[发明专利]具有脆性连接片断路机构的电池输出端组件

说明书

发明的背景

本发明涉及用于电化学能存贮装置的电池容器。更具体地，本发明涉及具有压力释放机构的电池输出端，当电池内部压力达到规定水平时，该压力释放机构通过切断电接触而将电池置于断路状态。

由于人们对袖珍电子设备的需求不断增加，所以对单位能量高的充电电池也有相应的需求。为了满足这种需求，开发出了各种类型的充电电池，包括经过改良的镍-镉含水电池、各种配方的含水镍金属氢化物电池、以及最近的无水锂金属电池和锂插入充电电池。

尽管其它电池也可受益，但本发明尤其感兴趣的是锂离子充电电池。因为锂离子电池存贮的能量大且某些电池零件具有潜在的危险性，所以存在着爆炸或电池电解液失控释放的危险。

许多锂离子电池在5psi-25psi的压力范围内工作。这个压力通常是在电池的形成回路和操作过程中产生的气体造成的。但是由于充电器损坏、电池的外部或内部短路、暴露于过热环境(例如：火)等等而造成的过充电可导致压力更高。这样，锂离子电池的外壳也应包括某些控制内压力过度升高的机构。简单地在电池内安装一个排放孔可以通过当内压力接近危险值时自动排放电池内容物来实现这个功能。但是，除非绝对需要避免爆炸，这些内容物，包括易燃的有机电解液溶液、有潜在危险性的电解液盐(例如：氟磷酸锂)和甚至可燃的锂碳颗粒不应从电池内释放掉。

因此，一些电池已经设计有安全机构，用以在必须排放前限制电池压力的进一步增加。一种有代表性的机构是由日本索尼公司制造的“18650电池”(示于图1A和1B)。一种类似的机构记述于授予Oishi等人的美国专利No.4,943,497中。如图1A和1B所示，电池输出端的顶部114包括一用于将电池与外部电路相联的接线端101。在此特别有关的是，接线端101包括一个排放孔110，仅当电池内部压力非常高时，它才能使电池液排放出去。接线端101支靠在正温度系数电阻(“PTC”)109上，PTC接下来再支靠在一带有凹痕106的乳头状柔性导电件104上。如图所示，整个组件(接线端、PTC和柔性导电件)借助一第一塑料插件103和金属外护套108以电接触形式夹持在一起。外护套108内的翻边使其呈“C”形，将第一塑料插件103紧靠接线端101和柔性导电件104夹持在位。

柔性导电件104的乳头部分通过焊点107固定到一厚度在1-2密耳范围内的金属箔111上。箔111随后再焊接在厚约20μm的铝盘105上。如图1B所示，盘105包括一个由箔111所覆盖的中心孔和三个连通电池内部的圆周孔113。进而，圆周孔113与第二塑料插件116的通道115是对正的，提供了自电池内部至压力腔102的液体通路。第二塑料插件115使铝盘105与金属外护套108电绝缘，而且它通过焊点107固定在铝盘105与第一塑料插件103之间。最后，一导电连接片112焊接在盘105的底部以提供自电池阴极至电池输出端组件的导电通路。

在正常操件过程中，电流自阴极通过连接片112到达盘105和箔111，且随后通过焊点107到达柔性件104、PTC109和接线端101的组合体，且最后输出到外部电路。第一塑料插件103和第二塑料插件116将电流限制在这个规定的导电通路内。

如果电流达到非正常的高水平，PTC109对所通过的大电流做出反应而阻抗增大，从而使电流减小。这要归因于PTC中所用的材料，它们一般为聚合物和碳的混合物。当通过PTC的电流密度增大到规定值时，聚合物的温度超过熔化转变点而变得电阻增大。如果电流密度回落到规定值以下，聚合物再度变成糊状，而PTC再次成为导体。一般而言，这种机构防止了由于无意间短路所造成的电池内部升温和危险的压力升高。但是，如果问题与电流过大无关或如果PTC失效或不足以控制该电流，则其它安全机构被激活。

首先，当电池内部有压力升高时，该压力传递到压力腔室102，在该处迫使柔性件104向上。当压力升高达到预先规定值时，箔111在焊点107处撕裂，从而断开至接线端的导电通路，且使电池处于断路状态。在此，电池与外部电源电绝缘，而且电池内也没有能导致压力升高继续的电化学反应发生，尽管这使该电池不能继续作为电源使用，但由其供电的电子电路有幸防止了由于电池液的失控排放所造成的任何危险后果。

在由于例如过高的电池外部温度而有进一步的过度压力升高的情况下，柔性导电件上的凹痕106将断裂，以使电池内容物(通常为电解液)通过排放孔110排放出去，以防止爆炸。