用于锂电池盖帽的防爆片及其制备方法和应用与流程

本发明涉及锂电池领域，尤其涉及一种用于锂电池盖帽的防爆片及其制备方法，一种锂电池盖帽和一种锂电池。

背景技术：

锂离子电池在日常应用中，因不当使用，会出现短路，过充电，进水等意外情况，在保护板失去保护作用时，可能产生电池爆炸起火的情况。具体的，锂离子电池安全工作时，内部温度小于95摄氏度，内部起隔离正负极的隔膜熔点为130-160摄氏度。当电池发生热失控时，温度会持续上升，通常内部温度上升到150摄氏度时，电池可能发生爆炸。

为了防止锂离子圆柱电池发生爆炸，在锂离子圆柱电池的盖帽结构中设置有防爆片，设置防爆片后的盖帽结构如图1所示。锂电池的盖帽是由顶帽、ptc、防爆片、焊接铝片组成的组合件。焊接铝片与防爆片点焊连接，与电池正极焊接连接导通电路。防爆片是半球面金属膜，其上面有泄压刻痕，其有两大功能，一是当电池异常热失控或电压超过限定电压时，电池内部压力会增大，当内部压力增大到一定值后，防爆片的向内凹曲的半球面受力后变成向外凸出，使防爆片与焊接铝片的焊接点拉裂断开，切断电路电流，电池与外界形成开路，保护电池安全性；二是电池内压继续增大，直到超过防爆片上面刻痕处的受力极限时，防爆片沿刻痕破裂，电池内压力从破裂处泄出，保护电池安全性。然而，当电池发生短路，过充电等异常情况时，会导致内部发生异常热失控，此时电池内部因化学反应产生大量气体，气压增大，电池盖帽防爆片开启泄压，但是防爆片的开启滞后以及泄气速度慢，导致此类热失控电池容易发生爆炸。而锂电池爆炸所产生的危害是巨大的。目前行业内防止电池爆炸的盖帽的开启仅与其开启的设计压力有关，与电池内部热量的异常变化无关。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种用于锂电池盖帽的防爆片及其制备方法，旨在解决现有技术中锂电池防爆片熔点过高导致盖帽开启缓慢、使用不安全的问题。

本发明的另一目的在于提供一种含有上述防爆片的锂电池盖帽以及锂电池。

为实现上述发明目的，本发明采用的技术方案如下：

一种用于锂电池盖帽的防爆片，所述用于锂电池盖帽的防爆片的合金材料包含锡、铅、铋、镉、铟的至少两种；

所述防爆片的熔点为100-116℃。

相应的，提供一种用于锂电池盖帽的防爆片的制备方法，包括以下步骤：

按照上述用于锂电池盖帽的防爆片的元素配比称取各合金原料组分；

先熔化熔点高的合金原料，然后按照熔点从高到低的顺序，依次添加熔点低的合金原料进行熔炼得到混合熔液，同时对所述混合熔液进行除气与除渣；

将所述除气与除渣的混合溶液进行粗轧成坯料，再轧制成板坯；

将所述板坯轧制成毛料，用四辊不可逆箔轧机组将所述毛料轧制成低熔点合金，即为用于锂电池盖帽的防爆片。以及，一种用于锂电池盖帽，所述用于锂电池盖帽为上述的用于锂电池盖帽的防爆片。

以及，一种锂电池盖帽，所述锂电池盖帽包括上述锂电池盖帽的防爆片。

以及，一种锂电池，所述锂电池包括上述的锂电池盖帽。

与现有技术相比，本发明所述的一种用于锂电池盖帽的防爆片该防爆片的合金材料包含锡、铅、铋、镉、铟的至少两种；且所述防爆片的熔点为100-116℃。由于锡、铅、铋、镉、铟的熔点较低，具体的，锡的熔点232℃，铅的熔点327℃，铋的熔点271.3℃，镉的熔点321℃，铟的熔点156.4℃，上述各金属的熔点均小于铝的熔点(而目前防爆片采用金属铝，金属铝的熔点为660℃)，采用上述金属进行融合制备合金，保证制备得到的防爆片合金的熔点为100-116℃。本发明采用熔点100-116℃的低熔点合金作为锂电池盖帽的防爆片，当锂电池发生热失控时，只要锂电池温度高于100℃-116℃，防爆片的合金材料就会开始熔解，金属键发生断裂，防爆片合金材料强度降低，从而降低防爆片的开启压力，即盖帽开启压力阈值降低，进而实现提前泄气，保证电池的安全性能。

本发明实施例提供的用于锂电池盖帽的防爆片的制备方法，方法简单，操作便捷，有利于工业化制备使用。

本发明实施例提供的一种锂电池盖帽，由于该盖帽包括上述的用于锂电池盖帽的防爆片，则该锂电池盖帽在使用过程中，可以避免由于熔点过高而导致的盖帽开启缓慢导致使用不安全的问题，提高了锂电池使用的安全性。

本发明实施例提供的一种锂电池，所述锂电池包括上述的锂电池盖帽，则该锂电池使用过程中，安全性能提高。

附图说明

图1为提供的圆柱电池盖帽结构。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和技术效果更加清楚，下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。结合本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

本发明实例提供一种用于锂电池盖帽的防爆片，所述用于锂电池盖帽的防爆片的合金材料包含锡、铅、铋、镉、铟的至少两种；

所述防爆片的熔点为100-116℃。

具体的，本发明实施例所制备的锂电池盖帽的防爆片的合金材料包含锡、铅、铋、镉、铟的至少两种，同时，所述防爆片的熔点为100-116℃，由于自然界中锡、铅、铋、镉、铟的熔点较低，分别为锡的熔点232℃，铅的熔点327℃，铋的熔点271.3℃，镉的熔点321℃，铟的熔点156.4℃，通过调整个材料的比例进行合金的制备，能够确保防爆片的熔点为100-116℃。锂电池正常使用过程中，其内部染料的温度低于100℃，采用熔点100-116℃的低熔点合金作为防爆片的材料，当电池发生热失控时，电池温度高于100℃时，合金会开始出现溶解状态，当合金出现溶解，其表面强度要降低，进而降低了防爆片的开启压力此发明的盖帽会降低开启压力阈值，提前泄气，能够保证电池使用过程安全。

锂电池电解液热分解反应是emc分解生成dec和dmc，而dec和dmc与lipf6的分解产物pf5发生系列化学反应，释放大量反应热与气体，由于可燃性电解液与li0.5coo2的热分解产物o2之间发生燃烧反应，使li0.5coo2发生复杂的热分解反应，而且随着反应温度的升高，反应速率越来越剧烈。若制备得到的材料熔点温度低于100℃，当电池正常使用内部材料进行正常反应时，防爆片已经出现熔化，导致电池提前泄气，这样会影响电池的正常使用。当电池内材料的反应温度超过116℃时，其反应速率显著提高，且随着反应温度的升高，反应速率加快，若制备的合金材料温度高于116℃，由于电池内部电解液热分解反应随着温度升高速率加快，若合金材料的熔点温度高于116℃，在电池内部发生爆炸之前会来不及提前泄气提前降低防爆片的开启压力，因此，若合金材料的熔点温度高于116℃，不能很好地保证电池使用过程的安全性。

优选的，以所述用于锂电池盖帽的防爆片的合金总重量为100％，包含如下重量百分比的下列组分：20％～28％锡；0％～30％铅；45％～65％铋；0％～21％镉；0％～1.5％铟。当合金的添加比例满足以上百分比，可以保证制备得到的合金材料熔点满足100-116℃，得到的锂电池在应对内部发热出现异常时，具有很好的防爆安全性能。

在本发明优选实施例中，以所述用于锂电池盖帽的防爆片的合金总重为100％计，包含如下重量百分比的下列组分：20％～24％锡；25％～30％铅；45％～55％铋；0％～1.5％镉；0％～1.5％铟。当合金的添加比例满足以上百分比，可以保证制备得到的合金材料熔点温度为100℃，得到的锂电池在应对内部发热出现异常时，具有很好的防爆安全性能。具体的，当按照上述元素配比制备得到的防爆片合金材料熔点温度为100℃，当电池内部的反应温度低于100℃时，此防爆片的开启压力为2.0mpa；当电池内部反应温度为100～120℃时，且反应时间处于1-10分钟时，防爆片的开启压力下降至1.2mpa，开启压力比初始开启压力下降了40％；当电池内部反应温度升高至120-130℃时，其内部开启压力下降至0.2mpa，使防爆片在电池内部出现异常的情况下，可以随时降低开启压力，保护电池使用的安全性。

在本发明优选实施例中，以所述用于锂电池盖帽的防爆片的合金总重为100％，包含如下重量百分比的下列组分：22％～26％锡；0％～1.5％铅；50％～55％铋；18％～21％镉；0％～1.5％铟。当合金的添加比例满足以上百分比，可以保证制备得到的合金材料熔点温度为103℃，能够满足电池的使用。具体的，此优选实施例制备得到的防爆片合金材料的熔点为103℃，当电池内部反应温度低于100℃时，内部开启压力均为2.0mpa；当反应温度达到100-120℃时，防爆片的开启压力比初始压力下降了35％，即当开启压力达到1.3mpa时，即可开启防爆片；当反应温度上升至120-130℃时，开启压力下降至0.3mpa，下降了85％，实现了提前泄气，保证电池的安全性能。

在本发明优选实施例中，以所述用于锂电池盖帽的防爆片的合金总重为100％，包含如下重量百分比的下列组分：24％～28％锡；10％～20％铅；55％～65％铋；0％～1.5％镉；0％～1.5％铟。当合金的添加比例满足以上百分比，可以保证制备得到的合金材料熔点温度为116℃，能够满足电池的使用。具体的，此优选实施例制备得到的合金材料熔点温度为116℃，电池反应前初始开启压力均为2.0mpa，当温度升高为100-120℃时，防爆片的开启压力比初始压力下降了30％，即当开启压力达到1.4mpa时，即可开启防爆片；当反应温度上升至120-130℃时，开启压力下降至1.2mpa，下降了40％，实现了提前泄气，保证电池的安全性能。

与现有技术相比，本发明所述的一种用于锂电池盖帽的防爆片该防爆片的合金材料包含锡、铅、铋、镉、铟的至少两种；且所述防爆片的熔点为100-116℃。由于锡、铅、铋、镉、铟的熔点较低，具体的，锡的熔点232℃，铅的熔点327℃，铋的熔点271.3℃，镉的熔点321℃，铟的熔点156.4℃，上述各金属的熔点均小于铝的熔点(而目前防爆片采用金属铝，金属铝的熔点为660℃)，采用上述金属进行融合制备合金，保证制备得到的防爆片合金的熔点为100-116℃。本发明采用熔点100-116℃的低熔点合金作为锂电池盖帽的防爆片，当锂电池发生热失控时，只要锂电池温度高于100℃-116℃，防爆片的合金材料就会开始熔解，金属键发生断裂，防爆片合金材料强度降低，从而降低防爆片的开启压力，即盖帽开启压力阈值降低，进而实现提前泄气，保证电池的安全性能。本发明实施例提供的用于锂电池盖帽的防爆片可以通过下述方法制备获得。

相应的，本发明实施例还提供了一种用于锂电池盖帽的防爆片的制备方法。该方法包括如下步骤：

s01.按照上述用于锂电池盖帽的防爆片的元素配比称取各合金原料组分；

s02.先熔化熔点高的合金原料，然后按照熔点从高到低的顺序，依次添加熔点低的合金原料进行熔炼得到混合熔液，同时对所述混合熔液进行除气与除渣；

s03.将所述除气与除渣的混合溶液进行粗轧成坯料，再轧制成板坯；

s04.将所述板坯轧制成毛料，用四辊不可逆箔轧机组将所述毛料轧制成低熔点合金，即为用于锂电池盖帽的防爆片。

具体的，在上述步骤s01中，依上述一种用于锂电池盖帽的防爆片的元素配比称取各合金原料组分，与上述一致，此处不再进行论述。

在上述步骤s02中，先熔化熔点高的合金原料，然后按照熔点从高到低的顺序，依次添加熔点低的合金原料进行熔炼得到混合熔液，保证各金属材料能够完全熔融，更有利于制备合金材料，同时对所述混合熔液进行除气与除渣，提高合金材料的纯度。

在上述步骤s03中，将所述除气与除渣的混合溶液进行粗轧成坯料，再轧制成板坯；具体的，将熔炼后的熔液引入铸轧机铸轧成坯料，制备得到坯料后进行二次轧制，分别为：先将所述坯料进行轧制，轧制出厚度6-10mm的板坯；再将上述6-10mm的板坯用冷轧机组进行再次轧制，轧制至厚度4-5mm的板坯，之后进行退火制备得到的坯料结实内用。

在上述步骤s04中将所述板坯轧制成毛料，用四辊不可逆箔轧机组将所述毛料轧制成低熔点合金，即为用于锂电池盖帽的防爆片。优选的，所述毛料的厚度为0.03mm。

上述用于锂电池盖帽的防爆片的制备方法，方法简单，操作便捷，有利于工业化制备使用。

本发明实施例还提供一种用于锂电池盖帽，优选的，所述盖帽的结构为常规圆柱电池盖帽结构，如图1所示，其包括顶帽、密封圈、ptc环、防爆片、焊接铝片，其中，所述顶帽的材质是铁，主要作用是支撑，与外部点焊连接；所述密封圈的材质是聚丙烯，主要作用是隔离正机盖帽与负极钢壳接触。同时密封电池；所述ptc环的材料是ptc，主要作用是短路大电流时会内阻升高，降低电流；所述防爆片采用上述低熔点合金材质制备，在电池内部熔点提高时，能够提前开启泄气，保持电池使用的安全性；另外还有一个零件为焊接铝片，与电池内部正极焊接，当内部气压增大时，与防爆片焊接的焊点断开，形成开路，切断电流。按照以上散件制作电池盖帽，具体盖帽尺寸按照不同电池要求而定。小铝板与防爆片之间采用激光焊接，焊接断点拉力0.9-1.2mpa，防爆片的常温开启压力为1.8-2.4mpa。根据不同防爆片合金组分的材料不同，随着温度的升高，防爆片的开启压力会逐渐下降，保证在电池内部高温的条件下，低压力条件即可开启，保护电池使用的安全。

由于该盖帽包括上述的用于锂电池盖帽的防爆片，则该锂电池盖帽在使用过程中，由于防爆片的熔点升高，使其开启压力降低，在高温低压力的条件下就开启，可以避免由于熔点过高而导致的盖帽开启缓慢导致使用不安全的问题，提高了锂电池使用的安全性。

本发明实施例还提供一种锂电池，所述锂电池包括上述的锂电池盖帽，则该锂电池使用过程中，安全性能提高。

下面结合具体的实施例进行进一步的解释和说明。

实施例1

一种用于锂电池盖帽的防爆片及其制备方法。

所述用于锂电池盖帽的防爆片的材料为20％～24％锡；25％～30％铅；45％～55％铋；0％～1.5％镉；0％～1.5％铟。

防爆片的制备方法如下：依上述防爆片的元素配比称取各合金原料组分；

依次熔化锡、镉、铋、锡、铟各个合金材料进行熔炼得到混合熔液，同时对所述混合熔液进行除气与除渣；

将所述除气与除渣的混合溶液进行粗轧成坯料，先将所述坯料进行轧制，轧制出厚度6-10mm的板坯；再将上述6-10mm的板坯用冷轧机组进行再次轧制，轧制至厚度4-5mm的板坯，之后进行退火制备得到的坯料结实内用。

将所述板坯轧制成厚度为0.03mm的毛料，用四辊不可逆箔轧机组将所述毛料轧制成低熔点合金，即为用于锂电池盖帽的防爆片。

实施例2

一种用于锂电池盖帽的防爆片及其制备方法。

所述用于锂电池盖帽的防爆片的材料为22％～26％锡；0％～1.5％铅；50％～55％铋；18％～21％镉；0％～1.5％铟。

防爆片的制备方法如下：依上述防爆片的元素配比称取各合金原料组分；

依次熔化锡、镉、铋、锡、铟各个合金材料进行熔炼得到混合熔液，同时对所述混合熔液进行除气与除渣；

将所述除气与除渣的混合溶液进行粗轧成坯料，先将所述坯料进行轧制，轧制出厚度6-10mm的板坯；再将上述6-10mm的板坯用冷轧机组进行再次轧制，轧制至厚度4-5mm的板坯，之后进行退火制备得到的坯料结实内用。

将所述板坯轧制成厚度为0.03mm的毛料，用四辊不可逆箔轧机组将所述毛料轧制成低熔点合金，即为用于锂电池盖帽的防爆片。

实施例3

一种用于锂电池盖帽的防爆片及其制备方法。

所述用于锂电池盖帽的防爆片的材料为24％～28％锡；10％～20％铅；55％～65％铋；0％～1.5％镉；0％～1.5％铟

防爆片的制备方法如下：依上述防爆片的元素配比称取各合金原料组分；

依次熔化锡、镉、铋、锡、铟各个合金材料进行熔炼得到混合熔液，同时对所述混合熔液进行除气与除渣；

将所述除气与除渣的混合溶液进行粗轧成坯料，先将所述坯料进行轧制，轧制出厚度6-10mm的板坯；再将上述6-10mm的板坯用冷轧机组进行再次轧制，轧制至厚度4-5mm的板坯，之后进行退火制备得到的坯料结实内用。

将所述板坯轧制成厚度为0.03mm的毛料，用四辊不可逆箔轧机组将所述毛料轧制成低熔点合金，即为用于锂电池盖帽的防爆片。

对比例

选择一个市面上防爆片材质为1060al的圆柱形锂电池。

分别采用上述实施例1～3提供的防爆片制备盖帽，形成圆柱形锂电池，与对比例的圆柱形锂电池进行性能测试，分别测试其熔点温度及开启压力。测试结果如表1。

表1

依上述表1，所述表1为实施例1～3制备得到的防爆片与对比例的防爆片性能测试结果。当防爆片的材质熔点温度为100℃(实施例1)时，当电池内部反应温度在100摄氏度以下开启压力2.0mpa，当温度为100-120摄氏度1-10分钟，开启压力下降至1.2mpa，下降40％；当温度120-300摄氏度1-10分钟，开启压力下降至0.2mpa，下降90％。

当防爆片的材质熔点温度为103℃(实施例2)时，当电池内部反应的温度100摄氏度以下开启压力2.0mpa，当温度100-120摄氏度1-10分钟，开启压力下降至1.3mpa，下降35％，当温度120-300摄氏度1-10分钟，开启压力下降至0.3mpa，下降85％。

当防爆片的材质熔点温度为116℃(实施例3)时，当电池内部反应的温度为温度100摄氏度以下，开启压力2.0mpa，当温度100-120摄氏度1-10分钟，开启压力下降至1.4mpa，下降30％；当温度120-300摄氏度1-10分钟，开启压力下降至1.2mpa，下降40％。

而对比例所述的材质为1060al普通材质的锂电池，当温度100摄氏度以下，开启压力2.0mpa；温度100-120摄氏度1-10分钟，开启压力2.0mpa，无变化；温度120-300摄氏度1-10分钟，开启压力2.0mpa，无变化。

综上，当防爆片材料发生改变，改变为低熔点合金，随着防爆片材料的熔点越高，合金会开始出现溶解状态，微观表现其金属键的断裂，宏观表现其合金强度降低，进而降低了防爆片的开启压力此发明的盖帽会降低开启压力阈值，提前泄气，保证电池安全。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。