电池保护装置、盖板组件及电池的制作方法

本实用新型属于电池安全防护技术领域，特别是涉及一种电池保护装置、盖板组件及电池。

背景技术：

目前，绝大部分的电池其盖板上没有安全防护结构，盖板仅仅作为支撑极柱使用。当电池受到撞击、异物刺穿或者过热等滥用条件时，电池内部会发一系列复杂的电化学反应。当这些异常没有得到有效控制，电池发生热失控时，电池就会有起火甚至爆炸的危险。

台湾专利TW093118829公开了一种电池保护装置，该电池具有至少二个导电端子、以及至少一导电引子，导电引子与导电端子保持接触以接通电路。该电池保护装置包含至少一断路单元，当环境温度高于一预定温度时，断路单元产生形变并使导电引子与导电端子分离以切断电路。该电池保护装置能够在电池发生热失控时，通过断路单元产生形变使导电引子与导电端子分离以切断电路，进而保护电池。

但是，上述电池保护装置在电池发生热失控时，只是切断电路，切断电路时，由于电池电能并没有减小，往往电池内部还在进行复杂的电化学反应，这样，电池起火甚至爆炸的风险仍然较大。

技术实现要素：

本实用新型所要解决的技术问题是针对现有的采用切断电路方式进行电池保护的电池保护装置，在电池发生热失控而切断电路时电池电能并未减小，导 致电池起火甚至爆炸的风险仍然较大的缺陷，提供一种电池保护装置。

本实用新型解决上述技术问题所采用的技术方案为：

提供一种电池保护装置，该电池具有第一电极端子及第二电极端子，第一电极端子及第二电极端子中的一个为正极端子，另一个为负极端子，所述电池保护装置包括盖板本体及温度记忆元件，所述盖板本体上设置有通气孔，所述温度记忆元件与盖板本体电连接并密封所述通气孔，所述温度记忆元件具有与第一电极端子断开的低温记忆形态及与第一电极端子导通的高温记忆形态，所述温度记忆元件能够在电池内部温度高于预设温控阀值时由低温记忆形态变形至高温记忆形态。

进一步地，所述第一电极端子为负极端子，所述第二电极端子为正极端子。

进一步地，所述温度记忆元件为记忆合金或双金属片。

进一步地，所述预设温控阀值的取值范围为80-250℃。

进一步地，所述电池保护装置还包括电连接在所述盖板本体与所述第二电极端子之间的短路电阻。

进一步地，所述短路电阻的阻值R取值范围为：

1/(2Ic)<R<5/Ic，其中，Ic表示电池的充电电流的数值。

根据本实用新型的电池保护装置，温度记忆元件与盖板本体电连接并密封所述通气孔，温度记忆元件具有与电池的第一电极端子断开的低温记忆形态及与第一电极端子导通的高温记忆形态，当电池内部温度超过温度记忆元件的预设温度阀值时，温度记忆元件根据“记忆”变形到预先进行基础处理的高温记忆形态，温度记忆元件与第一电极端子导通，由此，将第一电极端子、盖板本体及第二电极端子导通，进而在第一电极端子与第二电极端子之间形成短路，实现了电池内部短路，进而可以切断外部异常回路，把电池隔离出来，防止更大的安全隐患发生，防止因异常电池的引起连锁隐患。使得整个异常始于该异常电池，也终止于该异常电池，最大限度的降低电池滥用带来的风险。并且，发生短路时，利用盖板本体及温度记忆元件等结构的阻抗消耗了电池的残余能 量，最大程度地降低电池起火或爆炸的风险。

另外，本实用新型还提供了一种盖板组件，包括第一电极端子、第二电极端子、用于所述第一电极端子与盖板本体之间绝缘密封的第一绝缘密封结构、用于所述第二电极端子与盖板本体之间密封的第二密封结构及上述的电池保护装置，所述盖板主体上设置有第一通孔及第二通孔，所述第一电极端子及第二电极端子分别插接在所述第一通孔及第二通孔中。

进一步地，所述盖板组件还包括连接在所述第一电极端子的外侧端的第一外引出片，所述温度记忆元件在低温记忆形态与所述第一外引出片断开，并在高温记忆形态与所述第一外引出片接触导通。

进一步地，所述盖板组件还包括短路电阻及连接在所述第二电极端子的外侧端的第二外引出片，所述短路电阻电连接在所述盖板本体与所述第二外引出片之间。

进一步地，所述温度记忆元件朝向所述接触片的一侧表面设置金属镀层。

进一步地，所述温度记忆元件设置有金属镀层以外的表面设置非金属防护涂层。

进一步地，所述第一绝缘密封结构包括由外向内依次套设在所述第一电极端子上的第一绝缘环、第一碟片及第一绝缘密封件，所述第一绝缘环固定在所述第一电极端子上，所述第一碟片的内沿设置在所述第一绝缘密封件与第一绝缘环之间，所述第一碟片的外沿设置在所述第一绝缘密封件与盖板本体之间，所述第一绝缘密封件连接在所述盖板本体与第一内引出片之间，所述第一内引出片固定在所述第一电极端子的内侧端。

进一步地，所述第二密封结构包括由外向内依次套设在所述第二电极端子上的第二绝缘环、第二碟片及第二绝缘密封件，所述第二绝缘环固定在所述第二电极端子上，所述第二碟片的内沿设置在所述第二绝缘密封件与第二绝缘环之间，所述第二碟片的外沿设置在所述第二绝缘密封件与盖板本体之间，所述第二绝缘密封件连接在所述盖板本体与第二内引出片之间，所述第二内引出片 固定在所述第二电极端子的内侧端。

另外，本实用新型还提供了一种电池，其包括上述的盖板组件。

附图说明

图1是本实用新型一实施例提供的盖板组件的结构示意图；

图2是本实用新型一实施例提供的电池保护装置的正常工作状态(记忆合金处于低温记忆形态)；

图3是本实用新型一实施例提供的电池保护装置的短路状态(记忆合金处于高温记忆形态)；

图4是本实用新型一实施例提供的盖板组件其第二电极端子附近的局部放大图。

说明书中的附图标记如下：

1、盖板本体；101、第一通孔；102、第二通孔；103、通气孔；104、注液孔；2、第一电极端子；201、第一缓冲环；3、第一内引出片；4、第一外引出片；401、接触片；5、第二电极端子；501、第二缓冲环；6、第二内引出片；7、第二外引出片；8、记忆合金；9、短路电阻；10、第一绝缘密封结构；11、第二密封结构；12、防爆阀；13、注液孔保护结构；14、第一绝缘环；15、第一碟片；16、第一绝缘密封件；17、第一焊接保护片；18、第二绝缘环；19、第二碟片；20、第二绝缘密封件；21、第二焊接保护片。

具体实施方式

为了使本实用新型所解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本实用新型进行进一步的详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。

如图1所示，本实用新型一实施例提供的盖板组件，包括盖板本体1、第一电极端子2、第一内引出片3、第一外引出片4、第二电极端子5、第二内引出 片6、第二外引出片7、记忆合金8、短路电阻9、用于第一电极端子2与盖板本体1之间的绝缘密封的第一绝缘密封结构10及用于第二电极端子5与盖板本体1之间的密封的第二密封结构11。其中，盖板本体1、记忆合金8及短路电阻9构成电池保护装置。所述短路电阻9电连接在所述盖板本体1与所述第二外引出片7之间。

本实施例中，所述短路电阻8的阻值R取值范围为：

1/(2Ic)<R<5/Ic (1)；

其中，Ic表示电池的充电电流的数值。充电电流Ic的单位与阻值R的单位在同一层级，即若Ic的单位为安培，则短路电阻的阻值R的单位为欧姆；若Ic的单位为毫安，则短路电阻的阻值R的单位为毫欧。式(1)中，Ic仅表示数值大小。式(1)中短路电阻的阻值R优选范围，依据充电电源的不同而设计，这样，能够降低短路电阻产生过大的焦耳热。

本实施例中，温度记忆元件为记忆合金8。如图1所示，所述盖板主体1上设置有第一通孔101及第二通孔102，所述第一电极端子2及第二电极端子5分别插接在所述第一通孔101及第二通孔102中，所述第一内引出片3及第二内引出片6分别焊接在所述第一电极端子2及第二电极端子5的内侧端，所述第一外引出片4及第二外引出片7分别焊接在所述第一电极端子2及第二电极端子5的外侧端。

如图1及图2所示，所述盖板本体1上设置有通气孔103，所述记忆合金8通过焊接或铆接的方式固定在所述通气孔103的边缘并密封所述通气孔103，在保证连接强度的情况下，记忆合金8与盖板本体1的连接区域应尽可能小。所述第一外引出片4远离所述第一电极端子2的一端向盖板本体1方向弯折形成与所述温度记忆元件相向的接触片401。由于，接触片401是第一外引出片4向盖板本体1方向弯折形成，进而接触片401更加靠近记忆合金8，这样，减小了记忆合金8与接触片401由断开到接触时，记忆合金8的形变量。

本实施例中，记忆合金8具有与第一电极端子2断开的低温记忆形态(图2 所示的状态)及与第一电极端子2导通的高温记忆形态(图3所示的形态)，所述记忆合金8在图2所示的低温记忆形态与所述第一外引出片4断开，并在图3所示的高温记忆形态与所述第一外引出片4的接触片401接触导通。所述记忆合金8能够在电池内部温度高于预设温控阀值时由图2所示的低温记忆形态变形至图3所示的高温记忆形态。

本实施例中，记忆合金8优选为双程记忆合金。当然，在其它实施例中，也可以是单程记忆合金或者是全程记忆合金。记忆合金可以是但不限于Cu基、Ni基或Fe基记忆合金。

本实施例中，所述预设温控阀值的取值范围为80-250℃。更进一步地的优选范围为80-150℃。即，当电池发生热失控时，内部温度快速上升至80-250℃之间的一个值时，记忆合金8由图2所示的低温记忆形态变形至图3所示的高温记忆形态，通过第一外引出片4的接触片401与记忆合金8的接触，将第一电极端子2与盖板本体1导通，而由于短路电阻9电连接在盖板本体1与第二外引出片7之间，使得此时，第一电极端子2与第二电极端子5之间短路。

本实施例中，如图1所示，所述盖板本体1上还设置有注液孔104及防爆阀12，所述注液孔104的外侧设置有注液孔保护结构13。

本实施例中，为了保证第一外引出片4与记忆合金8接触良好，接触阻抗够低，记忆合金8朝向所述第一外引出片4的接触片401的一侧表面设置金属镀层。此处的金属镀层包括但不限于金、银及镍等导电性能优越且化学性能稳定的材料，此处优选银镀层，既然能满足低阻抗要求，又能很好的控制产品成本。金属镀层的厚度为5μm～60μm，进一步优选为8～20μm。

本实施例中，为了防止记忆合金8里面的活性元素参与电化学反应，在记忆合金8的设置有金属镀层以外的表面设置非金属防护涂层，如PPS、PPO及氟碳涂层等。当非金属防护涂层的厚度小于30μm时，会因为非金属防护涂层的致密性原因，导致电池内部的电解液渗入，可能导致非金属防护涂层局部失效。当非金属防护涂层的厚度过厚时，很容易出现记忆合金8变形导致非金属防护 涂层表面产生裂纹，且成本也会增加。因而，非金属防护涂层的厚度优选为30-300μm，进一步优选为50-150μm。

本实施例中，如图2所示，所述第一绝缘密封结构10包括由外向内依次套设在所述第一电极端子2上的第一绝缘环14、第一碟片15及第一绝缘密封件16，所述第一绝缘环14固定在所述第一电极端子2上，所述第一碟片15的内沿设置在所述第一绝缘密封件16与第一绝缘环14之间，所述第一碟片15的外沿设置在所述第一绝缘密封件16与盖板本体1之间，所述第一绝缘密封件16连接在所述盖板本体1与第一内引出片3之间，所述第一内引出片3固定在所述第一电极端子2的内侧端。所述第一电极端子2的外侧端外周上形成有第一缓冲环201，所述第一缓冲环201焊接在所述第一绝缘环14上，第一缓冲环201能够缓冲第一电极端子2与第一绝缘环14的焊接应力。另外，第一绝缘密封件16与第一内引出片3之间还设置有第一焊接保护片17，以保护第一电极端子2与第一内引出片3的焊接，防止第一内引出片3焊接中被损坏。具体装配时，第一绝缘环14的外侧表面焊接在第一缓冲环201上，所述第一碟片15的内沿焊接在所述第一绝缘环14的内侧表面，所述第一碟片15的外沿焊接在盖板本体1的内侧表面，第一绝缘密封件16插入第一碟片15的内腔中，第一内引出片3与第一电极端子2的内侧端焊接，并以此支撑第一绝缘密封件16。

本实施例中，第一绝缘密封结构10及第二密封结构11采用类似的结构，即如图4所示，所述第二密封结构11包括由外向内依次套设在所述第二电极端子5上的第二绝缘环18、第二碟片19及第二绝缘密封件20，所述第二绝缘环18固定在所述第二电极端子5上，所述第二碟片19的内沿设置在所述第二绝缘密封件20与第二绝缘环18之间，所述第二碟片19的外沿设置在所述第二绝缘密封件20与盖板本体1之间，所述第二绝缘密封件20连接在所述盖板本体1与第二内引出片6之间，所述第二内引出片6固定在所述第二电极端子5的内侧端。所述第二电极端子5的外侧端外周上形成有第二缓冲环501，所述第二缓冲环501焊接在所述第二绝缘环18上，第二缓冲环501能够缓冲第二电极端子 2与第二绝缘环16之间的焊接应力。另外，第二绝缘密封件20与第二内引出片6之间还设置有第二焊接保护片21，以保护第二电极端子5与第二内引出片6的焊接，防止第二内引出片6焊接中被损坏。具体装配时，第二绝缘环18的外侧表面焊接在第二缓冲环501上，所述第二碟片19的内沿焊接在所述第二绝缘环18的内侧表面，所述第二碟片19的外沿焊接在盖板本体1的内侧表面，第二绝缘密封件20插入第二碟片19的内腔中，第二内引出片6与第二电极端子5的内侧端焊接，并以此支撑第二绝缘密封件20。

本实施例中，第一绝缘环14及第二绝缘环18可以是陶瓷绝缘环。第一碟片15、第二碟片19均为环形金属碟片，以提供良好的支撑。

当然，在其它实施例中，第一绝缘密封结构10与第二密封结构11也可以采用不同的结构，即第二密封结构11可以不提供盖板本体1与第二电极端子5之间的绝缘。当然，第一绝缘密封结构10与第二密封结构11还可以采用其它常规的结构形式。

另外，优选地，本实施例中，第一电极端子2为负极端子，第二电极端子5为正极端子。相应地，第一内引出片3、第一外引出片4为负极内引出片、负极外引出片，第二内引出片6、第二外引出片7为正极内引出片、正极外引出片。这样，短路电阻9连接在正极外引出片与盖板本体1之间，记忆合金8与负极外引出片相对。

当然，在其它实施例中，也可以反过来设置，即第一电极端子2为正极端子，第二电极端子5为负极端子。由于盖板本体1是与电池壳体导通的，当第二电极端子为负极端子时，短路电阻连接在负极外引出片与盖板本体之间，从而将负极端子与壳体导通，会出现析锂现象，导致电池容量降低。因而，该实施例中，优选地，通过其它手段避免析锂现象。

上述实施例的电池保护装置，其原理如下：

当电池受到撞击、异物刺穿或者过热等滥用条件时，电池热失控，电池内部温度会随着热失控的发生而升高。当内部温度超过记忆合金8的预设温度阀 值时，记忆合金8的金相组织发生变化，根据“记忆”变形到预先进行基础处理的高温记忆形态(图3所示的形态)，记忆合金8与第一外引出片4接触导通，由此，将第一电极端子2、第一外引出片4、盖板本体1、短路电阻9、第二外引出片7及第二电极端子5导通，进而在第一电极端子2与第二电极端子5之间形成短路，实现了电池内部短路，进而可以切断外部异常回路，把电池隔离出来，防止更大的安全隐患发生，防止因异常电池的引起连锁隐患。使得整个异常始于该异常电池，也终止于该异常电池，最大限度的降低电池滥用带来的风险。并且，发生短路时，利用短路电阻、盖板本体及记忆合金等结构的阻抗消耗电池残余能量，最大程度地降低电池起火或爆炸的风险。

另外，在其它实施例中，还可以用双金属片等具有类似的形状记忆功能的元件替代上述实施例中的记忆合金。

另外，在其它实施例中，也可以取消短路电阻，直接将第二电极端子或第二外引出片与盖板本体电连接。由于第二电极端子与盖板本体之间不需要绝缘，因而，在本实施例中，第二密封结构可以不包括第二绝缘环。

另外，本实用新型还提供了一种电池，其包括壳体、极芯及上述的盖板组件。极芯由正极片、隔膜及负极片卷绕得到。盖板组件从壳体的开口处插入并与壳体固定，通过盖板组件上的注液孔，注入电解液至盖板组件与壳体之间的密闭空间。正极片及负极片上设置有正极极耳及负极极耳。

若第一电极端子2为正极端子，则第一内引出片连接到正极极耳上，第二内引出片连接到负极极耳上。

反过来，若第一电极端子2为负极端子，则第一内引出片连接到负极极耳上，第二内引出片连接到正极极耳上。

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