CN106450061A - 圆柱形锂电池及其盖帽结构 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种圆柱形锂电池盖帽结构，包括：上顶盖，所述上顶盖包括具有开口端的主体及台阶部，所述台阶部设置于所述开口端周缘；电流切断机构，制作所述电流切断机构的材料包括Al、Mg、Cu；所述电流切断机构包括圆台部及与所述圆台部的大端周缘相连接的延伸部；热敏电阻，所述热敏电阻置于所述台阶部及所述延伸部之间，与所述台阶部及所述延伸部相连接；底板，所述底板置于所述圆台部远离所述上顶盖的一侧，且与所述圆台部远离所述上顶盖的一侧相连接。上述圆柱形锂电池帽盖结构在过充时，能够一次性一致完全断裂，及时快速的一次性切断锂电池内部电路，使锂电池停止充电，更加有效、稳定的保护锂电池的安全。

Description

圆柱形锂电池及其盖帽结构
技术领域
发明涉及电池技术领域，特别是涉及一种圆柱形锂电池及其盖帽结构。
背景技术
目前，市场上的锂离子电池，如18650圆柱型锂电池，其基本上都采用含热敏电阻(PTC)以及电流切断机构(CID)等多种部件的组合帽盖。其中电流切断机构和铝底板焊接在一起，其主要特点为材料材质较软。铝底板会与电池正极极耳镍带焊接在一起，因此在正常状态下，电流切断机构属于电池的正极端。
当电芯发生滥用情况下，尤其是过度充电时，电芯内部会产生大量气体。由于电芯内部是一个全密闭空间，这些气体会作用在电芯头部的帽盖上，即作用在帽盖处铝底板和电流切断机构焊接的地方。当内部气压达到电流切断机构与铝底板间的焊点压力极限数值时，电流切断机构会和铝底板断开。由于电流切断机构材料较软，不会因为断开而产生较大破坏性。此时，断开的电流切断机构不再带电，不再是电池正极端，整个回路断开，以保证电芯的安全。
传统的圆柱形锂电池盖帽结构中，其电流切断机构的材质一般为纯铝，其材料较软，在生产实际中，常会出现在过充测试中，电流切断机构的焊点与铝底板间不能一次性断裂的情况，导致电流无法立即切断，进而对电芯造成了严重损害。
发明内容
基于此，提供一种一次性将电流切断的圆柱形锂电池盖帽结构，同时还提供了一种使用上述圆柱形锂电池盖帽结构的圆柱形锂电池。
一种圆柱形锂电池盖帽结构，其特征在于，包括：
上顶盖，所述上顶盖包括具有开口端的主体及台阶部，所述台阶部设置于所述开口端周缘；
电流切断机构，制作所述电流切断机构的材料包括Al、Mg、Cu；所述电流切断机构包括圆台部及与所述圆台部的大端周缘相连接的延伸部；其中，Al为90％、Mg为4％～6％、Cu为4％～6％；
热敏电阻，所述热敏电阻置于所述台阶部及所述延伸部之间，与所述台阶部及所述延伸部相连接；
底板，所述底板置于所述圆台部远离所述上顶盖的一侧，且与所述圆台部远离所述上顶盖的一侧相连接。
在其中一个实施例中，还包括绝缘胶圈，所述绝缘胶圈将所述底板与所述延伸部的连接处密封。
在其中一个实施例中，所述热敏电阻中部开设通孔，所述通孔用于避位所述圆台部的弹起。
在其中一个实施例中，所述底板上开设至少一个气孔，所述气孔将底板两侧相连通。
在其中一个实施例中，所述底板中部远离所述圆台部的一侧开设有凹槽。
一种圆柱形锂电池，包括圆柱形锂电池盖帽结构。
在其中一个实施例中，还包括电池壳体，所述绝缘胶圈将所述电池壳体与所述圆柱形锂电池帽盖结构的连接处密封。
在其中一个实施例中，还包括置于所述电池壳体内部的电池极片组及电解液。
在其中一个实施例中，所述电池极片组与所述圆柱形锂电池盖帽结构相连接。
上述圆柱形锂电池帽盖结构在锂电池过充时，内部的电流切断机构与底板的连接断开，使锂电池内部电路切断，电流切断机构不再带电，继而锂电池停止充电，达到保护锂电池的效果。包含Al、Mg、Cu三种金属元素的电流切断机构，材质较软，脆性较高，锂电池过充时，电流切断机构与底板的连接处会一次性一致完全断裂，且不会产生较大破坏性，能够及时快速的一次性切断锂电池内部电路，使锂电池停止充电，更加有效、稳定的保护锂电池的安全。
附图说明
图1为本发明一实施例的圆柱形锂电池帽盖结构示意图；
图2为图1所示圆柱形锂电池帽盖结构另一状态的示意图；
图3为图1所示圆柱形锂电池帽盖结构过充测试结束后电流切断机构没有完全断开示意图；
图4为传统电流切断机构过充测试结束后显微结构图；
图5为传统圆柱形锂电池帽盖结构过充测试曲线；
图6为本发明中圆柱形锂电池帽盖结构过充测试曲线；
图7(a)为传统圆柱形锂电池帽盖结构过充测试结束后的电流切断机构CT扫描图片；
图7(b)为本发明中圆柱形锂电池帽盖结构过充测试结束后的电流切断机构CT扫描图片；
图8(a)为传统圆柱形锂电池帽盖结构过充测试结束后的电流切断机构显微图片；
图8(b)为本发明中圆柱形锂电池帽盖结构过充测试结束后的电流切断机构显微图片。
具体实施方式
下面将参照相关附图对本发明进行更全面的描述。
如图1所示，在本实施例中，圆柱形锂电池盖帽结构100，包括：上顶盖110，电流切断机构120，热敏电阻130，底板140及绝缘胶圈150。
上顶盖110包括主体112及台阶部114，主体112包括开口端及与开口端相对的封闭端。台阶部114设置于开口端周缘。
电流切断机构120包括圆台部122。圆台部122为中空结构，圆台部122包括直径较大的大端，及直径小于大端的小端。小端端面具有一定厚度，便于与底板140的中部进行焊接。电流切断机构120还包括与圆台部122的大端周缘相连接的延伸部124。制作电流切断机构120的材料包括Al、Mg、Cu三种金属元素。具体在本实施例中，各金属元素的质量百分比分别为Al为90％、Mg为4％～6％、Cu为4％～6％。
热敏电阻130置于台阶部114及延伸部124之间，与台阶部114及延伸部124分别相连接，且热敏电阻130中部开设通孔132，用来避位圆台部122的弹起。热敏电阻130作为过流保护器件，当出现过电流时，热敏电阻130温度上升，电阻瞬间剧增，使得回路中的电流迅速减小并回到安全值。
底板140置于圆台部122的小端一侧，且与圆台部122小端端面通过焊接相连接。底板140与延伸部124之间的连接处用绝缘胶圈150进行密封。底板140上开设至少一个气孔142，使得高压气体能够通过气孔142进入圆柱形锂电池帽盖结构100内部，进而作用于圆台部122，迫使圆台部122向上顶盖110方向弹起。底板140中部远离圆台部122小端的一侧开设有凹槽144，凹槽144用于减小底板140的厚度，使得底板140中部与圆台部122小端更容易焊接在一起。
圆柱形锂电池过充时，会产生高压气体，气体通过底板140上的气孔142之后，作用在圆台部122的侧面上，压迫圆台部122与底板140的焊接位置。当气压达到焊接位置的压力极限数值时，圆台部122与底板140的焊接位置被迫断开，圆台部122被压向上顶盖110方向，使得电流切断机构120与底板140之间的连接断开，进而切断圆柱形锂电池内部电路。最终实现停止充电，达到保护圆柱形锂电池的效果。
包含Al、Mg、Cu三种金属元素的电流切断机构120材质较软，其脆性较高，在圆柱形锂电池过充时，电流切断机构120与底板140的焊接位置能够一次性完全断裂。断开的电流切断机构120不再带电，不再是圆柱形锂电池的正极端，圆柱形锂电池发生电路切断而停止充电，更好的保证了圆柱形锂电池的安全。
如图2所示，本案还提供了一种圆柱形锂电池10，包括上述圆柱形锂电池盖帽结构100、电池壳体200、电池极片组300及电解液(图未示)。
电池壳体200与圆柱形锂电池帽盖结构100的连接处用绝缘胶圈150进行密封。电池极片组300及电解液置于电池壳体200内部。电池极片组300与圆柱形锂电池盖帽结构100的底板140相连接。
圆柱形锂电池10在过充的情况下，内部将产生大量气体。由于圆柱形锂电池10内部是一个全密闭空间，这些气体会通过底板140上的气孔142作用在圆台部122的侧面上，压迫圆台部122与底板140的焊接位置。当内部气压达到焊接位置的压力极限数值时，圆台部122与底板140的焊接位置被迫断开，圆台部122被压向上顶盖110方向，使得电流切断机构120与底板140之间的电连接断开，进而切断圆柱形锂电池10内部电路。最终实现停止充电，达到保护圆柱形锂电池10的效果。
下面，以电芯尺寸直径18mm，高度65mm，标称容量2800mAh的18650圆柱形锂电池为例进行说明。
请一并参阅图3至图5所示，传统18650圆柱形锂电池帽盖结构，在18650圆柱形锂电池过充情况下，电流切断机构120与底板140的焊接位置发生撕扯，不能快速的一次性完全断开，仍存在部分连接残余126，因此不能一次性完全切断电流，在过充曲线上体现为极不稳定的电压和电流曲线。
如图6所示，采用上述圆柱形锂电池盖帽结构100的18650圆柱形锂电池帽盖结构，在18650圆柱形锂电池过充时，电流切断机构120与底板140的焊接位置能够一次性完全断裂，断开的电流切断机构120不再带电，不再是18650圆柱形锂电池的正极端，18650圆柱形锂电池发生电路切断而停止充电，表现为过充测试曲线上电压及电流值瞬间变为零，且长时间稳定为零。更好的保证了18650圆柱形锂电池的安全。
结合图7(a)、7(b)所示，图7(a)、7(b)分别为传统18650圆柱形锂电池帽盖结构及采用上述圆柱形锂电池盖帽结构100的18650圆柱形锂电池帽盖结构，在过充实验结束后，两者帽盖CT扫描图片中所呈现的电流切断机构120与底板140焊接位置的断裂情况。通过对比可以看出，传统18650圆柱形锂电池帽盖结构的电流切断机构与底板焊接位置没有完全断裂，仍有部分残余连接。而采用上述圆柱形锂电池盖帽结构100的18650圆柱形锂电池帽盖结构的电流切断机构120与底板140焊接位置完全充分的断开了。
结合图8(a)、8(b)所示，图8(a)、8(b)分别为传统的18650圆柱形锂电池帽盖结构及采用上述圆柱形锂电池盖帽结构100的18650圆柱形锂电池帽盖结构，在过充实验结束后，对比其电流切断机构显微图片中焊接位置的形状。可以得出，传统18650圆柱形锂电池帽盖结构的电流切断机构焊接位置断裂后形状不规则，有撕扯痕迹，甚至存在二次断裂。而采用上述圆柱形锂电池盖帽结构100的18650圆柱形锂电池帽盖结构的电流切断机构120焊接位置断裂后形状规则，无撕扯痕迹，说明是一次性完全断裂，且断裂效果较好。
可以得出，本发明中的圆柱形锂电池帽盖结构100在圆柱形锂电池10过充时，电流切断机构120与底板140的连接处会一次性一致完全断裂，且不会产生较大破坏性，能够及时快速的一次性切断圆柱形锂电池10内部电路，使圆柱形锂电池10停止充电，更加有效、稳定的保护圆柱形锂电池10的安全。
以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，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，在不脱离本发明构思的前提下，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 (9)

1.一种圆柱形锂电池盖帽结构，其特征在于，包括：
上顶盖，所述上顶盖包括具有开口端的主体及台阶部，所述台阶部设置于所述开口端周缘；
电流切断机构，制作所述电流切断机构的材料包括Al、Mg、Cu；所述电流切断机构包括圆台部及与所述圆台部的大端周缘相连接的延伸部；其中，Al为90％、Mg为4％～6％、Cu为4％～6％；
热敏电阻，所述热敏电阻置于所述台阶部及所述延伸部之间，与所述台阶部及所述延伸部相连接；
底板，所述底板置于所述圆台部远离所述上顶盖的一侧，且与所述圆台部远离所述上顶盖的一侧相连接。
2.根据权利要求1所述的圆柱形锂电池盖帽结构，其特征在于，还包括绝缘胶圈，所述绝缘胶圈将所述底板与所述延伸部的连接处密封。
3.根据权利要求1所述的圆柱形锂电池盖帽结构，其特征在于，所述热敏电阻中部开设通孔，所述通孔用于避位所述圆台部的弹起。
4.根据权利要求1所述的圆柱形锂电池盖帽结构，其特征在于，所述底板上开设至少一个气孔，所述气孔将底板两侧相连通。
5.根据权利要求4所述的圆柱形锂电池盖帽结构，其特征在于，所述底板中部远离所述圆台部的一侧开设有凹槽。
6.一种圆柱形锂电池，其特征在于，包括权利要求1～5任意一项所述的圆柱形锂电池盖帽结构。
7.根据权利要求6所述的圆柱形锂电池，其特征在于，还包括电池壳体，所述绝缘胶圈将所述电池壳体与所述圆柱形锂电池帽盖结构的连接处密封。
8.根据权利要求7所述的圆柱形锂电池，其特征在于，还包括置于所述电池壳体内部的电池极片组及电解液。
9.根据权利要求8所述的圆柱形锂电池，其特征在于，所述电池极片组与所述圆柱形锂电池盖帽结构相连接。
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