专利名称：方形电池的安全保护结构的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种方形二次锂离子电池的安全保护结构，特别是涉及这样一种方形二次锂离子电池，其中，在端盖板下方加装一片金属导电片，使其延伸接近电池罐体侧向竖立面而不与之接触，在电池受到撞击(Impact)或压扁(crash)变形时，即形成正负极短路，使短路电阻下降，短路电流平均分布在全极片上，大幅降低局部高热可能性，以达到安全的效果。
但是，以上主要是针对电池内压不正常升高时，所采用的安全保护手段，此类型专利见诸台湾公告第377045号、第364666号，以及美国专利第4,238,812号及4,255,688号等专利案中，但对于电池受到外部压力而变形时的安全保护，则没有提及；由于电池罐体外部到撞击压力后会变形，此如一来，易发生局部过热，在极卷内部短路产生火花、烧焦、喷烟等情形，而有安全的问题。
因此，针对电池受压变形时，设计必要的安全保护结构，为本发明所欲解决的课题。
为达到上述目的，本发明在电池端盖板下方加装一片金属导电片，使其延伸接近电池罐体侧向竖立面而不与之接触，通过长度控制可避免电池无变形情况下短路的可能性，并使电池受压变形时，即在导电片与罐体侧边形成短路。
一罐体1，其为前后面11较宽而两侧向竖立面12较窄的扁平状方盒体，其内部设有由正、负电极元件和一介于正、负电极间的隔离膜所构成的电池极卷13；一端盖板2，固定在罐体1开口端，其上装设有电极端子3及隔离电极端子3与端盖板2的绝缘片4，且其一侧设有一通孔21以装设安全阀5；其特征在于该端盖板2下方在密封绝缘片4底缘，在电极端子3上连接一金属制导电片6，使其横向延伸接近罐体的侧向竖立面12而不与之接触，且令其离竖立面12的罐壁有约0.25mm～0.5mm的间距D；通过控制导电片6的长度，可避免电池无变形情况下短路的可能性，并使电池受压变形时，即在导电片6与罐体1侧边形成短路。
前述导电片6的装设固定方式，可以在端盖板2铆合电极端子3时一并铆上，亦可以焊接方式焊在电极端子3上。为避免导电片6向上弯曲，造成电池罐体11无外力变形情况下短路，可以选用高强度不易变形的金属作为导电片。
并且，一般方形电池是将电极端子3设为正极，而罐体1及端盖板2为负极；当然，也可将电极端子3设为负极，而罐体1及端盖板2设为正极。
通过上述技术特征，本发明的电池罐体1侧向受到撞击或压扁而如图4或图5所示的情况时，罐口变形量＞0.25mm时，该导电片就会接触到罐壁造成外部形成正负极短路，使短路电阻下降，短路电流平均分配于全极片，大幅降低局部高热的可能性，如此可避免极卷13内部短路产生火花、烧焦、喷烟等情形，以达到增进安全的功效。
为了验证本发明的效果，以方形电池633048、863448和1003450为例做了如下的安全性实验。
背景描述在未改善前，X方向都可通过测试，Y方向安全性测试撞击(Impact)、压扁(Crush)项目每次测试都有几颗不合格，不合格数据如下，故以改善Y方向来着手。
633048进行Impact测试2/20颗不合格，进行Crush测试不合格率＜10％。
863448进行Crush测试2/10颗不合格。
1003450进行2lot Crush测试3/5颗不合格。
设计缘起以之前的实验经验，Y方向不管安全阀(S/V)朝上或朝下，做撞击时安全阀端的变形量总是最大(如图6、7所示)，因端盖板挖掉2.8mm做安全阀的洞，所以安全阀的直径纵方向强度最弱最容易变形；做压扁时则两边的变形量几乎相等，所以将导电片做在安全阀方向最容易造成短路是最佳的方式，且不会影响注液。
实验步骤1.在端盖组铆钉大头处以激光焊上一片铝镍片导电片，铝镍片延伸方向朝向安全阀，端边距端盖板边缘约0.5mm，制造变形后外部短路点，成品分别如图8、9、10所示。
2.把绝缘片短边的围墙削去让铝镍片可以伸出制造短路。再将焊好的端盖组依正常程序组装制作成电池并形成完成。做撞击、压扁实验。
实验结果实验数据如下表。
正常情形外部短路温度约在100℃上下，28℃属室温下的正常值应是没有短路的情形，450℃高温应属内部短路的不安全状态。
633048B-780mAh有1颗没有短路，是铝镍片插入绝缘片里，形成绝缘状态。
1003450A-1550mAh有2颗没有短路，1颗短路后温度过高，发现是罐盖焊道爆开端盖板弹出，使导电片没有接触罐壁失效所致。
重试1003450A-1550mAh，在加强R角激光功率后重新测试，期使端盖板短边欲短路处，因功率的增加使焊深加深，而使端盖板不被弹出。
结果全部合格，数据如下
端盖组机构新设计以实验时的设计铝镍片端边距端盖板边缘约0.5mm，仍然有几颗没有短路，经检查发现是导电片插入绝缘片里，以致于没有短路，所以将此间距缩小到0.25mm，当罐体Y方向受撞击或压扁时，罐口变形量＞0.25mm时导电片就会接触到罐壁造成外部短路，先把电能消耗掉，避免极卷内部短路产生火花、烧焦、喷烟等情形，以达到安全的目的。
结论以间距约0.5mm实验测试的结果几乎全部合格，所以依此设计将间距缩为0.25mm去转为正式品应没问题，成功率会更高。导电片不可能无故增长只有可能变短，且经Auto CAD做旋转模拟，即使导电片铆合后产生最大歪斜，距端盖板边缘仍有0.2mm的间距，足以覆盖端盖板及导电片的公差，还不致于直接接触到罐壁。在生产线制造时建议短边的激光功率应增加使焊深加深，避免端盖组弹出罐体而失效。作为正式品生产时，将把导电片装在铆钉与端盖密封绝缘片之间做铆合。
根据实验结论得知，该导电片6与罐壁间距0.5mm实验测试的结果几乎全部合格，所以依此设计将间距D缩为0.25mm，则成功率会更高，导电片6不可能无故增长，只有可能变短，且经电脑绘图做旋转模拟，即使导电片6铆合后产生最大歪斜，距端盖板边缘仍有0.2mm的间距，足以涵括端盖板2及导电片6的公差，还不致于直接接触到罐壁；因此，本发明已可达实施阶段，具有可供产业利用价值。
上述所公开的图式、说明，仅为本发明的优选实施例，依本案精神范畴所作的修饰或等效变化，仍应包括在本案申请专利范围内。
权利要求
1.一种方形电池的安全保护结构，包括一罐体，其为前后面较宽而两侧向竖立面较窄的扁平状方盒体，其内部设有由正、负电极元件和一介于正、负电极间的隔离膜所构成的电池极卷；一端盖板，其固定在罐体开口端，其上装设有电极端子及隔离电极端子与端盖板的绝缘片，且其一侧设有一通孔以装设安全阀；其特征在于该端盖板下方在密封绝缘片底缘，在电极端子上连接一金属制导电片，使其横向延伸接近罐体的侧向竖立面而不与之接触，且令其离竖立面的罐壁有约0.25mm～0.5mm的间距；通过控制导电片的长度，可避免电池无变形情况下短路的可能性，并使电池受压变形时，即在导电片与罐体侧边形成短路。
2.如权利要求1所述的方形电池的安全保护结构，其中，该导电片是与电极端子一起铆合在端盖板的。
3.如权利要求1所述的方形电池的安全保护结构，其中，该导电片是利用焊接方式固定在电极端子上的。
4.如权利要求1所述的方形电池的安全保护结构，其中，该导电片是由高强度不易变形的金属所构成的。
全文摘要
本发明涉及一种方形电池的安全保护结构，其特征在于该端盖板下方在密封绝缘片底缘，在电极端子上连接一金属制导电片，使其横向延伸接近罐体的侧向竖立面而不与之接触，且令其离竖立面的罐壁有约0.25mm～0.5mm的间距；通过控制导电片的长度，可避免电池无变形情况下短路的可能性，并使电池受压变形时，即在导电片与罐体侧边形成短路；从而使短路电流平均分布于全极片上，降低局部高热的可能性，以达到增进安全的功效。
文档编号H01M2/20GK1395328SQ0112040
公开日2003年2月5日 申请日期2001年7月11日 优先权日2001年7月11日
发明者郑宗田, 邱宏明, 蔡瑞民 申请人:能元科技股份有限公司