CN107359296B - 一种锂电池模块及其泄压装置 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种锂电池模块及其泄压装置，包括电芯、外壳和上盖板，上盖板上安装有泄压装置；上盖板激光焊接外壳，泄压装置为位于上盖板中间处的防爆片，防爆片通过密封胶与上盖板的泄压孔密封连接；于防爆片两侧的上盖板中分别设有电极柱，电极柱与上盖板之间安装有绝缘胶件；防爆片的中心线位置处上开设有锯齿形凹槽，凹槽的深度为0.010‑0.015mm，凹槽的宽度为0.005‑0.008mm，防爆片的材质为弹性材料；电芯包括与正极极柱电连接的正极、与负极极柱电连接的负极、电解液以及位于正极与负极之间的隔膜；隔膜的材质为陶瓷材料，负极为碳纳米管，正极为磷酸铁锂，电解液为聚合物凝胶电解质或六氟磷酸锂。本发明的有益效果是：该设计具有便于泄压、防爆片可重复使用的优点。
Description
技术领域
本发明涉及锂离子电池技术领域，尤其是涉及一种锂电池模块及其泄压装置。
背景技术
近年来，随着电池行业的而不断发展，锂离子电池因其具有能量密度高、环境友好等优点而受到广泛应用于电动汽车、储能设备等领域。然而，锂电池的安全性是影响其发展的重要因素，比如锂离子电池的过充，过放、锂电池发生短路、挤压等滥用情况时，会造成锂电池/模块内部产气、着火，甚至爆炸。
解决这些问题的传统方法是在锂电池/模块的顶盖上增加一个泄压阀，当锂电池出现上述情况，内部产生气体，内部气体压力达到泄压阀的爆破压力时，顶盖上的防爆片破裂，从而使锂离子电池内部气体从泄压阀排出，防止锂电池因为胀气导致爆炸。但是，采用这种方案也存在着一些问题，防爆片从制作工艺上来讲目前存在泄压压力一致性不稳，容易造成防爆片失效不能及时泄压导致锂电池/模块爆炸。
目前，国内通常生产的电池单体/模块的防爆片，多数采用的是铝片/钢片等材质，铝片/钢片上面设置了爆破线，然后通过激光焊接将铝片/钢片焊接在盖板上，当电池内产生气体时压力过大将铝片/钢片等顶破，以达到泄压防爆的目的。但是，这种防爆片制作复杂过程，安装繁琐，所以难以大范围推广使用；并且因为其泄压后不可复位，所以极易失效，因此传统的防爆片使用寿命过于短暂。
由此可见，如何研究出一种锂电池模块及其泄压装置，其既便于泄压以保障电池模块使用过程中的安全性，又具备可重复使用的防爆片使防爆片及电池模块的使用寿命得以延长，是目前本领域技术人员亟待解决的问题。
发明内容
为了解决上述问题，本发明提供了一种锂电池模块及其泄压装置。
本发明一种锂电池模块，包括电芯、位于所述锂电池模块外侧用于保护所述电芯的外壳、位于所述锂电池模块上端的上盖板，所述上盖板上安装有泄压装置。所述上盖板通过激光焊接方式与所述外壳密封连接为一体。
所述泄压装置为位于所述上盖板中间位置处的防爆片，所述上盖板中间位置开设有泄压孔，所述防爆片周遭通过密封胶与所述上盖板的泄压孔密封连接。
于所述防爆片左右两侧的所述上盖板中分别设有电极柱，所述电极柱包括正极极柱和负极极柱，所述正极极柱和所述负极极柱与所述上盖板之间分别安装有绝缘胶件。
所述防爆片的中心线位置处上开设有锯齿形凹槽，所述凹槽的深度为0.010-0.015mm，所述凹槽的宽度为0.005-0.008mm，所述防爆片的材质为弹性材料。
所述电芯包括与所述正极极柱电连接的正极、与所述负极极柱电连接的负极、电解液以及位于所述正极与负极之间的隔膜；所述隔膜的材质为陶瓷材料，所述负极材料为碳纳米管，所述正极材料为磷酸铁锂，所述电解液为聚合物凝胶电解质或六氟磷酸锂。
进一步地，所述陶瓷材料为由二氧化硅或碳化硅经高温煅烧而成的多孔陶瓷材料，所述隔膜的厚度为30-45μm。
进一步地，所述碳纳米管材料为掺杂有纳米氧化钛颗粒的碳纳米管。
进一步地，所述防爆片的材质为铍铜合金材料。
进一步地，所述防爆片为向所述电芯一侧凸起的球面。
进一步地，所述防爆片的厚度为0.02-0.04mm。
进一步地，所述上盖板上端面通过点焊方式固定有金属弹片，所述金属弹片位于所述防爆片的防爆孔周遭。
进一步地，所述金属弹片的数量至少为三个，且以所述防爆孔的中心线为轴线呈环形阵列均匀排布。
进一步地，所述金属弹片为铍铜弹片。
进一步地，所述密封胶为聚氨酯密封胶。
本发明一种锂电池模块及其泄压装置，与现有技术相比具有以下优点：
首先，该锂电池模块通过在其上盖板中央位置安装泄压装置即在所述上盖板中开设的泄压孔和与上盖板密封连接的防爆片，使电池模块内部因过充或短路等原因导致压力激增时，可以及时将所述防爆片冲破，并由所述防爆孔泄压。其中，所述防爆片与所述上盖板之间是通过密封胶如聚氨酯密封胶来粘结固定，这种方法与激光点焊相比密封性能更佳，同时使用成本也更为低廉。
其次，所述防爆片为弹性材料，该设计主要是为了使所述防爆片在泄压完毕后能够尽量恢复原有状态，使防爆片和电池模块都能继续使用。为了使所述防爆片具有良好的复位能力所以将其设计为铍铜合金，为了使这种防爆片能够及时泄压所以将其厚度做减薄处理，并在其中间部位设置凹槽以便及时泄压。为了保证泄压后复位时能够尽量保证其仍具有良好的密封性，所以将凹槽的形状设计为锯齿状。这样是防爆片冲破后仍能咬合复原。
最后，为了进一步使防爆膜破裂后能顺利复位，所以将其设计为凸起朝下的球面结构，并在防爆膜上方设置用于使防爆膜复位的铍铜金属弹簧片。也即，虽然防爆膜由下向上开裂变形，但是待电池模块内部压力释放完毕后，在铍铜金属弹簧片回弹作用下，破裂的防爆膜能够迅速回到原位附近，从而保证电池单体的密封性需求，使其内部的电解液不会因为外界水蒸气的大量涌入而使其快速分解变质。可见，该设计便于加工且使用方便，并且防爆片能够重复利用，所以该设计不仅能降低电池模块及其泄压装置的使用成本，还能够大幅延长电池模块及其泄压装置的使用寿命。
附图说明
图1为本发明的结构示意图；
图2为本发明的装配图；
图3为本发明中上盖板的结构示意图；
图4为本发明中上盖板的仰视图。
图中：1、电芯，2、外壳，3、上盖板，4、防爆片，5、密封胶，6、电极柱，7、绝缘胶件。
具体实施方式
为了更好的理解本发明，下面结合具体实施例和附图对本发明进行进一步的描述。
如图1-4所示，一种锂电池模块，包括电芯1、位于所述锂电池模块外侧用于保护所述电芯1的外壳2和位于所述锂电池模块上端的上盖板3，所述上盖板3上安装有泄压装置。其中，所述上盖板3通过激光焊接方式与所述外壳2密封连接为一体。
所述泄压装置即为防爆片4。于所述防爆片4左右两侧的所述上盖板3中分别设有电极柱6，所述电极柱6包括正极极柱和负极极柱，所述正极极柱和所述负极极柱与所述上盖板3之间分别安装有绝缘胶件7。
所述电芯1包括与所述正极极柱电连接的正极、与所述负极极柱电连接的负极、电解液以及位于所述正极与负极之间的隔膜。为了提升所述电芯1的使用性能，所以将所述隔膜的材质设计为陶瓷材料，将所述负极材料设计为碳纳米管，将所述正极材料设计为磷酸铁锂，将所述电解液设计为聚合物凝胶电解质或六氟磷酸锂。
其中，为了使所述隔膜具有良好的耐高温能力，避免温度过高而失效，使电池单体内部形成短路，所以将所述隔膜设计为陶瓷隔膜。那么该陶瓷隔膜是由二氧化硅或碳化硅经高温煅烧而成的多孔陶瓷材料。为了进一步保障所述隔膜在电池单体充放电过程中能够始终充分发挥其隔离作用，所以将所述隔膜的厚度为30-45μm ，该设计可以有效延长所述隔膜的使用寿命，更能够大幅提升所述电池单体的使用寿命。
为了使所述电池单体的负极能够更好的嵌入和嵌脱锂离子，使电池单体的充放电进行的更为顺利，所以将负极材料设计为由碳纳米管材料制备而成。此外，为了进一步提升所述负极材料的电学性能，所以将所述碳纳米管材料设计为掺杂有纳米氧化钛颗粒的碳纳米管。这种材料为新兴现有材料。
所述泄压装置为位于所述上盖板3中间位置处的防爆片4，所述上盖板3中间位置开设有泄压孔，以便电池模块中压力的顺利释放。为了简化所述防爆片4与所述上盖板3之间的连接操作，所以将所述防爆片4周遭通过密封胶5与所述上盖板3的泄压孔密封连接。
上述设计即简化了生产电池模块和泄压装置时的操作步骤，有提升了密封性能，同时还降低了生产成本。另外，为了进一步提升所述密封胶5的密封性能，所以将所述密封胶5设计为密封良好且更为耐用的聚氨酯密封胶。
所述防爆片4的中心线位置处上开设有锯齿形凹槽，所述凹槽的深度为0.010-0.015mm，所述凹槽的宽度为0.005-0.008mm。并且所述防爆片4的材质为弹性材料，如回弹性能极佳的铍铜合金材料。所述防爆片4的厚度为0.02-0.04mm。所述防爆片4为向所述电芯1一侧凸起的球面。
上述设计一方面是为了使所述防爆片4具有适宜的承压能力，并在电池模块内部压力超过限定值后立即开裂释压，避免电池模块发生爆炸的现象；另一方面则是为了使破裂的防爆膜能够回弹至初始位置附近，并实现较为良好的密封效果，以保证所述电池模块能够继续使用。
最后，为了使破裂的防爆膜能够快速并顺利的回弹至初始位置附近，所以在所述上盖板3上端面通过点焊方式固定有金属弹片，所述金属弹片位于所述防爆片4的防爆孔周遭。为了提高所述铍铜金属弹片辅助所述破裂防爆膜的回弹复位效果，所以将所述金属弹片的数量设计为至少三个，且以所述防爆孔的中心线为轴线呈环形阵列均匀排布于所述防爆孔周遭的上盖板3的上端面。同样为了使所述金属弹片具有良好的高弹性能，所以将所述金属弹片设计为铍铜弹片。
以上对本发明的实施例进行了详细说明，但所述内容仅为本发明的较佳实施例，不能被认为用于限定本发明的实施范围。凡依本发明范围所作的均等变化与改进等，均应仍归属于本专利涵盖范围之内。
Claims (1)
1.一种锂电池模块及其泄压装置，其中所述锂电池模块包括电芯（1）、位于所述锂电池模块外侧用于保护所述电芯（1）的外壳（2）以及位于所述锂电池模块上端的上盖板（3），所述上盖板（3）上安装有泄压装置，其特征在于：
所述上盖板（3）通过激光焊接方式与所述外壳（2）密封连接为一体，所述泄压装置为位于所述上盖板（3）中间位置处的防爆片（4），所述上盖板（3）中间位置开设有泄压孔，所述防爆片（4）周遭通过密封胶（5）与所述上盖板（3）的泄压孔密封连接；于所述防爆片（4）左右两侧的所述上盖板（3）中分别设有电极柱（6），所述电极柱（6）包括正极极柱和负极极柱，所述正极极柱和所述负极极柱分别与所述上盖板（3）之间安装有绝缘胶件（7）；
所述防爆片（4）的中心线位置处上开设有锯齿形凹槽，所述凹槽的深度为0.010-0.015mm，所述凹槽的宽度为0.005-0.008mm，所述防爆片（4）的材质为弹性材料；
所述电芯（1）包括与所述正极极柱电连接的正极、与所述负极极柱电连接的负极、电解液以及位于所述正极与负极之间的隔膜；所述隔膜的材质为陶瓷材料，负极材料为碳纳米管，正极材料为磷酸铁锂，所述电解液为聚合物凝胶电解质或六氟磷酸锂；
所述陶瓷材料为由二氧化硅或碳化硅经高温煅烧而成的多孔陶瓷材料，所述隔膜的厚度为30-45μm；
所述碳纳米管材料为掺杂有纳米氧化钛颗粒的碳纳米管；
所述防爆片（4）的材质为铍铜合金材料；
所述防爆片（4）为向所述电芯（1）一侧凸起的球面；
所述防爆片（4）的厚度为0.02-0.04mm；
所述上盖板（3）上端面通过点焊方式固定有金属弹片，所述金属弹片位于所述防爆片（4）的防爆孔周遭；
所述金属弹片的数量至少为三个，且以所述防爆孔的中心线为轴线呈环形阵列均匀排布；
所述金属弹片为铍铜弹片；
所述密封胶（5）为聚氨酯密封胶。
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