一种动力电池顶盖及使用该顶盖的动力电池的制作方法
【专利摘要】本发明属于动力电池技术领域，尤其涉及一种动力电池顶盖及使用该顶盖的动力电池，该动力电池顶盖包括顶盖片和设置在顶盖片上的第一极柱、第二极柱、泄压阀、注液孔、气压翻转片和电阻块，第一极柱和顶盖片绝缘连接，第二极柱通过电阻块与顶盖片电连接，气压翻转片和顶盖片电连接，气压翻转片的上方设置有导电块，泄压阀的下方设置有挡板，气压翻转片包括第一气压翻转片和第二气压翻转片，第一气压翻转片的厚度小于第二气压翻转片的厚度；当动力电池内部压力增大时，第一气压翻转片、第二气压翻转片先后向上动作，以使第一极柱和第二极柱电连接。相比于现有技术，本发明能够使动力电池在过充、穿钉、短路和热箱测试下均具有优异的安全防护功能。
【专利说明】
一种动力电池顶盖及使用该顶盖的动力电池
技术领域
[0001]本发明属于动力电池技术领域，尤其涉及一种动力电池顶盖及使用该顶盖的动力电池。
【背景技术】
[0002]电动汽车和储能电站等一般需要使用具有大容量的动力电池作为电源。这些动力电池除了具有高容量，还应当具有良好的安全性及较长的循环寿命等，才能达到使用的标准和满足人们的需求。
[0003]现有技术中，当动力电池过充时，动力电池中电解液的分解会使动力电池内部产生过量的热造成电池起火;或者会使动力电池内部压力增大导致电池爆炸。因此在动力电池失控之前，需要借助于一个外短路结构来切断正极极耳与正极柱的连接部件(Fuse)，阻止动力电池继续充电。通常情况下，在动力电池顶盖结构中，在正极柱与顶盖片之间设置有电阻，使正极柱通过该电阻与顶盖片电连接，而负极柱附近设置有短路部件，当动力电池内部压力增大时，短路部件向上动作，使动力电池的正负极形成回路，并在回路中产生较大的电流，使得Fuse熔断，从而切断回路。为了满足使Fuse熔断的电流，要求动力电池正极与顶盖片之间的电阻的阻值比较小。而当动力电池在穿钉滥用情况下，动力电池正极与顶盖片之间的电阻的阻值比较小的情况下，外短路电流过大，穿钉点会打火，引燃电解液，导致电池起火。因此在穿钉滥用情况下，要求动力电池正极与顶盖片之间的电阻的阻值比较大。所以现有技术中，动力电池在过充或穿钉等滥用情况下对动力电池正极与顶盖片之间的电阻要求是矛盾的，从而导致无论动力电池顶盖结构中的电阻采用大阻值还是小阻值，均无法同时满足对动力电池的过充以及穿钉滥用的保护。
[0004]为了解决上述问题，申请号为201510438316.3的中国专利公开了一种动力电池的顶盖结构。该顶盖结构虽然对防护过充和穿钉滥用具有一定的效果，但防护效果并不十分理想，尤其对热箱(Hot-Box)测试的安全保护效果极差。原因在于该顶盖结构中的第一短路部件和第二短路部件需同时向上动作，这样在进行过充、穿钉或者Hot-Box测试时就会瞬间产生一个大电流，由于大电流会使Fuse立即发生熔断，导致电芯的剩余容量(SOC)没有得到及时降低，聚集的能量得不到释放，所以此时电芯仍处在高温状态下，电池出现热失控的概率大大增加。
[0005]有鉴于此，确有必要对现有的动力电池顶盖结构作进一步的改进，使动力电池在过充、穿钉、短路和热箱测试下分别形成独立的保护回路，对动力电池进行全方位的保护，防止动力电池发生喷液、起火或者爆炸，从而有效地增强动力电池的安全性能，延长其使用寿命O
【发明内容】
[0006]本发明的目的在于:针对现有技术的不足，而提供一种具有优异安全性能的动力电池顶盖及动力电池，用于克服现有技术中由于顶盖结构中第一短路部件和第二短路部件同时向上动作而可能引发动力电池起火或爆炸的缺陷，使得动力电池在过充、穿钉、短路和热箱测试下均具有优异的安全防护功能。
[0007]为了实现上述目的，本发明采用以下解决方案:
一种动力电池顶盖，包括顶盖片和设置在所述顶盖片上的第一极柱、第二极柱、泄压阀、注液孔、气压翻转片和电阻块，所述第一极柱和所述顶盖片绝缘连接，所述第二极柱通过所述电阻块与所述顶盖片电连接，所述气压翻转片和所述顶盖片电连接，所述气压翻转片的上方设置有导电块，且所述第一极柱和所述第二极柱分别与所述导电块电连接，所述泄压阀的下方设置有挡板，所述气压翻转片包括第一气压翻转片和第二气压翻转片，所述第一气压翻转片的厚度小于所述第二气压翻转片的厚度；当所述动力电池内部压力增大时，所述第一气压翻转片、所述第二气压翻转片先后向上动作，以使所述第一极柱和所述第二极柱电连接。
[0008]相比于现有技术，本发明对顶盖结构进行了优化设计，尤其通过对第一气压翻转片和第二气压翻转片进行差异化设计，使得第一气压翻转片先于第二气压翻转片向上动作而形成保护回路，这样可以形成小电流放电，在电芯失效前使电芯的SOC降低，使电池在过充、穿钉、短路和热箱测试用下均具有优异的安全防护功能。
[0009]在电池过充情况下，当电池内部气压超过气压翻转片的预设值时，第一气压翻转片先向上动作形成第一回路，进行小电流放电，使电芯的SOC降低，避免电芯持续高温。如果短路电流大于外部过充电流，即可形成第一重过充保护;如果短路电流小于外部过充电流，电池内部气压将继续上升，直至第二气压翻转片也向上动作，使得动力电池的第一极柱和第二极柱通过第一气压翻转片、第二气压翻转片形成第二回路，此时两个回路呈并联关系。但是，由于电阻块的阻值远大于第二气压翻转片，因而此时可以忽略第一回路，而由第一气压翻转片和第二气压翻转片所形成的第二回路瞬间产生大电流，并使Fuse立即发生熔断，切断充电设备对电芯的充电，从而对动力电池形成第二重过充保护。
[0010]在穿钉滥用情况下，由于电阻块将导电块与顶盖片电连接，电池壳体与顶盖片为电导通，所以导电块和电池壳体均与电池的第二极柱电连接。当金属钉子穿过电池壳体进入电池内部，此时钉子又与第一极柱电连接，因此在第一极柱和第二极柱之间形成回路并产生大电流，但由于第二极柱与电池壳体之间设有电阻块，保证了穿钉处的电流受到限制，避免形成高温着火点。当电池内部因穿钉出现高温产气时，随着电池内部气压的增大，第一气压翻转片先向上动作形成第一回路，进行小电流放电，使电芯的SOC降低;待气压持续上升至第二气压翻转片也向上动作时，第一气压翻转片和第二气压翻转片所形成的第二回路会瞬间产生大电流，并使Fuse立即熔断，使得电池壳体不再与第二极柱导通，遏止了高温着火点的产生。而且，即使电池的内部气压冲爆泄压阀，泄压阀处的挡板也可有效挡住火星，同样可以避免高温着火点的产生;且电阻块的阻值可设为较大，以保证穿钉滥用情况下，电流较小，穿钉点不会打火。
[0011]在进行Hot-Box测试时，随着电池内部气压的增大，第一气压翻转片先向上动作形成回路，进行小电流放电，短时间内降低电芯的S0C，使得聚集的能量得到释放，从而降低电池发生热失控的风险。反之，如果第一气压翻转片和第二气压翻转片同时向上动作形成回路，就会瞬间产生一个大电流并使Fuse立即熔断，导致电芯的SOC没有得到降低，此时电芯仍处在高温状态下，聚集的能量没能及时得到释放，使得电池出现热失控的概率大大增加。
[0012]在进行短路测试时，由于第一气压翻转片和第二气压翻转片形成的回路所产生的大电流会瞬间熔断Fuse。因此，能够及时切断电池的短路回路，有效防止电芯发生热失控。
[0013]作为本发明一种动力电池顶盖的进一步改进，所述第一气压翻转片的厚度为0.1?0.99mm，优选为0.2?0.4mm，所述第二气压翻转片的厚度为0.11~1.0mm，优选为0.2~0.6mm。若厚度过薄，会大大降低气压翻转片向上动作的压力阈值;反之，若厚度过厚，会明显增加气压翻转片向上动作的压力阈值。因此，气压翻转片的厚度要根据实际需要进行设定，但为了保证第一气压翻转片比第二气压翻转片先向上动作，应满足第一气压翻转片的厚度要小于第二气压翻转片的厚度。
[0014]作为本发明一种动力电池顶盖的进一步改进，所述第一气压翻转片向上动作的压力阈值为0.0 IMpa?0.9Mpa，优选为0.3?0.5Mpa ；所述第二气压翻转片向上动作的压力阈值为0.2Mpa?1.2Mpa，优选为0.5?0.7Mpa;且所述第一气压翻转片向上动作的压力阈值小于所述第二气压翻转片向上动作的压力阈值。
[0015]作为本发明一种动力电池顶盖的进一步改进，所述泄压阀的泄压值为0.3?1.3Mpa，优选为0.7?1.0Mpa;且所述泄压阀的泄压值大于所述第二气压翻转片向上动作的压力阈值。
[0016]作为本发明一种动力电池顶盖的进一步改进，所述电阻块的阻值大小为0.1mohm?100000hm，优选为10ohm~1000ohm。电阻块的作用是导通和限流，当电池内部气压增大时，先翻转的第一气压翻转片与电阻块形成回路，先进行小电流放电，降低电芯的S0C;当电池内部气压继续增大时，第二气压翻转片向上动作，使得动力电池的第一极柱和第二极柱通过第一气压翻转片、第二气压翻转片形成另一回路，此时两个回路呈并联关系。但是，由于电阻块的阻值远大于第二气压翻转片，因而此时可以忽略回路中阻值较大的电阻块，由第一气压翻转片和第二气压翻转片所形成的回路对动力电池进行过充保护。
[0017]作为本发明一种动力电池顶盖的进一步改进，所述气压翻转片包括焊接部、凸台以及设置于所述焊接部与所述凸台之间的连接部，所述凸台设置在所述连接部的中央位置，所述焊接部设置在所述连接部的外边缘;所述焊接部与所述顶盖片电连接，当所述动力电池内部压力增大时，所述气压翻转片向上动作，使得所述凸台与所述导电块电连接。其中，所述气压翻转片的焊接部、凸台以及连接部为一体化结构。正常情况下，凸台与导电块靠近不接触；当动力电池内部产生一定气压并达到气压翻转片的压力阈值时，气压翻转片在压力作用下向上动作，直至凸台与导电块电连接，使动力电池第一极柱和第二极柱之间形成回路;当大电流流过时，回路中的Fuse熔断，从而保护动力电池。
[0018]作为本发明一种动力电池顶盖的进一步改进，所述第一气压翻转片的连接部、所述第二气压翻转片的连接部与水平面形成的夹角α均为10?80°，优选为10?30°。需要说明的是，第一气压翻转片的连接部、第二气压翻转片的连接部与水平面形成的夹角α具体的取值可以相同，也可以不相同。比如第一气压翻转片的连接部与水平面形成的夹角<^为10°，第二气压翻转片的连接部与水平面形成的夹角α2为30° ;而<11和(12也可均为15°。因此QjPa2的具体取值可以根据实际需要进行设置，而不同的设置角度会影响气压翻转片向上动作的压力阈值。当a值过小时，导致凸台与导电块的距离过近，这样正常情况下气压翻转片极易与导电块发生误接而使电池失效；当a值过大时，使得气压翻转片的重心降低，一定程度上增加了气压翻转片向上动作的阻力，这样可能导致气压翻转片向上动作发生滞后，从而影响电池的安全防护性能。
[0019]作为本发明一种动力电池顶盖的进一步改进，所述连接部的厚度在从凸台向焊接部的方向上逐渐减小，且所述凸台的厚度大于或等于所述连接部的厚度。
[0020]需要说明的是，连接部的厚度从凸台向焊接部的方向上也可以是均匀设置。但为了确保气压翻转片的过流能力比Fuse强，需要气压翻转片动作后与导电块接触位置面积大而且非接触位置的环形截面积大。气压翻转片向上动作之后与导电块接触瞬间有很大的电流，所以，即使气压翻转片的过流面积与Fuse的过流面积相等，大电流流过时气压翻转片也会先熔断，导致电芯起火。因此，气压翻转片的过流面积必须大于Fuse的过流面积，才可以对动力电池进行有效保护。
[0021]其中，电流流过气压翻转片每圈的截面积=周长L*厚度T=3.14*直径D*厚度T，连接部由于内圈厚，可以减小内圈直径小带来的影响；当过流电流向外圈扩散时，虽然外圈厚度变薄，但是外圈的直径D变大，仍然可以承受过流电流带来的冲击，避免连接部直接被熔断。这样，可以使得整个连接部的截面积由内而外都满足电流过流要求，同时由于气压翻转片中连接部的外圈壁薄，在一定气压下能够使气压翻转片向上动作。因此，将连接部设计成变截面的结构，不仅能够确保气压翻转片在特定压力下向上动作，还有效地增加了连接部内圈的过流面积，减少过流电流，减少气压翻转片被熔断的概率，从而能够有效地降低动力电池起火或者爆炸的危险，进一步增强了动力电池的安全性能。而由于凸台与导电块接触的位置是过流的瓶颈区域，因此在凸台与导电块接触瞬间电流很大，容易导致接触位置局部熔化。而增加凸台厚度可以有效地增加凸台与导电块接触面的过流面积，减少过流电流，减少气压翻转片被熔断的概率，从而有效地降低动力电池发生喷液、起火或者爆炸的危险，极大地提高了动力电池的安全性能。
[0022]作为本发明一种动力电池顶盖的进一步改进，所述凸台为圆柱体结构。其中，所述凸台可设置为空心圆柱体结构，也可以设置为实心圆柱体结构;此外还可以设为截面为多边形的柱体结构;但是在内径相同时，圆的周长最长，在凸台同等厚度的情况下，圆柱体的过流面积是最大的，因此，本发明的凸台优选为圆柱体。
[0023]作为本发明一种动力电池顶盖的进一步改进，所述挡板上设置有若干通孔，所述通孔的面积< Imm2。这样可有效地增大气流通道面积，降低电池内部气压富集程度;若通孔面积过大，可能会有部分粒径小的火星从孔中穿过，火星阻挡效果会恶化。其中，所述挡板的材质为金属材料或者陶瓷材料。
[0024]—种采用上述顶盖的动力电池，包括裸电芯、电解液、容纳裸电芯和电解液的电池壳体、以及密封安装于所述电池壳体上的顶盖。
[0025]其中，该动力电池还包括第一连接件和第二连接件，所述裸电芯上的第一极耳通过所述第一连接件与所述第一极柱电连接，所述裸电芯上的第二极耳通过所述第二连接件与所述第二极柱电连接，且所述第二连接件上设置有开孔。其中，第一连接件和第二连接件均起到导线的功能，而第二连接件还有一个重要功能是作为熔断器(Fuse)，在大电流流过时能够瞬间熔断从而断开回路。而在第二连接件上设置开孔，目的是为了减少第二连接件与第二极柱的电流过流面积，当电流很大时，使第二连接件更加容易熔断。
[0026]本发明的有益效果在于:
本发明通过在顶盖片的第一极柱侧和第二极柱侧分别设置第一气压翻转片和第二气压翻转片，并在第二极柱与顶盖片之间设置电阻，在泄压阀下方设置挡板，使得电池在穿钉滥用情况下，动力电池的第一极柱和第二极柱通过电阻块形成保护回路，且本发明中电阻块的阻值可设置较大，以保证穿钉滥用情况下，电流较小，穿钉点不会打火。当电池内部因穿钉出现高温产气时，随着电池内部气压的增大，第一气压翻转片先向上动作形成第一回路，进行小电流放电，使电芯的SOC降低;待气压持续上升至第二气压翻转片也向上动作时，第一气压翻转片和第二气压翻转片所形成的第二回路会瞬间产生大电流，并使Fuse立即熔断，使得电池壳体不再与第二极柱导通，遏止了高温着火点的产生。而且，即使电池的内部气压冲爆泄压阀，泄压阀处的挡板也可有效挡住火星，同样可以避免高温着火点的产生。
[0027]在电池过充情况下，当电池内部气压超过气压翻转片的预设值时，第一气压翻转片先向上动作形成第一回路，进行小电流放电，使电芯的SOC降低，避免电芯持续高温。如果短路电流大于外部过充电流，即可形成第一重过充保护;如果短路电流小于外部过充电流，电池内部气压将继续上升，直至第二气压翻转片也向上动作，使得动力电池的第一极柱和第二极柱通过第一气压翻转片、第二气压翻转片形成第二回路，此时两个回路呈并联关系。但是，由于电阻块的阻值远大于第二气压翻转片，因而此时可以忽略第一回路，而由第一气压翻转片和第二气压翻转片所形成的第二回路瞬间产生大电流，并使Fuse立即发生熔断，切断充电设备对电芯的充电，从而对动力电池形成第二重过充保护。
[0028]在进行Hot-Box测试时，随着电池内部气压的增大，第一气压翻转片先向上动作形成回路，进行小电流放电，短时间内降低电芯的S0C，使得聚集的能量得到释放，从而降低电池发生热失控的风险。反之，如果第一气压翻转片和第二气压翻转片同时向上动作形成回路，就会瞬间产生一个大电流并使Fuse立即熔断，导致电芯的SOC没有得到降低，此时电芯仍处在高温状态下，聚集的能量没能及时得到释放，使得电池出现热失控的概率大大增加。
[0029]在进行短路测试时，由于第一气压翻转片和第二气压翻转片形成的回路所产生的大电流会瞬间熔断Fuse。因此，能够及时切断电池的短路回路，有效防止电池发生热失控。
[0030]因此，本发明能够使动力电池在过充、穿钉、短路和热箱测试下分别形成独立的保护回路，对动力电池进行全面的保护，防止动力电池发生喷液、起火或者爆炸，从而有效地增强了动力电池的安全性能。
【附图说明】
[0031]图1为本发明的动力电池顶盖的结构示意图。
[0032]图2为图1中A的局部放大图。
[0033]图3为本发明的动力电池顶盖中的气压翻转片的结构示意图。
[0034]图4为图3中A-A方向的剖面图。
[0035]图5为本发明的动力电池的结构示意图。
[0036]图中:1-顶盖片；2-第一极柱；3-第二极柱;4-气压翻转片；41-第一气压翻转片；42-第二气压翻转片;411-连接部;412-凸台；413-焊接部;5-导电块;6-电阻块;7-泄压阀；8-挡板;9-注液孔;10-绝缘块;11-第一连接件;12-第二连接件；121-开孔;13-裸电芯；131-第一极耳;132-第二极耳;14-电池壳体。
【具体实施方式】
[0037]下面将结合【具体实施方式】和说明书附图对本发明及其有益效果作进一步详细说明，但是，本发明的【具体实施方式】并不局限于此。
[0038]如图1?5所示，一种动力电池顶盖，包括顶盖片I和设置在顶盖片I上的第一极柱2、第二极柱3、泄压阀7、注液孔9、气压翻转片4和电阻块6，第一极柱2通过绝缘块10与顶盖片I绝缘连接，第二极柱3通过电阻块6与顶盖片I电连接，气压翻转片4和顶盖片I电连接，气压翻转片4的上方设置有导电块5，且第一极柱2和第二极柱3分别与导电块5电连接，泄压阀7的下方设置有挡板8，气压翻转片4包括第一气压翻转片41和第二气压翻转片42，第一气压翻转片41的厚度小于第二气压翻转片42的厚度；当动力电池内部压力增大时，第一气压翻转片41、第二气压翻转片42先后向上动作，以使第一极柱2和第二极柱3电连接。
[0039]其中，气压翻转片4采用导电材质制作，优选为铝材质。第一气压翻转片41的厚度为0.1?0.99mm，进一步优选为0.2?0.4mm，第二气压翻转片42的厚度为0.11?1.0mm，进一步优选为0.2?0.6mm。若厚度过薄，会大大降低气压翻转片4向上动作的压力阈值;反之，若厚度过厚，会明显增加气压翻转片4向上动作的压力阈值。因此，气压翻转片4的厚度要根据实际需要进行设定，但为了保证第一气压翻转片41比第二气压翻转片42先向上动作，应满足第一气压翻转片41的厚度要小于第二气压翻转片42的厚度。
[0040]其中，第一气压翻转片41向上动作的压力阈值为0.0lMpa?0.9Mpa，进一步优选为0.3-0.5Mpa；第二气压翻转片42向上动作的压力阈值为0.2Mpa?1.2Mpa，进一步优选为0.5?
0.7Mpa;且第一气压翻转片41向上动作的压力阈值小于第二气压翻转片42向上动作的压力阈值。
[0041 ] 其中，泄压阀7的泄压值为0.3?1.3Mpa，进一步优选为0.7?1.0Mpa ；且泄压阀7的泄压值大于第二气压翻转片42向上动作的压力阈值。
[0042]其中，电阻块6的阻值大小为0.1mohm?lOOOOOohm，进一步优选为10hm?lOOOohm。电阻块6的作用是导通和限流，当电池内部气压增大时，先翻转的第一气压翻转片41与电阻块6形成回路，先进行小电流放电，降低电芯的SOC;当电池内部气压继续增大时，第二气压翻转片42向上动作，使得动力电池的第一极柱2和第二极柱3通过第一气压翻转片41、第二气压翻转片42形成另一回路，此时两个回路呈并联关系。但是，由于电阻块6的阻值远大于第二气压翻转片42，因而此时可以忽略回路中阻值较大的电阻块6，由第一气压翻转片41和第二气压翻转片42所形成的回路对动力电池进行过充保护。
[0043]其中，气压翻转片4包括焊接部413、凸台412以及设置于焊接部413与凸台412之间的连接部411，凸台412设置在连接部411的中央位置，焊接部413设置在连接部411的外边缘;焊接部413与顶盖片I电连接，当动力电池内部压力增大时，气压翻转片4向上动作，使得凸台412与导电块5电连接。其中，气压翻转片4的焊接部413、凸台412以及连接部411为一体化结构。正常情况下，凸台412与导电块5靠近不接触；当动力电池内部产生一定气压并达到气压翻转片4的压力阈值时，气压翻转片4在压力作用下向上动作，直至凸台412与导电块5电连接，使动力电池第一极柱2和第二极柱3之间形成回路;当大电流流过时，回路中的Fuse熔断，从而保护动力电池。
[0044]优选的，第一气压翻转片41的连接部411、第二气压翻转片42的连接部411与水平面形成的夹角α均为10?80°，进一步优选为10?30°。需要说明的是，第一气压翻转片41的连接部411、第二气压翻转片42的连接部411与水平面形成的夹角α具体的取值可以相同，也可以不相同。比如第一气压翻转片41的连接部411与水平面形成的夹角01为10°，第二气压翻转片42的连接部411与水平面形成的夹角α2为30° ;而^和句也可均为15°。因此(^和^的具体取值可以根据实际需要进行设置，而不同的设置角度会影响气压翻转片4向上动作的压力阈值。当α值过小时，导致凸台412与导电块5的距离过近，这样正常情况下气压翻转片4极易与导电块5发生误接而使电池失效；当α值过大时，使得气压翻转片4的重心降低，一定程度上增加了气压翻转片4向上动作的阻力，这样可能导致气压翻转片4向上动作发生滞后，从而影响电池的安全防护性能。
[0045]优选的，连接部411的厚度在从凸台412向焊接部413的方向上逐渐减小，且凸台412的厚度大于或等于连接部411的厚度。需要说明的是，气压翻转片4的厚度主要是指连接部411的厚度；而连接部411的厚度从凸台412向焊接部413的方向上也可以是均匀设置。但为了确保气压翻转片4的过流能力比Fuse强，需要气压翻转片4动作后与导电块5接触位置面积大而且非接触位置的环形截面积大。气压翻转片4向上动作之后与导电块5接触瞬间有很大的电流，所以，即使气压翻转片4的过流面积与Fuse的过流面积相等，大电流流过时气压翻转片4也会先熔断，导致电芯起火。因此，气压翻转片4的过流面积必须大于Fuse的过流面积，才可以对动力电池进行有效保护。
[0046]其中，电流流过气压翻转片4每圈的截面积=周长L*厚度T=3.14*直径D*厚度T，连接部411由于内圈厚，可以减小内圈直径小带来的影响；当过流电流向外圈扩散时，虽然外圈厚度变薄，但是外圈的直径D变大，仍然可以承受过流电流带来的冲击，避免连接部411直接被熔断。这样，可以使得整个连接部411的截面积由内而外都满足电流过流要求，同时由于气压翻转片4中连接部411的外圈壁薄，在一定气压下能够使气压翻转片4向上动作。因此，将连接部411设计成变截面的结构，不仅能够确保气压翻转片4在特定压力下向上动作，还有效地增加了连接部411内圈的过流面积，减少过流电流，减少气压翻转片4被熔断的概率，从而能够有效地降低动力电池起火或者爆炸的危险，进一步增强了动力电池的安全性能。而由于凸台412与导电块5接触的位置是过流的瓶颈区域，因此在凸台412与导电块5接触瞬间电流很大，容易导致接触位置局部熔化。而增加凸台412厚度可以有效地增加凸台412与导电块5接触面的过流面积，减少过流电流，减少气压翻转片4被熔断的概率，从而有效地降低动力电池发生喷液、起火或者爆炸的危险，极大地提高了动力电池的安全性能。
[0047]优选的，凸台412为圆柱体结构。其中，凸台412可设置为空心圆柱体结构，也可以设置为实心圆柱体结构;此外还可以设为截面为多边形的柱体结构;但是在内径相同时，圆的周长最长，在凸台412同等厚度的情况下，圆柱体的过流面积是最大的，因此，本发明的凸台412优选为圆柱体。
[0048]优选的，挡板8上设置有若干通孔，通孔的面积彡Imm2，通孔率设为20?60%。这样可有效地增大气流通道面积，降低电池内部气压富集程度;若通孔面积过大，可能会有部分粒径小的火星从孔中穿过，火星阻挡效果会恶化。其中，挡板8的材质为金属材料或者陶瓷材料。
[0049 ] 一种采用本发明顶盖的动力电池，包括裸电芯13、电解液、容纳裸电芯13和电解液的电池壳体14、以及密封安装于电池壳体14上的顶盖。其中，该动力电池还包括第一连接件11和第二连接件12，裸电芯13上的第一极耳131通过第一连接件11与第一极柱2电连接，裸电芯13上的第二极耳132通过第二连接件12与第二极柱3电连接，且第二连接件12上设置有开孔121。其中，第一连接件11和第二连接件12均起到导线的功能，而第二连接件12还有一个重要功能是作为熔断器(Fuse)，在大电流流过时能够瞬间熔断从而断开回路。而在第二连接件12上设置开孔121，目的是为了减少第二连接件12与第二极柱3的电流过流面积，当电流很大时，使第二连接件12更加容易熔断。
[0050]本发明对顶盖结构进行了优化设计，尤其通过对第一气压翻转片41和第二气压翻转片42进行差异化设计，使得第一气压翻转片41先于第二气压翻转片42向上动作而形成保护回路，这样可以形成小电流放电，在电芯失效前使电芯的SOC降低，使电池在过充、穿钉、短路和热箱测试用下均具有优异的安全防护功能。
[0051]其中，各滥用测试下本发明的安全保护原理如下:
1.在电池过充情况下，当电池内部气压超过气压翻转片4的预设值时，第一气压翻转片41先向上动作形成第一回路，进行小电流放电，使电芯的SOC降低，避免电芯持续高温。如果短路电流大于外部过充电流，即可形成第一重过充保护;如果短路电流小于外部过充电流，电池内部气压将继续上升，直至第二气压翻转片42也向上动作，使得动力电池的第一极柱2和第二极柱3通过第一气压翻转片41、第二气压翻转片42形成第二回路，此时两个回路呈并联关系。但是，由于电阻块6的阻值远大于第二气压翻转片42，因而此时可以忽略第一回路，而由第一气压翻转片41和第二气压翻转片42所形成的第二回路瞬间产生大电流，并使Fuse立即发生熔断，切断充电设备对电芯的充电，从而对动力电池形成第二重过充保护；
2.在穿钉滥用情况下，由于电阻块6将导电块5与顶盖片I电连接，电池壳体14与顶盖片I为电导通，所以导电块5和电池壳体14均与电池的第二极柱3电连接。当金属钉子穿过电池壳体14进入电池内部，此时钉子又与第一极柱2电连接，因此在第一极柱2和第二极柱3之间形成回路并产生大电流，但由于第二极柱3与电池壳体14之间设有电阻块6，保证了穿钉处的电流受到限制，避免形成高温着火点。当电池内部因穿钉出现高温产气时，随着电池内部气压的增大，第一气压翻转片41先向上动作形成第一回路，进行小电流放电，使电芯的SOC降低；待气压持续上升至第二气压翻转片42也向上动作时，第一气压翻转片41和第二气压翻转片42所形成的第二回路会瞬间产生大电流，并使Fuse立即熔断，使得电池壳体14不再与第二极柱3导通，遏止了高温着火点的产生。而且，即使电池的内部气压冲爆泄压阀7，泄压阀7处的挡板8也可有效挡住火星，同样可以避免高温着火点的产生;且电阻块6的阻值可设为较大，以保证穿钉滥用情况下，电流较小，穿钉点不会打火；
3.在进行Hot-Box测试时，随着电池内部气压的增大，第一气压翻转片41先向上动作形成回路，进行小电流放电，短时间内降低电芯的S0C，使得聚集的能量得到释放，从而降低电池发生热失控的风险。反之，如果第一气压翻转片41和第二气压翻转片42同时向上动作形成回路，就会瞬间产生一个大电流并使Fuse立即熔断，导致电芯的SOC没有得到降低，此时电芯仍处在高温状态下，聚集的能量没能及时得到释放，使得电池出现热失控的概率大大增加；
4.在进行短路测试时，由于第一气压翻转片41和第二气压翻转片42形成的回路所产生的大电流会瞬间熔断Fuse。因此，能够及时切断电池的短路回路，有效防止电芯发生热失控。
[0052]根据上述说明书的揭示和教导，本发明所属领域的技术人员还能够对上述实施方式进行变更和修改。因此，本发明并不局限于上述的【具体实施方式】，凡是本领域技术人员在本发明的基础上所作出的任何显而易见的改进、替换或变型均属于本发明的保护范围。此夕卜，尽管本说明书中使用了一些特定的术语，但这些术语只是为了方便说明，并不对本发明构成任何限制。
【主权项】
1.一种动力电池顶盖，包括顶盖片和设置在所述顶盖片上的第一极柱、第二极柱、泄压阀、注液孔、气压翻转片和电阻块，所述第一极柱和所述顶盖片绝缘连接，所述第二极柱通过所述电阻块与所述顶盖片电连接，所述气压翻转片和所述顶盖片电连接，所述气压翻转片的上方设置有导电块，且所述第一极柱和所述第二极柱分别与所述导电块电连接，其特征在于:所述泄压阀的下方设置有挡板，所述气压翻转片包括第一气压翻转片和第二气压翻转片，所述第一气压翻转片的厚度小于所述第二气压翻转片的厚度；当所述动力电池内部压力增大时，所述第一气压翻转片、所述第二气压翻转片先后向上动作，以使所述第一极柱和所述第二极柱电连接。2.根据权利要求1所述的一种动力电池顶盖，其特征在于:所述第一气压翻转片的厚度为0.1?0.99mm，所述第二气压翻转片的厚度为0.11?1.0mm。3.根据权利要求1所述的一种动力电池顶盖，其特征在于:所述第一气压翻转片向上动作的压力阈值为0.01-0.9Mpa，所述第二气压翻转片向上动作的压力阈值为0.2-1.2Mpa;且所述第一气压翻转片向上动作的压力阈值小于所述第二气压翻转片向上动作的压力阈值。4.根据权利要求3所述的一种动力电池顶盖，其特征在于:所述泄压阀的泄压值为0.3?1.3Mpa;且所述泄压阀的泄压值大于所述第二气压翻转片向上动作的压力阈值。5.根据权利要求1所述的一种动力电池顶盖，其特征在于:所述电阻块的阻值大小为0.lmohm^lOOOOOohmο6.根据权利要求1所述的一种动力电池顶盖，其特征在于:所述气压翻转片包括焊接部、凸台以及设置于所述焊接部与所述凸台之间的连接部，所述凸台设置在所述连接部的中央位置，所述焊接部设置在所述连接部的外边缘;所述焊接部与所述顶盖片电连接，当所述动力电池内部压力增大时，所述气压翻转片向上动作，使得所述凸台与所述导电块电连接。7.根据权利要求6所述的一种动力电池顶盖，其特征在于:所述第一气压翻转片的连接部、所述第二气压翻转片的连接部与水平面形成的夹角α均为10?80°。8.根据权利要求6所述的一种动力电池顶盖，其特征在于:所述连接部的厚度在从凸台向焊接部的方向上逐渐减小，且所述凸台的厚度大于或等于所述连接部的厚度。9.一种动力电池，包括裸电芯、电解液、容纳裸电芯和电解液的电池壳体、以及密封安装于所述电池壳体上的顶盖，其特征在于:所述顶盖为权利要求1-8任一项所述的动力电池顶盖。10.根据权利要求9所述的动力电池，其特征在于:还包括第一连接件和第二连接件，所述裸电芯上的第一极耳通过所述第一连接件与所述第一极柱电连接，所述裸电芯上的第二极耳通过所述第二连接件与所述第二极柱电连接，且所述第二连接件上设置有开孔。
【文档编号】H01M2/04GK105932181SQ201610559045
【公开日】2016年9月7日
【申请日】2016年7月15日
【发明人】李占加
【申请人】东莞永蓝电子科技有限公司