具有安全阀结构的电芯的制作方法

本发明涉及锂离子蓄电池领域，尤其涉及具有安全阀结构的电芯。

背景技术：

自1991年索尼公司推出世界上第一块商业用锂离子电池以来，至今已近三十年。锂离子电池因其质量比能量、重量比能量均远高于以往的镉镍、氢镍电池，且自放电低、循环寿命长，可基本上满足各类需求，从而获得极快的发展。但其中动力电池，尤其是车用动力电池由于需大电流充放电，且使用环境恶劣复杂，致使安全事故频发，严重阻碍产业的发展，解决锂电池的安全问题已成为全社会的共识。解决动力电池的安全问题，本质上就是要解决电池热失控问题。目前国际国内的各方力量主要是在改进电极材料上入手，试图解决热失控问题，鲜有从电池结构上控制热失控的研究。

传统的电池基本上都是在一端设立安全阀，但当电池内压增高推动膜片翻转时，也会将与电池壳体配合不好的极组像枪管里的子弹一样冲向顶盖，会造成断路装置失效或二次短路，引起极组剧烈反映瞬间产生高压，导致电池爆炸。

技术实现要素：

本发明要解决的技术问题是传统的电池基本上都是在一端设立安全阀，但当电池内压增高推动膜片翻转时，也会将与电池壳体配合不好的极组像枪管里的子弹一样冲向顶盖，会造成断路装置失效或二次短路，引起极组剧烈反映瞬间产生高压，导致电池爆炸，本发明提供了一种具有安全阀结构的电芯来解决上述问题。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种具有安全阀结构的电芯，包括管状壳体和设置在所述管状壳体内的电芯极组，所述电芯极组的左右两端均设有安全阀，所述安全阀能够在所述管状壳体内压上升至设定值时断开电芯电路。

进一步地：所述电芯极组的左侧焊接有正极汇流盘；所述电芯极组的右侧焊接有负极汇流盘，所述正极汇流盘和所述负极汇流盘表面均焊接有极耳，所述电芯还包括二个端盖，二个所述端盖分别是设置在所述管状壳体左端的正极端盖和设置在所述管状壳体右端的负极端盖，所述正极端盖通过所述安全阀与所述正极汇流盘上的极耳连接；所述负极端盖通过所述安全阀与所述负极汇流盘上的极耳连接。

进一步地：所述安全阀包括孔板架、防爆膜片和断电膜片，所述孔板架固定设置在所述管状壳体内，所述孔板架上固定安装有孔板，所述孔板与所述极耳通过焊接贴合设置，所述孔板上，远离所述电芯极组的一端设有第一安装孔；所述孔板上，靠近所述电芯极组的一端设有第二安装孔，所述第一安装孔与所述第二安装孔相连通，所述孔板外端面，位于所述第一安装孔的外侧设有向所述端盖方向凸起的第一凸台；所述防爆膜片安装在所述端盖和所述孔板之间，所述防爆膜片上设有刻痕，所述防爆膜片的边缘固定安装在所述端盖上，所述防爆膜片由外往内逐渐向所述孔板方向凸起，所述防爆膜片的内端面与所述第一凸台通过焊接贴合设置，所述防爆膜片内端面中部设有向内凸起的定位凸台，所述定位凸台安装在所述第一安装孔中；所述断电膜片安装在所述第二安装孔中，所述断电膜片与所述定位凸台通过焊接贴合设置。

进一步地：所述电芯极组包括正极板和负极板，所述正极板与所述负极板间隔设置，所述正极板与所述负极板之间设有第一隔膜，所述正极板左部为正极光边，所述正极光边与所述第一隔膜之间设有第二隔膜，所述正极光边的左端固定焊接在所述正极汇流盘上；所述负极板右部为负极光边，所述负极光边的右端固定焊接在所述负极汇流盘上。

进一步地：所述防爆膜片与所述第一凸台的贴合面上均匀焊有16个焊点，所述焊点的直径为0.4mm。

进一步地：所述16个焊点包括8个第一焊点和8个第二焊点，所述第一焊点与所述第二焊点间隔设置，所述第一焊点以φ7为圆周均布；所述第二焊点以φ7.5为圆周均布。

进一步地：所述断电膜片与定位凸台的贴合面上均匀焊接有4个第三焊点，所述第三焊点的直径为0.4mm。

进一步地：所述防爆膜片的边缘包裹在所述端盖的外端面，所述防爆膜片与所述端盖的外端面通过激光焊接形成三段圆弧形焊缝，所述三段圆弧形焊缝沿周向均布。

进一步地：所述圆弧形焊缝的宽度为1mm；所述圆弧形焊缝的长度为20mm。

本发明的有益效果是，本发明具有安全阀结构的电芯通过在电芯的双端同时设置安全阀，保证两端压力平衡，当内压升高后不会推动电芯极组移动，使断路装置正常工作，内压达到断路压力时，断开电路保证了电池的安全，即能保证两端断电装置不受破坏，实现正常断路避免热失控的产生。电池的安全进一步得到了保证。同时电芯双端安全阀的结构改变了传统电池的生产工艺和所需零部件：1、壳体由原来带底的壳体变成了管状，可精密拉制后截断，改变了原来壳体的冲压工艺，提高生产率，降低成本；2、传统电池的负极焊接均采用探针焊底。焊接面积小，不利于大电流通过。本设计双端均可敞开焊接正、负极，保证了焊接面积有利于大电流通过。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。

图1是本发明具有安全阀结构的电芯的结构示意图；

图2是安全阀的结构示意图；

图3是安全阀断电保护的结构示意图；

图4是安全阀泄压保护的结构示意图；

图5是防爆膜片与端盖的安装示意图；

图6是孔板的结构示意图；

图7是防爆膜片与孔板的结构示意图；

图8是第一焊点与第二焊点的示意图；

图9是第三焊点的示意图；

图10是圆弧形焊缝的示意图；

图11是电芯极组的结构示意图。

图中1、管状壳体，2、电芯极组，3、正极汇流盘，4、极耳，5、负极汇流盘，7、端盖，71、正极端盖，72、负极端盖，8、孔板架，9、防爆膜片，10、断电膜片，11、孔板，12、第一安装孔，13、第二安装孔，14、第一凸台，15、定位凸台，16、第一焊点，17、第二焊点，18、第三焊点，19、圆弧形焊缝，21、正极板，22、负极板，23、第一隔膜，24、正极光边，25、第二隔膜。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。相反，本发明的实施例包括落入所附加权利要求书的精神和内涵范围内的所有变化、修改和等同物。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

此外，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。此外，在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。

流程图中或在此以其他方式描述的任何过程或方法描述可以被理解为，表示包括一个或更多个用于实现特定逻辑功能或过程的步骤的可执行指令的代码的模块、片段或部分，并且本发明的优选实施方式的范围包括另外的实现，其中可以不按所示出或讨论的顺序，包括根据所涉及的功能按基本同时的方式或按相反的顺序，来执行功能，这应被本发明的实施例所属技术领域的技术人员所理解。

如图1所示，本发明提供了一种具有安全阀结构的电芯，包括管状壳体1和设置在所述管状壳体1内的电芯极组2，所述电芯极组2的左右两端均设有安全阀，所述安全阀能够在所述管状壳体1内压上升至设定值时断开电芯电路。

所述电芯极组2的左侧焊接有正极汇流盘3；所述电芯极组2的右侧焊接有负极汇流盘5，所述正极汇流盘3和所述负极汇流盘5表面均焊接有极耳4，所述电芯还包括二个端盖7，二个所述端盖7分别是设置在所述管状壳体1左端的正极端盖71和设置在所述管状壳体1右端的负极端盖72，所述正极端盖71通过所述安全阀与所述正极汇流盘3上的极耳4连接；所述负极端盖72通过所述安全阀与所述负极汇流盘5上的极耳4连接。

汇流盘具有汇集电流的作用，将电芯极组2中的电流汇集并输送到极耳上。通过在电芯的双端同时设置安全阀，使双端均有气室，保证两端压力平衡，当内压升高后不会推动电芯极组2移动，使断路装置正常工作，内压达到断路压力时，断开电路保证了电池的安全，即能保证两端断电装置不受破坏，实现正常断路避免热失控的产生。电池的安全进一步得到了保证。同时双端安全阀改变了传统电池的生产工艺和所需零部件：1、壳体由原来带底的壳体变成了管状，可精密拉制后截断，改变了原来壳体的冲压工艺，提高生产率，降低成本；2、传统电池的负极焊接均采用探针焊底。焊接面积小，不利于大电流通过。本设计双端均可敞开焊接正、负极，保证了焊接面积有利于大电流通过。

结合图2、图5、图6和图7所示，所述安全阀包括孔板架8、防爆膜片9和断电膜片10，所述孔板架8固定设置在所述管状壳体1内，所述孔板架8上固定安装有孔板11，所述孔板11与所述极耳4通过焊接贴合设置，所述孔板11上，远离所述电芯极组2的一端设有第一安装孔12；所述孔板11上，靠近所述电芯极组2的一端设有第二安装孔13，所述第一安装孔12与所述第二安装孔13相连通，所述孔板11外端面，位于所述第一安装孔12的外侧设有向所述端盖7方向凸起的第一凸台14；所述防爆膜片9安装在所述端盖7和所述孔板11之间，所述防爆膜片9上设有刻痕，所述防爆膜片9的边缘固定安装在所述端盖7上，所述防爆膜片9由外往内逐渐向所述孔板11方向凸起，所述防爆膜片9的内端面与所述第一凸台14通过焊接贴合设置，所述防爆膜片9内端面中部设有向内凸起的定位凸台15，所述定位凸台15安装在所述第一安装孔12中；所述断电膜片10安装在所述第二安装孔13中，所述断电膜片10与所述定位凸台15通过焊接贴合设置。

安全阀的安全保护功能是通过防爆膜片9的下凸部分受到电池内压的推动后，失稳翻转拉开与孔板11的接触形成断路来实现的。能确保电池故障初期内压升到一定数值，电池内温还未达到材料分解温度时即断开电路，使极组内电子和离子停止运动，电池内温不再上升，就制止了热失控的发生。这种安全阀可以降低电池的产热，减少热失控的风险，是提高电池安全性的有效途径。

结合图3和图4所示，安全阀对电池有两种保护：

a：断电保护（cid）

是在电池发生故障引起内压上升时，推动防爆膜片9变形翻转，拉断与带电孔板11的焊点，使电池电路断开，致使锂电池停止离子和电子的移动，不再产生热量，也就控制了热失控。

b：泄压保护（vent）

是在电池断路后，如压力继续上升，达到泄气压力时防爆膜片9在刻痕处打开向大气中释放高压气，避免电池内压过高造成壳体破裂引起爆炸。

结合图11所示，所述电芯极组2包括正极板21和负极板22，所述正极板21与所述负极板22间隔设置，所述正极板21与所述负极板22之间设有第一隔膜23，所述正极板21左部为正极光边24，所述正极光边24与所述第一隔膜23之间设有第二隔膜25，所述正极光边24的左端固定焊接在所述正极汇流盘3上；所述负极板22右部为负极光边，所述负极光边的右端固定焊接在所述负极汇流盘5上。

锂电池中，正极板21是双面涂布有相应活性物质的铝箔，负极板22是双面涂布有相应活性物质的铜箔，在电池的设计中，为保证充电时锂离子从正极板21析出能全部顺利嵌入负极，要求负极板22比正极板21每边宽出1-3mm，电流越大要求宽出越多，以保证不产生锂离子在负极外表面或边缘的堆积，形成锂结枝即析锂。这种结构在电池界称为负包正。按照上述要求，正极端的负极要比正极宽出，但正极必须有光边长于负极以便引出与汇流盘焊接，这样就有作为正极集流体的铝箔光边与负极有一部分只隔着一层隔膜重合。这一重合部位，是电池极组中最危险的部位，一旦这层隔膜出现问题，电池马上爆炸起火。

通过在正极板21与负极板22之间设置第一隔膜23，同时卷绕时在正极板21左部光边与第一隔膜23之间加入第二隔膜25，形成双层隔膜防护，进而提高了电池的安全性，能够使正极板21铝箔在第一层隔膜失效后，还有一层防护，使之不与负极板22直接接触，通过这个防护，电池不会立即产生热失控，对其他不会立即发生热失控的事故，就有时间通过其他防护措施的实施来处理，使热失控得到控制。比如温度上升初期，内压产生，使断路装置动作，截断电路，使电池停止生热，就制止了“热失控”的发生。

结合图8和图9所示，所述防爆膜片9与所述第一凸台14的贴合面上均匀焊有16个焊点，所述焊点的直径为0.4mm。所述16个焊点包括8个第一焊点16和8个第二焊点17，所述第一焊点16与所述第二焊点17间隔设置，所述第一焊点16以φ7为圆周均布；所述第二焊点17以φ7.5为圆周均布。所述断电膜片10与定位凸台15的贴合面上均匀焊接有4个第三焊点18，所述第三焊点18的直径为0.4mm。

端盖7通过300a电流时温度不超过80℃，实质就是要求电池内部电路上的每个节点的通电面积大于40mm²，具体到端盖7上，就是孔板11和膜片的通电面积要≧40mm²，通过16个焊点的工艺，可使膜片和孔板11的通电面积达到40mm²，同时在电池内压1mpa时，断电翻转拉断20个焊点以形成断路要求。通过保证端盖7的通电面积，减少了电路阻值产生的焦耳热，使电池的熵增减少，提高了活性材料的分解温度，降低了热失控风险。

截图图10所示，所述防爆膜片9的边缘包裹在所述端盖7的外端面，所述防爆膜片9与所述端盖7的外端面通过激光焊接形成三段圆弧形焊缝19，所述三段圆弧形焊缝19沿周向均布。所述圆弧形焊缝19的宽度为1mm；所述圆弧形焊缝19的长度为20mm。通过将包裹在端盖7上边缘的断电膜片10与端盖7激光焊接的方法，可以保证电池全寿命内端盖7阻值≦1mω。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对所述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

以上述依据本发明的理想实施例为启示，通过上述的说明内容，相关工作人员完全可以在不偏离本项发明技术思想的范围内，进行多样的变更以及修改。本项发明的技术性范围并不局限于说明书上的内容，必须要根据权利要求范围来确定其技术性范围。