[實用新型]一種具有高安全性能的鋰離子電池及電池模組

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201921571586.1
• 申請日: 2019-09-20
• 公開（公告）號: CN210576161U
• 公開（公告）日: 2020-05-19
• 發(fā)明（設計）人: 李國華;陳東;譚勇;肖斌;李遠宏;曾觀音;肖鵬;彭超
• 申請（專利權(quán)）人: 深圳市比克動力電池有限公司
• 主分類號: H01M2/12
• 分類號: H01M2/12;H01M10/04;H01M10/0525
• 代理公司: 廣州粵高專利商標代理有限公司 44102
• 代理人: 許青華

本實用新型公開了一種具有高安全性能的鋰離子電池及電池模組，鋰離子電池包括防爆殼體、和用于密封所述防爆殼體的防爆帽蓋；所述防爆殼體的底部設置有防爆刻痕；所述防爆帽蓋包括頂蓋、防爆片、絕緣墊圈、孔板和密封圈，其中，所述孔板上未設置通孔；所述絕緣墊圈具有開口。通過這種設置，當電芯發(fā)生爆炸時，爆炸沖擊波向兩端傳播，以強大的壓力沖開電池殼體底部防爆刻痕，防止爆炸壓力提前漏出；可實現(xiàn)兩端同時開口同時泄壓，抑制電芯向上噴出，阻止噴出物對鋼殼滾槽的熔穿作用，阻止高溫物質(zhì)噴射到周邊相鄰電芯，通過對炸膛，熔洞和大量電芯噴出等問題的綜合解決，實現(xiàn)了阻斷單體電芯熱擴散的路徑；從而大大地提高了高鎳鋰離子電池的安全性能。

技術(shù)領(lǐng)域

本實用新型涉及了鋰離子電池熱安全技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及了一種具有高安全性能的鋰離子電池及電池模組。

背景技術(shù)

隨著能源危機的加劇和環(huán)境的惡化，人們迫切需求清潔能源代替?zhèn)鹘y(tǒng)的化石能源。鋰離子電池因為具有容量高、循環(huán)壽命長和環(huán)境友好等優(yōu)點，越來越受到人們的重視。隨著科技的不斷發(fā)展，鋰離子電池在各行各業(yè)中的使用越來越頻繁，對鋰離子電池的能量密度等提出了越來越高的要求，工信部對于下一代鋰離子動力電池的能量密度要求達到了300Wh/kg。提升能量密度的方法可以通過提高材料的高壓實及材料的容量這兩方面進行，針對材料的壓實提高的空間有限而且會對后期循環(huán)性能造成不利影響，因此，目前主流方向還是以提高材料的容量為主要研究方向。正極材料是鋰離子電池的關(guān)鍵材料之一，也是阻礙鋰離子電池能量密度的關(guān)鍵因素。高鎳材料具有高的可逆性容量，低的成本，被認為是最有希望的實現(xiàn)高能量密度的正極材料。

但是，因為脫鋰態(tài)的高鎳材料熱穩(wěn)定性差及高能量密度的屬性，當電芯發(fā)生熱濫用，機械沖擊等，極容易分解產(chǎn)熱產(chǎn)氧，引發(fā)熱失控，伴隨著放出大量的熱和高，更甚的是其爆炸破壞力大，易對殼體產(chǎn)生破壞如導致產(chǎn)生殼體熔洞、殼體炸膛和大量電芯噴出等情形，而這些都可能是熱失控擴散的條件。分析其原因，主要為高能量密度電芯爆炸產(chǎn)生的高壓（一般大于20MPa）不能有效及時地排出電芯體外，以致壓力短時積累使殼體發(fā)生炸裂，形成炸膛現(xiàn)象。炸膛是最惡劣的一種，而高溫物質(zhì)會從熔洞噴射出來直接并噴到模組的周邊電芯上。如果此問題不解決，那么就極有可能發(fā)生熱失控擴散至整個電芯包。再者，如果某個電芯發(fā)生熱失控時，那么高溫物質(zhì)傾向于從正極一端大量噴射出，特別是在電芯組成模組后，電芯一端會集聚大量的熱。這種情況下容易從一端燒壞模組及集流板造成極大的破壞，進而熱失控擴散；另一方面噴出失控后的電芯噴射物是一種高溫高速的流體，此種噴射流體的速度高達3000m/s以上，溫度高達1300度以上；當噴射到鋼殼時易使鋼發(fā)生熔化，如果持續(xù)對殼體作用極易使會把滾槽處或殼避的殼體溶穿，形成熔穿效應。高溫物質(zhì)進而會從熔洞噴出，進而會噴射到模組周邊電芯，引起熱失控擴散。

為了提高高鎳鋰離子電池的安全性能，需要進行防爆設計。但是現(xiàn)有的防爆設計一般只針對電池殼體進行防爆設計，即在電池殼體底部設置防爆刻痕。但是，本申請的實用新型人在實現(xiàn)本申請實施例的過程中發(fā)現(xiàn)：采用單一的防爆殼體并不能有效地解決熔洞、炸膛及電芯噴射物等問題，原因在于設置在電池殼體底部的防爆刻痕經(jīng)常不能及時開啟，壓力不能及時排泄。同時現(xiàn)有技術(shù)的鋰離子電池的蓋帽包括孔板，由于電流中斷裝置（CID）的設計需要，孔板通常都是有孔的，甚至為了實現(xiàn)更容易高壓斷路的功能，孔板采取大孔設計的。無論怎樣，這種有孔或大孔板的設計結(jié)構(gòu)在電芯爆炸前，就使得電芯的上端是一個開放口，即為一種開放結(jié)構(gòu)。這種開放結(jié)構(gòu)使得電芯爆炸產(chǎn)生的壓力優(yōu)先向一端口噴出，很容易因為壓力不足，使電池殼體底端設置的防爆刻痕無法打開，使防爆殼體起不到防爆作用。也因為有孔孔板對氣流的走向具有導向作用，使得高溫高速的流體大量從上端口噴出從而更容易導致的鋼殼熔洞問題；這些問題是引起圓柱電芯熱失控擴散的主要原因。

發(fā)明內(nèi)容