CN103208595B - 一种铝壳动力电池用顶盖 - Google Patents

Abstract

本发明属于动力电池技术领域，尤其涉及一种铝壳动力电池用顶盖，包括顶盖片，顶盖片设置有两个电极引入孔，并且两个电极引入孔分别连接有负极极柱结构和正极极柱结构，正极极柱结构包括正极极柱和耐高温电阻，正极极柱穿过电极引入孔并与顶盖片绝缘连接，正极极柱和顶盖片还通过耐高温电阻电连接，耐高温电阻的阻值为10~1000欧姆。相对于现有技术，本发明通过在正极极柱和顶盖片之间电连接耐高温电阻，一方面实现了正极极柱和铝壳导通，保证铝壳和正极电位一致，可以有效防止铝壳腐蚀；另一方面解决了现有技术在高温条件下的安全隐患，使得铝壳电池即使在挤压、穿钉和过充等滥用条件下使用也具有良好的安全性能。

Description

一种铝壳动力电池用顶盖

技术领域

本发明属于动力电池技术领域，尤其涉及一种铝壳动力电池用顶盖。

背景技术

随着现代社会的发展和人们环保意识的增强，越来越多的设备选择以锂电池作为电源，如手机、笔记本电脑、电动工具和电动汽车等等，这为锂电池的应用与发展提供了广阔的空间。其中，电动工具和电动汽车等所使用的锂电池一般称之为动力电池。

铝材质的壳体由于具有成本低、重量轻以及散热性好等特点而被广泛使用于动力电池中。但是由于铝的电位和电池正极电位存在电位差，会造成铝壳腐蚀问题。为了解决铝壳腐蚀问题，必须要使铝壳和正极极柱导通以消除电位差。如果用金属直接导通，由于其电阻一般都是毫欧姆级别，当电池发生短路时其回路电流很大，易出现打火进而引发着火等安全隐患。

公开号为CN100592566C的中国发明专利申请公开了一种在正极极柱和顶盖片之间连接导电塑料来增大电阻的方法，然而试验测试表明，当电芯在一些滥用（如挤压，穿钉和过充等）测试环境下，电芯表面温度会达到250℃以上，上述高温足以熔化导电塑料中的聚乙烯材料，从而导致二次安全隐患的发生；而且，聚乙烯材料本身容易老化，在长期的使用过程中，经过反反复复的升温和降温，极易出现开裂和脱落，从而影响整个结构的稳定性；另外，用聚乙烯和填充物质复合而成的导电塑料在较高温环境下还会出现软化甚至熔化，无法循环使用。

有鉴于此，确有必要提供一种能够消除铝壳与正极极柱之间的电位差，从而防止铝壳腐蚀，同时又能消除电芯在滥用环境下的安全隐患的铝壳动力电池用顶盖。

发明内容

本发明的目的在于：针对现有技术的不足，而提供一种能够消除铝壳与正极极柱之间的电位差，从而防止铝壳腐蚀，同时又能消除电芯在滥用环境下的安全隐患的铝壳动力电池用顶盖。

为了达到上述目的，本发明采用如下技术方案：一种铝壳动力电池用顶盖，包括顶盖片，所述顶盖片设置有两个电极引入孔，并且两个所述电极引入孔分别连接有负极极柱结构和正极极柱结构，所述正极极柱结构包括正极极柱和耐高温电阻，所述正极极柱穿过电极引入孔并与所述顶盖片绝缘连接，所述正极极柱和所述顶盖片还通过所述耐高温电阻电连接，所述耐高温电阻的阻值为10~1000欧姆。阻值在该范围内的耐高温电阻既能起到实现正极极柱和铝壳导通、保证铝壳和正极电位一致的作用，而且即使在正极极柱与铝壳发生短路时，也不致于产生大电流，从而不会出现打火现象，以保证动力电池的安全。

作为本发明铝壳动力电池用顶盖的一种改进，所述耐高温电阻的最高承受温度大于600℃，以保证其耐温性高于一般安全测试条件下的电芯表面温度。

作为本发明铝壳动力电池用顶盖的一种改进，所述耐高温电阻的阻值为100-1000欧姆。通过选用阻值较大的电阻，一方面可以减小电阻体积；另一方面，在滥用环境下，电芯电压相对稳定，较大的电阻发热量相对较低，电芯表面温升也相对较低，电芯安全性能更好。但是，当耐高温电阻的电阻值超过1000欧姆时，又会因为阻值太大，而影响正极极柱和铝壳的导通。而当耐高温电阻的阻值太小时，当电池发生短路时其回路电流很大，易出现打火进而引发着火等安全隐患。

作为本发明铝壳动力电池用顶盖的一种改进，所述耐高温电阻的制作材料为导电陶瓷或碳化硅，优选为碳化硅，因为碳化硅材料具有化学性能稳定、导热系数高和热膨胀系数小等优点，此外，碳化硅还是一种良好的导电材料。采用碳化硅作为耐高温电阻，能较好地满足导电性和耐高温性的要求，其良好的导热性能能够及时将多余热量散发出去，防止热量聚集引发的安全隐患，其较小的热膨胀系数和稳定的化学性能，能保证碳化硅即使在滥用环境下也能长期循环使用。通过选用碳化硅(SIC)等陶瓷材料，可扩大耐高温电阻阻值选择范围，同时克服了导电塑料材料易老化、结构不稳定同时长期循环性能差的问题。

作为本发明铝壳动力电池用顶盖的一种改进，所述耐高温电阻为环状结构并且嵌套在所述正极极柱上。环状结构的耐高温电阻可对正极极柱起到定位作用，同时也可增大与正极极柱的接触面积，减小接触电阻。

作为本发明铝壳动力电池用顶盖的一种改进，所述耐高温电阻通过铆接、焊接、螺接或者键连接固定于所述正极极柱。多种可选的连接方式能够用于匹配不同尺寸的电芯，实用性强。卡簧的作用在于固定耐高温电阻。

作为本发明铝壳动力电池用顶盖的一种改进，在所述正极极柱的底部与所述顶盖片的下表面之间设置有耐高温绝缘密封圈。耐高温绝缘密封圈可防止正极极柱与顶盖片接触，同时也可保证电芯的密封性能。耐高温绝缘密封圈可采用耐高温性能较好的绝缘陶瓷材料。

作为本发明铝壳动力电池用顶盖的一种改进，所述正极极柱上焊接有导电片。因为采用焊接方式，正极极柱与外接导电片之间的接触电阻更小，同时在电芯升温和降温过程中不会出现太大的间隙变化，接触电阻更加稳定。

作为本发明铝壳动力电池用顶盖的一种改进，所述顶盖片的材质为铝，因为铝具有成本低、重量轻以及散热性好等特点。

作为本发明铝壳动力电池用顶盖的一种改进，所述耐高温电阻设置于所述正极极柱的底部与所述顶盖片的下表面之间，所述正极极柱的中部与所述顶盖片之间还设置有耐高温绝缘密封圈。也就是说，耐高温电阻和耐高温绝缘密封圈的位置是可以互换的。

相对于现有技术，本发明通过在正极极柱和顶盖片之间电连接耐高温电阻，一方面实现了正极极柱和铝壳导通，保证铝壳和正极电位一致，可以有效防止铝壳腐蚀；另一方面解决了现有技术在高温条件下的安全隐患，使得铝壳电池即使在挤压、穿钉和过充等滥用条件下使用也具有良好的安全性能。此外，由于本发明的耐高温电阻具有合适的电阻值，在正极极柱与铝壳发生短路时，不致于产生大电流，从而不会出现打火现象，进一步保证了动力电池的安全性能。

附图说明

图1是本发明铝壳动力电池用顶盖的剖视图。

图2是实施例1中正极极柱结构部分的放大图。

图3是实施例2中正极极柱结构部分的放大图。

图4是实施例3中正极极柱结构部分的放大图。

图5是实施例4中正极极柱结构部分的放大图。

图6是实施例5中正极极柱结构部分的放大图。

图7是实施例6中正极极柱结构部分的放大图。

图8是实施例7中铝壳动力电池用顶盖的俯视图。

其中，1-负极极柱结构；2-顶盖片；3-正极极柱结构；4-导电片；31-正极极柱；32-耐高温电阻；33-耐高温绝缘密封圈；34-卡簧；35-焊接点。

具体实施方式

实施例1，如图1所示，本实施例提供的一种铝壳动力电池用顶盖，包括顶盖片2，其材质为铝，顶盖片2设置有两个电极引入孔，并且两个电极引入孔分别连接有负极极柱结构1和正极极柱结构3，其中，如图2所示，正极极柱结构3包括正极极柱31和耐高温电阻32，正极极柱31穿过电极引入孔并与顶盖片2绝缘连接，正极极柱31和顶盖片2还通过耐高温电阻32电连接，耐高温电阻32的材质为碳化硅，其阻值为10欧姆，其最高承受温度大于600℃。耐高温电阻32为环状结构并嵌套在正极极柱31上。

实施例2，与实施例1不同的是，耐高温电阻32的阻值为50欧姆，并且，如图3所示，在正极极柱31的底部与顶盖片2的下表面之间还设置有耐高温绝缘密封圈33。

其它结构与实施例1相同，这里不再赘述。

实施例3，与实施例1不同的是，耐高温电阻32的阻值为100欧姆，并且，如图4所示，在正极极柱31的底部与顶盖片2的下表面之间还设置有耐高温绝缘密封圈33，而且正极极柱31与耐高温电阻32之间设置有卡簧34，通过卡簧34的键连接实现二者的牢固连接。

其它结构与实施例1相同，这里不再赘述。

实施例4，与实施例1不同的是，耐高温电阻32的阻值为500欧姆，并且，如图5所示，在正极极柱31的底部与顶盖片2的下表面之间还设置有耐高温绝缘密封圈33，而且正极极柱31与耐高温电阻32通过铆接连接。

其它结构与实施例1相同，这里不再赘述。

实施例5，与实施例1不同的是，耐高温电阻32的阻值为1000欧姆，并且，如图6所示，在正极极柱31的底部与顶盖片2的下表面之间还设置有耐高温绝缘密封圈33，而且正极极柱31与耐高温电阻32通过螺接连接。

其它结构与实施例1相同，这里不再赘述。

实施例6，与实施例1不同的是，耐高温电阻32的阻值为500欧姆，并且，如图7所示，在正极极柱31的底部与顶盖片2的下表面之间还设置有耐高温绝缘密封圈33，而且正极极柱31与耐高温电阻32通过焊接连接，焊接后形成有焊接点35。

其它结构与实施例1相同，这里不再赘述。

实施例7，与实施例1不同的是，耐高温电阻32的材质为导电陶瓷，其阻值为500欧姆，在正极极柱31的底部与顶盖片2的下表面之间还设置有耐高温绝缘密封圈33，并且，如图8所示，正极极柱31上焊接有导电片4。

其它结构与实施例1相同，这里不再赘述。

实施例8，与实施例1不同的是，耐高温电阻32的材质为导电陶瓷，其阻值为500欧姆，并且，耐高温电阻32设置于正极极柱31的底部与顶盖片2的下表面之间，正极极柱31的中部与顶盖片2之间还设置有耐高温绝缘密封圈33。

其它结构与实施例1相同，这里不再赘述。

对比例1，与实施例1不同的是，耐高温电阻的阻值为1欧姆，其余同实施例1，这里不再赘述。

对比例2，与实施例1不同的是，电阻的材质为导电塑料，并且其阻值为10欧姆，其余同实施例1，这里不再赘述。

对比例3，与实施例1不同的是，电阻的材质为导电塑料，并且其阻值为100欧姆，其余同实施例1，这里不再赘述。

对比例4，与实施例1不同的是，电阻的材质为导电塑料，并且其阻值为500欧姆，其余同实施例1，这里不再赘述。

对比例5，与实施例1不同的是，电阻的材质为导电塑料，并且其阻值为1000欧姆，其余同实施例1，这里不再赘述。

从实施例1至8和对比例1至5的动力电池中各取出3个，并对个电池按美国先进电池联盟(USABC)标准进行穿钉测试，监测各实施例的电池表面温度并观察电池状态，所得结果如表1所示。

在表1中，对比实施例1至8和对比例1可以看出：当耐高温电阻32的阻值小于10欧姆，动力电池有着火的风险，因此，本发明的耐高温电阻32的阻值选择在10-1000欧姆。

在表1中，对比实施例1和对比例2可以看出，采用导电塑料作为电阻的动力电池在低于100欧姆时有很大几率发生着火现象，而采用本发明的耐高温电阻（例如碳化硅）作为电阻的动力电池则全部通过测试。

而从对比例3至5可以看出采用导电塑料作为电阻的动力电池在大于等于100欧姆时还是有一定几率发生着火现象；与此相反，从实施例1至8可以看出采用本发明的耐高温电阻时电池表面温度较低且变化不大。

由此可见，本发明通过在正极极柱31和顶盖片2之间电连接耐高温电阻32，一方面实现了正极极柱31和铝壳导通，保证铝壳和正极电位一致，可以有效防止铝壳腐蚀；另一方面解决了现有技术在高温条件下的安全隐患，使得铝壳电池即使在挤压、穿钉和过充等滥用条件下使用也具有良好的安全性能。此外，由于本发明的耐高温电阻32具有合适的电阻值，在正极极柱31与铝壳发生短路时，不至于产生大电流，从而不会出现打火现象，进一步保证了动力电池的安全性能。

表1：实施例1至8和对比例1至5的动力电池的穿钉测试结果。

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 (10)

1.一种铝壳动力电池用顶盖，包括顶盖片（2），所述顶盖片（2）设置有两个电极引入孔，并且两个所述电极引入孔分别连接有负极极柱结构（1）和正极极柱结构（3），其特征在于：所述正极极柱结构（3）包括正极极柱（31）和耐高温电阻（32），所述正极极柱（31）穿过电极引入孔并且与所述顶盖片（2）绝缘连接，所述正极极柱（31）和所述顶盖片（2）还通过所述耐高温电阻（32）电连接，所述耐高温电阻（32）的阻值为10~1000欧姆。

2.根据权利要求1所述的铝壳动力电池用顶盖，其特征在于：所述耐高温电阻（32）的最高承受温度大于600℃。

3.根据权利要求1所述的铝壳动力电池用顶盖，其特征在于：所述耐高温电阻（32）的阻值为100-1000 欧姆。

4.根据权利要求1所述的铝壳动力电池用顶盖，其特征在于：所述耐高温电阻（32）的制作材料为导电陶瓷或碳化硅。

5.根据权利要求1所述的铝壳动力电池用顶盖，其特征在于：所述耐高温电阻（32）为环状结构并且嵌套在所述正极极柱（31）上。

6.根据权利要求1所述的铝壳动力电池用顶盖，其特征在于：所述耐高温电阻（32）通过铆接、焊接、螺接或者键连接固定于所述正极极柱（31）。

7.根据权利要求1所述的铝壳动力电池用顶盖，其特征在于：在所述正极极柱（31）的底部与所述顶盖片（2）的下表面之间设置有耐高温绝缘密封圈（33）。

8.根据权利要求1所述的铝壳动力电池用顶盖，其特征在于：所述正极极柱（31）上焊接有导电片（4）。

9.根据权利要求1所述的铝壳动力电池用顶盖，其特征在于：所述顶盖片（2）的材质为铝。

10.根据权利要求1所述的铝壳动力电池用顶盖，其特征在于：所述耐高温电阻（32）设置于所述正极极柱（31）的底部与所述顶盖片（2）的下表面之间，所述正极极柱（31）的中部与所述顶盖片（2）之间还设置有耐高温绝缘密封圈（33）。