CN116470245A - 用于改善高压电池组安全性和性能的含有小分子添加剂的组合物 - Google Patents

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Abstract

电池组电池可以包括电解质、包括第一电极层和第一集流体的第一电极、包括第二电极层和第二集流体的第二电极、插置在第一电极和第二电极之间的隔板以及至少一个保护层。例如，保护层可以插置在第一电极层和第一集流体之间、第二电极层和第二集流体之间、隔板和第一电极之间和/或隔板和第二电极之间。当被激活时，一个或多个保护层可以减少或中断通过电池组电池的电流。一个或多个保护层的组合物可以包括一种或多种小分子添加剂，以增加其稳定性和导电性，从而改善电池组电池的性能以及安全性。

Description

用于改善高压电池组安全性和性能的含有小分子添加剂的组 合物
相关申请的交叉引用
本申请要求于2022年1月18日提交的名称为“用于改善高压锂离子电池组的安全性和性能的含有小分子添加剂的组合物”的美国临时申请第63/300,533号的优先权，其公开内容通过引用整体并入本文。
技术领域
本文所述的主题通常涉及电池组电池，更具体地涉及用于电池组电池中的含有小分子添加剂的保护层。
背景技术
电池组电池在运行过程中会过充电、过热和/或短路。例如，当电池组电池过充电和/或发生内部短路时，可能会发生过电流。过电流会对电池组电池造成不可逆的损坏。特别地，过电流会导致热失控，这是一种危险的情况，在该情况下，来自过热电池组电池的未消散的热量会加速电池组电池内的放热反应，从而进一步升高电池的温度。热失控的后果可能特别可怕，包括例如火灾、***和/或类似情况。
发明内容
本申请提供了用于电池组电池的保护层的方法、***和制品。在当前主题的一个方面，电池组电池可以包括保护层，该保护层被配置为减轻和/或消除在电池组电池的运行期间可能出现的危险。保护层可以包括一种或多种小分子添加剂，以促进交联并改善保护层的稳定性和导电性。此外，保护层可以被配置为通过中断电池组电池内的电流的流动来响应温度、电压和/或电流的增加。保护层可以设置在电池组电池的至少一个集流体或电极的一个或两个表面上。因此，在一些情况下，第一保护层可以插置在电池组电池的第一集流体和相应的第一电极之间。替代地和/或附加地，第二保护层可以插置在电池组电池的第二集流体和相应的第二电极之间。
在一些情况下，保护层可以是包括保护层和密封层的多功能层的一部分。多功能层可以插置在电池组电池的电极和集流体之间，密封层进一步插置在电极和保护层之间。密封层可以将保护层与电池组电池的其他组件隔离，特别是包括在电池组电池中的电极和电解质。因此，密封层的存在可以为用于形成保护层的材料的选择带来灵活性。例如，可以选择形成保护层的材料以使性能最大化，而使对与电池组电池的其他组件的兼容性的考虑最小化。
在另一个方面，本申请提供了电池组电池，其包括含有一种或多种小分子添加剂的保护层。电池组电池可以包括：电解质；包括第一电极层和第一集流体的第一电极；包括第二电极层和第二集流体的第二电极；插置在第一电极和第二电极之间的隔板；以及，在激活时减少或中断电池组电池内的电流流动的第一保护层，该第一保护层由包括一种或多种与功能材料和/或导电材料结合的小分子添加剂的组合物形成。
在方法、***和制品的一些变体中，以下特征中的一个或多个可以任选地包括在任何可行的组合中。
在一些变体中，一种或多种小分子添加剂可以包括芳香族胺、脂肪族胺、脂肪族羧酸、芳香族羧酸、脂肪族羟基化合物、芳香族羟基化合物、脂肪族硫醇化合物、芳香族硫醇化合物、环氧取代的脂肪族或芳香族化合物、芳香族或脂肪族取代的吡咯-2,5-二酮、乙烯取代的脂肪族或芳香族化合物和/或自由基引发剂。
在一些变体中，第一保护层的组合物可以包括：按重量计0.1％至90％的一种或多种小分子添加剂、1％至50％的一种或多种小分子添加剂、1％至10％的一种或多种小分子添加剂或1％至5％的一种或多种小分子添加剂。
在一些变体中，功能材料可以包括聚丙烯酸(PAA)、交联聚丙烯酸(PAA)、羧甲基纤维素(CMC)、聚(丙烯酸甲酯)(PMA)、聚(甲基丙烯酸甲酯)(PMMA)、聚(甲基丙烯酸乙酯)(PEMA)和/或聚甲基丙烯酸2-羟乙酯(pHEMA)。
在一些变体中，导电材料可以是炭黑或选自以下的导电聚合物：聚(3,4-乙烯二氧噻吩)-聚苯乙烯磺酸盐(poly(3,4-ethylenedioxythiophene)polystyrene sulfonate，PEDOT:PSS)、聚吡咯(掺杂的)、聚(n-烷基噻吩)、聚烷基芴和聚(3,4-乙烯二氧噻吩)-共-聚(乙二醇)(poly(3,4-ethylenedioxythiophene)-co-poly(ethyleneglycol)，PEDOT-PEG)(掺杂的)。
在一些变体中，第一保护层的组合物还可以包括一种或多种基材和/或粘合剂材料。
在一些变体中，第一保护层可以插置在(i)第一电极层和第一集流体之间或(ii)隔板和第一电极层之间。
在一些变体中，第一保护层可以与密封层耦合，该密封层防止第一保护层与电池组电池的第一电极层和电解质中的至少一者之间反应，直到密封层由第二触发激活为止。
在一些变体中，电池组电池还可以包括：第二保护层，该第二保护层由包括一种或多种与功能材料和/或导电材料结合的小分子添加剂的组合物形成。第二保护层可以插置在(i)第二电极层和第二集流体之间或(ii)隔板和第二电极层之间。
在一些变体中，第二保护层可以与密封层耦合，该密封层防止第二保护层与电池组电池的第二电极层和电解质中的至少一者之间反应，直到密封层由温度触发、电压触发、电流触发和对电池组电池的物理损坏中的至少一者激活为止。
在一些变体中，第一保护层可以由温度触发、电压触发、电流触发和对电池组电池的物理损坏中的至少一者激活。
在一些变体中，第一保护层的组合物可以包括(i)卡波姆、氢氧化锂(LiOH)、superP导电碳黑、4,4'-(9-亚芴基)二苯胺和水；(ii)卡波姆、氢氧化锂(LiOH)、super P导电碳黑、4,4'-联苯二甲酸和水；或(iii)卡波姆、氢氧化锂(LiOH)、super P导电碳黑、季戊四醇四-3-巯基丙酸酯、三(2-丙烯酰氧乙基)异氰脲酸酯和水。
在一些变体中，第一保护层的组合物可以包括(i)68.53％的卡波姆、24.47％的氢氧化锂(LiOH)、5％的super P导电碳黑、2％的4,4'-(9-亚芴基)二苯胺和水；(ii)67.79％的卡波姆、24.21％的氢氧化锂(LiOH)、5％的super P导电碳黑、3％的4,4'-联苯二甲酸和水；或(iii)68.53％的卡波姆、24.47％的氢氧化锂(LiOH)、5％的super P导电碳黑、1％的季戊四醇四-3-巯基丙酸酯、1％的三(2-丙烯酰氧乙基)异氰脲酸酯和水。
在另一个方面，本申请提供了电池组电池，该电池组电池包括：电解质；包括第一电极层和第一集流体的第一电极；包括第二电极层和第二集流体的第二电极；插置在第一电极和第二电极之间的隔板；以及，第一保护层，该第一保护层在激活时减少或中断电池组电池内的电流流动，该第一保护层由包括一种或多种金属盐、陶瓷纳米材料和导电纳米添加剂的组合物形成。
在方法、***和制品的一些变体中，以下特征中的一个或多个可以任选地包括在任何可行的组合中。
在一些变体中，一种或多种金属盐可以是选自以下的有机盐：多元酸盐[-CR2-(CR2)0-100-COOM-]p、聚甲基丙烯酸盐[-CR2-(CR2)0-100-C(CR3)(COOM)-]p、聚丙烯酸盐[-CR2-(CR2)0-100-CR(COOM)-]p、聚甲基丙烯酸甲酯盐[-CR(CR3)-(CR2)0-100-C(CR3)(COOM)-]p、多元醇-M[-CR2-(CR2)0-100-CR-OM-]p、多硫化物-M[-CR2-(CR2)0-100-CR-SM-]p和有机硅酸盐[-R2Si-O-SiR2-]p，其中M选自包括以下金属的组：锂(Li)、钠(Na)、钾(K)、钙(Ca)、镉(Cd)、钴(Co)、铜(Cu)、铁(Fe)、钛(Ti)、镍(Ni)、锌(Zn)、锰(Mn)、铅(Pb)、锶(Sr)和锌(Zn)，并且其中R选自H、-CH3和-CH2CH3。
在一些变体中，一种或多种陶瓷纳米材料可以包括金属碳酸盐、金属碳酸氢盐、金属氧化物、金属钛酸盐和/或金属硅酸盐。
在一些变体中，一种或多种导电纳米添加剂可以包括碳纳米材料、碳纤维、单壁碳纳米管、多壁碳纳米管，金属粉和/或碳粉和金属粉的组合。
在一些变体中，第一保护层可以插置在(i)第一电极层和第一集流体之间或(ii)隔板和第一电极层之间。
在一些变体中，第一保护层可以由温度触发、电压触发、电流触发和对电池组电池的物理损坏中的至少一者激活。
在一些变体中，第二保护层可以由包括一种或多种与功能材料和/或导电材料结合的小分子添加剂的组合物形成，该第二保护层插置在(i)第二电极层和第二集流体之间或(ii)隔板和第二电极层之间。
本文所述主题的一个或多个变体的细节在附图和下文的描述中进行阐述。根据说明书和附图以及权利要求书，本文所述主题的其他特征和优点将是显而易见的。虽然当前公开的主题的某些特征是为了说明的目的而描述的，但是应该容易理解，此类特征并不是限制性的。据此公开的权利要求书旨在限定所受保护的主题的范围。
附图说明
附图并入本说明书中并构成本说明书一部分，其示出了本文公开的主题的某些方面，并且与说明书一起有助于解释与所公开的实施方式相关的一些原理。在附图中，
图1A描绘了示出与当前主题的实施方式一致的具有一个或多个保护层的电池组电池的实例的示意图；
图1B描绘了示出与当前主题的实施方式一致的具有一个或多个保护层的电池组电池的另一个实例的示意图；
图1C描绘了示出与当前主题的实施方式一致的具有一个或多个保护层的电池组电池的另一个实例的示意图；
图2A描绘了示出与当前主题的实施方式一致的具有一个或多个多功能层的电池组电池的实例的示意图；
图2B描绘了示出与当前主题的实施方式一致的具有一个或多个多功能层的电池组电池的另一个实例的示意图；
图2C描绘了示出与当前主题的实施方式一致的具有一个或多个多功能层的电池组电池的另一个实例的示意图；
图3A描绘了与当前主题的实施方式一致的小分子添加剂的实例；
图3B描绘了与当前主题的实施方式一致的小分子添加剂的另外的实例；
图3C描绘了与当前主题的实施方式一致的功能聚合物的实例；
图3D描绘了与当前主题的实施方式一致的功能导电聚合物的实例；
图4描绘了示出与当前主题的实施方式一致的用于组装电池组电池的方法的流程图；
图5A描绘了示出与当前主题的实施方式一致的，对包括具有添加剂的保护层的第一电池组电池、包括不含任何添加剂的保护层的第二电池组电池和不含保护层的第三电池组电池进行的循环试验的结果的曲线图；
图5B描绘了示出与当前主题的实施方式一致的对包括具有添加剂的保护层的第一电池组电池进行的过充电试验的结果的曲线图；并且
图5C描绘了示出与当前主题的实施方式一致的对包括具有添加剂的保护层的第一电池组电池进行的击穿试验(puncture test)的结果的曲线图。
在实际应用时，相同的标号用于指代附图中相同或相似的项目。
具体实施方式
电池组电池可以包括至少一层保护层，以减轻和/或消除电池组电池的运行危害，包括例如过充电、过热、短路和/或类似情况。电池组电池的过充电、过热和/或短路会导致热失控，这是一种危险的情况，在该情况下，电池组电池温度急剧升高。因此，保护层可以被配置为通过中断电池组电池内的电流的流动来响应温度的升高。例如，当电池组电池暴露于超过阈值的温度时，保护层会发生导致保护层膨胀和/或收缩的相变。保护层的膨胀和/或收缩会导致电池组电池内的电去耦，例如，电池组电池的电极和相应的集流体之间的电去耦。电去耦可以中断电池组电池内的电流的流动，从而阻止电池组电池内的放热反应以及电池组电池的温度的任何进一步升高。
在当前主题的一些实施方式中，可以通过改善保护层的稳定性和导电性来进一步增强电池组电池的性能。例如，可以通过由包括一种或多种小分子添加剂的组合物形成保护层来改善保护层的稳定性和导电性。在一些情况下，形成保护层的组合物可以包括相对于一种或多种功能材料诸如聚合物(例如，聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)和/或类似物)的1％-90％的小分子添加剂。本文所用的术语“小分子添加剂”是指具有的分子量低于阈值的添加剂，例如，诸如1000道尔顿、600道尔顿、500道尔顿以下、400道尔顿以下和/或类似值。在一些情况下，小分子添加剂可以是由多个相同的重复单元(例如单体)形成的微聚合物。小分子添加剂的实例包括芳香族胺、脂肪族胺、脂肪族羧酸、芳香族羧酸、脂肪族羟基化合物、芳香族羟基化合物、脂肪族硫醇化合物、芳香族硫醇化合物、环氧取代的脂肪族或芳香族化合物、芳香族或脂肪族取代的吡咯-2,5-二酮、乙烯取代的脂肪族或芳香族化合物、自由基引发剂和/或类似物(例如，1,5-萘二胺、4,4'-(9-亚芴基)二苯胺、2,6-二氨基蒽醌、脂肪族二醇、脂肪族二胺、脂肪族二羧酸、丁烷-1,2,3,4,-四羧酸、季戊四醇、4,4'-联苯二甲酸、2,6-萘二羧酸、4-(乙烯基氧基)苯胺、2-烯丙基酚、三羟甲基丙烷三(3-巯基丙酸酯)、季戊四醇四-3-巯基丙酸酯、1,3,5-三烯丙基-1,3,5-三嗪-2,4,6(1H,3H,5H)三酮、三(2-丙烯酰氧乙基)异氰脲酸酯、双(巯基乙酸)乙二醇、2,2'-(乙二基双氧代)双乙硫醇、4-氨基苯硫酚、三(2,3-环氧丙基)异氰脲酸酯、1-(4-氨基苯基)-1H-吡咯-2,5-二酮和/或类似物)。应该理解，小分子添加剂可以用来代替大分子添加剂，至少是因为大分子添加剂在通常与电池制造相关的生产规模上成本太高。
为了形成保护层，可以将一种或多种小分子添加剂与一种或多种活性功能材料或无机材料以及一种或多种基材(例如，氢氧化锂(LiOH)、氢氧化钠(NaOH)、氢氧化钾(KOH)和/或类似物)、粘合剂材料和/或导电材料结合。功能材料的实例包括聚丙烯酸(PAA)、交联聚丙烯酸(PAA)、羧甲基纤维素(CMC)、聚(丙烯酸甲酯)(PMA)、聚(甲基丙烯酸甲酯)(PMMA)、聚(甲基丙烯酸乙酯)(PEMA)、聚甲基丙烯酸2-羟乙酯((pHEMA)和/或类似物。在一些情况下，保护层的组合物可以包括导电聚合物。例如，在一些情况下，保护层的组合物可以包括相对于其中包括的一种或多种导电材料的1％-100％的导电聚合物，或者相对于其中包括的一种或多种粘合剂材料的1％-100％的导电聚合物。可替代地，在一些情况下，导电聚合物可以是存在于保护层的组合物中的单一导电材料和活性功能材料。导电聚合物的实例包括聚(3,4-乙烯二氧噻吩)-聚苯乙烯磺酸盐(PEDOT:PSS)、聚吡咯(掺杂的)、聚(n-烷基噻吩)、聚烷基芴、聚(3,4-乙烯二氧噻吩)-共-聚(乙二醇)(PEDOT-PEG)(掺杂的)和/或类似物。
将保护层暴露于电池组电池的其他组件，诸如电极和/或电解质，可能会引发不期望的反应，包括保护层降解、保护层过早活化和/或类似。因此，在当前主题的一些实施方式中，保护层可以是包括保护层和密封层的多功能层的一部分。多功能层可以插置在电池组电池的电极和集流体之间，其中密封层进一步插置在电极和保护层之间。包括保护层的多功能层的存在可以进一步改善电池组电池的性能，包括电池组电池的电池循环(例如，容量保持)和高温稳定性。
在当前主题的一些实施方式中，密封层可以由一种或多种在电池组电池的反应性组分(诸如电极和/或电解质)的存在下呈惰性的材料形成。由于密封层可以防止保护层暴露于电池组电池的反应性组分，因此密封层的存在可以为选择形成保护层的材料提供灵活性。此外，密封层的存在可以使保护层对制造过程(例如，电极的压延和/或类似)以及暴露于高温环境(诸如，在电极的涂覆和干燥过程中)更加耐受。然而，应该理解，密封层可以是可选的。例如，包括保护层和密封层的多功能层可以与电池组电池的第一电极耦合，而电池组电池的第二电极可以在没有密封层的情况下与保护层耦合。
配置单个保护层以响应多个触发可能具有挑战性。相反，密封层和保护层被配置成用于不同的目的，因此可以被配置成在不同的触发下激活，例如温度触发、电压触发、电流触发和/或类似。例如，密封层可以被配置成通过暴露保护层来响应更精确的触发点(例如，第一阈值温度、第一阈值电压、第一阈值电流和/或类似)，而保护层可以被配置成在暴露和/或不太精确的触发点(例如，第二阈值温度、第二阈值电压、第二阈值电流和/或类似)时激活。
在当前主题的一些实施方式中，虽然保护层可能对电池组电池的其他组件(例如，电极、电解质等物)表现出不稳定性，但密封层在这些相同组件存在时可能是惰性的。例如，尽管在电解质存在下，保护层可能变得具有反应性，但密封层可以是不混溶的，从而在保护层和电池组电池中的相应电极之间提供物理隔离。在正常运行期间(例如，在没有任何触发的情况下)，密封层的存在可以防止保护层暴露于电解质并发生不期望的反应。然而，在激活与密封层相关联的触发(例如，温度触发、电压触发、电流触发和/或类似)时，密封层可以分解以暴露保护层，此时可以发生合适的反应以防止电池组电池处的热失控。保护层也可能基于密封层由于施加机械应力而破裂的原因而暴露。
该反应可以包括导致电子传导路径中断的物理反应(例如，保护层的溶胀或其他膨胀)，类似于正温度系数(PTC)复合材料。可替代地和/或另外地，该反应可以包括化学反应，诸如保护层的分解和/或电极和保护层之间的反应，这在集流体和电极之间产生不导电的间隙。该反应还可以包括保护层和电解质之间的化学反应，该化学反应降低了电解质的离子电导率。
在当前主题的一些实施方式中，密封层可以是聚合物的，并且通过基于溶液的喷涂、涂覆、气相沉积和/或类似中的一种或多种方式进行涂覆。可替代地和/或另外地，密封层可以是金属的，并且通过金属蒸发、气相沉积和/或类似中的一种或多种来施加。可替代地和/或另外地，密封层可以由单体形成，其通过暴露于热、紫外光、x射线、激光和/或类似交联。可替代地和/或另外地，密封层可以由一种或多种导电聚合物和/或导电陶瓷(例如金属氧化物，过渡金属氧化物和/或类似)形成。密封层也可以通过溅射和/或原子层沉积来形成。
在当前主题的一些实施方式中，保护层，无论是单独还是作为进一步包括密封层的多功能层的一部分，可以涂覆在电池组电池的一个或两个集流体上。取决于应用(诸如电池组电池的形式)，集流体中的一个或多个可以由金属箔或电池组电池的外壳形成。可替代地和/或另外地，保护层可以涂覆在电池组电池的一个或两个电极上。所得电池组电池可以包括插置在第一电极和第一集流体之间的第一保护层。此外，在一些情况下，电池组电池还可以包括插置在第二电极和第二集流体之间的第二保护层。
图1A-C描绘了示出与当前主题的实施方式一致的具有一个或多个保护层130的电池组电池100的实例的示意图；在一些情况下，电池组电池100可以是金属电池组电池或金属离子电池组电池，包括例如锂(Li)离子电池组电池、钠(Na)离子电池组电池、铝(Al)离子电池组电池、镁(Mg)离子电池组电池和/或类似。此外，电池组电池100可以是任何形式，包括例如圆柱形电池组电池、钮扣电池组电池、棱柱形电池组电池、袋形电池组电池和/或类似。根据当前主题的各种实施方式，至少一个保护层130可以设置在电池组电池100的隔板140、电极层120和/或集流体130的表面上。
如图1A-C所示，电池组电池100可以包括第一电极层120a、第一集流体130a、第二电极层120b和第二集流体130b。第一电极层120a和第二电极层120b可以极性相反。例如，在第一电极层120a和第一集流体130a形成电池组电池100的第一电极125a(例如，正电极)的情况下，第二电极层120b和第二集流体130b可以形成电池组电池100的第二电极120b(例如，负电极)。可以是聚合物膜的隔板140可以插置在第一电极层120a和第二电极130b之间。在一些情况下，第一集流体130a和第二集流体130b可以由金属箔或金属化箔形成，包括例如铜(Cu)箔、铝(Al)箔、铁(Fe)箔、钛(Ti)箔、镍(Ni)箔、碳(C)箔、金属化聚合物箔和/或类似物。
在图1A所示的电池组电池100的实例中，电池组电池100可以包括插置在第一电极层120a和第一集流体120b之间的第一保护层130b。在图1B所示的电池组电池100的实例中，第二保护层130b可以进一步插置在第二电极120b和第二集流体130b之间。在图1C所示的电池组电池100的实例中，该一个或多个保护层110涂覆在隔板140的一个或多个表面上。因此，在一些情况下，第一保护层110a可以插置在隔板140和第一电极层120a之间。此外，在一些情况下，第二保护层110b可以插置在隔板140和第二电极层120b之间。
图2A-B描绘了示出与当前主题的实施方式一致的具有一个或多个多功能层150的电池组电池100的实例的示意图。在当前主题的一些实施方式中，电池组电池100的每个保护层110可以与密封层155进一步耦合，以形成一个或多个多功能层150。例如，在图2A中，包括第一保护层110a和第一密封层155a的第一多功能层150a可以插置在第一电极层120a和第一集流体130a之间。在图2A所示的实例中，第一保护层110a可以插置在第一电极层120a和第一密封层155a之间，而第一密封层155a进一步插置在第一保护层110a和第一集流体130a之间。
图2B描绘了电池组电池100的另一个实例，其包括插置在第一电极层120a和第一集流体130a之间的第一多功能层150a以及插置在第二电极层120b和第二集流体130b之间的第二多功能层150b。如图2B所示，第二多功能层150b可以包括第二保护层110b和第二密封层155b，其中第二保护层110b插置在第二电极层120b和第二密封层155b之间，而第二密封层155b进一步插置在第二保护层110b和第二集流体130b之间。
图2C描绘了电池组电池100的另一个实例，其中多功能层150插置在隔板140和第一电极层120a和/或第二电极层120b之间。例如，在一些情况下，第一多功能层150a可以插置在隔板140和第一电极层120a之间，其中第一保护层110a插置在隔板140和第一密封层155a之间，而第一密封层155a进一步插置在第一保护层110a和第一电极层120a之间。可替代地和/或另外地，第二多功能层150b可以插置在隔板140和第二电极层120b之间，其中第二保护层110b插置在隔板140和第二密封层155b之间，而第二密封层155b进一步插置在第二保护层110b和第二电极层120b之间。
在当前主题的一些实施方式中，电池组电池100的一个或多个保护层110可以中和危险的运行条件，诸如过热、过充电和/或内部短路。例如，在一些情况下，电池组电池100的一个或多个保护层110可以通过至少充当限流器来中和危险的运行条件，该限流器在过热、过充电和/或内部短路的情况下减少通过电池组电池100的电流的流动。在一些情况下，当通过电池组电池100的温度、电压和/或电流满足一个或多个阈值时，例如，通过超过与正常(或安全)运行相关的温度、电压和/或电流，该一个或多个保护层110可以通过至少表现出阻抗的增加来减少通过电池组电池100的电流的流动。可替代地和/或另外地，电池组电池100的一个或多个保护层110可以通过至少充当断流器来中和危险的运行条件，该断流器在过热、过充电和/或内部短路的情况下消除通过电池组电池100的电流的流动。例如，在一些情况下，当通过电池组电池100的温度、电压和/或电流满足一个或多个阈值时，例如，通过超过与正常(或安全)运行相关的温度、电压和/或电流，该一个或多个保护层110可以通过至少产生不导电间隙来中断通过电池组电池100的电流的流动。
在当前主题的一些实施方式中，电池组电池100的一个或多个保护层110可以配制成包括一种或多种小分子添加剂。一种或多种小分子添加剂在一种或多种保护层110的组合物中的存在可以增加一种或多种保护层110的稳定性，并且在一些情况下，增加其导电性。因此，包括一种或多种小分子添加剂可以改善电池组电池100的性能，包括例如电池循环(例如，容量保持)、高温稳定性和/或类似。例如，在一些情况下，由于存在于一种或多种保护层110中的一种或多种小分子添加剂和其他化合物(例如，聚合物)之间的反应，一种或多种保护层110的稳定性可以增加。如上所述，小分子添加剂的实例包括芳香族胺、脂肪族胺、脂肪族羧酸、芳香族羧酸、脂肪族羟基化合物、芳香族羟基化合物、脂肪族硫醇化合物、芳香族硫醇化合物、环氧取代的脂肪族或芳香族化合物、芳香族或脂肪族取代的吡咯-2,5-二酮、乙烯取代的脂肪族或芳香族化合物、自由基引发剂和/或类似物。在一些情况下，该一个或多个保护层110可以包括，按重量计：0.1％至90％的小分子添加剂、1％至50％的小分子添加剂、1％至10％的小分子添加剂、1％至5％的小分子添加剂和/或类似。
图3A-B描绘了小分子添加剂的各种实例，包括1,5-萘二胺、4,4'-(9-亚芴基)二苯胺、2,6-二氨基蒽醌、脂肪族二醇、脂肪族二胺、脂肪族二羧酸、丁烷-1,2,3,4,-四羧酸、季戊四醇、4,4'-联苯二甲酸、2,6-萘二羧酸、4-(乙烯基氧基)苯胺、2-烯丙基酚、三羟甲基丙烷三(3-巯基丙酸酯)、季戊四醇四-3-巯基丙酸酯、1,3,5-三烯丙基-1,3,5-三嗪-2,4,6(1H,3H,5H)三酮、三(2-丙烯酰氧乙基)异氰脲酸酯、双(巯基乙酸)乙二醇、2,2'-(乙二基双氧代)双乙硫醇、4-氨基苯硫酚、三(2,3-环氧丙基)异氰脲酸酯和1-(4-氨基苯基)-1H-吡咯-2,5-二酮。
为了形成一个或多个保护层110，可以将一种或多种小分子添加剂与一种或多种活性功能材料或无机材料以及一种或多种基材(例如，氢氧化锂(LiOH)、氢氧化钠(NaOH)、氢氧化钾(KOH)和/或类似物)、粘合剂材料和/或导电材料结合。例如，在一些情况下，一个或多个保护层的组合物可以包括一种或多种金属盐(例如，有机盐和/或类似物)、陶瓷纳米材料和导电纳米添加剂。在一些情况下，相对于其他化合物(诸如，一种或多种功能材料)，一种或多种保护层的组合物可以包括1％-90％的小分子添加剂。如图3C所示，功能材料的实例包括聚丙烯酸(PAA)、交联聚丙烯酸(PAA)、羧甲基纤维素(CMC)、聚(丙烯酸甲酯)(PMA)、聚(甲基丙烯酸甲酯)(PMMA)、聚(甲基丙烯酸乙酯)(PEMA)、聚甲基丙烯酸2-羟乙酯((pHEMA)和/或类似物。
可以存在于一个或多个保护层100的组合物中的一种或多种金属盐的实例包括多元酸盐[-CR2-(CR2)0-100-COOM-]p、聚甲基丙烯酸盐[-CR2-(CR2)0-100-C(CR3)(COOM)-]p、聚丙烯酸盐[-CR2-(CR2)0-100-CR(COOM)-]p、聚甲基丙烯酸甲酯盐[-CR(CR3)-(CR2)0-100-C(CR3)(COOM)-]p、多元醇-M[-CR2-(CR2)0-100-CR-OM-]p、多硫化物-M[-CR2-(CR2)0-100-CR-SM-]p和有机硅酸盐[-R2Si-O-SiR2-]p，其中M选自包括以下金属的组：锂(Li)、钠(Na)、钾(K)、钙(Ca)、镉(Cd)、钴(Co)、铜(Cu)、铁(Fe)、钛(Ti)、镍(Ni)、锌(Zn)、锰(Mn)、铅(Pb)、锶(Sr)和锌(Zn)，并且其中R选自H、-CH3、-CH2CH3和其他有机取代基。当一种或多种金属盐存在于一个或多个保护层110的组合物中时，该一种或多种金属盐可以形成，按重量计：1％至99％的一个或多个保护层110、10％至90％的一个或多个保护层110、20％至70％的一个或多个保护层110和/或类似。
如上所述，一个或多个保护层110的组合物可以还包括一种或多种陶瓷纳米材料。在一些情况下，可以存在于一个或多个保护层110的组合物中的一种或多种陶瓷纳米材料可以表现出某些尺寸，诸如，例如，至少一个小于500纳米的尺寸，至少一个小于100纳米的尺寸和/或类似尺寸。可以存在于一个或多个保护层110的组合物中的一种或多种陶瓷纳米材料的实例可以包括金属碳酸盐(例如，Li2CO3、Na2CO3、K2CO3、CaCO3、BeCO3、MgCO3、SrCO3、BaCO3、FeCO3和/或类似物)、金属碳酸氢盐(例如，LiHCO3、NaHCO3、KHCO3、CsHCO3、Ca(HCO3)2、Mg(HCO3)2和/或类似物)、金属氧化物(例如，CaO、MgO、SiO2、Al2O3、TiO2、ZrO2、CuO、SnO2、GeO2、Co3O4、ZnO和/或类似物)、金属钛酸盐(例如，Li2TiO3、CaTiO3、MgTiO3、BaTiO3、ZnTiO3和/或类似物)、和金属硅酸盐(例如，Li2SiO3、Na2SiO3、MgSiO3、CaSiO3、FeSO3、MnSiO3、K2SiO3、Zn2SiO4、Mg2SiO4、Fe2SiO4、Mn2SiO4、ZrSiO4、Be2SiO4和/或类似物)。如果一种或多种陶瓷纳米材料存在于一个或多个保护层110的组合物中，该一种或多种陶瓷纳米材料可以形成，按重量计：0.1％至98.9％的一个或多个保护层110、5％至80％的一个或多个保护层110和/或类似。
在一些情况下，一个或多个保护层110的组合物可以包括一种或多种导电纳米添加剂。例如，在一种或多种导电纳米添加剂存在于一个或多个保护层110的组合物中的情况下，该一种或多种导电纳米添加剂可以形成，按重量计：0.1％至20％的一个或多个保护层110、0.5％至10％的一个或多个保护层110和/或类似。一种或多种导电纳米添加剂的至少一个尺寸可以满足相应的阈值。例如，在一些情况下，一种或多种导电纳米添加剂的至少一个尺寸可以小于100纳米、小于500纳米和/或类似。一种或多种导电纳米添加剂的实例包括碳纳米材料和碳纤维(例如，石墨烯、氧化石墨烯、炭黑和/或类似物)、单壁或多壁碳纳米管、金属粉(例如，铜(Cu)、铝(Al)、银(Ag)、金(Au)、钛(Ti)、镍(Ni)、锰(Mg)和/或类似物)，或者碳粉和金属粉的组合。
在一些情况下，一个或多个保护层110的组合物可以包括一种或多种导电聚合物。保护层110的组合物可以包括相对于其中包括的一种或多种导电材料的1％-100％的导电聚合物，或者相对于其中包括的粘合剂材料的1％-100％的导电聚合物。可替代地，在一些情况下，导电聚合物可以是存在于保护层的组合物中的单一导电材料和活性功能材料。例如，在一些情况下，保护层110的组合物可以包括，按重量计：1％至90％的导电聚合物、1％至50％的导电聚合物、1％至10％的导电聚合物和/或类似物。图3D中所示的导电聚合物的实例包括聚(3,4-乙烯二氧噻吩)-聚苯乙烯磺酸盐(PEDOT:PSS)、聚吡咯(掺杂的)、聚(n-烷基噻吩)、聚烷基芴、聚(3,4-乙烯二氧噻吩)-共-聚(乙二醇)(PEDOT-PEG)(掺杂的)和/或类似物。
在当前主题的一些实施方式中，保护层110可以与密封层155耦合，以形成图2A-C所示的多功能层150的实例。密封层155可以由一种或多种材料形成，这些材料在电池组电池100的反应性组分(诸如，电极(例如，第一电极层110、第二电极层210和/或类似)、电解质和/或类似)的存在下是惰性的。在一些情况下，形成保护层150的材料可以是导电的。形成保护层150的材料的实例可以包括乙烯-醋酸乙烯共聚物(PECVA)、苯乙烯-丁二烯橡胶(SBR)、聚四氟乙烯(PTFE)、蜡、硅(Si)橡胶、聚丙烯聚合物、聚丙烯、聚乙烯、三元乙丙橡胶(EPDM)及其类似物，表现出负热膨胀(NTE)系数的材料(诸如，氰化锌(ZnCN2)等)以及与电解质的分解副产物反应的材料。
在密封层155由具有负热膨胀(NTE)系数的材料形成的情况下，当多功能安全层150暴露于较高温度(例如，超过某些阈值的温度)时，保护层1`0的收缩可能暴露与密封层155耦合的保护层110。可替代地，在密封层155由易于在较高温度和/或电压下分解的材料(例如，超过某些阈值的温度和/或者电压)形成的情况下，当多功能安全层150经受较高温度和或电压时，相应的保护层110可能暴露。一旦保护层110暴露于电解质、电极层120或电池组电池100的其他反应性组分，它们之间的反应可以中和危险的运行条件，诸如，过热、过充电和/或内部短路。该反应可以包括导致电池组电池100内的电子传导路径中断的物理反应(例如，保护层110的溶胀或其他膨胀)。可替代地和/或另外地，该反应可以包括化学反应，诸如，保护层110的分解和/或电极层120和保护层110之间的反应，这在集流体130和相应的电极层120之间产生非导电间隙。该反应还可以包括保护层110和电池组电池100中的电解质之间的化学反应，该化学反应降低了电解质的离子电导率。
在当前主题的一些实施方式中，保护层110和密封层155可以通过不同的触发激活。例如，密封层155可以响应于与激活保护层110的第二触发不同和/或更精确的第一触发(例如，第一温度阈值、第一电压阈值、第一电流阈值、由电池组电池100的金属穿透、挤压和冲击等引起的物理损伤)。因此，在被第一触发激活时，密封层155可以通过至少暴露保护层110来响应。保护层110可以通过该暴露(例如，暴露于电池组电池100内的电极120、电解质和/或其他反应性组分)和/或第二触发(例如，第二温度阈值、第二电压阈值、第三电流阈值、物理损伤和/或类似)来激活。
图4描绘了示出与当前主题的实施方式一致的用于组装电池组电池的方法400的实例的流程图。参考图4，在一些情况下，可以执行方法400以组装电池组电池100，使其包括一个或多个保护层110，或者在一些情况下，使其包括一个或多个与密封层155耦合的保护层110的多功能层150。
在402，可以形成保护层。在当前主题的一些实施方式中，电池组电池100的一个或多个保护层110可以由复合材料形成，该复合材料包括一种或多种与一种或多种功能材料(例如，聚合物和/或类似物)结合的小分子添加剂、基材(例如，金属氢氧化物，诸如，氢氧化锂(LiOH)、氢氧化钠(NaOH)、氢氧化钾(KOH)和/或类似物)、粘合剂材料和/或导电材料(例如，炭黑、导电聚合物和/或类似物)。例如，在一些情况下，形成电池组电池100的一个或多个保护层110的复合材料可以包括一种或多种金属盐、陶瓷纳米材料和导电纳米添加剂。此外，在一些情况下，形成一个或多个保护层110的复合材料可以是浆料，然后将浆料涂覆在电池组电池100的电极120、集流体130和隔板140中的一个或多个上。在一些情况下，一个或多个保护层110可以与一个或多个密封层155耦合以形成一个或多个多功能层150。在这些情况下，形成一个或多个保护层110的复合材料可以是涂覆在一个或更多个密封层155的表面上的浆料，或者形成一个或多个密封层155的材料可以涂覆在一个或多个保护层110的表面上以形成一个或多个多功能层150。
在当前主题的一些实施方式中，在例如涂覆在电极120、集流体130、隔板140和/或密封层155中的一个或多个的表面上之后，可以干燥形成一个或更多个保护层110的复合材料的浆料。在一些情况下，形成一个或多个保护层110的复合材料的浆料可以经受高温处理，例如，通过在高温(例如，在大约80℃至150℃之间)下真空干燥长时间(例如，大约8小时至24小时之间)。在形成过程中使形成一个或多个保护层110的复合材料的浆料经受高温处理可以促进小分子添加剂与包含在复合材料中的活性功能聚合物之间的反应。例如，可以选择高温处理的温度和/或持续时间，以确保所有(或基本上所有)小分子添加剂与活性功能聚合物反应，以便在一旦组装电池组电池100时消除电解质污染的可能性。
在404，可以形成第一电极。例如，第一电极125a(例如，正极)可以通过在一种或多种材料被干燥(例如，在140℃下10小时)之前，在第一集流体130a的表面上涂覆形成第一电极层120a的一种或多种材料(例如，包括一种或更多种材料的浆料)而形成。电池组电池100的第一电极125a可以通过将第一电极层120a冲压成适当形状和/或尺寸的片来进一步形成。在一些情况下，形成第一保护层110a的复合材料可以涂覆在第一电极层120a的表面上。此外，在一些情况下，形成第一密封层155a的材料可以插置在形成第一保护层110a的复合材料和形成第一电极层120a的材料之间。
在406，可以形成第二电极。例如，第二电极125b(例如，负极)可以通过在一种或多种材料被干燥(例如，在125℃下10小时)之前，在第二集流体130b的表面上涂覆形成第二电极层120b的一种或多种材料(例如，包括一种或多种材料的浆料)而形成。电池组电池200的第二电极125b可以通过将第二电极层120b冲压成适当形状和/或尺寸的片材来进一步形成。在一些情况下，形成第二保护层110b的复合材料可以涂覆在第二电极层120b的表面上。此外，在一些情况下，形成第二密封层155b的材料可以插置在形成第二保护层110b的复合材料和形成第二电极层120b的材料之间。
在408，电池组电池可被组装以包括保护层、第一电极、第二电极、隔板和电解质。例如，电池组电池100可以被形成以包括一个或多个保护层110、包括第一电极层120a和第一集流体130a的第一电极125a、包括第二电极层120b和第二集流体130b的第二电极125b、隔板140和电解质。在电池组电池100是圆柱电池的情况下，隔板140的层可以插置在电池组电池100的第一电极125a和第二电极125b之间，以形成片材，该片材然后缠绕(例如，缠绕在芯轴上)，以在卷芯沉积在外壳内之前形成卷芯。在电池组电池100是袋形电池的情况下，第一电极125a和第二电极125b可以叠置，隔板140的层插置其间。然后可以将一个或多个这样的叠置放置在袋内。电池组电池100可以在密封、老化(例如，处于室温24小时)并经受一个或多个充电和放电循环(例如，以C/20充电速率)之前填充电解质。在一些情况下，除了上述高温处理和/或代替上述高温处理，一个或多个保护层110还可以作为形成过程的一部分进行辐射处理(例如，伽马射线，诸如，X射线、β射线、紫外(UV)光和/或类似)，这可以进一步促进包含在形成一个或多个保护层110的复合材料中的聚合物的交联。
如上所述，包括一个或多个保护层110可以改善电池组电池100的安全性，当包括电池组电池100时。例如，一个或多个保护层110可以用作限流器和/或断流器，以中和电池组电池100处的危险运行条件，包括例如，过热、过充电、内部短路和/或类似。通过形成由包括一种或多种小分子添加剂的复合材料形成的一个或多个保护层110，可以进一步改善电池组电池100的性能，包括电池周期(例如，容量保持)、高温稳定性和/或类似。为了进一步说明，图5A描绘了比较包括具有添加剂的保护层的第一电池组电池、包括不含任何添加剂的保护层的第二电池组电池和不含任何保护层的第三电池组电池的循环性能的曲线图。第一电池组电池、第二电池组电池和第三电池组电池各自经受循环试验，该循环试验包括以0.7库仑充电至4.48伏特的电压以及以0.5库仑放电至3伏特的电压。可以基于每个电池组电池在电池组电池经历多达150次充电和放电循环之后的容量保持来评估每个电池组电池的循环性能。如图5A所示，包括具有添加剂的保护层的第一电池组电池比其保护层不包括任何添加剂的第二电池组电池表现出更好的循环性能(例如，在连续的充电和放电循环中更高的容量保持百分比)。此外，图5A中的比较表明，在第一电池组电池的保护层中包括添加剂进一步使得第一电池组电池与第三电池组电池表现出的循环性能相当，第三电池组不包括任何保护层，因此比第一电池组电池更易受到危险运行条件的影响。换言之，一种或多种添加剂(诸如本文所述的小分子添加剂)的存在可以最小化包括一个或多个保护层可能对电池组电池的循环性能的影响，同时仍然保持由此获得的安全益处。
图5B-C描绘了示出包括一个或多个保护层的电池组电池的安全性的图，该保护层被配制成包括一种或多种添加剂，诸如本文所述的小分子添加剂。在图5B中，例如，电池组电池可以过充电，但是一个或多个保护层可以减少和/或中断电流的流动，使得电池组电池的温度和电压保持稳定，并且电池组电池不会过热并经历热失控。图5C描绘了在电池组电池经历物理损坏(诸如，穿透、变形、冲击和/或类似)之后电池组电池的温度和电压的变化。如图5C所示，一个或多个保护层的存在防止了对电池组电池的物理损坏触发电池组电池的温度和电压中的任何显著峰值。相反，电池组电池的温度和电压保持稳定，表明一个或多个保护层的存在还防止了电池组电池的物理损坏导致电池组电池过热和热失控。
实施例I
在当前主题的一些实施方式中，一个或多个保护层110可以由复合材料形成，该复合材料包括卡波姆、氢氧化锂(LiOH)、super P导电碳黑、4,4'-(9-亚芴基)二苯胺和水。
在当前主题的一些实施方式中，一个或多个保护层可以由复合材料形成，该复合材料包括卡波姆(68.53％)、氢氧化锂(LiOH)(24.47％)、super P导电碳黑(5％)、4,4'-(9-亚芴基)二苯胺(2％)和水。
实施例II
在当前主题的一些实施方式中，一个或多个保护层110可以由复合材料形成，该复合材料包括卡波姆、氢氧化锂(LiOH)、super P导电碳黑、4,4'-联苯二甲酸和水。
在当前主题的一些实施方式中，一个或多个保护层110可以由复合材料形成，该复合材料包括卡波姆(67.79％)、氢氧化锂(LiOH)(24.21％)、super P导电碳黑(5％)、4,4'-联苯二甲酸(3％)和水。
实施例III
在当前主题的一些实施方式中，一个或多个保护层110可以由复合材料形成，该复合材料包括卡波姆、氢氧化锂(LiOH)、super P导电碳黑、季戊四醇四-3-巯基丙酸酯、三(2-丙烯酰氧乙基)异氰脲酸酯和水。
在当前主题的一些实施方式中，一个或多个保护层110可以由复合材料形成，该复合材料包括卡波姆(68.53％)、氢氧化锂(LiOH)(24.47％)、super P导电碳黑(5％)、季戊四醇四-3-巯基丙酸酯(1％)、三(2-丙烯酰氧乙基)异氰脲酸酯(1％)和水。
在上面的描述和权利要求中，诸如“至少一个/者”或“一个或多个”的短语可以出现在元素或特征的联合列表之后。术语“和/或”也可以出现在两个或多个元素或特征的列表中。除非其使用的上下文另有隐含或明确的矛盾，否则此种短语旨在表示任何单独列出的元素或特征，或者任何列举的元素或特征与任何其他列举的元素或特征的组合。例如，短语“A和B中的至少一个/者”；“A和B中的一个或多个”；和“A和/或B”各自旨在表示“单独的A、单独的B或A和B一起”。类似的解释也适用于包括三个或更多项目的列表。例如，短语“A、B和C中的至少一个/者”；“A、B和C中的一个或多个”和“A、B和/或C”各自旨在表示“单独的A、单独的B、单独的C、A和B一起、A和C一起、B和C一起、或A和B和C一起”。上文和权利要求中使用的术语“基于”旨在表示“至少部分基于”，使得未引用的特征或元件也是允许的。
根据期望的配置，本文所述的主题可以体现在***、设备、方法和/或物品中。前述描述中阐述的实施方式并不表示与本文所述主题一致的所有实施方式。相反，它们仅为与所述主题相关的方面一致的一些实例。尽管上面已经详细描述了一些变化，但其他修改或添加也是可能的。特别地，除了本文阐述的那些之外，还可以提供其他特征和/或变体。例如，上述实施方式可以针对所公开的特征的各种组合和子组合和/或上面公开的若干其他特征的组合和子组合。此外，附图中所描绘的和/或本文中所描述的逻辑流程不一定需要所示的特定顺序或连续顺序来实现期望的结果。其他实施方式可以在以下权利要求的范围内。

Claims (20)

1.一种电池组电池，所述电池组电池包括：
电解质；
第一电极，所述第一电极包括第一电极层和第一集流体；
第二电极，所述第二电极包括第二电极层和第二集流体；
隔板，所述隔板插置在所述第一电极和所述第二电极之间；和
第一保护层，所述第一保护层在激活时减少或中断所述电池组电池内的电流流动，所述第一保护层由包括一种或多种与功能材料和/或导电材料结合的小分子添加剂的组合物形成。
2.根据权利要求1所述的电池组电池，其中所述一种或多种小分子添加剂包括芳香族胺、脂肪族胺、脂肪族羧酸、芳香族羧酸、脂肪族羟基化合物、芳香族羟基化合物、脂肪族硫醇化合物、芳香族硫醇化合物、环氧取代的脂肪族或芳香族化合物、芳香族或脂肪族取代的吡咯-2,5-二酮、乙烯取代的脂肪族或芳香族化合物和/或自由基引发剂。
3.根据权利要求1至2中任一项所述的电池组电池，其中所述第一保护层的所述组合物包括：按重量计0.1％至90％的所述一种或多种小分子添加剂、按重量计1％至50％的所述一种或多种小分子添加剂、按重量计1％至10％的所述一种或多种小分子添加剂或按重量计1％至5％的所述一种或多种小分子添加剂。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的电池组电池，其中所述功能材料包括聚丙烯酸(PAA)、交联聚丙烯酸(PAA)、羧甲基纤维素(CMC)、聚(丙烯酸甲酯)(PMA)、聚(甲基丙烯酸甲酯)(PMMA)、聚(甲基丙烯酸乙酯)(PEMA)和/或聚甲基丙烯酸2-羟乙酯(pHEMA)。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的电池组电池，其中所述导电材料是炭黑或导电聚合物，所述导电聚合物选自：聚(3,4-乙烯二氧噻吩)-聚苯乙烯磺酸盐(PEDOT:PSS)、聚吡咯(掺杂的)、聚(n-烷基噻吩)、聚烷基芴和聚(3,4-乙烯二氧噻吩)-共-聚(乙二醇)(PEDOT-PEG)(掺杂的)。
6.根据权利要求1至5中任一项所述的电池组电池，其中所述第一保护层的所述组合物还包括一种或多种基材和/或粘合剂材料。
7.根据权利要求1至6中任一项所述的电池组电池，其中所述第一保护层插置在(i)所述第一电极层和所述第一集流体之间或(ii)所述隔板和所述第一电极层之间。
8.根据权利要求1至7中任一项所述的电池组电池，其中所述第一保护层与密封层耦合，所述密封层防止所述第一保护层与所述电池组电池的所述第一电极层和所述电解质中的至少一者之间反应，直到所述密封层由第二触发激活。
9.根据权利要求1至8中任一项所述的电池组电池，所述电池组电池还包括：
第二保护层，所述第二保护层由包括所述一种或多种与所述功能材料和/或所述导电材料结合的小分子添加剂的组合物形成，所述第二保护层插置在(i)所述第二电极层和所述第二集流体之间或(ii)所述隔板和所述第二电极层之间。
10.根据权利要求9所述的电池组电池，其中所述第二保护层与密封层耦合，所述密封层防止所述第二保护层与所述电池组电池的所述第二电极层和所述电解质中的至少一者之间反应，直到所述密封层由温度触发、电压触发、电流触发和对所述电池组电池的物理损坏中的至少一者激活。
11.根据权利要求1至10中任一项所述的电池组电池，其中所述第一保护层由温度触发、电压触发、电流触发和对所述电池组电池的物理损坏中的至少一者激活。
12.根据权利要求1至11中任一项所述的电池组电池，其中所述第一保护层的所述组合物包括(i)卡波姆、氢氧化锂(LiOH)、super P导电碳黑、4,4'-(9-亚芴基)二苯胺和水；(ii)卡波姆、氢氧化锂(LiOH)、super P导电碳黑、4,4'-联苯二甲酸和水；或(iii)卡波姆、氢氧化锂(LiOH)、super P导电碳黑、季戊四醇四-3-巯基丙酸酯、三(2-丙烯酰氧乙基)异氰脲酸酯和水。
13.根据权利要求1至12中任一项所述的电池组电池，其中所述第一保护层的所述组合物包括(i)68.53％的卡波姆、24.47％的氢氧化锂(LiOH)、5％的super P导电碳黑、2％的4,4'-(9-亚芴基)二苯胺和水；(ii)67.79％的卡波姆、24.21％的氢氧化锂(LiOH)、5％的super P导电碳黑、3％的4,4'-联苯二甲酸和水；或(iii)68.53％的卡波姆、24.47％的氢氧化锂(LiOH)、5％的super P导电碳黑、1％的季戊四醇四-3-巯基丙酸酯、1％的三(2-丙烯酰氧乙基)异氰脲酸酯和水。
14.一种电池组电池，所述电池组电池包括：
电解质；
第一电极，所述第一电极包括第一电极层和第一集流体；
第二电极，所述第二电极包括第二电极层和第二集流体；
隔板，所述隔板插置在所述第一电极和所述第二电极之间；和
第一保护层，所述第一保护层在激活时减少或中断所述电池组电池内的电流流动，所述第一保护层由包括一种或多种金属盐、陶瓷纳米材料和导电纳米添加剂的组合物形成。
15.根据权利要求14所述的电池组电池，其中所述一种或多种金属盐是有机盐，所述有机盐选自：多元酸盐[-CR2-(CR2)0-100-COOM-]p、聚甲基丙烯酸盐[-CR2-(CR2)0-100-C(CR3)(COOM)-]p、聚丙烯酸盐[-CR2-(CR2)0-100-CR(COOM)-]p、聚甲基丙烯酸甲酯盐[-CR(CR3)-(CR2)0-100-C(CR3)(COOM)-]p、多元醇-M[-CR2-(CR2)0-100-CR-OM-]p、多硫化物-M[-CR2-(CR2)0-100-CR-SM-]p和有机硅酸盐[-R2Si-O-SiR2-]p，其中M选自包括以下金属的组：锂(Li)、钠(Na)、钾(K)、钙(Ca)、镉(Cd)、钴(Co)、铜(Cu)、铁(Fe)、钛(Ti)、镍(Ni)、锌(Zn)、锰(Mn)、铅(Pb)、锶(Sr)和锌(Zn)，并且其中R选自H、-CH3和-CH2CH3。
16.根据权利要求14至15中任一项所述的电池组电池，其中所述一种或多种陶瓷纳米材料包括金属碳酸盐、金属碳酸氢盐、金属氧化物、金属钛酸盐和/或金属硅酸盐。
17.根据权利要求14至16中任一项所述的电池组电池，其中所述一种或多种导电纳米添加剂包括碳纳米材料、碳纤维、单壁碳纳米管、多壁碳纳米管，金属粉和/或碳粉和金属粉的组合。
18.根据权利要求14至17中任一项所述的电池组电池，其中所述第一保护层插置在(i)所述第一电极层和所述第一集流体之间或(ii)所述隔板和所述第一电极层之间。
19.根据权利要求14至18中任一项所述的电池组电池，其中所述第一保护层由温度触发、电压触发、电流触发和对所述电池组电池的物理损坏中的至少一者激活。
20.根据权利要求14至19中任一项所述的电池组电池，所述电池组电池还包括：
第二保护层，所述第二保护层由包括所述一种或多种与所述功能材料和/或所述导电材料结合的小分子添加剂的组合物形成，所述第二保护层插置在(i)所述第二电极层和所述第二集流体之间或(ii)所述隔板和所述第二电极层之间。
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