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用于電池并聯(lián)的陽極和陰極極耳結(jié)構(gòu)

（映維網(wǎng)Nweon?2023年08月21日）一系列的消費電子產(chǎn)品都有將鋰離子電池作為電源。在典型的電池中，正極和負(fù)極在電池的同一側(cè)或相反的兩側(cè)。為了增加電池容量，多個袋式電池并聯(lián)（多P）或串聯(lián)（多S）。遺憾的是，連接這種典型的電池需要復(fù)雜的布線和封裝設(shè)計，而且對于AR/VR頭顯這樣的新設(shè)備，不能直接采用傳統(tǒng)的電池布置，而是必須適合于其獨特的形狀和要求，比如說彎曲。

在名為“Anode and cathode tab architecture for parallel connection of batteries”的專利申請中，Meta提出了用于電池并聯(lián)的陽極和陰極極耳結(jié)構(gòu)。

其中，發(fā)明描述的電池系統(tǒng)包括并聯(lián)連接的多個電池單元。每個電池單元包括從兩個相對側(cè)中的每一個延伸的一對正極和負(fù)極極耳。電池系統(tǒng)同時包括一對或多對相鄰的連接焊盤，每對連接相鄰電池單元的正極和負(fù)極極耳。

電池系統(tǒng)進一步包括平臺部分。在并聯(lián)連接的一端與電池單元的一側(cè)相對應(yīng)的正極極耳和負(fù)極極耳延伸到平臺部分。放置在平臺部分中的一對母線允許突出部的延伸。每個連接焊盤由柔性材料制成，從而允許相鄰電池單元的正極和負(fù)極極耳圍繞相應(yīng)的連接焊盤彎曲。

圖1A-1D示出了傳統(tǒng)電池系統(tǒng)。圖1A示出了電池100，其陰極極耳102和陽極極耳104從電池的頂部延伸，即從電池的同一側(cè)延伸。

圖1C示出在相對兩側(cè)具有終端142和144的電池140。通常，多個袋式電池并聯(lián)或串聯(lián)以增加電池組的容量。圖1B示出平行連接的袋式電池的3P封裝120，每個袋式單元具有正極(端子102-2、102-4和102-6)和負(fù)極(端子104-2、104-4和104-6)。

第一個PCB 106連接正極，第二個PCB 108通過各自的銅母線(110-2、110-4和110-6)將負(fù)極連接到封裝連接器112-2。

如圖所示，連接需要復(fù)雜的連接路由。類似地，圖1D示出了一個電池組160，其中三個電池并聯(lián)連接。從相對兩側(cè)延伸的極耳使用兩個母線110-8和110-10并聯(lián)連接到分組連接器112-4。

圖2A和2B舉例說明了發(fā)明所述的基電池系統(tǒng)，電池的陽極和陰極極耳從側(cè)面延伸。每個電池芯200包括一對從兩個相對的側(cè)面延伸出來的正極和負(fù)極極耳。

在圖2A中，電池芯200具有從電池芯相對兩側(cè)伸出的正極202-2和202-4以及負(fù)極204-2和204-4。電芯200的設(shè)計簡化了電芯連接時的布線要求。

圖2B示出了現(xiàn)使用電池200-2、200-4和200-6的3P封裝220。正極202-2和202-4、202-6和202-8、202-10和202-12分別從各自的電池200-2、200-4和200-6的相對兩側(cè)伸出。同樣，負(fù)極204-2和204-4、204-6和204-8、204-10和204-12分別從各自的電池200-2、200-4和200-6的相對兩側(cè)伸出。電池系統(tǒng)220包括并聯(lián)連接的多個電池單元。

每個電池單元同時包括一對或多對相鄰的連接墊。每對相鄰連接墊電連接各自相鄰電池單元的各自正極和負(fù)極極耳。連接墊提供電氣連接，并且在其他實施例中提供機械連接。

連接墊包括電連接的多個機械分離的子墊。例如在圖2B中，電池系統(tǒng)220包括連接負(fù)極204-4和204-6的第一連接墊206-2，以及連接正極202-4和202-6的第二連接墊206-4。電池系統(tǒng)220同時包括連接負(fù)極204-8和204-10的第三連接墊206-6，以及連接正極202-8和202-10的第四連接墊206-8。

與圖1B和1D，電池設(shè)計200使用了更簡單的并行連接路由，從而降低了電池組設(shè)計的復(fù)雜性。另外，通過對現(xiàn)有的大規(guī)模生產(chǎn)技術(shù)進行一定的修改，可以制造兩側(cè)有極耳的電池200。

Meta指出，這種設(shè)計對于特定形狀的電池組非常有用，例如VR頭顯。單元之間的互連區(qū)域208-2和208-4是自然彎曲/彎曲點，可實現(xiàn)分段單元結(jié)構(gòu)。

在一個實施例中，所述電池系統(tǒng)同時包括并聯(lián)連接的第一多個電池單元和并聯(lián)連接的第二多個電池單元。

每個連接墊由相應(yīng)的導(dǎo)電材料制成，導(dǎo)電材料對應(yīng)于相應(yīng)的正極或負(fù)極極耳的相應(yīng)材料。例如在圖2B中，第一連接墊206-2由與負(fù)極耳204-4和204-6的材料相對應(yīng)的導(dǎo)電材料制成，第二連接墊206-4由與正極耳202-4和202-6的材料相對應(yīng)的導(dǎo)電材料制成。

第三連接墊206-6由與負(fù)極耳204-8和204-10的材料相對應(yīng)的導(dǎo)電材料制成。第四連接墊206-8由對應(yīng)于正極耳202-8和202-10的材料的導(dǎo)電材料制成。

圖3A示出通過制造電池的常規(guī)工藝。在圖3A中，負(fù)片302從陽極帶304延伸。陰極帶308在一端具有正極極耳310。將隔膜條置于陽極條之上，將陰極條以圖3A所示的相同方向置于隔膜條之上，并且將各層纏繞在一起。

圖3B說明了通過堆疊制造電池的傳統(tǒng)工藝。與圖3A類似，負(fù)極耳324從多個陽極帶326中的每一個延伸。多個陰極帶330中的每一個在一端具有正極極耳332。將陽極帶、分離帶、陰極帶和分離帶的交替層堆疊，以獲得條帶336的堆疊。

圖9A-9G提供了制造電池系統(tǒng)的方法900的流程圖。

在902，提供一個或多個大小基本相等的正極極帶，圖每個正極極帶具有向外延伸的各自的端部414。

在904，提供一個或多個大小基本等于正極帶的負(fù)極帶，每個負(fù)極帶具有向外延伸的各自的端部404。

在906，將正極耳連接到一個或多個正極極帶的每個端部。每個正極耳基本上垂直于并沿著各自正極帶的兩個相對邊中的每一個延伸。

在908，將負(fù)極耳連接到一個或多個負(fù)極帶的每個各自的端部。每個負(fù)極耳基本上垂直于并沿著各自負(fù)極帶的兩個相對邊中的每一個延伸。

在910，將所述一個或多個正極帶和一個或多個負(fù)極帶分層，使得所述一個或多個正極帶的末端部分設(shè)置遠(yuǎn)離所述一個或多個負(fù)極帶的末端部分。例如在負(fù)極帶434、分離帶436和正極帶438交替層堆疊。每個正極帶與各自的負(fù)極帶通過各自的分離帶分開。

在912，將所述分層封裝。例如，在圖4A中，容器428具有密封件426-2和426-4，并且在圖4B中，容器454具有密封件452-2和452-4。每個密封件封閉(各自容器的兩個相對的一面。

在圖4A中，負(fù)延伸極耳402-2和402-4以及正延伸極耳422-2和422-4通過密封件426-2和426-4延伸到容器袋428的相對兩側(cè)。同樣，在圖4B中，負(fù)延伸極耳432-2和432-4以及正延伸極耳440-2和440-4通過密封件452-2和452-4延伸到容器袋454的相對兩側(cè)。

在914，使用一對負(fù)擴展極耳連接每個負(fù)擴展極耳，每個負(fù)擴展極耳從層的相對側(cè)延伸。

在916，使用一對正擴展極耳連接每個正擴展極耳，每個正擴展極耳從層的相對側(cè)延伸。

在920，一個或多個正極帶第一正極帶，并且一個或多個負(fù)極帶包括第一負(fù)極帶。

在920，通過在第一負(fù)極帶和第一正極帶之間插入分隔帶來分層所述一個或多個正極帶和所述一個或多個負(fù)極帶，并在924纏繞所述第一負(fù)極帶、所述分隔條、所述第一正極帶，以形成一個卷。

在926，使用熱壓以形成曲線形狀的電池單元。圖5示出曲線狀電池502的示例。圖6A示出了將軋輥602繞軋輥的纏繞軸彎曲的過程，從而形成彎曲的電池結(jié)構(gòu)604。

參考圖9D，方法900進一步包括使用熱壓將分層圍繞平行于負(fù)極耳和正極耳的軸彎曲。圖6B創(chuàng)建電池結(jié)構(gòu)608的這一過程。

參照圖9E，方法900進一步包括使用熱壓將分層圍繞垂直于負(fù)極耳和正極耳的軸彎曲(930)。圖5示出曲線狀電池504的示例。圖6C示出圍繞垂直于負(fù)極和正極極耳的軸彎曲分層610以創(chuàng)建電池結(jié)構(gòu)612的這一過程。

參考圖9F，方法900進一步包括在層的一側(cè)創(chuàng)建與正極耳或負(fù)極耳重合的缺口。所述缺口包括穿過所述一個或多個正極帶和所述一個或多個負(fù)極帶的切口。

缺口包括穿過電極帶之間的分隔帶的切口。缺口包括通過與層的側(cè)面相對應(yīng)的正或負(fù)極耳的切口。

方法900同時包括通過將所述分層放置在袋式容器中，使得所述分層中的缺口與所述容器中的開口對齊來封裝分層。

圖7示出根據(jù)具有缺口的堆疊電池系統(tǒng)。所述陽極帶434的每一個都有缺口(702)，所述陰極帶438的每一個都有缺口(706)，所述分離帶436有缺口(704)。

將所述條分層或堆疊形成具有對齊缺口708的堆棧710。所述極耳連接以產(chǎn)生具有缺口708的單元堆棧712。

參照圖9G，方法900進一步包括在第二層之上堆疊第一層。第一層包括第一組一個或多個正極帶和第一組一個或多個負(fù)極帶。第二層包括第二組一個或多個正極帶和第二組一個或多個負(fù)極帶。堆疊包括對齊第一層和第二層的負(fù)和正極耳。例如在圖8A中，第一層802堆疊在第二層804之上，使得各自的陰極帶和陽極帶對齊。

方法900同時包括，使用第二對負(fù)擴展極耳連接第一層和第二層的每個負(fù)極耳。第二對負(fù)延伸極耳的每個負(fù)延伸極耳從第一層和第二層的相對側(cè)延伸。

方法900同時包括使用第二對正擴展極耳連接第一層和第二層的每個正極耳。第二對正延伸極耳的每個正延伸極耳從第一層和第二層的相對側(cè)延伸。圖8B和8C說明了步驟938和940。

相關(guān)專利：Meta Patent | Anode and cathode tab architecture for parallel connection of batteries

https://patent.nweon.com/29308

名為“Anode and cathode tab architecture for parallel connection of batteries”的Meta專利申請最初在2022年1月提交，并在日前由美國專利商標(biāo)局公布。

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原文鏈接：https://news.nweon.com/111808