CN105870393B - 电池用绝缘板及具有该绝缘板的电池 - Google Patents
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Abstract
一种电池用绝缘板及具有该电池用绝缘板的电池。电池用绝缘板(4)覆盖收纳在电池壳体(1)内的漩涡状的极板组(3)的靠近所述电池壳体(1)的开口部的一端，所述电池用绝缘板(4)的特征在于，具有：中心覆盖部(6)，形成在所述电池用绝缘板的中央，覆盖漩涡状的极板组(3)的中心部分；至少一个的贯通孔(5)，形成在所述电池用绝缘板(4)的周边缘与所述中心覆盖部(6)之间，贯通所述电池用绝缘板(4)，所述极板组(3)的引线(11)从其中的一个贯通孔(5)穿过；低强度部(7)，形成在所述中心覆盖部(6)的周围，与所述中心覆盖部(7)相接，所述低强度部(7)的断开强度小于所述电池用绝缘板(4)的其他部分。
Description
技术领域
本发明涉及一种电池用绝缘板及具有该绝缘板的电池。
背景技术
随着电子产品的发展，特别是近年来移动电话、掌上电子产品的普及，二次电池(例如镍镉、镍氢、锂离子二次电池等)因其能进行重复充放电，使用方便、容量高，小巧便于携带等优点而得到迅猛发展。同时，对这些电池也提出了更高的要求，如高容量，高功率，高安全性等等。
以锂离子二次电池为例，其制作过程如下。
首先，将由天然石墨构成的负极活性物质与粘结剂等溶解到有机溶剂中，制作成膏体并涂覆在由铝箔等构成的负极芯材上，从而制作负极板。并且，将由LiCoO2、LiNiO2、LiMnO2等构成的正极活性物质和碳类导电剂溶解到有机溶剂中，制作成膏体并涂覆在由铝箔等构成的正极芯材上，从而制作正极板。然后，将由聚乙烯制微多孔膜构成的隔膜夹在正极板和负极板之间，通过卷绕机将夹着隔膜的正极板、负极板卷绕成漩涡状，并在最外侧用胶带封紧。将这样构成的极板组插入到电池壳体中，并将与正极板连接的正极引线与正极端子连接，将与负极板连接的负极引线与负极端子连接。最后，在电池壳体中注入非水电解液之后，将电池壳体的开口通过封口板密封，由此制作成为二次电池。
这样的电池在充放电时，由于电极和电解液反应而使电解液分解产生气体，在某些特殊条件下，如外部短路时，会使电池温度急剧升高，内部气体压力急剧上升。如果气体压力得不到及时释放，电池会发生爆炸等安全性问题。因此，在电池的封口板中设置排气阀，当电池内部达到一定压力时，排气阀打开，内部压力使气体从电池内部向外界排出，使电池内压力维持在安全压力以下。
在这样的二次电池中，为了防止极板组与封口板电连接而造成的短路，在漩涡状的极板组的上下端面通常配置有圆盘状的绝缘板。
如图6所示，在极板组3’的上端面与封口板9’的底板91’之间配置了绝缘板4’。该绝缘板4’的立体图如图5所示，具有一个大致扇形的开口5’和另外三个圆弧状弯曲的开口，用来排放气体。此外，如图6所示，正极引线11’从极板组3’引出，穿过开口5’而与封口板9’的底板连接。
然而，由于正极引线的材质一般为长条片状的纯镍或铁表面镀镍，具有柔性。如图6的圆圈B所示，当电池受到冲击等造成引线异常弯折时，正极引线有可能通过较大的扇形的开口5’与绝缘板下方的极板组3’中的负极板接触，引起短路。
另外，这种二次电池的漩涡状极板组的中心形成中空部分，该中空部分会由于充放电而变形，阻碍气体从该中空部分排出。因此，通常在漩涡状极板组的该中心部分插入中空的芯柱，由芯柱来确保排气通路。
但是，插入配置在中心部分的芯柱会由于漩涡状极板组变形的压力而弹起，因此，要求覆盖在漩涡状极板组上方的绝缘板在中心形成能够防止芯柱弹起的形状，如图5所示的中心覆盖部6’。
专利文献1：日本特开2013131430A
发明内容
本发明是针对上述问题作出的，其目的在于提供一种电池用绝缘板及具有该绝缘板的电池，能够防止引线异常弯折而引起电池内部短路，并当电池异常排气时能够增加排气面积。
本发明的电池用绝缘板，覆盖收纳在电池壳体内的漩涡状的极板组的靠近上述电池壳体的开口部的一端，上述电池用绝缘板的特征在于，具有：中心覆盖部，形成在上述电池用绝缘板的中央，覆盖漩涡状的极板组的中心部分；至少一个的贯通孔，形成在上述电池用绝缘板的周边缘与上述中心覆盖部之间，贯通上述电池用绝缘板，所述极板组的引线从其中的一个贯通孔穿过；以及低强度部，形成在上述中心覆盖部的周围，与上述中心覆盖部相接，上述低强度部的断开强度小于上述电池用绝缘板的其他部分。
根据上述电池用绝缘板，由于在中心覆盖部的周围形成了与该中心覆盖部相接的低强度部，因此，当电池内压上升时，低强度部容易断开，从而使中心覆盖部脱离绝缘板主体而形成新的排气孔，使电池内的气体迅速通过新的排气孔排出。
上述电池用绝缘板也可以是，所述贯通孔在所述电池用绝缘板的径向上的宽度是所述引线的宽度的1.2～1.8倍。
这样，正极引线即使弯折也很难经由贯通孔与负极板连接，防止短路。
上述电池用绝缘板也可以是，围绕所述中心覆盖部的周边缘形成凹槽，所述凹槽构成为所述低强度部。
这样，凹槽形成的低强度部更容易在受到压力时断开。
上述电池用绝缘板也可以是，上述凹槽形成为不闭合的C字形。
这样，未形成凹槽的部分作为中心覆盖部与绝缘板主体的连接部起作用，可以防止中心覆盖部在电池正常时从绝缘板主体脱落。
上述电池用绝缘板也可以是，所述电池用绝缘板具有至少两个所述贯通孔，所述贯通孔形成为以所述电池用绝缘板的中心为中心的圆弧状，相邻的两个所述贯通孔的端部之间形成连接部，所述连接部构成为所述低强度部。
这样，可以在中心覆盖部周围简单地形成低强度部。
上述电池用绝缘板也可以是，所述连接部相对于所述电池用绝缘板的中心的中心角为3～8度。
这样，低强度部更容易在收到压力时断开。
上述电池用绝缘板也可以是，在所述连接部上形成凹槽，所述凹槽构成为所述低强度部。
本发明的另一电池用绝缘板，覆盖收纳在电池壳体内的漩涡状的极板组的靠近所述电池壳体的开口部的一端，所述电池用绝缘板的特征在于，具有：中心覆盖部，形成在所述电池用绝缘板的中央，覆盖漩涡状的极板组的中心部分；至少一个的贯通孔，形成在所述电池用绝缘板的周边缘与所述中心覆盖部之间，贯通所述电池用绝缘板；以及低强度部，形成在所述中心覆盖部上，所述低强度部的断开强度小于所述电池用绝缘板的其他部分，所述贯通孔在所述电池用绝缘板的径向上的宽度是所述引线的宽度的1.2～1.8倍。
上述电池用绝缘板也可以是，在所述中心覆盖部上形成有经过所述中心覆盖部的中心的凹槽，所述凹槽构成为所述低强度部。
另外，本发明还提供一种电池，具有：带有开口部分的电池壳体；插入到上述壳体内的包含正极板和负极板的极板组；引线，用于使极板组与电极端子电连接；以及对上述壳体进行密封的电池用封口板，其特征在于，上述电池中具有上述的任意一种电池用绝缘板。
附图说明
图1为本发明的电池的纵向剖面图。
图2表示本发明的绝缘板的立体图。
图3为本发明的电池的局部立体图。
图4A-图4D表示本发明的变形例，图4A为第一变形例，图4B为第二变形例，图4C为第三变形例，图4D为第四变形例。
图5表示现有技术的绝缘板。
图6为使用现有技术的绝缘板的电池的局部立体图。
符号说明
1电池壳体
3、3’极板组
4、14、24、34、44、4’绝缘板
5、51、52、15、25、35、45、5’贯通孔
6、16、26、36、46、6’中心覆盖部
7、17、27、37、47、57连接部
71、271、371凹槽
8芯柱
9、9’封口板
91、91’底板
92 端子盖
93 阀体
94 阀孔
95 排气孔
10 衬垫
11 引线
具体实施方式
下面利用附图对本发明的具体实施例进行说明。
图1为本发明的实施例的电池的纵向剖视图。
图1中，电池壳体1是一端开口的金属筒，其开口部分经由衬垫10而通过金属制的封口板9来密封，上述衬垫10能够与该电池壳体1的上部电绝缘且保持气密。上述电池壳体1内装有极板组3和电解液，该极板组3是正极板和负极板夹持隔膜地相对并以该夹持状态卷绕为旋涡状的部件。极板组3上覆盖着绝缘板4，用以防止极板组3与封口板9电连接而造成的短路。此外，电池用引线11的一端与极板组3中的正极板电连接，另一端穿过绝缘板4上设置的贯通孔5而与封口板9的底板91电连接。
本实施方式中的电池壳体1为圆筒状，但也可以形成为方形等其他形状。
参照图3对电池的上端部进行说明。
封口板9中，底板91与帽状的金属端子盖92电气、机械地连接，在端子盖92的周边缘形成有多个与外部连通的排气孔95。该底板91与端子盖92之间形成阀室，并且在该阀室内内置有压缩状态的弹性阀体93，该弹性阀体93封闭底板91上形成的阀孔94。当电池内产生大量气体时，气体压力变大顶起弹性阀体93，使阀孔94打开。产生的气体经由该打开的阀孔94、排气孔95排出到电池外。
极板组3是将由聚乙烯等微多孔膜构成的隔膜夹在正极板和负极板之间，通过卷绕机而被卷绕为漩涡状，然后最外侧用胶带封紧，从而形成漩涡状的极板组。该极板组3被插入在电池壳体1中。负极引线的一端与负极板连接，另一端与电池壳体1的底部连接，正极引线11的一端与正极板连接，另一端与电池的封口板9的底板91连接。在向电池壳体1内注入非水电解液之后，电池壳体1的开口通过封口板9和衬垫10而被密封。
如图1所示，在漩涡状的极板组3的中心部形成中空部分，为了防止中空部分在电池充放电过程中发生变形，并确保气体排出通道，在漩涡状极板组3的中心部形成的中空部分之中，插入并配置中空的芯柱8。
这里，芯柱8不是必须的，即，也可以不在漩涡状极板组3的中心部配置芯柱8。
下面参照图2、图3对本发明的绝缘板4进行详细说明。
绝缘板4呈圆盘状，覆盖在极板组3的上端面。绝缘板4上形成有贯通孔5和中心覆盖部6等。
中心覆盖部6形成在绝缘板4的中央，呈圆形，且直径大于芯柱8的直径，由此能够覆盖芯柱8。但中心覆盖部6也可以形成为方形、椭圆形等其他形状。只要能够覆盖漩涡状极板组3的中心部分即可。
在绝缘板4的外周缘与中心覆盖部6之间，形成有四个以绝缘板4的中心为中心的圆弧状弯曲的贯通孔5。其中的三个贯通孔51的弧长较小，另一个贯通孔52的弧长较大。如图3所示，从极板组3引出的引线11从弧长较大的贯通孔52中穿过而一端电连接在封口板9的底板91上。这里优选引线11从弧长较大的贯通孔52中穿过，是为了方便操作，且注液时电解液容易进入。
上述圆弧状弯曲的贯通孔51、52的径向宽度均优选小于等于引线11的宽度。这样，与现有技术中的开设得很大的扇形开口5’相比，贯通孔51、52的宽度变小，引线11不会因为异常弯折而与负极板接触，造成短路。
此外，贯通孔5不限于上述的形状和个数，也可以形成为圆孔状、方孔状等等，只要形成在绝缘板4的外周缘与中心覆盖部6之间即可。
在中心覆盖部6的周围与该中心覆盖部6相接地形成凹槽71。本实施例中的凹槽71沿着中心覆盖部6的边缘形成为C字形，该凹槽71构成为低强度部。由于凹槽71是从绝缘板4的上表面沿与绝缘板正交的方向向绝缘板4内凹陷，所以，凹槽71的断开强度小于绝缘板4的其他部分，尤其小于中心覆盖部6的断开强度。
当有大量气体产生时，凹槽71容易受到压力而断开，使中心覆盖部6脱离绝缘板4，在绝缘板4的中心形成新的排气孔。气体从该新的排气孔大量释放，能够防止电池爆炸。
并且，当电池内气体压力上升时，由于气体优先从极板组3的中心部释放，因此中心覆盖部6脱离绝缘板4后所形成的中心排气孔将有助于气体更快速地排出。
此外，凹槽71也可以形成为O字形凹槽等，可以使中心覆盖部6更容易从绝缘板4脱离。
但这里优选形成为C字形，且C字形凹槽71的两端部之间的连接部7的中心角度为3％～20％。这是因为连接部7将中心覆盖部6与绝缘板4的主体连接，可以在电池正常时防止中心覆盖部6脱落。而如果该连接部7的中心角度过大，则在大量气体产生时，凹槽71不易断开，中心覆盖部6无法脱离，造成排气不畅。
此外，优选使中心覆盖部6与贯通孔5的总面积占绝缘板4的总面积的36.1％以上，由此能够确保电池内产生的大量气体顺畅排出。
另外，优选中心覆盖部6的面积占绝缘板面积的30％～40％。这是因为如果该比例小于30％，电池内气压顶不开中心覆盖部6，而如果该比例大于40％，将侵占贯通孔5的面积，引线不容易穿过贯通孔5。
【变形例】
下面，参照图4A-图4D说明本发明的变形例。
图4A表示第一变形例的绝缘板14，图4B表示第二变形例的绝缘板24，图4C表示第三变形例的绝缘板34，图4D表示第四变形例的绝缘板44。
(第一变形例)
如图4A所示，第一变形例中，在绝缘板14的中央形成有中心覆盖部16，沿着中心覆盖部16的外周缘形成两个圆弧状弯曲的贯通孔15，两个贯通孔15的弧长相等，并且各自相对的端部之间分别形成两个连接部17、17，各连接部17相对于绝缘板14的中心的中心角度为3％～8％。如前所述，连接部17将中心覆盖部16与绝缘板14的主体连接，防止在电池正常时中心覆盖部16从绝缘板14脱离。
并且，由于各连接部17的断开强度比绝缘板4的其他部分小，因此，当电池内产生大量气体时，连接部17容易受到压力而断开，使中心覆盖部16脱离。
在第一变形例中，将两个连接部17作为低强度部。
(第二变形例)
如图4B所示，第二变形例中，在绝缘板24的中央形成有中心覆盖部26，沿着中心覆盖部26的外周缘形成两个圆弧状弯曲的贯通孔25。与上述第一变形例的不同之处在于，在两个贯通孔25的相对的端部之间形成的连接部27上还形成有凹槽271。
在第二变形例中，将断开强度最低的凹槽271作为低强度部。
另外，也可以仅在其中一个连接部27上形成凹槽，将该凹槽作为低强度部。未形成凹槽的另一个连接部27将中心覆盖部16与绝缘板14的主体连接，可以防止在电池正常时中心覆盖部16从绝缘板14脱离。
(第三变形例)
如图4C所示，第三变形例中，在绝缘板34的中央形成有中心覆盖部36，沿着中心覆盖部36的外周缘形成两个圆弧状弯曲的贯通孔35，两个贯通孔35的端部之间形成连接部37。与上述第一变形例的不同之处在于，在中心覆盖部36上，形成有经过中心覆盖部36的中心的凹槽371。
由于凹槽371相比连接部37的断开强度更低，因此，在第三变形例中，将凹槽371作为低强度部。
(第四变形例)
如图4D所示，第四变形例中，在绝缘板44的中央形成有中心覆盖部46，沿着中心覆盖部46的外周缘形成两个圆弧状弯曲的贯通孔45。与上述第一变形例的不同之处在于，两个贯通孔45的弧长不相等，在两个贯通孔45的相对的端部之间分别形成连接部47、57。
由于第四变形例的两个贯通孔的弧长不相等，因此，在相对的端部之间形成的连接部47、57形成为非中心对称。这样，在受到压力时中心覆盖部46更容易从绝缘板44的主体断开，使中心覆盖部46更迅速地从绝缘板44脱离。
在第四变形例中，将两个连接部47、57作为低强度部。
另外，虽然未图示，但也可以沿着中心覆盖部的外周缘形成三个圆弧状弯曲的贯通孔，三个贯通孔中相邻的两个贯通孔的相对端部之间分别形成连接部。各连接部的中心角度为3％～8％。
与第一变形例相同地，可以将三个贯通孔之间形成的三个连接部都作为低强度部，也可以在其中两个连接部上分别形成凹槽，将形成的两条凹槽作为低强度部。
当将两条凹槽作为低强度部时，未形成凹槽的连接部将中心覆盖部与绝缘板的主体连接，防止在电池正常时中心覆盖部从绝缘板脱离。
此外，在上述各个变形例中，均优选使中心覆盖部与贯通孔的总面积占绝缘板的总面积的36.1％以上，由此能够确保电池内产生的大量气体顺畅排出。另外，还优选中心覆盖部的面积占绝缘板面积的30％～40％。
本发明不限于本说明书中提到的具体实施方式，只要不脱离本发明的主旨，可以将各个特征进行组合或者变形。
Claims (7)
1.一种电池用绝缘板，覆盖收纳在电池壳体内的漩涡状的极板组的靠近所述电池壳体的开口部的一端，所述电池用绝缘板的特征在于，具有：
中心覆盖部，形成在所述电池用绝缘板的中央，覆盖漩涡状的所述极板组的中心部分；
至少一个的贯通孔，形成在所述电池用绝缘板的周边缘与所述中心覆盖部之间，贯通所述电池用绝缘板，所述极板组的引线从其中的一个贯通孔穿过；以及
低强度部，形成在所述中心覆盖部的周围，与所述中心覆盖部相接，所述低强度部的断开强度小于所述电池用绝缘板的其他部分，
围绕所述中心覆盖部的周边缘形成凹槽，所述凹槽构成为所述低强度部。
2.如权利要求1所述的电池用绝缘板，其特征在于，
所述贯通孔在所述电池用绝缘板的径向上的宽度小于等于所述引线的宽度。
3.如权利要求1或2所述的电池用绝缘板，其特征在于，
所述凹槽形成为不闭合的C字形。
4.一种电池用绝缘板，覆盖收纳在电池壳体内的漩涡状的极板组的靠近所述电池壳体的开口部的一端，所述电池用绝缘板的特征在于，具有：
中心覆盖部，形成在所述电池用绝缘板的中央，覆盖漩涡状的所述极板组的中心部分；
至少一个的贯通孔，形成在所述电池用绝缘板的周边缘与所述中心覆盖部之间，贯通所述电池用绝缘板，所述极板组的引线从其中的一个贯通孔穿过；以及
低强度部，形成在所述中心覆盖部的周围，与所述中心覆盖部相接，所述低强度部的断开强度小于所述电池用绝缘板的其他部分，
所述电池用绝缘板具有至少两个所述贯通孔，所述贯通孔形成为以所述电池用绝缘板的中心为中心的圆弧状，相邻的两个所述贯通孔的端部之间形成连接部，在所述连接部上形成凹槽，所述凹槽构成为所述低强度部。
5.如权利要求4所述的电池用绝缘板，其特征在于，
所述连接部相对于所述电池用绝缘板的中心的中心角度为3～8度。
6.一种电池用绝缘板，覆盖收纳在电池壳体内的漩涡状的极板组的靠近所述电池壳体的开口部的一端，所述电池用绝缘板的特征在于，具有：
中心覆盖部，形成在所述电池用绝缘板的中央，覆盖漩涡状的所述极板组的中心部分；
至少一个的贯通孔，形成在所述电池用绝缘板的周边缘与所述中心覆盖部之间，贯通所述电池用绝缘板，所述极板组的引线从其中的一个贯通孔穿过；以及
低强度部，形成在所述中心覆盖部上，所述低强度部的断开强度小于所述电池用绝缘板的其他部分，
所述贯通孔在所述电池用绝缘板的径向上的宽度小于等于所述引线的宽度，
在所述中心覆盖部上形成有经过所述中心覆盖部的中心的凹槽，所述凹槽构成为所述低强度部。
7.一种电池，具有：带有开口部分的电池壳体；插入到所述壳体内的包含正极板和负极板的极板组；引线，用于使极板组与电极端子电连接；以及对所述壳体进行密封的电池用封口板，其特征在于，
所述电池中具有如权利要求1～6中任一项所述的电池用绝缘板。
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