一种锂离子电池防爆装置及防爆锂离子电池的制作方法

本实用新型属于电池防爆领域，更具体地说，涉及一种锂离子电池防爆装置及防爆锂离子电池。

背景技术：

锂离子电池体积小，容量高，循环寿命长，是3c数码类用电器、新能源汽车等能量供给的首选，是国家大力发展新能源产业的重要选择。但由于锂金属是活泼金属，再加上锂离子电池使用的有机溶剂大多都易燃，所以锂离子电池在极端条件下有爆炸的可能，因此圆柱锂离子电池方形铝壳钢壳锂离子电池大都设置了防爆阀。

传统防爆阀大多都使用的是铝材料，在铝片上设置有薄弱的细槽，这个槽对压力比较敏感，电池内部压力超过设定值后，铝片上的细槽直接被冲破，电池内外部联通，泄去内部压力，从而起到保护电池的作用。但在实际使用中，尤其在批量化生产防爆阀时，传统防爆阀实际启动压力往往相差很大；防爆阀实际启动压力过小，防爆阀很容易冲破造成防爆阀的报废；防爆阀实际启动压力过大，不能对电池起到防爆的效果，存在安全隐患，容易发生安全事故。

同时，铝质防爆阀对温度敏感度不够，电池内部温度的升高往往会伴随着压力的升高，但电池内部温度的升高，电池内部压力可能不会立刻升高到安全阀起爆压力，会有一定的延迟，这就给电池的安全留下了隐患，并且传统铝质防爆阀加工工艺难，成本比较高，不利于使用。

经检索，中国专利申请号为：200910213656.0，申请日为：2009.12.08的“锂离子蓄电池防爆阀”，其包括阀体、针体和防爆膜，阀体上设置有通气孔，针体固定连接在通气孔的上端，针体的下表面设置锥形触针，防爆膜设置在通气孔的下端并与阀体密封装配，锥形触针指向防爆膜，防爆膜设置在通气孔的下端并与阀体密封装配，锥形触针指向防爆膜。该锂离子蓄电池防爆阀，防爆膜采用三元乙丙橡胶为原材料制成，弹性好而且厚度较大，不会轻易破裂，提高了电池的安全可靠性，延长了使用寿命；但其利用锥形触针作为防爆阀泄压的关键工具，一方面，锥形触针的安装难度较大，另一方面，该锂离子蓄电池防爆阀不能解决由温度升高而电池内部气压不及时升高带来的隐患。

又如中国专利申请号为：201220635503.2，申请日为：2012.11.26的“塑料壳体锂离子动力电池防爆阀”，包括设置在电池塑盖上的阀体，阀体上设有出气孔，阀体的内底部设有环形尖顶台阶，塑料壳体锂离子动力电池防爆阀在出气孔上密封有铝膜，铝膜夹压在环形尖顶台阶和锁母之间，锁母通过外螺纹连接在阀体上。该防爆阀利用金属铝膜在设定力的作用下破裂的原理达到了防爆的目的，解决了一般情况下电池内部压力过高对电池带来的安全隐患；但该防爆阀铝膜的安装过程较为复杂，且要求的精度较高，给批量化生产带来了难度。

技术实现要素：

1、要解决的问题

针对现有锂离子电池防爆阀不能同时解决电池内部温度与压强引起电池爆炸的问题，本实用新型提供一种锂离子电池防爆装置；该锂离子电池防爆装置能够根据锂离子电池内部的变化及时释放电池内部的压强，以及确保锂离子电池不会因为温度过高或压力过高引起电池爆炸，结构简单，便于生产。

本实用新型的目的之一还在于提供一种设有上述锂离子电池防爆装置的锂离子电池，在使用了上述锂离子电池防爆装置的情况下，锂离子电池的防爆性能显著增强，能够面对锂离子电池在使用过程中产生的各种情况。

2、技术方案

为解决上述问题，本实用新型采用如下的技术方案。

本实用新型的一种锂离子电池防爆装置：包括盖板，所述的盖板形状与锂离子电池防爆阀安装位置相匹配，盖板上设有凸盖，所述的凸盖表面设有通孔，凸盖内覆盖有膜层，所述的膜层覆盖通孔靠近凸盖一侧的表面。盖板与锂离子电池安装位置相匹配，可适应不同的锂离子电池，具有广泛的适用性。盖板上设有凸盖，盖板与凸盖之间可以采用一体式加工，可事先根据要加工的盖板与凸盖的结构形状制造模具，而后向模具中注入原料，等待成型之后开模得到成品；也可通过机加工的方式进行成品加工。也可以将盖板与凸盖分开加工，盖板与凸盖使用的材料可以不同，将加工好的盖板与凸盖通过胶水或其他方式，使得二者连接成为一个整体。

凸盖表面的通孔主要用于在电池产生温度、压强等异常状况，联通锂离子电池内部与外界环境。为了使得锂离子电池在正常工作状态下，电池内部与外界环境分隔开；以及锂离子电池由于温度升高，压强增大等异常状态下，电池内部与外界环境联通。需要在通孔处涂覆膜层，正常状态下，膜层阻挡锂离子电池内部与外界环境联通；当锂离子电池内部温度升高、压强增大时，高温使得膜层软化，较大的压强会冲破膜层，使得锂离子电池内部与外界环境联通。

作为本实用新型优选的方案，所述的凸盖内表面设有空心柱体，所述的空心柱体顶面高度低于盖板上表面高度。空心柱体为中空一端与凸盖连接的，并且连接处是贯通的柱体，当锂离子电池内部温度不发生变化，只有压强的变化时，膜层不能因温度的变化而变软转变为粘流态，减小锂离子电池内部压力冲破膜层的阻力。会使得锂离子电池在电池爆炸的临界压力下，都不能冲破膜层，造成安全事故，设置空心柱体，当锂离子电池内部仅发生压力的变化，并没有温度的变化时，提供突破膜层的可能。

另外，在电池内部温度升高不大或只有短暂压力的升高的状况下，在凸盖内设置空心柱体，空心柱体顶面覆盖有膜层，锂离子电池内部的压力会率先冲破空心柱体中的第二膜层，使得锂离子电池内部与外部形成一定的联通，锂离子电池内部的压力经过短暂的释放之后，内部的压强得到降低。

作为本实用新型优选的方案，所述的空心柱体顶面高度高于凸盖内通孔设置的最高高度。在锂离子电池内部压强较小或短暂的压力增大，为了使得压力能够从空心柱体成功的释放，需要空心柱体相对于通孔先接触锂离子电池内腔，故空心柱体的高度需要高于通孔的最高高度，此时，才能达成保护锂离子电池的目的。

作为本实用新型优选的方案，所述的膜层包括第一膜层以及第二膜层，所述的第一膜层与凸盖内表面相接触，并覆盖通孔表面，所述的第二膜层覆盖在第一膜层表面。在进行膜层的涂覆过程中，直接倾倒胶水或其他粘结物，可能会使得胶水或粘结物透过通孔溢出凸盖，溢出物对于锂离子电池的安装有阻碍作用，且溢出物在凸盖的外表面凝结成块，对于锂离子电池内部压力冲破膜层造成极大的阻碍，会造成膜层在锂离子临界压力下不能冲破，容易引起电池发生爆炸，对锂离子电池的安全使用造成阻碍，并造成一定的经济损失，还可能使得人员发生损伤。

作为本实用新型优选的方案，所述的通孔与盖板上表面之间的距离为0.2-2mm。凸盖的深度设置对于膜层的设置以及锂离子电池整体的使用都有一定的影响，凸盖深度设置的过浅。膜层无法进行涂覆，更无法对膜层分为两层进行涂覆，凸盖设置的过深，对于第二膜层的涂覆难度增大，难以控制第二膜层的厚度以及保持第二膜层表面是相平的；另一方面凸盖的深度过深，增大了防爆装置的体积，对于电池的装配和使用起到了阻碍的作用，不利于锂离子电池的有效使用。

作为本实用新型优选的方案，所述的第一膜层覆盖在空心柱体顶面，所述的第二膜层表面与盖板上表面齐平。根据凸盖的深度以及第二膜层表面与盖板上表面齐平，可以确定第二膜层的涂覆深度，方便第二膜层的涂覆。

作为本实用新型优选的方案，所述的第二膜层的熔点或转变为粘流态温度范围为100-180℃。在实际的使用过程中，第一膜层与第二膜层有一定的差别，第一膜层主要起到对通孔的填充作用，在凸盖内侧刷薄薄的一层连接各通孔，避免通孔中的填充物掉出通孔。而第二膜层主要特性为在100℃以上温度时，发生一定的软化，使得电池内部气压能够顺利冲破膜层，但熔点过高或转变为粘流态的温度过高，会使得锂离子电池内部压力不能冲破膜层。故第一膜层与第二膜层根据特性可选择不同的材料进行填充，第一膜层的特性为有一定粘结作用，覆盖在凸盖内表面不会与凸盖发生分离，同时能够堵住通孔，防止第二膜层通过通孔漏出。第二膜层的熔点或转变为粘流态的温度范围有一定的限制，需要和锂离子电池内外部短路或过充条件下的温度相适应，有一定粘结性能，能与第一膜层粘结，在涂覆第二膜层，第二膜层固化时间变短可以有效提升锂离子电池防爆装置的制备效率。

作为本实用新型优选的方案，所述的盖板主要成份为pe、hdpe、pmma、pp、pvc中的一种以上，盖板开始转变为粘流态的起始温度范围为100℃-180℃。锂离子电池在内外部短路或者过充条件下，其内部的起始温度可达150℃，而pe、hdpe、熔点在100-130℃，pmma的熔点约130–140℃，pp熔点约164-70℃，pvc160-180℃开始转变为粘流态。在锂离子电池温度急剧升高，需要改变盖板的状态，才能对锂离子电池达到更好的保护效果，此时，盖板转变为粘流态，一方面盖板的硬度发生变化，锂离子电池中的气体方便冲破防爆装置的限制；另一方面，盖板在变软的过程中会发生一定的形变，一定程度上，便于锂离子电池内部气压的释放，防爆效果更为优异。

本实用新型的一种防爆锂离子电池，包括上述任一项的一种锂离子电池防爆装置，所述的凸盖覆盖有膜层的一侧置于电池外侧。在使用了上述锂离子电池防爆装置的情况下，锂离子电池的防爆性能显著增强，能够面对锂离子电池在使用过程中产生的各种情况。

3、有益效果

相比于现有技术，本实用新型的有益效果为：

(1)本实用新型的一种锂离子电池防爆装置，锂离子电池在内外部短路或者过充等条件下，锂离子电池内部会温度升高，压强升高，通过温度软化膜层以及盖板，使其变为粘流态，锂离子电池内部的压力冲破膜层的限制，释放电池内部的压强，确保锂离子电池不会因为温度过高或压力过高引起电池爆炸，而且其结构简单，也便于生产；

(2)本实用新型的一种锂离子电池防爆装置，当电池内部没有温度变化，只有压强变化时，需要通过空心柱体完成锂离子电池内部压力的释放工作，空心柱体由于上面覆盖的膜层厚度相对于通孔的厚度较薄，即使没有温度发生变化，锂离子电池内部的压力也能够冲破空心柱体上薄薄的膜层，空心柱体的高度可根据具体使用膜层材料的性质以及相应电池内部产生的压强，并通过实际生产中测验和测算得到；

(3)本实用新型的一种锂离子电池防爆装置，当电池内部温度升高不多，或只是短暂的压力升高，在压力进行释放后还需使用的情况下，空心柱体不仅能够进行锂离子电池内部压力的释放，在进行压力释放之后，还能保证锂离子电池内部与外部保持相对独立的空间，为锂离子电池安全稳定的使用提供了基础；

(4)本实用新型的一种锂离子电池防爆装置，膜层采用第一膜层与第二膜层结合使用的方式，解决了使用单一膜层，胶水或其他粘结物会流出通孔在通孔表面凝结的现象，保证了锂离子电池防爆装置能够安全稳定的使用；

(5)本实用新型的一种锂离子电池防爆装置，锂离子电池在内外部短路或者过充条件下，其内部的起始温度可达150℃，为了锂离子电池能够安全有效的使用，使用效果更好，需要第二膜层以及盖板在锂离子电池在异常状态下，能够变软，及时转变为粘流态，才能及时释放电池内部的压强，使得锂离子电池的使用更加安全；

(6)本实用新型的一种防爆锂离子电池，在使用了上述锂离子电池防爆装置的情况下，将凸盖覆盖有膜层的一侧置于电池外侧，由于第二膜层与盖板上表面是齐平的，不会凸出来，避免了刮蹭破坏第二膜层，锂离子电池的防爆性能显著增强，能够面对锂离子电池在使用过程中产生的各种情况，结构简单，设计合理，易于生产。

附图说明

图1为本实用新型实施例1的一种锂离子电池防爆装置未涂覆膜层的整体结构示意图；

图2为本实用新型实施例1的一种锂离子电池防爆装置的结构示意图；

图3为图2中a-a处截面示意图。

附图中：1、盖板；2、凸盖；3、通孔；4、空心柱体；5、膜层；6、第一膜层；7、第二膜层。

具体实施方式

下文对本实用新型的示例性实施例的详细描述参考了附图，该附图形成描述的一部分，在该附图中作为示例示出了本实用新型可实施的示例性实施例。尽管这些示例性实施例被充分详细地描述以使得本领域技术人员能够实施本实用新型，但应当理解可实现其他实施例且可在不脱离本实用新型的精神和范围的情况下对本实用新型作各种改变。下文对本实用新型的实施例的更详细的描述并不用于限制所要求的本实用新型的范围，而仅仅为了进行举例说明且不限制对本实用新型的特点和特征的描述，以提出执行本实用新型的最佳方式，并足以使得本领域技术人员能够实施本实用新型。因此，本实用新型的范围仅由所附权利要求来限定。

下文对本实用新型的详细描述和示例实施例可结合附图来更好地理解，其中本实用新型的元件和特征由附图标记标识。

本实用新型的锂离子电池防爆装置设计思路来源于，在生产实验中制造1665130三元电池时，安全阀采用传统的铝质防爆阀，发现有批电池的安全阀启动压力过低，标准启动压力需要1.2x10⁶pa，而安全阀实际测量启动压力只有4.0x10⁵pa。为了增加安全阀的启动压力，经过不断的思考、测验与调整之后，得到结果为，在安全阀上涂上一层胶质物，安全阀的启动压力确实有所增加。但传统的安全阀在电池中使用中，安全性能不够，测验中，偶有电池由于内部压力得不到释放，发生异常现象。电池在内外部发生短路或者过充条件下，电池内部会温度升高、压力升高，但也有存在仅有压力升高而温度并不升高的现象，如在电池中进行注液以及烘烤的过程中，由于水分等因素的影响，会造成电池内部压强增大，但温度不会升高，故需要满足一种能解决以上两种情况的方案，故因此开展探索实验，设计一种安全性能好的防爆装置。

实施例1

如图1所示，本实施例的一种锂离子电池防爆装置，其结构上包括盖板1、凸盖2、通孔3以及空心柱体4。在设有通孔3以及空心柱体4的凸盖2内涂覆膜层5。

盖板1为长方形，盖板1中间设有半球形凸盖2，两侧为极耳，盖板1与凸盖2为一体式注塑而成，盖板1与凸盖2的材料选择为pmma。凸盖2表面上均匀分布有通孔3，如图2所示，通孔3距离盖板1上表面最远为1.2mm，最近为0.8mm。

凸盖2内覆盖有膜层5，膜层5覆盖通孔3靠近凸盖2一侧的表面。盖板1适应于方形双极耳电池，也可根据不同种类电池结构的需要，设计盖板1的形状。凸盖2表面的通孔3主要用于在电池同时产生温度、压强等异常状况，联通锂离子电池内部与外界环境。为了使得锂离子电池在正常工作状态下，电池内部与外界环境分隔开；以及锂离子电池由于温度升高，压强增大等异常状态下，电池内部与外界环境联通。需要在通孔3处涂覆膜层5，正常状态下，膜层5阻挡锂离子电池内部与外界环境联通；当锂离子电池内部温度升高、压强增大时，高温使得膜层5软化，较大的压强会冲破膜层5，使得锂离子电池内部与外界环境联通。

pmma的熔点约130–140℃，锂离子电池在内外部短路或者过充条件下，其内部的起始温度可达150℃，在锂离子电池温度急剧升高，需要改变盖板1的状态，才能对锂离子电池达到更好的保护效果，此时，盖板1转变为粘流态，一方面盖板1的硬度发生变化，锂离子电池中的气体方便冲破防爆装置的限制；另一方面，盖板1在变软的过程中会发生一定的形变，一定程度上，便于锂离子电池内部气压的释放，防爆效果更为优异。

盖板1上表面指的是盖板1设置凸盖2相对一侧的表面，凸盖2的深度设置对于膜层5的设置以及锂离子电池整体的使用都有一定的影响，凸盖2深度设置的过浅。膜层5无法进行涂覆，更无法对膜层5分为两层进行涂覆，凸盖2设置的过深，对于第二膜层7的涂覆难度增大，难以控制第二膜层7的厚度以及保持第二膜层7表面是相平的；另一方面凸盖2的深度过深，增大了防爆装置的体积，对于电池的装配和使用起到了阻碍的作用，不利于锂离子电池的有效使用。

锂离子电池在内外部短路或者过充等条件下，锂离子电池内部会温度升高，压强升高，通过温度软化膜层5以及盖板1，使其变为粘流态，锂离子电池内部的压力冲破膜层5的限制，释放电池内部的压强，确保锂离子电池不会因为温度过高或压力过高引起电池爆炸。

如图3所示，空心柱体4设置在凸盖2中心位置，与凸盖2的连接处是贯通的，空心柱体4为圆柱形中空柱体，空心柱体4顶面与盖板1上表面距离为0.2mm。当锂离子电池内部温度不发生变化，只有压强的变化时，膜层5不能因温度的变化而变软转变为粘流态，减小锂离子电池内部压力冲破膜层5的阻力。会使得锂离子电池在电池爆炸的临界压力下，都不能冲破膜层5，造成安全事故，设置空心柱体4，当锂离子电池内部仅发生压力的变化，并没有温度的变化时，提供突破膜层5的可能。

另外，在电池内部温度升高不大或只有短暂压力的升高的状况下，在凸盖2内设置空心柱体4，空心柱体4顶面覆盖有膜层5，锂离子电池内部的压力会率先冲破空心柱体4中的第二膜层7，使得锂离子电池内部与外部形成一定的联通，锂离子电池内部的压力经过短暂的释放之后，内部的压强得到降低。

在锂离子电池内部压强较小或短暂的压力增大，为了使得压力能够从空心柱体4成功的释放，需要空心柱体4相对于通孔3先接触锂离子电池内腔，故空心柱体4的高度需要高于通孔3的最高高度，此时，才能达成保护锂离子电池的目的，需要通过空心柱体4完成锂离子电池内部压力的释放工作，空心柱体4由于上面覆盖的膜层5厚度相对于通孔3的厚度较薄，即使没有温度发生变化，锂离子电池内部的压力也能够冲破空心柱体4上薄薄的膜层5，空心柱体4的高度可根据具体使用膜层5材料的性质以及相应电池内部产生的压强，并通过实际生产中测验和测算得到。

膜层5包括第一膜层6以及第二膜层7，第一膜层6材料为凡士林，与凸盖2内表面相接触，并覆盖通孔3表面以及空心柱体4顶面，第二膜层7材料为环氧树脂胶，并覆盖在凡士林表面，环氧树脂胶表面与盖板1上表面齐平。当锂离子电池内部温度升高，气压达到7-9个大气压的条件下，膜层5的相应部分会被冲破，达到保护锂离子电池的效果。

在进行膜层5的涂覆过程中，直接倾倒胶水或其他粘结物，可能会使得胶水或粘结物透过通孔3溢出凸盖2，溢出物对于锂离子电池的安装有阻碍作用，且溢出物在凸盖2的外表面凝结成块，对于锂离子电池内部压力冲破膜层5造成极大的阻碍，会造成膜层5在锂离子临界压力下不能冲破，容易引起电池发生爆炸，对锂离子电池的安全使用造成阻碍，并造成一定的经济损失，还可能使得人员发生损伤。根据凸盖2的深度以及第二膜层7表面与盖板1上表面齐平，可以确定第二膜层7的涂覆深度，方便第二膜层7的涂覆。

环氧树脂胶在100-180℃的温度范围内会由固态转变为粘流态，在实际的使用过程中，第一膜层6与第二膜层7有一定的差别，第一膜层6主要起到对通孔3的填充作用，即利用表面张力使得第一膜层6覆盖在通孔3内表面，通孔3的设置直径与电池尺寸与电池性能相关，第一膜层6需满足的要求为，具备一定的表面张力，能在2mm直径以下的孔上覆盖膜层(据360百科的相关记录，膜的厚度可以薄至几个微米，厚至几毫米)，与第二膜层7之间有一定的粘结作用(若第一膜层6与第二膜层7之间的粘连性能不好，在进行第一膜层6覆盖通孔3表面时不能完全覆盖凸盖2内表面，需要留有第二膜层7与凸盖2的接触空间)，使得第二膜层7与第一膜层6构成膜层5整体，在凸盖2内侧刷薄薄的一层连接各通孔3，避免通孔3中的填充物掉出通孔3。而第二膜层7主要特性为在100℃以上温度时，发生一定的软化，使得电池内部气压能够顺利冲破膜层5，但熔点过高或转变为粘流态的温度过高，会使得锂离子电池内部压力不能冲破膜层5。故第一膜层6与第二膜层7根据特性可选择不同的材料进行填充，覆盖在凸盖2内表面不会与凸盖2发生分离，同时能够堵住通孔3，防止第二膜层7通过通孔3漏出。第二膜层7的熔点或转变为粘流态的温度范围有一定的限制，需要和锂离子电池内外部短路或过充条件下的温度相适应，有一定粘结性能，能与第一膜层6粘结，在涂覆第二膜层7，第二膜层7固化时间变短可以有效提升锂离子电池防爆装置的制备效率。

实施例2

本实施例与实施例1结构基本相同，其区别在于：盖板1形状为圆形，适用于圆柱形锂离子电池，盖板1与凸盖2采用pe材料注塑而成，盖板1中间设置有凸盖2，凸盖2轮廓为圆柱形，凸盖2上通孔3距离盖板1上表面距离为0.2mm，空心柱体4位于盖板1中心位置，中心柱体顶面距离盖板1上表面距离为0.1mm，第一膜层6采用环氧树脂胶。

实施例3

本实施例与实施例2结构基本相同，其区别在于：盖板1与凸盖2采用pe与hdpe比例为1：1混合材料注塑而成，盖板1中间设置有凸盖2，凸盖2轮廓为圆柱形，凸盖2上通孔3距离盖板1上表面距离为2mm，空心柱体4位于盖板1中心位置，中心柱体顶面距离盖板1上表面距离为0.4mm，第一膜层6采用凡士林。

实施例4

本实施例与实施例2结构基本相同，其区别在于：盖板1采用pmma材料，中心留有圆孔。凸盖2采用pp材料，轮廓为圆柱形，盖板1与凸盖2之间通过粘合塑料制品的胶水粘合。凸盖2上通孔3距离盖板1上表面距离为1.5mm，空心柱体4位于盖板1中心位置，中心柱体顶面距离盖板1上表面距离为0.3mm，第一膜层6采用凡士林。

实施例5

本实施例的一种锂离子电池防爆装置的生产方法，基于实施例1-4的任一种结构尺寸的锂离子电池防爆装置，包括以下步骤：

s1、根据锂离子电池的形状结构设计制作电池盖板1，并在盖板1上加工凸盖2、通孔3以及空心柱体4；

s2、在已成型的电池盖板1的凸盖2内表面预先涂覆第一膜层6，使得第一膜层6覆盖凸盖2内的通孔3内表面以及空心柱体4顶面；

s3、向凸盖2内覆盖第二膜层7原料，第二膜层7表面与盖板1上表面齐平，待膜层5固化，完成电池防爆装置的制备。

实施例6

本实施例的一种防爆锂离子电池，包括实施例1-4任一种锂离子电池防爆装置，凸盖2覆盖有膜层5的一侧置于电池外侧。在使用了上述锂离子电池防爆装置的情况下，将凸盖2覆盖有膜层5的一侧置于电池外侧，由于第二膜层7与盖板1上表面是齐平的，不会凸出来，避免了刮蹭破坏第二膜层7，锂离子电池的防爆性能显著增强，能够面对锂离子电池在使用过程中产生的各种情况，结构简单，设计合理，易于生产。