CN102208584A - 一种锂离子电池用注液和安全两用阀 - Google Patents

一种锂离子电池用注液和安全两用阀 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种锂离子电池用注液和安全两用阀。目前所采用的安全阀一旦打开电池也随之报废，注液孔也无法实现二次加液。本发明包括阀体和阀芯，顶盖与阀体的顶端连接，阀体的圆筒部分的内壁攻有螺纹，底盖部分的中心沿轴向开有注液孔；压盖设置在阀体的圆筒部分内，沿轴向开有一级排气孔，底面开有凹槽；顶盖沿轴向开有二级排气孔，顶盖与压盖之间设置有圆柱形的电解液吸收垫；阀芯设置在压盖的凹槽与注液孔之间。本发明的两用阀具有可恢复功能，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，还可以实现二次加液。

Description

一种锂离子电池用注液和安全两用阀
技术领域
本发明属于机械技术领域，涉及一种阀，具体是一种锂离子电池用注液和安全两用阀。
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金属端盖上分别设置有注液孔和安全阀，其中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。锂离子动力电池在注液完成后，采用钢珠等将注液孔封闭，避免发生漏液，而这种注液孔无法实现二次加液。
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注液和安全两用阀，该两用阀即可作为加液使用，也可作为安全阀，并且这种安全阀能够重复打开和闭合，提高电池的安全性。
本发明包括阀体和阀芯，顶盖与阀体的顶端螺纹连接；
所述的阀体为圆柱筒形，整体截面为U形，包括圆筒部分和底盖部分；圆筒部分的内壁攻有螺纹，底盖部分的中心沿轴向开有注液孔，注液孔的上部为倒圆台形、下部为圆柱形；
压盖设置在阀体的圆筒部分内，并与阀体螺纹连接；压盖沿轴向开有一级排气孔，底面开有凹槽，凹槽的表面为球面；
所述的顶盖沿轴向开有二级排气孔，顶盖与压盖之间设置有圆柱形的电解液吸收垫，电解液吸收垫材料为透气且能够吸收液体的材料，如树脂纤维、聚丙烯纤维、聚乙烯纤维、棉纤维。
所述的阀芯为橡胶球，材料为丁腈橡胶、丁苯橡胶、氟橡胶、乙丙橡胶或丁基橡胶；阀芯设置在压盖的凹槽与注液孔的圆锥面之间，且阀芯的直径大于注液孔的圆锥面的最小直径。
橡胶球的预变形量                                               
Figure 2011101085770100002DEST_PATH_IMAGE002
根据胡克定律计算：
                  (1)
其中k为橡胶球的弹性变形系数；为设定的锂离子电池内压；r o 为注液孔圆柱部分的半径。。
该锂离子电池用注液和安全两用阀固定连接在锂离子动力电池的金属端盖上，通过注液孔注液，当注液完成后放入阀芯橡胶球，再将压盖旋入，调整好橡胶球的预变形量，再放入电解液吸收垫、旋上顶盖，将电池密封。当电池内压力大于规定值时，气体将橡胶球上顶，橡胶球发生变形。此时，注液孔成为出气孔，及时将多余的气体通过一、二级排气孔排出，同时排出的电解液由电解液吸收垫吸收，保证电池的安全性。而电池内压力低于设定压力时，由于已变形的橡胶球恢复到原变形量，将注液孔密封，防止电池内部电解液的泄露。需要二次加液时，依次取下顶盖、电解液吸收垫、压盖和橡胶球，通过注液孔注液。
本发明的注液和安全两用阀具有可恢复功能，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。该两用阀同时还可以实现二次加液。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，该两用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。
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，一种锂离子电池用注液和安全两用阀包括阀体和阀芯7，顶盖2与阀体的顶端螺纹连接；
阀体为圆柱筒形，整体截面为U形，包括圆筒部分1-1和底盖部分1-2；圆筒部分1-1的内壁攻有螺纹，底盖部分1-2的中心沿轴向开有注液孔8，注液孔8的上部为倒圆台形、下部为圆柱形；
压盖5设置在阀体的圆筒部分1-1内，并与阀体螺纹连接；压盖5沿轴向开有一级排气孔6，底面开有凹槽，凹槽的表面为球面；
顶盖2沿轴向开有二级排气孔3，顶盖2与压盖5之间设置有圆柱形的电解液吸收垫4，电解液吸收垫4的材料为透气且能够吸收液体的材料，如树脂纤维、聚丙烯纤维、聚乙烯纤维、棉纤维。
所述的阀芯7为橡胶球，材料为丁腈橡胶、丁苯橡胶、氟橡胶、乙丙橡胶或丁基橡胶；阀芯7设置在压盖5的凹槽与注液孔8的圆锥面之间，且阀芯7的直径大于注液孔8的圆锥面的最小直径。
橡胶球的预变形量根据胡克定律计算：
Figure 488602DEST_PATH_IMAGE004
                  (1)
其中k为橡胶球的弹性变形系数；
Figure 11988DEST_PATH_IMAGE006
为设定的锂离子电池内压；r o 为注液孔圆柱部分的半径。
锂离子动力电池的金属端盖上开设安装孔，将该两用阀装在安装孔上，通过激光焊接方法将两用阀和金属端盖组合在一起。通过注液孔注液，注液完成后放入阀芯橡胶球，再将压盖旋入，调整好橡胶球的预变形量，橡胶球将注液孔密封。再放入电解液吸收垫、旋上顶盖。当电池内压力大于规定值时，气体将橡胶球上顶，橡胶球发生变形。此时，注液孔成为出气孔，及时将多余的气体通过一、二级排气孔排出，同时排出的电解液由电解液吸收垫吸收。而电池内压力低于设定压力时，由于已变形的橡胶球恢复到原变形量，将注液孔密封，防止电池内部电解液的泄露。需要二次加液时，依次取下顶盖、电解液吸收垫、压盖和橡胶球，通过注液孔注液。

Claims (4)

1.一种锂离子电池用注液和安全两用阀，包括阀体和阀芯，顶盖与阀体的顶端螺纹连接，其特征在于：
所述的阀体为圆柱筒形，整体截面为U形，包括圆筒部分和底盖部分；圆筒部分的内壁攻有螺纹，底盖部分的中心沿轴向开有注液孔，注液孔的上部为倒圆台形、下部为圆柱形；
压盖设置在阀体的圆筒部分内，并与阀体螺纹连接；压盖沿轴向开有一级排气孔，底面开有凹槽，凹槽的表面为球面；
所述的顶盖沿轴向开有二级排气孔，顶盖与压盖之间设置有圆柱形的电解液吸收垫；
所述的阀芯为橡胶球，设置在压盖的凹槽与注液孔的圆锥面之间，且阀芯的直径大于注液孔的圆锥面的最小直径。
2.如权利要求1所述的一种锂离子电池用注液和安全两用阀，其特征在于：所述的电解液吸收垫的材料为透气且能够吸收液体的材料。
3.如权利要求1所述的一种锂离子电池用注液和安全两用阀，其特征在于所述阀芯的材料为丁腈橡胶、丁苯橡胶、氟橡胶、乙丙橡胶或丁基橡胶。
4.如权利要求1所述的一种锂离子电池用注液和安全两用阀，其特征在于所述阀芯的预变形量                                                
Figure 846434DEST_PATH_IMAGE001
根据胡克定律计算：
Figure 2011101085770100001DEST_PATH_IMAGE002
                  
其中k为橡胶球的弹性变形系数；
Figure 150376DEST_PATH_IMAGE003
为设定的锂离子电池内压；r o 为注液孔圆柱部分的半径。
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