CN102208583A - 一种锂离子动力电池用安全阀 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种锂离子动力电池用安全阀。目前所采用的安全阀通常是设置在端盖上的薄金属片,一旦打开电池也随之报废。本发明是在注塑成型的电池盖板上开设安装槽,安装槽底部开有排气孔。阀盖和弹簧设置在安装槽内,其中阀盖上开有出气孔,阀盖的侧壁与安装槽的上部侧壁螺纹连接。阀芯由上至下依次包括弹簧定位销、密封片、倒圆台体的调节销三部分。弹簧的上端与阀盖的底面活动连接,弹簧的下端与密封片部分活动连接。本发明的安全阀具有可恢复功能,能大大提高锂离子电池的安全性,防止电池出现鼓壳现象,并能有效延长电池的工作寿命。

Description

一种锂离子动力电池用安全阀
技术领域
本发明属于机械技术领域,涉及一种阀,具体是一种锂离子动力电池用安全阀。
背景技术
近年来,随着能源危机和全球环境问题的日益严重,新能源的开发和应用已经成为全球的热潮,采用磷酸铁锂为正极材料的锂离子动力电池,被视为电动汽车、混合动力汽车等新能源汽车的最佳能源,发展势头迅猛。
随着锂离子电池技术的进步及新材料的出现,锂离子电池在安全性比以往的锂离子电池提高很多。因此,锂离子电池越来越往大型化发展。尤其是电动汽车用的锂离子电池,一般采用大型方形电池。但目前各类锂离子电池的电解液基本上采用碳酸酯基电解液。而采用碳酸酯基电解液的锂离子电池在首次充电过程中,同时在电池正常的充放电过程中,由于伴随着SEI膜的不断破坏和生产,以上产生气体的反应在电池中是不可避免的,随着充放电循环的进行,电池内累积的气体数量越来越多,造成电池内压上升,给电池的安全性带来隐患。
目前,一般锂离子动力电池会在端盖上设置安全阀,通常采用冲压减薄形成带刻痕的薄金属片,或采用预制刻痕的金属薄片焊接于端盖构成安全阀。当电池内压超过设定值后,金属薄片在预制刻痕处破裂,电池内部气体通过破裂口排放,电池内压下降,从而防止电池爆炸。而当该种类型的安全阀一旦打开,电池也随之报废,无法再使用。
发明内容
本发明的目的在于针对现有技术的不足,提供一种锂离子电池用安全阀,该安全阀能够重复打开和闭合,精确控制电池内压,提高电池的安全性,同时防止电池内部电解液的泄露。
本发明锂离子电池用安全阀是在塑料注塑成型的电池盖板上开设圆柱形的安装槽,安装槽的顶部开放、底部开有排气孔,安装槽与锂离子内部通过排气孔连通。
阀盖和弹簧设置在安装槽内,其中阀盖上开有出气孔,阀盖的侧壁与安装槽的上部侧壁螺纹连接。
阀芯由上至下依次包括柱体的弹簧定位销、扁平型的密封片、倒圆台体的调节销三部分,密封片部分的下表面面积大于调节销部分的上表面面积。所述的阀芯一体成型,其材料为丁腈橡胶、丁苯橡胶、氟橡胶、乙丙橡胶或丁基橡胶。
弹簧的上端与阀盖的底面活动连接,弹簧的下端套在阀芯的弹簧定位销外,并与密封片活动连接。
所述的弹簧采用不锈钢材料,其预变形量X根据胡克定律计算:
Figure 149134DEST_PATH_IMAGE001
其中k为弹簧的弹性变形系数,
Figure 974133DEST_PATH_IMAGE002
为设定的锂离子电池内压,r o 为排气孔的最小半径。
排气孔与安装槽的底面通过圆锥面过渡,该圆锥面的锥度与阀芯的调节销部分的外侧面的锥度一致。
本发明的安全阀采用注塑成型的方法,直接在塑料盖板上注出安装槽,然后在安装槽内放置阀芯和弹簧,拧紧阀盖,通过设定弹簧的预变形量,达到控制电池内压和密封的作用。当电池内压力大于规定值时,该安全阀打开,排出多余的气体后,安全阀重新关闭保持电池的密封,可准确控制电池内压,保持电池安全性;同时安全阀能重复开闭,防止电池内部电解液的泄露,保证电池可靠实用。本发明适用于锂离子动力电池中,尤其适合应用于大容量和高倍率放电的锂离子动力电池中。
本发明的安全阀具有可恢复功能,可以将电池的内压控制在设定的范围内,当电池内压增高时,可以及时将多余的气体排出电池外,保证电池的安全性;当电池的内压恢复到规定的值时,安全阀则又会及时闭合,防止电池漏液,保证电池的正常工作,不会使电池一次性报废。因此,采用可重复开闭的安全阀,将能大大提高成为锂离子电池的安全性,防止电池出现鼓壳现象,并能有效延长电池的工作寿命。对于锂离子动力电池,尤其是作为车用动力电池的磷酸铁锂类动力电池,该安全阀能在使用过程中提供良好的安全保护作用。
附图说明
图1为本发明的结构示意图;
图2为图1中阀芯的结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步描述。
如图1所示,一种锂离子动力电池用安全阀是在塑料注塑成型的电池盖板1上开设圆柱形的安装槽2,安装槽2的顶部开放、底部开有排气孔7,安装槽2与锂离子内部通过排气孔7连通。
阀盖3和弹簧5设置在安装槽2内,其中阀盖3上开有出气孔4,阀盖3的侧壁与安装槽2的上部侧壁螺纹连接。
阀芯6为一体成型结构,其材料采用丁腈橡胶、丁苯橡胶、氟橡胶、乙丙橡胶或丁基橡胶。如图2,阀芯6由上至下依次包括圆柱体的弹簧定位销6-1、圆片形的密封片6-2、倒圆台体的调节销6-3三部分,密封片6-2的下表面面积大于调节销6-3的上表面面积。
弹簧5的上端与阀盖3的底面活动连接,弹簧5的下端套在阀芯6的弹簧定位销6-1外,并与密封片6-2活动连接,弹簧5的两端分别抵住阀盖3的底面和密封片6-2的上表面。
弹簧5采用不锈钢材料,其预变形量X根据胡克定律计算:
Figure 705329DEST_PATH_IMAGE001
其中k为弹簧的弹性变形系数,为设定的锂离子电池内压,r o 为排气孔的最小半径。
排气孔7与安装槽2的底面通过圆锥面过渡,该圆锥面的锥度与阀芯的调节销6-3的外侧面的锥度一致。
锂离子动力电池的塑料盖板和壳体焊接成型后,通过安全阀的排气孔7注入电解液,然后放入阀芯6和弹簧5,拧紧阀盖3,阀芯6的调节销6-3设置在排气孔7的圆锥面部分,通过阀芯6密闭排气孔7,预变形量根据设定的电池内压确定。
组装好的电池安全阀,当电池内部产生的压力超过设定压力值,阀芯6被上顶,电池内部产生的气体通过排气孔7以及出气孔4排放。而当压力恢复到设定压力值以下时,阀芯6在弹簧5的作用下,重新将排气孔7封闭。该安全阀通过重复打开和闭合,来降低电池内压,保证电池安全性。在电池内压力低于设定压力时,由于已变形的弹簧产生的弹力,弹簧将阀芯的倒圆台体的调节销紧密压合在排气孔内,防止电池内部电解液的泄露。

Claims (3)

1.一种锂离子动力电池用安全阀,其特征在于该安全阀是在塑料注塑成型的电池盖板上开设圆柱形的安装槽,安装槽的顶部开放、底部开有排气孔,安装槽与锂离子内部通过排气孔连通;
阀盖和弹簧设置在安装槽内,其中阀盖上开有出气孔,阀盖的侧壁与安装槽的上部侧壁螺纹连接;
阀芯由上至下依次包括柱体的弹簧定位销、扁平型的密封片、倒圆台体的调节销三部分,密封片部分的下表面面积大于调节销部分的上表面面积;弹簧的上端与阀盖的底面活动连接,弹簧的下端套在阀芯的弹簧定位销外,并与密封片活动连接;
排气孔与安装槽的底面通过圆锥面过渡,该圆锥面的锥度与阀芯的调节销部分的外侧面的锥度一致。
2.如权利要求1所述的一种锂离子动力电池用安全阀,其特征在于:所述的阀芯一体成型,其材料为丁腈橡胶、丁苯橡胶、氟橡胶、乙丙橡胶或丁基橡胶。
3.如权利要求1所述的一种锂离子动力电池用安全阀,其特征在于:所述的弹簧采用不锈钢材料,其预变形量X根据胡克定律计算:
Figure 2011101085751100001DEST_PATH_IMAGE002
其中k为弹簧的弹性变形系数,
Figure 2011101085751100001DEST_PATH_IMAGE004
为设定的锂离子电池内压,r o 为排气孔的最小半径。
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