CN109638179A - 电池外壳 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及电池外壳。电池外壳可包括第一腔室，被配置为容纳第一电极材料，所述第一腔室至少部分地由第一可膨胀套管界定。电池外壳可包括第二腔室，被配置为容纳第二电极材料，所述第二腔室至少部分地由第二套管界定。离子导电隔板可设置在第一和第二腔室之间。第一电接触件可以与第一可膨胀套管耦合或由第一可膨胀套管形成。第二电接触件可以与第二可膨胀套管耦合或由第二可膨胀套管形成。第一可膨胀套管可被配置为响应于将第一电极材料注入第一腔室而膨胀。第二可膨胀套管可被配置为响应于将第二电极材料注入第二腔室而膨胀。
Description
技术领域
本领域涉及电池外壳，并且特别涉及可膨胀电池外壳。
背景技术
目前使用的大多数电池，例如锂离子电池，都是采用层压板形状制造的，并具有固定电池形状的硬壳套管。传统电池的制造也与使用电池的装置的形状和尺寸无关。因此，设计器件可以至少部分地取决于传统的电池形状，并且可以限制器件的整体形状和尺寸。因此，一直需要改进的电池和电池外壳。
发明内容
在一方面，公开电池外壳。电池外壳可包括第一腔室，被配置为容纳第一电极材料。第一腔室至少部分地由第一可膨胀套管界定。电池外壳还可包括第二腔室，被配置为容纳第二电极材料。第二腔室至少部分地由第二套管界定。离子导电隔板设置在所述第一和第二腔室之间。第一电接触件可以与所述第一可膨胀套管耦合或由所述第一可膨胀套管形成，并且所述第一电接触件延伸穿过所述第一可膨胀套管的第一壁。第二电接触件可以与所述第二套管耦合或由所述第二套管形成，并且所述第二电接触件延伸穿过所述第二套管的第二壁。第一可膨胀套管被配置为响应于将所述第一电极材料注入所述第一腔室而膨胀。
在另一方面，公开一种制造电池的方法，该电池包括第一腔室、第二腔室、和设置在所述第一和第二腔室之间的离子导电隔板。该方法可包括将第一电极材料设置到所述第一腔室中以使所述第一腔室膨胀的步骤。该方法还可包括将第二电极材料设置到所述第二腔室中的另一步骤。
在另一方面，公开电池配件。电池配件可包括外部套管和设置在所述外部套管中的电池。电池可包括电池外壳，所述电池外壳包括由离子导电隔板隔开的第一腔室和第二腔室。所述第一腔室可以至少部分地由第一膨胀的套管界定，并且所述第二腔室可以至少部分地由第二套管界定。第一电极材料设置在所述第一腔室中并且第二电极材料设置在所述第二腔室中。所述第一腔室的尺寸和形状至少部分地由所述外部套管的相应尺寸和形状限定。
在附图和以下描述中阐述了本说明书中描述的主题的一个或多个实施方式的细节。根据说明书、附图和权利要求，其他特征、方面和优点将变得显而易见。请注意，下图中的相对尺寸可能未按比例绘制。
附图说明
现在将参考以下附图来描述本发明的具体实施方式，这些附图是作为示例而非限制提供的。
图1是根据一个实施例的具有第一腔室、第二腔室和离子导电隔板的横截面电池外壳的示意性等距视图。
图2是设置在外部套管内的图1所示的电池外壳的横截面侧视图。
图3A是具有图2的外部套管和第一和第二内套管的电池配件的横截面侧视图，其中第一和第二内套管分别用第一和第二电极材料充气。
图3B是根据另一实施例的电池配件的横截面侧视图，该电池配件包括配置成接收电解质材料的第三腔室。
图3C是根据另一实施例的电池配件的另一横截面侧视图，其具有多个并排连接的第一腔室和多个第二腔室。
图3D是根据另一实施例的电池配件的另一横截面侧视图，其具有多个串联连接的第一腔室和多个第二腔室。
图3E是根据另一实施例的具有不同尺寸的第一和第二套管的电池配件的横截面侧视图。
图4A是根据另一个实施例的具有可膨胀部分和刚性部分的电池外壳的横截面侧视图，并且在第一和第二电极材料之前将外部套管设置在电池外壳的第一和第二套管中。
图4B是在第一和第二电极材料设置在电池外壳的第一和第二套管之后的图4A的电池外壳和外部套管的横截面侧视图。
图4C是根据另一个实施例的具有波纹管形状的电池外壳的横截面侧视图，并且在第一和第二电极材料之前将外部套管设置在电池外壳的第一和第二套管中。
图5是根据另一实施例的电池外壳和外部套管的实施例的横截面侧视图，该外部套管具有集成在其中的一个或多个电子器件。
图6是根据各种实施例的围绕电子系统的外围设置的电池外壳和外部套管的实施例的横截面侧视图。
图7是根据各种实施例的限定线缆状轮廓的电池配件的示意性截面端视图。
图8A是电池外壳的横截面侧视图，其包括第一储存器和第二储存器，第一储存器和第二储存器通过第一和第二馈电线在第一状态下连接到相应的第一和第二腔室。
图8B是处于第二状态的图8A的电池外壳的横截面侧视图。
具体实施方式
电池是当今日常生活中使用的许多电气或电子设备的重要电源。例如，除了别的以外，手表、无线设备(包括例如移动智能电话、平板计算设备等)、遥控设备和可穿戴健康产品(例如助听器、生命识别传感器、如生命体征监测设备等)使用电池来为设备内的电气和/或电子组件供电。随着电子设备的小型化，对可以改善电子设备中的空间使用的电池的强烈需求。本公开的实施例可以有利地为这种电子设备提供电池，特别是可以任意地符合的电池-装置内的尺寸和形状空间。各种实施例还可以为小型设备提供更小的电池。
广泛使用的类型的电池具有刚性或坚固的壳体，并且可能不适合不规则和/或可变空间，例如具有曲率的薄空间和/或具有锯齿形外围的空间。因此，用于安装这种电池的装置中的空间或隔室通常需要独立于装置中的电子部件而保留，这可能影响装置的整体设计(包括整体尺寸和/或形状)。而且，广泛使用的电池类型的尺寸被定义并且可以不变化。因此，这种电池可能会在不专门用于接收电池的不规则空间中浪费空间。在本公开的一些实施例中，引入了可以安装在不规则空间中的电池，用于接收广泛使用的类型的电池。在这些实施方案中，电池可包括具有多个套管的电池外壳，所述套管被配置为接收电极材料并且在相应的套管之间具有离子导电隔板。电池外壳可以定位在不规则的空间中，由此可以将电极材料(例如阳极和阴极材料)注入套管中，使套管膨胀直到套管形成所需的形状和/或尺寸。所需的形状和/或尺寸可以全部或部分地由电子设备的外部套管限定。套管的外边界可以部分地和/或完全地由不规则空间限定。因此，电池可以有效地利用不规则空间。
图1是电池外壳1的横截面的示意性等距视图，该电池外壳1具有第一腔室10、第二腔室12和离子导电隔板18，所述离子导电隔板18设置在分隔第一和第二腔室10、12的壁23的至少一部分中。在一些实施方案中，离子导电隔板18可包括整个壁23，在其他实施例中，离子导电隔板18可仅包括壁23的一部分，而其余部分可为离子导电的。第一和第二腔室10、12可以至少部分地由第一套管14和第二套管16界定。在所示的实施例中，第一和第二套管14、16包括弹性材料，其可以在填充流体提供的电池电极材料时膨胀或膨胀，类似于球囊和/或香肠套管。然而，应该理解的是，在一些实施方案中，套管14、16中只有一个可以膨胀或膨胀。离子导电隔板18可以设置在第一和第二腔室10、12之间。第一套管14可以在第一壁24上具有第一电接触件20，并且第二套管16可以在第二壁26上具有第二电接触件22。第一套管14和第二套管16还可以包括沿着第一和第二套管14、16的内围的第一和第二集电器19、21。第一电接触件20与第一集电器19电连接，第二电接触件22与第二集电器21电连接。集电器19、22可以收集电池电极材料中的电流。
图2是图1所示的电池外壳1设置在外部套管2内的横截面侧视图。在一些实施方案中，外部套管2可包括在电子设备内限定的腔，该腔由电池供电。例如，电子设备可以包括手表、智能手机、平板计算设备、遥控设备、医疗设备(诸如助听器)和/或任何其他类型的电子设备。这里示出的外部套管2是封闭的，但在各种实施例中，外部套管可具有开口部分。如图2所示的外部套管2具有四边形(例如，梯形)形状。然而，外部套管2可以具有任何合适的形状，包括不规则的、可变的和/或小的空间，例如具有曲率的薄间距和/或具有锯齿形外围的小空间。有利地，电子设备可以被设计成具有设计者所期望的任何形状因子，并且电子设备的外部套管2可以具有任何合适的尺寸和/或形状，条件是外部套管2容纳足够的体积用于电池的电极材料。
图3A是电池配件3的横截面侧视图，其具有图2的外部套管2和第一和第二套管14、16，分别用第一和第二电极材料28、30膨胀第一和第二套管14、16之后。由于图3A的套管14、16相对于图2的套管14、16膨胀，所以如图3A所示的套管14、16在本文中也可称为第一膨胀的内套管14和第二膨胀的内套管16。第一膨胀的套管14和第二膨胀的套管16大致类似于图1的第一和第二套管，除了在图3A中，第一电极材料28和第二电极材料30分别设置在第一和第二膨胀套管14、16中，使得套管14、16相对于其未填充状态扩展。例如，在各种实施例中，第一和第二电极材料28、30可以通过套管14、16提供的相应注入口(未示出)注入。因此，图1和2的电池外壳1也可以将其特征在于预膨胀或未膨胀的壳体，并且图3A的电池外壳1的特征在于后膨胀或膨胀的壳体。
如图3A所示，第一和第二膨胀内套管14、16的外边界可以由外部套管2限定，使得第一和第二电极材料28、30使内套管14、16膨胀并且通常与外部套管2的内表面25一致。在一些实施方案中，外部套管2可以完全限定膨胀的套管14、16的形状，使得内膨胀套管14、16基本上与外部套管2的整个内表面25一致。然而，在其他实施例中，第一和/或第二膨胀套管14、16可能不完全符合外部套管2的内表面25，这样外边界可以仅由外部套管2部分地限定或自我调节(例如，不依赖于外部套管2的形状)。在套管14、16完全和/或部分地与内表面25一致的实施例的情况下，对于它们是自调节的实施例，套管比套管14、16更易变形。因此，在一个实施方案中，自调节套管14、16可以在套管14、16周围具有不均匀的柔韧性和/或可膨胀性，以在注入电极材料28、30之后形成所需的形状。
在一些实施方案中，可膨胀套管14、16(或预膨胀套管)可以具有适合于形成外部套管2的特定形状的预定结构。例如，如图1所示的套管14、16的右下角和左下角可以设计成具有更多的可膨胀、可拉伸和/或挠性的特性，以符合图3A中所示的外部套管2的形状。
在一些实施方案中，集电器19、21可以形成在套管14、16的内周边上。在一些实施方案中，集电器19、21可以是嵌入在套管14、16的内表面上的迹线。图中所示的集电器19、21，例如图1-3D，形成在套管14、16三个侧面上。然而，集电器19、21可以以任何适于收集电极材料28、30中的电流的形状设置在套管14、16中的任何位置。例如，集电器19、21可以在套管14、16的六个(所有)侧和/或套管14、16的中间形成。收集电流的效率可受集电电极19、21的邻接电极材料28、30的区域的影响。在一些实施方案中，第一和/或第二集电器19、21可具有多个可伸缩的弯曲和/或曲线。例如，为了增加表面积并最大化与电极材料28、30的接触，收集器19、21可以包括图案(例如螺旋)的细长元件，其可以随套管14、16一起膨胀而不会断裂。第一和第二集电器19、21可以包括铜、金、铝和/或用于收集电极材料28、30中的电流的任何其他合适的导电材料。例如，在第一电极材料28是阳极材料和第二电极材料30是阴极材料的实施例中，第一集电器19可以包括铜，第二集电器21可以包括铝。
第一电极材料28可包括阳极材料(例如，石墨和硅)，并且第二电极材料30可包括阴极材料(例如，锂镍钴铝氧化物(NCA)、锂锰氧化物(LMO)、锂铁磷酸盐(LFP)、锂钴氧化物(LCO)、锂镍锰钴氧化物(NMC)等)。电极材料28、30还可以包括添加剂，例如炭黑、碳纳米管和/或石墨烯，以增加导电性。应当理解，第一电极材料28可以是阴极材料，第二电极材料30可以是替代实施例中的阳极材料。在一些实施方案中，第一和第二电极材料28、30可以通过注射针注射设置在第一和第二腔室10、12中。在这些实施方案中，套管14、16可以由在没有任何进一步的密封或闭合过程的情况下在针的抽出之后密封和/或闭合由针形成的孔的材料制成。或者，套管14、16可包括用于针进入套管14、16内部的接头。在一些其他实施方案中，套管14、16的部分可以打开以便可以接近以设置第一和第二电极材料28、30，并且开口部分可以通过密封工艺密封。密封过程可以是，例如，粘合开口部分、在开口部分设置盖子等。第一和第二电极材料28、30在注入第一和第二腔室10、12时最初可以是液体、凝胶和/或粉末形式。注入后，第一和第二电极材料28、30可以保持与注入和/或改变为不同形式相同的形式(例如从液体形式固化成固体形式)。
离子导电隔板18可包含任何合适类型的离子导电材料，例如具有苯乙烯丁二烯橡胶(SBR)、聚偏二氟乙烯(PVDF)和/或任何其他离子导电材料的羧甲基纤维素(CMC)。在一些实施方案中，离子导电隔板18可具有多孔构造，其具有允许离子通过的孔。在一些实施方案中，隔板18可以是可膨胀的、可拉伸的、挠性的和/或可弯曲的。在一些实施方案中，隔板18不具有弹性。在其他实施例中，隔板18可包括分离的挠性材料和离子导电材料。例如，弹性材料网格可随套管14、16的膨胀而膨胀，而较低挠性或非弹性材料的窗户可用作网格内的离子导体。隔板18可以用作第一和第二电极材料28、30之间的电解质，例如，隔板18可以促进阴极和阳极之间的离子的移动，以产生用于为电子设备供电的电流。
在一些实施方案中，第一和第二套管14、16可以是完全或部分可膨胀的、可拉伸的、挠性的和/或可弯曲的。在一些实施方案中，第一和第二套管14、16可以比离子导电隔板18更可可膨胀、、可拉伸、挠性和/或可弯曲。在一些实施方案中，第一和第二套管14、16只有其一可以是完全或部分可膨胀的、可拉伸的、挠性的和/或可弯曲的，并且第一和第二套管14、16中的另一个可以不是可膨胀的。因此，在一些实施方案中，套管14、16可以用可流动的电极材料膨胀。然而，在其他实施例中，一个套管14或16可以用可流动电极材料膨胀，而另一个套管14或16可以包括固体或其他不可流动的电极材料。可用于形成第一和第二套管14、16的材料的一些实例是聚酰亚胺，聚三氟氯乙烯(PCTFE)和/或任何其他非导电材料。第一和第二套管14、16，在如图1所示的膨胀之前，可以具有长方体或平行六面体形状。然而，在膨胀之前，第一和第二套管14、16可以具有任何合适的限定形状(例如，球形、立方形、圆柱形)和/或不确定或皱折形状(类似于皱折的塑料袋))。在膨胀之后，第一和/或第二套管14、16可以保持完全或部分可膨胀、可拉伸、挠性和/或可弯曲。在这些实施方案中，第一和/或第二套管14、16可以响应于电池充电/放电期间电极材料28、30的体积变化而变形。当硅用作阳极材料时，这样的实施方案可能是特别有益的，因为在这种情况下，与其原始尺寸相比，在一些实施方案中阳极体积可以扩展多达四倍。因此，套管14、16可以降低损坏的风险。然而，在一些其他实施方案中，第一和/或第二套管14、16在膨胀后比膨胀前变硬或变硬。
第一电接触件20可以与第一套管14的第一集电器19耦合或形成。第一电接触件20可以延伸穿过第一壁24。类似地，第二电接触件22可以与第二套管16的第二集电器21耦合或形成。第二电接触件22可以延伸通过第一壁24。第一和第二电接触件20、22可以分别将电子传导到第一和第二电极材料28、30和/或从第一和第二电极材料28、30传导电子，以为电子设备的电子组件供电。例如，在内套管14、16膨胀之后，第一和第二电接触件20、22可以用相应的第一和第二集电器19、21和外部套管2的相应的第一和第二电端子27、29制作电接触件。因此，第一和第二电端子27、29可以通过中间触点20、22在电子设备的部件和第一和第二电极材料28、30之间提供电连通。在一些实施方案中，第一和第二电端子27、29可以是嵌在外部套管2上的迹线。在一些实施方案中，第一和第二电接触件20、22可以通过焊球、导线、印刷电路板(PCB)、挠性基板或连接等与相应的第一和第二电端子27、29电连接。在一些其他实施方案中，第一和第二电接触件20、22的位置以及相应的第一和第二电端子27、29可以设计成使得在腔室14、16膨胀之后，第一和第二电接触件20、22以及相应的第一和第二电端子27、29形成接触而没有插入的导电材料。
第一和第二电接触件20、22可以由与第一和第二集电器19、21相同或不同的材料制成。例如，第一和第二电接触件20、22可以包括铜、金、铝和/或任何其他合适的导电材料。在所示实施例中，触点20、22可以包括相对小的或不连续的形状，但是在其他实施例中，触点20、22可以更大。在一些实施方案中，第一电接触件20可包括多个电接触件线，例如，其可以以网格状图案形成。触点20、22可以穿过壳体1的壁24、26形成在套管14、16的可伸展部分之间。在一些其他实施方案中，第一和第二电接触件20、22可以形成任何合适的形状来传导自由电子。在一些实施方案中，第一和/或第二电接触件20、22可具有多个可伸缩的弯曲和/或曲线。例如，增加表面积并最大限度地与外部套管2上的触点接触，触点20、22可包括可随套管14、16一起膨胀而不会断裂的图案的细长元件，例如螺旋形。另外，图1中所示的壁24、26被示出为位于套管14、16的底侧，但是在各种实施例中，壁24、26和触点20、22可以位于套管14、16的任何一侧，并且当套管14、16用电极材料膨胀时，可以定位成与外部套管2的相应触头接触。
在一些实施方案中，第一套管14和/或第二套管16可具有各自的入口或注入口，用于接收第一电极材料28。在一些其他实施方案中，套管14、16可以具有各自的开口，在将第一和第二电极材料28、30分别注入第一和第二腔室10、12之后可以将其密封，类似于用于各种球膨胀的乳头。在一些实施方案中，第二套管16可具有与第一套管14或第二套管16可具有不同配置的类似配置和/或属性。例如，第一和第二套管14、16可以具有不同的形状/尺寸、材料和/或可膨胀性。
图3B-3E是电池配件3的不同实施例的横截面侧视图。除非另有说明，否则图3B的组件可以与图1-3A的相同编号的组件相同或大致相似。与图1-3A的实施例一样，图3B-3E的实施例具有外部套管2、具有第一电极材料28的第一腔室10、以及具有通常类似于参考图3A说明的那些的第二电极材料30的第二腔室12。与图3A一样，第一和第二电极材料28、30可以注入或以其他方式设置在腔室10、12内，以使第一内套管14和第二内套管16膨胀以大致或部分地与外部套管2的内表面25相符。
在图3B中，电池配件3还可包括第三腔室13，其被配置为接收电解质材料32。如图3B所示，第三腔室13可至少部分地由设置在第一和第二套管14、16之间(以及在第一和第二腔室10、12之间)的第三套管17限定。电解质材料32可以是固体形式、液体形式和/或任何其他合适的形式。与第一和第二电极材料28、30一样，电解质材料32可以有利地注入第三腔室13以使第三套管17膨胀并且大致或部分地符合外部套管2的内表面25。第三腔室13可以通过第三套管17与第一和第二腔室10、12分开，第三套管17可以具有离子导电隔板18(类似于图1的隔板18)。离子导电隔板18可以通过第三套管17中的介入电解质材料32使离子在第一和第二电极材料28、30之间转移。将第三腔室13专用于电解质材料32以通过防止和/或最小化由于器件中的第一和第二电极材料28、30之间的物理接触引起的电短路来提高安全性是有益的，因为第三腔室13可以在第一和第二腔室10、12之间提供更多的距离。
参照图3C，电池配件3可包括多个第一腔室10、10'和多个第二腔室12、12'。第一电极材料28、28'可设置在第一腔室10、10'，第二电极材料30、30'可以设置在第二腔室12、12'中。除非另有说明，否则图3C的组件可以与图1-3B中的相同编号的组件相同或大致相似。多个第一腔室10、10'中的一个中的任何一组和彼此相邻的多个第二腔室12、12'中的一个可以大致类似于图3A的电池配件3。图3C示出了第一和第二电端子27、29之间的电连接，用于解释的目的。在一些实施方案中，这些连接可以嵌入外部套管2或通过任何外部连接。第一电池单元58可以部分地由具有第一电极材料28的第一腔室10和具有第二电极材料30的第二腔室12限定。第二电池单元60可以部分地由具有第一电极材料28'的第一腔室10'和具有第二电极材料30'的第二腔室12'限定。这种布置可以表示电池58、60之间的并联电连接。在所示的实施例中，离子导电隔板18可以设置在第一和第二电池58、60之间。然而，在其他实施例中，隔板或壁可以包括非导电隔板，以将第一电池58与第二电池60电隔离。图3C的实施例可以提供彼此平行的电池单元58、60，如果在操作期间存在任何故障，则可以有利地隔离故障的腔室。在电池配件3的制造期间可能引起故障的腔室。在使用电池配件3期间的物理冲击也可能导致故障的腔室。通过并联连接电池单元58、60，工作单元可以补偿故障的腔室。
图3D类似于图3C中所示的电池配件3。然而，代替并联连接电池单元58、60，图3D中所示的实施例将电池58、60串联连接。因为电池58、60串联连接，而不是在第一和第二电池58、60之间设置离子导电隔板18，所以可以在电池58、60之间提供非导电隔板。图3D的实施例可以提供与串联连接的电池相关的益处，例如增加的电压。在一些实施方案中，图3D的电池配件3，也可以有益于增加第一和第二腔室10、10'、12、12'的灵活性和精确的音量控制。
图3E示出了具有不同尺寸的第一和第二套管14、16的电池配件3。除非另有说明，否则图3E的部件可以与图1-3D的相同编号的部件相同或大致相似。在所示实施例中，第一腔室10具有比第二腔室12更大的截面积。在该实施例的三维构造中，第一腔室10可具有比第二腔室12更大的容积。因此，在一些实施方案中，第一电极材料28的体积可以大于图3E所示的电池配件3中的第二电极材料30。所示实施例可以是有益的，因为它可以允许补偿第一和第二电极材料28、30的不同材料特性。
图4A-4B示出了电池外壳1和电池配件3的另一个实施例，其中电池外壳1包括挠性或可膨胀部分43和一个或多个相对刚性部分42。除非另有说明，否则图4A-4B的部件可以与图1-3D的相同编号的部件相同或大致相似。图4A示出了根据另一实施例的在第一和第二电极材料28、30被布置到电池外壳1的第一和第二套管14、16之前的电池外壳1和外部套管2的实施例。图4B示出了在通过用阳极和阴极材料填充套管14、16对外部套管2内的套管14、16膨胀之后的电池配件3。
如上所述，图4A和4B的第一和第二套管14、16可具有刚性部分42和与刚性部分42连接或连接的挠性或可膨胀部分43。在所示实施例中，刚性部分42可以与外部套管2的壁45连接，并且挠性或可膨胀部分43可以从壁45向外延伸。当第一和第二电极材料28、30注入第一和第二套管14、16的可膨胀或挠性部分43时，可膨胀或变形成所需的形状，其可大致或部分地符合外部套管2的内表面，如上所述。通过将刚性部分42连接到套管2的壁45，挠性或可膨胀部分43的膨胀或可膨胀性可以指向所需的方向，例如向上，如图4B的实施例所示。然而，在其他实施例中，可能希望将挠性或可膨胀部分43的膨胀引导到其他方向并且符合其他形状。这些实施例可以通过在电池外壳1的不同部分中具有不同的柔性或可膨胀性来提供。在一些实施方案中，刚性部分42可以有利地屏蔽外部套管2中的压敏区域。此外，在一些实施方案中，刚性部分42可以有利地包括电子部件，例如电子电路、无源设备等，其可以在传输到电子设备之前修改功率电平和/或频率。
图4C是电池配件3的示意性侧剖视图，其中电池外壳1包括波纹管状套管结构。除非另有说明，图4C的组件可以与图1-4B的相同编号的组件相同或大致相似。在图4C中，电池外壳1和外部套管2在膨胀之前示出，例如，没有第一和第二电极材料28、30设置在电池外壳1的第一和第二套管14、16中。代替弹性材料，其在锉削后可能具有收缩的趋势，所示的套管可包括相对无弹性的材料，其在填充时仍然可膨胀，类似于聚酯薄膜或箔球囊。在一些实施方案中，图4C中所示的装置可以有利地减小第一和第二套管14、16内的应力，因为套管14、16的波纹管状套管结构可以在通过减少套管14、16的拉伸量来处理电极材料28、30时补偿膨胀。在一些实施方案中，图4C中所示的实施例也可以有利地指导第一和第二套管14、16在某些方向上的膨胀和膨胀量。例如，图4C中所示的实施例可适用于套管14、16的垂直扩展。然而，在一些实施方案中，套管14、16可设计成具有适合于水平扩展的特性。
图5示出了电池外壳1的另一个实施例，其具有集成在其中的一个或多个电子器件36。除非另有说明，否则图5的组件可以与图1-4C的相同编号的组件相同或大致相似。电子器件36可以设置在电池外壳1的壁47内。在各种实施例中，壁47可以是刚性的或挠性的。电子设备36可包括任何合适类型的电子组件，例如集成电路(例如，模数转换器、放大器、其他电路组件等)、微机电系统设备、传感器设备等。电子设备36可以经由导线、印刷电路板上的迹线和/或任何其他合适的方式电连接到电子触点20、22。
图6示出了电池外壳1和外部套管2的另一实施例，其中可膨胀内套管14、16围绕电子系统38设置。电气系统38可包括多个电气部件。除非另有说明，否则图6的组件可以与图1-5中的相同编号的组件相同或大致相似。如图6所示，电池外壳1可以包括多个可膨胀的内套管14、16，它们围绕电子系统38的外围设置。电池外壳1的内壁37可以将电极材料28、30与电子系统38分开，并且可以使电池外壳1大致符合电子系统38。因此，在一些实施方案中，壳体1的内壁37可以限定中空的内部区域，该中空的内部区域构造成在其中容纳系统38。使电池外壳1围绕电子系统38一致可以有利地使电池配件3能够通过在电子系统38上提供有效数量的电池材料层，与系统38集成而不显着改变系统38的形状和/或尺寸。在一些实施方案中，内壁37可包括导电触点20、22，以提供电极材料28、30与电子系统38之间的电连通。另外，在图6的实施例中，在电子系统38周围设置第一和第二套管14、16可以有利地保护电子系统38免受物理损坏。如图3C和3D中所示，当电池配件3内的不同电池单元并联连接时，在一些实施例中，分隔每个电池单元的壁可包括离子导电隔板18。另一方面，当电池配件3内的不同电池单元串联连接时，壁可包括非导电隔板31。在一些实施方案中，可以提供导电触点20、22以及第一和第二电端子(未示出)用于通过壳体1的外壁39向另一电子系统供电。
图7是根据另一实施例的电池配件3的示意性截面端视图，该电池配件3限定了线缆状轮廓。除非另有说明，否则图7的组件可以与图1-6中的相同编号的组件相同或大致相似。在图7的实施例中，电池配件3可以成形为类似电缆或电线，使得电池配件3可以沿着进入页面的方向伸长，如图7所示，例如，沿横向于套管14、16、17的壁的方向伸长。与上述实施例一样，可膨胀内套管14、16可以是可膨胀的、可拉伸的、挠性的和/或可弯曲的，以便能够在外部套管2内部自由变形。此外，与图3B的实施例一样，电池外壳1可以包括第三腔室13，其可以注入或以其他方式提供电解质材料32。在图7的实施例中，电解质材料32可以注入第三腔室13内，以使第三可膨胀套管17大致或部分地符合细长外部套管2的内表面25的形状。如上面结合图3B所解释的，在第三腔室13中提供的电解质材料32可以有益地降低各种实施例中的短路风险。
图8A-8B示出了电池外壳1的另一个实施例，其包括第一储存器54和第二储存器56，第一储存器54和第二储存器56通过第一和第二馈线50、52连接到相应的第一和第二腔室10、12。第一储存器54和第一腔室10可以接收第一电极材料28，并且第二储存器56和第二腔室12可以接收第二电极材料30。储存器54、56中的电极材料28、30不产生任何电流，因此与腔室10、12中的电活性的电极材料28、30相反，材料可以被认为是无效的。除非另有说明，否则图8A-8B的组件可以与图1-7的相同编号的组件相同或大致相似。图8A示出了处于第一状态的电池外壳1的实施例，图8B示出了处于第二状态的电池外壳1的实施例。控制单元48可包括存储器和处理电子器件，其被配置成控制在第一和第二腔室10、12中分配的电极材料28、30的量，通过通过第一进料器50在第一腔室10和第一储存器54之间移动第一电极材料28，以及通过通过第二馈线52在第二腔室12和第二储存器56之间移动第二电极材料30，反之亦然。控制单元48可以包括泵，其被配置为在腔室10、12和储存器54、56之间驱动第一和第二电极材料28、30。处理电子器件可以被配置为控制泵的操作，泵可以由一个或多个电动机驱动。图8B中所示的第一和第二腔室10、12具有比图8A中所示的腔室10、12更多的电极材料28、30。因此，处于第二状态(图8B)的电池单元可以具有比第一状态下的电池单元更高的容量(图8A)。而且，处于第二状态(图8B)的电池单元可以比第一状态下的电池单元更快地充电(图8A)。因此，在各种实施例中，可以基于预期的使用来改变腔室10、12中的电极材料28、30的体积。例如，如果设备正在经历显着或高峰使用，则可以将额外的电极材料28、30泵送到腔室10、12中以增加充电容量。另一方面，如果使用量低，则可以通过将电极材料28、30泵送出相应的腔室10、12来减少电极材料28、30的量，并且可以更快地对电池充电。在一些实施方案中，第一和第二储存器54、56可以在第一和第二腔室10、12内，或者在电池外壳1内。在这些实施方案中，第一和第二储存器54、56可以从第一和第二腔室10、12内的非活性第一和第二材料28、30分离活性第一和第二电极材料28、30。
尽管已经在某些实施方案和实施例的背景下公开了本发明，但本领域技术人员将理解，本发明超出具体公开的实施方案，延伸到本发明的其他替代实施方案和/或用途以及其显而易见的修改和等同物。另外，虽然已经详细示出和描述了本发明的若干变型，但是基于本公开，本领域技术人员将容易明白在本发明范围内的其他变型。还预期可以进行实施例的特定特征和方面的各种组合或子组合，并且仍然落入本发明的范围内。应当理解，所公开的实施例的各种特征和方面可以彼此组合或替代，以便形成所公开发明的变化模式。因此，意图是本文公开的本发明的范围不应受上述具体公开的实施方案的限制，而应仅通过公平阅读所附权利要求来确定。
Claims (20)
1.电池外壳，包括：
第一腔室，被配置为容纳第一电极材料，所述第一腔室至少部分地由第一可膨胀套管界定；
第二腔室，被配置为容纳第二电极材料，所述第二腔室至少部分地由第二套管界定；
设置在所述第一和第二腔室之间的离子导电隔板；
第一电接触件，与所述第一可膨胀套管耦合或由所述第一可膨胀套管形成，所述第一电接触件延伸穿过所述第一可膨胀套管的第一壁；和
第二电接触件，与所述第二套管耦合或由所述第二套管形成，所述第二电接触件延伸穿过所述第二套管的第二壁；
其中所述第一可膨胀套管被配置为响应于将所述第一电极材料注入所述第一腔室而膨胀。
2.权利要求1所述的电池外壳，其中所述第二套管被配置为响应于将所述第二电极材料注入所述第二腔室而膨胀。
3.权利要求1所述的电池外壳，其中所述第一电极材料包括阳极材料，并且所述第二电极材料包括阴极材料。
4.权利要求1所述的电池外壳，其中所述第一可膨胀套管包含聚酰亚胺，并且所述离子导电隔板包含聚偏二氟乙烯(PVDF)。
5.权利要求1所述的电池外壳，其中所述第一可膨胀套管和所述第二套管包括相应的第一和第二集电器。
6.权利要求1所述的电池外壳，所述离子导电隔板包括第三腔室，所述第三腔室被配置为容纳电解质材料。
7.权利要求1所述的电池外壳，还包括第一储存器和第二储存器，其配置为在存储它们中的非活性电极材料。
8.权利要求7所述的电池外壳，其中在所述电池外壳的使用期间，控制单元控制有效和无效的第一电极材料和第二电极材料的量。
9.权利要求1所述的电池外壳，还包括与所述第二腔室相邻并分离的第三腔室，以及与所述第三腔室相邻并通过第三离子导电隔板与所述第三腔室隔开的第四腔室。
10.权利要求9所述的电池外壳，其中所述第三腔室通过第二离子导电隔板或非导电隔板与所述第二腔室隔开用于并联连接。
11.权利要求9所述的电池外壳，其中所述第三可膨胀套管通过所述非导电隔板与所述第二腔室隔开用于串联连接。
12.权利要求1所述的电池外壳，其中所述第一可膨胀套管在注入所述第一电极材料后仍保持可膨胀。
13.权利要求1所述的电池外壳，其中所述第一可膨胀套管包括波纹管样形状。
14.权利要求1所述的电池外壳，其中所述第一可膨胀套管具有改变的挠性或可膨胀性，使得所述可膨胀套管被配置为响应于将所述第一电极材料注入所述第一腔室而以预定形状膨胀。
15.一种制造电池的方法，该电池具有第一腔室、第二腔室、和设置在所述第一和第二腔室之间的离子导电隔板，该方法包括：
将第一电极材料设置到所述第一腔室中以使所述第一腔室膨胀；和
将第二电极材料设置到所述第二腔室中。
16.权利要求15所述的方法，其中设置第一电极材料包括注入阳极材料。
17.权利要求15所述的方法，还包括在设置第一电极材料和设置第二电极材料之前，将所述第一和第二腔室定位在由电子设备限定的外部套管内。
18.电池配件，包括：
外部套管；
设置在所述外部套管中的电池，所述电池包括电池外壳，所述电池外壳包括由离子导电隔板隔开的第一腔室和第二腔室，所述第一腔室至少部分地由第一膨胀的套管界定，并且所述第二腔室至少部分地由第二套管界定，
其中第一电极材料设置在所述第一腔室中并且第二电极材料设置在所述第二腔室中，
其中所述第一腔室的尺寸和形状至少部分地由所述外部套管的相应尺寸和形状限定。
19.权利要求18所述的电池配件，还包括第一电接触件，与所述第一膨胀的套管耦合或由所述第一膨胀的套管形成，所述第一电接触件延伸穿过所述第一膨胀的套管的第一壁以提供和所述第一电极材料的电气通信，并且所述第二电接触件与所述第二套管耦合或由所述第二套管形成，所述第二电接触件延伸穿过所述第二套管的第二壁以提供和所述第二电极材料的电气通信。
20.一种电子系统，包括权利要求18所述的电池配件，其中所述电池配件围绕所述电子系统的外围设置。
Applications Claiming Priority (2)
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|---|---|---|---|
| US15/726,329 | 2017-10-05 | ||
| US15/726,329 US10505162B2 (en) | 2017-10-05 | 2017-10-05 | Battery housing |
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