CN1395328A - 方形电池的安全保护结构 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种方形电池的安全保护结构,其特征在于:该端盖板下方在密封绝缘片底缘,在电极端子上连接一金属制导电片,使其横向延伸接近罐体的侧向竖立面而不与之接触,且令其离竖立面的罐壁有约0.25mm~0.5mm的间距;通过控制导电片的长度,可避免电池无变形情况下短路的可能性,并使电池受压变形时,即在导电片与罐体侧边形成短路;从而使短路电流平均分布于全极片上,降低局部高热的可能性,以达到增进安全的功效。
Description
技术领域
本发明涉及一种方形二次锂离子电池的安全保护结构,特别是涉及这样一种方形二次锂离子电池,其中,在端盖板下方加装一片金属导电片,使其延伸接近电池罐体侧向竖立面而不与之接触,在电池受到撞击(Impact)或压扁(crash)变形时,即形成正负极短路,使短路电阻下降,短路电流平均分布在全极片上,大幅降低局部高热可能性,以达到安全的效果。
背景技术
二次锂离子电池具有高能量密度、高输出功率,可快速充电,以及无污染的特性,已为轻薄短小的便携式电子或通讯产品,不可或缺的配备;但由于电池经过多次充放电后,会因锂金属树枝化,刺穿极卷中正、负极的隔离膜造成内部短路,于是将产生使用安全的问题;而传统锂电池的安全设计,不外乎限流、断电以及释气等三种方式,其中,限流的设计是采用PTC(注:PTC是正温度系数电阻PositiveTemperature Coefficient of Resistivity的简称)来阻止高电流的流动,是属于非破坏性的安全设计;而断电方式是当电池内压增大时,能使电池内部电路的可导电易碎物品碎裂,达到断流的作用;释气方式则是当电池内压增大时,使安全膜被顶针刺穿,由气孔将气体释出或开阀方式泄压,以避免电池***。
但是,以上主要是针对电池内压不正常升高时,所采用的安全保护手段,此类型专利见诸台湾公告第377045号、第364666号,以及美国专利第4,238,812号及4,255,688号等专利案中,但对于电池受到外部压力而变形时的安全保护,则没有提及;由于电池罐体外部到撞击压力后会变形,此如一来,易发生局部过热,在极卷内部短路产生火花、烧焦、喷烟等情形,而有安全的问题。
因此,针对电池受压变形时,设计必要的安全保护结构,为本发明所欲解决的课题。
发明内容
本发明的主要目的在于提供一种方形电池的安全保护结构,当罐体侧向受撞击(Impact)或压扁(Crash)时,其可避免极卷内部短路、烧焦、喷烟等情形,以达到增进安全的功效。
为达到上述目的,本发明在电池端盖板下方加装一片金属导电片,使其延伸接近电池罐体侧向竖立面而不与之接触,通过长度控制可避免电池无变形情况下短路的可能性,并使电池受压变形时,即在导电片与罐体侧边形成短路。
附图说明
图1是本发明的立体外观图;
图2是本发明的结构剖示图;
图3是图2中A部的放大示意图;
图4是本发明受到撞击变形时的示意图;
图5是本发明受到压扁变形时的示意图;
图6和7分别为显示安全阀朝上或朝下做撞击实验时变形量的照片;
图8-10分别为在安全实验中使用的方形电池633048、863448和1003450的成品照片;
图11-16分别为撞击或压扁后的照片。
具体实施方式
首先,参阅图1和图2所示,本发明所公开的方形二次锂离子电池的安全保护结构,包括;
一罐体1,其为前后面11较宽而两侧向竖立面12较窄的扁平状方盒体,其内部设有由正、负电极元件和一介于正、负电极间的隔离膜所构成的电池极卷13;
一端盖板2,固定在罐体1开口端,其上装设有电极端子3及隔离电极端子3与端盖板2的绝缘片4,且其一侧设有一通孔21以装设安全阀5;
其特征在于:
该端盖板2下方在密封绝缘片4底缘,在电极端子3上连接一金属制导电片6,使其横向延伸接近罐体的侧向竖立面12而不与之接触,且令其离竖立面12的罐壁有约0.25mm~0.5mm的间距D;通过控制导电片6的长度,可避免电池无变形情况下短路的可能性,并使电池受压变形时,即在导电片6与罐体1侧边形成短路。
前述导电片6的装设固定方式,可以在端盖板2铆合电极端子3时一并铆上,亦可以焊接方式焊在电极端子3上。为避免导电片6向上弯曲,造成电池罐体11无外力变形情况下短路,可以选用高强度不易变形的金属作为导电片。
并且,一般方形电池是将电极端子3设为正极,而罐体1及端盖板2为负极;当然,也可将电极端子3设为负极,而罐体1及端盖板2设为正极。
通过上述技术特征,本发明的电池罐体1侧向受到撞击或压扁而如图4或图5所示的情况时,罐口变形量>0.25mm时,该导电片就会接触到罐壁造成外部形成正负极短路,使短路电阻下降,短路电流平均分配于全极片,大幅降低局部高热的可能性,如此可避免极卷13内部短路产生火花、烧焦、喷烟等情形,以达到增进安全的功效。
为了验证本发明的效果,以方形电池633048、863448和1003450为例做了如下的安全性实验。
背景描述
在未改善前,X方向都可通过测试,Y方向安全性测试撞击(Impact)、压扁(Crush)项目每次测试都有几颗不合格,不合格数据如下,故以改善Y方向来着手。
633048:进行Impact测试2/20颗不合格,进行Crush测试不合格率<10%。
863448:进行Crush测试2/10颗不合格。
1003450:进行2lot Crush测试3/5颗不合格。
设计缘起
以之前的实验经验,Y方向不管安全阀(S/V)朝上或朝下,做撞击时安全阀端的变形量总是最大(如图6、7所示),因端盖板挖掉2.8mm做安全阀的洞,所以安全阀的直径纵方向强度最弱最容易变形;做压扁时则两边的变形量几乎相等,所以将导电片做在安全阀方向最容易造成短路是最佳的方式,且不会影响注液。
实验步骤
1.在端盖组铆钉大头处以激光焊上一片铝镍片导电片,铝镍片延伸方向朝向安全阀,端边距端盖板边缘约0.5mm,制造变形后外部短路点,成品分别如图8、9、10所示。
2.把绝缘片短边的围墙削去让铝镍片可以伸出制造短路。再将焊好的端盖组依正常程序组装制作成电池并形成完成。做撞击、压扁实验。
实验结果
实验数据如下表。
编号 | 撞击 | 撞击 | 压扁 | 压扁 | ||||
633048A-680mAh | 633048B-680mAh | 863348C-1300mAh | 1003450A-1550mAh | |||||
最高温度℃ | SV | 最高温度℃ | SV | 最高温度℃ | SV | 最高温度℃ | SV | |
1 | 111 | ↑ | 104 | ↑ | 104 | ↑ | 100 | ↑ |
2 | 111 | ↑ | 118 | ↑ | 95 | ↑ | 101 | ↑ |
3 | 94 | ↑ | 107 | ↑ | 101 | ↑ | 93 | ↑ |
4 | 99 | ↑ | 104 | ↑ | 108 | ↑ | 28 | ↑ |
5 | 116 | ↓ | 100 | ↑ | 103 | ↑ | 102 | ↑ |
6 | 123 | ↓ | 104 | ↑ | 99 | ↓ | 450 | ↓ |
7 | 108 | ↓ | 130 | ↑ | 103 | ↓ | 102 | ↓ |
8 | 102 | ↓ | 28 | ↑ | 103 | ↓ | 28 | ↓ |
9 | 109 | ↓ | 112 | ↓ | 103 | ↓ | ||
10 | 103 | ↓ | 101 | ↓ | 100 | ↓ | ||
11 | 110 | ↓ | 111 | ↓ | 105 | ↓ | ||
12 | 107 | ↓ | 114 | ↓ | ||||
13 | 103 | ↓ | 109 | ↓ | ||||
14 | 107 | ↓ | 103 | ↓ | ||||
15 | 106 | ↓ | ||||||
16 | 103 | ↓ |
正常情形外部短路温度约在100℃上下,28℃属室温下的正常值应是没有短路的情形,450℃高温应属内部短路的不安全状态。
633048B-780mAh有1颗没有短路,是铝镍片***绝缘片里,形成绝缘状态。
1003450A-1550mAh有2颗没有短路,1颗短路后温度过高,发现是罐盖焊道爆开端盖板弹出,使导电片没有接触罐壁失效所致。
重试1003450A-1550mAh,在加强R角激光功率后重新测试,期使端盖板短边欲短路处,因功率的增加使焊深加深,而使端盖板不被弹出。
结果全部合格,数据如下:
压扁 | ||||||||||
No. | 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | 8 | 9 | 10 |
最高温度℃ | 97 | 110 | 110 | 110 | 101 | 107 | 113 | 113 | 113 | 112 |
端盖组机构新设计
以实验时的设计铝镍片端边距端盖板边缘约0.5mm,仍然有几颗没有短路,经检查发现是导电片***绝缘片里,以致于没有短路,所以将此间距缩小到0.25mm,当罐体Y方向受撞击或压扁时,罐口变形量>0.25mm时导电片就会接触到罐壁造成外部短路,先把电能消耗掉,避免极卷内部短路产生火花、烧焦、喷烟等情形,以达到安全的目的。
结论
以间距约0.5mm实验测试的结果几乎全部合格,所以依此设计将间距缩为0.25mm去转为正式品应没问题,成功率会更高。导电片不可能无故增长只有可能变短,且经Auto CAD做旋转模拟,即使导电片铆合后产生最大歪斜,距端盖板边缘仍有0.2mm的间距,足以覆盖端盖板及导电片的公差,还不致于直接接触到罐壁。在生产线制造时建议短边的激光功率应增加使焊深加深,避免端盖组弹出罐体而失效。作为正式品生产时,将把导电片装在铆钉与端盖密封绝缘片之间做铆合。
根据实验结论得知,该导电片6与罐壁间距0.5mm实验测试的结果几乎全部合格,所以依此设计将间距D缩为0.25mm,则成功率会更高,导电片6不可能无故增长,只有可能变短,且经电脑绘图做旋转模拟,即使导电片6铆合后产生最大歪斜,距端盖板边缘仍有0.2mm的间距,足以涵括端盖板2及导电片6的公差,还不致于直接接触到罐壁;因此,本发明已可达实施阶段,具有可供产业利用价值。
上述所公开的图式、说明,仅为本发明的优选实施例,依本案精神范畴所作的修饰或等效变化,仍应包括在本案申请专利范围内。
Claims (4)
1.一种方形电池的安全保护结构,包括:
一罐体,其为前后面较宽而两侧向竖立面较窄的扁平状方盒体,其内部设有由正、负电极元件和一介于正、负电极间的隔离膜所构成的电池极卷;
一端盖板,其固定在罐体开口端,其上装设有电极端子及隔离电极端子与端盖板的绝缘片,且其一侧设有一通孔以装设安全阀;
其特征在于:
该端盖板下方在密封绝缘片底缘,在电极端子上连接一金属制导电片,使其横向延伸接近罐体的侧向竖立面而不与之接触,且令其离竖立面的罐壁有约0.25mm~0.5mm的间距;通过控制导电片的长度,可避免电池无变形情况下短路的可能性,并使电池受压变形时,即在导电片与罐体侧边形成短路。
2.如权利要求1所述的方形电池的安全保护结构,其中,该导电片是与电极端子一起铆合在端盖板的。
3.如权利要求1所述的方形电池的安全保护结构,其中,该导电片是利用焊接方式固定在电极端子上的。
4.如权利要求1所述的方形电池的安全保护结构,其中,该导电片是由高强度不易变形的金属所构成的。
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