CN219144396U - 一种方形铝壳电池的防爆阀、电池顶盖组件及铝壳电池 - Google Patents

Abstract

本申请提出了一种方形铝壳电池的防爆阀，使用该防爆阀的电池顶盖组件以及锂电池。所述防爆阀在电池内压升高时，内部气压推动防爆片上的***部下凹冲坑翻转为上凸，通过观察防爆片的形状可及时识别内压异常的电池。当电池内压继续升高，达到设定的安全阈值时，防爆片沿环形刻痕***撕裂，将电池内积聚的气体排出，防止电池发生***。所述电池顶盖则取消了注液孔，减少了电池盖板上的开口数量，提高了电池可靠性。

Description

一种方形铝壳电池的防爆阀、电池顶盖组件及铝壳电池

技术领域

本申请涉及锂电池技术领域，特别是电动车辆及储能方向应用的，方形铝壳锂电池的技术领域。

背景技术

锂离子电池在使用中，在温度过高、电流过大、过充或受到异物穿刺等不利情形下，电池内部可能会发生产气。气体在电池内部积聚，会使电池内部压力升高，电池内阻增大，电池性能下降。如果产气量过大，电池内压超过电池外壳承受上限，可能造成电池***，引发严重后果。

为防止上述事故的发生，铝壳或钢壳锂电池通常需配备安全阀。目前方形铝壳锂电池使用的安全阀基本采用金属防爆膜，在电池内压升高到***阈值时，金属防爆膜沿预制刻痕***、撕裂，释放电池内部气体，从而避免电池***引发更严重事故。此类使用金属防爆膜的安全阀，在电池内压高于正常值却又低于***阈值这段区间，缺乏有效的指示手段，无法从外观上甄别内压已经异常但尚未达到***阈值的故障电池。另外，防爆膜通常要预先焊接在电池盖板的内表面，采用此类安全阀的电池盖板上需设注液孔，在注液、化成后另行封闭，这不仅增加了顶盖的开口数量、引入了额外的封口零件，还增加了工序、降低了电池可靠性。

发明内容

为解决现有方案中的问题，本申请提供了一种方形铝壳电池的防爆阀、电池顶盖组件及铝壳电池。

本申请提供了一种方形铝壳电池的防爆阀，包括阀体、密封圈和防爆片，其特征在于：所述阀体为中心有圆形孔道的圆柱体，包括第一圆柱体和第二圆柱体，第一圆柱体外径大于第二圆柱体外径，内径相同，第一圆柱体底面形成平台部；所述阀体第一圆柱体的上表面，沿圆环其中一条直径方向开有两道泄压槽；所述第二圆柱体外表面中部设有环形密封圈卡槽，所述密封圈置于环形密封圈卡槽内；所述防爆片包括平基部、***部和环形刻痕，所述***部为下凹的预制冲坑，所述***部外圈平面圆环为平基部；所述环形刻痕位于平基部与***部交线处，位于凹面一侧的表面上；所述防爆片平基部密封覆盖于阀体底部中心开孔处。

优选的，所述防爆片***部形状为球面的一部分，所述球面半径大于所述阀体内部圆形孔道直径的两倍。

优选的，所述防爆片材质选自铝、铝合金、镍或镍合金的一种。

优选的，所述密封圈为O形橡胶圈。

本申请还提供了一种方形铝壳电池顶盖组件，包括顶盖片和连接于所述顶盖片的防爆阀，其特征在于所述防爆阀为上述任一项所述的防爆阀，所述顶盖片上设有阀孔和限位环。

优选的，所述阀孔为上下贯穿铝壳电池顶盖的圆柱形通道，设置于铝壳顶盖中心位置；所述阀孔直径与防爆阀第二圆柱体外径相同。

优选的，所述限位环为圆环形，焊接于阀孔上表面，中心与阀孔中心重合；所述限位环内径与防爆阀第一圆柱体外径相同，高度与防爆阀第一圆柱体高度相同。

优选的，所述防爆阀置于阀孔内部，防爆阀第一圆柱体底部平台部与顶盖上表面贴合，防爆阀第一圆柱体侧面与限位环内表面焊接密封，所述防爆阀密封圈与阀孔挤压密封。

优选的，所述限位环也可为两个，包括上限位环和下限位环，所述上限位环焊接于阀孔上表面，所述下限位环焊接于阀孔下表面，中心与阀孔中心重合，固定防爆阀。

优选的，所述限位环外环直径比内环直径大3~4mm。

优选的，所述保护膜为圆形透明塑料膜。

本申请还提供了一种方形铝壳电池，包括具有开口的壳体，电芯以及上述的方形铝壳电池顶盖组件。

本申请提供的技术方案可达到以下的有益效果：本申请提供的方形铝壳电池的防爆阀在电池内压升高时，内部气压推动防爆片上的***部下凹冲坑翻转为上凸，通过观察防爆片的形状可及时识别内压异常的电池。当电池内压继续升高，达到设定的安全阈值时，防爆片沿环形刻痕***撕裂，将电池内积聚的气体排出，防止电池发生***。

本申请还提供了一种电池顶盖组件，所述电池顶盖组件无需在电池盖板上预留注液孔，只保留安装防爆阀的阀孔，此开孔同时用作注液通道，在注液完成后，通过完成防爆阀的安装实现电池密封，可减少电池盖板上的开口数量，提高电池可靠性。

应当理解的是，以上的一般描述和后文的细节描述仅是示例性的，并不能限制本申请。

附图说明

图1是本申请提供的实施例的安全阀顶视图和侧视剖面示意图。

图2是本申请提供的实施例的安全阀***图。

图3是本申请提供的实施例的安全阀工作方式的示意图。

图4是本申请提供的实施例的电池顶盖组件示意图。

图5是本申请提供的实施例的一种可选择方案示意图。

附图标记：100-防爆阀；101-保护膜；102-阀体；103-密封圈；104-防爆片；105-上限位环；106-泄压槽；107-密封圈卡槽；108-环形刻痕；109-下限位环；201-电池盖板；202-阀孔；203-负极极柱组件；204-正极极柱组件。

具体实施方式

请参考图1及图2。

图1、图2示出了安全阀的结构以及各零件的形状和细节。

保护膜101，外形为圆形，用胶粘在阀体102顶部，起防尘和保护作用，并构成一个阀顶部的透明观察窗。

阀体102为中心有圆形孔道的圆柱体，包括第一圆柱体和第二圆柱体，第一圆柱体外径大于第二圆柱体外径，内径相同，第一圆柱体底面形成平台部；所述阀体第一圆柱体的上表面，沿圆环其中一条直径方向开有两道泄压槽106；所述第二圆柱体外表面中部设有环形密封圈卡槽107，所述密封圈103置于环形密封圈卡槽107内；

密封圈103材质为耐电解液的橡胶材料。

防爆片104形状为圆形，直径不大于阀体102的第二圆柱体的外径，材质可以是铝、铝合金、镍或镍合金等耐腐蚀的轻质金属。防爆片104通过焊接连接在阀体102底部。防爆片中心有一下凹的预制冲坑，所述冲坑形状为球面的一部分，该球面半径大于所述阀体中心的圆柱形通道直径的两倍。在所述金属膜片上表面，在下凹冲坑的边缘位置有一圈环形刻痕108，刻痕的宽度和深度根据所需的安全阀***压力进行设计。

上限位环105是圆环状金属圈，其内环直径与阀体102第一圆柱体外径相等，外环直径比内环大3~4mm。

下限位环109用于本申请提供的实施例的一种可选择方案，在电池顶盖厚度较薄的情况下采用。下限位环109焊接在顶盖下表面，其内环直径与顶盖201上预留阀孔202内径相等。

再请参考图2和图4，图中示出了本申请提供的防爆阀的各零件相对位置，同时也提示了相应的安装顺序。先将限位环105焊接在电池盖板201上表面，中心与阀孔202中心重合，此时阀孔202作为注液通道使用。电池完成注液、化成等工序后，需要封闭电池时，将阀体102、密封圈103和防爆片104组合为防爆阀100后装入阀孔202内，此时密封圈103通过弹性形变封闭阀体102与阀孔202之间的间隙，保持两者间的气密性。然后通过连续激光焊的方式，将阀体102第一圆柱体外表面与限位环105的内环焊接。最后将保护膜101粘贴于防爆阀上表面，即完成防爆阀的安装，同时完成电池封孔。

请参考图3，图中示出了本申请提供的安全阀的工作方式。所述安全阀在使用寿命中可能经历的三种状态分别是图3（a）正常、图3（b）电池内压升高达到防爆片104翻转压力和图3（c）电池内压继续升高达到防爆片104***压力。

如图3（a）所示，防爆阀100安装完成后的状态即为正常状态，此时电池内外气压基本相等。防爆片104上表面空间通过泄压槽106与外界大气连通，因此上表面所受压力为大气压，防爆片104下表面所受压力为电池内压。防爆片104以自身强度承受电池内外的压力差并维持***部下凹的外形。

如图3（b）所示，当电池内压升高时，防爆片104底面受到的压力增大，当电池内压达到防爆片104下凹***部的翻转压力时，***部在内外压力差的推动下发生形变，由下凹翻转为上凸。通过安全阀顶部的透明观察窗可以观察到防爆片104外形的这一转变，从而帮助使用者甄别内压异常的故障电池。

如图3（c）所示，当电池内压继续升高，达到设定的***压力时，防爆片104沿环形刻痕108局部或整体撕裂，电池内部积聚的气体通过泄压槽106排放至外界大气中，使电池内压迅速降低，防止电池***。

再请参考图4，图中示出了采用本申请所述安全阀的电池顶盖组件。所述顶盖组件的电池盖板201中间位置只需预留安装防爆阀100的阀孔202，无需另设注液口。

请参考图5，一种可选择的方案是，当电池顶盖201厚度较薄时，可增加下限位环109，所述下限位环109须在电池组装前预先焊接在阀孔202下表面，其中心与阀孔中心重合，用以保证安全阀100的正确安装及封闭焊接前的气密需求。

本申请主要的创新点在于：1.所述防爆片104***部的翻转功能可帮助识别内压异常但尚未达到***压力的电池；2.使用本申请提供的电池顶盖组件无需另设注液孔，减少了电池顶盖上的开孔数量；3.防爆阀100与阀孔202之间的气密性保证，使得防爆阀可以使用焊接工艺完成电池顶盖封闭工序。

Claims (12)

1.一种方形铝壳电池的防爆阀，包括阀体、密封圈和防爆片，其特征在于：

所述阀体为中心有圆形孔道的圆柱体，包括第一圆柱体和第二圆柱体，第一圆柱体外径大于第二圆柱体外径，内径相同，第一圆柱体底面形成平台部；所述阀体第一圆柱体的上表面，沿圆环其中一条直径方向开有两道泄压槽；所述第二圆柱体外表面中部设有环形凹槽，所述密封圈置于环形凹槽内；

所述防爆片包括平基部、***部和环形刻痕，所述***部为下凹的预制冲坑，所述***部外圈平面圆环为平基部；所述环形刻痕位于平基部与***部交线处，位于凹面一侧的表面上；所述防爆片平基部密封覆盖于阀体底部中心开孔处。

2.根据权利要求1所述的防爆阀，其特征在于，所述防爆片***部形状为球面的一部分，所述球面半径大于所述阀体内部圆形孔道直径的两倍。

3.根据权利要求1所述的防爆阀，其特征在于，所述防爆片材质选自铝、铝合金、镍或镍合金的一种。

4.根据权利要求1所述的防爆阀，其特征在于，所述密封圈为O形橡胶圈。

5.一种方形铝壳电池顶盖组件，包括顶盖片和连接与所述顶盖片的防爆阀，其特征在于所述防爆阀为权利要求1-4任一项所述的防爆阀，所述顶盖片上设有阀孔、保护膜和限位环。

6.根据权利要求5所述的一种方形铝壳电池顶盖组件，其特征在于，所述阀孔为上下贯穿铝壳电池顶盖的圆柱形通道，设置于铝壳顶盖中心位置；所述阀孔直径与防爆阀第二圆柱体外径相同。

7.根据权利要求5所述的一种方形铝壳电池顶盖组件，其特征在于，所述限位环为圆环形，焊接于阀孔上表面，中心与阀孔中心重合；所述限位环内径与防爆阀第一圆柱体外径相同，高度与防爆阀第一圆柱体高度相同。

8.根据权利要求5所述的一种方形铝壳电池顶盖组件，其特征在于，所述的防爆阀置于阀孔内部，防爆阀第一圆柱体底部平台部与顶盖上表面贴合，防爆阀第一圆柱体侧面与限位环内表面焊接密封，所述防爆阀密封圈与阀孔挤压密封。

9.根据权利要求5所述的一种方形铝壳电池顶盖组件，其特征在于，所述限位环为两个，包括上限位环和下限位环，所述上限位环焊接于阀孔上表面，所述下限位环焊接于阀孔下表面，中心与阀孔中心重合，固定防爆阀。

10.根据权利要求5所述的一种方形铝壳电池顶盖组件，其特征在于，所述限位环外环直径比内环直径大3～4mm。

11.根据权利要求5所述的一种方形铝壳电池顶盖组件，其特征在于，所述保护膜为圆形透明塑料膜。

12.一种方形铝壳电池，包括具有开口的壳体，电芯和电池顶盖组件，其特征在于所述电池顶盖组件选自如权利要求5-11任意一项所述的方形铝壳电池顶盖组件。

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