电池结构的制作方法

本发明涉及一种电池结构，特别是指一种电池结构，具有避免外部短路的功效。

背景技术

在人性科技需求下，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带来解决策略之一。请参阅图1，其为目前可挠曲式固态锂电池的结构剖视图。如图所示，这种电池结构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，此封围区域内容依序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。

有鉴于上述问题，本发明遂针对上述现有技术的缺陷，提出一种电池结构，以有效克服上述的问题。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种电池结构，其通过上集电层与下集电层在长度上有差异，且其第一集电层或第二集电层的至少一者的周缘为电性绝缘，以避免电池弯折时，第一、第二集电层因接触而产生外部短路。

为达到上述的目的，本发明提供一种电池结构，此电池主要包括一第一集电层、在正投影方向上小于第一集电层的一第二集电层、一夹设于第一集电层与第二集电层间的胶框，并在正投影方向上至少部分的胶框与第一集电层、第二集电层重叠，使胶框、第一集电层及第二集电层共同形成一封围区域，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，在第一集电层与第二集电层的至少其中之一的周缘设有一绝缘层，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。

其中，该胶框包覆至少部分该绝缘层。

其中，该胶框包括一第一胶体层与一第二胶体层，该第一胶体层与该第一集电层黏接，该第二胶体层与该第二集电层黏接。

其中，至少部分该绝缘层被该第一胶体层与该第二胶体层的至少其中之一包覆。

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，至少部分该绝缘层被该第一胶体层、该第二胶体层与该第三胶体层的至少其中之一包覆。

其中，该电化学系统层在正投影方向上位于该第二集电层之内。

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，在正投影方向上该第一集电层与该第二集电层的尺寸相差值为d，且该胶框的高度为t，则d不大于t。

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，该绝缘层为单独结构及/或为该胶框的一部分及/或通过表面处理为电性绝缘的结构。

其中，还包括一保护层，其设置于该第一集电层与该第二集电层的至少其中之一的外表面。

其中，该保护层为单独结构及/或为该绝缘层的一部分。

其中，其为可挠电池。

为达到上述的目的，本发明提供另一种电池结构，此电池主要包括一第一集电层、在正投影方向上小于第一集电层的一第二集电层、一夹设于第一集电层与第二集电层间的胶框，并在正投影方向上至少部分的胶框与第一集电层、第二集电层重叠，使胶框、第一集电层及第二集电层共同形成一封围区域，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，在第一集电层与第二集电层的至少其中之一的周缘设有一绝缘层，且至少部分的绝缘层被胶框包覆，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。

其中，该胶框包括一第一胶体层与一第二胶体层，该第一胶体层与该第一集电层黏接，该第二胶体层与该第二集电层黏接。

其中，至少部分该绝缘层被该第一胶体层与该第二胶体层的至少其中之一包覆。

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，至少部分该绝缘层被该第一胶体层、该第二胶体层与该第三胶体层的至少其中之一包覆。

其中，该电化学系统层在正投影方向上位于该第二集电层之内。

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，在正投影方向上该第一集电层与该第二集电层的尺寸相差值为d，且该胶框的高度为t，则d不大于t。

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，该绝缘层为单独结构及/或为该胶框的一部分及/或通过表面处理为电性绝缘的结构。

其中，还包括一保护层，其设置于该第一集电层与该第二集电层的至少其中之一的外表面。

其中，该保护层为单独结构及/或为该绝缘层的一部分。

其中，其为可挠电池。

为达到上述的目的，本发明提供一种电池结构，此电池主要包括一第一集电层、在正投影方向上小于第一集电层的一第二集电层、一夹设于第一集电层与第二集电层间的胶框，并在正投影方向上至少部分的胶框与第一集电层、第二集电层重叠，使胶框、第一集电层及第二集电层共同形成一封围区域，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，在第一集电层与第二集电层的至少其中之一的周缘设有一绝缘层，且绝缘层包覆至少部分的胶框，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。

其中，该胶框包括一第一胶体层与一第二胶体层，该第一胶体层与该第一集电层黏接，该第二胶体层与该第二集电层黏接。

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，该电化学系统层在正投影方向上位于该第二集电层之内。

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，在正投影方向上该第一集电层与该第二集电层的尺寸相差值为d，且该胶框的高度为t，则d不大于t。

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，该绝缘层为单独结构及/或为该胶框的一部分及/或通过表面处理为电性绝缘的结构。

其中，还包括一保护层，其设置于该第一集电层与该第二集电层的至少其中之一的外表面。

其中，该保护层为单独结构及/或为该绝缘层的一部分。

其中，其为可挠电池。

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~图2d为本发明的第一实施例的结构示意图。

图3a~图3c为本发明的第二实施例的结构示意图。

图4a~图4o为本发明的第二实施例的结构示意图。

图5a-1~图5a-9为本发明的第二实施例的结构示意图。

图5b-1~图5b-27为本发明的第二实施例的结构的示意图。

图5c-1~图5c-27为本发明的第二实施例的结构的示意图。

图6a~图6i为本发明的第三实施例的结构示意图。

附图标记说明

10、40电池结构

12、42第一集电层

14、44第二集电层

16、46胶框

161第一胶体层

162第二胶体层

163第三胶体层

20、50第一活性材料层

22、52隔离层

24、54第二活性材料层

26、56电化学系统层

28绝缘层

30保护层

t高度

d尺寸相差值。

具体实施方式

底下通过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于弯折后第一、第二集电层因为相互接触而产生外部短路的问题提出解决方法。

请参阅图2a，其为本发明的第一实施例的结构示意图。如图所示，这种电池结构10主要包括一第一集电层12、在正投影方向上小于第一集电层12的一第二集电层14、一夹设于第一集电层12与第二集电层14间的胶框16，其中胶框16在正投影方向上至少部分与第一集电层12、第二集电层14重叠，以通过第一集电层12、第二集电层14及胶框16共同形成一封围区域，此封围区域内容设一电化学系统层26，此电化学系统层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，在第一集电层12与第二集电层14的至少其中之一的周缘设有一绝缘层28，通过第一集电层12与第二集电层14在正投影方向上长度的差异，以及绝缘层的设置，以避免第一集电层12与第二集电层14在弯折时接触而产生外部短路。此处所定义的周缘是包括一侧表面及/或自该侧表面向上方及/或下方延伸的表面。其中绝缘层28为单独结构及/或为胶框16的一部分，及/或通过表面处理为电性绝缘的结构。

另外，如图2b所示，此电池结构的胶框16包括第一胶体层161及第二胶体层162，且第一胶体层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。并且，更可如图2c所示，此电池结构的胶框16还包括第一胶体层161、第二胶体层162及第三胶体层163，且第三胶体层163夹设于第一胶体层161与第二胶体层162之间。

请同时参阅图3a、图3b、图3c，其为本发明的第二实施例的第一结构示意图。如图所示，这种电池结构主要包括一第一集电层12、在正投影方向上小于第一集电层12的一第二集电层14、一夹设于第一集电层12与第二集电层14间的胶框16，其中胶框16在正投影方向上至少部分与第一集电层12、第二集电层14重叠，以通过第一集电层12、第二集电层14及胶框16共同形成一封围区域，此封围区域内容设一电化学系统层26，此电化学系统层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，在第一集电层12与第二集电层14的至少其中之一的周缘设有绝缘层28，且至少部分绝缘层28被胶框16包覆，通过第一集电层12与第二集电层14在正投影方向上长度的差异，以及绝缘层的设置，以避免第一集电层12与第二集电层14在弯折时接触而产生外部短路。此处所定义的周缘是包括一侧表面及/或自该侧表面向上方及/或下方延伸的表面。其中绝缘层28为单独结构及/或为胶框16的一部分，及/或通过表面处理为电性绝缘的结构。

另外，此电池结构的胶框16可包括第一胶体层161及一第二胶体层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，且第一胶体层161与第二胶体层162的至少其中之一包覆至少部分的绝缘层28，也就是说，可以如图4d、图4e及图4f所示，至少部分的绝缘层28被第一胶体层161包覆，或如图4a、图4b及图4c所示，至少部分的绝缘层28被第二胶体层162包覆，再或如图4g至图4o所示，至少部分的绝缘层28被第一胶体层161及第二胶体层162包覆。

并且，此电池结构的胶框16还包括第一胶体层161、第二胶体层162及第三胶体层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，且第一胶体层161、第二胶体层162及第三胶体层163的至少其中之一包覆至少部分的绝缘层28。也就是说，在绝缘层28仅被第一胶体层161、第二胶体层162及第三胶体层163的三者之一包覆的情况下，可以如图5a-1、图5a-2及图5a-3所示，至少部分的绝缘层28被第二胶体层162包覆，或如图5a-4、图5a-5及图5a-6所示，至少部分的绝缘层28被第三胶体层163包覆，再或如图5a-7、图5a-8及图5a-9所示，至少部分的绝缘层28被第一胶体层161包覆；在绝缘层28同时被第一胶体层161、第二胶体层162及第三胶体层163的三者中的两个包覆的情况下，可以如图5b-1至图5b-9所示，至少部分的绝缘层28被第二胶体层162及第三胶体层163包覆，或如图5b-10至图5b-18所示，至少部分的绝缘层28被第一胶体层161及第三胶体层163包覆，再或如图5b-19至图5b-27所示，至少部分的绝缘层28被第一胶体层161及第二胶体层162包覆；在绝缘层28被第一胶体层161、第二胶体层162及第三胶体层163的三者同时包覆的情况下，可以如图5c-1至图5c-27所示，依第一胶体层161、第二胶体层162及第三胶体层163对绝缘层28包覆的情形不同而变化。

请同时参阅图6a、图6b及图6c，其为本发明的第三实施例的结构示意图。如图所示，这种电池结构主要包括一第一集电层12、在正投影方向上小于第一集电层12的一第二集电层14、一夹设于第一集电层12与第二集电层14间的胶框16，其中胶框16在正投影方向上至少部分与第一集电层12、第二集电层14重叠，以通过第一集电层12、第二集电层14及胶框16共同形成一封围区域，此封围区域内容设一电化学系统层26，此电化学系统层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，在第一集电层12与第二集电层14的至少其中之一的周缘设有绝缘层28，且绝缘层28包覆至少部分胶框16，通过第一集电层12与第二集电层14在正投影方向上长度的差异，以及绝缘层的设置，以避免第一集电层12与第二集电层14在弯折时接触而产生外部短路。此处所定义的周缘是包括一侧表面及/或自该侧表面向上方及/或下方延伸的表面。其中绝缘层28为单独结构及/或为胶框16的一部分，及/或通过表面处理为电性绝缘的结构。

另外，请同时参阅图6d、图6e及图6f，如图所示，此电池结构的胶框16可包括第一胶体层161及第二胶体层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。并且，请同时参阅图6g、图6h及图6i，如图所示，此电池结构的胶框16还可包括第一胶体层161、第二胶体层162及第三胶体层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。

并且，以上所有实施例中，电池结构10还可包括有保护层30，请再次参阅图2a，保护层30设置于第一集电层12与第二集电层14的至少其中之一的外表面，以第一集电层12为例，保护层30设置于相对于第一活性材料层20的另一表面，其中保护层30为单独结构及/或如图2d，保护层30为绝缘层28的一部分。

并且，以上所述所有实施例的结构中，绝缘层与胶框之间的包覆情形可随需求变化，例如在电池结构当中可以同时存在第一实施例的绝缘层在第一集电层的周缘、第二实施例的至少部分绝缘层被胶框包覆的情形，当然也存在三种实施例同时存在于同一电池结构的情形。在本发明中存在保护层的情况下，可保护集电层的结构，避免集电层的金属表面发生氧化，或受到撞击而发生破裂等情形。

本发明所述的电池结构，因胶框的上端面与第一集电层黏着，胶框的下端面与第二集电层黏着，因此完全容设于封围区域内的电化学系统层在正投影方向上将呈现完全位于第一集电层与/或第二集电层的区域内，也就是说，第一活性材料层的正投影面积小于第一集电层的正投影面积，第二活性材料层的正投影面积小于第二集电层的正投影面积。

另外，在正投影方向上观之，所述的胶框可以完全或局部地位于第一集电层与第二集电层的正投影区域内，也即，当胶框完全位于第一集电层与第二集电层的正投影区域内时，若第一集电层与第二集电层在截面上具有相同长度时，则胶框完全不会突出于第一集电层与第二集电层之外，若第一集电层与第二集电层在截面上呈现不同长度时，则胶框位于第一集电层与第二集电层交集的正投影区域内，若当胶框局部地位于第一集电层与第二集电层的正投影区域内时，则表示无论第一集电层与第二集电层是否在截面上具有相同的长度与否，局部的胶框都是呈现出突出于第一集电层与第二集电层之外。

请参照图2a，在正投影方向上该第一集电层与该第二集电层的尺寸相差值为d，且该胶框的高度为t，则d不大于t。d必须不大于t的原因在于，弯折后的d因为还有集电层本身的厚度，故在d=t的状况下，纵使弯折90度也不会接触到另一片集电层。

基于一般锂电池中，活性材料层涂布于集电层上后再经过切割、干燥制程后形成所谓的正极或负极，因此正极或负极的活性材料层的大小与集电层相同，基于安全因素的考虑下，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，所谓安全因素是因为锂离子嵌入至负极时若负极的空间不足会导致锂枝晶大量地生成，则导致锂枝晶穿刺隔离层而发生内部正、负极接触的短路问题。在本发明中的锂电池架构下，集电层大小与上述正、负极面积大小无关联，换言之，本发明先前所述的较小的集电层也可以是负极的集电层，较大的集电层也可以是正极的集电层，本发明的集电层有大小的分是为了避免外部集电层接触的短路问题。鉴此，请在参阅图2a，在此图中的第一集电层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。也就是说，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，此实施例是与现有的一般锂电池架构截然不同的。

综上所述，本发明通过在正投影方向上非等长度设计的第一、第二集电层，以及在第一集电层与第二集电层的至少其中之一的周缘设置绝缘层，来使可挠曲式固态锂电池于弯折后第一、第二集电层能免于接触，进而避免因第一、第二集电层碰触所产生的外部短路问题。

但以上所述的，仅为本发明的较佳实施例而已，并非用来限定本发明实施的范围。故即凡依本发明权利要求书所述的特征及精神所为的均等变化或修饰，均应包括于本发明的保护范围内。