TWI496332B - Curved battery and its making method - Google Patents

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TWI496332B TW103116959A TW103116959A TWI496332B TW I496332 B TWI496332 B TW I496332B TW 103116959 A TW103116959 A TW 103116959A TW 103116959 A TW103116959 A TW 103116959A TW I496332 B TWI496332 B TW I496332B
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Yu Wen Yeh
Kuang Chang Wang
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Description

曲面電池及其製作方法 【0001】
本發明係有關一種電池結構，尤指一種弧面造型的曲面電池。
 【0002】
電子產品隨著科技不斷的進步，逐漸從家庭使用的電子產品轉變為個人隨身的可攜式電子產品，而為了使電子產品達到可攜帶的效果，電池的功用就相形重要；而為了符合消費者之需求，可攜式電子產品亦朝著兼具輕薄便利特性的方向研發。同時，考量電子產品的外觀與人體各部位的結構設計，電池的需求已不再是傳統矩型的結構，逐漸有弧面造型的電池要求。
【0003】
請參閱「圖1A」以及「圖1B」，其為習知電池的結構，該習知電池包含一具有二開口的保護殼以及一設置於該保護殼內且藉由一陽極板、一第一隔離膜、一陰極板以及一第二隔離膜依序堆疊並捲繞形成的素子1，該素子1於該陽極板與該陰極板垂直捲繞方向的位置分別釘設一導電柄2，使該素子1僅以各該導電柄2自該保護殼的開口連通至該保護殼外。
【0004】
而為使習知電池具有弧度，習知之方法係採用外部加溫度與壓力方式，直接將習知電池由平面加工成曲面。但由於習知電池內部的素子1受到非捲繞方向的加壓變形，內部的該陽極板以及該陰極板會因受到應力擠壓而產生損傷甚至斷裂，使電池內部短路失去其作用，其保護殼也會因外力撓曲而產生皺折，進而產生漏液使電池失效。
【0005】
再者，為了符合可攜式電子產品體積日趨縮小的趨勢，用於可攜式電子產品內的電池亦必須縮減體積；習知用於可攜式電子裝置的電池形狀亦多為矩形，使得習知電池受限於形狀僅能應用於矩形的可攜式電子產品中，對使用於其他如彎曲形、圓滑形或其他不規則形的可攜式電子產品中，如使用習知電池，將使得產品外型設計受限並且內部空間無法有效利用。
 【0006】
本發明之目的，在於提供適用於不同形狀之電子產品的電池。
【0007】
為達上述目的，本發明提供一種曲面電池，其係包含一弧形保護件、一電池單元以及一導電物質，該弧形保護件包含一上曲壁、一相對於該上曲壁的下曲壁、一連接該上曲壁及該下曲壁的導電柄側以及二設置於該導電柄側的開口，該電池單元設置於該弧形保護件內且形狀對應於該弧形保護件，並且包含一第一電極層、一第二電極層、一設置於該第一電極層一端的第一導電柄、一設置於該第二電極層對應於該第一導電柄之一端的第二導電柄、一設置於該第一電極層與該第二電極層之間的第一隔離層以及一設置於該第二電極層遠離該第一隔離層一側的第二隔離層，該導電物質則填充於該弧形保護件內且充滿該電池單元之間。
【0008】
該電池單元係將該第一電極層、該第一隔離層、該第二電極層以及該第二隔離層依序堆疊，並自該電池單元遠離該第一導電柄與該第二導電柄之一端往該第一導電柄與該第二導電柄之方向捲繞，進而形成捲繞狀的該電池單元；而該第一導電柄與該第二導電柄之指向方向垂直於該電池單元的軸心方向，並該第一導電柄及該第二導電柄自該導電柄側的二該開口延伸至該弧形保護件之外，進而避免該導電物質沿著該第一導電柄與該第二導電柄滲漏至該曲面電池之外。
【0009】
本發明進一步揭露了一種曲面電池的製作方法，其步驟如下所示：
【0010】
S1：將一第一導電柄以及一第二導電柄分別設置於一第一電極層與一第二電極層之一端。
【0011】
S2：依序將該第一電極層、一第一隔離層、該第二電極層以及一第二隔離層進行對位堆疊，形成一層狀結構。
【0012】
S3：自該層狀結構遠離該第一導電柄與該第二導電柄之一端往該第一導電柄與該第二導電柄之方向捲繞，以形成一電池單元，其中該第一導電柄與該第二導電柄之指向方向垂直於該電池單元的軸心方向。
【0013】
S4：將該電池單元放置於一保護件塑模的一第一弧狀凹槽中，將該保護件塑模沿著一折疊線彎折，形成一弧形保護件並使該電池單元容置其中，該弧形保護件包含一折疊側、一相對於該折疊側的導電柄側、一連接該折疊側以及該導電柄側的弧形側以及一相對於該弧形側的注液側，後將該導電柄側以平封頭方式封口，而該弧形側則以弧形方式封口。
【0014】
S5：自該注液側將一導電物質注入該弧形保護件中，並使該導電物質充滿該電池單元之間。
【0015】
S6：將該注液側以弧形方式進行封口，完成該曲面電池製備。
【0016】
由上述說明可知，本發明具有下列特點：
【0017】
一、藉由該第一導電柄與該第二導電柄之指向方向垂直於該電池單元的軸心方向之設置，使電池單元在卷繞及彎折成具有曲度時能輕易變更曲度，防止極板受損。
【0018】
二、藉由該保護件塑模的該第一弧形凹槽的設置，使該電池單元設置於其中後即可簡單於該電池單元外形成該弧形保護件，進而製成該曲面電池。
【0019】
三、藉由弧形封口的方式對於該弧形保護件的弧形側以及注液側進行封口，藉此維持該曲面電池的弧度。
 【0055】
習知技術
【0056】
1‧‧‧素子
【0057】
2‧‧‧導電柄
【0058】
本發明
【0059】
10‧‧‧弧形保護件
【0060】
11‧‧‧上曲壁
【0061】
12‧‧‧下曲壁
【0062】
13‧‧‧導電柄側
【0063】
14‧‧‧開口
【0064】
20‧‧‧電池單元
【0065】
21‧‧‧第一電極層
【0066】
211‧‧‧第一電極基材
【0067】
212‧‧‧第一輔助電極層
【0068】
22‧‧‧第一隔離層
【0069】
23‧‧‧第二電極層
【0070】
231‧‧‧第二電極基材
【0071】
232‧‧‧第二輔助電極層
【0072】
24‧‧‧第二隔離層
【0073】
25‧‧‧第一導電柄
【0074】
26‧‧‧第二導電柄
【0075】
27‧‧‧第一黏貼部
【0076】
28‧‧‧第二黏貼部
【0077】
29‧‧‧第一輔助黏貼部
【0078】
29a‧‧‧第二輔助黏貼部
【0079】
A‧‧‧長度
【0080】
R‧‧‧半徑
【0020】
圖1A，為習知電池之外觀結構示意圖。
【0021】
圖1B，為習知電池之素子結構示意圖。
【0022】
圖2，為本發明之結構示意圖。
【0023】
圖3，為本發明之電池單元結構示意圖。
【0024】
圖4A，為第一黏貼部之設置位置示意圖。
【0025】
圖4B，為第二黏貼部之設置位置示意圖。
【0026】
圖5A，為第一輔助黏貼部之設置位置示意圖。
【0027】
圖5B，為第二輔助黏貼部之設置位置示意圖。
【0028】
圖6A，為第一電極層之局部剖面結構示意圖。
【0029】
圖6B，為第二電極層之局部剖面結構示意圖。
【0030】
圖7，為本發明之側視結構示意圖。
【0031】
圖8，為本發明之製備流程示意圖。
 【0032】
有關本發明之詳細說明及技術內容，現就配合圖示說明如下：請參閱「圖2」、「圖3」、「圖4A」、「圖4B」、「圖5A」以及「圖5B」所示，本發明係為一種弧型非平面的可重覆充放電的曲面電池，其係包含一弧形保護件10、一電池單元20以及一導電物質（圖未示），該弧形保護件10包含一上曲壁11、一相對於該上曲壁11的下曲壁12、一連接該上曲壁11及該下曲壁12的導電柄側13以及二設置於該導電柄側13的開口14，該電池單元20設置於該弧形保護件10內且形狀對應於該弧形保護件10，並且包含一第一電極層21、一第二電極層23、一設置於該第一電極層21一端的第一導電柄25、一設置於該第二電極層23對應於該第一導電柄25之一端的第二導電柄26、一設置於該第一電極層21與該第二電極層23之間的第一隔離層22以及一設置於該第二電極層23遠離該第一隔離層22一側的第二隔離層24，該導電物質則填充於該弧形保護件10內且充滿該電池單元20之間，其中該第一隔離層22及該第二隔離層24之材料為聚丙烯、聚乙烯或由兩者組成的多層膜等，而該導電物質係為液態電解液、膠態電解液或是固態電解質。此外，請參閱「圖6A」與「圖6B」，其中該第一電極層21更包含一第一電極基材211以及一包覆於該第一電極基材211外的第一輔助電極層212，該第二電極層23更包含一第二電極基材231以及一包覆於該第二電極基材231外的第二輔助電極層232，該第一電極基材211之材料為金屬鋁，該第一輔助電極層212之材料可為鋰鎳氧化物、鋰錳氧化物、鋰鐵氧化物或鋰鈷氧化物，亦或是由上述各材料所組成之混合金屬氧化物，而該第二電極基材231為金屬銅，該第二輔助電極層232之材料可為碳、矽碳合金、錫合金、鈦鋰氧化物、由上述材料混合而成的碳合金或是其他可供鋰離子進出的材料。
【0033】
更進一步說明，配合參閱「圖4A」、「圖4B」、「圖5A」以及「圖5B」，該電池單元20更包含一連接該第一導電柄25與該第一電極層21的第一黏貼部27，以及一連接該第二導電柄26與該第二電極層23的第二黏貼部28，藉由該第一黏貼部27以及該第二黏貼部28的設置，使該第一導電柄25與該第二導電柄26分別穩固連接於該第一電極層21以及該第二電極層23；而為了進一步防止該第一導電柄25以及該第二導電柄26穿刺該第一隔離層22或是該第二隔離層24；於本發明所述的該曲面電池中，該電池單元20更包含一設置於該第一電極層21遠離該第一導電柄25之一側的第一輔助黏貼部29，以及一設置於該第二電極層23遠離該第二導電柄26之一側的第二輔助黏貼部29a，且該第一輔助黏貼部29及該第二輔助黏貼部29a分別對應於該第一黏貼部27及該第二黏貼部28之位置；藉由該第一黏貼部27與該第二黏貼部28的設置，不僅可使該第一導電柄25與該第二導電柄26分別穩固連接於該第一電極層21與該第二電極層23，更具有避免該第一導電柄25與該第二導電柄26穿刺該第一隔離層22或是該第二隔離層24之功效，而該第一輔助黏貼部29與該第二輔助黏貼部29a則可進一步達到防止該第一導電柄25與該第二導電柄26發生穿刺之現象，進而防止該曲面電池因穿刺現象產生問題。
【0034】
再者，將該第一電極層21、該第一隔離層22、該第二電極層23以及該第二隔離層24依序堆疊，並自該電池單元20遠離該第一導電柄25與該第二導電柄26之一端往該第一導電柄25與該第二導電柄26之方向捲繞，進而形成捲繞狀的該電池單元20；於本發明中，該第一導電柄25與該第二導電柄26以平行該電池單元20之捲繞方向的方式分別設置於該第一電極層21與該第二電極層23，使得該第一導電柄25與該第二導電柄26指向方向垂直於該電池單元20捲繞的軸心方向，且令該第一導電柄25及該第二導電柄26自該導電柄側13的二該開口14延伸至該弧形保護件10之外。藉由該第一導電柄25與該第二導電柄26以平行該電池單元20之捲繞方向釘接的方式，使得該電池單元20在形成該曲面電池時，其曲度不會因為該第一導電柄25與該第二導電柄26的設置而被限制，且可避免液態電解液或膠態電解液自該電池單元20捲繞後的軸向空隙沿著該第一導電柄25與該第二導電柄26滲漏至該曲面電池之外，進一步防止電解液的滲漏。
【0035】
進一步說明，請參閱「圖7」，其係為該曲面電池之曲度的定義方式，其中A為該曲面電池之上曲壁11之長度，R為以該曲面電池之曲度所做出之圓的半徑，藉由確定該長度A以及該半徑R，即可定義出該曲面電池之曲度。於本發明中，該長度A之長度為10~200毫米，該半徑R之長度為10~1000毫米。
【0036】
接續上述，請一併參照「圖8」，本發明進一步揭露了一種具有弧面造型的曲面電池的製作方法，其步驟如下所示：
【0037】
S1：設置導電柄，將一第一導電柄25以及一第二導電柄26分別設置於一第一電極層21與一第二電極層23之一端；進一步說明，其中該第一電極層21更包含一第一電極基材211以及一包覆於該第一電極基材211外的第一輔助電極層212，該第二電極層23更包含一第二電極基材231以及一包覆於該第二電極基材231外的第二輔助電極層232，而該第一電極基材211之材料為金屬鋁，該第一輔助電極層212之材料選自於鋰鎳氧化物、鋰錳氧化物、鋰鐵氧化物、鋰鈷氧化物及其組合所組成之群組，該第二電極基材231為金屬銅，該第二輔助電極層232之材料可為碳、矽碳合金、錫合金、鈦鋰氧化物、由上述材料混合而成的碳合金或是其他可供鋰離子進出的材料。
【0038】
S1A：設置第一黏貼部以及第二黏貼部，將一第一黏貼部27以及一第二黏貼部28分別貼附於該第一導電柄25設置於該第一電極層21之處以及該第二導電柄26設置於該第二電極層23之處，藉此固定該第一導電柄25以及該第二導電柄26。
【0039】
S1B：設置第一輔助黏貼部以及第二輔助黏貼部，將一第一輔助黏貼部29以及一第二輔助黏貼部29a分別貼附於該第一電極層21以及該第二電極層23遠離該第一導電柄25以及該第二導電柄26之一側，且該第一輔助黏貼部29及該第二輔助黏貼部29a分別對應於該第一黏貼部27及該第二黏貼部28之位置，藉此避免該第一導電柄25與該第二導電柄26穿刺而造成該曲面電池的失效。
【0040】
S2：對位堆疊形成層狀結構，依序將該第一電極層21、一第一隔離層22、該第二電極層23以及一第二隔離層24進行對位堆疊，形成一層狀結構，其中該第一隔離層22以及該第二隔離層24係為聚丙烯、聚乙烯或由兩者組成的多層膜等材料。
【0041】
S3：捲繞形成電池單元，自該層狀結構遠離該第一導電柄25與該第二導電柄26之一端往該第一導電柄25與該第二導電柄26之方向捲繞，以形成一電池單元20，其中該第一導電柄25與該第二導電柄26之指向方向垂直於該電池單元20的軸心方向。
【0042】
S4：於電池單元外形成弧形保護件，將該電池單元20放置於一保護件塑模的一第一弧狀凹槽中，將該保護件塑模沿著一折疊線彎折以形成一弧形保護件10並使該電池單元20容置其中，該弧形保護件10包含一折疊側、一相對於該折疊側的導電柄側13、一連接該折疊側以及該導電柄側13的弧形側以及一相對於該弧形側的注液側，後將該導電柄側13以平封頭方式，而該弧形側則以弧形方式，在一封口溫度下進行封口，其中該封口溫度為150℃~250℃。
【0043】
S5：注入導電物質，自該注液側將一導電物質注入該弧形保護件10中，並使該導電物質充滿該電池單元20之間，於本發明中，該導電物質係為液態電解液、膠態電解液或固態電解質。
【0044】
P1：進行預充電，自該注液側的一第一封口段對該注液側以弧形方式進行封口，並進行預充電，其中該弧形保護件10更包含一氣室，藉此容納預充電時產生的氣體，避免該弧形保護件10因氣壓過大而損壞。
【0045】
S6：最後封口完成製備，將該注液側以弧形方式進行封口，完成該曲面電池製備。
【0046】
為對應步驟P1之預充電步驟，步驟S6中更包含以下步驟：
【0047】
S6A：排氣，自該注液側的一裁切段將該弧形保護件10裁開形成一透氣開口，使預充電時產生之氣體透出，其中該裁切段設置於該氣室遠離該第一封口段之一側。
【0048】
S6B：重新封口完成製備，自該注液側的一第二封口段以弧狀方式再次封口，其中該第二封口段設置於該裁切段遠離該氣室之一側。
【0049】
綜上所述，本發明具有下列特點：
【0050】
一、藉由該第一導電柄與該第二導電柄之指向方向垂直於該電池單元的軸心方向之設置，使電池單元在捲繞及彎折時能輕易變更曲度，有效防止該第一電極層與該第二電極層之受損。
【0051】
二、藉由該保護件塑模的該第一弧形凹槽之設置，使該電池單元設置於其中後，即可簡單於該電池單元外形成該弧形保護件，進而製成該曲面電池。
【0052】
三、藉由弧形封口的方式對於該弧形保護件的弧形側以及注液側進行封口，藉此維持該曲面電池的弧度。
【0053】
四、藉由該第一黏貼部與該第二黏貼部的設置，並搭配該第一輔助黏貼部與該第二輔助黏貼部，可有效防止該第一導電柄與該第二導電柄穿刺該第一隔離層或是該第二隔離層，進而防止因穿刺所產生該曲面電池短路的問題。
【0054】
五、藉由該第一導電柄與該第二導電柄之指向方向垂直於該電池單元的軸心方向之設置，使充滿於該電池單元之間的液態電解液或膠態電解液不易沿著該第一導電柄與該第二導電柄自二該開口滲漏。
 
20‧‧‧電池單元
21‧‧‧第一電極層
22‧‧‧第一隔離層
23‧‧‧第二電極層
24‧‧‧第二隔離層
25‧‧‧第一導電柄
26‧‧‧第二導電柄

Claims (15)

  1. 【第1項】

    一種曲面電池，其係包含：
    一具有曲度的弧形保護件，該弧形保護件包含一上曲壁、一相對於該上曲壁的下曲壁、一連接該上曲壁及該下曲壁的導電柄側以及二設置於該導電柄側的開口；
    一設置於該弧形保護件內且形狀對應於該弧形保護件的電池單元，該電池單元包含一第一電極層、一第二電極層、一設置於該第一電極層一端的第一導電柄、一設置於該第二電極層對應於該第一導電柄之一端的第二導電柄、一設置於該第一電極層與該第二電極層之間的第一隔離層以及一設置於該第二電極層遠離該第一隔離層一側的第二隔離層；
    以及一填充於該弧形保護件內的導電物質；
    該電池單元係自遠離該第一導電柄與該第二導電柄之一端往該第一導電柄與該第二導電柄之方向捲繞形成，且該第一導電柄與該第二導電柄之指向方向垂直於該電池單元的軸心方向，並該第一導電柄及該第二導電柄自二該開口延伸至該弧形保護件之外。
  2. 【第2項】

    如申請專利範圍第1項所述之曲面電池，其中該電池單元更包含一連接該第一導電柄與該第一電極層的第一黏貼部，以及一連接該第二導電柄與該第二電極層的第二黏貼部。
  3. 【第3項】

    如申請專利範圍第2項所述之曲面電池，其中該電池單元更包含一設置於該第一電極層遠離該第一導電柄之一側的第一輔助黏貼部，以及一設置於該第二電極層遠離該第二導電柄之一側的第二輔助黏貼部，該第一輔助黏貼部及該第二輔助黏貼部分別對應於該第一黏貼部及該第二黏貼部之位置。
  4. 【第4項】

    如申請專利範圍第1項所述之曲面電池，其中該導電物質選自於液態電解液、膠態電解液以及固態電解質所組成之群組。
  5. 【第5項】

    如申請專利範圍第1項所述之曲面電池，其中該第一隔離層及該第二隔離層之材料選自於聚丙烯、聚乙烯及其組合所組成之群組。
  6. 【第6項】

    如申請專利範圍第1項所述之曲面電池，其中該第一電極層更包含一第一電極基材以及一包覆於該第一電極基材外的第一輔助電極層，該第二電極層更包含一第二電極基材以及一包覆於該第二電極基材外的第二輔助電極層。
  7. 【第7項】

    如申請專利範圍第6項所述之曲面電池，其中該第一電極基材之材料為金屬鋁，該第一輔助電極層之材料選自於鋰鎳氧化物、鋰錳氧化物、鋰鐵氧化物、鋰鈷氧化物及其組合所組成之群組，該第二電極基材為金屬銅，該第二輔助電極層之材料選自於碳、矽碳合金、錫合金、鈦鋰氧化物及其組合所組成之群組。
  8. 【第8項】

    一種曲面電池的製作方法，其係包含下列步驟：
    S1：將一第一導電柄以及一第二導電柄分別設置於一第一電極層與一第二電極層之一端；
    S2：依序將該第一電極層、一第一隔離層、該第二電極層以及一第二隔離層進行對位堆疊，形成一層狀結構；
    S3：自該層狀結構遠離該第一導電柄與該第二導電柄之一端往該第一導電柄與該第二導電柄之方向捲繞，以形成一電池單元，其中該第一導電柄與該第二導電柄之指向方向垂直於該電池單元的軸心方向；
    S4：將該電池單元放置於一保護件塑模的一第一弧狀凹槽中，將該保護件塑模沿著一折疊線彎折，形成一弧形保護件並使該電池單元容置其中，該弧形保護件包含一折疊側、一相對於該折疊側的導電柄側、一連接該折疊側以及該導電柄側的弧形側以及一相對於該弧形側的注液側，後將該導電柄側以平封頭方式封口，而該弧形側則以弧形方式封口；
    S5：自該注液側將一導電物質注入該弧形保護件中，並使該導電物質充滿該電池單元之間；以及
    S6：將該注液側以弧形方式進行封口，完成該曲面電池製備。
  9. 【第9項】

    如申請專利範圍第8項所述之曲面電池的製作方法，其中於步驟S1與步驟S2之間更包含以下步驟：
    S1A：將一第一黏貼部以及一第二黏貼部分別貼附於該第一導電柄設置於該第一電極層之處以及該第二導電柄設置於該第二電極層之處，藉此固定該第一導電柄以及該第二導電柄；以及
    S1B：將一第一輔助黏貼部以及一第二輔助黏貼部分別貼附於該第一電極層以及該第二電極層遠離該第一導電柄以及該第二導電柄之一側，且該第一輔助黏貼部及該第二輔助黏貼部分別對應於該第一黏貼部及該第二黏貼部之位置。
  10. 【第10項】

    如申請專利範圍第8項所述之曲面電池的製作方法，其中於步驟S5與步驟S6之間更包含一步驟：
    P1：自該注液側的一第一封口段對該注液側以弧形方式進行封口，並進行預充電，其中該弧形保護件更包含一氣室，藉此容納預充電時產生的氣體，避免該弧形保護件因氣壓過大而損壞。
  11. 【第11項】

    如申請專利範圍第10項所述之曲面電池的製作方法，其中步驟S6更包含以下步驟：
    S6A：自該注液側的一裁切段將該弧形保護件裁開形成一透氣開口，使預充電時產生之氣體透出，其中該裁切段設置於該氣室遠離該第一封口段之一側；以及
    S6B：自該注液側的一第二封口段以弧狀方式再次封口，其中該第二封口段設置於該裁切段遠離該氣室之一側。
  12. 【第12項】

    如申請專利範圍第8項所述之曲面電池的製作方法，其中該導電物質選自於液態電解液、膠態電解液以及固態電解質所組成之群組。
  13. 【第13項】

    如申請專利範圍第8項所述之曲面電池的製作方法，其中該第一隔離層以及該第二隔離層之材料選自於聚丙烯、聚乙烯以及其組合所組成之群組。
  14. 【第14項】

    如申請專利範圍第8項所述之曲面電池的製作方法，其中該第一電極層更包含一第一電極基材以及一包覆於該第一電極基材外的第一輔助電極層，該第二電極層更包含一第二電極基材以及一包覆於該第二電極基材外的第二輔助電極層。
  15. 【第15項】

    如申請專利範圍第14項所述之曲面電池的製作方法，其中該第一電極基材之材料為金屬鋁，該第一輔助電極層之材料選自於鋰鎳氧化物、鋰錳氧化物、鋰鐵氧化物、鋰鈷氧化物及其組合所組成之群組，該第二電極基材為金屬銅，該第二輔助電極層之材料選自於碳、矽碳合金、錫合金、鈦鋰氧化物及其組合所組成之群組。
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