具有高能量密度及功率密度的電池裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種電池裝置，尤指一種具有高能量密度及功率密度且較小體積的電 池裝置。
【背景技術(shù)】
[0002] 隨著諸如智能型手機、平板電腦、穿戴式裝置等可攜式多功能消費性電子產(chǎn)品的 蓬勃發(fā)展，電池的效能及尺寸便成了決定產(chǎn)品市場性的關(guān)鍵，在縮小體積的同時，必須要 能滿足長時間使用及連網(wǎng)所需的瞬間高功率（peakpower)，因此便需要具有高能量密度 (energydensity)及高功率密度（powerdensity)的電池，然而，傳統(tǒng)的鋰離子電池在瞬間 高功率應(yīng)用下，無法提供符合需求的功率密度，所以使用這種電池的裝置通常待機時間不 長，瞬間高功率抽載（peakpowerload)也可能使裝置當(dāng)機，這些問題在多核心電腦或通訊 系統(tǒng)特別嚴(yán)重，另外，在低溫操作時，上述狀況更為嚴(yán)重。
[0003] 盡管可利用將超級電容（supercapacitor)親接至鋰離子電池避免瞬間高功率損 害，例如US5, 587, 250、W0 2007/097534、US5, 821，006說明了利用物理接觸或電連接的 方式耦接超級電容及鋰離子電池，但是需加入額外的元件，制程又復(fù)雜，因而使得電池的體 積及成本增加。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明提供一種電池裝置，具有高能量密度及高功率密度且體積較小。
[0005] 本發(fā)明提供一種電池裝置，包括：一電池外殼；一間隔物，置于電池外殼內(nèi)，將電 池外殼內(nèi)的空間分成至少一第一空間及一第二空間，用于分別容納具有不同電解液的至少 一第一元件及一第二元件，間隔物由一絕緣及電化學(xué)惰性材料所制成，能夠與電池外殼的 材料熔合；一共同正極，與至少第一元件及第二元件的正極電連接；以及一共同負(fù)極，與至 少第一元件及第二元件的負(fù)極電連接。第一元件及第二元件的電解液不同，進行不同的電 化學(xué)反應(yīng)。
[0006] 本發(fā)明的另一構(gòu)想提供一種電池裝置制造方法，包括步驟：提供用于形成電池外 殼的一第一殼體片及一第二殼體片，并提供用于形成間隔物的一間隔片；將第一殼體片、間 隔片及第二殼體片依順序排列；對第一殼體片、間隔片及第二殼體片進行一封邊制程，于第 一殼體片及間隔片之間形成第一空間，于間隔片及第二殼體片之間形成第二空間，其中第 一空間及第二空間分別具有第一注入口及第二注入口，供注入電解液；于第一空間及第二 空間分別設(shè)置第一元件及第二元件，包括將對應(yīng)電解液由第一注入口及第二注入口分別注 入第一空間及第二空間；以及完成注入電解液后，密封第一注入口及第二注入口。
[0007] 本發(fā)明的另一構(gòu)想提供一種電池裝置制造方法，包括步驟：提供一元件殼體，其內(nèi) 部為第二空間；將元件殼體放入電池外殼內(nèi)，因而于元件殼體的外壁及電池外殼的內(nèi)壁之 間形成第一空間，其中第一空間有一第一注入口，供注入一第一電解液，以于第一空間內(nèi)設(shè) 置第一元件；以及完成注入第一電解液后，密封第一注入口。
[0008] 本發(fā)明的多個元件可以進行至少一法拉第反應(yīng)及一非法拉第反應(yīng)，如電雙層反 應(yīng)，因此可以提供不同且互補的特性。本發(fā)明的電池裝置可以使用在可攜式裝置，例如智能 型手機、平板電腦、穿戴式裝置等等尤重電池體積的裝置。
【附圖說明】
[0009] 圖1A及圖1B分別為根據(jù)本發(fā)明實施例的電池裝置的截面圖及立體剖面圖。
[0010] 圖2A及圖2B為根據(jù)本發(fā)明實施例的電池裝置制造方法的示意圖。
[0011] 圖3A為根據(jù)本發(fā)明實施例的電池裝置的截面圖。
[0012] 圖3B為根據(jù)本發(fā)明實施例的單元結(jié)構(gòu)的示意圖。
[0013] 圖4為根據(jù)本發(fā)明實施例的電池裝置的截面圖。
[0014] 圖5為根據(jù)本發(fā)明實施例的電池裝置的截面圖。
[0015] 圖6為根據(jù)本發(fā)明實施例的電池裝置的立體剖面圖，顯示電池裝置內(nèi)部元件的連 接關(guān)系。
[0016] 圖7A為根據(jù)本發(fā)明的超級電容元件的電性關(guān)系圖。
[0017] 圖7B為根據(jù)本發(fā)明的電池元件的電性關(guān)系圖。
[0018]【符號說明】
[0019] 1、4:電池裝置
[0020] 10、310、410、510、610 :電池外殼
[0021] 11、41、61 :第一元件 12、42、62 :第二元件
[0022] 31 :第一元件（超級電容元件）
[0023] 32 :第二元件（電池元件）
[0024] 35、55、131、65P :共同正極
[0025]45:共同電極 51 :超級電容元件
[0026]52:電池元件 100、300、500 :間隔物
[0027]101、401 :第一空間 102、402:第二空間
[0028]111、121、511、521 :正極 112、122、513、523 :負(fù)極
[0029]132、65N:共同負(fù)極
[0030]314、324、514、524 :正極端子
[0031]315、325、515、525 :正極導(dǎo)柄
[0032]32U323:金屬層 322、512、522 :隔離膜
[0033]400:電解液 420、520、620 :元件殼體
[0034]441 :端子 641:電極導(dǎo)柄
[0035]651:電極端子 652 :負(fù)極端子
[0036]1001:間隔片 1011 :第一殼體片
[0037]1012:第一注入口 1021 :第二殼體片
[0038]1022:第二注入口 3210、3230 :反應(yīng)層
【具體實施方式】
[0039] 本發(fā)明將通過下列實施例加以說明，但相關(guān)敘述均為說明之用，并不用于限制本 發(fā)明的實際應(yīng)用方式。
[0040] 以下將配合相關(guān)圖式說明具有高能量密度及高功率密度的電池，其形狀及體積符 合市面上的可攜式消費性電子產(chǎn)品。
[0041] 請參閱圖1A及圖1B中所示根據(jù)本發(fā)明實施例的電池裝置，圖1A及圖1B分別為 電池裝置的截面圖及立體剖面圖，電池裝置1包含電池外殼10及間隔物100,間隔物100放 置在電池外殼10內(nèi)部，將電池外殼10內(nèi)的空間分成第一空間101和第二空間102,電池裝 置1還包含分別設(shè)置于第一空間101和第二空間102的第一元件11和第二元件12,第一元 件11和第二元件12的電解液不同，在各自的空間內(nèi)進行不同的反應(yīng)。將第一元件11及第 二元件12的正極111及121電連接至共同正極131，并將第一元件11及第二元件12的負(fù) 極112及122電連接至共同負(fù)極132,電連接的方式例如采并聯(lián)方式。各元件同時進行不同 的反應(yīng)，可提供電池裝置1不同且互補的特性，例如：第一元件11可為鋰離子電池，進行法 拉第反應(yīng)，第二元件12可為超級電容元件，進行電雙層（electricdoublelayer)反應(yīng)，但 不限于此。
[0042] 本發(fā)明的「電雙層」意指固態(tài)介質(zhì)與液態(tài)介質(zhì)間的界面兩側(cè)分布的正電離子層及 負(fù)電離子層，當(dāng)固態(tài)介質(zhì)的表面吸引溶液中的正離子（或負(fù)離子）因而帶正電（或負(fù)電）， 溶液中的電荷會根據(jù)庫倫定律重新分布，因此在液態(tài)介質(zhì)中靠近固態(tài)介質(zhì)表面的負(fù)離子 (或正離子）增加，便形成電雙層。如果電容器的電容值高到毫法拉等級，通常被稱為超級 電容器，超級電容器的能量儲存特性與鋰離子電池不同，如圖7A及7B所示。于圖7A中，超 級電容器是高功率系統(tǒng)，其電容值與電壓呈線性關(guān)系；另一方面，于圖7B中，鋰離子（或鋰 高分子）電池是高能量系統(tǒng)，能夠穩(wěn)定放電提供長時間的電力。因此可知鋰離子電池具有 高能量密度（單位體積高能量）而超級電容器具有高功率密度（高電流），兩者同時作用提 供電力給外部裝置，在使用外部裝置時能緩沖瞬間高功率，根據(jù)各種特性上的需求，例如備 援電力、承載瞬間高功率及即時儲存?zhèn)鬏斨械馁Y料，便可依據(jù)本發(fā)明選擇組合的元件。表1 比較電池及超級電容器的能量密度及功率密度，所述「高能量密度」及「高功率密度」代表 能量密度及功率密度高于平均、接近