專利名稱：用于電化學電池的電流斷續器的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種用于電化學電池的熱響應電流斷續器，該電流斷續器在電池溫度過分升高時能安全地防止電流流經電池。本發明還涉及一種用于電池的壓力響應電流斷續器，該電流斷續器在電池中氣體壓力過高時斷開電池。
電化學電池，特別是諸如其中鋰或鋰離子是活性材料的那些電池之類的高能密度電池，易發生泄漏或破裂，這又能導致對由電池供電的裝置或對周圍環境的損壞。在可再充電電池的情況下，電池內部溫度的升高能起因于過充電。不良的溫度升高常常伴隨有內部氣體壓力的相應增大。這即使在外部短路狀態下也可能發生。而且，即使電池過放電，內部氣體壓力也可能增大。希望安全裝置伴隨著電池，而不過分增大電池的成本、尺寸或質量。
這樣的電池，特別是把鋰或鋰離子用作活性材料的可再充電電池，由常常伴隨有壓力相應增大的電池內部溫度升高易于引起泄漏或斷裂。這可能由諸如過充電之類的誤用狀態或由在過充電期間可能發生的短路狀態引起。重要的還有，氣密地密封這些電池，以防止電解質溶劑外流和水分從外部環境進入。
如上所述，在對這樣一種電池充電時，發生自加熱。以過快的速率充電或過充電能導致溫度升高。當溫度超過依據電池的化學性質和結構變化的一定點時，不良和難以控制的熱耗散狀態開始。此外，因為過熱，內部壓力升高，并且電解質可能從電池突然排出。在這發生之前，最好開始受控排放。
一些可再充電電池能很細，例如細的棱形電池、或用于蜂窩電話的小尺寸圓柱形電池。一直難以把可靠的電流斷續安全裝置并入這樣的電池中，因為其尺寸小。但對這種安全裝置的需要反而更大，因為在正常蜂窩電話操作期間電池靠近用戶。
常規電池結構采用一種端蓋配件，在把電池陽極和陰極活性材料及適當隔離材料和電解質插入圓柱形殼體之后，把該端蓋配件插入到開放端部的圓柱形殼體中。端蓋與陽極或陰極材料之一電接觸，并且端蓋的暴露部分形成電池終端之一。電池殼體的一部分形成另一個終端。
本發明使一個或幾個電流斷續組件，集成在單個電池內且有利地應用于一次或二次(可再充電)電池。本發明的端蓋組件特別適用于可再充電電池，例如鋰離子、鎳金屬氫化物、鎳鎘或其他可再充電電池，以克服在暴露于高溫、過分或不適當充電或放電、或電池短路期間電池過熱和電池中壓力升高的危險。
在一個方面，本發明旨在一種用于細棱形電池或小直徑圓柱形電池的電流斷續機構。一個小型熱響應電流斷續組件布置在電池內。電流斷續組件最好是一種自備密封裝置，該裝置具有可以單獨制造且在電池構造期間作為單獨單元插入在電池中的優點。當電池內部過熱超過一個預定溫度時，在自備組件內的熱響應電流斷續機構動作而斷路，并且防止電流流經電池。該電流斷續機構包括一個熱響應件，希望是一個最好由帶有曲面的形狀記憶金屬合金構成的可彎曲盤。在正常的電池工作中，形狀記憶合金盤最好形成電池電極之一與連接電極的一個終端之間的電氣通路的一部分。當電池內的溫度達到一個預定值時，形狀記憶盤彎曲以斷開在所述電極與終端之間的電氣通路，由此關閉電池。
在本發明的另一個方面，電流斷續組件是一個包括一個熱響應電流斷續機構和一個壓力致動電流斷續機構的自備單元。電流斷續組件帶有一塊起電池的一個終端作用的暴露端蓋板。當把組件應用于電池并且電池在正常操作中時，端蓋板與電池電極(陽極或陰極)電氣連通。電流斷續機構包括一個由形狀記憶金屬合金或雙金屬構成的熱響應可彎曲件，希望該件為彎曲盤的形式，可以與一個可彎曲導電件物理連通。在熱響應件與可彎曲導電件之間的物理連通可以由在這兩個元件之間定位的非導電可移動桿實現。在正常的電池工作中，可彎曲導電件形成在電池電極之一與端蓋(終端)之間的電氣通路的一部分。當在電池內的溫度達到一個預定值時，熱響應件彎曲引起非導電可移動桿推壓可彎曲導電件，這又使導電件偏轉并且斷開在所述電極與終端之間的電氣通路。組件希望也包括一個壓力致動電流斷續機構，該機構最好包括一個壓力致動金屬膜片。該膜片最好形成電流斷續器組件外殼的一部分，并且當電池內壓力超過一個預定值時偏轉。膜片的偏轉引起電池電極與相應終端之間的電氣通路的中斷，由此關閉電池。
在另一個方面，電池可以包含以上兩種類型的自備電流斷續組件的兩種，即僅包含一個熱響應電流斷續機構的一種和既包含一個熱響應電流斷續機構又包含一個壓力致動電流斷續機構的另一種。這提供具有多個獨立電流斷續安全特征的電池。這種結構可以有利地使用，條件是電池具有足夠的直徑容納兩種電流斷續組件，例如電池具有在約5與20毫米之間的直徑或厚度。在這種實施例中，僅包含熱響應電流斷續機構的電流斷續組件可以有利地完全布置在電池內部，從而它靠近電池的最熱部分。


圖1是完全置于一個棱形電池內的本發明的電流斷續組件一個實施例的剖開立體圖。
圖2是圖1中所示電池和電流斷續器組件的剖視圖。
圖3是圖1和2中所示電流斷續器組件的元件的分解立體圖。
圖4是帶有表示從電池一端突出的電流斷續器組件的另一個實施例的棱形電池的立體圖。
圖5是帶有圖4中所示電流斷續器組件的相同實施例的圓柱形電池的立體圖。
圖6是圖4和5中所示電流斷續器組件的剖視圖。
圖7是圖4、5和6中所示電流斷續器組件的分解立體圖。
圖8是包含圖2和6中所示電流斷續器組件實施例的圓柱形電池的豎直剖視圖。
在一個最佳實施例中，本發明的熱響應電流斷續器組件220可以完全布置在電池215內部，如圖1中所示。電池215可以是具有圖1中所示平行六面體形狀殼體225的棱形電池，而另一方面可以是細直徑圓柱形電池。如果電池215是棱形電池，則它一般具有在約3與10毫米之間的總厚度，一般棱形電池非常薄，具有約3與6毫米之間的總厚度。如果電池215是小直徑圓柱形電池，則直徑可以一般在約3與10毫米直徑之間。這里所描述的電流斷續組件220可以集成到較大尺寸的電池中，例如具有在3與15毫米之間厚度的棱形電池或者具有在3與15毫米之間直徑的圓柱形電池，但組件220特別適用于小厚度棱形或小直徑圓柱形電池。電池215可以是一次或可再充電電池，如鋰離子電池、鎳金屬氫化物電池或鎳鎘電池，但有利的是可再充電電池，如鋰離子電池。鋰離子可再充電電池的特征在于當電池放電時鋰離子從負電極向正電極轉移，而當對電池充電時從正電極向負電極轉移。它一般可以帶有一根鋰鈷氧化物(LixCoO2)或尖晶石晶體結構的鋰錳氧化物(LixMn2O4)的正電極和一根碳負電極。負電極構成電池在放電期間的陽極和在充電期間的陰極，而正電極構成電池在放電期間的陰極和在充電期間的陽極。用于這種電池的電解質可以包括溶在無水溶劑混合物中的鋰鹽。鹽可以是LiPF6，而溶劑可以有利地包括碳酸二甲酯(DMC)、碳酸亞乙酯(EC)、碳酸亞丙酯(PC)及其混合物。在圖1中所示的具體實施例中，電池215是一個棱形鋰離子電池，具有一個由相對扁平體表面205(a)和205(b)、平側面208(a)和208(b)及平端面209(a)和209(b)形成的一個殼體225。正終端245和負終端246從相同的側面208(a)暴露，并且便于連接到一個要供電的裝置上。電極疊層235表示成包括一片正電極材料211、一片負電極材料213，有常規多孔隔離材料212在其之間。疊層235可以以常規膠體滾筒形式纏繞，并且然后弄平纏繞材料，從而它緊湊地裝配在電池內。
本發明的熱響應電流斷續器組件220可以集成到鋰離子棱形電池215內，如圖1中所示。在該實施例中，電流斷續器組件完全置于電池內部，并且在一端電氣連接到正電極211上，而在另一端連接到正終端245上。因而，在正常操作下，在正電極211與正終端245之間有一條電氣通路。電流斷續器組件220的一個最佳實施例表示在圖2中。組件220是一個自備密封單元，包括一個金屬殼體280、一個金屬端蓋230、一個最好由一種形狀記憶合金形成的電流斷續器盤250、及一塊與蓋230的內表面相接觸的金屬接觸板295。端蓋230凸起，從而其表面向外突出，如圖2中所示。殼體280具有杯狀圓形結構的形式，帶有一個開放的端部和一個稍微突起的杯體，如圖3中所示。組件220在盤250的圓周邊緣與端蓋230的圓周邊緣230(a)之間帶有一個絕緣環290。用于組件220元件每一個的最佳結構表示在圖3中。電流斷續器盤250具有與其直徑或平均寬度相比較小的厚度，并且最好是圓形的或圓柱形的，但也可以具有其他形狀，例如，它可以是蛋形的、橢圓形的或為薄平行六面體的形式或薄細長平板或帶有可以不平行的一對或多對相對邊緣的板。這樣的結構最好具有小于其長度約30％且也小于其平均寬度的約30％的厚度。因而術語盤，如這里和特別是關于熱響應件250、350及352使用的那樣，打算指包括這樣的其他形狀。在蛋形或橢圓形形狀盤的情況下，術語平均寬度將是指其主表面的最小直徑。
盤250的厚度希望小于1毫米，最好在約0.05與0.5毫米之間。在圖3中表示得最清楚的電流斷續器盤250的一個最佳實施例具有一個外邊緣258和空心中央部分257。一個可彎曲的彈性部分255從圓周邊緣258向內突出到空心部分257中。有利地預制可彎曲部分255，在其表面中有一個稍微向上的彎頭255(a)，如圖3中所示，從而其端部255(b)安置在靠著接觸板295的第一位置，以完成在正電極211與正終端245之間的電氣通路。在正常工作期間，電流從正電極211通到連接片287(a)、到殼體280、到電流斷續器盤250和可彎曲部分255、到接觸塞295、到組件端蓋230、到連接片287(b)及然后到正終端245。如可以由圖1看到的那樣，電流斷續器盤250定位在組件內，從而電流穿過盤250的厚度，并因此穿過可彎曲部分255的厚度，以使電阻最小。當電池215內的溫度超過一個預定值時，端部255(b)向下彎曲到一個第二位置，以中斷與接觸板295的接觸，由此中斷在電極211與終端245之間的電氣通路以關閉電池。
參照圖3，把電流斷續器組件220設計成易于通過把電流斷續器盤250插入到開放端部的殼體280中而制造，從而它安置在殼體的底面上。然后在盤250上方插入絕緣環290，并且穿過絕緣環中的小孔290(a)插入為固體盤形塞形式的金屬接觸塞295，直到它安置在最好由形狀記憶合金構成的突起彈性件255上。絕緣墊圈275插入在端蓋230上方，并且這兩件然后放置在金屬接觸塞295上方，從而端蓋230的內側表面與接觸塞295的上表面相接觸。殼體280的圓周邊緣和絕緣墊圈275的圓周邊緣然后在端蓋230的圓周邊緣230(a)上方卷曲。在卷曲期間施加徑向壓力，從而端蓋230的圓周邊緣230(a)咬入絕緣墊圈275的圓周邊緣275(a)的內側表面，以形成在端蓋230與殼體280之間的緊密密封。
熱電流斷續器組件的另一個實施例，即組件320表示在圖6和7中。電流斷續器的該實施例設計成如圖4中所示從一個棱形電池的端部突出或如圖5中所示從一個圓柱形電池的端部突出。在該實施例中，棱形電池的總厚度有利地為至少約6毫米，一般在約6與20毫米之間，該厚度大得足以容納組件320。如果電池是圓柱形的，如圖5中所示，則希望具有至少與AAA尺寸電池一樣大的直徑，以便容納組件320。因而，可以方便地使用組件320以從AAA、AA、A、C或D尺寸圓柱形電池，或者例如具有在約5與20毫米之間的直徑的電池的端部突出。當以這種方式使用時，組件320的突出部分，即端蓋325可以方便地形成電池終端之一。
電流斷續器組件320可以具有一個形成組件320上部的希望倒置杯形的端蓋325、和一個形成組件下部的的杯形體370，如圖6中所示。端蓋325和杯體370由導電材料形成。杯形體370的底座372最好形成一個壓力致動膜片，該壓力致動膜片設計成當電池內的壓力超過一個預定值時向上(向端蓋325)偏轉。有利地由形狀記憶合金或雙金屬構成的可彎曲熱響應件350或352布置在杯370的底部，并且靠近壓力膜片372。可以希望熱響應件具有盤的形式，如盤350或352，具有圖7中所示的彎曲表面。當采用形狀記憶合金或雙金屬構成時，可以使用任一種結構，然而，當采用形狀記憶合金時，細長板或平行六面體結構352是最佳的，而當采用雙金屬構成時，圓盤350結構是最佳的。希望的盤350(或盤352)定位在組件320內，從而它基本位于與端蓋325的表面平行的平面內。電絕緣桿或塞340可以安置在可彎曲熱響應件350的上表面上。組件320希望包括一個可以方便地布置到杯體370的邊緣374上的金屬支撐環360。組件320希望包括一個可彎曲導電金屬盤330，金屬盤330包括一個從其圓周邊緣332延伸到盤330的空心部分333中的可彎曲彈性件334。一個絕緣環335放置在盤330的圓周邊緣332與金屬支撐環360的邊緣362之間。可彎曲導電盤330夾持在端蓋325的圓周邊緣327與絕緣環335之間。一個絕緣墊圈375圍繞端蓋325的圓周邊緣327和杯形下部杯體370的圓周邊緣377，并且墊圈375也圍繞著盤330和絕緣環335。一個殼體380又圍繞著絕緣墊圈375。
參照圖7，電流斷續器組件320可以通過首先把絕緣墊圈375插入在殼體380中而構造，從而墊圈的外表面與殼體380的內側壁接觸。然后，通過把熱響應件350或352插入到杯形體370內、然后把金屬支撐環360插入到杯形體370的邊緣374上制作子組件。把塑料可移動桿340經支撐環360的中心小孔363插入，從而安置在件350上。絕緣環335安置在支撐環360的上方與其圓周邊緣362相接觸。盤330然后安置在絕緣環335上，從而盤330的圓周邊緣332安置在絕緣環335上。端蓋325放置在盤330上方，從而端蓋325的圓周邊緣327安置在盤330的圓周邊緣332上。然后把子組件插入到殼體380中使絕緣墊圈375包含在其中。然后在端蓋325的圓周邊緣327上方圈曲殼體380的端部380(a)和墊圈375的端部375(a)，從而子組件和其元件緊密地保持和永久到位，并且由墊圈375和周圍殼體380密封。
組件320插入到一個可再充電圓柱形電池400內，例如一個鋰離子圓柱形電池內，如圖8中所示。組件320的端蓋325從電池的一個端突出，并且形成電池終端之一，一般是正終端。類似地，可以把組件320插入到一個可再充電電池中，例如圖4中所示的棱形鋰離子電池500中。在這種用途中，端蓋325從電池的一個端部突出，并且形成電池終端之一，一般是正終端。在采用圓柱形或棱形電池的任一種情況下，電池可選擇地還包括一個另外的電流斷續器組件，即上述的電流斷續器組件220。具有兩個獨立封裝的自備電流斷續器組件，給電池提供彼此獨立自致動的兩個熱響應電流斷續系統。
一種其中包括兩種電流斷續組件220和320的電池400表示在圖8中。表示在圖8中的兩個電流斷續組件220和320都處于“通”的位置，就是說處于允許電流正常從電極211流到終端端蓋325的位置。當電池400處于該工作模式時，在電池電極之一，例如電極211與電池終端325之間有一條電氣通路。在正常工作中，電流從電極211流到連接片287(a)、到組件220的殼體280、到接觸塞295、到端蓋230、及然后到連接片287(b)。電流從連接片287(b)流到組件320的下部杯體370。電流然后從杯體370流到支撐環360、到盤330的彈性臂334、及然后從盤330到終端端蓋325。如果電池的內部溫度達到一個預定值，則熱響應彈性件255向下彎曲，由此斷開件255與接觸塞295之間的電氣連接。這具有切斷電極211與終端端蓋325之間的電氣通路以關閉電池的作用。而且，如果電池的內部溫度達到另一個預定值，組件320的熱響應件350(或352)向上彎曲到圖6中所示的位置。件350的這種向上運動引起塑料桿340抵靠盤330的可彎曲彈性臂334向上運動。這引起彈性臂334斷開與支撐環360的接觸，由此切斷在電極211與終端端蓋325之間的電氣通路。如果電池的內部濕度升高得非常快，則組件220的熱響應件255和組件320的熱響應件350(或352)將同時致動，使在電極211與終端端蓋325之間的電氣通路在兩處自然斷開。這保證電池的立即斷路，并且提供即使兩個熱響應件的一個失效電池也將斷開的附加安全性。
另外，如果在電池內的氣體壓力升高超過一個預定值，則組件320的膜片372向上彎曲，使塑料桿340克服彈性臂334向上運動，引起彈性臂334斷開與支撐環360的接觸。這又具有斷開電極211與終端端蓋325之間的電氣通路的作用，由此斷開電池。膜片372僅響應電池的內部壓力，并且象這樣獨立于電池的內部溫度致動。因而，壓力致動的膜片372保證如果電池內的氣體壓力達到一個預定值，則斷開電池而與電池的溫度無關。
在圖2和3中所示的電流斷續組件實施例中，帶有圖6和7中所示向內延伸的彈性件255或盤350或盤352的熱響應盤250希望由形狀記憶合金組成。形狀記憶合金可以從已知的記憶合金組中選擇，例如，鎳-鈦(Ni-Ti)、銅-鋅-鋁(Cu-Zn-Al)、及銅-鋁-鎳(Cu-Al-Ni)。然而，已經確定用于形狀記憶合金盤250或盤350或352的最希望合金是鎳-鈦合金。最佳鎳鈦記憶合金可在商品名NITINOL合金下從特殊金屬公司(Special Metals Corproation)得到。盤250或盤350或352的彈性件255可以是可復位的記憶合金，即是當受熱時變形而當冷卻到環境溫度時不用施加外力返回其原始形狀的合金。然而，希望形狀記憶合金件在環境溫度下不可復位，即，當受熱到其致動溫度時不可逆地變形。這保證一旦電池內的條件引起內部過熱，電池就不會再次成為可工作的。因而，盤250、350或352最好使用NITINOL合金制作，從而一旦致動它就是不可復位的。最佳記憶盤250可以方便地制作成單件NITINOL合金，帶有一個從其向內突出一個可彎曲件255的圓周邊緣258。可彎曲件255方便地制作為矩形形狀，向上彎曲外支腿255(d)由彎曲線255(a)與內支腿255(c)分離(圖2和3)。彈性件255可以希望寬在約2與5毫米之間而長在3與8毫米之間及厚度在約0.05與0.5毫米之間。當在約60℃與120℃之間的溫度引起件255與接觸塞295之間的接觸斷開時，支腿255(d)沿彎曲線255(a)向下彎曲。盤250可以希望具有在約5與15毫米之間的直徑。
為了實現這種致動作用，已經確定記憶盤250和彈性件255的厚度可以有利地在0.05與0.5毫米之間的范圍內，具有一個表面面積，從而所述件的電阻小于約5毫歐。用于盤250的上述形狀，即具有從其向內突出可彎曲部分255的圓周邊緣的空心盤是希望的，因為它允許減小的厚度和良好的接觸區域，以減小盤250在正常電池工作期間當電流流經其厚度時的整個電阻。形狀記憶件255希望不會有大于約百分之8的變形彎曲。彎曲角希望在約10與30度之間，即端部255(b)從盤平面向上在約10與30度之間的一個角度彎曲。這允許記憶件255遠離接觸塞295偏轉，并且當達到致動溫度時變平。在對于鋰離子電池的用途中，用于記憶盤的上述最佳結構可以導致其整體電阻小于5毫歐，這在連續電池工作下又允許高達5安培的消耗量。
在圖6和7中所示的電流組件實施例中，彎曲圓形盤350形式的熱響應件或薄細長板或平行六面體形式的盤352可以有利地由上述形狀記憶合金，最好由NITINOL合金構成。(如果盤352具有薄細長板的形式，則它可以是蛋形的或具有一對或多對不平行的相對邊緣)。當暴露于希望在約60℃與120℃之間的預定溫度時，盤350或352最好制作成不可逆地變形。如果電池內部溫度超過一個預定值，則盤或板彎曲反向或變平，使塑料桿340推壓盤330的彈性臂334。這又如上述那樣使盤330與金屬支撐環360之間的電氣接觸斷開以中斷電流流動。熱響應盤350或352另一方面可以具有雙金屬結構，即包括兩層具有不同熱膨脹系數的不同金屬。如果采用雙金屬結構，則雙金屬盤350或板352的頂層(最靠近端蓋325的層)可以由高熱膨脹金屬，最好是鎳-鎘合金構成，并且下層或底層可以由低熱膨脹金屬，最好是鎳鐵合金構成。另一種適當的雙金屬成分是鎳和鈦。在該實施例中，當電池溫度升高到至少60℃時，盤350(或盤352)將致動，并且一般能在約60℃與120℃之間的電池溫度下致動。還有可能選擇高和低熱膨脹金屬層，從而除在低于-20℃的溫度下之外盤350或352將不會復位，這在大多數用途中使該裝置是一個單次動作恒溫裝置。
參照電流斷續器組件220(圖2和3)，殼體280可以由用于增加強度和抗腐蝕性的鋁、不銹鋼或鈦形成。殼體280希望具有在約0.1毫米與0.5毫米之間的壁厚。殼體280及因此組件220最好直徑在約3與15毫米之間，一般直徑在約3與8毫米之間，并且具有在約1與10毫米之間的深度，一般在約1與3毫米之間。具有這種整體尺寸的組件220能插入在具有在約3與6毫米之間總厚度的非常薄的棱形電池中，而不顯著減小電池容量或損害電流斷續器功能。
內部絕緣環290希望由具有較高的抗壓強度和溫度穩定性的耐腐蝕熱塑性材料構成。用于絕緣環290的最佳材料是在商品名稱VECTRA聚合物下可從Celanese Co.買到的液晶聚合物，或在商品名稱VALOX聚合物下可從通用電氣塑料公司(General ElectricPlastic Company)買到的聚酯。接觸塞295希望由冷軋鋼或不銹鋼形成，從而它可以容易地焊接到端蓋230的下表面上。接觸塞295可以鍍有諸如銀之類的貴金屬，以降低其接觸電阻。希望端蓋230由不銹鋼、鋁或鈦形成，以提供強度和耐蝕性的要求組合，并且具有在約3與15毫米之間，最好在約4與8毫米之間的總直徑，和在約1毫米以下，一般在約0.1與1毫米之間的總深度。絕緣墊圈275可以希望具有在約0.1與0.5毫米之間的厚度，和在約3與15毫米之間，最好在約4與8毫米之間的總直徑。絕緣墊圈275可以由耐用而有彈性的抗腐蝕熱塑性材料形成，例如由高密度聚丙烯形成，這種材料與電解質不起反應并且具有足夠的彈性，以在殼體280與組件220內部元件之間提供良好的密封。
參照電流斷續器組件320(圖6和7)，殼體380為了強度和耐蝕性可以由不銹鋼或鍍鎳冷軋鋼形成。殼體380希望具有在0.1與約0.5毫米之間的壁厚。殼體380及因此組件320最好是，直徑或總寬度在約4與15毫米之間，最好在約4與8毫米之間，并且具有在約1與10毫米之間，一般在約3與6毫米之間的深度。具有這種總尺寸的組件320能插入在具有在約6與20毫米之間總厚度的棱形電池、或在具有在約5與20毫米之間的直徑的圓柱形電池中，而不顯著減小電池容量或損害電流斷續器功能。端蓋325一般具有在約4與15毫米之間的總直徑、和在約0.1與約1毫米之間的總深度。端蓋325可以由不銹鋼或鍍鎳冷軋鋼形成以提供適當的強度和耐蝕性。可彎曲導電盤330希望具有在約4與15毫米之間的直徑和在約0.1與0.5毫米之間的厚度。希望它由具有良好導電率和強度的彈性金屬材料構成，如可以鍍有諸如金或銀之類的貴金屬以降低其接觸電阻的鈹銅合金或彈簧鋼。盤330的彈性臂334可以希望是矩形形狀，具有約2與5毫米的寬度、約3與8毫米之間的長度、及在約0.1與0.5毫米之間的厚度。
絕緣環335希望由具有較高的抗壓強度和溫度穩定性的耐蝕熱塑性材料構成。用于絕緣環335的最佳材料是在商品名稱VECTRA聚合物下可從Celanese Co.買到的液晶聚合物，或在商品名稱VALOX聚合物下可從通用電氣塑料公司(General Electric PlasticCompany)買到的聚酯。可移動桿340可以具有在約1與3毫米之間的直徑或寬度及在約1與5毫米之間的長度。桿340基本上是非導電的(由具有高電阻率的材料形成)，并且即使當暴露于高溫例如120℃或更高也應該是熱穩定的。用于桿340的最佳材料是在商品名稱VECTRA聚合物下可從Celanese Co.買到的液晶聚合物。金屬支撐環360希望具有在約4與15毫米之間，最好在約4與8毫米之間的直徑，和在約0.1與1毫米之間的厚度。支撐環360可以容易地由不銹鋼或冷軋鋼形成以提供適當的強度和耐蝕性，該材料可以鍍有諸如金或銀之類的貴金屬以降低其接觸電阻。杯形體370的深度可以希望在約1與3毫米之間。希望形成杯形體370的底部的壓力致動膜片372，可以具有在約4與15毫米之間的直徑和在約0.1與0.5毫米之間的壁厚。杯形體370和膜片372可以容易地由當暴露于升高壓差時容易和永久變形的鋁形成。絕緣墊圈375可以希望具有在約0.1與0.5毫米之間的厚度和在約4與15毫米之間的總直徑。絕緣墊圈375可以由耐用而有彈性的抗腐蝕熱塑性材料形成，例如由高密度聚丙烯形成，這種材料與電解質不起反應并且具有足夠的彈性，以在殼體380與組件320內部元件之間提供良好的密封。
盡管參照最佳實施例已經描述了本發明，但應該理解描述的實施例的改進是可能的而不脫離本發明的構思。因此，本發明不打算限于具體的實施例，而是由權利要求書和其等效文件限定。
權利要求
1.一種帶有一個正和負終端及一對內部正和負電極的電化學電池，所述電池包括一個電流斷續器組件，所述組件包括一個外殼、一個在外殼內的腔室、及一個由所述外殼密封的端蓋，所述組件帶有一條通過所述殼體與所述端蓋之間的導電通路，其中所述組件在所述腔室內包括一個用來防止電流流經所述組件內的所述電氣通路的熱響應裝置，所述熱響應裝置包括一個具有比其直徑或平均寬度小的厚度的熱響應盤，其中所述盤定位在所述組件內，從而電流在正常的電池工作期間穿過所述盤的厚度，其中當在所述組件內的溫度達到一個預定值時，所述盤的至少一部分偏轉，使通過所述組件的所述電氣通路中斷，由此使電池停止工作。
2.根據權利要求1所述的電化學電池，其中所述熱響應盤包括一種形狀記憶合金。
3.根據權利要求1所述的電化學電池，其中所述熱響應盤是雙金屬的。
4.根據權利要求1所述的電化學電池，其中所述熱響應盤具有在0.05與0.5毫米之間的厚度。
5.根據權利要求1所述的電化學電池，其中所述組件是一個完全布置在所述電池的內部容積內的自備單元，及其中所述電池是具有在約3與10毫米之間的總厚度的可再充電電池。
6.根據權利要求1所述的電化學電池，其中所述組件是一個完全布置在所述電池的內部容積內的自備單元，及其中所述電池是具有在約3與10毫米之間的總厚度的可再充電棱形電池。
7.根據權利要求1所述的電化學電池，其中所述組件是一個完全布置在所述電池的內部容積內的自備單元，及其中所述熱響應盤帶有一個通孔，并且所述盤帶有一個外邊緣，一個可彎曲部分從外邊緣的一部分伸到所述孔中，其中外邊緣安置在所述端蓋組件內的一個絕緣件的表面上，其中所述可彎曲部分在一個第一位置中帶有一個可彎曲表面，其中當所述組件內的電池溫度達到一個預定值時，所述可彎曲表面移動到一個引起所述電氣通路斷開的第二位置。
8.根據權利要求1所述的電化學電池，其中所述組件形成在所述電極之一與相應電池終端之間的電氣通路的一部分，及其中所述組件的外殼和端蓋之一電氣連接到所述電池電極之一上，而另一個電氣連接到一個相應電池終端上。
9.根據權利要求1所述的電化學電池，其中所述可彎曲部分具有在約0.05與0.5毫米之間的厚度。
10.一種通過把一個電流斷續器組件插入到用于電池的開放端圓柱形殼體中形成的類型的電化學電池，其中所述電池進一步帶有一個正和一個負終端及一對內部正和負電極，其中所述組件帶有一個外殼、一個在所述外殼內的腔室及一塊暴露的端蓋板，所述端蓋板起一個電池終端的作用，改進包括把所述端蓋板經所述端蓋組件內的一條導電通路電氣連接到所述電極之一上，其中所述端蓋組件在其中包括一個形成所述組件內的所述電氣通路的一部分的可彎曲導電件，所述端蓋組件進一步包括一個當達到一個預定溫度時用來使電流停止流經電池的熱響應裝置，其中所述熱響應裝置包括一個帶有彎曲表面的形狀記憶合金件，其中所述組件進一步包括響應所述形狀記憶合金件的表面彎曲變化用來使所述可彎曲導電件運動的物理裝置，其中當電池溫度達到一個預定溫度時，所述形狀記憶件偏轉改變對其表面的至少一部分的曲率，使所述可彎曲導電件運動以斷開在所述端蓋板與所述電極之間的所述電氣通路，由此防止電流流經電池。
11.根據權利要求10所述的電化學電池，其中所述形狀記憶金屬件包括一個形狀記憶合金盤，其中所述盤帶有一個當達到預定溫度時在其厚度方向彎曲的彎曲表面。
12.根據權利要求11所述的電化學電池，其中所述盤具有在約0.05與0.5毫米之間的厚度。
13.根據權利要求10所述的電化學電池，其中響應所述記憶金屬件的表面曲率變化用來使可彎曲導電件運動的所述裝置，是一個布置在所述腔室內且與所述形狀記憶件物理連通的非導電件，從而當所述記憶件偏轉時，所述非導電件克服所述可彎曲導電件運動以斷開在所述端蓋板與所述電極之間的電氣通路。
14.根據權利要求13所述的電化學電池，其中所述電流斷續器組件進一步包括一個帶有暴露于電池內部的表面的壓力致動膜片、和響應所述膜片的偏轉用來使所述可彎曲導電件運動的裝置，其中當電池內的氣體壓力超過一個預定值時，所述膜片向所述組件的內部偏轉，使用來引起運動的所述裝置移動所述可彎曲導電件，由此斷開在所述端蓋板與所述電極之間的所述電氣通路，以防止電流流經電池。
15.根據權利要求14所述的電化學電池，其中響應所述膜片的偏轉用來使所述可彎曲件運動的所述裝置，是一個與所述膜片物理連通的非導電件，從而當所述膜片向所述組件的內部向內偏轉時，所述非導電件推壓所述可彎曲導電件以斷開在所述端蓋板與所述電極之間的電氣通路。
16.根據權利要求15所述的電化學電池，其中響應所述形狀記憶件中的表面曲率變化用來使所述可彎曲導電件運動的所述裝置、和響應所述壓力致動膜片的偏轉使所述可彎曲導電件運動的所述裝置是同一非導電件。
17.根據權利要求13所述的電化學電池，其中所述非導電件是一個塑料細長件。
18.根據權利要求10所述的電化學電池，其中所述組件進一步包括一個在所述腔室中且連接到所述殼體上的金屬支撐環，其中所述可彎曲導電件的一部分接觸所述支撐環，以完成在所述組件內的電氣通路，及其中當電池內的溫度或氣體壓力超過一個預定值時，在可彎曲導電件與所述支撐環之間的所述接觸斷開。
19.根據權利要求10所述的電化學電池，其中可彎曲導電件包括一個帶有通孔的盤，所述盤帶有一個外邊緣，一個可彎曲部分從外邊緣的一部分伸到所述孔中，其中所述外邊緣安置在所述端蓋組件內的一個絕緣件的表面上，并且所述可彎曲部分可響應所述形狀記憶件的偏轉而運動，以引起所述電氣通路的斷開。
20.根據權利要求10所述的電化學電池，其中所述電池進一步包括一個第二電流斷續組件，所述組件包括一個外殼、一個在外殼內的腔室、及一個由所述外殼密封的端蓋，所述第二組件在所述外殼與所述第二組件端蓋之間有一條穿過其中的導電通路，其中所述第二組件包括一個在所述腔室內用來防止電流流經所述組件內的所述電氣通路的熱響應裝置，所述熱響應裝置包括一個形狀記憶合金件，當所述組件內的溫度達到一個預定值時，該形狀記憶合金件可致動，使穿過所述第二組件的所述導電通路斷開，由此使電池停止工作。
21.根據權利要求10所述的電化學電池，其中所述電池是一種可再充電電池。
22.一種用于電化學電池的電流斷續器組件，所述組件是一個自備密封單元，所述單元包括一個外殼、一個在外殼內的腔室、及一個由所述外殼密封的端蓋，所述組件在所述外殼與所述端蓋之間有一條穿過其中的導電通路，其中所述組件包括一個用來防止電流流經所述組件內的所述電氣通路的熱響應裝置，所述熱響應裝置包括一個帶有一個彎曲表面的形狀記憶合金盤，其中所述盤定位在所述組件內以允許電流穿過所述盤的厚度，其中所述盤是可致動的，并且當所述組件內的溫度達到一個預定值時，所述盤表面的曲率改變，使穿過所述組件的所述電氣通路斷開。
23.根據權利要求22所述的電流斷續器組件，其中所述盤的厚度在約0.05與0.5毫米之間。
24.根據權利要求22所述的電流斷續器組件，其中所述組件可插入在具有在約3與6毫米之間厚度的一種可充電棱形電池中，其中所述組件形成在電池終端之一與一個相應電池終端之間的電氣通路的一部分。
25.一種用于電化學電池的電流斷續器組件，所述組件是一個包括一個外殼、一個在外殼內的腔室、及一個由所述外殼密封的端蓋的自備密封單元，所述組件在所述外殼與所述端蓋之間有一條穿過其中的導電通路，其中所述組件可插入在一個電池中以形成在電池電極之一與一個相應電池終端之間的電氣通路的一部分，其中所述組件包括一個形成所述電氣通路的一部分的可彎曲導電件、和一個當所述組件內的溫度超過一個預定值時用來防止電流流經所述電氣通路的熱響應裝置，所述熱響應裝置包括一個帶有一個彎曲表面的形狀記憶合金的熱響應盤，其中所述組件進一步包括響應所述熱響應盤的表面曲率變化用來使所述可彎曲導電件運動的物理裝置，其中當電池溫度達到一個預定溫度時，所述盤偏轉致動所述物理裝置，由此移動所述可彎曲導電件以斷開所述組件內的電氣通路。
26.根據權利要求25所述的電流斷續器組件，其中用來使可彎曲導電件運動的所述物理裝置是一個布置在所述腔室內且與所述熱響應盤物理連通的非導電件，從而當所述盤偏轉時，非導電件推壓所述可彎曲導電件以斷開組件內的電氣通路。
27.根據權利要求25所述的電流斷續器組件，其中所述熱響應盤的厚度在約0.05與0.5毫米之間。
28.根據權利要求26所述的電流斷續器組件，其中所述電流斷續器組件進一步包括一個壓力致動膜片，該膜片形成所述組件外殼的一部分、且帶有暴露于所述組件外的環境的一個表面，該表面響應所述膜片的偏轉用來使所述可彎曲導電件運動，其中當所述膜片的暴露側上的氣體壓力超過一個預定值時，所述膜片向所述組件的內部偏轉，使所述非導電件推動所述可彎曲導電件，由此斷開在所述組件內的所述電氣通路。
全文摘要
一種用于電化學電池(215)的電流斷續器組件(220),可以是在電池制作期間可以單獨插入到電池中的自備密封單元。電流斷續器組件(220)特別適用于薄可再充電電池,并且當插入在電池中時形成在一個電池電極(211)與相應終端(245)之間的電氣通路的一部分。電流斷續機構包括一個薄熱響應件,該熱響應件最好包括一個帶有一個彎曲表面的形狀記憶金屬合金盤(250)。當電池溫度超過一個預定值時,盤偏轉以使組件內的電氣通路斷開。
文檔編號H01H37/54GK1268254SQ98808394
公開日2000年9月27日 申請日期1998年8月19日 優先權日1997年8月22日
發明者威廉姆·T·姆楚赫, 魯塞恩·P·豐泰尼, 維特·H·烏, 簡·A·布拉塞, 瑞納德·坎塔沃 申請人:杜拉塞爾公司