CN218334182U - 一种硬壳电池 - Google Patents

Abstract

本实用新型属于电池生产制造的技术领域，具体涉及一种硬壳电池，包括电芯、外壳与热胀件，外壳用于容纳电芯，外壳设置有防爆凹槽；热胀件设置于外壳与电芯之间的间隙，热胀件固定于外壳或电芯，热胀件沿防爆凹槽设置，用于在受热膨胀时将防爆凹槽打开。本申请的热胀件设置在电芯与外壳之间的间隙，在电池热失控时，热胀件受热会同时发生横向膨胀与纵向膨胀，纵向膨胀会使热胀件受到外壳与电芯的挤压，使热胀件向外壳与电芯施加压力，横向膨胀会使热胀件沿着间隙空白处延伸，配合纵向膨胀进一步增加热胀件对外壳的作用面积，增加外壳的形变量，从而加快防爆凹槽的破裂，进而能够及时将电池内部的气体排出，防止电池发生起火爆炸。

Description

一种硬壳电池

技术领域

本实用新型属于电池生产制造的技术领域，具体涉及一种硬壳电池。

背景技术

随着移动用电设备及储能产品发展，锂电池作为高能量密度电池代表逐渐为市场认可，锂离子电池包括硬壳电池与软包电池。钢壳锂离子电池为近年来锂电池的发展趋势，与软包电池相比，它有着充分的空间利用，裸电芯与两侧钢壳的间隙非常小(约1～2mm)，理论ED能够提升6～8％。除此之外，钢壳锂离子电池安全性好，电芯在极限环境中具有较高可靠性(使锂电池具有泄漏率小于10^-7Pa.m³/s)。因此，未来可能会成为智能手表、手机等设备的主流电池。但是钢壳电池在长期使用下，难免会遭受机械冲击，有可能造成电池内部电池短路，从而引起电池热失控，如若电池内部的热量不能及时发散导致起火爆炸，对使用人的安全造成损失。

现有的钢壳锂离子电池是通过激光在外壳刻蚀出防爆刻痕，在电池发生热失控时，电池内部的气压升高将防爆刻痕冲破形成泄压通道，但是仅通过电池内部气压并不能够及时地将防爆刻痕冲破，从而导致电池起火爆炸。

实用新型内容

本实用新型的目的在于：针对现有技术的不足，提供一种硬壳电池，在电池热失控时，热胀件受到外壳与电芯的挤压，从而使热胀件向外壳与电芯施加压力，外壳受到压力会发生形变，从而加快防爆凹槽的破裂，进而能够及时将电池内部的气体排出，防止电池发生起火爆炸。

为了实现上述目的，本实用新型采用如下技术方案：

一种硬壳电池，包括：

电芯；

外壳，用于容纳电芯，外壳设置有防爆凹槽；

热胀件，设置于外壳与电芯之间的间隙，热胀件固定于外壳或电芯，热胀件沿防爆凹槽设置，用于在受热膨胀时将防爆凹槽打开。

进一步地，热胀件与防爆凹槽在横向上存在间距，且间距大于热胀件的横向膨胀量。

进一步地，热胀件在横向上靠近防爆凹槽的边与防爆凹槽的形状相同。

进一步地，防爆凹槽为半包围结构，热胀件在纵向的投影落入防爆凹槽的半包围区域。

进一步地，热胀件的热膨胀系数大于16×10^-6/K。

进一步地，外壳包括壳体与盖体，盖体与壳体固定连接，盖体或壳体设置有防爆凹槽。

进一步地，防爆凹槽的形状包括V形、L形、Y形、S形、1/4圆形、十字形。

进一步地，热胀件为片状结构，热胀件的厚度为0.01-2mm。

进一步地，外壳的厚度为50-500um，防爆凹槽的深度和外壳的厚度之比为0.3-0.9。

进一步地，防爆凹槽的宽度为20-300um。

相对于现有技术，本实用新型至少包括以下有益效果：

(1)本申请的热胀件设置在电芯与外壳之间的间隙，在电池热失控时，热胀件受热会发生纵向膨胀，纵向膨胀会使热胀件受到外壳与电芯的挤压，从而使热胀件向外壳与电芯施加压力，外壳受到压力会发生形变，从而加快防爆凹槽的破裂，进而能够及时将电池内部的气体排出，从而防止电池发生起火爆炸。

(2)本申请的热胀件在受热发生纵向膨胀的同时，还会发生横向膨胀，横向膨胀会使热胀件沿着间隙空白处延伸，配合纵向膨胀进一步增加热胀件对外壳的作用面积，从而增加外壳的形变量，从而能够加快防爆凹槽的破裂，进而能够及时将电池内部的气体排出，从而防止电池发生起火爆炸。

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例的硬壳电池的结构示意图之一。

图2为本实用新型中实施例的盖体设置防爆凹槽的结构示意图之一。

图3为本实用新型中实施例的盖体设置防爆凹槽的结构示意图之二。

图4为本实用新型中实施例的盖体设置防爆凹槽的结构示意图之三。

图5为本实用新型中实施例的硬壳电池的结构示意图之二。

图6为本实用新型中实施例的壳体设置防爆凹槽的结构示意图。

其中，附图标记说明如下：

1-外壳；11-壳体；12-盖体；13-极柱；14-防爆凹槽；15-密封件；

2-电芯；21-极耳；

3-热胀件；

X-横向；Y-纵向。

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，或一体的连接；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。

如图1至图6所示，本实用新型公开了一种硬壳电池，包括电芯2、外壳1与热胀件3，外壳1用于容纳电芯2，外壳1设置有防爆凹槽14；热胀件3设置于外壳1与电芯2之间，热胀件3固定于外壳1或电芯2，热胀件3沿防爆凹槽14设置，用于在受热膨胀时将防爆凹槽14打开。

本实施例的热胀件3设置在电芯2与外壳1之间，在电池热失控时，热胀件3会同时发生横向X膨胀与纵向Y膨胀，纵向Y膨胀会使热胀件3受到外壳1与电芯2的挤压，从而使热胀件3向外壳1与电芯2施加压力，外壳1受到压力会发生形变，从而加快防爆凹槽14的破裂，进而能够及时将电池内部的气体排出，从而防止电池发生起火爆炸。

具体的，外壳1包括壳体11与盖体12，盖体12与壳体11固定连接，盖体12或壳体11设置有防爆凹槽14。壳体11包括底壁与侧壁，侧壁设置于底壁的边缘，盖体12盖合于壳体11，且盖体12与侧壁焊接，形成用于容纳电芯2的密闭空腔。可以理解的是，底壁与侧壁可以一体成型组成壳体11，也可以是将侧壁焊接到底壁形成的壳体11。壳体11的侧壁绝缘设置有极柱13，极柱13包括正极柱与负极柱，正极柱与负极柱贯穿壳体11的侧壁，通过密封件15绝缘固定在壳体11的侧壁，从而正极柱与负极柱的一端在外壳1的内侧，正极柱与负极柱的另一端在外壳1的外侧。正极柱与负极柱用于电芯2与外部电路进行电连接的通道。其中，密封件15可以通过铆接或热压复合的方式将正、负极柱固定在壳体11的侧壁。

盖体12与壳体11的材料可以为不锈钢，盖体12为不锈钢片经钣金得到的片状结构或盘状结构，壳体11为不锈钢片经冲压成型的杯状结构，盖体12与壳体11的壁厚可以根据电池设计进行调整。可以理解的是，盖体12与壳体11的材料还可以是钢合金、铝合金、镍合金、镁铝合金等。

需要说明的是，盖体12的形状可以为方形、圆形、菱形或异形等，对此不作限制。相应的壳体11需要设置为与盖体12对应的形状。

具体的，电芯2包括正极片、负极片与隔膜，隔膜设置在正极片与负极片之间。正极片、负极片与隔膜通过卷绕或叠片工艺形成电芯2，电芯2的一端引出正极耳，极耳21包括正极耳与负极耳。

其中，示例的，正极耳为铝带，负极耳为铜镀镍带、铜带或镍带，优选的，负极耳使用铜镀镍带。采用超声波焊将铝带和铜镀镍带分别焊接在正极片与负极片的空箔上。正极耳通过固化胶、超声波焊、电阻焊或激光焊连接在正极柱，负极耳通过电阻焊或激光焊焊接在负极柱。

电芯2通过正极耳与负极耳分别与正极柱与负极柱焊接在一起，进而通过正、负极柱与外部电路进行导通。优选的，对铝带和铜镀镍带的非焊接点进行绝缘处理，处理方式包括热复合PP胶、对贴绝缘胶纸或涂覆绝缘胶水，进行绝缘处理可避免铝带接触到铜镀镍带而发生短路。可以理解的是，正极耳与负极耳还可以分别由正极片与负极片的空箔经过裁切得到。

可选的，热胀件3由丙烯酸压敏胶和热膨胀微球组成。

丙烯酸压敏胶能够使热胀件3通过热熔粘接在电芯2或者外壳1，从而起到固定热胀件3的作用，热膨胀微球则是可以在电池发生热失控时，接收热量发生膨胀，从而对外壳1施加压力，使外壳1发生形变，从而加快防爆凹槽14的破裂。

优选的，热胀件3与防爆凹槽14在横向X上存在间距，且间距大于热胀件3的横向X膨胀量。

通过将间距设置为大于热胀件3的横向X膨胀量从而防止膨胀后的热胀件3将防爆凹槽14形成的泄压通道阻塞，同时又能够不影响热胀件3在膨胀时对防爆凹槽14施加作用力，使防爆凹槽14能够及时打开。

优选的，热胀件3在横向X上靠近防爆凹槽14的边与防爆凹槽14的形状相同。

将热胀件3靠近防爆凹槽14的边与防爆凹槽14的形状设置为相同，使热胀件3能够与防爆凹槽14形成的半包围区域拥有更多地接触面积，从而热胀件3在受热膨胀时能够对防爆凹槽14形成的半包围区域施加更多的力。

优选的，防爆凹槽14为半包围结构，热胀件3在纵向Y的投影落入防爆凹槽14的半包围区域。

由于热胀件3在纵向Y的投影落入防爆凹槽14的半包围区域内，因此在电池热失控过程中，热胀件3在膨胀过程中会使半包围区域的外壳1发生形变，由于防爆凹槽14的厚度比外壳1其他区域的厚度小，因此能够及时将防爆凹槽14破裂，使半包围区域的外壳1被掀起形成泄压通道。

可选的，热胀件3的热膨胀系数大于16×10^-6/K。

通过将热胀件3的热膨胀系数设置在大于16×10^-6/K，从而使热胀件3在接收热量后能够迅速地膨胀，从而及时使防爆凹槽14破裂。如果热胀件3的热膨胀系数小于16×10^-6/K，那么在电池热失控时，虽然相对于未设置热胀件3的电池而言，设置有热胀件3的能够更加及时地将使防爆凹槽14破裂，但是热膨胀系数小于16×10^-6/K的热胀件3会相对于热膨胀系数大于16×10^-6/K的热胀件3，不能够迅速地膨胀到将外壳1变形至防爆凹槽14片破裂的状态。

优选的，防爆凹槽14的形状包括V形、L形、Y形、S形、1/4圆形、十字形。

通过将防爆凹槽14设置为上述形状，在电池发生热失控时，内部气压与热胀件3作用于外壳1时，会优先使防爆凹槽14发生形变，因为外壳1在防爆凹槽14位置的结构强度最低，示例的，防爆凹槽14为V形，外壳1最先破裂的为V形防爆凹槽14的V形的两边，在两边破裂后，受到气压与热胀件3的作用，V形会被掀开，从而形成泄压通道将电池内部的气体排出。同理上述其他形状的防爆凹槽14均会沿着破裂的边被掀起，从而形成泄压通道。

优选的，热胀件3为片状结构，热胀件3的厚度为0.01-2mm。

由于热胀件3设置在外壳1与电芯2之间的间隙，因此将热胀件3设置为片状结构用于减少热胀件3对电池内部空间的占比，同时片状结构的热胀件3能够受热更加均匀，从而保证热胀件3能够受热迅速膨胀对外壳1施加力，使外壳1发生形变。同时因为热胀件3设置在外壳1与电芯2之间的间隙，因此热胀件3的厚度不能够超出外壳1与电芯2之间的间隙高度，同时为了保证热胀件3能够在达到膨胀极限之前使外壳1发生形变，从而使防爆凹槽14破裂。通过将热胀件3的厚度设置在0.01-2mm，避免了热胀件3占据电池过多的内部空间，同时又能够使热胀件3在电池发生热失控时，使外壳1变形，外壳1变形使得防爆凹槽14受到的力变大，进而发生破裂形成泄压通道。

优选的，外壳1的厚度为50-500um，防爆凹槽14的深度和外壳1的厚度之比为0.3-0.9。

将外壳1的厚度设置在50-500um，能够很好地保证外壳1的结构强度，避免了外壳1容易受外力作用发生形变。同时将防爆凹槽14的深度设置为外壳1厚度的30-90％，使外壳1在防爆凹槽14处的厚度小于外壳1其他区域的厚度，从而在电池发生热失控时，外壳1能够在防爆凹槽14的位置先破裂，从而将电池内部的气体及时排出。当防爆凹槽14的深度小于外壳1厚度的30％，则外壳1在此处的厚度较为薄弱，容易被电解液腐蚀穿透导致漏液，也会造成电池的结构强度下降，导致电池容易在外力作用下破损。当防爆凹槽14的深度大于外壳1厚度的90％，在电池发生热失控时，外壳1在防爆凹槽14的厚度虽然比其他区域的厚度小，但是外壳1在此处的厚度与其他区域的厚度几乎没有差别，因此在防爆凹槽14发生破裂的时间与其他区域发生破裂的时间基本没有差别，从而导致电池发生起火爆炸，防爆凹槽14也就失去了泄压作用。

优选的，防爆凹槽14的宽度为20-300um。通过将防爆凹槽14的宽度设置在20-300um，从而能够使防爆凹槽14能够快速打开且形成足够大的泄压通道供电池内部气体排出。当防爆凹槽14的宽度小于20um时，内部气压作用于防爆凹槽14的面积较小，从而影响防爆凹槽14的及时打开。当防爆凹槽14的宽度大于300um时，会影响外壳1的结构强度，在电池正常工作时容易受外力时候打开。

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 (10)

1.一种硬壳电池，其特征在于，包括：

电芯(2)；

外壳(1)，用于容纳所述电芯(2)，所述外壳(1)设置有防爆凹槽(14)；

热胀件(3)，设置于所述外壳(1)与所述电芯(2)之间的间隙，所述热胀件(3)固定于所述外壳(1)或所述电芯(2)，所述热胀件(3)沿所述防爆凹槽(14)设置，用于在受热膨胀时将所述防爆凹槽(14)打开。

2.根据权利要求1所述的硬壳电池，其特征在于，所述热胀件(3)与所述防爆凹槽(14)在横向(X)上存在间距，且所述间距大于所述热胀件(3)的横向(X)膨胀量。

3.根据权利要求2所述的硬壳电池，其特征在于，所述热胀件(3)在横向(X)上靠近所述防爆凹槽(14)的边与所述防爆凹槽(14)的形状相同。

4.根据权利要求2或3所述的硬壳电池，其特征在于，所述防爆凹槽(14)为半包围结构，所述热胀件(3)在纵向(Y)的投影落入所述防爆凹槽(14)的半包围区域。

5.根据权利要求1所述的硬壳电池，其特征在于，所述热胀件(3)的热膨胀系数大于16×10^-6/K。

6.根据权利要求1所述的硬壳电池，其特征在于，所述外壳(1)包括壳体(11)与盖体(12)，所述盖体(12)与所述壳体(11)固定连接，所述盖体(12)或所述壳体(11)设置有所述防爆凹槽(14)。

7.根据权利要求1所述的硬壳电池，其特征在于，所述防爆凹槽(14)的形状包括V形、L形、Y形、S形、1/4圆形、十字形。

8.根据权利要求1所述的硬壳电池，其特征在于，所述热胀件(3)为片状结构，所述热胀件(3)的厚度为0.01-2mm。

9.根据权利要求1所述的硬壳电池，其特征在于，所述外壳(1)的厚度为50-500um，所述防爆凹槽(14)的深度和所述外壳(1)的厚度之比为0.3-0.9。

10.根据权利要求1所述的硬壳电池，其特征在于，所述防爆凹槽(14)的宽度为20-300um。

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