CN105453323A - 具有电池管理系统、多个单元子组和气密性壳体的电池 - Google Patents

Abstract

电池单元芯被气密地密封在壳体的内部，其中导电路径形成于壳体中，该导电路径将芯的单元子组单独地连接到电池管理电路以检测各个失效单元子组以及通过在单元子组之间形成串联/并联连接来改变电池输出电压。在一种形式中，壳体具有金属盒体，其中盒体的开口被非导电顶盖密封，该顶盖沿其周边被密封和结合到盒体壁。在一个方面，顶盖沿其周边具有边缘金属化部，在该边缘金属化部处顶盖密封到盒体壁。在另一方面，导电路径形成于非导电顶盖中。还描述了各种其他实施例并要求对其进行保护。

Description

具有电池管理系统、多个单元子组和气密性壳体的电池

该非临时专利申请要求于2013年8月9日提交的临时专利申请61/864,342以及于2013年9月16日提交的临时专利申请61/878,484的较早申请日期的权益。

本发明的实施例整体涉及电池，并且更具体地涉及电池芯结构的气密性封装或包封。还公开了其他实施例。

背景技术

电池由形成其芯结构的一个或多个电化学单元构成，其中每个单元可包括由电解质分开的阳极和阴极和/或其他部件。例如，锂离子电池单元可包括具有锂钴氧化物层的阴极、置于阴极上方的隔板层和置于隔板层上方的阳极。此类层中的一者或多者可能对包括水分和氧气的环境暴露敏感。因此，一个或多个单元的组件可以气密性密封的方式被包封或封装，以便保护组件免受水分、氧气和/或可能毁坏芯结构的其他环境成分的影响。

传统的电池芯包封涉及将电池芯置于下袋片和上袋片之间，然后气密地密封这些袋片。袋片材料是金属层或箔片层合体，即层合在电绝缘层之间的金属箔片。为了减少袋片占用的空间，边缘被折叠。然而，折叠部分仍然添加到成品电池的水平维度。并且，密封本身是有机扩散区，并不作为金属区起作用。此外，折叠部分可能在芯与袋内部之间留出空的空间，从而进一步增大水平维度。这对于薄膜电池尤其令人关注，薄膜电池由纳米或微米厚度范围的薄材料构成并且允许成品电池只有几毫米厚，而具有例如几十毫米数量级的长度或宽度。此类电池可能需要装配在例如该电池被结合到其中的消费者电子设备中的非常有限的空间内。成品电池的尺寸的任何增大，尤其是壳体内部的未被能量存储或活性单元材料占据的区域的任何增大将减小电池能量密度(除非芯的尺寸成比例地增大)。

发明内容

本发明的一个实施例是具有气密地密封的壳体的电池，电池单元芯容纳在所述壳体内部，所述芯具有多个单元子组，每个单元子组包括至少一个电池单元。所述壳体具有形成于其中的导电路径，每个单元子组通过所述导电路径单独地连接到电池管理电路。

在一个实施例中，电池管理电路通过所述导电路径单独地感测所述单元子组中的每个单元子组的电压。在另一个实施例中，电池管理电路例如响应于感测到失效单元或从外部系统接收到改变电池的主输出电压的命令而使用所述导电路径来将单元子组中的任一单元子组与单元子组中的另一单元子组串联或并联连接，其中电池的主输出电压可通过一对外部电池端子来提供。

在一个实施例中，气密地密封的壳体包括其中保持芯的金属盒体。非导电顶盖覆盖盒体的开口，其中顶盖的周边沿盒体的边界结合到盒体以密封所述开口。在一个实施例中，盒体与安装的顶盖的组合用作容纳在其中的电池芯所需要的唯一的气密性壳体或封装。非导电路径中的至少一些非导电路径形成于所述顶盖中。顶盖可主要由在其中可形成导电路径的水分不可渗透的电绝缘材料诸如陶瓷，例如基于氧化铝和锆的陶瓷制成。所述一对外部电池端子也可暴露在顶盖的外表面。

在一个实施例中，形成于顶盖中的导电路径中的每个导电路径提供盒体内部的单元子组中的相应一个单元子组与暴露于盒体外部的外部部分之间的单独电流路径。在这种情况下，管理电路的部分或全部可被安装在顶盖的外表面上，同时连接到导电路径的外部部分。另选地，管理电路的部分或全部可嵌入导电顶盖内(同时管理电路也耦接到提供主输出电压的所述一对外部端子)。

在另一个实施例中，管理电路的部分或全部可位于气密地密封的壳体内部，在单元芯与顶盖之间。在这种情况下，单元子组与管理电路之间的连接中的一些连接可不形成于顶盖内，而是通过例如位于壳体内部的柔性电路来形成。

顶盖可利用例如有机环氧树脂或胶粘物结合到盒体，以沿顶盖的整个边缘封闭盒体开口中的顶盖与盒体之间的间隙。在另一个实施例中，顶盖具有沿其边缘或周边(例如整个边缘)形成的金属化部，并且在这种情况下，顶盖可通过顶盖金属化部与盒体壁边缘之间的金属和金属结合(例如焊合、铜焊、焊接)而被结合到盒体。

在一个实施例中，盒体是具有六个面的预成形的金属矩形棱柱或多面体。盒体具有单个未成形的面，从而限定电池芯结构可通过其插入盒体中的单个开口。盒体可具有高的纵横比，并且开口可以是盒体的整个侧面。描述了构成盒体的其他方式。例如，盒体的单个开口可以是整个顶面(而不是侧面)，使得盒体大体上类似于桶。电池芯在这种情况下从开放顶部被插入桶中。为了封闭此类盒体，四面金属件可被形成并沿其三个面结合到盒体开口边界。顶盖被定位在顶部金属件附近，并且可沿其一个边缘结合到顶部件的自由边缘，并且沿其他三个边缘结合到盒体开口边界。桶可被成形为不是矩形棱柱，诸如是椭圆形的、三角形的、五边形的、六边形的和不规则的。在这样的情况下，顶盖可以是椭圆的、三边的、五边的、六边的和不规则边的，以适合桶的顶部开口。可使用电铸方法来制备盒体的各种实施例，这可得到相对薄的盒体壁。然而，也可使用更低成本的传统的金属拉制方法，尤其是在桶状盒体和顶部件的这种情况下。

在另一方面，盒体可以是四面的(四个接合面)，并且其开口由两面(两个接合面或L形)顶盖来密封。在另一个实施例中，盒体可以只是三面的(三个接合面)，并且顶盖也是三面的。将那两者放在一起将又形成六面棱柱。此类技术可使得更容易将芯插入或定位在盒体中。在另一个实施例中，盒体可以是桶体(上面提到的形状中的任一者)，其中不仅缺少顶侧或面，而且还缺少侧壁中的一个侧壁。再次，在这种情况下，适当成形的顶盖接合到桶体(并沿顶盖与桶体之间的间隙密封)，从而形成电池芯位于其中的气密地密封的壳体。

在另一个实施例中，盒体被形成为框架，其中例如四个侧面接合而保留开放的顶面和底面，使得盒体由两个分开的顶盖件密封，即顶部件和底部件，它们中的一者或两者可主要由非导电材料制成，并且它们中的一者或两者可具有形成于其中的导电路径以便与盒体内部的单元子组连接。

顶盖可包含主(+)和(-)外部电池端子，和/或其可包含连接到构成单元芯的单独单元子组的多个导电路径，从而使得能够连接到管理电路以为了监测目的而单独寻址每个单元子组和/或以在单元子组之间进行并联或串联连接。除了板部分之外，顶盖还可具有可向外延伸(例如基本上垂直于板)的一体成形的平台或舌状物。该平台可包含可用于将成品电池安装到例如消费者电子设备中的特征，诸如机械附接机制(例如螺纹连接孔、联锁装置、扣合或弹性联锁装置)。

在另一方面，电池芯被处理以形成其四周的一体化或“原位形成”的壳体。芯通过被涂覆有介电层(例如派瑞林(parylene)涂层)而被电绝缘，然后水分阻挡层被直接金属化到派瑞林覆盖的芯上。在这种情况下，金属化部可与端盖材料(例如陶瓷)重叠。作为一种另选形式，顶盖可被省略，例如如果外部电池端子或连接器能接合到芯的单元端子并且电绝缘(以避免在施加水分阻挡金属化部时的电气短接)的话。

在另一方面，描述了可有助于实现电池芯叠堆的尺寸上的紧密度容限使得芯叠堆能够更容易地插入盒体中的用于在薄膜电磁矩形棱柱芯叠堆的阴极或阳极层之间形成电连接的各种技术。

本发明的另一方面是可用于抑制薄膜电池芯叠堆的衬底弯曲的技术，这又有助于满足叠堆的尺寸上的紧密度容限水平。

以上概述不包括本发明的所有方面的详尽列表。可预期的是，本发明包括可由上文概述的各个方面以及在下文的具体实施方式中公开并且在随本专利申请提交的权利要求中特别指出的各种方面的所有合适的组合来实施的所有系统和方法。此类组合具有未在上述发明内容中具体阐述的特定优点。

附图说明

本发明的实施例以举例的方式进行说明，而不仅限于各个附图的图示，在附图中类似的附图标号指示类似的元件。应当指出，本公开中提到本发明的“一”或“一个”实施例未必是同一实施例，并且它们表示至少一个实施例。而且，某个附图在这里可用于示出本发明不止一个实施例的特征，并且并非附图中的所有元素对于给定实施例都是需要的。

图1是一种示例性盒体和顶盖以及待通过盒体开口插入盒体中的电池芯的透视图。

图2是其中电池芯完全插入盒体中并且顶盖已密封盒体开口的图1的电池的透视图。

图3A、3B是桶状盒体的透视图和剖面图。

图4为另一个盒体和顶盖组合的透视图。

图5A、5B在透视图中示出一种示例性电池芯可如何电连接到顶盖中的通过一对外部端子提供电池的主输出电压的导电路径，以及顶盖可如何密封盒体开口。

图5C是根据本发明的若干实施例的安装到盒体开口中的顶盖的剖面图。

图5D是参考多射注塑方法的顶盖的剖面图。

图6是安装到盒体开口中的顶盖的剖面图，其中顶盖在其中具有连接到多个电池单元子组的多个导电路径，并且电池管理电路也连接到该多个导电路径。

图7A、7B示出如何能够在电池芯叠堆的电化学活性(电极或极)层之间形成拐角连接的透视图。

图7C示出了利用“折角”方法在电池芯叠堆的电极层之间形成连接的另一方式。

图7D示出了利用导电柱式结构和粘附方法在电池芯叠堆的电极层之间形成连接的另一方式。

图7E示出了在电池芯叠堆的电极层之间形成连接的另一方式，即穿过凹口引线键合方法。

图7F示出了在电池芯叠堆的电极层之间形成连接的另一方式，即使用柔性电路或其他印刷电路板和在电极层的面处接合的引线键合。

图7G示出了在电池芯叠堆的电极层之间形成连接的另一方式，即使用柔性电路和在电极层的边缘处接合的引线键合。

图7H示出了将电极层连接到柔性电路的引线键合能够如何被定位在电池芯叠堆的拐角处以利用盒体内部的开放拐角空间。

图7I示出了利用电极层的折叠的突出部延伸部在电池芯叠堆的电极层和柔性电池之间形成连接的另一方式。

图7J示出了利用通过电极层的对准的突出部形成的竖直连接来在电池芯叠堆的电极层和柔性电路之间形成连接的另一方式。

图7K示出了利用其中柔性电路缠绕每个单元子组叠堆的三个侧面的“插页”方法在电池芯叠堆的电极层和柔性电路之间形成连接(以到达顶盖中的导电路径)的另一方式。

图7L示出了顶盖可如何具有安装在其内侧面上的板到板连接器以通过连接的柔性电路聚集来自电极层的连接。

图8是其上具有一体化或原位形成的金属壳体的电池芯的剖面图。

图9A示出了使用薄膜电池芯叠堆的衬底的背面上的平衡膜来有助于在衬底的相对面上形成阴极期间减轻衬底弯曲。

图9B、9C、9D示出了用于形成具有背面应力平衡膜的薄膜电池芯叠堆的部分的不同方法。

具体实施方式

现在将参考所附附图来解释本发明的若干个实施例。每当在实施例中描述的部件的形状、相对位置和其他方面未明确限定时，本发明的范围并不仅局限于所示出的部件，所示出的部件仅用于例证的目的。另外，虽然阐述了许多细节，但应当理解，本发明的一些实施例可在没有这些细节的情况下被实施。在其他实例中，未详细示出熟知的电路、结构和技术，以免模糊对本具体实施方式的理解。

图1和2示出了本文所述的气密地密封的电池的一个示例性示例的透视图。这些附图示出了可如何利用预成形的金属盒体为电池芯或电池芯组件提供气密地密封的壳体，该电池芯或电池芯组件可以是薄膜电池叠堆。具体地，图1是可包括盒体2、顶盖4以及待通过盒体开口插入盒体2中的电池芯3的电池的一个分解透视图。图2为图1所示的电池组装起来的一个透视图。如此处所示，电池芯可被定位在盒体2内，并且顶盖4可被密封到盒体以覆盖盒体开口。盒体2和顶盖4一起可形成其中可保持电池芯3的气密地密封的外壳。

盒体2和顶盖4形成的壳体可具有任何合适的几何形状。在一些变型形式中，壳体可以是具有基部形状的棱柱。例如，在图1和2中所示的变型形式中，基部形状是矩形，使得壳体是矩形棱柱。在其他变型形式中，基部形状可以是三角形、圆形或椭圆形、C形、其他多边形、不规则形状等。当壳体具有棱柱形状时，盒体也可具有包括一个或多个开口的棱柱形状。例如，图1和2中的盒体具有矩形棱柱形状，但是其可具有其他形状，诸如以上所列出的形状。在所示示例中，盒体具有电池芯3(也被称为单元芯或薄膜单元叠堆)可通过其被插入的单个开口1。盒体的多面体或立方形形状具有六个面，如图所示，即顶面、相背对的底面、左侧面、右侧面、后侧面和单个开口形成于其中的前侧面。换言之，存在五个“成形的”面，并且第六个面是开放的或“未成形的”，第六个面在这个示例中是前侧面或正面。虽然开口1在图1和2中被示出为形成于前侧面中，但应当理解，开口可形成于任一个面中。一般来讲，顶盖4的尺寸设定成塞住或以其他方式覆盖开口1的整体，以提供完全包封。在图1和2中所示的示例中，盒体开口1是棱柱的整个面，并且一旦尺寸正确地设定，顶盖4本身能够在芯3已经被插入之后装配以塞住整个盒体开口1。图2示出了被包封的芯3，其中芯3已经被完全插入盒体2中并且开口1已经完全被顶盖4覆盖。

用于制备盒体2的一种示例性技术是使用电铸，电铸可涉及加工芯模以及然后将金属例如铜、镍、铝镀覆或沉积到芯模上以及然后移除芯模。电铸可在盒体2内部产生锋利边缘，这意味着电池芯3对盒体内部体积的高利用率，这又导致成品电池更高的封装效率和更大的能量密度。此外，该方法可产生非常薄的盒体壁，例如在几十微米的数量级，这对于将成品电池装配到空间受约束的设备(诸如个人便携式消费者电子设备)中是有利的。电铸方法可被执行，使得在芯模上存在零拔模斜度或锥度以沿盒体的每个边缘产生直角。在大多数情况下，盒体的外部厚度或高度可小于5毫米。仅仅作为一个示例并且不对本发明的范围进行限制，盒体的外部尺寸可为大约40×40×2毫米，并且电池叠堆当然将具有类似尺寸，比其至少小盒体材料厚度和顶盖材料厚度。

电池芯3可以是薄膜锂基电池芯叠堆，或者其可以是其组分单元具有另一个电化学类型的电池芯。在很多情况下，芯3由电化学活性材料层(被称为单元电极)构成。这些层可形成一个或多个单元，其中每个单元由至少一个阴极电极和至少一个阳极电极(其中这二者被称为“互补极”)以及分隔这两个极的隔板构成。阴极和阳极可被称为极层，并且隔板可作为单独层来提供，它们一起作为叠堆。需要指出，术语“层”在这里被一般性地使用，因为层可被形成为相同或不同材料的一个或多个子层的层合体。例如，阴极层可包括定位在阴极集流体上或以其他方式连接到阴极集流体的活性阴极材料。类似地，阳极层可包括定位在阳极集流体上或以其他方式连接到阳极集流体的活性阳极材料。可以存在彼此电连接以形成电池芯3的多个单元。两个或更多个单元可彼此并联或串联连接以形成单元组。可以存在构成电池芯3的一个或多个单元组。以下描述用于将单元连接到彼此以及将单元连接到顶盖4的多种技术。

在被插入盒体2(其内表面可能是暴露的金属)中之前，电池芯3可通过施加有一个或多个电绝缘材料层(例如通过浸入绝缘材料溶液中或通过气相沉积)而在其外表面上被电绝缘。这有助于避免在电池单元芯的互补极电极之间产生短路。在另一个实施例中，盒体2的内表面可通过施加一个或多个电绝缘涂层而被绝缘，这可使得不需要在插入之前还对电池芯的外表面进行电绝缘(尽管应当想到电池芯3的外表面和盒体2的内表面二者均可被绝缘)。为了有助于容易地插入，非常薄的固体润滑剂层可被添加到盒体2的内表面或电池芯的外部。此外，盒体的外部也可由电绝缘层覆盖，诸如介电涂层。参见例如下文描述的图5C。

在一些情况下，诸如图1-2所示，盒体2可具有高的纵横比，即其相当深(在x维度)和薄(在z维度)，即x维度和y维度各自比z维度大几十倍。芯3和盒体2的尺寸可设定成使得芯可通过开口插入盒体中，仅在盒体的内表面与芯的顶面、底面、左侧面和右侧面之间留下非常小的间隙。这个间隙可允许电池芯3滑入或以其他方式定位到盒体2中但几乎没有左右摇摆。在盒体的后部处，电池芯3可邻接盒体的背面的内表面。在电池芯处于其充电状态时，叠堆的形状可与盒体的形状相同，使得在芯的外表面和盒体的内表面之间存在非常小的空间。这种类型的将壳罩(例如盒体2和顶盖4)的尺寸设定成非常紧密地匹配电池单元芯尺寸有助于通过允许电池芯被制造得尽可能的大(但仍然能够被插入给定尺寸的盒体中)而减少盒体内部浪费的体积，由此有助于提高电池的能量密度。在一些实例中，应当理解，在电池芯3和壳体的一个或多个内部表面之间可存在一个或多个间隙，这可存在以允许一个或多个单元端子突出部、柔性电路部件等被定位在壳体中。例如，电池可在顶盖4与芯3的前面之间包括较大的“正面”间隙，这进而可允许芯3的电极形成或以其他方式连接到单元端子突出部或延伸部并与顶盖4中引导到(+)和(-)外部电池端子5a,5b的相应导电路径形成电连接，诸如如下文中更详细所述。

在本发明的另一实施例中，重新参考图1，扩张的开口可作为盒体2的壁的一部分被提供，以允许电池芯的“漏灌通过”或更容易的插入。扩张的区域可例如在电铸过程中一体形成，并且如图所示从开口向外延伸。一旦电池芯已经被插入开口中，扩张的区域就可通过例如利用激光或刀将其切除而被移除。一旦顶盖4已经被密封到盒体2，扩张的区域就可被移除，或者其可在将顶盖4密封到盒体2之前被移除。

在一些实例中，电池壳体可由两个零件(上文所提的盒体和顶盖)形成，但应当理解，在其他实例中，电池壳体可由任意合适数量的单独零件组装而成。例如，图1和2中所示的盒体2可由多个单独零件形成，这些零件连接以形成盒体2。现在转到图3A、3B，示出了电池的另一个此类实施例。如此处所示，电池壳体可包括盒体2、顶部件13和顶盖4。盒体2可以是如上所述的电铸的金属盒体，但并非必须如此。在其他实例中，盒体2可拉延或拉短成大致为桶的形状。这里，顶面是开放的，而不是图1的实施例中那样一个侧面是开放的(但可仍然保持高的纵横比)。单独的顶部件13(其在一些变型形式中可主要由金属制成)可被形成并接合到盒体2的壁，使得顶部件13部分地填充或覆盖盒体2的开口1。顶盖4可填充盒体2的开口1的剩余部分。因此，顶部件13和顶盖4的尺寸可设定成适于与顶盖4一起完全塞住或完全填充盒体2的开放的顶面，如图所示。与单元叠堆通过“更小”侧面开口被插入的图1-2的实施例相比，单元叠堆在这里可通过盒体2的更大的顶面开口1被插入以将电池芯3定位在电池壳体内。

电池壳体的零件可以任何次序组装。在一些变型形式中，顶盖4和顶部件13可在连接到盒体2之前被连接在一起。在其他变型形式中，顶部件13可在连接到顶盖4之前被连接到盒体2，或者顶盖4可在连接到顶部件13之前被连接到盒体2。在其他的变型形式中，这些零件可同时连接。

同样，图3A和3B中所示的电池外壳或壳体不必形成矩形棱柱，而是可另选地形成其他形状，包括棱柱形状，诸如圆形棱柱(像冰球)、三角形棱柱、椭圆棱柱、五边形棱柱、六边形棱柱、不规则棱柱等，诸如如上所述。当顶盖4(或顶盖4和顶部件13)覆盖棱柱的开放的顶表面时，顶盖4(或顶盖4与顶部件13)可具有对应于棱柱基部形状的形状。在这种情况下，顶盖可以是圆形的、三角形的、椭圆形的、五边的、六边的、不规则边的等等，以适合桶的顶部开口。在另一个实施例中，盒体可以是桶体(具有上面列出的形状中的任一者)，其中不仅缺少顶面，而且还缺少侧面或壁中的一者。再次，在这种情况下，可形成适当成形的(基本上L形的)顶盖，其可被接合到桶体(并沿顶盖与桶体之间的间隙密封)，从而形成电池芯位于其中的气密地密封的壳体。

在本发明的另一方面，盒体的矩形棱柱可以是四面的(四个接合面)，并且由基本上L形的顶盖(即两面的或两个接合面)密封。在另一个实施例中，如图4所示，矩形盒体是三面的(三个接合面)，并且顶盖也是三面的。在那些情况中的每一个中，将这两个单独零件放在一起将又产生六面棱柱。

在另一个实施例中(未示出)，盒体形成为类似于仅具有弯曲侧壁或仅具有多面侧壁的框架(例如圆形、椭圆形、三角形、矩形、六边形等)，而保留顶面和底面开放。在这种情况下，在两个单独的顶盖件(即顶面件和底面件)接合到框架时，盒体被密封(并且形成完整棱柱)。

现在转向顶盖4(也称为端盖)，在一个实施例中，其可包括由水分不可渗透的电绝缘材料(诸如陶瓷或塑料)制成的板，例如类似于印刷电路板，该板在其中支撑一个或多个导电路径(例如通孔)。在一个实施例中，该板包括至少两个导电路径，该导电路径连接到电池芯以在外部端子5a,5b(参见图2)处提供主输出电压。每个导电路径具有在盒体2内部暴露并且可用于与电池芯3的相应单元电极形成电连接的内部部分。这些导电路径具有在顶盖4外部暴露的端部，该端部形成外部电池端子5a,5b。

在另一个实施例中，顶盖4具有嵌入或以其他方式集成在板内的另外的导电路径，以允许芯3的每个单元或单元组例如被电池管理电路12单独寻址(电池管理电路可位于电池壳体的外部，如图6中那样，或者部分或完全嵌入电池壳体中，或部分或完全地在电池壳体内部位于单元芯3与壳体壁之间)。下面介绍用于形成顶盖4及其内嵌导电路径以及用于将单元电极电连接到那些导电路径的多种技术。

在芯3位于盒体2内部处于适当位置并且顶盖4覆盖盒体开口(以只保留沿其周边的非常小的间隙)同时外部电池端子5a,5b与其相应单元或单元组(例如通过图3B中所示的一个或多个单元端子6)连接的情况下，盒体2与顶盖4之间的间隙例如通过(在盒体开口的边缘处)沿间隙施加环氧树脂或胶粘物而被密封。

现在描述可提供水分和氧气不可渗透的电池壳体的用于利用顶盖4密封盒体开口1的另一技术。在该实施例中，已经沿顶盖4的整个边缘或周边形成了非有机材料的金属化部7，参见图5A。这允许顶盖4的边缘然后被直接结合(例如焊合、铜焊、焊接)到盒体2的壁的暴露金属边缘，由此密封盒体开口，如图5B中所示。在一个实施例中，使用低焊药或无焊药焊接来形成该结合。因此，在此处所述的电池壳体的一些变型形式中，电池壳体可包括盒体2和顶盖4，其中顶盖4包括由水分不可渗透的电绝缘材料(例如陶瓷或如上所述的其他材料)形成的板，该板具有围绕其边缘或周边的金属化部7。所得到的电池壳体可包括经由金属化部7结合到盒体2以气密地密封电池壳体的顶盖4。板还可包括延伸穿过其中的一个或多个导电路径，诸如本文通篇所述。

如图5A中所示，在一个实施例中，电池芯3可具有x-y面中其组成电极层中的一者或多者中的或者附接到x-y面中其组成电极层中的一者或多者的延伸区域或舌状物，其中延伸区域可包括金属迹线或电连接突出部(在这里一般性地称为单元端子6)，用于连接到顶盖4。这也可适用于图3B中所示的实施例，其中此类突出部的叠堆可连接到彼此以形成单元端子6。这些突出部或单元端子6与形成或嵌入在顶盖4中并且在壳体内部暴露的导电路径的暴露部分(例如导电通孔上方的垫盘)形成电连接。电连接可以被导电粘附、焊接、焊合，或者它们可通过单元端子6与顶盖4的内表面上的导电路径的暴露金属之间的强迫接触而被维持。

如上所述并且仍然参考图5a、5b，顶盖4由非导电材料例如陶瓷、例如氧化铝形成，在这里一般性地称为板9(其不必是完全平坦的，例如参见图3B、图5C和图5D中所示的实施例，其中板9也可具有在其内侧面上形成的架式结构)。板9可围绕其周边被金属化(边缘金属化部7)。需要指出，在大多数情况下，金属化部7与顶盖4中的所有导电路径电绝缘(这些导电路径将被用于连接到单元电极，以提供主输出电压或用于连接到电池管理电路)。在一种情况下，非导电板中的导电路径是导电通孔上方的垫盘(垫盘例如可被焊接到那里)，其中通孔中的一些延伸穿过板以到达外部电池端子结构5a,5b(也参见图1-2)。其他类型的导电路径可形成于板9中，诸如下文所述。

仍然参考图5A，在如图所示的板9的内表面上，在一个实施例中，垫盘可首先被焊接或以其他方式焊合到其相应单元端子6，然后这样附接的板9被旋转，这将单元端子6朝着盒体2的开口弯曲(单元芯3已经部分地插入盒体2中)。芯3然后被完全插入盒体2中，达到图5B中所示的布置，其中顶盖4完全填充或塞住开口。顶盖4的边缘处的金属化部7然后被用于通过将边缘金属化部7焊接或焊合或铜焊到盒体2的壁的边缘的暴露金属来密封盒体2。

如上所述，顶盖4可由板或板材形成，该板或板材由陶瓷或其他合适的非导电材料制成并且具有多个内置的馈穿导电路径(其中一些形成外部电池端子5a,5b的部分或延伸部)。在一个实施例中，在其中包括集成的电互连的顶盖4可利用低温共烧陶瓷(LTCC)电子封装制造技术来形成，以便在其中形成导电路径或迹线。板或板材在这种情况下可以是例如对于外部电池端子5中的每一者具有形成于其中的激光钻孔的导电通孔的氧化铝薄板。可跨板的面形成另一金属化层(未示出)，以有助于提高液体和气体不可渗透性，同时将顶盖4的整体尺寸保持为非常小，以保留最少量的陶瓷或氧化铝暴露于大气环境。还参见图5D，其中金属化部7(在板9的边缘或周边处)尽可能多地缠绕板9的正面和背面并跨板9的正面和背面延伸，就像不接触任何导电部分5,10,11的局部套管。

如上所述，导电路径中的一些可将电池芯3的电极或电极组电连接到电池壳体的外部电池端子5。在一些情况下，诸如图5C和5D中所示，顶盖4的此类导电路径可直接将电极或电极组连接到外部电池端子5。例如，如那里所示，顶盖4的导电路径可由内部部分10、桥接部分11和也称为外部端子5的外部部分构成。在其他变型形式中，诸如参考图6更详细所述的那样，顶盖4的第一导电路径13可将电池芯3的电极或电极组(例如通过单元端子6)连接到管理电路12(诸如电池单元监测或控制电路)，并且第二导电路径14可将管理电路12连接到外部端子5a。需要指出，在这种情况下，第二导电路径14不必具有在壳体内部暴露的任何内部部分。虽然在图6中未示出，但在顶盖4内部可以存在另一导电路径，其用于直接将另一外部端子5b连接到电池芯3的另一其他电极或电极组(例如(-)电极或(-)电极组)。

在一些实例中，顶盖4可像印刷电路板或印刷线路板那样被制造。仅仅作为一个示例，约250微米厚的氧化铝薄板可具有形成于内侧面上的与单元端子6对准的可焊接垫盘，如图5A中所示。可以是从电池芯3的侧面突出的电极层的突出部或延伸部的单元端子6然后分别被结合到相应导电路径的内部部分(例如通孔连接到形成于顶盖4中的垫盘)，然后将顶盖4向上旋转并装配到盒体开口中以得到图5B中所示的构型，从而覆盖盒体2的开口，使得顶盖的周边处的边缘金属化部然后可被结合到盒体壁的边缘或边界。垫盘也可被形成为顶盖4的非导电板9的外表面上的外部端子5，其通过通孔电连接到内部垫盘，从而完成外部电池端子结构。

现在转向图5C，这是根据本发明的若干实施例的安装到盒体2的开口中的顶盖4的剖面图。在这个示例中，芯3的单元端子6在与顶盖4的导电路径的水平取向的内部部分10接合时可保持为水平的(类似的水平取向出现在图3B的实施例中)。将其与图5A中使用的方法比较，在图5A中的使用的方法中，单元端子6在与顶盖4的内部垫盘接触时以大约直角被弯曲。顶盖4中的一些导电路径可延伸到外部部分(例如外部电池端子5)中，该外部部分在电池的外部暴露(然而应当理解，其他导电路径诸如上面描述的那些可仅在顶盖的内表面上保持暴露)。需要指出，虽然剖面示出了顶盖4中仅一个导电路径引向外部端子5，但是存在至少两个此类结构导致(+)和(-)主电池触点(并且任选地根据待从盒体2的外部单独寻址的单元或单元组的数量，可以存在更多)。图5C还示出了可覆盖盒体2的整个外表面和内表面的盒体2的任选外绝缘层和内绝缘层。顶盖4沿金属化部7被气密地密封到盒体壁，这可例如由于无焊料或低焊药焊接、铜焊或焊合而留下填充间隙的密封/结合材料8。

顶盖4可利用上面提到的各种技术来形成，包括类似于陶瓷印刷电路板制造方法的技术。在另一方法中，现在参考图5D，顶盖4可通过插入成型方法形成，其中在可形成顶盖的导电路径的至少一部分的一个或多个导电件周围(例如通过注射塑性材料)执行注塑。例如如图5D所示，导电件可具有内部部分10、桥接部分11和外部端子5。在其他变型形式中，导电件可构成桥接部分11，并且单独的零件(例如导电垫盘、板到板连接器)可连接到顶盖4和桥接部分11以形成内部部分10和/或外部端子5。在顶盖4已经被模制之后，可围绕顶盖4的周边形成金属化部(例如通过围绕模制件的周边电铸金属化部7)。作为一种另选方式，可使用图5D中所示的双射注塑方法，其中射1板形成内嵌导电件或触点(例如内部部分10、桥接部分11和/或外部端子5)，并且射2板形成金属化部7。

在另一个实施例中，用于电池监测和/或控制的电子管理电路12可由成品电池支撑或承载，如下所述。现在参见图6，电池芯3可由多个单元构成，所述单元可被分成可单独寻址的多个单元子组(在这里示出了四个单元子组，其中四个子组中的每一个子组在这个示例中是作为具有两个物理上分开的阴极的双单元的叠堆组)。每个单元子组可包括单个单元或多个成组单元(例如单元组，诸如双单元)，并且电池芯3可包括单元或单元组的任何合适组合。如上所述，在单元组中，两个或更多个薄膜单元可机械地且电气地分组到单独的“叠堆组”中，该叠堆组可通过例如叠堆内的相邻叠堆组之间的电绝缘中间层(未示出)而与其他单元和/或叠堆组电绝缘。每个单元子组可包括导电地连接到该单元子组的一个或多个阴极层的正端子和导电地连接到该单元子组的一个或多个阳极层的负端子。

每个单元子组可由管理电路12单独寻址，即通过感测单独单元子组电压来检测失效单元子组(然后断开失效单元子组以基本上移除其或阻止其贡献主电池输出电压)和/或通过响应于从外部系统传送给电池的请求而在两个或更多个单元子组之间形成串联和并联连接以便改变主电池输出电压。管理电路12可提供此类监测和/或控制功能中的一者或多者，如下文中将更详细所述。管理电路12可利用嵌入在壳体中的特定于单元子组的一组导电路径而被连接到每个单元子组。在一些实例中，每个导电路径将相应单元子组连接到管理电路12。在这些变型形式中，对于每个单元子组，电池壳体可包括两个导电路径(第一导电路径将单元子组的正端子连接到管理电路12，并且第二导电路径将单元子组的负端子连接到管理电路12)。例如，如果电池芯包括四个单元子组，则可存在将单元子组连接到管理电路的八个导电路径，使得每个导电路径将仅一个单元子组的负端子或正端子连接到管理电路。

在其他变型形式中，电池壳体可对于每个单元子组包括一个导电路径，并且还可包括一个或多个共享导电路径，其中每个共享路径连接到多个单元子组。在这些变型形式中的一些中，每个单元子组的负端子经由特定于该单元子组的导电路径而连接到管理电路12，并且若干单元子组的正端子利用一个或多个共享导电路径连接到管理电路12(反之亦然)。在一个示例中，包括四个单元子组的电池芯3可具有将单元子组连接到管理电路的五个导电路径。前四个路径可分别将四个单元子组的负端子连接到管理电路，而第五个路径可以是将所有四个单元子组的正端子连接到管理电路的共享路径，反之亦然。在其他示例中，对于具有四个单元子组的电池芯3，使用六个导电路径来将单元子组连接到管理电路。在这些实例中，前四个路径可分别将这四个单元子组的负端子连接到管理电路，而第五和/或第六个路径可以是将所有四个单元子组的正端子连接到管理电路的共享路径(例如两个单元子组可连接到每个共享路径，或者三个单元子组可连接到一个路径，而剩余的单元子组连接到另一路径，反之亦然)。

参考图6，上面的情况中的顶盖4可具有多个导电路径13，该多个导电路径从顶盖4的内表面上的内部部分10(例如垫盘、板到板连接器的部分)突出或以其他方式被形成为内部部分10或被接合到内部部分10，并且可连接到电池芯3。内部部分10在图6的示例中如图所示为竖直取向的，但可具有其他取向，诸如如上所述水平取向。这些内部部分10中的每一者可例如与每个单元子组的正端子接合，如图所示(或者在另一布置中，与每个单元子组的每个负端子接合)。单元子组的端子6与内部部分10之间的物理连接可以任何合适的方式来实现。在一些实例中，如图6所示，可利用填充突出部或单元端子6的竖直边缘与如图所示的导电路径的竖直取向内部部分10之间的间隙的例如导电胶粘物或焊料来实现连接。

管理电路12通过导电路径13连接到电池芯3，并且还可连接到电池壳体的外部端子(例如图6中所示的端子5a)。顶盖4中的第一组一个或多个导电路径13可将电池芯3连接到管理电路12，并且第二组一个或多个导电路径14可将管理电路12连接到外部端子。管理电路12可监测电池芯3的健康状态，和/或其可作为电池能源管理电路工作。具体地，管理电路12可单独监测每个单元子组，诸如每个单元子组的电压和/或通过导电路径13,14被供应给每个子组或从每个子组汲取的电流，以检测失效单元子组(例如通过在充电、放电或空闲状态期间将所感测的单元子组电压或电流与适当的阈值进行比较)。管理电路12然后可以能够选择性地连接和断开单独的失效单元子组(例如通过适当地关闭和打开连接到导电路径13,14的其固态电流路径开关，诸如晶体管)以有效地移除或阻止失效单元子组贡献可被电池通过电池壳体的外部端子5a,5b供应的输出功率或电压。在一些实例中，管理电路12能够配置其可用单元子组之间的串联和/或并联连接(例如通过适当地关闭和打开连接到导电路径13,14的其固态电流路径开关诸如晶体管)，这使管理电路12能够响应于接收到从外部系统传送给电池的请求而改变端子5a,5b处电池的主要或主输出电压。管理电路12的这些功能能够产生容错电池和/或智能电池。

在一个实施例中，管理电路12可安装在顶盖4的外部，如图6中所示。在这些变型形式中，连接到单元子组的导电路径13可从顶盖4的内表面延伸到顶盖4的外表面，并且管理电路12可(例如经由焊接)连接到这些导电路径的暴露部分。类似地，管理电路12可连接到电池壳体的外部端子5a,5b，该外部端子被形成为顶盖4中的一个或多个另外导电路径14的暴露部件。另选地，管理电路12的一些或全部可位于盒体2的内部，例如在顶盖4的背面与电池芯3的正面之间的开放空间中。在这种情况下，管理电路12与顶盖4的导电路径之间的连接可以是通过内部部分10的延伸部。为了使得能够接收(从外部系统传送的)改变主输出电压的请求，壳体(并且具体地非导电顶盖4)可具有形成于其中的附加导电路径，管理电路12连接到所述附加导电路径，并且管理电路12能够通过所述附加导电路径与外部系统通信。此类通信还可包括关于电池单元芯3的健康状态的更新，例如什么或多少单元子组已经失效。

在另外的变型形式中，管理电路12可被内嵌在顶盖4内部，例如在板9中的腔内。在其他实例中，管理电路12的部分或全部可被安装在电池壳体内的用于将单元子组电连接到顶盖4的导电路径的柔性电路上，例如参见下文所述的图7F、7G。

图6示出了四个单元子组的示例，其中每个单元子组具有一对(+)电极，它们接合到顶盖4中的导电路径13的四个实例的四个内部部分10中的相应一者。管理电路12中的电流路径开关可被用于例如将这四个单元中的一者作为失效或不期望的单元子组而断开。这可能是由于单元子组的失效，或者是由于从外部系统接收的针对较低主输出电池电压的请求。例如，单元子组的所有四者之间的并联连接可被改变成它们中仅三者的并联连接，而第四者变成串联连接，以由此提高外部端子5a,5b处的主输出电压。在另一个实施例中，管理电路能够在充电期间监测进入各个单元子组的电流，并且可将其相互比较以便检测哪个单元“正在泄漏”并因此可能失效。电路可包括附接到顶盖4的内表面或如图所示附接到其外表面、或者被内嵌在顶盖4中的集成电路芯片或裸片，或者其可在盒体内更向内定位，例如在两个相邻单元或叠堆组的突出部之间的空间内。虽然上面参考四个单元子组进行了描述，但应当理解，上述有益效果可以任何适当数量的单元分组来实现。

在一些实例中，可能有利的是将两个或更多个单元的电极层彼此电连接。例如，在上述电池芯具有一个或多个单元组(例如两个或更多个单元)的一些变型形式中，单元组的单元的阳极层可连接到彼此，并且单元组的单元的阴极层可连接到彼此。在多个单元子组的正端子或负端子连接到共享导电路径的其他情况中，一个单元子组的阳极层可连接到另一单元子组的阳极层，或者一个单元子组的阴极层可连接到另一单元子组的阳极层。图7A-7E示出了可形成到多个电极或极层的公共连接的多种方式。例如，现在参考图7A,7B，用于在例如电池芯3的薄膜叠堆中的相邻单元或单元组之间形成电连接的技术被示出。叠堆型芯3可由极层16的叠堆(其可形成矩形棱柱形状，诸如图1中所示，或上文所述的其他形状)形成，其将被插入类似尺寸设定的盒体2(其可以是矩形棱柱或其他形状诸如上文所述)中。为了高效地利用盒体2内部的体积，相邻单元或叠堆组的正(+)极层16之间(为了获得单元之间的并联连接)的电流路径连接可如下来形成。首先，从一对相邻活性正层的每个活性层移除拐角件以得到切头端(图7A顶部)。然后在将切头端的端部部分朝着彼此折叠之后接合切头端，如图7A的下部图所示。折叠端部部分处的接合部可例如经由焊接、焊合(热和超声)或导电胶粘物(例如导电环氧树脂)来实现。图7B示出了可如何还添加引线键合或焊膏连接作为桥来导电地桥接两个不相邻活性层16(其拐角已经沿相反方向被折叠)之间的间隙。这些技术可使所得到的电池叠堆能够始终保持在其将被插入到的紧密配合盒体2的允许尺寸内。示出为从其相应(+)和(-)电极层16(这些层已经以其他方式接合到相邻单元或单元组的其他电极层，例如利用折叠的拐角接合部)突出的突出部或单元端子6a,6b然后可被接合到顶盖4中的其相应导电路径(例如以上文中结合图5A、5C和图6所述的技术中的任一技术)。

在图7C-7E中，示出了形成到多个电极或极层16的公共连接的不同方式。一组如此连接的单元或单元组然后可经由例如上文中结合图5A、5C和图6所述的突出部方法中的任一者被连接到顶盖4的导电路径。从图7C的实施例开始，给定电极层16a的一个或多个边缘(例如在具有大体上呈多面体形状的层的情况下在一个或多个拐角处)可向下折叠以接触或几乎接触下面的另一电极层(例如“相邻”电极层16b，其中相邻在这种情况下是指相邻电极层的折叠边缘不被另一折叠边缘分隔)。然后可在相邻折叠边缘处形成接合部以例如形成这两个层的阴极到阴极或阳极到阳极连接。该方法可继续，使得不止两个层16连接到彼此，以形成公共电连接。折叠边缘处的接合部或接触点可被焊接或者以导电粘合剂或其他适当的技术结合，以在层之间形成可靠的电连接。

在图7D中，示出了由与两个阳极层16b,16d交织的三个阴极层16a,16c,16e的叠堆构成的电池芯3的一部分。这些层大体呈多面体形状，并且在这个示例中具体地是矩形，其中每个层具有多个拐角。一组此类拐角区域如图所示彼此对准，使得对于每一组，一组极层相对于互补极层的拐角凹陷或切短，以便不妨碍拐角区域处的导电结构17，该导电结构在这个示例中由导电柱和导电粘合剂构成。这导致在每个拐角处在相同类型的层之间形成竖直电连接。在所示示例中，存在四组对准的拐角，其中两组用于将阴极连接到彼此，而另外两组用于将阳极连接到彼此。芯结构还可具有作为如图所示的阳极层和阴极层的突出部或延伸部的单元端子6a,6b，其将被用于形成到形成于顶盖4(未示出)中的导电路径的连接。虽然附图示出了可推进穿过例如通孔的线柱，但可使用可实现此类竖直电连接的其他导电结构17。虽然阳极层和阴极层二者在图7D中被示出为连接的，但该连接机制可用来只连接给定单元组的阴极层或阳极层。例如，在一些变型形式中，该机制可用于连接多个单元子组的阴极层，而每个单元子组的阳极层单独连接到顶盖4的导电路径，反之亦然。

至于图7E，其是作为多个层16的电池叠堆芯的芯3的透视图，其中在这种情况下，互补(第一和第二)极层又交织。在这种情况下，第一极层16c,16e,16g中的每一者具有凹口19，几个引线键合18中的相应一者穿过凹口19，其中引线键合18将第一极层16g连接到下面的另一第一极层16e。利用这种技术，位于给定的第一极层16c,16e.16g上面的层状结构中的一些可能必须被凹陷或切短以不妨碍附接到第一极层的顶表面(并且在接合下面的相邻第一极层的顶表面之前向下延伸穿过形成于第一极层中的凹口19)的引线键合18。在这种结构中，与图7D类似，突出部或单元端子6可形成于接合的第一极层16a中的一者上以提供到顶盖4(未示出)中的导电路径的公共电连接。

现在参考图7F-7L，这些附图用于示出将多个单元子组(例如，单元或单元组)单独连接到顶盖4以便允许管理电路12单独寻址每个单元子组(如上所述)的不同方式。如上所述，在这些实例中的一些中，电池芯3的每个单元子组的相同类型的极层可单独连接到顶盖4中的其相应导电路径。换言之，顶盖4中的多个导电路径连接到多个单元电极(例如阳极)，它们可以是单个单元子组的单元电极。在其他实例中，多个单元子组的阴极可共同连接到彼此，并且在这种情况下，可形成到形成于顶盖4中的单个导电路径(或一组接合的导电路径以提高电流容量)的连接，而各个单元子组的阳极单独连接到顶盖4中的其相应导电路径。后一种方法仍然可提供对单元的单独控制或监测。需要指出，互补的布置也是可能的，其中多个单元或单元组的阳极共同连接到彼此，然后连接到顶盖中的单个导电路径(或者为了更大的电流容量，连接到多个接合的路径)，而那些单元或单元组的阴极单独连接到顶盖中的其相应导电路径。单元子组之间的共同连接可以任何方式或方式组合诸如上文中参考图7A-7E所述的那样来形成。

图7F-7L示出了用于将各个单元子组连接到顶盖4的选项。在一些实例中，单元子组单独连接到一个或多个柔性电路，该柔性电路继而可连接到电池壳体。图7L示出了一个此类示例。如那里所示，单元子组可连接到柔性电路15，该柔性电路继而可连接到板到板类型的连接器24(其被安装在顶盖4上，如图7L中所示)。如图所示，连接器24在顶盖4的内表面上，并且其端子或触点可经由多个导电通孔分别连接到内嵌在顶盖4内或在顶盖4外部的另一连接器31，这取决于管理电路12(如上面参考图6所述)将位于哪里(因为管理电路可然后通过另一连接器31连接，从而能够单独寻址单元或单元组)。

在一些变型形式中，一个或多个单元子组可被引线键合到一个或多个柔性电路。图7F-7H示出了用于将单元子组单独引线键合到一个或多个柔性电路的选项。在一些实例中，各个单元子组可引线键合到单个柔性电路(例如，各个单元子组可连接到柔性电路的不同迹线，而单元子组或共同连接的单元子组内的单元组例如公共阴极可连接到柔性电路的公共迹线)。图7F示出了在电池芯叠堆的电极层之间形成连接的一种方式，即使用在一端接合到单元极(电极)层16的面或其相关联单元端子6并且在另一端连接到柔性电路15的引线键合18。这允许通过形成于柔性电路15中的不同迹线形成到单元子组的单独连接，以及通过柔性电路15中的公共迹线形成到单元子组的公共连接。迹线如图所示在柔性电路15的连接器端20处聚集，该连接器端可通过图7L中所示的连接器24附接到顶盖4的导电路径。

虽然图7F示出了连接到单个柔性电路15的各个层，但不同电极层可连接到不同柔性电路。例如在图7G中，单元子组的阳极层连接到第一(阳极)柔性电路15b，而单元子组的阴极层连接到第二(阴极)柔性电路15a。在这种情况下，引线键合18的一端接合到电极层的边缘，并且另一端接合到柔性电路15。在那里所示的实施例中，阳极柔性电路15b具有多个迹线(每一个阳极或阳极组一个迹线)，而阴极柔性电路15a具有单个迹线(用于公共阴极连接)。将连接通过多个柔性电路引导到单元层的其他组合是可能的。例如，应当理解，在期望具有到不同阴极层的单独连接的情况下，阴极柔性电路15可具有多个迹线(每个阴极或阴极组一个迹线)。

在一些实例中，电池芯3可具有一个或多个圆形拐角(诸如上文中提到和描述的)，这可导致盒体2内的未使用的空间增加。在这些实例下，现在参见图7H，可能期望的是将使单元层连接到柔性电路15的引线键合18定位在这些拐角间隙中，以有效地使用可用空间。虽然将柔性电路15连接到芯3的单元层的引线键合18可被定位在前拐角(面向顶盖4的拐角)处，但引线键合18可附加地或另选地被定位在一个或多个后/背拐角处，在这种情况下，柔性电路15a或15b可如图所示缠绕芯3的一部分(并且这在一些情况下可增加芯3的结构完整性)。

在其他实例中，如图7I所示，电池单元芯3的单元子组可具有连接到柔性电路15的相应迹线的单元端子6(例如突出部)。单元端子6或突出部在该实例中可具有不同的长度，以便到达柔性电路15，但是在其他情况中，柔性电路15可以更大，使得各个突出部不需要具有不同长度来到达其迹线。在图7I中，存在两批连接到柔性电路15的单元端子6或突出部，其中一批从柔性电路15中的电路迹线向上延伸，并且一批向下延伸。在其他情况中，可以存在单个组的突出部例如向上指向，在这种情况下，柔性电路将被定位在芯3的底部处。相反地，可以存在连接到柔性电路15的向下指向的单个组的突出部，在这种情况下，柔性电路15将被定位在芯3的底部处。

在另外的情况中，现在参考图7J，单元端子6或电极突出部可结合柔性电路部分或柔性电路迹线，该柔性电路部分或柔性电路迹线然后在竖直方向上通过下面的多个单元端子6或突出部连接到公共柔性电路23a,23b。在这些实例中的一些中，导电粘合剂膜21,22(例如各向异性导电膜ACF)可被用于连接不同层的相邻突出部，以通过突出部提供导电性。用于竖直地连接其中具有多个迹线的单元端子6的膜22可被选择性地切割，以有效地提供用于每个迹线的相应导电“列”(向下到公共柔性电路23b)。可以存在提供公共阴极连接的一个公共柔性电路23a以及提供如图所示的单独阳极连接的另一公共柔性电路23b。当然，可能存在将连接从单元层端子6或突出部引导到此类公共柔性电路23a,23b中的一者或多者的其他组合。

在其他情况中，诸如如图7K中所示，柔性电路15可缠绕几个单元子组的顶面和底面以及侧面，以提供到各个层的连接。在这些特定实施例中，柔性电路15可具有多个接触点25a、25b、…(其中的每个接触点连接到相应迹线)，所述接触点定位成使得每个接触点在柔性电路15缠绕单元子组时能够与单独单元子组的阳极接合。虽然单元子组被示出为两侧单元(为了利用这个实施例的更高效率)，但这个实施例也可与单侧单元或与叠堆单元组一起使用。导电迹线如图所示沿柔性电路15的长度方向延伸直到其到达柔性电路15的连接器区域20，该连接器区域待与形成于顶盖4中的导电路径电连接(例如，通过安装在顶盖4上的连接器24，如图7L所示)。需要指出，在存在两侧单元的情况下，可能必需如上文已经描述的那样利用另一机制连接阴极突出部，诸如阴极的单元端子6或突出部延伸部(例如阴极集流器)突出超过柔性电路15的侧面，如图7K中所示。以另一种方式看，这个实施例包括分别作为多个电化学单元子组的元件的单元电极，并且柔性电路顺序地缠绕a)这些单元子组中的第一单元子组的顶面、左侧面和底面，然后缠绕b)这些单元子组中的相邻第二单元子组的顶面、右侧面和底面，其中柔性电路在其中具有多条迹线，其中每条迹线端接于相应接触点，该接触点被定位成与这些单元子组中的第一单元子组或第二单元子组的顶面或底面接合。应当理解，参考图7K所述的布置可反转，使得阴极层连接到柔性电路15的接触点25a、25b、…，而单元端子6或突出部是如这里所述利用另一机制彼此连接的阳极延伸部。

在另外的情况下，各个单元子组电极可直接连接到顶盖4。在一些实例中，电极可引线键合到顶盖4，诸如图7F-7H，但直接到顶盖4而不是经由中间柔性电路。在一些实例中，单元端子6(例如，突出部)可结合或以其他方式与顶盖4的导电通孔接触(参见图3A)。在一些实例中，各向异性导电粘合剂可被定位在此类突出部和顶盖4之间，这可有助于防止突出部与顶盖4的其他通孔的意外连接。

现在转向图8，根据本发明的另一实施例示出了气密地密封或封装的电池芯的剖面图。该技术也称为一体化或原位形成包封，其中电池单元芯3(例如薄膜叠堆)通过例如将电池芯3浸入具有期望绝缘材料的溶液中或者经由例如气相沉积或喷涂而被涂覆有介电膜或涂层26。所使用的材料可以是有机的，或者其可以是无机陶瓷材料。以这种方式涂覆芯3实现了芯的电绝缘，并且提供了一定的水分和氧气保护。然而，在施加介电涂层26之前，在这个示例中可通过在芯3的单元端子和外部端子5之间通过非导电金属化端盖27形成电连接来形成在这里也被称为芯至端盖互连28的电互连。然而，需要指出，端盖27在该实施例中是任选的，这取决于所选择的后续水分和氧气阻隔层29以及外部系统要求。如果端盖27如图8所示来提供，则介电涂层26可用于还使在顶盖27的后表面上发现的暴露金属电绝缘，该暴露金属直接接触连接28。

在已经施加介电涂层26之后并且在端盖27如图所示保持在适当位置的情况下，水分和氧气阻隔层或皮层29被施加，其也被描述为外部水分和氧气阻隔件，因为其阻止外部环境中的氧气和水分进入电池芯3，并因此代替传统的基于金属箔片层合体的袋。水分和氧气阻隔皮层29可由无机材料(例如金属、陶瓷、或例如氧化物)制成。水分和氧气阻隔皮层29可例如通过将介电涂覆的电池芯浸入其中具有无机材料的适当溶液中、通过气相沉积、通过喷涂、通过电铸或通过金属化来实现。还应该指出的是，多个水分和氧气阻隔层可以这种方式被施加，以进一步将电池芯3与环境元素隔离和/或为成品电池提供结构刚度。

图8中所示的外部电池端子5可作为形成端盖27的一部分在顶盖27的背面上暴露的任何端子与芯到端盖连接28(例如也称为单元突出部的单元端子或延伸部)之间形成电接触之前与端盖27(在这里也称为外部电池连接器)内的导电迹线一体地形成。需要指出，顶盖27的前表面或外表面可如图所示围绕其周边具有任选的金属化部分，在水分和氧气阻隔皮层是金属的情况下，其可在施加水分和氧气阻隔皮层29期间被镀覆或涂覆有水分和氧气阻隔皮层29。最后，虽然在图8中未示出，但附加的外部涂层可被涂敷到水分和氧气阻隔皮层29(类似于图5C和图6中所示)，这取决于所使用的水分和氧气阻隔皮层的类型以及系统要求。其例如可以是介电材料或其他电绝缘材料，并且其可能是为了美观的目的而被需要或者其可能是出于机械和结构强度的原因而被需要。此类外部涂层可通过多种方式来沉积，包括例如喷涂、气相沉积和浸入到浴中。

图8中的结构可利用各种涂层的材料的以下组合来实现：介电涂层26可通过化学气相沉积(CVD)方法利用派瑞林来形成；然后，水分和氧气阻隔皮层29可通过铝金属化的物理气相沉积来形成；最后任选的外部电绝缘涂层可以是类似的派瑞林CVD涂层。

在图8中的结构的另一具体实施中，该过程可开始于电池单元芯3的派瑞林CVD涂层以形成介电涂层26、然后物理气相沉积铝种子层以形成阻隔皮层29、之后是阳极化过程。这里的一种另选形式是利用镍电镀使用种子镍层并在厚度上生长该层。应该指出的是，以上结合图8的实施例所述的膜和涂层的厚度可在从几埃或纳米至多至毫米等的范围内。

使用水分和氧气阻隔皮层29的金属化的上述(结合图8)过程的一种另选形式是使用致密陶瓷涂层(作为水分和氧气阻隔皮层)。也如上所述，在某型情况下可省略端盖27，例如在电连接到单元端子的外部连接器或外部电池端子5已经电绝缘使得金属的水分和氧气阻隔皮层29可被直接施加以涂覆其的时候。然而，应该指出的是，提供端盖27在很多情况下有助于保持成品电池一致的外部尺寸或大小，尤其是在大规模生产期间。在提供端盖27的情况下，图8中所示被执行的金属化部可被施加于端盖27的外表面，并且原位金属水分和氧气阻隔皮层29能够直接镀覆于其。在一些实例中，在施加水分和氧气阻隔皮层29之前，端盖27可附接到电池叠堆的单元端子(连接28)，以形成电池叠堆和顶盖组件。

一般来讲，可能有利的是产生可保持平坦构型的薄膜电池单元。例如，当上述用于利用金属盒体2气密地围封电池单元芯3的技术要被应用于薄膜电池叠堆时，相当平坦的电池叠堆结构是期望的(而不是例如在衬底层中表现出弯曲或曲线的结构)，以使盒体2的内部体积的使用最大化，并且在一些情况下有助于将叠堆插入盒体2中。现在参考图9A，还发现在制造薄膜电池叠堆期间，用于支撑活性材料膜或层，尤其是阴极膜32的衬底30可能在气相沉积例如阴极膜32期间或在其他处理步骤期间经受拉伸应力或压缩应力。可能的是，阴极膜32中的此类压缩或拉伸应力以及衬底30中的互补应力是在阴极材料致密化和结晶期间由于阴极膜32与衬底30之间的热膨胀系数(CTE)失配以及由于阴极膜的体积改变而产生的。这例如在阴极膜最初以无定形态被沉积，随后需要被退火(以重新结晶成正确的晶体结构)的情况下是这样的。在一些实例中，膜沉积和退火可同时进行或者以交替的方式进行。这些过程可能导致膜叠堆作为整体中的不平衡的弯矩。无约束的膜叠堆例如可向上弯或弯曲(沿图9A中所示的取向)。另选地，如果衬底30的CTE比阴极膜32低，则叠堆可能向下弓弯。此类衬底弯曲可能不利地影响处理单元的能力、其堆叠效率、封装，并且最终影响成品电池的芯能量密度。

避免形成“炸薯片”形式膜叠堆的一种可能的解决方案是使用双面阴极沉积技术。在这种情况下，薄衬底可被放置平坦，然后经受气相沉积到其顶表面和其底表面二者上，由此产生具有双面阴极结构的衬底(如图9A中所示衬底30的顶面上的阴极膜或层32，并且在衬底30的底面上还有另一阴极膜或层)。这两个阴极结构因此同时被沉积，并且也可然后同时被退火和冷却，由此使结构作为整体能够使其自身应力平衡并避免上述弯曲。

在针对衬底弯曲问题的另一可能解决方案中，应力平衡层33被施加于图9A中所示的衬底30的背表面。这可以是在例如经由阴极沉积到正面表面或任选的阻隔层上而将阴极32施加于正面(或者在这里是顶面)之前沉积到衬底30的背面(或者在这里是底面)上的非阴极材料膜。平衡层33不必是活性阴极材料膜，并且可以比阴极膜薄很多，但应当能够(在阴极沉积及其后续退火期间)在衬底30中产生大约相同量的压缩应力。平衡层33可与阴极32同时生长和退火，例如通过在阴极膜的退火期间将沉积的镍层(其可直接在衬底表面上)转化为氧化镍层。可能的是，平衡层33可充当上文结合图8所述的介电层(在形成用于电池芯的气密地密封的壳体时)。这例如可利用在退火时转化为绝缘ZrO2的沉积Zr层来实现。

在另一技术(其也可能有助于抑制衬底弯曲)中，由多个层或膜形成渐变衬底，使得在随后的退火过程期间，渐变衬底的CTE将与阴极32的活性材料的CTE匹配(以阻止阴极32和/或衬底30的弯曲)。此类渐变衬底可具有由惰性材料制成的惰性的中间阻隔层，以便降低(在阴极沉积及其后续退火期间)离子从渐变衬底向上行进到阴极膜中的可能性。

现在转到图9B-9D，这些流程图用于示出用于提供应力平衡层33的一些选项。根据在制备平衡层33中可使用什么退火步骤，不同选项可具有不同实用性。除非另外指明，当以下讨论涉及“层”时，应当理解，在一些情况下这涵盖可以是不同材料的一个或多个子层或组分层。

图9B所示的第一选项可用于衬底和阻隔层在阴极沉积之前不退火的情况中。在这些变型形式中，电池单元可包括衬底、定位在衬底的第一表面上的一个或多个阻隔层、定位在衬底的相背对的第二表面上的应力平衡层以及定位在一个或多个阻隔层上的阴极层。这里的一般性过程操作可具有如图所示的以下序列：进入的衬底、沉积应力平衡层(例如衬底背面上的膜)、正面阻隔沉积、阴极沉积(这里可跳过阻隔沉积和阴极沉积之间的退火步骤)以及阴极退火。在这些实例中，应力平衡层和阻隔层可被沉积在衬底的相对侧上，并且阴极(例如LiCoO2)可沉积在最外侧阻隔层上。需要指出，阻隔层具体地可由两个或更多个子层形成，例如衬底的表面上的TiAl层，之后在TiAl层的自由侧上形成外子层(例如TiAlN层)。在这些实例中，应力平衡层可被设计为具有CTE(热膨胀系数)和厚度，使得膜在层的退火期间抵消其余层(包括阴极层)中的应力。得到按序列具有阴极、阻隔层、衬底和应力平衡层的电池单元叠堆的其他过程是可能的。

在一些实例中，可能有利的是在阴极沉积之前使衬底和阻隔层退火。例如在图9C中，平衡层被放置在衬底的第一侧(面)上。在这些实例中，衬底和平衡层可CTE匹配以便在退火期间平衡应力。第一阻隔层被沉积在如图所示衬底的自由侧上，并且第二阻隔层被沉积在背面平衡膜的自由侧上，这在图9C的示例中作为双面阻隔沉积引用。在一些实例中，第一阻隔层与第二阻隔层(在厚度和材料方面)相同。在其他实例中，第一阻隔层和第二阻隔层可被匹配以在退火期间平衡彼此的应力。衬底、膜以及第一阻隔层和第二阻隔层可被退火，并且应由于固有应力匹配而保持平坦。阴极然后可如图所示沉积在第一阻隔层上，并再次退火。如同上文结合图9B所述的第一选项那样，平衡层可抵消阴极提供的应力。

图9D中所示的第三选项与第二选项(图9C)的不同之处在于第一阻隔层和第二阻隔层被沉积在衬底的相背对侧上，然后被退火。平衡层然后可被沉积在如图所示第二阻隔层的自由侧上，然后阴极可被沉积在第一阻隔层的自由侧上，并且这些层可被退火。

在一个实施例中，阴极材料可被用作为应力平衡层。然而，在其他实施例中，应力平衡层的材料可以与阴极的材料不同，可能的材料的示例包括SiO2、Si3N4、SiON、AlN、W2C、Al2O3、TiO2、TiN和TiAl。

还进行了本发明的以下陈述。在一个实施例中，电池包括具有多个单元端子的电池单元芯、单元芯整体定位在其内部的金属盒体和其中形成有多个导电路径的非导电顶盖，其中每个导电路径提供多个单元端子中的相应一个单元端子与盒体外部的多个外部电池端子中的相应一个电池端子之间的电接触，其中顶盖覆盖盒体的开口，并且顶盖的周边在盒体开口的边界处结合到盒体，以密封所述开口。在一个实施例中，电池单元芯通过盒体与密封顶盖的组合而被气密地封装；在一个实施例中，在电池单元芯与盒体和顶盖组合之间不提供附加的气密封装或包封。

盒体可以是具有多个面的棱柱，该多个面中的至少一个面完全成形并且至少一个面未完全成形以得到盒体开口，单元芯已经通过该盒体开口被插入盒体中。盒体开口可以是棱柱的整个面，诸如棱柱的一侧(不是面)，并且顶盖自身塞住除了小间隙之外的整个盒体开口，该小间隙填充有密封剂/结合材料以气密地密封盒体的内部。电池单元芯可以是薄膜锂基电池单元叠堆，并且金属盒体的外部厚度或高度不大于5毫米。在一个实施例中，这些面中的至少两个面未完全成形，以得到a)盒体开口和b)另一盒体开口。在另一个实施例中，盒体开口延伸到棱柱的三个未成形面，并且顶盖自身塞住盒体开口的三个未成形面。在另一个实施例中，盒体开口延伸到棱柱的两个未成形的相邻面，并且顶盖为基本上L形，使得顶盖自身塞住盒体开口的两个未成形的相邻面。

盒体开口可以是棱柱的作为棱柱顶部或底部的整个面，其中电池还包括另一板(例如金属板)，其与顶盖一起塞住盒体开口的全部。金属盒体可具有包括六个面的矩形棱柱形状，其中五个面完全成形并且一个面未完全成形。金属盒体也可具有椭圆棱柱或圆形棱柱形状，具有接合到完全成形的底面的完全成形的弯曲侧面和未完全成形的顶面。电池盒体还可包括形成于盒体开口周围的扩张区域(其壁的扩张的剖面)。

电池单元芯可包括多个薄膜电池单元，它们形成高度和宽度分别略小于金属盒体的内部z尺寸和x尺寸的叠堆，以允许插入叠堆，同时使叠堆的外表面与金属盒体的内表面之间的间隙最小。在各种实施例中，电池叠堆包括完全平坦的不弯曲的阳极层、隔板层和阴极膜层，其中这些层平行于金属盒体的顶面和底面定位。在一个实施例中，金属盒体的尺寸设定成使薄膜电池单元叠堆与金属盒体的内表面之间的空间最小化，使得叠堆能够像盒一样通过开口被插入盒体中。

还进行了本发明的以下附加陈述。一种用于组装电池诸如以上所述的那些电池中的任一电池的方法，该方法包括：将电池单元芯插入金属盒体的开口中；以及将非导电顶盖的周边结合到盒体开口的边界以密封盒体。在将顶盖的周边结合到盒体开口的边界之前，在至少部分地嵌入在顶盖中的外部电池端子与盒体内部的芯的单元端子之间形成电接触。在一个实施例中，在将电池单元芯插入金属盒体中之前，电池单元芯被涂覆有电绝缘材料，其中金属盒体可在其内部表面上具有暴露金属。在另一个实施例中，金属盒体的内部表面在芯被插入其中之前被涂覆有电绝缘材料(并且在这种情况下，芯不必被涂覆有电绝缘层)。在一个实施例中，芯在盒体的内部体积是真空的期间被插入盒体中，这可能是由于芯的外表面与盒体的内表面之间的紧密度容限而被需要。这可通过在真空室内执行插入，或通过暂时在盒体的壁(例如后侧壁)中形成孔(真空通过该孔被抽吸)然后一旦顶盖已经被安装就塞住该孔以保持气密地密封来实现。在另一个实施例中，在将顶盖结合到盒体之后，盒体的整个外部被覆盖有电绝缘涂层。

用于制造电池的另一种方法，该方法包括：用电绝缘材料涂覆薄膜电池单元芯；以及例如通过金属化绝缘芯来用水分和氧气阻隔皮层涂覆绝缘芯。在另一操作中，外部电池端子在用绝缘材料涂覆芯期间被保持为与电池单元芯的单元端子接触，所述绝缘材料也涂覆外部电池单元端子的一部分，使得对芯金属化避免了在芯的正负电池单元端子之间形成电接触。

在制造电池的另外一种方法中，对衬底层进行气相沉积，气相沉积同时在衬底层的彼此正对的相背对的两个面上形成第一阴极层和第二阴极层，以形成双面阴极结构。双面阴极结构然后被退火。

在一种制造电池的方法的另一实施例中(例如参见图9B)，在衬底的背侧上形成平衡膜，其中平衡膜不是活性阴极材料，但在a)阴极结构沉积和b)所沉积阴极结构退火中的一者或二者期间在衬底中产生与阴极结构类似的应力。该方法还包括正面阻隔沉积操作，其中在衬底的自由侧(在这里是正面)上形成阻隔层，例如作为两个或更多个堆叠层诸如TiAl层、然后是TiAlN层的组合。该方法然后可进而在没有中间退火操作的情况下进行阻隔层上的阴极沉积(例如LiCoO2层)，

之后是阴极退火操作。

在一种制造电池的方法的另一实施例中(例如参见图9C)，一旦在衬底的背侧上形成了平衡膜，其中平衡膜不是活性阴极材料，但在a)阴极结构沉积和b)所沉积阴极结构退火中的一者或二者期间在衬底中产生与阴极结构类似的应力，就执行双面阻隔沉积操作，其中在衬底的自由侧(在这里是正面)上形成第一阻隔层，例如作为两个或更多个堆叠层诸如TiAl层、然后是TiAlN层的组合，同时在平衡膜的自由侧上形成第二阻隔层(其在成分方面可类似于第一阻隔层)。在一个实施例中，该方法然后可在第一阻隔层上进行阴极沉积(例如LiCoO2层)之前进行退火操作。

在一种用于制造电池的方法的另一实施例(例如参见图9D)中，执行双面阻隔沉积操作，其中在衬底的正面上形成第一阻隔层，例如作为两个或更多个堆叠层诸如TiAl层、然后是TiAlN层的组合，同时在衬底的背面上形成第二阻隔层(其在成分方面可类似于第一阻隔层)。该方法然后可执行退火操作，然后在第二阻隔层的背侧上形成平衡膜，其中平衡膜不是活性阴极材料，但在a)阴极结构沉积和b)所沉积阴极结构退火中的一者或二者期间在衬底中产生与阴极结构类似的应力。该方法然后可进行第一阻隔层上的阴极沉积(例如LiCoO2层)，

本发明的另一实施例是一种包括电化学电池单元的电池，其中渐变衬底具有形成于其上的活性阴极材料膜，其中渐变衬底由多个堆叠层形成，这些堆叠层的材料和堆叠次序已经被选择以得到对于渐变衬底作为整体匹配阴极膜的CTE的CTE，以抑制在阴极膜退火期间阴极膜和/或渐变衬底的弯曲。

虽然已描述并且在附图中示出了某些实施例，但应当理解，此类实施例仅用于说明广义的发明而非对其进行限制，并且本发明并不限于所示和所述的特定构造和布置，因为对于本领域的普通技术人员而言可想到各种其他修改。例如，顶盖4的外表面不必完全平坦，相反可具有向外延伸以提供水平平台的特征诸如舌状物，在该水平平台上可安装集成电路或其他电子部件，或者可在其中形成机械附接机构。例如，螺纹或其他机械连接机构诸如扣合或弹性联锁装置可构建到该平台中，以使成品电池能够附接到例如成品电池将被集成在其中的消费者电子设备的底座。因此，要将描述视为示例性的而非限制性的。

Claims (36)

1.一种电池，包括：

电池管理电路；和

气密地密封的壳体，电池单元芯被容纳在所述气密地密封的壳体内部，所述芯具有多个单元子组，每个单元子组包括至少一个电池单元；和

形成于所述壳体中的多个导电路径，每个单元子组通过所述导电路径单独地连接到所述电池管理电路，

其中所述电池管理电路1)通过所述导电路径感测所述单元子组中的每个单元子组的单独的电压以检测失效的单元子组并阻止所述失效的单元子组贡献所述电池的输出电压，以及/或者2)通过所述导电路径将所述单元子组中的一个单元子组与所述单元子组中的另一单元子组串联或并联连接以改变所述电池的所述输出电压。

2.根据权利要求1所述的电池，其中所述气密地密封的壳体包括在其中保持所述芯的金属盒体和覆盖所述盒体的开口的非导电顶盖，其中所述顶盖的周边沿所述盒体开口的边界结合到所述盒体以密封所述开口，并且其中所述导电路径形成于所述顶盖中。

3.根据权利要求2所述的电池，其中所述导电路径中的一些导电路径端接于暴露于所述顶盖的外部的多个外部电池端子，所述多个外部电池端子提供所述电池的主输出电压。

4.根据权利要求2所述的电池，其中所述顶盖包括非导电板和沿所述板的周边形成的边缘金属化部，其中所述顶盖沿所述边缘金属化部的整体结合到所述盒体以密封所述盒体开口。

5.根据权利要求4所述的电池，其中所述非导电板是陶瓷板，并且所述电池的所述外部端子包括形成于所述陶瓷板的外表面上的印刷电路迹线。

6.根据权利要求4所述的电池，其中所述非导电板是陶瓷板，并且形成于所述板中的所述多个导电路径包括通孔。

7.根据权利要求4所述的电池，其中所述金属盒体被电铸成具有棱柱形状，其中所述开口是所述盒体的唯一开口并且通过所述顶盖沿所述边缘金属化部的整体结合到所述盒体而被完全地密封。

8.根据权利要求2所述的电池，其中在插入所述电池单元芯之前，所述金属盒体的内表面涂覆有电绝缘膜，以使所述电池单元芯与所述金属盒体电绝缘。

9.根据权利要求2所述的电池，其中所述多个单元子组包括多个第一极层和与所述第一极层互补的多个第二极层，其中单独的突出部从所述多个第二极层中的每个第二极层突出并且与形成于所述顶盖中的所述导电路径中的相应一个导电路径直接接合。

10.根据权利要求1-8中任一项所述的电池，其中所述多个单元子组包括按以下序列与多个互补第二极层(1,2)堆叠的多个第一极层(1,2,3,4)：

第一极层1；

第二极层1；

第一极层2；

第一极层3；

第二极层2；和

第一极层4；

其中所述第一极层和所述第二极层分别具有彼此对准的多个拐角，所述第一极层1,2的所述拐角朝着彼此折叠并彼此接合，并且所述第一极层3,4的所述拐角朝着彼此折叠并彼此接合。

11.根据权利要求1-8中任一项所述的电池，其中所述多个单元子组包括：

与多个互补第二极层堆叠的多个第一极层，其中所述第一极层分别具有彼此对准并沿同一方向折叠的多个拐角，并且其中所述第一极层的所述折叠的拐角彼此接合以形成公共电连接。

12.根据权利要求1-8中任一项所述的电池，其中所述多个单元子组包括：

与多个第二极层交织的多个第一极层，所述第二极层与所述第一极层互补，其中所述第一极层和所述第二极层分别具有彼此对准的多个拐角，所述第二极层的所述拐角相对于所述第一极层的所述拐角凹陷或切短，其中所述第一极层的所述拐角通过导电柱或导线连接到彼此。

13.根据权利要求1-8中任一项所述的电池，其中所述多个单元子组包括：

以叠堆结构与多个互补第二极层交织的多个第一极层，其中所述第一极层经由多个引线键合分别连接到彼此，其中所述第一极层中的每个第一极层具有凹口，所述引线键合中的相应一个引线键合通过所述凹口将所述第一极层连接到另一第一极层。

14.根据权利要求1-8中任一项所述的电池，其中所述多个单元子组包括多个极层，所述电池还包括定位在所述盒体内部的柔性电路，其中所述极层中的每个极层通过单独的引线键合电连接到所述柔性电路的相应导电迹线。

15.根据权利要求14所述的电池，其中所述引线键合中的每个引线键合的一端接合到其相应极层的边缘并且另一端在后部区域处接合到所述柔性电路的相应导电迹线，所述柔性电路在所述后部区域平展地抵靠所述芯的正面，其中所述柔性电路从所述后部区域延伸到其朝着所述顶盖弯曲的弯曲区域，然后延伸到前部区域，所述导电迹线在所述前部区域暴露以连接到所述顶盖中的所述导电路径。

16.根据权利要求14所述的电池，其中所述引线键合被定位在所述盒体的内拐角与所述芯的对应外拐角之间的拐角空间处，并且其中所述柔性电路连接到所述顶盖的所述导电路径。

17.根据权利要求14所述的电池，其中所述引线键合被定位在所述盒体的内部后拐角与所述芯的对应外部后拐角之间的后拐角空间处，并且其中所述柔性电路沿所述芯的一侧向前延伸到所述芯的前面，所述柔性电路在所述芯的前面连接到所述顶盖的所述导电路径。

18.根据权利要求1-8中任一项所述的电池，其中所述多个单元子组包括多个极层并且突出部从所述极层中的每个极层突出，所述电池还包括定位在所述盒体内部的柔性电路，其中所述极层中的每个极层通过其相应突出部电连接到所述柔性电路的相应导电迹线或公共导电迹线，所述突出部从所述柔性电路的顶侧连接到所述柔性电路。

19.根据权利要求18所述的电池，其中所述多个单元子组包括另外的多个极层，并且其中另外的突出部从所述另外的极层中的每个极层突出，并且其中所述另外的极层中的每个极层通过其相应另外的突出部连接到所述柔性电路中的迹线，所述另外的突出部从所述柔性电路的底侧连接到所述柔性电路。

20.根据权利要求1-8中任一项所述的电池，其中所述多个单元子组包括多个极层，并且其中突出部从所述极层中的每个极层突出，所述突出部彼此竖直对准，其中所述对准的突出部中的相邻突出部通过导电键合连接到彼此，所述电池还包括在其中具有迹线的柔性电路，所述迹线经由导电键合连接到所述突出部中的一个突出部，其中所述柔性电路还连接到所述顶盖中的所述导电路径中的一个导电路径。

21.根据权利要求1-8中任一项所述的电池，其中所述多个单元子组包括多个极层，并且其中多个电绝缘突出部从所述极层突出，所述突出部彼此竖直对准，其中突出部中的每个突出部具有形成于其中的多个迹线，所述多个迹线连接到所述极层中的相应极层，并且其中所述对准的突出部中的相邻突出部通过导电膜分别连接到彼此，所述导电膜在其中具有与所述迹线对准的选择性地切割区域，所述电池还包括在其中具有连接到相邻突出部的多个迹线的柔性电路，并且其中所述柔性电路还连接到所述顶盖中的所述导电路径。

22.根据权利要求1-8中任一项所述的电池，还包括顺序地缠绕a)所述单元子组中的第一单元子组的顶面、左侧面和底面，然后缠绕b)所述单元子组中的相邻第二单元子组的顶面、右侧面和底面的柔性电路，其中所述柔性电路在其中具有多个迹线，所述多个迹线中的每个迹线端接于相应接触点，所述接触点被定位为与所述单元子组中的所述第一单元子组或所述第二单元子组的所述顶面或所述底面接合。

23.根据权利要求14-22中任一项所述的电池，其中所述柔性电路直接连接到所述顶盖的所述导电路径。

24.根据权利要求14-22中任一项所述的电池，还包括安装在所述顶盖的内表面上的连接器，其中所述柔性电路通过所述连接器连接到所述顶盖的所述导电路径。

25.根据权利要求24所述的电池，还包括安装在所述顶盖的内表面上的另一连接器，并且所述电池管理电路在所述壳体内连接到所述另一连接器。

26.一种电池，包括：

电池单元芯，所述电池单元芯具有多个单元电极；

金属盒体，所述电池单元芯定位在所述金属盒体中；和

非导电顶盖，所述非导电顶盖沿其周边的整体具有边缘金属化部，其中所述顶盖通过所述边缘金属化部沿所述周边的整体结合到所述盒体来覆盖所述盒体的开口以气密地密封所述盒体。

27.根据权利要求26所述的电池，其中所述非导电顶盖包括形成于其中的多个导电路径，所述多个导电路径中的每个导电路径通过所述非导电顶盖将位于所述盒体内部的所述单元电极中的相应一个单元电极与暴露于所述盒体外部的所述电池的外部端子电连接。

28.根据权利要求27所述的电池，其中所述顶盖包括陶瓷印刷电路板，其中所述导电路径被形成为通孔。

29.根据权利要求27所述的电池，还包括电池管理电路，

其中电池单元芯包括多个单元子组，并且所述非导电顶盖包括形成于其中的另外的多个导电路径，所述另外的多个导电路径的一端连接到所述单元子组并且另一端连接到所述管理电路，其中所述管理电路通过所述另外的导电路径1)感测所述单元子组的单独的电压以及2)连接所述单元子组中的各个单元子组以在所述单元子组之间形成串联和并联连接。

30.一种电池单元叠堆，包括：

衬底；

形成于所述衬底的正面上的阴极；和

形成于所述衬底的背面上的平衡层，其中所述平衡层包括所述阴极的材料之外的材料并且在所述叠堆中产生应力，所述应力趋向于平衡在形成所述阴极期间在所述衬底中产生的应力。

31.根据权利要求30所述的电池单元叠堆，还包括形成于所述衬底的所述正面与所述阴极之间的阻隔层。

32.根据权利要求30所述的电池单元叠堆，其中所述平衡层的所述材料选自：SiO2、Si3N4、SiON、AlN、W2C、Al2O3、TiO2、TiN和TiAl。

33.一种电池单元叠堆，包括：

衬底；

形成于所述衬底的正面上的第一阻隔层；

形成于所述第一阻隔层上的阴极；

形成于所述衬底的背面上的平衡层，其中所述平衡层包括所述阴极的材料之外的材料并且在所述叠堆中产生应力，所述应力趋向于平衡在形成所述阴极期间在所述衬底中产生的应力；和

形成于所述平衡层上的第二阻隔层。

34.根据权利要求33所述的电池单元叠堆，其中所述平衡层的所述材料选自：SiO2、Si3N4、SiON、AIN、W2C、Al2O3、TiO2、TiN和TiAl。

35.一种电池单元叠堆，包括：

衬底；

形成于所述衬底的正面上的第一阻隔层；

形成于所述第一阻隔层上的阴极；

形成于所述衬底的背面上的第二阻隔层；和

形成于所述第二阻隔层上的平衡层，其中所述平衡层包括所述阴极的材料之外的材料并且在所述叠堆中产生应力，所述应力趋向于平衡在形成所述阴极期间在所述衬底中产生的应力。

36.根据权利要求35所述的电池单元叠堆，其中所述背面膜的材料选自：SiO2、Si3N4、SiON、AIN、W2C、Al2O3、TiO2、TiN和TiAl。