CN113140863A - 一种电池阻燃盖板、锂离子电池及车辆 - Google Patents

一种电池阻燃盖板、锂离子电池及车辆 Download PDF

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Abstract

本申请公开了一种电池阻燃盖板、锂离子电池及车辆，电池阻燃盖板包括：电池盖板和阻燃装置；阻燃装置设于电芯和电池盖板之间；电池盖板上设置有防爆阀；阻燃装置包括阻燃盖板和阻燃盒体，阻燃盖板设有通孔，阻燃盒体悬挂于通孔内，且阻燃盒体与防爆阀对应设置；阻燃盒体的开口面与电池盖板的底面贴合连接；阻燃盒体设有第一压力和熔点薄弱区域。基于上述技术方案，当电池在受到热冲击、振动或挤压等情况下时，电池内部快速升温增压，当达到第一压力和熔点薄弱区域的熔点或压力承受范围时，阻燃盒体的第一压力和熔点薄弱区域会及时破裂并释放内置的阻燃剂进入电芯，从而降低电解液的可燃性，有效防止电池燃烧或爆炸，提高电池安全性能。

Description

一种电池阻燃盖板、锂离子电池及车辆
技术领域
本申请涉及锂离子电池技术领域，特别涉及一种电池阻燃盖板、锂离子电池及车辆。
背景技术
随着电动车的发展，大量的动力电池组应用在汽车上，因此电池的安全性也越来越受到人们关注；当电池在受到热冲击、过充、过放、短路、振动、挤压等滥用状态下，电池内部的活性物质与电解液等组分间将发生化学、电化学反应，产生大量的热量与气体，引起电池的升温，当热量和内压累积到一定程度的时候，如果不及时采取措施，就会引起电池的燃烧或爆炸。
因此，为防止异常发生后电池燃烧或爆炸，现有技术中一般在电池盖板上安装防爆阀，当电池内部气压超过防爆阀的开启压力时，防爆阀开启，释放掉电池内部的可燃性气体，以防止电池爆炸，而在实际验证时发现，当电池内部发生异常后，此时内部压力还较小，无法立即启动防爆阀，经过3-5秒后，其内部温度和压力才会瞬间上升，从而使防爆阀开启，但开启的同时会有大量高温可燃性气体从防爆孔瞬间喷出，与外部氧气结合后仍存在燃烧的风险，尤其是正极材料为三元的锂离子电池，当电池内部达到材料的热失控温度时，容易产生明火现象，存在极大安全隐患。
发明内容
为解决上述技术问题，本申请公开了一种电池阻燃盖板，包括：电池盖板和阻燃装置；
所述阻燃装置设于电芯和所述电池盖板之间；
所述电池盖板上设置有防爆阀；
所述阻燃装置包括阻燃盖板和阻燃盒体，所述阻燃盖板设有通孔，所述阻燃盒体悬挂于所述通孔内，且所述阻燃盒体与所述防爆阀对应设置；
所述阻燃盒体的开口面与所述电池盖板的底面贴合连接；
所述阻燃盒体设有第一压力和熔点薄弱区域。
进一步地，所述第一压力和熔点薄弱区域包括所述阻燃盒体底部设置有刻痕的区域。
进一步地，所述阻燃盖板上设有第二压力和熔点薄弱区域；所述第二压力和熔点薄弱区域包括所述阻燃盖板底部设置有刻痕的区域。
进一步地，所述第一压力和熔点薄弱区域和所述第二压力和熔点薄弱区域的可承受压力均低于所述防爆阀的爆破压力；所述第一压力和熔点薄弱区域和所述第二压力和熔点薄弱区域的热熔温度均低于电池的正极材料的热失控温度。
进一步地，所述阻燃盒体的材质为绝缘材质；所述绝缘材质包括聚丙烯、聚乙烯、聚苯硫醚或聚偏氟乙烯中的任意一种。
进一步地，所述阻燃盒体的开口面的尺寸小于所述防爆阀的最小横截面的尺寸。
进一步地，所述阻燃装置包括连接部；所述阻燃盒体外壁的部分区域通过所述连接部与所述通孔的内壁连接。
进一步地，所述连接件包括多个连接杆，所述阻燃盒体外壁的部分区域通过所述多个连接杆与所述通孔的内壁连接。
进一步地，所述阻燃盒体内容纳有固态阻燃剂；所述固态阻燃剂包括由红磷、氢氧化铝和膨胀性石墨组成的混合阻燃剂。
本申请第二方面提供一种锂离子电池，包括所述电池阻燃盖板。
本申请第三方面提供一种车辆，包括所述锂离子电池。
采用上述技术方案，本申请具有如下有益效果：
本申请提供的阻燃盖板包括阻燃装置增加了悬挂式阻燃盒体，不在增加阻燃装置占用空间；且阻燃盒体设有第一压力和熔点薄弱区域，当电池在受到热冲击、过充、过放、短路、振动或挤压等滥用情况下时，电池内部快速升温增压，当达到第一压力和熔点薄弱区域的熔点或压力承受范围时，阻燃盒体的第一压力和熔点薄弱区域会及时破裂并释放内置的阻燃剂进入电芯，从而降低电解液的可燃性，有效防止电池燃烧或爆炸，提高电池安全性能。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，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为本申请实施例一种电池阻燃盖板的分解示意图。
图2为本申请实施例一种阻燃盖板的背面的示意图。
图3为本申请实施例一种阻燃盖板的正面的示意图。
图4为本申请实施例一种锂离子电池的示意图。
以下对附图作补充说明：
1-电池盖板；2-阻燃盖板；21-正极耳避让孔位；22-注液孔避让孔位；22-负极耳避让孔位；24-大热熔区；25-小热熔区；26-液态阻燃剂；27-热熔面；3-阻燃盒体；31-阻燃盒体底部的刻痕；32-连接部；33-固态阻燃剂；4-防爆阀；5-正极焊盘；6-负极焊盘；7-阻燃剂注入孔；81-正极耳；82-负极耳；83-电芯；84-聚脂薄膜；85-铝壳；9-注液孔。
具体实施方式
下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。
此处所称的“一个实施例”或“实施例”是指可包含于本申请至少一个实现方式中的特定特征、结构或特性。在本申请实施例的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“顶”、“底”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申请和简化描述，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申请的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含的包括一个或者更多个该特征。而且，术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本申请的实施例能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。
请参见图1，图1为本申请实施例一种电池阻燃盖板2的示意图，图1中的电池阻燃盖板2包括：电池盖板1和阻燃装置；
阻燃装置设于电芯和电池盖板1之间；
电池盖板1上设置有防爆阀4；
阻燃装置包括阻燃盖板2和阻燃盒体3，阻燃盖板2设有通孔，阻燃盒体3悬挂于通孔内，且阻燃盒体3与防爆阀4对应设置；本申请在阻燃装置上增加了悬挂式阻燃盒体3，由于其阻燃盒体3悬挂于阻燃盖板2的通孔内，所以不增加占比空间，能够有效减小对电池基本功能及电池能量密度的影响。且阻燃盒体3与防爆阀4对应设置；使得阻燃盖板2与电池盖板1衔接后能够形成一体式的阻燃盖板2，提高阻燃效果。
阻燃盒体3的开口面与电池盖板1的底面贴合连接；能够预防阻燃剂泄露或溢出；本申请实施例中，阻燃盒体3的高度可以与阻燃盖板2的高度保持一致，以此达到电池盖板1与阻燃盖板2以及阻燃盖板2与电芯连接后，面与面之间的紧密贴合。
阻燃盒体3设有第一压力和熔点薄弱区域。阻燃盒体3设有第一压力和熔点薄弱区域，当电池在受到热冲击、过充、过放、短路、振动或挤压等滥用情况下时，电池内部快速升温增压，当达到第一压力和熔点薄弱区域的熔点或压力承受范围时，阻燃盒体3的第一压力和熔点薄弱区域会及时破裂并释放内置的阻燃剂进入电芯，从而降低电解液的可燃性，有效防止电池燃烧或爆炸，提高电池安全性能。
本申请实施例中，第一压力和熔点薄弱区域包括阻燃盒体底部的刻痕31所在的区域。该刻痕与可以削薄设定区域形成；或者在设定区域刻多条沟槽，使设定区域碎片化，从而能够降低阻燃盒体3第一压力和熔点薄弱区域的压力和熔点，当电池内部快速升温增压，当达到阻燃盒体3的的有刻痕的区域熔点或压力承受范围时，阻燃装置底部的刻痕处会及时破裂并释放内置的阻燃剂进入电芯，从而降低电解液的可燃性，有效防止电池燃烧或爆炸，提高电池安全性能。可实施的，第一压力和熔点薄弱区域还可以包括阻燃盒体3侧面设置有刻痕的区域。本申请实施例中，阻燃盒体3的底面的刻痕形状可以为三角形刻痕围成圆圈状，其中三角形刻痕深度可以为0.2-1.8mm，角度可以为40-60度；围成圆圈状有助于当达到熔点或可承受压力时，阻燃盒体3逐步沿刻痕向外扩大开启面积。
本申请实施例中，如图2所示，阻燃盖板2上设有第二压力和熔点薄弱区域；第二压力和熔点薄弱区域包括阻燃盖板2底部设置有刻痕的区域。
当电池内部温度上升，阻燃盖板2底部的第二压力和熔点薄弱区域也会沿刻痕受热熔化，逐步收缩扩大开启面积，而此时阻燃盒体3上的刻痕也会受热融化，释放阻燃剂进入电芯内部从而进行阻燃；当电池内部压力上升，超过阻燃盖板2底部的第二压力和熔点薄弱区域和阻燃盒体3底部的第一压力和熔点薄弱区域的可承受压力范围时，阻燃盖板2底部的第二压力和熔点薄弱区域和阻燃盒体3底部的第一压力和熔点薄弱区域都会沿刻痕处破裂，并逐步扩大开启面积；且本申请实施例中，第一压力和熔点薄弱区域和第二压力和熔点薄弱区域的可承受压力均低于防爆阀4的爆破压力,其中，第一压力和熔点薄弱区域和第二压力和熔点薄弱区域的可承受压力范围为0.45-0.55Mpa，防爆阀4的爆破压力可以为0.6-0.9Mpa，可做到先阻燃后起爆。本申请实施例中，第二压力和熔点薄弱区域可以分为大热熔区24和小热熔区25，其中小热熔区25可以为正极耳避让孔位21和负极耳避让孔位23外围相对的两个较窄的区域，该区域因为较窄，所以刻痕围成的图形可以采用小面积图形；其他区域为大热熔区24，因面积较大，可以采用多个较大的大面积刻痕。
本申请实施例中，第一压力和熔点薄弱区域和第二压力和熔点薄弱区域的热熔温度均低于电池的正极材料的热失控温度。可实施的，第一压力和熔点薄弱区域和第二压力和熔点薄弱区域的热熔温度范围为可以100-180℃；电池正极材料的热失控温度为200-600℃，能够保证在电池的正极材料热失控前第一压力和熔点薄弱区域和第二压力和熔点薄弱区域均融化，释放阻燃剂。
本申请实施例中，阻燃盖板2上还设有正极耳避让孔位和负极耳避让孔位；加上阻燃盖板2底部也设置有第二压力和熔点薄弱区域，能够快速融化；使得阻燃剂的释放面积可覆盖到整个电芯顶部3/4截面，可使阻燃剂释放的更加均匀，且本申请悬挂式阻燃盒体3可以正对电池盖板1的防爆阀4设置，爆破时可更有效的降低了电解液的可燃性。
本申请实施例中，阻燃盖板上还设有注液孔避让孔位22，电池盖板上设有注液孔9。
本申请实施例中，阻燃盒体3的材质为绝缘材质；且阻燃盒体3的材质耐腐蚀，可根据实际熔点需求选择材质，当达到阻燃盒体3的熔点时，阻燃盒体3可受热收缩熔化；绝缘材质可以包括聚丙烯、聚乙烯、聚苯硫醚或聚偏氟乙烯中的任意一种或多种的组合。
本申请实施例中，阻燃盒体3的开口面的尺寸小于防爆阀4的最小横截面的尺寸。可实施的，阻燃盒体3和防爆阀4均可以呈椭圆形或腰性，阻燃盒体3的开口面或横截面形状与防爆阀4形状类似，其中，防爆阀4外壁可设置有与阻燃盒体3的开口面形状一致的腰形或椭圆形刻痕，阻燃盒体3的开口面的尺寸小于盖板防爆阀4刻痕的外形尺寸1-3mm，用以避开防爆阀4刻痕，提供气流空间。
本申请实施例中，如图3所示，阻燃装置包括连接部；阻燃盒体3外壁的部分区域通过连接部与通孔的内壁连接。本申请实施例中，阻燃盒体3外壁的部分区域通过连接部与通孔的内壁连接，使得先挂盒体与通孔内壁不是封闭状态，避免了因悬挂式阻燃盒体3而阻碍气体的流通，从而阻挡防爆阀4正常起爆的问题的发生。
本申请实施例中，连接件32可以包括多个连接杆，阻燃盒体3外壁的部分区域通过多个连接杆与通孔的内壁连接。可实施的，该连接杆可以为圆柱形状，圆形支柱的直径可以为3-5mm，连接杆的数量可以为四根；四根连接杆均匀分布并连接于阻燃盒体3的外壁；本申请实施例中，连接杆的数量、形状、尺寸均可以根据实际需求设置。
本申请实施例中，阻燃盒体3内容纳有固态阻燃剂33；其中，阻燃盒体3的壁厚尺寸范围可以为0.4-2mm；固态阻燃剂33包括由红磷、氢氧化铝和膨胀性石墨组成的混合阻燃剂。本申请实施例中，阻燃剂的类型可以为固态阻燃剂33，由固态粉末状的阻燃剂经压缩、振实后形成，其中固态阻燃剂33可以包括有机阻燃剂、无机阻燃剂或无机阻燃剂和有机阻燃剂混合形成的混合阻燃剂；其中，有机阻燃剂可以包括卤系阻燃剂、磷系阻燃剂、氮系阻燃剂、磷-卤系阻燃剂中的一种或几种；无机阻燃剂可以包括三氧化二锑、氢氧化镁、氢氧化铝或硅系氧化物中的一种或几种。本申请实施例还提供一种混合阻燃剂，该组合阻燃剂包括红磷、氢氧化铝以及膨胀性石墨制成，具有良好的阻燃效果。
本申请实施例中，阻燃盖板2上设置有阻燃剂注入孔7，阻燃盖板2内可以通过阻燃剂注入孔7注入液态阻燃剂26，和阻燃盒体3内的固态阻燃剂33共同阻燃。
本申请第二方面提供一种锂离子电池，如图4所示，包括电池阻燃盖板2、电芯83、聚脂薄膜84以及铝壳85等，聚脂薄膜84包覆电芯83，聚脂薄膜84顶部四周需要通过热熔方式将其焊接在阻燃盖板2的热熔面27上。
电芯83的正极耳81和负极耳82通过阻燃盖板2上的正极避让孔位和负极避让孔位与电池盖板上的正极焊盘55和负极焊盘66进行平行贴合后焊接，使电芯83与阻燃盖板2连为一体。
本申请第三方面提供一种车辆，包括上述锂离子电池。
以上仅为本申请的较佳实施例，并不用以限制本申请，凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种电池阻燃盖板，其特征在于，包括：电池盖板(1)和阻燃装置；
所述阻燃装置设于电芯和所述电池盖板(1)之间；
所述电池盖板上设置有防爆阀；
所述阻燃装置包括阻燃盖板(2)和阻燃盒体(3)，所述阻燃盖板(2)设有通孔，所述阻燃盒体(3)悬挂于所述通孔内，且所述阻燃盒体(3)与所述防爆阀(4)对应设置；
所述阻燃盒体(3)的开口面与所述电池盖板(1)的底面贴合连接；
所述阻燃盒体(3)设有第一压力和熔点薄弱区域。
2.根据权利要求1所述的电池阻燃盖板，其特征在于，所述第一压力和熔点薄弱区域包括所述阻燃盒体(3)底部设置有刻痕的区域。
3.根据权利要求2所述的电池阻燃盖板，其特征在于，所述阻燃盖板(2)上设有第二压力和熔点薄弱区域；所述第二压力和熔点薄弱区域包括所述阻燃盖板(2)底部设置有刻痕的区域。
4.根据权利要求3所述的电池阻燃盖板，其特征在于，所述第一压力和熔点薄弱区域和所述第二压力和熔点薄弱区域的可承受压力均低于所述防爆阀(4)的爆破压力；所述第一压力和熔点薄弱区域和所述第二压力和熔点薄弱区域的热熔温度均低于电池的正极材料的热失控温度。
5.根据权利要求1所述的电池阻燃盖板，其特征在于，所述阻燃盒体(3)的材质为绝缘材质；所述绝缘材质包括聚丙烯、聚乙烯、聚苯硫醚或聚偏氟乙烯中的任意一种。
6.根据权利要求1所述的电池阻燃盖板，其特征在于，所述阻燃盒体(3)的开口面的尺寸小于所述防爆阀的最小横截面的尺寸。
7.根据权利要求1所述的电池阻燃盖板，其特征在于，所述阻燃装置包括连接部；所述阻燃盒体(3)外壁的部分区域通过所述连接部与所述通孔的内壁连接。
8.根据权利要求7所述的电池阻燃盖板，其特征在于，所述连接件包括多个连接杆，所述阻燃盒体(3)外壁的部分区域通过所述多个连接杆与所述通孔的内壁连接。
9.一种锂离子电池，其特征在于，包括权利要求1-8任一项所述电池阻燃盖板。
10.一种车辆，其特征在于，包括权利要求9所述锂离子电池。
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