CN116259920A - 电池防爆阀结构、顶盖、电池和用电设备 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种电池防爆阀结构、顶盖、电池和用电设备，其中电池防爆阀结构包括：基板，沿其厚度方向开设有贯穿的防爆孔；二级防爆阀片，安装于基板且覆盖防爆孔；二级防爆阀片沿其厚度方向开设有贯穿的一级防爆阀孔，一级防爆阀孔和防爆孔连通；一级防爆阀片，安装于二级防爆阀片上且覆盖一级防爆阀孔；其中，一级防爆阀片的开阀压强小于二级防爆阀片的开阀压强。本发明在不增加防爆阀结构的总泄压面积的情况下，将一级防爆阀片和二级防爆阀片的泄压面积和刻痕深度关联起来，使得当电池异常瞬间产气时，一级防爆阀片能够快速打开；若增压太快或排气出现堵塞时，二级防爆阀片快速打开来泄压，可有效规避电池***发生，提高电池安全性。

Description

电池防爆阀结构、顶盖、电池和用电设备

技术领域

本发明涉及电池技术领域，尤其是指一种电池防爆阀结构、顶盖、电池和用电设备。

背景技术

热失控是电池最严重的安全事故，储存在电池内部的电能和化学能在短时间内大量释放，使得电池内部的温度快速升高，同时热失控中电解液、活性物质分解产生的大量气体会导致电池内部的压力急剧升高，甚至引起锂离子电池的***。

为了保证在锂离子电池的安全性，通常会在电池顶盖上设计一个电池防爆阀，在压力过高时能够及时被破坏，释放电池内部的压力，防止热失控中电池发生***。

对于电池而言，防爆阀设计在电池的顶盖，防爆阀还兼具了断路器的功能，在电池内部压力升高到一定程度时，防爆阀动作切断电流回路，当电池内部的压力进一步升高时，防爆阀结构被破坏，释放电池内部的压力，防止电池发生***。

现有的防爆阀一般存在以下问题：

电池出现异常时，内压瞬间增大冲开防爆阀，若增压太快而排气不及时时，电池会出现***风险，带来安全隐患；

在电池容量比较大和较宽/较薄型号电池中，短时间内产生大量气体的情况的情况下，防爆阀很容易被位移的电芯所堵塞，从而导致电池内部的压力积聚，引起***。

虽然通过增大防爆阀的泄压面积在一定程度上能解决上述问题，比如：单纯地将单个防爆阀的泄压面积增大，或者，通过使用多个防爆阀来增大总的泄压面积，但这两种实施手段一方面会降低顶盖或电池壳体的强度，另一方面会使得防爆阀在电池装车或正常使用过程中意外开阀，危害电池安全。

因此，单纯地仅增大防爆阀的泄压面积无法从根本上解决防爆阀泄压不及时或排气易堵塞的问题。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明公开了一种电池防爆阀结构、顶盖、电池和用电设备。

本发明所采用的技术方案如下：

一种电池防爆阀结构，包括：

基板，沿其厚度方向开设有贯穿的防爆孔；

二级防爆阀片，安装于所述基板且覆盖所述防爆孔；所述二级防爆阀片沿其厚度方向开设有贯穿的一级防爆阀孔，所述一级防爆阀孔和所述防爆孔连通；

一级防爆阀片，安装于所述二级防爆阀片上且覆盖所述一级防爆阀孔；

其中，所述一级防爆阀片的开阀压强小于所述二级防爆阀片的开阀压强。

在一些实施例中，所述一级防爆阀片的泄压面积和所述二级防爆阀片的泄压面积满足以下关系式：

式中：

为二级防爆阀片的泄压面积，/>

的取值范围为2~10，/>

为一级防爆阀片的泄压面积。

在一些实施例中，所述基板的厚度方向具有相对的第一表面和第二表面，所述第一表面边缘或第二表面边缘围成的区域的面积和所述二级防爆阀片的泄压面积满足以下关系式：

式中：

为二级防爆阀片的泄压面积，/>

的取值范围为0.1~0.95，/>

为所述第一表面边缘或第二表面边缘围成的区域的面积。

在一些实施例中，所述一级防爆阀片设有第一开阀刻痕，所述二级防爆阀片设有第二开阀刻痕，所述第二开阀刻痕的深度小于所述第一开阀刻痕的深度。

在一些实施例中，所述第二开阀刻痕的深度和所述二级防爆阀片的厚度满足以下关系式：

式中：

为第二开阀刻痕的深度，/>

为取值范围为1/4-2/3，/>

为二级防爆阀片的厚度。

在一些实施例中，所述基板和所述二级防爆阀片的固定方式为焊接或粘接。

在一些实施例中，所述一级防爆阀片和所述二级防爆阀片的固定方式为焊接或粘接。

在一些实施例中，在所述基板的厚度方向具有相对的第一表面和第二表面，在所述基板的第一表面向内凹陷形成有第一孔体，所述二级防爆阀片限定在所述第一孔体。

在一些实施例中，在所述二级防爆阀片的厚度方向具有相对的第三表面和第四表面，在所述二级防爆阀片的第四表面设置至少一个第二孔体，所述一级防爆阀片限定在所述第二孔体。

在一些实施例中，所述二级防爆阀片的中心和所述一级防爆阀片的中心位于同一轴线上。

一种顶盖，包括顶盖片和如上述所述的电池防爆阀结构，所述基板为所述顶盖片。

一种电池，包括：

壳体，具有一开口；

电芯，安装于所述壳体内；

顶盖，扣合所述壳体的开口，所述顶盖包括顶盖片；以及

如上述所述的电池防爆阀结构；

其中，所述电池防爆阀结构设置于所述顶盖上，所述基板为所述顶盖片；或者，所述电池防爆阀结构设置于所述壳体上，所述基板为所述壳体的底板或侧板。

一种用电设备，包括如上述所述的电池。

本发明的上述技术方案相比现有技术具有以下优点：

本发明所述的电池防爆阀结构当电池异常瞬间产气时，一级防爆阀片会快速打开，若电池增压太快或电池防爆阀结构排气出现堵塞时，二级防爆阀片会快速打开进行泄压，可有效规避电池***的发生，提高电池安全性。

本发明所述的电池防爆阀结构中一级防爆阀片设置在二级防爆阀片上面，二级防爆阀片再固定在顶盖片或电池的壳体上，不会影响电池能量密度。

附图说明

为了使本发明的内容更容易被清楚的理解，下面根据本发明的具体实施例并结合附图，对本发明作进一步详细的说明。

图1是本发明中顶盖的结构示意图。

图2是本发明中顶盖的***图。

图3是图1中部分剖面图。

图4是图3中A处的放大示意图。

图5是本发明中顶盖片的结构示意图。

图6是图5中B处的放大示意图。

图7是本发明中一级防爆阀片和二级防爆阀片的组合后的结构示意图。

图8是图7中的俯视图。

图9是图8中A-A处的剖面图。

图10是本发明中一级防爆阀片的结构示意图。

图11是本发明中二级防爆阀片的第一视角的结构示意图。

图12是本发明中二级防爆阀片的第二视角的结构示意图。

说明书附图标记说明：1、顶盖片；11、防爆孔；111、第一孔体；12、极柱孔；13、注液孔；2、一级防爆阀片；21、第一开阀刻痕；3、二级防爆阀片；31、一级防爆阀孔；32、第二孔体；33、第二开阀刻痕。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明，以使本领域的技术人员可以更好地理解本发明并能予以实施，但所举实施例不作为对本发明的限定。

关本发明的前述及其他技术内容、特点与功效，在以下配合参考附图对实施例的详细说明中，将可清楚的呈现。以下实施例中所提到的方向用语，例如：上、下、左、右、前或后等，仅是参考附图的方向。因此，使用的方向用语是用来说明并非用来限制本发明，此外，在全部实施例中，相同的附图标号表示相同的元件。

经研究发现，目前通过增大防爆阀的泄压面积解决防爆阀泄压不及时或排气易堵塞的问题，例如仅将单个防爆阀的泄压面积增大，或者，通过使用多个防爆阀来增大防爆阀结构总的泄压面积，但这两种实施手段一方面会降低电池顶盖或电池壳体的强度，另一方面会使得防爆阀结构在电池装车或正常使用过程中意外开阀，危害电池安全。

为解决上述问题，本发明提供一种电池防爆阀结构、顶盖、电池和用电设备。

实施例1：

结合图1-图3，一种电池防爆阀结构，包括基板、二级防爆阀片3和一级防爆阀片2。

其中，基板沿其厚度方向开设有贯穿的防爆孔11；

二级防爆阀片3安装于基板且覆盖防爆孔11；二级防爆阀片3沿其厚度方向开设有贯穿的一级防爆阀孔31，一级防爆阀孔31和防爆孔11连通；

一级防爆阀片2安装于二级防爆阀片3上且覆盖一级防爆阀孔31；

其中，一级防爆阀片2的开阀压强小于二级防爆阀片3的开阀压强。具体地，一级防爆阀片2的开阀压强和二级防爆阀片3的开阀压强满足以下关系式：

式中：

为一级防爆阀片2的开阀压强，/>

的取值范围为0.5MPa-1.1MPa，/>

为二级防爆阀片3的开阀压强，/>

为设定的安全系数且的取值范围为1.5-2.5。

在本实施例中，在基板的厚度方向具有相对的第一表面和第二表面，在所述基板的第一表面向内凹陷形成有第一孔体111，所述二级防爆阀片3限定在所述第一孔体111，具体的，二级防爆阀片3搭接在第一孔体111且覆盖防爆孔11。进一步地，基板和二级防爆阀片3的固定方式为焊接或粘接，其中，焊接可以选择是对二级防爆阀片3和基板的搭接处激光焊接或采用其他现有焊接手段进行焊接。此时，可以理解为，二级防爆阀片3在防爆孔11内。

结合图3和图6，具体地，在基板的第一表面设置两个不在同一水平面的第一孔体111，可以理解为，两个第一孔体111具有上下的位置关系。两个第一孔体111具有预设宽度且两个第一孔体111的宽度沿基板的第一表面朝向基板的第二表面的厚度方向逐渐增大。二级防爆阀片3搭接于其中一个深度较深的第一孔体111,还有一个第一孔体111用于方便二级防爆阀片3和基板进行焊接操作的固定。其中，位于上方的第一孔体111的高度为H₁，H₁=0.1mm-0.6mm；位于下方的第一孔体111的高度为H₂，H₂=0.6mm-2.0mm；第一孔体111的宽度为W，W=0.25mm-2.0mm。

可选地，二级防爆阀片3可位于防爆孔11之上，只要满足二级防爆阀片3覆盖防爆孔11。

结合图7-图12，在本实施例中，在二级防爆阀片3的厚度方向具有相对的第三表面和第四表面，在二级防爆阀片3的第四表面设置至少一个第二孔体32，一级防爆阀片2限定在第二孔体32，具体的，一级防爆阀片2搭接于第二孔体32。进一步地，一级防爆阀片2和二级防爆阀片3的固定方式为焊接或粘接，其中，焊接可以选择是对一级防爆阀片2和二级防爆阀片3的搭接处进行激光焊接或采用其他现有焊接手段进行焊接。

一级防爆阀片2的形状和二级防爆阀片3的形状可以相同或不同，两者的形状可以采用圆形、椭圆形和多边形中的一种。在本实施例中，如图7所示，一级防爆阀片2的形状为圆形，二级防爆阀片3的形状为矩形，则对应地，防爆孔11的形状为矩形，一级防爆阀孔31的形状为圆形。

优选地，二级防爆阀片3的中心和一级防爆阀片2的中心位于同一轴线上，尽量避免一级防爆阀片2和二级防爆阀片3激光焊接时，两者的***气压互相不受影响，其原理是激光焊接高温会使得一级防爆阀片2和二级防爆阀片3所用材料发生热胀冷缩，会对第一开阀刻痕21和第二开阀刻痕33造成一定拉扯，导致出现开裂等问题。具体的，二级防爆阀片3的中心和一级防爆阀片2的中心可以重合。

在本实施例中，基板、一级防爆阀片2和二级防爆阀片3的材质为铝材，其中一级防爆阀片2的材质优选用MFX2铝材，因为MFX2铝材的晶粒一致性非常高，***一致性更好，能够保障一级防爆阀片2的开阀灵敏性。一级防爆阀片2的厚度小于二级防爆阀片3的厚度。

由于发明人发现，防爆阀片的泄压面积大小和刻痕深度均会影响防爆阀的开阀效果。一般而言，在其他条件相同的情况下（例如防爆阀片的厚度、材料、刻痕以及其他条件），当防爆阀片的泄压面积小时，所需要的开阀压强就大；当防爆阀片的泄压面积大时，所需要的开阀压强就小。进一步地，当防爆阀片的泄压面积一定且防爆阀片上设置有刻痕时，刻痕的深度浅，所需开阀压强就大，刻痕的深度深，所需开阀压强就小。同时，泄压面积和刻痕相比，刻痕对防爆片的开阀影响最大，因此即使在泄压面积不相同时，也可以通过控制刻痕数量或深度来控制防爆阀片的开阀顺序。

因此，在本实施例中，一级防爆阀片2的泄压面积和二级防爆阀片3的泄压面积满足以下关系式：

式中：

为二级防爆阀片3的泄压面积，/>

的取值范围为2~10，/>

为一级防爆阀片2的泄压面积。

需要说明的是，泄压面积是指防爆阀片上覆盖防爆阀孔区域的面积，也可以近似地认为是防爆阀片上表面边缘或下表面边缘所围成为区域面积。

在本实施例中，所述基板的厚度方向具有相对的第一表面和第二表面，所述第一表面边缘或第二表面边缘围成的区域的面积和所述二级防爆阀片3的泄压面积满足以下关系式：

式中：

为二级防爆阀片3的泄压面积，/>

的取值范围为0.1~0.95，/>

为所述第一表面边缘或第二表面边缘围成的区域的面积。

需要说明的是，虽然二级防爆阀片3的泄压面积大于一级防爆阀片2的泄压面积，但是通过调整二级防爆阀片3和一级防爆阀片2的厚度、材料、刻痕或其他条件，能够保证当电池异常瞬间产气，一级防爆阀片2先开，若电池增压太快或电池防爆阀结构排气出现堵塞时，二级防爆阀片3再开阀泄压。例如，一级防爆阀片2安装于一级防爆孔31中，而一级防爆阀孔31形成于二级防爆阀片3上，因此一级防爆阀片2的厚度小于二级防爆阀片3的厚度，虽然二者泄压面积不同，但能保证开阀顺序。之所以使二级防爆阀片3的泄压面积大于一级防爆阀片2的泄压面积，是想在一级防爆阀片2排气堵塞时，能尽可能地通过增大二级防爆阀片3的泄压面积从而帮助泄压二级防爆阀片3快速泄压。

发明人发现，一级防爆阀片2和二级防爆阀片3的泄压面积满足上述关系式时，一级防爆阀片2和二级防爆阀片3的联动性最好，即，既能保证泄压及时又不会意外开阀。

在一些实施例中，一级防爆阀片2设有第一开阀刻痕21，二级防爆阀片3设有第二开阀刻痕33，第二开阀刻痕33的深度小于第一开阀刻痕21的深度。其中，第一开阀刻痕21和第二开阀刻痕33的作用在于，当电池的内部气压达到电池防爆阀结构的开阀气压时，通过第一开阀刻痕21或第二开阀刻痕33将一级防爆阀片2或二级防爆阀片3撕开，刻痕相当于是在防爆阀片设置的薄弱处，也是力的集中点。

具体地，当一级防爆阀片2和二级防爆阀片3的泄压面积大致相同时，通过设置第二开阀刻痕33的深度小于第一开阀刻痕21的深度，能够使得电池异常瞬间产气，一级防爆阀片2先开，若电池增压太快或电池防爆阀结构排气出现堵塞时，二级防爆阀片3再开阀泄压。当二者泄压面积不同时，例如当二级防爆阀片3的泄压面积大于一级防爆阀片2的泄压面积时，通过设置第二开阀刻痕33的深度小于第一开阀刻痕21的深度，也能保证一级防爆阀片2先开，二级开阀片3后开。

具体地，第二开阀刻痕33的深度和二级防爆阀片3的厚度满足以下关系式：

式中：

为第二开阀刻痕33的深度，/>

的取值范围为1/4-2/3，/>

为二级防爆阀片3的厚度。

通过控制二级防爆阀片3的厚度和第二开阀刻痕33的深度，能够进一步保证二级防爆阀片3在一级防爆阀片2泄压不及时或防爆阀结构排气堵塞时进行开阀，而不在正常使用中受力开阀。

本实施例的组装方法如下：

首先，将一级防爆阀片2与二级防爆阀片3的第二孔体32搭接适配，将一级防爆阀片2与二级防爆阀片3焊接固定并密封，再将二级防爆阀片3与基板的第一孔体111搭接适配，对二级防爆阀片3与基板焊接固定并密封。

本实施例的工作原理如下：

当电池异常瞬间产气时，一级防爆阀片2能够快速打开，若电池内部增压太快或排气出现堵塞时，二级防爆阀片3快速打开来泄压，可有效规避电池***的发生，提高电池安全性。

另外，由于一级防爆阀片2和二级防爆阀片3不增加防爆阀结构的总的泄压面积，不会影响电池结构的强度。

实施例2：

结合图4和图5，一种顶盖，包括顶盖片1和如实施例1所提供的电池防爆阀结构，此时基板为顶盖片1。其中，顶盖片1沿其厚度方向形成有两个极柱孔12和一个注液孔13。

两个极性相反的极柱，每一极柱对应安装于一个极柱孔12中。通过预留注液孔13，把电解液按照需要的量注入电池的内部，当电解液注入完成后，可再使用激光焊接用密封钉封住注液孔13。

实施例3：

一种电池，包括壳体、电芯、顶盖和如实施例1所提供的电池防爆阀结构。

其中，壳体具有一开口；电芯安装于壳体内；顶盖，扣合壳体的开口，顶盖包括顶盖片1；电池防爆阀结构设置于顶盖上，此时基板为顶盖片1；或者，电池防爆阀结构设置于壳体上，此时基板为壳体的底板或侧板。

具体地，壳体包括一底板和一侧板。侧板围绕底板设置，包括两个相对设置的第一侧板和两个相对设置的第二侧板，第一侧板和第二侧板连接；底板和侧板共同形成用于容纳电芯的容纳空间，电芯具有两个相对的最大侧面(即电芯大面)；每一第一侧板与每一最大侧面相对设置。

由实施例2和实施例3可知：

当电池防爆阀结构设置在顶盖上时，基板就是顶盖片1；当电池防爆阀结构设置在电池的壳体上时，基板为壳体的底板或侧板。

实施例4：

一种用电设备，包括如实施例3所提供的电池。本发明的主要设计要点在于电池防爆阀结构的结构改进，对于用电设备的其他结构，例如用电设备的电连接部分、机械结构部分就不再一一赘述。

用电设备可以是汽车、手机、便携式设备、笔记本电脑、轮船、航天器、电动玩具和电动工具等等。汽车可以是燃油汽车、燃气汽车或新能源汽车，新能源汽车可以是纯电动汽车、混合动力汽车或增程式汽车等；航天器包括飞机、火箭、航天飞机和宇宙飞船等等；电动玩具包括固定式或移动式的电动玩具，例如，游戏机、电动汽车玩具、电动轮船玩具和电动飞机玩具等等；电动工具包括金属切削电动工具、研磨电动工具、装配电动工具和铁道用电动工具，例如，电钻、电动砂轮机、电动扳手、电动螺丝刀、电锤、冲击电钻、混凝土振动器和电刨等等。本发明的实施例对上述用电设备不做特殊限制。

在本发明实施例的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，若出现术语“设置”、“连接”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，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引申出的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之中。

Claims (13)

1.一种电池防爆阀结构，其特征在于：包括：

基板，沿其厚度方向开设有贯穿的防爆孔（11）；

二级防爆阀片（3），安装于所述基板且覆盖所述防爆孔（11）；所述二级防爆阀片（3）沿其厚度方向开设有贯穿的一级防爆阀孔（31），所述一级防爆阀孔（31）和所述防爆孔（11）连通；

一级防爆阀片（2），安装于所述二级防爆阀片（3）上且覆盖所述一级防爆阀孔（31）；

其中，所述一级防爆阀片（2）的开阀压强小于所述二级防爆阀片（3）的开阀压强。

2.根据权利要求1所述的电池防爆阀结构，其特征在于：所述一级防爆阀片（2）的泄压面积和所述二级防爆阀片（3）的泄压面积满足以下关系式：

；

式中：

为二级防爆阀片（3）的泄压面积,/>

的取值范围为2~10,/>

为一级防爆阀片（2）的泄压面积。

3.根据权利要求1所述的电池防爆阀结构，其特征在于：所述基板的厚度方向具有相对的第一表面和第二表面，所述第一表面边缘或第二表面边缘围成的区域的面积和所述二级防爆阀片（3）的泄压面积满足以下关系式：

；

式中：

为二级防爆阀片（3）的泄压面积,/>

的取值范围为0.1~0.95，/>

为所述第一表面边缘或第二表面边缘围成的区域的面积。

4.根据权利要求1所述的电池防爆阀结构，其特征在于：所述一级防爆阀片（2）设有第一开阀刻痕（21），所述二级防爆阀片（3）设有第二开阀刻痕（33），所述第二开阀刻痕（33）的深度小于所述第一开阀刻痕（21）的深度。

5.根据权利要求4所述的电池防爆阀结构，其特征在于：所述第二开阀刻痕（33）的深度和所述二级防爆阀片（3）的厚度满足以下关系式：

；

式中：

为第二开阀刻痕（33）的深度,/>

的取值范围为1/4-2/3，/>

为二级防爆阀片（3）的厚度。

6.根据权利要求1所述的电池防爆阀结构，其特征在于：所述基板和所述二级防爆阀片（3）的固定方式为焊接或粘接。

7.根据权利要求1所述的电池防爆阀结构，其特征在于：所述一级防爆阀片（2）和所述二级防爆阀片（3）的固定方式为焊接或粘接。

8.根据权利要求1所述的电池防爆阀结构，其特征在于：在所述基板的厚度方向具有相对的第一表面和第二表面，在所述基板的第一表面向内凹陷形成有第一孔体（111），所述二级防爆阀片（3）限定在所述第一孔体（111）。

9.根据权利要求1所述的电池防爆阀结构，其特征在于：在所述二级防爆阀片（3）的厚度方向具有相对的第三表面和第四表面，在所述二级防爆阀片（3）的第四表面设置至少一个第二孔体（32），所述一级防爆阀片（2）限定在所述第二孔体（32）。

10.根据权利要求1所述的电池防爆阀结构，其特征在于：所述二级防爆阀片（3）的中心和所述一级防爆阀片（2）的中心位于同一轴线上。

11.一种顶盖，其特征在于，包括顶盖片和如权利要求1-10任意一项所述的电池防爆阀结构，所述基板为所述顶盖片。

12.一种电池，其特征在于：包括：

壳体，具有一开口；

电芯，安装于所述壳体内；

顶盖，扣合所述壳体的开口，所述顶盖包括顶盖片；以及

如权利要求1-10任意一项所述的电池防爆阀结构；

其中，所述电池防爆阀结构设置于所述顶盖上，所述基板为所述顶盖片；或者，所述电池防爆阀结构设置于所述壳体上，所述基板为所述壳体的底板或侧板。

13.一种用电设备，其特征在于：包括如权利要求12所述的电池。

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