CN217507489U - 单面分形结构电芯及薄膜电池 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种单面分形结构电芯及薄膜电池，涉及薄膜电池技术领域。单面分形结构电芯包括：基底，具有正对的第一侧和第二侧，基底采用多孔材料，以供电解液进行渗透；第一电极单元，设置于基底的第一侧，且部分嵌入至基底内；第二电极单元，设置于基底的第二侧，且部分嵌入至基底内，第一电极单元和/或第二电极单元呈分形图案，第一电极单元和第二电极单元用于形成极性相反的电极。本实用新型通过在基底的两侧分别形成电极，其中至少一侧电极为分形图案，利用分形结构有效收集化学反应产生的电荷，减少电池内阻，利用分形电极沟道，促进电解液浸润和扩散，减少电解质离子传输内阻。

Description

单面分形结构电芯及薄膜电池

技术领域

本实用新型涉及薄膜电池技术领域，尤其涉及一种单面分形结构电芯及薄膜电池。

背景技术

随着电池技术的发展，柔性电池的需求也越来越广。其中，将正负电极设置在相同基底上的柔性薄膜电池具有制造简易高效、易于集成及优良的拉伸可靠性，但此类电池存在内阻较大的问题。此外，该电池电极为微型结构时，对生产的精确性要求更高，正负电极的图案越复杂，精确度要求越高。

实用新型内容

本实用新型的主要目的在于提供一种单面分形结构电芯及薄膜电池，旨在解决现有技术中电池内阻较大的技术问题。

为实现上述目的，本实用新型提出一种单面分形结构电芯，包括：

基底，具有正对的第一侧和第二侧，基底采用多孔材料，以供电解液进行渗透；

第一电极单元，设置于基底的第一侧，且部分嵌入至基底内；

第二电极单元，设置于基底的第二侧，且部分嵌入至基底内，第一电极单元和/或第二电极单元呈分形图案，第一电极单元和第二电极单元用于形成极性相反的电极。

可选的，第一电极单元包括层叠的第一电极和第一集电极，第一电极嵌入至基底内，第一集电极设置在第一电极远离基底的一侧；第二电极单元包括层叠的第二电极和第二集电极，第二电极嵌入至基底内，第二集电极设置在第二电极远离基底的一侧。

可选的，第一电极部分嵌入至基底内，第一集电极暴露在基底外，第二电极部分嵌入至基底内，第二集电极暴露在基底外。

可选的，第一电极包括嵌入部和延伸部，嵌入部的第一侧与第一集电极连接，嵌入部的第二侧嵌入在基底内，延伸部自嵌入部的第二侧向基底的第二侧延伸。

可选的，延伸部的一侧暴露在基底的第二侧之外。

可选的，第一集电极部分嵌入至基底内，第一电极自第一集电极向基底的第二侧延伸，第二电极部分嵌入至基底内，第二集电极暴露在基底外。

可选的，第一电极的一侧暴露在基底的第二侧之外。

可选的，第一电极在第一集电极上的正投影图案包括空白区域，空白区域包括第二电极在第一集电极上的正投影图案。

可选的，分形图案包括多级延伸体，其中，次级延伸体与上一级延伸体垂直连接。

为实现上述目的，本实用新型还提出一种薄膜电池，薄膜电池包括如上述的单面分形结构电芯。

本实用新型中，基底具有正对的第一侧和第二侧，基底采用多孔材料，以供电解液进行渗透。第一电极单元设置于基底的第一侧，且部分嵌入至基底内。第二电极单元设置于基底的第二侧，且部分嵌入至基底内，第一电极单元和/或第二电极单元呈分形图案，第一电极单元和第二电极单元用于形成极性相反的电极。本实用新型通过在基底的两侧分别形成电极，其中至少一侧电极为分形图案，利用分形结构有效收集化学反应产生的电荷，减少电池内阻，利用分形电极沟道，促进电解液浸润和扩散，减少电解质离子传输内阻；同时由于两极不容易接触，由此降低在同一基底上印刷分形电极时出现短路的风险。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图示出的结构获得其他的附图。

图1为本实用新型单面分形结构电芯第一种实施方式的截面图；

图2为本实用新型单面分形结构电芯第一种实施方式的分形图案示意图；

图3为本实用新型单面分形结构电芯第三种实施方式的分形图案示意图；

图4为本实用新型单面分形结构电芯第二种实施方式的截面图；

图5为本实用新型单面分形结构电芯第三种实施方式的截面图；

图6为本实用新型单面分形结构电芯第四种实施方式的截面图。

附图标号说明：

标号	名称	标号	名称
				10	基底	30	第二电极单元
20	第一电极单元	31	第二电极
				21	第一电极	32	第二集电极
211	嵌入部	41	第一级延伸体
				212	延伸部	42	第二级延伸体
22	第一集电极	43	第三级延伸体

本实用新型目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。

具体实施方式

应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

需要说明，本实用新型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，在本实用新型中涉及“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。另外，各个实施例之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本实用新型要求的保护范围之内。

参照图1，图1为本实用新型单面分形结构电芯第一种实施方式的截面图。本实用新型提出单面分形结构电芯的第一实施例。

如图1所示，在本实施例中，单面分形结构电芯包括基底10、第一电极单元20和第二电极单元30。其中，基底10具有正对的第一侧和第二侧，基底10采用多孔材料，以供电解液进行渗透。第一电极单元20设置于基底10的第一侧，且部分嵌入至基底10内。第二电极单元30设置于基底的第二侧，且部分嵌入至基底10内，第一电极单元20和/或第二电极单元30呈分形图案，第一电极单元20和第二电极单元30用于形成极性相反的电极。

以基底10上最大面积的两个面呈上下放置时，第一侧可以为基底10的上方，第二侧可以为基底10的下方。基底10可以供电解液渗透至内部，在单面分形结构电芯浸入电解液后，电解质离子主要在基底10内，在第一电极单元21和第二电极单元22之间的移动。第一电极单元21可以作为正极，第二电极单元22作为负极；或者第一电极单元21可以作为负极，第二电极单元22作为负正极。

在本实施方式中，第一电极单元20和/或第二电极单元30呈分形图案。分形图案是在不同的尺度上多次地对某个单个单位进行重复，以形成类似其特征的分形结构。分形结构的优越性不仅在于更长的截面面积和较高的堆积密度，还在于其巧妙的设计以在活性区域的生产的电荷有效的导出到外部电路，从而降低了薄膜电池的总电阻。

需要说明的是，考虑到电极活性物质比例不均匀性，可以在需要少的活性物质的电极采用分形结构。对于传统电池中将电极浆料涂抹在隔膜两侧的方式，电解液难以渗透。本实施方式通过在隔膜一侧采用高密度的分形结构电极，可以在不减少电池容量的情况下，增加电解液浸润隔膜的通道，促进电解液更好地在隔膜中扩散。

参照图2，图2为本实用新型单面分形结构电芯第一种实施方式的分形图案示意图。分形图案可以由多级延伸体组成。其中，次级延伸体与上一级延伸体垂直连接。如图2所示，分形图案包括第一级延伸体41、第二级延伸体42和第三级延伸体43。第二级延伸体42自第一级延伸体431上向一方向延伸，第三级延伸体432自第二级延伸体42上向一方向延伸。各级延伸体的形状为矩形，当前还可以为圆弧形或者波浪形等。各级延伸体的具体尺寸也可以根据需求进行设置，本实施方式对此不加以限制。

具体的，分形结构可以为皮亚诺分形结构或者希尔伯特分形结构等，还可以为对皮亚诺分形结构或者希尔伯特分形结构的变形。如将皮亚诺分形结构中的矩形变化为水滴形。其中，皮亚诺分形由皮亚诺曲线构成，其构造过程为：取一个正方形并且把它分出9个相等的小正方形，然后从左下角的正方形开始至右上角的正方形结束，依次把小正方形的中心用线段连接起来；再把每个小正方形分成9个相等的正方形，然后上述方式把其中中心连接起来……将这种操作手续无限进行下去，最终得到的极限情况的曲线就可以填满整个平面。希尔伯特分形由希尔伯特曲线构成，其构造过程为：由一个大正方形分成9个小正方形，再不断的把每个小正方形分成更小的正方形得到的边组成的曲线。这实际上是一个递归过程。

或者，参照图3，图3为本实用新型单面分形结构电芯第二种实施方式的分形图案示意图。若第一电极单元20和第二电极单元30均呈分形图案，则两个电极单元可以在正对方向(上下方向)的投影可以相互齿合。两个电极的分形图案可以相同或者不同，例如，一个电极为皮亚诺分形结构，另一个为皮亚诺分形结构的水滴变形。

并且两个电极单元嵌入在基底的部分可以在横向(左右方向或者前后方向)上具有重叠，从而增大第一电极单元20和第二电极单元30之间的正对面积，降低薄膜电池的电阻。第一电极单元20形成有多个缺口，第二电极单元30的各延伸体伸入至各缺口中。进一步增大了第一电极单元20和第二电极单元30之间的正对面积。

在具体实现时，第一电极单元20包括层叠的第一电极21和第一集电极22，第一电极21嵌入至基底10内，第一集电极22设置在第一电极21远离基底10的一侧；第二电极单元30包括层叠的第二电极31和第二集电极32，第二电极31嵌入至基底10内，第二集电极32设置在第二电极31远离基底10的一侧。

第一电极21和第二电极31用于产生电池，因此第一电极21和第二电极31需要嵌入至基底10内。当然第一电极21和第二电极31可以部分或者完全嵌入至基底10。第一集电极22和第二集电极32用于收集对应电极所产生的电池并向外部传输。当电极部分嵌入至基底10时，集电极完全裸露在基底10之外，当电极完全嵌入至基底10时，集电极也可以部分嵌入在基底10之外。当然，在电极的导电性足够强时，还可以省略该电极对应的集电极部分。

在本实施方式中，基底10具有正对的第一侧和第二侧，基底10采用多孔材料，以供电解液进行渗透。第一电极单元20设置于基底10的第一侧，且部分嵌入至基底10内。第二电极单元30设置于基底的第二侧，且部分嵌入至基底10内，第一电极单元20和/或第二电极单元30呈分形图案，第一电极单元20和第二电极单元30用于形成极性相反的电极。本实施方式通过在基底的两侧分别形成电极，其中至少一侧电极为分形图案，利用分形结构有效收集化学反应产生的电荷，减少电池内阻，利用分形电极沟道，促进电解液浸润和扩散，减少电解质离子传输内阻；同时由于两极不容易接触，由此降低在同一基底上印刷分形电极时出现短路的风险。

参照图4，图4为本实用新型单面分形结构电芯第二种实施方式的截面图。基于上述第一实施例，本实用新型提出单面分形结构电芯的第二实施例。

如图4所示，在本实施方式中，第一电极21部分嵌入至基底10内，第一集电极22暴露在基底10外，第二电极31部分嵌入至基底10内，第二集电极32暴露在基底外。

在本实施方式中，第一电极21可以为矩形或者圆形电极，以在两电极正对方向上的投影包含第二电极31在两电极正对方向上的投影；或者第一电极21可以为与第二电极31具有相同形状，但尺寸大于第二电极31，以在两电极正对方向上的投影包含第二电极31在两电极正对方向上的投影；或者第一电极21与第二电极31为不同的分形图案，两者在两电极正对方向上的投影可以部分重叠。

参照图5，图5为本实用新型单面分形结构电芯第三种实施方式的截面图。在本实施方式中，第一电极21可以包括嵌入部211和延伸部212，嵌入部211的第一侧与第一集电极22连接，嵌入部211的第二侧嵌入在基底10内，延伸部212自嵌入部211的第二侧向基底10的第二侧延伸。

在本实施方式中，为提高第一电极21与第二电极31之间的正对面积，第一电极21上可以具有向第二电极31所在侧延伸的延伸部212。嵌入部211主要收集各延伸部212所产生的电流，以及基于上下方向的电解质离子运动形成电流，并传输至第一集电极22。嵌入部211在于第一集电极22在上下方向上可以完全重合，延伸部212向第二电极31所在侧延伸，从而形成包围状围绕在第二电极31周围。延伸部212与第二电极31在左右方向上也具有重叠部分，因此可以基于左右方向的电解质离子运动形成电流。

在具体实现时，可以使延伸部22的一侧暴露在基底10的第二侧之外。延伸部22延伸出第二侧之外时，第二电极31在基底10内部分的侧面完全属于第二电极31与延伸部212之间的正对区域，从而有利于电流的形成，降低薄膜电池的电阻。

在本实施方式中，第一电极21部分嵌入至基底10内，第一集电极22暴露在基底10外，第二电极31部分嵌入至基底10内，第二集电极32暴露在基底外，有利于电流的形成，降低薄膜电池的电阻。

参照图6，图6为本实用新型单面分形结构电芯第四种实施方式的截面图。基于上述第一实施例，本实用新型提出单面分形结构电芯的第三实施例。

如图6所示，在本实施方式中，第一集电极22部分嵌入至基底10内，第一电极21自第一集电极22向基底10的第二侧延伸，第二电极31部分嵌入至基底10内，第二集电极32暴露在基底10外。

在本实施方式中，第一集电极22直接嵌入至基底内，收集电流。第一集电极22可以为矩形或者圆形电极，以在两电极正对方向上的投影包含第二集电极32在两电极正对方向上的投影；或者第一集电极22可以为与第二集电极32具有相同形状，但尺寸大于第二集电极32，以在两电极正对方向上的投影包含第二集电极32在两电极正对方向上的投影；或者第一集电极22与第二集电极32为不同的分形图案，两者在两电极正对方向上的投影可以部分重叠。

为降低电池的电阻，可以增加电池正负极之间的正对面积，第一电极21向第二电极31所在侧延伸，从而形成包围状围绕在第二电极31周围。第一电极21与第二电极31在左右方向上也具有重叠部分，因此可以基于左右方向的电解质离子运动形成电流。

在具体实现时，可以使第一电极21的一侧暴露在基底10的第二侧之外。第一电极21延伸出第二侧之外时，第二电极31在基底10内部分的侧面完全属于第二电极31与第一电极21之间的正对区域，从而有利于电流的形成，降低薄膜电池的电阻。

在电极的导电性能足够强时，第一电极21在第一集电极22上的正投影图案包括空白区域，空白区域包括第二电极31在第一集电极22上的正投影图案。由于第一集电极22嵌入至基底10内，因此第二电极31在上下方向上的电流可以直接由第一集电极22进行收集，从而节省了第一电极21尺寸。

在本实施方式中，第一集电极22部分嵌入至基底10内，第一电极21自第一集电极22向基底10的第二侧延伸，第二电极31部分嵌入至基底10内，第二集电极32暴露在基底10外，有利于电流的形成，降低薄膜电池的电阻

为实现上述目的，本实用新型还提出一种薄膜电池，薄膜电池包括如上述的单面分形结构电芯。该单面分形结构电芯的具体结构参照上述实施例，由于本装置可以采用上述所有实施例的技术方案，因此至少具有上述实施例的技术方案所带来的有益效果，在此不再一一赘述。

以上仅为本实用新型的优选实施例，并非因此限制本实用新型的专利范围，凡是利用本实用新型说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本实用新型的专利保护范围内。

Claims (10)

1.一种单面分形结构电芯，其特征在于，所述单面分形结构电芯包括：

基底，具有正对的第一侧和第二侧，所述基底采用多孔材料，以供电解液进行渗透；

第一电极单元，设置于所述基底的第一侧，且部分嵌入至所述基底内；

第二电极单元，设置于所述基底的第二侧，且部分嵌入至所述基底内，所述第一电极单元和/或所述第二电极单元呈分形图案，所述第一电极单元和所述第二电极单元用于形成极性相反的电极。

2.如权利要求1所述的单面分形结构电芯，其特征在于，所述第一电极单元包括层叠的第一电极和第一集电极，所述第一电极嵌入至所述基底内，所述第一集电极设置在所述第一电极远离所述基底的一侧；所述第二电极单元包括层叠的第二电极和第二集电极，所述第二电极嵌入至所述基底内，所述第二集电极设置在所述第二电极远离所述基底的一侧。

3.如权利要求2所述的单面分形结构电芯，其特征在于，所述第一电极部分嵌入至所述基底内，所述第一集电极暴露在所述基底外，所述第二电极部分嵌入至所述基底内，所述第二集电极暴露在所述基底外。

4.如权利要求3所述的单面分形结构电芯，其特征在于，所述第一电极包括嵌入部和延伸部，所述嵌入部的第一侧与所述第一集电极连接，所述嵌入部的第二侧嵌入在所述基底内，所述延伸部自所述嵌入部的第二侧向所述基底的第二侧延伸。

5.如权利要求4所述的单面分形结构电芯，其特征在于，所述延伸部的一侧暴露在所述基底的第二侧之外。

6.如权利要求2所述的单面分形结构电芯，其特征在于，所述第一集电极部分嵌入至所述基底内，所述第一电极自所述第一集电极向所述基底的第二侧延伸，所述第二电极部分嵌入至所述基底内，所述第二集电极暴露在所述基底外。

7.如权利要求6所述的单面分形结构电芯，其特征在于，所述第一电极的一侧暴露在所述基底的第二侧之外。

8.如权利要求6所述的单面分形结构电芯，其特征在于，所述第一电极在所述第一集电极上的正投影图案包括空白区域，所述空白区域包括所述第二电极在所述第一集电极上的正投影图案。

9.如权利要求1-8中任一项所述的单面分形结构电芯，其特征在于，所述分形图案包括多级延伸体，其中，次级延伸体与上一级延伸体垂直连接。

10.一种薄膜电池，其特征在于，所述薄膜电池包括如权利要求1-9中任一项所述的单面分形结构电芯。

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