專利名稱：電能供應(yīng)系統(tǒng)及其電能供應(yīng)單元的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種應(yīng)用于各種電子裝置的供電的電能供應(yīng)系統(tǒng)及其電能供應(yīng)單元。
背景技術(shù)：
由于電子、信息及通訊等3C產(chǎn)品均朝向無線化、可攜帶化方向發(fā)展，應(yīng)用于各種產(chǎn)品的各項高性能組件除了往輕、薄、短、小的目標邁進外，近年來，可撓式電子產(chǎn)品的技術(shù)發(fā)展也逐漸受到重視，因此，對于體積小、重量輕、能量密度高的電能供應(yīng)系統(tǒng)的需求相當?shù)仄惹小２贿^，為了延長電池使用的時間、提升電池的能量密度，過去無法重復使用的一次電池系統(tǒng)已無法滿足現(xiàn)今電子產(chǎn)品的需求，而目前應(yīng)用于電子產(chǎn)品中的電池系統(tǒng)多以可重復充、放電的二次電池系統(tǒng)為主流，例如:鋰電池系統(tǒng)、燃料電池系統(tǒng)、太陽能電池系統(tǒng)等等，以下將以技術(shù)開發(fā)較為成熟的鋰電池系統(tǒng)為例以做為說明。首先，圖1為現(xiàn)有鋰電池系統(tǒng)的電池芯結(jié)構(gòu)示意圖，主要的結(jié)構(gòu)是由一正極極板與一負極極板之間夾設(shè)一隔離層所構(gòu)成，而在正極極板與負極極板的集電層上分別焊接一導電柄結(jié)構(gòu)為外部電極，使得電池系統(tǒng)可借由此二外部電極與周邊電子組件進行電性連接。如圖1所示，鋰電池I包括一隔離層11、一第一活性材料層12、一第二活性材料層13、一第一集電層14、一第二集電層15以及一封裝單兀16,第一活性材料層12設(shè)置于隔離層11上，第一集電層14設(shè)置于第一活性材料層12上，而第二活性材料層13設(shè)置于隔離層11下，第二集電層15設(shè)置于第二活性材料層13下，最后，封裝單元16將此堆棧結(jié)構(gòu)密封，僅露出導電柄141、151。如上所述，若鋰電池I欲提供電能至一電子裝置2 (圖中僅以一電路板為例說明，但電子裝置2并不限制為電路板)時，必須將導電柄141、151與電子裝置2的電源輸入端子21、22電性連接，借以將鋰電池I所儲存的電能輸出至電子裝置2，之后，可再借由導線將電能傳輸至電子裝置2的組件區(qū)23，其中，組件區(qū)23可以包括邏輯電路、主動組件、被動組件等，其可以是電路布局或是表面黏著組件(SMT )。然而，因為隔離層11與第一活性材料層12及第二活性材料層13之間的接觸界面是否具有良好的接觸對于整體電池系統(tǒng)的電性與安全性表現(xiàn)有相當直接且嚴重的影響，故界面的管理，可以說是影響電池系統(tǒng)穩(wěn)定性與安全性的關(guān)鍵因素；如圖1，現(xiàn)有的鋰電池共包含有第一集電層14與第一活性材料層12、第一活性材料層12以及隔離層11、隔離層11與第二活性材料層13、以及第二活性材料層13與第二集電層15四個界面，因此，在現(xiàn)有的鋰電池技術(shù)中為了維持此些界面的良好接觸，無論是堆棧式結(jié)構(gòu)或是卷繞式結(jié)構(gòu)的電池芯，在完成電池的組裝后其整體結(jié)構(gòu)的撓折性相當?shù)?，甚至是無法撓折，其因即在于為了避免撓折產(chǎn)生的應(yīng)力導致上述界面受到破壞，藉以維持鋰電池系統(tǒng)的電性表現(xiàn)并確保其使用上的安全性。再者，負極材料在充/放電過程中會發(fā)熱膨脹/收縮，一旦膨脹后，勢必向兩側(cè)結(jié)構(gòu)產(chǎn)生額外的壓應(yīng)力，就此結(jié)構(gòu)來看，假設(shè)第二活性材料層13為負極材料，因第二活性材料層13乃是夾設(shè)于隔離層11以及第二集電層15之間，因此受到隔離層11以及第二集電層15的限制，使得壓應(yīng)力無法宣泄，長時間使用下，經(jīng)過反復膨脹、收縮后還要能夠保持界面之間的接觸狀態(tài)更加困難。另外，一般導電柄皆為鋁金屬材質(zhì)，鋁電柄需要先與鎳片先作超音波焊接后才能使正極導電柄進行錫焊接(因為鋁無法直接進行錫焊接)，同時導電柄需要向外延伸于封裝材料，而其厚度約在10(Tl50um，而封裝材料的上、下膠質(zhì)總厚度約在6(Tl20um，因此，很容易在導電柄兩側(cè)邊產(chǎn)生空隙，而使阻水(由外部環(huán)境的水氣擴散并污染內(nèi)部)與阻液(由內(nèi)部電解液外溢并侵蝕外部電路)的效果嚴重下降。以堆棧式或是卷繞式結(jié)構(gòu)的電池芯而言，請參閱圖2，圖中以堆棧式結(jié)構(gòu)為例作說明，因單一電池單元具有四個界面，相互堆棧的加成下，界面的數(shù)量呈倍數(shù)累積增加；再加上如前述所言的負極材料會發(fā)熱膨脹/收縮的問題，一旦其中一個界面沒有接觸良好，都有可能影響整體電池系統(tǒng)的可靠度。且界面的存在也會影響電解質(zhì)的流動與滲透性，界面越多，使得充填電解質(zhì)更難以完整均勻滲透整各電池系統(tǒng)，不是要花費更多時間來滲透，就是難以滲透均勻?qū)е虏糠蓦姵貑卧式档汀Ａ硪环矫?，仍如圖2所示，當以堆棧成型電池系統(tǒng)時，等同內(nèi)部需要多片電池并聯(lián)，必須將每一個電池I的內(nèi)極耳先行相互焊接后，再與兩極單一的導電柄進行焊接，因此一旦極耳數(shù)量增加，則整體焊接工程的良率與可靠度也會變差。有鑒于上述，本發(fā)明遂針對上述現(xiàn)有技術(shù)的缺失，提出一種電能供應(yīng)單元，以有效克服上述問題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種可靠度以及穩(wěn)定性、安全性較高的電能供應(yīng)單元以降低制程工序，使得整體制程大幅簡化，同時可加快生產(chǎn)速度，提高產(chǎn)品的良率。本發(fā)明的另一目的在提供一種電能供應(yīng)系統(tǒng)，有效地降低電能供應(yīng)系統(tǒng)內(nèi)部的阻抗并提升電能供應(yīng)系統(tǒng)的電性能力。為了達成上述目的，本發(fā)明的解決方案是:
一種電能供應(yīng)單兀，包含有:
一基板，其具有多個微孔洞；
一第一集電層，其設(shè)置于該基板的一側(cè)，具有對應(yīng)于該基板的多個微孔洞；
一第二集電層，其設(shè)置于該基板的另一側(cè)，具有對應(yīng)于該基板的多個微孔洞；
一第一活性材料層，位于該第一集電層外側(cè)；
一第二活性材料層，位于該第二集電層外側(cè)。該基板由絕緣材料所構(gòu)成，其至少包含聚亞酰胺、聚對苯二甲酸乙二醇酯、聚萘二甲酸乙二醇酯、玻璃纖維或液晶型高分子之一或者其組合。該電能供應(yīng)單元還包含有一電解質(zhì)，其分布于該第一活性材料層及該第二活性材料層。該電解質(zhì)為液態(tài)、膠態(tài)或是固態(tài)。該基板還包括一外線路連接區(qū)域，該外線路連接區(qū)域鄰設(shè)于基板的微孔洞。該外線路連接區(qū)域還包括一第一電極接點及一第二電極接點，與該第一集電層及該第二集電層電性連接。該電能供應(yīng)單元還包含有一第一封裝單元以及一第二封裝單元，分別設(shè)于該第一活性材料層以及該第二活性材料層外側(cè)，環(huán)設(shè)于該第一活性材料層以及該第二活性材料層，并密封該第一活性材料層以及該第二活性材料層。該第一封裝單元及該第二封裝單元的材料為聚合物、金屬、玻璃纖維之一或者其組合。該基板的微孔洞由貫通孔、蟻孔或是多孔性材料來構(gòu)成。該基板的微孔洞填塞有陶瓷絕緣材料。該陶瓷絕緣材料為微米級與奈米二氧化鈦、三氧化二鋁、二氧化硅或是烷基化的陶瓷顆粒所形成。所述基板的微孔洞還填塞有高分子黏著劑，其選自聚二氟乙烯、聚偏二氟乙烯一共一三氯乙烯、聚四氟乙烯、壓克力酸膠、環(huán)氧樹脂、聚氧化乙烯、聚丙烯腈或聚亞酰胺。一種電能供應(yīng)系統(tǒng)，其由多個電能供應(yīng)單元彼此堆棧成型，其中該電能供應(yīng)單元包含有:
一基板，其具有多個微孔洞；
一第一集電層，其設(shè)置于該基板的一側(cè)，具有對應(yīng)于該基板的多個微孔洞；
一第二集電層，其設(shè)置于該基板的另一側(cè)，具有對應(yīng)于該基板的多個微孔洞；
一第一活性材料層，位于該第一集電層外側(cè)；一第二活性材料層，位于該第二集電層外側(cè)。所述電能供應(yīng)單元還包含有一電解質(zhì)，其分布于該第一活性材料層及該第二活性材料層。每一電能供應(yīng)單元的基板相互連接。每一電能供應(yīng)單元還包括一內(nèi)線路連接區(qū)域,該內(nèi)線路連接區(qū)域電性連接相鄰的電能供應(yīng)單元的該第一集電層或第二集電層，彼此構(gòu)成串或并聯(lián)。該基板為絕緣材料所構(gòu)成，至少包含聚亞酰胺、聚對苯二甲酸乙二醇酯、聚萘二甲酸乙二醇酯、玻璃纖維或液晶型高分子之一或者其組合。每一電能供應(yīng)單元還包含有一電解質(zhì)，其分布于該第一活性材料層及該第二活性材料層。該電解質(zhì)為液態(tài)、膠態(tài)或是固態(tài)。每一電能供應(yīng)單元的基板還包括一外線路連接區(qū)域，該外線路連接區(qū)域鄰設(shè)于基板微孔洞的區(qū)域。該外線路連接區(qū)域還包括一第一電極接點及一第二電極接點，與該第一集電層及該第二集電層電性連接。該基板的微孔洞由貫通孔、蟻孔或是多孔性材料來構(gòu)成。采用上述結(jié)構(gòu)后，本發(fā)明電能供應(yīng)單元直接藉由基板扮演隔離層的角色而構(gòu)成離子的導通，且所產(chǎn)生的電子則直接通過位于基板兩側(cè)的集電層向外輸出供電。第一集電層與第二集電層直接形成于基板兩側(cè)，因此僅存在有第一活性材料層與第一集電層、第二活性材料層與第二集電層之間的兩個界面，因此，界面管理相較于現(xiàn)有結(jié)構(gòu)的四個界面來說，難度降低了許多；再者，負極材料在充/放電過程中會發(fā)熱膨脹/收縮的問題，假設(shè)第二活性材料層為負極材料，因第二集電層以及隔離層(即基板)皆位于第二活性材料層的同一偵牝因此，即使第二活性材料層發(fā)生膨脹/收縮的情況，也可以由下方?jīng)]有受到限制的一方來進行形變，而不會產(chǎn)生壓應(yīng)力。故，整體的界面管理不僅界面少，且管理容易，使得電能供應(yīng)單元的可靠度以及穩(wěn)定性、安全性都相當高。本發(fā)明電能供應(yīng)單元將集電層設(shè)置于非外層的位置，而僅需利用簡單涂布制程即可完成集電層與隔離層的表面結(jié)合，簡化了極層與隔離層的組裝制作工程，因此在制程良率與生產(chǎn)速度上，均有相當正面的貢獻。本發(fā)明電能供應(yīng)單元將集電層與基板予以整合，可直接于基板上形成內(nèi)線路連接區(qū)域以及外線路連接區(qū)域，來完成內(nèi)部電性連接以及外部電子組件耦接，無須其他機構(gòu)材料，可減低堆棧式結(jié)構(gòu)或是卷繞式結(jié)構(gòu)的電池芯的制作工序，同時，直接利用基板取代現(xiàn)行鎳或鋁的厚片導電柄來與外界連通，因薄型基板而使電池封裝的可靠度增加。本發(fā)明電能供應(yīng)系統(tǒng)由于其更可將在電能供應(yīng)系統(tǒng)的封裝結(jié)構(gòu)與電能供應(yīng)單元整合為單一結(jié)構(gòu)，因此減少結(jié)構(gòu)間的界面數(shù)量，故可有效地降低電能供應(yīng)系統(tǒng)內(nèi)部的阻抗并提升電能供應(yīng)系統(tǒng)的電性能力。上述電能供應(yīng)單元予以堆棧或是卷繞的方式成型，電能供應(yīng)單元的基板可為同一片基板來構(gòu)成連接，因此，可通過在電能供應(yīng)單元之間的基板上形成內(nèi)線路連接區(qū)域來構(gòu)成串/并聯(lián)，僅需其中一個電能供應(yīng)單元來于基板形成外線路連接區(qū)域來對外耦接，來將電能予以輸出；因此，省去現(xiàn)有電池系統(tǒng)需要將每一個電池單元的極耳予以一一連接的復雜工序，而使整體結(jié)構(gòu)的封裝與制程復雜度可大幅降低，降低制造成本并且提高電池系統(tǒng)的可靠度。


圖1為現(xiàn)有鋰電池系統(tǒng)的電池芯結(jié)構(gòu)示意圖。圖2為現(xiàn)有堆棧式電池系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖。圖3為本發(fā)明較佳實施例電能供應(yīng)單元的結(jié)構(gòu)剖面示意圖。圖4為本發(fā)明較佳實施例電能供應(yīng)單元的外接布線示意圖一。圖5為本發(fā)明較佳實施例電能供應(yīng)單元的外接布線示意圖二。圖6為本發(fā)明較佳實施例電能供應(yīng)單元結(jié)合有封裝單元的結(jié)構(gòu)剖面示意圖。圖7為本發(fā)明電能供應(yīng)系統(tǒng)的單一基板形成有多組電能供應(yīng)單元的示意圖一。圖8為本發(fā)明所揭露的電能供應(yīng)系統(tǒng)的單一基板形成有多組電能供應(yīng)單元的示意圖二。圖9為本發(fā)明所揭露電能供應(yīng)系統(tǒng)的單一基板形成有多組電能供應(yīng)單元的示意圖三。圖10為本發(fā)明所揭露電能供應(yīng)系統(tǒng)于堆棧式結(jié)構(gòu)的示意圖一。圖11為本發(fā)明所揭露電能供應(yīng)系統(tǒng)于堆棧式結(jié)構(gòu)的示意圖二。圖12為本發(fā)明所揭露的電能供應(yīng)系統(tǒng)于堆棧式結(jié)構(gòu)的封裝示意圖。
具體實施例方式為了進一步解釋本發(fā)明的技術(shù)方案，下面通過具體實施例來對本發(fā)明進行詳細闡述。請參考圖2所示，其為本發(fā)明較佳實施例電能供應(yīng)單元的結(jié)構(gòu)剖面示意圖。該電能供應(yīng)單元3包含基板31、第一集電層32、第二集電層33、第一活性材料層34、以及第二活性材料層35，其中，基板31包含隔離導通區(qū)域311以及相鄰的外線路連接區(qū)域312，隔離導通區(qū)域311上具有多個微孔洞313，第一集電層32位于基板31的一側(cè)，且具有對應(yīng)隔離導通區(qū)域311微孔洞313的多個微孔洞321 ;第二集電層33位于基板31的另一側(cè)，且具有對應(yīng)隔離導通區(qū)域311微孔洞313的多個微孔洞331。第一活性材料層34與第二活性材料層35分別設(shè)置于第一集電層32以及第二集電層33的外側(cè)，由第一集電層32、基板31的隔離導通區(qū)域311、以及第二集電層33所隔離。第一活性材料層34及第二活性材料層35還可有電解質(zhì)分布于其中，其可為液態(tài)電解質(zhì)、膠態(tài)電解質(zhì)或是固態(tài)電解質(zhì)；同時，因為第一集電層32、基板31以及第二集電層33具有對應(yīng)的微孔洞313、321、331，因此基本上皆為導通狀態(tài)，電解質(zhì)可以輕易的均勻滲入，無須花費過多的時間。 在本實施例中，基板31可為非可撓式電路基板或可撓式電路基板，如圖3所示，基板31以可撓式電路基板為例，但并非用以限制僅能采用可撓性電路基板。第一集電層32可于基板31的外線路連接區(qū)域312延伸出第一電極接點36、第二集電層33則于基板31的外線路連接區(qū)域312延伸出第二電極接點37。在本實施例中，外線路連接區(qū)域312可為單層或多層結(jié)構(gòu)，其中第一電極接點36與第二電極接點37的主要組成材料系選自銅、鋁、鎳、上述任一金屬的合金或上述多種金屬的合金；然而，若是考慮由第一集電層32以及第二集電層33直接延伸來降低制程工序，則以與第一集電層32以及第二集電層33相同材料為佳，常見者為銅以及鋁，當然亦可是其他鎳、錫、銀、金等金屬或金屬合金；當然，亦可采用不同材料，或是額外形成在藉由打線、導線或是直接連接等方式來加以連接第一集電層32以及第二集電層33?；?1的材料以絕緣性材料為佳，可選自聚亞酰胺(PI)、聚對苯二甲酸乙二醇酯(PET)、聚萘二甲酸乙二醇酯(PEN)、玻璃纖維、液晶型高分子、或是其組合。換言之，基板31直接扮演隔離層的角色，維持第一活性材料層34與第二活性材料層35之間的間距，因此，通過基板31、第一集電層32、第二集電層33的微孔洞313、321、331，第一活性材料層34、第二活性材料層35的活性材料可將化學能轉(zhuǎn)成電能使用(供電)或?qū)㈦娔苻D(zhuǎn)換成化學能儲存于系統(tǒng)之中(充電)，而能同時達成離子的導通與遷移，而所產(chǎn)生的電子則可直接由第一集電層32、第二集電層33向外經(jīng)由第一電極接點36與第二電極接點37導出。故基板31上的微孔洞313主要是供離子通過，因此，除了如圖所示的貫通孔形態(tài)外，亦可采用蟻孔(非直線貫通的態(tài)樣)的形態(tài)，甚至是直接采用多孔性材料來達成，同時更可以有多孔陶瓷絕緣材料分布于基板上的微孔洞內(nèi)，其中陶瓷絕緣材料可為微米級與奈米二氧化鈦(Ti02)、三氧化二鋁(A1203)、二氧化硅(SiO2)等材質(zhì)或是烷基化的陶瓷顆粒所形成；亦更可以包含高分子黏著劑，例如聚二氟乙烯(Polyvinylidene fluoride ；PVDF)、聚偏二氟乙烯一共一三氯乙烯(PVDF-HFP)、聚四氟乙烯(Polytetrafluoroethene ；PTFE)、壓克力酸膠(Acrylic Acid Glue)、環(huán)氧樹脂(Epoxy)、聚氧化乙烯(PE0)、聚丙烯腈(PAN)或聚亞酰胺(PI)等。就整體結(jié)構(gòu)上來看，因為第一集電層32與第二集電層33是以涂布等方式直接形成于基板31兩側(cè)，因此僅存在有第一活性材料層34與第一集電層32、第二活性材料層35與第二集電層33之間的兩個界面，因此，界面管理相較于現(xiàn)有結(jié)構(gòu)的四個界面(見圖1)來說，難度降低了許多；再者，負極材料在充/放電過程中會發(fā)熱膨脹/收縮的問題，同樣假設(shè)第二活性材料層35為負極材料，因第二集電層33以及隔離層(基板31)皆位于第二活性材料層35的同一側(cè)，如圖3中為上方，因此，即使第二活性材料層35發(fā)生膨脹/收縮的情況，也可以由下方?jīng)]有受到限制的一方來進行形變，而不會產(chǎn)生壓應(yīng)力。故，整體的界面管理不僅界面少，且管理容易，使得電能供應(yīng)單元的可靠度以及穩(wěn)定性、安全性都相當高。另外，藉由基板31同時具有隔離導通區(qū)域311以及外線路連接區(qū)域312，使其具有三項主要功能，第一項功能:其上的隔離導通區(qū)域311是將第一活性材料層34與第二活性材料層35進行離子導通，配合第一集電層32以及第二集電層33具有對應(yīng)的微孔洞，可將所產(chǎn)生的電子向外傳輸供電、或是將外部電子直接予以輸入(充電)，達成離子的導通與遷移時，可透過基板31兩側(cè)的第一集電層32以及第二集電層33將電子導出。第二項功能:其上的外線路連接區(qū)域312可以將由內(nèi)部電能單元所產(chǎn)生的電量直接利用蝕刻線路與外部電路與組件直接連接，無須其他焊點，更可省去現(xiàn)有利用額外機構(gòu)材料來形成導電柄的復雜制作工序(見圖4)。第三項功能:由于其上的隔離導通區(qū)域311可視為其他內(nèi)部電能單元的載體或組合母體，故整體電能供應(yīng)單元3可藉由基板31上的外線路連接區(qū)域312將外部電路與組件完整地與基板31整合(見圖5)，不僅如此，由于基板31的熱穩(wěn)定性極佳，可耐純錫回焊溫度，甚至IC共晶制程溫度，故當基板31完成其外線路連接區(qū)域312的外部電路與元件的制程后，可再與其他熱穩(wěn)定度較低的電能單元進行組合，故整體可撓式邏輯電能供應(yīng)系統(tǒng)可以進行自動化制程，其量產(chǎn)價值不言可喻！
請參閱圖6，其為本發(fā)明較佳實施例電能供應(yīng)單元結(jié)合有封裝單元的結(jié)構(gòu)剖面示意圖。本發(fā)明第一封裝單元41位于第一活性材料層34的外側(cè)，并環(huán)設(shè)于第一活性材料層34周圍，而第二封裝單元42位于第二活性材料層35的外側(cè)、并環(huán)設(shè)于第二活性材料層35周圍。需注意的是，因圖為電能供應(yīng)單元3的剖面圖，其看似第一活性材料層34位于第一封裝單元41之間，而第二活性材料層35位于第二封裝單元42之間，但是實際上，第一封裝單元41是環(huán)設(shè)于第一活性材料層34周圍，而第二封裝單元42是環(huán)設(shè)于第二活性材料層35周圍。其中，第一封裝單元41以及第二封裝單元42的材料可選自聚合物、金屬、玻璃纖維或三者混用。另外，為了加強電能供應(yīng)單元3的耐撓折能力，第一封裝單元41以及第二封裝單元42亦可為聚亞酰胺P1、聚對苯二甲酸乙二醇酯PET、聚苯乙烯PS、高聚物聚丙烯PP、聚萘二甲酸乙二醇酯PEN、聚氯乙烯PVC、壓克力樹脂與環(huán)氧樹脂等聚合物材料。且因第一封裝單元41以及第二封裝單元42并不與第一集電層32、第二集電層33接觸，無須扮演傳遞電能的角色，因此可選擇極性較低的非金屬材質(zhì)，避免因電能供應(yīng)單元3內(nèi)部產(chǎn)生酸、堿，而造成銹蝕的問題。除了上述封裝方式外，本發(fā)明還可采用如圖1所示的現(xiàn)有封裝方式，且因基板31可通過第一電極接點36與第二電極接點37直接與外部連接，因此外延伸部分的厚度也可以經(jīng)由控制較現(xiàn)今導電柄更薄的厚度，而相對使封裝缺陷形成的可能大幅下降；同時，基板31外延伸部件區(qū)域還可以利用沖型將封裝區(qū)域的基板材料縮減，以增加上下膠層自體黏著的比例，加強封裝效果。當然，除了上述封裝方式外，亦可采用目前現(xiàn)有其他種封裝的方式，譬如角形電池等等。實際應(yīng)用于堆棧結(jié)構(gòu)形態(tài)的電池系統(tǒng)，請參閱圖7，先于基板31上形成有多個電能供應(yīng)單元3，電能供應(yīng)單元3之間利用內(nèi)線路連接區(qū)域38 (見圖8)上形成第一導線53、與第二導線54來予以導通相鄰電能供應(yīng)單元3的第一集電層32、第二集電層33，若是同側(cè)為相同極性并予以連通，則成為并聯(lián)形態(tài)(見圖8)，若是利用貫通孔來予以連接反側(cè)予以連通，則為串連形態(tài)(見圖9)。當然，亦可將相鄰電能供應(yīng)單元3的同側(cè)配置為不同的極性，則同側(cè)予以連通便會形成串聯(lián)；相反地，反側(cè)連接會形成并聯(lián)，然而以制程上來看，仍舊以前述實施例為佳。前述圖式中，以同一基板31來形成多個電能供應(yīng)單元3，來降低制程工序，當然亦可將其每一電能供應(yīng)單元3單獨完成后在予以連接，上述實施例為配合圖式舉例說明，并非用以限定僅能此一方式來完成；相同的，以下僅配合圖式舉例說明。接著，利用基板31可撓曲的特性，予以彎折堆棧成Z型堆棧的態(tài)樣，使相同極性的活性材料層予以相對，換句話說，第一活性材料層34相對于第一活性材料層34，而第二活性材料層35相對于第二活性材料層35，如此依序彎折堆棧而成(見圖10、圖11)。基板31、第一集電層32、第二集電層33分別具有微孔洞313、321、331，因此對于電解質(zhì)來說，可以直接予以貫穿流通，而使整體電池系統(tǒng)內(nèi)均勻滲透電解質(zhì)。再者，僅有第一集電層32、第二集電層33與第一活性材料層34、第二活性材料層35之間存在有界面，相鄰電能供應(yīng)單元3之間乃是以相同極性的活性材料層相對，因此，整體界面數(shù)量大幅降低，易于管理，使得電池系統(tǒng)的可靠度大幅提高。即便負極于充/放電過程中會膨脹/收縮，也僅會壓縮到相鄰的負極材料，而不會有壓應(yīng)力的堆積或產(chǎn)生。另一方面，由于已經(jīng)藉由內(nèi)線路連接區(qū)域38來予以連接導通電能供應(yīng)單元3，因此，僅需其中之一的電能供應(yīng)單元3來形成對外連接的電路，其乃藉由基板31上直接形成第一電極接點36與第二電極接點37，而可直接與外部主要控制母版(PCB)進行簡單焊接與異向性導電膠(ACA)黏接，而無須如現(xiàn)有般需要針對每一個電能供應(yīng)單元3來予以形成多個極耳并與導電柄焊接，使得整體制程大幅簡化、降低制程時間并提高良率；而第一電極接點36與第二電極接點37可直接形成與第一集電層32以及第二集電層33同一側(cè)，換句話說，第一電極接點36與第二電極接點37位于基板31的反側(cè)，當然亦可利用貫通孔而將第一電極接點36以及第二電極接點37設(shè)置于基板31的同一側(cè)。同時封裝時的制程難度亦同時予以降低，請同時比較圖12及圖2，封裝時，僅需處理一組電能供應(yīng)單元3的第一電極接點36與第二電極接點37，而不需要如同現(xiàn)有般，需要針對每一個電能供應(yīng)單元3來予以形成極耳、導電柄來予以封裝；因此，整體制程良率大幅改善。當然，除了上述Z型堆棧方式夕卜，亦可采用其他卷繞式、圓柱型等堆棧方式來予以成型，同時，除了上述以多個電能供應(yīng)單元3來堆棧的方式外，亦可采用單片連續(xù)長條狀的方式來直接成型、或是將每一個電能供應(yīng)單元3予以單獨成型后，再予以連接、堆棧。本發(fā)明的電能供應(yīng)單元可整合于一般可撓性/非可撓性電路板上，并同時提供具有成本低、大容量、高熱穩(wěn)定性與額外機械特性(如可多次撓折特性)；藉由可撓式邏輯電路的整合，不僅使得一般產(chǎn)品的電路設(shè)計可以直接將電能供應(yīng)單元整合于電路基板內(nèi)，不需要額外的載體與焊點，且利用電路基板作為隔離層之用，其中，電路基板的熱穩(wěn)定溫度超過300°C以上，可執(zhí)行純錫回焊制程以進行連續(xù)表面黏著技術(shù)(SMT)、甚至進行芯片(IC)的金金共晶制程[金屬-金屬(metal to metal)的共晶(Eutectic)制程]以達成直接整合電能供應(yīng)系統(tǒng)與(可撓性/非可撓性)電路板大型量產(chǎn)的可能性，同時此系統(tǒng)亦提供相當于現(xiàn)行二次鋰電池的體積能量密度與低單位電容量生產(chǎn)成本，但大幅改善現(xiàn)行二次鋰電池無法具有高熱穩(wěn)定且無法直接與電路板整合成一體成型的特性。再者，基板直接可用兩側(cè)設(shè)置集電層，使離子導通，而電子透過基板兩側(cè)的集電層直接導出，摒除現(xiàn)有界面過多、堆?；蚓砝@時亦產(chǎn)生過多應(yīng)力等問題。上述實施例和圖式并非限定本發(fā)明的產(chǎn)品形態(tài)和式樣，任何所屬技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員對其所做的適當變化或修飾，皆應(yīng)視為不脫離本發(fā)明的專利范疇。
權(quán)利要求
1.一種電能供應(yīng)單元，其特征在于，包含有: 一基板，其具有多個微孔洞； 一第一集電層，其設(shè)置于該基板的一側(cè)，具有對應(yīng)于該基板的多個微孔洞； 一第二集電層，其設(shè)置于該基板的另一側(cè)，具有對應(yīng)于該基板的多個微孔洞； 一第一活性材料層，位于該第一集電層外側(cè)； 一第二活性材料層，位于該第二集電層外側(cè)。
2.如權(quán)利要求1所述的電能供應(yīng)單元，其特征在于:該基板由絕緣材料所構(gòu)成，其至少包含聚亞酰胺、聚對苯二甲酸乙二醇酯、聚萘二甲酸乙二醇酯、玻璃纖維或液晶型高分子之一或者其組合。
3.如權(quán)利要求1所述的電能供應(yīng)單元，其特征在于:還包含有一電解質(zhì)，其分布于該第一活性材料層及該第二活性材料層。
4.如權(quán)利要求3所述的電能供應(yīng)單元，其特征在于:該電解質(zhì)為液態(tài)、膠態(tài)或是固態(tài)。
5.如權(quán)利要求1所述的電能供應(yīng)單元，其特征在于:該基板還包括一外線路連接區(qū)域，該外線路連接區(qū)域鄰設(shè)于基板的微孔洞。
6.如權(quán)利要求5所述的電能供應(yīng)單元，其特征在于:該外線路連接區(qū)域還包括一第一電極接點及一第二電極接點，與該第一集電層及該第二集電層電性連接。
7.如權(quán)利要求1所述的電能供應(yīng)單元，其特征在于:還包含有一第一封裝單元以及一第二封裝單元，分別設(shè)于該第一活性材料層以及該第二活性材料層外側(cè)，環(huán)設(shè)于該第一活性材料層以及該第二活性材料層，并密封該第一活性材料層以及該第二活性材料層。
8.如權(quán)利要求7所述的電能供應(yīng)單元，其特征在于:該第一封裝單元及該第二封裝單元的材料為聚合物、金屬、玻璃纖維之一或者其組合。
9.如權(quán)利要求1所述的電能供應(yīng)單元，其特征在于:該基板的微孔洞由貫通孔、蟻孔或是多孔性材料來構(gòu)成。
10.如權(quán)利要求1所述的電能供應(yīng)單元，其特征在于:該基板的微孔洞填塞有陶瓷絕緣材料。
11.如權(quán)利要求10所述的電能供應(yīng)單元，其特征在于:該陶瓷絕緣材料為微米級與奈米二氧化鈦、三氧化二鋁、二氧化硅或是烷基化的陶瓷顆粒所形成。
12.如權(quán)利要求11所述的電能供應(yīng)單元，其特征在于:所述基板的微孔洞還填塞有高分子黏著劑，其選自聚二氟乙烯、聚偏二氟乙烯一共一三氯乙烯、聚四氟乙烯、壓克力酸膠、環(huán)氧樹脂、聚氧化乙烯、聚丙烯腈或聚亞酰胺。
13.一種電能供應(yīng)系統(tǒng)，其由多個電能供應(yīng)單元彼此堆棧成型，其中該電能供應(yīng)單元包含有: 一基板，其具有多個微孔洞； 一第一集電層，其設(shè)置于該基板的一側(cè)，具有對應(yīng)于該基板的多個微孔洞； 一第二集電層，其設(shè)置于該基板的另一側(cè)，具有對應(yīng)于該基板的多個微孔洞； 一第一活性材料層，位于該第一集電層外側(cè)；一第二活性材料層，位于該第二集電層外側(cè)。
14.如權(quán)利要求13所述的電能供應(yīng)系統(tǒng)，其特征在于:所述電能供應(yīng)單元還包含有一電解質(zhì)，其分布于該第一活性材料層及該第二活性材料層。
15.如權(quán)利要求13所述的電能供應(yīng)系統(tǒng)，其特征在于:每一電能供應(yīng)單元的基板相互連接。
16.如權(quán)利要求13所述的電能供應(yīng)系統(tǒng)，其特征在于:每一電能供應(yīng)單元還包括一內(nèi)線路連接區(qū)域，該內(nèi)線路連接區(qū)域電性連接相鄰的電能供應(yīng)單元的該第一集電層或第二集電層，彼此構(gòu)成串或并聯(lián)。
17.如權(quán)利要求13所述的電能供應(yīng)系統(tǒng)，其特征在于:該基板為絕緣材料所構(gòu)成，至少包含聚亞酰胺、聚對苯二甲酸乙二醇酯、聚萘二甲酸乙二醇酯、玻璃纖維或液晶型高分子之一或者其組合。
18.如權(quán)利要求13所述的電能供應(yīng)系統(tǒng)，其特征在于:每一電能供應(yīng)單元還包含有一電解質(zhì)，其分布于該第一活性材料層及該第二活性材料層。
19.如權(quán)利要求18所述的電能供應(yīng)系 統(tǒng)，其特征在于:該電解質(zhì)為液態(tài)、膠態(tài)或是固態(tài)。
20.如權(quán)利要求13所述的電能供應(yīng)系統(tǒng)，其特征在于:每一電能供應(yīng)單元的基板還包括一外線路連接區(qū)域，該外線路連接區(qū)域鄰設(shè)于基板微孔洞的區(qū)域。
21.如權(quán)利要求20所述的電能供應(yīng)系統(tǒng)，其特征在于:該外線路連接區(qū)域還包括一第一電極接點及一第二電極接點，與該第一集電層及該第二集電層電性連接。
22.如權(quán)利要求13所述的電能供應(yīng)系統(tǒng)，其特征在于:該基板的微孔洞由貫通孔、蟻孔或是多孔性材料來構(gòu)成。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種電能供應(yīng)系統(tǒng)及其電能供應(yīng)單元，電能供應(yīng)系統(tǒng)由多個電能供應(yīng)單元彼此卷繞/堆棧而成型，每一電能供應(yīng)單元包含有基板、兩集電層、以及兩活性材料層，基板上具有多個微孔洞，集電層、活性材料層予以依序堆棧覆蓋于基板兩側(cè)，因此，藉由基板上的微孔洞直接達成離子的導通，并藉由集電層直接將所產(chǎn)生的電能予以向外傳輸供應(yīng)；故藉由此一新形態(tài)的供電模式來降低電能供應(yīng)系統(tǒng)本身的阻抗值，更同時因集電層設(shè)于基板兩側(cè)，僅需涂布制程即可完成集電層與隔離層的設(shè)置，大幅簡化極層以及隔離層的制作工程。
文檔編號H01M2/14GK103187582SQ20111044646
公開日2013年7月3日 申請日期2011年12月28日 優(yōu)先權(quán)日2011年12月28日
發(fā)明者楊思枬 申請人:輝能科技股份有限公司, 英屬開曼群島商輝能控股股份有限公司