专利名称：从电池单元的气体释放的制作方法
技术领域：
本发明总体地涉及从电池单元的气体释放。本发明具体地但是并非排它地涉及从便携设备的电池释放气体。
背景技术：
需要电池用来存储用于在不同便携设备如移动电话中后续使用的化学能。随着电池技术的发展，电池已经变得每重量单位更大容量，但是现代电池也对水很敏感。例如，如果电池的内部与水接触，则锂离子(Li离子)电池可能急剧燃烧。甚至微量水也可能损坏电池的性质，从而应当在非常干燥的空气(比如1.5%相对湿度)中执行制造。锂离子电池制造通常涉及到在具有金属壁的壳中覆盖单元的内含物。锂离子电池的使用放出一些气体(主要为氢和二氧化碳)。这样的气体产生一开始更显著。因此，电池通常在制造期间遭受到初始老化。在单元被最终密封和装运用于使用之前，单元被填充电解质、然后在让形成的气体安全脱离单元的同时单元被充电和耗尽。
发明内容
根据本发明的第一示例方面，提供一种装置，该装置包括具有圆周壁的主体，圆周壁限定外表面和在主体内的空间，外表面包括配置用于密闭密封到电池单元的壁的密封表面；气体分离元件，配置成让来自电池单元的气体通过并且基本上抑制电池单元的电解质通过，配置成将空间的给定部分划分成第一室和第二室；以及水分离元件，在第二室内并且进一步限定第二室，配置成基本上防止水作为液体或者潮湿空气经过第二室进入气体分离元件。气体分离元件可以包括选择性可渗透膜。圆周壁可以是圆形或者另一形式。选择性可渗透膜可以包括以下膜中的任何膜有孔塑料、有孔金属、有孔玻璃、有孔陶瓷、有孔半导体及其任何组合。 选择性可渗透膜可以包括有孔基层。有孔基层可以包括直径适于允许释放气体而又保留电解质液体的孔。有孔基层可以涂有又一种材料以便控制孔尺寸分布。所述又一种材料可以包括一个或者多个选择性可渗透材料。选择性可渗透材料可以选自于由以下组成的组Pt、Pd、合金或者 Pd、Pd/Ag 合金、Pd/Cu 合金、Ti/Ni 合金、ZrMn2, LaNi5, La、Ti、Zr、V、Nb、Ta、Cr、Mo、 W、Fe、Ru 禾口 Co。气体分离元件还可以包括配置成按照装置的不同定向俘获气泡的气泡俘获器。气泡俘获器可以包括一组倾斜对准的俘获构件。圆周壁可以一般成形为圆柱形。气体分离器可以包括与圆周壁基本上垂直的层。 气泡俘获器可以包括在气体分离器附近倾斜对准的环形环，从而窄拐角形成于环形环的边沿与层之间以便捕获气泡。水分离元件可以包括配置成在第二室中的压强达到预定压强限制时从第二室释放气体的压强可释放阀构件。压强可释放阀构件可以被配置成从第二室向装置以外释放气体，从而第二室中的压强超过压强释放阀构件后面的压强而气体可渗透开口由压强可释放阀构件提供。水分离元件可以包括配置成对压强可释放阀构件施加闭合力的偏置构件。偏置构件可以由压强可释放阀构件一体形成。气体分离元件可以被配置成抑制盐渗入气体分离元件。该抑制可以运用渗透压强。该装置可以包括处理器和配置成在功能上将处理器连接到电池单元的连接器；其中处理器被配置成监视电池单元的操作。气体分离元件可以被配置成电改变其可渗透性质。气体分离元件可以被配置成在处理器的控制之下改变其可渗透性。处理器可以被配置成在电池单元特别有可能释放气体时增加气体分离元件的可渗透性。密封表面可以被配置成使得在电池单元内的渐增压强将密封表面与电池单元的壁相抵按压。单元可以与水有放热反应。电池单元可以是锂离子单元。取而代之，电池单元可以是聚合物离子单元。根据本发明的第二示例方面，提供一种装置，该装置包括电池单元；在电池单元周围的壳，其中壳不透气；气孔，布置于壳中并且配置成允许气体从电池单元离开；其中气孔包括具有圆周壁的主体，圆周壁限定外表面和在主体内的空间，外表面包括配置用于密闭密封到壳的密封表面；气体分离元件，配置成让来自电池单元的气体通过并且基本上抑制电池单元的电解质通过，配置成将空间的给定部分划分成第一室和第二室；以及水分离元件，在第二室内并且进一步限定第二室，配置成基本上防止水作为液体或者潮湿空气经过第二室进入气体分离元件。根据本发明的第三示例方面，提供一种方法，该方法包括从电池单元内的第一室经过气体分离元件向第二室传递气体而又防止电池单元的电解质通过气体分离元件；并且允许气体经过水分离元件离开第二室而又防止水作为液体或者潮湿空气进入第二室。该方法还可以包括在第二室中的压强达到预定义压强限制时经过水分离元件从
第二室释放气体。根据本发明的第四示例方面，提供一种方法，该方法包括将根据第一示例方面的装置装配到电池单元的壳；并且将外表面密闭密封到壳。可以执行密封，从而在电池单元内形成压强收紧密封。
根据本发明的第五示例方面，提供一种装置，该装置包括具有圆周壁的主体装置，圆周壁用于限定外表面和在主体内的空间，外表面包括用于密闭密封到电池单元的壁的密封表面；气体分离装置，配置成让来自电池单元的气体通过并且基本上抑制电池单元的电解质通过，配置成将空间的给定部分划分成第一室和第二室；以及水分离装置，在第二室内并且进一步限定第二室，配置成基本上防止水作为液体或者潮湿空气经过第二室进入气体分离装置。根据本发明的第六示例方面，提供一种装置，该装置包括电池单元装置；壳装置，用于在电池单元装置周围，其中壳装置不透水；气孔装置，布置于壳中并且配置成允许气体从电池单元装置离开；其中气孔装置包括具有圆周壁的主体装置，圆周壁限定外表面和在主体装置内的空间，外表面包括用于密闭密封到壳的密封表面；气体分离装置，用于让来自电池单元的气体通过并且用于基本上抑制电池单元的电解质通过，配置成将空间的给定部分划分成第一室和第二室；以及水分离装置，在第二室内并且进一步限定第二室，用于基本上防止水作为液体或者潮湿空气经过第二室进入气体分离元件。前文已经举例说明本发明的不同非约束示例方面和实施例。上述实施例仅用来说明可以在本发明的实施方式中利用的所选方面或者步骤。可以仅参照本发明的某些示例方面呈现一些实施例。应当理解对应实施例也可以适用于其它示例方面。
现在参照以下附图仅通过示例描述本发明图1示出了根据本发明一个实施例的示例电池单元的等距图；并且图2示出了图1的电池单元的示意侧视图；图3示出了图1的电池单元的示意俯视图；图4示出了根据本发明一个实施例的用于电池单元的示例气孔的截面；图5示出了根据本发明一个实施例的图4的气孔的示例气体分离元件；图6示出了根据本发明一个实施例的图4的气孔的示例主体的等距图；图7示出了根据本发明一个实施例的图4的气孔的细节的等距图；并且图8示出了根据本发明一个实施例的包括电池单元的电池的示意图。
具体实施例方式在下文描述中，相似标号表示相似元件。尽管下文已经在多个示例实施例方面描述本发明，但是其中可以做出各种改变而不脱离如在所附权利要求中描述的本发明的精神和范围。图1示出了根据本发明一个实施例的示例电池单元100的等距图。电池单元包括壳110、用于释放电池气体的气孔120和附件130。附件130可以包括用于将电池单元连接到主机设备(比如便携设备(例如移动电话))的连接器。取而代之或者除此之外，附件130 可以包括配置成监视电池单元的使用和/或控制气孔120的操作的处理器或者芯片。附件可以附着到壳110。图2示出了图1的电池单元的示意侧视图。图2压缩了来自电池单元100内的细节，但是它足以理解描述的示例以想到壳具有一些部分和布线并且壳110另外填充有液体电解质。在多数现代高性能可再充电电池(比如锂离子和聚合物离子电池)中电解质与水不相容。这里假设电池单元100使用锂离子化学物，但是它也可以是任何其它类型。便携设备的电池暴露于有挑战性的条件。具有它们的电池的便携设备以及这样的电池可能掉落、弯曲、被踩以及暴露于热、灰尘和潮气，但是电池应当维持它们的外形和容量。经常针对电池的设计尺度在尺度上紧密设定便携设备内的电池槽，从而膨胀或者以别的方式变形的电池可能未恰当配合于它的槽中而代之以变形的电池可能引起便携设备中的各种故障。也理解可以按照任何定向使用电池、例如总是保持基本上竖立的汽车电池。也理解现代电池通常很干净和安全，但是在极端温度(例如远高于100摄氏度) 之下或者在例如由于异物损坏电池单元等所致的单元内部短路的情况下，电解质可能沸腾并且在单元中形成过量压强，如果未采取预防措施，则这可能最终造成单元爆炸。为了避免这样的有害事件，可以例如通过弱化电池的特定壁或者通过在单元的填充开口上提供箔盖使得单元在临界量的过量压强形成之前向它的周围环境敞开来提供安全释放。很少需要这样的安全释放，但是在使用时安全释放打破电解质周围的密闭壳并且电池变得在末端破裂并且仅适合随后回收。在气体形成打破壳之前，上升的压强可能引起向单元壳的永久突出。在移动设备中，单元在尺度上设定成相对坚固，从而它们将经受可能弯曲和压缩以及被用户掉落。因此，单元确实耐受给定量的压强而不失原尺度。然而即使在正常使用之后，电池可能开始可见地膨胀。膨胀也可能在电池寿命内增加。可以向电池单元指定给定膨胀程度作为产品规格的部分。然而例如由于电池的使用而可能有时超过指定的限制。膨胀可以视为这样的美观问题，但是它也可能使电池与它在便携设备中的槽配合不佳和/或通过在便携设备内施加不期望的内部力来干扰便携设备的其它部件的操作。为了避免这样的问题，电池可以被形成为相对圆以便更好地经受内部压强，可以通过使用坚固材料和相对厚壁将壳制作得牢固，并且电池槽可以具体在电池的中心区周围被设计得适当松弛以便允许一些膨胀而无损于便携设备的操作。然而特别薄的便携设备不能容纳圆形电池并且也不希望添加任何厚度和重量来抑制膨胀。另外，气体在单元中的产生依赖于单元的设计方式。可以通过约束最大放电电流来减少气体生成，并且也可以通过使用特别坚固的材料或者通过使用减少单元老化的添加物来抑制膨胀。也可以通过便携设备的适当设计来实现类似效果。例如具有闪光灯的相机电话可以被设计成在使用闪光之时暂停无线电发送和导航电路系统以便切断从电池汲取电流。除此之外或者取而代之，根据本发明一个实施例，电池单元可以具有与图1中所示气孔120相似的气孔装置，该气孔装置被配置成释放电池气体而又防止水或者潮湿空气进入电池单元。图3示出了图1的电池单元的示意俯视图。图3示出了如下线A-A，在图4中更具体地示出了经过该线的气孔120。
图4示出了根据本发明一个实施例的用于电池单元的示例气孔120的截面。气孔120包括主体410、多个通气孔420、水分离构件430、偏置构件440、水分离构件430的一个或者多个对准构件460、用于与相应对准构件对接的一个或者多个引导件450、防水部分 470、用于防水部分的相反部分475、气泡俘获构件480和壳密封表面490。主体410—般形成具有如下基本覆盖的顶部的圆柱形状，该顶部为气孔120的内部提供机械保护。覆盖的顶部包括通气孔420和用于在主体410内对准水分离构件430的引导件450。水分离构件430的位置与覆盖的顶部相邻，从而对准构件与引导件450对接并且维持水分离构件430正确对准。水分离构件430可以相对硬并且偏置使得水分离构件的防水部分470或者边沿与相反部分475相抵按压。水分离构件可以形成为盘(见图7)， 从而水分离构件430易于组装而无需按照特定角度(因为它可以自由旋转360度)对准水分离构件430。水分离构件430本身可以载有可以与水分离元件430 —体形成的偏置构件 440。偏置构件440可以形成为环形弹簧(见图7的等距绘图示例)。取而代之，水分离构件430可以制作成弹性可变形，从而水分离构件在压强之下弯曲、因此释放气体(在图中从下至上)并且通常与相反部分475相抵紧密搁放。水分离构件与主体410 —起形成如下水分离元件，该元件被配置成防止或者基本上抑制水或者潮湿空气经过气孔朝着电池单元进入而又允许加压气体在防水部分(边缘)470与反向部分475(在主体410中的环形突出物)之间从电池单元释放。水分离构件430可以作为压强可释放阀构件来工作。水分离构件430的操作按照对气体分离元件的下文描述变得更清楚。这里仍值得注意的是水分离构件可以维持一些过压，从而即使在电池气体通过时过压仍然可以防止或者减轻潮湿空气在与电池气流的流出相反的方向上进入。提供气体分离元件以便允许电池气体到达水分离元件而又阻挡电解质介入水分离元件。在图4中所示实施例中的气体分离元件(图5中的标号500)包括载有气体分离构件520的基底或者支撑构件510。基底可以由有孔材料或者固定到主体410的网状物形成。 可以提供支撑构件510以向气体分离构件520提供机械支撑。气体分离构件520可以包括配置成允许电池气体通过而又阻挡电解质的选择性可渗透膜。选择性可渗透膜可以包括以下膜中的任何膜有孔塑料、有孔金属、有孔玻璃、有孔陶瓷、有孔半导体及其任何组合。支撑构件510可以包括有孔基层。有孔基层可以包括直径适于允许释放气体而又保留电解质液体的孔。有孔基层可以涂有又一种材料以便控制气体分离构件520(在这一情况下通过涂敷来形成于支撑构件510顶上)中的孔尺寸分布。涂层可以包括一种或者多种选择性可渗透材料。选择性可渗透材料可以包括以下材料中的任何材料Pt、Pd、合金或者PcUPdAg合金、Pd/Cu 合金、Ti/Ni 合金、ZrMn2、LaNi5, La、Ti、Zr、V、Nb、Ta、Cr、Mo、W、Fe、Ru 禾口 Co。气泡俘获构件480可以如图4中所示形成为从圆柱形壁朝着主体410内部的三角形突出物形状，从而窄斜间隙留在气泡俘获构件480与气体分离元件500之间。当电池单元按照混合定向旋转和移动时，气泡可以积聚到由气体分离元件500和气泡俘获构件480 形成的气泡俘获器中，从而形成的电池气体可以被收集并且填充在气体分离元件500与水分离构件430之间的空间。应理解气体通常向上朝着电池单元100内行进。每当多个小气泡与俘获构件480对接，俘获器可以实现收集和组合这样的气泡。因此当以大量变化的定向而使用电池时(例如当装入口袋中或者在包中携带时)，每当电池基本上竖立或者甚至横放，可以收集气体。在气体分离元件500处的气体收集也提供让气体经过气体分离元件渗透并且因此填充在气体分离元件与水分离元件之间空间的时间。当该空间填充有气体时，即使当电池单元处于电池气孔向下的位置时，如果压强升至预定义阈值水平以上，则可以释放至少部分气体。在图4中，可以认识到在驻留于气体分离元件500 (510，520)之下的圆柱形主体 410内的空间为第一室而在气体分离元件500与水分离构件430之间的空间为第二室。第一室可以作为用于收集电池气体并且实现气体经过选择性可渗透膜穿透的前室来工作。因此，第二室可以填充有电池气体而电池气体压强增长并且然后当压强高到足以敞开在防水部分470与相反部分475之间的介入口时经过水分离元件(430，475)释放并且经过通气孔 420排出。图4也示出了如下壳密封表面490，气孔120可以在这些表面密封到电池单元的壳。通过如图4中那样基本上从电池单元向外布置密封表面，可以有可能增强在电池单元内生成的压强的密封。也通过如图4中所示那样形成斜拐角，可以有可能通过简单地将气孔接入(tap)电池单元100的壳110中的匹配孔中来安装气孔120。气体分离构件520可以电可调。例如支撑构件或者又一压缩构件可以被配置成收紧气体分离构件520中的孔。可以例如通过使用压电力来执行收紧。气体分离构件520的调节可以由控制器(例如微处理器、数字信号处理器、芯片、专用集成电路)控制。控制器可以由电池单元100容纳(例如作为附件130)或者在主机设备(例如移动电话)处并且通过电池单元的连接器来连接。气体分离元件500可以被配置成作为压强的函数适配不透气性，从而在压强更高时不透气性增加。可以例如通过形成气体分离元件在压强之下伸展以便增加透气性来提供这一点。应理解电池单元的壳110可以不透气以便防止水作为蒸汽进入单元100。不透气壳(例如用于氢和二氧化碳)110也固有地不透水。另一方面，气体分离构件可以允许任何过量水蒸气离开并且由此减少在制造时的所需的空气干燥、因此也减少制造成本。图6示出了根据本发明一个实施例的图4的示例主体410气孔的等距图。图6示出了气孔可以一般具有如下圆柱形状，该形状具有有助于将主体410附着到壳110的颈部。 图6也示出了多个通气孔如何可以布置于主体410中，从而有可能释放足量气体而又向水分离构件430提供合理机械保护。通气孔可以是圆形。选择通气孔的直径和数目使得一方面通气孔实现在无不适当的动态压强时释放电池气体而又抑制灰尘或者更大杂质粒子进入。除此之外或者取而代之，网状或者气体可渗透膜可以放置于通气孔中、通气孔顶上或者通气孔之下。图7示出了根据本发明一个实施例的图4的气孔的细节的等距图。图7图示了由塑料、橡胶、金属和/或复合材料制成的水分离构件430的示例。图7示出了对准构件460 可以是圆柱形突出构件并且对准构件可以包括用于与由主体410支撑的另一引导表面对接的另一对准部分710。对准构件460可以代之以形成为如下接受器，该接受器被配置成接收主体410中的突出部分。另外，水分离构件可以包括在所需星座中配置的两个或者更多离散对准部分而不是环形对准构件。
图8示出了根据本发明一个实施例的包括电池单元100的电池800的示意图。电池800还包括连接器元件820，该元件限定与电池单元100的气孔120对准的开口 840。电池800还包括用于与主机设备的接触件连接的一组连接器830、配置成与单元100的一端相抵封装连接器部分的连接器端850和配置成覆盖单元100相反端的后端810。前文描述已经通过本发明的具体实施方式
和实施例的非限制示例提供对发明人当前设想的用于实现本发明的最佳实施方式的完全和有启发的描述。然而本领域技术人员清楚本发明并不限于上文呈现的实施例细节而是可以在使用等效手段的其它实施例中或者在实施例的不同组合中实施本发明而不脱离本发明的特征。另外，本发明的上述实施例的一些特征在未对应使用其它特征时仍然可以有利地加以使用。这样，前文描述应当视为仅举例说明而非限制本发明的原理。因此，本发明的范围仅受所附专利权利要求限制。
权利要求
1.一种装置，包括具有圆周壁的主体，所述圆周壁限定外表面和在所述主体内的空间，所述外表面包括配置用于密闭密封到电池单元的壁的密封表面；气体分离元件，配置成让来自所述电池单元的气体通过并且基本上抑制所述电池单元的电解质通过，配置成将所述空间的给定部分划分成第一室和第二室；以及水分离元件，在所述第二室内并且进一步限定所述第二室，配置成基本上防止水作为液体或者潮湿空气经过所述第二室进入所述气体分离元件。
2.一种装置，包括电池单元；在所述电池单元周围的壳，其中所述壳不透气；气孔，布置于所述壳中并且配置成允许气体从所述电池单元离开；其中所述气孔包括具有圆周壁的主体，所述圆周壁限定外表面和在所述主体内的空间，所述外表面包括配置用于密闭密封到所述壳的密封表面；气体分离元件，配置成让来自所述电池单元的气体通过并且基本上抑制所述电池单元的电解质通过，配置成将所述空间的给定部分划分成第一室和第二室；以及水分离元件，在所述第二室内并且进一步限定所述第二室，配置成基本上防止水作为液体或者潮湿空气经过所述第二室进入所述气体分离元件。
3.根据权利要求1或者2所述的装置，其中所述气体分离元件包括选择性可渗透膜。
4.根据权利要求3所述的装置，其中所述选择性可渗透膜包括以下膜中的任何膜有孔塑料、有孔金属、有孔玻璃、有孔陶瓷、有孔半导体及其任何组合。
5.根据权利要求3或者4所述的装置，其中所述选择性可渗透膜被配置成允许释放气体而又保留电解质液体。
6.根据任一前述权利要求所述的装置，其中所述气体分离元件还包括配置成按照所述装置的不同定向俘获气泡的气泡俘获器。
7.根据权利要求6所述的装置，其中所述气泡俘获器包括一组倾斜对准的俘获构件。
8.根据任一前述权利要求所述的装置，其中所述水分离元件包括配置成在所述第二室中的压强达到预定压强限制时从所述第二室释放气体的压强可释放阀构件。
9.根据任一前述权利要求所述的装置，其中所述装置还包括处理器和配置成在功能上将所述处理器连接到所述电池单元的连接器；其中所述处理器被配置成监视所述电池单元的操作。
10.根据权利要求9所述的装置，其中所述气体分离元件被配置成在所述处理器的控制之下电改变其可渗透性质。
11.根据任一前述权利要求所述的装置，其中所述密封表面被配置成使得在所述电池单元内的渐增压强将所述密封表面与所述电池单元的所述壁相抵按压。
12.根据任一前述权利要求所述的装置，其中所述单元与水有放热反应。
13.一种方法，包括从电池单元内的第一室经过气体分离元件向第二室传递气体而又防止所述电池单元的电解质通过所述气体分离元件；并且允许所述气体经过水分离元件离开所述第二室而又防止水作为液体或者潮湿空气进入所述第二室。
14.一种方法，包括将根据第一示例方面的装置装配到电池单元的壳；并且将所述外表面密闭密封到所述壳。
15.根据权利要求14所述的方法，还包括在所述第二室中的压强达到预定压强限制时允许所述气体经过所述水分离元件从所述第二室离开。
16.一种装置，包括具有圆周壁的主体装置，所述圆周壁用于限定外表面和在所述主体内的空间，所述外表面包括用于密闭密封到电池单元的壁的密封表面；气体分离装置，配置成让来自所述电池单元的气体通过并且基本上抑制所述电池单元的电解质通过，配置成将所述空间的给定部分划分成第一室和第二室；以及水分离装置，在所述第二室内并且进一步限定所述第二室，配置成基本上防止水作为液体或者潮湿空气经过所述第二室进入所述气体分离装置。
全文摘要
一种锂离子或者聚合物离子电池或者一般地为具有与水不相容的电解质的电池。该电池具有电池单元和在电池单元周围的不透气壳。气孔布置于壳中并且配置成允许气体从电池单元离开。气孔包含具有圆周壁的主体，圆周壁限定外表面和在主体内的空间。外表面提供配置用于将气孔密闭密封到壳的密封表面。气孔还包括气体分离元件，该气体分离元件用于让来自电池单元的气体通过并且基本上抑制电池单元的电解质通过、配置成将圆周壁限定的空间的给定部分划分成第一室和第二室。气孔也包含第二室内的水分离元件，该水分离元件进一步限定第二室并且基本上防止水作为液体或者潮湿空气经过第二室进入气体分离元件。气孔被配置成实现从电池单元内释放气体而又防止水介入电池单元。
文档编号H01M2/12GK102414868SQ200980159023
公开日2012年4月11日 申请日期2009年4月30日 优先权日2009年4月30日
发明者J·米斯塔卡利奥 申请人:诺基亚公司