专利名称：应用安全阀元件的电池封闭板的制作方法
本申请是东洋钢板株式会社于1999年1月29日提出的申请号为99802633.6的申请的分案申请。
本发明涉及一种形成电池用安全阀元件保护膜的方法；一种涂有保护膜的电池用安全阀元件；一种应用该安全阀元件的电池，这种保护膜可防止安全阀元件的金属部分腐蚀，安全阀元件用于防止密闭型电池爆炸。
近些年来，采用碱金属，如锂作为正负极材料的封闭式电池已被广泛使用。这些电池需要密封结构，以使像锂这样的碱金属不与大气中的水分起反应，但是，当电池暴露于高温下或在充电或放电时被不适当地处理后，这种完全封闭的结构有时会因电池内的压力异常升高而引起电池爆炸。现有技术中已公开了一种具有防爆机构或安全阀的电池封闭板，该防爆机构或安全阀用于在压力异常升高后释放电池内的压力。例如，日本专利实开平5-84025号公开了一种用于封闭式电池的安全阀装置，它在构成电池的封闭板的正电极终端处具有气体释放开口，并具有用于防爆而焊接的金属薄片(箔)。在这种电池封闭板中，当电池内的压力升高时，防爆的金属薄片破裂，使压力通过设置在正电极终端上的气体释放开口释放。
当电解质充注到电池容器内时，电解质有时泄漏并粘在电池外侧。特别是在锂离子电池的情况下，将包含作为支持电解质的氟化锂的无水电解质用作电解质。这种氟化物不腐蚀构成电池容器或安全阀元件的金属材料，但它还是具有较强的腐蚀性，所以它吸收大气中的水分并转变成氢氟酸。为此，问题在于电解质泄漏并粘在电池容器的外侧，特别是粘在安全阀元件的金属薄片上，并使金属薄片因腐蚀而穿孔。
本发明提供一种形成封闭式电池的安全阀元件的保护膜的方法；一种覆盖保护膜的电池用安全阀元件；一种应用该安全阀元件的封闭板；以及一种使用封闭板的封闭式电池，该封闭板通过用保护膜覆盖电池的安全阀元件来防止金属部件的腐蚀。
本发明的一种形成电池安全阀元件的保护膜的方法的特征在于电池安全阀元件包括一个穿孔的金属底层和层压在所述金属底层上以覆盖住所述穿孔的金属薄片，其中将一种有机涂层涂覆在安全阀元件的至少一个侧面上。
另外，本发明的一种形成电池安全阀元件的保护膜的方法的特征在于电池安全阀元件包括一个穿孔的金属底层和层压在所述金属底层上以覆盖住所述穿孔的金属薄片，其中将一种有机树脂涂层涂覆在安全阀元件的至少一个侧面上。
此外，本发明的一种形成电池安全阀元件的保护膜的方法的特征在于包括一个穿孔的金属底层和层压在所述金属底层上以覆盖住所述穿孔的金属薄片的电池安全阀元件，其中将一种有机涂层涂覆在覆盖所述金属薄片的所述穿孔的部分的至少一个侧面上。
另外，本发明的一种形成电池安全阀元件的保护膜的方法，其特征在于将包括一个穿孔的金属底层和层压在所述金属底层上的所述电池安全阀元件抵接到穿孔的电池容器的封闭板上，所述穿孔就作为安全阀的阀开口，使电池安全阀元件的所述金属底层的所述穿孔与所述封闭板上的所述穿孔连通，并且所述电池安全阀元件和所述封闭板在封闭板的穿孔周围用粘合方法粘合在一起，之后，将有机涂层涂覆在电池安全阀元件上。
这些方法中，最好所述粘合方法是激光焊接。
此外，本发明的电池安全阀元件的特征在于所述电池安全阀元件包括具有穿孔的金属底层和层压在所述金属上以覆盖住所述穿孔的金属薄片，其中保护膜覆盖在所述电池安全阀元件的覆盖所述金属薄片的所述穿孔的部分的至少一个侧面上。
在这些元件中，所述保护膜是有机涂料的涂覆膜或有机树脂膜的层压膜。
此外，本发明是一种电池的安全阀元件，包括具有穿孔的金属底层和层压在所述金属底层上以覆盖所述穿孔的金属薄片，其中保护膜覆盖在电池安全阀元件的所述金属薄片的覆盖部分的至少一侧，其特征在于所述保护膜是一种有机涂料的涂膜。
此外，本发明的一种电池封闭板，其中按照权利要求6至9中任何一项的所述电池安全阀元件抵接在具有穿孔的电池容器的封闭板上，穿孔是一种安全阀的阀开口，从而使电池安全阀元件的所述金属底层的所述穿孔与所述封闭板的所述穿孔连通，并且所述电池安全阀元件与所述封闭板在封闭板的所述穿孔周围用粘合方法连接在一起。
本发明的一种电池封闭板，其中的电池安全阀元件包括一个具有穿孔的金属底层和层压在所述金属底层上以覆盖所述穿孔的金属薄片，该安全阀元件抵接到具有穿孔的电池容器的封闭板上，所述穿孔是安全阀的阀开口，使电池的安全阀元件的所述金属底层的所述穿孔与所述封闭板的所述穿孔连通，并且所述电池安全阀元件与所述封闭板在所述封闭板的所述穿孔周围用粘合方法连接在一起，此后将有机涂料涂覆在所述电池安全阀元件上。
在这些电池封闭板中，所述粘合方法是激光焊接。
此外，本发明是一种封闭电池，其中包括一个正电极、一个负电极和一个分离器的电极体与电解质一同装在电池容器内，所述电池容器的开口部分是封闭的，从而使按照权利要求10至12中的任何一项的所述电池封闭板装入或固定在所述电池容器的所述开口部分的内圆周围。
图1是表示覆盖有本发明保护膜的电池用安全阀元件的一个实例的示意剖面图；图2是表示覆盖有本发明保护膜的电池用安全阀元件的另一个实例的示意剖面图；图3是覆盖有本发明保护膜的电池用安全阀元件的再一个实例的示意剖面图；图4是表示具有电池用安全阀元件的电池的封闭板的一个实例的示意剖面图，该安全阀元件粘合在封闭板上；
图5是表示具有电池用安全阀元件的电池的封闭板的另一个实例的示意剖面图，该安全阀元件粘合在封闭板上；图6是表示具有电池用安全阀元件的电池的封闭板的再一个实例的示意剖面图，该安全阀电池用元件粘合在封闭板上；图7(a)是表示具有电池用安全阀元件的电池的封闭板的一个实例的示意剖面图，该安全阀元件在由保护膜覆盖之前粘合在封闭板上；图7(b)是表示具有电池用安全阀元件的电池的封闭板的一个实例的示意剖面图，该安全阀元件在由保护膜覆盖之后粘合在封闭板上；图8是表示具有电池用安全阀元件的电池的封闭板的另一个实例的示意剖面图，该安全阀元件粘合在封闭板上。
下面将参照
涂有保护膜的安全阀和制成本发明的保护膜的方法的一些实施例。
(实施例1)图1和2是表示涂有本发明保护膜的安全阀元件的实施例的剖面图。如图1所示，安全阀元件10具有形成在层压板5的金属薄片2上的保护膜3，该层压板与金属薄片2层压在一起，以覆盖在具有穿孔4的金属底层1的一侧上的穿孔4，穿孔4就作为安全阀的开口。如图2所示，安全阀元件具有形成在金属底层1上、穿孔4的侧壁部分和覆盖穿孔4的金属薄片2的一部分上的保护膜3。也就是说，保护膜3覆盖空腔的整个周围，该空腔由金属薄片2和形成在金属底层上的穿孔4组成并与覆盖金属底层1的保护膜3相连接。如图1和2所示的实施例，保护膜3至少形成在电池容器内的安全阀元件10外侧的整个表面上。
本发明的每个安全阀10按下述方法生产。首先，利用一条金属底层1一侧上的层压金属薄片2制成一条叠层5，金属底层1具有许多穿孔4，这些穿孔就作为阀的开口，该步骤的目的是为了覆盖该穿孔4。虽然穿孔4通常是直径为1-10mm的圆形，但也可以是主轴为1-10mm的椭圆形或是与具有所述直径的圆大小相同的多边形。此外，穿孔4可以是具有一定宽度的扇形(例如是直线或曲线的切口等)或与所述图形粘合的几何图案。穿孔4最好布置成格子或锯齿或类似的图案，各穿孔4的间距根据安全阀材料的所需尺寸进行正确地选择。穿孔4可由冷轧的薄金属板通过通常采用的穿孔方法，如冲压或蚀刻方法制成。
形成如上所述的穿孔4和金属薄片2的金属底层1是在真空中用冷压粘合方法制成的，该方法可使用例如日本专利特开平1-224184中公开的方法。也就是说，在蚀刻腔内通过喷镀使将要进行层压的金属底层1和金属薄片2的表面激活后，在真空室内利用滚压装置将它们进行冷压粘合。这样就制成了本发明的一条叠层5。
在图1所示的实施例中，保护膜3是通过在按上述方法生产的一条叠层5的金属薄片2的整个表面上喷涂有机树脂，然后进行干燥或烘烤而形成的。此外，保护膜3是通过将有机树脂膜层压在一条叠层5的金属薄片2的整个表面上而形成的。这样，得到条形叠层保护膜覆盖积层体，其中形成在金属底层1上的多个穿孔4由金属薄片2和保护膜3覆盖。可从保护膜覆盖积层体的一条叠层获得许多电池安全阀10，并在各安全阀元件上冲至少一个穿孔。
在图2所示的实施例中，保护膜3是通过在一条叠层5的金属底层1侧面的整个表面上、金属底层1上的穿孔4的侧壁部分以及金属薄片2覆盖穿孔4的部分喷涂有机树脂，然后进行干燥或烘烤而形成的。喷涂是通过将液体涂料喷射或滴入穿孔内而进行的。
这样，得到条形叠层保护膜覆盖积层体，其中形成在金属底层上的多个穿孔4由金属薄片2覆盖，金属底层1、穿孔4的侧壁部分和底部部分由保护膜3覆盖。许多电池安全阀10可从条形保护膜覆盖积层体的一条叠层获得，并在各安全阀元件上冲至少一个穿孔。
所述金属底层最好是钢板、不锈钢板、铜板和铝板中的任何一种。从强度、经济、粘合到电池容器的封闭板的观点来看，板的厚度通常为0.03-0.50mm，最好是0.05-0.10mm。
本发明的电池安全阀元件的目标是以30kgf/cm2的较低压力，最好是在2030kgf/cm2的压力下运行。因此，本发明的金属薄片(箔)的厚度最好是5-50μm。如果厚度为5μm或更薄，则在将该金属薄片应用到电池安全阀或类似装置上时，金属薄片很容易由于撞击(如掉落)而破裂。另一方面，如果厚度为50μm或更厚，则即使在使用具有较小抗拉强度的金属、在用于安全阀时，在压力为30kgf/cm2或更低的压力下金属薄片也不会破裂，但只在承受高压时破裂，电池容器本身的爆炸、因破裂而泄漏以及电解质因喷涂而泄漏，这就会降低安全性并带来费用高的缺陷。金属薄片最好是钢薄片、不锈钢薄片、铜薄片、铝薄片、镍薄片和镍铁合金薄片中的任何一种。此外，可使用每种金属薄片，只要这种金属在对抗充注在电池容器内的电解质时是稳定的，并且不会被腐蚀，也不会产生大量的反应气体。除了上述金属薄片外，可使用锌、铅、铜合金(如黄铜、青铜、磷青铜)、炮铜合金或蒙乃尔合金、铝合金(如镁铝合金)等等金属薄片。
上述有机树脂涂料最好是含有弗弗系树脂、环氧树脂、乙烯树脂、尿烷树脂、聚酯树脂、丙烯酸树脂的氟涂料，这些种涂料可采用喷涂、滚涂、棒涂、刷涂等方式涂敷。此外，所述有机树脂膜最好是用聚烯烃树脂、聚酯树脂、聚酰胺树脂、聚碳酸树脂、聚氯乙烯树脂等中的任何一种来生产。这些树脂膜可通过热融粘合或粘附方式并施加涂料直接粘接到上述叠层上。这些有机树脂涂料或膜的厚度较好的是1-30μm，最好是5-20μm。如果厚度为1μm或小于1μm，则对于涂料来说很难完成涂料底层的金属薄片涂敷，对于树脂膜来说很难制成膜。另一方面，如果厚度为30μm或大于30μm，则在上述负荷压力下不会破裂，但当负荷压力超过规定的破裂压力时才会破裂，这就会降低安全性并具有费用高的缺陷。
(实施例2)图3是覆盖有本发明保护膜的电池用安全阀元件的再一个实例的示意剖面图。如图3所示，本发明的安全阀元件10可用下述方式设置保护膜3使有机树脂滴落并干燥，以在金属薄片2的部分4a处固化，在该部分处金属薄片2覆盖形成在叠层上的穿孔4，该叠层由具有穿孔4的金属底层1组成，穿孔4就作为安全阀开口，该开口由金属薄片2覆盖，从而可封闭穿孔4。
(实施例3)
本发明的安全阀元件10显示在图4-图6中。安全阀元件10的金属底层1的穿孔4和封闭式电池的电池容器的穿孔7连通地放在一起，以使它们重叠，然后在穿孔7周围利用激光焊接的方法使安全阀元件10粘合在设有作为安全阀的阀口的穿孔7的电池外装罐用的封口板6上。图4表示具有图1中所示的结构的安全阀元件粘合到电池容器的封闭板上的情况。图5和图6分别表示具有图2和图3所示结构的安全阀元件粘合到电池的封闭板上的情况。
粘合的方法不仅可采用所述的激光焊接，还可采用任何使用粘合剂的粘合方法，如使用热固性树脂、热塑性树脂和橡胶粘合剂，只要能获得所需的粘合强度。
图4-图6表示下述情况电池封闭板6的一个穿孔7和安全阀元件10的金属底层1的一个穿孔4是连通的，从而使两种孔重叠，然后将它们粘合在一起，但也可使电池封闭板6的一个穿孔7和安全阀元件10的金属底层1的多个穿孔4连通，以使两种孔重叠并将它们粘合在一起。所述封闭板最好是采用与上述作为金属底层的相同的钢板、不锈钢板、铜板和铝板中的任何一种。从强度、经济性和粘合到电池封闭板上的容易性的观点看，板的厚度一般为0.03-0.50mm，最好是0.05-0.10mm。
(实施例4)另外，如图7(a)和图7(b)所示，由本发明的保护膜覆盖的电池用安全阀元件也可加工到电池容器的封闭板上。在安全阀元件10的金属底层1的穿孔4和电池容器的封闭板6的穿孔7连通地放在一起后，将它们在图7(a)中所示的穿孔7周围用激光焊接的方法粘合在一起。如图7(b)所示，该图提供的保护膜3由包括焊接部分的电池安全阀元件10上的有机涂料组成。由于保护膜是涂在封闭穿孔的金属薄片和用激光焊接的安全阀元件的裸露的金属部分上的，所以无论腐蚀性强的电解质何时粘在金属部分上，该部分也不会受到腐蚀。
(实施例5)图4-图7表示的结构是连通在安全阀元件10的穿孔的金属底层1上的穿孔4和封闭板6的穿孔7，以便将直径等于封闭板6的穿孔7的安全阀元件10放置在封闭板6的穿孔7内并使它们粘合，可将直径大于穿孔7的直径的安全阀元件10叠放并粘合在封闭板6上，其中安全阀元件10的金属底层1上的穿孔4和封闭板6的穿孔7连通。
与涂有保护膜的安全阀元件粘合在一起的电池的封闭板封闭所述电池容器的开口，由正、负极及分离器构成的电极体支承在电池容器内，电池容器内装有电解质，这样就制成了一个封闭式电池。
本发明是一种形成电池安全阀元件保护膜的方法及一种使用该保护膜的安全元件。本发明提供的安全阀元件保护膜在安全阀元件的至少一个侧面涂有有机涂料或有机树脂膜，该安全阀元件由带穿孔的金属底层和叠放在所述带穿孔底层上以封闭所述穿孔的金属薄片组成。
此外，本发明是一种用于封闭式电池的封闭板，其特征在于电池容器的封闭板具有穿孔，该穿孔就作为阀的开口，该封闭板与电池安全阀元件的金属底层相互连接在一起，连接方式是将金属底层的穿孔与封闭板的穿孔连通，然后利用粘合装置将二者在封闭板的穿孔周围粘合在一起。
此外，本发明是一种封闭式电池，其特征在于包括一个正极、一个负电极和一个隔离器的电极件充注有电解质并装在电池容器内，电池容器的开口部分被封闭，以将电池封闭板放入并固定在电池容器的开口部分的内圆周围。
使用本发明的封闭板的封闭式电池包含作为支持电解质的氟化锂，包括电池容器和安全阀元件的金属材料不会被腐蚀。但氟吸收大气内的水分并从而转变成有较强腐蚀性的氢氟酸。当具有较强腐蚀性的无水电解质泄漏并粘到电池容器的外侧时，安全阀元件的金属薄片，特别是薄金属薄片会被腐蚀并穿孔。在使用本发明的安全阀元件的情况下，由于安全阀元件在金属薄片上具有保护膜，所以薄金属薄片既不会被腐蚀，也不会穿孔。
权利要求
1.一种封闭板，其中如下所述的一种电池安全阀元件抵接在具有穿孔的电池容器的封闭板上，穿孔是一种安全阀的阀开口，从而使电池安全阀元件的所述金属底层的所述穿孔与所述封闭板的所述穿孔连通，并且所述电池安全阀元件与所述封闭板在所述封闭板的所述穿孔周围用粘合方法连接在一起，所述的一种电池安全阀元件，包括具有穿孔的金属底层和层压在所述金属上以覆盖住所述穿孔的金属薄片，其中保护膜覆盖在电池的所述安全阀元件的至少一个侧面上。
2.一种封闭板，其中一种电池安全阀元件包括一个具有穿孔的金属底层和层压在所述金属底层上以覆盖所述穿孔的金属薄片，该电池安全阀元件抵接到具有穿孔的电池容器的封闭板上，所述穿孔是安全阀的阀开口，使电池的安全阀元件的所述金属底层的所述穿孔与所述封闭板的所述穿孔连通，并且所述电池安全阀元件与所述封闭板在所述封闭板的所述穿孔周围用粘合方法连接在一起，此后将有机涂料涂覆在所述电池安全阀元件上。
3.按照权利要求1或2的封闭板，其特征在于所述粘合方法是激光焊接。
全文摘要
本发明提供一种形成电池安全阀元件的保护膜的方法，该方法通过在电池安全阀上覆盖保护膜来防止金属部分腐蚀，并提供一种使用该电池安全阀元件的电池封闭板和使用该封闭板的封闭式电池。本发明的一种安全阀元件10包括一个具有穿孔4的金属底层1和层压在金属底层1上以覆盖穿孔4的金属薄片2及通过将有机涂料涂敷在安全阀元件10的至少一个侧面上的保护膜3。此外，封闭板连接着安全阀，以设置保护膜3，该保护膜是涂在电池容器的封闭板6上的有机膜，以便设置穿孔，该穿孔就作为安全阀的开口，从而使该开口面对着金属底层的穿孔4和封闭板的穿孔7，然后在封闭板的穿孔周围进行粘合，这样就制成了电池的封闭板。此外，电池容器有一个封闭的开口，该电池容器固定有电极，电极由正负电极和隔离器组成，这样就制成了封闭式电池。
文档编号H01M2/12GK1516298SQ20031012053
公开日2004年7月28日 申请日期1999年1月29日 优先权日1998年2月3日
发明者冈本浩明, 杉本义之, 西条谨二, 河村宏明, 之, 二, 明 申请人:东洋钢钣株式会社