CN114730944A - 柔性电池及应用该柔性电池的用电装置 - Google Patents

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Abstract

本申请提供一种柔性电池及应用其的装置，所述柔性电池包括多个电极组件、电连接体、弹性绝缘件和包装袋，所述电连接体电连接相邻的两个电极组件，所述弹性绝缘件设置在电连接体的两个端部并与电极组件之间具有间隙，所述包装袋设置有容纳所述电极组件和所述弹性绝缘件的第一凹坑和容纳所述电连接体的第二凹坑。本申请提供的柔性电池，能够有效降低封装后弯折造成的应力集中，其包装袋及电连接体不易断裂，同时能够有效保护电极组件，提高柔性电池的使用寿命并保障其性能的稳定性和安全性。

Description

柔性电池及应用该柔性电池的用电装置
技术领域
本申请涉及电池技术领域，尤其涉及一种具有良好柔性的电池及应用该电池的用电装置。
背景技术
智能穿戴电子产品等设备一般具有良好的柔韧性，可自由弯曲甚至折叠，深受广大消费者的喜爱。具备局部柔性的电池，例如脊柱电池或通过并联/串联组成的柔性电池组，封装后可沿相邻电池单元间的封装处弯折，能满足很多电子产品的柔性需求。受限于电池包装材料的开发水平，目前的柔性电池包装材料一般均采用铝塑膜。直接应用于柔性电池的包装一般存在以下问题：相邻单元间封装袋弯折过程中，在其根部应力较大，造成包装材料的疲劳寿命不足；相邻单元间封装袋对电芯的边角造成一定程度的挤压，存在较大的短路风险。
发明内容
为了解决采用传统的铝塑膜封装的脊柱型柔性电池或组合型柔性电池中，其柔性节处的包装材料及电连接体易弯折断裂，包装材料对电芯造成挤压的问题，本申请提出了一种柔性电池及应用其的用电装置，其包装袋及电连接体不易断裂，且在弯折时不会对各电极组件产生挤压。
本申请提供了一种柔性电池，包括多个电极组件，所述电极组件包括阴极片，阳极片以及设置在阴极片和阳极片之间的隔膜；电连接体，所述电连接体的两个端部分别与相邻的所述电极组件电连接；弹性绝缘件，所述弹性绝缘件设置在所述电连接体的两个端部并与所述电极组件之间具有间隙；包装袋，所述电极组件、电连接体和弹性绝缘件包覆于所述包装袋内。
一种实施方式中，所述包装袋设置有容纳所述电极组件和所述弹性绝缘件的第一凹坑。一种实施方式中，所述包装袋还设置有容纳所述电连接体的第二凹坑。
一种实施方式中，所述第二凹坑在电连接体延伸方向(定义为第一方向)上的长度为a(相邻第一凹坑的间距)，所述第一凹坑在电极组件厚度方向(定义为第二方向)上的厚度为t，a/t的比值可根据需要的弯折角度设定，使相邻的电极组件能在限定的角度内弯折，且弯折过程中电极组件互不受压。
一种实施方式中，所述第二凹坑的深度仅能容纳电连接体，所述第二凹坑与所述电连接体之间热封连接，也可不与电连接体热封连接。
一种实施方式中，所述多个电极组件通过电连接体实现并联；一种实施方式中，所述多个电极组件通过电连接体实现串联。
一种实施方式中，所述电极组件通过将阴极片、隔膜和阳极片卷绕而成；一种实施方式中，所述电极组件通过将阴极片、隔膜和阳极片叠片而成。
一种实施方式中，所述电连接体与所述相邻的电极组件的阴极片或阳极片一体冲切而成。此时，通过同时卷绕或叠片过程可将多个电极组件实现并联，得到脊柱型柔性电池。
一种实施方式中，所述电连接体的两个端部分别焊接在相邻电极组件的极片上可将多个电极组件实现并联或串联，得到组合型柔性电池。
一种实施方式中，各电极组件均包括设置在阴极片上的阴极极耳和设置在阳极片上的阳极极耳，各个电极组件之间通过将极耳直接焊接而实现并联或串联。也可以根据长度需求，将各个电极组件的极耳焊接一定长度的转接极耳而实现各个电极组件的并联或串联。此种实施方式中，直接焊接或经过转接焊的极耳相当于连接相邻组件之间的电连接体。
一种实施方式中，所述弹性绝缘件与所述电极组件之间设置的间隙，沿电连接体延伸方向上有一定的宽度，间隙宽度可根据弹性绝缘件在需求的使用环境下的最大形变量设定，所述间隙为弹性绝缘件的变形预留容纳空间，以防止过度弯折。一种实施方式中，所述间隙沿电连接体延伸方向上的宽度至少为0.5mm。
一种实施方式中，所述弹性绝缘件分别对应设置在电连接体的两个表面上。一种实施方式中，所述弹性绝缘件设置在电联接体的一个表面上。在一些实施例中，所述弹性绝缘件可通过粘结剂或通过热熔融的方式固定在电连接体的表面上。
一种实施方式中，所述弹性绝缘件为条形，条形截面包括矩形、梯形、椭圆形、圆形、三角形或其它不规则形状中的任一种。
一种实施方式中，所述弹性绝缘件的材质包括注塑橡胶和注塑发泡材料中至少一种。
一种实施方式中，所述注塑橡胶包括硅橡胶、三元乙丙橡胶、顺丁橡胶、丁苯橡胶、异戊橡胶、氟橡胶中的至少一种；所述注塑发泡材料包括EPE(珍珠棉或聚乙烯发泡棉)、EPP(Expanded polypropylene，聚丙烯塑料发泡材料)、EPVC(聚氯乙烯糊树脂)、EVA(ethylene-vinyl acetate copolymer，乙烯-醋酸乙烯酯共聚物)、EPS(ExpandedPolystyrene，聚苯乙烯泡沫)、发泡三元乙丙橡胶、发泡丁苯橡胶、发泡氯丁橡胶、发泡硅橡胶、发泡氟橡胶中的至少一种。
本申请还提出了一种用电装置，所述装置包括上述的柔性电池作为电源。
本申请提供的柔性电池及应用其的用电装置，能够有效降低封装后弯折造成的应力集中，该柔性电池的包装袋及电连接体不易断裂，同时能够有效保护电极组件，提高柔性电池的使用寿命并保障其性能的稳定性和安全性。
附图说明
下面结合附图和具体实施方式对本申请作进一步详细的说明。
图1为本申请一实施方式提供的柔性电池示意图。
图2为图1中阳极电连接体沿I-I’方向的剖面结构示意图。
图3为图1中弹性绝缘件沿II-II’方向的剖面示意图。
图4为图1中第二凹坑沿III-III’方向的剖面示意图。
图5为本申请实施例1提供的脊柱式裸电芯的示意图。
图6为本申请实施例2提供的组合型柔性裸电芯的示意图。
图7为本申请实施例2提供的柔性电池沿I-I’方向的剖面示意图。
图8为本申请实施例3提供的柔性电池沿I-I’方向的剖面示意图。
主要元件符号说明：
电极组件 10
电连接体 30
阳极电连接体 31
阴极电连接体 32
弹性绝缘件 50
包装袋 70
第一凹坑 71
第二凹坑 72
盖板 73
间隙 90
如下具体实施方式将结合上述附图进一步说明本申请实施例。
具体实施方式
除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本申请实施例的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中所使用的术语只是为了描述具体的实施方式的目的，不是旨在于限制本申请实施例。
需要说明，本申请实施例中所有方向性指示(诸如上、下、左、右、前、后……)仅用于解释在某一特定姿态(如附图所示)下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。
另外，在本申请中如涉及“第一”“第二”等的描述仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示其相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本申请的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。
在本申请中，除非另有明确的规定和限定，术语“连接”“固定”等应做广义理解，例如，“固定”可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。
请参阅图1和图2，本申请提供一种柔性电池，包括多个电极组件10、电连接体30、弹性绝缘件50和包装袋70。所述电连接体30电连接相邻的两个电极组件10。所述弹性绝缘件50设置在电连接体30的两个端部，并且所述弹性绝缘件50与电极组件10之间具有间隙90。所述包装袋70设置有容纳所述电极组件10和弹性绝缘件50的第一凹坑71。
如图1所示，所述电池包含三个电极组件10。在一些实施方式中，电极组件10包括阴极片、阳极片以及设置在阴极片和阳极片之间的隔膜，阴极片、隔膜和阳极片层叠或卷绕设置。在一些实施方式中，电极组件10的数量还可为两个或大于三个。三个电极组件10通过所述电连接体30并联连接，所述电连接体30包括阳极电连接体31和阴极电连接体32。位于相邻电极组件10之间的电连接体30和包装袋70构成了柔性电池的柔性节。
如图2所示，在一些实施方式中，包装袋70分为上下相同的两部分，上部分包装袋和下部分包装袋均设置有第一凹坑71，封装时将上下两部分包装袋的边缘进行热封。在一些实施方式中，在柔性节处，包装袋70与电连接体30之间可以热封连接，也可以仅热封电连接体30之外的包装袋70。当电连接体30与包装袋70热封连接时，其对应位置设置有密封剂以进行热熔密封。在一些实施方式中，所述包装袋70的材质为铝塑膜。
如图2和图4所示，在一些实施方式中，所述包装袋70在柔性节处进一步设置有容纳所述电连接体30的第二凹坑72。第二凹坑72的深度较浅，仅能容纳柔性节处的电连接体30(包括阳极电连接体31和阴极电连接体32)。此种实施方式中，将包装袋的边缘进行热封后，柔性节处的电连接体30可以在第二凹坑内移动从而提高了电池的柔性。
请参阅图1和图2，定义所述电连接体30的延伸方向为第一方向，垂直于所述第一方向的方向为第二方向(即电极组件的厚度方向)。所述第一凹坑71在第二方向的厚度为t，所述第二凹坑在第一方向的长度为a(即相邻第一凹坑71之间的间距为a)。根据使用中弹性绝缘件50的形变量控制a/t的比值，可限定电池的柔性弯折角度，使相邻的电极组件10在限定的角度内任意弯折，且弯折过程中电极组件互不受压。
请参阅图2和图3，所述电连接体30电连接相邻的电极组件10，在相邻电极组件10间的所述电连接体30的上下表面分别设置所述弹性绝缘件50，从而将所述电连接体30夹持在所述弹性绝缘件50的中心。在一些实施方式中，所述弹性绝缘件50可通过粘结剂粘接固定在电连接体30的表面，也可以将所述弹性绝缘件的表面热熔从而粘结在所述电连接体30的表面。本实施方式中所述弹性绝缘件50为条形，进一步的，条形截面可以选择矩形/梯形、椭圆形、圆形、三角形或其它不规则形状中的任一种。
一种实施方式中，所述弹性绝缘件50与电极组件10之间设置有间隙90，所述间隙90在第一方向(即电连接体30的延伸方向)的长度可根据弹性绝缘件50在使用环境下的最大形变量设定，防止过度弯折。一些实施方式中，所述间隙90可设置在0.5mm以上。
进一步地，所述弹性绝缘件50的材质包括耐电解液的注塑橡胶和注塑发泡材料中的至少一种。进一步地，所述注塑橡胶包括硅橡胶、三元乙丙橡胶、顺丁橡胶、丁苯橡胶、异戊橡胶、氟橡胶中的至少一种。所述注塑发泡材料包括EPE(珍珠棉或聚乙烯发泡棉)、EPP(Expanded polypropylene，聚丙烯塑料发泡材料)、EPVC(聚氯乙烯糊树脂)、EVA(ethylene-vinyl acetate copolymer，乙烯-醋酸乙烯酯共聚物)、EPS(ExpandedPolystyrene，聚苯乙烯泡沫)、发泡三元乙丙橡胶、发泡丁苯橡胶、发泡氯丁橡胶、发泡硅橡胶、发泡氟橡胶中的至少一种。
以下将结合具体实施例对本申请作进一步说明。
实施例1
本实施例中，封装的裸电芯为如图5所示的脊柱式裸电芯。阴极电连接体32与所述相邻的电极组件10的阴极片一体冲切成型，阳极电连接体31与所述相邻的电极组件10的阳极片一体冲切成型，通过同时卷绕或叠片过程使得多个电极组件10之间并联连接。本实施例封装后的柔性电池如图1所示。本实施例中，电池包含三个电极组件10，相邻的电极组件10通过同一组阳极电连接体31和阴极电连接体32并联。
如图2和图3所示，本实施例中，采用成对设置的条状弹性绝缘件50通过胶水粘接固定在电连接体30的上下表面；包装袋70的材质采用铝塑膜，包装袋70分为上下结构一致的两部分，上部分包装袋和下部分包装袋均设置有第一凹坑71和第二凹坑72，第一凹坑71容纳电极组件10及邻近电极组件10设置的弹性绝缘件50；第二凹坑72仅容纳阳极电连接体31和阴极电连接体32。条形的弹性绝缘件50的材质为耐电解液材质的246型氟橡胶材料，胶水为XL-313AB。所述弹性绝缘件50与电极组件10之间具有间隙90，所述间隙在第一方向的长度为0.5mm，所述间隙90可防止过度弯折。
如图4所示，本实施例中，将柔性节处的铝塑膜的边缘进行热封，如此，当柔性节弯折时，阳极电连接体31和阴极电连接体32可在铝塑膜的第二凹坑内移动。
本实施例中，所述第一凹坑71在第二方向的厚度t为2mm，所述第二凹坑72在第一方向的长度a为πmm。此时弯折半径为1mm，如此，柔性电池可180°对折；弹性绝缘件50能很好地吸收弯折应力，可降低柔性节处铝塑膜封装根部的应力集中，且能有效防止铝塑膜弯折拉伸过程中压迫电极组件。
实施例2
与实施例1不同的是，本实施例中，封装的裸电芯为图6所示的组合型柔性裸电芯。所述组合型柔性裸电芯由多个电极组件10并联而成，各电极组件有各自的阳极极耳和阴极极耳。将各电极组件10的同极性极耳通过直接焊接或转接焊连接在一起从而实现多个电极组件10的并联，如此，相邻电极组件之间的阳极极耳相当于阳极电连接体31，相邻电极组件之间的阴极极耳相当于相邻电极组件之间的阴极电连接体32。
本实施例中，弹性绝缘件50采用的材质为硅橡胶，其截面为椭圆形，通过HY-308胶水将弹性绝缘件50粘结固定在阳极电连接体31和阴极电连接体32的上下两个表面。弹性绝缘件50与电极组件10之间具有间隙，所述间隙在第一方向的长度为0.8mm。
与实施例1不同的是，本实施例中，如图7所示，位于柔性节处的包装袋70不设置第二凹坑72，包装袋70的材料为铝塑膜，柔性节处的阳极电连接体31和阴极电连接体32对应位置处各含有一段密封剂(图中未显示)，热封时，可将柔性节处铝塑膜的边缘完全热封，且电连接体30与铝塑膜之间也被密封剂热封。封装后的柔性电池外形如图1所示。
本实施例中，如图7所示，所述第一腔体71在第二方向的厚度t为3mm，在第一方向上，相邻第一凹坑71之间的间距a为1.5mm。如此，柔性电池可90°弯折，在90°范围内，电池具备较高的柔性及安全性。
实施例3
与实施例1不同的是，如图8所示，包装袋70分为上下结构不同的两部分，上部分包装袋设置有第一凹坑71和第二凹坑72，下部分包装袋为盖板73，封装时，上部分包装袋的边缘与盖板73热封。可以理解，所述上部分包装袋可仅设置第一凹坑71，柔性节处铝塑膜的边缘完全热封，且电连接体30与铝塑膜之间也被密封剂热封。
本实施例中，弹性绝缘件50采用的材质为硅橡胶，其截面为条形，通过HY-308胶水将弹性绝缘件50粘结固定在电连接体30的一个表面。如图8所示，弹性绝缘件50与电极组件10之间具有间隙，所述间隙在第一方向的长度为0.8mm。包装袋的第一凹坑71容纳电极组件10和邻近电极组件10设置的弹性绝缘件50，包装袋的第二凹坑72仅容纳电连接体30。
本申请提供的柔性电池及应用其的装置，能够有效降低封装后弯折造成的应力集中，其包装袋及电连接体不易断裂，同时能够有效保护电极组件，提高柔性电池的使用寿命并保障其性能的稳定性和安全性。

Claims (10)

1.一种柔性电池，其特征在于，包括：
多个电极组件，所述电极组件包括阴极片、阳极片以及设置在阴极片和阳极片之间的隔膜；
电连接体，所述电连接体的两个端部分别与相邻的所述电极组件电连接；
弹性绝缘件，所述弹性绝缘件设置在所述电连接体的两个端部并与所述电极组件之间具有间隙；
包装袋，所述电极组件、电连接体和弹性绝缘件包覆于所述包装袋内。
2.如权利要求1所述的柔性电池，其特征在于，所述包装袋设置有容纳所述电极组件和所述弹性绝缘件的第一凹坑。
3.如权利要求1所述的柔性电池，其特征在于，所述包装袋设置有容纳所述电连接体的第二凹坑。
4.如权利要求1所述的柔性电池，其特征在于，所述多个电极组件通过电连接体实现并联或串联。
5.如权利要求1所述的柔性电池，其特征在于，所述电极组件为卷绕式或叠片式电极组件。
6.如权利要求1所述的柔性电池，其特征在于，所述电连接体与所述相邻的电极组件的阴极片或阳极片一体冲切成型。
7.如权利要求1所述的柔性电池，其特征在于，所述间隙沿电连接体延伸方向上的宽度至少为0.5mm。
8.如权利要求1所述的柔性电池，其特征在于，所述弹性绝缘件成对设置在电连接体的两个表面。
9.如权利要求1所述的柔性电池，其特征在于，所述弹性绝缘件设置在电连接体的一个表面。
10.一种用电装置，所述用电装置包括如权利要求1-9任一项所述的柔性电池作为电源。
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