CN107946517A - 电性绝缘器及其应用的电池 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种电性绝缘器及其应用的电池，电性绝缘器包括一隔离区域及一支撑区域，支撑区域设置并包覆隔离区域的周缘表面及至少局部的侧表面。所述的电池包括上述的电性绝缘器，其设置并接触于电池的活性材料层，由于电性绝缘器在正投影方向上至少完全覆盖其中一活性材料层，因此可使正、负极活性材料层完全隔绝，达到避免内部短路发生的目的。

Description

电性绝缘器及其应用的电池
技术领域
本发明涉及一种绝缘器，特别是指一种电性绝缘器及其应用的电池。
背景技术
在现有技术中，为了避免电池内部的正、负极层发生短路，必须通过夹设于两极层之间的隔离层来达到电性绝缘的目的，而常见的隔离层材料有聚乙烯、聚丙烯，但此类材料所制成的隔离层在高温的操作环境下容易发生卷缩，因此，虽然在电池的设计上，隔离层的尺寸都是大于正极极层、负极极层面积，不过当隔离层一旦发生卷缩，则正极极层、负极极层发生局部性的接触，而导致电池内部发生局部的短路，但，随着短路的发生而产生大量的热能，蓄积于电池内部的热能会快速地导致隔离层发生更严重的卷缩，进而使得电池自其内部引发全面性的短路，最终则是导致热失控
为解决上述的问题，后续则发展出在上述的隔离层表面上涂布含有陶瓷材料的涂层，通过陶瓷材料可耐较高温度的特性，使涂敷有陶瓷涂层的隔离层可承受较高的操作温度，不过由于隔离层的主体仍是以高分子材料所构成(例如:聚乙烯、聚丙烯等)，在高温操作一段时间后仍是会因为热能蓄积在电池内部而导致隔离层中的高分子材料发生结构变化，使隔离层发生卷缩，隔离层一旦发生了卷缩的现象，则势必伴随着电池内部短路的问题，接着便会因为热能的蓄积而导致更严重的短路与更大量的热能产生，最终仍是导致热失控。
有鉴于上述的问题，本发明针对上述现有技术的缺陷，提出一种电性绝缘器及其应用的电池，以有效克服上述的问题。
发明内容
本发明的目的在于提供一种电性绝缘器及其应用的电池，通过电性绝缘器中的支撑区域以加强隔离区域在边缘的结构强度，使电性绝缘器在高温操作的环境下，不易发生卷缩的问题。
本发明的另一目的在于提供一种电性绝缘器及其应用的电池，将支撑区域设置并覆盖于隔离区域的周缘表面，并更可延伸至局部的侧表面，借此有效地解决隔离区域在周缘处容易发生破裂的问题，进而降低正、负极极层发生接触而导致短路的机率。
本发明的一目的在于提供一种电性绝缘器及其应用的电池，通过电性绝缘器中的支撑区域与电池的封装结构彼此黏合，以简化电池的组装流程。
为达到上述的目的，本发明提供一种电性绝缘器，其包括一隔离区域及一支撑区域，其中隔离区域具有两个表面及一个侧表面，支撑区域设置并覆盖至少一表面的周缘。
其中，该隔离区域为多孔性的。
其中，该隔离区域能够离子导通。
其中，该隔离区域还为一陶瓷隔离层。
其中，该隔离区域还为一高分子隔离层。
其中，该隔离区域还为一涂覆陶瓷涂层的高分子隔离层。
其中，该支撑区域能够离子导通或离子不导通。
其中，该支撑区域为弹性的。
其中，该支撑区域的材料选自于高分子材料、硅胶材料、环氧树脂材料、亚克力材料或上述材料的组合。
其中，该支撑区域的材料还包括一支撑材料，其不具有导电性。
其中该支撑区域还设置并覆盖于一该表面的周缘及局部或全部的该侧表面。
其中，该支撑区域还设置并覆盖于该两个表面的周缘。
其中，该支撑区域还设置并覆盖于该两个表面的周缘及局部或全部的该侧表面。
本发明还提供另一种电池，其包括两个极层、一电性绝缘器及一封装结构，封装结构封装极层及电性绝缘器，其中隔离区域在正投影方向上实质地设置于活性材料层之间并与之接触，支撑区域在正投影方向上实质地设置于活性材料层之间并至少局部与活性材料层接触。
其中，该电性绝缘器在正投影方向上至少完全覆盖其中一该极层，该活性材料层为一正极极层或一负极极层。
其中，该隔离区域的正投影面积不大于其中一该活性材料层的正投影面积，该活性材料层为一正极活性材料层或一负极活性材料层。
其中，该隔离区域还为一陶瓷隔离层。
其中，该隔离区域还为一高分子隔离层。
其中，该隔离区域还为一涂覆陶瓷涂层的高分子隔离层。
其中，该支撑区域还设置并覆盖于一该表面的周缘及局部或全部的该侧表面。
其中，该支撑区域还设置并覆盖于该两个表面的周缘。
其中，该支撑区域还设置并覆盖于该两个表面的周缘及局部或全部的该侧表面。
其中，该封装结构还为一独立容器，以容置这些极层及该电性绝缘器。
其中，其为软性包装电池或可挠式电池。
本发明还提供另一种电池，其包括两个极层、一电性绝缘器及一胶框，胶框黏合极层中的集电层与电性绝缘器中的支撑区域，以将极层中的活性材料层与电性绝缘层中的隔离区域密封于其中，其中隔离区域在正投影方向上实质地设置于活性材料层之间并与之接触，支撑区域在正投影方向上实质地设置于活性材料层之间并至少局部与活性材料层接触。
其中，该电性绝缘器在正投影方向上至少完全覆盖其中一该活性材料层，该活性材料层为一正极活性材料层或一负极活性材料层。
其中，该隔离区域的正投影面积不大于其中一该活性材料层的正投影面积，该活性材料层为一正极活性材料层或一负极活性材料层。
其中，该隔离区域还为一陶瓷隔离层。
其中，该隔离区域还为一高分子隔离层。
其中，该隔离区域还为一涂覆陶瓷涂层的高分子隔离层。
其中，该支撑区域还设置并覆盖于一该表面的周缘及局部或全部的该侧表面。
其中，该支撑区域还设置并覆盖于该两个表面的周缘。
其中，该支撑区域还设置并覆盖于该两个表面的周缘及局部或全部的该侧表面。
其中，其为软性包装电池或可挠式电池。
通过本发明所提供的电性绝缘器及其应用的电池，可利用支撑区域以降低隔离区域的周缘因为高温影响而发生卷缩，以降低正、负极极层发生直接接触的机率，以达到有效避免电池内部短路的目的。
附图说明
图1为本发明的电性绝缘器的一实施例的结构示意。
图2为本发明的电性绝缘器的一实施例的结构示意。
图3为本发明的电性绝缘器的一实施例的结构示意。
图4为本发明的电性绝缘器的一实施例的结构示意。
图5为本发明的电性绝缘器的一实施例的结构示意。
图6为本发明的电性绝缘器的一实施例的结构示意。
图7为本发明的电池的一实施例的结构示意。
图8为本发明的电池的一实施例的结构示意。
图9为本发明的电池的一实施例的结构示意。
附图标记说明
1 电性绝缘器
12 隔离区域
14 支撑区域
2 电池
22 极层
222 活性材料层
224 集电层
24 极层
242 活性材料层
244 集电层
26 封装结构
28 胶框
S1 表面
S2 表面
S3 侧表面。
具体实施方式
如图1至图6所示，其为分别表示本发明所提供的电性绝缘器的六种实施例。所示的电性绝缘器1包括一隔离区域12及一支撑区域14，其中隔离区域12具有两个表面S1、S2及一个侧表面S3，支撑区域14则设置并覆盖于隔离区域12的至少一表面S1或S2的周缘。
在图1中显示支撑区域14设置并覆盖于隔离区域12的其中一表面S1的周缘，但没有延伸覆盖于隔离区域12的侧表面S3；在图2中显示支撑区域14设置并覆盖于隔离区域12的其中一表面S1，并更延伸地覆盖于隔离区域12的局部侧表面S3；图3则显示支撑区域14设置并覆盖于隔离区域12的其中一表面S1，并更延伸地覆盖于隔离区域12的整个侧表面S3。
在图4中显示支撑区域14设置并覆盖于隔离区域12的两个表面S1及S2的周缘，但没有延伸覆盖于隔离区域12的侧表面S3；在图5中显示支撑区域14设置并覆盖于隔离区域12的两个表面S1及S2，并更沿着其中一个表面S1以延伸地覆盖于隔离区域12的局部侧表面3；图6则显示支撑区域14设置并覆盖于隔离区域12的两个表面S1及S2，并更延伸地覆盖于隔离区域12的整个侧表面S3。
上述的实施例中，隔离区域12在结构上可为多孔性的，且具有离子导通的能力；在实际的操作上，隔离区域12可制作为类似一种陶瓷隔离层、高分子隔离层或涂覆陶瓷涂层的高分子隔离层。支撑区域14在结构上可为具有弹性的，且可有离子导通能力，但由于对于电性绝缘器1来说，主要的离子导通的范围主要在隔离区域12，因此支撑区域14若在特定的材料选取条件下，也可由不具备离子导通能力的材料来制作；而支撑区域14的材料可选自于高分子材料、硅胶材料、环氧树脂材料、亚克力材料或上述材料的组合，另外，还可以添加不具有导电能力的支撑材料(图未显示)，例如陶瓷粒子、高分子粒子等等，通过支撑材料的使用以提供支撑区域14在结构上的强度。
请参照图7至图9所示，其为分别表示本发明所提供的电池的三种实施例。
图7所提供的电池2包括两个极层22及24、一电性绝缘器1及一封装结构26，其中极层22及24各自具有一活性材料层222及242、一集电层224及244，在正投影方向上，电性绝缘器1的隔离区域12设置于两个活性材料层222及242之间，并同时与两个活性材料层222及242均有接触，支撑区14则是设置于两个活性材料层222及242之间，并局部的支撑区域14与两个活性材料层222及242有接触，也即局部的支撑区域14直接覆盖于活性材料层222及242上，封装结构26则是为独立容器以容置极层22及24及电性绝缘器1，于此以铝箔封装袋为例说明。于此所述的电池2可为一种软性包装电池或可挠式电池。
另外，在图8与图9中所示的电池2包括两个极层22及24、一电性绝缘器1及一胶框28，类似于上述实施例，在正投影方向上，隔离区域12设置于两个活性材料层222及242之间，并与两个活性材料层222及242均有接触，支撑区域14则是设置于两个活性材料层222及242之间，并局部的支撑区域14与两个活性材料层222及242有接触，也即局部的支撑区域14直接覆盖于活性材料层222及242上，但不同的是，于此两个实施例中所提供的胶框28黏合于集电层224及244与局部的支撑区域14之间，通过胶框28、集电层224及244与部分的支撑区域14以将活性材料层222及242及隔离区域12完全密封于内部，以形成一个良好的封装体。于此所述的电池2可为一种软性包装电池或可挠式电池。
在上述的实施例中，所述的电性绝缘器 (包括隔离区域与支撑区域) 在正投影方向上的面积均以大于具有较大面积的极层的实施例来说明，当然，在实际的情况下，电性绝缘器1的正投影面积仅需不小于较大面积的极层即可，然而在安全性的设计下，电池中具有较大面积的极层通常为负极极层，但本发明并未针对极层面积予以限制，仅强调电性绝缘器至少完全覆盖其中一极层，以一般的电池设计来说，则是电性绝缘器必须能够完全覆盖电池的负极极层。
详细而言，更针对电性绝缘器中的隔离区域观之，尤其是当隔离区域包含了陶瓷材料时，无论陶瓷区域是否为陶瓷隔离层或包含有陶瓷涂层的高分子隔离层，隔离区域在极层边缘(更明确来说，应该是在活性材料层的边缘)由于陶瓷材料易脆裂的特性，越靠近边缘处则越容易发生破裂，因此在本发明中所提供的隔离区域在正投影方向上的面积较佳的实施例小于其中一活性材料层的正投影面积，于此所述的活性材料层则并不限制为正极活性材料层或负极活性材料层，其因在于隔离区域应尽可能完整地设置于活性材料层上方，以避免因为活性材料层边缘产生的断差结构而导致隔离区域发生破裂，然而为了弥补活性材料层无法完整地被隔离区域遮盖，在隔离区域周缘至活性材料层边缘的区域上，对应地设置支撑区域以达到遮蔽活性材料层的目的外，相较于隔离区域，由于支撑区域具有较佳的结构弹性，更保护了隔离区域较容易发生脆裂的周缘。此外，根据不同的电池设计，所述的支撑区域可具有离子导通能力或不具有离子导通能力，举例来说，可能影响支撑区域是否需具备离子导通能力的其中一个电池设计因素可能为正、负极的活性材料比例（与正、负极活性材料层对应的面积有关）。
另外，上述虽仅以特定的电性绝缘器为例说明，但并不以此限制本发明的保护范围，也即各种电性绝缘器都可应用在上述的电池。
综上所述，本发明通过电性绝缘器中的隔离区域及支撑区域以隔离电池内部的活性材料层，尤其是隔离区域为包括陶瓷材料时，支撑区域还可同时提供阻隔活性材料层接触与避免陶瓷隔离区域破裂的功能，如此可达到避免内部短路的发生，以实现高陶瓷材料含量的陶瓷电池。
但是以上所述的，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。因此，即凡根据本发明权利要求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。

Claims (34)

1.一种电性绝缘器，其特征在于，包括:
一隔离区域，具有两个表面及一侧表面；以及
一支撑区域，设置并覆盖于至少一该表面的周缘。
2.如权利要求1所述之电性绝缘器，其中该隔离区域为多孔性的。
3.如权利要求1所述的电性绝缘器，其特征在于，该隔离区域能够离子导通。
4.如权利要求1所述的电性绝缘器，其特征在于，该隔离区域还为一陶瓷隔离层。
5.如权利要求1所述的电性绝缘器，其特征在于，该隔离区域还为一高分子隔离层。
6.如权利要求1所述的电性绝缘器，其特征在于，该隔离区域还为一涂覆陶瓷涂层的高分子隔离层。
7.如权利要求1所述的电性绝缘器，其特征在于，该支撑区域能够离子导通或离子不导通。
8.如权利要求1所述的电性绝缘器，其特征在于，该支撑区域为弹性的。
9.如权利要求1所述的电性绝缘器，其特征在于，该支撑区域的材料选自于高分子材料、硅胶材料、环氧树脂材料、亚克力材料或上述材料的组合。
10.如权利要求1所述的电性绝缘器，其特征在于，该支撑区域的材料还包括一支撑材料，其不具有导电性。
11.如权利要求1所述的电性绝缘器，其特征在于，该支撑区域还设置并覆盖于一该表面的周缘及局部或全部的该侧表面。
12.如权利要求1所述的电性绝缘器，其特征在于，该支撑区域还设置并覆盖于该两个表面的周缘。
13.如权利要求1所述的电性绝缘器，其特征在于，该支撑区域还设置并覆盖于该两个表面的周缘及局部或全部的该侧表面。
14.一种电池，其特征在于，包括:
两个极层，各极层具有一活性材料层及一集电层；
一电性绝缘器，其设置并接触于这些活性材料层，以使其 彼此电性绝缘，该电性绝缘器包括:
一隔离区域，具有两个表面及一个侧表面，该隔离区域在正投影方向上实质地设置于这些活性材料层之间并与之接触；以及
一支撑区域，设置并覆盖至少一该表面的周缘，该支撑区域在正投影方向上实质地设置于这些活性材料层之间并至少局部与这些活性材料层接触；以及
一封装结构，封装这些极层及该电性绝缘器。
15.如权利要求14所述的电池，其特征在于，该电性绝缘器在正投影方向上至少完全覆盖其中一该极层，该活性材料层为一正极极层或一负极极层。
16.如权利要求14所述的电池，其特征在于，该隔离区域的正投影面积不大于其中一该活性材料层的正投影面积，该活性材料层为一正极活性材料层或一负极活性材料层。
17.如权利要求14所述的电池，其特征在于，该隔离区域还为一陶瓷隔离层。
18.如权利要求14所述的电池，其特征在于，该隔离区域还为一高分子隔离层。
19.如权利要求14所述的电池，其特征在于，该隔离区域还为一涂覆陶瓷涂层的高分子隔离层。
20.如权利要求14所述的电池，其特征在于，该支撑区域还设置并覆盖于一该表面的周缘及局部或全部的该侧表面。
21.如权利要求14所述的电池，其特征在于，该支撑区域还设置并覆盖于该两个表面的周缘。
22.如权利要求14所述的电池，其特征在于，该支撑区域还设置并覆盖于该两个表面的周缘及局部或全部的该侧表面。
23.如权利要求14所述的电池，其特征在于，该封装结构还为一独立容器，以容置这些极层及该电性绝缘器。
24.如权利要求14所述的电池，其特征在于，其为软性包装电池或可挠式电池。
25.一种电池，其特征在于，包括:
两个极层，各极层具有一活性材料层及一集电层；
一电性绝缘器，其设置并接触于这些活性材料层，以使其彼此电性绝缘，该电性绝缘器包括:
一隔离区域，具有两个表面及一个侧表面，该隔离区域在正投影方向上实质地设置于这些活性材料层之间并与之接触；以及
一支撑区域，设置并覆盖至少一该表面的周缘，该支撑区域在正投影方向上实质地设置于这些活性材料层之间并至少局部与这些活性材料层接触；以及
一胶框，黏合于该些集电层与至少部分该支撑区域，密封该 些活性材料层及该隔离区域。
26.如权利要求25所述的电池，其特征在于，该电性绝缘器在正投影方向上至少完全覆盖其中一该活性材料层，该活性材料层为一正极活性材料层或一负极活性材料层。
27.如权利要求25所述的电池，其特征在于，该隔离区域的正投影面积不大于其中一该活性材料层的正投影面积，该活性材料层为一正极活性材料层或一负极活性材料层。
28.如权利要求25所述的电池，其特征在于，该隔离区域还为一陶瓷隔离层。
29.如权利要求25所述的电池，其特征在于，该隔离区域还为一高分子隔离层。
30.如权利要求25所述的电池，其特征在于，该隔离区域还为一涂覆陶瓷涂层的高分子隔离层。
31.如权利要求25所述的电池，其特征在于，该支撑区域还设置并覆盖于一该表面的周缘及局部或全部的该侧表面。
32.如权利要求25所述的电池，其特征在于，该支撑区域还设置并覆盖于该两个表面的周缘。
33.如权利要求25所述的电池，其特征在于，该支撑区域还设置并覆盖于该两个表面的周缘及局部或全部的该侧表面。
34.如权利要求25所述的电池，其特征在于，其为软性包装电池或可挠式电池。
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