CN115832596A - 电池单体 - Google Patents

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Abstract

本申请实施例涉及一种电池单体，包括：壳体，具有开口；盖板，盖合于所述开口，所述盖板与所述壳体焊接形成焊缝；泄压装置，设置于所述盖板，所述泄压装置设置有薄弱区，所述薄弱区被配置为在所述电池单体的内部压力或温度达到阈值时被破坏以泄放内部压力，其中，所述薄弱区的边缘与所述焊缝的最小距离大于或等于3毫米。本申请实施例提供的电池单体，能够在电芯出现异常、内部温度和压力急剧升高时确保防爆阀及时爆开、泄压。

Description

电池单体
技术领域
本申请涉及电池领域，具体地讲，涉及一种电池单体。
背景技术
锂离子电池是一种高性能的二次电池，具有工作电压高、能量密度高、体积小、容量大、循环寿命长、无记忆效应等优点，广泛用于消费电子、动力电池等领域。锂离子电池制造过程中，通常将电芯密封于焊接在一起的电芯外壳和盖板内。
为了防止电池内部热失控而引发爆炸，生产电池组时，通常在盖板上设置防爆阀。当在电芯出现异常、电池内部热失控而导致温度和压力急剧升高时，电芯内产生的气体会冲开防爆阀的刻痕区域使得防爆阀爆开，从而达到泄压的目的。因此，在电芯出现异常、内部温度和压力急剧升高时，如何确保防爆阀及时爆开、泄压，成为电池制造领域高度关注的技术问题。
发明内容
鉴于背景技术中存在的问题，本申请提供一种电池单体，能够在电芯出现异常、内部温度和压力急剧升高时确保防爆阀及时爆开、泄压。
本申请实施例提供一种电池单体，包括：壳体，具有开口；盖板，盖合于所述开口，所述盖板与所述壳体焊接形成焊缝；泄压装置，设置于所述盖板，所述泄压装置设置有薄弱区，所述薄弱区被配置为在所述电池单体的内部压力或温度达到阈值时被破坏以泄放内部压力，其中，所述薄弱区的边缘与所述焊缝的最小距离大于或等于3毫米。
相对于现有技术而言，本申请提供的电池单体，将泄压装置的薄弱区边缘设置为距离焊缝至少3毫米，从而将盖板焊接在所述壳体上形成焊缝时，能尽量避免薄弱区的边缘距离焊缝过近而导致爆破压力在焊接完成后升高的问题，降低薄弱区的爆破压力在盖板焊接前后的变化幅度，从而，焊接的电池单体的泄压装置的薄弱区爆破力能够尽量保持组装前的原有设计压力阈值，确保在电芯出现异常、内部温度和压力急剧升高时，泄压装置的薄弱区能够达到设计压力阈值时及时爆开、泄压。
可选的，所述泄压装置为多个。由于设置在盖板上的薄弱区边缘距离焊缝之间的间距在3毫米以上，所以薄弱区的面积无法设计的更大，局限了薄弱区爆开后的泄压口口径，从一定程度上影响泄压速度，因此，设置多个如前所述的泄压装置之后，增加了泄压口数量，弥补单个薄弱区的面积无法设计的更大而带来的泄压口口径无法做大、影响泄压速度的缺陷，有效提升泄压能力。
可选的，至少两个所述泄压装置的薄弱区的面积不同。不同薄弱区具有不同面积，从而使得各个薄弱区爆破后的泄压口口径不同，如此可以为不同面积的薄弱区设计不同的爆破压力，在电池内部压力逐渐升高的过程中，爆破压力较小的一个或部分薄弱区先爆破而进行泄压，而当电池内部压力无法有效释放而持续升高时，爆破压力较大的一个或部分薄弱区再爆破、以增加泄压能力，从而实现在不同压力阈值下爆开不同数量的泄压装置，达到梯度爆破效果。
可选的，各个所述泄压装置的所述薄弱区的边缘与所述焊缝的最小距离均相同。经试验发现，薄弱区的边缘与焊缝的(最小)距离的大小决定了薄弱区爆破压力在盖板焊接前后的压力变化幅度，各个所述泄压装置的所述薄弱区的边缘与所述焊缝的最小距离均相同，可以在尽量降低焊缝对爆破压力的影响前提下，确保各个泄压装置的所述薄弱区的压力变化幅度也趋于相同，达成与设计参数更加接近的防爆效果。
可选的，任意两个相邻的所述泄压装置的所述薄弱区之间的最小距离大于或等于3毫米。将相邻的泄压装置的薄弱区之间的最小距离保持在3毫米以上，能够尽量避免薄弱区与薄弱区之间距离过近而导致实际爆破压力与设计阈值产生偏差。
可选的，还包括设置在所述盖板上的正极端子和负极端子，多个所述泄压装置均位于所述正极端子和所述负极端子之间。
可选的，还包括设置在所述盖板上、并位于所述正极端子和所述负极端子之间的注液口，多个所述泄压装置分别设置在所述注液口的两侧。泄压装置设置在注液口的两侧能够尽量分散各个泄压装置的位置，确保泄压装置与周围的其他部件结构尽量远离，尽量避免实际爆破压力与设计阈值产生偏差。
可选的，设置在所述盖板上、并位于所述正极端子和所述负极端子之间的注液口，多个所述泄压装置设置在所述注液口的同一侧。
可选的，所述泄压装置为两个，两个所述泄压装置的所述薄弱区的爆破压力下限比在1.2-1.5之间。
可选的，各个所述泄压装置的薄弱区面积大小均具有预定值，至少部分所述泄压装置的薄弱区面积大小具有第一预定值，至少部分所述泄压装置的薄弱区面积大小具有第二预定值。将各个所述泄压装置的薄弱区面积大小设计为预定值，可以根据不同电池产品的实际泄压需求、从各种面积大小的泄压装置中进行挑选并组合、进而设置在盖板上使电池单体具备期望的泄压能力。
附图说明
图1是本申请第一实施例提供的电池单体的分解结构示意图；
图2是图1所示电池单体的盖板结构侧视示意图；
图3是薄弱区强度随边缘与焊缝之间距离变化的曲线图；
图4是本申请第一实施例提供的电池单体的另一种盖板结构示意图；
图5是本申请第二实施例提供的电池单体的盖板结构示意图；
图6是本申请第二实施例提供的电池单体的另一种盖板结构示意图；
在附图中，附图并未按照实际的比例绘制。
标记说明：
100-电池单体；11-壳体；12-盖板；13-泄压装置；14-正极端子；15-负极端子；16-注液口；110-开口；130-薄弱区。
具体实施方式
为使本申请实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本申请的各实施例进行详细的阐述。然而，本领域的普通技术人员可以理解，在本申请各实施例中，为了使读者更好地理解本申请而提出了许多技术细节。但是，即使没有这些技术细节和基于以下各实施例的种种变化和修改，也可以实现本申请所要求保护的技术方案。以下各个实施例的划分是为了描述方便，不应对本申请的具体实现方式构成任何限定，各个实施例在不矛盾的前提下可以相互结合相互引用。
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申请的技术领域的技术人员通常理解的含义相同；本文中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本申请；本申请的说明书和权利要求书及上述附图说明中的术语“包括”和“具有”以及它们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含。
在本申请的描述中，需要说明的是，除非另有说明，“多个”的含义是两个以上(包括两个)；术语“上”、“下”、“左”、“右”、“内”、“外”等指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”、“第三”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。“垂直”并不是严格意义上的垂直，而是在误差允许范围之内。“平行”并不是严格意义上的平行，而是在误差允许范围之内。
在本文中提及“实施例”意味着，结合实施例描述的特定特征、结构或特性可以包含在本申请的至少一个实施例中。在说明书中的各个位置出现该短语并不一定均是指相同的实施例，也不是与其它实施例互斥的独立的或备选的实施例。本领域技术人员显式地和隐式地理解的是，本文所描述的实施例可以与其它实施例相结合。
本文中术语“和/或”，仅仅是一种描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如，A和/或B，可以表示：单独存在A，同时存在A和B，单独存在B这三种情况。另外，本文中字符“/”，一般表示前后关联对象是一种“或”的关系。
在本申请的实施例中，相同的附图标记表示相同的部件，并且为了简洁，在不同实施例中，省略对相同部件的详细说明。应理解，附图示出的本申请实施例中的各种部件的厚度、长宽等尺寸，以及集成装置的整体厚度、长宽等尺寸仅为示例性说明，而不应对本申请构成任何限定。
下述描述中出现的方位词均为图中示出的方向，并不是对本申请的具体结构进行限定。在本申请的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”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；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。对于本领域的普通技术人员而言，可视具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。
目前，作为消费电子或动力电池使用的锂离子电池，其制造通常包括极片制片、电芯组装、电芯入壳、盖板封装、干燥注液、化成分容等工艺流程，经过上述工艺流程之后，组装好的电芯会被密封在焊接在一起的电芯外壳和盖板内。
为了防止电池内部热失控而引发爆炸，生产电池组时，通常在盖板上设置防爆阀，防爆阀通常为形成有刻痕的铝薄片，压力边界大于电池生命周期内的产气压强、小于盖板和电芯外壳的焊缝强度。当在电芯出现异常、电池内部热失控而导致温度和压力急剧升高时，电芯内产生的气体会冲开防爆阀的刻痕区域使得防爆阀爆开，从而达到泄压的目的。本发明人注意到，现有的电池单体制造过程中，将设置有防爆阀的盖板焊接至壳体上时，盖板与壳体之间的焊缝会导致防爆阀的刻痕区域爆破力大幅增加，使得原本设计为具有预定爆破力的盖板在焊接至壳体上之后大幅度增加，当电池内部温度和压力急剧升高而压力升高至预定爆破力时，防爆阀的刻痕区域无法及时爆开，从而存在电池爆炸危险。
基于以上考虑，为了避免焊缝影响爆破力而导致的电池爆炸危险发生，申请人经过深入研究，提供了一种电池单体，包括：壳体，具有开口；盖板，盖合于所述开口，所述盖板与所述壳体焊接形成焊缝；泄压装置，设置于所述盖板，所述泄压装置设置有薄弱区，所述薄弱区被配置为在所述电池单体的内部压力或温度达到阈值时被破坏以泄放内部压力，其中，所述薄弱区的边缘与所述焊缝的最小距离大于或等于3毫米。该种电池单体将泄压装置的薄弱区边缘设置为距离焊缝至少3毫米，从而将盖板焊接在所述壳体上形成焊缝时，能尽量避免薄弱区的边缘距离焊缝过近而导致爆破压力在焊接完成后升高的问题，降低薄弱区的爆破压力在盖板焊接前后的变化幅度，从而，焊接的电池单体的泄压装置的薄弱区爆破力能够尽量保持组装前的原有设计压力阈值，确保在电芯出现异常、内部温度和压力急剧升高时，泄压装置的薄弱区能够达到设计压力阈值时及时爆开、泄压。
本申请实施例公开的电池单体可以但不限用于车辆、船舶或飞行器等用电装置中，使用该电池单体的用电装置还可以为但不限于手机、平板、笔记本电脑、电动玩具、电动工具、电瓶车等等。其中，电动玩具可以包括固定式或移动式的电动玩具，例如，游戏机、电动汽车玩具、电动轮船玩具和电动飞机玩具等等，飞行器可以包括飞机、火箭、航天飞机和宇宙飞船等等。这样，有利于用电装置在电芯出现异常、内部温度和压力急剧升高时确保防爆阀及时爆开、泄压缓解，提升电池的安全性。
下面对本申请实施例提供的电芯外壳的实现细节进行说明，以下内容仅为方便理解而提供的实现细节，并非实施本方案的必须。
参见图1及图2，本申请第一实施例提供一种电池单体100，包括壳体11、盖板12、泄压装置13、正极端子14、负极端子15、以及注液口16。
壳体11起到对内部电化学系统固定和密封的作用，其内部用于设置电芯以及电解液，具体可以为钢壳、铝合金外壳等。本实施例中，壳体11具有内部容置空间、以及与内部容置空间连通的开口110，用于容纳电芯以及电解液。在电池制造过程中，会先将电芯置入壳体11的容置空间中，再利用盖板12对壳体11进行焊接封装，继而进行注液等工艺操作。壳体11的形状可以为圆筒状(横截面为圆形)、方形筒状(横截面为矩形)或其他形状。本实施例中，壳体11为方形筒状。具体的，在电池单体100的制备过程中，壳体11的材质可以选用钢、铝、铝塑膜等，具体可以依照不同的电池设计需求而定。
盖板12，用于盖合在开口110上、并与壳体11焊接形成焊缝，该焊缝环绕盖板12的边缘(也即盖板12的外轮廓)并封闭盖板12与开口110的边缘，以将电芯和电解液密封在壳体11之内，避免湿气侵入和电解液泄露。
泄压装置13，设置于盖板12上。泄压装置13设置有薄弱区130，薄弱区130被配置为在电池单体100的内部压力或温度达到阈值时被破坏以泄放内部压力，其中，所述薄弱区的边缘与焊缝的最小距离d大于或等于3毫米。具体的，本实施例中，泄压装置13为防爆阀，其形状大体呈跑道型，且防爆阀的表面的薄弱区130为刻痕，薄弱区130的压力边界大于电池单体100在生命周期内的产气压强、且小于盖板12和壳体11的焊缝强度。如此以来，当电芯出现异常、壳体11内部热失控而导致温度和压力急剧升高时，电芯内产生的气体会冲开刻痕区域使得防爆阀爆开，从而达到泄压的目的。
正极端子14与负极端子15设置与盖板12上，而泄压装置13位于正极端子14与负极端子15之间。
注液口16设置于盖板12上、且位于正极端子14与泄压装置13之间，用于向被盖板12密封的壳体11内注入电解液。
发明人发现，现有的电池单体制造过程中，将设置有防爆阀的盖板12焊接至壳体11上时，盖板12与壳体11之间的焊缝会导致防爆阀的刻痕区域爆破力大幅增加，而当焊缝与刻痕区的距离增大时，防爆阀的刻痕区域爆破力增加幅度会变小，如图3曲线所示。因此，本实施例将薄弱区130边缘设置为距离焊缝至少3毫米，二者较远的间距使得盖板12被焊接至壳体11上时，盖板12与壳体11的焊缝对薄弱区130的爆破力影响较小，从而使得盖板12在焊接至壳体11上之前、与焊接至壳体11上之后的爆破力几乎不变，从而保证薄弱区13的爆破力在焊接前、后的一致性，也就是说，薄弱区130的爆破力能够尽量保持组装前的原有设计压力阈值，确保在电芯出现异常、壳体11内部温度和压力急剧升高时，泄压装置13的薄弱区130能够达到设计压力阈值时及时爆开、泄压。
在实际生产过程中，为了方便采购，电池单体100的盖板12通常具有固定的规格大小，而在本申请的设计构思下增大薄弱区130边缘距离焊缝之间的最小间距，会挤占泄压装置13的设置区域大小，从而导致薄弱区130的面积无法设计的更大，从一定程度上影响薄弱区130爆破后的泄压速度，无法满足部分大容量电池单体的更大的泄压要求。
因此，在本申请实施例中，参见图4，可以将泄压装置13设置为多个，设置多个泄压装置13之后，每个泄压装置13的薄弱区130都可以在爆破之后成为一个泄压口，从而可以通过增加泄压口数量，弥补单个薄弱区130的面积无法设计的更大而带来的泄压口口径无法做大、影响泄压速度的缺陷，有效提升泄压能力。
需要说明的是，在盖板12的一侧至另外一侧的方向上，依次排布所述正极端子14、注液口16、两个泄压装置13以及负极端子15，而跑道型的泄压装置13的长轴方向与该排布方向一致。但是，可以理解，只要保证薄弱区130边缘距离焊缝至少3毫米，跑道型的泄压装置13的长轴方向也可以沿其他方向，例如，跑道型的泄压装置13的长轴方向与该排布方向垂直等。当然，在泄压装置13的数量为单个时，其长轴方向也可以在保证薄弱区130边缘距离焊缝至少3毫米的前提下灵活调整。
参见图5，本申请第二实施例提供另一种电池单体，其与第一实施例提供的电池单体100结构大致相同，不同之处在于，本申请第二实施例提供的盖板12上设置的多个泄压装置13的薄弱区130面积不同。由于两个薄弱区130具有不同面积，从而使得各个薄弱区130爆破后的泄压口口径不同，如此可以为两个不同面积的薄弱区130设计不同的爆破压力，在电池单体100内部压力逐渐升高的过程中，爆破压力较小的一个薄弱区130先爆破而进行泄压，而当电池单体100内部压力无法有效释放而持续升高时，爆破压力较大的一个薄弱区130再爆破、以增加泄压能力，从而实现在不同压力阈值下爆开一个或两个泄压装置，达到梯度爆破效果。具体的，在本实施例的一个具体实施方案中，两个泄压装置13的薄弱区130的爆破压力下限比在1.2-1.5之间。
可以理解的是，当薄弱区130的数量为三个或更多时，可以设置为至少两个不同薄弱区130具有不同面积，从而使得各个薄弱区130爆破后的泄压口口径不同，如此可以为不同面积的薄弱区130设计不同的爆破压力，在电池单体100内部压力逐渐升高的过程中，爆破压力较小的一个或部分薄弱区130先爆破而进行泄压，而当电池内部压力无法有效释放而持续升高时，爆破压力较大的一个或部分薄弱区130再爆破、以增加泄压能力，从而实现在不同压力阈值下爆开数量不同的泄压装置，达到梯度爆破效果。
需要指出的是，当泄压装置13的数量为多个时，可以将各个泄压装置13的所述薄弱区130的边缘与焊缝的最小距离设计为相同。经试验发现，薄弱区130的边缘与焊缝的(最小)距离的大小决定了薄弱区爆破压力在盖板12焊接前后的压力变化幅度，各个所述泄压装置的所述薄弱区的边缘与所述焊缝的最小距离均相同，可以在尽量降低焊缝对爆破压力的影响前提下，确保各个泄压装置13的所述薄弱区130的压力变化幅度也趋于相同，达成与设计参数更加接近的防爆效果。
在本申请的另一可实施的方案中，当泄压装置13的数量为多个时，任意两个相邻的泄压装置13的薄弱区130之间的最小距离大于或等于3毫米。将相邻的泄压装置13的薄弱区130之间的最小距离保持在3毫米以上，能够尽量避免薄弱区130与薄弱区130之间距离过近而导致实际爆破压力与设计阈值产生偏差。
泄压装置13为多个时，多个泄压装置13可以均位于正极端子14和负极端子15之间。可以理解，在其他实施方案中，还可以将至少部分泄压装置13设置在与正极端子14相对的另一侧、而将负极端子15设置在正极端子14和至少部分泄压装置13之间。换句话说，从盖板12的一侧至另一侧，分别设置有正极端子14、至少一个泄压装置13、负极端子15以及至少一个泄压装置13。如此以来，负极端子15的两侧均设置有至少一个泄压装置13。进一步的，位于负极端子15两侧的泄压装置13的薄弱区130的面积也可以不同，例如，当泄压装置13为两个时，距离正极端子14较近的一个泄压装置13(也即位于正极端子14和负极端子15之间的泄压装置13)的薄弱区130面积较大，而距离正极端子14较远的一个泄压装置13的薄弱区130面积较小。当然，可以理解，在另一个变更实施方案中，也可以是距离正极端子14较近的一个泄压装置13(也即位于正极端子14和负极端子15之间的泄压装置13)的薄弱区130面积较小，而距离正极端子14较远的一个泄压装置13的薄弱区130面积较大。这种多样式的设置方式意义在于，能够根据电池单体的实际设计结构灵活调整选择，排布更加灵活，以规避电芯顶部的干涉问题。
另外，可以理解的，虽然图5所示的各泄压装置13均位于注液口16的同一侧，但是在其他变更实施方案中，多个泄压装置13可以分别设置在注液口16的两侧，如图6所示。泄压装置13设置在注液口16的两侧能够尽量分散各个泄压装置13的位置，确保泄压装置13与周围的其他部件结构尽量远离，尽量避免实际爆破压力与设计阈值产生偏差。
需要说明的是，在电池单体100的部件生产过程中，各个泄压装置13的薄弱区130的面积大小可以具有预定值，其中，至少部分泄压装置13的薄弱区130面积大小具有第一预定值，至少部分泄压装置13的薄弱区130的面积大小具有第二预定值。将各个泄压装置13的薄弱区130面积大小设计为预定值，可以根据不同电池产品的实际泄压需求、从各种面积大小的泄压装置13中进行挑选并组合、进而设置在盖板12上使电池单体100具备期望的泄压能力。如此通过组合不同规格的泄压装置以满足不同电池产品泄压需求的做法，能够有效降低开发费用。
本领域的普通技术人员可以理解，上述各实施方式是实现本发明的具体实施例，而在实际应用中，可以在形式上和细节上对其作各种改变，而不偏离本发明的精神和范围。

Claims (10)

1.一种电池单体，其特征在于，包括：
壳体，具有开口；
盖板，盖合于所述开口，所述盖板与所述壳体焊接形成焊缝；
泄压装置，设置于所述盖板，所述泄压装置设置有薄弱区，所述薄弱区被配置为在所述电池单体的内部压力或温度达到阈值时被破坏以泄放内部压力，
其中，所述薄弱区的边缘与所述焊缝的最小距离大于或等于3毫米。
2.如权利要求1所述的电池单体，其特征在于，所述泄压装置为多个。
3.如权利要求2所述的电池单体，其特征在于，至少两个所述泄压装置的薄弱区的面积不同。
4.如权利要求2所述的电池单体，其特征在于，各个所述泄压装置的所述薄弱区的边缘与所述焊缝的最小距离均相同。
5.如权利要求2所述的电池单体，其特征在于，任意两个相邻的所述泄压装置的所述薄弱区之间的最小距离大于或等于3毫米。
6.如权利要求2所述的电池单体，其特征在于，还包括设置在所述盖板上的正极端子和负极端子，多个所述泄压装置均位于所述正极端子和所述负极端子之间。
7.如权利要求6所述的电池单体，其特征在于，还包括设置在所述盖板上、并位于所述正极端子和所述负极端子之间的注液口，多个所述泄压装置分别设置在所述注液口的两侧。
8.如权利要求6所述的电池单体，其特征在于，还包括设置在所述盖板上、并位于所述正极端子和所述负极端子之间的注液口，多个所述泄压装置设置在所述注液口的同一侧。
9.如权利要求2-8任一项所述的电池单体，其特征在于，所述泄压装置为两个，两个所述泄压装置的所述薄弱区的爆破压力下限比在1.2-1.5之间。
10.如权利要求2所述的电池单体，其特征在于，各个所述泄压装置的薄弱区面积大小均具有预定值，至少部分所述泄压装置的薄弱区面积大小具有第一预定值，至少部分所述泄压装置的薄弱区面积大小具有第二预定值。
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