TWI643379B - Rechargeable lithium ion battery with plastic case - Google Patents

Abstract

一種具塑膠殼之可充式鋰離子電池，包含有一塑膠殼、一正電極、一負電極、一核心素子、一正極導柄以及一負極導柄，該塑膠殼包含有一第一蓋體、一第二蓋體以及一容置空間，該第一蓋體具有一第一開口，該第二蓋體具有一第二開口，該正電極埋設於該第一蓋體，該負電極埋設於該第二蓋體，該核心素子設置於該容置空間且包含一層疊狀本體，該層疊狀本體具有一正極接點與一負極接點，該正極導柄連接於該正極接點與該正電極，該負極導柄連接於該負極接點與該負電極，透過改變該塑膠殼之厚度，可以增加該容置空間的大小，進而提升體積能量密度。

Description

具塑膠殼之可充式鋰離子電池

本發明為有關一種鋰離子電池，尤指一種具塑膠殼之可充式鋰離子電池。

鋰離子電池(Lithium-ion battery)是一種充電電池，它主要依靠鋰離子在正極和負極之間移動將化學能轉換為電能來工作，其具有高能量密度、無記憶效應等優點，且大量的應用於3C產品，如智慧型手機與平板電腦等等，而隨著時間的演進，穿戴式電子裝置為下一波的發展目標，因此，如何製造出符合穿戴式電子裝置的鋰離子電池為各大廠商的目標。

而可應用於穿戴式電子裝置的鋰離子電池主要為體積小的扣式電池產品，如中國專利第CN 1178325號「鈕扣形的蓄電池及其生產方法」，其包含有一外殼體、一外殼蓋、一絕緣密封墊以及一電極組件，該外殼體與該外殼蓋透過該絕緣密封墊連接，而該電極組件設置於該外殼體與該外殼蓋內且具有一正電極與一負電極。

一般而言，外殼體是正極而外殼蓋是負極，且是由金屬製作而成，然而，電池的外部殼體若是使用金屬材質，其會具有重量重以及加工成本高等缺點，此外，金屬殼具亦可能因外部保護板失效、不當的過充或過放、高溫環境以及內部短路等因素而導致膨脹爆炸，而提高安全上的疑慮，因 此，如何減輕重量、降低成本、提高使用上的安全性，實為相關業者所欲解決之課題。

本發明的主要目的，在於解決使用金屬外殼之電池而導致重量重、成本高以及安全性低的問題。

為達上述目的，本發明提供一種具塑膠殼之可充式鋰離子電池，包含有一塑膠殼、一正電極、一負電極、一核心素子、一正極導柄以及一負極導柄，該塑膠殼包含有一第一蓋體、一第二蓋體以及由該第一蓋體與該第二蓋體相互密封接合而形成的一容置空間，該第一蓋體具有一第一開口，該第二蓋體具有一第二開口，該正電極埋設於該第一蓋體且封閉該第一開口，該負電極埋設於該第二蓋體且封閉該第二開口，該核心素子設置於該容置空間且包含一層疊狀本體，該層疊狀本體具有一正極接點與一負極接點，該正極導柄的兩端分別連接於該正極接點與該正電極，該負極導柄的兩端分別連接於該負極接點與該負電極。

綜上所述，本發明具有以下特點：

一、藉由該塑膠殼的設置，可以降低整體重量以及成本，且透過改變該塑膠殼之厚度，可以增加該容置空間的大小，進而提升體積能量密度，延長電池續航力。

二、該塑膠殼具有良好的機械和熱穩定性，即使電池內部溫度或壓力異常過大，該塑膠殼能夠先變形、軟化或裂開，產生洩壓緩衝和散熱機制，降低電池燃燒或爆炸等風險，提升安全性。

三、藉由將該正電極與該負電極埋設於該塑膠殼內，可以避免短路的發生，且可同時增強該塑膠殼的強度，此外，該正電極與該負電極不會佔用到該容置空間，而可進一步增加電池的體積能量密度。

10‧‧‧塑膠殼

11‧‧‧第一蓋體

111‧‧‧第一電連接面

112‧‧‧第一側邊

12‧‧‧第二蓋體

121‧‧‧第二電連接面

122‧‧‧第二側邊

13‧‧‧容置空間

14‧‧‧第一開口

15‧‧‧第二開口

20‧‧‧正電極

21‧‧‧第一正電極支架

22‧‧‧第二正電極支架

30‧‧‧負電極

31‧‧‧第一負電極支架

32‧‧‧第二負電極支架

40‧‧‧核心素子

41‧‧‧層疊狀本體

42‧‧‧正極接點

43‧‧‧負極接點

44‧‧‧正極材料

45‧‧‧第一隔離材

46‧‧‧負極材料

47‧‧‧第二隔離材

50‧‧‧正極導柄

60‧‧‧負極導柄

70‧‧‧電解液

圖1，為本發明第一實施例的分解示意圖。

圖2，為本發明第一實施例的剖面示意圖。

圖3，為本發明第二實施例的分解示意圖。

圖4，為本發明第二實施例的剖面示意圖。

圖5，為本發明第三實施例的分解示意圖。

有關本發明的詳細說明及技術內容，現就配合圖式說明如下：請參閱「圖1」至「圖4」所示，本發明為一種具塑膠殼10之可充式鋰離子電池，其包含有一塑膠殼10、一正電極20、一負電極30、一核心素子40、一正極導柄50以及一負極導柄60，該塑膠殼10包含有一第一蓋體11、一第二蓋體12以及由該第一蓋體11與該第二蓋體12相互密封接合而形成的一容置空間13，且該第一蓋體11具有一第一開口14，該第二蓋體12具有一第二開口15，該正電極20與該負電極30分別埋設於該第一蓋體11與該第二蓋體12，且各自封閉住該第一開口14與該第二開口15，該核心素子40設置於該容置空間13，且包含一層疊狀本體41，該層疊狀本體41具有一正極接點42與一負極接點43，該正極導柄50的兩端分別連接於該正極接點42 與該正電極20，該負極導柄60的兩端分別連接於該負極接點43與該負電極30。

而該容置空間13內還會填充一電解液70，該電解液70為具有不同配比的聚碳酸酯(PC)、碳酸乙烯酯(EC)、碳酸二乙酯(DEC)、環氧模壓樹脂(EMC)、碳酸二甲酯(DMC)、大於或等於一莫耳濃度的六氟磷酸鋰(1M LiPF6)所調和而成的有機溶液。

故藉由該塑膠殼10的設置，取代傳統金屬外殼，可以降低整體重量以及成本，且製作該塑膠殼10的製程較為簡單，而可依據不同的需求改變該塑膠殼10之厚度，可增加該容置空間13的大小，進而提升體積能量密度，延長電池續航力，此外，塑膠具有良好的機械和熱穩定性，即使電池內部溫度或壓力異常過大，該塑膠殼10能夠先變形、軟化或裂開，產生洩壓緩衝和散熱機制，降低電池燃燒或爆炸等風險，提升安全性。

而於本實施例中，該第一蓋體11具有一第一電連接面111以及一自該第一電連接面111朝該第二蓋體12延伸的第一側邊112，該第二蓋體12具有一第二電連接面121以及一自該第二電連接面121朝該第一蓋體11延伸的第二側邊122，而該正電極20埋設於該第一電連接面111與該第一側邊112內而成一C型形狀，同樣的，該負電極30埋設於該第二電連接面121與該第二側邊122內而形成一C型形狀，且該第一開口14設置於該第一電連接面111，該第二開口15設置於該第二電連接面121，如此一來，可以增強該塑膠殼10的強度，且可避免短路的發生，而該正電極20與該負電極30亦不會佔用到該容置空間13，可進一步增加電池的體積容量密度。而本實施例中，該第一蓋體11與該第二蓋體12為利用超音波熔接、鐳焊或膠水接合等方式以相互密封接合，利用超音波熔接或鐳焊密合後，可進一步於接縫處塗佈 紫外線膠(UV膠)來增加其機械強度，而膠水可以為熱固型、熱熔型、室溫固化型、壓敏型等等，如工業用膠或紫外線膠(UV膠)。

而該核心素子40還包含堆疊形成層疊結構的一正極材料44、一第一隔離材45、一負極材料46與一第二隔離材47，而該正極材料44可以為層狀(Rock Salt)、尖晶石(Spinel)及橄欖石(Olivine)結構體系的金屬氧化物，而層狀結構體系的金屬氧化物可以如LiMO₂，其中M為三價鈷、鎳、錳或其比例混合等過渡金屬元素；尖晶石結構體系的金屬氧化物如LiMn₂O₄或LiMn₂-xMxO₄，其中M為鐵、鈷、鎳、銅或鉻等過渡金屬元素；橄欖石結構體系的金屬氧化物如LiMPO₄，其中M為二價鐵、鈷、鎳、錳或其比例混合等過渡金屬元素，該負極材料46可以為石墨、鋰鈦氧(Li₄Ti₅O₁₂)、二氧化鈦(TiO₂)或矽碳(Si-C)複合材料，該第一隔離材45與該第二隔離材47的材質可以為聚丙烯(Polypropylene，簡稱PP)、聚乙烯(polyethylene，簡稱PE)或以PP或PE為基膜鍍有氧化鋁(Al₂O₃)的陶瓷隔離膜。此外，於「圖1」及「圖2」中，該核心素子40為捲繞素子，而於「圖3」及「圖4」中，該核心素子40為疊片素子，而於圖中的層數與厚度僅為示意，並非實際之厚度與層數。

而於本發明中，該塑膠殼10的材質可以為聚甲醛(polyformaldehyde，簡稱POM)、聚碳酸酯(Polycarbonate，簡稱PC)、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物(Acrylonitrile Butadiene Styrene，簡稱ABS)、聚丙烯(Polypropylene，簡稱PP)、聚酸甲酯(Polymethylmethacrylate，簡稱PMMA)、苯乙烯丙烯共聚物(Styrene Acrylonitrile，簡稱SAN)、聚苯乙烯(Polystyrene，簡稱PS)及其組合等等，且該塑膠殼10的形狀於此處為利用圓柱體作為舉例說明，但亦可以為多邊形柱體或不規則柱體，不以此 為限，而該正極導柄50的材質可以為鋁、不鏽鋼或其組合等等，該負極導柄60的材質可以為銅、鎳或其組合等。

於製作時，將該核心素子40置入該容置空間13內，並將該正極導柄50的兩端焊接於該正極接點42與該正電極20，將該負極導柄60的兩端焊接於該負極接點43與該負電極30，上述焊接的方式可以為利用雷射點焊的方式來進行，而後於該容置空間13內填充該電解液70，最後再利用超音波熔接的方式使該第一蓋體11與該第二蓋體12相互密封接合，即可完成製作。而此電池的充電電壓可為傳統的4.2V或是高電壓4.35V~5V。

續配合參閱「圖5」所示，該正電極20更包含有一第一正電極支架21以及一第二正電極支架22，而該負電極30包含有一第一負電極支架31以及一第二負電極支架32，該第一正電極支架21與該第二正電極支架22埋設於該第一蓋體11內且彼此相交而夾一角度，而該第一負電極支架31與該第二負電極支架32同樣設置於該第二蓋體12內且彼此相交夾一角度，因此，可以進一步增強該塑膠殼10的強度。此處的電極支架是以兩個做舉例說明，但亦可隨需求而做增減。

綜上所述，本發明具有以下特點：

一、藉由將該塑膠殼取代傳統金屬外殼，可以降低整體重量以及成本，且製作該塑膠殼的製程較無簡單，而可依據不同的需求改變該塑膠殼之厚度，可增加該容置空間的大小，進而提升體積能量密度，延長電池續航力。

二、該塑膠殼具有良好的機械和熱穩定性，即使電池內部溫度或壓力異常過大，該塑膠殼能夠先變形、軟化或裂開，產生洩壓緩衝和散熱機制，降低電池燃燒或爆炸等風險，提升安全性。

三、藉由將正電極與該負電極埋設於該塑膠殼內，可以增強該塑膠殼的強度、避免短路的發生，且不會佔用到該容置空間，可進一步增加電池的體積能量密度。

四、藉由該第一正電極支架、該第二正電極支架、該第一負電極支架與該第二負電極支架的設置，可以進一步增強該塑膠殼的強度。

因此本發明極具進步性及符合申請發明專利的要件，爰依法提出申請，祈 鈞局早日賜准專利，實感德便。

以上已將本發明做一詳細說明，惟以上所述者，僅為本發明的一較佳實施例而已，當不能限定本發明實施的範圍。即凡依本發明申請範圍所作的均等變化與修飾等，皆應仍屬本發明的專利涵蓋範圍內。

Claims (7)

1. 一種具塑膠殼之可充式鋰離子電池，包含有：一塑膠殼，包含有一第一蓋體、一第二蓋體以及由該第一蓋體與該第二蓋體相互密封接合而形成的一容置空間，該第一蓋體具有一第一開口，該第一蓋體具有一第一電連接面以及一自該第一電連接面朝該第二蓋體延伸的第一側邊，該第二蓋體具有一第二開口，該第二蓋體具有一第二電連接面以及一自該第二電連接面朝該第一蓋體延伸的第二側邊；一埋設於該第一蓋體的正電極，且該正電極封閉該第一開口，該正電極埋設於該第一電連接面與該第一側邊內而成一C型形狀，該第一開口設置於該第一電連接面，該正電極包含有一第一正電極支架以及一第二正電極支架，該第一正電極支架與該第二正電極支架彼此相交且夾一角度；一埋設於該第二蓋體的負電極，且該負電極封閉該第二開口，該負電極埋設於該第二電連接面與該第二側邊內而成一C型形狀，該第二開口設置於該第二電連接面，該負電極包含有一第一負電極支架以及一第二負電極支架，該第一負電極支架與該第二負電極支架彼此相交且夾一角度；一設置於該容置空間的核心素子，該核心素子包含一層疊狀本體，該層疊狀本體具有一正極接點與一負極接點，該核心素子包含堆疊形成層疊結構的一正極材料、一第一隔離材、一負極材料與一第二隔離材，其中該正極材料為選自層狀、尖晶石及橄欖石結構體系的金屬氧化物所組成的群組，該負極材料為石墨、鋰鈦氧、二氧化鈦 及矽碳複合材料所組成的群組，該第一隔離材與該第二隔離材的材質為選自於由聚丙烯、聚乙烯及鍍有氧化鋁的陶瓷隔離膜之任一；一正極導柄，該正極導柄的兩端分別連接於該正極接點與該正電極；以及一負極導柄，該負極導柄的兩端分別連接於該負極接點與該負電極。
2. 如申請專利範圍第1項所述之具塑膠殼之可充式鋰離子電池，其中該核心素子為選自於由捲繞素子及疊片素子所組成之群組。
3. 如申請專利範圍第1項所述之具塑膠殼之可充式鋰離子電池，其中該第一蓋體與該第二蓋體相互密封接合的方式選自於由超音波熔接、膠水接合及鐳焊所組成的群組。
4. 如申請專利範圍第1項所述之具塑膠殼之可充式鋰離子電池，其中該塑膠殼的材質為選自於聚甲醛、聚碳酸酯、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物、聚丙烯、聚酸甲酯、苯乙烯丙烯共聚物、聚苯乙烯及其組合所組成的群組。
5. 如申請專利範圍第1項所述之具塑膠殼之可充式鋰離子電池，其中該塑膠殼的形狀選自於由圓柱體、多邊形柱體及不規則柱體所組成的群組。
6. 如申請專利範圍第1項所述之具塑膠殼之可充式鋰離子電池，其中更包含有一設置於該容置空間的電解液。
7. 如申請專利範圍第1項所述之具塑膠殼之可充式鋰離子電池，其中該正極導柄的材質選自於由鋁及不鏽鋼所組成之群組，該負極導柄的材質選自於由銅及鎳所組成之群組。