TWI224881B

TWI224881B - Nonaqueous electrolyte solution secondary battery

Info

Publication number: TWI224881B
Application number: TW090100323A
Authority: TW
Inventors: Takao Abe
Original assignee: Sony Corp
Priority date: 2000-01-14
Filing date: 2001-01-08
Publication date: 2004-12-01
Also published as: CN1199310C; EP2421073A1; US20040214075A1; CN1306315A; EP2421073B1; EP1119060A3; KR100734758B1; EP1119060A2; US6805991B2; US20030034758A1; US7060386B2; KR20010076250A; EP1119060B1

Description

1224881 A7 B7 五、發明説明（） 1 發明背景發明範圍：本發明有關一種安全閥與使用彼之非水電解液二次電池。相關技藝敘述：裝近年來，可攜式資訊裝置，諸如膝上型電腦與文字處理器、AV裝置，諸如整合相機之錄影機與液晶電視機，以及移動式通訊裝置，諸如可攜式電話等引人注目地發展。亞於作為電源之電池，則需要體積小、重量輕而且能量密度高之二次電池。截至目前為止，仍然使用水溶液為底質之二次電池，諸如鉛電池、鎳鎘電池與鎳氫電池。此等水溶液為底質二次電池充分地符合重量經與能量密度高之要求。近來，作為具有高能量密度之乾淨電池，非水電解液二次電池吸引相當多注目，而且被寄予厚望。 , 線下文將參考圖4至6描述一種習用非水電解液二次電池。圖4係一個剖面圖，其顯示一種習用非水電解液二次電池（例如，揭示於日本專利特許公開公報第8-3 1 5798號）。在該非水電解液二次電池中，一電極元件2係圓柱形底，一外封裝罐1中盛裝電極元件2，於該外封裝罐1内注入一種非水電解液（未顯示出來），而且該非水電解液吸入該電極元件2内。建構該電極元件2，如此使一個正極與一個負極（其各由混合一種活性材料、一種黏合劑與一種導體所獲得之混合 -5- 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(210 X 297公釐） A7

物興、長屯/礼集電咨形成）層壓橫過一個微孔狀R 板’作為正極斑g访 7- ' 而邊層壓結構纏繞在例如一個以虫捉狀盤繞線圈形式之圓柱形核心周圍。將電極元件2嵌入外封裝罐Μ，如此負極引線1〇之弓入端面向外封裝罐1底側。 έ在該電極元件2兩侧，安裝絕緣板，並將電極元件2之？泉” 1 0的自由端引至該絕緣板外側。負極引線1 〇之自这

端焊*接在外封裝凝| 1 @I 裝蟮1辰表面上，作為一個電極終端引線兽丨分0 裝個山蓋7、_個PTC元件3與—個安全閥6裝在該外封 41 一端上，經由墊片8密封該外封裝罐1 一端。在β文全閥6中央部分，形成朝向該電極元件2突出之突出4分6a。Μ哭出部分6&焊接於下方圓盤4上，而下方

線 ί 4焊接於正極引線9的自由端。如此，該突出部分6a斑電極疋件2之正極引線9電連接。、下文兹參考圖5與6描述習用非水電解液二次電池中所使下文將說明該安全閥之構造。圖5A係一剖面圖，直, 示安全閥6在該習用非水電解液二次電池正常狀態下之；用。圖5A顯示圖4之上半部分。圖7 A係一平面圖與一剖面圖，其顯示在正常狀態下該習用非水電解液二次電池所使用之安全閥構造。如圖7: 所示，線性薄部分6c幾乎沿著在突出部分“上定中心之圓圈形成。此外’在該線性薄部分6c外側形成四個薄部 -6 -

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分6 d，其以徑向延伸。圓盤1 1經由圓盤座i 2固定在安全閥6内側。此處將說明圓盤U之形狀。圖5B係習用非水電解液二次電池中所使用之圓盤的平面圖。圖4B中，邊緣部分丨丨a係帶狀板，其部分構成圓盤 1 1，而且該板外側為圓形。外邊緣部分丨丨a本身固定於墊片8上，以支撐整個圓盤1 1。凹陷部分1 1 b部分構成圓盤i i。凹陷部分丨丨b之形狀為平板狀，而且連接於該邊緣部分丨丨a。裝圓盤11具有中心孔llc。中心孔llc係一個使圓盤丨丨對稱點定中心之圓孔。周圍孔1 1 d係幾乎呈矩形孔，其在該中心孔丨丨c 一側具有半圓徵，而且該周圍孔lid之中央軸呈徑向。圖4A所示之下方圓盤4為薄圓盤狀，而且其焊接於圓盤 11之電極元件2上，位於圓盤η之中央。

線正極引線9焊接於該下方圓盤4之電極元件2上。以此方式，該下方圓盤4與正極引線9彼此電連接。下文茲參考圖5與6說明該安全閥之操作。此實例中，安全閥6具有兩種機制，即電流截止機制與劈裂機制。下文說明該電流截止機制中之操作。圖5 β係一剖面圖，其顯示於習用非水電解液二次電池中，一安全閥在電流截止狀態下之作用。基於某些原因，當該外封裝罐1中產生一種氣體時，内部壓力增加。此時，產生之氣體通過一個接近圓盤11外

1224881 五、發明説明（ A7 B7

圍之孔，對該安全閥6内表面加壓。如此，安全閥6向外變形。圖2 A中，雖然下方圓盤4開閉圓盤1 1之中心孔1 1 c，但是該下方圓盤4之直徑小。因此，在接近圓盤1 1外圍所形成之孔並未被下方圓盤4關閉。因為圓盤1 1之周圍孔1 i d 並未如上述關閉，存在該電池内之氣體可能通過圓盤 1 1。反之，因為安全閥6沒有孔，存在該電池内之氣體不會排出，所以保持氣密狀態。裝此外，在介於安全閥6之突出部分6a與下方圓盤4之間的焊接部分處，圍繞在該焊接部分之下方圓盤4被剪力撕開。如此，當突出部分6 a與下方圓盤4彼此分開時，介於電極元件2之正極引線9與蓋7之間的電連接被切斷。此處，另外說明該安全閥6的變形作用。如圖5 B所示，訂

線當安全閥6變形時，安全閥6之6 k與6 ί位置大幅變形。更明確地說，6 k位置表示安全閥6内側之平坦區外圍，而6 £ 位置表示與該突出部分6 a非常接近之部分。6 £位置是此等部分之彎曲點，其相當於圖6 a之薄部分6 c部分。因為薄邵分6 c位置機械性最弱，所以薄部分6 ^因壓力而變形得最多。此外’因為安全閥6變形之故，在介於安全閥6之突出部分6a與下方圓盤4之間的焊接部分處，圍繞在該焊接部分之下方圓盤4被剪力撕開。如此，當突出部分“與下方圓盤4彼此分開時，介於電極元件2之正極引盥言的電連接被切斷。間

1224881 A7 ___ B7 了、發明説明()— 5 由圖5 B明顯看出，介於彎曲點6 k與6 £間之距離很大。因此，因為安全閥6變形之故，突出部分6a與下方圓盤4 分得很開。如此，因為突出部分6 a與下方圓盤4彼此分得很開之故，可以可靠地進行電流截止操作。下文將說明劈裂機制中之操作。圖5 c係一剖面圖，其顯示該習用非水電解液二次電池在劈裂狀態下之安全閥作用。當外封裝罐1中之壓力高於電流截止狀態之壓力時，該安全閥6本身會劈裂，如此使產生之氣體經由蓋7中形成之通風孔釋放出來。下文兹參考圖7B說明安全閥6之劈裂操作。圖7B包括一個平面圖與一個剖面圖，其顯示在劈裂狀態下，用於習用非水電解液二次電池中之安全閥6劈裂方式。此處’以下列順序進行一連串劈裂操作。更明確地說，首先’沿著該圓圈之薄部分6 c係沿著該薄部分6之凹槽劈 I °與違凹槽王垂直方向之張力作用在徑向形成之薄部分 6 d上，而且薄部分6 d沿著該凹槽劈裂。此情況下，如圖 5 C所示，未劈裂之薄部分6c可能部分繼續存在。如上述，當外封裝罐1中之壓力增加時，薄部分6(：與薄部分6 d連續劈裂。因此，於安全閥6劈裂後，可將所產生之氣體排到外面。然而’在該習用非水電解液二次電池中，雖然該薄部分 6c幾乎芫全劈裂，但是薄部分6d僅有一半與安全閥6中央劈裂’而且劈裂之寬度亦很小。更明確地說，供所產生氣 I紙張尺度適用r關家標準(CNS) Μ規格(21〇Χ297公董) 一 ' 6 五、發明説明（逍區f僅僅為—區域，其相當於分離部分6e與生氣I Φ《薄邵分6d的小間隙。因此’當外封裝罐1中產放：習用之安全閥無法在短時間内將產生之氣體釋可將增加周圍孔⑴開口區域視為此等問題之 :二然而，該開口區域增加，則無法容易地確保圓般" 身=械強度。為了確保該機械強度，可能厚，。然而，當該厚度增加時，電池之電容必定下因此，貫際上很難增加周圍孔lld之開口區域。發明總論有鑑於上述問題研發出本發明’其目的係提出 =解视二次電池’其可^電流截止狀態下可靠地進行電截止操作，而且在劈裂狀態下，可於短時間内釋放出氣體。本發明之非水電解液二次電池係—種非水電解液二a 池，其中安全閥安裝在外封裝罐一末端，該外封裝^ 有-個電極元件’該安全闕具有一個朝向該電極元件突 :哭出~邵分’並與該安全閥中央之電極元件引線連接，具 =耆在該突出部分上定中心之至少兩個圓周形成數個線々存邵分，並橫過此等綠性薄部分末端部分，形成以^ 延伸之薄部分，其彼此相鄰。二，此實：中，·沿著同一圓周之數個線性薄部分的長度幾彼此相寺。根據本發明之非水電解液二次電池，沿著在該突出部分水種電裝出其向乎 1224881 A7

中〈至少兩個圓周形成數個線性薄，八t 等線性薄部分龙㈣a〜 Η生4h，並橫過Λ …，，成以徑向延伸之薄部分，立孩此相鄰。因此’可獲得充分距丨刀^ g丨崦之跖齟刀£離作為介於菽哭出部分與該本發明之第-非永咖心二區域增加。次電、，也，農t 次電池係—種非水電解液二 ^ ^ ^ 因風一文王閥t裝在一個圓柱形外 Ϊ ，該外封裝罐1中裝有—個電極元件，該圓盤具有一個中心孔，該安全閥具有一個突出部分，其朝該安全閥中央部分之電極元件突出，以及該笑出部分，其經由該圓盤之中心孔與該電極元的引線連接。該圓盤具有一個線性薄部分。本發明之非水電解液二次電池係一種具有下列構造之非水電解液二次電池，其中該薄部分幾乎沿著在該中心孔對稱點上定中心之圓圈。圖式簡述 ' 圖1係一剖面圖，其顯示本發明一具體實例之非水電解液"一次電池；圖2係一邵分橫剖面圖，用以說明一封閉式非水電解液二次電池正常狀態，以及電流中斷狀態以及安全閥劈裂狀態；其中電流中斷裝置藉由提高内部壓力而分離，安全閥藉由提高内部壓力而劈裂；圖2 A係一部分橫剖面圖，用以說明該封閉式二次電池 -11 - 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(210X297公釐)

裝 1224881 A7 ---------- B7 五、發明説明（ )~"~" — 8 ’ 正常狀態；圖2 B係一部分橫剖面圖，用以說明該封閉式二次電池其中電流係因提高内部壓力而中斷；圖2 C係一部分橫剖面圖，用以說明一封閉式二次電池’其中安全閥藉由提高内部壓力而劈裂；圖3係一本發明封閉式非水電解液二次電池之部分平面及橫剖面圖；圖3 A係一在正常狀態下安全閥之平面及橫剖面圖；圖3B係一藉由提高内部壓力之安全閥分離狀態之平面及橫剖面圖；裝圖4係根據本發明之一實施例之一封閉式非水電解液二次電池之部分橫剖面圖，在正常狀態、電流中斷狀態，以及安全閥劈裂狀態；圖4 A - C係一部分橫剖面圖，其中封閉式二次電池之安全閥藉由提高内部壓力而劈裂；圖5 A - D係另一發明之部分平面圖，其中封閉式二次電池之安全閥藉由提高内部壓力而劈裂；線圖6係一橫剖面圖，其顯示習用非水電解液二次電池· 圖7係一習知封閉非水電解液二次電池之部分橫剖面圖及平面圖；圖7 A - B係一習知安全閥之部分平面圖；圖8A-B係一習知封閉式二次電池之部分橫剖面圖，其中顯示藉由提高内部壓力來中斷電流。 " 元件符號說明 -12-

本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(210 X 297公釐） 1224881 A7 B7 五、發明説明（ 1 外封裝罐 2 電極元件 3 PTC元件 4 下方圓盤 6 安全閥 6 a 突出部分 6b 安全閥主體 6 c 薄部分 6d 薄部分 6 e 分離部分 6f 分離部分 6 g 薄部分 6h 薄部分 6i 薄部分 6 k 彎曲點 6 e 彎曲點 6 e 突出部分 7 蓋 7 a 通風孔 8 墊片本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格（210 X 297公釐） 1224881 A7 B7 五、發明説明（1〇 9 正極引線 10 負極引線 11 圓盤 11a 邊緣部分 1 lb 凹陷部分 11c 中心孔 lid 周圍孔 lie 薄部分 Ilf 周圍部分 1 lg 分離部分 1 1 h 劈裂部分 12 圓盤座較佳具體實例說明下文茲參考圖1至3說明本發明一具體實例之非水電解液二次電池。圖1係一個橫剖面圖，其顯示有關該非水電解液二次電池之本發明具體實例。此具體實例係將本發明應用於一種非水電解液二次電池所製得，該非水電解液二次電池包括一種可摻雜鋰或未經摻雜之材料作為正極，及（或）一個負極’以及一種非水電解液。然而，本發明不受限於此具體實例與圖1之實例。此具體實例中，將一個電極元件2裝於一個圓柱形外封 -14 - 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(210X 297公釐） 1224881 A7 B7

裝罐1内，該外封裝罐1係由鐵組成，並鍍有鎳（N丨），並於該外封裝罐1内注入一種非水電解液（未顯示出來），使該非水電解液吸入該電極元件2内。外封裝罐1並不限於圓柱形罐。除了圓柱形罐之外，可使用棱柱形電池。建構該電極元件2，如此使一個微孔狀正極與一個微孔狀負極層壓橫過一個微孔狀隔板，而該層壓膜纏繞在例如一個呈螺旋狀盤繞線圈形式之圓柱形核心周圍。如此形成該電極元件2之正極與負極，使一正極活性材料與一負極活性材料塗覆在一個延長電流集電箔兩側表面，該集電箔係由一鋁（A 1)箔與一銅（c u)箔組成。將正極引線9 (其由A 1組成）一端以及負極引線i 〇 (其由 N 1組成）一端焊接在該正極與負極電流集電箔相反末端部分。如圖1所示，自該電極元件2中央部分將正極引線9引出電極元件2外，並且自電極元件2外圍引出負極引線 10。將電極元件2插入外封裝罐丨，如此使該負極引線丨〇之引導側面向外封裝罐1底側。將絕緣薄板安排於該電極元件2兩端，並將電極元件2之引線9與1 〇自由端引到絕緣薄板外部。負極引線丨〇之自由端焊接於外封裝罐1底表面，作為例如一個電極終端引線部分。在電極元件2中，可以使用一種材料作為該正極之正極活性材料，其中例如Li可未經摻雜或再掺雜，一種複合氧 -15- 本紙張dit;种® @家標準(CNS) Μ規格(21()χ 297公着) 1224881 A7

12 化物、其表不為活性材料LixM02 (Μ係一種選自c〇、Ni 過渡金屬，其係由例如一種鋰過渡金屬禝^氧化物組成，其中使用LiCo〇2、LiNi〇2、 2 4等為佳。此可由下列方法獲得種鋰過渡金屬氧化物P例如，使用一種L i、c 〇、N i與μ η之碳酸蹢、 :酸鹽^化物、氫氧化物等料原材料，並視組合:定混合此寺原材料彼此，並於6〇〇。〇至1，⑻〇。〇溫度範圍内燃燒。、校之負極活性材料，係使用一種低結晶度碳材料該碳材料係於例如2,〇〇〇χ：之較對低溫下燃燒一種材料 (其+中U可經摻雜或未經摻雜）；一種高結晶度材料，諸如人造石墨或天然石墨，其係可於約3,〇〇〇t之高溫下處理客易結晶之材料所製得。例如，可使用熱解碳、焦碳、石墨、玻璃狀碳、有機高分子化合物經燃燒材料(其係於適當溫度燒結呋喃樹脂等，並碳化所形成材料而製得）、一種碳材料以及一種活性碳。至於孩低結晶度碳材料，最好使用一種含碳材料，其係方；低方；1，500 C燒結一種呋喃樹脂、一種石油瀝青等，並碳酸化所形成材料所製得，其中以廣角χ射線差示法獲得之（ 002 )表面間隔為37〇埃或以上，真空度小於[π克/立万厘米，而且其於氣流中之差示熱分析中，不具有7〇〇。〇以上之發熱尖峰。至於石墨粉末，最好使用一種含碳材料，其中以廣角χ射線差示法獲得之（〇〇2)表面間隔為 3 · 4 2埃或以上。此等含碳材料係具有大量經摻雜或未經 1224881 A7 B7 五、發明説明（ 13 掺雜L 1而且其充電/放電循環使用期限性能優良之材料。至於該負極材料與該正極材料之組合，可以選擇一種最適於欲使用裝置之組合。該隔板可由一種具有微孔狀膜之孔狀隔膜構成，其係由聚晞烴樹脂組成，例如聚乙烯、聚丙晞或特夫綸。該非水電解液係由一種有機溶劑與溶解於其中之電解質組成。亦可以使用所謂聚合物電解質，其係混合一種非水電解液與一種高分子化合物，或使用一種混合或結合高分子化合物與一種電解質所製得之聚合物電解質。至於该有機溶劑，可使用例如至少一種有機溶劑，其係選自一種以上環狀碳酸酯，諸如碳酸伸乙酯或碳酸伸丙酯、碳酸伸乙婦酯、一種鏈狀碳酸酯，諸如碳酸二甲酯、碳酸乙基甲醋或碳酸二乙酯、一種乙基-甲基環狀酯，諸如r -丁内酯或γ -戊内酯、一種鏈酯，諸如醋酸乙酯或丙酸甲酯，以及一種醚，諸如四氫呋喃或丨，2-二甲氧基乙烷。至於該電解質，可使用一種鋰鹽，其可溶解於欲使用之溶劑中，而且具有離子導電性，例如選自LiPF6、LiBF4、

LiC104、LiCF3S03、LiN(CF3S02)2與 UC(CF3S02)3 中至少一者。將一個蓋7、一個PTC元件3與一個安全閥6裝在該外封裝罐1 一端上’經由墊片8密封該外封裝罐1 一端。更明確地說’該蓋7作為正極終端引出部分，其係由例如不鏽鋼、Ni或Fe組成，環形PTC元件3具有例如正溫度特徵， -17-

14 1224881 五、發明説明（該安全閥6安裝於ρ τ c 件係裝在該外封裝罐1 緊此等構件。元件3内部而且由A丨組成，此等構開口端上，並密封之，以墊片8夾於例如該安全閥6中央部分處，形成朝電極元件2突出之笑出邵分6a。該突出部分6a焊接於A1組成之下方圓般斗上’並焊接於該正極引線9自由端上。如此，該突出部分 6 a與電極元件2之正極引線9電連接。經由圓盤座12將圓盤n安排於安全閥6與下方圓盤斗之間，該圓盤11具有一個中心孔，安全閥6之突出部分以由該中心孔通過，而且其係由例如一種A1金屬板組成。下文茲參考圖2與3說明根據本具體實例非水電解液二次電池中所使用之安全閥。下文描述該安全閥之構造。圖2 A係一剖面圖，其顯示該具體實例之非水電解液二次電池呈正常狀態下，一安全閥之作用。圖2 A顯示圖1上半部分。此處，雖然下方圓盤 4關閉圓盤1 1之中心孔，但是該下方圓盤4之直徑很小。因此’在接近圓盤1 1外圍所形成之孔並未被下方圓盤4關閉。此外，因為圓盤1 1之周圍孔並未如上述關閉，存在該電池内之氣體可能通過圓盤1 1。反之，因為安全閥6沒有孔，存在該電池内之氣體不會釋放出來，所以保持氣密狀態。該狀態係圖2 A所示之正常狀態。圖3 A包括一個平面圖與一個剖面圖，其顯示該具體實例非水電解液二次電池中所使用之安全閥在正常狀態下之構造。由圖3A明顯看出，幾乎沿著在突出部分6a上定中 -18 - 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(210 X 297公釐) 1224881

15 心的至少兩個圓圈形成若干線性薄部分。圖3 A中，存在具有較小旦徑足小圓（下文稱為”小直徑圓，，）與具有大直徑又圓（下文％為”大直徑圓”），而且顯示出沿著該小直徑圓與該大直徑圓之數個線性薄部分。更明確地說，在接近該大出部分6 a處形成四個沿著該小直徑圓之薄部分6 g。薄邵分6 g之長度幾乎彼此相等。該小直徑圓上之弦（其中未形成薄部分6 g)幾乎彼此相等。在接近該安全閥6外圍形成四個沿著大直徑圓之薄部分 6h°孩薄邵分6h之長度幾乎彼此相等，而大直徑圓上之弦（其上未形成薄部分6 h)幾乎彼此相等。此外’橫過Η此相鄰之薄部分6 g與薄部分6 h末端，形成以徑向延伸之薄部分6 i。如此，藉由一個連續薄部分構成具有四個扇形葉片之形狀，該連續薄部分係由薄部分 6 g、薄邵分6 h與薄部分6 i形成。形成此形狀，如此每9〇。重複相同圖型。圖3A中’薄部分6g、6h與6i之厚度為0.1毫米，而薄部分6g、6h與6i除外之其他部分_安全閥主體6b與分離部分之厚度為0.3毫米。該葉片數目不限於上述之四片。更明確地說，葉片數目在2至10範圍内為佳。當葉片數目為一時，才喪失形狀之對稱性。因此，在劈裂狀態（下文將說明）中，該葉片部分播法充分分離。當葉片數目大於1 〇時，該薄部分總長度過大’而且需要大量能量剪開該薄部分。因此，反而更難進行劈裂操作。 ____________ 19 _

不紙狀㈣财_家鱗(CNS) A4規格(21GX 1224881 A7

16 上述具體實例中，P扦、+、i ^ ,,π w, ^ 一、已描述兩個圓圈（即小直徑圓與大直 :)作為该薄邵分必須傍著之圓圈。然而，本發明不限 ,,^ @ 口圈不過，為了順利進行該劈衣知作，孩形狀取好相對於一、、κ芏曰丄士 π η 1巾、、果性王對稱，該線性連接 4取大直徑圓之薄部分中線與該突出部分中心。包括一個上述沿著最大直徑圓之薄部鬌相同圖型之形狀為佳。刀料㈣以相同角度重複裝此具體實例巾，至於連接㈣薄部分之線，使用通過該哭出部分中央’而且呈徑向延伸之線性'然而，本發明不限於該線性。可使用不通過該突出部分中心且呈徑向之線性。不-定使用-線性，亦可使用呈徑向之曲線。

線在上述具體實例中’使用H米作為薄部分6g、611與 6i之厚度。然而，本發明不受限於此厚度。可以視進行劈裂必要之壓力ii，適當地改變該厚度。料，不僅整體薄部分上之薄部分6g、6h與6i厚度製得均勻，亦可部分改變該薄部分一部分之厚度，如此亦可容易發生劈裂之部分0 下文茲參考圖2與3描述該安全閥之操作。此情況中，安全閥6具有兩種機制’後電流截止機制與劈裂機制。首先，說明泫電泥截止機制中之操作。圖2 b係一剖面圖，其顯示一個士全閥在該具體實例非水電解液二次電池電流截止狀態下之操作。基於某些原因，當該外封裝罐1中產生一種氣體時，該外封裝罐1内之壓力增加。此時，產生之氣體通過一個接 •20-

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近圓盤1 1外圍之孔，對該φ + 士、 ^ τ忒女王閥6内表面加壓。如此，安全闕6被壓向外側，並以培^gi/ πρ μ 以検向膨脹變形。此變形作用增加該電池中之容積，因此，可以調節該壓力。此外，因為該安全閥6變形之始和^ 、k 、 &访义故，在介於安全閥6之突出部分6a與下方圓盤4之間的烊接部分處，圍繞在該焊接部分之下方圓盤4被剪力撕開。如此，當突出部分以與下方圓盤4彼此分開時，介於電極元件2之正極引線9與蓋7之間的電連接被切斷。更曰月確地說，該下方圓盤4經由突出部分6a、PTC元件3與蓋7與安全閥6電連接。然而，如上述，當正極引線9與突出部分6a彼此分離時，介於正極引線9與蓋7間之電連接亦會被切斷。此處進一步詳細說明該安全閥6之變形作用。由圖28明白看出’當士全閥6變形時’安全閥6之6k與位置大幅變形。更明確地說，此等部分係6k位置，其表示安全閥6 "内侧之平坦區外圍，以及6 €位置，其表示與該突出部分 6 a非常接近之部分。6 £位置係其相當於圖3 a沿著小直徑圓部分之彎曲點，即薄部分6g之位置。因為薄部分6§位置機械性最弱，所以薄部分6 g因壓力而變形得最多。此等部分除外之其他部分-即突出部分6 a -鮮有變形，而突出部分6 a外之平坦部分稍微變形。由圖2 B明顯看出，介於彎曲點6 k與6 €間之距離很大。因此，藉由安全閥6變形，突出部分6a與下方圓盤4分得很開。如此，此具體實例中所使用之安全閥6如同一種習用安全閥，該突出部分6 a與下方圓盤4彼此分得很開。如 21 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4规格(21〇x297公釐）裝訂線 1224881

上述，因為突出部分6 a與下方圓盤4彼此分得很開之故，可以可靠地完成電流截止操作。在圖6 A所述之習用安全閥6中，無法僅僅增加薄部分6。 <圓圈直徑達到上述優點。更明確地說，因為該薄部分係於薄部分6c位置彎曲，相當於圖2B中位置“與“間之距離的距離變小。因此，該突出部分“與下方圓盤4無法充分彼此分開。結果，電流截止操作之可靠性變差。下文將說明劈裂機制中之操作。圖2C係一剖面圖，其顯不一個女全閥在此具體實例非水電解液二次電池於劈裂狀態下的操作。、田外封裝罐1内（壓力大於該電流截止操作壓力時，該安王閥6本身會劈裂，如此使產生之氣體經由蓋7中形成之通風孔釋放出來。下文茲參考圖3B說明安全閥6之劈裂操作。圖3B包括一個平面圖與—個剖面圖，其顯示在劈裂狀態下，用於此具心只例非水電解液二次電池中之安全閥6劈裂方式。處’以下列順序進行一連率劈裂操作。更明確地說，口 U直栓圓之薄那分6 g係沿著凹槽劈裂。與該凹槽呈垂直方向之張力作用在徑向形成之薄部分6d上，而且薄邵分“沿著該凹槽劈裂。當藉由劈裂薄部分6呂分開該哭出部分與該安全閥時’剪力作用在薄部分6i上，而且該薄邵分61沿著凹槽劈裂。當所有薄部分6i劈裂時，沿著大直徑圓《薄部分611會以與該凹槽垂直方向拉緊。因此，張力作用在薄部分611上，使薄部分6h劈裂。 1224881 A7

=況下’如圖2C所示，未劈裂之薄部分“可能部分繼績存在。其视外封裝罐中之壓力大小而定。噙此w外封裝罐夏中〈壓力增力口時，薄部分以、以與 “連續劈裂。因此，被薄部分6g、_6h圍繞之分離部分6f可以在短時間内與該安全閥主體完全或幾乎分離。因此，可以大幅增加通過產生氣體之局部區4，而且安全闕 6劈裂後，所產生氣體可以在短期間内釋放出去。為了 1«纟具體貫例非水電解液二次電;也中所使用的安王閥效果’研咒泫安全閥之電流截止機制與劈裂機制。供該研究用之安全閥示於圖3。亦研究圖6A中之習用安全閥，以便與此具體實例之安全閥比較。、此處此具體實例之安全閥與習用安全閥具有相同厚度之平坦邛刀與具有相同厚度之薄部分。使對應於此具體實例中所使用之安全閥（圖3A)中的圓圈直徑，與對應於習用安全閥（圖6A)中的圓圈直徑相等。使對應於此具體實例中所使用之安全閥（圖3A)中的圓圈半徑，與先前技藝 (圖6A)中薄邵分6c外部末端至突出部分6a中央之距離相等0 此具體實例與先前技藝中，為了研究電流截止機制與劈裂機制，藉由一個安全閥密封一圓柱形電池，其中不使用欲裝配之電極元件，並將一個液壓圓筒附裝於該罐底部，進行壓力試驗。至於該研究結果，此具體實例中之電流截止操作壓力為 1.5 MPa，而先前技藝中之電流截止操作壓力為丨.5 MPa。 -23- 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(210 X 297公釐) # 裝訂

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如此，此具體實例中行電流截止操作。可以等於習用安全閥壓力之壓力進體實例中之劈裂操作壓力y而井中，可以作壓力為2.5购。如此，此具體實例心白用安全闕壓力之壓力操作該劈裂機制。此具體實例與先前技藝觀察劈裂狀態中之劈裂方式0 :果’此具體實例中，如圖2〇斤示，所有薄部分&病辟列#刀61均劈裂。除了一部分外，所有薄部分6h琴刀衣另一方面，在先前技藝中，如圖5C所示，雖钬薄部分6C幾乎完全劈裂，但是薄部分6d僅有一半與中^分離，而且該劈裂寬度亦很小。由錢察結果，此具體實例中所使用之安全閥與習用安全閥劈裂狀態彼此比較時，先前技藝中，供所產生氣體用之通道區域僅僅一個區域，其相當於中央圓圈之部分“ 與在周圍形成之薄部分6 d的小間隙。此具體實例中，因為分離部分6f幾乎分離，所以通道區域大。因此，當該外封裝罐1中產生氣體時，藉由此具體實例中所使用之安全閥而非白用安全閥，所產生之氣體可以在短期間内釋放出去0 如上述’根據此具體實例，沿著在該突出部分上定中心 (至少兩個圓周形成數個線性薄部分，並橫過此等線性薄邵分末端部分，形成以徑向延伸之薄部分，其彼此相鄰。因此’在電流截止狀態下，該突出部分與該引線之間可獲 - _ - 24 · 本紙張尺度適财研鮮(cns)a_4規格(2iqx297^t

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1224881 A7 B7 五、發明説明（） 21 得夠長距離，而且劈裂狀態下，供氣體用之通道區域增加。結果，在電流截止狀態下，可以可靠地進行電流截止操作，而且於劈裂狀態下，該氣體可於短時間内排出。於說明電流截止機制與劈裂機制之前，先說明該安全閥與圓盤之正常狀態。圖4 A係一剖面圖，其顯示根據此具體實例之非水電解液二次電池中，呈正常狀態之安全閥6與圓盤1 1。圖4 A 顯示圖1A之上半部分。圖4 A中，雖然下方圓盤4關閉該圓盤1 1之中心孔1 1 c，但是下方圓盤4之直徑小。因此，在接近圓盤1 1外圍所形成之孔並未被下方圓盤4關閉。因為圓盤1 1之周圍孔1 1 d 並未如上述關閉，存在該電池内之氣體可能通過圓盤 1 1。反之，因為安全閥6沒有孔，存在該電池内之氣體不會排出，所以保持氣密狀態。此狀態是圖2 A所示之正常狀態。下文將說明該安全閥在電流截止機制中之操作。圖4 B係一剖面圖，其顯示該安全閥在此具體實例非水電解液二次電池之電流截止狀態下之作用。基於某些原因，當該外封裝罐1中產生一種氣體時，内部壓力增加。此時，產生之氣體通過一個圓盤11之周圍孔1 1 a，對該安全閥6内表面加壓。因此，安全閥6被壓向外側，並以橫向膨脹變形。此變形作用增加該電池中之容積，因此，可以調節該壓力。因為該安全閥6變形之故，在介於安全閥6之突出部分 -25- 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(210X297公釐）裝

221224881 五、發明説明 6 a與下方圓盤4之間的煤垃如八+ 下方圓盤4被剪力撕開接B處’固繞在該焊接部分之如：’當突出部分6a與下方圓盤4彼此分開時，介於電極元件2之正極引線9與蓋7之間的電連接被㈣。、更明確地說，該下方圓盤4經由突出部分“、pTc元件 3與蓋7與安全閥6電連接。蚨而，逆较然叩，如上述，當正下方圓盤 4與突出部分6a彼此分離時，介於丨於正極引線9與蓋7間之電連接亦會被切斷。此處進-步詳細說明該安全閥6之變形作用。由圖5b 白看出，當安全閥6變形時，安全閥6之“與6£位置大變形。更明確地說，此等部分係6k位置，其表示安全闕6内之平坦區外圍，以及6“立置，其表示與該突出部分“ 常接近足邵分。此等部分除外之其他部分_即突出部分6 鮮有變形，而突出部分6 e外之平坦部分稍微變形。由圖4 B明顯看出，介於彎曲點6 k與6 €間之距離很大因此，藉由安全閥6變形，突出部分6a與下方圓盤4 得很開。 1 如此’因為突出邵分6 a與下方圓盤4彼此分得很開，以可以達到可靠地完成電流截止操作的優點。下文將說明該安全閥之劈裂機制操作。圖4 C係係一剖面圖，其顯示此具體實例之非水電解液二次電池在劈裂狀態下時，一安全閥與圓盤之作用。當該外封裝罐1中之壓力高於電流截止狀態之壓力時，明侧非 a 分所 -26- 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(210X297公釐） 1224881 A7

該安全閾6本身劈裂。如此，當安全閥6劈裂但是圓盤u劈裂時，該電池中產生之氣體it過圓盤"之周圍孔Ud，通過安全闕6之劈裂部分並通過該蓋7之通風孔7a，釋放出去。下文=參考圖2 C說明該圓盤之劈裂機制操作。田泫壓力更同於安全閥劈裂機制之操作壓力時，該圓盤 11之劈裂機制開始操作。更明確地說，圓盤丨丨之分離部分1 1 g與圓盤1 1分開。如此，分離部分丨i g變浮動，並在該分離部分llg周圍形成劈裂部分11}ι。因此，該電池中產生之氣體不只可通過圓盤之周圍孔 iid，同時亦可通過該圓盤u之劈裂部分Uh。此外，所產生之氣體通過該安全閥6的劈裂部分6b，並通過蓋7之通風孔7 a，排到外面。此處茲參考圖5說明圓盤n之劈裂方式。圖5係一平面圖，其顯示本具體實例非水電解液二次電池中，於劈裂狀態下所使用之圓盤1 1方式。當該電池中產生氣體時，該氣體通過圓盤丨丨之周圍孔 1 1 d。此外，當該氣體壓力增加時，高壓會作用在電極元件2側之分離部分1 1 g表面上。當該高壓如上述作用時，強大剪力作用在該圓盤1 1之薄部分1 1 e上。此情況下，薄部分1 1 e之機械性最弱，所以薄部分1 i e 容易被該剪力撕開。因此’該分離部分1 1 g與圓盤1 1分開，如圖5 B所示狀 -27- 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(210 X 297公釐）裝

k 1224881 訂

線 A7 B7 五、發明説明 ( ) 24 態〇該劈裂部分1 1 h係位於已去除薄部分1 1 e位置，其圍繞該分離部分 1 lg ° 如此田圓盤1 1劈裂時 J 該安全閥於劈裂狀態下供氣體用之通道區增加。此說明中，雖然已於劈裂該安全閥後劈裂該圓盤，但是本發明不受限於此順序。更明確地說，視該電池内之壓力產生狀怨而定，該圓盤可與該安全閥同時劈裂。此等狀態之任何狀態中，有效地操作該圓盤身劈裂機制，可以增加供氣體用之通道區域 0 結果該安全閥呈劈裂狀態時，該氣體可以在短時間内排出。當該圓盤劈裂時，當該圓盤之分離部分自該圓盤浮起時，該分離部分可能與該安全閥接觸，並且與該安全閥電接觸。然而當該氣體釋放出去時，此狀態係電池本身無法達到電池功能之狀態。因此該分離部分與該安全閥可以毫無問題地電連接。本具體實例中，已說明該圓柱形非水電解液二次電池〇蚨而，本發明之應用範圍不限於該圓柱形。更明確地說，本發明亦可應用於必須具有壓力釋放機制之其他電池〇本發明不受限於上述具體實例，而且在不達背本發明精神與範圍之下，可以使用各種構造〇本發明可達到下述效果〇沿著在該突出部分上定中心之至少兩個圓周形成數個線 -28- 裝本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(210 x 297公釐) 1224881 A7 B7 五、發明説明（） 25 性薄部分，並橫過此等線性薄部分末端部分，形成以徑向延伸之薄部分，其彼此相鄰。因此，可益在電流截止狀態下可靠地進行電流截止操作，而且於劈裂狀態下，氣體可於短時間内排出。雖然已參考附圖說明本發明之較佳具體實例，但是必須明白，本發明不受限於上述具體實例，而且在不達背本發明附錄申請專利範圍界定之精神與範圍之下，熟知本技藝者進行各種改變與修正。 -29- 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(210X 297公釐)

Claims

1224881 圍 ABCD 六、申請專利範圍

螓讀襆員#迁，氺i正移是％變更原實贺内窗 1. -種非水電解液二次電池，其中—個安全閥係安裝於一圓柱形外封裝罐的一端，該外封装罐中裝有一個+ 極元件，而且該安全閥包栝，個突出部分，其朝電極元件突出，並與該安全閥中央之電極元件引線S接，逆其中幾乎沿著在該突出部分上定中心之至少兩個圓周形數個線性薄部分，以及橫過此等線性薄部分末端部分，形成以徑向延伸之薄部分，其彼此相鄰。 2·根據申請專利範圍第1項之奍水電解液二次電池，其中孩安全閥包括數個沿著同/圓周之線性薄部分的長度’其幾乎彼此相等。 3.根據申凊專利範圍第1項之非水電解液二次電池，其中該安全閥包括至少一個圓盤與一個安全閥，其安裝於該圓柱形外封裝罐之一端，該外封裝罐中裝有一個電極元件，該圓盤一部分之厚度小於周圍部分，而且該突出部分經由該圓盤之小厚度部分與該電極元件之？丨線連接。 4·根據申凊專利範圍第1項之非水電解液二次電池，其中該安全閥包括至少一個圓盤與一個安全閥，其安裝於該圓柱形外封裝罐之一端，該外封裝罐中裝有一個電極元件，該圓盤具有一個中心孔，該安全閥具有突出部分，其朝向該安全閥中央部分之電極元件突出，而本紙張尺度適财國國冢標準(CNS) A4規格(21G X 297公釐) ~----

1224881 A B c D 申請專利範圍且該突出部分經由該圓盤之中心孔與該電極元件的引線連接，其特徵係：该圓盤具有線性薄部分。 5·根據申凊專利範圍第丨項之非水電解液二次電池，其中巧安全閥焊接於一個下方圓盤，該下方圓盤焊接於該正極引線自由端。 6·根據申清專利範圍第丨項之非水電解液二次電池，其特欲係包括安全閥，其中該電池包括一種材料作為正極，其可摻雜或不摻雜鋰，以及一種負極活性材料與一種非水電解質。、根據申μ專利範圍第5項之非水電解液二次電池，其特敛係包括一個電極構件，其係橫過一隔板層壓該正極與β負極所構成，並纏繞成螺旋狀盤繞線圈電極。 8·根據申請專利範圍第2項之非水電解液二次電池，其包括安全閥，其中該冑池包括一種可捧雜或不摻雜鍾之材料作為正極，以及一種負極活性材料與一種非水電解質。 9·根據申請專利範圍第8項之非水電解液二次電池，其特徵係包括一個電極構件，其係橫過一㉟板層壓該正極與孩負極所構成，並纏繞成螺旋狀盤繞線圈電極。 Κ)·根據申請專利範圍第3項之非水電解液二次電池，其包括安全閥，其中該電池包括—種可摻雜或不摻雜鋰之材料作為正極，以及-種負極活性材料與一種非解質。 -2 297公釐）裝本紙張尺度適财_家標準(CNS) Α4規格(210 ： .根據申請專利範圍第& 牿外办Α ϋ 非水電解液二次電池，其二係包括一個電極構件，其係橫過一隔板層壓該正 12根摅：負極所構成，並纏繞成螺旋狀盤繞線圈電極。 1據中請專利範圍第4項切水電解液二次電池括安全閥，立中嗜兩以A 1 -.,/、 β私池G括一種可摻雜或不摻雜鋰之材料作為正極，以及一解質種負極活性材料與一種非水電 13_根據申請專利範圍第1 2 L 非水電解液二次電池，其系包括一個電極構件’其係橫過一隔板層壓該正 ”貞極所構成’並纏繞成螺旋狀盤繞線圈電極。丄4· 一種供電池用之安全閥， J 具中至少一個圓盤與一個安王閥係安裝於該圓柱形外封 ^ ^ y π對裝罐一端，該外封裝罐中裝有一個電極元件，該圓盤具有中心孔，該安全閥具有一個突出部分’其朝向位於該安全閥中央部分之電極元件突出，以及該突出部分經由該圓盤之中心孔與該電極元件之引線連接，其特被係该圓盤具有線性薄部分。 Κ根據申請專利範圍第14項之安全闊，其中該薄部分幾乎沿著在該中心孔對稱點上定中心之圓圈。 16· 一種非水電解液"'次電池，其包括根據中請專利範圍第 14項之安全閥，其中該電池包括—種可摻雜或不摻雜裡（材料作為正極，以及-種負極活性材料與一種非水電解質。 -3 -

8 8 8 8 A BCD 1224881 六、申請專利範圍 17.根據申請專利範圍第1 6項之非水電解液二次電池，其中該電池包括一個電極構件，其係橫過一隔板層壓該正極與該負極所構成，並纏繞成螺旋狀盤繞線圈電極。 / -4- 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(210 X 297公釐)