专利名称：用于锂离子电池的模块式电流中断装置组件的制作方法
技术领域：
本发明是有关于锂离子电池，特别是关于用于锂离子电池的模块式电流中断装置 (current interrupt device ；CID)组件。
背景技术：
可携式电子装置中的锂离子电池依据其使用的方式通常承受不同的充电、放电、 以及储存程序。运用锂离子电池芯化学作用的电池在过度充电超过其内建的安全极限时将产生气体。此气体可被用以触发压力启动安全组件以增进电池的可靠度和安全性。其通常使用一电流中断装置(CID)，通过当电池内部压力大于一特定数值时中断电池的电流路径， 以防护电池中任何过度的内部压力增加。此CID基本上包含一破裂盘(rupture disc)和一压力盘(pressure disc)彼此电性相连。该破裂盘和压力盘又分别电性相连至电池的一电极及一接头。当电池内部压力大于一特定数值之时，CID的压力盘与破裂盘分隔(例如， 因变形而分开或者彼此分离)，从而中断该电极和该接头之间的电流。然而，现有的CID—般而言在极高的压力下才会启动，例如，在其内部计示压力 (gauge pressure)大于大约15公斤/平方公分(kg/cm2)之时。基本上，当触发此CID的任何过度内部压力的增加发生时，电池的内部温度同时亦相当地高，而造成额外的安全问题。 高温是极大型电池单体中的一个特别令人关心的课题，诸如大于"18650"电池单体(其具有一大约18mm的直径和一 65mm的长度)的电池单体。此外，CID的生产通常是与电池其他部分的生产同时进行，且在适当压力确保启动的变异上要求极低的容忍度。在一些设计中，由于需要提供气体压力的导通管道，故往往限缩到可以用来自电池卷筒焊接凸片的表面区域。盘中的气体压力导通管道通常包含至少一穿孔，其在自电池卷筒焊接凸片至破裂盘期间不可以被阻塞。压力盘的表面区域是影响其启动或逆转压力的因素之一，材料厚度是另一个因素。在棱角形或者说非圆形电池单体中，单体上最短的一边一般而言即表示可使用的压力盘的最大尺寸。在任何特定的棱角形电池单体设计的外壳之内，通过运用瘦长形(椭圆形 (oblong)、卵形，等等)的压力盘，其可能比同一材料厚度下的圆形压力盘达到较低的启动或逆转压力。因此，其有必要提出可以降低或最小化前述问题的电池用CID，特别是针对相当大型的锂离子电池
发明内容
本发明基本上是针对一种模块式电流中断装置、一种包含本发明的模块式电流中断装置的电池、以及一种形成本发明的模块式电流中断装置的方法。上述的模块式电流中断装置包含一导电破裂盘和一导电压力盘接附至该破裂盘以形成一电性通路。一电性绝缘环将该破裂盘的一周边自该压力盘的一周边隔开。该电流中断装置的一安装构件将上述的电性绝缘环固定至该压力盘。破裂盘及该电性绝缘环中的至少其一界定一导通管道，通过该压力盘的一侧透过该导通管道暴露至足够的压力将致使该压力盘与该破裂盘分离，从而切断上述的电性通路。该安装构件可以是导电性的且电性连接至该压力盘。该破裂盘和该电性绝缘环可以共同界定该导通管道。该破裂盘可以包含多个夹持点(retention point)，该等夹持点与该电性绝缘环形成一干涉匹配 (interference fit)。破裂盘的周边可以是一多边形。该多边形可以界定出该等夹持点。 该多边形可以具有10边到20边，例如14边。在一些实施例之中，上述的导通管道可以部分地由该破裂盘的周边所界定。破裂盘的周边可以是斜面式的。在一些实施例之中，破裂盘的周边可以包含一双重斜面。至少一上述斜面的角度范围可以是介于大约40度和大约阳度之间，诸如大约47度。在某些实施例之中，上述二斜面的角度可以均大约是47度。在一些实施例之中，该电性绝缘环可以在该环的周围界定一凸缘，使得该凸缘交叠该破裂盘的周围。在这些实施例中，该破裂盘可以在该破裂盘的周围界定一沟槽，使得该绝缘环的凸缘在该沟槽处交叠该破裂盘，且该绝缘环的该凸缘的一表面可以是基本上与该破裂盘的一表面切齐。在一些实施例之中，该电性绝缘环可以界定至少一渠道，其配合该破裂盘共同界定至少一部分的导通管道。该渠道可以具有一主轴，该主轴基本上垂直于该电性绝缘环所界定出的一圆形的一切线。在一些实施例之中，上述的破裂盘、压力盘、以及安装构件可以是铝(aluminum)。该电性绝缘环可以包含一聚合物(polymer)。在某些实施例之中，该破裂盘可以界定至少一导通管道。或者，该电性绝缘环界定至少一导通管道于该环的周围，使得在该压力盘的一截头圆锥形(frustoconical)组件与该电流中断装置的一外部表面之间存在流体通连。该压力盘可以进一步包含一架高表面和一周围基座，该架高表面通过上述的截头圆锥形组件连接至该周围基座，且其中该破裂盘在该架高表面处电性连接至该压力盘。该压力盘可以在至少一点上电性连接至该破裂盘。 此点可以包含一焊接点。在一些实施例之中，上述的安装构件可以电性导通的。在该等实施例之中，上述的压力盘可以是电性连接至该安装构件，且该安装构件可以通过其周围上的一卷曲皱折将该电性绝缘环固定至该压力盘。在一些实施例之中，上述的安装构件可以界定一安装构件导通管道。在其他实施例中，上述的破裂盘可以界定该导通管道。在另一实施例中，本发明是一电池，诸如一锂离子式电池，其包含一模块式电流中断装置，其中该电流中断装置包含一导电破裂盘和一导电压力盘接附至该破裂盘以形成一电性通路。此电池同时亦包含一第一接头，与该电池的一第一电极电性相通、一第二接头， 与该电池的一第二电极电性相通、以及一电池室(battery can)，具有彼此电性相连的一电池芯匣和一外盖，该电池室是电性绝缘于该第一接头，其中至少一部分的该电池室至少是该第二接头的一组件，或者是电性连接至该第二接头。上述的电池芯匣可以是一棱角形电池芯匣。一电性绝缘环将该破裂盘的一周边自该压力盘的一周边隔开。该电流中断装置的一安装构件将上述的电性绝缘环固定至该压力盘。破裂盘及该电性绝缘环中的至少其一界定一导通管道，通过该压力盘的一侧透过该导通管道暴露至足够的压力将致使该压力盘与该破裂盘分离，从而切断上述的电性通路。在一些实施例之中，该模块式电流中断装置是位于该电池一外盖的一凹入部分，该凹入部分在该外盖中界定一开孔。该模块式电流中断装置可以是该电池的一正接头的一组件。在该等实施例之中，该电池的一正接头的至少一导线可以与该模块式电流中断装置的破裂盘电性相连。在一些实施例之中，该电流中断装置可以与该电池室电性相连。在该等实施例之中，该电流中断装置可以与该电池室外盖电性相连，且该外盖可以包含一面向该压力盘的凹口。该凹口与一变形平截头体(frustum variant)的第一末端的周围可以是共边界的(co-terminous)。在又另一实施例中，一种形成模块式电流中断装置的方法包含组合该电流中断装置的一压力盘及一安装构件，以及组合一破裂盘及一电性绝缘环。组合后的压力盘及安装构件以及组合后的破裂盘及电性绝缘环接着被组装，且破裂盘被以激光或电阻点焊的方式焊接至该压力盘以在其间形成一电性通路。此方法可以包含将破裂盘焊接于该压力盘的一基本平面式外罩(essentially planar cap)的至少一点之上，最好是二点之上，同时该压力盘的温度被控制于不使其熔穿该压力盘至该焊接的另一侧。一电池的形成可以通过之后将模块式电流中断装置放置于该电池一外盖的一凹入部分之内，其中该凹入部分界定该外盖的一开孔、将该电池的一第一电极或者一第二电极接附至该电流中断装置、将该电流中断装置接附至该电池的一电池室上，该电池室包含彼此电性相连的一电池芯匣和一外盖、 以及形成一第一接头电性相连至该第一电极，与一第二接头电性相连至该第二电极。此方法可以进一步包含将该电流中断装置焊接至该电池室的外盖上。电流中断装置焊接至该电池室的外盖的执行可以通过在该外盖和该电流中断装置之间缝焊(seam welding) 一周围交界面，最好是通过在该压力盘的基座处实施穿透焊接(penetration welding)。此方法可以进一步包含将该电池室的外盖焊接至该电池室的电池芯匣上的步骤。当介于盘之间的计示压力范围是介于例如大约4kg/cm2和大约lOkg/cm2之间或者是介于大约4kg/cm2和大约 9kg/cm2之间时，可以中断电性连接。在一些实施例之中，当介于外盖和电池芯匣之间的计示压力大于或等于大约20kg/cm2之时，连接外盖和电池芯匣的焊接将破裂。此方法可以进一步包含形成至少一排气装置于电池芯匣上的步骤，其中当一内部计示压力范围是介于大约lOkg/cm2和大约20kg/cm2之间时，电池内的气体将透过该排气装置泄出。在又另一实施例中，本发明是针对一种包含一压力盘的CID，该压力盘包含一具有一第一末端和一第二末端的变形平截头体，其中该第一或第二末端中的至少其一的剖面是非圆形的。一基座自该变形平截头体的第一末端的一周围放射状地延伸而出，且一基本平面式外罩封住该变形平截头体的第二末端。该第一末端相对于该第二末端具有较为宽阔的尺寸。该第一末端和第二末端中至少其一的剖面可以是椭圆形的。该第一末端和第二末端二者的剖面可以均是非圆形的。在一些实施例之中，该第一末端和第二末端二者的剖面可以均是椭圆形的。上述的破裂盘最好是经由一焊接与上述的基本平面式外罩电性接触。在介于盘间的一计示压力范围介于大约4kg/cm2和大约9kg/cm2之间，或最好是在介于大约 7kg/cm2和大约9kg/cm2之间时，连接压力盘和破裂盘的焊接将破裂。该破裂盘可以界定一低凹处，而该焊接可以是位于该低凹处。该焊接可以是至少一点的焊接，最好是二点的焊接，该等点焊的至少其一包含铝。该破裂盘可以界定至少一开孔。该压力盘和该破裂盘中的至少其一可以包含铝。在一些实施例之中，该压力盘和该破裂盘二者均可以包含铝。在某些实施例之中，该外罩的厚度范围可以是介于大约0. 05毫米和大约0. 5毫米之间，例如大约0.127毫米。该外罩的直径范围可以是介于大约2毫米和大约8毫米之间。该外罩距离该基座的高度的范围可以是介于大约0. 5毫米和大约1毫米之间，例如大约0. 762毫米。该变形平截头体与平行于该压力盘的基座的一平面之间可以具有一角度，其范围介于大约15 度和大约25度之间。在一些实施例之中，一电性绝缘环可以延伸于该变形平截头体的周围且介于该压力盘的基座和该破裂盘之间。在该等实施例之中，压力盘的基座可以包含至少一凸片且该电性绝缘环可以界定至少一开孔，当该绝缘环和该基座是同中心(concentric) 时该凸片和该开孔能够彼此对齐，其中该凸片可以被延展式地调整以将该绝缘环固定至该压力盘。该电性绝缘环可以在该绝缘环的一周围附近界定一沟槽。此等实施例可以进一步包含一具有多个凸片的金属环，该金属环可以位于该沟槽内侧且该多个凸片可以被延展式地调整而固定于该压力盘所在的一金属表面，从而将该绝缘环固定于该压力盘之上。该破裂盘接近与该压力盘焊接处的厚度可以小于该压力盘接近该焊接处的厚度，较佳的情况是等于或者小于该压力盘接近该焊接处的厚度的一半。本发明具有许多优点。举例而言，上述的模块式电流中断装置可以与锂离子电池分开生产，从而大幅降低电池的生产成本并增加该模块模块式CID可套用的应用种类。此外，该模块式CID包含一相较于典型的传统电流中断装置显著增加的表面区域用以在电池单体卷筒上焊接一凸片，因此其显著地增加电池生产期间的良率。再者，在某些实施例之中，由于压力盘及电性绝缘环二者界定出一导通管道，故压力盘不需要包含允许气体通过的穿孔，从而排除在电池单体卷筒上焊接凸片期间产生穿孔阻塞的可能性。并且，本发明的模块式电流中断装置可以在至少一种定位方式上是各方位通用的，诸如通过具有一圆形的形状，从而排除在组装期间对该电流中断装置定位的需要。其从而显著地缩减生产期间出错以及其后于质量检查期间被退回的可能性。在一实施例中，该破裂盘上的一斜边界定一渠道并提供一机制以将该破裂盘机械式地固定至电流中断装置的一电性绝缘环，从而排除破裂盘界定穿孔以传送气体压力至压力盘的需要。一瘦长、非圆形压力盘的优点之一在于，在任何特定棱角形电池单体设计的外壳内，其可能通过使用一相较于同一材质厚度圆形压力盘呈瘦长形的压力盘(椭圆形、卵形， 等等)而达成较低的启动或逆转压力。
图1是本发明模块式电流中断装置的一实施例的剖面视图；图2A和2B分别是图1的模块式电流中断装置中的一导电破裂盘组件的平面和剖面视图；图3A和;3B分别是图1的模块式电流中断装置中的一导电压力盘组件的平面和剖面视图；图4A、4B和4C分别是图1的模块式电流中断装置中的一电性绝缘环组件的一实施例的立体、剖面和平面视图；图5是图1的模块式电流中断装置沿V-V线所取的一部分剖面视图；图6A和6B分别是图1的模块式电流中断装置中的一安装构件组件的平面和剖面视图；图7A至7D显示本发明制造本发明一实施例的模块式电流中断装置的方法中的步骤；图8A、8B和8C分别是一棱角形电池单体的一外盖的外部、剖面、和内部视图，其显示接附至该外盖的一本发明的模块式电流中断装置；图9是本发明的一棱角形电池单体的剖面图，其亦以剖面视图显示本发明的模块式电流中断装置被装设于外盖中的适当处；图10是本发明一瘦长形，或者说椭圆形，压力盘的平面视图，其具有一变形平截头体式的形状，显示于一具有非变形的平截头体形状的圆形压力盘的旁边；图11是本发明的CID的一实施例的剖面视图；图12显示图11的CID中一压力盘的一实施例。
具体实施例方式经由本发明示范性实施例的具体说明，前述的特点将得以彰显，该等说明是配合所附的图式进行，其中相同的参照字符在不同图式中表示相同的部件。图式未必成比例，基于例示本发明实施例的需要，可能强调特定的部位。本发明基本上针对一种用于诸如锂离子电池(特别是棱角形锂离子电池)等电池的模块式电流中断装置。在另一实施例中，本发明是一种包含该模块式电流中断装置的电池。在又另一实施例中，本发明是一种制造模块式电流中断装置的方法。说明当中所使用的本发明电池的"接头"意指电池连接外部电路的部分或者表面。此外，说明当中使用的"电性连接"或"电性相通"或"电性接触"意指某些部分通过电子流过导体而彼此相连通，相对于牵涉到诸如Li+的离子流过电解液的电化学相连。图1是一实施例的模块式电流中断装置10的剖面视图，其包含导电破裂盘12、导电压力盘14、电性绝缘环16、和安装构件18。如图2A及2B所示，导电破裂盘12包含中央凹入部分11、13，其各自独立具有的深度范围介于大约0. 16mm和大约0. ^mm之间，而具有的宽度范围介于大约2. 95mm和大约 3. 05mm之间。或者，如图11所示，导电破裂盘240可以包含一单一中央凹入部分观0。导电破裂盘12，如图2A所示，是一多边形。虽然图2A中显示其具有十四个边，但导电破裂盘 12具有的侧边48的个数基本上可以介于大约10到20个之间。导电破裂盘12的侧边48 两两相交并从而界定出夹持点50。选择性地，或者替代性地，破裂盘12包含排气穿孔，其未显示于图中。破裂盘12的斜边20、22与破裂盘12的一主平面呈一角度，该角度的范围基本上介于大约40度和55度之间。在较佳的实施方式中，斜边20、22的角度范围是介于大约 45°和大约49°之间，最佳的实施方式是大约47°。基本上，破裂盘12具有一主要直径D， 其范围介于大约6mm和大约16mm之间，以及一厚度T，其范围介于大约0. 3mm和大约0. 7mm 之间。在较佳实施例中，破裂盘12具有一大约Ilmm的直径以及一大约0. 5mm的厚度。破裂盘12在凹入部分11、13的厚度的范围通常是介于大约0. 065mm和较佳的大约0. 085mm 之间。破裂盘12是由一适当的材料制造而成。适当材料的实例包含铝、镍(nickel)和铜 (copper)。适当材料的实例包含铝3003系列，诸如铝3003H-0或者H-14系列，最好是H-14 系列。回到图1，导电压力盘14于焊接点24 J6处接附至导电破裂盘12。选择性地，导电压力盘14可以是以无任何焊接点、单一焊接点、或者三或更多焊接点的方式连接至导电破裂盘12。一般而言，该等焊接点是点焊的方式。在较佳实施例中，该等点焊彼此分隔。在一特别的较佳实施例中，该等点焊包含铝。虽然其他结构的导电压力盘可以运用于本发明的模块式电流中断装置之中，但如图3A和:3B所示，导电压力盘14较佳的实施方式是包含平截头体(frustumUS。平截头体或者截头圆锥形组件观具有第一末端30和第二末端32。第一末端30相较于第二末端32 具有较为宽阔的直径。导电压力盘14同时亦包含基座34放射状地延伸自平截头体观的第一末端30的周围。外罩36封住平截头体观的第二末端32。在本说明书之中，"平截头体"一词表示其顶部被切除的实心正圆锥(意即，以一直角三角形的一股为中心旋转该直角三角形所产生的实心体)的基座墙面部分(不包括底部和顶端)。在一实施例中，外罩36是基本平面式的。在另一实施例中，未显示于图中，平截头体观可以是一变形平截头体，诸如第一末端30或者第二末端32的一剖面是各自独立的非圆形。在一实施例中，第一末端30和第二末端32的剖面均是椭圆形，如图10中的压力盘120所示。在本说明书之中，“基本平面式或者外罩"一词表示一相当类似一平面的表面， 其可以与另一平坦表面任意接触于一或多个点，且可以适当的方式，诸如点焊，将该表面熔接于该一或多个点之上。回到图3A和:3B，在一些实施例之中，虽然显示于图1的压力盘14 的制造或者模块式电流中断装置10的组装导致变形(例如，由于将导电破裂盘12焊接至导电压力盘14)，但外罩36仍然被视为是基本平面式的。一塑形针具在同一时间形塑出压力盘14上的外罩36以及破裂盘12上的模铸造型11。接着，压力盘14被接附至破裂盘12以形成一电性传导通道。在较佳实施例中，压力盘14和破裂盘12是被点焊在一起，而焊接点位置的数目范围介于1和大约6之间，诸如 2个焊接点。在较佳实施例中，其使用激光焊接。在较佳实施例中，其将激光焊接设备设置成以多重重复式激光脉冲连续快速地撞击每一焊接点。其调整每一重复激光脉冲的能量使得单一焊接点上的所有重复激光脉冲的总能量足以局部地熔化压力盘14和破裂盘12中的铝，从而将其金属性地黏结于焊接点处。使用多重重复激光脉冲的优点在于施加至每一焊接点的总激光能量的变异被显著地降低，从而在焊点焊接强度上相对于使用具有较高能量的单一激光脉冲达成较小的变异。在较佳实施例中，外罩36及/或基座34各自独立地具有一材料厚度(表示为图 3B中的参照字符"d")，其范围介于大约0.05mm和大约0.5mm之间，诸如介于大约0.05mm 和大约0. 3mm之间、介于大约0. 05mm和大约0. 2mm之间、介于大约0. 05mm和大约0. 15mm 之间(例如，大约0. 127mm)或者大约5毫英寸(milli-inch)。在较佳实施例中，外罩36的直径(表示为图3A和中的参照字符〃 b〃)范围是介于大约2mm和大约IOmm之间，最好是介于大约5mm和大约IOmm之间，更佳者是介于大约5mm和大约8mm之间(例如，介于大约0. 20英寸和0. 25英寸之间)，诸如大约5. 5mm (或者大约0.215英寸)。在较佳实施例中，外罩36的表面是自周边基座34架高。外罩36距基座34的高度(表示为图3B中的参照字符"c")范围是介于大约0. 5毫米和大约1毫米之间，更佳者在介于大约0. 55毫米和大约0. 65毫米之间，诸如大约0. 596毫米(或者大约0. 024英寸)。在较佳实施例中，平截头体观相对于一平行于基座34的平面具有一角度，其范围介于大约15度和大约25度之间，诸如介于大约18度和大约23度之间，或者介于大约19 度和大约21度之间。更佳者，平截头体观相对于一平行于基座34的平面具有一大约21 度的角度。在较佳实施例中，平截头体观的第一末端30对第二末端32的直径比(意即， 图;3B中〃 b〃对〃 a〃之比)范围介于大约1 1.20和大约1 1.35之间，诸如介于大约1 1. 23和大约1 1.沘之间。回到图1，导电破裂盘12和导电压力盘14分离之时是当一施加至导电压力盘14 接触导电破裂盘12的一表面的内部计示压力的范围介于大约4kg/cm2和大约lOkg/cm2之间时，诸如介于大约4kg/cm2和大约^g/cm2之间、介于大约^g/cm2和大约^g/cm2之间或者介于大约Ag/cm2和大约9kg/cm2之间。导电压力盘14自导电破裂盘12的分离启动模块式电流中断装置10。在本说明书之中，模块式电流中断装置10的"启动"意谓导电破裂盘12和导电压力盘14间的电流流动被中断。在较佳实施例中，当导电压力盘14自导电破裂盘12分离时，导电压力盘14仍得以保持其整体性，意即导电压力盘14并未破裂或者允许气体自压力盘14的一侧流到压力盘14的另一侧。通常而言，压力盘14自导电破裂盘 12的分离是造成将压力盘14电性连接至破裂盘12的任一个点焊处破裂。压力盘14可以由适当的金属构成，诸如铝、铜和镍。适当材料的一实例是铝3003 系列，诸如铝3003H-0或者H-14系列。在较佳实施例中，压力盘14包含铝，更佳者，基本上由铝构成。电性绝缘环16自压力盘14的一周边隔开破裂盘12的一周边。参见图4A、4B和4C， 电性绝缘环16包含基座38和环缘40。基本上，环缘40与基座38的周围相距一距离"b"， 其范围介于大约0.40mm和大约0.55mm之间。环缘40基本上具有一高度〃 h〃，其范围介于大约0.80mm和大约0.90mm之间。凸缘44延伸自环缘40并交叠导电破裂盘12。在一实施例中，凸缘44接触破裂盘12以在基座38和破裂盘12之间形成一干涉匹配。如图4A 所示，电性绝缘环16在基座38界定出渠道46。在一实施例中，其如图4C所示，至少一渠道46具有一主轴，该主轴基本上垂直于环16所界定出的圆形上的一切线。电性绝缘环16 的适当材质实例包含聚丙烯(polypropylene)，诸如高密度聚丙烯、以及过氟烷氧基共聚物 (perfluoroalkoxy copolymer)合成树月旨。由图5可以看出，破裂盘12上的点50基本上与电性绝缘环16的环缘40是呈干涉匹配的关系。导电破裂盘12的侧边48与电性绝缘环16的环缘40界定出导通管道42， 其提供从破裂盘12的一侧到破裂盘12另一侧的气体压力流体相通。环16的渠道46同时亦提供介于破裂盘12主表面之间的流体相通。安装构件，或者安装杯状体，18覆盖于压力盘14之上。安装构件18，其亦显示于图6A和6B之中，包含基座52，以及凸高部分M，其界定穿孔56。位于安装构件18周边的皱褶58将压力盘14固定至电性绝缘环16。选择性地，安装构件18可以通过安装构件18 接触导电压力盘14的焊接(未显示于图中)固定至压力盘14。在较佳实施例中，开孔56 的直径范围是介于大约2mm和大约4mm之间。安装构件18是由一适当的材料所制造，诸如铝、镍和铜。在较佳实施例中，安装构件18是由金属制成且电性连接至压力盘14。在较佳实施例中，安装构件18包含铝，更佳者，基本上由铝构成。或者，在压力盘14是连接至一电池的电性接头，诸如电池室的情况，安装构件18 可以由一电性绝缘材料制成，诸如聚丙烯。显示于图6A中是安装构件18的一平面视图，其显示安装构件18在结构上是圆形，在一实施例中，凸高部分M其本上紧沿压力盘14的基座；34。用以形成安装构件18的材料，其厚度通常位于大约0. 3mm和大约0. 5mm间的范围内。本发明的一种制造模块式电流中断装置的方法包含组合导电压力盘14与安装构件18，以及组合导电破裂盘12与电性绝缘环16。组合后的导电压力盘14和安装构件18以及组合后的导电破裂盘12和电性绝缘环16接着通过机械式方式彼此固定，或者使用其他机制通过一适当的方法连结导电破裂盘12和导电压力盘14，诸如通过激光或者电阻点焊。 安装构件18的边缘可以环绕压力盘14和绝缘环16的边缘卷曲。在另一实施例中，显示于图7A至7D，压力盘14和安装构件18被组合，如图7A所示，而后通过一诸如卷曲的适当方法形成单一皱折，如图7B所示。选择性地，其可以将一诸如耐电解质密封材料(例如，柏油式密封材料)，如相关领域所知的适当内衬填充物质，置于压力盘14和安装构件18的连结表面之间。如图7C所示，其接着形成一双重皱折，做为一密封机制。绝缘环16接着被放置于压力盘14处，且压力盘14和安装构件18接着被再次卷曲以夹紧绝缘环16。如图7D所示，破裂盘12接着被放入定位，如图1所示，并被点焊至压力盘14，如前所述。在较佳实施例中，导电压力盘14和导电破裂盘12是由大致上相同的金属制成。在本说明书之中，“大致上相同的金属"一词意谓在一特定电压下，例如电池的运作电压，具有大致相同化学和电化学稳定性的金属。在一特定实施例之中，导电破裂盘12和导电压力盘14 二者中的至少其一包含铝，诸如铝3003系列。在另一特定实施例之中，导电压力盘14 包含的铝较导电破裂盘12包含者较为柔软。在较佳实施例中，导电压力盘14和导电破裂盘12 二者均包含铝。更佳者，破裂盘12是由铝3003H-14系列所构成，而压力盘14是由铝 3003H-0系列所构成。压力盘12和破裂盘14可以通过相关领域中现有的任何适当方法制成，诸如，举例而言，压印(stamping)、铸造(coining)、及/或铣削(milling)技术。图8A、8B和8C分别显示一包含本发明模块式电流中断装置的电池的外盖组件的外部平面、剖面以及内部平面视图。由图8A、8B和8C可以看出，电流中断装置10被装设于一电池的外盖60所界定的穿孔62内。模块式电流中断装置10大部分位于电池内部，而安装构件18的凸高部分M位于外盖60的穿孔62内。安装构件18是通过一适当的方法固定至外盖60，诸如通过干涉匹配、焊接、卷曲接合(crimping)、铆接(riveting)、等等。在较佳实施例中，安装构件18和外盖60彼此焊接在一起。其可以使用相关领域中现有的任何适当焊接技术。在较佳实施例中，安装构件18和外盖60彼此密封式地连结。在较佳实施例中，其使用一激光焊接技术于发明中。更佳的实施方式中，其运用一周围激光焊接技术以密封式地连结安装构件18和外盖60，举例而言，通过在二部件间的周围交界面处使用缝焊，或者是通过在安装构件18的基座62处使用穿透焊接。在较佳实施例中，该焊接是实施于环绕基座52中间或者基座52边缘的周围上。在较佳实施例中，焊接制程期间，例如激光焊接制程，其控制安装构件18的温度使其不超过焊接处另一侧的安装构件18表面的熔点。 此一温度控制可以利用现有技术中任何适当的冷却方法为之。在较佳实施例中，外盖60是由与安装构件18大致相同的材料所制成，诸如铝3003H-0或者H-14系列。由图8A的电池外盖60的外部平面视图可以看出，安装构件18的凸高部分M是可看见的且其结构基本上是圆形。通常，安装构件18以及外盖60的其余部分和外盖60所电性连接的电池室是做为一正接头，而馈穿组件64如图8A至8C所示是做为一负接头，并通过组件66电性绝缘于外盖60的其余部分、模块式电流中断装置10、以及外盖60所电性连接的电池室。图9显示包含外盖60的本发明的电池70的剖面视图，模块式电流中断装置10安装于其中。凸片72使一电极，最好是正电极，连接至破裂盘12。其可以通过一适当的方法将凸片72连结至破裂盘12，诸如激光或者电阻点焊。凸片74将其他电极连接至馈穿组件 64，其亦是通过一适当的方法，诸如激光或者电阻点焊。选择性地，模块式电流中断装置10的导电组件可以由铝之外的材料构成，诸如镀镍的铁，特别是当电流中断装置10是电性连接至电池的阳极而非阴极之时。在另一实施例中，相较于装配于相同尺寸(非圆形)外壳中的圆形压力盘而言，一非圆形的压力盘提供一较大的表面区域。相较于装配于相同长方形外壳基座中的圆形压力盘而言，较大的可用区域可有较低的启动压力。当电池单体的设计由圆形变成棱角形时，压力盘可用的空间减少。特别是对于外观尺寸纤薄的棱角形电池单体而言，圆形压力盘的最大尺寸极小，使得压力产生的力道不足以在较佳的压力范围内启动其压力机制。使压力盘材料变得极薄可以将逆转压力带回较佳范围。但使用极薄的材料使得压力盘的结构整体性变得脆弱而增加破穿和裂缝的风险。本发明的瘦长形，或者说椭圆形，盘120显示于图10，其显示与一其平截头体的第一和第二末端二者均具有圆形剖面的压力盘80相对照。下列的表1显示对本发明的瘦长形压力盘的测试结果。相较于可容纳于一特定棱角形电池单体内的圆形压力盘而言，此盘的瘦长形，或者说椭圆形的形状增加了压力力道可作用的区域，因此增进了压力盘的敏感度并得以配合一外观尺寸纤薄的棱角形电池单体运作。表1 瘦长形压力盘原型样本逆转压力监测报告
权利要求
1.一种模块式电流中断装置，其特征在于，包含a)一压力盘，包含i) 一变形平截头体，具有一第一和一第二末端，该第一末端具有一比该第二末端较为宽阔的直径，该第一末端和该第二末端中至少其一为一平截头体的变形，其变异在于该末端的一剖面并非圆形， ) 一基座，放射状地延伸自该变形平截头体的该第一末端的一周围，以及iii) 一基本平面式外罩，封住该变形平截头体的该第二末端；以及b)一破裂盘，与该压力盘的该基本平面式外罩电性接触。
2.如权利要求1所述的模块式电流中断装置，其特征在于，该第一末端和该第二末端中至少其一的该剖面是椭圆形。
3.如权利要求1所述的模块式电流中断装置，其特征在于，该第一和第二末端二者的剖面均是非圆形。
4.如权利要求1所述的模块式电流中断装置，其特征在于，该第一和第二末端二者的剖面均是椭圆形。
5.如权利要求1所述的模块式电流中断装置，其特征在于，该破裂盘经由一焊接与该压力盘的该基本平面式外罩电性接触。
6.如权利要求5所述的模块式电流中断装置，其特征在于，当介于该二盘间的一计示压力范围是介于大约4kg/cm2和大约9kg/cm2之间时，连接该压力盘和该破裂盘的该焊接将破裂。
7.如权利要求5所述的模块式电流中断装置，其特征在于，当介于该二盘间的一计示压力范围是介于大约Ag/cm2和大约9kg/cm2之间时，该焊接将破裂。
8.如权利要求5所述的模块式电流中断装置，其特征在于，该破裂盘界定一低凹处，且其中该焊接是位于该低凹处。
9.如权利要求8所述的模块式电流中断装置，其特征在于，该焊接是至少一点的点焊。
10.如权利要求9所述的模块式电流中断装置，其特征在于，至少一该点焊包含铝。
11.如权利要求9所述的模块式电流中断装置，其特征在于，该焊接是二点的点焊。
12.如权利要求1所述的模块式电流中断装置，其特征在于，该破裂盘界定至少一开孔。
13.如权利要求5所述的模块式电流中断装置，其特征在于，该压力盘和该破裂盘中至少其一包含铝。
14.如权利要求13所述的模块式电流中断装置，其特征在于，该压力盘和该破裂盘二者均包含铝。
15.如权利要求14所述的模块式电流中断装置，其特征在于，该外罩的厚度范围是介于大约0. 05毫米和大约0. 5毫米之间。
16.如权利要求15所述的模块式电流中断装置，其特征在于，该外罩的厚度是大约 0. 127毫米。
17.如权利要求15所述的模块式电流中断装置，其特征在于，该外罩的直径范围是介于大约2毫米和大约8毫米之间。
18.如权利要求17所述的模块式电流中断装置，其特征在于，该外罩距离该基座的一高度是介于大约0. 5毫米和大约1毫米的范围间。
19.如权利要求18所述的模块式电流中断装置，其特征在于，该外罩距离该基座的该高度是大约0. 762毫米。
20.如权利要求18所述的模块式电流中断装置，其特征在于，该变形平截头体与平行于该压力盘的该基座的一平面之间具有一角度，该角度的范围介于大约15度和大约25度之间。
21.如权利要求1所述的模块式电流中断装置，其特征在于，更包含一电性绝缘环，延伸于该变形平截头体的周围且介于该压力盘的该基座和该破裂盘之间。
22.如权利要求21所述的模块式电流中断装置，其特征在于，该压力盘的该基座包含至少一凸片且其中该电性绝缘环界定至少一开孔，该凸片和该开孔当该绝缘环和该基座是同中心时能够彼此对齐，且其中该凸片可以被延展式地调整以将该绝缘环固定至该压力器。
23.如权利要求22所述的模块式电流中断装置，其特征在于，该电性绝缘环在环绕该绝缘环的一周围界定一沟槽，且更包含一具有多个凸片的金属环，该金属环可以位于该沟槽内侧且该多个凸片可以被延展式地调整而固定至该压力盘所在的一金属表面上，从而将该绝缘环固定于该压力盘之上。
24.如权利要求21所述的模块式电流中断装置，其特征在于，该破裂盘接近与该压力盘的焊接处的厚度小于该压力盘接近该焊接处的厚度，较佳的情况是等于或者小于该压力盘接近该焊接处的厚度的一半。
25.一种电池，其特征在于，包含a)一第一接头，与该电池的一第一电极电性相通；b)一第二接头，与该电池的一第二电极电性相通；c)一电池室，具有彼此电性相通的一电池芯匣和一外盖，该电池室是电性绝缘于该第一接头，其中至少一部分的该电池室至少是该第二接头的一组件，或者是电性连接至该第二接头；以及d)至少一电流中断装置，与该第一或第二电极电性相通，该电流中断装置包含i) 一压力盘，包含一变形平截头体，该变形平截头体具有一第一末端和一第二末端，该第二末端具有一较该第一末端小的直径，该第一和第二末端中至少其一的一剖面是非圆形的、以及一基本平面式外罩，其封住该变形平截头体的该第二末端，其中该基座是位于该电池室的近侧，而该基本平面式外罩是位于该电池室的远侧；以及 ) 一破裂盘，与该压力盘以及该第一或者第二电极电性相通。
26.如权利要求25所述的电池，其特征在于，该第一和第二末端中至少其一的该剖面是椭圆形。
27.如权利要求25所述的电池，其特征在于，该第一和第二末端二者的剖面均是非圆形的。
28.如权利要求25所述的电池，其特征在于，该第一和第二末端二者的剖面均是椭圆形。
29.如权利要求25所述的电池，其特征在于，该压力盘和该破裂盘通过至少一焊接连结在一起，且其中该破裂盘界定至少一开孔。
30.如权利要求四所述的电池，其特征在于，该电池芯匣是一棱角形电池芯匣。
31.如权利要求30所述的电池，其特征在于，该破裂盘界定一低凹处，且其中该焊接是位于该低凹处。
32.如权利要求31所述的电池，其特征在于，该焊接是至少一点的点焊。
33.如权利要求32所述的电池，其特征在于，至少一该点焊包含铝。
34.如权利要求32所述的电池，其特征在于，该焊接是二点的点焊。
35.如权利要求25所述的电池，其特征在于，该压力盘和该破裂盘中至少其一包含铝。
36.如权利要求35所述的电池，其特征在于，该压力盘和该破裂盘二者均包含铝。
37.如权利要求36所述的电池，其特征在于，该外罩的厚度范围是介于大约0.05毫米和大约0.5毫米之间。
38.如权利要求37所述的电池，其特征在于，该外罩的直径范围是介于大约2毫米和大约8毫米之间。
39.如权利要求38所述的电池，其特征在于，该外罩距离该基座的高度是介于大约0.5 毫米和大约1毫米的范围间。
40.如权利要求39所述的电池，其特征在于，该变形平截头体与一平行于该压力盘的该基座的平面之间具有一角度，该角度的范围介于大约15度和大约25度之间。
41.如权利要求25所述的电池，其特征在于，更包含一电性绝缘环，延伸于该变形平截头体的周围且介于该压力盘的基座和该破裂盘之间。
42.如权利要求41所述的电池，其特征在于，该压力盘的该基座包含至少一凸片且其中该电性绝缘环界定至少一开孔，该凸片和该开孔当该绝缘环和该基座是同中心时能够对齐，且其中该凸片可以被延展式地调整以将该绝缘环固定至该压力盘。
43.如权利要求41所述的电池，其特征在于，该电性绝缘环在环绕该绝缘环的一周围界定一沟槽，且更包含一具有多个凸片的金属环，该金属环可以位于该沟槽内侧且该多个凸片可以被延展式地调整而固定至该压力盘所在的一金属表面上，从而将该绝缘环固定于该压力盘之上。
44.如权利要求25所述的电池，其特征在于，该当介于该二盘间的一计示压力范围是介于大约4kg/cm2和大约9kg/cm2之间时，连接该压力盘和该破裂盘的该焊接将破裂。
45.如权利要求44所述的电池，其特征在于，在一计示压力范围介于大约^g/cm2和大约9kg/cm2之间时，该焊接将破裂。
46.如权利要求45所述的电池，其特征在于，在一计示压力范围介于大约Ag/cm2和大约9kg/cm2之间时，该焊接将破裂。
47.如权利要求25所述的电池，其特征在于，该破裂盘接近与该压力盘的焊接处的厚度小于该压力盘接近该焊接处的厚度，较佳的情况是等于或者小于该压力盘接近该焊接处的厚度的一半。
48.如权利要求25所述的电池，其特征在于，该电流中断装置是与该电池室电性相通。
49.如权利要求48所述的电池，其特征在于，该电流中断装置是与该电池室的该外盖电性相通，且该外盖包含一面向该压力盘的凹口。
50.如权利要求49所述的电池，其特征在于，该凹口与该变形平截头体的该第一末端的该周围是共边界的co-terminous。
51.一种制造电流中断装置的方法，其特征在于，包含以下步骤a)形成一压力盘，其包含i) 一变形平截头体，具有一第一末端和一第二末端，该第二末端具有一较该第一末端小的直径，该第一末端和该第二末端中至少其一具有一非圆形的剖面； ) 一基座，放射状地延伸自该变形平截头体的该第一末端的一周围；以及 iii) 一基本平面式外罩，封住该变形平截头体的该第二末端；b)形成一破裂盘；以及c)将该破裂盘焊接至该压力盘的该基本平面式外罩，同时该压力盘的一温度被控制于不使其熔穿该压力盘至该焊接的另一侧。
52.如权利要求51所述的方法，其特征在于，该剖面是椭圆形。
53.如权利要求51所述的方法，其特征在于，该第一和第二末端二者的剖面均是非圆形。
54.如权利要求51所述的方法，其特征在于，该第一和第二末端二者的剖面均是椭圆形。
55.如权利要求51所述的方法，其特征在于，该焊接的执行是利用一激光。
56.如权利要求55所述的方法，其特征在于，该焊接至少执行于一点上。
57.如权利要求56所述的方法，其特征在于，该焊接至少执行于二点上。
58.一种制造电池的方法，其特征在于，包含以下步骤a)形成一电流中断装置，包含以下步骤i)形成一压力盘，该压力盘包含一变形平截头体，该变形平截头体具有一第一末端和一第二末端，该第二末端具有一比该第一末端小的直径，其中该第一和第二末端中至少其一具有一非圆形的剖面、一基座，放射状地延伸自该变形平截头体的该第一末端的周围、以及一基本平面式外罩，其封住该变形平截头体的该第二末端； )形成一破裂盘；以及iii)将该破裂盘焊接至该压力盘的该基本平面式外罩，同时该压力盘的一温度被控制于不使其熔穿该压力盘至该焊接的另一侧，从而形成该电流中断装置；b)将该电池的一第一电极或一第二电极接附至该电流中断装置；c)将该电流中断装置接附至该电池的一电池室，该电池室包含彼此电性相通的一电池芯匣和一外盖；以及d)形成一第一接头电性相通至该第一电极，和一第二接头电性相通至该第二电极。
59.如权利要求58所述的方法，其特征在于，该剖面是椭圆形。
60.如权利要求58所述的方法，其特征在于，该第一和第二末端二者的剖面均是非圆形。
61.如权利要求58所述的方法，其特征在于，该第一和第二末端二者的剖面均是椭圆形。
62.如权利要求58所述的方法，其特征在于，该电流中断装置被焊接至该电池室的该外盖上。
63.如权利要求62所述的方法，其特征在于，该电流中断装置焊接至该电池室外盖上的执行是通过在该外盖和该电流中断装置的该压力盘之间缝焊seam welding—周围交界
64.如权利要求63所述的方法，其特征在于，该电流中断装置焊接至该电池室外盖上的执行是通过于在该压力盘的该基座处实施穿透焊接penetration welding.
65.如权利要求62所述的方法，其特征在于，更包含将该电池室的该外盖焊接至该电池室的该电池芯匣上的步骤。
66.如权利要求65所述的方法，其特征在于，当介于该外盖和该电池芯匣之间的一计示压力大于或等于大约20kg/cm2之时，连接该外盖和该电池芯匣的焊接将破裂。
67.如权利要求58所述的方法，其特征在于，当介于该破裂盘和该基本平面式外罩间的一计示压力范围是介于大约4kg/cm2和大约9kg/cm2之间时，连接该破裂盘和该压力盘的该基本平面式外罩的焊接将破裂。
68.如权利要求58所述的方法，其特征在于，更包含形成至少一排气装置于该电池芯匣上的步骤，其中当一内部计示压力范围是介于大约lOkg/cm2和大约20kg/cm2之间时，电池内的气体将透过该排气装置泄出。
全文摘要
一种电流中断装置(10)，包含一压力盘(14)，该压力盘(14)包含一平截头体(28)，具有一第一末端(30)和一第二末端(32)，一基座(34)，放射状地延伸自该平截头体(28)的该第一末端(30)的一周围，以及一基本平面式外罩(36)，封住该平截头体(28)的该第二末端(32)。该第一末端(30)具有一比该第二末端(32)较为宽阔的直径，该第一和第二末端的至少其一的剖面为非圆形。
文档编号H01M2/22GK102292843SQ201080005071
公开日2011年12月21日 申请日期2010年1月28日 优先权日2009年1月30日
发明者杰-罗杰·林纳, 米摩·伊利亚, 菲利普·E·帕丁, 雷蒙德·G·凯拉维兹 申请人:波士顿电力公司