孔板及锂离子电池的电流阻断结构的制作方法
【专利摘要】本发明公开了一种孔板，在所述的孔板的上表面和下表面分别设置有上环刻痕和下环刻痕，所述的上环刻痕和下环刻痕同轴但直径不同。同时公开了锂离子电池的电流阻断结构，包括固定连接的孔板和防爆片，在所述的孔板的上表面和下表面分别形成有上环刻痕和下环刻痕，所述的上环刻痕和下环刻痕同轴但直径不同。本发明的孔板，将上环刻痕和下环刻痕相重叠部分的间隔6作为CID结构，加工简单。通过垂直于电池盖方向的孔板上的电流阻断结构，即间隔6的拉裂实现电流阻断。而上环刻痕和下环刻痕加工公差依赖性的降低，首先是大大降低了加工成本，而且产品的稳定性，尤其是防爆性能稳定。
【专利说明】
孔板及锂离子电池的电流阻断结构
技术领域
[0001]本发明涉及锂离子电池制备技术领域，特别是涉及一种孔板及防爆片及锂离子电池盖的电流阻断结构。
【背景技术】
[0002]锂离子电池因具有高工作电压、大能量密度、长循环寿命等一系列优点，迅速成为二次电池的发展趋势。目前，锂离子电池广泛应用于移动式通讯设备和便携式电子设备，并且在航空、国防、军工等特殊领域有广阔的应用前景。可充电的二次锂离子电池已成为克服能源危机、资源短缺、环境污染等问题的重要可再生能源。
[0003]然而，锂离子电池做为一种化学储能设备，其储能机制就决定了它不可避免的存在安全方面的隐患，因此提高安全性的设计方案以及发生意外状况时的保护措施也成为锂离子电池设计的重中之重。在锂离子电池还主要为消费类电子产品供电的时代，就有关于手机电池、笔记本电脑电池爆炸起火的报道。但那时电池能量密度低，使用范围主要局限于个人使用，因此造成的破坏以及其它负面效应相对较小。然而近些年来随着电动汽车行业的异军突起，锂离子电池容量越做越大，能量密度不断提高，单体电池做成几十安时，多个电池组成电池包后总能量达几十到几百度电成为很常用的设计。用做为电动汽车供电的锂离子动力电池总能量是消费类电子产品的几千倍甚至上万倍，一但发生安全问题，其后果不堪设想，目前也有一些电动轿车和电动大巴因为电池失效而起火并造成相对较严重损失的报道。
[0004]不同结构的锂离子电池有不同的安全防护设计。对于圆柱型锂离子电池而言，电池结构方面的安全设计包括电流阻断结构(Current Interrupt Device，简称CID)，防爆片，卸压阀等等。其中CID做为第一层防护，其可靠性尤其重要。CID的工作原理是:当电池出现安全隐患时，会在电池内部产生大量气体，使得电池内部气压升高，从而让CID断开，实现让电池断路。传统上，CID是靠电池盖孔板与防爆片之间的焊接点断裂或是孔板上的单层刻痕断裂来实现其功能，这两种方案的特点是实施简单，但不足之处在于前者对于焊接精度要求很高，后者对于刻痕深度要求很精确，稍有偏差就会造成CID断开拉力的明显变化，进而影响电池安全性。
【发明内容】
[0005]本发明的目的是针对现有技术中存在的技术缺陷，而提供一种孔板及圆柱型锂离子电池盖的电流阻断结构。
[0006]为实现本发明的目的所采用的技术方案是:
[0007]—种孔板，在所述的孔板的上表面和下表面分别设置有上环刻痕和下环刻痕，所述的上环刻痕和下环刻痕同轴但直径不同。
[0008]所述的上环刻痕和下环刻痕的深度之和大于所述的孔板的厚度。
[0009]所述的上环刻痕和下环刻痕的深度均大于孔板厚度的一半。
[0010]所述的上环刻痕的直径大于所述的下环刻痕的直径。
[0011]包括所述的孔板，与所述的孔板固定连接的防爆片，所述的防爆片与孔板的固定连接点为上环刻痕和下环刻痕的圆心。
[0012]所述的锂离子电池为圆柱型锂离子电池。
[0013]与现有技术相比，本发明的有益效果是:
[0014]本发明的孔板，将上环刻痕和下环刻痕相重叠部分的间隔6作为CID结构，加工简单。通过垂直于电池盖方向的孔板上的电流阻断结构，即间隔6的拉裂实现电流阻断。本发明所述的CID结构断裂所需的电池内压，对上环刻痕和下环刻痕深度的依赖性较小，即对上环刻痕和下环刻痕加工公差依赖性降低，首先是大大提高了加工过程中的成本率，从而降低了加工成本，同时提高了产品的稳定性，尤其是防爆性能稳定。
【附图说明】
[0015]图1所示为本发明的圆柱型锂离子电池盖的电流阻断结构的结构示意图。
[0016]图2所示为CID结构是图1所示的CID结构时，当电池内压一定的情况下，CID内部应力与CID高度的关系图；
[0017]图3所示为焊接点断裂式的CID结构示意图；
[0018]图4所示为CID结构是图3所示的CID结构时，当电池内压一定的情况下，CID内部应力与焊接点面积的关系图；
[0019]图5所示为单侧刻痕断裂式的CID结构示意图；
[0020]图6所示为CID结构是图5所示的CID结构时，当电池内压一定的情况下，CID内部应力与刻痕深度的关系图。
【具体实施方式】
[0021]以下结合附图和具体实施例对本发明作进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
[0022]如图1-2所示，本发明的圆柱形锂离子电池的电流阻断结构，包括固定连接的孔板5和防爆片2以及用于将孔板和防爆片周边进行绝缘定位的垫圈4，在所述的孔板的上表面和下表面分别形成有同轴但直径不同的上环刻痕和下环刻痕。所述的孔板和防爆片通过铆接或者焊接等方式进行固定连接。
[0023]S卩，所述的上环刻痕和下环刻痕设置在孔板上且深度之和大于所述的孔板的厚度。优选地，所述的上环刻痕和下环刻痕的深度均大于孔板厚度的一半。其中，所述的上环刻痕的直径大于所述的下环刻痕的直径，且所述的防爆片与孔板的固定连接点为上环刻痕和下环刻痕的圆心即轴心。上环刻痕和下环刻痕重叠部分的间隔6S卩构成CID结构，将CID结构设置在孔板上，借助电池发生安全隐患而大量产气时，防爆片向上顶起并带动孔板一起移动，孔板的移动导致CID结构被拉伸断裂，实现电流阻断。
[0024]本发明的孔板，将上环刻痕和下环刻痕相重叠部分的间隔6作为CID结构，加工简单。通过垂直于电池盖方向的孔板上的电流阻断结构，即间隔6的拉裂实现电流阻断。
[0025]对于CID为防爆片与孔板连接处(即圆心位置)周边处一圈两侧刻痕之间的间隔6，加工制造公差来自于两侧刻痕的深度，亦即图2中间隔6的高度。图2所示是当电池内压一定时，CID内部应力随着CID高度的变化关系，可以看出，CID应力随高度变化不明显。
[0026]取现有的两种技术作为参考比对，图3所示为焊接点断裂式CID断开结构示意图；图4所示为图3所示的CID结构当电池内压一定的情况下，CID内部应力与焊接点面积的关系;CID为圆心处防爆片与孔板焊接点7，焊接面积越大，CID应力越小，数据意味着CID断开所需电池内压对焊接加工公差依赖性明显。
[0027]图5所示为孔板单侧刻痕断裂式CID断开结构示意图；图6所示为图5所示的CID结构当电池内压一定的情况下，CID内部应力与刻痕深度的关系;CID为防爆片与孔板连接处(即圆心位置)周边处一圈单侧刻痕下方的连接底8，加工制造公差来自于单侧刻痕的深度，亦即连接底8的高度。图6所示是当电池内压一定时，CID内部应力随着CID高度，即连接底8的变化关系，可以看出，高度越大，CID应力越小，图6所示数据意味着CID断开所需电池内压对刻痕加工公差依赖性明显。当时，刻痕深度的加工精度越高，意味着成本越高和成品率越低。
[0028]图2与图4和图6的比较可见，图4与图6的变化趋势都远远大于图2。图2所示数据意味着CID断开所需电池内压对刻痕加工公差依赖性较小。与图4的平均斜率21.19相比，图2所示数据平均变化斜率只有1.92，比图4所代表的焊点式CID结构小10倍以上。即拉断电流阻断结构所需的电池内压，对两侧刻痕的刻痕深度依赖性很小，相当于拉断电流阻断结构所需的电池内压，对电流阻断结构加工制造公差的依赖性很小。相比于单侧刻痕的电流阻断结构，两侧刻痕的电流阻断结构对加工公差的依赖性小10倍以上。而加工公差依赖性的降低，首先是大大降低了加工成本，而且产品的稳定性，尤其是防爆性能稳定。
[0029]以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出的是，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
【主权项】
1.一种孔板，其特征在于，在所述的孔板的上表面和下表面分别设置有上环刻痕和下环刻痕，所述的上环刻痕和下环刻痕同轴但直径不同。2.如权利要求1所述的孔板，其特征在于，所述的上环刻痕和下环刻痕的深度之和大于所述的孔板的厚度。3.如权利要求1或2所述的孔板，其特征在于，所述的上环刻痕和下环刻痕的深度均大于孔板厚度的一半。4.如权利要求1所述的孔板，其特征在于，所述的上环刻痕的直径大于所述的下环刻痕的直径。5.—种锂离子电池的电流阻断结构，其特征在于，包括如权利要求1-4任一项所述的孔板，与所述的孔板固定连接的防爆片，所述的防爆片与孔板的固定连接点为上环刻痕和下环刻痕的圆心。6.如权利要求5所述的电流阻断结构，其特征在于，所述的锂离子电池为圆柱型锂离子电池。
【文档编号】H01M2/12GK105826504SQ201610379218
【公开日】2016年8月3日
【申请日】2016年5月31日
【发明人】冯兆斌, 薛雷, 贾宏涛, 刘畅, 张秀娟, 安小坤, 郭文宇
【申请人】天津力神电池股份有限公司