專利名稱：一種置于鋰離子電池內(nèi)部的外短路延時(shí)保護(hù)系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及鋰離子電池內(nèi)部結(jié)構(gòu)領(lǐng)域，特別是涉及一種鋰離子動(dòng)力電池極柱和極耳部分 的外短路保護(hù)系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
鋰離子二次電池自發(fā)明以來(lái)，以其突出的能量密度和功率密度，受到人們的廣泛關(guān)注， 其在多個(gè)應(yīng)用領(lǐng)域中被寄予厚望，而另一方面，其安全性一直遭到市場(chǎng)的詬病，使其難以進(jìn) 入諸如電動(dòng)交通工具等對(duì)于容量、功率以及安全性都有較高要求的應(yīng)用領(lǐng)域。近年來(lái)，隨著 更為安全的正極材料、電解液、隔膜以及更可靠的保護(hù)電路的出現(xiàn)，鋰離子二次電池已經(jīng)開(kāi) 始逐漸進(jìn)入電動(dòng)自行車和混合動(dòng)力車領(lǐng)域。
目前對(duì)于鋰離子動(dòng)力電池的安全性要求，甚為重要的一條就是短路后可以冒煙，但是不 能起火，更不能爆炸，鋰離子動(dòng)力電池在滿足這一要求的前提下，配以可靠的外保護(hù)電路， 可以將電池爆炸事故的可能性降低到市場(chǎng)可以接受的水平。其中，外保護(hù)電路可以認(rèn)為是短 路保護(hù)的"第一道防線"，電池自身短路不起火、不爆炸是短路保護(hù)的"第二道防線"。
即便如此，當(dāng)外保護(hù)電路因故障失效，或有異物引起電池組中個(gè)別電池外短路時(shí)，當(dāng)"第 二道防線"開(kāi)始起作用時(shí)，其帶給消費(fèi)的恐懼感和可能給消費(fèi)者帶來(lái)的安全問(wèn)題也不容忽視。
為了進(jìn)一步降低電池或電池組外短路可能造成的損失和可能給消費(fèi)者帶來(lái)的心理陰影， 人們開(kāi)始在上述兩道防線之間增加新的防護(hù)措施。譬如在物電池內(nèi)部極耳上安裝熱敏電阻元 件來(lái)進(jìn)行過(guò)流保護(hù)，這種方法使得電池成本上升明顯且影響電池內(nèi)部空間，尤其是對(duì)于多極 耳的大功率鋰離子動(dòng)力電池而言劣勢(shì)更為明顯；還有的方法是在電池外部安裝熱熔斷器來(lái)進(jìn) 行過(guò)流保護(hù)，這個(gè)也會(huì)使得成本上升明顯，且占用了外部空間影響了電池組的布置和能量密 度。此外，額外增加元件的方法還會(huì)存在因元件失效的潛在危險(xiǎn)。
為此，本發(fā)明公開(kāi)了置于電池內(nèi)部的成本低廉、可靠性強(qiáng)、幾乎不占用電池內(nèi)部空間、 適用電池體系廣的外短路保護(hù)系統(tǒng)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明涉及一種置于鋰離子電池內(nèi)部的外短路延時(shí)保護(hù)系統(tǒng)，優(yōu)選地，特別適用于多極 耳、大功率、高能量密度鋰離子動(dòng)力電池，其特征在于在極耳和極柱之間預(yù)置了 l-5mra厚的 金屬材料，并在極柱部分使用熔點(diǎn)大于等于120。C且小于等于30(TC的絕緣密封墊圈來(lái)將極柱與電池殼密封到一起。電池正常工作時(shí)，金屬材料能保證極耳和極柱的可靠電連接，并且對(duì) 于電池的內(nèi)阻影響很小，但當(dāng)短路電流通過(guò)極柱2s后，金屬材料開(kāi)始發(fā)生物理或者化學(xué)變化 從而在5s內(nèi)破壞極耳和極柱之間的連接，達(dá)到迅速減小或切斷短路電流的目的。
具體實(shí)施方式
對(duì)比例1
此對(duì)比例涉及一個(gè)具有多個(gè)單體電芯、多個(gè)極耳、兩個(gè)極柱的大功率高能量密度方形鋁 殼的鋰離子電池，該電池使用錳酸鋰正極材料，正極使用鋁極耳，正極柱使用鋁極柱，負(fù)極 使用銅極耳，負(fù)極柱使用銅極柱，正極極耳被直接焊接在正極極柱上，負(fù)極極耳被直接焊接 在負(fù)極極柱上。
電池容量為10Ah，可4C充放電循環(huán)，滿充后2次內(nèi)的10C (100A)完全放電不會(huì)造成電 池外觀損壞。 實(shí)施例1
與對(duì)比例1的不同之處在于，在對(duì)于負(fù)極極耳和負(fù)極極柱的超聲焊接工序中，在負(fù)極極 耳和負(fù)極柱之間置入5mm厚的鎳片后焊接，其余工序不變。
實(shí)施例2
與對(duì)比例1的不同之處在于，在對(duì)于正極極耳和正極極柱的超聲焊接工序中，在正極極 耳和正極柱之間置入lmm厚的鋅片后焊接，其余工序不變。 實(shí)施例3
與對(duì)比例1的不同之處在于，在正極極耳和正極極柱之間置入3mm厚的鎳片后焊接，并 且在負(fù)極極耳和負(fù)極柱之間置入3mm厚的鋅片后焊接，其余工序不變。
實(shí)施例4
具體實(shí)施步驟同實(shí)施例1，不同之處在于，其中極耳、鎳片、極柱的連接方式為用導(dǎo)電 膠粘接后，再在粘接處包覆一層熱熔膠作為保護(hù)。 實(shí)施例5
具體實(shí)施步驟同實(shí)施例4，不同之處在于，其中在極耳和極柱之間置入3mm厚的鉛銻合金。
對(duì)比例1在滿充后進(jìn)行外短路測(cè)試，其最大短路電流超過(guò)500A，短路電流在10s內(nèi)降至 300A， 1分鐘內(nèi)降至200A， 3分鐘內(nèi)降至100A， 5分鐘內(nèi)電流接近0A;電池安全閥在5s內(nèi)開(kāi) 起，極柱墊圈底部有不明顯的融化跡象，但能保持大致形狀，電池冒煙，不起火、不爆炸。
實(shí)施例l一3，電池滿充后進(jìn)行外短路測(cè)試，其最大短路電流也超過(guò)500A, 2s后裝有保 護(hù)系統(tǒng)的極柱的墊圈底部因預(yù)置金屬材料的發(fā)熱開(kāi)始明顯融化，電池失密封，預(yù)置的金屬材料被迅速氧化，破壞了極耳和極柱之間的連接，在短路5s內(nèi)短路電流即跌至80A以下，電池 安全。
實(shí)施例4一5，電池滿充后進(jìn)行外短路測(cè)試，其最大短路電流超過(guò)450A， 2s后因預(yù)置金 屬材料的發(fā)熱或熔融而破壞了導(dǎo)電膠、熱熔膠的粘接和保護(hù)效果，從而5s內(nèi)短路電流即跌至 IOA以下，電池安全。
如意外的外短路時(shí)間小于2s，電池還可繼續(xù)使用，但容量和循環(huán)壽命會(huì)受到影響。
上述實(shí)施例是對(duì)本發(fā)明的說(shuō)明，不意圖完全限定本發(fā)明的實(shí)施細(xì)節(jié)，任何在本發(fā)明基礎(chǔ) 上的簡(jiǎn)單改變、等效、替換或組合后的結(jié)構(gòu)均屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍。
權(quán)利要求
1. 一種置于鋰離子電池內(nèi)部的外短路延時(shí)保護(hù)系統(tǒng)，其特征在于，該系統(tǒng)具有金屬材料，該金屬材料置于鋰離子電池極耳和極柱之間且與該極耳和極柱電連接，當(dāng)短路電流通過(guò)時(shí)所述金屬材料能夠延時(shí)破壞在極耳和極柱之間的電連接；以及用于將極柱和電池殼密封到一起的易熔絕緣密封墊圈。
2. 如權(quán)利要求l所述的置于鋰離子電池內(nèi)部的外短路延時(shí)保護(hù)系統(tǒng)，其特征在于預(yù)置 的金屬材料可以是純金屬諸如鋅、鎳等，也可以是合金諸如鉛銻合金、錫銻合金等。
3. 如權(quán)利要求2所述的置于鋰離子電池內(nèi)部的外短路延時(shí)保護(hù)系統(tǒng)，其特征在于所述 金屬材料的厚度在l一5mm之間。
4. 如權(quán)利要求l所述的置于鋰離子電池內(nèi)部的外短路延時(shí)保護(hù)系統(tǒng)，其特征在于所述 易熔絕緣密封墊圈的熔點(diǎn)大于等于120°C，且小于等于300'C。
5. 如權(quán)利要求l所述的置于鋰離子電池內(nèi)部的外短路延時(shí)保護(hù)系統(tǒng)，其特征在于該保 護(hù)系統(tǒng)可以安裝在正極的極耳與極柱之間，也可以安裝在負(fù)極的極耳與極柱之間，也可以同 時(shí)安裝在正極的極耳與極柱之間以及負(fù)極的極耳與極柱之間。
6. 如權(quán)利要求l所述的置于鋰離子電池內(nèi)部的外短路延時(shí)保護(hù)系統(tǒng)，其特征在于該保護(hù)系統(tǒng)在短路2s之后5s以內(nèi)破壞極柱和極耳之間的連接。
全文摘要
本發(fā)明提供一種置于鋰離子電池內(nèi)部的外短路延時(shí)保護(hù)系統(tǒng)，涉及鋰離子電池內(nèi)部結(jié)構(gòu)領(lǐng)域，該系統(tǒng)包括置于鋰離子電池極耳和極柱之間的金屬材料，該金屬材料在外短路電流通過(guò)時(shí)能夠延時(shí)破壞在極耳和極柱之間的電連接；以及用于將極柱和電池殼密封到一起的易熔絕緣密封墊圈。該系統(tǒng)可以在短路2s之后破壞電池極耳和極柱的連接，達(dá)到進(jìn)一步提高鋰離子電池的安全性的目的。
文檔編號(hào)H01M2/34GK101286555SQ20081011263
公開(kāi)日2008年10月15日 申請(qǐng)日期2008年5月23日 優(yōu)先權(quán)日2008年5月23日
發(fā)明者丁楚南, 吳方旭, 杰 安, 朱文濤, 邱新平, 曦 鄭 申請(qǐng)人:清華大學(xué)