CN103825054A - 一种新型锂电池结构 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种新型锂电池结构，包括上盖(1)、密封圈(2)和壳体(3)；并且所述上盖、密封圈和壳体形成容纳电解液的封闭腔(4)；所述上盖顶部凸出设置负极端(5)、充液孔(6)、排气阀(7)和正极端(8)；所述封闭腔(4)内设有电芯(13)；所述电芯(13)包括电芯骨架(10)、电池极芯(9)、以及热缩管(12)；所述排气阀包括贯穿上盖(1)的排气腔(102)和覆盖在所述排气腔上的阀盖(103)。该新型锂电池结构一方面解决了锂电池正负极掉粉问题，同时电池内部增加电芯骨架保证电池容量的稳定性；另一方面，该锂电池结构具有排气阀能自动排气减压，不仅提高安全性能，而且使得电池倒放时电解液不会流出壳体。

Description

一种新型锂电池结构
技术领域
本发明属于电池领域，具体地，本发明涉及一种新型锂电池结构。
背景技术
现有技术中普通锂电池装配后通常存在以下问题：(1)使用过程中壳体震动，导致内部粉末从隔膜纸内掉出；(2)普通锂电池只有一个充液口，当电池内部气压过大时，无法排气减压，不仅具有安全隐患；而且在使用过程中锂电池倒放时，电解液会流出壳体。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种新型锂电池结构。该新型锂电池结构一方面有效解决了锂电池正负极掉粉问题，同时电池内部增加电芯骨架保证电池容量的稳定性；另一方面，该锂电池结构具有排气阀能自动排气减压，不仅提高安全性能，而且使得电池倒放时电解液不会流出壳体。
本发明解决上述技术问题所采用的技术手段是：一种新型锂电池结构，包括由上而下依次设置的上盖、密封圈和壳体；并且所述上盖、密封圈和壳体形成容纳电解液的封闭腔；所述上盖顶部凸出设置负极端、充液孔、排气阀和正极端；所述封闭腔内设有电芯；
所述电芯包括电芯骨架、卷绕在所述电芯骨架上的电池极芯、以及外包于电池极芯的热缩管；
其中，所述电芯骨架采用聚丙烯塑料制备；
所述电池极芯由正极片、隔膜、以及负极片依次层叠后卷绕在所述电芯骨架上形成；
所述排气阀包括贯穿上盖的排气腔和覆盖在所述排气腔上的阀盖；所述阀盖的顶端为与所述排气腔连通的排气口；所述排气腔的底端为与电池壳体内部连通的进气口；所述排气腔沿电池壳体内部向外部依次设置可以沿着排气腔轴线移动的排气顶块、以及可以随排气顶块移动而伸缩的弹簧。
所述排气顶块包括可以封堵所述进气口的基部、以及恰好容纳所述弹簧的凹部；所述弹簧的一端伸入所述凹部，另一端抵住阀盖；
所述排气顶块包括横截面半径依次增大的第一圆柱体和第二圆柱体；所述第一圆柱体构成所述基部；所述第二圆柱体靠近排气口的一端内凹形成所述凹部；并且所述第二圆柱体的外壁与所述排气腔的内壁之间存在空隙。
所述排气管的基部套有密封圈；所述排气腔靠近进气口的一端设有一段斜面连接段；所述密封圈可以恰好与所述斜面连接段紧密接触。优选地，所述斜面连接段的斜面与电池壳体上盖的夹角为20度-30度。
所述壳体上设有由壳体的外表面凸起形成并沿着壳体纵向延伸的定位筋条。该定位筋条不仅可以用来定位电池在电池盒组中的位置，使其不得移动；而且还增加了散热的功能。
上述技术方案中，充液孔用于加电解液；排气阀可以自动排气，优选地，通过设计排气顶块的重力和弹簧的弹性系数，可以使得设置排气的临界气压为0.2MPa。当电池内部气压大于0.2MPa时，排气阀自动排气减压，可以使电池的性能达到最佳状态。排气阀的工作原理为：正常状态下，所述排气顶块恰好封堵住所述进气口。当锂电池壳体内部的气压到达0.2MPa时，排气顶块被气压往上顶起，从而使得从锂电池内部向外排气的通道被打通，气体顺利排出。当气体排出部分后，锂电池内部气压下降，由于弹簧的伸缩性能将排气顶块向下推动复位。
进一步的技术方案，所述电芯骨架纵截面为“工”字形状，包括沿水平方向设置支撑在所述封闭腔内的第一横板、第二横板、以及连接所述第一横板和第二横板的纵向连接板；所述纵向连接板的横截面小于第一横板，并且小于第二横板；所述电池极芯缠绕在纵向连接板上，并恰好位于第一横板和第二横板之间。
进一步的技术方案，所述第一横板的下表面与所述电芯骨架的纵向轴线成95度夹角；所述第二横板的上表面与与所述电芯骨架的纵向轴线成95度夹角。
上述技术方案中，由于所述纵向连接板的横截面小于第一横板，并且小于第二横板；使得所述电芯骨架的纵截面形状呈现“工”字形，即使得所述第一横板与纵向连接板之间形成台阶状，所述第二横板与纵向连接板之间也形成台阶状。该电芯骨架的设置一方面增加了电池结构的稳定性，另一方面有效防止了缠绕在电芯骨架上可能掉落的极粉从壳体内掉出。
进一步的技术方案，所述上盖通过锁紧螺丝固定在壳体上。
进一步的技术方案，所述密封圈为0型密封圈，可拆卸地安装在上盖和壳体之间。
进一步的技术方案，所述壳体采用玻璃纤维增强聚丙烯材料制备。这种玻璃纤维增强聚丙烯材料使得本发明锂电池具有阻燃、抗低温、不脆裂的优良性能。
本发明还提供包含上述新型锂电池结构的电池组，所述电池组由上述电池结构壳体表面的定位筋条对插并联而成。
本发明与现有技术相比，具有以下有益效果：
(1)本发明新型锂电池结构在封闭腔内增加电芯骨架，并且该电芯骨架第一横板的下表面与所述电芯骨架的纵向轴线成95度夹角；所述第二横板的上表面与与所述电芯骨架的纵向轴线成95度夹角。这种结构设置一方面有效解决了锂电池正负极掉粉问题，另一方面保证了电池容量的稳定性和结构的稳定性。
(2)本发明锂电池上盖具有两个口，一个用于排气减压的排气阀，一个用于加液的充液孔。设置当电池内部气压大于0.2MPa时，排气阀自动排气减压，这不仅放置电解液倒流，而且增加了锂电池的安全性，可靠性。
(3)本发明锂电池壳体上设有定位筋条，不仅具有定位功能，而且可以提高电池的散热功效。
(4)本发明锂电池采用多极头的电池极芯，有效地降低充放电内阻。
附图简述
图1是本发明新型锂电池的整体结构示意图。
图2是本发明新型锂电池的纵向截面图。
图3是本发明新型锂电池的结构分解示意图(未显示热缩管和电池极芯)。
图4是本发明电芯骨架的结构示意图。
图5是图4的侧视图。
图6是本发明电池极芯的展开后的剖视图。
图7是本发明新型锂电池的展开的正极片的结构示意图。
图8是本发明新型锂电池的展开的负极片的结构示意图。
图9是本发明锂电池的电芯的结构分解示意图。
图10是本发明新型锂电池的仰视图。
图11是本发明电池组的仰视图。
图12是本发明排气阀的结构示意图。
图中各部件对应的名称是：1-上盖；2-密封圈；3-壳体；4-封闭腔；5-负极端；6-充液孔；7-排气阀；8-正极端；9-电池极芯；10-电芯骨架；101-第一横板；102-第二横板；103-纵向连接板；11-锁紧螺丝；12-热缩管；91-正极片；92-隔膜；93-负极片；94-正极片极头；95-负极片极头；31-定位筋条；102-排气腔；103-阀盖；104-排气口；105-进气口；106-排气顶块；107-弹簧；108-基部、109-凹部；1010-密封圈；1011-斜面连接段；1012-前端通道；1013-后端通道。
。
具体实施方式
下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。
实施例1
如图1-7所示，一种新型锂电池结构，包括由上而下依次设置的上盖1、0型密封圈2和壳体3；并且所述上盖1、密封圈2和壳体3形成容纳电解液的封闭腔4。所述上盖顶部凸出设置负极端5、充液孔6、排气阀7和正极端8。所述封闭腔4内设有电芯13。所述0型密封圈可拆卸地安装在上盖1和壳体3之间。所述上盖1通过锁紧螺丝11固定在壳体3上。为了使壳体具有阻燃抗低温不脆裂的性能，壳体3采用玻璃纤维增强聚丙烯材料制备。如图9所示，电芯13包括电芯骨架10、卷绕在所述电芯骨架10上的电池极芯9、以及外包于电池极芯的热缩管12；其中，所述电芯骨架10采用聚丙烯塑料制备。
如图4和5所示，所述电芯骨架包括沿水平方向设置支撑在所述封闭腔4内的第一横板101、第二横板102、以及连接所述第一横板和第二横板的纵向连接板103；所述纵向连接板的横截面小于第一横板，并且小于第二横板；所述电池极芯缠绕在纵向连接板上，并恰好位于第一横板和第二横板之间。所述第一横板101的下表面与所述电芯骨架10的纵向轴线成95度夹角；所述第二横板102的上表面与与所述电芯骨架10的纵向轴线成95度夹角。该95度夹角的设置有效防止了正负极片上的极粉从壳体掉出。
如图6-8所示，所述电池极芯9由正极片91、隔膜92、以及负极片93依次层叠后卷绕在所述电芯骨架上形成。所述电池极芯采用多极头的电池极芯，具体地，所述正极片91的一端凸出形成多个正极片极头94；所述负极片93的一端凸出形成多个负极片极头95；电池极芯在电芯骨架上每卷绕一圈形成1个正极片极头和1个负极片极头，卷绕n圈即形成n个正极片极头和n个负极片极头。绕卷后，使所述正极片的n个正极片极头与所述正极端连接；所述负极片的n个负极片极头与所述负极端连接。这种多极头结构有效降低了充放电内阻。
如图10和11所示，在壳体3上设有由壳体的外表面凸起形成并沿着壳体纵向延伸的定位筋条31。将上述电池结构壳体表面的定位筋条31对插并联而形成电池组。
如图12所示，为本发明锂电池排气阀的结构示意图。该锂电池的排气阀，包括贯穿电池壳体上盖1的排气腔102和覆盖在所述排气腔上的阀盖103。排气腔凸出于上盖的表面具有螺纹，阀盖103通过该螺纹连接覆盖在所述排气腔102上。阀盖103的顶端为与所述排气腔102连通的排气口104。排气腔102的底端为与电池壳体内部连通的进气口105。排气腔沿电池壳体内部向外部依次设置可以沿着排气腔轴线移动的排气顶块106、以及可以随排气顶块移动而伸缩的弹簧107。排气顶块106包括可以封堵所述进气口105的基部108、以及恰好容纳所述弹簧107的凹部109；所述弹簧107的一端伸入所述凹部109，另一端抵住阀盖103。排气顶块106包括横截面半径依次增大的第一圆柱体和第二圆柱体；所述第一圆柱体构成所述基部；所述第二圆柱体靠近排气口的一端内凹形成所述凹部；并且所述第二圆柱体的外壁与所述排气腔的内壁之间存在空隙。
排气管的基部套有密封圈1010。所述排气腔靠近进气口的一端设有一段斜面连接段1011。基部的密封圈可以恰好与所述斜面连接段紧密接触。优选地，该斜面连接段1011的斜面与电池壳体上盖101的夹角为20度-30度。
为了使气体排出更加顺畅，所述进气口具有一段由电池壳体内部向外部方向扩展的前端通道1012；所述排气口具有一段由电池壳体内部向外部方向逐渐缩小的后端通道1013。
上述排气阀的工作原理为：正常状态下，排气顶块位于排气腔底部，此吃排气顶块基部的密封圈恰好与斜面连接段1011紧密接触，因此恰好堵住进气口。当锂电池壳体内部气压达到一定的值时，排气顶块被向上顶起，排气顶块的密封圈与斜面连接段1011脱离，从而使进气口、排气腔、排气口整个通道打通，锂电池内部气体可以顺利排出。当气体部分排出后，预压在阀盖与排气顶块之间的弹簧由于伸缩作用将排气顶块向下推回复位。
综上所述，上述实施方式并非是本发明的限制性实施方式，凡本领域的技术人员在本发明的实质内容的基础上所进行的修饰或者等效变形，均在本发明的技术范畴。

Claims (10)

1.一种新型锂电池结构，其特征在于，包括由上而下依次设置的上盖(1)、密封圈(2)和壳体(3)；并且所述上盖、密封圈和壳体形成容纳电解液的封闭腔(4)；所述上盖顶部凸出设置负极端(5)、充液孔(6)、排气阀(7)和正极端(8)；所述封闭腔(4)内设有电芯(13)；
所述电芯(13)包括电芯骨架(10)、卷绕在所述电芯骨架(10)上的电池极芯(9)、以及外包于电池极芯的热缩管(12)；
其中，所述电芯骨架(10)采用聚丙烯塑料制备；
所述电池极芯(9)由正极片(91)、隔膜(92)、以及负极片(93)依次层叠后卷绕在所述电芯骨架上形成；
所述排气阀包括贯穿上盖(1)的排气腔(102)和覆盖在所述排气腔上的阀盖(103)；所述阀盖(103)的顶端为与所述排气腔(102)连通的排气口(104)；所述排气腔(102)的底端为与电池壳体内部连通的进气口(105)；所述排气腔沿电池壳体内部向外部依次设置可以沿着排气腔轴线移动的排气顶块(106)、以及可以随排气顶块移动而伸缩的弹簧(107)。
2.根据权利要求1所述的一种新型锂电池结构，其特征在于，所述排气顶块(106)包括可以封堵所述进气口(105)的基部(108)、以及恰好容纳所述弹簧(107)的凹部(109)；所述弹簧(107)的一端伸入所述凹部(109)，另一端抵住阀盖(103)；
所述排气顶块(106)包括横截面半径依次增大的第一圆柱体和第二圆柱体；所述第一圆柱体构成所述基部；所述第二圆柱体靠近排气口的一端内凹形成所述凹部；并且所述第二圆柱体的外壁与所述排气腔的内壁之间存在空隙。
3.根据权利要求2所述的一种新型锂电池结构，其特征在于，所述排气管的基部套有密封圈(1010)；所述排气腔靠近进气口的一端设有一段斜面连接段(1011)；所述密封圈可以恰好与所述斜面连接段紧密接触。
4.根据权利要求3所述的新型锂电池结构，其特征在于，所述壳体(3)上设有由壳体的外表面凸起形成并沿着壳体纵向延伸的定位筋条(31)。
5.根据权利要求4所述的新型锂电池结构，其特征在于，所述电芯骨架(10)纵截面为“工”字形状，包括从上而下依次设置的第一横板(101)、第二横板(102)、以及连接所述第一横板和第二横板的纵向连接板(103)；所述纵向连接板的横截面小于第一横板，并且小于第二横板；所述电池极芯缠绕在纵向连接板上，并恰好位于第一横板和第二横板之间。
6.根据权利要求5所述的新型锂电池结构，其特征在于，所述第一横板(101)的下表面与所述电芯骨架(10)的纵向轴线成95度夹角；所述第二横板(102)的上表面与与所述电芯骨架(10)的纵向轴线成95度夹角。
7.根据权利要求6所述的新型锂电池结构，其特征在于，所述密封圈(2)为0型密封圈，可拆卸地安装在上盖(1)和壳体(3)之间。
8.根据权利要求7所述的新型锂电池结构，其特征在于，所述壳体(3)采用玻璃纤维增强聚丙烯材料制备。
9.根据权利要求8所述的新型锂电池结构，其特征在于，设置排气顶块脱离所述斜面连接段11的临界电池内部气压为0.2MPa。
10.包含上述新型锂电池结构的电池组，其特征在于，所述电池组由上述电池结构壳体表面的定位筋条(31)对插并联而成。
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