蜂窝柔性电池单元的制作方法

本申请要求2016年3月30日提交的先前提交的美国专利申请S/N.15/085,997的权益和优先权，该美国专利申请的主题通过引用其整体结合于此。

技术领域

本文描述的示例一般涉及电池单元，且更具体地，涉及柔性电池单元，以及涉及以蜂窝方式构建的电池单元。

背景技术：

现代电池一般被构造成单个实体，其中多种材料被包含在单个封装中。具体而言，包括在电池单元中的材料典型地被设置在单个封装中。该封装常常被构造用于约束或阻止膨胀(例如，由于操作期间气体的生成等)。

附图说明

图1例示出示例第一柔性电池。

图2-3例示出示例第二柔性电池的剖视图和平面图。

图4-5例示出示例第三柔性电池的剖视图和平面图。

图6-7例示出示例第四柔性电池的透视图和剖视图。

图8例示出示例第一逻辑流程。

图9例示出包括柔性电池的示例计算平台。

图10例示出包括柔性电池的示例可穿戴设备。

具体实施方式

如在本公开中预期的，提供用于跨多个个体单元来分配电池的活性材料的柔性电池。具体而言，本公开可被实现用于提供具有柔性外壳(casing)的柔性电池。柔性外壳可包括顶部柔性层和底部柔性层。可在跨诸层的多个附连点处机械地耦合顶部柔性层和底部柔性层以形成多个容纳单元。容纳单元可包含由(诸)电池单元在操作期间发出的任何气体，并且可保持柔性外壳的整体形状。然而，部分地由于顶部柔性层和底部柔性层，柔性外壳可在使用期间保持柔性。

此外，根据本公开的柔性电池可包括设置在顶部层和底部层之间的半刚性隔板，且阳极材料在隔板的第一侧而阴极材料在隔板的第二侧。隔板还可在电池的操作期间充当电解质。此外，在一些示例中，可以跨柔性电池的网格或矩阵图案在多个附连点处机械地耦合顶部层和底部层以形成多个容纳单元。可例如用超声焊接、热焊接、环氧树脂等来机械地耦合诸层。对于一些实现，每个容纳单元可对应于电池单元，其中电池单元以并联、串联或并联和串联布置的组合来电耦合。

因此，提供了用于维持大体形状以及用于包含电池操作期间排出的气体(例如，氢等)的柔性电池。

图1例示出根据本公开布置的柔性电池100的示例。一般来说，柔性电池100由顶部柔性层110和底部柔性层120形成。在一些示例中，顶部层110和底部层120可以是联结的分开的材料片(例如，如本文所描述的)。根据一些示例，顶部层110和底部层120可以是单个、或者同一材料片(例如，像袋)。

柔性电池100包括隔板130、阳极140和阴极150。一般来说，隔板130将阳极140与阴极150分开。更具体地，隔板130用作对阳极140与阴极150之间物理接触的屏障，同时允许离子在阳极140与阴极150之间传递(例如，跨隔板130)。更具体地，隔板130允许离子在柔性电池100正在提供电流(例如，放电)时从阴极150传递至阳极140；或者在柔性电池100正在接收电流(例如，充电)时从阳极140传递至阴极150。

顶部层110和底部层120经由多个附连点160而被机械地附连。这些层可包括金属内表面，该金属内表面作为用于电池腔室中活性能量存储材料的集电器来操作。在下文中更详细地描述附连点160。然而，一般来说，附连点160将顶部层110机械地耦合至底部层120，从而形成柔性电池100内的隔间170。在操作期间，柔性电池内的气压(例如，由于氢气的发出等)会增加。然而，隔间170可包含压力。例如，附连点160可用于在操作期间——具体来说是在其中柔性电池内的内部压力增加的时段期间——保持柔性电池100的形状。还有，作为另一示例，附连点160可提供，在维持电池100的柔性的同时，柔性电池在操作期间不会凸起或变形。

一般来说，隔板130、阳极140和阴极150可由提供电池化学所必需的各种合适材料中的任一种形成。例如，电池100可以是锂离子电池、镁离子电池等。特定地，根据一些示例，隔板130可以是固体聚合物电解质、膜聚合物电解质等。在一些示例中，隔板130可包括包含锂离子的有机碳酸酯(例如，碳酸亚乙酯、碳酸二乙酯等)或非配位阴离子盐(例如，六氟磷酸锂、六氟砷酸锂一水合物、高氯酸锂、四氟硼酸锂、和三氟甲磺酸锂等)。

一般来说，阳极140和阴极150可以是用于交换离子以导致电流流动的任何材料。例如，阳极140和阴极150可包括用于释放离子且由于化学反应而生成电流的金属或其他材料。根据一些示例，阳极140和阴极150可以是水溶液、类凝胶物质、固体等。在一些示例中，阳极140可以是层状氧化物(例如，锂钴氧化物等)、聚阴离子(例如，磷酸铁锂等)、或尖晶石(例如，锂锰氧化物等)。在一些示例中，阴极150可以是石墨，或者可包含一定量的石墨。

图2-3例示出示例柔性电池200。具体而言，图2例示出柔性电池200的俯视图，而图3例示出柔性电池200的侧剖视图。注意，出于简明的目的，从此视图省略隔板层。值得注意，柔性电池200是参考图1的柔性电池100来描述的。具体而言，使用类似的附图标记来描绘顶部层110、底部层120、隔板130、阳极140和阴极150。这样做是为了描述本公开的方便和简明，但这不是限制性的。

更具体地转向图2，柔性电池200可包括顶部层110和底部层120(此透视未示出)。顶部层110可经由附连点260被机械地附连至底部层120(此透视未示出)。在一些示例中，附连点260可以是点焊。更具体地，可通过在各点处将顶部层110点焊至底部层120来形成附连点。在一些示例中，附连点260能以足以将顶部层110机械地耦合至底部层120的网格图案、矩阵阵列或其他布置来形成。

更具体地转向图3，从侧剖视图来描绘柔性电池200，示出腔室270-1、270-2、270-3、270-4和270-5。值得注意，出于简明的目的描绘出腔室的有限数量，但并不限于此。此外，如上所述，出于简明的目的而未描绘出隔板。如此，在实践中，所描绘腔室(例如，270-1、270-2等)中的每一个可对应于一对腔室(例如，阳极和阴极腔室等)。

在柔性电池200中，腔室270被连接至彼此。换言之，电池200在电池内是开放的并且腔室270互连。因此，根据一些示例，阳极140和阴极150可以是类水的或类流体的，而隔板130是柔性聚合物电解质材料。如此，柔性电池200可保持柔性结构，同时提供在内部压力增加的情况下(例如，由于电池200的操作期间气体的发出等)该结构是半刚性的。

图4-5例示出示例柔性电池400。具体而言，图4例示出柔性电池400的俯视图，而图5例示出柔性电池400的侧剖视图。值得注意，柔性电池400是参考图1的柔性电池100来描述的。具体而言，使用类似的附图标记来描绘顶部层110、底部层120、隔板130、阳极140和阴极150。这样做是为了描述本公开的方便和简明，但这不是限制性的。

更具体地转向图4，柔性电池400可包括顶部层110和底部层120(此透视未示出)。顶部层110可经由附连点460被机械地附连至底部层120(此透视未示出)。在一些示例中，可通过焊接、环氧树脂、化学反应等形成附连点460来将顶部层110机械地附连至底部层120以形成一系列腔室270。腔室270能以网格、矩阵或其他布置来布置。

更具体地转向图5，从侧剖视图来描绘柔性电池400，示出腔室470-1、270-2和470-3。值得注意，出于简明的目的描绘出腔室的有限数量，但并不限于此。此外，像图3一样，出于简明的目的而未描绘出隔板。在柔性电池400中，腔室470不被连接至彼此。换言之，电池400在腔室470之间是封闭的，且每个腔室470彼此物理地分开。在一些示例中，腔室470中的每一个可被看作电池单元。如此，柔性电池400可由多个电池单元(例如，多个腔室470等)的电(例如，串联、并联、串并联等)配置形成。

图6-7例示出柔性电池600的示例。具体而言，图6例示出柔性电池600的分解透视图，而图7例示出示例。值得注意，柔性电池600是参考图1的柔性电池100来描述的。具体而言，使用类似的附图标记来描绘顶部层110、底部层120、隔板130、阳极140和阴极150。这样做是为了描述本公开的方便和简明，但这不是限制性的。

更具体地转向图6，柔性电池600可包括顶部层110和底部层120。柔性电池600可附加地包括阳极集电器645和阴极集电器655。阳极集电器645可被设置在隔板130与顶部层110之间，而阴极集电器655可被设置在隔板130与底部层120之间。在一些示例中，阳极集电器645和阴极集电器655可由金属材料形成，且在一些示例中，可具有如描绘的网结构。阳极集电器645可通过各种方法(诸如例如，焊接、环氧树脂等)中的任何方法被附连至顶部层110和隔板130。类似地，阴极集电器655可通过各种方法(诸如例如，焊接、环氧树脂等)中的任何方法被附连至底部层120和隔板130。

更具体地转向图7，柔性电池600被描绘成从侧剖视图组装。具体而言，柔性电池600被描绘成包括顶部层110、底部层120、隔板130、阳极材料140、阳极集电器645、阴极材料150、以及阴极集电器655。柔性电池600的组件如所描绘和描述的那样布置，并且被组装以形成电池600。具体而言，组件可以在附连点处被机械地附连以形成腔室。在一些示例中，柔性电池600可被组装，且顶部层110可经由附连点被机械地附连至底部层120以形成腔室的开放单元结构(例如，像图3的腔室270)。根据一些示例，柔性电池600可被组装，且顶部层110可经由附连点被机械地附连至底部层120以形成腔室的封闭单元结构(例如，像图5的腔室470)。

图8例示出用于制造柔性电池的逻辑流程800的示例。一般而言，逻辑流程800可被实现用于根据本公开制造柔性电池。在一些示例中，逻辑流程800可被实现用于制造柔性电池100、200、400、和/或600。值得注意，逻辑流程800是参考图1的柔性电池100来描述的。然而，这样做是为了方便和简明，而不是限制性的。

逻辑流程800可始于框810。在框810“提供顶部柔性层和底部柔性层”处，可提供顶部层110和底部层120。继续至框820“在顶部柔性层和底部柔性层中预先形成腔”，可如本文描述的那样形成腔(例如，在顶部柔性层和底部柔性层中的每一者中限定的腔室的部分)。例如，可对应于顶部柔性层110所限定的腔室270-1、270-2、270-3、270-4和270-5的部分来形成顶部柔性层110中的腔。同样，可对应于底部柔性层120所限定的腔室270-1、270-2、270-3、270-4和270-5的部分来形成底部柔性层120中的腔。

继续至框830“在顶部柔性层与底部柔性层之间布置隔板，以及分别在顶部柔性层和底部柔性层的腔内布置阳极材料和阴极材料”，可在腔内设置阳极材料140和阴极材料150。此外，隔板130可被布置成使得阳极材料140位于顶部层110与隔板130之间，而阴极材料150位于隔板130与底部层120之间。

继续至框840“在多个点处将顶部层机械地附连至底部层以形成电池内的腔室”，顶部层110可在附连点160处被机械地附连至底部层120。具体而言，可在电池100内形成腔室170。

图9示出了示例系统900。在一些示例中，如此图所示，系统900可包括多个处理组件910、其他系统组件920、通信接口930或柔性电池940。在一些示例中，柔性电池940可以是柔性电池100、柔性电池200、柔性电池400或柔性电池600。

根据一些示例，处理组件910可为系统900执行处理操作或逻辑。处理组件910可包括各种硬件元件、软件元件或两者的组合。硬件元件的示例可包括器件、逻辑器件、组件、处理器、微处理器、电路、处理器电路、电路元件(例如，晶体管、电阻器、电容器、电感器等)、集成电路、专用集成电路(ASIC)、可编程逻辑器件(PLD)、数字信号处理器(DSP)、现场可编程门阵列(FPGA)、存储器单元、逻辑门、寄存器、半导体器件、芯片、微芯片、芯片组等。软件元件的示例可包括软件组件、程序、应用、计算机程序、应用程序、设备驱动器、系统程序、软件开发程序、机器程序、操作系统软件、中间件、固件、软件模块、例程、子例程、函数、方法、过程、软件接口、应用程序接口(API)、指令集、计算代码、计算机代码、代码段、计算机代码段、字、值、符号或它们的任意组合。然而，判断一个示例是否使用硬件元件或软件元件来实现可以根据任意数量的因素而不同，如所希望的计算速率、功率级别、耐热性、处理周期预算、输入数据速率、输出数据速率、存储器资源、数据总线速度，及给定示例所需要的其他设计或性能约束。

在一些示例中，其他系统组件920可包括公共计算元件或电路系统，诸如一个或多个处理器、多核处理器、协处理器、存储器单元、接口、振荡器、定时设备等。存储器单元的示例可包括但不限于一个或多个较高速存储器单元形式的各种类型的计算机可读和机器可读存储介质，诸如只读存储器(ROM)、随机存取存储器(RAM)、动态RAM(DRAM)、双数据速率DRAM(DDRAM)、同步DRAM(SDRAM)、静态RAM(SRAM)、可编程ROM(PROM)、可擦除可编程ROM(EPROM)、电可擦除可编程ROM(EEPROM)、闪存或适用于存储信息的任何其他类型的存储介质。

在一些示例中，通信接口930可以包括支持通信接口的逻辑和/或特征。对于这些示例，通信接口930可以包括根据各种通信协议或标准来操作以在通信链路或通道上通信的一个或多个通信接口。通信可经由使用一个或多个行业标准(包括后代和变体)中描述的通信协议或标准(诸如，与PCI Express、SATA、SAS(串行附连SCSI)标准或规范相关联的那些标准)来发生。

图10示出了示例可穿戴设备1000。在一些示例中，如此图所示，设备1000可包括多个计算系统1100、功率和附件接口1200、或柔性电池1300。在一些示例中，柔性电池1300可以是柔性电池100、柔性电池200、柔性电池400或柔性电池600。

在一些示例中，柔性电池1300可被实现于可穿戴设备1000内，或者被实现成可穿戴设备1000的部分。值得注意，可穿戴设备1000被描绘成外套。然而，能以任何类型的衣服或其他可穿戴设备来实现可穿戴设备1000。例如，设备1000可以是供用户工作的外罩(housing)，诸如裤子、衬衫、帽子、背包、围巾等。

计算系统1100可以是各种计算系统中的任一种，诸如例如包括系统900的组件。功率和附件接口1200可以是用于将柔性电池可操作地耦合至功率宿或功率源的任何接口。例如，功率和附件接口1200可以是USB端口等。

至少一个示例的一个或多个方面可以通过存储在至少一个机器可读介质上的代表性的指令来实现，该指令表示处理器内的各种逻辑，指令在由机器、计算设备或系统读取时使机器、计算设备或系统制造执行此处所描述的技术的逻辑。此类表示可以被存储在有形的机器可读介质上，并将其提供给各种客户或生产设施以加载到实际制造该逻辑或处理器的制造机器中。

各示例可以使用硬件元件、软件元件或两者的组合来实现。在某些示例中，硬件元件可包括器件、组件、处理器、微处理器、电路、电路元件(例如，晶体管、电阻器、电容器、电感器等等)、集成电路、ASIC、PLD、DSP、FPGA、存储器单元、逻辑门、寄存器、半导体器件、芯片、微芯片、芯片组等等。在某些示例中，软件元件可包括软件组件、程序、应用、计算机程序、应用程序、系统程序、机器程序、操作系统软件、中间件、固件、软件模块、例程、子例程、函数、方法、过程、软件接口、API、指令集、计算代码、计算机代码、代码段、计算机代码段、字、值、符号，或其任何组合。然而，判断一个示例是否使用硬件元件或软件元件来实现可以根据任意数量的因素而不同，如所希望的计算速率、功率级别、耐热性、处理周期预算、输入数据速率、输出数据速率、存储器资源、数据总线速度，及给定实现所需要的其他设计或性能约束。

一些示例可包括制品或至少一种计算机可读介质。计算机可读介质可包括用于存储逻辑的非瞬态存储介质。在某些示例中，非瞬时的存储介质可包括一种或多种类型的能够存储电子数据的计算机可读存储介质，包括易失性存储器或非易失性存储器，可移动或不可移动存储器，可擦除或不可擦存储器，可写入或可重写的存储器等等。在某些示例中，逻辑可包括各种软件元件，诸如软件组件、程序、应用、计算机程序、应用程序、系统程序、机器程序、操作系统软件、中间件、固件、软件模块、例程、子例程、函数、方法、过程、软件接口、API、指令集、计算代码、计算机代码、代码段、计算机代码段、字、值、符号，或其任何组合。

根据一些实施例，计算机可读介质可包括用于存储或维持指令的非瞬态存储介质，该指令在被机器、计算设备或系统执行时，使机器、计算设备或系统执行根据所描述示例的方法和/或操作。指令可包括任何合适类型的代码，如源代码、已编译的代码、已解译的代码、可执行代码、静态代码、动态代码等等。指令可根据预定义的计算机语言、方式或语法来实现，以用于指令机器、计算设备或系统执行某一功能。指令可以使用任何合适的高级别的、低级别的、面向对象的、可视的、已编译的和/或解译的编程语言来实现。

可使用表达“在一个示例中”或“示例”以及它们的派生词来描述某些示例。这些术语意味着，参考示例所描述的特定功能、结构或特征包括在至少一个示例中。在本说明书中的不同位置出现短语“在一个示例中”不一定都是指同一个示例。

可以用表述“耦合”和“连接”及其派生词对一些示例进行描述。这些术语不一定旨在作为彼此的同义词。例如，使用术语“连接”和/或“耦合”的描述可以表示，两个或更多元件彼此处于直接的物理或电接触的状态。然而，术语“耦合的”还可意味着两个或更多元件彼此不直接接触，但仍然彼此协作或相互作用。

值得强调的是，提供了“发明摘要”以符合37C.F.R.第1.72(b)段，要求将可使读者快速地弄清本技术公开的特征的摘要。提交该摘要应当理解，该摘要将不用于限制或解释权利要求的范围或含义。此外，在前面的“具体实施方式”中，可以看出，各种特征可以组合在一个示例中，以便简化说明。本发明的此方法不应被解释为反映如下意图：所请求保护的各示例需要比每一个权利要求中所明确地描述的特征更多的特征。相反，如所附的权利要求所反映的，本发明的主题体现于少于所公开的单一示例的所有特征。如此，下面的权利要求被包括到“详细描述”中，每一个权利要求本身也作为单独的示例。在所附权利要求书中，术语“包括(including)”和“其中(in which)”分别被用作相应的术语包括“(comprising)”和“其中(wherein)”的普通英语等价词。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用作标记，并不旨在对它们的对象施加数值要求。

尽管用结构特征和/或方法动作专用的语言描述了本主题，但可以理解，所附权利要求书中限定的主题不必限于上述具体特征或动作。相反，上述具体特征和动作是作为实现权利要求的示例形式公开的。提供本公开的以下示例。

示例1.一种柔性电池，包括：顶部柔性层；底部柔性层，该底部柔性层在多个附连点处被耦合至顶部柔性层；隔板，该隔板被设置在顶部柔性层与底部柔性层之间；阳极，该阳极被设置在隔板与顶部柔性层之间；以及阴极，该阴极被设置在隔板与底部柔性层之间。

示例2.示例1的柔性电池，附连点用于将顶部柔性层耦合至底部柔性层以形成多个腔室。

示例3.示例2的柔性电池，附连点用于在内部压力增加的情况下维持该多个腔室中的每个腔室的形状。

示例4.示例3的柔性电池，包括多个电池单元，腔室中的每个腔室是该多个电池单元中的一个电池单元。

示例5.示例2的柔性电池，其中该多个腔室对彼此至少部分地开放。

示例6.示例5的柔性电池，阳极包括第一流体材料，并且阴极包括第二流体材料，第一流体材料和第二流体材料用于在隔板的相应侧上的该多个腔室之间流动。

示例7.示例1的柔性电池，隔板包括柔性聚合物。

示例8.示例1的柔性电池，包括：阳极集电器，该阳极集电器被设置在隔板与顶部柔性层之间；以及阴极集电器，该阴极集电器被设置在隔板与底部柔性层之间。

示例9.一种系统，包括：处理组件；以及电池，该电池被能操作地耦合至处理组件，该电池包括：顶部柔性层；底部柔性层，该底部柔性层在多个附连点处被耦合至顶部柔性层；隔板，该隔板被设置在顶部柔性层与底部柔性层之间；阳极，该阳极被设置在隔板与顶部柔性层之间；以及阴极，该阴极被设置在隔板与底部柔性层之间。

示例10.示例9的系统，附连点用于将顶部柔性层耦合至底部柔性层以形成多个腔室。

示例11.示例10的系统，附连点用于在内部压力增加的情况下维持该多个腔室中的每个腔室的形状。

示例12.示例11的系统，电池包括多个电池单元，腔室中的每个腔室是该多个电池单元中的一个电池单元。

示例13.示例9的系统，其中该多个腔室对彼此至少部分地开放。

示例14.示例13的系统，阳极包括第一流体材料，并且阴极包括第二流体材料，第一流体材料和第二流体材料用于在隔板的相应侧上的该多个腔室之间流动。

示例15.示例9的系统，隔板包括柔性聚合物。

示例16.示例9的系统，电池包括：阳极集电器，该阳极集电器被设置在隔板与顶部柔性层之间；以及阴极集电器，该阴极集电器被设置在隔板与底部柔性层之间。

示例17.示例9的系统，包括能操作地耦合至处理组件的通信接口。

示例18.一种可穿戴设备，包括：外罩，该外罩用于被用户穿戴；以及电池，该电池被设置在外罩内，该电池包括：顶部柔性层；底部柔性层，该底部柔性层在多个附连点处被耦合至顶部柔性层；隔板，该隔板被设置在顶部柔性层与底部柔性层之间；阳极，该阳极被设置在隔板与顶部柔性层之间；以及阴极，该阴极被设置在隔板与底部柔性层之间。

示例19.示例18的可穿戴设备，附连点用于将顶部柔性层耦合至底部柔性层以形成多个腔室。

示例20.示例19的可穿戴设备，附连点用于在内部压力增加的情况下维持该多个腔室中的每个腔室的形状。

示例21.示例20的可穿戴设备，电池包括多个电池单元，腔室中的每个腔室是该多个电池单元中的一个电池单元。

示例22.示例18的可穿戴设备，其中该多个腔室对彼此至少部分地开放。

示例23.示例22的可穿戴设备，阳极包括第一流体材料，并且阴极包括第二流体材料，第一流体材料和第二流体材料用于在隔板的相应侧上的该多个腔室之间流动。

示例24.示例18的可穿戴设备，隔板包括柔性聚合物。

示例25.示例18的可穿戴设备，电池包括：阳极集电器，该阳极集电器被设置在隔板与顶部柔性层之间；以及阴极集电器，该阴极集电器被设置在隔板与底部柔性层之间。

示例26.一种方法，包括：提供顶部柔性层；提供底部柔性层；在多个附连点处将顶部柔性层耦合至底部柔性层；将隔板定位在顶部柔性层与底部柔性层之间；在隔板与顶部柔性层之间设置阳极；以及设置在隔板与底部柔性层之间设置的阴极。

示例27.示例26的方法，包括对阳极和阴极充电以提供电池。

示例28.示例27的方法，附连点用于将顶部柔性层耦合至底部柔性层以形成多个腔室。

示例29.示例28的方法，附连点用于在内部压力增加的情况下维持该多个腔室中的每个腔室的形状。

示例30.示例27的方法，其中该多个腔室对彼此至少部分地开放。

示例31.示例30的方法，阳极包括第一流体材料，并且阴极包括第二流体材料，第一流体材料和第二流体材料用于在隔板的相应侧上的该多个腔室之间流动。

示例32.示例27的方法，隔板包括柔性聚合物。

示例33.示例27的方法，包括：设置在隔板与顶部柔性层之间设置的阳极集电器；以及设置在隔板与底部柔性层之间设置的阴极集电器。

示例34.一种装置，包括由示例26至33中任一项的方法形成。