CN207038570U - 二次电池顶盖组件及二次电池 - Google Patents

Abstract

本申请涉及二次电池顶盖组件及二次电池。该顶盖组件包括第一极柱、第二极柱以及顶盖片，顶盖片与第一极柱绝缘设置，顶盖片与第二极柱电连接；二次电池顶盖组件还包括接触片和热变形片，接触片附接于顶盖片，热变形片的一端与第一极柱电连接，另一端为自由端，且热变形片与接触片相对设置，当二次电池的内部压力超过基准压力时，接触片在内部压力的作用下变形且与热变形片电连接，以将第一极柱以及第二极柱电连接，当温度达到热变形片的变形温度时，自由端朝远离接触片的方向变形，并且热变形片与接触片始终绝缘。该方案降低高温环境下热失控的发生概率，提高二次电池的安全性。

Description

二次电池顶盖组件及二次电池

技术领域

本申请涉及储能器件技术领域，尤其涉及一种二次电池顶盖组件及二次电池。

背景技术

由于二次电池(例如锂离子电池)具有能量密度高、功率密度高、循环使用次数多、存储时间长等优点，在移动电话、数码摄像机和手提电脑等便携式电子设备上得到了广泛使用，并且在电动汽车、电动自行车等电动交通工具及储能设施等大中型电动设备方面有着广泛的应用前景，成为解决能源危机和环境污染等全球性问题的关键。

二次电池过充时，二次电池中的电解液分解会使二次电池内部压力增大导致电池着火和爆炸。为了防止由内部压力的增大引起的着火和爆炸，通常设置外部短路单元以及在正极片和正极柱之间设置熔丝。当二次电池的内部压力增大时，外部短路单元将电极组件的正极片和负极片进行短路从而形成大电流，以将设置在正极片和正极柱之间的熔丝熔断，由此终止电极组件的充电状态。

然而，上述结构却会降低二次电池应对高温环境的能力，例如上述结构在应对热箱(Hot-Box)测试时，二次电池出现热失控的概率大大增加。具体原因为：在高温环境下，二次电池中不仅内部气压会随着电解液在高温下的分解而增大，而且电极组件的内阻也会增大；此时如果外部短路单元使二次电池的正极片和负极片形成短路，电极组件会由于其内阻的增加以及短路电流的存在产生更大的热量，从而加剧二次电池起火、爆炸的风险。换句话说，现有的外部短路单元只能解决常温条件时二次电池的过充问题，但是在高温环境下会增大热失控概率，降低了二次电池的安全性。

实用新型内容

本申请实施例提供了一种二次电池顶盖组件，能够降低高温环境下热失控的发生概率，提高二次电池的安全性。

本申请的第一方面提供了一种二次电池顶盖组件，包括：第一极柱、第二极柱以及顶盖片，

所述顶盖片与所述第一极柱绝缘设置，所述顶盖片与所述第二极柱电连接；

所述二次电池顶盖组件还包括接触片和热变形片，所述接触片附接于所述顶盖片，所述热变形片的一端与所述第一极柱电连接，所述热变形片的另一端为自由端，且所述热变形片与所述接触片相对设置，

当温度未达到所述热变形片的变形温度且二次电池的内部压力超过基准压力时，所述接触片在所述内部压力的作用下变形且与所述热变形片电连接，以将所述第一极柱以及所述第二极柱电连接，

当温度达到所述热变形片的变形温度时，所述自由端朝远离所述接触片的方向变形，并且所述热变形片与所述接触片始终绝缘。

根据一个可选的实施例，当温度达到所述热变形片的变形温度时所述二次电池的内部压力增加，当所述二次电池的内部压力超过基准压力时，所述接触片在所述内部压力的作用下变形，变形后的所述自由端与所述接触片之间留有间隔。

根据一个可选的实施例，所述热变形片包括层叠设置的第一变形片和第二变形片，

所述第一变形片设置于所述第二变形片靠近所述接触片的一侧，且所述第一变形片的热膨胀系数大于所述第二变形片的热膨胀系数。

根据一个可选的实施例，所述第一变形片的材质为锰镍铜合金、镍铬铁合金、镍锰铁合金或镍，所述第二变形片的材质为镍铁合金。

根据一个可选的实施例，所述热变形片包括层叠设置的第一变形片和第二变形片，

所述第一变形片设置于所述第二变形片的靠近所述接触片的一侧，所述第一变形片和所述接触片的材质相同，所述第二变形片的材质为记忆合金，所述第一变形片的电阻率小于所述第二变形片的电阻率。

根据一个可选的实施例，所述第一变形片和所述接触片的材质为铝或铝合金，所述第二变形片的材质为金镉合金、银镉合金、铜锌合金、铜锌铝合金、铜锌锡合金、铜锌硅合金、铜锡合金、铜锌镓合金、铟钛合金、金铜锌合金、镍铝合金、铁铂合金、钛镍合金、钛镍钯合金、钛铌合金、U-铌合金或铁锰硅合金。

根据一个可选的实施例，所述自由端朝远离所述接触片的方向运动的角位移为0～5°。

根据一个可选的实施例，还包括连接于所述第一极柱的第一导电件，所述热变形片连接于所述第一导电件，且经由所述第一导电件与所述第一极柱电连接，所述热变形片与所述第一导电件连接的一端为连接端，

所述连接端设置于所述第一导电件内。

根据一个可选的实施例，所述热变形片包括圆弧段，所述连接端经由所述圆弧段与所述自由端相连接。

本申请的第二方面提供了一种二次电池，包括二次电池顶盖组件、壳体以及电极组件，所述二次电池顶盖组件连接于所述壳体的开口处并形成封装空间，

所述电极组件包括第一极片、第二极片以及设置在所述第一极片与所述第二极片之间的隔板，所述第一极柱与所述第一极片电连接，所述第二极柱与所述第二极片电连接；

所述电极组件封装在所述封装空间内，所述二次电池顶盖组件为上述任一项所述的二次电池顶盖组件。

本申请提供的技术方案可以达到以下有益效果：

本申请提供了一种二次电池顶盖组件，其中，该顶盖组件包括接触片和热变形片，一方面，在常温状态下，当二次电池过充时会造成电解液产气，并由此使得二次电池的内部压力增高，当内部压力超过预设的基准压力值时，接触片在内部压力的作用下变形并与热变形片接触，此时，第一极柱与第二极柱电连接，二次电池的过充状态被停止，提高了二次电池在过充时的安全性；另一方面，在高温(例如热箱试验中，环境温度为80℃～150℃之间)状态下，热变形片受热后向远离接触片的一侧变形，且能够与接触片始终保持绝缘，这样一来，接触片和热变形片在高温状态下则不会相互接触，因此，第一极柱和第二极柱不会电连接，更不会由于二次电池的内阻过大使得短路电流产生较大热量，由此降低了电极组件着火或爆炸等危险事故的发生概率，提高了二次电池在高温环境下的安全性。

应当理解的是，以上的一般描述和后文的细节描述仅是示例性的，并不能限制本申请。

附图说明

图1为本申请提供的二次电池的剖视图；

图2为本申请提供的二次电池顶盖组件的分解视图；

图3为本申请提供的二次电池顶盖组件的剖视图；

图4为图3中A部位的放大视图。

附图标记：

1-顶盖组件；

11-第一极柱；

11a-法兰部分；

11b-铆接部分；

12-第一导电件；

13-第二极柱；

14-顶盖片；

141-孔；

15-第二导电件；

16-电阻；

2-电极组件；

3-壳体；

4-绝缘构件；

41-第一部分；

42-第二部分；

421-通孔；

5-密封件；

6-接触片；

61-边缘部分；

62-变形部分；

63-中央部分；

7-热变形片；

71-第一变形片；

72-第二变形片；

7a-连接端；

7b-自由端；

7c-圆弧段。

104-第一绝缘件；

104a-气孔；

105-第二绝缘件；

106-防爆阀；

107-保护贴片；

108-注液孔。

此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分，示出了符合本申请的实施例，并与说明书一起用于解释本申请的原理。

具体实施方式

下面通过具体的实施例并结合附图对本申请做进一步的详细描述。

请参考图1，本申请提供了一种二次电池顶盖组件1，包括第一极柱11、第一导电件12、第二极柱13以及顶盖片14。其中，第一极柱11和第二极柱13用于电连接到电极组件2，并被安装为伸出通过顶盖片14，实现电极组件2能够与壳体3外部的部件电连接，以使得电极组件2内的电能被输出。

如图2所示，第一极柱11和第二极柱13分别包括法兰部分11a和铆接部分11b，当顶盖组件1与壳体3安装后，法兰部分11a位于壳体3的内部，铆接部分11b位于壳体3的外部，第一导电件12与铆接部分11b铆接，使得第一导电件12从壳体3的外部支撑在顶盖片14的第一侧(例如，外侧)，法兰部分11a从壳体3的内部支撑在顶盖片14的第二侧(例如，内侧)，第一侧与第二侧相对，这样，第一极柱11和第二极柱13就被固定到了顶盖片14。

需要说明的是，第一导电件12与第一极柱11的连接方式不仅限于铆接的方式，可选择的，铆接部分11b可以替换为螺杆部分，第一导电件12与第一极柱11螺纹连接，当然，第一导电件12也可以焊接于第一极柱11。

如图3-4所示，顶盖片14与第二极柱13电连接，且与第一极柱11和第一导电件12绝缘设置，顶盖片14与第一极柱11和第一导电件12绝缘设置的具体结构为，顶盖组件1还包括绝缘构件4和密封件5，绝缘构件4包括第一部分41和第二部分42，其中，第一部分41被夹紧固定在顶盖片14与第一导电件12之间，第一极柱11的铆接部分11b穿过第一部分41并伸出顶盖片14的外侧，第二部分42围绕在第一导电件12的周界边缘，绝缘构件4实现了顶盖片14与第一导电件12的绝缘；密封件5套设在铆接部分11b的下部分的外侧，且与绝缘构件4相接触，密封件5通常由塑胶材料制成，因此，密封件5实现了顶盖片14与第一极柱11的密封与绝缘。

第二极柱13的铆接部分11b还连接有第二导电件15，通过第二导电件15可以很方便地实现第二极柱13与外部的部件电连接，且在第二极柱13的一侧，设置有相同结构的密封件5，以实现第二极柱13处的密封。第二导电件15与顶盖片14之间还连接有电阻16，电阻16用于减小回路中的电路，当导体穿过壳体3造成二次电池内短路时，电阻16可以减少短路电流，降低着火等事故的发生概率，电阻16基于二次电池的安全方面的考虑而设计。

二次电池还包括接触片6和热变形片7，接触片6附接于顶盖片14，热变形片7的一端为连接端7a，该连接端7a与第一极柱11电连接，另一端为自由端7b，且热变形片7与接触片6在二次电池的高度方向上相对设置。

具体而言，连接端7a与第一导电件12连接，例如，连接端7a通过镶嵌、焊接或浇注的方式设置在第一导电件12内。热变形片7可以设置为S形、Z形或C形等，以此提高热变形片7与第一导电件12的接合强度，增加牢固度。

本实施例中，连接端7a以及自由端7b均为平板段，且热变形片7还包括圆弧段7c，连接端7a经由圆弧段7c与自由端7b相连接，圆弧段7c可以减小自由端7b变形时的应力集中。

在常温条件下，二次电池过充时会造成电解液产气，并由此使得二次电池的内部压力增高，当内部压力超过基准压力时，接触片6在内部压力的作用下产生变形，以与热变形片7的自由端7b电连接，此时，第一极柱11与第二极柱13电连接，并可以维持二次电池的短路状态，过充状态被停止，提高了二次电池的安全性。

另一方面，当二次电池处于热箱试验过程中或者较高的环境温度(例如，80℃～150℃)以致于达到热变形片7的变形温度时，自由端7b朝远离接触片6的方向变形，且热变形片7与接触片6始终绝缘。

这里需要说明的是，当二次电池所在的环境温度较高时，二次电池内的电解液在高温下也会产气，并由此造成二次电池的内部压力会增大。

一种实施例，虽然二次电池的内部压力增大，但是内部压力值并未超过使接触片6产生变形的预设的基准压力值，也就是说，在此内部压力下，接触片6不会产生变形，此时，热变形片7能够可靠的与接触片6保持绝缘。

另一种实施例，二次电池的内部压力超过了预设的基准压力值，且接触片6在内部压力的作用下发生了变形，但是，通过匹配设置接触片6和热变形片7的变形量，依然能够保证两者之间留有足够的间隔，即电气间隙，以确保两者始终处于绝缘状态。

由此可知，在高温环境下，通过热变形片7向远离接触片6一侧的变形，可以使得热变形片7与接触片6始终保持绝缘状态，这样一来，第一极柱11与第二极柱13之间的电连接路径被切断，从而避免了短路电流产生较大热量，降低了电极组件2着火或爆炸等危险事故的发生概率，提高了二次电池的安全性。

由图2-3可知，顶盖片14开设有孔141，第二部分42在正对接触片6的部位开设有通孔421，当二次电池的内部压力超过基准压力时，接触片6在内部压力的作用下变形，变形后的接触片6可以通过孔141以及通孔421与热变形片7接触。

请参考图4，接触片6包括边缘部分61、变形部分62和中央部分63，变形部分62连接边缘部分61和中央部分63，边缘部分61附接于顶盖片14，变形后的接触片6经由中央部分63与热变形片7接触，变形部分62被弯曲为朝远离电极组件2的方向突出。

接触片6可以是各部分具有不同厚度的构件，该具有不同厚度的部分可以是位于接触片6与热变形片7相接触的部分处的突起部分，又或者接触片6具有从其周界区域向其中心区域逐渐变化的厚度，且在中心区域最厚，以在接触片6变形时与热变形片7接触。

热变形片7通常由多种不同种类的金属材料制成，不同种类的金属材料的热膨胀系数不同，以此可以控制热变形片7的变形方向。根据一个实施例，热变形片7包括层叠设置的第一变形片71和第二变形片72，第一变形片71和第二变形片72可以通过镶嵌、焊接或铆接的方式接合在一起。

第一变形片71的热膨胀系数大于第二变形片72的热膨胀系数，且为了确保热变形片7的变形方向，需设置第一变形片71设置于第二变形片72靠近接触片6的一侧。

本实施例中，第一变形片71的材质选择为锰镍铜合金、镍铬铁合金、镍锰铁合金或镍，第二变形片的材质可以选择为镍铁合金。

此外，在另外一种实施例中，仍然设置热变形片7包括层叠设置的第一变形片71和第二变形片72，且将第一变形片71设置于第二变形片72靠近接触片6的一侧。但是，这时可以选择第一变形片71和接触片6为相同材质，选择第二变形片72为记忆合金材质，并且，第一变形片71的电阻率应小于第二变形片72的电阻率。这样设置后，相同材质的第一变形片71和接触片6之间的接触电阻小，当二次电池的第一极柱11与第二极柱13电连接时，该电连接路径中能够产生更大的短路电流，以确保熔断连接于第一极片与第一极柱11之间的熔断构件，且防止了接触片6与第一变形片71相接触的瞬间，接触片6熔断而熔断构件来不及熔断的这一情况的出现，从而避免了常温下二次电池的过充问题无法解决的这一缺陷。

例如，第一变形片71和接触片6可以均选择铝或铝合金的金属构件，第二变形片72的材质为金镉合金、银镉合金、铜锌合金、铜锌铝合金、铜锌锡合金、铜锌硅合金、铜锡合金、铜锌镓合金、铟钛合金、金铜锌合金、镍铝合金、铁铂合金、钛镍合金、钛镍钯合金、钛铌合金、U-铌合金或铁锰硅合金。

上述两种实施例中，热变形片7由热膨胀系数不同的两层金属构成，但是，热变形片7不仅限于两层的结构，在其它一些实施例中，热变形片7还可以由热膨胀系数不同的三层及三层以上金属变形片制成。

此外，可以对接触片6与热变形片7进行匹配设计，根据一个实施例，可以设计接触片6与热变形片7具有约0.5mm的过盈量，例如，当温度为80℃及以下，接触片6变形与热变形片7接触时，热变形片7的变形量可以被控制在0.3mm内。此时，接触片6与热变形片7仍然具有约0.2mm的过盈量，从而保证了接触片6与热变形片7之间良好的接触以及可靠的电流传递。

热变形片7的厚度可以设置为1mm～1.5mm之间，一方面，当二次电池过充时可以有足够的强度与接触片6接触，另一方面，当热变形片7的厚度设置在1.5mm以内时，在40℃～150℃的温度条件下可以产生1mm～5mm的变形量。

还可以将自由端72朝朝远离接触片6的方向运动的角位移设置为0～5°，在此范围内，可以实现在常温条件下，接触片6与热变形片7的良好接触，而在高温条件下，接触片6与热变形片7可靠绝缘。

本申请还提供了一种二次电池，该二次电池包括上述任一实施例中的二次电池顶盖片组件1、电极组件2以及壳体3，二次电池顶盖片组件1连接于壳体3的开口处并形成封装空间，电极组件2封装在封装空间内。

电极组件2包括第一极片、第二极片以及设置在第一极片与第二极片之间的隔板，第一极柱11的法兰部分11a与第一极片电连接，第二极柱13的法兰部分11a与第二极片电连接。

电极组件2通过将第一极片、与第一极片极性相反的第二极片以及隔板一同螺旋卷绕而形成。隔板是介于第一极片与第二极片之间的绝缘体。可替换地，电极组件2可以通过将形成为板状或片状的多个第一极片、多个隔板以及多个第二极片堆叠而形成。

第一极片可以是负极极片，相应地，第二极片是正极极片；反之，第一极片也可以是正极极片，相应地，第二极片是负极极片。

第一极片和第二极片各自均具有用作集流体的薄板，第一极片的薄板具有涂覆有活性物质的第一涂覆区域和没有涂覆活性物质的第一极耳；第二极片的薄板具有涂覆有活性物质的第二涂覆区域和没有涂覆活性物质的第二极耳。

壳体3被形成为具有大致立方体形状，以形成用于在其内部容纳电极组件2的空腔，并且壳体3在一侧具有开口。

此外，顶盖片14与电极组件2之间还设置有第一绝缘件104和第二绝缘件105，第一绝缘件104用于绝缘顶盖片14与第一极耳，第二绝缘件105用于绝缘顶盖片14与第二极耳。

其中，第一绝缘件104上开设有气孔104a，电极组件2中分解出的气体经由该气孔104a向接触片6施加压力，以使接触片6变形。

本申请提供的二次电池还包括防爆阀106以及防爆阀保护贴片107、注液孔108以及注液孔密封件等。其中，防爆阀106被设计为在二次电池的内部压力达到预定压力时打开，该预定压力可以高于使接触片6变形的阈值压力。

以上所述仅为本申请的优选实施例而已，并不用于限制本申请，对于本领域的技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种二次电池顶盖组件，包括：第一极柱、第二极柱以及顶盖片，其特征在于，

所述顶盖片与所述第一极柱绝缘设置，所述顶盖片与所述第二极柱电连接；

所述二次电池顶盖组件还包括接触片和热变形片，所述接触片附接于所述顶盖片，所述热变形片的一端与所述第一极柱电连接，所述热变形片的另一端为自由端，且所述热变形片与所述接触片相对设置，

当温度未达到所述热变形片的变形温度且二次电池的内部压力超过基准压力时，所述接触片在所述内部压力的作用下变形且与所述热变形片电连接，以将所述第一极柱以及所述第二极柱电连接，

当温度达到所述热变形片的变形温度时，所述自由端朝远离所述接触片的方向变形，并且所述热变形片与所述接触片始终绝缘。

2.根据权利要求1所述的二次电池顶盖组件，其特征在于，当温度达到所述热变形片的变形温度时所述二次电池的内部压力增加，当所述二次电池的内部压力超过基准压力时，所述接触片在所述内部压力的作用下变形，变形后的所述自由端与所述接触片之间留有间隔。

3.根据权利要求1所述的二次电池顶盖组件，其特征在于，所述热变形片包括层叠设置的第一变形片和第二变形片，

所述第一变形片设置于所述第二变形片靠近所述接触片的一侧，且所述第一变形片的热膨胀系数大于所述第二变形片的热膨胀系数。

4.根据权利要求3所述的二次电池顶盖组件，其特征在于，所述第一变形片的材质为锰镍铜合金、镍铬铁合金、镍锰铁合金或镍，所述第二变形片的材质为镍铁合金。

5.根据权利要求1所述的二次电池顶盖组件，其特征在于，所述热变形片包括层叠设置的第一变形片和第二变形片，

所述第一变形片设置于所述第二变形片的靠近所述接触片的一侧，所述第一变形片和所述接触片的材质相同，所述第二变形片的材质为记忆合金，所述第一变形片的电阻率小于所述第二变形片的电阻率。

6.根据权利要求5所述的二次电池顶盖组件，其特征在于，所述第一变形片和所述接触片的材质为铝或铝合金，所述第二变形片的材质为金镉合金、银镉合金、铜锌合金、铜锌铝合金、铜锌锡合金、铜锌硅合金、铜锡合金、铜锌镓合金、铟钛合金、金铜锌合金、镍铝合金、铁铂合金、钛镍合金、钛镍钯合金、钛铌合金、U-铌合金或铁锰硅合金。

7.根据权利要求1所述的二次电池顶盖组件，其特征在于，所述自由端朝远离所述接触片的方向运动的角位移为0～5°。

8.根据权利要求1所述的二次电池顶盖组件，其特征在于，还包括连接于所述第一极柱的第一导电件，所述热变形片连接于所述第一导电件，且经由所述第一导电件与所述第一极柱电连接，所述热变形片与所述第一导电件连接的一端为连接端，

所述连接端设置于所述第一导电件内。

9.根据权利要求8所述的二次电池顶盖组件，其特征在于，所述热变形片包括圆弧段，所述连接端经由所述圆弧段与所述自由端相连接。

10.一种二次电池，包括二次电池顶盖组件、壳体以及电极组件，所述二次电池顶盖组件连接于所述壳体的开口处并形成封装空间，

所述电极组件包括第一极片、第二极片以及设置在所述第一极片与所述第二极片之间的隔板，所述第一极柱与所述第一极片电连接，所述第二极柱与所述第二极片电连接；

所述电极组件封装在所述封装空间内，其特征在于，

所述二次电池顶盖组件为权利要求1-9任一项所述的二次电池顶盖组件。