用于电化学电池的封闭组件制造技术

一种端部组件密封圆柱形电化学电池。所述组件包括正温度系数（ＰＴＣ）装置和具有突出部的垫圈，所述突出部与端部组件相配合以便将ＰＴＣ装置与出现在封闭组件中的主轴向压缩力隔离。在本发明专利技术进一步的实施例中，可以通过关于端盖夹物模压密封件来产生端部组件，垫圈自身具有Ｅ或Ｆ形横截面。

【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封闭组件。更具体地，公开了一种包含锂的原电化学电池。所述电池具有封闭组件，包括盖板，具有沿其轴向中部布置的支架的密封垫圈，及正温度系数(PTC)装置，其中，所述封闭件的布置将PTC与主轴向压缩力隔离。通过围绕盖板夹物模压垫圈来制造预成型的密封组件。
技术介绍
电化学电池，包括但不限于具有作为电化学活性材料的锂金属或合金的电化学电池，常常利用一个或多个正温度系数(“PTC”)安全防护装置。这些装置在特定条件下恰当地限制能够流经电池的电流。例如，由于外部短路、尝试对原电池再充电、对可充电电池不适当充电、强制过放电、或者将电池不正确地安装在设备中，会在电化学电池中产生足以激活PTC装置的过热。通常，PTC装置包括含有聚合物和诸如碳之类的导电粒子的层。当将PTC装置的温度升高到高于激活温度时，聚合物以将散布在PTC中的导电粒子切断电连接的方式进行热膨胀，从而切断通过PTC装置的电流。因此，电化学电池设计必须考虑到PTC装置的热膨胀。圆柱形电化学电池，例如AA或AAA型号的电池组(lottery)，由罐体(S卩，具有闭合底部的圆柱体)和盖板构成，并具有大于罐体直径的总体罐高。在罐体的底部和盖板上整体构成了电池的电端子。随后通过在盖板和罐体的部分开放端之间压入垫圈或密封件来密封容器(即，罐体和盖板的组合)。为了确保气密封，应在圆柱的轴向和径向上都保持压缩力，通常通过将罐体的侧壁卷边(bead)，随后在盖板上弯曲罐体的开放端的边缘。通常将 PTC装置连接到盖板，这种封闭件会使得PTC装置受到轴向压缩力，其不利于PTC的激活。图7中示出了市场上可买到的锂铁二硫化物电池(lithium-iron disulfide cell)的常用封闭件。电化学电池1包括配置在电池末端(terminal end)的盖板2和PTC 装置4。垫圈6具有基本均勻形状的轴向中间部分。在C形垫圈6中固定、收容或夹持了盖板2、PTC装置4和接触组件8 (其包括反转盖板和弹簧)。特别地，在电池密封期间必须施加轴向力以便卷曲罐体3的末端边缘，从而在自身的封闭操作过程中使得PTC装置4遭受到轴向压缩力。此外，因为卷曲的边缘依然保留在原处且弹性垫圈保持轴向受压，在整个电池寿命期间仍会继续轴向约束PTC的激活(其需要PTC的轴向膨胀)。多个方案已经尝试允许PTC装置消除PTC装置不想要的轴向压缩，从而允许其在激活时膨胀。一个此类方案设想使用额外的导电元件，和/或类似弹簧的装置，尽管这需要基本上重构(并减小尺寸)PTC装置。还使用了在低于PTC装置激活的温度变软的垫圈材料，但这会无法使用最佳性能的材料。再另一个方案是将PTC定位在容器外，但这需要用于将PTC附接在罐体/盖板上的装置，并增加了 PTC受损的可能性。美国专利No. 6，090, 322涉及一种用于将C形垫圈整体夹物模压到硬币形电池中金属密封板的外边缘上的方法。美国专利No. 6，274，267描述了将问号形的垫圈夹物模压在圆柱形电池盖板周围。在后一专利的一些实施例中，PTC装置位于卷边和容器开放端的弯曲部分之间，与一个或多个端盖相邻；然而，这种设置使PTC装置在电池密封过程中受到轴向压缩力。美国专利No. 5，376，467描述了一种具有正温度系数电阻的有机电解液电池。在一个实施例中，在导电环形件上支撑PTC电阻，以使得PTC电阻与弯曲区域径向向内隔开。 在第二个实施例中，将其布置在盖板的中心，并由支撑件连接到密封件。在这两个例子中， 这些布置必须要将PTC电阻焊接或粘接固定到额外的导电密封件上，且PTC电阻必须具有基本上小于电池罐体内径的直径，从而限制了 PTC电阻的表面积量和总体效果。美国专利No. 5，766，790涉及一种用于在蓄电池中使用的安全防护装置，其依赖于一系列的碟形弹簧。来自电池外壳的内压力使弹簧变形，以便断开外端子与一个碟形弹簧之间的电接触。特别地，这个装置需要多个移动部件，并完全依赖于由电解液过热而引起的电池中的内压力，而不是由设置在电池上的电力需要(S卩，负载)而激活。美国专利No. 6，531，242和日本公开No. 05-151944公开了在电池封口中使用多个垫圈。这些垫圈一起工作以使得施加在PTC装置上的压缩力最小。在前者中，一系列嵌套的垫圈与铅板和PTC装置一起配合工作。在后者中，提供了两个分离的垫圈，与PTC装置取得接触的垫圈具有低于PTC装置的激活温度的熔点，从而确保了 PTC装置可以在必要时膨胀到变软的垫圈中。包含额外部件(例如，两个或多个垫圈)增加了制造复杂性和成本。美国专利No. 6，620，544公开了依赖于接近PTC装置布置的金属泡沫材料“减震器”和分离的绝缘环的电化学电池。在此，金属泡沫材料允许PTC装置在激活时膨胀，同时绝缘环厚于PTC装置，以允许在密封电池时部件适当的间隔。如同以上的U. S. 5，376，467 一样，这种布置需要使用更小直径的PTC装置。最后，日本公开No. 10_16观05设想了沿着电池中轴提供PTC装置。在此，PTC装置通过限制其总直径而免于受到弯曲力，但是这个受限的直径通过限制与电极接触的表面积量而降低了 PTC装置的效果。此外，PTC装置的这个中心位置避免了包括常用的排气装置。最后，如参考文献中指出了，这种布置的一些实施例允许PTC装置与容纳在电池外壳内的有机电解液接触。在此类例子中，PTC装置不允许与有机溶剂反应或溶解于其中，从而在化学相容性方面提出了非常大的技术难题。
技术实现思路
鉴于以上情况，本专利技术特别设想了一种锂电化学电池设计方案，具有能够在所需温度限制流经的电流的PTC装置(通常出现在滥用情况下)，而同时又不限制PTC装置激活能力，并且基本上不减小其表面积或形状。另外，该电池设计方案在PTC装置激活前后的伸展期间保持了可靠的、压缩的密封力，而不会使PTC装置直接暴露于电解液有机溶剂。本专利技术中的PTC装置通常会经历相变以限制温度在85°C到175°C之间的电流。依据该设计以及其它电池材料的熔点(例如，垫圈聚合物)和/或电池可以排气的温度来最终规定该PTC优选的激活温度。如上所述，应使得布置在电池的电气路径中的(即，在电极与端子之间)PTC的表面积最大，以确保最有效地利用PTC。所述电池设计方案包括固定在电池容器的开放端的封闭组件。该封闭组件包括 PTC，并构成对电解液蒸汽传输的有效屏障，这确保了电池在受到诸如过流或过高温度之类的滥用情况时不会爆炸。该封闭组件的设计方案主要在密封垫内部施加径向和轴向力， 以避免电解液溢出和水汽侵入，但在不干扰排气机构的情况下，使得出现在端部组件中的 PTC装置部分或完全避开了主轴向压缩力。特别地，垫圈必须由电绝缘、耐电解液的化学降解且长时间内不受冷流影响或损失其结构或机械完整性的材料制成。夹物模压(insert molding)可以用于将垫圈直接与另一个组件结合为一体，诸如容器或封闭组件，或者更具体地，如封闭组件的盖板或反转盖板。通过改变密封垫圈的横截面形状，从PTC装置消除了在制造及随后的电池存储/ 使用期间有效密封电池所必需的压缩力。这种设置允许PTC装置i)避免在制造过程中受损，ii)在激活过程中膨胀及iii)通过使得在电池的内本文档来自技高网...

【技术保护点】
１．一种电化学电池，包括：圆柱形容器，具有封闭底端、侧壁和开放端；置于所述容器中的电极组件和电解液；端部组件，位于所述开放端中，所述端部组件具有排气组件、盖板和ＰＴＣ装置；环形垫圈，设置在所述容器与所述端部组件之间，所述垫圈具有沿着垫圈的至少一部分内圆周形成的径向突出部；其中，一部分盖板和一部分排气组件与在所述径向突出部的相对侧上的垫圈形成压缩密封部；其中，所述径向突出部具有至少等于所述ＰＴＣ装置的轴向高度的轴向高度，并且其中，所述径向突出部围绕所述ＰＴＣ装置同心地配合。

【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：马修·T·温德林，
申请(专利权)人：永备电池有限公司，
类型：发明
国别省市：US