破裂元件和具有破裂元件的原電池的制作方法
【專利摘要】破裂元件和具有破裂元件的原電池。本發(fā)明涉及一種用于保護(hù)原電池免受有害過壓(3)的破裂元件(1)，包含基本平面構(gòu)造的基體，其中所述基體多層地構(gòu)建?；w的第一層(4)在此由第一金屬構(gòu)成并且基體的第二層(5)在此由第二金屬構(gòu)成。在破裂元件(1)發(fā)熱的情況下，破裂元件(1)由于不同的金屬而拱曲，使得在發(fā)熱情況下破裂元件受到偏壓。此外，本發(fā)明涉及一種具有壓力釋放開口(8)和置入到該壓力釋放開口(8)中的根據(jù)本發(fā)明的破裂元件(1)的原電池(2)。
【專利說明】破裂元件和具有破裂元件的原電池

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及用于保護(hù)原電池免受有害過壓的破裂元件，包含基本上平面地構(gòu)造的 基體。
[0002] 此外，本發(fā)明涉及具有壓力釋放開口和置入到該壓力釋放開口中的破裂元件的原 電池。本發(fā)明意義下的原電池尤其是電池組電池、蓄電池電池或燃料電池，特別優(yōu)選地鋰離 子電池。

【背景技術(shù)】
[0003] 包含基本上平面地構(gòu)造的基體的、用于保護(hù)原電池免受有害過壓的破裂元件在現(xiàn) 有技術(shù)中尤其是作為破裂膜或破裂片已知。此類破裂元件充當(dāng)壓力保險(xiǎn)裝置，并且尤其是 在電池組電池、例如鋰離子電池的情況下使用，以保護(hù)電池組電池免受有害過壓。在此，破 裂元件為電池組電池的內(nèi)部密封中的一種斷裂點(diǎn)。在此，如果電池組電池或電池殼體中的 內(nèi)壓超過了特定的值，破裂元件就通過破裂打開。
[0004] 從文獻(xiàn)DE10328862B4已知一種鋰電池組，其具有破裂膜作為壓力保險(xiǎn)裝置。尤其 是在鋰離子電池的情況下，在電池發(fā)熱時(shí)，尤其是損壞的結(jié)果下，可以發(fā)生氣體形成。因此 例如可能在電池組電池再充電時(shí)由于錯(cuò)誤出現(xiàn)的高電流而出現(xiàn)過高的運(yùn)行溫度，其導(dǎo)致電 池組電池的液態(tài)電解質(zhì)的至少一部分被轉(zhuǎn)化為氣體狀態(tài)，由此電池內(nèi)部的壓力增高。在此， 該氣體形成導(dǎo)致在電池內(nèi)部產(chǎn)生過壓。沒有壓力保險(xiǎn)裝置，例如破裂膜，在此存在電池可能 爆炸的危險(xiǎn)。該危險(xiǎn)通過置入到此類原電池的電池殼體中的壓力保險(xiǎn)裝置，尤其是置入到 過壓閥中的破裂膜而減小。壓力保險(xiǎn)裝置在電池內(nèi)的特定壓力下打開，例如通過置入到過 壓閥中的破裂膜的破裂，從而在電池中形成的氣體可以通過釋放開口被引出，并且電池內(nèi) 部的壓力減輕。在此，通常將破裂膜焊入到原電池的電池殼體的電池蓋的為此設(shè)置為過壓 閥的開口中。
[0005] 在這種破裂元件情況下的問題在于，這樣來制造破裂元件，從而該破裂元件在所 希望的電池內(nèi)壓情況下破裂。因此破裂元件應(yīng)當(dāng)根據(jù)幾個(gè)應(yīng)用情況下的相應(yīng)要求在低的電 池內(nèi)壓時(shí)破裂，而在其他的應(yīng)用情況下，在高的電池內(nèi)壓下才破裂。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 在該背景下，本發(fā)明的任務(wù)是提供開頭提到的破裂元件，其在定義的電池內(nèi)壓下 破裂，尤其是在對(duì)于在不同電池內(nèi)壓下的不同破裂行為進(jìn)行設(shè)計(jì)的情況下無需顯著改變相 應(yīng)破裂元件的尺寸。由此應(yīng)當(dāng)尤其是實(shí)現(xiàn)：對(duì)于原電池可以使用如下破裂元件，所述破裂元 件有利地依照要求實(shí)現(xiàn)在比在常規(guī)破裂元件的使用中低或高的電池內(nèi)壓下的破裂。本發(fā)明 的任務(wù)的另一個(gè)方面在此是，改善原電池，尤其是在經(jīng)改善的破裂元件作為壓力保險(xiǎn)裝置 方面，該經(jīng)改善的原電池尤其是實(shí)現(xiàn)在比常規(guī)破裂元件低或高的電池內(nèi)壓下的破裂。
[0007] 為了解決該任務(wù)，提出一種用于保護(hù)原電池免受有害過壓的破裂元件，包含基本 上平面構(gòu)造的基體，其中基體多層地構(gòu)建，并且其中基體的第一層由第一金屬構(gòu)成并且基 體的第二層由第二金屬構(gòu)成。在此，破裂元件的基體可以尤其是片狀地或條狀地形成。通 過破裂元件的根據(jù)本發(fā)明的雙金屬構(gòu)型，有利地、尤其是如下地影響破裂元件的破裂行為， 即破裂元件在與具有可比較尺寸的常規(guī)破裂元件不同的電池內(nèi)壓下破裂。通過根據(jù)本發(fā)明 的具有由第一金屬材料構(gòu)成的第一金屬層和由第二金屬材料構(gòu)成的第二金屬層的基體的 多層性，可以取決于所選擇的關(guān)于第一金屬層和第二金屬層的材料組合，在破裂兀件發(fā)熱 的情況下獲得破裂元件的正偏壓或負(fù)偏壓。因此，在破裂元件破裂時(shí)，可以有利地可靠地影 響壓力。
[0008] 根據(jù)本發(fā)明，尤其是規(guī)定，基體的第一層具有不同于基體的第二層的線性膨脹系 數(shù)，優(yōu)選至少有5%不同的線性膨脹系數(shù)，特別優(yōu)選地至少有8%不同的線性膨脹系數(shù)。因 此尤其是規(guī)定，基體的第一層具有比基體的第二層至少小5%的線性膨脹系數(shù)，或者基體的 第一層具有比基體的第二層至少大5 %的線性膨脹系數(shù)。在此，線性膨脹系數(shù)是溫度改變 dT與固體的相對(duì)長度改變dL/L之間的比例常數(shù)。
[0009] 由于基體的第一層與基體的第二層的不同的線性膨脹系數(shù)，有利地利用雙金屬條 原理，以在破裂元件發(fā)熱情況下（所述發(fā)熱通常首先導(dǎo)致原電池中的氣體形成）產(chǎn)生破裂 元件的負(fù)偏壓或正偏壓，其中通過對(duì)基體的相應(yīng)層的金屬材料的選擇來影響是產(chǎn)生負(fù)偏壓 還是產(chǎn)生正偏壓。如果破裂元件被構(gòu)造為使得基體第一層指向原電池的電池內(nèi)部而第二層 指向外，則在基體的第一層具有比第二層小的線性膨脹系數(shù)時(shí)產(chǎn)生破裂元件的正偏壓。相 反，在第一層具有比第二層大的線性膨脹系數(shù)時(shí)，在破裂元件發(fā)熱情況下產(chǎn)生破裂元件的 負(fù)偏壓。相應(yīng)層的線性膨脹系數(shù)之間的差別越大，可產(chǎn)生的偏壓越大。也就是說，根據(jù)本發(fā) 明的破裂元件的基體第一層和基體第二層在熱作用下有差別地膨脹。
[0010] 換言之，在對(duì)相應(yīng)層使用具有不同線性膨脹系數(shù)的不同金屬的情況下，至少兩層 地構(gòu)造的破裂元件的發(fā)熱有利地導(dǎo)致破裂元件拱曲。破裂元件的有著具有較小線性膨脹系 數(shù)的層的一側(cè)在此有利地凸?fàn)罟俺觯屏言挠兄哂休^大線性膨脹系數(shù)的層的一側(cè) 有利地凹狀拱曲。
[0011] 因此如果將根據(jù)本發(fā)明的破裂元件以基體的第一層布置在熱源方向上，其中第一 層具有比第二層小的線性膨脹系數(shù)，那么破裂元件在發(fā)熱情況下在熱源方向上、也即尤其 是朝向原電池的電池內(nèi)部變形。這具有有利的效應(yīng)，即需要附加的力以引起破裂元件破裂。 破裂元件由于上述變形因此具有正偏壓。由于該原因，在原電池發(fā)熱情況下，對(duì)于破裂元件 的破裂所需要的電池內(nèi)壓必然比在具有基本上相同尺寸、但僅由一種材料制成的破裂元件 情況下要高。
[0012] 相反，如果根據(jù)本發(fā)明的破裂元件被構(gòu)造為使得指向原電池的電池內(nèi)部的第一層 具有比第二層大的線性膨脹系數(shù)，那么在原電池發(fā)熱情況下，破裂元件向外變形，即遠(yuǎn)離電 池內(nèi)部。通過該變形，破裂元件有利地已經(jīng)承受了特定的力并可以這樣說受到了負(fù)偏壓。 這導(dǎo)致有利的效應(yīng)，即在原電池發(fā)熱情況下，對(duì)于根據(jù)本發(fā)明的破裂元件的破裂所需要的 電池內(nèi)壓比在具有可比較的尺寸、但僅由唯一的材料例如只由鋁制成的破裂元件情況下要 低。
[0013] 根據(jù)本發(fā)明破裂元件的一個(gè)有利的構(gòu)型規(guī)定，在基體的第一層與基體的第二層之 間布置至少一個(gè)第三層?；w的該第三層有利地構(gòu)造為，使得防止基體的第一層的金屬與 基體的第二層的金屬之間發(fā)生電化學(xué)反應(yīng)。
[0014] 有利地，第三層是電隔離層。在此尤其是規(guī)定，第三層比第一層和第二層更薄地構(gòu) 造。第三層因此也就是是基體的最薄的層并因此有利地不影響或至少不明顯影響破裂元件 的根據(jù)本發(fā)明的偏壓。第三層有利地防止基體的第一層與第二層之間出現(xiàn)電化學(xué)反應(yīng)。電 隔離層可以尤其是構(gòu)造為漆層。在一個(gè)有利的構(gòu)型中，其中基體的第一層由鋁形成并且基 體的第二層由銅形成，第三層可以尤其也是鉻層。第三層有利地僅構(gòu)造為如需要的那么厚， 以防止破裂元件的基體的第一層與第二層之間的電化學(xué)反應(yīng)。
[0015] 根據(jù)本發(fā)明破裂元件的另一個(gè)特別優(yōu)選的構(gòu)型規(guī)定，基體的層牢固接合地相互連 接。為了產(chǎn)生基體的層之間的牢固接合，可以使用已知的方法，尤其是冷焊法和軋制法。
[0016] 根據(jù)本發(fā)明破裂元件的另一個(gè)有利的構(gòu)型規(guī)定，基體的第一層和/或基體的第二 層具有至少一個(gè)斷裂點(diǎn)。通過構(gòu)造至少一個(gè)斷裂點(diǎn)，可以有利地進(jìn)一步影響根據(jù)本發(fā)明的 破裂元件的破裂行為，并且在此尤其是影響破裂元件應(yīng)當(dāng)在什么樣的壓力下破裂。在此，所 述至少一個(gè)斷裂點(diǎn)有利地通過至少一個(gè)切口、尤其是至少一個(gè)凹口在基體的第一層和/或 基體的第二層中實(shí)現(xiàn)。如果基體的第一層和基體的第二層分別具有斷裂點(diǎn)，則尤其是規(guī)定， 這些斷裂點(diǎn)是疊合的，也即第一層的斷裂點(diǎn)布置在與第二層的斷裂點(diǎn)相同的位置處。尤其 是規(guī)定，在基體的層被牢固接合地連接之后制造斷裂點(diǎn)，尤其是通過凹口，其中視凹口的深 度而定，因此不僅基體的第一層而且基體的第二層可以具有斷裂點(diǎn)。尤其是，破裂元件的基 體可以因此具有至少一個(gè)斷裂點(diǎn)，通過所述斷裂點(diǎn)破裂元件的破裂行為進(jìn)一步受到影響。
[0017] 本發(fā)明的另一個(gè)有利的構(gòu)型規(guī)定，基體的第一層由鋁或由不銹鋼構(gòu)成，優(yōu)選地由 具有材料編號(hào)（W-Nr. ) 1.4301的不銹鋼構(gòu)成。在此，破裂元件的第一層在后來置入原電池 的壓力釋放開口時(shí)指向電池內(nèi)部。如果在此應(yīng)當(dāng)產(chǎn)生根據(jù)本發(fā)明的破裂元件的正偏壓，則 在下面的表中所描述的材料組合是特別有利的。在此在表的左側(cè)欄中分別列舉用于破裂元 件的第一層的材料，該材料被分別分配有對(duì)于破裂元件的第二層待選擇的材料的兩種有利 的替換方案。
[0018]

【權(quán)利要求】
1. 用于保護(hù)原電池免受有害過壓（3)的破裂元件（1)，包含基本上平面構(gòu)造的基體，其 特征在于，所述基體多層地構(gòu)建，其中基體的第一層（4)由第一金屬構(gòu)成并且基體的第二 層（5)由第二金屬構(gòu)成。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1的破裂元件（1)，其特征在于，基體的第一層（4)具有與基體的第二 層（5)至少有5%不同的線性膨脹系數(shù)。
3. 根據(jù)前述權(quán)利要求之一的破裂兀件（1)，其特征在于，在基體的第一層（4)與基體的 第二層（5)之間布置至少一個(gè)第三層。
4. 根據(jù)權(quán)利要求3的破裂元件（1)，其特征在于，所述第三層為電隔離層，其中第三層 比第一層（4)和第二層（5)更薄地構(gòu)造。
5. 根據(jù)前述權(quán)利要求之一的破裂元件（1)，其特征在于，基體的層（4, 5)牢固接合地相 互連接。
6. 根據(jù)前述權(quán)利要求之一的破裂兀件（1)，其特征在于，基體的第一層（4)和/或基體 的第二層（5)具有至少一個(gè)斷裂點(diǎn)。
7. 根據(jù)前述權(quán)利要求之一的破裂元件（1)，其特征在于，基體的第一層（4)由鋁或由不 銹鋼構(gòu)成。
8. 根據(jù)前述權(quán)利要求之一的破裂元件（1)，其特征在于，基體的第一層（4)具有比基體 的至少一個(gè)其他層（5)更大的面積，其中所述至少一個(gè)其他層（5)相對(duì)于第一層（4)這樣 布置，使得第一層（4)形成至少一個(gè)側(cè)邊緣（7)。
9. 具有壓力釋放開口（8)和置入到該壓力釋放開口（8)中的破裂元件（1)的原電池， 其特征在于，所述破裂元件（1)為根據(jù)權(quán)利要求1至8之一的破裂元件。
10. 根據(jù)權(quán)利要求9的原電池（2)，其特征在于，破裂元件（1)的基體的第一層（4)由 與原電池（2)的具有壓力釋放開口（8)的元件（12)相同的材料構(gòu)成。
11. 根據(jù)前述權(quán)利要求之一的破裂元件（1)，其特征在于，破裂元件（1)以基體的第一 層（4)指向電池內(nèi)部（10)地置入到壓力釋放開口（8)中。
【文檔編號(hào)】H01M2/12GK104143612SQ201410279643
【公開日】2014年11月12日 申請(qǐng)日期:2014年5月5日 優(yōu)先權(quán)日:2013年5月6日
【發(fā)明者】M·科爾貝爾格 申請(qǐng)人:羅伯特·博世有限公司