CN102280654B - 一种锂离子电池 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种锂离子电池，包括电芯和具有内腔的外壳，电芯设置在内腔中，外壳包括盖板，盖板包括第一金属片，第一金属片至少设置有贯穿上、下表面的第一通孔和第二通孔，第一通孔内设置有负极柱，第一通孔与负极柱之间设置有绝缘件，盖板还包括防爆装置，防爆装置包括密封第二通孔的防爆膜，防爆膜上设置有防爆线，当电芯内部气压达到预定值时，防爆线断开，使气体排出。本发明具体实施方式中，防爆装置设置在第二通孔，防爆装置包括防爆膜，防爆膜密封第二通孔，同时防爆膜上还设置有防爆线，使其既可达到防爆目的，又可避免在生产、运输或使用过程中因为防爆膜厚度太薄或机械强度较低，而被刺穿或破坏，造成电芯的失效。

Description

一种锂离子电池

技术领域

本发明涉及一种锂离子电池，特别是涉及一种能够提供安全保护的方形锂离子电池。

背景技术

在锂离子电池中，除了正负极、电解液及隔膜纸外，作为存储锂离子电池各个反应组分的壳体及盖板也是非常重要的部件，作为一个有效部件，除了提供存储的功能，还会为锂离子电池提供电极引出的功能，同时对锂离子电池的安全提供一定的帮助。

电池壳体及盖板使用的材料主要有：不锈钢或镀镍钢材、铝合金、等。目前采用不锈钢或镀镍钢材、铝合金作为存储介质的电芯在壳体及盖板上往往采用防爆线或者防爆膜设计，以便于在锂离子电芯内部发生短路、过充等滥用情况时提供一定的安全保护，以减少滥用所带来的破坏。但是防爆线在加工过程中，影响因素较多，一般较难保证其破裂时的压力一致性，一般用于低端市场，而防爆膜加工工艺及相关专利主要控制在日韩的一些厂商；其次防爆线及防爆膜为达到其防爆的作用，主要通过降低防爆线或防爆膜附近的机械强度，使处理过的特定位置在受到一定的压力时率先破裂，其带来的负面影响则是防爆膜或防爆线在生产、运输或使用过程中因为厚度太薄或机械强度较低，很容易被刺穿或破坏，造成电芯失效。

发明内容

本发明的目的是针对现有技术的不足，提供一种具有高安全性且可有效防止防爆膜被损坏的锂离子电池。

为实现上述目的，本发明采用了以下技术方案：

一种锂离子电池，包括电芯和具有内腔的外壳，所述电芯设置在所述内腔中，所述外壳包括盖板，所述盖板包括第一金属片，所述第一金属片包括上表面和下表面，所述第一金属片至少设置有贯穿上、下表面的第一通孔和第二通孔，所述第一通孔内设置有负极柱，所述第一通孔与所述负极柱之间设置有绝缘件，所述盖板还包括防爆装置，所述防爆装置包括防薄膜，所述防薄膜设置在所述第一金属片上表面下方并密封所述第二通孔，所述防爆膜上设置有防爆线，当电芯内部气压达到预定值时，所述防爆线断开，使气体排出。

所述防爆装置还包括底板和设置在所述底板四周的支撑件，所述底板上设置有第三通孔，所述防薄膜包括安装部和受力后可变形的自由部，所述安装部设置在所述第二通孔下方，和所述第二通孔的边缘连接并通过所述支撑件与所述底板连接。

所述自由部的底部通过点焊与所述底板连接。

所述防爆线为围绕第二通孔的轴线的环形凹槽。

所述盖板还包括过流保护装置，所述过流保护装置包括第二金属片和复合在所述第二金属片上的热敏电阻，所述第二金属片与所述第一金属片之间具有缝隙，所述第一金属片和所述第二金属片通过所述负极柱连接。

第二金属片由镍制成，所述负极柱由镍制成。

所述第二金属片包括本体，所述本体与所述负极柱相对位置处设置有第四通孔，所述负极柱上部设置在所述第四通孔中。

所述第二金属片还包括自本体向上延伸的凸出部，所述凸出部具有可容纳气体的容纳腔，所述容纳腔与所述第二通孔位置相对应。

所述第一金属片由铝制成，所述防爆膜由铝制成。

所述底板为由铝制成。

由于采用了以上技术方案，使本发明具备的有益效果在于：

本发明具体实施方式中，由于盖板包括第一金属片，第一金属片设置有第二通孔，防爆装置包括防爆膜，防爆膜设置在第一金属片上表面的下方并密封第二通孔，防爆膜上还设置有防爆线，使其可达到防爆目的，同时，防爆膜隐藏在第一金属片上表面的下方，可避免在生产、运输或使用过程中因为防爆膜设置在电池表面，而被刺穿或破坏，造成电芯的失效。

附图说明

图1为本发明一种实施方式中的装配图；

图2为图1中A的局部放大图；

图3为本发明一种实施方式中第一金属片的结构示意图；

图4为本发明一种实施方式中第二金属片的剖视图；

图5为本发明一种实施方式中第二金属片的结构示意图。

具体实施方式

下面通过具体实施方式结合附图对本发明作进一步详细说明。

如图1至图5所示，本发明的锂离子电池，其一种实施方式，包括电芯(图未示)和具有内腔的外壳(图未示)，电芯设置在所述内腔中，外壳包括盖板，盖板包括第一金属片11，第一金属片11至少设置有贯穿上、下表面的第一通孔12、第二通孔13和注液孔16，第一通孔11内设置有负极柱14，第一通孔12与负极柱14之间设置有绝缘件15，注液孔16用于向电池内部注射电解液。盖板还包括防爆装置。防爆装置包括防爆膜21，防爆膜21设置在第一金属片11上表面下方并密封第二通孔13，防爆膜21上还可设置有防爆线22。本发明可在电解液中添加部分产气添加剂，当电芯内部出现异常产生一定量的气体，使气压达到预定值时，防爆线22断开，可使气体排出。第一金属片11可以由铝、钢或是其它金属材料制成。

在一种实施方式中，第一金属片11由铝制成。第一金属片可采用A3003或A3005退火O态铝合金片，此铝片拉伸强度较大，且3系合金铝较纯铝具有更好的耐腐蚀性能，可塑性较好，适合用于冲压，经过退火处理后软化后使其具有较好的延展性，但在退火时可能会产生粗大的晶粒，故对铝片来料需加强机械性能的测试。

防爆膜21由铝制成，防爆膜21一般采用1系合金或8系合金材料，因为防爆膜21主要是用于起到延伸破裂作用，要求其延展及拉伸强度等机械性能较好，并具有优良的焊接性能，故一般采用上述合金。

在一种实施方式中，防爆装置还包括底板23和支撑件25，支撑件25设置在底板23的四周。底板23上设置有至少一个第三通孔24。防爆膜21可包括安装部和自由部，自由部受力后可变形，安装部用于安装固定防爆膜21，安装部设置在第二通孔13下方，和第二通孔13的边缘连接并通过支撑件25与底板连接。当电池内部产生气体时，可通过第三通孔24进入防爆装置。自由部的底部与底板23连接，安装部与第二通孔13连接，并通过支撑件25与底板23连接。防爆装置可以设置在第二通孔13的上部、中间或是底部。在本具体实施方式中，防爆装置设置在第二通孔13的底部。自由部的底部可以通过点焊与底板23连接。第二通孔13的底部四周还可以设置安装槽17，安装槽17用于安装防爆装置。当电芯内部反应导致异常，且持续进行时，气体通过第三通孔24进入防爆装置，当气体继续增多使电池内部压力达到一定值时，防爆膜21的自由部向上翻转，使外壳内部可以容纳更多的气体，减小电芯内气体压力，当气体继续增多，使电芯内部气压达到预定值时，防爆线22断开，气体排出，起到分段卸压的作用；底板23可以由金属制成，在本具体实施方式中，具体可由铝制成，因其需要起到支撑及透气的作用，故一般采用2A02铝合金。

在一种实施方式中，防爆线22为围绕第二通孔13的轴线的环形凹槽，防爆线2可设置在自由部上。

在一种实施方式中，盖板还可以包括过流保护装置。过流保护装置包括第二金属片31和复合在第二金属片31上的热敏电阻32。热敏电阻32可由PE材料和导电炭黑(或陶瓷材料)组成，采用炭黑较高含量60％～75％，可降低其电阻。

第二金属片31与第一金属片11之间具有缝隙33，第一金属片11和第二金属片31通过负极柱14连接。在一种实施方式中，第二金属片31可以由镍制成，负极柱14可以由镍制成。为保证高导电性以及耐腐蚀性，一般采用纯镍或铜镍复合材料。设置在负极柱14四周的绝缘件15，可以通过PFA材料一次注塑成型。

在一种实施方式中，镍片包括本体36，本体36设置有第四通孔34，第四通孔34与镍钉位置相对应，使镍钉上部及其周围的绝缘件15设置在第四通孔34中。镍片还可以包括向上延伸的凸出部37，凸出部37具有容纳腔35，容纳腔35可用于容纳气体，容纳腔35设置在第二通孔13的上方，并与第二通孔13位置相对应。

在一种实施方式中，设置在正极片与负极片之间的绝缘片，可采用PP、PET等塑胶材料或牛皮纸等纸质材料制成，耐高温性能由PP、PET依次升高，一般在要求电流较大时，采用耐温较好的材料。

本发明锂离子电池，其盖板的加工工艺如下：

1、第二金属片的加工：通过冲式切刀将第二金属片冲成图4、图5中的形状，将热敏电阻和第二金属片用粘结剂粘合在一起。

2、第一金属片的加工：将第一金属片按尺寸通过冲切式切刀加工成图3中形状。加工好铝板后将金属镍制成的负极柱和PFA铆接在相应位置。

3、底板的加工：将铝板按尺寸通过冲切式切刀加工。

4、防爆膜的加工：将铝箔按尺寸通过冲床加工制成防爆膜，将加工好防爆膜的自由部的底部和底板用间隔绝缘片隔开并用激光焊焊接在相应位置。

5、清洗：表面的清洗主要为除油污/腐蚀处理，防止在进行复合时由于表面的油污或过厚氧化层导致复合不紧密，而造成微孔泄漏。

6、定位复合：主要是将热敏电阻定位第二金属片(即镍片)规定的位置上，采用机械步进的原理实现，复合为：在温度≥90℃下，压力为1MPa～5MPa下采用机械压合的方法进行，复合完成后，对其整体进行分切，可按机械步进的方法进行以保证每个包装的尺寸达到均一。

7、入壳、上封、整形：入壳为将卷芯装入上述步骤制成的壳体中，转入后将两极耳对应到相应的位置，采用激光焊进行封口，而达到上封的目的，整形为对外部铝壳进行整形，达到客户适合使用的形状及外观。

效果分析：将本发明中的复合位置进行SEM测试，从结合处可以看出其复合较为紧密，铝层与相互渗透，复合效果较好。

本发明的具体实施方式中，由于防爆装置还包括底座，底座包括底板和设置在底板四周的支撑件，底板上设置有第三通孔，防爆膜底部与底板连接，当由于电芯内部反应导致异常，且持续进行时，气体通过第三通孔进入防爆装置，当气体继续增多使电池内部压力达到一定值时，防爆膜的自由部向上翻转，使外壳内部可以容纳更多的气体，减小电芯内气体压力，当气体继续增多，使电芯内部气压达到预定值时，防爆线断开，气体排出，起到分段卸压的作用；本发明的具体实施方式中，由于防爆膜的自由部底部通过点焊与底板连接，便于防爆膜与底板分离，从而使其迅速翻转；本发明的具体实施方式中，由于防爆线为围绕第二通孔的轴线的环形凹槽，当压力达到一定值时，防爆线易于断裂；本发明的具体实施方式中，由于盖板上还包括过流保护装置，过流保护装置包括第二金属片和复合在其上的热敏电阻，随电流的增加，热敏电阻的内阻也随着增大直至无穷大，而使回路电阻增加，以保证在相同电压下，电流降低至无穷小，起到回路保护的作用，同时第二金属片与第一金属片之间具有缝隙，可容纳防爆膜破裂时，部分从电池内部排出的气体，避免因大量气体无法及时排出而引起的爆炸；本发明的具体实施方式中，第二金属片由镍制成，并包括凸出部，凸出部包括可容纳气体的容纳腔，进一步扩大了可容纳的气体的容积；本发明的具体实施方式中，第一金属片、防爆膜由铝制成，便于将防爆膜连接在第二通孔上；本发明的具体实施方式中，底板为由铝制成，便于将防爆膜通过点焊连接在底板上。

以上内容是结合具体的实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本发明的保护范围。

Claims (9)

1.一种锂离子电池,包括电芯和具有内腔的外壳，所述电芯设置在所述内腔中，所述外壳包括盖板，所述盖板包括第一金属片，所述第一金属片包括上表面和下表面，所述第一金属片至少设置有贯穿上、下表面的第一通孔和第二通孔，所述第一通孔内设置有负极柱，所述第一通孔与所述负极柱之间设置有绝缘件，其特征在于，所述盖板还包括防爆装置，所述防爆装置包括防爆膜，所述防爆膜设置在所述第一金属片上表面下方并密封所述第二通孔，所述防爆膜上设置有防爆线，当电芯内部气压达到预定值时，所述防爆线断开，使气体排出；

所述盖板还包括过流保护装置，所述过流保护装置包括第二金属片和复合在所述第二金属片上的热敏电阻，所述第二金属片与所述第一金属片之间具有缝隙，所述第一金属片和所述第二金属片通过所述负极柱连接。

2.如权利要求1所述的锂离子电池，其特征在于，所述防爆装置还包括底板和设置在所述底板四周的支撑件，所述底板上设置有第三通孔，所述防爆膜包括安装部和受力后可变形的自由部，所述安装部设置在所述第二通孔下方，和所述第二通孔的边缘连接并通过所述支撑件与所述底板连接。

3.如权利要求2所述的锂离子电池，其特征在于，所述自由部的底部通过点焊与所述底板连接。

4.如权利要求2所述的锂离子电池，其特征在于，所述防爆线为围绕第二通孔的轴线的环形凹槽。

5.如权利要求1所述的锂离子电池，其特征在于，第二金属片由镍制成，所述负极柱由镍制成。

6.如权利要求5所述的锂离子电池，其特征在于，所述第二金属片包括本体，所述本体与所述负极柱相对位置处设置有第四通孔，所述负极柱上部设置在所述第四通孔中。

7.如权利要求6所述的锂离子电池，其特征在于，所述第二金属片还包括自本体向上延伸的凸出部，所述凸出部具有可容纳气体的容纳腔，所述容纳腔与所述第二通孔位置相对应。

8.如权利要求1至4中任一项所述的锂离子电池，其特征在于，所述第一金属片由铝制成，所述防爆膜由铝制成。

9.如权利要求2至4中任一项所述的锂离子电池，其特征在于，所述底板为由铝制成。