CN110783519A - 一种防止电池外短路的连接结构及电池顶盖 - Google Patents
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Abstract
本发明属于电池生产的技术领域，具体涉及一种防止电池外短路的连接结构，包括绝缘板(1)及设置在所述绝缘板(1)的过孔(2)，所述过孔(2)设置有可熔断体(3)，所述可熔断体(3)用于连接电池的焊接环(7)和顶盖(5)，所述过孔(2)的顶部设置有导电层(4)；和/或所述过孔(2)的底部设置有导电层(4)。本发明能够自动断开极柱和顶盖间的电流，防止外部零件与壳体造成大电流，提高电芯的安全性能，同时，连接结构重量较轻，有利于提高电池的轻量化水平，从而降低生产成本。此外，本发明还公开了一种电池顶盖。
Description
技术领域
本发明属于电池生产的技术领域，具体涉及一种防止电池外短路的连接结构及电池顶盖。
背景技术
如今，各国都在大力发展绿色、高效二次电池。锂离子电池作为一种新型二次电池，具有能量密度和功率密度大、工作电压高、重量轻、体积小、循环寿命长、安全性好、绿色环保等优点，同时，也随着现代社会的发展和人们环保意识的增强，越来越多的设备选择以锂电池作为电源，如手机、笔记本电脑、电动工具和电动汽车等等，这为锂电池的应用与发展提供了广阔的空间。
然而，在锂电池的使用过程中，锂电池内的电流过大则容易导致锂电池损坏，持续的过大电流充电则极容易造成锂电池的寿命降低，更严重的，会导致锂电池发生爆炸等危险事故，目前，将电阻块设置在正极柱和顶盖片之间，当气压时，翻转片翻转，电阻块使电池内部发生短路，以防止电池损坏甚至发生爆炸。发明人发现这种方案至少还存在以下缺陷：第一，电阻块的质量较大，增加电池壳体的整体重量；第二，当外部零件与壳体造成短路时，即外短路时，不能及时断开极柱间的电流，造成电芯安全性能降低。
发明内容
本发明的目的之一在于：针对现有技术的不足，提供一种防止电池外短路的连接结构，能够自动断开极柱和顶盖间的电流，防止外部零件与壳体造成大电流，提高电芯的安全性能，同时，连接结构重量较轻，有利于提高电池的轻量化水平，从而降低生产成本。
为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种防止电池外短路的连接结构，包括绝缘板及设置在所述绝缘板的过孔，所述过孔设置有可熔断体，所述可熔断体用于连接电池的焊接环和顶盖，所述过孔的顶部设置有导电层；和/或所述过孔的底部设置有导电层。
作为本发明所述的一种防止电池外短路的连接结构的一种改进，所述可熔断体容置于所述过孔；或所述可熔断体设置于所述过孔的孔壁。当电池的体积较大时，为了控制可熔断体的熔断电流，可以根据实际的熔断需要，将可熔断体设置于过孔的孔壁，同时，也可以通过把过孔直径缩小，将可熔断体完全容置于过孔，实现可熔断体在电池发生大电流时，自动断开正极柱和顶盖间的电流，防止外部零件与壳体造成大电流，提高电芯的安全性能。
作为本发明所述的一种防止电池外短路的连接结构的一种改进，所述绝缘板包括电路板及设置在所述电路板的极柱通孔，所述导电层围绕所述极柱通孔设置。增加极柱通孔，便于将正极柱穿过极柱通孔安装于顶盖；导电层围绕极柱通孔设置，有效利用绝缘板的顶面和底面空间，提高过孔内可熔断体与正极柱及顶盖的接触面积，防止电池发生接触不良的情况，影响电池的正常使用，其中，采用印刷电路板工艺制成绝缘板，采用电路板的主要优点是大大减少布线和装配的差错，提高了自动化水平，同时，具有体积小，重量轻，利于电池的小型化。
作为本发明所述的一种防止电池外短路的连接结构的一种改进，所述电路板为玻纤布基板、玻纤复合基板、纸基覆铜板或金属基覆铜板。玻纤布基板、玻纤复合基板、纸基覆铜板或金属基覆铜板常见的电路板的材料，可以根据实际的成本需求，选择玻纤布基板、玻纤复合基板、纸基覆铜板或金属基覆铜板作为电路板，其中，玻纤复合基板还可以为玻纤和纸的复合基板。
作为本发明所述的一种防止电池外短路的连接结构的一种改进，所述导电层包括第一导电层和第二导电层，所述第一导电层嵌于所述绝缘板的顶面，所述第一导电层用于连接所述正极柱，所述第二导电层嵌于所述绝缘板的底面，所述第二导电层用于连接所述顶盖。第一导电层嵌于绝缘板的顶面，第二导电层嵌于绝缘板的底面，能够减少导电层侵占绝缘板的空间，有助于降低电池顶盖的整体高度，从而提高电池的能量密度。
作为本发明所述的一种防止电池外短路的连接结构的一种改进，所述导电层和所述可熔断体均为金属材料。采用金属材料作为导电层和可熔断体，除了铝和铜，还可以是其他熔点较低的金属材料进行替代。
作为本发明所述的一种防止电池外短路的连接结构的一种改进，所述导电层宽度为0.1mm～50mm，所述导电层的厚度为0.1～5.0盎司。限定导电层的宽度，防止导电层过宽，增加导电层整体的生产成本，同时防止导电层过窄，影响导电层与正极柱或顶盖的接触性能；限定导电层的厚度，防止导电层过厚，增加导电层整体的生产成本，同时防止导电层过薄，导致导电层在高电流下熔断，增加连接结构的维修和使用成本。
作为本发明所述的一种防止电池外短路的连接结构的一种改进，所述可熔断体的熔断电流为0.1mA～5000A。限定可熔断体的熔断电流，防止熔断电流过小，影响电池的正常使用，同时，防止熔断电流过大，可熔断体不能及时断开极柱间的电流，造成电芯安全性能降低。
本发明的目的之二在于提供一种电池顶盖，包括顶盖、塑胶件、焊接环、正极柱及如上述的连接结构，所述正极柱和所述顶盖之间套设所述连接结构，所述焊接环焊接于所述正极柱，所述塑胶件包胶于所述正极柱。
需要说明的是：塑胶件使正极柱紧固在顶盖，防止正极柱发生松动而产生安全隐患，保证电池顶盖的可靠性，同时也起到保护顶盖的作用；焊接环相当于在正极柱形成一个台阶，用于紧固塑胶件上下方向的拉力，实现极柱的绝缘和电连接，从而简化生产工序，防止机器加工过程中产生金属丝，影响电芯的安全性能；采用在电池的正极柱和顶盖设置绝缘板，且正极柱和顶盖通过绝缘板上的过孔进行电连接，当电流过大时，超过可熔断体的熔断电流范围，可熔断体在大电流下产生高热进而熔化断裂，即实现自动断开正极柱和顶盖间的电流，防止外部零件与壳体造成大电流，提高电芯的安全性能。
作为本发明所述的一种电池顶盖的一种改进，所述顶盖的底部设置有下塑胶，所述顶盖和所述下塑胶之间设置有防爆阀，所述防爆阀的上方设置有保护膜，所述正极柱和所述顶盖之间套设有密封圈。
本发明的有益效果在于，本发明包括绝缘板及设置在所述绝缘板的过孔，所述过孔设置有可熔断体，所述可熔断体用于连接电池的焊接环和顶盖，所述过孔的顶部设置有导电层；和/或所述过孔的底部设置有导电层。由于现有的结构是将电阻块设置在正极柱和顶盖之间，当气压过大时，翻转片翻转，电阻块能使电池内部发生短路，但电阻块的质量较大，增加电池壳体的整体重量，而且当外部零件与壳体造成短路时，即外短路时，不能及时断开极柱间的电流，造成电芯安全性能降低，因此，采用在电池的正极柱和顶盖设置绝缘板，且正极柱和顶盖通过绝缘板上的过孔进行电连接，当电流过大时，超过可熔断体的熔断电流范围，可熔断体在大电流下产生高热进而熔化断裂，即实现自动断开正极柱和顶盖间的电流，防止外部零件与壳体造成大电流，提高电芯的安全性能；相比电阻片的重量和成本，绝缘板的质量更轻，且成本更低，在确保安全性能的前提下，提高电池的轻量化水平，还能降低生产成本；于本实施例中，绝缘板的面积、厚度和过孔的直径可以根据电池的实际大小进行调整；过孔的顶部和底部设置导电层可以提高过孔内可熔断体与正极柱及顶盖的接触面积，防止电池发生接触不良的情况，影响电池的正常使用。本发明能够自动断开极柱和顶盖间的电流，防止外部零件与壳体造成大电流，提高电芯的安全性能，同时，连接结构重量较轻，有利于提高电池的轻量化水平，从而降低生产成本。
附图说明
图1为本发明的结构示意图。
图2为本发明的剖面示意图。
图3为本发明可熔断体熔断示意图。
图4为本发明的顶盖的分解示意图。
其中：1-绝缘板；2-过孔；3-可熔断体；4-导电层；11-电路板；12-极柱通孔；5-顶盖；6-塑胶件；7-焊接环；8-正极柱；9-下塑胶；10-防爆阀；20-保护膜；30-密封圈。
具体实施方式
如在说明书及权利要求当中使用了某些词汇来指称特定组件。本领域技术人员应可理解，硬件制造商可能会用不同名词来称呼同一个组件。本说明书及权利要求并不以名称的差异来作为区分组件的方式，而是以组件在功能上的差异来作为区分的准则。如在通篇说明书及权利要求当中所提及的“包含”为一开放式用语，故应解释成“包含但不限定于”。“大致”是指在可接受的误差范围内，本领域技术人员能够在一定误差范围内解决技术问题，基本达到技术效果。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、水平”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
在发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接 ；可以是机械连接，也可以是电连接 ；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
以下结合附图对本发明作进一步详细说明，但不作为对本发明的限定。
实施例1
如图1～3所示，一种防止电池外短路的连接结构，包括绝缘板1及设置在绝缘板1的过孔2，过孔2设置有可熔断体3，可熔断体3用于连接电池的焊接环7和顶盖5，过孔2的顶部设置有导电层4，过孔2的底部设置有导电层4。由于现有的结构是将电阻块设置在正极柱8和顶盖5之间，当气压过大时，翻转片翻转，电阻块能使电池内部发生短路，但电阻块的质量较大，增加电池壳体的整体重量，而且当外部零件与壳体造成短路时，即外短路时，不能及时断开极柱间的电流，造成电芯安全性能降低，因此，采用在电池的正极柱8和顶盖5设置绝缘板1，且正极柱8和顶盖5通过绝缘板1上的过孔2进行电连接，当电流过大时，超过可熔断体3的熔断电流范围，可熔断体3在大电流下产生高热进而熔化断裂，即实现自动断开正极柱8和顶盖5间的电流，防止外部零件与壳体造成大电流，提高电芯的安全性能；相比电阻片的重量和成本，绝缘板1的质量更轻，且成本更低，在确保安全性能的前提下，提高电池的轻量化水平，还能降低生产成本；于本实施例中，绝缘板1的面积、厚度和过孔2的直径可以根据电池的实际大小进行调整；过孔2的顶部和底部均设置有导电层可以提高过孔2内可熔断体3与正极柱8及顶盖5的接触面积，防止电池发生接触不良的情况，影响电池的正常使用。
优选的，可熔断体3设置于过孔2的孔壁。当电池的体积较大时，为了控制可熔断体3的熔断电流，可以根据实际的熔断需要，将可熔断体3设置于过孔2的孔壁，同时，也可以通过把过孔2直径缩小，将可熔断体3完全容置于过孔2，实现可熔断体3在电池发生大电流时，自动断开正极柱8和顶盖5间的电流，防止外部零件与壳体造成大电流，提高电芯的安全性能。
优选的，绝缘板1包括电路板11及设置在电路板11的极柱通孔12，导电层4围绕极柱通孔12设置。增加极柱通孔12，便于将正极柱8穿过极柱通孔12安装于顶盖5；导电层4围绕极柱通孔12设置，有效利用绝缘板1的顶面和底面空间，提高过孔2内可熔断体3与正极柱8及顶盖5的接触面积，防止电池发生接触不良的情况，影响电池的正常使用，其中，采用印刷电路板工艺制成绝缘板1，采用电路板11的主要优点是大大减少布线和装配的差错，提高了自动化水平，同时，具有体积小，重量轻，利于电池的小型化。
优选的，电路板11为玻纤布基板、玻纤复合基板、纸基覆铜板或金属基覆铜板。玻纤布基板、玻纤复合基板、纸基覆铜板或金属基覆铜板常见的电路板11的材料，可以根据实际的成本需求，选择玻纤布基板、玻纤复合基板、纸基覆铜板或金属基覆铜板作为电路板11，其中，玻纤复合基板还可以为玻纤和纸的复合基板。
优选的，导电层4包括第一导电层和第二导电层，第一导电层嵌于绝缘板1的顶面，第一导电层用于连接正极柱8，第二导电层嵌于绝缘板1的底面，第二导电层用于连接顶盖5。第一导电层嵌于绝缘板1的顶面，第二导电层嵌于绝缘板1的底面，能够减少导电层4侵占绝缘板1的空间，有助于降低电池顶盖5的整体高度，从而提高电池的能量密度。
优选的，导电层4和可熔断体3均为金属材料。采用金属材料作为导电层4和可熔断体3，除了铝和铜，还可以是其他熔点较低的金属材料进行替代。
优选的，导电层4宽度为0.1mm～50mm，导电层4的厚度为0.1～5.0盎司。限定导电层4的宽度，防止导电层4过宽，增加导电层4整体的生产成本，同时防止导电层4过窄，影响导电层4与正极柱8或顶盖5的接触性能；限定导电层4的厚度，防止导电层4过厚，增加导电层4整体的生产成本，同时防止导电层4过薄，导致导电层4在高电流下熔断，增加连接结构的维修和使用成本。
优选的，可熔断体3的熔断电流为0.1mA～5000A。限定可熔断体3的熔断电流，防止熔断电流过小，影响电池的正常使用，同时，防止熔断电流过大，可熔断体3不能及时断开极柱间的电流，造成电芯安全性能降低。
本发明的工作原理是：
由于现有的结构是将电阻块设置在正极柱8和顶盖5之间，当气压过大时，翻转片翻转，电阻块能使电池内部发生短路，但电阻块的质量较大，增加电池壳体的整体重量，而且当外部零件与壳体造成短路时，即外短路时，不能及时断开极柱间的电流，造成电芯安全性能降低，因此，采用在电池的正极柱8和顶盖5设置绝缘板1，且正极柱8和顶盖5通过绝缘板1上的过孔2进行电连接，当电流过大时，超过可熔断体3的熔断电流范围，可熔断体3在大电流下产生高热进而熔化断裂，即实现自动断开正极柱8和顶盖5间的电流，防止外部零件与壳体造成大电流，提高电芯的安全性能；相比电阻片的重量和成本，绝缘板1的质量更轻，且成本更低，在确保安全性能的前提下，提高电池的轻量化水平，还能降低生产成本；过孔2的顶部和底部均设置有导电层4，可以提高过孔2内可熔断体3与正极柱8及顶盖5的接触面积，防止电池发生接触不良的情况，影响电池的正常使用。
实施例2
与实施例1不同的是：本实施例的过孔2的顶部设置有导电层4；或过孔2的底部设置有导电层4，可熔断体3容置于过孔2。过孔2的顶部或底部设置导电层4，能够保证过孔2内可熔断体3与正极柱8及顶盖5的接触面积，还能降低导电层4的成本，从而降低电池的生产成本；当电池的体积较大时，为了控制可熔断体3的熔断电流，可以根据实际的熔断需要，可熔断体3容置于过孔2，同时，也可以通过把过孔2直径扩大，将可熔断体3完全设置过孔2的孔壁，实现可熔断体3在电池发生大电流时，自动断开正极柱8和顶盖5间的电流，防止外部零件与壳体造成大电流，提高电芯的安全性能。
其他结构与实施例1相同，这里不再赘述。
实施例3
如图4所示，一种电池顶盖，包括顶盖5、塑胶件6、焊接环7、正极柱8及如上述的连接结构，正极柱8和顶盖5之间套设连接结构，焊接环7焊接于正极柱8，塑胶件6包胶于正极柱8。
需要说明的是：塑胶件6使正极柱8紧固在顶盖5，防止正极柱8发生松动而产生安全隐患，保证电池顶盖5的可靠性，同时也起到保护顶盖5的作用；焊接环7相当于在正极柱8形成一个台阶，用于紧固塑胶件6上下方向的拉力，实现极柱的绝缘和电连接，从而简化生产工序，防止机器加工过程中产生金属丝，影响电芯的安全性能；采用在电池的正极柱8和顶盖5设置绝缘板1，且正极柱8和顶盖5通过绝缘板1上的过孔2进行电连接，当电流过大时，超过可熔断体3的熔断电流范围，可熔断体3在大电流下产生高热进而熔化断裂，即实现自动断开正极柱8和顶盖5间的电流，防止外部零件与壳体造成大电流，提高电芯的安全性能。
实施例4
与实施例3不同的是：本实施例的顶盖5的底部设置有下塑胶9，顶盖5和下塑胶9之间设置有防爆阀10，防爆阀10的上方设置有保护膜20，正极柱8和顶盖5之间套设有密封圈30。
需要说明的是：下塑胶9为PPS材料或PSU材料，能够提高顶盖5与电芯的绝缘性能，防止电解液腐蚀顶盖5导致电池短路；防爆阀10能够在电池由于过充、过放、过流及电池内部短路导致电池内压上升时，使电池自动快速泄压，避免电池爆炸导致安全事故的发生；保护膜20能够防止杂质进入到防爆阀10，保证防爆阀10的功能能够实现；密封圈30为氟橡胶，防止电解液通过缝隙腐蚀塑胶件6，防止电解液腐蚀顶盖5导致电池短路，也起到绝缘顶盖5的作用，从而提高顶盖5与电芯的绝缘性能。
其他结构与实施例3相同，这里不再赘述。
根据上述说明书的揭示和教导，本发明所属领域的技术人员还能够对上述实施方式进行变更和修改。因此，本发明并不局限于上述的具体实施方式，凡是本领域技术人员在本发明的基础上所作出的任何显而易见的改进、替换或变型均属于本发明的保护范围。此外，尽管本说明书中使用了一些特定的术语，但这些术语只是为了方便说明，并不对本发明构成任何限制。
Claims (10)
1.一种防止电池外短路的连接结构，其特征在于：包括绝缘板(1)及设置在所述绝缘板(1)的过孔(2)，所述过孔(2)设置有可熔断体(3)，所述可熔断体(3)用于连接电池的焊接环(7)和顶盖(5)，所述过孔(2)的顶部设置有导电层(4)；和/或所述过孔(2)的底部设置有导电层(4)。
2.如权利要求1所述的一种防止电池外短路的连接结构，其特征在于：所述可熔断体(3)容置于所述过孔(2)；或所述可熔断体(3)设置于所述过孔(2)的孔壁。
3.如权利要求1所述的一种防止电池外短路的连接结构，其特征在于：所述绝缘板(1)包括电路板(11)及设置在所述电路板(11)的极柱通孔(12)，所述导电层(4)围绕所述极柱通孔(12)设置。
4.如权利要求3所述的一种防止电池外短路的连接结构，其特征在于：所述电路板(11)为玻纤布基板、玻纤复合基板、纸基覆铜板或金属基覆铜板。
5.如权利要求1所述的一种防止电池外短路的连接结构，其特征在于：所述导电层(4)包括第一导电层和第二导电层，所述第一导电层嵌于所述绝缘板(1)的顶面，所述第一导电层用于连接所述正极柱(8)，所述第二导电层嵌于所述绝缘板(1)的底面，所述第二导电层用于连接所述顶盖(5)。
6.如权利要求1所述的一种防止电池外短路的连接结构，其特征在于：所述导电层(4)和所述可熔断体(3)均为金属材料。
7.如权利要求1所述的一种防止电池外短路的连接结构，其特征在于：所述导电层(4)宽度为0.1mm～50mm，所述导电层(4)的厚度为0.1～5.0盎司。
8.如权利要求1所述的一种防止电池外短路的连接结构，其特征在于：所述可熔断体(3)的熔断电流为0.1mA～5000A。
9.一种电池顶盖，其特征在于：包括顶盖(5)、塑胶件(6)、焊接环(7)、正极柱(8)及如权利要求1～8任一项所述的连接结构，所述正极柱(8)和所述顶盖(5)之间套设所述连接结构，所述焊接环(7)焊接于所述正极柱(8)，所述塑胶件(6)包胶于所述正极柱(8)。
10.如权利要求9所述的一种电池顶盖，其特征在于：所述顶盖(5)的底部设置有下塑胶(9)，所述顶盖(5)和所述下塑胶(9)之间设置有防爆阀(10)，所述防爆阀(10)的上方设置有保护膜(20)，所述正极柱(8)和所述顶盖(5)之间套设有密封圈(30)。
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