專利名稱：用于電化學(xué)電池的電流分?jǐn)嗥鞯闹谱鞣椒?br> 技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及用于電化學(xué)電池的電流分?jǐn)嗥鳎撾娏鞣謹(jǐn)嗥髟陔姵刂袦囟群蜌怏w壓力過分升高時安全地防止電流流經(jīng)電池。
電化學(xué)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(fā)生泄漏或破裂，這又能導(dǎo)致對由電池供電的裝置或?qū)χ車h(huán)境的危害。在可再充電電池的情況下，電池內(nèi)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(nèi)部氣體壓力的相應(yīng)增大。這即使在外部短路狀態(tài)下也可能發(fā)生。而且，即使電池過放電，內(nèi)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(zhì)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(yīng)增大的電池內(nèi)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(tài)或由在過充電期間可能發(fā)生的短路狀態(tài)引起。重要的還有，氣密地密封這些電池，以防止電解質(zhì)溶劑外流和水分從外部環(huán)境進(jìn)入。
如上所述，如果對這樣一種電池過充電，則發(fā)生自加熱。以過快的速率充電或過充電能導(dǎo)致溫度升高。如果充電電壓或充電電流太高引起電池迅速過熱，則對電池的過充電可能發(fā)生，因而有安全擔(dān)心。當(dāng)溫度超過依據(jù)電池的化學(xué)性質(zhì)和結(jié)構(gòu)變化的一定點時，不良和難以控制的熱耗散狀態(tài)開始。此外，因為過熱，內(nèi)部壓力升高，并且電解質(zhì)可能從電池突然排出。在這發(fā)生之前，最好開始受控排放。其電阻隨穿過其的電流通過增大的PTC(正熱膨脹系數(shù)裝置)一直在使用，試圖防止過大的電池流量通過可再充電電池。然而，如果電池被過充電，例如，如果采用過高的充電電壓，則這種裝置在防止熱耗散狀態(tài)免于發(fā)生方面是不夠的。
一些可再充電電池能很薄，例如薄的棱形電池、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分?jǐn)喟踩b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(guī)電池結(jié)構(gòu)采用一種端蓋配件，在把電池陽極和陰極活性材料及適當(dāng)隔離材料和電解質(zhì)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(fā)明使一個或幾個電流分?jǐn)嘟M件，集成在單個電池內(nèi)且便利地應(yīng)用于一次或二次(可再充電)電池。本發(fā)明的端蓋組件特別適用于可再充電電池，例如鋰離子和可再充電鋰電池及使用液體或聚合物電解質(zhì)的或混合聚合物/液體電解質(zhì)和鎳金屬氫化物、鎳鎘的類似電池，或其他可再充電電池。本發(fā)明的端蓋組件克服了在暴露于高溫、過分或不適當(dāng)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(fā)明旨在一種用于薄棱形電池或小直徑圓柱形電池的電流分?jǐn)鄼C構(gòu)。一個小型熱響應(yīng)電流分?jǐn)嘟M件布置在電池內(nèi)。電流分?jǐn)嘟M件最好是一種自主密封裝置，該裝置具有可以單獨制造且在電池構(gòu)造期間作為單獨單元插入在電池中的優(yōu)點。當(dāng)電池內(nèi)部過熱超過一個預(yù)定溫度時，在自主組件內(nèi)的熱響應(yīng)電流分?jǐn)鄼C構(gòu)動作而關(guān)閉，并且防止電流流經(jīng)電池。該電流分?jǐn)鄼C構(gòu)包括一個熱響應(yīng)件，希望是一個最好由帶有彎曲表面的形狀記憶金屬合金構(gòu)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(dāng)電池內(nèi)的溫度達(dá)到一個預(yù)定值時，形狀記憶盤偏轉(zhuǎn)以斷開在所述電極與終端之間的電氣通路，由此關(guān)閉電池。一個最好是齊納二極管的二極管，便利地安置在電流分?jǐn)嘟M件內(nèi)，靠近形狀記憶盤。齊納二極管并聯(lián)電氣連接到電池終端上。如果電池被偶然過充電，則延長的充電或在過高電壓下的充電將引起二極管的加熱，這又引起形狀記憶盤偏轉(zhuǎn)以斷開所述電氣通路，由此關(guān)閉電池。
在本發(fā)明的另一個方面，電流分?jǐn)嘟M件是一個包括一個熱響應(yīng)電流分?jǐn)鄼C構(gòu)和一個壓力致動電流分?jǐn)鄼C構(gòu)的自主單元。電流分?jǐn)嘟M件帶有一塊起電池的一個終端作用的暴露端蓋板。當(dāng)把組件應(yīng)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。電流分?jǐn)鄼C構(gòu)包括一個由形狀記憶金屬合金或雙金屬構(gòu)成的熱響應(yīng)可彎曲件，希望該件為偏轉(zhuǎn)盤的形式，可以與一個可彎曲導(dǎo)電件物理連通。在熱響應(yīng)件與可彎曲導(dǎo)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(dǎo)電可移動桿實現(xiàn)。在正常的電池工作中，可彎曲導(dǎo)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(dāng)在電池內(nèi)的溫度達(dá)到一個預(yù)定值時，熱響應(yīng)件偏轉(zhuǎn)引起非導(dǎo)電可移動桿推壓可彎曲導(dǎo)電件，這又使導(dǎo)電件偏轉(zhuǎn)并且斷開在所述電極與終端之間的電氣通路。
組件在靠近熱響應(yīng)件處可以包括一個最好是齊納二極管的二極管。齊納二極管與電池終端并聯(lián)連接。如果電池被偶然過充電，則延長的充電或在過高電壓下的充電將引起二極管的加熱，這又引起熱響應(yīng)件偏轉(zhuǎn)以斷開所述電氣通路，由此關(guān)閉電池。組件希望也包括一個壓力致動電流分?jǐn)鄼C構(gòu)，該機構(gòu)最好包括一個壓力致動金屬膜片。該膜片最好形成電流分?jǐn)嗥鹘M件外殼的一部分，并且當(dāng)電池內(nèi)壓力超過一個預(yù)定值時偏轉(zhuǎn)。膜片的偏轉(zhuǎn)引起電池電極與相應(yīng)終端之間的電氣通路的中斷，由此關(guān)閉電池。
在另一個方面，電池可以包含以上兩種類型的自主電流分?jǐn)嘟M件的兩種，即僅包含一個熱響應(yīng)電流分?jǐn)鄼C構(gòu)的一種和既包含一個熱響應(yīng)電流分?jǐn)鄼C構(gòu)又包含一個壓力致動電流分?jǐn)鄼C構(gòu)的另一種。這提供具有多個獨立電流分?jǐn)喟踩卣鞯碾姵?。這種結(jié)構(gòu)可以便利地使用，條件是電池具有足夠的直徑容納兩種電流分?jǐn)嘟M件，例如電池具有在約5與20毫米之間的直徑或總厚度。在這種實施例中，僅包含熱響應(yīng)電流分?jǐn)鄼C構(gòu)的電流分?jǐn)嘟M件可以便利地完全布置在電池內(nèi)部，從而它靠近電池的最熱部分。一個最好是齊納二極管的二極管可以包括一個或兩個這種自主電流分?jǐn)嘟M件內(nèi)，并且與電池終端并聯(lián)電氣連接。


圖1是完全置于一個棱形電池內(nèi)的本發(fā)明的電流分?jǐn)嘟M件一個圖2是圖1中所示電池和電流分?jǐn)嗥鹘M件的剖視圖。
圖3是圖1和2中所示電流分?jǐn)嗥鹘M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分?jǐn)嗥鹘M件的另一個實施例的棱形電池的立體圖。
圖5是帶有圖4中所示電流分?jǐn)嗥鹘M件的相同實施例的圓柱形電池的立體圖。
圖6是圖4和5中所示電流分?jǐn)嗥鹘M件的剖視圖。
圖7是圖4、5和6中所示電流分?jǐn)嗥鹘M件的分解立體圖。
圖8是包含圖2和6中所示電流分?jǐn)嗥鹘M件實施例的圓柱形電池的豎直剖視圖。
圖9是用于二極管子組件的一種蛋形盤狀輪廓的立體圖。
圖10是用于二極管子組件的一種矩形盤狀輪廓的立體圖。
在一個最佳實施例中，本發(fā)明的熱響應(yīng)電流分?jǐn)嗥鹘M件220可以完全布置在電池215內(nèi)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(xì)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。這里所描述的電流分?jǐn)嘟M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，但便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(dāng)電池放電時鋰離子從負(fù)電極向正電極轉(zhuǎn)移，而當(dāng)對電池充電時從正電極向負(fù)電極轉(zhuǎn)移。它一般可以帶有一根鋰鈷氧化物(LixCoO2)、或鋰鎳氧化物(LiNixO2)、或鈷替代的鋰鎳氧化物(LiCoxNiyO3)或尖晶石晶體結(jié)構(gòu)的鋰錳氧化物(LixMn2O4)的正電極。鋰離子電池一般具有采用碳或氧化錫材料的一根負(fù)電極。負(fù)電極構(gòu)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(gòu)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(zhì)可以包括溶在無水溶劑混合物中的鋰鹽。鹽可以是LiPF6，而溶劑可以便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(cè)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(fù)終端246從相同的側(cè)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(fù)電極材料213，有常規(guī)多孔隔離材料212在其之間。疊層235可以以常規(guī)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(nèi)。
本發(fā)明的熱響應(yīng)電流分?jǐn)嗥鹘M件220可以集成到鋰離子棱形電池215內(nèi)，如圖1中所示。在該實施例中，電流分?jǐn)嗥鹘M件完全置于電池內(nèi)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。電流分?jǐn)嗥鹘M件220的一個最佳實施例表示在圖2中。組件220是一個自主密封單元，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分?jǐn)嗥鞅P250、及一塊與蓋230的內(nèi)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(jié)構(gòu)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(huán)290。組件220也可以帶有一個二極管，最好是靠近電流分?jǐn)嗥鞅P250安置在其中的一個齊納二極管芯片600。齊納二極管600可以布置在接觸塞295內(nèi)。最好齊納二極管600具有晶片形狀，帶有一個與接觸塞295的內(nèi)表面相接觸的正表面620和一個電氣連接到電池的負(fù)終端246上的負(fù)表面630。端蓋230可以帶有一個穿過其中的小孔640。該小孔可以用電絕緣墊603嵌入，電絕緣墊603可以由常規(guī)聚丙烯或玻璃至金屬的密封材料組成。一個導(dǎo)電連接體或引線602可以從齊納二極管的負(fù)表面630穿過絕緣的小孔640延伸，以便連接到電池的負(fù)終端246上。連接體602可以是焊接到負(fù)表面630上的鎳或銅。二極管600可以裝有由涂敷的聚酯或聚酰亞胺材料組成的絕緣涂層601，以覆蓋和絕緣暴露的負(fù)表面630。因而，絕緣涂層601保護負(fù)表面630，免于與兩者都是正的接觸塞295或組件端蓋235相接觸。帶有絕緣涂層601的二極管600形成一個具有在約0.25與0.35毫米之間的厚度的二極管組件。
齊納二極管芯片600是一種雙終端半導(dǎo)體結(jié)裝置，可以為晶片形式，例如，象薄的蛋形或多邊形晶片盤，最好是圖3中所示的矩形或正方形晶片盤，或者為圓柱形的形式。齊納二極管以晶片形式具有一個金屬化的正終端表面(陰極)620、一個金屬化的負(fù)終端表面(陽極)630、及在兩個端表面之間的芯部半導(dǎo)體接合層615。結(jié)615一般用二氧化硅保護。在圓柱形齊納二極管中，半導(dǎo)體結(jié)位于圓柱內(nèi)。圓柱的外表面形成終端表面之一，而圓柱的一端形成相對的終端。齊納二極管當(dāng)連接到電化學(xué)電池或D.C.(直流)電源上時，呈現(xiàn)一種作為電壓曲線函數(shù)的特征電流。齊納二極管能由齊納電壓V″(擊穿電壓)和在齊納電壓下的功率消耗(瓦特)預(yù)選擇。如果跨過二極管終端的電壓V變化，則通過二極管的電阻減小，逐漸高到齊納電壓V″。隨著電壓接近和穿過齊納電壓V″，通過二極管的電阻急劇下降。這意味著通過二極管的電阻變得非常小，并且隨著電壓增大得遠(yuǎn)超過齊納電壓V″，通過二極管的電流I成為非常大。由于電流通過二極管，所以經(jīng)受I2R加熱，其平衡表面溫度是瓦特密度(每單位表面面積的功率消耗)的函數(shù)。
盡管用于本發(fā)明的端蓋組件的最佳二極管600是齊納二極管，但在其位置也能使用其他二極管。例如，齊納二極管能用具有適當(dāng)功率消耗和低電壓漏的肖特基二極管或功率整流器二極管代替。這樣的二極管也呈現(xiàn)出隨施加電壓增大、電阻減小的希望特性，并因此能用作代替齊納二極管的加熱元件，以引起電流分?jǐn)嗥鞅P250即使電池經(jīng)受過充電狀態(tài)也偏轉(zhuǎn)。然而，這樣的二極管沒有齊納二極管合意，因為當(dāng)達(dá)到特定電壓，例如預(yù)選擇的齊納電壓時，他們沒有呈現(xiàn)電阻的急劇下降。
已經(jīng)確定，即使電池暴露于由過充電電壓或大充電電流引起的過充電情形，二極管600二極管的適當(dāng)選擇和在端蓋組件220內(nèi)靠近熱響應(yīng)電流分?jǐn)嗥鞅P250的二極管放置也增加安全性。在這種情況下，二極管由于I2R加熱迅速變熱，這又引起電流分?jǐn)嗥鞅P250偏轉(zhuǎn)，以斷開組件220內(nèi)的電氣通路并且關(guān)閉電池。已經(jīng)確定，包括一個齊納二極管加速在這種過充電情形期間的關(guān)閉響應(yīng)，因為電流分?jǐn)啾P暴露于和檢測一個另外的熱源，即二極管。把齊納二極管便利地選擇成，其齊納電壓遠(yuǎn)超過電池的正常工作電壓，但同時表示在其下希望觸發(fā)電流分?jǐn)嗥鞅P250以關(guān)閉電池的電壓閾值。也把齊納二極管選擇成，當(dāng)熱量達(dá)到足以引起電流分?jǐn)嗥鞅P250偏轉(zhuǎn)的溫度時，在齊納電壓下傳送的電流消散。最好也把二極管選擇成，當(dāng)電池不在使用中時，該二極管僅引起電池的可忽略漏電流。對于鋰離子電池，希望把齊納二極管選擇成，在3.0伏特下它以小于約100微安，最好約20微安的電流泄漏。
鋰離子電池在一般為在約3與4伏特之間的電壓范圍內(nèi)工作。因此，對于用在端蓋組件220和下文描述的其他電流分?jǐn)喽松w組件中的鋰離子電池的適當(dāng)齊納二極管的選擇，可以希望具有在約5.0伏特以下，最好在約4.7與5.0伏特之間的齊納電壓，和在約100與500微瓦特之間的瓦特數(shù)，從而在約3與4伏特之間的電池工作電壓范圍內(nèi)，通過二極管的電流將較低。就是說，應(yīng)該這樣選擇二極管，從而它在正常充電狀態(tài)下不會產(chǎn)生足以引起電流分?jǐn)啾P250偏轉(zhuǎn)的熱量，以及當(dāng)電池不在使用中時不會從電池泄漏明顯的電流而顯著消耗電池。應(yīng)用于結(jié)合鋰離子電池使用的端蓋組件220的一種最佳齊納二極管600，可以是由Melrose.Mass的Compensated Devices Inc.供給的具有4.7伏特齊納電壓的齊納二極管(500微瓦特)，晶片芯片型號CDC 5230。對于一種鋰離子電池應(yīng)用于使用的端蓋組件220的一種另外的齊納二極管600，可以是具有4.7伏特齊納電壓的300微瓦特晶片芯片型號CDC 4688。這種芯片具有約0.6毫米的寬度和約0.25毫米的厚度。
包括或不包括齊納二極管600的端蓋組件220的使用，不排除在電池的正電極與正終端245之間的電氣通路內(nèi)添加一個常規(guī)的PTC(正熱膨脹系數(shù))裝置。這種PTC裝置如果添加，則能放置在端蓋組件220內(nèi)或在其外部。然而，用于包括齊納二極管600的端蓋組件220的上述實施例，不需要PTC裝置。當(dāng)通過其中的電流增大時，PTC裝置呈現(xiàn)增大的電阻。然而，PTC裝置的電阻不會增大到足以防止所有電流從其中通過。因此對于端蓋組件220，PTC裝置本身沒有提供與上述最佳實施例相同程度的保護，特別是當(dāng)電池通過使用過高充電電壓或過長充電而經(jīng)受過充電時。另外，熱電流分?jǐn)嗥鞅P250也能夠?qū)^充電或放電電流反應(yīng)，消除了包括PTC裝置以提供對這種情形的保護的需要。
用于組件220元件每一個的最佳結(jié)構(gòu)表示在圖3中。電流分?jǐn)嗥鞅P250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(xì)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(jié)構(gòu)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(shù)語盤，如這里和特別是關(guān)于熱響應(yīng)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(shù)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分?jǐn)嗥鞅P250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(nèi)突出到空心部分257中。便利地預(yù)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、到電流分?jǐn)嗥鞅P250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，電流分?jǐn)嗥鞅P250定位在組件內(nèi)，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(dāng)電池215內(nèi)的溫度超過一個預(yù)定值時，端部255(b)向下偏轉(zhuǎn)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(guān)閉電池。
參照圖3，把電流分?jǐn)嗥鹘M件220設(shè)計成易于通過把電流分?jǐn)嗥鞅P250插入到開放端部的殼體280中而建造，從而它安置在殼體的底面上。齊納二極管600的正表面620連接到接觸塞295的內(nèi)表面上。然后在盤250上方插入絕緣環(huán)290，并且穿過絕緣環(huán)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(gòu)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(nèi)側(cè)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(nèi)側(cè)表面，以形成在端蓋230與殼體280之間的緊密密封。
熱電流分?jǐn)嗥鹘M件的另一個實施例，即組件320表示在圖6和7中。電流分?jǐn)嗥鞯脑搶嵤├O(shè)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，棱形電池的總厚度便利地為至少約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(dāng)以這種方式使用時，組件320的突出部分，即端蓋325可以便利地形成電池終端之一。
電流分?jǐn)嗥鹘M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杯形體370，如圖6中所示。端蓋325和杯體370由導(dǎo)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(shè)計成當(dāng)電池內(nèi)的壓力超過一個預(yù)定值時向上(向端蓋325)偏轉(zhuǎn)。便利地由形狀記憶合金或雙金屬構(gòu)成的可彎曲熱響應(yīng)件350或352布置在杯370的底部內(nèi)，并且靠近壓力膜片372?？梢韵Ｍ麩犴憫?yīng)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(dāng)采用形狀記憶合金或雙金屬構(gòu)成時，可以使用任一種結(jié)構(gòu)，然而，當(dāng)采用形狀記憶合金時，細(xì)長板或平行六面體結(jié)構(gòu)352是最佳的，而當(dāng)采用雙金屬構(gòu)成時，圓盤350結(jié)構(gòu)是最佳的。希望的盤350(或盤352)定位在組件320內(nèi)，從而它基本位于與端蓋325的表面平行的平面內(nèi)。電絕緣桿或塞340可以安置在可彎曲熱響應(yīng)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(huán)360。組件320希望包括一個可彎曲導(dǎo)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(huán)335放置在盤330的圓周邊緣332與金屬支撐環(huán)360的邊緣362之間?？蓮澢鷮?dǎo)電盤330夾持在端蓋325的圓周邊緣327與絕緣環(huán)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(huán)335。一個殼體380又圍繞著絕緣墊圈375。
電流分?jǐn)嗥鹘M件320可以包括一個可以為晶片形式的二極管盤700，例如，象薄蛋形(圖9)或多邊形晶片盤。最好二極管700具有圖10中所示矩形或正方形晶片的形式。二極管700最好一個齊納二極管，但也能使用其他二極管，例如具有適當(dāng)功率消耗和低電壓消耗的肖特基二極管或功率整流二極管。二極管的正金屬表面720通過用導(dǎo)電焊劑把它固定到其上而連接到端蓋325上(圖6)。提供一根可以具有金屬導(dǎo)線或片形式的導(dǎo)電引線702，從二極管的負(fù)表面730延伸。引線702可以電氣連接到組件殼體380上，殼體380又通過把焊接到電池的殼體上而電氣連接到電池的負(fù)終端上。電氣絕緣物703提供在負(fù)引線702的上方和下方，以保護它免于與端蓋325或在組件320內(nèi)是正的內(nèi)部金屬元件的任一個相接觸。絕緣物703可以具有聚酯或聚酰亞胺材料膜的形式。另外，絕緣物703可以是聚氯乙烯。類似地，二極管暴露的金屬負(fù)表面730覆蓋有絕緣材料，如聚酯或聚酰亞胺材料絕緣膜，以防止在二極管的負(fù)表面730與在組件320內(nèi)是正的金屬元件之間的接觸。二極管700最好是一個齊納二極管，對于在端蓋組件320內(nèi)和應(yīng)用于鋰離子電池的用途，具有在約5.0伏特以下，最好在約4.7與5.0伏特之間的齊納電壓，和在約100與500微瓦特之間的瓦特數(shù)。這種二極管對電池施加可忽略的漏電流。應(yīng)用于結(jié)合鋰離子電池使用的端蓋組件320的一種最佳齊納二極管700，可以是從Melrose.Mass的Compensated Devices Inc.買到的具有4.7伏特齊納電壓的齊納二極管(500微瓦特)，晶片芯片型號CDC 5230。齊納二極管700與導(dǎo)電引線702和絕緣物703一起形成一個二極管組件，具有在約0.25與約0.35毫米之間的厚度。
在用于這里描述的端蓋組件的最佳實施中的二極管600或700，永久地與電池的終端并聯(lián)電氣連接。在上述最佳實施例中，二極管600或700及電流分?jǐn)嗥?50或350都電氣連接到電池的正終端上。因而，當(dāng)電流分?jǐn)嗥?50或350致動時，在正終端與正電極之間的電氣通路斷開，由此同時關(guān)閉電池和使二極管無效。用于包括二極管的另外電路結(jié)構(gòu)也是可能的。其他的電阻，例如電阻器，可以包括在一個或兩個齊納二極管終端、與所述齊納終端與一個相應(yīng)電池終端的連接之間的電路中。而且，二極管，例如二極管700(圖6)，能與電池終端并聯(lián)連接，并且電流分?jǐn)嗥鲝椥员?30能與二極管串聯(lián)連接。例如，如果二極管700的正表面720，連接到金屬支撐板360(圖6)上，而不是端蓋320上。在這樣的實施例中，當(dāng)電流分?jǐn)嗉?50和彈性臂330偏轉(zhuǎn)時，二極管不會無效。因而，這里和在權(quán)利要求書中所使用的術(shù)語二極管的并聯(lián)連接，不打算排除這樣的可能性把另外的電阻器或熱響應(yīng)電流分?jǐn)嗥鞯膶?dǎo)電部分，例如彈性臂330，插入在一個二極管終端與該終端與相應(yīng)極性的電池終端的連接之間的電路支腿中。按上述選擇的二極管把可忽略的漏電流施加在電池上。為了完全消除電池上的任何無功漏電流，能把二極管終端之一永久地連接到一個相應(yīng)電池終端上，而其終端的另一個通過一個開關(guān)可連接到相應(yīng)電池終端上，當(dāng)把電池插入在充電裝置或供電裝置中時，接通該開關(guān)。
包括或不包括齊納二極管700的端蓋組件320的使用，不排除在正電極211與正終端325之間的電氣通路內(nèi)添加一個常規(guī)的PTC(正熱膨脹系數(shù))裝置。這種PTC裝置如果希望添加，則能放置在電池內(nèi)和端蓋組件320的外部。然而，用于包括齊納二極管700的端蓋組件320的上述實施例，提供比單獨使用PTC裝置更強的保護，特別是當(dāng)電池經(jīng)受過高充電電壓時。
參照圖7，電流分?jǐn)嗥鹘M件320可以通過首先把絕緣墊圈375插入在殼體380中而構(gòu)造，從而墊圈的外表面與殼體380的內(nèi)側(cè)壁接觸。然后，通過把熱響應(yīng)件350或352插入到杯形體370內(nèi)、然后把金屬支撐環(huán)360插入到杯形體370的邊緣374上建造一個子組件。把塑料可移動桿340經(jīng)支撐環(huán)360的中心小孔363插入，從而安置在件350上。絕緣環(huán)335安置在支撐環(huán)360的上方與其圓周邊緣362相接觸。盤330然后安置在絕緣環(huán)335上，從而盤330的圓周邊緣332安置在絕緣環(huán)335上。齊納二極管700的正表面連接到端蓋325的內(nèi)表面上。端蓋325然后放置在盤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殼體400內(nèi)，例如一個鋰離子圓柱形電池內(nèi)，如圖8中所示。組件320的端蓋325從電池的一端突出，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棱形電池中，例如圖4中所示的鋰離子棱形電池500中。在這種用途中，端蓋325從電池的一端突出，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分?jǐn)嗥鹘M件，即上述的電流分?jǐn)嗥鹘M件220。具有兩個獨立封裝的自主電流分?jǐn)嗥鹘M件，給電池提供彼此獨立自致動的兩個熱響應(yīng)電流分?jǐn)嘞到y(tǒng)。
一種其中包括兩種電流分?jǐn)嘟M件220和320的電池400表示在圖8中。表示在圖8中的兩個電流分?jǐn)嘟M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(dāng)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(huán)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(nèi)部溫度達(dá)到一個預(yù)定值，則熱響應(yīng)彈性件255向下偏轉(zhuǎn)，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(guān)閉電池的作用。而且，如果電池的內(nèi)部溫度達(dá)到另一個預(yù)定值，組件320的熱響應(yīng)件350(或352)向上偏轉(zhuǎn)到圖6中所示的位置。件350的這種向上運動引起塑料桿340克服盤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(huán)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(nèi)部濕度升高得非常快，則組件220的熱響應(yīng)件255和組件320的熱響應(yīng)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。這保證電池的立即關(guān)閉，并且提供即使兩個熱響應(yīng)件的一個失效電池也將關(guān)閉的附加安全性。
另外，如果在電池內(nèi)的氣體壓力升高超過一個預(yù)定值，則組件320的膜片372向上偏轉(zhuǎn)，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(huán)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，由此關(guān)閉電池。膜片372僅響應(yīng)電池的內(nèi)部壓力，并且象這樣獨立于電池的內(nèi)部溫度致動。因而，壓力致動的膜片372保證如果電池內(nèi)的氣體壓力達(dá)到一個預(yù)定值，則關(guān)閉電池而與電池的溫度無關(guān)。
在圖2和3中所示的電流分?jǐn)嘟M件實施例中，帶有圖6和7中所示向內(nèi)延伸的彈性件255或盤350或盤352的熱響應(yīng)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(jīng)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(fù)位的記憶合金，即是當(dāng)受熱時變形而當(dāng)冷卻到環(huán)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(huán)境溫度下不可復(fù)位，即，當(dāng)受熱到其致動溫度時不可逆地變形。這保證一旦電池內(nèi)的條件引起過度內(nèi)部加熱，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合金建造，從而一旦致動它就是不可復(fù)位的。最佳記憶盤250可以便利地建造成單件NITINOL合金，帶有一個從其向內(nèi)突出一個可彎曲件255的圓周邊緣258?？蓮澢?55方便地建造為矩形形狀，向上偏轉(zhuǎn)的外支腿255(d)由偏轉(zhuǎn)線255(a)與內(nèi)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(dāng)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)沿偏轉(zhuǎn)線255(a)向下偏轉(zhuǎn)。盤250可以希望具有在約5與15毫米之間的直徑。
為了實現(xiàn)這種致動作用，已經(jīng)確定記憶盤250和彈性件255的厚度可以便利地在0.05與0.5毫米之間的范圍內(nèi)，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(nèi)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(qū)域，以減小盤250在正常電池工作期間當(dāng)電流流經(jīng)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的變形偏轉(zhuǎn)。偏轉(zhuǎn)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度之間的一個角度偏轉(zhuǎn)。這允許記憶件255遠(yuǎn)離接觸塞295偏轉(zhuǎn)，并且當(dāng)達(dá)到致動溫度時壓平。在對于鋰離子電池的用途中，用于記憶盤的上述最佳結(jié)構(gòu)可以導(dǎo)致其整體電阻小于5毫歐，這在連續(xù)電池工作下又允許高達(dá)5安培的耗電量。
在圖6和7中所示的電流組件實施例中，偏轉(zhuǎn)圓形盤350形式的熱響應(yīng)件或薄彎曲的細(xì)長板或平行六面體形式的盤352可以便利地由上述形狀記憶合金，最好由NITINOL合金構(gòu)成。(如果盤352具有薄細(xì)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(dāng)暴露于希望在約60℃與120℃之間的預(yù)定溫度時，盤350或352最好建造成不可逆地變形。如果電池內(nèi)部溫度超過一個預(yù)定值，則盤或板偏轉(zhuǎn)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(huán)360之間的電氣接觸斷開以中斷電流流動。熱響應(yīng)盤350或352另一方面可以具有雙金屬結(jié)構(gòu)，即包括兩層具有不同熱膨脹系數(shù)的不同金屬。如果采用雙金屬結(jié)構(gòu)，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(gòu)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(gòu)成。另一種適當(dāng)?shù)碾p金屬成分是鎳和鈦。在該實施例中，當(dāng)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℃的溫度下外盤350或352將不會復(fù)位，這在大多數(shù)用途中使該裝置是一個單次動作恒溫裝置。
參照電流分?jǐn)嗥鹘M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分?jǐn)嗥鞴δ堋?br> 內(nèi)部絕緣環(huán)290希望由具有較高的抗壓強度和溫度穩(wěn)定性的耐蝕熱塑性材料構(gòu)成。用于絕緣環(huán)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(zhì)不起反應(yīng)并且具有足夠的彈性，以在殼體280與組件220內(nèi)部元件之間提供良好的密封。
參照電流分?jǐn)嗥鹘M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?yán)滠堜撔纬?。殼體380希望具有在0.1與約0.5毫米之間的臂厚。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分?jǐn)嗥鞴δ堋６松w325一般具有在約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?yán)滠堜撔纬梢蕴峁┻m當(dāng)?shù)膹姸群湍臀g性?？蓮澢鷮?dǎo)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(dǎo)電率和強度的彈性金屬材料構(gòu)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。
內(nèi)部絕緣環(huán)335希望由具有較高的抗壓強度和溫度穩(wěn)定性的耐蝕熱塑性材料構(gòu)成。用于絕緣環(huán)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 ElectricPlastic Company)買到的聚酯?？梢苿訔U340可以具有在約1與3毫米之間的直徑或?qū)挾燃霸诩s1與5毫米之間的長度。桿340基本上是非導(dǎo)電的(由具有高電阻率的材料形成)，并且即使當(dāng)暴露于高溫例如120℃或更高也應(yīng)該是熱穩(wěn)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(huán)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(huán)360可以容易地由不銹鋼或冷軋鋼形成以提供適當(dāng)?shù)膹姸?，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(dāng)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(zhì)不起反應(yīng)并且具有足夠的彈性，以在殼體380與組件320內(nèi)部元件之間提供良好的密封。
盡管參照最佳實施例已經(jīng)描述了本發(fā)明，但應(yīng)該理解描述的實施例的改進(jìn)是可能的而不脫離本發(fā)明的概念。因此，本發(fā)明不打算限于具體的實施例，而是由權(quán)利要求書和其等效文件限定。
權(quán)利要求
1．一種帶有一個正和負(fù)終端及一對內(nèi)部正和負(fù)電極的電化學(xué)電池，所述電池包括一個電流分?jǐn)嗥鹘M件，所述組件包括一個外殼、一個在外殼內(nèi)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(dǎo)電通路，其中所述組件在所述腔室內(nèi)包括一個用來防止電流流經(jīng)所述組件內(nèi)的所述電氣通路的熱響應(yīng)裝置，而所述組件進(jìn)一步包括靠近所述熱響應(yīng)裝置的電阻裝置，所述電阻裝置隨電流通過引起發(fā)熱，所述電阻裝置呈現(xiàn)隨施加到其上的電壓增大而減小的電阻，所述熱響應(yīng)裝置帶有一個熱響應(yīng)盤，其中所述盤定位在所述組件內(nèi)，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(dāng)在所述組件內(nèi)的溫度達(dá)到一個預(yù)定值時，所述盤的至少一部分偏轉(zhuǎn)，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(jù)權(quán)利要求1所述的電化學(xué)電池，其中所述電阻裝置包括由布置在所述外殼內(nèi)的一個二極管，所述二極管帶有分別并聯(lián)電氣連接到所述電池的正和負(fù)終端上的一個正和一個負(fù)終端。
3．根據(jù)權(quán)利要求1所述的電化學(xué)電池，其中所述電阻裝置包括由布置在所述外殼內(nèi)的一個齊納二極管組成的二極管子組件，所述齊納二極管帶有分別并聯(lián)電氣連接到所述電池的正和負(fù)終端上的一個正和一個負(fù)終端。
4．根據(jù)權(quán)利要求3所述的電化學(xué)電池，其中所述齊納二極管的一個終端電氣連接到所述組件的所述端蓋板上，其中齊納二極管的所述連接終端具有與所述端蓋板相同的極性。
5．根據(jù)權(quán)利要求1所述的電化學(xué)電池，其中所述組件是一種自主結(jié)構(gòu)。
6．根據(jù)權(quán)利要求3所述的電化學(xué)電池，其中所述二極管子組件包括連接到所述二極管終端之一上的一個導(dǎo)電件，所述導(dǎo)電件從二極管延伸并且電氣連接到一個同極性的電池終端上。
7．根據(jù)權(quán)利要求6所述的電化學(xué)電池，其中所述導(dǎo)電件的本體由電絕緣物圍繞著。
8．根據(jù)權(quán)利要求3所述的電化學(xué)電池，其中齊納二極管具有在約100與500微瓦特之間的瓦特數(shù)。
9．根據(jù)權(quán)利要求8所述的電化學(xué)電池，其中齊納二極管具有小于約5伏特的齊納電壓。
10．根據(jù)權(quán)利要求3所述的電化學(xué)電池，其中所述齊納二極管是一個晶片芯片。
11．根據(jù)權(quán)利要求6所述的電化學(xué)電池，其中所述二極管子組件是具有多邊形或蛋形形狀的晶片形式。
12．根據(jù)權(quán)利要求1所述的電化學(xué)電池，其中所述熱響應(yīng)盤由一種形狀記憶合金組成。
13．根據(jù)權(quán)利要求1所述的電化學(xué)電池，其中所述熱響應(yīng)盤是雙金屬的。
14．根據(jù)權(quán)利要求1所述的電化學(xué)電池，其中所述熱響應(yīng)盤具有在0.05與0.5毫米之間的厚度。
15．根據(jù)權(quán)利要求1所述的電化學(xué)電池，其中所述組件是一個完全布置在所述電池的內(nèi)部容積內(nèi)的自主單元，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。
16．根據(jù)權(quán)利要求1所述的電化學(xué)電池，其中所述組件是一個完全布置在所述電池的內(nèi)部容積內(nèi)的自主單元，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。
17．根據(jù)權(quán)利要求1所述的電化學(xué)電池，其中所述組件是一個完全布置在所述電池的內(nèi)部容積內(nèi)的自主單元，及其中所述熱響應(yīng)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，其中外邊緣接觸在所述端蓋組件內(nèi)的一個絕緣件的表面，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(dāng)所述組件內(nèi)的電池溫度達(dá)到一個預(yù)定值時，所述可彎曲表面運動到一個引起所述電氣通路斷開的第二位置。
18．根據(jù)權(quán)利要求1所述的電化學(xué)電池，其中所述組件形成在所述電極之一與相應(yīng)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(yīng)電池終端上。
19．根據(jù)權(quán)利要求17所述的電化學(xué)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。
20．一種通過把一個電流分?jǐn)嗥鹘M件插入到用于電池的開放端圓柱形殼體中形成的電化學(xué)電池，其中所述電池進(jìn)一步帶有一個正和一個負(fù)終端及一對內(nèi)部正和負(fù)電極，其中所述組件帶有一個外殼、一個在所述外殼內(nèi)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，其改進(jìn)包括把所述端蓋板經(jīng)所述端蓋組件內(nèi)的一條導(dǎo)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(nèi)的所述電氣通路的一部分的可彎曲導(dǎo)電件，所述端蓋組件進(jìn)一步包括一個當(dāng)達(dá)到一個預(yù)定溫度時用來使電流停止流經(jīng)電池的熱響應(yīng)裝置，而所述端蓋組件進(jìn)一步包括靠近所述熱響應(yīng)裝置的電阻裝置，所述電阻裝置隨電流通過引起發(fā)熱，所述電阻裝置呈現(xiàn)隨施加到其上的電壓增大而減小的電阻，其中所述熱響應(yīng)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(jìn)一步包括響應(yīng)所述形狀記憶合金件的表面曲率變化用來使所述可彎曲導(dǎo)電件運動的物理裝置，其中當(dāng)電池溫度達(dá)到一個預(yù)定溫度時，所述形狀記憶件偏轉(zhuǎn)改變對其表面的至少一部分的曲率，使所述可彎曲導(dǎo)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(jīng)電池。
21．根據(jù)權(quán)利要求20所述的電化學(xué)電池，其中所述電阻裝置包括布置在所述外殼內(nèi)的一個二極管，所述二極管帶有分別并聯(lián)電氣連接到所述電池的正和負(fù)終端上的一個正和一個負(fù)終端。
22．根據(jù)權(quán)利要求20所述的電化學(xué)電池，其中所述電阻裝置包括由布置在所述外殼內(nèi)的一個齊納二極管組成的二極管子組件，所述齊納二極管帶有分別并聯(lián)電氣連接到所述電池的正和負(fù)終端上的一個正和一個負(fù)終端。
23．根據(jù)權(quán)利要求22所述的電化學(xué)電池，其中所述齊納二極管的一個終端電氣連接到所述組件的所述暴露的端蓋板上，其中齊納二極管的所述連接終端具有與所述暴露的端蓋板相同的極性。
24．根據(jù)權(quán)利要求20所述的電化學(xué)電池，其中所述組件是一種自主結(jié)構(gòu)。
25．根據(jù)權(quán)利要求22所述的電化學(xué)電池，其中所述二極管子組件進(jìn)一步包括連接到所述二極管終端之一上的一個導(dǎo)電件，所述導(dǎo)電件從二極管延伸并且電氣連接到一個同極性的電池終端上。
26．根據(jù)權(quán)利要求25所述的電化學(xué)電池，其中所述導(dǎo)電件的本體由電絕緣物圍繞著。
27．根據(jù)權(quán)利要求22所述的電化學(xué)電池，其中齊納二極管具有在約100與500微瓦特之間的瓦特數(shù)。
28．根據(jù)權(quán)利要求27所述的電化學(xué)電池，其中齊納二極管具有小于約5伏特的齊納電壓。
29．根據(jù)權(quán)利要求22所述的電化學(xué)電池，其中所述齊納二極管是一個晶片芯片。
30．根據(jù)權(quán)利要求25所述的電化學(xué)電池，其中所述二極管子組件是具有多邊形或蛋形形狀的晶片形式。
31．根據(jù)權(quán)利要求20所述的電化學(xué)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(dāng)達(dá)到預(yù)定溫度時在其厚度方向偏轉(zhuǎn)的彎曲表面。
32．根據(jù)權(quán)利要求31所述的電化學(xué)電池，其中所述盤具有在約0.05與0.5毫米之間的厚度。
33．根據(jù)權(quán)利要求20所述的電化學(xué)電池，其中響應(yīng)所述記憶金屬件的表面曲率變化用來使可彎曲導(dǎo)電件運動的所述裝置，是一個布置在所述腔室內(nèi)且與所述形狀記憶件物理連通的非導(dǎo)電件，從而當(dāng)所述記憶件偏轉(zhuǎn)時，所述非導(dǎo)電件克服所述可彎曲導(dǎo)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。
34．根據(jù)權(quán)利要求33所述的電化學(xué)電池，其中所述電流分?jǐn)嗥鹘M件進(jìn)一步包括一個帶有暴露于電池內(nèi)部的表面的壓力致動膜片、和響應(yīng)所述膜片的偏轉(zhuǎn)用來使所述可彎曲導(dǎo)電件運動的裝置，其中當(dāng)電池內(nèi)的氣體壓力超過一個預(yù)定值時，所述膜片向所述組件的內(nèi)部偏轉(zhuǎn)，使用來引起運動的所述裝置移動所述可彎曲導(dǎo)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(jīng)電池。
35．根據(jù)權(quán)利要求34所述的電化學(xué)電池，其中響應(yīng)所述膜片的偏轉(zhuǎn)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(dǎo)電件，從而當(dāng)所述膜片向所述組件的內(nèi)部偏轉(zhuǎn)時，所述非導(dǎo)電件推壓所述可彎曲導(dǎo)電件以斷開在所述端蓋板與所述電極之間的電氣通路。
36．根據(jù)權(quán)利要求35所述的電化學(xué)電池，其中響應(yīng)所述形狀記憶件中的表面曲率變化用來使所述可彎曲導(dǎo)電件運動的所述裝置、和響應(yīng)所述壓力致動膜片的偏轉(zhuǎn)使所述可彎曲導(dǎo)電件運動的所述裝置是同一的非導(dǎo)電件。
37．根據(jù)權(quán)利要求33所述的電化學(xué)電池，其中所述導(dǎo)電件是一個塑料細(xì)長件。
38．根據(jù)權(quán)利要求20所述的電化學(xué)電池，其中所述組件進(jìn)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(huán)，其中所述可彎曲導(dǎo)電件的一部分接觸所述支撐環(huán)，以完成在所述組件內(nèi)的電氣通路，及其中當(dāng)電池內(nèi)的溫度或氣體壓力超過一個預(yù)定值時，在可彎曲導(dǎo)電件與所述支撐環(huán)之間的所述接觸斷開。
39．根據(jù)權(quán)利要求20所述的電化學(xué)電池，其中可彎曲導(dǎo)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(nèi)的一個絕緣件的表面上，并且所述可彎曲部分可響應(yīng)所述形狀記憶件的偏轉(zhuǎn)而運動，以引起所述電氣通路的斷開。
40．根據(jù)權(quán)利要求20所述的電化學(xué)電池，其中所述電池進(jìn)一步包括一個第二電流分?jǐn)嘟M件，所述組件包括一個外殼、一個在外殼內(nèi)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(dǎo)電通路，其中所述第二組件包括一個在所述腔室內(nèi)用來防止電流流經(jīng)所述組件內(nèi)的所述電氣通路的熱響應(yīng)裝置，所述熱響應(yīng)裝置包括一個形狀記憶合金件，當(dāng)所述組件內(nèi)的溫度達(dá)到一個預(yù)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(dǎo)電通路斷開，由此使電池停止工作。
41．根據(jù)權(quán)利要求20所述的電化學(xué)電池，其中所述電池是一種可再充電電池。
42．一種用于電化學(xué)電池的電流分?jǐn)嗥鹘M件，所述組件是一個自主密封單元，所述單元包括一個外殼、一個在外殼內(nèi)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(dǎo)電通路，其中所述組件包括一個用來防止電流流經(jīng)所述組件內(nèi)的所述電氣通路的熱響應(yīng)裝置，而所述端蓋組件進(jìn)一步包括靠近所述熱響應(yīng)裝置的電阻裝置，所述電阻裝置隨電流通過引起發(fā)熱，所述電阻裝置呈現(xiàn)隨施加到其上的電壓增大而減小的電阻，所述熱響應(yīng)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(nèi)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(dāng)所述組件內(nèi)的溫度達(dá)到一個預(yù)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。
43．根據(jù)權(quán)利要求42所述的電流分?jǐn)嗥鹘M件，其中所述電阻裝置包括布置在所述外殼內(nèi)的一個二極管，所述二極管帶有分別并聯(lián)電氣連接到所述電池的正和負(fù)終端上的一個正和一個負(fù)終端。
44．根據(jù)權(quán)利要求42所述的電流分?jǐn)嗥鹘M件，其中所述電阻裝置包括由布置在所述外殼內(nèi)的一個齊納二極管組成的二極管子組件，所述齊納二極管帶有分別并聯(lián)電氣連接到所述電池的正和負(fù)終端上的一個正和一個負(fù)終端。
45．根據(jù)權(quán)利要求44所述的電流分?jǐn)嗥鹘M件，其中所述齊納二極管是一個晶片芯片。
46．根據(jù)權(quán)利要求42所述的電流分?jǐn)嗥鹘M件，其中所述盤的厚度在約0.05與0.5毫米之間。
47．根據(jù)權(quán)利要求42所述的電流分?jǐn)嗥鹘M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(yīng)電池終端之間的電氣通路的一部分。
48．一種用于電化學(xué)電池的電流分?jǐn)嗥鹘M件，所述組件是一個包括一個外殼、一個在外殼內(nèi)的腔室、及一個由所述外殼密封的端蓋的自主密封單元，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(dǎo)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(yīng)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(dǎo)電件、和一個當(dāng)所述組件內(nèi)的溫度超過一個預(yù)定值時用來防止電流流經(jīng)所述電氣通路的熱響應(yīng)裝置，所述熱響應(yīng)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(yīng)盤，而所述組件進(jìn)一步包括靠近所述熱響應(yīng)裝置的電阻裝置，所述電阻裝置隨電流通過引起發(fā)熱，所述電阻裝置呈現(xiàn)隨施加到其上的電壓增大而減小的電阻，其中所述組件進(jìn)一步包括響應(yīng)所述熱響應(yīng)盤的表面曲率變化用來使所述可彎曲導(dǎo)電件運動的物理裝置，其中當(dāng)電池溫度達(dá)到一個預(yù)定溫度時，所述盤偏轉(zhuǎn)致動所述物理裝置，由此運動所述可彎曲導(dǎo)電件以斷開所述組件內(nèi)的電氣通路。
49．根據(jù)權(quán)利要求48所述的電流分?jǐn)嗥鹘M件，其中所述電阻裝置包括布置在所述外殼內(nèi)的一個二極管，所述二極管帶有分別并聯(lián)電氣連接到所述電池的正和負(fù)終端上的一個正和一個負(fù)終端。
50．根據(jù)權(quán)利要求48所述的電流分?jǐn)嗥鹘M件，其中所述電阻裝置包括由布置在所述外殼內(nèi)的一個齊納二極管組成的二極管子組件，所述齊納二極管帶有分別并聯(lián)電氣連接到所述電池的正和負(fù)終端上的一個正和一個負(fù)終端。
51．根據(jù)權(quán)利要求50所述的電流分?jǐn)嗥?，其中所述齊納二極管是一個晶片芯片。
52．根據(jù)權(quán)利要求48所述的電流分?jǐn)嗥鹘M件，其中用來使可彎曲導(dǎo)電件運動的所述物理裝置是一個布置在所述腔室內(nèi)且與所述熱響應(yīng)盤物理連通的非導(dǎo)電件，從而當(dāng)所述盤偏轉(zhuǎn)時，非導(dǎo)電件推壓所述可彎曲導(dǎo)電件以斷開組件內(nèi)的電氣通路。
53．根據(jù)權(quán)利要求48所述的電流分?jǐn)嗥鹘M件，其中所述熱響應(yīng)盤的厚度在約0.05與0.5毫米之間。
54．根據(jù)權(quán)利要求52所述的電流分?jǐn)嗥鹘M件，其中所述電流分?jǐn)嗥鹘M件進(jìn)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?guī)в斜┞队谒鼋M件外的環(huán)境的一個表面，該表面響應(yīng)所述膜片的偏轉(zhuǎn)用來使所述可彎曲導(dǎo)電件運動，其中當(dāng)所述膜片的暴露側(cè)上的氣體壓力超過一個預(yù)定值時，所述膜片向所述組件的內(nèi)部偏轉(zhuǎn)，使所述非導(dǎo)電件推動所述可彎曲導(dǎo)電件，由此斷開在所述組件內(nèi)的所述電氣通路。
全文摘要
一種用于電化學(xué)電池(215)的電流分?jǐn)嗥鹘M件(220),可以是在電池建造期間可以單獨插入到電池中的自主密封單元。電流分?jǐn)嗥鹘M件(220)特別適用于薄可再充電電池,并且當(dāng)插入在電池中時形成在一個電池電極(211)與相應(yīng)終端(245)之間的電氣通路的一部分。電流分?jǐn)鄼C構(gòu)包括一個薄熱響應(yīng)件,該熱響應(yīng)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)。該電流分?jǐn)鄼C構(gòu)可以包括一個熱產(chǎn)生電阻裝置,最好是靠近熱響應(yīng)件的一個齊納二極管(600)。當(dāng)電池溫度超過一個預(yù)定值時,盤偏轉(zhuǎn)以使組件內(nèi)的電氣通路斷開。
文檔編號H01H35/34GK1284206SQ98813308
公開日2001年2月14日 申請日期1998年8月19日 優(yōu)先權(quán)日1997年8月22日
發(fā)明者杰弗里·波伊里爾, 保羅·切斯曼, 邁克爾·邁克德莫特, 珍妮·A·布雷斯, 雷納爾德·坎塔夫, 杰弗里·休斯, 葉利那·科茲尼特索瓦, 布潘德拉·帕特爾, 亞歷山大·卡普蘭, 維埃特·維尤, 威廉·T·邁克休, 路西恩·P·方丹, 羅伯特·J·皮納爾特 申請人:杜拉塞爾公司