安全锂离子电池的制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种安全锂离子电池。
【背景技术】
[0002] 近年来，锂离子电池由于具有电压高、循环使用次数多、存储时间长等优点，不仅 在便携式电子设备上得到广泛的应用，而且也广泛应用于电动汽车、电动自行车以及电动 工具等大中型电动设备方面。
[0003] 随着锂离子电池的广泛应用，锂离子电池的安全受到越来越多的重视。现有技术 中的锂离子电池在充放电过程中，由于电极片膨胀、电池内电解液分解气化等原因，锂离子 电池中的正负电极片之间的间距会发生变化，而导致电池内阻改变，使电池安全性能变差， 当电池内气体累积，内压过高，容易造成锂离子电池燃烧或发生爆炸。
【发明内容】
[0004] 有鉴于此，确有必要提供一种安全锂离子电池。
[0005] -种安全锂离子电池，包括一底座、一卷柱、一壳体、一盖帽、及一电芯；所述卷柱 设置在所述底座上，所述电芯绕卷在所述卷柱的外表面，所述壳体罩于所述电芯的外表面， 并且两端分别与所述底座及所述盖帽连接设置，密封所述电芯，所述安全锂离子电池进一 步包括一安全结构体，所述安全结构体设置在所述卷柱与所述电芯之间，所述安全结构体 包括一弹性层及多个针状物，所述多个针状物设置在所述弹性层内且具有多个尖端，该多 个尖端指向所述电芯设置。
[0006] 相对于现有技术，本发明提供的安全锂离子电池具有以下有益效果：卷柱与电芯 之间设置安全结构体，该安全结构体包括弹性层及多个针状物，多个针状物设置在弹性层 内且具有多个尖端，该多个尖端指向所述电芯设置。当电池内部膨胀超过一定设置，整体电 池的力会挤压所述安全结构体，在挤压力的作用下弹性层收缩，弹性层内部的多个针状物 从弹性层中伸出暴露，直接接触所述电芯并刺破电芯，导致电池正负极之间接触，从内部将 该电池造成内部短路，对该电池进行短路放电，保证实现锂离子电池的安全性。另外，当锂 离子电池受到外部撞击或外部剧烈挤压时，也会使多个针状物与电芯的接触并刺破电芯， 导致电池正负极之间接触，从而使锂离子电池进行小倍率的放电，导致锂离子电池从内部 进行失效，达到安全模式。
【附图说明】
[0007] 图1是本发明安全锂离子电池池的立体示意图。
[0008] 图2是本发明安全锂离子电池的元件分解图。
[0009] 图3是本发明安全锂离子电池的沿III-III线剖面图。
[0010] 图4是本发明安全锂离子电池的卷柱及底座组成的结构体的立体示意图。
[0011] 图5是本发明安全锂离子电池的多个针状物设置在弹性层内的剖面图。
[0012] 图6是本发明安全锂离子电池的弹性层被挤压前后的状态图。
[0013] 图7是本发明安全锂离子电池的电芯的立体示意图。
[0014] 图8是本发明安全锂离子电池的盖帽沿VII-VII线剖面图。
[0015] 主要元件符号说明
如下【具体实施方式】将结合上述附图进一步说明本发明。
【具体实施方式】
[0016] 下面将结合附图及具体实施例对本发明提供的安全锂离子电池作进一步的详细 说明。
[0017] 请参阅图1、图2及图3,本发明第一实施例提供安全锂离子电池100。所述安全锂 离子电池100包括一底座10、一卷柱20、一壳体30、一盖帽40、及一电芯60,所述卷柱20设 置在所述底座10上，所述电芯60绕卷在所述卷柱20的外表面，所述壳体30罩于所述电芯 60的外表面，并且两端分别与所述底座10及所述盖帽40连接设置，密封所述电芯60,所述 安全锂离子电池100进一步包括一安全结构体50,所述安全结构体50设置在所述卷柱20 与所述电芯60之间，所述安全结构体50包括一弹性层51及多个针状物52,所述多个针状 物52设置在所述弹性层51内且具有多个尖端，该多个尖端指向所述电芯60设置。
[0018] 请参阅图3及图4,所述底座10起支撑作用，用于支撑所述卷柱20。所述底座10 上可设置一抽气孔11，可通过施加一定压力，从所述抽气孔11抽取在使用过程中所述安全 锂离子电池100内部产生的气体，使其形成负压，保证所述安全锂离子电池100的安全性。 优选地，所述抽气孔11设置在所述底座10的中心，与所述卷柱20对应设置。所述底座10 的外边缘可具有螺纹（图未示)，以方便与所述壳体30连接设置。所述底座10的材料为导 电材料。本实施例中，所述底座10的材料为硬质轻型铝材。
[0019] 所述卷柱20设置在所述底座10上，优选地，该卷柱20为一空心结构，所述卷柱20 包括一筒壁21。另外，该筒壁21上可具有一开口 22,所述开口 22用于固定所述电芯60的 一端。所述开口 22的长度可依据所述电芯60的宽度设置。进一步地，该卷柱20为一两端 开口的空心结构，该卷柱20与所述底座10连接一端的开口与所述抽气孔11对应且连通。 所述底座10与所述卷柱20可以为两个元件连接也可以一体成型。本实施例中，所述卷柱 20的筒壁21上具有一所述开口 22,所述底座10与所述卷柱20为一体成型结构。所述卷 柱20的材料为导电材料，从而所述卷柱20及所述底座10可作为所述安全锂离子电池100 的负极极耳使用。所述卷柱20的材料可与所述底座10材料的一致也可不一致。本实施例 中，所述卷柱20的材料与所述底座10材料的一致，为硬质轻型铝材。
[0020] 所述安全结构体50设置在所述卷柱20的至少部分外表面。当所述卷柱20的筒 壁21上具有一所述开口 22时，所述安全结构体50设置在所述卷柱20的至少部分外表面， 并使所述开口 22暴露不被所述安全结构体遮盖，以便所述电芯60可通过该开口 22固定。 所述安全结构体50包括弹性层51及多个针状物52,该多个针状物52设置在所述弹性层 51内。该多个针状物52具有多个尖端，该多个尖端指向所述电芯60。
[0021] 所述安全锂离子电池100可包括一个所述安全结构体50或多个所述安全结构体 50。当所述安全锂离子电池100包括一个所述安全结构体50时，所述安全结构体50可绕 卷在所述卷柱20的整个外表面，或设置在所述卷柱20的部分外表面。当所述安全锂离子 电池100包括多个所述安全结构体50时，所述多个安全结构体50可间隔设置或并排接触 设置在所述卷柱20的至少部分外表面。所述多个安全结构体50可沿着所述卷柱20的轴 向排列，也可环绕所述卷柱20排列。
[0022] 所述弹性层51至少部分设置在所述多个针状物52与所述电芯60之间。所述弹 性层51具有一定的弹性收缩性，在所述安全锂离子100多次充放电过程中或在挤压的情况 下，能够使所述多个尖端暴露且接触所述电芯60并且刺破所述电芯60形成短路。另外，所 述弹性层51的硬度只要确保后续所述电芯60在卷绕过程中不被挤压使所述多个针状物52 的尖端暴露并与所述电芯60接触即可。
[0023] 只要能够保证所述多个针状物52的多个尖端指向所述电芯60且不与所述电芯60 接触，所述多个针状物52设置在所述弹性层51内的方式不限。具体地，所述弹性层51可具 有一空间，所述多个针状物52设置在所述弹性层51的所述空间内；所述多个针状物52也 可包埋在所述弹性层51内。所述弹性层51的形状不限，可根据实际需要设置，可为层状、 柱状或管状。如图5 (a)所示，所述所述弹性层51为管状，所述弹性层51可具有一空间， 所述多个针状物52设置在所述弹性层51的所述空间内。如图5 (b)所示，所述所述弹性 层51为柱状，所述多个针状物52也可包埋在所述弹性层51内。只要能够保证所述多个针 状物52的多个尖端指向所述电芯60,所述多个针状物52的固定方式不限。具体地，所述多 个针状物52可直接设置在所述卷柱20上固定在所述卷柱20的外表面，也可包埋在所述弹 性层51中通过所述弹性层51固定。所述弹性层51的材料为耐腐蚀的非导电材料。所述 多个针状物52的材料为导电金属。本实施例中，所述弹性层51为一层状结构，所述多个针 状物52包埋在所述弹性层51内通过所述弹性层51固定，所述多个针状物52的材料为金。
[0024] 在电池的内部充放电过程中，电池极片中不可逆的容量会导致电池极片变厚发生 副反应，导致电池内部膨胀，极片之间进行内部互相挤压。请参阅图6,当电池内部膨胀超 过一定设置，整体电池的力会挤压所述安全结构体50,在挤压力的作用下所述弹性层51收 缩，所述弹性层51内部的所述多个针状物52从所述弹性层51中伸出暴露，直接接触所述 电芯60并刺破所述电芯60的隔膜，导致电池正负极之间接触，从内部将该电池造成内部短 路，对该电池进行短路放电，保证实现锂离子电池的安全性。另外，当锂离子电池受到外部 撞击或外部剧烈挤压时，也会使所述多个针状物52与所述电芯60的接触，刺破所述电芯60 的隔膜，导致电池正负极之间接触，从而使锂离子电池进行小倍率的放电，导致锂离子电池 从内部进行失效，达到安全模式。
[0025] 所述电芯60的一端通过所述卷柱20上的开口 22固定，整体卷绕在所述安全结构 体50的外表面。在制作所述安全锂离子电池100过程中，为了避免使所述多个针状物52的 尖端暴露在所述弹性层51的外部，并与所述电芯60接触，在所述安全结构体50的外表面 卷绕所述电芯60时，也可通过控制卷绕所述电芯60的力度来保证所述弹性层51不被过分 挤压。具体地，通过调整锂离子电池的卷绕设备，可以对卷绕所述电芯 6〇时松紧度进行调 整，当卷绕靠近所述安全结构体50的第一圈时，调整力的大小使其不对所述安全结构体50 进行过分挤