(57)【要約】  モジュール式電流遮断デバイス（10）は、導電性破裂板（12)、破裂板（12）に取り付けられて電気経路を形成する導電性圧力板（14）を含む。電気絶縁性リング（16）は、破裂板（12）の周囲を圧力板（14)の周囲から仕切り、設置部材（18）は、電気的に絶縁されたリング（16）を圧力板（14)に固定する。少なくとも1つの破裂板（12）と電気絶縁性リング（16）がコンジットを画定し、ここで、圧力板（14）の一側面が該コンジットを介して充分な力に曝露されると、破裂板（12）からの圧力板（14）の分離が引き起こされ、それにより、電気経路が断絶される。
2012513098.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
a）導電性破裂板；
b）破裂板に取り付けられて電気経路を形成する導電性圧力板；
c）破裂板の周囲を圧力板の周囲から仕切る電気絶縁性リング；および
d）電気絶縁性リングを圧力板に固定する設置部材
を含み、
ここで、破裂板の少なくとも1つと電気絶縁性リングがコンジットを画定し、圧力板の一側面がコンジットを介して充分な力に曝露されると、破裂板からの圧力板の分離が引き起こされ、それにより、電気経路が断絶される、
電池用のモジュール式電流遮断デバイス。
【請求項２】
設置部材が導電性であり、圧力板に電気的に接続される、請求項１記載の電流遮断デバイス。
【請求項３】
破裂板と電気絶縁性リングが一緒になってコンジットを画定する、請求項１記載の電流遮断デバイス。
【請求項４】
破裂板が、電気絶縁性リングとともに締まりばめを形成する複数の保持点を含む、請求項３記載の電流遮断デバイス。
【請求項５】
破裂板の周囲が多角形である、請求項４記載の電流遮断デバイス。
【請求項６】
多角形が保持点を画定する、請求項５記載の電流遮断デバイス。
【請求項７】
多角形が10辺〜20辺を有する、請求項５記載の電流遮断デバイス。
【請求項８】
多角形が14辺を有する、請求項７記載の電流遮断デバイス。
【請求項９】
コンジットが一部、破裂板の周囲によって画定される、請求項３記載の電流遮断デバイス。
【請求項１０】
破裂板の周囲が傾斜を有する、請求項９記載の電流遮断デバイス。
【請求項１１】
破裂板の周囲が二重傾斜を含む、請求項９記載のモジュール式電流遮断デバイス。
【請求項１２】
傾斜の少なくとも1つの角度が約40度〜約55度の範囲である、請求項１１記載のモジュール式電流遮断デバイス。
【請求項１３】
傾斜の少なくともの角度が約47度である、請求項１２記載のモジュール式電流遮断デバイス。
【請求項１４】
両方の傾斜の角度が約47度である、請求項１３記載のモジュール式電流遮断デバイス。
【請求項１５】
電気絶縁性リングが、その周縁に端縁を画定し、ここで、端縁が破裂板の周縁に重なる、請求項３記載のモジュール式電流遮断デバイス。
【請求項１６】
破裂板が破裂板の周縁に溝を画定し、ここで、絶縁性リングの端縁が破裂板と該溝において重なる、請求項１５記載のモジュール式電流遮断デバイス。
【請求項１７】
絶縁性リングの端縁の表面が破裂板の表面と本質的に同一平面上である、請求項１６記載のモジュール式電流遮断デバイス。
【請求項１８】
電気絶縁性リングが、破裂板と一緒にコンジットの少なくとも一部分を画定する少なくとも1つのチャネルを画定する、請求項３記載のモジュール式電流遮断デバイス。
【請求項１９】
チャネルが、電気絶縁性リングによって画定される円の接線に対して本質的に垂直な主軸を有する、請求項１８記載のモジュール式電流遮断デバイス。
【請求項２０】
破裂板、圧力板および設置部材がアルミニウムである、請求項１記載のモジュール式電流遮断デバイス。
【請求項２１】
電気絶縁性リングがポリマーを含む、請求項１記載のモジュール式電流遮断デバイス。
【請求項２２】
破裂板が、少なくとも1つのコンジットを画定する、請求項１記載のモジュール式電流遮断デバイス。
【請求項２３】
電気絶縁性リングが該リングの周縁に少なくとも1つのコンジットを画定し、ここで、圧力板の円錐台形部材と電流遮断デバイスの外表面の間に流体による連絡が存在する、請求項１記載のモジュール式電流遮断デバイス。
【請求項２４】
圧力板が円錐台形部材を含む、請求項１記載のモジュール式電流遮断デバイス。
【請求項２５】
圧力板が、さらに遠位表面および周縁基部を含み、高部表面が円錐台形部材によって周縁基部に連結されており、破裂板が高部表面で圧力板に電気的に接続されている、請求項２４記載のモジュール式電流遮断デバイス。
【請求項２６】
圧力板が少なくとも1つの点で破裂板に電気的に接続されている、請求項２５記載のモジュール式電流遮断デバイス。
【請求項２７】
該点が溶接部を含む、請求項２６記載のモジュール式電流遮断デバイス。
【請求項２８】
設置部材が導電性である、請求項１記載のモジュール式電流遮断デバイス。
【請求項２９】
圧力板が設置部材と電気的に連絡している、請求項２８記載のモジュール式電流遮断デバイス。
【請求項３０】
設置部材が、設置デバイスの周縁でクリンプによって電気絶縁性リングを圧力板に固定する、請求項２９記載のモジュール式電流遮断デバイス。
【請求項３１】
設置部材が設置部材コンジットを画定する、請求項１記載のモジュール式電流遮断デバイス。
【請求項３２】
破裂板がコンジットを画定する、請求項１記載の電流遮断デバイス。
【請求項３３】
破裂板に対向する圧力板の表面に印加されたゲージ圧が約4kg/cm2〜約9kg/cm2または約7kg/cm2〜約9kg/cm2の範囲である場合に破裂板と圧力板の間の電気的に連絡が断絶される、請求項１記載のモジュール式電流遮断デバイス。
【請求項３４】
電流遮断デバイスを含む電池であって、該電流遮断デバイスが、
a）導電性破裂板；
b）破裂板に取り付けられて電気経路を形成する導電性圧力板；
c）破裂板の周囲を圧力板の周囲から仕切る電気絶縁性リング；および
d）電気絶縁性リングを圧力板に固定する設置部材
を含み、
ここで、破裂板の少なくとも1つと電気絶縁性リングがコンジットを画定し、圧力板の一側面がコンジットを介して充分な力に曝露されると、破裂板からの圧力板の分離が引き起こされ、それにより、電気経路が断絶される、電池。
【請求項３５】
モジュール式電流遮断デバイスが電池の蓋の凹部に存在し、該凹部が該蓋の開口部を画定する、請求項３４記載の電池。
【請求項３６】
モジュール式電流遮断デバイスが電池の正端子の部材である、請求項３５記載の電池。
【請求項３７】
電池の正端子の少なくとも1つの導線がモジュール式電流遮断デバイスの破裂板と電気的に連絡している、請求項３６記載の電池。
【請求項３８】
電池がリチウムイオン系電池である、請求項３７記載の電池。
【請求項３９】
a）圧力板と設置部材を合わせる工程；
b）破裂板と電気絶縁性リングを合わせる工程；
c）合わせた圧力板と設置部材、および合わせた破裂板と電気絶縁性リングを組み立てる工程；ならびに
d）圧力板への破裂板のレーザーまたは抵抗スポット溶接により両者間に電気経路を形成する工程
を含む、モジュール式電流遮断デバイスの形成方法。
【請求項４０】
a）圧力板と設置部材を合わせる工程；
b）破裂板と電気絶縁性リングを合わせる工程；
c）合わせた圧力板と設置部材、および合わせた破裂板と電気絶縁性リングを組み立てる工程； 
d）圧力板への破裂板のレーザーまたは抵抗スポット溶接により両者間に電気経路を形成する工程；ならびに
e）モジュール式電流遮断デバイスを電池の蓋の凹部内に配置する工程、ここで、該凹部は蓋の開口部を画定する、
を含む、電池の形成方法。
【請求項４１】
設置部材を該蓋に、該蓋の凹部で接合する工程をさらに含む、請求項４０記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
関連出願
本願は、2008年12月19日に出願された米国特許仮出願第61/203,157号、2009年4月3日に出願された米国特許仮出願第61/166,580号の恩典を主張する。上記出願の全教示は、参照により本明細書に援用される。
【背景技術】
【０００２】
発明の背景
携帯型電子機器におけるLiイオン電池は、通常その用途に基づいて、異なる充電、放電および蓄電作業を受ける。Liイオンセル化学を使用する電池は、確立された安全限界を超えて電気的に過充電される場合にガスを発生することがある。このガスは、圧力作動安全装置を作動させて信頼性および安全性を向上させるために使用され得る。電流遮断デバイス（CID）は、通常、電池の内圧が規定値よりも大きくなった場合に、電池の電流路を遮断することによって、電池内の任意の過剰な内圧の増加に対して保護を施すために使用される。CIDは通常、それぞれが互いに電気的に連絡している破裂板(rupture disc)および圧力板を備える。該破裂板および圧力板は、電池の電極および端子のそれぞれと電気的に連絡している。該圧力板は、電池内の圧力が所定値よりも高くなる場合に、CIDの破裂板から離れ（例えば、変形し、または分離され）、それにより電極と端子間の電流フローが遮断される。
【０００３】
しかしながら、一般的に、当該技術分野で公知のCIDは、比較的高い圧力、例えば、約15kg/cm2よりも高い内部ゲージ圧で作動する。通常、任意の過剰な内圧の増加によりかかるCIDの作動が引き起こされると、電池内部の温度も比較的高くなり、さらなる安全性の問題が生じる。高温は、特別な関心ごとである。
【０００４】
さらに、CIDは通常、電池の残りの部分の製造と組み合わせて製造され、適切な圧力での作動を確実にするために変動に対する許容を低くすることが必要とされる。いくつかの設計において、通常、電池のタブとゼリーロールの溶接に利用可能な表面積は、ガス圧力コンジットを設ける必要があるために制限される。板内のガス圧力コンジットは、ゼリーロールから破裂板へのタブの溶接の際にふさがれてはいけない少なくとも1つのスルーホールを含むことがある。
【０００５】
そのため、電池、特に比較的大きなリチウムイオン電池のCIDに関して、前述の課題を低減するかまたは最小限にする必要がある。
【発明の概要】
【０００６】
発明の概要
一般的に、本発明は、モジュール式(modular)電流遮断デバイス、本発明のモジュール式電流遮断デバイスを備える電池、および本発明のモジュール式電流遮断デバイスの形成方法に関する。
【０００７】
該モジュール式電流遮断デバイスは、電気経路を形成する導電性破裂板および該破裂板に連結された導電性圧力板を備える。絶縁リングは、該破裂板の周辺部と圧力板の周辺部を仕切る。電流遮断デバイスの設置部材（seating element）は、絶縁リングを圧力板に固定する。破裂板と絶縁リングの少なくとも1つにコンジットが設けられ、それにより圧力板の一方の面がコンジットを通った充分な圧力に曝露され、圧力板と破裂板が離れて電気回路が遮断される。
【０００８】
別の態様において、本発明は、モジュール式電流遮断デバイスを備える電池であり、該電流遮断デバイスは、電気経路を形成する導電性破裂板および該破裂板に連結された導電性圧力板を備える。絶縁リングは、破裂板の周辺部と圧力板の周辺部を仕切る。電流遮断デバイスの設置部材は、絶縁リングを圧力板に固定する。破裂板と絶縁リングの少なくとも1つにコンジットが設けられ、それにより圧力板の一方の面がコンジットを通った充分な圧力に曝露されると、圧力板と破裂板が分離されて電気経路が遮断される。
【０００９】
さらに別の態様において、モジュール式電流遮断デバイスの形成方法は、圧力板と電流遮断デバイスの設置部材を合わせる工程、および破裂板と絶縁リングを合わせる工程を含む。その後、合わされた圧力板と設置部材、および合わされた破裂板と絶縁リングを集合させて、破裂板を圧力板にレーザー溶接または抵抗スポット溶接して、その間に電気経路を形成する。
【００１０】
本発明は多くの利点を有する。例えば、モジュール式電流遮断デバイスは、リチウムイオン電池とは別々に製造されるので、電池の製造コストが大きく低減され、該モジュール式CIDを適用し得る用途の種類が増える。さらに、該モジュール式CIDは、従来の典型的な電流遮断デバイスに比べて大きく増加したタブとセルゼリーロールの溶接のための表面積を含み、その結果、製造時の電池生産量が大きく増加する。また、特定の態様において、圧力板と絶縁リングの両方にコンジットが設けられるので、圧力板に、気体を通すスルーホールを設ける必要がなくなり、タブとセルゼリーロールの溶接時にホールが塞がれる可能性がなくなる。また、本発明のモジュール式電流遮断デバイスは、例えば円形にすることで少なくとも一方向において不偏になり得るので、集合時に電流遮断デバイスを方向付ける必要がなくなる。それにより、製造時の誤りおよびその結果の品質管理時の廃棄の可能性が大きく低下する。一態様において、破裂板上の傾斜エッジに溝が設けられ、破裂板を電流遮断デバイスの絶縁リングに機械的に固定する手段が設けられ、それにより、破裂板にスルーホールを設けてガス圧を圧力板に伝える必要がなくなる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】図1は、本発明のモジュール式電流遮断デバイスの一態様の断面図である。
【図２】図2Aおよび2Bは、図1のモジュール式電流遮断デバイスの導電性破裂板構成要素の平面図および断面図のそれぞれである。
【図３】図3Aおよび3Bは、図1のモジュール式電流遮断デバイスの導電性圧力板構成要素の平面図および断面図のそれぞれである。
【図４】図4A、4Bおよび4Cは、図1のモジュール式電流遮断デバイスの絶縁リング構成要素の一態様の、透視図、断面図および平面図である。
【図５】図5は、ラインV-Vに沿って得られた図1のモジュール式電流遮断デバイスの部分断面図である。
【図６】図6Aおよび6Bは、図1のモジュール式電流遮断デバイスの設置部材構成要素の断面図および平面図のそれぞれである。
【図７】図7Aから7Dは、本発明のモジュール式電流遮断デバイスの一態様を製造するための本発明の一方法における工程を示す。
【図８】図8A、8Bおよび8Cは、角柱状の電池の蓋の外観図、断面図および内部面の図であり、該蓋に固定されたモジュール式電流遮断デバイスを示す。
【図９】図9は、本発明の角柱状電池の断面図であり、蓋を所定の位置に設置した本発明の電流遮断デバイスも断面で示す。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
発明の詳細な説明
前述のことは、添付の図面に図示されるように、本発明の例示的態様の以下のより具体的な記載から明白であろう。図面において、同様の参照記号は異なる図面を通じて同じ部分を参照する。図面は同じ縮尺であるとは限らず、本発明の態様の説明を強調する。
【００１３】
一般的に、本発明は、リチウムイオン電池などの電池、特に角柱状（prismatic）リチウムイオン電池のためのモジュール式電流遮断デバイスに関する。別の態様において、本発明はモジュール式電流遮断デバイスを備えた電池である。さらに別の態様において、本発明はモジュール式電流遮断デバイスの製造方法である。
【００１４】
本明細書で使用する場合、本発明の電池の「端子」は、外部電気回路が接続される電池の部分または表面を意味する。また、本明細書で使用する場合、句「電気的に接続」または「電気的に連絡」または「電気的に接触」は、電解質を通るLi+などのイオンの流れに関連する電気化学的な連絡とは反対に、特定の部分が、導電体を通る電子の流れによって互いに連絡されていることを意味する。
【００１５】
図1は、モジュール式電流遮断デバイス10の一態様の断面図であり、導電性破裂板12、導電性圧力板14、絶縁リング16および設置部材18を備える。
【００１６】
図2Aおよび2Bに示すように、導電性破裂板12は、中心凹部11、13を含み、そのそれぞれは独立して約0.16mm〜約0.26mmの範囲の深さ、約2.95mm〜約3.05mmの範囲の幅を有する。導電性破裂板12は、図2Aに示すように、多角形である。図2Aには14の面を有するものを示すが、通常、導電性破裂板12は、約10個〜約20個の辺48を有し得る。導電性破裂板12の面48は交差して、保持点50が設けられる。任意にまたは代替的に、破裂板12は、排出スルーホールを含むが示さない。破裂板12の傾斜エッジ20、22は、破裂板12の主平面に対して、通常約40°〜55°の範囲の角度を有する。好ましくは、傾斜エッジ20、22の角度は、約45°〜約49°の範囲であり、最も好ましくは約47°である。通常、破裂板12は、約6mm〜約16mmの範囲の外径Dおよび約0.3mm〜0.7mmの範囲の厚さTを有する。好ましくは、破裂板12は約11mmの直径および約0.5mmの厚さを有する。凹部11、13での破裂板12の厚さは、一般的に約0.065mm〜好ましくは約0.085mmの範囲である。破裂板12は、適切な材料で製造される。適切な材料の例としては、アルミニウム、ニッケルおよび銅が挙げられる。適切な材料の例としては、アルミニウム3003シリーズ、例えばアルミニウム3003 H-0またはH-14シリーズ、好ましくはH-14シリーズが挙げられる。
【００１７】
再度図1を参照すると、導電性圧力板14は、溶接部24、26で導電性破裂板12に連結されている。任意に、導電性圧力板14は、溶接部を伴わずに、1つの溶接部でまたは3つ以上の溶接部で導電性破裂板12に接続され得る。通常、溶接部はスポット溶接である。好ましくはスポット溶接は、互いに離れている。特定の好ましい態様において、スポット溶接としてはアルミニウムが挙げられる。
【００１８】
本発明のモジュール式電流遮断デバイスには導電性圧力板の他の構成が使用されてもよいが、好ましくは、図3Aおよび3Bに示すように、導電性圧力板14は、錐台部（frustum）28を含む。錐台部28は、第一端30および第二端32を有する。第一端30は、第二端32よりも広い直径を有する。導電性圧力板14はまた、錐台部28の第一端30の周辺部から放射状に広がった基部34を含む。キャップ36が錐台部28の第二端32を封入している。本明細書で使用する場合、用語「錐台部」は、実直円錐（すなわち、直角三角形の1つの肢を軸にして直角三角形を回転させることで得られる中実体）の基底壁部分（底部端および上部端を除く）の上部を遮断したものを意味する。一態様において、キャップ36は、実質的に平坦である。
【００１９】
本明細書で使用する場合、用語「実質的に平坦またはキャップ」は、潜在的に1つ以上の点で別の平坦な表面に接触し得るように平面に充分に似ている表面を意味し、該表面はスポット溶接などの適切な手段により融合され得る。いくつかの態様において、図1のように、圧力板14の製造によりまたはモジュール式電流遮断デバイス10を形成するための組み立てにより（例えば、導電性破裂板12と導電性圧力板14の溶接により）解離が起こったとしても、キャップ36は実質的に平坦であると見なされる。
【００２０】
ピンを形成すると、圧力板14上の36キャップと破裂板12上のコイン形状部11の両方は同時に変形する。次に、圧力板14は、破裂板12に連結されて、導電性経路が形成される。好ましくは、圧力板14および破裂板12は、1〜約6の範囲のいくつかの溶接スポット位置、例えば2つの溶接スポットと共にスポット溶接される。好ましくは、レーザー溶接が使用される。好ましくは、レーザー溶接装置は、複数の反復レーザーパルスにより連続して迅速に各溶接スポットにあたるように設定される。それぞれの反復レーザーパルスのエネルギーは、1つの溶接スポット中の全ての反復レーザーパルスの合わされたエネルギーが圧力板14および破裂板12のアルミニウムを局所的に溶融するのに充分となるように調節され、それにより溶接スポット中でそれらは金属的に結合される。多重の反復レーザーパルスを使用することの利点は、それぞれの溶接スポットに提供される全エネルギーの変動が有意に小さくなり、それにより高出力の1つのレーザーパルスを使用した場合と比べて、スポット溶接強度の変動が小さくなる。
【００２１】
好ましくは、キャップ36および/または基部34のそれぞれは、独立して約0.05mm〜約0.5mm、例えば約0.05mm〜約0.3mm、約0.05mm〜0.2mm、約0.05mm〜約0.15mmの範囲（例えば約0.127mm）または約5ミリインチの材料の厚さを有する（図3B中参照記号「d」で示される）。
【００２２】
好ましくは、キャップ36の直径（図3Aおよび3B中参照記号「b」で示される）は、約2mm〜約10mm、より好ましくは5mm〜約10mm、さらに好ましくは約5mm〜約10mm、さらにより好ましくは約5mm〜約8mm（例えば約0.20インチ〜0.25インチ）の範囲、例えば約5.5mm（または約0.215インチ）である。
【００２３】
好ましくは、基部34からキャップ36までの高さ（図3B中参照記号「c」で示される）は、約0.5ミリメートル〜約1ミリメートル、より好ましくは約0.55ミリメートル〜約0.65ミリメートルの範囲、例えば約0.596ミリメートル（または約0.024インチ）である。
【００２４】
好ましくは、錐台部28は、基部34と平行な面に対して約15°〜約25°、例えば約18°〜約23°、または約19°〜約21°の範囲の角度を有する。より好ましくは、錐台部28は、基部34に平行な面に対して約21°の角度を有する。好ましくは、錐台部28は、約1:1.20〜約1:1.35、例えば約1:1.23〜約1:1.28の範囲の第2端32に対する第1端30の直径比（すなわち、図3Bにおける「b」対「a」の比）を有する。
【００２５】
再度図1を参照すると、導電性破裂板12に接触した導電性圧力板14の表面にかけられた内部ゲージ圧が約4kg/cm〜約10kg/cm2、例えば約4kg/cm2〜約9kg/cm2、約5kg/cm2〜約9kg/cm2または7kg/cm2〜約9kg/cm2の範囲にある場合に、導電性破裂板12と導電性圧力板14は分離する。導電性圧力板14と導電性破裂板12の分離により、モジュール式電流遮断デバイス10が作動する。本明細書で使用する場合、モジュール式電流遮断デバイス10の「作動」は、導電性破裂板12と導電性圧力板14の間の電流フローが遮断されることを意味する。好ましくは、導電性圧力板14と導電性破裂板12が分離すると、導電性圧力板14の完全性は維持されるので、圧力板14は壊れないか、そうでなければ圧力板14の一方の面から圧力板14のもう一方の面へとガスを流さない。典型的に、圧力板14と破裂板12の分離により、圧力板14を破裂板12に電気的に接続する任意のスポット溶接の破損が生じる。
【００２６】
圧力板14はアルミニウム、銅およびニッケルなどの適切な金属で形成され得る。適切なアルミニウムの例は、アルミニウム3003シリーズ、例えば、アルミニウム3003 H-0またはH-14シリーズである。好ましくは、圧力板14は、アルミニウムを含み、より好ましくは実質的にアルミニウムからなる。
【００２７】
絶縁リング16は、破裂板12の周辺部と圧力板14の周辺部を仕切る。図4A、4Bおよび4Cを参照すると、絶縁リング16は、基部38およびリム40を備える。典型的に、リム40は、約0.40mm〜約0.55mmの範囲の間隔「b」で基部38の周辺部と離れている。リム40は典型的に、約0.80mm〜約0.90mmの範囲の高さ「h」を有する。端縁(lip)44は、リム40から伸びて、導電性破裂板12を覆う。一態様において、端縁44は、破裂板12と接触して、基部38と破裂板12の間に締まりばめを生じさせる。図4Aに示すように、絶縁リング16には、基部38に溝46が設けられる。一態様において、および図4Cに示すように、少なくとも1つの溝46は、リング16に設けられた環の接線に対して実質的に垂直な主要軸を有する。絶縁リング16の適切な材料の例としては、高密度ポリプロピレンなどのポリプロピレンおよびパーフルオロアルコシキポリマー樹脂が挙げられる。
【００２８】
図5に見られるように、破裂板12の点50は、通常、絶縁リング16のリム40と干渉関係にある。導電性破裂板12の側面48と絶縁リング16のリム40に、破裂板12の一方の面から破裂板12のもう一方の面へのガス圧力の流体連絡を提供するコンジット42が設けられる。リング16の溝46はまた、破裂板12の主要表面間に流体連絡を提供する。
【００２９】
設置部材または設置カップ18を圧力板14に被せる。図6Aおよび6Bにも示す設置部材18は基部52と、貫通開口56を画定する隆起部分54とを含む。設置部材18の周縁のクリンプ58は、圧力板14を電気絶縁性リング16に固定する。任意に、設置部材18は圧力板14に、設置部材18が導電性圧力板14に接触する溶接部（図示せず）によって固定され得る。好ましくは、開口部56の直径は約2mm〜約4mmの範囲である。設置部材18は、アルミニウム、ニッケルおよび銅などの適当な材質で作製される。好ましくは、設置部材18は金属で形成されており、圧力板14に電気的に接続される。一態様において、設置部材18はアルミニウムを含み、より好ましくは、本質的にアルミニウムからなる。
【００３０】
あるいは、圧力板14が別の様式で電池缶などの電池の電気端子に接続される場合、設置部材18は、ポリプロピレンなどの電気絶縁性の材質で形成され得る。図6Aに示す設置部材18の平面図は、設置部材18が環状の構造であることを示し、この場合、一態様において、隆起部分54は、本質的に圧力板14の基部34をたどる(track)。典型的に、設置部材18を形成するために使用される材質の厚さは、約0.3mm〜約0.5mmの範囲である。
【００３１】
本発明のモジュール式電流遮断デバイスの作製方法は、導電性圧力板14を設置部材18と合わせる工程、および導電性破裂板12を電気絶縁性リング16と合わせる工程を含む。次いで、合わせた導電性圧力板14と設置部材18および合わせた導電性破裂板12と電気絶縁性リング16を、機械的に、または導電性破裂板12と導電性圧力板14をレーザーもしくは抵抗スポット溶接などの適当な方法によって接合する他の手段によって互いに固定する。設置部材18のエッジは、圧力板14および絶縁性リング16のエッジ周囲にクリンピングされ得る。別の態様では、図7A〜7Dに示すように、圧力板14と設置部材18を図7Aに示すように合わせ、次いで、図7Bに示すように、クリンピングなどの適当な方法によって単一の継ぎ目を形成する。任意に、当該技術分野で公知の電解液抵抗性である密閉材料（例えば、アスファルト系密閉材料）などの適当な裏張り化合物が、圧力板14と設置部材18の接合表面間に配置され得る。図7Cに示すように、次いで、溶接密閉部としての二重継ぎ目を形成する。次いで、絶縁リング16を圧力板14に配置し、次いで、圧力板14と設置部材18 を再度クリンピングして絶縁性リング14を締め付ける。図7Dに示すように、次いで、圧力板12を、図1に示す所定の位置に置き、上記のようにして圧力板14にスポット溶接する。
【００３２】
好ましくは、導電性圧力板14と導電性破裂板12は実質的に同じ金属で作製されている。本明細書で用いる場合、用語「実質的に同じ金属」は、所与の電圧、例えば、電池の作動電圧で実質的に同じ化学的および電気化学的安定性を有する金属を意味する。特定の一態様において、導電性破裂板12と導電性圧力板14の少なくとも一方は、Aluminum 3003シリーズなどのアルミニウムを含む。さらに特定の一態様において、導電性圧力板14は、導電性破裂板12のものより軟質のアルミニウムを含む。好ましくは、導電性圧力板14と導電性破裂板12の両方がアルミニウムを含む。より好ましくは、破裂板12は、Aluminum 3003 H-14シリーズで形成され、圧力板14はAluminum 3003 H-Oシリーズで形成される。圧力板12と破裂板14は、例えば、スタンピング、コイニングおよび／またはミリング技術などの当該技術分野で公知の任意の適当な方法によって作製され得る。
【００３３】
図8A、8Bおよび8Cは、それぞれ、本発明のモジュール式電流遮断デバイスを含む電池の蓋アセンブリの外側平面図、断面図および内部平面図を示す。図8A、8Bおよび8Cでわかるように、電流遮断デバイス10は、電池の蓋60によって画定される貫通開口62内にセットされる。モジュール式電流遮断デバイス10の大部分は電池内に位置するが、設置部材18の隆起部分54は、蓋60の貫通開口62内に存在する。設置部材18は蓋60に、締まりばめ、溶接、クリンピング、リベット打ちなどの適当な方法によって固定される。好ましくは、設置部材18および蓋60は互いに溶接される。当該技術分野で公知の任意の適当な溶接技術が使用され得る。好ましくは、設置部材18と蓋60は密閉的に接合される。好ましくは、レーザー溶接技術が本発明において使用される。より好ましくは、例えば、設置部材18と蓋60を密閉的に接合するためには、2つの間部品の周界面のシーム溶接手段または設置部材18の基部62での裏波溶接手段のいずれかによる、円周レーザー溶接技術が使用される。好ましくは、溶接部は、基部52の中央または基部52のエッジ周囲の円周に配置される。好ましくは、溶接プロセス中、例えば、レーザー溶接プロセス中、設置部材18の温度は、溶接部の反対側の設置部材18の表面の融解点を超えないように制御される。かかる温度制御は、当該技術分野で公知の任意の適当な冷却方法を用いて得られ得る。好ましくは、蓋60は、Aluminum 3003 H-OまたはH-14シリーズなどの設置部材18のものと実質的に同じ材質から作製される。
【００３４】
電池の蓋60の外側の平面図である図8Aにおいてわかるように、設置部材18の隆起部分54は可視的であり、本質的に円形の構造である。典型的に、設置部材18、ならびに蓋60の残部および蓋60が電気的に接続される電池の缶は正端子の機能を果たすが、図8A〜8Cにも示すフィードスルーアセンブリ64は、電池の負端子の機能を果たし、部材66によって、蓋60の残部、モジュール式電流遮断デバイス10および蓋60が電気的に接続される電池の缶から電気的に絶縁される。
【００３５】
図9は、内部にモジュール式電流遮断デバイス10が配置される蓋60を含む本発明の電池70の断面図を示す。タブ72は、一方の電極、好ましくは正電極を破裂板14に接続する。タブ72は破裂板14に、レーザーまたは抵抗スポット溶接などの適当な方法によって接合され得る。タブ74は他の電極をフィードスルーアセンブリ64に、これもまた、レーザーまたは抵抗スポット溶接などの適当な方法によって接続する。
【００３６】
最適には、モジュール式電流遮断デバイス10の導電部材は、特に、電流遮断デバイス10が電池の正極ではなく負極に電気的に接続される場合は、ニッケルめっきイオンなどのアルミニウム以外の材質で形成されていてもよい。
【００３７】
均等物
本発明を、その例示的態様を参照して具体的に示し、記載したが、形態および詳細における種々の変形が、添付の特許請求の範囲によって包含される本発明の範囲から逸脱せずになされ得ることは、当業者によって理解されよう。
【００３８】
参照による援用
2007年6月22日に代理人整理番号3853.1012-001で出願された、標題が「リチウムイオン電池用一体型電流遮断デバイス(Integrated Current-Interrupt Device For Lithium-Ion Cells)」である米国特許出願；2007年6月22日に代理人整理番号3853.1001-015で出願された、標題が「リチウムイオン二次電池(Lithium-Ion Secondary Battery)」である国際出願；2006年6月27日に出願された米国特仮出願許第60/816,775号；2005年9月16日に出願された米国特仮出願許第60/717,898号；2005年12月23日に出願された国際出願番号PCT/US2005/047383；2006年6月23日に出願された米国特許出願第11/474,081号；2006年6月23日に出願された米国特許出願第11/474,056；2006年6月28日に出願された米国特仮出願許第60/816,977号；2006年7月12日に出願された米国特許出願第11/485,068号；2006年7月14日に出願された米国特許出願第11/486,970号；2006年10月19日に出願された米国特仮出願許第60/852,753号；2008年4月24日に出願された米国特仮出願許第61/125,327号；2008年4月24日に出願された米国特仮出願許第61/125,281号；および2008年4月24日に出願された米国特仮出願許第61/125,285号はすべて、参照によりその全体が本明細書に援用される。本明細書に挙げたすべての特許、公開出願および参考文献の教示は、参照によりその全体が本明細書に援用される.
【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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【手続補正書】
【提出日】平成23年8月31日(2011.8.31)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
a）導電性破裂板；
b）破裂板に取り付けられて電気経路を形成する導電性圧力板；
c）破裂板の周囲を圧力板の周囲から仕切る電気絶縁性リング；および
d）電気絶縁性リングを圧力板に固定する設置部材、該設置部材は導電性であり、圧力板に電気的に接続される、
を含み、
ここで、破裂板の少なくとも1つと電気絶縁性リングがコンジットを画定し、圧力板の一側面がコンジットを介して充分な力に曝露されると、破裂板からの圧力板の分離が引き起こされ、それにより、電気経路が断絶される、
電池用のモジュール式電流遮断デバイス。
【請求項２】
破裂板と電気絶縁性リングが一緒になってコンジットを画定する、請求項１記載の電流遮断デバイス。
【請求項３】
破裂板が、電気絶縁性リングとともに締まりばめを形成する複数の保持点を含む、請求項２記載の電流遮断デバイス。
【請求項４】
破裂板の周囲が多角形である、請求項３記載の電流遮断デバイス。
【請求項５】
多角形が保持点を画定する、請求項４記載の電流遮断デバイス。
【請求項６】
多角形が10辺〜20辺を有する、請求項４記載の電流遮断デバイス。
【請求項７】
多角形が14辺を有する、請求項６記載の電流遮断デバイス。
【請求項８】
コンジットが一部、破裂板の周囲によって画定される、請求項２記載の電流遮断デバイス。
【請求項９】
破裂板の周囲が傾斜を有する、請求項８記載の電流遮断デバイス。
【請求項１０】
破裂板の周囲が二重傾斜を含む、請求項８記載のモジュール式電流遮断デバイス。
【請求項１１】
傾斜の少なくとも1つの角度が約40度〜約55度の範囲である、請求項１０記載のモジュール式電流遮断デバイス。
【請求項１２】
傾斜の少なくとも1つの角度が約47度である、請求項１１記載のモジュール式電流遮断デバイス。
【請求項１３】
両方の傾斜の角度が約47度である、請求項１２記載のモジュール式電流遮断デバイス。
【請求項１４】
電気絶縁性リングが、その周縁に端縁を画定し、ここで、端縁が破裂板の周縁に重なる、請求項２記載のモジュール式電流遮断デバイス。
【請求項１５】
破裂板が破裂板の周縁に溝を画定し、ここで、絶縁性リングの端縁が破裂板と該溝において重なる、請求項１４記載のモジュール式電流遮断デバイス。
【請求項１６】
絶縁性リングの端縁の表面が破裂板の表面と本質的に同一平面上である、請求項１５記載のモジュール式電流遮断デバイス。
【請求項１７】
電気絶縁性リングが、破裂板と一緒にコンジットの少なくとも一部分を画定する少なくとも1つのチャネルを画定する、請求項２記載のモジュール式電流遮断デバイス。
【請求項１８】
チャネルが、電気絶縁性リングによって画定される円の接線に対して本質的に垂直な主軸を有する、請求項１７記載のモジュール式電流遮断デバイス。
【請求項１９】
破裂板、圧力板および設置部材がアルミニウムである、請求項１記載のモジュール式電流遮断デバイス。
【請求項２０】
電気絶縁性リングがポリマーを含む、請求項１記載のモジュール式電流遮断デバイス。
【請求項２１】
破裂板が、少なくとも1つのコンジットを画定する、請求項１記載のモジュール式電流遮断デバイス。
【請求項２２】
電気絶縁性リングが該リングの周縁に少なくとも1つのコンジットを画定し、ここで、圧力板の円錐台形部材と電流遮断デバイスの外表面の間に流体による連絡が存在する、請求項１記載のモジュール式電流遮断デバイス。
【請求項２３】
圧力板が円錐台形部材を含む、請求項１記載のモジュール式電流遮断デバイス。
【請求項２４】
圧力板が、さらに遠位表面および周縁基部を含み、高部表面が円錐台形部材によって周縁基部に連結されており、破裂板が高部表面で圧力板に電気的に接続されている、請求項２３記載のモジュール式電流遮断デバイス。
【請求項２５】
圧力板が少なくとも1つの点で破裂板に電気的に接続されている、請求項２４記載のモジュール式電流遮断デバイス。
【請求項２６】
該点が溶接部を含む、請求項２５記載のモジュール式電流遮断デバイス。
【請求項２７】
設置部材が導電性である、請求項１記載のモジュール式電流遮断デバイス。
【請求項２８】
圧力板が設置部材と電気的に連絡している、請求項２７記載のモジュール式電流遮断デバイス。
【請求項２９】
設置部材が、設置デバイスの周縁でクリンプによって電気絶縁性リングを圧力板に固定する、請求項２８記載のモジュール式電流遮断デバイス。
【請求項３０】
設置部材が設置部材コンジットを画定する、請求項１記載のモジュール式電流遮断デバイス。
【請求項３１】
破裂板がコンジットを画定する、請求項１記載の電流遮断デバイス。
【請求項３２】
破裂板に対向する圧力板の表面に印加されたゲージ圧が約4kg/cm2〜約9kg/cm2または約7kg/cm2〜約9kg/cm2の範囲である場合に破裂板と圧力板の間の電気的に連絡が断絶される、請求項１記載のモジュール式電流遮断デバイス。
【請求項３３】
電流遮断デバイスを含む電池であって、該電流遮断デバイスが、
a）導電性破裂板；
b）破裂板に取り付けられて電気経路を形成する導電性圧力板；
c）破裂板の周囲を圧力板の周囲から仕切る電気絶縁性リング；および
d）電気絶縁性リングを圧力板に固定する設置部材、該設置部材は導電性であり、圧力板に電気的に接続される、
を含み、
ここで、破裂板の少なくとも1つと電気絶縁性リングがコンジットを画定し、圧力板の一側面がコンジットを介して充分な力に曝露されると、破裂板からの圧力板の分離が引き起こされ、それにより、電気経路が断絶される、電池。
【請求項３４】
モジュール式電流遮断デバイスが電池の蓋の凹部に存在し、該凹部が該蓋の開口部を画定する、請求項３３記載の電池。
【請求項３５】
モジュール式電流遮断デバイスが電池の正端子の部材である、請求項３４記載の電池。
【請求項３６】
電池の正端子の少なくとも1つの導線がモジュール式電流遮断デバイスの破裂板と電気的に連絡している、請求項３５記載の電池。
【請求項３７】
電池がリチウムイオン系電池である、請求項３６記載の電池。
【請求項３８】
a）圧力板と設置部材を合わせる工程；
b）破裂板と電気絶縁性リングを合わせる工程；
c）合わせた圧力板と設置部材、および合わせた破裂板と電気絶縁性リングを組み立てる工程；ならびに
d）圧力板への破裂板のレーザーまたは抵抗スポット溶接により両者間に電気経路を形成する工程
を含む、モジュール式電流遮断デバイスの形成方法。
【請求項３９】
a）圧力板と設置部材を合わせる工程；
b）破裂板と電気絶縁性リングを合わせる工程；
c）合わせた圧力板と設置部材、および合わせた破裂板と電気絶縁性リングを組み立てる工程； 
d）圧力板への破裂板のレーザーまたは抵抗スポット溶接により両者間に電気経路を形成する工程；ならびに
e）モジュール式電流遮断デバイスを電池の蓋の凹部内に配置する工程、ここで、該凹部は蓋の開口部を画定する、
を含む、電池の形成方法。
【請求項４０】
設置部材を該蓋に、該蓋の凹部で接合する工程をさらに含む、請求項３９記載の方法。
【国際調査報告】
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