КОНСТРУКЦИЯ БАТАРЕИ Российский патент 2020 года по МПК H01M2/14 H01M10/52 

Область техники, к которой относится изобретение

Данное изобретение относится к конструкции батареи, в частности к литиевой батарее, имеющей конструкцию защитной изоляции.

Описание предшествующего уровня техники

Портативные электронные продукты используются в различных отраслях, таких как здравоохранение, развлечения и так далее. Портативные электронные продукты в этих отраслях должны быть легкими, переносными и универсальными. Батареи, используемые в этих электронных продуктах, должны быть спроектированы в соответствии с внешним видом портативного электронного продукта, в частности, с размером внешней упаковки, формой и тому подобное. Поэтому гибкость гибких батарей играет важную роль. Фигура 1 представляет собой вид в поперечном разрезе обычной гибкой литиевой батареи. Как показано на фигуре 1, гибкая литиевая батарея 10 в основном включает верхний токоприемный слой 12, нижний токоприемный слой 14 и внешний корпус 16, расположенный между верхним токоприемным слоем 12 и нижним токоприемным слоем 14. Верхний токоприемный слой 12, нижний токоприемный слой 14 и внешний корпус 16 образуют замкнутое пространство 18. Первый слой активного материала 20, разделительный слой 22 и второй слой активного материала 24 предусмотрены в этом замкнутом пространстве 18 в таком порядке, чтобы сформировать слой электрохимической системы. Первый слой активного материала 20 находится в контакте с верхним токоприемным слоем 12, а второй слой активного материала 24 находится в контакте с нижним токоприемным слоем 14. Характерной особенностью гибкой литиевой батареи 10 является то, что всю систему можно динамически изгибать.

Кроме того, в конструктивном исполнении литиевой батареи площадь горизонтальной плоскости катода должна быть меньше площади горизонтальной плоскости анода, чтобы избежать чрезмерного осаждения лития с образованием литиевых дендритов, когда концентрация ионов лития между катодом и анодом превышает допустимые пределы. Литиевые дендриты проникают сквозь изолирующий слой, вызывая короткое замыкание батареи. Способ решения вышеуказанной проблемы заключается в контроле площади горизонтальной плоскости катода и анода.

Данное изобретение предлагает конструкцию батареи, которая позволяет решить вышеупомянутые проблемы предшествующего уровня техники.

СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Основная цель данного изобретения состоит в том, чтобы предложить конструкцию батареи, в которой используется первая пластиковая рамка для покрытия части площади разделительного слоя, которая соответствует первому слою активного материала и второму слою активного материала, что позволит поддерживать соотношение площади анода и катода в литиевых батареях и уменьшит вероятность и степень образования литиевых дендритов.

Для достижения вышеупомянутых целей данное изобретение предлагает конструкцию батареи. Конструкция батареи включает в себя первый токоприемный слой, первый слой активного материала, разделительный слой, первую пластиковую рамку, второй слой активного материала и второй токоприемный слой. Первый слой активного материала расположен на первом токоприемном слое. Разделительный слой расположен на первом слое активного материала и полностью покрывает верхнюю поверхность первого слоя активного материала. Первая пластиковая рамка расположена на боковой стенке разделительного слоя, а верхняя часть первой пластиковой рамки имеет выступающую часть, которая проходит к верхней поверхности разделительного слоя. Второй слой активного материала расположен на разделительном слое и выступающей части и изолирован от первого слоя активного материала посредством разделительного слоя и выступающей части. Второй токоприемный слой расположен на втором слое активного материала.

Ниже варианты осуществления подробно описаны в сочетании с чертежами, позволяющими легко понять техническое содержание, характеристики и достоинства данного изобретения.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

Фиг. 1 иллюстрирует вид в разрезе обычной гибкой батареи.

Фиг. 2 представляет собой схематическое изображение частичного вида поперечного сечения конструкции батареи в соответствии с данным изобретением;

Фиг. 3 – еще одно схематическое изображение частичного вида поперечного сечения конструкции батареи в соответствии с данным изобретением;

На Фиг. 4 схематично показано поперечное сечение конструкции батареи в соответствии с данным изобретением;

Фиг. 5 – схематическое изображение поперечного сечения конструкции батареи в соответствии с данным изобретением;

На Фиг. 6 схематично показано поперечное сечение конструкции батареи в соответствии с данным изобретением;

Фиг. 7 – еще одно схематическое изображение частичного вида поперечного сечения конструкции батареи в соответствии с данным изобретением;

и Фиг. 8 – еще одно схематическое изображение частичного вида поперечного сечения конструкции батареи в соответствии с данным изобретением.

ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Далее ссылаемся на Фиг. 2, представляющую собой частичный вид поперечного сечения конструкции батареи в соответствии с данным изобретением. Литиевая батарея 30 включает первый токоприемный слой 32, первый слой активного материала 34, разделительный слой 36 и пластиковую рамку 38. Первый слой активного материала 34 расположен на первом токоприемном слое 32. Площадь горизонтальной плоскости первого слоя активного материала 34 меньше, чем у первого токоприемного слоя 32, так что часть первого токоприемного слоя 32 выступает снаружи первого слоя активного материала 34. Разделительный слой 36 расположен на первом слое активного материала 34 и полностью покрывает верхнюю поверхность первого слоя активного материала 34. Пластиковая рамка 38 расположена на боковой стенке разделительного слоя 36 и проходит к верхней поверхности разделительного слоя 36, образуя выступающую часть 381. Угол разделительного слоя 36, который не контактирует с первым слоем активного материала 34, закрыт пластиковой рамкой 38.

Кроме того, часть пластиковой рамки 38, покрывающая боковую стенку разделительного слоя 36, далее проходит к боковой стенке первого слоя активного материала 34. Например, часть пластиковой рамки 38, которая покрывает боковые стенки разделительного слоя 36, проходит вниз, чтобы полностью покрыть боковые стенки первого слоя активного материала 34, как показано на Фиг. 3.

Как показано на Фиг. 4, конструкция батареи в соответствии с данным изобретением дополнительно включает второй слой активного материала 40, второй токоприемный слой 42 и вторую пластиковую рамку 46. Второй слой активного материала 40 расположен на поверхности разделительного слоя 36 и выступающей части 381. Второй слой активного материала 40 изолирован от первого слоя активного материала 34 с помощью разделительного слоя 36 и выступающей части 381. Второй токоприемный слой 42 расположен на втором слое активного материала 40. Верх второй пластиковой рамки 46 расположен под вторым токоприемным слоем 42 и охватывает боковые части второго слоя активного материала 40. Нижняя часть второй пластиковой рамки 46 соединена с первой пластиковой рамкой 38, а конкретнее – нижняя часть второй пластиковой рамки 46 непосредственно контактирует с выступающей частью 381 первой пластиковой рамки 38.

В обычной конструкции батареи соотношение анода к катоду для уменьшения вероятности и степени образования дендритов лития регулируется с помощью химического рецепта, площади или плотности покрытия электрода. Однако в дополнение к вышеупомянутым решениям в данном изобретении используются выступающие части 381, скрывающие первый слой активного материала, для управления соотношением анода к катоду и для обеспечения безопасности и электрических характеристик.

В дополнение к вышеупомянутому, выступающая часть 381 первой пластиковой рамки 38 проходит к краю верхней поверхности разделительного слоя 36, что улучшает структурную стабильность литиевой батареи 30. Например, в гибкой батарее разделительный слой 36 обычно искривляется или деформируется после нескольких изгибов и даже может вызвать внутреннее короткое замыкание. Однако контакт между разделительным слоем 36 и первым слоем активного материала 34 или разделительным слоем 36 и вторым слоем активного материала 40 может эффективно поддерживаться, и деформация края разделительного слоя 36 может быть предотвращена, когда выступающая часть 381 проходит к краю верхней поверхности разделительного слоя 36 независимо от полимерного разделительного слоя, полимерного разделительного слоя со специальным покрытием или керамического разделительного слоя. Выступающая часть 381 эффективно повышает структурную прочность края разделительного слоя 36, особенно при использовании керамического разделительного слоя.

Более того, в вышеупомянутой конструкции выступающая часть 381 первой пластиковой рамки и разделительный слой 36 образуют новую отдельную гибридную структуру, которая изолирует первый слой активного материала 34 от второго слоя активного материала 40. Кроме того, первый токоприемный слой 32 или второй токоприемный слой 42 могут быть проводящей поверхностью печатной платы.

В дополнение, внешняя поверхность первого токоприемного слоя 32 и/или второго токоприемного слоя 42 дополнительно имеют/ет защитный слой 50. Защитный слой 50 может предотвратить контакт между внешней средой и первым токоприемным слоем 32 и/или вторым токоприемным слоем 42. Защитный слой 50 может защитить первый токоприемный слой 32 и/или второй токоприемный слой 42 от разрыва во время изгиба литиевой батареи 30.

Далее ссылаемся на Фиг. 5, на которой литиевая батарея 30 упакована в кожух из алюминиевой фольги 44, причем кожух из алюминиевой фольги 44 может предотвратить утечку электролита и препятствует попаданию внутрь батареи влаги и кислорода из окружающей среды.

Далее ссылаемся на Фиг. 6, которая иллюстрирует другую конструкцию батареи в соответствии с данным изобретением. Литиевая батарея 30 дополнительно включает третью пластиковую рамку 48, нижняя часть второй пластиковой рамки 46 соединена с верхней частью третьей пластиковой рамки 48, нижняя часть третьей пластиковой рамки 48 соединена с верхней частью первой пластиковой рамки 38. Первая пластиковая рамка 38 и вторая пластиковая рамка 46 имеют лучшую гетерогенную поверхностную адгезию, чем третья пластиковая рамка 48, а третья пластиковая рамка 48 имеет лучшую однородную поверхностную адгезию среди первой пластиковой рамки 38, второй пластиковой рамки 46 и третьей пластиковой рамки 48. Третья пластиковая рамка 48 плотно соединяет первую пластиковую рамку 38 и вторую пластиковую рамку 46.

Кроме того, первая пластиковая рамка 38, вторая пластиковая рамка 46, третья пластиковая рамка 48 и защитный слой 50 могут дополнительно покрывать край первого токоприемного слоя 32 и второго токоприемного слоя 42. Вероятность короткого замыкания, вызванного контактом первого токоприемного слоя 32 и второго токоприемного слоя 42 во время изгиба литиевой батареи 30, может быть уменьшена за счет изоляционных характеристик первой пластиковой рамки 38, второй пластиковой рамки 46, третьей пластиковой рамки 48 и защитного слоя 50. Защитный слой 50 может покрывать край первого токоприемного слоя 32 и второго токоприемного слоя 42 в различных конструкциях в зависимости от конструкции батареи или требований процесса. Защитный слой 50 может быть однослойным и многослойным покрытием.

Далее ссылаемся на Фиг. 7, которая является еще одним частичным схематическим видом конструкции батареи в соответствии с данным изобретением. Разница между Фиг. 7 и Фиг. 2 состоит в том, что разделительный слой дополнительно проходит к боковой стенке первого слоя активного материала.

Далее ссылаемся на Фиг. 8, которая является еще одним частичным схематическим видом конструкции батареи в соответствии с данным изобретением. Разница между Фиг. 8 и Фиг. 3 состоит в том, что разделительный слой дополнительно проходит к боковой стенке первого слоя активного материала.

Материалы первой пластиковой рамки 38, второй пластиковой рамки 46, третьей пластиковой рамки 48 и защитного слоя 50 выбираются из электроизоляционных полимеров, таких как полиимид, эпоксидная смола, акриловая смола и силикон. Материалы разделительного слоя 36 выбираются из полимерных, керамических, стеклокерамических или стекловолокнистых материалов. Первый слой активного материала 34, второй слой активного материала 40 и разделительный слой 36 поглощают электролит. Электролитом может служить жидкий электролит, электролит гелевого типа или твердотельный электролит.

Таким образом, соотношение анода к катоду литиевой батареи эффективно контролируется выступающей частью первой пластиковой рамки, что позволяет уменьшить вероятность и степень образования дендритов лития.

Варианты осуществления, описанные выше, предназначены только для иллюстрации данного изобретения, но не для ограничения его объема. Следовательно, любая эквивалентная модификация или изменение в соответствии с формами, структурами, свойствами или сущностью, раскрытыми в данном изобретении, также должны быть включены в объем данного изобретения.

Изобретение относится к области электротехники, а именно к конструкции плоской и гибкой литиевой батареи, которая может быть использована в портативных электронных устройствах. Конструкция батареи включает в себя первый токоприемный слой, первый слой активного материала, разделительный слой, первую пластиковую рамку, второй слой активного материала и второй токоприемный слой, при этом первый слой активного материала расположен на первом токоприёмном слое, разделительный слой расположен на первом слое активного материала и полностью покрывает верхнюю поверхность первого слоя активного материала, первая пластиковая рамка расположена на боковой стенке разделительного слоя, а верхняя часть первой пластиковой рамки имеет выступающую часть, которая проходит к верхней поверхности разделительного слоя. Кроме того, второй слой активного материала расположен на разделительном слое и выступающей части, при этом второй слой активного материала изолирован от первого слоя активного материала разделительным слоем и выступающей частью первой пластикой рамки, второй токоприемный слой расположен на втором слое активного материала. Снижение степени образования дендритов лития, а также поддержание безопасности и стабильности электрических характеристик батареи является техническим результатом изобретения. 15 з.п. ф-лы, 8 ил.

1. Конструкция батареи, включающая:

первый токоприемный слой;

первый слой активного материала, расположенный на первом токоприемном слое;

разделительный слой, расположенный на первом слое активного материала, разделительный слой полностью покрывает верхнюю поверхность первого слоя активного материала;

первую пластиковую рамку, расположенную на боковой стенке разделительного слоя, первая пластиковая рамка имеет выступающую часть, выступающая часть проходит к краю верхней поверхности разделительного слоя;

второй слой активного материала, расположенный на разделительном слое и выступающей части, изолированный от первого слоя активного материала посредством разделительного слоя и выступающей части, а также

второй токоприемный слой, расположенный на втором слое активного материала.

2. Конструкция батареи по п. 1, в которой части первой пластиковой рамки, покрывающей боковую стенку разделительного слоя, дополнительно проходят к боковой стенке первого слоя активного материала.

3. Конструкция батареи по п. 2, в которой площадь горизонтальной плоскости первого слоя активного материала меньше, чем площадь горизонтальной плоскости первого токоприемного слоя, чтобы открыть части первого токоприемного слоя.

4. Конструкция батареи по п. 3, в которой нижняя часть первой пластиковой рамки присоединена к первому токоприемному слою, выступающему от первого слоя активного материала, и первая пластиковая рамка охватывает боковую стенку разделительного слоя и первого слоя активного материала.

5. Конструкция батареи по п. 1, которая дополнительно включает вторую пластиковую рамку, верх второй пластиковой рамки соединен со вторым токоприемным слоем, и вторая пластиковая рамка охватывает боковые части второго слоя активного материала, и нижняя часть второй пластиковой рамки соединена с первой пластиковой рамкой.

6. Конструкция батареи по п. 1, которая дополнительно включает вторую пластиковую рамку и третью пластиковую рамку, вторая пластиковая рамка охватывает боковые части второго токоприемного слоя, нижняя часть второй пластиковой рамки соединена с верхней частью третьей пластиковой рамки, а нижняя часть третьей пластиковой рамки соединена с верхней частью первой пластиковой рамки.

7. Конструкция батареи по п. 6, в которой первая пластиковая рамка и вторая пластиковая рамка имеют лучшую гетерогенную поверхностную адгезию, чем третья пластиковая рамка, а третья пластиковая рамка имеет лучшую однородную поверхностную адгезию среди первой пластиковой рамки, второй пластиковой рамки и третьей пластиковой рамки.

8. Конструкция батареи по п. 1, в которой первый токоприемный слой или второй токоприемный слой является проводящей поверхностью печатной платы.

9. Конструкция батареи по п. 1, в которой материалы первой пластиковой рамки выбираются из полиимида, эпоксидной смолы, акриловой смолы или силикона.

10. Конструкция батареи по п. 5, в которой материалы первой пластиковой рамки и второй пластиковой рамки выбираются из полиимида, эпоксидной смолы, акриловой смолы или силикона.

11. Конструкция батареи по п. 6, в которой материалы первой пластиковой рамки, второй пластиковой рамки и третьей пластиковой рамки выбираются из полиимида, эпоксидной смолы, акриловой смолы или силикона.

12. Конструкция батареи по п. 1, в которой материалы разделительного слоя выбираются из полимерных, керамических, стеклокерамических или стекловолокнистых материалов.

13. Конструкция батареи по п. 1, в которой первый слой активного материала, второй слой активного материала и разделительный слой поглощают электролит, а электролитом является жидкий электролит, электролит гелевого типа или твердотельный электролит.

14. Конструкция батареи по п. 1, которая дополнительно включает кожух из алюминиевой фольги для размещения и охвата батареи.

15. Конструкция батареи по п. 1, в которой внешняя поверхность первого токоприемного слоя и второго токоприемного слоя дополнительно имеет защитный слой.

16. Конструкция батареи по п. 15, в которой материалы защитного слоя выбираются из полиимида, эпоксидной смолы, акриловой смолы или силикона.