CN1797815A - 电池用温度控制安全器件及其方法和安装安全器件的电池 - Google Patents

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Abstract

一种电池温度控制安全器件及其方法和安装安全器件的电池。该电池温度控制安全器件的材料是采用中低温易熔合金，成分包括Ga、In、Sn、Bi、Pb、Cd和Zn中的一种或几种。合金的成分与重量配比是根据控制安全器件开裂的温度而确定的。将合金采用压力加工或铸造的方法制成电池用温度控制安全器件。当电池本体温度到达合金的熔点温度时，易熔材料熔化，安全器件破裂泄出电池内部压力，起到实现保证电池安全的目的。本发明的安全器件可适于Li－ion、Ni－MH、Ni－Cd等电化学电池使用，制作简便，成本低廉。

Description

电池用温度控制安全器件及其方法和安装安全器件的电池
技术领域
本发明属于电池防爆装置应用技术领域，特别涉及一种电池用温度控制安全器件及其方法和安装安全器件的电池。
背景技术
近年来，高容量、高比能、高比功率电池得到长足的发展。尤其是以锂的碱金属氧化物(如LiCoO2、LiMn2O4、LiNiO2等)为正极，并以碳材料或合金材料为负极的非水电解质锂离子电池开始广泛应用于各种便携式电器并推广应用于电动交通工具。而电池的安全性也受到人们的广泛关注，解决电池的安全性问题迫在眉睫。
目前大多数电池上采用的安全器件都以压力为操作控制条件，即在电池壳或盖上刻痕或以制成压力爆破片形式安装于电池上，当电池处于过充、短路、撞击等滥用条件下造成电池内部压力过高时，压力型安全器件变形、开裂而起到保护电池安全的作用。这种形式的安全器件可以起到一定保护电池的作用，简便易行，但其缺点是由于受所用材料和加工强度、精度、公差等条件因素的影响，压力误差有时可高达±40％，因此很难控制并保证电池泄压值的稳定和一致性，安全系数无法保证。
发明内容
本发明的目的是提供一种电池用温度控制安全器件，是采用温度作为控制安全器件发生作用的条件因素，可准确控制安全器件开裂的温度，制作简便，方便易用。
本发明的另一目的是提供一种制备电池用温度控制安全器件的方法。
本发明的再一目的是提供一种安装电池温度控制安全器件的电池。
为实现上述目的，本发明采取以下技术方案：
一种电池温度控制安全器件，该电池温度控制安全器件的材料是采用中低温易熔合金，成分包括Ga、In、Sn、Bi、Pb、Cd和Zn中的一种或几种。
本发明的电池温度控制安全器件中，所述的合金的成分与重量配比是根据控制安全器件开裂的温度而确定的。
本发明的电池温度控制安全器件中，所述的控制安全器件开裂的温度范围为50～200℃。
本发明的电池温度控制安全器件中，所述的中低温易熔合金材料是整体作为电池温度控制安全器件，或固化在铜、铝、不锈钢金属丝网或箔材上作为电池温度控制安全器件。
本发明的电池温度控制安全器件中，所述的电池温度控制安全器件的形状为方片形、圆片形、异型件。
本发明所提出的温度控制型安全器件提及一种用温度作为安全器件泄压控制条件的新思路，可以准确有效控制安全器件开裂温度以保证电池的安全性，温度的稳定性可控制在±2℃。
一种制备电池温度控制安全器件的方法，该方法包括下述步骤：
(1)、根据电池在滥用条件下电池温度上升的规律，并根据所用的电池温度与内部压力的关系式，设定控制安全器件开裂的温度，以制造相应熔点的中低温易熔合金，再根据所要制成合金的熔点确定该合金的成分与重量配比，其成分包括Ga、In、Sn、Bi、Pb、Cd和Zn中的一种或几种。
(2)、将步骤(1)制成的合金采用压力加工或铸造的方法制成电池用温度控制安全器件。
本发明的制备电池温度控制安全器件的方法中，在所述的步骤(2)中的铸造的方法中，是将步骤(1)制成的合金熔化后，倒入模具中，模具中事先搁置铜、铝、不锈钢等金属丝网或箔材，以将合金材料固化在金属丝网或箔材上。这样，合金材料以铜、铝、不锈钢等金属丝网或箔材作为依托支撑。
本发明的制备电池温度控制安全器件的方法中，在所述的步骤(1)中，控制安全器件开裂的温度范围为50～200℃。
一种安装电池温度控制安全器件的电池，在电池的盖板或壳体上的通孔中安装有所述的温度控制安全器件。
本发明的安装电池温度控制安全器件的电池中，所述的温度控制安全器件是以机械连接、铆接或焊接方式安装在电池的盖板或壳体上的通孔中。
本发明的安装电池温度控制安全器件的电池中，所述的电池壳体为纯铝、铝合金或不锈钢材质制成的。
本发明所提出的温度控制型安全器件提及一种用温度作为安全器件泄压控制条件的技术方案，可以准确有效控制安全器件开裂温度以保证电池的安全性，温度的稳定性可控制在±2℃。当电池本体温度到达合金的熔点温度时，易熔材料熔化，安全器件破裂泄出电池内部压力，起到实现保证电池安全的目的。
本发明的优点是：
①安全器件采用易熔金属制成，可准确有效控制安全器件的破裂温度，保证一致、稳定、可靠性；
②可通过调配合金组成获得所需不同温度点，熔点温度可精确控制，灵活方便；
③不受电池外形控制，可制成不同形状以满足电池的要求。
附图说明
图1为本发明的电池温度控制安全器件的结构示意图
图2为本发明的安装电池温度控制安全器件的电池的结构示意图
图3为过充试验中电池壳体温度变化曲线图
具体实施方式
在制备电池温度控制安全器件的方法中，安全器件开裂的温度及安装位置，一般可根据电池安全试验中电池的实际温度来确定。例如，对一种电池进行安全试验，可得到图3所示的电池安全试验的温度变化曲线图。图3是过充试验中电池壳体温度变化曲线，可以看出，电池壳体温度最高可达95℃，所以可根据实际的实验来确定电池安全器件的温度。然后，根据确定电池安全器件的温度，利用温度与合金的成分与重量配比可以根据不同成分的熔点来调配。具体调配如下述实施例所述。
实施例1
根据电池在滥用条件下电池温度上升的规律可选择一个保证安全的温度点制造相应熔点的合金。
采用LiCoO2为正极、碳微球为负极制作锂离子电池。根据该电池的结构，如果电池在滥用条件下电池温度会升高，当超过58℃±2℃时，电池的内部压力会过高产生危险性。根据这一规律性，设定控制安全器件开裂的温度为58℃，以制造相应58℃熔点的中低温易熔合金，并根据所要制成合金的熔点确定该合金的成分与重量百分比。其成分与重量百分比如下：Bi 49％，In 21％，Pb 18％，Sn 12％。
将上述的熔点为58℃的合金熔化后倒入模具中，模具中可事先搁置不锈钢丝网作为承载体也可不用承载体，将合金制成圆片状形成安全器件，然后将其镶在电池盖上，即可使用。
采用LiCoO2为正极、碳微球为负极制作锂离子电池，采用上述的熔点为58℃的合金所制成的圆片状安全器件，将其以铆接方式装于电池盖上事先打好的通孔中，电池容量30Ah。对电池进行破坏性试验，将电池以30A电流充至4.2V，然后用Φ3mm-Φ8mm的钢钉从垂直于蓄电池极板的方向迅速贯穿(钢钉停留在蓄电池中)。当电池温度升至安全器件熔化温度(即合金的熔点温度58℃)时，安全器件熔化泄出电池的内部压力，但电池不爆炸、不起火。
实施例2
实施例2除合金熔点、合金的成分与重量百分比不同于实施例1外，其余的均与实施例1相同。
合金熔点为108℃；
合金的成分与重量百分比如下：In 52％，Sn 46％，Zn 2％。
在破坏性试验中，当电池温度升至安全器件熔化温度(即合金的熔点温度108℃)时，安全器件熔化泄出电池的内部压力，但电池不爆炸、不起火。
实施例3
实施例3除合金熔点、合金的成分与重量百分比不同于实施例1外，其余的均与实施例1相同。
合金熔点为142℃；
合金的成分与重量百分比如下：In 98％，Zn 2％。
在破坏性试验中，当电池温度升至安全器件熔化温度(即合金的熔点温度142℃)时，安全器件熔化泄出电池的内部压力，但电池不爆炸、不起火。
在本发明中，控制安全器件开裂的温度范围为50～200℃，实施例1、2、3以外的其余温度的合金均可根据本发明提出的合金成份进行相应调配，不一一赘述。因此，实施例1、2、3只是三个例子，并不限制本发明。
本发明的电池温度控制安全器件如图1所示，中低温易熔合金1固化在铜、铝、不锈钢金属丝网或箔材2上。
本发明的安装电池温度控制安全器件的电池如图2所示，在电池3的壳体或盖板上先打一个孔，然后将电池温度控制安全器件4镶嵌在该孔中，即制成安装电池温度控制安全器件的电池。
本发明的电池温度控制安全器件可适于Li-ion、Ni-MH、Ni-Cd等电化学电池使用，制作简便，成本低廉。

Claims (11)

1、一种电池温度控制安全器件，其特征在于：该电池温度控制安全器件的材料是采用中低温易熔合金，成分包括Ga、In、Sn、Bi、Pb、Cd和Zn中的一种或几种。
2、根据权利要求1所述的电池温度控制安全器件，其特征在于：所述的合金的成分与重量配比是根据控制安全器件开裂的温度而确定的。
3、根据权利要求1或2所述的电池温度控制安全器件，其特征在于：所述的控制安全器件开裂的温度范围为50～200℃。
4、根据权利要求1或2所述的电池温度控制安全器件，其特征在于：所述的中低温易熔合金材料是固化在铜、铝、不锈钢金属丝网或箔材上。
5、根据权利要求1或2所述的电池温度控制安全器件，其特征在于：所述的电池温度控制安全器件的形状为方片形、圆片形或异型件。
6、一种制备权利要求1所述的电池温度控制安全器件的方法，其特征在于：该方包括下述步骤：
(1)、根据电池在滥用条件下电池温度上升的规律，并根据所用的电池温度与内部压力的关系式，设定控制安全器件开裂的温度，以制造相应熔点的中低温易熔合金，再根据所要制成合金的熔点确定该合金的成分与重量配比，其成分包括Ga、In、Sn、Bi、Pb、Cd和Zn中的一种或几种。
(2)、将步骤(1)制成的合金采用压力加工或铸造的方法制成电池用温度控制安全器件。
7、根据权利要求6所述的制备电池温度控制安全器件的方法，其特征在于：在所述的步骤(2)中的铸造的方法中，是将步骤(1)制成的合金熔化后，倒入模具中，模具中事先搁置铜、铝、不锈钢等金属丝网或箔材，以将合金材料固化在金属丝网或箔材上。
8、根据权利要求6所述的制备电池温度控制安全器件的方法，其特征在于：在所述的步骤(1)中，控制安全器件开裂的温度范围为50～200℃。
9、一种安装权利要求1所述的电池温度控制安全器件的电池，其特征在于：在电池的盖板或壳体上的通孔中安装有所述的温度控制安全器件。
10、根据权利要求9所述的安装电池温度控制安全器件的电池，其特征在于：所述的温度控制安全器件是以机械连接、铆接或焊接方式安装电池的盖板或壳体上的通孔中。
11、根据权利要求9所述的安装电池温度控制安全器件的电池，其特征在于：所述的电池壳体为纯铝、铝合金或不锈钢材质制成的。
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