用於鋰離子電池的模塊式電流中斷裝置組件的製作方法

2023-10-09 08:56:14

專利名稱：用於鋰離子電池的模塊式電流中斷裝置組件的製作方法
技術領域：
本發明是有關於鋰離子電池，特別是關於用於鋰離子電池的模塊式電流中斷裝置 (current interrupt device ；CID)組件。
背景技術：
可攜式電子裝置中的鋰離子電池依據其使用的方式通常承受不同的充電、放電、 以及儲存程序。運用鋰離子電池芯化學作用的電池在過度充電超過其內建的安全極限時將產生氣體。此氣體可被用以觸發壓力啟動安全組件以增進電池的可靠度和安全性。其通常使用一電流中斷裝置(CID)，通過當電池內部壓力大於一特定數值時中斷電池的電流路徑， 以防護電池中任何過度的內部壓力增加。此CID基本上包含一破裂盤(rupture disc)和一壓力盤(pressure disc)彼此電性相連。該破裂盤和壓力盤又分別電性相連至電池的一電極及一接頭。當電池內部壓力大於一特定數值之時，CID的壓力盤與破裂盤分隔(例如， 因變形而分開或者彼此分離)，從而中斷該電極和該接頭之間的電流。然而，現有的CID—般而言在極高的壓力下才會啟動，例如，在其內部計示壓力 (gauge pressure)大於大約15公斤/平方公分(kg/cm2)之時。基本上，當觸發此CID的任何過度內部壓力的增加發生時，電池的內部溫度同時亦相當地高，而造成額外的安全問題。 高溫是極大型電池單體中的一個特別令人關心的課題，諸如大於"18650"電池單體(其具有一大約18mm的直徑和一 65mm的長度)的電池單體。此外，CID的生產通常是與電池其他部分的生產同時進行，且在適當壓力確保啟動的變異上要求極低的容忍度。在一些設計中，由於需要提供氣體壓力的導通管道，故往往限縮到可以用來自電池捲筒焊接凸片的表面區域。盤中的氣體壓力導通管道通常包含至少一穿孔，其在自電池捲筒焊接凸片至破裂盤期間不可以被阻塞。壓力盤的表面區域是影響其啟動或逆轉壓力的因素之一，材料厚度是另一個因素。在稜角形或者說非圓形電池單體中，單體上最短的一邊一般而言即表示可使用的壓力盤的最大尺寸。在任何特定的稜角形電池單體設計的外殼之內，通過運用瘦長形(橢圓形 (oblong)、卵形，等等)的壓力盤，其可能比同一材料厚度下的圓形壓力盤達到較低的啟動或逆轉壓力。因此，其有必要提出可以降低或最小化前述問題的電池用CID，特別是針對相當大型的鋰離子電池
發明內容
本發明基本上是針對一種模塊式電流中斷裝置、一種包含本發明的模塊式電流中斷裝置的電池、以及一種形成本發明的模塊式電流中斷裝置的方法。上述的模塊式電流中斷裝置包含一導電破裂盤和一導電壓力盤接附至該破裂盤以形成一電性通路。一電性絕緣環將該破裂盤的一周邊自該壓力盤的一周邊隔開。該電流中斷裝置的一安裝構件將上述的電性絕緣環固定至該壓力盤。破裂盤及該電性絕緣環中的至少其一界定一導通管道，通過該壓力盤的一側透過該導通管道暴露至足夠的壓力將致使該壓力盤與該破裂盤分離，從而切斷上述的電性通路。該安裝構件可以是導電性的且電性連接至該壓力盤。該破裂盤和該電性絕緣環可以共同界定該導通管道。該破裂盤可以包含多個夾持點(retention point)，該等夾持點與該電性絕緣環形成一幹涉匹配 (interference fit)。破裂盤的周邊可以是一多邊形。該多邊形可以界定出該等夾持點。 該多邊形可以具有10邊到20邊，例如14邊。在一些實施例之中，上述的導通管道可以部分地由該破裂盤的周邊所界定。破裂盤的周邊可以是斜面式的。在一些實施例之中，破裂盤的周邊可以包含一雙重斜面。至少一上述斜面的角度範圍可以是介於大約40度和大約陽度之間，諸如大約47度。在某些實施例之中，上述二斜面的角度可以均大約是47度。在一些實施例之中，該電性絕緣環可以在該環的周圍界定一凸緣，使得該凸緣交疊該破裂盤的周圍。在這些實施例中，該破裂盤可以在該破裂盤的周圍界定一溝槽，使得該絕緣環的凸緣在該溝槽處交疊該破裂盤，且該絕緣環的該凸緣的一表面可以是基本上與該破裂盤的一表面切齊。在一些實施例之中，該電性絕緣環可以界定至少一渠道，其配合該破裂盤共同界定至少一部分的導通管道。該渠道可以具有一主軸，該主軸基本上垂直於該電性絕緣環所界定出的一圓形的一切線。在一些實施例之中，上述的破裂盤、壓力盤、以及安裝構件可以是鋁(aluminum)。該電性絕緣環可以包含一聚合物(polymer)。在某些實施例之中，該破裂盤可以界定至少一導通管道。或者，該電性絕緣環界定至少一導通管道於該環的周圍，使得在該壓力盤的一截頭圓錐形(frustoconical)組件與該電流中斷裝置的一外部表面之間存在流體通連。該壓力盤可以進一步包含一架高表面和一周圍基座，該架高表面通過上述的截頭圓錐形組件連接至該周圍基座，且其中該破裂盤在該架高表面處電性連接至該壓力盤。該壓力盤可以在至少一點上電性連接至該破裂盤。 此點可以包含一焊接點。在一些實施例之中，上述的安裝構件可以電性導通的。在該等實施例之中，上述的壓力盤可以是電性連接至該安裝構件，且該安裝構件可以通過其周圍上的一捲曲皺摺將該電性絕緣環固定至該壓力盤。在一些實施例之中，上述的安裝構件可以界定一安裝構件導通管道。在其他實施例中，上述的破裂盤可以界定該導通管道。在另一實施例中，本發明是一電池，諸如一鋰離子式電池，其包含一模塊式電流中斷裝置，其中該電流中斷裝置包含一導電破裂盤和一導電壓力盤接附至該破裂盤以形成一電性通路。此電池同時亦包含一第一接頭，與該電池的一第一電極電性相通、一第二接頭， 與該電池的一第二電極電性相通、以及一電池室(battery can)，具有彼此電性相連的一電池芯匣和一外蓋，該電池室是電性絕緣於該第一接頭，其中至少一部分的該電池室至少是該第二接頭的一組件，或者是電性連接至該第二接頭。上述的電池芯匣可以是一稜角形電池芯匣。一電性絕緣環將該破裂盤的一周邊自該壓力盤的一周邊隔開。該電流中斷裝置的一安裝構件將上述的電性絕緣環固定至該壓力盤。破裂盤及該電性絕緣環中的至少其一界定一導通管道，通過該壓力盤的一側透過該導通管道暴露至足夠的壓力將致使該壓力盤與該破裂盤分離，從而切斷上述的電性通路。在一些實施例之中，該模塊式電流中斷裝置是位於該電池一外蓋的一凹入部分，該凹入部分在該外蓋中界定一開孔。該模塊式電流中斷裝置可以是該電池的一正接頭的一組件。在該等實施例之中，該電池的一正接頭的至少一導線可以與該模塊式電流中斷裝置的破裂盤電性相連。在一些實施例之中，該電流中斷裝置可以與該電池室電性相連。在該等實施例之中，該電流中斷裝置可以與該電池室外蓋電性相連，且該外蓋可以包含一面向該壓力盤的凹口。該凹口與一變形平截頭體(frustum variant)的第一末端的周圍可以是共邊界的(co-terminous)。在又另一實施例中，一種形成模塊式電流中斷裝置的方法包含組合該電流中斷裝置的一壓力盤及一安裝構件，以及組合一破裂盤及一電性絕緣環。組合後的壓力盤及安裝構件以及組合後的破裂盤及電性絕緣環接著被組裝，且破裂盤被以雷射或電阻點焊的方式焊接至該壓力盤以在其間形成一電性通路。此方法可以包含將破裂盤焊接於該壓力盤的一基本平面式外罩(essentially planar cap)的至少一點之上，最好是二點之上，同時該壓力盤的溫度被控制於不使其熔穿該壓力盤至該焊接的另一側。一電池的形成可以通過之後將模塊式電流中斷裝置放置於該電池一外蓋的一凹入部分之內，其中該凹入部分界定該外蓋的一開孔、將該電池的一第一電極或者一第二電極接附至該電流中斷裝置、將該電流中斷裝置接附至該電池的一電池室上，該電池室包含彼此電性相連的一電池芯匣和一外蓋、 以及形成一第一接頭電性相連至該第一電極，與一第二接頭電性相連至該第二電極。此方法可以進一步包含將該電流中斷裝置焊接至該電池室的外蓋上。電流中斷裝置焊接至該電池室的外蓋的執行可以通過在該外蓋和該電流中斷裝置之間縫焊(seam welding) 一周圍交界面，最好是通過在該壓力盤的基座處實施穿透焊接(penetration welding)。此方法可以進一步包含將該電池室的外蓋焊接至該電池室的電池芯匣上的步驟。當介於盤之間的計示壓力範圍是介於例如大約4kg/cm2和大約lOkg/cm2之間或者是介於大約4kg/cm2和大約 9kg/cm2之間時，可以中斷電性連接。在一些實施例之中，當介於外蓋和電池芯匣之間的計示壓力大於或等於大約20kg/cm2之時，連接外蓋和電池芯匣的焊接將破裂。此方法可以進一步包含形成至少一排氣裝置於電池芯匣上的步驟，其中當一內部計示壓力範圍是介於大約lOkg/cm2和大約20kg/cm2之間時，電池內的氣體將透過該排氣裝置洩出。在又另一實施例中，本發明是針對一種包含一壓力盤的CID，該壓力盤包含一具有一第一末端和一第二末端的變形平截頭體，其中該第一或第二末端中的至少其一的剖面是非圓形的。一基座自該變形平截頭體的第一末端的一周圍放射狀地延伸而出，且一基本平面式外罩封住該變形平截頭體的第二末端。該第一末端相對於該第二末端具有較為寬闊的尺寸。該第一末端和第二末端中至少其一的剖面可以是橢圓形的。該第一末端和第二末端二者的剖面可以均是非圓形的。在一些實施例之中，該第一末端和第二末端二者的剖面可以均是橢圓形的。上述的破裂盤最好是經由一焊接與上述的基本平面式外罩電性接觸。在介於盤間的一計示壓力範圍介於大約4kg/cm2和大約9kg/cm2之間，或最好是在介於大約 7kg/cm2和大約9kg/cm2之間時，連接壓力盤和破裂盤的焊接將破裂。該破裂盤可以界定一低凹處，而該焊接可以是位於該低凹處。該焊接可以是至少一點的焊接，最好是二點的焊接，該等點焊的至少其一包含鋁。該破裂盤可以界定至少一開孔。該壓力盤和該破裂盤中的至少其一可以包含鋁。在一些實施例之中，該壓力盤和該破裂盤二者均可以包含鋁。在某些實施例之中，該外罩的厚度範圍可以是介於大約0. 05毫米和大約0. 5毫米之間，例如大約0.127毫米。該外罩的直徑範圍可以是介於大約2毫米和大約8毫米之間。該外罩距離該基座的高度的範圍可以是介於大約0. 5毫米和大約1毫米之間，例如大約0. 762毫米。該變形平截頭體與平行於該壓力盤的基座的一平面之間可以具有一角度，其範圍介於大約15 度和大約25度之間。在一些實施例之中，一電性絕緣環可以延伸於該變形平截頭體的周圍且介於該壓力盤的基座和該破裂盤之間。在該等實施例之中，壓力盤的基座可以包含至少一凸片且該電性絕緣環可以界定至少一開孔，當該絕緣環和該基座是同中心(concentric) 時該凸片和該開孔能夠彼此對齊，其中該凸片可以被延展式地調整以將該絕緣環固定至該壓力盤。該電性絕緣環可以在該絕緣環的一周圍附近界定一溝槽。此等實施例可以進一步包含一具有多個凸片的金屬環，該金屬環可以位於該溝槽內側且該多個凸片可以被延展式地調整而固定於該壓力盤所在的一金屬表面，從而將該絕緣環固定於該壓力盤之上。該破裂盤接近與該壓力盤焊接處的厚度可以小於該壓力盤接近該焊接處的厚度，較佳的情況是等於或者小於該壓力盤接近該焊接處的厚度的一半。本發明具有許多優點。舉例而言，上述的模塊式電流中斷裝置可以與鋰離子電池分開生產，從而大幅降低電池的生產成本並增加該模塊模塊式CID可套用的應用種類。此外，該模塊式CID包含一相較於典型的傳統電流中斷裝置顯著增加的表面區域用以在電池單體捲筒上焊接一凸片，因此其顯著地增加電池生產期間的良率。再者，在某些實施例之中，由於壓力盤及電性絕緣環二者界定出一導通管道，故壓力盤不需要包含允許氣體通過的穿孔，從而排除在電池單體捲筒上焊接凸片期間產生穿孔阻塞的可能性。並且，本發明的模塊式電流中斷裝置可以在至少一種定位方式上是各方位通用的，諸如通過具有一圓形的形狀，從而排除在組裝期間對該電流中斷裝置定位的需要。其從而顯著地縮減生產期間出錯以及其後於質量檢查期間被退回的可能性。在一實施例中，該破裂盤上的一斜邊界定一渠道並提供一機制以將該破裂盤機械式地固定至電流中斷裝置的一電性絕緣環，從而排除破裂盤界定穿孔以傳送氣體壓力至壓力盤的需要。一瘦長、非圓形壓力盤的優點之一在於，在任何特定稜角形電池單體設計的外殼內，其可能通過使用一相較於同一材質厚度圓形壓力盤呈瘦長形的壓力盤(橢圓形、卵形， 等等)而達成較低的啟動或逆轉壓力。


圖1是本發明模塊式電流中斷裝置的一實施例的剖面視圖；圖2A和2B分別是圖1的模塊式電流中斷裝置中的一導電破裂盤組件的平面和剖面視圖；圖3A和;3B分別是圖1的模塊式電流中斷裝置中的一導電壓力盤組件的平面和剖面視圖；圖4A、4B和4C分別是圖1的模塊式電流中斷裝置中的一電性絕緣環組件的一實施例的立體、剖面和平面視圖；圖5是圖1的模塊式電流中斷裝置沿V-V線所取的一部分剖面視圖；圖6A和6B分別是圖1的模塊式電流中斷裝置中的一安裝構件組件的平面和剖面視圖；圖7A至7D顯示本發明製造本發明一實施例的模塊式電流中斷裝置的方法中的步驟；圖8A、8B和8C分別是一稜角形電池單體的一外蓋的外部、剖面、和內部視圖，其顯示接附至該外蓋的一本發明的模塊式電流中斷裝置；圖9是本發明的一稜角形電池單體的剖面圖，其亦以剖面視圖顯示本發明的模塊式電流中斷裝置被裝設於外蓋中的適當處；圖10是本發明一瘦長形，或者說橢圓形，壓力盤的平面視圖，其具有一變形平截頭體式的形狀，顯示於一具有非變形的平截頭體形狀的圓形壓力盤的旁邊；圖11是本發明的CID的一實施例的剖面視圖；圖12顯示圖11的CID中一壓力盤的一實施例。
具體實施例方式經由本發明示範性實施例的具體說明，前述的特點將得以彰顯，該等說明是配合所附的圖式進行，其中相同的參照字符在不同圖式中表示相同的部件。圖式未必成比例，基於例示本發明實施例的需要，可能強調特定的部位。本發明基本上針對一種用於諸如鋰離子電池(特別是稜角形鋰離子電池)等電池的模塊式電流中斷裝置。在另一實施例中，本發明是一種包含該模塊式電流中斷裝置的電池。在又另一實施例中，本發明是一種製造模塊式電流中斷裝置的方法。說明當中所使用的本發明電池的"接頭"意指電池連接外部電路的部分或者表面。此外，說明當中使用的"電性連接"或"電性相通"或"電性接觸"意指某些部分通過電子流過導體而彼此相連通，相對於牽涉到諸如Li+的離子流過電解液的電化學相連。圖1是一實施例的模塊式電流中斷裝置10的剖面視圖，其包含導電破裂盤12、導電壓力盤14、電性絕緣環16、和安裝構件18。如圖2A及2B所示，導電破裂盤12包含中央凹入部分11、13，其各自獨立具有的深度範圍介於大約0. 16mm和大約0. ^mm之間，而具有的寬度範圍介於大約2. 95mm和大約 3. 05mm之間。或者，如圖11所示，導電破裂盤240可以包含一單一中央凹入部分觀0。導電破裂盤12，如圖2A所示，是一多邊形。雖然圖2A中顯示其具有十四個邊，但導電破裂盤 12具有的側邊48的個數基本上可以介於大約10到20個之間。導電破裂盤12的側邊48 兩兩相交並從而界定出夾持點50。選擇性地，或者替代性地，破裂盤12包含排氣穿孔，其未顯示於圖中。破裂盤12的斜邊20、22與破裂盤12的一主平面呈一角度，該角度的範圍基本上介於大約40度和55度之間。在較佳的實施方式中，斜邊20、22的角度範圍是介於大約 45°和大約49°之間，最佳的實施方式是大約47°。基本上，破裂盤12具有一主要直徑D， 其範圍介於大約6mm和大約16mm之間，以及一厚度T，其範圍介於大約0. 3mm和大約0. 7mm 之間。在較佳實施例中，破裂盤12具有一大約Ilmm的直徑以及一大約0. 5mm的厚度。破裂盤12在凹入部分11、13的厚度的範圍通常是介於大約0. 065mm和較佳的大約0. 085mm 之間。破裂盤12是由一適當的材料製造而成。適當材料的實例包含鋁、鎳(nickel)和銅 (copper)。適當材料的實例包含鋁3003系列，諸如鋁3003H-0或者H-14系列，最好是H-14 系列。回到圖1，導電壓力盤14於焊接點24 J6處接附至導電破裂盤12。選擇性地，導電壓力盤14可以是以無任何焊接點、單一焊接點、或者三或更多焊接點的方式連接至導電破裂盤12。一般而言，該等焊接點是點焊的方式。在較佳實施例中，該等點焊彼此分隔。在一特別的較佳實施例中，該等點焊包含鋁。雖然其他結構的導電壓力盤可以運用於本發明的模塊式電流中斷裝置之中，但如圖3A和:3B所示，導電壓力盤14較佳的實施方式是包含平截頭體(frustumUS。平截頭體或者截頭圓錐形組件觀具有第一末端30和第二末端32。第一末端30相較於第二末端32 具有較為寬闊的直徑。導電壓力盤14同時亦包含基座34放射狀地延伸自平截頭體觀的第一末端30的周圍。外罩36封住平截頭體觀的第二末端32。在本說明書之中，"平截頭體"一詞表示其頂部被切除的實心正圓錐(意即，以一直角三角形的一股為中心旋轉該直角三角形所產生的實心體)的基座牆面部分(不包括底部和頂端)。在一實施例中，外罩36是基本平面式的。在另一實施例中，未顯示於圖中，平截頭體觀可以是一變形平截頭體，諸如第一末端30或者第二末端32的一剖面是各自獨立的非圓形。在一實施例中，第一末端30和第二末端32的剖面均是橢圓形，如圖10中的壓力盤120所示。在本說明書之中，「基本平面式或者外罩"一詞表示一相當類似一平面的表面， 其可以與另一平坦表面任意接觸於一或多個點，且可以適當的方式，諸如點焊，將該表面熔接於該一或多個點之上。回到圖3A和:3B，在一些實施例之中，雖然顯示於圖1的壓力盤14 的製造或者模塊式電流中斷裝置10的組裝導致變形(例如，由於將導電破裂盤12焊接至導電壓力盤14)，但外罩36仍然被視為是基本平面式的。一塑形針具在同一時間形塑出壓力盤14上的外罩36以及破裂盤12上的模鑄造型11。接著，壓力盤14被接附至破裂盤12以形成一電性傳導通道。在較佳實施例中，壓力盤14和破裂盤12是被點焊在一起，而焊接點位置的數目範圍介於1和大約6之間，諸如 2個焊接點。在較佳實施例中，其使用雷射焊接。在較佳實施例中，其將雷射焊接設備設置成以多重重複式雷射脈衝連續快速地撞擊每一焊接點。其調整每一重複雷射脈衝的能量使得單一焊接點上的所有重複雷射脈衝的總能量足以局部地熔化壓力盤14和破裂盤12中的鋁，從而將其金屬性地黏結於焊接點處。使用多重重複雷射脈衝的優點在於施加至每一焊接點的總雷射能量的變異被顯著地降低，從而在焊點焊接強度上相對於使用具有較高能量的單一雷射脈衝達成較小的變異。在較佳實施例中，外罩36及/或基座34各自獨立地具有一材料厚度(表示為圖 3B中的參照字符"d")，其範圍介於大約0.05mm和大約0.5mm之間，諸如介於大約0.05mm 和大約0. 3mm之間、介於大約0. 05mm和大約0. 2mm之間、介於大約0. 05mm和大約0. 15mm 之間(例如，大約0. 127mm)或者大約5毫英寸(milli-inch)。在較佳實施例中，外罩36的直徑(表示為圖3A和中的參照字符〃 b〃)範圍是介於大約2mm和大約IOmm之間，最好是介於大約5mm和大約IOmm之間，更佳者是介於大約5mm和大約8mm之間(例如，介於大約0. 20英寸和0. 25英寸之間)，諸如大約5. 5mm (或者大約0.215英寸)。在較佳實施例中，外罩36的表面是自周邊基座34架高。外罩36距基座34的高度(表示為圖3B中的參照字符"c")範圍是介於大約0. 5毫米和大約1毫米之間，更佳者在介於大約0. 55毫米和大約0. 65毫米之間，諸如大約0. 596毫米(或者大約0. 024英寸)。在較佳實施例中，平截頭體觀相對於一平行於基座34的平面具有一角度，其範圍介於大約15度和大約25度之間，諸如介於大約18度和大約23度之間，或者介於大約19 度和大約21度之間。更佳者，平截頭體觀相對於一平行於基座34的平面具有一大約21 度的角度。在較佳實施例中，平截頭體觀的第一末端30對第二末端32的直徑比(意即， 圖;3B中〃 b〃對〃 a〃之比)範圍介於大約1 1.20和大約1 1.35之間，諸如介於大約1 1. 23和大約1 1.沘之間。回到圖1，導電破裂盤12和導電壓力盤14分離之時是當一施加至導電壓力盤14 接觸導電破裂盤12的一表面的內部計示壓力的範圍介於大約4kg/cm2和大約lOkg/cm2之間時，諸如介於大約4kg/cm2和大約^g/cm2之間、介於大約^g/cm2和大約^g/cm2之間或者介於大約Ag/cm2和大約9kg/cm2之間。導電壓力盤14自導電破裂盤12的分離啟動模塊式電流中斷裝置10。在本說明書之中，模塊式電流中斷裝置10的"啟動"意謂導電破裂盤12和導電壓力盤14間的電流流動被中斷。在較佳實施例中，當導電壓力盤14自導電破裂盤12分離時，導電壓力盤14仍得以保持其整體性，意即導電壓力盤14並未破裂或者允許氣體自壓力盤14的一側流到壓力盤14的另一側。通常而言，壓力盤14自導電破裂盤 12的分離是造成將壓力盤14電性連接至破裂盤12的任一個點焊處破裂。壓力盤14可以由適當的金屬構成，諸如鋁、銅和鎳。適當材料的一實例是鋁3003 系列，諸如鋁3003H-0或者H-14系列。在較佳實施例中，壓力盤14包含鋁，更佳者，基本上由鋁構成。電性絕緣環16自壓力盤14的一周邊隔開破裂盤12的一周邊。參見圖4A、4B和4C， 電性絕緣環16包含基座38和環緣40。基本上，環緣40與基座38的周圍相距一距離"b"， 其範圍介於大約0.40mm和大約0.55mm之間。環緣40基本上具有一高度〃 h〃，其範圍介於大約0.80mm和大約0.90mm之間。凸緣44延伸自環緣40並交疊導電破裂盤12。在一實施例中，凸緣44接觸破裂盤12以在基座38和破裂盤12之間形成一幹涉匹配。如圖4A 所示，電性絕緣環16在基座38界定出渠道46。在一實施例中，其如圖4C所示，至少一渠道46具有一主軸，該主軸基本上垂直於環16所界定出的圓形上的一切線。電性絕緣環16 的適當材質實例包含聚丙烯(polypropylene)，諸如高密度聚丙烯、以及過氟烷氧基共聚物 (perfluoroalkoxy copolymer)合成樹月旨。由圖5可以看出，破裂盤12上的點50基本上與電性絕緣環16的環緣40是呈幹涉匹配的關係。導電破裂盤12的側邊48與電性絕緣環16的環緣40界定出導通管道42， 其提供從破裂盤12的一側到破裂盤12另一側的氣體壓力流體相通。環16的渠道46同時亦提供介於破裂盤12主表面之間的流體相通。安裝構件，或者安裝杯狀體，18覆蓋於壓力盤14之上。安裝構件18，其亦顯示於圖6A和6B之中，包含基座52，以及凸高部分M，其界定穿孔56。位於安裝構件18周邊的皺褶58將壓力盤14固定至電性絕緣環16。選擇性地，安裝構件18可以通過安裝構件18 接觸導電壓力盤14的焊接(未顯示於圖中)固定至壓力盤14。在較佳實施例中，開孔56 的直徑範圍是介於大約2mm和大約4mm之間。安裝構件18是由一適當的材料所製造，諸如鋁、鎳和銅。在較佳實施例中，安裝構件18是由金屬製成且電性連接至壓力盤14。在較佳實施例中，安裝構件18包含鋁，更佳者，基本上由鋁構成。或者，在壓力盤14是連接至一電池的電性接頭，諸如電池室的情況，安裝構件18 可以由一電性絕緣材料製成，諸如聚丙烯。顯示於圖6A中是安裝構件18的一平面視圖，其顯示安裝構件18在結構上是圓形，在一實施例中，凸高部分M其本上緊沿壓力盤14的基座；34。用以形成安裝構件18的材料，其厚度通常位於大約0. 3mm和大約0. 5mm間的範圍內。本發明的一種製造模塊式電流中斷裝置的方法包含組合導電壓力盤14與安裝構件18，以及組合導電破裂盤12與電性絕緣環16。組合後的導電壓力盤14和安裝構件18以及組合後的導電破裂盤12和電性絕緣環16接著通過機械式方式彼此固定，或者使用其他機制通過一適當的方法連結導電破裂盤12和導電壓力盤14，諸如通過雷射或者電阻點焊。 安裝構件18的邊緣可以環繞壓力盤14和絕緣環16的邊緣捲曲。在另一實施例中，顯示於圖7A至7D，壓力盤14和安裝構件18被組合，如圖7A所示，而後通過一諸如捲曲的適當方法形成單一皺摺，如圖7B所示。選擇性地，其可以將一諸如耐電解質密封材料(例如，柏油式密封材料)，如相關領域所知的適當內襯填充物質，置於壓力盤14和安裝構件18的連結表面之間。如圖7C所示，其接著形成一雙重皺摺，做為一密封機制。絕緣環16接著被放置於壓力盤14處，且壓力盤14和安裝構件18接著被再次捲曲以夾緊絕緣環16。如圖7D所示，破裂盤12接著被放入定位，如圖1所示，並被點焊至壓力盤14，如前所述。在較佳實施例中，導電壓力盤14和導電破裂盤12是由大致上相同的金屬製成。在本說明書之中，「大致上相同的金屬"一詞意謂在一特定電壓下，例如電池的運作電壓，具有大致相同化學和電化學穩定性的金屬。在一特定實施例之中，導電破裂盤12和導電壓力盤14 二者中的至少其一包含鋁，諸如鋁3003系列。在另一特定實施例之中，導電壓力盤14 包含的鋁較導電破裂盤12包含者較為柔軟。在較佳實施例中，導電壓力盤14和導電破裂盤12 二者均包含鋁。更佳者，破裂盤12是由鋁3003H-14系列所構成，而壓力盤14是由鋁 3003H-0系列所構成。壓力盤12和破裂盤14可以通過相關領域中現有的任何適當方法製成，諸如，舉例而言，壓印(stamping)、鑄造(coining)、及/或銑削(milling)技術。圖8A、8B和8C分別顯示一包含本發明模塊式電流中斷裝置的電池的外蓋組件的外部平面、剖面以及內部平面視圖。由圖8A、8B和8C可以看出，電流中斷裝置10被裝設於一電池的外蓋60所界定的穿孔62內。模塊式電流中斷裝置10大部分位於電池內部，而安裝構件18的凸高部分M位於外蓋60的穿孔62內。安裝構件18是通過一適當的方法固定至外蓋60，諸如通過幹涉匹配、焊接、捲曲接合(crimping)、鉚接(riveting)、等等。在較佳實施例中，安裝構件18和外蓋60彼此焊接在一起。其可以使用相關領域中現有的任何適當焊接技術。在較佳實施例中，安裝構件18和外蓋60彼此密封式地連結。在較佳實施例中，其使用一雷射焊接技術於發明中。更佳的實施方式中，其運用一周圍雷射焊接技術以密封式地連結安裝構件18和外蓋60，舉例而言，通過在二部件間的周圍交界面處使用縫焊，或者是通過在安裝構件18的基座62處使用穿透焊接。在較佳實施例中，該焊接是實施於環繞基座52中間或者基座52邊緣的周圍上。在較佳實施例中，焊接製程期間，例如雷射焊接製程，其控制安裝構件18的溫度使其不超過焊接處另一側的安裝構件18表面的熔點。 此一溫度控制可以利用現有技術中任何適當的冷卻方法為之。在較佳實施例中，外蓋60是由與安裝構件18大致相同的材料所製成，諸如鋁3003H-0或者H-14系列。由圖8A的電池外蓋60的外部平面視圖可以看出，安裝構件18的凸高部分M是可看見的且其結構基本上是圓形。通常，安裝構件18以及外蓋60的其餘部分和外蓋60所電性連接的電池室是做為一正接頭，而饋穿組件64如圖8A至8C所示是做為一負接頭，並通過組件66電性絕緣於外蓋60的其餘部分、模塊式電流中斷裝置10、以及外蓋60所電性連接的電池室。圖9顯示包含外蓋60的本發明的電池70的剖面視圖，模塊式電流中斷裝置10安裝於其中。凸片72使一電極，最好是正電極，連接至破裂盤12。其可以通過一適當的方法將凸片72連結至破裂盤12，諸如雷射或者電阻點焊。凸片74將其他電極連接至饋穿組件 64，其亦是通過一適當的方法，諸如雷射或者電阻點焊。選擇性地，模塊式電流中斷裝置10的導電組件可以由鋁之外的材料構成，諸如鍍鎳的鐵，特別是當電流中斷裝置10是電性連接至電池的陽極而非陰極之時。在另一實施例中，相較於裝配於相同尺寸(非圓形)外殼中的圓形壓力盤而言，一非圓形的壓力盤提供一較大的表面區域。相較於裝配於相同長方形外殼基座中的圓形壓力盤而言，較大的可用區域可有較低的啟動壓力。當電池單體的設計由圓形變成稜角形時，壓力盤可用的空間減少。特別是對於外觀尺寸纖薄的稜角形電池單體而言，圓形壓力盤的最大尺寸極小，使得壓力產生的力道不足以在較佳的壓力範圍內啟動其壓力機制。使壓力盤材料變得極薄可以將逆轉壓力帶回較佳範圍。但使用極薄的材料使得壓力盤的結構整體性變得脆弱而增加破穿和裂縫的風險。本發明的瘦長形，或者說橢圓形，盤120顯示於圖10，其顯示與一其平截頭體的第一和第二末端二者均具有圓形剖面的壓力盤80相對照。下列的表1顯示對本發明的瘦長形壓力盤的測試結果。相較於可容納於一特定稜角形電池單體內的圓形壓力盤而言，此盤的瘦長形，或者說橢圓形的形狀增加了壓力力道可作用的區域，因此增進了壓力盤的敏感度並得以配合一外觀尺寸纖薄的稜角形電池單體運作。表1 瘦長形壓力盤原型樣本逆轉壓力監測報告
權利要求
1.一種模塊式電流中斷裝置，其特徵在於，包含a)一壓力盤，包含i) 一變形平截頭體，具有一第一和一第二末端，該第一末端具有一比該第二末端較為寬闊的直徑，該第一末端和該第二末端中至少其一為一平截頭體的變形，其變異在於該末端的一剖面並非圓形， ) 一基座，放射狀地延伸自該變形平截頭體的該第一末端的一周圍，以及iii) 一基本平面式外罩，封住該變形平截頭體的該第二末端；以及b)一破裂盤，與該壓力盤的該基本平面式外罩電性接觸。
2.如權利要求1所述的模塊式電流中斷裝置，其特徵在於，該第一末端和該第二末端中至少其一的該剖面是橢圓形。
3.如權利要求1所述的模塊式電流中斷裝置，其特徵在於，該第一和第二末端二者的剖面均是非圓形。
4.如權利要求1所述的模塊式電流中斷裝置，其特徵在於，該第一和第二末端二者的剖面均是橢圓形。
5.如權利要求1所述的模塊式電流中斷裝置，其特徵在於，該破裂盤經由一焊接與該壓力盤的該基本平面式外罩電性接觸。
6.如權利要求5所述的模塊式電流中斷裝置，其特徵在於，當介於該二盤間的一計示壓力範圍是介於大約4kg/cm2和大約9kg/cm2之間時，連接該壓力盤和該破裂盤的該焊接將破裂。
7.如權利要求5所述的模塊式電流中斷裝置，其特徵在於，當介於該二盤間的一計示壓力範圍是介於大約Ag/cm2和大約9kg/cm2之間時，該焊接將破裂。
8.如權利要求5所述的模塊式電流中斷裝置，其特徵在於，該破裂盤界定一低凹處，且其中該焊接是位於該低凹處。
9.如權利要求8所述的模塊式電流中斷裝置，其特徵在於，該焊接是至少一點的點焊。
10.如權利要求9所述的模塊式電流中斷裝置，其特徵在於，至少一該點焊包含鋁。
11.如權利要求9所述的模塊式電流中斷裝置，其特徵在於，該焊接是二點的點焊。
12.如權利要求1所述的模塊式電流中斷裝置，其特徵在於，該破裂盤界定至少一開孔。
13.如權利要求5所述的模塊式電流中斷裝置，其特徵在於，該壓力盤和該破裂盤中至少其一包含鋁。
14.如權利要求13所述的模塊式電流中斷裝置，其特徵在於，該壓力盤和該破裂盤二者均包含鋁。
15.如權利要求14所述的模塊式電流中斷裝置，其特徵在於，該外罩的厚度範圍是介於大約0. 05毫米和大約0. 5毫米之間。
16.如權利要求15所述的模塊式電流中斷裝置，其特徵在於，該外罩的厚度是大約 0. 127毫米。
17.如權利要求15所述的模塊式電流中斷裝置，其特徵在於，該外罩的直徑範圍是介於大約2毫米和大約8毫米之間。
18.如權利要求17所述的模塊式電流中斷裝置，其特徵在於，該外罩距離該基座的一高度是介於大約0. 5毫米和大約1毫米的範圍間。
19.如權利要求18所述的模塊式電流中斷裝置，其特徵在於，該外罩距離該基座的該高度是大約0. 762毫米。
20.如權利要求18所述的模塊式電流中斷裝置，其特徵在於，該變形平截頭體與平行於該壓力盤的該基座的一平面之間具有一角度，該角度的範圍介於大約15度和大約25度之間。
21.如權利要求1所述的模塊式電流中斷裝置，其特徵在於，更包含一電性絕緣環，延伸於該變形平截頭體的周圍且介於該壓力盤的該基座和該破裂盤之間。
22.如權利要求21所述的模塊式電流中斷裝置，其特徵在於，該壓力盤的該基座包含至少一凸片且其中該電性絕緣環界定至少一開孔，該凸片和該開孔當該絕緣環和該基座是同中心時能夠彼此對齊，且其中該凸片可以被延展式地調整以將該絕緣環固定至該壓力器。
23.如權利要求22所述的模塊式電流中斷裝置，其特徵在於，該電性絕緣環在環繞該絕緣環的一周圍界定一溝槽，且更包含一具有多個凸片的金屬環，該金屬環可以位於該溝槽內側且該多個凸片可以被延展式地調整而固定至該壓力盤所在的一金屬表面上，從而將該絕緣環固定於該壓力盤之上。
24.如權利要求21所述的模塊式電流中斷裝置，其特徵在於，該破裂盤接近與該壓力盤的焊接處的厚度小於該壓力盤接近該焊接處的厚度，較佳的情況是等於或者小於該壓力盤接近該焊接處的厚度的一半。
25.一種電池，其特徵在於，包含a)一第一接頭，與該電池的一第一電極電性相通；b)一第二接頭，與該電池的一第二電極電性相通；c)一電池室，具有彼此電性相通的一電池芯匣和一外蓋，該電池室是電性絕緣於該第一接頭，其中至少一部分的該電池室至少是該第二接頭的一組件，或者是電性連接至該第二接頭；以及d)至少一電流中斷裝置，與該第一或第二電極電性相通，該電流中斷裝置包含i) 一壓力盤，包含一變形平截頭體，該變形平截頭體具有一第一末端和一第二末端，該第二末端具有一較該第一末端小的直徑，該第一和第二末端中至少其一的一剖面是非圓形的、以及一基本平面式外罩，其封住該變形平截頭體的該第二末端，其中該基座是位於該電池室的近側，而該基本平面式外罩是位於該電池室的遠側；以及 ) 一破裂盤，與該壓力盤以及該第一或者第二電極電性相通。
26.如權利要求25所述的電池，其特徵在於，該第一和第二末端中至少其一的該剖面是橢圓形。
27.如權利要求25所述的電池，其特徵在於，該第一和第二末端二者的剖面均是非圓形的。
28.如權利要求25所述的電池，其特徵在於，該第一和第二末端二者的剖面均是橢圓形。
29.如權利要求25所述的電池，其特徵在於，該壓力盤和該破裂盤通過至少一焊接連結在一起，且其中該破裂盤界定至少一開孔。
30.如權利要求四所述的電池，其特徵在於，該電池芯匣是一稜角形電池芯匣。
31.如權利要求30所述的電池，其特徵在於，該破裂盤界定一低凹處，且其中該焊接是位於該低凹處。
32.如權利要求31所述的電池，其特徵在於，該焊接是至少一點的點焊。
33.如權利要求32所述的電池，其特徵在於，至少一該點焊包含鋁。
34.如權利要求32所述的電池，其特徵在於，該焊接是二點的點焊。
35.如權利要求25所述的電池，其特徵在於，該壓力盤和該破裂盤中至少其一包含鋁。
36.如權利要求35所述的電池，其特徵在於，該壓力盤和該破裂盤二者均包含鋁。
37.如權利要求36所述的電池，其特徵在於，該外罩的厚度範圍是介於大約0.05毫米和大約0.5毫米之間。
38.如權利要求37所述的電池，其特徵在於，該外罩的直徑範圍是介於大約2毫米和大約8毫米之間。
39.如權利要求38所述的電池，其特徵在於，該外罩距離該基座的高度是介於大約0.5 毫米和大約1毫米的範圍間。
40.如權利要求39所述的電池，其特徵在於，該變形平截頭體與一平行於該壓力盤的該基座的平面之間具有一角度，該角度的範圍介於大約15度和大約25度之間。
41.如權利要求25所述的電池，其特徵在於，更包含一電性絕緣環，延伸於該變形平截頭體的周圍且介於該壓力盤的基座和該破裂盤之間。
42.如權利要求41所述的電池，其特徵在於，該壓力盤的該基座包含至少一凸片且其中該電性絕緣環界定至少一開孔，該凸片和該開孔當該絕緣環和該基座是同中心時能夠對齊，且其中該凸片可以被延展式地調整以將該絕緣環固定至該壓力盤。
43.如權利要求41所述的電池，其特徵在於，該電性絕緣環在環繞該絕緣環的一周圍界定一溝槽，且更包含一具有多個凸片的金屬環，該金屬環可以位於該溝槽內側且該多個凸片可以被延展式地調整而固定至該壓力盤所在的一金屬表面上，從而將該絕緣環固定於該壓力盤之上。
44.如權利要求25所述的電池，其特徵在於，該當介於該二盤間的一計示壓力範圍是介於大約4kg/cm2和大約9kg/cm2之間時，連接該壓力盤和該破裂盤的該焊接將破裂。
45.如權利要求44所述的電池，其特徵在於，在一計示壓力範圍介於大約^g/cm2和大約9kg/cm2之間時，該焊接將破裂。
46.如權利要求45所述的電池，其特徵在於，在一計示壓力範圍介於大約Ag/cm2和大約9kg/cm2之間時，該焊接將破裂。
47.如權利要求25所述的電池，其特徵在於，該破裂盤接近與該壓力盤的焊接處的厚度小於該壓力盤接近該焊接處的厚度，較佳的情況是等於或者小於該壓力盤接近該焊接處的厚度的一半。
48.如權利要求25所述的電池，其特徵在於，該電流中斷裝置是與該電池室電性相通。
49.如權利要求48所述的電池，其特徵在於，該電流中斷裝置是與該電池室的該外蓋電性相通，且該外蓋包含一面向該壓力盤的凹口。
50.如權利要求49所述的電池，其特徵在於，該凹口與該變形平截頭體的該第一末端的該周圍是共邊界的co-terminous。
51.一種製造電流中斷裝置的方法，其特徵在於，包含以下步驟a)形成一壓力盤，其包含i) 一變形平截頭體，具有一第一末端和一第二末端，該第二末端具有一較該第一末端小的直徑，該第一末端和該第二末端中至少其一具有一非圓形的剖面； ) 一基座，放射狀地延伸自該變形平截頭體的該第一末端的一周圍；以及 iii) 一基本平面式外罩，封住該變形平截頭體的該第二末端；b)形成一破裂盤；以及c)將該破裂盤焊接至該壓力盤的該基本平面式外罩，同時該壓力盤的一溫度被控制於不使其熔穿該壓力盤至該焊接的另一側。
52.如權利要求51所述的方法，其特徵在於，該剖面是橢圓形。
53.如權利要求51所述的方法，其特徵在於，該第一和第二末端二者的剖面均是非圓形。
54.如權利要求51所述的方法，其特徵在於，該第一和第二末端二者的剖面均是橢圓形。
55.如權利要求51所述的方法，其特徵在於，該焊接的執行是利用一雷射。
56.如權利要求55所述的方法，其特徵在於，該焊接至少執行於一點上。
57.如權利要求56所述的方法，其特徵在於，該焊接至少執行於二點上。
58.一種製造電池的方法，其特徵在於，包含以下步驟a)形成一電流中斷裝置，包含以下步驟i)形成一壓力盤，該壓力盤包含一變形平截頭體，該變形平截頭體具有一第一末端和一第二末端，該第二末端具有一比該第一末端小的直徑，其中該第一和第二末端中至少其一具有一非圓形的剖面、一基座，放射狀地延伸自該變形平截頭體的該第一末端的周圍、以及一基本平面式外罩，其封住該變形平截頭體的該第二末端； )形成一破裂盤；以及iii)將該破裂盤焊接至該壓力盤的該基本平面式外罩，同時該壓力盤的一溫度被控制於不使其熔穿該壓力盤至該焊接的另一側，從而形成該電流中斷裝置；b)將該電池的一第一電極或一第二電極接附至該電流中斷裝置；c)將該電流中斷裝置接附至該電池的一電池室，該電池室包含彼此電性相通的一電池芯匣和一外蓋；以及d)形成一第一接頭電性相通至該第一電極，和一第二接頭電性相通至該第二電極。
59.如權利要求58所述的方法，其特徵在於，該剖面是橢圓形。
60.如權利要求58所述的方法，其特徵在於，該第一和第二末端二者的剖面均是非圓形。
61.如權利要求58所述的方法，其特徵在於，該第一和第二末端二者的剖面均是橢圓形。
62.如權利要求58所述的方法，其特徵在於，該電流中斷裝置被焊接至該電池室的該外蓋上。
63.如權利要求62所述的方法，其特徵在於，該電流中斷裝置焊接至該電池室外蓋上的執行是通過在該外蓋和該電流中斷裝置的該壓力盤之間縫焊seam welding—周圍交界
64.如權利要求63所述的方法，其特徵在於，該電流中斷裝置焊接至該電池室外蓋上的執行是通過於在該壓力盤的該基座處實施穿透焊接penetration welding.
65.如權利要求62所述的方法，其特徵在於，更包含將該電池室的該外蓋焊接至該電池室的該電池芯匣上的步驟。
66.如權利要求65所述的方法，其特徵在於，當介於該外蓋和該電池芯匣之間的一計示壓力大於或等於大約20kg/cm2之時，連接該外蓋和該電池芯匣的焊接將破裂。
67.如權利要求58所述的方法，其特徵在於，當介於該破裂盤和該基本平面式外罩間的一計示壓力範圍是介於大約4kg/cm2和大約9kg/cm2之間時，連接該破裂盤和該壓力盤的該基本平面式外罩的焊接將破裂。
68.如權利要求58所述的方法，其特徵在於，更包含形成至少一排氣裝置於該電池芯匣上的步驟，其中當一內部計示壓力範圍是介於大約lOkg/cm2和大約20kg/cm2之間時，電池內的氣體將透過該排氣裝置洩出。
全文摘要
一種電流中斷裝置(10)，包含一壓力盤(14)，該壓力盤(14)包含一平截頭體(28)，具有一第一末端(30)和一第二末端(32)，一基座(34)，放射狀地延伸自該平截頭體(28)的該第一末端(30)的一周圍，以及一基本平面式外罩(36)，封住該平截頭體(28)的該第二末端(32)。該第一末端(30)具有一比該第二末端(32)較為寬闊的直徑，該第一和第二末端的至少其一的剖面為非圓形。
文檔編號H01M2/22GK102292843SQ201080005071
公開日2011年12月21日 申請日期2010年1月28日 優先權日2009年1月30日
發明者傑-羅傑·林納, 米摩·伊利亞, 菲利普·E·帕丁, 雷蒙德·G·凱拉維茲 申請人:波士頓電力公司