CN116259919A

CN116259919A - 一种电池、模组和用电设备

Info

Publication number: CN116259919A
Application number: CN202310507100.2A
Authority: CN
Inventors: 林法稳; 房森基; 张瑞朋; 陈圣立; 李勇军
Original assignee: Jiangsu Zenergy Battery Technologies Co Ltd
Current assignee: Jiangsu Zenergy Battery Technologies Co Ltd
Priority date: 2023-05-08
Filing date: 2023-05-08
Publication date: 2023-06-13

Abstract

本发明涉及一种电池、模组和用电设备，其中电池包括：壳体，具有开口；壳体包括底板和围绕底板设置的侧板，侧板或底板中的至少之一开设有第二防爆阀孔；电芯，容置于壳体中；顶盖片，扣合开口，顶盖片沿其厚度方向开设有第一防爆阀孔；防爆阀片，包括第一防爆阀片和第二防爆阀片，第一防爆阀片安装于第一防爆阀孔中，第二防爆阀片安装于第二防爆阀孔中，第一防爆阀片的开阀压强小于第二防爆阀片的开阀压强。本发明在电池异常瞬间产气时，第一防爆阀片快速打开，若增压太快或排气出现堵塞时，第二防爆阀片快速打开进行泄压，可有效规避电池爆炸的发生，提高电池安全性。

Description

一种电池、模组和用电设备

技术领域

本发明涉及电池技术领域，尤其是指一种电池、模组和用电设备。

背景技术

热失控是电池最严重的安全事故，储存在电池内部的电能和化学能在短时间内大量释放，使得电池内部的温度快速升高，同时热失控中电解液、活性物质分解产生的大量气体会导致电池内部的压力急剧升高，甚至引起电池的爆炸。

为了保证在电池的安全性，通常会在电池顶盖上设计一个电池防爆阀，在压力过高时能够及时被破坏，释放电池内部的压力，防止热失控中电池发生爆炸。

对于电池而言，防爆阀设计在电池的顶盖，防爆阀还兼具了断路器的功能，在电池内部压力升高到一定程度时，防爆阀动作切断电流回路，当电池内部的压力进一步升高时，防爆阀结构被破坏，释放电池内部的压力，防止电池发生爆炸。

现有的防爆阀一般存在以下问题：

电池出现异常时，内压瞬间增大冲开防爆阀，若增压太快而排气不及时时，电池会出现爆炸风险，带来安全隐患；

在电池容量比较大和较宽/较薄型号电池中，短时间内产生大量气体的情况的情况下，防爆阀很容易被位移的电芯所堵塞，从而导致电池内部的压力积聚，引起爆炸。

虽然通过增大防爆阀的泄压面积在一定程度上能解决上述问题，比如：单纯地将单个防爆阀的泄压面积增大，或者，通过使用多个防爆阀来增大总的泄压面积，但这两种实施手段一方面会降低顶盖或电池壳体的强度，另一方面会使得防爆阀在电池装车或正常使用过程中意外开阀，危害电池安全。

因此，单纯地仅增大防爆阀的泄压面积无法从根本上解决防爆阀泄压不及时或排气易堵塞的问题。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明公开了一种电池、模组和用电设备。

本发明所采用的技术方案如下：

一种电池，包括：

壳体，具有开口；所述壳体包括底板和围绕所述底板设置的侧板，所述侧板或所述底板中的至少之一开设有第二防爆阀孔；

电芯，容置于所述壳体中；

顶盖片，扣合所述开口，所述顶盖片沿其厚度方向开设有第一防爆阀孔；

防爆阀片，包括第一防爆阀片和第二防爆阀片，所述第一防爆阀片安装于所述第一防爆阀孔中，所述第二防爆阀片安装于所述第二防爆阀孔中，所述第一防爆阀片的开阀压强小于所述第二防爆阀片的开阀压强。

在一些实施例中，所述第一防爆阀片的泄压面积和所述第二防爆阀片的泄压面积满足以下关系式：

式中：

为第二防爆阀片的泄压面积，/>

的取值范围为2~10，/>

为第一防爆阀片的泄压面积。

在一些实施例中，所述第二防爆阀孔开设于所述底板，所述底板的厚度方向具有相对的第一表面和第二表面，所述第一表面边缘或所述第二表面边缘围成的区域的面积和所述第二防爆阀片的泄压面积满足以下关系式：

式中：

为第二防爆阀片的泄压面积，/>

的取值范围为0.1~0.95，/>

为所述第一表面边缘或所述第二表面边缘围成的区域的面积。

在一些实施例中，所述第一防爆阀片设有第一开阀刻痕，所述第二防爆阀片设有第二开阀刻痕，所述第二开阀刻痕的深度小于所述第一开阀刻痕的深度。

在一些实施例中，所述第二防爆阀片的厚度和所述第二开阀刻痕的刻痕深度满足以下关系式：

式中：

为第二开阀刻痕的刻痕深度，/>

的取值范围为1/4~2/3，/>

为第二防爆阀片的厚度。

在一些实施例中，

的取值范围为0.6mm-2.0mm。

在一些实施例中，所述侧板或所述底板的厚度方向具有相对的第一表面和第二表面，所述侧板或所述底板的第一表面向内凹陷形成有第一孔体，所述第二防爆阀片限定在所述第一孔体。

在一些实施例中，所述第一防爆阀片和所述顶盖片的固定方式为焊接或粘接。

在一些实施例中，所述底板和所述第二防爆阀片的固定方式为焊接或粘接。

一种模组，包括如上述所述的电池。

一种用电设备，包括如上述所述的电池。

本发明的上述技术方案相比现有技术具有以下优点：

1、本发明所述的电池当电池异常瞬间产气时，第一防爆阀片会快速打开，若电池增压太快或电池防爆阀结构排气出现堵塞时，第二防爆阀片会快速打开进行泄压，可有效规避电池爆炸的发生，提高电池安全性。

2、本发明所述的电池中第一防爆阀片设置在顶盖片上，第二防爆阀片固定于电池的壳体上，不会影响电池能量密度。

3、本发明所述的电池可在电池壳体的侧板和底板上均设置第二防爆阀片，在保证第一防爆阀片和第二防爆阀片联动性的基础上，能够实现多方向排气，进一步提高了电池的安全性。

附图说明

为了使本发明的内容更容易被清楚的理解，下面根据本发明的具体实施例并结合附图，对本发明作进一步详细的说明。

图1是本发明中电池的结构示意图。

图2是本发明中顶盖片的结构示意图。

图3是本发明中第一防爆阀片的结构示意图。

图4是本发明中电池的壳体的结构示意图。

图5是本发明中电池的壳体的仰视图。

图6是图5中A-A处的剖面图。

图7是图6中部分放大示意图。

图8是本发明中第二防爆阀片的第一视角的结构示意图。

图9是本发明中第二防爆阀片的第二视角的结构示意图。

图10是本发明中电池的壳体（无第二防爆阀片）的结构示意图。

说明书附图标记说明：1、顶盖片；11、第一防爆阀孔；12、极柱孔；13、注液孔；2、第一防爆阀片；21、第一开阀刻痕；3、壳体；31、第一侧板；32、第二侧板；33、底板；34、第二防爆阀孔；35、第一孔体；4、第二防爆阀片；41、第二开阀刻痕；42、台阶。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明，以使本领域的技术人员可以更好地理解本发明并能予以实施，但所举实施例不作为对本发明的限定。

关本发明的前述及其他技术内容、特点与功效，在以下配合参考附图对实施例的详细说明中，将可清楚的呈现。以下实施例中所提到的方向用语，例如：上、下、左、右、前或后等，仅是参考附图的方向。因此，使用的方向用语是用来说明并非用来限制本发明，此外，在全部实施例中，相同的附图标号表示相同的元件。

经研究发现，目前通过增大防爆阀的泄压面积解决防爆阀泄压不及时或排气易堵塞的问题，例如仅将单个防爆阀的泄压面积增大，或者，通过使用多个防爆阀来增大防爆阀结构总的泄压面积，但这两种实施手段一方面会降低电池顶盖或电池壳体的强度，另一方面会使得防爆阀结构在电池装车或正常使用过程中意外开阀，危害电池安全。

为解决上述问题，本发明提供一种电池、模组和用电设备。

实施例1：

结合图1-图4，一种电池，包括壳体3、电芯、顶盖片1和防爆阀片。

其中，如图10所示，壳体3具有开口；壳体3包括底板33和围绕底板设置的侧板，侧板或底板33中的至少之一开设有第二防爆阀孔34；具体地，侧板包括两个相对设置的第一侧板31和两个相对设置的第二侧板32，第一侧板31和第二侧板32连接；底板33和侧板共同形成用于容纳电芯的容纳空间，电芯具有两个相对的最大侧面(即电芯大面)；每一第二侧板32与每一最大侧面相对设置。

电芯容置于壳体3中；

顶盖片1扣合壳体3的开口，顶盖片1沿其厚度方向开设有第一防爆阀孔11；进一步地，顶盖片1沿其厚度方向形成有极柱孔12，极柱孔12可以是一个，也可以是两个，当极柱孔12为一个时，极柱和顶盖片1可以具有不同的极性，极柱和顶盖片1可以分别作为电池的两个输出极；如图2所示，当极柱孔12为两个时，极柱也设置有两个，每一极柱对应安装于一个极柱孔12中，两个极柱可以具有不同的极性，两个极柱可以分别作为电池的两个输出极。通过预留注液孔13，把电解液按照需要的量注入电池的内部，当电解液注入完成后，可再使用密封钉封住注液孔13。

防爆阀片包括第一防爆阀片2和第二防爆阀片4，第一防爆阀片2安装于第一防爆阀孔11中，第二防爆阀片4安装于第二防爆阀孔34中，第一防爆阀片2的开阀压强小于第二防爆阀片4的开阀压强。具体地，一级防爆阀片2的开阀压强和二级防爆阀片3的开阀压强满足以下关系式：

式中：

为一级防爆阀片2的开阀压强，/>

的取值范围为0.5MPa-1.1MPa，/>

为第二防爆阀片4的开阀压强，/>

为设定的安全系数且的取值范围为1.5-2.5。

由于发明人发现，防爆阀片的泄压面积大小和刻痕深度均会影响防爆阀的开阀效果。一般而言，在其他条件相同的情况下（例如防爆阀片的厚度、材料、刻痕以及其他条件），当防爆阀片的泄压面积小时，所需要的开阀压强就大；当防爆阀片的泄压面积大时，所需要的开阀压强就小。进一步地，当防爆阀片的面积一定且防爆阀片上设置有刻痕时，刻痕的深度浅，所需开阀压强就大，刻痕的深度深，所需开阀压强就小。同时，泄压面积和刻痕相比，刻痕对防爆片的开阀影响最大，因此即使在泄压面积不相同时，也可以通过控制刻痕数量或深度来控制防爆阀片的开阀顺序。

因此，在本实施例中，结合图5-图7，第一防爆阀片2的泄压面积和第二防爆阀片4的泄压面积满足以下关系式：

式中：

为第二防爆阀片4的泄压面积，/>

的取值范围为2~10，/>

为第一防爆阀片2的泄压面积。

需要说明的是，泄压面积是指防爆阀片上覆盖防爆阀孔区域的面积，也可以近似地认为是防爆阀片上表面边缘或下表面边缘所围成为区域面积。

结合图5和图6，第二防爆阀孔34开设于底板33，底板33的厚度方向具有相对的第一表面和第二表面，第一表面边缘或所述第二表面边缘围成的区域的面积和所述第二防爆阀片4的泄压面积满足以下关系式：

式中：

为第二防爆阀片4的泄压面积，/>

的取值范围为0.1~0.95，/>

需要说明的是，虽然第二防爆阀片4的泄压面积大于第一防爆阀片2的泄压面积，但是通过调整第二防爆阀片4和第一防爆阀片2的厚度、材料、刻痕或其他条件，能够保证当电池异常瞬间产气，第一防爆阀片2先开，若电池增压太快或电池防爆阀结构排气出现堵塞时，第二防爆阀片4再开阀泄压。之所以使第二防爆阀片4的泄压面积大于第一防爆阀片2的泄压面积，是想在第一防爆阀片2排气堵塞时，能尽可能地通过增大第二防爆片4的泄压面积从而帮助泄压第二防爆片4快速泄压。

发明人发现，第一防爆阀片2和第二防爆阀片4的泄压面积满足上述关系式时，第一防爆阀片2和第二防爆阀片4的联动性最好，即，既能保证泄压及时又不会意外开阀。

在一些实施例中，第一防爆阀片2设有第一开阀刻痕21，第二防爆阀片4设有第二开阀刻痕41，第二开阀刻痕41的深度小于第一开阀刻痕21的深度。其中，第一开阀刻痕21和第二开阀刻痕41的作用在于，当电池的内部气压达到电池防爆阀结构的开阀气压时，通过第一开阀刻痕21或第二开阀刻痕41将第一防爆阀片2或第二防爆阀片4撕开，刻痕相当于是在防爆阀片设置的薄弱处，也是力的集中点。

具体地，当第一防爆阀片2和第二防爆阀片4的泄压面积大致相同时，通过设置第二开阀刻痕41的深度小于第一开阀刻痕21的深度，能够使得电池异常瞬间产气，第一防爆阀片2先开，若电池增压太快或电池防爆阀结构排气出现堵塞时，第二防爆阀片4再开阀泄压。当二者泄压面积不同时，例如当第二防爆阀片4的泄压面积大于第一防爆阀片2的泄压面积时，通过设置第二开阀刻痕41的深度小于第一开阀刻痕21的深度，也能保证第一防爆阀片2先开，第二开阀片4后开。

具体地，第二防爆阀片4的厚度和第二开阀刻痕41的刻痕深度满足以下关系式：

式中：

为第二开阀刻痕41的刻痕深度，/>

的取值范围为1/4~2/3，/>

为第二防爆阀片4的厚度，/>

的取值范围为0.6mm-2.0mm。

通过控制第二防爆阀片4的厚度和第二开阀刻痕41的刻痕深度，能够进一步保证第二防爆阀片4在第一防爆阀片2泄压不及时或防爆阀排气堵塞时开阀，而不在正常使用中受力开阀。

在本实施例中，侧板或底板33的厚度方向具有相对的第一表面和第二表面，所述侧板或所述底板33的第一表面向内凹陷形成有第一孔体35，所述第二防爆阀片4限定在所述第一孔体35。第二防爆阀片4搭接与第一孔体35中，盖住第二防爆阀孔34。具体地，在底板33的第一表面可以设置两个不在同一水平面的第一孔体，可以理解为，两个第一孔体具有上下的相对位置关系。两个第一孔体具有预设宽度且两个第一孔体的宽度沿底板33的第一表面朝向底板33的第二表面的厚度方向逐渐增大。第二防爆阀片4搭接于其中一个深度较深的第一孔体,还有一个第一孔体用于方便第二防爆阀片4和底板33进行焊接操作的固定。其中，位于上方的第一孔体的高度为H₁，H₁=0.1mm-0.5mm；位于下方的第一孔体的高度为H₂，H₂=0.5mm-1.5mm；第一孔体的宽度为W，W=0.25mm-2.0mm。

在本实施例中，第一防爆阀片2和顶盖片1的固定方式为焊接或粘接，其中，焊接可以选择激光焊接或其他现有的焊接手段。

在本实施例中，底板33和第二防爆阀片4的固定方式为焊接或粘接其中，焊接可以选择激光焊接或其他现有的焊接手段。

在本实施例中，顶盖片1、第一防爆阀片2、壳体3和第二防爆阀片4的材质为铝材，其中，第一防爆阀片2的材质优选用MFX2铝材，因为MFX2铝材的晶粒一致性非常高，爆破一致性更好，能够保障第一防爆阀片2的开阀灵敏性。

在一些实施例中，第一防爆阀片2的形状和第二防爆阀片4的形状可以相同或不同，两者的形状可以采用圆形、椭圆形和多边形中的一种。在本实施例中，如图7所示，第一防爆阀片2的形状为圆形，第二防爆阀片4的形状为矩形，则对应地，第一防爆阀孔11的形状为圆形，第二防爆阀孔34的形状为矩形。

本实施例的组装方法如下：

将第一防爆阀片2与顶盖片1搭接适配，将第一防爆阀片2与顶盖片1焊接固定并密封；将第二防爆阀片4与底板33的第一孔体35搭接适配，对第二防爆阀片4与底板33焊接固定并密封。

本实施例的工作原理如下：

当电池异常瞬间产气时，第一防爆阀片2能够快速打开，若电池内部增压太快或排气出现堵塞时，第二防爆阀片4快速打开来泄压，可有效规避电池爆炸的发生，提高电池安全性。

实施例2：

基于实施例1，任意一个第一侧板31或者两个第一侧板31还开设有第二防爆阀孔34，第二防爆阀片4安装于第二防爆阀孔34中。此时，第二防爆阀片4的总数量为两个或三个。第一侧板31和第二防爆阀片4的固定方式为焊接或粘接其中，焊接可以选择激光焊接或其他现有的焊接手段。

实施例3：

基于实施例1，任意一个第二侧板32或者两个第二侧板32还开设有第二防爆阀孔34，第二防爆阀片4安装于第二防爆阀孔34中。此时，第二防爆阀片4的总数量为两个或三个。第二侧板32和第二防爆阀片4的固定方式为焊接或粘接其中，焊接可以选择激光焊接或其他现有的焊接手段

实施例4：

基于实施例1，任意一个第一侧板31和任意一个第二侧板32还开设有第二防爆阀孔34，第二防爆阀片4安装于第二防爆阀孔34中。此时，第二防爆阀片4的总数量为三个。第一侧板31和第二防爆阀片4以及第二侧板32和第二防爆阀片4的固定方式为焊接或粘接其中，焊接可以选择激光焊接或其他现有的焊接手段。

实施例5：

与实施例1不同之处在于，底板33上不开设第二防爆阀孔34，仅在侧板（即第一侧板31和第二侧板32）上开设第二防爆阀孔34，第二防爆阀片4安装于第二防爆阀孔34中。优选地，第二防爆阀孔34开设于相对设置的第一侧板31上。

由实施例1-实施例5可知：

第二防爆阀片4的数量可以是一个或两个或三个；第二防爆阀片4可以设置于壳体3的第一侧板31、第二侧板32和底板33中的至少一个。

实施例6：

一种模组，包括如实施例1-实施例5中任意一个实施例所提供的电池。其中，电池有多个，多个电池被同一个框架封装在一起，与外部进行联系，就形成了模组。

实施例7：

一种用电设备，一种用电设备，包括如实施例1-实施例5中任意一个实施例所提供的电池。本发明的主要设计要点在于电池防爆阀结构的结构改进，对于用电设备的其他结构，例如用电设备的电连接部分、机械结构部分就不再一一赘述。

用电设备可以是汽车、手机、便携式设备、笔记本电脑、轮船、航天器、电动玩具和电动工具等等。汽车可以是燃油汽车、燃气汽车或新能源汽车，新能源汽车可以是纯电动汽车、混合动力汽车或增程式汽车等；航天器包括飞机、火箭、航天飞机和宇宙飞船等等；电动玩具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；电动工具包括金属切削电动工具、研磨电动工具、装配电动工具和铁道用电动工具，例如，电钻、电动砂轮机、电动扳手、电动螺丝刀、电锤、冲击电钻、混凝土振动器和电刨等等。本发明的实施例对上述用电设备不做特殊限制。

在本发明实施例的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，若出现术语“设置”、“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；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引申出的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之中。