專利名稱：金屬容器的開裂式安全閥的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種這樣的開裂式安全閥，它設(shè)置在可充電電池(二次電池)等的金屬容器(下面，簡稱為容器)上，當(dāng)異常時釋放在容器內(nèi)部產(chǎn)生的壓力，以防止容器的變形或爆炸，從而防止對人體的危害或器械的損壞等。
背景技術(shù)：
近年來正在迅速普及的鋰離子電池等高性能可充電電池以小型輕量、大容量為特長，廣泛應(yīng)用在尤其是移動電話或筆記本型計算機(jī)等便攜式器械中。
但是，這些高性能可充電電池，其電池內(nèi)部的能量密度高，有時也采用可燃性的有機(jī)溶劑作為電解液使用，因此當(dāng)電池內(nèi)部一旦出現(xiàn)短路或過充電等異常時，在電池容器內(nèi)或產(chǎn)生可燃性氣體，或出現(xiàn)著火，容器的內(nèi)部壓力上升成為危險的狀態(tài)。當(dāng)容器的內(nèi)部壓力一旦超過耐壓強(qiáng)度，則容器的變形增大，并在超過耐壓極限時將發(fā)生爆炸。
在使用便攜式器械時，如果發(fā)生這樣的事故，則不可避免地對人體產(chǎn)生重大危害或損壞器械。
以避免這樣的危險為目的，人們使用了一種開裂式安全閥，當(dāng)容器的內(nèi)部壓力上升到超過規(guī)定值的時候，該開裂式安全閥便使容器的一部分裂開形成開口部分，釋放內(nèi)部壓力。
以往所使用的開裂式安全閥有沖壓式安全閥和金屬箔式安全閥，是根據(jù)用途選擇使用的。
沖壓式安全閥具有這樣的構(gòu)造即采用具有楔形形狀的齒端為V字形截面的沖壓頭沖壓容器的某一部分而形成圓形等輪廓形狀的開裂溝，當(dāng)容器的內(nèi)部壓力上升到超過規(guī)定值時，開裂溝底部的薄壁部分便裂開，釋放內(nèi)部壓力。
沖壓式安全閥的優(yōu)點是加工簡單、價格便宜。但是，在采用沖壓頭進(jìn)行加工時，由于產(chǎn)生于沖壓頭的齒端的裂紋殘留在加工后的薄壁部分，當(dāng)把薄壁部分的厚度加工得很薄時，裂紋穿透薄壁部分，成為發(fā)生泄漏的原因。
沖壓式安全閥的開裂壓力由開裂溝所包圍的受壓面積和開裂溝底部的薄壁部分的厚度所決定，所以為了把安全閥設(shè)置在小型容器中，在減小受壓面積的同時控制開裂壓力的上升，這就需要把薄壁部分的厚度做得更薄。但是，如果把薄壁部分的厚度加工得更薄，則因泄漏所致的不合格率將增加，所以難以實現(xiàn)沖壓式安全閥的小型化。
金屬箔式安全閥的構(gòu)造是，接合金屬箔進(jìn)行密封以堵塞容器的通氣孔，當(dāng)出現(xiàn)異常容器的內(nèi)部壓力超過規(guī)定值時，金屬箔裂開釋放內(nèi)部壓力。
在以往的金屬箔式安全閥中用焊接法進(jìn)行金屬箔的接合，由于用焊接法可以接合的金屬箔厚度的下限值，與沖壓加工的開裂溝底部的薄壁部分厚度的下限值相比較為其1／2以下，故在這一點上金屬箔式安全閥易于實現(xiàn)小型化。
但是，采用焊接法進(jìn)行金屬箔接合，存在有焊接加工時特有的易穿孔問題，以及用焊接法接合薄金屬箔進(jìn)行密封時的技術(shù)性困難，此外需要高額的設(shè)備投資等，所以存在質(zhì)量方面的不穩(wěn)定性，以及成本高等缺點。
發(fā)明的公開在本發(fā)明中開發(fā)了一種采用冷壓接法接合金屬箔做為安全閥，以堵塞容器的通氣孔的利用冷壓接法的金屬箔式安全閥(下面，簡稱為本安全閥)。
冷壓接法，是一種在常溫狀態(tài)下使用冷壓接模具對2個金屬部件的接合部加壓進(jìn)行接合的加工方法。
接合的原理如下利用冷壓接模具產(chǎn)生的壓力使接合部發(fā)生塑性變形，由接觸面間的摩擦使雙方的接觸面上露出新生面，在該狀態(tài)下繼續(xù)加壓和保持使得發(fā)生原子間的結(jié)合，由此接合2個部件。
迄今為止，在對用于金屬箔式安全閥的、厚度在0．3mm以下的金屬箔進(jìn)行冷壓接的情況下，由于在冷壓接加工中所承受的加壓力的作用，存在著發(fā)生金屬箔斷裂、出現(xiàn)裂紋、成為泄漏原因等一類問題。
然而，在本發(fā)明中對于冷壓接模具的齒端形狀、接合部的形狀，與金屬箔和容器的材料相適合的表面處理或熱處理，進(jìn)而對冷壓接加工時的加壓速度和在下止點位置的保持時間等，及冷壓接加工中的全部條件進(jìn)行了重新評價并反復(fù)進(jìn)行了試驗。其結(jié)果是，用冷壓接法進(jìn)行了以往被認(rèn)為是做不到的厚度直至0．01mm的金屬箔的接合，并成功地應(yīng)用于金屬箔式安全閥中。
本安全閥被確認(rèn)具有眾多的優(yōu)越特性如與利用激光束焊接法加工的以往的金屬箔式安全閥相比較其氣體密封性好，較少發(fā)生密封不良現(xiàn)象；加工時間被縮短，加工成本可以抑制在1／5左右；此外，容易實現(xiàn)作為安全閥最為重要的恰當(dāng)?shù)拈_裂壓力，并且能夠減小大量生產(chǎn)時開裂壓力的誤差等。
附圖的簡單說明

圖1為電池容器蓋側(cè)(方向)的平面圖。
圖2為電池容器側(cè)面的截面圖。
圖3為冷壓接前的金屬箔的側(cè)面圖。
圖4為蓋的截面圖。
圖5為冷壓接前的蓋、金屬箔和冷壓接模具的截面圖。
圖6為冷壓接中的蓋、金屬箔和冷壓接模具的截面圖。
圖7為沖壓式安全閥的截面圖。
圖8為冷壓接后的金屬箔的薄壁部的截面放大圖。
圖9為容器內(nèi)部壓力未達(dá)到規(guī)定值時蓋的截面圖。
圖10為容器內(nèi)部壓力達(dá)到規(guī)定值時金屬箔的穹面反向時的狀態(tài)圖。
圖11為金屬箔的穹面剛一反向后，薄壁部分開裂時的狀態(tài)圖。
對圖中符號說明如下1．蓋2．金屬箔3．電池罐
4．通氣孔5．薄壁部分6．上沖壓頭7．下沖壓頭8．電極引出口9．接合部10．沖壓式安全閥的受壓部11．穹面12．薄壁部分厚度13．開裂溝實施發(fā)明的最佳形式列舉實例對本發(fā)明進(jìn)行說明。
在本實例中，可充電式鋰離子電池用的金屬容器上設(shè)置了規(guī)格為當(dāng)內(nèi)部壓力達(dá)到18kg／cm2時便開裂的本安全閥，而上述金屬容器是在由A3003鋁合金制的方筒型電池罐3的開口部上接合同種材料的蓋1而構(gòu)成的。
圖1及圖2所示的電池容器，是由板厚度為0．8mm的A3003鋁合金制的、外形尺寸34mm×6mm×47mm的電池罐3，和板厚度0．8mm的A3003鋁合金制的外形尺寸與電池罐3的34mm×6mm的開口部的內(nèi)側(cè)尺寸相等的蓋1構(gòu)成的。
在蓋1的中央配置有電極引出口8，在該電極引出口8與長度方向的端面之間開有Φ1．5mm的通氣孔4，蓋1和電池罐3用焊接法接合起來。在該通氣孔4的外側(cè)，冷壓接合、并密封有板厚度0．03mm的A3003制的金屬箔2。
為方便說明，均將圖1-圖12所示的蓋1、金屬箔2、電池罐3、薄壁部分5、接合部9、薄壁部分厚度12、開裂溝13等的厚度，以及圖4中的通氣孔4的直徑進(jìn)行了夸大，而在圖2中與本發(fā)明的說明無關(guān)的電池的內(nèi)容物全部省略。
圖3示出金屬箔2。冷壓接該金屬箔2(在蓋1上)以便堵塞開在蓋1上的Φ1．5mm的通氣孔4，便構(gòu)成了安全閥。此外，將該蓋1插進(jìn)電池罐3的開口部，然后用激光束焊接法接合，成為密閉容器。
在本實例中，以試驗本安全閥的氣體的密封性和開裂壓力為目的，制作了100個未填充內(nèi)容物的容器，并在電池罐3的底面打有開裂實驗用的孔。
氣體密封性試驗，是先給做成的容器施加15秒鐘的8．0kg／cm2的空氣壓力，并在該期間內(nèi)用漏氣測試器測量壓力的變化以判斷有無泄漏。結(jié)果是沒有發(fā)生泄漏。
開裂壓力試驗是對結(jié)束了氣體密封性試驗后的樣品而實施的。試驗方法是，以0．3kg／sec的加壓速度施加流體靜壓力，并測量出金屬箔開裂時的壓力。其結(jié)果，金屬箔2的開裂是從冷壓接加工時形成的接合部9附近的薄壁部分5開始的；而開裂壓力的測定結(jié)果是，即使是在應(yīng)該設(shè)置在本實施例這樣的小型電池容器上的、實施了小型化的情況下，相對于目標(biāo)值18kg／cm2(開裂壓力)在15-20kg／cm2的范圍內(nèi)，結(jié)果是良好的。
沿著通氣孔4的中心線，用與蓋1的面相垂直的平面切斷被冷壓接的蓋1和金屬箔2，在用顯微鏡觀察接合部9及薄壁部分5等的板厚的同時調(diào)整冷壓接加工時的上沖壓頭6和下沖壓頭7的齒端間距及其他的各類條件，由此來尋找薄壁部5的厚度下限，其結(jié)果可以將該下限調(diào)整到0．005mm。
由于在本安全閥中可以穩(wěn)定地把薄壁部分5的厚度加工成以往技術(shù)的1／2以下，所以即使是在必須設(shè)置在已實施了小型化的本實例這樣的小型電池容器上的情況下，也能夠在15-20kg／cm2的范圍內(nèi)實現(xiàn)恰當(dāng)?shù)拈_裂壓力。
如圖6所示，用冷壓接法接合的金屬箔2的接合部9被冷壓接模具所加壓力壓扁，所產(chǎn)生的多余部分被集中在中心處，形成穹面11。當(dāng)多余部分未形成穹面形時金屬箔上產(chǎn)生折皺，此時，存在有從折皺點產(chǎn)生泄漏，或使開裂壓力變得不穩(wěn)定的問題。通過調(diào)整壓接模具可以使該穹面11向電池容器的內(nèi)側(cè)和外側(cè)的任一側(cè)凸出。當(dāng)使用凸向電池容器內(nèi)側(cè)形狀的樣品時，從電池容器的內(nèi)側(cè)和外側(cè)分別施加壓力，并在測定了開裂壓力后確認(rèn)出當(dāng)從容器內(nèi)側(cè)加壓時，開裂壓力為15-20kg／cm2，當(dāng)從容器外側(cè)加壓時開裂壓力為50-60kg／cm2。由此得知，當(dāng)使穹面凸向容器內(nèi)側(cè)時，對于來自容器內(nèi)部的壓力在適當(dāng)?shù)拈_裂壓力下開裂，而對于來自容器外部的壓力則具有2倍以上的耐壓性，并得知，在作為電池用的安全閥使用時，當(dāng)使穹面11凸向內(nèi)側(cè)時才能夠得到所希望的特性。
圖9、圖10和圖11表示穹面11直至開裂的全過程。在各個圖中，蓋的下側(cè)為容器的內(nèi)側(cè)，上側(cè)為容器的外側(cè)。
圖9表示容器的內(nèi)部壓力未達(dá)到規(guī)定值時的正常狀態(tài)，圖10表示內(nèi)部壓力達(dá)到規(guī)定值而穹面反向時的狀態(tài)，圖11表示穹面剛一反向后薄壁部分5開裂并釋放內(nèi)部壓力時的狀態(tài)。這里一并確認(rèn)出在本安全閥中由形成于接合部9內(nèi)側(cè)附近的薄壁部分5所包圍的區(qū)域，發(fā)揮著與沖壓式安全閥的受壓部10相同的功能，穹面11的反向?qū)⒁鸨”诓糠?的開裂，并促進(jìn)在適當(dāng)?shù)拈_裂壓力下的可靠的開裂。
產(chǎn)業(yè)方面利用的可能性即使在應(yīng)該設(shè)置在小型容器上、實施小型化的情況下，由于本安全閥具有容易實現(xiàn)適當(dāng)?shù)牡烷_裂壓力的特性，所以當(dāng)作為安全閥設(shè)置在用于便攜式器械等的小型高性能可充電電池等的金屬容器上時，在發(fā)生異常時能以良好的精度開裂，由此能確保使用者的安全，并能把器械的損壞防止于未然。
權(quán)利要求
1．一種開裂式安全閥，采用冷壓接法接合、密封金屬箔，以堵塞開在金屬容器上的通氣孔，當(dāng)容器內(nèi)部的壓力上升至超過規(guī)定值時，金屬箔開裂，以發(fā)揮防爆功能。
全文摘要
一種開裂式安全閥,是為給金屬容器附加防爆功能而設(shè)置(于金屬容器上)的。該安全閥被設(shè)置在小型電池容器等上,正常時保持其密封,當(dāng)因過充電等異常引起容器內(nèi)部的壓力上升,且達(dá)到規(guī)定值時迅速地將壓力釋放,以避免電池容器的破裂或變形引起的對人體的危險或器械的損壞。本發(fā)明的金屬箔式安全閥具有這樣的構(gòu)造和功能,即在金屬容器上冷壓接金屬箔,以堵塞金屬容器的通氣孔;當(dāng)容器內(nèi)部的壓力達(dá)到規(guī)定值時,金屬箔開裂并在容器上形成開口部,釋放內(nèi)部壓力。
文檔編號H01M2/12GK1204420SQ96199021
公開日1999年1月6日 申請日期1996年11月13日 優(yōu)先權(quán)日1995年11月13日
發(fā)明者今野啟一, 鈴木一穗, 今野裕 申請人:索尼株式會社, 株式會社今野工業(yè)所