CN115191055A - 电池及包括该电池的装置 - Google Patents

Abstract

一种电池包括电极组件(10)、第一包装层(30)和第二包装层(50)。电极组件(10)包括堆叠设置的第一极片(101)、隔膜(103)和第二极片(102)，第一极片(101)和第二极片(102)分别具有间隔设置的涂布区(1011、1021)和空箔区(1012、1022)，涂布区(1011、1021)的中心重叠设置构成电极组件(10)的涂覆部(104)，空箔区(1021、1022)的中心重叠设置构成电极组件(10)的柔性部(105)。第一包装层(30)包覆电极组件(10)的涂覆部(104)和柔性部(105)，第二包装层(50)至少包覆位于柔性部(105)的第一包装层(30)。

Description

电池及包括该电池的装置

技术领域

本申请涉及电池技术领域，尤其涉及一种具有柔性的电池及包括该电池的装置。

背景技术

目前的柔性电池研究中，常采用梳齿状结构的极片围绕着同一电连接体卷绕形成脊柱电池，或采用多个电芯单元通过电连接并联成一个电芯，均能使电芯在单元连接处具备局部柔性的特征，应用于智能穿戴产品上。但上述两种方式在制造及使用的过程中一般存在以下问题：(1)随着电芯单元数量的增加，电芯单元的同步卷绕难度增加，生产效率低。现有的脊柱电池对整片极片实施模切，制成多个梳齿状的结构，并沿端部将每条极片单独卷成电芯，梳齿数量越多，卷绕过程越复杂，效率越低；(2)柔性电池弯折过程中易损伤刚性电池本体，造成性能下降及短路等安全问题；(3)由于电芯需求的厚度及弯折半径的影响，使得常规的铝塑膜封装材料的弯折疲劳寿命低，进而影响电池使用寿命。

发明内容

有鉴于此，有必要提供一种新型的柔性电池以解决柔性电池的电芯本体易受损伤以及封装材料弯折疲劳寿命低的问题，达到提高电池的安全性及使用寿命的效果。

本申请的技术方案是：一种电池，其包括电极组件、第一包装层和第二包装层。所述电极组件包括堆叠设置的第一极片、隔膜和第二极片，第一极片和第二极片之间通过隔膜间隔。所述第一极片具有间隔设置的第一涂布区和第一空箔区，所述第二极片具有间隔设置的第二涂布区和第二空箔区，所述第一涂布区和所述第二涂布区相重叠构成所述电极组件的涂覆部，所述第一空箔区和所述第二空箔区相重叠构成所述电极组件的柔性部。所述第一包装层包覆所述电极组件的涂覆部和柔性部，所述第二包装层至少包覆位于柔性部的所述第一包装层。

本申请所述的第一极片和第二极片具有条纹状间隔设置的涂布区和空箔区，堆叠后，由于空箔区的厚度小于涂布区，涂布区压合后，空箔区层间并未粘合或接触，而是形成分层结构，即柔性部位置处的第一极片、隔膜和第二极片彼此独立。弯折过程中，彼此间无相对影响，相当于多个薄层在弯折，减小了抗弯截面系数，且由于层间间隙的存在，弯折过程中第一极片、隔膜和第二极片有变形的容纳空间，有效降低了弯折拉伸造成较大的应力导致寿命较短的风险。

本申请所述第一包装层的刚性大，柔性部弯折时所述第一包装层的应力较大，易破损造成漏液。在第一包装层的表层包覆第二包装层后，可有效改善所述柔性部位置处第一包装层弯折造成的应力集中，并且所述第二包装层可吸收一定的应力，均化应力，进一步提高电池的弯折疲劳寿命。

一种实施方式中，所述电池还包括保护壳，所述保护壳设置在所述第一包装层与所述电极组件之间并包覆所述涂覆部。一种实施方式中，所述保护壳设置在所述第一包装层与所述第二包装层之间并包覆所述涂覆部。一种实施方式中，所述保护壳至少包覆所述涂覆部的四个表面中的三者。一种实施方式中，所述涂覆部的数量至少为两个。

所述保护壳主要起支撑、增强涂覆部的强度的作用，使得电池的柔性部和涂覆部之间存在明显的强度差，从而使得电池在使用过程中，很容易地从刚性低的柔性部位置处弯折。同时，由于所述保护壳的存在，可明显降低极限使用过程中弯折或扭转对涂覆部的伤害，降低活性物质脱落的风险。

一种实施方式中，所述保护壳的材质包括工程塑料、电木、玻璃钢、不锈钢、钛合金中的至少一种。其中，所述工程塑料包括ABS(丙烯腈A、丁二烯B、苯乙烯S三种单体的三元共聚物)、PP(聚丙烯)、PVC(聚氯乙烯)、PE(聚苯醚)、PS(聚苯乙稀)、PBT(聚对苯二甲酸丁二酯)、PTFE(聚四氟乙烯)、PET(聚对苯二甲酸乙二醇酯)、RPET(回收的聚对苯二甲酸乙二醇酯)中的至少一种。

一种实施方式中，所述第二包装层的材质包括注塑橡胶和注塑发泡材料中的至少一种。其中，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(Expandedpolypropylene，聚丙烯塑料发泡材料)、EPVC(聚氯乙烯糊树脂)、EVA(ethylene-vinylacetate copolymer，乙烯-醋酸乙烯酯共聚物)、EPS(Expanded Polystyrene，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。

本申请还提出一种装置，所述装置包括如上所述的电池作为电源。

本申请提供的电池及包括该电池的装置，结构简单，制造难度大大降低；采用刚性的保护壳包覆由极片涂布区构成的涂覆部，减轻电池使用过程中对所述涂覆部的弯折，可防止所述涂覆部的活性物质脱落，提高了安全性；采用第二包装层包覆由极片空箔区构成的柔性部，降低了所述柔性部的弯折应力，提高了产品的使用寿命。

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为本申请一实施例提供的电极组件的结构示意图。

图2为本申请一实施例提供的第一极片的示意图。

图3为本申请一实施例提供的第二极片的示意图。

图4为图1中柔性部的结构示意图。

图5为对图1中电极组件包覆第一包装层后得到的电芯结构示意图。

图6为对图5中电芯包覆保护壳后的结构示意图。

图7为本申请实施例1提供的电池结构示意图。

图8为本申请实施例2提供的电池结构示意图。

图9为本申请实施例3提供的电池结构示意图。

主要元件符号说明：

电极组件 10

第一包装层 30

第二包装层 50

保护壳 70

接线端子 90

第一极片 101

第二极片 102

隔膜 103

涂覆部 104

柔性部 105

第一极耳 106

第二极耳 107

第一涂布区 1011

第一空箔区 1012

第一集流体 1013

第一活性物质层 1014

第二涂布区 1021

第二空箔区 1022

第二集流体 1023

第二活性物质层 1024

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。

本申请提供一种电池，其包括电极组件、第一包装层和第二包装层。如图1所示，所述电极组件10包括堆叠设置的第一极片101、隔膜103和第二极片102，第一极片101和第二极片102之间通过隔膜103间隔。图1中示出了外层极片为第二极片102的情况，其中第二极片102对应的层数为n(n为整数且n≥2)，则对应的另一极性的第一极片101的层数为n-1。可以理解，当设置在外层的极片为第一极片101时，则第一极片101的层数为n(n为整数且n≥2)，第二极片102的层数则为n-1。

如图2所示，所述第一极片101具有间隔设置的第一涂布区1011和第一空箔区1012，所述第一极片101的端部设有第一集流体1013。如图3所示，所述第二极片102具有间隔设置的第二涂布区1021和第二空箔区1022，所述第二极片102的端部设有第二集流体1023。进一步地，所述第一涂布区1011的长度(极片的延伸方向)略大于所述第二涂布区1021的长度，所述第一涂布区1011的宽度略大于所述第二涂布区1021的宽度，隔膜103的长度和宽度分别比第一极片101的长度和宽度略大。

如图1和图4所示，所述第一涂布区1011和所述第二涂布区1021相重叠构成所述电极组件10的涂覆部104，所述第一空箔区1012和所述第二空箔区1022相重叠构成所述电极组件10的柔性部105。本实施方式中，所述第一涂布区1011的中心和所述第二涂布区1021的中心相重叠，所述第一空箔区1012的中心和所述第二空箔区1022的中心相重叠。进一步地，第一极片101、隔膜103和第二极片102堆叠后经过冷压/热压，或在化成阶段夹紧，使得各层的第一涂布区1011和第二涂布区1021均能有效接触，以形成涂覆部104。所述涂覆部104的数量为m，m为整数且m≥2。

如图4所示，电极组件10的表层为单面涂布的第二极片102，所述第二极片102在靠近所述隔膜103的表面的第二涂布区1021涂覆有第二活性物质层1024。可以理解，电极组件10的表层也可为单面涂布的第一极片101，所述第一极片101在靠近所述隔膜103的表面的第一涂布区1011涂覆有第一活性物质层1014。除了表层的第一极片101或第二极片102为单面涂布外，所述电极组件10内部的第一极片101和第二极片102均为双面涂布，即第一极片101的上下表面的第一涂布区1011均涂覆有第一活性物质层1014，第二极片102的上下表面的第二涂布区1021均涂覆有第二活性物质层1024。各第二极片102的第二涂布区1021和各第一极片101的第一涂布区1011的中心相对设置，并且第一涂布区1011在长度和宽度方向相对于第二涂布区1021均略有伸出。

进一步地，由于单面或双面涂覆的第一活性物质层1014和第二活性物质层1024具有一定厚度，使得涂覆部104的厚度大于相邻的柔性部105的厚度。经过冷压/热压或在化成阶段受压压合后，各极片的空箔区并未粘合或接触，而是形成如图4中所示的互不粘连的分层结构。柔性部105中，第一极片101、隔膜103、第二极片102之间彼此独立，具有层间间隙。柔性部105的弯折过程中，各元件彼此间无相对影响，相当于多个单层在独立弯折，减小了抗弯截面系数，降低了弯折时柔性部105的应力，故而可提高柔性部105的柔性。另外，由于存在所述层间间隙，使得弯折过程中第一极片101和第二极片102有变形的容纳空间，有效降低了极片在弯折拉伸过程中由于较大应力而导致的寿命较短的风险。

如图5所示，将堆叠后的多层第一集流体1013与第一极耳106焊接，将堆叠后的多层第二集流体1023与第二极耳107焊接。第一极耳106和第二极耳107上均设有PP(polypropylene，聚丙烯)材质的密封剂(sealant)以便与第一包装层30构成良好的密封。本实施方式中，所述第一极耳106为阳极极耳，所述第二极耳107为阴极极耳。进一步地，所述第一包装层30包覆所述电极组件10的涂覆部104和柔性部105。本实施方式中，所述第一包装层30的材质采用铝塑膜。在一些实施方式中，在170-185℃间进行顶封和侧封，注液后进一步侧封，将电极组件10的涂覆部104和柔性部105完全密封，经静置、化成等工艺过程，制备出电芯。

如图6所示，在所述第一包装层30的外侧各涂覆部104对应的位置，通过粘接剂贴装保护壳70以包覆所述涂覆部104，所述保护壳70至少包覆所述涂覆部104的四个表面中的三者。所述保护壳70主要起支撑、增强涂覆部104的强度的作用，使得电池的柔性部105和涂覆部104间存在明显的强度差，从而使得电池在使用过程中，很容易地从刚性低的柔性部105位置处弯折。同时，由于所述保护壳70的存在，可明显降低极限使用过程中弯折或扭转对涂覆部104的伤害，降低活性物质脱落的风险。可以理解，所述保护壳70也可设置在电极组件10与第一包装层30之间，即设置在第一包装层30的内侧。图6中的所述保护壳70为U型，可覆盖各涂覆部104的两侧面及上下表面的其中一面，且在长宽方向略超涂覆部104的长宽，即完全覆盖涂覆部104，以达到增强涂覆部104刚性的目的。进一步地，所述保护壳的材质包括工程塑料、电木、玻璃钢、不锈钢、钛合金中的至少。其中，所述工程塑料包括ABS(丙烯腈A、丁二烯B、苯乙烯S三种单体的三元共聚物)、PP(聚丙烯)、PVC(聚氯乙烯)、PE(聚苯醚)、PS(聚苯乙稀)、PBT(聚对苯二甲酸丁二酯)、PTFE(聚四氟乙烯)、PET(聚对苯二甲酸乙二醇酯)、RPET(回收的聚对苯二甲酸乙二醇酯)中的至少一种。

如图7所示，本申请一实施方式提供的电池还包括第二包装层50，所述第二包装层50至少包覆位于柔性部105的所述第一包装层30。可以理解，当所述电池包括第二包装层50且所述保护壳70设置在所述第一包装层30的外侧时，所述保护壳70是设置在所述第一包装层30和所述第二包装层50之间。进一步地，所述第二包装层50至少需完全覆盖柔性部105的上下表面及两侧面，涂覆部104的上下表面及两侧面可依据实际状况包覆一部分或全部包覆。同时，可根据实际需要，将柔性部105封装成不同的形状，例如可以封装为图7所示的上下凹槽结构，也可以封装为如图8和图9所示的直型，还可以封装为单面凹槽型。

进一步地，所述第二包装层的材质包括注塑橡胶和注塑发泡材料中的至少一种。其中，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(Expandedpolypropylene，聚丙烯塑料发泡材料)、EPVC(聚氯乙烯糊树脂)、EVA(ethylene-vinylacetate copolymer，乙烯-醋酸乙烯酯共聚物)、EPS(Expanded Polystyrene，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。由于所述第二包装层50的材质具有良好的柔性，使柔性部105的弯曲疲劳寿命较高。同时，由于刚性的保护壳70的支撑保护作用，涂覆部104的整体刚性比柔性部105的刚性大，使电池在使用过程中自发选择性地从柔性部105处弯折，涂覆部104不受应力或所受应力较小，从而具备较高的安全性。并且，第一包装层30的刚性大，柔性部105弯折时第一包装层30的应力较大，导致弯曲疲劳寿命不足，柔性部105处的第一包装层30在弯折时易破损造成漏液，在其表层包覆第二包装层50后，可有效改善柔性部105处第一包装层30弯折造成的应力集中，并吸收一定的应力，均化应力，进一步提高电池的弯折疲劳寿命。

本申请还提出一种装置，所述装置包括如上所述的电池作为电源。

以下将结合具体实施例对本申请作进一步说明。

实施例1

图7为本实施例提供的一种电池结构示意图。

首先，通过斑马涂布工艺方法在箔材上分别涂布相应的极片材料，并涂布成间隔的条纹状，获得对应的第一极片卷料和第二极片卷料，通过刀模模切成如图2、图3中所示的单层的第一极片101和第二极片102。同样，模切出与之对应的单层的隔膜103。进一步的，第一极片101上间隔设置第一涂布区1011和第一空箔区1012，在其端部设有由其箔材模切出的第一集流体1013。第二极片102上间隔设置第二涂布区1021和第二空箔区1022，在其端部设有由其箔材模切出的第二集流体1023。进一步的，第一涂布区1011的长度和宽度均比第二涂布区1021的长度和宽度略大，隔膜103的长度和宽度比第一极片101的长度和宽度略大。本实施例中，所述第一极片101为阳极极片，所述第二极片102为阴极极片。

然后，如图1所示，将第二极片102、隔膜103、第一极片101按照相应的顺序堆叠，构成多层堆叠的电极组件10。所述电极组件10的表层为单面涂布的第二极片102，所述电极组件10内部的第一极片101和第二极片102均为双面涂布，相邻的第二极片102与第一极片101之间设有隔膜103。各第二极片102的第二涂布区1021和各第一极片101的第一涂布区1011的中心相对(重叠)设置，并且第一涂布区1011相对第二涂布区1021在长宽方向均略有伸出。第一涂布区1011和第二涂布区1021堆叠后构成涂覆部104，第一空箔区1012和第二空箔区1022堆叠后构成柔性部105。进一步的，柔性部105的局部放大图如图4所示。由于柔性部105的厚度小于相邻的涂覆部104的厚度，柔性部105中第一极片101、隔膜103和第二极片102之间彼此独立处于无接触的状态，使得弯折过程中各层相互独立，相当于多个薄层在弯折，减小了抗弯截面系数，从而使柔性部105具有较高的柔性，且应力较小。

接着，将堆叠后的多层第一集流体1013与第一极耳106焊接，将堆叠后的多层第二集流体1023与第二极耳107焊接。第一极耳106和第二极耳107上均设有PP(polypropylene，聚丙烯)材质的密封剂以便与第一包装层30构成良好的密封。本实施例中，所述第一极耳106为阳极极耳，所述第二极耳107为阴极极耳。本实施例中，所述第一包装层30的材质为铝塑膜。在一些实施方式中，在170-185℃间进行顶封和侧封，注液后进一步侧封，将电极组件10的涂覆部104和柔性部105完全密封。经静置、化成等工艺过程，制备出电芯。

其次，如图6所示，在铝塑膜外侧各涂覆部104对应的位置，通过粘接剂贴装保护壳70以包覆所述涂覆部104。本实施例中，所述保护壳70的材质为不锈钢，所述保护壳70的形状为U型，其覆盖涂覆部104的两侧面及上表面或下表面中的其中一面，且在长宽方向略超涂覆部104的长宽，以完全覆盖涂覆部104，达到增强涂覆部104刚性的目的。

最后，如图7所示，在所有表层，包覆第二包装层50，且各柔性部105处设计成上下凹槽型，以便在终端产品中定位和使用。所述第二包装层50的材质为热熔性的POE(聚烯烃弹性体)。最终的电池，仅有两极耳穿过第二包装层50露出，以便与电器元件连接。

实施例2

图8为本实施例提供的一种电池结构示意图。

与实施例1不同的是，本实施例中的保护壳70为绝缘性良好且耐电解液的的PP(polypropylene，聚丙烯)材质，且所述保护壳70设置在第一包装层30的内部(即设置在电极组件10与第一包装层30之间)，并包覆涂覆部104。本实施例中，第一包装层30的材质同样为铝塑膜，在170-185℃间进行顶封和侧封，注液后进一步侧封，经静置、化成等工艺过程，制备电芯。

另外，与实施例1不同的是，在电芯的所有表层复合一层硅橡胶材质的第二包装层50，并且，所述第二包装层50并不在柔性部105位置处凹陷，而是封装为直型结构。由于硅橡胶具有良好的柔性，其柔性部105位置处的弯曲疲劳寿命较高，同时，由于刚性保护壳70的支撑保护作用，涂覆部104位置处的整体刚性比柔性部105位置处的刚性大，使电池使用过程中自发选择性地从柔性部105位置处弯折，涂覆部104位置处不受应力或应力会很小，从而具备较高的安全性。

实施例3

图9为本实施例提供的一种柔性表带电池结构示意图。

本实施例中，在铝塑膜外侧，各涂覆部104对应位置处设有PP(polypropylene，聚丙烯)材质的保护壳70，所述保护壳70将涂覆部104上下面及两侧面完全包裹，所述保护壳70至少一个内表面采用胶水固定在对应位置的铝塑膜上。

与实施例1和实施例2不同的是，本实施例中电池的端部还连接有接线端子90，第二包装层50的材质为低温成型的氟橡胶，且所述第二包装层50直接成型成表带状，使所述第二包装层50不仅能够起到均化应力保护柔性部105的作用，还能够直接充当表带应用于终端电子产品中，省去了应用过程的组装环节。

本申请提供的电池及包括该电池的装置，结构简单，制造难度大大降低；采用刚性的保护壳包覆由极片涂布区构成的涂覆部，减轻了电池使用过程中所述涂覆部的弯折，可防止所述涂覆部的活性物质脱落，提高了安全性；采用第二包装层包覆由极片空箔区构成的柔性部，降低了所述柔性部的弯折应力，提高了产品的使用寿命。

Claims (10)

1.一种电池，包括：

电极组件，所述电极组件包括堆叠设置的第一极片、隔膜和第二极片，所述隔膜设置于第一极片和第二极片之间；其中，所述第一极片具有间隔设置的第一涂布区和第一空箔区，所述第二极片具有间隔设置的第二涂布区和第二空箔区，所述第一涂布区和所述第二涂布区相重叠构成所述电极组件的涂覆部，所述第一空箔区和所述第二空箔区相重叠构成所述电极组件的柔性部；

第一包装层，所述第一包装层包覆所述电极组件的涂覆部和柔性部；

第二包装层，所述第二包装层至少包覆位于柔性部的所述第一包装层。

2.如权利要求1所述的电池，其特征在于，所述电池还包括保护壳，所述保护壳设置在所述第一包装层与所述电极组件之间并包覆所述涂覆部。

3.如权利要求1所述的电池，其特征在于，所述电池还包括保护壳，所述保护壳设置在所述第一包装层与所述第二包装层之间并包覆所述涂覆部。

4.如权利要求2或3所述的电池，其特征在于，所述保护壳至少包覆所述涂覆部的四个表面中的三者。

5.如权利要求4所述的电池，其特征在于，所述保护壳的材质包括工程塑料、电木、玻璃钢、不锈钢、钛合金中的至少一种。

6.如权利要求5所述的电池，其特征在于，所述工程塑料包括丙烯腈-丁二烯-苯乙烯三元共聚物)、聚丙烯、聚氯乙烯、聚苯醚、聚苯乙稀、聚对苯二甲酸丁二酯、聚四氟乙烯、聚对苯二甲酸乙二醇酯、回收的聚对苯二甲酸乙二醇酯中的至少一种。

7.如权利要求1所述的电池，其特征在于，所述涂覆部的数量至少为两个。

8.如权利要求1所述的电池，其特征在于，所述第二包装层的材质包括注塑橡胶和注塑发泡材料中的至少一种。

9.如权利要求8所述的电池，其特征在于，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珍珠棉、聚丙烯塑料发泡材料、聚氯乙烯糊树脂、乙烯-醋酸乙烯酯共聚物、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。

10.一种装置，其特征在于，所述装置包括如权利要求1至9中任一项所述的电池。

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