CN102394310B - 电池装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种电池装置，其包含一电池芯，且电池芯包含至少一正极层，至少一负极层，至少一隔离层以及一夹持结构。隔离层置放于各正极层与各负极层之间。夹持结构包括一第一夹持部与一第二夹持部。夹持结构将电池芯夹持于第一夹持部与第二夹持部之间，其中第一夹持部与第二夹持部有部分面积与电池芯接触。
Description
技术领域
本发明涉及一种具有可施加压力于电池芯的夹持结构的电池结构，特别是涉及一种具有可施加压力于电池芯的夹持结构的软性包装电池。
背景技术
可携式电子产品中必然需要可充电电池，而常见的可充电电池构造中通常包含电池芯、电解液与外包装，电池芯本身主要包括正极层、负极层与隔离层。其中隔离层用以隔离正极层与负极层，进而防止短路发生。而现有的电池芯有两种：层叠式与卷绕式，其中层叠式电池芯的正极层与负极层交互相叠起来，且正极层与负极层之间有隔离层做为隔离，最后用外包装将电池芯包覆起来。而外包装可以是软性包装如铝箔包，或是金属壳。至于卷绕式电池芯则以与层叠式电池芯的相同方式来将正极层、隔离层与负极层交互相叠起来，更进一步卷绕成圆筒状，并以外包装将电池芯包覆起来。而外包装也可以是软性包装如铝箔包，或是金属壳。
而软性包装的可充电电池不论其电池芯是层叠式或是卷绕式，其电池芯进行第一次充电时，电池芯都会因充电时产生的气体而膨胀。换言之，电池芯的不紧实将导致电池的充放电效率与使用寿命降低。因此，软包装电池除了第一次充电时就膨胀外，往后的每一次充放电也都将会因产生的气体而更加膨胀，最后导致电池的低效率与低寿命。
而外包装为金属的电池也有其缺点。金属壳外包装的电池虽然有泄压阀设计,但一旦发生电池锂金属析出的内部短路,大量气体与能量释放,泄压阀作动因不一致而导致潜在电池的爆炸的危险。
发明内容
本发明的目的在于提高电池的使用寿命，特别是关于软性包装电池的使用寿命。通过本发明中的夹持结构，可以对电池的电池芯施加压力，限制电池芯因充电产生的膨胀，以保持电池芯的紧实度，而提高电池的使用寿命。
本发明的另一目的在于提供更安全的电池装置。此电池装置以软性包装做为外包装，若其无法负荷因一旦发生电池锂金属析出的内部短路，大量气体与能量释放时，并不会像传统电池般，有爆炸之虞。
本发明的实施例提供一种电池装置，其包含一电池芯，且电池芯包含至少一正极层，至少一负极层，至少一隔离层以及一夹持结构。隔离层置放于各正极层与各负极层之间。夹持结构包括一第一夹持部与一第二夹持部。夹持结构将电池芯夹持于第一夹持部与第二夹持部之间，其中第一夹持部与第二夹持部有部分面积与电池芯接触。
为让本发明的上述和其他目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合所附附图，作详细说明如下。
附图说明
图1A为层叠式电池芯的示意图；
图1B为卷绕式电池芯的示意图；
图2为具有一外包装的电池芯的示意图；
图3A为本发明的挟持结构的第一实施例的示意图；
图3B为本发明的挟持结构挟持住电池芯的第一实施例的示意图；
图4A为本发明的挟持结构的第二实施例的示意图；
图4B为本发明的挟持结构挟持住电池芯的第二实施例的示意图。
主要元件符号说明
1：正极层
2：负极层
3：隔离层
4：正极导柄
5：负极导柄
6：外包装
10：电池芯
20,40：夹持结构
21,41：第一夹持部
22,42：第二夹持部
23,43：连结部
31：远离连结部端
32：靠近连结部端
33：夹持结构中央部
34：夹持结构外围部
G1,G2:连结部与电池芯的间隙
H1’:第一实施例中，电池芯10尚未进行第一次充电时，第一夹持部21与第二夹持部22在靠近连结部端32的距离
H2’:第一实施例中，电池芯10尚未进行第一次充电时，第一夹持部21与第二夹持部22在远离连结部端31的距离
H3’:第一实施例中，电池芯10尚未进行第一次充电时的厚度
H1:第一实施例中，电池芯10进行第一次充电后，第一夹持部21与第二夹持部22在靠近连结部端32的距离
H2:第一实施例中，电池芯10进行第一次充电后，第一夹持部21与第二夹持部22在远离连结部端31的距离
H3:第一实施例中，电池芯10进行第一次充电后的厚度
S1’:第二实施例中，电池芯10尚未进行第一次充电时，第一夹持部41与第二夹持部42在靠近连结部端的距离S2’:第二实施例中，电池芯10尚未进行第一次充电时，第一夹持部41与第二夹持部42在靠近电池芯中心部的距离
S3’:第二实施例中，电池芯10尚未进行第一次充电时的厚度
S4’:第二实施例中，电池芯10尚未进行第一次充电时，第一夹持部41与第二夹持部42在远离连结部端的距离
S1:第二实施例中，电池芯10进行第一次充电后，第一夹持部41与第二夹持部42在靠近连结部端的距离
S2:第二实施例中，电池芯10进行第一次充电后，第一夹持部41与第二夹持部42在靠近电池芯中心部的距离
S3:第二实施例中，电池芯10进行第一次充电后的厚度
S4:第二实施例中，电池芯10进行第一次充电后，第一夹持部41与第二夹持部42在远离连结部端的距离
具体实施方式
如图1A所示，层叠式电池芯10由正极层1、负极层2、正极导柄4、负极导柄5与隔离层3所组成，而隔离层3设置于正极层1与负极层2之中，用以隔离正极层1与负极层2以避免短路。隔离层3也可以包覆整个电池芯，并不仅限于图1中的实施样态。图1B所示为另一种电池芯的实施例，称为卷绕式电池芯，其以与层叠式电池芯的相同方式来将正极层1、隔离层3与负极层2交互相叠起来，但更进一步卷绕成圆筒状。本发明可适用于此两种电池芯但不仅限于此两种型态的电池芯。图2则表示出用外包装6将上述电池芯10包覆起来的外观示意图。其中外包装6可以是软性包装如铝箔包，或是金属壳。
如图3A所示，其中表示出电池芯10与本案所提出的夹持结构20，而夹持结构20具有第一夹持部21、第二夹持部22与连结部23，连结部23用以连结第一夹持部21与第二夹持部22。接着，如图3B所示，其将电池芯10置入夹持结构20后的示意图，电池芯10挟持于第一夹持部21与第二夹持部22之间，夹持结构20可限制电池芯10的膨胀程度以延长电池寿命。夹持结构20因第一夹持部21与第二夹持部22可施加压力于电池芯10之上，故而限制了电池芯10的膨胀，达到延长电池寿命的目的。当电池芯10置放于第一夹持部21与第二夹持部22之间，并进行电池芯第一次充电后，电池芯10将会膨胀，而第一夹持部21部分面积或全部面积与第二夹持部22部分面积或全部面积将与电池芯10接触，并施加压力与电池芯10之上。此外，电池芯10于往后每次的充电时或充电后，夹持结构20都具有限制电池芯10膨胀的功能，并不仅限于第一次充电时才发挥功能。
电池芯10尚未做第一次充电时，电池芯的厚度为H3’。而电池芯10置放于夹持结构20中并做第一次充电后，电池芯10将会膨胀而具有另一厚度H3，其中H3>H3’。而此时，第一夹持部21与第二夹持部22的部分面积或全部面积将与电池芯接触，以施加压力于电池芯10上。电池芯10于第一次充电后，第一夹持部21与第二夹持部22的相对位置可以是约略互相平行，或是稍微倾斜的，或是呈现一种特定夹持形状。但不论第一夹持部21与第二夹持部22的相对位置为何，第一夹持部21与第二夹持部22都因施加压力于电池芯10的缘故，而迫使电池因充放电而产生的气体往电池芯的周围移动。先前技术中，电池芯并无挟持结构，故电池因往复充放电所产生的气体便分布于正、负极与隔离膜之间。气体所产生的压力会使导致电池芯因不够紧实而使充放电效率降低，电池的寿命也因而变短。此外，电池芯10往复的充放电之后，第一夹持部21与第二夹持部22的相对位置也将是约略互相平行，或是稍微倾斜的，或是呈现一种特定夹持形状。夹持结构20有诸多实施样态，底下分述本发明的第一实施例与第二实施例。
图3A与图3B中示出的夹持结构20为本发明的第一实施例。其中图3A所示为电池芯10尚未置于夹持结构20中，且电池尚未做第一次充电时的状态。图3B所示为电池芯10置于夹持结构20中，且电池已经完成第一次充电时的状态。在此实施例中，第一夹持部21与第二夹持部22之间的距离，由靠近连结部端32向远离连结部端31逐渐减少。如图3A所示，电池芯尚未进行第一次充电时，第一夹持部21与第二夹持部22在靠近连结部端32的距离是H1’，而第一夹持部21与第二夹持部22在远离连结部端的距离是H2’，电池芯10尚未进行第一次充电时的厚度是H3’。而如图3B所示，电池芯完成第一次充电后，第一夹持部21与第二夹持部22在靠近连结部端32的距离是H1，而第一夹持部21与第二夹持部22在远离连结部端的距离是H2，电池芯10于第一次充电后的厚度是H3，其中H3≦H1。而连结部23与电池芯10之间有间隙G1，其中0≦G1≦10mm。夹持结构20可以是一体成型，也可以是由第一夹持部21、第二夹持部22与连结部23组成。夹持结构20的材质可以是由绝缘层所构成，也可以是由绝缘层包覆金属层所构成。绝缘层的材质是塑胶，例如：合成聚合物(Synthetic polymer)或是含氟聚合物(Fluoropolymer)或是聚酰亚胺(Polyimides)等。此外，在绝缘层中加入陶瓷微粒(Ceramic particles)如：Alumina(Al2O3)，silica(SiO2)，BaTiO3，ZrO2，TiO2..等，或是玻璃纤维(glass fiber)来更进一步增强夹持结构20的强度。
图4A,图4B中示出的夹持结构40为本发明的第二实施例。图4A所示为电池芯10尚未置于夹持结构40中，且电池尚未做第一次充电时的状态。电池芯10尚未做第一次充电时，第一夹持部41与第二夹持部42在靠近连结部端的距离是S1’，第一夹持部41与第二夹持部42在靠近电池芯中心部的距离是S2’，而第一夹持部41与第二夹持部42在远离连结部端的距离是S4’，电池芯10尚未做第一次充电时的厚度是S3’。而图4B所示为电池芯10置于夹持结构40中，且电池已经完成第一次充电时的状态。在此实施例中，第一夹持部41与第二夹持部42之间的距离在夹持结构中央部33为最小，再逐渐由电池芯中央部向夹持结构外围部34增大。如图4B所示，电池芯10完成第一次充电后，第一夹持部41与第二夹持部42在靠近连结部端的距离是S1，第一夹持部41与第二夹持部42在靠近电池芯中心部的距离是S2，而第一夹持部41与第二夹持部42在远离连结部端的距离是S4，电池芯10于第一次充电后的厚度是S3，其中S3≦S4且S3≦S1。此实施例中，连结部43与电池芯10之间有间隙G2，其中0≦G2≦10mm。夹持结构40可以是一体成型，也可以是由第一夹持部41、第二夹持部42与连结部43组成。夹持结构40的材质可以是由绝缘层所构成，也可以是由绝缘层包覆金属层所构成。绝缘层的材质是塑胶，例如：合成聚合物(Synthetic polymer)或是含氟聚合物(Fluoropolymer)或是聚酰亚胺(Polyimides)…等。此外，于绝缘层中加入陶瓷微粒(Ceramic particles)如：Alumina(Al2O3)，silica(SiO2)，BaTiO3，ZrO2，TiO2..等，或是玻璃纤维(glass fiber)来更进一步增强夹持结构40的强度。
在本发明的较佳实施例中，电池芯置放于夹持结构之间，并由软性包装包覆夹持结构与电池芯，而制成软包装电池。电池芯于第一次充电或往后的充电时，夹持结构的两个夹持部均对电池芯施加压力，以限制电池芯的膨胀。夹持结构也使电池芯因充放电所产生的气体往电池芯的周围移动，以维持电池芯一定的紧实度，因而延长电池的使用寿命与效率。
虽然结合以上较佳实施例揭露了本发明，然而其并非用以限定本发明，任何熟悉此技术者，在不脱离本发明的精神和范围内，可作些许的更动与润饰，因此本发明的保护范围应以附上的权利要求所界定的为准。
Claims (13)
1.一种电池装置，包含：
电池芯，包含：
至少一正极层；
至少一负极层；
至少一隔离层，设置于该正极层与该负极层之间；以及
夹持结构，该夹持结构的材料为一绝缘材料，该夹持结构包括第一夹持部与第二夹持部，用以将该电池芯夹持于该第一夹持部与该第二夹持部之间，该夹持结构还包括连结部，该连结部分别连接该第一夹持部与该第二夹持部，使得该第二夹持部与该第一夹持部相对设置，该连结部与该电池芯的一端部之间有一间隙G1，其中0≦G1≦10mm，该第一夹持部与该第二夹持部之间的最大距离的位置位于靠近该连结部的一端，该第一夹持部与该第二夹持部之间的最小距离的位置位于远离该连结部的另一端或位于该夹持结构中央区域，该第一夹持部与该第二夹持部有部分面积与该电池芯接触，当该电池芯充电而膨胀时，该第一夹持部和该第二夹持部均对该电池芯施压，以限制该电池芯的膨胀程度。
2.如权利要求1所述的电池装置，还包含软性包装层，该软性包装层包覆该夹持结构与该电池芯外部。
3.如权利要求1所述的电池装置，其中该夹持结构为一体成型，且该绝缘材料是一合成聚合物(Synthetic polymer)聚酰亚胺。
4.如权利要求1所述的电池装置，其中该夹持结构为一体成型，且该绝缘材料是含氟聚合物(Fluoropolymer)或是聚酰亚胺(Polyimides)。
5.如权利要求1所述的电池装置，其中该绝缘材料含有陶瓷粒子或玻璃纤维。
6.如权利要求1所述的电池装置，其中该夹持结构为一体成型，且该夹持结构的材料包含金属层与绝缘层，且该绝缘层包覆于该金属层之外。
7.如权利要求6所述的电池装置，其中该绝缘层是合成聚合物(Syntheticpolymer)。
8.如权利要求6所述的电池装置，其中该绝缘层是含氟聚合物(Fluoropolymer)或是聚酰亚胺(Polyimides)
9.如权利要求6所述的电池装置，其中该绝缘层含有陶瓷粒子或玻璃纤维。
10.如权利要求1所述的电池装置，其中该第一夹持部与该第二夹持部包含金属层与绝缘层，且该绝缘层包覆于该金属层之外。
11.如权利要求10所述的电池装置，其中该绝缘层是合成聚合物(Synthetic polymer)。
12.如权利要求10所述的电池装置，其中该绝缘层是含氟聚合物(Fluoropolymer)或是聚酰亚胺(Polyimides)。
13.如权利要求10所述的电池装置，其中该绝缘层含有陶瓷粒子或玻璃纤维。
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