CN117134048A - 盖帽组件、制作其连接片的方法及具有该盖帽组件的电池 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于电池的盖帽组件，该盖帽组件包括：连接片，该连接片包括中央部分、外周部分和两者之间的过渡部分，其中中央部分设置有电流切断装置；泄压片，该泄压片相对于连接片位于电池电芯外侧，通过电流切断装置与连接片电连接，并且能够在电芯内压超过泄压片的翻转气压时翻转并断开电流切断装置，从而切断泄压片与连接片之间的电连接；内绝缘垫圈，该内绝缘垫圈设置在连接片的外周部分上，其特征在于，连接片在面向泄压片的一侧的外周部分和过渡部分上涂覆有绝缘涂层。该绝缘涂层能够防止连接片在外短路情况下与泄压片的重连，提升电池的短路安全性。本发明还涉及一种用于制作该盖帽组件的连接片的方法及具有该盖帽组件的电池。

Description

盖帽组件、制作其连接片的方法及具有该盖帽组件的电池

技术领域

本发明涉及一种用于电池的盖帽组件。本发明还涉及一种用于制作上述盖帽组件的连接片的方法以及一种具有上述盖帽组件的电池。

背景技术

电池是一种常见的储存电能的装置。电池通常在正极处设置有盖帽组件，其包括连接片和泄压片，泄压片的连接部分通过电流切断装置(Current Interrupt Device，CID)与连接片的中央部分电连接。在连接片的外周部分上设置有内绝缘垫圈，使连接片与泄压片在外周部分以及外周部分与中央部分之间的过渡部分上间隔开。当电池发生外短路时，大电流会流经电芯与极耳，产生大量的热量。当电芯产热后，一方面会将正极极耳处熔断，产生断路；另一方面，产生的热量会导致电池内部的材料与化学物质反应产气，导致电芯内压增大，当电芯内压增大至泄压片的翻转气压时，会引起泄压片的变形部分翻转/变形，以使电流切断装置断开，即切断泄压片的连接部分与连接片的中央部分之间的电连接，从而引起断路。以上两种断路模式，存在一定先后顺序，当短路内阻较小时，短路电流很大，会导致正极耳提前发生熔断；当短路电流较小时，电芯内部产气的积累会导致泄压片先发生翻转，引起断路。第二种因泄压片翻转导致的断路，在泄压片发生翻转时，内绝缘垫圈起到关键的绝缘作用。然而，在大短路电流下，长时间热积累会导致内绝缘垫圈发生热熔，在一定概率上存在泄压片与连接片重新连接的风险，导致在外周部分重新发生短路，进而影响电芯在外短路情况下的安全性。

现有的方案是提高内绝缘垫圈的热稳定性以及热变形温度。为此，将目前最常用的内绝缘垫圈的材料由聚对苯二甲酸丁二醇酯(Polybutylene Terephthalate，PBT)换成可熔性聚四氟乙烯(Perfluoroalkoxy，PFA)。然而，PFA整体热成型温度较高，一定程度上提高了电芯的成本。

此外，一种不被关注、甚至常常被忽视的情况是，由于安装的限制，内绝缘垫圈无法覆盖连接片的外周部分与中央部分之间的过渡部分，并且该过渡部分可能在泄压片异常翻转/变形的情况下，无论内绝缘垫圈是否被热熔，都会形成与泄压片的电连接，从而导致在该过渡部分重新发生短路，进而影响电芯在外短路情况下的安全性。

发明内容

本发明的目的是提供一种用于电池的盖帽组件，该盖帽组件能够增加电池在外短路的情况下的安全性，而且兼具成本效益。

具体地，该盖帽组件包括：连接片，所述连接片包括中央部分、外周部分和两者之间的过渡部分，其中中央部分设置有电流切断装置；泄压片，所述泄压片相对于所述连接片位于所述电池的电芯的外侧，通过电流切断装置与所述连接片电连接，并且能够在所述电芯的内压超过所述泄压片的翻转气压时翻转并断开所述电流切断装置，从而切断所述泄压片与所述连接片之间的电连接；内绝缘垫圈，所述内绝缘垫圈设置在所述连接片的外周部分上，其中，所述连接片在面向所述泄压片的一侧的所述外周部分和所述过渡部分上涂覆有绝缘涂层。

在一个实施例中，所述连接片的外周侧面涂覆有绝缘涂层。

优选地，所述绝缘涂层为无机涂层，所述无机涂层包括无机物颗粒、粘结剂和溶剂；更优选地，所述无机物颗粒为氧化铝(Al₂O₃)或勃姆石(AlOOH)，所述粘结剂为聚偏氟乙烯(PVDF)，并且/或者所述溶剂为N-甲基吡咯烷酮(NMP)。

优选地，所述无机物颗粒的整体固含量为40％-70％，所述无机物颗粒的大小为0.3μm-5μm，并且/或者所述绝缘涂层的厚度为20μm-100μm。

在一个实施例中，在所述外周部分的所述绝缘涂层的厚度大于在所述过渡部分的所述绝缘涂层的厚度。

在一个实施例中，所述电流切断装置包括在所述泄压片与所述连接片之间的至少一个焊接点，优选地，所述焊接点能够在力的作用下被破坏，优选地，所述力通过所述电芯的内压施加在所述泄压片上。

在一个实施例中，所述连接片上设置有通孔，所述通孔优选地设置在所述连接片的所述过渡部分上，用以将电芯产生的气体排放至所述泄压片，以便使所述泄压片能够在电芯内压超过所述泄压片的翻转气压时翻转。

本发明的另一目的是提供一种用于制作以上盖帽组件的连接片的方法，所述方法包括：将粘结剂充分溶解在溶剂中；将无机物颗粒混入所述溶剂中；将以上混合物充分搅拌均匀以形成浆料；使所述连接片单面向上并遮盖所述连接片的中央部分；使用喷涂或印刷涂布的方式，将所述浆料均匀地涂覆在所述连接片上；在80-120摄氏度的范围内对涂覆有所述浆料的所述连接片进行烘烤干燥，以获得带有单面涂层的连接片。

在一个实施例中，通过涂覆时间和/或浆料添加量来控制所述单面涂层的厚度。

在一个实施例中，在所述连接片的外周部分形成的涂层厚度大于所述过渡部分的涂层厚度。

本发明的另一目的是提供一种电池，该电池包括以上所述的盖帽组件。

根据本发明的盖帽组件，由于其连接片在面向泄压片一侧的外周部分和过渡部分上涂覆有绝缘涂层，因此可以有效地防止因内绝缘垫圈热熔导致的连接片和翻转后的泄压片的重连以及因泄压片的异常翻转/变形导致的连接片和翻转后的泄压片的重连。此外，该盖帽组件以及用于制作该盖帽组件的连接片的方法还可能具有以下优点：

1、具有成本效益；

2、能够防止在内绝缘垫圈发生热熔的情况下，由于连接片在外周部分处的变形而导致连接片在外周侧面与泄压片重新电连接；

3、能够抵消连接片的外周部分与内绝缘垫圈之间的磨损带来的减弱绝缘涂层的绝缘性的影响；

4、能够有效地控制绝缘涂层的厚度。

附图说明

为了更好地理解本发明的上述及其他目的、特征、优点和功能，可以参考附图中所示的优选实施方式。附图中相同的附图标记指代相同的部件。本领域技术人员应该理解，附图旨在示意性地阐明本发明的优选实施方式，对本发明的范围没有任何限制作用，图中各个部件并非按比例绘制。

图1示出了具有根据本发明的盖帽组件的电池的立体分解图；

图2示出了具有根据本发明的盖帽组件的电池的上部部分的纵向截面图；

图3示出了根据本发明的盖帽组件的立体分解图；

图4示出了根据本发明的盖帽组件的连接片的平面图；

图5a示出了根据本发明的第一实施方式的盖帽组件的连接片的横截面图；

图5b示出了根据本发明的第二实施方式的盖帽组件的连接片的横截面图；

图5c示出了根据本发明的第三实施方式的盖帽组件的连接片的横截面图；

图6示出了根据本发明的盖帽组件的连接片在制作时的横截面图。

具体实施方式

现在参考附图，详细描述本发明的具体实施方式。这里所描述的仅仅是根据本发明的优选实施方式，本领域技术人员可以在所述优选实施方式的基础上想到能够实现本发明的其他方式，所述其他方式同样落入本发明的范围。

图1示出了具有根据本发明的盖帽组件的电池100的立体分解图。在该实施方式中，电池100主要包括壳体170和电芯160，其中壳体170形成为圆柱状的中空腔体并且在一端具有开口，电芯160呈圆柱状并通过壳体170的开口被接纳在壳体170中，其中电芯160在两个端部上呈现出不同的极性(这是由电芯的结构决定的，并为本领域技术人员所公知，在此不做赘述)，优选地，电芯160在作为负极的下端部(未示出)处与壳体170的底部(未示出)电连接。

电池100还包括盖帽组件，该盖帽组件包括连接片140、泄压片120和内绝缘垫圈130。其中泄压片120相对于连接片140位于电池100的电芯160的外侧，连接片140在一侧经由触片150与电芯160的优选地作为正极的上端部164电连接，在另一侧的中央部分经由CID与泄压片120电连接，并且连接片140还在该另一侧的外周部分通过内绝缘垫圈130与泄压片120间隔开，从而在外周部分以及外周部分与中央部分之间的过渡部分形成与泄压片120的电绝缘。

此外，盖帽组件还可以包括盖帽110，该盖帽110在一侧与泄压片120电连接，在另一侧向外凸起以形成电池100的正极端子。

另外，电池100还可以包括：第一外绝缘垫圈180，该第一外绝缘垫圈180用于将电芯100的上端部164与壳体170间隔开以形成电绝缘；第二外绝缘垫圈190，该第二外绝缘垫圈190用于将盖帽组件与壳体170间隔开以形成电绝缘。如此，电池100在壳体170、特别是壳体170的底部上形成负极端子，而在盖帽组件、特别是盖帽110的凸起部分形成正极端子。

应当注意的是，本实施方式中的电池100是全极耳电池，电芯160在两个端部上被揉平以形成平整的端面，相应地，触片150通过其面积较大的底部部分与电芯160的上端部164电连接，并且通过其面积较小的触头152与盖帽组件中的连接片140电连接。而在其他实施方式中，电池可以是单极耳或多极耳电池，电芯160通过引出的极耳与盖帽组件中的连接片140电连接。在这两种实施方式中，触头152和极耳被设计成容易在高温下熔断，导致电芯160与连接片140之间的断路。

下面将借助于图2和图3进一步介绍盖帽组件的具体结构，以及电池100在外短路时会发生的情况，特别是盖帽组件会发生的变化。

参照图2和图3，连接片140大致呈圆盘状，其包括中央部分144、外周部分142和两者之间的过渡部分146，以及优选地设置在过渡部分146上的通孔148，该通孔148实现连接片140两侧的气体连通，特别是使电芯160中产生的气体，通过电芯160的上端部164上的中心孔162以及通过连接片140的通孔148，到达泄压片120的面向连接片140的一侧。

泄压片120也大致呈圆盘状，其优选地在中央包括变形部分122，变形部分122又优选地在中央包括连接部分124，其中泄压片120的连接部分124朝向连接片140凸起并通过CID与连接片140电连接。在一个实施方式中，CID包括在泄压片120与连接片140、特别是泄压片120的连接部分124与连接片140的中央部分144之间的至少一个焊接点。优选地，该焊接点能够在力的作用下被破坏。特别地，这个破坏力由作用在泄压片120上的气体实现，而能够破坏焊接点的最小气体气压即为泄压片的翻转气压。特别地，泄压片120被设计成，当由气体施加在泄压片120上的力破坏焊接点、即断开CID时，能够顺势引起变形部分122的变形，使得变形部分122朝向远离连接片140的一侧凸起，从而使连接部分124远离连接片140的中央部分144，导致泄压片120与连接片140之间的断路，此即为泄压片120的翻转。

当电池100的正极端子和负极端子发生外短路、例如被导线直接电连接时，大电流会流经电芯160与触头152或极耳，产生大量的热量。当电芯160产热后，一方面会如上所述将触头152或极耳熔断，产生断路；另一方面，产生的热量会导致电芯160内部的材料与化学物质反应产气，导致电芯内压增大，气体如上所述通过电芯160的上端部164上的中心孔162以及通过连接片140的通孔148到达泄压片120的面向连接片140的一侧，当电芯内压增大至泄压片120的翻转气压时，使CID断开并引起泄压片120的变形部分122的翻转/变形，从而切断泄压片120与连接片140之间的电连接，引起断路。以上两种断路模式，存在一定先后顺序，当短路内阻较小时，短路电流较大，会导致触头152或极耳提前发生熔断；当短路内阻较大而短路电流较小时，电芯160内部产生的气体的积累会导致泄压片120先发生翻转，引起断路。在第二种情况下，在泄压片120发生翻转时，内绝缘垫圈130起到关键的绝缘作用。然而，在大短路电流下，长时间热积累可能会导致内绝缘垫圈130发生热熔，从而在连接片140的外周部分142上发生与泄压片120的重新电连接，使得短路的情况仍旧未得到终止，进而影响电池100在上述外短路的情况下的安全性。

由于制作和安装的限制，内绝缘垫圈130无法覆盖连接片140的过渡部分146。这尤其是因为连接片140上设置有通孔148，如果内绝缘垫圈130被构造成在径向上超过通孔148向内延伸，则通孔148可能被内绝缘垫圈130覆盖，从而导致通孔148形成的气体通道被阻断，使得泄压片120无法正常翻转。此外，在一些实施方式中，由于在泄压片120与连接片140保持连接时，泄压片120的变形部分122呈朝向连接片140凸起的状态，因此泄压片120与连接片140之间的间距在过渡部分146中逐渐向内渐缩，使得泄压片120与连接片140之间没有足够的空间容纳进一步径向向内延伸的内绝缘垫圈。

当泄压片120由于例如材料问题或气压突然增大而异常翻转/变形时，例如泄压片120的变形部分122发生爆裂而导致部分的变形部分122朝向连接片140的过渡部分146凸起时，无论内绝缘垫圈130是否被热熔，连接片140都可能会在过渡部分146形成与泄压片120的电连接，从而导致在该过渡部分146重新发生短路，进而影响电池100在上述外短路情况下的安全性。

为此，根据本发明的盖帽组件在连接片140的面向泄压片120的一侧、在外周部分142和过渡部分146上涂覆有绝缘涂层，使得泄压片120在翻转后，即便发生内绝缘垫圈130的热熔和/或泄压片120的异常翻转，仍旧能够实现连接片140与泄压片120之间的断路。

下面参照图5a至图5c，进一步描述本发明的盖帽组件的连接片140的三种实施方式。

在第一实施方式中，参照图5a，绝缘涂层200被施加到连接片140的外周部分142和过渡部分146中，其中外周部分142上的绝缘涂层200保证在内绝缘垫圈130热熔后仍然实现连接片140与泄压片120之间的断路，而过渡部分146上的绝缘涂层200保证在泄压片120的异常翻转时仍然实现连接片140与泄压片120之间的断路。

还可以从图中看出的是，中央部分144未被施加绝缘涂层，从而保证连接片140能够在中央部分144处经由CID与泄压片120形成电连接。

此外，绝缘涂层200可以是无机涂层，包括无机物颗粒、粘结剂和溶剂。在一个优选实施方式中，无机物颗粒为氧化铝或勃姆石，粘结剂为聚偏氟乙烯，并且/或者所述溶剂为N-甲基吡咯烷酮。优选地，无机物颗粒的整体固含量控制在40％-70％之间，并且其大小控制在0.3μm-5μm。

在该实施方式中，绝缘涂层200具有相同的厚度。绝缘涂层200的厚度尤其受到内绝缘垫圈130的限制，过厚的绝缘涂层200会挤占内绝缘垫圈130的空间，而过薄的绝缘涂层200可能不具有足够的绝缘性。优选地，绝缘涂层200的厚度为20μm-100μm。

在第二实施方式中，参照图5b，与第一实施方式不同的是，在连接片140的外周部分142上施加有第一绝缘涂层210，在连接片140的过渡部分146上施加有第二绝缘涂层220，其中第一绝缘涂层210的厚度大于第二绝缘涂层220的厚度。一方面，这是因为内绝缘垫圈130被热熔的可能性要高于泄压片120异常翻转的可能性，因此针对内绝缘垫圈130的热熔而设置的第一绝缘涂层210通常倾向于被加厚。另一方面，由于在正常情况下，第二绝缘涂层220不与任何部件接触，不易受到磨损，而第一绝缘涂层210一直与内绝缘垫圈接触，可能在运输和使用过程中受到磨损，因此需要将第一绝缘涂层210设计成具有更大的厚度以抵消上述磨损带来的减弱绝缘性的影响。

在第三实施方式中，参照图5c，与第二实施方式不同的是，连接片140的外周侧面还涂覆有绝缘涂层230。绝缘涂层230用于防止在内绝缘垫圈120发生热熔的情况下，由于连接片140在外周部分142处的变形而导致连接片140在外周侧面与泄压片120重新电连接。

下面参照图6详细说明本发明的盖帽组件的连接片140的制作方法。

根据本发明的盖帽组件的连接片140可以通过以下步骤制作：将粘结剂充分溶解在溶剂中；将无机物颗粒混入所述溶剂中；将以上混合物充分搅拌均匀以形成高稳定性和流动性的浆料；使连接片140单面向上并用第一遮盖贴片310遮盖连接片140的中央部分144，以防止中央部分144被涂上浆料；使用喷涂或印刷涂布的方式，将所述浆料涂覆在连接片140上；在80-120摄氏度的范围内对涂覆有所述浆料的连接片140进行烘烤干燥，以获得带有单面涂层的连接片140。这里，单面涂层是指，连接片140在面向泄压片120的一侧、或者还在连接片140的外周侧面涂覆有绝缘涂层，而在连接片140的背向泄压片120的一侧不涂覆有绝缘涂层。上述步骤不严格限制顺序，比如第一步骤和第二步骤可以同时发生。

在一个优选实施方式中，无机物颗粒为氧化铝或勃姆石，粘结剂为聚偏氟乙烯，并且/或者所述溶剂为N-甲基吡咯烷酮，这些原料成本低，喷涂或印刷涂布工艺的实现难度也较低，此外也无需改变盖帽组件的其他部件的生产工艺以及盖帽组件的装配方式，因而采用该方法制造盖帽组件的连接片140并利用其降低电池短路重连的风险，极具成本效益。

此外，还可以通过涂覆时间和/或浆料添加量来有效地控制绝缘涂层的厚度。例如，为了在连接片140的外周部分142上形成比连接片140的过渡部分146上更厚的绝缘涂层，如图5b所示，可以考虑对外周部分142进行更长时间的喷涂。具体地，可以额外地用第二遮盖贴片320遮盖连接片140的过渡部分146，对连接片140的面向泄压片120的一侧进行均匀的第一次喷涂，然后移除第二遮盖贴片320，对连接片140的面向泄压片120的一侧进行均匀的第二次喷涂，从而使得外周部分142被更长时间地喷涂，有效地使外周部分142上的绝缘涂层的厚度大于过渡部分146上的绝缘涂层的厚度。

此外，可以使用第三遮盖贴片330覆盖连接片140的外周侧面，和/或使用第四遮盖贴片(未示出)覆盖连接片140的通孔148，从而在喷涂时避免连接片140的外周侧面和/或通孔148的内侧面被施加绝缘涂层。相应地，移除第三遮盖贴片330能够实现对连接片140的外周侧面施加绝缘涂层。

本发明的多种实施方式的以上描述出于描述的目的提供给相关领域的一个普通技术人员。不意图将本发明排他或局限于单个公开的实施方式。如上，在本领域中的普通技术人员将明白本发明的多种替代和变型。因此，虽然具体描述了一些替代实施方式，本领域普通技术人员将明白或相对容易地开发其他实施方式。本发明旨在包括这里描述的本发明的所有替代、改型和变型，以及落入以上描述的本发明的精神和范围内的其他实施方式。

附图标记说明：

100 电池

110 盖帽

120 泄压片

122 变形部分

124 连接部分

130 内绝缘垫圈

140 连接片

142 外周部分

144 中央部分

146 过渡部分

148 通孔

150 触片

152 触头

160 电芯

162 中心孔

164 上端部

170 壳体

180 第一外绝缘垫圈

190 第二外绝缘垫圈

200 绝缘涂层

210 第一绝缘涂层

220 第二绝缘涂层

310 第一遮盖贴片

320 第二遮盖贴片

330 第三遮盖贴片

Claims (15)

1.一种用于电池的盖帽组件，所述盖帽组件包括：

连接片，所述连接片包括中央部分、外周部分和两者之间的过渡部分，其中中央部分设置有电流切断装置；

泄压片，所述泄压片相对于所述连接片位于所述电池的电芯的外侧，通过电流切断装置与所述连接片电连接，并且能够在所述电芯的内压超过所述泄压片的翻转气压时翻转并断开所述电流切断装置，从而切断所述泄压片与所述连接片之间的电连接；

内绝缘垫圈，所述内绝缘垫圈设置在所述连接片的外周部分上，其特征在于，所述连接片在面向所述泄压片的一侧的所述外周部分和所述过渡部分上涂覆有绝缘涂层。

2.根据权利要求1所述的盖帽组件，其特征在于，所述连接片的外周侧面涂覆有绝缘涂层。

3.根据权利要求1或2所述的用于电池的盖帽组件，其特征在于，所述绝缘涂层为无机涂层。

4.根据权利要求3所述的用于电池的盖帽组件，其特征在于，所述无机涂层包括无机物颗粒、粘结剂和溶剂。

5.根据权利要求4所述的用于电池的盖帽组件，其特征在于，所述无机物颗粒为氧化铝或勃姆石，所述粘结剂为聚偏氟乙烯，并且/或者所述溶剂为N-甲基吡咯烷酮。

6.根据权利要求4所述的用于电池的盖帽组件，其特征在于，所述无机物颗粒的整体固含量为40％-70％。

7.根据权利要求4所述的用于电池的盖帽组件，其特征在于，所述无机物颗粒的大小为0.3μm-5μm。

8.根据权利要求1所述的用于电池的盖帽组件，其特征在于，所述绝缘涂层的厚度为20μm-100μm。

9.根据权利要求1所述的用于电池的盖帽组件，其特征在于，在所述外周部分的所述绝缘涂层的厚度大于在所述过渡部分的所述绝缘涂层的厚度。

10.根据权利要求1所述的用于电池的盖帽组件，其特征在于，所述电流切断装置包括在所述泄压片与所述连接片之间的至少一个焊接点，优选地，所述焊接点能够在力的作用下被破坏，优选地，所述力通过所述电芯的内压施加在所述泄压片上。

11.根据权利要求1所述的用于电池的盖帽组件，其特征在于，所述连接片上设置有通孔，所述通孔优选地设置在所述连接片的所述过渡部分上。

12.一种用于制作根据权利要求1至11中任一项所述的盖帽组件的连接片的方法，所述方法包括：

将粘结剂充分溶解在溶剂中；

将无机物颗粒混入所述溶剂中；

将以上混合物充分搅拌均匀以形成浆料；

使所述连接片单面向上并遮盖所述连接片的中央部分；

使用喷涂或印刷涂布的方式，将所述浆料涂覆在所述连接片上；

在80-120摄氏度的范围内对涂覆有所述浆料的所述连接片进行烘烤干燥，以获得带有单面涂层的所述连接片。

13.根据权利要求12所述的方法，所述方法还包括：通过涂覆时间和/或浆料添加量来控制所述单面涂层的厚度。

14.根据权利要求12或13所述的方法，其特征在于，在所述连接片的外周部分形成的涂层厚度大于所述过渡部分的涂层厚度。

15.一种电池，所述电池包括根据权利要求1至11中任一项所述的盖帽组件。