CN215834583U - 一种防止电芯热失控的顶盖结构及电池 - Google Patents

Abstract

本实用新型属于电池生产制造的技术领域，具体涉及一种防止电芯热失控的顶盖结构及电池，包括顶盖片(1)；流道(2)，设置在所述顶盖片(1)内部；其中，所述流道(2)内填充有阻燃材料，所述流道(2)设置有输出端(21)，所述输出端(21)设置有密封部(3)，所述密封部(3)在常态封闭所述输出端(21)，所述密封部(3)在预设温度下融化，向电池系统释放阻燃材料。本实用新型能够将阻燃材料释放到电芯内，在电芯热失控前进行降温阻燃，有助于提高电池的安全性。

Description

一种防止电芯热失控的顶盖结构及电池

技术领域

本实用新型属于电池生产制造的技术领域，具体涉及一种防止电芯热失控的顶盖结构及电池。

背景技术

如今，各国都在大力发展绿色、高效二次电池。锂离子电池作为一种新型二次电池，具有能量密度和功率密度大、工作电压高、重量轻、体积小、循环寿命长、安全性好、绿色环保等优点，在便携式电器、电动工具、大型贮能、电动交通动力电源等方面具有广阔的应用前景。由于锂离子电池具有高能量密度、高电压和环境友好等性质，其被广泛应用在电动汽车上。但是近几年连续发生锂离子电池热失控引起汽车自燃等状况。电池包热失控，绝大部分是由电芯引起的，热失控一旦触发，往往在短时间内引发周边电芯链式放热反应，导致整个电池模组甚至电池包发生起火，甚至爆炸现象，威胁车主人身安全，因此控制单个电芯热失控问题至关重要。

目前常用的控制热失控的方法是建立动力电池热管理系统，采用风冷或者液冷方式为电池散热，但无法阻止由于短路等引发的连锁热失控问题。

实用新型内容

本实用新型的目的之一在于：针对现有技术的不足，提供一种防止电芯热失控的顶盖结构，能够将阻燃材料释放到电芯内，在电芯热失控前进行降温阻燃，有助于提高电池的安全性。

为了实现上述目的，本实用新型采用如下技术方案：

一种防止电芯热失控的顶盖结构，包括顶盖片；流道，设置在所述顶盖片内部；其中，所述流道内填充有阻燃材料，所述流道设置有输出端，所述输出端设置有密封部，所述密封部在常态封闭所述输出端，所述密封部在预设温度下融化，向电池系统释放阻燃材料。

优选的，所述顶盖片包括基板和盖板，所述基板和/或所述盖板设置有凹槽，至少一部分的所述凹槽在所述基板或所述盖板的内表面延伸形成所述流道。

优选的，所述盖板设置在所述基板的上方，所述盖板对应所述基板的一面设置所述凹槽，所述基板覆盖所述凹槽，所述输出端设置在所述基板的底面。

优选的，所述凹槽沿长度方向或宽度方向延伸形成往复式迂回结构。

优选的，所述基板和盖板均设置有防爆阀孔和多个极柱通孔，所述防爆阀孔设置在两个所述极柱通孔之间，所述凹槽围绕两个极柱通孔设置。

优选的，所述流道还设置有输入端，所述输入端和所述输出端均安装所述密封部。

优选的，所述输入端和所述输出端设置在所述防爆阀孔的周围。

优选的，所述输入端和所述输出端并排设置于所述顶盖片的一端。

优选的，所述密封部为密封垫，所述密封垫的至少一端大于或所述密封垫的直径。

本实用新型的目的之二在于提供一种电池，包括壳体，设置有开口；电芯，容置于所述壳体；及如上述的顶盖结构，顶盖片固定于所述开口，用于将所述电芯封闭在所述壳体内。

本实用新型的有益效果在于，本实用新型包括顶盖片；流道，设置在所述顶盖片内部；其中，所述流道内填充有阻燃材料，所述流道设置有输出端，所述输出端设置有密封部，所述密封部在常态封闭所述输出端，所述密封部在预设温度下融化，向电池系统释放阻燃材料。由于电池包热失控，绝大部分是由电芯引起的，热失控一旦触发，往往在短时间内引发周边电芯链式放热反应，导致整个电池模组甚至电池包发生起火爆炸现象，威胁车主人身安全，目前常用的控制热失控的方法是建立动力电池热管理系统，采用风冷或者液冷方式为电池散热，但无法阻止由于短路等引发的连锁热失控问题，因此，在顶盖片的内部设置流道，流道起到容纳阻燃材料的作用，在正常使用时，流道通过密封部封闭其输出端，使得阻燃材料和电池系统隔绝；在电池的温度升高到预设温度时，输出端的密封部在该预设温度下融化，阻燃材料经输出端流出，迅速降温，防止电芯发生热失控情况；其中，阻燃材料易挥发，在不直接与明火接触时，也可以在近距离阻止燃烧，实现对电芯将要发生热失控时进行控制，降低引发连锁热失控的风险。本实用新型能够将阻燃材料释放到电芯内，在电芯热失控前进行降温阻燃，有助于提高电池的安全性。

附图说明

下面将参考附图来描述本实用新型示例性实施方式的特征、优点和技术效果。

图1为本实用新型中实施方式一的结构示意图。

图2为本实用新型中实施方式一的底面结构示意图。

图3为本实用新型中实施方式一的剖面结构示意图。

图4为本实用新型中实施方式一的盖板的结构示意图。

图5为本实用新型中实施方式一的基板的结构示意图。

图6为本实用新型中实施方式一的密封部的结构示意图。

其中，附图标记说明如下：

1-顶盖片；11-基板；12-盖板；121-凹槽；

2-流道；21-输出端；22-输入端；

3-密封部；

4-防爆阀孔；

5-极柱通孔；

X-长度方向；Y-宽度方向。

具体实施方式

如在说明书及权利要求当中使用了某些词汇来指称特定组件。本领域技术人员应可理解，硬件制造商可能会用不同名词来称呼同一个组件。本说明书及权利要求并不以名称的差异来作为区分组件的方式，而是以组件在功能上的差异来作为区分的准则。如在通篇说明书及权利要求当中所提及的“包含”为一开放式用语，故应解释成“包含但不限定于”。“大致”是指在可接受的误差范围内，本领域技术人员能够在一定误差范围内解决技术问题，基本达到技术效果。

此外，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在实用新型中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

以下结合附图1～6对本实用新型作进一步详细说明，但不作为对本实用新型的限定。

实施方式一

下面结合附图1-6描述的实施方式一

防止电芯热失控的顶盖结构，包括顶盖片1；流道2，设置在顶盖片1内部；其中，流道2内填充有阻燃材料，流道2设置有输出端21，输出端21设置有密封部3，密封部3在常态封闭输出端21，密封部3在预设温度下融化，向电池系统释放阻燃材料。

由于电池包热失控，绝大部分是由电芯引起的，热失控一旦触发，往往在短时间内引发周边电芯链式放热反应，导致整个电池模组甚至电池包发生起火爆炸现象，威胁车主人身安全，目前常用的控制热失控的方法是建立动力电池热管理系统，采用风冷或者液冷方式为电池散热，但无法阻止由于短路等引发的连锁热失控问题，因此，在顶盖片1的内部设置流道2，流道2起到容纳阻燃材料的作用，在正常使用时，流道2通过密封部3封闭其输出端21，使得阻燃材料和电池系统隔绝；在电池的温度升高到预设温度时，输出端21的密封部3在该预设温度下融化，阻燃材料经输出端21流出，迅速降温，防止电芯发生热失控情况；其中，阻燃材料易挥发，在不直接与明火接触时，也可以在近距离阻止燃烧，实现对电芯将要发生热失控时进行控制，降低引发连锁热失控的风险。

于本实施方式中，由于电池内部温度升高到90～100℃时，锂盐LiPF6开始分解，电极表面SEI膜也发生分解，并放出热量，使电池温度上升到110～120℃。因此，将流道2的输出端21采用120℃左右可以融化的密封部3进行密封，密封部3包括但不限于低密度聚乙烯、聚苯乙烯等；顶盖片1和流道2采用一体成型的结构，即在顶盖片1成型时预留流道2的位置，此外，顶盖片1也可采用多层或双层堆叠方式，如将顶盖片1分成基板11和盖板12，在基板11和/或盖板12预留流道2的位置。

在根据本实用新型的防止电芯热失控的顶盖结构中，顶盖片1包括基板11和盖板12，盖板12设置有凹槽121，至少一部分的凹槽121在盖板12的内表面延伸形成流道2，顶盖片1采用基板11和盖板12堆叠在一起的结构，具体的，凹槽121在盖板12的内表面延伸，盖板12设置在基板11的上方，盖板12对应基板11的一面设置凹槽121，基板11覆盖凹槽121，在盖板12和基板11固定在一起后，基板11能够覆盖凹槽121，形成类似长条型腔体的结构，该腔体可起到容纳阻燃材料的作用，由于盖板12设置在基板11的上方，输出端21可设置在基板11的底面，使得输出端21上的密封部3靠近电池，能够在电池发生热失控或温度异常时，密封部3通过融化释放阻燃液体到电芯内。其中，可先将基板11和盖板12通过钎焊、吹胀、压铸、搅拌焊等方式加工完成，然后在通过机加工处理形成防爆阀孔4和极柱通孔5，也可先机加工处理形成防爆阀孔4和极柱通孔5，然后采用钎焊等方式加工基板11和盖板12。

在根据本实用新型的防止电芯热失控的顶盖结构中，凹槽121沿长度方向X或宽度方向Y延伸形成往复式迂回结构。于本实施方式中，一部分凹槽121沿长度方向X延伸，一部分凹槽121沿宽度方向Y延伸，也有部分凹槽121为类似U型结构的延伸，使得凹槽121大面积均布设在整个顶盖片1上，有助于延长凹槽121整体的高度，即增加阻燃材料整体的储存量，有助于提高顶盖结构的灭火和降温的效果。

在根据本实用新型的防止电芯热失控的顶盖结构中，基板11和盖板12均设置有防爆阀孔4和多个极柱通孔5，防爆阀孔4设置在两个极柱通孔5之间，凹槽121围绕两个极柱通孔5设置。防爆阀孔4设计在中央位置，用于分散应力，稳定爆破值，提高电池安全性能，两个极柱通孔5分别对应电池的正、负极柱，增加极柱通孔5，便于将极柱安装在顶盖片1上，但本实用新型不以此为限，防爆阀孔4也可根据实际电池结构设置多个，或将防爆阀孔4设置在靠近顶盖片1端部的位置，其中，凹槽121围绕两个极柱通孔5设置，避免凹槽121影响极柱和防爆阀的正常使用。

在根据本实用新型的防止电芯热失控的顶盖结构中，流道2还设置有输入端22，输入端22和输出端21均安装密封部3，输入端22和输出端21并排设置于顶盖片1的一端。增加输入端22，在输出端21封闭后，便于将阻燃材料从输入端22注入到流道2内，并且在注入完成后，输入端22也通过密封部3进行封闭，使得输入端22和输出端21在正常使用时，封闭其流道2，使得阻燃材料和电池系统隔绝；在电池的温度升高到预设温度时，输入端22的密封部3和输出端21的密封部3在该预设温度下融化，阻燃材料经输入端22和输出端21流出，迅速降温，防止电芯发生热失控情况。

本实用新型的工作原理是：

在顶盖片1的内部设置流道2，流道2起到容纳阻燃材料的作用，在正常使用时，流道2通过密封部3封闭其输出端21，使得阻燃材料和电池系统隔绝；在电池的温度升高到预设温度时，输出端21的密封部3在该预设温度下融化，阻燃材料经输出端21流出，迅速降温，防止电芯发生热失控情况；其中，阻燃材料易挥发，在不直接与明火接触时，也可以在近距离阻止燃烧，实现对电芯将要发生热失控时进行控制，降低引发连锁热失控的风险。

实施方式二

与实施方式一不同的是：本实施方式的基板11设置有凹槽121，至少一部分的凹槽121在基板11的内表面延伸形成流道2，密封部3为密封垫，密封垫的至少一端大于或密封垫的直径。于本实施方式中，基板11设置有凹槽121，盖板12没有设置凹槽121，在盖板12和基板11焊在一起后，盖板12能够覆盖凹槽121，形成类似长条型腔体的结构可起到容纳阻燃材料的作用，由于盖板12设置在基板11的上方，输出端21可设置在基板11的底面，使得输出端21上的密封部3靠近电池，能够在电池发生热失控或温度异常时，密封部3通过融化释放阻燃液到电芯内，但本实施方式不以此为限，盖板12和基板11的位置也可互换，满足输出端21可设置在靠近电池的一侧即可。其中，密封部3可采用密封垫，优选的，密封垫的至少一端大于或密封垫的直径，具体的，密封垫的两端起到类似塞体的作用，密封垫的主体能卡在流道2的输出端21上，避免阻燃材料提前发生泄漏。

其他结构与实施方式一相同，这里不再赘述。

实施方式三

与实施方式一不同的是：本实施方式的基板11和盖板12设置有凹槽121，至少一部分的凹槽121在基板11和盖板12的内表面延伸形成流道2，输入端22和输出端21设置在防爆阀孔4的周围。于本实施方式中，基板11和盖板12设置有凹槽121，两者的凹槽121的位置对应，使得凹槽121整体的高度增加，有助于增加流道2整体的容积，从而增加阻燃材料整体的储存量，从而提高顶盖的灭火和降温效果，由于防爆阀孔4周围在电池发生热失控时，升温较快，输入端22和输出端21设置防爆阀孔4周围，使得该处的密封部3比顶盖片1的其他位置更快融穿，有助于第一时间进行降温和阻燃，但本实用新型不以此为限，输入端22和输出端21可根据实际电池发热的位置进行调整。

其他结构与实施方式一相同，这里不再赘述。

电池的制造

本实用新型的电池包括实施方式一～三的防止电芯热失控的顶盖结构，还包括壳体，设置有开口；电芯，容置于壳体；及如实施方式一的顶盖结构，顶盖片1固定于开口，用于将电芯封闭在壳体内。

需要说明是：电芯包括正极片、隔膜及负极片，可以顺序堆叠并卷绕，正极片包括正极集流体，以及涂覆于正极集流体表面的正极活性材料，负极片包括负极集流体，以及涂覆于负极集流体表面的负极活性材料。第一极耳连接于正极集流体，第二极耳连接于负极集流体，正极集流体的边缘处可具有未被正极活性材料覆盖的空白区，第一极耳可直接通过裁切空白区形成。同样的，第二极耳可直接通过裁切负极集流体的空白区形成，此外，第一极耳和第二极耳也可以通过焊接分别固定于正极片和负极片的空白区。可采用激光焊接的方式，将第一极耳与第一极柱连接，第二极耳与第二极柱连接。

可替代的，壳体的侧部或其他电池的零部件也可设置上述防止电芯热失控的结构。

需要说明的是：在壳体的外壁内可设置流道2，并在壳体的内侧设置输出端21，输出端21设置有密封部3，密封部3在常态封闭输出端21，密封部3在预设温度下融化，向电池系统释放阻燃材料。

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)

1.一种防止电芯热失控的顶盖结构，其特征在于，包括：

顶盖片(1)；

流道(2)，设置在所述顶盖片(1)内部；

其中，所述流道(2)内填充有阻燃材料，所述流道(2)设置有输出端(21)，所述输出端(21)设置有密封部(3)，所述密封部(3)在常态封闭所述输出端(21)，所述密封部(3)在预设温度下融化，向电池系统释放阻燃材料。

2.如权利要求1所述的一种防止电芯热失控的顶盖结构，其特征在于：所述顶盖片(1)包括基板(11)和盖板(12)，所述基板(11)和/或所述盖板(12)设置有凹槽(121)，至少一部分的所述凹槽(121)在所述基板(11)或所述盖板(12)的内表面延伸形成所述流道(2)。

3.如权利要求2所述的一种防止电芯热失控的顶盖结构，其特征在于：所述盖板(12)设置在所述基板(11)的上方，所述盖板(12)对应所述基板(11)的一面设置所述凹槽(121)，所述基板(11)覆盖所述凹槽(121)，所述输出端(21)设置在所述基板(11)的底面。

4.如权利要求2或3所述的一种防止电芯热失控的顶盖结构，其特征在于：所述凹槽(121)沿长度方向(X)或宽度方向(Y)延伸形成往复式迂回结构。

5.如权利要求2所述的一种防止电芯热失控的顶盖结构，其特征在于：所述基板(11)和盖板(12)均设置有防爆阀孔(4)和多个极柱通孔(5)，所述防爆阀孔(4)设置在两个所述极柱通孔(5)之间，所述凹槽(121)围绕两个极柱通孔(5)设置。

6.如权利要求5所述的一种防止电芯热失控的顶盖结构，其特征在于：所述流道(2)还设置有输入端(22)，所述输入端(22)和所述输出端(21)均安装所述密封部(3)。

7.如权利要求6所述的一种防止电芯热失控的顶盖结构，其特征在于：所述输入端(22)和所述输出端(21)设置在所述防爆阀孔(4)的周围。

8.如权利要求6所述的一种防止电芯热失控的顶盖结构，其特征在于：所述输入端(22)和所述输出端(21)并排设置于所述顶盖片(1)的一端。

9.一种电池，其特征在于，包括：

壳体，设置有开口；

电芯，容置于所述壳体；及

如权利要求1-8任意一项所述的顶盖结构，顶盖片固定于所述开口，用于将所述电芯封闭在所述壳体内。

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