CN216120558U - 一种充电设备 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种充电设备，该充电设备包括：壳体，所述壳体内具有容置空间；电芯，设置在所述壳体的容置空间内；缓冲材料，所述缓冲材料包覆所述电芯的至少部分表面，其中，所述缓冲材料对应所述电芯的中心区域的位置具有开孔，所述开孔露出所述电芯的中心区域的表面。本申请的充电设备的安全性更高。

Description

一种充电设备

技术领域

本申请涉及充电技术领域，具体而言涉及一种充电设备。

背景技术

随着社会的飞速发展，移动电源成为人们工作生活中不可缺少的一部分，那么随之而来的安全问题也面临着严峻的考验，比如，移动电源的电池燃烧事件时有发生，一部分是因为电池内部短路造成的，另一外部分是电池受外力撞击损伤导致，电芯短路或外部损伤引起的火灾事故后果不堪设想。目前移动电源的安全性的衡量方式，通常是在满足国标及其它国家标准检测条件下同时再进行最严苛的《针刺测试》，将直径3mm钢针穿透移动电源时移动电源电芯不起火、不爆炸，成为高安全、可靠性稳定大众青睐的移动电源。

因此，鉴于上述问题的存在，本申请提出一种新充电设备。

实用新型内容

针对现有技术中存在的问题，

本申请第三方面提供了一种充电设备，所述充电设备包括：

壳体，所述壳体内具有容置空间；

电芯，设置在所述壳体的容置空间内；

缓冲材料，所述缓冲材料包覆所述电芯的至少部分表面，其中，所述缓冲材料对应所述电芯的中心区域的位置具有开孔，所述开孔露出所述电芯的中心区域的表面。

在一个示例中，所述缓冲材料包括耐热且为软性材质的聚合物。

在一个示例中，所述聚合物包括乙烯-醋酸乙烯共聚物。

在一个示例中，所述电芯包括正极片、负极片和隔膜，其中，所述隔膜至少设置在所述正极片和所述负极片之间。

在一个示例中，所述电芯为锂离子电芯，所述锂离子电芯的所述正极片的材质包括磷酸铁锂。

在一个示例中，所述正极片的表面涂覆有绝缘材料。

在一个示例中，所述隔膜包括：

基膜，所述基膜内具有微孔；

聚合物电解质和至少一种隔离聚合物，填充于所述基膜的所述微孔内；

陶瓷隔膜层，覆盖于所述基膜的表面。

在一个示例中，所述陶瓷隔膜层为聚合物包覆的陶瓷材料层。

在一个示例中，所述隔离聚合物包括以下聚合物中的至少一种：聚乙烯、聚丙烯、胶体聚合物。

在一个示例中，所述充电设备还包括电路板，所述电芯的正极引出端和所述电芯的负极引出端分别电连接所述电路板；

所述充电设备还包括设置在所述壳体上的至少一个接口，所述至少一个接口包括至少一个第一类型的输入输出接口以及至少一个第二类型的输出接口。

本申请的充电设备包括缓冲材料，所述缓冲材料包覆所述电芯的至少部分表面，其中，所述缓冲材料对应所述电芯的中心区域的位置具有开孔，通过该具有开孔的缓冲材料，可以避免电芯的中心区域直接接触充电设备的壳体的表面，当充电设备受到外界撞击或者损伤时，缓冲材料能够产生缓冲力，从而对电芯起到保护作用，避免电芯起火，并且，当对充电设备进行针刺测试时，缓冲材料上的开孔还可以起到散热的作用，从而防止电芯被刺破时起火，以使充电设备更容易满足针刺测试的要求，提高充电设备的安全性。

附图说明

本申请的下列附图在此作为本申请的一部分用于理解本申请。附图中示出了本申请的实施例及其描述，用来解释本申请的装置及原理。在附图中，

图1示出了本申请实施例中的隔膜的截面示意图；

图2示出了本申请实施例中的充电设备的分解示意图。

附图标记：

隔膜 100 基膜 110

陶瓷隔膜层 111

充电设备 200

面壳2111 底壳2112

缓冲材料212 电芯213

电路板214 C接口2151

第一A接口 2152 第二A接口 2153

具体实施方式

在下文的描述中，给出了大量具体的细节以便提供对本申请更为彻底的理解。然而，对于本领域技术人员而言显而易见的是，本申请可以无需一个或多个这些细节而得以实施。在其他的例子中，为了避免与本申请发生混淆，对于本领域公知的一些技术特征未进行描述。

应当理解的是，本申请能够以不同形式实施，而不应当解释为局限于这里提出的实施例。相反地，提供这些实施例将使公开彻底和完全，并且将本申请的范围完全地传递给本领域技术人员。在附图中，为了清楚，层和区的尺寸以及相对尺寸可能被夸大。自始至终相同附图标记表示相同的元件。

应当明白，尽管可使用术语第一、第二、第三等描述各种元件、部件、区、层和/或部分，这些元件、部件、区、层和/或部分不应当被这些术语限制。这些术语仅仅用来区分一个元件、部件、区、层或部分与另一个元件、部件、区、层或部分。因此，在不脱离本申请教导之下，下面讨论的第一元件、部件、区、层或部分可表示为第二元件、部件、区、层或部分。

空间关系术语例如“在...下”、“在...下面”、“下面的”、“在...之下”、“在...之上”、“上面的”等，在这里可为了方便描述而被使用从而描述图中所示的一个元件或特征与其它元件或特征的关系。应当明白，除了图中所示的取向以外，空间关系术语意图还包括使用和操作中的器件的不同取向。

这里参考作为本申请的理想实施例(和中间结构)的示意图的横截面图来描述本申请的实施例。这样，可以预期由于例如制造技术和/或容差导致的从所示形状的变化。因此，本申请的实施例不应当局限于在此所示的区的特定形状，而是包括由于例如制造导致的形状偏差。因此，图中显示的区实质上是示意性的，它们的形状并不意图显示器件的区的实际形状且并不意图限定本申请的范围。

随着社会的飞速发展，移动电源成了人们工作生活中不可缺少的一部分，那么随之而来的安全问题也面临着严峻的考验。当下设计一种高安全、可靠性的移动电源(也即在电芯内部短路、受外力撞击损伤等环境条件下不产生冒烟、不起火的移动电源)以成为业界研究的热点。目前业界提高移动电源电池安全性的方法，主要有以下两种方式：

方式一：给电芯穿马甲(也即包裹保护层)和添加阻燃添加剂进行高温保护。所谓高温保护层，即在卷绕电芯的最外层铜箔和铝箔上面不涂覆正负极材料，当移动电源收到撞击及外力刺破时铜箔和铝箔在外层先短路，可以分散电流降低电流密度的作用，从而提高电池的针刺安全性；

方式二：采用降低电芯的满充电压的方式，将原有电芯的电压进行降低，这样一来不但不能保证100％针刺通过及电芯内部短路问题，还会损失电芯的标称容量的30％左右。

从以上的方案及测试数据来看，目前通过上述两种方式提高电芯安全性的移动电源都不能起到100％保证电芯受到外力的撞击及电芯被刺破时不起火，还是无法达到高安全的移动电源。

因此，为了解决充电设备自身存在的安全隐患及受外力损伤后的恶性风险问题，本申请提供一种充电设备，该充电设备包括：壳体，壳体内具有容置空间；电芯，设置在壳体的容置空间内；缓冲材料，缓冲材料包覆电芯的至少部分表面，其中，缓冲材料对应电芯的中心区域的位置具有开孔，开孔露出电芯的中心区域的表面。本申请的充电设备包括缓冲材料，缓冲材料包覆电芯的至少部分表面，其中，缓冲材料对应电芯的中心区域的位置具有开孔，通过该具有开孔的缓冲材料，可以避免电芯的中心区域直接接触充电设备的壳体的表面，当充电设备受到外界撞击或者损伤时，缓冲材料能够产生缓冲力，从而对电芯起到保护作用，避免电芯起火，并且，当对充电设备进行针刺测试时，缓冲材料上的开孔还可以起到散热的作用，从而防止电芯被刺破时起火，以使充电设备更容易满足针刺测试的要求，提高充电设备的安全性。

具体地，本申请还提供一种充电设备，例如便携式充电设备(例如移动电源)，下面参考图2对本申请的充电设备的结构进行描述，在不冲突的前提下，本申请的各个实施例的特征可以相互结合。

作为示例，如图2所示，本申请的充电设备包括壳体，壳体内具有容置空间。该容置空间用于容纳例如电芯213、电路板、缓冲材料212等。

该壳体的形状可以根据实际需要合理设定，例如可以为方形、圆形、椭圆形、多边形或者其他的不规则形状。

壳体通常选用绝缘材料制成，包括但不限于塑料，例如ABS塑料、PC等材料，采用这些绝缘性好、抗阻燃性好的材料，可以提高壳体的阻燃温度，进一步增强壳体的安全性，当然也并不限于上述材料，例如还可以由金属材料制成等。

在本申请实施例中，壳体可以包括面壳2111和底壳2112，面壳2111和底壳2112可以通过任意适合的方式相接合，例如卡扣、紧配、焊接或者螺接等。在一个具体示例中，面壳2111和底壳2112通过卡扣相接合，两者之间结合牢靠。在另一个具体示例中，面壳2111和底壳2112通过卡扣以及螺接相接合，通过这种方式将面壳2111和底壳2112稳固的结合为一个密不可分的整体。面壳2111和底壳2112之间围绕成壳体的容置空间。

进一步，本申请的充电设备还包括电芯213，电芯213设置在壳体的容置空间内；电芯213例如锂离子电芯。该电芯213包括正极片、负极片和隔膜，其中，隔膜至少设置在正极片和负极片之间，例如正极片、隔膜、负极片依次层叠设置。隔膜在电芯213中的主要作用是将正负极活性物质分割开，防止正极和负极接触而短路，另外，在电化学反应式，隔膜还可以用于保持必要的电解液，形成离子移动的通道。

本申请的电芯213的电芯213可以是磷酸铁锂材料体系的锂离子电池，例如，电芯213的正极片的材质包括磷酸铁锂，或者还可以是其他适合的材料，在此不做具体限定。

在一个示例中，正极片的表面还涂覆有绝缘材料，该绝缘材料起到耐热以及绝缘的作用，其中，绝缘材料可以具有耐高温，热传导慢、材料密度一致性稳定的任意适合的材料。

作为示例，如图1所示，电芯的隔膜100包括基膜110，基膜110内具有微孔。基膜110可以是任意的具有内部具有微孔的薄膜，例如，基膜110可以为聚烯烃微孔膜，其中，聚烯烃微孔膜可以包括以下薄膜的至少一种：聚乙烯微孔膜(PP)、聚丙烯微孔膜(PE)等，或者还可以是多个聚烯烃微孔膜组成的复合薄膜。本申请中，微孔的尺寸通常在微米级。

进一步，本申请的隔膜100还包括聚合物电解质和至少一种隔离聚合物(未示出)，聚合物电解质和至少一种隔离聚合物填充于基膜110的微孔内；其中，隔离聚合物包括以下聚合物中的至少一种：聚乙烯、聚丙烯、胶体聚合物，或者其他适合的隔离聚合物材料。

进一步，本申请的隔膜100还包括陶瓷隔膜层111，陶瓷隔膜层111覆盖于基膜110的表面。该隔膜100的表面设置有陶瓷隔膜层111，从而起到抗热收缩作用，同时可以降低金属枝晶刺穿隔膜的概率以及避免隔膜收缩的作用。

陶瓷隔膜层111可以是任意的陶瓷复合隔膜材料，例如，陶瓷隔膜层111为聚合物包覆的陶瓷材料层(例如陶瓷涂层，陶瓷涂层包括聚合物，聚合物中添加有陶瓷粉体)，陶瓷粉体包括但不限于二氧化硅、三氧化二铝、勃姆石、二氧化钛、硫酸钡等陶瓷材料中的一种或多种。

本申请的隔膜的表面设置有陶瓷隔膜层，从而起到抗热收缩作用，同时可以降低金属枝晶刺穿隔膜的概率以及避免隔膜收缩的作用。

为了形成完整的电芯213，除了上述结构外，电芯213还通常包括电解液，电解液可以包括电解质、溶剂等，另外，电芯213还通常具有铝塑膜层等，其中，正极片、隔膜、负极片和铝塑膜层依次层叠形成整体，对于正极片和负极片的结构为本领域技术人员熟知的任何适合的结构，本申请不对进行展开描述。

进一步，本申请的充电设备还包括缓冲材料212，缓冲材料212包覆电芯213的至少部分表面，其中，缓冲材料212对应电芯213的中心区域(例如，该中心区域可以为与电芯213的厚度方向垂直的表面的中心区域)的位置具有开孔，开孔露出电芯213的中心区域的表面。通过该具有开孔的缓冲材料212，可以避免电芯213的中心区域直接接触充电设备的壳体的表面，当充电设备受到外界撞击或者损伤时，缓冲材料212能够产生缓冲力，从而对电芯213起到保护作用，避免电芯213起火，并且，由于针刺测试通常是针刺充电设备的中心区域的位置，因此当对充电设备进行针刺测试时，缓冲材料212上的开孔处不具有缓冲材料212，当电芯213由于针刺而发热时，通过该开孔产生的瞬间热量可以迅速散出，因此可以起到散热的作用，从而防止电芯213被刺破时起火，以使充电设备更容易满足针刺测试的要求，提高充电设备的安全性。

可选地，缓冲材料212可以覆盖电芯213的所有的表面，或者，缓冲材料212可以覆盖电芯213的表面积最大的两个表面，或者，还可以覆盖电芯213具有正极引出端和负极引出端的表面以外的所有表面。具体地，可以根据实际需要合理的设定。

缓冲材料212可以包括耐热且为软性材质的聚合物，例如，耐热且为软性材质的聚合物包括耐热温度大于或等于300℃、以及柔软度小于45度的聚合物，例如，乙烯-醋酸乙烯共聚物(EVA海绵)，更进一步，EVA海绵还可以是EVA纳米海绵，或者，还可以是本领域技术人员熟知的其他任意适合的材料。

其中，缓冲材料212的开孔的形状可以根据实际需要合理的设定，例如可以是圆形、O型、椭圆形、矩形、多边形、或者其他的不规则形状。

在一个示例中，可以仅在与电芯213的厚度方向垂直的表面上设置缓冲材料212以及开孔，或者，还可以在于电芯213的厚度方向平行的表面上和与厚度方向垂直的表面上均设置缓冲材料212，但在厚度方向平行的表面上的缓冲材料212上不设置开孔，仅在与电芯213的厚度方向垂直的表面上的缓冲材料212设置开孔，上述缓冲材料212的设置方式仅作为示例，其他的能够起到本申请的相同效果的设置方式也同样适用于本申请。

进一步，本申请的充电设备还包括电路板214，电芯213的正极引出端(也称正极耳)和电芯213的负极引出端(也称负极耳)分别电连接电路板214，例如通过焊接的方式电连接电路板214，例如正极耳对应电连接电路板214上的正极，负极耳对应电连接电路板214上的负极，从而传输电流。

电路板214还可以上集成有用于实现充电设备(例如移动电源)相应的功能的元器件，例如，以实现相应的供电和其他功能(例如信号处理等功能)的电路等。

在一个示例中，充电设备还包括设置在壳体上的至少一个接口，至少一个接口包括至少一个第一类型的输入输出接口(例如C接口2151)以及至少一个第二类型的输出接口(例如第一A接口2152、第二A接口2153)，可以设置至少两个第二类型的输出接口，从而实现充电设备对多个被充电设备进行充电的作用，通过输入输出接口可以实现对充电设备的充电，或者实现充电设备对具有第一类型的输入输出接口的被充电设备的充电。其中，该被充电设备包括但不限于手机、平板电脑、耳机等。

进一步，在一个示例中，壳体的侧面还可以包括用以调节输出功率大小的按钮、开关机的开关以及显示充电设备的剩余电量等的指示灯等本领域技术人员根据需要可以进行选择设置的元件，在此不再赘述。

综上，本申请的充电设备包括缓冲材料，缓冲材料包覆电芯的至少部分表面，其中，缓冲材料对应电芯的中心区域的位置具有开孔，通过该具有开孔的缓冲材料，可以避免电芯的中心区域直接接触充电设备的壳体的表面，当充电设备受到外界撞击或者损伤时，缓冲材料能够产生缓冲力，从而对电芯起到保护作用，避免电芯起火，并且，当对充电设备进行针刺测试时，缓冲材料上的开孔还可以起到散热的作用，从而防止电芯被刺破时起火，以使充电设备更容易满足针刺测试的要求，提高充电设备的安全性。

尽管这里已经参考附图描述了示例实施例，应理解上述示例实施例仅仅是示例性的，并且不意图将本申请的范围限制于此。本领域普通技术人员可以在其中进行各种改变和修改，而不偏离本申请的范围和精神。所有这些改变和修改意在被包括在所附权利要求所要求的本申请的范围之内。

Claims (10)

1.一种充电设备，其特征在于，所述充电设备包括：

壳体，所述壳体内具有容置空间；

电芯，设置在所述壳体的容置空间内；

缓冲材料，所述缓冲材料包覆所述电芯的至少部分表面，其中，所述缓冲材料对应所述电芯的中心区域的位置具有开孔，所述开孔露出所述电芯的中心区域的表面。

2.如权利要求1所述的充电设备，其特征在于，所述缓冲材料包括耐热且为软性材质的聚合物。

3.如权利要求2所述的充电设备，其特征在于，所述聚合物包括乙烯-醋酸乙烯共聚物。

4.如权利要求1所述的充电设备，其特征在于，所述电芯包括正极片、负极片和隔膜，其中，所述隔膜至少设置在所述正极片和所述负极片之间。

5.如权利要求4所述的充电设备，其特征在于，所述电芯为锂离子电芯，所述锂离子电芯的所述正极片的材质包括磷酸铁锂。

6.如权利要求4所述的充电设备，其特征在于，所述正极片的表面涂覆有绝缘材料。

7.如权利要求4所述的充电设备，其特征在于，其特征在于，所述隔膜包括：

基膜，所述基膜内具有微孔；

聚合物电解质和至少一种隔离聚合物，填充于所述基膜的所述微孔内；

陶瓷隔膜层，覆盖于所述基膜的表面。

8.如权利要求7所述的充电设备，其特征在于，所述陶瓷隔膜层为聚合物包覆的陶瓷材料层。

9.如权利要求7所述的充电设备，其特征在于，所述隔离聚合物包括以下聚合物中的至少一种：聚乙烯、聚丙烯、胶体聚合物。

10.如权利要求1所述的充电设备，其特征在于，所述充电设备还包括电路板，所述电芯的正极引出端和所述电芯的负极引出端分别电连接所述电路板；

所述充电设备还包括设置在所述壳体上的至少一个接口，所述至少一个接口包括至少一个第一类型的输入输出接口以及至少一个第二类型的输出接口。

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