CN102544397B

CN102544397B - 一种锂离子二次电池

Info

Publication number: CN102544397B
Application number: CN201010579467.8A
Authority: CN
Inventors: 吴强
Original assignee: BYD Co Ltd
Current assignee: BYD Co Ltd
Priority date: 2010-12-09
Filing date: 2010-12-09
Publication date: 2015-11-25
Anticipated expiration: 2030-12-09
Also published as: CN102544397A

Abstract

本发明提供了一种锂离子二次电池，包括外壳、用于绝缘密封外壳的盖帽组件以及位于外壳和盖帽组件所围成空腔内的电芯和电解液；电芯上引出有第一极耳和第二极耳，第一极耳与外壳电连接，第二极耳与盖帽组件电连接；盖帽组件包括电连接组件和电连接组件外侧的密封圈；电连接组件包括依次电连接的PTC保护器、防爆片和上帽；PTC保护器位于第二极耳与防爆片之间，下表面与第二极耳电连接，上表面中心部位与防爆片中心下凹部位电连接，上表面周沿设置绝缘垫圈使与防爆片周沿部位绝缘；PTC保护器上具有排气孔。本发明的锂离子二次电池，具有较高的安全性能和密封性能，且电池内部结构简化，电池内部空间得到有效利用。

Description

一种锂离子二次电池

技术领域

本发明属于电池领域，尤其涉及一种锂离子二次电池。

背景技术

作为绿色能源的锂离子二次电池，在近十多年得到了迅猛的发展，随着性能的提高，成本的降低，愈来愈显示出极强的生命力，锂离子电池相对于Ni-MH、Ni-Cd及铅酸电池具有更高的工作电压高、能量密度大、循环寿命长、记忆效应小、自放电率低、轻捷方便、绿色环保等优点，作为便携式电源在手机、笔记本、数码电子产品等小型电源驱动设备方面得到广泛应用，并在未来高比能、高功率的储能电池市场显示出明显竞争优势。但由于安全性、密封性问题，锂离子二次电池的应用领域受到限制。

为了提高锂离子二次电池的安全性能，现有的锂离子二次电池的电池盖帽组件一般都带有CID（CurrentInterruptDevice），如图2所示。目前主流使用的CID是通过电池内部气压过高来实施断电保护，防爆片32′破裂后，电池内部气体通过孔板37′和上帽31′向外界排泄。但锂离子二次电池由于自身材料特性，在出现异常情况下，前期电池内压较低，不易及时启动，导致异常进一步加剧，电池安全性无法保障。上帽31′和防爆片32′之间可密封压缩PTC（正温度系数热敏电阻）保护器33′。通过PTC保护器对温度的敏感来及时反馈电池内部异常情况。但是PTC保护器因受到密封圈34′压缩，其受热膨胀空间受到了很大限制，导致PTC启动迟缓滞后，反应不灵敏，电池存在安全隐患；同时，PTC保护器根据电池内部温度变化而产生的变形会影响电池密封性能，容易导致电池漏液。

发明内容

本发明解决了现有技术中存在的锂离子二次电池的安全性能和密封性能较差的技术问题。

本发明提供了一种锂离子二次电池，包括外壳、用于绝缘密封外壳的盖帽组件以及位于外壳和盖帽组件所围成空腔内的电芯和电解液；电芯上引出有第一极耳和第二极耳，其中第一极耳与外壳电连接，第二极耳与盖帽组件电连接；

所述盖帽组件包括电连接组件和电连接组件外侧的密封圈；电连接组件包括依次电连接的PTC保护器、防爆片和上帽；PTC保护器位于第二极耳与防爆片之间，下表面与第二极耳电连接；防爆片中心下凹与PTC保护器上表面中心电连接，其外周沿上翻包裹上帽；PTC保护器上表面周沿设置绝缘垫圈，用于使防爆片下表面周沿与PTC保护器上表面周沿绝缘；PTC保护器上具有排气孔。

本发明提供的锂离子二次电池，盖帽组件中PTC保护器位于第二极耳与防爆片之间，电池内部温度直接传递给PTC保护器，提高PTC保护器的灵敏度，PTC保护器内阻急剧上升，并断电截留，提高了电池的安全性能；另外，PTC保护器位于第二极耳与防爆片之间，存在足够的热膨胀空间，PTC保护器热变形时不会导致电池变形，因此不会降低电池的密封性能；PTC保护器上具有排气孔，电池内部气体通过PTC保护器、和上帽向外界排泄，因此本发明的锂离子二次电池中不需再设置孔板，电池结构简化，内部空间得到有效利用。

附图说明

图1是本发明提供的锂离子二次电池的结构示意图。

图2是现有技术提供的锂离子二次电池的盖帽组件结构示意图。

图3是图1中盖帽组件3的结构示意图。

图4是图3中PTC保护器33的结构示意图。

图5是图4的俯视图。

具体实施方式

本发明提供了一种锂离子二次电池，如图1所示，包括外壳2、用于绝缘密封外壳的盖帽组件3以及位于外壳和盖帽组件所围成空腔内的电芯1和电解液；电芯1上引出有第一极耳和第二极耳，其中第一极耳与外壳2电连接，第二极耳与盖帽组件3电连接。

本发明中，对于第一极耳、第二极耳的正、负极性没有特殊限定，即对外壳2与正极电连接或外壳2与负极电连接没有特殊限定。例如可以第一极耳为正极，第二极耳为负极；也可第一极耳为负极，第二极耳为正极。通常情况下，第一极耳为负极，第二极耳为正极；即外壳2与负极电连接，盖帽组件3与正极电连接。

现有技术的锂离子二次电池中，盖帽组件的结构如图2所示，包括依次电连接的孔板37′、防爆片32′、PTC保护器33′和上帽31′。其中，PTC保护器33′紧紧贴合于上帽31′与防爆片32′之间，且受到密封圈34′的压缩，PTC保护器33′受热膨胀空间受到很大限制，导致PTC保护器启动滞后，反应不灵敏，电池存在安全隐患。电池内部气压过高，防爆片32′破裂，气体通过孔板37′、上帽31′排出电池外部。

本发明的锂离子二次电池中，所述盖帽组件的结构如图3所示，所述盖帽组件3包括电连接组件和电连接组件外侧的密封圈34。电连接组件包括依次电连接的PTC保护器33、防爆片32和上帽31。PTC保护器33位于第二极耳与防爆片32之间，下表面与第二极耳电连接。防爆片32中心下凹与PTC保护器33上表面的中心部位电连接，其外周沿上翻包裹上帽31；PTC保护器33上表面周沿设置绝缘垫圈35，用于使防爆片32下表面周沿与PTC保护器33上表面周沿绝缘。PTC保护器33上具有排气孔334。

密封圈34一方面用于填充外壳2与盖帽组件3之间的空隙，防止电池漏液；另一方面，用于绝缘外壳2和盖帽组件3，防止电池短接。优选情况下，如图3所示，密封圈34上还设有台阶341，用于固定PTC保护器33和防止极耳扭曲。

绝缘垫圈35位于PTC保护器33上表面周沿与防爆片32下表面周沿之间，用于使防爆片32下表面周沿与PTC保护器33上表面周沿绝缘。电池正常工作时，PTC保护器33仅通过其上表面中心部位与防爆片32的下表面中心下凹部位电连接导通；电池内部气压过大时，防爆片32断裂，而PTC保护器33上表面周沿与防爆片32下表面周沿设置有绝缘垫圈35，因此PTC保护器33与防爆片32断开，从而使电池内部断开，异常不会进一步加剧，能有效提高电池的安全性能。绝缘垫圈35采用本领域常用的高温氟塑料垫圈，优选采用全氟烷氧基树脂（PFA），可防止电池高温时垫圈软化、融化导致盖帽组件断电失效。

如图4所示，PTC保护器33包括PTC本体331和分别位于PTC本体上、下表面的金属片333、332。下表面的金属片332与第二极耳电连接，上表面的金属片333与防爆片32的下表面中心下凹部位电连接；PTC保护器33上具有排气孔334。PTC本体331中心位置具有圆形孔，上表面的金属片333、下表面的金属片332与该圆形孔形成空腔335。

PTC本体为本领域技术人员公知的对温度敏感的高分子材料，例如可以为57容量%高密度聚乙烯、3容量%乙烯-丙烯酸乙酯共聚物和40容量%的导电粒子在190℃下混炼而成。然后用厚度为35μm的金属箔夹持混炼物，用热压机在190℃、5kg/cm²、60秒的条件下成型、切割排气孔即可得到PTC保护器。其中，金属箔可采用镍箔或铝箔。

如图3所示，PTC保护器33上具有排气孔334。PTC保护器33位于防爆片32下面，且PTC保护器上具有排气孔334，因此能取代现有电池中的孔板。防爆片32破裂后，电池内部气体通过PTC保护器33上的排气孔334、上帽31上的气孔311向外界排泄。PTC保护器33上的排气孔334优选为扇形且均匀分布于PTC保护器33上。如图4所示，排气孔334均匀分布于空腔335周围。更优选情况下，排气孔334的个数为6。本发明中，扇形排气孔的设置，能保证PTC保护器33的强度，增加排气孔334的有效排气面积。

作为本发明的一种优选实施方式，本发明的盖帽组件还包括与PTC保护器并联连接的保险丝。保险丝的材料为本领域技术人员所公知的高导电率低熔点合金薄片，内阻极低。而PTC保护器中的PTC本体内阻远大于保险丝，因此电池正常工作时，保险丝将PTC保护器短接，电流主要通过保险丝导通，极耳和极芯温度直接传递给保险丝和PTC保护器。电池内部出现异常，通过保险丝的电流或温度超过设定值时，保险丝立刻熔断，电流瞬间加载至PTC保护器上，同时保险丝的温度直接传递给PTC保护器，PTC本体的内阻随温度的增加急剧上升至无穷大，从而断电截流，提高电池的安全性能。如图4所示，保险丝36位于空腔335内，一端与下表面的金属片332电连接，另一端与上表面的金属片333电连接。

本发明中，盖帽组件中电连接组件之间的电连接均为面与面的接触，因此本发明中，优选采用电子束或高频焊熔接，从而可提高盖帽组件之间的结合力，有效降低盖帽组件的内阻；另外，采用电子束或高频焊的电连接方式，在高频震动、跌落、翻滚测试时能有效防止盖帽组件遭受外力破坏导致内阻漂移。

本发明中，PTC保护器33位于外壳2内，PTC保护器33的形状与外壳2的底面形状匹配。例如，图3所示的锂离子二次电池为圆柱形电池，外壳2为圆柱形，外壳底面为圆形，则PTC保护器33为圆片状，如图5所示。

作为本领域技术人员的公知常识，防爆片32上具有圆形刻痕321，如图3所示。电池内部气压过大时，防爆片32从刻痕321处断裂，防爆电池内部高压气体迅速排泄，避免排气不及时导致电池爆炸。刻痕321直径过大时，防爆片32破裂脱落后会阻塞PTC保护器33上的部分排气孔，影响电池的排气速度，电池仍然存在安全隐患。本发明中，优选情况下下，刻痕321的直径小于上帽的内径，防爆片32破裂后完全打开，不会阻挡电池内部气体的排泄。

本发明的锂离子二次电池中，电芯即所谓正极片、隔膜、负极片经卷绕或者若干多次重复叠置而形成的提供电能的组件。电芯中正极片上引出正极极耳，负极片上引出负极极耳，正极极耳、负极极耳再通过焊接的方式分别与外壳、盖帽组件电连接。至于正极片、负极片、隔膜的制造方法，及其他电芯制造工艺等均为本领域技术人员所公知，因此不再赘述。

本发明的锂离子二次电池的装配可按如下步骤进行：隔膜卷绕正极片和负极片形成电芯，将电芯插入外壳内腔，正极片、负极片分别引出有极耳，通过引片分别与外壳、盖帽组件连接；再注入电解液浸渍电芯，随后，将盖帽组件与装有电芯的外壳进行密封，即可本发明的锂离子二次电池。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims

1.一种锂离子二次电池，包括外壳、用于绝缘密封外壳的盖帽组件以及位于外壳和盖帽组件所围成空腔内的电芯和电解液；电芯上引出有第一极耳和第二极耳，其中第一极耳与外壳电连接，第二极耳与盖帽组件电连接；

其特征在于，所述盖帽组件包括电连接组件和电连接组件外侧的密封圈；电连接组件包括依次电连接的PTC保护器、防爆片和上帽；PTC保护器位于第二极耳与防爆片之间，下表面与第二极耳电连接；防爆片中心下凹与PTC保护器上表面中心电连接，其外周沿上翻包裹上帽；PTC保护器上表面周沿设置绝缘垫圈，用于使防爆片下表面周沿与PTC保护器上表面周沿绝缘；PTC保护器上具有排气孔；

PTC保护器包括PTC本体和分别位于PTC本体上、下表面的金属片；其中，下表面的金属片与第二极耳电连接，上表面的金属片与防爆片的下表面中心下凹的部位电连接；PTC本体中心位置具有圆形孔，上表面的金属片、下表面的金属片与该圆形孔形成空腔；

盖帽组件还包括与PTC保护器并联连接的保险丝，保险丝位于空腔内，一端与空腔下表面的金属片电连接，另一端与空腔上表面的金属片电连接。

2.根据权利要求1所述的锂离子二次电池，其特征在于，PTC保护器上的排气孔为扇形且均匀分布。

3.根据权利要求2所述的锂离子二次电池，其特征在于，排气孔的个数为6。

4.根据权利要求1所述的锂离子二次电池，其特征在于，盖帽组件内的电连接采用电子束或高频焊熔接。

5.根据权利要求1所述的锂离子二次电池，其特征在于，锂离子二次电池为圆柱形电池，PTC保护器位于外壳内，PTC保护器为圆片状。

6.根据权利要求5所述的锂离子二次电池，其特征在于，防爆片上具有圆形刻痕，刻痕直径小于上帽的内径。

7.根据权利要求1所述的锂离子二次电池，其特征在于，密封圈上具有台阶，用于固定PTC保护器和防止极耳扭曲。