包括具有多個厚度的果凍卷的可充電電池的製作方法
2023-10-05 11:22:29 1
專利名稱：包括具有多個厚度的果凍卷的可充電電池的製作方法
技術領域：
本文的實施例涉及用於可攜式電子設備的電池。更具體地，本文的實施例涉及包含「果凍卷」(jelly roll)的電池單元的設計，該果凍卷具有兩個或更多個厚度以有助於高效使用可攜式電子設備內的空間。
背景技術：
可充電電池目前被用於為廣泛的可攜式電子設備供電，包括膝上型計算機、平板計算機、行動電話、個人數字助理(PDA)、數位音樂播放器和無線電力工具。最常用類型的可充電電池是鋰電池，可以包括鋰離子電池或鋰聚合物電池。鋰聚合物電池通常包括封裝在柔性袋中的多個單元。這樣的袋通常重量輕並且造價低。此外，這些袋可以被裁剪為各種單元尺寸，使得鋰聚合物電池能夠被用在空間受限的可攜式電子設備中，例如行動電話、膝上型計算機、和/或數字相機。例如，鋰聚合物電池單元可以通過在鍍鋁多層袋中封入卷狀電極和電解質實現90%-95%的封裝效率。多個袋然後可以並排放置在可攜式電子設備中，並且串聯和/或並聯地電連接來形成用於可攜式電子設備的電池。然而，在已有電池組(battery pack)結構中使用和布置單元可能限制空間的高效使用。尤其是，電池組通常包含具有相同容量、大小和尺寸的矩形單元。單元的物理布置還可以反映出這些單元的電配置。例如，六單元電池組可以包括具有相同大小和容量並且以三並兩串(2s3p)配置來布置的六個鋰聚合物單元。在這樣的電池組中，具有並排布置的三個單元的兩行可以彼此堆疊；每一行可以按並聯配置電耦接，並且這兩行可以按串聯配置電耦接。因此，電池組可能要求在可攜式電子設備中的空間至少為每個單元的長度、每個單元的兩倍厚度、以及每個單元的三倍寬度。不利的是，這種常見類型的電池組設計可能不能利用可攜式電子裝置中為電池組預留的矩形空間之外的空閒空間。例如，這種類型的矩形電池組可能不能夠有效利用非矩形和/或不規則形狀的自由空間。
發明內容
所公開的實施例涉及具有多個厚度的電池單元的設計。該電池單元包括封在袋中的果凍卷，其中果凍卷包括卷繞在一起的多個層，這多個層包括具有活性塗層的陰極、隔離體和具有活性塗層的陽極。果凍卷還包括耦接至陰極的第一導電片和耦接至陽極的第二導電片。果凍卷被封裝在柔性袋中，並且第一和第二導電片延伸穿過袋的密封部來提供用於電池單元的端子。而且，電池單元具有兩個或更多個的厚度，其中不同厚度是通過在將各個層卷繞在一起之前從這些層中的一個或多個層去除材料而產生的。在一些實施例中，從一個或多個層去除材料包括從陰極或陽極的一側去除材料以減小該側的果凍卷厚度。例如，可以從陰極和/或陽極的底部去除材料，使得電池單元能夠從頂部至底部逐漸減小厚度。
在一些實施例中，去除的材料對應於矩形條、對角條、階梯形和一組矩形片段中的至少之一。在一些實施例中，一組矩形片段被去除，以使得在卷繞果凍卷之後，果凍卷的角部被保留。在一些實施例中，兩個或更多個厚度被產生為有助於高效使用可攜式電子設備內的空間。
圖1示出了根據一個實施例的電池單元的頂視圖。圖2示出了根據一個實施例的電池單元的截面圖。圖3示出了根據一個實施例的果凍卷的一層。圖4示出了根據一個實施例的果凍卷的一層。圖5示出了根據一個實施例的果凍卷的一層。圖6示出了根據一個實施例的果凍卷的一層。圖7是示出了根據一個實施例的製造電池單元的處理的流程圖。圖8示出了根據一個實施例的可攜式電子設備。在附圖中，類似的參考標號表示相同的圖中部件。
具體實施例方式下面呈現的描述使得本領域技術人員能夠製造和使用這些實施例，並且該描述是在特定應用及其需求的上下文中被提供的。對於公開的實施例的各種修改對於本領域的技術人員是顯而易見的，並且在此限定的一般原理在不背離本發明的原理和範圍的情況下可以應用至其他實施例和應用。因此，本發明不限於所示出的實施例，而是與跟在此公開的原理和特徵一致的最寬範圍相符。在具體實施方式
中描述的數據結構和代碼通常被存儲在計算機可讀存儲介質中，其可以是能夠存儲供計算機系統使用的代碼和/或數據的任何設備或介質。計算機可讀存儲介質包括但不限於易失性存儲器，非易失性存儲器，磁性和光學存儲設備，例如硬碟驅動器、磁碟、CD (光碟)、DVD (數字多用盤或數字視頻盤)，或現在已知或後續將被開發出的能夠存儲代碼和/或數據的其他介質。在具體實施方式
部分描述的方法和處理可以被實施為代碼和/或數據，其可以被存儲在如上所述的計算機可讀存儲介質中。當計算機系統讀取並執行存儲在計算機可讀介質上的代碼和/或數據時，計算機系統執行實施為數據結構和代碼並存儲在計算機可讀存儲介質中的方法和處理。此外，在此描述的方法和處理可以包括在硬體模塊或裝置中，這些模塊或裝置可以包括但不限於特定用途集成電路(ASIC)晶片、現場可編程門陣列(FPGA)、在特定時間執行特定軟體模塊或代碼段的專用或共享處理器、和/或現在已知或後續開發出的其他可編程邏輯設備。當硬體模塊或裝置被激活時，它們執行包括在其中的方法和過程。所披露的實施例涉及電池單元的設計，該電池單元包括封在袋中的果凍卷。該果凍卷包括卷繞在一起的多個層，這多個層包括具有活性塗層的陰極、隔離體、以及具有活性塗層的陽極。電池單元還包括耦接至陰極的第一導電片和耦接至陽極的第二導電片。第一和第二導電片延伸穿過袋中的密封部以提供用於電池單元的端子。此外，電池單元可以具有非矩形的形狀和/或設計。術語「非矩形」可以表示電池單元的任何切面都不是矩形，或者換句話說，電池單元在從頂部、底部和/或側面觀察時不是矩形。更具體地，電池單元可以包括兩個或更多個厚度，可以在將多個層卷繞在一起之前通過從這多個層中的一個或多個層去除材料來產生這兩個或更多個厚度。例如，材料可以從陽極和/或陰極的一側(例如底部)被去除，以減小該側的果凍卷厚度。去除的材料可以對應於矩形條、對角條、階梯形和/或一組矩形片段。兩個或更多個厚度可以通過例如適應可攜式電子設備的形狀，有助於高效使用可攜式電子設備內的空間。圖1示出了根據一個實施例的電池單元100的頂視圖。電池單元100可以對應於用於為可攜式電子設備供電的鋰聚合物單元。單元100包括果凍卷102，果凍卷102包含卷繞在一起的多個層，這多個層包括具有活性塗層的陰極、隔離體、以及具有活性塗層的陽極。更具體地，果凍卷102可以包括由一個隔離材料條(例如導電聚合物電解質)隔離的一個陰極材料條(例如塗覆有鋰化合物的鋁箔)和一個陽極材料條(例如，塗覆有碳的銅箔)。陰極、陽極和隔離體層然後可以卷繞在芯棒上形成螺旋形卷繞結構。果凍卷是本領域已知的，在此不再進一步描述。在組裝電池單元100的過程中，果凍卷102被封在柔性袋中，柔性袋是通過沿摺疊線112摺疊柔性片而形成的。例如，柔性片可以由具有諸如聚丙烯的聚合物膜的鋁製成。在摺疊柔性片之後，柔性片可以被密封，例如通過沿側邊密封部Iio和平頂密封部108加熱來密封。果凍卷102還包括耦接至陰極和陽極的一組導電片106。導電片106可以延伸穿過袋中的密封部(例如，使用密封帶104形成的密封部)來提供用於電池單元100的端子。導電片106然後可以被用於將電池單元100與一個或多個其他電池單元電耦接來形成電池組。例如，電池組可以通過將電池單元以串聯、並聯或串並聯配置進行耦接來形成。耦接的單元可以封在硬殼中來實現電池組，或者耦接的單元可以嵌入在可攜式電子設備的外殼內，可攜式電子設備諸如可攜式計算機、平板計算機、行動電話、個人數字助理(PDA)、數字相機、和/或可攜式媒體播放器。在一個或多個實施例中，果凍卷102包括兩個或更多個厚度。兩個或更多個厚度可以通過在將多個層卷繞在一起之前從這多個層中的一個或多個層去除材料來產生。如下面將參考圖2-6更詳細討論的，兩個或更多個厚度的存在有助於高效使用可攜式電子設備內的空間。圖2示出了根據一個實施例的電池單元的截面圖。電池單元202可以通過將多個層(例如陰極、陽極、隔離體)卷繞成果凍卷並將果凍卷封在袋中來形成。第一導電片204可以耦接至果凍卷的陰極，而第二導電片206可以耦接至果凍卷的陽極。第一和第二導電片204-206可以延伸穿過袋中的密封部以提供用於電池單元202的端子。如圖2所示，電池單元202具有四個不同厚度。具體地，電池單元202從左至右增加厚度。厚度的變化可以使得電池單元202能夠填充可攜式電子設備內的空閒空間。例如，電池單元202可以被設計為佔用行動電話、膝上型計算機、平板計算機、可攜式介質、數字相機和/或PDA內部的彎曲空間區域。換句話說，電池單元202可以包括適應可攜式電子設備形狀的不對稱和/或非矩形設計。進而電池單元202可以在相同可攜式電子設備中提供比矩形電池單元更大的容量、封裝效率和/或電壓。為了在電池單元202中產生多個厚度，可以在將多個層卷繞在一起之前，從其中的一個或多個層去除材料。具體地，材料可以從陰極和/或陽極的一側被去除以減小該側的果凍卷厚度。下面將參考圖3-6更具體地討論去除材料以產生具有多個厚度的果凍卷。圖3示出了根據一個實施例的果凍卷的層302。如上所討論的，層302可以作為果凍卷的陰極或陽極。此外，從層302去除的材料304片段可以在果凍卷中產生多個厚度。例如，去除的材料304可以對應於階梯形狀，使得通過從左向右卷繞層302能夠產生具有四個不同厚度的電池單元(例如圖2的電池單元202)。更具體地，材料可以從層302的底部去除，使得電池單元的厚度從頂部至底部逐漸減小。為了沿電池單元的長度產生更大的厚度變化，也可以從果凍卷中的其他層(例如陰極、陽極、隔離體)中去除材料。例如，電池單元厚度的進一步減小可以通過使用片衝壓(tabpunch)從果凍卷的陰極和陽極二者去除材料來實現。然後，導電片可以耦接至層302的頂部來提供用於電池單元的端子。圖4示出了根據一個實施例的果凍卷的層402。如同圖3的層302，層402可以用於產生具有四個不同厚度的電池單元，例如圖2的電池單元202。然而，與層302不同，層402包括去除的材料404-408的三個矩形片段。這三個片段可以進一步被層402中達到果凍卷底部的兩個材料條分開。換句話說，去除的材料404-408的片段可以以在這些片段之間留下材料間隙的方式從層402的底部被切掉。這樣的材料間隙可以使得在果凍卷被卷繞之後保留果凍卷的角部。例如，當層402從左向右卷繞時，果凍卷可以通過沿虛線摺疊來產生。這樣的摺疊可以使用材料間隙來加固果凍卷的底部角部。進而，底部角部的保留可以在組裝電池單元和/或將電池單元安裝在可攜式電子設備中的過程中防止角部被摺疊或擠壓。圖5示出了根據一個實施例的果凍卷的層502。層502包括去除的材料504的對角(例如三角形)條。從而，通過從左向右卷繞層502產生的電池單元可以均勻地從頂部的最大厚度逐漸持續減小至底部的最小厚度。電池單元因此可以適應具有彎曲或傾斜外殼的可攜式電子設備。圖6示出了根據一個實施例的果凍卷的層602。沿層602底部的去除的材料604的矩形條可以產生具有兩個不同厚度的非矩形電池單元。電池單元的形狀可以進一步使得該電池單元適應可攜式電子設備內的部件和/或利用可攜式電子設備的彎曲外殼內的空閒空間。圖7示出了根據一個實施例的製造電池單元的處理的流程圖。在一個或多個實施例中，一個或多個步驟可以被省略、重複和/或以不同順序執行。因此，圖7中示出的特定步驟不應被解釋為限制實施例的範圍。首先，獲得用於果凍卷的一組層(操作702)。這些層可以包括具有活性塗層的陰極、隔離體和具有活性塗層的陽極。接下來，從這些層中的一個或多個層去除材料來在果凍卷中產生兩個或更多個厚度(操作704)。去除的材料可以對應於矩形條、對角條、階梯形狀、和/或一組矩形片段。例如，可以從陰極和/或陽極的底部切除矩形材料條來減小果凍卷底部的厚度。可替換地，可以從底部去除一組矩形片段，從而在卷繞果凍卷之後，保留果凍卷的一個或多個角部。然後通過將這些層卷繞在一起產生果凍卷(操作706 )。例如，這些層可以卷繞在平坦芯棒上來產生具有平坦形狀的果凍卷。平坦形狀和/或果凍卷的多個厚度可以使電池單元能夠適應可攜式電子設備內的部件和/或適合位於可攜式電子設備的彎曲外殼內。為了組裝電池單元，獲得容納果凍卷的袋(操作708)。接下來，將第一導電片耦接至果凍卷的陰極(操作710)，並且將第二導電片耦接至果凍卷的陽極(操作712)。第一和第二導電片延伸穿過袋的密封部來提供用於電池單元的端子(操作714)。最後，果凍卷被密封在袋中(操作716)。例如，果凍卷可以通過點焊和/或對密封部加熱來密封。上述可充電電池單元通常可以用在任何類型的電子設備中。例如，圖8示出了可攜式電子設備800，其包括處理器802、存儲器804和顯示器808，這些都是由電池806供電。可攜式電子設備800可以對應於膝上型計算機、平板計算機、行動電話、PDA、可攜式媒體播放器、數字相機和/或其他類型的電池供電的電子設備。電池806可以對應於包括一個或多個電池單元的電池組。每個電池單元可以包括具有兩個或更多個厚度的果凍卷。兩個或更多個厚度可以有助於高效使用可攜式電子設備800內的空間。例如，在電池單元的一端減小厚度可以使得電池800適合具有圓齒形狀的平板計算機邊緣。上述各個實施例僅為了示出和描述的目的而呈現。它們不旨在窮舉或將本發明限制於所公開的形式。因此，許多修改和變形對於本領域技術人員來說是顯而易見的。此外，上述公開不旨在限制本發明。
權利要求
1.一種電池單元,包括: 具有兩個或更多個厚度的果凍卷，該果凍卷包括卷繞在一起的多個層，所述多個層包括具有活性塗層的陰極、隔離體和具有活性塗層的陽極， 其中所述兩個或更多個厚度是通過在將所述多個層卷繞在一起之前從所述多個層中的一個或多個層去除材料而產生的。
2.根據權利要求1所述的電池單元，還包括: 封裝果凍卷的袋，其中所述袋是柔性的。
3.根據權利要求2所述的電池單元，還包括: 耦接至陰極的第一導電片；以及 耦接至陽極的第二導電片， 其中，第一導電片和第二導電片延伸穿過袋中的密封部以提供用於電池單元的端子。
4.根據權利要求1所述的電池單元，其中從所述多個層中的一個或多個層去除材料包括: 從陰極或陽極的一側去除材料以減小該側的果凍卷厚度。
5.根據權利要求4所述的電池單元，其中去除的材料對應於以下至少一個:矩形條、對角條、階梯形狀和一組矩形片段。
6.根據權利要求5所述的電池單元，所述一組矩形片段被去除，以使得在卷繞果凍卷之後保留果凍卷的角部。
7.根據權利要求1所述的電池單元，其中所述兩個或更多個厚度被產生為有助於高效使用可攜式電子設備內的空間。
8.一種製造電池單元的方法，包括: 獲得用於果凍卷的一組多個層，其中這一組多個層包括具有活性塗層的陰極、隔離體和具有活性塗層的陽極； 從所述多個層中的一個或多個層去除材料以在果凍卷中產生兩個或更多個厚度； 通過將所述多個層卷繞在一起來產生果凍卷； 獲得容納果凍卷的袋，其中所述袋是柔性的；以及 在袋中密封果凍卷。
9.根據權利要求8所述的方法，還包括: 將第一導電片耦接至果凍卷的陰極； 將第二導電片耦接至果凍卷的陽極；以及 使第一導電片和第二導電片延伸穿過袋中的密封部以提供用於電池單元的端子。
10.根據權利要求8所述的方法，其中從所述多個層中的一個或多個層去除材料包括: 從陰極或陽極的一側去除材料以減小該側的果凍卷厚度。
11.根據權利要求10所述的方法，其中去除的材料對應於以下至少一個:矩形條、對角條、階梯形狀和一組矩形片段。
12.根據權利要求11所述的方法，所述一組矩形片段被去除，以使得在卷繞果凍卷之後保留果凍卷的角部。
13.根據權利要求8所述的方法，其中所述兩個或更多個厚度被產生為有助於高效使用可攜式電子設備內的空間。
14.一種電池組，包括: 一組單元，其中每個單元包括: 具有兩個或更多個厚度的果凍卷，該果凍卷包括卷繞在一起的多個層，所述多個層包括具有活性塗層的陰極、隔離體和具有活性塗層的陽極， 其中所述兩個或更多個厚度是通過在將所述多個層卷繞在一起之前從所述多個層中的一個或多個層去除材料而產生的。
15.根據權利要求14所述的電池組，其中每個單元還包括: 封裝果凍卷的袋，其中所述袋是柔性的； 耦接至陰極的第一導電片；以及 耦接至陽極的第二導電片， 其中，第一導電片和第二導電片延伸穿過袋中的密封部以提供用於電池單元的端子。
16.根據權利要求14所述的電池組，其中從所述多個層中的一個或多個層去除材料包括: 從陰極或陽極的一側去除材料以減小該側的果凍卷厚度。
17.根據權利要求16所述的電池組，其中去除的材料對應於以下至少一個:矩形條、對角條、階梯形狀和一組矩形片段。
18.根據權利要求17所述的電池組，其中所述一組矩形片段被去除，以使得在卷繞果凍卷之後保留果凍卷的角部。
19.根據權利要求14所述的電池組，其中所述兩個或更多個厚度被產生為有助於高效使用可攜式電子設備內的空間。
20.一種可攜式電子設備，包括: 一組由電池組供電的部件；以及 電池組，該電池組包括: 一組單元，其中每個所述單元包括: 具有兩個或更多個厚度的果凍卷，該果凍卷包括卷繞在一起的多個層，所述多個層包括具有活性塗層的陰極、隔離體和具有活性塗層的陽極， 其中所述兩個或更多個厚度是通過在將所述多個層卷繞在一起之前從所述多個層中的一個或多個層去除材料而產生的。
21.根據權利要求20所述的可攜式電子設備，其中每個單元還包括: 封裝果凍卷的袋，其中所述袋是柔性的； 耦接至陰極的第一導電片；以及 耦接至陽極的第二導電片， 其中，第一導電片和第二導電片延伸穿過袋中的密封部以提供用於電池單元的端子。
22.根據權利要求20所述的可攜式電子設備，其中從所述多個層中的一個或多個層去除材料包括: 從陰極或陽極的一側去除材料以減小該側的果凍卷厚度。
23.根據權利要求22所述的可攜式電子設備，其中去除的材料對應於以下至少一個:矩形條、對角條、階梯形狀和一組矩形片段。
24.根據權利要求23所述的可攜式電子設備，其中所述一組矩形片段被去除，以使得在卷繞果凍卷之後保留果凍卷的角部。
25.根據權利要求20所述的可攜式電子設備，其中所述兩個或更多個厚度被產生為適應可攜式電子設備的形狀。`
全文摘要
公開的實施例涉及具有多個厚度的電池單元的設計。該電池單元包括封裝在袋中的果凍卷，其中果凍卷包括卷繞在一起的多個層，這多個層包括具有活性塗層的陰極、隔離體和具有活性塗層的陽極。果凍卷還包括耦接至陰極的第一導電片和耦接至陽極的第二導電片。果凍卷封裝在柔性袋中，並且第一導電片和第二導電片延伸穿過袋中的密封部以提供用於電池單元的端子。而且，電池單元具有兩個或更多個厚度，其中不同厚度是通過在將各個層卷繞在一起之前從這些層中的一個或多個層去除材料而產生的。
文檔編號H01M4/1393GK103201872SQ201180052728
公開日2013年7月10日 申請日期2011年10月6日 優先權日2010年11月2日
發明者R·C·比哈德瓦吉, 黃太燮, R·M·蒙克, J·拉夫 申請人:蘋果公司