TW201521271A - 新穎鋰離子電池 - Google Patents

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Abstract

本發明係有關一種鋰離子電池，其具有複數個電池芯，該等電池芯係於一密封殼體內部串聯、並聯或兩者均有。本發明亦提供一種具有經外部連接之電池芯的鋰離子電池。

Description

新穎鋰離子電池 發明領域
本發明係有關一種新穎鋰離子電池。
發明背景
自從1991年第一個商業化的可充電鋰電池上市後，鋰離子電池芯(cell)變得相當普遍並大眾化。鋰離子電池芯的高能量密度使得它們相當適合用於可攜式裝置，包括行動電話、可攜式計算機及電動式/電動混合式交通工具。
一個鋰離子電池芯係由四個主要組件所構成：一陰極、一陽極、一隔離件及一電解質。當該電池芯充電時，該陰極係氧化以提供鋰離子及電子至該陽極。在放電期間，該陰極係還原至其原始狀態，同時該陽極係氧化以提供鋰離子及電子。該隔離件避免陰極直接接觸陽極而發生短路。同時，該隔離件讓帶電離子從陰極通往陽極，反之亦然。該電解質提供鋰離子一通道，以在陰極與陽極之間通行。
典型地，上述組件係裝載在一密封殼體內。該殼體包含一安全通氣孔以預防鋰離子電池內部在放電、充電期間及短路期間積聚在殼體內的過量壓力。鋰離子電池芯 的殼體有三種主要型式，即圓筒型、角柱型(prismatic)及袋型。
鋰離子電池芯典型地會產生3到4伏特的電壓。要組構一個高電壓電池，必須外部串聯連接個別電池芯以形成具所欲電壓的電池組(battery pack)。鋰離子電池芯亦可並聯以增加電池組所能提供的電流。
一典型的鋰離子電池組包含一電池管理系統。電池管理系統的目的在於避免電池組內個別電池芯的過充電及過放電。
存在一個對鋰離子電池的需求，其相較於現有電池在組裝上更為簡便且成本較低。
發明概要
為克服現存鋰離子電池的缺點，提供一種包含鋰離子電池芯的電池，該等鋰離子電池芯係於殼體內部相連接。
該鋰離子電池包含複數個彼此平行對劑排列的鋰離子電池芯。各個鋰離子電池芯包含一陰極，其與一正電流集電器電子接觸；一陽極，其與一負電流收集器電子接觸；一隔離單元，其將陰極與陽極隔離；及一電解質，其與該陰極、該陽極及該隔離單元相接觸。該電池亦包含單頭正端子，其與一或多個該正電流集電器直接接觸，但未與任何負電流集電器接觸；單頭負端子，其與一或多個該負電流集電器直接接觸，但未與任何正電流集電器接觸； 及一或多個跨接連接器，各與一或多個該正電流集電器及一或多個該負電流集電器電性連接。
所有上述組件均含納於一殼體內，該殼體具有封閉該殼體的蓋子。前述正端子延伸通過該蓋之第一開口，而該負端子延伸通過第二開口。該殼體包含一分隔件(divider)，將該殼體分成至少兩個區塊(compartments)，各區塊容納有一或多個鋰離子電池芯。
另外，各陰極包含鋰陰極材料；各陽極包含一陽極材料；各隔離單元包含一微孔材料；該電解質係液體、膠體或聚合性單體；該正端子、該負端子、該正電流集電器及該負電流集電器各包含一金屬片(metal tab)；而該跨接連接器各包含一金屬條(metal bar)。
本發明之一或多個實施態樣之細節係於圖式及下文中說明。本發明之其他特徵、目的及優勢係由該說明及申請專利範圍而顯明。本文所引用之所有文件的內容係以參照方式將其整體內容納入本文中。
100‧‧‧電池芯
101,103,211,407‧‧‧負接片
102,212,406‧‧‧正接片
104,404‧‧‧負端子
105,409‧‧‧正端子
106,213,403‧‧‧跨接連接器
107,402‧‧‧電池芯平衡裝置
108,200,408,500‧‧‧殼體
109,210,302‧‧‧殼體蓋
110‧‧‧安全通氣孔
111‧‧‧外蓋
112‧‧‧負端子連接器
113‧‧‧正端子連接器
114‧‧‧外負端子
115‧‧‧外正端子
116‧‧‧密封塞
117,410,504‧‧‧分隔件
118‧‧‧接片狹縫
300‧‧‧垂直跨接連接器
301‧‧‧下部殼體
303‧‧‧上部殼體
304,502‧‧‧並聯連接器
305‧‧‧對準針腳
400‧‧‧圓筒型電池芯
401,501‧‧‧下蓋
405,503‧‧‧上蓋
圖1A係一12芯鋰離子電池的視圖，顯示該殼體內之該鋰離子電池芯的內部視圖；圖1B係圖1A所描繪之該12芯鋰離子電池的視圖，顯示該殼體內之該電池芯的剖視圖，顯示電池芯之間的並聯及串聯連接；圖1C係一12芯鋰離子電池的視圖，顯示具有一外蓋的另一實施態樣； 圖1D係一12芯鋰離子電池的視圖，顯示另一實施態樣的展開圖；圖1E係一12芯鋰離子電池的視圖，顯示圖1D所示電池經部份組裝的視圖；圖2A係一經配置成12芯並列之24芯鋰離子電池的視圖，顯示電池芯間的並聯及串聯連接；圖2B係圖2A所描繪之該24芯鋰離子電池的視圖，顯示該殼體內容之電池芯及電池芯之間的外部連接；圖3A係一配置成12芯堆疊在12芯上之24芯鋰離子電池的展開圖，顯示電池芯之間的並聯及串聯連接；圖3B係圖3A所描繪之該鋰離子電池的底部12電池芯之視圖，顯示在該下部殼體內之電池芯及該電池芯之間的外部連接；圖3C係圖係圖3A所描繪之該鋰離子電池的上部12電池芯之視圖，顯示在該上部殼體內之電池芯及該電池芯之間的外部連接；圖3D係圖3A所示之24芯鋰離子電池經完整組裝之全視圖；圖4係一4芯鋰離子電池之組構的展開圖，顯示該電池芯之間的串聯連接；而圖5係一8芯鋰離子電池之組構的展開圖，顯示該電池芯之間的並聯及串聯連接。
較佳實施例之詳細說明
如前所述，存在對鋰離子電池的需求，其相較於既存電池在組裝上更為簡便且成本較低。
為了滿足該需求，提供一種包含複數個鋰離子電池芯的鋰離子電池，該等鋰離子電池芯彼此平行對齊排列於單一密封殼體中。該等鋰離子電池芯可以串聯、並聯或兩者均有的方式電性連接。有利地，該個別鋰離子電池芯之間的連接，可在以殼體蓋密封該殼體之前在殼體內部完成。於另一實施態樣中，該鋰離子電池芯係係在該殼體外部串聯、並聯連接或兩者均有。
有利地，在該電池內的各鋰離子電池芯並非個別包裝在密封容器內。因此不需要先製作個別的密封電池芯然後再將它們連接以形成電池。再者，所欲電池之電壓係於最早期的設計階段即納入考量。例如，可按照產生所欲電壓及電流容量所需要的電池芯數量來選擇殼體尺寸。相較於傳統鋰離子電池，此一方案需要較少的材料並降低了製造成本。
陽極係藉由塗覆一陽極材料於負電流集電器上而形成。該陽極材料可為例如鋰鈦氧化物(LiTi4O9)、矽、及矽/氧化矽/碳，或該等材料之混合物。附加的適當陽極材料係詳述於文獻Materials,6：156-183。該負電流集電器可包括銅、鎳、鍍鎳鋼材、不銹鋼、或鈦。較佳地，該負電流集電器係銅所形成。
與陽極相似，該陰極係藉由塗佈一陰極材料於正電流集電器上而形成。該陰極材料可為鋰鈷氧化物(LiCoO2； LCO)、鋰鎳氧化物(LiNiO2；LNO)、鋰鎂氧化物(LiMn2O4；LMO)、磷酸鋰鐵(LiFePO4；LFP)、及鋰(鎳,鎂,鈷)氧化物(Li(Ni,Mn,Co)O2；NMC)、或該等材料之混合物，但不限於此。可使用之附加的陰極材料係詳述於文獻Chemical Reviews 104：4271-4301及Materials 6：156-183。於一較佳實施態樣中，該陰極材料係LFP。
該正電流集電器可為鎳、不銹鋼或鋁所形成。於一較佳實施態樣中，該正電流集電器係鋁所形成。
至於該隔離件材料，此一材料可為一微孔聚合物膜、一不織布墊、或一無機複合膜。微孔聚合物膜的實例包括但不限於：聚乙烯(PE)、聚丙烯(PP)、PE-PP摻混物、及高密度聚乙烯及超高分子量聚乙烯摻混物。該不織布墊可為例如下列物質所形成：纖維素、化學改質纖維素、聚烯烴、聚醯亞胺、聚四氟乙烯、聚氟偏乙烯、聚氯偏乙烯、聚氯乙烯及聚酯。該無機複合膜可為例如陶瓷粒子等超細無機粒子結合於用了少量黏結劑之介質而形成的孔狀墊。例如，一無機複合膜可為由以下所形成：結合至一聚對苯二甲酸乙酯不織物支持介質的Al2O3/SiO2。附加的適當隔離件材料係詳述於文獻J.Power Sources 164：351-364。於一較佳實施態樣中，該隔離件材料係一微孔聚合物膜。
該電解質可為液體、膠體、或聚合性固體。例如，液體電解質可為一溶於有機溶劑的鋰鹽。鋰鹽的實例包括LiPF6、LiBF4及LiClO4。可使用的有機溶劑包含但不限於：碳酸乙烯酯、碳酸二甲酯、碳酸乙基甲酯、碳酸丙烯酯及 碳酸二乙酯。該有機溶劑可相互結合以形成二元、三元、四元及五元混合物。附加的適當鋰鹽及有機溶劑係詳述於美國專利案US6,245,464。
於另一實施態樣中，可使用以聚氧乙烯(POE)為主的複合電解質。可使用高分子量POE以製作用於乾式鋰高分子電池芯的固態電解質。於另一替代方案中，可使用低分子量POE於濕式鋰離子電池芯用電解質。附加的適當電解質係詳述於文獻Chemical Reviews 104：4303-4417。
各單位電池芯可由下述所構成：以隔離件材料彼此隔離的多重平面陽極板及多重平面陰極板。在此構形中，所有的陽極板係彼此電性連接，而所有的陰極板亦同樣彼此電性連接。極板數量可依所欲之電池電流容量作選擇。
為構成具有高載流量之電池，必須在不過度增加各電池芯尺寸之下，增加該陽極及陰極的活性表面積。此係可藉由製作所謂包卷(jelly-roll)型式之電池芯而達成。在此型式中，該陽極、陰極及隔離件材料係形成為連續帶體。在將該等帶體堆疊使得該隔離件帶體介於陽極材料帶體及陰極材料帶體之間後，該經堆疊的帶體係以螺旋方式捲起以產生該包卷。於一較佳實施態樣中，係使用兩種隔離件材料帶體，與一陽極及陰極形成該包卷。例如，該連續帶體的堆疊物依序包含：隔離件材料之第一帶體、陽極、隔離件材料之第二帶體、及陰極。隨著該堆疊物的捲起，該隔離件材料的第一帶體會形成該包卷的外表面。以此方式形成的包卷，可鄰近另一包卷而放置，不會在兩電池芯間 發生短路。
在該包卷實施態樣中，該陽極係由塗覆有該陽極材料之薄箔型負電流集電器所構成，而該陰極係由塗覆有該陰極材料之薄箔型正電流集電器所形成。
有利地，該包卷電池芯具有相當低的內電阻。另外，該包卷可適用於不同的形狀因子，例如圓筒形或扁長形(flattened oblong)，取決於所欲電池設計。該包卷的尺寸亦可適用於裝配特定殼體尺寸。於一特定實施態樣中，該包卷係20cm x 30cm。
為了將各電池芯的陽極及陰極電性連接至該池的其他組件，係提供一接片(connector tab)於各陽極於陰極上。該陽極包含一負接片，其係由附接至該負電流集電器之鎳所形成。該陰極包含一正接片，其係由附接至該正電流集電器之鋁所形成。該負接片及正接片可藉由電阻熔接、超音波熔接、雷射熔接來附接至其等各自的集電器。例如，見於可在batterypoweronline.com全球資訊網找到的2009年11月/12月發行之Battery Power Products & Technology。
如前所述，個別鋰離子電池芯可以串聯、並聯或兩者併存的方式彼此電性連接。為了將其實現，提供跨接連接器(cross-over connector)，其可附接至一負接片及一正接片兩者以串聯連接電池芯。相同跨接連接器可附接至多於一個負接片及多於一個正接片以同時建立並聯及串聯連接。該跨接連接器可為導電金屬所形成，如鎳、銅及鋁。經鍍面或包層(clad)的金屬亦可使用，例如經鍍鎳的銅、經 鍍鎳的鋁、鎳-銅包層、及鎳-鋁包層。在一較佳實施態樣中，該跨接連接器係鎳-鋁包層所形成。
該跨接連接器可藉由一熔接方法而附接至該負接片及正接片，如電阻熔接、超音波熔接、或雷射熔接。在一些實施態樣中，提供了並聯連接器，其熔接至兩個以上的負接片而未接至任何正接片。
亦包含於鋰離子電池中的有單頭正端子，其與一或多個正端子直接接觸；以及單頭負端子，其與一或多個負接片直接接觸。該正端子係經熔接至該正接片；而該負端子係經熔接至該負接片。該等端子擔任電路接點之功用，該電路係該電池將供應電力之電路。
一殼體係包含在內，其容納該鋰離子電池芯、正端子、負端子及跨接連接器，並內含電解質。該殼體可為金屬或塑膠所形成。在一較佳實施態樣中，該殼體係為塑膠所形成。
該殼體包含內部分隔件，其將該殼體劃分成區塊。該內部分隔件物理性地將該等電池芯彼此隔開。該內部分隔件可在殼體內平均地作出間隔，藉此產生具有相同體積的區塊。各區塊可含有單個包卷電池芯或一組並聯的包卷電池芯。例如，4個包卷電池芯可納入一個具有三個分隔件而形成4個區塊的殼體中，各區塊有一個包卷。兩者擇一地，各3個包卷的4個群組可納入一個具有三分隔件而形成4個區塊的殼體中，各區塊有3個包卷。該內部分隔件可由與殼體相同的材料所形成。
該殼體係藉由一殼體蓋閉合，該蓋係於電池製造期間密著至該殼體。該殼體蓋包含安全通氣孔，以預防電池充放電期間積聚在殼體內的過量壓力。在一些實施態樣中，該殼體蓋可包含接片狹縫，該正接片及負接片經由該接片狹縫而伸出。這讓該等連接得以在該經密封殼體外部完成。例如，可在該殼體蓋外表面上製作該正接片及該跨接連接器之間的連接、或該負接片與該跨接連接器的連接。
在一包含電池芯彼此間殼體外連接的實施態樣中，係包含有一第二外蓋，以保護該等連接免遭環境傷害。該外蓋包含一外正端子及一外負端子，其等提供對外部負載或充電裝置的接點。該位於外蓋上的外正端子可經由一正端子連接器連到在殼體蓋外表面上的正端子。同理，該外蓋上的負端子可經由一負端子連接器連到在殼體蓋外表面上的負端子。
具有所欲電壓及電流容量的電池，可使用在單一密封殼體內之多鋰離子電池芯來構成。例如，為構成一具有30Ah電流容量之12V電池，4個各具有30Ah電流容量的鋰離子電池芯係安置於殼體中並且串聯。二擇一地，具同樣電壓及容量的電池，可藉由並聯三個各具有10Ah容量的鋰離子電池芯來獲得。四個如此並聯的電池芯係經串聯以形成一12V,30Ah電池。
如前所述，該等附接至該電池集電器的接片可經由一跨接連接器彼此相連。可使用跨接連接器以連接多個 負接片、多個正接片、或將負接片連接至正接片。例如，為並聯兩電池芯，兩個負接片係藉由一個跨接連接器連接、而兩個正接片係藉由一第二跨接連接器連接。相似地，兩個電池芯可藉由下述而串聯：經由一跨接連接器將第一電池芯的負接片連接至第二電池芯的正接片。該跨接連接器可藉由電阻熔接、超音波熔接或雷射熔接而附接至該接片。
可使用標準化模組來使成本最小化並簡化電池組的維護。例如，使用具有30Ah電池容量的3V鋰離子電池芯，可輕易構組具下述電壓/電池容量之組合的電池：(i)12V/30Ah(串聯4 x 30Ah電池芯)；(ii)12V/60Ah(串聯兩組經並聯之4 x 30Ah電池芯)；(iii)24V/30Ah(串聯8 x 30Ah電池芯)；(iv)12V/90Ah(串聯3組經並聯之4 x 30Ah電池芯)；(v)36V/30Ah(串聯12 x 30Ah電池芯)；及(vi)48V/30Ah(串聯16 x 30Ah電池芯)。
有利地，鋰離子電池可經組構以替代常用電池型式。例如，前述包含4個串聯電池芯的鋰離子電池可替代12V鉛酸電池，而包含8個串聯電池芯的鋰離子電池可替代一24V鉛酸電池。
於一實施態樣中，係包含有一電池管理系統。該電池管理系統可包含一或多個電池芯平衡裝置，其係於充電期間使電池內個別鋰離子電池芯間電壓均等。例如，可使用一充電分流電池芯平衡法(charge-shunting cell balancing method)來選擇性將充電電流分流，當各電池芯充 飽電時繞過它們。另外，可使用活性電池芯平衡法(active cell balancing method)，其中一活性電荷分流元件或者電壓或電流轉換器將能量由一電池芯移到另一個電池芯。電荷分流元件將電荷從一選定的電池芯移走，將該電荷儲存在一電容器鞏，然後將它傳送到另一個電池芯。能量轉換裝置包含電感器或變換器，其等將能量自一個電池芯或一組電池芯移到另一個電池芯或另一組電池芯。
在一些實施態樣中，未包含電池管理系統。有利地，這顯著降低了電池製造成本。
雖未進一步闡明，咸認習於此藝者基於上述說明能夠利用本發明至其最完整的延伸範圍。以下具體實施例僅供例示之用，並未以任何方式限制本揭示內容之其他部份。
實施例1 包含12個鋰離子電池芯的鋰離子電池
參照圖1A，其描繪了一12芯鋰離子電池的內視圖。各電池芯(100)係角柱型包卷電池芯，配置成實質上平行於其他電池芯(100)，且該角柱型包卷電池芯(100)內部各包含一正電流集電器及一負電流集電器。該正電流集電器及負電流集電器係連接至一正接片(102)及一負接片(101,103)。在圖1B所繪之實施態樣中，該電池芯(100)係經由一跨接連接器(106)交互連接，該跨接連接器(106)係附接至三個正接片(102)及三個負接片(101)。三個電池芯(100)係經由該跨接連接器(106)彼此並聯連接，而每三個並聯連接之電池芯(100)各組係經由跨接連接器(106)與另一組三個並聯 連接之電池芯(100)串聯連接。一負端子(104)係連接至三個負接片(103)，而一正端子(105)係連接至三個正接片(102)。該電池芯(100)係含納在一殼體(108)內，該殼體(108)包含一具有一或多個安全通氣孔(110)的殼體蓋(109)。在圖1B所描繪的實施態樣中，電池芯(100)彼此間經由跨接連接器(106)的連接，係在該殼體蓋(109)外部。可擇地，可包含一電池芯平衡裝置(107)以在使用期間常態化(normalize)電池芯之電壓。該電池芯平衡裝置(107)係連接在一跨接連接器(106)及該負端子(104)之間、在兩個跨接連接器(106)之間、或在一跨接連接器(106)及該正端子(105)之間。參照圖1C，該電池可包含一外蓋(111)，其附接至該殼體蓋(109)。該外蓋(111)保護在該殼體蓋(109)表面上的各種連接器。該外蓋包含一外負端子(114)及一外正端子(115)，用於將該電池連接至一外部負載或一充電裝置。該外負端子(114)係經由一負端子連接器(112)連接至該負端子(104)。相似地，該外正端子(115)係經由一正端子連接器(113)連接至該正端子(105)。再參照圖1D，該殼體(108)可藉由一或多個分隔件(117)分割成區塊。該分隔件(117)物理性地將電池芯(100)或電池芯群組彼此分離，且亦將電解質留存於各區塊內。該殼體蓋(109)包含接片狹縫(118)。該正接片(102)及負接片(101,103)經由該接片狹縫延伸通過該殼體蓋(109)，使得電池芯(100)之間的並聯及串聯連接得以在該殼體蓋(109)外部完成。如圖1C中，一外蓋(111)保護在該殼體蓋(109)表面上的各種連接器。圖1E顯示該等正接片(102)及負接片(101,103)經由該接片狹 縫(118)延伸通過該殼體蓋(109)。亦顯示在該殼體蓋(109)表面上的該跨接連接器(106)、該負端子(104)及該正端子(105)。一密封栓(116)係經提供以封住該接片狹縫(118)。該等正接片(102)及負接片(101,103)經由該插在接片狹縫(118)內的密封塞(116)延伸通過該殼體蓋(109)。該密封塞(116)阻止該電解質漏出該殼體(108)，且亦避免該電解質與該等正接片(102)及負接片(101,103)直接接觸。
實施例2 包含24個鋰離子電池芯的鋰離子電池
在另一實施態樣中，描繪於圖2，係一配置成12電池芯(100)並列的24芯鋰離子電池。參照圖2A，其係描繪一2 x 12芯鋰離子電池的內視圖，包含該電池芯(100)間的交互連接。與前述實施例1相似，各電池芯(100)係角柱型包卷電池芯，包含一連接至一正接片(102,212)的正電流集電器，及一連接至一負接片(101,103,211)的負電流集電器。該等電池芯(100)係經由一跨接連接器(106,213)交互連接，該跨接連接器(106,213)係附接至三個正接片(102,212)及三個負接片(101,211)。三個電池芯(100)係經由該跨接連接器(106,213)彼此並聯連接，且三個並聯連接之電池芯(100)各組係與另一組三個並聯連接之電池芯(100)經由該跨接連接器(106,213)串聯連接。一負端子(104)係連接至三個係連接至三個負接片(103)，而一正端子(105)係連接至三個正接片(102)。可擇地，可包含一電池芯平衡裝置(107)以在使用期間normalize電池芯電壓。該電池芯平衡裝置(107)係連接在兩個跨接連接器(106,213)之間。再參照圖2B，該電池芯 (100)係含納在一殼體(200)內，其包含一具有一安全通氣孔(110)之殼體蓋(210)。
實施例3 包含24個鋰離子電池芯之鋰離子電池的另一個實施態樣
參照圖3，一24芯鋰離子電池的另一個實施態樣係經描繪，配置成一12電池芯(100)在一12電池芯(100)之上。圖3A顯示一2 x 12芯鋰離子電池的內視圖，包含該等電池芯(100)間的交互連接。如同上述在實施例1及2之電池，各電池芯(100)係角柱型包卷電池芯，包含一連接至一正接片(212)的正電池集電器及一連接至一負接片(211)的負電流集電器。在各層中，該電池芯(100)係經由一跨接連接器(106)交互連接，該跨接連接器(106)係附接至三個正接片(212)及三個負接片(211)。三個電池芯(100)可經由該跨接連接器(106)或經由一並聯連接器(304)而彼此並聯連接，而在一層中三個並聯連接之電池芯(100)各組係經由該跨接連接器(106)而與另一組三個並聯連接的電池芯(100)串聯連接。垂直跨接連接器(300)係經提供，以建立某些上層電池芯與下層電池芯之間的連接。一負端子(104)係連接至三個負接片(211)，而一正端子(105)係連接至三個正接片(212)。可擇地，可包含一電池芯平衡裝置(107)以在使用期間常態化該電池芯電壓。該電池芯平衡裝置(107)係連接於一電池芯(100)之該正接片(212)與該負接片(211)之間，而該電池芯(100)可與另一電池芯(100)並聯連接。圖3B描繪在一下部殼體(301)內的下部電池芯(100)組，其係藉由一殼體蓋(302) 而覆蓋。該垂直跨接連接器(300)從該殼體蓋(302)向上延伸。該殼體蓋(302)包含安全通氣孔(110)及一對準針腳(305)。該對準針腳(305)可用於使該下部殼體(301)與圖3C所示之上部殼體(303)對準。該對準針腳(305)***上部殼體(303)底下的相對應凹痕。該圖描繪該包封有電池芯(100)並經殼體蓋(302)覆蓋的上部殼體(303)該垂直跨接連接器(300)從該殼體蓋(302)的上方向下延伸，使得其等可接觸在下層的並聯連接器(304)。該殼體蓋(302)亦包含安全通氣孔(110)及對準針腳(305)其可用於堆疊並連當對準外加的電池芯層。圖3D描繪該經組裝的電池全貌。
實施例4 具有串聯構形之4個圓筒型電池芯的鋰離子電池芯
在圖4所描繪的另一實施態樣中，一4芯鋰離子電池包含係4個圓筒型電池芯(400)，其等並列配置於一殼體(408)內。各圓筒型電池芯包含一連接至一正接片(406)的正電流集電器、及一連接至負接片(407)的負電流集電器。該正接片(406)及負接片(407)延伸通過一下蓋(401)。可擇地，可包含一電池芯平衡裝置(402)，其連接各電池芯(400)之正接片(406)及負接片(407)。一跨接連接器(403)將一電池芯(400)之負接片(407)與一鄰近電池芯之正接片(406)相連接，以建立一串聯連接。一正端子(409)係連接至最右端電池芯(400)的正接片(406)，而一負端子(404)係連接至最左端之負接片(407)。該正端子(409)及負端子(404)延伸通過一上蓋(405)。該圓筒型電池芯(400)係藉一分隔件(410)於該殼體 (408)內物理性分隔，該分隔件(410)於該殼體(408)內形成區塊。
實施例5 包含8個圓筒型鋰離子電池芯的鋰離子電池
參照圖5，另一實施態樣係包含8個圓筒型電池芯(400)，其等係經配置為兩組4電池芯，並列於一殼體(500)內。與實施例4之電池相似，各圓筒型電池芯包含一連接至一正接片(406)的正電流集電器、以及一連接至一負接片(407)的負電流集電器。該正接片(406)及該負接片(407)延伸通過一下蓋(501)。可擇地，可包含一電池芯平衡裝置(402)，其連接各電池芯(400)的正接片(406)及負接片(407)。跨接連接器(403)將一電池芯(400)的該負接片(407)與鄰近電池芯的正接片(406)相連接，以建立串聯連接。再者，與該跨接連接器(403)呈直角的並聯連接器(502)，並聯連接該兩組4電池芯。一正端子(409)係連接至該連接兩個最右端的電池芯(400)的並聯連接器(502)；而一負端子(404)係連接至該連接兩個最左端電池芯(400)的並聯連接器(502)。該正端子(409)及該負端子(404)延伸通過一上蓋(503)。該圓筒型電池芯(400)係在該殼體(500)內藉由一分隔件(504)物理性隔開，該分隔件(504)在該殼體(500)內形成區塊。
實施例6 具有串聯構形之4電池芯的鋰離子電池芯
一鋰離子電池係以如前述實施例4的方式組構，其具有4個角柱型包卷電池芯，經置於單一殼體中並經串聯，以形成一12V、3Ah電池。未包含電壓平衡裝置。各個別電池芯的電壓係經量測，之後該電池係經放電及再充電。 各電池芯的電壓係於27次放電/再充電周期中每次量測。結果顯示於下表1。
該結果非預期性地顯示各電池芯的電壓變動不超過10mV，即便在缺乏任何電壓平衡裝置之下。
其他實施態樣
本說明書所揭示之所有特徵，係可以任何結合方式加以結合。本說明書中揭示的各特徵可替換成負有相同、等效或相似目的之替代特徵。因此，除非另有明示，否則所揭示之各特徵係僅為等效或相似特徵之通用系而的一實例。由上述說明，習於此藝者可輕易確知本發明之必要技 術特徵，且在未背離其精神及範圍下，能夠作出本發明之各種變化及修正以將其適用於各種用途及情況。因此，其他實施態樣亦落於下述申請專利範圍中。
100‧‧‧電池芯
101,103‧‧‧負接片
102‧‧‧正接片

Claims (23)

  1. 一種鋰離子電池，包含：彼此平行對齊排列的複數個鋰離子電池芯，各鋰離子電池芯包含一陰極，其與一正電流集電器電子接觸，一陽極，其與一負電流集電器電子接觸，一隔離單元，其將陰極與陽極隔離，以及一電解質，其與該陰極、該陽極及該隔離單元相接觸；一單頭正端子，其與一或多個該正電流集電器電性接觸，但未與任何該負電流集電器接觸；一單頭負端子，其與一或多個該負電流集電器電性接觸，但未與任何該正電流集電器接觸；一或多個跨接連接器，其各與一或多個該正電池集電器及一或多個該負電流集電器電性連接；一殼體，其容納該鋰離子電池芯、該正端子、該負端子及該跨接連接器；以及一蓋，其包封該殼體，其中各陰極包含一鋰陰極材料，各陽極包含一陽極材料；各隔離單元包含一微孔材料；該電解質係為一液體、一膠體或一聚合性固體；該正端子、該負端子、該正電流集電器及該負電流集電器各包含一金屬片；該跨接連接器各包含一金屬條；該蓋具有一第一開口及一第二開口； 該正端子延伸通過該第一開口；且該負端子延伸通過該第二開口；而該殼體包含一分隔件，其將該殼體分成至少兩個區塊，各區塊容納一或多個該鋰離子電池芯。
  2. 如請求項1之鋰離子電池，其中該單頭正端子係與二或多個該正電流集電器電性連接，但未與任何該負電流集電器連接，該單頭負端子係與二或多個該負電流集電器電性連接，但未與任何該正電流集電器連接，且該一或多個跨接連接器各與二或多個該正電流集電器及二或多個該負電流集電器電性連接。
  3. 如請求項2之鋰離子電池，其中各個該正電流集電器係經熔接至該正端子或其等所連接之該跨接連接器之一，而各個負電流集電器係經熔接至該負端子或其等所連接之該跨接連接器之一。
  4. 如請求項3之鋰離子電池，其中各鋰離子電池芯係角柱型包卷(jelly roll)，其具有一電池芯體，該電池芯體由一頂側、一底側、一第一端部、一第二端部、一前表面、及一背表面所界定；該正電流集電器，緊鄰於該第一端部，係從該頂側沿著平行於該第一端部的方向延伸而遠離該電池芯體；而該負電流集電器，緊鄰於該第二端部，係亦從該頂側沿著平行於該第二端部的方向延伸而遠離該電池芯體。
  5. 如請求項4之鋰離子電池，更包含多重平衡裝置，各連接該正端子與該跨接連接器之一、連接兩個該跨接連接器、或連接該負端子與該跨接連接器之一，藉此各鋰離 子電池芯之正電流集電器及負電流集電器係藉由至少一個該平衡裝置連接，該平衡裝置能夠將施加給各鋰離子電池芯的充電電壓限制在一預定範圍。
  6. 如請求項5之鋰離子電池，其中該鋰陰極材料係鋰鈷氧化物、鋰鎳氧化物、鋰鎂氧化物、磷酸鋰鐵、鋰鎳鎂鈷氧化物或其等之組合；該陽極材料係碳、鋰鈦氧化物、矽、氧化矽或其等之組合；該隔離單元係一微孔膜、紙、一纖維或一不織物聚合物所形成；而該電解質係LiPF6、LiBF4、或LiClO4或其等之組合。
  7. 如請求項3之鋰離子電池，其中各鋰離子電池芯係具有一電池芯體的圓筒型包卷，該電池芯體包含一頂側及一底側而界定出兩者之間的中央軸、以及一外表面；該正電流集電器沿著平行於該軸的方向從該頂側中心延伸而遠離該電池芯體；而該負電流集電器，緊鄰於該外表面，亦沿著平行於該軸的方向從該頂側延伸而遠離該電池芯體。
  8. 如請求項7之鋰離子電池，更包含複數個平衡裝置，各連接該正端子與該跨接連接器之一、連接兩個該跨接連接器、或連接該負端子與該跨接連接器之一，藉此各鋰離子電池芯之該正電流集電器及負電流集電器係藉由至少一個該平衡裝置連接，該平衡裝置能夠將施加給各鋰離子電池芯的充電電壓限制在一預定範圍。
  9. 如請求項8之鋰離子電池，其中該鋰陰極材料係鋰鈷氧化物、鋰鎳氧化物、鋰鎂氧化物、磷酸鋰鐵、鋰鎳鎂鈷 氧化物或其等之組合；該陽極材料係碳、鋰鈦氧化物、矽、氧化矽或其等之組合；該隔離單元係一微孔膜、紙、一纖維或一不織物聚合物所形成。
  10. 如請求項1之鋰電池，其中各正電流集電器係熔接至其等所連接之該正端子、或該跨接連接器之一，而各負電流集電器係熔接至其等所連接之該負端子、或該跨接連接器之一。
  11. 如請求項10之鋰離子電池，其中各該鋰離子電池芯係具有一電池芯體的角柱型包卷，該電池芯體由一頂側、一底側、一第一端部、一第二端部、一前表面、及一背表面所界定；該正電流集電器，緊鄰於該第一端部，係從該頂側沿著平行於該第一端部的方向延伸而遠離該電池芯體；而該負電流集電器，緊鄰於該第二端部，係亦從該頂側沿著平行於該第二端部的方向延伸而遠離該電池芯體。
  12. 如請求項11之鋰離子電池，更包含複數個平衡裝置，各連接該正端子與該跨接連接器之一、連接兩個該跨接連接器、或連接該負端子與該跨接連接器之一，藉此各鋰離子電池芯之該正電流集電器及負電流集電器係藉由至少一個該平衡裝置連接，該平衡裝置能夠將施加給各鋰離子電池芯的充電電壓限制在一預定範圍。
  13. 如請求項12之鋰離子電池，其中該鋰陰極材料係鋰鈷氧化物、鋰鎳氧化物、鋰鎂氧化物、磷酸鋰鐵、鋰(鎳、鎂、鈷)氧化物或其等之組合；該陽極材料係碳、鋰鈦 氧化物、矽、氧化矽或其等之組合；而該隔離單元係一微孔膜、紙、纖維或一不織物聚合物所形成。
  14. 如請求項10之鋰離子電池，其中各鋰離子電池芯係具有一電池芯體的圓筒型包卷，該電池芯體包含一頂側及一底側而界定出兩者之間的中央軸、以及一外表面；該正電流集電器沿著平行於該軸的方向從該頂側中心延伸而遠離該電池芯體；而該負電流集電器，緊鄰於該外表面，亦沿著平行於該軸的方向從該頂側延伸而遠離該電池芯體。
  15. 如請求項14之鋰離子電池，更包含複數個平衡裝置，各連接該正端子與該跨接連接器之一、連接兩個該跨接連接器、或連接該負端子與該跨接連接器之一，藉此各鋰離子電池芯之該正電流集電器及負電流集電器係藉由至少一個該平衡裝置連接，該平衡裝置能夠將施加給各鋰離子電池芯的充電電壓限制在一預定範圍。
  16. 如請求項15之鋰離子電池，其中該鋰陰極材料係鋰鈷氧化物、鋰鎳氧化物、鋰鎂氧化物、磷酸鋰鐵、鋰(鎳、鎂、鈷)氧化物或其等之組合；該陽極材料係碳、鋰鈦氧化物、矽、氧化矽或其等之組合；而該隔離單元係一微孔膜、紙、一纖維或一不織物聚合物所形成。
  17. 如請求項1之鋰離子電池，其中各該鋰離子電池芯係具有一電池芯體的角柱型包卷，該電池芯體由一頂側、一底側、一第一端部、一第二端部、一前表面、及一背表面所界定；該正電流集電器，緊鄰於該第一端部，係從 該頂側沿著平行於該第一端部的方向延伸而遠離該電池芯體；而該負電流集電器，緊鄰於該第二端部，係亦從該頂側沿著平行於該第二端部的方向延伸而遠離該電池芯體。
  18. 如請求項17之鋰離子電池，更包含複數個平衡裝置，各連接該正端子與該跨接連接器之一、連接兩個該跨接連接器、或連接該負端子與該跨接連接器之一，藉此各鋰離子電池芯之該正電流集電器及負電流集電器係藉由至少一個該平衡裝置連接，該平衡裝置能夠將施加給各鋰離子電池芯的充電電壓限制在一預定範圍。
  19. 如請求項1之鋰離子電池，其中各鋰離子電池芯係具有一電池芯體的圓筒型包卷，該電池芯體包含一頂側及一底側而界定出兩者之間的中央軸、以及一外表面；該正電流集電器沿著平行於該軸的方向從該頂側中心延伸而遠離該電池芯體；而該負電流集電器，緊鄰於該外表面，亦沿著平行於該軸的方向從該頂側延伸而遠離該電池芯體。
  20. 如請求項19之鋰離子電池，更包含複數個平衡裝置，各連接該正端子與該跨接連接器之一、連接兩個該跨接連接器、或連接該負端子與該跨接連接器之一，藉此各鋰離子電池芯之該正電流集電器及負電流集電器係藉由至少一個該平衡裝置連接，該平衡裝置能夠將施加給各鋰離子電池芯的充電電壓限制在一預定範圍。
  21. 如請求項1之鋰離子電池，更包含複數個平衡裝置，各 連接該正端子與該跨接連接器之一、連接兩個該跨接連接器、或連接該負端子與該跨接連接器之一，藉此各鋰離子電池芯之該正電流集電器及負電流集電器係藉由至少一個該平衡裝置連接，該平衡裝置能夠將施加給各鋰離子電池芯的充電電壓限制在一預定範圍。
  22. 如請求項21之鋰離子電池，其中該單頭正端子係與二或多個該正電流集電器直接接觸，但未與任何該負電流集電器接觸，該單頭負端子係與二或多個該負電流集電器直接接觸，但未與任何該正電流集電器接觸，且該一或多個跨接連接器各與二或多個該正電流集電器及二或多個該負電流集電器電性連接。
  23. 如請求項21之鋰離子電池，其中各個該正電流集電器係經熔接至其等所連接之該正端子或該跨接連接器之一，而各個負電流集電器係經熔接至其等所連接之該負端子或該跨接連接器之一。
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