CN114937849A - 一种防爆阀、电池盖板组件和动力电池 - Google Patents

Abstract

本发明属于动力电池技术领域，具体公开了一种防爆阀、电池盖板组件和动力电池，防爆阀包括阀体和由所述阀体部分沿其厚度方向凸出形成的凸体，所述凸体外侧环绕设置有防爆刻痕。本发明提供的一种防爆阀，由阀体部分沿其厚度方向凸出形成的凸体，然后在凸体***环绕刻蚀防爆刻痕，增强了开阀面的抗震强度，同时，使得开阀面能够具有足够的弹性形变空间，消除防爆阀和盖体在激光焊时由于热胀冷缩产生的拉扯应力，能够有效预防刻痕位裂开，可大大降低了电池组装生产过程中因为热胀冷缩或超声焊震动对刻痕(防爆线)位置造成的直接冲击/破坏。

Description

一种防爆阀、电池盖板组件和动力电池

技术领域

本发明属于动力电池技术领域，具体涉及一种防爆阀、电池盖板组件和动力电池。

背景技术

随着科学技术地不断进步和人们的环保意识不断增强，越来越多的电子产品选择以可充电的二次电池作为电源，如音乐播放器、摄像机、手提电脑、电动汽车等电子设备，这为可充电的二次电池的应用与发展提供了广阔的空间。

电动汽车和储能电站等一般需要使用具有大容量的动力电池作为电源，而为纯电动汽车、插电混合动力汽车和电动自行车等设备提供动力来源的动力电池，目前主要是采用铝壳容纳锂电池并在盖板处设置防爆阀的结构，防爆阀是电池封口板上的薄壁阀体，当电池内部压力超过规定值时，防爆阀阀体破裂，释放内部压力，避免电池爆裂。

目前，动力电池防爆阀开阀面采用平面加刻痕(防爆线)的结构，一般为确保异常发生时能有效打开，刻痕(防爆线)设计非常薄，这导致在防爆阀生产、盖体组装生产或电池生产中极易受到制程因素干扰而导致其***值一致性较差，甚至在生产过程中会出现防爆阀直接裂开的问题。

发明内容

本发明的目的之一在于：针对现有技术存在的不足，提供了一种防爆阀，解决了现有防爆阀易开裂的问题，还提高了防爆阀的抗震能力，进而提高了电池的生产优率。

为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：一种防爆阀，包括阀体和由所述阀体部分沿其厚度方向凸出形成的凸体，所述凸体外侧环绕设置有防爆刻痕。

进一步地，所述阀体包括第一基体和第二基体，所述第一基体环绕设置在所述第二基体的***，且所述第一基体的厚度大于或等于所述第二基体的厚度。

进一步地，所述凸体呈圆状或椭圆状，且位于所述第二基体的中部，或所述凸体呈环状且环绕所述第二基体的中心轴线设置。

进一步地，所述凸体包括连接部和主体部，所述主体部两端通过所述连接部与所述阀体连接，且所述连接部呈弧形。

进一步地，所述凸体的高度h1大于或等于0.1mm。

进一步地，所述凸体围设形成的面积与所述第二基体围设形成的面积之比大于或等于0.4。

进一步地，所述防爆刻痕和所述凸体之间的距离小于或等于1mm。

进一步地，所述阀体呈圆形或椭圆形。

本发明的目的之二在于：提供了一种电池盖板组件，其包括盖体和上述防爆阀，防爆阀设置在所述盖体上，提高了电池生产优率，同时也提高了电池的使用寿命。

本发明的目的之三在于：提供了一种动力电池，包括电芯、用于容纳所述电芯的壳体和上述电池盖板组件，其中，电池盖板组件密封连接在所述壳体的至少一端。

本发明的有益效果在于：提供了一种防爆阀，包括阀体和由所述阀体部分沿其厚度方向凸出形成的凸体，所述凸体外侧环绕设置有防爆刻痕。本发明提供的一种防爆阀，由阀体部分沿其厚度方向凸出形成的凸体，然后在凸体***环绕刻蚀防爆刻痕，增强了开阀面的抗震强度，同时，使得开阀面能够具有足够的弹性形变空间，消除防爆阀和盖体在激光焊时由于热胀冷缩产生的拉扯应力，能够有效预防刻痕位裂开，可大大降低了电池组装生产过程中因为热胀冷缩或超声焊震动对刻痕(防爆线)位置造成的直接冲击/破坏。

附图说明

图1为本发明实施例1中的动力电池的结构示意图；

图2为本发明实施例1中的电池盖板组件的结构示意图；

图3为本发明实施例1中的椭圆形防爆阀的示意图；

图4为本发明实施例1中的圆形防爆阀的示意图；

图5为本发明实施例1中的防爆阀的结构示意图；

图6为本发明实施例2中的防爆阀的结构示意图；

图7为图6的A局部放大示意图；

图8为本发明实施例3中的防爆阀的结构示意图；

图9为本发明实施例4中的防爆阀的结构示意图；

图10为本发明实施例2中的凸体和第二基体分别围设形成的面积示意图；

图11为本发明实施例4中的凸体和第二基体分别围设形成的面积示意图；

图12为常规防爆阀的***值分布示意图；

图13为本发明实施例1中的防爆阀的***值分布示意图。

其中：

1、防爆阀；11、阀体；111、第一基体；112、第二基体；112a、中心轴线；12、凸体；121、连接部；122、主体部；h1、凸体的高度；S1、凸体围设形成的面积；S2、第二基体围设形成的面积；13、防爆刻痕；L1、防爆刻痕和所述凸体之间的距离；

2、电池盖板组件；21、盖体；

3、动力电池；31、电芯；32、壳体；33、第一引出端；34、第二引出端。

具体实施方式

在申请的描述中，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。

在本申请的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述的目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性；术语“多个”是指两个或两个以上；除非另有规定或说明，术语“连接”、“固定”等均应做广义理解，例如，“连接”可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接，或电连接；“连接”可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。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申请中的具体含义。

对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。

为使本发明的技术方案和优点更加清楚，下面将结合具体实施方式和说明书附图，对本发明及其有益效果作进一步详细的描述，但本发明的实施方式不限于此。

实施例1

参见图1所示，图1给出了本发明实施例1中的动力电池3的结构示意图。

本发明实施例1提供的动力电池3包括电芯31、壳体32和电池盖板组件2，其中，电芯31被放置在壳体32的容纳腔中，电池盖板组件2用于盖封壳体32的敞开口，电池盖板组件2可通过超声波焊接或激光焊接的方式与壳体32的上端口密封连接。

其中，电芯31由正极片、负极片和隔膜经过卷绕或堆叠的方式制成。

正极片可以是本领域各种适用于作为动力电池3正极片的材料，例如，正极片可以是包括但不限于金属箔等，更具体可以是包括但不限于铝箔等。

正极片包括正极集流体以及设置在正极集流体上的正极活性层，正极活性层包括m层正极活性子层，每层正极活性子层中的正极活性材料包括但不限于LiCoO2、LiNiO2、LiVO2、LiCrO2、LiMn2O4、LiCoMnO4、Li2NiMn3O8、LiNi0.5Mn1.5O4、LiCoPO4、LiMnPO4、LiFePO4、LiNiPO4、LiCoFSO4、CuS2、FeS2、MoS2、NiS、TiS2等中的一种或多种的组合。在另一实施方式中，正极活性物质还经过改性处理，例如，可以采用包覆、掺杂等方法对正极活性物质进行改性，改性处理所使用的材料可以是包括但不限于Al，B，P、Zr、Si、Ti、Ge、Sn、Mg、Ce、W等中的一种或多种的组合，需要说明的是，对正极活性物质进行改性处理的方法对于本领域技术人员来说应该是己知的。

负极片可以是本领域各种适用于作为动力电池3负极片的材料，包括但不限于铜箔、镍箔、不锈钢箔、钛箔、泡沫镍、泡沫铜或覆有导电金属的聚合物基底和它们的组合。

负极片包括负极集流体和位于负极集流体上的负极活性材料层。负极活性材料层包括负极活性材料、粘结剂和导电材料。其中，负极活性材料包括但不限于：锂金属、结构化的锂金属、天然石墨、人造石墨、中间相微碳球(MCMB)、硬碳、软碳、硅、硅碳复合物或其任意组合。其中硅碳复合物是指基于硅碳负极活性材料的重量包含至少约5重量％的硅。

当负极包括合金材料时，可使用蒸镀法、溅射法、镀敷法等方法形成负极活性物质层。当负极包括锂金属时，例如用具有球形绞状的导电骨架和分散在导电骨架中的金属颗粒形成负极活性物质层。在一些实施例中，球形绞状的导电骨架可具有约5％至约85％的孔隙率。在一些实施例中，锂金属负极活性物质层上还可设置保护层。

本发明实施例提供的动力电池3，如图1所示，还包括第一引出端33和第二引出端34，由正极片和负极片引出的极耳分别连接到第一引出端33和第二引出端34上，其中，第一引出端33和第二引出端34为导电材料。

参见图2所示，图2给出了本发明实施例1中的电池盖板组件2的结构示意图。

电池盖板组件2包括盖体21和设置在盖体21上的防爆阀1，其中，防爆阀1位于盖体21的中部位置，或防爆阀1设置在盖体21的非中部位置。

优选地，盖体21上开设有第一通孔和第二通孔，第一引出端33穿过第一通孔向外延伸凸出，第二引出端34穿过第二通孔向外延伸凸出，需要说明的是，第一引出端33和第一通孔之间设置有第一绝缘密封件，用于密封第一引出端33和第一通孔之间的间隙，第二引出端34和第二通孔之间设置有第二绝缘密封件，用于密封第二引出端34和第二通孔之间的间隙。

参见图3～5所示，图3～5给出了本发明实施例1中的防爆阀1的结构示意图。

如图5所示，本发明实施例1提供的一种防爆阀，包括阀体11和由阀体11部分沿其厚度方向凸出形成的凸体12，凸体12外侧环绕设置有防爆刻痕13。具体地，在本实施例1中，凸体12由阀体11中部区域向靠近电芯31的方向凸出形成，凸体12呈圆形状或椭圆形状，在距离凸体12小于或等于1mm的位置绘制防爆刻痕13，增强了开阀面的抗震强度，同时，使得开阀面能够具有足够的弹性形变空间，消除防爆阀1和盖体21在激光焊时由于热胀冷缩产生的拉扯应力，能够有效预防刻痕位裂开，可大大降低了电池组装生产过程中因为热胀冷缩或超声焊震动对刻痕(防爆线)位置造成的直接冲击/破坏。需要说明的是，本发明的凸体12形状不限于本实施例1所限定的圆形状或椭圆形状，其还可以为三角形、方形或不规则形状，本领域技术人员可结合实际的生产经验，对凸体12的形状做适当的改进，凡是本领域技术人员在本发明的基础上对凸体12形状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。

优选地，凸体12由第二基体112中部区域(占第二基体112上端面面积40％的区域)向靠近电芯31的方向凸出***形成，且凸体的高度h1为0.2mm，与常规防爆阀结构相比较，这种结构设计，使得开阀面径向具有足够的变形空间，可消除防爆阀1和盖体21在激光焊时由于热胀冷缩产生的拉扯应力，预防刻痕位裂开。需要说明的是，本发明经过大量的实验反复验证并得出结论，即凸体围设形成的面积S1与第二基体围设形成的面积S2之比大于或等于0.4时，能够使得开阀面径向上具有足够的变形空间，从而抵消了防爆阀1和盖体21在激光焊时由于热胀冷缩产生的拉扯应力，在激光焊接防爆阀1和盖体21的过程中，刻痕位因为热胀冷缩裂开的概率降低至1％，相较于目前普遍存在的激光焊使刻痕位裂开概率的15％，采用本发明实施例1提供的防爆阀1，能够极大降低刻痕位裂开的风险，提高了电池的生产优率。值得一提地是，凸体围设形成的面积S1与第二基体围设形成的面积S2之比大于或等于0.4时，还能够提高整个开阀面的抗震强度，极大降低了电池组装生产过程中因为热胀冷缩或超声焊震动对刻痕(防爆线)位置造成的直接冲击/破坏。在另一实施方式中，凸体围设形成的面积S1与第二基体围设形成的面积S2的比值为0.5～0.8，凸体围设形成的面积S1与第二基体围设形成的面积S2的比值优选为0.5、0.6、0.7或0.8。

优选地，本发明实施例1中的防爆刻痕13与凸体12之间的距离小于或等于1mm，加之凸体围设形成的面积S1与第二基体围设形成的面积S2之比大于或等于0.4，使得本发明实施例的防爆阀1泄压通道宽，在电池出现短路、过充、过放等异常情况时，电池内部压力急剧升高，压力达到设置的电池防爆气压点，阀体11能够从刻痕处瞬间打开，以保证电池内部气体能及时排出，防止电池产生***能起到瞬间完全泄气，达到防爆的目的。

与常规的防爆阀相比，本实施例1提供的防爆阀1中的防爆刻痕13在电池出现短路、过充、过放等异常情况时，即电池内部压力急剧升高，压力达到设置的电池防爆气压点时，刻痕位能够快速形成应力集中点，从而可以降低对防爆阀材质本身一致性或稳定性要求高的依赖，有助于提高防爆阀开阀泄压的一致性。

优选地，防爆阀1的横截面包括但不限于梯形、三角形和方形。

本发明实施例1中的阀体11包括第一基体111和第二基体112，第一基体111环绕设置在第二基体112的***，且第一基体111的厚度大于或等于第二基体112的厚度。其中，第一基体111和第二基体112由一体成型工艺制成，第一基体111的上端面和第二基体112的上端面齐平或存在高度差，高度差为0.1mm～0.8mm，第一基体111的下端面和第二基体112的下端面齐平。

优选地，凸体12包括连接部121和主体部122，主体部122两端通过连接部121与阀体11连接，且连接部121呈弧形。在本实施例中，主体部122和阀体11之间通过连接部121圆滑过渡连接，使得连接部121所收到的应力分布均匀，在电池内部压力值增大的时候，能够避免应力集中在连接部121，而是使得应力能够集中在刻蚀有防爆刻痕13的位置，压力达到设置的电池防爆气压点，阀体11能够从刻痕处瞬间打开，以保证电池内部气体能及时排出，防止电池产生***能起到瞬间完全泄气，达到防爆的目的。

优选地，凸体的高度h1大于或等于0.1mm。凸体的高度h1优选为0.1mm、0.2mm、0.3mm、0.4mm或0.5mm，使得开阀面具有足够的可变形空间用于防爆阀1和盖体21在激光焊时由于热胀冷缩产生的拉扯应力。经过多次实验验证，若凸体的高度h1小于0.1mm，将会使得开阀面的可变形空间降低，导致在激光焊接防爆阀和盖体的过程中，由于热胀冷缩导致阀体的拉扯应力集中于刻痕位置，最终在拉扯应力的作用下使得刻痕位撕裂。

优选地，阀体11呈圆形或椭圆形。

下面对本实施例1中的防爆阀做相应的实验测试。具体如下：

1、呼吸疲劳测试

仪器：循环应力测试仪；

测试流程：

(1)电池盖板组件放入夹具，并锁紧密封；

(2)设置测试条件：按不同梯度分别设置从内向外/从外向内施加气压及加压时间，并设置漏气报警气压；

(3)确认测试***正常(无漏气点)；

(4)启动仪器，按从内向外，从外向内加压、保压，如此循环直至漏气报警；

(5)进行红油渗透确认。

电池盖板组件2呼吸疲劳测试

2、呼吸***测试

仪器：呼吸***测试仪

测试流程：

(1)电池盖板组件放入夹具，并锁紧密封；

(2)设置测试条件：防爆阀1从内向外施加0.30MPa，从外向内施加0.15MPa气压，每个状态持续30S，呼吸测试10个循环后不漏气，且***气压不低于0.4MPa。

经过测试，如下图12～13所示，本发明实施例1提供的防爆阀1，在从内向外施加0.30MPa，从外向内施加0.15MPa气压，每个状态持续30S，呼吸测试10个循环后均不漏气，且***气压高于或等于0.4MPa。

综上，采用本实施例1提供的防爆阀1制成的电池盖板组件2，在施加气压为0.19MPa、施加时间为30s，循环次数维持在500～700时，能够保证电池盖板组件2无漏气点，与常规的防爆阀相比较，在顶盖组装生产或电池组装生产中不易受到制程因素的干扰，提高了防爆阀的***值一致性，电池生产过程中，极大降低了防爆阀直接裂开的可能性。

实施例2

如图6～7所示，与实施例1不同的是，本实施例2提供的一种防爆阀，包括阀体11和凸体12，凸体12由阀体11中部区域向远离电芯31的方向凸出形成，其中，阀体11包括第一基体111和第二基体112，第一基体111环绕设置在第二基体112的***，且第一基体111的厚度大于或等于第二基体112的厚度，凸体12呈圆形状或椭圆形状且位于第二基体112的中部位置。

其它结构同实施例1，这里不再赘述。

实施例3

如图8所示，与实施例1不同的是，本实施例3提供的一种防爆阀，包括阀体11和凸体12，凸体12由阀体11部分区域向靠近电芯31的方向凸出形成，其中，阀体11包括第一基体111和第二基体112，第一基体111环绕设置在第二基体112的***，且第一基体111的厚度大于或等于第二基体112的厚度，凸体12呈环状，凸体12环绕第二基体112的中心轴线112a设置。

其它结构同实施例1，这里不再赘述。

实施例4

如图9所示，与实施例1不同的是，本实施例4提供的一种防爆阀，包括阀体11和凸体12，凸体12由阀体11部分区域向远离电芯31的方向凸出形成，其中，阀体11包括第一基体111和第二基体112，第一基体111环绕设置在第二基体112的***，且第一基体111的厚度大于或等于第二基体112的厚度，凸体12呈环状，凸体12环绕第二基体112的中心轴线112a设置。

其它结构同实施例1，这里不再赘述。

此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。

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)

1.一种防爆阀，其特征在于：包括阀体(11)和由所述阀体(11)部分沿其厚度方向凸出形成的凸体(12)，所述凸体(12)外侧环绕设置有防爆刻痕(13)。

2.根据权利要求1所述的一种防爆阀，其特征在于：所述阀体(11)包括第一基体(111)和第二基体(112)，所述第一基体(111)环绕设置在所述第二基体(112)的***，且所述第一基体(111)的厚度大于或等于所述第二基体(112)的厚度。

3.根据权利要求2所述的一种防爆阀，其特征在于：所述凸体(12)呈圆状或椭圆状，且位于所述第二基体(112)的中部，或所述凸体(12)呈环状且环绕所述第二基体(112)的中心轴线设置。

4.根据权利要求1所述的一种防爆阀，其特征在于：所述凸体(12)包括连接部(121)和主体部(122)，所述主体部(122)两端通过所述连接部(121)与所述阀体(11)连接，且所述连接部(121)呈弧形。

5.根据权利要求1所述的一种防爆阀，其特征在于：所述凸体(12)的高度大于或等于0.1mm。

6.根据权利要求2所述的一种防爆阀，其特征在于：所述凸体(12)围设形成的面积与所述第二基体(112)围设形成的面积之比大于或等于0.4。

7.根据权利要求1所述的一种防爆阀，其特征在于：所述防爆刻痕(13)和所述凸体(12)之间的距离小于或等于1mm。

8.根据权利要求1所述的一种防爆阀，其特征在于：所述阀体(11)呈圆形或椭圆形。

9.一种电池盖板组件，其特征在于：包括盖体(21)和权利要求1～8任意一项所述的防爆阀(1)。

10.一种动力电池，其特征在于：包括电芯(31)、用于容纳所述电芯(31)的壳体(32)以及电池盖板组件(2)，其特征在于：所述电池盖板组件(2)为权利要求9所述的电池盖板组件。

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