CN214753907U

CN214753907U - 具散热导电柄的并联式电池芯

Info

Publication number: CN214753907U
Application number: CN202120558285.6U
Authority: CN
Inventors: 杨思枬; 吴孟鸿
Original assignee: Prologium Holding Inc; Prologium Technology Co Ltd
Current assignee: Prologium Holding Inc; Prologium Technology Co Ltd
Priority date: 2021-03-18
Filing date: 2021-03-18
Publication date: 2021-11-16
Anticipated expiration: 2031-03-18

Abstract

本实用新型提供一种具散热导电柄的并联式电池芯，其利用散热导电柄取代现有技术中的导电端子来进行并联的连接，散热导电柄包含有片状本体以及由片状本体延伸的多个片状延伸部，利用片状延伸部与电池单元的集电层直接接触的方式，来使得电流路径最大化，同时也可作为散热的传导途径，对于电池芯的效能与稳定性有相当大的改善。

Description

具散热导电柄的并联式电池芯

技术领域

本实用新型涉及一种电池芯，尤指一种利用完整且独立封装的电池单元所构成，并利用散热导电柄来进行并联连接的电池芯。

背景技术

近年来随着各种便携式电子产品/电动汽车/储能电站等领域的快速发展，延伸出对能量储存密度较高与兼具环境保护的储能装置的高度要求，而离子二次电池成为首选，进而发展出如锂离子二次电池、镁离子二次电池、钠离子二次电池等各种二次电池。实务上，最常见者为将电池单元采用并联的方式来构成电池芯，以达到足够的容量来应用于各种装置。

传统的串联方式，主要是通过集电体的突出部(Terminal端)进行同极性焊接所构成；在这样的方式下，因突出部相对是属于较细长，因此电芯电流路径无法达到最大化，且因为电阻值较高，也较易于产生热，严重影响电池芯的稳定性。再者，因为焊接点的接触面积相较较小，因此施工不易，也极易因为焊接状况不良而产生接触状况不佳的情况。

有鉴于此，本实用新型针对上述缺失，提出一种崭新的具散热导电柄的并联式电池芯。

实用新型内容

本实用新型的主要目的在于提供一种具散热导电柄的并联式电池芯，利用散热导电柄以大面积直接接触的方式来构成电池芯的并联，以使得电池芯电流路径最大化。

本实用新型的另一目的在于提供一种具散热导电柄的并联式电池芯，散热导电柄作为散热路径，能有效将电池芯作用所产生的热导出，维持电池芯的最佳效能。

本实用新型提出一种具散热导电柄的并联式电池芯，其包含有：

多个电池单元，其以单一轴向堆栈，每一该电池单元包含有：

两个片状集电层，相互平行设置，该两个片状集电层做为该电池单元的封装组件；

一电化学系统，设置于该两个片状集电层之间，该电化学系统包含有一电解质系统，其中该些电池单元的该电解质系统不会相互接触；以及

一第一散热导电柄，具有一片状本体以及由该本体延伸的多个片状延伸部，该些片状延伸部与该些电池具相同极性的该些片状集电层直接接触设置，并且至少其中的一该片状延伸部插设于任两个堆栈的该电池单元间。

作为优选，还包含有一第二散热导电柄，该第二散热导电柄具有一片状本体以及由该片状本体延伸的多个片状延伸部，该些片状延伸部供该些电池单元与另一极性的该些片状集电层直接接触设置。

作为优选，还包含有一绝缘片，设置于该些片状延伸部之间。

作为优选，其中该第一散热导电柄与该第二散热导电柄的该些片状延伸部概略与该些电池单元的该些片状集电层具有相同尺寸。

作为优选，其中该些电化学系统的该电解质系统相互不流通，且相邻的该些电化学系统仅具有电荷转移而无进行电化学反应。

作为优选，其中该电池单元还包含有一胶框，其设置于该两个片状集电层之间且圈绕于该电化学系统周围，该胶框与该两个片状集电层是作为该电池单元的封装结构。

作为优选，其中该框胶向外延伸且突出于至少一该片状集电层侧边外。

作为优选，还包含有至少一绝缘体，其设置于该第一散热导电柄与该第二散热导电柄的该些片状本体内侧面并位于该些片状延伸部之间。

附图说明

图1A为本实用新型具散热导电柄的并联式电池芯的电池单元的示意图。

图1B为本实用新型具散热导电柄的并联式电池芯的电池单元的另一实施例示意图。

图1C为本实用新型具散热导电柄的并联式电池芯的电池单元的分解示意图。

图2A为本实用新型具散热导电柄的并联式电池芯示意图。

图2B为本实用新型具散热导电柄的并联式电池芯的分解示意图。

图3A-图3D为本实用新型具散热导电柄并联式电池芯端面绝缘型态示意图。

图4为本实用新型具散热导电柄的并联式电池芯的另一实施例示意图。

图5为本实用新型具散热导电柄的并联式电池芯的另一实施例示意图。

图6为本实用新型具散热导电柄的并联式电池芯的另一实施例示意图。

附图标记

20 电池单元

201 电化学系统

21 隔离层

22、23 活性材料层

24、25 片状集电层

26 框胶

261 改质硅胶层

262 改质硅胶层

263 硅胶层

31 第一散热导电柄

311 片状本体

312 片状延伸部

32 第二散热导电柄

321 片状本体

322 片状延伸部

40 绝缘片

41 绝缘体

具体实施方式

为了让本实用新型的优点，精神与特征可以更容易明确的了解，后续将以实施例并参照所述图式进行详述与讨论。需声明的是该些实施例仅为本实用新型代表性的实施例，并不以此局限本实用新型的实施态样与请求范畴仅能局限于该些实施例态样。提供该些实施例的目的仅是让本实用新型的公开内容更加透彻与易于了解。

在本实用新型公开的各种实施例中使用的术语仅用于描述特定实施例的目的，并非在限制本实用新型所公开的各种实施例。除非有清楚的另外指示，所使用的单数形式也包含复数形式。除非另有限定，否则在本说明书中使用的所有术语(包含技术术语和科学术语)具有与本实用新型公开的各种实施例所属领域技术人员通常理解的涵义相同的涵义。上述术语(诸如在一般使用辞典中限定的术语)将被解释为具有与在相同技术领域中的语境涵义相同的涵义，并且将不被解释为具有理想化的涵义或过于正式的涵义，除非在本实用新型公开的各种实施例中被清楚地限定。

在本说明书的描述中，参考术语“一实施例”、“一具体实施例”等地描述意指结合该实施例描述地具体特征、结构、材料或者特点包含于本实用新型的至少一个实施例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何一个或多个实施例中以合适的方式结合。

在本实用新型的描述中，除非另有规定或限定，需要说明的是术语“耦接”、“连接”、“设置”应做广义的理解，例如，可以是机械连接或电性连接，亦可以是两个组件内部的连通，可以是直接相连，亦可以通过中间媒介间相连，对于本领域技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语的具体涵义。

本实用新型采用完整且独立的电池单元20来完成并联，因此首先针对电池单元20的部分来予以说明，请参阅图1A、图1C，本实用新型的电池单元20包含有两个片状集电层24、25、电化学系统201与框胶26，电化学系统201包含有隔离层21、两个活性材料层22、23、以及含浸/混炼于活性材料层22、23的电解质系统。隔离层21的材料可选自于不具离子传导的绝缘材料或者是具离子传导性的材料。当选自于不具离子传导性的绝缘材料时，例如高分子材料或玻璃纤维材料所形成的多孔性层状物，或者是由陶瓷颗粒材料所堆栈或烧结形成具有微孔洞的结构，又或者是上述的混合配置。当隔离层21的材料自身不具有离子传导性时，隔离层21为具有微孔型态，以供离子通过电解质媒介通过隔离层。当隔离层21的材料为离子传导性材料时，举例来说如氧化物固态电解质的陶瓷粉体，此时，隔离层21可以不具有(微)孔洞来供离子传递，而是通过氧化物固态电解质自身的固有界面来进行接触传递。上述的微孔洞可为贯通孔或是蚁孔(非直线贯通的态样)的型态。

上述的陶瓷粉体可以是不具离子传导的绝缘材料或者是具离子传导性的氧化物固态电解质，原始粒径范围可以是微米级或纳米级或是两种差异较大的尺度混合，例如微米级与纳米级混合。当陶瓷粉体选自于不具离子传导性的绝缘材料时，可以是二氧化钛(TiO₂)、三氧化二铝(Al₂O₃)、二氧化矽(SiO₂)等材质或是烷基化的陶瓷颗粒所形成。当陶瓷粉体选自于具离子传导性的氧化物固态电解质时，具体材料可例如锂镧锆氧(lithiumlanthanum zirconium oxide；Li₇La₃Zr₂O₁₂；LLZO)或者磷酸钛铝锂(LATP)等。此外，陶瓷材料也可以是上述绝缘陶瓷材料与氧化物固态电解质所混合而成。当使用陶瓷粉体堆栈组构成上述的隔离层时还可以包含高分子黏着剂，例如聚二氟乙烯(Polyvinylidenefluoride；PVDF)、聚偏二氟乙烯－共－三氯乙烯(PVDF-HFP)、聚四氟乙烯(Polytetrafluoroethene；PTFE)、压克力酸胶(Acrylic Acid Glue)、环氧树脂(Epoxy)、聚氧化乙烯(PEO)、聚丙烯腈(PAN)或聚亚酰胺(PI)等。

电解质系统含浸或混炼于活性材料层22、23中，其可为液态、胶态、固态电解质、或是其任意组合的混合电解质。活性材料层22、23通过中间的隔离层21予以隔离，并且活性材料层22、23与隔离层21构成电化学系统201，通过其活性材料成份可将化学能转成电能使用(供电)或将电能转换成化学能储存于系统之中(充电)，而能同时达成离子的导通与迁移，而所产生的电子则可直接由片状集电层24、25向外导出。而片状集电层24、25的材料常见者为铜以及铝，当然亦可是其他镍、锡、银、金等金属或金属合金。

同时，片状集电层24、25配合周缘的框胶26而作为电池单元20的封装组件，使电化学系统201与外在环境隔绝；框胶26是聚合物材料，只要能够黏固到片状集电层24、25的表面上并且对电解质系统是耐用的即可，并没有特别的限制，热固性树脂是优选。举例来说，胶框26的材质可为环氧树脂、聚乙烯、聚丙烯、聚氨酯、热塑性聚亚胺、硅氧树脂、压克力树脂、硅胶或紫外线硬化胶。胶框26夹设于两个片状集电层24、25之间的周缘处，并圈绕封围电化学系统201(活性材料层22、23与中间的隔离层21)，同时两端面至少部分与两个片状集电层24、25接着。胶框26与两个集电层24、25将电解质系统封装于两个集电层24、25之间而不会外漏、且不与其他电池单元20的电解质系统相互流通；因此，电池单元20是直接采用集电层24、25与框胶26作为封装结构所形成的独立且完整供电的模块。

而为了使框胶26的封装效果更佳，当采用为硅胶材质时，可设计框胶26具有三层的结构，请参阅图1B，上下两层为改质硅胶层261、262而中间为硅胶层263，两侧的改质硅胶层261、262为硅胶通过调整加成型硅胶与缩合型硅胶的组成比例、或是添加添加物来予以改质，使其适合黏接异质性的材料(此处的异质性材料指片状集电层24、25)，通过此设计则可使其接口间的接着力提高，同时，使得整体外观的完整性更高，生产良率亦提高。

接续针对本实用新型具散热导电柄的并联式电池芯的第一个态样，请参阅图2A、图2B，包含多个单一轴向堆栈的电池单元20以及至少一个散热导电柄，就图上而言，绘示有第一散热导电柄31以及第二散热导电柄32，第一散热导电柄31具有一个片状本体311以及由片状本体311所延伸的多个片状延伸部312，此片状延伸部312可配合所要链接的电池单元20而设计，就此实施态样而言，主要配合三个电池单元20，因此，第一散热导电柄31的片状延伸部312也为三个，相同的，第二散热导电柄32也具有一个片状本体321以及由片状本体321所延伸的三个片状延伸部322。

就此实施态样而言，电池单元20为同方向进行堆栈，换句话说，相同极性的片状集电层24皆朝上设置，并皆与第一散热导电柄31的片状延伸部312直接接触来进行电性连接；相同的，另外一个极性的片状集电层25皆朝下并与第二散热导电柄32的片状延伸部322直接接触来进行电性连接，也就是会呈现第一散热导电柄31的片状延伸部312与第二散热导电柄32的片状延伸部322交错配置的型态，来构成并联的连接态样，因此，第一散热导电柄31与第二散热导电柄32皆为导电材料所构成。此时，为了避免位于中间呈现交错配置的第一散热导电柄31的片状延伸部312与第二散热导电柄32的片状延伸部322相互接触而形成短路，因此，可于两者之间增设有绝缘片40来加以隔绝。

另一方面，因电池单元20的端面亦有可能与第一散热导电柄31或第二散热导电柄32的片状本体311、312的内侧接触而形成短路，因此，请参阅图3A，可于片状本体311、312的内侧、片状延伸部312、322之间来设置有绝缘体41来避免电池单元20的端面接触。再者，除了采用绝缘体41的方式外，考虑电池单元20的胶框26也为绝缘材质，因此也可以将电池单元20的胶框26予以向外延伸突出于片状集电层24与/或片状集电层25侧边外，还可延伸至与第一散热导电柄31或第二散热导电柄32的片状本体311、312的内侧接触，如图3B所示，当然，也可以向外延伸但不与第一散热导电柄31或第二散热导电柄32的片状本体311、312的内侧接触，主要为了防止电池单元20最外侧的片状集电层24、25与第一散热导电柄31或第二散热导电柄32的片状本体311、312的内侧接触。再者，请参阅图3C，其显示胶框26予以向外延伸突出于片状集电层25侧边外，此时，因电池单元20的片状集电层24原本即与第一散热导电柄31的片状延伸部312有接触，属同极性，因此片状集电层24与第一散热导电柄的片状本体311的内侧接触并不会构成短路，故可将此部分片状集电层24伴随着胶框26一同延伸，来增加接触面积，进而增加散热效果；或者是说片状集电层25相对于片状集电层24是向电池单元中心内缩，以避免异极性的片状集电层25碰触到片状本体311、312的内侧。就此两个实施例(图3B、图3C)来说，胶框26向外延伸可视为相对的概念，基于所欲达成效果而言，也可以视为片状集电层24、25向内侧退缩。相同的，也可以同时增设有绝缘体41以及将胶框26向外延伸，如图3D所示，将可更加确保电池单元20的端面不会因接触而短路。

因此，因为是采用第一散热导电柄31的片状延伸部312与第二散热导电柄32的片状延伸部322来与两个片状集电层24、25进行大面积接触，可使得此并联式电池芯的电流路径最大化，因此，第一散热导电柄31的片状延伸部312与第二散热导电柄32的片状延伸部322可概略与两个片状集电层24、25具有相同的尺寸。而第一散热导电柄31的片状本体311与片状延伸部312、以及第二散热导电柄32的片状本体321与片状延伸部322可以采用一体成形或是焊接等方式连接成型，不论采用何种方式，其之间的连接面积会远大于现有技术的突出部(Terminal端)的连接方式，因此，连接方式会更为稳固，且整体电芯的制作流程也更为便利。同时，因为连接面积大幅提高，会使得阻值跟着下降，运作时所产生的热能也会降低。

再者，如第一散热导电柄31与第二散热导电柄32采用为高热传导性的导电材料所构成，更可作为电池芯的散热途径，来有效将电池芯作用时所产生的热导出，配合前述因连接面积提高而衍生产生的热大幅降低，配合此大面积接触的散热途径，相加成之下更可维持此并联式电池芯于最佳的工作效能。

接续请参阅图4，如为反向堆栈的型态，换句话说，如图中所绘示共有7个电池单元20，奇数的电池单元20以片状集电层24朝上、而偶数的电池单元20以片状集电层25朝上，因此，位于中间的第一散热导电柄31的片状延伸部312与第二散热导电柄32的片状延伸部322则可同时与上、下的电池单元20的同极性的片状集电层24、25接触，可减少片状延伸部312、322的数量、以及绝缘片40的配置，来提高整体电池芯的单位能量密度。

再者，请参阅图5，与图2A相同为同方向配置的态样，但是电池单元20的数量为4个，来完成整个并联连接状态，其余内容则与前述相同，不再重复赘述。

相同地，请参阅图6，与图4相同为反向配置，但是数量改为6个电池单元20，此时，则第一散热导电柄31的片状延伸部312需要比第二散热导电柄32的片状延伸部32多一个，来完成整个并联连接状态，其余内容则与前述相同，不再重复赘述。前述仅以此些数量配合图式来说明，其主要展现者为单数与偶数个电池单元20的差异，其他未绘示的数量可依据相同原理来进行配置。

综上所述，本实用新型提出一种具散热导电柄的并联式电池芯，利用散热导电柄取代现有技术的导电端子(Terminal端)的连接方式，以其片状的延伸部与片状集电层，来进行大面积的直接接触连接，可使得电池芯电流路径最大化；同时散热导电柄也可作为散热路径，能有效将电池芯作用所产生的热导出，维持电池芯的最佳效能。

以上所述，仅为本实用新型的较佳实施例，并非用来限定本实用新型实施的范围。本领域技术人员可以在发明的实质和保护范围内，对本发明做出各种修改或等同替换，这种修改或等同替换也应视为落在本发明的保护范围内。因此本发明的保护范围当以权利要求书所界定的范围为准。

Claims

1.一种具散热导电柄的并联式电池芯，其特征在于，包含有：

2.根据权利要求1所述的具散热导电柄的并联式电池芯，其特征在于，还包含有一第二散热导电柄，该第二散热导电柄具有一片状本体以及由该片状本体延伸的多个片状延伸部，该些片状延伸部供该些电池单元与另一极性的该些片状集电层直接接触设置。

3.根据权利要求2所述的具散热导电柄的并联式电池芯，其特征在于，其中该第一散热导电柄与该第二散热导电柄的该些片状延伸部于堆栈设置的该些电池单元间呈现交错且相互绝缘设置。

4.根据权利要求3所述的具散热导电柄的并联式电池芯，其特征在于，还包含有一绝缘片，设置于该些片状延伸部之间。

5.根据权利要求3所述的具散热导电柄的并联式电池芯，其特征在于，还包含有至少一绝缘体，其设置于该第一散热导电柄与该第二散热导电柄的该些片状本体内侧面并位于该些片状延伸部之间。

6.根据权利要求3所述的具散热导电柄的并联式电池芯，其特征在于，其中该第一散热导电柄与该第二散热导电柄的该些片状延伸部概略与该些电池单元的该些片状集电层具有相同尺寸。

7.根据权利要求1所述的具散热导电柄的并联式电池芯，其特征在于，其中该些电化学系统的该电解质系统相互不流通，且相邻的该些电化学系统仅具有电荷转移而无进行电化学反应。

8.根据权利要求1所述的具散热导电柄的并联式电池芯，其特征在于，其中该电池单元还包含有一胶框，其设置于该两个片状集电层之间且圈绕于该电化学系统周围，该胶框与该两个片状集电层是作为该电池单元的封装结构。

9.根据权利要求8所述的具散热导电柄的并联式电池芯，其特征在于，其中该框胶向外延伸且突出于至少一该片状集电层侧边外。

10.根据权利要求9所述的具散热导电柄的并联式电池芯，其特征在于，还包含有至少一绝缘体，其设置于该第一散热导电柄与该第二散热导电柄的该些片状本体内侧面并位于该些片状延伸部之间。