本发明涉及电化学技术领域，尤其是指一种可避免外部短路的电池结构。
背景技术
为因应人性科技需求，各种穿戴式电子装置相应而生，为使各种穿戴式电子装置更符合轻薄的趋势，电子装置内的空间分配成为一重要课题，而可设置在非平面的可挠曲式电池为此课题的解决策略之一。请参阅图1，其是目前可挠曲式固态锂电池的结构剖视图。如图所示，此种可挠曲式固态锂电池40主要包括一第一集电层42、一第二集电层44、一夹设于第一集电层42与第二集电层44间的胶框46，以形成一封围区域，此封围区域内依序容设有一第一活性材料层50、隔离层52与一第二活性材料层54，第一活性材料层50、隔离层52与第二活性材料层54构成电化学系统层56，且第一活性材料层50与第一集电层42接触，第二活性材料层54与第二集电层44接触。此可挠曲式固态锂电池40的特性在于整体可动态弯曲，但在弯曲过程中，却因为第一集电层42与第二集电层44的接触而发生外部短路。
有鉴于上述，本发明即针对上述现有技术的缺点，提出一种电池结构，以有效克服上述的这些问题。
技术实现要素：
本发明的主要目的在于提供一种电池结构，其在第一集电层与/或第二集电层中的至少一个的周缘设置有一绝缘层，以避免电池弯折时，第一集电层、第二集电层因接触而产生外部短路。
本发明的另一目的在于提供一种电池结构，其在第一集电层与/或第二集电层中的至少一个的周缘设置有一绝缘层，黏固第一集电层与第二集电层间的胶框还进一步包覆绝缘层，以避免电池弯折时，第一集电层、第二集电层因接触而产生外部短路。
本发明的又一目的在于提供一种电池结构，其在第一集电层与/或第二集电层中的至少一个的周缘设置有一绝缘层，夹设于第一集电层与第二集电层间的胶框是由多个胶体层组成，多个胶体层中的至少一个包覆绝缘层，以避免电池弯折时，第一集电层、第二集电层因接触而产生外部短路。
本发明的又一目的在于提供一种电池结构，夹设于第一集电层与第二集电层间的胶框是由一个或多个胶体层组成，此胶体层的外侧壁设置有一延伸至集电层的绝缘层，以避免电池弯折时，第一集电层、第二集电层因接触而产生外部短路。
为达上述的目的，本发明提供一种电池结构，其主要包括一第一集电层、一第二集电层、一黏固第一集电层与第二集电层的胶框，第一集电层、第二集电层与胶框形成一封围区域，此封围区域内容设一电化学系统层，其包括一第一活性材料层、一第二活性材料层与一设置于第一活性材料层与第二活性材料层间的隔离层，第一活性材料层与第一集电层接触，第二活性材料层与第二集电层接触，以及一设置于第一集电层与/或第二集电层的周缘的绝缘层，胶框包覆此绝缘层，以避免弯折后，第一集电层与第二集电层因接触产生外部短路。
本发明还提供另一种电池结构，其主要包括一第一集电层；一第二集电层；一胶框，其夹设于第一集电层与第二集电层间，以形成一封围区域，胶框包括一第一胶体层与一第二胶体层，第一胶体层与第一集电层黏接，第二胶体层与第二集电层黏接；一电化学系统层，其设置于封围区域内，电化学系统层包括一第一活性材料层、一第二活性材料层与设置于第一活性材料层与第二活性材料层之间的隔离层，第一活性材料层与第一集电层接触，第二活性材料层与第二集电层接触；以及至少一绝缘层，其设置于第一集电层与/或第二集电层的周缘。
本发明再提供另一种电池结构，其主要包括一第一集电层；一第二集电层；一胶框，其夹设于第一集电层与第二集电层之间，以形成一封围区域；以及一电化学系统层，其设置于封围区域内，此电化学系统层包括一第一活性材料层、一第二活性材料层与设置于第一活性材料层与第二活性材料层之间的隔离层，第一活性材料层与第一集电层接触，第二活性材料层与第二集电层接触；胶框的外侧壁表面设置有一绝缘层，绝缘层延伸至第一集电层与/或该第二集电层的周缘。
在本发明的一实施例中，上述的电池结构为可挠电池或软包电池。
其中，该胶框还包括一第三胶体层，该第三胶体层夹设于该第一胶体层与该第二胶体层之间。
其中，该第一胶体层与该第二胶体层相较于该第三胶体层的材质不同，接着性较佳。
其中，该电化学系统层在正投影方向上位于该第一集电层与该第二集电层之内。
其中，该第一活性材料层的正投影面积小于该第一集电层的正投影面积。
其中，该第二活性材料层的正投影面积小于该第二集电层的正投影面积。
其中，该周缘包括一侧表面及/或自该侧表面向上方及/或下方延伸的表面。
其中，该第一集电层与/或该第二集电层的外表面设有一保护层。
本发明的有益效果为：以避免电池弯折时，第一集电层、第二集电层因接触而产生外部短路。
附图说明
图1为目前可挠曲式固态锂电池的结构剖视图；
图2a至图2d为本发明的一实施例的结构示意图；
图3a至图3c为本发明的另一种实施例的结构示意图；
图4a至图4c为本发明的又一种实施例的结构示意图；
图5a至图5c为本发明的另一种实施例的结构示意图；
图6a至图6e为本发明的一实施例的结构示意图；
图7a至图7g为本发明的一实施例的结构示意图；
图8a至图8f为本发明的一实施例的结构示意图；
图9a至图9d为本发明的一实施例的结构示意图；
图10a至图10l为本发明的一实施例的结构示意图；
图11a至图11b为本发明的一实施例的结构示意图；
图12a至图12f为本发明的一实施例的结构示意图；
图13a至图13b为本发明的一实施例的结构示意图；
图14a至图14b为本发明的一实施例的结构示意图；
图15a至图15d为本发明的一实施例的结构示意图；
图16a至图16r为本发明的一实施例的结构示意图；
图17a至图17b为本发明的一实施例的结构示意图；
图18a至图18c为本发明的一实施例的结构示意图；
图19a至图19c为本发明的一实施例的结构示意图；
图20a至图20c为本发明的一实施例的结构示意图；
图21为本发明的一实施例的结构示意图。
附图标记说明
（现有技术）
40可挠曲式固态锂电池
42第一集电层
44第二集电层
46胶框
50第一活性材料层
52隔离层
54第二活性材料层
56电化学系统层
（本发明）
10可挠曲式固态锂电池
12第一集电层
14第二集电层
16胶框
161第一胶体层
162第二胶体层
163第三胶体层
20第一活性材料层
22隔离层
24第二活性材料层
26电化学系统层
28绝缘层
30保护层
a底面
b侧面
c顶面。
具体实施方式
底下借由具体实施例详加说明，当更容易了解本发明的目的、技术内容、特点及其所达成的功效。
本发明针对可挠曲式固态锂电池在弯折后第一集电层、第二集电层因为相互接触而产生外部短路的问题提出各种解决方法。下面说明所定义的周缘是包括侧表面及/或自侧表面向上方及/或下方延伸的表面。并且，本发明是针对可挠曲式固态锂电池的第一集电层、第二集电层因相互接触而产生外部短路的问题出提出解决的方法，因此可挠曲式固态锂电池的主要组件结构是承袭图1所示的内容与其说明，在下列的说明附图中仅以局部示意图进行相关技术特征解释，先在此说明。
方法一：胶框包覆绝缘层
如图2a所示，这种可避免外部短路问题的可挠曲式固态锂电池10主要包括一第一集电层12、一第二集电层14、一黏固第一集电层12与第二集电层14的胶框16，第一集电层12、第二集电层14与胶框16形成一封围区域。一电化学系统层26设置于封围区域内，电化学系统层26包括一第一活性材料层20、一第二活性材料层24与一设置于第一活性材料层20与第二活性材料层24间的隔离层22，第一活性材料层20与第一集电层12接触，第二活性材料层24与第二集电层14接触。至少一绝缘层28设置于第一集电层12与/或第二集电层14的周缘，并且，胶框16包覆绝缘层28。在这样的设计下，当此可挠曲式固态锂电池10弯曲时，绝缘层28的存在能避免第一集电层12与第二集电层14因接触产生外部短路的问题。上述的黏固一词意指黏接并使第一集电层12与第二集电层14以及胶框16三者间的位置固定。
在图2a中，胶框16将绝缘层28完全包覆于内，但也可以是胶框16包覆绝缘层28，并且两者在边际齐平，例如在侧面b或者底面a齐平，其各如图2b或图2c所示的状态。此外，绝缘层28还可自第一集电层12与/或第二集电层14的周缘延伸至表面，作为保护层使用，如图2d所示。
上述的胶框16（如图2a所示）与第一集电层12以及第二集电层14形成一封围区域，以容设电化学系统层26，因此在正投影方向上，完全容设于封围区域内的电化学系统层26将完全位于第一集电层12及/或第二集电层14的区域内，换言之，第一活性材料层20的正投影面积小于第一集电层12的正投影面积，第二活性材料层24的正投影面积小于第二集电层14的正投影面积。
另外，在其他的实施例中，所述的胶框16可以是局部地位于第一集电层12与第二集电层14的正投影区域内，举例来说，胶框16可以是突出于第一集电层12与第二集电层14的正投影区域，亦即，第一集电层12与第二集电层14在截面上具有相同长度时，则胶框16可突出于第一集电层12与第二集电层14之外（图未显示）。
请接续参阅图3a至图3c所示的胶框可以包括一第一胶体层161与一第二胶体层162，第一胶体层161与第一集电层12黏接，第二胶体层162与第二集电层14黏接，第一胶体层161与第二胶体层162在材料组成上可具有差异或者实质上相同，第一胶体层161与/或第二胶体层162包覆该绝缘层28。
举例来说，如图3a所示，第一胶体层161将绝缘层28完全包覆。也可以是第一胶体层161部分与绝缘层28的边际齐平，如图3b或图3c所示的结构。
并且，也可以是第二胶体层162将绝缘层28完全包覆于内，如图4a所示，但也可以是第二胶体层162部分与绝缘层28的边际齐平，如图4b或图4c所示的状态。
或者，第一胶体层161与第二胶体层162同时包覆绝缘层，此时，如先前状态一样，可区分为第一胶体层161与第二胶体层162同时完全包覆绝缘层28或第一胶体层161与第二胶体层162同时部分边际与绝缘层28齐平，各别如图5a、图5b与图5c所示状态。
此外，也可以在第一胶体层161完全包覆绝缘层28的前提下，第二胶体层162相对于第一胶体层161在不同的边际上采用齐平设计，如图6a与图6b所示。或者是第一胶体层161包覆绝缘层28，也可称为是非完全包覆，就是如图所示绝缘层28的部分边际显露于第一胶体层161外，第二胶体层162完全包覆第一胶体层161并延伸至绝缘层28显露于第一胶体层161的边际，如图6c与图6d所示。或者是第一胶体层161与第二胶体层162两者间部分边际齐平，如图6e所示。
请接续参阅图7a至图7g所示的胶框16可以还包括一第三胶体层163，第三胶体层163夹设于第一胶体层161与第二胶体层161之间。在这种情况下，可由此三层胶体层161、162、163相对于绝缘层28形成多种不同包覆结构形态，来避免第一集电层12与第二集电层14接触的情况。在这种情况下时，第一胶体层161与第二胶体层162相较于第三胶体层163是可依据各自接着的第一集电层12、第二集电层14进行材质上的调整，使第一胶体层161与第二胶体层162相较于第三胶体层163的材质不同，接着性较佳。
举例来说，第一胶体层161、第二胶体层162与第三胶体层163中的至少其中一个完全包覆绝缘层28，如图7a至图7g所示的结构。或者是第一胶体层161、第二胶体层162或第三胶体层163与绝缘层28在任一部分边际齐平，如图8a-图8f。举例来说，在图8a中，第一胶体层161与绝缘层28在侧边边际齐平。在图8b中，第一胶体层161与绝缘层28在底部边际齐平。
在第一胶体层161完全包覆绝缘层28的情况下，第二胶体层162及/或第三胶体层163包覆第一胶体层161，并与第一胶体层161在部分边际齐平，如图9a至图9d所示状态。
在另一实施例中，第一胶体层161采用与绝缘层28的部分边际齐平的方式包覆绝缘层28，同时第二胶体层162或第三胶体层163完全包覆第一胶体层161，或者还延伸包覆绝缘层28显露于第一胶体层161外的侧壁，更或者采用部分齐平的方式包覆第一胶体层161，如图10a至图10l所示状态。举例来说，在图10a至图10c中，第一胶体层161与绝缘层28在侧边边际齐平，第三胶体层163完全包覆第一胶体层161并延伸包覆绝缘层28显露于第一胶体层161外的侧壁，如图10a所示。或者采用部分第三胶体层163的侧边边际与第一胶体层161的侧边边际齐平的方式包覆第一胶体层161，如图10b所示。又或者采用部分第三胶体层163的底部边际与第一胶体层161的底部边际齐平的方式包覆第一胶体层161，如图10c所示。在图10d至图10f中，第一胶体层161与绝缘层28在底部边际齐平，而第三胶体层163相对于第一胶体层161的组件位置如同先前所述，在此将不再进行相关赘述。在图10g至图10l则是改为第一胶体层161、第二胶体层162与绝缘层28间的相对结构设置，因与前述近似，在此不再进行相关赘述。
另一实施例中，第三胶体层163完全包覆绝缘层28，同时第二胶体层162包覆第三胶体层163，并与第三胶体层163部分边际齐平，如图11a至图11b所示状态。
又一实施例中，第三胶体层163采用与绝缘层28的部分边际齐平的方式包覆绝缘层28，同时第二胶体层162完全包覆第三胶体层163，更或者采用一并延伸至包覆绝缘层28的方式，如图12a或图12e所示，或者第二胶体层162采用部分齐平于第三胶体层163的方式包覆第三胶体层163，如图12b至图12d、图12f所示状态。
又一实施例中，第一胶体层161与第三胶体层163依序完全包覆绝缘层28，也就是第一胶体层161完全包覆绝缘层28，第三胶体层163完全包覆于第一胶体层161的外周缘，借此完全包覆绝缘层28，而第二胶体层162采用部分齐平的方式包覆第三胶体层163，如图13a至图13b所示状态。
又一实施例中，第一胶体层161与第二胶体层162依序完全包覆绝缘层28，也就是第一胶体层161完全包覆绝缘层28，第三胶体层163采用部分齐平的方式包覆第一胶体层161，第二胶体层162完全包覆第一胶体层161与第三胶体层163的外周缘，借此完全包覆绝缘层28，如图14a至图14b所示状态。
又一实施例中，第一胶体层161完全包覆绝缘层28，第三胶体层163采用部分齐平的方式来包覆第一胶体层161，第二胶体层162采用与第一胶体层161或第三胶体层163部分齐平的方式来包覆第三胶体层163或第一胶体层161，如图15a至图15d所示状态。
另一实施例中，第一胶体层161采用部分齐平的方式包覆绝缘层28，第三胶体层163完全包覆第一胶体层或部分包覆，同时第二胶体层162如同先前所述可完全包覆第三胶体层163并进一步延伸至包覆绝缘层28侧边边际，或者第二胶体层162部分包覆第三胶体层163，如图16a至图16r所示状态。
方法二：集电层的周缘设置有绝缘层
如图17a所示，这种可避免外部短路问题的可挠曲式固态锂电池10主要包括一第一集电层12、一第二集电层14、一夹设于第一集电层12与第二集电层14间的胶框16，以形成一封围区域，此胶框16包括一第一胶体层161与第二胶体层162，第一胶体层161与第一集电层12黏接，第二胶体层162与第二集电层14黏接。一电化学系统层26设置于封围区域内，电化学系统层26包括一第一活性材料层20、一第二活性材料层24与一设置于第一活性材料层20与第二活性材料层24间的隔离层22，第一活性材料层20与第一集电层12接触，第二活性材料层24与第二集电层14接触。至少一绝缘层28设置于第一集电层12与/或第二集电层14的周缘。在这样的设计下，当此可挠曲式固态锂电池10弯曲时，能避免第一集电层12与第二集电层14因接触产生外部短路的问题。第一集电层12与第二集电层14在材料组成上可具有差异或实质上相同。
如图17b所示，上述的胶框16可以还包括一第三胶体层163，第三胶体层163夹设于第一胶体层161与第二胶体层162之间。以上所述的可挠曲式固态锂电池10，在正投影方向上，完全容设于封围区域内的电化学系统层26将完全位于第一集电层12及/或第二集电层14的区域内，换言之，第一活性材料层20的正投影面积小于第一集电层12的正投影面积，第二活性材料层24的正投影面积小于第二集电层14的正投影面积。
方法三：绝缘层设置于胶框的外侧壁且延伸至第一集电层与/或第二集电层周缘
如图18a至图18c所示的实施例，这种可避免外部短路问题的可挠曲式固态锂电池10主要包括一第一集电层12、一第二集电层14、一夹设于第一集电层12与第二集电层14间的胶框16，以形成一封围区域。一电化学系统层26设置于封围区域内，电化学系统层26包括一第一活性材料层20、一第二活性材料层24与一设置于第一活性材料层20与第二活性材料层24间的隔离层22，第一活性材料层20与第一集电层12接触，第二活性材料层24与第二集电层14接触。至少一绝缘层28设置于胶框16的外侧壁且延伸至第一集电层12与/或第二集电层14周缘。在这样的设计下，来避免可挠曲式固态锂电池10弯曲时第一集电层12与第二集电层14因接触产生外部短路的问题。
请参阅图18a，其为方法三的一实施例示意图。在此实施例中，绝缘层28是设置于胶框16的外侧壁且延伸至第一集电层12底面a。在图18b至图18c中，绝缘层28是还进一步延伸至第二集电层14的侧面b或者顶面c。
并且，上述的胶框16可以还包括一第一胶体层161与一第二胶体层162，第一胶体层161与第一集电层12黏接，第二胶体层162与第二集电层14黏接，第一胶体层161与第二胶体层162在材料组成上可具有差异或本质上相同。在胶框16是由第一胶体层161与第二胶体层162组构而成时，上述的实施例将可有图19a至图19c的状态。举例来说，在图19a中绝缘层28是主要设置于第一胶体层161的外侧壁，并且一端延伸至第一集电层12底面a，另一端延伸至第二胶体层162。在图19b至图19c中，绝缘层28是还进一步延伸至第二集电层14的侧面b或者顶面c。
上述的胶框16可以还包括一第三胶体层163，第三胶体层163夹设于第一胶体层161与第二胶体层162之间。在胶框16是由第一胶体层161/第三胶体层163/第二胶体层162依序组构而成时，上述的实施例将形成如图20a至图20c的状态。虽然在图20a中所绘制的实施例绝缘层28设置于第一胶体层161的外侧壁，并且一端延伸至第三胶体层163，但本领域技术人员当知也可以延伸至第二胶体层162。
在一般锂电池中，正极或负极由活性材料层涂布于集电层上后再经过切割、干燥工艺后制成，因此正极或负极的活性材料层的大小与集电层相同，而在安全因素的考虑下，正极活性材料层必须小于负极活性材料层的设计，也就是正极必须小于负极，所谓安全因素是由于锂离子嵌入至负极时，若负极的空间不足将导致锂晶枝大量地生成，进而导致锂晶枝穿刺隔离层而发生内部正、负极接触的短路问题。然而在本发明的上述所有实施例中，第一集电层12可以是正极集电层或者负极集电层，第二集电层14则相对应为负极集电层或正极集电层。换而言之，当第一集电层12为负极集电层时，第二集电层14为正极集电层，并无因为安全考虑下所需的集电层大小配置问题存在。此实施例是与现有的一般锂电池架构截然不同的。
并且，在上述所有的实施例中，可挠曲式固态锂电池10的第一集电层12与/或第二集电层14的外表面上可形成或设置有一保护层30，以保护或支撑第一集电层12与/或第二集电层14，如图21所示的结构。其中，保护层30设置于第二集电层14外表面的状态，并未显示于图中。
综上所述，本发明借由在第一集电层与第二集电层的至少一周缘设置有绝缘层，并搭配胶框结构的变化衍生出各种形态，来达到使可挠曲式固态锂电池在弯折后第一集电层、第二集电层能免于接触，进而避免第一集电层、第二集电层因碰触所产生的外部短路问题。
但以上所述，仅为本发明的较佳实施例而已，并非用来限定本发明的专利保护范围。故即凡依本发明权利要求书所述的特征及精神所作的均等变化或修饰，均应包括于本发明的专利保护范围内。