专利名称：包括具有多个厚度的果冻卷的可充电电池的制作方法
技术领域：
本文的实施例涉及用于便携式电子设备的电池。更具体地，本文的实施例涉及包含“果冻卷”(jelly roll)的电池单元的设计，该果冻卷具有两个或更多个厚度以有助于高效使用便携式电子设备内的空间。
背景技术：
可充电电池目前被用于为广泛的便携式电子设备供电，包括膝上型计算机、平板计算机、移动电话、个人数字助理(PDA)、数字音乐播放器和无线电力工具。最常用类型的可充电电池是锂电池，可以包括锂离子电池或锂聚合物电池。锂聚合物电池通常包括封装在柔性袋中的多个单元。这样的袋通常重量轻并且造价低。此外，这些袋可以被裁剪为各种单元尺寸，使得锂聚合物电池能够被用在空间受限的便携式电子设备中，例如移动电话、膝上型计算机、和/或数字相机。例如，锂聚合物电池单元可以通过在镀铝多层袋中封入卷状电极和电解质实现90%-95%的封装效率。多个袋然后可以并排放置在便携式电子设备中，并且串联和/或并联地电连接来形成用于便携式电子设备的电池。然而，在已有电池组(battery pack)结构中使用和布置单元可能限制空间的高效使用。尤其是，电池组通常包含具有相同容量、大小和尺寸的矩形单元。单元的物理布置还可以反映出这些单元的电配置。例如，六单元电池组可以包括具有相同大小和容量并且以三并两串(2s3p)配置来布置的六个锂聚合物单元。在这样的电池组中，具有并排布置的三个单元的两行可以彼此堆叠；每一行可以按并联配置电耦接，并且这两行可以按串联配置电耦接。因此，电池组可能要求在便携式电子设备中的空间至少为每个单元的长度、每个单元的两倍厚度、以及每个单元的三倍宽度。不利的是，这种常见类型的电池组设计可能不能利用便携式电子装置中为电池组预留的矩形空间之外的空闲空间。例如，这种类型的矩形电池组可能不能够有效利用非矩形和/或不规则形状的自由空间。
发明内容
所公开的实施例涉及具有多个厚度的电池单元的设计。该电池单元包括封在袋中的果冻卷，其中果冻卷包括卷绕在一起的多个层，这多个层包括具有活性涂层的阴极、隔离体和具有活性涂层的阳极。果冻卷还包括耦接至阴极的第一导电片和耦接至阳极的第二导电片。果冻卷被封装在柔性袋中，并且第一和第二导电片延伸穿过袋的密封部来提供用于电池单元的端子。而且，电池单元具有两个或更多个的厚度，其中不同厚度是通过在将各个层卷绕在一起之前从这些层中的一个或多个层去除材料而产生的。在一些实施例中，从一个或多个层去除材料包括从阴极或阳极的一侧去除材料以减小该侧的果冻卷厚度。例如，可以从阴极和/或阳极的底部去除材料，使得电池单元能够从顶部至底部逐渐减小厚度。
在一些实施例中，去除的材料对应于矩形条、对角条、阶梯形和一组矩形片段中的至少之一。在一些实施例中，一组矩形片段被去除，以使得在卷绕果冻卷之后，果冻卷的角部被保留。在一些实施例中，两个或更多个厚度被产生为有助于高效使用便携式电子设备内的空间。
图1示出了根据一个实施例的电池单元的顶视图。图2示出了根据一个实施例的电池单元的截面图。图3示出了根据一个实施例的果冻卷的一层。图4示出了根据一个实施例的果冻卷的一层。图5示出了根据一个实施例的果冻卷的一层。图6示出了根据一个实施例的果冻卷的一层。图7是示出了根据一个实施例的制造电池单元的处理的流程图。图8示出了根据一个实施例的便携式电子设备。在附图中，类似的参考标号表示相同的图中部件。
具体实施例方式下面呈现的描述使得本领域技术人员能够制造和使用这些实施例，并且该描述是在特定应用及其需求的上下文中被提供的。对于公开的实施例的各种修改对于本领域的技术人员是显而易见的，并且在此限定的一般原理在不背离本发明的原理和范围的情况下可以应用至其他实施例和应用。因此，本发明不限于所示出的实施例，而是与跟在此公开的原理和特征一致的最宽范围相符。在具体实施方式
中描述的数据结构和代码通常被存储在计算机可读存储介质中，其可以是能够存储供计算机系统使用的代码和/或数据的任何设备或介质。计算机可读存储介质包括但不限于易失性存储器，非易失性存储器，磁性和光学存储设备，例如硬盘驱动器、磁盘、CD (光盘)、DVD (数字多用盘或数字视频盘)，或现在已知或后续将被开发出的能够存储代码和/或数据的其他介质。在具体实施方式
部分描述的方法和处理可以被实施为代码和/或数据，其可以被存储在如上所述的计算机可读存储介质中。当计算机系统读取并执行存储在计算机可读介质上的代码和/或数据时，计算机系统执行实施为数据结构和代码并存储在计算机可读存储介质中的方法和处理。此外，在此描述的方法和处理可以包括在硬件模块或装置中，这些模块或装置可以包括但不限于特定用途集成电路(ASIC)芯片、现场可编程门阵列(FPGA)、在特定时间执行特定软件模块或代码段的专用或共享处理器、和/或现在已知或后续开发出的其他可编程逻辑设备。当硬件模块或装置被激活时，它们执行包括在其中的方法和过程。所披露的实施例涉及电池单元的设计，该电池单元包括封在袋中的果冻卷。该果冻卷包括卷绕在一起的多个层，这多个层包括具有活性涂层的阴极、隔离体、以及具有活性涂层的阳极。电池单元还包括耦接至阴极的第一导电片和耦接至阳极的第二导电片。第一和第二导电片延伸穿过袋中的密封部以提供用于电池单元的端子。此外，电池单元可以具有非矩形的形状和/或设计。术语“非矩形”可以表示电池单元的任何切面都不是矩形，或者换句话说，电池单元在从顶部、底部和/或侧面观察时不是矩形。更具体地，电池单元可以包括两个或更多个厚度，可以在将多个层卷绕在一起之前通过从这多个层中的一个或多个层去除材料来产生这两个或更多个厚度。例如，材料可以从阳极和/或阴极的一侧(例如底部)被去除，以减小该侧的果冻卷厚度。去除的材料可以对应于矩形条、对角条、阶梯形和/或一组矩形片段。两个或更多个厚度可以通过例如适应便携式电子设备的形状，有助于高效使用便携式电子设备内的空间。图1示出了根据一个实施例的电池单元100的顶视图。电池单元100可以对应于用于为便携式电子设备供电的锂聚合物单元。单元100包括果冻卷102，果冻卷102包含卷绕在一起的多个层，这多个层包括具有活性涂层的阴极、隔离体、以及具有活性涂层的阳极。更具体地，果冻卷102可以包括由一个隔离材料条(例如导电聚合物电解质)隔离的一个阴极材料条(例如涂覆有锂化合物的铝箔)和一个阳极材料条(例如，涂覆有碳的铜箔)。阴极、阳极和隔离体层然后可以卷绕在芯棒上形成螺旋形卷绕结构。果冻卷是本领域已知的，在此不再进一步描述。在组装电池单元100的过程中，果冻卷102被封在柔性袋中，柔性袋是通过沿折叠线112折叠柔性片而形成的。例如，柔性片可以由具有诸如聚丙烯的聚合物膜的铝制成。在折叠柔性片之后，柔性片可以被密封，例如通过沿侧边密封部Iio和平顶密封部108加热来密封。果冻卷102还包括耦接至阴极和阳极的一组导电片106。导电片106可以延伸穿过袋中的密封部(例如，使用密封带104形成的密封部)来提供用于电池单元100的端子。导电片106然后可以被用于将电池单元100与一个或多个其他电池单元电耦接来形成电池组。例如，电池组可以通过将电池单元以串联、并联或串并联配置进行耦接来形成。耦接的单元可以封在硬壳中来实现电池组，或者耦接的单元可以嵌入在便携式电子设备的外壳内，便携式电子设备诸如便携式计算机、平板计算机、移动电话、个人数字助理(PDA)、数字相机、和/或便携式媒体播放器。在一个或多个实施例中，果冻卷102包括两个或更多个厚度。两个或更多个厚度可以通过在将多个层卷绕在一起之前从这多个层中的一个或多个层去除材料来产生。如下面将参考图2-6更详细讨论的，两个或更多个厚度的存在有助于高效使用便携式电子设备内的空间。图2示出了根据一个实施例的电池单元的截面图。电池单元202可以通过将多个层(例如阴极、阳极、隔离体)卷绕成果冻卷并将果冻卷封在袋中来形成。第一导电片204可以耦接至果冻卷的阴极，而第二导电片206可以耦接至果冻卷的阳极。第一和第二导电片204-206可以延伸穿过袋中的密封部以提供用于电池单元202的端子。如图2所示，电池单元202具有四个不同厚度。具体地，电池单元202从左至右增加厚度。厚度的变化可以使得电池单元202能够填充便携式电子设备内的空闲空间。例如，电池单元202可以被设计为占用移动电话、膝上型计算机、平板计算机、便携式介质、数字相机和/或PDA内部的弯曲空间区域。换句话说，电池单元202可以包括适应便携式电子设备形状的不对称和/或非矩形设计。进而电池单元202可以在相同便携式电子设备中提供比矩形电池单元更大的容量、封装效率和/或电压。为了在电池单元202中产生多个厚度，可以在将多个层卷绕在一起之前，从其中的一个或多个层去除材料。具体地，材料可以从阴极和/或阳极的一侧被去除以减小该侧的果冻卷厚度。下面将参考图3-6更具体地讨论去除材料以产生具有多个厚度的果冻卷。图3示出了根据一个实施例的果冻卷的层302。如上所讨论的，层302可以作为果冻卷的阴极或阳极。此外，从层302去除的材料304片段可以在果冻卷中产生多个厚度。例如，去除的材料304可以对应于阶梯形状，使得通过从左向右卷绕层302能够产生具有四个不同厚度的电池单元(例如图2的电池单元202)。更具体地，材料可以从层302的底部去除，使得电池单元的厚度从顶部至底部逐渐减小。为了沿电池单元的长度产生更大的厚度变化，也可以从果冻卷中的其他层(例如阴极、阳极、隔离体)中去除材料。例如，电池单元厚度的进一步减小可以通过使用片冲压(tabpunch)从果冻卷的阴极和阳极二者去除材料来实现。然后，导电片可以耦接至层302的顶部来提供用于电池单元的端子。图4示出了根据一个实施例的果冻卷的层402。如同图3的层302，层402可以用于产生具有四个不同厚度的电池单元，例如图2的电池单元202。然而，与层302不同，层402包括去除的材料404-408的三个矩形片段。这三个片段可以进一步被层402中达到果冻卷底部的两个材料条分开。换句话说，去除的材料404-408的片段可以以在这些片段之间留下材料间隙的方式从层402的底部被切掉。这样的材料间隙可以使得在果冻卷被卷绕之后保留果冻卷的角部。例如，当层402从左向右卷绕时，果冻卷可以通过沿虚线折叠来产生。这样的折叠可以使用材料间隙来加固果冻卷的底部角部。进而，底部角部的保留可以在组装电池单元和/或将电池单元安装在便携式电子设备中的过程中防止角部被折叠或挤压。图5示出了根据一个实施例的果冻卷的层502。层502包括去除的材料504的对角(例如三角形)条。从而，通过从左向右卷绕层502产生的电池单元可以均匀地从顶部的最大厚度逐渐持续减小至底部的最小厚度。电池单元因此可以适应具有弯曲或倾斜外壳的便携式电子设备。图6示出了根据一个实施例的果冻卷的层602。沿层602底部的去除的材料604的矩形条可以产生具有两个不同厚度的非矩形电池单元。电池单元的形状可以进一步使得该电池单元适应便携式电子设备内的部件和/或利用便携式电子设备的弯曲外壳内的空闲空间。图7示出了根据一个实施例的制造电池单元的处理的流程图。在一个或多个实施例中，一个或多个步骤可以被省略、重复和/或以不同顺序执行。因此，图7中示出的特定步骤不应被解释为限制实施例的范围。首先，获得用于果冻卷的一组层(操作702)。这些层可以包括具有活性涂层的阴极、隔离体和具有活性涂层的阳极。接下来，从这些层中的一个或多个层去除材料来在果冻卷中产生两个或更多个厚度(操作704)。去除的材料可以对应于矩形条、对角条、阶梯形状、和/或一组矩形片段。例如，可以从阴极和/或阳极的底部切除矩形材料条来减小果冻卷底部的厚度。可替换地，可以从底部去除一组矩形片段，从而在卷绕果冻卷之后，保留果冻卷的一个或多个角部。然后通过将这些层卷绕在一起产生果冻卷(操作706 )。例如，这些层可以卷绕在平坦芯棒上来产生具有平坦形状的果冻卷。平坦形状和/或果冻卷的多个厚度可以使电池单元能够适应便携式电子设备内的部件和/或适合位于便携式电子设备的弯曲外壳内。为了组装电池单元，获得容纳果冻卷的袋(操作708)。接下来，将第一导电片耦接至果冻卷的阴极(操作710)，并且将第二导电片耦接至果冻卷的阳极(操作712)。第一和第二导电片延伸穿过袋的密封部来提供用于电池单元的端子(操作714)。最后，果冻卷被密封在袋中(操作716)。例如，果冻卷可以通过点焊和/或对密封部加热来密封。上述可充电电池单元通常可以用在任何类型的电子设备中。例如，图8示出了便携式电子设备800，其包括处理器802、存储器804和显示器808，这些都是由电池806供电。便携式电子设备800可以对应于膝上型计算机、平板计算机、移动电话、PDA、便携式媒体播放器、数字相机和/或其他类型的电池供电的电子设备。电池806可以对应于包括一个或多个电池单元的电池组。每个电池单元可以包括具有两个或更多个厚度的果冻卷。两个或更多个厚度可以有助于高效使用便携式电子设备800内的空间。例如，在电池单元的一端减小厚度可以使得电池800适合具有圆齿形状的平板计算机边缘。上述各个实施例仅为了示出和描述的目的而呈现。它们不旨在穷举或将本发明限制于所公开的形式。因此，许多修改和变形对于本领域技术人员来说是显而易见的。此外，上述公开不旨在限制本发明。
权利要求
1.一种电池单元,包括: 具有两个或更多个厚度的果冻卷，该果冻卷包括卷绕在一起的多个层，所述多个层包括具有活性涂层的阴极、隔离体和具有活性涂层的阳极， 其中所述两个或更多个厚度是通过在将所述多个层卷绕在一起之前从所述多个层中的一个或多个层去除材料而产生的。
2.根据权利要求1所述的电池单元，还包括: 封装果冻卷的袋，其中所述袋是柔性的。
3.根据权利要求2所述的电池单元，还包括: 耦接至阴极的第一导电片；以及 耦接至阳极的第二导电片， 其中，第一导电片和第二导电片延伸穿过袋中的密封部以提供用于电池单元的端子。
4.根据权利要求1所述的电池单元，其中从所述多个层中的一个或多个层去除材料包括: 从阴极或阳极的一侧去除材料以减小该侧的果冻卷厚度。
5.根据权利要求4所述的电池单元，其中去除的材料对应于以下至少一个:矩形条、对角条、阶梯形状和一组矩形片段。
6.根据权利要求5所述的电池单元，所述一组矩形片段被去除，以使得在卷绕果冻卷之后保留果冻卷的角部。
7.根据权利要求1所述的电池单元，其中所述两个或更多个厚度被产生为有助于高效使用便携式电子设备内的空间。
8.一种制造电池单元的方法，包括: 获得用于果冻卷的一组多个层，其中这一组多个层包括具有活性涂层的阴极、隔离体和具有活性涂层的阳极； 从所述多个层中的一个或多个层去除材料以在果冻卷中产生两个或更多个厚度； 通过将所述多个层卷绕在一起来产生果冻卷； 获得容纳果冻卷的袋，其中所述袋是柔性的；以及 在袋中密封果冻卷。
9.根据权利要求8所述的方法，还包括: 将第一导电片耦接至果冻卷的阴极； 将第二导电片耦接至果冻卷的阳极；以及 使第一导电片和第二导电片延伸穿过袋中的密封部以提供用于电池单元的端子。
10.根据权利要求8所述的方法，其中从所述多个层中的一个或多个层去除材料包括: 从阴极或阳极的一侧去除材料以减小该侧的果冻卷厚度。
11.根据权利要求10所述的方法，其中去除的材料对应于以下至少一个:矩形条、对角条、阶梯形状和一组矩形片段。
12.根据权利要求11所述的方法，所述一组矩形片段被去除，以使得在卷绕果冻卷之后保留果冻卷的角部。
13.根据权利要求8所述的方法，其中所述两个或更多个厚度被产生为有助于高效使用便携式电子设备内的空间。
14.一种电池组，包括: 一组单元，其中每个单元包括: 具有两个或更多个厚度的果冻卷，该果冻卷包括卷绕在一起的多个层，所述多个层包括具有活性涂层的阴极、隔离体和具有活性涂层的阳极， 其中所述两个或更多个厚度是通过在将所述多个层卷绕在一起之前从所述多个层中的一个或多个层去除材料而产生的。
15.根据权利要求14所述的电池组，其中每个单元还包括: 封装果冻卷的袋，其中所述袋是柔性的； 耦接至阴极的第一导电片；以及 耦接至阳极的第二导电片， 其中，第一导电片和第二导电片延伸穿过袋中的密封部以提供用于电池单元的端子。
16.根据权利要求14所述的电池组，其中从所述多个层中的一个或多个层去除材料包括: 从阴极或阳极的一侧去除材料以减小该侧的果冻卷厚度。
17.根据权利要求16所述的电池组，其中去除的材料对应于以下至少一个:矩形条、对角条、阶梯形状和一组矩形片段。
18.根据权利要求17所述的电池组，其中所述一组矩形片段被去除，以使得在卷绕果冻卷之后保留果冻卷的角部。
19.根据权利要求14所述的电池组，其中所述两个或更多个厚度被产生为有助于高效使用便携式电子设备内的空间。
20.一种便携式电子设备，包括: 一组由电池组供电的部件；以及 电池组，该电池组包括: 一组单元，其中每个所述单元包括: 具有两个或更多个厚度的果冻卷，该果冻卷包括卷绕在一起的多个层，所述多个层包括具有活性涂层的阴极、隔离体和具有活性涂层的阳极， 其中所述两个或更多个厚度是通过在将所述多个层卷绕在一起之前从所述多个层中的一个或多个层去除材料而产生的。
21.根据权利要求20所述的便携式电子设备，其中每个单元还包括: 封装果冻卷的袋，其中所述袋是柔性的； 耦接至阴极的第一导电片；以及 耦接至阳极的第二导电片， 其中，第一导电片和第二导电片延伸穿过袋中的密封部以提供用于电池单元的端子。
22.根据权利要求20所述的便携式电子设备，其中从所述多个层中的一个或多个层去除材料包括: 从阴极或阳极的一侧去除材料以减小该侧的果冻卷厚度。
23.根据权利要求22所述的便携式电子设备，其中去除的材料对应于以下至少一个:矩形条、对角条、阶梯形状和一组矩形片段。
24.根据权利要求23所述的便携式电子设备，其中所述一组矩形片段被去除，以使得在卷绕果冻卷之后保留果冻卷的角部。
25.根据权利要求20所述的便携式电子设备，其中所述两个或更多个厚度被产生为适应便携式电子设备的形状。`
全文摘要
公开的实施例涉及具有多个厚度的电池单元的设计。该电池单元包括封装在袋中的果冻卷，其中果冻卷包括卷绕在一起的多个层，这多个层包括具有活性涂层的阴极、隔离体和具有活性涂层的阳极。果冻卷还包括耦接至阴极的第一导电片和耦接至阳极的第二导电片。果冻卷封装在柔性袋中，并且第一导电片和第二导电片延伸穿过袋中的密封部以提供用于电池单元的端子。而且，电池单元具有两个或更多个厚度，其中不同厚度是通过在将各个层卷绕在一起之前从这些层中的一个或多个层去除材料而产生的。
文档编号H01M4/1393GK103201872SQ201180052728
公开日2013年7月10日 申请日期2011年10月6日 优先权日2010年11月2日
发明者R·C·比哈德瓦吉, 黄太燮, R·M·蒙克, J·拉夫 申请人:苹果公司