一种防止电池起火爆炸的电芯结构和具有该电芯结构的锂离子电池

摘要

本发明公开了一种防止电池起火爆炸的电芯结构，包括电芯本体和电芯壳体，所述的电芯本体的外部包覆有高温自裂密封装置，所述的电芯壳体内侧设置有减振装置，所述的减振装置与密封装置之间设置有空腔，所述的空腔内部填充有灭火材料。还公开了具有该电芯结构的锂离子电池。该防止电池起火爆炸的电芯结构和具有该电芯结构的锂离子电池，具有设计简单，外形结构成型、出模简易；防止起火爆炸的性能好，在与同等电池结构比较，材料成本更低廉，安全性由0%提高到99%以上，使用安全可靠，可以广泛应用到交通动力(电动自行车、电动摩托车、电动汽车)，储能、航天、通信备用电源等领域。

说明书

技术领域

本发明涉及锂离子电池技术领域，尤其是涉及一种防止电池起火爆炸的电芯结构和具有该电芯结构的锂离子电池。

背景技术

由于不可再生能源危机和环境污染严重，加速了绿色环保高性能锂离子电池的发展，应用领域由数码产品领域延伸到交通动力、储能、航天、通信备用电源等领域；对锂离子电池的需求也由原先的几百毫安时发展到上百甚至上千安时，由于容量的提升，安全因素将更加难以控制，现在高容量锂离子电池安全性是众多企业研究的课题。

中国专利文献（公告日： 2011年8月10日，公告号： CN201927668U）公开了一种防止锂离子电池过充、短路引起燃烧之结构，电池与电路板连接，电路板上有取样点，取样点连接电池；在电路板正极与电池正极端相连接的位置设有阻燃层，阻燃层将电池正极一端除导电触头外的其它位置与电路板的正极输入端阻隔开；取样点与电池之间设有阻燃层，阻燃层将取样点与电池之间阻隔开；电池正极一端设有绝缘圈。该实用新型在电路板正极输入端与电池正极端之间、电路板取样点与电池之间设置阻燃材料，即使电池发生过充、短路等状况导致温度上升，由于阻燃材料将电池与电路板正极输入端阻隔开来，因此可防止电路板及电池起火燃烧，确保电池安全性；另外，在电池的正极一端加设一绝缘圈，可进一步增强电池绝缘性能。

中国专利文献（公告日： 2013年6月26日，公告号： CN203026604U）公开了一种软包锂电池的电芯结构，包括负极片、隔膜和正极片，正极片和负极片上均设有极耳，负极片包括集流体铜箔以及涂布其上的负极活性物质、粘接剂和导电碳粉，正极片包括集流体铝箔以及涂布其上的正极活性物质、粘接剂和导电碳粉；负极片、隔膜和正极片依次叠置并卷绕形成初级电芯。该实用新型通过在现有的初级电芯外层依次卷绕集流体铜箔、隔膜和集流体铝箔，使单电芯在受到针刺时，电芯内部瞬间产生的巨大热量延外层集流体铜箔和集流体铝箔快速转移，防止了电芯内部局部高温而造成的起火或爆炸，达到电芯穿刺时快速散热的效果，从而可提高了锂离子电池的击穿安全性能；另外该实用新型结构简单，容易实现，成本较低。

中国专利文献（公告日： 2010年3月17日，公告号： CN201425957）公开了一种水冷式锂离子电池阻燃防爆装置，包括锂离子电池、安全阀，锂离子电池装于由下壳、上盖组成的盒体内，在下壳内装有水，浸泡着锂离子电池。该实用新型结构合理，对锂离子电池采用水冷的方式，与安全阀一起构成防爆双保险；同时具有阻燃的效果；安全可靠，适用于汽车电池等大型电池组上。

发明内容

本发明的第一个发明目的是为了解决现有的锂离子电池当电池出现内部短路或过充等各种不良因素时，电池由于能量得不到释放引起燃烧、爆炸等问题，而提供一种能有效防止电芯内短路引起的燃烧和爆炸，设计简单，外形结构成型、出模简易，成本低，安全性高的防止电池起火爆炸的电芯结构。

本发明的第二个发明目的是提供一种具有防止电池起火爆炸的电芯结构的锂离子电池。

本发明实现其第一个技术目的所采用的技术方案是：一种防止电池起火爆炸的电芯结构，包括电芯本体和电芯壳体，所述的电芯本体的外部包覆有高温自裂密封装置，所述的电芯壳体内侧设置有减振装置，所述的减振装置与密封装置之间设置有空腔，所述的空腔内部填充有灭火材料。该防止电池起火爆炸的电芯结构，在紧贴电芯的外围进行全密封包裹设计一个具有高温自裂功能的密封装置，该密封装置具有遇到高温时自行破裂的功能，再在电芯壳体内侧设置有减振装置，同时在减振装置与密封装置之间设置一个空腔，在空腔内部填充灭火材料，根据电池本身的各种特性，当电池产生安全隐患时，电池组内部的温度将逐渐升高，当温度升高到一定程度时，紧贴电芯本体的全密封装置将会自行破裂，灭火材料会通过破裂缝隙渗入到电芯本体表面，使电池组得到降温或是灭火，从而控制电池组不起火、不爆炸，为了进一步防止爆炸，通过设置减振装置将从电芯本体内部产生的冲击力进行释放减振。该防止电池起火爆炸的电芯结构，具有设计简单，外形结构成型、出模简易；在与同等电池结构比较，材料成本更低廉，安全性由0%提高到99%以上。

作为优选，所述的密封装置为遇高温可自行分解的聚丙烯薄膜，所述的密封装置自行分解的温度为80度至120度。密封装置采用遇高温可自行分解的聚丙烯薄膜，当电芯本体内部温度升高到80度时，该密封装置开始自裂，使得电芯本体与空腔连通，通过空腔内部的灭火材料进行灭火降温，防止爆炸。

作为优选，所述的减振装置为减振弹片，所述的减振弹片多方向交错独立设置。减振装置采用多方向交错独立设置的减振弹片，这样的结构当电芯本体意外产生较强的冲击力时，该减振装置在冲击力的作用下向不同方向运动，使冲击力得到释放，起到减振作用，有效防止电芯的爆炸，安全性能高。

作为优选，所述的灭火材料为水，所述的空腔内部通过隔板设置有多个隔腔，所述的隔腔内部分别设置有延伸到电芯壳体外部的射流管，所述的射流管的开口设置在电芯壳体的上端。作为一种优选方案，采用水作为灭火材料，此时，空腔内部通过隔板设置有多个互不相通的隔腔，隔腔内部设置有射流管，射流管的开口设置在电芯壳体的上端，当电池本体产生安全隐患时，电池本体某个部位的温度会上升，此处的密封装置会先行破裂，对应于该处的隔腔内部的水会向电沁本体沁入，如果内部压力继续上升，此隔腔内部的水会在内部冲击压力的作用下通过射流管向上喷射，起到从上向下降温灭火作用，而其他位置隔腔内部的水在压力没有达到的情况下，会留在隔腔内部对该部位进行防火防爆，射流管的开口上可以设置较薄口盖，也可以不设口盖，以便于隔腔内部的水从开口射出，对整个电池进行灭火防爆。

作为另一种优选，所述的灭火材料为干粉或者碳酸氢钠。当然空腔内部也可采用干粉或者碳酸氢钠等气体或液体等灭火材料，当电池本体产生安全隐患时，干粉或者碳酸氢钠直接对电芯本体进行灭火防爆，配合外部的减振装置能够有效防止电池起火爆炸。

作为优选，所述的电芯壳体上设置有多个释放孔，所述的释放孔上安装有气压阀。电芯壳体上设置有多个释放孔，释放孔上设置气压阀，当电池产生安全隐患时，电池组内部的能量也可以通过释放孔和气压阀得到有效的释放，从而进一步控制电池组不起火、不爆炸。释放孔和气压阀可以设置在壳体的任意位置，只要能够实现将电池内部能量从各个疏通孔进行释放，防止电池由于能量得不到释放引起燃烧、爆炸即可。

作为优选，所述的释放孔的孔径大小为5~50mm。释放孔的孔径大小以有效释放能量，不引起电池起火爆炸为宜。

作为优选，电芯壳体为不锈钢壳、铁壳、铝壳、塑料外壳或者金属材料与塑料材料组合的外壳。电芯壳体可以采用各种材料的壳体，如不锈钢壳、铁壳、铝壳、塑料外壳、金属材料与塑料材料组合的外壳等，而且壳体的形状也不受限制，根据锂电池应用范围的不同，而设置为不同结构。

本发明实现其第二个发明目的所采用的技术方案是：一种具有防止电池起火爆炸的电芯结构的锂离子电池，该锂离子电池包括底座、防止电池起火爆炸的电芯结构、电池组合件和电池接口，所述的防止电池起火爆炸的电芯结构与电池组合件和底座连接组成锂离子电池，所述的电池接口与防止电池起火爆炸的电芯结构内部电连接。该锂离子电池，采用防止电池起火爆炸的电芯结构，当电池在使用过程中出现内部短路或过充等各种不良因素时，电池组内部的温度将逐渐升高，当温度升高到一定程度时，紧贴电芯本体的全密封装置将会自动破裂，灭火材料随着破裂缝隙渗入到电芯本体表面，使电池组得到降温或是灭火，同时在电芯外壳内侧设置有减振装置，当内部冲击力上升时，减振装置在冲击力的作用下向不同方向弹开，起到释放冲击力的作用，从而起到防止了电池由于温度不断升高致使电芯内短路引起燃烧、爆炸，该锂离子电池安全性能高。

作为优选，所述的防止电池起火爆炸的电芯结构中密封装置为遇高温可自行分解的聚丙烯薄膜，所述的密封装置自行分解的温度为80度至120度；所述的减振装置为减振弹片，所述的减振弹片多方向交错独立设置；所述的灭火材料为水，所述的空腔内部通过隔板设置有多个隔腔，所述的隔腔内部分别设置有延伸到电芯壳体外部的射流管，所述的射流管的开口设置在电芯壳体的上端；或者所述的灭火材料为干粉或者碳酸氢钠；所述的电芯壳体上设置有多个释放孔，所述的释放孔上安装有气压阀，所述的释放孔的孔径大小为5~50mm；壳体为不锈钢壳、铁壳、铝壳、塑料外壳或者金属材料与塑料材料组合的外壳。

本发明的有益效果是：该防止电池起火爆炸的电芯结构和具有该电芯结构的锂离子电池，具有设计简单，外形结构成型、出模简易；防止起火爆炸的性能好，在与同等电池结构比较，材料成本更低廉，安全性由0%提高到99%以上，使用安全可靠，可以广泛应用到交通动力(电动自行车、电动摩托车、电动汽车)，储能、航天、通信备用电源等领域。

附图说明

图1是本发明防止电池起火爆炸的电芯结构的一种结构示意图；

图2是本发明防止电池起火爆炸的电芯结构的另一种结构示意图；

图3是本发明中具有防止电池起火爆炸的电芯结构的锂离子电池的一种结构示意图；

图4是本发明中具有防止电池起火爆炸的电芯结构的锂离子电池的第二种结构示意图；

图5是本发明中具有防止电池起火爆炸的电芯结构的锂离子电池的第三种结构示意图；

图中：1、电芯本体，2、电芯壳体，3、密封装置，4、减振装置，5、空腔，6灭火材料，7、隔板，8、隔腔，9、射流管，10、释放孔11、气压阀，12、底座，13、电池组合件，14、电池接口。

具体实施方式

下面通过具体实施例并结合附图对本发明的技术方案作进一步详细说明。

实施例1：

在图1所示的实施例中，一种防止电池起火爆炸的电芯结构，包括电芯本体1和电芯壳体2，电芯本体1的外部包覆有高温自裂密封装置3，电芯壳体2内侧设置有减振装置4，减振装置4与密封装置3之间设置有空腔5，空腔5内部填充有灭火材料6。灭火材料6为干粉或者碳酸氢钠。本实施例中灭火材料6采用碳酸氢钠。

密封装置3为遇高温可自行分解的聚丙烯薄膜，密封装置3自行分解的温度为80度至120度。

减振装置4为减振弹片，减振弹片多方向交错独立设置。

电芯壳体2上设置有多个释放孔10，释放孔10上安装有气压阀11。释放孔10的孔径大小为5~50mm。

电芯壳体2为不锈钢壳、铁壳、铝壳、塑料外壳或者金属材料与塑料材料组合的外壳。本实施例中电芯壳体采用塑料外壳。

一种具有防止电池起火爆炸的电芯结构的锂离子电池（见图3），该锂离子电池包括底座12、防止电池起火爆炸的电芯结构、电池组合件13和电池接口14，防止电池起火爆炸的电芯结构与电池组合件13和底座12连接组成锂离子电池，电池接口14与防止锂离子电池起火爆炸的电芯结构内部电连接。防止电池起火爆炸的电芯结构中密封装置3为遇高温可自行分解的聚丙烯薄膜，密封装置3自行分解的温度为80度至120度；减振装置4为减振弹片，减振弹片多方向交错独立设置；灭火材料6为碳酸氢钠，电芯壳体2上设置有多个释放孔10，释放孔10上安装有气压阀11，释放孔10的孔径大小为5~50mm；电芯壳体2为塑料外壳。

实施例2：

在图2所示的实施例中，一种防止电池起火爆炸的电芯结构，包括电芯本体1和电芯壳体2，电芯本体1的外部包覆有高温自裂密封装置3，电芯壳体2内侧设置有减振装置4，减振装置4与密封装置3之间设置有空腔5，空腔5内部填充有灭火材料6。灭火材料6为水，空腔5内部通过隔板7设置有多个隔腔8，隔腔8内部分别设置有延伸到电芯壳体2外部的射流管9，射流管9的开口设置在电芯壳体2的上端。

密封装置3为遇高温可自行分解的聚丙烯薄膜，密封装置3自行分解的温度为80度至120度。

减振装置4为减振弹片，减振弹片多方向交错独立设置。

电芯壳体2为不锈钢壳、铁壳、铝壳、塑料外壳或者金属材料与塑料材料组合的外壳。本实施例中电芯壳体采用不锈钢壳。

一种具有防止电池起火爆炸的电芯结构的锂离子电池（见图4），该锂离子电池包括底座12、防止电池起火爆炸的电芯结构、电池组合件13和电池接口14，防止电池起火爆炸的电芯结构与电池组合件13和底座12连接组成锂离子电池，电池接口14与防止锂离子电池起火爆炸的电芯结构内部电连接。防止电池起火爆炸的电芯结构中密封装置3为遇高温可自行分解的聚丙烯薄膜，密封装置3自行分解的温度为80度至120度；减振装置4为减振弹片，减振弹片多方向交错独立设置；灭火材料6为水，空腔5内部通过隔板7设置有多个隔腔8，隔腔8内部分别设置有延伸到电芯壳体2外部的射流管9，射流管9的开口设置在电芯外壳2的上端；电芯壳体2为不锈钢壳。

该防止电池起火爆炸的电芯结构，能适用于各种壳体的电池（见图5），电芯壳体2可以是不锈钢壳、铁壳、铝壳、塑料壳、金属材料与塑料材料组合的壳等。可以应用于各领域，如交通动力(电动自行车、电动摩托车、电动汽车)，储能、航天、通信备用电源等领域。电芯壳体2上的任何位置可以开设释放孔，释放孔上设置气压阀，如在电池组外壳的6个面的任意位置上开设释放孔，而空腔内部可以填充各种灭火材料，如干粉、气体、液体、碳酸氢钠等材料。具有防止电池起火爆炸的电芯结构的锂离子电池，不需要人员控制，能自行进行防止电池起火、爆炸。

该防止电池起火爆炸的电芯结构，在紧贴电芯本体1的外围进行全密封包裹设计密封装置3，密封装置3具有遇到高温时自行破裂的功能，再在电芯外壳2的内侧设置减振装置4，在紧贴包裹密封装置3与减振装置4之间的空腔5内部，填充水等灭火材料6，当电池产生安全隐患时，当电池出现内部短路或过充等各种不良因素时，电池组内部的温度将逐渐升高，当温度升高到一定程度时，紧贴电芯本体的密封装置3将会自行破裂，水等灭火材料随着破裂缝隙渗入到电芯本体表面，使电池组得到降温或是灭火，而当电池组内部冲击压力升高到一定大小时，减振装置4在冲击力的作用下向不同方向弹下，将冲击力进行释放，起到减振防爆的作用，从而控制电池组不起火、不爆炸，有效保障电池的安全实用性。

该防止电池起火爆炸的电芯结构，可以针对各种电池的外形结构进行设计，应用到各种塑料材料、铝桶材料、钢材料、铁材料、或金属材料与塑料材料组合电池外形结构，该结构具有设计简单，外形结构成型、出模简易；在与同等电池结构比较，材料成本更低廉，安全性由0%提高到99%以上。