CN109950450A - 一种圆柱形锂离子电池的中心针及圆柱形锂离子电池 - Google Patents

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许玉林
王爱淑
娄豫皖
龚晓冬
李佳旭
印杏莲
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Abstract

本申请公开了一种圆柱形锂离子电池的中心针及圆柱形锂离子电池，所述中心针的外周面设置有沿着该中心针长度方向延伸的泄压凹槽。本申请可提升电池的安全防爆性能。

Description

一种圆柱形锂离子电池的中心针及圆柱形锂离子电池
技术领域
本申请涉及电池领域，具体涉及一种圆柱形锂离子电池的中心针及圆柱形锂离子电池。
背景技术
在排放法规、能耗的双重压力驱动下，“电动化”已成为全球汽车产业无可争议的必然趋势。与此同时，这也给中国汽车产业带来的能源变革背景下的全新发展机遇。然而，时至今日，国内新能源汽车产业仍处于不断优化、试探的阶段。
从技术角度考虑，锂离子电池是现阶段最适合代替汽油的能源，新能源汽车与传统汽车最大的区别是在于动力系统的革新，动力电池是新能源汽车的核心部件，也是新能源汽车安全事故的主要原因，因此对锂离子电池的安全性能、电池组内及组间电池一致性的要求越来越高。
现有的圆柱型锂离子电池都包括电池外壳和收容于电池外壳内的卷芯，为防止电池在过放、过充或高温环境中发生爆炸，通常在电池外壳上开设防爆线或者在电池外壳端部设置防爆泄压阀。在理想情况下，当电池内部气压急剧升高时，内部气体会冲透前述防爆线或泄压阀而向外泄出，从而避免电池爆炸。
然而，在实际应用中，当电池内部某处发生异常而导致该处迅速产生大量气体、局部气压迅速升高时，若电池内部发生气流堵塞问题或者电池内部气流流通阻力较大，将导致前述异常部位产生的高压气体不能快速流向防爆线或泄压阀位置，仍然存在爆炸风险。
针对圆柱形锂离子电池的散热问题，现有技术是利用电池金属外壳向空气中散热，以实现降低电池使用过程中电芯内部的温度，但单纯依靠电池金属外壳散热造成了电池内部温度不平衡现象，即电池越靠近卷心中间温度越高。
发明内容
本申请目的是：针对上述问题，提出一种圆柱形锂离子电池的中心针及圆柱形锂离子电池，以提升电池的安全防爆性能。
本申请的技术方案是：
一种圆柱形锂离子电池的中心针，所述中心针的外周面设置有沿着该中心针长度方向延伸的泄压凹槽。
所述泄压凹槽在长度方向上贯通所述中心针。
所述泄压凹槽设置有三条，并且这三条泄压凹槽围绕所述中心针间隔分布。
所述泄压凹槽为直线槽。
所述中心针内带有封闭内腔，并且所述封闭内腔中封装有相变材料。
本申请这种中心针在上述技术方案的基础上，还包括以下优选方案：
一种圆柱形锂离子电池，包括：
壳体，
收容于所述壳体内且卷绕于中心针外的卷芯，以及
位于所述壳体两端、分别与所述卷芯的正极和负极相连的正极盖帽和负极盖帽；
所述中心针采用上述结构，所述壳体、正极盖帽或负极盖帽上的泄压组件。
本申请这种圆柱形锂离子电池在上述技术方案的基础上，还包括以下优选方案：
所述泄压组件为泄压阀或防爆线。
所述泄压组件布置于所述中心针的端部。
所述卷芯的两端分别焊接有与所述正极盖帽连接的正极集流盘以及与所述负极盖帽连接的负极集流盘，所述中心针的两端均通过绝缘导热体分别与所述正极集流盘和所述负极集流盘相连接。
所述泄压凹槽的长度两端伸出所述卷芯外部
本申请的优点是：
1、因中心针的外周面设置泄压凹槽，故而当卷芯卷绕于其外围后，会在二者之间形成泄压空隙。当电池发生过放、过充和处于高温环境以及受到针刺和挤压，导致卷芯某处气压急剧升高时，该处气流可沿着前述泄压空隙(气流通道)流出卷芯外部，并最终冲开泄压组件，从泄压组件冲出以降低电池内部气压，避免电池爆炸，提高电池的安全性能。泄压凹槽用于引导卷芯内部的高压气体顺利流出至卷芯外部。
2、中心针的封闭内腔中封装有相变材料，相变材料具有很强的吸热能力，当电池内部温度较高时，相变材料会吸收一部分热量避免发生热失控。
3、中心针的一端通过绝缘导热体与正极集流盘相连接，另一端通过另一个绝缘导热体与负极集流盘相连接。相变材料吸收的热量会通过中心针传至两端的绝缘导热体，再由绝缘导热体传至正、负集流盘，进而传递至正负盖帽和电池壳体，使得电池内外温度均一。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本申请实施例中圆柱形锂离子电池的整体剖面结构示意图；
图2为本申请实施例中圆柱形锂离子电池内部结构的剖面示意图；
图3本申请实施例中中心针的结构示意图。
其中：1-中心针，101-泄压凹槽，2-壳体，3-卷芯，4-正极盖帽，5-负极盖帽，6-正极集流盘，7-负极集流盘，8-绝缘导热体，9-相变材料。
具体实施方式
下面通过具体实施方式结合附图对本申请作进一步详细说明。本申请可以以多种不同的形式来实现，并不限于本实施例所描述的实施方式。提供以下具体实施方式的目的是便于对本申请公开内容更清楚透彻的理解，其中上、下、左、右等指示方位的字词仅是针对所示结构在对应附图中位置而言。
然而，本领域的技术人员可能会意识到其中的一个或多个的具体细节描述可以被省略，或者还可以采用其他的方法、组件或材料。在一些例子中，一些实施方式并没有描述或没有详细的描述。
此外，本文中记载的技术特征、技术方案还可以在一个或多个实施例中以任意合适的方式组合。对于本领域的技术人员来说，易于理解与本文提供的实施例有关的方法的步骤或操作顺序还可以改变。因此，附图和实施例中的任何顺序仅仅用于说明用途，并不暗示要求按照一定的顺序，除非明确说明要求按照某一顺序。
本文中为部件所编序号本身，例如“第一”、“第二”等，仅用于区分所描述的对象，不具有任何顺序或技术含义。而本申请所说“连接”、“联接”，如无特别说明，均包括直接和间接连接(联接)。
图1至图3示出了本申请这种圆柱形锂离子电池的一个优选实施例，与传统电池结构相同的是，该电池也包括一圆筒状的壳体2，壳体2内收容有卷绕于中心针1外的卷芯3，壳体2的两端分别设置正极盖帽4和负极盖帽5，其中正极盖帽4与卷芯3的正极导电连接，负极盖帽5与卷芯3的负极导电连接。前述正极盖帽4、负极盖帽5与壳体2为分体装配结构，在一些其他的实施例中，正极盖帽4或者负极盖帽5可一体形成于壳体2的端部。
本实施例的关键改进在于，上述中心针1的外周面并非平面表面，而是在该外周面上设置有沿着中心针长度方向延伸的三条泄压凹槽101，如图3。而且在该中心针1的右端布置有安装于前述正极盖帽4上的泄压阀(图中未画出)。
因为中心针1的外周面设置了三条泄压凹槽101，故而当卷芯3卷绕于其外围后，会在二者之间形成三条泄压空隙。当电池发生过放、过充和处于高温环境以及受到针刺和挤压，导致卷芯3某处气压急剧升高时，该处气流可沿着前述泄压空隙(或称气流通道)流出至卷芯3外部，并冲开泄压阀，从泄压阀流出以降低电池内部气压，避免电池爆炸，提高电池的安全性能。
上述泄压阀也可以安装于电池的壳体2或负极盖帽5上，考虑到卷芯内部的气流通过泄压凹槽101首先引出至卷芯和中心针的端部，为减小气流的流通路径，防止引出卷芯外部的气流在流向泄压阀的路径中发生堵塞，最好将上述泄压阀布置在中心针的端部位置的壳体2、正极盖帽4或负极盖帽5上。
为了提升防爆性能，可以设置两个泄压阀，并将这两个泄压阀分别布置于中心针1的两端位置。
上述的泄压阀也可以安装在中心针右端(图1中)的负极盖帽3上，还可以安装在中心针左端或右端的壳体2上。
上述泄压阀也可以用其他泄压结构替换，比如：开设于正负盖帽或电池壳体上的防爆线。
上述各条泄压凹槽101在长度方向上均贯通中心针1，即泄压凹槽101的长度与中心针1的长度相等，如此使得电池中所形成的上述气流通道(泄压空隙)足够长，这样就可以将中心针1做的尽可能短。
为保证上述气流通道能够将卷芯内部的气压顺利引至卷芯外部，本实施例中泄压凹槽101的长度两端伸出卷芯3外部。
显然，上述泄压凹槽101也可以仅设置一条或两条，当然也可以设置四条或更多条。泄压凹槽101的条数设置的越多，气流就越通畅，爆炸几率就越小，不过制作难度也越大，成本也越高。综合考虑，本实施例一共设置三条泄压凹槽101，而且这三条泄压凹槽围绕中心针1均匀间隔分布。
上述的泄压凹槽101为直线槽，以降低制作难度和制作成本。中心针1为不锈钢材质，外轮廓为圆柱形，其内带有封闭内腔，并且封闭内腔中封装有相变材料9。相变材料具有很强的吸热能力，当电池内部温度较高时，相变材料会吸收一部分热量避免发生热失控。
该电池为全极耳电池，其卷芯3的两端均作揉平处理而形成正极端面和负极端面，正极端面上焊接正极集流盘6，负极端面上焊接负极集流盘7，其中正极集流盘6与正极盖帽4连接，负极集流盘7与负极盖帽5连接。中心针1的一端通过绝缘导热体8与正极集流盘6相连接，另一端通过另一个绝缘导热体8与负极集流盘7相连接。
前述相变材料吸收的热量会通过中心针1传至两端的绝缘导热体8，再由绝缘导热体8传至正、负集流盘，进而传递至正负盖帽和电池壳体，使得电池内外温度均一。
上述实施例只为说明本申请的技术构思及特点，其目的在于让人们能够了解本申请的内容并据以实施，并不能以此限制本申请的保护范围。凡根据本申请主要技术方案的精神实质所做的等效变换或修饰，都应涵盖在本申请的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种圆柱形锂离子电池的中心针，其特征在于，所述中心针(1)的外周面设置有沿着该中心针长度方向延伸的泄压凹槽(101)。
2.根据权利要求1所说的圆柱形锂离子电池的中心针，其特征在于，所述泄压凹槽(101)在长度方向上贯通所述中心针(1)。
3.根据权利要求1所说的圆柱形锂离子电池的中心针，其特征在于，所述泄压凹槽(101)设置有三条，并且这三条泄压凹槽围绕所述中心针(1)间隔分布。
4.根据权利要求1所说的圆柱形锂离子电池的中心针，其特征在于，所述泄压凹槽(101)为直线槽。
5.根据权利要求1所说的圆柱形锂离子电池的中心针，其特征在于，所述中心针(1)内带有封闭内腔，并且所述封闭内腔中封装有相变材料。
6.一种圆柱形锂离子电池，包括：
壳体(2)，
收容于所述壳体(2)内且卷绕于中心针(1)外的卷芯(3)，以及
位于所述壳体(2)两端、分别与所述卷芯(3)的正极和负极相连的正极盖帽(4)和负极盖帽(5)；
其特征在于，所述中心针(1)采用如权利要求1至5中任一所述的中心针结构，所述壳体(2)、正极盖帽(4)或负极盖帽(5)上设置有泄压组件。
7.根据权利要求6所述的圆柱形锂离子电池，其特征在于，所述泄压组件为泄压阀或防爆线。
8.根据权利要求6所述的圆柱形锂离子电池，其特征在于，所述泄压组件布置于所述中心针(1)的端部。
9.根据权利要求6所述的圆柱形锂离子电池，其特征在于，所述卷芯(3)的两端分别焊接有与所述正极盖帽(4)连接的正极集流盘(6)以及与所述负极盖帽(5)连接的负极集流盘(7)，所述中心针(1)的两端均通过绝缘导热体(8)分别与所述正极集流盘(6)和所述负极集流盘(7)相连接。
10.根据权利要求6所述的圆柱形锂离子电池，其特征在于，所述泄压凹槽(101)的长度两端伸出所述卷芯(3)外部。
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