CN209447856U - 电池阻燃结构和电池 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种电池阻燃结构和一种设置有该结构的电池。该电池阻燃结构包括电池内侧板面、翻转片和顶针。电池内侧板面位于电解液上方；翻转片的周边和电池内侧板面密封连接，翻转片的内侧面和电池内侧板面构成用于封装阻燃溶液的密封腔体；顶针设置于密封腔体内；当翻转片的外侧受到的压力达到预设压力值(该值小于电池燃烧或电池***时的临界压力值)时，翻转片翻转变形且被顶针刺破，阻燃溶液流出。可见，正常情况下阻燃溶液没有与电解液混合，所以不会对电池的电性能产生任何副作用；当电池发生滥用时才将阻燃溶液释放到电解液中。从而，本实用新型能够达到在保证电池的电性能的同时还能够令电池具有阻燃功能的目的。

Description

电池阻燃结构和电池

技术领域

本实用新型涉及电池技术领域，特别涉及一种电池阻燃结构和一种设置有该电池阻燃结构的电池。

背景技术

方形锂离子电池：是相对于软包装和圆柱形电池，其壳体和顶盖一般铝材质，主要组成部分包括正极材料、负极材料、电解液、隔离膜和机械架构。

过充电：当电池充满电后再继续进行充电，则为过充电。

为了提高电池单体的能量密度和成组效率，方形动力锂离子电池单体的体积和容量越来越大，随之伴随而来的是其安全性能的明显降低，特别是充电时，当前电动汽车充电自燃的事故越来越多。因此，对动力锂离子电池进行阻燃设计越来越重要。

现有技术中，通常的方式是在电解液中添加阻燃添加剂，以达到阻燃效果。其阻燃原理如下：(1)添加剂受热分解，释放出捕获燃烧反应中的.OH(羟基)自由基，使按自由基链式反应进行的燃烧过程终止；(2)加入无闪点或高闪点的阻燃添加剂来替代或部分替代易燃和热稳定性差的有机溶剂，使其本身的闪点提高，燃烧性降低；(3)添加剂吸热分解，利用热分解时生成的不燃性气体的气化热来降低电解液的温度，使其温度减慢上升。

总之，阻燃添加剂的作用是燃烧反应的速度减慢或者使反应的引发变得困难，从而达到抑制或减轻锂离子电池热失控的目的，实现的方式是在锂离子电池制作的时候直接添加到电解液中加入锂离子电池。

电池制作的时候在电解液中添加阻燃添加剂，能够达到明显的阻燃效果。但是，阻燃添加剂会同锂离子电池中反应活性高的正负极材料发生副反应，因此会造成明显的容量损失，降低锂离子电池单体的循环性能和存储性能；阻燃添加剂一般为大分子化合物，添加倒电解液中会显著提高电解液的粘度，从而降低电解液的电导率，进而降低锂离子电池单体的功率性能。可见，阻燃添加剂严重降低了电池的电性能，特别是循环性能、存储性能和倍率充放电性能。

因此，如何在保证电池的电性能的同时还能够令电池具有阻燃功能，是目前本领域技术人员亟待解决的技术问题。

实用新型内容

有鉴于此，本实用新型的目的在于提供一种电池阻燃结构和一种设置有该电池阻燃结构的电池，能够在保证电池的电性能的同时还能够令电池具有阻燃功能。

为实现上述目的，本实用新型提供如下技术方案：

一种电池阻燃结构，包括电池内侧板面、翻转片和顶针，其中：

所述电池内侧板面为电池内部位于电解液上方的内侧面；

所述翻转片的周边和所述电池内侧板面密封连接，所述翻转片的内侧面和所述电池内侧板面构成用于封装阻燃溶液的密封腔体；

所述顶针设置于所述密封腔体内；

当所述翻转片的外侧受到的压力达到预设压力值时，所述翻转片翻转变形且被所述顶针刺破，所述阻燃溶液从所述翻转片上的破口和所述顶针之间的缝隙中流出；

其中：

所述预设压力值小于电池燃烧或电池***时的临界压力值。

优选地，在上述电池阻燃结构中，所述电池内侧板面为电池顶盖的内侧面。

优选地，在上述电池阻燃结构中，所述电池顶盖包括顶盖本体和极柱，所述顶盖本体上设置有安装孔，所述翻转片位于所述安装孔内，并且，所述翻转片的周边位于所述安装孔的孔边和所述极柱的下侧面之间且与其密封连接。

优选地，在上述电池阻燃结构中，所述极柱为负极极柱；

和/或，所述翻转片为圆台型翻转铝片。

一种电池顶盖，包括电池内侧板面和封装盒，其中：

所述电池内侧板面为电池内部位于电解液上方的内侧面；

所述封装盒的周边和所述电池内侧板面密封连接，所述封装盒的内侧面和所述电池内侧板面构成用于封装阻燃溶液的密封腔体；

所述封装盒的底部设置有开口，所述开口通过薄膜密封；

当所述封装盒的外侧受到的压力达到预设压力值时，所述薄膜发生变形且被外侧气流刺破或被设置在所述密封腔体内的顶针刺破，所述阻燃溶液从所述薄膜的裂口中流出；

其中：

所述预设压力值小于电池燃烧或电池***时的临界压力值。

优选地，在上述电池阻燃结构中，所述电池内侧板面为电池顶盖的内侧面。

优选地，在上述电池阻燃结构中，所述电池顶盖包括顶盖本体和极柱，所述顶盖本体上设置有安装孔，所述封装盒位于所述安装孔内，并且，所述封装盒的周边位于所述安装孔的孔边和所述极柱的下侧面之间且与其密封连接。

优选地，在上述电池阻燃结构中，所述极柱为负极极柱；

和/或，所述薄膜为聚合物薄膜。

一种电池，设置有如上文中所述的电池阻燃结构。

优选地，所述电池为动力锂离子电池。

从上述技术方案可以看出，本实用新型提供的电阻阻燃结构和电池，利用电池受到滥用内部气压会显著上升的行为特点，通过翻转片或带有薄膜的封装盒，将阻燃溶液独立封装，不与电池内部的电解液混合，当电池发生滥用时，才将阻燃溶液释放到电解液中，抑制或减轻电池内部易燃物的燃烧反应，从而起到阻燃的安全效果；同时由于正常情况下阻燃溶液没有与电解液混合，所以不会对电池的电性能产生任何副作用。可见，本实用新型提供的电阻阻燃结构，达到了在保证电池的电性能的同时还能够令电池具有阻燃功能的目的。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本实用新型第一具体实施例提供的电池顶盖的结构示意图及其局部放大图；

图2为本实用新型第二具体实施例提供的电池阻燃结构的结构示意图；

图3为本实用新型第三具体实施例提供的电池阻燃结构的结构示意图。

其中：

1-正极极柱，2-顶盖本体，3-负极极柱，

4-顶针，5-翻转片，6-阻燃溶液，

7-封装盒，8-薄膜。

具体实施方式

本实用新型公开了一种电池阻燃结构和一种设置有该电池阻燃结构的电池，能够在保证电池的电性能的同时还能够令电池具有阻燃功能。

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

第一具体实施例

请参阅图1，图1为本实用新型第一具体实施例提供的电池顶盖的结构示意图及其局部放大图。

本实用新型第一具体实施例提供的电池阻燃结构，包括电池内侧板面、翻转片5和顶针4，其中：

电池内侧板面为电池内部位于电解液上方的内侧面；

翻转片5的周边和电池内侧板面密封连接，翻转片5的内侧面和电池内侧板面构成用于封装阻燃溶液6的密封腔体；

顶针4设置于密封腔体内；

当翻转片5的外侧受到的压力达到预设压力值时，翻转片5翻转变形且被顶针4刺破，阻燃溶液6从翻转片5上的破口和顶针4之间的缝隙中流出，进入电芯内部从而起到阻燃作用。

在此需要进一步说明的是：

①翻转片5具体是指受到压力后能自动发生弹性翻转变形的部件，翻转片5的中间底部在常态时远离电池内侧板面，翻转片5的中间底部外侧受到的压力达到上述预设压力值时向靠近电池内侧板面的方向发生弹性变形，从而被顶针4刺破，并释放阻燃溶液6；

②上述预设压力值小于电池燃烧或电池***时的临界压力值(即电池燃烧或电池***所需的最小压力值)；

③密封腔体的容积大于阻燃溶液6的体积。具体地：

阻燃溶液6的溶液额定体积V1，与电池顶盖适配的电池中的电解液的电解液额定体积为V0，V1的大小依据V0而定；

翻转片5变形前，密封腔体的腔体初始容积为V2，V2＞V1；

并且，在翻转片5发生翻转变形且刚好接触到顶针4时，密封腔体的容积与翻转片5变形前相比，其变化量为V3，V2-V1＞V3。

具体地，上述密封腔体内填充的阻燃溶液6为阻燃添加剂液体或其余溶剂的溶液，主要包括：

有机磷系阻燃剂：磷酸三苯酯(TPP)、磷酸三甲酯(TMP)、磷酸三乙酯(TEP)、磷酸三丁酯(TBP)、亚磷酸三甲基酯(TMPI)、三氟乙基磷酸酯(TFFP)、甲基磷酸二甲酯(TMMP)、4-异丙基苯基二苯基磷酸酯(IPPP)、六甲氧基磷腈(HMPN)、三-(2,2,2-三氟乙基)磷酸酯(TFP)、二-(2,2,2-三氟代乙基)-甲基磷酸酯(BMP)、(2,2,2-三氟代乙基)二乙基磷酸酯(TDP)、三-(2,2,2-三氟乙基)亚磷酸酯(TTFP)、六甲基磷酰三胺(HMPA)和二乙基(氰基甲基)膦酸酯(DECP)中的一种。

无机磷酸阻燃剂：磷酸铵((NH4)PO4)、磷酸铵钠(Na(NH5)PO4)、硫酸铵((NH4)2SO4)和聚磷酸铵(APP)中的一种。

含氮化合物阻燃剂：三甲基乙酰胺(TMAC)、三聚氰酸三烯丙酯(TAC)、三烯丙基异氰酸酯(TAIC)和乙二腈(AND)中的一种。

卤代碳酸酯类阻燃剂：氟代碳酸酯、溴代碳酸酯、溴化环氧树脂和氯化石蜡中的一种。

硅系阻燃剂：聚硅氧烷、有机硅环氧树脂、乙烯基-3-(甲基乙基酮肟)硅烷(VTMS)和甲基苯基二甲基二乙氧基硅烷(MPBMDS)中的一种。

优选的，阻燃剂包括磷酸三苯酯(TPP)、磷酸三甲酯(TMP)、磷酸三乙酯(TEP)、磷酸铵((NH4)PO4)和三甲基乙酰胺(TMAC)中的一种。

当上述电池阻燃结构所在的电池受到过充电或机械挤压等滥用时，电池内部会发生微短路造成局部过热，从而会引发电解液溶剂与电极材料之间的副反应，同时产生大量气体，造成电池内部气压持续上升。直到翻转片5的外侧受到的压力(即电池内部气压)达到预设压力值时，触发翻转片5发生弹性翻转变形且被顶针4刺破，将阻燃溶液6释放到电池内部的电解液中，抑制或减轻电池内部易燃物的燃烧反应，从而起到阻燃的安全效果，避免情况继续恶化。

从上述技术方案可以看出，本实用新型第一具体实施例提供的电阻阻燃结构，利用电池受到滥用内部气压会显著上升的行为特点，通过翻转片5将阻燃溶液6独立封装，不与电池内部的电解液混合，当电池发生滥用时，才将阻燃溶液6释放到电解液中，抑制或减轻电池内部易燃物的燃烧反应，从而起到阻燃的安全效果；同时由于正常情况下阻燃溶液6没有与电解液混合，所以不会对电池的电性能产生任何副作用。

可见，本实用新型第一具体实施例提供的电阻阻燃结构，达到了在保证电池的电性能的同时还能够令电池具有阻燃功能的目的。

优选地，上述电池内侧板面为电池顶盖的内侧面。

具体地，电池顶盖包括顶盖本体2和极柱(优选为负极极柱3)，顶盖本体2上设置有安装孔，翻转片5位于安装孔内，并且，翻转片5的周边位于安装孔的孔边和极柱的下侧面之间且与其密封连接。

优选地，上述翻转片5为圆台型翻转铝片。或者，也可使用其它能起到受压后自动发生弹性翻转变形效果的零件。本实用新型对于上述翻转片5的材质和形状不作具体限定。

此外，本实用新型第一具体实施例提供的电池阻燃结构，还可设置在电池内部的其它位置，只要位于电解液上方、被破坏时能够将阻燃溶液6释放到电解液中即可。上述将电池阻燃结构安装在电池顶盖上且位于负极极柱3下方的方案，属于本实用新型提供的最优选实施例，而本实用新型对电池阻燃结构的具体安装位置不做具体限定。

第二具体实施例

请参阅图2，图2为本实用新型第二具体实施例提供的电池阻燃结构的结构示意图。

本实用新型第二具体实施例提供的电池阻燃结构，与上述第一具体实施例提供的电池阻燃结构相似，其区别之处仅在于：去掉顶针4，将翻转片5替换为封装盒7，其中：

封装盒7的周边和电池内侧板面密封连接，封装盒7的内侧面和电池内侧板面构成用于封装阻燃溶液6的密封腔体；

封装盒7的底部设置有开口，开口通过薄膜8密封；

当封装盒7的外侧受到的压力(即电池内部气压)达到预设压力值(该预设压力值小于电池燃烧或电池***时的临界压力值)时，薄膜8发生变形且被外侧气流刺破(或者说是被外侧高压气流冲破)，阻燃溶液6从薄膜8的裂口中流出，进入电芯内部从而起到阻燃作用。

此外，封装盒7的安装结构和安装位置同第一具体实施例中的翻转片5。具体地：电池内侧板面为电池顶盖的内侧面，电池顶盖包括顶盖本体2和极柱(优选为负极极柱3)，顶盖本体2上设置有安装孔，封装盒7位于安装孔内，并且，封装盒7的周边位于安装孔的孔边和极柱的下侧面之间且与其密封连接。

具体地，薄膜8为聚合物薄膜，优选为有机物薄膜，例如：聚乙烯(PE)、聚丙烯(PP)、聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)、聚偏氟乙烯(PVDF)、聚偏氟乙烯-六氟丙烯(PVDF-HFP)，聚酰亚胺(PI)、聚醚酰胺(PAI)、聚四氟乙烯(PTFE)、聚丙烯腈(PAN)、聚乙二醇(PEG)、聚苯乙烯(PS)、酚醛树脂(PFR)、聚多巴胺(PDA)、羟甲基纤维素钠(CMC)、醋酸纤维素(CA)、聚环氧乙烯(PEO)、聚乙烯吡咯烷酮(PVP)、聚乙烯醇(PVA)和聚丙烯酸(PAA)中的一种；优选的，有机物包括聚乙烯(PE)、聚丙烯(PP)、聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)、聚环氧乙烯(PEO)、聚酰亚胺(PI)、聚乙烯吡咯烷酮(PVP)、聚乙烯醇(PVA)或聚丙烯酸(PAA)。

当上述电池阻燃结构所在的电池受到过充电或机械挤压等滥用时，电池内部会发生微短路造成局部过热，从而会引发电解液溶剂与电极材料之间的副反应，同时产生大量气体，造成电池内部气压持续上升。直到封装盒7的外侧受到的压力(即电池内部气压)达到预设压力值时，薄膜8发生变形且被高压气流刺破(或者说是被外侧高压气流冲破)，将封装盒7内的阻燃溶液6释放到电池内部的电解液中，抑制或减轻电池内部易燃物的燃烧反应，从而起到阻燃的安全效果，避免情况继续恶化。

从上述技术方案可以看出，本实用新型第二具体实施例提供的电阻阻燃结构，同样利用了电池受到滥用内部气压会显著上升的行为特点，通过封装盒7将阻燃溶液6独立封装，不与电池内部的电解液混合，当电池发生滥用时，才将阻燃溶液6释放到电解液中，抑制或减轻电池内部易燃物的燃烧反应，从而起到阻燃的安全效果；同时由于正常情况下阻燃溶液6没有与电解液混合，所以不会对电池的电性能产生任何副作用。

可见，本实用新型第二具体实施例提供的电阻阻燃结构，也达到了在保证电池的电性能的同时还能够令电池具有阻燃功能的目的。

第三具体实施例

请参阅图3，图3为本实用新型第三具体实施例提供的电池阻燃结构的结构示意图。

本实用新型第三具体实施例中提供的电池阻燃结构与第二具体实施例中的电池阻燃结构相似，其区别之处仅在于：密封腔体内设置有顶针4。当封装盒7的外侧受到的压力达到预设压力值(该预设压力值小于电池燃烧或电池***时的临界压力值)时，薄膜8发生变形且被顶针4刺破，阻燃溶液6从薄膜8的裂口中流出。

与第二具体实施例提供的电阻阻燃结构工作过程和原理相同，本实用新型第三具体实施例提供的电阻阻燃结构，也能够达到在保证电池的电性能的同时还能够令电池具有阻燃功能的目的。

具体实施例四

本实用新型第四具体实施例还提供了一种电池，该电池设置有如上述第一具体实施例、第二具体实施例或第三具体实施例中所述的电池阻燃结构。

具体地，该电池可以是方形铝壳动力锂离子电池。但是并不局限于此，在其它种类的电池中也可以使用本实用新型提供的电池阻燃结构，本领域技术人员可根据实际需要进行具体实施，本实用新型对此不作具体限定。

最后，还需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本实用新型。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本实用新型的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本实用新型将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (10)

1.一种电池阻燃结构，其特征在于，包括电池内侧板面、翻转片(5)和顶针(4)，其中：

所述电池内侧板面为电池内部位于电解液上方的内侧面；

所述翻转片(5)的周边和所述电池内侧板面密封连接，所述翻转片(5)的内侧面和所述电池内侧板面构成用于封装阻燃溶液(6)的密封腔体；

所述顶针(4)设置于所述密封腔体内；

当所述翻转片(5)的外侧受到的压力达到预设压力值时，所述翻转片(5)翻转变形且被所述顶针(4)刺破，所述阻燃溶液(6)从所述翻转片(5)上的破口和所述顶针(4)之间的缝隙中流出；

其中：

所述预设压力值小于电池燃烧或电池***时的临界压力值。

2.根据权利要求1所述的电池阻燃结构，其特征在于，所述电池内侧板面为电池顶盖的内侧面。

3.根据权利要求2所述的电池阻燃结构，其特征在于，所述电池顶盖包括顶盖本体(2)和极柱，所述顶盖本体(2)上设置有安装孔，所述翻转片(5)位于所述安装孔内，并且，所述翻转片(5)的周边位于所述安装孔的孔边和所述极柱的下侧面之间且与其密封连接。

4.根据权利要求3所述的电池阻燃结构，其特征在于，所述极柱为负极极柱(3)；

和/或，所述翻转片(5)为圆台型翻转铝片。

5.一种电池阻燃结构，其特征在于，包括电池内侧板面和封装盒(7)，其中：

所述电池内侧板面为电池内部位于电解液上方的内侧面；

所述封装盒(7)的周边和所述电池内侧板面密封连接，所述封装盒(7)的内侧面和所述电池内侧板面构成用于封装阻燃溶液(6)的密封腔体；

所述封装盒(7)的底部设置有开口，所述开口通过薄膜(8)密封；

当所述封装盒(7)的外侧受到的压力达到预设压力值时，所述薄膜(8)发生变形且被外侧气流刺破或被设置在所述密封腔体内的顶针(4)刺破，所述阻燃溶液(6)从所述薄膜(8)的裂口中流出；

其中：

所述预设压力值小于电池燃烧或电池***时的临界压力值。

6.根据权利要求5所述的电池阻燃结构，其特征在于，所述电池内侧板面为电池顶盖的内侧面。

7.根据权利要求6所述的电池阻燃结构，其特征在于，所述电池顶盖包括顶盖本体(2)和极柱，所述顶盖本体(2)上设置有安装孔，所述封装盒(7)位于所述安装孔内，并且，所述封装盒(7)的周边位于所述安装孔的孔边和所述极柱的下侧面之间且与其密封连接。

8.根据权利要求7所述的电池阻燃结构，其特征在于，所述极柱为负极极柱(3)；

和/或，所述薄膜(8)为聚合物薄膜。

9.一种电池，其特征在于，设置有如权利要求1至8任一项所述的电池阻燃结构。

10.根据权利要求9所述的电池，其特征在于，所述电池为动力锂离子电池。