防爆膜及二次电池顶盖的制作方法

本申请涉及储能器件技术领域，尤其涉及一种防爆膜及二次电池顶盖。

背景技术：

二次电池的内部为相对密封的环境，在过充或被刺破导致短路的失效情况下，二次电池内部会快速产生大量的热量和气体，并积聚在壳体内部，当壳体内部的压力达到预设的压力值时，会导致壳体炸裂、顶盖掀飞，引发二次电池的安全问题。

目前，二次电池顶盖上通常设置有防爆膜，作用是当壳体内的气体压力升到预设值时，防爆膜开启供气体排出，避免发生壳体炸裂和顶盖掀飞等风险。因此，对于防爆膜而言，要求其具有较高的可靠性，例如，开阀前强度较高，在预设压力下能够瞬时开启，开启后能充分打开，且具有较大的泄压面积。

技术实现要素：

本申请提供了一种防爆膜及二次电池顶盖，能够提高二次电池的安全性。

本申请提供了一种防爆膜，用于密封二次电池顶盖的防爆孔，包括：

边缘部分，所述边缘部分与所述防爆孔的外周边沿连接；和

中央部分，所述边缘部分环绕并连接于所述中央部分，

其中，所述中央部分靠近所述边缘部分的区域设置有供气体撕裂的刻痕，所述刻痕的形状与所述防爆孔的外轮廓线的形状相同，

在所述刻痕所包围的区域内，所述中央部分的上表面还设置有凸起，所述凸起逐渐凸出于所述中央部分的基体表面。

可选的，所述凸起设置有多个，分别为沿着长度方向排布的第一凸起和第二凸起，以及沿着宽度方向排布的第三凸起和第四凸起，

在所述第一凸起指向所述第二凸起的方向上，所述第一凸起的凸出高度逐渐增加，所述第二凸起的凸出高度逐渐减小，

在所述第三凸起指向所述第四凸起的方向上，所述第三凸起的凸出高度逐渐减小，所述第四凸起的凸出高度逐渐增加。

可选的，所述第一凸起和所述第二凸起中的至少一者包括第一倾斜凸部和第二倾斜凸部，两者朝靠近彼此的一侧倾斜且相交，并且在相交处形成脊状尖顶，

和/或

所述第三凸起和所述第四凸起中的至少一者包括第一倾斜凸部和第二倾斜凸部，两者朝靠近彼此的一侧倾斜且相交，并且在相交处形成脊状尖顶。

可选的，所述第一倾斜凸部与所述第二倾斜凸部的夹角为135°± 2°。

可选的，所述第一凸起和所述第二凸起对称设置，所述第三凸起和所述第四凸起对称设置。

可选的，所述第一凸起、所述第二凸起、所述第三凸起和所述第四凸起均延伸至所述刻痕。

可选的，还包括设置于所述中央部分的加强痕，所述加强痕位于所述第一凸起、所述第二凸起、所述第三凸起和所述第四凸起四者所共同围成的区域内。

可选的，所述加强痕所在的部位逐渐低于所述基体表面。

可选的，所述第一凸起和所述第二凸起的最高凸出部位处凸出所述基体表面的3倍～5倍，所述第三凸起和所述第四凸起的最高凸出部位处凸出所述基体表面的3倍～4倍。

本申请还提供了一种二次电池顶盖，包括：

顶盖片，所述顶盖片开设有防爆孔；和

如上所述的防爆膜，所述防爆膜密封所述防爆孔，

其中，所述刻痕设置于所述防爆膜的内侧表面，所述凸起朝向所述顶盖片的外侧凸出。

本申请提供的技术方案可以达到以下有益效果：

本申请提供了一种防爆膜，其中，中央部分靠近边缘部分的区域设置有刻痕，该刻痕可以在气体预设压力的作用下被撕裂，并且该刻痕的形状与防爆孔的外轮廓线的形状相同，二次电池在使用过程中会缓慢产气，当二次电池内部的气体压力高于防爆膜的开启压力时，防爆膜从刻痕处被撕裂，由于该刻痕位于中央部分靠近边缘部分的区域，且沿着防爆孔的开口形状延伸，因此，相对于刻痕设置在中央部分的中心区域的方案而言，防爆膜在开启时对该刻痕开启的高度要求较小，即使防爆膜与外部结构的距离较小，也不会影响防爆膜的正常开启，并且，开启后的防爆膜具有较大的泄压面积，提高了二次电池的安全性，另外，在刻痕所包围的区域内，还设有逐渐凸出于中央部分的基体表面，逐渐凸出的凸起可以逐渐增加中央部分的厚度，且可以占有中央部分的较多的区域，这样一来，当二次电池在工作过程中缓慢产气时，气压会作用于防爆膜的底面，逐渐凸出的凸起可以提高中央部分整体抵抗变形的能力，以减小由于中央部分的受力变形而导致的在刻痕处产生的疲劳破坏，提高二次电池的安全性。

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为本申请实施例提供的二次电池顶盖的分解视图；

图2为本申请实施例提供的防爆膜的示意图；

图3为本申请实施例提供的防爆膜的俯视图；

图4为图3中的A-A视图；

图5为图3中的B-B视图。

附图标记：

10-顶盖；

100-防爆孔；

20-防爆膜；

200-边缘部分；

202-中央部分；

2020-刻痕；

2022-凸起；

20220-第一凸起；

20220a-第一倾斜凸部；

20220b-第二倾斜凸部；

20220c-脊状尖顶；

20222-第二凸起；

20224-第三凸起；

20226-第四凸起；

2024-基体表面；

2026-加强痕。

此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分，示出了符合本申请的实施例，并与说明书一起用于解释本申请的原理。

具体实施方式

下面通过具体的实施例并结合附图对本申请做进一步的详细描述。

需要注意的是，本申请实施例所描述的“上”、“下”、“左”、“右”等方位词是以附图所示的角度来进行描述的，不应理解为对本申请实施例的限定。此外，在上下文中，还需要理解的是，当提到一个元件连接在另一个元件“上”或者“下”时，其不仅能够直接连接在另一个元件“上”或者“下”，也可以通过中间元件间接连接在另一个元件“上”或者“下。

此外，本文中，“长度方向”指的是长方形顶盖的长度方向(参考图1 至图3中的X方向)，“宽度方向”指的是长方形顶盖的宽度方向(参考图1至图3中的Y方向)。

如图1所示，二次电池通常包括顶盖10、壳体、以及电极组件(附图中均未示出)，电极组件可以通过壳体的开口被容纳在壳体内，壳体的开口由顶盖10密封，顶盖10与壳体的接触部分可以通过例如焊接彼此连接。

为了保证二次电池的安全性，顶盖10上通常开设防爆孔100，该防爆孔100通过防爆膜20密封，当二次电池内部的气体压力低于防爆膜20开启的预设压力时，防爆膜20使防爆孔100处于密封状态，反之，当二次电池内部的气体压力高于防爆膜20开启的预设压力时，防爆膜20在气体压力的作用下开启，气体经由防爆孔100泄出，以避免二次电池发生爆炸。

如图2所示，防爆膜20包括相连接的边缘部分200和中央部分202，边缘部分200环绕中央部分202设置，其中，边缘部分200与防爆孔100 的外周边沿连接，例如焊接，从而密封防爆孔100。

在图1和图2所示的实施例中，防爆孔100是中部为长方形、两端为半圆形的长圆形孔，相应的，防爆膜20的边缘部分200的外廓形状可以与防爆孔100的形状匹配设置。

此外，边缘部分200的厚度与中央部分202的厚度可以相同，也可以不同，本实施例中，边缘部分200的厚度大于中央部分202的厚度，以实现边缘部分200与顶盖10的可靠连接。

中央部分202靠近边缘部分200的区域设置有供气体撕裂的刻痕 2020，该刻痕2020可以在气体预设压力的作用下被撕裂，并且该刻痕2020 的形状与防爆孔100的外轮廓线的形状相同。

容易理解的，二次电池在使用过程中会缓慢产气，当二次电池内部的气体压力高于防爆膜20的开启压力时，防爆膜20从刻痕2020处被撕裂，由于该刻痕2020位于中央部分202靠近边缘部分200的区域，且沿着防爆孔100的开口形状延伸，因此，相对于刻痕2020设置在中央部分202 的中心区域的方案而言，防爆膜20在开启时对该刻痕2020开启的高度要求较小，即使防爆膜20与外部结构的距离较小，也不会影响防爆膜20的正常开启，并且，开启后的防爆膜20具有较大的泄压面积，提高了二次电池的安全性。

需要说明的，刻痕2020可以设置于中央部分202的上表面，也可以设置于中央部分202的下表面，本申请对此不作具体限定。并且，刻痕2020 可以通过去除材料的方式获得，也可以通过冲压成型的方式使其厚度变薄而形成。

请继续参考图2，在刻痕2020所包围的区域内，中央部分202的上表面还设置有凸起2022，凸起2022逐渐凸出于中央部分202的基体表面 2024。这里所说的“逐渐凸出”是指凸起2022在不同部位处的凸出高度不同。逐渐凸出的凸起2022可以逐渐增加中央部分202的厚度，且可以占有中央部分202的较多的区域，这样一来，当二次电池在工作过程中缓慢产气时，气压会作用于防爆膜的底面，逐渐凸出的凸起2022可以提高中央部分202整体抵抗变形的能力，以减小由于中央部分2022的受力变形而导致的在刻痕2020处产生的疲劳破坏，提高二次电池的安全性。

具体而言，凸起2022的数量可以设置有多个，分别为第一凸起20220、第二凸起20222、第三凸起20224和第四凸起20226，其中，第一凸起20220 和第二凸起20222沿着顶盖10的横向排布，第三凸起20224和第四凸起 20226沿着顶盖10的纵向排布，四者两两相对。

如图3和图4所示，第一凸起20220和第二凸起20222可以通过成型的方式获得，两者均逐渐突出于中央部分202的基体表面2024，在第一凸起20220沿长度方向指向第二凸起20222的方向上，第一凸起20220的凸出高度逐渐增加，第二凸起20222凸出高度逐渐减小。

同理，第三凸起20224和第四凸起20226也可以通过成型的方式获得，且两者均逐渐突出于中央部分202的基体表面2024，具体的，在第三凸起 20224沿宽度方向指向第四凸起20226的方向上，第三凸起20224的凸出高度逐渐减小，第四凸起20226的凸出高度逐渐增加。

根据以上的描述可知，在刻痕2020所包围的区域内，由于四个凸起 2022均逐渐凸出于中央部分202的基体表面2024，并且，四个凸起2022 分别设置在了中央部分202的长度方向的两侧和宽度方向的两侧，因此，在中央部分202上，四个凸起2022有序且分散的布置，这使得二次电池缓慢产气时，中央部分202的各个部位都能够承受一定压力下的气体作用，而不会导致应力集中。

一种实施例，请继续参考图3和图4，第一凸起20220和第二凸起20222 的外轮廓线可以均设置成V形，两者的V形轮廓线的顶点O远离彼此，从V形轮廓线的顶点处，第一凸起20220和第二凸起20222的凸出高度逐渐增加。

以第一凸起20220为例，第一凸起20220包括第一倾斜凸部20220a 和第二倾斜凸部20220b，两者朝靠近彼此的一侧倾斜并相交，两者的相交处形成脊状尖顶20220c。

可参考的，第三凸起20224和第四凸起20226的外轮廓线也可以均设置成V形，两者的V形轮廓线的顶点O’朝向彼此，从V形轮廓线的顶点 O’处，第三凸起20224和第四凸起20226的凸出高度逐渐增加。

可选择的，第三凸起20224也可以包括第一倾斜凸部20220a和第二倾斜凸部20220b，两者朝靠近彼此的一侧倾斜并相交，两者的相交处形成脊状尖顶20220c。

第二凸起20222的结构可以参考第一凸起20220的结构设置，第四凸起20226可以参考第三凸起20224的结构设置，此处不再赘述。

上述方案中，各凸起由第一倾斜凸部20220a和第二倾斜凸部20220b 形成可以简化各凸起2022的加工工艺，且由于在脊状尖顶20220c处出现材料堆积现象，则该部位的强度进一步提高，相应的，中央部分202抵抗变形的能力进一步提高。

示例性的，第一倾斜凸部20220a和第二倾斜凸部20220b的夹角可以设置成135°±2°，夹角的大小决定了凸起2022的高度，且夹角过大或过小会影响刻痕2020处的开启压力。另外，还需说明的是，中央部分202 为薄膜，第一倾斜凸部20220a和第二倾斜凸部20220b的夹角的设置还需考虑薄膜的壁厚。

进一步，防爆膜20还可以设置成对称结构，例如，如图3所示，第一凸起20220和第二凸起20222可以以防爆膜20的纵向对称中心线L对称设置，第三凸起20224和第四凸起20226可以以防爆膜20的横向对称中心线L’对称设置。这样一来，第一凸起20220和第二凸起20222以及第三凸起20224和第四凸起20226两两对称，可以使得中央部分202由各凸起2022所界定的各个区域所受到的气体压力相对均匀。

通过观察图3可知，本实施例中，第一凸起20220、第二凸起20222、第三凸起20224和第四凸起20226均延伸至刻痕2020，且四者首尾依次相接。也就是说，四个凸起2022从刻痕2020处逐渐凸出，并且四者相连接，这样设置后，四个凸起2022占用了中央部分202大部分的区域，则中央部分202受到的气体的作用力更加均匀，出现应力集中的现象进一步减小。并且，第一凸起20220、第二凸起20222、第三凸起20224和第四凸起20226 四者彼此连接，在抵抗变形时起到了彼此加强的作用，当防爆膜20未达到开启压力时，刻痕2020处受到的气体压力可以进一步得到缓解，在防爆膜20的使用保质期内，在刻痕2020处出现被撕裂的风险进一步大大降低。

进一步，如图3所示，中央部分202还设置有加强痕2026，具体的，加强痕2026设置于第一凸起20220、第二凸起20222、第三凸起20224和第四凸起20226四者所共同围成的区域内，该加强痕2026可以通过冲压的方式成型而成，该加强痕2026可以增加中央部分202在此部位的刚度，以增加其在气体压力作用下抵抗变形的能力，从而减小在刻痕2020处产生的疲劳变形，进而缓解在刻痕2020处产生的疲劳破坏。

更进一步，如图3和图4所示，还可以设置加强痕2026所在的部位逐渐低于中央部分的基体表面2024，也就是说，在四个凸起2022所共同围成的区域内，从该区域的四周向中心逐渐凹陷。这样设置后，在中央部分202上，加强痕2026和各凸起相对于基体表面2024呈凹凸形态，当气体作用于中央部分202时，第一凸起20220的两侧可以分解出两个平行且方向相反的分力，两个分力相互抵消，从而降低了作用在中央部分202的刻痕2020处的剪切力。当然，第二凸起20222、第三凸起20224和第四凸起20226也具有上述相同的技术效果，此处不再赘述。

一种实施例，如图3所示，加强痕2026设置成以横向对称中心线L’对称的两条圆弧形加强痕，且两者在顶点处相交，如此设置的加强痕2026 可以提升四个凸起所共同围成的整个区域内强度，并起到分散气体压力的作用，以减小在刻痕2020处产生的变形和疲劳破坏。

如图4和图5所示，当在中央部分202上成型各凸起2022和加强痕 2026时，薄膜受压挤压或拉伸变形，在刻痕2020处，薄膜受挤压力发生变形，其壁厚较小，当气体压力升高至防爆膜20的开启压力时，该刻痕 2020处可以快速响应该压力值，并快速裂开，释放压力。

相对而言，在各凸起2022处，材料在成型力的作用下流动并堆积，因此使得各凸起2022所在区域和加强痕2026所在区域的壁厚较厚，因为，各凸起2022处和加强痕2026处具有较强的承受气体压力作用的能力，这样，当气体压力不超过防爆膜20的开启压力时，各凸起2022和加强痕2026 可以起到分散气体内部压力的作用，当二次电池内部的气体压力低于防爆膜20的开启压力时，凸起2022和加强痕2026可以减小甚至避免在刻痕2020处发生的变形以及疲劳破坏，提高防爆膜20的开启精度。

一种实施例，第一凸起20220和第二凸起20222的最高凸出部位处可以凸出基体表面2024的3倍～5倍，第三凸起20224和第四凸起20226的最高凸出部位处可以凸出基体表面2024的3倍～4倍，这里，基体表面2024 为平面，参考基准为防爆膜20的下表面。该方案可以确保中央部分202 具有明显的凹凸形态，以使得在四个凸起2022所共同包围的区域内，气体压力可以分解出对刻痕2020起到剪切的作用力，以便进一步使得二次电池在正常产气时减少刻痕2020处的变形，并且，当内部压力达到防爆膜20的开启压力时，可以在刻痕2020处快速撕裂，提高防爆膜20的可靠性。

对于顶盖10而言，以上描述的防爆膜20密封于防爆孔100，一种实施例，边缘部分200连接于顶盖10的内表面，并且，第一凸起20220、第二凸起20222、第三凸起20224以及第四凸起20226均朝远离电极组件的一侧凸出(凸出方向为图1至图3中的Z方向)，而加强痕2026所在的区域朝靠近电极组件的一侧凹陷。

以上所述仅为本申请的优选实施例而已，并不用于限制本申请，对于本领域的技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。