CN117393959A - 可自动调节压力的极柱结构、盖板结构及电池 - Google Patents

可自动调节压力的极柱结构、盖板结构及电池 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种可自动调节压力的极柱结构、盖板结构及电池，涉及电池技术领域，以解决现有技术中存在的锂离子电池在使用的过程中内部产生气体时，影响电池的性能及使用寿命的技术问题。该极柱结构包括极柱和阀芯组件，其中，极柱内形成有气流通道，阀芯组件设置在气流通道内，极柱与阀芯组件相配合形成便于电池内部气体排出的单向导通阀结构。本发明通过更改电池极柱的结构，使其具有单向阀的功能，在电池内部压力累计到一定程度时，单向阀自动打开，内部气体通过该极柱结构排至电池外，压力降低后单向阀自动关闭，实现电池内部自动排气，避免电池的加速劣化，使电池具有更优越的性能，更长的寿命和更高的安全性。

Description

可自动调节压力的极柱结构、盖板结构及电池
技术领域
本发明涉及电池技术领域，尤其是涉及一种可自动调节压力的极柱结构、盖板结构及电池。
背景技术
锂离子二次电池作为新能源的载体，广泛应用于汽车动力、储能等领域。目前主要有圆柱形、方形和软包三种工艺路线，其中方形锂离子电池以单体容量大，循环性能好，越来越被市场认可。但是方形锂离子电池还有需要改进的地方，例如能量密度、安全性、成本等还需不断的优化提升。
方形锂离子电池的主要组成分为：正极片、负极片、隔膜、电解液和外壳等5部分，外壳分为壳体和盖板。正极片、负极片和隔膜通过加工制作成极组，极组引出正极耳、负极耳与盖板上的正、负极柱相连接；极组装入壳体，将盖板和壳体焊接密封，使极组被外壳包围保护，将封装电芯放入真空烤箱，通过加热、真空方式将极组中的水份去除至一定的标准；再将壳体内注入电解液；待电解液充分浸润到极片中后，对电芯进行化成(首次充电)；再将注液孔进行密封。密封后再进行容量标定、包膜、检测等作业。
本申请人发现现有技术至少存在以下技术问题：
电池在使用的过程中，在不确定的情况下，电池内部的化学反应产生气体。气体的存在使电池鼓胀变形、内部极组间距离增加，导致充放电过程劣化加速，影响电池的性能及使用寿命，甚至产生安全问题。
发明内容
本发明的目的在于提供一种可自动调节压力的极柱结构、盖板结构及电池，以解决现有技术中存在的锂离子电池在使用的过程中内部产生气体时，影响电池的性能及使用寿命的技术问题。本发明提供的诸多技术方案中的优选技术方案所能产生的诸多技术效果详见下文阐述。
为实现上述目的，本发明提供了以下技术方案：
本发明提供的一种可自动调节压力的极柱结构，包括极柱和阀芯组件，其中，所述极柱内形成有气流通道，所述阀芯组件设置在所述气流通道内，所述极柱与所述阀芯组件相配合形成便于电池内部气体排出的单向导通阀结构。
进一步地，所述极柱包括主体和极柱板，所述极柱板设置在所述主体的下方且两者相连接，所述主体内的通道与所述极柱板内的通道相连通，所述阀芯组件设置于所述主体的通道内。
进一步地，所述极柱板的顶面形成有与所述主体内通道相连通的出气孔，所述极柱板的周向侧面和/或底面形成进气口，所述进气口通过所述极柱板内部的通道与所述出气孔相连通。
进一步地，所述极柱板内形成有连通所述进气口和所述出气孔的横向气道；所述极柱板的周向侧面上设置一个所述进气口；或者，所述极柱板的周向侧面上设置两个以上所述进气口，各所述进气口沿周向方向间隔分布，每个所述进气口通过对应的所述横向气道与所述出气孔相连通。
进一步地，所述阀芯组件包括阀头，所述阀头存在打开状态和闭合状态，当电池内部气体压力到一定程度时，推动所述阀头呈打开状态且所述阀头能在所述阀芯组件自身弹性力的作用下复位。
进一步地，所述阀芯组件包括阀头、弹性件以及抵接件，所述抵接件固定在所述极柱上，所述阀头和所述弹性件设置于所述气流通道内且所述弹性件设置在所述阀头与所述抵接件之间，所述阀头周向侧面上形成有环形密封面，所述环形密封面与所述极柱的内侧面相贴合。
进一步地，所述阀头呈底端封口的筒状结构，所述弹性件从所述阀头的顶端插入，所述阀头的周向侧面设置有通气窗且所述通气窗位于所述环形密封面的上方，所述抵接件上设置有排气通孔。
进一步地，所述抵接件从所述极柱的顶端插入所述气流通道，所述抵接件与所述极柱螺纹连接。
进一步地，所述阀头的材质为橡胶材质。
进一步地，所述环形密封面为圆锥面。
本发明提供一种盖板结构，包括盖板，所述盖板上设置有正极柱和负极柱，所述正极柱和/或所述负极柱采用所述的可自动调节压力的极柱结构。
进一步地，所述负极柱的材质为铜材质，且仅所述负极柱采用所述的可自动调节压力的极柱结构。
进一步地，所述盖板上设置有防爆结构，所述防爆结构的爆炸临界气体压力值为P1,所述极柱结构的排气临界气体压力值为P2，P1>P2。
本发明提供一种电池，包括所述的盖板结构。
本发明优选技术方案可以产生如下技术效果：
本发明提供了一种可自动调节压力的极柱结构，即通过更改电池极柱的结构，使其具有单向阀的功能，在电池内部压力累计到一定程度时，单向阀自动打开，内部气体通过该极柱结构排至电池外，压力降低后单向阀自动关闭，实现电池内部自动排气，避免电池的加速劣化，使电池具有更优越的性能，更长的寿命和更高的安全性；
本发明创新性的设计包括将阀芯组件设置在极柱上，即极柱相当于单向导通阀结构的阀体，不仅能够保证电池的正常使用，同时实现自动排气的功能。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是根据一示例性实施例示出的可自动调节压力的极柱结构的结构示意图；
图2是根据一示例性实施例示出的可自动调节压力的极柱结构的爆炸示意图；
图3是根据一示例性实施例示出的可自动调节压力的极柱结构的剖视示意图(密封闭合状态)；
图4是根据一示例性实施例示出的可自动调节压力的极柱结构的剖视示意图(排气导通状态)；
图5是根据一示例性实施例示出的盖板结构的爆炸示意图；
图6是根据一示例性实施例示出的电池的结构示意图。
图中1、极柱；11、主体；12、极柱板；121、出气孔；122、进气口；2、阀芯组件；21、阀头；211、环形密封面；212、通气窗；22、弹性件；23、抵接件；231、排气通孔；3、盖板；4、正极柱；5、防爆结构；51、防爆片；52、防爆片贴膜；6、密封圈；7、正极上注塑胶；8、负极上注塑胶；9、下注塑胶；10、壳体。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本发明的技术方案进行详细的描述。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的前提下所得到的所有其它实施方式，都属于本发明所保护的范围。
电池在使用的过程中，在不确定的情况下，电池内部的化学反应产生气体。气体的存在使电池鼓胀变形、内部极组间距离增加，导致充放电过程劣化加速，影响电池的性能及使用寿命，甚至产生安全问题。
出于安全的考虑，现有的电池盖板结构上设置防爆结构，但当电池内部的气体通过防爆结构排出时，电池已报废不能使用。
基于现有问题，本发明提供了一种可自动调节压力的极柱结构，即通过更改电池极柱的结构，使其具有单向阀的功能，在电池内部压力累计到一定程度时，单向阀自动打开，内部气体通过该极柱结构排至电池外，压力降低后单向阀自动关闭，实现电池内部自动排气。
具体的，可自动调节压力的极柱结构包括极柱1和阀芯组件2，其中，极柱1内形成有气流通道，阀芯组件2设置在气流通道内，极柱1与阀芯组件2相配合形成便于电池内部气体排出的单向导通阀结构。
本发明创新性的设计包括将阀芯组件2设置在极柱1上，即极柱1相当于单向导通阀结构的阀体，不仅能够保证电池的正常使用，同时实现排气的功能。
另外，由于盖板3以及电池壳体10的厚度小，不能在盖板3以及电池壳体10上开孔设置阀芯组件2；另外，如果直接在盖板3以及电池壳体10开孔安装单向阀结构，由于盖板3以及电池壳体10厚度小，与单向阀结构难以连接或者连接的稳定性差。所以，本发明创新性的设计在于将阀芯组件2设置在极柱1上，实现不仅能够保证电池的正常使用，同时实现排气的功能。
本发明提供了一种可自动调节压力的极柱结构，可用作为正极柱，或者可用作为负极柱，当然，电池上的正极柱和负极柱均可采用可自动调节压力的极柱结构。优选负极柱采用可自动调节压力的极柱结构。采用铜材质的负极柱，使得即使在极柱1上设置气流通道，也不影响负极柱的导电性能。
关于极柱1的结构，参见图1-图4，极柱1包括主体11和极柱板12，极柱板12设置在主体11的下方且两者相连接，主体11内的通道与极柱板12内的通道相连通，阀芯组件2设置于主体11的通道内。参见图3-图4，示意出了安装在主体11内的阀芯组件2。
关于极柱板12上的通道，极柱板12的顶面形成有与主体11内通道相连通的出气孔121，参见图2，示意出了出气孔121，极柱板12的周向侧面和/或底面形成进气口122，进气口122通过极柱板12内部的通道与出气孔121相连通。电池内的气体，可通过进气口122进入极柱板12内的通道，然后通过出气孔121进入主体11内的通道。
关于进气口122，由于极柱板12的底面为焊接区(需要与其他部件焊接连接)，所以，为了避开极柱板12上的焊接区，优选在极柱板12的周向侧面上设置进气口122。参见图2，示意出了极柱板12上的进气口122。当然，极柱板12底面上非焊接区也可以设置进气口122。
优选在极柱板12的周向侧面上设置进气口122，极柱板12内形成有连通进气口122和出气孔121的横向气道。
关于进气口122的数量，极柱板12的周向侧面上可设置一个进气口122；或者，优选极柱板12的周向侧面上设置两个以上进气口122，各进气口122沿周向方向间隔分布，每个进气口122通过对应的横向气道与出气孔121相连通。参见图1，极柱板12呈四方形状，优选在四个侧面上均设置进气口122。
关于阀芯组件2，阀芯组件2包括阀头21，阀头21存在打开状态和闭合状态，当电池内部气体压力到一定程度时，推动阀头21呈打开状态且阀头21能在阀芯组件2自身弹性力的作用下复位。即在电池内部压力累计到一定程度时，在气压作用下阀芯组件2的阀头21自动打开，极柱结构内的气流通道导通，电池内部气体通过该极柱结构排至电池外，压力降低后在阀芯组件2自身弹性力的作用下阀头21复位，极柱结构内的气流通道关闭。
关于阀芯组件2的具体结构，优选如下，参见图1-图4，阀芯组件2包括阀头21、弹性件22以及抵接件23，抵接件23固定在极柱1上，阀头21和弹性件22设置于气流通道内且弹性件22设置在阀头21与抵接件23之间，阀头21周向侧面上形成有环形密封面211，环形密封面211与极柱1的内侧面相贴合。
通常情况下，单向导通阀结构处于闭合状态(极柱1内的导流通道关闭)。参见图3，示意出了单向导通阀结构处于闭合状态。此时弹性件22处于舒张或微压缩状态，阀头21环形密封面211与极柱1的内侧面接触呈密封状态。
在电池使用的过程中，电池内部反应产生气体，电池内部压力增加，当增加到一定程度时，气压推动阀头21压缩弹性件22，使阀头21的环形密封面211不与极柱1的内侧面接触，极柱1内的导流通道打开，电池内的气体可通过导流通道排至电池外。
电池内部气体排出电池外部后，内部压力下降，阀头21受到弹性件22弹力作用大于内部气体压力，阀头21下移，阀头21环形密封面211与极柱1的内侧面接触呈密封状态，导流通道关闭。
通过在负极柱内设置阀芯组件，能够及时的将电池内部产生的气体排出电池外部，排出后又及时关闭，实现了自动排气调节压力，又保护电池不被外界空气侵入，提高了电池的性能、延迟了电池的寿命。
关于阀头21的结构，参见图2-图4，优选如下：阀头21呈底端封口的筒状结构，弹性件22从阀头21的顶端插入，阀头21的周向侧面设置有通气窗212且通气窗212位于环形密封面211的上方，抵接件23上设置有排气通孔231。
当阀头21的环形密封面211不与极柱1的内侧面接触时，极柱1内的导流通道打开，电池内的气体可通过极柱板12的通道、环形密封面211与极柱1之间的间隙、通气窗212以及排气通孔231流出电池外。
通过设计成“阀头21呈底端封口的筒状结构，弹性件22从阀头21的顶端插入”，可实现对弹簧的安装和限位。对于阀头21的结构，不限于是呈底端封口的筒状结构。比如，阀头21的结构可以如下设计：阀头21包括头部和柱体部，柱体部连接在头部的顶面上，头部的周向侧面形成有环形密封面，弹性件套设在主体部上。
关于抵接件23，抵接件23从极柱1的顶端插入气流通道，抵接件23与极柱1螺纹连接。抵接件23优选为带通孔的螺栓。接件23与极柱1采用螺纹连接的方式，连接简单，方便拆装。
关于阀头21与抵接件23的距离关系，可设置如下：阀头21上平面与抵接件23下平面距离1-5mm。阀头21受到下部气压压力大于弹性件的弹力时，阀头21向上移动，压缩弹性件。
关于阀头21的材质，阀头21的材质为橡胶材质。比如，阀头21的材质可选用氟橡胶材质，具备一定的弹性和防电解液腐蚀特性。
关于环形密封面211，参见图2-图4，环形密封面211为圆锥面。极柱1的内侧面上也形成有与环形密封面211相配合的圆锥面。关于环形密封面211，参数可如下设置：环形密封面211高度范围为0.5-1.5mm，在阀头21经过其轴线的纵向截面中，环形密封面211与阀头21轴线的夹角范围为30-60°。
关于弹性件22，优选为弹簧。可选用长3-10mm，压缩弹力0.5-1.5kg的弹簧件作为弹性件22。
一种盖板结构，包括盖板3，盖板3上设置有正极柱和负极柱，正极柱和/或负极柱采用本发明提供的可自动调节压力的极柱结构。极柱结构具有单向阀的功能，在电池内部压力累计到一定程度时，单向阀自动打开，内部气体通过该极柱结构排至电池外，压力降低后单向阀自动关闭，实现电池内部自动排气。
优选地，盖板结构上仅负极柱采用本发明提供的可自动调节压力的极柱结构，而正极柱不形成单向阀结构。参见图5和图6，示意出了盖板3、正极柱4以及采用可自动调节压力的极柱结构作为负极柱(极柱1)。负极柱采用铜材质，使得即使在极柱1上设置气流通道，也不影响负极柱的导电性能。
盖板3上设置有防爆结构5，防爆结构5的爆炸临界气体压力值为P1,极柱结构的排气临界气体压力值为P2，P1>P2。关于排气临界气体压力值为P2，即当电池内部的气压大于P2时，弹性件22压缩，阀头21向上移动；关于爆炸临界气体压力值为P1，当电池内部的气压大于P1时，气体从防爆结构5排出。
出于安全的考虑，现有的电池盖板结构上设置防爆结构，但当电池内部的气体通过防爆结构排出时，电池已报废不能使用。所以，本发明设置排气临界气体压力值为P2小于爆炸临界气体压力值为P1，实现在未达到爆炸临界气体压力值时就开始自动排气。
参见图5和图6，示意出了盖板结构，盖板3上设置有正极柱4的安装孔和极柱结构的安装孔(安装孔周围有深度0.5-1.5mm深齿轮状凹槽，用来增加上塑胶与盖板连接强度)，正极柱4和极柱1上设置有密封圈6，正极柱4通过正极上注塑胶7固定在盖板3上，极柱1通过负极上注塑胶8固定在盖板3上。由于正极柱4和极柱结构在盖板安装是现有技术，这里不做过多赘述。
本发明提供一种电池，包括上述盖板结构。关于盖板结构以及可自动调节压力的极柱结构，具体以在上文陈述，这里不做过多赘述。
在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有说明，″多个″的含义是两个或两个以上；术语″上″、″下″、″左″、″右″、″内″、″外″、″前端″、″后端″、″头部″、″尾部″等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，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，因此不能理解为对本发明的限制。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。
在本发明的描述中，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。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发明中的具体含义。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”或“一个示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本申请的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

Claims (14)

1.一种可自动调节压力的极柱结构，其特征在于，包括极柱(1)和阀芯组件(2)，其中，
所述极柱(1)内形成有气流通道，所述阀芯组件(2)设置在所述气流通道内，所述极柱(1)与所述阀芯组件(2)相配合形成便于电池内部气体排出的单向导通阀结构。
2.根据权利要求1所述的可自动调节压力的极柱结构，其特征在于，所述极柱(1)包括主体(11)和极柱板(12)，所述极柱板(12)设置在所述主体(11)的下方且两者相连接，所述主体(11)内的通道与所述极柱板(12)内的通道相连通，所述阀芯组件(2)设置于所述主体(11)的通道内。
3.根据权利要求2所述的可自动调节压力的极柱结构，其特征在于，所述极柱板(12)的顶面形成有与所述主体(11)内通道相连通的出气孔(121)，所述极柱板(12)的周向侧面和/或底面形成进气口(122)，所述进气口(122)通过所述极柱板(12)内部的通道与所述出气孔(121)相连通。
4.根据权利要求3所述的可自动调节压力的极柱结构，其特征在于，所述极柱板(12)内形成有连通所述进气口(122)和所述出气孔(121)的横向气道；
所述极柱板(12)的周向侧面上设置一个所述进气口(122)；或者，所述极柱板(12)的周向侧面上设置两个以上所述进气口(122)，各所述进气口(122)沿周向方向间隔分布，每个所述进气口(122)通过对应的所述横向气道与所述出气孔(121)相连通。
5.根据权利要求1-4中任一项所述的可自动调节压力的极柱结构，其特征在于，所述阀芯组件(2)包括阀头(21)，所述阀头(21)存在打开状态和闭合状态，当电池内部气体压力到一定程度时，推动所述阀头(21)呈打开状态且所述阀头(21)能在所述阀芯组件(2)自身弹性力的作用下复位。
6.根据权利要求5所述的可自动调节压力的极柱结构，其特征在于，所述阀芯组件(2)包括阀头(21)、弹性件(22)以及抵接件(23)，所述抵接件(23)固定在所述极柱(1)上，所述阀头(21)和所述弹性件(22)设置于所述气流通道内且所述弹性件(22)设置在所述阀头(21)与所述抵接件(23)之间，所述阀头(21)周向侧面上形成有环形密封面(211)，所述环形密封面(211)与所述极柱(1)的内侧面相贴合。
7.根据权利要求6所述的可自动调节压力的极柱结构，其特征在于，所述阀头(21)呈底端封口的筒状结构，所述弹性件(22)从所述阀头(21)的顶端插入，所述阀头(21)的周向侧面设置有通气窗(212)且所述通气窗(212)位于所述环形密封面(211)的上方，所述抵接件(23)上设置有排气通孔(231)。
8.根据权利要求6所述的可自动调节压力的极柱结构，其特征在于，所述抵接件(23)从所述极柱(1)的顶端插入所述气流通道，所述抵接件(23)与所述极柱(1)螺纹连接。
9.根据权利要求6所述的可自动调节压力的极柱结构，其特征在于，所述阀头(21)的材质为橡胶材质。
10.根据权利要求6所述的可自动调节压力的极柱结构，其特征在于，所述环形密封面(211)为圆锥面。
11.一种盖板结构，包括盖板(3)，其特征在于，所述盖板(3)上设置有正极柱和负极柱，所述正极柱和/或所述负极柱采用权利要求1-10中任一项所述的可自动调节压力的极柱结构。
12.根据权利要求11所述的盖板结构，其特征在于，所述负极柱的材质为铜材质，且仅所述负极柱采用所述的可自动调节压力的极柱结构。
13.根据权利要求11所述的盖板结构，其特征在于，所述盖板(3)上设置有防爆结构(5)，所述防爆结构(5)的爆炸临界气体压力值为P1,所述极柱结构的排气临界气体压力值为P2，P1>P2。
14.一种电池，其特征在于，包括权利要求11-13中任一项所述的盖板结构。
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