一种内置气体发生装置的锂离子电池制造方法及图纸

一种内置气体发生装置的锂离子电池。本申请公开了一种锂离子电池，其内部有气体发生装置。所述气体发生装置包含产气物质和触发电路。所述触发电路以所述电池为电源，所述触发电路读取所述锂离子电池的电压、充放电电流、温度、气压、和内部气氛来决定是否触发所述气体发生装置。如果所读到的电池电压值或其它参数值或这些数值的变化率，或所得到的数值组合超出预定范围，即启动气体发生装置，产生气体，并由高气压推动安全装置起作用。本申请的益处是，不用将产气物质混合到电极活性材料中，因而不会因为产气物质而恶化电池的电化学性能，且能起到的安全保护范围更广泛。

A lithium ion battery with a built-in gas generator

A lithium ion battery with a built-in gas generator. The present application discloses a lithium ion battery with a gas generator inside. The gas generator includes gas producing material and trigger circuit. The trigger circuit uses the battery as the power supply, and the trigger circuit reads the voltage, charging and discharging current, temperature, air pressure and internal atmosphere of the lithium ion battery to decide whether to trigger the gas generator. If the battery voltage or other parameter values read, or the rate of change of these values or the combination of numerical values exceed the predetermined range, the gas generator will start up, and the gas will be generated, and the safety device will be driven by high pressure. The advantage of this application is that it does not need to mix gas producing substances into electrode active materials, so it will not deteriorate the electrochemical performance of the battery due to gas producing substances, and can play a wider range of safety protection.

【技术实现步骤摘要】
一种内置气体发生装置的锂离子电池
本申请涉及动力锂离子电池安全技术。更具体地说是通过在锂离子电池内部置入一个产气装置来提高动力锂离子电池组安全性的方法，主要应用于新能源汽车动力电池领域。
技术介绍
锂离子电池以其能量密度高，循环寿命长，所用材料环境友好而成为新能源汽车的优选动力源，然而，恰由于能量密度高，大容量的车用动力锂离子电池组，存在不可忽视的安全风险，比如，锂离子电池在过充，或发生内短路的时候有发生热失控，从而燃烧爆炸的风险。过充是影响离子电池安全的关键问题。在过充状态下，电池的正极和负极，都处于不稳定的高能状态，尤其是比如三元锂离子电池的正极，在过充状态下容易析出氧气产生副反应，严重时甚至会起火爆炸，所以防止离子电池的过充就显得非常必要。尽管在电池管理系统里面，都会有防止过充的机制，但是系统可能会因为不可预知的软硬件故障导致电池管理系统无法在过充时按照预想断开充电电路，所以在电池管理系统之外设置过充断路机制，在电池发生过充时及时将电池的一极或两极从充电电路中断开，以避免持续过充导致电池发生热失控是公知的技术准则。公知的技术方案是在电解液和电极材料中加入可以在电池过充时产生气体的物质，比如在正极材料中加入碳酸锂。锂离子电池在过充状态下，正极的电化学电位升高，碳酸锂在高电化学电位下，会放出二氧化碳，从而使电池内部的气压升高，利用升高的气压推动机械机构动作从而终止充电过程。所述机械机构可以分为两类，一种是利用升高的内部气压推动弹性部件变形将电路中有预制刻痕的部位拉断从而断开电路；另一种是利用内部气压推动一个弹性金属膜片翻转使电池壳体两极柱通过一个阻值很小的电阻放电从而将电池卷芯极耳与极柱相连部位电路中较细的一段相当于保险丝功能的位置烧断，烧断后电池卷芯脱离了放电或充电回路，而电池壳体两极柱处于短路状态保证了串联电池组依然可以持续对外供电，从而保证了车辆不会面临突然失去主电源的危险。这种在电极材料中添加产气物质方式的缺点在于：首先产气添加剂对电池的电化学性能有害，会降低能量密度并且增加内阻；其次由于机械机构参数的离散性，这种方式也很难保证机械机构触发点的准确性。除了过充导致的电压过高之外，还有其他一些参数，当它们超出安全范围的时候，意味着锂离子电池处于不安全状态，这个时候将该节锂离子电池卷芯从电池组放电或充电回路中断开是一个优选的方案。所述的不安全状况包括但不限于电压过低，电压变化速率过大，充电或放电电流过大，温度过高，温度变化速率过大，电池内部气压过高，电池内部气压过低，电池内部气压变化速率过大。前述公知的过充产气触发断路技术只能在电压过高的情况下起到保护作用，对电压过低的情况不能响应，对温度，电池内部气压等参数也不能响应。
技术实现思路
本申请的目的之一在于针对现有技术的不足，提供一种产气装置，从而无需在电极材料中加入产气物质，且所述产气装置在电池过充时，被触发起作用的动作点更精确。本申请的另一个目的在于提供一种安全装置在电池发生电压过低，电压变化速率过大，充电或放电电流过大，温度过高，温度变化速率过大，电池内部气压过高，电池内部气压过低，或电池内部气压变化速率过大的状况时，将有安全风险的电池卷芯从电池组放电或充电回路中断开。为了达到上述目的，本申请采用如下技术方案：在电池内部置入产气装置，所述产气装置包括控制电路和产气物质，所述产气物质可以通过物理相变或化学反应的方式产生气体，可选的，所述产气物质为硝酸纤维和氢氧化铝的混合物，硝酸纤维在引发后通过化学反应产生气体，氢氧化铝在高温下分解能够吸收热量，降低所产生气体的温度。所述控制电路以所述电池为电源，可选的，所述电池的电压也是控制电路的输入信号，所述电压超过门限值，控制电路即加热产气物质，产生气体使气压升高，推动机械机构动作，使电池壳体两极柱短路同时将电池卷芯极耳与极柱相连电路中较细的一段相当于保险丝功能的位置烧断，从而使所述电池卷芯脱离放电或充电回路，以保证安全。作为本申请的一种改进，所述控制电路包含微处理器和多个传感器，所述微处理器有多个模数转换通道，所述模数转换通道可以读取所述电池的电压值或所述传感器输出的模拟量。所述传感器包括但不限于电流传感器、温度传感器、气压传感器、和化学传感器。所述微处理器反复循环读取所述电池的电压值和所述各个传感器输出模拟量的值，如果所读到的任一传感器输出的数值或数值的变化率，或所读到的数据组合超出预定范围，即由所述微处理器发出控制信号，通过所述控制电路加热引发所述产气物质。作为本申请的一种改进，所述产气物质被置于一个所述锂离子电池壳体内小体积的气密空间中，所述气密空间的一个面是所述弹性翻转片，所述产气物质被引发后所产生的气体被限制于所述密闭空间中，并不扩散到所述电池内部的全部自由空间中，所述气体膨胀做功释放的能量大部分用于推动所述弹性翻转片翻转，这样做可以减少所述产气物质的用量并且有更高安全性，因为产气过程产生的热量更小并且热量向所述电池卷芯扩散的更少更慢。本申请的有益效果是：产气物质单独存在，不参与电化学反应，因而不会恶化电池的电化学性能；针对过充电情况通过监控电压来触发断路装置，触发点准确；所述控制电路可以包含多种传感器，对多种信号、信号的变化速率、和多个信号的组合作出响应，因而安全保护范围更全面。附图说明下面结合附图和具体实施方式对本申请及其有益技术效果进行详细说明，其中：图1所示为完整电池壳体轴测图；图2所示为本申请实施例1电池顶盖剖视图；图3所示为本申请实施例1电池顶盖剖视图的局部放大视图；图4所示为本申请实施例1电池顶盖的爆炸视图；图5所示为本申请实施例1产气装置控制电路原理图；图6所示为本申请实施例2电池顶盖剖视图的局部放大视图；图7所示为本申请实施例2产气装置控制电路原理图。具体实施方式以下通过具体实施例并结合附图对本申请作进一步说明，但本申请并不限于以下实施例。所述方法如无特别说明，均为常规方法，所述材料如无特别说明，均能从公开商业途径购买得到。实施例1如图1所示的完整电池壳体，其中1电池下壳体，2电池顶盖，3正极极柱，4负极极柱，5注液孔，6防爆阀；图2所示为电池顶盖剖视图，所述剖视图更清晰的展示了电池顶盖的结构，其中31正极极柱上部，32正积极住下部，41负极极柱上部，42负极极柱下部，71产气头，72产气头正电源线，73产气头负电源线，8弹性翻转片；图3所示为电池顶盖剖视图的局部放大视图，图3展示了本实施例的关键结构细节，其中711产气头底含电路板，712引发头，713产气物质，714产气头壳，715产气头盖；图4所示为本专利技术的一种实施方式的电池顶盖的爆炸视图，其中33正极电阻，34正极密封垫圈，35正极绝缘下垫片，43负极绝缘上垫片，44负极密封垫圈，45负极绝缘下垫片；图5所示为一种电压触发的产气装置控制电路原理图，其中Vbatt接电池正极，GND接电池负极，Q1为功率达林顿晶体管，D1为齐纳二极管，R1为基极电阻，R2是负载电阻，也就是引发头712内部负载电阻。在本实施例中产气装置的工作原理如下：在电池电压低于正常值，如在0到2.5伏之间时，或者当电池电压处于容许范围内如在2.5伏到4.4伏之间时，Vbatt小于稳压二极管D1的反向击穿压降加上功率三极管Q1的基极和发射极之间本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种锂离子电池，包括正极极片，负极极片，间隔于正极极片和负极极片之间的隔膜，以及电解液，所述电池通过其内部的产气物质产生气体膨胀做功来推动机械机构动作从而使所述电池卷芯脱离放电或充电回路，其特征在于：所述电池内部有气体发生装置，所述产气物质置于所述气体发生装置中，所述气体发生装置包括控制电路，所述控制电路以所述电池为电源，所述产气物质的产气由所述控制电路决定。

【技术特征摘要】
1.一种锂离子电池，包括正极极片，负极极片，间隔于正极极片和负极极片之间的隔膜，以及电解液，所述电池通过其内部的产气物质产生气体膨胀做功来推动机械机构动作从而使所述电池卷芯脱离放电或充电回路，其特征在于：所述电池内部有气体发生装置，所述产气物质置于所述气体发生装置中，所述气体发生装置包括控制电路，所述控制电路以所述电池为电源，所述产气物质的产气由所述控制电路决定。2.根据权利要求1所述的内部有气体发生装置的锂离子电池，其特征在于：所述控制电路以所述电池的电压为控制信号，所述电池被过充，所述电池的电压超过预定值时，所述控制电路引发所述产气物质，所述电压的预定值由齐纳二极管D1的反向压降和达林顿晶体管Q1的基极到发射极的压降之和决定。3.根据权利要求1所述的内部有气体发生装置的锂离子电池，其特征在于：所述控制电路包含微处理器和传感器，所述传感器包括线性霍尔电流传感器、温度传感器、气压传感器、和化学传感器，所述微处理器通过模数转换通道反复循环读取所述电池的电压值和所述各传感器输出的模拟量，如果所读到的电池电压值或任一传感器输出模拟量的数值或数值的变化率，或所读取到的数据组合超出预定范围，即由所述微处理器发出控制信号，使功率元件导通引发所述产气物质。4.根据权利要求1所述的内部有气体...

【专利技术属性】
技术研发人员：谷涛，
申请(专利权)人：谷涛，
类型：发明
国别省市：上海,31