CN106558735B - 中空锂电池 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种中空锂电池，包含一本体及一通道，本体包含至少一供电单元、至少一封装单元及至少二导电端，并在卷绕供电单元及封装单元后构成上述的通道。本发明的中空锂电池可藉由导电端设置在供电单元上不同的位置并藉由供电单元与封装单元卷绕不同的方向，以使导电端可位于不同的对应位置，故本发明的中空锂电池可广泛地应用在各种不同设计的电子装置上。

Description

中空锂电池

技术领域

本发明涉及一种锂电池，特别是指一种在完成封装后再予以卷绕而形成中空柱形态的中空锂电池。

背景技术

由于可携式电子装置的应用面越来越广，电池的种类也随着应用变得越来越多样化，如应用在3C产品的方形锂聚合物电池，做为行动电源的18650电池芯，乃至小家电所使用之1~4号碳氢电池，因此在家中常常因为每个装置所使用的电池型号皆不同，而需要准备许许多多的电池以备电池电力耗尽时可立即更换。

但因为上述电池都是标准型号，其大小尺寸都有一定的规范，以致产品的设计上都必须预留一电池室的电池容置空间后，再于电池室外部去作电路布局，如此一来产品的设计就必须受限于该电池室固有的型态，而无法将其产品体积再进一步缩小。

再者，受限于手机厚度的关系，手机相机往往无法提供较佳的光学变焦性能，以致手机的拍照画素虽然不断提升，甚至超越一般消费等级的相机，但仍然无法完全取代相机，为解决此一问题，SONY公司开发出QX系列的外接式镜头，透过NFC与WiFi即可将外接镜头所拍的影像传送到手机端，但其电池是放置于镜头后方且电池形状仍为传统的矩形，以致于电池容量仅能设定在630mAh，对于此容量的电池同时须负担拍照与无线传输的电力消耗上，较难满足大量使用的需求。

传统的锂电池仅能够在将极层与隔离层完成卷绕、定型后，置放入习知的封装单元内，且锂电池的封装单元通常会根据锂电池的尺寸以冲型出具有特性形状的容置空间来容纳卷绕后的极层与隔离层，且一旦经过真空封装的制程后，封装单元系完全无法再予以卷绕，否则将会破坏真空封装的效果而使其内部的极层结构与其他化学物质因外界的氧气与水气而毁损。

有鉴于此，提供一种可以改善上述缺失的电池，便成为现今业界极需解决的问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种中空锂电池，不仅可取代目前常用的18650锂电池及碳氢电池等柱状电池，更通过通道的设计提供一个空间以容置各种组件、线路或符合于具有特殊结构的电子装置，以使电子装置在配置电池时能更有变化性，且通过多个供电单元的串及/或并联的连结方式，以调整中空锂电池的电压或电量。

为了达成上述目的，本发明的解决方案是：

一种中空锂电池，包含：一本体，其包含至少一供电单元、至少一封装单元及至少二导电端，其中该封装单元包覆该供电单元，该供电单元与该导电端电性连接，且该供电单元与该封装单元为整体卷绕；以及至少一通道，其是由该供电单元与该封装单元的卷绕而呈现于该本体中。

所述供电单元为多个时彼此以串联及/或并联的方式作电性连接。

所述两导电端是设于所述供电单元的同一侧边、对应侧边、相邻侧边或上述的组合。

所述导电端为对称设置、不对称设置或上述设置方式的组合。

所述导电端位于卷绕始点时，经卷绕该供电单元及该封装单元后，该导电端是位于该本体的内缘，当该导电端位于卷绕终点时，经卷绕该供电单元及该封装单元后，该导电端位于该本体的外缘，当该导电端位于卷绕始点与卷绕终点之间时，经卷绕该供电单元及该封装单元后，该导电端系位于该本体的内缘及外缘之间。

所述导电端具有至少一导电表面。

所述导电端与一电子装置电性连接。

所述电子装置为一电子烟。

该中空锂电池还包含一固定件，其设置于该封装单元的外表面。

该中空锂电池还包含一套体，其套设于该本体之外。

采用上述结构后，本发明的中空锂电池至少包含一本体及一通道，其中本体包含卷绕的供电单元及封装单元，且藉由导电端设置在供电单元上不同的位置，并利用供电单元与封装单元不同的卷绕方式，而改变导电端最终的对应位置，以配合各种不同设计的电子装置。

本发明的中空锂电池，其中当本体包含多个供电单元时，经由串联方式以电性连接该些供电单元后，可达到提高电压的效果，或经由并联方式以电性连接该些供电单元后，可达到提高电容量的效果。无论串联或并联后的多个供电单元均与包覆于其外的封装单元一并卷绕而构成该本体。

承上述，本发明中空锂电池，其本体为整体卷绕的供电单元与封装单元所构成，且导电端可藉由位于供电单元上不同的位置、透过供电单元与封装单元的不同卷绕方向，最终相对应于本体而言，可呈现不同位置；此外，更可利用串及/或并联多个供电单元以形成具有较高电压或较大电容的锂电池。

附图说明

图1A、图1B为本发明中空锂电池的结构示意图；

图2A、图2B为本发明本体的剖面图及局部放大图；

图3A至图3I为本发明的导电端的位置示意图；

图4为本发明中空锂电池应用在电子烟的结构示意图；

图5为本发明中空锂电池应用在外接式镜头的结构示意图；

图6A至图6C分别为本发明以电池数组进行串、并联的实施示意图。

其中：

1 中空锂电池

12 本体

122 供电单元

122a、122b、122c、122d、122e、122f 供电单元

124 封装单元

126 导电端

14 通道

2 电子烟

222 电池盖体

224 电池壳体

24 雾化器

3 外接式镜头

32 镜片端

34 电池室

36 后盖。

具体实施方式

为了进一步解释本发明的技术方案，下面通过具体实施例来对本发明进行详细阐述。

请参阅图1A，其为本发明中空锂电池的结构示意图。在中空锂电池1中包含一本体12及至少一通道14，所述通道14位于本体12内，其中，本体12包含至少一供电单元122、至少一封装单元124(同时见图2B)及至少两个导电端126，封装单元124包覆供电单元122以使供电单元122内的化学物质能与外界完全隔绝，二个导电端126中一个为正极端，另一个则为负极端，本发明的主要特征在于本体12是由卷绕的供电单元122与封装单元124所构成，换言之，中空锂电池1的本体12即由供电单元122与封装单元124一并经过卷绕后而形成，其型态可呈现一空心的柱体结构，本实施态样系以空心的圆柱体表示之，然而在实际的应用上，凡卷绕成具有一贯穿结构的柱体，无论其外观呈现何种形状，均为本发明所涵盖的范围。由此可知，本发明的中空锂电池1为将供电单元122与包覆其外的封装单元124一同卷绕而形成本体12，且卷绕后会在本体12内形成一的通道14，其中，所述通道14可位在本体12的轴心处，如本实施态样所示，亦可位在本体12的偏心处（图未显示），或当有多个通道14时，如图1B则揭露两个通道14的中空锂电池1态样，根据实际的应用需求，以做为通道14的数量及对应位置的设计依据。当有多个供电单元122时，各供电单元122是可由一个封装单元124来封装，亦或是可利用单一个封装单元124以封装所有的供电单元122。据此可知，本发明系可将供电单元122及封装单元124在完成封装制程后，藉由高挠曲的特性以将供电单元122与封装单元124一并卷绕而形成本体12，且不造成封装单元124的破损。

请参阅图2A及图2B，此为根据图1A的A─A剖面线而得的剖面图及局部放大图，上述的供电单元122为锂电池中的极层、电解质及其他构成电池的必要的化学物质与组成，而封装单元124则是为构成锂电池时的必要封装材料及结构。以材料来说，封装单元124是为聚亚酰胺(polyimide，PI)、聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)、聚萘二甲酸乙二醇酯(PEN)、聚苯乙烯(PS)、聚丙烯(PP)、聚氯乙烯(PVC)、聚对苯二甲酸丁二酯(PBT)、聚乙烯(PE；高密度聚乙烯(HDPE)、低密度(LDPE)等)、聚酰胺(PA)、压克力树脂(Acrylic)、尼龙(Nylon)、环氧树脂(Epoxy)或玻璃纤维(glass fiber)，或者是使用耐龙(Nylon)/铝/聚合物(PE/PP)的三层架构的铝箔包材(Al package foil)等上述材质所形成，可达成良好地阻隔外部环境中的水气与氧气的效果。而供电单元122则包含有二极层及隔离层，其中二极层中的集电层的材料通常选自铜、铝、镍、锡、银、金或上述金属的合金组合，隔离层是用于隔离二极层以避免供电单元122发生内部短路，且二极层与隔离层均含有电解质，而电解质可以是液态电解质、固态电解质、胶态电解质、液态离子或上述材料的组合，所述的隔离层的材料可选自于高分子材料、碳氢化合物、陶瓷材料或玻璃纤维材料，达成电子阻隔而离子导通的功效。此外，封装单元124在封装供电单元122时，可在封装单元124的周缘施予环氧树脂、压克力树脂、硅胶、热塑性胶、聚乙烯、聚丙烯、定向聚丙烯（OPP）…等黏着剂以进行边缘封边，以达到良好的阻水阻气效果，且藉由所施予黏着剂的形变能力，当供电单元122与封装单元124完成整体卷绕后（例如：可利用卷绕棒以进行卷绕），而达成提供形变的余度且亦不丧失黏着剂的黏着效果。

中空锂电池1的导电端126可根据不同的需求，除一个代表正极端与一个代表负极端之外，亦可藉由不同的线路设计方式规划出多个导电端126，使本发明的中空锂电池1更易于与其他装置作电性连接。

请参照图3A至图3I所示，其为本发明的导电端设置位置的态样的结构示意图，且以本体具有两个导电端为例说明。在图3A至图3D中表示二导电端126均设置于供电单元122的两长边的实施态样，其中图3A的导电端126是设置在同一边、图3B及图3C的导电端126对应地设置在不同边、图3D的导电端126不对应地设置在不同边；在图3E至图3H中表示二导电端126均设置于供电单元122的两短边的实施态样，其中图3D的导电端126是设置在同一边、图3E及图3F的导电端126是对应地设置在不同边、图3G的导电端126不对应地设置在不同边；在图3I中则揭露一导电端126设置于本体12长边而另一导电端126设置于本体12短边的实施态样。以下说明导电端126设置不同位置搭配虚线所示的不同卷绕方向后，最终导电端126在本体12上的相对应位置关系。

请先参照图3A，当供电单元122与封装单元124依照图中长虚线或短虚线所示的方向进行卷绕，则由本体12的上视角方向观之，位于卷绕始点的一导电端126，在卷绕后是位于本体12的内缘，位于卷绕终点的另一导电端126，在卷绕后系位于本体12的外缘；且由于导电端126位在相同的长边，因此卷绕后的二导电端126也位在本体12的同一侧。依据上述方式，再请参照图3B，当供电单元122与封装单元124依照图中长虚线所示的方向进行卷绕，卷绕后二导电端126均位于本体12的内缘，当供电单元122与封装单元124依照图中短虚线所示的方向进行卷绕，卷绕后二导电端126则均位于本体12的外缘，且由于导电端126位在不同的长边，因此卷绕后的二导电端126是位在本体12的两侧。再请参照图3C，当供电单元122与封装单元124依照图中长虚线或短虚线所示的方向进行卷绕，卷绕后导电端126是位于本体12的内缘及外缘之间，且由于导电端126位在不同的长边，因此卷绕后的二导电端126是位在本体12的两侧。请再参考图3D，当供电单元122与封装单元124依照图中长虚线或短虚线所示的方向进行卷绕，卷绕后均呈现一导电端126是位于本体的内缘、另一导电端126位于本体12的外缘，且由于导电端126位在不同的长边，因此卷绕后的二导电端126是位在本体12的两侧。

类似地，请参照图3E，当供电单元122与封装单元124依照图中长虚线所示的方向进行卷绕，卷绕后的二导电端126均位于本体12的内缘，当供电单元122与封装单元124依照图中短虚线所示的方向进行卷绕，卷绕后的二导电端126均位于本体12的外缘，且因为二导电端126均位于本体12的短边，因此卷绕后并不会突出于本体12的顶、底面。请参照图3F，当供电单元122与封装单元124依照图中长虚线或短虚线所示的方向进行卷绕，卷绕后的一导电端126位于本体12的内缘、另一导电端126则位于本体12的外缘，且二导电端126均不会突出于本体12的顶、底面。请参照图3G，当供电单元122与封装单元124依照图中长虚线或短虚线所示的方向进行卷绕，卷绕后的一导电端126位于本体12的内缘、另一导电端126则位于本体12的外缘，且二导电端126均不会突出于本体12的顶、底面。请参照图3H，当供电单元122与封装单元124依照图中长虚线或短虚线所示的方向进行卷绕，卷绕后的一导电端126位于本体12的内缘、另一导电端126则位于本体12的外缘，且二导电端126均不会突出于本体12的顶、底面。

最后请参照图3I，当供电单元122与封装单元124依照图中长虚线所示的方向进行卷绕，卷绕后二导电端126均位于本体12的内缘，当供电单元122与封装单元124依照图中短虚线所示的方向进行卷绕，卷绕后二导电端126则均位于本体12的外缘；且其中位于长边的导电端126会突出于顶面（或底面），但位于短边的导电端126则不会。

基于上述的结构型态可知，各导电端126设置在供电单元122的长、短边上不同的位置处，在经过卷绕之后各导电端126彼此会位在不同的相对应位置上，但不同的卷绕方向则会影响导电端126最终是否位在较接近于通道14，或较接近于本体12的外缘。各导电端126的位置是否对称、卷绕的方向，均影响最终各导电端126在本体12上的相对应位置关系，而导电端126的位置则通常是由与中空锂电池1电性连接的电子装置来决定。举例来说，当电子装置的电性端点均相对应地位在中空锂电池1的一端，如图4所示，以电子装置为电子烟2的实施态样为例说明，电子烟2的正、负两端点是设置在电池盖体222或电池壳体224内（图未示），本实施态样是以中空锂电池1将导电端126设置在电池盖体222为例，则较佳的导电端126态样如第3A图所示，其是为导电端126均位于本体12的同一侧，因此可电性连接至电子烟2的两端点，此外，由于本发明的中空锂电池1具有一通道14，因此可将外露的雾化器24容纳至通道14内，以避免雾化器24因受到外力弯折而断裂，亦可让电子烟2的整体长度缩短、增加携带的方便性，更可藉由包覆在外围的中空锂电池1以达到保护雾化器24及其控制组件的效果。而以其他型态的电子装置来说，当电子装置可完全容置在中空锂电池1的通道14内，或电子装置的电性端点可深入至中空锂电池1的通道14内时，与电子装置电性连接的导电端126的较佳态样则应该是均位于本体内缘，如图3E以长虚线进行卷绕后的态样所示。

另外，在特定需求的情况下，本发明的导电端更可予以弯折或反折，因此，导电端突出的长度或面积也将视需求而调整，举例来说，当导电端需予以反折时，则最好具有足够的突出长度或面积，以使导电端在反折后仍有适当的面积与电子装置的电性端点连接，且为使反折后的导电端能够固定，可借由黏贴双面胶或以超音波塑料熔接以固定导电端，此外，为顺应上述的特殊需求，亦可以金属导电柄作为导电端，此时则因金属导电柄具有两个导电表面（亦即，具有双面导电的能力），故无需反折导电端但仍可达到与电子装置的电性端点连接的目的。在实际应用上，各种电子装置的设计难以细数，但根据上述可知，无论现有的何种电子装置，对于本发明的中空锂电池而言，均可有与之对应的导电端设计，故，本发明的中空锂电池并不会因为本身特殊的结构型态而难以与现有的电子装置搭配应用，且更因为通道的设计而能使得电子装置的设计更有变化与弹性。

另外，上述的导电端可为软性印刷电路板(Flexible Printed Circuit，FPC)，故在导电端上亦可直接进行电路布局，例如可连接保护电路模块(Protective CircuitModule，PCM)等组件直接设置在导电端上，减少产品设计的复杂度。

请参照图5，其本发明中空锂电池应用在外接式镜头的结构示意图。当外接式镜头3的电池是环设在镜头32外围时，可根据电性端点所配置的位置来决定本发明的中空锂电池1的卷绕方式，实施方式就如同前述的几个实施例一般，为求简明在此便不再赘述，将本发明的中空锂电池1置入镜片端32后方的电池室34以取代习知的块状锂电池，不只可使整个外接式镜头3的厚度降低，电池的尺寸也不再受限于后盖36的大小，若是仍维持相同的外接式镜头3厚度，由于镜片端32可伸展的空间变多后，也可提升光学变焦的能力。

本发明的中空锂电池除了可以单独与电子装置电性连接之外，为提供更高的电压或更多的电量，可采用串、并联多颗中空锂电池1，请参照图6A至图6C所示，将本发明以电池数组进行串、并联的实施示意图。

在图6A中是以三个供电单元122进行串联而构成一中空锂电池的本体为例作说明，所示的供电单元122是与两个导电端126电性连接，所述的两个导电端126分别位在供电单元122的两长边上，各供电单元122间则是以负极对正极的串联方式电性连接，其中电性连接的方式可例如为夹合、铆合、焊接或以导电胶黏贴等方式，并在完成各供电单元122的串联后，再将所有的供电单元122及包覆在外的封装单元124一并卷绕成一本体后构成一中空锂电池1的型态，串联后可让电压提升，以装设于需要较大电压的电子装置。

在图6B中则揭露以并联方式电性连接的态样，其是将各供电单元122所电性连接的导电端126以正极对正极、负极对负极的方式电性连接，再一并卷绕完成电性连接后的所有供电单元122及包覆在外的封装单元124成一本体以构成一中空锂电池1的型态，并联后的中空锂电池则可具有较高的电容量。

请再参照图6C所示，其是以六个供电单元构成一中空电池的态样为例说明。首先将六个供电单元122a、122b、122c、122d、122e、122f分成二等分，并分别将三个供电单元（122a、122b、122c/122d、122e、122f）予以并联，完成并联后的一组中的各供电单元（122a、122b、122c）再与另一组中的各供电单元（122d、122e、122f）分别串联，亦即供电单元122a与供电单元122d串联、供电单元122b与供电单元122e串联、供电单元122c与供电单元122f串联，如此则可达到电压加倍输出而电容量提升三倍的需求。

然而对以多个供电单元共同构成本体的中空锂电池而言，无论是以串联或并联方式来电性连接，均可能因为卷绕圈数较多、体积较大的问题而使得整体的中空锂电池结构变得难以定型，故为使中空锂电池的型态能固定，更可在外围再套设一套体（图未显示），以将中空锂电池的尺寸限制在一定的半径大小内，或可藉由设置于该封装单元外表面的固定件（例如：胶带、卡扣…等）以将卷绕后的本体予以固定。

通过本发明的中空锂电池不仅可使电子装置能在设计上更具弹性，利用导电端设置的位置、变换卷绕方向使导电端呈现在不同位置以配合各种的电子装置，此外，更可经由串、并联多个供电单元以形成一颗较高电压及/或较大电容的中空锂电池。

上述实施例和图式并非限定本发明的产品形态和式样，任何所属技术领域的普通技术人员对其所做的适当变化或修饰，皆应视为不脱离本发明的专利范畴。

Claims (8)

1.一种中空锂电池，其特征在于，包含：

一本体，其包含多个供电单元、多个封装单元及多个导电端，其中任一该供电单元是利用一该封装单元完整包覆该供电单元，以使该供电单元内的化学物质与外界隔离，该供电单元与该导电端电性连接，所述多个供电单元彼此以串联或串联与并联混合方式作电性连接；以及

至少一电子装置容置的通道，其是由所述多个供电单元与所述多个封装单元一并整体卷绕而呈现于该本体中，所述导电端与所述电子装置电性连接。

2.如权利要求1所述的中空锂电池，其特征在于：所述导电端是设于所述供电单元的同一侧边、对应侧边或相邻侧边。

3.如权利要求1所述的中空锂电池，其特征在于：所述导电端为对称设置、不对称设置或上述设置方式的组合。

4.如权利要求1所述的中空锂电池，其特征在于：所述导电端位于卷绕始点时，经卷绕该供电单元及该封装单元后，该导电端是位于该本体的内缘，当该导电端位于卷绕终点时，经卷绕该供电单元及该封装单元后，该导电端位于该本体的外缘，当该导电端位于卷绕始点与卷绕终点之间时，经卷绕该供电单元及该封装单元后，该导电端系位于该本体的内缘及外缘之间。

5.如权利要求1所述的中空锂电池，其特征在于：所述导电端具有至少一导电表面。

6.如权利要求1所述的中空锂电池，其特征在于：所述电子装置为一电子烟。

7.如权利要求1所述的中空锂电池，其特征在于：还包含一固定件，其设置于该封装单元的外表面。

8.如权利要求1所述的中空锂电池，其特征在于：还包含一套体，其套设于该本体之外。

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