JP2000512062A

JP2000512062A - 脆弱タブ破断機構を有する電池キャップアセンブリ

Info

Publication number: JP2000512062A
Application number: JP09531842A
Authority: JP
Inventors: カシュミッター・ジェイムス・エル．; マートゥッチ・フランク・エル．; メイヤー・スティーブン・ティ．; ホウ・ジャング・ホ; トンプソン・シーン
Original assignee: ポリスター・コーポレーション
Priority date: 1996-03-04
Filing date: 1997-02-27
Publication date: 2000-09-12
Also published as: CA2247129A1; WO1997033334A1; KR19990087638A; CN1217826A; US5609972A; EP0956608A1

Abstract

(57)【要約】所定圧力に応じて破断する導電性脆弱タブを含む電池圧力制御装置が開示されている。脆弱タブは、一カ所で固定部材に固定され、別の場所でたわみ部材に固定されており、たわみ部材は内部電池圧力の上昇に応じてたわむ。電池圧力が危険レベルまで上昇した時、たわみ部材は脆弱タブに対してそれを破壊できる高さの圧力を加える。タブが破壊されると、電池は開路状態になって、圧力が上昇し続ける危険性が減少する。圧力接触が断たれた後でも電池の内部圧力が上昇し続ける場合、圧力制御機構の第２工程が作動するようにしてもよい。すなわち、上記たわみ部材の圧力破裂領域が裂けて、電池の内部圧力を逃がす。

Description

【発明の詳細な説明】脆弱タブ破断機構を有する電池キャップアセンブリ発明の背景本発明は、電気化学的エネルギ蓄積装置に使用される電池容器に関する。特に、本発明は、電池内部圧力が所定レベルに達した時に電気接点を破壊することによって電池を開路状態にする圧力逃がし機構を有する電池キャップに関する。携帯電子機器の需要の増加により、高い比エネルギを有する充電式電池にもそれに対応した需要がある。この需要に応えるため、改良型のニッケル−カドミウム水性バッテリ、様々な組成の水性水素化ニッケル金属バッテリ、さらに最近では非水性の再充電式リチウム金属及びリチウム挿入電池（リチウム・インカ―レ ―ション電池）を含む様々な形式の再充電式電池が開発されている。本発明に関連して特に重要であるものは、再充電式リチウムイオン電池であるが、他の形式の電池にも同様に有効であろう。リチウムイオン電池に大量のエネルギが蓄積されるため、また一部の電池部材は潜在的に危険な性質を有するため、電池電解質の爆発または制御不能な放出の危険がある。多くのリチウムイオン電池は、５〜２５ｐｓｉの範囲内の圧力で作動する。そのような圧力は、電池の形成サイクル及び作動中に発生するガスによって通常に生じる。しかし、故障した充電器による過充電、電池外部または内部短絡、高温の熱を受けること（例えば、火災）等によって、もっと高圧が生じる可能性がある。このため、リチウムイオン電池ハウジングは、過大内部圧力の上昇を制御するための何らかの機構も含む必要がある。電池にベント穴を設けるだけでも、内部圧力が危険レベルに達した時に電池内容物を自動的に放出することによってこの機能を果たすことができる。しかし、そのような内容物は、可燃性有機電解質溶剤や、潜在的に危険な電解質塩（例えばリチウム−ヘキサフルオロフォスフェイト）と共に、燃焼性酸化リチウム炭素粒子さえも含み、爆発を回避するために絶対に必要である場合でなければ、加圧状態の電池から放出すべきでない。このため、そのような電池には、排気が必要になる前に、電池圧力のさらなる増加を抑えるための安全機構が設けられてきた。１つの代表的な機構として、日本のソニ―社が製造している「１８６５０型電池」（図１Ａ及び図１Ｂに示されている）がある。同様な機構が、オ―イシ他に発行された米国特許第４，９４３，４９７号に記載されている。図１Ａ及び図１Ｂに示されているように、電池キャップ１１４の上部に、電池を外部回路に接続するための端子接点１０１が設けられている。ここで特に関係があるのは、端子接点１０１にベント穴１１０が設けられており、これによって、電池内部の圧力が非常に高くなった場合に電池流体を排出できることである。端子接点１０１は正の温度係数の抵抗器（「ＰＴＣ」）に当接支持されており、このＰＴＣは、破断線１０６を付けたニップル形の導電性たわみ部材１０４に当接支持されている。アセンブリ（端子接点、ＰＴＣ及び導電性たわみ部材）全体は、図示のように、第１プラスチックインサ―ト１０３と金属の外部ジャケット１０８によって電気接触状態で合体保持されている。外部ジャケット１０８をかしめて、第１プラスチックインサ―ト１０３を端子接点１０１及び導電性たわみ部材１０４に当接した位置に保持するＣ字型にする。導電性たわみ部材１０４のニップル部分が、約１〜２ミルの範囲の厚さの金属フォイル１１１に溶接１０７で取り付けられている。フォイル１１１は、約２０ μｍ厚さのアルミニウムディスク１０５上に溶接されている。図１Ｂに示されているように、ディスク１０５には、フォイル１１１で閉じられた中央開口と、電池内部への出入り口となる３つの外周穴１１３が設けられている。さらに、外周穴１１３は、第２プラスチックインサ―ト１１６の通路１１５と整合して、電池内部と圧力キャビティ１０２の間の流体路を形成している。第２プラスチックインサ―ト１１５は、アルミニウムディスク１０５を金属の外側ジャケット１０８から電気的に絶縁しており、それはアルミニウムディスク１０５と第２プラスチックインサ―ト１０３の間に溶接１０７によって固定保持されている。最後に、導電性タブ１１２がディスク１０５の底部に溶接されて、電池陰極から電池キャップサブアセンブリまでの導電路を形成している。通常の作動中、電流は陰極からタブ１１２を通ってディスク１０５及びフォイル１１１へ流れ、次に溶接１０７を通ってたわみ部材１０４、ＰＴＣ１０９及び端子接点１０１のアセンブリへ流れた後、最終的に外部回路へ流れる。第１プラスチックインサ―ト１０３及び第２プラスチックインサ―ト１１６は、電流の流れをこのように定められた導電路に限定する。電池の電流が異常な高レベルに達した場合、加えられた高電流に応じてＰＴＣ１０９の抵抗が高くなり、それによって電流の流れが減少する。これは、ＰＴＣに使用されている材料が一般的にポリマ―と炭素の混合物であるからである。ＰＴＣを流れる電流密度が所定レベルまで高くなった時、ポリマ―の温度が融解過渡点を超えて抵抗が大きくなる。電流密度が所定レベル以下まで降下した場合、ポリマ―は再びガラス質になって、ＰＴＣは再び導電性を有する。一般的に、この機構は短絡事故による電池内部の加熱及び危険な圧力上昇を防止する。しかし、問題が過大電流に関連していないか、ＰＴＣが故障しているか、電流の流れを十分に制御できない場合、他の安全機構が作動する。第１に、電池内で圧力が上昇すると、その圧力は圧力キャビティ１０２へ伝達され、そのためにたわみ部材１０４が上方へ押し付けられる。圧力上昇が所定レベルに達した時、フォイル１１１が溶接部１０７で裂けるため、端子接点に通じる導通路が断たれて、電池が開路状態になる。その時点で、電池は外部源から電気的に隔離され、電池内で圧力を上昇させ続ける原因になりうる電気化学反応がそれ以上は発生しなくなる。これによって電池はエネルギ源としては使用できなくなるが、電気路を断つことによって、幸いにも電池流体の制御不能の放出によって生じる危険な成り行きが防止される。例えば電池の外部の極端な温度のためにさらなる過大な圧力上昇がある場合、導電性たわみ部材の破断線１０６が裂けて、電池の内容物（一般的に電解質）をベント穴１１０から排出できるようにし、それによって爆発を防止する。上記構造はある程度の安全策を与えるが、一定の欠点を備えている。第１に、第１安全機構が電池を開路状態にする点を制御することが困難であろう。その構造は溶接１０７の破壊（または溶接の周囲のフォイル１１１の裂け）に依存しているため、溶接の強さを正確な基準に合わせなければならないであろう。これはもちろん、電池の価格に上乗せされる。場合によっては、電池圧力が破断線１０６を破裂させるほどに高くなるまで溶接１０７またはフォイル１１１が破壊に耐えるために、排気構造が予定通りに働かない可能性がある。そのような状況では、第１安全機構が電池を開路状態にする前に、電池流体が放出されるであろう。反対に、溶接１０７が弱すぎる場合、わずかな上昇で危険ではない圧力で連結部１０７が破壊されるため、早期開路の問題が生じる。第２に、この構造ではフォイル１１１の穿孔によって電解質の漏出が発生するであろう。電池圧力が所定レベルに達した時、フォイル１１１は溶接部１０７で裂ける。この裂けがフォイル１１１に穿孔を生じることが多く、そのために早期の電解質漏出が発生するであろう。また、その構造は比較的複雑であり、多数の部品を含んでいる。さらに最近では、発明者がメイヤ―(Mayer)他である１９９５年７月３１日に出願された「過充電保護バッテリベント」と題する米国特許出願第０８／５０９，５３１号に、圧力接触に依存した安全電池キャップが開示されている。この出願は、実際に参考として本説明に含まれる。それに記載されている電池キャップは、アルミニウム金属製のド―ム形部材片である「フリップバ―ストディスク」を用いている。通常の電池作動では、ド―ムが電池キャップから下向きに電池の電極側へ突出している。この形状では、フリップバ―ストディスクが固定アルミニウム部材と（溶接での接触に対比して）圧力接触し、それによって電池端子から陰極までの電気路を形成している。しかし、電池内の圧力が第１臨界値まで上昇した時、ド―ムが反転（フリップ）するため、それは電池キャップの上部側へ突出する。この形状では、フリップバ―ストディスクと固定部材の間の接触が断たれので、電池は開路状態になる。何らかの理由で圧力が第２臨界値まで上昇し続けた場合、フリップバ―ストが裂けて（破裂して）、爆発が発生する前に電池の内容物を放出する。上記のフリップバ―ストディスクの実施例は、従来構造を改良しているが、圧力接触に依存しない変更構造を有することがさらに望ましいであろう。発明の概要本発明は、所定圧力に応じて破壊または破裂する導電性の脆弱部材を有する改良型の電池圧力制御装置を提供する。脆弱部材は、一カ所で固定部材に固定され、別の場所でたわみ部材に固定されており、たわみ部材は内部電池圧力の上昇に応じてたわむ。電池圧力が危険レベルまで上昇した時、たわみ部材は脆弱部材に対してそれを破壊できる強さの力を加える。脆弱部材が破壊されると、電池は開路状態になって、圧力が上昇し続ける危険性が減少する。前述の機構とは異なって、本発明は、溶接または圧力接触のいずれの破壊にも依存していない。圧力接触が断たれた後でも電池の内部圧力が上昇し続ける場合、圧力制御機構の第２工程が作動してもよい。すなわち、上記たわみ部材の圧力破裂領域が裂けて、電池の過大内部圧力を逃がす。一般的に、圧力破裂領域は、導電性たわみ部材の穿孔（ミシン穴）領域または材料厚さが減少した領域であろう。さらに好ましくは、圧力破裂領域は破断線（刻み目の線）を付けた領域で、最も好ましくは円形の破断線を付けた領域である。第１の態様によれば、本発明は、電極を有する電池内部の圧力上昇を制御するための電池キャップサブアセンブリを提供している。電池キャップサブアセンブリは、（１）外部回路と電気接触するための端子接点と、（２）端子接点と電気接続しており、電池内部の圧力の上昇に応じて変位するたわみ部材と、（３）たわみ部材に連結されてそれと電気接触している脆弱部材と、を含むことを特徴とすることができる。脆弱部材は、たわみ部材から離れた位置に脆弱領域を備えている。電池圧力が第１所定圧力まで上昇した場合、脆弱部材が脆弱領域で破壊され、それによって端子接点が電極から電気的に遮断される。この時点で、電流が電極から端子接点へ流れることができなくなる。脆弱部材の破壊を助けるため、脆弱領域に破断線領域、ノッチまたは単なる肉薄領域を設けることができる。前述したように、たわみ部材は一般的に、（第１所定圧力より高い）第２所定圧力で破断される圧力破裂領域を含む。好適な実施例では、たわみ部材は、ほぼド―ム形のフリップ部分と、フリップ部分に連結されてその外側に位置しているリム部分を有するフリップバ―ストディスクである。リム部分は端子接点と電気接触し、フリップ部分は脆弱部材の一端部と電気接触する。電池キャップサブアセンブリはさらに、導電性ジャケットを含み、脆弱部材の他端部がジャケットに溶接されている。フリップ部分は、電池内の圧力に応じて、通常位置と反転位置を備えている。通常位置では、フリップ部分は端子接点から離れる方向に突出して、脆弱部材を備えた電気接点を電極に接続している。ド―ム形フリップ部分は不安定圧縮負荷構造になるように構成されているので、それは第１所定圧力で反転して端子接点側へ突出する。そうする際に、それは脆弱部材の一端部を一緒に引っ張るので、タブが脆弱領域で破壊される。もちろん、これによって端子接点と電池電極の間の電気接続が断路される。好ましくは、脆弱部材は薄い金属タブであるが、それは細いワイヤか、導電性があって脆弱な他の構造体にすることもできる。一部の実施例では、脆弱部材はヒュ―ズとして作用して、高電流がそれを所定時間にわたって流れた時に断路する。１つの実施例では、電池キャップサブアセンブリは、脆弱部材の脆弱領域に当接した切断部材を備えている。過大な電池圧力上昇の状態でたわみ部材がたわんだ時、切断部材は固定位置に残って、脆弱部材が脆弱領域で破壊するのを助ける。一般的に、切断部材は剛性の円筒形絶縁体である。脆弱部材を脆弱領域で破壊しやすくするために、切断部材は脆弱領域を所定位置に保持するためのノッチを備えている。電池キャップサブアセンブリはさらに、端子接点をたわみ部材に電気的に接続するための正の温度係数の抵抗器（ＰＴＣ）を備えるようにしてもよい。前述したように、ＰＴＣは、所定レベル以上の電流密度で抵抗が非常に大きくなることによって、電池の過大な高電流からの一種の保護手段を提供している。本発明の別の態様は、電池内の圧力上昇を制御する方法を提供している。この方法は、（１）上記の電池キャップサブアセンブリを有する電池を準備する工程と、（２）第１所定圧力に応じてたわみ部材を変位させることによって脆弱部材を脆弱領域で破壊し、それによって端子接点を前記電極から電気的に遮断する工程と、を含むことを特徴とすることができる。圧力が第２所定圧力まで上昇し続ける場合、たわみ部材が圧力破裂領域で破裂して、電池内部から電池外部へ通じる流体路を形成する。本発明の第３の態様は、（１）上記の電池キャップサブアセンブリと、（２）充電中にリチウムを取り込み、放電中にリチウムを取り出すことができる特殊な陽極材料を含む陽極と、（３）放電時にリチウムを吸収し、充電時にリチウムを放出することができる特殊な陰極材料を含む陰極と、（４）リチウムイオンに対して伝導性を有する電解質と、を含むことを特徴とすることができるリチウムイオン電池を提供している。本発明の上記及び他の特徴は、本発明の以下の説明及び関連図面にさらに詳細に示されているであろう。図面の簡単な説明図１Ａは、入手可能な電池の電池キャップサブアセンブリの側部断面を示す断面図である。図１Ｂは、図１Ａに示されているサブアセンブリの部品の上部を示す断面図である。図２は、図３Aに示されている電池キャップサブアセンブリを有する電池全体の側部断面を示す断面図である。図３Ａは、本発明の１つの実施例に従って破談線を付けた脆弱タブを有する電池キャップサブアセンブリの側部断面を示す断面図である。図３Ｂは、図３Ａに示されている電池キャップサブアセンブリの底面を示す断面図である。図３Ｃは、図３Ａに示されているフリップバ―ストディスク部材の斜視図である。図３Ｄは、図３Ａに示されているガスケットの斜視図である。図４Ａは、脆弱領域が破断線領域を含む脆弱タブを示す図である。図４Ｂは、脆弱領域が二重ノッチ領域を含む脆弱タブを示す図である。図４Ｃは、脆弱領域が単一のノッチ領域を含む脆弱タブを示す図である。図４Ｄは、脆弱領域が穴を含む脆弱タブを示す図である。図４Ｅは、脆弱領域が細幅領域を含む脆弱タブを示す図である。図５Ａは、ノッチ付き切断部材を含む本発明の変更実施例の側部断面を示す断面図である。図５Ｂは、図５Ａのノッチ付き切断部材を備えたガスケットの斜視図である。図６は、垂直脆弱タブを含む本発明のさらに他の実施例の前面を示す断面図である。図７Ａは、平板状のアルミニウムディスクを含む本発明のさらに他の実施例の側部断面を示す断面図である。図７Ｂは、図７Ａに示されている平板状のアルミニウムディスクの上面図である。図８は、本発明の好適な実施例に従った破談線付き脆弱タブを有する電池キャップサブアセンブリの側部断面を示す断面図である。図９は、本発明が過充電に対して行う保護を示す電池温度対充電時間のグラフである。好適な実施例の説明本発明は、電池圧力の上昇が危険レベルに達する前にそれを逃がす装置及び方法を提供している。本発明は、電池キャップサブアセンブリの内部に配置された脆弱タブを中程度の高圧で破壊し、それによって電池を開路状態にすることによってこれを達成する。図２は、本発明に従った電池キャップサブアセンブリ２を含むリチウムイオン電池５０を示している。外部において、電池は正極端子４と、負極端子５８と、電池缶６０を含む。電池キャップサブアセンブリ２は、電極タブ３０によって電極「スパイラル」５４の陰極部分に電気接続されている。一般的なスパイラル構造は、薄い陽極シ―トと薄い陰極シ―トを互いに重ねて螺旋状に巻き合わせたものを用いている。電極スパイラル５４は電池缶６０内に配置されており、絶縁体５２で電池キャップサブアセンブリ２から分離されている。また、電極スパイラル５４の陽極部分は、負極端子タブ５６によって負極端子５８に電気接続されている。電池５０の上部に取り付けることができる電池キャップサブアセンブリ２の様々な実施例を以下に説明する。１．電池キャップサブアセンブリ最初に、図３Ａ及び図３Ｂを参照すると、本発明の好適な電池キャップサブアセンブリ２がそれぞれ側部断面図及び底面図で示されている。便宜上、本説明ではこの構造を「フリップバ―ストディスク」構造と呼ぶ。ベント穴６を有する端子接点４が、フリップバ―ストディスク電池キャップサブアセンブリ２の上部に設けられている。内部電池圧力が非常に高くなった場合、電池内部の流体が穴６から排出される。端子接点４は、任意で設けられるＰＴＣ８に当接支持され、このＰＴＣ８はフリップバ―ストディスク９に当接支持されている。フリップバ― ストディスク９は、図３Ｃにも示されているように、（１）ほぼド―ム形のフリップ部分１２と、（２）ＰＴＣ８を支持しているリム部分１０と、の２つの主要構成部分を有する。フリップ部分１２は、例えば溶接によって導電性脆弱タブ２０に固定されている。さらに、フリップ部分１２に破断線１４が設けられており、これは非常に高圧の時に破断して、電池の液体内容物が電池内部からベント穴６を通って逃げることができるようにする流体路を形成する。端子接点４、ＰＴＣ８及びフリップバ―ストディスク９は、ガスケット１６によって電気接触状態に合体保持されており、これはさらに金属製のサブアセンブリジャケット２８内に収容されている。図示のように、サブアセンブリジャケット２８はかしめられて、ガスケット１６を端子接点４、ＰＴＣ８及びフリップバ ―ストディスク９のリム部分１０と係合状態に保持する「Ｃ」字形になっている。ガスケット１６は、図３Ｄに示されているように、（１）リム部分１９と、（２）脆弱タブ２０の脆弱領域２２またはその付近に当接している切断部分１８と、の２つの主構成部分を有している。脆弱タブ２０は、一端部が第１溶接領域２４でサブアセンブリジャケット２８に連結されているのに対して、他端部が第２溶接領域２６でフリップバ―ストディスク９のフリップ部分１２の先端に連結されている。最後になるが、電極タブ３０がサブアセンブリジャケット２８に溶接領域３２で連結されており、電池の陰極から電池キャップサブアセンブリまでの導電路を形成している。通常の作動中、導電路は、電池の負極端子５８と、負極端子タブ５６と、（イオン伝導によって）電極スパイラル５４と、正極の導電タブ３０と、フリップバ ―ストディスク電池キャップサブアセンブリ２（正極端子４を含む）と、の間に形成される。電池キャップサブアセンブリ２内では、電流がサブアセンブリジャケット２８に入り、脆弱タブ２０、フリップバ―ストディスク９、ＰＴＣ８を通って、端子接点４から外部回路へ流れる。前述したように、電池の電流が所定の高レベルに達した時、ＰＴＣ８の抵抗が非常に大きくなり、そのために電池を流れる電流が減少する。さらに、一部の実施例では、脆弱タブ２０自体が永久ヒュ―ズとして作用して、内部圧力に関係なく、高電流に応じて「ヒュ―ズ領域」で断路するようにしてもよい。脆弱領域がタブのヒュ―ズ領域としても機能できることが好都合であろう。例えば、図４Ｂ及び図４Ｃに示されているタブは、ヒュ―ズ領域として機能できるノッチを備えている。あるいは、脆弱タブの代わりに、ワイヤや、脆弱であると共に易融性を有する他の構造体（後述する）を用いることもできる。また、本発明は、必ずしも脆弱ではない永久ヒュ―ズを含む装置も包含している。強い発熱酸化反応を防止するため、ヒュ―ズを酸素と接触させるべきではない。好適な実施例では、酸素を排除するため、電池内部にアルゴンを戻し充填して密封する。しかし、さらに念を入れて、電池内部に何とか入り込む酸素から保護するため、ヒュ―ズ（脆弱部材）自体を包装、被覆または密封することが望ましいであろう。脆弱タブが永久ヒュ―ズとして機能する構造である場合、「リセット式」ＰＴＣ部材は不必要であろう。実際に一部の実施例では、脆弱タブヒュ―ズがＰＴＣヒュ―ズよりも好ましい。例えば、１８６５０型電池の一般的なＰＴＣヒュ―ズの場合、５〜８アンペア程度の高電流密度の短いパルスを受けた時にＰＴＣヒュ ―ズが非常に大きい抵抗を示すことがわかっている。１８６５０型電池の用途では、そのような高電流パルスは一般的で、特に危険ではない。（脆弱タブで形成できるような）さらに一般的なヒュ―ズは、高電流パルスにさらにうまく対応する。一例では、断面が１４平方ミル（約８６５０平方ミクロン）のアルミニウムヒュ―ズ領域は、１８６５０型電池に使用するのに適した値である１０アンペアで断路するまで、高い導電性を維持する。電池全体の抵抗を比較的低くしておくため、ヒュ―ズ領域はタブまたはワイヤの小部分に限定しなければならないことを思い出す必要がある。多くの場合、ＰＴＣまたは易融性タブの作用によって危険な圧力上昇の危険性が減少する。しかし、問題が過大電流に関連しないか、これらの機構が故障するか、電流の流れを十分に制御できない場合、他の（後述する）保護機構を作動させなければならない。図３Ａ及び図３Ｃは、通常の電池作動中のフリップバ―ストディスク９のド― ム形フリップ部分１２の向きを示している。図３Ｃは、リム部分１０の下方にあって下向きに電池内部の方へ突出している（通常位置の）フリップ部分１２を示している。同様に、図３Ａは、通常位置のフリップ部分１２が、端子接点４から離れる方向に突出して脆弱タブ２０を介してサブアセンブリジャケット２８と電気接触していることを示している。電池内の圧力上昇が第１所定圧力に達した（その結果、圧縮負荷フリップ部分に臨界バックリング負荷が加わった）時、フリップ部分１２が反転する、すなわち上向きに圧壊するため、それは端子接点４側へ突出して、図３Ｃに示されているような反転位置１２’をとる。フリップ部分１２が反転している間も、ガスケット１６は切断部材１８と共に固定されたままである。同時に、フリップ部分１２に一端部で取り付けられ、他端部でサブアセンブリジャケット２８に取付けられている脆弱タブ２０が、フリップ部分１２の反転によって突然に上方へ引き上げられる。切断部材１８は、脆弱タブ２０の脆弱領域２２に接しており、脆弱領域２２での切断を助けて、サブアセンブリジャケット２８との電気接触を断つ。切断部材１８はまた、破断したタブの残留物が互いに再接触することを防止する。タブが破壊されると、電池は開路状態になり、電池内の電気化学反応が停止する。脆弱タブ２０の切断を伴うフリップ部分１２の反転によって、圧力が上昇する原因を取り除き、電池内容物の制御不能な放出を防止することができる。しかし、電池が開路状態になった後でも電池圧力が上昇し続ける場合もある。例えば、電池が火の中に入れられた場合である。そのような状況では、電池は爆発を避けるためにそれの内容物（一般的に電解質及びガス）を制御状態で放出するようになっている。これは、電池内の圧力が第１所定圧力よりも高い第２所定圧力になった時に行われ、フリップ部分１２が破断線１４に沿って裂ける。これによって、高圧の電池流体をベント穴６から制御状態で排出することができる。上記のフリップバ―ストディスク電池キャップ構造は、従来の技術よりも優れた幾つかの利点を有している。例えば、本発明の脆弱タブを介した電気接触は、従来技術の溶接接触よりも過大圧力上昇に対する応答が確実であろう。このため、本発明の圧力逃がし機構は、電池の安全機構を予定通りに確実に働かせることができる。さらに、電気断路機構は、高圧に達する前にはフリップバ―ストディスクを破壊して電池内容物が逃げる潜在的な経路を形成することがない。再びサブアセンブリ２の構造に戻ると、端子接点４は、それが受ける電池電位で安定するいずれの導電性材料でも形成できる。好適な実施例では、それは鋼で、さらに好ましくはニッケルめっき鋼で形成できる。ＰＴＣ８はリセット式ヒュ ―ズ、すなわち、電池電流が臨界レベルを超えた時、電池の抵抗を一時的に増加させる材料として作用する。特定の実施例では、ＰＴＣ８はポリマ―と炭素の混合物で形成される。１つの適当な材料が、米国カリフォルニア州、メンロ・パ― クのレイケム(Raychem)社から「ポリスイッチ(POLYSWITCH)」の商品名で入手できる。サブアセンブリジャケット２８は、電池内での作動電位で安定しているいずれの導電性材料からでも形成できる。フリップバ―ストディスクと同様に、ジャケット２８は好ましくはアルミニウム製である。他の実施例では、ジャケット２８を電池内部に向けて斜め下方に延出させて、それの下縁部をタブの脆弱領域に当接させてもよい。これによって、ジャケットの縁部が切断部材として機能して、切断部材１８を不要にすることができる。最も一般的には、フリップバ―ストディスク９は、（１）それが受ける電池電位における耐腐食性と、（２）第１所定圧力でド―ム部分を反転させる機械的特性と、を有する導電性材料から構成することができる。好ましくは、フリップバ ―スディスクは、（少なくともフリップ部分２９の）厚さが約５０から２５０μ ｍ、さらに好ましくは約１００から２００μｍ、最も好ましくは約１２５μｍのアルミニウムで形成される。そのような厚さであれば、フリップ部分は約５０〜２００ｐｓｉの範囲のいずれかで、すなわち第１所定圧力で反転するであろう。１つの好適な実施例では、フリップ部分の半径は約８ｍｍである。前述したように、フリップバ―ストディスク９のフリップ部分１２に好ましくは破断線１４が付けられており、これは第２所定圧力を受けて破断することができる圧力破裂領域を形成している。破断線１４は、肉薄の細い「破断線付き」領域を形成できるようにフリップ部分１２を刻印加工（スタンプ加工）することによって形成できる。破断線は様々な形状に、例えば円形、星形、線状等にすることができる。好ましくは、破断線は、約３５０から４００ｐｓｉ、さらに好ましくは約３６０から３８０ｐｓｉの電池圧力で破断する圧力破裂領域を形成する。もちろん、実際の破壊圧力は電池の構造に応じて決まるであろうが、いずれにしても、電池が爆発する圧力より低くなるように選択しなければならない。他の実施例では、圧力破裂領域が破断線によって囲まれていない。例えば、圧力破裂領域は、一般的にフリップバ―ストディスクの周囲領域よりも薄い、または弱い比較的幅広の領域にすることができる。ガスケット１６は、広い温度範囲にわたって端子接点４、ＰＴＣ８及びフリップバ―ストディスク９を図３Ａに示されているように合体保持できる十分な構造的統合性を有する絶縁材料から形成できる。好適な絶縁材料として、ポリプロピレン、ポリブチルテレフタレ―ト、ポリビニリデン・ジフロオライド、及びテフロン（登録商標）がある。図３Ａ及び図３Ｄに示されているように、ガスケットのリム部分１９と切断部材１８は一体部材であるが、それらは２つ以上の部材片の組み合わせにすることもできる。リム部分１９は、端子接点４、ＰＴＣ８及びフリップバ―ストディスク９のアセンブリを合体保持できる形状にすべきである。切断部材１８が脆弱タブ２０を脆弱領域２２で破壊するのを助けることが好ましいが、必ずしもそうでなくてもよい。それは、例えば脆弱領域で切断できる十分な鋭利さを備えた切断部材を提供するか、脆弱タブの脆弱領域の位置に対応したノッチを切断部材に設けることによって達成できる。脆弱タブが破壊された後、タブの破断部分が誤って互いに接触して電池内で再び電気導通が生じることを防止できるように切断部材を配置すべきである。脆弱タブ２０はいずれの導電性材料からも形成できるが、リチウムイオン電池ではアルミニウムが好ましい。脆弱タブの寸法は、本発明の用件に合わせて広範囲に変更できるが、タブの厚さは約０．００７５から０．１２５ｍｍにすることができ、タブの幅は（断路圧力及び他の電池設計パラメータに応じて）約２から５ｍｍにできることがわかっている。１つの特定の実施例では、脆弱領域におけるタブの幅が約０．５ｍｍである(図４Ｂの実施例を参照されたい)。前述したように、脆弱タブ２０は一般的に、フリップ部分１２の反転によって生じる張力を受けて切断または破断しやすい脆弱領域２２を備えている。フリップ部分１２の反転中に、破壊中の溶接領域２４及び２６とは対照的に脆弱領域が切断されるようにするため、溶接領域２４及び２６を脆弱領域２２より強くしなければならない。図４Ａ、図４Ｂ、図４Ｃ、図４Ｄ及び図４Ｅは、脆弱タブ２０を破壊しやすくする様々な脆弱領域の例を示している。図４Ａは、線または曲線状に並んだ幾つかの小さい孔（ミシン目）を有する破断線付き領域２２を含む脆弱領域２２を示している。図４Ｂ及び図４Ｃは、それぞれ二重ノッチ付き領域２２’及び単一ノッチ付き領域２２”を示している。ノッチ２２’及び２２”は、脆弱タブの一部を切り欠いて、周囲の領域よりも幅を狭くしたタブ領域を形成することによって設けることができる。一部の実施例では、そのようなノッチを図４Ａに示されている破断線付き領域と組み合わせることができる。他の実施例では、脆弱タブに穴２３(図４Ｄ)、細幅の領域２５(図４Ｅ)、網目領域（図示せず）または脆弱領域として機能する他の構造を含むことができる。また、脆弱タブの代わりに、ワイヤや、導電性が有すると共に所定の引張り応力に応じて破断する他の脆弱構造を用いることもできる。特に好適な実施例では、脆弱部材は、約１０アンペアで破断する３ミルのアルミニウムワイヤである。本発明の他の実施例が、図５Ａに示されている。この実施例は、脆弱領域を効果的に切断するための他の構造を有するガスケットの切断部材を除いて、上記実施例と非常によく似ている。図５Ａを参照すると、ガスケット２１６の切断部材２１８は、図１に示されているガスケット１６と同様に、脆弱タブ２０”の脆弱領域（図示せず）に当接しており、脆弱タブ２０”は一端部が溶接領域２４でサブアセンブリジャケット２８に連結し、他端部が溶接領域２６でフリップ部分１２に連結している。図５Ｂは、図５Ａに示されている電池キャップサブアセンブリ２に用いられたガスケット部材２１６の斜視図である。ガスケット２１６は、（１）リム部分２１９と、（２）切断部材２１８と、の２つの主要部材を備えている。切断部材２１８は、脆弱タブを所定位置に保持するためのノッチ付き領域２３４を備えている。好ましくは、ノッチ付き領域２３４は、脆弱タブを切断しやすくするように鋭利である。これに関連して、切断部材のノッチ領域２３４と係合するノッチを含むことから、脆弱タブ２０’(図４Ｂ)または脆弱タブ２０”(図４Ｃ)を使用することが好ましい。本発明の別の実施例が、図６に示されている。この実施例では、切断部材が用いられておらず、代わりに脆弱タブ３２０が、フリップバ―ストディスク９の先端と平板状の不動体３３０の間に垂直方向に取り付けられている。不動体３３０は、電極と電気接続している別の導電性部材にすることができる。あるいは、不動体３３０は、ジャケット２８の延長部分でもよい。その場合、脆弱タブ３２０を溶接３３２でそれに取り付けることができる。あるいは、不動体３３０は絶縁体でもよく、その場合には、タブ３２０は別の接点で電極に電気接続される。好ましくは、垂直脆弱タブ３２０に、図４Ｂに示されているような二重ノッチを含む脆弱領域３２２を設ける。その他の部材は、図３Ａから図３Ｃに関連して説明した通りである。上述と同様に、電池の内部圧力が第１所定圧力に達し、フリップバ―ストディスク９が反転する時に、脆弱タブ３２０が領域３２２で破壊または破断される。本発明のさらに別の実施例が、図７Ａ及び図７Ｂに示されている。この実施例では、切断部材も（図４Ａ、図４Ｂ及び図４Ｃに示されているような形式の）線形の脆弱タブも用いられていない。本実施例の脆弱タブは、溶接領域４４２及び４４４でサブアセンブリジャケット２８に連結されると共に溶接領域４４６でフリップバ―ストディスク９のフリップ部分１２に連結されている平板状の金属ディスク４４０を含む。ディスク４４０は、好ましくはアルミニウム製であり、フリップバ―ストディスク９が反転した時にディスク４４０を破壊する鋸歯状の刻み目を付けた脆弱領域４４８を備えている。電池内部の過大圧力上昇が第１所定圧力に達した時、その圧力はディスク４４０の穴４５０を介してフリップ部分１２に加えられ、フリップ部分１２を反転させて、溶接領域４４６で取り付けられているディスク４４０の部分を上方に引き上げる。この時、ディスクの周囲部分は溶接領域４４２及び４４４によってジャケット２８に固定されたままである。その結果、ディスク４４０が脆弱領域４４８で裂ける。このため、電池キャップサブアセンブリ２は開路状態になり、電池内でのさらなる電気化学反応が停止される。本発明の別の好適な実施例が、図８に示されている。この実施例は、電池自体が図３Ａの構造に用いられているジャケット２８の締め付け機能を有する点を除いて、図３Ａに示されているものに幾分、似ている。図３Ａ及び図８に共通の参照番号で示されている部材は、両実施例で同一であり、従ってここでは詳細に説明しない。電池キャップサブアセンブリ２は、図３Ａの電池キャップの部材１８と同様に機能する切断部材４５８を有する絶縁体ガスケット４５６を含む。ガスケット４５６の下方に導電性ワッシャ４６８が設けられて、脆弱タブ２０及び電極タブ３０のための固定導電性溶接表面として機能している。缶ガスケット４７０が導電性ワッシャ４６８、絶縁体ガスケット４５６、フリップバ―ストディスク９、ＰＴＣ部材８及び端子接点４に当接してそれらを絶縁している。最後になるが、金属製の缶４７２が電池キャップサブアセンブリ２の上方及び周囲に延在している。図示のように、缶４７２をかしめることによって、缶ガスケット４７０をそれが当接する様々な部材の周囲に締め付けることができる。その点を除けば、缶４７２は、図２に示されている缶６０と同様に電池容器として機能している。２．電池接点サブアセンブリを用いた電池電池キャップサブアセンブリを作製した後、それをリチウム挿入電池（リチウム・インカ―レ―ション電池）に組み込む。一般的に、電池は、（１）電池容器（電池キャップサブアセンブリを含む）と、（２）前記のように準備された合成陰極と、（３）充電時のリチウムの吸収と、放電時のリチウムの放出を可逆的に行うことができるインタ―カレ―ション陽極と、（４）リチウムイオンに対して伝導性を有する電解質と、（５）陽極と陰極の間のセパレータと、を含む。本発明の電池キャップサブアセンブリ以外に、本発明の合成陰極から電池を形成するために従来の電池容器を用いることがでる。当前記技術の専門家であれば、電池容器の必要な特性を理解できるであろう。それは、様々な電池構成部材をコンパクトに保持できる大きさでなければならないと共に、作動電池電位において他の電池構成部材を透過しないと共に、それらによって化学的に侵されない材料製でなければならない。インタ―カレ―ション電池陽極として使用される材料は、高エネルギ電池を得るために高い靜電容量、良好な可逆性及び高い平均放電電圧を有するべきである。さらに、その材料は比較的低い形成容量を示すべきである。そのような材料として、例えば黒鉛化炭素、非黒鉛化炭素、及び黒鉛化及び非黒鉛化炭素の混合物がある。好ましくは、本発明の電池は、発明者がＳ．メイヤ―である１９９５年２月７日に出願された「非水性電解質補助バッテリ」と題する米国特許出願第０８／３８６，０６２号に記載されているような混合物を用いる。この出願は実際に参考として本説明に含まれる。簡単に説明すると、そのような合成陽極は、均一な黒鉛化炭素粒子と、均一な非黒鉛化炭素粒子と、必要に応じて結合剤を加えた混合物を含む。そのような電極は、高い靜電容量や低い電極電位と同時に、傾斜放電プロフィ―ル（すなわち、電極電位がインタ―カレ―ション度すなわち充電状態に伴って変化する）を有するように組成することができる。第０８／３８６，０６２号出願に説明されているように、そのような放電プロフィ―ルによって、リチウムイオン電池は高い放電率で良好に作動することができるようになる。好ましくは、陽極の開路電位は、電極が完全にインタ―カレ―ションされている完全充電状態から、非インタ―カレ―ション度が約９０％である充電状態までの間で約０．５ボルトだけ変化する。これに対して、純粋な黒鉛インタ―カレ―ション電極は一般的に、放電中に約１８０ｍＶ変化するだけである。インタ―カレ―ション電池陰極として使用される材料は、高エネルギ電池を得るために高い靜電容量、リチウム挿入の良好な可逆性、及び高い平均放電電圧を有するべきである。そのような材料として、例えば硫化リチウム・モリブデン、酸化リチウム・モリブデン、酸化リチウム・バナジウム、酸化リチウム・クロム、酸化リチウム・チタン、酸化リチウム・タングステン、酸化リチウム・コバルト酸化リチウム・ニッケル、酸化リチウム・マグネシウム（例えば、ＬｉＭｎＯ₂ 及びＬｉＭｎ₂Ｏ₄）がある。本発明の特に好適な実施例では、純粋な金属酸化物（通常はＬｉＣｏＯ₂、ＬｉＮｉＯ₂、ＬｉＭｎＯ₂及び／またはＬｉＭｎ₂Ｏ₄ ）を互いに一定比率で、また導電性添加物、懸濁増粘剤及び溶解ポリマ―を有する溶剤と組み合わされて、改良された充電／放電特性を有する超高電圧陰極を形成することができる。この方法の利点及び詳細は、発明者がＳ．メイヤ―である１９９５年６月２２日に出願された「非水性電解質補助バッテリ」と題する米国特許出願第０８／４９３，７１５号に記載されている。この出願は実際に参考として本説明に含まれる。電池に使用される有機電解質は、様々な許容される化合物及び塩を含むことができる。インタ―カレ―ション電池に使用するのに適した有機電解質は、炭酸プロピレン、炭酸エチレン、１，２−ジメトキシエタン、１，２−ジエトキシエタン、γ−ブチロラクトン、テトラヒドロフラン、２−メチルテトラヒドロフラン、１，３−ジオクソラン、４−メチル１，３−ジオクソラン、ジエチルエ―テル、サルフォラン、アセトニトリル、プロピオニトリル、炭酸ジメチル、炭酸ジエチル、アニソ―ル、メチルプロピオネ―ト、エチルプロピオネ―ト、メチルアセテ―ト、正プロピルアセテ―トイソプロピルアセテ―ト、正ブチルアセテ―ト、炭酸メチルエチル、及びそれらの組み合わせの１つまたは複数を含む。適当な電解塩は、リチウムビス−トリフルオロメタンスルフォンイミド(米国、ミネソタ州の３Ｍ社から販売されているＬｉ（ＣＦ₃ＳＯ₂）₂Ｎ)、ＬｉＡｓＦ₆、ＬｉＰＦ₆、ＬｉＢＦ₄、ＬｉＢ(Ｃ₆Ｈ₅)₄、ＬｉＣｌ、ＬｉＢｒ、ＣＨ₃ＳＯ₃Ｌｉ及びＣＦ₃ＳＯ₃Ｌｉの１つまたは複数を含む。好適な実施例では、電解質は、炭酸エチレン、炭酸ジメチル及び炭酸ジエチルの混合物を溶剤として含む。特に好適な実施例では、電解質は、（１）溶剤としての炭酸エチレン、炭酸ジメチル及び炭酸ジメチルと、（２）溶解ＬｉＰＦ₆（約１から１．４Ｍの濃度で存在）と、の混合物を含む。好適な電解質システムのさらなる説明は、発明者がＳ．メイヤ― 他である１９９６年２月７日に出願された「非水性電解質補助バッテリ」と題する米国特許出願第０８／...,...号（代理人処理番号ＰＯＬＹＰ００７）からわかるであろう。この出願は実際に参考として本説明に含まれる。ＬｉＰＦ₆の全体濃度は、溶剤内のリチウムの溶解限度を越えないようにすべきである。このため、この塩及び他の全体濃度は、一般的に約１．５Ｍより低い値に維持される。当前記技術分野で既知で広範に使用されている様々なセパレ―タを本発明の電池に使用することができる。２つの特に好適なセパレ―タは、米国、テキサス州、ダラスのヘキスト・セラネ―ズ(Hoechst Celanese)が販売しているセルガ―ド (Celgard)２３００及びセルガ―ド２４００がある。これらの素材は薄く、不活性であって、穿孔に強い。セルガ―ド２３００は約１２０℃以上の温度で非導電性になり、それによって穿孔や圧砕等によって生じる可能性がある電池内部短絡に対する電池の安全性を向上させる。３．例図９は、１８×６５ｍｍ円筒形電池における（図３Ａ及び図３Ｂに示されている実施例の）脆弱タブ電池キャップサブアセンブリが過充電に対してどのように反応するかを示すグラフである。電池キャップサブアセンブリは、かしめていないガスケットにかしめていないジャケットを接着させることによって構成した。フリップ部分をアルミニウムのディスクにプレス加工し、圧力破裂領域を設けるために破断線を付けることによってバ―ストディスクを作製した。次に、脆弱タブをバ―ストディスクのフリップ部分の底部に溶接した。その後、フリップバ ―ストディスクをＰＴＣ部材及び電池端子接点と一緒に図３Ａに示されている配置で、かしめていないジャケット／ガスケットアセンブリ内に挿入した。その後、アセンブリを合体保持できるようにジャケット／ガスケットをかしめた。次に、脆弱タブにガスケットの切断部材上の位置で破断線を付けてすき取り、ジャケットに溶接した。次に、脆弱タブから余分な金属を取り除いて、電池キャップサブアセンブリを１８６５０型リチウムイオン電池に組み込んだ。図９において、曲線５０２は、電池が正規の完全充電電位（約４．２ボルト）を超えて過充電（周囲温度で１．０アンペアで）された時に、時間の経過に伴って電池電位が徐々に高くなることを示している。約１．１時間の充電後に電池電位が４．８ボルトに達したときに、電位が突然に（２０ｍｓ以内の期間で）無限大になっており、これは、電池が開路状態になったことを表している。これは、脆弱タブが実際に破壊されたことを示唆している。電池が開路状態になった直後に、電池の表面温度は曲線５０４で示されているように低下し始めた。電池の表面温度が約５５℃（１３１°Ｆ）を決して越えなかったことに注意されたい。このように、電池断路機構によって電池温度の危険な上昇が回避された。電池キャップの事後評価から、脆弱タブが実際に予定通りに破壊されていたことがわかった。４．結論以上に理解しやすくするために本発明をある程度詳細に説明してきたが、添付の請求の範囲において一定の変化及び変更を加えることができることは明らかである。例えば、明細書は主にたわみ部材としてフリップディスクを用いた電池キャップサブアセンブリを説明しているが、ベロ―ズやベルビ―ユ(bellville)ワッシャ等の他のたわみ部材を使用してもよい。ベロ―ズを用いると、たわみ距離の増加と破断動作の改善を実現できる場合もある。また、明細書は主に本発明の有効例としてリチウムイオン電池を記載しているが、本発明を液体または固体の電解質を用いたものを含む他の形式の電池に用いることができない理由は原理的にない。さらに、本発明は、圧力逃がし機構を（放電時に陰極に接続される）正の電池端子に組み合わせるように説明しているが、同逃がし機構を負の電池端子に用いることができるであろう。さらに、明細書は円筒形の電池構造を説明しているが、本発明を三角柱または他の電池構造に適用できない理由は原理的にない。従って、以上の実施例は説明のためであって、制限的ではないと考える必要があり、本発明はここに記載されている詳細に制限されることはなく、添付の請求項の範囲内で変更が可能である。

【手続補正書】特許法第１８４条の８第１項【提出日】平成１０年２月９日（１９９８．２．９）【補正内容】請求の範囲１．電極を有する電池内部内での圧力上昇を制御する電池キャップサブアセンブリであって、外部回路と電気接触するための端子接点と、前記端子接点と電気接続しており、電池内部の圧力の上昇に応じて変位するたわみ部材と、前記たわみ部材に連結されているとともに電気接触しており、前記たわみ部材から離れた位置に所定の脆弱領域を有する脆弱部材と、を備え、前記たわみ部材が第１所定圧力に応じて変位したときに、前記脆弱部材が前記脆弱領域で破壊されることによって前記端子接点を前記電極から電気的に切り離す、電池キャップサブアセンブリ。２．前記端子接点は、高圧の電池内容物を排出するベント穴を備えている、請求項１記載の電池キャップサブアセンブリ。３．前記たわみ部材は、ほぼド―ム形のフリップ部分と、前記フリップ部分に連結されてその外側に位置しているリム部分と、を有するフリップバ―ストディスクであり、前記リム部分は前記端子接点と電気接触しており、前記フリップ部分は、通常は前記端子接点から離れる方向に突出しているが、前記第１所定圧力において反転して前記端子接点側へ突出する、請求項１記載の電池キャップサブアセンブリ。４．前記フリップバ―ストディスクの前記フリップ部分はアルミニウムを含む、請求項３記載の電池キャップサブアセンブリ。５．前記フリップバ―ストディスクの厚さは約５０から２５０マイクロメ―トルである、請求項４記載の電池キャップサブアセンブリ。６．前記フリップ部分は、前記第１所定圧力より高い第２所定圧力で前記フリップ部分を破裂させる圧力破裂領域を含む、請求項３記載の電池キャップサブアセンブリ。７．前記圧力破裂領域は破断線付き領域である、請求項６記載の電池キャップサブアセンブリ。８．前記脆弱部材の前記脆弱領域は破断線付き領域である、請求項１記載の電池キャップサブアセンブリ。９．前記脆弱部材はタブであり、前記脆弱部材の前記脆弱領域はノッチ付き領域である、請求項１記載の電池キャップサブアセンブリ。１０．前記脆弱部材はワイヤである、請求項１記載電池キャップサブアセンブリ。１１．前記脆弱部材はアルミニウムを含む、請求項１記載の電池キャップサブアセンブリ。１２．前記脆弱部材は、所定電流でヒュ―ズとして作用するヒュ―ズ領域を含む、請求項１記載の電池キャップサブアセンブリ。１３．請求項１記載の電池キャップサブアセンブリであって、さらに、前記脆弱部材に当接した切断部材を含み、前記切断部材は、電池内部の圧力の上昇に応じて前記たわみ部材が変位したときに固定位置に留まっている、電池キャップサブアセンブリ。１４．前記切断部材は円筒形である、請求項１３記載電池キャップサブアセンブリ。１５．電極を有する電池内の圧力上昇を制御する方法であって、（ａ）電池内部と電池キャップサブアセンブリとを有する電池を準備する工程であって、前記電池キャップサブアセンブリが（i）外部回路と電気接触するための端子接点と、（ii）前記端子接点と電気接続しており、電池内部の圧力の上昇に応じて変位するたわみ部材と、（iii）前記たわみ部材に連結されているとともに電気接触しており、前記たわみ部材から離れた位置に所定の脆弱領域を有する脆弱部材と、を含む電池キャップサブアッセンブリであるような工程と、（ｂ）前記脆弱部材を前記脆弱領域で破壊することによって前記端子接点を前記電極から電気的に切り離すことができるように、第１所定圧力に応じて前記たわみ部材を変位させる工程と、を備える方法。１６．前記たわみ部材は、端子接点に電気接続されているほぼド―ム形のフリップ部分を有するフリップバ―ストディスクであり、前記フリップ部分は、前記端子接点から離れる方向に突出した通常位置に設けられており、前記フリップ部分は、前記端子接点側へ突出する反転位置も備えており、前記たわみ部材を変位させる工程は、前記第１所定圧力を受けたときに前記フリップ部分を反転させ、それによって脆弱部材を破壊する工程を含む、請求項１５記載の方法。１７．請求項１５記載の方法であって、さらに、前記第１所定圧力より高い所定第２圧力を受けた時に前記たわみ部材の圧力破裂領域を破裂させ、前記圧力破裂領域が破裂したときに、電池内部から電池外部へ通じる流体路が形成されるようにする工程を含む、方法。１８．前記第１所定圧力は、前記電池内の連続的な電気化学反応によって生じる、請求項１５記載の方法。１９．リチウムイオン電池であって、（ａ）電池キャップサブアセンブリを有する電池容器であって、前記電池キャップサブアッセンブリが、（ｉ）外部回路と電気接触するための端子接点と、（ii）前記端子接点と電気接続しており、電池内部の圧力の上昇に応じて変位する導電性たわみ部材と、（iii）前記たわみ部材に連結されているとともに電気接触しており、前記たわみ部材から離れた位置に所定の脆弱領域を有する脆弱部材と、を含み、前記たわみ部材が第１所定圧力に応じて変位したときに、前記脆弱部材が前記脆弱領域で破壊されることによって前記端子接点を前記電極から電気的に切り離す、電池容器と、（ｂ）陽極材料を含む陽極であって、前記電池容器内に設けられ、充電中にリチウムを取り込み、放電中にリチウムを取り出すことができる陽極と、（ｃ）特定の陰極材料を含む陰極であって、前記電池容器内に設けられ、放電時にリチウムを吸収し、充電時にリチウムを放出することができる陰極と、（ｄ）前記電池容器内に設けられて、リチウムイオンに対して伝導性を有する電解質と、を備えるリチウムイオン電池。２０．前記導電性たわみ部材は圧力破裂領域を含み、前記導電性たわみ部材の前記圧力破裂領域は、前記第１所定圧力より高い所定第２圧力で破裂する、請求項１９記載のリチウムイオン電池。２１．前記たわみ部材は、端子接点に電気接続されているほぼド―ム形のフリップ部分を有するフリップバ―ストディスクであり、前記フリップ部分は、前記端子接点から離れる方向に突出した通常位置に設けられており、前記フリップ部分は、前記端子接点側へ突出する反転位置も備えており、前記第１所定圧力を受けたときに前記フリップ部分が前記反転位置へ反転することによって脆弱部材を破壊する、請求項１９記載のリチウムイオン電池。２２．電極を有する電池における過大電流を制御する電池アセンブリであって、外部回路に電気接続するための端子接点と、前記電池内部の圧力の上昇に応じて変位するたわみ部材と、前記電気端子接点と電気接続しているとともに、前記電極と電気接続している脆弱永久ヒュ―ズと、を備え、前記電池内の電流が所定レベルを超えたときに、前記永久ヒュ―ズが前記端子接点を前記電極から永久的に電気的に切り離し、また、前記脆弱永久ヒュ―ズは、前記たわみ部材が変位したときに前記脆弱永久ヒュ―ズが破壊するように前記たわみ部材に連結されている、電池アセンブリ。２３．前記電池はリチウムイオン電池である、請求項２２記載の電池アセンブリ。２４．前記脆弱永久ヒュ―ズはアルミニウムを含む、請求項２２記載の電池アセンブリ。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者メイヤー・スティーブン・ティ. アメリカ合衆国カリフォルニア州94578 サン・リーンドロ，セルボーン・ドライブ，16026 (72)発明者ホウ・ジャング・ホアメリカ合衆国カリフォルニア州94566 プリーサントン，アンドルーズ・ドライブ＃301，3430 (72)発明者トンプソン・シーンアメリカ合衆国カリフォルニア州94568 ダブリン，フォール・クリーク・ロード＃209，7926

Claims

【特許請求の範囲】１．電極を有する電池内部内での圧力上昇を制御する電池キャップサブアセンブリであって、外部回路と電気接触するための端子接点と、前記端子接点と電気接続しており、電池内部の圧力の上昇に応じて変位するたわみ部材と、前記たわみ部材に連結されているとともに電気接触しており、前記たわみ部材から離れた位置に所定の脆弱領域を有する脆弱部材と、を備え、前記たわみ部材が第１所定圧力に応じて変位したときに、前記脆弱部材が前記脆弱領域で破壊されることによって前記端子接点を前記電極から電気的に切り離す、電池キャップサブアセンブリ。２．前記端子接点は、高圧状態で電池内容物を排出するベント穴を備えている、請求項１記載の電池キャップサブアセンブリ。３．前記たわみ部材は、ほぼド―ム形のフリップ部分と、前記フリップ部分に連結されてその外側に位置しているリム部分と、を有するフリップバ―ストディスクであり、前記リム部分は前記端子接点と電気接触しており、前記フリップ部分は、通常は前記端子接点から離れる方向に突出しているが、前記第１所定圧力において反転して前記端子接点側へ突出する、請求項１記載の電池キャップサブアセンブリ。４．前記フリップバ―ストディスクの前記フリップ部分はアルミニウムを含む、請求項３記載の電池キャップサブアセンブリ。５．前記フリップバ―ストディスクの厚さは約５０から２５０マイクロメ―トルである、請求項４記載の電池キャップサブアセンブリ。６．前記フリップ部分は、前記第１所定圧力より高い第２所定圧力で前記フリップ部分を破裂させる圧力破裂領域を含む、請求項３記載の電池キャップサブアセンブリ。７．前記圧力破裂領域は破断線付き領域である、請求項６記載の電池キャップサブアセンブリ。８．前記脆弱部材の前記脆弱領域は破断線付き領域である、請求項１記載の電池キャップサブアセンブリ。９．前記脆弱部材はタブであり、前記脆弱部材の前記脆弱領域はノッチ付き領域である、請求項１記載の電池キャップサブアセンブリ。１０．前記脆弱部材はワイヤである、請求項１記載電池キャップサブアセンブリ。１１．前記脆弱部材はアルミニウムを含む、請求項１記載の電池キャップサブアセンブリ。１２．前記脆弱部材は、高電流でヒュ―ズとして作用するヒュ―ズ領域を含む、請求項１記載の電池キャップサブアセンブリ。１３．請求項１記載の電池キャップサブアセンブリであって、さらに、前記脆弱部材に当接した切断部材を含み、前記切断部材は、電池内部の圧力の上昇に応じて前記たわみ部材が変位したときに固定位置に留まっている、電池キャップサブアセンブリ。１４．前記切断部材は円筒形である、請求項１３記載電池キャップサブアセンブリ。１５．電極を有する電池内の圧力上昇を制御する方法であって、（ａ）電池内部と電池キャップサブアセンブリとを有する電池を準備する工程であって、前記電池キャップサブアセンブリが（i）外部回路と電気接触するための端子接点と、（ii）前記端子接点と電気接続しており、電池内部の圧力の上昇に応じて変位するたわみ部材と、（iii）前記たわみ部材に連結されているとともに電気接触しており、前記たわみ部材から離れた位置に所定の脆弱領域を有する脆弱部材と、を含む電池キャップサブアッセンブリであるような工程と、（ｂ）前記脆弱部材を前記脆弱領域で破壊することによって前記端子接点を前記電極から電気的に切り離すことができるように、第１所定圧力に応じて前記たわみ部材を変位させる工程と、を備える方法。１６．前記たわみ部材は、端子接点に電気接続されているほぼド―ム形のフリップ部分を有するフリップバ―ストディスクであり、前記フリップ部分は、前記端子接点から離れる方向に突出した通常位置に設けられており、前記フリップ部分は、前記端子接点側へ突出する反転位置も備えており、前記たわみ部材を変位させる工程は、前記第１所定圧力を受けたときに前記フリップ部分を反転させ、それによって脆弱部材を破壊する工程を含む、請求項１５記載の方法。１７．請求項１５記載の方法であって、さらに、前記第１所定圧力より高い所定第２圧力を受けた時に前記たわみ部材の圧力破裂領域を破裂させ、前記圧力破裂領域が破裂したときに、電池内部から電池外部へ通じる流体路が形成されるようにする工程を含む、方法。１８．前記第１所定圧力は、前記電池内の連続的な電気化学反応によって生じる、請求項１５記載の方法。１９．リチウムイオン電池であって、（ａ）電池キャップサブアセンブリを有する電池容器であって、前記電池キャップサブアッセンブリが、（i）外部回路と電気接触するための端子接点と、（ii）前記端子接点と電気接続しており、電池内部の圧力の上昇に応じて変位する導電性たわみ部材と、（iii）前記たわみ部材に連結されているとともに電気接触しており、前記たわみ部材から離れた位置に所定の脆弱領域を有する脆弱部材と、を含み、前記たわみ部材が第１所定圧力に応じて変位したときに、前記脆弱部材が前記脆弱領域で破壊されることによって前記端子接点を前記電極から電気的に切り離す、電池容器と、（ｂ）陽極材料を含む陽極であって、前記電池容器内に設けられ、充電中にリチウムを取り込み、放電中にリチウムを取り出すことができる陽極と、（ｃ）特定の陰極材料を含む陰極であって、前記電池容器内に設けられ、放電時にリチウムを吸収し、充電時にリチウムを放出することができる陰極と、（ｄ）前記電池容器内に設けられて、リチウムイオンに対して伝導性を有する電解質と、を備えるリチウムイオン電池。２０．前記導電性たわみ部材は圧力破裂領域を含み、前記導電性たわみ部材の前記圧力破裂領域は、前記第１所定圧力より高い所定第２圧力で破裂する、請求項１９記載のリチウムイオン電池。２１．前記たわみ部材は、端子接点に電気接続されているほぼド―ム形のフリップ部分を有するフリップバ―ストディスクであり、前記フリップ部分は、前記端子接点から離れる方向に突出した通常位置に設けられており、前記フリップ部分は、前記端子接点側へ突出する反転位置も備えており、前記第１所定圧力を受けたときに前記フリップ部分が前記反転位置へ反転することによって脆弱部材を破壊する、請求項１９記載のリチウムイオン電池。２２．電極を有する電池における過大電流を制御する電池アセンブリであって、外部回路に電気接続するための端子接点と、電気端子接点と電気接続しているとともに、前記電極と電気接続している永久ヒュ―ズと、を備え、電池内の電流が所定レベルを超えたときに、前記永久ヒュ―ズが前記端子接点を前記電極から永久的に電気的に切り離す、電池アセンブリ。２３．前記電池はリチウムイオン電池である、請求項２２記載の電池アセンブリ。２４．前記永久ヒュ―ズはアルミニウムを含む、請求項２２記載の電池アセンブリ。