CN107732041B - 一种可再充电的电池 - Google Patents
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Abstract
一种可再充电的电池，包括：电池端盖，包括电池盖板(1)、泄压阀(3)、注液孔(17)、泄压阀保护盖(2)以及包括位于外部的正负极端子(5、16)和固定至所述端子的绝缘片(7)；电池极体(11)，包括正电极和负电极；电池壳体(15)，所述壳体有开口，可以容纳所述电池极体(11)和电解液；注液栓(4)，用来密封注液孔，所述泄压阀保护盖(2)是位于所述泄压阀(3)下方的保护盖，整体上覆盖泄压阀，其包括沿电池长度方向延伸的一底部和与底部连接的至少两连接部件(2)，所述连接部件(2)远离底部的一端连接在所述电池盖板上，其中心位置在泄压阀中心的正下方附近。
Description
技术领域
本发明所描述的技术总体涉及一种可再充电电池技术领域。
背景技术
随着近几年来全球能源危机的日益突出，新能源的开发与应用成为了科技人员研究的重点，其中可再充电电池技术发展迅猛，其中包括铅酸电池、镍氢电池及锂离子电池等等。可再充电电池不仅在便携式电子设备上如手机、数码相机和手提电脑得到广泛应用，而且也广泛应用于电动汽车、混合动力汽车等新能源大中型电动设备方面，但是其安全性也是人们关注的焦点。
锂离子电池是世界公认的新能源汽车首选动力，具有电压高、循环寿命长；倍率性能卓越、动力强劲；不含贵金属、成本低价格便宜；无毒污染、绿色环保；无燃烧、不爆炸、热稳定性好，安全可靠的特点。随着锂离子电池技术的进步及材料的不断改进，锂离子电池在安全性上比之前提高了很多。因此锂离子电池越来越往大型化发展。尤其是电动汽车使用的锂离子动力电池。
可再充电电池端盖上一般都装有排放气体的泄压阀，通常采用盖板上或其他位置冲压减薄形成带刻痕的金属薄片，电池一旦出现短路放热，气体将由内向外膨胀，当电池内部压力超过泄压阀承受值后，金属薄片在刻痕处破裂，电池内部气体通过破裂处排放，气体内压下降，防止电池爆炸。而由于电池内部发热迅速，泄压阀打开的瞬间往往电池内部电池极体可能会堵住泄压阀使气体无处排放，引起电池发生爆炸,而喷出的电解液可能会引起着火等危险。
当前一部分可再充电电池已经采用在电池泄压阀附近安装隔离或截止组件，其作用在于防止电池内部压力大时电池极体向泄压阀靠近从而导致泄压阀堵塞，但电池及其组件结构都极其复杂，随着可充电电池容量的不断增大，其不能保证相同结构还能有效的阻止电池极体堵塞泄压阀。
发明内容
本发明的目的是在于针对现有技术的不足，致力于提供一种安全性及可靠性更好的可再充电的电池。
本发明提供一种可再充电的电池，包括：电池端盖，包括电池盖板，泄压阀、注液孔、泄压阀保护盖以及包括位于外部的正负极端子和固定至所述端子的绝缘片；电池极体，包括正电极和负电极构成电池的发电要素；电池壳体，所述壳体有开口，可以容纳所述电池极体和电解液；其中所述泄压阀保护盖是在所述泄压阀的下方安装上一个金属保护盖，整体上覆盖泄压阀，其包括沿电池长度方向延伸的一底部和两连接件，所述两连接件远离底部的一端连接在所述电池盖板上，从而与电池盖板之间形成一个的空间；其中心位置在泄压阀中心的正下方附近。
进一步地，其中金属保护盖的材料为铝、铝合金或不锈钢。泄压阀保护盖的横截面形状为矩型或梯形、椭圆形，保护盖的两端开口。
进一步地，其中泄压阀保护盖的两端开口的较优面积S与电池容量及泄压阀面积公式为：
更优选的，
进一步地，其中泄压阀保护盖的长度优选大于泄压阀长度的两倍且最长为电池长度的2/3。
进一步地，对于20Ah电池来说，泄压阀保护盖的长度为40～50mm；对于30Ah电池来说，泄压阀保护盖的长度为50～60mm；对于40Ah电池来说，泄压阀保护盖的长度为60～80mm。
第一步地，其中所述泄压阀保护盖的厚度随着电池容量增加而增厚，为1～5mm。
进一步地，其中电池容量为20Ah时，泄压阀保护盖厚度为1mm；，其中电池容量为30Ah时，泄压阀保护盖厚度为1.5mm；，其中电池容量为40Ah时，泄压阀保护盖厚度为2mm。
其中，当可再充电电池内部压力大于泄压阀所承受的最大值时，泄压阀打开，泄压阀保护盖可以有效阻止电池内部电池极体靠近并堵塞泄压阀，使气体沿着保护盖两端开口顺利排出，同时也可以防止电池内部电解液的喷出。
所述连接部件宽度小于或等于与底面连接处边长，底面的长或短底边结合一个以上连接部件。
附图说明
图1是可充电电池的外观图
图2是可充电电池的剖面图。
图3是泄压阀保护盖的外形图
图4是泄压阀保护盖的俯视图
图5是泄压阀保护盖的侧视图
图6是从电池盖上方看泄压阀保护盖的装配图
图7是另一实施例中泄压阀保护盖的俯视图
具体实施方式
为了使本技术领域人员更好的理解本发明，下面结合附图和实施方法对本发明作进一步的详细描述。
图中，1-盖板；2-泄压阀保护盖；3-泄压阀；4-注液栓；5-正极端子；6-螺母；7-绝缘片；8-绝缘套；9-正极极板；10-正极极耳；11-电池极体；12-绝缘膜；13-负极极耳；14-负极极板；15-壳体；16-负极端子；17-注液孔；18-小孔。
参照图1，根据本实施例的可再充电电池包括电池盖板1、泄压阀3和泄压阀保护盖2、注液孔17，以及通过正电极和负电极卷绕得到的电池极体11，容纳电池极体11的壳体15和连接电池壳体上端开口的电池端盖。
正电极和负电极包括由活性物质涂覆于金属箔形成的集流体区域及未被活物质涂覆的空白区域。并通过电极板导电连接所述电池正负极端子和所述电池极体未涂覆区域。
电池壳体15为开口的大致长方体，电池盖板1包括能够覆盖电池壳体的薄型金属盖板，凸出至盖板的外部并连接至电池正电极的正极端子5及凸出至盖板的外部并连接至电池负极的负极端子16，以及泄压阀3，该泄压阀是通过冲压形成带刻痕的金属薄片，可以在电池内部压力过大时破裂。还包括电解液注入的注液孔17及密封注液孔的注液栓4。
所述电池盖板1包括的正负极端子之间安装可以使盖板1和端子5、16绝缘的绝缘套8，盖板四角有可以固定在壳体上的小凸起，防止盖板在壳体上的滑动。
正负极端子5、16为外围带螺纹的圆柱体，端子靠上部分可以通过螺母6来对其进行支撑，端子靠下部分有对其支撑的端子法兰。盖板上与端子连接处有防止电极板转动的四方形凸起，在四方形凸起内嵌入绝缘套8使盖板与端子法兰绝缘并使其固定。端子法兰通过焊接与电极板导电连接从而与电池极体连接。
参见图2-5，根据本实施例泄压阀保护盖2安装在泄压阀3的下方，与泄压阀平行固定，从而将电池极体和泄压阀隔离开。泄压阀保护盖两端开口能够使气体从开口处排出。泄压阀保护盖(2)中心位置在泄压阀中心的正下方附近，优选的，泄压阀保护盖(2)中心与泄压阀中心在水平方向的距离不超过泄压阀保护盖长度的30％。
泄压阀保护盖2通过焊接的方式连接在泄压阀3下方，而且整体上能够覆盖泄压阀，其形状选优选矩形，材料与盖板1材料选择一致均为铝。
泄压阀保护盖2具有与注液孔17对应位置的小孔18，该小孔18直径优选大于注液孔17，使得电解液能够顺利注入到电池壳体15内部。
泄压阀保护盖2的作用机理是防止电池极体11堵住泄压阀，并能使气体正常排放，而电池容量越大则内部产生气体量更大，这就要求泄压阀保护盖2的强度、两端开口面积的要求也越大，相应地要求泄压阀保护盖的部分尺寸相应变大，但是，如果只是简单变大，则会相应较大增加电池重量和电池整体尺寸，这样设计就违背了小型化的原则。而且泄压阀保护盖2长度过长时会导致气体导出不及时，过短的话会使气压缓冲效果不明显。因此，对于泄压阀保护盖来说，其材料厚度、长度、截面积三者均会对保护效果产生至关重要的影响。本申请人根据大量试验发现了最优的三个参数电池容量关系，试验中对于不同容量电池采用市面较为常见的电池尺寸。
1.对于泄压阀保护盖的截面积
例1：以容量为20AH、泄压阀面积为10mm*20mm的电池为例，泄压阀保护盖的宽度与电池厚度相适应，一般为15mm。试验发现：
当泄压阀保护盖内部高度1mm时，泄压阀保护盖开口面积15mm*1mm*2＝30mm2，导出气体速度慢，电池容易爆炸；
当泄压阀保护盖内部高度2mm时，泄压阀保护盖开口面积15mm*2mm*2＝60mm2，导出气体较快，电池安全性高；
当泄压阀保护盖内部高度3mm时，泄压阀保护盖开口面积15mm*3mm*2＝90mm2，导出气体较快，电池安全性高，但占用内部空间大，电池容量不得不减小；
当泄压阀保护盖内部高度5mm时，泄压阀保护盖开口面积15mm*5mm*2＝150mm2，气体缓冲作用不明显，且占用内部空间大。
例2：当电池容量为30AH，其他参数与上面例子相同时。试验发现：
当泄压阀保护盖内部高度1mm时，泄压阀保护盖开口面积15mm*1mm*2＝30mm2，导出气体速度慢，电池容易爆炸；
当泄压阀保护盖内部高度1.5mm时，泄压阀保护盖开口面积15mm*1.5mm*2＝45mm2，导出气体速度仍然较慢，电池容易爆炸；
当泄压阀保护盖内部高度3mm时，泄压阀保护盖开口面积15mm*3mm*2＝90mm2，导出气体较快，电池安全性高；
当泄压阀保护盖内部高度4mm时，泄压阀保护盖开口面积15mm*4mm*2＝90mm2，导出气体较快，电池安全性高；
当泄压阀保护盖内部高度5mm时，泄压阀保护盖开口面积15mm*5mm*2＝150mm2，导出气体较快，电池安全性高，但占用内部空间大；
当泄压阀保护盖内部高度6mm时，泄压阀保护盖开口面积15mm*6mm*2＝180mm2，气体缓冲作用不明显，且占用内部空间大。
例3：当电池容量为:40AH，其他参数与上面例子相同时。试验发现：
当泄压阀保护盖内部高度2mm时，泄压阀保护盖开口面积15mm*2mm*2＝60mm2，导出气体速度慢，电池容易爆炸；
当泄压阀保护盖内部高度3mm时，泄压阀保护盖开口面积15mm*3mm*2＝90mm2，导出气体较快，电池安全性高；
当泄压阀保护盖内部高度5mm时，泄压阀保护盖开口面积15mm*5mm*2＝150mm2，导出气体较快，电池安全性高；
当泄压阀保护盖内部高度6mm时，泄压阀保护盖开口面积15mm*6mm*2＝180mm2，气体缓冲作用不明显，且占用内部空间大。
综上，根据上面的试验数据，可以得到泄压阀保护盖的两端开口的较优面积S与电池容量及泄压阀面积之间关系的优选经验公式为：
其中更优选的方案为
最优的方案为
如果面积过小则容易发生爆炸，如果过大则气体缓冲作用不明显且体积过大。
2.对于泄压阀保护盖的长度
经过试验发现，其长度过短也不能过长，否则均没有保护作用。分析试验结果的原因在于泄压阀保护盖的长度过长时，会导致气体导出路径过长，而使得气体导出不及时，而且容易导致泄压阀保护盖两端被堵塞；保护盖长度过短的话会使气压缓冲效果不明显。
经过试验，发现在电池长度为150mm、泄压阀长度20mm时，泄压阀保护盖长度30mm时作用不明显，泄压阀保护盖长度40mm时作用明显，50-80时作用最大，90mm时电池泄压慢，电池容易爆炸。
因此综合上述数据可知，泄压阀保护盖的长度优选大于泄压阀长度的两倍且最长为电池长度的2/3左右。
其中对于不同容量电池的最优泄压阀保护盖长度值有所不同，对于20AH电池来说，较优长度为40-50mm，更优选为45mm，对于30AH电池来说，较优长度50-60mm，更优选为55mm，对于40AH电池来说，较优长度60-80mm，更优选为75mm。
3.对于泄压阀保护盖材料的厚度。
泄压阀保护盖的强度达到不会在电池内部压力作用下变形，避免电池内部压力过大时泄压阀保护盖弯曲堵塞气体排放空间。相应地，泄压阀保护盖的厚度随着可再充电电池容量的增加而增厚，
试验发现当电池容量20Ah，泄压阀保护盖长宽尺寸为40mm*15mm时，厚度为1mm强度和尺寸综合效果较优，厚度小于1mm时，强度不够，容易变形，堵塞泄压阀；当电池容量30Ah，泄压阀保护盖尺寸60mm*15mm时，厚度为1mm则不能满足要求，而厚度1.5mm和2mm均能满足强度的要求且效果差别不大，因此，综合考虑厚度为1.5mm较优；当电池容量40Ah，泄压阀保护盖尺寸80mm*15mm时，厚度2mm和3mm试验效果差别仍然不大，能满足强度要求，因此可优选厚度为2mm。
见图6，在本发明的另一个实施例中，泄压阀保护盖2对应端盖注液孔17的位置可以打一个小孔18，这样电池在注液时更加方便，对泄压阀保护盖的强度稍有影响，但不大。
另外，所述泄压阀保护盖的底面面积不小于所述泄压阀面积的2倍，不大于泄压阀面积的8倍。泄压阀保护盖的底面积较小时不能彻底保护泄压阀不被电池极体堵塞，当泄压阀保护盖底面积较大时离电池壳体距离太小也会导致泄压阀保护盖两端被堵塞，电池内部气体排放不顺畅。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。此外，尽管本说明书中使用了一些特定的术语，但这些术语仅仅是为了方便说明，并不对本发明构成任何限制。
Claims (6)
1.一种可再充电的电池，包括：
电池端盖，包括电池盖板(1)、泄压阀(3)、注液孔(17)、泄压阀保护盖(2)以及包括位于外部的正负极端子(5、16)和固定至所述正负极端子的绝缘片(7)；
电池极体(11)，包括正电极和负电极；
电池壳体(15)，所述壳体有开口，可以容纳所述电池极体(11)和电解液；
注液栓(4)，用来密封注液孔；
其中，所述泄压阀保护盖(2)是位于所述泄压阀(3)下方的保护盖，整体上覆盖泄压阀，其包括沿电池长度方向延伸的一底部和与底部连接的至少两连接部件，所述连接部件远离底部的一端连接在所述电池盖板上；泄压阀保护盖(2)中心位置在泄压阀中心的正下方附近，
其中泄压阀保护盖的长度大于泄压阀长度的两倍且最长为电池长度的2/3，其中，对于20Ah电池来说，泄压阀保护盖的长度为40～50mm；对于30Ah电池来说，泄压阀保护盖的长度为50～60mm；对于40Ah电池来说，泄压阀保护盖的长度为60～80mm。
2.根据权利要求1所述的可再充电的电池，其中，所述泄压阀保护盖(2)的材料为金属。
3.根据权利要求1或2所述的可再充电的电池，其中，所述泄压阀保护盖(2)的横截面形状为矩型、梯形或椭圆形。
4.根据权利要求1或2所述的可再充电的电池，其中，所述泄压阀保护盖的厚度随着电池容量增加而增厚，具体值范围为1～5mm。
5.根据权利要求4所述的可再充电的电池，其中，电池容量为20Ah时，泄压阀保护盖厚度为1mm；其中电池容量为30Ah时，泄压阀保护盖厚度为1.5mm；其中电池容量为40Ah时，泄压阀保护盖厚度为2mm。
6.根据权利要求1或2所述的可再充电的电池，所述泄压阀保护盖的宽度随着电池宽度增加而增加，其范围为电池宽度的50～80％。
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