(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ケーシング（２８０）と、
前記ケーシング（２８０）内のチャンバと、
前記ケーシング（２８０）を密封するエンドキャップ（２３０）と、
を備える、電気化学的電池（２１５）のための電流遮断アセンブリ（２２０）であって、
前記電流遮断アセンブリ（２２０）は、前記ケーシング（２８０）と前記エンドキャップ（２３０）との間を貫通する電気的導電通路を有し、
前記電流遮断アセンブリ（２２０）は、電池の電極（２１１，２１３）の１つと、対応する電池の端子（２４５，２４６）と、の間の前記電気的導電通路の一部を形成するように電池に挿入可能であり、
前記電流遮断アセンブリ（２２０）は前記チャンバ内に、前記電流遮断アセンブリ（２２０）内の前記電気的導電通路を電流が流れるのを防ぐ熱感応部材を有し、
前記電流遮断アセンブリ（２２０）は電気抵抗手段をさらに有し、
前記電気抵抗手段は電流が自己を通過すると熱を発し、
前記電気抵抗手段は印加電圧の増加に伴って抵抗値を減少し、
前記熱感応部材は熱感応ディスク（２５０）を有し、
前記熱感応ディスク（２５０）は電池動作中に自己の厚さ方向に電流が流れるように前記電流遮断アセンブリ（２２０）内に配置されており、前記熱感応ディスク（２５０）を、前記電流遮断アセンブリ（２２０）内の温度が所定のレベルに達したとき、前記熱感応ディスク（２５０）の少なくとも一部が変形し、前記電流遮断アセンブリ（２２０）を通る前記電気的導電通路を遮断する、ものとして構成し、それによって前記電池の動作を停止させる、
ことを特徴とする、電流遮断アセンブリ。
【請求項２】
前記熱感応ディスク（２５０）は、形状記憶合金を有することを特徴とする、請求項１に記載の電流遮断アセンブリ。
【請求項３】
前記熱感応ディスク（２５０）は、バイメタルであることを特徴とする、請求項１または２に記載の電流遮断アセンブリ。
【請求項４】
前記熱感応ディスク（２５０）は貫通する中空部分（２５７）を有し、前記熱感応ディスク（２５０）は外側縁（２５８）を有し、前記外側縁（２５８）はその一部から前記中空部分（２５７）へ突き出るフレキシブル部分（２５５）を有し、
前記外側縁（２５８）は前記エンドキャップ（２３０）内の絶縁リング（２９０）の表面と接触し、
前記フレキシブル部分（２５５）は、前記電気的導電通路を完成するために接触プレート（２９５）に対して第１の位置に端部（２５５（ｂ））を有し、
前記端部（２５５（ｂ））を、前記電流遮断アセンブリ（２２０）内の電池温度が所定のレベルに達したとき、前記端部（２５５（ｂ））が第２の位置に下向きに変形し、前記電気的導電通路を遮断する、ものとして構成する、
ことを特徴とする、請求項１乃至３のいずれかに記載の電流遮断アセンブリ。
【請求項５】
前記電気抵抗手段は、前記ケーシング（２８０）内に配置されるダイオード（６００）を有し、前記ダイオード（６００）は、前記電気化学的電池（２１５）の正端子（２４５）と負端子（２４６）とにそれぞれ並列に電気的に接続される正端子面（６２０）と負端子面（６３０）とを有することを特徴とする、請求項１乃至４のいずれかに記載の電流遮断アセンブリ。
【請求項６】
前記電気抵抗手段は、前記ケーシング（２８０）内に配置されるツェナーダイオードを有するダイオードサブアセンブリを有し、
前記ツェナーダイオードは、前記電気化学的電池（２１５）の正端子（２４５）と負端子（２４６）とにそれぞれ並列に電気的に接続される正端子面（６２０）と負端子面（６３０）とを有することを特徴とする、請求項１乃至５のいずれかに記載の電流遮断アセンブリ。
【請求項７】
前記ツェナーダイオードの前記正端子面（６２０）または前記負端子面（６３０）は、前記電流遮断アセンブリ（２２０）の前記エンドキャップ（２３０）に電気的に接続され、
前記エンドキャップ（２３０）に接続された、前記正端子面（６２０）または前記負端子面（６３０）は、前記エンドキャップ（２３０）と同じ極性を有することを特徴とする、請求項６に記載の電流遮断アセンブリ。
【請求項８】
前記電流遮断アセンブリ（２２０）は、他の電流遮断アセンブリから独立して作動する独立構造を有することを特徴とする、請求項１乃至７のいずれかに記載の電流遮断アセンブリ。
【請求項９】
前記ダイオードサブアセンブリは、前記ダイオード（６００）の前記正端子面（６２０）または前記負端子面（６３０）に接続された導電性部材（６０２）をさらに有し、前記導電性部材（６０２）は前記ダイオード（６００）から伸延し、同じ極性の電池端子（２４５，２４６）に電気的に接続されることを特徴とする、請求項６乃至８のいずれかに記載の電流遮断アセンブリ。
【請求項１０】
前記導電性部材（６０２）の本体は電気絶縁物（６０３）で囲まれていることを特徴とする、請求項９に記載の電流遮断アセンブリ。
【請求項１１】
前記ツェナーダイオードは１００乃至５００マイクロワットの間のワット数を有することを特徴とする、請求項６乃至１０に記載の電流遮断アセンブリ。
【請求項１２】
前記ツェナーダイオードは、５ボルト未満のツェナー電圧を有することを特徴とする、請求項６乃至１１に記載の電流遮断アセンブリ。
【請求項１３】
前記ツェナーダイオードはウェーハチップであることを特徴とする、請求項６乃至１２に記載の電流遮断アセンブリ。
【請求項１４】
前記ダイオードサブアセンブリは、多角形または楕円形のウェーハの形状であることを特徴とする、請求項６乃至１３に記載の電流遮断アセンブリ。
【請求項１５】
前記電池の前記端子（２４５，２４６）の一方としての正端子（２４５）と、前記電池の前記端子（２４５，２４６）の他方としての負端子（２４６）と、前記電池の前記電極の一方としての陽電極（２１１）と、前記電池の前記電極の他方としての陰電極（２１３）とを備え、請求項１乃至１４のいずれかに記載の電流遮断アセンブリ（２２０）を備える、電気化学的電池（２１５）。
【請求項１６】
前記電流遮断アセンブリ（２２０）は、他の電流遮断アセンブリから独立して動作し、前記電池の内容積に完全におさまる独立ユニットであり、
前記電池は、直方体状であって、全厚が３乃至１０ｍｍの間である可充電電池であることを特徴とする、請求項１５に記載の電気化学的電池。
【請求項１７】
前記電流遮断アセンブリ（２２０）は、前記電極（２１１，２１３）の１つと対応する電池の端子（２４５，２４６）との間の電気的導電通路の一部を形成し、
前記電流遮断アセンブリ（２２０）の前記ケーシング（２８０）および前記エンドキャップ（２３０）の一方は前記電池の電極（２１１，２１３）の１つに電気的に接続され、他方は対応する電池の端子（２４５，２４６）に電気的に接続されることを特徴とする、請求項１５または１６に記載の電気化学的電池。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
本発明は、内部の温度又は気体圧力の過度の増大に際して電池を流れる電流を確実に遮断する電気化学的電池用電流遮断器に関する。
【０００２】
電気化学的電池、特に、例えば内部のリチウム又はリチウムイオンが活物質であるようなエネルギー密度の高い電池は、当該電池によって電源供給されるデバイス又は周囲環境に損傷を与える原因となり得る漏洩又は破壊の危険にさらされる。可充電電池の場合には、電池の内部温度上昇は過充電に起因することがあり得る。望ましくない温度上昇は、しばしば対応する内部気体圧力の増加を伴う。これは、外部短絡状態の場合に起こりやすい。さらに、内部気体圧力は電池が過度に放電された場合にも増加することがあり得る。電池のコストや、サイズ、質量を増大することなしに、安全装置を電池に付属させることが望ましい。
【０００３】
この種の電池、詳細には活物質としてリチウム又はリチウムイオンを利用する可充電電池は、しばしば対応する圧力上昇を伴う電池の内部温度上昇に起因する漏洩又は破壊にさらされる。これは、過充電のような酷使状態又は過放電中に起こることのある短絡状態によって引き起こされやすい。さらに、これらの電池は、電解質溶媒が外部外へ漏出すること及び外部環境から湿気が内部へ侵入することを阻止するために気密に密封されることも重要である。
【０００４】
上記のように、この種の電池が過充電されると自己加熱が起こる。余りに急速に充電するか又は過充電することは温度上昇に通ずる。電池を過充電する際に、充電電圧又は充電電流が余りに大きくなると、電池を急速に過熱させ、ひいては、安全問題を提起する。電池の化学的性質及び構造によって変化するある一点を温度が超過すると、望ましくなく、かつ制御できない熱的暴走状態が始まる。さらに、過熱に起因して内部圧力が上昇し、電解質が電池から突如放出されることがあり得る。この状態が起こる前に、制御された換気を開始するのが好ましい。過度の電流量が可充電電池を通過することを阻止しようとする試みに、そこを通過する電流と共にその抵抗値が増大するＰＴＣ（正の熱膨張係数をもつデバイス）が用いられた。ただし、例えば過度の充電電圧が用いられて電池が過充電された場合に熱的暴走状態の発生を阻止するには、この種のデバイスだけでは不十分である。
【０００５】
例えば直方体状電池又はセルラ電話用小型円筒形電池のような幾つかの可充電電池は非常に薄い場合がある。この種の電池は小型なので、信頼度の高い電流遮断安全装置を組み込むことは困難であった。しかし、セルラ電話を正常に使用する際には電池が消費者に近接しているので、この種の安全装置の必要性は非常に大きい。
【０００６】
従来の電池設計は、電池の陽極活物質及び陰極活物質と適当なセパレート物質及び電解質が円筒形ケース内に挿入された後で、端部の開いた円筒形ケーシングに挿入されるエンドキャップはめ込み部を用いる。エンドキャップは陽極物質又は陰極物質の１つと電気接触し、エンドキャップの露出した部分は一方の電池端子を形成する。電池ケーシングの一部はもう一方の端子を形成する。
【０００７】
本発明は、単一電池内に集積され、一次又は二次（充電可能な）電池に有利に適用される１つ又は幾つかの電流遮断アセンブリを扱う。本発明のエンドキャップアセンブリの特定用途は、例えば、液体又は高分子電解質又はハイブリッド高分子／液体電解質及び水素化ニッケル金属、ニッケルカドミウムを用いるリチウムイオン及び充電可能なリチウム電池等のような可充電電池、又は、他の可充電電池用に使用することである。本発明のエンドキャップアセンブリは、電池過熱、及び、高温への露出、過度又は不適当な充電又は放電、又は、電池の短絡に際して発生する圧力上昇の危険性を克服するものである。
【０００８】
本発明は、一態様において、薄い直方体状電池又は直径の小さい円筒形電池用の電流遮断メカニズムに向けられる。小さな熱感応電流遮断アセンブリが電池内に配置される。電流遮断アセンブリは、個別に製造され、電池組立て期間中に個別ユニットとして電池内に挿入可能であることを利点とする独立型密封デバイスであることが好ましい。電池内部が過熱して所定温度を超過したとき、独立アセンブリ内の熱感応電流遮断メカニズムは、電流を中断し、電流が電池を通って流れることを阻止するように動作する。電流遮断メカニズムは、好ましくは曲面を有する形状記憶金属合金で構成されたフレキシブルディスクであることが望ましい熱感応部材を含む。電池の正常動作に際して、形状記憶合金ディスクは、一方の電池電極と、その電極が接続されている端子との間に電気通路の一部を形成することが好ましい。電池内温度が所定値に達すると形状記憶ディスクが偏向し、電極と端子の間の電気通路を遮断して、電池を作動停止（シャットダウン）する。ダイオード、好ましくはツェナーダイオードが、電流遮断アセンブリ内にの中に形状記憶ディスクへ近接して配置されるのがよい。ツェナーダイオードは、電池端子に並列に電気的に接続される。電池が不注意に過充電されるか、長期充電されるか、又は、過度の電圧で充電されたときは、ダイオードを加熱し、ひいては、形状記憶ディスクを偏向させて電気通路を遮断し、それによって電池を作動停止とする。
【０００９】
本発明の別の一態様において、電流遮断アセンブリは、熱感応電流遮断メカニズム及び圧力作動電流遮断メカニズムの両方で構成される独立ユニットである。電流遮断アセンブリは、電池の端子として機能する露出されたエンドキャッププレートを有する。アセンブリが電池に適用され、その電池が正常作動している場合には、エンドキャッププレートは電池電極（陽極又は陰極）と電気的に導通している。電流遮断メカニズムは、望ましくは湾曲ディスクの形をした形状記憶金属合金、又は、バイメタルで構成され、柔軟な導電性部材と物理的に導通していても差し支えない熱感応フレキシブル部材を有する。熱感応部材とフレキシブル導電部材の間の物理的導通は、これら２つのエレメントの間に配置された非導電性可動ロッドによって達成されてもよい。電池が正常作動しているときは、フレキシブル導電部材は、電池電極の１つとエンドキャップ（端子）との間の電気通路の一部を形成する。電池内温度が所定値に達すると、熱感応部材が偏向し、非導電性可動ロッドによってフレキシブル導電部材を押圧してこれを偏向させ、その結果として電極と端子の間の電気通路を遮断する。
【００１０】
アセンブリは、熱感応部材に近接して配置されたダイオード、好ましくはツェナーダイオードを有する。ツェナーダイオードは、電池端子に並列接続される。電池が不注意に過充電されるか、長期充電されるか、又は、過度の電圧で充電された場合には、ダイオードを加熱し、次に熱感応部材を偏向させて、電気通路を遮断し、それによって電池を作動停止する。さらに、アセンブリは、好ましくは圧力作動金属ダイアフラム含む圧力作動電流遮断メカニズムを含むことが望ましい。ダイアフラムは、電流遮断アセンブリハウジングの一部を形成し、電池内圧力が所定レベルを超過すると偏向することが好ましい。ダイアフラムの偏向は、電池電極と、対応する端子との間の電気通路の遮断を引き起こし、それにより、電池を作動停止する。
【００１１】
他の一態様において、電池は、上記２つのタイプの独立構造の電流遮断アセンブリの両方を含むこともあり得る。すなわち、一方は熱感応電流遮断メカニズムを含み、もう一方は熱感応電流遮断メカニズム機構と圧力作動電流遮断メカニズムの両方を含む。これは、多重独立電流遮断安全機能を電池に付与する。例えば、電池の直径又は全体の太さは約５ないし２０ｍｍの間である場合のように、電池の直径が両方の電流遮断アセンブリを収納するに充分な大きさである場合には、この種の設計は有利に使用できる。この種の一実施形態において、熱感応電流遮断メカニズムのみを有する電流遮断アセンブリは、電池の最も熱い部分に近接するように、完全に電池内部に有利に配置可能である。ダイオード、好ましくはツェナーダイオードは、一方又は両方のこの種の独立構造型電流断アセンブリ内に含まれ、電池端子と並列に電気接続されることが可能である。
【００１２】
好ましい一実施形態において、本発明の熱感応電流遮断器アセンブリ２２０は、図１に示すように電池２１５内に完全に内部配置可能である。電池２１５は、図１に示すように平行六面体に整形されたケーシング２２５を有する直方体状電池であるが、その代りに直径の小さい円筒形電池であっても差し支えない。電池２１５が直方体状電池である場合には、一般に全厚さが約３ないし１０ｍｍであって非常に薄い。一般に直方体状電池は非常に薄く、全厚さは約３ないし６ｍｍである。電池２１５が直径の小さい円筒形電池である場合には、直径は一般に約３ないし１０ｍｍである。ここに示す電流アセンブリ２２０は、例えば厚さ約３ないし１５ｍｍの直方体状電池、又は、直径約３ないし１５ｍｍの円筒形電池のような比較的大きい寸法の電池内に集積配置されることもあり得る。ただし、アセンブリ２２０は、薄い直方体状又は細い円筒形電池として特定の用途に用いられる。電池２１５は、例えばリチウムイオン電池、ニッケル金属水素化物電池、又は、ニッケルカドミウム電池のような一次又は充電可能な電池であることも可能であるが、リチウムイオン電池のような充電可能な電池として有利である。リチウムイオン充電可能電池は、電池の放電に際して、リチウムイオンを陰極から陽極へ転移し、電池の充電に際して、リチウムイオンを陽極から陰極へ転移することによって特徴付けられる。この場合、陽極としては、一般にリチウムコバルト酸化物（ＬｉＸＣｏＯ２）、又は、リチウムニッケル酸化物（ＬｉＮｉＸＯ２）、又は、コバルト置換リチウムニッケル酸化物（ＬｉＣＯＸＮｉＹＯ２）、又は、スピネル型水晶状構造（ＬｉＸＭｎ２Ｏ４）のリチウムマンガン酸化物が用いられる。リチウムイオン電池は、一般に、陰極として、炭素又は錫酸化物材料を使用する。陰極は、電池の放電期間中は陰極を構成し、充電期間中は陽極を構成するが、陽極は、電池の放電期間中は陽極を構成し、充電期間中は陰極を構成する。この種の電池用電解質は、非水溶性溶媒の混合物に溶解したリチウム塩で構成される。この場合の塩はＬｉＰＦ６であり、溶媒としては、炭酸ジメチル（ＤＭＣ）、炭酸エチレン（ＥＣ）、炭酸プロピレン（ＰＣ）、及び、これらの混合物が有利に用いられる。図１に示す特定の一実施形態において、電池２１５は、対面する平らな本体面２０５（ａ）と２０５（ｂ）、平らな側面２０８（ａ）と２０８（ｂ）、及び、平らな端面２０９（ａ）と２０９（ｂ）で形成されるケーシング２２５を有する直方体状のリチウムイオン電池である。正端子２４５及び負端子２４６は、同一側面２０８（ａ）から露出し、電源供給しようとするデバイスへ接続するためにアクセス可能である。電極スタック２３５は、図に示すように、１枚の陽極材料２１１、１枚の陰極材料２１３、及び、これらの間に配置された従来型の多孔性分離材料２１２で構成される。スタック２３５は、従来型のゼリーロール様に巻かれ、次に、巻かれた材料は、電池内に緻密に適合するように、平らにされる。
【００１３】
本発明の熱感応電流遮断アセンブリ２２０は、図１に示すように、リチウムイオン直方体状電池２１５内に集積される。この種の実施形態において、電流遮断アセンブリは、完全に電池内部に配置され、一方の端部において陽極２１１に、もう一方の端部において正端子２４５に電気的に接続される。従って、正常な作動状態においては、陽極２１１と正端子２４５との間に電気通路が存在する。電流遮断アセンブリ２２０の好ましい一実施形態を図２に示す。アセンブリ２２０は、金属製ケーシング２８０、金属製エンドキャップ２３０、形状記憶合金であることが好ましい電流遮断ディスク２５０、及び、キャップ２３０の内部表面と接触する金属接点プレート２９５を有する独立構造型密封ユニットである。図２に示すように、エンドキャップ２３０は、その表面が外側に膨らむような凹状である。ケーシング２８０は、図３に示すように開口端とわずかに膨らんだ本体を有するカップ型円形構造である。アセンブリ２２０は、ディスク２５０の周辺縁とエンドキャップ２３０の周辺エッジ縁２３０（ａ）との間に、絶縁リング２９０を備える。さらに、アセンブリ２２０は、電流遮断ディスク２５０に近接して配置されたツェナーダイオードチップ６００であることが好ましいダイオードを有する。ツェナーダイオード６００は、接点プラグ２９５内に位置しても差し支えない。ツェナーダイオード６００は、接点プラグ２９５の内部表面に接触している正の面６２０及び電池の負端子２４６に電気的に接続された負の面６３０を備えたウェーハ形であることが好ましい。エンドキャップ２３０は、それを貫通する小孔６４０を備える。この小孔は、従来のポリプロピレン又はガラスから成る密封金属材料に対する電気絶縁パッキン押え（グランド）６０３で裏打ちされる。導電性コネクタ又はリード６０２は、電池の負端子２４６に接続するために、絶縁された小孔６４０を通ってツェナーダイオードの負の面６３０から伸延する。コネクタ６０２は、負の面６３０に溶接されたニッケル又は銅であっても差し支えない。ダイオード６００は、露出した負の面６３０を覆って、絶縁するために適用されるポリエステル又はポリイミド材料から成る絶縁被覆６０１を備えることができる。従って、絶縁被覆６０１は、両者共に正である接点プラグ２９５又はエンドキャップアセンブリ２３５と接触しないように負の面６３０を保護する。絶縁被覆６０１を備えたダイオード６００は厚さが約０．２５ないし０．３５ｍｍのダイオードサブアセンブリを形成する。
【００１４】
ツェナーダイオードチップ６００は、例えば薄い楕円形又は多角形ウェーハディスクとしてのウェーハ形状、好ましくは図３に示すような矩形、又は、方形ウェーハディスク、又は、円筒形の二端子半導体接合デバイスである。ウェーハ形の場合には、ツェナーダイオードは、金属被覆された正端子面（陽極）６２０、金属被覆された負端子面（陰極）６３０、及び、２つの端子面の間のコア半導体接合層６１５を有する。接合部６１５は、一般に、二酸化ケイ素によって保護される。円筒形ツェナーダイオードにおいては、半導体接合部は円筒の内に所在する。円筒の外側表面は端子面の１つを形成し、円筒の端部は反対の端子を形成する。ツェナーダイオードは、電気化学電池又は他のＤＣ（直流）電源に接続されると、特有の電流対電圧プロファイルを表す。ツェナーダイオードは、ツェナー電圧Ｖ＊（絶縁破壊電圧）及びツェナー電圧における電力消費（ワット）により事前選定可能である。ダイオード端子間電圧Ｖが変化すると、ダイオード内部の抵抗は、ツェナー電圧Ｖ＊まで徐々に減少する。電圧がツェナー電圧Ｖ＊に近付いてこれを超過すると、ダイオード内部の抵抗は劇的に低下する。これは、ダイオード内部の抵抗が非常に小さくなり、電圧がツェナー電圧Ｖを著しく超過するとダイオードを通る電流Ｉが非常に大きくなることを意味する。電流がダイオードを通過するとＩ２Ｒ熱を発生する。ダイオードの均衡表面温度はワット密度（単位表面積当たり電力消費）の関数である。
【００１５】
本発明のエンドキャップアセンブリにとって好ましいダイオード６００はツェナーダイオードであるが、その代わりに、他のダイオードも使用することができる。例えば、ツェナーダイオードは、適当なパワー及び低圧ドレーンのショットキダイオード、又は、パワーダイオードで代替することができる。同様に、この種のダイオードは、印加電圧が増大するにつれて抵抗が減少するという望ましい特性を示すので、電池が過充電状態である場合に電流遮断ディスク２５０を偏向させるために、ツェナーダイオードの代わりの発熱体として使用することができる。ただし、例えば事前選定されたツェナー電圧のような特定の電圧に達すると、これらのダイオードの抵抗は急激には降下しないので、この種のダイオードはツェナーダイオードよりは望ましくない。
【００１６】
適切なダイオード６００を選定し、熱感応電流遮断ディスク２５０の近くのエンドキャップアセンブリ２２０内ダイオードを交換することによって、過度の充電電圧又は高充電電流の結果として電池が過充電状態に曝された場合における安全性を強化することが確認された。このような場合、ダイオードは、Ｉ２Ｒ熱によって迅速に熱くなり、ひいては、アセンブリ２２０内の電気通路を遮断して、電池を作動停止するように電流遮断ディスク２５０を偏向させる。電流遮断ディスクは、追加熱源、すなわちダイオードに露出されて、これを感知するので、ツェナーダイオードを含むことは、この種の過充電状態期間中におけるシャットダウン（作動停止）応答を迅速化することが確認された。ツェナー電圧が電池の正常作動電圧を充分に超過するが、同時に、電池を作動停止するために電流遮断ディスク２５０をトリガすることが望ましいしきい値電圧を表すように、ツェナーダイオードを有利に選定される。さらに、ツェナーダイオードは、発熱が電流遮断ディスク２５０を偏向させるに十分な温度に到達すると、ツェナー電圧において流れる電流が消散されるように選定される。さらに、電池が使用中でない場合には無視できる程度のドレインだけが流れるようなダイオードを選定することが好ましい。リチウムイオン電池の場合には、そのドレーンが約１００マイクロアンペア未満であり、好ましくは３．０ボルトにおける電流が約２０マイクロアンペアであるようなツェナーダイオードを選定するのが望ましい。
【００１７】
リチウムイオン電池は、一般に約３ないし４ボルトの電圧範囲で作動する。従って、エンドキャップアセンブリ２２０及び後で述べる他の電流遮断エンドキャップアセンブリで使用する場合におけるリチウムイオン電池に適したツェナーダイオードは、ツェナー電圧が約５．０ボルト以下、好ましくは約４．７ないし５．０ボルトであり、約３ないし４ボルトの電池動作電圧範囲内において、低電流がダイオードを流れるようにワット数が約１００ないし５００マイクロワットの間であるように選定するのが望ましい。すなわちダイオードは、正常充電状態においては電流遮断ディスク２５０を偏向させるのに十分な熱を発生することがなく、電池が使用中でない場合には電池を著しく消耗させるような大きい電流を電池から放出させることのないように選定されなければならない。リチウムイオン電池と共に用いられるエンドキャップアセンブリ２２０用に好ましいツェナーダイオード６００は、マサチューセッツ州メルローズ（Ｍｅｌｒｏｓｅ）所在のＣｏｍｐｅｎｓａｔｅｄ  Ｄｅｖｉｃｅｓ社によって供給されるツェナー電圧４．７ボルトのツェナーダイオード（５００マイクロワット）ウェーハチップ型ｎｏ．ＣＤＣ  ５２３０であり得る。リチウムイオン電池と共に用いられるエンドキャップアセンブリ２２０用の代替ツェナーダイオード６００は、ツェナー電圧が４．７ボルトの３００マイクロワットウェーハチップ型ｎｏ．ＣＤＣ  ４６８８であってもよい。この種のチップは、幅が約０．２５ｍｍであり、厚さが約０．６ｍｍである。
【００１８】
ツェナーダイオード６００を含むか、又は、含まないエンドキャップアセンブリ２２０を使用する場合には、電池の陽極と正端子２４５の電気通路内に従来型ＰＴＣ（正の熱膨張率）デバイスを加えても差し支えない。この種のＰＴＣデバイスは、付加する場合には、エンドキャップアセンブリ２２０内、又は、その外部に配置することができる。ただし、ツェナーダイオード６００を備えたエンドキャップアセンブリ２２０に関する上述の一実施形態ではＰＴＣデバイスを必要としない。ＰＴＣデバイスの抵抗値は、そこを通る電流が増加するにつれて増加する。ただし、ＰＴＣデバイスディバイスの抵抗は  全電流がそこを通過することを阻止する程には高くならない。従って、特に、過電圧充電又は長期充電によって電池が過充電状態になった場合、ＰＴＣデバイスは、それ自体、エンドキャップアセンブリ２２０に関する前述の好ましい一実施形態と同じ程度の保護機能は提供しない。その上、熱電流遮断ディスク２５０は、過度の充電又は放電電流に反応することも可能であり、この種の状況に対する保護を与えるために、ＰＴＣデバイスを使用する必要性を排除する。
【００１９】
アセンブリ２２０の各構成要素の好ましい構造を図３に示す。電流遮断ディスク２５０の厚さはその直径又は平均幅に比較して小さく、円形又は円筒形であることが好ましいが、他の形状、例えば卵形又は長円形又は薄い平行六面体又は薄く細長いスラブの形又は平行でなくても差し支えない１対又は複数対の対面する縁をもつプレートであっても差し支えない。この種の構造は、厚さがその長さの約３０％未満かつその平均幅の約３０％未満であることが好ましい。従って、ここで使用する、詳細には熱感応部材２５０，３５０，３５２と関連して使用するディスクという用語はこのような他の形状が含まれることを意味する。卵形又は長円形のディスクの場合は、平均幅という用語はその主面の最小直径を意味するものとする。
【００２０】
ディスク２５０の厚さは１ｍｍ未満であることが望ましく、約０．０５ないし０．５ｍｍの間であることが好ましい。図３に最もよく示される電流遮断ディスク２５０の好ましい実施形態は外側縁２５８及び中空中心部分２５７を有する。柔軟で弾性のあるフレキシブル部分２５５は周辺縁２５８から中空部分２５７に内側に向かって突出している。フレキシブル部分２５５は、その端部２５５（ｂ）が正極２１１と正端子２４５の間の電気通路を完成する接触プレート２９５に対して第１位置に置かれるようにその表面内でわずかに上向きに曲げる２５５（ａ）ことにより図３のように有利に形成される。正常作動中は、電流は、正極２１１からコネクタタブ２８７（ａ）とケーシング２８０を経て電流遮断ディスク２５０及び柔軟部分２５５を通り接触プラグ２９５とアセンブリエンドキャップ２３０及びコネクタタブ２８７（ｂ）を経て正端子２４５まで流れる。図１から分かるように、電流遮断ディスク２５０は、抵抗を最小化するために電流がディスク２５０の厚さ、従って柔軟部分２５５の厚さを貫いて流れるようにアセンブリ内に配置される。電池２１５内の温度が所定値を越えると、端部２５５（ｂ）は下向きに第２位置に向かって偏向し、接触プレート２９５との接触を遮断し、それによって、電極２１１と端子２４５の間の電気通路を遮断し、電池を作動停止（シャットダウン）する。
【００２１】
図３において、電流遮断アセンブリ２２０は、ケーシングの底部表面上に配置されるように電流遮断ディスク２５０をケーシング２８０の開口端に挿入することによって容易に組み立てられるように設計されている。ツェナーダイオード６００の正の面６２０は接触プラグ２９５の内部表面へ接続される。次に、絶縁リング２９０がディスク２５０上に挿入され、金属接触プラグ２９５は堅固なディスク様プラグの形で、形状記憶合金製であることが好ましい突き出た弾性部材２５５上に位置するまで、絶縁リングに設けられた小孔２９０（ａ）を経て挿入される。絶縁グロメット２７５はエンドキャップ２３０上に挿入され、エンドキャップ２３０の内部表面が接触プラグ２９５の上面に接触するように、これら２つの部品は金属接触プラグ２９５上に配置される。次に、ケーシング２８０の周辺縁及び絶縁グロメット２７５の周辺縁は、エンドキャップ２３０の周辺縁２３０（ａ）上でクリンプされる。クリンプに際しては半径方向の圧力が加えれるので、エンドキャップ２３０の周辺縁２３０（ａ）は、絶縁グロメット２７５の周辺縁２７５（ａ）の内部表面にに噛み込み、エンドキャップ２３０とケーシング２８０の間に堅固な密封を形成する。
【００２２】
熱電流遮断アセンブリの他の一実施形態、すなわち、アセンブリ３２０を図６及び７に示す。電流遮断器のこの実施形態は、図４に示すように直方体状電池の端部から、又は、図５に示すように円筒形電池の端部から突き出るように設計されている。この種の実施例形態において、直方体状電池の全体の厚さは少なくとも６ｍｍであることが有利であり、一般に約６ないし２０ｍｍの間であれば、アセンブリ３２０を収容するために十分な厚さである。図５に示すように、電池が円筒形である場合には、アセンブリ３２０を収容するために、少なくともサイズＡＡＡの電池と同じ大きさの直径であることが望ましい。従って、アセンブリ３２０は、ＡＡＡ、ＡＡ、Ａ、Ｃ、又は、Ｄサイズの円筒形電池の端部から突き出るか、又は、例えば、電池の直径が約５ないし２０ｍｍの間であるように都合よく決定されてもよい。この方法を用いると、アセンブリ３２０の突出部分、すなわちエンドキャップ３２５は一方の電池端子を都合よく形成することになる。
【００２３】
電流遮断アセンブリ３２０のエンドキャップ３２５は、図６に示すようにアセンブリ３２０の上側部分を形成する逆カップ形とアセンブリの下側部分を形成するカップ形本体３７０の形状であることが望ましい。エンドキャップ３２５及び本体３７０は電導性物質で形成される。カップ形本体３７０のベース３７２は、電池内圧力が所定値を越えると上方へ（エンドキャップ３２５の方へ）偏向するように設計された圧力作動ダイアフラムを形成することが好ましい。形状記憶合金又はバイメタルによって有利に構成されるフレキシブル熱感応部材３５０又は３５２はカップ３７０底部内の圧力ダイアフラム３７２へ近接して配置される。熱感応部材は、図７に示すような曲面をもったディスク３５０又は３５２のように円盤形であることが好ましい場合もあり得る。ただし、形状記憶合金又はバイメタル合成材が用いられる場合には、どちらの構造であっても差し支えなく、形状記憶合金が用いられる場合には細長いスラブ又は平行六面体構造３５２が好ましく、バイメタル合成材が用いられる場合には、円形ディスク３５０構造であることが好ましい。ディスク３５０（又はディスク３５２）は、実質的にエンドキャップ３２５表面に平行な平面内に所在するようにアセンブリ３２０内に配置されることが望ましい。電気絶縁ロッド又はプラグ３４０は、フレキシブル熱感応部材３５０の最上表面上に配置することができる。アセンブリ３２０は、本体３７０の棚部分３７４上に都合よく配置できる金属支持リング３６０を含むことが望ましいアセンブリ３２０は、周辺縁３３２からディスク３３０の中空部分３３３内に伸延する柔軟で弾性のある部材３３４で構成されるフレキシブルな電導性金属ディスク３３０を含むことが望ましい。絶縁リング３３５は、ディスク３３０の周辺縁３３２と金属支持リング３６０の縁３６２との間に配置される。フレキシブルな導電性ディスク３３０は、エンドキャップ３２５の周辺縁３２７と絶縁リング３３５の間にはさまれる。絶縁グロメット３７５は、エンドキャップ３２５の周辺縁３２７及びカップ形下側本体３７０の周辺縁３７７を囲み、グロメット３７５はディスク３３０及び絶縁リング３３５も囲む。ケーシング３８０は結果的に絶縁グロメット３７５を囲む。
【００２４】
電流遮断アセンブリ３２０は、例えば薄い楕円形（図９）又は多角形ウェーハディスクのようなウェーハ形であっても差し支えないダイオードディスク７００を含むこともあり得る。図１０に示すように、ダイオード７００は矩形又は方形ウェーハ形であることが好ましい。ダイオード７００はツェナーダイオードであることが好ましいが、例えば適当な電力消散及び低圧ドレーンを持つショットキーダイオード又は電力整流ダイオードのような他のダイオードも使用できる。ダイオードの正の金属面７２０は、導電性はんだを用いて取り付けることによってエンドキャップ３２５（図６）に接続される。金属線又はタブの形であっても差し支えない導電性リード７０２が用いられ、ダイオードの負の面７３０から伸延する。リード７０２は、アセンブリケーシング３８０に電気的に接続可能であり、セルケーシングに溶接することによって結果的に電池の負端子へ電気的に接続される。電気絶縁物７０３は負リード７０２の上下に施され、負リードがエンドキャップ３２５又は正極性であるアセンブリ３２０内のいずれかの内部金属構成要素と接触することを阻止する。絶縁物７０３は、ポリエステル又はポリイミド物質の薄膜の形であっても差し支えない。その代りに、絶縁物７０３はポリ塩化ビニルであっても差し支えない。同様に、ダイオードの露出した金属製負面７３０は、ダイオードの負の面７３０と正であるアセンブリ３２０内の金属構成要素との間の接触を阻止するために、例えばポリエステル又はポリイミド材の絶縁薄膜を用いて絶縁材によって被覆される。ダイオード７００は、エンドキャップアセンブリ３２０内で使用し、リチウムイオン電池に適用するには、ツェナー電圧が約５．０ボルト以下、好ましくは約４．７ないし５．０ボルトの間であり、ワット数が約１００ないし５００マイクロワットであるツェナーダイオードであることが好ましい。この種のダイオードが必要とする電池のドレーンは無視できる程度である。リチウムイオンル電池と共に使用されるエンドキャップアセンブリ３２０用として好ましいツェナーダイオード７００は、マサチューセッツ州Ｍｅｌｒｏｓｅ所在のＣｏｍｐｅｎｓａｔｅｄ  Ｄｅｖｉｃｅｓ社から入手可能な、ツェナー電圧が４．７ボルトのツェナーダイオード（５００マイクロワット）ウェーハチップ型ｎｏ．ＣＤＣ５２３Ｏであってもよい。ツェナーダイオード７００は、導電性リード７０２及び絶縁物７０３と共に、厚さが約０．２５ないし０．３５ｍｍまでのダイオードアセンブリを形成する。
【００２５】
好ましい実施形態において、ここに記述するエンドキャップアセンブリ用として用いられるダイオード６００又は７００は、電池の端子と恒久的かつ電気的に並列接続される。前述の好ましい実施形態において、ダイオード６００又は７００、及び、電流遮断器２５０又は３５０は両方とも、電池の正端子へ電気的に接続される。従って、電流遮断器２５０又は３５０が作動化されると、正端子端と正電極の間の電気通路が遮断され、それによって、電池を作動停止し、同時に、ダイオードを非作動化する。ダイオードを含む代替回路設計も同様に可能である。例えば抵抗器のような他の抵抗を、１つ又は両方のツェナーダイオード端子と、前記ツェナー端子と対応する電池端子の接続部との間の回路に含ませても差し支えない。同様に、例えばダイオード７００（図６）のようなダイオードは電池端子と並列接続可能であり、例えば、ダイオード７００の正の面７２０がエンドキャップ３２０の代わりの金属製支持プレート３６０（図６）に接続されている場合には、電流遮断器の弾性アーム３３０をダイオードと直列接続することができる。この種の一実施形態においては、電流遮断部材３５０と弾性アーム３３０が偏向した場合に、ダイオードは非作動化されない。従って、ここで用いられ、特許請求の範囲で用いられる場合、「ダイオードの並列電気接続」という用語は、ダイオード端子と、対応する極性の電池端子とこのダイオード端子との接続部との間の回路脚に、追加抵抗器又は例えば弾性アーム３３０のような熱対応電流遮断器の導電性部分を挿入する可能性を除外することを意味しない。上述したように選定されたダイオードが電池に要求するドレーンは無視できる程度である。電池のあらゆるアイドルドレーンを完全に排除するには、一方のダイオード端子は対応する電池端子に恒久的に接続することが可能であり、もう一方のダイオード端子は、充電装置又は電源供給されている装置に電池を挿入する時にオンするスイッチによって、対応する電池端子に接続可能である。
【００２６】
ツェナーダイオード７００の介在によるか、又は、介在なしに、エンドキャップアセンブリ３２０を使用する場合には、正極２１１と正端子３２５の間の電気通路内に従来型ＰＴＣ（正の熱膨張率）を加えることを妨げない。この種のＰＴＣデバイスを加える場合には、電池の内側及びエンドキャップアセンブリ３２０の外側に配置することが望ましい。ただし、ツェナーダイオード７００を介在させたエンドキャップアセンブリ３２０に関する前述の実施形態は、特に電池に過度の充電電圧が印加される場合に、単独でＰＴＣデバイスを使用するよりもさらに大きい保護機能を提供する。
【００２７】
図７において、電流遮断アセンブリ３２０は、グロメットの外側表面がケーシング３８０の内部壁に接触するように先ず絶縁グロメット３７５をケーシング３８０に挿入することによって組み立て可能である。熱感応部材３５０又は３５２をカップ形本体３７０へ挿入し、次に、カップ形本体３７０の棚部分３７４へ金属支持リング３６０を挿入することによってサブアセンブリが組み立てられる。プラスチック製可動のロッド３４０は、部材３５０に位置するように支持リング３６０の中心小孔３６３を通って挿入される。絶縁リング３３５は、支持リング３６０上に配置されて、その周辺縁３６２に接触する。次に、ディスク３３０は、ディスク３３０の周辺縁３３２が絶縁リング３３５上に位置するように絶縁リング３３５上に配置される。ツェナーダイオード７００の正の面７２０はエンドキャップ３２５の内部表面へ接続される。次に、エンドキャップ３２５の周辺縁３２７がディスク３３０の周辺縁３３２上に載るようにエンドキャップ３２５がディスク３３０上に配置される。次に、サブアセンブリは、その中に含まれる絶縁グロメット３７５と共に、ケーシング３８０に挿入される。次に、ケーシング３８０の端部３８０（ａ）及びグロメット３７５の端部３７５（ａ）が、サブアセンブリ及びその構成要素が堅固かつ恒久的に所定場所に保持され、グロメット３７５及び周りのケーシング３８０によって密封されるように、エンドキャップ３２５の周辺縁３２７上でクリンプされる。
【００２８】
アセンブリ３２０は、図８に示すように、例えば、リチウムイオン円筒形電池のような充電可能な円筒形電池４００に挿入可能である。アセンブリ３２０のエンドキャップ３２５は、電池の端部から突出し、一般に正の端子である電池端子を形成する。同様に、図４に示すように、アセンブリ３２０は、例えば直方体状リチウムイオン電池５００のように、充電可能な直方体状電池に挿入可能である。この種の用途において、エンドキャップ３２５は電池の端部から突出し、一般に正の端子である電池端子の１つを形成する。円筒形又は直方体状電池が用いられるいずれの場合にも、電池は、随意に追加電流遮断アセンブリ、すなわち、上述の電流遮断アセンブリ２２０を含むことができる。２つを別々に収納することにより、独立構造型電流遮断アセンブリは、相互に独立して自己作動化する２つの熱感応電流遮断システムを電池に提供する。
【００２９】
内部に両方の電流遮断アセンブリ２２０及び３２０を含む電池４００を図８に示す。図８に示す両方の電流遮断アセンブリ２２０及び３２０は、「オン」位置、即ち、電極２１１から端子エンドキャップ３２５へ電流が正常に流れることを可能にする位置に在る。電池４００がこの種の作動モードにある場合には、電池電極の１つ、例えば電極２１１と電池端子３２５の間に電気通路が存在する。正常作動状態において、電流は電極２１１から接続タブ２８７（ａ）、アセンブリ２２０のケーシング２８０、接触プラグ２９５、エンドキャップ２３０、次に、コネクタタブ２８７（ｂ）へ流れる。電流はコネクタタブ２８７（ｂ）からアセンブリ３２０の下側本体３７０へ流れる。次に、電流は、本体３７０から支持リング３６０、ディスク３３０の弾性アーム３３４、ディスク３３０から端子エンドキャップ３２５へ流れる。万一電池内部温度が所定値に達した場合には、熱感応弾性部材２５５が下方に向かって曲がり、それによって、部材２５５と接触プラグ２９５の間の電気接続を遮断する。これは、電極２１１と端子エンドキャップ３２５の間の電気通路の遮断を実施し、電池を作動停止する。同様に、電池の内部温度が別の所定値に達すると、アセンブリ３２０の熱感応部材３５０（又は３５２）は図６に示す位置に向かって上向きに曲がる。部材３５０の上向き運動はプラスチック製ロッド３４０を、ディスク３３０のフレキシブルかつ弾性あるアーム３３４に対して上向きに動かす。これは、弾性アーム３３４に支持リング３６０との接触を遮断させ、それによって電極２１１と端子エンドキャップ３２５の間の電気通路を切断する。電池の内部温度が極めて迅速に上昇した場合には、アセンブリ２２０の熱感応部材２５５とアセンブリ３２０の熱感応部材３５０（又は３５２）の両方が作動化され、電極２１１と端子エンドキャップ３２５の間の電気通路を２つの場所で無理なく同時に遮断する。これは、確実に電池を即時作動停止させて、安全性を強化し、２つの熱感応部材のうちの１つが動作不良であっても電池は作動停止する。
【００３０】
その代りに、電池内の気体圧力が上昇して所定値を超過すると、アセンブリ３２０のダイアフラム３７２が上向きに曲がり、プラスチック製ロッド３４０を弾性アーム３３４に対して上向きに動かし、弾性アーム３３４に支持リング３６０との接触を遮断させる。これは、結果的に、電極２１１と端子エンドキャップ３２５の間の電気通路遮断を実施し、それによって電池を作動停止する。ダイアフラム３７２は電池内部の圧力だけに感応し、必然的に、電池の内部温度とは無関係に作動化される。従って、電池内の気体圧力が電池温度に関係なく所定値に達した場合に、電池が作動停止することを圧力作動ダイアフラム３７２が保証する。
【００３１】
図２及び３に示す電流遮断アセンブリの一実施形態において、内側へ伸延している弾性部材２５５を備えた熱感応ディスク２５０又はディスク３５０又は図６及び図７に示すディスク３５２は形状記憶合金から成ることが望ましい。形状記憶合金は、例えばニッケル・チタン（Ｎｉ−Ｔｉ）、銅・亜鉛・アルミニウム（Ｃｕ−Ｚｎ−Ａｌ）、及び、銅・アルミニウム・ニッケル（Ｃｕ−Ａｌ−Ｎｉ）のような公知の記憶合金グループの中から選択可能である。ただし、形状記憶合金ディスク２５０、又は、ディスク３５０又は３５２として最も望ましい合金はニッケル・チタン合金であることが判明した。好ましいニッケル・チタン記憶合金は、Ｓｐｅｃｉａｌ  Ｍｅｔａｌｓ社からＮＩＴＩＮＯＬ合金の商標で入手可能である。ディスク２５０、又は、ディスク３５０又は３５２の弾性部材２５５はリセット可能記憶合金、即ち、加熱すると変形するが、周囲温度まで冷却すると、外力をかけることなしに、元の形状に戻る合金であっても差し支えない。ただし、形状記憶合金は周囲温度ではリセット可能でないこと、すなわち、その活性化温度まで加熱されると不可逆的に変形することが望ましい。これは、一旦、電池内部が過度の加熱状態を引き起こすと、その電池は再び作動可能にならないことを保証する。従って、ディスク２５０、３５９、又は、３５２は、一旦、作動化されるとリセット不可能なＮＩＴＩＮＯＬ合金を用いて作られることが好ましい。好ましい記憶ディスク２５０は、これから内向きにフレキシブルな部材２５５が突き出た円形周辺縁２５８を備えたＮＩＴＩＮＯＬ合金の単体として便利に作成可能である。フレキシブル部材２５５は、折り曲げ線２５５（ａ）によって内側脚２５５（ｃ）から分離された上向きに折れた外側脚２５５（ｄ）を用いて作成された矩形であることが便利である（図２及び３）。弾性部材２５５は、幅が約２ないし５ｍｍ、長さが３ないし８ｍｍ、厚さが約０．０５ないし０．５ｍｍであることが望ましい。温度が約６０°Ｃないし１２０°Ｃである場合に、脚２５５（ｄ）は、折り曲げ線２５５（ａ）に沿って下方に向かって曲がり、部材２５５と接触プラグ２９５の間の接触の遮断を引き起こす。ディスク２５０の直径は約５ないし１５ｍｍの間であることが望ましい。
【００３２】
この種の活性化効果を達成するために、記憶ディスク２５０及び弾性部材２５５の厚さは、前記部材の抵抗が約５ミリオーム未満であれうような表面部分を備えた約０．０５ないし０．５ｍｍの範囲内にあることが有利であることが判明した。前記形状は、正常作動中にその厚さを貫いて電流が流れる場合に、ディスク２５０の全抵抗を減少させるために厚さを減少させ、良好な接触部分をもつことを可能にするので、ディスク２５０のための前述の形状、すなわちフレキシブル部分２５５がそこから内向きに突き出した円形周辺縁を備えた中空ディスクであることが望ましい。形状記憶部材２５５は約８％を超過する変形歪みを持たないことが望ましい。曲げ角度は約１０ないし３０度であることが望ましい。即ち、端部２５５（ｂ）はディスクの平面から約１０ないし３０度の角度で上向きに曲げられる。これは、活性化温度に達すると、記憶部材２５５が接触プラグ２９５から遠のく方向に偏向し、平らになることを可能にする。リチウムイオン電池用に使用する場合には、記憶ディスクに関する前述の好ましい設計では、電池の連続作動状態における電流ドレーンが最大５アンペアであるような全抵抗５ミリオームが結果として得られる。
【００３３】
図６及び７に示す電流アセンブリ実施形態において、熱感応部材は、曲がった円形ディスク３５０の形、又は、薄い曲がった細長いスラブ形にディスク、又は、平行六面体３５２の形で、形状記憶合金、上述したように好ましくはＮＩＴＩＮＯＬ合金によって有利に作ることができる。（ディスク３５２が薄く細長いスラブの形である場合には、卵形であるか、或いは、１つ又は複数対の平行でない対面する縁を持つ形状であり得る。）ディスク３５０又は３５２は、望ましくは約６０℃ないし１２０℃の所定温度に曝した場合、不可逆変形するように作成されることが好ましい。電池の内部温度が所定値を越えた場合には、ディスク又はスラブの湾曲は反転するか、又は、平らになり、プラスチックロッド３４０にディスク３３０の弾性アーム３３４を押圧させる。これは、結果として、上述したように電流を遮断するために、ディスク３３０と金属支持リング３６０との間の電気接触の遮断を引き起こす。熱感応ディスク３５０又は３５２は、その代りに、バイメタル構成、即ち、熱膨張係数の異なる類似しない金属の２つの層による構成であっても差し支えない。バイメタル構成が用いられる場合には、バイメタルディスク３５０又はスラブ３５２の最上層（エンドキャップ３２５に最も近い層）は、好ましくはニッケル・クロム合金のような高熱膨張金属で構成されても差し支えなく、下に在る層又は底部層は好ましくはニッケル・鉄合金のような低熱膨張金属で構成されても差し支えない。他の適当なバイメタル合成はニッケルとチタンである。この種の実施形態において、ディスク３５０（又は、ディスク３５２）は、電池温度が少なくとも６０℃まで上昇した場合に作動化し、一般に、約６０℃ないし１２０℃の電池温度で作動化可能である。ディスク３５０又は３５２は、−２０℃以下の温度を除き、リセットされることのないように、高熱膨張金属層及び低熱膨張金属層を選定することも可能であり、従って、ほとんどの用途において、この種デバイスは単一作動サーモスタットデバイスとして使用される。
【００３４】
電流遮断アセンブリ２２０（図２及び３）において、ケーシング２８０は、強度と耐腐食性を強化するために、アルミニウム、ステンレス鋼、又は、チタンで形成してもよい。ケーシング２８０の肉厚は約０．１ｍｍないし０．５ｍｍであることが望ましい。ケーシング２８０、及び、従ってアセンブリ２２０の直径は約３ないし１５ｍｍであることが望ましく、一般に、直径は約３ないし８ｍｍのあり、深さは約１ないし１０ｍｍであり、一般に、約１ないし３ｍｍである。この種の全寸法であるアセンブリ２２０は、電池容量を著しく減少させるか、又は、電流遮断機能を損なうことなしに、全厚さが約３ないし６ｍｍである非常に薄い直方体状電池に挿入可能である。
【００３５】
内部絶縁リング２９０は、圧縮強度及び温度安定性が比較的高い耐食性サーモプラスチック材料から成ることが望ましい。絶縁リング２９０用の好ましい物質はＣｅｌａｎｅｓｅ  Ｃｏ．から商標ＶＥＣＴＲＡポリマとして入手可能な液晶ポリマ、又は、商標ＶＡＬＯＸポリマとしてＧｅｎｅｒａｌ  Ｅｌｅｃｔｒｉｃ  Ｐｌａｓｔｉｃｓ社から入手可能なポリエステルである。接触プラグ２９５は、エンドキャップ２３０の下面に容易に溶接可能な冷間圧延鋼又はステンレス鋼で形成されることが望ましい。接触プラグ２９５は、その接触抵抗を小さくするために、銀のような貴金属でめっきしても差し支えない。エンドキャップ２３０は、強度及び耐食の観点から必要な組合わせを提供するためにステンレス鋼、アルミニウム、又は、チタンで形成されることが望ましく、全直径は約３ないし１５ｍｍの間、一般に約４ないし８ｍｍの間であり、全深さは約１ｍｍ以下、一般に約０．１ないし１ｍｍの間であることが望ましい。絶縁グロメット２７５は、厚さが約０．１ないし０．５ｍｍの間、全直径が約３ないし１５ｍｍの間、好ましくは約４ないし８ｍｍの間であることが望ましい。グロメット２７５は、電解質に対して不活性であり、ケーシング２８０とアセンブリ２２０の内部構成要素との間に良好な密封性を提供するに充分な弾性を備えた、例えば高密度ポリプロピレンのような耐久性も弾性もある耐食サーモプラスチック材料で形成しても差し支えない。
【００３６】
電流遮断アセンブリ３２０（図６及び７）において、ケーシング３８０は、強度と耐食性の観点から、ステンレス鋼、又は、ニッケルめっきした冷間圧延鋼によって形成されても差し支えない。ケーシング３８０の肉厚は約０．１ｍｍないし０．５ｍｍの間であることが望ましい。ケーシング３８０、ひいてはアセンブリ３２０は、直径又は全幅が約４ないし１５ｍｍ、一般に約４ないし８ｍｍの間であり、深さが約１ないし１０ｍｍ、一般に約３ないし６ｍｍの間であることが好ましい。この種の全寸法のアセンブリ３２０は、全厚さが約６ないし２０ｍｍの直方体状電池、又は、直径が約５ないし２０ｍｍの円筒形電池に、電池容量又は電流遮断機能を著しく低下させることなく挿入できる。エンドキャップ３２５は、一般に、全直径が約４ないし１５ｍｍであり、全深さが約０．１ないし１ｍｍである。エンドキャップ３２５は、十分な強度及び耐食性を提供するために、ステンレス鋼又はニッケルめっき冷間圧延鋼で形成しても差し支えない。フレキシブル導電ディスク３３０は、直径が約４ないし１５ｍｍ、厚さが約０．１ないし０．５ｍｍであることが望ましい。それは、その接触抵抗を下げるために例えば金又は銀のような貴金属でめっきした、例えばベリリウム―銅合金又はスプリング鋼のような良好な導電率と強度を備えた弾性金属材料で構成されることが望ましい。ディスク３３０の弾性アーム３３４は、矩形であり、幅が約２ないし５ｍｍ、長さが約３ないし８ｍｍ、厚さが約０．１ないし０．５ｍｍであることが望ましい。
【００３７】
絶縁リング３３５は、圧縮強度及び温度安定性が比較的高い耐食性サーモプラスチック材料で構成されることが望ましい。絶縁リング３３５用として好ましい材料は、Ｃｅｌａｎｅｓｅ社からＶＥＣＴＲＡポリマという商標で入手可能な液晶ポリマ、又は、Ｇｅｎｅｒａｌ  Ｅｌｅｃｔｒｉｃ  Ｐｌａｓｔｉｃｓ社からＶＡＬＯＸポリマと称して入手可能なポリエステルである。可動ロッド３４０は、直径又は幅が約１ないし３ｍｍ、長さが１ないし５ｍｍである。ロッド３４０は本質的に非導電性（高抵抗率材料で形成される）であり、例えば１２０°Ｃ以上の高温度に曝されても熱的に安定していなければならない。ロッド３４０用の好ましい材料は、Ｃｅｌａｎｅｓｅ社からＶＥＣＴＲＡポリマの商標で入手可能な液晶ポリマである。金属支持リング３６０は、直径が約４ないし１５ｍｍ、好ましくは約４ないし８ｍｍ、厚さが約０．１ないし１ｍｍであることが望ましい。支持リング３６０は、十分な強度を提供するために、ステンレス鋼又は冷間圧延鋼から容易に形成可能である。この種材料は、接触抵抗を下げるために金又は銀のような貴金属でめっきしても差し支えない。カップ形本体３７０の深さは約１ないし３ｍｍであることが望ましい。望ましくはカップ形本体３７０の基礎を形成する圧力作動ダイアフラム３７２は、直径が約４ないし１５ｍｍ、肉厚が約０．１ないし０．５ｍｍである。カップ形本体３７０及びダイアフラム３７２は、アルミニウムから容易に形成可能であり、アルミニウムは高い圧力差にさらされると容易かつ恒久的に変形する。絶縁グロメット３７５は、厚さが約０．１ないし０．５ｍｍ、全直径が約４ないし１５ｍｍであることが望ましい。グロメット３７５は、例えば、電解質に対して不活性であり、ケーシング３８０とアセンブリ３２０内部構成要素との間に良好な密封性を提供する高密度ポリプロピレンのような耐久性も弾性もある耐食サーモプラスチック材料で形成することができる。
【００３８】
本発明は好ましい実施形態に関して記述したが、本発明のコンセプトから逸脱することなしに記述した実施形態の改造が可能であることを理解されたい。従って、本発明が、特定の実施形態に限定されることなく、特許請求の範囲とその均等範囲によって定義されることを意図するものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】    完全に直方体状電池内に配置された本発明の電流遮断アセンブリの一実施形態を示す一部切欠斜視図である。
【図２】    図１に示す電池及び電流遮断アセンブリの縦断面図である。
【図３】    図１及び２に示す電流遮断アセンブリの構成要素の分解斜視図である。
【図４】    電池の一端部から突出した状態を示す電流遮断アセンブリの他の一実施形態を伴った直方体状電池の斜視図である。
【図５】    図４に示す電流遮断アセンブリの同じ実施形態を伴った円筒形電池の斜視図である。
【図６】    図４及び５に示す電流遮断アセンブリの縦断面図である。
【図７】    図４、５及び６に示す電流遮断アセンブリの分解斜視図である。
【図８】    図２及び６に示す電流遮断アセンブリの実施形態を含む円筒形電池の縦断面図である。
【図９】    ダイオードサブアセンブリ用卵形ディスク形状構成の斜視図である。
【図１０】    ダイオードサブアセンブリ用矩形ディスク形状構成の斜視図である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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