鋰離子電池的制作方法
【專利摘要】本申請公開一種鋰離子電池，包括電池殼體和安裝于所述電池殼體上的電池頂蓋。所述電池頂蓋或所述電池殼體上設有泄壓孔。所述鋰離子電池還包括泄壓裝置。所述泄壓裝置包括泄壓片和形狀記憶變形部。所述泄壓片密封所述泄壓孔。所述形狀記憶變形部包括溫度或壓強形狀記憶彈片和刺透部。所述溫度或壓強形狀記憶彈片設置在所述電池殼體或所述電池頂蓋上并位于所述電池殼體與所述電池頂蓋之間。所述刺透部設置在所述溫度或壓強形狀記憶彈片上并指向所述泄壓片。所述溫度或壓強形狀記憶彈片在設定的壓力或溫度值下產生朝向所述泄壓片的變形，并帶動所述刺透部朝向所述泄壓片運動直至所述刺透部刺破所述泄壓片。鋰離子電池的安全性能可以得到提高。
【專利說明】鋰離子電池
【技術領域】
[0001 ] 本發明涉及鋰離子電池領域，尤其涉及一種鋰離子電池。
【背景技術】
[0002]隨著鋰離子電池在電動汽車和儲能領域中的應用日趨擴大，鋰離子電池的安全事故相關報道也日益增多，如公交車、電動車著火自然以及爆炸的事件，近年來，鋰離子電池的安全性能也越來越受到重視。
[0003]通常，鋰離子電池安全問題的起因是熱失控，隨著溫度的不斷攀升，鋰離子電池內部發生各種反應，例如:電池內部復雜的化學反應，陽極與電解液發生還原反應，陰極與電解液發生氧化反應，電解液自身受熱蒸發、分解等多種復雜反應。這些反應導致鋰離子電池溫度持續上升的同時伴隨有大量氣體生成，導致電池內壓急劇升高，進而引起電池爆炸等安全問題。
【發明內容】
[0004]本發明的目的在于提供一種具有理想安全性能的鋰離子電池。
[0005]為實現上述目的，本發明提出了一種鋰離子電池，包括電池殼體和安裝于所述電池殼體上的電池頂蓋；所述電池頂蓋或所述電池殼體上設有泄壓孔；所述鋰離子電池還包括泄壓裝置；所述泄壓裝置包括泄壓片和形狀記憶變形部；所述泄壓片密封所述泄壓孔；所述形狀記憶變形部包括溫度或壓強形狀記憶彈片和刺透部；所述溫度或壓強形狀記憶彈片設置在所述電池殼體或所述電池頂蓋上并位于所述電池殼體與所述電池頂蓋之間；所述刺透部設置在所述溫度或壓強形狀記憶彈片上并指向所述泄壓片；所述溫度或壓強形狀記憶彈片在設定的壓力或溫度值下產生朝向所述泄壓片的變形，并帶動所述刺透部朝向所述泄壓片運動直至所述刺透部刺破所述泄壓片。
[0006]進一步地，所述刺透部具有指向所述泄壓片的尖端。
[0007]進一步地，所述溫度或壓強形狀記憶彈片在朝向所述泄壓片的方向上的最大記憶變形量為c ;所述尖端與所述泄壓片之間的距離記為d，并且O < d < C。
[0008]進一步地，所述泄壓片上設有薄弱線或薄弱面；所述薄弱線或薄弱面與所述尖端相對。
[0009]進一步地，所述泄壓片設置在所述電池殼體的外表面或所述電池頂蓋的外表面上；所述溫度或壓強形狀記憶彈片設置在所述電池殼體的內表面或所述電池頂蓋的內表面上。
[0010]進一步地，所述泄壓片和所述溫度或壓強形狀記憶彈片設置在所述電池殼體的內表面或所述電池頂蓋的內表面上；所述泄壓片和所述溫度或壓強形狀記憶彈片間隔設置。
[0011]進一步地，所述泄壓裝置還包括支架；所述支架設置在所述電池殼體或所述電池蓋板的內表面上；所述溫度或壓強形狀記憶彈片設置在所述支架中。
[0012]進一步地，所述溫度或壓強形狀記憶彈片的壓強感受范圍為0.1-1.0MPa ;所述泄壓片發生破裂的壓強條件為0.4-0.6MPa。
[0013]進一步地，所述溫度或壓強形狀記憶彈片的壓強感受范圍為0.4-0.6MPa ;所述泄壓片發生破裂的壓強條件為0.4-0.6MPa。
[0014]進一步地，所述溫度或壓強形狀記憶彈片的溫度感應范圍為100-300°C。
[0015]進一步地，所述溫度或壓強形狀記憶彈片的溫度感應范圍為110_175°C。
[0016]進一步地，所述溫度或壓強形狀記憶彈片采用Au、Ag、Cd、Cu、Zn、Al、Sn、S1、Ga、In、T1、N1、Fe、Pt、Pd、Nb、Fe、Mn Ce、Br中至少兩種以上的元素合金或者具有溫度或者壓強有記憶效應的尚分子材料制成。
[0017]進一步地，所述溫度或壓強形狀記憶彈片上設有多個通孔。
[0018]進一步地，所述溫度或壓強形狀記憶彈片的孔隙率為20% -85%。
[0019]本發明的鋰離子電池利用溫度或壓強形狀記憶彈片在設定的壓力或溫度值下產生朝向泄壓片的變形帶動刺透部朝向泄壓片運動直至刺透部刺破泄壓片，達到泄壓的目的，從而提高鋰離子電池的安全性能。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0020]圖1為本發明一實施例中鋰離子電池的分解示意圖。
[0021]圖2為圖1中鋰離子電池的泄壓裝置和蓋板組裝在一起時的示意圖；
[0022]圖3為泄壓裝置的變形部的俯視圖；
[0023]圖4為本發明另一實施例中的泄壓裝置和蓋板組裝在一起時的示意圖；
[0024]圖5為泄壓裝置的變形部及支架的俯視圖；
[0025]圖6為本發明另一實施例中的泄壓裝置的變形部與支架組裝在一起時的結構示意圖；
[0026]圖7為圖6中變形部與支架組裝在一起時的另一角度的結構示意圖。
【具體實施方式】
[0027]為防止鋰離子電池因內壓劇增導致鋰離子電池爆炸，相關技術公開了一種帶有泄壓閥的鋰離子電池。當鋰離子電池由于不當充電、短路或暴露于高溫等惡劣環境中而發生意外時，鋰離子電池的內壓急劇升高，鋰離子電池內部的氣體會沖開泄壓閥，達到泄壓的目的，從而提高鋰離子電池的安全性能。然而，泄壓閥的打開是靠鋰離子電池內部的壓強大小控制，由于泄壓閥的個體差異很難精準的控制打開泄壓閥的壓力。而且，當鋰離子電池發生熱失控時，鋰離子電池內部的溫度通常達到400°C甚至上千度，鋰離子電池中的陰、陽級電極活性物質與電解液反應生成大量的氣體(包括可燃性氣體和非可燃性氣體)，并使電解液蒸發形成可燃性電解液蒸汽。上述氣體和蒸汽混合物快速從泄壓閥中噴出，并在噴出的過程中將高溫固體顆粒從泄壓閥帶出；噴出的可燃性氣體和可燃性電解液蒸汽與高溫固體顆粒混合在一起，與空氣接觸后容易導致燃燒，最終導致鋰離子電池著火燃燒。
[0028]為此，本發明提供一種具有理想安全性能的鋰離子電池及其泄壓裝置。
[0029]以下結合附圖對本發明的原理和特征進行描述，所舉實施例只用于解釋本發明，并非用于限定本發明的范圍。對于本領域普通技術人員來講，在不付出創造性勞動的前提下，根據本發明精神所獲得的所有實施例，都屬于本發明的保護范圍。
[0030]圖1為本發明實施例一中鋰離子電池的分解示意圖。如圖1中所示，鋰離子電池包括電池殼體10、裝設于電池殼體10中的電芯20、灌注于電池殼體10中的電解液(未圖示)，以及安裝于電池殼體10上的電池頂蓋50。其中，電池頂蓋50上設有正極柱和負極柱60 (圖示正負極柱未作區分)，正負極柱60分別通過導電連接體30與電芯20的正、負極進行電連接。電池頂蓋50于正極柱和負極柱60之間的中央位置處設有泄壓孔70，
[0031]鋰離子電池還包括泄壓裝置4。泄壓裝置4包括泄壓片80和形狀記憶變形部40。其中，泄壓片80與泄壓孔70配合形成泄壓閥；當鋰離子電池由于不當充電、短路或暴露于高溫等惡劣環境中而發生意外，導致鋰離子電池的內壓或溫度達到設定的壓力或溫度值時，形狀記憶變形部40通過其在該設定的壓力或溫度值下所產生的變形破壞泄壓片80與泄壓孔70之間的密封，使得泄壓閥開啟以釋放鋰離子電池內部的氣體，達到泄壓的目的，從而提高鋰離子電池的安全性能。
[0032]具體地，泄壓片80密封裝設在泄壓孔70上，既可以阻止外部的物質經過泄壓孔70進入電池殼體10的內部而起到保護作用，又可在一定的壓強條件下發生破裂起到安全保護的作用。在圖1所示的實施例中，泄壓片80可通過焊接、粘接等方式設置在電池頂蓋50的第一表面如位于電池殼體10外部的外表面(當鋰離子電池處于圖1所示位置時)，并將泄壓孔70密封。泄壓片80可由與電池頂蓋50相同的金屬材料制成，如此，可以克服不同金屬之間因存在電勢差而與外界空氣或電解液形成電解池，降低發生腐蝕反應的風險。例如，泄壓片80可采用鋁、鋁合金、鎳、鎳合金、不銹鋼等金屬或合金制成。此外，泄壓片80也可采用高分子聚合物制成。泄壓片80具有良好的延展性，在破裂泄壓時不會飛出。根據本發明的一個實施方式，泄壓片80上可涂覆或粘接一層耐腐蝕材料，例如PE和/或PP，可防止泄壓片80被電解液腐蝕。根據本發明的另一個實施方式，泄壓片80上設有薄弱線或薄弱面，薄弱面或薄弱線在電池內部壓力過大的情況下先破裂，從而使得泄壓片80的破裂位置可控。根據本發明的一個實施方式，泄壓片80達到破裂臨界狀態時可承受的壓力值為0.4-0.6MPa0
[0033]形狀記憶變形部40可通過焊接、粘接等方式設置在電池頂蓋50的第二表面如朝向電芯20的內表面(當鋰離子電池處于圖1所示位置時)，并與泄壓片80配合。如圖2和圖3所示，形狀記憶變形部40包括溫度或壓強形狀記憶彈片41和設置在溫度或壓強形狀記憶彈片41上并指向泄壓片80的刺透部43。
[0034]在圖3所示的實施例中，溫度或壓強形狀記憶彈片41的外形輪廓與泄壓孔70的形狀相匹配，使得溫度或壓強形狀記憶彈片41的周緣可以通過焊接、粘接等方式密封在泄壓孔70中，并與泄壓片80間隔設置。當采用粘接方式時，需采用耐電解液腐蝕且溫度承受范圍處于溫度或壓強形狀記憶彈片41和的記憶范圍，以確保溫度或壓強形狀記憶彈片41的作用范圍。
[0035]溫度或壓強形狀記憶彈片41可采用Au、Ag、Cd、Cu、Zn、Al、Sn、S1、Ga、In、T1、N1、Fe、Pt、Pd、Nb、Fe、Mn Ce、Br等至少兩種以上的元素合金或者為對溫度或者壓強有記憶效應的高分子材料制成。在一實施例中，溫度或壓強形狀記憶彈片41的溫度感應范圍為100-300°C，優選的溫度范圍110-175?;溫度或壓強形狀記憶彈片41的壓強感受范圍為0.1-1.0MPa，優選的壓強范圍為0.4-0.6MPa。在一實施例中，溫度或壓強形狀記憶彈片41可采用CeBrf制成。當鋰離子電池內部的溫度或壓強位于溫度或壓強形狀記憶彈片41的溫度感應范圍或壓強感受范圍時，溫度或壓強形狀記憶彈片41將發生朝向泄壓片80的記憶變形，使得設置在溫度或壓強形狀記憶彈片41上的刺透部43朝向泄壓片80運動直至刺破泄壓片80。溫度或壓強形狀記憶彈片41在朝向泄壓片80的方向上的最大記憶變形量記為c，可根據電池頂蓋50的厚度、刺透部43的長度等來選擇合適的具有形狀記憶功能的材料制備溫度或壓強形狀記憶彈片41使得溫度或壓強形狀記憶彈片41具有合適的記憶變形量Co
[0036]刺透部43可通過焊接、粘接等方式固定在溫度或壓強形狀記憶彈片41上，并位于溫度或壓強形狀記憶彈片41與泄壓片80之間。當采用粘接方式時，需采用耐電解液腐蝕且溫度承受范圍處于溫度或壓強形狀記憶彈片41和的記憶范圍，以確保溫度或壓強形狀記憶彈片41的作用范圍。
[0037]刺透部43具有指向泄壓片80的尖端430。刺透部43的尖端430與泄壓片80之間的距離記為d，0 < d < C。刺透部43在從溫度或壓強形狀記憶彈片41到泄壓片80方向上的長度可根據溫度或壓強形狀記憶彈片41的記憶變形量c以及電池頂蓋50的厚度等確定。若刺透部43的長度過短，可能無法刺透泄壓片80 ;若刺透部43的長度過長，則可能導致無法安裝泄壓片80。
[0038]當鋰離子電池由于不當充電、短路或暴露于高溫等惡劣環境中而發生意外但在內部失控之前，鋰離子電池內部的溫度或者壓強會急劇升高。當鋰離子電池內部的溫度或壓強范圍達到溫度或壓強形狀記憶彈片41的溫度感應范圍或壓強感受范圍時，溫度或壓強形狀記憶彈片41將發生朝向泄壓片80的記憶變形，使得設置在溫度或壓強形狀記憶彈片41上的刺透部43朝向泄壓片80運動直至刺透部43刺破泄壓片80。這樣，在鋰離子電池內部失控前，鋰離子電池內部的氣體及熱量提前散出；即使鋰離子電池內部隨后失控，鋰離子電池內部的熱量與氣體壓力的威力減弱許多，可極大地提高鋰離子電池的安全性能。
[0039]此外，為了進一步提高鋰離子電池的安全性能，可在溫度或壓強形狀記憶彈片41上設置多個通孔42。溫度或壓強形狀記憶彈片41的孔隙率可為20% -85%，用于提供泄壓通道并可阻擋部分粉塵或火星隨高速氣體噴出，從而進一步提高鋰離子電池的安全性能。為了確保溫度或壓強形狀記憶彈片41具有足夠的強度使得刺透部43可以刺破泄壓片80，通孔42設置在距離刺透部43 —定距離的區域，換言之，與刺透部43直接相鄰的區域中未設置通孔42。
[0040]另外，對于不易與電池頂蓋50焊接或粘接的溫度或壓強形狀記憶彈片41，如圖4至圖7所示，形狀記憶變形部40可進一步包括支架44。溫度或壓強形狀記憶彈片41可通過焊接、粘接、嵌入等方式設置在支架44中。支架44可通過焊接、粘接等方式設置在電池蓋板50的內表面上。如此，泄壓片80也可固定在電池蓋板50的內表面上，并與設置在支架44中的溫度或壓強形狀記憶彈片41上的刺透部43間隔設置。
[0041]需要說明的是，在圖示實施方式中，鋰離子電池為方形鋰離子電池。但是，可以理解的是，本發明對鋰離子電池的外形沒有特別限制，鋰離子電池也可以是其他形狀的鋰離子電池，例如，棱柱形鋰離子電池和圓柱形鋰離子電池。此外，形狀記憶變形部40也可以采用與上述類似的方式設置在殼體10上，或分別設置在殼體10和電池頂蓋50上。
[0042]以上所述僅為本發明的較佳實施例，并不用以限制本發明，凡在本發明的精神和原則之內，所作的任何修改、等同替換、改進等，均應包含在本發明的保護范圍之內。
【權利要求】
1.一種鋰離子電池，包括電池殼體和安裝于所述電池殼體上的電池頂蓋；所述電池頂蓋或所述電池殼體上設有泄壓孔，其特征在于，所述鋰離子電池還包括泄壓裝置；所述泄壓裝置包括泄壓片和形狀記憶變形部；所述泄壓片密封所述泄壓孔；所述形狀記憶變形部包括溫度或壓強形狀記憶彈片和刺透部； 所述溫度或壓強形狀記憶彈片設置在所述電池殼體或所述電池頂蓋上并位于所述電池殼體與所述電池頂蓋之間；所述刺透部設置在所述溫度或壓強形狀記憶彈片上并指向所述泄壓片； 所述溫度或壓強形狀記憶彈片在設定的壓力或溫度值下產生朝向所述泄壓片的變形，并帶動所述刺透部朝向所述泄壓片運動直至所述刺透部刺破所述泄壓片。
2.根據權利要求1所述的鋰離子電池，其特征在于，所述刺透部具有指向所述泄壓片的尖端。
3.根據權利要求2所述的鋰離子電池，其特征在于，所述溫度或壓強形狀記憶彈片在朝向所述泄壓片的方向上的最大記憶變形量為c ;所述尖端與所述泄壓片之間的距離記為d，并且 O < d < C。
4.根據權利要求2所述的鋰離子電池，其特征在于，所述泄壓片上設有薄弱線或薄弱面；所述薄弱線或薄弱面與所述尖端相對。
5.根據權利要求1所述的鋰離子電池，其特征在于，所述泄壓片設置在所述電池殼體的外表面或所述電池頂蓋的外表面上；所述溫度或壓強形狀記憶彈片設置在所述電池殼體的內表面或所述電池頂蓋的內表面上。
6.根據權利要求1所述的鋰離子電池，其特征在于，所述泄壓片和所述溫度或壓強形狀記憶彈片設置在所述電池殼體的內表面或所述電池頂蓋的內表面上；所述泄壓片和所述溫度或壓強形狀記憶彈片間隔設置。
7.根據權利要求6所述的鋰離子電池，其特征在于，所述泄壓裝置還包括支架；所述支架設置在所述電池殼體或所述電池蓋板的內表面上；所述溫度或壓強形狀記憶彈片設置在所述支架中。
8.根據權利要求1所述的鋰離子電池，其特征在于，所述溫度或壓強形狀記憶彈片的壓強感受范圍為0.1-1.0MPa ;所述泄壓片發生破裂的壓強條件為0.4-0.6MPa。
9.根據權利要求1所述的鋰離子電池，其特征在于，所述溫度或壓強形狀記憶彈片的壓強感受范圍為0.4-0.6MPa ;所述泄壓片發生破裂的壓強條件為0.4-0.6MPa。
10.根據權利要求1所述的鋰離子電池，其特征在于，所述溫度或壓強形狀記憶彈片的溫度感應范圍為100-300°C。
11.根據權利要求1所述的鋰離子電池，其特征在于，所述溫度或壓強形狀記憶彈片的溫度感應范圍為110-175°c。
12.根據權利要求1至11中任何一項所述的鋰離子電池，其特征在于，所述溫度或壓強形狀記憶彈片采用 Au、Ag、Cd、Cu、Zn、Al、Sn、S1、Ga、In、T1、N1、Fe、Pt、Pd、Nb、Fe、Mn Ce、Br中至少兩種以上的元素合金或者具有溫度或者壓強有記憶效應的高分子材料制成。
13.根據權利要求1至11中任何一項所述的鋰離子電池，其特征在于，所述溫度或壓強形狀記憶彈片上設有多個通孔。
14.根據權利要求13所述的鋰離子電池，其特征在于，所述溫度或壓強形狀記憶彈片 的孔隙率為20% -85%。
【文檔編號】H01M10/0525GK104485479SQ201410825884
【公開日】2015年4月1日 申請日期:2014年12月25日 優先權日:2014年12月25日
【發明者】曹福彪, 李偉, 楊同歡, 郭陪陪, 金海族, 李少剛 申請人:寧德新能源科技有限公司