CN107316956B - 防爆组件及二次电池顶盖 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种防爆组件及二次电池顶盖。防爆组件包括：上盖片；以及防爆膜，设置在上盖片的下方，且防爆膜的爆破压力大于上盖片的爆破压力。其中，在上盖片和防爆膜之间围成封闭空间，且封闭空间的内部气压小于大气气压。二次电池顶盖包括顶盖板，顶盖板上开设有防爆孔，顶盖板的对应防爆孔处设置有防爆组件。由于封闭空间的内部气压小于大气气压，所以本发明的防爆组件可以增大防爆膜的厚度，减少防爆膜的结构尺寸的敏感性，提高防爆膜的抗干扰能力，减缓防爆膜的疲劳失效，保证防爆膜翻转爆破的稳定性和一致性；由于上盖片的爆破压力小于防爆膜，所以当设备的内部气压防冲破防爆膜后能够直接冲破上盖片，达到泄压的目的，防止设备爆炸。

Description

防爆组件及二次电池顶盖

技术领域

本发明涉及二次电池领域，尤其涉及一种防爆组件及二次电池顶盖。

背景技术

随着社会经济的发展与人们环保意识的增强，可充电的二次电池被越来越多的电器设备选为电源，如电动工具、储能站和电动汽车等等，这为可充电的二次电池的应用与发展提供了广阔的空间。众所周知，电动汽车和储能站等一般需要使用具有大容量的锂离子电池作为电源。然而，大容量也意味着高风险。当电池由于充电不当、短路或暴露于高温等恶劣环境中而发生意外时，高能量的电池就会产生大量的气体并且温度急剧升高。如果这些发生意外的电池所聚集的能量得不到释放，则其本身就是一个隐患体，存在一定的安全问题，并且如果电池发生意外后再继续过充电，则会引发更大的安全事故，例如发生爆炸等。

常见的安全保护方式是利用金属薄片防爆膜结构。当电芯内的气体压力高于结构阈值 时，金属薄片防爆膜受力断裂，气体冲开防爆膜以达到泄压的目的，在一定程度上可以提高电池的安全性能。

防爆膜主要起及时泄压作用，即在压力未超过安全阈值上限时，及时爆破泄气，以避免安全隐患。但是，出于可靠性及寿命因素，又要求其不能在电芯内气压小于安全阈值下限值就提早爆破。通过简单设计，目前很多防爆膜设计结构均能出现初始爆破压力在安全阈值 上限值与安全阈值 下限值之间，但随着防爆膜工作年限的增长，会不断出现在电芯内气压未达到安全阀值下限值时就提前爆破的现象，结构可靠性较低。

结构上，为了防爆膜能在一定气体压力下(例如0.5MPa)实现爆破，防爆膜被迫设计成一非常薄的金属片，并且常常会设置刻痕，防爆膜的刻痕厚度仅0.04mm～0.08mm。电芯在使用期间，在受到冷热冲击、振动时不可避免会发生产气，产气气压越来越大，并带有微小气压波动，该波动的又持续增长的气压，一直作用在这一薄片防爆膜，很容易导致防爆膜的蠕变失效或疲劳失效。薄片防爆膜越薄，越容易发生蠕变失效或疲劳失效，尤其是在刻痕地方，该地方容易引起应力集中，长期承受拉应力，且冲压过程中又不可避免的残留微裂纹等初始缺陷。这些应力集中、初始缺陷，加速了蠕变失效及疲劳失效。

发明内容

鉴于背景技术中存在的问题，本发明的目的在于提供一种防爆组件及二次电池顶盖，其能减少防爆组件结构尺寸的敏感性，减缓防爆组件的疲劳失效，保证防爆组件爆破的稳定性和一致性。

为了实现上述目的，在第一方面，本发明提供了一种防爆组件，其包括：上盖片；以及防爆膜，设置在上盖片的下方，且防爆膜的爆破压力大于上盖片的爆破压力。其中，在上盖片和防爆膜之间围成封闭空间，且封闭空间的内部气压小于大气气压。

为了实现上述目的，在第二方面，本发明提供了一种二次电池顶盖，其包括顶盖板。其中，顶盖板上开设有防爆孔，顶盖板的对应防爆孔处设置有本发明第一方面所述的防爆组件。

本发明的有益效果如下：

在根据本发明的防爆组件中，防爆膜爆破是由于防爆膜下表面受到的气压压力大于防爆膜上表面受到的气压压力(即防爆膜上下表面压力差)。由于封闭空间内的气压小于大气气压，相比于现有的防爆膜(防爆膜上表面直接暴露于大气气压下)，本发明的防爆组件的防爆膜的上下表面的压力差增大，因此同样厚度下本发明的防爆膜更容易爆破，也就意味着本发明的防爆膜的最薄弱区可以做得更厚一些。增大防爆膜的最薄弱区的厚度，能够减少防爆膜的结构尺寸的敏感性，提高防爆膜的抗干扰能力，减缓防爆膜的疲劳失效，保证防爆膜爆破的稳定性和一致性；同时，由于上盖片的爆破压力小于防爆膜的爆破压力，所以当应用本发明的防爆组件的装置的内部气压冲破防爆膜后能够直接冲破上盖片，达到泄压的目的，防止该装置爆炸。

附图说明

图1为根据本发明的防爆组件的示意图；

图2为根据本发明的二次电池顶盖的示意图；

图3为根据本发明的防爆组件及二次电池顶盖的一实施例的示意图；

图4为根据本发明的防爆组件及二次电池顶盖的另一实施例成型前的示意图；

图5为图4的防爆组件及二次电池顶盖成型后的示意图；

图6为图5的立体图；

图7为根据本发明的防爆组件及二次电池顶盖的又一实施例的示意图。

其中，附图标记说明如下：

1 上盖片 3 密封塞

11 第一刻痕 P 顶盖板

12 抽气孔 P1 凸起

2 防爆膜 P2 防爆孔

21 第二刻痕 S 封闭空间

具体实施方式

下面参照附图来详细说明本发明的防爆组件及二次电池顶盖。

首先说明本发明第一方面的防爆组件。

参照图1至图7，根据本发明的防爆组件包括：上盖片1；以及防爆膜2，设置在上盖片1的下方，且防爆膜2的爆破压力大于上盖片1的爆破压力。其中，在上盖片1和防爆膜2之间围成封闭空间S，且封闭空间S的内部气压小于大气气压。特别说明地，封闭空间S可以只由上盖片1和防爆膜2两个部件共同围成，也可以引入其他部件(例如后述的顶盖板P)使其与上盖片1和防爆膜2共同围成封闭空间S。

在根据本发明的防爆组件中，防爆膜2爆破是由于防爆膜2下表面受到的气压压力大于防爆膜2上表面受到的气压压力(即防爆膜2上下表面压力差)。由于封闭空间S内的气压小于大气气压，相比于现有的防爆膜(防爆膜上表面直接暴露于大气气压下)，本发明的防爆组件的防爆膜2的上下表面的压力差增大，因此同样厚度下本发明的防爆膜2更容易爆破，也就意味着本发明的防爆膜2的最薄弱区可以做得更厚一些。增大防爆膜2的最薄弱区的厚度，能够减少防爆膜2的结构尺寸的敏感性，提高防爆膜2的抗干扰能力，减缓防爆膜2的疲劳失效，保证防爆膜2爆破的稳定性和一致性；同时，由于上盖片1的爆破压力小于防爆膜2的爆破压力，所以当应用本发明的防爆组件的装置(例如二次电池)的内部气压冲破防爆膜2后能够直接冲破上盖片1，达到泄压的目的，防止该装置爆炸。

在根据本发明的防爆组件的一实施例中，上盖片1的最小厚度小于防爆膜2的最小厚度。因此，防爆膜2的爆破压力大于上盖片1的爆破压力。

在根据本发明的防爆组件的一实施例中，参照图1、图3、图4、图5及图7，上盖片1设置有第一刻痕11，防爆膜2设置有第二刻痕21。第一刻痕 11能够确保上盖片1被冲破的位置，避免上盖片1被冲破时产生碎片。同理，第二刻痕21能够确保防爆膜2被冲破的位置，避免防爆膜2被冲破时产生碎片。

在根据本发明的防爆组件的一实施例中，上盖片1在第一刻痕11的厚度小于防爆膜2在第二刻痕21处的厚度。因此，防爆膜2的爆破压力大于上盖片1的爆破压力。

在根据本发明的防爆组件的一实施例中，第一刻痕11为跑道形或圆形；第二刻痕21为跑道形或圆形。

在根据本发明的防爆组件的一实施例中，第一刻痕11的截面为梯形或半圆形。

在根据本发明的防爆组件的一实施例中，第二刻痕21的截面为梯形或半圆形。

在根据本发明的防爆组件的一实施例中，参照图1、图3、图4、图5及图7，第一刻痕11形成于上盖片1的位于封闭空间S一侧的表面。第一刻痕 11优选靠近上盖片1的周缘。

在根据本发明的防爆组件的一实施例中，参照图1、图3、图4、图5及图7，第二刻痕21形成于防爆膜2的位于封闭空间S一侧的表面。第二刻痕 21优选靠近防爆膜2的周缘。

在根据本发明的防爆组件的一实施例中，参照图1、图3、图4、图5及图7，第一刻痕11和第二刻痕21沿上下方向直接面对。

在根据本发明的防爆组件的一实施例中，上盖片1通过焊接固定连接于防爆膜2的上侧。

在根据本发明的防爆组件的一实施例中，参照图6，上盖片1的外轮廓为跑道形或圆形。

在根据本发明的防爆组件的一实施例中，防爆膜2的外轮廓为跑道形或圆形。

在根据本发明的防爆组件的一实施例中，参照图1，上盖片1还具有：抽气孔12，与封闭空间S相连通；对应地，防爆组件还包括：密封塞3，密封抽气孔12。利用抽真空设备经由抽气孔12对上盖片1和防爆膜2之间的封闭空间S抽气，抽气完成后利用密封塞3对抽气孔12进行密封，最终，在封闭空间S内部形成负压。

在根据本发明的防爆组件的一实施例中，参照图5和图7，上盖片1为向上凸出的曲面结构。在根据本发明的防爆组件的成型过程中，参照图4，首先在大气压下将上盖片1以下凹的形态固定于防爆膜2上并形成封闭空间 S(此时封闭空间S内的气压等于大气气压)，然后将上盖片1翻转为上凸的形态(参照图5)。由于上盖片1从下凹的形态翻转为上凸的形态后，封闭空间S的空间增大，因此封闭空间S内的气压减小(即此时封闭空间S内的气压小于大气气压)。

在根据本发明的防爆组件的一实施例中，在真空条件下将上盖片1固定在防爆膜2上。这样，既能在封闭空间S内部形成负压，还能减小上盖片1 与防爆膜2焊接时的缺陷。

其次说明本发明第二方面的二次电池顶盖。

参照图2至图7，根据本发明的二次电池顶盖包括顶盖板P，其中，顶盖板P上开设有防爆孔P2，顶盖板P的对应防爆孔P2处设置有本发明第一方面所述的防爆组件。

在根据本发明的二次电池顶盖的一实施例中，防爆膜2固定在顶盖板P 的下方，上盖片1固定在顶盖板P的上方(如图3、图4、图5和图7所示)；或防爆膜2和上盖片1均固定在顶盖板P的上方。其中，由上盖片1、顶盖板P及防爆膜2围成封闭空间S，且封闭空间S的内部气压小于大气气压。

在根据本发明的二次电池顶盖的一实施例中，参照图3、图4、图5和图7，顶盖板P上设有凸起P1，上盖片1固定在凸起P1的上方，防爆膜2 设置在凸起P1的下方，其中，由上盖片1、顶盖板P及防爆膜2围成封闭空间S，且封闭空间S的内部气压小于大气气压。

在根据本发明的二次电池顶盖一实施例中，凸起P1与顶盖板P通过冲压一体形成。凸起P1不仅有加强筋的作用，提高强度，同时，顶盖板P在与凸起P1对应的部位形成沉头孔，便于防爆膜2的固定。另外，防爆膜2 的下表面优选与顶盖板P的下表面齐平，这样就可以采用焊接密封性好的对接焊，而无需采用焊接密封性差的搭接焊或穿透焊。

在根据本发明的二次电池顶盖中，防爆膜2爆破是由于防爆膜2下表面受到的气压压力大于防爆膜2上表面受到的气压压力(即防爆膜2上下表面压力差)。由于封闭空间S内的气压小于大气气压，相比于现有的防爆膜(防爆膜上表面直接暴露于大气气压下)，本发明的防爆组件的防爆膜2的上下表面的压力差增大，因此同样厚度下本发明防爆膜2更容易爆破，也就意味着本发明的防爆膜2的最薄弱区可以做得更厚一些。增大防爆膜2的最薄弱区的厚度，能够减少防爆膜2的结构尺寸的敏感性，提高防爆膜2的抗干扰能力，减缓防爆膜2的疲劳失效，保证防爆膜2爆破的稳定性和一致性；同时，由于上盖片1的爆破压力小于防爆膜2的爆破压力，所以当二次电池的内部气压冲破防爆膜2后能够直接冲破上盖片1，达到泄压的目的，防止二次电池爆炸。

Claims (10)

1.一种防爆组件，其特征在于，包括：

上盖片(1)；以及

防爆膜(2)，设置在上盖片(1)的下方，且防爆膜(2)的爆破压力大于上盖片(1)的爆破压力；

其中，在上盖片(1)和防爆膜(2)之间围成封闭空间(S)，且封闭空间(S)的内部气压小于大气气压。

2.根据权利要求1所述的防爆组件，其特征在于，上盖片(1)的最小厚度小于防爆膜(2)的最小厚度。

3.根据权利要求1所述的防爆组件，其特征在于，上盖片(1)设置有第一刻痕(11)，防爆膜(2)设置有第二刻痕(21)。

4.根据权利要求3所述的防爆组件，其特征在于，上盖片(1)在第一刻痕(11)的厚度小于防爆膜(2)在第二刻痕(21)处的厚度。

5.根据权利要求3所述的防爆组件，其特征在于，

第一刻痕(11)形成于上盖片(1)的位于封闭空间(S)一侧的表面；

第二刻痕(21)形成于防爆膜(2)的位于封闭空间(S)一侧的表面。

6.根据权利要求1所述的防爆组件，其特征在于，

上盖片(1)还具有：抽气孔(12)，与封闭空间(S)相连通；

防爆组件还包括：密封塞(3)，密封抽气孔(12)。

7.根据权利要求1所述的防爆组件，其特征在于，上盖片(1)为向上凸出的曲面结构。

8.一种二次电池顶盖，包括顶盖板(P)，其特征在于，顶盖板(P)上开设有防爆孔(P2)，顶盖板(P)的对应防爆孔(P2)处设置有权利要求1～7任一项所述的防爆组件。

9.根据权利要求8所述的二次电池顶盖，其特征在于，

防爆膜(2)固定在顶盖板(P)的下方，上盖片(1)固定在顶盖板(P)的上方；或

防爆膜(2)和上盖片(1)均固定在顶盖板(P)的上方；

其中，由上盖片(1)、顶盖板(P)及防爆膜(2)围成封闭空间(S)，且封闭空间(S)的内部气压小于大气气压。

10.根据权利要求9所述的二次电池顶盖，其特征在于，顶盖板(P)上设有凸起(P1)，上盖片(1)固定在凸起(P1)的上方，防爆膜(2)设置在凸起(P1)的下方，其中，由上盖片(1)、顶盖板(P)及防爆膜(2)围成封闭空间(S)，且封闭空间(S)的内部气压小于大气气压。

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