CN208225931U - 一种二次电池顶盖及二次电池 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种二次电池顶盖，包括防爆阀和外短路连接装置；所述防爆阀包括防爆片和第一绝缘片，所述第一绝缘片包括主体部和突出部；所述外短路连接装置包括导电连接片、第二绝缘片、弹性变形件和导电凸台；所述第二绝缘片将所述导电连接片和导电凸台分隔绝缘，所述弹性变形件包括固定部和活动部，所述固定部设于所述连接片上，所述活动部与所述导电凸台对应设置，并通过所述突出部分隔绝缘，向远离导电凸台方向弹性变形。本实用新型提供了一种二次电池顶盖，不仅能及时、有效的泄漏电池内部的压力，而且能及时的触发电池发生外短路，防止电池在高温环境下出现热失控的现象，提高了电池整体的安全性。

Description

一种二次电池顶盖及二次电池

技术领域

本实用新型属于电池技术领域，具体涉及一种二次电池顶盖及二次电池。

背景技术

锂离子电池由于能量密度高、循环寿命长等优势，被广泛应用于消费电子产品、新能源汽车和储能等领域。随着实际应用对能量密度的要求不断提升，更多能量密度大但热稳定性较差的材料进入商用电池体系，锂离子电池的安全性能面临巨大的挑战。

一般而言，电池遭到不当使用，如过充、短路或者被暴露于高温环境下等情况下，电池由于内部反应易产生大量气体和热量，甚至出现内短路引发热失控。为了降低电池内部高压导致的危害，通常会在电池顶盖安装防爆阀，防爆阀在内部气压达到一定值时发生泄压。然而在电池泄压后，其内部仍然具有很高的能量，若无法改变外部高温环境，电池内部的高能量物质仍可能发生剧烈反应并燃烧爆炸，造成不可预期的危害。

现有的基于压力触发外短路以降低热失控概率的设计，例如CN207038570U，外短路触发的压力必然小于防爆阀泄压压力。由于高温环境下电解液分解产气量大，容易导致在没有内短路风险的情况下既已产生大量气体，导致内压达到设定的外短路触发值。而外短路触发后正负极电连接反而导致内部温升加速，增大风险。若能设计在泄压时或者泄压后发生外短路，就能避免外短路提前触发，从而降低内部高能量物质在持续升温过程中可能内短路导致的危害。

发明内容

为了解决所述现有技术的不足，本实用新型提供了一种二次电池顶盖，不仅能及时、有效的泄漏电池内部的压力，而且能及时的触发电池发生外短路，防止电池在高温环境下出现热失控的现象，提高了电池整体的安全性。

本实用新型所要达到的技术效果通过以下方案实现：

本实用新型中的二次电池顶盖，包括防爆阀和外短路连接装置；所述防爆阀包括防爆片和第一绝缘片，所述第一绝缘片包括主体部和突出部，所述主体部设于所述防爆片上，所述突出部突出于所述防爆片，向所述外短路连接装置方向延伸；所述外短路连接装置包括导电连接片、第二绝缘片、弹性变形件和导电凸台；所述第二绝缘片将所述导电连接片和导电凸台分隔绝缘，所述弹性变形件包括固定部和活动部，所述固定部设于所述连接片上，所述活动部与所述导电凸台对应设置，并通过所述突出部分隔绝缘，向远离导电凸台方向弹性变形。

所述防爆阀用于电池内部的泄压；所述外短路连接装置用于防爆阀泄压脱离电池后，连通电芯的正极和负极，促使电池发生短路，避免电池继续工作引发热失控的现象。

进一步地，还包括顶盖片、第一极柱和第二极柱；所述顶盖片开设有极柱孔、防爆阀孔和注液孔；所述极柱孔设于所述顶盖片两端部，所述防爆阀孔设于所述顶盖片中部，所述注液孔设于所述防爆阀与第一极柱或第二极柱之间；所述第一极柱设于其中一个极柱孔上、与所述导电连接片电连接，并通过第三绝缘片与所述顶盖片分隔绝缘；所述第二极柱设于另一极柱孔上、通过顶盖片与所述导电凸台电连接。

所述顶盖片用于极柱、防爆阀和外短路连接装置的安装和固定，同时密封安装于电池壳体上，用于电池整体的安装和密封；所述第一极柱和第二极柱用于电池内部电芯与外部电路的导电和连接；所述极柱孔用于所述第一极柱和第二极柱的安装和固定；所述防爆阀孔用于所述防爆阀的安装和固定；所述注液孔用于向电池壳体内注入电解液。

所述防爆片和主体部为一体，当电池内部压力升高，达到设定的泄压值时，由所述顶盖片脱离用于电池内部压力的泄漏；所述突出部与主体部相连，当电池正常工作时，所述突出部设于所述活动部和导电凸台之间，使活动部和导电凸台分隔绝缘，保证电池的正常工作。当电池内部压力升高，达到设定的泄压值时，所述防爆片和主体部由顶盖片脱离泄压，所述突出部随所述防爆片和主体部一同脱离顶盖片，所述活动部向导电凸台方向弹性变形，活动部和导电凸台接触导电，致使与活动部电连接的第一极柱和与导电凸台电连接的第二极柱连通导电，从而连通电芯的正极和负极，促使电池发生短路，避免电池在高温环境下继续工作引发热失控的现象。当电池内部气压已达到设定泄压值时，内部处于不稳定状态，随时可能发生内短路，此时触发外短路既能减小内短路发生的可能性，又能在泄压后内温释放的情况下连接外短路，避免升温过快。

为进一步优化结构，所述防爆阀和外短路连接装置可设于所述顶盖片顶侧或底侧。

进一步地，所述外短路连接装置设于所述第一极柱或第二极柱与防爆阀之间。

为进一步优化结构，所述导电凸台可与顶盖片一体成型为一个元件或作为独立元件设于顶盖片上，所述独立元件为带阻值的金属件或电阻元件，便于消耗电能发热，从而实现外短路触发时的散热。

进一步地，所述导电凸台上设有磁体，利用磁体对弹性变形件的磁吸作用，使弹性变形件的活动部与导电凸台紧密接触，保证外短路连接的紧密性。

进一步地，所述突出部的尺寸大于与所述导电凸台的接触尺寸，将所述活动部与导电凸台完全分隔绝缘，有效的避免所述活动部与导电凸台在电池正常工作时意外接触，触发外短路装置；所述突出部的长度小于所述主体部的长度，为主体部长度的1/10-1/9，便于防爆阀喷出时，有效的将所述突出部从导电凸台和弹性变形件的活动部之间抽出。

进一步地，所述第一绝缘片的材质为包括聚四氟乙烯、聚酰亚胺或聚酰胺的耐高温柔性绝缘材料；不仅具有良好的耐腐蚀性和绝缘性，而且具有良好的抗拉强度。

进一步地，所述弹性变形件为形状记忆合金材质，所述形状记忆合金为Au-Cd、Ag-Cd、Cu-Zn、Cu-Zn-Al、Cu-Zn-Sn、Cu-Zn-Si、Cu –Sn、Cu-Zn-Ga、In-Ti、Au-Cu-Zn、Ni-Al、Fe-Pt、Ti-Ni、Ti-Ni-Pd、Ti-Nb、U-Nb或Fe-Mn-Si；所述弹性变形件在所述突出部的抵顶作用下发生变形，与导电凸台分隔绝缘，当所述突出部抽出后，弹性变形件的活动部迅速回复到变形前的形状，与导电凸台紧密接触，从而连通导电，实现电连接。

一种二次电池，包括壳体、电芯和以上任一所述二次电池顶盖，所述壳体和二次电池顶盖用于电芯的安装、固定和保护，所述电芯设于壳体内部，所述二次电池顶盖密封安装于壳体上，第一极柱和第二极柱的底部与电芯的正极片或负极片分别电连接。

本实用新型的二次电池顶盖具有以下优点：

1、外短路装置在外短路触发前，都是由绝缘件分隔开的，且弹性变形件的活动部与导电凸台在弹性变形件的记忆效应和超弹性作用下，对第一绝缘件的突出部具有夹持力，可有效的避免二次电池在运输、使用过程中或其他原因导致的外短路装置意外触发现象，大大降低了外短路装置意外触发的机率。

2、外短路装置的连接元件为弹性变形件，可在第一绝缘片突出部抽出后，迅速与导电凸台接触导电，保证了外短路装置触发的稳定性和时效性。

3、外短路装置以防爆阀喷出为触发起始点，在防爆阀喷出后，迅速触发外短路，通过防爆阀与外短路装置的结合，有效的避免了二次电池在高温环境下泄压后无法终止热失控的现象，降低了高温环境下二次电池热失控的概率。

4、本实用新型的二次电池顶盖力图发挥电池最大的内部压力承受能力，避免提前外短路，解决二次电池在高温环境下有效泄压后，内部高能量物质带来的安全隐患，避免泄压后的热失控危害。

附图说明

图1为本实用新型中二次电池顶盖的剖面结构示意图；

图2为本实用新型中二次电池顶盖的俯视结构示意图；

图3为本实用新型中二次电池顶盖另一结构的剖面结构示意图。

附图标记说明如下：

10、顶盖片；11、极柱孔；12、防爆阀孔；13、注液孔；14、第三绝缘片；20、第一极柱；30、第二极柱；40、防爆阀；41、第一绝缘片；411、主体部；412、突出部；42、防爆片； 50、外短路连接装置；51、导电连接片；52、第二绝缘片；53、弹性变形件；531、固定部；532、活动部；54、导电凸台。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本实用新型进行详细的说明。

本实用新型的实施例中的二次电池顶盖如附图1-3所示，包括防爆阀40和外短路连接装置50；防爆阀包括防爆片42和第一绝缘片41，第一绝缘片包括主体部411和突出部412，主体部设于防爆片上，突出部突出于防爆片，向外短路连接装置方向延伸。外短路连接装置包括导电连接片51、第二绝缘片52、弹性变形件53和导电凸台54；第二绝缘片将导电连接片和导电凸台分隔绝缘，弹性变形件包括固定部531和活动部532，固定部设于连接片上，活动部与导电凸台对应设置，并通过突出部分隔绝缘，向远离导电凸台方向弹性变形。

还包括顶盖片10、第一极柱20和第二极柱30；顶盖片开设有极柱孔11、防爆阀孔12和注液孔13；极柱孔设于顶盖片两端部，防爆阀孔设于顶盖片中部，注液孔设于防爆阀与第一极柱或第二极柱之间；第一极柱设于其中一个极柱孔上、与导电连接片电连接，并通过第三绝缘片14与顶盖片分隔绝缘；第二极柱设于另一极柱孔上、通过顶盖片与导电凸台电连接。

防爆阀用于电池内部的泄压；外短路连接装置用于防爆阀泄压脱离电池后，连通电芯的正极和负极，促使电池发生短路，避免电池继续工作引发热失控的现象。顶盖片用于极柱、防爆阀和外短路装置的安装和固定，同时密封安装于电池壳体上，用于电池整体的安装和密封；第一极柱和第二极柱用于电池内部电芯与外部电路的导电和连接；极柱孔用于第一极柱和第二极柱的安装和固定；防爆阀孔用于防爆阀的安装和固定；注液孔用于向电池壳体内注入电解液。防爆阀和外短路连接装置可设于顶盖片顶侧或底侧。外短路连接装置设于第一极柱或第二极柱与防爆阀之间。

防爆片和主体部为一体，当电池内部压力升高，达到设定的泄压值时，由顶盖片脱离用于电池内部压力的泄漏；突出部与主体部相连，当电池正常工作时，突出部设于活动部和导电凸台之间，使活动部和导电凸台分隔绝缘，保证电池的正常工作。当电池内部压力升高，达到设定的泄压值时，防爆片和主体部由顶盖片脱离泄压，突出部随防爆片和主体部一同脱离顶盖片，活动部向导电凸台方向弹性变形，活动部和导电凸台接触导电，致使与活动部电连接的第一极柱和与导电凸台电连接的第二极柱连通导电，从而连通电芯的正极和负极，促使电池发生短路，避免电池在高温环境下继续工作引发热失控的现象。当电池内部气压已达到设定泄压值时，内部处于不稳定状态，随时可能发生内短路，此时触发外短路既能减小内短路发生的可能性，又能在泄压后内温释放的情况下连接外短路，避免升温过快。

导电凸台54可与顶盖片一体成型为一个元件或作为独立元件设于顶盖片上，独立元件为带阻值的金属件或电阻元件，便于消耗电能发热，从而实现外短路触发时的散热。导电凸台上设有磁体，利用磁体对弹性变形件的磁吸作用，使弹性变形件的活动部与导电凸台紧密接触，保证外短路连接的紧密性。突出部的尺寸大于与导电凸台的接触尺寸，将活动部与导电凸台完全分隔绝缘，有效的避免活动部与导电凸台在电池正常工作时意外接触，触发外短路装置；突出部的长度小于主体部的长度，为主体部长度的1/10-1/9，便于防爆阀喷出时，有效的将突出部从导电凸台和弹性变形件的活动部之间抽出。

第一绝缘片41的材质为包括聚四氟乙烯、聚酰亚胺或聚酰胺的耐高温柔性绝缘材料；不仅具有良好的耐腐蚀性和绝缘性，而且具有良好的抗拉强度。弹性变形件为形状记忆合金材质，形状记忆合金为Au-Cd、Ag-Cd、Cu-Zn、Cu-Zn-Al、Cu-Zn-Sn、Cu-Zn-Si、Cu –Sn、Cu-Zn-Ga、In-Ti、Au-Cu-Zn、Ni-Al、Fe-Pt、Ti-Ni、Ti-Ni-Pd、Ti-Nb、U-Nb或Fe-Mn-Si；弹性变形件在突出部的抵顶作用下发生变形，与导电凸台分隔绝缘，当突出部抽出后，弹性变形件的活动部迅速回复到变形前的形状，与导电凸台紧密接触，从而连通导电，实现电连接。

一种二次电池，包括壳体、电芯和以上任一二次电池顶盖，壳体和二次电池顶盖用于电芯的安装、固定和保护，电芯设于壳体内部，二次电池顶盖密封安装于壳体上，第一极柱和第二极柱的底部与电芯的正极片或负极片分别电连接。

本实用新型的实施例中的二次电池顶盖，以防爆阀喷出为触发电池短路的起始点，在防爆阀喷出后，外短路装置的弹性变形件，可在第一绝缘片突出部抽出后，迅速与导电凸台接触导电，触发电池外短路，不仅保证了外短路装置触发的稳定性和时效性，而且通过防爆阀与外短路装置的结合，有效的避免了二次电池在高温环境下泄压后无法终止热失控的现象，降低了高温环境下二次电池热失控的概率。

另外，外短路装置在外短路触发前，都是由绝缘件分隔开的，且弹性变形件的活动部与导电凸台在弹性变形件的记忆效应和超弹性作用下，对第一绝缘件的突出部具有夹持力，可有效的避免二次电池在运输、使用过程中或其他原因导致的外短路装置意外触发现象，大大降低了外短路装置意外触发的机率。

从上述实施例的方案可以看出，本实用新型提供了一种二次电池顶盖，不仅能及时、有效的泄漏电池内部的压力，而且能及时的触发电池发生外短路，防止电池在高温环境下出现热失控的现象，提高了电池整体的安全性。

最后需要说明的是，以上实施例仅用以说明本实用新型实施例的技术方案而非对其进行限制，尽管参照较佳实施例对本实用新型实施例进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解依然可以对本实用新型实施例的技术方案进行修改或者等同替换，而这些修改或者等同替换亦不能使修改后的技术方案脱离本实用新型实施例技术方案的范围。

Claims (10)

1.一种二次电池顶盖，其特征在于：包括防爆阀和外短路连接装置；

所述防爆阀包括防爆片和第一绝缘片，所述第一绝缘片包括主体部和突出部；

所述外短路连接装置包括导电连接片、第二绝缘片、弹性变形件和导电凸台；所述第二绝缘片将所述导电连接片和导电凸台分隔绝缘，所述弹性变形件包括固定部和活动部，所述固定部设于所述连接片上，所述活动部与所述导电凸台对应设置，并通过所述突出部分隔绝缘，向远离导电凸台方向弹性变形。

2.如权利要求1所述二次电池顶盖，其特征在于：还包括顶盖片、第一极柱和第二极柱；

所述顶盖片开设有极柱孔、防爆阀孔和注液孔；所述极柱孔设于所述顶盖片两端部，所述防爆阀孔设于所述顶盖片中部，所述注液孔设于所述防爆阀与第一极柱或第二极柱之间；

所述第一极柱设于其中一个极柱孔上、与所述导电连接片电连接，并通过第三绝缘片与所述顶盖片分隔绝缘；所述第二极柱设于另一极柱孔上、通过顶盖片与所述导电凸台电连接。

3.如权利要求2所述二次电池顶盖，其特征在于：所述防爆阀和外短路连接装置可设于所述顶盖片顶侧或底侧。

4.如权利要求2所述二次电池顶盖，其特征在于：所述外短路连接装置设于所述第一极柱或第二极柱与防爆阀之间。

5.如权利要求2所述二次电池顶盖，其特征在于：所述导电凸台可与顶盖片一体成型为一个元件或作为独立元件设于顶盖片上，所述独立元件为带阻值的金属件或电阻元件。

6.如权利要求1所述二次电池顶盖，其特征在于：所述导电凸台上设有磁体。

7.如权利要求1所述二次电池顶盖，其特征在于：所述突出部的尺寸大于与所述导电凸台的接触尺寸，长度小于所述主体部的长度，为主体部长度的1/10-1/9。

8.如权利要求1所述二次电池顶盖，其特征在于：所述第一绝缘片的材质为包括聚四氟乙烯、聚酰亚胺或聚酰胺的耐高温柔性绝缘材料。

9.如权利要求1所述二次电池顶盖，其特征在于：所述弹性变形件为形状记忆合金材质，所述形状记忆合金为Au-Cd、Ag-Cd、Cu-Zn、Cu-Zn-Al、Cu-Zn-Sn、Cu-Zn-Si、Cu –Sn、Cu-Zn-Ga、In-Ti、Au-Cu-Zn、Ni-Al、Fe-Pt、Ti-Ni、Ti-Ni-Pd、Ti-Nb、U-Nb或Fe-Mn-Si。

10.一种二次电池，其特征在于：包括壳体、电芯和权利要求1-9任意一项所述的二次电池顶盖；所述电芯设于壳体内部，所述二次电池顶盖密封安装于壳体上，第一极柱和第二极柱的底部与电芯的正极片或负极片分别电连接。