CN201946699U - 一种锂离子二次电池 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种锂离子二次电池，包括外壳、用于绝缘密封外壳的盖帽组件以及位于外壳和盖帽组件所围成空腔内的电芯和电解液；所述盖帽组件包括电连接组件和电连接组件外侧的密封圈；电连接组件由下至上包括依次电连接的孔板、防爆片、PTC保护器和上帽；孔板下表面与第二极耳电连接，防爆片中心下凹与孔板上表面中心部位电连接；PTC保护器内设置有与PTC保护器并联连接的保险丝，保险丝一端与PTC保护器上表面电连接，另一端与PTC保护器下表面电连接。本实用新型的锂离子二次电池，具有较高的安全性能和密封性能，且电池的一致性较好。

Description

一种锂离子二次电池

技术领域

本实用新型属于电池领域，尤其涉及一种锂离子二次电池。

背景技术

作为绿色能源的锂离子二次电池，在近十多年得到了迅猛的发展，随着性能的提高，成本的降低，愈来愈显示出极强的生命力，锂离子电池相对于Ni-MH、Ni-Cd及铅酸电池具有更高的工作电压高、能量密度大、循环寿命长、记忆效应小、自放电率低、轻捷方便、绿色环保等优点，作为便携式电源在手机、笔记本、数码电子产品等小型电源驱动设备方面得到广泛应用，并在未来高比能、高功率的储能电池市场显示出明显竞争优势。但由于安全性、密封性问题，锂离子二次电池的应用领域受到限制。

为了提高锂离子二次电池的安全性能，现有的锂离子二次电池的电池盖帽组件一般都带有CID（Current Interrupt Device），如图2所示。目前主流使用的CID是通过电池内部气压过高来实施断电保护，防爆片32′破裂后，电池内部气体通过孔板37′和上帽31′向外界排泄。但锂离子二次电池由于自身材料特性，在出现异常情况下，前期电池内压较低，不易及时启动，导致异常进一步加剧，电池安全性无法保障。上帽31′和防爆片32′之间可密封压缩PTC（正温度系数热敏电阻）保护器33′，从而通过PTC保护器对温度的敏感来及时反馈电池内部异常情况。但是PTC保护器内阻偏大，约占整个电池内阻的35%，导致电池的循环性能大大降低；且其自身阻值受温度影响差异明显，会影响电池的一致性。

实用新型内容

本实用新型解决了现有技术中存在的锂离子二次电池的循环性能和一致性较差的技术问题。

本实用新型提供了一种锂离子二次电池，包括外壳、用于绝缘密封外壳的盖帽组件以及位于外壳和盖帽组件所围成空腔内的电芯和电解液；电芯上引出有第一极耳和第二极耳，其中第一极耳与外壳电连接，第二极耳与盖帽组件电连接；

所述盖帽组件包括电连接组件和电连接组件外侧的密封圈；电连接组件由下至上包括依次电连接的孔板、防爆片、PTC保护器和上帽；孔板下表面与第二极耳电连接；防爆片中心下凹与孔板上表面中心部位电连接；

PTC保护器内设置有与PTC保护器并联连接的保险丝，保险丝一端与PTC保护器上表面电连接，另一端与PTC保护器下表面电连接。

本实用新型提供的锂离子二次电池，通过在PTC保护器内并联设置保险丝，保险丝内阻远小于PTC保护器的内阻，因此电池正常工作时，保险丝将PTC保护器短接，电流通过保险丝导通，降低电池内阻，提高电池的循环性能；且电池正常工作时，电流主要通过保险丝导通，因此PTC保护器内阻变化不会对电池性能造成影响，使得电池的一致性较高。当电池内部出现异常，保险丝立刻熔断，电流瞬间加载至PTC保护器上，同时保险丝的温度直接传递给PTC保护器，通过PTC保护器内阻急剧增加从而断电截留，提高电池的安全性能。

优选情况下，PTC保护器包括PTC本体和分别位于PTC本体上、下表面的金属片；其中，下表面的金属片与防爆片外周沿电连接，上表面的金属片与上帽周沿电连接。

PTC本体中心位置具有圆形孔，上表面的金属片、下表面的金属片与该圆形孔形成空腔。保险丝位于空腔内，一端与空腔下表面的金属片电连接，另一端与空腔上表面的金属片电连接。通过将保险丝设置在PTC保护器的空腔内，能有效利用电池内部空间。

上帽的上表面周沿设置有第一绝缘垫圈，防爆片的外周沿上翻包裹第一绝缘垫圈。第一绝缘垫圈用于防止防爆片与上帽直接电连接。孔板上表面周沿设置有第二绝缘垫圈，用于使防爆片下表面周沿与孔板上表面周沿绝缘。

孔板上设有第一排气孔。上帽上设有第二排气孔。电池内部气体通过第一排气孔、第二排气孔从电池内部排出，能有效防止电池爆炸。

本实用新型中，锂离子二次电池可为圆柱形电池，PTC保护器位于外壳内，PTC保护器为圆片状。优选情况下，防爆片上具有圆形刻痕，刻痕直径小于上帽的内径。防爆片从圆形刻痕处破裂后完全打开，不会阻挡电池内部气体的排泄。

附图说明

图1是本实用新型提供的锂离子二次电池的结构示意图。

图2是现有技术提供的锂离子二次电池的盖帽组件结构示意图。

图3是图1中盖帽组件3的结构示意图。

图4是图3中PTC保护器33与保险丝36的结构示意图。

具体实施方式

本实用新型提供了一种锂离子二次电池，如图1所示，包括外壳2、用于绝缘密封外壳的盖帽组件3以及位于外壳2和盖帽组件3所围成空腔内的电芯1和电解液；电芯1上引出有第一极耳和第二极耳，其中第一极耳与外壳2电连接，第二极耳与盖帽组件3电连接。

本实用新型中，对于第一极耳、第二极耳的正、负极性没有特殊限定，即对外壳2与正极电连接或外壳2与负极电连接没有特殊限定。例如可以第一极耳为正极，第二极耳为负极；也可第一极耳为负极，第二极耳为正极。通常情况下，第一极耳为负极，第二极耳为正极；即外壳2与负极电连接，盖帽组件3与正极电连接。

现有技术的锂离子二次电池中，盖帽组件的结构如图2所示，包括电连接组件和电连接组件外侧的密封圈34′，电连接组件包括依次电连接的孔板37′、防爆片32′、PTC保护器33′和上帽31′。电池内部气压过高，防爆片32′破裂，气体通过孔板37′、上帽31′排出电池外部。其中，PTC保护器33′紧紧贴合于上帽31′与防爆片32′之间，PTC保护器的内阻偏大，大大降低锂离子二次电池的循环性能。另外，PTC保护器自身阻值受温度影响差异明显，电池的一致性较差，使得电池组内部分单体电池PTC保护器启动滞后，反应不灵敏，电池存在安全隐患。

本实用新型的锂离子二次电池中，所述盖帽组件的结构如图3所示，所述盖帽组件3包括电连接组件和电连接组件外侧的密封圈34。密封圈34一方面用于填充外壳2与盖帽组件3之间的空隙，防止电池漏液；另一方面，用于绝缘外壳2和盖帽组件3，防止电池短接。

电连接组件从下至上包括依次电连接的孔板37、防爆片32、PTC保护器33和上帽31。孔板37的结构和形状为本领域技术人员所公知，如图3所示，孔板37位于第二极耳与防爆片32之间，下表面与第二极耳电连接。防爆片32中心下凹与孔板37上表面的中心部位通过多点焊接从而实现电连接，焊点371如图3所示。PTC保护器33内设置有与PTC保护器33并联连接的保险丝36，保险丝36一端与PTC保护器33上表面电连接，另一端与PTC保护器33下表面电连接。

本实用新型中，PTC保护器的内阻远大于保险丝，因此电池正常工作时，保险丝将PTC保护器短接，电流主要通过保险丝导通，极耳和极芯温度直接传递给保险丝和PTC保护器，因此能有效降低锂离子二次电池的内阻，提高电池的循环性能。另外，电池正常工作时，电流主要通过保险丝导通，因此PTC保护器内阻变化不会对电池性能造成影响，电池具有较高的一致性。当电池内部出现异常，通过保险丝的电流或温度超过设定值时，保险丝立刻熔断，电流瞬间加载至PTC保护器上，同时保险丝的温度直接传递给PTC保护器，PTC保护器的内阻随温度的增加急剧上升至无穷大，从而断电截流，提高电池的安全性能。保险丝的材料为本领域技术人员所公知的高导电率低熔点合金薄片，内阻极低。

如图4所示，PTC保护器33包括PTC本体330和分别位于PTC本体上、下表面的金属片332、331。下表面的金属片331与防爆片32的外周沿电连接，上表面的金属片332与上帽31的周沿电连接。PTC本体330中心位置具有圆形孔，上表面的金属片332、下表面的金属片331与该圆形孔形成空腔335。保险丝36位于空腔335内，一端与下表面的金属片331电连接，另一端与上表面的金属片332电连接。

本实用新型中，PTC本体为本领域技术人员公知的对温度敏感的高分子材料，例如可以为57容量%高密度聚乙烯、3容量%乙烯-丙烯酸乙酯共聚物和40容量%的导电粒子在190℃下混炼而成。然后用厚度为35μm的金属箔夹持混炼物，用热压机在190℃、5kg/cm²、60秒的条件下成型、切割排气孔即可得到PTC保护器。其中，金属箔可采用镍箔或铝箔。

上帽31的上表面周沿设置第一绝缘垫圈38，防爆片32的外周沿上翻包裹第一绝缘垫圈38，用于防止防爆片32与上帽31直接电连接。防爆片32的外周沿上翻，通过第一绝缘垫圈38的绝缘，上下挤压上帽31和PTC保护器33，防止上帽31、PTC保护器33的晃动，从而使盖帽组件3的结构更加稳固。

如图3所示，孔板37上表面周沿设置有第二绝缘垫圈35，用于使防爆片32下表面周沿与孔板37上表面周沿绝缘。电池正常工作时，孔板37与第二极耳电连接，而防爆片32的中心下凹与孔板37电连接，其上表面与PTC保护器33下表面电连接导通；电池内部气压过大，防爆片32中心下凹部位破裂，第二绝缘垫圈35位于孔板37上表面周沿，从而使电池内部断开，异常不会进一步加剧，能有效提高电池的安全性能。

第一绝缘垫圈38、第二绝缘垫圈35均可采用本领域常用的高温氟塑料垫圈，优选采用全氟烷氧基树脂（PFA），可防止电池高温时垫圈软化、融化导致盖帽组件断电失效。

孔板37上设有第一排气孔372。上帽31上设有第二排气孔311。作为本领域技术人员的公知常识，第一排气孔372、第二排气孔311的个数没有特殊限定，可为一个或者多个。电池内部气体可通过孔板上的第一排气孔372、上帽31上的第二排气孔311排出电池。

本实用新型中，盖帽组件中电连接组件之间的电连接均为面与面的接触，因此本实用新型中，均可通过电子束或高频焊熔接，从而可提高盖帽组件之间的结合力，有效降低盖帽组件的内阻；另外，采用电子束或高频焊的电连接方式，在高频震动、跌落、翻滚测试时能有效防止盖帽组件遭受外力破坏导致内阻漂移。

本实用新型中，PTC保护器33位于外壳2内，PTC保护器33的形状与外壳2的底面形状匹配。例如，图1所示的锂离子二次电池为圆柱形电池，外壳2为圆柱形，外壳底面为圆形，则PTC保护器33为圆片状。

作为本领域技术人员的公知常识，防爆片32上具有圆形刻痕321，如图3所示。电池内部气压过大时，防爆片32从刻痕321处破裂，防爆电池内部高压气体迅速排泄，避免排气不及时导致电池爆炸。刻痕321直径过大时，防爆片32破裂脱落后会阻塞孔板37上的部分第一排气孔372，影响电池的排气速度，电池仍然存在安全隐患。本实用新型中，优选情况下下，刻痕321的直径小于上帽的内径，防爆片32破裂后完全打开，不会阻挡电池内部气体的排泄。

本实用新型的锂离子二次电池中，电芯即所谓正极片、隔膜、负极片经卷绕或者若干多次重复叠置而形成的提供电能的组件。电芯中正极片上引出正极极耳，负极片上引出负极极耳，正极极耳、负极极耳再通过焊接的方式分别与外壳、盖帽组件电连接。至于正极片、负极片、隔膜的制造方法，及其他电芯制造工艺等均为本领域技术人员所公知，因此不再赘述。

本实用新型的锂离子二次电池的装配可按如下步骤进行：隔膜卷绕正极片和负极片形成电芯，将电芯插入外壳内腔，正极片、负极片分别引出有极耳，通过引片分别与外壳、盖帽组件连接；再注入电解液浸渍电芯，随后，将盖帽组件与装有电芯的外壳进行密封，即可本实用新型的锂离子二次电池。

以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种锂离子二次电池，包括外壳、用于绝缘密封外壳的盖帽组件以及位于外壳和盖帽组件所围成空腔内的电芯和电解液；电芯上引出有第一极耳和第二极耳，其中第一极耳与外壳电连接，第二极耳与盖帽组件电连接；

所述盖帽组件包括电连接组件和电连接组件外侧的密封圈；电连接组件由下至上包括依次电连接的孔板、防爆片、PTC保护器和上帽；孔板下表面与第二极耳电连接；防爆片中心下凹与孔板上表面中心部位电连接；

其特征在于，PTC保护器内设置有与PTC保护器并联连接的保险丝，保险丝一端与PTC保护器上表面电连接，另一端与PTC保护器下表面电连接。

2.根据权利要求1所述的锂离子二次电池，其特征在于，PTC保护器包括PTC本体和分别位于PTC本体上、下表面的金属片；其中，下表面的金属片与防爆片外周沿电连接，上表面的金属片与上帽周沿电连接。

3.根据权利要求2所述的锂离子二次电池，其特征在于，PTC本体中心位置具有圆形孔，上表面的金属片、下表面的金属片与该圆形孔形成空腔。

4.根据权利要求3所述的锂离子二次电池，其特征在于，保险丝位于空腔内，一端与空腔下表面的金属片电连接，另一端与空腔上表面的金属片电连接。

5.根据权利要求1所述的锂离子二次电池，其特征在于，上帽的上表面周沿设置有第一绝缘垫圈，防爆片的外周沿上翻包裹第一绝缘垫圈。

6.根据权利要求1所述的锂离子二次电池，其特征在于，孔板上表面周沿设置有第二绝缘垫圈，用于使防爆片下表面周沿与孔板上表面周沿绝缘。

7. 根据权利要求1所述的锂离子二次电池，其特征在于，孔板上设有第一排气孔。

8.根据权利要求1所述的锂离子二次电池，其特征在于，上帽上设有第二排气孔。

9.根据权利要求1所述的锂离子二次电池，其特征在于，锂离子二次电池为圆柱形电池，PTC保护器位于外壳内，PTC保护器为圆片状。

10.根据权利要求9所述的锂离子二次电池，其特征在于，防爆片上具有圆形刻痕，刻痕直径小于上帽的内径。

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