CN110690404B - 一种大电流断电装置及锂离子电池 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种大电流断电装置及锂离子电池,属于电源技术领域,其特征在于,所述大电流断电装置至少包括:连接极耳的开路器;所述开路器上开设有凹痕;支撑于开路器下表面的支撑环;所述支撑环位于电池底盖的上表面;其中:所述开路器的中间部位向下弯曲,且中间部位的下表面与电池底盖的上表面固定连接,所述凹痕位于开路器的下表面,所述开路器上固定有连接极耳用的焊接片,所述支撑环的材质为绝缘材料,所述绝缘材料为聚丙烯塑料或聚酰亚胺或玻璃或陶瓷。本发明针对大容量电池电池在极端滥用条件下,使得锂离子电池自动开路,防止锂离子电池发生热失控,提升锂离子电池的可靠性。
Description
技术领域
本发明属于电源技术领域,具体涉及一种大电流断电装置及锂离子电池。
背景技术
锂离子电池凭借着高能量密度和长循环寿命的特点,得到了广泛的应用,但是锂离子电池在极端滥用的情况下会导致锂离子电池发生过热,最终超过锂离子电池安全使用温度,引起锂离子电池的发生自发的放热反应,最终引起锂离子电池热失控,发生起火和***等风险。
为了减少锂离子电池使用过程中的安全风险,电池开路装置是一种常见的安全措施,最为常见的为18650电池中上盖中的开路装置,在18650电池发生过充、短路等问题时,电池内部气压快速升高,超过开路装置的压力承受能力,断开装置发生变形,断开电连接,电池停止工作,从而避免锂离子电池继续反应发生热失控,提高锂离子电池的安全性。
但是目前多数电池的开路装置集成在电池盖帽中,由于尺寸限制,为了满足在适当的压力下开路器动作,因此开路器的过流能力一般比较差,只能满足18650、21700等小容量电池的工作电流需求。但是近年来,随着动力电池的快速发展,单体电池的容量也在持续的升高,部分单体电池容量已经突破150Ah,甚至部分单体电池容量超过200Ah,传统的开路装置已经无法满足大容量锂离子电池的工作电流需求。
发明内容
本发明为解决公知技术中存在的技术问题,提供一种大电流断电装置及锂离子电池,针对大容量电池电池在极端滥用条件下,使得锂离子电池自动开路,防止锂离子电池发生热失控,提升锂离子电池的可靠性。
本发明的第一目的是提供一种大电流断电装置,至少包括:
连接极耳(4)的开路器(3);所述开路器(3)上开设有凹痕;
支撑于开路器(3)下表面的支撑环(2);所述支撑环(2)位于电池底盖(1)的上表面;其中:
所述开路器(3)的中间部位向下弯曲,且中间部位的下表面与电池底盖(1)的上表面固定连接。
进一步,所述凹痕位于开路器(3)的下表面或上表面。
进一步,所述开路器(3)上固定有连接极耳(4)用的焊接片(5)。
进一步,所述支撑环(2)的材质为绝缘材料。
更进一步,所述绝缘材料为聚丙烯塑料或聚酰亚胺或陶瓷或玻璃。
更进一步,所述开路器(3)的材质为铝或铝合金。
本发明的第二目的是提供一种锂离子电池,包括上述大电流断电装置和电池。
进一步:所述电池为圆柱形或方形。
本发明具有的优点和积极效果是:
1、该开路器设计集成在电池底盖上,大大提升了开路器的尺寸,从而有效提升了开路器的工作电流。
2、该开路器通过电池的底盖发生形变引起开路,由于底盖面积远大于电池盖帽,因此开路气压范围大大缩窄,提高了开路器的可靠度。
3、电池底盖面积较大,因此可以实现在较低气压开路,提升锂离子电池的安全性。
附图说明
图1为本发明第一优选实施例的结构图;
图2为本发明第二优选实施例的结构图;
图3为本发明优选实施例与传统技术的实验结果对比图。
其中:1、电池底盖;2、支撑环;3、开路器;4、极耳;5、焊接片。
具体实施方式
为能进一步了解本发明的发明内容、特点及功效,兹例举以下实施例,并配合附图详细说明如下:
请参阅图1至图3,一种大电流断电装置及锂离子电池,包括:
连接极耳4的开路器3;所述开路器3上开设有凹痕;
支撑于开路器3下表面的支撑环2;所述支撑环2位于电池底盖1的上表面;其中:
所述开路器3的中间部位向下弯曲,且中间部位的下表面与电池底盖1的上表面固定连接。开路器3可以为圆弧形,也可以为弓形。
所述凹痕位于开路器3的下表面或上表面。
所述开路器3上固定有连接极耳4用的焊接片5。
所述支撑环2的材质为绝缘材料,所述绝缘材料优选聚丙烯塑料或聚酰亚胺或玻璃或陶瓷。
所述开路器3的材质为铝或铝合金。
一种锂离子电池,包括上述大电流断电装置和电池。
进一步:所述电池为圆柱形或方形。
以下实施例及对比例中,采用的均为18650电池组。
实施例1
针对圆柱型电池结构特点,采用纯铝冲压成为图1所示的开路器结构,然后采用模具挤压的形式在开路器的外侧挤压出一圈环形切痕,使得开路器在此处产生应力集中。开路器的四周采用聚酰亚胺制备的圆筒状结构进行支撑,开路器中间位置的平台,采用激光焊接的方式焊接在电池底盖上,结构如图1所示,电芯极耳焊接在开路器的上端。
电池在发生过充和短路等极端情况下,电解液大量在正负极表面发生分解,产生大量的气体,引起锂离子电池内部气压的持续升高,因此导致原本平直的电池下盖发生外凸变形,在电池下盖的拉拽下,断路器从切痕处断开,因此电池正极与外电路发生开路,电池停止对外供电。
实施例2
首先根据电池结构特点,冲压如下图2所示的开路器,然后采用环形刀具在开路器的外侧挤压出一层凹痕,形成应力集中,然后在开路器的上侧焊接一个用于焊接极耳的铝片。开路器的四周采用圆筒状结构聚丙烯塑料件对其进行支撑,开路器中间水平区域采用激光焊接的方式焊接在电池下盖之上。
电芯的正极极耳通过极耳焊接片焊接在开路器上,在电池发生过充和短路时电解液在正负极的表面发生大量的分解,从而在电池内产生大量的气体,使得电池内部气压急剧升高,从而导致电压下盖发生外凸变形,开路器受到变形电池盖的拉拽,但是由于绝缘支撑环的作用而无法移动,因此最终开路器从凹痕处断裂,电池正极与外电路断开,实现开路功能。
实施例3
根据方形电池结构特点,采用冲压工艺加工成下图所示结构的长条形的开路器,然后采用刀具在开路器的外侧挤压出凹痕,在此处形成应力集中,然后在开路器的上侧焊接一层铝片用以焊接正极极耳。在开路器的四周采用聚丙烯制备的绝缘环对开路器形成支撑,然后开路器从中间平面处采用激光焊接的方式焊接在电池壳体上。
电芯正极通过集流结构焊接在开路器的焊接片上,在电池发生短路、过程时,电解液在锂离子电池正负极表面发生大量的分解,产生大量的气体,导致锂离子电池内部气压急剧升高,引起锂离子电池外壳发生变形,对开路器形成拉拽,在绝缘支撑环的限制下开路器无法移动,因此在压力的作用下,开路器从凹痕处发生断开,正极与外电路断开,锂离子电池停止对外供电。
对比例
采用圆柱型锂离子电池,容量为30Ah,外壳为正极,采用Al材质,电芯直接与外壳连接。
电池测试方法:
过充测试
选取带有开路器和不带开路器功能的30Ah电池进行过充测试,采用6A电流对电池进行恒流充电,直至电压升高到5V。
对采用开路器的三只电池和普通电池一只进行过充测试,过充过程中电池电压变化如图3所示,从图中能够看到三只具有开路功能的电池随着不断充电,电池电压持续不断的升高,大约在4.8V附近三只电池电压突然下降为0V,表明此时锂离子电池发生了内部发生了开路,而常规锂离子电池由于没有开路功能,因此充电过程中电压持续升高,最终电池电压达到了5.1V左右,电池外壳严重变形。
以上所述仅是对本发明的较佳实施例而已,并非对本发明作任何形式上的限制,凡是依据本发明的技术实质对以上实施例所做的任何简单修改,等同变化与修饰,均属于本发明技术方案的范围内。
Claims (6)
1.一种大电流断电装置,其特征在于,包括:
连接极耳(4)的开路器(3);所述开路器(3)上开设有凹痕;所述凹痕位于开路器(3)的下表面或上表面;所述开路器(3)上固定有连接极耳(4)用的焊接片(5);
支撑于开路器(3)下表面的支撑环(2);所述支撑环(2)位于电池底盖(1)的上表面;其中:
所述开路器(3)的中间部位向下弯曲,且中间部位的下表面与电池底盖(1)的上表面固定连接;其中:
针对圆柱型电池,采用纯铝冲压成形得到开路器(3),然后采用模具挤压的形式在开路器(3)的外侧挤压出一圈环形凹痕,使得开路器在此处产生应力集中,开路器(3)的四周采用聚酰亚胺制备的圆筒状结构进行支撑,开路器(3)中间位置的平台,采用激光焊接的方式焊接在电池底盖上,电芯极耳焊接在开路器的上端;
针对方形电池,采用冲压工艺加工成形长条形的开路器,然后采用刀具在开路器(3)的外侧挤压出凹痕,在此处形成应力集中,然后在开路器的上侧焊接一层铝片用以焊接正极极耳,在开路器的四周采用聚丙烯制备的绝缘环对开路器形成支撑,然后开路器从中间平面处采用激光焊接的方式焊接在电池壳体上。
2.根据权利要求1所述的大电流断电装置,其特征在于,所述支撑环(2)的材质为绝缘材料。
3.根据权利要求2所述的大电流断电装置,其特征在于,所述绝缘材料为聚丙烯塑料或聚酰亚胺或陶瓷或玻璃。
4.根据权利要求1-3任一项所述的大电流断电装置,其特征在于,所述开路器(3)的材质为铝或铝合金。
5.一种锂离子电池,其特征在于,包括权利要求1-3任一项所述大电流断电装置和电池。
6.根据权利要求5所述的锂离子电池,其特征在于:所述电池为圆柱形或方形。
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