二次电池及其制造方法技术

一种含有切断组件的二次电池，当电池中的压力异常时可切断电流通路。该切断组件包括：密封了外壳的开口端的破裂盘；与破裂盘的表面部分电连接并作为电池的外部端的盖帽；与破裂盘的另一表面部分连接并作为电池的内部端且具有通气孔的焊片；以及一绝缘垫圈，其密封了破裂盘与外壳之间的空隙，并且使破裂盘和焊片除其接合部周围空间外保持电绝缘状态，用超声焊机使破裂盘的一部分和焊片在其接合面上的原子初始扩散状态中接合。（*该技术在2020年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种具有能在当电池中的压力升高时切断电流通路的功能的二次电池，以及这种二次电池的制造方法。近年来，对可在重复充电和放电情况下长期使用的具有高能量密度的二次电池(如锂离子二次电池)的需求正在逐步增加。因而对这些二次电池采取充分的安全措施就变得尤为重要。由于二次电池一般都采用密封结构，所以，例如，当一块二次电池受到过度充电时，电池中的电解液就会迅速蒸发成大量的气体，其结果将导致电池中的压力剧增。如果这种情况延续下去，电池自身就会发生破裂，从而导致危险的情况。一种已在二次电池中得到采用的安全措施就是使用切断部件(以下称为“切断装置”)，它能够在当电池中的压力升高时切断电流通路。以下将对一种在二次电池中使用的传统切断装置进行详细说明。如附图中的附图说明图1A和1B所示，一种传统的二次电池含有一个切断装置，它被放置在外壳16的开口端中。该切断装置包括破裂盘11，它带有有平坦尖端的下凸起11a并且覆盖了外壳16的开口端；盖帽10，它通过环形板12与破裂盘11的上表面电连接并且作为电池的一个外部端；焊板14，它作为电池的一个内部端与下凸起11a的尖端相连并且含有通气孔14a；以及绝缘垫圈13，它密封了破裂盘11与外壳16之间的空隙，并且在除了焊片和破裂盘之间的接合部15的周围空间以外的部分使破裂盘11和焊片14保持电绝缘状态。绝缘垫圈13有一个其中安装了破裂盘11和盖帽10的凹槽，该凹槽的底部有一个凹入，在此凹入的内周表面中置有一个固定件，它固定住了焊片14。除接合部15以外，焊片14和破裂盘11相互没有电连接。外壳16内容纳了一个由阳极、阴极、隔离器及电解液构成的卷绕组件。焊片14为圆形。从卷绕组件延伸出的导电片17被焊接在焊片14之上。在具有上述结构的二次电池中，当电池中的压力升高时，将有一个应力被施加在破裂盘11上，其方向使得凸起11a移向盖帽10，并且使得张力都集中在焊片14与破裂盘11之间的接合部15上。当该张力超过接合部15的强度时，破裂盘11的凸起11a的尖端将脱离焊片14，并且凸起11a将朝向盖帽10发生变形。此时，电池内部和外部之间的电连接被截断，从而阻止了电池中气体的产生。其结果防止了电池内压力的持续升高。切断装置应被设计成这样，即，当电池中的压力达到一个可能使电池本身发生破裂的水平时，破裂盘将被剥离，从而可靠地切断电流通路。在当电池中的压力达到一个可能使电池本身发生破裂的水平时，不允许使破裂盘仍保持未脱离的状态。也不允许由于电池掉落在坚硬物体上所产生的振动就很容易地使破裂盘产生脱离。因此，为了保证电池具有所需的可靠性，焊片与破裂盘间的接合部的机械强度将是一个很重要的因素，而且需将其控制在一个具体的值上。日本未决公开的专利申请No.199106/1997揭示了一种能够减少和稳定焊接强度变化的技术。该文中做出了这样的说明，即，当一与焊片相对应的第一平板(内部端板6)和一与破裂盘相对应的第二平板(防爆阀体3)通过超声焊接过程被焊接在一起时，在第一平板的凸起的尖端平面上，可通过对平面的面积以及凸起的高度(它们都会影响焊接强度)进行限制来减少和稳定焊接强度的变化。但是，上述文献只揭示了可通过对面积和形状都受到限制的接合表面进行超声焊接过程来减少和稳定焊接强度的变化，却没有揭示出应如何利用接合面以将剥离强度控制在一个恒定的水平上。当金属接合面相互邻接且随后受到超声焊接处理时，金属接合面上所有小凹槽和凸起的凹凸紧密接触的面积增加，而且金属接合面之间的接合会因保持相互紧密接触的表面上原子的扩散而进一步加强。之后，原子的扩散促进了金属面的接合，并可消除空隙以在金属接合面上形成浇铸金属区(以下称为“熔核”)。当这些熔核通过超声焊接过程被形成时，金属接合面之间的剥离强度变得与熔核形成区的材料强度(撕裂强度)相同。在采用上述文章中所揭示的技术时，当原子的扩散发展到熔核被超声焊接过程形成的阶段时，接合部的剥离强度很大程度上取决于熔核形成区的材料强度，并且仅通过对超声焊接过程的设定条件进行调整是很难控制剥离强度的。接合部的剥离强度与接合面积成正比增加。因此，当为了从二次电池提取大电流而增加接合面积(电流导通面积)时，如果金属接合面之间的接合强度被做得与材料强度相同，则接合部的剥离强度将变得太大，以致于无法切断电流通路。如图1A和1B所示，从电极板伸出的导电片被与二次电池中的圆形焊片相连。当二次电池在组装时或受到振动或撞击时，如果有外力被施加到导电片之上，则焊片很容易在接合面中发生旋转。由于焊片仅在接合部受到连接，所以它会在接合部产生扭曲力。因此，就存在接合部发生偶然脱落的问题。本专利技术的一个目的是提供一种二次电池的制造方法，利用这种方法可以实现能够从二次电池提取大电流的电流导通面积，并且利用这种方法也很容易将破裂盘与焊片间接合部的剥离强度控制在一个恒定的水平上。本专利技术的另一个目的是提供一种具有高度可靠性的切断装置的二次电池，除非当电池中的压力变得异常高，否则该切断装置所含有的接合部不会在当二次电池被组装时或受到振动或撞击时发生脱落现象。从本专利技术人为实现上述的目的而进行研究所得到的成果中可以发现，如果接合部是通过在一初始状态下进行原子扩散而被产生的，则仅需要通过对超声焊接机的工作条件进行设定，就可以对接合部的剥离强度进行控制。而且本专利技术人已经专利技术出一种接合面的形状，它可实现在接合面相互接合之后减少和稳定剥离强度中的变化的目的。另外，由于接合部的剥离强度小于完全由扩散连接而形成的接合部的剥离强度，所以本专利技术人已专利技术出了一种切断组件的结构，它能够防止破裂盘在当二次电池被组装时或受到振动或撞击时很容易出现的脱落现象。根据本专利技术，提供了一种用于制造二次电池的方法，该电池含有一个被放置在外壳的开口端之中的切断组件，该切断组件用于在当电池中的压力异常时切断电流通路。该切断组件包括一密封了外壳的开口端的破裂盘；一与破裂盘的表面部分电连接并作为电池的外部端的盖帽；一与破裂盘的另一个表面部分相连接并作为电池的内部端且具有通气孔的焊片；以及一绝缘垫圈，它密封了破裂盘与外壳之间的空隙，并且在除了焊片和破裂盘间的接合部的周围空间以外使破裂盘和焊片保持电绝缘状态，该方法包括用超声焊接机通过在一初始阶段中使接合面上的原子完成扩散而将破裂盘的一部分和焊片接合在一起的步骤。利用上述方法，就可使破裂盘与焊片间接合部的剥离强度小于接合材料的强度。这样，即使增加接合部的面积以便从二次电池提取大的电流，由在初始阶段中进行的原子扩散所形成的接合部也不会因具有太大的剥离强度而不能使电流通路被切断。另外，通过对超声焊接机的工作条件进行设定，就可简单地制造出由在初始阶段中进行的原子扩散所形成的接合部。在上述破裂盘和焊片之一具有凸起而另一个具有用于固定凸起的凹入的方法中，最好使破裂盘和焊片的接合表面利用凸起和凹入保持相互咬合，而且最好利用超声焊接机通过在一初始阶段中使接合界面完成原子扩散而将破裂盘的一部分和焊片焊接在一起。上述凸起可以是半球形、柱状、辐射状或条状凸起。利用这种方法，由于接合表面所具有的凸起和凹入保持相互咬合，所以在进行表面接合时就很容易放置接合表面。因为接合表面利用凸起和凹入而保持相互咬合，所以可使其接触面积增加到等于或大于本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于制造二次电池的方法，该电池含有被放置在外壳的开口端之中的切断组件，用于在当电池中的压力异常时切断电流通路，上述切断组件包括：密封了上述外壳的开口端的破裂盘；与上述破裂盘的表面部分电连接并作为电池的外部端的盖帽；与上述破裂盘的另一个表面部分相连接并作为电池的内部端且具有通气孔的焊片；以及一绝缘垫圈，它密封了上述破裂盘与上述外壳之间的空隙，并且在除了上述焊片和上述破裂盘间的接合部的周围空间以外使上述破裂盘和上述焊片保持电绝缘状态，上述方法包括以下步骤： 用超声焊接机通过在一初始阶段中使接合面上的原子完成扩散而将上述破裂盘的一部分和上述焊片接合在一起。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：铃木宏实，森田重富，
申请(专利权)人：NEC东金株式会社，
类型：发明
国别省市：JP[日本]