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    本發明描述一種適合於形成電池袋之多層層壓片狀物。該層壓片狀物包括核心金屬層、密封劑層及絕緣層。該密封劑層結合至該核心金屬層之一個表面，且該絕緣層結合至該核心金屬層之另一表面。該絕緣層具有大於該核心金屬層之寬度的寬度，使得該絕緣層越過該核心金屬層之兩個邊緣而延伸。當藉由摺疊該層壓片狀物來形成該袋時，該絕緣層保護該層壓片狀物之該核心金屬層之該等邊緣以防曝露於該袋之邊緣或側周圍。本發明亦描述及主張其他實施例。
    公开号:TW201304950A
    申请号:TW101123632
    申请日:2012-06-29
    公开日:2013-02-01
    发明作者:Loren L Roy
    申请人:Apple Inc；
    IPC主号:H01M10-00
    专利说明:
    邊緣絕緣之電池袋用片狀物
    本發明之實施例係關於一種袋型鋰聚合物電池。本發明亦描述其他實施例。
    最近，已主動地開發及生產緊密且輕便攜帶型之電子器件，諸如，智慧型電話、筆記型電腦及平板電腦，以及媒體播放器。電池通常用作此等攜帶型器件之內部電源以使該器件能夠在外部電源不可用時操作。電池可使用數種電化學技術中任一者且可以多種外觀尺寸予以製造。對於攜帶型器件，對袋型鋰離子聚合物電池(亦被稱作鋰聚合物電池)之興趣已由於製造成本低、重量輕及形狀易於修改而增加。
    藉由將電極總成裝配於由多層層壓片狀物製成之袋型箱中來建構袋型鋰聚合物電池。在習知袋型電池中，多層層壓片狀物具有為金屬箔之核心層。金屬箔實質上不能使水分及氧氣透過，以防止由水分或氧氣與該箱內部之電解質相互作用而引起的不良反應。當該箱被密封時，金屬箔曝露於該箱之邊緣周圍且因此需要絕緣以防止袋材料之腐蝕，若金屬箔由於與攜帶型器件中之其他金屬部件之無意接觸而被接地或加電偏壓，則可發生該腐蝕。通常，為了使金屬箔絕緣，抵靠箱之側手動地摺疊該箱之經密封邊緣，且接著將帶子置放於經密封邊緣上方以使金屬箔絕緣且抵靠該箱之側緊固該等邊緣。使金屬箔絕緣之此手動程序可耗時且因此昂貴。此外，以此方式摺疊經密封邊緣且將帶子施加於該等邊緣上方會增加電池之總尺寸。此情形可限制可置放於箱內部之電極總成之尺寸；或者，其可縮減經安裝有電池之攜帶型電子器件內之寶貴空間。
    本發明描述一種電池袋用片狀物，該片狀物固有地使該片狀物之核心金屬層之邊緣絕緣。該多層層壓片狀物包括核心層、密封劑層及絕緣層。該核心層具有兩個表面。該核心層之一個表面附接至該密封劑層，且另一表面附接至該絕緣層。該絕緣層寬於該核心層。
    在一實施例中，當該片狀物被摺疊及熱密封以形成圍封電池電極總成之袋時，該密封劑層形成該袋之內部裡襯，且該絕緣層形成該袋之外部裡襯。因為該絕緣層寬於該核心層，例如，相似於外伸物，所以該絕緣層之周邊區段保護該核心層之邊緣以防曝露於該袋之邊緣或側周圍。此情形固有地使該核心層絕緣，而無需將該絕緣層之該等周邊區段摺疊及用帶子捆綁至該袋之該側。
    以上[發明內容]並不包括本發明之所有態樣之詳盡清單。據預期，本發明包括可根據上文所概述之各種態樣以及以下[實施方式]中所揭示且連同本申請案一起申請之申請專利範圍中特別指出之態樣的所有合適組合加以實踐的所有系統及方法。此等組合具有並未在以上[發明內容]中特定地敍述之特定優點。
    現在將參看下文所概述之圖式來描述本發明之實施例。在隨附圖式之諸圖中藉由實例而非藉由限制來說明本發明之實施例，在該等圖中，類似參考指代相似元件。應注意，在本案中對本發明之「一」實施例之參考未必針對同一實施例，且該等參考意謂至少一個。
    現在解釋參看附加圖式的本發明之若干實施例。只要未清楚地界定該等實施例中所描述之部件之形狀、相對位置及其他態樣，本發明之範疇就不僅僅限於所示之部件，該等部件僅意欲用於說明之目的。又，儘管闡述眾多細節，但應理解，可在無此等細節的情況下實踐本發明之一些實施例。在其他情況下，尚未詳細地展示熟知之電路、結構及技術，以便不混淆對此描述之理解。
    圖1及圖2展示可用以形成用於諸如鋰離子聚合物電池(亦被稱作鋰聚合物電池)之電池之袋型箱的多層層壓片狀物10。多層材料10可具有內部密封劑層11、核心層12及外部絕緣層13。核心層12具有寬度W1。內部密封劑層11可具有與核心層12之寬度相同的寬度W1。寬度W1係根據電池之特定設計而選擇。外部絕緣層13具有大於核心層12之寬度W1的寬度W2，使得如圖所示的外層13之對置之左邊緣及右邊緣分別越過核心層12之對置之左邊緣及右邊緣足夠遠地延伸，以提供針對核心層12之該等邊緣之充分絕緣。舉例而言，外層13之邊緣可越過核心層12之各別邊緣延伸大約0.1毫米至0.5毫米，從而使外層13之寬度W2比核心層12之寬度W1大大約0.2毫米至1毫米。
    內部密封劑層11可為基於聚烯烴之聚合物。內部密封劑層11直接地接觸電極總成。內部密封劑層用來依靠聚合物之熱融合及絕緣屬性來電屏蔽電極總成。基於聚烯烴之聚合物之實例包括(但不限於)聚丙烯、氯化聚丙烯、聚乙烯、乙烯-丙烯共聚物、聚乙烯-丙烯酸共聚物，及聚丙烯-丙烯酸共聚物。詳言之，澆鑄聚丙烯膜(CPP)可用作內部密封劑層11。內部密封劑層11可具有在30微米至150微米之範圍內之厚度。
    核心層12插入於內部密封劑層11與外部絕緣層13之間。核心層可由金屬箔製成且充當基板，該基板防止水分及空氣穿透袋且維持層壓片狀物10之強度。可用以形成金屬箔之材料之實例包括鋁、鎳及鋼。核心層12可具有在20微米至150微米之範圍內之厚度。
    外部絕緣層13提供絕緣以保護層壓片狀物之其他層，特別是核心層12。可用作外層13之聚合物之實例包括耐綸，特別是定向耐綸膜。外層13可具有在15微米至25微米之範圍內之厚度。
    為了形成多層片狀物10，將核心層12製備成具有適於待藉由袋圍封之電極總成之單元設計的寬度。可將內層11製備成具有與核心層12之寬度相同的寬度。將外層13製備成具有寬於核心層12之寬度的寬度。抵靠核心層12之一個表面來定位內層11。抵靠核心層12之另一表面來定位外層13，使得外層13之邊緣越過核心層12之邊緣而延伸。接著，可使用(例如)乾式層壓、熱層壓或擠壓層壓將該等層結合在一起。舉例而言，可將黏著劑插入於一個層與另一層之間且接著允許黏著劑乾燥。黏著劑可為諸如胺基甲酸酯樹脂之黏著劑，其具有防止隨著時間之層間分離且防止袋受到外部影響損壞之黏著及拉伸強度。接著，在高於室溫之溫度下在預定壓力下使用加熱輥將該等層彼此結合。或者，可在室溫下在預定壓力下使用壓力輥將該等層彼此結合。
    圖3及圖4展示可由多層層壓片狀物10建構之袋型箱20。為了創製袋20，可在層壓片狀物10中形成空腔21，且摺疊層壓片狀物10以創製覆蓋空腔21之頂部區段22。在一實施例中，圍繞摺疊線來摺疊片狀物之第一區段及第二區段，該摺疊線實質上垂直於片狀物10之對置邊緣，如圖3所示。創製空腔21及頂部區段22，使得內部密封劑層11形成袋20之內表面且外部絕緣層13形成袋20之外表面。空腔21具有預定寬度及深度以用於收納電極總成30，如圖5所示。
    在將電極總成30置放於空腔21中之後，可將片狀物10之環繞空腔21之頂部區段22及邊限23結合在一起以密封袋，如圖4所示。可沿著如圖所示的袋20之三個側對袋20進行熱密封。通常藉由摺疊袋20以創製頂部區段22而形成袋20之第四側，且因此，該第四側無需熱密封。為了圍封電極總成30且密封袋20，可將內部密封劑層11在頂部區段22處之周邊部分與內部密封劑層11在凸緣或邊限23處之部分彼此結合以產生經完全密封袋20。
    在另一實施例中，可由兩個分離多層層壓片狀物10創製袋。可在兩個片狀物中之一者中形成空腔。可將另一片狀物用作袋之覆蓋空腔之頂部區段。在將電極總成置放於空腔中之後，可將片狀物之環繞空腔之頂部區段及邊限結合在一起以密封袋。在此狀況下，可沿著袋之四個側對袋進行熱密封。為了圍封電極總成且密封袋，可將頂部區段之內部密封劑層之周邊部分與邊限之內部密封劑層彼此結合以產生經完全密封袋。
    在又一實施例中，可在袋之頂部區段及底部區段兩者中形成空腔。在一實施例中，可圍繞實質上垂直於多層層壓片狀物之對置邊緣之摺疊線來摺疊該片狀物以創製頂部區段及底部區段。在另一實施例中，可將兩個分離片狀物用於頂部區段及底部區段。舉例而言，每一區段之空腔可具有為電極總成之高度之一半的深度。在將電極總成置放於底部區段之空腔中之後，可將頂部區段之空腔定位於電極總成上方。可將頂部區段之環繞頂部空腔之邊限及底部區段之環繞底部空腔之邊限結合在一起以密封袋。為了圍封電極總成且密封袋，可將內部密封劑層在頂部區段之邊限處之部分與內部密封劑在底部區段之邊限處之部分彼此結合以產生經完全密封袋。
    應注意，儘管此處諸圖展示片狀物10在袋20之兩個對置側24_L、24_R(見(例如)圖3)處具有絕緣層13之「外伸」周邊區段，但片狀物10亦可經製備成在其末端25處具有另外外伸區段。末端25為袋20之與摺疊線穿過之末端對置的切割末端(見圖3)。
    圖3將袋20展示為具有實質上筆直側24_L、24_R，及實質上筆直末端25。然而，當空腔21形成於多層層壓片狀物10中且每一層具有實質上筆直邊緣時，袋20之側24_L、24_R及末端25可能不筆直。相反地，邊限23可具有圍繞空腔21之可變寬度，其中該寬度取決於該空腔之形狀及尺寸。邊限23之可變寬度可造成側24_L、24_R及末端25具有波狀形狀，且因此，袋20之底部區段之邊緣可能不與頂部區段56之邊緣對準。多層層壓片狀物可經設計及製造成具有補償此效應之形狀。片狀物可具有一形狀，使得當空腔形成於片狀物中時，側24_L、24_R及末端25將實質上筆直且與頂部區段56之邊緣對準。片狀物之形狀可取決於待形成於片狀物中之空腔之形狀及尺寸。
    圖6展示具有可變寬度邊限23之袋20之實例。在圖6中，袋20之側24_L、24_R及末端25可為波狀，其中相比於在空腔21之拐角周圍之邊限23，在空腔21之側周圍之邊限23較窄。此係歸因於較多片狀物材料被拉動至空腔21之中心以形成空腔21。為了補償此效應，可製造待形成有空腔21之片狀物，此處被稱作片狀物50(藉由虛線展示)，使得在形成空腔21之前，片狀物50在片狀物50之拐角51、52附近較窄，且朝向片狀物50之每一側54_R、54_L之中心較寬。片狀物50可在拐角51、52附近具有較短長度且在末端55之中心處具有較長長度。片狀物50具有外伸外部絕緣層(未圖示)及核心層(未圖示)，其中每一層具有相似於圖6所示之片狀物50的形狀。外部絕緣層之對置之左邊緣及右邊緣分別越過核心層之對置之右邊緣及左邊緣足夠遠地延伸，以提供針對核心層之邊緣之充分絕緣。當空腔形成於片狀物50中時，較多片狀物材料可自片狀物50之側54_L、54_R及末端55之中心被拉動至空腔21之中心以形成空腔21。此情形可產生空腔區段具有實質上筆直側及末端之袋(不像圖6所示之袋20)。在形成空腔21且沿著摺疊線來摺疊片狀物50以形成頂部區段56之後，空腔區段之側54_L、54_R及末端55將與頂部區段56之筆直邊緣對準。因此，外伸外部絕緣層在空腔區段處之邊緣將與外伸外部絕緣層在頂部區段56處之邊緣對準，藉此防止核心層曝露於袋之邊緣周圍且提供針對核心層之電絕緣。取決於空腔21之尺寸及形狀，片狀物50可經設計成具有不同於圖6所示之形狀的形狀。
    如圖4所示，經密封袋20具有外部絕緣層13在頂部區段22處及在空腔21處之部分，該等部分越過核心層12之邊緣而延伸(在頂部區段22中及在空腔21中)。此情形防止核心層12曝露於袋20之邊緣周圍且因此提供針對核心層12之電絕緣，而無藉由(例如)將經密封邊緣摺疊及用帶子捆綁至袋20之側對袋20之手動處理。消除帶子可使電池組之總高度縮減達約50微米且使總寬度縮減達約100微米。此情形可促成約1%至2%之額外能量密度(依靠配合較大電池單元及電極總成)。外部絕緣層13之延伸部分可向內摺疊(在圖4所示之箭頭之方向上)且予以熱密封或以其他方式結合在一起(或結合至袋20之側)，以提供針對核心層12之進一步保護。
    參看圖5，袋20可圍封電極總成30。電極總成30包括具有由正活性材料製成之塗層的正電極板31，及具有由負活性材料製成之塗層的負電極板32。電解質分離器33可定位於正電極板31與負電極板32之間，以防止正電極板31與負電極板32之間的短路且僅允許在正電極板31與負電極板32之間輸送適當化學物。其他合適電池化學之電極總成係可能的。
    正電極突片34結合至正電極板31且突起達預定長度以延伸於袋外部。相似地，負電極突片35結合至負電極板32且突起達預定長度以延伸於袋外部。正電極突片34及負電極突片35可由諸如鋁、銅或鎳之材料製成。片34及35應具有足夠厚度及尺寸以攜載實質量之電流而無任何明顯電壓降。
    絕緣套筒36可安裝於正電極突片34及負電極突片35上以防止電極突片34及35與袋20之核心層12之間的短路(在邊限23之外邊緣處)。絕緣套筒36應形成氣密密封，以防止空氣及水分進入袋20且防止電解質漏出袋20。
    圖7為經執行以使用多層片狀物10來製造電池組之操作的流程圖。製造電池組包括製備多層層壓片狀物10(區塊40)、製備袋20(區塊41)、安裝電極總成30(區塊42)，及密封袋20(區塊43)。上文已詳細地描述此等操作。
    出於解釋之目的，已描述特定實施例以提供對本發明之透徹理解。此等實施例不應被視為限制本發明之範疇，而僅被視為說明本發明之不同實例及態樣。應瞭解，本發明之範疇包括上文未詳細地論述之其他實施例。在不脫離如附加申請專利範圍中所界定之本發明之精神及範疇的情況下，可在本文所揭示之本發明之裝置及方法的配置、操作及細節方面作出對於熟習此項技術者將顯而易見之各種其他修改、改變及變化。舉例而言，儘管圖5將袋20展示為含有電極總成30，但袋20可替代地用以容納多個單元，該等單元中每一者可能已被分離地密封。因此，本發明之範疇應藉由申請專利範圍及其合法等效者判定。此等等效者既包括當前已知之等效者又包括未來開發之等效者，亦即，執行相同功能之任何所開發元件，而不管結構如何。此外，元件、組件或方法步驟不意欲專用於公眾，而不管申請專利範圍中是否明確地敍述該元件、組件或方法步驟。
    10‧‧‧多層層壓片狀物/多層材料
    11‧‧‧內部密封劑層/內層
    12‧‧‧核心層
    13‧‧‧外部絕緣層/外層
    20‧‧‧袋型箱/袋
    21‧‧‧空腔
    22‧‧‧頂部區段
    23‧‧‧邊限
    24_L‧‧‧袋之側
    24_R‧‧‧袋之側
    25‧‧‧袋之末端
    30‧‧‧電極總成
    31‧‧‧正電極板
    32‧‧‧負電極板
    33‧‧‧電解質分離器
    34‧‧‧正電極突片
    35‧‧‧負電極突片
    36‧‧‧絕緣套筒
    50‧‧‧片狀物
    51‧‧‧片狀物之拐角
    52‧‧‧片狀物之拐角
    54_L‧‧‧片狀物之側
    54_R‧‧‧片狀物之側
    55‧‧‧片狀物之末端
    56‧‧‧頂部區段
    圖1為多層層壓片狀物的透視圖。
    圖2為多層層壓片狀物的立視圖。
    圖3為敞開袋的透視圖。
    圖4為閉合但尚未密封之袋的立視圖。
    圖5為描繪電極總成在袋內之置放的透視圖。
    圖6為根據本發明之另一實施例的經疊置有替代多層層壓片狀物之袋的俯視圖。
    圖7為經執行以製造電池組之操作的流程圖。
    20‧‧‧袋型箱/袋
    23‧‧‧邊限
    30‧‧‧電極總成
    31‧‧‧正電極板
    32‧‧‧負電極板
    33‧‧‧電解質分離器
    34‧‧‧正電極突片
    35‧‧‧負電極突片
    36‧‧‧絕緣套筒
    权利要求:
    Claims (21)
    [1] 一種適合於形成電池袋之多層片狀物，其包含：核心金屬層，其具有第一表面及與該第一表面相對之第二表面；密封劑層，其附接至該核心金屬層之該第一表面；及絕緣層，其附接至該核心金屬層之該第二表面且具有大於該核心金屬層之寬度的寬度，使得該絕緣層越過該核心金屬層之邊緣而延伸。
    [2] 如請求項1之多層片狀物，其中該核心金屬層為鋁。
    [3] 如請求項1之多層片狀物，其中該密封劑層為澆鑄聚丙烯。
    [4] 如請求項1之多層片狀物，其中該絕緣層為耐綸。
    [5] 如請求項1之多層片狀物，其中該片狀物之第一區段及第二區段係彼此抵靠而摺疊以圍封可容納電極總成之空腔。
    [6] 如請求項5之多層片狀物，其中該第一區段及該第二區段經摺疊成使得該密封劑層基本上覆蓋該空腔之內部的全部以形成袋，且該絕緣層基本上覆蓋該袋之外部的全部。
    [7] 如請求項5之多層片狀物，其中該第一區段中之該密封劑層經熱結合至該第二區段中之該密封劑層以基本上圍封含有該電極總成之該空腔的全部。
    [8] 如請求項7之多層片狀物，其中該第一區段中之該絕緣層及該第二區段中之該絕緣層藉由屏蔽該核心金屬層之該等邊緣來提供針對該核心金屬層之電絕緣。
    [9] 如請求項1之多層片狀物，其中該絕緣層越過該核心金屬層之該兩個邊緣中每一者延伸達大約200微米。
    [10] 一種電池，其包含：電極總成；及袋，其係藉由各自具有內部金屬層及外部絕緣層之第一及第二層壓式片狀物區段形成，該等區段彼此接合以完全地圍封該電極總成，其中該等第一及第二層壓式片狀物區段中之一者之該外部絕緣層形成該袋之外部裡襯且超出該內部金屬層而延伸以保護該內部金屬層之邊緣以防曝露。
    [11] 如請求項10之電池，其中該電極總成包括正電極板與附接至該正電極板之正電極突片、負電極板與附接至該負電極板之負電極突片，及定位於該正電極板與該負電極板之間的分離器。
    [12] 如請求項10之電池，其中該等層壓片狀物區段之該外部絕緣層為耐綸。
    [13] 如請求項10之電池，其中該外部絕緣層之超出該內部金屬層而延伸之周邊部分摺疊於該內部金屬層之該邊緣上方。
    [14] 如請求項10之電池，其中該外部絕緣層藉由越過該內部金屬層之該邊緣延伸達大約200微米來保護該內部金屬層之該邊緣以防曝露。
    [15] 如請求項10之電池，其中該等第一及第二層壓式片狀物區段為單一片狀物之摺疊區段，該單一片狀物包括形成該袋之該外部裡襯之密封劑層，且其中該第一區段中之該密封劑層經熱密封成接觸該第二區段中之該密封劑層以密封該袋。
    [16] 一種用於製造適合於形成電池袋之多層片狀物之方法，其包含：將金屬層製備成具有預定寬度；將絕緣層製備成寬於該金屬層；抵靠該金屬層來定位該絕緣層，使得該絕緣層之對置邊緣分別越過該金屬層之對置邊緣而延伸；及在定位時將該金屬層結合至該絕緣層。
    [17] 如請求項16之方法，其中該絕緣層比該金屬層寬大約400微米。
    [18] 如請求項16之方法，其進一步包含：將密封劑層製備成大致具有該金屬層之該預定寬度；及將該密封劑層結合至該金屬層。
    [19] 一種用於製造用於容納電極總成之電池袋之方法，其包含：在多層片狀物中形成空腔，該多層片狀物具有絕緣層、密封劑層及藉由該絕緣層及該密封劑層包夾之核心金屬層，其中該絕緣層寬於該核心金屬層，使得該絕緣層之周邊部分超出該核心金屬層之曝露邊緣而延伸；將該電極總成定位於該空腔內；摺疊該多層片狀物以形成覆蓋經形成有該空腔之底部區段之頂部區段；及藉由將該頂部區段中之該密封劑層結合至該底部區段中之該密封劑層來密封含有該電極總成之該空腔。
    [20] 如請求項19之方法，其進一步包含：摺疊該絕緣層之該周邊部分以便覆蓋該核心金屬層之該曝露邊緣。
    [21] 如請求項19之方法，其中密封該空腔包含：將熱及壓力施加至該頂部區段及該底部區段中之該絕緣層。
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    法律状态:
    优先权:
    申请号 | 申请日 | 专利标题
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