CN113690552A - 一种圆柱型锂电池盖帽 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及锂电池技术领域，具体涉及一种圆柱型锂电池盖帽，包括顶盖、防爆片、孔板和密封圈，所述顶盖、所述防爆片和所述孔板从上至下依次排布并置于所述密封圈内，所述防爆片为向上开口的碗状，所述防爆片的中部与所述孔板焊接固定从而以焊接处为分界线在所述防爆片与所述孔板之间形成一个圆环状空隙，所述空隙内填充有有机物单体和引发剂。当锂电池工作环境温度升高时，有机物单体在引发剂的引发下发生聚合，体积变大成为凝胶态，温度越高聚合反应越明显，凝胶态体积越大，从而将防爆片与孔板的连接处顶开，使得锂电池断路，进而避免了锂电池在过高温度下工作发生起火爆炸。
Description
技术领域
本发明涉及锂电池技术领域，具体涉及一种圆柱型锂电池盖帽。
背景技术
随着新能源的发展，二次充放电电池面临机遇和挑战。目前，锂离子电池的发展非常迅速，广泛应用于能源、航天、化工、医疗以及民众生活，随着锂离子电池的广泛应用，锂离子电池的安全性能越发重要，用户对锂离子电池的安全要求也越来越高。
锂离子电池正极设有盖帽，盖帽一般包括顶盖、防爆片、绝缘圈、孔板和密封圈，其中，防爆片、绝缘圈和孔板依次套装在一起。当电池在使用过程中或者环境温度上升时，电池的温度就会升高，温度升高会使电池内部气体膨胀，使电池内部压力增大，容易引起爆炸。为了防止电池因内部压力过大而爆炸，现有技术在防爆片表面设有闭合的刻线。当电池内部压力过大时，在压力作用下防爆片在刻线处断开，使电池内部与外界接通，从而通过顶盖上的排气孔释放电池内部压力防止爆炸。但是，常规防爆片刻线为一个闭合的曲线，当刻线处断开后，防爆片刻线内部区域从防爆片上脱离，脱离部分的防爆片在顶盖内部能够自由移动，存在堵住顶盖排气孔的风险，使内部压力不能通过排气孔释放而引起爆炸，存在安全隐患。
发明内容
本发明的目的在于针对现有技术的不足，提供一种安全性能优异、能够确保锂离子电池安全工作、避免起火爆炸的圆柱型锂电池盖帽。
为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
提供一种圆柱型锂电池盖帽，包括顶盖、防爆片、孔板和密封圈，所述顶盖、所述防爆片和所述孔板从上至下依次排布并置于所述密封圈内，所述防爆片为向上开口的碗状，所述防爆片的中部与所述孔板焊接固定，以焊接处为分界线，在所述防爆片与所述孔板之间形成一个圆环状空隙，所述空隙内填充有有机物单体和引发剂。
上述技术方案中，所述有机物单体为碳酸亚乙烯酯、乙烯基亚硫酸乙烯酯、甲基丙烯酸甲酯、醋酸乙烯酯、聚乙二醇二丙烯酸酯、1.6-己二醇二丙烯酸酯中的至少一种。
上述技术方案中，所述引发剂为偶氮二异丁腈和/或偶氮二异庚腈。
上述技术方案中，所述空隙中有机物单体和引发剂的体积比为100:1-5。
上述技术方案中，所述空隙填充有机物单体100～500ml。
上述技术方案中，所述防爆片的中部向下设置有凸台，所述防爆片的凸台与所述孔板焊接固定。
上述技术方案中，所述防爆片碗状边缘折弯形成包边将所述顶盖的边缘包裹住。
上述技术方案中，所述顶盖边缘通过多个焊点与所述防爆片连接。
上述技术方案中，所述顶盖上设有排气孔。
上述技术方案中，所述顶盖为镀镍钢片。
本发明的有益效果：
本发明的圆柱型锂电池盖帽，由于在防爆片与孔板之间的空隙中填充有机物单体和引发剂，当锂电池工作环境温度升高时，有机物单体在引发剂的引发下发生聚合，体积变大成为凝胶态，温度越高聚合反应越明显，凝胶态体积越大，从而将防爆片与孔板的连接处顶开，使防爆片与孔板分离不接触，从而使得锂电池断路，进而避免了锂电池在过高温度下工作发生起火爆炸。
附图说明
图1为实施例中圆柱型锂电池盖帽的结构示意图。
附图标记：
顶盖1，排气孔11，防爆片2，包边21，第一凸台22，孔板3，密封圈4，空隙5。
具体实施方式
为了使本发明所解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。然而应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
本实施例的一种圆柱型锂电池盖帽，如图1所示，包括顶盖1、防爆片2、孔板3和密封圈4，顶盖1、防爆片2和孔板3从上至下依次排布并置于密封圈4内。防爆片2为向上开口的碗状，防爆片2的中部与孔板3通过焊点焊接固定，具体的，防爆片2的中部向下设置有第一凸台22，第一凸台22和孔板3焊接固定。
本实施例中，防爆片2的碗状边缘向顶盖1的方向折弯形成包边21，包边21包裹顶盖1的四周边缘，从而使得顶盖1与防爆片2结合更加牢固；为了进一步提升防爆片2与顶盖1结合的牢固度，顶盖1边缘通过多个焊点与防爆片2焊接固定。
如图1所示，顶盖1上设有用于电池内部压力排出的排气孔11。
本实施例中，顶盖1采用镀镍钢片材料。
本实施例的圆柱型锂电池盖帽，如图1所示，由于防爆片2为向上开口的碗状，因此以防爆片2与孔板3的焊接处为分界线，在防爆片2与孔板3之间形成一个圆环状空隙5，本实施例中，空隙5内均填充有有机物单体和引发剂，且空隙5中有机物单体和引发剂的体积比为100:1-5，空隙5填充有机物单体100～500ml。由于在防爆片2与孔板3之间的空隙5中填充有机物单体和引发剂，当锂电池工作环境温度升高时，有机物单体在引发剂的引发下发生聚合，体积变大成为凝胶态，温度越高聚合反应越明显，凝胶态体积越大，从而将防爆片2与孔板3的连接处顶开，使得锂电池断路，进而避免了锂电池在过高温度下工作发生起火爆炸。
具体的，有机物单体可选择为碳酸亚乙烯酯、乙烯基亚硫酸乙烯酯、甲基丙烯酸甲酯、醋酸乙烯酯、聚乙二醇二丙烯酸酯、1.6-己二醇二丙烯酸酯中的至少一种；引发剂可选择为偶氮二异丁腈和/或偶氮二异庚腈。
有机物单体种类的选择、引发剂种类的选择、有机物单体和引发剂的填充量及二者的比例关系均会影响锂电池断路的温度，具体可进行如下分析：
(一)有机物单体种类、引发剂种类的影响
(1)有机物单体选择碳酸亚乙烯酯、乙烯基亚硫酸乙烯酯、甲基丙烯酸甲酯、醋酸乙烯酯、聚乙二醇二丙烯酸酯、1.6-己二醇二丙烯酸酯中的任一种，引发剂选择偶氮二异丁腈或偶氮二异庚腈，有机物单体填充量300ml，引发剂填充量6ml，即有机物单体与引发剂的体积比为100:2。
(2)有机物单体选择碳酸亚乙烯酯、乙烯基亚硫酸乙烯酯、甲基丙烯酸甲酯、醋酸乙烯酯、聚乙二醇二丙烯酸酯、1.6-己二醇二丙烯酸酯中的任两种，引发剂选择偶氮二异丁腈或偶氮二异庚腈，有机物单体填充量300ml，引发剂填充量6ml，即有机物单体与引发剂的体积比为100:2。
(3)有机物单体选择碳酸亚乙烯酯、乙烯基亚硫酸乙烯酯、甲基丙烯酸甲酯、醋酸乙烯酯、聚乙二醇二丙烯酸酯、1.6-己二醇二丙烯酸酯中的任两种，引发剂选择偶氮二异丁腈和偶氮二异庚腈的混合物，有机物单体填充量300ml，引发剂填充量6ml，即有机物单体与引发剂的体积比为100:2。
(4)有机物单体选择碳酸亚乙烯酯、乙烯基亚硫酸乙烯酯、甲基丙烯酸甲酯、醋酸乙烯酯、聚乙二醇二丙烯酸酯、1.6-己二醇二丙烯酸酯中的任三种，引发剂选择偶氮二异丁腈和偶氮二异庚腈的混合物，有机物单体填充量300ml，引发剂填充量6ml，即有机物单体与引发剂的体积比为100:2。
将上述四种选择的盖帽用于锂电池中在相同条件下进行测试，检测锂电池断路停止工作时锂电池内部环境温度，结果为：(1)的温度为100℃，(2)的温度为95℃，(3)的温度为80℃，(4)的温度为90℃。由此说明，当有机物单体选择为上述任意两种配合引发剂选择为上述两种时效果最好，能够在80℃即可使电池短路，既避免了电池因工作温度过高而起火爆炸，又不会在较低温度时使锂电池断路，影响电池的正常工作。
(二)有机物单体和引发剂的填充量的影响
a.有机物单体选择碳酸亚乙烯酯、乙烯基亚硫酸乙烯酯、甲基丙烯酸甲酯、醋酸乙烯酯、聚乙二醇二丙烯酸酯、1.6-己二醇二丙烯酸酯中的任两种，引发剂选择偶氮二异丁腈和偶氮二异庚腈的混合物，有机物单体填充量300ml，引发剂填充量6ml，即有机物单体与引发剂的体积比为100:2。
b.有机物单体选择碳酸亚乙烯酯、乙烯基亚硫酸乙烯酯、甲基丙烯酸甲酯、醋酸乙烯酯、聚乙二醇二丙烯酸酯、1.6-己二醇二丙烯酸酯中的任两种，引发剂选择偶氮二异丁腈和偶氮二异庚腈的混合物，有机物单体填充量100ml，引发剂填充量2ml，即有机物单体与引发剂的体积比为100:2。
c.有机物单体选择碳酸亚乙烯酯、乙烯基亚硫酸乙烯酯、甲基丙烯酸甲酯、醋酸乙烯酯、聚乙二醇二丙烯酸酯、1.6-己二醇二丙烯酸酯中的任两种，引发剂选择偶氮二异丁腈和偶氮二异庚腈的混合物，有机物单体填充量200ml，引发剂填充量4ml，即有机物单体与引发剂的体积比为100:2。
d.有机物单体选择碳酸亚乙烯酯、乙烯基亚硫酸乙烯酯、甲基丙烯酸甲酯、醋酸乙烯酯、聚乙二醇二丙烯酸酯、1.6-己二醇二丙烯酸酯中的任两种，引发剂选择偶氮二异丁腈和偶氮二异庚腈的混合物，有机物单体填充量400ml，引发剂填充量8ml，即有机物单体与引发剂的体积比为100:2。
e.有机物单体选择碳酸亚乙烯酯、乙烯基亚硫酸乙烯酯、甲基丙烯酸甲酯、醋酸乙烯酯、聚乙二醇二丙烯酸酯、1.6-己二醇二丙烯酸酯中的任两种，引发剂选择偶氮二异丁腈和偶氮二异庚腈的混合物，有机物单体填充量500ml，引发剂填充量10ml，即有机物单体与引发剂的体积比为100:2。
将上述五种选择的盖帽用于锂电池中在相同条件下进行测试，检测锂电池断路停止工作时锂电池内部环境温度，结果为：a.的温度为80℃，b.的温度为110℃，c.的温度为95℃，d.的温度为70℃，e.的温度为60℃。经比较可知，有机物单体和引发剂的填充量越高，锂电池断路温度越低。一般情况下，锂电池在80℃以上甚至100℃以上方会起火爆炸，因此，如c所示的80℃断路最为合理，而d和e两种情况断路的温度低于常规锂电池可能会起火爆炸的温度80℃，在较低温度时断路会影响锂电池的正常工作。
(三)有机物单体和引发剂比例的影响
①有机物单体选择碳酸亚乙烯酯、乙烯基亚硫酸乙烯酯、甲基丙烯酸甲酯、醋酸乙烯酯、聚乙二醇二丙烯酸酯、1.6-己二醇二丙烯酸酯中的任两种，引发剂选择偶氮二异丁腈和偶氮二异庚腈的混合物，有机物单体填充量300ml，引发剂填充量6ml，即有机物单体与引发剂的体积比为100:2。
②有机物单体选择碳酸亚乙烯酯、乙烯基亚硫酸乙烯酯、甲基丙烯酸甲酯、醋酸乙烯酯、聚乙二醇二丙烯酸酯、1.6-己二醇二丙烯酸酯中的任两种，引发剂选择偶氮二异丁腈和偶氮二异庚腈的混合物，有机物单体填充量300ml，引发剂填充量3ml，即有机物单体与引发剂的体积比为100:1。
③有机物单体选择碳酸亚乙烯酯、乙烯基亚硫酸乙烯酯、甲基丙烯酸甲酯、醋酸乙烯酯、聚乙二醇二丙烯酸酯、1.6-己二醇二丙烯酸酯中的任两种，引发剂选择偶氮二异丁腈和偶氮二异庚腈的混合物，有机物单体填充量300ml，引发剂填充量9ml，即有机物单体与引发剂的体积比为100:3。
④有机物单体选择碳酸亚乙烯酯、乙烯基亚硫酸乙烯酯、甲基丙烯酸甲酯、醋酸乙烯酯、聚乙二醇二丙烯酸酯、1.6-己二醇二丙烯酸酯中的任两种，引发剂选择偶氮二异丁腈和偶氮二异庚腈的混合物，有机物单体填充量300ml，引发剂填充量12ml，即有机物单体与引发剂的体积比为100:4。
⑤有机物单体选择碳酸亚乙烯酯、乙烯基亚硫酸乙烯酯、甲基丙烯酸甲酯、醋酸乙烯酯、聚乙二醇二丙烯酸酯、1.6-己二醇二丙烯酸酯中的任两种，引发剂选择偶氮二异丁腈和偶氮二异庚腈的混合物，有机物单体填充量300ml，引发剂填充量15ml，即有机物单体与引发剂的体积比为100:5。
将上述五种选择的盖帽用于锂电池中在相同条件下进行测试，检测锂电池断路停止工作时锂电池内部环境温度，结果为：①的温度为80℃，②的温度为105℃，③的温度为90℃，④的温度为65℃，⑤的温度为50℃。②和③由于引发剂含量较低，聚合反应速度慢，从而导致凝胶态体积增大较慢，需要更高的温度方可形成足够大的体积来将防爆片2和孔板3的连接处分离。④和⑤由于引发剂量足够多，聚合反应快，凝胶态体积迅速变大，因此较低的温度即可形成足够大的体积来将防爆片2和孔板3的连接处分离。由于锂电池在80℃以上甚至100℃以上方会起火爆炸，因此，①的方案最为合理。
综合(一)至(三)可知，本发明的最优实施方式为有机物单体选择碳酸亚乙烯酯、乙烯基亚硫酸乙烯酯、甲基丙烯酸甲酯、醋酸乙烯酯、聚乙二醇二丙烯酸酯、1.6-己二醇二丙烯酸酯中的任两种，引发剂选择偶氮二异丁腈和偶氮二异庚腈的混合物，有机物单体填充量300ml，引发剂填充量6ml，即有机物单体与引发剂的体积比为100:2。
最后应当说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对本发明保护范围的限制，尽管参照较佳实施例对本发明作了详细地说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的实质和范围。
Claims (10)
1.一种圆柱型锂电池盖帽，包括顶盖、防爆片、孔板和密封圈，所述顶盖、所述防爆片和所述孔板从上至下依次排布并置于所述密封圈内，其特征在于：
所述防爆片为向上开口的碗状，所述防爆片的中部与所述孔板焊接固定，以焊接处为分界线，在所述防爆片与所述孔板之间形成一个圆环状空隙，所述空隙内填充有有机物单体和引发剂。
2.根据权利要求1所述的一种圆柱型锂电池盖帽，其特征在于：所述有机物单体为碳酸亚乙烯酯、乙烯基亚硫酸乙烯酯、甲基丙烯酸甲酯、醋酸乙烯酯、聚乙二醇二丙烯酸酯、1.6-己二醇二丙烯酸酯中的至少一种。
3.根据权利要求1所述的一种圆柱型锂电池盖帽，其特征在于：所述引发剂为偶氮二异丁腈和/或偶氮二异庚腈。
4.根据权利要求1所述的一种圆柱型锂电池盖帽，其特征在于：所述空隙中有机物单体和引发剂的体积比为100:1-5。
5.根据权利要求1或4所述的一种圆柱型锂电池盖帽，其特征在于：所述空隙填充有机物单体100～500ml。
6.根据权利要求1所述的一种圆柱型锂电池盖帽，其特征在于：所述防爆片的中部向下设置有凸台，所述防爆片的凸台与所述孔板焊接固定。
7.根据权利要求1所述的一种圆柱型锂电池盖帽，其特征在于：所述防爆片碗状边缘折弯形成包边将所述顶盖的边缘包裹住。
8.根据权利要求1或7所述的一种圆柱型锂电池盖帽，其特征在于：所述顶盖边缘通过多个焊点与所述防爆片连接。
9.根据权利要求1所述的一种圆柱型锂电池盖帽，其特征在于：所述顶盖上设有排气孔。
10.根据权利要求1所述的一种圆柱型锂电池盖帽，其特征在于：所述顶盖为镀镍钢片。
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