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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