CN103236509A - 电池安全盖帽装置及具有该电池安全盖帽装置的锂电池 - Google Patents

Abstract

本发明适用于电池技术领域，公开了一种电池安全盖帽装置及具有该电池安全盖帽装置的锂电池。上述电池安全盖帽装置包括用于在电池异常时切断电池内部电路的切断部件、用于收容电池所泄漏的电池液的安全囊和用于与电池连接的盖板；所述安全囊连接于所述盖板，所述切断部件连接于所述盖板或所述电池，所述安全囊具有容纳腔，所述盖板上开设有用于供电池液流过的贯孔，所述贯孔与所述容纳腔相通。所述锂电池上设置有上述的电池安全盖帽装置。本发明所提供的电池安全盖帽装置及具有该电池安全盖帽装置的锂电池，其能确保电池内的电解液不泄漏，并且在外部故障排除后还可自动恢复，安全性能佳且应用成本低。

Description

电池安全盖帽装置及具有该电池安全盖帽装置的锂电池

技术领域

本发明属于电池结构技术领域，尤其涉及一种电池安全盖帽装置及具有该电池安全盖帽装置的锂电池。

 

背景技术

目前的电池，例如锂离子电池（锂电池）具有高能量密度和各种优异性能，因此应用越来越普及。圆柱形锂离子电池尤其是其标准化的尺寸、成熟的工艺和设备，在锂离子电池市场中占有重要的份额。

锂离子电池的大量应用，使其安全性越来越成为人们关注、研究的课题。一方面材料选择，另一方面电芯的结构设计。结构设计方面主要通过安全阀及断路装置实现不爆炸。但目前仍然无法克服燃烧的问题，并且在断路装置动作后电池也就报废了。

现有技术中，锂离子电池一般都是采用盖帽设计来保证安全的。现有的电池盖帽一般设有一保护片，所述保护片为金属铝制成，所述保护片上设有保护膜，当电池发生电热失控时，电池内压升高后，汽化的电解液便会冲破保护膜，并流出电池壳体外。该种保护方式，虽然能及时有效地将电池内部的热量得到释放，避免了电池因压力过大而发生爆炸的情况。

但是，现有技术中这种保护方式的最大不足之处在于：从保护膜破裂处释放出的高温的电解液及其混合物遇到外部的空气极易发生燃烧，最终给整个电池组的使用带来极大的安全隐患。并且有一部分电池在外部短路或者过充的情况下，断路装置动作后电池也就报废了，当外部故障排除，该电池也没办法再用了，造成了一定的经济损失，安全性能差且应用成本高。

 

发明内容

本发明的目的在于克服上述现有技术的不足，提供了一种电池安全盖帽装置及具有该电池安全盖帽装置的锂电池，其能确保电池内的电解液不泄漏，并且在外部故障排除后还可自动恢复，安全性能佳且应用成本低。

本发明的技术方案是：一种电池安全盖帽装置，包括用于在电池异常时切断电池内部电路的切断部件、用于收容电池所泄漏的电池液的安全囊和用于与电池连接的盖板；所述安全囊连接于所述盖板，所述切断部件连接于所述盖板或所述电池，所述安全囊具有容纳腔，所述盖板上开设有用于供电池液流过的贯孔，所述贯孔与所述容纳腔相通。

具体地，所述安全囊上设置有卡入所述贯孔内的气嘴，所述气嘴上开设有连通于所述容纳腔的气孔。 

具体地，所述气嘴的根部设置有环形槽，所述环形槽卡于所述贯孔。

具体地，所述安全囊的下端具有锥面，所述气嘴连接于所述锥面且垂直于所述锥面设置，所述盖板包括环形基部及自所述环形基部内侧边缘拉伸且与所述安全囊的锥面相匹配的锥形台阶，所述贯孔开设于所述锥形台阶上。

优选地，所述安全囊采用弹性材料制成。

具体地，所述盖板靠近于所述电池的一端，连接有防爆片，所述防爆片上设置有可在压力作用下破裂的刻痕。

具体地，所述切断部件包括绝缘垫和受热时变形的双金属片，所述双金属片包括动触片，所述动触片采用导电材料制成；所述动触片呈条形，所述动触片的一头连接有导电触头，所述绝缘垫夹设于所述动触片另一头与所述防爆片之间，所述动触片通过绝缘构件连接于所述防爆片。

具体地，所述盖板的边缘设置有毛刺部，所述防爆片的四周设置有包覆于所述盖板边缘毛刺部的卷边。

具体地，所述电池安全盖帽装置还包括密封外圈，所述密封外圈套设于所述盖板的边缘或套设于所述盖板和所述防爆片的边缘。

本发明还提供了一种锂电池，所述锂电池上设置有上述的电池安全盖帽装置。 

本发明所提供的电池安全盖帽装置及具有该电池安全盖帽装置的锂电池，其当电池在使用不当而造成内部或者外部短路，或者是过充、过放而造成电热失控，电池电解液泄漏的现象时，电池内的电解液的温度急剧上升至100-200℃，电解液汽化，导致电池内压急速升高，为了保护好整个电池组的安全，切断部件会切断内部电路，故障排除后会自动恢复，不会造成电池的损坏。安全囊采用会向上迅速膨胀进而收容汽化状电解液及其混合物，待电池内部温度降低后，安全气囊在弹性力的作用下，又恢复成原状，此时，气囊中的电解液及其混合物便会回来至电池壳体内，从而避免了电解液及其混合物外泄，安全性能佳且应用成本低。 

 

附图说明

图1是本发明实施例提供的电池安全盖帽装置及电池的平面分解示意图；

图2是本发明实施例提供的电池安全盖帽装置及电池的立体分解示意图；

图3是本发明实施例提供的电池安全盖帽装置中安全囊的立体示意图；

图4是本发明实施例提供的电池安全盖帽装置中安全囊的立体切面示意图；

图5是本发明实施例提供的电池安全盖帽装置中安全囊的平面示意图；

图6是本发明实施例提供的电池安全盖帽装置中安全囊的剖面示意图；

图7是图6中A处局部放大示意图；

图8是本发明实施例提供的电池安全盖帽装置中安全囊的平面示意图；

图9是本发明实施例提供的电池安全盖帽装置中盖板的立体示意图；

图10是本发明实施例提供的电池安全盖帽装置中切断部件和防爆片的立体示意图；

图11是本发明实施例提供的电池安全盖帽装置中切断部件和防爆片的另一立体示意图。

 

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

本发明实施例提供的一种电池安全盖帽装置，可应用锂电池等类型的电池上。

如图1～图6所示，上述电池安全盖帽装置包括切断部件、安全囊60和盖板50；盖板50用于与电池10连接，其可罩设于电池10的端部或盖设于于电池10的端部等。切断部件用于在电池10异常时切断电池10内部电路，所谓异常，可指电池10中电芯由于使用不当而造成内部或者外部短路，或者是过充，过放而造成电池10内部温度急骤升高等情况，此时切断部件可以及时自动切断电池10的电路。所述安全囊60可连接于所述盖板50，所述切断部件连接于所述盖板50或所述电池10等合适位置。

所述安全囊60具有容纳腔601，所述盖板50上开设有用于供电池10液流过的贯孔501，所述贯孔501与所述容纳腔601相通。安全囊60用于收容电池10所泄漏的电池液及其它混合物等，若电池10的电芯中的电池液泄漏，泄漏的电池液只能从盖板50的贯孔501流入安全囊60中的容纳腔601，避免电池液流出至与外部的空气接触，进而避免高温的电解液及其混合物遇到外部的空气而燃烧的隐患，安全可靠性高，而且可避免污染相邻的电芯或其它器件。当外部故障排除，安全囊60可通过弹性自动复位或手动挤压或其它方式，使安全囊60中的电池液回流至电芯中，使电芯可以继续使用，避免经济损失，安全性能佳且应用成本低。

具体地，安全囊60可采用弹性材料制成，例如采用耐高温、抗老化的可塑性橡胶、硅胶等制成，其具有弹性，类似于气囊结构，当电芯外部故障排除，安全囊60可以在弹性复位力的作用下收缩而使其内的电池液回流至电芯，电池液基本无损失，使电芯可以继续使用且电芯性能佳。当然，可以理解地，安全囊60也可以采用其它合适的材料制成，均属于本发明的保护范围。或者，安全囊60可与盖板50一体成型，即仅在电池10上套设有一具有用于收容电池液的安全气囊。

具体地，如图1～图9所示，所述安全囊60上设置有卡入所述贯孔501内的气嘴61，所述气嘴61上开设有连通于所述容纳腔601的气孔611。这样，可以使安全囊60可靠地连接至盖板50上，避免电池液泄漏。当然，可以理解地，气嘴也可以设置于盖板50上，相应地，在安全囊60上设置与上述气嘴匹配的孔。另外，安全囊60也可以通过其它合适的结构，例如螺纹连接、焊接、熔接等方式连接至盖板50，均属于本发明的保护范围。安全囊60可呈环状结构，其中央可设置有孔位63。或者，安全囊60也可设置为其它合适形状，例如波纹管状等，均属于本发明的保护范围。 

本实施例中，如图4～图9所示，所述气嘴61的根部设置有环形槽62，所述环形槽62卡于所述贯孔501的边缘处，连接可靠性高。气嘴61的端部可设置有导向锥面64，导向锥面64可以起到导向的作用，以使气嘴61易于卡入贯孔501，以便于装配。

具体地，如图1～图9所示，所述贯孔501呈圆形，所述环形槽62的直径大于所述贯孔501的直径，所述环形槽62的高度小于所述贯孔501的深度，即环形槽62小于盖板50的厚度，环形槽62与贯孔501之间呈过盈配合状态，有效避免电池液泄漏至外部，且结构简单可靠。本实施例中，环形槽62的宽度略小于盖板50的厚度，环形槽62的外径略大于盖板50上的贯孔501的内径，和盖板50上的贯孔501形成过盈配合。

具体地，如图1～图9所示，所述安全囊60的下端具有锥面，该锥面可以向下凸设，以使容纳腔601的容量较大，即所述的安全囊60的下面为锥形面，在锥形面的中部设有上述气嘴61。所述气嘴61连接于所述锥面且垂直于所述锥面设置，气嘴61不易从贯孔501上松脱，可靠性高。所述盖板50包括环形基部503及自所述环形基部503内侧边缘拉伸且与所述安全囊60的锥面相匹配的锥形台阶502，锥形台阶502可与安全囊60的下端的锥面相贴；所述贯孔501开设于所述锥形台阶502上。贯孔501设置于所述的锥形台阶502中部，贯孔501的数量和位置与气囊上的气嘴61相对应。当然，可以理解地，安全囊60、盖板50的形状、结构也依据电池10形状或具体情况而定，均属于本发明的保护范围。具体应用中，安全囊60中的容纳腔601可以设置有一个或两个或多个，盖板50也可呈帽状并套设于电池10上端的外侧，并可以在盖板50与电池10之间设置有密封环。

具体地，如图1、图10和图11所示，所述盖板50靠近于所述电池10的一端，连接有防爆片40，所述防爆片40上设置有可在压力作用下破裂的刻痕41。防爆片40可采用铝片制成，铝片可为较薄的铝片，其上的刻痕41可为双向刻痕，双向刻痕靠一边设置，起到当内压超过刻痕41承受极限时破裂泄压的作用，防爆片40另一边连接切断部件。这样，电池10的上端自上向下设置有安全囊60、盖板50和防爆片40。本实施例中，盖板50可呈台阶圆片状，防爆片40的形状可与盖板50近似。

具体地，如图1、图10和图11所示，所述切断部件包括绝缘垫34和受热时变形的双金属片，所述双金属片包括动触片32，所述动触片32采用导电材料制成；所述动触片32可呈条形。本实施例中，所述动触片32呈不等宽的条形，所述动触片32较窄的一头连接有导电触头31，导电触头31可为镀银触头，所述绝缘垫34夹设于所述动触片32较宽的一头与所述防爆片40之间，所述动触片32通过绝缘构件33连接于所述防爆片40。绝缘构件33可以为绝缘铆钉，当然，绝缘构件33也可以通过绝缘的垫片粘接于防爆片40。

本实施例中，如图1、图10和图11所示，动触片32为一不等宽直条形的双金属片，其较窄一头铆接有一镀银触头，较宽一头用非金属绝缘铆钉隔着绝缘衬垫和保护膜铆接在一起，所述双金属片的作用是：当电芯由于使用不当而造成内部或者外部短路，或者是过充，过放而造成电池10内部温度急骤升高时，双金属片发生弯曲变形，从而切断电池10内部电路，当故障排除后，双金属片自动恢复，这样就不会造成电池10损坏。

所述安全囊60的作用是：当电芯由于使用不当而造成内部或者外部短路，或者是过充，过放而造成从保护膜破裂处释放出的高温的电解液及其混合物时，起到收容从保护膜破裂处释放出的高温的电解液及其混合物，待电池10内部温度降低后，安全囊60在弹性力的作用下，又恢复成原状，此时，气囊中的电解液及其混合物便会回来至电池10壳体内，从而避免了电解液及其混合物外泄。

具体地，所述盖板50的边缘可设置有毛刺部，所述防爆片40的四周设置有包覆于所述盖板50边缘毛刺部的卷边。所述防爆片40卷边包裹盖板50的边缘，采用超声波焊接工艺将防爆片40卷边处与盖板50焊接在一起，所述盖板50和防爆片40就达到较好的密封以及导电效果。在本实施例中，所述盖板50毛刺高度为0.1毫米，当所述防爆片40卷边包覆于盖板50的边缘时，所述盖板50毛刺嵌入防爆片40卷边中，所述防爆片40卷边与盖板50连接更为紧密，不仅有效地增强了防爆片40与盖板50之间的导电性能，更能防止防爆片40从盖板50上脱落，极大地增强了防爆片40与盖板50之间的密封效果。同时，使用超声波焊接工艺焊接能使卷边与盖板50达到比较好的焊接效果。由于超声波焊接工艺是现有技术，因此在本说明书中对其不作详细说明。

如图1、图10和图11所示，所述电池10安全盖帽装置还包括密封外圈20，所述密封外圈20套设于所述盖板50的边缘或套设于所述盖板50和所述防爆片40的边缘。具体地，所述盖板50、防爆片40依次上下贴合在一起并凭借盖板50的毛刺和防爆片40的卷边铆合加固，所述密封外圈20包覆在前述盖板50、防爆片40的边缘上。所述双金属片铆接在防爆片40的下面。

具体地，所述密封外圈20为台阶形空心圆柱状，其中直径加大的为封闭端，直接较小的为保持端，封闭端靠近保持端处的外壁略向内收缩形成收缩部，密封可靠性高。

本发明实施例还提供了一种锂电池10，所述锂电池10上设置有上述的电池10安全盖帽装置。锂电池10可呈圆柱状等，其可以为标准形状系列，相应地，可以将上述的电池10安全盖帽装置设置为对应不同规格的标准形状，以方便地应用于通用的锂电池10上。当然，可以理解地，上述的电池10安全盖帽装置也可应用于不同规格、不同形状或非标准电池10上，上述的电池10安全盖帽装置还可以应用于其它具有电池液的电池10上。

需要说明的是，本实施例中上端、下端等方位用语，只是互为相对概念或是以产品的正常使用状态为参考，而不应该认为是具有限制性的。

本发明所提供的电池10安全盖帽装置及具有该电池10安全盖帽装置的锂电池10其，包括安全囊60、盖板50、防爆片40，密封外圈20和切断部件，所述的安全囊60下部为锥形，在锥形中间部分有几个和锥面垂直的气嘴61，所述盖板50锥面上设有几个孔，和气囊锥面上的气嘴61相配合，盖板50边缘设有毛刺，防爆片40的四周设有卷边，所述盖板50、防爆片40依次上下贴合在一起并凭借盖板50毛刺和防爆片40卷边铆合加固，所述密封外圈20包覆在前述盖板50、以及防爆片40的边缘上。所述双金属片铆接在防爆片40的下面。与现有技术相比，本发明的最大优势在于：增加了切断部件中双金属片结构，在电池10过充，短路时会切断内部电路，故障排除后会自动恢复，不会造成电池10的损坏。增加了安全囊60，所述安全囊60不会破裂，只会迅速膨胀形成收容汽化状电解液及其混合物的气囊，不会因电解液泄漏而造成起火等安全隐患。 

作为本发明安全盖帽的核心之一，所述的双金属片包括动触片32，支架，调节螺钉，绝缘衬垫，动触片32为一不等宽直条形的双金属片，其较窄一头铆接有一镀银触头，较宽一头用非金属绝缘铆钉隔着绝缘衬垫和保护膜铆接在一起，所述双金属片的作用是：当电芯由于使用不当而造成内部或者外部短路，或者是过充，过放而造成电池10内部温度急骤升高时，双金属片发生弯曲变形，从而切断电池10内部电路，当故障排除后，双金属片自动恢复，这样就不会造成电池10损坏。

作为本发明锂离子动力电池10的安全盖帽的核心之一，所述安全囊60可由耐高温、抗老化的可塑性橡胶制成。目的是：当电芯由于使用不当而造成内部或者外部短路，或者是过充，过放而造成从保护膜破裂处释放出的高温的电解液及其混合物，起到收容从保护膜破裂处释放出的高温的电解液及其混合物，待电池10内部温度降低后，安全囊60在弹性力的作用下，又恢复成原状，此时，气囊中的电解液及其混合物便会回来至电池10壳体内，从而避免了电解液及其混合物外泄的作用。

与现有技术相比，本发明所提供的电池10安全盖帽装置及具有该电池10安全盖帽装置的锂电池10，其在盖帽的结构中去掉了传统盖帽上的孔板，孔板支架和环片，增加了双金属片和安全囊60。在实际使用中，双金属片结构，在电池10过充，短路时会切断内部电路，故障排除后会自动恢复，不会造成电池10的损坏。而传统的盖帽（如一种专利号为201010203237.1的一种动力型锂离子电池10防爆盖帽及其制造方法）则是采用孔板，孔板支架的结构，在电池过充，短路时孔板会断掉，虽然会起到保护电池组的作用，但电池也就报废了，由于本实施例中，安全囊60采用的是耐高温、抗老化的可塑性橡胶制成，并移到盖帽的外面，最大限度的加大了气囊的空间，因此，安全囊60不会破裂，只会向上迅速膨胀进而收容汽化状电解液及其混合物，待电池10内部温度降低后，安全囊60在弹性力的作用下，又恢复成原状，此时，气囊中的电解液及其混合物便会回来至电池10壳体内，从而避免了电解液及其混合物外泄。

本发明所提供的电池10安全盖帽装置及具有该电池10安全盖帽装置的锂电池10，并不仅仅限于说明书和实施方式中所描述，因此对于熟悉领域的人员而言可容易地实现另外的优点和修改，故在不背离权利要求及等同范围所限定的一般概念的精神和范围的情况下，只要采用安全囊60的结构，将电池10由于使用不当而造成内部或者外部短路，或者是过充，过放等原因而造成电池10电解液泄漏时，将电解液收容于安全囊60中的装置都在本发明的保护范围内。本发明并不限于特定的细节、代表性的设备和这里示出与描述的图示示例。

Claims (10)

1.电池安全盖帽装置，其特征在于，包括用于在电池异常时切断电池内部电路的切断部件、用于收容电池所泄漏的电池液的安全囊和用于与电池连接的盖板；所述安全囊连接于所述盖板，所述切断部件连接于所述盖板或所述电池；所述安全囊具有容纳腔，所述盖板上开设有用于供电池液流过的贯孔，所述贯孔与所述容纳腔相通。

2.如权利要求1所述的电池安全盖帽装置，其特征在于，所述安全囊上设置有卡入所述贯孔内的气嘴，所述气嘴上开设有连通于所述容纳腔的气孔。

3.如权利要求2所述的电池安全盖帽装置，其特征在于，所述气嘴的根部设置有环形槽，所述环形槽卡于所述贯孔。

4.如权利要求2所述的电池安全盖帽装置，其特征在于，所述安全囊的下端具有锥面，所述气嘴连接于所述锥面且垂直于所述锥面设置，所述盖板包括环形基部及自所述环形基部内侧边缘拉伸且与所述安全囊的锥面相匹配的锥形台阶，所述贯孔开设于所述锥形台阶上。

5.如权利要求1所述的电池安全盖帽装置，其特征在于，所述安全囊采用弹性材料制成。

6.如权利要求1至5中任一项所述的电池安全盖帽装置，其特征在于，所述盖板靠近于所述电池的一端，连接有防爆片，所述防爆片上设置有可在压力作用下破裂的刻痕。

7.如权利要求6所述的电池安全盖帽装置，其特征在于，所述切断部件包括绝缘垫和受热时变形的双金属片，所述双金属片包括动触片，所述动触片采用导电材料制成；所述动触片呈条形，所述动触片的一头连接有导电触头，所述绝缘垫夹设于所述动触片的另一头与所述防爆片之间，所述动触片通过绝缘构件连接于所述防爆片。

8.如权利要求6所述的电池安全盖帽装置，其特征在于，所述盖板的边缘设置有毛刺部，所述防爆片的四周设置有包覆于所述盖板边缘毛刺部的卷边。

9.如权利要求6所述的电池安全盖帽装置，其特征在于，所述电池安全盖帽装置还包括密封外圈，所述密封外圈套设于所述盖板的边缘或套设于所述盖板和所述防爆片的边缘。

10.锂电池，其特征在于，所述锂电池上设置有如权利要求1至9中任一项所述的电池安全盖帽装置。

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