TW201814953A - 電池結構 - Google Patents

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Abstract

本發明揭露一種電池結構，其主要包含有一第一集電層；一設置於第一集電層上的第一活性材料層；一位於第一活性材料層上的隔離層，隔離層的水平面表面積小於第一活性材料層之水平面表面積，使部份第一活性材料層顯露於隔離層外；一第一膠框，其覆蓋自隔離層顯露於外的第一活性材料層頂面，並且於該隔離層頂表面延伸形成一突出部；一設置於隔離層與突出部表面上的第二活性材料層；以及一設置於第二活性材料層上的第二集電層。

Description

電池結構
本發明係有關一種電池結構，特別是指一種具有防護隔離結構之電池。
在人性科技需求下，各種穿戴式電子裝置相應而生，為使各種穿戴式電子裝置更符合輕薄的趨勢，電子裝置內的空間分配成為一重要課題，而可設置在非平面之可撓曲式電池為此課題帶來解決策略之一。請參閱第1圖，其係目前可撓曲式鋰電池之結構剖視圖。如圖所示，此種可撓曲式鋰電池10主要包含有一上集電層12、一下集電層14、一包裝於上集電層12與下集電層14之外部封裝16，以形成一封圍空間18，此封圍空間18內容依序設有一第一活性材料層20、隔離層22與一第二活性材料層24，第一活性材料層20、隔離層22與第二活性材料層24構成電化學系統層，且第一活性材料層20與上集電層12接觸，第二活性材料層24與下集電層14接觸。此可撓曲式鋰電池10的特性在於整體可動態彎曲。
更者，鋰電池在結構設計上，正極活性材料層之水平面表面積必須小於負極活性材料層之水平面表面積，以避免正極釋放超過負極能接受之鋰離子時，多餘的鋰沉積形成鋰枝晶，穿透隔離層，導致內部短路，但此目前之一防護措施僅依靠製程時對正極與負極之活性材料層的水平面表面積進行把關，並無另一防護措施。
有鑑於上述，本發明遂針對上述習知技術之缺失，提出一種電池結構，以有效克服上述之該等問題。
本發明之目的在提供一種具有防護隔離結構之電 池，其藉由第一膠框於該隔離層頂表面延伸形成一突出部，以遮蔽因膠框與活性材料層之界面材質差異所顯露出的集電層，進而避免鋰離子於角落顯露出的集電層位置沉積。
本發明之另一目的在提供一種具有防護隔離之電池結構，其第一膠框可有效遮蔽第二活性材料層對應於第一活性材料層之部分表面積，以在製程步驟之活性材料面積設定外，提供另一作為避免內部短路的第二防護措施。
本發明之再一目的在提供一種具有防護隔離之電池結構，其第一活性材料層與第二活性材料層間之隔離元件係由一隔離層與一第一膠框之突出部所組成。
為達上述之目的，本發明係提供一種具有防護隔離結構之電池結構，此電池主要包含有一第一集電層；一第一活性材料層，其設置於該第一集電層上；一隔離層，其設置於該第一活性材料層上，該隔離層之水平面表面積小於該第一活性材料層之水平面表面積，使得部分該第一活性材料層之頂表面自該隔離層顯露出；一第一膠框，其覆蓋該第一活性材料層自該隔離層所顯露出之頂面並且該第一膠框的頂端形成有一突出部，該突出部延伸至該隔離層頂表面；一第二活性材料層，其設置於該隔離層與該突出部之表面上，藉由該隔離層與該突出部與該第一活性材料層隔離；以及一第二集電層，其設置於該第二活性材料層上。
本發明尚提供另一種具有防護隔離之電池結構，其第一活性材料層與第二活性材料層間係利用第一膠框之突出部與隔離層作為第一活性材料層與第二活性材料層的隔離元件。
底下藉由具體實施例詳加說明，當更容易瞭解本發明之目的、技術內容、特點及其所達成之功效。
10‧‧‧可撓曲式鋰電池
12‧‧‧上電集層
14‧‧‧下集電層
16‧‧‧外部封裝
18‧‧‧封圍空間
20‧‧‧第一活性材料層
22‧‧‧隔離層
24‧‧‧第二活性材料層
30‧‧‧鋰電池
32‧‧‧第一集電層
34‧‧‧第一活性材料層
36‧‧‧隔離層
38‧‧‧第一膠框
381‧‧‧突出部
40‧‧‧第二活性材料層
42‧‧‧第二集電層
44‧‧‧鋁箔袋
46‧‧‧第二膠框
48‧‧‧第三膠框
第1圖係為目前可撓曲式鋰電池之結構剖視圖。
第2圖係為本發明之一實施例示意圖。
第3圖係為本發明之另一實施態樣之結構示意圖。
第4圖係為本發明之另一實施例示意圖。
第5圖係為本發明之又一實施例示意圖。
請參閱第2圖，其係本發明具有防護隔離之可撓曲式鋰電池的一實施例示意圖。如圖所示，此種鋰電池30主要包含有一第一集電層32；一設置於第一集電層32上的第一活性材料層34，此第一活性材料層34之水平面表面積小於第一集電層32之水平面表面積，因此當第一活性材料層34設置於第一集電層32上時，部分第一集電層32是顯露於第一活性材料層34之外部；一設置於第一活性材料層34上的隔離層36，此隔離層36之水平面表面積小於第一活性材料層34之水平面表面積，使得部分第一活性材料層34之頂表面自隔離層36顯露出；一第一膠框38，其覆蓋第一活性材料層34自隔離層36所顯露出之頂面，並且第一膠框38的頂端形成有一突出部381，此突出部381延伸至隔離層36頂表面；一第二活性材料層40，其設置於隔離層36與突出部381之表面上，藉由隔離層36與突出部381與第一活性材料層34隔離；以及一第二集電層42，其設置於第二活性材料40層上。
在上述結構下，可藉由第一膠框38於隔離層36頂表面延伸形成之突出部381，以遮蔽角落處因第一膠框38與第一活性材料層34之界面材質差異所顯露出的第一集電層32，進而避免角落處因發生鋰沉積而刺穿隔離層36至第二活性材料層40所導致的內部短路。
另外，鑒於鋰電池在結構設計上，正極活性材料層之水平面表面積必須小於負極活性材料層之水平面表面積，以避免正極釋放超過負極能接受之鋰離子時，多餘的鋰沉積形成鋰枝晶，穿透隔離層，導致內部短路，第一膠框38可有效遮蔽第二活性材料層40對應於第一活性材料層34之部分表面積，以在除了製程步驟之活性材料塗佈或裁切面積大小設定外，提供另一作為避免內部短路的第二防護措施。
再者，在上述結構下，第一活性材料層34與第二活 性材料層40間係利用第一膠框38之突出部381與隔離層36作為第一活性材料層34與第二活性材料層40的隔離元件，形成一種嶄新的複合式隔離元件結構。此外，第一集電層或第二集電層可以是電路板之導電表面層。
請參閱第3圖，其係第2圖所示之鋰電池30封裝於一鋁箔袋44內，以防止電解質的滲漏與蒸氣，以及隔絕外在環境的水氣等。
請參閱第4圖，其係本發明之另一實施例示意圖。此實施例與第2圖之實施例差異在於第一膠框38之底部設置於第一集電層32表面上且第一膠框38封圍第一活性材料層34與隔離層36之側壁周緣。
另外，在本實施例中，鋰電池30更包含有一第二膠框46，第二膠框46封圍第二活性材料層40的側壁周緣，第二膠框46之底端與第一膠框38連接。更者，第二集電層42可延伸至第二膠框46之外側表面上，形成第二膠框46之頂端與第二集電層42連接。
請參閱第5圖，其係本發明之再一實施例示意圖。此實施例與第4圖之實施例的差異在於更包含有一第三膠框48，第二膠框46之底端與第三膠框48之頂面連接，第三膠框48之底面與第一膠框38的頂端面連接。第一膠框38與第二膠框46相較於第三膠框48具有較佳的異質性表面黏著力，以與第一集電層32或第二集電層42產生較緊密的黏結效果，第三膠框48相較於第一膠框38與第二膠框46具有較佳的同質性表面黏著力，以使第一膠框38與第二膠框46能透過第三膠框48的存在產生緊密黏結。
上述之第一膠框38、第二膠框46與第三膠框48的材料是聚醯亞胺(PI)。隔離層36的材料選自於高分子材料、陶瓷材料或玻璃纖維材料。第一活性材料層34、第二活性材料層40與隔離層36均沾附有一電解質，電解質選自於純液態電解質、膠態電解質或固態電解質。
綜上所述，本發明係藉由第一膠框於隔離層頂表面 延伸形成一突出部，而將因為膠框與活性材料層之界面材質差異所顯露出的集電層遮蔽起來，避免角落處發生鋰沉積穿刺隔離區域，直接與另一活性材料層接觸，導致內部短路。此外，第一膠框可有效遮蔽第二活性材料層對應於第一活性材料層之部分表面積，以在製程步驟之活性材料層面積設定外，提供另一作為避免內部短路的第二防護措施。
唯以上所述者，僅為本發明之較佳實施例而已，並非用來限定本發明實施之範圍。故即凡依本發明申請範圍所述之特徵及精神所為之均等變化或修飾，均應包括於本發明之申請專利範圍內。

Claims (13)

  1. 一種電池結構，其包含有：一第一集電層；一第一活性材料層，其設置於該第一集電層上；一隔離層，其設置於該第一活性材料層上，該隔離層之水平面表面積小於該第一活性材料層之水平面表面積，使得部分該第一活性材料層之頂表面自該隔離層顯露出；一第一膠框，其覆蓋該第一活性材料層自該隔離層所顯露出之頂面，並且該第一膠框的頂端形成有一突出部，該突出部延伸至該隔離層頂表面；一第二活性材料層，其設置於該隔離層與該突出部之表面上，藉由該隔離層與該突出部與該第一活性材料層隔離；以及一第二集電層，其設置於該第二活性材料層上。
  2. 如請求項1所述之電池結構，其中該第一膠框之底部設置於該第一集電層表面上且該第一膠框封圍該第一活性材料層與該隔離層之側壁周緣。
  3. 如請求項1所述之電池結構，更包含有一第二膠框，該第二膠框封圍該第二活性材料層的側壁周緣，該第二膠框之底端與該第一膠框連接。
  4. 如請求項3所述之電池結構，其中該第二膠框之頂端與該第二集電層連接。
  5. 如請求項1所述之電池結構，更包含有一第二膠框與一第三膠框，該第二膠框封圍該第二集電層的側壁周緣，該第二膠框之底端與該第三膠框之頂面連接，該第三膠框之底面與該第一膠框的頂端面連接。
  6. 如請求項5所述之電池結構，其中該第一膠框與該第二膠框相較於該第三膠框具有較佳的異質性表面黏著力，該第三膠框相較於該第一膠框與該第二膠框具有較佳的同質性表面黏著力。
  7. 如請求項1所述之電池結構，其中該第一集電層或該第二集電層是一電路板之導電表面層。
  8. 如請求項1所述之電池結構，其中該第一膠框的材料是聚醯亞胺(PI)。
  9. 如請求項3所述之電池結構，其中該第一膠框與該第二膠框的材料是聚醯亞胺(PI)。
  10. 如請求項5所述之電池結構，其中該第一膠框、該第二膠框與該第三膠框的材料是聚醯亞胺(PI)。
  11. 如請求項1所述之電池結構，其中該隔離層的材料選自於高分子材料、陶瓷材料或玻璃纖維材料。
  12. 如請求項1所述之電池結構，其中該第一活性材料層、該第二活性材料層與該隔離層均沾附有一電解質，該電解質選自於純液態電解質、膠態電解質或固態電解質。
  13. 如請求項1所示之電池結構，更包含有一鋁箔袋，以容設並封裝該電池。
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