電池蓋組及使用其之柱狀二次電池

本發明係關於一種安全性提升之電池蓋組及使用其之柱狀二次電池，尤其，係關於一種配置於電池之筒形容器上端開口之電池蓋組，其中一電極組係設於該筒形容器中，而該電池蓋組包括：一安全件，係具有一因該電池內產生之高壓氣體而破裂之預定缺口；一斷流裝置，係經由焊接而固定於該安全件之一底部，使當電池內部壓力增加時阻斷電流；一斷流裝置墊片，其係圍繞該斷流裝置之外緣，其中該斷流裝置包括有二個或以上之排氣用之貫穿孔，所形成之該貫穿孔之面積總合係為該斷流裝置之總面積之20%至50%。

隨著行動裝置大量地被開發，行動裝置之需求增加，而作為行動裝置之電力來源之二次電池之需求也隨之增加。二次電池中，鋰二次電池係具有高能量密度以及高放電電壓，因此許多研究係投入於其中，而因此鋰二次電池係目前廣為被使用之二次電池。

依照電池殼體的形狀，二次電池可分類為：柱狀電池，其具有一配置於筒形金屬容器中之電極組；菱形電池，其具有一配置於菱形金屬容器中之電極組；或是袋狀電池，其係具有一鋁壓版製作之袋狀殼體，而一電極組係配置於此袋狀殼體中。柱狀電池之優點在於，柱狀電池具有相對較大的容量且結構較穩定。

設於電池殼體中之電極組可視為電力產生單元，其具有陰極/分隔膜/陽極堆疊的結構，且可進行充電及放電。電極組可分類為捲蕊型電極組，其結構中包含有一長條型陰極以及一長條型陽極(活性材料係配置於其上)，一分隔膜係配置於該陰極以及陽極之間並與陰極以及陽極一同捲繞著；或是堆疊型電極組，其結構中包含有多數個預定大小之陰極以及陽極依序疊放，且分隔膜係分別插置於該陰極以及陽極之間。捲蕊型電極組之優點在於，捲蕊型電極組較容易生產，且每重量單位具有高的能量密度。

圖1係為一習知之柱狀二次電池之垂直剖面示意圖。

如圖1所示，一柱狀二次電池10係經由下數步驟製得，將一捲蕊型電極組120插入至一筒狀殼體130中，接著將一電解質注入至該筒狀殼體130中，並將一具有電極端(圖未示)之頂蓋140(例如，陰極端)電性耦接至一筒狀殼體130的開啟的頂端。

於電極組120之結構中，陰極121以及陽極122係捲成一捲，且陰極121以及陽極122之間係插置有一分隔膜123。一柱狀中心梢150係配置於該繞組之中心(即捲蕊之中心)。該中心梢150之材料一般為金屬，以具有預定的強度。中心梢150係具有中空筒狀的結構，其係經由將一金屬板滾捲而製得。中心梢150係用以固定並支撐電極組。此外，中心梢150可作為當二次電池放電、充電、或操作時，內部反應所產生之氣體的排放通道。

此外，鋰二次電池具有缺點為，鋰二次電池的安全性不佳。例如，當二次電池過度充電至4.5V或以上時，陰極活性材料會裂解，陽極部分則會出現鋰金屬呈樹枝狀生長的現象，且陽極活性材料亦會裂解。同時，二次電池會產生熱，而造成上述的裂解現象以及各種類裂解現象迅速地發展，最後造成二次電池的著火以及爆炸。

因此，為了解決上述的問題，需要發展出一種柱狀二次電池，其需包含有一斷流裝置(CID)，以及一配置於電極組與頂蓋之間的安全件，使當二次電池於操作期間有不正常現象發生時，可用以阻斷電流並釋放內部壓力。

上述之組成係伴隨著圖2至4更詳細地解說。

如圖所示，頂蓋10係由一陰極端突出。頂蓋10具有排氣孔。頂蓋10下方依序有：一正溫係數(PTC)元件20，其係當電池內部溫度升高時，可使電池阻值大幅上升而阻斷電流；安全件30，其正常狀態下係具有一下壓的形狀，並可於電池內部壓力升高時突起並破裂以釋放氣體；以及一連接盤50，其上方端的一側係耦接至安全件30，且其另一下方端的一側係連接至電極組40。

於正常操作情形下，該電極組40之陰極會經由導線42、連接盤50、安全件30、以及正溫係數(PTC)元件20連接至頂蓋10，以達到電性傳導的作用。

然而，當由於各種因素(例如，過度充電)導致電極組40產生了氣體，電池內部壓力升高，如圖3所示，該安全件30的形狀則會被扭曲。亦即，安全件30會向上突出。此時，安全件30會由連接盤50分離而阻斷電流。如此，就可避免過度充電持續下去，而達到安全性。然而，當電池內部壓力繼續升高時，如圖4所示，安全件30會破裂，而使高壓氣體經由安全件30，從頂蓋10的排氣孔排出，而避免電池爆炸。

但是，此種操作模式完全係依靠著電極組產生的氣體量、或是電池放出的氣體量來操作。若產生的氣體量或放出的氣體量不足或無法於短時間內達到一定程度氣體量時，斷流機制會延遲啟動，而使得電極組因連續通電產生熱失控現象。當電池持續導電時，此熱失控現象會發生或是加速發生，而使得電池著火或是爆炸的機率大幅增加。如此，則造成電池的安全性受威脅。並且，由於近年來持續發生膝上型電腦著火事件，因此電池的安全性更需被多加重視。

藉此，本領域亟需一種電池蓋組，當電池因各種因素(例如，過度充電)產生氣體而使得電池內部壓力增加時，其必需可快速的將電池產生的氣體由電池內部排出。

因此，本發明係為了解決上述問題，以及解決其他尚未被解決的問題而提出。

尤其，本發明係提供一種安全性提升之電池蓋組，其可快速的將高壓氣體由電池內部排出。

本發明之另一目的係在於提供一種鋰二次電池，其係藉由使用一安全性提升之電池蓋組而使其安全性提升。

為達成上述目的，根據本發明之一實施態樣，係提供一種電池蓋組，其係配置於電池之筒形容器上端開口，其中一電極組係設於該筒形容器上，該電池蓋組包括：一安全件，係具有一因該電池內產生之高壓氣體而破裂之預定缺口；一斷流裝置，係經由焊接而固定於該安全件之一底部，使當電池內部壓力增加時阻斷電流；一斷流裝置墊片，其係圍繞該斷流裝置之外緣，其中該斷流裝置包括有二個或以上之排氣用之貫穿孔，所形成之該貫穿孔之面積總合係為該斷流裝置之總面積之20%至50%。

當電池內部壓力上升時，該斷流裝置可破裂而阻斷電流。於斷流裝置之結構中，斷流裝置之中央係配置有一向上突出之突起物，該突起物係藉由焊接而固定於該安全件之一凹面之底部；以及一與一捲蕊之陰極連接之陰極導線，其係透過除了該突起物以外之凹面之底部電性連接至斷流裝置。

由於該斷流裝置係如上述地耦接至安全件，當安全件的形狀反向時，斷流裝置與陰極之間的連接會斷掉，因而使電流阻斷。在一具體的例子中，突起物之外周緣可具有一缺口。而當安全件的形狀反向時，缺口會破掉，而使得斷流裝置以及陰極之間分離，而容易形成突起物耦接至安全件之狀態。

此外，斷流裝置可具有二個或以上之排氣用之貫穿孔。電池內產生的氣體由貫穿孔排出時會使安全件的形狀反轉。

然而，本發明之發明人經由實驗得知，當形成於斷流裝置中的貫穿孔的面積總合少於斷流裝置整個面積的20%時，由於電池內部的高壓容易造成電池著火或是爆炸。其可能是由於可通過貫穿孔的氣體量太小而無法有效地阻斷電流；或是因為氣體向上排放路徑被阻斷或改變，因此造成阻斷電流所需的時間增加。此外，當貫穿孔過大時，將無法維持足夠的強度，且生產斷流裝置的過程中可能會有部件變形的現象產生，因此亦不適宜。

本發明之電池蓋組中，斷流裝置包括有二個或以上之排氣用之貫穿孔，所形成之該貫穿孔之面積總合係為該斷流裝置之總面積之20%至50%，更佳為30%至40%。如此，則可增加向上流動氣體的量(氣體排放量)，並使氣體可快速地向上流動(排出)。

因此，當由於各種因素(例如，過度充電)使電池產生了氣體，而使得電池內部壓力升高，由於電流阻斷以及安全件的破裂，會使得氣體快速地由電池內部排出，並確保電池的安全性。

貫穿孔之形狀可為一弧狀，且該貫穿孔可相對該斷流裝置之一中心而徑相對稱地配置。當貫穿孔如同上述地相對該斷流裝置之一中心而徑相對稱地配置，可防止氣體於單一方向的過度排放，而確保斷流裝置的強度。

貫穿孔的數目並無特別限制。較佳地，貫穿孔的數目可為2至4。

在一較佳的實施例中，三個貫穿孔係以均等之間距配置，每一貫穿孔具有弧的形狀，貫穿孔的弧度可為相對斷流裝置之中心之50至80度。

此外，突起物可具有結構為：三至五個貫穿縫，其係形成於該突起物之同心圓上；以及橋間，其係形成於該突起物之同心圓上，以將該貫穿縫之間彼此聯繫，且每一該橋間係具有一缺口。藉此，貫穿縫之間可以等距配置，且貫穿縫之位置係相對該些貫穿孔，較佳為每一貫穿縫具有一弧形狀且弧度可為相對斷流裝置之中心之40至55度。

安全件係為將氣體排放至電池外部的裝置，當電池內部壓力增加時，可確保電池的安全性。例如，當電池內部產生氣體時，而使得電池的內壓力達到一臨界值，安全件會破裂，而使氣體可通過安全件之破裂口並經由一或多個形成於頂蓋之排氣孔排放至電池外部。

安全件之中心可具有一下壓之凹面。藉此結構，當電池內部壓力升高時，安全件之凹面可反轉，亦即，具有向下壓的形狀的安全件中心會反轉成具有向上突起形狀的安全件中心，如此可使安全件由斷流裝置分離，並阻斷電流連接。

安全件的操作模式係如下所述。電池內部產生的氣體通過斷流裝置的貫穿孔，而提供一向上的壓力於安全件。當此向上的壓力到達一特定壓力時(以下稱之為第一臨界壓力)，安全件的下壓凹面的形狀會被反轉，而造成固定於凹面的突起物由斷流裝置分離並中斷斷流裝置至安全件之間的電性連接。

凹面可包括一頂彎部分以及一底彎部分。一第一缺口係形成於頂彎部分。相關的習知技術中，僅揭示有底彎部分被切斷之結構。然而，底彎部分並不適合用於有效地排放氣體，其係由於底彎部分的面積較小。相反地，本發明中，可破裂之缺口係設於頂彎部分，因此所形成的切斷區域面積相對較大，因此可迅速地將大量氣體排出。

當電池內部壓力持續增加時(不論安全件是否有將電流阻斷)，電池內部壓力達到另一預定壓力(以下稱之為第二臨界壓力)時，第一缺口會被切斷。如此，電池內的高壓氣體會經由頂蓋的排氣孔而由電池內排出。

同時，第一缺口可具有一打開(非閉合)之弧形，其中一端係為開放的，以防止頂彎部分整個由安全件之其他部分脫落下來。亦即，此一端的開放區域可用以作為凹面以及安全件其他部位之間的橋間。

第一缺口的尺寸並無特別限制。較佳地，該第一缺口的尺寸對應於將斷流裝置的貫穿孔之中心連結後所形成的虛構圓的大小，以使得由斷流裝置向上流動的氣體可直接向第一缺口施壓。

此外，如同上述，該第一缺口的打開區域可具有一尺寸，使當第一缺口被切斷時，可防止凹面完全被切下。第一缺口的打開區域之弧長，係對應於安全件之中心大約為20至50度，較佳為25至40度。

於一較佳實施例中，第二缺口可形成於安全件的底彎部分。較佳地，第二缺口可具有一打開(非閉合)之弧形，其相對二端係為開放的，故當電池內部壓力增加時只有頂彎部分脫落下來。在此結構中，由於相對二端係為開放的，底彎部分的切斷處則受到限制，因此當電池內部壓力增加時，可使頂彎部分被切開而形成開孔。

較佳地，第二缺口的打開處的相對二端不與第一缺口的打開處對齊。於一更佳的實施例中，第二缺口的打開處的相對二端可與第一缺口的打開處呈現一相對直角的位置關係。

於一較佳的實施例中，第一缺口的深度可大於第二缺口的深度，使第一缺口可早於第二缺口破裂。

安全件的材質並無特殊限制。較佳地，安全件可由一厚度為0.15至0.4mm的鋁板製成，如此，當電池內部壓力到達一臨界值時，可使安全件破裂(被切斷)。

斷流裝置墊片係圍繞該斷流裝置之外緣而配置。於一較佳的實施例中，斷流裝置墊片之中間形成一開孔。由於高壓氣體流動之路徑較佳呈現一直線，以使向上排出氣體的效率提升，斷流裝置墊片的中心開孔的形狀較佳以不會蓋住斷流裝置貫穿孔之設計為主。

習知技術中，墊片所形成的形狀係會部分地蓋住斷流裝置的貫穿孔。如此，穿過貫穿孔的高壓氣流會被墊片擾亂，而氣體的排放量會減少，氣流路徑會改變，因此則難以及時地使安全件運作。反之，如同前述，當墊片不會蓋住貫穿孔時，穿過貫穿孔的高壓氣流整體會直接到達安全件，而使電池的安全性提高。

於一較佳的實施例中，斷流裝置之貫穿孔、斷流裝置墊片之開孔、以及安全件之缺口係互相排列成一直線。

一直到電池產生之高壓氣體經過斷流裝置之貫穿孔以及斷流裝置墊片之開孔而到達安全件之缺口前，氣體的流經路線皆維持為一直線，如此則可使高壓氣體集中且快速的向上排。因此，安全件則可及時被啟動，而使電池的安全性提高。

本發明中，電池蓋組可更包括一正溫係數(PTC)元件，其係當電池內部溫度升高時，可使電池阻值大幅上升而阻斷電流。

於電池蓋組之結構中，該斷流裝置、該斷流裝置墊片、該安全件、該正溫係數(PTC)元件、以及該具有一個或多數個排氣孔之頂蓋，係以堆疊方式配置。此外，該堆疊結構之外周緣可更配置有一墊片。PTC元件可配置於頂蓋以及安全件之間，並互相緊密地配置。

本發明之另一態樣中，係提供一種包含有上述結構之電池蓋組以及一具有陰極/分隔膜/陽極結構之電極組(捲蕊)之柱狀電池。該柱狀電池係經由下述過程製得，將一捲蕊插入至筒形容器中，注入電解質至筒形容器中，並將一具有電極端之頂蓋140耦接至筒形容器之開啟的頂端。

於一較佳的實施例中，柱狀電池可更包括一圓盤狀絕緣件，其係位於該捲蕊之頂端。圓盤狀絕緣件之中心可具有一氣體排放以及電極端連接用之開孔。此外，圓盤狀絕緣件之開孔周圍可配置有至少一貫穿孔。

於此，圓盤狀絕緣件之至少一貫穿孔之尺寸，較佳係可使貫穿孔與斷流裝置墊片之開孔以及斷流裝置之貫穿孔呈一直線，並使圓盤狀絕緣件之至少一貫穿孔與斷流裝置墊片之開孔以及斷流裝置之貫穿孔互相聯繫。例如，該至少一貫穿孔之尺寸可為該圓盤狀絕緣件之總面積之20%至50%。

絕緣件之材質並無特殊限制，只要絕緣件之材質為絕緣性材料即可。例如，絕緣件之材質可為聚丙烯樹脂。由於聚丙烯樹脂具有高機械強度對厚度比，較佳係使用高強度的聚丙烯樹脂，如此，當電池接收到較強的外部衝擊時，聚丙烯樹脂可防止捲蕊的移動以及短路。

於捲蕊之結構中，陰極與陽極係被一同捲繞著，且陰極與陽極中間插置有一分隔膜。柱狀中心梢係配置於該繞組之中心(即捲蕊之中心)。該中心梢之材料一般為金屬，以具有預定的強度。中心梢係具有中空筒狀的結構，其係經由將一金屬板滾捲而製得。中心梢係用以固定並支撐電極組。此外，中心梢可作為當二次電池放電、充電、或操作時，內部反應所產生之氣體的排放通道。

筒形容器之材質並無特殊限制。筒形容器較佳係以不銹鋼、鋼材、鋁、或其相似物質製成。

本發明之柱狀電池可為一具有高能量密度、高放電電壓、以及高輸出穩定性之鋰二次電池。該鋰二次電池一般包含有一陰極、一陽極、一分隔膜、以及一含鋰鹽之非水性電解質。

例如，陰極可經由下述過程製作，將一陰極活性材料、導電材料、以及黏結劑之混合物塗佈至一陰極集流器並將該混合物乾燥。其中可視情形更添加一填充劑。而陽極可經由下述過程製作，將一陽極材料塗佈至一陽極集流器並將該陽極材料乾燥。可視情形更添加上述所提到之成分。

分隔膜係配置於該陰極以及陽極之間。分隔膜之材料可為具有高離子穿透性以及高機械強度之絕緣薄膜。

該含鋰鹽之非水性電解質係由一非水性電解質以及鋰鹽所組成。非水性電解質可包括有液態非水性電解質、固態非水性電解質、以及無機固態非水性電解質。

本發明中所用到之集流器、電極活性材料、導電材料、黏結劑、填充劑、分隔膜、電解質、以及鋰鹽可為一般習知使用之材料，因此不在此贅述。

本發明之鋰二次電池可經由習知技術中之一般方法製得。亦即，鋰二次電池可經由將一孔洞性分隔膜置於陰極與陽極之間並將電解質注入其中後而製得。

例如，如上所述，陰極可經由下述過程製作得到：將一包含有鋰過渡金屬氧化活性材料(作為陰極活性材料)、一導電材料、以及一黏結劑之泥漿塗佈至一集流器並乾燥以及壓製泥漿。同樣地，如上所述，陽極可經由將一包含有碳活性材料(作為陽極活性材料)、一導電材料、以及一黏結劑之泥漿塗佈至一薄膜集流器並乾燥該泥漿而得到。

以下係藉由本發明的具體實施例更詳細地說明本發明之實施方式。然而，本發明之範疇並不僅限於下述之實施例的範圍。

圖5係本發明之一較佳實施例中之柱狀電池之電池蓋組結構之示意圖，而圖6及7係分別為圖5之柱狀電池中所用之安全件的示意圖以及平面圖。

請參閱圖5，本實施例之柱狀電池100係經由下述過程製得，將一捲蕊110插入至筒形容器200中，注入電解質至筒形容器200中，將圓盤狀絕緣件800置於捲蕊110之上端，並將電池蓋組300置於打開狀態之筒形容器200之頂端。

該電池蓋組300之結構係包括有一頂蓋310、PTC元件350、以及用來減少電池內部壓力的安全件320，該些部件係配置於密封墊片400且互相之間緊密配置，密封墊片400係位於筒形容器200之上捲邊部210。

斷流裝置600與安全件320之底端焊接在一起，斷流裝置600於當電池內部壓力增加時會破裂以將電流阻斷。且斷流裝置600周圍係圍繞有一斷流裝置墊片700。

PTC元件350係位於頂蓋310以及安全件320之間，並互相緊密地配置。PTC元件350可大幅增加電池阻值，當電池內部溫度升高時，PTC元件350會將電流切斷。由中間向上突起之頂蓋310係用以作為與外埠線路連接之陰極端點。沿著頂蓋310之突起部之周緣形成有複數個排氣孔312，藉此高壓氣體可經由排氣孔312而從筒形容器200中排出。

關於上述之安全件320與蓋組300之更詳細的描述將伴隨著圖6及7一同解說。

安全件320具有一薄膜結構，並可傳遞電流。安全件320之中央形成有一凹面322，係呈向下壓低之狀態。第一缺口324係形成於安全件320的頂彎部分，而第二缺口326係形成於安全件320的底彎部分。

如圖7所示，其係為安全件320之平面圖，形成於安全件320的頂彎部分之第一缺口324係具有有一開口之弧形，其一端係為開放的。該開放部位係一非缺口部位(non-notch portion)330，當高壓氣體將缺口形成部位切斷時，非缺口部位330可用於防止第一缺口324整個由安全件320上之其餘部分分離。

此外，第二缺口326係形成於安全件320的底彎部分。第二缺口326係為具有開口之弧形，其相對兩端係為開放的。二個非缺口部位340係位於第二缺口326之開口區域之相對端。非缺口部位340可用於防止第二缺口326整個被切出來。為了完全避免第二缺口326的脫落，非缺口部位340較佳係與第一缺口324之非缺口部位330的位置不在同一直線上。更佳地，如圖中所示，第二缺口326係位於第一缺口324之非缺口部位330的中央線之接近直角的位置，且二個非缺口部位340係相對配置。

圖8及9係分別為圖5之二次電池中所使用的斷流裝置600之示意圖以及平面圖。

如圖8及9以及圖5所示，突起物620係向上突出，且係形成於斷流裝置600之中央。突起物620係固定於安全件320之凹面322之底部(如圖6所示)。與捲蕊110之陰極連接之陰極導線420係電性連接至除了突起物620以外之斷流裝置600的其他底部區域。

環繞著突起物620之周圍係形成有三個貫穿縫630、以及具有狹縫650的橋間(bridge)640，以將貫穿縫630之間互相聯繫。

並且，用來排放氣體之三個貫穿孔610係形成於斷流裝置600之周緣並呈現弧形，且此些貫穿孔610係徑向對稱地繞著軸心配置。貫穿孔610之總面積和係近似於斷流裝置600總面積之30%。因此，當由電池排出之高壓氣體之排出量增加時，就會達到產生電流阻斷效應的臨界而斷流。貫穿孔610之間的相隔角度約120度，且各貫穿孔610之間的形狀以及尺寸皆相同，貫穿孔610之間的距離亦接近相同。藉此，可使斷流裝置600於最大量之氣體排放進行時仍具有高機械強度。

較佳地，連接各貫穿孔610中心線所形成之圓環的大小(虛線部分)係接近於安全件320之第一缺口324的大小(請參閱圖6及7)。當電池內部的壓力大過一預定範圍時，高壓氣體會通過貫穿孔610，線性地擠壓第一缺口324而加速第一缺口324的切斷，藉此可達到快速排放氣體的作用。

圖10及11係分別為圍繞斷流裝置600配置之斷流裝置墊片700的示意圖以及平面圖。為了方便說明，關於斷流裝置墊片之圖示僅描繪至可解釋其孔洞形狀為止。

如圖10及11以及圖5所示，斷流裝置墊片700之中間係配置有一開孔710。開孔710的形狀之設計係以不會蓋住斷流裝置600的貫穿孔610為主。亦即，斷流裝置墊片700的形狀之設計係與斷流裝置600之外部區域的非開孔位置一致。如此，當斷流裝置墊片700圍繞著斷流裝置600外部區域配置時，斷流裝置墊片700不會蓋住斷流裝置600的貫穿孔610，可確保貫穿孔610做為氣體排放通道的功能。

圖12以及13係分別為一圓盤狀絕緣件800的示意圖以及平面圖，此圓盤狀絕緣件800係配置於圖5中所示之柱狀電池100之捲蕊110的頂端。

圖12以及13以及圖5所示，圓盤狀絕緣件800係配置於開孔820的中間以用來排放氣體並作為電極端連接所用。此外，圓盤狀絕緣件800之外周緣係配置有一或多個貫穿孔810。該些圓盤狀絕緣件800的貫穿孔810可具有與斷流裝置600之貫穿孔610相同的形狀、尺寸、以及位置。並且，圓盤狀絕緣件800的貫穿孔810的面積大小可近似於圓盤狀絕緣件800之面積的30%。

圖14係為柱狀電池中圓盤狀絕緣件800、斷流裝置墊片700、斷流裝置600、以及安全件320依序堆疊之示意圖。

如圖14、以及圖2至13所示，圓盤狀絕緣件800的貫穿孔810、斷流裝置墊片700的中心開孔710、斷流裝置600的貫穿孔610、以及安全件320的第一缺口324係互相排列，而使高壓氣體可有效地由電池排出。

圖15至17係為當電池內部壓力不正常地升高時，高壓氣體由內部排放出來之流程剖面示意圖。

如此些圖所示，當電池內部壓力不正常地升高時，高壓氣體經由斷流裝置600之貫穿孔610以及貫穿縫630排出而給予安全件320一向上的壓力。

如此，如圖16所示，安全件320的凹面322則受到此壓力而升高。而當內部的壓力到達一第一臨界壓力等級時，與凹面322焊接在一起的突起物620則會由斷流裝置600上分離而阻斷斷流裝置600至安全件320間的電連接。

而不論電流為已切斷之情形，當電池內部的壓力持續增加，而使電池內部壓力達到一個第二臨界壓力等級時，如圖17所示，該安全件320的第一缺口324則會被切斷。如此，電池內部的高壓氣體則會由頂蓋310的排氣孔312排出至電池外。此實施態樣中，該具有相對大的半徑的第一缺口324被切斷時，其氣體排放量會大於具有相對小的半徑的第二缺口326被切斷時所排放氣體的量，因此可快速地釋放高壓氣體。

以下將更詳細地說明本發明之實施例。然而，本發明之範疇並不僅限於下述之實施例的範圍。

[實施例1]

如圖7所示，第一缺口之直徑為8.0mm、厚度為0.06mm，且第一缺口係形成於一外直徑為16mm且厚度為0.3mm之鋁板中，並扣掉30度之弧度；而每一第二缺口之直徑為4.0mm、厚度為0.1mm，第二缺口形成於鋁板中，並扣掉二個30度之弧度。接著，鋁板的中心係被下壓而形成一深度為0.65mm之凹面。如此，則製得一個安全件。

如圖9所示，三個貫穿孔係成放射狀地形成於外直徑為11mm且厚度為0.5mm鋁板之中，而三個貫穿孔的相加總面積為近似於鋁板之總面積的30%。接著，直徑1.53mm且突起高度為0.20mm之突起物係形成於鋁板的中心，而三個貫穿縫係經由打洞的方法形成於距離中央突起物中心1.5mm的地方，此三個貫穿縫之寬度皆為0.6mm且弧長係為2.61mm。接著，於連接相鄰貫穿縫之橋間中，形成有厚度接近70μm的缺口。如此，則製得一斷流裝置。

此外，如圖11所示，斷流裝置墊片係以一外直徑為12mm且厚度為0.5mm之聚丙烯板進行製作，且斷流裝置墊片必須不能蓋住斷流裝置的貫穿孔。

斷流裝置的外緣部位係插入至斷流裝置墊片中，且安全件之凹面的底部係藉由雷射焊接而固定於斷流裝置之突起物的頂端。

將一捲蕊型的電極組插入至一筒形容器中，此捲蕊型的電極組係包含有一配置於鋰鈷氧化物陰極以及石墨陽極之間多孔聚乙烯分隔膜；並將一圓盤狀絕緣件設於該筒形容器上。之後，將筒形容器之頂端進行捲邊(bead)以將圓盤狀絕緣件固定於筒形容器。接著，將故設有斷流裝置之安全件、PTC元件、以及頂蓋係配置於密封墊片內，，再將此些元件係一同插入於捲邊部中。之後，將筒形容器的上端內扳以壓夾該密封墊片。如此，則得到一電池。

[實施例2]

如同實施例1中所述之相同方法製備一電池，但其中當製作安全件時，第一缺口的厚度需改為0.1mm，且每一個第二缺口的厚度需改為0.06mm。

[實施例3]

如同實施例1中所述之相同方法製備一電池，但其中當製作安全件時，第一缺口的厚度需改為7mm，且第一缺口的厚度需改為0.06mm。

[比較例1]

如同實施例1中所述之相同方法製備一電池，但其中安全件之貫穿孔的總面積和需為斷流裝置的總面積之接近18%。

[實驗例1]

取實施例1至3、以及比較例1所製得之電池進行鋼針穿刺測試(Nail tests)，結果係如下表1所示。

<表1>

由表1可知，當使用本發明中貫穿孔面積比為30%之斷流裝置時，電池不會爆炸，或電池容器未變形。然而，比較例1中使用貫穿孔面積比為18%之斷流裝置之電池，於鋼針穿刺測試則發生爆炸現象。再者，當第二缺口被切斷時，無法使氣體平順地通過安全件排放，因此如實施例2及3之結果所示，雖然電池並未爆炸，但電池容器卻已變形。

高容量電池中，當安全件切斷處的尺寸以及斷流裝置之貫穿孔的尺寸不夠大時，將無法充分地將氣體排出。且當安全件的切斷處係相對內部第二缺口的位置而配置時，即使狹縫的直徑變大，安全件之內部傾斜缺口會在狹縫被切斷後防止氣體的排放。

綜上所述，藉由使用第一缺口作為安全件的切斷處以及增加斷流裝置貫穿孔之面積，可有效地將電池內之高壓氣體排放出去，以增加電池壽命。

產業利用性

如上所述，本發明之電池蓋組包含具有相對大面積的貫穿孔之斷流裝置。因此，可有效地將高壓氣體由電池內部排出。再者，當設計成可斷裂之安全件的缺口係形成於相對貫穿口之處，則可使高壓氣體成直線排出。當高壓氣體產生時，安全件可及時地切斷以快速地將氣體排出，因此可大幅增加電池壽命。

上述實施例僅係為了方便說明而舉例而已，本發明亦可藉由其他不同的具體實施例加以施行或應用，本說明書中的各項細節亦可基於不同觀點與應用，熟習此技藝之人士可在不悖離本發明之精神下進行各種修飾與變更。

10．．．頂蓋

20．．．正溫係數(PTC)元件

30．．．安全件

40．．．電極組

42．．．導線

50．．．連接盤

100．．．柱狀二次電池

110．．．捲蕊

120．．．電極組

121．．．陰極

122．．．陽極

123．．．分隔膜

130．．．筒狀殼體

140．．．頂蓋

150．．．柱狀中心梢

200．．．筒形容器

210．．．上捲邊部

300．．．電池蓋組

310．．．頂蓋

312．．．排氣孔

320．．．安全件

322．．．凹面

324．．．第一缺口

326．．．第二缺口

330．．．非缺口部位

340．．．非缺口部位

350．．．PTC元件

400．．．墊片

600．．．斷流裝置

610．．．貫穿孔

620．．．突起物

630．．．貫穿縫

640．．．橋間

650．．．狹縫

700．．．斷流裝置墊片

710．．．開孔

800．．．圓盤狀絕緣件

810．．．貫穿孔

820．．．開孔

為讓本發明之上述與其他目的、特徵、和優點能更明顯易懂，配合所附圖式，加以說明如下，其中：

圖1係為一習知之柱狀二次電池之垂直剖面示意圖。

圖2至4係為一顯示習知之柱狀二次電池中，藉由安全件而進行電流阻斷以及高壓氣體排放流程之垂直剖面示意圖。

圖5係本發明之一較佳實施例中之柱狀二次電池之剖面示意圖。

圖6及7係分別為圖5之二次電池中所用之安全件的示意圖以及平面圖。

圖8及9係分別為圖5之二次電池中所使用的斷流裝置之示意圖以及平面圖。

圖10及11係分別為圖5之二次電池中所使用的斷流裝置用之墊片的示意圖以及平面圖。

圖12以及13係分別為圖5之二次電池中所使用的圓盤狀絕緣件的示意圖以及平面圖。

圖14係為本發明之一較佳實施例中堆疊圓盤狀絕緣件、斷流裝置墊片、以及斷流裝置之流程示意圖。

圖15至17係為藉由操作圖5中之二次電池的安全件，而將電流阻斷並將高壓器體排出之流程之垂直剖面示意圖。

100．．．柱狀二次電池

110．．．捲蕊

200．．．筒形容器

210．．．上捲邊部

300．．．蓋組

310．．．頂蓋

312．．．排氣孔

320．．．安全件

324．．．第一缺口

326．．．第二缺口

350．．．PTC元件

400．．．墊片

600．．．斷流裝置

700．．．斷流裝置墊片

800．．．圓盤狀絕緣件

420．．．陰極導線

Claims (10)

1. 一種電池蓋組，其係配置於電池之筒形容器上端開口，其中一電極組係設於該筒形容器上，該電池蓋組包括：一安全件，係具有一因該電池內產生之高壓氣體而破裂之預定缺口；一斷流裝置，係經由焊接而固定於該安全件之一底部，使當電池內部壓力增加時阻斷電流；一斷流裝置墊片，其係圍繞該斷流裝置之外緣，其中該斷流裝置包括有二個或以上之排氣用之貫穿孔，所形成之該貫穿孔之面積總合係為該斷流裝置之總面積之20%至50%；以及該安全件之中心係配置有一下壓之凹面，該安全件之形成該凹面之頂彎部分以及底彎部分係分別形成有一第一缺口以及一第二缺口，且該形成於該安全件之頂彎部分之第一缺口係具有一開放之弧形，其一端係為開放的。
2. 如申請專利範圍第1項所述之電池蓋組，其中於該斷流裝置之結構中，該斷流裝置之中央係配置有：一向上突出之突起物，該突起物係藉由焊接而固定於該安全件之一凹面之底部；一與一捲蕊之陰極連接之陰極導線，其係透過除了該突起物以外之凹面之底部電性連接至斷流裝置；三至五個貫穿縫，其係形成於該突起物之同心圓上；以及橋間，其係形成於該突起物之同心圓上，以將該貫穿縫之間彼此連接，且每一該橋間係具有一缺口。
3. 如申請專利範圍第1項所述之電池蓋組，其中該貫穿孔之形狀係為一弧狀，且該貫穿孔係相對該斷流裝置之一中心而徑相對稱地配置。
4. 如申請專利範圍第1項所述之電池蓋組，其中該第二缺口係具有一開放之弧形，其相對兩端係為開放的。
5. 如申請專利範圍第1項所述之電池蓋組，其中於該蓋組之結構中，該斷流裝置、該斷流裝置墊片、該安全件、一正溫係數(PTC)元件、以及一具有至少一排氣孔之頂蓋係以堆疊方式配置，且一墊片係更配置於該堆疊結構之外周緣。
6. 如申請專利範圍第1項所述之電池蓋組，其中該斷流裝置墊片之中間係具有一開孔，且該開孔之形狀係使該斷流裝置墊片之該貫穿孔不會蓋住。
7. 如申請專利範圍第6項所述之電池蓋組，其中該斷流裝置之該貫穿孔、該斷流裝置墊片之該開孔、以及該安全件之該缺口係相互排列成一直線，使該斷流裝置之該貫穿孔、該斷流裝置墊片之該開孔、以及該安全件之該缺口之間係互相連通。
8. 一種柱狀電池，其係包括有如申請專利範圍第1至8項中之任何一項所述之電池蓋組、以及一具有陰極/分隔膜/陽極結構之電極組(捲蕊)；其中，該捲蕊係設置於一柱狀電池之一筒形容器中，且該電池蓋組係配置於該筒形容器之一上端開口。
9. 如申請專利範圍第8項所述之柱狀電池，更包括一圓盤狀絕緣件，其係位於該捲蕊之一頂端，其中該圓盤狀絕緣件之中心係具有一氣體排放以及電極端連接用之開孔，且該圓盤狀絕緣件之開孔周圍係配置有至少一貫穿孔，該至少一貫穿孔之尺寸係為該圓盤狀絕緣件之面積的20%至50%。
10. 如申請專利範圍第9項所述之柱狀電池，其中該圓盤狀絕緣件之至少一貫穿孔係相對該斷流裝置墊片之開孔以及該斷流裝置之貫穿孔而配置成一直線，使該圓盤狀絕緣件之至少一貫穿孔係與該斷流裝置墊片之開孔以及該斷流裝置之貫穿孔互相連通。