专利名称：防爆安全阀装置及采用它的封闭式二次电池的制作方法
技术领域：
本发明涉及防爆安全阀装置以及采用它的封闭式二次电池，该防爆安全阀装置具有能够迅速切断封闭式电池的电流，并在电池的内部压力由于电池过度充电和电池短路产生气体而升高时释放气体的铅盖。
最近，随着对尺寸更小的便携式高性能电子器件的需求日益加剧，具有高能量密度的非水电解质二次电池广泛用作这些器件的电源。由于非水电解质二次电池利用碱金属，如锂，作为其正负电极的活性材料，所以这种二次电池采用一个密封结构的容器以使这种碱金属不会与大气中的水分发生反应。
这种密封结构的非水电解质二次电池具有可贮存的优点，但是反过来，也产生一个由于密封性很高造成的问题。即如电池暴露在高温作用下或处理不当，这种采用非水电解质的封闭式二次电池的内部压力会异常升高并且最后甚至会自行爆裂。例如，如锂二次电池的供电电流超过额定电流而充电过度，或是电池处理不当从而造成正负电极短路导致大电流流入电池，电极元件中的非水电解质有时会分解产生气体。如这种气体充满上述密封结构的容器，电池的内部压力就会异常升高并最后自行爆裂。
因此，以此种非水电解质二次电池作为电源的电子器件可能会受到损伤。
迄今为止，已有具备防止上述这种爆裂的防爆机制的使用非水电解质的封闭式二次电池。
比如，在日本公开专利说明书平6-215760中公开了一种封闭式非水电解质二次电池防爆机制，该电池具有一个阀隔膜置于电极元件上方，而该电极元件被收存于电池的有底的圆柱形外壳之中，并且该电池还有一根导线置于阀隔膜上方的用于切断电流。当电池的内部压力升高时，上述阀隔膜向上变形而使切断电流用的导线断裂来切断电流并同时阀隔膜破裂使电池内部压力释放。
但是，这种具有通常防爆机制的封闭式非水电解质二次电池有一个问题。即这种电池必须具有一个精确加工的铅板或铅丝以做到使其电流能可靠地切断。还必须特别注意在制造工序中将其装配到电池之中时铅板或铅丝的定位。这样，这种二次电池的制造过程应该在过程中包含一定量的工时以得到所希望的机制。
因此，本发明的目的是提供一个防爆安全阀装置及一个采用此阀的封闭式二次电池，其中铅盖与防爆安全阀形成为一个整体来代替通常的铅板或铅丝以组成电池电路，结果在通常的封闭式二次电池的制造过程中所要求的精确加工和定位过程中的一些制造工时就可以免去了。根据本发明可以提高产品的产量并减少其制造成本。
为达到上述的目的，根据本发明的第一方面提供一种用于封闭式二次电池中的防爆安全阀装置，包括外壳、收存于所述外壳中由正负电极及分隔层组成的电极元件，其中所述防爆安全阀装置通过一个绝缘垫圈密封固定于所述外壳的开口端部分，与安全阀元件形成一个整体，并且所述安全阀装置的组成包括安全阀元件、无芯盘型绝缘体以及由金属基底形成的铅盖，在该铅盖大致中心的部位设置有一个其上贴置有金属箔片的开口。
根据第二方面提供一种用于封闭式二次电池中的另外一种防爆安全阀装置，包括外壳、收存于所述外壳中由正负电极及分隔层组成的电极元件，其中所述防爆安全阀装置通过一个绝缘垫圈密封固定于所述外壳的开口端部分与安全阀元件并形成一个整体，并且所述安全阀装置包括大致在中心处有一凹陷的安全阀元件、无芯盘型绝缘体以及由金属基底形成的铅盖，在该铅盖大致中心的部位设置有一个凸起。
根据第三方面，在前述方面中的防爆安全阀装置中，所述安全阀元件的凹陷及所述铅盖的凸起利用激光焊或超声焊结合以在封闭式二次电池中形成电路。
根据第四方面，在前述安全阀装置中，所述铅盖具有多个用来放气的通孔。
根据第五方面，在前述安全阀装置中，所述安全阀元件是由其上贴置有金属箔片的金属基底形成。
根据第六方面，提供一种采用上述防爆安全阀装置的封闭式二次电池。
图1为具有防爆安全阀装置的封闭式二次电池的上部的剖视图。
图2为包含铅盖的防爆安全阀装置的分解立体图。
图3为防爆安全阀元件的正视图及其剖视图。
图4为铅盖的正视图及其剖视图。
图5为示出在异常情况下防爆安全阀的动作方式的说明图A。
图6为示出在异常情况下防爆安全阀的动作方式的说明图B。
下面参考附图对根据本发明的防爆安全阀装置及封闭式二次电池的优选实施方案进行说明。
图1为具有根据本发明的防爆安全阀装置的封闭式二次电池的上部的剖视图。图2为包含铅盖的防爆安全阀装置的各部件的分解立体图。图3为防爆安全阀元件的正视图及其剖视图。图4为铅盖的正视图及其剖视图。图5及图6为示出在异常情况下，比如电池以大于额定值的电流过度充电或正负电极短路有大电流流过电池时，防爆安全阀的动作的说明图。
如图1所示，电极元件60收存于外壳50中，外壳50也用作负极端子。电极元件60的组成包括组成叠层并绕成旋涡形的正极60a、分隔层60b及负极60c。既用作防爆安全件又作为正极端子使用的盖帽形封盖30具有放气通孔31，并通过绝缘垫圈40与具有铅盖16的防爆安全阀装置10一起密封固定于外壳50的上部开端部分。封盖30面对电极元件60。具有铅盖16的防爆安全阀装置10配置在封盖和电极元件之间。
防爆安全阀装置10的组成包括从上到下依次配置的防爆安全阀元件防爆安全阀元件V、绝缘物13及铅盖16，并且这些构件配置为与封闭式二次电池基本上同轴。
防爆安全阀元件V的中心部分锻成一个预定的凹陷20，该凹陷20与在铅盖16的中心处形成的凸起24接触而提供封闭式二次电池中的电路。
防爆安全阀元件V的预定凹陷20的接触部分及铅盖16的凸起24可利用激光焊或超声焊而形成可靠的电路。
上述阀元件V包括金属基底11及贴置于金属基底11的下表面上的金属箔片12。金属基底11配置有所要求形状的阀21。
上述绝缘物13的中心部分有一个也用作放气孔的大孔26。上述铅盖16的组成包括金属基底14及贴置于金属基底14的下表面上的金属箔片15。金属基底14的中心部分有一个开口24a，在该开口24a中形成一个凸起24以形成电池中的电路。此外，贯通金属基底14和金属箔片15的整个厚度穿设多个放气孔25。它们与铅盖同心配置。
另一方面，金属箔片15暴露在铅盖14中心处所形成的上述开口的那一部分锻成预定的凸起24以便如上所述在上述阀元件V和电池内部形成电路。
具有多个放气孔71的挡板70配置于电极元件60的上方。正极导线61一端通过挡板70的边缝与电极元件60的正极60a连接，而其另一端与铅盖14的下表面连接。
如图2所示，上述防爆安全阀装置10配置为从上往下为防爆安全阀元件V、绝缘物13及铅盖16。
防爆安全阀元件V为圆形，如图3所示，并且其组成包括金属基底11及贴置于金属基底11下表面上的金属箔片12。金属基底11具有预定形状的阀21。
根据图3所示的阀21的形状，穿过金属基底11的整个厚度形成具有同心间隔的空间22。因此，当从上观察金属基底11时，看到金属箔片12的一部分暴露在上述同心形成的空间22之中。
暴露在上述同心形成的空间22之中的金属箔片12的上述部分在受到电池中产生的压力的作用时会发生变形。此时，阀21的变形不是直接由气体压力造成的，而是间接地根据金属箔片12暴露于同心形成的空间22的部分由于受到电池中产生的压力的作用发生变形而变形。当阀21变形时，金属基底11和阀21的连接部分形成一个不断裂部分。该部分构成支点部分23。这样，就有一个弯曲力以支点部分23为弯曲支点施加于阀21上。
至于阀的形状，可任意选择，只要其作为防爆安全阀的机制不丧失即可。即如前所述，贴置于金属基底11的下表面上的金属箔片12在电池中产生的压力的作用下直接发生变形。在金属基底11中形成的阀21不直接由这种气体的压力改变。就是说，在金属基底11中形成的阀21的改变不是直接由气体压力造成的。因此，阀21的形状可随意选择。比如，如要求阀在低压下动作，阀的表面积可较小。减小阀的表面积，就是增加可从上观察到的金属基底11中的金属箔片12的暴露部分的面积。
在金属箔片12贴置于金属基底11的下表面上以形成防爆安全阀元件V之后，其中心部分锻成预定凹陷20。这一形成预定凹陷20的加工操作可简单地通过，比如，利用压制机或类似机械在防爆安全阀元件V的上表面上形成凹陷20而实现。通过控制施加于阀元件的上表面的作用力或更换工具可很容易形成各种形状的凹陷，从而可得到所需要的凹陷20的形状。这样，凹陷比如可为球形、圆柱形、正六面体形或六面体形。
用作金属基底11的材料可采用钢薄板、不锈钢薄板、铜薄板和铝薄板。另一方面，用作金属箔片12的材料可采用钢箔、不锈钢箔、铜箔、铝箔或铁镍合金箔。
绝缘物13为如图2所示的无芯盘。大致在该孔，即无芯部分，的中心处，在防爆安全阀元件V的中心形成的上述预定凹陷2和在铅盖的中心处形成的预定凸起24互相接触而建立封闭式二次电池的电路。绝缘物13的中心大孔26也用作放气孔。
上述的铅盖16具有，比如，如图4所示的圆形并由金属基底14及贴置于金属基底14的下表面上的金属箔片15组成。
上述的基底14具有在其中心穿孔的开口24a，并且金属箔片15贴置于金属基底上。于是，金属箔片15具有一个凸起24用来与上述阀元件一起建立封闭式二次电池的电路。在与铅盖同心的装置中形成多个放气孔25。放气通孔25穿过金属基底14和金属箔片15的整个厚度形成，并且它们可具有任何形状，只要不丧失其作用就行，并且通孔的数目可随意选择。比如，可采用2至6个中心部分为沿铅盖外周方向弯曲的圆孔或椭圆孔作为放气孔。这一在铅盖的中心部分形成凸起24的操作可简单地通过利用压制机或类似机械在铅盖16的金属箔片15的表面上表面上加工形成凹陷20而实现。
通过控制施加于阀元件的上表面的作用力或更换工具可很容易得到各种形状的凹陷，从而可得到所需要的凹陷20的形状。这样，凹陷24比如可为球形、圆柱形、正六面体形或六面体形。
用作金属基底14的材料可采用钢薄板、不锈钢薄板、铜薄板和铝薄板。另一方面，用作金属箔片15的材料可采用钢箔、不锈钢箔、铜箔、铝箔或铁镍合金箔。
在具有这种结构的封闭式二次电池中，当供给电池的电流大于额定值时，比如，由于充电过度造成电流过大时，电解质会分解而产生气体。所产生的气体将充满二次电池的外壳50，从而使电池的内部压力上升。内部压力通过铅盖16的多个放气通孔25和在绝缘物13的中心部分处的大孔26传播至上述位于中心大孔26上方的金属箔片12。
金属箔片12贴置于金属基底11的下表面上，构成阀元件V的组件，并通过一个绝缘垫圈40与绝缘物13及铅盖16一起密封固定于外壳50的开端部分。因此，当压力达到预定值时，金属箔片12的暴露在上述同心形成的空间22之中的部分由于在电池中产生的气体的压力而发生变形，如图5所示。
此时，金属基底11和阀21的连接部分形成一个不断裂部分，该部分根据金属箔片12暴露在上述同心形成的空间22之中的部分由于所产生的气体的压力而成为支点部分23，从而通过将该支点部分23作为弯曲支点使弯曲力施加于阀21上，并且阀21上升而其本身发生变形。
因此，由阀元件V和铅盖16构成的电池电路现在将如图5所示断开，并且大电流将不再流入电池。之后，如图6所示，金属箔片12暴露在上述同心形成的空间22之中的部分破裂以使上升的内部压力下降，并且使所产生的气体压力P通过图1所示的封盖30的通孔31释放到电池的外部。
应当指出，在金属基底11中以所要求的形状形成的阀21的变形及暴露在上述同心形成的空间22之中的金属箔片12的部分的变形都是塑性变形。因此，一旦切断电流，就不会再度连接，破裂部分也不会恢复。
如上所述，根据本发明，铅盖是与安全阀形成一个整体并用来建立电池的电路以代替由铅板和铅丝构成的通常的电路。因此，铅板和铅丝所要求的精确加工和定位过程中的一些制造工时就可以免去。也可以提供具有采用这种经济而安全的铅盖的防爆安全阀装置的二次电池，可以提高产品的产量并减少其制造成本。
权利要求
1.一种用于封闭式二次电池中的防爆安全阀装置，包括外壳、收存于所述外壳中由正负电极及分隔层组成的电极元件，所述防爆安全阀装置通过一个绝缘垫圈密封固定于所述外壳的开口端部分，与安全阀元件形成一个整体；并且所述安全阀装置包括防爆安全阀元件、无芯盘型绝缘物以及由金属基底形成的铅盖，在该铅盖大致中心的部位设置有一个其上贴置有金属箔片的开口。
2.一种用于封闭式二次电池中的防爆安全阀装置，包括外壳、收存于所述外壳中由正负电极及分隔层组成的电极元件，所述防爆安全阀装置通过一个绝缘垫圈密封固定于所述外壳的开口端部分，与安全阀元件形成一个整体，并且所述安全阀装置包括在大致中心处有一凹陷的防爆安全阀元件、无芯盘型绝缘物以及由金属基底形成的铅盖，在该铅盖大致中心的部位设置有一个凸起。
3.如权利要求2所述的防爆安全阀装置，其中所述防爆安全阀元件的凹陷及所述铅盖的凸起，利用激光焊或超声焊结合在一起而在封闭式二次电池中形成电路。
4.如权利要求1至3中任何一项所述的防爆安全阀装置，其中所述铅盖具有多个用来放气的通孔。
5.如权利要求1至4中任何一项所述的防爆安全阀装置，其中所述防爆安全阀元件是由其上贴置有金属箔片的金属基底形成。
6.一种采用如权利要求1至5中任何一项所述的防爆安全阀装置的封闭式二次电池。
全文摘要
本发明提供一种防爆安全阀装置以及密封的封闭式二次电池。该防爆安全阀装置具有铅盖等,因为该铅盖是通过将组成电池电流通路的铅板、铅丝等与防爆阀结合起来而形成的,故可建立内置电流通路并可减小精确加工和铅盖定位所需加工工艺的工时。防爆安全阀装置包括防爆阀体、中空的绝缘物以及通过将金属箔片贴置于中心处具有通孔的金属基底而形成的铅盖。密封的封闭式二次电池包括壳体、置于壳体内的由正极、负极及分隔层组成的电极体。壳体用密封盖密封,该密封盖通过绝缘垫圈整体密封并固定于开口处。
文档编号H01M2/12GK1261464SQ98806528
公开日2000年7月26日 申请日期1998年6月5日 优先权日1997年6月5日
发明者高田昭良, 西条谨二, 吉田一雄, 好本信行, ∴部刚彦 申请人:东洋钢钣株式会社, 福田金属箔粉工业株式会社