用于电化学电池的电流断续器制造技术

一种用于电化学电池（２１５）的电流断续器组件（２２０），可以是在电池制作期间可以单独插入到电池中的自备密封单元。电流断续器组件（２２０）特别适用于薄可再充电电池，并且当插入在电池中时形成在一个电池电极（２１１）与相应终端（２４５）之间的电气通路的一部分。电流断续机构包括一个薄热响应件，该热响应件最好包括一个带有一个弯曲表面的形状记忆金属合金盘（２５０）。当电池温度超过一个预定值时，盘偏转以使组件内的电气通路断开。（*该技术在2018年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及一种用于电化学电池的热响应电流断续器，该电流断续器在电池温度过分升高时能安全地防止电流流经电池。本专利技术还涉及一种用于电池的压力响应电流断续器，该电流断续器在电池中气体压力过高时断开电池。电化学电池，特别是诸如其中锂或锂离子是活性材料的那些电池之类的高能密度电池，易发生泄漏或破裂，这又能导致对由电池供电的装置或对周围环境的损坏。在可再充电电池的情况下，电池内部温度的升高能起因于过充电。不良的温度升高常常伴随有内部气体压力的相应增大。这即使在外部短路状态下也可能发生。而且，即使电池过放电，内部气体压力也可能增大。希望安全装置伴随着电池，而不过分增大电池的成本、尺寸或质量。这样的电池，特别是把锂或锂离子用作活性材料的可再充电电池，由常常伴随有压力相应增大的电池内部温度升高易于引起泄漏或断裂。这可能由诸如过充电之类的误用状态或由在过充电期间可能发生的短路状态引起。重要的还有，气密地密封这些电池，以防止电解质溶剂外流和水分从外部环境进入。如上所述，在对这样一种电池充电时，发生自加热。以过快的速率充电或过充电能导致温度升高。当温度超过依据电池的化学性质和结构变化的一定点时，不良和难以控制的热耗散状态开始。此外，因为过热，内部压力升高，并且电解质可能从电池突然排出。在这发生之前，最好开始受控排放。一些可再充电电池能很细，例如细的棱形电池、或用于蜂窝电话的小尺寸圆柱形电池。一直难以把可靠的电流断续安全装置并入这样的电池中，因为其尺寸小。但对这种安全装置的需要反而更大，因为在正常蜂窝电话操作期间电池靠近用户。常规电池结构采用一种端盖配件，在把电池阳极和阴极活性材料及适当隔离材料和电解质插入圆柱形壳体之后，把该端盖配件插入到开放端部的圆柱形壳体中。端盖与阳极或阴极材料之一电接触，并且端盖的暴露部分形成电池终端之一。电池壳体的一部分形成另一个终端。本专利技术使一个或几个电流断续组件，集成在单个电池内且有利地应用于一次或二次(可再充电)电池。本专利技术的端盖组件特别适用于可再充电电池，例如锂离子、镍金属氢化物、镍镉或其他可再充电电池，以克服在暴露于高温、过分或不适当充电或放电、或电池短路期间电池过热和电池中压力升高的危险。在一个方面，本专利技术旨在一种用于细棱形电池或小直径圆柱形电池的电流断续机构。一个小型热响应电流断续组件布置在电池内。电流断续组件最好是一种自备密封装置，该装置具有可以单独制造且在电池构造期间作为单独单元插入在电池中的优点。当电池内部过热超过一个预定温度时，在自备组件内的热响应电流断续机构动作而断路，并且防止电流流经电池。该电流断续机构包括一个热响应件，希望是一个最好由带有曲面的形状记忆金属合金构成的可弯曲盘。在正常的电池工作中，形状记忆合金盘最好形成电池电极之一与连接电极的一个终端之间的电气通路的一部分。当电池内的温度达到一个预定值时，形状记忆盘弯曲以断开在所述电极与终端之间的电气通路，由此关闭电池。在本专利技术的另一个方面，电流断续组件是一个包括一个热响应电流断续机构和一个压力致动电流断续机构的自备单元。电流断续组件带有一块起电池的一个终端作用的暴露端盖板。当把组件应用于电池并且电池在正常操作中时，端盖板与电池电极(阳极或阴极)电气连通。电流断续机构包括一个由形状记忆金属合金或双金属构成的热响应可弯曲件，希望该件为弯曲盘的形式，可以与一个可弯曲导电件物理连通。在热响应件与可弯曲导电件之间的物理连通可以由在这两个元件之间定位的非导电可移动杆实现。在正常的电池工作中，可弯曲导电件形成在电池电极之一与端盖(终端)之间的电气通路的一部分。当在电池内的温度达到一个预定值时，热响应件弯曲引起非导电可移动杆推压可弯曲导电件，这又使导电件偏转并且断开在所述电极与终端之间的电气通路。组件希望也包括一个压力致动电流断续机构，该机构最好包括一个压力致动金属膜片。该膜片最好形成电流断续器组件外壳的一部分，并且当电池内压力超过一个预定值时偏转。膜片的偏转引起电池电极与相应终端之间的电气通路的中断，由此关闭电池。在另一个方面，电池可以包含以上两种类型的自备电流断续组件的两种，即仅包含一个热响应电流断续机构的一种和既包含一个热响应电流断续机构又包含一个压力致动电流断续机构的另一种。这提供具有多个独立电流断续安全特征的电池。这种结构可以有利地使用，条件是电池具有足够的直径容纳两种电流断续组件，例如电池具有在约5与20毫米之间的直径或厚度。在这种实施例中，仅包含热响应电流断续机构的电流断续组件可以有利地完全布置在电池内部，从而它靠近电池的最热部分。附图说明图1是完全置于一个棱形电池内的本专利技术的电流断续组件一个实施例的剖开立体图。图2是图1中所示电池和电流断续器组件的剖视图。图3是图1和2中所示电流断续器组件的元件的分解立体图。图4是带有表示从电池一端突出的电流断续器组件的另一个实施例的棱形电池的立体图。图5是带有图4中所示电流断续器组件的相同实施例的圆柱形电池的立体图。图6是图4和5中所示电流断续器组件的剖视图。图7是图4、5和6中所示电流断续器组件的分解立体图。图8是包含图2和6中所示电流断续器组件实施例的圆柱形电池的竖直剖视图。在一个最佳实施例中，本专利技术的热响应电流断续器组件220可以完全布置在电池215内部，如图1中所示。电池215可以是具有图1中所示平行六面体形状壳体225的棱形电池，而另一方面可以是细直径圆柱形电池。如果电池215是棱形电池，则它一般具有在约3与10毫米之间的总厚度，一般棱形电池非常薄，具有约3与6毫米之间的总厚度。如果电池215是小直径圆柱形电池，则直径可以一般在约3与10毫米直径之间。这里所描述的电流断续组件220可以集成到较大尺寸的电池中，例如具有在3与15毫米之间厚度的棱形电池或者具有在3与15毫米之间直径的圆柱形电池，但组件220特别适用于小厚度棱形或小直径圆柱形电池。电池215可以是一次或可再充电电池，如锂离子电池、镍金属氢化物电池或镍镉电池，但有利的是可再充电电池，如锂离子电池。锂离子可再充电电池的特征在于当电池放电时锂离子从负电极向正电极转移，而当对电池充电时从正电极向负电极转移。它一般可以带有一根锂钴氧化物(LixCoO2)或尖晶石晶体结构的锂锰氧化物(LixMn2O4)的正电极和一根碳负电极。负电极构成电池在放电期间的阳极和在充电期间的阴极，而正电极构成电池在放电期间的阴极和在充电期间的阳极。用于这种电池的电解质可以包括溶在无水溶剂混合物中的锂盐。盐可以是LiPF6，而溶剂可以有利地包括碳酸二甲酯(DMC)、碳酸亚乙酯(EC)、碳酸亚丙酯(PC)及其混合物。在图1中所示的具体实施例中，电池215是一个棱形锂离子电池，具有一个由相对扁平体表面205(a)和205(b)、平侧面208(a)和208(b)及平端面209(a)和209(b)形成的一个壳体225。正终端245和负终端246从相同的侧面208(a)暴露，并且便于连接到一个要供电的装置上。电极叠层235表示成包括一片正电极材料211、一片负电极材料213，有常规多孔隔离材料212在其之间。叠层235可以以常规胶体滚筒形式缠绕，并且然后弄平缠绕材料，从而它紧凑地装配在电池内。本专利技术的热响应电流断续器组件220可以集成到锂离本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种带有一个正和负终端及一对内部正和负电极的电化学电池，所述电池包括一个电流断续器组件，所述组件包括一个外壳、一个在外壳内的腔室、及一个由所述外壳密封的端盖，所述组件带有一条通过所述壳体与所述端盖之间的导电通路，其中所述组件在所述腔室内包括一个用来防止电流流经所述组件内的所述电气通路的热响应装置，所述热响应装置包括一个具有比其直径或平均宽度小的厚度的热响应盘，其中所述盘定位在所述组件内，从而电流在正常的电池工作期间穿过所述盘的厚度，其中当在所述组件内的温度达到一个预定值时，所述盘的至少一部分偏转，使通过所述组件的所述电气通路中断，由此使电池停止工作。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：威廉姆T姆楚赫，鲁塞恩P丰泰尼，维特H乌，简A布拉塞，瑞纳德坎塔沃，
申请(专利权)人：杜拉塞尔公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]