專利名稱：具有減少的磁場發(fā)射的電化學(xué)電池芯以及對應(yīng)的裝置的制作方法
具有減少的磁場發(fā)射的電化學(xué)電池芯以及對應(yīng)的裝置技術(shù)領(lǐng)域
本發(fā)明一般地涉及電化學(xué)電池芯，尤其涉及具有在使用電化學(xué)電池芯時釋放減少的磁場發(fā)射的結(jié)構(gòu)的電化學(xué)電池芯。
背景技術(shù)：
世界正在迅速便攜化。隨著移動電話、個人數(shù)字助理、便攜計算機(jī)、平板計算機(jī)等等變得更加流行，消費者不斷轉(zhuǎn)向用于通信、娛樂、商務(wù)和信息的便攜和無線裝置。這些裝置的每一個的便攜性都?xì)w功于電池。在電池中工作的電化學(xué)電池芯不僅允許這些裝置擺脫必須被束縛于壁裝插座的粗暴限制，而且提供能夠反復(fù)充電的可靠的輕便電源。
電化學(xué)電池芯包括堿性電池芯、鎳電池芯和鋰電池芯，一般通過采取兩個電極層并將它們疊層在一起來制造，每個層與另一個層物理地分離。制造在電池中使用的電化學(xué)電池芯的普通方法公知為“卷芯”技術(shù)，其中將電池芯的內(nèi)部部件卷繞并放置在鋁或鋼容器內(nèi)部，因此與老式的卷心蛋糕相似。通常鋁是用于容器的優(yōu)選金屬，因為它的重量輕且導(dǎo)熱性好，雖然也使用鋼。
電化學(xué)電池芯的主要工作是選擇性地存儲和釋放能量。當(dāng)電池芯被充電時存儲能量。然后在放電階段，這些存儲的能量被釋放給電子裝置。電極材料和電池芯結(jié)構(gòu)的進(jìn)步為消費者提供了能夠在小而輕的封裝中存儲大量能量的更小的電池。
通常電化學(xué)電池芯的磁場發(fā)射并非設(shè)計考慮。作為示例，當(dāng)電化學(xué)電池芯用于向典型電子裝置供電時，其中的磁場發(fā)射不足以影響裝置的工作。但是，在某些應(yīng)用中，電化學(xué)電池芯的磁場發(fā)射可能是設(shè)計問題。例如，在像助聽器這樣的敏感裝置中，磁場發(fā)射可通過影響助聽器中聽覺元件的工作而危及性能或可靠性。
因此需要具有減少的磁發(fā)射的電化學(xué)電池芯。


在全部單獨視圖中相同的附圖標(biāo)記表示相同或功能相似的元件的附圖與下面的詳細(xì)描述一起合并在說明書中并構(gòu)成說明書的一部分，用于進(jìn)一步說明各種實施例并解釋完全根據(jù)本發(fā)明的各種原理和優(yōu)點。
圖1示出典型現(xiàn)有技術(shù)電極層組件的側(cè)面剖視圖。
圖2示出現(xiàn)有技術(shù)的以卷芯構(gòu)造組裝的電極疊層，從而制造可再充電的電池芯。
圖3示出插入柱形金屬容器的現(xiàn)有技術(shù)卷芯的剖切剖視圖。
圖4示出適用于電池的現(xiàn)有技術(shù)電池芯結(jié)構(gòu)的一個實施例。
圖5示出未卷繞的現(xiàn)有技術(shù)電池芯結(jié)構(gòu)，顯示典型的電流和對應(yīng)的磁場。
圖6用圖形示出向負(fù)載供電時對應(yīng)于圖4的結(jié)構(gòu)的測量的磁場形狀，模擬全球移動通信系統(tǒng)(GSM)通信應(yīng)用中的收發(fā)器。
圖7示出未卷繞的電池芯結(jié)構(gòu)的一個實施例，顯示當(dāng)根據(jù)本發(fā)明實施例構(gòu)造時典型的電流和對應(yīng)的磁場。
圖8用圖形不出向負(fù)載供電時對應(yīng)于圖6的結(jié)構(gòu)的測量的磁場形狀,模擬GSM通信應(yīng)用中的收發(fā)器。
圖9示出未卷繞的電池芯結(jié)構(gòu)的另一個實施例，顯示當(dāng)根據(jù)本發(fā)明其他實施例構(gòu)造時典型的電流和對應(yīng)的磁場。
圖10用圖形不出向負(fù)載供電時對應(yīng)于圖9的結(jié)構(gòu)的測量的磁場形狀,模擬GSM通信應(yīng)用中的收發(fā)器。
圖11示出根據(jù)本發(fā)明一個實施例構(gòu)造的電化學(xué)活性層，其中設(shè)置有導(dǎo)磁材料。
圖12示出根據(jù)本發(fā)明一個實施例構(gòu)造的電化學(xué)電池芯的一種結(jié)構(gòu)，其中用磁導(dǎo)材料涂覆電極層。
圖13示出根據(jù)本發(fā)明一個實施例構(gòu)造的電化學(xué)電池的一種結(jié)構(gòu)，其中用磁導(dǎo)材料涂覆外容器。
圖14示出根據(jù)本發(fā)明一個實施例構(gòu)造的電化學(xué)電池芯和·頭部組件的一種結(jié)構(gòu)， 頭部組件具有接線片和導(dǎo)體。
圖15示出根據(jù)本發(fā)明一個實施例構(gòu)造的電化學(xué)電池芯和頭部組件的一種結(jié)構(gòu)， 頭部組件具有接線片和導(dǎo)體。
圖16示出根據(jù)本發(fā)明一個實施例構(gòu)造的電化學(xué)電池芯和頭部組件的一種結(jié)構(gòu)， 頭部組件具有接線片和導(dǎo)體。
圖17示出根據(jù)本發(fā)明一個實施例構(gòu)造的電化學(xué)電池芯和頭部組件的一種結(jié)構(gòu)， 頭部組件具有接線片和導(dǎo)體。
圖18示出根據(jù)本發(fā)明一個實施例構(gòu)造的電化學(xué)電池芯的疊層結(jié)構(gòu)。
本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，為了簡單和清楚而示出附圖中的元件，不一定按比例繪制。例如，可將附圖中某些元件的尺度相對于其他元件夸大，以幫助改善對本發(fā)明實施例的理解。
具體實施方式
下面詳細(xì)描述本發(fā)明的實施例。參照附圖，全部視圖中相同的附圖標(biāo)記表示相似的部件。如同這里的說明書和全部權(quán)利要求中使用的，以下術(shù)語采用在此明確相關(guān)的含義， 除非上下文清楚地另有所指“個”(不定冠詞)、和“所述”(定冠詞)的含義包括多個的含義，“中”的含義包括“在…中”和“在…上”。諸如第一和第二、頂部和底部等等相關(guān)術(shù)語可僅用于將一個實體或動作與另一個實體或動作區(qū)分開，不一定要求或暗示這些實體或動作之間任何實際上的這種關(guān)系或順序。此外，這里在括號中示出的參考標(biāo)識符表示除了討論的附圖之外的附圖中所示的部件。例如，當(dāng)討論圖A時論及裝置(10)將表示除了圖A之外的附圖中所示的元件10。
本發(fā)明的實施例提供構(gòu)造為釋放減少的磁場發(fā)射的電化學(xué)電池芯和對應(yīng)的電池。 在一個實施例中，諸如鋰離子電池芯或鋰聚合物電池芯這樣的電化學(xué)電池芯配置了到陰極和陽極的電接線片連接，陰極和陽極被置于電池芯疊層的同一端，因此遍及電化學(xué)電池芯中陽極中流動的電流在方向上趨于與陰極中流動的電流相反，但是在幅值上基本上相似。 因此，陰極層產(chǎn)生的磁場趨于抵消陽極層產(chǎn)生的磁場，從而減少總體磁發(fā)射。
電化學(xué)電池芯通常由正電極(陰極)、負(fù)電極(陽極)以及防止這兩個電極接觸的隔離件制成。雖然隔離件將陰極和陽極物理地分離，但是隔離件允許離子從中通過。下面參照圖1，其中示出電化學(xué)電池芯中找到的典型電極層組件的側(cè)面剖視圖。
電極100包括隔離件112，隔離件112具有頂部114和底部116。隔離件112的頂部114上設(shè)置有電化學(xué)活性材料的第一層118。例如，在鎳金屬氫化物電池中，第一層118 可以是現(xiàn)有技術(shù)公知的金屬氫化物電荷存儲材料的層?；蛘撸谝粚?18可以是鋰電池中一般采用的鋰或嵌鋰材料。
第一層118上面設(shè)置集流層120。集流層可由現(xiàn)有技術(shù)公知的多種金屬或合金的任何一種制成。這種金屬或合金的示例例如包括鎳、鋁、銅、鋼、鍍鎳鋼、鎂摻雜鋁等等。集流層120上面設(shè)置有電化學(xué)活性材料的第二層122。
電化學(xué)電池芯通過隔離件在電極之間傳輸離子，來存儲和釋放能量。例如，在放電過程中，在電極之間發(fā)生電化學(xué)反應(yīng)。這種電化學(xué)反應(yīng)導(dǎo)致通過隔離件傳輸離子，并使得電子聚集在電池芯的負(fù)端子處。當(dāng)連接到負(fù)載(例如電子裝置)時，電子通過負(fù)載中的電路從負(fù)極流向電池芯的正端子。(當(dāng)電流從陰極流向陽極時在電路圖中示出這一點。)當(dāng)電化學(xué)電池芯充電時，發(fā)生相反的過程。因此，為了對電子裝置供電，可將這些電子從電池芯釋放到電子裝置。通常通過耦合導(dǎo)體(例如導(dǎo)電箔帶)實現(xiàn)這一點，通俗地講，有時候?qū)Ⅰ詈蠈?dǎo)體稱為到各個層的“接線片”。圖2中示出這種接線片。
下面參照圖2，其中示出像圖1中的電極疊層那樣在卷芯構(gòu)造中組裝的電極疊層， 從而制造可再充電的電池芯。在圖2中，提供兩個電極240和260，如上所述。例如由電化學(xué)活性負(fù)電極材料的層來制造電極240，同時由電化學(xué)活性正電極材料的層來制造電極260。 注意，當(dāng)最初構(gòu)造電池芯時電極240和260的任一個可以是電化學(xué)活性的。第一接線片280連接到一個電極240，而第二接線片290連接到另一個電極260。 這些接線片280和290可連接到各個電極240和260的集流器。
電極240和260被配置為疊層關(guān)系，將接線片280和290設(shè)置在疊層的相對邊緣上。之后，將疊層卷成卷270，用于隨后插入電化學(xué)電池芯容器。容器的剖面通常是橢圓形、 矩形或者圓形，有單一的開口和蓋子。這與普通的垃圾桶相似。
如圖2所示的現(xiàn)有技術(shù)電池芯通過將接線片280和290設(shè)置在電極240和260的相對端上制成。這導(dǎo)致兩個電極240和260在激活時基本上在相同的方向上承載電流。根據(jù)右手定則，這種同向電流產(chǎn)生大的螺旋磁場，因為每個電極240和260產(chǎn)生的場是相加的。圖5更清楚地示出這一點。
一旦完成卷芯，就將其插入圖3所示的金屬容器322。在這種圓柱形構(gòu)造中，金屬容器322包括金屬連接器326，金屬連接器326可用作所得電池的陰極端子。金屬容器322 本身經(jīng)常用作陽極端子。在這種構(gòu)造中接線片(280，290)連接到金屬連接器326和金屬容器322。在諸如矩形或橢圓形電池這樣的替代性構(gòu)造中，接線片(280，290)可連接到連接器組件330，而不是容器上的金屬連接器。
在任一種情況下，觀察卷芯可看到多個層隔離件332、第一電極328和第二電極 336。根據(jù)這種結(jié)構(gòu)，如果需要的話可將集流器338或網(wǎng)格添加到裝置。集流器338可由金屬或合金形成，例如銅、金、鐵、錳、鎳、鉬、銀、鉭、鈦、鋁、鎂摻雜鋁、銅合金或鋅。
下面參照圖4，其中示出現(xiàn)有技術(shù)的卷芯400，帶有如圖2構(gòu)造的接線片401、402。 卷芯400將被插入金屬容器，如上所述。圖4的現(xiàn)有技術(shù)組件包括第一金屬連接器403和接線片404，第一金屬連接器403用作外部陰極，接線片404用于將第一金屬連接器403連接到第一接線片401。絕緣體405被設(shè)置為將第一金屬連接器403與第二接線片402絕緣。 位于卷芯400—端的平坦頂部絕緣體為公知技術(shù)，如授予Zayatz的美國專利No. 6，317，335 所述。
在工作時圖4的卷芯400產(chǎn)生較大量的磁場噪聲。該噪聲以dBA/m為單位來測量， 并隨著電流的增加而增加。此外，就像電池芯用于GSM裝置(例如移動電話)的情況，當(dāng)電流脈動時，噪聲加劇。
下面參照圖5，其中示出處于未卷繞形式下的圖4的卷芯400。這種未卷繞圖示對顯示這種構(gòu)造怎樣產(chǎn)生磁場噪聲是有用的。當(dāng)有負(fù)載時，陽極電流從接線片401流出，接線片401連接到用作陽極的電極260。在圖5的視圖中陽極電流501 —般根據(jù)梯度從左流向右。因為接線片401連接到陽極的上部，所以陽極電流501趨于從陽極的左上部流向陽極的右下部。
當(dāng)這種情況發(fā)生時，根據(jù)右手定則，將產(chǎn)生第一磁場503。當(dāng)離子在電解質(zhì)中通過隔離件流向用作陰極的電極240時，第一磁場503在接線片401附近最大，遠(yuǎn)離接線片401后變小。
轉(zhuǎn)向用作陰極的電極240，接線片402連接到陰極的右側(cè)。當(dāng)有負(fù)載時，陰極電流 502流向接線片402，在圖5的視圖中陰極電流502根據(jù)電荷梯度從左流向右。在圖5的視圖中陰極電流502 —般從左流向右。在圖5的說明性實施例中，陰極電流502趨于從陰極的左下部流向陰極的右上部。
當(dāng)這種情況發(fā)生時，根據(jù)右手定則，將產(chǎn)生第二磁場504。當(dāng)電子通過電解質(zhì)從用作陽極的電極260流過隔·離件時，第二磁場504在接線片402附近最大，遠(yuǎn)離接線片402較小。
如圖5所不，由于電池芯的構(gòu)造,第一磁場503和第二磁場504是相加的。雖然將陽極電流501和陰極電流502示出為箭頭，但是當(dāng)電池芯用于時變負(fù)載例如移動電話中的 GSM收發(fā)器時，所得交變磁場將本身顯示為外來噪聲。這種噪聲可產(chǎn)生大的基帶磁場。
下面參照圖6，其中示出向測試GSM負(fù)載遞送電流時，通過圖5的構(gòu)造產(chǎn)生的磁場 (503，504)的剖面的圖示。圖示601示出X方向上測量的磁場的剖面，而圖示602示出Y方向上測量的磁場的剖面。線條603示出最強(qiáng)的場，而線條607示出最弱的場。線條605示出中等強(qiáng)度的場。
圖示601和602中的每個測量都以O(shè)dB即I安培每米為基準(zhǔn)。在圖示601中，最大場是8. 49dB，而最小場是-29. 75dB。在圖示602中，最大場是4. 07dB，而最小場是-30. 23d。
如圖所示，當(dāng)有時變負(fù)載電流時，卷芯(400)的電極繞組與接線片(401，402)—起產(chǎn)生電流回路，電流回路產(chǎn)生基帶磁場噪聲的大輪廓線。在將卷芯結(jié)合到具有安全電路的電池中，利用附圖的電路板組件的設(shè)計，磁場噪聲會進(jìn)一步加劇。在工作于遙感線圈模式下的助聽器中，電池的磁場發(fā)射會劣化助聽器中的信噪比。
本發(fā)明的實施例提供電池芯和電池結(jié)構(gòu)，電池芯和電池結(jié)構(gòu)提供顯著減少的磁場噪聲。在一個實施例中，電池芯結(jié)構(gòu)包括在卷繞該卷芯之前將物理地連接到陽極和陰極的接線片設(shè)置在疊層的同一端上。如果正確地放置，就可將陽極和陰極中流動的電流分布為使得它們以基本上相似的幅值基本上在相反的方向上流動，從而減輕相同方向的電流。在某些實施例中，可將接線片物理地放置為彼此疊置，防止通過將電池芯連接到連接器端子或者安全電路的接線片形成附加回路。
在某些實施例中，每個電極使用多個接線片。例如，可將兩個接線片放置在每個電極的相對端，每個接線片連接到至外部連接的導(dǎo)線。在某些實施例中，將高磁導(dǎo)磁性材料結(jié)合在電池芯部件中，例如接線片，電極或者容器。在某些實施例中，可以用高磁導(dǎo)磁性材料涂覆容器的內(nèi)壁。此外，在某些實施例中，可以用高磁導(dǎo)磁性材料涂覆電極本身。在某些實施例中，可將電池芯中的導(dǎo)電軌跡路由為使得它們的磁場抵消。在某些實施例中，可將磁場抵消線圈添加到電池結(jié)構(gòu)或容器。這些線圈用于抵消電池芯和接線片的磁場。下面結(jié)合附圖更詳細(xì)地說明每個實施例。
下面參照圖7，其中示出電極組件700的一個實施例，電極組件700適合于卷繞為卷芯，與現(xiàn)有技術(shù)的結(jié)構(gòu)相比，卷芯被構(gòu)造為顯著減少發(fā)射的磁場噪聲。圖7的電極組件 700包括電池芯疊層，電池芯疊層具有陰極701和陽極702。當(dāng)彼此層疊時，將隔離件(未示出)放置在陰極701與陽極702之間，以允許在充電和放電過程中電子來往于陰極701與陽極702之間。
第一電導(dǎo)體703連接到陰極701，在圖7中第一電導(dǎo)體703被示出為通過鋁箔或其他導(dǎo)電材料制成的導(dǎo)電接線片。如圖7所示，第一電導(dǎo)體703連接在電池芯疊層的第一端 705處。電池芯疊層包括第一端705和第二端706。
第二電導(dǎo)體704連接到陽極702，在圖7中第二電導(dǎo)體704也被示出為通過鋁箔或銅或其他相似材料制成的導(dǎo)電接線片。如圖7所示，第二電導(dǎo)體704就像第一電導(dǎo)體703 一樣連接到電池芯疊層的第一端705。因此,第一電導(dǎo)體703和第二電導(dǎo)體704都在電池芯疊層的同一端處分別連接到陰極701和陽極702。為了保證在頭部707處不發(fā)生短路，橋接部件708將第二電導(dǎo)體704連接到它在頭部707上的接觸件709，從而在連接到第一電導(dǎo)體 703的接觸件710與沿著頭部707的第二電導(dǎo)體704之間提供預(yù)定量的物理的分離。
當(dāng)有負(fù)載時，陰極電流711流向第一電導(dǎo)體703，在圖7的視圖中陰極電流711從左向右。陰極電流711根據(jù)取決于陰極結(jié)構(gòu)和負(fù)載的梯度流動。在圖7的視圖中陰極電流 711通常從左向右流動。在圖7的說明性實施例中，陰極電流711趨于從陰極的左下部流向陰極701的右上部。
當(dāng)這種情況發(fā)生時，根據(jù)右手定則，將產(chǎn)生第一磁場713。當(dāng)電子從陽極702通過隔離件傳輸時，第一磁場713在第一電導(dǎo)體703附近最大,遠(yuǎn)離第一電導(dǎo)體703較小。
同時，圖7的實施例中陽極電流712流動離開連接到陽極702的第二電導(dǎo)體704。 因此，在圖7的視圖中陽極電流712通常根據(jù)梯度函數(shù)從右向左流動。因為第二電導(dǎo)體704 連接到陽極702的上部，所以陽極電流712趨于從陽極702的右上部流向陽極702的左下部。
當(dāng)這種情況發(fā)生時，根據(jù)右手定則，將產(chǎn)生第二磁場714。當(dāng)電子通過隔離件去往陰極701時，第二磁場714在第二電導(dǎo)體704附近最大，遠(yuǎn)離第二電導(dǎo)體704后變小。
如圖7所不，由于電池芯結(jié)構(gòu),第一磁場71 3和第二磁場714趨于相互抵消。通過改變每個電極的尺寸和材料，連同第一電導(dǎo)體703沿著陰極701的放置以及第二電導(dǎo)體704 沿著陽極702的放置一起，設(shè)計者可以“調(diào)整”電池芯疊層，以對于特定的電池構(gòu)造將所得的磁場噪聲最小化。例如，如果設(shè)計者設(shè)計高容量的矩形電池，他可以改變第一電導(dǎo)體703和第二電導(dǎo)體704的每一個的確切放置，以對于該物理的構(gòu)造將所得的磁場噪聲最小化。
在圖7的說明性實施例中，在電池芯疊層的第一端705處將第一電導(dǎo)體703和第二電導(dǎo)體704設(shè)置為彼此疊置。注意，這只是為了解釋的目的而在圖7中使用的一個實施例。對得益于本公開的本領(lǐng)域技術(shù)人員而言顯然，本發(fā)明的實施例不限于此。例如，不是將第一電導(dǎo)體703和第二電導(dǎo)體704設(shè)置為彼此疊置，而是將它們沿著頭部707分離。如果將它們像圖7中那樣構(gòu)造，為了防止短路問題，可在它們之間設(shè)置電絕緣層715。在這種構(gòu)造中，在放電期間，電流在實際上相反的方向上跨陰極701和陽極702的相鄰區(qū)域進(jìn)行傳輸。 并且電流以基本上相同的幅值沿著陰極701和陽極702的相鄰區(qū)域傳輸通過。類似地，電流在實際上相反的方向通過第一電導(dǎo)體703和第二電導(dǎo)體704，從而減少電極組件產(chǎn)生的總體電磁場噪聲。
使用上述調(diào)整過程，設(shè)計者能夠在很大程度上減少電池芯產(chǎn)生的噪聲，不僅通過控制流過陰極701、陽極702、第一電導(dǎo)體703和第二電導(dǎo)體704的電流方向，而且通過控制相對幅值。通過改變第一電導(dǎo)體703和第二電導(dǎo)體的放置，設(shè)計者可以實現(xiàn)在其中流動的電流方向相反并且幅值幾乎相同。因為陰極701和陽極702中流動的電流隨梯度函數(shù)、陰極 701和陽極702的材料、幾何形狀以及尺寸的變化、以及第一電導(dǎo)體703和第二電導(dǎo)體704 的放置、幾何形狀以及尺寸的變化而變化，所以設(shè)計者可以在陰極701和陽極702的相鄰部分上實現(xiàn)基本上幅值相同的反向電流。
通過示例的說明，簡單地將第一電導(dǎo)體703和第二電導(dǎo)體704放置在電池芯疊層的第一端705，可以實現(xiàn)在相反方向流動的電流711、712。但是，根據(jù)本發(fā)明的實施例，通過改變第一電導(dǎo)體703和第二電導(dǎo)體704的放置，設(shè)計者可以在陽極702和陰極701的大部分長度上實現(xiàn)相反且基本上相等的電流。
下面參照圖8，其中示出當(dāng)向測試GSM負(fù)載遞送電流時，通過圖7的構(gòu)造產(chǎn)生的通過磁場的剖面的圖示。圖示801示出X方向上測量的磁場,而圖示802示出Y方向上測量的磁場。線條803示出最強(qiáng)的場，而線條807示出最弱的場。線條805示出中等強(qiáng)度的場。
如同圖6，圖示801和802中的每個測量都以O(shè)dB即I安培每米為基準(zhǔn)。在圖示 801中，最大場是-4. 81dB，而最小場是-32. 91dB。在圖示802中，最大場是-1. 06dB，而最小場是-30. 86dB。將圖8與圖6比較時，可看出測量的磁場噪聲的顯著下降。在X平面中， 在最大磁場中出現(xiàn)超過12dB的下降。在Y平面中，出現(xiàn)大約5dB的下降。
下面參照圖9，其中示出電極組件900的另一個實施例，電極組件900適合于卷繞為卷芯以及放置在容器或外殼中，與現(xiàn)有技術(shù)的結(jié)構(gòu)相比，卷芯被構(gòu)造為顯著減少發(fā)射的磁場噪聲。圖9的電極組件900包括電池芯疊層，電池芯疊層具有陰極901和陽極902。當(dāng)彼此層疊時，將隔離件(未示出)放置在陰極901與陽極902之間，以允許在充電和放電過程中離子分別傳輸來往于陰極901與陽極902之間。
第一電導(dǎo)體903連接到陰極901。如圖9所示，第一電導(dǎo)體903連接在電池芯疊層的第一端905處。電池芯疊層包括第一端905和第二端906。
第二電導(dǎo)體904連接到陽極902。如圖9所示，第二電導(dǎo)體904就像第一電導(dǎo)體 903 一樣連接到電池芯疊層的第一端905。因此,第一電導(dǎo)體903和第二電導(dǎo)體904都在電池芯疊層的同一端處分別連接到陰極901和陽極902。
第三電導(dǎo)體991在電池芯疊層的第二端906處連接到陰極901。第一橋接部件993將第三電導(dǎo)體991連接到第一電導(dǎo)體903。
第四電導(dǎo)體992在電池芯疊層的第二端906處連接到陽極902。第二橋接部件994 連接第四電導(dǎo)體992和第二電導(dǎo)體904。
在圖9的說明性實施例中，第五電導(dǎo)體981將第一橋接部件993連接到頭部907 上的接觸件910。類似地，第六電導(dǎo)體982將第二橋接部件994連接到頭部907上的接觸件 909。
在一個實施例中，將第一電導(dǎo)體903和第二電導(dǎo)體904設(shè)置為彼此疊置且在它們之間設(shè)置有電絕緣材料的可選擇層。類似地，將第三電導(dǎo)體991和第四電導(dǎo)體992設(shè)置為彼此疊置且在它們之間設(shè)置有電絕緣材料的可選擇層。此外，可將第一橋接部件993設(shè)置在第二橋接部件994上方，在它們之間設(shè)置有電絕緣材料的可選擇層。在這樣的構(gòu)造中，分別在陽極902和陰極901中流動的電流基本上幅值相同，方向相反，從而減輕任何所得的磁場噪聲發(fā)射。注意，這種“每件物體在其對應(yīng)物上方”的構(gòu)造只是一個實施例，在圖9中用于解釋的目的。對得益于本公開的本領(lǐng)域技術(shù)人員而言顯然，本發(fā)明的實施例不限于此。例如，不是將每個部件設(shè)置在其對應(yīng)物上方，而是可以提供從另一個電極的小量的分離，以例如消除對絕緣材料的需要。
當(dāng)有負(fù)載時，陰極電流911、995分別流向第一電導(dǎo)體903和第四電導(dǎo)體992，在圖 9的視圖中，對于陰極電流911是從左向右，對于陰極電流995是從右向左。注意，除了所有其他的都相同之外，這些電流911、995大約是圖7的實施例中流過相同導(dǎo)體的電流的一半，從而進(jìn)一步減少關(guān)于這些導(dǎo)體對應(yīng)地產(chǎn)生的磁場。(對陽極而言亦然)。陰極電流911、 995根據(jù)取決于陰極結(jié)構(gòu)和負(fù)載的梯度流動。在圖9的視圖中，陰極電流911、995通常從陰極901的中心部分向上和向外流動。關(guān)于導(dǎo)體電流，因為陰極電流911、995流過多個導(dǎo)體 901、991，所以沿著陰極流動的峰值電流密度大約是圖7的峰值電流密度的一半，從而進(jìn)一步減少峰值磁場發(fā)射。(對陽極而言亦然)。
當(dāng)這種情況發(fā)生時,根據(jù)右手定則,將產(chǎn)生第一磁場913、997。第一磁場913、997 在第一電導(dǎo)體903和第三電導(dǎo)體991附近最大,朝向陰極901的中心較小。
同時，在圖9的實施例中陽極電流912、996分別流動離開第二電導(dǎo)體904和第四電導(dǎo)體992。因此，在圖9的視圖中陽極電流912通常根據(jù)梯度函數(shù)從右向左流動，而陽極電流996從左向右流動。在圖9的說明性實施例中，陽極電流912、996趨于從陽極902的上角部流向下中心部。
當(dāng)這種情況發(fā)生時，根據(jù)右手定則，將產(chǎn)生第二磁場914、998。當(dāng)電子通過隔離件傳向陰極901時,第二磁場914、998在第二電導(dǎo)體904和第四導(dǎo)體992附近最大,會朝向陽極902的中心部變小。
如圖9所示，由于電池芯構(gòu)造和電導(dǎo)體903、904、991、992以及橋接部件993、994 的放置，第一磁場913、997與第二磁場914、998趨于相互抵消。此外，陽極電流912、996和陰極電流911、995趨于在方向上相反，且在幅值上基本上相似，從而減少電極組件產(chǎn)生的總體磁場噪聲。此外，導(dǎo)體903和991中的電流趨于與導(dǎo)體904和992中的電流在方向上相反，且在幅值上基本上相似，從而減少導(dǎo)體產(chǎn)生的總體磁場噪聲。這同樣適合于橋接部件 993 和 994。
下面參照圖10，其中示出向測試GSM負(fù)載遞送電流時，通過圖9的構(gòu)造產(chǎn)生的通過磁場的剖面的圖示。圖示1001示出X方向上測量的磁場,而圖示1002示出Y方向上測量的磁場。線條1003示出最強(qiáng)的場，而線條1007示出最弱的場。線條1005示出中等強(qiáng)度的場。
如同圖6和圖8，圖示1001和圖示1002中的每個測量都以O(shè)dB即I安培每米為基準(zhǔn)。在圖示1001中，最大場是-7. 39dB，而最小場是-33. 42dB。在圖示1002中，最大場是-5. 97dB，而最小場是-30. 49dB。將圖10與圖6比較時，可看出測量的磁場噪聲的顯著下降。在X平面中，在最大磁場中出現(xiàn)大約15dB的下降。在Y平面中，出現(xiàn)超過9dB的下降。
如上所述，接線片的放置和電池芯疊層結(jié)構(gòu)的配置可以在很大程度上減少當(dāng)卷繞為卷芯以及放置在外殼(例如圖4所示的容器)中所得電池芯發(fā)射的磁場噪聲。但是，根據(jù)本發(fā)明的其他實施例，設(shè)計者可采用附加步驟來進(jìn)一步減輕磁場噪聲。
下面參照圖11，其中示出適用于根據(jù)本發(fā)明實施例構(gòu)造的電極組件的一個電極 1100的剖視圖。在圖11中，電極1100包括電化學(xué)活性材料的層1118，例如金屬氫化物電荷存儲材料或嵌鋰材料的層。該層1118下面設(shè)置的是集流層1120。集流層1120可由多種金屬或合金的任何一種制成，包括鎳、銅、不銹鋼、銀、鋁、鍍鎳鋼、鎂摻雜鋁、銅合金或鈦。
已經(jīng)用高磁導(dǎo)材料1111的顆粒填充或注入電化學(xué)活性材料的每個層1118、1122。 高磁導(dǎo)材料1111的示例包括鎳、鈷、鎂、鉻和鐵。通過用高磁導(dǎo)材料1111注入電化學(xué)活性材料，可進(jìn)一步減少總體磁場噪聲。
下面參照圖12，其中示出適用于根據(jù)本發(fā)明實施例構(gòu)造的電極組件的另一個電極 1200的剖視圖。在圖12中，電極1200包括電化學(xué)活性材料的層1218。該層1218下面設(shè)置的是集流層1220。
在圖12中，用高磁導(dǎo)材料1211的層涂覆集流層1220。通過用高磁導(dǎo)材料1211涂覆集流層1220，可進(jìn)一 步減少總體磁場噪聲。當(dāng)然，根據(jù)本發(fā)明的實施例，也可以構(gòu)造采用高磁導(dǎo)注入的圖11的實施例與圖12的實施例的組合。
下面參照圖13，其中示出根據(jù)本發(fā)明實施例構(gòu)造的電極組件1300的一個實施例， 電極組件1300被設(shè)置在外殼1301中，為了說明的目的將外殼1301構(gòu)造為容器。為了進(jìn)一步減少發(fā)射的磁場噪聲，在該說明性實施例中，用高磁導(dǎo)材料1302涂覆外殼1301。雖然在圖13的說明性實施例中涂覆外殼1301的內(nèi)壁，但是對得益于本公開的本領(lǐng)域技術(shù)人員而言顯然，本發(fā)明的實施例不限于此。例如，可以同樣地用高磁導(dǎo)材料1302涂覆外殼1301的外表面。此外，也可以用高磁導(dǎo)材料1302涂覆外殼1301的內(nèi)表面和外表面兩者。
下面參照圖14至圖17，其中示出構(gòu)造為進(jìn)一步減少發(fā)射的磁場噪聲的電池部件結(jié)構(gòu)的實施例。在這一點上，本發(fā)明的實施例的重點在于電池芯結(jié)構(gòu)以及高磁導(dǎo)材料的結(jié)合。圖14至圖17的實施例關(guān)注導(dǎo)電軌跡的設(shè)計，導(dǎo)電軌跡從電池芯頭部上的接觸件延伸到關(guān)于總體電池封裝在外部設(shè)置的接觸件塊。
從圖14開始，其中示出電池封裝1400，電池封裝1400具有陽極接觸件1401和陰極接觸件1402，在電池封裝1400中陽極接觸件1401和陰極接觸件1402沿著頭部設(shè)置?；仡櫳鲜鰣D7的討論，在某些實施例中，在陽極接觸件1401與陰極接觸件1402之間需要預(yù)定距離(710)。為了幫助在這樣的構(gòu)造中減輕磁場噪聲的發(fā)射，將接觸件塊1408的負(fù)端子 1403和正端子1404緊密放置在一起。這種放置用于將導(dǎo)體1405、1406產(chǎn)生的任何電流回路的面積最小化，導(dǎo)體1405、1406分別從陽極接觸件1401延伸到負(fù)端子1403以及從陰極接觸件1402延伸到正端子1404?；芈返淖钚』糜趯㈦姵胤庋b1400發(fā)射的外部磁場最小化。
下面參照圖15，其中示出根據(jù)本發(fā)明實施例構(gòu)造的另一種電池封裝1500。在圖15 中，由于設(shè)計的限制，不能沿著接觸件塊1508以相鄰的關(guān)系來放置負(fù)端子1503和正端子 1504。當(dāng)電池封裝1500連接的電子裝置需要這種接觸件塊構(gòu)造時，可發(fā)生這種情況。
為了在這種情況下減輕發(fā)射的磁場噪聲，在本發(fā)明的一個實施例中，可將來自電池芯一個極性的導(dǎo)體1505在部分回路或線圈中路由穿過頭部1507，從而更接近第二極性的導(dǎo)體1506。這種安排用于減少所得電流回路的任何包括的面積，從而減少外部發(fā)射的磁場。每個導(dǎo)體1505、1506用作將負(fù)端子1503和正端子1504連接到電池芯中的電化學(xué)活性層和集流器層的電導(dǎo)體，負(fù)端子1503和正端子1504是沿著外殼設(shè)置的導(dǎo)電表面。
下面參照圖16和圖17，其中示出根據(jù)本發(fā)明實施例構(gòu)造的附加電池封裝1600、 1700。在圖16和圖17中，優(yōu)選將線圈1608、1708放置在電池芯上面或周圍，以進(jìn)一步減少磁場噪聲，線圈1608、1708包括一阻或多阻導(dǎo)電材料。每個線圈1608、1708被布置在外殼中或外殼上，使得在電池封裝的放電過程中，減少電化學(xué)活性層、集流器層以及電導(dǎo)體的組合中產(chǎn)生的磁場。
線圈1608、1708與陰極接觸件1602、1702或者陽極接觸件1601、1701串聯(lián)連接。 通過形狀、放置以及線匝數(shù)的設(shè)計可將每個線圈1608、1708最優(yōu)化，使得通過每個電池芯發(fā)射的磁場幾乎全部抵消?；蛘撸绻诖竺娣e內(nèi)抵消磁場不可行，可將線圈1608、1708的形狀設(shè)計為在遠(yuǎn)離電池、由設(shè)計者指定的特定區(qū)域中抵消發(fā)射的磁場，例如在助聽器嘗試工作的耳機(jī)揚聲器附近。在一個實施例中，沿著每個電池封裝1600、1700的外殼設(shè)置線圈1608、1708。外殼的類型可用于確定線圈1608、1708是連接到陽極接觸件1601、1701還是陰極接觸件1602、 1702。如果外殼由鋼制成，則通常將外殼與正端子1704絕緣。因此，如果沿著外殼設(shè)置線圈 1708，則線圈應(yīng)當(dāng)連接到陽極接觸件1701。如果外殼由鋁制成，則外殼通常與負(fù)端子1603 絕緣。因此，如果沿著外殼設(shè)置線圈1608，則線圈應(yīng)當(dāng)連接到陰極接觸件1602。
在這一點，為了說明的目的，本發(fā)明的實施例旨在卷芯結(jié)構(gòu)中構(gòu)造的電極-隔離件-電極疊層。但是，對得益于本公開的本領(lǐng)域技術(shù)人員而言顯然，本發(fā)明的實施例不限于此。例如，下面參照圖18，其中示出根據(jù)本發(fā)明實施例構(gòu)造的折疊結(jié)構(gòu)。
在圖18中，不是利用卷芯結(jié)構(gòu)而是利用折疊結(jié)構(gòu)來構(gòu)造電池芯1800。盡管是利用折疊結(jié)構(gòu)構(gòu)造，仍然在電池芯的同一端1805處將接線片1801、1802連接到陽極1803和陰極1804。雖然為了說明的目的示出并排結(jié)構(gòu)，但是在一個實施例中將接線片1801、1802設(shè)置為正好彼此疊置。因為這個原因或那個原因，在不能將接線片1801、1802放置為正好彼此疊置的情況下，就將其放置為彼此接近一之間有小間距一也是有效的。
在前面的說明書中，描述了本發(fā)明的特定實施例。但是，本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，在不脫離所附權(quán)利要求書提出的本發(fā)明范圍的情況下可做出各種修改和變化。因此，雖然示出并描述了本發(fā)明的優(yōu)選實施例，但是顯然本發(fā)明不限于此。在不脫離所附權(quán)利要求書限定的本發(fā)明精神和范圍的情況下，本領(lǐng)域技術(shù)人員可構(gòu)思多種修改、變化、改變、替代和等同物。因此，說明書和附圖應(yīng)當(dāng)視作說明性而不是限制性的含義，并且所有這種修改都要包括在本發(fā)明的范圍內(nèi)?？蓪?dǎo)致任何好處、優(yōu)點、或解決方案出現(xiàn)或變得更明確的好處、 優(yōu)點、問題的解決方案和任何要素(多個要素)都不視作任何或全部權(quán)利要求的關(guān)鍵、必須或基本特征或要素。·
權(quán)利要求
1.一種用于電池的電極組件，所述電極組件包括電池芯疊層，包括陰極、陽極和它們之間的隔離件，所述電池芯疊層具有第一端和第二端;第一電導(dǎo)體，在所述電池芯疊層的第一端處連接到所述陽極；以及第二電導(dǎo)體，在所述電池芯疊層的第一端處連接到所述陰極；其中在放電過程中，電流通過所述第一電導(dǎo)體和所述第二電導(dǎo)體，并在基本上相反的方向上以基本上相似的幅值穿過所述陰極和所述陽極，從而減少由所述電極組件產(chǎn)生的磁場噪聲。
2.權(quán)利要求1的電極組件，其中在所述第一端處將所述第一電導(dǎo)體和所述第二電導(dǎo)體設(shè)置為彼此疊置，所述電極組件進(jìn)一步包括設(shè)置在所述第一電導(dǎo)體與所述第二電導(dǎo)體之間的電絕緣層。
3.權(quán)利要求1的電極組件，其中所述電池芯疊層被卷繞為卷芯。
4.權(quán)利要求1的電極組件，其中所述電池芯被折疊。
5.權(quán)利要求1的電極組件，進(jìn)一步包括第三電導(dǎo)體，在所述電池芯疊層的第二端處連接到所述陽極；以及第四電導(dǎo)體，在所述電池芯疊層的第二端處連接到所述陰極；其中將所述電極組件構(gòu)造為使得在放電過程中在所述陽極中流動的第一電流與在所述陰極中流動的第二電流基本上相反且幅值基本上相似。
6.權(quán)利要求5的電極組件,進(jìn)一步包括外殼，其中所述電極組件被設(shè)置在所述外殼中；通過第一橋接連接器在所述外殼中將所述第一電導(dǎo)體和所述第三電導(dǎo)體連接在一起；以及通過第二橋接連接器在所述外殼中將所述第二電導(dǎo)體和所述第四電導(dǎo)體連接在一起。
7.權(quán)利要求6的電極組件，其中所述第一橋接連接器和所述第二橋接連接器被設(shè)置為彼此疊置且其間具有電絕緣層。
8.權(quán)利要求6的電極組件，進(jìn)一步包括第五電導(dǎo)體，在所述電池芯疊層的第一端與所述電池芯疊層的第二端之間連接到所述第一橋接連接器和所述陽極；以及第六電導(dǎo)體，在所述電池芯疊層的第一端與所述電池芯疊層的第二端之間連接到所述第二橋接連接器和所述陰極。
9.權(quán)利要求1的電極組件，進(jìn)一步包括外殼和頭部，所述電極組件被設(shè)置在所述外殼中，所述頭部至少具有連接到所述陽極的第一電接觸件以及連接到所述陰極的第二電接觸件。
10.權(quán)利要求9的電極組件，進(jìn)一步包括在所述陽極與所述第一電接觸件之間或者所述陰極與所述第二電接觸件之間中的一種或多種位置中設(shè)置的一個或多個導(dǎo)體匝，所述一個或多個導(dǎo)體匝被構(gòu)造為進(jìn)一步減少所述磁場噪聲。
11.權(quán)利要求10的電極組件，其中所述一個或多個導(dǎo)體匝沿著所述頭部設(shè)置。
12.權(quán)利要求10的電極組件，其中所述一個或多個導(dǎo)體匝沿著所述外殼設(shè)置。
13.權(quán)利要求9的電極組件，其中所述外殼被涂覆高磁導(dǎo)材料。
14.權(quán)利要求1的電極組件，其中所述陽極或所述陰極中的一個或多個被注入高磁導(dǎo)材料。
15.權(quán)利要求1的電極組件，其中所述陽極或所述陰極中的一個或多個被涂覆高磁導(dǎo)材料。
16.一種電池封裝，包括陽極；陰極；隔離件，設(shè)置在所述陽極與所述陰極之間；以及電導(dǎo)體，將在所述電池封裝外部設(shè)置的端子分別連接到所述陽極和所述陰極；其中，在所述電池封裝中將所述電導(dǎo)體配置為使得在所述電池封裝的放電過程中，通過使得所述陽極和所述陰極中的電流以基本上相似的幅值在相反方向上流動，減少由所述陽極、所述陰極以及所述電導(dǎo)體的組合在所述電池封裝中產(chǎn)生的磁場。
17.權(quán)利要求16的電池封裝，其中所述陰極、所述陽極以及所述隔離件被配置在疊層中，其中所述電導(dǎo)體在所述疊層的一端處分別連接到所述陽極和所述陰極。
18.權(quán)利要求17的電池封裝，進(jìn)一步包括在所述疊層的另一端處連接到所述陽極和所述陰極的附加電導(dǎo)體，從而將所述疊層構(gòu)造為使得在所述疊層的每一端處流過所述陽極和所述陰極的電流基本上方向相反且基本上幅值相同。
19.權(quán)利要求17的電池封裝，其中所述電池封裝的外殼、所述陽極或所述陰極、或者所述電導(dǎo)體的一個或多個包括設(shè)置在其中或其上的高磁導(dǎo)材料。
20.權(quán)利要求17的電池封裝，進(jìn)一步包括設(shè)置在所述疊層與所述端子之間的一匝或多匝電導(dǎo)體材料。
全文摘要
一種具有減少的磁發(fā)射噪聲的電池封裝，包括其中設(shè)置有電極組件(700)的外殼。電極組件(700)包括電池芯疊層，電池芯疊層包括陰極(701)、陽極(702)和它們之間的隔離件。電極組件(700)的電池芯疊層具有第一端(705)和第二端(706)。第一電導(dǎo)體(703)在電池芯疊層的第一端(705)處連接到陽極(702)。第二電導(dǎo)體(704)在電池芯疊層的第一端(705)處連接到陰極(701)。在放電過程中，電流(711，712)通過第一電導(dǎo)體(703)和第二電導(dǎo)體(704)，并在基本上相反的方向上以基本上相似的幅值穿過陰極(701)和陽極(702)，從而減少電極組件(700)產(chǎn)生的磁場噪聲。
文檔編號H01M4/62GK103003980SQ201180020520
公開日2013年3月27日 申請日期2011年9月15日 優(yōu)先權(quán)日2010年10月31日
發(fā)明者侯賽因·馬利基, 邁克爾·弗倫策爾, 杰拉爾德·A·哈爾馬肯, 吉姆·克勞斯 申請人:摩托羅拉移動有限責(zé)任公司