CN105914305A - 柔性电池 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种薄型袋状电池，其用作便携式电子设备、便携式电子终端的动力源，具有不论从哪个方向向上侧方向或下侧方向弯曲，在层合薄膜上也不会产生皱褶或裂纹的柔性，提高了电池的质量和可靠性。在上侧的层合薄膜(101)和下侧的层合薄膜(102)上，分别形成插入电极群的突起(115、116)，之后，在其突起(115、116)的顶面形成同心圆状的凹凸波形状(同心圆状的峰的棱线或谷的棱线(111))，并将突起的侧面(113)设为平缓的斜面，而且在突起的侧面(113)形成波形状，以在哪个方向也可以伸缩。

Description

柔性电池

技术领域

本发明涉及柔性电池。

背景技术

作为智能手机或手表型终端等紧凑型的便携式电子设备、便携式电子终端的动力源，使用薄型袋状电池。

薄型袋状电池是在由金属箔或树脂层构成的厚度0.1nm左右的两片层合薄膜之间，包入由片状的正极和负极以及隔板构成的电极群，并注入了液体、凝胶或固体电解质的结构。层合薄膜选定在因外力引起的冲击等而变形损伤的情况下、或层合薄膜自身的寿命或温度变化导致的劣化等时，其中的电解质不会漏出的材质。

目前，便携式电子设备大多带在身上，例如，有与手腕吻合地预先弯曲的便携式电子设备，其电池也要与其形状吻合地弯曲。

为了对应这种电池，期望电池的进一步薄型化或柔性化。

现有薄型袋状电池是通过在坚固且缺乏伸缩性的层合薄膜整体上形成波状部，提高层合薄膜整体的柔性(柔软性)的结构(例如参照专利文献1)。

图14是表示专利文献1记载的现有薄型袋状电池的图。

在图14中，在上侧配置的层合薄膜201和下侧配置的层合薄膜202之间，密闭有正极和负极及电解质。在层合薄膜201、202的各表面，形成有向一方向一直伸长且相互平行地排列的波形状203，从而提高了层合薄膜201、202的柔性。

图15表示薄型袋状电池的加工工序图的图。

如图15(A)所示，在薄型袋状电池的层合薄膜上，以平行且等间隔的方式形成一直连续的波形状。接着，以弯曲位置206为基准，如图15(B)所示将层合薄膜折回，在折弯后的层合薄膜中插入由正极、负极、隔板及电解质等构成的电极群207。之后，将折回部分以外的三边接合，得到薄型袋状电池。

图16表示对薄型袋状电池施加外力，使薄型袋状电池弯曲的状态图。

如图16(A)所示，如果对形成于层合薄膜201、201的表面的波形状203从垂直的方向208施加外力，则如图16(B)所示成为弯曲的形状。此时，由于上侧的层合薄膜201和下侧的层合薄膜202的弯曲形成的半径不同，所以弯曲时产生周长(展开长度)的差。

即，相比弯曲前的层合薄膜的长度，弯曲后的长度(周长)变长，

成为弯曲前的层合薄膜的长度＜弯曲后的层合薄膜的长度(周长)的关系。

该周长之差表现为层合薄膜表面的皱褶或裂纹。皱褶的大小或形状根据弯曲的状态而变化，裂纹因电解质的泄漏等，对质量造成重大的影响。

图17是表示皱褶的产生机制的图。

如图17(A)所示，如果在上侧的层合薄膜201和下侧的层合薄膜202之间夹入电极群，则形成电极群的厚度量的突起209。将此时的突起209的顶面的长度设为L1。

接着，如图17(B)所示，如果使层合薄膜201、202弯曲，则其以在内径侧的下侧的层合薄膜202为基准变形。由于突起209的顶面的半径R2比下侧的层合薄膜202的半径R1大，因此，弯曲后的突起209的顶面的周长L2比弯曲前的长度L1大(L2＞L1)。

即，在弯曲时需要使上侧的层合薄膜201伸长。但是，由于层合薄膜201、202不易伸长，所以下侧的层合薄膜202向收缩的方向变形。下侧的层合薄膜202收缩L1和L2的长度差的量(L2-L1)，这在层合薄膜201、202的表面表现为皱褶或裂纹。

图18是表示在层合薄膜201、202的表面形成有波形状的现有的弯曲状态的图。

如图18(B)所示，如果将弯曲后的突起209的顶面的周长设为L4，则如图18(A)所示设定波形状210，以使弯曲前的突起209的顶面的周长L3为L4以上(L3≥L4)。如果如图18(B)所示那样弯曲，则在上侧层合薄膜201上作用伸长的力，但通过突起209的顶面的波210伸长而将伸长量(图17中的L2-L1)吸收。其结果是，可以抑制层合薄膜201、202的表面上的皱褶或裂纹的产生。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：(日本)特开2000-173559号公报

发明所要解决的课题

但是，在上述现有的结构中，如图19(A)所示，施加来自与波的棱线平行的方向的外力，层合薄膜以图19(B)那样的状态弯曲的情况下，波不能伸长。其结果是，存在产生皱褶或裂纹之类的课题。其理由是因为，如图20所示，形成有波形状的层合薄膜虽然相对于波的棱线在垂直的方向上伸长，但是在平行方向上并没有伸长。另外，在相对于波的棱线在垂直以外的方向、即倾斜方向上，层合薄膜也没有伸长，因此，即使从该方向施加外力而弯曲，也会产生皱褶或裂纹。

图21表示通过外力而向上侧弯曲的状态的层合薄膜的概略图。

在如图21(A)的状态～图21(B)所示的那样向上侧弯曲的情况下，以下侧的层合薄膜202为基准，突起的顶面的波210向收缩的方向作用。该收缩量虽然通过将波形状的间距变窄，一定程度上可以吸收，但如果收缩量变大，就不能进行超过上述程度的收缩，会产生皱褶或裂纹。

图22表示使层合薄膜弯曲的状态图。突起的侧面211以垂直立起的状态弯曲，因此，如图23所示，会受到强烈的伸缩的力。突起侧面的顶面侧212受到伸长的力，突起侧面的下面侧213受到压缩的力。层合薄膜不能追随伸长的力，其结果是，在突起的侧面211就会产生裂纹。

接着，图24表示事前不在层合薄膜上加工收纳电极的突起，而是将四边密封接合时的状态图。如果在平面状的上侧的层合薄膜201和平面状的下侧的层合薄膜202之间夹入电极群207并将四边密封接合，因层合薄膜上产生的电极群收纳部的台阶而在四角部分产生皱褶214。接合密封可靠性因该皱褶而降低。

发明内容

本发明是解决上述现有的课题的，其目的在于，提供一种无论从哪个方向向上侧方向或下侧方向弯曲，在层合薄膜上都不会产生皱褶或裂纹的电池。

用于解决课题的技术方案

为了实现上述目的，本发明的电池按照插入电极群的部分的电极群的形状，在层合薄膜上预先形成突起，之后，在层合薄膜上形成凹或凸形状，以使层合薄膜向哪个方向也可以伸长。在这样的状态下对电池施加外力，在所有的方向上进行变形、弯曲。

发明效果

如上所述，本发明的电池是在层合薄膜上形成有突起，且在层合薄膜上形成有凹或凸形状的电池，在施加外力而变形、弯曲的情况下，在层合薄膜上也不会产生皱褶或裂纹，能够消除电解质的漏液等问题，可以提高质量可靠性。

附图说明

图1是使薄型袋状电池向左右方向、前后方向弯曲的状态图；

图2是本发明实施方式1的在层合薄膜的突起的顶面形成的凹凸波形状的峰的棱线或谷的棱线成为阶梯状的薄型袋状电池的图；

图3是表示本发明的薄型袋状电池的制造工序图的图；

图4是本发明实施方式2的在层合薄膜的突起的顶面形成的凹凸波形状的峰的棱线或谷的棱线成为凹凸不平状的薄型袋状电池的图；

图5是本发明实施方式3的在层合薄膜的突起的顶面形成的凹凸波形状的峰的棱线或谷的棱线，与突起的侧面成一定角度的薄型袋状电池的图；

图6是本发明实施方式4的在层合薄膜的突起的顶面形成的凹凸波形状的峰的棱线或谷的棱线成为同心圆状的薄型袋状电池的图；

图7是本发明实施方式5的在层合薄膜的突起的顶面形成有凸形状的薄型袋状电池的图；

图8是本发明实施方式6的使层合薄膜的突起的侧面倾斜的薄型袋状电池的剖面图；

图9是本发明实施方式7的在层合薄膜的突起的侧面形成有波形状的薄型袋状电池的图；

图10是使本发明的突起侧面弯曲时的局部状态图；

图11是使在上侧的层合薄膜上设置了突起的袋状电池向上侧或下侧弯曲的状态图；

图12是使本发明的在上侧和下侧两方的层合薄膜上设置了突起的袋状电池向上侧或下侧弯曲的状态图；

图13是将多个本发明的实施方式组合成的薄型袋状电池的图；

图14是表示专利文献1记载的现有的具有柔性的薄型袋状电池的图；

图15是专利文献1记载的现有的具有柔性的薄型袋状电池的加工工序图；

图16是对现有的具有柔性的薄型袋状电池施加外力使其弯曲时的状态图；

图17是在层合薄膜上未形成波形状的情况中的皱褶产生机制的说明图；

图18是在层合薄膜上形成有波形状的现有方法的弯曲状态图；

图19是在层合薄膜上施加来自与波的棱线平行的方向的外力时的状态图；

图20是将层合薄膜向相对于波的棱线垂直的方向及平行的方向伸长的状态图；

图21是使层合薄膜向上侧弯曲的状态图；

图22是使层合薄膜弯曲的状态图；

图23是使突起侧面弯曲时的局部状态图；

图24是事前不在层合薄膜上加工收纳电极群的突起而是将四边接合时的状态图。

符号说明

101、102、201、202：层合薄膜

111：同心圆状的峰的棱线或谷的棱线

104、113、114：突起的侧面

103、115、116、209：突起

具体实施方式

下面，参照附图，对本发明的实施方式进行说明。

图1表示薄型袋状电池向左右方向或前后方向弯曲的状态图。在弯曲时，在下侧的层合薄膜102和上侧的层合薄膜101的用于收纳电极的突起103的顶面部，产生弯曲后的展开周长之差，因此在层合薄膜的表面产生皱褶或裂纹。

因此，在本发明中，提供一种电池，其特征为，在层合薄膜上形成凹凸的波形状，且其波的峰的棱线或谷的棱线一边弯曲一边连续地连接或分散存在，使得层合薄膜可以向所有的方向伸长，即使向所有的方向弯曲，也不会产生皱褶或裂纹。

(实施方式1)

图2表示层合薄膜上形成的凹凸波形状的峰的棱线或谷的棱线弯曲的状态。层合薄膜上形成的波形状的峰的棱线或谷的棱线105，与突起103的左右方向的侧面106平行，且以一定长度连续，之后改变角度，与前后方向的侧面107平行，且以一定长度连续。

波形状的峰的棱线或谷的棱线105是与突起103的左右方向侧面106和前后侧面107交替地平行、且阶梯状连续的状态。这样，波形状的峰的棱线或谷的棱线105存在与突起103的左右侧面106和前后侧面107平行的状态，上侧层合薄膜的突起103的顶面部向前后左右方向伸长，因此，即使将电池向左右方向或前后方向弯曲，也不会产生皱褶或裂纹。

图3表示本发明的电池的制造工序图。首先，以在上侧的层合薄膜101中可以收纳电极群108的方式，按照电极群108的大小形成突起103。接着，在突起103的顶面形成凹凸波形状105。然后，在上侧的层合薄膜101和下侧的层合薄膜102之间夹入电极群108，并将四边密封。

在本制造工序中，由于是在将四边密封之前形成收纳电极群的突起103，所以可以防止在现有进行密封时，在四角可能产生的皱褶。此外，在本实施方式中，在形成突起103之后形成波形状105，但也可以同时形成突起103和波形状。本制造工序适用于以下的所有实施方式。

(实施方式2)

图4表示层合薄膜上形成的凹凸波形状的峰的棱线或谷的棱线弯曲的状态。

本实施方式的波形状的峰的棱线或谷的棱线109，与突起103的左右方向的侧面106及前后方向的侧面107平行的情况与实施方式1相同，但在本实施方式中，在峰的棱线及谷的棱线凹凸状连续这一点上不同。因此，上侧层合薄膜的突起103的顶面部向前后左右方向伸长，即使使电池向左右方向或前后方向弯曲，也不会产生皱褶或裂纹。

(实施方式3)

图5表示层合薄膜上形成的凹凸波形状的峰的棱线或谷的棱线弯曲的状态。

本实施方式的波形状的峰的棱线或谷的棱线110一边弯曲一边连续，这与实施方式1及实施方式2相同，但在本实施方式中，在峰的棱线或谷的棱线与突起的侧面106、107形成一定角度并且连续地弯曲这一点上不同。因此，上侧层合薄膜的突起103的顶面部不仅向前后左右伸长，而且也向斜方向伸长，即使使电池向左右前后方向或斜方向弯曲，也不会产生皱褶或裂纹。

(实施方式4)

图6表示层合薄膜上形成的凹凸波形状的峰的棱线或谷的棱线连续成圆形状的状态。

多个波形状的峰的棱线或谷的棱线成为同心的圆形状(同心圆状的峰的棱线或谷的棱线111)，其圆形状在层合薄膜上分散存在。由于波形状的峰的棱线或谷的棱线为圆形状，因此，上侧层合薄膜的突起103的顶面部向所有的方向伸长，即使使电池向所有的方向弯曲，也不会产生皱褶或裂纹。在本实施方式中，表示了棱线以圆形状连续的例子，但作为变形，也可以以三角形状或四角形状等多角形连续。

(实施方式5)

图7表示在层合薄膜上形成有凸形状的方式。其特征为，在层合薄膜上形成有凸形状112，且多个凸形状分散存在。

在本实施方式中，上侧层合薄膜的突起103的顶面部向所有的方向伸长，即使使电池向所有的方向弯曲，也不会产生皱褶或裂纹。此外，在本实施方式中，特别是形成有凸形状，但也可以是凹形状或凹凸形状分散存在的方式。

(实施方式6)

图8表示使层合薄膜的突起的侧面倾斜的方式。

在使电池弯曲时，图8(A)中的上侧的层合薄膜101的插入有电极群108的突起的侧面104，由于受到大的拉伸应力，所以会产生皱褶或裂纹。

于是，如图8(B)所示，通过使上侧的层合薄膜101的突起的侧面113倾斜，可以缓和该拉伸应力。这是因为，虽然图8(A)中的突起的侧面104的高度和图8(B)中的突起的侧面113的高度相同，但通过设置成斜面，可以延长直至突起103的顶面为止的长度。作为该长度的标准，优选高度的1.1倍以上，因此，理想的是，突起的侧面113的斜面角度D为60度以下。这样，通过使突起的侧面113倾斜，可以缓和弯曲时在突起的侧面产生的皱褶或裂纹。

(实施方式7)

图9表示在层合薄膜的突起的侧面形成有波形状的方式。

如图10所示，通过预先在突起的侧面形成波形状，该波伸长，可以防止皱褶或裂纹的产生。于是，如图9所示，与在层合薄膜101的突起103的顶面形成的波形状同样，在突起的侧面114也形成波形状。

此时，突起的侧面114的波形状在加工好突起103之后形成。根据该方法，如图3所示，由于是在形成突起之后，在突起的侧面形成波形状，因此，侧面的波形状不会被弄坏。

(实施方式8)

图11表示在上侧的层合薄膜上设定突起，且在该状态下使其向上侧弯曲的状态、或向下侧弯曲的状态。另外，图12表示在上侧的层合薄膜和下侧的层合薄膜这两侧设定突起，且在该状态下使其向上侧弯曲的状态、或向下侧弯曲的状态。

如图11(A)所示，仅在上侧的层合薄膜101上设置了突起103后，如图11(B)所示，如果向上侧弯曲，形成于突起103的顶面的波形状则被作用拉伸应力，波伸长。其结果是，电池无皱褶地弯曲。

另一方面，如图11(C)所示，如果向下侧弯曲，形成于突起的顶面的波形状则被作用压缩应力，波收缩，由此，电池无皱褶地弯曲。但是，如果突起103的高度H变高，则向上侧弯曲时的波伸长的程度、或向下侧弯曲时的波收缩程度增大，不能追随波的伸缩，从而会产生皱褶。

在本发明中，如图12(A)所示，在上侧的层合薄膜101上设置突起115，且在下侧的层合薄膜102上设置突起116。由于在上侧和下侧的层合薄膜上设定突起，所以突起的高度相对于图11(A)所示的高度H，可以分别设定为一半即H/2的高度。

如果在该状态下如图12(B)所示向下侧弯曲，则在上侧的层合薄膜101的突起115上形成的波被伸长，在下侧的层合薄膜102的突起116上形成的波被压缩。

另一方面，如图12(C)所示，与向上侧弯曲相反，在上侧的层合薄膜101的突起115上形成的波被压缩，在下侧的层合薄膜102的突起116上形成的波被伸长。

如果如图11所示仅在一侧设置突起103，则突起103的顶面在向下侧弯曲时只是伸长，在向上侧弯曲时只是收缩，但其伸缩的程度较大。但是，如图12(A)所示，如果在两侧设置突起，虽然向下侧的弯曲及向上侧的弯曲均是一侧的突起的顶面伸长，另一侧的突起的顶面收缩，但是其伸缩的程度较小。因此，在突起的高度较高的情况下，如图12(A)所示，通过在两侧设定突起，对于弯曲时的皱褶的产生非常有效。

在上述实施方式中，对于变形弯曲时的皱褶或裂纹，通过将多个不同的方式组合，可以得到进一步的效果。

作为一个例子，在图13中，在上侧的层合薄膜101和下侧的层合薄膜102上分别设定突起115、116，且在其突起115、116的顶面以向哪个方向也可以伸缩的方式形成同心圆状的凹凸波形状(同心圆状的峰的棱线或谷的棱线111)。另外，图13表示将突起的侧面113设为平缓的斜面，且设置了波形状时的状态图。需要根据电池的使用状况或要求规格来选择最佳的层合薄膜的形状。

产业上的可利用性

本发明的电池可以应用于薄型袋状电池，该薄型袋状电池用作在外力作用下会弯曲或变形的小型的便携式电子设备、便携式电子终端等的动力源。

Claims (8)

1.一种电池，其特征在于，

在夹入包含电极、隔板、及电解质的电极群的层合薄膜中，

所述层合薄膜中夹入了所述电极群的突起的顶面，从其端部到另一端部形成有非直线连接的多个凹凸。

2.根据权利要求1所述的电池，其中，

在所述层合薄膜中，其截面为波形状，且该波峰的顶点的棱线及谷的棱线一边弯曲一边连续。

3.根据权利要求1所述的电池，其中，

在所述层合薄膜中，其截面为波形状，且该波峰的顶点的棱线及谷的棱线连续成圆形状，且该圆形状的波分散存在。

4.根据权利要求1所述的电池，其中，

在所述层合薄膜中，其部分截面为凹或凸形状，且该凹或凸形状分散存在。

5.根据权利要求1所述的电池，其中，

在所述层合薄膜中，所述突起的侧面部设定为60度以下的斜面形状。

6.根据权利要求5所述的电池，其中，

在所述层合薄膜中，在所述突起的侧面部形成有凹凸形状或波形状。

7.根据权利要求2所述的电池，其中，

在所述层合薄膜中，在形成所述突起之后或在形成所述突起的同时进行加工。

8.根据权利要求1所述的电池，其中，

在所述层合薄膜中，对一层合薄膜和与之对置的另一层合薄膜这两方设定所述突起的形状。