專利名稱：鋰電池電芯的防爆及斷電保護裝置及其制作方法
鋰電池電芯的防爆及斷電保護裝置及其制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及鋰離子電池，特別是涉及一種對鋰電池提供安全保護的鋰電池電芯的防爆及 斷電保護裝置。
背景技術(shù)：
近年來，由于攝像機、電動工具、筆記本電腦等電子設(shè)備日趨小型化、輕便化及便攜帶 ，而作為這些電子設(shè)備用的驅(qū)動電源也向高容量、高安全性及輕便化方向發(fā)展。鋰離子鋼殼 全封閉電池以其電芯的高容量及負(fù)荷特性優(yōu)異等特點，而得到日益廣泛的應(yīng)用。
鋰離子電芯是鋰電池的儲電部件，其在使用時，會因充電器故障等因素而隨著電池內(nèi)部 化學(xué)反應(yīng)而產(chǎn)生異常氣體，導(dǎo)致電池內(nèi)部壓力過大，從而發(fā)生電池爆炸事故。其后果輕則損 壞設(shè)備，重則傷及使用者。因此，當(dāng)電池內(nèi)部壓力過大時，為防止電池爆炸，須將電池內(nèi)的 氣體外泄。其防護措施通常是在電池蓋上設(shè)置保護裝置?，F(xiàn)有的保護裝置存在可靠性差，耐 壓范圍小，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，加工要求高等不足。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明旨在解決上述問題，而提供一種鋰電池電芯的防爆及斷電保護裝置，該裝置包括
一個柱狀中空電芯外殼； 一個金屬頂蓋，其設(shè)于電芯外殼的頂部； 一個金屬防爆膜片，其與頂蓋相連接；
一個布有多個排氣孔的金屬排氣孔板，其與防爆膜片相連接； 一個環(huán)狀絕緣墊片，其設(shè)于防爆膜片與排氣孔板之間；
一個環(huán)狀密封圈，其密封連接于所述金屬頂蓋、防爆膜片、排氣孔板及絕緣墊片的周邊 一個電芯極耳，其分別與電芯及排氣孔板相連接，且
在所述防爆膜片及排氣孔板上設(shè)有在電芯內(nèi)部壓力過高時斷電的防爆結(jié)構(gòu)。 頂蓋是由環(huán)形邊沿和中部的凸起部所形成的凸形蓋狀體。防爆膜片為鋁質(zhì)薄片，防爆膜片上與所述頂蓋的凸起部相對的部位形成下凹部，該下凹 部的底部呈平面，防爆膜片的上表面設(shè)有安全泄壓用的環(huán)形凹槽。
排氣孔板上沿同一圓周均布有多個上下貫通的排氣孔，排氣孔板中部下側(cè)設(shè)有圓形凹槽 ，該凹槽底部邊緣設(shè)有一個V形環(huán)槽。
防爆膜片及排氣孔板的防爆結(jié)構(gòu)包括設(shè)置在排氣孔板上的V形環(huán)槽及設(shè)于防爆膜片上的 環(huán)形凹槽，且防爆膜片及排氣孔板通過多點的點連接方式相連接，當(dāng)電芯內(nèi)部壓力超過設(shè)定
值時，經(jīng)排氣孔的向上的壓力使防爆膜片的下凹部向上抬起，并導(dǎo)致排氣孔板的v形環(huán)槽斷
開，從而與防爆膜片相分離而切斷電路；如果內(nèi)壓繼續(xù)增大，則防爆膜片的環(huán)形凹槽斷開而 泄壓。
排氣孔板與防爆膜片在沿圓周方向均布的六個點通過激光點焊相連接。 電芯內(nèi)部的壓力設(shè)定值為1.4-2.2 Mpa。
本發(fā)明也提供了該鋰電池電芯的防爆及斷電保護裝置的制作方法，該方法包括如下步驟
a、 通過機械沖壓分別制成頂蓋、防爆膜片、排氣孔板及絕緣墊片，并通過高溫注塑形 成密封圈；
b、 將頂蓋裝在防爆膜片上部，用沖壓模具將防爆膜片包邊，使頂蓋的邊緣包裹在防爆 膜片中；
c、 將絕緣墊片放置在防爆膜片與排氣孔板之間，然后用激光點焊機將防爆膜片與排氣 孔板進行沿圓周方向均勻分布的多點點焊；
d、 焊接完成后，將頂蓋、防爆膜片、排氣孔板及絕緣墊片的周邊部分裝入密封圈內(nèi)， 用熱封設(shè)備將密封圈周邊包裹，裝置制作完成。
本發(fā)明的貢獻(xiàn)在于，它有效克服了現(xiàn)有技術(shù)的缺陷。本發(fā)明的裝置可在電池內(nèi)部壓力過 大時，首先使防爆膜片彈起而切斷電路，電池內(nèi)部體積增加，壓力降低，從而起到保護作用 。且當(dāng)發(fā)生極端情況時，可通過防爆膜片的環(huán)形凹槽使電解液外泄以達(dá)到保護電池整體不發(fā) 生爆炸的目的。本發(fā)明的防爆裝置具有結(jié)構(gòu)簡單、耐壓高、泄壓均勻性好，制作成本低、能 安全斷電及泄壓等特點，可有效且可靠地防止電池爆炸。


圖l是本發(fā)明的整體結(jié)構(gòu)剖視圖。 圖2是本發(fā)明的防爆膜片與排氣孔板連接示意圖。
5圖3是本發(fā)明的防爆結(jié)構(gòu)部件分解立體示意圖。
具體實施方式
下列實施例是對本發(fā)明的進一步解釋和說明，對本發(fā)明不構(gòu)成任何限制。
參閱圖1 圖3，本發(fā)明的鋰電池電芯的防爆及斷電保護裝置包括電芯外殼IO、頂蓋20、 防爆膜片30、金屬排氣孔板40、絕緣墊片50、密封圈60及電芯極耳70。所述電芯外殼10為金 屬鋁制成的中空柱狀體，其頂部設(shè)有裝設(shè)頂蓋20及其它構(gòu)件的U形環(huán)槽11，電芯外殼內(nèi)裝有 儲電用的鋰電池電芯，由于本發(fā)明僅涉及鋰電池電芯的防爆及斷電保護裝置，故電芯部分的 結(jié)構(gòu)在圖中未示出，且對電芯的結(jié)構(gòu)未予詳述。
如圖2、圖3所示，所述頂蓋20是由金屬材料制成的帽形蓋體，其包括水平設(shè)置的環(huán)形邊 沿21和與之一體形成的向上凸起的凸起部22，在凸起部22中央設(shè)有泄壓孔221。在頂蓋20下 部設(shè)有防爆膜片30，如圖2、圖3所示，所述防爆膜片30為鋁材制成的圓形薄片，它具有與所 述頂蓋20的環(huán)形邊沿21相對應(yīng)的水平設(shè)置的環(huán)形邊沿33，在與所述頂蓋的凸起部22相對的部 位形成下凹部31，該下凹部的底部呈平面，以便與排氣孔板40相接觸。在防爆膜片的上表面 上位于其環(huán)形邊沿33與下凹部31的結(jié)合部設(shè)有環(huán)形凹槽32，其可在電芯內(nèi)部壓力異常升高時 被斷開，而實現(xiàn)安全泄壓。在防爆膜片30下部設(shè)有排氣孔板40，其結(jié)構(gòu)如圖2、圖3所示，該 排氣孔板40為金屬板狀體，排氣孔板上沿同一圓周均布有三個上下貫通的排氣孔41，排氣孔 板中部下側(cè)設(shè)有圓形凹槽42，該凹槽深度約為排氣孔板百度的四分之三，在該凹槽底部邊緣 設(shè)有一個尖部向上的V形環(huán)槽43，其尖銳狀頂部接近排氣孔41的上表面，以形成在電芯內(nèi)部 壓力超過設(shè)定值時易于斷開的防爆部位。在排氣孔板40上連接有電芯極耳70，它是連接排氣 孔板40與電芯的電連接件，其另一端與電芯相連接。所述排氣孔板40與防爆膜片30通過多點 的點連接方式相連接。更具體地，如圖1所示，排氣孔板40與防爆膜片30在防爆膜片下凹部 31的靠近排氣孔板V形環(huán)槽43的部位沿圓周方向均布的六個點通過激光點焊相連接，該點連 接方式使得防爆膜片30的下凹部31更易于在電芯內(nèi)部壓力作用下向上抬起，保證了防爆結(jié)構(gòu) 的靈敏度。如圖l，在排氣孔板40與防爆膜片30之間，更確切地說，在防爆膜片的環(huán)形邊沿 33與排氣孔板40相對應(yīng)的邊緣部位之間設(shè)有環(huán)狀絕緣墊片50，它在排氣孔板40與防爆膜片30 斷開連接時起到絕緣作用。再如圖l，所述頂蓋20、防爆膜片30、排氣孔板40及絕緣墊片50 與電芯外殼10之間通過環(huán)狀的橡膠密封圈60加以密封。
上述頂蓋20、防爆膜片30、排氣孔板40形成電池的正極，電芯外殼10則形成電池的負(fù)極通過如上所述的結(jié)構(gòu)，本發(fā)明在所述防爆膜片30及排氣孔板40上形成了安全防爆結(jié)構(gòu)， 該防爆結(jié)構(gòu)包括設(shè)置在排氣孔板上的V形環(huán)槽43及設(shè)于防爆膜片30上的環(huán)形凹槽32，且防爆 膜片30及排氣孔板40通過多點的點連接方式相連接。本發(fā)明的裝置中，將電芯內(nèi)部的壓力值 設(shè)定為1.4-2.2 Mpa。當(dāng)電芯內(nèi)部壓力超過該設(shè)定值時，由電池內(nèi)部化學(xué)反應(yīng)而產(chǎn)生的異常 氣體的壓力經(jīng)排氣孔向上施加到防爆膜片30上，由于防爆膜片與排氣孔板呈點連接，使防爆 膜片的下凹部31向上抬起，并帶動排氣孔板40與之相連的部分上移，最后導(dǎo)致排氣孔板40在 其最薄弱的部位，即排氣孔板的V形環(huán)槽43的尖銳狀頂部處斷開，從而斷開了與防爆膜片30 的電連接。由于斷電，使得發(fā)生爆炸的可能性被消除。如果內(nèi)壓繼續(xù)增大，則防爆膜片30的 薄弱部位，即環(huán)形凹槽32被斷開，并經(jīng)頂蓋上的泄壓孔221向外泄壓。因此保證了電池的安 全性。
本發(fā)明的鋰電池電芯的防爆及斷電保護裝置可通過如下方法實現(xiàn)。該方法包括如下步驟
參閱圖3，首先通過機械沖壓分別制成金屬頂蓋20、防爆膜片30、排氣孔板40及塑料絕 緣墊片50，并通過高溫注塑形成密封圈60，其中在防爆膜片30的上表面上沖壓出環(huán)形凹槽32 ;在排氣孔板40的下側(cè)沖壓出圓形凹槽42及位于該凹槽底部邊緣的V形環(huán)槽43。
如圖1所示，將頂蓋20裝在防爆膜片30上部，用沖壓模具將防爆膜片包邊，使頂蓋的邊 緣包裹在防爆膜片中。
接著將絕緣墊片50放置在防爆膜片30與排氣孔板40之間，然后用激光點焊機將防爆膜片 30與排氣孔板40在防爆膜片的下凹部31的靠近排氣孔板的V形環(huán)槽43的部位沿圓周方向均布 的六個點點焊連接。
焊接完成后，將頂蓋20、防爆膜片30、排氣孔板40及絕緣墊片50的周邊部分裝入密封圈 內(nèi)，用熱封設(shè)備將密封圈周邊包裹，密封圈則裝入電芯外殼10頂部的U形環(huán)槽11內(nèi)，將電芯 外殼10與其它部件密封連接，裝置制作完成。
盡管通過以上實施例對本發(fā)明進行了揭示，但是本發(fā)明的范圍并不局限于此，在不偏離本發(fā) 明構(gòu)思的條件下，以上各構(gòu)件可用所屬技術(shù)領(lǐng)域人員了解的相似或等同元件來替換。
權(quán)利要求
1.一種鋰電池電芯的防爆及斷電保護裝置，其特征在于，該裝置包括一個柱狀中空電芯外殼(10)；一個金屬頂蓋(20)，其設(shè)于電芯外殼(10)的頂部；一個金屬防爆膜片(30)，其與頂蓋(20)相連接；一個布有多個排氣孔的金屬排氣孔板(40)，其與防爆膜片(30)相連接；一個環(huán)狀絕緣墊片(50)，其設(shè)于防爆膜片(30)與排氣孔板(40)之間；一個環(huán)狀密封圈(60)，其密封連接于所述金屬頂蓋(20)、防爆膜片(30)、排氣孔板(40)及絕緣墊片(50)的周邊；一個電芯極耳(70)，其分別與電芯及排氣孔板(40)相連接，且在所述防爆膜片(30)及排氣孔板(40)上設(shè)有在電芯內(nèi)部壓力過高時斷電的防爆結(jié)構(gòu)。
2.如權(quán)利要求l所述的鋰電池電芯的防爆及斷電保護裝置，其特征在 于，所述頂蓋(20)是由環(huán)形邊沿(21)和中部的凸起部(22)所形成的凸形蓋狀體。
3.如權(quán)利要求2所述的鋰電池電芯的防爆及斷電保護裝置，其特征在 于，所述防爆膜片(30)為鋁質(zhì)薄片，防爆膜片(30)上與所述頂蓋的凸起部(22)相對的 部位形成下凹部(31)，該下凹部的底部呈平面，防爆膜片的上表面設(shè)有安全泄壓用的環(huán)形 四槽(32)。
4.如權(quán)利要求2所述的鋰電池電芯的防爆及斷電保護裝置，其特征在 于，所述排氣孔板(40)上沿同一圓周均布有多個上下貫通的排氣孔(41)，排氣孔板中部 下側(cè)設(shè)有圓形凹槽(42)，該凹槽底部邊緣設(shè)有一個V形環(huán)槽(43)。
5.如權(quán)利要求3或4所述的鋰電池電芯的防爆及斷電保護裝置，其特 征在于，所述防爆膜片(30)及排氣孔板(40)的防爆結(jié)構(gòu)包括設(shè)置在排氣孔板上的V形環(huán) 槽(43)及設(shè)于防爆膜片(30)上的環(huán)形凹槽(32)，且防爆膜片(30)及排氣孔板(40) 通過多點的點連接方式相連接，當(dāng)電芯內(nèi)部壓力超過設(shè)定值時，經(jīng)排氣孔的向上的壓力使防 爆膜片的下凹部(31)向上抬起，并導(dǎo)致排氣孔板(40)的V形環(huán)槽(43)斷開，從而與防 爆膜片(30)相分離而切斷電路；如果內(nèi)壓繼續(xù)增大，則防爆膜片(30)的環(huán)形凹槽(32) 斷開而泄壓。
6.如權(quán)利要求5所述的鋰電池電芯的防爆及斷電保護裝置，其特征在 于，所述排氣孔板(40)與防爆膜片(30)在沿圓周方向均布的六個點通過激光點焊相連接
7.如權(quán)利要求5所述的鋰電池電芯的防爆及斷電保護裝置，其特征在 于，所述電芯內(nèi)部的壓力設(shè)定值為1.4-2.2 Mpa。
8.如權(quán)利要求l所述裝置的制作方法，其特征在于，它包括如下步驟a、 通過機械沖壓分別制成頂蓋(20)、防爆膜片(30)、排氣孔板(40)及絕緣墊片 (50)，并通過高溫注塑形成密封圈(60);b、 將頂蓋(20)裝在防爆膜片(30)上部，用沖壓模具將防爆膜片包邊，使頂蓋的邊 緣包裹在防爆膜片中；c、 將絕緣墊片(50)放置在防爆膜片(30)與排氣孔板(40)之間，然后用激光點焊 機將防爆膜片(30)與排氣孔板(40)進行沿圓周方向均勻分布的多點點焊；d、 焊接完成后，將頂蓋(20)、防爆膜片(30)、排氣孔板(40)及絕緣墊片(50) 的周邊部分裝入密封圈內(nèi)，用熱封設(shè)備將密封圈周邊包裹，裝置制作完成。
全文摘要
一種鋰電池電芯的防爆及斷電保護裝置及其制作方法，裝置包括電芯外殼、金屬頂蓋、金屬防爆膜片、金屬排氣孔板、環(huán)狀絕緣墊片、環(huán)狀密封圈及電芯極耳。在防爆膜片及排氣孔板上設(shè)有防爆結(jié)構(gòu)，包括排氣孔板上的V形環(huán)槽及防爆膜片上的環(huán)形凹槽，防爆膜片及排氣孔板通過多點的點連接方式相連接。方法包括頂蓋、防爆膜片、排氣孔板及絕緣墊片的沖壓成型，密封圈的高溫注塑成型，防爆膜片包邊，防爆膜片與排氣孔板的激光焊接及各部之間及與電芯外殼的密封連接。當(dāng)電芯內(nèi)部壓力超過設(shè)定值時，經(jīng)排氣孔的向上的壓力使防爆膜片的下凹部向上抬起，排氣孔板的V形環(huán)槽斷開，與防爆膜片相分離而切斷電路；如果內(nèi)壓繼續(xù)增大，則防爆膜片的環(huán)形凹槽斷開而泄壓。
文檔編號H01M10/38GK101567432SQ20091030297
公開日2009年10月28日 申請日期2009年6月5日 優(yōu)先權(quán)日2009年6月5日
發(fā)明者何曉明, 苗福遠(yuǎn), 黃承海 申請人:深圳市科達(dá)利實業(yè)有限公司