CN2338881Y

CN2338881Y - 密封电池防爆安全帽

Info

Publication number: CN2338881Y
Application number: CN 98218575
Authority: CN
Inventors: 吴国良; 刘人敏; 卢世刚; 黄松涛; 李文忠; 金维华; 董桑林; 阚素荣; 杨新河
Original assignee: Beijing General Research Institute for Non Ferrous Metals
Current assignee: Beijing General Research Institute for Non Ferrous Metals
Priority date: 1998-08-26
Filing date: 1998-08-26
Publication date: 1999-09-15
Anticipated expiration: 2008-08-26

Abstract

本实用新型涉及密封电池封口用的防爆安全帽。本实用新型包括金属盖子、金属安全阀片、环状绝缘垫片、金属透气片,并将它们依次相叠合嵌套在塑料密封圈内,在金属安全阀片上有冲压槽痕,金属安全阀片的凸出部分与金属透气片的中心焊接或金属透气片的凸出部分与金属安全阀片的中心焊接。本实用新型的密封电池防爆安全帽结构简单,中断电流装置耐振动冲击及掉落,电池寿命长,安全可靠性高。

Description

密封电池防爆安全帽

本实用新型涉及密封电池便于气体外泄的机械装置，更具体地说是一种高能密封电池封口用的防爆安全帽。

随着大量便携式电器如无绳电话、移动电话、步话机、摄像机、笔记本电脑、随身听、照相机等的普及使用，越来越多的高能量密封电池(例如锂电池或锂离子电池)在上述许多电器中得到广泛使用。

锂电池或锂离子电池是一种理想的高比能量的轻型密封电池，其负极采用金属锂或碳素材料等，正极多为过渡金属氧化物或含锂的过渡金属氧化物(如LiCoO₂、LiNiO₂、LiMn₂O₄等)，电解液通常为非水有机电解液体系。当这类密封电池所用电器发生故障或使用不当，过电流(充电或放电)、电池短路、过度充电或放电及过热等异常情况时，电池内就会发生异常变化，造成有机电解液甚至电极活性物质分解产生大量气体，引起电池内部温度上升，电池内压过大，导致电池破裂或爆炸，大量气体喷出，损坏电器，危害人身安全。

因此，为保证密封电池的安全使用，对电池都采用一些安全防爆措施。当电池内压过大时，电池上的安全防爆装置便启动，防止电压进一步升高。

日本专利文献特开平5-21829介绍了一种密封电池安全防爆措施，就是在电池壳底部设计一个薄弱处，当电池发生异常压力过高时，电池底部设计的薄弱部分破裂，放气泄压来确保电池的安全性。

日本专利文献特开平8-31397介绍了一种与特开平5-21829类似的密封电池安全防爆措施，只不过是在电池壳槽部位设计了一个薄弱处(一种槽痕)，当电池过流、过热，受到破坏性冲击时，引起电池内压异常升高时，电池壳滚槽处的薄弱部位破裂，放气泄压，以保证电池的安全性。

上述这两种安全防爆措施，都是在电池壳体上设计了薄弱部位，其不足之处是在电池内压异常升高时，电池壳薄弱部位破裂，放气泄压，而使电池壳体受到破坏。而薄弱处在壳体上，可能由于受到外界的损伤使电池的薄弱处受到破坏。

日本专利文献特开平2-112151，特开平2-288063及美国专利US4,943,497等提出了一种具有电流中断作用的密封电池安全装置，不但可以防爆又可以防止电池过充或短路等异常情况，引起电池内压上升，电池破裂使电解液喷发着火等情况。该密封电池安全装置包括一个带有排气孔的蝶形金属盖子、一个蝶形金属安全阀、一片塑料隔离垫片、一个金属透气片、金属透气片中心有一个中心小孔，带有排气孔的蝶形金属盖子和蝶形金属安全阀的边缘相接触嵌套在塑料密封圈中，在金属透气片和蝶形金属安全阀之间有一塑料隔离片。蝶形金属安全阀中心有一面向电池芯的一个凸出，该凸出部分通过金属透气片的中心小孔与电池芯一电极(或一金属薄片)焊接相连。当电池发生过充、过热等异常情况引起内压升高时，蝶形金属安全阀随之形变，而与电极引线焊接处脱开，使电流中断，防止电池内压继续升高。其不足之处是没有留下易断开的薄弱处，一旦压力过大，虽然电流断开仍可能有发生爆炸的危险。

美国专利文献5,418,082对上述的密封电池安全装置中的安全阀与透气片之间的隔离片的结构略作了改进，改为环形隔离圈，将安全阀与透气片分别嵌套在它们的两边。但是，这种密封电池的安全装置，在电池受到意外震动时，容易造成相互位置移动，安全阀的凸出部分与金属引线之间的焊接处容易发生脱离，造成电流中断误动作，影响电池正常的使用寿命。

中国专利文献CN1138753A所介绍的一种密封电池的防爆安全装置，基本结构与美国专利US5,418,082相似，其安全阀与透气片之间的隔离垫片及透气片均由密封圈所托，较为固定，对电池摔落及其他震动的承受能力增强，安全阀凸出部分与电极的金属引线不易发生脱离。但是，其结构较为复杂，加工难度较大，难以成为整体组件使用，而且这种防爆安全帽体积较大，占据电池壳内的容积较多，使电池壳内电池芯的有效体积及电容量降低，也使电池芯与安全帽之间的气室空间变小，对电池的安全可靠性不利。

本实用新型的目的就在于研制出一种结构简单，易于加工制作，使用方便，更加安全可靠的密封电池防爆安全帽。

本实用新型的一种密封电池防爆安全帽，包括金属盖子1、金属安全阀片3、作为隔离片的环状绝缘垫片4、金属透气片5，金属盖子1上有排气孔1a，金属透气片5上有透气孔；金属盖子1、金属安全阀片3、作为隔离片的环状绝缘垫片4、金属透气片5的外边缘依次相叠合嵌套在塑料密封圈9中；在金属安全阀片3上有作为薄弱处的冲压槽痕；金属安全阀片3上有一个向金属透气片5的凸出部分6，金属安全阀片3上的凸出部分6与金属透气片5相接触，并焊接形成焊接点7而成为中断电流装置或金属透气片5上有一个向金属安全阀片3的凸出部分6，金属透片片5上的凸出部分6与金属安全阀片3相接触，并焊接形成焊接点7，而成为中断电流装置。

本实用新型的密封电池防爆安全帽，用于密封电池中。该密封电池包括一个电池外壳10，壳内有一个可产生直流电能的电池芯13，由正极、负极及隔板12所组成，含浸有电解液。本实用新型的密封电池防爆安全帽通过塑料密封圈9与电池外壳10密封在一起，密封电池外壳中的电池芯13的一极通过引线与电池外壳焊接连通，另一电极通过引线11与本实用新型的密封电池防爆安全帽的金属透气片5焊接连通，并通过金属安全阀片3与金属盖子1导通，从而进行直流电能的输入、输出。

当电流发生过流、短路、过充、过放及过热等异常情况，造成电池内压升高时，电池内所产生的气体通过金属透气片5使金属安全阀片3的变形，达到断流压力时，凸出部分6的焊接点7脱开，而启动了中断电流装置，使电流中断。

所说的金属盖子1为厚度0.1～2毫米的铁合金、不锈钢、铝、铝合金等金属薄片，这是本领域所属普通技术人员均知的，金属盖子1的厚度视电池的容量大小而定，电池容量小，则可以薄一些，电池容量大，则可以厚一些。金属盖子1以制成蝶形金属盖子为好，蝶形金属盖子的台阶弯连部分(两平面之间)均匀分布一个以上的排气孔1a，用于内压过高，金属安全阀片3破裂时，安全均匀及时地排气泄压，对于φ30以下的电池，排气孔1a的合适数为2-4个，更大尺寸的电池的排气孔1a的数量可以适当增加至8-10个，一般为2-8个。例如在金属盖子1上可以有2个均匀分布的排气孔1a，见图1-1，亦可以有4个均匀分布的排气孔1a，见图1-2。金属安全阀片3向金属透气片5的凸出部分6位于金属安全阀片3的正中心为佳。

金属安全阀片3为厚度0.1～1.0毫米的纯铝、铝合金、不锈钢其中的一种金属薄片，在金属安全阀片3的面上围绕中心冲压出薄弱处的冲压槽痕为环形冲压槽痕3a，见图2-1，或环形加外十字冲压槽痕3b，见图2-2。也可以是环形加外米字冲压槽痕。电池内压过高时，该处破裂放气，泄压防爆。金属安全阀片3破裂排气的破裂压力控制在5-30Kg/cm²为佳。金属安全阀片3上作为薄弱处的冲压槽痕，以在焊接形成的焊接点7的焊接面之外。金属安全阀片3上作为薄弱处的冲压槽痕的深度控制在0.05～0.95毫米之间为好。

金属透气片5为厚度0.2～2.0mm纯铝、铝合金、不锈钢其中的一种金属薄片，金属透气片5上有一个以上的透气孔，用于透气，对于φ30mm以下的电池，以围绕其中心均匀分布2-8个透气孔为佳。更大容量的电池可以适当增加透气孔的数目，其透气孔可达12个，甚至更多，透气孔的分布及形状如图3-1，图3-2，图3-3，图3-4所示。透气孔可以为圆形5a、半月形5b其中的一种。金属透气片5的凸出部分6位于金属透气片5的正中心为佳。

作为隔离片的环状绝缘垫片4为厚0.2～2.0mm的聚乙烯塑料、聚丙烯塑料、聚四氟乙烯、尼龙等绝缘材料薄片。作为隔离片的环状绝缘垫片4位于金属安全阀片3与金属透气片5之间，使金属安全阀片3与金属透气片5绝缘隔离，其形状如图4所示，其形状及尺寸应不影响金属透气片5上透气孔5a、透气孔5b透气的通畅。

金属安全阀片3上的凸出部分6，其凸出高度应不小于金属安全阀片3与金属透气片5之间作为隔离片的环状绝缘垫片4的厚度，以达到金属安全阀片3与金属透气片5接触的程度；金属透气片5的凸出部分6也不小于金属安全阀片3与金属透气片5之间的作为隔离片的环状绝缘垫片4的厚度，以达到金属透气片5与金属安全阀片3接触的程度。然后，可采用超声波焊接或贮能式焊接方法，将金属安全阀片3的凸出部分6与金属透气片5的中心焊接在一起，或金属透气片5的凸出部分6与金属安全阀片3的中心焊接在一起，构成中断电流装置。

按金属盖子1、金属安全阀片3、作为隔离片的环状绝缘垫片4、金属透气片5的顺序将它们的外边缘相叠合，将金属安全阀片3与金属透气片5其中之一的凸出部分6与对方中心焊接构成中断电流装置，再将其嵌套在塑料密封圈9中，即可得到由金属盖子1、金属安全阀片3、环状绝缘垫片4、金属透气片5、塑料密封圈9预先组成一套安全防爆整体组件，具有电流中断、泄压防爆功能，使用起来较为方便可靠。

为了使密封电池防爆安全帽更加安全可靠，在金属盖子1和金属安全阀片3之间安装一个正温度系数热敏电阻PTC元件2，使其具有限制电流的作用、当电池通过的电流过大或外部短路而超过正温度系数热敏电阻PTC元件2允许的最大工作电流例如定为4A左右时，引起正温度系数热敏电阻PTC元件2的温度迅速升高，其电阻急剧增大，进而将电池的电流限制在较低值的安全水平例如50～500mA，甚至1安培。这样，只要电池外部电路断开，停止通电，电池便可恢复正常，继续使用而不会永久失效。因此可以防止因电池短路时意外过流或短路而引起电池内压增大，进而使电流中断装置启动，中断电流，造成电池失效的情况发生，使电池的使用寿命更加延长。但是，没有带有正温度系数热敏电阻PTC元件2的密封电池防爆安全帽可用于容量较小及短路电流较小的φ14以下的电池，如AA型、AAA型等小型电池且不易发生过流或短路的情况。

按金属盖子1、正温度系数热敏电阻PTC元件2、金属安全阀片3、作为隔离片的环状绝缘垫片4、金属透气片5的顺序，将它们的外边缘相叠合，将金属安全阀片3或金属透气片5其中之一的凸出部分6与金属透气片5或金属安全阀片3的中心焊接形成焊接点7，构成中断电流装置，再将其嵌套在塑料密封圈9中，即可得到由金属盖子1、正温度系数热敏电阻PTC元件2、金属安全阀片3、环状绝缘垫片4、金属透气片5、塑料密封圈9预先组成一套安全防爆整体组件，具有限制电流、电流中断、泄压防爆功能，使用起来更加方便可靠。

本实用新型的密封电池防爆安全帽的优点在于：

1．本实用新型的密封电池防爆安全帽结构简单，具有电流中断的功能，而且由于金属盖子1、金属安全阀片3、环状绝缘垫片4、金属透气片5、塑料密封圈9预先组成整体组件，使得本实用新型的密封电池防爆安全帽中的中断电流装置耐振动冲击及掉落，不会因为掉落等意外冲击而发生电流中断误动作，使用电池寿命更长，可靠性更高。

2．本实用新型的密封电池防爆安全帽还具有限制电流的作用，可有效地防止电池因短时间短路造成电池损坏的情况发生，确保电池的使用寿命。

图1-1密封电池防爆安全帽的金属盖子1的俯视图(有二个排气孔)。

图1-2密封电池防爆安全帽的金属盖子1的俯视图(有四个排气孔)。

图2-1密封电池防爆安全帽的带有环形冲压槽痕3a的金属安全阀片3

的俯视图。

图2-2密封电池防爆安全帽的带有环形外加十字的冲压槽痕3b的金

属安全阀片3的俯视图

图3-1密封电池防爆安全帽的具有2个圆形透气孔5a的金属透气片5

的俯视图。

图中，5a为圆形透气孔，6为金属透气片5上的凸出部分。

图3-2密封电池防爆安全帽的具有2个半月形透气孔5b的金属透气片5

的俯视图。

图中，5b为半月形透气孔，6为金属透气片5上的凸出部分。

图3-3密封电池防爆安全帽的具有4个圆形透气孔5a的金属透气片5

的俯视图。

图中，5a为圆形透气孔，6为金属透气片5上的凸出部分。

图3-4密封电池防爆安全帽的具有8个圆形透气孔5a的金属透气片5

的俯视图。

图中，5a为圆形透气孔，6为金属透气片5上的凸出部分。

图4密封电池防爆安全帽的环状绝缘垫片4的俯视图。

图5本实用新型的密封电池防爆安全帽实施例1的剖视图。

图6本实用新型的密封电池防爆安全帽实施例2的剖视图。

图7本实用新型的密封电池防爆安全帽实施例3的剖视图。

以下用实施例对本实用新型作进一步的说明，将有助于对本实用新型及其优点作进一步的了解，本实用新型的保护范围不受这些实施例的限制，本实用新型的保护范围由权利要求来限定。

实施例1

本实施例的的密封电池防爆安全帽包括金属盖子1、金属安全阀片3、作为隔离片的环状绝缘垫片4、金属透气片5，金属盖子1为蝶形金属盖子，蝶形金属盖子的台阶弯连部分(两平面之间)均匀分布4个排气孔1a，蝶形金属盖子由厚度0.5毫米的铁合金薄片制成。金属安全阀片3由厚度0.3毫米的纯铝金属薄片制成，在金属安全阀片3面上围绕中心冲压作为薄弱处的冲压槽环形冲压槽痕3a，环形冲压槽痕3a的深度为0.2毫米。金属透气片5由厚度0.3毫米纯金属铝薄片制成，金属透气片5上有一个向金属安全阀片3的凸出部分6，围绕金属透气片5的中心均匀分布4个圆形透气孔5a。作为隔离片的环状绝缘垫片4由厚度0.3毫米的聚乙烯塑料绝缘材料制成。金属透气片5上的凸出部分6的厚度以达到金属透气片5与金属安全阀片3接触的程度。按金属盖子1、金属安全阀片3、作为隔离片的环状绝缘垫片4、金属透气片5的顺序，将它们外边缘相叠合，用超声波焊接法将金属安全阀片3与金属透气片5的凸出部分焊接在一起形成焊接点7，构成中断电流装置，再将其嵌套在塑料密封圈9中，即可得到由金属盖子1、金属安全阀片3、环状绝缘垫片4、金属透气片5、塑料密封圈9预先组成的一套安全防爆整体组件，具有电流中断、泄压、防爆功能。将上述整体组件固定并与电池壳10密封在一起，而密封电池壳的电池芯13的一极通过引线与电池壳10焊接连通，另一电极通过引线11与密封电池防爆安全帽中的金属透气片5焊接连通，并通过金属安全阀片3与金属盖子1导通，从而进行直流电能的输入输出。12为隔板。

当电池发生过流、短路、过充、过放及过热等异常情况，造成电池内压升高时，内部气体通过金属透气片5、金属安全阀片3发生变形，达到断流压力时，金属安全阀片3的中心与金属透气片5的凸出部分6所形成的焊接点7脱开，启动断流装置，使电流中断。

本实施例的密封电池防爆安全帽中金属安全阀片3的破裂压力设计为10Kg/cm²，实测破裂压力为9.5～10.5Kg/cm²，电流中断装置断流压力设计为5.0Kg/cm²，实测压力为4-6Kg/cm²

安装了本实施例的密封电池防爆安全帽的电池与安装了已有技术的结构(没有把金属透气片嵌套在塑料密封圈中)的安全装置的电池进行了对比，各取10只电池，从1.5米高处自由落地，反复50次，试验结果表明，装有本实用新型的密封电池防爆安全帽的电池中的电流中断装置耐震动冲击及掉落可靠性高，10只电池中的电流中断装置一只也没有损坏，而作为对比的10只电池中的电流中断装置均受到损坏。

实施例2

本实施例的密封电池防爆安全帽的结构与实施例1的结构相同，唯不同的是为了使密封电池防爆安全帽更加安全可靠，在金属盖子1和金属安全阀片3之间安装一个正温度系数热敏电阻PTC元件2，使其具有限制电流的作用。当电池通过的电流过大或外部短路而超过正温度系数热敏电阻PTC元件2允许的最大的工作电流时，引起正温度系数热敏电阻PTC元件2的温度迅速升高，其电阻急剧增大，进而将电池限制在较低值的安全水平。只要电池外部电路断开，停止通电，电池便可恢复正常。

这样，按金属盖子1、正温度系数热敏电阻PTC元件2、金属安全阀片3、作为隔离片的环状绝缘垫片4、金属透气片5的顺序，将它们的外边缘相叠合，将金属透气片5向金属安全阀片的凸出部分6与金属安全阀片3的中心焊接形成焊接点7，构成中断电流装置。

由于本实施例的密封电池防爆安全帽中加装了正温度系数热敏电阻PTC元件2，有效地防止因短路造成电池损坏的情况发生，确保了电池的使用寿命，安装了本实施例的密封电池防爆安全帽的电池，在充足电的荷电态，开路电压4.1V，最大短路电流约为25A。3秒钟内短路电流迅速降到1A以下，电池外壳中部温度由33℃升到37℃左右，电池帽附近温度升至47℃。短路5分钟电池温度基本稳定。停止短路后，电路开路电压仍有4V以上，仍可正常充放电工作，未因短时间短路而遭到损坏。

安装有本实施例的密封电池防爆安全帽的电池与无电流中断装置的电池作了对比，上述二个电池在室温32℃的条件下，以1.3A恒定电流连续充电，在标准容量范围内充电时，电池温度及内压均基本稳定。但无电流中断装置的电池，当充电容量达到其标称容量100％以上时，电池温度及内压开始显著升高，达200％以上时，电池壳外壁已升至70℃左右，电池内压达到15～20Kg/cm²，其金属安全阀片3的薄弱处破裂放气，但电流并没有中断，充电仍在继续进行，结果电池内发生剧裂的异常反应，引起内压剧增，电池急剧升高至140℃左右，电池帽密封圈融化变形，电池帽崩出，而采用装有本实施例的密封电池防爆安全帽的电池过充至电池标称容量的200％以上时，电池内压使电流中断装置上作，金属安全阀片3与金属透气片5的凸出部分6之间的焊接点7处脱开，电流中断，充电停止，电池温度不再继续上升，电池内压也随之降低，从而确保了电池的安全性。

实施例3

本实施例的密封电池防爆安全帽的结构与实施例2的结构基本相同，唯不同的是将金属安全阀片3的凸出部分6与金属透气片5的中心焊接起来形成焊接点7，构成电流中断装置。

由于本实施例的金属透气片5上没有凸出部分6而是平面，因而对于其与电池芯电极引线的焊接操作更为方便。

Claims

1．一种密封电池防爆安全帽，包括金属盖子(1)、金属安全阀片(3)，作为隔离片的环状绝缘垫片(4)、金属透气片(5)，金属盖子(1)上有排气孔(1a)，金属透气片(5)上有透气孔，其特征是，金属盖子(1)、金属安全阀片(3)、作为隔离片的环状绝缘垫片(4)、金属透气片(5)的外边缘依次相叠合嵌套在塑料密封圈(9)中；在金属安全阀片(3)上有作为薄弱处的冲压槽痕，金属安全阀片(3)上有一个向金属透气片(5)的凸出部分(6)，金属安全阀片(3)的凸出部分(6)与金属透气片(5)相接触，并焊接形成焊接点(7)，成为中断电流装置或金属透气片(5)上有一个向金属安全阀片(3)的凸出部分(6)，金属透气片(5)上的凸出部分(6)与金属安全阀片(3)相接触，并焊接形成焊接点(7)而成为中断电流装置。

2．根据权利要求1的一种密封电池防爆安全帽，其特征是，金属盖子(1)由厚度0.1-2毫米的铁合金、不锈钢、铝、铝合金其中一种金属薄片制成。

3．根据权利要求1的一种密封电池防爆安全帽，其特征是，金属盖子(1)为蝶形金属盖子，蝶形金属盖子的台阶弯连部分均匀分布一个以上的排气孔(1a)。

4．根据权利要求3的一种密封电池防爆安全帽，其特征是，排气孔(1a)为2-8个。

5．根据权利要求1的一种密封电池防爆安全帽，其特征是，金属安全阀片(3)为厚度0.1～1.0毫米的纯铝、铝合金、不锈钢其中的一种金属薄片。

6．根据权利要求1的一种密封电池防爆安全帽，其特征是，在金属安全阀片(3)的面上围绕中心冲压出薄弱处的冲压槽痕为环形冲压槽痕(3a)、环形加外十字冲压槽痕(3b)、环形加外米字冲压槽痕其中的一种。

7．根据权利要求6的一种密封电池防爆安全帽，其特征是，冲压槽痕的深度在0.05～0.95毫米之间。

8．根据权利要求1的一种密封电池防爆安全帽，其特征是，金属透气片(5)为厚度0.2～2.0毫米纯铝、铝合金、不锈钢其中的一种金属薄片。

9．根据权利要求1的一种密封电池防爆安全帽，其特征是，金属透气片(5)上有一个以上的透气孔。

10．根据权利要求9的一种密封电池防爆安全帽，其特征是，围绕金属透气片(5)中心分布2-8个透气孔

11．根据权利要求10的一种密封电池防爆安全帽，其特征是，透气孔为圆形(5a)，半月形(5b)其中的一种。

12．根据权利要求1的一种密封电池防爆安全帽，其特征是，在金属盖子(1)和金属安全阀片(3)之间安装一个正温度系数热敏电阻PTC元件(2)。

13．根据权利要求12的一种密封电池防爆安全帽，其特征是，按金属盖子(1)、正温度系数热敏电阻PTC元件(2)、金属安全阀片(3)、环状绝缘垫片(4)、金属透气片(5)的顺序，将它们的外边缘相叠合，将金属安全阀片(3)或金属透气片(5)其中之一的凸出部分(6)与金属透气片(5)或金属安全阀片(3)的中心焊接形成焊接点(7)，构成中断电流装置，并将其嵌套在塑料密封圈9中。