專利名稱：電池用溫度控制安全器件及其方法和安裝安全器件的電池的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于電池防爆裝置應(yīng)用技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種電池用溫度控制安全器件及其方法和安裝安全器件的電池。
背景技術(shù)：
近年來(lái)，高容量、高比能、高比功率電池得到長(zhǎng)足的發(fā)展。尤其是以鋰的堿金屬氧化物(如LiCoO2、LiMn2O4、LiNiO2等)為正極，并以碳材料或合金材料為負(fù)極的非水電解質(zhì)鋰離子電池開(kāi)始廣泛應(yīng)用于各種便攜式電器并推廣應(yīng)用于電動(dòng)交通工具。而電池的安全性也受到人們的廣泛關(guān)注，解決電池的安全性問(wèn)題迫在眉睫。
目前大多數(shù)電池上采用的安全器件都以壓力為操作控制條件，即在電池殼或蓋上刻痕或以制成壓力爆破片形式安裝于電池上，當(dāng)電池處于過(guò)充、短路、撞擊等濫用條件下造成電池內(nèi)部壓力過(guò)高時(shí)，壓力型安全器件變形、開(kāi)裂而起到保護(hù)電池安全的作用。這種形式的安全器件可以起到一定保護(hù)電池的作用，簡(jiǎn)便易行，但其缺點(diǎn)是由于受所用材料和加工強(qiáng)度、精度、公差等條件因素的影響，壓力誤差有時(shí)可高達(dá)±40％，因此很難控制并保證電池泄壓值的穩(wěn)定和一致性，安全系數(shù)無(wú)法保證。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種電池用溫度控制安全器件，是采用溫度作為控制安全器件發(fā)生作用的條件因素，可準(zhǔn)確控制安全器件開(kāi)裂的溫度，制作簡(jiǎn)便，方便易用。
本發(fā)明的另一目的是提供一種制備電池用溫度控制安全器件的方法。
本發(fā)明的再一目的是提供一種安裝電池溫度控制安全器件的電池。
為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采取以下技術(shù)方案一種電池溫度控制安全器件，該電池溫度控制安全器件的材料是采用中低溫易熔合金，成分包括Ga、In、Sn、Bi、Pb、Cd和Zn中的一種或幾種。
本發(fā)明的電池溫度控制安全器件中，所述的合金的成分與重量配比是根據(jù)控制安全器件開(kāi)裂的溫度而確定的。
本發(fā)明的電池溫度控制安全器件中，所述的控制安全器件開(kāi)裂的溫度范圍為50～200℃。
本發(fā)明的電池溫度控制安全器件中，所述的中低溫易熔合金材料是整體作為電池溫度控制安全器件，或固化在銅、鋁、不銹鋼金屬絲網(wǎng)或箔材上作為電池溫度控制安全器件。
本發(fā)明的電池溫度控制安全器件中，所述的電池溫度控制安全器件的形狀為方片形、圓片形、異型件。
本發(fā)明所提出的溫度控制型安全器件提及一種用溫度作為安全器件泄壓控制條件的新思路，可以準(zhǔn)確有效控制安全器件開(kāi)裂溫度以保證電池的安全性，溫度的穩(wěn)定性可控制在±2℃。
一種制備電池溫度控制安全器件的方法，該方法包括下述步驟(1)、根據(jù)電池在濫用條件下電池溫度上升的規(guī)律，并根據(jù)所用的電池溫度與內(nèi)部壓力的關(guān)系式，設(shè)定控制安全器件開(kāi)裂的溫度，以制造相應(yīng)熔點(diǎn)的中低溫易熔合金，再根據(jù)所要制成合金的熔點(diǎn)確定該合金的成分與重量配比，其成分包括Ga、In、Sn、Bi、Pb、Cd和Zn中的一種或幾種。
(2)、將步驟(1)制成的合金采用壓力加工或鑄造的方法制成電池用溫度控制安全器件。
本發(fā)明的制備電池溫度控制安全器件的方法中，在所述的步驟(2)中的鑄造的方法中，是將步驟(1)制成的合金熔化后，倒入模具中，模具中事先擱置銅、鋁、不銹鋼等金屬絲網(wǎng)或箔材，以將合金材料固化在金屬絲網(wǎng)或箔材上。這樣，合金材料以銅、鋁、不銹鋼等金屬絲網(wǎng)或箔材作為依托支撐。
本發(fā)明的制備電池溫度控制安全器件的方法中，在所述的步驟(1)中，控制安全器件開(kāi)裂的溫度范圍為50～200℃。
一種安裝電池溫度控制安全器件的電池，在電池的蓋板或殼體上的通孔中安裝有所述的溫度控制安全器件。
本發(fā)明的安裝電池溫度控制安全器件的電池中，所述的溫度控制安全器件是以機(jī)械連接、鉚接或焊接方式安裝在電池的蓋板或殼體上的通孔中。
本發(fā)明的安裝電池溫度控制安全器件的電池中，所述的電池殼體為純鋁、鋁合金或不銹鋼材質(zhì)制成的。
本發(fā)明所提出的溫度控制型安全器件提及一種用溫度作為安全器件泄壓控制條件的技術(shù)方案，可以準(zhǔn)確有效控制安全器件開(kāi)裂溫度以保證電池的安全性，溫度的穩(wěn)定性可控制在±2℃。當(dāng)電池本體溫度到達(dá)合金的熔點(diǎn)溫度時(shí)，易熔材料熔化，安全器件破裂泄出電池內(nèi)部壓力，起到實(shí)現(xiàn)保證電池安全的目的。
本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)是①安全器件采用易熔金屬制成，可準(zhǔn)確有效控制安全器件的破裂溫度，保證一致、穩(wěn)定、可靠性；②可通過(guò)調(diào)配合金組成獲得所需不同溫度點(diǎn)，熔點(diǎn)溫度可精確控制，靈活方便；
③不受電池外形控制，可制成不同形狀以滿足電池的要求。


圖1為本發(fā)明的電池溫度控制安全器件的結(jié)構(gòu)示意2為本發(fā)明的安裝電池溫度控制安全器件的電池的結(jié)構(gòu)示意3為過(guò)充試驗(yàn)中電池殼體溫度變化曲線圖具體實(shí)施方式
在制備電池溫度控制安全器件的方法中，安全器件開(kāi)裂的溫度及安裝位置，一般可根據(jù)電池安全試驗(yàn)中電池的實(shí)際溫度來(lái)確定。例如，對(duì)一種電池進(jìn)行安全試驗(yàn)，可得到圖3所示的電池安全試驗(yàn)的溫度變化曲線圖。圖3是過(guò)充試驗(yàn)中電池殼體溫度變化曲線，可以看出，電池殼體溫度最高可達(dá)95℃，所以可根據(jù)實(shí)際的實(shí)驗(yàn)來(lái)確定電池安全器件的溫度。然后，根據(jù)確定電池安全器件的溫度，利用溫度與合金的成分與重量配比可以根據(jù)不同成分的熔點(diǎn)來(lái)調(diào)配。具體調(diào)配如下述實(shí)施例所述。
實(shí)施例1根據(jù)電池在濫用條件下電池溫度上升的規(guī)律可選擇一個(gè)保證安全的溫度點(diǎn)制造相應(yīng)熔點(diǎn)的合金。
采用LiCoO2為正極、碳微球?yàn)樨?fù)極制作鋰離子電池。根據(jù)該電池的結(jié)構(gòu)，如果電池在濫用條件下電池溫度會(huì)升高，當(dāng)超過(guò)58℃±2℃時(shí)，電池的內(nèi)部壓力會(huì)過(guò)高產(chǎn)生危險(xiǎn)性。根據(jù)這一規(guī)律性，設(shè)定控制安全器件開(kāi)裂的溫度為58℃，以制造相應(yīng)58℃熔點(diǎn)的中低溫易熔合金，并根據(jù)所要制成合金的熔點(diǎn)確定該合金的成分與重量百分比。其成分與重量百分比如下Bi 49％，In 21％，Pb 18％，Sn 12％。
將上述的熔點(diǎn)為58℃的合金熔化后倒入模具中，模具中可事先擱置不銹鋼絲網(wǎng)作為承載體也可不用承載體，將合金制成圓片狀形成安全器件，然后將其鑲在電池蓋上，即可使用。
采用LiCoO2為正極、碳微球?yàn)樨?fù)極制作鋰離子電池，采用上述的熔點(diǎn)為58℃的合金所制成的圓片狀安全器件，將其以鉚接方式裝于電池蓋上事先打好的通孔中，電池容量30Ah。對(duì)電池進(jìn)行破壞性試驗(yàn)，將電池以30A電流充至4.2V，然后用Φ3mm-Φ8mm的鋼釘從垂直于蓄電池極板的方向迅速貫穿(鋼釘停留在蓄電池中)。當(dāng)電池溫度升至安全器件熔化溫度(即合金的熔點(diǎn)溫度58℃)時(shí)，安全器件熔化泄出電池的內(nèi)部壓力，但電池不爆炸、不起火。
實(shí)施例2實(shí)施例2除合金熔點(diǎn)、合金的成分與重量百分比不同于實(shí)施例1外，其余的均與實(shí)施例1相同。
合金熔點(diǎn)為108℃；合金的成分與重量百分比如下In 52％，Sn 46％，Zn 2％。
在破壞性試驗(yàn)中，當(dāng)電池溫度升至安全器件熔化溫度(即合金的熔點(diǎn)溫度108℃)時(shí)，安全器件熔化泄出電池的內(nèi)部壓力，但電池不爆炸、不起火。
實(shí)施例3實(shí)施例3除合金熔點(diǎn)、合金的成分與重量百分比不同于實(shí)施例1外，其余的均與實(shí)施例1相同。
合金熔點(diǎn)為142℃；合金的成分與重量百分比如下In 98％，Zn 2％。
在破壞性試驗(yàn)中，當(dāng)電池溫度升至安全器件熔化溫度(即合金的熔點(diǎn)溫度142℃)時(shí)，安全器件熔化泄出電池的內(nèi)部壓力，但電池不爆炸、不起火。
在本發(fā)明中，控制安全器件開(kāi)裂的溫度范圍為50～200℃，實(shí)施例1、2、3以外的其余溫度的合金均可根據(jù)本發(fā)明提出的合金成份進(jìn)行相應(yīng)調(diào)配，不一一贅述。因此，實(shí)施例1、2、3只是三個(gè)例子，并不限制本發(fā)明。
本發(fā)明的電池溫度控制安全器件如圖1所示，中低溫易熔合金1固化在銅、鋁、不銹鋼金屬絲網(wǎng)或箔材2上。
本發(fā)明的安裝電池溫度控制安全器件的電池如圖2所示，在電池3的殼體或蓋板上先打一個(gè)孔，然后將電池溫度控制安全器件4鑲嵌在該孔中，即制成安裝電池溫度控制安全器件的電池。
本發(fā)明的電池溫度控制安全器件可適于Li-ion、Ni-MH、Ni-Cd等電化學(xué)電池使用，制作簡(jiǎn)便，成本低廉。
權(quán)利要求
1.一種電池溫度控制安全器件，其特征在于該電池溫度控制安全器件的材料是采用中低溫易熔合金，成分包括Ga、In、Sn、Bi、Pb、Cd和Zn中的一種或幾種。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電池溫度控制安全器件，其特征在于所述的合金的成分與重量配比是根據(jù)控制安全器件開(kāi)裂的溫度而確定的。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的電池溫度控制安全器件，其特征在于所述的控制安全器件開(kāi)裂的溫度范圍為50～200℃。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的電池溫度控制安全器件，其特征在于所述的中低溫易熔合金材料是固化在銅、鋁、不銹鋼金屬絲網(wǎng)或箔材上。
5.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的電池溫度控制安全器件，其特征在于所述的電池溫度控制安全器件的形狀為方片形、圓片形或異型件。
6.一種制備權(quán)利要求1所述的電池溫度控制安全器件的方法，其特征在于該方包括下述步驟(1)、根據(jù)電池在濫用條件下電池溫度上升的規(guī)律，并根據(jù)所用的電池溫度與內(nèi)部壓力的關(guān)系式，設(shè)定控制安全器件開(kāi)裂的溫度，以制造相應(yīng)熔點(diǎn)的中低溫易熔合金，再根據(jù)所要制成合金的熔點(diǎn)確定該合金的成分與重量配比，其成分包括Ga、In、Sn、Bi、Pb、Cd和Zn中的一種或幾種。(2)、將步驟(1)制成的合金采用壓力加工或鑄造的方法制成電池用溫度控制安全器件。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的制備電池溫度控制安全器件的方法，其特征在于在所述的步驟(2)中的鑄造的方法中，是將步驟(1)制成的合金熔化后，倒入模具中，模具中事先擱置銅、鋁、不銹鋼等金屬絲網(wǎng)或箔材，以將合金材料固化在金屬絲網(wǎng)或箔材上。
8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的制備電池溫度控制安全器件的方法，其特征在于在所述的步驟(1)中，控制安全器件開(kāi)裂的溫度范圍為50～200℃。
9.一種安裝權(quán)利要求1所述的電池溫度控制安全器件的電池，其特征在于在電池的蓋板或殼體上的通孔中安裝有所述的溫度控制安全器件。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的安裝電池溫度控制安全器件的電池，其特征在于所述的溫度控制安全器件是以機(jī)械連接、鉚接或焊接方式安裝電池的蓋板或殼體上的通孔中。
11.根據(jù)權(quán)利要求9所述的安裝電池溫度控制安全器件的電池，其特征在于所述的電池殼體為純鋁、鋁合金或不銹鋼材質(zhì)制成的。
全文摘要
一種電池溫度控制安全器件及其方法和安裝安全器件的電池。該電池溫度控制安全器件的材料是采用中低溫易熔合金，成分包括Ga、In、Sn、Bi、Pb、Cd和Zn中的一種或幾種。合金的成分與重量配比是根據(jù)控制安全器件開(kāi)裂的溫度而確定的。將合金采用壓力加工或鑄造的方法制成電池用溫度控制安全器件。當(dāng)電池本體溫度到達(dá)合金的熔點(diǎn)溫度時(shí)，易熔材料熔化，安全器件破裂泄出電池內(nèi)部壓力，起到實(shí)現(xiàn)保證電池安全的目的。本發(fā)明的安全器件可適于Li－ion、Ni－MH、Ni－Cd等電化學(xué)電池使用，制作簡(jiǎn)便，成本低廉。
文檔編號(hào)H01M2/12GK1797815SQ200410102758
公開(kāi)日2006年7月5日 申請(qǐng)日期2004年12月28日 優(yōu)先權(quán)日2004年12月28日
發(fā)明者盧世剛, 金維華 申請(qǐng)人:北京有色金屬研究總院