CN1395328A - 方形电池的安全保护结构 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种方形电池的安全保护结构，其特征在于：该端盖板下方在密封绝缘片底缘，在电极端子上连接一金属制导电片，使其横向延伸接近罐体的侧向竖立面而不与之接触，且令其离竖立面的罐壁有约0.25mm～0.5mm的间距；通过控制导电片的长度，可避免电池无变形情况下短路的可能性，并使电池受压变形时，即在导电片与罐体侧边形成短路；从而使短路电流平均分布于全极片上，降低局部高热的可能性，以达到增进安全的功效。

Description

方形电池的安全保护结构

技术领域

本发明涉及一种方形二次锂离子电池的安全保护结构，特别是涉及这样一种方形二次锂离子电池，其中，在端盖板下方加装一片金属导电片，使其延伸接近电池罐体侧向竖立面而不与之接触，在电池受到撞击(Impact)或压扁(crash)变形时，即形成正负极短路，使短路电阻下降，短路电流平均分布在全极片上，大幅降低局部高热可能性，以达到安全的效果。

背景技术

二次锂离子电池具有高能量密度、高输出功率，可快速充电，以及无污染的特性，已为轻薄短小的便携式电子或通讯产品，不可或缺的配备；但由于电池经过多次充放电后，会因锂金属树枝化，刺穿极卷中正、负极的隔离膜造成内部短路，于是将产生使用安全的问题；而传统锂电池的安全设计，不外乎限流、断电以及释气等三种方式，其中，限流的设计是采用PTC(注：PTC是正温度系数电阻PositiveTemperature Coefficient of Resistivity的简称)来阻止高电流的流动，是属于非破坏性的安全设计；而断电方式是当电池内压增大时，能使电池内部电路的可导电易碎物品碎裂，达到断流的作用；释气方式则是当电池内压增大时，使安全膜被顶针刺穿，由气孔将气体释出或开阀方式泄压，以避免电池***。

但是，以上主要是针对电池内压不正常升高时，所采用的安全保护手段，此类型专利见诸台湾公告第377045号、第364666号，以及美国专利第4,238,812号及4,255,688号等专利案中，但对于电池受到外部压力而变形时的安全保护，则没有提及；由于电池罐体外部到撞击压力后会变形，此如一来，易发生局部过热，在极卷内部短路产生火花、烧焦、喷烟等情形，而有安全的问题。

因此，针对电池受压变形时，设计必要的安全保护结构，为本发明所欲解决的课题。

发明内容

本发明的主要目的在于提供一种方形电池的安全保护结构，当罐体侧向受撞击(Impact)或压扁(Crash)时，其可避免极卷内部短路、烧焦、喷烟等情形，以达到增进安全的功效。

为达到上述目的，本发明在电池端盖板下方加装一片金属导电片，使其延伸接近电池罐体侧向竖立面而不与之接触，通过长度控制可避免电池无变形情况下短路的可能性，并使电池受压变形时，即在导电片与罐体侧边形成短路。

附图说明

图1是本发明的立体外观图；

图2是本发明的结构剖示图；

图3是图2中A部的放大示意图；

图4是本发明受到撞击变形时的示意图；

图5是本发明受到压扁变形时的示意图；

图6和7分别为显示安全阀朝上或朝下做撞击实验时变形量的照片；

图8-10分别为在安全实验中使用的方形电池633048、863448和1003450的成品照片；

图11-16分别为撞击或压扁后的照片。

具体实施方式

首先，参阅图1和图2所示，本发明所公开的方形二次锂离子电池的安全保护结构，包括；

一罐体1，其为前后面11较宽而两侧向竖立面12较窄的扁平状方盒体，其内部设有由正、负电极元件和一介于正、负电极间的隔离膜所构成的电池极卷13；

一端盖板2，固定在罐体1开口端，其上装设有电极端子3及隔离电极端子3与端盖板2的绝缘片4，且其一侧设有一通孔21以装设安全阀5；

其特征在于：

该端盖板2下方在密封绝缘片4底缘，在电极端子3上连接一金属制导电片6，使其横向延伸接近罐体的侧向竖立面12而不与之接触，且令其离竖立面12的罐壁有约0.25mm～0.5mm的间距D；通过控制导电片6的长度，可避免电池无变形情况下短路的可能性，并使电池受压变形时，即在导电片6与罐体1侧边形成短路。

前述导电片6的装设固定方式，可以在端盖板2铆合电极端子3时一并铆上，亦可以焊接方式焊在电极端子3上。为避免导电片6向上弯曲，造成电池罐体11无外力变形情况下短路，可以选用高强度不易变形的金属作为导电片。

并且，一般方形电池是将电极端子3设为正极，而罐体1及端盖板2为负极；当然，也可将电极端子3设为负极，而罐体1及端盖板2设为正极。

通过上述技术特征，本发明的电池罐体1侧向受到撞击或压扁而如图4或图5所示的情况时，罐口变形量＞0.25mm时，该导电片就会接触到罐壁造成外部形成正负极短路，使短路电阻下降，短路电流平均分配于全极片，大幅降低局部高热的可能性，如此可避免极卷13内部短路产生火花、烧焦、喷烟等情形，以达到增进安全的功效。

为了验证本发明的效果，以方形电池633048、863448和1003450为例做了如下的安全性实验。

背景描述

在未改善前，X方向都可通过测试，Y方向安全性测试撞击(Impact)、压扁(Crush)项目每次测试都有几颗不合格，不合格数据如下，故以改善Y方向来着手。

633048：进行Impact测试2/20颗不合格，进行Crush测试不合格率＜10％。

863448：进行Crush测试2/10颗不合格。

1003450：进行2lot Crush测试3/5颗不合格。

设计缘起

以之前的实验经验，Y方向不管安全阀(S/V)朝上或朝下，做撞击时安全阀端的变形量总是最大(如图6、7所示)，因端盖板挖掉2.8mm做安全阀的洞，所以安全阀的直径纵方向强度最弱最容易变形；做压扁时则两边的变形量几乎相等，所以将导电片做在安全阀方向最容易造成短路是最佳的方式，且不会影响注液。

实验步骤

1.在端盖组铆钉大头处以激光焊上一片铝镍片导电片，铝镍片延伸方向朝向安全阀，端边距端盖板边缘约0.5mm，制造变形后外部短路点，成品分别如图8、9、10所示。

2.把绝缘片短边的围墙削去让铝镍片可以伸出制造短路。再将焊好的端盖组依正常程序组装制作成电池并形成完成。做撞击、压扁实验。

实验结果

实验数据如下表。

编号	撞击		撞击		压扁		压扁
									633048A-680mAh		633048B-680mAh		863348C-1300mAh		1003450A-1550mAh
	最高温度℃	SV	最高温度℃	SV	最高温度℃	SV	最高温度℃	SV
									1	111	↑	104	↑	104	↑	100	↑
2	111	↑	118	↑	95	↑	101	↑
									3	94	↑	107	↑	101	↑	93	↑
4	99	↑	104	↑	108	↑	28	↑
									5	116	↓	100	↑	103	↑	102	↑
6	123	↓	104	↑	99	↓	450	↓
									7	108	↓	130	↑	103	↓	102	↓
8	102	↓	28	↑	103	↓	28	↓
									9			109	↓	112	↓	103	↓
10			103	↓	101	↓	100	↓
									11			110	↓	111	↓	105	↓
12			107	↓	114	↓
									13			103	↓	109	↓
14			107	↓	103	↓
									15			106	↓
16			103	↓

正常情形外部短路温度约在100℃上下，28℃属室温下的正常值应是没有短路的情形，450℃高温应属内部短路的不安全状态。

633048B-780mAh有1颗没有短路，是铝镍片***绝缘片里，形成绝缘状态。

1003450A-1550mAh有2颗没有短路，1颗短路后温度过高，发现是罐盖焊道爆开端盖板弹出，使导电片没有接触罐壁失效所致。

重试1003450A-1550mAh，在加强R角激光功率后重新测试，期使端盖板短边欲短路处，因功率的增加使焊深加深，而使端盖板不被弹出。

结果全部合格，数据如下：

压扁
											No.	1	2	3	4	5	6	7	8	9	10
最高温度℃	97	110	110	110	101	107	113	113	113	112

端盖组机构新设计

以实验时的设计铝镍片端边距端盖板边缘约0.5mm，仍然有几颗没有短路，经检查发现是导电片***绝缘片里，以致于没有短路，所以将此间距缩小到0.25mm，当罐体Y方向受撞击或压扁时，罐口变形量＞0.25mm时导电片就会接触到罐壁造成外部短路，先把电能消耗掉，避免极卷内部短路产生火花、烧焦、喷烟等情形，以达到安全的目的。

结论

以间距约0.5mm实验测试的结果几乎全部合格，所以依此设计将间距缩为0.25mm去转为正式品应没问题，成功率会更高。导电片不可能无故增长只有可能变短，且经Auto CAD做旋转模拟，即使导电片铆合后产生最大歪斜，距端盖板边缘仍有0.2mm的间距，足以覆盖端盖板及导电片的公差，还不致于直接接触到罐壁。在生产线制造时建议短边的激光功率应增加使焊深加深，避免端盖组弹出罐体而失效。作为正式品生产时，将把导电片装在铆钉与端盖密封绝缘片之间做铆合。

根据实验结论得知，该导电片6与罐壁间距0.5mm实验测试的结果几乎全部合格，所以依此设计将间距D缩为0.25mm，则成功率会更高，导电片6不可能无故增长，只有可能变短，且经电脑绘图做旋转模拟，即使导电片6铆合后产生最大歪斜，距端盖板边缘仍有0.2mm的间距，足以涵括端盖板2及导电片6的公差，还不致于直接接触到罐壁；因此，本发明已可达实施阶段，具有可供产业利用价值。

上述所公开的图式、说明，仅为本发明的优选实施例，依本案精神范畴所作的修饰或等效变化，仍应包括在本案申请专利范围内。

Claims (4)

1.一种方形电池的安全保护结构，包括：

一罐体，其为前后面较宽而两侧向竖立面较窄的扁平状方盒体，其内部设有由正、负电极元件和一介于正、负电极间的隔离膜所构成的电池极卷；

一端盖板，其固定在罐体开口端，其上装设有电极端子及隔离电极端子与端盖板的绝缘片，且其一侧设有一通孔以装设安全阀；

其特征在于：

该端盖板下方在密封绝缘片底缘，在电极端子上连接一金属制导电片，使其横向延伸接近罐体的侧向竖立面而不与之接触，且令其离竖立面的罐壁有约0.25mm～0.5mm的间距；通过控制导电片的长度，可避免电池无变形情况下短路的可能性，并使电池受压变形时，即在导电片与罐体侧边形成短路。

2.如权利要求1所述的方形电池的安全保护结构，其中，该导电片是与电极端子一起铆合在端盖板的。

3.如权利要求1所述的方形电池的安全保护结构，其中，该导电片是利用焊接方式固定在电极端子上的。

4.如权利要求1所述的方形电池的安全保护结构，其中，该导电片是由高强度不易变形的金属所构成的。

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