CN219658909U - 一种圆柱电芯 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种圆柱电芯，包括一侧开口的壳体和盖板，盖板固设在壳体上，还包括设置在壳体内的卷芯；集流盘的一端与壳体内表面固定连接，另一端抵持在卷芯靠近开口的一端，集流盘上设置有第一通孔；泄压单元设置在盖板上；泄压单元的一端与盖板固定连接，另一端朝着集流盘延伸并设置有中空的抵持部，抵持部抵接在第一通孔处；消防单元设置在抵持部内，用于储存消防溶剂；泄压单元在不同的产气速率下产生的内压推开泄压单元，开启第一通孔释放压力，或者进一步开启消防单元释放消防溶剂，阻止电解液进一步反应，并使电芯断电。

Description

一种圆柱电芯

技术领域

本实用新型涉及锂电池电技术领域，尤其涉及一种圆柱电芯。

背景技术

电芯制备过程以及后续使用过程中，由于电解液的氧化还原分解、正极材料处的残留物杂质、干燥不足、串扰反应等等，都可能引发锂电池内部产气，产气会影响电芯的性能和安全。常规的改善产气的手段，是在电芯的盖板上设置有防爆阀，开启后的防爆阀会释放电芯内部的气体，但是防爆阀开启泄压后电芯内部物质或者金属碎屑可能会飞溅，而且温度异常的电芯不能可靠的处于断电状态或者自动消防状态，无法保证电芯处于持续的安全状态。

公开号为CN106953120A的中国发明专利公开了一种防爆锂离子电池组，通过检测电池内压力，当电池内高压超过安全临界阈值时，电芯维护结构出现破裂时，通过向锂离子电池内正负极涂层注入硅油，阻断锂离子电池电芯的传质反应加剧，抑制活性物质反应，避免电解液喷出与空气氧化反应导致起火以及热失控蔓延。该方案采用了常规的防爆阀结构，内部物质仍有喷出的可能，而且该方案依赖外部供应硅油才能正常使用，需要额外占用电池模组的内部空间。因此，提供一种具有自断电、自消防功能的圆柱电芯，是很有必要的。

实用新型内容

有鉴于此，本实用新型提出了一种可根据电芯内部产气压力，进行断电排气或者断电结合内部灭火的圆柱电芯。

本实用新型的技术方案是这样实现的：本实用新型提供了一种圆柱电芯，包括一侧开口的壳体和盖板，盖板固设在壳体的开口处，还包括：

卷芯，设置在壳体内；

集流盘，设置在所述盖板与卷芯之间的壳体内；所述集流盘的一端与壳体内表面固定连接，另一端抵持在卷芯靠近开口的一端，集流盘上设置有第一通孔；

泄压单元，设置在盖板上；所述泄压单元的一端与盖板固定连接，另一端朝着集流盘延伸并设置有中空的抵持部，抵持部抵接在第一通孔处；抵持部的表面设置有若干贯通的第二通孔；

消防单元，设置在抵持部内，用于储存消防溶剂；

其中，所述泄压单元带动抵持部沿着壳体的轴向方向运动，开启或者封闭第一通孔，或者锁定抵持部的位置并开启消防单元，释放消防溶剂流出第二通孔。

在以上技术方案的基础上，优选的，所述卷芯为圆柱形，卷芯靠近壳体的开口的一端设置有全极耳，全极耳顺次层叠并沿着卷芯的轴向延伸方向朝外凸起，全极耳的表面还与集流盘远离壳体开口一端的表面相抵持。

优选的，所述集流盘包括第一锥面体、第二锥面体和中间连接部；第一锥面体和第二锥面体间隔设置，第一锥面体远离壳体的开口的一端设置有第一通孔；中间连接部设置在第一锥面体和第二锥面体之间，中间连接部的一端与第一通孔处的第一锥面体表面固定连接，另一端与第二锥面体靠近壳体的开口的一端固定连接；中间连接部内部中空，且中间连接部径向方向的表面间隔设置有若干第三通孔，第一通孔和若干第三通孔均与中间连接部内部连通；第二锥面体远离壳体的开口的表面与全极耳的表面相抵持。

进一步优选的，所述第一锥面体与第二锥面体的开口方向相反。

进一步优选的，所述泄压单元还包括弹性连接件、中空的第一导向部和中空的第二导向部；所述第一导向部与盖板固定连接，并朝着壳体内延伸；第二导向部的一端与抵持部固定连接，另一端朝着壳体开口方向延伸并与第一导向部的表面相互抵持，第二导向部的表面与第一导向部的表面滑动连接；弹性连接件的一端伸入第二导向部内并与抵持部固定连接，弹性连接件的另一端伸入第一导向部内并与盖板固定连接；弹性连接件轴向伸出或者压缩，使抵持部封堵第一通孔或者开启第一通孔。

更进一步的优选的，所述泄压单元还包括环形锁止部；环形锁止部的一端与盖板固定连接，另一端朝着壳体内延伸，环形锁止部环绕第一导向部设置，并与第一导向部间隔设置，环形锁止部上贯通的设置有至少一个第一窗口和至少一个第二窗口，至少一个第一窗口和至少一个第二窗口沿着第一导向部或者第二导向部的轴向延伸方向间隔设置；所述第二导向部的外表面设置有至少一个止退块，至少一个止退块跟随弹性连接件和第二导向部运动，并选择性的伸入至少一个第一窗口或者至少一个第二窗口内。

再进一步优选的，所述至少一个止退块的尺寸与至少一个第一窗口或者至少一个第二窗口的尺寸相适应。

再进一步优选的，所述止退块的轮廓为楔形，止退块靠近壳体开口一端的截面积小于远离壳体开口一端的截面积；止退块由柔性材料制成。

优选的，所述消防单元包括穿刺部和消防溶剂囊袋；消防溶剂囊袋设置在抵持部内部，用于储存消防溶剂；所述穿刺部的一端固定设置在盖板上，另一端向壳体内部延伸；穿刺部选择性的穿过第二通孔，并开启消防溶剂囊袋，使消防溶剂从第二通孔中流出并进入卷芯所在的壳体内。

在以上技术方案的基础上，优选的，所在抵持部具有球冠形的端部，该球冠形的端部与第一通孔的轮廓相吻合。

本实用新型提供的一种圆柱电芯，相对于现有技术，具有以下有益效果：

(1)本实用新型没有采用常规的防爆阀结构，电芯内部物质不会泄露，也不会有金属碎屑飞溅；当电芯内部产气压力达到一定值时，可推开抵持部，将内压释放后，抵持部复位；如果产气压力急剧增大，会将抵持部冲开至极限位置，使抵持部无法复位并释放消防溶剂流入电芯内，抑制电解液的进一步反应，避免热失控蔓延；

(2)分段设置的第一窗口和第二窗口对应了不同产气压力对应的抵持部的行程，第二窗口配合止退块能起到持续断电效果，切断故障电芯的输出；未达到特定行程时，消防单元不会被触发，待止退块复位后，电芯仍能正常工作。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本实用新型一种圆柱电芯的半剖前视图；

图2为本实用新型一种圆柱电芯的集流盘的立体图；

图3为本实用新型一种圆柱电芯的集流盘的半剖前视图；

图4为本实用新型一种圆柱电芯的抵持部的立体图；

图5为本实用新型一种圆柱电芯的盖板的立体图；

图6为本实用新型一种圆柱电芯的排气状态半剖前视图；

图7为图6中A部的局部放大示意图；

图8为本实用新型一种圆柱电芯的消防灭火状态的半剖前视图。

附图标记：1、壳体；2、盖板；3、卷芯；4、集流盘；5、泄压单元；6、消防单元；50、抵持部；100、第一通孔；200、第二通孔；41、第一锥面体；42、第二锥面体；43、中间连接部；300、第三通孔；51、弹性连接件；52、第一导向部；53、第二导向部；54、环形锁止部；400、第一窗口；500、第二窗口；600、止退块；61、穿刺部；62、消防溶剂囊袋。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施方式，对本实用新型实施方式中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施方式仅仅是本实用新型一部分实施方式，而不是全部的实施方式。基于本实用新型中的实施方式，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施方式，都属于本实用新型保护的范围。

如图1-图8所示，本实用新型提供了一种圆柱电芯，包括一侧开口的壳体1、盖板2、卷芯3、集流盘4、泄压单元5和消防单元6。

其中，盖板2固设在壳体1的开口处，本方案的壳体1为圆柱状，盖板2用于安装极柱。如图5所示，盖板包括绝缘的盖体以及设置在盖体中央的极柱，极柱还与泄压单元5电性连接。

卷芯3设置在壳体1内；卷芯3是由正极片、隔膜和负极片顺次层叠后卷绕而成的。

集流盘4设置在盖板2与卷芯3之间的壳体1内；集流盘4的一端与壳体1内表面固定连接，另一端抵持在卷芯3靠近开口的一端，集流盘4上设置有第一通孔100；集流盘将壳体1内部空间分隔为两个相邻的区域，其中一个区域用于放置卷芯3，另一个区域用于容纳泄压单元5和消防单元6。

泄压单元5设置在盖板2上；泄压单元5的一端与盖板2固定连接，另一端朝着集流盘4延伸并设置有中空的抵持部50，抵持部抵持部50抵接在第一通孔100处；抵持部50的表面设置有若干贯通的第二通孔200；如果卷芯3所在的壳体区域内部缓慢产气，达到一定程度时，会将泄压单元5的抵持部50顶开，使气体进入另一个壳体区域，达到降低电芯的内压的目的。

消防单元6设置在抵持部50内，用于储存消防溶剂；

其中，泄压单元5带动抵持部50沿着壳体1的轴向方向运动开启或者封闭第一通孔100，或者锁定抵持部50的位置并开启消防单元6，释放消防溶剂流出第二通孔200。当卷芯3处产气速率异常高时，会导致卷芯3所在的壳体区域内部气体压力快速增加使得抵持部50快速运动至极限位置，并使泄压单元5内部的消防单元6被激活，消防单元6储存的消防溶剂会经过若干第二通孔200和第一通孔100流入卷芯3所在的壳体区域，抑制电池内的化学反应，起到消防和断电功能。

作为一种优选的实施方式，本方案的抵持部50具有球冠形的端部，该球冠形的端部与第一通孔100的轮廓相吻合。特别的，抵持部50整体呈球形，其球冠部分与第一通孔100的边缘抵接，防止电芯内部产生的气体进入集流盘4靠近开口一侧。抵持部50采用金属导电材料制成。

如图1所示，为了更好的与壳体1的形状配合，并提供较好的输出带负载能力，卷芯3为圆柱形，卷芯3靠近壳体1的开口的一端设置有全极耳，全极耳顺次层叠并沿着卷芯3的轴向延伸方向朝外凸起，全极耳的表面还与集流盘4远离壳体1开口一端的表面相抵持。卷芯3的边缘可通过预先留白的方式分别形成正极耳和负极耳，全极耳具有更大的过流面积。

如图2和图3结合图6所示，集流盘4起到隔离壳体1内部不同区域的作用。集流盘4具体包括第一锥面体41、第二锥面体42和中间连接部43；第一锥面体41和第二锥面体42间隔设置，第一锥面体41远离壳体1的开口的一端设置有第一通孔100；中间连接部43设置在第一锥面体41和第二锥面体42之间，中间连接部43的一端与第一通孔100处的第一锥面体41表面固定连接，另一端与第二锥面体42靠近壳体1的开口的一端固定连接；中间连接部43内部中空，且中间连接部43径向方向的表面间隔设置有若干第三通孔300，第一通孔100和若干第三通孔300均与中间连接部43内部连通；第二锥面体42远离壳体1的开口的表面与全极耳的表面相抵持。第一锥面体41与壳体1的接触部位可以采用绝缘材料制成，避免短路，第二锥面体42和中间连接部43均采用导电材料制成，采用这样的结构后，卷芯3、第二锥面体42、中间连接部43、泄压单元5和盖板2的极柱构成一条壳体轴向的导电通路，实现电能输出。当抵持部50与第一锥面体41分离后，电芯同时失去输出能力，即在排气泄压的同时实现短暂的输出断电。图6所示的带虚线的箭头即为排气方向。

为了更好的贴合抵持部50的球冠表面以及全极耳的表面，第一锥面体41与第二锥面体42的开口方向相反，第一锥面体41与第二锥面体42的截面可以是抛物线、双曲线、圆弧形中的一种。

如图6、图7和图8所示，为了对抵持部的伸缩方向进行限定，泄压单元5还包括弹性连接件51、中空的第一导向部52和中空的第二导向部53；所述第一导向部52与盖板2固定连接，并朝着壳体1内延伸；第二导向部53的一端与抵持部50固定连接，另一端朝着壳体1开口方向延伸并与第一导向部52的表面相互抵持，第二导向部53的表面与第一导向部52的表面滑动连接；弹性连接件51的一端伸入第二导向部53内并与抵持部50固定连接，弹性连接件51的另一端伸入第一导向部52内并与盖板2固定连接；弹性连接件51轴向伸出或者压缩，使抵持部50封堵第一通孔100或者开启第一通孔100。

弹性连接件51用于将抵持部50抵紧在第一通孔100处的第一锥面体41处。当卷芯3所在壳体1区域内部产气并达到一定压力时，会顶起抵持部50，使卷芯3所在壳体1区域内部的气体进入泄压单元5所在壳体区域，达到降压的目的。第一导向部52和第二导向部53同轴设置，且第二导向部53可相对于第一导向部52的表面滑动，因此第一导向部52和第二导向部53结合，可以起到对弹性连接件51和抵持部50伸缩导向的功能，使得弹性连接件51和抵持部50始终沿着壳体1的轴向延伸方向运动。弹性连接件51可以采用复位弹簧。

为了进一步对抵持部的伸缩位置进行限定，泄压单元5还包括环形锁止部54；环形锁止部54的一端与盖板2固定连接，另一端朝着壳体1内延伸，环形锁止部54环绕第一导向部52设置，并与第一导向部52间隔设置，环形锁止部54上贯通的设置有至少一个第一窗口400和至少一个第二窗口500，至少一个第一窗口400和至少一个第二窗口500沿着第一导向部52或者第二导向部53的轴向延伸方向间隔设置；第二导向部53的外表面设置有至少一个止退块600，至少一个止退块600跟随弹性连接件51和第二导向部53运动，并选择性的伸入至少一个第一窗口400或者至少一个第二窗口500内。此处的，止退块600的轮廓可以为楔形，止退块600靠近壳体1开口一端的截面积小于远离壳体1开口一端的截面积；止退块600由柔性材料制成。至少一个止退块600的尺寸与至少一个第一窗口400或者至少一个第二窗口500的尺寸相适应。采用柔性材料制成的止退块600能够适应环形锁止部54截面的变化，并提供一定的摩擦力，防止弹性连接件51将抵持部50复位。

环形锁止部54可对第二导向部53表面伸出的一个或者多个止退块600的行程进行限定，由附图6-8可知，第一窗口400沿着壳体1轴向延伸的尺寸大于第二窗口500沿着壳体1轴向延伸的尺寸，当卷芯3所在壳体1区域内部产气速率较低时，气体顶起抵持部50并压缩弹性连接件51的速度也较慢，使得至少一个止退块600位于第一窗口400区域内，当压力降低后，弹性连接件51会驱动抵持部50复位，再次抵持在第一通孔100处。如果电芯发生热失控，产气速率是正常排气的若干倍，急剧升高的压力会将抵持部50和弹性连接件51快速顶起，并使得止退块600卡接在第二窗口500内的极限位置，此时由于至少一个止退块600的楔形轮廓，可以维持抵持部50在当前位置，即实现长时间的电芯输出断电，同时在该极限位置，消防单元6会被触发，消防单元6的消防溶剂会经由第二通孔和第一通孔流入卷芯3所在壳体1区域，抑制电池内部的化学反应，停止进一步产气。

进一步如图7所示，消防单元6包括穿刺部61和消防溶剂囊袋62；消防溶剂囊袋62设置在抵持部50内部，用于储存消防溶剂；所述穿刺部61的一端固定设置在盖板2上，另一端向壳体1内部延伸；穿刺部61选择性的穿过第二通孔200，并开启消防溶剂囊袋62，使消防溶剂从第二通孔200中流出并进入卷芯3所在的壳体1内。当快速产气的压力将抵持部50和弹性连接件51快速顶起到第二窗口500内时，此时穿刺部与抵持部50的距离变得最小，穿刺部61穿过抵持部50顶部的第二通孔200并刺破消防溶剂囊袋62，消防溶剂囊袋62内填充的消防溶剂被释放。该消防溶剂囊袋62可固定设置在抵持部50的球心处，并在靠近穿刺部61的一侧设置薄弱处，便于穿刺部61顺利穿过。

本实用新型的使用方法：预先将卷芯3和集流盘4放入壳体1内，在盖板上预先设置穿刺部61、第一导向部52和环形锁止部54，盖合盖板2，使抵持部50抵接在集流盘4的第一通孔100处，并使第二导向部53与第一导向部52同轴设置，至少一个止退块600伸入至少一个第一窗口400内即可。当电芯内部产气超过排气最小临界压力时，会顶开抵持部50，将卷芯3区域产生的气体导入集流盘4另一侧区域，当压力降低后，抵持部50复位并重新封堵第一通孔100；当电芯内部出现热失控，急剧产气且压力快速提升时，会将抵持部50快速顶起至极限位置，此时至少一个止退块600伸入至少一个第二窗口500内，抵持部50无法复位，并且穿刺部61刺破消防溶剂囊袋62，终止电芯内部的化学反应，同时抵持部50与第一锥面体41保持分离状态，电芯被可靠的断开。

以上所述仅为本实用新型的较佳实施方式而已，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 (10)

1.一种圆柱电芯，包括一侧开口的壳体(1)和盖板(2)，盖板(2)固设在壳体(1)的开口处，其特征在于，还包括：

卷芯(3)，设置在壳体(1)内；

集流盘(4)，设置在所述盖板(2)与卷芯(3)之间的壳体(1)内；所述集流盘(4)的一端与壳体(1)内表面固定连接，另一端抵持在卷芯(3)靠近开口的一端，集流盘(4)上设置有第一通孔(100)；

泄压单元(5)，设置在盖板(2)上；所述泄压单元(5)的一端与盖板(2)固定连接，另一端朝着集流盘(4)延伸并设置有中空的抵持部(50)，抵持部(50)抵接在第一通孔(100)处；抵持部(50)的表面设置有若干贯通的第二通孔(200)；

消防单元(6)，设置在抵持部(50)内，用于储存消防溶剂；

其中，所述泄压单元(5)带动抵持部(50)沿着壳体(1)的轴向方向运动开启或者封闭第一通孔(100)，或者锁定抵持部(50)的位置并开启消防单元(6)，释放消防溶剂流出第二通孔(200)。

2.根据权利要求1所述的一种圆柱电芯，其特征在于，所述卷芯(3)为圆柱形，卷芯(3)靠近壳体(1)的开口的一端设置有全极耳，全极耳顺次层叠并沿着卷芯(3)的轴向延伸方向朝外凸起，全极耳的表面还与集流盘(4)远离壳体(1)开口一端的表面相抵持。

3.根据权利要求2所述的一种圆柱电芯，其特征在于，所述集流盘(4)包括第一锥面体(41)、第二锥面体(42)和中间连接部(43)；第一锥面体(41)和第二锥面体(42)间隔设置，第一锥面体(41)远离壳体(1)的开口的一端设置有第一通孔(100)；中间连接部(43)设置在第一锥面体(41)和第二锥面体(42)之间，中间连接部(43)的一端与第一通孔(100)处的第一锥面体(41)表面固定连接，另一端与第二锥面体(42)靠近壳体(1)的开口的一端固定连接；中间连接部(43)内部中空，且中间连接部(43)径向方向的表面间隔设置有若干第三通孔(300)，第一通孔(100)和若干第三通孔(300)均与中间连接部(43)内部连通；第二锥面体(42)远离壳体(1)的开口的表面与全极耳的表面相抵持。

4.根据权利要求3所述的一种圆柱电芯，其特征在于，所述第一锥面体(41)与第二锥面体(42)的开口方向相反。

5.根据权利要求3所述的一种圆柱电芯，其特征在于，所述泄压单元(5)还包括弹性连接件(51)、中空的第一导向部(52)和中空的第二导向部(53)；所述第一导向部(52)与盖板(2)固定连接，并朝着壳体(1)内延伸；第二导向部(53)的一端与抵持部(50)固定连接，另一端朝着壳体(1)开口方向延伸并与第一导向部(52)的表面相互抵持，第二导向部(53)的表面与第一导向部(52)的表面滑动连接；弹性连接件(51)的一端伸入第二导向部(53)内并与抵持部(50)固定连接，弹性连接件(51)的另一端伸入第一导向部(52)内并与盖板(2)固定连接；弹性连接件(51)轴向伸出或者压缩，使抵持部(50)封堵第一通孔(100)或者开启第一通孔(100)。

6.根据权利要求5所述的一种圆柱电芯，其特征在于，所述泄压单元(5)还包括环形锁止部(54)；环形锁止部(54)的一端与盖板(2)固定连接，另一端朝着壳体(1)内延伸，环形锁止部(54)环绕第一导向部(52)设置，并与第一导向部(52)间隔设置，环形锁止部(54)上贯通的设置有至少一个第一窗口(400)和至少一个第二窗口(500)，至少一个第一窗口(400)和至少一个第二窗口(500)沿着第一导向部(52)或者第二导向部(53)的轴向延伸方向间隔设置；所述第二导向部(53)的外表面设置有至少一个止退块(600)，至少一个止退块(600)跟随弹性连接件(51)和第二导向部(53)运动，并选择性的伸入至少一个第一窗口(400)或者至少一个第二窗口(500)内。

7.根据权利要求6所述的一种圆柱电芯，其特征在于，所述至少一个止退块(600)的尺寸与至少一个第一窗口(400)或者至少一个第二窗口(500)的尺寸相适应。

8.根据权利要求6所述的一种圆柱电芯，其特征在于，所述止退块(600)的轮廓为楔形，止退块(600)靠近壳体(1)开口一端的截面积小于远离壳体(1)开口一端的截面积；止退块(600)由柔性材料制成。

9.根据权利要求5所述的一种圆柱电芯，其特征在于，所述消防单元(6)包括穿刺部(61)和消防溶剂囊袋(62)；消防溶剂囊袋(62)设置在抵持部(50)内部，用于储存消防溶剂；所述穿刺部(61)的一端固定设置在盖板(2)上，另一端向壳体(1)内部延伸；穿刺部(61)选择性的穿过第二通孔(200)，并开启消防溶剂囊袋(62)，使消防溶剂从第二通孔(200)中流出并进入卷芯(3)所在的壳体(1)内。

10.根据权利要求1所述的一种圆柱电芯，其特征在于，所在抵持部(50)具有球冠形的端部，该球冠形的端部与第一通孔(100)的轮廓相吻合。