CN109585897B - 可挠电池 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种可挠电池，其包括有：一正极集电层，其具有一第一外表面及一第一内表面；一负极集电层，其具有一第二外表面及一第二内表面；一胶框，其夹设于该第一内表面与该第二内表面间，以形成一封围区域；以及一电化学***层，其设置于该封围区域内并邻设于该胶框的侧表面；其中，该第一外表面及该第二外表面的至少其中之一上设置有一应力加强材，且该应力加强材与该正极集电层或该负极集电层的厚度比值介于0.25至6，其在至少一集电层的外表面上设置有应力加强材，以提升集电层的结构应力，使可挠电池在经过反复弯折后，集电层不易产生皱褶或无法恢复的形变。
Description
技术领域
本发明涉及一种可挠电池，特别是指一种可挠电池，其在集电层上具有应力加强材。
背景技术
近年来，随着科技的发展，各种电子设备，例如：便携式手机、手表、照相机、摄影机、平板计算机、笔记本电脑等等的样式越来越多，许多电子设备具有独特的形状，例如曲面手机、可穿戴式的智能手表、智能手环等。这些电子设备都需要用到电源，具有独特形状的电子设备经常需要柔性的电池，而现有的电池常常过于刚硬，不能与这些电子设备的形状相符，即便是勉强将电池安装进电子设备中，也可能会造成电子设备的封装不理想，因此，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。
然而，在电池经过反复弯曲的过程中，必须考虑集电层在受到应力后可能产生的问题。目前，为使电池更符合可挠曲的特性，集电层往往倾向设计的较为轻薄，以增加可弯折度，然而当集电层受力弯曲后，容易会因为受到极层的挤压而产生锐角。并且，集电层通常使用金属材料，当金属材料受到超过弹性范围的外力后，可能会发生晶体滑动（slip），或是产生晶体差排（dislocations）的问题，使得集电层表面发生无法恢复的形变。
而当上述或其他问题发生，使得集电层发生形变后，往往会造成集电层与活性材料层剥离，进而使得电池的电容量下降、电池寿命缩短。
发明内容
鉴于上述问题，本发明的目的在于提供一种可挠电池，其在不阻碍电池弯曲能力的前提下，于集电层上设有应力加强材，以提升集电层的结构应力，避免集电层发生上述的问题。
为达到上述目的，本发明提出一种可挠电池，包括有：正极集电层，具有第一外表面及第一内表面；负极集电层，具有第二外表面及第二内表面；胶框，夹设于第一内表面与第二内表面间，以形成封围区域；电化学***层，设置于封围区域内并邻设于该胶框的侧表面；以及应力加强材，设置于第一外表面及/或第二外表面上，且该应力加强材与该正极集电层或该负极集电层的厚度比值介于0.25至6。
其中，电化学***层包括有正极活性材料层、负极活性材料层与电性绝缘层，正极活性材料层与正极集电层的第一内表面邻接，负极活性材料层与负极集电层的第二内表面邻接，电性绝缘层夹设于正极活性材料层与负极活性材料层间。
其中，该正极集电层的厚度介于5µm至40µm。
其中，该负极集电层的厚度介于2µm至20µm。
其中，该应力加强材的厚度介于10µm至30µm。
其中，该应力加强材选自聚乙烯对苯二甲酸酯（PET）、聚氯乙烯（PVC）、聚乙烯（PE）、聚丙烯（PC）、聚苯乙烯（PS）、聚酰亚胺（polyimide）、尼龙（nylon）、聚对苯二甲酸乙二酯（polyethylene terephthalate）、聚胺酯（polyurethane）、亚克力（acrylic）、环氧树脂（epoxy）、硅胶（silicone）及上述的组合。
其中，其在该应力加强材与该第一外表面、该应力加强材与该第二外表面的至少其中之一之间还包括一黏着层。
其中，该黏着层的厚度不大于5μm。
其中，该黏着层选自聚胺酯（polyurethane）、亚克力（Acrylic）、环氧树脂（epoxy）、硅胶（silicone）及上述的组合。
其中，该应力加强材的杨氏模数与该正极集电层及该负极集电层相近。
其中，该封围区域为密闭的。
接续，本发明的应力加强材具备有一定结构强度与延展性，应力加强材应选择杨氏模数与集电层相近的材料，且应力加强材的厚度小于集电层，通过在正极集电层及负极集电层上设置应力加强材，以提升集电层的表面强度，使集电层具备一定的结构应力，在弯折时不易产生无法恢复的形变。
附图说明
图1A-图1C为本发明的一种实施例的结构示意图。
图2为本发明的另一种实施例的结构示意图。
附图标记说明
10 可挠电池
12 正极集电层
120 第一内表面
122 第一外表面
14 负极集电层
140 第二内表面
142 第二外表面
16 胶框
18 应力加强材
20 电化学***层
202 正极活性材料层
204 负极活性材料层
206 电性绝缘层
22 黏着层。
具体实施方式
底下通过具体实施例详细加说明，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。
为使更容易理解本发明的内容，应先说明的是，本说明书中所使用的术语不应限于一般含意或字典含意，而是应允许发明人为进行最佳解释而对术语进行适当定义的原则基础上，基于与本发明的技术方面相符合的含意和概念进行解释。基于上述，以下先对说明书中所使用的词汇进行解释：
1.“和/或”及“至少其中之一”包括相关列举项目的一个或多个的任意和所有组合。
2.“集电层”是指收集和释放电子的区域，通常由金属构成，特别是由不与活性物质发生反应的金属构成。在本发明中所述的集电层是指正极集电层和/或负极集电层。
3.“电化学***层”是指电化学反应的区域。在本发明中，集电层并不包括于电化学***层，其电子交换发生于电化学***层与集电层的接口上。
4.“电性绝缘层”中的电性绝缘是指隔绝电子流通，也就是说，电性绝缘层是指可隔绝电子流通但不影响离子流通的区域，通常夹设于正极与负极之间，在本发明中用以隔绝正极活性材料层与负极活性材料层之间的电子流通，且其选自液态、固态、胶态和/或上述的组合。
5.“封围区域”是指与外界环境隔绝的区域。在本发明中，封围区域是由集电层与胶框封围而成，且封围区域内设有电化学***层，换句话说，本发明的电化学***层通过集电层与胶框的封围与外界隔绝。
6.本发明的附图中所示的各构成要素的位置、尺寸、范围等，有时并不表示实际上的位置、尺寸、范围等。本发明并不局限于附图中公开的内容。
本发明的目的在于提供一种可挠电池，其在集电层上设有应力加强材，应力加强材至少需具备以下条件：
a.应力加强材需具有一定结构强度，以提供集电层结构应力，避免可挠电池弯曲之后发生无法恢复的形变。
b.为使可挠电池维持可挠的特性，应力加强材需具有一定可挠性。
接续，依据上述本发明的精神，更详细说明如下：
请同时参阅图1A至图1C所示，其为本发明公开的可挠电池的一种实施例的结构示意图。可挠电池10包括有正极集电层12、负极集电层14、胶框16、应力加强材18以及电化学***层20，其中应力加强材18设置于正极集电层12的第一外表面122上，如图1A所示，或者，应力加强材18设置于负极集电层14的第二外表面142上，如图1B所示，或者，应力加强材18设置于正极集电层12的第一外表面122上及负极集电层14的第二外表面142上，如图1C所示。请继续参阅图1C，正极集电层12、负极集电层14与胶框16形成封围区域，且封围区域内设有电化学***层20。电化学***层20包括有正极活性材料层202、负极活性材料层204以及电性绝缘层206，其中正极活性材料层202邻接于正极集电层12的第一内表面120、负极活性材料层204邻接于负极集电层14的第二内表面140，而电性绝缘层206夹设于正极活性材料层202与该负极活性材料层204间。
接续，应力加强材的杨氏模数（Young's modulus）与集电层相近，且应力加强材与集电层的厚度介于一定的范围，其原因在于，若是应力加强材的杨氏模数与集电层相差太多，且应力加强材的厚度与集电层相差太多，则受到应力时可能会发生弯曲度不一的问题，一旦当应力加强材的形变量与集电层的形变量差异过大时，反而会因为受到彼此的表面形变影响，形变量较小的结构因无法随着邻设的层结构持续发生形变，而发生纹路的产生或甚至发生破裂。因此，应力加强材选择杨氏模数与集电层相近的材料，且应力加强材与集电层的厚度比值介于0.25至6。
举例来说，正极集电层若选择不锈钢为材料，其厚度可以介于5µm至15µm之间，若选择铝为材料，厚度则可以介于25µm至40µm之间，而负极集电层若选择不锈钢为材料，其厚度可以介于5µm至15µm之间，若选择铜为材料，其厚度可以介于2µm至20µm之间，依据上述可知，由于不同材质具有不同的材料刚性，因此不同材质的基材的厚度范围不尽相同。而对于应力加强材来说，较佳的厚度不大于30µm，否则过厚的应力加强材会因为本身的厚度而变得较难弯折，但对于厚度过薄的应力加强材来说，例如小于10µm，则难以提供加强结构强度的目的，对于应力加强材而言，较佳的应力加强材厚度介于10µm至12µm之间，能发挥较佳的效果，而就应力加强材的材质来说，常见且可选择的材料例如但不限于聚乙烯对苯二甲酸酯（PET）、聚氯乙烯（PVC）、聚乙烯（PE）、聚丙烯（PC）、聚苯乙烯（PS）、聚酰亚胺（polyimide）、尼龙（nylon）、聚对苯二甲酸乙二酯（polyethylene terephthalate）、聚胺酯（polyurethane）、亚克力（acrylic）、环氧树脂（epoxy）、硅胶（silicone）等材料，但实际的应用并不受限于上述的材料种类。
另外，集电层的厚度不大于活性材料层，其因在于活性材料层涂布于集电层的内侧，且因为活性材料层因本身构成的材质，其弯曲的延展性相当低，若活性材料层的厚度过厚，不但容易发生活性材料层脆裂的问题，而导致活性材料层刺穿集电层，也或是会发生集电层过分拉扯活性材料层而发生集电层破裂的情形。
另外，应力加强材利用涂布（coating）、喷涂（spraying）及印刷（print）等方式设置于集电层上，或者，可于应力加强材与集电层之间加上黏着层，以黏合应力加强材与集电层。
请参阅图2，其为加入黏着层的可挠电池的结构示意图，其与图1A至图1C的差别在于，这种可挠电池10具有黏着层22，黏着层22夹设于第一外表面122与应力加强材18之间和/或夹设于第二外表面142与应力加强材18之间，换句话说，正极集电层12与应力加强材18之间、负极集电层14与应力加强材18之间的至少其中之一设有黏着层22，图2仅显示正极集电层12的第一外表面122上及负极集电层14的第二外表面142上都设置黏着层22及应力加强材18的情况，当然，当黏着层22也可能只存在正极集电层12与应力加强材18、负极集电层14与应力加强材18的至少其中之一之间，实际情况依应力加强材18设置的位置而定，例如当应力加强材18只设置于第一外表面122上时，黏着层22也只设置于第一外表面122与应力加强材18之间。
接续，黏着层由黏着胶组成，黏着胶可由聚胺酯（polyurethane）、亚克力（Acrylic）、环氧树脂（epoxy）、硅胶（silicone）等组成，且厚度不大于5μm。
承词汇解释第5点所述，电化学***层通过集电层与胶框的封围与外界隔绝，因此封围区域内为密闭的，不与外界环境接触。也就是说，胶框需要具有阻水气的功能，同时需要具有可挠性，因此，本发明的胶框的材料选自硅胶（silicone），硅胶可达到阻水气的功能，且其于熟化后仍具有可挠性。另外，胶框在正投影方向上至少部分重叠于正极集电层与负极集电层，也就是说，在正投影方向上，胶框不需完全重叠于正极集电层与负极集电层。
市面上的可挠电池会使用铝塑膜作为电池的封装材料，以容置正极（cathode）、负极（anode）、隔膜（separator）以及电解液（electrolyte）等。与本发明不同的是，本发明是以集电层及胶框作为封装，也就是说，集电层除了收集和释放电子，也与胶框一同将电化学***层与外界隔绝，而反观市面上的可挠电池则是以铝塑膜将集电层、电化学***层与外界隔绝。因此，本发明与一般使用铝塑膜的可挠电池结构是截然不同的。
综上所述，本发明在集电层上设置应力加强材，以提升集电层的表面强度，当集电层具备一定的结构应力时，其在弯折时不易产生皱折、锐角，或无法恢复的形变，如此一来，即使可挠电池经过反复的弯曲，也可维持良好的电容量以及电池寿命。
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为的均等变化或修饰，均应包括于本发明的保护范围内。
Claims (9)
1.一种可挠电池，其特征在于，包括有：
一正极集电层，其具有一第一外表面及一第一内表面；
一负极集电层，其具有一第二外表面及一第二内表面；
一胶框，其夹设于该第一内表面与该第二内表面间，以形成一封围区域，该正极集电层、该负极集电层与该胶框是该可挠电池的封装材；以及
一电化学***层，其设置于该封围区域内并邻设于该胶框的侧表面；
其中，该第一外表面及该第二外表面的至少其中之一上设置有一应力加强材，该应力加强材与该集电层的材料的杨氏模数相近；该集电层包括该正极集电层和/或该负极集电层；且该应力加强材与该正极集电层或该负极集电层的厚度比值介于0.25至6；该胶框与该应力加强材的材料都是硅胶。
2.如权利要求1所述的可挠电池，其特征在于，该电化学***层包括有一正极活性材料层、一负极活性材料层与一夹设于该正极活性材料层与该负极活性材料层间的电性绝缘层，该正极活性材料层与该第一内表面邻接，该负极活性材料层与该第二内表面邻接。
3.如权利要求1所述的可挠电池，其特征在于，该正极集电层的厚度介于5μm至40μm。
4.如权利要求1所述的可挠电池，其特征在于，该负极集电层的厚度介于2μm至20μm。
5.如权利要求1所述的可挠电池，其特征在于，该应力加强材的厚度介于10μm至30μm。
6.如权利要求1所述的可挠电池，其特征在于，其在该应力加强材与该第一外表面、该应力加强材与该第二外表面的至少其中之一之间还包括一黏着层。
7.如权利要求6所述的可挠电池，其特征在于，该黏着层的厚度不大于5μm。
8.如权利要求6所述的可挠电池，其特征在于，该黏着层选自聚胺酯、亚克力、环氧树脂、硅胶及上述的组合。
9.如权利要求1所述的可挠电池，其特征在于，该封围区域为密闭的。
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