CN213905552U - 一种电池盖板组件及锂离子电池 - Google Patents

Abstract

本实用新型属于锂电池技术领域，特别是涉及一种电池盖板组件及锂离子电池，电池盖板组件包括盖板、正极柱、负极柱和短路元件；所述正极柱和所述负极柱安装在所述盖板上，所述短路元件绝缘连接在所述盖板上；短路元件包括第一导通件、第二导通件和收缩件，所述第一导通件的一端与所述正极柱电连接，所述第一导通件的另一端位于所述收缩件内，所述第二导通件的一端与所述负极柱电连接，所述第二导通件的另一端位于所述收缩件内，所述收缩件能够在温度升高时收缩变形，以使所述第一导通件和第二导通件电连接，进而使得正极柱和负极柱之间导通，电池外电路短路，切断充电电路，终止充电，提高电池的过充安全性。

Description

一种电池盖板组件及锂离子电池

技术领域

本实用新型属于锂电池技术领域，特别是涉及一种电池盖板组件及锂离子电池。

背景技术

锂离子电池过充会引起爆裂、起火、爆炸等危险，目前，解决过充的方法是安装安全装置，例如防爆阀及其他膨胀检测装置，但这些装置均是在电池内部过充产气过多而导致电池内部高内压时才能引发，发挥防爆作用。

但是，电池内部产气量是随着电池过充程度和温度而改变的，过充程度越高，温度越高，产气量越大，电池内压越大，当电池内压达到可以启动安全装置的程度时，电池内部温度可能已经很高，已无法阻止电池内部材料在高温下的进一步反应以及后续引发的电池热失控等安全问题。

实用新型内容

本实用新型所要解决的技术问题是：针对现有的电池的安全装置，当电池内压达到可以启动安全装置的程度时，电池内部温度可能已经很高，已无法阻止电池内部材料在高温下的进一步反应以及后续引发的电池热失控的问题，提供一种电池盖板组件及锂离子电池。

为解决上述技术问题，一方面，本实用新型实施例提供一种电池盖板组件，包括盖板、正极柱、负极柱和短路元件；所述正极柱和所述负极柱安装在所述盖板上，所述短路元件绝缘连接在所述盖板上；

所述短路元件包括第一导通件、第二导通件和收缩件，所述第一导通件的一端与所述正极柱电连接，所述第一导通件的另一端位于所述收缩件内，所述第二导通件的一端与所述负极柱电连接，所述第二导通件的另一端位于所述收缩件内，所述收缩件能够在温度升高时收缩变形，以使所述第一导通件和第二导通件电连接，进而使得所述正极柱和所述负极柱电连接，使外电路断开。

可选地，所述第一导通件和第二导通件位于同一水平面且相互平行。

可选地，所述收缩件内部设置有用于所述第一导通件和所述第二导通件穿过的通道。

可选地，所述收缩件的热变形温度为45～150℃。

可选地，所述第一导通件和所述第二导通件之间的平行间距为1～20mm。

可选地，所述电池盖板组件还包括密封盒，所述密封盒通过第二胶层安装在所述盖板上，所述收缩件设置在所述密封盒内，所述收缩件的顶面抵靠所述密封盒的内壁。

可选地，所述密封盒上朝向所述正极柱的一侧上设置有用于所述第一导通件通过的第一导线孔，所述密封盒上朝向所述负极柱的一侧上设置有用于所述第二导通件通过的第二导线孔。

可选地，所述第一导通件包括第一导电芯和第一绝缘外壳，所述第一导电芯包括第一部分和第二部分，所述第一部分外包裹所述第一绝缘外壳，所述第二部分位于所述密封盒内；

所述第二部分的一端绝缘连接在所述盖板上，另一端贯穿所述收缩件。

可选地，所述第二导通件包括第二导电芯和第二绝缘外壳，所述第二导电芯包括第三部分和第四部分，所述第三部分外包裹所述第二绝缘外壳，所述第四部分位于所述密封盒内；

所述第四部分的一端绝缘连接在所述盖板上，另一端贯穿所述收缩件。

另一方面，本实用新型实施例提供一种锂离子电池，包括电池壳体和安装在所述壳体上的电池盖板，所述电池盖板为如前所述的电池盖板组件。

本实用新型实施例中，在电池过充导致电池内部温度上升时，热传导使得所述盖板的温度升高，进而使得所述收缩件的温度上升，当所述收缩件的温度上升至所述收缩件的热变形温度时，所述收缩件变形收缩，带动所述第一导通件和所述第二导通件移动实现接触，使得所述第一导通件和所述第二导通件之间实现电导通，进而使得所述正极柱和所述负极柱之间导通，使得电池外电路短路，熔断保险丝，从而切断电池充电电路，及时终止充电，防止电池内部继续升温，提高电池的过充安全性。

附图说明

图1是本实用新型一实施例提供的盖板组件的结构示意图；

图2是本实用新型一实施例提供的收缩件的结构示意图。

说明书中的附图标记如下：

1、正极柱；2、负极柱；3、盖板；4、收缩件；5、第二胶层；6、密封盒；7、第一导通件；71、第一导电芯；72、第一绝缘外壳；8、第二导通件；81、第二导电芯；82、第二绝缘外壳；9、第二导线孔；10、第一导线孔；11、第一胶层；12、第三胶层；13、第四胶层；14、通道。

具体实施方式

为了使本实用新型所解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本实用新型进行进一步的详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。

如图1至图2所示，一方面，本实用新型一实施例提供的一种电池盖板组件，包括盖板3、正极柱1、负极柱2和短路元件，所述正极柱1和所述负极柱2安装在所述盖板3上，所述盖板3上粘贴有第一胶层11，所述收缩件4通过所述第一胶层11连接在所述盖板3上，所述收缩件4位于所述正极柱1和所述负极柱2之间。

所述短路元件包括第一导通件7、第二导通件8和收缩件4，所述第一导通件7的一端与所述正极柱1电连接，所述第一导通件7的另一端位于所述收缩件4内，所述第二导通件8的一端与所述负极柱2电连接，所述第二导通件8的另一端位于所述收缩件4内，所述收缩件4在所述盖板3温度升高时收缩变形，带动所述第一导通件7和所述第二导通件8之间的间距变小而接触电导通，以使所述正极柱1及所述负极柱2通过所述第一导通件7和所述第二导通件8电连接，使得电池发生短路，外电路断开。

在电池过充导致电池内部温度上升时，热传导使得所述盖板3的温度升高，进而使得所述收缩件4的温度上升，当所述收缩件4的温度上升至所述收缩件4的热变形温度时，所述收缩件4变形收缩，带动所述第一导通件7和所述第二导通件8相向移动实现接触，使得所述第一导通件7和所述第二导通件8之间通过收缩件4实现电导通，进而使得所述正极柱1和所述负极柱2之间导通，使得电池外电路短路，电池外部的充电设备中设有保护电路，当电池一旦出现短路，瞬间的大电流会立即发热熔断保险丝，切断充电电路，及时终止充电，避免电池内部的温度继续升高，提高电池的过充安全性。

在一实施例中，所述第一胶层11位于所述填充件的底部中部，且所述第一胶层11不会完全覆盖所述填充件的底面，使得所述填充件与所述盖板3不完全接触。

在一实施例中，所述第一胶层11采用导热不导电的材料，可以但不限定为有机硅密封胶，能够将所述收缩件4粘贴在所述盖板3上，用于粘接固定所述收缩件4。同时，所述第一胶层11也能起到所述收缩件4与所述盖板3之间的绝缘。

在一实施例中，所述收缩件4内部设置有用于所述第一导通件7和所述第二导通件8穿过的通道14。所述通道14沿着所述正极柱1到所述负极柱2的方向贯穿所述收缩件4，所述第一导通件7和所述第二导通件8均穿过所述通道14，且与所述收缩件4的底面的内侧面直接接触。在所述盖板3的热传导下，所述收缩件4的底面的外侧面与所述盖板3直接接触，受热影响最大，温度最高，收缩最快，能够较快的使通道14内的所述第一导通件7和所述第二导通件8接触导通。

在一实施例中，所述收缩件4为具有较低的热变形温度的物质，所述收缩件4的热变形温度为45～150℃。所述收缩件4可以为聚乙烯，聚丙烯，聚氯乙烯，聚对苯二甲酸乙二醇酯等有机物。

所述收缩件4的热变形温度低于45℃时，电池在某些极端条件下使用时会出现温度偏高引发变形和短路的情况，所述收缩件4的热变形温度高于150℃，会由于热变形温度偏高，导致电池短路延迟，从而降低电池的过充程度，降低安全性。在上述热变形温度内，所述收缩件4的热变形温度适中，能够在过充温度升高时收缩变形，及时使电池外电路短路，终止充电，降低电池过充程度，提高电池过充安全性。

优选地，所述收缩件4的熔点为55～80℃。

所述收缩件4的整体形状不作限定，其截面可以为三角形、正方形、长方形、圆形或不规则形状。

在一实施例中，所述第一导通件7和所述第二导通件8位于同一水平面且相互平行，在所述收缩件4收缩变形时，位于同一水平面时能够避免所述第一导通件7和所述第二导通件8接触不到的情况，所述第一导通件7和所述第二导通件8相互平行时，能够缩短收缩时间，使所述第一导通件7和所述第二导通件8快速接触导通。

根据本实用新型中的内容，所述第一导通件7和所述第二导通件8不平行时，也能实现两者的接触导通，为了在电池内部升高时迅速切断充电，优选所述第一导通件7和所述第二导通件8位于同一水平面且相互平行。

在一实施例中，所述第一导通件7和所述第二导通件8之间的平行间距为1～20mm，所述第一导通件7和所述第二导通件8之间的间距越短，在所述收缩件4变形收缩时，可以越快的实现所述第一导通件7和所述第二导通件8的接触导通，实现外电路的短接，降低电池过充程度，提高安全性。但是所述第一导通件7和所述第二导通件8之间的间距不宜太短，防止在震动等情况下受到晃动，导致两根所述第一导通件7和所述第二导通件8短接。因此，在上述间距范围内，既能实现所述第一导通件7和所述第二导通件8的及时导通，又不会在受到震动时短接。

优选地，所述第一导通件7和所述第二导通件8之间的平行间距为5～10mm。

如图1所示，在一实施例中，所述电池盖板组件还包括安装在所述盖板3上的密封盒6，所述密封盒6可通过焊接、铆接或胶接等方式固定在所述盖板3上，优选地，本实施例中，所述密封盒6通过第二胶层5安装在所述盖板3上，所述第二胶层5起到固定和密封所述密封盒6的作用，所述收缩件4位于所述密封盒6内，所述密封盒6隔绝保护所述收缩件4，避免由于外部原因导致所述第一导通件7和所述第二导通件8间接导通。

所述收缩件的底面通过所述第一胶层11粘接在所述盖板3上，优选地，所述收缩件4的顶面抵靠所述密封盒6顶面的内壁，以实现所述收缩件4位置的固定。更进一步地，所述收缩件4的侧面可与所述密封盒6侧面的内壁抵接，这样能够更好地固定所述收缩件4。

在一实施例中，所述密封盒6采用高强度的材料，所述密封盒6为铝盒、铜盒或不锈钢盒。

如图1所示，在一实施例中，所述密封盒6上朝向所述正极柱1的一侧上设置有用于所述第一导通件7通过的第一导线孔10，所述密封盒6上朝向所述负极柱2的一侧上设置有用于所述第二导通件8通过的第二导线孔9。

如图2所示，在一实施例中，所述第一导通件7包括第一导电芯71和第一绝缘外壳72，所述第一导电芯71包括第一部分和第二部分，所述第一部分外包裹所述第一绝缘外壳72，所述第二部分位于所述密封盒6内，所述第二部分的一端绝缘连接在所述盖板3上，另一端贯穿所述收缩件4。所述第一绝缘外壳72的外径不大于所述第一导线孔10的直径，保证所述密封盒6的密封效果，优选地，所述第一绝缘外壳72的外径与所述第一导线孔10的直径一致。

所述第一导通件7穿过所述第一导线孔10伸入所述密封盒6内，所述第二部分的靠近所述第一部分的一端通过第三胶层12连接在所述盖板3上，另一端从所述通道14中穿过，所述第三胶层12用于防止所述第一导电芯71与所述盖板3接触导通。

在一实施例中，所述第二导通件8包括第二导电芯81和第二绝缘外壳82，所述第二导电芯81包括第三部分和第四部分，所述第三部分外包裹所述第二绝缘外壳82，所述第四部分位于所述密封盒6内，所述第四部分的一端绝缘连接在所述盖板3上，另一端贯穿所述收缩件4。所述第二绝缘外壳82的外径不大于所述第二导线孔9的直径，保证所述密封盒6的密封效果，优选地，所述第二绝缘外壳82的外径与所述第二导线孔9的直径一致。

所述第二导通件8穿过所述第二导线孔9伸入所述密封盒6内，所述第四部分的靠近所述第三部分的一端通过第四胶层13连接在所述盖板3上，另一端从所述通道14中穿过，所述第四胶层13用于防止所述第二导电芯81与所述盖板3接触导通。

所述密封盒6的所述通道1内所述第一导电芯71的第二部分和所述第二导电芯81的第四部分互相平行，所述第一导电芯71和所述第二导电芯81之间的间距为1～20mm。

另一方面，本实用新型一实施例提供一种锂离子电池，包括电池壳体和安装在所述壳体上的电池盖板，所述电池盖板为如前所述的电池盖板组件。当电池发生过充时，锂离子电池内部温度升高，热传导至盖板3上，进而使得所述收缩件4温度升高，达到热变形温度后，所述收缩件4变形收缩，带动所述第一导电芯71和所述第二导电芯81相向移动实现接触，使得所述第一导通件7和所述第二导通件8通过收缩件4实现接触导通，进而使得所述正极柱1和所述负极柱2导通，锂离子电池的外电路发生短路，及时切断锂离子电池外部的充电电路，终止充电，避免电池内部继续升温，发生热失效，提高了电池的安全性能。

以下通过实施例对本实用新型作进一步的说明。

实施例1

采用铝金属制作密封盒6，收缩件4采用热变形温度为55℃的聚氯乙烯，收缩件4为具有中空通道14的长方体，收缩件4底部通过第一胶层11固定在盖板3上，收缩件4的体积小于密封盒6内的空间的体积。

将第一导通件7的一端从密封盒6上的第一导线孔10穿出去连接到正极柱1上，将第二导通件8的一端从密封盒6上的第二导线孔9穿出去连接负极柱2上，将第一导通件7末端裸露的第一导电芯71、第二导通件8末端裸露的第二导电芯81平行放置在收缩件4中空的通道14内，第一导电芯71的靠近所述密封盒6的盒体处通过第三胶层12固定在所述盖板3上，第二导电芯81的靠近所述密封盒6的盒体处通过第四胶层13固定在所述盖板3上。第一导电芯71和第二导电芯81之间的间距为5mm。

将密封盒6固定在第一胶层11(有机硅密封胶层)上，制成含短路装置的盖板组件A1。

以钴酸锂为正极活性材料制作正极片，以石墨为负极活性材料制作负极片，以陶瓷隔膜为隔膜，将盖板组件A1装配到电池壳体上，注液封装成锂离子电池S10。

实施例2

采用不锈钢制作密封盒6，收缩件4采用热变形温度为67℃的聚对苯二甲酸乙二醇酯，收缩件4为具有中空通道14的长方体，收缩件4底部通过第一胶层11固定在盖板3上，收缩件4的体积小于密封盒6内的空间的体积。

将第一导通件7的一端从密封盒6上的第一导线孔10穿出去连接到正极柱1上，将第二导通件8的一端从密封盒6上的第二导线孔9穿出去连接负极柱2上，将第一导通件7末端裸露的第一导电芯71、第二导通件8末端裸露的第二导电芯81平行放置在收缩件4中空的通道14内，第一导电芯71的靠近所述密封盒6的盒体处通过第三胶层12固定在所述盖板3上，第二导电芯81的靠近所述密封盒6的盒体处通过第四胶层13固定在所述盖板3上。第一导电芯71和第二导电芯81之间的间距为7mm。

将密封盒6固定在第一胶层11(有机硅密封胶层)上，制成含短路装置的盖板组件A2。

以钴酸锂为正极活性材料制作正极片，以石墨为负极活性材料制作负极片，以陶瓷隔膜为隔膜，将盖板组件A2装配到电池壳体上，注液封装成锂离子电池S20。

实施例3

采用铝金属制作密封盒6，收缩件4采用热变形温度为70℃的聚氯乙烯，收缩件4为具有中空通道14的长方体，收缩件4底部通过第一胶层11固定在盖板3上，收缩件4的体积等于密封盒6内的空间的体积。

将第一导通件7的一端从密封盒6上的第一导线孔10穿出去连接到正极柱1上，将第二导通件8的一端从密封盒6上的第二导线孔9穿出去连接负极柱2上，将第一导通件7末端裸露的第一导电芯71、第二导通件8末端裸露的第二导电芯81平行放置在收缩件4中空的通道14内，第一导电芯71的靠近所述密封盒6的盒体处通过第三胶层12固定在所述盖板3上，第二导电芯81的靠近所述密封盒6的盒体处通过第四胶层13固定在所述盖板3上。第一导电芯71和第二导电芯81之间的间距为10mm。

将密封盒6固定在第一胶层11(有机硅密封胶层)上，制成含短路装置的盖板组件A3。

以钴酸锂为正极活性材料制作正极片，以石墨为负极活性材料制作负极片，以陶瓷隔膜为隔膜，将盖板组件A32装配到电池壳体上，注液封装成锂离子电池S30。

对比例1

与实施例1中制作方法相同，制作得到锂离子电池D10，不同之处在于，装配到电池壳体上的电池盖板为普通盖板，不含有短路装置。

性能测试

耐过充测试

本实验采用的耐过充测试在充放电测试仪上进行，将电池S10、S20、S30和D10在0.1C倍率下充电至4.3V，静置5min后在1C倍率下恒流充电，观察电池的状态。测试结果见表1。

表1耐过充测试结果

根据表1中数据可知，采用普通盖板3的D10电池在第40分钟外电路保险丝熔断，使充电终止，但由于过充程度太高，导致电池内部短路较严重，随着电池内部反应的继续发生，电池热量和产气持续积累，最终在第46分钟防爆阀开启，第47分钟起火爆炸。

然而，实施例1-实施例3中制作得到含有短路装置的S10、S20、S30电池，由于过充时电池内部温度上升，使得集流体和极柱的温度上升，导热至盖板3，当盖板的温度上升至收缩件4的热变形温度时，包裹物质变形收缩，带动第一导通件7和第二导通件8相向移动实现接触，使得第一导通件7、第二导通件8通过收缩件4实现电子导通，在第30分钟左右时使电池外电路短路，使保险丝熔断，充电终止，提高了电池的过充安全性。

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、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种电池盖板组件，其特征在于，包括盖板、正极柱、负极柱和短路元件；所述正极柱和所述负极柱安装在所述盖板上，所述短路元件绝缘连接在所述盖板上；

所述短路元件包括第一导通件、第二导通件和收缩件，所述第一导通件的一端与所述正极柱电连接，所述第一导通件的另一端位于所述收缩件内，所述第二导通件的一端与所述负极柱电连接，所述第二导通件的另一端位于所述收缩件内，所述收缩件能够在温度升高时收缩变形，以使所述第一导通件和第二导通件电连接，进而使得所述正极柱和所述负极柱电连接，使外电路断开。

2.如权利要求1所述的电池盖板组件，其特征在于，所述第一导通件和所述第二导通件位于同一水平面且相互平行。

3.如权利要求1所述的电池盖板组件，其特征在于，所述收缩件内部设置有用于所述第一导通件和所述第二导通件穿过的通道。

4.如权利要求1所述的电池盖板组件，其特征在于，所述收缩件的变形温度为45～150℃。

5.如权利要求2所述的电池盖板组件，其特征在于，所述第一导通件和所述第二导通件之间的平行间距为1～20mm。

6.如权利要求1所述的电池盖板组件，其特征在于，所述电池盖板组件还包括安装在所述盖板上的密封盒，所述收缩件设置在所述密封盒内。

7.如权利要求6所述的电池盖板组件，其特征在于，所述密封盒上朝向所述正极柱的一侧上设置有用于所述第一导通件通过的第一导线孔，所述密封盒上朝向所述负极柱的一侧上设置有用于所述第二导通件通过的第二导线孔。

8.如权利要求6所述的电池盖板组件，其特征在于，所述第一导通件包括第一导电芯和第一绝缘外壳，所述第一导电芯包括第一部分和第二部分，所述第一部分外包裹所述第一绝缘外壳，所述第二部分位于所述密封盒内；

所述第二部分的一端绝缘连接在所述盖板上，另一端贯穿所述收缩件。

9.如权利要求6所述的电池盖板组件，其特征在于，所述第二导通件包括第二导电芯和第二绝缘外壳，所述第二导电芯包括第三部分和第四部分，所述第三部分外包裹所述第二绝缘外壳，所述第四部分位于所述密封盒内；

所述第四部分的一端绝缘连接在所述盖板上，另一端贯穿所述收缩件。

10.一种锂离子电池，其特征在于，包括电池壳体和安装在所述壳体上的电池盖板，所述电池盖板为如权利要求1-9任一项所述的电池盖板组件。

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