[发明专利]用于电池的电流中断装置

说明书

背景技术

本发明涉及一种用于电化学电池的装置，其响应于温度的升高而 中断电池单元(cell)内部的电路，从而切断电流并阻止电池单元内部的 压力升高到不希望的水平。

电池用于产生运行电子设备的电能。当电池被误用或以其它方式 蒙受滥用条件时，它们能够产生的能量会形成潜在的危险状况。例如， 暴露在高温下会产生高的内部压力，而如果内部压力变得过高，电池 外壳可能被挤开，且外壳和内部部件会被猛烈喷出。带有具有相对低 熔点金属的电池，例如锂电池，也可以被加热到足以融化该金属，引 起内部的短路和失控的放热反应。暴露于不正常或者滥用的电气条件 还会生成大量的热。

为了防止电池容器的破裂和电池密封部件的猛烈喷出，电池经常 具有泄压机构，或者泄压口，它们将会开启从而将内部压力减至较低 的水平。然而，这不一定阻止释出可能危险的液体(例如，腐蚀性的电 解液)或防止在电池单元内部持续地产生热量。在美国专利申请公开 No.2004/0157115A1和美国专利No.6,348,281，6,346,342及4,803,136 中公开了在电池单元容器中带泄压口的电池的一个例子，所有这些专 利均通过引用而结合在本文中。

为了避免泄压口的不必要开启，在某些电池中结合了熔断器，尤 其是在某些高能电池中(例如，可充电的碱性电池如镍/镉电池，带有 多种活性阳极材料的一次性锂电池和可充电锂电池，以及可充电锂离 子电池)。但是，熔断器永久地断开了电路，一旦被滥用的条件被解除， 仍不允许使用电池，即使电池并未被损坏。在美国专利Nos.4,879,187 和4,188,460中公开了在电池单元中也结合了熔断器的例子，它们通 过引用而结合在本文中。

已使用其它类型的断流器作为熔断器的替代方案。其中有些对应 于内压而有些则对应于热量。热响应断流器可使用双金属或者形状记 忆合金部件，当它们的温度超过预设值时，其形状变化，且一些断流 器还结合二极管，例如齐纳二极管、肖特基二极管或功率整流二极管， 用于如果电流超过期望的最大值则产生额外的热量。一些断流器永久 地中断了电路，而一些则是可逆的。带此类断流器的电池的例子在下 述美国专利中被公开，所有这些专利通过引用而结合在本文中： 6,037,071；5,998,051；5,766,793；5,766,790和5,747,187。在未经审查的 日本专利申请No.05-205,727中还公开了另外的例子。在这些参考资 料中公开的电池具有一个或多个不利之处。它们可能要求使用附加的 部件，增加电池的成本，使制造方法变得复杂，而且经常增大内阻， 从而给电池性能造成不利影响，尤其是在过度放电的条件下(例如，低 电阻、高电流和高功率)。一些电池不包括泄压口，因此要求使用单独 的泄压口。在某些电池中，断流器的工作和泄压口的工作同时发生， 因此，中断内部电路不能用于防止可能有害的流体的泄出。

一些电池已使用了正温度系数(PTC)装置，其或者替代熔断器或 可逆电路中断装置，或者与熔断器或可逆电路中断装置结合。当电流 超过了正温度系数装置的阈值极限时，或者正温度系数装置以其它方 式超过了阈值温度时，正温度系数的电阻快速增大，以将电流降低到 极低的水平。这提供了对电气滥用的防护，如外部短路、过度充电和 强制放电。尽管如此，其并不完全中断正负极之间的电路。向电池添 加正温度系数装置也具有类似于那些可逆断流器的不利之处：增高的 成本，制造复杂性和内阻。