CN102386358B - 防爆膜及具有该防爆膜的锂离子电池 - Google Patents

防爆膜及具有该防爆膜的锂离子电池 Download PDF

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Abstract

本发明涉及锂离子电池技术领域，尤其涉及防爆膜及具有该防爆膜的锂离子电池，防爆膜包括有膜片本体，膜片本体的周缘向上弯折形成Z字型弯折部，膜片本体的中部向上凸起形成凸球面，Z字型弯折部与凸球面段的结合处成夹角，凸球面段外侧设有刻痕。所以防爆片破裂需要的应力较小，当电池出现异常情况下，可实现破裂泄气，不至于出现爆炸等安全隐患，结构简单、安全性能好。

Description

防爆膜及具有该防爆膜的锂离子电池
技术领域：
本发明涉及锂离子电池技术领域，尤其涉及一种防爆膜及具有该防爆膜的锂离子电池。
背景技术：
当容器里的气体压力达到一定值时，就需要把里面的气体释放出来，否则就有可能出现压力越来越大导致容器发生爆炸的危险，所以，在各种可能发生爆炸的密闭容器中，一般都设置有安全装置。当系统压力过高时，安全装置就能够自动将系统中过剩的介质排放到低压系统或大气中去。安全装置包括安全阀和防爆装置等，防爆膜就是防爆装置中的一种。在系统压力升高速度很快的情况下，特别是，当发生爆炸或伴随有个别震爆情况发生的放热反应时，安全阀往往来不及作用，而安全防爆膜的动作速度则比安全阀快得多。
锂离子电池是属于能量密度高的电池。对于能量密度高的封闭式电池，会使充电器的相关设备发生故障，过充电或导致其它使用不当的情况发生，在这些情况下，随着电池内部化学反应的继续，电池内部产生异常气体，导致电池内部压力过大，使电池有发生爆炸的危险。因此，锂离子电池在电池内部压力过高、保护电路失灵或过充、过放、高温等场合存在爆炸的危险，为了防止电池爆炸的发生，电池一般都设置有防爆装置。现有电池防爆装置采用以下结构：1.在组合盖板中设有铅箔、铝箔、铜箔，构成泄压安全阀；2.在铝盖板上防爆孔处焊铝箔防爆膜；在钢盖板上防爆孔处焊铜箔防爆膜。结构1的安全阀结构复杂，制造成本高，铜箔易腐蚀；结构2的防爆膜基本为平面，爆破时希望被拉裂，但组装时张力不好控制且易起皱，起爆一致性差，而且拉裂需要较大应力，并且对设备加工精度要求高，系统复杂，箔材易刺破及腐蚀，制造成本高。
发明内容：
本发明的目的就是针对现有技术存在的不足而提供一种起爆一致性好、破裂需要的应力较小、结构简单、安全性能好的防爆膜。
为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是：
防爆膜，其包括有膜片本体，膜片本体的周缘向上弯折形成Z字型弯折部，膜片本体的中部向上凸起形成凸球面，Z字型弯折部与凸球面段的结合处成夹角，凸球面段外侧设有刻痕。本发明相对于现有技术，Z字型的高度为防爆膜的拱起破裂提供了足够的空间，使得拱起部分(即凸球面)不会超出电池盖板，避免了由于电池盖板的阻挡而无法破裂的问题，不会占用盖板上的空间；Z字型弯折部与凸球面段的结合处成夹角，可以引导防爆膜的形变，以及消弱刻痕的强度，使得较小的气压强度就可以冲破防爆膜，大大提高了电池的安全性能，同时，还可以提升防爆膜的破裂一致性；凸球面段外侧设有刻痕，为防爆膜提供了破裂的薄弱区域，该刻痕通常通过冲压或激光雕刻的方式再加工形成，加工简便。
其中，所述Z字型弯折部包括上边、斜边和下边，上边与斜边切线的夹角为30～85°，当防爆膜的凸球面受力时，上边和斜边切线的在夹角为30～85°下，不会发生较大的形变，既保证了足够的空间，又保证了足够的强度；所述的下边和斜边切线的夹角为15～30°，夹角较小形成叠加，使得下边的刚度较大，可以避免防爆膜向上拱起过程中下边被拉扯而变形，提高防爆膜破裂的一致性。
所述刻痕为封闭的圆形或者椭圆形或者其它不规则形状；所述刻痕为不封闭的圆形或者椭圆形或者其它不规则形状，当刻痕位置剩余的厚度较薄时，采用不封闭的刻痕，可以避免防爆膜的凸球面断裂而落入电池电芯内。
所述刻痕的截面形状为三角形或梯形或者其它的形状。
所述Z字型弯折部与凸球面段的结合处的夹角为90～180°，可以引导防爆膜的形变，以及消弱刻痕的强度，使得较小的气压强度就可以冲破防爆膜，大大提高了电池的安全性能，同时，还可以提升防爆膜的破裂一致性。
其中本发明所述Z字型弯折部与凸球面段的结合处的夹角进一步优选为160°。
所述凸球面段的曲率半径为3～35mm。当凸球面段为平直时，需要一定量的气压才可以形成凸起，气压再继续增加时才会破裂；而本发明为了提高电池的安全性，采用凸球面段的曲率半径为3～35mm就可以实现较小的气压破裂防爆膜。
本发明还公开具有上述防爆膜的锂离子电池，它包括有电池盖板、防爆膜，电池盖板上开设有防爆孔，防爆膜由电池盖板的内侧遮盖住防爆孔，且防爆膜的周缘焊接密封固定在电池盖板的内侧表面上。
所述防爆膜周缘的内表面上焊接固定有钢圈，进一步加固防爆膜与电池盖板的连接强度。
所述钢圈与防爆膜结合的表面上凸设有凸台。
本发明有益效果在于：本发明其包括有膜片本体，膜片本体的周缘向上弯折形成Z字型弯折部，膜片本体的中部向上凸起形成凸球面，Z字型弯折部与凸球面段的结合处成夹角，凸球面段外侧设有刻痕。所以防爆片破裂需要的应力较小，当电池出现异常情况下，可实现破裂泄气，不至于出现爆炸等安全隐患，结构简单、安全性能好。
附图说明：
图1为本发明防爆膜的截面图；
图2为图1中A处的放大图；
图3为本发明锂离子电池的俯视图；
图4为本发明锂离子电池的剖视图；
图5为本发明锂离子电池的另一种结构剖视图；
图6为图5中B处的放大图。
具体实施方式：
下面结合附图对本发明作进一步的说明，见图1-6所示，本发明的防爆膜1的材质为镍、不锈钢、钛或其它金属材料，也可以这些材料的合金。
防爆膜1其包括有膜片本体11，膜片本体11的周缘向上弯折形成Z字型弯折部12，Z字型弯折部12有较高的支撑刚度。膜片本体11的中部向上凸起形成凸球面13，凸球面段13的曲率半径为3-35mm。所述Z字型弯折部12包括上边121、斜边122和下边123，上边121与斜边122切线的夹角为30～85°，所述的下边123与斜边122切线的夹角为15～30°，保证了Z字型弯折部12有较高的支撑刚度；Z字型弯折部12与凸球面段13的结合处设有一定的夹角14且外侧设有一圈圆形封闭的刻痕15，夹角14的角度为90～180°，优选为160度。刻痕15的截面形状为三角形或梯形，形状一致性较好，当然刻痕15也可以是不封闭的，刻痕15通过机械加工或激光雕刻方式成型。
具有上述防爆膜1的锂离子电池，它包括有钢质电池盖板2、防爆膜1，电池盖板2上开设有防爆孔21，防爆膜1由电池盖板2的内侧遮盖住防爆孔21，且防爆膜1的周缘焊接密封固定在电池盖板2的内侧表面上。防爆膜1周缘的内表面上焊接固定有钢圈3，钢圈3与防爆膜1结合的表面为平面，也可以是钢圈3在与防爆膜1结合的表面上凸设有凸台31，使得钢圈3与防爆膜1结合更牢固。防爆膜1、钢圈3、电池盖板2之间通过超声波焊接、电阻焊接或激光焊接。
镍、不锈钢或钛材质的防爆膜1机械加工性能稳定，形状一致性较好，耐电解液腐蚀、耐电化学腐蚀性能优良。但这些材质的防爆膜1强度偏硬、爆破值偏大，因而本发明通过冲压或激光雕刻的方式在防爆膜1上加工出一道刻痕15，使防爆膜1有个薄弱点。再经机械加工的方式预先折为有一定曲率的凸球面段13，并且中部凸球面段13的初始状态曲率已经很大，该凸球面段13为预先加工出的，起爆一致性较好，在该曲率下凸球面段13周圈的刻痕15已有轻微的折裂，且Z字型弯折部与凸球面段的结合处设有的夹角14，形成了薄弱点处又有引导弯度，利于折裂及折裂的一致性。再加上凸起的凸球面段13受力时是拉扯刻痕15处的，所以防爆膜1破裂需要的应力较小，在电池内通过较小的压力，就能破裂泄气，当电池出现异常情况下，可实现破裂泄气，不至于出现爆炸等安全隐患，结构简单、安全性能好。
本发明的结构通过气体打压测试，爆开值及一致性有明显的改善。
  新设计爆开(Mpa)   现有设计爆开(Mpa)
  平均值   0.63   0.95
  Sigma   0.07   0.21
  最大值   0.74   1.25
  最小值   0.50   0.58
因现有箔材防爆膜较薄，起皱及破损的不良率配件加工商加上电池厂一共高达约16.2％。本发明的结构可以避免起皱，破损不良率低为0.02％。
根据上述说明书的揭示和教导，本发明所属领域的技术人员还可以对上述实施方式进行适当的变更和修改。因此，本发明并不局限于上面揭示和描述的具体实施方式，对本发明的一些修改和变更也应当落入本发明的权利要求的保护范围内。此外，尽管本说明书中使用了一些特定的术语，但这些术语只是为了方便说明，并不对本发明构成任何限制。

Claims (9)

1.防爆膜，其特征在于：其包括有膜片本体(11)，膜片本体(11)的周缘向上弯折形成Z字型弯折部(12)，膜片本体(11)的中部向上凸起形成凸球面段(13)，Z字型弯折部(12)与凸球面段(13)的结合处成夹角(14)，凸球面段(13)外侧设有刻痕(15)，所述Z字型弯折部(12)包括上边(121)、斜边(122)和下边(123)，上边(121)与斜边(122)的切线夹角为30～85°，所述的下边(123)和斜边(122)的切线夹角为15°。
2.根据权利要求1所述的防爆膜，其特征在于：所述刻痕(15)为封闭的或不封闭的。
3.根据权利要求1所述的防爆膜，其特征在于：所述刻痕(15)的截面形状为三角形或梯形。
4.根据权利要求1所述的防爆膜，其特征在于：所述Z字型弯折部(12)与凸球面段(13)的结合处的夹角为90～180°。
5.根据权利要求4所述的防爆膜，其特征在于：所述Z字型弯折部(12)与凸球面段(13)的结合处的夹角为160°。
6.根据权利要求1所述的防爆膜，其特征在于：所述凸球面段(13)的曲率半径为3～35mm。
7.具有权利要求1-6任意一项所述防爆膜的锂离子电池，其特征在于：它包括有电池盖板(2)、防爆膜(1)，电池盖板(2)上开设有防爆孔(21)，防爆膜(1)由电池盖板(2)的内侧遮盖住防爆孔(21)，且防爆膜(1)的周缘焊接密封固定在电池盖板(2)的内侧表面上。
8.根据权利要求7所述的锂离子电池，其特征在于：所述防爆膜(1)周缘的内表面上焊接固定有钢圈(3)。
9.根据权利要求8所述的锂离子电池，其特征在于：所述钢圈(3)与防爆膜(1)结合的表面上凸设有凸台(31)。
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