專利名稱：蓋組件及帶有該蓋組件的二次電池的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種二次電池，特別是涉及二次電池的蓋組件。
背景技術(shù)：
二次電池是可以制成小尺寸或高能量的可再充電電池。普通類型的二次電池包括鎳氫電池、鋰電池和鋰離子電池。鋰離子二次電池可以有多種形狀，例如，方形和圓柱形電池。
對(duì)于鋰離子電池，當(dāng)它過(guò)度充電或者它的正電極和負(fù)電極短路時(shí)，具有鋰鹽和有機(jī)溶劑的電解質(zhì)在正電極電解，而鋰金屬在負(fù)電極脫嵌(extracted)，因而損壞了電池的性能并且發(fā)生了短路。特別是，過(guò)度充電產(chǎn)生過(guò)電流(excessive current)，其將損壞使用電池作為電源的設(shè)備。而且，過(guò)度充電產(chǎn)生氣體從而增加了內(nèi)部壓力，該內(nèi)部壓力可能導(dǎo)致電池的爆炸和燃燒。
在努力克服這些困難時(shí)，鋰離子電池通常具有設(shè)于內(nèi)部的安全裝置，比如關(guān)閉分隔件、當(dāng)溫度上升時(shí)以切斷電流的PTC裝置、和當(dāng)內(nèi)部壓力增加時(shí)釋放壓力的安全排氣口。
例如，于1999年11月16日授權(quán)給Kim的美國(guó)專利號(hào)5,985,478名稱為“用于矩形電池的壓力響應(yīng)蓋組件(Pressure responsive cap assembly forrectangular battery)”，公開(kāi)了一種安全裝置，其中當(dāng)將絕緣體和墊圈設(shè)置在負(fù)電極的上面和下面時(shí)，在負(fù)電極上形成的通孔通過(guò)連接到薄片的鉚釘簡(jiǎn)單固定。
然而，上述結(jié)構(gòu)對(duì)增強(qiáng)密封性能有限制，而且尤其是，因而二次電池從內(nèi)部產(chǎn)生大量氣體，存在通孔的密封性能相對(duì)降低的問(wèn)題。
日本專利公開(kāi)號(hào)11-219692公開(kāi)了一種用于密封蓋板的孔的薄金屬板。然而，該結(jié)構(gòu)存在有當(dāng)加載了外部物理碰撞時(shí)在安全排氣口中發(fā)生爆裂的問(wèn)題。
而且，如果用作電子設(shè)備電源的二次電池產(chǎn)生過(guò)電流，過(guò)電流將被傳送到電子設(shè)備從而損壞電子設(shè)備。尤其是，對(duì)于用于在短時(shí)間內(nèi)反復(fù)充放電的電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)設(shè)備的電池，該問(wèn)題更嚴(yán)重。
因此，需要一種可以避免爆炸和當(dāng)爆炸發(fā)生時(shí)可以切斷過(guò)電流的安全裝置。

發(fā)明內(nèi)容
因此，本發(fā)明的一個(gè)目的是提供一種用于電池的蓋組件。
本發(fā)明的另一個(gè)目的是提供一種改進(jìn)的二次電池。
本發(fā)明還有一個(gè)目的是提供一種可防止由于內(nèi)部壓力上升而爆炸而且還預(yù)先切斷過(guò)電流的二次電池。
根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，用于二次電池的蓋組件可以如下構(gòu)成具有端子的蓋板；具有排氣口的排氣板，該排氣板具有當(dāng)二次電池的內(nèi)部壓力高于規(guī)定水平時(shí)能夠改變的形狀；和電氣連接到蓋板和排氣板的電流斷路器，當(dāng)排氣板的形狀改變時(shí)電流斷路器改變其形狀，電流斷路器的形狀的改變使電流斷路器與蓋板電氣斷開(kāi)，從而切斷了蓋組件的電流通路。
電流斷路器可以具有一帶預(yù)定曲率的凹部的弧形元件。
電流斷路器的兩個(gè)端部可以具有朝向凹部的相反方向彎曲以接觸蓋板的彎曲部。
電流斷路器可以具有帶預(yù)定曲率的凹部的盤(pán)狀元件。
電流斷路器的圓周可具有朝向凹部的相反方向彎曲以接觸蓋板的彎曲部。
蓋組件還包括設(shè)置在蓋板和電流斷路器之間的絕緣體，該絕緣體起支點(diǎn)的作用，以改變電流斷路器的形狀。
絕緣體可固定在蓋板上。
電流斷路器可由選自雙金屬、三金屬和韌性金屬組成的組中的一種形成。
蓋板、電流斷路器和排氣板可以與由絕緣材料制成的墊圈一起組裝以形成一個(gè)裝置。
根據(jù)本發(fā)明的另一方面，二次電池包括容器，安裝在容器內(nèi)具有正電極、負(fù)電極和設(shè)置在正電極和負(fù)電極之間的分隔件的電極組件，和固定在容器上以密封容器的蓋組件。蓋組件可由以下構(gòu)成具有端子的蓋板；具有排氣口的排氣板，該排氣板具有當(dāng)二次電池的內(nèi)部壓力高于規(guī)定水平時(shí)能夠改變的形狀；和電氣連接到蓋板和排氣板的電流斷路器，當(dāng)排氣板的形狀改變時(shí)電流斷路器改變其形狀，電流斷路器的形狀的改變使電流斷路器與蓋板電氣斷開(kāi)，以切斷蓋組件的電流通路。
根據(jù)本發(fā)明的其它方面，二次電池包括具有端子的蓋板；具有排氣口的排氣板，當(dāng)二次電池的內(nèi)部壓力高于規(guī)定水平時(shí)，排氣板的形狀從第一形狀改變?yōu)榈诙螤?；設(shè)置在蓋板和排氣板之間的電流斷路器，當(dāng)排氣板處于第一形狀時(shí)，電流斷路器電氣連接到蓋板和排氣板，當(dāng)排氣板處于第二形狀時(shí)，電流斷路器與蓋板電氣斷開(kāi)以切斷蓋組件的電流通路；以及絕緣體，其設(shè)置在蓋板和電流斷路器之間，以起支點(diǎn)的作用來(lái)改變電流斷路器的形狀。


通過(guò)參照結(jié)合附圖的下面的詳細(xì)說(shuō)明，對(duì)本發(fā)明更徹底地理解，本發(fā)明的一些附加的優(yōu)點(diǎn)由于變得較好理解而將更加顯然，附圖中相同的附圖標(biāo)記表示相同或相似的部件，其中圖1是根據(jù)本發(fā)明第一優(yōu)選實(shí)施例的二次電池的局部剖開(kāi)的透視圖；圖2是根據(jù)本發(fā)明第一優(yōu)選實(shí)施例的二次電池的局部截面圖；圖3是根據(jù)本發(fā)明第一優(yōu)選實(shí)施例的蓋組件的分解透視圖；圖4是根據(jù)本發(fā)明第二優(yōu)選實(shí)施例的蓋組件的電流斷路器的透視圖；圖5是根據(jù)本發(fā)明第一優(yōu)選實(shí)施例的顯示二次電池如何工作的截面圖。
具體實(shí)施例方式
現(xiàn)在將詳細(xì)地參考本發(fā)明的具體實(shí)施例，本發(fā)明的實(shí)施例在附圖中說(shuō)明，其中相同的附圖標(biāo)記始終代表相同的元件。以下通過(guò)參考附圖來(lái)描述圖1是根據(jù)本發(fā)明第一優(yōu)選實(shí)施例的二次電池的局部剖開(kāi)的透視圖，圖2是根據(jù)本發(fā)明第一優(yōu)選實(shí)施例的二次電池的局部截面圖，并且圖3是根據(jù)本發(fā)明第一優(yōu)選實(shí)施例的蓋組件的分解透視圖。
如圖1所示，二次電池10包括具有在其一個(gè)側(cè)面形成的開(kāi)口的容器11；安裝在容器11中的電極組件20，該電極組件具有正電極21、負(fù)電極23和設(shè)置在該兩個(gè)電極板之間用于絕緣的分隔件22；以及用來(lái)關(guān)閉和密封容器11的開(kāi)口的蓋組件30。
容器11優(yōu)選由導(dǎo)電金屬(如鋁和鋁合金)制成，并且容器優(yōu)選具有圓柱形狀，該圓柱形狀具有內(nèi)部空間以容納電極組件20。然而，容器的形狀不局限于這個(gè)形狀。
電極組件20具有堆疊的層結(jié)構(gòu)以使分隔件22位于正電極21和負(fù)電極23之間，負(fù)電極的集流器上涂敷有相應(yīng)的活性材料，或者電極組件具有膠體卷(jellyroll)結(jié)構(gòu)，以使堆疊的層中的正電極21、負(fù)電極23和分隔件22纏繞成膠體卷構(gòu)型。
本實(shí)施例中的容器11具有圓柱形狀并且電極組件20具有膠體卷構(gòu)型。
電極組件20設(shè)置在容器11內(nèi)，以使負(fù)電極23與容器11接觸，因而容器形成二次電池10的負(fù)極端子。正電極21通過(guò)導(dǎo)線突出部(lead tab)12與蓋組件30電氣連接，因而蓋組件30形成二次電池10的正極端子。
蓋組件30設(shè)置在容器11的開(kāi)口上以關(guān)閉和密封容器11，以下是蓋組件的詳細(xì)結(jié)構(gòu)。
如圖1、圖2和圖3所示，蓋組件30包括依次設(shè)置的帶有端子31a的蓋板31、絕緣體33、電流斷路器34和排氣板35。這些部件與由絕緣材料制成的墊圈32一起組裝形成一個(gè)裝置。
當(dāng)蓋組件30與容器11組裝在一起時(shí)，墊圈32使蓋組件30與容器11之間電絕緣。
當(dāng)形成該一個(gè)裝置時(shí)，安置電流斷路器34以使電流斷路器34的一部分，優(yōu)選兩端部，與蓋板31接觸，同時(shí)將絕緣體33設(shè)置在蓋板31和電流斷路器34之間。
當(dāng)對(duì)電流斷路器34施加外力時(shí)電流斷路器改變其形狀，以使接觸部分可以從蓋板31上分離。電流斷路器可以制成各種形狀。
在如圖1、2和3所示的第一優(yōu)選實(shí)施例中，電流斷路器34具有帶預(yù)定曲率的凹部34a的弧形元件，并且它的兩端部具有朝向凹部34a的相反方向彎曲的彎曲部34b。
在如圖4所示的第二優(yōu)選實(shí)施例中，電流斷路器54為盤(pán)狀。電流斷路器54具有帶預(yù)定曲率的凹部54a，以及沿著它的圓周朝向與凹部54a的相反方向彎曲以和電流斷路器34的彎曲部34b相同的方式固定在蓋板上的彎曲部54b。
第一優(yōu)選實(shí)施例中的電流斷路器34能使蓋板31接觸兩個(gè)彎曲部34b。彎曲部34b、54b可以通過(guò)焊接固定在蓋板31上。當(dāng)對(duì)電流斷路器34施加外力時(shí)，通過(guò)焊接固定在蓋板31上的彎曲部34b、54b可以從蓋板31上電氣斷開(kāi)，優(yōu)選分開(kāi)。
作為選擇的，彎曲部34b、54b可以通過(guò)機(jī)械結(jié)構(gòu)固定在蓋板31上。
優(yōu)選的，電流斷路器34、54由導(dǎo)電的和彈性的材料制成。例如，電流斷路器34、54由具有sus(不銹鋼)-Cu的雙金屬或者觸發(fā)器(flip-flop)用的具有sus(不銹鋼)-Cu-sus(不銹鋼)的三金屬通過(guò)彈力制成。而且，電流斷路器34、54可由韌性金屬如鉛(Pb)或鋁(Al)制成。
絕緣體33、53分別設(shè)置在與蓋板31的彎曲部34b、54b相對(duì)應(yīng)的地方以固定在蓋板31上，并且當(dāng)電流斷路器34、54連接到蓋板31時(shí)，絕緣體接觸彎曲部34b、54b。
優(yōu)選的，絕緣體具有圓柱形橫截面的形狀，并且可以由絕緣材料如橡膠、聚合物或者硅制成。
在第一優(yōu)選實(shí)施例中，如圖1、圖2和圖3所示的絕緣體33具有與電流斷路器34的彎曲部34b相對(duì)應(yīng)的圓柱形，如圖4所示的第二優(yōu)選實(shí)施例中的絕緣體53具有與電流斷路器54的彎曲部54b相對(duì)應(yīng)的環(huán)形。
設(shè)置在電流斷路器34、54下面的排氣板35在其中心具有錐形突起35a(以下指排氣孔)，并且排氣板允許排氣口35a接觸將和墊圈32裝配在一起的電流斷路器34。
排氣板35的結(jié)構(gòu)特征允許排氣板35根據(jù)二次電池10的內(nèi)部壓力的變化改變其形狀。排氣板35的形狀的改變能使與其連接的電流斷路器34觸發(fā)(flip-flop)。
連接到電極組件20的正電極21的導(dǎo)線突出部12與排氣板35連接。
同時(shí)，排氣板35的形成排氣口35a的區(qū)域具有一凹槽35b，當(dāng)二次電池10的內(nèi)部壓力增加到比規(guī)定水平高時(shí)，該凹槽能使排氣口35a破裂。
因此，具有上述蓋組件30的本發(fā)明的二次電池10將由電極組件20的正電極21產(chǎn)生的電流以導(dǎo)線突出部12到排氣板35到電流斷路器34、54到蓋板31的順序引導(dǎo)。
如果二次電池10的內(nèi)部壓力比規(guī)定水平高，則由于內(nèi)部壓力的增加，排氣板35上升以改變其形狀。如圖5所示，排氣板35的形狀的改變使電流斷路器34的形狀改變，以使電流斷路器與蓋板31電氣斷開(kāi)。當(dāng)絕緣體33支撐電流斷路器34時(shí)，絕緣體作為支點(diǎn)以使電流斷路器34的形狀容易改變。
當(dāng)電流斷路器34的形狀改變時(shí)，如圖5所示，電流斷路器34使與蓋板31接觸的彎曲部34b與蓋板31分開(kāi)，因而電流斷路器34與蓋板31變成電絕緣，從而切斷到蓋組件30的電流通路。
因此，通過(guò)預(yù)先切斷電流通路，二次電池10可以防止電池由于內(nèi)部壓力的增加而引起的爆炸。
同時(shí)，因?yàn)楫?dāng)二次電池10的內(nèi)部壓力比規(guī)定水平高時(shí)導(dǎo)致排氣板35的排氣口35a破裂，二次電池10就失去了作為電池的作用。
如上所述，本發(fā)明的二次電池可以防止由于內(nèi)部壓力的增加而引起的爆炸，并且還切斷了過(guò)電流。此外，二次電池切斷了使用電池作為電源的裝置的過(guò)電流，從而保護(hù)裝置不受過(guò)電流的破壞。
本發(fā)明的二次電池可以用作電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)的裝置的電源，所述裝置例如混合式電動(dòng)汽車(chē)、電動(dòng)汽車(chē)、無(wú)繩真空清潔器、電動(dòng)自行車(chē)或低座小摩托車(chē)。
盡管已經(jīng)示出并描述了本發(fā)明的一些實(shí)施例，但本領(lǐng)域的技術(shù)人員可以理解，在不脫離本發(fā)明的原理和精神的情況下，可以對(duì)實(shí)施方式進(jìn)行改變，本發(fā)明的范圍由權(quán)利要求及其它們的等同物限定。
權(quán)利要求
1.一種用于二次電池的蓋組件，包括具有端子的蓋板；具有排氣口的排氣板，該排氣板具有當(dāng)二次電池的內(nèi)部壓力高于規(guī)定水平時(shí)能夠改變的形狀；和電氣連接到蓋板和排氣板的電流斷路器，當(dāng)排氣板的形狀改變時(shí)電流斷路器改變其形狀，電流斷路器的形狀的改變使電流斷路器與蓋板電氣斷開(kāi)，從而切斷了蓋組件的電流通路。
2.權(quán)利要求1所述的用于二次電池的蓋組件，其中電流斷路器具有帶預(yù)定曲率的凹部的弧形元件。
3.權(quán)利要求2所述的用于二次電池的蓋組件，其中電流斷路器的兩個(gè)端部具有彎曲部以接觸蓋板。
4.權(quán)利要求3所述的用于二次電池的蓋組件，其中彎曲部通過(guò)焊接固定在蓋板上。
5.權(quán)利要求1所述的用于二次電池的蓋組件，其中電流斷路器具有帶預(yù)定曲率的凹部的盤(pán)狀部件。
6.權(quán)利要求5所述的用于二次電池的蓋組件，其中電流斷路器的圓周具有彎曲部以接觸蓋板。
7.權(quán)利要求6所述的用于二次電池的蓋組件，其中彎曲部通過(guò)焊接固定在蓋板上。
8.權(quán)利要求1所述的用于二次電池的蓋組件，還包括設(shè)置在蓋板和電流斷路器之間起支點(diǎn)作用以改變電流斷路器的形狀的絕緣體。
9.權(quán)利要求8所述的用于二次電池的蓋組件，其中絕緣體固定在蓋板上。
10.權(quán)利要求1所述的用于二次電池的蓋組件，其中電流斷路器由雙金屬或者三金屬制成。
11.權(quán)利要求1所述的用于二次電池的蓋組件，其中電流斷路器由韌性金屬制成。
12.權(quán)利要求1所述的用于二次電池的蓋組件，其中蓋板、電流斷路器和排氣板與由絕緣材料制成的墊圈一起組裝以形成一個(gè)裝置。
13.權(quán)利要求1所述的用于二次電池的蓋組件，其中電流斷路器由導(dǎo)電的和彈性的材料制成。
14.一種二次電池，包括容器；電極組件，其安裝在容器內(nèi)，具有正電極、負(fù)電極和設(shè)置在正電極和負(fù)電極之間的分隔件；和安裝在容器上以密封容器的蓋組件，該蓋組件包括具有端子的蓋板；具有排氣口的排氣板，該排氣板具有當(dāng)二次電池的內(nèi)部壓力高于規(guī)定水平時(shí)能夠改變的形狀；和電氣連接到蓋板和排氣板的電流斷路器，當(dāng)排氣板的形狀改變時(shí)電流斷路器改變其形狀，電流斷路器的形狀的改變使電流斷路器與蓋板電氣斷開(kāi)，以切斷蓋組件的電流通路。
15.根據(jù)權(quán)利要求14的二次電池，其中電流斷路器選自于具有帶預(yù)定曲率的凹部的弧形部件和具有帶預(yù)定曲率的凹部的盤(pán)狀部件。
16.根據(jù)權(quán)利要求15的二次電池，其中電流斷路器的圓周具有彎曲部以接觸蓋板。
17.根據(jù)權(quán)利要求16的二次電池，其中彎曲部通過(guò)焊接或者機(jī)械結(jié)構(gòu)固定在蓋板上。
18.根據(jù)權(quán)利要求14的二次電池，其中蓋組件還包括設(shè)置在蓋板和電流斷路器之間起支點(diǎn)作用以改變電流斷路器形狀的絕緣體。
19.根據(jù)權(quán)利要求14的二次電池，其中電流斷路器由雙金屬、三金屬或者韌性金屬制成。
20.根據(jù)權(quán)利要求14的二次電池，其中蓋板、電流斷路器和排氣板與由絕緣材料制成的墊圈一起組裝以形成一個(gè)裝置。
21.根據(jù)權(quán)利要求14的二次電池，其中二次電池具有圓柱的形狀。
22.根據(jù)權(quán)利要求14的二次電池，其中二次電池用于電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)的裝置。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了蓋組件及帶有該蓋組件的二次電池，該二次電池包括容器；電極組件，其安裝在容器內(nèi)，具有正電極、負(fù)電極和設(shè)置在正電極和負(fù)電極之間的分隔件；和固定在容器上以密封容器的蓋組件。該蓋組件包括具有端子的蓋板；電氣連接到蓋板上的電流斷路器；和具有電氣連接到電流斷路器的安全排氣口的排氣板，該排氣板的形狀通過(guò)二次電池的內(nèi)部壓力而改變以改變電流斷路器的形狀，而且該電流斷路器切斷蓋組件的電流通路。
文檔編號(hào)H01M2/10GK1677708SQ20051006972
公開(kāi)日2005年10月5日 申請(qǐng)日期2005年3月29日 優(yōu)先權(quán)日2004年3月29日
發(fā)明者金泰容 申請(qǐng)人:三星Sdi株式會(huì)社