专利名称：用于电化学电池的断流器的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种用于电化学电池的热响应断流器，当电池的温度过分升高时，该断流器可靠地防止电流流经电池。本发明还涉及一种压力响应断流器，当电池中建立过大的气体压力时，该断流器可靠地切断电池。
电化学电池，特别是高能量密度电池，如锂是活性材料的那些电池，易发生泄漏和破裂，这又能导致对电池供电的装置或对周围环境的损害。在可充电电池的情况下，由过充电能引起电池内部温度的升高。不希望的温度升高经常伴随有内部气体压力的相应增大。这在万一外部短路的情况下可能发生。希望安全装置伴随着电池而不过度增大电池的成本、尺寸或质量。
这种电池，特别是用锂作为活性材料的可充电电池，由经常伴随有压力相应增大的电池内部温度升高易引起泄漏和破裂。这可能由如过充电之类的滥用条件或短路条件引起。气密地密封这些电池也很重要，以防止电解质溶剂的溢出和来自外部环境的湿气侵入。
如上所述，当这样一种电池充电时，发生自加热。以太快的速度充电或过充电能导致温度的增大。当温度超过一定点时(该点随电池的化学性质和结构而变)，开始不希望的且不可控制的热耗散状态。此外，由于过加热，建立内部压力，并且电解质可以从电池突然喷出。最好在这发生之前开始受控通风。
常规电池结构采用一种端盖零件，在电池阳极与阴极活性材料和适当的隔离材料及电解质已经插入在圆柱形壳体中之后，把该端盖零件插入到端部开口的圆柱形壳体中。端盖与阳极或阴极材料之一电气接触，并且端盖的露出部分形成电池端子之一。电池壳体的一部分形成另一个端子。先有技术公开了响应过压力状态的装置，这些装置并入端盖零件中。
本发明具有并入一个单端盖组件内的一个或几个断流机构，该单端盖组件可以有利地用于一次或二次(可充电)电池，例如，通过把端盖组件插入到用于电池的壳体开口端中。本发明的端盖组件对于可充电电池，例如锂离子、镍金属氢化物、镍镉或其他可充电电池，具有特别的用途，以在暴露于高温、过分或不适当充电、或电池短路期间，克服电池过充电和电池中压力建立的危险。
一方面，本发明旨在一种用于电化学电池的端盖组件，其中端盖组件已经把一种热响应断流机构并入在其中，当电池内部过热而超过一个预定温度时，该断流机构启动以断开和防止电流流经电池。端盖组件带有一块起电池端子作用的露出端盖板。当组件用于电池和电池处于正常工作中时，该端盖板与一个电池电极(阳极或阴极)电气连通。并入在端盖组件内的热致动断流机构可以包括一个当暴露于高于预定值以上的温度时偏转的双金属件。双金属件的偏转推动一个可动金属件，以切断电池的一个电极与端盖端子板之间的电气连接，由此防止电流流经电池。或者，在本发明的另一个方面，可以用一个热响应圆片来代替双金属件。如果电池的温度超过一个预定值，则热圆片熔化，使支撑在其上的一个金属件偏转得足以切断电池的一个电极与端盖端子板之间的电气通路。一块可破裂的板或膜片可以与热响应断流机构一起并入在端盖组件中。当电池内压力升高得超过一个预定值时，该板或膜片破裂，让气体从电池内部逸出到外部环境中。
在另一个方面，本发明旨在一种用于电池，特别是可充电电池的端盖组件，其中端盖已经把一个是热响应的而另一个是压力响应的两个断流机构并入在其中。热响应断流机构最好能采用一个双金属件或热响应金属圆片，当电池内部过热而超过一个预定温度时致动以断开或防止电流流经电池。当电池中气体压力升高而超过一个预定值时，压力响应断流机构致动以断开电流。在这种情况下，压力断路机构可以使端盖组件内的一个金属隔膜偏转，由此切断电池端盖端子板与一个电池电极之间的电气连接，借此防止电流流经电池。在建立的气体压力极高的情况下，金属隔膜还可以破裂，允许把气体引导到端盖组件内的内部腔室中，并且经一系列通气孔引出到外部环境中。
本发明的另一个方面旨在一种用于本发明端盖组件的密封机构。该密封机构防止电解质、液体或气体从端盖内部泄漏到外部环境中，并且防止湿气侵入到电池中。
参照附图将更好地理解本发明的特征，在附图中
图1、2、和3是经图6的端盖组件的观测线1-1得到的纵向剖视图。
图1表示在电路连接模式中的热致动断流机构和压力致动断流机构。
图2表示在断路模式中的热致动断流机构。
图3表示在压力致动的断路模式中的压力致动断流机构。
图4是一种端盖组件的另一个实施例的纵向剖视图，该端盖组件带有并入在其中的压力致动断流机构和热致动断流机构，其中一个热敏件软化以松开一个弹性件而断开电路。
图5是图1实施例中所示的本发明的端盖组件的元件的分解立体图。
图6是端盖组件底部的立体图，表示耐压板和贯通其中的通气孔。
图7是立体图，表示插入在电池圆柱形壳体开口端中的本发明的端盖组件。
图8是立体图，表示带有插入在电池圆柱形壳体开口端中的本发明的端盖组件的完整电池，所述组件的端盖板形成电池的一个端子。
本发明的端盖组件10(图1)可以用于一次或二次(可充电)电池。在一个最佳实施例中，端盖组件10可插入在用于电池的一个典型圆柱形壳体90的开口端95中(图7)。电池包含一个正极(放电时的阴极)、一个负极(放电时的阳极)、隔离物与电解质及分别与正负极电气连通的正负外部端子。
现在参照附图的图1，一个打算插入在一个电池壳体的开口端的端盖组件10包括并入在其中的一个可热致动的断流器子组件38和一个压力释放子组件48。子组件38和48由一块公共支撑板60隔开。子组件38和48保持在一个盖30内，盖30限定端盖组件10的外壁。断路器组件38在其顶端由一块盘形端盖板20限定，而在其底端由一块焊接到支撑板60上的接触板15限定。盘形端盖板20形成电池的外部端子之一。支撑板60把热子组件38内的腔室68与压力释放子组件48内的腔室78隔开。接触板15电气连接到支撑板60上，而当端盖组件10用于一个电池时，支撑板60又电气连接到电池的一个电极88(阳极或阴极)上。提供一个热响应断路器机构(40、50)，以完成接触板15与端盖20之间的电路。如果电池内的温度超过一个预定阈值，则断路器机构致动而断开端盖20与接触板15之间的电气接触，由此防止电流流经电池。
压力释放子组件48包括一个连接到一块耐压板80上的薄金属隔膜70，耐压板80经焊接到板80上的导电接片87连接到一个电池电极88上。耐压板是导电的，并且具有足够的厚度，从而它至少在高达约600psi(4.14×106帕斯卡)的升高压力下基本上不变形。如果电池内的气体压力升高得超过一个预定阈值时，则隔膜70向外凸出，以断开与耐压板80的电气接触，由此防止电流流向电池或从中流出。耐压板80和支撑板60最好还分别带有孔眼73和63，其中孔眼73和63有助于排出气体和释放建立在电池内的压力。
在图1中所示的最佳实施例中，在可充电电池中，例如锂离子可充电电池中，可以使用端盖组件10。锂离子可充电电池的特征在于，锂离子在电池放电时从负极传递到正极，而在电池充电时从正极传递到负极。它一般可以具有一个锂钴氧化物(LixCoO2)或尖晶石晶体结构的锂锰氧化物(LixMn2O4)的正极、和一个碳负极。负极构成放电期间的电池阳极和充电期间的阴极，而正极构成放电期间的电池阴极和充电期间的阳极。用于这种电池的电解质可以包括溶解在无水溶剂混合物中的锂盐。盐可以是LiPF6，而溶剂可以有利地包括二甲基碳酸酯(DMC)、碳酸亚乙酯(EC)、丙烯碳酸酯(PC)和其混合物。而且本发明可用于其他的可充电电池，例如镍金属氢化物电池和镍镉电池。端盖组件10包括一个一般是可充电电池的正端子的端盖端子20、一块形成盖板20下方的支撑基板的金属支撑板60、和一个在端盖20与支撑板60之间的绝缘盘35。盖组件10还有利地装有在支撑板60下面的一个压力释放隔膜70，如图1中所示。隔膜70可以焊接到一块支撑耐压板80上。这可以通过把隔膜70的基板焊接到支撑耐压板80的一个升起部分82上有利地实现。隔膜70的材料应该是导电的，并且依据打算致动隔膜的压力，隔膜70的最小厚度应该在约0.1与0.5毫米之间。可以希望隔膜70是铝的。有利地把隔膜70压制花纹，从而它在预定压力下破裂。即，隔膜表面可以压制或蚀刻，从而表面的一部分具有比其余部分小的厚度。把在本发明中使用的一个最佳隔膜70压制花纹，以把半圆形或“C”形槽70a加在其表面中。槽的形状有利地相同于或类似于隔膜70周缘主要部分的形状，并且有利地定位在周缘附近。通气发生的具体压力可通过改变诸如槽的深度、位置或形状以及材料硬度之类的参数来控制。当压力过高时，隔膜将沿槽线破裂。端盖20和支撑板60在其之间限定一个其中安置一个热致动断流器子组件38的腔室68。绝缘盘35由一个周缘基底部分35a和从其延伸的向下倾斜臂部分35b形成。臂35b延伸进腔室68中。隔膜70设计成当聚积在电池内的气体达到一个预定阈值时破裂。支撑板60与隔膜70之间的区域形成一个当隔膜70破裂时聚积在电池内的气体可以排进的腔室78。
断流器组件38包括一个热响应双金属盘40、一个与一个弹性弹簧状件50电气接触的金属接触板15。如图1和5中所示，弹性件50可以由一个单柔性件形成，该单柔性件带有一个外部圆形周缘部分50a，一个盘保持架接片部分50c从周缘部分50a径向向内延伸，以便在电池的任何方位期间一般把双金属盘40自由地保持到位，而不限制其按扣作用运动。该件在外部部分50a的一点处能焊接到端盖板20上，使一个中心接触部分50b与板15接触。此外，接触部分50b能设计成具有减小的横截面积，从而它能起一种可分裂保险丝连接的作用，以免受功率波动状态的影响。定位双金属盘40，以便自由地啮合绝缘盘35的倾斜臂35b，诸臂起用于盘40的盘座的作用。双金属盘40最好还包括一个用来接受金属接触板15的一个升起接触部分的中心孔。接触板15最好焊接到支撑板60上，并且提供一个用于安置弹性件50的表面，如图1中所示。有一个在端盖20的周缘上方且沿隔膜70的底部周缘延伸的电绝缘垫圈25。垫圈25还邻接子组件38的外边缘，如图1中所示。可以有一个在垫圈25上边缘上方卷边且压紧隔膜70以密封端盖组件内部元件的金属环55。垫圈25用来把端盖20与卷边环55电气绝缘开，并且还形成支撑板60与卷边55之间的密封。端盖组件10的盖30可以由图5中最清楚表示的平头圆柱形件形成。在完整的电池组件中(图8)，盖30的外表面将与电池壳体90的内表面接触。支撑板60为安置组件38的元件提供一个基板，并且最好具有弓形以保持贴紧垫圈25内表面的主动径向压力。支撑板60可以在其内表面中带有孔眼63，以便当隔膜70破裂时把气体排到上部腔室68。流入上部腔室68的气体将经端盖20中的主通气孔67排到外部环境中。端盖组件盖30与电池壳体90接触，电池壳体90与相对端子，一般是锂离子可充电电池壳体中的负端子电气接触。因而，垫圈25提供端盖20与外壁30之间，即电池两个端子之间的电气绝缘，由此防止电池短路。可以有一个另外的绝缘环，即在外壁30的顶部与耐压板80之间的绝缘支座环42，如图1中所示，还保证在电池的正负端子之间没有短路。
隔膜70最好是铝组成的盘形，有利地具有在约3与10密耳之间的厚度。在这样的厚度下，当电池内的内部气体压力升到至少在约100psi与200psi(6.894×105与13.89×105帕斯卡)之间的阈值时，隔膜基板72与支撑板80之间的焊接断开，并且隔膜基板72凸起且同支撑板80分离(图3)。(例如如果电池以高于推荐的电压充电，或者如果电池短路或误用，则这种压力升高可能发生。)然而，如果需要，可以把隔膜基板72的厚度方便地调节成在其他压力值下凸起。隔膜基板72同支撑板80的分离断开隔膜70与板80之间的所有电气接触。这种分离还断开端盖20和与板80接触的电池电极88之间的电气通路，从而电流不再流向电池或从中流出，事实上使电池断路。即使在电流通路断开后，如果由于其他原因，例如在炉中加热，电池内的压力继续上升，则通气隔膜70最好还将在至少约250psi与400psi(17.2×105与27.6×105帕斯卡)之间的阈值压力下破裂以防电池爆炸。在这样的极端情况下，通气隔膜70的破裂允许气体从电池内部经耐压板80中的通气孔73(图1和6)排出，随后气体进入下部腔室78中(图1)。气体然后从下部腔室78经支撑板60中的通气孔63(图1)和如果需要的话在绝缘盘35中的通气孔(未表示)流到上部腔室68。聚集在上部腔室68中的气体将经端盖板20中的主通气孔67排出到外部环境中。
本发明的断流特征可以参照图1-3来描述。应该注意，在其中所示的具体实施例中，当端盖组件10用于电池时，电池电极之一经接片87与板80接触。在正常的电池工作期间，板80又与端盖板20电气连接。在锂离子电池中，与板80接触的电极88可以方便的是正极。该电极将与电池壳体90绝缘。负极(未表示)将连接到电池壳体90上。图1的实施例表示在通过致动热断流器双金属盘40或致动压力释放隔膜70而断开电流之前的端盖组件轮廓。在图1所示的具体实施例中，板80与隔膜70电气接触，而隔膜70与支撑板60电气接触。支撑板60与接触板15电气接触，接触板15与弹性件50电气接触，弹性件50又与端盖20电气接触。在图1所示的本发明的整体端盖结构中，与耐压板80接触的电极88与端盖20之间的电气接触可以以两种方式断开。如上所述，如果压力在电池内升高到一个预定阈值，则当隔膜基板72凸起而离开耐压板80时，断开隔膜70与耐压板80之间的接触。电路中的这种断开防止电流流向电池或从中流出。另外，如果电池过热，则热断路子组件38的双金属盘40致动，并在此同时从绝缘体35b向上推动，由此使弹性件50从接触板15脱开。这事实上切断电极接片87与端盖20之间的电气通路，因而防止电流流向电池或从中流出。本发明的优点在于，把这两个断路机构结合在单个端盖组件10内，端盖组件10可作为单个单元插入在电池壳体的开口端。
双金属盘40最好不要物理地固定到支撑绝缘盘35上，而是运动自由，即它以自由悬浮状态安置在盘35b上，如图1中所示。在这种结构中，不管电池是充电还是放电，电流在任何时候都不流经双金属盘40。这是因为盘40在不致动时不与接触板15电气接触。然而，如果电池过热超过一个预定阈值温度，则把双金属盘40进行适当的校准，以致于它急跳或变形(图2)，使它推动弹性件50离开接触板15，由此防止电流在电池端子之间流动。双金属盘40如此校准，从而它具有预定的碟形，当达到给定阈值温度时，允许盘致动。在上述绝缘盘臂35b上的双金属盘40的自由悬浮结构，在任何时候都不让电流从中流过，而不管电池是充电还是放电。这使金属盘40的校准较容易且更准确，因为没有由流经双金属盘40的电流引起的加热效应(I2R加热)。双金属盘40可以方便地由两层具有不同热膨胀系数的不同金属组成。双金属盘40的顶层(最靠近端盖20的层)可以由热膨胀大的金属组成，最好是镍铬铁合金，而支撑层或底层可以由热膨胀小的金属组成，最好是镍铁合金。在这个实施例中，盘40可以在温度升高到至少约60至75℃时致动，使盘40变形得足以推动弹性件50脱开与接触板15的接触。还有可能选择热膨胀大和小的金属层，从而除了在低于-20℃的温度下外，盘40不复位，这在大多数用途中，使该装置是一种单作用热静态装置。
用于上述元件的最佳材料描述如下端盖20最好由不锈钢或镀镍钢组成，厚度在约8至15密耳(0.2与0.375mm)之间，以提供适当的支撑、强度和抗腐蚀能力。端盖组件10的外壁30也最好由不锈钢或镀镍钢组成，具有在约8与15密耳(0.2与0.375mm)之间的厚度。耐压板80最好是铝的，具有在约10与20密耳(0.25与0.5mm)之间的厚度，在中心处可以减小到在与隔膜基板72焊接接触的点处的、在约2与5密耳(0.05与0.125mm)之间的厚度。绝缘支座环42可以由一种高温热塑性材料组成，如在商标VALOX下从通用电气塑料公司(General Electric Plastics Company)可得到的、考虑到强度和耐久性的高温聚酯。卷边环55最好由不锈钢或镀镍钢组成，考虑到强度和抗腐蚀能力具有在约8与15密耳(0.2与0.375mm)之间的厚度。隔膜70最好是铝的，具有在约3与10密耳(0.075与0.25mm)之间的厚度。在这样的厚度下，当内部气体压力超过在约100psi与250psi(6.89×105与17.2×105帕斯卡)之间的阈值压力时，隔膜将从其对耐压板80的焊缝断开。如果内部气体压力超过在约250psi与400psi(17.2×105与27.6×105帕斯卡)之间的阈值压力，则隔膜70将破裂，以提供建立的气体压力的另外释放。其上安置双金属盘40的绝缘盘35最好由高压缩强度、高热稳定性和低模压收缩率的材料组成。用于盘35的适当材料是液晶聚合物或类似材料，厚度约在10与30密耳(0.25与0.75mm)之间，在商标VECTRA下可从Celanese Co.得到。支撑板60最好由不锈钢或镀镍钢组成，以提供适当的强度和抗腐蚀能力，厚度在约10与30密耳(0.25与0.75mm)之间。弹性件50有利地由铍铜、镍铜合金、不锈钢或类似材料形成，具有良好的弹簧作用和优良的导电性。弹性件50当由铍铜或镍铜合金形成时的适当厚度在约3与8密耳(0.075与0.2mm)之间，以给出足够的强度和载流能力。这种材料可以在接触区域镀有或者镶有银或金，以在这个区域中提供较低的电阻。接触板15有利地由镀有诸如金或银之类的贵重金属的冷轧钢板形成，以降低接触电阻和提高可靠性。它也可以由镍铜包层合金、不锈钢、或镀镍钢形成。垫圈25一般由诸如尼龙或聚丙烯之类的聚合材料制成。绕端盖组件元件的密封应该是气密的，以便防止既有液体形式也有气体形式的电解质进入端盖腔室或离开电池。
在端盖组件10完成之后，可以插入到一个圆柱形电池壳体90的开口端95中，如图7中所示。电池壳体90在其开口端的周缘焊接到端盖组件10的盖30的外壁上，以在端盖组件10与电池壳体90之间提供气密紧密密封。卷边环55的周缘壁靠紧垫圈25和隔膜70的径向压力产生绕端盖组件10的内部元件的气密紧密密封。
带有集成在其中的压力释放机构和热致动断流机构的端盖结构的另一个实施例，表示为图4中的端盖组件110。除了不采用双金属盘致动弹簧状机构外，图4的实施例类似于相对图1-3在以上描述的实施例。代之以提供了一个热圆片175，以保持一个弹性弹簧状件150与接触板115电气接触。接触板115又与端盖板20电气接触。弹性件150可以包括一个在一端焊接到支撑板60上的细长金属臂150a。支撑板60与隔膜70电气接触。隔膜70又焊接到支撑耐压板80的升起部分82上。一个电极接片87与板80电气接触。弹性件150最好在其另一端部以盘形或凸形部分150b终结，凸形部分150b与接触板115接触。在支撑板60的周缘60a上方有一个电绝缘盘120，以防止支撑板60与接触板115之间的直接接触。因而，只要保持弹性件150贴着接触板115压紧，在支撑板60与端盖20之间就有电气接触。支撑板60又与铝隔膜70电气接触，隔膜70与板80接触，并且当把端盖组件110用于电池时，经接片87与一个电池电极88接触。(端盖组件110可以通过以与参照图1所示实施例在以上描述的相同方式，把它插入到一个圆柱形壳体90的开口端而用于电池。)因此，当弹性件150由热圆片175保持贴着接触板115压紧时，在一个电池电极88(经接片87)与端盖20之间就有电气接触，而允许正常的电池工作。如果电池过热超过一个预定阈值温度，则圆片175熔化，由此除去用于弹性件150的支撑。圆片175的熔化使弹性件150向下急跳，并断开与接触板115的电气接触。这事实上切断电极接片87与端盖20之间的电气通路，由此防止电流流向电池或从中流出。如果电池内的气体压力超过一个预定值，则隔膜70将破裂，由此切断板80与隔膜70之间的电气接触，并且还允许气体分别经支撑板60和端盖20中的通气孔63和67逃逸到外部环境中。
用于图4所示实施例中提及的端盖20、支撑板60、接触板115和铝隔膜70的最佳材料，可以与对具有图1-3中所示相同标号的相应元件所描述的相同。接触板115最好由不锈钢或镀有银或金的镀镍冷轧钢组成，以降低其接触电阻。图4中所示的绝缘盘120最好由具有优良电性能的高温热塑性材料制成。用于盘120的最佳材料可以是在商标KAPTON下从E.I.DuPont Co.得到的聚酰亚胺、或在商标VALOX下从General ElectricPlastics Co.得到的高温聚酯。弹性件150可以有利地由厚度在约5与10密耳(0.125与0.25mm)之间的铍铜合金形成，以便当与板115接触时提供良好的导电性，而当除去圆片175贴紧它的压力时提供可靠的弹簧作用。另外，弹性臂150可以镀有银或金，以提高其导电性。热圆片175有利地由一种聚合物形成，该聚合物具有较低熔点，例如在约65℃与100℃之间，但具有优良的抗压强度，以在正常的电池工作期间把弹性臂150保持到位。用于具有这样性能的热圆片175的适当材料是在商标POLYWAX下从Petrolyte Co。得到的聚乙烯蜡。这种聚乙烯蜡的热圆片175在约75℃与80℃之间的希望温度范围内熔化。
图1中端盖组件10的分解视图表示在图5中。端盖组件10可以通过按如下顺序装配图5中所示的元件而制成形成一个预装配组件，包括元件20、50、40、35、15、60、70、25、和55。这通过如下步骤方便地完成首先把塑料垫圈25插入在卷边环55中，然后把通气隔膜70插入在垫圈25中，及随后把支撑板60与焊接到其上的接触板15插入到通气隔膜70中。随后把绝缘盘35放在接触板15周围，并且放置双金属盘40以安置在绝缘盘35的向下倾斜臂35b上。双金属盘40没有粘结到绝缘盘35上，而是以自由悬浮状态安置在其上，使绝缘盘有助于起用于双金属盘的定位装置的作用。弹性弹簧状件50外端的上表面焊接到端盖20的周缘上。然后把端盖20与焊接到其上的弹性件50置于绝缘盘35上方，从而接触板15的升起中心部分接触弹性件50内部端，而弹性件50外端的底面接触绝缘盘35的周缘。因而，弹性件50的外端楔入在端盖20与绝缘盘35之间，弹性件50的另一端或内端与接触板15接触。然后，环55在垫圈25的上边缘上方机械地卷边，以保持垫圈25的上端紧密地贴着端盖20的周缘压紧。这种卷边通过沿环55的重心(纵)轴施加机械力来完成。然后在第二卷边步骤中，向卷边环55的壁径向施加机械压力，由此完成预装配组件的装配。径向卷边用来保持预装配组件的内部元件紧密和气密地密封在环55内。然后把预装配组件插入在金属盖30中，从而卷边环55的底面贴着盖30的底部内边缘安置。随后卷边环55的底面焊接到盖30的底部内表面上。然后把耐压板80扣压到绝缘支座环42的底部，并且把绝缘支座环42与连接到其上的耐压板80贴着盖30的外部底面放置，从而耐压板80的升起中心部分接触通气隔膜70。然后点焊耐压板80与隔膜70之间的这个接触点，由此完成端盖组件10的建造。端盖组件10可以用于电池，例如，通过把它插入到图7所示电池的圆柱形壳体90的开口端中，并且在壳体90的开口端95处，把盖30的外表面焊接到圆柱形壳体90的内表面上。这生成图8中所示的电池100，端盖组件10紧密地密封在圆柱形壳体90内，并且端盖板20形成电池的一个端子。
尽管根据一些最佳实施例已经描述了本发明，但本发明不限于具体的实施例，而是由权利要求书和其等效物限定。
权利要求
1．一种用于电化学电池的端盖组件，该电池带有正负端子和一对内部电极(阳极和阴极)，所述端盖组件包括一个壳体和一个露出的端盖板，所述板起一个电池端子的作用，所述端盖组件带有穿过其中的导电通路，当所述端盖组件用于电池时，允许端盖板电气连接到一个电池电极上，所述端盖组件进一步包括a)用来防止电流流经所述电气通路的热响应装置，其中所述热响应装置在所述端盖组件内的温度达到一个预定值时是可致动的，使所述电气通路断开。
2．根据权利要求1所述的端盖组件，进一步包括b)一个压力响应装置，该压力响应装置包括一个位于所述端盖组件端处相对着所述端盖板的可破裂件，所述可破裂件在其离所述端盖板最远侧上的气体压力达到一个在所述件中产生破裂的预定值时破裂，允许气体从中穿过。
3．根据权利要求1所述的端盖组件，其中所述电池带有一个圆柱形壳体，并且端盖组件通过把它插入到圆柱形壳体的开口端中和把端盖组件焊接到壳体上而用于电池。
4．根据权利要求1所述的端盖组件，其中所述热响应装置包括在所述端盖组件内的一个腔室，并且还包括一个双金属件和一个弹性导电件，弹性件形成所述电气通路的一部分，其中当所述组件内的电池温度达到预定值时，双金属件变形，由此推压所述弹性金属件，使所述电气通路断开。
5．根据权利要求4所述的端盖组件，其中双金属件自由地安置在所述端盖组件内一个电绝缘件的表面上。
6．根据权利要求5所述的端盖组件，其中所述弹性金属件的一部分夹在所述端盖板一部分与所述电绝缘件一部分之间，并且其中端盖组件包括一块形成所述电气通路部分的接触板，其中所述弹性件与所述接触板电气接触。
7．根据权利要求2所述的端盖组件，进一步包括一个跨过端盖组件内部宽度且在所述端盖板与所述可破裂件之间的隔离件，所述隔离件把所述热响应装置与所述压力响应装置隔开。
8．根据权利要求7所述的端盖组件，其中所述隔离件包括一块金属板，该金属板在其中至少带有一个孔，从而当所述可破裂件破裂时，气体通过所述孔并且进入所述端盖组件的所述腔室中。
9．根据权利要求8所述的端盖组件，其中所述端盖板带有至少一个贯穿其中的孔，从而当所述可破裂件破裂时，从所述腔室聚集的气体通过所述端盖孔并且通到外部环境中。
10．根据权利要求7所述的端盖组件，其中所述可破裂件包括一个可破裂的隔膜。
11．根据权利要求6所述的端盖组件，其中当所述双金属件达到一个预定温度时，它变形，使弹性导电件切断其与所述接触板的电气连接，由此断开所述电气通路。
12．根据权利要求10所述的端盖组件，进一步包括一个与端盖板的周缘和隔膜的周缘接触的电气绝缘垫圈，所述端盖组件进一步包括一个绕所述垫圈机械卷边的金属件(卷边件)，以保持所述隔膜板和所述端盖板在机械压力下。
13．根据权利要求12所述的端盖组件，进一步包括绕所述卷边件的一个金属盖。
14．根据权利要求13所述的端盖组件，其中端盖组件通过把它插入电池的一个圆柱形壳体的开口端、且把所述盖的外表面焊接到所述壳体的内表面上而用于电池，随后端盖组件紧密地密封在圆柱形壳体内，使包括电池一个端子的端盖板暴露于外部环境中。
15．根据权利要求1所述的端盖组件，其中热响应装置包括与所述端盖板电气接触的一个弹性导电件，并且一个可熔化材料块保持所述弹性导电件电气连接在所述端盖板与端盖组件的另一个导电部分之间，当端盖组件用于电池时，所述另一个导电部分适于电气连接到一个电池电极上，由此在电池工作期间提供所述端盖板与所述电极之间的电气连接，其中当电池温度达到一个预定值时，所述材料块熔化，由此使所述弹性件运动，断开所述端盖板与所述电池电极之间的电气连接，由此阻止电池工作。
16．一种通过把一个端盖组件插入到电池的一个端部开口的圆柱壳体中而形成的电化学类型的电池，其中，所述电池进一步带有正负端子和一对内部电极(阳极和阴极)，其中所述端盖组件带有一个壳体和一个露出的端盖板，所述端盖板起一个电池端子的作用，改进包括所述端盖板经所述端盖组件内的一个导电通路电气连接到所述电极之一上，其中所述端盖组件包括a)用来防止电流流经电池的热响应装置，其中所述热响应装置在电池内的温度达到一个预定值时是可致动的，使在所述端盖板与所述电极之间的所述电气通路断开，由此防止电流流经电池；及b)压力响应装置，当电池内的内部气体压力达到一个预定值时，允许气体从电池内部通入所述端盖组件的内部。
17．根据权利要求16所述的电化学电池，其中用来防止电流流经电池的所述热响应装置包括在所述端盖组件内的一个腔室，并且还包括一个双金属件和一个弹性导电件，弹性件与所述端盖板和一个电池电极电气接触，由此提供一个在其之间的电气通路，其中当电池温度达到一个预定值时，双金属件变形并推压所述弹性件，使所述弹性件切断端盖板与所述电池电极之间的所述电气通路，由此阻止电池工作。
18．根据权利要求17所述的电化学电池，其中双金属件自由地安置在所述端盖组件内一个电绝缘件的表面上。
19．根据权利要求18所述的电化学电池，其中所述弹性金属件的一部分夹在所述端盖板一部分与所述电绝缘件一部分之间。
20．根据权利要求16所述的电化学电池，其中所述压力响应装置包括一个位于所述端盖组件端部处相对着所述端盖板的可破裂隔膜，所述隔膜板在其离所述端盖板最远侧上的气体压力达到一个在所述隔膜中产生破裂的预定值时破裂，允许气体从中穿过。
21．根据权利要求20所述的电化学电池，进一步包括一个跨过端盖组件内部宽度且在所述端盖板与所述可破裂件之间的隔离件，所述隔离件把所述热响应装置与所述压力响应装置隔开。
22．根据权利要求20所述的电化学电池，其中所述端盖板带有至少一个贯穿其中的孔，从而进入所述上部腔室的气体可以经所述端盖孔通到外部环境中。
23．根据权利要求20所述的电化学电池，其中端盖组件在其中包括一块形成所述电气通路部分的接触板，其中所述弹性件与所述接触板电气接触。
24．根据权利要求20所述的电化学电池，其中当电池温度达到一个预定温度时，所述双金属件变形，使金属弹性件切断其与所述接触板的电气连接。
25．根据权利要求20所述的电化学电池，进一步包括一个与端盖板的周缘和隔膜板的周缘接触的电气绝缘垫圈，所述端盖组件进一步包括一个绕所述垫圈机械卷边的金属件(卷边件)，以保持所述隔膜板和所述端盖板在机械压力下。
26．根据权利要求25所述的电化学电池，进一步包括绕所述卷边件的一个金属盖。
27．根据权利要求26所述的电化学电池，其中端盖组件通过把它插入电池的一个圆柱形壳体的开口端、且把所述盖的外表面焊接到所述壳体的内表面上而用于电池，随后端盖组件紧密地密封在圆柱形壳体内，使包括电池一个端子的端盖板暴露于外部环境中。
28．根据权利要求16所述的电化学电池，其中热响应装置包括与所述端盖板电气接触的一个弹性导电件，并且一个可熔化材料块保持所述弹性件到位，以在所述端盖板与一个电池电极之间提供电气连接，其中当电池温度达到一个预定值时，所述材料块熔化，由此使所述弹性件运动，断开所述端盖板与所述电池电极之间的电气连接，由此阻止电池工作。
全文摘要
公开了一种用于电化学电池的断流机构。一个热致动断流机构(38)集成到用于一个电化学电池的端盖组件(10)中。热响应机构最好包括一个自由悬浮的双金属盘(40)或一个可熔化材料块(图4,175),以断开端盖组件内的电气通路。端盖组件还可以包括集成在其中的一个压力响应断流机构(48)。压力响应机构致动而切断端盖组件(10)内的一个电气通路以防止电流通过电池,并且包括一个当有极高的气体压力建立时破裂的隔膜(70)。
文档编号H01M2/12GK1217823SQ97194362
公开日1999年5月26日 申请日期1997年4月10日 优先权日1996年4月10日
发明者维特·H·伍, 卢西恩·P·方丹, 威廉·T·麦克休, 罗伯特·J·皮诺尔特, 简·A·布莱西 申请人:杜拉塞尔公司