CN114447516B - 防爆阀、锂电池盖板和锂电池 - Google Patents
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Abstract
本申请公开防爆阀、锂电池盖板和锂电池，其中所述防爆阀包括阀体、气体发生装置、微型爆破装置和控制器，所述阀体的内部通过第一连接件和第二连接件依次间隔形成有气体发生腔、气体填充腔和爆破腔，所述第一连接件至少部分为可变形件，所述气体发生装置被设置于所述气体发生腔内，所述微型爆破装置被设置在所述第二连接件上，所述气体发生装置和所述微型爆破装置均与所述控制器信号连接，所述微型爆破装置能够被引爆而实现所述气体填充腔和所述爆破腔之间在所述第二连接件上的连通，所述气体发生装置能够产生气体驱使所述可变形件密封所述第二连接件。该防爆阀能够主动引爆泄压，并杜绝外部空气进入电芯所在的空间，更加安全稳定。
Description
技术领域
本发明涉及锂电池设备技术领域，尤其涉及防爆阀、锂电池盖板和锂电池，用于通过主动泄压来隔绝电芯和外部空气。
背景技术
锂电池是一类由锂金属或锂合金为正/负极材料、使用非水电解质溶液的电池。由于锂金属的化学特性非常活泼，使得锂金属的加工、保存、使用均对环境要求非常高，市面上大多数的锂电池均会设置防爆阀。
然而，锂电池的电池盖板上的防爆阀虽然具有防爆的功能，但是，在防爆阀被使用后，锂电池内的电芯就会被直接与空气接触，存在起火的危险。
发明内容
本发明的一个优势在于提供一种防爆阀，其中在控制器的作用下能够基于一定的条件实施主动引爆，然后在气体发生装置和可变形件的作用下密封被引爆处，从而既可以确保泄压值的准确性，还能够主动防止电芯和空气之间的接触，大大提高了防爆阀工作的可靠性以及锂电池使用的安全性。
本发明的一个优势在于提供一种防爆阀，其中破膜构件主动作用于气体发生构件上的隔膜，使第一反应物和第二反应物发生反应，进而产生气体来增大气体发生腔的压力，设计精巧，结构紧凑，占用空间小，成本低。
本发明的一个优势在于提供一种防爆阀，其中隔膜被实施为T型膜，而破膜构件位于隔膜的顶部，既可以通过破开隔膜的上端的两侧而实现第一腔室和第二腔室的连通，也可以同时破开整个隔膜而实现第一腔室和第二腔室的连通，进一步提高了气体发生装置产生气体的可靠性，进而提高了该防爆阀工作的可靠性，确保了该防爆阀工作的稳定性。
本发明的一个优势在于提供一种防爆阀，其中隔板与阀体虚连，不仅能够在微型爆破装置实施爆破时保护气体发生装置，还能够在爆破后，在可变形件的驱使作用下下压至爆破处，提高隔离电芯和空气的可靠性。
本发明的一个优势在于提供一种防爆阀，其中泄压腔的侧壁与阀体虚连，在微型爆破装置的爆破作用下，能够轻易冲破泄压腔的侧壁，使泄压腔的侧壁所在的空间全部变为泄压通道，从而快速泄压，极大的提高了防爆阀的泄压效率。
本发明的一个优势在于提供一种防爆阀，其中滤膜内夹设有氧化铜粉末或氧化铜片，能够有效防止氢气的泄漏，使用更加安全。
本发明的一个优势在于提供一种锂电池盖板，采用主动泄压的方式，相比被动式泄压更加稳定，能够确保泄压值的准确性，并避免电芯和空气的接触。
本发明的一个优势在于提供一种锂电池，采用主动泄压的方式，相比被动式泄压更加稳定，能够确保泄压值的准确性，并避免电芯和空气的接触。
为达到本发明以上至少一个优势，第一方面，本发明提供一种防爆阀，用于通过主动泄压来隔绝电芯和外部空气，其中所述防爆阀包括：
阀体，所述阀体的内部沿一预定方向通过第一连接件和第二连接件依次间隔形成有气体发生腔、气体填充腔和爆破腔，其中所述第一连接件至少部分为可变形件；
气体发生装置，所述气体发生装置被设置于所述气体发生腔内；
微型爆破装置，所述微型爆破装置被设置在所述第二连接件上；以及
控制器，所述气体发生装置和所述微型爆破装置均与所述控制器信号连接，以在第一预定条件下所述微型爆破装置能够被引爆，而实现所述气体填充腔和所述爆破腔之间在所述第二连接件上的连通，并在第二预定条件下所述气体发生装置能够产生气体，而增大所述气体发生腔的压力，进而驱使所述可变形件朝所述气体填充腔的方向移动而密封所述第二连接件；
其中所述气体填充腔的侧壁设置有泄压通道；
其中形成所述爆破腔的外壁设置有过滤结构，用于泄放空气，并过滤氢气。
根据本发明一实施例，所述可变形件被实施为气囊，其中所述气囊靠近所述第一连接件的中部，且所述气囊的开口正对所述气体发生腔。
根据本发明一实施例，所述气体发生装置包括气体发生构件和破膜构件，其中所述气体发生构件具有一盛物腔，并于所述盛物腔内设置有隔膜，以将所述盛物腔能够分隔为第一腔室和第二腔室，其中所述第一腔室和所述第二腔室分别用于盛放能够相互作用而生成气体的第一反应物和第二反应物，所述破膜构件被设置于所述隔膜处，并与所述控制器信号连接，以在达到所述第二预定条件时能够破开所述隔膜而使所述第一反应物和所述第二反应物相接触发生反应。
根据本发明一实施例，所述气体发生构件通过连接架固定连接在所述气体发生腔的顶部，所述隔膜被实施为T型膜，位于所述连接架的间隙内，所述破膜构件位于所述隔膜的顶部。
根据本发明一实施例，所述破膜构件被实施为点火装置或电热丝。
根据本发明一实施例，所述防爆阀还包括若干条加强筋，其中若干条所述加强筋沿所述预定方向被均匀设置于所述阀体的周向。
根据本发明一实施例，所述防爆阀还包括隔板，其中所述隔板沿垂直于所述预定方向的方向设置于所述气体填充腔内，以将所述气体填充腔分隔为行走腔和泄压腔，所述隔板与所述阀体虚连，所述泄压腔的侧壁于所述预定方向的两端分别间隔设置有连接所述阀体的连接件，以在两端分别形成所述泄压通道，使所述泄压腔的侧壁和所述阀体虚连。
根据本发明一实施例，所述过滤结构包括基板和至少两层滤膜，其中所述基板开设有若干个通孔，至少两层所述滤膜被叠加式密封设置于所述通孔内，且至少两层所述滤膜内压注有氧化铜粉末或氧化铜片。
第二方面，本发明还提供了一种锂电池盖板，包括：
盖板本体，所述盖板本体设置有上述防爆阀，其中所述第二连接件与所述盖板本体一体成型；
正极柱，所述正极柱被设置于所述盖板本体，并位于所述气体发生腔的一侧；
负极柱，所述负极柱与所述正极柱相对应、被设置于所述盖板本体，并位于所述气体发生腔的一侧；以及
传感器腔室，所述传感器腔室被设置于所述盖板本体，并位于所述爆破腔的一侧，其中所述传感器腔室内设置有压力传感器和温度传感器，所述压力传感器和所述温度传感器均与所述控制器信号连接。
第三方面，本发明还提供了一种锂电池，包括上述锂电池盖板。
本发明的这些和其它目的、特点和优势，通过下述的详细说明，得以充分体现。
附图说明
图1示出了本申请锂电池盖板的结构示意图。
图2示出了本申请锂电池盖板的剖视结构示意图。
图3示出了本申请防爆阀的剖视结构示意图。
图4示出了本申请防爆阀的主视剖视示意图。
附图标记：10-防爆阀，101-气体发生腔，102-气体填充腔，1021-行走腔，1022-泄压腔，1029-泄压通道，103-爆破腔，111-第一连接件，111-1-可变形件，112-第二连接件，11-阀体，12-气体发生装置，121-气体发生构件，13-微型爆破装置，14-加强筋，15-隔板，16-连接件，17-基板，171-通孔，21-盖板本体，22-正极柱，23-负极柱，24-传感器腔室。
具体实施方式
以下描述用于揭露本发明以使本领域技术人员能够实现本发明。以下描述中的优选实施例只作为举例，本领域技术人员可以想到其他显而易见的变型。在以下描述中界定的本发明的基本原理可以应用于其他实施方案、变形方案、改进方案、等同方案以及没有背离本发明的精神和范围的其他技术方案。
本领域技术人员应理解的是，在说明书的揭露中，术语“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”等指示的方位或位置关系是基于附图所示的方位或位置关系，其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，上述术语不能理解为对本发明的限制。
可以理解的是，术语“一”应理解为“至少一”或“一个或多个”，即在一个实施例中，一个元件的数量可以为一个，而在另外的实施例中，该元件的数量可以为多个，术语“一”不能理解为对数量的限制。
参考图1至图4，依本发明一较佳实施例的一种防爆阀10将在以下被详细地阐述，其中所述防爆阀10被用于通过主动泄压来隔绝电芯和外部空气，其中所述防爆阀10包括阀体11、气体发生装置12、微型爆破装置13以及控制器。在一些预先设定的条件下，比如达到一定的压力值和/或温度值时，所述控制器控制所述微型爆破装置13实施主动爆破，在空间压力下降到一定程度后再控制所述气体发生装置12产生气体，驱使所述阀体11上可变形的部分扩张变形，进而封堵被爆破处，从而最终达到隔绝电芯和空气的目的，从而不仅可以根据所述气体发生装置12的工作时机实现定量泄压，还可以确保电芯使用的安全性。
具体的，所述阀体11的内部沿一预定方向(高度方向)通过第一连接件111和第二连接件112依次间隔形成有气体发生腔101、气体填充腔102和爆破腔103，其中所述第一连接件111至少部分为可变形件111-1。所述气体发生装置12被设置于所述气体发生腔101内。所述微型爆破装置13被设置在所述第二连接件112上，同时，所述气体发生装置12和所述微型爆破装置13均与所述控制器信号连接。在发生第一预定条件时，比如电芯所在空间的温度达到一定的温度值和/或电芯所在空间的压力达到一定的压力值时，所述控制器控制所述微型爆破装置13主动实施引爆，实现所述气体填充腔102和所述爆破腔103之间在所述第二连接件112上的连通，并在发生第二预定条件时，比如电芯所在空间被泄压而下降到预定值(该预定值大于外部空气的压力)时，所述气体发生装置12能够产生气体，进而增大所述气体发生腔101的压力，然后逐渐驱使所述可变形件111-1朝所述气体填充腔102的方向移动，最终封堵爆破缺口而密封所述第二连接件112。此外，所述气体填充腔102的侧壁设置有泄压通道1029，以在所述气体填充腔102和所述爆破腔103之间的所述第二连接件112被爆破后能够通过所述泄压通道1029实现泄压，同时，形成所述爆破腔103的外壁设置有过滤结构，用于泄放空气，并过滤氢气，避免氢气的外泄，更加安全。
本申请提供的防爆阀10采用主动泄压的方式，相比传统被动泄压的方式更加稳定可控，同时，还可以精准的确保电芯所在空间的压力值，即，实现精准的定量泄压，确保外部的空气不会汇入电芯所在的空间，更加安全。
一般情况下，所述第一连接件111被实施为连接片或连接板，此外，所述第一连接件111至少部分为可变形件111-1，也就是说所述第一连接件111可以全部是可变形件，也可以仅仅在局部是可变形件，其只要能够实现变形，并在变形后能够封堵所述第二连接件112上的爆破缺口即可。
作为一较佳实施例，所述可变形件111-1被实施为气囊，其中所述气囊靠近所述第一连接件111的中部，且所述气囊的开口正对所述气体发生腔101。在所述气体发生装置12产生气体而增大所述气体发生腔101内的压力后，所述气囊被充气并逐渐膨胀，由初始的I型逐渐变为倒立的T型，并最终封堵所述第二连接件112的爆破缺口上，从而基于质软的特性，能够实现良好的封堵，确保不漏气，进而彻底避免外部空气侵入电芯所在的空间。
作为一较佳实施例，所述气体发生装置12包括气体发生构件121和破膜构件，其中所述气体发生构件121具有一盛物腔，并于所述盛物腔内设置有隔膜1211，以将所述盛物腔能够分隔为第一腔室201和第二腔室202，其中所述第一腔室201和所述第二腔室202分别用于盛放能够相互作用而生成气体的第一反应物和第二反应物，同时，所述破膜构件被设置于所述隔膜1211处，并与所述控制器信号连接，以在达到所述第二预定条件时能够破开所述隔膜1211而使所述第一反应物和所述第二反应物相接触发生反应。比如，所述第一反应物为碳酸氢钠，而所述第二反应物为硫酸铝。Al2(SO4)3+6NaHCO3＝＝3Na2SO4+2Al(OH)3↓+6CO2↑。常温下性质稳定，碳酸氢钠受热易分解，在0℃以上迅速分解，在270℃时完全失去二氧化碳。根据二氧化碳既不能燃烧，也不能支持燃烧的性质，人们研制了各种各样的二氧化碳灭火器，有泡沫灭火器、干粉灭火器及液体二氧化碳灭火器，以此在短时间获得大量CO2来填充并膨胀所述气囊。显然，所述第一反应物以及所述第二反应物的状态没有限制，可以为气态、液态、粉末状，或者混合形态，只要在所述隔膜1211被破开后能够相接触而在短时间产生大量气体即可。
进一步优选地，所述气体发生构件121通过连接架122固定连接在所述气体发生腔101的顶部，同时，所述隔膜1211被实施为T型膜，位于所述连接架122的间隙内，而所述破膜构件位于所述隔膜1211的顶部。所述连接架122包括间隔分布的两个连接板1221，而所述隔膜1211正对两个所述连接板1221的间隙，所述破膜构件位于所述隔膜1211的顶部，能够破开整个所述隔膜1211，也可以仅破开所述隔膜1211的顶端的两侧部分，均可以实现所述第一腔室201和所述第二腔室202之间的连通，所述第一反应物和所述第二反应物产生的气体通过两个所述连接板1221之间的间隙快速扩散至所述气体发生腔101，其中，在破开整个所述隔膜1211时，所述第一腔室201和所述第二腔室202之间的连通面积更大、连通距离更短，产生气体的速度更快，单位时间内产生气体的量更多，能够在短时间剧烈膨胀所述气囊，而在仅破开所述隔膜1211的顶端的两侧部分时，所述第一腔室201和所述第二腔室202通过两个所述连接板1221之间的间隙实现连通，相对于整个所述隔膜1211被破开，其产生气体的速度稍慢。这样一来，可以根据破膜的方式以及所述第一反应物和所述第二反应物生产气体的速度和量来合理控制所述气囊的膨胀速度或膨胀程度，进而准确的控制电芯所在空间的泄压值，避免外部空气的侵入。
进一步优选地，所述破膜构件被实施为点火装置或电热丝，进而能够燃烧击穿或者热熔击穿所述隔膜1211。
进一步优选地，所述防爆阀10还包括若干条加强筋14，其中若干条所述加强筋14沿所述预定方向，即所述阀体11的高度方向，被均匀设置于所述阀体11的周向，用于加固所述阀体11。所述加强筋14的数量可根据所述阀体11的外径尺寸以及自身的连接强度来设定，比如三条、四条、六条，甚至八条加强筋。
进一步优选地，所述防爆阀10还包括隔板15，其中所述隔板15沿垂直于所述预定方向的方向，即水平方向，设置于所述气体填充腔102内，以将所述气体填充腔102分隔为行走腔1021和泄压腔1022，同时，所述隔板15与所述阀体11虚连，即所述隔板15在周向仅通过间隔分布的部分结构或部件连接所述阀体11，以减弱所述隔板15和所述阀体11之间的连接强度，此外，所述泄压腔1022的侧壁于所述预定方向的两端分别间隔设置有连接所述阀体11的连接件16，以在相邻两个所述连接件16之间分别形成所述泄压通道1029，并使所述泄压腔1022的侧壁和所述阀体11形成同样的虚连状态。这样一来，在所述微型爆破装置13发生爆破时，不仅所述泄压腔1022的侧壁能够被冲破，使所述泄压腔1022的侧壁所在的位置全部变为泄压通道，能够实现电芯所在空间的快速泄压，更加安全，同时，所述隔板15具有一定的厚度，也能够被冲破而朝所述行走腔1021的方向移动，进而能够有效保护所述第一连接件111以及所述可变形件111-1，使其免受爆破的损坏，另外，在所述气体发生装置12作用时，所述可变形件111-1也会反向驱使所述隔板15朝所述第二连接件112的方向移动，进而通过所述隔板15实现对所述第二连接件112上的爆破缺口的封堵。一般情况下，所述微型爆破装置13被设置在所述第二连接件112的中部，仅能在中间部分爆破出一定的小缺口，实现电芯所在空间的泄压，而所述隔板15相对爆破缺口具有较大的覆盖面积，能够进一步提升对所述爆破缺口的密封性能，防止外部空气侵入电芯所在的空间，提高该防爆阀10的可靠性、稳定性和安全性。
作为一较佳实施例，所述过滤结构包括基板17和至少两层滤膜，其中所述基板17开设有若干个通孔171，而至少两层所述滤膜被叠加式密封设置于所述通孔171内，且至少两层所述滤膜内压注有氧化铜粉末或氧化铜片，从而在泄压过程中，电芯所在空间内的气体能够通过所述滤膜泄放至大气中，气体中的氢气与氧化铜粉末或氧化铜片发生反应，生产铜和水，避免氢气的外泄，更加安全，其中，还值得一提的是，在泄压过程中，由于电芯所在空间的气压大于外部气压，氢气反应产生的水大部分会向外释放，并不会堵住所述滤膜，相反，随着电芯所在空间的气压的降低，在所述可变形件111-1封堵爆破缺口前，会有部分水分附着在所述滤膜上，隔绝外部的空气，能够进一步提高该防爆阀10工作的可靠性和安全性，有效隔绝电芯和外部空气。
第二方面，本发明还提供了一种锂电池盖板，包括盖板本体21、正极柱22、负极柱23以及传感器腔室24，其中所述盖板本体21设置有上述防爆阀10，其中所述第二连接件112与所述盖板本体21一体成型。所述正极柱22被设置于所述盖板本体21，并位于所述气体发生腔101的一侧，即所述盖板本体21的顶部的左侧，而所述负极柱23与所述正极柱22相对应、被设置于所述盖板本体21，并位于所述气体发生腔101的一侧，即位于所述盖板本体21的顶部的右侧。所述传感器腔室24被设置于所述盖板本体21，并位于所述爆破腔103的一侧，即所述盖板本体21的底部，其中所述传感器腔室24内设置有压力传感器和温度传感器，且所述压力传感器和所述温度传感器均与所述控制器信号连接，以能够实时感应所述盖板本体21所封盖的电芯所在空间的压力和温度，并将压力值和温度值实时传输给所述控制器，从而在达到所述第一预定条件和所述第二预定条件时，能够分别控制所述微型爆破装置13实施爆破和控制所述气体发生装置12产生气体，来配合所述可变形件111-1封堵爆破缺口，避免外部空气和电芯的接触。
此外，所述温度传感器和所述压力传感器可以电信号连接所述控制器，也可以远程通信连接所述控制器，对受损的锂电池进行反馈。
第三方面，本发明还提供了一种锂电池，包括上述锂电池盖板。
需要说明的是，本发明中用语“第一、第二以及第三”仅用于描述目的，不表示任何顺序，不能理解为指示或者暗示相对重要性，可将这些用语解释为名称。
本领域的技术人员应理解，上述描述及附图中所示的本发明的实施例只作为举例而并不限制本发明。本发明的优势已经完整并有效地实现。本发明的功能及结构原理已在实施例中展示和说明，在没有背离所述原理下，本发明的实施方式可以有任何变形或修改。
Claims (10)
1.防爆阀，用于通过主动泄压来隔绝电芯和外部空气，其特征在于，其中所述防爆阀包括：
阀体，所述阀体的内部沿高度方向通过第一连接件和第二连接件依次间隔形成有气体发生腔、气体填充腔和爆破腔，其中所述第一连接件至少部分为可变形件；
气体发生装置，所述气体发生装置被设置于所述气体发生腔内；
微型爆破装置，所述微型爆破装置被设置在所述第二连接件上；以及
控制器，所述气体发生装置和所述微型爆破装置均与所述控制器信号连接，以在第一预定条件下所述微型爆破装置能够被引爆，而实现所述气体填充腔和所述爆破腔之间在所述第二连接件上的连通，并在第二预定条件下所述气体发生装置能够产生气体，而增大所述气体发生腔的压力，进而驱使所述可变形件朝所述气体填充腔的方向移动而密封所述第二连接件，其中所述第一预定条件为电芯所在空间的温度升高达到预定温度值和/或电芯所在空间的压力升高达到预定压力值，其中所述第二预定条件为电芯所在空间被泄压而下降到压力预定值，且下降后的压力预定值大于外部空气的压力；
其中所述气体填充腔的侧壁设置有泄压通道；
其中形成所述爆破腔的外壁设置有过滤结构，用于泄放空气，并过滤氢气。
2.如权利要求1所述防爆阀，其特征在于，所述可变形件被实施为气囊，其中所述气囊靠近所述第一连接件的中部，且所述气囊的开口正对所述气体发生腔。
3.如权利要求1所述防爆阀，其特征在于，所述气体发生装置包括气体发生构件和破膜构件，其中所述气体发生构件具有一盛物腔，并于所述盛物腔内设置有隔膜，以将所述盛物腔分隔为第一腔室和第二腔室，其中所述第一腔室和所述第二腔室分别用于盛放能够相互作用而生成气体的第一反应物和第二反应物，所述破膜构件被设置于所述隔膜处，并与所述控制器信号连接，以在达到所述第二预定条件时能够破开所述隔膜而使所述第一反应物和所述第二反应物相接触发生反应。
4.如权利要求3所述防爆阀，其特征在于，所述气体发生构件通过连接架固定连接在所述气体发生腔的顶部，所述隔膜被实施为T型膜，位于所述连接架的间隙内，所述破膜构件位于所述隔膜的顶部。
5.如权利要求4所述防爆阀，其特征在于，所述破膜构件被实施为点火装置或电热丝。
6.如权利要求2至5任一项所述防爆阀，其特征在于，还包括若干条加强筋，其中若干条所述加强筋沿所述预定方向被均匀设置于所述阀体的周向。
7.如权利要求6所述防爆阀，其特征在于，还包括隔板，其中所述隔板沿垂直于所述预定方向的方向设置于所述气体填充腔内，以将所述气体填充腔分隔为行走腔和泄压腔，所述隔板与所述阀体虚连，所述泄压腔的侧壁于所述预定方向的两端分别间隔设置有连接所述阀体的连接件，以在两端分别形成所述泄压通道，使所述泄压腔的侧壁和所述阀体虚连。
8.如权利要求7所述防爆阀，其特征在于，所述过滤结构包括基板和至少两层滤膜，其中所述基板开设有若干个通孔，至少两层所述滤膜被叠加式密封设置于所述通孔内，且至少两层所述滤膜内压注有氧化铜粉末或氧化铜片。
9.锂电池盖板，其特征在于，包括：
盖板本体，所述盖板本体设置有如权利要求1至8任一项所述防爆阀，其中所述第二连接件与所述盖板本体一体成型；
正极柱，所述正极柱被设置于所述盖板本体，并位于所述气体发生腔的一侧；
负极柱，所述负极柱与所述正极柱相对应、被设置于所述盖板本体，并位于所述气体发生腔的一侧；以及
传感器腔室，所述传感器腔室被设置于所述盖板本体，并位于所述爆破腔的一侧，其中所述传感器腔室内设置有压力传感器和温度传感器，所述压力传感器和所述温度传感器均与所述控制器信号连接。
10.锂电池，其特征在于，包括如权利要求9所述锂电池盖板。
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