1.本实用新型涉及电池技术领域，尤其涉及一种微结构薄膜电芯、电池及电池组。
背景技术：2.随着柔性电子的新兴发展，相应的柔性供电器件也得到日益增加的关注。相比于传统的柔性软包电池，将电极层和集电极层直接集成在电池包装上的柔性电池，拥有比其更低的材料成本和工艺成本，以及更高效的生产速度。
3.传统共面电池结构简单电池容量较低，而且不能实现正负电极的极耳在周围的灵活分布。在柔性电池的设置过程中，可以通过增加电池的有效面积实现提升电池容量，但是此种方式在某些对电池面积做限定的场合并不适用，会对柔性电池的使用造成影响，并且由于单极耳的位置固定，导致电池之间连接不够灵活。
4.上述内容仅用于辅助理解本实用新型的技术方案，并不代表承认上述内容是现有技术。
技术实现要素：5.本实用新型的主要目的在于提供一种微结构薄膜电芯，旨在解决现有技术中薄膜电池的电池容量较低的技术问题。
6.为实现上述目的，本实用新型提出一种微结构薄膜电芯，所述微结构薄膜电芯包括：密封胶框和设置在所述密封胶框内的电芯；所述电芯包括：绝缘层、第一电极、第二电极、第一集电极和第二集电极；
7.所述第一集电极的一侧与第一基底的下表面接触设置，所述第一集电极的另一侧设有所述第一电极，所述第二集电极的一侧与第二基底的上表面接触设置，所述第二集电极的另一侧设有所述第二电极，所述第一电极与所述第二电极的极性相反；
8.其中，所述第二电极和/或所述第一电极包括电极框，所述电极框与反极性电极连接的集电极在同一平面内的投影重合，所述电极框与所述反极性电极连接的集电极之间通过所述绝缘层隔离。
9.可选地，所述第二集电极和/或所述第一集电极的任意一边沿基底方向延伸出电池极耳。
10.可选地，所述第一集电极和/或所述第二集电极延伸出的电池极耳包括扩展集电极；
11.所述扩展集电极与反极性电极的电极框在同一平面内的投影存在重合区域。
12.可选地，所述绝缘层为绝缘胶，所述绝缘胶设置于所述扩展集电极与所述反极性的电极框之间。
13.可选地，所述微结构薄膜电芯还包括：电池引线；
14.所述电池引线设置在所述电极框下侧或电极框封装结构外侧，所述电池引线与所述集电极或所述扩展集电极连接。
15.可选地，当所述电池引线设置在所述电极框下侧时，所述电极引线为化学惰性低于一定阈值的银浆或导电高分子浆料。
16.可选地，当所述电池引线设置在所述电极框封装结构外侧时，所述电极引线为铜浆引线。
17.可选地，所述第一电极和所述第二电极组成二维分布微电极结构。
18.此外，为实现上述目的，本实用新型还提供了一种微结构薄膜电池，所述微结构薄膜电池包括：所述的微结构薄膜电芯；所述微结构薄膜电芯设置在所述密封胶框内。
19.此外，为实现上述目的，本实用新型还提供了一种电池组，所述电池组包括：预设数目的微结构薄膜电池，各微结构薄膜电池之间通过电池引线相互串联或并联。
20.本实用新型中提供一种微结构薄膜电芯、电池及电池组，该微结构薄膜电芯包括：绝缘层、第一电极、第二电极、第一集电极和第二集电极；所述第一集电极的一侧与第一基底的下表面接触设置，所述第一集电极的另一侧设有所述第一电极，所述第二集电极的一侧与第二基底的上表面接触设置，所述第二集电极的另一侧设有所述第二电极，所述第二电极和/或所述第一电极包括电极框，所述电极框与反极性电极连接的集电极在同一平面内的投影重合，所述电极框与所述反极性电极连接的集电极之间通过所述绝缘层隔离。本实用新型通过绝缘层将电极与对应反极性电极连接的集电极进行隔离，并且利用三维截面结构在第一电极和/或第二电极设置了电极框增加了电池容量。此外，通过设置扩展集电极进一步降低电池内阻，并利用扩展集电极在集电极的任意一边延伸构成电池极耳，实现电池极耳的灵活设置，进而使微结构薄膜电芯之间灵活连接。
附图说明
21.为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图示出的结构获得其他的附图。
22.图1为本实用新型微结构薄膜电芯第一实施例的结构示意图；
23.图2为本实用新型微结构薄膜电芯第二实施例的横截面示意图；
24.图3为本实用新型微结构薄膜电芯第二实施例的第一种横截面示意图；
25.图4为本实用新型微结构薄膜电芯第二实施例的第二种横截面示意图；
26.图5为本实用新型微结构薄膜电芯第三实施例中皮亚诺结构的第一电极和第一集电极的结构示意图；
27.图6为本实用新型微结构薄膜电芯第三实施例中皮亚诺结构的第二电极和第二集电极的结构示意图；
28.图7为本实用新型微结构薄膜电池的结构示意图。
29.附图标号说明：
30.标号名称标号名称10绝缘层20第一电极30第二电极40第一集电极50第二集电极21～22第一至第二电极臂
23～25第一至第三电极连接臂200电极框201～208第一至第八延伸臂100密封胶框500扩展集电极
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31.本实用新型目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。
具体实施方式
32.应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。
33.下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。
34.参照图1和图2，图1为本实用新型第一实施例提出微结构薄膜电芯的结构示意图，图2为本实用新型第一实施例提出的微结构薄膜电芯的横截面示意图；如图1和图2所示，在本实施例中，所述微结构薄膜电芯包括：密封胶框和设置在所述密封胶框内的电芯，所述微结构薄膜电芯包括：绝缘层10、第一电极20、第二电极30、第一集电极40和第二集电极50；所述第一集电极40的一侧与第一基底的下表面接触设置，所述第一集电极40的另一侧设有所述第一电极20，所述第二集电极50的一侧与第二基底的上表面接触设置，所述第二集电极50的另一侧设有所述第二电极30，所述第一电极20和所述第二电极30为二维分布结构；
35.其中，所述绝缘层10设置在所述第一电极20的电极框200与所述第二集电极50之间，所述第一电极20与所述第二集电极50在同一平面内的投影存在重合区域，该重合区域为电极框200与第二集电极50在同一平面内的投影，通过设置在所述第一电极20的电极框200与所述第二集电极50之间的所述绝缘层10可以将电极框200与第二集电极50隔离。
36.需要说明的是，微结构薄膜电芯是用于进行化学反应产生电压或电流的部分。微结构薄膜电芯包括能够完成氧化还原反应的第一电极20、第二电极30和电解液，当然还包括将产生的电压或电流引出的第一集电极40和第二集电极50。绝缘层10可以用于隔离发生电极反应的第一电极20一侧和第二电极30一侧，以防止第一电极20的一侧和第二电极30的一侧直接接触而直接反应，进而发生短路。微结构薄膜电芯的壳体可以由第一基底、第二基底以及密封胶框组成。在壳体内部设置有微结构薄膜电芯和电解液。在电池结构中电池的第一电极20和第二电极30是用于与电解质发生化学反应输出电流或电压的电极。集电极是用于从电极上引出电流或电压的电极。第一集电极40与第一电极20之间相互连接，从第一电极20上引出电流或电压。第二集电极50与第二电极30之间相互连接。其中第一电极20为正电极或负电极中的一个电极，第二电极30为另一个电极，第一电极20与第二电极30的极性相反。
37.应理解的是，电极框200为电极的延伸结构，延伸出的部分电极与预先存在的电极之间连接。通过电极框200的设置可以有效的降低电解液内部电离子的传输距离，从而提高电池的容量。此外，由于电芯为上下设置的三维结构，薄膜电池内的集电极通常设置有极耳，第一极耳与第一集电极40连接，通过第一极耳和第一集电极40将第一电极20产生的电压引出，同理第二极耳和第二集电极50可以将第二电极30上产生的电压引出。通常一个集电极上仅需设置一个极耳连接电池引线即可，而在微结构薄膜电芯组合使用时，各个微结构薄膜电芯内极耳的位置可能并不方便进行电池引线连接。此时可以通过增加集电极的面
积，在集电极上设置多个极耳分别从电池内部不同的方向引出，但是在集电极发生变化的同时可能会导致微结构薄膜电芯内的第一电极20的一侧与第二电极30的一侧之间发生接触，导致电池内部短路。因此在设置集电极和极耳时，应当考虑电池内部可能存在短路的问题。
38.参照图2，在图2中以在第一电极20与第二集电极50之间设置绝缘层10为例进行说明。在具体实施中，微结构薄膜电芯内的相反极性的电极以及集电极在同一平面内的投影并不会存在重合区域，而在本实施例中，首先通过改变集电极的结构延伸出电极框200，此时该改变结构的电极与反极性的电极或集电极在同一平面内的投影存在重合区域。在改变结构的电极与相反极性电极连接的集电极之间设置绝缘层10，通过该绝缘层10的设置可以有效的防止电芯内的第一电极20的一侧与第二电极30一层的结构之间接触。此外，参照图1和图6，电极框可以是电极臂或连接臂。以图6为例，该电极框为第一电极臂、第一至第三电极连接臂组成的电极框。通过该电极框200的设计，可以进一步降低电解液中的离子传输距离降低内阻，提升电池容量，该电极框相当于额外增加电极臂。当然在本实施例中，为了避免增加多余印刷步骤，可以直接将设定位置的胶框作为绝缘层10。在本实施例中不仅可以改变第二集电极50的结构，还可以改变第一集电极40的结构，在第一集电极40的四周设置极耳，然后在第一集电极40与第二电极30之间设置一个绝缘层10。
39.在本实施例中提供了一种微结构薄膜电芯，该微结构薄膜电芯包括：绝缘层、第一电极、第二电极、第一集电极和第二集电极；所述第一集电极的一侧与第一基底的下表面接触设置，所述第一集电极的另一侧设有所述第一电极，所述第二集电极的一侧与第二基底的上表面接触设置，所述第二集电极的另一侧设有所述第二电极，所述第一电极与所述第二集电极在同一平面内的投影存在重合区域，所述第一电极与所述第二集电极存在所述重合区域部分通过所述绝缘层隔离；所述第二电极和/或所述第一电极包括电极框。本实用新型通过绝缘层将电极与对应反极性电极连接的集电极进行隔离三维截面结构，并且在第一电极和/或第二电极设置了电极框增加了电池容量。
40.基于上述微结构薄膜电芯的第一实施例，提出本实用新型微结构薄膜电芯的第二实施例。
41.参照图2，在本实施例中，所述第一集电极40和/或所述第二集电极50的任意一边均可以沿基底方向延伸出电池极耳；所述第二集电极50和/或所述第一集电极40引出的电池极耳包括扩展集电极，所述扩展集电极500与所述电极框200对应设置。其中，所述扩展集电极500与反极性电极的电极框200在同一平面内的投影存在重合区域。扩展集电极500属于集电极一部分，扩展集电极与电极上的电极框200相对应，可以将电极框200上的电流引出。由于扩展集电极的设置，所述第二集电极50和/或所述第一集电极40的任意一边均可以延伸出电池极耳，从而提高电池连接的灵活性。例如在图2中对第二集电极50的结构进行调节，第二集电极50四周均可分布极耳，此时薄膜电池可以从四周的任一方向连接电池引线，然后在第二集电极50与第一电极20之间设置绝缘层10，通过绝缘层10将第一电极20与第二电极30两侧进行隔离，避免出现内部短路。所述第一集电极40的扩展集电极设置于所述第二电极30的电极框与第一基底之间，和/或所述第二集电极50的扩展电极设置于所述第一电极20的电极框与第二基底之间。
42.应理解的是，在绝缘层10的设置过程中，可以选用具有一定的粘性的绝缘胶设置
绝缘层10。利用绝缘胶的粘性可以将电极的电极框200与对应反极性电极连接的集电极延伸出的扩展集电极500的位置进行固定，即使在电芯结构发生变化的情况下，也可以有效的避免第一电极20的一侧与第二电极30的一侧之间可能发生接触，导致电芯内部短路的情况发生。在具体实施中，可以将绝缘胶作为绝缘层10设置在第一电极20与第二集电极50之间，绝缘胶用以将所述第一电极20与所述第二集电极50之间的位置固定。当然也可以将绝缘胶设置在第二电极30和第一集电极40之间，用以将所述第二电极30与所述第一集电极40之间的位置固定。
43.在本实施例中，所述第二电极30的下表面和所述绝缘层10的下表面与所述第二集电极50的上表面接触设置，所述第二电极30和所述绝缘层10接触设置，所述绝缘层10的上表面与所述第一电极20的下表面接触设置；
44.或，所述第一电极20的上表面和所述绝缘层10的上表面与所述第一集电极40的上表面接触设置，所述第一电极20和所述绝缘层10接触设置，所述绝缘层的下表面与所述第二电极的上表面接触设置。
45.应理解的是，第一电极20与第二电极30之间设置的距离越近，电解液内的离子运动的距离越小，相应电池内部的电阻越小，从而提高有效电池容量。因此，在电极设置过程中，可以尽可能的降低第一电极和第二电极之间的距离。在本实施例中，可以将第一电极20的下表面与绝缘层10的上表面直接接触设置，然后将第二电极30的侧面与绝缘层10的侧面直接接触设置，从而使第一电极20与第二电极30之间的距离最近，实现提升电池容量的目的。当然，在改变第一集电极40结构的情况下，可以将第二电极30与绝缘层10的下表面接触设置，然后将第一电极20的侧面与绝缘层10的侧面接触设置。
46.参照图3和图4，在本实施例中，所述微结构薄膜电芯还包括：电池引线；所述电池引线设置在所述电极框下侧或电极框封装结构外侧，所述电池引线与所述集电极或所述扩展集电极连接。
47.在电池引线设置过程中，可以将电池引线设置在电极框下侧或者电池框封装结构的外侧，通过与集电极或者扩展集电极连接，从而将电极上的能量通过集电极或扩展集电极引出。考虑到封装结构内外的具体环境不同，在封装结构的内部为了避免电池引线对电池内部的化学反应造成影响，电池引线可以为化学惰性很低的银浆或者导电高分子浆料制作的引线。将所述电池引线穿过密封胶框设置在所述第一集电极30和/或所述第二集电极40的靠近基底的一侧即设置在电极框200的下面。而在封装结构的外部并不会对电池内部的化学反应造成影响，因此可以采用成本较低的铜浆制作电池引线。
48.需要说明的是，在集电极上设置极耳之后，可以通过设置电池引线将连接的极耳或直接连接的集电极上的电压或电流引出。由于电池引线并没有刚性需求，因此可以设置柔性的电池引线从而进一步增加薄膜电池之间连接的灵活性。本实施例对电极引线的数目不做具体限定。所述电池引线与穿过所述密封胶框的所述第一集电极30或所述第二集电极40的极耳连接，其中第一集电极30或第二集电极40中的一个集电极的四周均可设置极耳，因此可以通过至少四个电池引线从四个方向将第二集电极50或第一集电极40上的电压或电流引出。
49.基于上述微结构薄膜电芯的第一实施例和第二实施例，提出本实用新型微结构薄膜电芯的第三实施例。
50.参照图5和图6，在本实施例中，第一电极20和第二电极30可以组成二维分布微电极结构，微电极结构具体可以为皮亚诺结构、希尔伯特结构等。在本实施中以皮亚诺结构为例进行说明。
51.在同一平面内的投影可以形成一个皮亚诺结构。当然，第一电极20与第二电极30的结构还可以是其他结构，满足第一电极20与第二电极30均为二维分布结构即可。在图5中，所述第一电极20包括依次连接的第一电极臂21、第一电极连接臂23和第二电极臂22，所述第一电极臂21和所述第二电极臂22相对设置；在图6中，所述第二电极30包括：第一电极臂21、第一至第三连接臂和第二电极臂22，所述第一电极连接臂23、第二电极连接臂24、第三电极连接臂25以及所述第二电极臂22首尾顺次连接；第一电极20上的所述第一电极臂21、第二电极臂22以及第一电极连接臂23分别与第二电极30上对应的第一电极臂21、第二电极臂22以及第一电极连接臂23中心对称设置，其中一个电极上的所述第一电极臂21伸入至另一个电极上的所述第一电极臂21和所述第二电极臂22之间，第一电极20上的所述第一电极臂21、第二电极30上的所述第一电极臂21、第一电极20上的所述第二电极臂22、第二电极30上的所述第二电极臂22在同一平面内的投影依次排列设置。
52.此外，在本实施例中，还可以设置一定数目的延伸臂，第一电极20内设置的延伸臂可以与第二电极30设置的延伸臂中心对应，并且形成齿合结构。其中，第一电极20和第二电极30上包括的所述第一电极臂21的内侧均设有第一至第四延伸臂，所述第二电极臂22的内侧设有第五至第七延伸臂。
53.在具体设置延伸臂时，在第一电极臂21上设置的所述第一至第三延伸臂垂直于第一电极臂21依次间隔设置，所述第四延伸臂204设置在所述第二延伸臂202上远离第一电极臂21的一端。在第二电极臂22上设置的第五延伸臂205和第六延伸臂206垂直于第二电极臂22，并且第五延伸臂205与所述第六延伸臂206之间间隔一定的距离设置，在第六延伸臂206远离第二电极臂22的一端设置第七延伸臂207。在单一的电极(第一电极20或第二电极30任意一个电极)内各个延伸臂的位置关系：所述第五延伸臂205与所述第四延伸臂204的一端平齐，所述第六延伸臂206与所述第四延伸臂204的另一端平齐，所述第七延伸臂207设置在所述第六延伸臂206远离与其连接的所述第二电极臂22的一端，所述第七延伸臂207的一端与所述第二延伸臂202平齐，所述第七延伸臂207的另一端与所述第三延伸臂203平齐。
54.此外，参照图5和图6，第一电极20和第二电极30上的所述第一电极连接臂23内侧均设有第八延伸臂208；所述第八延伸臂208垂直于连接的所述第一电极连接臂23设置。在位置关系上，所述第八延伸臂208的一端与所述第一电极连接臂23内侧连接，所述第八延伸臂208的另一端与所述第一连接臂201平齐。
55.在本实施例中，还可以将第一电极20或第二电极30的具体架构以及连接采取不同的弧形结构进行设定。不仅可以将电极臂、延伸臂等结构替换为弧形结构，还可以将各个电极臂、延伸臂之间的连接关系进行调整，得到不同结构的电芯。
56.在本实施例中，通过对第一电极20与第二电极30的具体结构进行限定，通过在极臂和连接臂上设置一定数目的延伸臂，第一电极20与第二电极30上的延伸臂之间相互对应齿合，能够进一步的降低电解液内离子的移动距离提高电池容量。
57.此外，为实现上述目的，本实用新型还提供了一种微结构薄膜电池，参照图7，该微结构薄膜电池包括电池外部的密封胶框100和处于密封胶框100内的微结构薄膜电芯。微结
构薄膜电池为二维结构电池，该二维结构电池可以是任意多边形结构，例如矩形；对应的电极框可以是条状电极框，也可以是曲线状电极框。
58.此外，本实用新型还提供了一种电池组，所述电池组包括：一定数目的微结构薄膜电池，各微结构薄膜电池之间通过电池引线相互串联或并联。电池组连接微结构薄膜电池的具体数目和串并联关系根据具体需求设置。
59.以上仅为本实用新型的优选实施例，并非因此限制本实用新型的专利范围，凡是利用本实用新型说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本实用新型的专利保护范围内。
60.显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。
61.需要说明，本实用新型实施例中所有方向性指示(诸如上、下、左、右、前、后
……
)仅用于解释在某一特定姿态(如附图所示)下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。
62.另外，在本实用新型中涉及“第一”、“第二”等的描述仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示其相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。另外，各个实施例之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当人认为这种技术方案的结合不存在，也不在本实用新型要求的保护范围之内。
技术特征：1.一种微结构薄膜电芯，其特征在于，所述微结构薄膜电芯包括：绝缘层、第一电极、第二电极、第一集电极和第二集电极；所述第一集电极的一侧与第一基底的下表面接触设置，所述第一集电极的另一侧设有所述第一电极，所述第二集电极的一侧与第二基底的上表面接触设置，所述第二集电极的另一侧设有所述第二电极，所述第一电极与第二电极的极性相反；其中，所述第二电极和/或所述第一电极包括电极框，所述电极框与反极性电极连接的集电极在同一平面内的投影重合，所述电极框与所述反极性电极连接的集电极之间通过所述绝缘层隔离。2.如权利要求1所述的微结构薄膜电芯，其特征在于，所述第一集电极和/或所述第二集电极的任意一边沿基底方向延伸出电池极耳。3.如权利要求2所述的微结构薄膜电芯，其特征在于，所述第一集电极和/或所述第二集电极延伸出的电池极耳包括扩展集电极；所述扩展集电极与反极性电极的电极框在同一平面内的投影存在重合区域。4.如权利要求3所述的微结构薄膜电芯，其特征在于，所述绝缘层为绝缘胶，所述绝缘胶设置于所述扩展集电极与所述反极性的电极框之间。5.如权利要求4所述的微结构薄膜电芯，其特征在于，所述微结构薄膜电芯还包括电池引线；所述电池引线设置在所述电极框下侧或电极框封装结构外侧，所述电池引线与所述集电极或所述扩展集电极连接。6.如权利要求5所述的微结构薄膜电芯，其特征在于，当所述电池引线设置在所述电极框下侧时，所述电池引线为化学惰性低于一定阈值的银浆或导电高分子浆料。7.如权利要求6所述的微结构薄膜电芯，其特征在于，当所述电池引线设置在所述电极框封装结构外侧时，所述电池引线为铜浆引线。8.如权利要求7所述的微结构薄膜电芯，其特征在于，所述第一电极和所述第二电极组成二维分布微电极结构。9.一种微结构薄膜电池，其特征在于，所述微结构薄膜电池包括权利要求1-8任一项所述的微结构薄膜电芯。10.一种电池组，其特征在于，所述电池组包括：预设数目的权利要求9所述的微结构薄膜电池，各微结构薄膜电池之间通过电池引线相互串联或并联。
技术总结本实用新型中提供一种微结构薄膜电芯、电池及电池组，该微结构薄膜电芯包括：绝缘层、第一电极、第二电极、第一集电极和第二集电极；第一集电极的一侧与第一基底的下表面接触设置，第一集电极的另一侧设有第一电极，第二集电极的一侧与第二基底的上表面接触设置，第二集电极的另一侧设有第二电极，所述第一电极与所述第二集电极在同一平面内的投影存在重合区域，所述第一电极与所述第二集电极存在所述重合区域的部分通过所述绝缘层隔离；所述第二电极和/或所述第一电极包括电极框。本实用新型通过绝缘层将电极与对应反极性电极连接的集电极进行隔离，并且利用三维截面结构在第一电极和/或第二电极设置了电极框增加了电池容量。和/或第二电极设置了电极框增加了电池容量。和/或第二电极设置了电极框增加了电池容量。
技术研发人员：迪乐克
受保护的技术使用者：深圳新源柔性科技有限公司
技术研发日：2022.05.17
技术公布日：2022/12/2
