CN101567432A - 锂电池电芯的防爆及断电保护装置及其制作方法 - Google Patents

Abstract

一种锂电池电芯的防爆及断电保护装置及其制作方法，装置包括电芯外壳、金属顶盖、金属防爆膜片、金属排气孔板、环状绝缘垫片、环状密封圈及电芯极耳。在防爆膜片及排气孔板上设有防爆结构，包括排气孔板上的V形环槽及防爆膜片上的环形凹槽，防爆膜片及排气孔板通过多点的点连接方式相连接。方法包括顶盖、防爆膜片、排气孔板及绝缘垫片的冲压成型，密封圈的高温注塑成型，防爆膜片包边，防爆膜片与排气孔板的激光焊接及各部之间及与电芯外壳的密封连接。当电芯内部压力超过设定值时，经排气孔的向上的压力使防爆膜片的下凹部向上抬起，排气孔板的V形环槽断开，与防爆膜片相分离而切断电路；如果内压继续增大，则防爆膜片的环形凹槽断开而泄压。

Description

锂电池电芯的防爆及断电保护装置及其制作方法

【技术领域】

本发明涉及锂离子电池，特别是涉及一种对锂电池提供安全保护的锂电池电芯的防爆及断电保护装置。

【背景技术】

近年来，由于摄像机、电动工具、笔记本电脑等电子设备日趋小型化、轻便化及便携带，而作为这些电子设备用的驱动电源也向高容量、高安全性及轻便化方向发展。锂离子钢壳全封闭电池以其电芯的高容量及负荷特性优异等特点，而得到日益广泛的应用。

锂离子电芯是锂电池的储电部件，其在使用时，会因充电器故障等因素而随着电池内部化学反应而产生异常气体，导致电池内部压力过大，从而发生电池爆炸事故。其后果轻则损坏设备，重则伤及使用者。因此，当电池内部压力过大时，为防止电池爆炸，须将电池内的气体外泄。其防护措施通常是在电池盖上设置保护装置。现有的保护装置存在可靠性差，耐压范围小，结构复杂，加工要求高等不足。

【发明内容】

本发明旨在解决上述问题，而提供一种锂电池电芯的防爆及断电保护装置，该装置包括：

一个柱状中空电芯外壳；

一个金属顶盖，其设于电芯外壳的顶部；

一个金属防爆膜片，其与顶盖相连接；

一个布有多个排气孔的金属排气孔板，其与防爆膜片相连接；

一个环状绝缘垫片，其设于防爆膜片与排气孔板之间；

一个环状密封圈，其密封连接于所述金属顶盖、防爆膜片、排气孔板及绝缘垫片的周边；

一个电芯极耳，其分别与电芯及排气孔板相连接，且

在所述防爆膜片及排气孔板上设有在电芯内部压力过高时断电的防爆结构。

顶盖是由环形边沿和中部的凸起部所形成的凸形盖状体。

防爆膜片为铝质薄片，防爆膜片上与所述顶盖的凸起部相对的部位形成下凹部，该下凹部的底部呈平面，防爆膜片的上表面设有安全泄压用的环形凹槽。

排气孔板上沿同一圆周均布有多个上下贯通的排气孔，排气孔板中部下侧设有圆形凹槽，该凹槽底部边缘设有一个V形环槽。

防爆膜片及排气孔板的防爆结构包括设置在排气孔板上的V形环槽及设于防爆膜片上的环形凹槽，且防爆膜片及排气孔板通过多点的点连接方式相连接，当电芯内部压力超过设定值时，经排气孔的向上的压力使防爆膜片的下凹部向上抬起，并导致排气孔板的V形环槽断开，从而与防爆膜片相分离而切断电路；如果内压继续增大，则防爆膜片的环形凹槽断开而泄压。

排气孔板与防爆膜片在沿圆周方向均布的六个点通过激光点焊相连接。

电芯内部的压力设定值为1.4-2.2Mpa。

本发明也提供了该锂电池电芯的防爆及断电保护装置的制作方法，该方法包括如下步骤：

a、通过机械冲压分别制成顶盖、防爆膜片、排气孔板及绝缘垫片，并通过高温注塑形成密封圈；

b、将顶盖装在防爆膜片上部，用冲压模具将防爆膜片包边，使顶盖的边缘包裹在防爆膜片中；

c、将绝缘垫片放置在防爆膜片与排气孔板之间，然后用激光点焊机将防爆膜片与排气孔板进行沿圆周方向均匀分布的多点点焊；

d、焊接完成后，将顶盖、防爆膜片、排气孔板及绝缘垫片的周边部分装入密封圈内，用热封设备将密封圈周边包裹，装置制作完成。

本发明的贡献在于，它有效克服了现有技术的缺陷。本发明的装置可在电池内部压力过大时，首先使防爆膜片弹起而切断电路，电池内部体积增加，压力降低，从而起到保护作用。且当发生极端情况时，可通过防爆膜片的环形凹槽使电解液外泄以达到保护电池整体不发生爆炸的目的。本发明的防爆装置具有结构简单、耐压高、泄压均匀性好，制作成本低、能安全断电及泄压等特点，可有效且可靠地防止电池爆炸。

【附图说明】

图1是本发明的整体结构剖视图。

图2是本发明的防爆膜片与排气孔板连接示意图。

图3是本发明的防爆结构部件分解立体示意图。

【具体实施方式】

下列实施例是对本发明的进一步解释和说明，对本发明不构成任何限制。

参阅图1～图3，本发明的锂电池电芯的防爆及断电保护装置包括电芯外壳10、顶盖20、防爆膜片30、金属排气孔板40、绝缘垫片50、密封圈60及电芯极耳70。所述电芯外壳10为金属铝制成的中空柱状体，其顶部设有装设顶盖20及其它构件的U形环槽11，电芯外壳内装有储电用的锂电池电芯，由于本发明仅涉及锂电池电芯的防爆及断电保护装置，故电芯部分的结构在图中未示出，且对电芯的结构未予详述。

如图2、图3所示，所述顶盖20是由金属材料制成的帽形盖体，其包括水平设置的环形边沿21和与之一体形成的向上凸起的凸起部22，在凸起部22中央设有泄压孔221。在顶盖20下部设有防爆膜片30，如图2、图3所示，所述防爆膜片30为铝材制成的圆形薄片，它具有与所述顶盖20的环形边沿21相对应的水平设置的环形边沿33，在与所述顶盖的凸起部22相对的部位形成下凹部31，该下凹部的底部呈平面，以便与排气孔板40相接触。在防爆膜片的上表面上位于其环形边沿33与下凹部31的结合部设有环形凹槽32，其可在电芯内部压力异常升高时被断开，而实现安全泄压。在防爆膜片30下部设有排气孔板40，其结构如图2、图3所示，该排气孔板40为金属板状体，排气孔板上沿同一圆周均布有三个上下贯通的排气孔41，排气孔板中部下侧设有圆形凹槽42，该凹槽深度约为排气孔板百度的四分之三，在该凹槽底部边缘设有一个尖部向上的V形环槽43，其尖锐状顶部接近排气孔41的上表面，以形成在电芯内部压力超过设定值时易于断开的防爆部位。在排气孔板40上连接有电芯极耳70，它是连接排气孔板40与电芯的电连接件，其另一端与电芯相连接。所述排气孔板40与防爆膜片30通过多点的点连接方式相连接。更具体地，如图1所示，排气孔板40与防爆膜片30在防爆膜片下凹部31的靠近排气孔板V形环槽43的部位沿圆周方向均布的六个点通过激光点焊相连接，该点连接方式使得防爆膜片30的下凹部31更易于在电芯内部压力作用下向上抬起，保证了防爆结构的灵敏度。如图1，在排气孔板40与防爆膜片30之间，更确切地说，在防爆膜片的环形边沿33与排气孔板40相对应的边缘部位之间设有环状绝缘垫片50，它在排气孔板40与防爆膜片30断开连接时起到绝缘作用。再如图1，所述顶盖20、防爆膜片30、排气孔板40及绝缘垫片50与电芯外壳10之间通过环状的橡胶密封圈60加以密封。

上述顶盖20、防爆膜片30、排气孔板40形成电池的正极，电芯外壳10则形成电池的负极。

通过如上所述的结构，本发明在所述防爆膜片30及排气孔板40上形成了安全防爆结构，该防爆结构包括设置在排气孔板上的V形环槽43及设于防爆膜片30上的环形凹槽32，且防爆膜片30及排气孔板40通过多点的点连接方式相连接。本发明的装置中，将电芯内部的压力值设定为1.4-2.2Mpa。当电芯内部压力超过该设定值时，由电池内部化学反应而产生的异常气体的压力经排气孔向上施加到防爆膜片30上，由于防爆膜片与排气孔板呈点连接，使防爆膜片的下凹部31向上抬起，并带动排气孔板40与之相连的部分上移，最后导致排气孔板40在其最薄弱的部位，即排气孔板的V形环槽43的尖锐状顶部处断开，从而断开了与防爆膜片30的电连接。由于断电，使得发生爆炸的可能性被消除。如果内压继续增大，则防爆膜片30的薄弱部位，即环形凹槽32被断开，并经顶盖上的泄压孔221向外泄压。因此保证了电池的安全性。

本发明的锂电池电芯的防爆及断电保护装置可通过如下方法实现。该方法包括如下步骤：

参阅图3，首先通过机械冲压分别制成金属顶盖20、防爆膜片30、排气孔板40及塑料绝缘垫片50，并通过高温注塑形成密封圈60，其中在防爆膜片30的上表面上冲压出环形凹槽32；在排气孔板40的下侧冲压出圆形凹槽42及位于该凹槽底部边缘的V形环槽43。

如图1所示，将顶盖20装在防爆膜片30上部，用冲压模具将防爆膜片包边，使顶盖的边缘包裹在防爆膜片中。

接着将绝缘垫片50放置在防爆膜片30与排气孔板40之间，然后用激光点焊机将防爆膜片30与排气孔板40在防爆膜片的下凹部31的靠近排气孔板的V形环槽43的部位沿圆周方向均布的六个点点焊连接。

焊接完成后，将顶盖20、防爆膜片30、排气孔板40及绝缘垫片50的周边部分装入密封圈内，用热封设备将密封圈周边包裹，密封圈则装入电芯外壳10顶部的U形环槽11内，将电芯外壳10与其它部件密封连接，装置制作完成。

尽管通过以上实施例对本发明进行了揭示，但是本发明的范围并不局限于此，在不偏离本发明构思的条件下，以上各构件可用所属技术领域人员了解的相似或等同元件来替换。

Claims (8)

1.一种锂电池电芯的防爆及断电保护装置，其特征在于，该装置包括：

一个柱状中空电芯外壳(10)；

一个金属顶盖(20)，其设于电芯外壳(10)的顶部；

一个金属防爆膜片(30)，其与顶盖(20)相连接；

一个布有多个排气孔的金属排气孔板(40)，其与防爆膜片(30)相连接；

一个环状绝缘垫片(50)，其设于防爆膜片(30)与排气孔板(40)之间；

一个环状密封圈(60)，其密封连接于所述金属顶盖(20)、防爆膜片(30)、排气孔板(40)及绝缘垫片(50)的周边；

一个电芯极耳(70)，其分别与电芯及排气孔板(40)相连接，且

在所述防爆膜片(30)及排气孔板(40)上设有在电芯内部压力过高时断电的防爆结构。

2.如权利要求1所述的锂电池电芯的防爆及断电保护装置，其特征在于，所述顶盖(20)是由环形边沿(21)和中部的凸起部(22)所形成的凸形盖状体。

3.如权利要求2所述的锂电池电芯的防爆及断电保护装置，其特征在于，所述防爆膜片(30)为铝质薄片，防爆膜片(30)上与所述顶盖的凸起部(22)相对的部位形成下凹部(31)，该下凹部的底部呈平面，防爆膜片的上表面设有安全泄压用的环形凹槽(32)。

4.如权利要求2所述的锂电池电芯的防爆及断电保护装置，其特征在于，所述排气孔板(40)上沿同一圆周均布有多个上下贯通的排气孔(41)，排气孔板中部下侧设有圆形凹槽(42)，该凹槽底部边缘设有一个V形环槽(43)。

5.如权利要求3或4所述的锂电池电芯的防爆及断电保护装置，其特征在于，所述防爆膜片(30)及排气孔板(40)的防爆结构包括设置在排气孔板上的V形环槽(43)及设于防爆膜片(30)上的环形凹槽(32)，且防爆膜片(30)及排气孔板(40)通过多点的点连接方式相连接，当电芯内部压力超过设定值时，经排气孔的向上的压力使防爆膜片的下凹部(31)向上抬起，并导致排气孔板(40)的V形环槽(43)断开，从而与防爆膜片(30)相分离而切断电路；如果内压继续增大，则防爆膜片(30)的环形凹槽(32)断开而泄压。

6.如权利要求5所述的锂电池电芯的防爆及断电保护装置，其特征在于，所述排气孔板(40)与防爆膜片(30)在沿圆周方向均布的六个点通过激光点焊相连接。

7.如权利要求5所述的锂电池电芯的防爆及断电保护装置，其特征在于，所述电芯内部的压力设定值为1.4-2.2Mpa。

8.如权利要求1所述装置的制作方法，其特征在于，它包括如下步骤：

a、通过机械冲压分别制成顶盖(20)、防爆膜片(30)、排气孔板(40)及绝缘垫片(50)，并通过高温注塑形成密封圈(60)；

b、将顶盖(20)装在防爆膜片(30)上部，用冲压模具将防爆膜片包边，使顶盖的边缘包裹在防爆膜片中；

c、将绝缘垫片(50)放置在防爆膜片(30)与排气孔板(40)之间，然后用激光点焊机将防爆膜片(30)与排气孔板(40)进行沿圆周方向均匀分布的多点点焊；

d、焊接完成后，将顶盖(20)、防爆膜片(30)、排气孔板(40)及绝缘垫片(50)的周边部分装入密封圈内，用热封设备将密封圈周边包裹，装置制作完成。

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