电池和包括所述电池的装置 【技术领域】
本发明涉及电池技术， 尤其涉及一种电池和包括所述电池的装置。背景技术 便携式的电子产品越来越多的出现在人们的日常生活中， 例如手机、 笔记本电脑、 IPAD 等。这些便携式的电子产品通常采用电池作为储电装置， 为了使电子产品的性能 ( 例 如， 重量轻、 体积小等性能 ) 更加优异， 电池技术成为人们研究的热点。
在公告号 CN201628925U 的中国专利中就公开了一种使用电池的笔记本电脑， 参 考图 1， 示出了所述中国专利中笔记本电脑一实施例的示意图。如图 1 所示， 所述笔记本电 脑 4 包括电脑主体和电池 3， 所述电池 3 与电脑主体相互独立， 在对电池 3 进行充电时， 将电 池 3 装配于笔记本电脑 4 底座中的电池卡槽中， 通过电源对电池 3 充电， 所述笔记本电脑 4 可依靠电池 3 所储存的电量运行数小时。
然而， 在现有技术中， 笔记本电脑中电池的重量会占据笔记本电脑重量的 15％以 上， 同时， 由于电池具有一定的厚度， 对制造超薄笔记本电脑造成较大的难度。
不仅仅是笔记本电脑， 对于其他便携式电子产品而言， 如何减小电池的体积， 以提 高电子产品的便携性是本领域技术人员亟待解决的问题。
发明内容
本发明解决的问题是提供一种体积较小的电池和使用所述电池的装置。
为解决上述问题， 一种电池， 包括电池外壳， 位于电池外壳内至少一组电池组， 所 述电池组包括正电极片， 与正电极片相对设置的负电极片， 填充于正电极片、 负电极片、 电 池外壳所围成空间内的凝胶聚合物电解质。
所述正电极片和负电极片的材料包括石墨烯。
所述正电极片和外壳之间、 负电极片和外壳之间填充有绝缘材料。
所述正电极片和外壳之间、 负电极片和外壳之间还填充有散热材料。
所述正电极片和外壳之间、 负电极片和外壳之间还填充有阻燃材料。
所述正电极片和负电极片的材料还包括镍氧化合物、 锂离子导电聚合物、 铁离子 导电聚合物、 导电剂、 活性炭。
所述正电极片和负电极片为长方形薄片， 所述正电极片的端点处设置有正电极引 出端， 所述负电极片在与所述正电极片同一边的另一端点处设置有负电极引出端。
所述正电极片和负电极片为长方形薄片， 所述正电极片和负电极片在同一边的两 个端点处分别设置有一电极引出端。
包括两组以上电池组， 电池组之间填充有绝缘隔膜。
相应地， 本发明提供一种包括所述电池的装置， 所述装置包括装置外壳， 所述电池 的外壳为装置外壳。
与现有技术相比， 本发明具有以下优点 ：1. 电池采用凝胶聚合物电解质， 可适用于不同形状的电池外壳， 使电池可集成于 具有不同形状外壳的装置中 ；
2. 电池采用石墨烯作为电极片的材料， 石墨烯材质轻薄， 减小了电池的体积和重 量；
3. 电池采用凝胶聚合物电解质、 采用石墨烯作为电极片， 可提高电池的使用寿 命；
4. 采用多正电极片、 多负电极片的结构可以增加电池的容量。 附图说明
图 1 是现有技术中笔记本电脑一实施例的示意图 ； 图 2 是本发明电池一实施例的示意图 ； 图 3 是本发明电池另一实施例的示意图 ； 图 4 是图 2 所示正电极片、 负电极片一实施例的示意图 ； 图 5 是图 2 所示正电极片、 负电极片另一实施例的示意图。具体实施方式 如背景技术所描述的， 现有技术中电池体积较大， 并且电池和电子产品相互分离 造成电子产品的集成性较差， 从而使电子产品不利于携带。
针对上述问题本发明提供一种电池， 所述电池采用超薄外壳， 以减小电池体积 ； 本 发明还提供一种使用所述电池的装置， 所述装置具有外壳， 所述装置的外壳即为电池的外 壳， 从而提高了装置的集成性， 进而提高了装置的便携性。
为使本发明的上述目的、 特征和优点能够更加明显易懂， 下面结合附图对本发明 的具体实施方式做详细的说明。
在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明， 但是本发明还可以 采用其他不同于在此描述的其它方式来实施， 因此本发明不受下面公开的具体实施例的限 制。
参考图 2 示出了本发明电池一实施例的示意图。 所述电池包括电池外壳 101、 位于 电池外壳 101 内的第一电池组， 所述第一电池组包括第一正电极片 103， 位于电池外壳 101 内、 且与第一正电极片 103 相对设置的第一负电极片 105， 所述第一正电极片 103、 第一负电 极片 105 和电池外壳 101 所围成空间内填充有凝胶聚合物电解质 107， 其中，
电池外壳 101 为厚度小于 12mm 的超薄外壳， 通常通过注塑、 冲压方法形成， 具体 地， 所述外壳的材料可以使用 ABS 工程塑料、 钛合金、 碳纤碳纤维材料或镁铝合金等。具有 超薄电池外壳的电池体积较小。
所述第一正电极片 103 和第一负电极片 105 分别于连接电源的正极、 负极， 以对电 池进行充电。所述第一正电极片 103 和第一负电极片 105 的材料相同， 主要包括石墨烯， 还 包括镍氧化物、 锂离子导电聚合物、 铁离子导电聚合物、 导电剂、 活性炭等。
其中， 石墨烯是近期引起研究人员较为关注的材料之一， 单层的石墨烯只有 0.335nm 的厚度， 实际应用中， 可以通过对多个单层的石墨烯进行堆叠， 以获得微米级厚度 的正电极片或负电极片 ； 此外， 所述石墨烯为一种没有能隙的半导体材料， 其载流子迁移率
为 2×10cm/V， 比硅的载流子迁移率高 100 倍， 并且所述石墨烯在室温下具有微米级自由程 和相干长度， 适合用于纳米电路中 ； 更进一步地， 石墨烯具有导热性较好 ( 热导率为 3000W/ (m·K))、 比表面积 (2630m/g) 大、 强度高 (110GPa) 的优点。基于上述优点， 发明人将石墨 烯用作正电极片、 负电极片的主要组成材料。
发明人通过实验发现， 采用石墨烯作为电池正电极片、 负电极片的材料， 可使电池 的功率密度达到 10Kw/kg， 能量密度达到 28.5Wh/kg， 最大比电容达到 205F/g， 同时， 所述电 池经过 1200 次循环的充放电之后还保留有 90％的比电容， 也就是说所述电池具有较长的 循环寿命， 进而可以避免过多废弃电池所造成的环境污染问题。
石墨烯材料轻薄， 使用石墨烯作为电池正电极片、 负电极片可以减小电池的体积。
所述凝胶聚合物电解质 107 是将溶剂溶于基体而形成的一种电解质， 具有室温时 为凝胶、 高温时为溶胶的特性， 实际应用中， 可以按照不同的溶剂与基体的比例， 获得符合 设计需求的电导率、 粘度以及溶胶和凝胶转变温度等参数。所述凝胶聚合物电解质 107 具 有液体电解质电导率高、 界面能低的优点， 同时还具有固体电解质长程稳定性好的优点。 本 实施例中， 所述凝胶聚合物电解质 107 为聚烯烃多孔膜， 参杂少量碱金属盐。
由于凝胶聚合物电解质 107 在未使用时为凝胶， 呈固态， 所以凝胶聚合物电解质 107 可适用于不同形状的电池外壳， 因此， 电池可集成于具有不同形状外壳的装置中。
同时， 凝胶聚合电解质 107 泄露的可能性非常小， 从而可以避免电解质泄露造成 的对外壳的伤害， 优于液态电解质。
此外， 发明人通过实验发现， 采用凝胶聚合物电解质 107 的电池在 200 次左右的循 环放电后， 还可剩余 82％以上的容量， 也就是说凝胶聚合物电解质 107 可以使电池具有较 高的能量密度。 那么， 与其他电解质相比， 电池使用较少量的凝胶聚合物电解质 107， 即可实 现同等的电池容量， 从而可以减小电池的体积和重量。所述第一正电极片 103 和电池外壳 101 之间、 第一负电极片 105 和电池外壳 101 之间设置有填充物 109， 通常所述填充物 109 为绝缘材料 ；
较佳地， 为了使使用电池的装置不会因发热而无法正常运行， 所述填充物 109 还包括散热材料， 所述散热材料通常为高散热性高分子材料， 具体地， 包括体积百分比为 10 ～ 35％的混合碳纤维和体积百分比为 1 ～ 20％的陶瓷。 为了减小电池的重量， 所述陶瓷 还可以他替换为其他材料， 例如 ： 氧化铝、 氮化铝、 氮化硼、 氮化硅等。 通过使用散热材料， 可 以使电池在使用时具有更高的安全性 ；
较佳地， 所述填充物 109 还包括阻燃材料， 所述阻燃材料包括阻燃玻璃纤维、 无机 材料、 阻燃剂、 固体剂等， 添加有阻燃材料的电池适用于诸如汽车等的大型设备上， 具有遇 火不燃等的优点 ；
较佳地， 所述填充物 109 还可以包括纳米级氧化钛， 以达到增强抗紫外、 光催化触 媒的效果， 还可以具有抗菌、 保持空气清洁的优点 ；
较佳地， 所述填充物 109 还可以包括纳米级氧化硅， 以增稠抗腐蚀性 ；
较佳地， 所述填充物 109 还可以包括纳米级氧化锌， 以增强强度、 致密性、 粘合性 和光洁度 ；
较佳地， 所述填充物 109 还可以包括纳米抗菌材料， 以实现抗菌和防霉的效果 ；
较佳地， 所述填充物 109 还可以包括纳米级氧化铝， 增强耐磨和耐水的性能 ；较佳地， 所述填充物 109 还可以包括纳米级氧化镁， 以增强防火性能。
所述填充物 109 可使电池具有耐腐蚀、 机械强度高、 使用寿命长等的优点。
上述材料中的一种或多种混合在一起， 形成填充物 109。
参考图 3 示出了本发明电池另一实施例的示意图。 所述电池包括电池外壳 201、 位 于所述电池外壳 201 内第一电池组， 所述第一电池组包括第一正电极片 203， 位于所述电池 外壳 201 内、 且与所述第一正电极片 203 相对设置的第一负电极片 207， 所述第一正电极片 203、 第一负电极片 207 和电池外壳 201 所围成空间内填充有凝胶聚合物电解质 205 ；
所述电池还包括位于电池外壳 201 内的第二电池组， 所述第二电池组包括与第一 负电极片 207 相对设置的第二正电极片 209， 位于电池外壳 201 内、 且与第二正电极片 209 相对设置的第二负电极片 213， 所述第二正电极片 209、 第二负电极片 213 和电池外壳 201 所围成空间内填充有凝胶聚合物电解质 211 ； 所述第一正电极片 203 和电池外壳 201 之间、 第二负电极片 213 和电池外壳 201 之间设置有填充物 202。
所述第一电池组的第一负电极片 207 和第二电池组的第二正电极片 209 之间填充 有隔膜 208， 所述隔膜 208 为绝缘材料， 使第一电池组和第二电池组绝缘。 具体地， 所述隔膜 208 可以是聚偏氟乙烯， 所述聚偏氟乙烯同时具有氟树脂和通用树脂的特性， 具有耐化学腐 蚀性、 耐高温性、 耐氧化性等优点。 需要说明的是， 本发明还可以包括第三正电极片、 第四正电极片 ...... 与第三正 电极片相对设置的第三负电极片、 与第四正电极片相对设置的第四负电极片 ...... 位于 第三正电极片和第三负电极片之间的凝胶聚合物电解质、 位于第四正电极片和第四负电极 片之间的凝胶聚合物电解质 ...... 所述第二负极片和第三正极片之间设置有绝缘隔膜， 所述第三负极片和第四负极片之间设置有绝缘隔膜。采用多正电极片、 多负电极片的结构 可以增加电池的容量， 本领域技术人员可以根据上述实施例， 对本发明进行修改、 替换和变 形。
所述正电极片上设置有与电源正极相连的正电极引出端， 所述负电极片上设置有 与电源负极相连的负电极引出端。
参考图 4 示出了本发明电池的正电极片、 负电极片一实施例的示意图。如图 4 所 示， 所述正电极片 303 和负电极片 304 为长方形薄片， 正电极片 303 的端点处 ( 如图 4 为上 边缘左侧端点处 ) 设置有正电极引出端 301， 负电极片 304 在与正电极片 303 同一边 ( 如图 4 为上边缘右侧端点处 ) 的另一端点处设置有负电极引出端 302。所述正电极引出端 301 穿过电池外壳连接于电源正极， 所述负极引出端 302 穿过电池外壳连接于电源负极。
参考图 5 示出了本发明正电极片、 负电极片另一实施例的示意图。如图 5 所示， 所 述正极片和负极片为长方形薄片， 正电极片和负电极片的结构相同， 在同一边的两个端点 ( 图 4 为上边缘左右两个端点 ) 分别设置有一电极引出端 ： 正电极引出端 401、 负电极引出 端 402， 在对电池充电时， 电源的正极连接于正电极片的正电极引出端 401， 而空置正电极 片的负电极引出端 402 ； 电源的负极连接于负电极片的负电极引出端 402， 而空置负电极片 的正电极引出端 401。
需要说明的是， 在图 4 和图 5 所示的正电极片、 负电极片的实施例中， 正电极片、 负 电极片均为长方体， 所述正电极引出端和负电极引出端位于正电极片、 负电极片的宽边的 端点上， 但是本发明并不限制于此， 还可以是长方体的长边的端点上 ； 此外， 本发明也不限
制正电极片、 负电极片的形状， 还可以是扁的圆柱体等， 本领域技术人员可以根据上述实施 例进行相应地变形、 修改和替换。
相应地， 本发明还提供一种包括上述电池的装置， 例如笔记本电脑、 汽车、 手机等， 电池固定于装置的外壳中， 所装置的外壳即为电池的外壳， 由于电池采用凝胶聚合物电解 质， 所述凝胶聚合物电解质在未使用时为凝胶， 呈固态， 所以凝胶聚合物电解质， 因此电池 可适用于不同形状的电池外壳 ( 即装置外壳 )， 电池可集成于具有不同形状外壳的装置中。
本发明使用电池装置的一实施例中， 所述装置为笔记本电脑， 所述笔记本电脑包 括外壳， 例如底座外壳。所述底座外壳即为电池外壳。所述电池的结构与图 2 或图 3 所示 的相同或其变形， 在此不再赘述。所述底座外壳 ( 电池外壳 ) 的材料通常采用 ABS 工程塑 料， 厚度在 1.8 ～ 2.2mm 的范围内， 厚度较小。
此外， 所述电池还可以设置于笔记本电脑的其他外壳中， 例如盖板外壳， 这样可以 提高使用电池的笔记本电脑的集成性， 从而减小装置体积。
本发明包括电池装置的另一实施例中， 所述装置为汽车， 所述汽车包括外壳， 例如 汽车前盖板， 所述汽车前盖板即为电池外壳， 所述汽车前盖板 ( 电池外壳 ) 的材料为厚度在 4.5 ～ 12mm 的范围内， 厚度较小， 从而减小了装置的体积。 上述实施例中， 以汽车、 笔记本电脑为例， 但是本发明并不限制于此， 还可以是手 机、 IPAD 等装置， 本领域技术人员可以根据上述实施例， 对本发明进行相应地修改、 替换或 变形。
应该理解， 此处的例子和实施例仅是示例性的， 本领域技术人员可以在不背离本 申请和所附权利要求所限定的本发明的精神和范围的情况下， 做出各种修改和更正。