CN117996309A - 电池盖板组件、电池及动力装置 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及电池技术领域，公开了电池盖板组件、电池及动力装置。电池盖板组件包括盖板和极柱，极柱设于盖板的安装孔；极柱包括正极极柱和负极极柱，正极极柱至盖板的电阻为R1，负极极柱至盖板的电阻为R2；电池的总电压为U，U在1 V至5V的范围，R1与R2的比值小于或等于4U‑1；体系为磷酸铁锂，U在1.8 V至3.8V的范围；体系为无钴或三元，U在2.0V至4.3V的范围；体系为磷酸锰铁锂，U在1.8V至4.5V的范围；R1在10‑8MΩ至200MΩ的范围，正极阻值端子采用导电材料制成；R1大于200MΩ，正极阻值端子采用绝缘材料制成。本发明在电池负极不发生短路的情况下，能够保证电池壳体不发生腐蚀。
Description
技术领域
本发明涉及电池技术领域，具体涉及电池盖板组件、电池及动力装置。
背景技术
锂离子电池具有高放电电压、高能量密度和低自放电等特性，在3C产品、电动汽车及储能领域得到了极为广泛的应用。近年来随着节能环保等各方面要求的不断提高，动力电池等领域对锂离子电池的需求迅猛增加。
同时，市场对电池的安全性能要求也越来越高。
目前传统的电池经常容易发生腐蚀或漏液，从而引发安全问题。
发明内容
有鉴于此，本发明提供了一种电池盖板组件、电池及动力装置，以解决电池容易发生腐蚀或漏液、存在安全风险的问题。
第一方面，本发明提供了一种电池盖板组件，包括盖板和极柱，盖板上设有安装孔；极柱固定设于安装孔；极柱包括正极极柱和负极极柱，正极极柱的上端面至盖板底面的电阻为R1，负极极柱的上端面至盖板底面的电阻为R2；电池盖板组件构成的电池的总电压为U，满足：。电池的总电压U在1V 至5V的范围内。电池的体系为磷酸铁锂，电池的总电压U在1.8 V 至3.8V的范围内；或，电池的体系为无钴或三元，电池的总电压U在2.0V至4.3V的范围内；或，电池的体系为磷酸锰铁锂，电池的总电压U在1.8V至4.5V的范围内。极柱和盖板之间设有正极阻值端子，正极极柱的上端面至盖板底面的电阻R1在10-8MΩ至200MΩ的范围内，正极阻值端子采用导电材料制成；或，正极极柱的上端面至盖板底面的电阻R1在大于200MΩ的范围内，正极阻值端子采用绝缘材料制成。
有益效果：腐蚀机理包括三个因素：存在离子通道、存在电子通道以及达到一定反应电位。以上条件均满足，铝壳电池会发生腐蚀。由于电池内部存在电解液，因此，前两个因素是一直存在且无法避免，第三个因素表现为电池电压、正极到壳体的电压、负极到壳体电压，正极到壳体的电压表现为正极极柱与壳体之间的电阻，负极到壳体电压表现为负极极柱与壳体之间的电阻，而壳体与盖板焊接为一体，因此，正极极柱与壳体之间的电阻即正极极柱与盖板之间的电阻，负极极柱与壳体之间的电阻即负极极柱与盖板之间的电阻。本实施例提供的电池盖板组件，由于使正极极柱的上端面至盖板底面的电阻R1与负极极柱的上端面至盖板底面的电阻R2的比值控制在小于或等于4U-1的范围内，可以防止在电池负极不发生短路的情况下，能够保证电池壳体不发生腐蚀。
在一种可选的实施方式中，极柱通过连接件固定于安装孔，正极阻值端子设于连接件和盖板之间，盖板的底部设有绝缘件，正极阻值端子和绝缘件将极柱和盖板绝缘连接。
在一种可选的实施方式中，导电材料包括具有导电性能的聚苯硫醚；或，绝缘材料包括具有绝缘性能的聚苯硫醚或陶瓷。
在一种可选的实施方式中，正极阻值端子的热变形温度为T，T≥100℃。
第二方面，本发明还提供了一种电池，包括壳体、极组以及以上技术方案中任一项的电池盖板组件。壳体具有容置空腔，壳体具有敞口端；极组设于壳体的容置空腔内；电池盖板组件设于壳体的敞口端，并与壳体固定连接。
有益效果：因为电池包括电池盖板组件，具有与电池盖板组件相同的效果，在此不再赘述。
第三方面，本发明还提供了一种动力装置，包括以上技术方案中所述的电池。
有益效果：因为动力装置包括电池，具有与电池相同的效果，在此不再赘述。
附图说明
为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式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，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，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为本发明实施例的一种电池盖板组件的立体图；
图2为图1所示的电池盖板组件的俯视图；
图3为图2中沿A-A处的剖视图；
图4为图3中B处的局部放大示意图；
图5为本发明实施例的又一种电池盖板组件的立体图；
图6为图5所示的电池盖板组件的俯视图；
图7为图6中沿C-C的剖视图；
图8为图7中H处的局部放大示意图；
图9为本发明实施例的又一种电池盖板组件的立体图；
图10为图9所示的电池盖板组件的俯视图；
图11为沿图10中D-D的剖视图；
图12为图11中的E处的局部放大示意图；
图13为本发明实施例的再一种电池盖板组件的立体图；
图14为图13所示的电池盖板组件的俯视图；
图15为沿图14中F-F的剖视图；
图16为图15中G处的局部放大示意图。
附图标记说明：
1、盖板；2、极柱；21、正极极柱；22、负极极柱；3、正极阻值端子；4、绝缘件；5、连接件；6、支撑环。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，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。
下面结合图1至图16，描述本发明的实施例。
根据本发明的实施例，第一方面，提供了一种电池盖板组件，包括盖板1和极柱2，盖板1上设有安装孔；极柱2固定设于安装孔；极柱2包括正极极柱21和负极极柱22，正极极柱21的上端面至盖板1底面的电阻为R1，负极极柱22的上端面至盖板1底面的电阻为R2；电池盖板组件构成的电池的总电压为U，满足：。电池的总电压U在1 V 至5V的范围内。电池的体系为无钴或三元，电池的总电压U 在2.0V至4.3V的范围内。电池的体系为磷酸铁锂，电池的总电压U在1.8 V 至3.8V的范围内。电池的体系为磷酸锰铁锂，电池的总电压U在1.8V至4.5V的范围内。极柱2和盖板1之间设有正极阻值端子3，正极极柱21的上端面至盖板1底面的电阻R1在10-8MΩ至200MΩ的范围内，正极阻值端子3采用导电材料制成。正极极柱21的上端面至盖板1底面的电阻R1在大于200MΩ的范围内，正极阻值端子3采用绝缘材料制成。
腐蚀机理包括三个因素：存在离子通道、存在电子通道以及达到一定反应电位。以上条件均满足，铝壳电池会发生腐蚀。由于电池内部存在电解液，因此，前两个因素是一直存在且无法避免，第三个因素表现为电池电压、正极到壳体的电压、负极到壳体电压，正极到壳体的电压表现为正极极柱与壳体之间的电阻，负极到壳体电压表现为负极极柱与壳体之间的电阻，而壳体与盖板焊接为一体，因此，正极极柱与壳体之间的电阻即正极极柱与盖板之间的电阻，负极极柱与壳体之间的电阻即负极极柱与盖板之间的电阻。本实施例提供的电池盖板组件，由于使正极极柱21的上端面至盖板1底面的电阻R1与负极极柱22的上端面至盖板1底面的电阻R2的比值控制在小于或等于4U-1的范围内，可以降低电池发生腐蚀、漏液引发的安全风险。
对于传统的电池，无论负极是否发生短路，壳体都会发生腐蚀。而本发明通过在正极侧与盖板之间、负极侧与盖板之间设计一定阻值，可以能够在电池层级负极不发生短路的情况下，保证电池壳体不发生腐蚀。
为了方便表述，将“正极极柱21的上端面至盖板1底面的电阻”简称为正极侧的电阻，将“负极极柱22的上端面至盖板1底面的电阻”简称为负极侧的电阻。
将电池的总电压控制在该范围内，能够满足大部分的电池的电压设计需求。
电池的电压设计需求，根据不同体系的电池而不同。当电池的体系为磷酸铁锂时，将电池的总电压U控制在1.8 V 至3.8V的范围内，能够满足电池的性能设计需求。
当电池的体系为无钴或三元时，将电池的总电压U控制在2.0 V 至4.3V的范围内，能够满足电池的性能设计需求。其中，“无钴”是指不含钴元素的层状结构正极材料。
当电池的体系为磷酸锰铁锂时，将电池的总电压U控制在1.8V至4.5V的范围内，能够满足电池的性能设计需求。
对于不同体系的电池或电解液呈不同状态的电池，均适用本发明上述的公式。即，通过控制正极侧的电阻或负极侧的电阻的阻值，能够有效防止电池发生腐蚀、漏液，降低安全风险。
在一个实施例中，极柱2通过连接件5固定于安装孔，正极阻值端子3设于连接件5和盖板1之间，盖板1的底部设有绝缘件4，正极阻值端子3和绝缘件4将极柱2和盖板1绝缘连接。
本实施例提供的电池盖板组件适用的电池盖板类型包括但不限于方壳电池盖板组件、刀片电池盖板组件及极简电池盖板组件。方壳电池盖板组件的结构如图1至图4所示，刀片电池盖板组件的结构如图5至图8所示，极简电池盖板组件的结构如图9至图12所示，或如图13至图16所示。
具体的，在一个实施例中，盖板1为方形，安装孔设有两个，分别为正极安装孔和负极安装孔，正极极柱21设于正极安装孔内，负极极柱22设于负极安装孔内。
具体的，对于方壳电池盖板组件以及刀片电池盖板组件，极柱2通过连接件5固定安装于安装孔内。对于极简电池盖板组件，无连接件5，极柱2通过正极阻值端子3和支撑环6固定安装于安装孔内。
具体的，根据电池的设计性能需求，将正极侧的电阻R1划分为以下三挡范围：
①10-8MΩ≤R1≤0.01MΩ；②0.010000.01MΩ≤R1≤200MΩ；③R1＞200MΩ。
对于目前常规的电池，正极侧的电阻R1位于第①档的范围内时，腐蚀风险更低，但是耐压能力较低。正极侧的电阻R1位于第③档的范围内时，耐压能力较高，但是，腐蚀风险更高。正极侧的电阻R1位于第②档的范围内时，耐压能力和耐腐蚀能力介于第①挡和第③挡之间。
对于目前常规的电池，无论正极侧的电阻R1位于哪个范围区间，在负极不发生短路的情况下，壳体均会发生腐蚀。
采用本实施例提供的电池盖板组件，通过控制正极侧的电阻R1、负极侧的电阻R2以及电池的总电压U之间的关系，可以保证在负极不发生短路的情况下，壳体不会发生腐蚀。
在一个实施例中，导电材料包括具有导电性能的聚苯硫醚。具体的，聚苯硫醚简称为PPS。通过控制聚苯硫醚的含碳量可以控制PPS的阻值，从而控制其导电性能。
在一个实施例中，绝缘材料包括陶瓷或具有绝缘性能的聚苯硫醚。
当正极侧的电阻R1位于上述第①、②挡范围内时，正极阻值端子3可以选用具有导电性能的PPS。当正极侧电阻R2位于上述的第③挡范围内时，正极阻值端子3可以选用具有绝缘性能的PPS。
在一个实施例中，正极阻值端子3的热变形温度为T，T≥100℃。
具体的，正极阻值端子3采用热变形温度大于或等于100℃的材质，这样能够满足电池正常使用工况。
以下针对不同体系，设计不同电阻R1、R2及U的实验案例，以验证本发明的技术效果。
以下提供十七个实施案例，以证明本发明的技术效果。当R1在10-8MΩ至10-2MΩ的范围内，电池的体系为磷酸铁锂，实验结果如表一。
表一：
从表一中可以看出，实施案例一和实施案例十三不满足公式关系，壳体发生了腐蚀，其余实施案例满足公式关系，均未发生腐蚀。
以下提供十七个实施案例，以证明本发明的技术效果。当R1在10-8MΩ至10-2MΩ的范围内，电池的体系为三元或无钴，实验结果如表二。
表二：
从表二中可以看出，实施案例一和实施案例十三不满足公式关系，壳体发生了腐蚀，其余实施案例满足公式关系，均未发生腐蚀。
以下提供十七个实施案例，以证明本发明的技术效果。当R1在10-8MΩ至10-2MΩ的范围内，电池的体系为磷酸锰铁理，实验结果如表三。
表三：
从表三中可以看出，实施案例一和实施案例十三不满足公式关系，壳体发生了腐蚀，其余实施案例满足公式关系，均未发生腐蚀。
以下提供十七个实施案例，以证明本发明的技术效果。当R1在10-8MΩ至10-2MΩ的范围内，电池的体系不限，实验结果如表四。
表四：
从表四中可以看出，实施案例一和实施案例十三不满足公式关系，壳体发生了腐蚀，其余实施案例满足公式关系，均未发生腐蚀。
以下提供十七个实施案例，以证明本发明的技术效果。当R1在0.01000001MΩ至200MΩ的范围内，电池的体系为磷酸铁锂，实验结果如表五。
表五：
从表五中可以看出，实施案例一和实施案例十三不满足公式关系，壳体发生了腐蚀，其余实施案例满足公式关系，均未发生腐蚀。
以下提供十七个实施案例，以证明本发明的技术效果。当R1在0.01000001MΩ至200MΩ范围内，电池的体系为三元或无钴，实验结果如表六。
表六：
从表六中可以看出，实施案例一和实施案例十三不满足公式关系，壳体发生了腐蚀，其余实施案例满足公式关系，均未发生腐蚀。
以下提供十七个实施案例，以证明本发明的技术效果。当R1在0.01000001MΩ至200MΩ范围内，电池的体系为磷酸锰铁理，实验结果如表七。
表七：
从表七中可以看出，实施案例一和实施案例十三不满足公式关系，壳体发生了腐蚀，其余实施案例满足公式关系，均未发生腐蚀。
以下提供十七个实施案例，以证明本发明的技术效果。当R1在0.01000001MΩ至200MΩ范围内，电池的体系不限，实验结果如表八。
表八：
从表八中可以看出，实施案例一和实施案例十三不满足公式关系，壳体发生了腐蚀，其余实施案例满足公式关系，均未发生腐蚀。
以下提供十七个实施案例，以证明本发明的技术效果。当R1在大于200MΩ的范围内，电池的体系为磷酸铁锂，实验结果如表九。
表九：
从表九中可以看出，实施案例一和实施案例十三不满足公式关系，壳体发生了腐蚀，其余实施案例满足公式关系，均未发生腐蚀。
以下提供十七个实施案例，以证明本发明的技术效果。当R1在大于200MΩ的范围内，电池的体系为三元或无钴，实验结果如表十。
表十：
从表十中可以看出，实施案例一和实施案例十三不满足公式关系，壳体发生了腐蚀，其余实施案例满足公式关系，均未发生腐蚀。
以下提供十七个实施案例，以证明本发明的技术效果。当R1在大于200MΩ的范围内，电池的体系为磷酸锰铁理，实验结果如表十一。
表十一：
从表十一中可以看出，实施案例一和实施案例十三不满足公式关系，壳体发生了腐蚀，其余实施案例满足公式关系，均未发生腐蚀。
以下提供十七个实施案例，以证明本发明的技术效果。当R1在大于200MΩ的范围内，电池的体系不限，实验结果如表十二。
表十二：
从表十二中可以看出，实施案例一和实施案例十三不满足公式关系，壳体发生了腐蚀，其余实施案例满足公式关系，均未发生腐蚀。
从表一至表十二的实验对比可以看出，对于满足的电池，在负极不发生短路的情况下，壳体均未发生腐蚀。而不满足该公式关系中的壳体均发生了腐蚀。
而对于不满足的实验案例，均发生壳体腐蚀。
因此，通过上述实验可以证明，将正极侧的电阻R1、负极侧的电阻R2的比值控制在小于或等于4U-1的范围内，能够在负极不发生短路的情况下，避免壳体发生腐蚀。
根据本发明的实施例，第二方面，还提供了一种电池，包括壳体、极组以及以上技术方案中任一项的电池盖板组件。壳体具有容置空腔，壳体具有敞口端；极组设于壳体的容置空腔内；电池盖板组件设于壳体的敞口端，并与壳体固定连接。
因为电池包括电池盖板组件，具有与电池盖板组件相同的效果，在此不再赘述。
根据本发明的实施例，第三方面，还提供了一种动力装置，包括以上技术方案中的电池。
因为动力装置包括电池，具有与电池相同的效果，在此不再赘述。
虽然结合附图描述了本发明的实施例，但是本领域技术人员可以在不脱离本发明的精神和范围的情况下做出各种修改和变型，这样的修改和变型均落入由所附权利要求所限定的范围之内。
Claims (6)
1.一种电池盖板组件，其特征在于，包括：
盖板，所述盖板上设有安装孔；
极柱，所述极柱固定设于所述安装孔；所述极柱包括正极极柱和负极极柱，所述正极极柱的上端面至所述盖板底面的电阻为R1，所述负极极柱的上端面至所述盖板底面的电阻为R2；
所述电池盖板组件构成的电池的总电压为U，满足：
；
所述电池的总电压U在1V 至5V的范围内；
电池的体系为磷酸铁锂，所述电池的总电压U在1.8 V 至3.8V的范围内；
或，电池的体系为无钴或三元，所述电池的总电压U在2.0V至4.3V的范围内；
或，电池的体系为磷酸锰铁锂，所述电池的总电压U在1.8V至4.5V的范围内；
所述极柱和所述盖板之间设有正极阻值端子；
所述正极极柱的上端面至所述盖板底面的电阻R1在10-8MΩ至200MΩ的范围内，所述正极阻值端子采用导电材料制成；
或，所述正极极柱的上端面至所述盖板底面的电阻R1在大于200MΩ的范围内，所述正极阻值端子采用绝缘材料制成。
2.根据权利要求1所述的电池盖板组件，其特征在于，所述极柱通过连接件固定于所述安装孔，所述正极阻值端子设于所述连接件和所述盖板之间，所述盖板的底部设有绝缘件，所述正极阻值端子和所述绝缘件将所述极柱和所述盖板绝缘连接。
3.根据权利要求1所述的电池盖板组件，其特征在于，所述导电材料包括具有导电性能的聚苯硫醚；
或，所述绝缘材料包括陶瓷或具有绝缘性能的聚苯硫醚。
4.根据权利要求1所述的电池盖板组件，其特征在于，所述正极阻值端子的热变形温度为T，T≥100℃。
5.一种电池，其特征在于，包括：
壳体，所述壳体具有容置空腔，所述壳体具有敞口端，所述壳体采用铝制成；
极组，所述极组设于所述壳体的容置空腔内；
权利要求1至4中任一项所述的电池盖板组件，所述电池盖板组件设于所述壳体的敞口端，并与所述壳体固定连接。
6.一种动力装置，其特征在于，包括权利要求5所述的电池。
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