[实用新型]一种具有高安全性能的锂离子电池及电池模组

说明书

本实用新型公开了一种具有高安全性能的锂离子电池及电池模组，锂离子电池包括防爆壳体、和用于密封所述防爆壳体的防爆帽盖；所述防爆壳体的底部设置有防爆刻痕；所述防爆帽盖包括顶盖、防爆片、绝缘垫圈、孔板和密封圈，其中，所述孔板上未设置通孔；所述绝缘垫圈具有开口。通过这种设置，当电芯发生爆炸时，爆炸冲击波向两端传播，以强大的压力冲开电池壳体底部防爆刻痕，防止爆炸压力提前漏出；可实现两端同时开口同时泄压，抑制电芯向上喷出，阻止喷出物对钢壳滚槽的熔穿作用，阻止高温物质喷射到周边相邻电芯，通过对炸膛，熔洞和大量电芯喷出等问题的综合解决，实现了阻断单体电芯热扩散的路径；从而大大地提高了高镍锂离子电池的安全性能。

技术领域

本实用新型涉及了锂离子电池热安全技术领域，特别是涉及了一种具有高安全性能的锂离子电池及电池模组。

背景技术

随着能源危机的加剧和环境的恶化，人们迫切需求清洁能源代替传统的化石能源。锂离子电池因为具有容量高、循环寿命长和环境友好等优点，越来越受到人们的重视。随着科技的不断发展，锂离子电池在各行各业中的使用越来越频繁，对锂离子电池的能量密度等提出了越来越高的要求，工信部对于下一代锂离子动力电池的能量密度要求达到了300Wh/kg。提升能量密度的方法可以通过提高材料的高压实及材料的容量这两方面进行，针对材料的压实提高的空间有限而且会对后期循环性能造成不利影响，因此，目前主流方向还是以提高材料的容量为主要研究方向。正极材料是锂离子电池的关键材料之一，也是阻碍锂离子电池能量密度的关键因素。高镍材料具有高的可逆性容量，低的成本，被认为是最有希望的实现高能量密度的正极材料。

但是，因为脱锂态的高镍材料热稳定性差及高能量密度的属性，当电芯发生热滥用，机械冲击等，极容易分解产热产氧，引发热失控，伴随着放出大量的热和高，更甚的是其爆炸破坏力大，易对壳体产生破坏如导致产生壳体熔洞、壳体炸膛和大量电芯喷出等情形，而这些都可能是热失控扩散的条件。分析其原因，主要为高能量密度电芯爆炸产生的高压（一般大于20MPa）不能有效及时地排出电芯体外，以致压力短时积累使壳体发生炸裂，形成炸膛现象。炸膛是最恶劣的一种，而高温物质会从熔洞喷射出来直接并喷到模组的周边电芯上。如果此问题不解决，那么就极有可能发生热失控扩散至整个电芯包。再者，如果某个电芯发生热失控时，那么高温物质倾向于从正极一端大量喷射出，特别是在电芯组成模组后，电芯一端会集聚大量的热。这种情况下容易从一端烧坏模组及集流板造成极大的破坏，进而热失控扩散；另一方面喷出失控后的电芯喷射物是一种高温高速的流体，此种喷射流体的速度高达3000m/s以上，温度高达1300度以上；当喷射到钢壳时易使钢发生熔化，如果持续对壳体作用极易使会把滚槽处或壳避的壳体溶穿，形成熔穿效应。高温物质进而会从熔洞喷出，进而会喷射到模组周边电芯，引起热失控扩散。

为了提高高镍锂离子电池的安全性能，需要进行防爆设计。但是现有的防爆设计一般只针对电池壳体进行防爆设计，即在电池壳体底部设置防爆刻痕。但是，本申请的实用新型人在实现本申请实施例的过程中发现：采用单一的防爆壳体并不能有效地解决熔洞、炸膛及电芯喷射物等问题，原因在于设置在电池壳体底部的防爆刻痕经常不能及时开启，压力不能及时排泄。同时现有技术的锂离子电池的盖帽包括孔板，由于电流中断装置（CID）的设计需要，孔板通常都是有孔的，甚至为了实现更容易高压断路的功能，孔板采取大孔设计的。无论怎样，这种有孔或大孔板的设计结构在电芯爆炸前，就使得电芯的上端是一个开放口，即为一种开放结构。这种开放结构使得电芯爆炸产生的压力优先向一端口喷出，很容易因为压力不足，使电池壳体底端设置的防爆刻痕无法打开，使防爆壳体起不到防爆作用。也因为有孔孔板对气流的走向具有导向作用，使得高温高速的流体大量从上端口喷出从而更容易导致的钢壳熔洞问题；这些问题是引起圆柱电芯热失控扩散的主要原因。

发明内容