CN205921000U - 动力电池顶盖 - Google Patents
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Abstract
本实用新型属于动力电池技术领域，尤其涉及一种动力电池顶盖，包括顶盖片、正极极柱、负极极柱、电阻组件和绝缘组件，顶盖片上设置有第一安装孔和第二安装孔，正极极柱通过电阻组件安装在第一安装孔内，负极极柱通过绝缘组件安装在第二安装孔内，电阻组件包括石墨环和绝缘密封圈，绝缘密封圈套设在正极极柱上并与顶盖片绝缘连接，正极极柱通过石墨环与顶盖片电连接。相比于碳化硅等陶瓷材料一致性差、成本高昂、装配易破裂等问题，本实用新型选用的石墨环具有高韧性和高抗弯曲能力，因而可碾成很薄的薄片，从而降低极柱的高度。故本实用新型不仅保证了动力电池在过充、穿钉滥用下的安全性能，还提高了模组的利用空间，降低了生产成本。
Description
技术领域
本实用新型属于动力电池技术领域，尤其涉及一种动力电池顶盖。
背景技术
随着现代社会的发展和人们环保意识的增强，越来越多的设备选择以锂电池作为电源，如手机、笔记本电脑、电动工具和电动汽车等等，这为锂电池的应用与发展提供了广阔的空间。其中，电动工具和电动汽车等所使用的锂电池一般称之为动力电池。
目前动力电池大部分电池壳体都是铝材，为防止壳体长期腐蚀，通常都使壳体与正极电位相同，在正极与顶盖片之间加一个电阻。如果用金属直接导通，由于其电阻一般都是毫欧姆级别，当电池发生短路时其回路电流很大，易出现打火进而引发着火等安全隐患。所以为了确保电芯在过充、穿钉滥用时的安全性能，正极与顶盖之间的电阻不能过小，否则穿钉或过充时极柱与壳体之间的回路电流会达到几千安培，而导致局部温度过高起火。
现有技术中有采用在正极极柱和顶盖片之间连接导电塑料来增大电阻的方法，然而试验测试表明，当电芯在一些滥用测试环境下，电芯表面温度会达到250℃以上，上述高温足以熔化导电塑料，从而导致二次安全隐患的发生；而且，塑料本身容易老化，在长期的使用过程中，经过反反复复的升温和降温，极易出现开裂和脱落，从而影响整个结构的稳定性；另外，导电塑料在较高温环境下还会出现软化甚至熔化，无法循环使用。
此外，为提高电阻的耐高温性能，现有技术中还有采用其它电阻材料，比如导电陶瓷，碳化硅，钛酸锶等耐高温材料。虽然此类材料不会被融化，但是其电阻变化很大，一致性很难控制；而且此类材料韧性和抗弯曲能力差，而现有的电阻结构如图1中的42’所示，基本都是环形，容易变形，如果做得太薄，则容易破裂，无法解决安全问题，因而为确保强度，通常都做得比较厚，且平面需要磨平。这样一方面会导致制造成本过高，不利于动力电池的批量生产；另一方面会使极柱高度太高，致电芯高度增加，大大降低模组的利用空间。
有鉴于此，确有必要提供一种能够消除壳体与正极极柱之间的电位差，从而防止壳体腐蚀，同时又能消除电芯在滥用环境下的安全隐患的动力电池用顶盖。
实用新型内容
本实用新型的目的在于：针对现有动力电池顶盖生产成本高、滥用测试安全性能低的不足，而提供一种能够消除壳体与正极极柱之间的电位差，从而防止壳体腐蚀，同时又能消除电芯在滥用环境下的安全隐患的动力电池用顶盖；而且该顶盖结构还能够有效降低顶盖高度，提高模组利用空间，降低生产成本。
为了实现上述目的，本实用新型采用以下解决方案：
一种动力电池顶盖，包括顶盖片、正极极柱、负极极柱、电阻组件和绝缘组件，所述顶盖片上设置有第一安装孔和第二安装孔，所述正极极柱通过所述电阻组件安装在所述第一安装孔内，所述负极极柱通过所述绝缘组件安装在所述第二安装孔内，所述电阻组件包括石墨环和绝缘密封圈，所述绝缘密封圈套设在所述正极极柱上并与所述顶盖片绝缘连接，所述正极极柱通过所述石墨环与所述顶盖片电连接。
本实用新型通过在正极极柱上套设石墨环实现正极极柱与顶盖片的电连接，这样既能消除壳体与正极极柱之间的电位差，又能保护电芯在滥用下的安全性能。本实用新型选择石墨环作为导电电阻是因为石墨是一种优异的耐高温耐腐蚀的导电材料。首先，石墨的熔融温度高于3000℃，沸点为4250℃，即使经超高温电弧灼烧，重量的损失很小，热膨胀系数也很小。石墨强度随温度提高而加强，在2000℃时，石墨强度提高一倍。其次，石墨在常温下有良好的化学稳定性，能耐酸、耐碱和耐有机溶剂的腐蚀。而且石墨的导电性比一般非金属矿高一百倍。导热性超过钢、铁、铅等金属材料。导热系数随温度升高而降低，甚至在极高的温度下，石墨成绝热体。石墨能够导电是因为石墨中每个碳原子与其他碳原子只形成3个共价键，每个碳原子仍然保留1个自由电子来传输电荷。此外，石墨还具有超强的可塑性和抗热震性，其不仅韧性好，可碾成很薄的薄片；而且在常温下使用时能经受住温度的剧烈变化而不致破坏，温度突变时，石墨的体积变化不大，不会产生裂纹。
因此，选用石墨环作为导电电阻，其不仅扩大电阻阻值选择范围，克服了导电塑料材料易老化、结构不稳定同时长期循环性能差的问题，满足电阻耐高温耐腐蚀的要求，同时还克服了碳化硅等陶瓷材料一致性差，易破碎等缺陷；而且由于其极强的韧性可碾成薄片从而降低极柱的高度，提高模组的利用空间，降低生产成本。
作为本实用新型动力电池顶盖的进一步改进，所述电阻组件还包括卡簧；所述正极极柱设有环形槽，所述卡簧卡设于所述环形槽并抵接于所述石墨环。卡簧的作用是用于固定石墨环，防止其由于振动等而发生松动。因为卡簧可以做得很薄，电池极柱柱体部裸漏在外面的尺寸相对较小，对于同样外形尺寸的电池，可利用的电池内部空间更大，而且卡簧比螺母重量更轻，所以能量密度更高；此外，卡簧价格更低廉，可以降低生产成本。
作为本实用新型动力电池顶盖的进一步改进，所述石墨环的内壁和外壁上均设置有若干缺口，若干缺口之间形成有若干凸起部，且所述缺口均匀分布在所述内壁和所述外壁上。
作为本实用新型动力电池顶盖的进一步改进，所述内壁的缺口和所述外壁的凸起部对应设置。
作为本实用新型动力电池顶盖的进一步改进，所述石墨环上设置有若干通孔，所述通孔均匀分布在所述石墨环上。
由于纯石墨环的导电率较高，当进行过充或者穿钉测试时需要电阻的阻值往往比较大；因此为了使石墨环电阻满足需求，需要增加缺口或通孔来增大电阻。因为根据电阻R＝ρL/S，所以可通过减少接触截面积S来增加石墨环的电阻阻值。此外，在石墨环的内壁和外壁均设置缺口，可使石墨环分别与正极极柱和顶盖片间隙配合，有效加强石墨环的固紧效果，防止石墨环发生松动，保持正极极柱结构的稳定性。需要说明的是，为了进一步加强固紧效果，可在内壁缺口与正极极柱之间，或者在外壁缺口与顶盖片之间设置绝缘胶层；其中，绝缘胶的材质可为聚酰亚胺、聚酰胺-酰亚胺、聚醚醚酮等。而使内壁的缺口和外壁的凸起部对应设置，是因为这样可使整个石墨环受力均匀，避免其由于受力不均而发生损坏，而且这样可实现最佳的固紧效果。
作为本实用新型动力电池顶盖的进一步改进，所述石墨环的通孔内设置有绝缘树脂层。通过在通孔内设置绝缘树脂，可极大地增加石墨环的电阻阻值，满足高阻值的使用需求。
作为本实用新型动力电池顶盖的进一步改进，所述绝缘树脂为聚醚醚酮、聚酰亚胺、聚酰胺-酰亚胺、聚苯并咪唑、聚苯硫醚、聚全氟烷氧基和聚邻苯二甲酰胺中的至少一种。这些绝缘树脂材料均为耐高温耐腐蚀材料，完全满足高温下的使用要求。
作为本实用新型动力电池顶盖的进一步改进，所述石墨环的阻值大小为0.01～100000ohm，熔融温度为3600～3900℃。其中，耐高温电阻的阻值为0.01～100000欧姆，优选为100～10000欧姆；阻值在该范围内的耐高温电阻既能起到实现正极极柱和壳体导通、保证壳体和正极电位一致的作用，而且即使在正极极柱与壳体发生短路时，也不至于产生大电流，从而不会出现打火现象，以保证动力电池的安全。需要说明的是，石墨环的阻值大小可根据实际需要进行相应调整，以满足使用需求。此外，石墨环的熔融温度为3600～3900℃，其远远大于一般安全测试条件下的电芯表面温度，完全满足安全要求。
作为本实用新型动力电池顶盖的进一步改进，所述石墨环的厚度为0.01～30mm。由于石墨环的高韧性和高抗弯曲能力，因而可碾成很薄的薄片，从而降低极柱的高度，提高利用空间。
作为本实用新型动力电池顶盖的进一步改进，所述石墨环的厚度为0.1～10mm。
作为本实用新型动力电池顶盖的进一步改进，所述绝缘密封圈的制作材质为氟橡胶或陶瓷材料。绝缘密封圈可防止正极极柱与顶盖片接触，同时也可保证电芯的密封性能。而氟橡胶或陶瓷材料均为耐高温性能较好的绝缘材料，完全满足耐高温和绝缘密封的使用要求。
本实用新型的有益效果在于：相对于现有技术，本实用新型通过在正极极柱和顶盖片之间设置石墨环，一方面实现了正极极柱和壳体导通，保证壳体和正极电位一致，可以有效防止壳体腐蚀；另一方面解决了现有技术在高温条件下的安全隐患，使得电池即使在热箱、穿钉和过充等滥用条件下使用也具有良好的安全性能。此外，相比于碳化硅等陶瓷材料一致性差、成本高昂、装配易破裂等问题，本实用新型选用的石墨环具有高韧性和高抗弯曲能力，因而可碾成很薄的薄片，从而降低极柱的高度。因此本实用新型不仅保证了动力电池的安全性能，还提高了模组的利用空间，降低了生产成本。
附图说明
图1为现有技术中电阻的结构示意图。
图2为本实用新型的结构示意图。
图3为图2中A的局部放大图。
图4为本实用新型中石墨环的结构示意图之一。
图5为本实用新型中石墨环的结构示意图之二。
图6为本实用新型中石墨环的结构示意图之三。
图中：1-顶盖片；2-正极极柱；3-负极极柱；4-电阻组件；41-卡簧；42-石墨环；42’-电阻；421-缺口；422-通孔；43-绝缘密封圈；5-绝缘组件。
具体实施方式
下面将结合具体实施方式和说明书附图对本实用新型及其有益效果作进一步详细说明，但是，本实用新型的具体实施方式并不局限于此。
具体实施方式1
如图1～3所示，一种动力电池顶盖，包括顶盖片1、正极极柱2、负极极柱3、电阻组件4和绝缘组件5，顶盖片1上设置有第一安装孔和第二安装孔，正极极柱2通过电阻组件4安装在第一安装孔内，负极极柱3通过绝缘组件5安装在第二安装孔内，电阻组件4包括石墨环42和绝缘密封圈43，绝缘密封圈43套设在正极极柱2上并与顶盖片1绝缘连接，正极极柱2通过石墨环42与顶盖片1电连接；其中，石墨环42的阻值大小为200ohm，厚度为3mm，熔融温度为3600℃；绝缘密封圈43由氟橡胶或者陶瓷材料制成。
具体实施方式2
与具体实施方式1不同的是，电阻组件4还包括卡簧41；正极极柱2设有环形槽，卡簧41卡设于环形槽并抵接于石墨环42。
其它结构同具体实施方式1，这里不再赘述。
具体实施方式3
与具体实施方式1不同的是，石墨环42的内壁和外壁上均设置有若干缺口421，缺口421均匀分布在内壁和外壁上，且内壁的缺口421和外壁的凸起部对应设置，其结构如图4所示。
其它结构同具体实施方式1，这里不再赘述。
具体实施方式4
与具体实施方式1不同的是，石墨环42上设置有若干通孔422，通孔422均匀分布在石墨环42上，其结构如图5所示。
其它结构同具体实施方式1，这里不再赘述。
具体实施方式5
与具体实施方式1不同的是，石墨环42上设置有若干通孔422，通孔422均匀分布在石墨环42上；同时，石墨环42的内壁和外壁上均设置有若干缺口421，缺口421均匀分布在内壁和外壁上，其结构如图6所示。
其它结构同具体实施方式1，这里不再赘述。
具体实施方式6
与具体实施方式3不同的是，仅在石墨环42的内壁上设置有若干缺口421，缺口421均匀分布在内壁上。
其它结构同具体实施方式3，这里不再赘述。
具体实施方式7
与具体实施方式4不同的是，石墨环42的通孔422内设置有绝缘树脂层，绝缘树脂层为聚醚醚酮，石墨环42的阻值大小700ohm，厚度为10mm，熔融温度为3800℃。
其它结构同具体实施方式4，这里不再赘述。
具体实施方式8
与具体实施方式4不同的是，石墨环42的通孔422内设置有绝缘树脂层，绝缘树脂层为聚醚醚酮和聚苯硫醚的混合物，石墨环42的阻值大小9000ohm，厚度为5mm，熔融温度为3850℃。
其它结构同具体实施方式4，这里不再赘述。
具体实施方式9
与具体实施方式5不同的是，石墨环42的通孔422内设置有绝缘树脂层，绝缘树脂层为聚醚醚酮、聚酰亚胺、聚酰胺-酰亚胺和聚苯并咪唑的混合物，石墨环42的阻值大小100000ohm，厚度为30mm，熔融温度为3900℃。
其它结构同具体实施方式5，这里不再赘述。
具体实施方式10
与具体实施方式1不同的是，石墨环42的阻值大小100ohm，厚度为0.5mm，熔融温度为3700℃。
其它结构同具体实施方式1，这里不再赘述。
具体实施方式11
与具体实施方式1不同的是，石墨环42的阻值大小0.01ohm，厚度为0.01mm，熔融温度为3650℃。
其它结构同具体实施方式1，这里不再赘述。
具体实施方式12
与具体实施方式1不同的是，石墨环42的阻值大小500ohm，厚度为15mm，熔融温度为3750℃。
其它结构同具体实施方式1，这里不再赘述。
对比实施方式1
与具体实施方式1不同的是，正极极柱2和顶盖片1通过耐高温电阻电连接，耐高温电阻的结构如图1所示，耐高温电阻的材质为碳化硅，其阻值为10ohm，其最高承受温度为600℃。
其它结构同具体实施方式1，这里不再赘述。
对比实施方式2
与具体实施方式1不同的是，正极极柱2和顶盖片1通过耐高温电阻电连接，耐高温电阻的结构如图1所示，耐高温电阻的材质为导电塑料，其阻值为50ohm，其最高承受温度为180℃。
其它结构同具体实施方式1，这里不再赘述。
对比实施方式3
与具体实施方式1不同的是，正极极柱2和顶盖片1通过耐高温电阻电连接，耐高温电阻的结构如图3所示，耐高温电阻的材质为碳化硅，其阻值为10ohm，其最高承受温度为600℃。
其它结构同具体实施方式1，这里不再赘述。
对比实施方式4
与具体实施方式1不同的是，正极极柱2和顶盖片1通过耐高温电阻电连接，耐高温电阻的结构如图4所示，耐高温电阻的材质为导电塑料，其阻值为50ohm，其最高承受温度为180℃。
其它结构同具体实施方式1，这里不再赘述。
分别对具体实施方式1～12和对比实施方式1～4所制得的动力电池进行穿钉、热箱和过充安全性能测试，测试结果见表1。
其中，穿钉测试的条件为：钢钉直径2.5mm，刺穿速度0.02mm/s。实验时钢钉从电芯的中心穿过，并在电芯中保持15min，观察电芯的变化。如果电芯冒出大量的烟或着火，则认为电芯不能通过穿钉测试。
表1具体实施方式和对比实施方式所制得的电池的安全性能测试结果
由表1的测试结果可知，相比于传统采用导电塑料或者碳化硅等作为导电电阻，本实用新型选用石墨环42作为导电电阻，其不仅扩大了电阻阻值的选择范围，克服了导电塑料易老化、结构不稳定而且长期循环性能差的问题，满足了电阻耐高温耐腐蚀的使用要求；同时还克服了碳化硅等陶瓷材料一致性差，易破碎等缺陷，从而使电池在穿钉、热箱和过充测试下具备更加优异的安全性能。
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能够对上述实施方式进行变更和修改。因此，本实用新型并不局限于上述的具体实施方式，凡是本领域技术人员在本实用新型的基础上所作出的任何显而易见的改进、替换或变型均属于本实用新型的保护范围。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 (9)
1.一种动力电池顶盖，包括顶盖片、正极极柱、负极极柱、电阻组件和绝缘组件，所述顶盖片上设置有第一安装孔和第二安装孔，所述正极极柱通过所述电阻组件安装在所述第一安装孔内，所述负极极柱通过所述绝缘组件安装在所述第二安装孔内，其特征在于：所述电阻组件包括石墨环和绝缘密封圈，所述绝缘密封圈套设在所述正极极柱上并与所述顶盖片绝缘连接，所述正极极柱通过所述石墨环与所述顶盖片电连接。
2.根据权利要求1所述的动力电池顶盖，其特征在于：所述电阻组件还包括卡簧；所述正极极柱设有环形槽，所述卡簧卡设于所述环形槽并抵接于所述石墨环。
3.根据权利要求1所述的动力电池顶盖，其特征在于：所述石墨环的内壁和外壁上均设置有若干缺口，若干缺口之间形成有若干凸起部，且所述缺口均匀分布在所述内壁和所述外壁上。
4.根据权利要求3所述的动力电池顶盖，其特征在于：所述内壁的缺口和所述外壁的凸起部对应设置。
5.根据权利要求1所述的动力电池顶盖，其特征在于：所述石墨环上设置有若干通孔，所述通孔均匀分布在所述石墨环上。
6.根据权利要求5所述的动力电池顶盖，其特征在于：所述石墨环的通孔内设置有绝缘树脂层。
7.根据权利要求1所述的动力电池顶盖，其特征在于：所述石墨环的阻值大小为0.01~100000ohm。
8.根据权利要求1所述的动力电池顶盖，其特征在于：所述石墨环的厚度为0.01~30mm。
9.根据权利要求8所述的动力电池顶盖，其特征在于：所述石墨环的厚度为0.1~10mm。
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|---|---|---|---|---|
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