CN101567436B - 电池保护装置和包括该电池保护装置的电池 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种电池保护装置和包括该电池保护装置的电池，其中，该电池保护装置包括绝缘件、两个导电端子和合金块，所述至少一块合金块设置于绝缘件中，位于导电端子之间；导电端子从绝缘件中引出；低温状态时，合金块与合金块、或合金块与导电端子之间的关系为使两个导电端子成断开状态；高温状态时，合金块熔融使两导电端子成导通状态。本发明还提供一种电池包括上述电池保护装置，电池保护装置的两个导电端子分别与电池的正负极相连，焊接在铆钉和电池上盖之间。本发明提供的电池保护装置及包括该装置的电池，由于在高温高热情况下由合金块熔融导通，将电池的能量彻底释放，同时此问题电池在发生第一次问题时就永久失效，从而消除了安全隐患，提高了电池的安全性能，大大减少了电池安全事故的发生。

Description

电池保护装置和包括该电池保护装置的电池

技术领域

本发明涉及一种电池保护装置和包括该电池保护装置的电池。

背景技术

目前，锂离子电池以其体积小、能量高、无污染等优点，越来越广泛地用于移动电话、数码相机等便携电子产品中。随着锂离子电池的广泛应用，其安全性能也越来越受到重视。

锂离子电池在储存、运输过程中会发生因外部短路等意外情况下受到大电流的冲击产生过热，导致电池的爆炸；电池在进行充放电时受到大电流的冲击，也可能会导致电池的爆炸，同时电池在过充和过放电的状态下也会大大降低电池的安全性能和可靠性。

为了解决上述问题，现有技术是在电池板中外线路加入fuse(温度保险丝)或PTC(热敏电阻)，在电池正常情况下，呈低阻状态，保证电路正常工作；当电路发生短路或电流异常大时，保护装置自热使其阻抗增加把电流限制到足够小，起到过电流保护作用，使电池的电流受到控制从而提高电池的安全性能和可靠性。它虽然起到一定的保护作用，但过热时，电池的正负极处于结构不稳定的高能量状态，极有可能在高温过热下发生热分解反应放热，使温度更高，从而导致更多的热分解反应放热，造成热失控并引发更为严重的危险状况。特别是对问题电池的持续使用，也是电池安全事故发生的主要原因。

发明内容

本发明为了解决现有电池因过充电、放置在高温环境、内部短路、挤压等异常状况导致的过热、安全性能不稳定等问题，更进一步消除由于过热时电池能量不能彻底释放，继续使用这些问题电池带来的安全隐患，提供一种电池保护装置和包括该电池保护装置的电池，将电池的能量在可控情况下彻底释放，同时此问题电池在发生第一次问题时就永久失效，从而消除了安全隐患，提高了电池的安全性能，大大减少了电池安全事故的发生。

本发明提供了一种电池保护装置，包括绝缘件、两个导电端子和合金块，所述至少一块合金块设置于绝缘件中，位于导电端子之间；导电端子从绝缘件中引出；低温状态时，合金块与合金块、或合金块与导电端子之间的关系为使两个导电端子成断开状态；高温状态时，合金块熔融使两导电端子成导通状态。

优选，合金块为一块，低温状态时，合金块与其中一个导电端子连接，与另一个导电端子之间有一定间隙。

另一种优选，合金块为一块，低温状态时，合金块位于两导电端子之间，与两导电端子之间均有一定间隙。

另一种优选，合金块为至少两块，合金块与合金块之间或合金块与导电端子之间至少有一个间隙。

优选，合金块为低熔点合金，所述低熔点合金的熔点范围为60℃-130℃。

优选，低熔点合金由选自铜、锡、钢、铅、铋、银、锑、镍、铝、铟、镉中至少一种以上元素形成。

优选，绝缘件为能引出导电端子的壳体，所述合金块位于壳体中。

优选，绝缘件含有上绝缘层和下绝缘层，所述合金块处于上、下绝缘层之间。

优选，间隙距离为0.01-2mm。

优选，低温为低于合金块熔点的温度范围，所述高温为高于合金块熔点使合金熔融的范围。

本发明还提供了一种电池，含有如上所述的电池保护装置，所述电池保护装置的两个导电端子分别与电池的正负极相连。

优选，电池保护装置的导电端子与电池的正负极相连的电路中含有电阻。

优选，电池保护装置导通后的电阻为0.01-10欧。

本发明提供的一种电池保护装置及包括该装置的电池，电池保护装置紧贴电池壳表面或盖板表面，常温下合金间有间隙，不接触，当达到一定温度时，合金熔化相互接触，进而导通电池正负极，合金选用合适的阻值，以便将正负极片之间的能量在短时间内且安全地释放出来，使电池的正负极都达到无电能的稳定状态，因而该电池保护装置能够防止电池在高温情况下的热分解反应，进而避免热失控，且电池温度降低后，合金块间仍无法断开，电池正负极间仍处于导通状态，问题电池报废，防止问题电池的继续使用，带来更严重的安全问题，本发明彻底改善锂离子电池在滥用条件下的安全性能。且此安全装置结构简单、成本低廉、易安装、便于批量生产。

附图说明

增加附图

图1是本发明一种实施方式的电池保护装置的剖面结构示意图；

图2是本发明另一种实施方式的电池保护装置的剖面结构意图；

图3是本发明另一种实施方式的电池保护装置的剖面结构意图；

图4是本发明另一种实施方式的电池保护装置的剖面结构意图；

图5是本发明另一种实施方式的电池保护装置的剖面结构意图；

图6是本发明另一种实施方式的电池保护装置的剖面结构意图；

图7是本发明电池保护装置在电池中的结构位置示意图。

1-合金块；2-导电端子；3-绝缘件；4-电池壳体；6-电池；7-电池盖板；8-铆钉。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步的说明。

本发明提供了一种电池保护装置，包括绝缘件、两个导电端子和合金块，所述至少一块合金块设置于绝缘件中，位于导电端子之间；导电端子从绝缘件中引出；低温状态时，合金块与合金块、或合金块与导电端子之间的关系为使两个导电端子成断开状态；高温状态时，合金块熔融使两导电端子成导通状态。

合金块可以为一块，低温状态时，合金块与其中一个导电端子连接，与另一个导电端子之间有一定间隙。或合金块位于两导电端子之间，与两导电端子之间均有一定间隙。

合金块可以为多块，合金块与合金块之间或合金块与导电端子之间至少有一个间隙。

合金块材料为低熔点合金，只要能保证低温时电池保护装置不导通，高温时合金块熔融，使电池保护装置导通，可选自铜、锡、钢、铅、铋、银、锑、镍、铝、铟、镉中至少一种以上元素，组成合金的金属材料的种类不同，合金的熔点不同，同时金属材料的比例不同，合金的熔点也不同，合金的熔点范围优选60℃-130℃。同时合金块也可以为不同材料。

常温或低温时，合金块与合金块或合金块与导电端子之间至少有一个间隙，合金块与合金块或合金块与导电端子之间以任意位置放置于绝缘件内，可以呈直线放置，也呈上下交错的位置放置于绝缘件内，保证此电池保护装置处于断开状态，上述间隙距离为0.01-2mm，优选0.30mm，以致在电池达到一定温度时，合金熔融，合金块与合金块或合金块与导电端子能顺利、迅速的连接起来，且达到规定的电阻值。

高温时，合金块熔融，电池保护装置导通，使电池的正负极通过该合金导体进行放电。通常放电时间取决于电池内阻和合金导通后的阻值的合值，该阻值合值越大，放电电流越小，产生热量越小，但放电时间长，电池不稳定的时间越长，有可能在外部高温下发生热分解反应进而发生热失控；如果阻值合值太小，放电电流太大，则放电产生热量大，有可能使电池内部温度上升过块而导致热失控。一般放电时间以3-30min为宜，以保证放电过程安全。优选地，所选取的合金导通后的电阻值应保证放电时间在10-15min范围内，对合金导通后的电阻值的大小根据不同的电池型号可选择不同的大小，一般在1-3欧范围内。当电池能量释放后，温度下降后，两合金块仍处于连接状态，电池正负极间仍处于接通状态，问题电池报废，防止对问题电池的继续使用，带来更严重安全隐患，减少安全事故的发生。

电池保护装置导通后的阻值可以通过调整合金的材料、直径和总长度来实现，也可以通过调剂连接在电路中的电阻达到要求的电阻，使电池安全放电，电池保护装置导通后的阻值在0.01-10欧范围内，以保证合理的放电时间和放电热量，保证放电过程安全。

导电端子为本领域人员公知的导电材料，例如，镍带、不锈钢带、铝带等，本发明优选镍带。

绝缘件可以为含有能引出导电端子的壳体，合金块位于壳体中，壳体可为圆筒状、立方体状等本领域技术人员公知的形状；也可以为上绝缘层和下绝缘层，合金块处于上下绝缘层之间。绝缘件选用树脂、橡胶材料等本领域常用的绝缘材料，绝缘件的制作方式为本领域技术人员公知的方式，例如，低温注塑等方式。

本发明还提供了一种含有此种电池保护装置的电池，此电池保护装置的导电端子分别与电池的正负极相连，焊接在电池铆钉和盖板之间。

导电端子与电池盖板或铆钉的焊接方式为本领域技术人员所公知的焊接方式，例如电阻焊、激光焊或超声波焊等。

常温或低温时电池保护装置处于断开状态，当达到一定温度时，合金块熔融电池保护装置导通，进而导通电池正负极，合金选用合适的阻值，以便将正负极片之间的能量在短时间内且安全地释放出来，使电池的正负极都达到无电能的稳定状态，因而该电池保护装置能够防止电池在高温情况下的热分解反应，进而避免热失控，且电池温度降低后，合金块间仍无法断开，电池正负极间仍处于导通状态，问题电池报废，防止问题电池的继续使用，带来更严重的安全问题，彻底改善锂离子电池在滥用条件下的安全性能。

电池外壳的材质为本领域人员公知的材质，例如铝、铝合金、钢材等。

本发明提供的电池保护装置和包括该电池保护装置的电池结构简单、成本低廉、易安装、便于批量生产。

如图1所示，是本发明一种实施方式的电池保护装置剖面结构示意图，其中，该电池保护装置包括绝缘件3、两个导电端子2和一块合金块1，绝缘件3为两端带有开口的壳体，合金块1与两导电端子2呈直线放置于绝缘壳体3中，合金块1与一个导电端子2之间有间隙，两导电端子2分别从绝缘件3两端开口引出。

如图2所示，是本发明另一种实施方式的电池保护装置剖面结构示意图，其中，该电池保护装置包括绝缘件3、两个导电端子2和一块合金块1，绝缘件3为两端带有开口的壳体，合金块1与两导电端子2呈直线放置于绝缘壳体3中，合金块1与两个导电端子2之间均有间隙，两导电端子2分别从绝缘件3两端开口引出。

如图3所示，是本发明另一种实施方式的电池保护装置剖面结构示意图，其中，该电池保护装置包括绝缘件3、两个导电端子2和两块合金块1，绝缘件3为两端带有开口的壳体，两块合金块1与两导电端子2呈直线放置于绝缘壳体3中，其中一块合金块1与一导电端子2相连接，另一块合金块1与另一导电端子2之间有间隙，两合金块1之间有间隙，两导电端子2分别从绝缘件3两端开口引出。

如图4所示，是本发明另一种实施方式的电池保护装置剖面结构示意图，其中，该电池保护装置包括绝缘件3、两个导电端子2和两块合金块1，绝缘件3为两端带有开口的壳体，两块合金块1与两导电端子2呈直线放置于绝缘壳体3中，每块合金块1分别与一导电端子2相连，两合金块1之间有间隙，两导电端子2分别从绝缘件3两端开口引出。

如图5所示，是本发明另一种实施方式的电池保护装置剖面结构示意图，其中，该电池保护装置包括绝缘件3、两个导电端子2和三块合金块1，绝缘件3为两端带有开口的壳体，三块合金块1与两导电端子2呈直线放置于绝缘壳体3中，其中两合金块1分别与两导电端子2相连，三合金块1之间有间隙，两导电端子2分别从绝缘件3两端开口引出。

如图6所示，是本发明另一种实施方式的电池保护装置剖面结构示意图，其中，该电池保护装置包括绝缘件3、两个导电端子2和两块合金块1，绝缘件3含有上绝缘层31和下绝缘层32，两块合金块1与两导电端子2呈直线放置于上绝缘层3 1和下绝缘层32之间，每块合金块1分别与一导电端子2相连，两合金块1之间有间隙，两导电端子2分别从绝缘件3两端引出。

如图7所示，是含有该电池保护装置的电池6，电池保护装置5紧贴电池壳4表面或盖板7表面，通过引出的导电端子与电池两电极相连，如图3所示，电池保护装置5的两引出的导电端子2分别接在电池的正负极上，一个接在电池盖板的铆钉8上，另一个接在电池盖板7上，当电池壳体4为钢壳时，盖板7上的铆钉8与电池的正极引出端子相连，是电池的正极，电池盖板7与电池的负极引出端子相连，为电池的负极；当电池壳体4为铝壳时，盖板7上的铆钉8与电池的负极片引出端子相连，是电池的负极，电池盖板7与电池的正极片引出端子相连，为电池的正极。

下面通过具体实施例来更详细地描述本发明。

实施例1

本实施例用于说明根据本发明的电池保护装置和包括该电池保护装置的电池。

(1)电池保护装置的制备

选取由20％锡、30％铅、40％铋和10％铟构成的低熔点合金，截取2.3mm×2mm×0.7mm的合金块两块，在合金块的一端焊有镍带，将两合金块呈直线放置，间距为0.3mm，采用低温注塑的方式在两合金块四周覆盖绝缘的树脂外层，制成长×宽×高为5mm×2.5mm×1mm的电池保护装置(不含引出镍带)，制的电池保护装置熔点为85℃，导通后电阻为1.5欧姆。

(2)电池的制作

将正、负极片及相对应的隔膜，通过卷绕机进行卷绕，制成电芯，放入铝壳中，与盖板密封连接，其中盖板上的铆钉与电池的负极片引出端子相连，是电池的负极，电池盖板与电池的正极片引出端子相连，为电池的正极。

将上述制备好的电池保护装置焊接在电池盖板上，从电池保护装置两端引出的导电端子镍带分别与上述电池体的盖板和盖板上的铆钉连接，采用超声波焊接。

实施例2

本实施例用于说明根据本发明的电池保护装置和包括该电池保护装置的电池。

采用与实施例1相同的方法制成电池保护装置和包括该电池保护装置的电池，所不同的是，电池保护装置中合金材料选自30％铅、25％铋、20％铝、25％铟制的保护装置熔点为91℃，电阻为1欧姆。

实施例3

本实施例用于说明根据本发明的电池保护装置和包括该电池保护装置的电池。

采用与实施例1相同的方法制成电池保护装置和包括该电池保护装置的电池，所不同的是，电池保护装置中合金材料比例为10％锡、50％铅、20％铋、20％铟，制得的保护装置熔点为75℃，电阻为2欧姆。

对比例1

采用与实施例1相同的方法制成电池，不同的是电池保护装置为PTC。

对比例2

采用与实施例1相同的方法制成电池，不同的是电池保护装置为温度保险丝。

性能测试

过充测试：将实施例1、实施例2、实施例3、和对比例1、对比例2所制成的电池进行0.95A-12V过充测试，无着火、冒烟、燃烧、爆炸现象为通过测试。

铁板烧测试：将实施例1、实施例2、实施例3和对比例1、对比例2所制成的电池进行平面250℃的平面铁板烧测试。测试方法是将电池放到温度为250℃的铁板上，无着火、燃烧、爆炸现象为通过测试。

测试结果如表1

表1

从上表中我们可以看出，包含本发明提供的电池保护装置的电池，全部通过测试，没有发生热失控，安全性大大提高，而不包括本发明提供的电池热保护装置的电池，在高温高热环境下安全性很差，基本很难通过测试。可见应用本发明可以增强电池在意外高温高热环境下的安全性。

对上述实施例1、实施例2、实施例3和对比例1、对比例2的电池再重复进行一次0.95A-12V过充测试和250℃铁板烧测试。测试结果如表2

表2

从上表我们可以看出，问题电池虽然能够继续使用，但问题电池存在很大的安全隐患，再次测试通过率极低，是电池安全事故的主因。而本发明制备的电池在第一次发生问题时自动报废，解决了滥用电池带来的更严重的安全问题，本发明彻底改善锂离子电池在滥用条件下的安全性能。

Claims (9)

1.一种电池保护装置，其特征在于，包括绝缘件、两个导电端子和合金块，至少一块合金块设置于绝缘件中，位于导电端子之间；导电端子从绝缘件中引出；

低温状态时，合金块与合金块、或合金块与导电端子之间的关系为使两个导电端子成断开状态，

所述合金块为一块，低温状态时，合金块与其中一个导电端子连接，与另一个导电端子之间有一定间隙；或合金块位于两导电端子之间，与两导电端子之间均有一定间隙；

或所述合金块为至少两块，低温状态时，合金块与合金块之间或合金块与导电端子之间至少有一个间隙；

高温状态时，合金块熔融使两导电端子成导通状态；

所述电池保护装置导通后的电阻为0.01-10欧。

2.根据权利要求1所述的电池保护装置，其特征在于，所述合金块为低熔点合金，所述低熔点合金的熔点范围为60℃-130℃。

3.根据权利要求2所述的电池保护装置，其特征在于，所述低熔点合金由选自铜、锡、铅、铋、银、锑、镍、铝、铟、镉中至少两种以上元素形成。

4.根据权利要求1所述的电池保护装置，其特征在于，所述绝缘件为能引出导电端子的壳体，所述合金块位于壳体中。

5.根据权利要求1所述的电池保护装置，其特征在于，所述绝缘件含有上绝缘层和下绝缘层，所述合金块处于上、下绝缘层之间。

6.根据权利要求1所述的电池保护装置，其特征在于，所述间隙距离为0.01-2mm。

7.根据权利要求1所述的电池保护装置，其特征在于，所述低温为低于合金块熔点的温度范围，所述高温为高于合金块熔点使合金熔融的范围。

8.一种电池，含有如权利要求1至7中任意一项所述的电池保护装置，所述电池保护装置的两个导电端子分别与电池的正负极相连。

9.如权利要求8所述的电池，所述电池保护装置的导电端子与电池的正负极相连的电路中还含有电阻。

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