CN203910891U - 锂离子电池缓释压力安全阀 - Google Patents

Abstract

一种锂离子电池缓释压力安全阀，由凸沿内胀管(1)下端胀入胀套(2)，凸沿内胀管(1)上端胀入环扣胀套(7)，下拱释压片(5)安装于凸沿内胀管(1)上端由环扣胀套(7)扣紧，下拱释压片(5)压紧内密封圈(4)，向心锥刺管6的向心锥端与下拱释压片5相向安装于环扣胀套(7)上端内圆孔中，凸沿内胀管(1)压紧外密封圈构成，下拱释压片(5)释放压力是一个缓释压力过程，在保证锂离子电池内压力增高安全性措施同时，避免了现有的爆破片瞬间爆破，电池内部正负极材料随着瞬间泄放压力喷发而出，导致含有电解液物质迅速在空气中剧烈氧化引发剧烈燃烧，造成次生灾害。

Description

锂离子电池缓释压力安全阀

技术领域

本实用新型涉及锂离子电池制造领域，特别是锂离子电池缓释压力安全阀。 

背景技术

动力型锂离子电池具有工作电压高、能量密度大、自放电小等优良特性，是我国新能源的重点发展项目，随着我国的环境保护政不断加强，电动汽车正在加速推广应用。动力型锂电池单体不断在增大大、能量密度不断在增高、电动汽车用锂离子电池使用环境恶劣，锂离子电池意外产气引起爆炸的可能性及爆炸造成的危害程度也在增大。锂离子电池的爆炸多数是由电池内部产气引起，当电池内置安全保护电路失效，过热、穿刺、挤压和撞击等情况发生时，电池内部会因高温产生出大量气体，而锂离子电池必须是密封结构，气体无法及时排出电池之外，导致电池内部压力迅速增高，直至引发爆炸，因此需要在锂离子电池中设置排气防爆装置来减少电池的爆炸事故发生。 

大多数动力锂离子电池都设有安全阀，但是现有的安全阀都存在一定的缺陷，有的安全阀中的安全阀膜为聚偏氟乙烯(PVDF)材质膜，PVDF材质膜比较软，为了气密性需要通过压紧密封，螺纹锁紧时往往造成阀膜起皱，引起电池密封失效，导致漏液现象发生，有的安全阀使用的铜膜，铜材质延伸率大、耐压高，易导致过高压无法爆裂的情况，从而导致电池爆炸。 

传统的安全阀爆破片在锂离子电池中应用有一定的局限性，传统爆破片结构形式较多，它是一种靠压差驱动的紧急泄压装置，主要结构形式有正拱形和反拱形，正拱形爆破片，爆破片凹面接触介质，凸面处于泄放侧。一般情况下，爆破片在工作压力下不会产生显著的塑性变形。随着所受压力及受压力施压次数的增加，在足够大的交变应力下，将产生蠕变，使拱高变形，爆破片在压力作用下由于受压次数的增加，使爆破片材料疲劳、蠕变。拱高变形量在受压过程中的初期增长较快，而后为缓步增长。这是正拱爆破片的时效效应，这种时效效应给安全起效释放压力带来一定的不确定性。 

而反拱形爆破片则基本无时效效应。这是因为正拱形爆破片使用时，凹面朝向受压侧，超压时爆破片受拉伸破坏，其爆破压力由材料的抗拉强度所决定；反拱形爆破片使用时凸面朝向受压侧，超压时爆破片发生压缩失稳，需要到达压力临界时翻转反拱形为正拱形，翻转后沿变形区域撕裂，反拱带刀爆破片则由安 装在爆破片凹面的刀刃割裂，其临界翻转反拱形为正拱形的压力阈值，主要与安全阀爆破片材料的弹性模量比有关。反拱带刀爆破片的安全可靠性仍存在一定的不确定，安装在爆破片凹面的刀刃割裂能否起效，还会因为刀刃与爆破片的相对硬度即刀刃的锋利程度有关，通常大多数爆破片的材质采用了，不锈钢、碳钢、铜、镍、钛、蒙乃尔合金等，这些材质都具有较高的硬度，必须保证刀刃的锋利足于割破才能起效，反拱带刀爆破片其刀刃处于爆破片中央，一旦刀刃不足于割破爆破片，爆破片受到压力塑性变形，即沿着刀刃两侧变形，出现此种状况属于爆破压力阈值失效，这种失效将引发严重后果。 

平板型爆破片的爆破阈值是取决于紧固边界与变形区域相邻区，在紧固失效或紧固滑移时，爆破片的受力区域将发生改变，通常爆破片安装紧固措施都是螺纹结构，这种结构存在人为操作误差，这是平板型爆破片的可靠性差的一个主要原因。公开专利CN202712304U方形动力锂电池安全阀，采用了铜箔阀膜焊接阀座，铜材质延伸率大，随着多次电池内压增高引起塑性变形，导致爆破阈值不确定，安全性差。CN20240535U锂离子电池安全阀膜，采用圆刻痕技术，爆破阈值取决于刻痕深浅，CN102306723A锂离子动力电池安全阀，防爆基片采用预切爆破槽，其爆破阈值同样取决于预切爆破槽深浅，这两种爆破槽结构会因为切槽刀具刃口差异改变安全爆破阈值。 

现有锂离子电池安全阀存在更为严重缺陷是，爆破片瞬间爆破时，形成一个全开通孔，锂离子电池内部正负极材料随着瞬间泄放压力喷发而出，这些含有锂离子电池电解液物质迅速在空气中剧烈氧化引发剧烈燃烧，造成次生灾害。 

实用新型内容

本实用新型的目的是要克服现有技术缺陷，提出一种锂离子电池缓释压力安全阀。 

锂离子电池缓释压力安全阀的原理：下拱释压片安装于安全阀的凸沿内胀管上端，由环扣胀套扣紧，下拱释压片在环扣胀套扣紧的压力下，压紧安装在下拱释压片与凸沿内胀管上端的内密封圈，内密封圈将电池内与电池外隔离密封。下拱释压片的上方安装向心锥刺管，向心锥刺管的向心锥端与下拱释压片相向，固定在环扣胀套的环内孔中。当锂电池内压增高时，下拱释压片翻转为上拱，翻转为的上拱下拱释压片，其拱高与向心锥刺管相切，随着内压增高，拱高增高，向心锥刺管的锥刺将下拱释压片刺破，此时，仅为向心锥刺管的锥刺尖刺入释压片，形成小孔释放电池内的压力，电池内压力经释放气体，即迅速减压，减压之后锂 电池不再蓄积压力引发危险，即使向心锥刺管的锥刺尖刺入形成的小孔释放电池内压力不足于减低锂电池内压，释压片的拱高将继续增高，释压片继续增高，向心锥刺管的锥刺尖刺入形成的孔径受到锥管半径增大孔也将增大，此时释放锂电池内气体加快，直至拱高不再受到内压力为止，这种缓释放锂电池内压力方式克服了现有爆破片瞬间爆破时，锂离子电池内部正负极材料随着瞬间泄放压力喷发而出缺陷。 

所述的下拱释压片采用铝材制造。所述的密封圈采用聚四氟乙烯材质制造。所述的向心锥刺管采用不锈钢、碳素工具钢或合金工具钢的一种，优选碳素工具钢制造。 

实现本实用新型的技术方案 

凸沿内胀管下端胀入胀套，凸沿内胀管上端胀入环扣胀套，下拱释压片安装于凸沿内胀管上端由环扣胀套扣紧，下拱释压片压紧内密封圈，向心锥刺管安装于环扣胀套上端内圆孔中，凸沿内胀管压紧外密封圈。向心锥刺管的向心锥端与下拱释压片相向固定在环扣胀套的环内孔中。下拱释压片采用铝材制造，所述的外密封圈、内密封圈采用聚四氟乙烯材质制造，所述的向心锥刺管材质是选自不锈钢、碳素工具钢、合金工具钢其中的一种。 

本实用新型的有益效果是，采用了向心锥刺管的锥刺刺破下拱释压片释放压力是一个缓释压力过程，在保证锂离子电池内压力增高安全性措施同时，避免了现有的爆破片瞬间爆破时，锂离子电池内部正负极材料随着瞬间泄放压力喷发而出，导致含有锂离子电池电解液物质迅速在空气中剧烈氧化引发剧烈燃烧，造成次生灾害。 

附图说明

图1是本实用新型锂离子电池缓释压力安全阀结构示意图，图中，1凸沿内胀管、2胀套、3外密封圈、4内密封圈、5下拱释压片、6向心锥刺管、7环扣胀套、8锂电池壳端板。 

图2是向心锥刺管外形图 

图3是图2的仰视图 

图4是图2的A-A剖视图 

图5是下拱释压片示意图 

图6是下拱释压片受锂离子电池内压变形，拱向上示意图。 

具体实施方式

如图1所示，凸沿内胀管1下端胀入胀套2，凸沿内胀管1上端胀入环扣胀套7，下拱释压片5安装于凸沿内胀管1上端由环扣胀套7扣紧，下拱释压片5压紧内密封圈4，向心锥刺管6的向心锥端与下拱释压片5相向安装于环扣胀套7上端内圆孔中，凸沿内胀管1压紧外密封圈。 

所述的下拱释压片5采用铝材制造，所述的外密封圈3、内密封圈4采用聚四氟乙烯材质制造，所述的向心锥刺管6材质选自不锈钢、碳素工具钢、合金工具钢其中的一种。 

Claims (2)

1.一种锂离子电池缓释压力安全阀，由凸沿内胀管(1)、胀套(2)、外密封圈(3)、内密封圈(4)、下拱释压片(5)、向心锥刺管(6)、环扣胀套(7)组成，其特征是，凸沿内胀管(1)下端胀入胀套(2)，凸沿内胀管(1)上端胀入环扣胀套(7)，下拱释压片(5)安装于凸沿内胀管(1)上端由环扣胀套(7)扣紧，下拱释压片(5)压紧内密封圈(4)，向心锥刺管(6)的向心锥端与下拱释压片(5)相向安装于环扣胀套(7)上端内圆孔中，凸沿内胀管(1)压紧外密封圈。 

2.按权利要求1所述的锂离子电池缓释压力安全阀，其特征是，下拱释压片(5)采用铝材制造，所述的外密封圈(3)、内密封圈(4)采用聚四氟乙烯材质制造，所述的向心锥刺管(6)材质选自不锈钢、碳素工具钢、合金工具钢其中的一种。