CN115803912A - 一种用于电池的可破裂分隔体 - Google Patents

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S·潘娜拉
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Abstract

本公开包括用于操作电池的***、装置和方法。该电池包括电力单元，该电力单元具有第一电极和第二电极，所述第一电极结合到第一集流体。第一集流体结合到第一导电部件。该电池还包括分隔体，该分隔体具有介于第一电极和第二电极之间的第一部分以及位于第二电极和第一导电部件之间的第二部分。在一些方面，分隔体的第二部分被配置为响应于接受对电池的力而破裂，以便使电力单元安全地放电，而不会发生热失控和灾害性损坏。

Description

一种用于电池的可破裂分隔体
技术领域
本公开总体上涉及电池电芯(battery cel l)，并且更具体地但不限于与可充电的电池电芯一起使用的可破裂分隔体。
背景技术
电池正变得越来越多地用于对广泛应用中的电子和机械装置供电，所述应用诸如移动电话、平板电脑、个人计算机、混合动力电动车辆、全电动车辆和储能***。具体地，诸如锂离子(Li离子)电池的可充电电池由于若干引人注目的特征而变得流行，诸如高的功率和能量密度、长的循环寿命、优异的存储能力和无记忆再充电特性。对可充电电池进行设计以提供高的功率输出并且重复地充电和放电状态以适于长期使用。在更大更苛刻的应用中，可以将几个可充电电池串联和/或并联连接以产生具有更高容量和功率输出的电池组。
虽然这样的电池和电池组提供了若干优点，但是这些电池对外部(例如，来自周围环境)和内部(例如，在电池的正常操作、快速充电和放电期间产生的热量)的温度升高都是敏感的。由于各种原因，可能出现严重的热危害，例如电池的热失控和电池组的潜在***。可充电电池和电池组的机械撞击可能引起漏电、不良放电、短路或导致热失控的其它系列热释放事件。例如，一些撞击产生立即损伤，例如电极之间的集中短路(focused short)，而其它撞击可能引起不能被使用者立即注意到的逐渐损伤，例如缓慢地导致热失控和电池破坏的漏电。
发明内容
本公开总体上涉及电池电芯、电池模块或电池组的分隔体的***、装置和方法。分隔体可被配置为可破裂的(breakable)从而提供温度控制和/或防止热失控。例如，一种***可以包括：具有第一电力单元的电池电芯，该第一电力单元包括第二电极和具有第一集流体的第一电极，和分隔体。所述分隔体包括介于第一电极和第二电极之间的第一部分以及位于第二电极和第一导电部件之间的第二部分。第一导电部件可以包括第一集流体的一部分、汇流条或结合到第一集流体的其它导电结构，电池电芯的容器(例如电芯包壳)的表面或其上的涂层，诸如导电涂层，或其组合。分隔体的第二部分被配置为响应于受到电池处的力而破裂。例如，分隔体的第二部分可具有0.2至5MPa·m1/2的断裂韧性(KIc)，使得第二部分被配置为在高应变事件期间破裂。第二部分的破裂可以在电力单元中产生短路，诸如与第一电极相关联的第一集流体和与第二电极相关联的第二集流体之间的短路，并且允许电池电芯安全地放出存储能量，并且阻止损坏的电池电芯的进一步运行。在一些这样的实施方式中，所述第二电极被配置成结合到所述第一导电部件(例如，第一汇流条或第一集流体)以便在所述分隔体的第二部分破裂时产生电短路。第一导电部件被配置成在电短路期间传导和分布热量，以允许热量和电流容易逸出电力单元，以便确保安全地去除所产生的热量，从而防止集中短路和热失控的可能性。因此，本***、装置和方法减轻了可能由常规电池的机械撞击引起的严重热危害(例如，热失控、燃烧、***、和/或类似物)。
在本***的一些实施方式中，分隔体可以包括脆性特征，诸如切口、脆性涂层，UV处理或热处理。在一些这样的实施方式中，分隔体的第二部分的断裂韧性小于或等于分隔体的第一部分。第一电极可包括第一石墨层、第二石墨层和第一集流体。第一集流体包括介于第一石墨层和第二石墨层之间的第一部分。另外，在一些实施方式中，第一集流体包括第一导电部件或与第一导电部件成一体。在一些上述实施方式中，所述第二电极包括第一阴极层、第二阴极层和第二集流体，所述第二集流体包括介于所述第一阴极层和所述第二阴极层之间的第一部分
在一些实施方式中，第一集流体包括第一部分和带极耳部分，例如第一导电部件，所述带极耳部分从所述第一部分延伸离开。在一些实施方式中，带极耳部分在基本上平行于第一汇流条的长度的方向上延伸。一些电池电芯可以包括第二集流体，所述第二集流体结合到第二电极和第二导电部件。第二导电部件可包括第二集流体的一部分、第二汇流条或其它导电结构，或其组合。在一些实施方式中，第一汇流条和第一电极包括铜，并且第二汇流条和第二电极包括铝。在本***、装置和方法的一些实施方式中，电池包括容器，该容器包括限定腔的一个或多个壁。在一些这样的实施方式中，所述一个或多个壁包括第一壁以及与所述第一壁相对的第二壁，所述第一汇流条可被设置在所述第一电极与所述第一壁之间，和/或所述第二汇流条可被设置在所述第二电极与所述第二壁之间。
在本***的一些实施方式中，电芯包括第二电力单元，所述第二电力单元具有包括第三集流体的第三电极和包括第四集流体的第四电极。在这样的实施方式中，分隔体可以包括介于第三电极和第四电极之间的第三部分以及位于第四电极和第一汇流条之间的第四部分。第一汇流条可以结合到第三集流体并且第二汇流条可以结合到第四集流体。本***的一些实施方式包括具有两个或更多个电池电芯的电池子组(subpack)。每个电池电芯可以包括第一电源单元、第一汇流条和分隔体。在一些实施方式中，每个电池电芯可以包括第二电力单元。
在本***、装置和方法的一些实施方式中，包括操作电池电芯和接受电池处的力的方法，其中所述力使分隔体的第二部分破裂并且使第二电极结合到第一导电部件。将第二电极结合到第一导电部件可引起电短路。作为补充或作为替代，第一导电部件和/或第一汇流条可以在电短路期间传导热量。作为补充或作为替代，所述力可以对应于与另一物体或地面的撞击。
如本文所使用的，各种术语仅仅是出于描述特定实施方式的目的，并不是旨在限制实施方式。例如，如本文所使用的，用于修饰要素(诸如结构、元件、操作等)的序数术语(例如，“第一”、“第二”、“第三”等)本身并不表示该要素相对于另一要素的任何优先级或顺序，而是仅仅将该要素与具有相同名称(但是使用了序数术语)的另一要素区分开来。术语“结合”(coupled)被定义为连接的，然而不一定是直接地，也不一定是机械地；“结合”的两个物品可以是彼此一体的。术语“a”和“an”被定义为一个或多个，除非本公开另有明确要求。术语“基本上”被定义为很大程度上但不一定完全是所指定的(并且包括所指定的；例如，基本上90度包括90度，并且基本上平行包括平行)，如本领域普通技术人员所理解的。在任何公开的实施方式中，术语“基本上”可以被替换为在所指定的“[百分比]范围内”，其中该百分比包括0.1％、1％、5％和10％。
如本文所使用的术语“约”可以允许数值或范围的一定程度的可变性，例如，在所述值或范围的所述极限的10％以内、5％以内或1％以内，并且包括确切的所述值或范围。术语“基本上”被定义为在很大程度上但不一定完全是所指定的(并且包括所指定的；例如，基本上90度包括90度，并且基本上平行包括平行)，如本领域普通技术人员所理解的。在任何公开的实施方式中，术语“基本上”可以被替换为在所指定的“[百分比]范围内”，其中该百分比包括0.1％、1％或5％；并且术语“近似”可以被替换为“在指定值的10％以内”。表述“基本上X到Y”与“基本上X到基本上Y”具有相同的含义，除非另有说明。同样，表述“基本上X、Y或基本上Z”与“基本上X、基本上Y或基本上Z”具有相同的含义，除非另有说明。短语“和/或”表示和或者或。为了说明，A、B和/或C包括：单独的A、单独的B、单独的C、A和B的组合、A和C的组合、B和C的组合、或者A、B和C的组合。换句话说，“和/或”的作用是兼或。此外，短语“A、B、C或其组合”或“A、B、C或其任意组合”包括：单独的A、单独的B、单独的C、A和B的组合、A和C的组合、B和C的组合、或者A、B和C的组合。
在本文献通篇中，应以灵活的方式解释以范围格式表示的值，以便不仅包括明确列举为范围界限的数值，还包括该范围内包含的所有单个数值或子范围，如同每个数值和子范围被明确列举那样。例如，“约0.1％至约5％”或“约0.1％至5％”的范围应被解释为不仅包括约0.1％至约5％，还包括所指示范围内的单个值(例如，1％、2％、3％和4％)和子范围(例如，0.1％至0.5％、1.1％至2.2％、3.3％至4.4％)。术语“包含”(以及任何形式的包含，诸如“包含(compr ises)”和“包含(compris ing)”)、“具有”(以及任何形式的具有，诸如“具有(has)”和“具有(having)”)、和“包括”(以及任何形式的包括，诸如“包括(includes)”和“包括(including)”)是开放式联系动词。因此，“包含”、“具有”或“包括”一个或多个要素的设备拥有这样的一个或多个要素，但不限于仅拥有这样的一个或多个要素。同样，“包含”、“具有”或“包括”一个或多个步骤的方法拥有这样的一个或多个步骤，但不限于仅拥有这样的一个或多个步骤。
任何***、方法和制造制品的任何实施方式可以由任何所述的步骤、要素和/或特征组成，或基本上由任何所述的步骤、要素和/或特征组成，而不是包含/具有/包括任何所述的步骤、要素和/或特征。因此，在任何权利要求中，术语“由…组成”或“基本上由…组成”可以替代上文列举的任何开放式联系动词，以改变另外会使用开放式联系动词的给定权利要求的范围。另外，术语“其中(wherein)”可以与“其中(where)”互换使用。此外，以某种方式配置的装置或***至少以这种方式配置，但也可以按不同于具体所述方式的其它方式配置。尽管未描述或说明，但一个实施方式的一个或多个特征可以应用于其它实施方式，除非本公开或实施方式的性质明确禁止。
上文描述与实施方式相关的一些细节，下文描述其它细节。在阅读整个申请(包括以下部分：附图说明、具体实施方式和权利要求书)之后，本公开的其它实施方式、优点和特征将变得明显。
附图说明
以下附图通过实例而非限制的方式进行说明。为了简洁和清楚，给定结构的每个特征并不总是在出现该结构的每个图中进行标记。同样的附图标记不一定表示同样的结构。相反，相同的附图标记可以用来表示类似的特征或具有类似功能的特征，不同的附图标记也可以。
图1A是处于第一状态的电池电芯的实例的俯视截面图。
图1B是在机械撞击之后处于第二状态的图1A的电池电芯的俯视截面图。
图2A是本机械撞击/电/热管理***的电池电芯的实例的透视图。
图2B是处于第一状态的图2A的电池电芯的俯视截面图。
图2C是处于第二状态的图2A的电池电芯的俯视截面图。
图3A-3F是本热管理***的分隔体的实例的说明性视图。
图4是操作本机械撞击/电/热管理***的电池的方法的实例的流程图。
图5是用于制造本热管理***的电池电芯的***的实例的框图。
具体实施方式
参考图1A-1B，示出了机械撞击/电/热管理***100的说明性视图。例如，图1A示出了包括电池电芯102(“电芯”)的机械撞击/电/热管理***100的俯视截面图，并且图1B示出了在机械撞击之后处于第二状态的电芯的俯视截面图。***100可以被配置为通过在整个电芯中实现放电并且跨电芯分布热量来防止由于机械撞击引起的热失控的可能性。
电芯102可以包括多个电力产生单元(电力单元)110、第一汇流条150和/或第二汇流条152。每个汇流条150、152被配置为从电力单元传递热量。尽管在本文中称为电力单元110，但是容器100也可以被称为电芯夹层体、凝胶卷(jel ly rol l)等。在一些实施方式中，电力单元110和/或汇流条150及152被设置在容器160(例如电芯包壳)内以允许电芯102的安全操纵。电芯102可包括一个或多个电连接(例如，端子)，所述电连接被配置为连接(例如，经由布线或其它连接)到一个或多个电子装置以便向电子装置提供电力。在一些实施方式中，电芯102是可多次放电和充电的可充电电池或二次电池。在说明性的非限制实例中，电池102可以是铅酸电池、镍镉(NiCd)电池、镍金属氢化物(NiMH)电池、锂离子(Li离子)电池、锂离子聚合物电池、全固态锂离子电池、和/或类似物。尽管被描述为包括第一汇流条150和第二汇流条152，但是在其它实施方式中，电芯102可以不包括第一汇流条150和第二汇流条152。在不包括第一汇流条150和第二汇流条152的实施方式中，可以通过容器160(诸如电芯包壳)来实现第一汇流条150和第二汇流条152的功能方面。为了说明，容器160，诸如容器160的涂层或内部导电表面，可以被配置为在电短路期间分布热量。
电力单元110包括第一电极112(例如，阳极)、第二电极114(例如，阴极)以及设置在第一和第二电极之间的分隔体120。分隔体120可以使离子穿过第一电极112和第二电极114之间的分隔体，并且防止电流流过分隔体。在所描绘的实施方式中，电力单元110包括第一连接体130和第二连接体140。电力单元110的元件可相互作用以引起电和/或化学反应从而产生电力。例如，第一连接体130(例如，第一集流体)可以被配置成传输来自第一电极112的电流，并且第二连接体140(例如，第二集流体)可以被配置成传输来自电极114的电流。正如所示，导电部件151可以包括第一连接体130的至少一部分(例如，第一集流体)、第一汇流条150的至少一部分、结合到第一连接体130和/或第一汇流条150的另一导电结构(例如，网、线、板、翅片、线圈、刚性结构，涂层或容器160的内部导电层等，和/或类似物)，或它们的组合。导电部件151被配置成在分隔体120破裂时在第一连接体130和第二连接体140之间产生短路。作为补充或作为替代，导电部件151被配置成在操作期间分布(或消散)来自电力单元的热量。
第一电极112可以包括阳极或阴极，并且第二电极114可以包括阳极或阴极中的另一个。在可充电电芯夹层体中，第一电极可以基于电芯102的状态在阴极和阳极之间交替变化。例如，第一电极112是处于放电状态的阴极以及处于充电状态的阳极。第一电极112和第二电极114可以包括任何合适材料的一个或多个层。在说明性的非限制实例中，第一电极112可以包括过渡金属氧化物层(例如，钴酸锂、磷酸铁锂、锂锰氧化物、和/或类似物)，第二电极114可以包括碳或硅层或Li金属(例如，石墨、硬碳、硅碳复合材料、Li金属阳极、和/或类似物)。
第一连接体130可以将第一电极112结合到第一汇流条150，并且第二连接体140可以将第二电极114结合到第二汇流条152，以提供用于电力单元110的电流的低电阻路径，以及通过第一汇流条和第二汇流条去除热量来降低电芯102的操作温度和非均匀温度。第一连接体130可以从第一电极112延伸到第一汇流条150以便将第一电极连接到第一汇流条，并且第二连接体140可以从第二电极114延伸到第二汇流条152以便将第二电极连接到第二汇流条。第一连接体130和第二连接体140可以包括导热材料，例如铝、金、铜、银、钨、锌、合金、结构化碳(纤维、纳米管、石墨烯等)、纤维增强复合材料或其组合、和/或类似物等，以传导电流并将热量传递离开电力单元110。尽管在本文中描述为不同的元件，但是第一连接体130和电极112，和/或第二连接体140和电极114可以是单一元件(例如，具有活性材料和导电纤维的纤维增强复合材料)。
分隔体120包括至少一个主体部分122和一个或多个末端部分(例如124)。例如，分隔体120可包括结合至主体部分122的相对末端的第一末端部分124和第二末端部分126。正如所示，主体部分122位于(例如介于)第一电极112和第二电极114之间，以便在电芯102的操作期间在第一电极112和第二电极114之间提供屏障(例如绝缘和/或防止短路)。在这样的实施方式中，第一末端部分124位于第二电极114和第一导电部件151(例如，第一汇流条150)之间。作为补充或作为替代，第二末端部分126位于第一电极112和第二导电部件(例如，第二汇流条152、第二连接体、其它导电结构或其组合)之间。如图1A所示，主体部分122是平坦的，并且第一末端部分124延伸远离主体部分122的末端。在一些实施方式中，第一末端部分124的至少一段在基本上垂直于主体部分122的方向上延伸。第一末端部分124可以限定出将主体部分122的末端连接到另一元件(例如，另一主体部分122、容器160、汇流条等)的一段分隔体120。例如，在图1A所示的实施方式中，第一末端部分124在两个不同的主体部分(例如122)之间延伸。在一些实施方式中，第一末端部分124限定出具有U形截面的弧形表面，而在其它实施方式中，第一末端部分可以限定出任何合适的形状，无论直的、弯曲、波状(例如，锯齿状)等。第二末端部分126可以从主体部分122的与第一末端部分124相反的末端延伸并且可以在与第一末端部分相反的方向上延伸。
末端部分124、126被配置为表现出相对小的塑性变形，使得第一末端部分可以在断裂之前仅吸收少量的能量。例如，末端部分124、126可以具有0.2-5MPa·m1/2的断裂韧性(KIc)。每个末端部分(例如124，126)的断裂韧性可以大于或基本上等于以下任一个或在下列中的任意两个之间：0.2、0.3、0.4、0.5、0.55、0.6、0.65、0.7、0.75、0.8、0.85，0.9、0.95、1.0、1.1、1.2、1.3、1.4、1.5、2.0、2.5、3.0、3.5、4.0、4.5或5MPa·m1/2(例如，在0.2至0.75MPa·m1/2之间)。可以使用标准ASTM衍生的协议(例如，ASTM D5045，使用诸如紧凑拉伸或单边切口弯曲的试样几何形状，用于薄膜断裂韧性的断裂基本功方法，从平面应变条件转变到平面应力状态1等)来测量断裂韧性(1Y-W Mai and B.Cotterel l,Engng.Fract.Mech.,21,123(1985)；Y-W Mai and B.Cotterel l,Int.J.Fract.,32,105(1986))。在说明性实施方式中，末端部分124、126可以具有主体部分122的断裂韧性的小于90％的断裂韧性，例如，主体部分的断裂韧性的小于75％、50％或30％的断裂韧性。以这种方式和其它方式，分隔体的部分可以足够延性以用于组装和常规操作，但是足够脆以便在高应变条件下断裂。
在一些实施方式中，第一末端部分124和/或第二末端部分126可以包括与主体部分122不同的材料。例如，可以通过将两种材料条带化以形成分隔体并且将分隔体组装(例如，折叠)在电芯102内来制造分隔体160，使得一种材料与末端部分124、126对准，并且另一种材料与主体部分122对准。在一些实施方式中，电芯102可包括一个或多个脆性特征，以使末端部分具有足够低的断裂韧性(例如，小于10MPa·m1/2)，从而在末端部分处引起断裂。在一些实施方式中，脆性特征可以包括设置在(例如涂覆)末端部分124、126上的一个或多个层的材料，以降低末端部分的断裂韧性。作为说明性的非限制实例，所述一个或多个层可以包括陶瓷、聚烯烃、其它材料等。在一些实施方式中，脆性特征可包括在末端部分124、126处限定的一个或多个切口(例如，缺口)，以便在末端部分处引发裂纹扩展。在一些实施方式中，可以处理(例如，热处理、紫外线(UV)处理或其它处理)末端部分124、126以增加断裂的机会。作为补充或作为替代，电芯102的一个或多个其它元件可以包括在末端部分124、126处引起断裂的特征。为了说明，第一汇流条150和/或第二汇流条152、第一连接体130和/或第一连接体140、第一导电部件151和/或第二导电部件、容器160，例如容器160的涂层或内部导电表面161、或其组合，可以包括边缘(例如，波纹、尖刺、叉状物或其它突起物)，所述边缘被配置成在碰撞期间刺穿末端部分124、126。作为结果，末端部分124、126是脆性的并且具有相对高的刚度，使得末端部分被配置成响应于受到与电芯102的撞击相关联的力(例如106)而破裂。
在一些前述实施方式中，可在组装电力单元110之后(并且在电芯102的最终形成之前)形成脆性特征以防止末端部分在电力单元形成期间的意外断裂。为了说明，分隔体160可以作为折叠在电极(例如130、112和/或140、114)上方的平面部件开始。因此，在组装期间以及正常操作期间末端部分需要具有延展性(以适应充电和放电时电极体积的变化)，然而仍具有脆性以便在经受高应变率事件(诸如碰撞)时断裂。在一些这样的实施方式中，在组装之后执行以下处理：涂覆末端部分124、126，处理末端部分，或在末端部分中形成切口。
在一些实施方式中，分隔体120可以是由聚合材料制成的单层膜或多层膜。分隔体120可以包括电解质，例如在有机溶剂中的锂盐、水基电解质、有机碳酸酯(例如碳酸亚乙酯或碳酸二乙酯)的混合物、含水电解质、复合电解质、固体陶瓷电解质、固体聚合物电解质、和/或类似物。
第一汇流条150和第二汇流条152位于电力单元110邻近，以进一步分布来自电力单元的热量并且引导由电力单元生成的电流。例如，第一汇流条150可介于电力单元110和容器160之间以引导热量朝向电芯102的外部，在这里它可以更容易地被外部冷却元件分布(或消散)。在一些实施方式中，第一汇流条150可被定位成基本上垂直于第一电极112和/或第一连接体130。第一汇流条150可以跨越电力单元110的至少一部分(例如，至少30％)以便沿着垂直于第一电极112的平面提供增加的热导率。第二汇流条152可以类似于第一汇流条150定位。例如，第二汇流条152可以基本上平行于第一汇流条150以便沿着平行于第一汇流条的平面移除热量。每个汇流条(例如150，152)可以包括合适的高导热材料，诸如铝、金、铜、银、钨、锌、碳(例如石墨、纤维、石墨烯、纳米管)、其合金，和/或类似物。在一些实施方式中，第一汇流条150、第二汇流条152、第一连接体130和第二连接体140具有大于或等于30W/(mK)的热导率。作为补充或作为替代，第一连接体(例如130)可以包括与第一汇流条(例如150)相同的材料以确保电化学相容性。为了说明，第一汇流条140和第一连接体130可以包括铝或铝合金，并且第二汇流条150和第二连接体140可以包括铜或铜合金。在一些实施方式中，第一汇流条150和第一连接体130是单一元件，第二汇流条152和第二连接体140是单一元件，或其组合。作为补充或作为替代，第一汇流条150、第二汇流条152可以非导电地结合到容器160。
容器160限定出腔体162并且包括第一侧164(例如，第一壁)和第二侧166(例如，第二壁)。第一侧164与第二侧166相反，并且每一侧协同限定出腔体162的至少一部分。容器还可具有内表面161，诸如内部导电表面或涂覆表面(例如，导电涂层)。容器160可以包括刚性、半刚性或柔性的材料，并且基于电芯102的期望应用，可以按任何合适的方式成形(例如，圆柱形、棱柱形等)。在一些实施方式中，容器160可以对应于矩形棱柱，该矩形棱柱可以使得电芯102能够用于需要小型的高功率电池的应用中。电力单元110、汇流条(例如150、152)和电芯102的其它元件可以设置在腔体162内。以这种方式，容器160可以在电力单元110周围提供绝缘保护壳体。作为补充或作为替代，汇流条150、152和/或一个或多个导电部件(例如151)可以防止可能由操纵电芯102引起的电事故或损伤。
在图1A和图1B所示的实施方式中，分隔体120被配置为在施加力或撞击106时断裂。在一些实施方式中，可以在施加力106时电芯102(例如，容器160)是可压缩的，使得电力单元110的一个或多个元件(例如，第一连接体130、第一电极112、分隔体120、第二电极114和/或第二连接体140)在撞击点处被压缩，其中在较接近撞击处为压缩力且远离撞击处为拉伸力。这样的力106施加可导致第一末端部分124和第二末端部分126断裂(例如，断开)。作为结果，第一末端部分124断成多个不连续的段——诸如图1B中所示的两段。作为补充或作为替代，第二末端部分126可以断裂成两个或更多个不连续的段。第一末端部分124和第二末端部分126所产生的断裂在电力单元110中产生短路，从而通过减少热失控的机会来安全地使电力单元放电。例如，第一末端部分124的断裂使得第一连接体130和结合到第二连接体140的第二导电部件(例如，第二汇流条152和/或第二连接体140)之间能够继续接触，和/或在第二连接体140和第一导电部件151之间能够继续接触，从而使电力单元均匀地放电。这些元件的高热导率将确保从短路产生的热量的安全移除，从而防止集中短路和热失控的可能性。以这种方式，防止热失控以及电芯102的燃烧和过度增压(例如，***)。
力106可对应于电芯102与另一元件或地面的撞击。这样的撞击可以大于或等于500牛顿。例如，电池组可以经受以下典型力：在侧面碰撞时500kN和在正面碰撞时200kN，并且基于电池组/模块/电芯设计、电池组包壳和结构元件，该力在电芯之间分布。在一些实施方式中，力106可以产生作用在第一末端部分和/或第二末端部分上的拉伸力。
在说明性实施方式中，电芯102包括第一电力单元110、第一导电部件151和分隔体120，所述第一电力单元具有结合到第一集流体130和第二电极114的第一电极112，所述第一导电部件结合到第一集流体，所述分隔体具有介于第一电极和第二电极之间的第一部分(例如122)以及位于第二电极与第一导电部件151之间的第二部分(例如124)。在这样的实施方式中，分隔体120的第二部分(例如124)被配置为响应于电芯102处的受力(例如106)而破裂。
在前述实施方式中，分隔体120可以以安全的方式操作从而使电芯102均匀地放电，防止集中短路和热失控。例如，第一末端部分124或第二末端部分126被配置成在电芯102受到撞击(例如106)时断裂。这使得集流体能够结合从而产生微小短路，这将使电力单元放电而不损伤周围的元件。例如，在一些实施方式中，集流体可与汇流条结合从而产生微小短路。另外，电短路将防止进一步的充电和放电以便告知操作者电芯损坏。以这种方式，电芯102防止操作者在不知情地情况下使用具有增加的热失控风险的部分损坏的电池。
参考图2A-2C，示出了机械撞击、电和热管理***200的电芯202的实例。图2A示出电芯202的透视图，图2B和图2C示出沿着平面2B截取的电芯的截面图。电芯202可以包括或对应于电芯102。例如，电芯202包括设置在容器260内的多个电力单元210、第一汇流条250和第二汇流条252。电力单元210、第一汇流条250、第二汇流条252和容器260可分别包括或对应于电力单元110、第一汇流条150、第二汇流条152和容器160。尽管被描述为包括汇流条150、152，但是在其它实施方式中，电芯202可以不包括汇流条150、152。
如图2A所示，电芯202可以包括一个或多个电连接204(例如，端子)，所述电连接被配置为(例如，经由布线或其它连接)连接到一个或多个电子装置(未示出)以便向电子装置供电。正如所示，电连接204包括一对电极端子，该对电极端子被配置为当装置结合到所述端子时向装置提供电流。例如，第一端子(例如204)对应于正端子，第二端子(例如204)对应于负端子。尽管仅描绘了单个电芯(例如202)，但是机械撞击、电和热管理***200的一些实施方式包括共同结合在电芯组中的多个电池(例如202)，并且可以包括一个或多个附加元件(例如，电路板、处理器、控制器、布线、导体、电阻器、端子块、电极端子、和/或类似物)。在一些实施方式中，第一端子(例如204)结合到第一汇流条(例如150)，并且第二端子(例如204)结合到第二汇流条(例如152)。
作为说明，参考右手坐标系描述电芯202，如图2A中所示，其中x轴对应于页面的左右方向，y轴对应于页面的上下方向，以及z轴对应于正交地进出页面的轴。容器260具有宽度D1、厚度D2和长度D3，其中每一个可以从容器260的相反两侧(例如壁)沿着直线测量。如图2A所示，沿着x轴测量宽度D1，沿着z轴测量厚度D2，并且沿着y轴测量长度D3。在所描绘的实施方式中，厚度D2可大于宽度D1(例如，大了10％)，然而，在其它实施方式中，宽度D1可基本上等于厚度D2(例如，长方体)，并且在另外的实施方式中，宽度D1可大于厚度D2。
容器260包括一个或多个壁261、第一侧264和与第一侧相反的第二侧266。壁261协同限定出腔体262，电芯202的元件可存储在所述腔体中。在一些实施方式中，第一侧264和第二侧266分别对应于一个或多个壁261中的第一壁和第二壁。在所描绘的实施方式中，容器260是棱柱形(例如，长方体、矩形棱柱)并且包括四个壁(例如261)，然而在其它实施方式中，可以基于电芯202的应用对容器260进行尺寸调整和成型。例如，容器260的截面可以是矩形(如图2B和2C的实施方式中所示)、三角形、五边形、六边形或其它多边形(无论具有锐角和/或圆角)、圆形、椭圆形或其它圆形，或者可以具有不规则形状。
现在参考图2B和图2C，分别以第一状态和第二状态示出沿平面2B截取的电芯202的俯视截面图。正如所示，右手坐标系被旋转使得x轴对应于页面的左右方向，z轴对应于页面的上下方向，并且Y轴因其延伸进出页面未示出。
图2B中描绘的电芯202包括第一汇流条250、第二汇流条252和多个电力单元210，每个电力单元210具有第一电极212、第一连接体230(例如，第一集流体)、分隔体220、第二电极214和第二连接体240(例如，第二集流体)。尽管被描述为包括汇流条250、252，但是在其它实施方式中，可以从电芯202中省略汇流条250、252。作为补充或作为替代，电芯202可包括一个或多个导电部件，例如参考图1A和1B所描述的导电部件151。第一电极212结合到第一连接体230，并且第二电极214结合到第二连接体240以产生电通路，从而当电芯产生电力时使电流能够流过电芯202。在一些实施方式中，电力单元210可以共用一个或多个元件以减小电力单元的体积并且允许电芯202更紧凑。例如，单个第一连接体(例如230)可用作两个相邻电力单元的第一连接体。在这样的实施方式中，第一连接体(例如230)介于第一电极(例如212)的两个层之间。为了说明，每个电力单元210可与一个其它电力单元对准(例如，沿着Z轴，如图2A中所示)，使得电力单元形成堆叠体。例如，每个电力单元210可以是棱柱形(例如，包括矩形截面)并且设置成与一个其它电力单元相邻，以使多个电力单元能够位于小空间(例如262)内。如图2B所示，电芯202包括设置成堆叠体的五个电力单元210；然而，在其它实施方式中，电芯202可以包括少于五个电力单元(例如，1、2、3或4个电力单元)或多于五个电力单元(例如，大于或等于以下任一值或者在任意两个以下值之间：6、8、10、12、18、24、30或更多个电力单元)。
第一连接体230可以包括主体232(例如，第一部分)和延伸远离主体的极耳234(例如，第二部分)。尽管被描述和称为极耳234，但在其它实施方式中，极耳234可以包括或对应于导电部件(例如151)。在其它实施方式中，可以省略极耳234。主体232结合到(例如，接触)第一电极212以便在电力单元210充电和放电时传输电荷。为了说明，主体232可在平行于第一电极212的方向上延伸，且在一些实施方式中，主体可以跨越(或覆盖)大致整个第一电极212(例如，主体的表面积大于第一电极的表面积)。在实施方式中，具有多个电力单元(例如210)，主体232可介于活性材料的第一层(例如212)和活性材料的第二层(例如212)之间，使得单个连接体(例如230)可以引导由两个相邻的电力单元(例如210)产生的电流。相对于(例如，垂直于)主体232成角度地设置极耳234，以便将从第一电极212产生的热量分布在成角度地设置到主体的平面中。在一些实施方式中，极耳234可以在基本上平行于第一汇流条250的方向上延伸(例如，极耳的长度平行于第一汇流条的长度)。极耳234结合到(例如，接触)第一汇流条250以便将电流输送到第一汇流条并且将从电力单元210产生的热量分布到第一汇流条。
第二连接体240可以包括类似于第一连接体230的一个或多个特征。例如，第二连接体240包括主体242(例如，第一部分)和延伸远离主体242的极耳244(例如，第二部分)。虽然被描述和称为极耳244，但是在其它实施方式中，极耳244可以包括或对应于导电部件(例如151)。在其它实施方式中，可省略接极耳244。如图2B所示，本体242与一个或多个第二电极214接触，并且极耳244与第二汇流条252接触以分布电流并且将由电力单元210产生的热量分布到第二汇流条。例如，主体242可以介于第一阴极层(例如214)和第二阴极层(例如214)之间。
正如所示，分隔体220可以包括Z形折叠的分隔体220，所述分隔体具有延伸穿过每个电力单元210的单一主体，使得分隔体的一部分被设置在每个电力单元的第一电极212和第二电极214之间。在这样的实施方式中，分隔体220包括多个主体部分222以及在每个主体部分之间延伸的多个末端部分(例如224，226)。例如，如图2B所描绘的，分隔体220包括从主体部分的一端延伸的第一末端部分224和从相应主体部分的另一端延伸的第二末端部分226。每个主体部分222可被成形为类似于第一和第二电极212，214(例如，平面)，使得主体部分可介于第一和第二电极212，214之间，从而选择性地允许颗粒在第一电极和第二电极之间行进。在一些实施方式中，第一末端部分224的至少一段在基本上垂直于主体部分222的方向上延伸以连接相邻的主体部分。
在一些实施方式中，第一末端部分224位于第二连接体240和第一汇流条250(或导电部件(例如151))之间。作为补充或作为替代，第一末端部分224可位于第二连接体240(例如，主体242)和第一连接体230(例如，极耳234)之间。以这种方式，第一末端部分224可以防止电流在第二连接体240和第一汇流条250之间流动。结果，分隔体220可防止电芯202内的电短路和/或漏电。作为补充或作为替代，第二末端部分226位于第一连接体230和第二汇流条252之间以防止电短路。
参考图2C，示出了处于第二状态的电芯202的俯视截面图，其中分隔体220的一部分已经断裂。这种断裂可能是由作用在电芯202上的力206引起。分隔体220可以是脆性的，以便在受到力206之后促使第一末端部分224和/或第二末端部分226断裂。以这种方式，电流能够在第二电极214和第一汇流条250之间流动以产生电短路，该电短路使电芯202能够在没有热失控和***的情况下安全地使电力单元210放电。因此，可避免典型与常规二次电池的机械撞击相关联的严重热危险(例如，热失控、燃烧、***和/或类似物)。
第一和第二末端部分224、226被配置成响应于接受电芯202处的力206而破裂。例如，第一末端部分224和/或第二末端部分226可以具有0.2至5MPa·m1/2的断裂韧性(KIc)。在一些实施方式中，第一和第二末端部分224、226具有0.2至5MPa·m1/2的断裂韧性(KIc)。例如，每个第一末端部分224的至少一段(例如一部分)可以具有0.2至5MPa·m1/2的断裂韧性(KIc)。以这种方式和其它方式，分隔体260在边缘(例如224、226)处屈服，使得整个电芯202都短路，因此电芯可以以安全的方式分配存储的能量，而不会发生热失控事件。在一些这样的实施方式中，电力单元210可以包括一个或多个脆性特征，以使末端部分能够具有足够低的断裂韧性(例如，小于10MPa·m1/2)。例如，第一末端部分124和/或第二末端部分126可以限定出切口或缺口，可以包括一层或多层(例如，涂层)材料，可以被处理(例如，热处理、紫外线(UV)处理)或其组合。在一些实施方式中，第一汇流条150和/或第二汇流条152、极耳234和/或极耳244、一个或多个导电部件(例如151)或其组合可包括尖锐边缘(例如，波纹、尖刺、叉状物或其它突起物)，所述尖锐边缘被配置成在碰撞期间刺穿末端部分124、126。
如图2C所示，第一末端部分224和第二末端部分226可以断裂，然而在其它实施方式中，第一末端部分224和第二末端部分226中的仅一个被配置为断裂。在又一些实施方式中，第一末端部分224和/或第二末端部分226的仅一部分(例如，小于整个)被配置为断裂。
在一些实施方式中，第一末端部分224和第二末端部分226可以限定出至少一个曲线以沿着分隔体220提供薄弱点。如图2C所示，末端部分224、226限定出单个U形曲线，然而，末端部分可以限定出多个曲线(例如，锯齿状)，或者可以以其它方式成形使得力206引起分隔体220在末端部分处断裂。以这种方式，在相对于电芯202的任何方向上的受力206导致分隔体220在末端部分224，226处断裂而不是主体部分222处断裂。因此，电芯202可以防止集中短路(例如，在第一电极212和第二电极214之间)，并且减小(或消除)由于逐渐漏电引起的热失控的可能性。
分隔体220可以包括电解质，例如在有机溶剂中的锂盐、水基电解质、有机碳酸酯(例如碳酸亚乙酯或碳酸二乙酯)的混合物、含水电解质、复合电解质、固体陶瓷电解质、固体聚合物电解质、和/或类似物，以防止电流在分隔体之间通过并引起电短路。
在图2A和2B所示的实施方式中，电芯202(例如，容器260)在施加力206时可以是可压缩的，使得电力单元210的一个或多个元件被挤压在一起。在其它实施方式中，容器260可以是刚性的，并且分隔体220可以位于腔体262内以便在接受力206时断裂。在一些前述实施方式中，分隔体220位于容器260内，使得机械撞击将力(例如，压缩、拉伸、剪切等)传递到分隔体、或结合到分隔体的元件，以便在沿着分隔体的若干不同点处产生失效。以这种方式，机械撞击将引起若干位置处的失效，从而允许电流在若干位置处放电而不是在单一位置处放电，所述单一位置处放电引起导致局部加热、增加的温度和热失控。例如，每个末端部分224、226可被切断成至少两个不连续的段——如图2C所示。所产生的断裂能够实现第一连接体230与第二汇流条252之间的电流流动和/或第二连接体240与第一汇流条250和/或极耳234之间的电流流动，以便使电力单元均匀地放电，从而防止集中短路以及使热失控的风险最小化。以这种方式，防止了热失控以及电芯202的燃烧和过度增压(例如，***)。
在说明性实施方式中，电芯202包括：第一电力单元210，该第一电力单元具有第二电极214和结合到第一集流体230的第一电极212；结合到第一集流体的第一导电部件；以及分隔体220，该分隔体具有介于第一电极与第二电极之间的第一部分(例如222)和位于第二电极与第一导电部件(例如151)之间的第二部分(例如224)。在这样的实施方式中，分隔体220的第二部分(例如224)被配置为响应于接受在电芯202处的力(例如206)而破裂。在又一说明性实施方式中，热管理***200包括具有两个或更多个电池(例如202)的电池子组。所述两个或更多个电池(例如202)中的至少一个包括：第一电力单元210，该第一电力单元具有第二电极214和结合到第一集流体230的第一电极212；结合到第一集流体的第一导电部件(例如151)；以及分隔体220，该分隔体具有介于第一电极与第二电极之间的第一部分222和位于第二电极与第一导电部件之间的第二部分(例如224)。在这样的实施方式中，分隔体220的第二部分(例如224)被配置成响应于接受在电芯202处的力(例如206)而破裂。
在前述实施方式中，分隔体220可以以安全的方式操作从而使电芯202均匀地放电，从而防止集中短路和热失控。例如，第一末端部分224或第二末端部分226被配置为在撞击(例如206)时断裂，从而产生电力单元210的微小短路，这将使电力单元放电而不损伤周围的元件。以这种方式，对电池组的撞击可被容纳到实际损坏的电池(例如，202)。损伤的电池然后可以被替换，并且未知的局部损伤的电池保留在电池组中——其可能随后燃烧或***——的风险被最小化。
现在参考图3A-3F，示出了与热管理***相关联的分隔体320的各种实例。分隔体320可以包括或者对应于分隔体120、220。分隔体320包括主体部分322和末端部分324。末端部分324和主体部分可以分别包括或对应于末端部分124、126、224、226和主体部分122、222。另外，分隔体包括第一表面373和第二表面374，该第二表面与所述第一表面373相反。在一些实施方式中，界面325可以存在于主体部分322和末端部分324之间。
如图3A所示，分隔体320可以被条带化并且包括第一材料370和第二材料372。第一材料370可位于第二材料372的两个部分之间，使得当分隔体320被组装(例如，折叠)时，末端部分324包括第一材料并且主体部分322包括第二材料。在一些实施方式中，第一材料370包括比第二材料372更低的断裂韧性。第一材料370可包括如下的材料：该材料具有足够延性以便在组装期间保持完整性，但是足够脆以便在撞击期间断裂的材料，如本文所述。在一些实施方式中，第一材料370可包括陶瓷。作为补充或作为替代，第一材料370可为与第二材料372不同的材料并且可具有如至少参考图3B所述施加到其上的涂层和/或可以经受如至少参考图3C所述的处理。
参考图3B，末端部分324可以包括涂层376。在一些实施方式中，涂层可以(但不是必须)在分隔体320的组装之后施加。涂层376可包括降低末端部分324的断裂韧性的合适材料。正如所示，涂层376可被设置在整个末端部分324上，然而，在其它实施方式中，涂层可以仅跨越一段末端部分。在一些实施方式中，例如图3C中所示的实施方式，末端部分324可经受处理(例如，化学处理、辐射处理等)。例如，末端部分324可以被热处理、UV处理等。在所描绘的实施方式中，处理装置378可将辐射(例如，紫外光)、热量(例如，对流热)、一种或多种化学物质(例如，涂层376)施加到末端部分324以减少末端部分的断裂韧性。处理装置可包括本领域中已知的任何合适装置。在一些实施方式中，在组装之后执行涂层376或末端部分324的处理(例如，经由装置378)以便能够在不损伤末端部分的情况下组装分隔体320，同时仍然能够在电芯(例如102、202)的撞击期间使末端部分断裂。尽管显示成施加到末端部分324的外表面，但涂层376和/或末端部分的处理可施加到末端部分的内表面、末端部分的任何其它表面(例如，侧表面)、或其组合。
如图3D和图3E所示，电芯(例如102、202)的一个或多个元件可以限定出脆性特性。在图3D所示的实施方式中，末端部分324可以限定出切口382(例如，缺口)，该切口被配置为在撞击期间引发裂纹扩展。尽管描绘了两个切口382，但是分隔体320的其它实施方式具有限定出单个切口(例如382)或三个以上切口(例如382)的末端部分324。可在外表面、内表面、任何其它表面或其组合处的末端部分324上限定出切口382。在一些实施方式中，尖端可以是v形切口或具有带边缘的端部的V形切口，诸如尖锐端部。作为补充或作为替代，切口可具有小于或等于分隔体厚度的50％的深度，并且可被配置以避免过早失效。例如，如果分隔体具有10微米的厚度，则切口可以具有小于或等于5微米的深度。作为另一实例，如果分隔体具有15微米的厚度，则切口可以具有小于或等于7.5微米的深度。在一些实施方式中，电芯(例如102、202)的其它元件可以包括脆性特征以实现末端部分324的断裂。例如，如图3E所示，导电部件350(诸如导电部件151)可以限定出一个或多个凸起物384，所述凸起物被配置为接触末端部分324以便引发裂纹扩展。当导电部件350压靠末端部分时，凸起物384(例如，波纹)包括尖锐边缘以使末端部分324破裂。导电部件350可以包括或对应于第一或第二汇流条(150，152，250，252)、连接体(130、140、230、240)、极耳(234、244)、容器(160、260)、容器(160、260)的表面或表面上的涂层、非导电结构或其组合。可以在分隔体320的组装之后形成切口382和/或凸起物382以增强断裂的机会，而不增加组装期间损坏的机会。
参考图3F，示出了分隔体320的不同切口的实例。分隔体320包括第一表面373、第二表面374(与第一表面373相反)、第三表面385、第四表面386(与第三表面385相反)、第五表面387和第六表面388(与第五表面387相反)。尽管示出具有六个表面，但是在其它实施方式中，分隔体可以包括多于六个表面或少于六个表面。另外，尽管描述为表面，但在其它实施方式中，373、374、385-388中的每一者可指分隔体320的侧面(例如，相对侧面)。
分隔体320可以包括一个或多个切口389-393。所述一个或多个切口389-393中的至少一个可以包括或对应于切口382。切口389、390可以形成于第一表面373中并且可以从第五表面387延伸到第六表面388。正如所示，切口389限定出圆形或U形的凹槽或沟道，并且切口390限定出V形的凹槽或沟道。在其它实施方式中，切口389、390可具有另一几何形状和/或限定出不同形状的凹槽。作为补充或作为替代，切口389、390可以从第五表面387延伸朝向第六表面388，但并不是一直延伸到第六表面388。还应注意，切口389、390可以位于第五表面387和第六表面388之间，但并不延伸到第五表面387和第六表面388中的任一个。
在第一表面373和第五表面387之间的边缘处形成切口391。在第五表面387上形成切口392、392。在第一表面373上形成一个或多个切口的组394。当组394包括多个切口时，所述切口中的两个或更多个可以是相同的尺寸(例如，具有相同的尺寸)或者可以是不同的尺寸。在一些实施方式中，该组多个切口中的每个切口是不同的尺寸。可以对所述切口进行尺寸调整和定位或设置以便响应于至少阈值量的力而促进分隔体的破裂。虽然图3F显示为具有多个不同类型的切口389-394，但在其它实施方式中，分隔体320可以具有单一切口类型或者切口类型的任何组合。另外，虽然已经参考特定表面(或侧面)描述了切口389-394，但是在其它实施方式中，切口389-394中的每一个可以参考不同的表面(或侧面)形成。
在一些实施方式中，图3A-3F的一个或多个方面可以与图3A-3F中的至少另一个的一个或多个方面组合。例如，图3B的分隔体320上的涂层376可以与图3E的凸起物384组合使用。作为另一实例，切口389-394中的任一个可被图3A-3E中的任一个的分隔体320包括或界定。另外，所述切口中的任一个可形成于主体部分322、末端部分324、或其组合上。作为另一实例，图3D的切口382可以在折叠之后形成，并且可以包括切口389-394中的一个或多个。作为补充或作为替代，在形成切口382之后，可以施加/执行涂层376和/或处理378。为了说明，可以施加涂层376，然后可以执行处理378。作为替代，可以执行处理378，然后可以施加涂层376。
参考图4，示出了操作电池的方法的实例。作为非限制性实例，可由电芯102、202执行方法400。
方法400包括操作电池电芯(在402)。该电池电芯可以具有第一电力单元、第一导电部件(例如151、350)和分隔体。第一电力单元可包括或对应于电力单元110、210。在一些实施方式中，第一电力单元可包括第一汇流条。另外，第一汇流条和分隔体可分别对应于汇流条150、152、250、252和分隔体120、220。在一些实施方式中，方法400可进一步包括对多个电力单元进行充电或放电。例如，操作电芯可包括将电力从所述多个电力单元传输到电子装置。
方法400包括接受在电池电芯处的力，该力被配置成引起分隔体的一部分破裂和结合，例如实现第二电极与第一导电部件之间的电结合(在404)。作为补充或作为替代，分隔体的破裂可以使第一电极能够经由第一导电部件结合到第二电极。分隔体的该部分可包括或对应于第一末端部分124、224或第二末端部分126、226。在一些实施方式中，第二电极可对应于第二电极114、214，并且第一导电部件可对应于第一导电部件151。第二电极与第一导电部件的结合可引起电短路。例如，将第二电极结合到第一导电部件可以包括将电流从第二电极传输到第一导电部件(例如，经由第二连接体和/或第一连接体)。方法400还可包括在电短路期间由第一导电部件和/或第一汇流条传导热。在一些实施方式中，接受力对应于与另一物体或地面的碰撞。
因此，方法400减轻了电池电芯的燃烧或***的风险。例如，结合到第一导电部件的第二电极和/或第二集流体可以安全地从一个或多个电力单元放电和传导热，而不会集中短路或热失控。以这种方式和其它方式，当发生碰撞时分隔体可使电芯能够均匀地放电。
本公开的一些实施方式包括制造电池电芯(例如102、202)的方法。一些这样的方法可以包括形成和/或组装分隔体。分隔体可对应于分隔体120、220、320。在一些实施方式中，形成分隔体包括将两种或更多种材料(例如，图3A中所示的370、372)条带化使得一种材料与分隔体的末端部分对准，而一种其它材料与分隔体的主体部分对准。末端部分和主体部分可分别包括或对应于末端部分124、126、224、226、324和主体部分122、222、322。
在一些实施方式中，组装分隔体可包括在多个电极上方折叠分隔体。一些实施方式(例如，图3B-3D中所示的实施方式)可包括：涂覆末端部分，处理(例如，热或UV处理)末端部分，在末端部分处形成缺口(例如，切口)，或其组合。在一些这样的实施方式中，可以在组装电池之后对末端部分执行涂覆、处理或产生切口。制造电池的一些实施方式(例如，图3E中所示)可以包括在热汇流条或其它结构中形成波纹。热汇流条可包括或对应于第一汇流条150、250和/或第二汇流条152、252，第一导电部件151或其组合。
前述电池电芯(例如102、202)可被设计和配置成存储在计算机可读介质上的计算机文件。可将此类文件中的一些或全部提供给制造操作员，该操作员基于此些文件来制造电芯。图5描绘了用于制造电池组、电芯、模块等的***500的实例。
在研究/设计计算机506处接收电池信息502(例如，机械撞击、电和热管理***信息、电池电芯信息、电池组信息和/或分隔体信息)。电池信息502可包括表示电池、这样的热管理***(100、200)、电池电芯(102、202)或电池组的至少一种物理性能的设计信息。例如，电池信息502可以包括经由连接到研究/设计计算机506的使用者界面504输入的以下测量结果：分隔体(例如120、220、320)的断裂韧性，电芯的脆性特征(例如图4A-4E中所示)、电芯几何形状、和/或类似物。研究/设计计算机506包括连接到计算机可读介质(例如，计算机可读存储装置)(诸如存储器510)的处理器508(例如一个或多个处理核心)。存储器510可存储计算机可读的指令，所述指令是可执行的以使处理器508将电池信息502转变为设计文件512。设计文件512可包括指示电池电芯(例如102、202)、电池组或热管理***的其它元件的设计的信息。如本文中进一步描述，设计文件512可以是可由其它***使用以执行制造的格式。
设计文件512被提供给制造计算机514以便在材料520的制造工艺期间控制制造设备。制造计算机514包括处理器516(例如，一个或多个处理器)，诸如一个或多个处理核心，以及存储器518。存储器518可以包括可执行的指令，例如可由计算机(诸如处理器516)执行的计算机可读指令或处理器可读指令。所述可执行指令可以使处理器516能够控制制造设备，例如通过在材料520的制造工艺期间发送一个或多个控制信号或数据。在一些实施方式中，制造***(例如，执行制造工艺的自动化***)可以具有分布式架构。例如，高级***(例如，处理器516)可以发出有待被一个或多个较低级***(例如，制造设备的单件)的控制器执行的指令。所述较低级***可以接收指令，可以向从属模块或处理工具发出子命令，并且可以将状态传达回高级***。因此，多个处理器(例如，处理器516以及一个或多个控制器)可以分布在制造***中。
作为说明性的非限制性实例，制造设备可以包括第一制造设备522、组装设备526和第二制造设备530。第一制造设备522被配置以形成电池电芯(例如102、202)的元件，例如来自材料520的分隔体120、220、420。可通过挤出、层压、压制、模制、注射、蚀刻切割、研磨等形成所述分隔体。在一些实施方式中，第一制造设备522可以形成电池电芯的一个或多个其它元件，诸如第一集流体(130、230)、第二集流体(140、240)、第一汇流条(150、250)或第二汇流条(152、252)。组装设备526被配置为将所制造的片组装成一个或多个装置。例如，可以将分隔体与其它元件组装以形成电池电芯。在一些实施方式中，组装设备526可以被配置为在电力单元110、210的阴极和阳极上方折叠分隔体以形成电芯。第二制造设备530被配置为在组装之后制造电芯的一个或多个元件。例如，第二制造设备530可以形成电芯的一个或多个脆性特征(例如，如图3A-3E中所述)。作为补充或作为替代，第二制造设备530可被配置以将一个或多个电力单元包括到容器(例如160)中，以便将所述一个或多个电力单元结合到一个或多个电连接(例如204)或其组合。在一些实施方式中，在第二制造设备530的操作之后，电池电芯532的形成完成。尽管被描述为形成电池电芯，但是在其它实施方式中，第二制造设备或附加的制造设备可以结合多个电池电芯以形成电池子组。另外，虽然制造设备已被描述为包括第一制造设备522、组装设备526和第二制造设备530，但是这种设备的标识仅用于说明，而不应被认为是限制性的。例如，制造设备可以包括更少的设备件数，更多的设备件数和/或不同的设备件数以形成电池子组。
***500使得能够制造一个或多个电池电芯或电池组，如本文所述。例如，一个或多个电池电芯可以包括具有如在机械撞击/电/热管理***400中描述的一个或多个脆性特征的分隔体。因此，***500可以有利地形成电池以提供电池电芯，该电池电芯在接受力时以安全的方式操作从而均匀地放电，从而防止集中短路和热失控。另外，***500可以使得能够在不损伤分隔体的情况下组装电芯，同时仍然维持沿着放电部分(例如，末端部分124、126、224、226)的脆性以便在高应力撞击时断裂。
尽管已经对本申请的各方面及其优点进行了详细描述，但应当理解，在不脱离所附权利要求书限定的本公开的精神和范围的情况下，可以进行各种变化、替代和变更。此外，本申请的范围并不意图局限于说明书中所述的工艺、机器、制造、物质组成、手段、方法和步骤的特定实施方式。如本领域的普通技术人员从以上公开内容将易于理解的，可以利用现存的或以后待开发的、执行与本文所述的相应实施方式基本上相同的功能或实现基本上相同结果的工艺、机器、制造、物质组成、手段、方法或步骤。因此，所附权利要求书意图将这样的工艺、机器、制造、物质组成、手段、方法或步骤包括在其范围内。
以上说明书提供了说明性配置的结构和使用的完整描述。尽管上文已经以一定程度的特殊性或者参考一个或更多个单独配置描述了某些配置，但是本领域的技术人员可以在不脱离本公开的范围的情况下对所公开的配置进行许多变更。因此，方法和***的各种说明性配置并不意图局限于所公开的特定形式。相反，它们包括落入权利要求的范围内的所有修改和替代，并且除了所示配置之外的配置可以包括所描绘配置的一些特征或所有特征。例如，要素可以被省略或者组合为整体结构，可以替换连接，或者两种情况都可以。此外，在适当的情况下，上述任何实例的各个方面可以与所述任何其它实例的各个方面组合，以形成具有可比的或不同的属性和/或功能的另外实例，以及解决相同或不同的问题。类似地，应当理解，上述的益处和优点可以涉及一种配置或者可以涉及几种配置。因此，本文所述的单个实施方式不应被解释为限制性的，并且在不脱离本公开的教导的情况下，本公开的实施方式可以适当地组合。
提供所公开实施方式的前述说明，以使本领域的技术人员能够制造或使用所公开的实施方式。这些实施方式的各种修改对于本领域的技术人员来说是易于清楚的，并且本文定义的原理可以应用到其它实施方式，而不脱离本公开的范围。因此，本公开并不意图局限于本文所示的实施方式，而是被赋予最宽广的范围，所述范围可能与所附权利要求限定的原理和新颖特征一致。权利要求并不意图包括并且也不应被解释为包括手段加功能或步骤加功能的限制，除非在给定权利要求中分别使用(多个)短语“用于…的手段”或“用于…的步骤”明确陈述这样的限制。

Claims (15)

1.一种电池电芯，包含：
第一电力单元，包含：
第一电极，其包括结合到第一导电部件的第一集流体；和
第二电极；和
分隔体，包含：
介于所述第一电极和所述第二电极之间的第一部分；和
位于所述第二电极和所述第一导电部件之间的第二部分；和其中所述分隔体的第二部分被配置为响应于接受对电池的力而破裂。
2.根据权利要求1所述的电池电芯，其中：
所述第一导电部件包括结合到所述第一集流体的第一汇流条、所述第一集流器的一部分、所述电池电芯的容器的表面或其上的涂层、或其组合；和
所述第二电极被配置为结合到所述第一导电部件，以便在所述分隔体的第二部分破裂时产生电短路。
3.根据权利要求2所述的电池电芯，其中所述第一导电部件被配置为在所述电短路期间传导和分布热量。
4.根据权利要求1所述的电池电芯，其中所述分隔体的第二部分具有0.2至5MPa·m1/2之间的断裂韧性(KIc)。
5.根据权利要求4所述的电池电芯，其中：
所述第一电极包含：
第一石墨层；
第二石墨层；和
所述第一集流体的第一部分介于第一石墨层和第二石墨层之间。
6.根据权利要求5所述的电池电芯，其中所述第二电极包含：
第一阴极层；
第二阴极层；和
第二集流体，所述第二集流体包括介于所述第一阴极层和所述第二阴极层之间的第一部分。
7.根据权利要求1所述的电池电芯，其中所述电池包括锂离子电池。
8.根据权利要求1所述的电池电芯，其中：
所述第一集流体包含第一部分和延伸远离第一部分的第一导电部件；和
所述第一集流体的第一导电部件在基本上平行于第一汇流条的长度的方向上延伸，所述第一汇流条被配置为分布热量。
9.根据权利要求8所述的电池电芯，还包含：
结合到所述第二电极的第二集流体；和
第二汇流条，所述第二汇流条结合到第二集流体并且被配置为分布来自第二集流体的热量。
10.根据权利要求9所述的电池电芯，其中：
所述第一汇流条和所述第一电极包含铜；和
所述第二汇流条和所述第二电极包含铝。
11.根据权利要求9所述的电池电芯，还包含：
第二电力单元，其包含：
包括第三集流体的第三电极；和
包括第四集流体的第四电极；和
其中：
所述分隔体包含介于第三电极和第四电极之间的第三部分以及位于第四电极和第一汇流条之间的第四部分；
所述第一汇流条结合到所述第三集流体；和
所述第二汇流条结合到所述第四集流体。
12.一种用于操作电池的方法，所述方法包括：
对电池进行充电或放电，所述电池包含：
第一电力单元，其包含：
结合到第一集流体的第一电极，所述第一集流体结合到第一导电部件；和
第二电极；和
分隔体，其包含：
介于所述第一电极和所述第二电极之间的第一部分；和
位于所述第二电极和第一导电部件之间的第二部分；和
接受所述电池处的力，其中所述力引起分隔体的第二部分破裂并且将第二电极结合到第一导电部件。
13.根据权利要求12所述的方法，其中：
所述电池包含结合到所述第一集流体的第一汇流条；
所述第一导电部件包括第一集流体的一部分或第一汇流条；
将所述第二电极结合到所述第一导电部件引起电短路；和
所述第一汇流条在电短路期间传导热量。
14.一种电池子组，所述电池子组包含：
两个或更多个电池，所述两个或更多个电池中的至少一个包含：
第一电力单元，其包含：
结合到第一集流体的第一电极，所述第一集流体包括导电部件；和
第二电极；和
分隔体，其包含：
介于所述第一电极和所述第二电极之间的第一部分；和
位于所述第二电极和第一导电部件之间的第二部分；和
其中所述分隔体的第二部分被配置为响应于接受相应电池处的力而破裂。
15.根据权利要求14所述的电池子组，其中所述两个或更多个电池中的所述至少一个还包含：
结合到所述第二电极的第二集流体；和
第二电力单元，其包含：
结合到第三集流体的第三电极；和
结合到第四集流体的第四电极；和
其中：
第一汇流条结合到所述第一集流体和第三集流体；和
第二汇流条结合到所述第二集流体和第四集流体。
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