CN109962205A - 电池盖板组件、单体电池、电池模组、动力电池包和电动汽车 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种电池盖板组件、使用该电池盖板组件的单体电池、包括该单体电池的电池模组、包括该电池模组的动力电池包和包括该动力电池包的电动汽车。该电池盖板组件包括盖板、密封腔、弹性部件、用于连接电池内部电流的电极内端子和用于引出电流的电极外端子，所述密封腔至少部分位于盖板下方；所述密封腔的密封腔顶壁含导电变形部；所述导电变形部的上表面设有弹性部件，所述弹性部件能作用导电变形部使电极内端子与导电变形部电连接；所述密封腔内含有能产生气体且可逆的介质，在电池异常时，产生的气体能作用导电变形部使导电变形部与所述电极内端子断开电连接，能够提升电池安全性且能重复使用。

Description

电池盖板组件、单体电池、电池模组、动力电池包和电动汽车

技术领域

本发明涉及电池领域，具体地，涉及一种电池盖板组件、使用该电池盖板组件的单体电池、包括该单体电池的电池模组、包括该电池模组的动力电池包和包括该动力电池包的电动汽车。

背景技术

锂离子电池不仅可以作为各种便携式设备的动力源，还可以作为混合动力车和纯电动车的核心部件之一，其安全性能日益为汽车厂家和电池厂家所重视。

现有解决电池安全性能的有效手段之一是在电池盖板上装设CID（CurrentInterrupt Device，电流中断装置），其是在电池内设置有感应气压的拉断结构，电池在热失控等极端情况下，内部电解液及电极材料之间的反应会使得电池内部产生大量气体，当电池内部气体增多导致内部压力增大，增大的压力使得拉断结构中的翻转片往外翻转，从而拉断具有局部减薄的断裂片。但其存在的不足主要有：1、在电池过充初期，电池内部产生的气体较少，无法及时断开拉断结构；2、当电池内部压力较高时，此时电池已经发生热失控现象，即使断开拉断结构也起不到保护电池的作用；3、当电池拉断压力较大时，启动压力增加，无法及时断开拉断结构；而当拉断压力较小时，拉断结构可能在电池注液、高温存放时就断开。4、安全装置一旦启动，整个电池报废，不能再次使用。因此，此种设计的目的是防止极端情况下的爆炸等安全隐患，并不能较早的预防失效的发生，也不能在误启动的情况下，让电池再次作用，使其在动力电池中应用受限。

发明内容

本发明为了克服上述技术问题，提供一种能够提升电池安全性且能重复使用的电池盖板组件、使用该电池盖板组件的单体电池、包括该单体电池的电池模组、包括该电池模组的动力电池包和包括该动力电池包的电动汽车。

本发明的第一个目的是提供一种电池盖板组件，其包括盖板、密封腔、弹性部件、用于连接电池内部电流的电极内端子和用于引出电流的电极外端子，所述密封腔至少部分位于盖板下方；所述密封腔的密封腔顶壁含导电变形部；所述电极内端子的一端伸入密封腔与导电变形部的下表面连接，所述电极外端子通过导电变形部与电极内端子电连接；所述导电变形部的上表面设有弹性部件，所述弹性部件能作用导电变形部使电极内端子与导电变形部电连接；所述密封腔内含有能产生气体且可逆的介质，在电池异常时，产生的气体能作用导电变形部使导电变形部与所述电极内端子断开电连接。

可选的，密封腔内填充有氮气或惰性气体，正常状态下，使密封腔内的压力与大气压相当。

可选的，弹性部件的一端与电极外端子连接，另一端与导电变形部的上表面连接。

可选的，电极内端子与导电变形部在下表面上的连接点与弹性部件与导电变形部在上表面上的连接点位置对应。

可选的，电极外端子、弹性部件及电极内端子的轴线在一直线上。

可选的，导电变形部为向密封腔内内凹的金属片。

可选的，电极内端子与内凹的顶点下表面连接，所述弹性部件与内凹的顶点的上表面连接。

可选的，弹性部件为弹簧。

可选的，介质为在电池异常时能汽化的液体。

可选的，介质为消防灭火液，所述消防灭火液为全氟己酮。

可选的，密封腔的密封腔底壁至少部分材料为能在第二预定温度阀值熔融的高分子膜。

可选的，第二预定温度阀值为150-180℃。

可选的，高分子膜选自聚丙烯膜、聚乙烯膜、聚苯乙烯膜或丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物膜中的一种或几种。

可选的，密封腔的密封腔底壁包括依次叠置的第一网状支撑件、高分子膜、第二网状支撑件。

可选的，电极外端子通过导电件与导电变形部电连接。

可选的，导电件包括导电件顶壁、与导电件顶壁周边连接的导电件侧壁，所述导电件侧壁与导电变形部连接。

可选的，导电件顶壁与盖板间设置有第一绝缘件。

可选的，盖板上形成有供所述电极外端子穿过的通孔，所述电极外端子贯穿所述通孔；所述电极外端子与盖板间设置有第二绝缘件，所述第一绝缘件与第二绝缘件一体成型。

可选的，导电件侧壁上还设有第三绝缘件，所述第一绝缘件、第二绝缘件、第三绝缘件一体成型。

可选的，密封腔的密封腔侧壁与第一绝缘件、第二绝缘件、第三绝缘件一体成型。

本发明的第二个目的是提供一种单体电池，该单体电池包括外壳、容纳于该外壳内的电芯，其中，单体电池还包括上述电池盖板组件，所述盖板封装所述外壳，所述电芯与所述电极内端子电连接。

本发明的第三个目的是提供一种电池模组，该电池模组内设置有上述单体电池。

本发明的第四个目的是提供一种动力电池包，包括包体和设置在该包体内的电池模组，其中，电池模组为上述电池模组。

本发明的第五个目的是提供一种电动汽车，该电动汽车设置有上述动力电池包。

本发明通过在电极外端子下设置密封腔，密封腔的密封腔顶壁含导电变形部,电极内端子的一端伸入密封腔与导电变形部的下表面连接，电极外端子通过导电变形部与电极内端子电连接，然后在导电变形部的上表面设置弹性部件，弹性部件能作用导电变形部使电极内端子与导电变形部电连接。在密封腔内设有能产生气体且可逆的介质，电池发生异常，介质产生气体，密封腔内压力增大，推动弹性部件变形，使导电变形部与所述电极内端子断开电连接，从而回路被拉断，电池终止充放电，对电池进行保护，提高了安全装置的灵敏度，可以及时建立气压，从而及时拉断回路，提升电池的安全性。当电池温度下降到正常温度时，密封腔内发生逆向反应例如逆向相变，气体又变成介质，密封腔内的压力减小，弹性部件恢复，压紧导电变形部，使导电变形部与电极内端子重新连接，使电池可重复利用。同时，本发明进一步优选的方案，在极端情况下还可以起到灭火作用，防止热失控。

本发明的其他特征和优点将在随后的具体实施方式部分予以详细说明。

附图说明

附图是用来提供对本公开的进一步理解，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公开，但并不构成对本公开的限制。

图1是本发明一种实施方式的电池盖板组件剖面局部结构示意图。

1-盖板；2-电极外端子；3-电极内端子；

4-密封腔；

41-密封腔侧壁；42-密封腔底壁；421-高分子膜；422-第一网状支撑件；423-第二网状支撑件；

5-导电变形部；

61-第二绝缘件；62-第一绝缘件；63-第三绝缘件；

71-导电件顶壁；72-导电件侧壁；

8-弹性部件。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本发明，并不用于限制本发明。

在本发明中，在未作相反说明的情况下，使用的方位词如“上、下、左、右”通常是以相应附图的图面方向为基准定义的，“内、外”是指相应部件轮廓的内和外。

如图1所示，本发明提供了电池盖板组件、使用该电池盖板组件的单体电池、使用该单体电池的电池模组、使用该电池模组的动力电池包和使用该动力电池包的电动汽车的技术方案。其中电池盖板组件设置在单体电池上，多个单体电池通过串联或并联成电池模组，并可以置于电池包内而形成动力电池包。此外，除动力电池包领域外，本发明中提供的各种技术方案还可以广泛应用于其他的电池领域中。另外，本发明中的电池盖板组件既可以为能够装配到单体电池的壳体上以构成单体电池的组件总成，也可以为与单体电池内的例如电芯的其他部分构成不可分割的整体结构的局部结构，本公开对此不作限制，均属于本发明的保护范围之中。

为了清楚本发明的技术方案，本发明通过如下实施方式进行说明。但不限于如下实施方式，并且各个实施方式中的特征可以继续任意组合或替换。

如附图1所示，本发明的电池盖板组件，包括盖板1、密封腔4、弹性部件8、用于连接电池内部电流的电极内端子3和用于引出电流的电极外端子2，一般电极内端子3用于与电芯电连接，电极外端子2用于与其他单体电池或电池模组或外部负载等相连，实现单体电池的电芯的电流的输入和输出。

密封腔4至少部分位于盖板1下方，当组装成电池时，位于电池内部，用于感应电池内部温度，密封腔4可以整体位于盖板1下方，也可以部分位于盖板1下方，例如，可以部分位于盖板1上或者延伸出盖板1。

密封腔4的密封腔顶壁含导电变形部；电极内端子3的一端伸入密封腔4内与导电变形部5的下表面连接，电极外端子2通过导电变形部5与电极内端子3电连接；导电变形部5的上表面设有弹性部件8，所述弹性部件8能作用导电变形部5使电极内端子3与导电变形部5电连接；密封腔4内含有能产生气体且可逆的介质，在电池异常时，产生的气体能作用导电变形部5使导电变形部5与所述电极内端子3断开电连接。具体的，产生的气体能推动导电变形部5发生变形，使压紧其的弹性部件8变形收缩，从而断开导电变形部5与所述电极内端子3的连接。其中，优选，密封腔4内填充有氮气或惰性气体，正常状态下，使密封腔内的压力与大气压相当，能进一步保证密封腔4内压力平衡，不受电池内部压力影响，同时也能避免极端情况下带来副反应。

本发明的弹性部件8位于导电变形部5的上表面，一部分与导电变形部5接触，其他部分没有限制，可以与盖板1连接，也可以电极外端子2连接，只要能实现正常状态下压紧导电变形部5与电极内端子3的电连接即可，本发明优选，弹性部件8的一端与电极外端子2连接，另一端与导电变形部5的上表面连接。弹性部件8可以是绝缘体例如塑料，也可以是导体例如金属弹簧，此时，电极外端子2可以通过金属弹簧实现与导电变形部5的电连接。更进一步的，电极内端子3与导电变形部5在下表面上的连接点可以与弹性部件8与导电变形部5在上表面上的连接点位置对应，即位于导电变形部5上的同一位置的上下表面。更具体的，优选，电极外端子2、弹性部件8及电极内端子3的轴线在一直线上，进一步优选，均沿垂直于盖板的方向呈一直线。

导电变形部5本发明具体可以为薄金属片，正常状态下，薄金属片下凸，即导电变形部5为向密封腔4内内凹的金属片。弹性部件8作用下下凸部与电极内端子3连接；电池异常时，密封腔4内的压力使薄金属片上凸，从而拉断与电极内端子3的连接，更进一步的，电极内端子3与内凹的顶点下表面连接，弹性部件8与内凹的顶点的上表面连接，以便更灵敏的实现通断。

本发明的能产生气体且可逆的介质是指在电池异常时，电池内温度升高，介质感应电池内部温度，能产生气体，当电池恢复正常，温度降到正常温度时又能恢复成原始状态，使密封腔4内的压力恢复成原始压力，弹性部件8又使导电变形部5与电极内端子3连接。优选，介质为高温时能汽化的液体，此介质具有一定的气化点，当例如电池发生外部短路时，集聚产生的热量也能够使得可产气介质气化，增大密封腔4的内部气压，从而断开电池的电流传递，起到过流保护的作用。需要说明的是，上述液体并不局限于液态，还可以为溶胶，例如可以形成为凝胶状溶液。具体的优选，介质为消防灭火液，消防灭火液为全氟己酮。消防灭火液的量，根据实际使用工况和电池的大小及电池所选材料决定。本发明的主要改进之处在于结构的设置，电池型号不同，电池发生异常的温度不同，可以通过弹性部件8的材料和尺寸等设置来实现。

电极外端子2可以通过导电的弹性部件8例如金属弹簧与导电变形部5电连接，也可以通过导电件与导电变形部5电连接。具体的，如附图1所示导电件可以包括导电件顶壁71、与导电件顶壁71周边连接的导电件侧壁72，通过导电件侧壁72与导电变形部5连接来实现电连接。为防止电池内部短路，优选，导电件顶壁71与盖板1间设置有第一绝缘件62。当密封腔4整体位于盖板1下方时，盖板1上形成有供所述电极外端子2穿过的通孔，所述电极外端子2贯穿所述通孔引出电池内部电流，优选，电极外端子2与盖板1间设置有第二绝缘件61，所述第一绝缘件62与第二绝缘件61一体成型。进一步的，为防止短路，导电件侧壁72上还设有第三绝缘件63，所述第一绝缘件62、第二绝缘件61、第三绝缘件63一体成型，便于装配。同时，密封腔4的密封腔侧壁41材料可以选自聚丙烯、聚乙烯或陶瓷中的一种或几种，即直接采用绝缘材料，此时，进一步优选密封腔侧壁41与第一绝缘件62、第二绝缘件61、第三绝缘件63一体成型。密封腔侧壁41、第一绝缘件62、第二绝缘件61、第三绝缘件63的材料可以相同也可以不同，例如第二绝缘件61可以选用陶瓷，密封腔侧壁41、第一绝缘件62、第三绝缘件63的材料可以选用塑料、橡胶等，优选，密封腔侧壁41与第一绝缘件62、第二绝缘件61、第三绝缘件63均为塑料，然后一体成型。

进一步的优选，密封腔4的密封腔底壁至少部分材料为能在第二预定温度阀值熔融的高分子膜421，当电池发生极端情况，高分子膜421迅速融化，从而使介质流入电池内部，实现早期的灭火与降温（液体汽化会吸热，从而实效降温）。优选，第二预定温度阀值为150-180℃，电池温度如高于此温度，电池极有可能爆炸燃烧。优选，高分子膜421选自聚丙烯膜、聚乙烯膜、聚苯乙烯膜或丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物膜中的一种或几种，能够在极端情况下迅速熔融。进一步优选，高分子膜421通过支撑件支撑，优选，密封腔4的密封腔底壁42包括依次叠置的第一网状支撑件422、高分子膜421、第二网状支撑件423，通过双层网状支撑件进行支撑，不仅可以保证良好的导热，使密封腔4内的介质更快感应电池内部温度，而且，双层网状支撑件夹持高分子膜421更易与密封腔侧壁41进行组装。第一网状支撑件422、第二网状支撑件423可以分别为进行过表面绝缘处理的金属件，也可以为其它有足够强度的绝缘件例如陶瓷件、塑料件等。

当单体电池处于常规状态下时，可产气介质没有反应，不会产生气体，因而单体电池可以正常地进行充放电工作；而当单体电池将要接近危险状态时，例如电池处于热失控初期，可产气介质产气，密封腔内产生大量气体，在该气体的气压作用下导电变形部与电极内端子的连接被拉断，从而及时断开电池的电流的输入或输出，因此，本发明各种实施方式提供的电池盖板组件，能够保证电池在过充初期迅速切断电流，尤其适合活性高（如三元材料等）的电极材料，且本发明提供的可产气介质不与电池的正负极材料及电解液相接触，不发生副反应，对电池容量及寿命没有不良影响。同时当电池温度下降到正常温度时，密封腔内发生逆向反应例如逆向相变，气体又变成介质，密封腔内的压力减小，弹性部件恢复，作用导电变形部，使导电变形部与电极内端子重新连接，使电池可重复利用。当电池温度达到第二预定温度阀值时，即极端的情况的迅速发生，密封腔内的压力来不及拉断导电变形部与电极内端子的连接时，高分子膜可以迅速融化，介质可以进入电池内部，起到灭火的作用，同时汽化吸收热量降温。

另外，本公开的各个实施方式还提供一种单体电池，包括外壳、容纳于该外壳内的电芯以及本公开中的电池盖板组件，其中，盖板用于封装外壳，电芯则与相应的电极端子相连，以建立相应单体电池的输入和输出电流路径，电芯可以通过内引出件等方式和电极内端子相连。盖板可以带电也可以不带电，例如正电极端子可以与盖板绝缘也可以不绝缘。密封腔至少部分位于单体电池内部，以便灵敏感应电池内部温度。

另外各个实施方式中还提供一种使用该单体电池的电池模组，使用该电池模组的动力电池包和使用该动力电池包的电动汽车。

以上结合附图详细描述了本公开的优选实施方式，但是，本公开并不限于上述实施方式中的具体细节，在本公开的技术构思范围内，可以对本公开的技术方案进行多种简单变型，这些简单变型均属于本公开的保护范围。

另外需要说明的是，在上述具体实施方式中所描述的各个具体技术特征，在不矛盾的情况下，可以通过任何合适的方式进行组合，为了避免不必要的重复，本公开对各种可能的组合方式不再另行说明。

此外，本公开的各种不同的实施方式之间也可以进行任意组合，只要其不违背本公开的思想，其同样应当视为本公开所公开的内容。

Claims (24)

1.一种电池盖板组件，其特征在于，包括盖板、密封腔、弹性部件、用于连接电池内部电流的电极内端子和用于引出电流的电极外端子，

所述密封腔至少部分位于盖板下方；

所述密封腔的密封腔顶壁含导电变形部；所述电极内端子的一端伸入密封腔与导电变形部的下表面连接，所述电极外端子通过导电变形部与电极内端子电连接；

所述导电变形部的上表面设有弹性部件，所述弹性部件能作用导电变形部使电极内端子与导电变形部电连接；

所述密封腔内含有能产生气体且可逆的介质，在电池异常时，产生的气体能作用导电变形部使导电变形部与所述电极内端子断开电连接。

2.根据权利要求1所述的电池盖板组件，其特征在于，所述密封腔内填充有氮气或惰性气体，正常状态下，使密封腔内的压力与大气压相当。

3.根据权利要求1所述的电池盖板组件，其特征在于，所述弹性部件的一端与电极外端子连接，另一端与导电变形部的上表面连接。

4.根据权利要求3所述的电池盖板组件，其特征在于，所述电极内端子与导电变形部在下表面上的连接点与弹性部件与导电变形部在上表面上的连接点位置对应。

5.根据权利要求4所述的电池盖板组件，其特征在于，所述电极外端子、弹性部件及电极内端子的轴线在一直线上。

6.根据权利要求1所述的电池盖板组件，其特征在于，所述导电变形部为向密封腔内内凹的金属片。

7.根据权利要求6所述的电池盖板组件，其特征在于，所述电极内端子与内凹的顶点下表面连接，所述弹性部件与内凹的顶点的上表面连接。

8.根据权利要求1所述的电池盖板组件，其特征在于，所述弹性部件为弹簧。

9.根据权利要求1所述的电池盖板组件，其特征在于，所述介质为在电池异常时能汽化的液体。

10.根据权利要求9所述的电池盖板组件，其特征在于，所述介质为消防灭火液，所述消防灭火液为全氟己酮。

11.根据权利要求1所述的电池盖板组件，其特征在于，所述密封腔的密封腔底壁至少部分材料为能在第二预定温度阀值熔融的高分子膜。

12.根据权利要求11所述的电池盖板组件，其特征在于，所述第二预定温度阀值为150-180℃。

13.根据权利要求11所述的电池盖板组件，其特征在于，所述高分子膜选自聚丙烯膜、聚乙烯膜、聚苯乙烯膜或丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物膜中的一种或几种。

14.根据权利要求11所述的电池盖板组件，其特征在于，所述密封腔的密封腔底壁包括依次叠置的第一网状支撑件、高分子膜、第二网状支撑件。

15.根据权利要求1所述的电池盖板组件，其特征在于，所述电极外端子通过导电件与导电变形部电连接。

16.根据权利要求15所述的电池盖板组件，其特征在于，所述导电件包括导电件顶壁、与导电件顶壁周边连接的导电件侧壁，所述导电件侧壁与导电变形部连接。

17.根据权利要求16所述的电池盖板组件，其特征在于，所述导电件顶壁与盖板间设置有第一绝缘件。

18.根据权利要求17所述的电池盖板组件，其特征在于，所述盖板上形成有供所述电极外端子穿过的通孔，所述电极外端子贯穿所述通孔；所述电极外端子与盖板间设置有第二绝缘件，所述第一绝缘件与第二绝缘件一体成型。

19.根据权利要求18所述的电池盖板组件，其特征在于，所述导电件侧壁上还设有第三绝缘件，所述第一绝缘件、第二绝缘件、第三绝缘件一体成型。

20.根据权利要求19所述的电池盖板组件，其特征在于，所述密封腔的密封腔侧壁与第一绝缘件、第二绝缘件、第三绝缘件一体成型。

21.一种单体电池，该单体电池包括外壳、容纳于该外壳内的电芯，其特征在于，所述单体电池还包括根据权利要求1至20中任一项所述的电池盖板组件，所述盖板封装所述外壳，所述电芯与所述电极内端子电连接。

22.一种电池模组，其特征在于，所述电池模组内设置有根据权利要求21所述的单体电池。

23.一种动力电池包，包括包体和设置在该包体内的电池模组，其特征在于，所述电池模组为根据权利要求22所述的电池模组。

24.一种电动汽车，其特征在于，该电动汽车设置有根据权利要求23所述的动力电池包。