专利名称：盖组件及带有该盖组件的二次电池的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种二次电池，特别是涉及二次电池的盖组件。
背景技术：
二次电池是可以制成小尺寸或高能量的可再充电电池。普通类型的二次电池包括镍氢电池、锂电池和锂离子电池。锂离子二次电池可以有多种形状，例如，方形和圆柱形电池。
对于锂离子电池，当它过度充电或者它的正电极和负电极短路时，具有锂盐和有机溶剂的电解质在正电极电解，而锂金属在负电极脱嵌(extracted)，因而损坏了电池的性能并且发生了短路。特别是，过度充电产生过电流(excessive current)，其将损坏使用电池作为电源的设备。而且，过度充电产生气体从而增加了内部压力，该内部压力可能导致电池的爆炸和燃烧。
在努力克服这些困难时，锂离子电池通常具有设于内部的安全装置，比如关闭分隔件、当温度上升时以切断电流的PTC装置、和当内部压力增加时释放压力的安全排气口。
例如，于1999年11月16日授权给Kim的美国专利号5,985,478名称为“用于矩形电池的压力响应盖组件(Pressure responsive cap assembly forrectangular battery)”，公开了一种安全装置，其中当将绝缘体和垫圈设置在负电极的上面和下面时，在负电极上形成的通孔通过连接到薄片的铆钉简单固定。
然而，上述结构对增强密封性能有限制，而且尤其是，因而二次电池从内部产生大量气体，存在通孔的密封性能相对降低的问题。
日本专利公开号11-219692公开了一种用于密封盖板的孔的薄金属板。然而，该结构存在有当加载了外部物理碰撞时在安全排气口中发生爆裂的问题。
而且，如果用作电子设备电源的二次电池产生过电流，过电流将被传送到电子设备从而损坏电子设备。尤其是，对于用于在短时间内反复充放电的电动机驱动设备的电池，该问题更严重。
因此，需要一种可以避免爆炸和当爆炸发生时可以切断过电流的安全装置。
发明内容
因此，本发明的一个目的是提供一种用于电池的盖组件。
本发明的另一个目的是提供一种改进的二次电池。
本发明还有一个目的是提供一种可防止由于内部压力上升而爆炸而且还预先切断过电流的二次电池。
根据本发明的一个方面，用于二次电池的盖组件可以如下构成具有端子的盖板；具有排气口的排气板，该排气板具有当二次电池的内部压力高于规定水平时能够改变的形状；和电气连接到盖板和排气板的电流断路器，当排气板的形状改变时电流断路器改变其形状，电流断路器的形状的改变使电流断路器与盖板电气断开，从而切断了盖组件的电流通路。
电流断路器可以具有一带预定曲率的凹部的弧形元件。
电流断路器的两个端部可以具有朝向凹部的相反方向弯曲以接触盖板的弯曲部。
电流断路器可以具有带预定曲率的凹部的盘状元件。
电流断路器的圆周可具有朝向凹部的相反方向弯曲以接触盖板的弯曲部。
盖组件还包括设置在盖板和电流断路器之间的绝缘体，该绝缘体起支点的作用，以改变电流断路器的形状。
绝缘体可固定在盖板上。
电流断路器可由选自双金属、三金属和韧性金属组成的组中的一种形成。
盖板、电流断路器和排气板可以与由绝缘材料制成的垫圈一起组装以形成一个装置。
根据本发明的另一方面，二次电池包括容器，安装在容器内具有正电极、负电极和设置在正电极和负电极之间的分隔件的电极组件，和固定在容器上以密封容器的盖组件。盖组件可由以下构成具有端子的盖板；具有排气口的排气板，该排气板具有当二次电池的内部压力高于规定水平时能够改变的形状；和电气连接到盖板和排气板的电流断路器，当排气板的形状改变时电流断路器改变其形状，电流断路器的形状的改变使电流断路器与盖板电气断开，以切断盖组件的电流通路。
根据本发明的其它方面，二次电池包括具有端子的盖板；具有排气口的排气板，当二次电池的内部压力高于规定水平时，排气板的形状从第一形状改变为第二形状；设置在盖板和排气板之间的电流断路器，当排气板处于第一形状时，电流断路器电气连接到盖板和排气板，当排气板处于第二形状时，电流断路器与盖板电气断开以切断盖组件的电流通路；以及绝缘体，其设置在盖板和电流断路器之间，以起支点的作用来改变电流断路器的形状。
通过参照结合附图的下面的详细说明，对本发明更彻底地理解，本发明的一些附加的优点由于变得较好理解而将更加显然，附图中相同的附图标记表示相同或相似的部件，其中图1是根据本发明第一优选实施例的二次电池的局部剖开的透视图；图2是根据本发明第一优选实施例的二次电池的局部截面图；图3是根据本发明第一优选实施例的盖组件的分解透视图；图4是根据本发明第二优选实施例的盖组件的电流断路器的透视图；图5是根据本发明第一优选实施例的显示二次电池如何工作的截面图。
具体实施例方式
现在将详细地参考本发明的具体实施例，本发明的实施例在附图中说明，其中相同的附图标记始终代表相同的元件。以下通过参考附图来描述图1是根据本发明第一优选实施例的二次电池的局部剖开的透视图，图2是根据本发明第一优选实施例的二次电池的局部截面图，并且图3是根据本发明第一优选实施例的盖组件的分解透视图。
如图1所示，二次电池10包括具有在其一个侧面形成的开口的容器11；安装在容器11中的电极组件20，该电极组件具有正电极21、负电极23和设置在该两个电极板之间用于绝缘的分隔件22；以及用来关闭和密封容器11的开口的盖组件30。
容器11优选由导电金属(如铝和铝合金)制成，并且容器优选具有圆柱形状，该圆柱形状具有内部空间以容纳电极组件20。然而，容器的形状不局限于这个形状。
电极组件20具有堆叠的层结构以使分隔件22位于正电极21和负电极23之间，负电极的集流器上涂敷有相应的活性材料，或者电极组件具有胶体卷(jellyroll)结构，以使堆叠的层中的正电极21、负电极23和分隔件22缠绕成胶体卷构型。
本实施例中的容器11具有圆柱形状并且电极组件20具有胶体卷构型。
电极组件20设置在容器11内，以使负电极23与容器11接触，因而容器形成二次电池10的负极端子。正电极21通过导线突出部(lead tab)12与盖组件30电气连接，因而盖组件30形成二次电池10的正极端子。
盖组件30设置在容器11的开口上以关闭和密封容器11，以下是盖组件的详细结构。
如图1、图2和图3所示，盖组件30包括依次设置的带有端子31a的盖板31、绝缘体33、电流断路器34和排气板35。这些部件与由绝缘材料制成的垫圈32一起组装形成一个装置。
当盖组件30与容器11组装在一起时，垫圈32使盖组件30与容器11之间电绝缘。
当形成该一个装置时，安置电流断路器34以使电流断路器34的一部分，优选两端部，与盖板31接触，同时将绝缘体33设置在盖板31和电流断路器34之间。
当对电流断路器34施加外力时电流断路器改变其形状，以使接触部分可以从盖板31上分离。电流断路器可以制成各种形状。
在如图1、2和3所示的第一优选实施例中，电流断路器34具有带预定曲率的凹部34a的弧形元件，并且它的两端部具有朝向凹部34a的相反方向弯曲的弯曲部34b。
在如图4所示的第二优选实施例中，电流断路器54为盘状。电流断路器54具有带预定曲率的凹部54a，以及沿着它的圆周朝向与凹部54a的相反方向弯曲以和电流断路器34的弯曲部34b相同的方式固定在盖板上的弯曲部54b。
第一优选实施例中的电流断路器34能使盖板31接触两个弯曲部34b。弯曲部34b、54b可以通过焊接固定在盖板31上。当对电流断路器34施加外力时，通过焊接固定在盖板31上的弯曲部34b、54b可以从盖板31上电气断开，优选分开。
作为选择的，弯曲部34b、54b可以通过机械结构固定在盖板31上。
优选的，电流断路器34、54由导电的和弹性的材料制成。例如，电流断路器34、54由具有sus(不锈钢)-Cu的双金属或者触发器(flip-flop)用的具有sus(不锈钢)-Cu-sus(不锈钢)的三金属通过弹力制成。而且，电流断路器34、54可由韧性金属如铅(Pb)或铝(Al)制成。
绝缘体33、53分别设置在与盖板31的弯曲部34b、54b相对应的地方以固定在盖板31上，并且当电流断路器34、54连接到盖板31时，绝缘体接触弯曲部34b、54b。
优选的，绝缘体具有圆柱形横截面的形状，并且可以由绝缘材料如橡胶、聚合物或者硅制成。
在第一优选实施例中，如图1、图2和图3所示的绝缘体33具有与电流断路器34的弯曲部34b相对应的圆柱形，如图4所示的第二优选实施例中的绝缘体53具有与电流断路器54的弯曲部54b相对应的环形。
设置在电流断路器34、54下面的排气板35在其中心具有锥形突起35a(以下指排气孔)，并且排气板允许排气口35a接触将和垫圈32装配在一起的电流断路器34。
排气板35的结构特征允许排气板35根据二次电池10的内部压力的变化改变其形状。排气板35的形状的改变能使与其连接的电流断路器34触发(flip-flop)。
连接到电极组件20的正电极21的导线突出部12与排气板35连接。
同时，排气板35的形成排气口35a的区域具有一凹槽35b，当二次电池10的内部压力增加到比规定水平高时，该凹槽能使排气口35a破裂。
因此，具有上述盖组件30的本发明的二次电池10将由电极组件20的正电极21产生的电流以导线突出部12到排气板35到电流断路器34、54到盖板31的顺序引导。
如果二次电池10的内部压力比规定水平高，则由于内部压力的增加，排气板35上升以改变其形状。如图5所示，排气板35的形状的改变使电流断路器34的形状改变，以使电流断路器与盖板31电气断开。当绝缘体33支撑电流断路器34时，绝缘体作为支点以使电流断路器34的形状容易改变。
当电流断路器34的形状改变时，如图5所示，电流断路器34使与盖板31接触的弯曲部34b与盖板31分开，因而电流断路器34与盖板31变成电绝缘，从而切断到盖组件30的电流通路。
因此，通过预先切断电流通路，二次电池10可以防止电池由于内部压力的增加而引起的爆炸。
同时，因为当二次电池10的内部压力比规定水平高时导致排气板35的排气口35a破裂，二次电池10就失去了作为电池的作用。
如上所述，本发明的二次电池可以防止由于内部压力的增加而引起的爆炸，并且还切断了过电流。此外，二次电池切断了使用电池作为电源的装置的过电流，从而保护装置不受过电流的破坏。
本发明的二次电池可以用作电动机驱动的装置的电源，所述装置例如混合式电动汽车、电动汽车、无绳真空清洁器、电动自行车或低座小摩托车。
尽管已经示出并描述了本发明的一些实施例，但本领域的技术人员可以理解，在不脱离本发明的原理和精神的情况下，可以对实施方式进行改变，本发明的范围由权利要求及其它们的等同物限定。
权利要求
1.一种用于二次电池的盖组件，包括具有端子的盖板；具有排气口的排气板，该排气板具有当二次电池的内部压力高于规定水平时能够改变的形状；和电气连接到盖板和排气板的电流断路器，当排气板的形状改变时电流断路器改变其形状，电流断路器的形状的改变使电流断路器与盖板电气断开，从而切断了盖组件的电流通路。
2.权利要求1所述的用于二次电池的盖组件，其中电流断路器具有带预定曲率的凹部的弧形元件。
3.权利要求2所述的用于二次电池的盖组件，其中电流断路器的两个端部具有弯曲部以接触盖板。
4.权利要求3所述的用于二次电池的盖组件，其中弯曲部通过焊接固定在盖板上。
5.权利要求1所述的用于二次电池的盖组件，其中电流断路器具有带预定曲率的凹部的盘状部件。
6.权利要求5所述的用于二次电池的盖组件，其中电流断路器的圆周具有弯曲部以接触盖板。
7.权利要求6所述的用于二次电池的盖组件，其中弯曲部通过焊接固定在盖板上。
8.权利要求1所述的用于二次电池的盖组件，还包括设置在盖板和电流断路器之间起支点作用以改变电流断路器的形状的绝缘体。
9.权利要求8所述的用于二次电池的盖组件，其中绝缘体固定在盖板上。
10.权利要求1所述的用于二次电池的盖组件，其中电流断路器由双金属或者三金属制成。
11.权利要求1所述的用于二次电池的盖组件，其中电流断路器由韧性金属制成。
12.权利要求1所述的用于二次电池的盖组件，其中盖板、电流断路器和排气板与由绝缘材料制成的垫圈一起组装以形成一个装置。
13.权利要求1所述的用于二次电池的盖组件，其中电流断路器由导电的和弹性的材料制成。
14.一种二次电池，包括容器；电极组件，其安装在容器内，具有正电极、负电极和设置在正电极和负电极之间的分隔件；和安装在容器上以密封容器的盖组件，该盖组件包括具有端子的盖板；具有排气口的排气板，该排气板具有当二次电池的内部压力高于规定水平时能够改变的形状；和电气连接到盖板和排气板的电流断路器，当排气板的形状改变时电流断路器改变其形状，电流断路器的形状的改变使电流断路器与盖板电气断开，以切断盖组件的电流通路。
15.根据权利要求14的二次电池，其中电流断路器选自于具有带预定曲率的凹部的弧形部件和具有带预定曲率的凹部的盘状部件。
16.根据权利要求15的二次电池，其中电流断路器的圆周具有弯曲部以接触盖板。
17.根据权利要求16的二次电池，其中弯曲部通过焊接或者机械结构固定在盖板上。
18.根据权利要求14的二次电池，其中盖组件还包括设置在盖板和电流断路器之间起支点作用以改变电流断路器形状的绝缘体。
19.根据权利要求14的二次电池，其中电流断路器由双金属、三金属或者韧性金属制成。
20.根据权利要求14的二次电池，其中盖板、电流断路器和排气板与由绝缘材料制成的垫圈一起组装以形成一个装置。
21.根据权利要求14的二次电池，其中二次电池具有圆柱的形状。
22.根据权利要求14的二次电池，其中二次电池用于电动机驱动的装置。
全文摘要
本发明公开了盖组件及带有该盖组件的二次电池，该二次电池包括容器；电极组件，其安装在容器内，具有正电极、负电极和设置在正电极和负电极之间的分隔件；和固定在容器上以密封容器的盖组件。该盖组件包括具有端子的盖板；电气连接到盖板上的电流断路器；和具有电气连接到电流断路器的安全排气口的排气板，该排气板的形状通过二次电池的内部压力而改变以改变电流断路器的形状，而且该电流断路器切断盖组件的电流通路。
文档编号H01M2/10GK1677708SQ20051006972
公开日2005年10月5日 申请日期2005年3月29日 优先权日2004年3月29日
发明者金泰容 申请人:三星Sdi株式会社