CN210403844U - 一种新型防爆燃锂离子电池 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种新型防爆燃锂离子电池，包括金属外壳、连接板和锂离子电池组，金属外壳包括上壳和下壳，锂离子电池组包括锂离子电池单体、金属片，相邻两个金属片之间的中部位置设置一个锂离子电池单体，金属片与锂离子电池单体的接触面积等于其不接触的面积，锂离子电池单体的容量小于35Wh；连接板分别设置在锂离子电池组的相对两侧，且两个连接板之间设置有不锈钢连接件，该不锈钢连接件同时贯穿连接板和多个金属片；连接板的上下两端分别通过不锈钢固定件与上壳、下壳固定。本产品具备良好的阻燃、防爆能力，能够显著提升锂离子电池的安全使用性能，解决锂离子电池处于极端工作环境下的起火、爆炸、燃烧等问题，具有广泛的应用前景。

Description

一种新型防爆燃锂离子电池

技术领域

本实用新型涉及锂离子电池技术领域，具体涉及一种新型防爆燃锂离子电池。

背景技术

随着科学技术的发展，将会有更多性能优良的电源品种出现在未来战争中，我们应该密切关注世界各先进国家蓄电池的研究应用情况，大力发展我国的电源装备，努力提高我国电源技术水平。近年来，随着锂离子电池技术的快速发展，在各个电源领域中，锂离子电池取代传统的铅酸电池的步伐也在逐步的加快。与传统的铅酸电池相比，锂离子电池具有能量密度高、体积小、质量轻、使用寿命长、使用温度范围宽等优势，尤其是以磷酸铁锂为正极材料的锂离子电池综合优势更加突出。目前，锂离子电池的工艺日趋成熟，成本逐步合理化，正在逐渐成为主流的高端启动电源解决方案。

目前常用的锂离子电池为满足功率和能量的要求，当某些设备依靠电池驱动时则需要将几百节单体电池串并联，一般由数十个单体电池并联封装成一个电池模块，再将若干个电池模块串联成一个电池组，最后将电池组置入电池箱中，当电池组处于极端工作环境下由于短路、热失控等引起电池组冒烟起火、爆炸、燃烧等现象，对电池组起火、燃烧无其他安全的处理结构及措施，常因为电池组内部起火导致箱体表面温度过高诱发电池箱体与整车附近上可燃物燃烧，从而导致电动车燃烧事故。同时某些装备使用环境恶劣，而电池又是易燃易爆的储能装置，因而必须具备足够的安全性，避免造成对人员的伤害和装备的损坏。随着高比能量锂系列电池的普及应用，在电池使用不当时出现燃烧和爆炸，其使用安全性问题凸显。因此，研究出一种全金属防爆燃的锂离子电池，提升锂离子电池组的安全使用性能，是目前本领域技术人员亟待解决的问题。

发明内容

本实用新型的目的在于：针对上述现有技术存在的不足，提供一种新型防爆燃锂离子电池，具备良好的阻燃、防爆能力，能够显著提升锂离子电池的安全使用性能，解决锂离子电池处于极端工作环境下的起火、爆炸、燃烧等问题，保证在恶劣环境中，电池都能稳定工作。

为了实现上述目的，本实用新型采用的技术方案为：

一种新型防爆燃锂离子电池，包括金属外壳、连接板和锂离子电池组，其特征在于：所述金属外壳包括上壳和下壳，所述锂离子电池组包括锂离子电池单体、金属片，相邻两个所述金属片之间的中部位置设置一个所述锂离子电池单体，能大大提高电池的防震效果，保障设备在恶劣环境中时，电池都能稳定工作，而且还能增强电池硬度、提高电池的散热效果；所述金属片的面积为所述锂离子电池单体的面积的两倍，且所述金属片与所述锂离子电池单体的接触面积等于其不接触的面积，所述锂离子电池单体的容量小于35Wh；

所述连接板分别设置在所述锂离子电池组的相对两侧，且两个连接板之间设置有不锈钢连接件，该不锈钢连接件同时贯穿连接板和多个金属片；

所述连接板的上下两端分别通过不锈钢固定件与所述上壳、下壳固定。

进一步的，在所述金属片上设置有限位片，所述限位片的一侧设置有通风孔，所述限位片用于所述锂离子电池单体的限位。

进一步的，所述限位片凸起的高度大于所述锂离子电池单体的厚度。

进一步的，所述锂离子电池单体为N个，且N个锂离子电池单体通过串联和/或并联的方式并排设置。

进一步的，所述锂离子电池单体的采用镀银极耳，镀银极耳具有高导电性、高防腐性，镀银极耳采用紫铜板连接，连接处不加可燃性隔离物。

进一步的，所述不锈钢连接件为不锈钢长螺丝。

进一步的，所述金属片的厚度为0.5-1.2mm。

进一步的，所述新型防爆燃锂离子电池可承受10kg/㎝²以上的内部压力。

进一步的，所述上壳一侧的中部设置有提手，便于电池的取放。

本实用新型创造的有益效果在于：

1.本实用新型整体为全金属结构，无可燃物，并用金属片将整个电池组分割成独立安全容量，金属片的设计满足延时释放能量作用。锂离子电池单体容量小于35Wh，35Wh＝0.035kwh，1KWh＝860大卡，0.035×860＝30.1大卡，30大卡热量不足以对周边非可燃物产生爆燃，对金属物几乎不产生受热变形影响。而且金属片与锂离子电池单体的接触面积等于其不接触的面积，这样使得锂离子电池单体对金属片的导热速度与金属片外延散热速度近似。当电池单体发生故障，瞬间能量释放时，由于金属片的热传导与扩散速度趋向一致加上金属片自身吸收一部分热量，这时爆燃值＝E/2T，热量导致的温升时间延长一倍以上或者单位时间外延扩散的能量减少到50％以下，即15大卡以下，减少一半的能量释放，即使波及到相邻无故障锂离子电池单体其温度也在爆燃临界温度60％以下，因此不会引起连锁故障，从而达到防爆燃的目的，具备良好的阻燃、防爆能力，能够显著提升锂离子电池组的安全使用性能，解决锂离子电池的爆燃安全性问题。

2.本实用新型通过N个锂离子电池单体串联和/或并联组成锂离子电池组，具有体积小和重量轻、安全性高、可靠性强，恒压输出、充电时间短、电池寿命长、低温特性明显、充电环境要求不高、外壳破坏对环境影响小、可快速安装、维修更换简便、环保、节能、安全等特点，是能够满足装备特殊要求的一种安全可靠电源产品。既可作为装备启动电源和应急电源，还可作为其他民用电源产品。

3.本实用新型采用铝塑膜锂离子电池单体和全金属结构。铝塑膜在内外部环境影响下，造成内压增加时会产生形变，当压力＞0.5-1.0㎏/cm²时会产生形变和自行泄露，因内部压力始终保持低于0.5kg以下，杜绝了压力可爆性的存在。而全金属结构，每个电池单体之间用0.5-1.2mm金属片进行物理隔离，金属片间用用高强度的不锈钢螺杆用一定预紧力连接，确保其可承受10kg/cm²以上的内部压力，避免局部故障对周围的波及扩散，把故障规模限制在安全功率以下。金属片结构能够迅速的将锂离子电池内部的温度传导出来，很好地解决了锂离子电池内部温度不一致，导致电池热失衡的问题。

4.本实用新型从电池单体的排放组合、固定到电极连接，全部采用非可燃性的金属配件构成，无论内部、外部产生的故障高温都不能引起电池本身起火、爆炸，具有良好的防爆燃性能。

5.本实用新型通过在相邻两个金属片之间的中部位置设置一个锂离子电池单体，且金属片的面积为锂离子电池单体的面积的两倍，使得锂离子电池单体的上下两端不与两个金属片的上下两端平行，在电池组中形成悬挂的结构，从而达到防震、减震的效果，确保设备在一般的冲击、跌落形变时，不会对电池单体造成损害，即使在恶劣环境中，电池都稳定工作。

6.本实用新型通过在金属片上设置限位片，限制锂离子电池单体的移动，限位片凸起的高度大于锂离子电池单体的厚度，保证限位片在一定的预紧力情况下满足电池单体受热形变的范围内，确保电池单体受到冲击和震荡后不会发证爆炸、燃烧等情况，同时还在金属片上设置通风孔，进一步提高电池的通风散热效果。

附图说明

图1是本实用新型的结构示意图；

图2是本实用新型的另一结构示意图；

图3是本实用新型的另一结构示意图；

图4是金属片的结构示意图。

图中零件名称和序号：

1-连接板，2-锂离子电池单体，3-不锈钢连接件，4-金属片，5-上壳，6-下壳，7-限位片，8-提手，9-通风孔，10-极耳。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本实用新型作进一步的说明。

参见附图1、附图2、附图3，一种新型防爆燃锂离子电池，由上壳5、下壳6、连接板1和锂离子电池组等部件组成，锂离子电池组包括N个锂离子电池单体2和N+1个金属片4，相邻两个金属片4之间的中部位置设置一个锂离子电池单体2，金属片4的面积为锂离子电池单体2的面积的两倍，且金属片4与锂离子电池单体2的接触面积等于其不接触的面积，锂离子电池单体2容量小于35Wh；

连接板1分别设置在锂离子电池组的相对两侧，且两个连接板1之间设置有不锈钢连接件3，该不锈钢连接件3同时贯穿连接板1和多个金属片4；

在金属片4的左侧、右侧、顶部和底部设置有用于锂离子电池单体2限位的限位片7，限位片7凸起的高度大于锂离子电池单体2的厚度，保证限位片在一定的预紧力情况下满足电池单体受热形变的范围内，确保电池单体受到冲击和震荡后不会发生爆炸、燃烧等情况；

在左侧、右侧和底部的限位片7的一侧均设置有通风孔9，进一步提高电池的通风散热效果。

连接板1的上下两端分别通过不锈钢固定件与上壳5和下壳6固定，上壳5的中部设置有提手8，便于电池的取放。

其中，金属片4与锂离子电池单体2接触面积为：82mm×130mm×2(双面)＝21320mm²，金属片4总面积为：21320×2＝42640mm²，当锂离子电池组中的锂离子电池单体2发生故障，瞬间能量释放时，由于金属片4的热传导与扩散速度趋向一致加上金属片4自身吸收一部分热量，这时爆燃值＝E/2T，热量导致的温升时间延长一倍以上或者单位时间外延扩散的能量减少到50％以下，减少一半的能量释放，从而达到使相邻无故障锂离子电池单体2温度控制在爆燃临界温度60％以下，不会引起连锁故障的目的。

优选的，锂离子电池单体2的采用镀银极耳10，镀银极耳10具有高导电性、高防腐性，镀银极耳10采用紫铜板连接，连接处不加可燃性隔离物。

优选的，不锈钢连接件3为不锈钢长螺丝，金属片4的厚度为0.5-1.2mm。并不限于此。

本实施例的新型防爆燃锂离子电池可承受10kg/cm²以上的内部压力，而且从电池单体的排放组合、固定到电极连接，全部采用非可燃性的金属配件构成，无论内部、外部产生的故障高温都不能引起电池本身起火、爆炸。

工作原理：

本实用新型在组装时，先将锂离子电池单体2放置在金属片4的左侧、右侧、顶部和底部的限位片7之间，限位片限制锂离子电池单体的移动，提高电池的防震效果，保障设备在一般的冲击、跌落形变时不会对电池单体造成损害，保障在恶劣环境中工作，电池都能提供稳定的电流，且保障电池硬度和提高电池的散热效果；然后将多个放置有锂离子电池单体2的金属片4并排排列组成一个锂离子电池组，在锂离子电池组的相对两侧放置连接板1，通过不锈钢连接件3同时贯穿连接板1和多个金属片4将连接板1、锂离子电池单体2固定，最后通过不锈钢固定件将连接板1的上下两端分别与上壳5、下壳6固定。

新型防爆燃锂离子电池性能试验

1.不同倍率测试

按照试验规程，测试不同倍率，其结果如表1：

表1不同倍率测试结果

2.安全测试

2.1过充测试

0.5C恒流恒压充至7.1V，截止电流0.005C，不起火，不爆炸。

2.2针刺测试

充满电电池，用>3mm铁钉钉在电池的中央，电池不起火，不爆炸。

2.3短路测试

用<50mΩ的铜线短路充满电的电池，电池不起火，不爆炸。

2.4枪击试验

用枪连续枪击电池，电池无明火，不爆炸。

综合上述，通过对本实用新型防爆燃锂离子电池进行实测、枪击、浸水试验，均安全可靠，具备良好的阻燃、防爆能力，而且电池的倍率性能佳，电池的安全性能满足设计要求，解决了锂离子电池的爆燃安全性问题。

以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种新型防爆燃锂离子电池，包括金属外壳、连接板(1)和锂离子电池组，其特征在于：所述金属外壳包括上壳(5)和下壳(6)，所述锂离子电池组包括锂离子电池单体(2)、金属片(4)，相邻两个所述金属片(4)之间的中部位置设置一个所述锂离子电池单体(2)，所述金属片(4)的面积为所述锂离子电池单体(2)的面积的两倍，且所述金属片(4)与所述锂离子电池单体(2)的接触面积等于其不接触的面积，所述锂离子电池单体(2)的容量小于35Wh；

所述连接板(1)分别设置在所述锂离子电池组的相对两侧，且两个连接板(1)之间设置有不锈钢连接件(3)，该不锈钢连接件(3)同时贯穿连接板(1)和所述多个金属片(4)；

所述连接板(1)的上下两端分别通过不锈钢固定件与所述上壳(5)和下壳(6)固定。

2.根据权利要求1所述的一种新型防爆燃锂离子电池，其特征在于：在所述金属片(4)上设置有限位片(7)，所述限位片(7)的一侧设置有通风孔(9)，所述限位片(7)用于所述锂离子电池单体(2)的限位。

3.根据权利要求2所述的一种新型防爆燃锂离子电池，其特征在于：所述限位片(7)凸起的高度大于所述锂离子电池单体(2)的厚度。

4.根据权利要求1所述的一种新型防爆燃锂离子电池，其特征在于：所述锂离子电池单体(2)为N个，且N个锂离子电池单体(2)通过串联和/或并联的方式并排设置。

5.根据权利要求1所述的一种新型防爆燃锂离子电池，其特征在于：所述锂离子电池单体(2)采用镀银极耳(10)，镀银极耳(10)采用紫铜板连接，连接处不加可燃性隔离物。

6.根据权利要求1所述的一种新型防爆燃锂离子电池，其特征在于：所述不锈钢连接件(3)为不锈钢长螺丝。

7.根据权利要求1所述的一种新型防爆燃锂离子电池，其特征在于：所述金属片(4)的厚度为0.5-1.2mm。

8.根据权利要求1所述的一种新型防爆燃锂离子电池，其特征在于：所述新型防爆燃锂离子电池可承受10kg/㎝2以上的内部压力。

9.根据权利要求1所述的一种新型防爆燃锂离子电池，其特征在于：所述上壳(5)一侧的中部设置有提手(8)。

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