CN110495015B - 电池结构 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种电池结构。电池结构包含有第一集电层、第一活性材料层、间隔层、第一塑框、第二活性材料层以及第二集电层。第一活性材料层设置于第一集电层上。间隔层设置于该第一活性材料层上并且完全覆盖于第一活性材料层的顶面。第一塑框设置于间隔层的侧壁上，且第一塑框的顶部具有延伸至间隔层顶面的突出部。第二活性材料层设置于间隔层以及突出部上。第二活性材料层藉由间隔层以及突出部而与第一活性材料层隔离。第二集电层设置于第二活性材料层上。

Description

电池结构
技术领域
本发明涉及一种电池结构，尤指一种具有保护隔离结构的锂电池。
背景技术
可携式电子产品在譬如为如医疗、娱乐等产业广泛使用，于此些产业中，可携式电子产品都需具备轻量、可携以及多样化，在这些电子产品中使用的电池，则要求根据可携式电子产品来设计，使其外观匹配于可携式电子产品，譬如为外包装尺寸、形状等；因此，柔性电池的可挠曲特性扮演相当重要的角色。图1为常见的柔性锂电池的横截面图，如图1中所示，柔性锂电池10主要包括上集电层12、下集电层14、以及设置在上集电层12与下集电层14之间的外封装16，上集电层12、下集电层14以及外封装16形成封围空间18；第一活性材料层20、间隔层22与第二活性材料层24设于此封围空间18来形成电化学系统层，第一活性材料20接触于上集电层12、第二活性材料层24接触于下集电层14，此种柔性锂电池10的特性为整体是可以动态弯曲。
此外，在锂电池的结构设计中，阴极的水平面的面积必须小于阳极的水平面的面积，以避免当阴极释放超出阳极可容许的锂离子时，过度的锂析出而形成锂枝晶。这些锂枝晶会穿透间隔层而导致电池短路。目前解决此问题的方法是于制程中控制阴极与负极的水平面的面积，但却没有其他的方法能再重复验证。
为了克服上述问题，本发明提供一种电池结构，以解决前述现有技术的问题。
发明内容
本发明的主要目的是提供一种电池结构，其使用第一塑框以覆盖间隔层的一部分区域，其对应于第一活性材料层与第二活性材料层以维持锂电池的A/C比，并且减少形成锂枝晶的可能性和程度。
为达到上述目的，本发明提供了一种电池结构，电池结构包括第一集电层、第一活性材料层、间隔层、第一塑框、第二活性材料层以及第二集电层，第一活性材料层设置在第一集电层上，间隔层设置于第一活性材料上，并完全覆盖于第一活性材料层的顶面。第一塑框设置于间隔层的侧壁，且第一塑框的顶部具有延伸到间隔件顶面的突出部，第二活性材料层设置在间隔层与突出部上，并透过间隔层和突出部而与第一活性材料隔离；第二集电层设置在第二活性材料层上。
下面藉由具体实施例详加说明，当更容易了解本发明的目的、技术内容、特点及其所达成的功效。
附图说明
图1绘示常见的柔性电池的剖视图；
图2是本发明电池结构的局部剖面示意图；
图3是本发明电池结构的局部剖面的另一示意图；
图4是本发明电池结构的剖面示意图；
图5是本发明电池结构的剖面示意图；
图6是本发明电池结构的剖面示意图；
图7是本发明电池结构的局部剖面的另一示意图；以及
图8是本发明电池结构的局部剖面的另一示意图。
具体实施方式
请参阅图2，其为本发明电池结构的部分剖视图。锂电池30包括第一集电层32、第一活性材料层34、间隔层36以及塑框38，第一活性材料层34设置于第一集电层32上，第一活性材料层34的水平面区域小于第一电流收集层32，而使得部分的第一集电层32可外露于第一活性材料层34；间隔层36设置于第一活性材料层34上，并且完全覆盖于第一活性材料层34的顶面。塑框38设置在间隔层36的侧壁上并延伸至间隔层36的顶面以形成突出部381，间隔层36不与第一活性材料层34接触的角落受到塑框38的覆盖。
此外，覆盖于间隔层36侧壁的塑框38的部分会延伸到第一活性材料层34的侧壁，例如，覆盖于间隔层36侧壁的塑框38的部分会向下延伸，而完全覆盖于第一活性材料层34的侧壁，如图3所示。
如图4所示，本发明的电池结构还包含有第二活性材料层40、第二集电层42、以及第二塑框46，第二活性材料层40位于间隔层36和突出部381表面，第二活性材料层40藉由间隔层36和突出部381而与第一活性材料层34隔离。第二集电层42设置于第二活性材料层40上，第二塑框46顶面设置于第二集电层42，且封围于第二活性材料层40周缘，第二塑框46底面连于第一塑框38，更具体地，第二塑框46的底面是直接与第一塑框38的突出部381直接接触。
一般的电池设计中，阳极/阴极比率通常是通过化学配方、电极的涂布区域或涂布密度来加以控制，从而减少形成锂枝晶的可能性和程度。然而，除了上述的解决方案之外，本发明使用突出部381来遮闭第一活性材料层来控制A/C比率，并保持安全性和电气性能。
除了上述所言，第一塑框38的突出部381延伸至间隔层36的顶面边缘，以改善锂电池30结构稳定性，举例来说，于柔性电池中，间隔层36再经过弯曲后，通常会呈现弯曲或变形，并且甚至会引起内部短。然而，不管是聚合物间隔层、具有特殊效果涂层的聚合物间隔层或是陶瓷间隔层，当突出部381延伸至间隔层36顶面的边缘时，即可有效维持间隔层36与第一活性材料层34或是间隔层36与第二活性材料层40之间的接触，并且可防止间隔层36边缘的变形；突出部381可有效提升间隔层36的顶面边缘的结构性强度，特别是应用在陶瓷间隔层。
此外，在上述结构中，第一塑框的突出部分381和间隔层36形成一种新的混合隔离结构，来将第二活性材料层40与第一活性材料层34隔离，进一步来说，第一集电层32或第二集电层42可以是电路板的导电表面。
另外，第一集电层32和/或第二集电层42的外表面更具有保护层50，保护层50可以防止外部环境与第一集电层32以及/或第二集电层42之间的接触，保护层50可于锂电池30弯曲过程中，保护第一集电层32和/或第二集电层42的破裂。
请参考图5，锂电池30包装于铝箔袋44中，铝箔袋44可以防止电解质的泄漏以及阻挡外部环境中的水分和氧气。
请参考图6，其绘示本发明另一电池结构，锂电池30更包含第三塑框48，第二塑框46底部连接至第三塑框48的顶部，第三塑框48的底部连接到第一塑框38的顶部。第一塑框38和第二塑框46具有比第三塑框48的更好的异质表面的黏着力，第三塑框48具有第一塑框38、第二塑框46与第三塑框48中最好的均匀表面黏着力，第三塑框48会将第一塑框38与第二塑框46紧密地接合。
进一步而言，第一塑框38、第二塑框46、第三塑框48与保护层50可以进一步覆盖第一集电层32和第二集电层42的边缘，于锂电池30弯曲过程中，第一集电层32与第二集电层42接触所引起的外部短路的情况，可以透过第一塑框38、第二塑框46、第三塑框48以及保护层50的绝缘特性来加以减少；保护层50可以不同的结构涂覆第一集电层32以及第二集电层42的边缘，主要取决于电池的设计或制程需求。保护层50可以是单层涂布或多层涂布。
请参照图7，其为本发明电池结构体的另一局部示意图。图7与图2的差别在于，间隔层还进一步延伸到第一活性材料层的侧壁上。
请参照图8，其为本发明的电池结构体的另一局部示意图。图8与图3的差别在于，间隔层还进一步延伸到第一活性材料层的侧壁上。
第一塑框38、第二塑框46、第三塑框48和保护层50的材料可选自于譬如聚酰亚胺(polyimide)、环氧树脂(epoxy)、压克力树脂(acrylic resin)以及硅胶等绝缘聚合物，间隔层36的材料选自聚合物材料、陶瓷材料、玻璃陶瓷材料或玻璃纤维。第一活性材料层34、第二材料层40和间隔层36会吸收电解质，电解质是液体电解质、胶态电解质或固态电解质。
综合前述，锂电池的A/C比率可以藉由第一塑框的突起而被有效地控制，以减少形成锂枝晶的可能性和程度。
唯以上所述者，仅为本发明的较佳实施例而已，并非用来限定本发明实施的范围。故即凡依本发明申请范围所述的特征及精神所为的均等变化或修饰，均应包括于本发明的申请专利范围内。

Claims (16)

1.一种电池结构，其包含有：
第一集电层；
第一活性材料层，设置于该第一集电层上；
间隔层，设置于该第一活性材料层上，该间隔层完全覆盖于该第一活性材料层的顶面；
第一塑框，设置于该间隔层的侧壁，该第一塑框具有突出部，该突出部延伸至该间隔层的顶面的边缘；
第二活性材料层，设置于该间隔层与该突出部上，藉由该间隔层与该突出部而隔离于该第一活性材料层；以及
第二集电层，设置于该第二活性材料层上。
2.如权利要求1所述的电池结构，其中该第一塑框覆盖于该间隔层的侧壁的部分更延伸至该第一活性材料层的侧壁。
3.如权利要求2所述的电池结构，其中该第一活性材料层的水平面的区域小于该第一集电层的水平面的区域，而露出部分的该第一集电层。
4.如权利要求3所述的电池结构，其中该第一塑框底面连接于该第一集电层由该第一活性材料层露出的部分，且该第一塑框封围于该间隔层的侧壁以及该第一活性材料层。
5.如权利要求1所述的电池结构，更包含有第二塑框，该第二塑框的顶面连接于该第二集电层，且该第二塑框封围于该第二材料层周缘，该第二塑框的底面连接于该第一塑框。
6.如权利要求1所述的电池结构，更包含有第二塑框与第三塑框，该第二塑框封围于该第二集电层周缘，该第二塑框的底面连接于该第三塑框，该第三塑框的底面连接于该第一塑框的顶面。
7.如权利要求6所述的电池结构，其中该第一塑框与该第二塑框具有比该第三塑框更好的异质表面的黏着力，该第三塑框具有该第一塑框、该第二塑框与该第三塑框中最好的均匀表面黏着力。
8.如权利要求1所述的电池结构，其中该第一集电层或该第二集电层为电路板的导电表面。
9.如权利要求1所述的电池结构，其中该第一塑框的材料选自于聚酰亚胺、环氧树脂、压克力树脂或硅胶。
10.如权利要求5所述的电池结构，其中该第一塑框与该第二塑框的材料选自于聚酰亚胺、环氧树脂、压克力树脂或硅胶。
11.如权利要求6所述的电池结构，其中该第一塑框、该第二塑框与该第三塑框的材料选自于聚酰亚胺、环氧树脂、压克力树脂或硅胶。
12.如权利要求1所述的电池结构，其中该间隔层的材料选自于聚合物材料、陶瓷材料、玻璃陶瓷材料或玻璃纤维。
13.如权利要求1所述的电池结构，其中该第一活性材料层、该第二材料层以及该间隔层吸收电解质，该电解质为液体电解质、胶态电解质或固态电解质。
14.如权利要求1所述的电池结构，更包含有铝箔包来容置并封围电池。
15.如权利要求1所述的电池结构，其中该第一集电层与该第二集电层的外表面更具有保护层。
16.如权利要求15所述的电池结构，其中该保护层的材料选自于聚酰亚胺、环氧树脂、压克力树脂或硅胶。
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