CN202405332U - 动力电池及其顶盖 - Google Patents

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张恒
王鹏
邓平华
金标
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Abstract

本实用新型属于动力电池技术领域，尤其涉及一种具有耐高温、高绝缘性、高密封性和良好安全性能的动力电池顶盖，包括电池盖板和设于所述电池盖板上的防爆阀、注液孔和通孔，所述通孔中装配有极柱，所述电池盖板和所述极柱之间填充有耐高温绝缘层。相对于现有技术，本实用新型仅通过耐高温绝缘材料直接封装于电池盖与导电极柱之间，达到耐高温、绝缘、密封的效果，具有体积小、重量轻、密封效果好和安全性能好等特点。此外，本实用新型还公开了一种包含上述动力电池顶盖的动力电池。

Description

动力电池及其顶盖
技术领域
本实用新型属于动力电池技术领域，尤其涉及一种具有耐高温、高绝缘性、高密封性和良好安全性能的动力电池顶盖及包含该动力电池顶盖的动力电池。
背景技术
随着全球汽车的增多与传统能源如石油的不断消耗之间的矛盾不断升级，人们迫切希望开发新的清洁能源取代传统能源，以满足人们日常生活的需求。在这种需求的推动下，锂离子动力电池孕育而生。而正是因为其与人们的日常生活息息相关，人们对动力电池的安全性提出了越来越高的要求。
动力电池一般包括动力电芯，容纳动力电芯的金属外壳和焊接在金属外壳上的顶盖。目前，用于动力电池的顶盖，一般包含设有通孔的电池盖板、电池极柱、陶瓷、橡胶密封圈、螺母五种零件，其连接方式如下：极柱穿设于电池盖板的通孔内，极柱和通孔之间用橡胶密封圈隔离密封，陶瓷零件设于极柱和顶盖片之间用于两者的绝缘以及高温下固定其相对位置，螺母装设在极柱的螺纹上，用于压紧橡胶密封圈；其耐高温及密封是分别通过陶瓷材料和橡胶密封圈来实现的，所以，现有动力电池的顶盖存在以下缺点：极柱与顶盖之间的耐高温、绝缘、密封的功能是通过使用多个零件或装置配合实现，使这种顶盖重量大、体积大，装配繁琐，对动力电池的能量密度的提高以及成本的降低有负面影响。尤其当动力电池出现异常情况，导致产生500℃以上的高温时，橡胶密封圈容易融化而使极柱和通孔之间的密封失效，使动力电芯内的可燃性气体从极柱和通孔之间的间隙泄露而出，导致其在高温条件下的燃烧，造成危险。
有鉴于此，确有必要提供一种具有耐高温、高绝缘性、高密封性和良好安全性能的动力电池顶盖及包含该电池顶盖的动力电池。
实用新型内容
本实用新型的目的在于：针对现有技术的不足，而提供一种具有耐高温、高绝缘性、高密封性和良好安全性能的动力电池顶盖。
为了达到上述目的，本实用新型采用如下技术方案：
一种动力电池顶盖，包括电池盖板和设于所述电池盖板上的防爆阀、注液孔和通孔，所述通孔中装配有极柱，所述电池盖板和所述极柱之间填充有耐高温绝缘层。
相对于现有技术，本实用新型动力电池顶盖至少具有以下优点：
第一，体积小，结构简单，对提高电池能量密度有积极效果。本实用新型仅通过将耐高温绝缘材料直接封装于电池盖板与极柱之间，达到固定、密封的效果，省去了密封圈、螺母等密封紧固装置，减少了电池总体积和总重量，降低了顶盖和电池的成本；
第二，密封效果好。本实用新型的耐高温绝缘材料在封接时通过化学键与电池盖板相接，达到了较高的密封效果，尤其是高温下的密封效果；
第三，安全性能更高。本实用新型提出的动力电池顶盖，当电池在使用过程中出现高温，或者电池内部出现高压气体时，用于电池盖板的耐高温绝缘材料不熔化变形，能够很好地保证密封，避免电池内的可燃气体泄露而导致着火的危险；同时可以避免极柱受高温后与电池顶盖或电池芯接触造成二次短路，显著改善二次电池的安全性能。
作为本实用新型动力电池顶盖的一种改进，所述耐高温绝缘层通过熔融封接填充于所述电池盖板和所述极柱之间。将耐高温的绝缘材料高温烧结至熔融状态，使其将极柱和电池盖板之间的缝隙填满，待耐高温的绝缘材料冷却并凝固后，形成与电池盖板紧密结合、且与极柱紧密结合的耐高温绝缘层，实现极柱与电池盖板之间的密封与固定，具有耐高温、绝缘和密封的效果。
作为本实用新型动力电池顶盖的一种改进，所述耐高温绝缘层紧密填充于所述电池盖板和所述极柱之间。
作为本实用新型动力电池顶盖的一种改进，所述耐高温绝缘层的厚度为0.5～10mm，这可以根据所述电池盖板和所述极柱之间的间隙调节，当耐高温绝缘层的厚度小于0.5mm时，绝缘密封的效果不够明显，而当高温绝缘层的厚度大于10mm时，又会对动力电池的能量密度有负面影响。
作为本实用新型动力电池顶盖的一种改进，所述耐高温绝缘层为陶瓷层。
作为本实用新型动力电池顶盖的一种改进，所述耐高温绝缘层为者玻璃层。由于玻璃、陶瓷的熔点在300℃以上，可用作耐高温绝缘材料，起到良好的绝缘密封作用。
作为本实用新型动力电池顶盖的一种改进，所述电池盖板表面处理有钝化层。
作为本实用新型动力电池顶盖的一种改进，所述电池盖板表面的钝化层厚度为0.1～2mm。
作为本实用新型动力电池顶盖的一种改进，所述极柱表面处理有钝化层。
作为本实用新型动力电池顶盖的一种改进，所述极柱表面的钝化层厚度为0.1～2mm。
在电池盖板和极柱表面处理钝化层，尤其是氧化层后，在将电池盖板、极柱以及耐高温绝缘材料一同加温到600～1500℃的高温时，能使极柱、电池盖板以及耐高温绝缘材料界面间氧化层的分子或微观粒子相互扩散而以化学键相连，并且耐高温绝缘材料在此温度下熔融，恢复到常温后，随着耐高温绝缘材料的凝固，耐高温绝缘材料与电池顶盖和极柱以化学键相接合而连接紧密，实现了电池顶盖和极柱之间相互绝缘并密封，并且耐600～1500℃的高温而不影响使用。
本实用新型的另外一个目的在于提供一种动力电池，包括电芯，容纳所述电芯的金属外壳，以及连接于所述金属外壳上的电池顶盖，所述电池顶盖为上述段落所述的动力电池顶盖。采用该动力电池顶盖，具有结构简单的优点，降低了电池整体高度和总重量，有利于电池能量密度的提高；同时，显著改善了锂离子电池的安全性能。
附图说明
下面结合附图和具体实施方式，详细说明本实用新型及其有益技术效果，其中：
图1为本实用新型动力电池顶盖的俯视图；
图2为本实用新型动力电池的剖面图；
图3为图2中A处的放大图。
具体实施方式
下面结合附图对本实用新型进行详细描述：
具体实施方式1
如图1所示，本实用新型的动力电池顶盖，包括电池盖板1和设于所述电池盖板1上的防爆阀11、注液孔12和通孔13，所述通孔13中装配有极柱2，所述电池盖板1和所述极柱2之间填充有耐高温绝缘层3。所述电池盖板1表面设有钝化层10，极柱2的表面处理有钝化层21。所述耐高温绝缘层3通过熔融封接填充于所述电池盖板1和所述极柱2之间。所述耐高温绝缘层3为厚度为0.5～10mm的为陶瓷层或玻璃层。
实际操作中，先对极柱2与电池盖板1进行氧化处理，使极柱2和电池盖板1的表面形成氧化膜，也就是钝化层10和钝化层21，钝化层10和钝化层21的厚度为0.1～2mm。然后将极柱2和电池盖板1的通孔13固定，保持电池盖板1与极柱2不直接接触，并用耐高温的绝缘材料的粉末填充极柱2和电池盖板1之间预留的间隙使之隔离，其中，耐高温的绝缘材料为玻璃、陶瓷等熔点在300℃以上的无机非金属绝缘材料。然后通过陶瓷封装工艺，将极柱2、电池盖板1以及填充于极柱2和电池盖板1间的耐高温的绝缘材料的粉末一同加温到600～1500℃的高温，并保持2～30分钟，使极柱2、电池盖板1以及耐高温的绝缘材料界面间氧化层的分子或微观粒子相互扩散而以化学键相连，并且耐高温材料在此温度下熔融，恢复到常温后，随着耐高温材料的凝固，耐高温的绝缘材料与电池盖板1和极柱2以化学键相接合而连接紧密，形成耐高温绝缘层3实现了电池盖1和极柱2之间相互绝缘并密封，并且耐600～1500℃的高温而不影响使用。
具体实施方式2
如图2和图3所示，本实用新型的动力电池，包括电芯5，容纳所述电芯5的金属外壳4，以及连接于所述金属外壳4上的电池顶盖，电池顶盖包括电池盖板1和设于所述电池盖板1上的防爆阀11、注液孔12和通孔13，所述通孔13中装配有极柱2，所述电池盖板1和所述极柱2之间填充有耐高温绝缘层3。动力电池装配时，将装配有正负极柱的电池顶盖与电芯5装配，使电芯5的正负极与正负极柱形成导电连接；然后将连有电池顶盖的电芯5装入金属外壳4后，再将电池顶盖与金属外壳4进行装配，形成紧固密封的结构，组装成动力电池。
对本实用新型的动力电池进行加速实验验证，发现经过高温高湿以及冷热冲击后的电池顶盖仍能保持密封效果，并且保持电池盖板1和极柱2之间的绝缘电阻大于200兆欧姆，而且耐高温绝缘材料本身的熔点决定了电池顶盖6能耐600～1500℃的高温而不熔化，此加速实验相当于5～10年的实际使用时间，能够保证正常使用。
根据上述说明书的揭示和教导，本实用新型所属领域的技术人员还可以对上述实施方式进行适当的变更和修改。因此，本实用新型并不局限于上面揭示和描述的具体实施方式，对本实用新型的一些修改和变更也应当落入本实用新型的权利要求的保护范围内。此外，尽管本说明书中使用了一些特定的术语，但这些术语只是为了方便说明，并不对本实用新型构成任何限制。

Claims (10)

1.一种动力电池顶盖，包括电池盖板(1)和设于所述电池盖板(1)上的防爆阀(11)、注液孔(12)和通孔(13)，所述通孔(13)中装配有极柱(2)，其特征在于：所述电池盖板(1)和所述极柱(2)之间填充有耐高温绝缘层(3)。
2.根据权利要求1所述的动力电池顶盖，其特征在于：所述耐高温绝缘层(3)通过熔融封接填充于所述电池盖板(1)和所述极柱(2)之间。
3.根据权利要求1所述的动力电池顶盖，其特征在于：所述耐高温绝缘层(3)的厚度为0.5～10mm。
4.根据权利要求1所述的动力电池顶盖，其特征在于：所述耐高温绝缘层(3)为陶瓷层。
5.根据权利要求1所述的动力电池顶盖，其特征在于：所述耐高温绝缘层(3)为玻璃层。
6.根据权利要求1所述的动力电池顶盖，其特征在于：所述电池盖板(1)表面处理有钝化层(10)。
7.根据权利要求6所述的动力电池顶盖，其特征在于：所述电池盖板(1)表面的钝化层(10)厚度为0.1～2mm。
8.根据权利要求1所述的动力电池顶盖，其特征在于：所述极柱(2)表面处理有钝化层(21)。
9.根据权利要求8所述的动力电池顶盖，其特征在于：所述极柱(2)表面的钝化层(21)厚度为0.1～2mm。
10.一种动力电池，包括电芯(5)，容纳所述电芯(5)的金属外壳(4)，以及连接于所述金属外壳(4)上的电池顶盖，其特征在于：所述电池顶盖为权利要求1至9任一项所述的动力电池顶盖。
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