CN110707384A - 一种用于截止短路电压的结构及电池顶盖 - Google Patents
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Abstract
本发明属于电池生产制造的技术领域，具体涉及一种用于截止短路电压的结构，包括绝缘基板(1)及至少一个贯穿所述绝缘基板(1)的导电孔(2)，所述导电孔(2)的顶部和/或底部设置有导电覆盖层(3)，所述导电覆盖层(3)用于连接电池的极柱或顶盖片(5)，所述导电覆盖层(3)端部连接有单向导通元件(4)，所述单向导通元件(4)用于截止短路电压。本发明能够截止由于外部零件短路形成的电压，提高电芯的安全性能，从而提高电池的质量。此外，本发明还公开了一种电池顶盖。
Description
技术领域
本发明属于电池生产制造的技术领域，具体涉及一种用于截止短路电压的结构及电池顶盖。
背景技术
如今，各国都在大力发展绿色、高效二次电池。锂离子电池作为一种新型二次电池，具有能量密度和功率密度大、工作电压高、重量轻、体积小、循环寿命长、安全性好、绿色环保等优点，在便携式电器、电动工具、大型贮能、电动交通动力电源等方面具有广阔的应用前景。如今，随着现代社会的发展和人们环保意识的增强，越来越多的设备选择以锂电池作为电源，如手机、笔记本电脑、电动工具和电动汽车等，这为锂电池的应用与发展提供了广阔的空间。其中，电动工具和电动汽车等所使用的锂电池一般称之为动力电池。
顶盖与极柱间设置电阻块的装配结构，一直被广泛使用于动力电池顶盖设计中，通常情况下，正极极柱通过电阻块与顶盖片电连接，电阻块的阻值为毫欧级，从而保证铝壳和正极柱的电位，不致于产生大电流。但是发明人发现这种方案至少存在以下缺陷：由于正极极柱通过电阻块与顶盖片电连接，当外部零件与壳体造成短路时，若不及时断开极柱间的电流，会造成电芯安全性能降低，甚至报废。
发明内容
本发明的目的之一在于：针对现有技术的不足，提供一种用于截止短路电压的结构，能够截止由于外部零件短路形成的电压，提高电芯的安全性能，从而提高电池的质量。
为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种用于截止短路电压的结构，包括绝缘基板及至少一个贯穿所述绝缘基板的导电孔，所述导电孔的顶部和/或底部设置有导电覆盖层，所述导电覆盖层用于连接电池的极柱或顶盖片，所述导电覆盖层端部连接有单向导通元件，所述单向导通元件用于截止短路电压。
作为本发明所述的一种用于截止短路电压的结构的一种改进，所述单向导通元件串联和/或并联有若干个限流电阻。
作为本发明所述的一种用于截止短路电压的结构的一种改进，所述单向导通元件与所述导电覆盖层并联；或所述单向导通元件串联于所述导电覆盖层和所述导电孔之间。
作为本发明所述的一种用于截止短路电压的结构的一种改进，所述单向导通元件的反向截止电流为0.1mA～5000A。
作为本发明所述的一种用于截止短路电压的结构的一种改进，所述单向导通元件为二极管或单向导通电源芯片。
作为本发明所述的一种用于截止短路电压的结构的一种改进，所述导电孔包括孔本体及设置于所述孔本体的导电体；所述导电体容置于所述孔本体,或所述导电体设置于所述孔本体的内壁。
作为本发明所述的一种用于截止短路电压的结构的一种改进，所述导电体和所述导电覆盖层均为金属材料。
作为本发明所述的一种用于截止短路电压的结构的一种改进，所述导电覆盖层的宽度为0.2mm～40mm，所述导电覆盖层的厚度为0.2～4.0mm。
作为本发明所述的一种用于截止短路电压的结构的一种改进，所述绝缘基板包括电路板及设置在所述电路板的极柱通孔，所述导电覆盖层围绕所述极柱通孔设置。
本发明的目的之二在于提供一种顶盖，包括顶盖片、绝缘塑胶、焊接环、正极柱及如上述用于截止短路电压的结构，所述正极柱和所述顶盖片之间套设所述用于截止短路电压的结构，所述焊接环焊接于所述正极柱，所述绝缘塑胶包胶于所述正极柱，所述顶盖片的底部设置有下塑胶，所述顶盖片和所述下塑胶之间设置有防爆阀，所述防爆阀的上方设置有保护膜，所述正极柱和所述顶盖片之间套设有密封圈。
本发明的有益效果在于，本发明包括包括绝缘基板及至少一个贯穿所述绝缘基板的导电孔，所述导电孔的顶部和/或底部设置有导电覆盖层，所述导电覆盖层用于连接电池的极柱或顶盖片，所述导电覆盖层端部连接有单向导通元件，所述单向导通元件用于截止短路电压。由于现有设计中，正极极柱通过电阻块与顶盖片电连接，电阻块的阻值为毫欧级，从而保证铝壳和正极柱的电位，但当外部零件与壳体造成短路时，若不及时断开极柱间的电流，会造成电芯安全性能降低，甚至报废，因此，导电孔的顶部和/或底部设置有导电覆盖层，通过导电覆盖层连接电池的极柱或顶盖片，实现正极柱、绝缘基板及顶盖片的电连接，同时，导电孔端部连接有单向导通元件，正常工作时，单向导通元件单向导通的方向，与正极柱到顶盖片的电流方向相同，单向导通元件导通，正极柱提供电压给顶盖片，顶盖片将电压给外壳，使得外壳一直有正电压，这样壳体就不会被腐蚀，从而提高电芯的安全性能；当输出端被外部零件短路时，产生的电流沿顶盖片、绝缘基板及正极柱的方向，电流被单向导通元件截止，电压不能过到正极柱，单向导通元件,起到保护电芯的作用，从而提高电芯的性能，导电孔的数量为两个，但导电孔的数量也可以根据实际过流需要进行调整。本发明能够截止由于外部零件短路形成的电压，提高电芯的安全性能，从而提高电池的质量。
附图说明
图1为本发明中实施例1的顶面的结构示意图。
图2为本发明中实施例1的底面的结构示意图。
图3为本发明中实施例1的剖面示意图。
图4为本发明中实施例1的等效电路示意图。
图5为本发明中实施例2的顶面的结构示意图。
图6为本发明中实施例3的分解示意图。
其中：1-绝缘基板；2-导电孔；3-导电覆盖层；4-单向导通元件；11-电路板；12-极柱通孔；21-孔本体；22-导电体；41-限流电阻；5-顶盖片；6-绝缘塑胶；7-焊接环；8-正极柱；9-下塑胶；10-防爆阀；20-保护膜；30-密封圈。
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。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、水平”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
在发明中，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，或一体地连接；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发明中的具体含义。
以下结合附图对本发明作进一步详细说明，但不作为对本发明的限定。
实施例1
如图1～4所示，一种用于截止短路电压的结构，包括绝缘基板1及至少一个贯穿绝缘基板1的导电孔2，导电孔2的顶部和底部设置有导电覆盖层3，导电覆盖层3用于连接电池的极柱或顶盖片5，导电覆盖层3端部连接有单向导通元件4，单向导通元件4用于截止短路电压。由于现有设计中，正极极柱通过电阻块与顶盖电连接，电阻块的阻值为毫欧级，从而保证铝壳和正极柱8的电位，但当外部零件与壳体造成短路时，若不及时断开极柱间的电流，会造成电芯安全性能降低，甚至报废，因此，导电孔2的顶部和/或底部设置有导电覆盖层3，通过导电覆盖层3连接电池的极柱或顶盖片5，实现正极柱8、绝缘基板1及顶盖片5的电连接，同时，导电覆盖层3端部连接有单向导通元件4，正常工作时，单向导通元件4单向导通的方向，与正极柱8到顶盖片5的电流方向相同，单向导通元件4导通，正极柱8提供电压给顶盖片5，顶盖片5将电压给外壳，使得外壳一直有正电压，这样壳体就不会被腐蚀，从而提高电芯的安全性能；当输出端被外部零件短路时，产生的电流沿顶盖片5、绝缘基板1及正极柱8的方向，电流被单向导通元件4截止，电压不能过到正极柱8，单向导通元件4起到保护电芯的作用，从而提高电芯的性能，于本实施例中，导电孔2的数量为两个，但本发明不以此为限，导电孔2的数量可以根据实际过流需要进行调整。
优选的，单向导通元件4为二极管。正常工作时，二极管单向导通的方向，与正极柱8到顶盖片5的电流方向相同，即给二极管阳极和阴极加上正向电压，二极管导通，正极柱8提供电压给顶盖片5，顶盖片5将电压给外壳，使得外壳一直有正电压，这样壳体就不会被腐蚀，从而提高电芯的安全性能；当输出端被外部零件短路时，产生的电流沿顶盖片5、绝缘基板1及正极柱8的方向，即给阳极和阴极加上反向电压时，电流被二极管截止，电压不能过到正极柱8，二极管起到保护电芯的作用，从而提高电芯的性能。
优选的，单向导通元件4串联和/或并联有若干个限流电阻41。限流电阻41是电阻串联于电路中，用以限制所在支路电流的大小，也起到分压作用，防止单向导通元件4被高压击穿，同时，也可以将限流电阻41与单向导通元件4并联，以防电流过大烧坏所串联的元器件。
优选的，单向导通元件4与导电覆盖层3并联。单向导通元件4的两端与导电覆盖层3的两端并联，其中，导电覆盖层3通过导电孔2连接电池的焊接环7和顶盖片5，当单向导通元件4阳极和阴极加上正向电压时，单向导通元件4导通，正极柱8通过单向导通元件4和顶盖片5电连接，而故障时，电流的方向相反，即，给阳极和阴极加上反向电压时，单向导通元件4截止，顶盖片5无法通过单向导通元件4与正极柱8电连接，也就是，短路电压无法传递到正极柱8，单向导通元件4起到保护电芯的作用，从而提高电芯的性能。
优选的，单向导通元件4的反向截止电流为0.1mA～5000A。由于壳体因外部零件与金属短路时，会产生的电流，限定单向导通元件4的反向截止电流的大小，防止单向导通元件4的反向截止电流过大，造成单向导通元件4的成本上升，不利于降低顶盖的生产成本。
优选的，导电孔2包括孔本体21及设置于孔本体21的导电体22；导电体22容置于孔本体21，或导电体22设置于孔本体21的内壁。当孔本体21的直径较小时，可以将导电体22容置于孔本体21，当孔本体21的直径较大时，可以在孔本体21的内壁内壁上直接镀上导电体22，于本实施例中，导电体22为导电石墨、导电碳纤维、导电碳粉、导电陶瓷或金属，但本发明不以此为限，导电体22还可以为导电石墨、导电碳纤维、导电碳粉、导电陶瓷、金属一种或多种，导电体22还可采用其它材料，只要保证导电体22能够导电即可。
优选的，导电体22和导电覆盖层3均为金属材料。于本实施例中，导电体22和导电覆盖层3均为金属材料，但本发明不以此为限，导电体22和导电覆盖层3采用相同的导电材料即可，能够降低导电体22和导电覆盖层3之间的电阻，降低导电体22或导电覆盖层3发热量，提高电芯的安全性能。
优选的，导电覆盖层3的宽度为0.2mm～40mm，导电覆盖层3的厚度为0.2～4.0mm。限定导电覆盖层3的宽度，防止导电覆盖层3过宽，增加导电覆盖层3整体的生产成本，同时防止导电覆盖层3过窄，影响导电覆盖层3与正极柱8或顶盖的接触性能；限定导电覆盖层3的厚度，防止导电覆盖层3过厚，增加导电覆盖层3整体的生产成本，同时防止导电覆盖层3过薄，导致导电覆盖层3在高电流下熔断，增加结构的维修和使用成本。
优选的，绝缘基板1包括电路板11及设置在电路板11的极柱通孔12，导电覆盖层3围绕极柱通孔12设置。增加极柱通孔12，便于将正极柱8穿过极柱通孔12安装于顶盖；导电覆盖层3围绕极柱通孔12设置，有效利用绝缘基板1的顶面和底面空间，提高导电体22与正极柱8及顶盖的接触面积，防止电池发生接触不良的情况，影响电池的正常使用，其中，采用印刷电路板工艺制成绝缘基板1，采用电路板11的主要优点是大大减少布线和装配的差错，提高了自动化水平，同时，具有体积小，重量轻，利于电池的小型化。
优选的，电路板11为玻纤布基板、玻纤复合基板、纸基覆铜板或金属基覆铜板。玻纤布基板、玻纤复合基板、纸基覆铜板或金属基覆铜板常见的电路板11的材料，可以根据实际的成本需求，选择玻纤布基板、玻纤复合基板、纸基覆铜板或金属基覆铜板作为电路板11，其中，玻纤复合基板还可以为玻纤和纸的复合基板。
本发明的工作原理是：
由于现有设计中，正极极柱通过电阻块与顶盖电连接，电阻块的阻值为毫欧级，从而保证铝壳和正极柱8的电位，但当外部零件与壳体造成短路时，若不及时断开极柱间的电流，会造成电芯安全性能降低，甚至报废，因此，导电孔2的顶部和/或底部设置有导电覆盖层3，通过导电覆盖层3连接电池的极柱或顶盖片5，实现正极柱8、绝缘基板1及顶盖片5的电连接，同时，导电覆盖层3端部连接有单向导通元件4，由于二极管是用半导体材料制成的一种电子器件，具有单向导电性能，即给二极管阳极和阴极加上正向电压时，二极管导通，当给阳极和阴极加上反向电压时，二极管截止；正常工作时，单向导通元件4单向导通的方向，与正极柱8到顶盖片5的电流方向相同，单向导通元件4导通，正极柱8提供电压给顶盖片5，顶盖片5将电压给外壳，使得外壳一直有正电压，这样壳体就不会被腐蚀，从而提高电芯的安全性能；当输出端被外部零件短路时，产生的电流沿顶盖片5、绝缘基板1及正极柱8的方向，电流被单向导通元件4截止，电压不能过到正极柱8，单向导通元件4起到保护电芯的作用，从而提高电芯的性能，导电孔2的数量为两个，但导电孔2的数量可以根据实际过流需要进行调整。
实施例2
如图5所示，与实施例1不同的是：本实施例的单向导通元件4为单向导通电源芯片，导电孔2的顶部或底部设置有导电覆盖层3，单向导通元件4串联导电覆盖层3和导电孔2之间。导通元件4为单向导通电源芯片,可以调整反向截止电流，提高导通元件4的适用面，提高导通元件4的利用率，有助于降低电池的生产成本；导电孔2的顶部或底部设置有导电覆盖层3，导电覆盖层3和导电孔2之间通过单向导通元件4进行连接，其中，导电孔2一端的导电覆盖层3连接顶盖片5或正极柱8，导电孔2另一端对应连接正极柱8或顶盖片5，单向导通元件4串联相当于串联在正极柱8或顶盖片5之间，实现单向导通元件4单向导通，与正极柱8到顶盖片5的电流方向相同，即给单向导通电源芯片管脚一和管脚四加上正向电压，单向导通元件4导通，正极柱8提供电压给顶盖片5，顶盖片5将电压给外壳；当输出端被外部零件短路时，产生的电流沿顶盖片5、绝缘基板1及正极柱8的方向，即给单向导通电源芯片管脚一和管脚四加上反向电压时，电流被单向导通元件4截止，电压不能过到正极柱8。
其他结构与实施例1相同，这里不再赘述。
实施例3
如图6所示，一种顶盖，包括顶盖片5、绝缘塑胶6、焊接环7、正极柱8及如实施例1所述用于截止短路电压的结构，正极柱8和顶盖片5之间套设用于截止短路电压的结构，焊接环7焊接于正极柱8，绝缘塑胶6包胶于正极柱8，顶盖片5的底部设置有下塑胶9，顶盖片5和下塑胶9之间设置有防爆阀10，防爆阀10的上方设置有保护膜20，正极柱8和顶盖片5之间套设有密封圈30。
需要说明的是：绝缘塑胶6采用由聚苯硫醚PPS、聚砜PSU、聚四氟乙烯PFA、苯二甲酸丁二醇酯PBT、聚酰胺PA、纳米材料或聚丙烯PP一体注塑成型结构，能够提高绝缘塑胶6的整体刚性，有助于延长绝缘塑胶6的使用寿命，同时，降低绝缘塑胶6的生产成本，生产工艺简单的特点，有助于提高电芯安全性能；绝缘塑胶6使正极柱8紧固在顶盖片5，防止正极柱8发生松动而产生安全隐患，保证顶盖片5的可靠性，同时也起到保护顶盖片5的作用；焊接环7相当于在正极柱8形成一个台阶，用于紧固绝缘塑胶6上下方向的拉力，实现极柱的绝缘和电连接，从而简化生产工序，防止机器加工过程中产生金属丝，影响电芯的安全性能；采用在电池的焊接环7和顶盖片5设置绝缘基板1，且正极柱8和顶盖片5通过绝缘基板1上的二极管进行电连接，正常工作时，二极管单向导通的方向，与正极柱8到顶盖片5的电流方向相同，即给二极管阳极和阴极加上正向电压，二极管导通，正极柱8提供电压给顶盖片5，顶盖片5将电压给外壳，使得外壳一直有正电压，这样壳体就不会被腐蚀，从而提高电芯的安全性能；当输出端被外部零件短路时，产生的电流沿顶盖片5、绝缘基板1及正极柱8的方向，即给阳极和阴极加上反向电压时，被二极管截止，电压不能过到正极柱8，即实现自动断开正极柱8和顶盖片5间的电流，避免外部零件与壳体形成大电流，提高电芯的安全性能；下塑胶9能够提高顶盖片5与电芯的绝缘性能，防止电解液腐蚀顶盖片5导致电池短路；防爆阀10能够在电池由于过充、过放、过流及电池内部短路导致电池内压上升时，使电池自动快速泄压，避免电池***导致安全事故的发生；保护膜20能够防止杂质进入到防爆阀10，保证防爆阀10的功能能够实现；密封圈30为氟橡胶，防止电解液通过缝隙腐蚀绝缘塑胶6，防止电解液腐蚀顶盖片5导致电池短路，也起到绝缘顶盖片5的作用，从而提高顶盖片5与电芯的绝缘性能。
实施例4
一种顶盖，包括顶盖片5、绝缘塑胶6、焊接环7、正极柱8及如实施例2所述用于截止短路电压的结构，正极柱8和顶盖片5之间套设用于截止短路电压的结构，焊接环7焊接于正极柱8，绝缘塑胶6包胶于正极柱8，顶盖片5的底部设置有下塑胶9，顶盖片5和下塑胶9之间设置有防爆阀10，防爆阀10的上方设置有保护膜20，正极柱8和顶盖片5之间套设有密封圈30。
需要说明的是：导电孔2的顶部或底部设置有导电覆盖层3，导电覆盖层3和导电孔2之间通过单向导通元件4进行连接，其中，导电孔2一端的导电覆盖层3连接顶盖片5或正极柱8，导电孔2另一端对应连接正极柱8或顶盖片5，单向导通元件4串联相当于串联在正极柱8或顶盖片5之间，实现单向导通元件4单向导通，阻止因外部零件短路所造的电压，提高电芯的安全性能。
根据上述说明书的揭示和教导，本发明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，本发明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发明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发明的保护范围。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，并不对本发明构成任何限制。
Claims (10)
1.一种用于截止短路电压的结构，其特征在于：包括绝缘基板(1)及至少一个贯穿所述绝缘基板(1)的导电孔(2)，所述导电孔(2)的顶部和/或底部设置有导电覆盖层(3)，所述导电覆盖层(3)用于连接电池的极柱或顶盖片(5)，所述导电覆盖层(3)端部连接有单向导通元件(4)，所述单向导通元件(4)用于截止短路电压。
2.如权利要求1所述的一种用于截止短路电压的结构，其特征在于：所述单向导通元件(4)串联和/或并联有若干个限流电阻(41)。
3.如权利要求1所述的一种用于截止短路电压的结构，其特征在于：所述单向导通元件(4)与所述导电覆盖层(3)并联,或所述单向导通元件(4)串联于所述导电覆盖层(3)和所述导电孔(2)之间。
4.如权利要求1所述的一种用于截止短路电压的结构，其特征在于：所述单向导通元件(4)的反向截止电流为0.1mA～5000A。
5.如权利要求1所述的一种用于截止短路电压的结构，其特征在于：所述单向导通元件(4)为二极管或单向导通电源芯片。
6.如权利要求1所述的一种用于截止短路电压的结构，其特征在于：所述导电孔(2)包括孔本体(21)及设置于所述孔本体(21)的导电体(22)；所述导电体(22)容置于所述孔本体(21)，或所述导电体(22)设置于所述孔本体(21)的内壁。
7.如权利要求1所述的一种用于截止短路电压的结构，其特征在于：所述导电覆盖层(3)的宽度为0.2mm～40mm，所述导电覆盖层(3)的厚度为0.2～4.0mm。
8.如权利要求1所述的一种用于截止短路电压的结构，其特征在于：所述绝缘基板(1)包括电路板(11)及设置在所述电路板(11)的极柱通孔(12)，所述导电覆盖层(3)围绕所述极柱通孔(12)设置。
9.如权利要求8所述的一种用于截止短路电压的结构，其特征在于：所述电路板(11)为玻纤布基板、玻纤复合基板、纸基覆铜板或金属基覆铜板。
10.一种电池顶盖，包括顶盖片(5)、绝缘塑胶(6)、焊接环(7)、正极柱(8)及如权利要求1～9任一项所述用于截止短路电压的结构，所述正极柱(8)和所述顶盖片(5)之间套设所述结构，所述焊接环(7)焊接于所述正极柱(8)，所述绝缘塑胶(6)包胶于所述正极柱(8)，所述顶盖片(5)的底部设置有下塑胶(9)，所述顶盖片(5)和所述下塑胶(9)之间设置有防爆阀(10)，所述防爆阀(10)的上方设置有保护膜(20)，所述正极柱(8)和所述顶盖片(5)之间套设有密封圈(30)。
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