CN202217738U - 低压防爆圆柱锂离子电池 - Google Patents

Abstract

一种低压防爆圆柱锂离子电池，包括电池壳、卷绕电芯和正负极集流环，卷绕电芯安装在电池壳内，卷绕电芯的两端分别安装正、负极集流环，正极集流环外侧的电池壳上安装正极组合盖，负极集流环外侧的电池壳上安装负极组合盖，正极盖板上安装正极防爆片，正极导电极柱密封安装在正极盖板上；负极盖板上安装负极防爆片，负极导电极柱密封安装在负极盖板上，负极导电极柱上部设有负极内螺纹孔，负极导电极柱下部设有通气孔道，通气孔道与负极内螺纹孔连通，靠近负极内螺纹孔侧的通气孔道内安装橡胶球，负极内螺纹孔内安装压盖，压盖顶紧在橡胶球上。本实用新型能重复开启和关闭、可靠性良好、提升安全性能。

Description

低压防爆圆柱锂离子电池

技术领域

本实用新型涉及一种圆柱锂离子电池。

背景技术

锂离子动力电池在新能源汽车上的实际应用，不仅取决于电池能量密度和循环寿命的提高和成本的降低，还取决于电池安全性能的进一步提升。由于锂离子电池在安全性方面存在先天缺陷，锂离子动力电池在纯电动、混合动力等新能源车上应用始终具有一定的危险性。

锂离子电池从化成开始，电池内部就会产生一定量的气体，随着电池循环次数的增加，内部压力逐渐增加。而电池在进行高倍率放电和快速充电时，电池内部会迅速升温，最高温度可超过100℃，如果电池内部原先存在大量气体，会受热膨胀，同时有机溶剂也会发生汽化进一步增加电池内部的压力，电池内部的高压力将给电池的安全性带来很大隐患。如果采用可重复开启闭合的泄压阀，能随时排出电池内部的气体，保持电池内部的低压力，则在很大程度上能提高电池的安全性。

当电池内部发生短路、热失控时，电池内部压力增加非常快，仅仅依靠泄压阀已经无法及时排出电池内部的大量气体，则需要依靠电池盖帽上设置的防爆片及时破裂来泄压。目前常规的电池一般设置一个防爆片，由于防爆片直径小，排气速度不够快，因此采用两个或以上的防爆片，也能降低电池爆炸的可能性，提高电池的安全性。

发明内容

为了克服已有现有的圆柱锂离子电池的不能重复使用、可靠性较差、安全性较差的不足，本实用新型提供一种能重复开启和关闭、可靠性良好、提升安全性能的低压防爆圆柱锂离子电池。

本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是：

一种低压防爆圆柱锂离子电池，包括电池壳、卷绕电芯和正负极集流环，所述卷绕电芯安装在所述电池壳内，所述卷绕电芯的两端分别安装正、负极集流环，所述正极集流环外侧的电池壳上安装正极组合盖，所述负极集流环外侧的电池壳上安装负极组合盖，所述正极组合盖包括正极导电极柱和正极盖板，所述正极盖板上安装正极防爆片，所述正极导电极柱密封安装在正极盖板上；所述负极组合盖包括负极导电极柱和负极盖板，所述负极盖板上安装负极防爆片，所述负极导电极柱密封安装在负极盖板上，所述负极导电极柱上部设有负极内螺纹孔，所述负极导电极柱下部设有通气孔道，所述通气孔道与所述负极内螺纹孔连通，靠近负极内螺纹孔侧的通气孔道内安装橡胶球，所述负极内螺纹孔内安装压盖，所述压盖顶紧在所述橡胶球上。

进一步，所述正极导电极柱上部设有正极内螺纹孔；所述电池还包括用以连接相邻电池的固定螺柱，所述固定螺柱与所述正极内螺纹孔、负极内螺纹孔匹配。

再进一步，所述正极盖板与正极导线极柱的连接处安装正极绝缘片和正极垫片，负极盖板和负极导线极柱的连接处安装负极绝缘片和负极垫片。

所述卷绕电芯的两端与正极组合盖、负极组合盖之间分别设有弹性电芯固定垫。

本实用新型的有益效果主要表现在：电池的通气孔道可同时兼做电解液注液孔，在保持电池低内压的同时，还可随时实现对电池补充电解液，提高电池的可维护特性。

低压防爆圆柱锂离子电池的正极组合盖和负极组合盖上均设置金属防爆片，在电池出现短路和热失控等故障情况下能及时破裂，快速排出电池内部产生的大量气体，防止电池发生爆炸，结合电池的低内压，大大提高电池的安全和可靠性。同时正极组合盖和负极组合盖均采用大极柱设计，极柱内部加工有内螺纹，作为电池组合时的螺母，能承受大扭矩作用力，防止极柱断裂变形，保证了电池组合时的导电连接片的连接紧密，降低接触电阻，提高了电池组合的可靠性。

附图说明

图1是低压防爆圆柱锂离子电池的示意图。

图2是正极组合盖的示意图。

图3是负极组合盖的示意图。

图4是低压防爆圆柱锂离子电池的制造工艺流程图。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型作进一步描述。

参照图1～图4，一种低压防爆圆柱锂离子电池，包括电池壳6、卷绕电芯2和正负极集流环5-5’，所述卷绕电芯2安装在所述电池壳6内，所述卷绕电芯2的两端分别安装正、负极集流环5-5’，所述正极集流环外侧的电池壳上安装正极组合盖1，所述负极集流环外侧的电池壳上安装负极组合盖2，所述正极组合盖1包括正极导电极柱7和正极盖板8，所述正极盖板8上安装正极防爆片11，所述正极导电极柱8密封安装在正极盖板7上；所述负极组合盖包括负极导电极柱13和负极盖板14，所述负极盖板14上安装负极防爆片19，所述负极导电极柱13密封安装在负极盖板14上，所述负极导电极柱13上部设有负极内螺纹孔，所述负极导电极柱下部设有通气孔道，所述通气孔道与所述负极内螺纹孔连通，靠近负极内螺纹孔侧的通气孔道内安装橡胶球15，所述负极内螺纹孔内安装压盖18，所述压盖18顶紧在所述橡胶球17上。

所述正极导电极柱7上部设有正极内螺纹孔12；所述电池还包括用以连接相邻电池的固定螺柱，所述固定螺柱与所述正极内螺纹孔12、负极内螺纹孔匹配。

所述正极盖板8与正极导线极柱7的连接处安装正极绝缘片10和正极垫片9，负极盖板17和负极导线极柱13的连接处安装负极绝缘片16和负极垫片14。

本实施例的低压防爆圆柱锂离子电池，由正极组合盖1、负极组合盖2、弹性电芯固定垫3-3’、卷绕电芯4、正、负极集流环5-5’、和金属电池壳6等部分组成。负极组合盖1的极柱上加工有内螺纹，盖板上设置金属防爆片；正极组合盖2的极柱上加工有内螺纹，并设置有通气孔道和注液孔，盖板上设置有金属防爆片。卷绕电芯4采用多极耳卷绕方式制造，卷绕后正极和负极的多极耳分别连接于集流环5和5’上，然后分别于正极组合盖2和负极组合盖1连接，所述卷绕电芯4的两端与正极组合盖2和负极组合盖1之间设有弹性电芯固定垫3-3’。然后将正极组合盖2和负极组合盖1分别通过激光焊接机与电池壳体6进行激光焊接密封。密封后，通过正极组合盖2的注液孔注入电解液，注液结束后，在注液孔内放入橡胶球15，并采用专用的扭力扳手将橡胶球压盖18拧紧，使橡胶球变形，密闭管状气体通道。当电池内部气压超过设定值时，可通过橡胶球变形排出多余的气体，因此能保证电池内部一直维持较低的内压，提高电池安全性。由于压盖18可拆卸，能随时补充电解液，可实现锂离子电池的维护，延长电池的工作寿命。同时，电池之间相互组合时，正极导电极柱7和负极导线极柱13上的内螺纹充当螺母，可将固定螺柱和连接片拧紧固定于正极导电极柱7和负极导线极柱13上，由于导电极柱较粗，既能保证导电效果，同时在螺丝拧紧连接过程中不易滑牙或承受大扭力而断裂，连接可靠。盖板上另行设置的正极防爆片11和负极防爆片19，在电池出现短路和热失控等故障情况下能及时破裂，快速排出电池内部产生的大量气体，防止电池发生爆炸，提高了电池的可靠性和安全性。

本实用新型提供的低压防爆圆柱锂离子电池，由于采用了可泄压、注液的正极组合盖和负极组合盖，组装的电池具有低内压、防爆、可补充电解液和可靠的电连接等多种功能。

低压防爆圆柱锂离子电池的制造过程，包括以下步骤：

(1)正极组合盖1的制造：圆柱形电池导电极柱7采用铝合金材料，正极导电极柱上加工有正极内螺纹12和导气小孔，内螺纹作为电池组合时固定螺柱和连接片，导气孔可兼做电解液注液孔和安全排气孔；铝合金或不锈钢正极盖板8采用冷冲压方式加工出圆孔和台阶，采用注塑方式在圆孔附近注出塑料绝缘垫片；采用冷冲压的方式，使正极导电极柱7上材料变形与正极盖板8形成绝缘的密封连接，制成正极组合盖1，在盖板上采用激光焊接的方式，焊接上铝合金防爆片；

(2)负极组合盖2的制造：制备工艺与(1)同；

(3)电芯卷绕，极耳与集流环连接，然后焊接于正极组合盖1和负极组合盖2上；

(4)正极组合盖1和负极组合盖2与电池壳体的激光焊接；

(5)电池通过导气孔注液；

(6)注液结束后，放入橡胶球15，固定盖18拧紧，使橡胶球15预变形，密封导气孔，成为电池泄压阀，准确的预变形量根据设定的电池内压确定；

(7)如电池维护时需要补充电解液，在手套箱中取出橡胶球，通过导气孔重新补充电解液或溶剂，然后重新放入橡胶球密封即可完成对电池的补充注液。

(8)组合电池时，正极导电极柱7和负极导线极柱13上的内螺纹充当螺母，可有效紧固连接条，保证连接的可靠性。

上述工艺制成的低压防爆圆柱锂离子电池，负极组合盖的导电极柱内设置了内螺纹和排气孔道，内螺纹在电池组合时作为螺母，能承受较大扭力，有效固定连接片；排气通道在电池注液时作为注液孔使用，注液结束后内置橡胶球，并采用专门的压盖固定，通过预变形控制电池内部压力，能重复开闭，成为电池的泄压阀，能保证电池内部一直维持较低的内压，提高电池安全性。由于橡胶球压盖可拆卸，在电池维护时能及时补充电解液，实现锂离子电池的维护，延长电池的工作寿命。为了提高电池的防爆特性，正极组合盖和负极组合盖上均设置了金属防爆片，在电池出现短路和热失控等故障情况下能及时破裂，快速排出电池内部产生的大量气体；同时负极组合盖上设置了可重复开启和闭合的泄压阀，能保持电池内部的低压力。三安全阀结构的保护措施，大大降低了电池在产生故障时发生爆炸的可能性，大幅度提高了电池的可靠性和安全性，尤其是对大容量高倍率放电的动力电池，具有更加明显的效果。

低压防爆圆柱锂离子电池的正极组合盖的极柱材料为3003铝合金、不锈钢或其它适用于锂离子电池中的铝合金材料；盖帽材料为3003铝合金、不锈钢或其它适用于锂离子电池中的铝合金材料。负极组合盖的极柱材料为纯铜或适用于锂离子电池中的不锈钢材料；盖帽材料为3003铝合金或不锈钢材料。

其正极和负极组合盖中盖板与导电极柱之间采用热塑性塑料进行绝缘，塑料类型包括聚乙烯、聚丙烯、四氟乙烯-全氟烷氧基乙烯基醚共聚物(PFA)等，采用注塑的方法成型。其正、负极组合盖中极柱与盖板通过冷冲压成型进行密封绝缘连接。

低压防爆圆柱锂离子电池的正极组合盖中导电极柱上加工有内螺纹和导气小孔，内螺纹作为电池组合时固定螺柱和连接片，导气孔可兼做电解液注液孔和安全排气孔。橡胶球固定盖采用3003铝合金材料或不锈钢材料，固定盖底部有橡胶球定位用凹坑。

橡胶球为圆球形，或圆柱形，或梯形，或椭圆型，或扁平型等易变形的形状，所用材料为丁腈橡胶、丁苯橡胶、氟橡胶、三元乙丙橡胶、丁基橡胶等，采用模具注射方法成型。橡胶球，根据电池规定的内压要求设置橡胶密封球的预变形量，预变形量大小可根据弹性模量公式计算，由设定的内压值和橡胶的弹性模量来确定。采用弹性模量公式计算橡胶球的预变形量：

$\mathrm{\ϵ}=\frac{\mathrm{\σ}}{E}---\left(1\right)$

其中，ε为橡胶球预变形量；σ为电池设定内压值(单位N/mm²)；E为橡胶球的弹性模量。

Claims (4)

1.一种低压防爆圆柱锂离子电池，包括电池壳、卷绕电芯和正负极集流环，所述卷绕电芯安装在所述电池壳内，所述卷绕电芯的两端分别安装正、负极集流环，其特征在于：所述正极集流环外侧的电池壳上安装正极组合盖，所述负极集流环外侧的电池壳上安装负极组合盖，所述正极组合盖包括正极导电极柱和正极盖板，所述正极盖板上安装正极防爆片，所述正极导电极柱密封安装在正极盖板上；所述负极组合盖包括负极导电极柱和负极盖板，所述负极盖板上安装负极防爆片，所述负极导电极柱密封安装在负极盖板上，所述负极导电极柱上部设有负极内螺纹孔，所述负极导电极柱下部设有通气孔道，所述通气孔道与所述负极内螺纹孔连通，靠近负极内螺纹孔侧的通气孔道内安装橡胶球，所述负极内螺纹孔内安装压盖，所述压盖顶紧在所述橡胶球上。

2.如权利要求1所述的低压防爆圆柱锂离子电池，其特征在于：所述正极导电极柱上部设有正极内螺纹孔；所述电池还包括用以连接相邻电池的固定螺柱，所述固定螺柱与所述正极内螺纹孔、负极内螺纹孔匹配。

3.如权利要求1或2所述的低压防爆圆柱锂离子电池，其特征在于：所述正极盖板与正极导线极柱的连接处安装正极绝缘片和正极垫片，负极盖板和负极导线极柱的连接处安装负极绝缘片和负极垫片。

4.如权利要求1或2所述的低压防爆圆柱锂离子电池，其特征在于：所述卷绕电芯的两端与正极组合盖、负极组合盖之间分别设有弹性电芯固定垫。

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