保护装置及电池的制作方法

本发明涉及电池技术领域，特别涉及一种保护装置及电池。

背景技术：

现有技术中的电池结构中，一般会将电芯主体串联一个保护装置，当电芯主体异常升温时，该保护装置能切断或大幅降低电芯主体充放电电流，从而起到保护电芯的作用。

然而，目前普遍存在的问题是保护装置触发(切断或大幅降低电流)动作存在较长延迟，因此，往往出现电芯主体温度已经异常升高，保护装置仍不动作，或者保护装置动作时电芯主体已经达到过充状态，保护装置未起到保护电芯的作用。

技术实现要素：

本发明公开了一种保护装置及电池，用于改善保护装置的触发灵敏度。

为达到上述目的，本发明提供以下技术方案：

一种保护装置，包括：

第一连接件；

第二连接件；

第一元件；

弹片，当所述弹片的温度小于第一温度时，所述弹片与所述第一连接件和所述第二连接件中的至少一个连接，当所述弹片的温度大于等于所述第一温度时，所述弹片形变使得所述第一连接件、所述第二连接件、所述弹片和所述第一元件形成串联电路。

上述保护装置在未触发时，弹片的温度小于第一温度，弹片与第一连接件和第二连接件中的至少一个连接，外部热量可以通过第一连接件或者第二连接件中的至少一个快速传导至弹片上，从而，弹片可以及时地达到第一温度，以使保护装置及时触发，切断或减小电流，进而达到保护作用。相比于弹片变形前不直接与第一连接件和第一连接件中至少一者接触的方案，该申请中弹片与第一连接件和第二连接件中的至少一个连接，弹片的温度可以及时达到第一温度，因此，上述保护装置的触发灵敏度较高，保护效果较好。

可选地，所述第一元件的阻值不小于10欧姆。

可选地，所述第一元件为正温度系数热敏电阻。

可选地，所述第一元件位于所述第一连接件和所述弹片之间，所述弹片位于所述第一元件和所述第二连接件之间。

可选地，当所述弹片的温度小于所述第一温度时，所述弹片与所述第一连接件和所述第二连接件均连接。

可选地，当所述弹片的温度小于所述第一温度时，所述第一连接件和所述第二连接件直接电连接或所述第一连接件和所述第二连接件通过所述弹片电连接。

可选地，当所述弹片的温度小于所述第一温度时，所述第一连接件和所述第二连接件中的其中一者与所述弹片连接，所述第一连接件和所述第二连接件直接电连接。

可选地，所述保护装置还包括盖板，所述盖板覆盖于所述第一连接件和所述第二连接件上。

可选地，所述弹片与所述第一连接件和所述第二连接件中的至少一个通过端子连接，所述端子表面渡银。

可选地，所述第一元件包括顶表面，所述顶表面与变形前的弹片接触，且所述顶表面与变形前所述弹片的曲率相同。

一种电池，包括主体和如上述任一技术方案中所述的保护装置，其中，所述主体包括第一极耳，所述第一极耳与所述第一连接件或所述第二连接件耦接。

可选地，所述第一极耳到所述弹片的连接路径的长度与所述路径的降温系数的乘积小于所述第一极耳的第二温度和所述第一温度的差值。

可选地，所述第一极耳与所述第一连接件或所述第二连接件直接电连接。

可选地，所述第一极耳与所述转接片电连接，所述转接片与所述第一连接件或所述第二连接件电连接。

可选地，所述第一极耳至所述第一连接件或所述第二连接件的连接路径采用焊接方式连接，每一焊接区域的焊接面积不小于该焊接区域内两个焊接体重叠面积的10％。

可选地，所述主体包括第一壁；所述保护装置设置于所述第一壁上。

可选地，所述保护装置包括壳体，所述壳体的开口朝向所述第一壁。

附图说明

图1为本发明实施例提供的一种电池的部分结构示意图；

图2为本发明另一实施例提供的一种电池的部分结构示意图；

图3为本发明再一实施例提供的一种电池的部分结构示意图；

图4为本发明又一实施例提供的一种电池的部分结构示意图；

图5为本发明实施例提供的一种保护装置的切面结构示意图；

图6为本发明另一实施例提供的一种保护装置的切面结构示意图；

图7为本发明再一实施例提供的一种保护装置的切面结构示意图；

图8为本发明又一实施例提供的一种保护装置的切面结构示意图；

图9为本发明一实施例提供的保护装置中第一连接片、弹片和第一元件的爆炸结构示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本申请公开了一种电池，该电池的结构可以参照图1至图4。

本申请还公开了一种保护装置，该保护装置的结构可以参照图5至图8。

具体地，如图1至图4所示，本申请公开的电池包括本申请公开的保护装置1和电芯主体2，电芯主体2与保护装置1串联，当电芯主体2异常升温时，保护装置1能切断或大幅降低电芯主体2的充放电电流，从而起到保护电池的作用。

具体地，电芯主体2包括第一极耳21，该第一极耳21与保护装置1耦接。

进一步地，电芯主体2还包括第二极耳22，该第二极耳22与第一极耳21的极性相反，且该第二极耳22用于与外部电器件连接；具体地，第一极耳21、保护装置1、外部电器件、第二极耳22连接成一条电流通路，该电流通路即为电芯主体2的充放电电路。

另外，电芯主体2还可包括电极组件、电解质和包装壳，电极组件和电解质均设置于包装壳内。电解质可以是电解液，也可以是固态电解质。电极组件包括正极，负极和隔膜，隔膜设置于正极和负极之间。电极组件可以是由正极片、负极片以及隔膜卷绕而成的卷绕电芯，也可以由正极片、负极片以及隔膜堆叠形成的叠片电芯。包装壳可以是铝塑膜制成的包装袋，也可以是金属壳体。第一极耳21设置在电极组件的其中一个极片上，可以设置在正极片上，也可以设置在负极片上；相应地，第二极耳22设置在电极组件的另一个极片上。

接下来，对于本申请所提供的保护装置的实施例进行举例说明。

如图5至图8所示，本申请实施例提供的保护装置，包括第一连接件11、第二连接件12、第一元件14和弹片13，其中：

第一连接件11和第二连接件12用于将该保护装置串联接入需要保护的电路中，如串联接入电芯主体的充放电电路中。

进一步地，当弹片13的温度小于第一温度时，弹片13与第一连接件11和第二连接件12中的至少一个连接；当弹片13的温度等于第一温度时，该保护装置触发，弹片13通过形变使第一连接件11和第二连接件12耦接的电路中串联接入第一元件14，从而增大电路中的电阻并减小电路中的电流。即弹片13形变使第一连接件11、第二连接件12、第一元件14和弹片13形成串联电路。

上述保护装置在未触发时，弹片13的温度小于第一温度，弹片13与第一连接件11和第二连接件12中的至少一个连接，因此，外部热量可以通过第一连接件11或者第二连接件12中的至少一个快速传导至弹片13上，从而，弹片13可以及时地达到第一温度，保护装置及时触发即使弹片13翻转，弹片13翻转后，第一连接件11和第二连接件12之间仅通过弹片13和第一元件14电连接，所以整个电路中由于串联第一元件14而增大了电阻，所以电流减小，进而达到保护电池的作用。相比于弹片3变形前不直接与第一连接件11和第一连接件12中至少一者接触的方案，该申请中弹片13与第一连接件11和第二连接件12中的至少一个连接，弹片13的温度可以及时达到第一温度，因此，上述保护装置的触发灵敏度较高，保护效果较好。

在上述实施例的基础上，本发明的保护装置可以包括以下具体实施例:

实施例一，如图5所示，当保护装置未触发时，即弹片13未发生变形时，弹片13可以与第一连接件11和第二连接件12均电连接；进而，热量可以通过第一连接件11和第二连接件12同时传导至弹片13上，以使弹片13更加及时地达到第一温度，从而使保护装置能够及时触发，切断或减小电流、以达到有效保护电芯的作用。

具体地，保护装置中，弹片13位于第一连接件11和第二连接件12之间；第一元件14位于弹片13和第一连接件11之间、且分别与弹片13和第一连接件11相接触。

当保护装置未触发时，即弹片13未发生变形时，弹片13的两端朝向第一连接件11一侧弯曲、并与第一连接件11接触，弹片13的中间朝向第二连接件12一侧凸起、并与第二连接件12接触；进一步地，第一连接件11和第二连接件12直接电连接，即弹片13不接入第一连接件11和第二连接件12的耦接电路中。

当弹片13达到第一温度时，保护装置触发，弹片13的两端朝向第二连接件12一侧弯曲、并与第一连接件11断开接触，同时，弹片13的两端可以将第二连接件12弹开从而使第二连接件12和第一连接件11断开连接；此时，第一连接件11与第一元件14接触，第一元件14与弹片13接触、弹片13与第二连接件12接触，即第一连接件11和第二连接件12的耦接电路中串联接入了第一元件14，从而，电芯的充放电电流将减小或者切断、进而可以达到保护电芯的作用。

实施例二，如图6所示，本实施例的保护装置与实施例一中保护装置的主要不同之处在于：本实施例中的保护装置未触发时，即弹片13未发生变形时，第一连接件11和第二连接件12之间通过弹片13电连接，即弹片13串联接入第一连接件11和第二连接件12的耦接电路中，也就是说，电芯的充放电电流会经过弹片3。

具体地，当弹片13达到第一温度时，即保护装置触发时，弹片13的两端朝向第二连接件12一侧弯曲、并与第一连接件11断开接触；此时，第一连接件11和第二连接件12的耦接电路中即可以串联接入第一元件14。

实施例三，如图7所示，本实施例的保护装置与实施例一中保护装置的主要不同之处在于：本实施例中的保护装置未触发时，即弹片13未发生变形时，弹片13与第一连接件11连接，但不与第二连接件12连接。

具体地，当保护装置未触发时，即弹片13未发生变形时，弹片13的两端朝向第一连接件11一侧弯曲、并与第一连接件11接触，弹片13的中间朝向第二连接件12一侧凸起、但不与第二连接件12接触。

可选地，本实施例的保护装置中还可以设有隔板18，该隔板18电绝缘且位于弹片13的中间部位与第二连接件12之间，以保证弹片13的中间部位与第二连接件12之间无法电连接。

实施例四，如图8所示，本实施例的保护装置与实施例一中保护装置的主要不同之处在于：本实施例中的保护装置未触发时，即弹片13未发生变形时，弹片13与第二连接件12连接，但不与第一连接件11连接。

具体地，当保护装置未触发时，即弹片13未发生变形时，弹片13的两端朝向第一连接件11一侧弯曲、但不与第一连接件11接触，弹片13的中间朝向第二连接件12一侧凸起、并与第二连接件12电连接。

当弹片13达到第一温度时，弹片13的两端朝向第二连接件12一侧弯曲、并将第二连接件12弹开从而使第二连接件12和第一连接件11断开连接；此时，第一连接件11和第二连接件12的耦接电路中即可以串联接入第一元件14。

在实施例一至实施例四的基础上，如图9所示，第一元件14可以包括顶表面141，该顶表面141朝向弹片13设置；具体地，保护装置未触发时，即在弹片13变形前，第一元件14的顶表面141与弹片13之间为面接触。

可选地，第一元件14顶表面141的曲率与变形前的弹片13的弯曲曲率相匹配，进而，第一元件14与变形前的弹片13的接触面积较大、热传导效率较高，进而，热量可以依次通过第一连接件11和第一元件14快速传导至弹片13上，以使保护装置及时触发、降低或切断电流，达到保护电芯的作用。

在实施例一至实施例四的基础上，如图9所示，第一元件14包括底表面142，该底表面142朝向第一连接件11设置；具体地，第一元件14的底表面142与第一连接件11之间为面接触。

可选地，第一元件14的底表面142和第一连接件11朝向第一元件14的一侧表面111均为平面。

一种具体的实施例中，第一元件14可以采用多种不同形式的元件，只要能够达到减小或切断电流的目的即可。例如：

实施例一，第一元件14可以为阻值固定的电子元件，如固定电阻。进一步地，该第一元件14的阻值不小于10欧姆。

具体地，保护装置未触发时，第一连接件11和第二连接件12之间直接电连接或通过弹片13电连接，所以第一元件14不接入第一连接件11和第二连接件12耦接的电路中，即第一元件14不接入电芯主体2的充放电电路中；当保护装置触发后，第一元件14即接入电芯主体2的充放电电路中，从而使充放电电路中的电阻大幅度增加，进而使充放电电流大幅度减小，甚至接近为零，因此达到保护电芯的作用。

实施例二，第一元件14可以为正温度系数的热敏电阻，即ptc(positivetemperaturecoefficient)热敏电阻，ptc热敏电阻是一种典型具有温度敏感性的半导体电阻，超过一定的温度(居里温度)时，它的电阻值随着温度的升高呈阶跃性的增高。例如，陶瓷ptc热敏电阻在居里温度以下具有小电阻，居里温度以上电阻阶跃性增加1000倍至百万倍。

具体地，保护装置未触发时，ptc热敏电阻不接入电芯主体2的充放电电路中；当保护装置触发后，ptc热敏电阻接入电芯主体2的充放电电路中、且阻值随着温度的升高而大幅度增加，从而使充放电电路中的电阻大幅度增加，进而使充放电电流大幅度减小，甚至接近为零，从而达到保护电芯的作用。

实施例三，第一元件14也可以为电流保险丝；进而，当保护装置触发后，电流保险丝可以接入电芯主体2的充放电电路中，且超过一定温度时，电流保险丝熔断，从而可以切断充放电电流，以达到保护电芯的作用。

如图5至图8所示，一种具体的实施例中，第一连接件11、第二连接件12和弹片13三者中任意两者之间的电连接可以通过端子15实现，端子15可以提高电连接的可靠性。

例如，第一连接件11和第二连接件12之间的连接可以通过端子15实现，具体地，端子15可以设置于第二连接件12上，第一连接件11可以与端子15接触从而实现与第二连接件12电连接；当然，端子15也可以设置于第一连接件11上，此时，第二连接件12可以与端子15接触从而实现与第一连接件11电连接。

同理，弹片13与第一连接件11之间的连接也可以通过端子15实现；弹片13与第二连接件12之间的连接也可以通过端子15实现。

可选地，上述端子15的表面可以渡银，以加强两个连接体之间的热传导效果，从而可以使热量更加及时地传导至弹片13上，以使保护装置触发、降低或切断电芯的充放电电流，从而达到保护电池的作用。具体地，连接体即通过端子15电连接的两个结构体。

进一步地，端子15的接触面可以和与其接触的连接体的表面相匹配，从而可以增大接触面积，加强热传导效果，从而使热量更加及时地传导至弹片13上，以使保护装置触发、降低或切断电流，从而达到保护电池的作用；例如，与端子15相接触的连接体(如第一连接件11或者第二连接件12)表面为平面，则端子15的接触面则设计为平面；与端子15相接触的连接体(如弹片13)表面为弧面，则端子15的接触面则设计为弧度相同的弧面。

如图5至图8所示，保护装置还包括壳体16，用于保护其内部的保护电路，保护电路即第一连接件11和第二连接件12的耦接电路。

如图5至图8所示，保护装置还可以包括盖板17，该盖板17设置于壳体16内、且覆盖于第一连接件11和第二连接件12的上方，该盖板17具有良好的支撑作用，可以抵抗外部压力，以保护第一连接件11和第二连接件12之间的耦接电路。

接下来，对于本申请所提供的电池的具体实施例进行举例说明。

如图1至图4所示，本申请的电池中，电芯主体2通过第一极耳21与保护装置1串联，具体地，第一极耳21可以与保护装置1的第一连接件11耦接；当然，第一极耳21也可以与保护装置1的第二连接件12耦接。

一种具体的实施例中，第一极耳21到弹片13的连接路径长度与该路径的降温系数的乘积小于第二温度和第一温度的差值。

其中，第二温度为主体2过充时第一极耳21的温度，第一温度为弹片13发生变形时的温度、即保护装置1的触发温度。

具体地，设t2为第二温度，t1为第一温度，l为第一极耳21到弹片13的连接路径的长度，α为该连接路径的降温系数，则上述电芯即满足下述公式：l·α<(t2-t1)，即满足t1+l·α<t2，其中，t2为主体2过充时第一极耳21的温度，过充是指电芯主体2温度升高至发生燃烧或爆炸反应的临界状态，t1为保护装置1触发时弹片13的温度，t1+l·α即为保护装置1触发时第一极耳21的温度，进而，公式t1+l·α<t2即表示该电芯满足：当保护装置1触发时第一极耳21的温度小于主体2过充时第一极耳21的温度，即，在主体2达到过充状态之前保护装置1已经触发；综上所述，上述电芯中，保护装置1的触发动作较及时，可以避免主体2达到过充状态，进而，上述电芯中的保护装置1可以及时有效地实现保护电芯主体2的作用。

下面，如图1至图4所示，以第一极耳21与第一连接件11耦接为例，对本申请中电池的具体实施例进行说明。

具体地，第一极耳21与第一连接件11之间耦接，可以包括以下几种方式：

方式一，如图1和图4所示，第一连接件11与第一极耳21直接电连接，即电芯主体2的热量直接通过第一连接件11传导至弹片13上。具体地，如图1所示，第一极耳21从第一边20伸出，朝向第一边20翻转且粘贴至第一边20上，并与第一边20上的第一连接件11直接电连接；或者，如图4所示，第一极耳21从第一边20伸出，朝向第一壁23翻转且粘贴至第一壁23上，并与第一壁23上的第一连接件11直接电连接。

方式二，如图2和图3所示，电池中还可以包括转接片31，第一连接件11和该转接片31电连接，该转接片31和第一极耳21电连接，即该转接片31连接于第一连接件11和第一极耳21之间。

进一步地，电池中还可以包括转出片32，该转出片32与保护装置1的第二连接件12耦接，用于将电芯主体2的充放电电流传导至外部电器件。

如图1至图4所示，一种具体的实施例中，第一连接件11至第一极耳21的连接采用焊接方式，如激光焊或电阻焊；进一步地，每一焊接区域的焊接面积不小于该焊接区域内两个焊接体重叠面积的10％。进而，可以大大提高从第一极耳21至第一连接件11的连接路径向弹片13的导热效率，从而有利于提高保护装置1的触发灵敏度。

具体地，例如，如图2所示，当第一连接件11通过转接片31实现与第一极耳21之间相连接时，第一连接件11至第一极耳21的连接路径上有两处焊接区域，分别为第一连接件11与转接片31之间的焊接区域、以及转接片31与第一极耳21之间的焊接区域；此时，这两个焊接区域中，每个焊接区域的焊点数量可以大于4个、只要能保证每个焊接区域内的焊接面积可以达到两个焊接体相互重叠接触面积的10％或以上。

一种具体的实施例中，转接片31和第一连接件11均可以采用铜(cu)材料制备，cu的导热系数较高，具体地，100℃时，cu的导热系数可以达到377w/mk，进而可以大大提高从该转接片31和第一连接件11向弹片13的导热效率，从而有利于提高保护装置1的触发灵敏度。

另一种具体的实施例中，可以在第一连接件11和转接片31的表面涂覆导热性更好的材料，如金刚石、石墨或者硅材料，以使热量能够更有效地传导到弹片13。或者，第一连接件11的外部、转接片31的外部以及第一极耳21的外部均包覆有多孔材料层；即电芯主体2至弹片13的导热路径外部包覆有多孔材料层。多孔材料具有良好的隔热性能，采用多孔材料包覆主体2至弹片13的导热路径，可以有效减少该导热路径上的热量散失，以利于热量更有效地传导到弹片13上，从而有利于提高保护装置1的触发灵敏度。

需要说明的是，当第一极耳21与第二连接件12耦接时，上述各实施例中的第一连接件11均应该替换为第二连接件12。

如图3和图4所示，一种具体的实施例中，电芯主体2包括第一壁23，保护装置1设置于主体2的第一壁23上。可选地，保护装置1粘贴于第一壁23上。主体2的第一壁23靠近主体2的内部结构，因此，将保护装置1设置于主体2的第一壁23上，主体2内部的热量可以通过该第一壁23快速传导至保护装置1内，因此，该保护装置1可以更加及时地触发，从而切断或减小电流、以达到有效保护电池的作用。

进一步地，主体2还包括第一边20，具体地，该第一边20可以是由包装膜密封形成的封边，第一极耳21从该第一边20伸出；可选地，第一边20和第一壁23均位于主体2的顶部，且第一边20和第一壁23相邻。当然，如图1和图2所示，具体实施时，保护装置1也可以设置于第一边20上。

一种具体的实施例中，保护装置1的壳体16靠近电芯主体21的一侧设有开口，以暴露出保护装置1内部的保护电路。例如，保护装置1设置于主体21的第一壁23上，则保护装置1朝向第一壁23的一侧设有开口，从而，主体21的热量可以通过第一壁23直接传导至保护电路，以使保护电路中的弹片13发生变形，从而使保护装置1及时触发、减小或切断充放电电流，进而达到有效保护电芯的作用。

具体地，如图5至图8所示，壳体16的开口160处可以暴露出保护装置的第一连接件11，进而，当保护装置1设置于主体21的第一壁23上时，第一连接件11可以直接与第一壁23接触，从而第一壁23的热量可以直接通过第一连接件11传导至弹片13上。

显然，本领域的技术人员可以对本发明实施例进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。