CATL方形铝壳电池顶盖设计

很多人都想知道CATL方形铝壳电池顶盖设计和汽车机盖材料的题，下面让小编来为你分享一下吧！

方形电池的各部件如图1所示，主要由顶盖、铝壳和卷芯组成，顶盖与壳体通过激光焊接形成密封整体。

1外观设计方形铝壳电池顶盖具有独特而现代的设计，使其比传统圆形电池更小，更容易堆叠。方形设计提高了空间利用率，提高了电池组装效率，适应不同电池型号和尺寸的要求。

2材料选择铝壳作为电池顶盖的材料有几个优点。首先，铝具有良好的导热性，因此可以有效散发电池产生的热量，提高电池的散热效果，延长电池的使用寿命。其次，铝合金具有较高的强度和耐腐蚀性，可以抵抗外界因素对电池的冲击和振动，提高电池的耐用性。

3、密封性能方形铝壳电池顶盖设计有坚固的密封结构，可以防止电池内部溶液或气体的泄漏以及外部物质的流入。这种优异的密封性能可以提高电池的安全性、稳定性和可靠性。

4接口设计方形铝电池顶盖通常包括正负极接口，以方便与其他系统或设备连接。CATL在界面设计上注重稳定性和易用性。这些接口的设计必须保证良好的电气连接，并能够承受长期使用和频繁连接和断开的应力。

5、应用灵活性方形铝壳电池顶盖设计适合多种应用场景和领域，如电动汽车、储能系统和移动设备等。其灵活性使其能够满足各种应用的要求和规格。

6模块化组装方形铝壳电池顶盖设计支持模块化组装，可根据实际需要自由组合调整。这种模块化设计简化了生产流程，提高了制造效率和灵活性。

图1方形电池电芯配置图

方形电池的顶盖如图2所示。结构主要由顶盖板、阳极、阴极、防爆装置、进液口等组成。常规极部分包含倒装芯片器件OSD。电流阻断机构及短路装置熔断器等机构。

图2典型方形电池顶盖结构示意图

我们根据CATL的顶盖专利信息，介绍顶盖各部分的基本原理和结构设计，进行系统研究，分享给大家。

1.进液口

进液口主要用于顶盖与壳体焊接后向电芯注入电解液，并采用激光焊接用密封钉密封进液口。焊接顶盖后检查密封性时，一般从进液口注入氦气，检测电池内部的压力变化，以确定焊缝密封性能。现有电池中，电池顶盖上的进液口采用密封钉或密封与进液口之间的过盈配合进行密封。然而，过盈配合会导致密封钉与入口壁之间产生摩擦，产生的金属颗粒和毛刺会落入电池中并导致短路。为了防止金属颗粒、毛刺落入电池造成电池短路，组装时必须将干扰控制在较小范围内，这需要非常高的加工精度，且很难实现。

为了解决这个题，CATL设计了一种进液口密封钉，该密封钉由金属件和与金属件组装的橡胶件组成，金属件和橡胶件的接触点连接到进液口。这是过盈配合。注液口处有凹陷，密封钉的橡胶部分设有相应的凸块，可与凹陷啮合，如图3所示。密封钉可低温冷却组装，可有效防止金属毛刺和颗粒的产生，防止接触界面损坏，实现注液孔的可靠密封。可以有效地防止橡胶部分的凝固。防止金属毛刺和颗粒落入电池盒中。能够保证电池的安全性能，采用机械密封结构，不需要激光焊接，工艺简单，可大大降低成本。当然，这些密封钉也可以采用焊接密封的方式。另外，密封钉的橡胶部分可以是多种形状，如圆柱圆锥形、灯笼形弧形结构等。

图3进液口密封方式

2.阳极和阴极

铝被广泛用作动力电池的外壳。但由于铝的电位与电池阳极的电位存在一定的差异，因此铝外壳底部容易出现腐蚀题。将铝壳与阳极直接连接，可以消除两者之间的电位差，防止铝壳腐蚀。因此，电池的顶盖一般有两个极孔，分别对应正极和负极，正极穿过一个极孔与顶盖片电连接，负极则出来。它是打孔打孔的，与上盖片电绝缘，在负极附近设有短路部分，当动力电池内压增大时，短路部分向上移动，造成正负极短路。动力电池的两极形成回路，在回路中产生很大的电压，电流导致连接件熔断，断开主电路。

21.阳极增加电阻。

阳极与铝壳之间的电阻很小，为毫欧量级。电池短路时，电路电流很大，很容易产生火花，导致电池着火。存在重大安全隐患。目前动力电池一般在铝壳顶盖与电池正极柱之间添加导电塑料或碳化硅，以增加铝壳与正极柱之间的导通电阻。

CATL在阳极和顶盖片之间设计了一个PTC热敏电阻，如图4所示，阳极和顶盖片相互电隔离，并通过PTC热敏电阻实现电连接。PTC热敏电阻呈环形位于阳极上，内壁与阳极周壁紧密接触，环形PTC热敏电阻收容槽冲压在顶盖片上。内置PTC热敏电阻。顶盖片的PTC热敏电阻置于容纳槽内并与顶盖部分紧密接触。PTC热敏电阻在正常情况下阻值较小，因此如果动力电池发生外部短路，它可以尽快耗尽电池的内部能量。PTC热敏电阻器利用阻值随温度变化的特性，使电池外部的短路时间增加，并且随着温度的升高，PTC热敏电阻器的阻值逐渐增大，短路电流逐渐增大减少。防止电阻发热引起过大的热冲击，消除了小电阻容易熔断的题，避免了因温度过高引起的电池起火或电阻熔断等题。

图4PTC热敏电阻层阳极设置

22.否定段落结构

如图5所示，正极通过电阻与上盖片电连接，负极与上盖片电绝缘，但负极设有翻片16和短路片。结构。极。当电芯内部压力超过参考压力时，翻盖16翻转并与翻盖连接件1044接触，使得正极和负极通过上盖片电连接，上盖片连接正极和负极。电池的阴极。连接电源。电池外部的短路会降低电池的充电状态。高短路电流会熔化正负熔丝元件，从而断开电流回路。

图5顶盖与阴极短路结构

23、阳极和阴极同时具有短路结构。

为了解决电池针刺题，一般会在正极柱与顶盖片之间设置电阻，使正极柱通过电阻与顶盖片电连接。针刺时，如果阳极与极之间的电阻太小，插入钉子时，外部短路电流太大，钉子插入点容易产生火花，可能损坏电池核。因为不可控，所以插钉时阳极与顶盖之间需要有很大的电阻。当动力电池过充时，电芯内部气压升高到一定值，短路元件向上移动，导致电芯正负极连接短路。它利用回路电流将连接部件熔合在一起，从而断开主电路。但如果将阳极和阴极直接连接并短路，则由于回路的电阻太小，回路中的电流变得太大。例如超过10000A就会造成元件短路。它很容易熔化，在连接元件熔断之前，短路元件就会熔化，导致回路电流消失，连接元件无法熔断，但如果回路电阻太大，回路中就会产生电流。循环可能太小。例如，500A以下连接部件不会熔断，阻止动力电池继续充电。因此，在处理动力电池的过充题时，显然是不可能的。接一个大电阻直接减小电流。

为了同时解决动力电池的过充和刺穿题，CATL重新优化了动力电池的顶盖结构，在正负极上同时设置了翻片短路结构。具有适当电阻的电路，使动力电池即使在过充或被钉子刺穿的情况下也能保持其结构。

如图6所示，第一个极是阳极，第二个极是阴极。第一极100的上部穿过上覆盖片50，但是第一极100不与上覆盖片50直接接触而是与其电连接。两者通过第一绝缘连接件102固定，第一极柱件100通过第一电阻30始终与上盖片50电连接。阴极200与上覆盖片50电绝缘，并且阳极和阴极均设置为倒装片短路结构。第一电阻器的阻值至少比第二电阻器和第三电阻器的阻值之和大1000倍。第一个电阻的阻值是1~100000，第二个和第三个电阻的阻值之和是01~100m。

正极短路元件60和负极短路元件70是两个重要的电路开关。若正极短路组件60不动作，则电池顶盖的电路结构为针状保护电路。当发生钉刺现象且壳体内的气压不足以操作正极短路部件60时，钉子使动力电池内部的负极片与壳体和上盖片50导通。上盖片50穿过3A电阻30并连接到第一电极组件10的第一极柱100，然后穿过阳极极耳2a，最后回到电池内部。形成钉刺电路。第一电阻30的阻值一般为1100000。在过钉电路中，第一电阻30的存在可以有效降低过钉电路中的电流，防止过大的电流在过钉点产生火花，点燃电解液，最终停止供电。可以有效预防。可能会出现电池着火的情况。

当正极短路组件60和负极短路组件70同时反向接入电路时，动力电池顶盖的电路结构转变为过充保护电路。当发生过充电时，电路中必须产生大电流来熔断熔丝元件，但由于第一电阻30的阻值太大，此时防过充电电路中必须避免使用第一电阻30。进入电路。同时，为了防止第一短路组件60和第二短路组件70因过电流而被切断或损坏，此时必须在电路中连接第二电阻40。第二电阻40的阻值不能太大，一般不能超过第一电阻30阻值的1/1000，优选在01100m范围内。当第一短路组件60与第一延伸部104b接触并电连接时，可形成低阻支路和高阻支路，且第一电阻30位于高阻支路上，从而电阻减小。整个过充保护电路的电阻。

图6阳极和阴极同时短路结构的顶盖

24、正电流切断结构及翻转片

解决硬壳动力电池的过充题，常用的解决方案是在电芯失效前切断电池的主电路电流阻断结构CID，阻止电池继续充电，从而保证电池安全。CATL安装了压力反转组件和导电组件，将CID集成到阳极主电路中。通过焊接将导电片的外围与电芯极耳连接。通过焊接将导电片的CID部分与翻盖片连接。将翻盖片连接到正极或顶盖。将电流引导至通过焊接连接正极端子。当电池过充时，内部气压升高，推动翻盖片释放CID，使翻盖片与导电片分离。

如图7所示，翻转件204通过绝缘件200固定在上覆盖片10下方。在电路连接方面，翻转片204与电流阻挡结构206的下部直接接触，两者电连接，并且翻转片204与电芯极耳焊接连接。在正常情况下，电流只能通过翻盖204和电流阻挡结构206传输到顶盖片10和阳极。当电池内部压力超过参考压力时，翻转片204可在压力的作用下向上翻转，同时维持电流切割结构206，直至电流切割结构206沿薄弱区域被破坏。导致电流传输能力丧失，产生过流保护。

图7阳极电流阻断结构及翻转片

3、防爆装置

锂离子电池电芯水分含量超标、SEI膜不稳定、锂离子电池过充、过放、锂离子电池短路、挤压等滥用情况导致气体产生。锂离子电池内部的生产可能会导致其着火甚至爆炸。目前解决这一题的常用方法是在锂离子电池顶盖上加装防爆阀，那么上述锂离子电池轴承是采用塑料盖好还是金属盖好呢？离子电池？未使用的轴承应根据使用场所的用途进行选择，并用于需要密封的场所，有良好的橡胶盖，并用于工件不受污染的清洁场所。目前使用的塑料轴承一般可分为塑料滚动轴承和塑料滑动轴承，通过名称可以区分塑料滚动轴承和塑料滑动轴承的工作原理。滑动轴承工作时发生的就是滑动摩擦。滚动摩擦的大小主要取决于制造精度，塑料滑动轴承摩擦的大小主要取决于轴承滑动面的材料。