具有脆性连接片断路机构的电池输出端组件制造技术

一种电池压力控制系统，它包括一个根据某规定压力撕裂的导电脆性连接片（２０）。该脆性连接片在一个位置（２４）联接至诸如组件护套（２８）的固定件，而于另一位置联接至一偏转元件，诸如翻动爆裂盘的翻动部分（１２），该盘根据电池内的压力升高而偏转。当压力增高到危险水平时，偏转件给脆性连接片施加一个足够大的力，使其折断。当连接片折断时，电池进入断路状态，因此降低了压力继续升高的危险。如果电池的内压力甚至在压力触点打开后还继续增大，那么可激活压力控制的第二级。具体地讲，偏转件上由凹痕（１４）确定的压力折断区将断开且释放掉电池的内压力。（*该技术在2017年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】
专利技术的背景本专利技术涉及用于电化学能存贮装置的电池容器。更具体地，本专利技术涉及具有压力释放机构的电池输出端，当电池内部压力达到规定水平时，该压力释放机构通过切断电接触而将电池置于断路状态。由于人们对袖珍电子设备的需求不断增加，所以对单位能量高的充电电池也有相应的需求。为了满足这种需求，开发出了各种类型的充电电池，包括经过改良的镍-镉含水电池、各种配方的含水镍金属氢化物电池、以及最近的无水锂金属电池和锂插入充电电池。尽管其它电池也可受益，但本专利技术尤其感兴趣的是锂离子充电电池。因为锂离子电池存贮的能量大且某些电池零件具有潜在的危险性，所以存在着爆炸或电池电解液失控释放的危险。许多锂离子电池在5psi-25psi的压力范围内工作。这个压力通常是在电池的形成回路和操作过程中产生的气体造成的。但是由于充电器损坏、电池的外部或内部短路、暴露于过热环境(例如火)等等而造成的过充电可导致压力更高。这样，锂离子电池的外壳也应包括某些控制内压力过度升高的机构。简单地在电池内安装一个排放孔可以通过当内压力接近危险值时自动排放电池内容物来实现这个功能。但是，除非绝对需要避免爆炸，这些内容物，包括易燃的有机电解液溶液、有潜在危险性的电解液盐(例如氟磷酸锂)和甚至可燃的锂碳颗粒不应从电池内释放掉。因此，一些电池已经设计有安全机构，用以在必须排放前限制电池压力的进一步增加。一种有代表性的机构是由日本索尼公司制造的“18650电池”(示于附图说明图1A和1B)。一种类似的机构记述于授予Oishi等人的美国专利No.4,943,497中。如图1A和1B所示，电池输出端的顶部114包括一用于将电池与外部电路相联的接线端101。在此特别有关的是，接线端101包括一个排放孔110，仅当电池内部压力非常高时，它才能使电池液排放出去。接线端101支靠在正温度系数电阻(“PTC”)109上，PTC接下来再支靠在一带有凹痕106的乳头状柔性导电件104上。如图所示，整个组件(接线端、PTC和柔性导电件)借助一第一塑料插件103和金属外护套108以电接触形式夹持在一起。外护套108内的翻边使其呈“C”形，将第一塑料插件103紧靠接线端101和柔性导电件104夹持在位。柔性导电件104的乳头部分通过焊点107固定到一厚度在1-2密耳范围内的金属箔111上。箔111随后再焊接在厚约20μm的铝盘105上。如图1B所示，盘105包括一个由箔111所覆盖的中心孔和三个连通电池内部的圆周孔113。进而，圆周孔113与第二塑料插件116的通道115是对正的，提供了自电池内部至压力腔102的液体通路。第二塑料插件115使铝盘105与金属外护套108电绝缘，而且它通过焊点107固定在铝盘105与第一塑料插件103之间。最后，一导电连接片112焊接在盘105的底部以提供自电池阴极至电池输出端组件的导电通路。在正常操件过程中，电流自阴极通过连接片112到达盘105和箔111，且随后通过焊点107到达柔性件104、PTC109和接线端101的组合体，且最后输出到外部电路。第一塑料插件103和第二塑料插件116将电流限制在这个规定的导电通路内。如果电流达到非正常的高水平，PTC109对所通过的大电流做出反应而阻抗增大，从而使电流减小。这要归因于PTC中所用的材料，它们一般为聚合物和碳的混合物。当通过PTC的电流密度增大到规定值时，聚合物的温度超过熔化转变点而变得电阻增大。如果电流密度回落到规定值以下，聚合物再度变成糊状，而PTC再次成为导体。一般而言，这种机构防止了由于无意间短路所造成的电池内部升温和危险的压力升高。但是，如果问题与电流过大无关或如果PTC失效或不足以控制该电流，则其它安全机构被激活。首先，当电池内部有压力升高时，该压力传递到压力腔室102，在该处迫使柔性件104向上。当压力升高达到预先规定值时，箔111在焊点107处撕裂，从而断开至接线端的导电通路，且使电池处于断路状态。在此，电池与外部电源电绝缘，而且电池内也没有能导致压力升高继续的电化学反应发生，尽管这使该电池不能继续作为电源使用，但由其供电的电子电路有幸防止了由于电池液的失控排放所造成的任何危险后果。在由于例如过高的电池外部温度而有进一步的过度压力升高的情况下，柔性导电件上的凹痕106将断裂，以使电池内容物(通常为电解液)通过排放孔110排放出去，以防止爆炸。上述设计在提供了一些安全措施的同时，也有一定的缺点。首先，第一安全机构将电池置于断路的点难于控制。因为该设计是依赖于焊点107的折断(或围绕该焊点的箔111的撕裂)，焊点的强度可能必须要满足精确的标准。当然，这增加了电池的成本。在某些情况下，因为直到电池的压力高到足以折断凹痕106时焊点107或箔111也不断裂，致使排放设计有可能不能取得如愿的效果。在这种情况下，在第一安全机构将电池置于断路之前，电池液可能就排放出来。而另一方面，如果焊点107过于薄弱，焊点107在压力有轻微升高，尚不危险时就可能折断，造成过早的断路。第二，由于箔111的穿孔，该设计可能造成电解液的泄漏。当电池压力达到预定值时，箔111于焊点107处撕裂。这种撕裂经常在箔111上造成穿孔，可能造成电解液过早泄漏。另外，该设计比较复杂且包括的零件数量较多。最近，一种依赖于压力触点的安全电池输出端，记述于1995年7月31日提出申请的美国专利申请No.08/509,531中，专利技术人为Mayer等人，题目为“过充电保护电池的排放孔”。该申请在此全面引用作为参考。此处所述的电池输出端采用了“翻动爆裂盘”，它是一个圆丘形铝金属制件。在电池正常操作情况下，该圆丘自电池输出端向下朝向电池电极凸出。在这种结构中，该翻动爆裂盘与静止铝件形成压力接触(不同于焊接接触)，且因此提供自电池接线端至阴极的电通路。但是，当电池内的压力增大到第一临界值时，圆丘反转(翻动)，从而朝向电池输出端的顶部凸出。在这种结构下，翻动爆裂盘和静止件之间的接触断开，且电池被置于断路。如果出于某种原因，压力继续增大到第二临界水平，该翻动爆裂盘将折断(爆裂)，以在发生爆炸之前释放电池的内容物。尽管上述翻动爆裂盘的实施例较传统设计提供了一些改进，但是人们仍希望不依赖压力接触的替代设计。专利技术概要本专利技术提供了一种经过改进的电池压力控制系统，它具有一个导电的脆性件，它根据规定的压力下折断或撕裂。该脆性件在一个位置联结于一静止件上，而在另一位置联接于一根据不断增大的电池内压力而偏转的偏转件上。当电池内压力增大到某一危险水平时，该偏转件向脆性件施以足够大的力使其折断。当脆性件折断时，电池进入断路状态，因此减小了压力持续增大的危险。与上述机构不同，本专利技术既不依赖于折断焊点也不依赖于折断压力触点。如果电池的内压力甚至在压力触点打开后仍持续增加，压力控制机构的一第二级可被激活。具体地讲，上述偏转件上的一压力断裂区将折断且释放电池过高的内压力。典型情况下，该压力断裂区将是导电偏转件上一穿孔区或是材料厚度减薄的区域。更好的情况是，该压力断裂区是一凹痕区，且最好是一圆周凹痕区。在一第一方面，本专利技术提供了一种电池输出端组件，用于控制具有一根电极的电池内部的压力增大。该电池输出端组件的特征在于包括以下元件(1)一个接线端，用于构成一个与外部电路的本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于控制具有一个电极的电池内部压力升高的电池输出端组件，上述电池输出端组件包括：一个接线端，用于构成与外电路的电触点；一个与上述接线端呈电联通的偏转元件，上述偏转件对电池内部的压力升高作出反应而产生位移；一个与上述偏转件联接 并形成电接触的脆性件，上述脆性件具有形成于远离上述偏转件之处的脆性区域，其中当上述偏转件对一第一规定压力作出反应而产生位移时，上述脆性件于上述脆性区域折断，从而切断上述接线端与上述电极的电联通。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：JL卡施米特，FL马图斯，ST马耶尔，JH豪，S汤普森，
申请(专利权)人：波利斯托尔公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]