CN109980155A - 用于锂离子电池的盖板组件以及储能装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种用于锂离子电池的盖板组件以及锂离子电池。该盖板组件包括：盖板本体，所述盖板本体的中部具有通孔，所述通孔延伸形成筒体，所述筒体凸出于所述盖板本体的至少一个表面；泄压部，所述泄压部位于所述筒体内并与所述筒体密封连接，所述泄压部呈环形，所述泄压部被配置为响应于所述盖板本体的变形而产生裂缝或者从所述盖板本体上脱落；以及中心导体，所述中心导体被设置在所述泄压部的内环中，并沿轴向贯穿所述泄压部。该盖板组件具有安全性能良好、占用空间小。
Description
技术领域
本发明涉及能量转换技术领域，更具体地，涉及一种用于锂离子电池的盖板组件以及储能装置。
背景技术
现有的锂离子电池，特别是大功率的动力用锂离子电池均进行了防爆泄压结构或装置的设计，以确保锂离子电池在长期使用过程中或者热失控过程中内部气压超额上升时可以及时地进行泄压，从而防止发生爆炸。
在一些技术方案中,帽盖具有防爆泄压的功能。该帽盖包括上盖、下盖和位于上盖和下盖之间的爆破膜片。在内部气压超过额定值时，爆破膜片被冲破，从而进行泄压。该泄压结构通常用于圆柱形锂离子电池的盖板中。该泄压结构同时具有断流、泄压功能。但缺点是结构复杂，零件较多装配复杂，并且在高度上占用的空间较大，电芯的空间利用率低。
因此，需要提供一种新的技术方案，以解决上述技术问题。
发明内容
本发明的一个目的是提供一种用于锂离子电池的盖板组件的新技术方案。
根据本发明的第一方面，提供了一种用于锂离子电池的盖板组件。该盖板组件包括：盖板本体，所述盖板本体的中部具有通孔，所述通孔延伸形成筒体，所述筒体凸出于所述盖板本体的至少一个表面；泄压部，所述泄压部位于所述筒体内并与所述筒体密封连接，所述泄压部呈环形，所述泄压部被配置为响应于所述盖板本体的变形而产生裂缝或者从所述盖板本体上脱落；以及中心导体，所述中心导体被设置在所述泄压部的内环中，并沿轴向贯穿所述泄压部。
可选地，所述泄压部为无机非金属材料。
可选地，所述泄压部的材质为玻璃或者陶瓷。
可选地，所述筒体凸出于所述盖板本体的其中一个表面，所述盖板本体、所述泄压部和所述中心导体的与所述筒体相背的一侧是相平齐的。
可选地，所述盖板本体和所述中心导体分别作为锂离子电池的一个电极，所述泄压部包括覆盖所述筒体的自由端的端面的延伸部。
可选地，所述盖板本体的外边缘向一侧延伸，以形成环形连接部。
可选地，所述筒体与所述盖板本体垂直。
可选地，定义所述筒体的与所述盖板本体连接的部位为根部，在所述根部的外侧形成外倒角。
可选地，定义所述筒体的与盖板本体连接的部位为根部，在所述根部的内侧形成内倒角，所述泄压部填充在所述内倒角围成的区域内。
可选地，所述中心导体凸出于所述泄压部的至少一个端面。
可选地，在所述盖板的外表面设置有绝缘层，所述绝缘层覆盖所述泄压部的上端面，所述中心导体的上端面是裸露的。
根据本公开的另一个实施例，提高了一种锂离子电池。该锂离子电池包括：能量转换元件：壳体，所述壳体包括筒状部，所述能量转换元件位于所述筒状部围成的腔体内；以及上述的盖板组件，所述盖板本体盖合在所述筒状部的一端，所述盖板本体和所述中心导体分别与所述能量转换元件的两个电极连接。
可选地，所述盖板组件的筒体向所述腔体内凸出，所述能量转换元件在与所述筒体和所述泄压部相对应的部位形成凹陷结构。
可选地，在所述中心导体与所述凹陷结构之间形成间隙，所述中心导体通过极耳与所述能量转换元件的一个电极连接，所述极耳在所述间隙内形成可伸缩结构。
根据本公开的又一个实施例，提高了一种锂离子电池。该锂离子电池包括：能量转换元件；壳体，所述壳体包括筒状部，所述能量转换元件位于所述筒状部内；以及上述的盖板组件，所述盖板本体盖合在所述筒状部的一端，所述盖板本体和所述中心导体分别与所述能量转换元件的两个电极连接；所述筒状部的端形成向内的收口部，所述环形连接部套设在所述收口部的外侧。
根据本公开的一个实施例，由于盖板本体、泄压部和中心导体位于同一层，故具有更小的厚度，在高度方向上占用的空间小。相比于多层设置的盖板组件，这种结构的结构简单，组装更容易。
此外，泄压部能够起到泄压的作用，提高了锂离子电池的安全性能。
此外，中心导体具有导通的功能，该盖板组件能够作为锂离子电池的至少一个电极。
此外，筒体与泄压部之间能够形成更加良好的密封连接，这使得在盖板本体的厚度较小的条件下仍具有良好的密封效果，适用于针形电池、纽扣电池等小形储能元件。
通过以下参照附图对本发明的示例性实施例的详细描述，本发明的其它特征及其优点将会变得清楚。
附图说明
被结合在说明书中并构成说明书的一部分的附图示出了本发明的实施例，并且连同其说明一起用于解释本发明的原理。
图1是根据本公开的一个实施例的一个盖板组件的剖视图。
图2是根据本公开的一个实施例的第二种盖板组件的剖视图。
图3是根据本公开的一个实施例的第三种盖板组件的剖视图。
图4是根据本公开的一个实施例的第四种盖板组件的剖视图。
图5是根据本公开的一个实施例的盖板组件与壳体的装配图。
图6-7是根据本公开的另一个实施例的锂离子电池的剖视图。
附图标记说明：
11：盖板本体；12：泄压部；13：中心导体；14：间隙；15：筒体；16：绝缘层；19：电芯；20：中心柱；21：延伸部；22：可伸缩结构；23：环形连接部；24：筒状部；25：底部；26：收口部。
具体实施方式
现在将参照附图来详细描述本发明的各种示例性实施例。应注意到：除非另外具体说明，否则在这些实施例中阐述的部件和步骤的相对布置、数字表达式和数值不限制本发明的范围。
以下对至少一个示例性实施例的描述实际上仅仅是说明性的，决不作为对本发明及其应用或使用的任何限制。
对于相关领域普通技术人员已知的技术、方法和设备可能不作详细讨论，但在适当情况下，所述技术、方法和设备应当被视为说明书的一部分。
在这里示出和讨论的所有例子中，任何具体值应被解释为仅仅是示例性的，而不是作为限制。因此，示例性实施例的其它例子可以具有不同的值。
应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步讨论。
根据本公开的一个实施例，提供了一种用于锂离子电池的盖板组件。该盖板组件包括盖板本体11、泄压部12和中心导体13。
盖板本体11呈圆形、矩形、椭圆形等。盖板本体11的整体呈片状。盖板本体11的材质为金属、塑料等。例如，金属包括铁基膨胀合金、不锈钢、可伐合金等。
盖板本体11的中部具有通孔。例如，通孔为圆形孔、矩形孔、椭圆形孔或者其他形状的孔。
通孔延伸形成筒体15。例如，筒体15与盖板本体11是一体成型的。筒体15凸出于盖板本体11的至少一个表面。例如，筒体15与盖板本体11垂直。这使得泄压部12的结构更加规整。
当然，在其他示例中，筒体15与盖板本体11的夹角为锐角或钝角。这样，同样能够起到泄压的作用。
泄压部12位于筒体15中，并与筒体15密封连接。筒体15可以是通径的筒体15，例如圆柱形、长方体形或者其他形状的棱柱形；也可以是变径的筒体15，例如，棱台形、圆台形等。只要能与泄压部12形成密封连接即可。
泄压部12被配置为响应于盖板本体11的变形而产生裂缝或者从盖板本体11上脱落。泄压部12呈环形。泄压部12为绝缘材料，例如，无机非金属材料。这种材料具有韧性小，脆性大，易形成裂纹的特点，从而能够在壳体本体内部压强达到设定值时及时地进行泄压。
例如，在锂离子电池的内部气压达到设定值时，会使盖板本体11发生显著的变形。该变形通过筒体15作用到泄压部12，例如，筒体15的至少一部分挤压泄压部12，使的泄压部12产生裂缝，或者在泄压部12与筒体15之间形成缝隙。裂缝和缝隙均能够形成气体的泄漏通道，这使得内部气体能够释放出去；或者裂缝与缝隙相连通以形成泄漏通道。
例如，在锂离子电池的内部气压迅速上升时，泄压部12的至少局部因受到内部高压的作用而从筒体15内脱落，从而形成泄漏通道，以进行迅速泄压。
在其他示例中，盖板本体11的变形不限于受到气压。还可以是，锂离子电池因受到外力挤压而产生变形。变形导致泄压部12脱落。受损的锂离子电池内部的能量转换元件在使用过程中，一旦产生气体。该气体就会从通孔释放出。
中心导体13被设置在泄压部12的内环中，并沿轴向贯穿泄压部12。中心导体13的材质为金属，例如，不锈钢、碳钢、可伐合金等。
在该例子中，由于盖板本体11、泄压部12和中心导体13位于同一层，故具有更小的厚度，在高度方向上占用的空间小。相比于多层设置的盖板组件，这种结构的结构简单，组装更容易。
此外，泄压部12能够起到泄压的作用，提高了锂离子电池的安全性能。
此外，中心导体13具有导通的功能，该盖板组件能够作为锂离子电池的至少一个电极。
此外，筒体15与泄压部12之间能够形成更加良好的密封连接。这使得在盖板本体11的厚度较小的条件下仍具有良好的密封效果，适用于针形电池、纽扣电池等小形储能元件。
在一个例子中，泄压部12的材质为玻璃或者陶瓷。在制作时，将玻璃或者陶瓷的坯料设置在通孔中。中心导体13嵌在坯料中。然后将坯料进行预烧，以获得结构强度，并使泄压部12与通孔以及中心导体13形成密封连接(即封接)。
例如，当选用玻璃材质时，泄压部12为微晶玻璃、硼硅酸盐玻璃、磷酸盐玻璃或者其它特种玻璃。玻璃可以形成实体结构、中空结构或者镂空结构，只要满足泄压压强的要求即可。
在一个例子中，筒体15凸出于盖板本体11的其中一个表面。盖板本体11、泄压部12和中心导体13的在与筒体15相背的一侧是相平齐的。
定义在组装成锂离子电池后，盖板本体11的靠近电芯19的一个表面为内表面，远离电芯19的表面为外表面。例如，如图1-2所示，筒体15凸出于外表面，则内表面是平齐的。这样，筒体15不会占用壳体内部的空间。
或者是，如图3所示，筒体15凸出于内表面，则外表面是平齐的。这种结构使得锂离子电池的外形规整，空间利用率高。
在这两种凸出方式中，泄压部12和筒体15之间均能形成良好的密封连接。
在其他例子中，如图4所示，筒体15朝内表面和外表面凸出。这样筒体15与泄压部12之间的封接面积更大，密封效果更好，这需要泄压时的临界压力值更高。
在一个例子中，如图3所示，盖板本体11和中心导体13分别作为锂离子电池的一个电极。例如，中心导体13作为正极。盖板本体11作为负极。泄压部12包括覆盖筒体15的自由端的端面的延伸部21。
自由端是指筒体15的远离盖板本体11的一端。当筒体15凸出于外表面时，延伸部21覆盖在自由端的端面。当中心导体13通过导线与外部电路连接时，由于延伸部21的存在，故导线不会碰触筒体15，这样能有效地防止出现短路。
如图3所示，当筒体15凸出于内表面时，延伸部21覆盖在自由端的端面。当中心导体13通过极耳或者导线与电芯19连接时，由于延伸部21的存在，故极耳或者导线不会碰触筒体15，这样能有效地防止出现短路。
当筒体15凸出于内表面和外表面时，延伸部21覆盖两个自由端的端面。同样能够有效地防止出现短路。
在一个例子中，如图5所示，盖板本体11的外边缘向一侧延伸，以形成环形连接部23。在进行组装时，环形连接部23扣合在壳体的开口端，例如，环形连接部23位于开口端的内侧或者外侧。环形连接部23具有更大的连接面积，从而使得盖板本体11与壳体的连接变得容易。例如，采用激光焊接、电阻焊接、滚槽等方式进行连接。
定义筒体15的与壳体本体连接的部位为根部。当根部为直角时，如图1所示，在根部容易形成应力集中。壳体本体的变形在根部产生较大的应力，使得根部产生塑性变形。这样，壳体本体的变形不会引起筒体15的横向移动，即壳体本体的变形无法传递到筒体15，筒体15不会挤压或者拉伸泄压部12，不会形成裂缝和裂纹。锂离子电池的防爆元件失效。
为了解决该技术问题，在一个例子中，筒体15在根部的外侧形成外倒角(如图2中R1所示)。外倒角能够有效地降低根部产生的应力集中，使得壳体本体的变形能够迅速传递到筒体15。这样，筒体15的上半部分挤压泄压部12，下半部分拉伸泄压部12，从而更容易形成泄压通道。
此外，泄压部12的高度很难做的很小，例如，高度小于0.5mm。而一些小型的锂离子电池要求的泄压压强很小。这需要泄压部12的有效高度做到0.2mm、0.3mm、0.4mm，甚至更小。然而，以现有的加工技术很难达到。
在一个例子中，筒体15在根部的内侧形成内倒角(如图2中R2所示)。泄压部12填充在内倒角围成的区域内。泄压部12包括直段(如图2中b所示)和弯曲段。直段与筒体15之间形成有效的密封连接。
泄压部12的有效高度，即直段的尺寸对于泄压压强起决定作用。直段的长度越大则泄压压强越大；反之，直段的长度越小则泄压压强越小。而泄压部12的位于内倒角所围成区域内的部分(即弯曲段)对泄压压强的作用很小。通过设置内倒角，能够有效地减小直段与筒体15的封接面积，泄压部12的有效高度降低。
这样，即使泄压部12的整体高度为0.5mm甚至更大，由于弯曲段对泄压压强的影响小，故泄压部12的有效高度能够达到0.2mm、0.3mm、0.4mm甚至更小。这使得防爆元件具有更低的泄压压强，满足了小型锂离子电池的使用要求，例如针形电池或者纽扣电池。
在一个例子中，如图6-7所示，中心导体13凸出于泄压部12的至少一个端面。在该例子中，当中心导体13与其他元器件电连接时，例如，通过导线或者FPCB进行连接，导线或者FPCB不易碰触筒体15。
此外，在进行激光焊接时，由于中心导体13凸出于泄压部12，故导线或者FPCB更容易定位到中心导体13上，从而使得焊接的位置更准确。
在一个例子中，如图7所示，在盖板的外表面设置有绝缘层16。绝缘层16覆盖泄压部12的上端面。中心导体13的上端面是裸露的。
例如，绝缘层16为塑料、橡胶、硅胶等材料制成的薄膜。薄膜被粘结在盖板的外表面和泄压部12上。薄膜的中部具有供中心导体13露出的孔。
或者，绝缘层16为由绝缘材料制成的绝缘涂层。
在该例子中，绝缘层16能有效地防止的导线或者FPCB在与中心导体13连接时，碰触盖板本体11。这样，能有效地防止形成短路。
此外，绝缘层能有效地防止泄压部12被外部物体撞击。
根据本公开的另一个实施例，提供了一种锂离子电池。锂离子电池的形状为圆柱形、长方体形、椭圆柱形或者其他形状。
该锂离子电池包括能量转换元件、壳体以及上述的盖板组件。能量转换元件用于进行化学能和电能之间的转换，例如，锂离子电池的电芯19等。
壳体包括筒状部24。例如，筒状部24的横截面呈圆形、矩形、椭圆形等。能量转换元件位于筒状部24围成的腔体内。
盖板本体11盖合在筒状部24的一端。盖板本体11和中心导体13分别与能量转换元件的两个电极连接。例如，盖板本体11和中心导体13分别作为锂离子电池的正、负极。
例如，盖板组件为两个。两个盖板本体11分别设置在筒状部24的相对的两端。
还可以是，盖板组件为一个。筒状部24的与盖板组件相对的一端为底部25。底部25与筒状部24是一体成型的。
该锂离子电池具有安全系数高、能量密度高的特点。
在一个例子中，盖板组件的筒体15向腔体内凸出。能量转换元件在与筒体15和泄压部12相对应的部位形成凹陷结构。
例如，锂离子电池的电芯19为卷绕结构。电芯19包括中心柱20和膜电极。膜电极包括正极材料、负极材料和位于正极材料和负极材料之间的隔离膜。膜电极卷绕在中心柱20上。卷绕结构的中部形成凹陷结构，即边缘与中部形成落差。在进行组装时，筒体15和泄压部12位于凹陷结构内。
这种设置方式充分利用了壳体内部的空间，这使得电芯19能存储更多的电能。锂离子电池的能量密度更高。
在一个例子中，在中心导体13与凹陷结构之间形成间隙14。中心导体13通过极耳与能量转换元件的一个电极(例如，电芯19的正极材料)连接。极耳在间隙14内形成可伸缩结构22。可伸缩结构22即极耳预留出设定的长度，从而可以根据实际需要进行拉伸或者缩短，这样，极耳的端部的位置可以根据实际需要进行定位，而不是固定不变的。通过这种方式，能够降低对其他部件组装的精度要求，降低了锂离子电池组装的难度。
例如，可伸缩结构可以是但不局限于U形、折叠形、波浪形等结构，本领域技术人员可以根据实际需要进行选择。
根据本公开的又一个实施例，提供了一种锂离子电池。如图5所示，在该例子中，盖板本体11的外边缘向一侧延伸，以形成环形连接部23。盖板本体11盖合在筒状部24的一端。能量转换元件(例如，电芯19)位于筒状部24内。盖板本体11和中心导体13分别与能量转换元件的两个电极连接。
盖板本体11的外边缘向一侧延伸以形成环形连接部23。筒状部24的端形成向内的收口部26。收口部26即在筒状部24的口部形成向内收缩的结构。环形连接部23套设在收口部26的外侧。环形连接部23与收口部26重叠。例如，采用激光焊接、电阻焊接、滚槽等方式将盖板本体11与壳体连接在一起。环形连接部23使得盖板本体11与壳体的组装变得容易。
在一个例子中，该锂离子电池的绝缘强度超过1000V。锂离子电池密封的压力等级超过传统塑料铆合锂离子电池的压力等级至少3个数量级。
虽然已经通过例子对本发明的一些特定实施例进行了详细说明，但是本领域的技术人员应该理解，以上例子仅是为了进行说明，而不是为了限制本发明的范围。本领域的技术人员应该理解，可在不脱离本发明的范围和精神的情况下，对以上实施例进行修改。本发明的范围由所附权利要求来限定。
Claims (15)
1.一种用于锂离子电池的盖板组件，其中，包括：
盖板本体，所述盖板本体的中部具有通孔，所述通孔延伸形成筒体，所述筒体凸出于所述盖板本体的至少一个表面；
泄压部，所述泄压部位于所述筒体内并与所述筒体密封连接，所述泄压部呈环形，所述泄压部被配置为响应于所述盖板本体的变形而产生裂缝或者从所述盖板本体上脱落；以及
中心导体，所述中心导体被设置在所述泄压部的内环中，并沿轴向贯穿所述泄压部。
2.根据权利要求1所述的用于锂离子电池的盖板组件，其中，所述泄压部为无机非金属材料。
3.根据权利要求2所述的用于锂离子电池的盖板组件，其中，所述泄压部的材质为玻璃或者陶瓷。
4.根据权利要求1所述的用于锂离子电池的盖板组件，其中，所述筒体凸出于所述盖板本体的其中一个表面，所述盖板本体、所述泄压部和所述中心导体的与所述筒体相背的一侧是相平齐的。
5.根据权利要求2所述的用于锂离子电池的盖板组件，其中，所述盖板本体和所述中心导体分别作为锂离子电池的一个电极，所述泄压部包括覆盖所述筒体的自由端的端面的延伸部。
6.根据权利要求1-5中的任意一项所述的用于锂离子电池的盖板组件，其中，所述盖板本体的外边缘向一侧延伸，以形成环形连接部。
7.根据权利要求1-5中的任意一项所述的用于锂离子电池的盖板组件，其中，所述筒体与所述盖板本体垂直。
8.根据权利要求1-5中的任意一项所述的用于锂离子电池的盖板组件，其中，定义所述筒体的与所述盖板本体连接的部位为根部，在所述根部的外侧形成外倒角。
9.根据权利要求1-5中的任意一项所述的用于锂离子电池的盖板组件，其中，定义所述筒体的与盖板本体连接的部位为根部，在所述根部的内侧形成内倒角，所述泄压部填充在所述内倒角围成的区域内。
10.根据权利要求1-5中的任意一项所述的用于锂离子电池的盖板组件，其中，所述中心导体凸出于所述泄压部的至少一个端面。
11.根据权利要求1-5中的任意一项所述的用于锂离子电池的盖板组件，其中，在所述盖板的外表面设置有绝缘层，所述绝缘层覆盖所述泄压部的上端面，所述中心导体的上端面是裸露的。
12.一种锂离子电池，其中，包括：
能量转换元件：
壳体，所述壳体包括筒状部，所述能量转换元件位于所述筒状部围成的腔体内；以及
如权利要求1-11中的任意一项所述的盖板组件，所述盖板本体盖合在所述筒状部的一端，所述盖板本体和所述中心导体分别与所述能量转换元件的两个电极连接。
13.根据权利要求12所述的锂离子电池，其中，所述盖板组件的筒体向所述腔体内凸出，所述能量转换元件在与所述筒体和所述泄压部相对应的部位形成凹陷结构。
14.根据权利要求13所述的锂离子电池，其中，在所述中心导体与所述凹陷结构之间形成间隙，所述中心导体通过极耳与所述能量转换元件的一个电极连接，所述极耳在所述间隙内形成可伸缩结构。
15.一种锂离子电池，其中，包括：
能量转换元件；
壳体，所述壳体包括筒状部，所述能量转换元件位于所述筒状部内；以及
如权利要求6所述的盖板组件，所述盖板本体盖合在所述筒状部的一端，所述盖板本体和所述中心导体分别与所述能量转换元件的两个电极连接；
所述筒状部的端形成向内的收口部，所述环形连接部套设在所述收口部的外侧。
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