CN103633282B - 一种内置保护装置式锂电池 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种内置保护装置式锂电池，包括电池盖板、电池壳体以及位于电池壳体内部的卷芯，卷芯由负极片、隔膜以及正极片叠放卷绕而成，电池盖板至卷芯之间还依次紧贴设置有固定环、绝缘盖片以及绝缘垫片，绝缘垫片紧压卷芯，固定环焊接于电池壳体内壁上；锂电池还包括第一负极集流体、第二负极集流体以及连接于第一负极集流体、第二负极集流体之间的保险丝，第一负极集流体一端位于绝缘垫片上，另一端延伸至电池壳体开口处并被电池盖板紧压至电池壳体内壁上，第二负极集流体一端位于绝缘垫片上，另一端向电池壳体底部延伸并与负极片焊接。本发明通过设置结构简单的内置保护装置，提高锂电池的短路保护能力，以及抗振能力。
Description
技术领域
本发明涉及锂电池技术领域，特别涉及一种在短路情况下，可通过内置保护装置实现自我保护的锂电池。
背景技术
最近几年，随着安全事故的频繁发生，政府部门不断加大对安全生产的监督力度。在电池制造领域，尤其针对应用在安全隐患相对较大领域的电池，如应用在燃气、煤矿等生产设备上的电池，国家政策强制要求电池质量必须达到相应的防爆认证标准。
目前，本领域技术人员常采用外置的保护装置对电池进行防爆处理。例如，在电池外设置有保险丝，保险丝连接于电极端与极组间，当电池在使用过程中，若出现正、负极短路的现象，流过保险丝的瞬间电流突然增大，使保险丝立即熔断，从而有效阻止爆炸、漏液、火灾等险情的产生。
再例如，在电池外壳上设置泄压阀，专利号为ZL20092020173.3的中国专利披露了一种锂离子电池用泄压阀，该专利文件自称通过调节阀盖卡槽和阀体卡槽的轴向相对位置可改变弹簧的形变量，设定和控制阀芯开启和关闭的动作压力，当电池内部气压达到动作压力时，阀芯自动打开，缓解气压，避免锂离子电池的壳体爆裂。
但是，上述几种外置保险装置的技术方案均存在不足。首先，在某些特殊应用环境或者测试场合，不允许电池外接保护装置，也不允许电池发生泄漏，这将限制了外置保护装置锂电池的应用范围；其次，在未组装外部保险装置前，单体电芯存储、使用的安全性得不到保证；再者，将保险装置外置容易使裸露的保护装置在搬运或存储的过程中受损，从而丧失保护功能。
专利号为ZL200420073120.6的中国专利披露了一种内置保险装置式的电池，该专利中保险丝竖直设置在电池顶盖与极组之间，保险装置呈弧形以竖直方向安装，电池在经受短路时，保险丝熔断切断电路保护以电池不出现安全问题。
但是，上述专利披露的内置保险装置，在电池经受高强度的震动或机械冲击时，由于极组在电池中未能固定，保险丝会受到极组的作用而受力，从而降低保险丝连接的可靠性。
发明内容
本发明的目的是克服现有技术中的不足之处，提供一种结构简单的内置保护装置式锂电池，提高锂电池的在短路异常情况发生时的保护能力，以及提高锂电池在高机械冲击环境中的抗振能力。
本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：
一种内置保护装置式锂电池，包括电池盖板、电池壳体以及位于电池壳体内部的卷芯，所述卷芯由负极片、隔膜以及正极片叠放卷绕而成，所述电池盖板至卷芯之间还依次紧贴设置有固定环、绝缘盖片以及绝缘垫片，所述绝缘垫片紧压卷芯，所述固定环焊接于电池壳体内壁上；
所述锂电池还包括第一负极集流体、第二负极集流体以及连接于第一负极集流体、第二负极集流体之间的保险丝，所述第一负极集流体一端位于绝缘垫片上，另一端延伸至电池壳体开口处并被电池盖板紧压至电池壳体内壁上，所述第二负极集流体一端位于绝缘垫片上，另一端向电池壳体底部延伸并与负极片焊接。
上述方案的创新点主要包括三个：
首先，发明人将保护装置内置，避免外置带来的应用范围受限、单体电芯存储、使用的安全性得不到保证以及保护装置在搬运或存储的过程中受损的不足；
其次，发明人通过增设固定环、绝缘盖片、绝缘垫片，以及将绝缘垫片紧压卷芯，将固定环焊接于电池壳体内壁上，限制卷芯在垂直方向的位移，从而提高电池的抗振能力；
再者，发明人通过简单的结构设计（设置第一负极集流体、第二负极集流体以及连接于第一负极集流体、第二负极集流体之间的保险丝，以及将第一负极集流体的一端延伸至电池壳体开口处并被电池盖板紧压至电池壳体内壁上、将第二负极集流体的一端向电池壳体延伸并与负极片焊接）实现对锂电池在短路异常情况发生时的保护。
作为改进技术方案，为了使第一负极集流体、第二负极集流体易于固定，所述第一负极集流体折弯成L状，立于绝缘垫片的上表面，所述第二负极集流体折弯卡扣在绝缘垫片边缘，所述第一负极集流体、第二负极集流体以及保险丝均被绝缘盖片紧压固定于绝缘垫片上。
为了提高固定环的固定效果，进一步提升电池的抗振能力，作为进一步改进技术方案，所述固定环包括一中间设有通孔的金属片，以及连接于金属片周围的若干个引脚，所述引脚均匀设置在金属片周围，并依次被焊接于电池壳体内壁上。
作为优选连接方式，所述保险丝分别与第一负极集流体、第二负极集流体焊接。
作为优选材质，所述第一负极集流体和第二负极集流体为纯镍带或不锈钢带。
作为优选材质，所述保险丝为纯镍丝或镍铬合金电阻丝。发明人做出如此选择是基于两种材料各有优劣，适用范围不同。使用纯镍丝时，电池的输出电压和电流均不受影响，通过选用不同直径的镍丝以调节电池可经受的最大放电电流，当超过最大放电电流时，镍丝熔断，切断电流输出，并无法恢复；使用规格合适的镍铬合金电阻丝，虽然正常工作中电池的输入电压将会受影响而降低，但在经受短路时，电阻丝发热但不熔断，此时电阻显著上升，此时短路电池相当于经受恒阻放电，不会引起安全问题，断开短路后，电阻丝温度降低，电阻恢复到常规水平，电池又可以正常工作。
作为优选材质，所述金属片和引脚为不锈钢材质。
本发明相比现有技术具有以下优点及有益效果：
（1）本发明通过将保护装置内置避免将保护装置外置带来的不足；
（2）本发明中保险装置平面设置在极组的上方，降低了保险装置的受力，增强了其机械可靠性；
（3）本发明的锂电池不仅具有在电池短路情况下的保护能力，还具有抗振效果；
（4）本发明的保护装置结构简单，成本低，易推广实现；
（5）本发明绝缘盖片以及绝缘垫片的增设不仅提高对保险丝及卷芯的固定，还具有绝缘功能；
（6）第一负极集流体和第二负极集流体的特殊结构设计，为对其固定提供方便；
（7）本发明固定环的引脚结构设计，提高了固定环的固定效果，进一步提升电池的抗振能力。
附图说明
图1为本发明内置保护装置式锂电池内部结构爆炸图。
图2为本发明固定环结构示意图。
具体实施方式
下面结合实施例及附图对本发明作进一步详细的描述，但本发明创造的实施方式不限于此。
如图1所示，一种内置保护装置式锂电池，包括电池盖板1、电池壳体2以及位于电池壳体2内部的卷芯3，卷芯3由负极片、隔膜以及正极片叠放卷绕而成。电池盖板1至卷芯3之间依次紧贴设置有固定环4、绝缘盖片5以及绝缘垫片6，绝缘垫片6紧压卷芯3，固定环4焊接于电池壳体2内壁上。
锂电池还包括第一负极集流体7、第二负极集流体8以及连接于第一负极集流体7、第二负极集流体8之间的保险丝9。第一负极集流体7折弯成L状，形成两个平面，即水平面71及垂直面72，其中水平面71立于绝缘垫片6的上表面，垂直面72延伸至电池壳体2开口处并被电池盖板1紧压至电池壳体2内壁上；第二负极集流体8同样折弯形成两个平面，即水平面81和垂直面82，水平面81和垂直面82共同形成的凹槽卡扣在绝缘垫片6边缘，第二负极集流体8的垂直面82还向电池壳体2底部延伸并与负极片焊接；第一负极集流体的水平面71、第二负极集流体的水平面81以及保险丝9均被绝缘盖片5紧压固定于绝缘垫片6上。
具体的，保险丝9分别与第一负极集流体7、第二负极集流体8焊接为一体；第一负极集流体7和第二负极集流体8为纯镍带或不锈钢带；保险丝9为纯镍丝或镍铬合金电阻丝。
如图2所示，固定环4包括一金属片41以及连接于金属片41周围的八个引脚42，金属片的中间设有通孔43，引脚42均匀设置在金属片41周围，并依次被焊接于电池壳体2内壁上。其中，金属片41和引脚42为不锈钢材质。
本发明内置保护装置式锂电池在具体实施时，组装步骤如下：
步骤1，电芯卷绕。
首先，将正极片插入卷针，卷绕一圈；
其次，将隔膜包裹好的负极片插入已卷绕一圈的正极卷针中并持续卷绕，直至完成卷芯制作；
最后，将卷芯塞入电池壳体，但暂不放至电池壳体底端，使负极片的一端留在电池壳体外。
步骤2，对集流体与保险丝进行装配。
首先，将带状的第一负极集流体的一端部与保险丝的一端点焊连接；
其次，将带状第二负极集流体的一端部与保险丝的另一端点焊连接；
然后，将第一负极集流体和第二负极集流体折弯成图1所示形状，将保险丝制成弹簧状，将第二负极集流体未焊接的另一端与留在电池壳体外的负极片端部焊接，再在卷芯上端放置绝缘垫片，保险丝平铺在绝缘垫片上；
最后，在保险丝平面上再放置一绝缘盖片，将固定环装入并压紧，固定位置后，再将固定环的引脚点焊在电池壳体的内壁上。
步骤3，将正极集流体点焊在正极柱上，压盖、焊接完成电芯组装。
步骤4，将组装完成的电芯进行短路测试后，注入电解液，压入密封钉并进行清洗。
以上所述实施例仅表达了本发明的实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。
Claims (6)
1.一种内置保护装置式锂电池，包括电池盖板、电池壳体以及位于电池壳体内部的卷芯，所述卷芯由负极片、隔膜以及正极片叠放卷绕而成，其特征在于：所述电池盖板至卷芯之间还依次紧贴设置有固定环、绝缘盖片以及绝缘垫片，所述绝缘垫片紧压卷芯，所述固定环焊接于电池壳体内壁上；
所述锂电池还包括第一负极集流体、第二负极集流体以及连接于第一负极集流体、第二负极集流体之间的保险丝，所述第一负极集流体一端位于绝缘垫片上，另一端延伸至电池壳体开口处并被电池盖板紧压至电池壳体内壁上，所述第二负极集流体一端位于绝缘垫片上，另一端向电池壳体底部延伸并与负极片焊接；
所述保险丝制成弹簧状；
所述固定环包括一中间设有通孔的金属片，以及连接于金属片周围的若干个引脚，所述引脚均匀设置在金属片周围，并依次被焊接于电池壳体内壁上。
2.根据权利要求1所述的内置保护装置式锂电池，其特征在于：所述第一负极集流体折弯成L状，立于绝缘垫片的上表面，所述第二负极集流体折弯卡扣在绝缘垫片边缘，所述第一负极集流体、第二负极集流体以及保险丝均被绝缘盖片紧压固定于绝缘垫片上。
3.根据权利要求1所述的内置保护装置式锂电池，其特征在于：所述保险丝分别与第一负极集流体、第二负极集流体焊接。
4.根据权利要求3所述的内置保护装置式锂电池，其特征在于：所述第一负极集流体和第二负极集流体为纯镍带或不锈钢带。
5.根据权利要求4所述的内置保护装置式锂电池，其特征在于：所述保险丝为纯镍丝或镍铬合金电阻丝。
6.根据权利要求5所述的内置保护装置式锂电池，其特征在于：所述金属片和引脚为不锈钢材质。
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