CN107634157A - 一种动力型锂电池断电防护的稳定响应方法及其盖帽结构 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种动力型锂电池断电防护的稳定响应方法，具体为：提供O态铝材，并由该O态铝材制得连接片，在该连接片上形成中心盲孔，该中心盲孔的底部预制一定形状用于控制该底部破裂拉力以及破裂位置的拉裂引导沟槽。通过该稳定响应方法，防爆片的排泄压力均匀性有巨大改善，其防爆效果更加稳定和可靠;断电响应的压力值均可以通过连接片的材料性能和拉裂引导沟槽的结构来实现，其响应的精准度和稳定性能均能得到显著提升。本发明还公开了一种盖帽结构，与现有技术相比，解决了以往为了确保在大电流下连接件不发热，焊接处不能及时断开起到安全保护作用的缺陷。该结构构成电池安全性能上的断电防护及时响应。

Description

一种动力型锂电池断电防护的稳定响应方法及其盖帽结构

技术领域

本发明涉及动力型锂电池的断电防护方法及其盖帽结构。

背景技术

动力型锂电池通常是多个单体串并组合进行使用，如此，电池的总能量较大，在充电过程中存在电池单体过充或整个电池组过充的隐患，而当锂电池过充时，电池电压随极化增大而迅速上升，会引起正极活性物质结构的不可逆变化及电解液的分解，产生大量气体，放出大量的热，从而使电池温度和内压急剧增加，存在爆炸、燃烧等隐患。动力型锂电池充放的安全性与电池的正极材料，电解液，防爆组合盖帽结构结构等因素有关；其中，盖帽结构的断电防护响应方法及其结构是影响电池安全性能的至关重要要素。

动力型/功率型锂电池一般是由上盖帽结构、防爆半球面铝膜和下底板组成的组合件。下底板与电池正极耳焊接连接，是正极片与外部连接的过渡，与防爆半球面铝膜点焊连接。防爆半球面铝膜有两大功能：一是当电池内压增大到一定值后，向内凹曲面受力后变成向外凸出，使防爆半球面铝膜与极耳的焊接点拉裂断开，电池与外界形成开路，电池盖帽结构的过充保护功能开始作用；二是电池内压增大超过防爆铝膜刻痕处受力极限时，防爆铝膜破裂，电池开启，电池内压力从破裂处泄出；然而

防爆半球面铝膜焊接点的拉裂断开与焊接点面积大小和半球面开始变形力的大小有关。在动力锂电池设计中，为了降低电池欧姆电阻，确保在大电流下连接件不发热，必须保证盖帽结构上的防爆半球面铝膜与下底板的焊接点有够的面积，这样就不利于过充电时尽早断开起到安全保护作用。

因此，该处焊接点的质量与位置对其断电防护的响应有着至关重要的影响，而材料的组织、装配工艺、激光功率、激光波形等因素都会影响着激光焊接的质量，而且在激光焊接过程当中，每个激光点的激发能量存在一定程度的差异，在激光焊接点数多的情况下更加明显。由此，断电防护的安全性能存在不稳定风险，多点焊接的不稳定风险愈高；该风险因素使得锂电池存在爆炸、燃烧等安全隐患，动力型锂电池的使用安全不能及时的稳定的得到防护。

发明内容

本发明的目的在于，提供一种动力型锂电池断电防护的稳定响应方法，用于解决动力型锂电池在使用安全上保护动作响应不及时、响应不稳定的问题；还提供盖帽结构，结构合理，易于实现，用于降低制造成本。

根据本发明的一方面，提供了一种动力型锂电池断电防护的稳定响应方法，包括以下步骤：

提供薄铝片材，该薄铝片材为O态铝材；将该薄铝片材进行制得预设厚度尺寸及直径尺寸的圆形的连接片；在该连接片的一板面上形成中心盲孔，于该中心盲孔的周围位置开设有多个泄压孔；在该中心盲孔的底部预制一定形状用于控制该底部破裂拉力以及破裂位置的拉裂引导沟槽；以及在该泄压孔与该盲孔之间预留极耳焊接区域，并在该连接片的另一板面、对应位于该拉裂引导沟槽内的区域设置激光焊接区域；其中，该拉裂引导槽以该底部的中心为中心点呈圆周分布；使用该薄铝片材制备向该激光焊接区域提供引拉动作的防爆片，该防爆片的中心区域下陷形成圆顶形凹面，将该圆顶形凹面的顶端与该激光焊接区域进行激光焊接，构成导电连接以及机械连接；在该防爆片与该连接片之间设有绝缘材料，防爆片与连接片之间的激光焊点的数量为3-8点，以及该极耳焊接区域用于与电池正极极耳通过激光焊接组配；将防爆片与顶盖扣合，经组配后的连接片、防爆片和顶盖组成一个整体，通过压入工艺压入适配尺寸的密封圈的容腔中，构成盖帽整体，其中，防爆片构成该泄压孔的泄压方向的密闭构件。

根据本发明的上述方法，该O态铝材是O态的1系铝合金。

进一步的，其中该拉裂引导沟槽为闭环结构的沟槽，通过机械冲压工艺控制该沟槽的槽深尺寸的一致性。

进一步的，其中该防爆片与该连接片激光焊接的焊点数量为3-8点，焊后的经受拉力大于0.5KG。

进一步的，其中电池正极极耳激光焊接于该极耳焊接区域的焊点数量为3-8点，焊后的经受拉力大于0.5KG。

通过上述方法，克服了现有技术中保护方法所形成的盖帽的断电保护动作响应不及时、响应不稳定的缺点，从而实现动力型锂电池在断电保护上得到可靠保证。该稳定响应方法容易实现工业上的大批量生产，并降低了制造成本。

此外，本发明进一步提供了一种盖帽结，包括

连接片，连接片具有中心盲孔、设于中心盲孔周围位置的多个泄压孔，该中心盲孔的底部设有用于控制该底部破裂拉力以及破裂位置的拉裂引导沟槽，该拉裂引导槽以该底部的中心为中心点呈圆周分布；

防爆片，包括中心部分下陷形成圆顶形凹面的穹状部分、该穹状部分的顶端对应于该拉裂引导沟槽内的区域导电连接，防爆片具有防爆片压痕面以及供顶盖装配的滚槽部分；

绝缘件，呈圆环状，设于该连接片和该防爆片之间，并中部设有通孔；

密封件，设有供该连接片、防爆片以及绝缘件置入的容腔，该防爆片设于该容腔内构成该泄压孔的泄压方向的密闭构件。

本发明的另一优选方案，该连接片为圆片，为O态的1系铝合金制件。

本发明的另一优选方案，该拉裂引导沟槽为闭环结构的沟槽。

本发明的另一优选方案，该防爆片构成该泄压孔的泄压方向的密闭构件。

本发明的另一优选方案，该防爆片压痕面设有压槽，该压槽为闭环结构，防爆片压痕面朝向该激光焊接区域设置。

由此，在根据本发明的盖帽结构中，能够依靠该拉裂引导沟槽，并根据构成该拉裂引导沟槽的各项结构数据以及盖帽整体结构，实现及时断电防护响应，并实现该断电防护响应的稳定执行，从而起到优良的安全保护作用。

本发明的有益效果为：与现有技术相比，根据本发明的盖帽结构，解决了以往为了确保在大电流下连接件不发热，必须保证盖帽结构上的防爆半球面铝膜与下底板的焊接点有足够的面积，从而不利于实现及时断开起到安全保护作用的缺陷。该结构构成电池安全性能上的断电防护及时响应。

另一方面，通过上述稳定响应方法，实现了及时的断电保护动作响应以及提供可靠稳定的响应性能，从而杜绝动力型锂电池断电防护上存在的不稳定风险因素。

下面结合附图与实施例，对本发明进一步说明。

附图说明

附图是用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与下面的具体实施方式一起用于解释本发明，并不构成对本发明的限制，在附图中。

图1是本发明中的盖帽结构的结构示意图。

图2是图1中局部A的放大结构。

具体实施方式

以下结合具体实施例和附图对本发明作进一步说明，在以下的描述中阐述了更多的细节以便于充分理解本发明，但本发明显然能够以多种不同于此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下根据实际应用情况作类似推广、演绎，因此不应以此具体实施例的内容限制本发明的保护范围。

下面参照附图详细描述根据本发明实施例的用于动力型锂电池的断电防护的稳定响应方法及其盖帽结构。在下述的说明中，将以18650锂电池电芯的示例来详细描述本发明的实施例。但，需要说明的是，本发明并不限于此，例如18650锂电池电芯能够更换为21700,26650，32650的电池型号。

下面将详细说明根本发明的一种动力型锂电池断电防护的稳定响应方法，稳定响应方法包括以下步骤：首先，提供薄铝片材，该薄铝片材为O态铝材；进一步的，将该薄铝片材机械冲压形成具有预设厚度尺寸及直径尺寸的圆片，制得连接片；进一步的，在该连接片1的一板面上形成中心盲孔12，于该中心盲孔12的周围位置开设有多个泄压孔；作为本发明的核心技术之一，在该中心盲孔12的底部预制一定形状用于控制该底部破裂拉力以及破裂位置的拉裂引导沟槽11；该拉裂引导沟槽11内的区域被构成当电池内压升至设定值时，该区域沿拉裂引导沟槽11被拉裂并及时分离该连接片1，使电池形成开路，充分保证使用安全；其中，连接片1采用O态铝材制备，由于O态铝材系退火的全软状态，利用其低强度的材料特性用于控制拉裂引导沟槽11内的区域的破裂拉力、获得稳定拉力值。从而达到拉裂响应的及时稳定响应。

进一步的，

在该泄压孔与该盲孔之间预留极耳焊接区域，并在该连接片1的另一板面、对应位于该拉裂引导沟槽11内的区域设置激光焊接区域； 该激光焊接区域用于构成导电连接和能经受一定拉力的点焊焊接；其中

该拉裂引导槽11以该底部的中心为中心点呈圆周分布；拉裂引导沟槽11沿该底部形成于底部的平面上设置，根据O态铝材的材料特性，采用机械冲压的工艺，即能较好的控制拉裂引导沟槽11的槽深尺寸和大批量生产时的一致性。

根据本发明的稳定响应方法，进一步的，使用该薄铝片材制备向该激光焊接区域提供引拉动作的防爆片2，该防爆片2的中心区域下陷形成圆顶形凹面，将该圆顶形凹面的顶端与该激光焊接区域进行激光焊接，构成导电连接以及点焊连接； 该处的焊点在构成导电连接的同时，需考虑在为了降低电池欧姆电阻，确保在大电流下连接件不发热前提下焊接点具有足够的面积；

根据本发明的稳定响应方法，该防爆片2与该连接片1共同作用，当电池内压到达设定值时，防爆片2翻转（该圆顶形凹面转换成圆顶形凸面），从而与连接片1脱离开而使电池形成开路。

进一步的，在该防爆片2与该连接片1之间设有绝缘材料；优选地，防爆片2与连接片1之间的激光焊点的数量为四点，确保一定的导电性能同时保证该处的连接牢度；该极耳焊接区域用于与电池正极极耳通过激光焊接组配；

进一步的，将防爆片2与顶盖4扣合，经组配后的连接片1、防爆片2和顶盖4组成一个整体，通过压入工艺压入适配尺寸的密封圈的容腔中，构成盖帽整体，其中，防爆片2构成该泄压孔的泄压方向的密闭构件。

根据本发明的稳定响应方法，该O态铝材是O态的1系铝合金。优选地，该1系铝合金的牌号为1060或1100或1350。

根据本发明的一个实施例中，其中该拉裂引导沟槽11为闭环结构的沟槽，通过机械冲压工艺控制该沟槽的槽深尺寸的一致性。

根据本发明的一个实施例中，其中该防爆片2与该连接片1激光焊接的焊点数量优选为四点，焊后的经受拉力大于0.5KG。

根据本发明的一个实施例中，其中电池正极极耳激光焊接于该极耳焊接区域的焊点数量优选为四点，焊后的经受拉力大于0.5KG。

此外，本发明进一步提供了盖帽结构，参考图1，显示了根据本发明的一个实施例的用于动力型锂电池的盖帽结构的半剖结构示意图，如图1所示，该盖帽结构自下到上依次包括连接片1、绝缘件3、防爆片2、顶盖4以及用于连接片1、防爆片2与顶盖4均与电池的钢壳绝缘的密封件5。

如图1所示，盖帽结构具体包括：连接片1，连接片1具有中心盲孔12、设于中心盲孔12周围位置的多个泄压孔，该中心盲孔12的底部设有用于控制该底部破裂拉力以及破裂位置的拉裂引导沟槽11，参考图2，该拉裂引导槽11以该底部的中心为中心点呈圆周分布；防爆片2，包括中心部分下陷形成圆顶形凹面的穹状部分、该穹状部分的顶端对应连接于该拉裂引导沟槽11内的区域，构成导电连接，防爆片2具有防爆片压痕面以及供顶盖4装配的滚槽部分； 绝缘件3呈圆环状，设于该连接片1和该防爆片2之间，并中部设有通孔；密封件5，设有供该连接片1、防爆片2以及绝缘件3置入的容腔，该防爆片2设于该容腔内构成该泄压孔的泄压方向的密闭构件。

根据本发明的技术方案，该连接片1为圆片，为O态的1系铝合金制件，厚度小于或等于0.13毫米。

优选地，该1系铝合金包括O态的1060铝合金、1100铝合金以及1350铝合金。在实际应用中，优选采用O态的1060铝合金。

根据本发明的技术方案，该拉裂引导沟槽11为闭环结构的沟槽。

根据本发明的技术方案，该防爆片2构成该泄压孔的泄压方向的密闭构件。

根据本发明的一个实施例中，该防爆片压痕面设有压槽，该压槽为闭环结构，防爆片压痕面朝向该激光焊接区域设置。参考图1。

上述O态的1060铝合金的材料特性/力学性能如表1所示：

表1

从表1可以看出，本发明提供的盖帽结构中的连接片1能根据自身的力学性能并根据该拉裂引导沟槽11，达到精确控制该底部破裂拉力以及破裂位置目的，利于实现断电动作的稳定、及时响应。

根据本发明的技术方案，分别使用上述O态的1060铝合金、1100铝合金以及1350铝合金进行制备该防爆片2以及连接片1，不同牌号的上述铝合金制得的不同型号规格的该防爆片2以及该连接片1;

上述变形材料的材料特性/力学性能如表2所示：

表2

从表2可以看出，本发明提供的盖帽结构中，采用O态的1100铝合金以及1350铝合金制得的不同型号规格的该防爆片2以及该连接片1，连接片1经机械冲压的工艺将该拉裂引导沟槽11形成于该中心盲孔12的底部；具体的，基于提高拉裂引导沟槽11的破裂压力稳定值，本发明通过对材料的抗拉强度、连接片1中对应于拉裂引导沟槽11处的压槽剩余厚度和实验系统进行控制，从而能够有效提高拉裂引导沟槽11的稳定值。进一步地达到控制同批生产的拉裂引导沟槽11的破裂压力稳定值与设计要求的一致性。

响应动作原理：防爆片2在加压破裂过程中受压时将会引起向非加压一侧变形（鼓起），即连接片1的拉裂引导沟槽11处破裂为拉伸和剪切综合作用的结果。防爆片2承受压力均匀作用在整个平面上，因此结构最薄弱处为连接片1中压槽剩余厚度最小的拉裂引导沟槽11处，拉裂引导沟槽11破裂时，沟槽应力最大处首先发生屈服并撕裂，进一步沿拉裂引导沟槽11撕裂整个拉裂引导沟槽11内的部位。在工作时，获得的断电压力以及排气压力的数值基本一致。一方面，防爆片2的排泄压力均匀性有巨大改善，其防爆效果更加稳定和可靠;另一方面，断电响应的压力值均可以通过连接片1的材料性能和拉裂引导沟槽11的结构来实现，其响应的精准度和稳定性能均能得到显著提升。

尽管本发明的实施方案已公开如上，但其并不仅仅限于说明书和实施方式中所列应用，其完全可以被适用于各种适合本发明的领域，对于熟悉本领域的人员而言，可容易地实现另外的修改，因此在不背离权利要求及等同范围所限定的一般概念下，本发明并不限定特定的细节和这里示出与描述的图例。

Claims (10)

1.一种动力型锂电池断电防护的稳定响应方法，包括以下步骤：

提供薄铝片材，该薄铝片材为O态铝材；

将该薄铝片材进行制得预设厚度尺寸及直径尺寸的圆形的连接片；

在该连接片的一板面上形成中心盲孔，于该中心盲孔的周围位置开设有多个泄压孔；

在该中心盲孔的底部预制一定形状用于控制该底部破裂拉力以及破裂位置的拉裂引导沟槽；以及

在该泄压孔与该盲孔之间预留极耳焊接区域，并在该连接片的另一板面、对应位于该拉裂引导沟槽内的区域设置激光焊接区域；其中

该拉裂引导槽以该底部的中心为中心点呈圆周分布；

使用该薄铝片材制备向该激光焊接区域提供引拉动作的防爆片，该防爆片的中心区域下陷形成圆顶形凹面，将该圆顶形凹面的顶端与该激光焊接区域进行激光焊接，构成导电连接以及机械连接；

在该防爆片与该连接片之间设有绝缘材料，防爆片与连接片之间的激光焊点的数量为3-8点，以及该极耳焊接区域用于与电池正极极耳通过激光焊接组配；

将防爆片与顶盖扣合，经组配后的连接片、防爆片和顶盖组成一个整体，通过压入工艺压入适配尺寸的密封圈的容腔中，构成盖帽整体，其中

防爆片构成该泄压孔的泄压方向的密闭构件。

2.根据权利要求l所述的一种动力型锂电池断电防护的稳定响应方法，该O态铝材是O态的1系铝合金。

3.根据权利要求1所述的一种动力型锂电池断电防护的稳定响应方法，其中该拉裂引导沟槽为闭环结构的沟槽，通过机械冲压工艺控制该沟槽的槽深尺寸的一致性。

4.根据权利要求1所述的一种动力型锂电池断电防护的稳定响应方法，其中该防爆片与该连接片激光焊接的焊点数量为3-8点，焊后的经受拉力大于0.5KG。

5.根据权利要求1所述的一种动力型锂电池断电防护的稳定响应方法，其中电池正极极耳激光焊接于该极耳焊接区域的焊点数量为3-8点，焊后的经受拉力大于0.5KG。

6.一种根据权利要求1-5任一项中所述的稳定响应方法制造的盖帽结构，包括

连接片，连接片具有中心盲孔、设于中心盲孔周围位置的多个泄压孔，该中心盲孔的底部设有用于控制该底部破裂拉力以及破裂位置的拉裂引导沟槽，该拉裂引导槽以该底部的中心为中心点呈圆周分布；

防爆片，包括中心部分下陷形成圆顶形凹面的穹状部分、该穹状部分的顶端对应于该拉裂引导沟槽内的区域导电连接，防爆片具有防爆片压痕面以及供顶盖装配的滚槽部分；

绝缘件，呈圆环状，设于该连接片和该防爆片之间，并中部设有通孔；

密封件，设有供该连接片、防爆片以及绝缘件置入的容腔，该防爆片设于该容腔内构成该泄压孔的泄压方向的密闭构件。

7.根据权利要求6所述的一种盖帽结构，该连接片为圆片，为O态的1系铝合金制件。

8.根据权利要求7所述的一种盖帽结构，该拉裂引导沟槽为闭环结构的沟槽。

9.根据权利要求8所述的一种盖帽结构，该防爆片构成该泄压孔的泄压方向的密闭构件。

10.根据权利要求6所述的一种盖帽结构，该防爆片压痕面设有压槽，该防爆片压痕面设有压槽，该压槽为闭环结构，防爆片压痕面朝向该激光焊接区域设置。