CN201146210Y - 电池热保护装置和包括该电池热保护装置的电池 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种电池热保护装置和包括该电池热保护装置的电池，其中，该电池热保护装置包括导体层、热敏绝缘层和外绝缘层，热敏绝缘层位于两个导体层之间，外绝缘层包在导体层的外部。所述电池包括外壳、正极极片、负极极片和隔膜纸以及本实用新型提供的电池热保护装置，电池热保护装置位于外壳内部，其中位于热敏绝缘层一侧的导体层电连接到电池的正极极片，位于热敏绝缘层另一侧的导体层电连接到电池的负极极片。本实用新型提供的电池热保护装置及包括该装置的电池，由于在高温高热情况下由该热敏绝缘层隔离的两层导体会导通，进而导通两层导体分别连接的电池的正负极，以便将正负极之间的能量安全释放出来，避免热失控，具有安全性能高的优点。

Description

电池热保护装置和包括该电池热保护装置的电池

技术领域

本实用新型涉及电池，更特别地是涉及一种电池热保护装置包括该电池热保护装置的电池。

背景技术

目前，锂离子电池以其体积小、能量高、无污染等优点，越来越广泛地用于移动电话、数码相机等便携电子产品中。随着锂离子电池的广泛应用，其安全性能也越来越受到重视。

由于锂离子电池使用环境的多样性，在锂离子电池的生产设计过程中必须要考虑到在各种严酷条件下，电池都不易发生起火甚至爆炸等不安全的状况。高温高热环境是锂离子安全性能测试中的一个重要部分。其中，当锂离子电池突然进入高温高热的环境中时，最开始来自电池外部的热量突然迅速增加，在外部高温作用下，使得电池内部温度升高，则电池的正负极处于结构不稳定的高能量状态下，极有可能在电池内部高温下发生热分解反应放热，再与外部高温相叠加，使得温度更高，从而导致更多的热分解反应放热，造成热失控并引发更为严重的危险状况。

实用新型内容

本实用新型针对现有电池在高温高热环境下安全性能不高的问题，提供一种电池热保护装置和包括该电池热保护装置的电池，该电池热保护装置能够在受热时对电池进行保护，使得电池在高温高热环境下有更高的安全性能。

本实用新型提供的电池热保护装置，其中，该电池热保护装置包括导体层、热敏绝缘层和外绝缘层，导体层为至少2个，热敏绝缘层为至少1个，热敏绝缘层位于两个导体层之间，外绝缘层包在导体层的外部。

本实用新型还提供了一种电池，该电池包括壳体、正极极片、负极极片和隔膜纸，所述隔膜纸位于正极极片和负极极片之间，其中，该电池还包括本实用新型提供的电池热保护装置，该电池热保护装置位于外壳内部，该电池热保护装置包括导体层、热敏绝缘层和外绝缘层，导体层为至少2个，热敏绝缘层为至少1个，热敏绝缘层位于两个导体层之间，外绝缘层包在导体层的外部，位于热敏绝缘层一侧的导体层电连接到电池的正极极片，位于热敏绝缘层另一侧的导体层电连接到电池的负极极片。

本实用新型提供的一种电池热保护装置及包括该装置的电池，由于采用了热敏绝缘层，在高温高热情况下由该热敏绝缘层隔离的两个导体层会导通，进而导通两个导体层分别连接的电池的正极极片和负极极片，两个导体层选用合适的阻值，以便将正负极片之间的能量在短时间内且安全地释放出来，使电池的正负极都达到无电能的稳定状态，因而该电池热保护装置能够防止电池在高温情况下的热分解反映，进而避免热失控，包括该电池热保护装置的电池相比于现有技术中没有电池热保护装置的电池，具有安全性能高的优点。

附图说明

图1是根据本实用新型的电池热保护装置的剖面图；

图2是根据本实用新型的电池热保护装置的优选实施方式的结构示意图；

图3是根据本实用新型的电池热保护装置在电池中的位置的示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型作进一步的说明。

如图1所示，根据本实用新型的电池热保护装置，其中，该电池热保护装置包含装置包括导体层2、热敏绝缘层3和外绝缘层5，导体层2为至少2个，热敏绝缘层3为至少1个，热敏绝缘层3位于两个导体层2之间，外绝缘层5包在导体层2的外部。

热敏绝缘层3选用诸如PVC材料、硅橡胶等本领域常用的热敏绝缘材料，具有在低温下为绝缘材料，在高温下熔融的特性，从而能在低温下隔离两个导体层2，而在高温下使导体层2导通。该热敏绝缘层3位于两个导体层2之间，用于隔离两个导体层2，在非高温条件下，如温度低于105℃条件下，将两个导体层2完全隔离，而在高温下，如温度不低于105℃时熔融，或者使两个导体层2相接触而导通，或者变为了导电材料，将两个导体层2导通。

各个导体层2可以选用相同或不同的导电材料，如铜铝等。该电池热保护装置在用于电池中进行热保护时，其中至少一个导体层电连接到电池的正极，剩下的至少一个导体层电连接到电池的负极，高温下两个导体层2导通而使电池的正负极通过该导体层2进行放电，通常放电时间取决于电池内阻和导体层2导通后的阻值的合值，该阻值合值越大，放电电流越小，产生热量越小，但放电时间长，电池不稳定的时间越长，有可能在外部高温下发生热分解反应进而发生热失控；如果阻值合值太小，放电电流太大，则放电产生热量大，有可能使电池内部温度上升过块而导致热失控。一般放电时间以30s-100s为宜，以保证放电过程安全。优选地，所选取的各个导体层2导通后的电阻值应保证放电时间在30s-100s范围内，对导体层2导通后的电阻值的大小根据不同的电池型号可选择不同的大小，一般在20毫欧-5欧范围内。

外绝缘层5材料可以为诸如PVC材料等本领域技术人员所公知的绝缘材料。

优选地，如图2所示，导体层2为2个，分别为内导体层21和外导体层22，热敏绝缘层3为1个，所述电池热保护装置还包括绝缘内芯1，内导体层21螺旋环绕在绝缘内芯1上，热敏绝缘层3套在环绕有内导体层21的绝缘内芯1外部，外导体层22螺旋环绕在热敏绝缘层3上，外绝缘层5包在外导体层22外部，这样外绝缘层5将依次环绕好后的绝缘内芯1、内导体层21、热敏绝缘层3和外导体层22包裹在其内部。绝缘内芯1可以采用高强度纤维材料，如特多龙材料，其形状可以为圆柱体。热敏绝缘层3可以为筒状，套在环绕有内导体层21的绝缘内芯1上。内导体层21和外导体层22可以均为电阻丝，或一个导体层为电阻丝，另一个导体层为导线，以方便环绕，电阻丝的阻值可以通过调整电阻丝的材料、直径和总长度来实现，两个导体层2导通后的阻值在20毫欧-5欧范围内，以保证放电过程安全。

本实用新型还提供一种电池，该电池包括外壳、正极极片、负极极片和隔膜纸，所述隔膜纸位于正极极片和负极极片之间，其中，该电池还包括本实用新型所提供的电池热保护装置，该电池热保护装置位于外壳内部，该电池热保护装置包括导体层2、热敏绝缘层3和外绝缘层5，热敏绝缘层3位于两个导体层2之间，外绝缘层5包在导体层2的外部；位于热敏绝缘层3一侧的导体层电连接到电池的正极极片，位于热敏绝缘层3另一侧的导体层电连接到电池的负极极片。

所述导体层2为至少2个，热敏绝缘层3为至少1个，其中至少一个导体层电连接到电池的正极极片，至少一个导体层电连接到电池的负极极片，电连接到电池的正极极片的导体层和电连接到电池的负极极片的导体层不同。优选地，导体层2为2个，分别为内导体层2 1和外导体层22，热敏绝缘层3为1个，所述电池热保护装置还包括绝缘内芯1，内导体层21螺旋环绕在绝缘内芯1上，热敏绝缘层3套在环绕有内导体层21的绝缘内芯1外部，外导体层22螺旋环绕在热敏绝缘层3上，外绝缘层5包在外导体层22的外部，内导体层21和外导体层22中的一个连接到电池的正极极片，另一个连接到电池的负极极片。且两个导体层2的环绕是同轴且螺距相同，以保证在热敏绝缘层3高温(如105℃及以上温度条件下)导通时两个导体层2良好接触。内导体层21和外导体层22各自通过导线连接到电池的正极极片或负极极片，优选地，外导体层22连接到与电池外壳极性相同的极片上，这样，即便在电池热保护装置的外绝缘层5破裂时，外导体层22接触到外壳，但由于外导体层22与外壳为同极性，不易导致短路。如锂离子电池的外壳是正极性，则外导体层22接正极，而动力电池的外壳极性一般是负极性，故外导体层22接负极。如图3所示电池热保护装置位于正极极片、隔膜、负极极片卷绕形成的锂离子电池的内芯的顶部，电池热保护装置的外导体层22通过导线7连接到正极极耳6而实现与正极极片的电连接，内导体层21通过导线8连接到负极极耳9而实现与负极极片的电连接。

此外，为方便调整高温下放电的阻值以使放电时间和放电热量在允许的范围之内，所述电池还可以包括位于电池内部的电阻，所述电池热保护装置的内导体层21和/或外导体层22串接电阻后再电连接到电池的极片。所述内导体层21和外导体层22导通时的阻值和所串接的电阻的阻值的合值在20毫欧-5欧范围内，以保证合理的放电时间和放电热量。

下面通过具体实施例来更详细地描述本实用新型。

实施例1

本实施例用于说明根据本实用新型的电池热保护装置和包括该电池热保护装置的电池。

电池热保护装置的内导体层21选用直径0.125mm、长度为8mm的材料为康铜的电阻丝，其阻值为40毫欧，外导体层22选用与内导体层21相同直径和长度的镍铬合金导线，绝缘内芯1选用特多龙材料，为直径0.45mm、长度5mm的柱体，热敏绝缘层3选用PE材料，其为外径1.4mm、厚度0.7mm的筒状，外绝缘层5选用硅橡胶材料，其尺寸为外径2.2mm、厚度0.82mm、长度8mm，内导体层21螺旋环绕在绝缘内芯1上，热敏绝缘层3套在环绕有内导体层21的绝缘内芯外部，外导体层22螺旋环绕在热敏绝缘层3上，外绝缘层5包在环绕好后的绝缘内芯1、内导体层21、热敏绝缘层3和外导体层22外部，而制成本实用新型提供的电池热保护装置。

采用LP053450型号的锂离子电池，将上面制好的电池热保护装置安装在电芯顶部，将电池热保护装置的外导体层22通过导线连接到正极极耳6，内导体层21通过导线连接到负极极耳9，而制成本实用新型的电池A。按照同样方法共制成4000支电池A。

实施例2

本实施例用于说明根据本实用新型的电池热保护装置和包括该电池热保护装置的电池。

采用与实施例1相同的方法制成电池热保护装置和包括该电池热保护装置的电池B，所不同的是，电池热保护装置中内导体层2 1选用直径为0.064mm、长度为8mm材料为康铜的电阻丝，其阻值为160毫欧。共制成4000支电池B。

实施例3-4

实施例3-4分别用于测试实施例1和实施例2所制成的电池的性能。

将实施例1所制成的4000支电池A和实施例2所制成的4000支电池B，进行平面250℃的平面铁板烧测试。测试方法是将电池放到温度为250℃的铁板上，无冒烟、着火、燃烧、爆炸现象为通过测试。

测试结果见表1。

对比例1

本对比例用于测试现有技术中的电池的性能。

按照实施例3-4的方法对商购得到的4000支LP053450型号的锂离子电池进行测试。

测试结果见表1。

表1

	测试总数(支)	安全通过数(支)	测试通过比率
				实施例3	4000	4000	100％
实施例4	4000	4000	100％
				对比例1	4000	6	0.15％

从表1中可以看出，包括本实用新型提供的电池热保护装置的电池，全部通过测试，没有发生热失控，安全性大大提高，而不包括本实用新型提供的电池热保护装置的电池，在高温高热环境下安全性很差，基本很难通过测试。可见应用本实用新型可以增强电池在意外高温高热环境下的安全性。

Claims (13)

1.一种电池热保护装置，其特征在于，该电池热保护装置包括导体层(2)、热敏绝缘层(3)和外绝缘层(5)，导体层(2)为至少2个，热敏绝缘层(3)为至少1个，热敏绝缘层(3)位于两个导体层(2)之间，外绝缘层(5)包在导体层(2)的外部。

2.根据权利要求1所述的电池热保护装置，其特征在于，导体层(2)为2个，分别为内导体层(21)和外导体层(22)，热敏绝缘层(3)为1个，所述电池热保护装置还包括绝缘内芯(1)，内导体层(21)螺旋环绕在绝缘内芯(1)上，热敏绝缘层(3)套在环绕有内导体层(21)的绝缘内芯(1)外部，外导体层(22)螺旋环绕在热敏绝缘层(3)上，外绝缘层(5)包在外导体层(22)的外部。

3.根据权利要求2所述的电池热保护装置，其特征在于，两个导体层(2)同轴、且螺距相同。

4.根据权利要求1或2所述的电池热保护装置，其特征在于，热敏绝缘层(3)在不低于105℃的温度条件下熔融。

5.根据权利要求1或2所述的电池热保护装置，其特征在于，所述导体层(2)在导通时的总阻值为20毫欧-5欧。

6.一种电池，该电池包括外壳、正极极片、负极极片和隔膜纸，所述隔膜纸位于正极极片和负极极片之间，其特征在于，该电池还包括电池热保护装置，该电池热保护装置位于外壳内部，该电池热保护装置包括导体层(2)、热敏绝缘层(3)和外绝缘层(5)，导体层(2)为至少2个，热敏绝缘层(3)为至少1个，热敏绝缘层(3)位于两个导体层(2)之间，外绝缘层(5)包在导体层(2)的外部；位于热敏绝缘层(3)一侧的导体层电连接到电池的正极极片，位于热敏绝缘层(3)另一侧的导体层电连接到电池的负极极片。

7.根据权利要求6所述的电池，其特征在于，导体层(2)为2个，分别为内导体层(21)和外导体层(22)，热敏绝缘层(3)为1个，所述电池热保护装置还包括绝缘内芯(1)，内导体层(21)螺旋环绕在绝缘内芯(1)上，热敏绝缘层(3)套在环绕有内导体层(21)的绝缘内芯(1)外部，外导体层(22)螺旋环绕在热敏绝缘层(3)上，外绝缘层(5)包在外导体层(22)的外部，内导体层(21)和外导体层(22)中的一个连接到电池的正极极片，另一个连接到电池的负极极片。

8.根据权利要求7所述的电池，其特征在于，外导体层(22)电连接到与电池的外壳极性相同的极片上。

9.根据权利要求7所述的电池，其特征在于，两个导体层(2)同轴、且螺距相同。

10.根据权利要求6或7所述的电池，其特征在于，热敏绝缘层(3)在不低于105℃的温度条件下熔融。

11.根据权利要求6或7所述的电池，其特征在于，所述导体层(2)在导通时的总阻值为20毫欧-5欧。

12.根据权利要求7所述的电池，其特征在于，所述电池还包括位于电池外壳内部的电阻，所述电池热保护装置的内导体层(21)和/或外导体层(22)串接电阻后再电连接到电池的极片。

13.根据权利要求12所述的电池，其特征在于，所述内导体层(21)和外导体层(22)导通时的阻值和所串接的电阻的阻值的合值为20毫欧-5欧。

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