TWI491099B - 電池結構、電子裝置及電池結構的製造方法 - Google Patents

電池結構、電子裝置及電池結構的製造方法 Download PDF

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Description

電池結構、電子裝置及電池結構的製造方法
本發明是有關於一種電池結構、電子裝置及電池結構的製造方法。
目前，隨著科技的進步，行動電話、平板電腦等的電子裝置在尺寸上朝向輕、薄、短、小的方向發展，使得電子裝置內的每一構件在尺寸上受到嚴格地限制。以行動電話為例，通常其外殼會略具弧度以方便使用者握持，然而，由於一般的電池結構的形狀是長方體，當電池結構安裝於電子裝置內時，電池結構與弧形外殼之間的空間便會被浪費，進而使得電子裝置在尺寸上難以縮減。
本發明提供一種電池結構，其在局部區域具有階梯狀或弧形等非方正的外型。
本發明提供一種電子裝置，具有上述之電池結構，以提 升電子裝置之內部空間的利用率。
本發明提供一種電池結構的製造方法，其可製造出上述之電池結構。
本發明的一種電池結構，包括一第一電池單元、一第二電池單元、一隔離膜及一外覆材。第一電池單元包括交錯排列的至少一陽極、至少一陰極及位於兩相鄰的陽極與陰極之間的一介電層。第二電池單元疊置於第一電池單元上，第二電池單元包括交錯排列的至少一陽極、至少一陰極及位於兩相鄰的陽極與陰極之間的一介電層，且第一電池單元的尺寸小於第二電池單元的尺寸。隔離膜配置於第一電池單元與第二電池單元之間。外覆材包覆第一電池單元、第二電池單元及隔離膜。
本發明的一種電子裝置，包括一外殼及一電池結構。外殼具有一內部空間。電池結構配置於內部空間。電池結構包括一第一電池單元、一第二電池單元、一隔離膜及一外覆材。第一電池單元包括交錯排列的至少一陽極、至少一陰極及位於兩相鄰的陽極與陰極之間的一介電層。第二電池單元疊置於第一電池單元上，第二電池單元包括交錯排列的至少一陽極、至少一陰極及位於兩相鄰的陽極與陰極之間的一介電層，且第一電池單元的尺寸小於第二電池單元的尺寸。隔離膜配置於第一電池單元與第二電池單元之間。外覆材包覆第一電池單元、第二電池單元及隔離膜。
本發明的一種電池結構的製造方法，包括下列步驟。提供一外覆材，其中外覆材預先成型出一容置空間。配置一第一電 池單元於容置空間，其中第一電池單元包括交錯排列的至少一陽極、至少一陰極及位於兩相鄰的陽極與陰極之間的一介電層。沿一軸線堆疊一第二電池單元於第一電池單元上，其中第二電池單元位於容置空間，第二電池單元包括交錯排列的至少一陽極、至少一陰極及位於兩相鄰的陽極與陰極之間的一介電層，且第一電池單元的尺寸小於第二電池單元的尺寸。注入電解液至容置空間內。密封外覆材。
基於上述，本發明藉由不同尺寸的第一電池單元與第二電池單元相互疊置的設計，來提供電池結構外觀的多變性，應用在外殼不方正的電子裝置時，更可充分地利用電子裝置的內部空間。並且，在製造上，藉由預先成型的外覆材，可使第一電池單元與第二電池單元之間可輕易地維持特定的相對位置，有效地降低了製程的困難度。
為讓本發明的上述特徵和優點能更明顯易懂，下文特舉實施例，並配合所附圖式作詳細說明如下。
A‧‧‧軸線
L1、L2‧‧‧長度
S1、S2‧‧‧尺寸
W1、W2‧‧‧寬度
10‧‧‧電子裝置
12‧‧‧外殼
14‧‧‧內部空間
16‧‧‧弧面
18‧‧‧元件
20‧‧‧成型模具
100、400‧‧‧電池結構
110、210、310、410‧‧‧第一電池單元
112‧‧‧第一表面
114、116‧‧‧接點
120、220、320、420‧‧‧第二電池單元
122‧‧‧第二表面
124、126‧‧‧接點
130、430‧‧‧隔離膜
140、240、340、440‧‧‧外覆材
142‧‧‧容置空間
144、444‧‧‧第一區
145‧‧‧通口
146、446‧‧‧第二區
148‧‧‧入口
150、450‧‧‧陽極
160、460‧‧‧陰極
170、470‧‧‧介電層
452‧‧‧側面
462‧‧‧側面
518、549‧‧‧缺口
圖1A是依照本發明的一實施例的一種電池結構的立體示意圖。
圖1B是圖1A的剖面示意圖。
圖1C是圖1A的電池結構的電路示意圖。
圖2是依照本發明的一實施例的一種電子裝置的剖面示意圖。
圖3A至圖3D是圖1A的電池結構的製造過程示意圖。
圖4是依照本發明的另一實施例的一種電池結構的立體示意圖。
圖5是依照本發明的另一實施例的一種電池結構的立體示意圖。
圖6是依照本發明的另一實施例的一種電池結構的剖面示意圖。
圖7A至圖7D是圖6的電池結構的製造過程示意圖。
圖8是依照本發明的另一實施例的一種電池結構的立體示意圖。
圖1A是依照本發明的一實施例的一種電池結構的立體示意圖。圖1B是圖1A的剖面示意圖。請參閱圖1A及圖1B，本實施例的電池結構100包括一第一電池單元110、一第二電池單元120、一隔離膜130及一外覆材140。第二電池單元120沿一軸線A疊置於第一電池單元110上。隔離膜130配置於第一電池單元110與第二電池單元120之間，以使第一電池單元110與第二電池單元120彼此絕緣。
在本實施例中，第一電池單元110與第二電池單元120 分別包括交錯排列的多個陽極150、多個陰極160及位於兩相鄰的陽極150與陰極160之間的一介電層170。第一電池單元110與第二電池單元120分別為捲繞式電池，但本發明不限於此。如圖1A與圖1B所示，第二電池單元120的尺寸大於第一電池單元110的尺寸，詳細而言，在圖1A與圖1B中，第二電池單元120的長度L2與寬度W2均大於第一電池單元110的長度L1與寬度W1，而本案對高度則無特殊限制。此外，第一電池單元110的陽極150與陰極160的尺寸小於第二電池單元120的陽極150與陰極160的尺寸。
需說明的是，在圖式中為了清楚地區隔第一電池單元110、第二電池單元120與隔離膜130，而使位在中間的隔離膜130與第一電池單元110及第二電池單元120之間略微間隔一小段距離，實際上，隔離膜130會放置在第一電池單元110上，且第二電池單元120會放置在隔離膜130上，而使隔離膜130的相對兩面分別接觸第一電池單元110及第二電池單元120。更精確地說，在本實施例中，隔離膜130只會接觸第一電池單元110的一第一表面112與第二電池單元120的一第二表面122，且第一表面112面對以及絕緣於第二表面122。此外，本案較佳的實施方式中，第一電池單元110的第一表面112上的電極為陰極160，第二電池單元120的第二表面122上的電極也為陰極160，此擺放方式可避免短路的發生，但本案不以此為限。
此外，在本實施例中，第一電池單元110與第二電池單 元120並不固定於隔離膜130上。當然，在其他實施例中，第一電池單元110與第二電池單元120也可藉由黏附或熱壓的方式固定於隔離膜130上，而可增加對位的精準度，本申請不限於此。外覆材140包覆第一電池單元110、第二電池單元120及隔離膜130。
在本實施例中，外覆材140為一硬質殼體，但外覆材140的種類不以此為限制，在其他實施例中，外覆材140也可是軟質的薄膜等。
外覆材140具有一容置空間142，第一電池單元110與第二電池單元120位於容置空間142中。更詳細地說，容置空間142具有相互連通的一第一區144及一第二區146，第一區144中橫截軸線A的最大截面積小於第二區146中橫截軸線A的最大截面積。第一電池單元110位於第一區144，且第二電池單元120位於第二區146。外覆材140的輪廓實質上符合第一電池單元110與第二電池單元120的輪廓。換句話說，電池結構100在局部的外型上會呈現例如是階梯狀或是弧形等非一般長方體的造型，以讓出第二電池單元120上方未被第一電池單元110覆蓋的區域，而使得電池結構100在外觀上較有可變化的空間，而符合其所配置的電子裝置中有限的內部空間。
在本實施例中，第一電池單元110與第二電池單元120的本體是互相絕緣的，僅靠對外的正極接點114、124與負極接點116、126電性連接。詳細而言，圖1C是圖1A的電池結構的電路 示意圖。請參閱圖1C，第一電池單元110與第二電池單元120分別具有至少一對外的接點或墊片(例如是鎳片)。詳細地說，在本實施例中，第一電池單元110具有一正極接點114及一負極接點116，第二電池單元120具有一正極接點124及一負極接點126。第一電池單元110的正極接點114與第二電池單元120的正極接點124電性連接，且第一電池單元110的負極接點116與第二電池單元120的負極接點126電性連接之後，再分別電性連接至外部。
圖2是依照本發明的一實施例的一種電子裝置的剖面示意圖。請參閱圖2，本實施例的電子裝置10包括一外殼12及電池結構100。外殼12具有一內部空間14。由圖2可見，外殼12具有一弧面16，而使得內部空間14並不方正。由於電池結構100在外型上可呈現階梯狀或是弧形的形狀，電池結構100的形狀可依據電子裝置10的內部空間14在容納所需的元件18(例如是電路板、揚聲器、鏡頭等)後剩餘區域的形狀來設計，以在有限的內部空間14中容納所需的元件18及電池結構100。在本實施例中，電池結構100配置於內部空間14中靠近弧面16的區域，藉由電池結構100的階梯狀表面大致上符合弧面16的輪廓的設計，以降低內部空間14的浪費。
下面將進一步地介紹圖1A的電池結構100的製造方式。圖3A至圖3D是圖1A的電池結構的製造過程示意圖。首先，如圖3A所示，提供外覆材140。在本實施例中，外覆材140預先被 成型而具有容置空間142及連通容置空間142的入口148，容置空間142具有相互連通的一第一區144及一第二區146，第一區144遠離入口148，第二區146靠近入口148，第一區144及第二區14之間相互連通的中間形成一通口145，第一區144對於通口145的正投影小於第二區146對於通口145的正投影。換句話說，第一區144中的最大水平截面積小於第二區146中的最大水平截面積。設計者可視之後要放入容置空間142的第一電池單元110與第二電池單元120的尺寸來決定第一區144與第二區146的尺寸，以盡可能地避免浪費容置空間142。
接著，如圖3B與圖3C所示，依序將第一電池單元110、隔離膜130、第二電池單元120從入口148放入容置空間142中。在本實施例中，第一電池單元110位於第一區144，且第二電池單元120位於第二區146。由於外覆材140已經預先成型出特定的形狀，第一電池單元110與第二電池單元120放入外覆材140內之後，便可維持兩者的相對位置。再來，注入電解液至容置空間142內，以使第一電池單元110與第二電池單元120浸泡於電解液中。
接著，如圖3D所示地將靠近入口148位置的外覆材140閉合，並以成型模具20初次熱壓外覆材140。成型模具20的形狀實質上便是電池結構100最後預定的外輪廓。經過此步驟之後，電池結構100大致上成形。再來，從容置空間142內抽出多餘的氣體與電解液，以減少因容置空間142中的壓力過大而導致外覆材破裂的狀況。接著，再次熱壓以密封外覆材140，最後，可將多 餘的外覆材140裁切掉，便可得到如圖1A所示的電池結構。當然，上述僅為其中一種電池結構100的製造方式，電池結構100的製造方式並不以上述為限制。
此外，請回到圖1A，在圖1A的電池結構100中，第一電池單元110堆疊在第二電池單元120上，外覆材140在第一電池單元110與第二電池單元120的四個共同側面中有三個是平面，一個是例如是呈兩段式階梯狀的表面，以在此側面中讓出第二電池單元120上方未被第一電池單元110覆蓋的區域，而使得電池結構100在外觀上具有變化。但電池結構100的外觀以及第一電池單元110與第二電池單元120之間的相對位置並不以上述為限制。
圖4是依照本發明的另一實施例的一種電池結構的立體示意圖。請參閱圖4，在圖4中，外覆材240在第一電池單元210與第二電池單元220的四個共同側面中僅有兩個是平面，另外兩個分別呈兩段式階梯狀的表面。換句話說，第一電池單元210是疊置在第二電池單元220的其中一角落。
圖5是依照本發明的另一實施例的一種電池結構的立體示意圖。請參閱圖5，在圖5中，外覆材340在第一電池單元310與第二電池單元320的四個共同側面中僅有一個是平面，另外三個則分別呈兩段式階梯狀的表面。此外，在另一未繪示的實施例中，第一電池單元亦可以位在第二電池單元一側的中央位置，使得外覆材在第一電池單元與第二電池單元的四個共同側面均呈兩 段式階梯狀的表面。
另外，第一電池單元與第二電池單元的形式並不以捲繞式電池為限制。圖6是依照本發明的另一實施例的一種堆疊式電池的剖面示意圖。在本實施例中，第一電池單元410位在第一區444內且包括一陽極450、一陰極460及位於陽極450與陰極460之間的一介電層470。第二電池單元420位在第二區446內且包括兩陽極450、一陰極460及位於兩相鄰的陽極450與陰極460之間的兩介電層470。第一區444的陰極460與第二區446的陽極450之間隔有一隔離膜430。介電層470與隔離膜430的材料可為相同或不同，但都需要能夠提供絕緣的功效。
值得一提的是，由於一個陽極450與一個陰極460便可組成一個電池單元，因此，在本實施例中，電池結構400中同樣地也具有多個電池單元。
這些陽極450與這些陰極460為板狀，並藉由複數個介電層470相互隔開，這些陽極450、陰極460與介電層470沿軸線A堆疊。這些陽極450與這些陰極460分別包括法線方向垂直於軸線A的多個側面452、462，這些側面452、462外露於介電層470，也就是說，在本實施例中，這些陽極450與陰極460的側面452、462並未如同捲繞式電池一樣地被這些介電層470遮蔽。
在本實施例中，透過第一電池單元410具有較小的尺寸S1，第二電池單元420具有較大的尺寸S2，藉由小尺寸的第一電池單元410與大尺寸的第二電池單元420彼此疊置，且外覆材440 以實質上符合第一電池單元410與第二電池單元420的輪廓的形式來包覆第一電池單元410與第二電池單元420，電池結構400在外觀上便可呈現出如圖6所示地下大上小的形式。
圖7A至圖7D是圖6的電池結構的製造過程示意圖。與上述的圖1A的電池結構100的製造方式的差異在於，在製造圖6的電池結構400時，圖7A中外覆材440所預先成型的第一區444與第二區446的尺寸是視之後要放入的陽極450與陰極460的尺寸來決定。之後，如圖7B與圖7C所示，先放入小尺寸的陽極450、介電層470、陰極460，接著放入隔離膜430，再放入大尺寸的陽極450、介電層470、陰極460、介電層470、陽極450。其後，便可如上述的製造方式，如圖7D所示透過成型模具20來初步熱壓、抽氣與抽電解液、再次熱壓、裁切多餘外覆材440的方式而完成。
值得一提的是，電池結構400中的陽極450與陰極460數量並不以上述為限制，在其他實施例中，電池結構400也可僅具一個陰極460及兩個大小不同的陽極450，陰極460位於兩陽極450之間，且陰極460的尺寸可相同於其中一個陽極450。或者，電池結構400也可僅具一個陽極450及兩個大小不同的陰極460，陽極450位於兩陰極460之間，且陽極450的尺寸可相同於其中一個陰極460，如此一來，電池結構400便可在外觀上呈現出此下大上小的形式。
圖8是依照本發明的另一實施例的一種電池結構的立體示意圖。請參閱圖8，電池結構500包括相互堆疊的一第一電池單 元510、一第二電池單元520、位於第一電池單元510與第二電池單元520之間的一隔離膜530以及包覆第一電池單元510、第二電池單元520及隔離膜530的外覆材540。在本實施例中，第一電池單元510為堆疊式電池，第二電池單元520為捲繞式電池。第一電池單元510具有一缺口518，外覆材540包覆第一電池單元510與第二電池單元520，而同樣地也在對應於第一電池單元510的缺口518處存在一缺口549。
在本實施例中，電池結構500為了能夠符合其所配置的電子裝置(未繪示)中有限的內部空間，電池結構500在外型上可以不是一般長方體的造型，而具有對應於電子裝置形狀的缺口。相較於圖1A的電池結構100的第一電池單元110是捲繞式電池，在本實施例中，堆疊式電池的第一電池單元510也可以具有同樣的缺口518以填滿外覆材540的上半部，而使得外覆材540的上半部的外輪廓實質上符合第一電池單元510的外輪廓。此外，在本實施例中，電池結構500同時具有堆疊式電池以及捲繞式電池，而更具有設計上的彈性。
綜上所述，本發明藉由不同尺寸的第一電池單元與第二電池單元相互疊置的設計，來提供電池結構外觀的多變性，應用在外殼不方正的電子裝置時，更可充分地利用電子裝置的內部空間。並且，在製造上，藉由預先成型的外覆材，可使第一電池單元與第二電池單元之間可輕易地維持特定的相對位置，有效地降低了製程的困難度。
雖然本發明已以實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明，任何所屬技術領域中具有通常知識者，在不脫離本發明之精神和範圍內，當可作些許之更動與潤飾，故本發明之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。
A‧‧‧軸線
W1、W2‧‧‧寬度
110‧‧‧第一電池單元
112‧‧‧第一表面
120‧‧‧第二電池單元
122‧‧‧第二表面
130‧‧‧隔離膜
140‧‧‧外覆材
142‧‧‧容置空間
144‧‧‧第一區
146‧‧‧第二區
150‧‧‧陽極
160‧‧‧陰極
170‧‧‧介電層

Claims (10)

  1. 一種電池結構，包括：一第一電池單元，包括交錯排列的至少一陽極、至少一陰極及位於兩相鄰的該陽極與該陰極之間的一介電層；一第二電池單元，疊置於該第一電池單元上，該第二電池單元包括交錯排列的至少一陽極、至少一陰極及位於兩相鄰的該陽極與該陰極之間的一介電層，且該第一電池單元的尺寸小於該第二電池單元的尺寸；一隔離膜，配置於該第一電池單元與該第二電池單元之間；以及一外覆材，包覆該第一電池單元、該第二電池單元及該隔離膜。
  2. 如申請專利範圍第1項所述的電池結構，其中該第一電池單元與該第二電池單元可為一捲繞式電池或一堆疊式電池。
  3. 如申請專利範圍第2項所述的電池結構，其中該堆疊式電池具有一缺口或一凹槽。
  4. 如申請專利範圍第2項所述的電池結構，其中該堆疊式電池的該些陽極與該些陰極為板狀，並藉由該些介電層相互隔開，且該些陽極、該些陰極與該些介電層沿一軸線堆疊。
  5. 如申請專利範圍第1項所述的電池結構，其中該外覆材形成一容置空間，該第一電池單元與該第二電池單元位於該容置空間中，該容置空間具有相互連通的一第一區及一第二區，其相互 連通的中間形成一通口，該第一電池單元與該第二電池單元沿一軸線堆疊，該第一區對於該通口的正投影小於該第二區對於該通口的正投影。
  6. 如申請專利範圍第5項所述的電池結構，其中該第一電池單元位於該第一區，且該第二電池單元位於該第二區。
  7. 如申請專利範圍第1項所述的電池結構，其中該隔離膜接觸該第一電池單元的一第一表面與該第二電池單元的一第二表面，其中該第一表面面對以及絕緣於該第二表面，且該第一表面與該第二表面上的電極為陰極。
  8. 如申請專利範圍第1項所述的電池結構，其中該第一電池單元與該第二電池單元具有至少一對外的接點，該第一電池單元的該接點與該第二電池單元的該接點電性連接後再電性連接至外部，且相連的該第一電池單元的該接點與該第二電池單元的該接點同為正極或負極。
  9. 一種電池結構的製造方法，包括：提供一外覆材，其中該外覆材預先成型出一容置空間；配置一第一電池單元於該容置空間，其中該第一電池單元包括交錯排列的至少一陽極、至少一陰極及位於兩相鄰的該陽極與該陰極之間的一介電層；配置一隔離膜至該容置空間內，且該隔離膜位於該第一電池單元上；堆疊一第二電池單元於該隔離膜上，其中該第二電池單元位 於該容置空間，該第二電池單元包括交錯排列的至少一陽極、至少一陰極及位於兩相鄰的該陽極與該陰極之間的一介電層，且該第一電池單元的尺寸小於該第二電池單元的尺寸；注入電解液至該容置空間內；以及密封該外覆材。
  10. 如申請專利範圍第9項所述的電池結構的製造方法，在密封該外覆材的步驟之前，更包括：熱壓該外覆材；以及自該容置空間內抽出多餘的氣體與電解液。
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