CN103682410B - 一种可挠式电池组 - Google Patents

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Abstract

本发明属于电池技术领域,更具体地说,本发明涉及一种可挠式电池组,包括包装膜、填充于包装膜内的电解液和封装于包装膜内的至少两个电连接的电芯,电芯中至少一个为柔性电芯。相对于现有技术,本发明通过在电池组中设置柔性电芯作为可挠部分,使得电池弯曲发生在柔性电芯部分,这样就可以避免应力对电芯本身性能的影响,提高电池的稳定性和提高电池组的弯曲能力。并且本发明还能减少不规则弯曲现象的发生,减少包装膜的弯曲压力,从而延长电池组的使用寿命。此外,本发明由于在电池组引用了柔性电池,从而可以减少粘接层等外在结构的使用,从而提高包装膜内空间的利用率,进一步提高电池的能量密度,从而延长电池的续航能力。

Description

一种可挠式电池组
技术领域
本发明属于电池技术领域,更具体地说,本发明涉及一种可挠式电池组。
背景技术
随着对移动便捷设备的技术开发和人们对移动便携设备需求的增长,人们对作为移动便携设备的能源供应者的二次电池的需求急剧增长。而随着移动便携设备的薄型化、小型化和形状多样化,具有高能量密度、高放电电压和异形电池、形状可变的二次电池成为人们的研究热点。
目前,关于提高二次电池的能量密度和放电电压的研究主要集中在以下几方面:一是电池形状方面,制作出薄电池甚至是超薄电池;二是电池材料方面,研究具有高能量密度的正极材料、负极材料等,或者具有高工作电压的正极材料等。
而为了满足移动便携设备对电池形状的多样化需求,人们主要通过以下两种方式来实现:一是采用异型电池,如申请号为201210051135.1的中国专利申请就公开了一种异形锂离子电池及其制造方法,该种异形电池可以适用于具有特定形状需求的移动便携设备,但是由于其不具备柔性,因此其并不适用于腕表等场合;二是设计形状可变的电池组,例如Apple公司申请的申请号为US20130171490A1的专利申请就公开了一种柔性电池组,如图1和图2所示,其通过将一系列电池11排列在底部层14上,然后在电池11与电池11之间设置粘接剂层13,再在电池11上方放置顶部层12;或者先在电池11的上方设置顶部层12、电池11的下方设置底部层14,然后将每个电池11的底部层14和顶部层12用粘接剂层13粘接起来,使得电池11之间相互隔离,从而制备柔性电池组。
但是该申请公开的柔性电池在弯曲时,由于顶部层12及底部层14硬性较大,受应力影响,电池组的弯曲程度及能力受到很大的限制。同时由于受力不均而不会在预期的电芯中间处22(理想折叠处)折叠,每次弯曲时都可能会出现折线23(实际折叠处)所示的不规则的折痕,这会导致柔性电池组在弯曲时出现不规则弯曲,长时间的使用会让电芯在内部受到外力挤压,影响电池性能的发挥;不规则弯曲现象还会导致弯曲区域面积较理想折叠时变大,会减小电池的能量密度。
有鉴于此,确有必要提供一种可挠式电池组,以提高电池组的弯曲能力,提高电池组中电池的稳定性和电池组所能发挥的能量密度。
发明内容
本发明的目的在于:针对现有技术的不足,而提供一种可挠式电池组,以提高电池组的弯曲能力,提高电池组中电池的稳定性和电池组所能发挥的能量密度。
为解决达到上述目的,本发明采用如下技术方案:一种可挠式电池组,包括包装膜、填充于包装膜内的电解液和封装于包装膜内的至少两个电连接的电芯,电芯中至少一个为柔性电芯。
作为本发明可挠式电池组的一种改进,柔性电芯的可弯曲弧度为0°~180°。
作为本发明可挠式电池组的一种改进,柔性电芯的可弯曲弧度为10°~120°。在该弧度范围内既保证了电芯的安全性,又能延长电芯的使用寿命,并且能很好的贴合一些特殊空间对电芯弯曲性能的要求,如:智能手机、智能手表、智能衣等。
作为本发明可挠式电池组的一种改进,柔性电芯的个数小于电芯的总个数。
作为本发明可挠式电池组的一种改进,位于电芯与电芯之间的包装膜上设置有收窄,用于可挠式电池组弯曲时应力的释放和包装膜的延展。
作为本发明可挠式电池组的一种改进,电芯与电芯之间设置有缓冲胶层。
作为本发明可挠式电池组的一种改进,电芯与包装膜之间设置有缓冲胶层。缓冲层的设置能有效降低电芯在弯曲过程中的挤压应力,并且能减小电芯挤压过程中相互磨损造成的短路风险。
作为本发明可挠式电池组的一种改进,所述缓冲胶层的材质为压克力树脂、环氧树脂、丙烯酸酯类、丁苯橡胶、乙烯-醋酸乙烯共聚物、乙烯-丙烯酸共聚物和聚对苯二甲酸乙二醇酯中的至少一种,这些材料具有耐高温防腐的作用,从而保证电芯在挤压过程中具有较高的安全性能。
作为本发明可挠式电池组的一种改进,所述包装膜通过密封胶层密封。
作为本发明可挠式电池组的一种改进,所述密封胶层的材质为聚酰亚胺、聚丙烯、压克力树脂、环氧树脂和丙烯酸酯类中的至少一种,这些材料具有较好的粘接力。
本发明中,电芯与电芯之间通过串联连接,或者通过并联连接,还可以是串联和并联的混合连接。串联连接可以针对一些能量要求较高的用电装置;并联连接可以针对一些大电流高电压的用电装置;混合连接则是针对既需要高能量又需要大电流高电压的用电装置。
本发明中的电芯为卷绕式电芯或叠片式电芯,电芯可以选用液态电解液电芯、凝胶电解液电芯,本发明中可挠式电池组为碱性电池组、锂离子电池组、锂硫电池组,优选为具有高能量密度的锂离子电池组。当然,本发明的电芯也可以选用固态电解质电芯,此时,包装膜内无需填充电解液。
本发明可以用作智能手表、智能眼镜、智能衣、手机、笔记本电脑和平板电脑等的能源提供者。
本发明中,包装膜的材质为铝塑膜,其包括保护层、铝箔层和热封层,保护层和铝箔层之间以及铝箔层与热封层之间分别通过胶合层粘接复合,保护层的材料为PET(聚对苯二甲酸乙二醇酯)薄膜、PEN(聚(2,6-萘二甲酸乙二醇酯))薄膜、聚己内酰胺薄膜等,热封层的材料为聚乙烯薄膜、聚丙烯薄膜、聚乙烯-丙烯薄膜或不饱和酸性聚乙烯薄膜。
相对于现有技术,本发明通过在电池组中设置柔性电芯作为可挠部分,使得电池弯曲发生在柔性电芯部分,这样就可以避免应力对电芯本身性能的影响,提高电池的稳定性和提高电池组的弯曲能力。并且本发明还能减少不规则弯曲现象的发生,减少包装膜的弯曲压力,从而延长电池组的使用寿命。此外,本发明由于在电池组引用了柔性电池,从而可以减少粘接层等外在结构的使用,从而提高包装膜内空间的利用率,进一步提高电池的能量密度,从而延长电池的续航能力。
总之,本发明不需要通过外在的封装结构就能完成可挠式弯曲,工艺简单,安全性能高。
附图说明
图1为现有技术的可挠式电池组的剖面图。
图2为现有技术的可挠式电池组的俯视图。
其中,11-电池,12-顶部层,13-粘接剂层,14-底部层,22-电芯中间处,23-折线。
图3 为本发明中柔性电芯的结构示意图。
图4为本发明中常规电芯的结构示意图。
图5为本发明实施例1的剖视图。
图6 为本发明实施例1弯曲后的剖视图。
图7 为本发明实施例1弯曲后的另一剖视图。
图8为本发明实施例2弯曲后的剖视图。
图9 为本发明实施例3弯曲后的剖视图。
图10为本发明实施例4弯曲后的剖视图。
图11为本发明实施例5弯曲后的剖视图。
图12为本发明实施例6弯曲后的剖视图。
其中,3-柔性电芯,31-柔性电芯极耳,32-柔性电芯主体,4-常规电芯,41-常规电芯极耳,42-常规电芯主体,5-包装膜,6-密封胶层,7-收窄,8-缓冲胶层。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明及其有益效果做进一步详细的说明,但是本发明的实施方式并不限于此。
如图3所示,本发明中柔性电芯3包括柔性电芯极耳31和柔性电芯主体32,其可以弯曲的弧度为0°~180°,优选的弯曲弧度为10°~120°。
如图4所示,常规电芯4包括常规电芯极耳41和常规电芯主体42,其几乎不能弯曲。
组装成电池或电池组时,柔性电芯3和常规电芯4所使用的电解液可以为液态电解液、凝胶电解液和固态电解液,柔性电芯3和常规电芯4可以为碱性电池的电芯、锂离子电池的电芯或者锂硫电池的电芯。
其中,柔性电芯3可以采用ZL201320260771.5公开的方法制备的电芯。当然,柔性电芯3也可以采用现有技术中公开的其他方法来制备,只要制得的电芯具有柔性(可弯曲)即可。
实施例1
如图5所示,本实施例提供的可挠式电池组包括包装膜5、填充于包装膜5内的电解液和封装于包装膜5内的至少两个电连接的电芯,电芯包括一个柔性电芯3和两个常规电芯4,柔性电芯3的可弯曲弧度为60°(即柔性电芯3可在0~60°范围内弯曲),并且柔性电芯3位于两个常规电芯4之间,柔性电芯3分别与两个常规电芯4串联连接,包装膜5通过密封胶层6密封,密封胶层6的材质为聚丙烯,密封胶层6通过贴合和网印对包装膜5进行封装,位于柔性电芯3和常规电芯4之间的包装膜5上设置有收窄7,用于可挠式电池组弯曲时应力的释放和包装膜5的延展。
如图6和7所示,对本实施例提供的可挠式电池组进行弯曲时,其弯曲部分为柔性电芯3,因此弯曲的应力对电池性能并没有影响,而且弯曲的弧度和范围较常规电芯4大,可靠性高。而不弯曲部分可以选用常规电芯4,以进一步降低成本。
制备本实施例的可挠式电池组时,可先将柔性电芯3和两个常规电芯4分别放置在包装膜5内,且柔性电芯3放置在两个常规电芯4之间,柔性电芯极耳31和常规电芯极耳41均伸出于包装膜5内,且柔性电芯极耳31和两个常规电芯4的常规电芯极耳41均串联连接,将极耳伸出方向的包装膜5进行顶封操作后,向包装膜5内注入电解液,除气后用密封胶层6将包装膜5的侧封边密封,即可。
实施例2
如图8所示,与实施例1不同的是:柔性电芯3的可弯曲弧度为120°(即柔性电芯3可在0~120°范围内弯曲),密封胶层6的材质是聚酰亚胺,并且柔性电芯3和常规电芯4之间之间设置有缓冲胶层8,缓冲胶层8的材质为压克力树脂,保证柔性电芯3和常规电芯4在相互挤压过程中应力的释放,从而减少安全问题。并且柔性电芯3分别与两个常规电芯4并联连接。
其余同实施例1,这里不再赘述。
制备本实施例的可挠式电池组时,可先将柔性电芯3和两个常规电芯4分别放置在包装膜5内,且柔性电芯3放置在两个常规电芯4之间,同时在柔性电芯3和常规电芯4之间放置缓冲胶层8(例如,可以在柔性电芯3和常规电芯4之间放置缓冲胶块),柔性电芯极耳31和常规电芯极耳41均伸出于包装膜5内,且柔性电芯极耳31和两个常规电芯4的常规电芯极耳41均并联连接,将极耳伸出方向的包装膜5进行顶封操作后,向包装膜5内注入电解液,除气后用密封胶层6将包装膜5的侧封边密封,即可。
实施例3
如图9所示,与实施例1不同的是:柔性电芯3的可弯曲弧度为30°(即柔性电芯3可在0~30°范围内弯曲),密封胶层6的材质是压克力树脂,并且电芯包括一个柔性电芯3和一个常规电芯4,且柔性电芯3和常规电芯4串联连接。
其余同实施例1,这里不再赘述。
制备本实施例的可挠式电池组时,可先将柔性电芯3和常规电芯4分别放置在包装膜5内,柔性电芯极耳31和常规电芯极耳41均伸出于包装膜5内,且柔性电芯极耳31和常规电芯4的常规电芯极耳41串联连接,将极耳伸出方向的包装膜5进行顶封操作后,向包装膜5内注入电解液,除气后用密封胶层6将包装膜5的侧封边密封,即可。
实施例4
如图10所示,与实施例1不同的是:密封胶层6的材质为环氧树脂,电芯包括两个柔性电芯3,两个柔性电芯3的可弯曲弧度均为150°(即柔性电芯3可在0~150°范围内弯曲),并且两个柔性电芯3之间设置有缓冲胶层8,缓冲胶层8的材质是环氧树脂,且两个柔性电芯3的柔性电芯极耳31并联连接,位于两个柔性电芯3之间的包装膜5上设置有收窄7,其余同实施例1,这里不再赘述。
制备本实施例的可挠式电池组时,可先将两个柔性电芯3分别放置在包装膜5内,同时在两个柔性电芯3之间设置缓冲胶层8(例如,可以将缓冲胶层8通过粘接等方式固定在柔性电芯3和常规电芯4的表面),两个柔性电芯3的柔性电芯极耳31均伸出于包装膜5内,且两个柔性电芯3的柔性电芯极耳31并联连接,将极耳伸出方向的包装膜5进行顶封操作后,向包装膜5内注入电解液,除气后用密封胶层6将包装膜5的侧封边密封,即可。
实施例5
如图11所示,与实施例1不同的是:柔性电芯3的可弯曲弧度为90°(即柔性电芯3可在0~90°范围内弯曲),密封胶层6的材质是丙烯酸酯类,并且柔性电芯3和包装膜5之间之间设置有缓冲胶层8,常规电芯4和包装膜5之间之间也设置有缓冲胶层8,缓冲胶层8的材质为丁苯橡胶,保证柔性电芯3和常规电芯4在挤压过程中应力的释放,从而减少安全问题。柔性电芯3和一个常规电芯4串联连接,柔性电芯3和另一个常规电芯4并联连接。
其余同实施例1,这里不再赘述。
制备本实施例的可挠式电池组时,可先将柔性电芯3和两个常规电芯4分别放置在包装膜5内,且柔性电芯3放置在两个常规电芯4之间,同时在柔性电芯3和包装膜5之间和常规电芯4和包装膜5之间设置缓冲胶层8,柔性电芯极耳31和常规电芯极耳41均伸出于包装膜5内,且柔性电芯极耳31和一个常规电芯4的常规电芯极耳41串联连接,柔性电芯极耳31和另一个常规电芯4的常规电芯极耳41并联连接,将极耳伸出方向的包装膜5进行顶封操作后,向包装膜5内注入电解液,除气后用密封胶层6将包装膜5的侧封边密封,即可。
实施例6
如图12所示,与实施例1不同的是:柔性电芯3的可弯曲弧度为10°(即柔性电芯3可在0~10°范围内弯曲),密封胶层6的材质是压克力树脂,并且柔性电芯3和包装膜5之间之间设置有缓冲胶层8,常规电芯4和包装膜5之间之间也设置有缓冲胶层8,柔性电芯3和常规电芯4之间之间也设置有缓冲胶层8,缓冲胶层8的材质为乙烯-醋酸乙烯共聚物,保证柔性电芯3和常规电芯4在挤压过程中应力的释放,从而减少安全问题。
其余同实施例1,这里不再赘述。
制备本实施例的可挠式电池组时,可先将柔性电芯3和两个常规电芯4分别放置在包装膜5内,且柔性电芯3放置在两个常规电芯4之间,同时在柔性电芯3和包装膜5之间、常规电芯4和包装膜5之间、以及在柔性电芯3和常规电芯4之间放置缓冲胶层8,柔性电芯极耳31和常规电芯极耳41均伸出于包装膜5内,且柔性电芯极耳31和两个常规电芯4的常规电芯极耳41均串联连接,将极耳伸出方向的包装膜5进行顶封操作后,向包装膜5内注入电解液,除气后用密封胶层6将包装膜5的侧封边密封,即可。
为了便于理解本发明中列举的各实施例,特将实施例1至实施例6的各部件及其材质汇总在表1中,但是,本发明的实施方式并不限于此。
表1:实施例1至实施例6的各部件及其材质。
根据上述原理,本发明还可以对上述具体实施方式进行适当的变更和修改。因此,本发明并不局限于上面揭示和描述的具体实施方式,对本发明的一些修改和变更也应当落入本发明的权利要求的保护范围内。此外,尽管本说明书中使用了一些特定的术语,但这些术语只是为了方便说明,并不对本发明构成任何限制。

Claims (9)

1.一种可挠式电池组,包括包装膜、填充于包装膜内的电解液和封装于同一包装膜内的至少两个电连接的电芯,其特征在于 :电芯中至少一个为柔性电芯,柔性电芯的个数小于电芯的总个数。
2.根据权利要求 1 所述的可挠式电池组,其特征在于 :柔性电芯的可弯曲弧度为0°~180°。
3.根据权利要求 2 所述的可挠式电池组,其特征在于 :柔性电芯的可弯曲弧度为10°~120°。
4.根据权利要求 1 所述的可挠式电池组,其特征在于 :位于电芯与电芯之间的包装膜上设置有收窄。
5.根据权利要求 1 所述的可挠式电池组,其特征在于 :电芯与电芯之间设置有缓冲胶层。
6.根据权利要求 1 所述的可挠式电池组,其特征在于 :电芯与包装膜之间设置有缓冲胶层。
7.根据权利要求 5 或 6 所述的可挠式电池组,其特征在于 :所述缓冲胶层的材质为压克力树脂、环氧树脂、丙烯酸酯类、丁苯橡胶、乙烯 - 醋酸乙烯共聚物、乙烯 - 丙烯酸共聚物和聚对苯二甲酸乙二醇酯中的至少一种。
8.根据权利要求 1 所述的可挠式电池组,其特征在于 :所述包装膜通过密封胶层密封。
9.根据权利要求 8所述的可挠式电池组,其特征在于 :所述密封胶层的材质为聚酰亚胺、聚丙烯、压克力树脂、环氧树脂和丙烯酸酯类中的至少一种。
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