動力電池頂蓋組件及動力電池的製作方法

2023-08-04 19:01:31

本發明屬於動力電池技術領域，尤其涉及一種動力電池頂蓋組件及使用該頂蓋組件的動力電池。

背景技術：

電動汽車和儲能電站等一般需要使用具有大容量的動力電池作為電源。這些動力電池除了具有高容量，還應當具有良好的安全性及較長的循環壽命等，才能達到使用的標準和滿足人們的需求。

其中，當動力電池過充時，動力電池中的電解液的分解會使動力電池內部產生過量的熱造成電池起火；或者會使動力電池內部壓力增大導致電池爆炸。因此在動力電池失控之前，需要藉助於一個外短路結構來切斷動力電池的主迴路中的保險絲(fuse)結構，阻止動力電池繼續充電。例如，在動力電池過充的時候，當動力電池內部產生一定氣壓，外短路結構起作用，使動力電池本身形成一個迴路，使得fuse熔斷，從而切斷主迴路。如圖1所示，現有技術中採用翻轉片1』來實現該外短路結構的功能，該翻轉片1』採用一塊圓盤，並在該圓盤中央設置一個柱狀凸臺。正常使用的時候，翻轉片1』與動力電池頂蓋上的極柱2』是斷開絕緣的。當動力電池過充並產生一定氣壓時，氣壓會推動翻轉片1』動作，使得翻轉片1中的柱狀凸臺與導電塊3』連接，而導電塊3』又與極柱2』電連接，從而在動力電池內形成迴路，使得fuse熔斷，切斷主迴路，保護了動力電池。

然而，現有的翻轉片結構存在以下缺陷：一方面，現有的導電塊一般為鋁塊，這樣在翻轉片與鋁塊接觸的瞬間會產生一個大電流，容易導致接觸位置局部熔化，另外，雖然可以通過fuse起到切斷迴路的作用，但仍然會存在安全隱患，如果fuse結構在發生熱失控前不能夠及時熔斷，極容易引發安全問題，導致動力電池的安全性能無法得到有效保證；另一方面，fuse結構的設置會佔用動力電池的內部空間，大大降低動力電池的能量密度。

技術實現要素：

本發明的目的在於：針對現有技術的不足，而提供一種能夠提高動力電池安全性能和能量密度的動力電池頂蓋組件，並提供使用這種頂蓋組件的動力電池。

為了實現上述目的，本發明採用以下技術方案：

一種動力電池頂蓋組件，包括頂蓋片、負極柱和翻轉片，所述負極柱與所述頂蓋片絕緣裝配，所述頂蓋片設置有連接孔，所述翻轉片密封所述連接孔，所述負極柱包括基體部及由基體部向下延伸的柱體部，所述翻轉片設置有電阻塊，所述電阻塊與所述基體部相對設置，當動力電池內部壓力超過翻轉片的翻轉壓力時，所述翻轉片向上翻轉，使得所述電阻塊與所述基體部電連接。

作為本發明動力電池頂蓋組件的一種改進，所述翻轉片包括焊接部、凸臺以及設置於所述焊接部與所述凸臺之間的連接部，所述凸臺設置有凹槽或凸緣，所述電阻塊設置有與所述凹槽相配合的凸起，或所述電阻塊設置有與所述凸緣相配合的凹槽。

作為本發明動力電池頂蓋組件的一種改進，所述凸臺設置在所述連接部的中央位置，所述焊接部設置在所述連接部的外邊緣，所述焊接部與所述頂蓋片電連接。

作為本發明動力電池頂蓋組件的一種改進，所述焊接部、所述凸臺以及所述連接部為一體化連接結構。

作為本發明動力電池頂蓋組件的一種改進，所述連接部的厚度在從凸臺向焊接部的方向上逐漸減小。將連接部設計成變截面的結構，不僅能夠確保翻轉片在特定壓力下向上翻轉，還有效地增加了連接部內圈的過流面積，減少翻轉片被熔斷的概率，從而能夠有效地降低動力電池起火或者爆炸的危險，進一步增強了動力電池的安全性能。

作為本發明動力電池頂蓋組件的一種改進，所述凸臺為實心結構，所述連接部為片狀環面結構，且所述凸臺的厚度大於所述連接部的厚度。由於翻轉片與基體部接觸的位置是過流的瓶頸區域，因此在翻轉片與基體部接觸瞬間電流很大，容易導致接觸位置局部熔化。因而通過實心凸臺加電阻塊的結構，可以保證大電流下翻轉片不被熔斷，從而有效地降低動力電池發生起火或者爆炸的危險，極大地提高了動力電池的安全性能。

作為本發明動力電池頂蓋組件的一種改進，所述翻轉片的連接部與水平面形成的夾角為6～60°，優選為10～30°。其中α的具體取值可以根據實際需要進行設置，而不同的設置角度會影響翻轉片向上翻轉的動作。當α值過小時，導致凸臺與電阻塊的距離過近，這樣正常情況下翻轉片極易與電阻塊發生誤接而使電池失效；當α值過大時，使得翻轉片的重心降低，一定程度上增加了翻轉片向上動作的阻力，這樣可能導致翻轉片向上動作發生滯後，從而影響電池的安全性能。

作為本發明動力電池頂蓋組件的一種改進，所述電阻塊的材質為碳化矽、石墨和聚苯硫醚中的至少一種；該材質製作的電阻塊完全能夠滿足電化學性能需求。

作為本發明動力電池頂蓋組件的一種改進，所述電阻塊的阻值大小為0.1～1000mω。若電阻塊的阻值過低，會大大降低電阻塊的過流能力，這樣無法滿足導電性能需求，起不到有效的保護作用；若電阻塊的阻值過高，會大大增加電阻塊的過流能力，這樣無法使電池在發生熱失控前將電流瞬間釋放，同時也無法取消fuse結構，進而無法提高動力電池的能量密度。

作為本發明動力電池頂蓋組件的一種改進，所述翻轉片的翻轉壓力為0.01～1.2mpa，優選為0.1～0.8mpa。若翻轉壓力過大，起不到安全防護作用；若翻轉壓力過小，影響動力電池的正常使用。

作為本發明動力電池頂蓋組件的一種改進，所述頂蓋片還設置有極柱安裝孔，所述負極柱穿過所述極柱安裝孔與導電基塊電連接，所述柱體部與所述頂蓋片之間設置有絕緣密封圈，所述基體部與所述頂蓋片之間設置有上絕緣塑膠件，所述電阻塊通過所述上絕緣塑膠件固定於所述凹槽，所述頂蓋片、所述絕緣密封圈和所述導電基塊之間設置有下絕緣塑膠件。

作為本發明動力電池頂蓋組件的一種改進，所述頂蓋片設置有凸出於上表面的凸包，所述凸包在所述頂蓋片的下表面形成凸包收容部，所述極柱安裝孔和所述連接孔均設置於所述凸包內。安裝時將極柱上移入頂蓋片的凸包收容部中，在保證動力電池基本性能的同時，減小了極柱在殼體內部的高度，給電芯騰出了更大的安裝空間，從而使動力電池的能量密度得到提升。

此外，本發明還提供了一種動力電池，包括電芯、殼體和頂蓋組件，所述電芯置於所述殼體內，所述頂蓋組件密封安裝在所述殼體上，所述頂蓋組件為上述任一段落所述的頂蓋組件。

相比於現有技術，本發明的有益效果在於：本發明使翻轉片加設電阻塊，通過調設電阻塊的阻值控制保護電流，當動力電池內部壓力增加到翻轉片的翻轉壓力時，翻轉片向上翻轉，使電阻塊與極柱的基體部電連接，形成小電流放電，降低電池的電容量，使聚集的能量得到釋放，從而避免電池發生熱失控，保證電池的安全性能；此外，本發明的頂蓋組件還可省卻保險絲(fuse)結構的設置，減少其在電池內部的佔用空間，有效提高了動力電池的能量密度。

附圖說明

圖1為現有技術中動力電池頂蓋的部分結構示意圖。

圖2為本發明的動力電池頂蓋組件的結構示意圖。

圖3為圖2中a的局部放大圖。

圖4為本發明的動力電池頂蓋組件的結構分解圖。

圖5為本發明中動力電池頂蓋組件的電阻塊的結構示意圖。

圖6為本發明中動力電池頂蓋組件的翻轉片的結構示意圖之一。

圖7為本發明中動力電池頂蓋組件的翻轉片的結構示意圖之二。

圖中：1-頂蓋片；11-極柱安裝孔；2-負極柱；21-基體部；22-柱體部；3-翻轉片；31-凸臺；32-連接部；33-焊接部；4-電阻塊；41-凸起；5-導電基塊；6-絕緣密封圈；7-上絕緣塑膠件；8-下絕緣塑膠件；9-正極柱。

具體實施方式

為使本發明的技術方案和優點更加清楚，下面將結合具體實施方式和說明書附圖，對本發明及其有益效果作進一步詳細的描述，但本發明的實施方式不限於此。

如圖2～7所示，一種動力電池頂蓋組件，包括頂蓋片1、負極柱2、正極柱9和翻轉片3，負極柱2與頂蓋片1絕緣裝配，正極柱9與頂蓋片1導電連接，頂蓋片1設置有極柱安裝孔11和連接孔，翻轉片3密封連接孔，負極柱2和正極柱9均包括基體部21及由基體部21向下延伸的柱體部22，負極柱2和正極柱9分別穿過極柱安裝孔11與導電基塊5電連接，柱體部22與頂蓋片1之間設置有絕緣密封圈6，其中，負極柱2的基體部21與頂蓋片1之間設置有上絕緣塑膠件7，正極柱9的基體部21與頂蓋片1之間設置有電阻片，頂蓋片1、絕緣密封圈6和導電基塊5之間設置有下絕緣塑膠件8。

其中，負極柱2為銅鋁複合柱，正極柱9為鋁柱；為更好區分正負極柱，可在負極柱2的表面刻印負極標識，在正極柱9的表面刻印正極標識；翻轉片3設置有電阻塊4，電阻塊4與基體部21相對設置，當動力電池內部壓力超過翻轉片3的翻轉壓力時，翻轉片3向上翻轉，使得電阻塊4與基體部21電連接，形成小電流放電，降低電池的soc，使聚集的能量得到釋放，從而避免電池發生熱失控，保證電池的安全性能。

其中，電阻塊4的材質為碳化矽、石墨和聚苯硫醚中的至少一種；該材質製作的電阻塊4可以很好滿足電化學性能需求。

其中，翻轉片3包括焊接部33、凸臺3以及設置於焊接部33與凸臺3之間的連接部32，焊接部33、凸臺3以及連接部32為一體化連接結構；凸臺3設置有凹槽，電阻塊4設置有與凹槽相配合的凸起41；或凸臺3設置有凸緣，電阻塊4設置有與凸緣相配合的凹槽。

在根據本發明的動力電池頂蓋組件的一實施例中，凸臺3設置在連接部32的中央位置，焊接部33設置在連接部32的外邊緣，焊接部33與頂蓋片1電連接。

在根據本發明的動力電池頂蓋組件的一實施例中，連接部32的厚度在從凸臺3向焊接部33的方向上逐漸減小。將連接部32設計成變截面的結構，不僅能夠確保翻轉片3在特定壓力下向上翻轉，還有效地增加了連接部32內圈的過流面積，減少翻轉片3被熔斷的概率，從而能夠有效地降低動力電池起火或者爆炸的危險，進一步增強了動力電池的安全性能。

在根據本發明的動力電池頂蓋組件的一實施例中，凸臺3為實心結構，連接部32為片狀環面結構，且凸臺3的厚度大於連接部32的厚度。由於翻轉片3與基體部21接觸的位置是過流的瓶頸區域，因此在翻轉片3與基體部21接觸瞬間電流很大，容易導致接觸位置局部熔化。因而通過實心凸臺3加電阻塊4的結構，可以保證大電流下翻轉片3不被熔斷，從而有效地降低動力電池發生起火或者爆炸的危險，極大地提高了動力電池的安全性能。

在根據本發明的動力電池頂蓋組件的一實施例中，翻轉片3的連接部32與水平面形成的夾角為6～60°，優選為10～30°。其中α的具體取值可以根據實際需要進行設置，而不同的設置角度會影響翻轉片3向上翻轉的動作。當α值過小時，導致凸臺3與電阻塊4的距離過近，這樣正常情況下翻轉片3極易與電阻塊4發生誤接而使電池失效；當α值過大時，使得翻轉片3的重心降低，一定程度上增加了翻轉片3向上動作的阻力，這樣可能導致翻轉片3向上動作發生滯後，從而影響電池的安全性能。

在根據本發明的動力電池頂蓋組件的一實施例中，電阻塊4的阻值大小為0.1～1000mω。若電阻塊4的阻值過低，會大大降低電阻塊4的過流能力，這樣無法滿足導電性能需求，起不到有效的保護作用；若電阻塊4的阻值過高，會大大增加電阻塊4的過流能力，這樣無法使電池在發生熱失控前將電流瞬間釋放，同時也無法取消fuse結構，進而無法提高動力電池的能量密度。

在根據本發明的動力電池頂蓋組件的一實施例中，翻轉片3的翻轉壓力為0.01～1.2mpa，優選為0.1～0.8mpa。若翻轉壓力過大，起不到安全防護作用；若翻轉壓力過小，影響動力電池的正常使用。

在根據本發明的動力電池頂蓋組件的一實施例中，頂蓋片1設置有凸出於上表面的凸包，凸包在頂蓋片1的下表面形成凸包收容部，極柱安裝孔11和連接孔均設置於凸包內。安裝時將負極柱2和正極柱9上移入頂蓋片1的凸包收容部中，在保證動力電池基本性能的同時，減小了負極柱2和正極柱9在殼體內部的高度，給電芯騰出了更大的安裝空間，從而使動力電池的能量密度得到提升。

此外，本發明還提供一種採用上述頂蓋組件的動力電池，包括電芯、殼體和頂蓋組件，電芯置於殼體內，頂蓋組件密封安裝在殼體上。

相比於現有技術，本發明使翻轉片3加設電阻塊4，通過調設電阻塊4的阻值控制保護電流，當動力電池內部壓力增加到翻轉片3的翻轉壓力時，翻轉片3向上翻轉，使電阻塊4與極柱的基體部21電連接，形成小電流放電，降低電池的電容量，使聚集的能量得到釋放，從而避免電池發生熱失控，保證電池的安全性能；此外，本發明的頂蓋組件還可省卻保險絲(fuse)結構的設置，減少其在電池內部的佔用空間，有效提高了動力電池的能量密度。

根據上述說明書的揭示和教導，本發明所屬領域的技術人員還能夠對上述實施方式進行變更和修改。因此，本發明並不局限於上述的具體實施方式，凡是本領域技術人員在本發明的基礎上所作出的任何顯而易見的改進、替換或變型均屬於本發明的保護範圍。此外，儘管本說明書中使用了一些特定的術語，但這些術語只是為了方便說明，並不對本發明構成任何限制。