TWI643378B - 電性絕緣器及其應用之電池 - Google Patents

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Abstract

本發明揭露一種電性絕緣器及其應用之電池，電性絕緣器係包含一隔離區域及一支撐區域，支撐區域係設置並包覆隔離區域的周緣表面及至少局部的側表面。所述之電池係包含上述之電性絕緣器，其係設置並接觸於電池的活性材料層，由於電性絕緣器在正投影方向上係至少完全覆蓋其中一活性材料層，因此可使正、負極活性材料層完全隔絕，達到避免內部短路發生的目的。

Description

電性絕緣器及其應用之電池
本發明係有關一種絕緣器，特別是指一種電性絕緣器及其應用之電池。
在習知的技術中，為了避免電池內部的正、負極層發生短路，必須藉由夾設於兩極層之間的隔離層來達到電性絕緣的目的，而常見的隔離層材料有聚乙烯、聚丙烯，但此類材料所製成的隔離層在高溫的操作環境下容易發生捲縮，因此，雖然在電池的設計上，隔離層的尺寸都是大於正極極層、負極極層面積，不過當隔離層一旦發生捲縮，則正極極層、負極極層係發生局部性的接觸，而導致電池內部發生局部的短路，但，隨著短路的發生而產生大量的熱能，蓄積於電池內部的熱能會快速地導致隔離層發生更嚴重的捲縮，進而使得電池自其內部引發全面性的短路，最終則是導致熱失控
為解決上述的問題，後續則係發展出在上述的隔離層表面上塗佈含有陶瓷材料的塗層，藉由陶瓷材料可耐較高溫度的特性，俾使塗敷有陶瓷塗層的隔離層可承受較高的操作溫度，不過由於隔離層的主體仍是以高分子材料所構成(例如：聚乙烯、聚丙烯...等)，在高溫操作一段時間後仍是會因為熱能蓄積在電池內部而導致隔離層中的高分子材料發生結構變化，俾使隔離層發生捲縮，隔離層一旦發生了捲縮的現象，則勢必伴隨著電池內部短路的問題，接著便會因為熱能的蓄積而導致更嚴重的短路與更大量的熱能產生，最終仍是導致熱失控。
有鑑於上述，本發明遂針對上述習知技術之缺失，提出一種電性絕緣器及其應用之電池，以有效克服上述之該等問題。
本發明之目的在提供一種電性絕緣器及其應用之電池，藉由電性絕緣器中的支撐區域以加強隔離區域在邊緣的結構強度，俾使電性絕緣器在高溫操作的環境下，不易發生捲縮的問題。
本發明之另一目的在提供一種電性絕緣器及其應用之電池，將支撐區域設置並覆蓋於隔離區域的周緣表面，並更可延伸至局部的側表面，藉此有效地解決隔離區域在周緣處容易發生破裂的問題，進而降低正、負極極層發生接觸而導致短路的機率。
本發明之再一目的在提供一種電性絕緣器及其應用之電池，藉由電性絕緣器中的支撐區域與電池的封裝結構彼此黏合，俾以簡化電池的組裝流程。
為達上述之目的，本發明係提供一種電性絕緣器，其係包含一隔離區域及一支撐區域，其中隔離區域具有二表面及一側表面，支撐區域設置並覆蓋至少一表面的周緣。
本發明尚提供另一種電池，其係包含二極層、一電性絕緣器及一封裝結構，封裝結構係封裝極層及電性絕緣器，其中隔離區域在正投影方向上係實質地設置於活性材料層之間並與之接觸，支撐區域在正投影方向上係實質地設置於活性材料層之間並至少局部與活性材料層接觸。
本發明尚提供另一種電池，其係包含二極層、一電性絕緣器及一膠框，膠框係黏合極層中的集電層與電性絕緣器中的支撐區域，俾以將極層中的活性材料層與電性絕緣層中的隔離區域密封於其中，其中隔離區域在正投影方向上係實質地設置於活性材料層之間並與之接觸，支撐區域在正投影方向上係實質地設置於活性材料層之間並至少局部與活性材料層接觸。
藉由本發明所揭露的電性絕緣器及其應用之電池，係可利用支撐區域以降低隔離區域的周緣因為高溫影響而發生捲縮，俾以降低正、負極極層發生直接接觸的機率，以達到有效避免電池內部短路的目的。
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。
1‧‧‧電性絕緣器
12‧‧‧隔離區域
14‧‧‧支撐區域
2‧‧‧電池
22‧‧‧極層
222‧‧‧活性材料層
224‧‧‧集電層
24‧‧‧極層
242‧‧‧活性材料層
244‧‧‧集電層
26‧‧‧封裝結構
28‧‧‧膠框
S1‧‧‧表面
S2‧‧‧表面
S3‧‧‧側表面
第1圖係為本發明之電性絕緣器的一實施態樣之結構示意。
第2圖係為本發明之電性絕緣器的一實施態樣之結構示意。
第3圖係為本發明之電性絕緣器的一實施態樣之結構示意。
第4圖係為本發明之電性絕緣器的一實施態樣之結構示意。
第5圖係為本發明之電性絕緣器的一實施態樣之結構示意。
第6圖係為本發明之電性絕緣器的一實施態樣之結構示意。
第7圖係為本發明之電池的一實施態樣之結構示意。
第8圖係為本發明之電池的一實施態樣之結構示意。
第9圖係為本發明之電池的一實施態樣之結構示意。
如第1圖至第6圖所示，其係分別表示本發明所揭露之電性絕緣器的六種實施態樣。所示之電性絕緣器1係包含一隔離區域12及一支撐區域14，其中隔離區域12具有二表面S1、S2及一側表面S3，支撐區域14則係設置並覆蓋於隔離區域12的至少一表面S1或S2的周緣。
在第1圖中係顯示支撐區域14設置並覆蓋於隔離區域12的其中一表面S1的周緣，但沒有延伸覆蓋於隔離區域12的側表面S3；在第2圖中係顯示支撐區域14設置並覆蓋於隔離區域12的其中一表面S1，並更延伸地覆蓋於隔離區域12的局部側表面S3；第3圖則係顯示支撐區域14設置並覆蓋於隔離區域12的其中一表面S1，並更延伸地覆蓋於隔離區域12的整個側表面S3。
接續，在第4圖中係顯示支撐區域14設置並覆蓋於隔離區域12的兩表面S1及S2的周緣，但沒有延伸覆蓋於隔離區域12的側表面S3；在第5圖中係顯示支撐區域14設置並覆蓋於隔離區域12的兩表面S1及S2，並更沿著其中一表面S1以延伸地覆蓋於隔離區域12的局部側表面3；第6圖則係顯示支撐區域14設置並覆蓋於隔離區域12的兩表面S1及S2，並更延伸地覆蓋於隔離區域12的整個側表面S3。
上述的實施態樣中，隔離區域12在結構上係可為多孔性的，且具有離子導通的能力；在實際的操作上，隔離區域12可製作為類似一種陶瓷隔離層、高分子隔離層或塗覆陶瓷塗層的高分子隔離層。支撐區域14 在結構上可為具有彈性的，且可有離子導通能力，但由於對於電性絕緣器1來說，主要的離子導通的範圍係主要在隔離區域12，因此支撐區域14若在特定的材料選取條件下，亦可由不具備離子導通能力的材料來製作；而支撐區域14的材料係可選自於高分子材料、矽膠材料、環氧樹脂材料、壓克力材料或上述材料之組合，另外，更可以添加不具有導電能力的支撐材料(圖未顯示)，例如陶瓷粒子、高分子粒子...等等，藉由支撐材料的使用以提供支撐區域14在結構上的強度。
請參照第7圖至第9圖所示，其係分別表示本發明所揭露之電池的三種實施態樣。
第7圖所揭露之電池2係包含二極層22及24、一電性絕緣器1及一封裝結構26，其中極層22及24係各自具有一活性材料層222及242、一集電層224及244，在正投影方向上，電性絕緣器1的隔離區域12設置於二活性材料層222及242之間，並同時與二活性材料層222及242均有接觸，支撐區14則是設置於二活性材料層222及242之間，並局部的支撐區域14係與二活性材料層222及242有接觸，亦即局部的支撐區域14係直接覆蓋於活性材料層222及242上，封裝結構26則是為獨立容器以容置極層22及24及電性絕緣器1，於此係以鋁箔封裝袋為例說明。於此所述之電池2係可為一種軟性包裝電池或可撓式電池。
另外，在第8圖與第9圖中所示之電池2係包含二極層22及24、一電性絕緣器1及一膠框28，類似於上述態樣，在正投影方向上，隔離區域12設置於二活性材料層222及242之間，並與二活性材料層222及242均有接觸，支撐區域14則是設置於二活性材料層222及242之間，並局部的支撐區域14係與二活性材料層222及242有接觸，亦即局部的支撐區域14係直接覆蓋於活性材料層222及242上，但不同的是，於此二態樣中所揭露的膠框28係黏合於集電層224及244與局部的支撐區域14之間，藉由膠框28、集電層224及244與部分的支撐區域14以將活性材料層222及242及隔離區域12完全密封於內部，俾以形成一個良好的封裝體。於此所述之電池2係可為一種軟性包裝電池或可撓式電池。
在上述的實施態樣中，所述的電性絕緣器(包含隔離區域與支撐區域)在正投影方向上的面積均以大於具有較大面積之極層的態樣來 說明，當然，在實際的情況下，電性絕緣器1的正投影面積僅需不小於較大面積之極層即可，然而在安全性的設計下，電池中具有較大面積的極層通常為負極極層，但本發明並未針對極層面積予以限制，僅強調電性絕緣器係至少完全覆蓋其中一極層，以一般的電池設計來說，則是電性絕緣器必須能夠完全覆蓋電池的負極極層。
詳細而言，更針對電性絕緣器中的隔離區域觀之，尤其是當隔離區域包含了陶瓷材料時，無論陶瓷區域是否為陶瓷隔離層或包含有陶瓷塗層的高分子隔離層，隔離區域在極層邊緣(更明確來說，應該是在活性材料層的邊緣)由於陶瓷材料易脆裂的特性，越靠近邊緣處則越容易發生破裂，因此在本發明中所揭露的隔離區域在正投影方向上的面積較佳的態樣係小於其中一活性材料層的正投影面積，於此所述之活性材料層則並不限制為正極活性材料層或負極活性材料層，其因在於隔離區域應盡可能完整地設置於活性材料層上方，以避免因為活性材料層邊緣產生的斷差結構而導致隔離區域發生破裂，然而為了彌補活性材料層無法完整地被隔離區域遮蓋，在隔離區域周緣至活性材料層邊緣的區域上，係對應地設置支撐區域以達到遮蔽活性材料層的目的外，相較於隔離區域，由於支撐區域具有較佳的結構彈性，更保護了隔離區域較容易發生脆裂的周緣。此外，根據不同的電池設計，所述的支撐區域可具有離子導通能力或不具有離子導通能力，舉例來說，可能影響支撐區域是否須具備離子導通能力的其中一個電池設計因素可能為正、負極的活性材料比例(與正、負極活性材料層對應的面積有關)。
另外，上述雖僅以特定的電性絕緣器為例說明，但並不以此限制本發明之範圍，亦即各種電性絕緣器都可應用在上述之電池。
綜上所述，本發明係藉由電性絕緣器中的隔離區域及支撐區域以隔離電池內部的活性材料層，尤其是隔離區域為包含陶瓷材料時，支撐區域更可同時提供阻隔活性材料層接觸與避免陶瓷隔離區域破裂的功能，如此係可達到避免內部短路的發生，俾以實現高陶瓷材料含量的陶瓷電池。
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 (21)

  1. 一種電池，其係包含：二極層，各該極層係具有一活性材料層及一集電層；一電性絕緣器，其係設置並接觸於該些活性材料層，以使其彼此電性絕緣，該電性絕緣器係包含：一隔離區域，具有二表面及一側表面，該隔離區域在正投影方向上係實質地設置於該些活性材料層之間並與之接觸；以及一支撐區域，設置並覆蓋至少一該表面的周緣，該支撐區域在正投影方向上係實質地設置於該些活性材料層之間並至少局部與該些活性材料層接觸且局部該支撐區域覆蓋於該些活性材料層上；以及一封裝結構，封裝該些極層及該電性絕緣器。
  2. 如請求項1所述之電池，其中該電性絕緣器在正投影方向上係至少完全覆蓋其中一該極層，該活性材料層係可為一正極極層或一負極極層。
  3. 如請求項1所述之電池，其中該隔離區域的正投影面積係不大於其中一該活性材料層的正投影面積，該活性材料層係可為一正極活性材料層或一負極活性材料層。
  4. 如請求項1所述之電池，其中該隔離區域更為一陶瓷隔離層。
  5. 如請求項1所述之電池，其中該隔離區域更為一高分子隔離層。
  6. 如請求項1所述之電池，其中該隔離區域更為一塗覆陶瓷塗層的高分子隔離層。
  7. 如請求項1所述之電池，其中該支撐區域更設置並覆蓋於一該表面的周緣及局部或全部的該側表面。
  8. 如請求項1所述之電池，其中該支撐區域更設置並覆蓋於二該表面的周緣。
  9. 如請求項1所述之電池，其中該支撐區域更設置並覆蓋於二該表面的周緣及局部或全部的該側表面。
  10. 如請求項1所述之電池，其中該封裝結構更為一獨立容器，以容置該些極層及該電性絕緣器。
  11. 如請求項1所述之電池，其係為軟性包裝電池或可撓式電池。
  12. 一種電池，其係包含：二極層，各該極層係具有一活性材料層及一集電層；一電性絕緣器，其係設置並接觸於該些活性材料層，以使其彼此電性絕緣，該電性絕緣器係包含：一隔離區域，具有二表面及一側表面，該隔離區域在正投影方向上係實質地設置於該些活性材料層之間並與之接觸；以及一支撐區域，設置並覆蓋至少一該表面的周緣，該支撐區域在正投影方向上係實質地設置於該些活性材料層之間並至少局部與該些活性材料層接觸且局部該支撐區域覆蓋於該些活性材料層上；以及一膠框，黏合於該些集電層與至少部分該支撐區域，密封該些活性材料層及該隔離區域。
  13. 如請求項12所述之電池，其中該電性絕緣器在正投影方向上係至少完全覆蓋其中一該活性材料層，該活性材料層係可為一正極活性材料層或一負極活性材料層。
  14. 如請求項12所述之電池，其中該隔離區域的正投影面積係不大於其中一該活性材料層的正投影面積，該活性材料層係可為一正極活性材料層或一負極活性材料層。
  15. 如請求項12所述之電池，其中該隔離區域更為一陶瓷隔離層。
  16. 如請求項12所述之電池，其中該隔離區域更為一高分子隔離層。
  17. 如請求項12所述之電池，其中該隔離區域更為一塗覆陶瓷塗層的高分子隔離層。
  18. 如請求項12所述之電池，其中該支撐區域更設置並覆蓋於一該表面的周緣及局部或全部的該側表面。
  19. 如請求項12所述之電池，其中該支撐區域更設置並覆蓋於二該表面的周緣。
  20. 如請求項12所述之電池，其中該支撐區域更設置並覆蓋於二該表面的周緣及局部或全部的該側表面。
  21. 如請求項12所述之電池，其係為軟性包裝電池或可撓式電池。
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