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Meta专利为AR/VR设备曲形电池提出并联的正负极耳结构

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用于电池并联的阳极和阴极极耳结构

映维网Nweon 2023年08月21日)一系列的消费电子产品都有将锂离子电池作为电源。在典型的电池中,正极和负极在电池的同一侧或相反的两侧。为了增加电池容量,多个袋式电池并联(多P)或串联(多S)。遗憾的是,连接这种典型的电池需要复杂的布线和封装设计,而且对于AR/VR头显这样的新设备,不能直接采用传统的电池布置,而是必须适合于其独特的形状和要求,比如说弯曲。

在名为“Anode and cathode tab architecture for parallel connection of batteries”的专利申请中,Meta提出了用于电池并联的阳极和阴极极耳结构。

其中,发明描述的电池系统包括并联连接的多个电池单元。每个电池单元包括从两个相对侧中的每一个延伸的一对正极和负极极耳。电池系统同时包括一对或多对相邻的连接焊盘,每对连接相邻电池单元的正极和负极极耳。

电池系统进一步包括平台部分。在并联连接的一端与电池单元的一侧相对应的正极极耳和负极极耳延伸到平台部分。放置在平台部分中的一对母线允许突出部的延伸。每个连接焊盘由柔性材料制成,从而允许相邻电池单元的正极和负极极耳围绕相应的连接焊盘弯曲。

图1A-1D示出了传统电池系统。图1A示出了电池100,其阴极极耳102和阳极极耳104从电池的顶部延伸,即从电池的同一侧延伸。

图1C示出在相对两侧具有终端142和144的电池140。通常,多个袋式电池并联或串联以增加电池组的容量。图1B示出平行连接的袋式电池的3P封装120,每个袋式单元具有正极(端子102-2、102-4和102-6)和负极(端子104-2、104-4和104-6)。

第一个PCB 106连接正极,第二个PCB 108通过各自的铜母线(110-2、110-4和110-6)将负极连接到封装连接器112-2。

如图所示,连接需要复杂的连接路由。类似地,图1D示出了一个电池组160,其中三个电池并联连接。从相对两侧延伸的极耳使用两个母线110-8和110-10并联连接到分组连接器112-4。

图2A和2B举例说明了发明所述的基电池系统,电池的阳极和阴极极耳从侧面延伸。每个电池芯200包括一对从两个相对的侧面延伸出来的正极和负极极耳。

在图2A中,电池芯200具有从电池芯相对两侧伸出的正极202-2和202-4以及负极204-2和204-4。电芯200的设计简化了电芯连接时的布线要求。

图2B示出了现使用电池200-2、200-4和200-6的3P封装220。正极202-2和202-4、202-6和202-8、202-10和202-12分别从各自的电池200-2、200-4和200-6的相对两侧伸出。同样,负极204-2和204-4、204-6和204-8、204-10和204-12分别从各自的电池200-2、200-4和200-6的相对两侧伸出。电池系统220包括并联连接的多个电池单元。

每个电池单元同时包括一对或多对相邻的连接垫。每对相邻连接垫电连接各自相邻电池单元的各自正极和负极极耳。连接垫提供电气连接,并且在其他实施例中提供机械连接。

连接垫包括电连接的多个机械分离的子垫。例如在图2B中,电池系统220包括连接负极204-4和204-6的第一连接垫206-2,以及连接正极202-4和202-6的第二连接垫206-4。电池系统220同时包括连接负极204-8和204-10的第三连接垫206-6,以及连接正极202-8和202-10的第四连接垫206-8。

与图1B和1D,电池设计200使用了更简单的并行连接路由,从而降低了电池组设计的复杂性。另外,通过对现有的大规模生产技术进行一定的修改,可以制造两侧有极耳的电池200。

Meta指出,这种设计对于特定形状的电池组非常有用,例如VR头显。单元之间的互连区域208-2和208-4是自然弯曲/弯曲点,可实现分段单元结构。

在一个实施例中,所述电池系统同时包括并联连接的第一多个电池单元和并联连接的第二多个电池单元。

每个连接垫由相应的导电材料制成,导电材料对应于相应的正极或负极极耳的相应材料。例如在图2B中,第一连接垫206-2由与负极耳204-4和204-6的材料相对应的导电材料制成,第二连接垫206-4由与正极耳202-4和202-6的材料相对应的导电材料制成。

第三连接垫206-6由与负极耳204-8和204-10的材料相对应的导电材料制成。第四连接垫206-8由对应于正极耳202-8和202-10的材料的导电材料制成。

图3A示出通过制造电池的常规工艺。在图3A中,负片302从阳极带304延伸。阴极带308在一端具有正极极耳310。将隔膜条置于阳极条之上,将阴极条以图3A所示的相同方向置于隔膜条之上,并且将各层缠绕在一起。

图3B说明了通过堆叠制造电池的传统工艺。与图3A类似,负极耳324从多个阳极带326中的每一个延伸。多个阴极带330中的每一个在一端具有正极极耳332。将阳极带、分离带、阴极带和分离带的交替层堆叠,以获得条带336的堆叠。

图9A-9G提供了制造电池系统的方法900的流程图。

在902,提供一个或多个大小基本相等的正极极带,图每个正极极带具有向外延伸的各自的端部414。

在904,提供一个或多个大小基本等于正极带的负极带,每个负极带具有向外延伸的各自的端部404。

在906,将正极耳连接到一个或多个正极极带的每个端部。每个正极耳基本上垂直于并沿着各自正极带的两个相对边中的每一个延伸。

在908,将负极耳连接到一个或多个负极带的每个各自的端部。每个负极耳基本上垂直于并沿着各自负极带的两个相对边中的每一个延伸。

在910,将所述一个或多个正极带和一个或多个负极带分层,使得所述一个或多个正极带的末端部分设置远离所述一个或多个负极带的末端部分。例如在负极带434、分离带436和正极带438交替层堆叠。每个正极带与各自的负极带通过各自的分离带分开。

在912,将所述分层封装。例如,在图4A中,容器428具有密封件426-2和426-4,并且在图4B中,容器454具有密封件452-2和452-4。每个密封件封闭(各自容器的两个相对的一面。

在图4A中,负延伸极耳402-2和402-4以及正延伸极耳422-2和422-4通过密封件426-2和426-4延伸到容器袋428的相对两侧。同样,在图4B中,负延伸极耳432-2和432-4以及正延伸极耳440-2和440-4通过密封件452-2和452-4延伸到容器袋454的相对两侧。

在914,使用一对负扩展极耳连接每个负扩展极耳,每个负扩展极耳从层的相对侧延伸。

在916,使用一对正扩展极耳连接每个正扩展极耳,每个正扩展极耳从层的相对侧延伸。

在920,一个或多个正极带第一正极带,并且一个或多个负极带包括第一负极带。

在920,通过在第一负极带和第一正极带之间插入分隔带来分层所述一个或多个正极带和所述一个或多个负极带,并在924缠绕所述第一负极带、所述分隔条、所述第一正极带,以形成一个卷。

在926,使用热压以形成曲线形状的电池单元。图5示出曲线状电池502的示例。图6A示出了将轧辊602绕轧辊的缠绕轴弯曲的过程,从而形成弯曲的电池结构604。

参考图9D,方法900进一步包括使用热压将分层围绕平行于负极耳和正极耳的轴弯曲。图6B创建电池结构608的这一过程。

参照图9E,方法900进一步包括使用热压将分层围绕垂直于负极耳和正极耳的轴弯曲(930)。图5示出曲线状电池504的示例。图6C示出围绕垂直于负极和正极极耳的轴弯曲分层610以创建电池结构612的这一过程。

参考图9F,方法900进一步包括在层的一侧创建与正极耳或负极耳重合的缺口。所述缺口包括穿过所述一个或多个正极带和所述一个或多个负极带的切口。

缺口包括穿过电极带之间的分隔带的切口。缺口包括通过与层的侧面相对应的正或负极耳的切口。

方法900同时包括通过将所述分层放置在袋式容器中,使得所述分层中的缺口与所述容器中的开口对齐来封装分层。

图7示出根据具有缺口的堆叠电池系统。所述阳极带434的每一个都有缺口(702),所述阴极带438的每一个都有缺口(706),所述分离带436有缺口(704)。

将所述条分层或堆叠形成具有对齐缺口708的堆栈710。所述极耳连接以产生具有缺口708的单元堆栈712。

参照图9G,方法900进一步包括在第二层之上堆叠第一层。第一层包括第一组一个或多个正极带和第一组一个或多个负极带。第二层包括第二组一个或多个正极带和第二组一个或多个负极带。堆叠包括对齐第一层和第二层的负和正极耳。例如在图8A中,第一层802堆叠在第二层804之上,使得各自的阴极带和阳极带对齐。

方法900同时包括,使用第二对负扩展极耳连接第一层和第二层的每个负极耳。第二对负延伸极耳的每个负延伸极耳从第一层和第二层的相对侧延伸。

方法900同时包括使用第二对正扩展极耳连接第一层和第二层的每个正极耳。第二对正延伸极耳的每个正延伸极耳从第一层和第二层的相对侧延伸。图8B和8C说明了步骤938和940。

相关专利Meta Patent | Anode and cathode tab architecture for parallel connection of batteries

名为“Anode and cathode tab architecture for parallel connection of batteries”的Meta专利申请最初在2022年1月提交,并在日前由美国专利商标局公布。

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