專利名稱：封閉電池和封閉件的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種當電池溫度或內(nèi)部壓力升高時在規(guī)定壓力下，特別是在低壓下，能夠破裂以迅速釋放內(nèi)部壓力、且同時中斷電流的電池，并且涉及一種用在該封閉電池中的封閉件。
最近，隨著對尺寸小、重量輕及性能高的電子裝置的需要的增大，具有高能密度的無水電池的使用已經(jīng)變得很普遍。使用諸如鋰、鈉、或鉀之類的堿性金屬作為其負極活性材料的電池，采用完全封閉結(jié)構(gòu)的電池外殼，因為堿性金屬容易與水反應(yīng)。
這樣一種完全封閉電池具有可儲存的優(yōu)點，但相反，其高密封性有時會引起電池本身的破裂，這歸因于在其中電池暴露于高溫、或短路形成在電池內(nèi)部或外部而引起大電流流動、或由于在其生產(chǎn)過程中滲入的水污染造成在電池中產(chǎn)生氫氣的情況下其內(nèi)部壓力的異常升高。在這樣一種情況下，裝有這樣一種破裂電池的裝置將損壞，況且損壞的裝置和電池可能有傷害用戶的危險。因而，在電池內(nèi)部壓力增大到這樣高的程度之前，應(yīng)該需要某種壓力釋放機構(gòu)。
至今，已經(jīng)提出了幾種用來釋放電池內(nèi)部壓力的方法，并且他們的一些已經(jīng)用在實際中。例如，日本公開出版物HEI 2-304861公開了一種用于電池的安全閥，該安全閥包括一個提供在電池外殼的一部分處、且?guī)в幸粋€與電池內(nèi)部連通的閥通孔和一個與外部連通的出口的閥體，該閥體包括一個閥件，至少其相對著閥通孔的表面由橡膠制成；和一個彈性件，用來把閥件的上述橡膠表面推到閥通孔。該安全閥通過用橡膠制成的閥件封閉閥通孔來保持電池的可密封性，并且通過當內(nèi)部壓力升高到為彈性件規(guī)定的壓力時使閥通孔打開，防止電池內(nèi)部壓力升高超過規(guī)定壓力。
這樣一種常規(guī)安全閥已經(jīng)廣泛用在Ni-Cd型電池中。然而，在采用堿性金屬作為負極的活性材料的無水電池中還沒有使用過，因為即使彈性件把閥件壓到閥通孔由此封閉電池，也不可能得到無水電池所要求的那樣高的可密封性。
在日本公開出版物SHO 63-285859中公開了用來釋放要求高可密封性的電池的內(nèi)部壓力的方法之一。在該方法中，電池的外殼在其殼壁的一部分處帶有一個減薄的部分。該減薄部分通過使用壓力裝置冷軋外殼的板形成，直到板軋制部分的厚度成為其初始厚度的一半。因而，就該薄壁部分而論，電池具有良好的可密封性，因為薄壁部分僅從外殼連續(xù)壁的一部分轉(zhuǎn)化而來。
在日本公開出版物HEI-6-215760中公開了另一種該類型的壓力釋放機構(gòu)。該釋放機構(gòu)包括一個閥隔膜，裝配在帶有一個底部的電池的圓柱形外殼的開口端，并且布置在電池的電極元件上方；和一根用來中斷電流的引線，布置在閥隔膜上方。在該結(jié)構(gòu)中，當電池的內(nèi)部壓力升高時，閥隔膜膨脹，斷開用來中斷電流的引線以切斷電流。
根據(jù)日本公開出版物SHO-63-285859中公開的方法，必須得到外殼的薄壁部分，從而減薄部分能在較低壓力下破裂。然而，當殼壁部分制得太薄時，可能在壓制成形期間形成細微或微小的裂縫，因而損害電池外殼的可密封性。
而且，當金屬通過冷加工處理時，他們不可避免地加工硬化。然而，金屬的硬化不總是均勻地出現(xiàn)，并因此引起不能正?？刂朴糜谶@種壓力釋放機構(gòu)的操作壓力的問題。已經(jīng)進一步提出了一種用來減薄電池外殼的一部分殼壁的半蝕刻方法。控制蝕刻之后的減薄部分的剩余厚度極為困難，并且也難以得到良好的產(chǎn)品。另一個問題是半蝕刻部分不能免除針孔的形成，并因此需要檢查所有的產(chǎn)品。
另一方面，根據(jù)在日本公開出版物HEI-6-215760中所公開的方法，必須準確地控制形成在引線中的切開部分的深度。鑒于其工作過程，這是一個嚴重的問題。另一個問題是電流在規(guī)定壓力下不能可靠地斷開。
為了解決上述的常規(guī)缺陷，本發(fā)明的一個目的在于提供一種包括一個閥片的封閉電池，該閥片在規(guī)定壓力下，特別是在低壓下，能穩(wěn)定和準確地破裂，從而釋放其內(nèi)部壓力，并且該閥片能容易地制造，并且本發(fā)明的目的還在于提供一種用在所述密封電池中的封閉件。
本發(fā)明提供一種封閉電池，該電池包括一個電極元件，包括一根正電極、一根負電極、和一塊隔板；一種電解質(zhì)；一個電池外殼，容納所述電極元件以及所述電解質(zhì)；及一個封閉件，裝配在所述電池外殼的一個開口端部的內(nèi)周緣中，以封閉電池外殼的開口端部，其中所述封閉件包括一個金屬基片；一個閥元件，其帶有一個在所述金屬基片中的縫隙，以便用作釋放片，從而當電池的內(nèi)部壓力升高時，閥元件從一個彎曲支點彎曲，以便給金屬基片提供一個用來釋放內(nèi)部壓力的開口部分；及一層金屬箔，粘附到金屬基片的內(nèi)表面上，其中所述閥元件由一個具有寬度的縫隙限定，換句話說，縫隙形成在閥元件圓周與金屬基片之間，并且閥元件的中心對于金屬基片的中心是偏心的。本發(fā)明還提供一個用在所述封閉電池中的封閉件。
根據(jù)本發(fā)明，當電池的內(nèi)部壓力由于短路、過充電、反向充電等升高時，一個閥片操作，以變形其本身和推動與升起閥元件，該閥片包括一個金屬基片，其中提供一個用來釋放電池內(nèi)部壓力的閥元件；和一層金屬箔，具有均勻和準確的厚度，并且安置在金屬基片的上方，以便封閉一個通常用閥元件封閉的通孔。這時，由于閥元件對于金屬基片偏心地形成，所以他們之間的縫隙允許具有較寬的寬度，這便于閥片V的操作。當閥片電氣脫開、且內(nèi)部壓力達到規(guī)定壓力時，閥元件由于這種寬縫隙的形成而平穩(wěn)地升高，并且金屬箔穩(wěn)定和準確地破裂以排放電池的內(nèi)部氣體，從而能預(yù)先防止內(nèi)部溫度的突然升高和電池的爆炸。
現(xiàn)在結(jié)合參照附圖的最佳實施例和例子，解釋本發(fā)明。


圖1是豎直剖視圖，表示根據(jù)本發(fā)明的完整封閉電池的上部。
圖2是平面視圖，表示根據(jù)本發(fā)明的閥片。
圖3是沿圖2中的Y-Y取出的剖視圖。
圖4是說明性視圖，表示在異常情況下閥片的操作方式。
圖5是另一張說明性視圖，表示在異常情況下閥片的操作方式。
圖6是平面視圖，表示根據(jù)本發(fā)明的閥片的另一個實施例。
圖7是平面視圖，表示根據(jù)本發(fā)明的閥片的又一個實施例。
1金屬基片2金屬箔3縫隙4彎曲支點部分5閥元件6引線7閥開口部分8釬接部分C1閥元件的中心C2閥開口部分的中心圖1是豎直剖視圖，表示本發(fā)明的完全封閉的電池的上部。圖2是平面視圖，表示本發(fā)明的封閉電池的一個閥片。圖3是豎直剖視圖，表示上述閥片。圖4和圖5是說明性視圖，表示在異常情況下閥片的操作方式。圖6是平面視圖，表示閥片的另一個實施例。
在圖1中，一個帶有一個用作負電極終端的底部的圓柱形電池外殼30，容納一個電極元件32以及與外部隔離的電解質(zhì)。電極元件32由盤繞疊層組成，包括一個正極32a、一個隔板32b、及一個通過隔板32b相對著正極32a布置的負極32c。
一個帶有用作爆炸防止機構(gòu)的通孔0和0且同時作為正極終端的封閉端蓋33，通過經(jīng)一個絕緣墊圈34嵌入外殼30的上開口端部而裝配。在電極元件32上方，布置有一個盤狀內(nèi)端蓋37，并且在內(nèi)端蓋37的中央部分處提供有一個大直徑的氣體釋放孔35。
在內(nèi)端蓋37與封閉端蓋33之間，提供一個形成用來包圍電極元件和其他件的封閉件的閥片V。閥片V的周緣36與封閉端蓋33的周緣33a相接觸。這些周緣36和33a通過經(jīng)一個絕緣墊圈40嵌接在內(nèi)端蓋37的周緣37a中固定。
一根引線6通過一種適當?shù)姆椒?，連接到閥片V的內(nèi)表面上，閥片V用作用來封閉電池的上開口端部的封閉件。引線6延伸到電極元件32的正極32a。
如圖2和圖3中所示，閥片V在平面視圖中基本上是圓形的，并且包括一個具有圓形形狀的金屬基片1、和一層粘附到金屬基片1的內(nèi)表面上的金屬箔2。作為金屬基片1的材料，可以使用從包括鋼板、不銹鋼板、銅板、和鋁板的組中選擇的任一種。作為金屬箔2的材料，可以使用從包括鋼箔、不銹鋼箔、銅箔、鋁箔、鎳箔、和鎳-鐵合金箔的組中選擇的任一種。
一個閥元件5形成在金屬基片1中，其中心對于金屬基片1的中心偏心，從而在閥元件與金屬基片之間的縫隙3具有按位置變化的寬度，以致于縫隙可以得到月牙形狀。具有這樣一種寬度的縫隙3在金屬基片的厚度方向全部透過金屬基片。閥元件5帶有不形成縫隙的部分，該部分是一個彎曲支點部分4。縫隙3如此形成，從而縫隙相對于閥元件5的中心與彎曲支點部分相對的一部分提供有縫隙的最大寬度，并且該寬度從該最寬部分向縫隙3的兩端逐漸減少。由縫隙3限定的靠內(nèi)部分構(gòu)成閥元件5，當內(nèi)部壓力升高時，閥元件5作為用來釋放電池內(nèi)部壓力的壓力釋放片操作。當閥元件5從彎曲支點部分4升高時，將形成一個閥開口部分7，以便釋放電池的內(nèi)部壓力。(見圖5)例如，引線6經(jīng)一個釬接部分8固定到金屬箔2上。
其次，解釋在異常情況下閥片的操作方式。現(xiàn)在，由于過充電等產(chǎn)生從電池的電解質(zhì)分解的氣體，該氣體升高電池的內(nèi)部壓力。在這種情況下，因為閥片V帶有其寬度按位置變化的月牙狀縫隙3，所以閥元件5與金屬箔2一起在較低壓力下和相對大的角度θ下從彎曲支點部分4升高，如圖4中所示，由此使釬接部分8脫離引線6，因而可靠地斷開電流。然后，金屬箔2與具有按位置變化的寬度的月牙狀縫隙3相對應(yīng)的一部分破裂，以形成閥開口部分7，從而向外釋放內(nèi)部壓力。由電解質(zhì)產(chǎn)生的氣體穿過閥開口部分7，并且從封閉端蓋33的通孔0中排放。
順便說明，盡管閥元件5從金屬基片從彎曲支點部分4升高，但由于閥元件的中心C1對于閥開口部分7的中心C2偏心，產(chǎn)生一個寬得足以形成大的閥開口部分的空間。
閥元件的形狀不必限于圖2中所示的基本圓形形狀，而閥元件可以是由圖6中10所指示的那種，該閥元件在彎曲支點部分4處帶有一個臂部分4a。根據(jù)本發(fā)明的構(gòu)成，在完全封閉的電池中，由于具有大寬度部分的縫隙3的形成，當電池的內(nèi)部壓力由于諸如短路、過充電、或反向充電之類的一些異常而升高時，閥元件5與金屬箔2一起從彎曲支點部分4平穩(wěn)地升高，如圖4中所示，由此切斷引線或使釬接部分8脫離引線6，因而可靠地斷開電流。然后，金屬箔2與月牙狀縫隙3相對應(yīng)的部分破裂，由此形成閥開口部分7，從而向外釋放內(nèi)部壓力。由電解質(zhì)產(chǎn)生的氣體穿過閥開口部分7，并且從封閉端蓋33的通孔0中排放。如用來解釋閥片V的操作方式的圖5中所示，一旦任何情況需要閥片操作，閥片就使閥開口部分7形成，由此釋放電池的內(nèi)部氣體。因而，能預(yù)先防止電池不致內(nèi)部溫度突然升高或其爆炸。通過以微米量級厚度的最高精度制造金屬箔，能控制用于閥片的操作壓力。而且，通過選擇閥片的材料成分和調(diào)節(jié)彎曲支點部分4的長度，能在穩(wěn)定的壓力范圍內(nèi)預(yù)定操作壓力。
根據(jù)本發(fā)明的安全閥片，當電池的內(nèi)部壓力由于短路、過充電、反向充電等升高時，并且在達到規(guī)定壓力的時刻，閥元件能平穩(wěn)地升高，并且使金屬箔穩(wěn)定和準確地破裂，即使在低壓下也是如此，以便釋放電池的內(nèi)部氣體。因而，能預(yù)先防止電池不致溫度突然升高或其爆炸。
權(quán)利要求
1.一種封閉電池，包括一個電極元件，包括一根正電極、一根負電極、和一塊隔板；一種電解質(zhì)；一個電池外殼，容納所述電極元件以及所述電解質(zhì)；及一個封閉件，裝配在所述電池外殼的一個開口端部的內(nèi)周緣中，以封閉電池外殼的開口端部，其中所述封閉件包括一個金屬基片；一個閥元件，在所述金屬基片中提供有一個縫隙，以便用作釋放片，從而當電池的內(nèi)部壓力升高時，閥元件從一個彎曲支點彎曲，以便給金屬基片提供一個用來釋放內(nèi)部壓力的開口部分；及一層金屬箔，粘附到金屬基片的內(nèi)表面上，其中所述閥元件帶有一個在其圓周與所述金屬基片之間的縫隙，并且所述閥元件的中心相對于所述金屬基片的中心偏心。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的封閉電池，其中所述金屬箔連接有一個用來把電流從電極元件傳導到一個封閉端蓋的引線件，并且當所述閥元件操作以釋放內(nèi)部壓力時，所述引線件從金屬箔上電氣斷開以中斷電流。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的封閉電池，其中所述閥元件具有基本上為圓形的形狀，并且繞其圓周提供有一個其寬度按位置變化的縫隙，并且所述閥元件帶有一個用作彎曲支點部分的部分。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的封閉電池，其中所述閥元件具有基本上為圓形的形狀，并且繞其圓周提供有一個其寬度按位置變化的縫隙，并且彎曲支點帶有一個臂部分。
5.根據(jù)權(quán)利要求1至4任一項所述的封閉電池，其中所述金屬基片由從包括鋼板、不銹鋼板、銅板、和鋁板的組中選擇的任一種制成。
6.根據(jù)權(quán)利要求1至5任一項所述的封閉電池，其中所述金屬箔是從包括鋼箔、不銹鋼箔、銅箔、鋁箔、鎳箔、和鎳-鐵合金箔的組中選擇的任一種。
7.一種封閉件，可用在根據(jù)權(quán)利要求1至6任一項所述的封閉電池中。
全文摘要
一種緊密密封的電池,當其內(nèi)部壓力由于鐵路、過充電、反向充電等已經(jīng)升高時,允許立即釋放內(nèi)部壓力,并且同時切斷電流,以有效地防止溫度升高或電池的爆炸,并且由此保證電池的安全性和可靠性。該電池的特征在于:一個具有繞一個閥元件(5)的寬部的縫隙(3),通過相對于一個金屬基片(1)的中心偏心定位閥元件(5)的中心而形成,從而當電池的內(nèi)部壓力已經(jīng)升高時,閥元件(5)與一層金屬箔(2)一起能平穩(wěn)地離開鉸支在彎曲支點部分(4)上的基片(1)升高,以通過斷開引線(6)或脫開引線(6)的釬接部分(8)而必定切斷電流,其特征還在于:金屬箔(2)在規(guī)定壓力下穩(wěn)定和準確地破裂,以打開一個貫穿的閥開口部分(7),由此把電池內(nèi)的氣體釋放到外面,而防止電池爆炸。
文檔編號H01M2/34GK1255242SQ98804948
公開日2000年5月31日 申請日期1998年5月8日 優(yōu)先權(quán)日1997年5月9日
發(fā)明者高田昭良, 西條謹二, 吉田一雄, 好本信行, 礒部剛彥 申請人:東洋鋼鈑株式會社, 福田金屬箔粉工業(yè)株式會社