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继苹果之后,Meta AR/VR专利暗示在探索高能量密度电池

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Meta同样在积极探索高能量密度电池

映维网Nweon 2023年11月22日)早前有报道称苹果正在研发高能量密度新电池,并有望用于AR/VR提高续航。实际上,Meta同样在积极探索高能量密度电池。名为“High capacity curved battery cells”和“Process for manufacturing high capacity curved battery cells”的Meta专利申请就介绍了一种相关的曲面电池。

具体来说,发明描述了制造高容量曲面电池单元和用于制造这种高容量曲面电池单元的方法。

对于曲面电池,可将多个曲面电池单元并入曲面多电池组以实现更高的容量。在这种情况下,要堆叠的电池的曲率半径可以紧密匹配,从而使多个曲面电池的曲率相互补充。由于传统的曲面电池具有相当大的制造公差,所以实现所需的半径匹配可能非常困难。

另外,随着曲面电池的老化,曲面电池会发生各种力学变化。这种机械变化可能包括曲面电池的膨胀和/或变平。在多电池曲面电池的情况下,多个电池的机械变化可能会影响相邻曲面电池之间的界面,如果不加以考虑,可能会导致机械完整性的丧失和曲面多电池电池组的失效。

另外,制造曲面电池的现有方法涉及将曲面电池的电极压在一起形成具有所需曲率的电极堆栈。这种压制过程很难控制,而如果应用于多个电极堆,则可能会损坏曲面的电池。

传统的曲面电池是通过形成传统的电极堆来制造的,然后将常规电极堆加工成模具,以赋予曲面电极堆所需的曲率。然而,一系列的问题限制了以这种方式加工成曲面电极堆的电极堆的厚度和长度。

Meta描述的发明旨在缓解上述问题,团队希望使用多个更薄的曲面电极堆来形成更高容量的曲面电池。

在一个实施例中,制造曲面多芯电池组的方法包括形成具有第一曲面的第一曲面电池芯和具有与第一曲面互补的第二曲面电池芯。第一曲面电池单元和第二曲面电池单元可装入电池组外壳中。所述电池组外壳可具有补充所述第一曲率和/或第二曲率的第三曲率。

第一曲面电池芯和/或第二曲面电池芯可通过第一粘附层附着在电池组外壳的曲面表面之上。第一曲面电池芯可通过第二粘附层粘附到第二曲面电池芯之上。相邻曲面电池之间的粘附可以解决相邻曲面电池的公差问题。

因此,第二粘附层可以比第一粘附层更厚。

可以配置曲面的电池芯与电池组外壳的曲面之间的粘附,以保持电池组外壳的曲面形状。在这种情况下,第一胶层可以更坚固和刚性。

第一粘附层可具有第一厚度,并且第二粘附层可具有比第一厚度更厚的第二厚度。在一个实例中,第一粘结层和第二粘结层可由同一材料制成。第一粘合剂和/或第二粘合剂可包括双面压敏胶带、喷涂粘合剂、刷涂粘合剂等。第一粘附层可包括具有第一厚度的第一双面胶膜带,并且第二粘附层可包括具有比第一厚度更厚的第二厚度的第二双面粘合泡沫带。

在一个实施例中,可以在电池组外壳中形成间隙,或可以在第一曲面电池单元的曲面与第二曲面电池单元的曲面之间形成间隙,或可以在电池组外壳的曲面与第一曲面电池单元的曲面或第二曲面电池单元的曲面之间可形成间隙。

空隙可以用空气或泡沫填充。随着曲面电池的循环和老化,曲面电池会膨胀,而在电池组外壳中形成的间隙可容纳第一曲面电池芯和/或第二曲面电池芯的膨胀。在一个示例中,所述间隙的厚度可至少为第一曲面电池芯和第二曲面电池芯的总厚度的10%。

在一个实施例中,第一曲面电池芯可以具有不同于第二曲面电池芯的弧长。不同的弧长说明了在曲面电池中存在的公差。因此,可以保持第一曲面电池芯的曲面与第二曲面电池芯的曲面之间的粘附性,或者电池组外壳的曲面与曲面电池芯的曲面之间的粘附性。

在一个实施例中,第一曲面电池芯可以具有不同于第二曲面电池芯的厚度。不同的厚度可以解释曲面电池的曲率半径的公差。另外,电池容量可以至少部分地基于曲面电池的弧长和厚度。

在一个实施例中,第一曲面电池芯可以通过形成第一电极堆和第二电极堆来制造。所述第一电极堆包括堆叠在第一阳极层上的第一阴极层,以及堆叠在其之间的第一隔板层。所述第二电极堆包括堆叠在第二阳极层上的第二阴极层,以及堆叠在其之间的第二隔板层。

可以分别处理第一电极堆和第二电极堆,使得第一电极堆压入第一曲面电极堆,第二电极堆压入第二曲面电极堆。第一曲面电极堆和第二曲面电极堆均可具有第一曲面。第一曲面电极堆可以连接到第二电极堆并密封在第一曲面电池外壳中。

第二曲面电池可以以类似于第一曲面电池的方式制造。第二曲面电池芯可以通过形成第三电极堆和第四电极堆来制造。所述第三电极堆包括堆叠在第三阳极层上的第三阴极层,以及堆叠在其之间的第三隔板层。第四电极堆栈包括堆叠在第四阳极层上的第四阴极层,以及堆叠在其之间的第四隔板层。

可以单独处理第三电极堆和第四电极堆,使得第三电极堆压入第三曲面电极堆,第四电极堆压入第四曲面电极堆。第三曲面电极堆和第四曲面电极堆均可具有第二曲面。第三曲面电极堆可以连接到第四电极堆并密封在第二曲面电池外壳中。

第一导电电池卡片、第二导电电池卡片、第三导电电池卡片和第四导电电池卡片可分别电耦合到第一电极堆、第二电极堆、第三电极堆和第四电极堆。导电片可以在电极堆被加工成其各自的曲率之前电耦合到电极堆。

第一导电单元卡片和第二导电单元卡片可以在并联连接中电耦合。类似地,第三导电单元卡片和第四导电单元卡片可以在并联连接中电耦合。

在一个实施例中,通过将第一电极堆和第二电极堆压入具有第一曲率的模具中,可以对第一电极堆和第二电极堆进行加工,形成第一曲面电极堆和第二曲面电极堆。

另外,通过将第三电极堆和第四电极堆压入具有第二曲率的模具中,可以将第三电极堆和第四电极堆加工成第三曲面电极堆和第四曲面电极堆。

在将第一曲面电极堆和第二曲面电极堆连接在一起之前,可以分别处理第一电极堆和第二电极堆,并且在将第三曲面电极堆和第四曲面电极堆连接在一起之前,可以分别处理第三电极堆和第四电极堆。

第一曲面电极堆可通过第一粘合剂粘附到第二曲面电极堆上,第三曲面电极堆可通过第二粘合剂粘附到第四曲面电极堆上。每个曲面的电池外壳包含至少两个连接在一起的薄电极堆。

Meta指出,这可以制造出比以前使用传统电池制造技术更厚、容量更高的电池。

图1示出了曲面多电池包100,其包括第一曲面电池102和第二曲面电池104,该电池104位于曲面电池外壳106中。第一曲面电池102、第二曲面电池104和曲面电池外壳106具有相互补充的曲率。互补曲率允许在相邻曲面之间的界面处保持紧密接触。

第一曲面电池102可以具有与第二曲面电池104的弧长较短、较长或相同的弧长。不同的弧长可以至少部分地基于曲面多电池包100的曲率半径和/或曲面电池外壳106的尺寸、形状和配置。例如,在弧长不同的实施例中,不同的弧长可以利用曲面的电池外壳106的形状。

在所示的示例中,第二曲面电池104可以比第一曲面电池102更长,因为它径向地设置在第一曲面电池102的外面。即,对于具有给定曲率半径的曲面电池外壳,径向内曲面电池可以具有比径向向外布置的一个或多个曲面电池更短的弧长。

这种布置可使电极材料的量最大化,使其适合于曲面的电池外壳106。

在一个实施例中,第一曲面电池102可以与第二曲面电池104具有相同或不同的厚度。不同的厚度可以解释曲面电池的曲率半径的公差。另外,第一曲面电池102可具有与第二曲面电池104相同或不同的宽度。

例如,第二曲面电池单元104的宽度可以比第一曲面电池单元102更宽或更窄。储能容量可以至少部分地由曲面电池单元的弧长、宽度和厚度来确定。可以选择曲面电池单元的弧长、宽度和厚度,以在给定电池组外壳和/或将容纳电池单元的电子设备的有限体积和形状因素的情况下最大化电池单元的存储容量。

第一粘合剂108可将第一曲面电池单元102粘附到曲面电池外壳106的曲面表面上。第二粘合剂110可将第一曲面电池102和第二曲面电池104的相对曲面粘附在一起。第一粘合剂108和第二粘合剂110可以由相同的材料制成,而第二粘合剂110可以比第一粘合剂108厚。

第二粘合剂110可以考虑电池单元之间的制造公差和变化,并且可以保持第一曲面电池单元102与第二曲面电池单元之间的粘附。第一粘合剂108可以比第二粘合剂110更坚硬,以保持曲面的电池外壳106的曲率。

图2示出了曲面多电池包200,其包括第一曲面电池芯202和第二曲面电池芯204。电池芯204位于曲面电池壳206中。第一曲面电池芯202、第二曲面电池芯204和曲面电池外壳206具有相互补充的曲率。

互补曲率允许在曲面电池外壳206的底部表面与第一曲面电池单元202之间的界面以及曲面电池外壳206的顶部表面与第二曲面电池单元204之间的界面保持紧密接触。

第一曲面电池芯202可具有与第二曲面电池芯204相同、长于或短于第二曲面电池芯204的弧长。另外,第一曲面电池单元202可具有与第二曲面电池单元204相同或不同的宽度。例如,第二曲面电池芯204的宽度可以比第一曲面电池芯202更宽或更窄。不同的弧长和/或宽度可以至少部分地基于曲面多电池包200的曲率半径和/或曲面电池外壳206的尺寸、形状和配置。

例如在弧长和/或宽度不同的实施例中,不同的弧长和/或宽度可以利用曲面的电池外壳206的形状。例如,第二曲面电池芯204由于在第一曲面电池芯202的径向向外布置,可以比第一曲面电池芯202更长。即,对于具有曲率半径的曲面电池外壳,径向内曲面的电池单元可以具有比径向向外布置的一个或多个曲面的电池单元更短的弧长。

这种布置可使电极材料的量最大化,使其适合于曲面的电池外壳106。

在一个实施例中,第一曲面电池芯202可与第二曲面电池芯204具有相同或不同的厚度。不同的厚度可以解释曲面电池的曲率半径的公差。如上所述,能量存储容量可以至少部分地由曲面电池单元的弧长、宽度和厚度确定。可以选择曲面电池单元的弧长、宽度和厚度,以在给定电池组外壳和/或将容纳电池单元的电子设备的有限体积和形状因素的情况下最大化电池单元的存储容量。

第一粘合剂208可将第一曲面电池芯202粘附到曲面电池外壳206的第一径向向内曲面表面上。第二粘合剂210可将第二曲面电池单元204粘附到曲面电池外壳206的第二径向向外曲面表面上。

图3示示出制造弯曲电池芯的示例方法300。弯曲的电池单元可以包括两个或多个电极堆。在所述示例中,第一电极堆栈302具有第一长度L1,第二电极堆栈304具有第二堆栈L2。

在第一操作(操作A)期间,可以通过形成包括一个或多个阳极层和一个或多个阴极层的堆栈来制造每个电极堆栈,阳极层和阴极层由各自的分离器层分开。不同的电极堆可以有不同的长度。例如,第一电极堆302的长度L1可以长于第二电极堆304的长度L2,以便在它们弯曲之后各自的端基本对齐。

在第二操作(操作B)期间,分别处理电极堆以赋予曲率。赋予各个电极堆的曲率可以是相同的或互补的。电极堆可以通过将电极堆压入具有所需曲率的模具来加工。电极堆可以在低于设置在阳极层和阴极层之间的隔膜层的熔点的温度下压入模具中。例如,可以在约50°C至约130°C之间的温度下热压电极堆来处理电极堆。

在第三操作(操作C)中,单个曲面电极堆栈可以组合或耦合在一起,使曲率相互补充。例如,第一电极堆302的凹内曲率半径可以与第二电极堆304的凸外曲率半径基本相同,以便它们与第一电极堆302的凹内曲率半径相对于第二电极堆304的凸外曲率半径嵌套在一起。

在一个实施例中,可以在各个电极堆之间设置粘合剂。单个电极堆可以在与操作B中用于向单个电极堆施加曲率相同或不同的条件下压在一起。在一个实施例中,在操作C中用于将电极堆压在一起的力可能小于用于在操作B中向单个电极堆施加曲率的力。

在一个实施例中,电极堆可以有不同的长度。例如,第一电极堆302可以具有比第二电极堆304的第二长度更长的第一长度。因此,当在操作C中将第一电极堆302耦合到第二电极堆304时,第一电极堆302和第二电极堆304的两端基本上对齐。

即由于在本实施例中,第一电极堆302在第二电极堆304的外侧径向布置,因此第一电极堆302的弧长可以大于第二电极堆304的弧长。具体地,如图3的操作2所示,第一电极堆302的内半径的第一弧长AL1基本上等于第二电极堆304的外半径的第二弧长AL2。

因此,相对于第二电极堆304的长度L2的第一电极堆302的长度L1可以至少部分地基于要传递给各自电极堆的曲率半径。

在第四操作(操作D)期间,然后可以插入组合电极堆并将其封闭在曲面的电池外壳308中。在密封电池外壳308之前,可以将电解溶液包括在电池外壳中。导电电池片306可以组合以提供外部导电片310。

图5示出曲面多电池包500,包括第一曲面电池单元502和第二曲面电池单元504。第一曲面电池芯502和第二曲面电池芯504与曲面电池外壳506的曲面形成互补。所述互补曲率允许在第一曲面电池芯502、第二曲面电池芯504和曲面电池外壳506的相邻曲面之间的界面处保持紧密接触。

第一粘合剂508可将第一曲面电池芯502粘附到曲面电池外壳506的曲面上。第二粘合剂510可将第二曲面电池芯504粘附到曲面电池外壳506的曲面上。

随着第一个曲面电池502和第二个曲面电池504的老化和循环,电池会膨胀。因此,曲面电池外壳506可包括第一曲面电池外壳502与第二曲面电池外壳504的间隙512。所述间隙512可以充满空气,从而产生气隙。

图6示出制造曲面电池芯的示例性工艺600。

操作602可包括形成两个尺寸稍有不同的单独电极堆。稍微不同的尺寸可以是厚度,宽度,和/或单独电极堆栈的长度。单独的电极堆栈可以具有彼此不同的长度。当电极堆形成曲面电极堆时,不同的长度解释了电极堆中存在的公差。因此,可以保持曲面电极堆曲面之间的附着力。

操作604包括将导电片连接到每个电极堆。在对电极堆进行加工以形成其各自的曲率之前,导电片可以电耦合到单独的电极堆上。

操作606包括处理电极堆以形成曲面电极堆。电极堆可以单独加工形成互补的曲率。在一个实施例中,电极堆可以通过将单个电极堆压入具有所需曲率的模具来加工。

操作608包括将曲面电极堆压在一起。曲面的电极堆叠可以压在一起形成单个堆叠,使得曲率相互补充。可选地,单个曲面电极堆可以通过布置在相邻电极堆之间的一个或多个粘合层相互粘附。

操作610包括将压下的曲面电极堆放置在曲面封装中。组合的曲面电极堆栈允许制造具有更高容量的更厚的电池。

操作612和614包括将电极堆转化为电池的后端过程。操作612包括用电解材料填充曲面封装。操作614包括密封电池外壳,并应用一个或多个附加后端工艺。

相关专利Meta Patent | High capacity curved battery cells
相关专利Meta Patent | Process for manufacturing high capacity curved battery cells

名为“High capacity curved battery cells”和“Process for manufacturing high capacity curved battery cells”的Meta专利申请最初在2022年4月提交,并在日前由美国专利商标局公布。

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