CN108346758B - 具塑料壳的可充式锂离子电池 - Google Patents
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Abstract
一种具塑料壳的可充式锂离子电池,包含有一塑料壳、一正电极、一负电极、一核心素子、一正极导柄以及一负极导柄,该塑料壳包含有一第一盖体、一第二盖体以及一容置空间,该第一盖体具有一第一开口,该第二盖体具有一第二开口,该正电极埋设于该第一盖体,该负电极埋设于该第二盖体,该核心素子设置于该容置空间且包含一层叠状本体,该层叠状本体具有一正极接点与一负极接点,该正极导柄连接于该正极接点与该正电极,该负极导柄连接于该负极接点与该负电极,通过改变该塑料壳的厚度,可以增加该容置空间的大小,进而提升体积能量密度。
Description
技术领域
本发明为涉及一种锂离子电池,尤指一种具塑料壳的可充式锂离子电池。
背景技术
锂离子电池(Lithium-ion battery)是一种充电电池,它主要依靠锂离子在正极和负极之间移动将化学能转换为电能来工作,其具有高能量密度、无记忆效应等优点,且大量的应用于3C产品,如智能型手机与平板计算机等等,而随着时间的演进,穿戴式电子装置为下一波的发展目标,因此,如何制造出符合穿戴式电子装置的锂离子电池为各大厂商的目标。
而可应用于穿戴式电子装置的锂离子电池主要为体积小的扣式电池产品,如中国专利第CN 1178325号“钮扣形的蓄电池及其生产方法”,其包含有一外壳体、一外壳盖、一绝缘密封垫以及一电极组件,该外壳体与该外壳盖通过该绝缘密封垫连接,而该电极组件设置于该外壳体与该外壳盖内且具有一正电极与一负电极。
一般而言,外壳体是正极而外壳盖是负极,且是由金属制作而成,然而,电池的外部壳体若是使用金属材质,其会具有重量重以及加工成本高等缺点,此外,金属壳具也可能因外部保护板失效、不当的过充或过放、高温环境以及内部短路等因素而导致膨胀爆炸,而提高安全上的疑虑,因此,如何减轻重量、降低成本、提高使用上的安全性,实为相关业者所欲解决的课题。
发明内容
本发明的目的在于提供一种具塑料壳的可充式锂离子电池,以解决使用金属外壳的电池而导致重量重、成本高以及安全性低的问题。
为实现上述目的,本发明提供一种具塑料壳的可充式锂离子电池,包含有一塑料壳、一正电极、一负电极、一核心素子(Central Jelly Roll)、一正极导柄以及一负极导柄,该塑料壳包含有一第一盖体、一第二盖体以及由该第一盖体与该第二盖体相互密封接合而形成的一容置空间,该第一盖体具有一第一开口,该第二盖体具有一第二开口,该正电极埋设于该第一盖体且封闭该第一开口,该负电极埋设于该第二盖体且封闭该第二开口,该核心素子设置于该容置空间且包含一层叠状本体,该层叠状本体具有一正极接点与一负极接点,该正极导柄的两端分别连接于该正极接点与该正电极,该负极导柄的两端分别连接于该负极接点与该负电极。
进一步的,该核心素子为选自于由卷绕素子(Jelly roll)及叠片素子(StackingJelly roll)所组成的群组。
进一步的,该第一盖体与该第二盖体相互密封接合的方式选自于由超音波熔接、胶水接合及激光焊所组成的群组。
进一步的,该第一盖体具有一第一电连接面以及一自该第一电连接面朝该第二盖体延伸的第一侧边,该正电极埋设于该第一电连接面与该第一侧边内而成一C型形状,该第一开口设置于该第一电连接面。
进一步的,该第二盖体具有一第二电连接面以及一自该第二电连接面朝该第一盖体延伸的第二侧边,该负电极埋设于该第二电连接面与该第二侧边内而成一C型形状,该第二开口设置于该第二电连接面。
进一步的,该核心素子包含堆栈形成层叠结构的一正极材料、一第一隔离材、一负极材料与一第二隔离材,其中该正极材料为选自于由层状、尖晶石及橄榄石结构体系的金属氧化物所组成的群组,该负极材料为选自于由石墨、锂钛氧、二氧化钛及硅碳复合材料所组成的群组,该第一隔离材与该第二隔离材的材质为选自于聚丙烯、聚乙烯及镀有氧化铝的陶瓷隔离膜中的任一个。
进一步的,该塑料壳的材质为选自于由聚甲醛、聚碳酸酯、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物、聚丙烯、聚酸甲酯、苯乙烯丙烯共聚物、聚苯乙烯及其组合所组成的群组。
进一步的,该塑料壳的形状选自于由圆柱体、多边形柱体及不规则柱体所组成的群组。
进一步的,该具塑料壳的可充式锂离子电池还包含有一设置于该容置空间的电解液。
进一步的,该正极导柄的材质选自于由铝及不锈钢所组成的群组,该负极导柄的材质选自于由铜及镍所组成的群组。
进一步的,该正电极包含有一第一正电极支架以及一第二正电极支架,该第一正电极支架与该第二正电极支架彼此相交且夹一角度。
进一步的,该负电极包含有一第一负电极支架以及一第二负电极支架,该第一负电极支架与该第二负电极支架彼此相交且夹一角度。
综上所述,本发明具有以下特点:
一、通过该塑料壳的设置,可以降低整体重量以及成本,且通过改变该塑料壳的厚度,可以增加该容置空间的大小,进而提升体积能量密度,延长电池续航力。
二、该塑料壳具有良好的机械和热稳定性,即使电池内部温度或压力异常过大,该塑料壳能够先变形、软化或裂开,产生泄压缓冲和散热机制,降低电池燃烧或爆炸等风险,提升安全性。
三、通过将该正电极与该负电极埋设于该塑料壳内,可以避免短路的发生,且可同时增强该塑料壳的强度,此外,该正电极与该负电极不会占用到该容置空间,而可进一步增加电池的体积能量密度。
附图说明
图1为本发明第一实施例的分解示意图。
图2为本发明第一实施例的剖面示意图。
图3为本发明第二实施例的分解示意图。
图4为本发明第二实施例的剖面示意图。
图5为本发明第三实施例的分解示意图。
其中,附图说明:
10 塑料壳
11 第一盖体
111 第一电连接面
112 第一侧边
12 第二盖体
121 第二电连接面
122 第二侧边
13 容置空间
14 第一开口
15 第二开口
20 正电极
21 第一正电极支架
22 第二正电极支架
30 负电极
31 第一负电极支架
32 第二负电极支架
40 核心素子
41 叠状本体
42 正极接点
43 负极接点
44 正极材料
45 第一隔离材
46 负极材料
47 第二隔离材
50 正极导柄
60 负极导柄
70 电解液
具体实施方式
为了对本发明进行进一步的说明,特列举以下实施例,但本发明并不仅限于实施例。
涉及本发明的详细说明及技术内容,现就配合图式说明如下:
请参阅图1至图4所示,本发明为一种具塑料壳10的可充式锂离子电池,其包含有一塑料壳10、一正电极20、一负电极30、一核心素子40、一正极导柄50以及一负极导柄60,该塑料壳10包含有一第一盖体11、一第二盖体12以及由该第一盖体11与该第二盖体12相互密封接合而形成的一容置空间13,且该第一盖体11具有一第一开口14,该第二盖体12具有一第二开口15,该正电极20与该负电极30分别埋设于该第一盖体11与该第二盖体12,且各自封闭住该第一开口14与该第二开口15,该核心素子40设置于该容置空间13,且包含一层叠状本体41,该层叠状本体41具有一正极接点42与一负极接点43,该正极导柄50的两端分别连接于该正极接点42与该正电极20,该负极导柄60的两端分别连接于该负极接点43与该负电极30。
而该容置空间13内还会填充一电解液70,该电解液70为具有不同配比的聚碳酸酯(PC)、碳酸乙烯酯(EC)、碳酸二乙酯(DEC)、环氧模压树脂(EMC)、碳酸二甲酯(DMC)、大于或等于一摩尔浓度的六氟磷酸锂(1M LiPF6)所调和而成的有机溶液。
故通过该塑料壳10的设置,取代传统金属外壳,可以降低整体重量以及成本,且制作该塑料壳10的制作过程较为简单,而可依据不同的需求改变该塑料壳10的厚度,可增加该容置空间13的大小,进而提升体积能量密度,延长电池续航力,此外,塑料具有良好的机械和热稳定性,即使电池内部温度或压力异常过大,该塑料壳10能够先变形、软化或裂开,产生泄压缓冲和散热机制,降低电池燃烧或爆炸等风险,提升安全性。
而在本实施例中,该第一盖体11具有一第一电连接面111以及一自该第一电连接面111朝该第二盖体12延伸的第一侧边112,该第二盖体12具有一第二电连接面121以及一自该第二电连接面121朝该第一盖体11延伸的第二侧边122,而该正电极20埋设于该第一电连接面111与该第一侧边112内而成一C型形状,同样的,该负电极30埋设于该第二电连接面121与该第二侧边122内而形成一C型形状,且该第一开口14设置于该第一电连接面111,该第二开口15设置于该第二电连接面121,如此一来,可以增强该塑料壳10的强度,且可避免短路的发生,而该正电极20与该负电极30也不会占用到该容置空间13,可进一步增加电池的体积容量密度。而本实施例中,该第一盖体11与该第二盖体12为利用超音波熔接、激光焊或胶水接合等方式以相互密封接合,利用超音波熔接或激光焊密合后,可进一步于接缝处涂布紫外线胶(UV胶)来增加其机械强度,而胶水可以为热固型、热熔型、室温固化型、压敏型等等,如工业用胶或紫外线胶(UV胶)。
而该核心素子40还包含堆栈形成层叠结构的一正极材料44、一第一隔离材45、一负极材料46与一第二隔离材47,而该正极材料44可以为层状(Rock Salt)、尖晶石(Spinel)及橄榄石(Olivine)结构体系的金属氧化物,而层状构体系的金属氧化物可以如LiMO2,其中M为三价钴、镍、锰或其比例混合等过渡金属元素;尖晶石构体系的金属氧化物如LiMn2O4或LiMn2-xMxO4,其中M为铁、钴镍、铜或铬等过渡金属元素;橄榄石构体系的金属氧化物如LiMPO4,其中M为二价铁、钴、镍、锰或其比例混合等过渡金属元素,该负极材料46可以为石墨、锂钛氧(Li4Ti5O12)、二氧化钛(TiO2)或高容量硅碳(Si-C)复合材料,该第一隔离材45与该第二隔离材47的材质可以为聚丙烯(Polypropylene,简称PP)、聚乙烯(polyethylene,简称PE)或以PP或PE为基膜镀有氧化铝(Al2O3)的陶瓷隔离膜。此外,在图1及图2中,该核心素子40为卷绕素子,而在图3及图4中,该核心素子40为叠片素子,而图中的层数与厚度仅为示意,并非实际的厚度与层数。
而在本发明中,该塑料壳10的材质可以为聚甲醛(polyformaldehyde,简称POM)、聚碳酸酯(Polycarbonate,简称PC)、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物(AcrylonitrileButadiene Styrene,简称ABS)、聚丙烯(Polypropylene,简称PP)、聚酸甲酯(Polymethylmethacrylate,简称PMMA)、苯乙烯丙烯共聚物(Styrene Acrylonitrile,简称SAN)、聚苯乙烯(Polystyrene,简称PS)及其组合等等,且该塑料壳10的形状在此处为利用圆柱体作为举例说明,但也可以为多边形柱体或不规则柱体,不以此为限,而该正极导柄50的材质可以为铝、不锈钢或其组合等等,该负极导柄60的材质可以为铜、镍或其组合等。
在制作时,将该核心素子40置入该容置空间13内,并将该正极导柄50的两端焊接于该正极接点42与该正电极20,将该负极导柄60的两端焊接于该负极接点43与该负电极30,上述焊接的方式可以为利用激光点焊的方式来进行,而后在该容置空间13内填充该电解液70,最后再利用超音波熔接的方式使该第一盖体11与该第二盖体12相互密封接合,即可完成制作。而此电池的充电电压可为传统的4.2V或是高电压4.35V~5V。
继续配合参阅图5所示,该正电极20还包含有一第一正电极支架21以及一第二正电极支架22,而该负电极30包含有一第一负电极支架31以及一第二负电极支架32,该第一正电极支架21与该第二正电极支架22埋设于该第一盖体11内且彼此相交而夹一角度,而该第一负电极支架31与该第二负电极支架32同样设置于该第二盖体12内且彼此相交夹一角度,因此,可以进一步增强该塑料壳10的强度。此处的电极支架是以两个做举例说明,但也可随需求而做增减。
综上所述,本发明具有以下特点:
一、通过将该塑料壳取代传统金属外壳,可以降低整体重量以及成本,且制作该塑料壳的制作过程较为简单,而可依据不同的需求改变该塑料壳的厚度,可增加该容置空间的大小,进而提升体积能量密度,延长电池续航力。
二、该塑料壳具有良好的机械和热稳定性,即使电池内部温度或压力异常过大,该塑料壳能够先变形、软化或裂开,产生泄压缓冲和散热机制,降低电池燃烧或爆炸等风险,提升安全性。
三、通过将正电极与该负电极埋设于该塑料壳内,可以增强该塑料壳的强度、避免短路的发生,且不会占用到该容置空间,可进一步增加电池的体积能量密度。
四、通过该第一正电极支架、该第二正电极支架、该第一负电极支架与该第二负电极支架的设置,可以进一步增强该塑料壳的强度。
当然,本发明还可有其它多种实施例,在不背离本发明精神及其实质的情况下,熟悉本领域的技术人员可根据本发明作出各种相应的改变和变形,但这些相应的改变和变形都应属于本发明权利要求的保护范围。
Claims (8)
1.一种具塑料壳的可充式锂离子电池,其特征在于,包含有:
一塑料壳,该塑料壳包含有一第一盖体、一第二盖体以及由该第一盖体与该第二盖体相互密封接合而形成的一容置空间,该第一盖体具有一第一开口,该第一盖体具有一第一电连接面以及一自该第一电连接面朝该第二盖体延伸的第一侧边,该第二盖体具有一第二开口,该第二盖体具有一第二电连接面以及一自该第二电连接面朝该第一盖体延伸的第二侧边;
一埋设于该第一盖体的正电极,且该正电极封闭该第一开口,该正电极埋设于该第一电连接面与该第一侧边内而成一C型形状,该第一开口设置于该第一电连接面,该正电极包含有一第一正电极支架以及一第二正电极支架,该第一正电极支架与该第二正电极支架彼此相交且夹一角度;
一埋设于该第二盖体的负电极,且该负电极封闭该第二开口,该负电极埋设于该第二电连接面与该第二侧边内而成一C型形状,该第二开口设置于该第二电连接面,该负电极包含有一第一负电极支架以及一第二负电极支架,该第一负电极支架与该第二负电极支架彼此相交且夹一角度;
一设置于该容置空间的核心素子,该核心素子包含一层叠状本体,该层叠状本体具有一正极接点与一负极接点;
一正极导柄,该正极导柄的两端分别连接于该正极接点与该正电极;以及
一负极导柄,该负极导柄的两端分别连接于该负极接点与该负电极。
2.根据权利要求1所述的具塑料壳的可充式锂离子电池,其特征在于,该核心素子为选自于由卷绕素子及叠片素子所组成的群组。
3.根据权利要求1所述的具塑料壳的可充式锂离子电池,其特征在于,该第一盖体与该第二盖体相互密封接合的方式选自于由超音波熔接、胶水接合及激光焊所组成的群组。
4.根据权利要求1所述的具塑料壳的可充式锂离子电池,其特征在于,该核心素子包含堆栈形成层叠结构的一正极材料、一第一隔离材、一负极材料与一第二隔离材,其中该正极材料为选自于由层状、尖晶石及橄榄石结构体系的金属氧化物所组成的群组,该负极材料为选自于由石墨、锂钛氧、二氧化钛及硅碳复合材料所组成的群组,该第一隔离材与该第二隔离材的材质为选自于聚丙烯、聚乙烯及镀有氧化铝的陶瓷隔离膜中的任一个。
5.根据权利要求1所述的具塑料壳的可充式锂离子电池,其特征在于,该塑料壳的材质为选自于由聚甲醛、聚碳酸酯、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物、聚丙烯、聚酸甲酯、苯乙烯丙烯共聚物、聚苯乙烯及其组合所组成的群组。
6.根据权利要求1所述的具塑料壳的可充式锂离子电池,其特征在于,该塑料壳的形状选自于由圆柱体、多边形柱体及不规则柱体所组成的群组。
7.根据权利要求1所述的具塑料壳的可充式锂离子电池,其特征在于,还包含有一设置于该容置空间的电解液。
8.根据权利要求1所述的具塑料壳的可充式锂离子电池,其特征在于,该正极导柄的材质选自于由铝及不锈钢所组成的群组,该负极导柄的材质选自于由铜及镍所组成的群组。
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