具有減少的磁場發射的電化學電池芯以及對應的裝置的製作方法

2023-12-03 22:32:46 3

專利名稱：具有減少的磁場發射的電化學電池芯以及對應的裝置的製作方法
具有減少的磁場發射的電化學電池芯以及對應的裝置技術領域
本發明一般地涉及電化學電池芯，尤其涉及具有在使用電化學電池芯時釋放減少的磁場發射的結構的電化學電池芯。
背景技術：
世界正在迅速便攜化。隨著行動電話、個人數字助理、便攜計算機、平板計算機等等變得更加流行，消費者不斷轉向用於通信、娛樂、商務和信息的便攜和無線裝置。這些裝置的每一個的便攜性都歸功於電池。在電池中工作的電化學電池芯不僅允許這些裝置擺脫必須被束縛於壁裝插座的粗暴限制，而且提供能夠反覆充電的可靠的輕便電源。
電化學電池芯包括鹼性電池芯、鎳電池芯和鋰電池芯，一般通過採取兩個電極層並將它們疊層在一起來製造，每個層與另一個層物理地分離。製造在電池中使用的電化學電池芯的普通方法公知為「卷芯」技術，其中將電池芯的內部部件卷繞並放置在鋁或鋼容器內部，因此與老式的卷心蛋糕相似。通常鋁是用於容器的優選金屬，因為它的重量輕且導熱性好，雖然也使用鋼。
電化學電池芯的主要工作是選擇性地存儲和釋放能量。當電池芯被充電時存儲能量。然後在放電階段，這些存儲的能量被釋放給電子裝置。電極材料和電池芯結構的進步為消費者提供了能夠在小而輕的封裝中存儲大量能量的更小的電池。
通常電化學電池芯的磁場發射並非設計考慮。作為示例，當電化學電池芯用於向典型電子裝置供電時，其中的磁場發射不足以影響裝置的工作。但是，在某些應用中，電化學電池芯的磁場發射可能是設計問題。例如，在像助聽器這樣的敏感裝置中，磁場發射可通過影響助聽器中聽覺元件的工作而危及性能或可靠性。
因此需要具有減少的磁發射的電化學電池芯。


在全部單獨視圖中相同的附圖標記表示相同或功能相似的元件的附圖與下面的詳細描述一起合併在說明書中並構成說明書的一部分，用於進一步說明各種實施例並解釋完全根據本發明的各種原理和優點。
圖1示出典型現有技術電極層組件的側面剖視圖。
圖2示出現有技術的以卷芯構造組裝的電極疊層，從而製造可再充電的電池芯。
圖3示出插入柱形金屬容器的現有技術卷芯的剖切剖視圖。
圖4示出適用於電池的現有技術電池芯結構的一個實施例。
圖5示出未卷繞的現有技術電池芯結構，顯示典型的電流和對應的磁場。
圖6用圖形示出向負載供電時對應於圖4的結構的測量的磁場形狀，模擬全球移動通信系統(GSM)通信應用中的收發器。
圖7示出未卷繞的電池芯結構的一個實施例，顯示當根據本發明實施例構造時典型的電流和對應的磁場。
圖8用圖形不出向負載供電時對應於圖6的結構的測量的磁場形狀,模擬GSM通信應用中的收發器。
圖9示出未卷繞的電池芯結構的另一個實施例，顯示當根據本發明其他實施例構造時典型的電流和對應的磁場。
圖10用圖形不出向負載供電時對應於圖9的結構的測量的磁場形狀,模擬GSM通信應用中的收發器。
圖11示出根據本發明一個實施例構造的電化學活性層，其中設置有導磁材料。
圖12示出根據本發明一個實施例構造的電化學電池芯的一種結構，其中用磁導材料塗覆電極層。
圖13示出根據本發明一個實施例構造的電化學電池的一種結構，其中用磁導材料塗覆外容器。
圖14示出根據本發明一個實施例構造的電化學電池芯和·頭部組件的一種結構， 頭部組件具有接線片和導體。
圖15示出根據本發明一個實施例構造的電化學電池芯和頭部組件的一種結構， 頭部組件具有接線片和導體。
圖16示出根據本發明一個實施例構造的電化學電池芯和頭部組件的一種結構， 頭部組件具有接線片和導體。
圖17示出根據本發明一個實施例構造的電化學電池芯和頭部組件的一種結構， 頭部組件具有接線片和導體。
圖18示出根據本發明一個實施例構造的電化學電池芯的疊層結構。
本領域技術人員應當理解，為了簡單和清楚而示出附圖中的元件，不一定按比例繪製。例如，可將附圖中某些元件的尺度相對於其他元件誇大，以幫助改善對本發明實施例的理解。
具體實施方式
下面詳細描述本發明的實施例。參照附圖，全部視圖中相同的附圖標記表示相似的部件。如同這裡的說明書和全部權利要求中使用的，以下術語採用在此明確相關的含義， 除非上下文清楚地另有所指「個」(不定冠詞)、和「所述」(定冠詞)的含義包括多個的含義，「中」的含義包括「在…中」和「在…上」。諸如第一和第二、頂部和底部等等相關術語可僅用於將一個實體或動作與另一個實體或動作區分開，不一定要求或暗示這些實體或動作之間任何實際上的這種關係或順序。此外，這裡在括號中示出的參考標識符表示除了討論的附圖之外的附圖中所示的部件。例如，當討論圖A時論及裝置(10)將表示除了圖A之外的附圖中所示的元件10。
本發明的實施例提供構造為釋放減少的磁場發射的電化學電池芯和對應的電池。 在一個實施例中，諸如鋰離子電池芯或鋰聚合物電池芯這樣的電化學電池芯配置了到陰極和陽極的電接線片連接，陰極和陽極被置於電池芯疊層的同一端，因此遍及電化學電池芯中陽極中流動的電流在方向上趨於與陰極中流動的電流相反，但是在幅值上基本上相似。 因此，陰極層產生的磁場趨於抵消陽極層產生的磁場，從而減少總體磁發射。
電化學電池芯通常由正電極(陰極)、負電極(陽極)以及防止這兩個電極接觸的隔離件製成。雖然隔離件將陰極和陽極物理地分離，但是隔離件允許離子從中通過。下面參照圖1，其中示出電化學電池芯中找到的典型電極層組件的側面剖視圖。
電極100包括隔離件112，隔離件112具有頂部114和底部116。隔離件112的頂部114上設置有電化學活性材料的第一層118。例如，在鎳金屬氫化物電池中，第一層118 可以是現有技術公知的金屬氫化物電荷存儲材料的層。或者，第一層118可以是鋰電池中一般採用的鋰或嵌鋰材料。
第一層118上面設置集流層120。集流層可由現有技術公知的多種金屬或合金的任何一種製成。這種金屬或合金的示例例如包括鎳、鋁、銅、鋼、鍍鎳鋼、鎂摻雜鋁等等。集流層120上面設置有電化學活性材料的第二層122。
電化學電池芯通過隔離件在電極之間傳輸離子，來存儲和釋放能量。例如，在放電過程中，在電極之間發生電化學反應。這種電化學反應導致通過隔離件傳輸離子，並使得電子聚集在電池芯的負端子處。當連接到負載(例如電子裝置)時，電子通過負載中的電路從負極流向電池芯的正端子。(當電流從陰極流向陽極時在電路圖中示出這一點。)當電化學電池芯充電時，發生相反的過程。因此，為了對電子裝置供電，可將這些電子從電池芯釋放到電子裝置。通常通過耦合導體(例如導電箔帶)實現這一點，通俗地講，有時候將耦合導體稱為到各個層的「接線片」。圖2中示出這種接線片。
下面參照圖2，其中示出像圖1中的電極疊層那樣在卷芯構造中組裝的電極疊層， 從而製造可再充電的電池芯。在圖2中，提供兩個電極240和260，如上所述。例如由電化學活性負電極材料的層來製造電極240，同時由電化學活性正電極材料的層來製造電極260。 注意，當最初構造電池芯時電極240和260的任一個可以是電化學活性的。第一接線片280連接到一個電極240，而第二接線片290連接到另一個電極260。 這些接線片280和290可連接到各個電極240和260的集流器。
電極240和260被配置為疊層關係，將接線片280和290設置在疊層的相對邊緣上。之後，將疊層捲成卷270，用於隨後插入電化學電池芯容器。容器的剖面通常是橢圓形、 矩形或者圓形，有單一的開口和蓋子。這與普通的垃圾桶相似。
如圖2所示的現有技術電池芯通過將接線片280和290設置在電極240和260的相對端上製成。這導致兩個電極240和260在激活時基本上在相同的方向上承載電流。根據右手定則，這種同向電流產生大的螺旋磁場，因為每個電極240和260產生的場是相加的。圖5更清楚地示出這一點。
一旦完成卷芯，就將其插入圖3所示的金屬容器322。在這種圓柱形構造中，金屬容器322包括金屬連接器326，金屬連接器326可用作所得電池的陰極端子。金屬容器322 本身經常用作陽極端子。在這種構造中接線片(280，290)連接到金屬連接器326和金屬容器322。在諸如矩形或橢圓形電池這樣的替代性構造中，接線片(280，290)可連接到連接器組件330，而不是容器上的金屬連接器。
在任一種情況下，觀察卷芯可看到多個層隔離件332、第一電極328和第二電極 336。根據這種結構，如果需要的話可將集流器338或網格添加到裝置。集流器338可由金屬或合金形成，例如銅、金、鐵、錳、鎳、鉬、銀、鉭、鈦、鋁、鎂摻雜鋁、銅合金或鋅。
下面參照圖4，其中示出現有技術的卷芯400，帶有如圖2構造的接線片401、402。 卷芯400將被插入金屬容器，如上所述。圖4的現有技術組件包括第一金屬連接器403和接線片404，第一金屬連接器403用作外部陰極，接線片404用於將第一金屬連接器403連接到第一接線片401。絕緣體405被設置為將第一金屬連接器403與第二接線片402絕緣。 位於卷芯400—端的平坦頂部絕緣體為公知技術，如授予Zayatz的美國專利No. 6，317，335 所述。
在工作時圖4的卷芯400產生較大量的磁場噪聲。該噪聲以dBA/m為單位來測量， 並隨著電流的增加而增加。此外，就像電池芯用於GSM裝置(例如行動電話)的情況，當電流脈動時，噪聲加劇。
下面參照圖5，其中示出處於未卷繞形式下的圖4的卷芯400。這種未卷繞圖示對顯示這種構造怎樣產生磁場噪聲是有用的。當有負載時，陽極電流從接線片401流出，接線片401連接到用作陽極的電極260。在圖5的視圖中陽極電流501 —般根據梯度從左流向右。因為接線片401連接到陽極的上部，所以陽極電流501趨於從陽極的左上部流向陽極的右下部。
當這種情況發生時，根據右手定則，將產生第一磁場503。當離子在電解質中通過隔離件流向用作陰極的電極240時，第一磁場503在接線片401附近最大，遠離接線片401後變小。
轉向用作陰極的電極240，接線片402連接到陰極的右側。當有負載時，陰極電流 502流向接線片402，在圖5的視圖中陰極電流502根據電荷梯度從左流向右。在圖5的視圖中陰極電流502 —般從左流向右。在圖5的說明性實施例中，陰極電流502趨於從陰極的左下部流向陰極的右上部。
當這種情況發生時，根據右手定則，將產生第二磁場504。當電子通過電解質從用作陽極的電極260流過隔·離件時，第二磁場504在接線片402附近最大，遠離接線片402較小。
如圖5所不，由於電池芯的構造,第一磁場503和第二磁場504是相加的。雖然將陽極電流501和陰極電流502示出為箭頭，但是當電池芯用於時變負載例如行動電話中的 GSM收發器時，所得交變磁場將本身顯示為外來噪聲。這種噪聲可產生大的基帶磁場。
下面參照圖6，其中示出向測試GSM負載遞送電流時，通過圖5的構造產生的磁場 (503，504)的剖面的圖示。圖示601示出X方向上測量的磁場的剖面，而圖示602示出Y方向上測量的磁場的剖面。線條603示出最強的場，而線條607示出最弱的場。線條605示出中等強度的場。
圖示601和602中的每個測量都以OdB即I安培每米為基準。在圖示601中，最大場是8. 49dB，而最小場是-29. 75dB。在圖示602中，最大場是4. 07dB，而最小場是-30. 23d。
如圖所示，當有時變負載電流時，卷芯(400)的電極繞組與接線片(401，402)—起產生電流迴路，電流迴路產生基帶磁場噪聲的大輪廓線。在將卷芯結合到具有安全電路的電池中，利用附圖的電路板組件的設計，磁場噪聲會進一步加劇。在工作於遙感線圈模式下的助聽器中，電池的磁場發射會劣化助聽器中的信噪比。
本發明的實施例提供電池芯和電池結構，電池芯和電池結構提供顯著減少的磁場噪聲。在一個實施例中，電池芯結構包括在卷繞該卷芯之前將物理地連接到陽極和陰極的接線片設置在疊層的同一端上。如果正確地放置，就可將陽極和陰極中流動的電流分布為使得它們以基本上相似的幅值基本上在相反的方向上流動，從而減輕相同方向的電流。在某些實施例中，可將接線片物理地放置為彼此疊置，防止通過將電池芯連接到連接器端子或者安全電路的接線片形成附加迴路。
在某些實施例中，每個電極使用多個接線片。例如，可將兩個接線片放置在每個電極的相對端，每個接線片連接到至外部連接的導線。在某些實施例中，將高磁導磁性材料結合在電池芯部件中，例如接線片，電極或者容器。在某些實施例中，可以用高磁導磁性材料塗覆容器的內壁。此外，在某些實施例中，可以用高磁導磁性材料塗覆電極本身。在某些實施例中，可將電池芯中的導電軌跡路由為使得它們的磁場抵消。在某些實施例中，可將磁場抵消線圈添加到電池結構或容器。這些線圈用於抵消電池芯和接線片的磁場。下面結合附圖更詳細地說明每個實施例。
下面參照圖7，其中示出電極組件700的一個實施例，電極組件700適合於卷繞為卷芯，與現有技術的結構相比，卷芯被構造為顯著減少發射的磁場噪聲。圖7的電極組件 700包括電池芯疊層，電池芯疊層具有陰極701和陽極702。當彼此層疊時，將隔離件(未示出)放置在陰極701與陽極702之間，以允許在充電和放電過程中電子來往於陰極701與陽極702之間。
第一電導體703連接到陰極701，在圖7中第一電導體703被示出為通過鋁箔或其他導電材料製成的導電接線片。如圖7所示，第一電導體703連接在電池芯疊層的第一端 705處。電池芯疊層包括第一端705和第二端706。
第二電導體704連接到陽極702，在圖7中第二電導體704也被示出為通過鋁箔或銅或其他相似材料製成的導電接線片。如圖7所示，第二電導體704就像第一電導體703 一樣連接到電池芯疊層的第一端705。因此,第一電導體703和第二電導體704都在電池芯疊層的同一端處分別連接到陰極701和陽極702。為了保證在頭部707處不發生短路，橋接部件708將第二電導體704連接到它在頭部707上的接觸件709，從而在連接到第一電導體 703的接觸件710與沿著頭部707的第二電導體704之間提供預定量的物理的分離。
當有負載時，陰極電流711流向第一電導體703，在圖7的視圖中陰極電流711從左向右。陰極電流711根據取決於陰極結構和負載的梯度流動。在圖7的視圖中陰極電流 711通常從左向右流動。在圖7的說明性實施例中，陰極電流711趨於從陰極的左下部流向陰極701的右上部。
當這種情況發生時，根據右手定則，將產生第一磁場713。當電子從陽極702通過隔離件傳輸時，第一磁場713在第一電導體703附近最大,遠離第一電導體703較小。
同時，圖7的實施例中陽極電流712流動離開連接到陽極702的第二電導體704。 因此，在圖7的視圖中陽極電流712通常根據梯度函數從右向左流動。因為第二電導體704 連接到陽極702的上部，所以陽極電流712趨於從陽極702的右上部流向陽極702的左下部。
當這種情況發生時，根據右手定則，將產生第二磁場714。當電子通過隔離件去往陰極701時，第二磁場714在第二電導體704附近最大，遠離第二電導體704後變小。
如圖7所不，由於電池芯結構,第一磁場71 3和第二磁場714趨於相互抵消。通過改變每個電極的尺寸和材料，連同第一電導體703沿著陰極701的放置以及第二電導體704 沿著陽極702的放置一起，設計者可以「調整」電池芯疊層，以對於特定的電池構造將所得的磁場噪聲最小化。例如，如果設計者設計高容量的矩形電池，他可以改變第一電導體703和第二電導體704的每一個的確切放置，以對於該物理的構造將所得的磁場噪聲最小化。
在圖7的說明性實施例中，在電池芯疊層的第一端705處將第一電導體703和第二電導體704設置為彼此疊置。注意，這只是為了解釋的目的而在圖7中使用的一個實施例。對得益於本公開的本領域技術人員而言顯然，本發明的實施例不限於此。例如，不是將第一電導體703和第二電導體704設置為彼此疊置，而是將它們沿著頭部707分離。如果將它們像圖7中那樣構造，為了防止短路問題，可在它們之間設置電絕緣層715。在這種構造中，在放電期間，電流在實際上相反的方向上跨陰極701和陽極702的相鄰區域進行傳輸。 並且電流以基本上相同的幅值沿著陰極701和陽極702的相鄰區域傳輸通過。類似地，電流在實際上相反的方向通過第一電導體703和第二電導體704，從而減少電極組件產生的總體電磁場噪聲。
使用上述調整過程，設計者能夠在很大程度上減少電池芯產生的噪聲，不僅通過控制流過陰極701、陽極702、第一電導體703和第二電導體704的電流方向，而且通過控制相對幅值。通過改變第一電導體703和第二電導體的放置，設計者可以實現在其中流動的電流方向相反並且幅值幾乎相同。因為陰極701和陽極702中流動的電流隨梯度函數、陰極 701和陽極702的材料、幾何形狀以及尺寸的變化、以及第一電導體703和第二電導體704 的放置、幾何形狀以及尺寸的變化而變化，所以設計者可以在陰極701和陽極702的相鄰部分上實現基本上幅值相同的反向電流。
通過示例的說明，簡單地將第一電導體703和第二電導體704放置在電池芯疊層的第一端705，可以實現在相反方向流動的電流711、712。但是，根據本發明的實施例，通過改變第一電導體703和第二電導體704的放置，設計者可以在陽極702和陰極701的大部分長度上實現相反且基本上相等的電流。
下面參照圖8，其中示出當向測試GSM負載遞送電流時，通過圖7的構造產生的通過磁場的剖面的圖示。圖示801示出X方向上測量的磁場,而圖示802示出Y方向上測量的磁場。線條803示出最強的場，而線條807示出最弱的場。線條805示出中等強度的場。
如同圖6，圖示801和802中的每個測量都以OdB即I安培每米為基準。在圖示 801中，最大場是-4. 81dB，而最小場是-32. 91dB。在圖示802中，最大場是-1. 06dB，而最小場是-30. 86dB。將圖8與圖6比較時，可看出測量的磁場噪聲的顯著下降。在X平面中， 在最大磁場中出現超過12dB的下降。在Y平面中，出現大約5dB的下降。
下面參照圖9，其中示出電極組件900的另一個實施例，電極組件900適合於卷繞為卷芯以及放置在容器或外殼中，與現有技術的結構相比，卷芯被構造為顯著減少發射的磁場噪聲。圖9的電極組件900包括電池芯疊層，電池芯疊層具有陰極901和陽極902。當彼此層疊時，將隔離件(未示出)放置在陰極901與陽極902之間，以允許在充電和放電過程中離子分別傳輸來往於陰極901與陽極902之間。
第一電導體903連接到陰極901。如圖9所示，第一電導體903連接在電池芯疊層的第一端905處。電池芯疊層包括第一端905和第二端906。
第二電導體904連接到陽極902。如圖9所示，第二電導體904就像第一電導體 903 一樣連接到電池芯疊層的第一端905。因此,第一電導體903和第二電導體904都在電池芯疊層的同一端處分別連接到陰極901和陽極902。
第三電導體991在電池芯疊層的第二端906處連接到陰極901。第一橋接部件993將第三電導體991連接到第一電導體903。
第四電導體992在電池芯疊層的第二端906處連接到陽極902。第二橋接部件994 連接第四電導體992和第二電導體904。
在圖9的說明性實施例中，第五電導體981將第一橋接部件993連接到頭部907 上的接觸件910。類似地，第六電導體982將第二橋接部件994連接到頭部907上的接觸件 909。
在一個實施例中，將第一電導體903和第二電導體904設置為彼此疊置且在它們之間設置有電絕緣材料的可選擇層。類似地，將第三電導體991和第四電導體992設置為彼此疊置且在它們之間設置有電絕緣材料的可選擇層。此外，可將第一橋接部件993設置在第二橋接部件994上方，在它們之間設置有電絕緣材料的可選擇層。在這樣的構造中，分別在陽極902和陰極901中流動的電流基本上幅值相同，方向相反，從而減輕任何所得的磁場噪聲發射。注意，這種「每件物體在其對應物上方」的構造只是一個實施例，在圖9中用於解釋的目的。對得益於本公開的本領域技術人員而言顯然，本發明的實施例不限於此。例如，不是將每個部件設置在其對應物上方，而是可以提供從另一個電極的小量的分離，以例如消除對絕緣材料的需要。
當有負載時，陰極電流911、995分別流向第一電導體903和第四電導體992，在圖 9的視圖中，對於陰極電流911是從左向右，對於陰極電流995是從右向左。注意，除了所有其他的都相同之外，這些電流911、995大約是圖7的實施例中流過相同導體的電流的一半，從而進一步減少關於這些導體對應地產生的磁場。(對陽極而言亦然)。陰極電流911、 995根據取決於陰極結構和負載的梯度流動。在圖9的視圖中，陰極電流911、995通常從陰極901的中心部分向上和向外流動。關於導體電流，因為陰極電流911、995流過多個導體 901、991，所以沿著陰極流動的峰值電流密度大約是圖7的峰值電流密度的一半，從而進一步減少峰值磁場發射。(對陽極而言亦然)。
當這種情況發生時,根據右手定則,將產生第一磁場913、997。第一磁場913、997 在第一電導體903和第三電導體991附近最大,朝向陰極901的中心較小。
同時，在圖9的實施例中陽極電流912、996分別流動離開第二電導體904和第四電導體992。因此，在圖9的視圖中陽極電流912通常根據梯度函數從右向左流動，而陽極電流996從左向右流動。在圖9的說明性實施例中，陽極電流912、996趨於從陽極902的上角部流向下中心部。
當這種情況發生時，根據右手定則，將產生第二磁場914、998。當電子通過隔離件傳向陰極901時,第二磁場914、998在第二電導體904和第四導體992附近最大,會朝向陽極902的中心部變小。
如圖9所示，由於電池芯構造和電導體903、904、991、992以及橋接部件993、994 的放置，第一磁場913、997與第二磁場914、998趨於相互抵消。此外，陽極電流912、996和陰極電流911、995趨於在方向上相反，且在幅值上基本上相似，從而減少電極組件產生的總體磁場噪聲。此外，導體903和991中的電流趨於與導體904和992中的電流在方向上相反，且在幅值上基本上相似，從而減少導體產生的總體磁場噪聲。這同樣適合於橋接部件 993 和 994。
下面參照圖10，其中示出向測試GSM負載遞送電流時，通過圖9的構造產生的通過磁場的剖面的圖示。圖示1001示出X方向上測量的磁場,而圖示1002示出Y方向上測量的磁場。線條1003示出最強的場，而線條1007示出最弱的場。線條1005示出中等強度的場。
如同圖6和圖8，圖示1001和圖示1002中的每個測量都以OdB即I安培每米為基準。在圖示1001中，最大場是-7. 39dB，而最小場是-33. 42dB。在圖示1002中，最大場是-5. 97dB，而最小場是-30. 49dB。將圖10與圖6比較時，可看出測量的磁場噪聲的顯著下降。在X平面中，在最大磁場中出現大約15dB的下降。在Y平面中，出現超過9dB的下降。
如上所述，接線片的放置和電池芯疊層結構的配置可以在很大程度上減少當卷繞為卷芯以及放置在外殼(例如圖4所示的容器)中所得電池芯發射的磁場噪聲。但是，根據本發明的其他實施例，設計者可採用附加步驟來進一步減輕磁場噪聲。
下面參照圖11，其中示出適用於根據本發明實施例構造的電極組件的一個電極 1100的剖視圖。在圖11中，電極1100包括電化學活性材料的層1118，例如金屬氫化物電荷存儲材料或嵌鋰材料的層。該層1118下面設置的是集流層1120。集流層1120可由多種金屬或合金的任何一種製成，包括鎳、銅、不鏽鋼、銀、鋁、鍍鎳鋼、鎂摻雜鋁、銅合金或鈦。
已經用高磁導材料1111的顆粒填充或注入電化學活性材料的每個層1118、1122。 高磁導材料1111的示例包括鎳、鈷、鎂、鉻和鐵。通過用高磁導材料1111注入電化學活性材料，可進一步減少總體磁場噪聲。
下面參照圖12，其中示出適用於根據本發明實施例構造的電極組件的另一個電極 1200的剖視圖。在圖12中，電極1200包括電化學活性材料的層1218。該層1218下面設置的是集流層1220。
在圖12中，用高磁導材料1211的層塗覆集流層1220。通過用高磁導材料1211塗覆集流層1220，可進一 步減少總體磁場噪聲。當然，根據本發明的實施例，也可以構造採用高磁導注入的圖11的實施例與圖12的實施例的組合。
下面參照圖13，其中示出根據本發明實施例構造的電極組件1300的一個實施例， 電極組件1300被設置在外殼1301中，為了說明的目的將外殼1301構造為容器。為了進一步減少發射的磁場噪聲，在該說明性實施例中，用高磁導材料1302塗覆外殼1301。雖然在圖13的說明性實施例中塗覆外殼1301的內壁，但是對得益於本公開的本領域技術人員而言顯然，本發明的實施例不限於此。例如，可以同樣地用高磁導材料1302塗覆外殼1301的外表面。此外，也可以用高磁導材料1302塗覆外殼1301的內表面和外表面兩者。
下面參照圖14至圖17，其中示出構造為進一步減少發射的磁場噪聲的電池部件結構的實施例。在這一點上，本發明的實施例的重點在於電池芯結構以及高磁導材料的結合。圖14至圖17的實施例關注導電軌跡的設計，導電軌跡從電池芯頭部上的接觸件延伸到關於總體電池封裝在外部設置的接觸件塊。
從圖14開始，其中示出電池封裝1400，電池封裝1400具有陽極接觸件1401和陰極接觸件1402，在電池封裝1400中陽極接觸件1401和陰極接觸件1402沿著頭部設置。回顧上述圖7的討論，在某些實施例中，在陽極接觸件1401與陰極接觸件1402之間需要預定距離(710)。為了幫助在這樣的構造中減輕磁場噪聲的發射，將接觸件塊1408的負端子 1403和正端子1404緊密放置在一起。這种放置用於將導體1405、1406產生的任何電流迴路的面積最小化，導體1405、1406分別從陽極接觸件1401延伸到負端子1403以及從陰極接觸件1402延伸到正端子1404。迴路的最小化用於將電池封裝1400發射的外部磁場最小化。
下面參照圖15，其中示出根據本發明實施例構造的另一種電池封裝1500。在圖15 中，由於設計的限制，不能沿著接觸件塊1508以相鄰的關係來放置負端子1503和正端子 1504。當電池封裝1500連接的電子裝置需要這種接觸件塊構造時，可發生這種情況。
為了在這種情況下減輕發射的磁場噪聲，在本發明的一個實施例中，可將來自電池芯一個極性的導體1505在部分迴路或線圈中路由穿過頭部1507，從而更接近第二極性的導體1506。這種安排用於減少所得電流迴路的任何包括的面積，從而減少外部發射的磁場。每個導體1505、1506用作將負端子1503和正端子1504連接到電池芯中的電化學活性層和集流器層的電導體，負端子1503和正端子1504是沿著外殼設置的導電錶面。
下面參照圖16和圖17，其中示出根據本發明實施例構造的附加電池封裝1600、 1700。在圖16和圖17中，優選將線圈1608、1708放置在電池芯上面或周圍，以進一步減少磁場噪聲，線圈1608、1708包括一阻或多阻導電材料。每個線圈1608、1708被布置在外殼中或外殼上，使得在電池封裝的放電過程中，減少電化學活性層、集流器層以及電導體的組合中產生的磁場。
線圈1608、1708與陰極接觸件1602、1702或者陽極接觸件1601、1701串聯連接。 通過形狀、放置以及線匝數的設計可將每個線圈1608、1708最優化，使得通過每個電池芯發射的磁場幾乎全部抵消。或者，如果在大面積內抵消磁場不可行，可將線圈1608、1708的形狀設計為在遠離電池、由設計者指定的特定區域中抵消發射的磁場，例如在助聽器嘗試工作的耳機揚聲器附近。在一個實施例中，沿著每個電池封裝1600、1700的外殼設置線圈1608、1708。外殼的類型可用於確定線圈1608、1708是連接到陽極接觸件1601、1701還是陰極接觸件1602、 1702。如果外殼由鋼製成，則通常將外殼與正端子1704絕緣。因此，如果沿著外殼設置線圈 1708，則線圈應當連接到陽極接觸件1701。如果外殼由鋁製成，則外殼通常與負端子1603 絕緣。因此，如果沿著外殼設置線圈1608，則線圈應當連接到陰極接觸件1602。
在這一點，為了說明的目的，本發明的實施例旨在卷芯結構中構造的電極-隔離件-電極疊層。但是，對得益於本公開的本領域技術人員而言顯然，本發明的實施例不限於此。例如，下面參照圖18，其中示出根據本發明實施例構造的摺疊結構。
在圖18中，不是利用卷芯結構而是利用摺疊結構來構造電池芯1800。儘管是利用摺疊結構構造，仍然在電池芯的同一端1805處將接線片1801、1802連接到陽極1803和陰極1804。雖然為了說明的目的示出並排結構，但是在一個實施例中將接線片1801、1802設置為正好彼此疊置。因為這個原因或那個原因，在不能將接線片1801、1802放置為正好彼此疊置的情況下，就將其放置為彼此接近一之間有小間距一也是有效的。
在前面的說明書中，描述了本發明的特定實施例。但是，本領域技術人員應當理解，在不脫離所附權利要求書提出的本發明範圍的情況下可做出各種修改和變化。因此，雖然示出並描述了本發明的優選實施例，但是顯然本發明不限於此。在不脫離所附權利要求書限定的本發明精神和範圍的情況下，本領域技術人員可構思多種修改、變化、改變、替代和等同物。因此，說明書和附圖應當視作說明性而不是限制性的含義，並且所有這種修改都要包括在本發明的範圍內。可導致任何好處、優點、或解決方案出現或變得更明確的好處、 優點、問題的解決方案和任何要素(多個要素)都不視作任何或全部權利要求的關鍵、必須或基本特徵或要素。·
權利要求
1.一種用於電池的電極組件，所述電極組件包括電池芯疊層，包括陰極、陽極和它們之間的隔離件，所述電池芯疊層具有第一端和第二端;第一電導體，在所述電池芯疊層的第一端處連接到所述陽極；以及第二電導體，在所述電池芯疊層的第一端處連接到所述陰極；其中在放電過程中，電流通過所述第一電導體和所述第二電導體，並在基本上相反的方向上以基本上相似的幅值穿過所述陰極和所述陽極，從而減少由所述電極組件產生的磁場噪聲。
2.權利要求1的電極組件，其中在所述第一端處將所述第一電導體和所述第二電導體設置為彼此疊置，所述電極組件進一步包括設置在所述第一電導體與所述第二電導體之間的電絕緣層。
3.權利要求1的電極組件，其中所述電池芯疊層被卷繞為卷芯。
4.權利要求1的電極組件，其中所述電池芯被摺疊。
5.權利要求1的電極組件，進一步包括第三電導體，在所述電池芯疊層的第二端處連接到所述陽極；以及第四電導體，在所述電池芯疊層的第二端處連接到所述陰極；其中將所述電極組件構造為使得在放電過程中在所述陽極中流動的第一電流與在所述陰極中流動的第二電流基本上相反且幅值基本上相似。
6.權利要求5的電極組件,進一步包括外殼，其中所述電極組件被設置在所述外殼中；通過第一橋接連接器在所述外殼中將所述第一電導體和所述第三電導體連接在一起；以及通過第二橋接連接器在所述外殼中將所述第二電導體和所述第四電導體連接在一起。
7.權利要求6的電極組件，其中所述第一橋接連接器和所述第二橋接連接器被設置為彼此疊置且其間具有電絕緣層。
8.權利要求6的電極組件，進一步包括第五電導體，在所述電池芯疊層的第一端與所述電池芯疊層的第二端之間連接到所述第一橋接連接器和所述陽極；以及第六電導體，在所述電池芯疊層的第一端與所述電池芯疊層的第二端之間連接到所述第二橋接連接器和所述陰極。
9.權利要求1的電極組件，進一步包括外殼和頭部，所述電極組件被設置在所述外殼中，所述頭部至少具有連接到所述陽極的第一電接觸件以及連接到所述陰極的第二電接觸件。
10.權利要求9的電極組件，進一步包括在所述陽極與所述第一電接觸件之間或者所述陰極與所述第二電接觸件之間中的一種或多種位置中設置的一個或多個導體匝，所述一個或多個導體匝被構造為進一步減少所述磁場噪聲。
11.權利要求10的電極組件，其中所述一個或多個導體匝沿著所述頭部設置。
12.權利要求10的電極組件，其中所述一個或多個導體匝沿著所述外殼設置。
13.權利要求9的電極組件，其中所述外殼被塗覆高磁導材料。
14.權利要求1的電極組件，其中所述陽極或所述陰極中的一個或多個被注入高磁導材料。
15.權利要求1的電極組件，其中所述陽極或所述陰極中的一個或多個被塗覆高磁導材料。
16.一種電池封裝，包括陽極；陰極；隔離件，設置在所述陽極與所述陰極之間；以及電導體，將在所述電池封裝外部設置的端子分別連接到所述陽極和所述陰極；其中，在所述電池封裝中將所述電導體配置為使得在所述電池封裝的放電過程中，通過使得所述陽極和所述陰極中的電流以基本上相似的幅值在相反方向上流動，減少由所述陽極、所述陰極以及所述電導體的組合在所述電池封裝中產生的磁場。
17.權利要求16的電池封裝，其中所述陰極、所述陽極以及所述隔離件被配置在疊層中，其中所述電導體在所述疊層的一端處分別連接到所述陽極和所述陰極。
18.權利要求17的電池封裝，進一步包括在所述疊層的另一端處連接到所述陽極和所述陰極的附加電導體，從而將所述疊層構造為使得在所述疊層的每一端處流過所述陽極和所述陰極的電流基本上方向相反且基本上幅值相同。
19.權利要求17的電池封裝，其中所述電池封裝的外殼、所述陽極或所述陰極、或者所述電導體的一個或多個包括設置在其中或其上的高磁導材料。
20.權利要求17的電池封裝，進一步包括設置在所述疊層與所述端子之間的一匝或多匝電導體材料。
全文摘要
一種具有減少的磁發射噪聲的電池封裝，包括其中設置有電極組件(700)的外殼。電極組件(700)包括電池芯疊層，電池芯疊層包括陰極(701)、陽極(702)和它們之間的隔離件。電極組件(700)的電池芯疊層具有第一端(705)和第二端(706)。第一電導體(703)在電池芯疊層的第一端(705)處連接到陽極(702)。第二電導體(704)在電池芯疊層的第一端(705)處連接到陰極(701)。在放電過程中，電流(711，712)通過第一電導體(703)和第二電導體(704)，並在基本上相反的方向上以基本上相似的幅值穿過陰極(701)和陽極(702)，從而減少電極組件(700)產生的磁場噪聲。
文檔編號H01M4/62GK103003980SQ201180020520
公開日2013年3月27日 申請日期2011年9月15日 優先權日2010年10月31日
發明者海珊·馬利基, 麥可·弗倫策爾, 傑拉爾德·A·哈爾馬肯, 吉姆·克勞斯 申請人:摩託羅拉移動有限責任公司