类钮扣电池模块及其电池装置的制作方法

1.本实用新型是关于一种电池单元，尤指一种利用完整且独立封装的电池单元构成电池芯，并利用金属壳予以封装的类钮扣电池模块。


背景技术：

2.现有技术的电池装置为了达到足够的电容量与电压，可应用于各种领域，大多采用将单一电池单元于z轴方向进行串联、并联或是串联、并联混合的方式构成垂直堆栈的电池芯，再利用水平导体将此垂直堆栈的电池芯可予以水平连接成所需的电池装置。
3.前案如本技术人的中国台湾专利tw107135860与tw107135859，这样的连接架构，具有下列几点缺失:
4.1.组配上较为不易，举例来说，多个单一电芯堆栈组配对位上的侦测导致过程繁琐与时间消耗；
5.2.当单一电芯发生问题时，难以实时替换，使得维修的困难度大幅提升。


技术实现要素：

6.有鉴于此，本实用新型针对上述缺失提供一种类钮扣电池模块及其电池装置，该类钮扣电池模块包含有：一电池芯，通过多个电池单元相互堆栈形成串联、并联、或是串联并联混合的型态所构成，每一该电池单元包含有：一正极集电层与一负极集电层，相互平行设置；以及一电化学系统，设置于该正极集电层与该负极集电层之间，该电化学系统包含有一电解质系统，其中该些电池单元彼此间的该电解质系统无相互接触；以及一金属壳，其包含有一上盖与一下盖，该上盖与该下盖间电性绝缘，该金属壳将该电池芯封装于其内，且该上盖与该下盖各与该电池芯的相异极性端电性连接，以分别形成一正极端与一负极端。
7.作为优选，该电解质系统为胶态、液态、固态电解质或其组合。
8.作为优选，相邻的该多个电化学系统仅具有电荷转移而无进行电化学反应。
9.作为优选，该电化学系统包含有:两个活性材料层，分别设置并接触于该两个片状集电层；以及一隔离层，设置于该两个活性材料层之间；一框胶，设置于该两个片状集电层之间且圈绕于该电化学系统周围。
10.作为优选，该些电池单元以不同极性的该集电层直接相互接触来构成串联。
11.作为优选，该些电池单元通过一正极并联式导电柄与一负极并联式导电柄进行电性连接，该正极并联式导电柄与该负极并联式导电柄各包含有一片状本体与多个由该片状本体延伸出的片状延伸部，该正极并联式导电柄的该片状延伸部与该电池芯中的该正极集电层接触，该负极并联式导电柄的该片状延伸部与该电池芯中的该负极集电层接触，该正极并联式导电柄的该片状本体与该负极并联式导电柄的该片状本体各与该上盖以及该下盖电性连接。
12.作为优选，该金属壳内充填有一散热剂或一阻燃剂。
13.作为优选，该金属壳还包含有一用以将该上盖与该下盖电性绝缘的绝缘层。
14.本实用新型还提供一种电池装置，该电池装置包含有多个根据前文所述的类钮扣电池模块，该多个类钮扣电池模块在至少一垂直轴向堆栈，且在单一该垂直轴向上，该些类钮扣电池模块彼此间是通过该上盖与该下盖直接电性连接。
15.作为优选，当该多个类钮扣电池模块具有二个以上相异垂直轴向的堆栈型态时，还包含至少一图案化导体层，将已垂直轴向堆栈的该些类钮扣电池模块进行跨另一轴向电性连接。
16.本实用新型的主要目的在于提供一种类钮扣电池模块，利用完整且独立模块的电池单元来进行堆栈成电池芯，配合直接与金属壳来接触构成电性连接，使得电池芯的电流路径最大化。
17.本实用新型的另一目的在于提供一种类钮扣电池模块，可直接进行堆栈连接成所需的电池装置，并配合图案化导体层进行另一轴向的连接，使得组装更为容易且易于监测与维修、替换。
18.本实用新型提出一种类钮扣电池模块，其包含有电池芯以及金属壳，电池芯由多个电池单元相互堆栈形成串联、并联、或是串联并联混合的型态所构成，且每一电池单元皆为独立且完整的模块；而金属壳包含有上盖与下盖，可将电池芯封装于其内，并且电池芯的最外侧正极与负极集电层直接导引连接至金属壳的上盖与下盖，作为整个类钮扣电池模块的正极端与负极端，使电池芯的电流路径最大化。
19.本实用新型所公开的电池装置，利用前述类钮扣电池模块直接进行堆栈，并利用金属壳的上盖与下盖直接电性连接，构成所需的电池装置，具有组装容易且易于监测与维修、替换等优点；另一方面，还可配合图案化导体层进行另一轴向的连接，进行双轴向的延伸。
20.再者，电池芯与金属壳之间可充填有散热剂或阻燃剂，来提升散热效率以维持电池性能，并能提升电池装置的安全性。
21.底下通过具体实施例详加说明，当更容易了解本新型的目的、技术内容、特点及其所达成的功效。
附图说明
22.图1a为本实用新型类钮扣电池模块的电池单元的示意图。
23.图1b为本实用新型类钮扣电池模块的电池单元的另一实施例示意图。
24.图1c为本实用新型类钮扣电池模块的电池单元的分解示意图。
25.图2a为本实用新型类钮扣电池模块的串联型态示意图。
26.图2b
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图2c为本实用新型类钮扣电池模块的端面绝缘型态示意图。
27.图3为本实用新型类钮扣电池模块的并联型态示意图。
28.图4为本实用新型类钮扣电池模块的串联并联混合型态示意图。
29.图5a、5b为本实用新型类钮扣电池模块的电池芯结合导电散热柄的示意图。
30.图6a、6b为本实用新型类钮扣电池模块结合为电池装置的示意图。
31.附图标记
32.20
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电池单元
33.201
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电化学系统
34.21
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隔离层
35.22、23
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活性材料层
36.24
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正极集电层
37.25
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负极集电层
38.26
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框胶
39.261
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改质硅胶层
40.262
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改质硅胶层
41.263
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硅胶层
42.30
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金属壳
43.31
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上盖
44.32
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下盖
45.33
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绝缘层
46.34
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绝缘体
47.40
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电池芯
48.41
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正极并联式导电柄
49.411
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本体
50.412
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延伸部
51.42
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负极并联式导电柄
52.421
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本体
53.422
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延伸部
54.50
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绝缘片
55.60
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类钮扣电池模块
56.71
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第一绝缘层
57.711
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第一图案化金属层
58.72
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第二绝缘层
59.721
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第二图案化金属层
具体实施方式
60.为了让本实用新型的优点，精神与特征可以更容易明确的了解，后续将以实施例并参照所述图式进行详述与讨论。需声明的是该些实施例仅为本实用新型代表性的实施例，并不以此局限本实用新型的实施态样与权利要求仅能局限于该些实施例态样。提供该些实施例的目的仅是让本实用新型的公开内容更加透彻与易于了解。
61.在本实用新型公开的各种实施例中使用的术语仅用于描述特定实施例的目的，并非在限制本实用新型所公开的各种实施例。除非有清楚的另外指示，所使用的单数形式也包含复数形式。除非另有限定，否则在本说明书中使用的所有术语(包含技术术语和科学术语)具有与本实用新型公开的各种实施例所属领域技术人员通常理解的涵义相同的涵义。上述术语(诸如在一般使用辞典中限定的术语)将被解释为具有与在相同技术领域中的语境涵义相同的涵义，并且将不被解释为具有理想化的涵义或过于正式的涵义，除非在本实用新型公开的各种实施例中被清楚地限定。
62.在本说明书的描述中，参考术语“一实施例”、“一具体实施例”等地描述意指结合该实施例描述地具体特征、结构、材料或者特点包含于本实用新型的至少一个实施例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何一个或多个实施例中以合适的方式结合。
63.在本实用新型的描述中，除非另有规定或限定，需要说明的是术语“耦接”、“连接”、“设置”应做广义的理解，例如，可以是机械连接或电性连接，也可以是两个组件内部的连通，可以是直接相连，也可以通过中间媒介间相连，对于本领域通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语的具体涵义。
64.本实用新型类钮扣电池模块采用具有完整且独立封装的电池单元20进行组配，因此首先针对具有完整且独立封装的电池单元20的部分予以说明。举例来说，请参阅图1a、1c，本实用新型的电池单元20包含有正极集电层24、负极集电层25、电化学系统201与框胶26，电化学系统201包含有隔离层21、两个活性材料层22、23、以及含浸或混练于该活性材料层22、23与隔离层21 中的电解质系统，隔离层21的材料可选自于高分子材料、陶瓷材料或玻璃纤维材料，或者涂覆有陶瓷粉体的高分子材料基材或玻璃纤维材料基材。隔离层具有微孔洞可供离子通过，微孔洞可为贯通孔或是蚁孔(非直线贯通的态样)的型态，甚至是直接采用多孔性材料来达成，其中陶瓷材料选自于绝缘材料时，可以是微米级与纳米级的二氧化钛(tio2)、三氧化二铝(al2o3)、二氧化硅(sio2)等材质或是烷基化的陶瓷颗粒所形成。陶瓷材料也可以选自氧化物固态电解质，例如锂镧锆氧(lithium lanthanum zirconium oxide； li7la3zr2o
12
；llzo)或者磷酸钛铝锂(latp)等。此外，陶瓷材料也可以是上述绝缘陶瓷材料与氧化物固态电解质所混合而成。上述的隔离层还可以包含高分子黏着剂，例如聚二氟乙烯(polyvinylidene fluoride；pvdf)、聚偏二氟乙烯－共－三氯乙烯(pvdf
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hfp)、聚四氟乙烯(polytetrafluoroethene； ptfe)、压克力酸胶(acrylic acid glue)、环氧树脂(epoxy)、聚氧化乙烯(peo)、聚丙烯腈(pan)或聚亚酰胺(pi)等。
65.电化学系统201包含有活性材料层22、23、一位于活性材料层22、23两者间的隔离层21，以及含浸/混炼于活性材料层22、23中的电解质系统。电解质系统可为液态、胶态、固态电解质、或是其任意组合的混合电解质。活性材料层22、23通过中间的隔离层21予以隔离并通过其活性材料成份可将化学能转成电能使用(供电)或将电能转换成化学能储存于系统之中(充电)，而能同时达成离子的导通与迁移，而所产生的电子则可直接由正极集电层24、负极集电层25向外导出。而正极集电层24、负极集电层25的材料常见者为铜以及铝，当然亦可是其他镍、锡、银、金等金属或金属合金、或者是高分子导电材料。
66.框胶26的材质可为环氧树脂、聚乙烯、聚丙烯、聚氨酯、热塑性聚亚胺、硅氧树脂、压克力树脂、硅胶或紫外线硬化胶，其设置于正极集电层24、负极集电层25的周缘，并圈绕封围于电化学系统201(活性材料层22、23与中间的隔离层21)，同时用以黏着正极集电层24、负极集电层25并将电解质系统封装于两个集电层24、25之间而不会外漏、且不与其他电池单元20的电解质系统相互流通；因此，电池单元20是直接采用正极集电层24、负极集电层25 与框胶26作为封装结构所形成的独立且完整供电的模块。
67.而为了使框胶26的封装效果更佳，当采用为硅胶材质时，可设计框胶26 具有三层的结构，请参阅图1b，上下两层为改质硅胶层261、262而中间为硅胶层263，两侧的改质硅胶层261、262为硅胶通过调整加成型硅胶与缩合型硅胶的组成比例、或是添加添加物来予以
改质，使其适合黏接异质性的材料(也就是正极集电层24、负极集电层25与中间的硅胶层263)，由此设计则可使其接口间的接着力提高，同时，使得整体外观的完整性更高，生产良率亦提高。
68.因此，可通过前述的电池单元20进行堆栈后，再利用金属壳30来进行封装，请参阅图2a，多个电池单元20为同方向进行堆栈，换句话说，相同极性的正极集电层24皆朝上设置，使得下方的负极集电层25会与相邻的电池单元 20的正极集电层24直接接触，因而依序电性相接而构成串联型态的电池芯40 来进行封装。
69.金属壳30包含有上盖31、下盖32、以及中间的绝缘层33，通过上盖31以及下盖32将前述电池芯40包覆于其内，再利用中间的绝缘层33予以隔离绝缘，防止上盖31以及下盖32因接触而短路，在此需特别说明，金属壳30的型态并不限定为图中所绘示型态，再者，绝缘层33可采用为硅胶材质，除了绝缘外，还能进一步达到阻水的效果。本实用新型的电池单元20为完整且独立的模块，换句话说，电池单元20内的电解质系统因完整封装为独立的模块，使其彼此间的电解质系统相互不接触，使得电池单元20间无共享电解质，因此无电解质劣化的问题，也就是电池单元20外(与金属壳30之间)无需充填共享的电解液，再加上本实用新型的电池单元20最外侧即为正极集电层24、负极集电层25，因此能直接与金属壳30(上盖31以及下盖32)直接接触来构成电性连接(也就是说上盖31与下盖32分别与相异极性端电性连接)，构成正极端与负极端，来将电力导引向外输出。因此，能将电池芯40的电流路径最大化，省去现有技术需要额外连接或拉线所衍生的问题。
70.另一方面，因电池单元20的端面也有可能与金属壳30(上盖31以及下盖 32)接触而形成短路，因此，请参阅图2b，可于金属壳30的内侧、堆栈的电池单元20两侧来设置有绝缘体34，避免电池单元20的端面接触与金属壳30内部产生不必要的接触而形成短路。因为绝缘层33具绝缘性，如图2c所示，也可以直接将绝缘层33向内延伸，使其覆盖于金属壳30的内侧、堆栈的电池单元20两侧，而可省去绝缘体34的设置。
71.接续请参阅图3，为并联型态的封装，多个电池单元20为依序以反方向进行堆栈，换句话说，相同极性的正极集电层24、负极集电层25依序相互接触，再配合极耳或是导电柄等来将相同极性的所有正极集电层24、负极集电层25 予以连接，而构成并联型态的电池芯40来进行封装。其他封装与电性接触部分，则与前述实施例相同，在此不重复赘述。
72.如为串联、并联混合型态，请参阅图4，串联并联型态可依据实际使用需求，譬如电容量、电压大小等来加以调整，在此仅配合图式来说明，依据图中显示，电池单元20以三个为一组先进行并联，并联方式与前述图3相同，然后再通过三个并联的组来进行串联，相同地，串联方式与前述图2态样相同，因而能构成串联、并联的混合型态。
73.同样的，采用并联型态(见图3)或是串联、并联混合型态(见图4)也可以增设有譬如绝缘体34(见图2b)、或是将其绝缘层33向内延伸(如图2c) 的设计，此部分内容与前述相同，不再重复赘述。且前述的金属壳30内，也就是金属壳30与电池芯40之间充填有散热剂或阻燃剂，来提升散热效率以维持电池性能，并能提升电池装置的安全性。
74.另一方面，为了提高散热效果，电池芯40可还包含有并联式导电柄，请参阅图5a、5b，包含有正极并联式导电柄41与负极并联式导电柄42，正极并联式导电柄41包含有片状本体411与多个片状延伸部412、负极并联式导电柄 42包含有片状本体421与多个片状延伸部422，正极并联式导电柄41的片状延伸部412接触于正极集电层24表面，负极并联式导电
柄42的片状延伸部422接触负极集电层25表面。
75.就此实施态样而言，电池芯40的电池单元20为同方向进行堆栈，换句话说，相同极性的正极集电层24皆朝上设置，并与皆与正极并联式导电柄41的延伸部412直接接触来进行电性连接；相同的，另一极性的负极集电层25皆朝下并与负极并联式导电柄42的延伸部422直接接触来进行电性连接，也就是会呈现正极并联式导电柄41的延伸部412与负极并联式导电柄42的延伸部422交错配置的型态，来构成并联的连接态样；因此，正极并联式导电柄41与负极并联式导电柄42皆为导电材料所构成。此时，为了避免位于中间的正极并联式导电柄41的延伸部412与负极并联式导电柄42的延伸部422相互接触而形成短路，因此，可于两者之间增设有绝缘片50来加以隔绝；通过此大面积的接触方式，能有效将电池芯40作用所产生的热导出，维持电池芯40的最佳效能。
76.实际应用上，为了达到足够的电量与电压，可将前述金属壳30封装的电池芯40所构成的类钮扣电池模块60视为一个电池单体，再利用此单体来进行串联、并联或是串并联混合连接来形成电池装置，请参阅图6a，通过前述图 4所公开的类钮扣电池模块60结合具有第一图案化导体层711的第一绝缘层71 以及具有第二图案化导体层721的第二绝缘层72来相对设置，也就是以第一图案化导体层711与第二图案化导体层721相对朝内的方式来设置，中间再供类钮扣电池模块60予以配置，通过类钮扣电池模块60外侧两端的正极端与负极端来与第一图案化导体层711、第二图案化导体层721构成电性连接。
77.另外，也可于z轴(垂直)相互串联后，再进行x轴(水平)方向的延伸串联，也就是形成二个以上相异垂直轴向的堆栈型态，如图6b所示，换句话说，类钮扣电池模块60以至少一个类钮扣电池模块60为一个纵向群组，以形成多个纵向群组，此些纵向群组以横向延伸的型态设置于第一绝缘层71与第二绝缘层72之间；如前所述，所采用的类钮扣电池模块60并不限定仅能采用图4的态样，也可采用如图2、图3或是其他任意串联、并联型态配置的类钮扣电池模块60的态样，同样的，类钮扣电池模块60所构成的电池装置的堆栈连接也不仅限定为图6a、图6b的态样，其可任意进行堆栈连接、或是于任意方向进行延伸，此部分可参阅如本技术人的中国台湾申请案如tw107135860、 tw107135859、tw109203275等案件来进行3d方向的拓展。
78.综上所述，本实用新型提出一种类钮扣电池模块，利用独立且完整模块的电池单元来进行串联、并联或是串并联混合予以构成电池芯，来供金属壳进行封装，电池芯直接以最外侧的集电层与金属壳的上盖与下盖进行接触而构成电性连接，直接作为此电池模块的总电极(正极端与负极端)，因而能达到电流路径最大化的目的。再者，本实用新型的类钮扣电池模块所构成的电池装置，可利用类钮扣电池模块进行垂直方向的堆栈，再通过跨接个别垂直堆栈电池模块的图案化导体层进行电性连接，单一电池模块是经过良率检测的，因此在组配构成电池装置时可以大幅降低侦测点施作工艺的难度，也减少组配时所需的工序与时间。再者，当单一电池模块发生问题时，可简易、快速且便利地进行更换。
79.以上所述，仅为本实用新型的较佳实施例而已，并非用来限定本实用新型实施的范围。故即凡依本实用新型权利要求所述的特征及精神所为的均等变化或修饰，均应包括于实用本新型的申请专利保护范围内。