CN114628826A - 一种新型阶梯式断电的锂电池电池盖 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及电池技术领域，具体是一种新型阶梯式断电的锂电池电池盖，包括电池盖主体和密封圈，电池盖主体包括顶盖、防爆膜片和断电膜片；电池盖主体可以包含顶盖，也可以不包含顶盖；电池盖主体可以是圆形、方形或其它形状；断电膜片可以是单个件，也可以是组合件；防爆膜片和断电膜片通过焊点焊接在一起。本发明的电池盖上断电膜片与防爆膜片间采用阶梯式激光焊点，在保证断电压力的情况，增加焊接面积，从而增加大电流导电能力，减小电池盖内阻和降低大电流通过时产生的热量，使得断电膜片与防爆膜片间只需较低的张力，便可将焊点全部断开。
Description
技术领域
本发明涉及电池技术领域，具体是一种新型阶梯式断电的锂电池电池盖。
背景技术
锂离子电池具有比能量高、循环次数长等优点，被运用在多领域，包括便携式电子设备、电动汽车、电动自行车、电动工具、储能等，随着目前市场对电池的需求量急速增加，对电池的要求也越来越高，尤其是对电池的快充快放(即电池进行大电流充放电)和安全性保障。
其中，在圆柱型锂离子电池的生产技术中，电池盖是非常重要的部件，既要保证电池在正常工作时对大电流导电的要求，又要同时具备电池在异常情况下及时断电并能释放内部压力的功能。
电池盖的整体结构普遍有三个部分组成：CID(CurrentInterruptDevice，断电装置)，用于在异常情况下开启，断开电池盖与电池内部的电流回路；Vent(泄气阀)，由于在异常情况下开启，释放电池内部压力；Cap(顶盖)，用于与泄气阀相配合，通过其上的泄气孔释放电池内部压力。有些电池盖的结构只有CID和Vent，没有Cap。
CID和Vent原理为：当电池电芯的内部温度异常，由于过充电、短路等原因产生大量的气体，气压不断升高时，防爆膜片翻转，防爆膜片与断电膜片之间的焊点会断开，使得电池内部的电路立即断开，对应的防爆膜片的铝片会向上弹起，与断电膜片脱离接触；若是压力继续上升，安全膜片上的安全阀撕开破裂，释放电池内部气体从而使内部压力释放出来，避免压力过高造成爆炸，即内压上升→Vent翻转→CID焊点拉断→压力持续上升→Vent破裂。
电池盖的压力设计主要控制两点，一是Vent翻转压力，二是CID焊点拉力，CID断开压力＝Vent翻转压力+CID焊点拉力的等效压力，CID焊点拉力的等效压力(Mpa)＝CID焊点拉力(N)/78.5；所以CID焊点是一个很重要的工序，断电膜片上的焊点既要保证在异常情况下能开启(常规电池断电压力要求在1.0-1.6Mpa)，断开电池盖与电池内部的电流回路，又要保证电池在正常充放电工作中过电流。在传统的电池盖设计生产工艺中，为保证电池能在要求(1.0-1.6Mpa)的压力环境下进行断开，其设计焊点一般都在2-6个点之间，这样就限制了大电流很好的通过性，如果做成电池，在大电流通过焊点时，由于内阻的作用电池会产生热有些很大的热量，这时就会影响电池的安全性和其使用寿命。
电池盖是锂电池最重要的安全保障部件，其本身的结构和生产工艺或直接或间接地影响着锂电池的性能以及电池厂家的制造成本。目前电池盖存在的问题主要体现在以下几点：
1、之前圆柱形电池主要都采取正负极端引出极耳的方式，电池是否能够进行大电流充放电的瓶颈主要来源于电池的正负极耳，由于现在很多圆柱型电池采用无极耳或全极耳工艺，那之前受限大电流放电的极耳将不再是瓶颈，转而是电池盖上断电膜片与防爆膜片间焊点决定了电池过电流的能力；
2、目前市场上主流将具有CID电池盖主要应用到一些小圆柱上，主要是18、21、26等型号，还有少部分的32型号，主要是因为小圆柱本身容量比较小，相对其长期过电流的要求本身也比较低；而大电池如32、46等型号，由于其容量比较大，过电流的要求比较高时，电池盖传统生产工艺无法提供解决能大电流充放电的电池盖帽，即使传统工艺能够做成动力型锂电池，但当大电流通过电池盖时，由于内阻的作用电池会产生热有些很大的热量，这时也会影响电池的安全性。举例理解，市场上18型号电池主要是18650，其电池容量在1Ah-3.6Ah之间，按照电池3Ah容量计算，其1C充放电也就需要3A的电流，5C就是15A电流；46型号的电池主要是46800，其容量在15Ah-25Ah之间，按照电池20Ah的容量计算，其1C充放电就需要20A的电流，5C就是100A电流。电池的各个部分都能够承受这么大的电流，尤其是连接部位。焊点的连接面积需要很大。但是，焊点面积增加后，CID的断开会很难实现。
发明内容
本发明的目的在于提供一种新型阶梯式断电的锂电池电池盖，以解决上述背景技术中提出电池盖上断电膜片与防爆膜片间焊点面积增加后，CID的断开会很难实现的问题。
本发明的技术方案是：一种新型阶梯式断电的锂电池电池盖，包括电池盖主体和密封圈，所述电池盖主体包括顶盖、防爆膜片和断电膜片；
所述电池盖主体可以包含顶盖，也可以不包含顶盖；
所述电池盖主体可以是圆形、方形或其它形状；
所述断电膜片可以是单个件，也可以是组合件；
所述防爆膜片和断电膜片通过阶梯式排布的焊点焊接在一起；
所述密封圈包括外圈和内圈，所述外圈和内圈之间焊接有等距离呈环形结构分布的抗压柱，且抗压柱之间焊接有等距离呈环形结构分布的防爆网。
进一步地，所述断电膜片组合件具体包括集流盘支架和集流盘，所述集流盘设置在集流盘支架的内部，且集流盘与防爆膜片之间通过焊点相连接。
进一步地，所述阶梯式排布的焊点包括：
①.间接焊点；
②.连续焊点。
进一步地，所述间接焊点包括：十字焊、米字焊、圆焊等阶梯式排布焊点。
进一步地，所述连续焊点包括：十字连焊、米字连焊、圆形连焊等阶梯式连焊排布焊点。
进一步地，所述阶梯式焊点焊接方式包括但不限制激光焊、超声焊、电阻焊等焊接方式。
进一步地，所述间接焊点整体焊点面积在50mm2，单个焊点面积约0.2mm2。
进一步地，所述连续焊点整体焊点面积在80mm2，单个焊点面积0.2mm2。
进一步地，所述防爆膜片和断电膜片采用间接焊点的步骤包括：防爆膜片和断电膜片用十字激光点焊方式，上下左右各3个焊点，中心位置1个焊点，共13个焊点。
进一步地，所述防爆膜片和断电膜片采用连续焊点的步骤包括：防爆膜片和断电膜片用用激光点焊加连续焊的方式焊成3个圆形，3个圆的直径分别是4mm、6mm和8mm最内侧1个圆形直径4mm采取连续焊方式，最外侧2个圆形直径6mm和8mm采取点焊方式，焊4个和6个面积0.2mm2的焊点。
本发明通过改进在此提供一种新型阶梯式断电的锂电池电池盖，与现有技术相比，具有如下改进及优点：
(1)本发明一种新型阶梯式断电的锂电池电池盖焊点设计，采用阶梯式激光焊点，在保证断电压力的情况，增加焊接面积，从而增加大电流导电能力，减小电池盖内阻和降低大电流通过时产生的热量。
(2)本发明电池盖在一定的条件下，电池内部会产生一定的压力，并转换成防爆膜片和断电膜片间张力，这个张力可以将防爆膜片和断电膜片连接焊点断开。
(3)本发明通过设置的抗压柱和防爆网很好的提升了密封圈的强度，同时防爆网提升了密封圈的防爆性能，从而延长了密封圈的使用寿命。
附图说明
下面结合附图和实施例对本发明作进一步解释:
图1是本发明的无顶盖电池盖结构示意图；
图2是本发明的有顶盖电池盖结构示意图；
图3是本发明的阶梯式焊点结构示意图；
图4是本发明的圆形激光点焊加连续焊结构示意图；
图5是本发明的试验数据结构示意图；
图6是本发明的密封圈结构示意图。
附图标记说明：
1、电池盖主体；2、密封圈；3、防爆膜片；4、断电膜片；5、顶盖；401、集流盘支架；402、集流盘；201、外圈；202、内圈；203、防爆网；204、抗压柱。
具体实施方式
下面将结合附图1至图6对本发明进行详细说明，对本发明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发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
需要说明的是，当组件被称为“固定于”另一个组件，它可以直接在另一个组件上或者也可以存在居中的组件。当一个组件被认为是“连接”另一个组件，它可以是直接连接到另一个组件或者可能同时存在居中组件。当一个组件被认为是“设置于”另一个组件，它可以是直接设置在另一个组件上或者可能同时存在居中组件。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的。
除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明。本文所使用的术语“及/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。
本发明在此提供一种新型阶梯式断电的锂电池电池盖，如图1-4所示，包括电池盖主体1和密封圈2，电池盖主体1包括顶盖5、防爆膜片3和断电膜片4；
电池盖主体1可以包含顶盖5，也可以不包含顶盖5；
电池盖主体1可以是圆形、方形或其它形状；
断电膜片4可以是单个件，也可以是组合件；
防爆膜片3和断电膜片4通过阶梯式排布的焊点焊接在一起；
密封圈2包括外圈201和内圈202，外圈201和内圈202之间焊接有等距离呈环形结构分布的抗压柱204，且抗压柱204之间焊接有等距离呈环形结构分布的防爆网203。
进一步地，断电膜片4组合件具体包括集流盘支架401和集流盘402，集流盘402设置在集流盘支架401的内部，且集流盘402与防爆膜片3之间通过焊点相连接。
进一步地，阶梯式排布的焊点包括：
①.间接焊点；
②.连续焊点。
进一步地，间接焊点包括：十字焊、米字焊、圆焊等阶梯式排布焊点。
进一步地，连续焊点包括：十字连焊、米字连焊、圆形连焊等阶梯式连焊排布焊点。
进一步地，阶梯式焊点焊接方式包括但不限制激光焊、超声焊、电阻焊等焊接方式。
进一步地，间接焊点整体焊点面积在50mm2，单个焊点面积约0.2mm2。
进一步地，连续焊点整体焊点面积在80mm2，单个焊点面积0.2mm2。
进一步地，防爆膜片3和断电膜片4采用间接焊点的步骤包括：防爆膜片3和断电膜片4用十字激光点焊方式，上下左右各3个焊点，中心位置1个焊点，共13个焊点。
进一步地，防爆膜片3和断电膜片4采用连续焊点的步骤包括：防爆膜片3和断电膜片4用用激光点焊加连续焊的方式焊成3个圆形，3个圆的直径分别是4mm、6mm和8mm最内侧1个圆形直径4mm采取连续焊方式，最外侧2个圆形直径6mm和8mm采取点焊方式，焊4个和6个面积0.2mm2的焊点。
实施例一
本发明在此提供一种新型阶梯式断电的锂电池电池盖，如图1所示，包括电池盖主体1和密封圈2，电池盖主体1包括防爆膜片3和断电膜片4；
防爆膜片3和断电膜片4通过焊点焊接在一起，焊点排布采取阶梯式焊接方式焊接；
采用图3排布和焊接方式，具体为采用十字焊接激光电焊的方式焊接；
整体焊点面积在50mm2，单个焊点面积约0.2mm2，采用十字激光点焊方式，上下左右各3个焊点，中心位置1个焊点，一共13个焊点；
将组装后的电池盖主体1嵌入密封圈2内，电池盖组装完成。
实施例二
本发明在此提供一种新型阶梯式断电的锂电池电池盖，如图2所示，包括电池盖主体1和密封圈2，电池盖主体1包括顶盖5、防爆膜片3和断电膜片4，其中断电膜片4为一种组合式结构，包括集流盘支架401和集流盘402，在集流盘402的中心区域为和防爆膜片3焊接焊点的焊接区域；
防爆膜片3和断电膜片4通过焊点焊接在一起，焊点排布采取阶梯式焊接方式焊接；
采用图4排布和焊接方式，具体为采用圆形焊接激光点焊加连续焊的方式焊接；
整体焊点面积在80mm2，单个焊点面积0.2mm2，以集流盘402圆中心为准采用激光点焊加连续焊的方式焊成3个圆形，3个圆的直径分别是4mm、6mm和8mm最内侧1个圆形(直径4mm)采取连续焊方式，最外侧2个圆形(直径6mm和8mm)采取点焊方式，焊4个和6个面积0.2mm2的焊点；
将组装后的电池盖主体1嵌入密封圈2内，电池盖组装完成。
对比例一
本发明在此提供一种普通的电池盖，如图2所示，包括电池盖主体1和密封圈2，电池盖主体1包括防爆膜片3、断电膜片4和顶盖5；
防爆膜片3和断电膜片4通过焊点焊接在一起，采用市面上较常用的激光焊点方式，用12个焊点焊成一个直径8mm的大圆，每单个焊点面积约0.2mm2；
将组装后的电池盖主体1嵌入密封圈2内，电池盖组装完成。
试验过程：
1、将上述实施例一、实施例二和对比例一的三种式样的电池盖个各做5个；
2、再将电池盖放入相应测试断电值的装置内测试其断电值，记录数据；
3、试验数据如图5所示；
4、从上述图5实验结果得出：同样焊点数量下即同样的焊接面积下，在焊接要求和其他条件都不变的情况下，通过特殊的排布方式即阶梯式焊接方式，分几步来断开，这样就可以用较低的张力，将焊点全部断开。
对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。
Claims (10)
1.一种新型阶梯式断电的锂电池电池盖，包括电池盖主体(1)和密封圈(2)，其特征在于，所述电池盖主体(1)包括顶盖(5)、防爆膜片(3)和断电膜片(4)；
所述电池盖主体(1)可以包含顶盖(5)，也可以不包含顶盖(5)；
所述电池盖主体(1)可以是圆形、方形或其它形状；
所述断电膜片(4)可以是单个件，也可以是组合件；
所述防爆膜片(3)和断电膜片(4)通过阶梯式排布的焊点焊接在一起；
所述密封圈(2)包括外圈(201)和内圈(202)，所述外圈(201)和内圈(202)之间焊接有等距离呈环形结构分布的抗压柱(204)，且抗压柱(204)之间焊接有等距离呈环形结构分布的防爆网(203)。
2.根据权利要求1所述的一种新型阶梯式断电的锂电池电池盖，其特征在于：所述断电膜片(4)组合件具体包括集流盘支架(401)和集流盘(402)，所述集流盘(402)设置在集流盘支架(401)的内部，且集流盘(402)与防爆膜片(3)之间通过焊点相连接。
3.根据权利要求1所述的一种新型阶梯式断电的锂电池电池盖，其特征在于：所述阶梯式排布的焊点包括：
①.间接焊点；
②.连续焊点。
4.根据权利要求3所述的一种新型阶梯式断电的锂电池电池盖，其特征在于：所述间接焊点包括：十字焊、米字焊、圆焊等阶梯式排布焊点。
5.根据权利要求3所述的一种新型阶梯式断电的锂电池电池盖，其特征在于：所述连续焊点包括：十字连焊、米字连焊、圆形连焊等阶梯式连焊排布焊点。
6.根据权利要求3所述的一种新型阶梯式断电的锂电池电池盖，其特征在于：所述阶梯式焊点焊接方式包括但不限制激光焊、超声焊、电阻焊等焊接方式。
7.根据权利要求3所述的一种新型阶梯式断电的锂电池电池盖，其特征在于：所述间接焊点整体焊点面积在50mm2，单个焊点面积约0.2mm2。
8.根据权利要求3所述的一种新型阶梯式断电的锂电池电池盖，其特征在于：所述连续焊点整体焊点面积在80mm2，单个焊点面积0.2mm2。
9.根据权利要求3所述的一种新型阶梯式断电的锂电池电池盖，其特征在于：所述防爆膜片(3)和断电膜片(4)采用间接焊点的步骤包括：防爆膜片(3)和断电膜片(4)用十字激光点焊方式，上下左右各3个焊点，中心位置1个焊点，共13个焊点。
10.根据权利要求3所述的一种新型阶梯式断电的锂电池电池盖，其特征在于：所述防爆膜片(3)和断电膜片(4)采用连续焊点的步骤包括：防爆膜片(3)和断电膜片(4)用用激光点焊加连续焊的方式焊成3个圆形，3个圆的直径分别是4mm、6mm和8mm最内侧1个圆形采取连续焊方式，最外侧2个圆形采取点焊方式，焊4个和6个面积0.2mm2的焊点。
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Legal Events
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