一种4680圆柱电池防爆装置及电池的制作方法

1.本发明属于电池技术领域，尤其涉及一种用于4680圆柱电池的电池防爆装置及具有电池防爆装置的电池。


背景技术：

2.随着新能源技术的发展，动力型锂电池在电动车、电动船和无人机及大型物流智能机械运输车等电动产品上得到了越来越广泛的应用。锂电池在放电过程中会发热，电池温度的升高会导致电解液汽化，并在电池的端盖处出现气体聚集的现象，当气体聚集使得电池内部压力过大时，就会发生电池爆炸等安全事故。
3.为了避免内部气体压力过大而导致电池爆炸，现有的锂电池在电池的端盖处会设置防爆装置。图1为一种圆柱型电池的防爆装置的结构示意图。如图1所示，电池防爆装置包括从上到下依次设置的正极端盖101、温敏电阻102、防爆膜103和集电排气盖104，正极端盖101、温敏电阻102和防爆膜103叠放在一起，且三者端部的边缘由绝缘胶圈106所包裹，绝缘胶圈106用于实现防爆装置和电池壳体之间的绝缘，并起密封的作用，防止防爆装置和电池壳体之间发生漏液、漏气。防爆膜103为金属薄膜，可采用铝制成。防爆膜103通过焊接和集电排气盖104连接在一起。正极端盖101为金属材质，用于实现电池的输出。当电池内部温度升高达到阈值时，温敏电阻102的电阻值会急剧升高，起到限流的作用，使电池的电压降至安全电压，实现电池的自动保护功能。
4.为了实现排气泄压，集电排气盖104和正极端盖101上均设置有排气孔a。电池内部产生气体后，气体可从集电排气盖104上的排气孔a进入防爆装置内部，当气体压力达到一定程度时，气体可以冲破防爆膜103，并从正极端盖101的排气孔a向外排出，从而降低电池内部的气压，防止电池爆炸。
5.由于防爆膜103和集电排气盖104通过焊接的方式连接，如果防爆膜103的厚度太薄，焊接时容易发生穿孔现象，而如果防爆膜103的厚度太厚，就需要更大的气体压力才能将防爆膜冲破，这就难以保证电池的安全性能。为了解决以上问题，可以在防爆膜103上设置防爆线或撕裂线105，防爆线或撕裂线105处的厚度要小于防爆膜103的厚度，当电池内部压力太大时，气体会首先从厚度更薄的防爆线或撕裂线103处撕裂防爆膜103，从而得到释放。但要在防爆膜上加工防爆线或撕裂线，需要配备相应的高精度冲压设备和高稳定性的冲压工艺，成本很高，而且防爆线或撕裂线的加工难免存在误差，电池的品质难以保证。


技术实现要素：

6.为了克服现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种易于加工、防爆效果好、低成本的4680圆柱电池防爆装置及电池。
7.本发明的目的采用以下技术方案实现：
8.一种4680圆柱电池防爆装置，包括：依次设置的正极端盖、温敏电阻、防爆膜和集电排气盖，所述正极端盖和所述集电排气盖上设置有排气孔；所述防爆膜的边缘由第一密
封圈包裹；所述集电排气盖的边缘向上翻折，形成u形的第一折弯部，所述第一折弯部的开口向内，所述第一密封圈设置于所述第一折弯部内，所述第一折弯部和所述温敏电阻相接触，所述温敏电阻和所述正极端盖电连接；所述正极端盖和所述集电排气盖的边缘由第二密封圈包裹。
9.进一步的，包括端盖固定环，所述端盖固定环的顶部边缘向内水平弯折形成第二折弯部，所述第二折弯部压在所述正极端盖上。
10.进一步的，所述端盖固定环的下部形成固定部，所述第二密封圈设置有插槽，所述固定部插入所述插槽中。
11.进一步的，所述端盖固定环的竖截面形状为阶梯形，所述固定部通过一水平的环形部和所述端盖固定环的周壁相连，所述固定部在垂直于电池防爆装置的轴线的平面上的投影的直径大于所述端盖固定环在同一平面上的投影的直径。
12.进一步的，所述第二弯折部的边缘向内翻折贴紧所述端盖固定环的内壁，形成双层结构的翻折部。
13.进一步的，所述固定部的边缘向内翻折贴紧所述固定部的内壁，形成双层结构的翻折部。
14.进一步的，所述防爆膜的边缘翻折贴紧所述防爆膜的表面，形成双层的折叠部，所述折叠部翻折至和所述防爆膜相垂直，将所述防爆膜从和所述折叠部相连的位置沿所述防爆膜的轴线向靠近所述折叠部自由端的方向冲压，使所述防爆膜向上突出于所述折叠部，使折叠部形成三层结构，所述防爆膜的边缘抱在三层结构中的中间层。
15.进一步的，所述第一密封圈的竖截面形状呈口字形，所述第一密封圈的上部设置有供所述防爆膜装入的开口。
16.进一步的，所述第二密封圈具有从其底部水平线内延伸的支撑部，所述集电排气盖设置于所述第二密封圈内，由所述支撑部支撑。
17.本发明还提供了一种电池，包括电池壳体、设置于所述电池壳体内的电芯，所述电芯壳体的一端开口，所述开口处设置有前述电池防爆装置，所述第二密封圈设置于电池防爆装置和电池外壳之间。
18.相比现有技术，本发明的有益效果在于：本发明的防爆膜通过第一密封圈安装在集电排气盖上，集电排气盖的第一折弯部既具有固定防爆膜的作用，又同时和温敏电阻相接触，具有电连接的作用，温敏电阻不再需要通过防爆膜来实现和集电排气盖之间的电连接，连接结构更为简单；而且温敏电阻、防爆膜、集电排气盖通过集电排气盖的折弯部，经冲压、层压叠合等工艺装配在一起实现相互电连接，稳定可靠，防爆膜与集电排气盖之间无需再通过点焊而加强电连接，避免了点焊工艺导致防爆膜焊穿、穿孔等现象，可以选用厚度均匀且更薄的铝膜等作为防爆膜，无需在防爆膜上另外制作防爆线或撕裂线，不存在冲压防爆线、撕裂线导致的厚度误差，提高了产品良率，防爆性卓越，此外，防爆膜与第一密封圈相配合，集电排气盖、正极端盖和第二密封圈相配合，通过两道密封圈可以稳定可靠地防止电解液的渗漏，具有优异的密封性。由于减少了工艺步骤及减少了相应工艺的设备投入，本发明可以显著降低锂电池的制作成本。
附图说明
19.图1为一种电池防爆装置的结构示意图；
20.图2为本发明实施例电池防爆装置的结构示意图；
21.图3为本发明实施例端盖固定环未进行翻边折叠前的示意图；
22.图4为本发明实施例端盖固定环对顶部进行翻边折叠后的示意图；
23.图5为本发明实施例端盖固定环对底部进行翻边折叠后的示意图；
24.图6为本发明实施例防爆膜第一次翻边折叠后的示意图；
25.图7为本发明实施例防爆膜第二次翻边折叠后的示意图；
26.图8为本发明实施例防爆膜冲压后的示意图；
27.图9为本发明实施例防爆膜和第一密封圈装配后的示意图；
28.图10为本发明实施例防爆膜、第一密封圈和集电排气盖装配后的示意图；
29.图11为本发明实施例第二密封圈的剖视图；
30.图12为本发明实施例防爆膜、第一密封圈、集电排气盖和第二密封圈装配后的示意图；
31.图13为本发明实施例正极端盖和端盖固定环装配在一起的示意图；
32.图14为本发明实施例端盖固定环形成第一弯折部后和正极端盖装配在一起的示意图；
33.图15为本发明实施例电池的结构示意图。
具体实施方式
34.下面，结合具体实施方式，对本发明做进一步描述。在以下描述中，术语“第一”、“第二”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量；术语“正”、“反”、“底”、“上”、“下”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。
35.如图2所示，本实施例的用于4680圆柱电池的电池防爆装置包括正极端盖1、温敏电阻2、防爆膜3、集电排气盖4、第一密封圈5以及第二密封圈6。其中，正极端盖1、温敏电阻2、防爆膜3、集电排气盖4从上到下依次设置。正极端盖1、集电排气盖4均为可导电金属材质，防爆膜3也可为金属材质。正极端盖1为电池的正极输出端，正极端盖1和温敏电阻2电连接，防爆膜3位于温敏电阻2的下方。
36.集电排气盖4的边缘向上翻折，形成大致呈u形的第一折弯部4-1，第一弯折部4-1的开口向内(将靠近集电排气盖轴线的方向定义为内，远离集电排气盖轴线的方向定义为外)。第一折弯部4-1的上表面和温敏电阻2相接触，从而实现和集电排气盖4和温敏电阻2之间的电连接。第一密封圈5包裹住防爆膜3的边缘，并容纳于第一折弯部4-1形成的容纳槽中，第一折弯部4-1的自由端向靠近防爆膜3表面的方向延伸，以便于更好地固定第一密封圈5及防爆膜3。第一密封圈5除了具有固定防爆膜3的作用外，同时还具有密封的作用，防止电解液从防爆膜3和集电排气盖4之间泄漏。集电排气盖4和正极端盖1上均设置有排气孔a，以实现气体向外排出。集电排气盖4和电芯的正极电连接，电芯的负极和电池外壳电连接。
37.第二密封圈6包裹住正极端盖1以及集电排气盖4的外边缘，一方面用于实现电池
防爆装置和电池外壳之间的绝缘和密封，另一方面也具有固定电池防爆装置的作用，使电池防爆装置固定安装在电池外壳的开口端。
38.为了方便正极端盖1和温敏电阻2、集电排气盖4之间的装配，以及正极端盖1、温敏电阻2、集电排气盖4和第二密封圈6之间的装配，优选的，本实施例还包括端盖固定环7，端盖固定环7顶部的边缘具有第二折弯部7a，第二折弯部7a从端盖固定环7周壁的顶端向内水平弯折，第二折弯部7a压在正极端盖1上，可以使正极端盖1和温敏电阻2、集电排气盖4之间保持压紧接触的状态。端盖固定环7还具有插入至第二密封圈6中的固定部7b，第二密封圈6中加工有一圈插槽6a(图11)，固定部7b插入在插槽6a中，从而和第二密封圈6固定在一起。
39.可选的，本实施例的端盖固定环7的竖截面形状为阶梯形，固定部7b通过一水平的环形部和端盖固定环7的周壁相连，固定部7b在垂直于电池防爆装置的轴线(亦即电池的轴线)的平面上的投影的直径大于端盖固定环7在同一平面上的投影的直径。
40.为了避免金属毛刺刺破密封圈及正极端盖等部件，优选的，端盖固定环7的第二折弯部7a和固定部7b均采用翻边折叠工艺处理，在第二折弯部7a的自由端和固定部7b的自由端形成具有双层结构的翻折部。下面结合图3至图5，对本实施例端盖固定环7的制作过程进行说明。
41.如图3所示，通过冲压制得竖截面形状为阶梯形的端盖固定环7，然后将端盖固定环7顶端(第二弯折部7a)的边缘向内向下翻折，如图4所示，翻折的部分贴紧端盖固定环7的内壁，形成双层结构的翻折部，由此，端盖固定环7原来的端部翻进端盖固定环7的内部，从而可以避免因裁切形成的毛刺露在外面，对其他部件造成破坏。
42.采用相同的翻边折叠工艺处理端盖固定环7底端的边缘，将端盖固定环7底端的边缘向内向上翻折，也就是将固定部7b底端的边缘向内向上翻折，如图5所示，翻折的部分贴紧固定部7b的内壁，形成双层结构的翻折部，将具有裁切形成的毛刺的部分折进端盖固定环7的内部，避免毛刺外露，对第二密封圈7造成破坏。
43.为了避免防爆膜3边缘的裁切毛刺破坏第一密封圈5，优选的，本实施例的防爆膜3也采用翻边折叠工艺进行处理。如图6所示，将防爆膜3的边缘向内翻折，使边缘和防爆膜3的表面贴紧，形成一双层的折叠部3a。将折叠部3a再次翻折至和防爆膜3垂直的状态，如图7所示。然后通过冲压工艺，将防爆膜3从和折叠部3a相连的位置沿防爆膜3的轴线向靠近折叠部3a自由端的方向冲压，使防爆膜3向上突出于折叠部3a，此时折叠部3a变成三层的结构，防爆膜3原来的边缘被包在三层结构的中间层，由此可以避免裁切形成的毛刺外露。
44.如图8所示，将两次翻边折叠后的防爆膜3装入第一密封圈5中即可。本实施例的第一密封圈5的竖截面形状大致呈口字形，在第一密封圈5上部设置有开口，从而防爆膜3可从开口处装入第一密封圈5中，第一密封圈5将防爆膜3的外边缘包裹。防爆膜3和第一密封圈5装配好后，将第一密封圈5装入集电排气盖4的第一弯折部4-1内。可选的，本实施例的集电排气盖4具有一向下凹陷的底部，使得集电排气盖4呈碗形。排气孔a设置于集电排气盖4的底部，排气孔a的形状及数量可根据需求相应设置，此处不做限定。
45.如图9所示，本实施例的第二密封圈6具有一支撑部6b，支撑部6b从第二密封圈6的底部水平向内延伸，如图10所示，集电排气盖4装在第二密封圈6的内部，由支撑部6b支撑。
46.如图11所示，将正极端盖1装入端盖固定环7内，然后将端盖固定环7的顶端向内水平弯折，形成第二折弯部7a，如图12所示，第二折弯部7a压在正极端盖1的上表面，将第二折
弯部7a压紧于端盖固定环7内。如图13所示，将温敏电阻2装入第二密封圈6内，位于防爆膜3的上方，集电排气盖4的第一折弯部4-1和温敏电阻2相接触，然后装入端盖固定环7，正极端盖1压着温敏电阻2，装配完成后，可以保证正极端盖1、温敏电阻2、集电排气盖4之间良好的接触，实现三者间稳定的电连接。
47.可选的，正极端盖1内可通过铆压的方式设置电极螺母(未图示)，电极螺母位于正极端盖1的中心处，正极端盖1上的排气孔a围绕在电极螺母的外围。电极螺母用于和电芯的极耳(螺纹极柱)相连，通过螺纹连接的方式连接，最大优点是任何人只要懂用螺丝刀锁上焊片就可，不需要任何技术技能，但焊接加工的人員就要一点技能才可使用，而不再需要通过焊接的方式通过焊片将正极端盖和电芯的极耳相连，更为方便快捷。
48.如图15所示，本实施例的电池包括电池外壳10，电池外壳10的上端开口，电池防爆装置设置于电池外壳10上端的开口处，电池外内10内设置电芯(未图示)，第二密封圈6设置在电池防爆装置和电池外壳10上端开口的内壁之间，起到密封和绝缘的作用。当电池内部产生气体后，气体可从集电排气盖4的排气孔a进入防爆装置内部，当气体压力达到阈值时，气体会冲破防爆膜3，经正极端盖1上的排气孔a向外排出，达到泄压的目的，防止电池因内部压力过大而发生爆炸。
49.本发明的防爆膜通过第一密封圈安装在集电排气盖上，集电排气盖的第一折弯部既具有固定防爆膜的作用，又同时和温敏电阻相接触，具有电连接的作用，温敏电阻不再需要通过防爆膜来实现和集电排气盖之间的电连接，连接结构更为简单；同时防爆膜不是通过焊接的方式和集电排气盖相连，不需要增强厚度来防止焊接时被焊穿，可采用常规的60微米或其他规格的厚度，防爆膜厚度减小后，就不再需要在防爆膜上加工防爆线或撕裂线，使用厚度均匀的防爆膜可以简化生产工艺，降低生产成本，还可以避免厚度误差带来的质量缺陷，有利于提高良品率，保证电池质量。此外，本发明的防爆膜与第一密封圈相配合，集电排气盖和正极端盖和第二密封圈相配合同时配合，通过两道密封圈可以稳定可靠地防止电解液的渗漏，具有良好的隔离密封功能。
50.对于本领域的技术人员来说，可根据以上描述的技术方案以及构思，做出其它各种相应的改变以及变形，而所有的这些改变以及变形都应该属于本发明权利要求的保护范围之内。