CN107946669B

CN107946669B - 逻辑电池

Info

Publication number: CN107946669B
Application number: CN201610893485.0A
Authority: CN
Inventors: 杨思枬
Original assignee: Prologium Holding Inc; Prologium Technology Co Ltd
Current assignee: Prologium Holding Inc; Prologium Technology Co Ltd
Priority date: 2016-10-13
Filing date: 2016-10-13
Publication date: 2021-03-02
Anticipated expiration: 2036-10-13
Also published as: CN107946669A

Abstract

本发明提供一种逻辑电池，主要包括一复合基板、一第二集电层、一胶框以及一电化学***层。复合基板包括一第一集电层与一导体线路层，胶框夹设于第一集电层与第二集电层之间，至少局部的胶框在正投影方向上与第一集电层及第二集电层重叠，使胶框、第一集电层及第二集电层共同形成一封围区域以容设电化学***层，而第一集电层、第二集电层、胶框与电化学***层构成一电池单元。

Description

逻辑电池

技术领域

本发明涉及一种电池，特别是指一种整合有电路、电子模块的逻辑电池。

背景技术

现在的电子产品虽然在结构的设计上变得更为轻薄，但其功能则变得更多样化，处理效能的要求也同时提高许多，因此对于提供给电子产品动力来源的电池的电容量、安全性等的规格要求，当然也相对变得更为严苛。以现有的智能型手机为例，为了提供电能给智能型手机中的所有电子模块，例如：显示器、处理器、喇叭、天线等组件，其内部会配置一个电池，并通过电路板以将上述所有电子模块与电池予以电性连接，使电池的电能可传输至各个电子模块。不同于过去的是，现有的智能型手机除了具有可通话、可上网、可摄影等多任务处理效能的要求之外，另外在屏幕显示质量上，也不停的提高显示器的分辨率，同时也为了因应更快的网络速度，数据传输与处理的能力也必须加速，不过与上述要求相反的是，在美学设计的概念下，智能型手机的厚度却只能朝向薄型化的设计走向，在压缩了智能型手机内部空间的前题下，许多电子模块也必须朝向薄型化的设计，相同地，对于电池而言，也必须要尽可能减少其厚度的设计。

但不幸的是，电池的厚度却与其电容量有着正向的关系，以卷绕的电池来说，一旦缩减了电池的厚度则会导致电池内部极层的长度减短，将势必使得电容量相对降低。

有鉴于上述的问题，本发明针对上述现有技术的缺陷，提出一种逻辑电池的结构，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逻辑电池，其通过复合基板同时提供集电层与可供电子模块电性连接的导体线路层，使电池与电子模块整合，并降低整体厚度。

本发明的目的在于提供一种逻辑电池，其通过复合基板同时提供作为电池的集电层，因此电池的电化学***层与复合基板之间无需额外设置连接部以将电化学***层与复合基板进行电性连接，不但通过较大的接触面积以有效地降低电池单元的内部阻值，更简化制程或电路设计的复杂度。

本发明的另一目的在于提供一种逻辑电池，其电路基板可直接为集电之用，以降低电池单元与电路基板之间的阻值，同时还利用电路基板做为电池单元的封装的一部分，可提供良好的阻水、阻气的封装效果。

本发明的目的在于提供一种逻辑电池，其通过模块化的设计，以整合天线单元、电池单元与其他电子模块，以降低开发电子应用产品（例如：智能卡）的复杂度。

为达上述的目的，本发明提供一种逻辑电池，主要包括一复合基板、一第二集电层、一胶框及一电化学***层。复合基板包括一第一集电层与一位于第一集电层周缘的导体线路层，胶框夹设于第一集电层与第二集电层之间，形成一封围区域，以容设一电化学***层，第一集电层、第二集电层、胶框与电化学***层构成一电池单元，电化学***层在正投影方向上位于第一集电层与第二集电层之内。此电化学***层包括一第一活性材料层、一第二活性材料层与一设置于该第一活性材料与该第二活性材料层之间的隔离层，上述的第一活性材料与第一集电层接触，上述的第二活性材料层与第二集电层接触。

其中，该复合基板还包括一绝缘材料层，以电性隔离该第一集电层与该导体线路层。

其中，该导体线路层与该电化学***层位于该复合基板同一侧。

其中，该导体线路层与该电化学***层位于该复合基板的不同侧时，该导体线路层在正投影方向上与该电化学***层至少部分重叠或完全不重叠。

其中，还包括至少一电子模块，该电子模块与该导体线路层电性连接，该电子模块选自于电路、电子模块及上述的组合。

其中，该复合基板为电路板。

其中，该第二集电层在非接触该第二活性材料层接触的端面还设置有一绝缘覆盖层。

其中，该绝缘覆盖层在非接触该集电层的一侧还设置有一图案化金属层，以作为电路布局、集电或上述功能的组合。

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。

本发明的有益效果：

本发明提出一种崭新的逻辑电池，其将电池单元所需的集电层与电子模块所需的导体线路层或天线单元整合于一复合基板上，来有效的降低整体厚度，在符合市场电子模块轻薄化的趋势下，兼具组件简化的环保需求，并同时更提供多元灵活化的电子模块组配空间。

附图说明

图1为本发明的逻辑电池的一实施例结构示意图。

图2为本发明的另一种实施例的结构示意图。

图3为本发明的另一种实施例的结构示意图。

图4为本发明的一种实施例的结构示意图。

图5为本发明的一种实施例的结构示意图。

图6为本发明的一种实施例的结构示意图。

图7为本发明的逻辑电池的部分导体线路层作为天线单元的实施例的结构示意图。

图8为图7的实施例的截面示意图。

图9为本发明的具有天线单元的逻辑电池应用在智能卡的分解示意图。

图10A与图10B为本发明的逻辑电池应用在另一种智能卡的正、反面示意图。

附图标记说明

10 逻辑电池

12 复合基板

14 第二集电层

16 胶框

18 电化学***层

19 电池单元

20 电子模块

22 第一集电层

24 导体线路层

26 绝缘材料层

28 封围区域

30 第一活性材料层

32 第二活性材料层

34 隔离层

35 天线单元

36 绝缘覆盖层

40 智能卡

42 上表面

44 下表面

46 按键电路

48 按键

50 金属导件

52 金属导件

54 主板

M 显示单元

T1、T2 导电部

C1、C2 连接点

A1、A2 电路层。

具体实施方式

基于电子模块运作时需要具有导体线路层的基板，以供电子模块设置并电性连接，并搭配上供应电子模块运作动力来源的电池，因此，为求使电子模块更为轻巧，并在减少整体构件数量上兼具提供更灵活的电子模块设置空间，本发明提供一种崭新的逻辑电池，其主要是将一电池所需的集电层与电子模块所需的导体线路层设置于同一复合基板，借此整合电池与电子模块，在缩减整体厚度的目的下，更兼具灵活的电子模块设置空间。

以下针对本发明的精神提出实施例解释说明，以使熟悉该项技艺者更能清楚明白本发明的技术特点。

请参阅图1，其为本发明的逻辑电池的一实施例结构示意图。如图所示，本发明的逻辑电池10主要包括一复合基板12、一第二集电层14、一胶框16、一电化学***层18及一电子模块20。复合基板12包括一第一集电层22、一导体线路层24与一绝缘材料层26，绝缘材料层26用以将第一集电层22与导体线路层24隔离。举例来说，复合基板12包括一绝缘材料层26所构成的绝缘本体，绝缘本体的底面设有一金属层，作为第一集电层22，顶面设置有图案化金属层，作为导体线路层24，以供电子模块设置并电性连接，或者图案化金属层作为天线单元（此部分将于后续进行说明）。第一集电层22、第二集电层14、胶框16与电化学***层18构成电池单元19。上述的电子模块可选自于电路、电子模块及上述的组合。此复合基板12可以是软式印刷电路板。在本发明的设计下，复合基板12同时提供电池单元19所需的集电层与电子模块所需的导体线路层，整合了原本各自独立架构的电池单元与电子模块，有效降低电子模块整体厚度，当采用本发明的逻辑电池作为电子模块的动能供应源时，更可通过模块化的设计，以整合天线单元、电池单元与其他电子模块，以降低开发电子应用产品（例如：智能卡）的复杂度。

上述的胶框16夹设于第一集电层22与第二集电层14之间，并且胶框16的上端面与第一集电层22黏着，胶框16的下端面与第二集电层14黏着，以形成一呈现密封状态的封围区域28，以容设一电化学***层18。第一集电层22、第二集电层14、胶框16与电化学***层18构成一电池单元19。此电化学***层18包括一第一活性材料层30、一第二活性材料层32、一设置于第一活性材料层30与第二活性材料层32之间的隔离层34，以及一分散于第一活性材料层30与第二活性材料层32及隔离层34中的电解质（图中未示）。第一活性材料层30采用涂布方式形成于封围区域28内的第一集电层22表面上并与第一集电层22接触，以与复合基板12电性连接，第二活性材料层32采用涂布方式形成于封围区域28内的第二集电层14表面上并与第二集电层14接触，以与第二集电层14电性连接。

在本发明的架构下，因胶框16的上端面与第一集电层22黏着，胶框16的下端面与第二集电层14黏着，因此完全容设于封围区域28内的电化学***层18在正投影方向上将呈现完全位于第一集电层22与／或第二集电层14的区域内，也就是说，因为黏着在第一集电层22与第二集电层14的胶框16占据了部分的第一集电层22与第二集电层14的面积，使第一活性材料层30的正投影面积小于第一集电层22的正投影面积，第二活性材料层32的正投影面积小于第二集电层14的正投影面积，同时根据上述的结构可知，用以封装电化学***层18的结构包括胶框16及利用胶框16以彼此黏着的第一集电层22与第二集电层14。

另外，在正投影方向上观之，所述的胶框16可以完全或局部地位于第一集电层22与第二集电层14的正投影区域内，也即，当胶框16完全位于第一集电层22与第二集电层14的正投影区域内时，若第一集电层22与第二集电层14在截面上具有相同长度时，则胶框16完全不会突出于第一集电层22与第二集电层14之外，若第一集电层22与第二集电层14在截面上呈现不同长度时，则胶框16位于第一集电层22与第二集电层14交集的正投影区域内，若当胶框16局部地位于第一集电层22与第二集电层14的正投影区域内时，则表示无论第一集电层22与第二集电层14是否在截面上具有相同的长度，局部的胶框16都是呈现出突出于第一集电层22与第二集电层14之外。

并且，在此实施例，导体线路层24与第一集电层22分别位于复合基板的不同侧，此时，导体线路层24相对于电池单元19的正投影部分，可以是至少部分局部重叠，或者为避免电磁波干扰，采用两者在正投影方向上完全不重叠，如图2所示。

请参阅图3，其为本发明的另一实施例的结构示意图。此实施例与上述的实施例不同之处在于导体线路层24不单局限于复合基板12的单一侧面，还延伸至另一表面，例如图3中所示的上、下表面。此时第一集电层22将仅占据复合基板12下表面的部分区域，形成第一集电层22与导体线路层24将可形成位于复合基板12同一侧的状态。

当然，第二集电层14未与第二活性材料层32接触的表面也可设置有一绝缘覆盖层36，还有，此绝缘覆盖层36未与第二集电层14接触的表面也可设置有另一图案化金属层38，以作为另一导体线路层及／或集电之用，如图4所示的结构状态。或者第二集电层14如先前所述的第一集电层22同样是形成于一复合基板上。

先前所述的隔离层34可选自微米级与奈米级的二氧化钛（TiO2）、三氧化二铝（Al2O3）、二氧化硅（SiO2）等材质、烷基化的陶瓷颗粒，使电化学***层18在进行电化学反应时能达成离子的导通，并配合聚二氟乙烯（Polyvinylidene fluoride，PVDF）、聚偏二氟乙烯-共-三氯乙烯（PVDF-HFP）、聚四氟乙烯（Polytetrafluoroethene，PTFE）、亚克力酸胶（Acrylic Acid Glue）、环氧树脂（Epoxy）、聚氧化乙烯（PEO）、聚丙烯腈（PAN）或聚亚酰胺（PI）等高分子黏着剂来聚合陶瓷颗粒。当然，类似于复合基板12的表面，为确保电池单元19能够具有良好的阻水、阻气效果，在电池单元19的外表面（包括第二集电层14）上也可覆盖以聚亚酰胺（polyimide，PI）、聚对苯二甲酸乙二醇酯（PET）、聚萘二甲酸乙二醇酯（PEN）、聚苯乙烯（PS）、聚丙烯（PP）、聚氯乙烯（PVC）、聚对苯二甲酸丁二酯（PBT）、聚乙烯（PE；高密度聚乙烯（HDPE）、低密度（LDPE）等）、聚酰胺（PA）、亚克力树脂（Acrylic）、环氧树脂（Epoxy）或玻璃纤维等聚合物材料所制成的覆盖层，以确保电池单元14与外界的隔绝性。

先前所述的导体线路层24可以做为天线单元35，此时复合基板12可以是硬式基板或软式基板。当复合基板12是硬式基板时，如图5所示，天线单元35相对于电池单元19的位置两者在正投影方向上部分重叠或完全不重叠。而当复合基板12是可挠曲式基板时，如图6所示，除如上述硬式基板的位置判断方式外，复合基板12根据产品设计的需求而在弯折后使得导体线路层24相对于电池单元19可以呈现在正投影方向上部分重叠或完全不重叠的形式。

更具体地来说，请一并参阅图7与图8，其为本发明的逻辑电池的部分导体线路层作为天线单元的实施例的结构示意图与截面示意图。如图所示，在此架构下部分导体线路层24作为天线单元35。在正投影方向上观之，天线单元35围绕于电池单元19周缘，且天线单元35与电池单元19在正投影方向上完全不重叠。复合基板12上设置有两个逻辑电池电力输出的导电部T1及T2，天线单元35具有两个连接点C1及C2，各导电部T1、T2与对应的连接点C1、C2可通过导线电性连接，举例来说，连接导电部T1、T2与连接点C1、C2的导线可跨设在天线单元35（图未显示），为降低电磁效应的干扰，跨设在天线单元35的导线宽度不大于150微米。此外，也可以埋线设计的方式埋设在复合基板12内，在此形式下，除了可保留导电部T1、T2与连接点C1、C2于电路基板的表面上，也可将至少一导电部与其对应的连接点整合为单一端点以简化复合基板12上的导线布局设计，并减少面积。

虽然上述的实施例中天线单元35与电池单元19在复合基板12的同一侧，但实际应用时，可通过调整复合基板的金属层（第一集电层或导体线路层）的位置，使天线单元35与电池单元19设置在不同侧。也可视需求于复合基板12的两侧同时都设置有天线单元35或电池单元19。

复合基板12上还可设置有其他导体线路层24，以供如前述的电子模块一并布局在复合基板12上（图未显示），其中所述的电子模块例如但不限于按键模块、显示模块或其他任何电子模块。

在本实施例中，复合基板12可为单层电路板或双层电路板，以双层电路板的材料为例，其可包括纸酚铜基板、纸环氧树酯（Epoxy）铜基板、Glass-Epoxy铜基板、GlassComposite（玻璃合成）铜基板、苯树脂铜基板或高分子、多元酯材料等的软性铜基板。复合基板12的导体线路层24可通过激光雕刻、蚀刻、机械加工、溅镀、蒸镀、涂布等方式形成天线单元35，常见的天线结构型态有螺旋状、直线状、块状等；另外，复合基板12的剩余的表面上还可以覆盖保护层（图未显示），其材料可选自于电气绝缘材料、化学绝缘材料等，其例如为聚亚酰胺（polyimide，PI）、聚对苯二甲酸乙二醇酯（PET）、聚萘二甲酸乙二醇酯（PEN）、聚苯乙烯（PS）、聚丙烯（PP）、聚氯乙烯（PVC）、聚对苯二甲酸丁二酯（PBT）、聚乙烯（PE；高密度聚乙烯（HDPE）、低密度（LDPE）等）、聚酰胺（PA）、亚克力树脂（Acrylic）、环氧树脂（Epoxy）或玻璃纤维等聚合物材料。

因本发明的电化学***层18直接形成于复合基板12的金属表面上（例如:铜金属层表面），也就是以复合基板12的金属层作为电池的一个集电层，因此电化学***层18与复合基板12之间无需额外设置连接部以将电化学***层18与复合基板12进行电性连接，不但通过较大的接触面积以有效地降低电池单元的内部阻值，更简化制程或电路设计的复杂度。

在实际的应用上，本发明的天线单元35可为感应天线，因此一方面可采用通用异步接收传送器（Universal Asynchronous Receiver Transmitter，UART）的数据格式，以作为NFC的数据传输，其编码方式为不归零（Non-Return-to-Zero，NRZ）编码，另一方面天线单元35也可作为电磁感应的无线充电天线，并且符合A4WP（Alliance for Wireless Power）、PMA（Power Matters Alliance）及WPC（Wireless Power Consortium）等联盟所制定的标准格式；此外，天线单元35可因应不同的功能需求另外作为蓝芽功能模块、WIFI功能模块、LTE功能模块或3G功能模块等等，上述功能模块的任意组合的天线用途。

为避免天线单元35所能感应的磁力线被电池单元19屏蔽，较佳的天线单元35的布局形式是电池单元19的任一边缘与天线单元35之间的最小间距（请参考图7中所示的D）不小于2厘米。根据实作的数据显示，当天线单元与电池单元在正投影方向上为贴齐或重叠的形式时，由于天线单元与电池单元的电磁屏蔽效应影响，无线充电效率大约为有线充电效率的10-15%，其中有线的充电方式是指直接接触式的充电器来进行；当天线单元35与电池单元19的间距设计在小于2厘米但并不贴齐或重叠的状态下，因为天线单元35与电池单元19彼此的电磁屏蔽效应较为改善，但对于电池单元14来说，在此形式下的无线充电效率仍约仅为有线充电效率的40%；当天线单元35与电池单元19的间距设计扩大到2厘米时，此时的无线充电效率大约可回升至60%；当天线单元35与电池单元19的间距拉大至3厘米时，其供电效率约可达到80%；一旦当天线单元35与电池单元19的间距大于6厘米以上之后，天线单元35所提供的无线充电效率几乎相同于直接接触式的充电器的有线充电效率，也就是无线充电效率近乎达到100%的效果。由此可知，为了降低屏蔽效应的影响，天线单元35与电池单元19之间的间距当然是越大越好，但在有限的复合基板12面积下，过大的间距仍会有牺牲过多的电路布局面积的缺陷，或是在部分的产品中，虽然天线单元与电池单元为贴齐或重叠的形式而导致充电效率较差，不过因为产品本身的充电需求较低，在维持整体天线电池模块的尺寸可保持在较小设计的前提下，对于充电效果的影响也不至于太严重。

请参阅图9，其为本发明的具有天线单元的逻辑电池应用在一智能卡40的分解示意图。由于智能卡40在运用上不仅需要动态生成安全码，也可作为安全码输入进行信用交易的确认，例如可以输入上表面42中所载的******或有效年月，或是下表面44所载的检核码，因此当按键电路46被用户按下按键48触发后，按键信号便会通过信号线传递到金属导件50输出，同时具有天线单元35的逻辑电池10也通过金属导件52对主板54供电，通过主板54中的控制单元运算后，以电磁信号的方式将运算结果，通过天线单元35发射至接收端，或显示在显示单元M上。接收端包括数字板的感应回路，或其他接收电磁信号的装置，例如商店结账柜台前所摆设的付费感应卡片阅读机，或是用以替手机无线充电的传感器。此外，由于根据ISO 78165的智能卡规范，智能卡40与卡片阅读机相接触的8个金属脚位中，有2个脚位Vcc与Vpp是可以对智能卡40内部的集成电路进行供电，因此即使不通过感应充电的方式，主板54的充电回路仍可通过这两个脚位取得外部电力对电池单元19进行充电。其中，金属导件50、52作为逻辑电池10与控制单元进行感应充电或是按键电路46信号输出的接口，除铜箔外也可镀上锡、铟、银、黄铜、青铜或金以增加防蚀、抗氧化及导电的能力。

请再一并参阅图10A与图10B，此为本发明的逻辑电池应用在另一种智能卡的正、反面示意图，与上述实施例不同的地方在于，本实施例中的天线单元35、电池单元19、电子模块20(例如图中所示的按键电路)以及显示单元M都通过信号线配置在同一块复合电路基板12的两电路层A1、A2上，而不再需要通过额外的金属导件来连接，由于天线单元35配置围绕在整个智能卡40的最***，故当天线单元35只要有部分接触接收端即可进行信号传输或是无线充电。

综上所述，本发明提出一种崭新的逻辑电池，其将电池单元所需的集电层与电子模块所需的导体线路层或天线单元整合于一复合基板上，来有效的降低整体厚度，在符合市场电子模块轻薄化的趋势下，兼具组件简化的环保需求，并同时更提供多元灵活化的电子模块组配空间。

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

1.一种逻辑电池，其特征在于，包括:

一复合基板，其包括：

一绝缘材料层；

一第一集电层，其设置于该绝缘材料层的底面；以及

至少一导体线路层，其设置于该绝缘材料层的顶面；

一第二集电层；

一胶框，其夹设于该第一集电层与该第二集电层之间，且该胶框具有一上端面与下端面，其中该上端面与该第一集电层黏着，该下端面与该第二集电层黏着，且至少局部的该胶框在正投影方向上与该第一集电层及该第二集电层重叠，使该胶框、该第一集电层及该第二集电层形成一封围区域；以及

一电化学***层，其设置于该封围区域内，该第一集电层、该第二集电层、该胶框与该电化学***层构成一电池单元，该电化学***层在正投影方向上的面积小于该第一集电层、该第二集电层的至少其一的正投影面积，该电化学系***层包括一第一活性材料层、一第二活性材料层与一设置于该第一活性材料与该第二活性材料层之间的隔离层，该第一活性材料层涂布于该第一集电层上并与该第一集电层接触，该第二活性材料层涂布于该第二集电层上并与该第二集电层接触；

该第二集电层在非接触该第二活性材料层接触的端面还设置有一绝缘覆盖层；

该绝缘覆盖层在非接触该集电层的一侧还设置有一图案化金属层，以作为电路布局、集电或上述功能的组合。

2.如权利要求1所述的逻辑电池，其特征在于，该导体线路层与该电化学***层位于该复合基板同一侧。

3.如权利要求1所述的逻辑电池，其特征在于，该导体线路层与该电化学***层位于该复合基板的不同侧时，该导体线路层在正投影方向上与该电化学***层至少部分重叠或完全不重叠。

4.如权利要求1所述的逻辑电池，其特征在于，还包括至少一电子模块，该电子模块与该导体线路层电性连接，该电子模块选自于电路、电子模块及上述的组合。

5.如权利要求1所述的逻辑电池，其特征在于，该复合基板为电路板。

6.如权利要求1所述的逻辑电池，其特征在于，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。

7.如权利要求1所述的逻辑电池，其特征在于，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。