CN117413392A - 使用约束粘合剂的三维电池 - Google Patents

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Abstract

提供了一种用于二次电池的电极组合件以及方法。所述电极组合件包括单位电池单元群和约束***。所述电极组合件包括电极结构群、对电极结构群以及电绝缘隔膜材料。所述约束***包括：(i)在纵向方向上分离的第一主生长约束件和第二主生长约束件；(ii)在竖直方向上分离的连接所述第一主生长约束件和所述第二主生长约束件以及所述电极群或所述对电极群中的成员的子集的第一连接构件和第二连接构件。所述第一连接构件和所述第二连接构件通过电绝缘、热塑性、热熔粘合剂粘附到所述子集，所述粘合剂具有：(i)在75℃至130℃的范围内的熔融温度；以及(ii)如根据ASTM D1238测量的在至少20至不超过350的范围内的熔融指数值。

Description

使用约束粘合剂的三维电池
相关申请的交叉引用
本申请要求于2021年3月31日提交的美国临时专利申请序列第63/168,742号的权益，所述申请通过引用整体并入本文。
技术领域
本公开总体上涉及用于能量储存装置的结构，涉及采用此类结构的能量储存装置并且涉及用于产生此类结构和能量装置的方法。
背景技术
摇椅或***式二次电池是如锂、钠、钾、钙或镁离子等载体离子通过电解质在正极与负极之间移动的一种能量储存装置。二次电池可以包括单个电池单元或者已经电耦接以形成电池的两个或更多个电池单元，其中每个电池单元包括正极、负极、微孔隔膜和电解质。
在摇椅电池单元中，正极和负极两者均包括载体离子***和抽出的材料。在电池单元放电时，载体离子从负极中被抽出并且***到正极中。在电池单元充电时，发生相反过程：载体离子从正极中被抽出并且***到负极中。
当载体离子在电极之间移动时，持续的挑战之一在于当电池被重复充电和放电时电极趋向于膨胀和收缩的事实。循环期间的膨胀和收缩往往会对电池的可靠性和循环寿命造成问题，因为当电极膨胀时，会发生电短路和电池故障。
因此，仍然需要在电池循环期间控制电极的膨胀和收缩，以改善电池的可靠性和循环寿命。
发明内容
因此，简言之，本公开的一个方面涉及约束粘合剂的实施，以在长期暴露于电解质和二次电池循环的其它条件下将约束结构牢固地保持在适当位置而不失去粘附力，由此改善电池的能量密度、可靠性和循环寿命。
根据一个方面，提供了一种用于二次电池的电极组合件，所述电极组合件具有单位电池单元群、约束***和粘合剂，其中所述电极组合件具有相互垂直的纵轴、横轴和竖轴、在纵向方向上彼此分离的第一纵向端面和第二纵向端面以及围绕电极组合件纵轴AEA并连接所述第一纵向端面和所述第二纵向端面的侧向表面，所述侧向表面具有在所述纵轴的相对侧上并且在正交于所述纵轴的第一方向上分离的相对的第一区域和第二区域，所述电极组合件具有在所述纵向方向上测量的最大宽度WEA、由所述侧向表面界定并在横向方向上测量的最大长度LEA以及由所述侧向表面界定并在竖直方向上测量的最大高度HEA。所述电极组合件进一步包括电极结构群、对电极结构群以及电分离所述电极结构群和所述对电极结构群中的成员的电绝缘隔膜材料，所述电极结构群和所述对电极结构群中的所述成员具有在所述竖直方向上分离的相对的上端面和下端面，并且其中所述单位电池单元群中的每个成员包括电极结构、对电极结构以及位于所述电极结构与所述对电极结构之间的电绝缘隔膜。所述约束***包括：(i)在所述纵向方向上分离的第一主生长约束件和第二主生长约束件；(ii)在所述竖直方向上分离的连接所述第一主生长约束件和所述第二主生长约束件以及所述电极结构群或所述对电极结构群中的所述成员的子集的第一连接构件和第二连接构件，其中所述第一连接构件和所述第二连接构件具有相对的上内表面和下内表面，所述子集中的所述上端面和所述下端面分别通过电绝缘、热塑性、热熔粘合剂粘附到所述相对的上内表面和下内表面，所述粘合剂具有：(i)在75℃至130℃的范围内的熔融温度；以及(ii)如根据ASTM D1238测量的在至少20至不超过350的范围内的熔融指数值。另一方面涉及一种二次，其具有电极组合件。
根据另一方面，提供了一种制造二次电池或电极组合件的方法，所述方法包含：(a)将所述电极结构群、所述对电极结构群以及电分离所述电极群和所述对电极群中的成员的所述电绝缘隔膜材料群以堆叠系列进行堆叠；(b)将包括所述电绝缘、热塑性、热熔粘合剂的粘合剂膜中的至少一个粘合剂膜的第一侧放置成与所述约束***的所述第一连接构件或所述第二连接构件的上内表面或下内表面接触；(c)将所述电极群或所述对电极群中的所述成员的所述子集的所述上端面或所述下端面放置成与所述至少一个粘合剂膜的第二侧接触；以及(d)通过加热至少部分地熔融或软化所述至少一个粘合剂膜，以将所述电极群或所述对电极群中的所述成员的所述子集粘附到所述第一连接构件和所述第二连接构件。
在以下描述和附图中，本公开的其它方面、特征和实施例将部分地讨论并且部分地显而易见。
附图说明
图1A是具有一组电极约束件的电极组合件的一个实施例的透视图。
图1B是用于二次电池的三维电极组合件的一个实施例的示意图。
图1C是图1B的电极组合件的***横截面视图。
图1D是沿着图1B中的线D截取的图1B的电极组合件的横截面视图。
图2展示了包括电极组合件和一组电极约束件的能量储存装置或二次电池的一实施例的分解图。
图3A展示了具有辅助电极的电极组合件的实施例在Z-Y平面中的横截面。
图3B展示了具有约束***的电极组合件的实施例在X-Y平面中的俯视图，所述约束***在其中具有孔隙。
图4是结合到约束***的电极组合件的一实施例的横截面视图。
图5是电极组合件的一实施例的顶视图，展示了在粘附到约束***之前的电极集电器的上端面。
图6是在约束***被粘附之后的图5的电极组合件的实施例的俯视图。
图7A展示了沿着图1A中所示的线A-A'截取的电极组合件的一实施例的横截面，并且展示了主生长约束***和次生长约束***的实施例的元件。
图7B展示了沿着图1A中所示的线B-B'截取的电极组合件的一实施例的横截面，并且展示了主生长约束***和次生长约束***的实施例的元件。
图7C展示了沿着图1A中所示的线A-A'截取的电极组合件的一实施例的横截面，并且展示了主生长约束***和次生长约束***的实施例的另外的元件。
图8A-8E示出了通过使用电绝缘、热塑性、热熔粘合剂来制造二次电池和/或电极组合件的方法。
图9A-9E示出了通过使用形式为电绝缘、热塑性、热熔粘合剂来制造二次电池和/或电极组合件的另一种方法。
图10A-10E示出了通过使用电绝缘、热塑性、热熔粘合剂来制造二次电池和/或电极组合件的替代性方法。
当结合附图考虑时，根据以下详细描述，本发明主题的其它方面、实施例和特征将变得显而易见。附图是示意性的并且不旨在按比例绘制。为了清楚起见，在不需要图示来允许本领域的普通技术人员理解本发明主题的情况下，未在每个图中标记每个元件或组件，也未示出本发明主题的每个实施例的每个元件或组件。
定义
如本文所使用的，“一个(a)”、“一种(an)”和“所述(the)”(即，单数形式)是指复数指示物，除非上下文另有明确指示。例如，在一个实例中，对“电极”的引用包含单个电极和多个类似电极两者。
如本文所使用的，“约(about)”和“大约(approximately)”是指所述值的±10％、5％或1％。例如，在一个实例中，约250μm将包含225μm至275μm。进一步举例来说，在一个实例中，约1,000μm将包含900μm至1,100μm。除非另外指示，否则在说明书和权利要求中使用的表示数量(例如，测量值等)等的所有数字应理解为在所有情况下由术语“约”修饰。因此，除非相反地指出，否则在以下说明书和所附权利要求中阐述的数值参数是近似值。每个数值参数应该至少根据所报告的有效数字的数量并通过应用普通的舍入技术来解释。
如本文中在二次电池的状态的上下文中使用的“充电状态”是指二次电池被充电至其额定容量的至少75％的状态。例如，电池可以充电至其额定容量的至少80％、其额定容量的至少90％并且甚至其额定容量的至少95％，如其额定容量的100％。
如本文所使用的，“C倍率”是指二次电池放电的倍率的量度，并且被定义为放电电流除以理论电流消耗，在所述理论电流消耗下电池将在一小时内递送其标称额定容量。例如，C倍率1C表示在一个小时内使电池放电的放电电流，倍率2C表示在1/2小时内使电池放电的放电电流，倍率C/2表示在2小时内使电池放电的放电电流等。
如本文中在二次电池的状态的上下文中使用的“放电状态”是指二次电池放电至小于其额定容量的25％的状态。例如，电池可以放电至小于其额定容量的20％，如小于其额定容量的10％并且甚至小于其额定容量的5％，如其额定容量的0％。
如本文中在二次电池在充电状态与放电状态之间循环的上下文中使用的“循环”是指对电池进行充电和/或放电，以使电池在循环中从充电状态或放电状态的第一状态移动到与第一状态相反的第二状态(即，如果第一状态被放电，则为充电状态，或者如果第一状态被充电，则为放电状态)，并且然后使电池移动回至第一状态以完成循环。例如，二次电池在充电状态与放电状态之间的单个循环可以包含如在充电循环中将电池从放电状态充电至充电状态，并且然后放电返回至放电状态以完成循环。单个循环还可以包含如在放电循环中将电池从充电状态放电至放电状态，并且然后充电回至充电状态以完成循环。
如本文中关于电极组合件提及的“费雷特直径(Feret diameter)”被定义为在垂直于两个平面的方向上测量的限制电极组合件的两个平行平面之间的距离。例如，电极组合件在纵向方向上的费雷特直径是如在纵向方向上测量的在限制电极组合件的垂直于纵向方向的两个平行平面之间的距离。作为另一个实例，电极组合件在横向方向上的费雷特直径是如在横向方向上测量的在限制电极组合件的垂直于横向方向的两个平行平面之间的距离。作为又另一个实例，电极组合件在竖直方向上的费雷特直径是如在竖直方向上测量的在限制电极组合件的垂直于竖直方向的两个平行平面之间的距离。
如本文所使用的，“纵轴”、“横轴”和“竖轴”是指相互垂直的轴(即，各自彼此正交)。例如，如本文所使用的，“纵轴”、“横轴”和“竖轴”类似于用于限定三维方面或取向的笛卡尔坐标系。因此，本文中的本发明主题的元件的描述不限于用于描述元件的三维取向的一个或多个特定轴。可替代地，当提及本发明主题的三维方面时，轴可以是可互换的。
如本文所使用的，“纵向方向”、“横向方向”和“竖直方向”是指相互垂直的方向(即，各自彼此正交)。例如，如本文所使用的，“纵向方向”、“横向方向”和“竖直方向”可以分别大致平行于用于限定三维方面或取向的笛卡尔坐标系的纵轴、横轴和竖轴。
如本文中在二次电池的充电状态与放电状态之间循环的上下文中使用的“重复循环”是指从放电状态至充电状态或从充电状态至放电状态循环多于一次。例如，在充电状态与放电状态之间重复循环可以包含从放电状态至充电状态循环至少2次，如从放电状态充电至充电状态、放电回至放电状态、再次充电至充电状态并且最终放电回至放电状态。作为又另一个实例，在充电状态与放电状态之间重复循环至少2次可以包含从充电状态放电至放电状态、充电回至充电状态、再次放电至放电状态并且最终充电回至充电状态。进一步举例来说，在充电状态与放电状态之间重复循环可以包含从放电状态至充电状态循环至少5次并且甚至循环至少10次。进一步举例来说，在充电状态与放电状态之间重复循环可以包含从放电状态至充电状态循环至少25次、50次、100次、300次、500次并且甚至1000次。
如本文中在二次电池的上下文中使用的“额定容量”是指在一段时间内递送指定电流的二次电池的容量，如在标准温度条件(25℃)下测量的。例如，通过确定指定时间内的电流输出或者通过确定指定电流，可以输出电流的时间，并且取电流和时间的乘积，可以以安倍小时为单位测量额定容量。例如，对于额定20安倍小时的电池，如果电流被指定用于额定的2安培，则所电池可以被理解为是将提供10小时电流输出的电池，并且相反地，如果时间被指定用于额定的10小时，则所述电池可以被理解为是将在10小时期间输出2安培的电池。具体地，二次电池的额定容量可以作为在指定放电电流(如C倍率)下的额定容量给出，其中C倍率是电池相对于其容量放电的倍率的量度。例如，C倍率1C表示在一个小时内使电池放电的放电电流，2C表示在1/2小时内使电池放电的放电电流，C/2表示在2小时内使电池放电的放电电流等。因此，例如，在C倍率1C下额定20安培小时的电池将给出20安培的放电电流持续1小时，而在C倍率2C下额定20安培小时的电池将给出40安培的放电电流持续1/2小时，并且在C倍率C/2下额定20安培小时的电池将给出10安培的放电电流超过2小时。
如本文中在电极组合件的尺寸的上下文中使用的“最大宽度”(WEA)对应于电极组合件的如在纵向方向上从电极组合件的纵向端面的相对点测量的最大宽度。
如本文中在电极组合件的尺寸的上下文中使用的“最大长度”(LEA)对应于电极组合件的如在横向方向上从电极组合件的侧向表面的相对点测量的最大长度。
如本文中在电极组合件的尺寸的上下文中使用的“最大高度”(HEA)对应于电极组合件的如在横向方向上从电极组合件的侧向表面的相对点测量的最大高度。
此外，如本文所使用的，对于使用术语“电极”描述材料或结构，如“电极结构”或“电极活性材料”的每个实施例，应当理解，这种结构和/或材料在某些实施例中可以对应于“负极”的结构和/或材料，如“负极结构”或“负极活性材料”。类似地，如本文所使用的，对于使用术语“对电极”描述材料或结构，如“对电极结构”或“对电极活性材料”的每个实施例，应当理解，这种结构和/或材料在某些实施例中可以对应于“正极”的结构和/或材料，如“正极结构”或“正极活性材料”。即，在适当情况下，针对电极和/或对电极所描述的任何实施例可以对应于相同的实施例，其中所述电极和/或对电极具体地是负极和/或正极，分别包含其对应的结构和材料。
具体实施方式
一般来说，本公开涉及一种在充电状态与放电状态之间循环的能量储存装置100，如二次电池102，如例如在图1A-1D和2中所示。二次电池102包含电池外壳104、电极组合件106、载体离子以及所述电池外壳内的非水液体电解质。在某些实施例中，二次电池102还包含限制电极组合件106生长的约束***108。受到约束的电极组合件106的生长可以是电极组合件106的一个或多个维度的宏观增加。
参考图1A-1D，在一个实施例中，电极组合件106包含在堆叠方向(即，图1B中的堆叠方向D)上串联堆叠的单位电池单元群504。单位电池单元群中的每个成员包括电极结构110、对电极结构112以及位于电极结构与对电极结构之间的电绝缘隔膜130，以使电极结构110与对电极结构112彼此电绝缘。在一个实例中，如图1B中所示，电极组合件106包括一系列堆叠单位电池单元504，其包括交替布置的电极结构110和对电极结构。图1C是示出了具有图1B的电极组合件106的二次电池的插图，并且图1D是具有图1B的电极组合件106的二次电池的横截面。还可以提供堆叠单位电池单元504a、504b系列的其它布置。因此，电极组合件可以包括电极结构群、对电极结构群以及电分离电极结构群和对电极结构群中的成员的电绝缘隔膜材料群，其中所述单位电池单元群中的每个成员包括电极结构、对电极结构以及位于电极与对电极结构之间的电绝缘隔膜。
在一个实施例中，电极结构110包括电极活性材料层132和电极集电器136，如例如图1A-1D中所示。例如，电极结构110可以包括安置在一个或多个电极活性材料层132之间的电极集电器136。根据一个实施例，电极活性材料层132包括阳极活性材料，并且电极集电器136包括阳极集电器。类似地，在一个实施例中，对电极结构112包括对电极活性材料层138和对电极集电器140。例如，对电极结构112可以包括安置在一个或多个对电极活性材料层138之间的对电极集电器140。根据一个实施例，对电极活性材料层138包括阴极活性材料，并且对电极集电器140包括阴极集电器。此外，应当理解，电极结构110和对电极结构112分别不限于本文所述的具体实施例和结构，并且还可以提供除了本文具体描述的配置、结构和/或材料之外的其它配置、结构和/或材料来形成电极结构110和对电极结构112。根据某些实施例，单位电池单元群中的每个单位电池单元504a、504b以堆叠系列包括电极集电器136的单位电池单元部分、包括电极活性材料层132的电极结构110、位于电极活性材料层与对电极活性材料层之间的电绝缘隔膜130、包括对电极活性材料层138的对电极结构113以及对电极集电器140的单位电池单元部分。在某些实施例中，对于以堆叠系列彼此邻近的单位电池单元，电极集电器的单位电池单元部分、电极活性材料层、隔膜、对电极活性材料层和对电极集电器的单位电池单元部分的顺序将颠倒，其中电极集电器和/或对电极集电器的各部分在邻近单位电池单元之间共享，如例如图1C中所示。
根据如图1A-1D中所示的实施例中，电极结构群110和对电极结构群112中的成员分别以交替顺序布置，其中交替顺序的方向对应于堆叠方向D。根据此实施例的电极组合件106进一步包括相互垂直的纵轴、横轴和竖轴，其中纵轴AEA总体上对应于或平行于电极结构群和对电极结构群中的成员的堆叠方向D。如图1B中的实施例中所示，纵轴AEA被描绘为对应于Y轴，横轴被描绘为对应于X轴，并且纵轴被描绘为对应于Z轴。根据本文中本公开的实施例，单位电池单元群中的每个单位电池单元504内的电极结构110、对电极结构112和电绝缘隔膜130具有在正交于单位电池单元群的堆叠方向的竖直方向上分离的相对的上端面和下端面。例如，参考图1C和4，单位电池单元群中的每个成员中的电极结构110可以包括在竖直方向上分离的相对的上端面500a和下端面500b，单位电池单元群中的每个成员中的对电极结构112可以包括在竖直方向上分离的相对的上端面501a和下端面501b，并且电绝缘隔膜130可以包括在竖直方向上分离的相对的上端面502a和下端面502b。
参考图1A-1D，根据一个实施例，电极组合件106具有分别对应于假想的三维笛卡尔坐标系的x轴、y轴和z轴的相互垂直的横轴、纵轴和竖轴、在纵向方向上彼此分离的第一纵向端面116和第二纵向端面118以及围绕电极组合件纵轴AEA并连接第一纵向端面116和第二纵向端面118的侧向表面142。在一个实施例中，第一纵向端面116和第二纵向端面118的表面积小于电极组合件106的表面积的33％。例如，在一个此类实施例中，第一纵向端面116和第二纵向端面118的表面积的总和分别小于电极组合件106的总表面的表面积的25％。进一步举例来说，在一个实施例中，第一纵向端面116和第二纵向端面118的表面积的总和分别小于电极组合件的总表面的表面积的20％。进一步举例来说，在一个实施例中，第一纵向端面116和第二纵向端面118的表面积的总和分别小于电极组合件的总表面的表面积的15％。进一步举例来说，在一个实施例中，第一纵向端面116和第二纵向端面118的表面积的总和分别小于电极组合件的总表面的表面积的10％。
在一个实施例中，侧向表面142包括在纵轴的相对侧上并且在正交于纵轴的第一方向上分离的第一区域和第二区域。例如，侧向表面142可以包括在X方向上的相对表面区域144、146(即，矩形棱柱的侧表面)和在Z方向上的相对表面区域148、150。在又另一个实施例中，侧向表面可以包括圆柱形形状。电极组合件106可以进一步包括在纵向方向上测量的最大宽度WEA、由侧向表面界定并在横向方向上测量的最大长度LEA以及由侧向表面界定并在竖直方向上测量的最大高度HEA。在一个实施例中，最大长度LEA与最大高度HEA的比率可以为至少2:1。进一步举例来说，在一个实施例中，最大长度LEA与最大高度HEA的比率可以为至少5:1。进一步举例来说，在一个实施例中，最大长度LEA与最大高度HEA的比率可以为至少10:1。进一步举例来说，在一个实施例中，最大长度LEA与最大高度HEA的比率可以为至少15:1。进一步举例来说，在一个实施例中，最大长度LEA与最大高度HEA的比率可以为至少20:1。不同尺寸的比率可以允许能量储存装置内的最佳配置以使活性材料的量最大化，由此增加能量密度。
在一些实施例中，可以选择最大宽度WEA，以提供大于最大高度HEA的电极组合件106的宽度。例如，在一个实施例中，最大宽度WEA与最大高度HEA的比率可以为至少2:1。进一步举例来说，在一个实施例中，最大宽度WEA与最大高度HEA的比率可以为至少5:1。进一步举例来说，在一个实施例中，最大宽度WEA与最大高度HEA的比率可以为至少10:1。进一步举例来说，在一个实施例中，最大宽度WEA与最大高度HEA的比率可以为至少15:1。进一步举例来说，在一个实施例中，最大宽度WEA与最大高度HEA的比率可以为至少20:1。
根据一个实施例，最大宽度WEA与最大长度LEA的比率可以被选择为在提供最佳配置的预定范围内。例如，在一个实施例中，最大宽度WEA与最大长度LEA的比率可以在1:5至5:1的范围内。进一步举例来说，在一个实施例中，最大宽度WEA与最大长度LEA的比率可以在1:3至3:1的范围内。又进一步举例来说，在一个实施例中，最大宽度WEA与最大长度LEA的比率可以在1:2至2:1的范围内。
根据本公开的实施例，单位电池单元群中的成员的每个电极结构110包括如在横向方向上测量的电极结构110的第一相对横向端面601a与第二相对横向端面601b之间的长度LE，以及如竖直方向上测量的电极结构110的上相对竖直端面500a与下相对竖直端面500b之间的高度HE，以及如在纵向方向上测量的电极结构110的第一相对表面603a与第二相对表面603b之间的宽度WE，并且单位电池单元群中的成员的每个对电极结构112包括如在横向方向上测量的对电极结构112的第一相对横向端面602a与第二相对横向端面602b之间的长度LCE，如在竖直方向上测量的对电极结构112的上第二相对竖直端面501a与下第二相对竖直端面501b之间的高度HCE，以及如在纵向方向上测量的对电极结构112的第一相对表面604a与第二相对表面604b之间的宽度WCE。
根据一个实施例，对于单位电池单元群中的成员的电极结构110，LE与WE和HE中的每一者的比率分别为至少5:1，并且HE与WE的比率在约2:1至约100:1的范围内，并且对于单位电池单元群中的成员的对电极结构112，LCE与WCE和HCE中的每一者的比率分别为至少5:1，并且HCE与WCE的比率在约2:1至约100:1的范围内。进一步举例来说，在一个实施例中，LE与WE和HE中的每一者的比率为至少10:1，并且LCE与WCE和HCE中的每一者的比率为至少10:1。进一步举例来说，在一个实施例中，LE与WE和HE中的每一者的比率为至少15:1，并且LCE与WCE和HCE中的每一者的比率为至少15:1。进一步举例来说，在一个实施例中，LE与WE和HE中的每一者的比率为至少20:1，并且LCE与WCE和HCE中的每一者的比率为至少20:1。
在一个实施例中，电极结构110的高度(HE)与宽度(WE)的比率分别为至少0.4:1。例如，在一个实施例中，对于单位电池单元群中的成员的每个电极结构110，HE与WE的比率将分别为至少2:1。进一步举例来说，在一个实施例中，HE与WE的比率将分别为至少10:1。进一步举例来说，在一个实施例中，HE与WE的比率将分别为至少20:1。然而，通常，HE与WE的比率通常将分别小于1,000:1。例如，在一个实施例中，HE与WE的比率将分别小于500:1。进一步举例来说，在一个实施例中，HE与WE的比率将分别小于100:1。进一步举例来说，在一个实施例中，HE与WE的比率将分别小于10:1。进一步举例来说，在一个实施例中，对于单位电池单元群中的成员的每个电极结构110，HE与WE的比率将分别在约2:1至约100:1的范围内。
在一个实施例中，对电极结构112的高度(HCE)与宽度(WCE)的比率分别为至少0.4:1。例如，在一个实施例中，对于单位电池单元群中的成员的每个对电极结构112，HCE与WCE的比率将分别为至少2:1。进一步举例来说，在一个实施例中，HCE与WCE的比率将分别为至少10:1。进一步举例来说，在一个实施例中，HCE与WCE的比率将分别为至少20:1。然而，通常，HCE与WCE的比率通常将分别小于1,000:1。例如，在一个实施例中，HCE与WCE的比率将分别小于500:1。进一步举例来说，在一个实施例中，HCE与WCE的比率将分别小于100:1。进一步举例来说，在一个实施例中，HCE与WCE的比率将分别小于10:1。进一步举例来说，在一个实施例中，对于单位电池单元群中的成员的每个对电极结构112，HCE与WCE的比率将分别在约2:1至约100:1的范围内。
在一个实施例中，单位电池单元群可以包括电极结构110和对电极结构112的交替序列，并且根据能量储存装置100及其预期用途可以包含任何数量的成员。进一步举例来说，在一个实施例中，并且更一般地讲，电极结构群110和对电极结构群112各自具有N个成员，N-1个电极结构构件110中的每个电极结构构件位于两个对电极结构构件112之间，N-1个对电极结构构件112中的每个对电极结构构件位于两个电极结构构件110之间，并且N至少为2。进一步举例来说，在一个实施例中，N为至少4。进一步举例来说，在一个实施例中，N为至少5。进一步举例来说，在一个实施例中，N为至少10。进一步举例来说，在一个实施例中，N为至少25。进一步举例来说，在一个实施例中，N为至少50。进一步举例来说，在一个实施例中，N为至少100或更大。
在一个实施例中，电极组合件106被围封在由限制电极组合件106的总体宏观生长的约束***108限定的体积V内，如例如图1A和1B中所示。约束***108可以能够限制电极组合件106沿着一个或多个维度的生长，如以减少电极组合件106的膨胀和变形，并且由此改进具有约束***108的能量储存装置100的可靠性和循环寿命。不受任何一个特定理论的限制，据信在二次电池102和/或电极组合件106的充电和/或放电期间在电极结构110与对电极结构112之间行进的载体离子可以***到电极活性材料中，从而引起电极活性材料和/或电极结构110膨胀。电极结构110的这种膨胀可能引起电极和/或电极组合件106变形和膨胀，由此损害电极组合件106的结构完整性，和/或增加发生电短路或其它故障的可能性。在一个实例中，电极活性材料层132在能量储存装置100的循环期间的过度膨胀(swelling)和/或膨胀(expansion)和收缩可以引起电极活性材料的碎片从电极活性材料层132脱离和/或分层，由此损害能量储存装置100的效率和循环寿命。在又另一个实例中，电极活性材料层132的过度膨胀和/或膨胀和收缩可以导致电极活性材料破坏电绝缘微孔隔膜130，由此使得电极组合件106发生电短路和其它故障。因此，约束***108抑制这种膨胀或生长，否则这种膨胀或生长可能会随着充电状态与放电状态之间的循环而发生，以改进能量储存装置100的可靠性、效率和/或循环寿命。
在一个实施例中，包括主生长约束***151的约束***108被提供以减轻和/或减少电极组合件106在纵向方向上(即，在平行于Y轴的方向上)的生长、膨胀和/或膨胀中的至少一者，如例如图1A中所示。例如，主生长约束***151可以包含被配置成通过对抗电极组合件106的纵向端面116、118处的膨胀来限制生长的结构。在一个实施例中，主生长约束***151包括第一主生长约束件154和第二主生长约束件156，所述第一主生长约束件和第二主生长约束件在纵向方向(堆叠方向)上彼此分离并且可以与至少一个主连接构件162结合操作，所述至少一个主连接构件将第一主生长约束件154和第二主生长约束件156连接在一起以限制电极组合件106在堆叠方向上的生长。例如，第一主生长约束件154和第二主生长约束件156可以至少部分地覆盖电极组合件106的第一纵向端面116和第二纵向端面118，并且可以与将主生长约束件154、156彼此连接的连接构件162、164结合操作，以对抗和限制电极组合件106中在充电和/或放电的重复循环期间发生的任何生长。
根据本文中的实施例，主生长约束***151限制电极组合件106在纵向方向上的生长，使得在二次电池102的20个连续循环(充电状态与放电状态之间的循环)内，电极组合件106在纵向方向上的费雷特直径的任何增加小于20％，或在二次电池的10个连续循环内费雷特直径的任何增加小于10％，或在5个连续循环内费雷特直径的任何增加小于10％，或在电池的每个循环内费雷特直径的任何增加小于1％。在一个实施例中，在二次电池的20个连续循环和/或50个连续循环内，电极组合件在堆叠方向上的费雷特直径的任何增加小于3％和/或小于2％。.
根据一个实施例，电极结构群110和对电极结构群体112中的成员到第一纵向表面上的投影限定第一投影面积700a，并且电极结构群110和对电极结构群112中的成员到第二纵向表面上的投影限定第二投影面积700b，并且其中第一主生长约束件154和第二主生长约束件156包括上覆于第一投影面积700a和第二投影面积700b的第一压缩构件和第二压缩构件。
另外，在二次电池102中的充电和放电过程中的重复循环不仅可以在电极组合件106的纵向方向(例如，图1A中的Y轴)上诱导生长和应变，而且可以在正交于纵向方向的方向上诱导生长和应变，如以上讨论的，如横向方向和竖直方向(例如，分别是图1A中的X轴和Z轴)。此外，在某些实施例中，并入主生长约束***151以抑制一个方向上的生长甚至可以加剧一个或多个其它方向上的生长和/或膨胀。例如，在提供主生长约束***151以限制电极组合件106在纵向方向上的生长的情况下，在充电和放电循环期间载体离子的嵌入以及所得到的电极结构的膨胀可以在一个或多个其它方向上诱导应变。具体地，在一个实施例中，由电极生长/膨胀和纵向生长约束的组合产生的应变可能导致电极组合件106在竖直方向(例如，如图1A中所示的Z轴)或者甚至在横向方向(例如，如图1A中所示的X轴)上的屈曲或其它故障。因此，在本公开的一个实施例中，提供了一种次生长约束***152，其可以与主生长约束***151结合操作以限制电极组合件106沿着电极组合件106的多个轴的生长。例如，在一个实施例中，次生长约束***152可以被配置成与主生长约束***151互锁或以其它方式与所述主生长约束***协同操作，使得电极组合件106的总体生长可以被限制，以赋予分别具有电极组合件106以及主生长约束***151和次生长约束***152的二次电池改善的性能和降低的故障发生率。
在一个实施例中，包括第一连接构件158和第二连接构件160的次生长约束***152限制电极组合件106在竖直方向上的生长，使得在二次电池的20个连续循环内电极组合件在竖直方向上的费雷特直径的任何增加小于20％，或者在二次电池的10个连续循环内费雷特直径的任何增加小于10％，或在5个连续循环内费雷特直径的任何增加小于10％，或在电池的每个循环内费雷特直径的任何增加小于1％。在一个实施例中，在二次电池的20个连续循环和/或50个连续循环内，电极组合件在竖直方向上的费雷特直径的任何增加小于3％和/或小于2％。
参考图7A-7C，约束***108的一实施例被示出为具有用于电极组合件106的主生长约束***151和次生长约束***152。图7A示出了沿着纵轴(Y轴)截取的图1A中的电极组合件106的横截面，使得用竖轴(Z轴)和纵轴(Y轴)展示所得到的2-D横截面。图7B示出了沿着横轴(X轴)截取的图1A中的电极组合件106的横截面，使得用竖轴(Z轴)和横轴(X轴)展示所得到的2-D横截面。如图7A中所示，主生长约束***151通常可以分别包括沿着纵向方向(Y轴)彼此分离的第一主生长约束件154和第二主生长约束件156。例如，在一个实施例中，第一主生长约束件154和第二主生长约束件156分别包括至少部分地或甚至完全地覆盖电极组合件106的第一纵向端面116的第一主生长约束件154和至少部分地或甚至完全地覆盖电极组合件106的第二纵向端面118的第二主生长约束件156。在又另一个版本中，如当所述主生长约束件中的一个或多个主生长约束件包括电极组合件106的内部结构时，第一主生长约束件154和第二主生长约束件156中的一者或多者可以位于电极组合件106的纵向端面116、118内部。主生长约束***151可以进一步包括至少一个主连接构件162，所述至少一个主连接构件连接第一主生长约束件154和第二主生长约束件156并且可以具有平行于纵向方向的主轴。例如，主生长约束***151可以分别包括第一主连接构件162和第二主连接构件164，所述第一主连接构件和第二主连接构件沿着正交于纵轴的轴(如沿着如在实施例中描绘的竖轴(Z轴))彼此分离。第一主连接构件162和第二主连接构件164可以分别用于将第一主生长约束件154和第二主生长约束件156分别连接至彼此，并且用于使第一主生长约束件154和第二主生长约束件156分别保持彼此张紧，以便限制沿着电极组合件106的纵轴的生长。
进一步如图7A-7C中所示，约束***108可以进一步包括次生长约束***152，所述次生长约束***通常可以分别包括第一次生长约束件158和第二次生长约束件160，所述第一次生长约束件和第二次生长约束件沿着正交于纵向方向的第二方向(如沿着所示实施例中的竖轴(Z轴))彼此分离。例如，在一个实施例中，第一次生长约束件158至少部分地跨电极组合件106的侧向表面142的第一区域148延伸，并且第二次生长约束件160至少部分地跨电极组合件106的侧向表面142的与第一区域148相对的第二区域150延伸。在又另一个版本中，如当所述次生长约束件中的一个或多个次生长约束件包括电极组合件106的内部结构时，第一次生长约束件158和第二次生长约束件160中的一者或多者可以位于电极组合件106的侧向表面142内部。在一个实施例中，第一次生长约束件158和第二次生长约束件160分别由至少一个次连接构件166连接，所述至少一个次连接构件可以具有平行于第二方向的主轴，如竖轴。次连接构件166可以用于分别将第一次生长约束件158和第二次生长约束件160连接至彼此并保持彼此张紧，以便限制电极组合件106沿着正交于纵向方向的方向的生长，如限制竖直方向上的生长(例如，沿着Z轴)。在图7A中描绘的实施例中，所述至少一个次连接构件166可以对应于第一主生长约束件154和第二主生长约束件156中的至少一者。然而，次连接构件166不限于此，并且可以可替代地和/或另外包括其它结构和/或配置。
根据一个实施例，主生长约束***151和次生长约束***152分别被配置成协作地操作，使得主生长约束***151的各部分协作地充当次生长约束***152的一部分，和/或次生长约束***152的各部分协作地充当主生长约束***151的一部分。例如，在图7A和7B中所示的实施例中，主生长约束***151的第一主连接构件162和第二主连接构件164分别可以用作第一次生长约束件158和第二次生长约束件160的至少一部分或甚至整个结构，所述第一次生长约束件和第二次生长约束限制在正交于纵向方向的第二方向上的生长。在又另一个实施例中，如上所述，第一主生长约束件154和第二主生长约束件156中的一者或多者可以分别用作一个或多个次连接构件166，以分别连接第一次生长约束件158和第二次生长约束件160。相反，第一次生长约束件158和第二次生长约束件160的至少一部分可以分别充当主生长约束***151的第一主连接构件162和第二主连接构件164，并且在一个实施例中，次生长约束***152的所述至少一个次连接构件166可以分别充当第一主生长约束件154和第二主生长约束件156中的一者或多者。在又另一个实施例中，主生长约束***151的第一主连接构件162和第二主连接构件164和/或次生长约束***152的所述至少一个次连接构件166的至少一部分可以分别用作限制在正交于纵向方向的横向方向上的生长的第一三级生长约束件157和第二三级生长约束件159的至少一部分或甚至整个结构。因此，主生长约束***151和次生长约束***152可以分别共享组件和/或结构以对电极组合件106的生长施加限制。
在一个实施例中，约束***108可以包括如主生长约束件和次生长约束件以及主连接构件和次连接构件等结构，所述结构是位于电池外壳104外部和/或内部的结构，或者可以是电池外壳104本身的一部分。在某些实施例中，电池外壳104可以是经密封的外壳，例如以密封其中的液体电解质，和/或以密封电极组合件106与外部环境隔离。在一个实施例中，约束***108可以包括包含电池外壳104以及其它结构组件的结构的组合。在一个此类实施例中，电池外壳104可以是主生长约束***151和/或次生长约束***152的组件；换言之，在一个实施例中，电池外壳104单独地或与一个或多个其它结构(在电池外壳104内和/或之外，例如，主生长约束***151和/或次生长约束***152)组合地限制电极组合件106在电极堆叠方向D上和/或在正交于堆叠方向D的第二方向上的生长。在一个实施例中，主生长约束件154、156和次生长约束件158、160中的一者或多者可以包括位于电极组合件内部的结构。在另一个实施例中，主生长约束***151和/或次生长约束***152不形成电池外壳104的任何部分，而是除了电池外壳104之外的一个或多个离散结构(在电池外壳104内和/或之外)限制电极组合件106在电极堆叠方向D上和/或在正交于堆叠方向D的第二方向上的生长。在另一个实施例中，主生长约束***151和次生长约束***152位于电池外壳104内，所述电池外壳可以是经密封的电池外壳，如气密密封的电池外壳。电极组合件106可以被约束***108限制在某一压力下，所述压力大于在能量储存装置100或具有电极组合件106的二次电池的重复循环期间电极组合件106的生长和/或膨胀所施加的压力。
在一个示例性实施例中，主生长约束***151包含电池外壳104内的一个或多个离散结构，所述一个或多个离散结构通过在具有电极结构110的作为电极组合件106的一部分的二次电池102的重复循环时施加压力来限制电极结构110在堆叠方向D上的生长，所述压力超过由电极结构110在堆叠方向D上产生的压力。在另一个示例性实施例中，主生长约束***151包含电池外壳104内的一个或多个离散结构，所述一个或多个离散结构通过在具有对电极结构112的作为电极组合件106的一部分的二次电池102的重复循环时在堆叠方向D上施加压力来限制对电极结构112在堆叠方向D上的生长，所述压力超过由对电极结构112在堆叠方向D上产生的压力。类似地，次生长约束***152可以包含电池外壳104内的一个或多个离散结构，所述一个或多个离散结构通过在分别具有电极结构110或对电极结构112的二次电池102的重复循环时在第二方向上施加压力来限制电极结构110和对电极结构112中的至少一者在正交于堆叠方向D的第二方向上(如沿着竖轴(Z轴))的生长，所述压力超过分别由电极结构110或对电极结构112在第二方向上产生的压力。
在又另一个实施例中，主生长约束***151的第一主生长约束件154和第二主生长约束件156通过在电极组合件106的第一纵向端面116和第二纵向端面118上意味着在纵向方向上施加压力来分别限制电极组合件106的生长，所述压力超过由第一主生长约束件154和第二主生长约束件156施加在电极组合件106的将在正交于纵向方向的方向上的其它表面上的压力，如电极组合件106的侧向表面142沿着横轴和/或竖轴的相对的第一区域和第二区域。即，第一主生长约束件154和第二主生长约束件156可以在纵向方向(Y轴)上施加压力，所述压力超过由此在正交于其的方向(如横向方向(X轴)和竖直(Z轴)方向)上产生的压力。例如，在一个此类实施例中，主生长约束***151利用第一纵向端面116和第二纵向端面118上(即，在堆叠方向D上)的压力来限制电极组合件106的生长，所述压力超过由主生长约束***151在垂直于堆叠方向D的两个方向中的至少一个方向或甚至两个方向上在电极组合件106上保持的压力至少3倍。进一步举例来说，在一个此类实施例中，主生长约束***151利用第一纵向端面116和第二纵向端面118上(即，在堆叠方向D上)的压力来限制电极组合件106的生长，所述压力超过由主生长约束***151在垂直于堆叠方向D的两个方向中的至少一个方向或甚至两个方向上在电极组合件106上保持的压力至少4倍。进一步举例来说，在一个此类实施例中，主生长约束***151利用第一纵向端面116和第二纵向端面118上(即，在堆叠方向D上)的压力来限制电极组合件106的生长，所述压力超过在垂直于堆叠方向D的两个方向中的至少一个方向或甚至两个方向上在电极组合件106上保持的压力至少5倍。
现在参考图7C，示出了具有约束***108的电极组合件106的一实施例，其中横截面沿着图1A中所示的线A-A'截取。在图7C中所示的实施例中，主生长约束***151可以在电极组合件106的纵向端面116、118处分别包括第一主生长约束件154和第二主生长约束件156，并且次生长约束***152在电极组合件106的侧向表面142的相对的第一表面区域148和第二表面区域150处包括第一次生长约束件158和第二次生长约束件160。根据此实施例，第一主生长约束件154和第二主生长约束件156可以用作所述至少一个次连接构件166，以连接第一次生长约束件158和第二次生长约束件160并且在正交于纵向方向的第二方向(例如，竖直方向)上将生长约束件保持彼此张紧。然而，另外和/或可替代地，次生长约束***152可以包括至少一个次连接构件166，所述至少一个次连接构件位于除了电极组合件106的纵向端面116、118之外的区域处。而且，所述至少一个次连接构件166可以被理解为充当第一主生长约束件154和第二主生长约束件156中的至少一者，所述第一主生长约束件和第二主生长约束件位于电极组合件的纵向端部116、118内部，并且可以与另一个内部主生长约束件和/或在电极组合件106的纵向端部116、118处的主生长约束件共同作用以限制生长。参考图7C中所示的实施例，可以提供次连接构件166，所述次连接构件沿着纵轴分别远离电极组合件106的第一纵向端面116和第二纵向端面118而间隔开，如朝向电极组合件106的中心区域。次连接构件166可以在距电极组合件端面116、118的内部位置处分别连接第一次生长约束件158和第二次生长约束件160，并且可以在所述位置处在次生长约束件158、160之间承受张力。在一个实施例中，除了设置在电极组合件端面116、118处的一个或多个次连接构件166(如也用作纵向端面116、118处的主生长约束件154、156的次连接构件166)之外，还设置在从端面116、118的内部位置处连接次生长约束件158、160的次连接构件166。在另一个实施例中，次生长约束***152包括一个或多个次连接构件166，所述一个或多个次连接构件在与纵向端面116、118间隔开的内部位置处分别与第一次生长约束件158和第二次生长约束件160连接，在纵向端面116、118处具有或不具有次连接构件166。根据一个实施例，内部次连接构件166也可以被理解为充当第一主生长约束件154和第二主生长约束件156。例如，在一个实施例中，位于内部位置处的次连接构件166中的至少一个次连接构件可以包括电极结构110或对电极结构112的至少一部分，如以下进一步详细描述的。
更具体地，关于图7C中所示的实施例，次生长约束***152可以包含上覆于电极组合件106的侧向表面142的上区域148的第一次生长约束件158以及上覆于电极组合件106的侧向表面142的下区域150的相对的第二次生长约束件160，第一次生长约束件158和第二次生长约束件160在竖直方向上(即，沿着Z轴)彼此分离。另外，次生长约束***152可以进一步包含与电极组合件106的纵向端面116、118间隔开的至少一个内部次连接构件166。内部次连接构件166可以平行于Z轴对齐，并且分别连接第一次生长约束件158和第二次生长约束件160，以将生长约束件保持彼此张紧并且形成次生长约束***152的至少一部分。在一个实施例中，在能量储存装置100和/或具有电极组合件106的二次电池102的重复充电和放电期间，所述至少一个内部次连接构件166(单独地或与位于电极组合件106的纵向端面116、118处的次连接构件166一起)可以在竖直方向上(即，沿着Z轴)在第一生长约束件158与次生长约束件160之间承受张力，以减少电极组合件106在竖直方向上的生长。此外，在如图7C中所示的实施例中，约束***108进一步包括主生长约束***151，所述主生长约束***在电极组合件106的纵向端部116、118处分别具有第一主生长约束件154和第二主生长约束件156，所述纵向端部分别在电极组合件106的上侧向表面区域148和下侧向表面区域150处通过第一主连接构件162和第二主连接构件164连接。在一个实施例中，次内部连接构件166本身可以被理解为分别与第一主生长约束件154和第二主生长约束件156中的一者或多者协同作用，以在电极组合件106的在纵向方向上位于次内部连接构件166与电极组合件106的纵向端部116、118之间的每个部分上施加约束压力，第一主生长约束件154和第二主生长约束件156可以分别位于所述纵向端部。
根据一个实施例，第一主连接构件162和第二主连接构件164(其可以与第一次生长约束件158和第二次生长约束件160相同)分别连接到包括电极110或对电极112结构或电极组合件106的其它内部结构的至少一部分的次连接构件166。在一个实施例中，第一主连接构件162(其可以是第一次生长约束件158)连接到单位电池单元群504中的成员的子集515的电极结构110和/或对电极结构112的上端面500a、501a。在另一个实施例中，第二主连接构件164(其可以是第二次生长约束件160)连接到单位电池单元群504中的成员的子集515的电极结构110或对电极结构112的下端面500b、501b。在上端面处连接的单位电池单元成员的子集515可以与在下端面处连接的单位电池单元成员的子集相同，或者可以是不同的子集。在一个实施例中，第一次生长约束件158和/或第二次生长约束件160可以连接到电极组合件中的形成次连接构件166的其它内部结构。在一个实施例中，在单位电池单元群504中的成员中，第一次生长约束件158和/或第二次生长约束件160可以连接到电极结构110和/或对电极结构112的上端面和/或下端面，所述电极结构和/或对电极结构包含电极集电器136、电极活性材料层132、对电极集电器140和对电极活性材料层138中的一者或多者。在另一个实例中，第一次生长约束件158和第二次生长约束件160可以连接到电绝缘隔膜130的上端面和/或下端面。因此，在某些实施例中，在单位电池单元群504中的成员中，次连接构件166可以包括电极结构110和/或对电极结构112中的一者或多者，所述电极结构和/或对电极结构包含电极集电器136、电极活性材料层132、对电极集电器140和对电极活性材料层138中的一者或多者。参考图3A-3B，示出了第一次生长约束件158和第二次生长约束件160连接到包括单位电池单元群中的成员的子集的电极集电器136的次连接构件166的实施例。在图1C和4中，第一次生长约束件158和第二次生长约束件160连接到次连接构件166，所述次连接构件包括电极结构110，所述电极结构包含电极集电器136。在一个实施例中，电极结构群110中的成员包括在竖直方向上具有相对的上端面510a和下端面510b的电极集电器136，并且对电极结构群中的成员包括在竖直方向上具有相对的上端面509a和下端面509b的对电极集电器140，并且其中第一连接构件162和第二连接构件164连接到电极群和/或对电极群中的成员的子集的电极和/或对电极集电器的竖直端面。
参考图3A和4，在一个实施例中，在竖直方向上分离的第一主连接构件162和第二主连接构件164分别连接第一主生长约束件154和第二主生长约束件156，并且进一步连接到电极群110或对电极群112中的成员的子集。根据本文中的实施例，第一连接构件158和第二连接构件160具有相对的上内表面400a和下内表面400b，子集500a、501a、500b、501b的上端面和下端面通过电绝缘、热塑性、热熔粘合剂511分别粘附到所述相对的上内表面和下内表面。在一些实施例中，热熔粘合剂511的熔融温度在75℃至130℃的范围内，优选地在77℃至100℃的范围内。在另外的实施例中，热熔粘合剂的如根据ASTM D1238测量的熔融指数值在至少20至不超过350的范围内，优选地在至少70至不超过350的范围内。在一些实施例中，热熔粘合剂511包括选自但不限于以下的材料：EAA(乙烯-共-丙烯酸)、EMAA(乙烯-共-甲基丙烯酸)、功能化聚乙烯和聚丙烯以及其组合。例如，在一个实施例中，热熔粘合剂包括EAA和EMAA共聚物的混合物。在一些实施例中，热熔粘合剂511在约80℃或以上的温度下未显著反应或失去粘附力。在一些实施例中，热熔粘合剂511在二次电池的200个、500个、800个和/或1000个连续循环内未显著失去粘附力。在一个实施例中，热熔粘合剂511具有厚度在约10微米至约100微米的范围内的膜形状以及预定图案几何形状。
参考图3A-3B，在一个实施例中，第一主连接构件162和/或第二主连接构件164(其可以与第一次生长约束件158和/或第二次生长约束件160相同或不同)包括穿过其相应竖直厚度TC形成的孔隙176。根据本文中的实施例，孔隙176可以提供用于载体离子从辅助电极686穿过第一主连接构件162和/或第二主连接构件164流动至单位电池单元群中的成员的通道。例如，对于位于由约束***108围封的体积V之外的辅助电极686，例如，定位在第一主连接构件162和/或第二主连接构件164外部的辅助电极，从辅助电极686提供的载体离子可以通过穿过孔隙的通道进入约束件内的电极组合件的单位电池单元成员。辅助电极686可以例如通过开关和/或控制电池单元(未示出)选择性地电连接到或耦接到单位电池单元成员的电极结构110和/或对电极结构112中的一者或多者。根据某些实施例，辅助电极电解地或以其它方式耦接到单位电池单元群中的成员的对电极结构和/或电极结构(例如，通过隔膜)，以提供从辅助电极至电极结构和/或对电极结构的载体离子流。电解地耦接是指载体离子可以通过电解质被转移，如从辅助电极转移到电极结构110和/或对电极结构112，以及在电极结构110与对电极结构112之间转移。辅助电极686也如通过一系列导线或其它电连接直接或间接地电耦接到电极结构110和/或对电极结构112。
在图6中所示的实施例中，所述实施例描绘了电极组合件106的俯视图，示出了第一主连接构件162，孔隙176包括具有在纵向方向和/或堆叠方向(Y方向)取向的细长尺寸的狭槽形状，并且所述孔隙跨多个单位电池单元成员延伸。还可以提供孔隙176的其它形状和/或配置。例如，在一个实施例中，多个孔隙包括在正交于堆叠方向和竖直方向的横向方向上彼此间隔开的多个狭槽178，每个狭槽178具有在堆叠方向上取向的纵轴LS，并且其中每个狭槽跨单位电池单元群中的多个成员延伸。在一些实施例中，第一主连接构件162和/或第二主连接构件164包括邻近孔隙176的内表面400a、400b的结合区域901a、901b，其中热熔粘合剂511被提供用于粘附到电极群110和/或对电极群112中的成员的子集。如图10C和10D中所示，在一些实施例中，孔隙176包括在纵向方向上延伸的多个狭槽，并且粘附到电极群110和/或对电极群112中的成员的子集的结合区域901a、901b位于第一连接构件158和/或第二连接构件160的狭槽之间的内表面区域400a、400b上。
在一个实施例中，提供了一种用于制备包括约束***108的电极组合件106的方法，其中电极组合件106可以用作二次电池的一部分，所述二次电池被配置成在充电状态与放电状态之间循环。所述方法总体上可以包括形成片材结构、将所述片材结构切割碎片(和/或多个碎片)、堆叠碎片以及应用约束***。通过条带，应当理解，可以使用除了呈条带形状的碎片之外的碎片。碎片包括电极活性材料层132、电极集电器136、对电极活性材料层138、对电极集电器140和隔膜130，并且可以堆叠以提供电极活性材料和/或对电极活性材料的交替布置。片材可以包括例如单位电池单元504和/或单位电池单元504的组件中的至少一者。例如，片材可以包括可以被切割成预定大小(如适于3D电池的大小)的单位电池单元群，并且然后单位电池单元的片材可以被堆叠以形成电极组合件106。在另一个实例中，片材可以包括单位电池单元的一个或多个组件，如电极集电器136、电极活性材料层132、隔膜130、对电极活性材料层138和对电极集电器140中的至少一者。组件的片材可以被切割成预定大小以形成碎片(如适于3D电池的大小)，并且然后堆叠以形成电极和对电极活性材料层组件的交替布置。
在又另一个实施例中，所应用的约束***108可以对应于本文所述的约束***中的任何约束***，如包括主生长约束***151的约束***108，所述主生长约束***包括第一主生长约束件154和第二主生长约束件156以及至少一个主连接构件162，第一主生长约束件154和第二主生长约束件156在纵向方向上彼此分离，并且所述至少一个主连接构件162连接第一主生长约束件154和第二主生长约束件156。此外，约束***108可以包括次生长约束***152，所述次生长约束***包括第一次生长约束件158和第二次生长约束件160，所述第一次生长约束件和第二次生长约束件在正交于纵向方向(如竖直方向或横向方向)的方向上分离并由至少一个次连接构件166连接，其中次生长约束***152在二次电池102循环时至少部分地限制电极组合件在竖直方向上的生长。主连接构件162、或主生长约束***151的第一主生长约束件154和/或第二主生长约束件156以及次连接构件166、或次生长约束***152的第一次生长约束件158和/或第二次生长约束件160中的至少一者可以是构成碎片的组合件组件中的一个或多个组合件组件，如电极活性材料层132、电极集电器136、对电极活性材料层138、对电极集电器140和隔膜130中的至少一者。例如，在一个实施例中，主生长约束***151的主连接构件162可以是构成碎片的组合件组件中的一个或多个组合件组件，如电极活性材料层132、电极集电器136、对电极活性材料层138、对电极集电器140和隔膜130中的至少一者。即，约束件的施加可以涉及将第一主生长约束件154和第二主生长约束件156施加到主构件连接构件162，所述主构件连接构件是碎片堆叠中的结构之一。
现在参考图2，展示了具有本公开的约束***108的二次电池102的一个实施例的分解图。二次电池102包含电池外壳104和电池外壳104内的电极组合件106，电极组合件106具有第一纵向端面116、相对的第二纵向端面118(即，沿着所示的笛卡尔坐标系的Y轴与第一纵向端面116分离)，如上所述。可替代地，二次电池102可以仅包括具有约束***108的单个电极组合件106。每个电极组合件106包含电极结构群110和对电极结构群112，所述电极结构群和对电极结构群在堆叠方向D上在电极组合件106中的每个电极组合件内相对于彼此堆叠；换言之，电极110结构群和对电极112结构群被布置成交替的电极110和对电极112系列，其中所述系列在第一纵向端面116与第二纵向端面118之间在堆叠方向D上前进。
根据图2中所示的实施例，极耳190、192伸出电池外壳104并且在电极组合件106与能源供应或消耗装置(未示出)之间提供电连接。更具体地，在此实施例中，极耳190电连接到极耳延伸部191(例如，使用导电胶)，并且极耳延伸部191电连接到电极组合件106中的每个电极组合件所包含的电极110。类似地，极耳192电连接到极耳延伸部193(例如，使用导电胶)，并且极耳延伸部193电连接到电极组合件106中的每个电极组合件所包含的对电极112。极耳延伸部191、193还可以用作母线，所述母线汇集来自所述母线所电连接到的相应电极和对电极结构中的每一者的电流。
在图2中所展示的实施例中的每个电极组合件106具有相关联的主生长约束***151以限制纵向方向(即，堆叠方向D)上的生长。可替代地，在一个实施例中，多个电极组合件106可以共享主生长约束***151的至少一部分。在所示的实施例中，每个主生长约束***151分别包含第一主生长约束件154和第二主生长约束件156，所述第一主生长约束件和第二主生长约束件可以分别上覆如上所述的第一纵向端面116和第二纵向端面118；以及可以分别上覆如上所述的侧向表面142的第一相对的主连接构件162和第二相对的主连接构件164。第一相对的主连接构件162和第二相对的主连接构件164可以分别将第一主生长约束件154和第二主生长约束件156拉向彼此，或者可替代地有助于限制电极组合件106在纵向方向上的生长，并且主生长约束件154、156可以分别将压缩力或约束力施加到相对的第一纵向端面116和第二纵向端面118。因此，电极组合件106在纵向方向的膨胀在电池102在充电状态与放电状态之间的形成和/或循环期间被抑制。另外，主生长约束***151在纵向方向(即，堆叠方向D)上在电极组合件106上施加压力，所述压力超过在彼此相互垂直且垂直于纵向方向(例如，如图所示，纵向方向对应于Y轴的方向，并且彼此相互垂直且垂直于纵向方向的两个方向分别对应于所展示的笛卡尔坐标系的X轴和Z轴的方向)的两个方向中的任一方向上在电极组合件106上保持的压力。
另外，在图2中所展示的实施例中的每个电极组合件106具有相关联的次生长约束***152以限制竖直方向上的生长(即，电极组合件106、电极110和/或对电极112在竖直方向上(即，沿着笛卡尔坐标系的Z轴)的膨胀)。可替代地，在一个实施例中，多个电极组合件106共享次生长约束***152的至少一部分。每个次生长约束***152分别包含第一次生长约束件158和第二次生长约束件160以及至少一个次连接构件166，所述第一次生长约束件和第二次生长约束件可以分别上覆对应的侧向表面142，各自如上文更详细描述的那样。次连接构件166可以分别将第一次生长约束件158和第二次生长约束件160拉向彼此，或者可替代地有助于限制电极组合件106在竖直方向上的生长，并且第一次生长约束件158和第二次生长约束件160可以分别将压缩力或约束力施加到侧向表面142，各自如上文更详细描述的那样。因此，电极组合件106在竖直方向的膨胀在电池102在充电状态与放电状态之间的形成和/或循环期间被抑制。另外，次生长约束***152在竖直方向(即，平行于笛卡尔坐标系的Z轴)上在电极组合件106上施加压力，所述压力超过在彼此相互垂直且垂直于竖直方向(例如，如图所示，竖直方向对应于Z轴的方向，并且彼此相互垂直且垂直于竖直方向的两个方向分别对应于所展示的笛卡尔坐标系的X轴和Y轴的方向)的两个方向中的任一方向上在电极组合件106上保持的压力。
根据某些实施例，为了完成二次电池102的组装，电池外壳104可以填充有非水电解质(未示出)，并且盖104a被折叠(沿着折线FL)并密封到上表面104b。当完全组装时，经密封的二次电池102占据由其外表面界定的体积(即，位移体积)，二次电池外壳104占据与电池(包含盖104a)的位移体积相对应的体积减去其内部体积(即，由内表面104c、104d、104e、104f、104g和盖104a界定的棱柱形体积)，并且主生长约束***151和次生长约束***152中的每一者占据与其相应位移体积相对应的体积。因此，在组合中，电池外壳104以及主生长约束***151和次生长约束***152占据由电池外壳104的外表面界定的体积(即，电池的位移体积)的不超过75％。例如，在一个此类实施例中，主生长约束***151和次生长约束***152和电池外壳104组合地占据由电池外壳104的外表面界定的体积的不超过60％。进一步举例来说，在一个此类实施例中，主生长约束***151和次生长约束***152和电池外壳104组合地占据由电池外壳104的外表面界定的体积的不超过45％。进一步举例来说，在一个此类实施例中，主生长约束***151和第二生长约束***152和电池外壳104组合地占据由电池外壳104的外表面界定的体积的不超过30％。进一步举例来说，在一个此类实施例中，主生长约束***151和次生长约束***152和电池外壳104组合地占据由电池外壳的外表面界定的体积的不超过20％。
一般来说，主生长约束***151和/或次生长约束***152通常将包括极限拉伸强度为至少10,000psi(>70MPa)、与电池电解质兼容、在电池102的浮动电位或阳极电位处不显著腐蚀并且在45℃并且甚至至多70℃下不显著反应或失去机械强度的材料。例如，主生长约束***151和/或次生长约束***152可以包括各种金属、合金、陶瓷、玻璃、塑料或其组合(即，复合材料)中的任一种。在一个示例性实施例中，主生长约束***151和/或次生长约束***152包括金属，如不锈钢(例如，SS 316、440C或440C硬度)、铝(例如，铝7075-T6、硬质H18)、钛(例如，6Al-4V)、铍、铍铜(硬质)、铜(不含O2，硬质)、镍；然而，一般来说，当主生长约束***151和/或次生长约束***152包括金属时，通常优选的是，其以限制腐蚀并限制在电极结构110与对电极结构112之间产生电短路的方式被并入。在另一个示例性实施例中，主生长约束***151和/或次生长约束***152包括陶瓷，如氧化铝(例如，烧结的或Coorstek AD96)、氧化锆(例如，Coorstek YZTP)、钇稳定的氧化锆(例如，ENrG)。在另一个示例性实施例中，主生长约束***151包括玻璃，如Schott D263钢化玻璃。在另一个示例性实施例中，主生长约束***151和/或次生长约束***152包括塑料，如聚醚醚酮(PEEK)(例如，Aptiv 1102)、具有碳的PEEK(例如，Victrex 90HMF40或Xycomp 1000-04)、具有碳的聚苯硫醚(PPS)(例如，Tepex Dynalite 207)、具有30％玻璃的聚醚醚酮(PEEK)(例如，Victrex 90HMF40或Xycomp 1000-04)、聚酰亚胺(例如，/>)。在另一个示例性实施例中，主生长约束***151和/或次生长约束***包括复合材料，如E玻璃标准织物/环氧树脂0度、E玻璃UD/环氧树脂0度、Kevlar标准织物/环氧树脂0度、Kevlar UD/环氧树脂0度、碳标准织物/环氧树脂0度、碳UD/环氧树脂0度、Toyobo/>HM纤维/环氧树脂。在另一个示例性实施例中，主生长约束***151和/或次生长约束***152包括纤维，如Kevlar 49芳族聚酰胺纤维、S玻璃纤维、碳纤维、Vectran UM LCP纤维、Dyneema、柴隆(Zylon)。在又另一个实施例中，主生长约束***151和/或次生长约束***152包括在其内表面和/或外表面上(如在第一主连接构件162和第二主连接构件164的内表面和外表面400a、400b、401a、401b上)的绝缘材料(如绝缘聚合物材料)的涂层。
电极结构110群和对电极结构112群中的成员包含能够吸收和释放如锂、钠、钾、钙、镁或铝离子等载体离子的电活性材料。在一些实施例中，电极结构110群中的成员包含阳极活性电活性材料(有时称为负极)，并且对电极结构112群中的成员包含阴极活性电活性材料(有时称为正极)。在其它实施例中，电极结构110群中的成员包含阴极活性电活性材料，并且对电极结构112群中的成员包含阳极活性电活性材料。在本段落中列举的实施例和实例中的每个实施例和实例中，负极活性材料可以是例如微粒聚集体电极、由微粒材料如通过形成微粒材料的浆料并浇铸成层状而形成的电极活性材料、或单片电极。
根据一个实施例，在与电极组合件106的阳极相对应的电极结构110中使用的电极活性材料包括在二次电池102和/或电极组合件106的充电期间在将载体离子***到电极活性材料中时膨胀的材料。例如，电极活性材料可以包括阳极活性材料，所述阳极活性材料在二次电池充电期间如通过嵌入载体离子或与载体离子合金化而接受载体离子，所述阳极活性材料的量足以产生电极活性材料的体积的增加。例如，在一个实施例中，电极活性材料可以包括当将二次电池102从放电状态充电至充电状态时具有每摩尔电极活性材料接受多于1摩尔载体离子的能力的材料。进一步举例来说，电极活性材料可以包括具有每摩尔电极活性材料接受1.5摩尔或更多摩尔的载体离子，如每摩尔电极活性材料接受2.0摩尔或更多摩尔的载体离子，并且甚至每摩尔电极活性材料接受2.5摩尔或更多摩尔的载体离子，如每摩尔电极活性材料接受3.5摩尔或更多摩尔的载体离子的能力的材料。电极活性材料所接受的载体离子可以是以下中的至少一种：锂、钾、钠、钙和镁。膨胀以提供这种体积变化的电极活性材料的实例包含以下中的一种或多种：硅(例如，SiO)、铝、锡、锌、银、锑、铋、金、铂、锗、钯以及其合金和化合物。例如，在一个实施例中，电极活性材料可以包括呈微粒形式的含硅材料，如微粒硅、微粒氧化硅以及其混合物中的一种或多种。在又另一个实施例中，电极活性材料可以包括表现出较小或甚至可忽略的体积变化的材料。例如，在一个实施例中，电极活性材料可以包括含碳材料，如石墨。在又另一个实施例中，电极结构包括锂金属层，所述锂金属层可以用作电极集电器，并且电极活性材料在充电过程期间通过将载体离子转移到所述锂金属层而沉积在所述锂金属层上。
示例性阳极活性电活性材料包含碳材料，如石墨和软碳或硬碳、或能够与锂形成合金的一系列金属、半金属、合金、氧化物和化合物中的任一种。能够构成阳极材料的金属或半金属的具体实例包含石墨、锡、铅、镁、铝、硼、镓、硅、Si/C复合材料、Si/石墨共混物、SiOx、多孔Si、金属间Si合金、铟、锆、锗、铋、镉、锑、银、锌、砷、铪、钇、锂、钠、石墨、碳、钛酸锂、钯以及其混合物。在一个示例性实施例中，阳极活性材料包括铝、锡或硅、或其氧化物、其氮化物、其氟化物、或其其它合金。在另一个示例性实施例中，阳极活性材料包括硅、氧化硅或其合金。
在又另外的实施例中，阳极活性材料可以包括锂金属、锂合金、碳、石油焦炭、活性炭、石墨、硅化合物、锡化合物以及其合金。在一个实施例中，阳极活性材料包括碳，如非石墨化碳、基于石墨的碳等；金属络合物氧化物，如LixFe2O3(0≦x≦1)、LixWO2(0≦x≦1)、SnxMe1-xMe'yOz(Me：Mn、Fe、Pb、Ge；Me'：Al、B、P、Si、元素周期表中的第1族、第2族和第3族中发现的元素，卤素；0<x≦1；1≦y≦3；1≦z≦8)等；锂金属；锂合金；基于硅的合金；基于锡的合金；金属氧化物，如SnO、SnO2、PbO、PbO2、Pb2O3、Pb3O4、Sb2O3、Sb2O4、Sb2O5、GeO、GeO2、Bi2O3、Bi2O4、Bi2O5等；导电聚合物，如聚乙炔等；基于Li—Co—Ni的材料等。在一个实施例中，阳极活性材料可以包括基于碳的活性材料，所述基于碳的活性材料包含结晶石墨(如天然石墨、合成石墨等)和无定形碳(如软碳、硬碳等)。适于阳极活性材料的碳材料的其它实例可以包括石墨、基什石墨(Kish graphite)、热解碳、基于中间相沥青的碳纤维、中间相碳微珠、中间相沥青、石墨化碳纤维和高温烧结碳，如石油或煤焦油沥青衍生的焦炭。在一个实施例中，负极活性材料可以包括氧化锡、硝酸钛和硅。在另一个实施例中，负极可以包括锂金属(如锂金属膜)或锂合金，如锂与选自由以下组成的组的一种或多种类型的金属的合金：Na、K、Rb、Cs、Fr、Be、Mg、Ca、Sr、Ba、Ra、Al和Sn。在又另一个实施例中，阳极活性材料可以包括能够与锂合金化和/或嵌入锂的金属化合物，如Si、Al、C、Pt、Sn、Pb、Ir、Ni、Cu、Ti、Na、K、Rb、Cs、Fr、Be、Ca、Sr、Sb、Ba、Ra、Ge、Zn、Bi、In、Mg、Ga、Cd、Si合金、Sn合金、Al合金等；能够掺杂和去掺杂锂离子的金属氧化物，如SiOv(0<v<2)、SnO2、氧化钒或氧化锂钒；以及包含金属化合物和碳材料的复合材料，如Si—C复合材料或Sn—C复合材料。例如，在一个实施例中，能够与锂合金化/嵌入锂的材料可以是金属，如锂、铟、锡、铝或硅或其合金；过渡金属氧化物，如Li4/3Ti5/3O4或SnO；以及含碳材料，如人造石墨、石墨碳纤维、树脂煅烧碳、热分解气相生长碳、软木、中间相碳微珠(“MCMB”)、糠醇树脂煅烧碳、多并苯、基于沥青的碳纤维、气相生长碳纤维或天然石墨。在又另一个实施例中，负极活性材料可以包括适于如钠或镁等载体离子的组合物。例如，在一个实施例中，负极活性材料可以包括分层含碳材料；以及安置在分层含碳材料的各层之间的式NaxSny-zMz的组合物，其中M是Ti、K、Ge、P或其组合，并且0<x≤15，1≤y≤5且0≤z≤1。
在一个实施例中，负极活性材料可以进一步包括导电材料和/或导电助剂，如基于碳的材料、炭黑、石墨、石墨烯、活性炭、碳纤维、炭黑，如乙炔黑、科琴黑、槽黑(channelblack)、炉黑、灯黑、热裂炭黑(thermal black)等；导电性纤维，如碳纤维、金属纤维等；导电管，如碳纳米管等；金属粉末，如氟化碳粉末、铝粉末、镍粉末等；导电晶须，如氧化锌、钛酸钾等；导电金属氧化物，如氧化钛等；或导电材料，如聚亚苯基衍生物等。另外，还可以使用金属纤维，如金属网；金属粉末，如铜、银、镍和铝；或有机导电材料，如聚亚苯基衍生物。在又另一个实施例中，可以提供粘结剂，如以下中的一种或多种可以单独使用或作为混合物使用：聚乙烯、聚环氧乙烷、聚丙烯、聚四氟乙烯(PTFE)、聚偏二氟乙烯(PVDF)、苯乙烯-丁二烯橡胶、四氟乙烯-全氟烷基乙烯基醚共聚物、偏二氟乙烯-六氟丙烯共聚物、偏二氟乙烯-氯三氟乙烯共聚物、乙烯-四氟乙烯共聚物、聚氯三氟乙烯、偏二氟乙烯-五氟丙烯共聚物、丙烯-四氟乙烯共聚物、乙烯-氯三氟乙烯共聚物、偏二氟乙烯-六氟丙烯-四氟乙烯共聚物、偏二氟乙烯-全氟甲基乙烯基醚-四氟乙烯共聚物、乙烯-丙烯酸共聚物等。
示例性阴极活性材料包含宽范围的阴极活性材料中的任一种。例如，对于锂离子电池，阴极活性材料可以包括选自以下的阴极材料：可以选择性地使用过渡金属氧化物、过渡金属硫化物、过渡金属氮化物、锂过渡金属氧化物、锂过渡金属硫化物和锂过渡金属氮化物。过渡金属氧化物、过渡金属硫化物和过渡金属氮化物的过渡金属元素可以包含具有d-壳层或f-壳层的金属元素。这种金属元素的具体实例是Sc、Y、镧系元素、锕系元素、Ti、Zr、Hf、V、Nb、Ta、Cr、Mo、W、Mn、Tc、Re、Fe、Ru、Os、Co、Rh、Ir、Ni、Pb、Pt、Cu、Ag和Au。另外的阴极活性材料包含LiCoO2、LiNi0.5Mn1.5O4、Li(NixCoyAlz)O2、LiFePO4、Li2MnO4、V2O5、氧硫化钼、磷酸盐、硅酸盐、钒酸盐、硫、硫化合物、氧(空气)、Li(NixMnyCoz)O2以及其组合。此外，用于阴极活性材料层的化合物可以包括含锂化合物，所述含锂化合物进一步包括金属氧化物或金属磷酸盐，如包括锂、钴和氧的化合物(例如，LiCoO2)，包括锂、锰和氧的化合物(例如，LiMn2O4)以及包括锂铁和磷酸盐的化合物(例如，LiFePO)。在一实施例中，阴极活性材料包括以下中的至少一种：锂锰氧化物、锂钴氧化物、锂镍氧化物、锂铁磷酸盐或由上述氧化物的组合形成的复合氧化物。在另一个实施例中，阴极活性材料可以包括以下中的一种或多种：锂钴氧化物(LiCoO2)、锂镍氧化物(LiNiO2)等或具有一种或多种过渡金属的经取代的化合物；锂锰氧化物，如Li1+xMn2-xO4(其中x为0至0.33)、LiMnO3、LiMn2O3、LiMnO2等；锂铜氧化物(Li2CuO2)；氧化钒，如LiV3O8、LiFe3O4、V2O5、Cu2V2O7等；由化学式LiNi1-xMxO2(其中M＝Co、Mn、Al、Cu、Fe、Mg、B或Ga，并且x＝0.01至0.3)表示的Ni位点型锂镍氧化物；由化学式LiMn2-xMxO2(其中M＝Co、Ni、Fe、Cr、Zn或Ta，并且x＝0.01至0.1)或Li2Mn3MO8(其中M＝Fe、Co、Ni、Cu或Zn)表示的锂锰复合氧化物；LiMn2O4，其中Li的一部分被碱土金属离子取代；二硫化物化合物；Fe2(MoO4)3等。在一个实施例中，阴极活性材料可以包括具有式Li1+aFe1-xM'x(PO4-b)Xb的橄榄石晶体结构的锂金属磷酸盐，其中M'是选自以下中的至少一种：Al、Mg、Ni、Co、Mn、Ti、Ga、Cu、V、Nb、Zr、Ce、In、Zn和Y，X是选自F、S和N中的至少一种，-0.5≤a≤+0.5，0≤x≤0.5且0≤b≤0.1，如以下中的至少一种：LiFePO4、Li(Fe,Mn)PO4、Li(Fe,Co)PO4、Li(Fe,Ni)PO4等。在一个实施例中，阴极活性材料包括以下中的至少一种：LiCoO2、LiNiO2、LiMnO2、LiMn2O4、LiNi1-yCoyO2、LiCo1-yMnyO2、LiNi1-yMnyO2(0≤y≤1)、Li(NiaCobMnc)O4(0<a<2，0<b<2，0<c<2，并且a+b+c＝2)、LiMn2-zNizO4、LiMn2-zCozO4(0<z<2)、LiCoPO4和LiFePO4或其两种或更多种的混合物。
在又另一个实施例中，阴极活性材料可以包括元素硫(S8)、硫系列化合物或其混合物。具体地，硫系列化合物可以是Li2Sn(n≥1)、有机硫化合物、碳-硫聚合物((C2Sx)n：x＝2.5至50，n≥2)等。在又另一个实施例中，阴极活性材料可以包括锂与锆的氧化物。
在又另一个实施例中，阴极活性材料可以包括锂与金属(如钴、锰、镍或其组合)的至少一种复合氧化物，并且其实例为LiaA1-bMbD2(其中0.90≤a≤1且0≤b≤0.5)；LiaE1- bMbO2-cDc(其中0.90≤a≤1，0≤b≤0.5且0≤c≤0.05)；LiE2-bMbO4-cDc(其中0≤b≤0.5且0≤c≤0.05)；LiaNi1-b-cCobMcDa(其中0.90≤a≤1，0≤b≤0.5，0≤c≤0.05且0<a≤2)；LiaNi1-b- cCobMcO2-aXa(其中0.90≤a≤1，0≤b≤0.5，0≤c≤0.05且0<a<2)；LiaNi1-b-cCobMcO2-aX2(其中0.90≤a≤1，0≤b≤0.5，0≤c≤0.05且0<a<2)；LiaNi1-b-cMnbMcDa(其中0.90≤a≤1，0≤b≤0.5，0≤c≤0.05且0<a≤2)；LiaNi1-b-cMnbMcO2-aXa(其中0.90≤a≤1，0≤b≤0.5，0≤c≤0.05且0<a<2)；LiaNi1-b-cMnbMcO2-aX2(其中0.90≤a≤1，0≤b≤0.5，0≤c≤0.05且0<a<2)；LiaNibEcGdO2(其中0.90≤a≤1，0≤b≤0.9，0≤c≤0.5且0.001≤d≤0.1)；LiaNibCocMndGeO2(其中0.90≤a≤1，0≤b≤0.9，0≤c≤0.5，0≤d≤0.5且0.001≤e≤0.1)；LiaNiGbO2(其中0.90≤a≤1且0.001≤b≤0.1)；LiaCoGbO2(其中0.90≤a≤1且0.001≤b≤0.1)；LiaMnGbO2(其中0.90≤a≤1且0.001≤b≤0.1)；LiaMn2GbO4(其中0.90≤a≤1且0.001≤b≤0.1)；QO2；QS2；LiQS2；V2O5；LiV2O5；LiX'O2；LiNiVO4；Li(3-f)J2(PO4)3(0≤f≤2)；Li(3-f)Fe2(PO4)3(0≤f≤2)；以及LiFePO4。在上式中，A是Ni、Co、Mn或其组合；M是Al、Ni、Co、Mn、Cr、Fe、Mg、Sr、V、稀土元素或其组合；D是O、F、S、P或其组合；E是Co、Mn或其组合；X是F、S、P或其组合；G是Al、Cr、Mn、Fe、Mg、La、Ce、Sr、V或其组合；Q是Ti、Mo、Mn或其组合；X'是Cr、V、Fe、Sc、Y或其组合；并且J是V、Cr、Mn、Co、Ni、Cu或其组合。例如，可以使用LiCoO2、LiMnxO2x(x＝1或2)、LiNi1-xMnxO2x(0<x<1)、LiNi1-x-yCoxMnyO2(0≤x≤0.5，0≤y≤0.5)或FePO4。在一个实施例中，阴极活性材料包括以下中的至少一种：锂化合物，如锂钴氧化物、锂镍氧化物、锂镍钴氧化物、锂镍钴铝氧化物、锂镍钴锰氧化物、锂锰氧化物或锂铁磷酸盐；硫化镍；硫化铜；硫；氧化铁；或氧化钒。
在一个实施例中，阴极活性材料可以包括含钠材料，如以下中的至少一种：式NaM1 aO2的氧化物(如NaFeO2、NaMnO2、NaNiO2或NaCoO2)；或由式NaMn1-aM1 aO2表示的氧化物，其中M1是至少一种过渡金属元素，并且0≤a<1。代表性正活性材料包含Na[Ni1/2Mn1/2]O2、Na2/3[Fe1/2Mn1/2]O2等；由Na0.44Mn1-aM1 aO2表示的氧化物；由Na0.7Mn1-aM1 a O2.05(其中M1是至少一种过渡金属元素，并且0≤a<1)表示的氧化物；由NabM2 cSi12O30表示的氧化物，如Na6Fe2Si12O30或Na2Fe5Si12O(其中M2是至少一种过渡金属元素，2≤b≤6且2≤c≤5)；由NadM3 eSi6O18表示的氧化物，如Na2Fe2Si6O18或Na2MnFeSi6O18(其中M3是至少一种过渡金属元素，3≤d≤6且1≤e≤2)；由NafM4 gSi2O6表示的氧化物，如Na2FeSiO6(其中M4是选自过渡金属元素、镁(Mg)和铝(Al)的至少一种元素，1≤f≤2且1≤g≤2)；磷酸盐，如NaFePO4、Na3Fe2(PO4)3、Na3V2(PO4)3、Na4Co3(PO4)2P2O7等；硼酸盐，如NaFeBO4或Na3Fe2(BO4)3；由NahM5F6表示的氟化物，如Na3FeF6或Na2MnF6(其中M5是至少一种过渡金属元素，并且2≤h≤3)；氟磷酸盐，如Na3V2(PO4)2F3、Na3V2(PO4)2FO2等。正活性材料不限于前述内容，并且可以使用在本领域中使用的任何合适的正活性材料。在一实施例中，正活性材料优选地包括分层型氧化物阴极材料，如NaMnO2、Na[Ni1/2Mn1/2]O2和Na2/3[Fe1/2Mns1/2]O2，磷酸盐阴极，如Na3V2(PO4)3和Na4Co3(PO4)2P2O7，或氟磷酸盐阴极，如Na3V2(PO4)2F3和Na3V2(PO4)2FO2。
在一个实施例中，电极集电器可以包括负极集电器，并且可以包括合适的导电材料，如金属材料。例如，在一个实施例中，负极集电器可以包括以下中的至少一种：铜；镍；铝；不锈钢；钛；钯；烘焙碳(baked carbon)；煅烧碳；铟；铁；镁；钴；锗；锂；铜或不锈钢与碳、镍、钛、银、铝镉合金和/或其其它合金的经表面处理的材料。举例来说，在一个实施例中，负极集电器包括以下中的至少一种：铜；不锈钢；铝；镍；钛；烘烤碳；铜或不锈钢与碳、镍、钛、银、铝镉合金和/或其其它合金的经表面处理的材料。在一个实施例中，负极集电器包括铜和不锈钢中的至少一种。
在一个实施例中，对电极集电器可以包括正极集电器，并且可以包括合适的导电材料，如金属材料。在一个实施例中，正极集电器包括以下中的至少一种：不锈钢；铝；镍；钛；烘烤碳；烧结碳；铝或不锈钢与碳、镍、钛、银和/或其合金的经表面处理的材料。在一个实施例中，正极集电器包括铝。
在又另一个实施例中，阴极活性材料可以进一步包括导电助剂和/或粘结剂中的一者或多者，所述导电助剂和/或粘结剂例如可以是本文针对阳极活性材料所述的导电助剂和/或粘结剂中的任何导电助剂和/或粘结剂。
根据某些实施例，电绝缘隔膜层130可以使电极结构110群中的每个成员与对电极结构112群中的每个成员电绝缘。电绝缘隔膜层被设计成防止电短路，同时还允许在电化学电池单元中电流通过期间传输闭合电路所需的离子电荷载体。在一个实施例中，电绝缘隔膜层是微孔的，并且被电解质，例如非水液体或凝胶电解质渗透。可替代地，电绝缘隔膜层可以包括固体电解质，即，固体离子导体，其可以用作隔膜和电池中的电解质两者。
在某些实施例中，电绝缘隔膜层130通常将包含微孔隔膜材料，所述微孔隔膜材料可以被非水电解质渗透；例如，在一个实施例中，微孔隔膜材料包含直径为至少更通常地在约/>的范围内并且孔隙率在约25％至约75％的范围内、更通常地在约35％至55％的范围内的孔。另外，微孔隔膜材料可以被非水电解质渗透，以允许载体离子在电极群与对电极群中的邻近成员之间传导。在某些实施例中，例如，并且忽略微孔隔膜材料的孔隙率，在充电或放电循环期间，用于离子交换的电极结构110群中的成员与对电极结构112群中的最近成员(即，“邻近对”)之间的电绝缘隔膜材料的至少70体积％是微孔隔膜材料；换言之，微孔隔膜材料构成在电极结构110群中的成员与对电极结构112群中的最近成员之间的电绝缘材料的至少70体积％。
在一个实施例中，微孔隔膜材料包括微粒材料和粘结剂，并且所述微孔隔膜材料的孔隙率(空隙分数)为至少约20体积％。微孔隔膜材料的孔将具有至少的直径并且通常将落入约/>至/>的范围内。微孔隔膜材料的孔隙率通常小于约75％。在一个实施例中，微孔隔膜材料的孔隙率(空隙分数)为至少约25体积％。在一个实施例中，微孔隔膜材料的孔隙率为约35％至55％。
用于微孔隔膜材料的粘结剂可以选自宽范围的无机材料或聚合物材料。例如，在一个实施例中，粘结剂可以是有机聚合物材料，如衍生自含有偏二氟乙烯、六氟丙烯、四氟丙烯等的单体的含氟聚合物。在另一个实施例中，粘结剂是聚烯烃，如聚乙烯、聚丙烯或聚丁烯，所述聚烯烃具有任何范围的不同分子量和密度。在另一个实施例中，粘结剂选自由以下组成的组：乙烯-二烯-丙烯三元共聚物、聚苯乙烯、聚甲基丙烯酸甲酯、聚乙二醇、聚乙酸乙烯酯、聚乙烯醇缩丁醛、聚缩醛和聚乙二醇二丙烯酸酯。在另一个实施例中，粘结剂选自由以下组成的组：甲基纤维素、羧甲基纤维素、苯乙烯橡胶、丁二烯橡胶、苯乙烯-丁二烯橡胶、异戊二烯橡胶、聚丙烯酰胺、聚乙烯醚、聚丙烯酸、聚甲基丙烯酸、聚丙烯腈、聚偏二氟乙烯聚丙烯腈和聚环氧乙烷。在另一个实施例中，粘结剂选自由以下组成的组：丙烯酸酯、苯乙烯、环氧树脂和硅酮。其它合适的粘结剂可以选自聚偏二氟乙烯-共-六氟丙烯、聚偏二氟乙烯-共-三氯乙烯、聚甲基丙烯酸甲酯、聚丙烯腈、聚乙烯吡咯烷酮、聚乙酸乙烯酯、聚乙烯-共-乙酸乙烯酯、聚环氧乙烷、乙酸纤维素、乙酸丁酸纤维素、乙酸丙酸纤维素、氰乙基支链淀粉、氰乙基聚乙烯醇、氰乙基纤维素、氰乙基蔗糖、支链淀粉、羧甲基纤维素、丙烯腈-苯乙烯-丁二烯共聚物、聚酰亚胺或其混合物。在又另一个实施例中，粘结剂可以选自以下中的任一种：聚偏二氟乙烯-六氟丙烯、聚偏二氟乙烯-三氯乙烯、聚甲基丙烯酸甲酯、聚丙烯腈、聚乙烯吡咯烷酮、聚乙酸乙烯酯、乙烯乙酸乙烯酯共聚物、聚环氧乙烷、乙酸纤维素、乙酸丁酸纤维素、乙酸丙酸纤维素、氰乙基支链淀粉、氰乙基聚乙烯醇、氰乙基纤维素、氰乙基蔗糖、支链淀粉、羧甲基纤维素、丙烯腈苯乙烯丁二烯共聚物、聚酰亚胺、聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚对苯二甲酸丁二醇酯、聚酯、聚缩醛、聚酰胺、聚醚醚酮、聚醚砜、聚苯醚、聚苯硫醚、聚乙烯萘和/或其组合。在另一个实施例中，粘结剂是上述聚合物中的两种或更多种聚合物的共聚物或共混物。
微孔隔膜材料所包含的微粒材料也可以选自宽范围的材料。一般来说，此类材料在操作温度下具有相对低的电子和离子电导率，并且在接触微孔隔膜材料的电池电极或集电器的操作电压下不会腐蚀。例如，在一个实施例中，微粒材料的载体离子(例如，锂)电导率小于1x10-4S/cm。进一步举例来说，在一个实施例中，微粒材料的载体离子电导率小于1x10-5S/cm。进一步举例来说，在一个实施例中，微粒材料的载体离子电导率小于1x10-6S/cm。例如，在一个实施例中，微粒材料是选自由以下组成的组的无机材料：硅酸盐、磷酸盐、铝酸盐、硅铝酸盐和氢氧化物，如氢氧化镁、氢氧化钙等。示例性微粒材料包含微粒聚乙烯、聚丙烯、TiO2-聚合物复合材料、二氧化硅气凝胶、气相二氧化硅、硅胶、二氧化硅水凝胶、二氧化硅干凝胶、硅溶胶、胶体二氧化硅、氧化铝、二氧化钛、氧化镁、高岭土、滑石、硅藻土、硅酸钙、硅酸铝、碳酸钙、碳酸镁或其组合。例如，在一个实施例中，微粒材料包括微粒氧化物或氮化物，如TiO2、SiO2、Al2O3、GeO2、B2O3、Bi2O3、BaO、ZnO、ZrO2、BN、Si3N4、Ge3N4。参见例如，P.Arora和J.Zhang,“电池隔膜(Battery Separators)”《化学综述(Chemical Reviews)》2004,104,4419-4462)。其它合适的颗粒可以包括BaTiO3、Pb(Zr,Ti)O3(PZT)、Pb1-xLaxZr1- yTiyO3(PLZT)、PB(Mg3Nb2/3)O3—PbTiO3(PMN—PT)、二氧化铪(HfO2)、SrTiO3、SnO2、CeO2、MgO、NiO、CaO、ZnO、ZrO2、Y2O3、Al2O3、TiO2、SiC或其混合物。在一个实施例中，微粒材料的平均粒径将为约20nm至2微米、更通常地200nm至1.5微米。在一个实施例中，微粒材料的平均粒径为约500nm至1微米。
在又另一个实施例中，电绝缘隔膜130包括固体电解质，例如，如在固态电池中。一般而言，固体电解质可以促进载体离子的传输，而不需要添加液体或凝胶电解质。根据某些实施例，在提供固体电解质的情况下，固体电解质本身可以能够在电极之间提供绝缘并且允许载体离子穿过其中，并且可以不需要添加渗透结构的液体电解质。
在一个实施例中，二次电池102可以包括电解质，所述电解质可以是有机液体电解质、无机液体电解质、水性电解质、非水电解质、固体聚合物电解质、固体陶瓷电解质、固体玻璃电解质、石榴石电解质、凝胶聚合物电解质、无机固体电解质、熔融型无机电解质等中的任一种。还可以提供具有或不具有液体电解质的电绝缘隔膜130的其它布置和/或配置。在一个实施例中，固体电解质可以包括陶瓷或玻璃材料，其能够提供电绝缘，同时还传导载体离子穿过其中。离子导电材料的实例可以包含石榴石材料、硫化物玻璃、锂离子导电玻璃陶瓷或磷酸盐陶瓷材料。在一个实施例中，固体聚合物电解质可以包括由以下形成的聚合物中的任何聚合物：基于聚环氧乙烷(PEO)的聚合物、基于聚乙酸乙烯酯(PVA)的聚合物、基于聚乙烯亚胺(PEI)的聚合物、基于聚偏二氟乙烯(PVDF)的聚合物、基于聚丙烯腈(PAN)的聚合物、LiPON(锂磷氧氮化物)的聚合物以及基于聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)的聚合物或其共聚物。在另一个实施例中，可以提供基于硫化物的固体电解质，如包括锂和/或磷中的至少一种(如Li2S和P2S5中的至少一种)和/或其它硫化物(如SiS2、GeS2、Li3PS4、Li4P2S7、Li4SiS4、Li2S—P2S5以及50Li4SiO4.50Li3BO3和/或B2S3)的基于硫化物的固体电解质。固体电解质的又其它实施例可以包含锂(Li)的氮化物、卤化物和硫酸盐，如Li3N、LiI、Li5NI2、Li3N—LiI—LiOH、LiSiO4、LiSiO4—LiI—LiOH、Li2SiS3、Li4SiO4、Li4SiO4—LiI—LiOH和Li3PO4—Li2S—SiS2、Li2S—P2S5、Li2S—P2S5-L4SiO4、Li2S—Ga2S3—GeS2、Li2S—Sb2S3—GeS2、Li3.25—Ge0.25—P0.75S4、(La,Li)TiO3(LLTO)、Li6La2CaTa2O12、Li6La2ANb2O12(A＝Ca、Sr)、Li2Nd3TeSbO12、Li3BO2.5N0.5、Li9SiAlO8、Li1+xAlxGe2-x(PO4)3(LAGP)、Li1+xAlxTi2-x(PO4)3(LATP)、Li1+xTi2-xAlxSiy(PO4)3-y、LiAlxZr2-x(PO4)3、LiTixZr2-x(PO4)3。固体电解质的又其它实施例可以包含如在美国专利第10,361,455号中描述的石榴石材料，所述美国专利特此以其全文并入本文。在一个实施例中，石榴石固体电解质是具有通式X3Y2(SiO4)3的岛状硅酸盐，其中X可以是二价阳离子，如Ca、Mg、Fe或Mn，或者Y可以是三价阳离子，如Al、Fe或Cr。
根据组装能量储存装置的一个实施例，电绝缘隔膜包括被适于用作二次电池电解质的非水电解质渗透的微孔隔膜材料。通常，非水电解质包括溶解在有机溶剂和/或溶剂混合物中的锂盐和/或盐的混合物。示例性锂盐包含无机锂盐，如LiClO4、LiBF4、LiPF6、LiAsF6、LiCl和LiBr；以及有机锂盐，如LiB(C6H5)4、LiN(SO2CF3)2、LiN(SO2CF3)3、LiNSO2CF3、LiNSO2CF5、LiNSO2C4F9、LiNSO2C5F11、LiNSO2C6F13和LiNSO2C7F15。又举例来说，电解质可以包括溶解在其中的钠离子，如NaClO4、NaPF6、NaBF4、NaCF3SO3、NaN(CF3SO2)2、NaN(C2F5SO2)2、NaC(CF3SO2)3中的任何一种或多种。可以类似地提供镁和/或钾的盐。例如，可以提供镁盐，如氯化镁(MgCl2)、溴化镁(MgBr2)或碘化镁(MgI2)，和/或以及可以是选自由以下组成的组的至少一种的镁盐：高氯酸镁(Mg(ClO4)2)、硝酸镁(Mg(NO3)2)、硫酸镁(MgSO4)、四氟硼酸镁(Mg(BF4)2)、四苯基硼酸镁(Mg(B(C6H5)4)2)、六氟磷酸镁(Mg(PF6)2)、六氟砷酸镁(Mg(AsF6)2)、全氟烷基磺酸镁((Mg(Rf1SO3)2)，其中Rf1是全氟烷基)、全氟烷基磺酰基酰亚胺镁(Mg((Rf2SO2)2N)2，其中Rf2是全氟烷基)和六烷基二叠氮化镁((Mg(HRDS)2)，其中R是烷基)。溶解锂盐的示例性有机溶剂包含环状酯、链状酯、环状醚和链状醚。环状酯的具体实例包含碳酸亚丙酯、碳酸亚乙酯、碳酸亚丁酯、γ-丁内酯、碳酸亚乙烯酯、2-甲基-γ-丁内酯、乙酰基-γ-丁内酯和γ-戊内酯。链状酯的具体实例包含碳酸二甲酯、碳酸二乙酯、碳酸二丁酯、碳酸二丙酯、碳酸甲乙酯、碳酸甲丁酯、碳酸甲丙酯、碳酸乙丁酯、碳酸乙丙酯、碳酸丁丙酯、丙酸烷基酯、丙二酸二烷基酯和乙酸烷基酯。环状醚的具体实例包含四氢呋喃、烷基四氢呋喃、二烷基四氢呋喃、烷氧基四氢呋喃、二烷氧基四氢呋喃、1,3-二氧戊环、烷基-1,3-二氧戊环和1,4-二氧戊环。链状醚的具体实例包含1,2-二甲氧基乙烷、1,2-二乙氧基乙烷、二***、乙二醇二烷基醚、二乙二醇二烷基醚、三乙二醇二烷基醚和四乙二醇二烷基醚。
参考图8A-10E，在一个实施例中，提供了制造本文公开的二次电池和/或电极组合件的方法。具体地，电绝缘、热塑性、热熔粘合剂511用于将电极群和/或对电极群中的成员的子集粘附到约束***108的第一连接构件162和/或第二连接构件164。可以通过任何合适的方法将热熔粘合剂511施加到第一连接构件和第二连接构件的内表面400a、400b，如通过提供粘合剂的吹塑膜或流延膜、通过挤出粘合剂和/或通过使用喷胶枪。在一些实施例中，以具有预定厚度和图案的膜的形式提供热熔粘合剂511。根据本文中的实施例，预定图案可以适形于第一连接构件和第二连接构件的内表面510a、510b的形状。可以使用激光或模具来切割预定图案。在一些实施例中，第一连接构件162和/或第二连接构件164(其可以与第一次生长约束件158和第二次生长约束件160相同或不同)包括穿过相应构件的竖直厚度形成的孔隙176，并且粘合剂膜切口513沿着邻近孔隙176的第一连接构件162和/或第二连接构件164的内表面400a、400b的结合区域901a、901b放置。在一些实施例中，热熔粘合剂是通过在至少75℃且不超过130℃的温度下加热来熔融和/或软化的。在一些实施例中，电极结构群110中的成员包括在竖直方向上具有相对的上端面510a和下端面510b的电极集电器136，并且对电极结构群112中的成员包括在竖直方向上具有相对的上端面509a和下端面509b的对电极集电器140，并且粘合剂膜切口被放置成与电极群和/或对电极群中的成员的子集的电极和/或对电极集电器的竖直端面接触。
根据一个实施例，制造根据前述权利要求中任一项所述的二次电池和/或电极组合件的方法包括：提供电极组合件，提供约束***，以及提供电绝缘、热塑性、热熔粘合剂膜，所述粘合剂膜具有(i)在75℃至130℃的范围内的熔融温度，以及(ii)如根据ASTMD1238测量的在至少20至不超过350的范围内的熔融指数值。所述方法进一步包括将粘合剂膜的第一侧514a放置成与第一连接构件162和第二连接构件164的上内表面400a或下内表面400b接触，并且将电极群和/或对电极群中的成员的子集的上端面或下端面放置成与粘合剂膜511的第二侧514b接触。例如，第一连接构件162的上内表面400a可以被放置成与第一粘合剂膜511a的第一侧514a接触，并且第二连接构件164的下内表面400b可以被放置成与第二粘合剂膜511b的第一侧接触。第一粘合剂膜511a和第二粘合剂膜511b的第二侧514b可以被放置成与电极群和/或对电极群中的成员的子集的上端面或下端面接触。所述方法可以进一步包括通过加热熔融和/或软化粘合剂膜，以将电极群和/或对电极群中的成员的子集粘附到第一连接构件和第二连接构件。根据一个实施例，在加热期间、之前和/或之后施加压力以促进膜的粘附。例如，可以施加至少3psi的压力，并且甚至可以施加至少5psi的压力，如在3psi至10psi的范围内的压力。
实例
实例1
本实例展示了制造二次电池102和/或电极组合件10的示例性方法，其中强调了热熔粘合剂的施加。图8A-8E在本文中被称为所述方法的一实施例。
在此实例中，以具有预定厚度的粘合剂膜形状以及第一粘合剂部分511a和第二粘合剂部分511b的形式提供热熔粘合剂511(图10A)。然后，将粘合剂膜511切割以形成具有预定图案的切口，所述预定图案至少部分地覆盖和/或适形于第一连接构件和第二连接构件的内表面400a、400b的形状，如图8B中所示。接下来，如图8C中所示，将粘合剂膜切口的第一部分511a和粘合剂膜切口的第二部分511b放置成与第一连接构件510a和第二连接构件510b的上内表面400a和下内表面400b接触，同时使孔隙(狭槽)176保持打开。然后，在粘合剂膜的与被放置成与内表面400a、400b接触的膜的侧面相对的表面处，将电极群110和/或对电极群112中的成员的子集的上端面和下端面放置成与粘合剂膜切口的第二第一部分511a和第二部分511b接触(图8D)。粘合剂膜切口是通过在至少75℃且不超过130℃的温度下加热来熔融和/或软化的，以将电极群110和/或对电极群112中的成员的子集粘附到第一连接构件162和第二连接构件164。在加热过程期间，可以将压力施加到第一连接构件162和第二连接构件164的外表面401a、401b以改善粘附力。图8E中示出了组装产品。
实例2
本实例展示了制造二次电池102和/或电极组合件10的另一种示例性方法，其中强调了热熔粘合剂的施加。图9A-9E在本文中被称为所述方法的一实施例。
在此实例中，通过首先将粘合剂膜的第一部分511a和第二部分511b放置成与第一连接构件162和第二连接构件164的上内表面400a和下内表面400b接触(图9B)，然后切割以形成预定的期望图案，如图9C中所示，所述方法不同于实例1的方法。第一次连接构件162和第二次连接构件164然后可以连接到电极群110和/或对电极群112中的成员的子集，例如如针对实例1所述的，并且如图9D-9E中所描绘的。
实例3
本实例展示了制造二次电池102和/或电极组合件10的另一种示例性方法，其中强调了热熔粘合剂的施加。图10A-10E在本文中被称为所述方法的一实施例。
在此实例中，将粘合剂膜511切割成多个条带513，如图10B中所展示。然后，将条带的第一部分513a放置成与第一连接构件162的上内表面400a接触，并且将条带的第二部分513b放置成与第二连接构件164的下内表面400b接触，所述上内表面和所述下内表面位于孔隙(狭槽)176之间(图10C)。第一次连接构件162和第二次连接构件164然后可以连接到电极群110和/或对电极群112中的成员的子集，例如如针对实例1所述的，并且如图10D-10E中所描绘的。可替代地，类似于在实例2中展示的方法，可以将粘合剂膜511放置在第一连接构件162和第二连接构件164的上内表面400a和下内表面400b上，然后切割并使条带513保持接触。还可以提供施加粘合剂膜511和/或连接到第一主连接构件和/或第二主连接构件的其它方法。
提供以下实施例来说明本公开的各方面，但是所述实施例并不旨在是限制性的，并且还可以提供其它方面和/或实施例。
实施例1.一种用于二次电池的电极组合件，所述电极组合件包括单位电池单元群、约束***和粘合剂，其中
所述电极组合件具有相互垂直的纵轴、横轴和竖轴、在纵向方向上彼此分离的第一纵向端面和第二纵向端面以及围绕电极组合件纵轴AEA并连接所述第一纵向端面和所述第二纵向端面的侧向表面，所述侧向表面具有在所述纵轴的相对侧上并且在正交于所述纵轴的第一方向上分离的相对的第一区域和第二区域，所述电极组合件具有在所述纵向方向上测量的最大宽度WEA、由所述侧向表面界定并在横向方向上测量的最大长度LEA以及由所述侧向表面界定并在竖直方向上测量的最大高度HEA，
所述电极组合件进一步包括电极结构群、对电极结构群以及电分离所述电极群和所述对电极群中的成员的电绝缘隔膜材料，所述电极结构群和所述对电极结构群中的所述成员具有在所述竖直方向上分离的相对的上端面和下端面，并且其中所述单位电池单元群中的每个成员包括电极结构、对电极结构以及位于所述电极结构与所述对电极结构之间的电绝缘隔膜，
所述约束***包括：(i)在所述纵向方向上分离的第一主生长约束件和第二主生长约束件；(ii)在所述竖直方向上分离的连接所述第一主生长约束件和所述第二主生长约束件以及所述电极群或所述对电极群中的所述成员的子集的第一连接构件和第二连接构件，其中所述第一连接构件和所述第二连接构件具有相对的上内表面和下内表面，所述子集中的所述上端面和所述下端面分别通过电绝缘、热塑性、热熔粘合剂粘附到所述相对的上内表面和下内表面，所述粘合剂具有：(i)在75℃至130℃的范围内的熔融温度；以及(ii)熔融指数值。
实施例2.一种二次电池，其包括根据实施例1所述的电极组合件。
实施例3.根据实施例1至2中任一项所述的电极组合件或二次电池，其中所述热熔粘合剂的所述熔融温度在77℃至100℃的范围内。
实施例4.根据前述实施例中任一项所述的电极组合件或二次电池，其中如根据ASTM D1238测量的所述熔融指数值在至少70至不超过350的范围内。
实施例5.根据前述实施例中任一项所述的电极组合件或二次电池，其中所述电极结构群中的所述成员包括在所述竖直方向上具有相对的上端面和下端面的电极集电器，并且所述对电极结构群中的成员包括在所述竖直方向上具有相对的上端面和下端面的对电极集电器，并且其中所述第一连接构件和所述第二连接构件粘附到所述电极群或所述对电极群中的所述成员的子集的所述电极集电器或所述对电极集电器的竖直端面。
实施例6.根据前述实施例中任一项所述的电极组合件或二次电池，其中所述热熔粘合剂包括选自以下的材料：EAA(乙烯-共-丙烯酸)、EMAA(乙烯-共-甲基丙烯酸)、功能化聚乙烯和聚丙烯以及其组合。
实施例7.根据前述实施例中任一项所述的电极组合件或二次电池，其中所述热熔粘合剂包括EAA和EMAA共聚物的混合物。
实施例8.根据前述实施例中任一项所述的电极组合件或二次电池，其中所述热熔粘合剂在约80℃或以上的温度下未显著反应或失去粘附力。
实施例9.根据前述实施例中任一项所述的电极组合件或二次电池，其中所述热熔粘合剂在所述二次电池的1000个连续循环内未显著失去粘附力。
实施例10.根据前述实施例中任一项所述的电极组合件或二次电池，其中所述热熔粘合剂具有厚度在约10微米至约100微米的范围内的膜形状以及预定图案几何形状。
实施例11.根据前述实施例中任一项所述的电极组合件或二次电池，其中所述第一连接构件或所述第二连接构件包括通过相应构件的竖直厚度形成的孔隙，并且其中所述第一连接构件或所述第二连接构件包括所述内表面的邻近所述孔隙的结合区域，其中所述热熔粘合剂被提供用于粘附到所述电极群或所述对电极群中的所述成员的所述子集。
实施例12.根据实施例11所述的电极组合件或二次电池，其中第一连接构件和第二连接构件两者均包括通过其所述竖直厚度的孔隙。
实施例13.根据实施例11至12中任一项所述的电极组合件或二次电池，其中所述孔隙包括在所述纵向方向上延伸的多个狭槽，并且其中粘附到所述子集的所述结合区域位于所述第一连接构件或所述第二连接构件的所述狭槽之间的内表面区域上。
实施例14.根据前述实施例中任一项所述的电极组合件或二次电池，其中所述第一纵向端面和所述第二纵向端面的表面积小于所述电极组合件的表面积的33％。
实施例15.根据前述实施例中任一项所述的电极组合件或二次电池，其中所述电极结构群中的每个成员的长度LE和所述对电极结构群中的每个成员的长度LCE是在其中心纵轴AE和ACE的所述横向方向上测量的，所述电极结构群中的每个成员的宽度WE和所述对电极结构群中的每个成员的宽度WCE是在所述纵向方向上测量的，并且所述电极结构群中的每个成员的高度HE和所述对电极结构群中的每个成员的高度HCE是在垂直于每个此类成员的所述中心纵轴AE或ACE并且垂直于所述纵向方向的所述竖直方向上测量是，所述电极结构群中的每个成员的LE与WE和HE中的每一者的比率分别为至少5:1，所述电极结构群中的每个成员的HE与WE的比率介于0.4:1与1000:1之间，并且所述对电极结构群中的每个成员的LCE与WCE和HCE中的每一者的比率分别为至少5:1，所述对电极结构群中的每个成员的HCE与WCE的比率介于0.4:1与1000:1之间。
实施例16.根据前述实施例中任一项所述的电极组合件或二次电池，其中LEA和WEA中的每一者与HEA的比率为至少2:1。
实施例17.根据前述实施例中任一项所述的电极组合件或二次电池，其中所述电极结构群和所述对电极结构群中的成员到第一纵向表面上的投影限定第一投影面积，并且所述电极结构群和所述对电极结构群中的所述成员到第二纵向表面上的投影限定第二投影面积，并且其中所述第一主生长约束件和所述第二主生长约束件包括上覆于所述第一投影面积和所述第二投影面积的第一压缩构件和第二压缩构件。
实施例18.根据前述实施例中任一项所述的电极组合件或二次电池，其中所述第一主生长约束件和所述第二主生长约束件在所述纵向方向上保持所述电极组合件上的压力，所述压力超过在相互垂直并且垂直于所述纵向方向的两个方向中的每个方向上在所述电极组合件上保持的压力，超过在相互垂直并且垂直于所述纵向方向的两个方向中的每个方向上在所述电极组合件上保持的压力。
实施例19.根据前述实施例中任一项所述的电极组合件或二次电池，其中所述第一主生长约束件和所述第二主生长约束件在所述纵向方向上保持所述电极组合件上的压力，所述压力是在相互垂直并且垂直于所述纵向方向的两个方向中的每个方向上在所述电极组合件上保持的压力的至少3倍。
实施例20.根据前述实施例中任一项所述的电极组合件或二次电池，其中所述第一主生长约束件和所述第二主生长约束件在所述纵向方向上保持所述电极组合件上的压力，所述压力是在相互垂直并且垂直于所述纵向方向的两个方向中的每个方向上在所述电极组合件上保持的压力的至少4倍。
实施例21.根据前述实施例中任一项所述的电极组合件或二次电池，其中所述第一主生长约束件和所述第二主生长约束件在所述纵向方向上保持所述电极组合件上的压力，所述压力是在相互垂直并且垂直于所述纵向方向的两个方向中的每个方向上在所述电极组合件上保持的压力的至少5倍。
实施例22.根据前述实施例中任一项所述的电极组合件或二次电池，其中主生长约束***限制所述电极组合件在所述纵向方向上的生长，使得在20个连续循环内所述电极组合件在所述纵向方向上的费雷特直径的任何增加小于20％。
实施例23.根据前述实施例中任一项所述的电极组合件或二次电池，其中所述主生长约束***限制所述电极组合件在所述纵向方向上的生长，使得在10个连续循环内所述电极组合件在所述纵向方向上的费雷特直径的任何增加小于10％。
实施例24.根据前述实施例中任一项所述的电极组合件或二次电池，其中主生长约束***限制所述电极组合件在所述纵向方向上的生长，使得在5个连续循环内所述电极组合件在所述纵向方向上的费雷特直径的任何增加小于10％。
实施例25.根据前述实施例中任一项所述的电极组合件或二次电池，其中所述主生长约束***限制所述电极组合件在所述纵向方向上的生长，使得所述电极组合件在所述纵向方向上的费雷特直径的任何增加在每个循环小于1％。
实施例26.根据前述实施例中任一项所述的电极组合件或二次电池，其中所述第一连接构件和所述第二连接构件包括次生长约束***，所述次生长约束***限制所述电极组合件在所述竖直方向上的生长，使得在20个连续循环内所述电极组合件在所述竖直方向上的费雷特直径的任何增加小于20％。
实施例27.根据前述实施例中任一项所述的电极组合件或二次电池，其中所述第一连接构件和所述第二连接构件包括次生长约束***，所述次生长约束***限制所述电极组合件在所述竖直方向上的生长，使得在10个连续循环内所述电极组合件在所述竖直方向上的费雷特直径的任何增加小于10％。
实施例28.根据前述实施例中任一项所述的电极组合件或二次电池，其中所述第一连接构件和所述第二连接构件包括次生长约束***，所述次生长约束***限制所述电极组合件在所述竖直方向上的生长，使得在5个连续循环内所述电极组合件在所述竖直方向上的费雷特直径的任何增加小于10％。
实施例29.根据前述实施例中任一项所述的电极组合件或二次电池，其中所述第一连接构件和所述第二连接构件包括次生长约束***，所述次生长约束***限制所述电极组合件在所述竖直方向上的生长，使得所述电极组合件在所述竖直方向上的费雷特直径的任何增加在每个循环小于1％。
实施例30.根据前述实施例中任一项所述的电极组合件或二次电池，其中(i)所述电极结构群中的成员是阳极结构并且所述对电极结构群中的成员是阴极结构，或者(ii)所述电极结构群中的成员是阴极结构并且所述电极结构群中的成员是阳极结构。
实施例31.根据实施例31所述的电极组合件或二次电池，其中所述电极结构群中的成员是包括阳极活性材料层的阳极结构，并且所述对电极结构群中的成员是包括阴极活性材料层的阴极结构。
实施例32.根据前述实施例中任一项所述的电极组合件或二次电池，其中所述电极组合件被经密封的电池外壳容纳。
实施例33.根据实施例33所述的电极组合件或二次电池，其中载体离子和一组电极约束件容纳在所述经密封的电池外壳内。
实施例34.根据前述实施例中任一项所述的电极组合件或二次电池，其中所述电极结构群中的成员包括阳极活性材料，所述阳极活性材料包括以下中的任一种或多种：碳材料、石墨、软碳或硬碳、金属、半金属、合金、氧化物、能够与锂形成合金的化合物、锡、铅、镁、铝、硼、镓、硅、Si/C复合材料、Si/石墨共混物、SiOx、多孔Si、金属间Si合金、铟、锆、锗、铋、镉、锑、银、锌、砷、铪、钇、锂、钠、钛酸锂、钯、锂金属、碳、石油焦炭、活性炭、石墨、硅化合物、硅合金、锡化合物、非石墨化碳、基于石墨的碳、LixFe2O3(0≦x≦1)、LixWO2(0≦x≦1)、SnxMe1-xMe'yOz(Me：Mn、Fe、Pb、Ge；Me'：Al、B、P、Si、元素周期表中的第1族、第2族和第3族中发现的元素，卤素；0<x≦1；1≦y≦3；1≦z≦8)、锂合金、基于硅的合金、基于锡的合金；金属氧化物，SnO、SnO2、PbO、PbO2、Pb2O3、Pb3O4、Sb2O3、Sb2O4、Sb2O5、GeO、GeO2、Bi2O3、Bi2O4、Bi2O5；导电聚合物，聚乙炔、基于Li—Co—Ni的材料、结晶石墨、天然石墨、合成石墨、无定形碳、基什石墨、热解碳、基于中间相沥青的碳纤维、中间相碳微珠、中间相沥青、石墨化碳纤维、高温烧结碳、石油、煤焦油沥青衍生的焦炭、氧化锡、硝酸钛、锂金属膜、锂和选自由以下组成的组中的一种或多种金属的合金：Na、K、Rb、Cs、Fr、Be、Mg、Ca、Sr、Ba、Ra、Al和Sn；能够与锂合金化和/或嵌入锂的金属化合物，其选自以下中任一种：Si、Al、C、Pt、Sn、Pb、Ir、Ni、Cu、Ti、Na、K、Rb、Cs、Fr、Be、Ca、Sr、Sb、Ba、Ra、Ge、Zn、Bi、In、Mg、Ga、Cd、Sn合金、Al合金；能够掺杂和去掺杂锂离子的金属氧化物，SiOv(0<v<2)、SnO2、氧化钒、锂钒氧化物、包含金属化合物和碳材料的复合材料、Si-C复合材料、Sn—C复合材料、过渡金属氧化物、Li4/3Ti5/3O4、SnO、含碳材料、石墨碳纤维、树脂煅烧碳、热分解气相生长碳、软木、中间相碳微珠(“MCMB”)、糠醇树脂煅烧碳、多并苯、基于沥青的碳纤维、气相生长碳纤维或天然石墨；以及安置在分层含碳材料的各层之间的式NaxSny-zMz的组成，其中M是Ti、K、Ge、P或其组合，并且0<x≤15，1≤y≤5且0≤z≤1，以及任何前述项的氧化物、合金、氮化物、氟化物以及任何前述项的任何组合。
实施例35.根据实施例34所述的电极组合件或二次电池，其中所述阳极活性材料包括以下中的至少一种：锂金属、锂金属合金、硅、硅合金、氧化硅、锡、锡合金、氧化锡和含碳材料。
实施例36.根据实施例35所述的电极组合件或二次电池，其中所述阳极活性材料包括硅和氧化硅中的至少一种。
实施例37.根据实施例35所述的电极组合件或二次电池，其中所述阳极活性材料包括锂和锂金属合金中的至少一种。
实施例38.根据实施例35所述的电极组合件或二次电池，其中所述阳极活性材料包括含碳材料。
实施例39.根据前述实施例中任一项所述的电极组合件或二次电池，其中所述电绝缘隔膜群中的成员包括被非水液体电解质渗透的微孔隔膜材料。
实施例40.根据实施例1至39中任一项所述的电极组合件或二次电池，其中所述电绝缘隔膜群中的成员包括固体电解质。
实施例41.根据实施例40所述的电极组合件或二次电池，其中所述电绝缘隔膜群中的成员包括陶瓷材料、玻璃或石榴石材料。
实施例42.根据前述实施例中任一项所述的电极组合件或二次电池，所述电极组合件包括选自由非水液体电解质、凝胶电解质、固体电解质以及其组合组成的组的电解质。
实施例43.根据前述实施例中任一项所述的电极组合件或二次电池，其中所述电极组合件包括液体电解质。
实施例44.根据前述实施例中任一项所述的电极组合件或二次电池，其中所述电极组合件包括水性液体电解质。
实施例45.根据前述实施例中任一项所述的电极组合件或二次电池，其中所述电极组合件包括非水液体电解质。
实施例46.根据前述实施例中任一项所述的电极组合件或二次电池，其中所述电极组合件包括凝胶电解质。
实施例47.根据前述实施例中任一项所述的电极组合件或二次电池，其中所述电绝缘隔膜包括固体电解质。
实施例48.根据前述实施例中任一项所述的电极组合件或二次电池，其中所述电绝缘隔膜包括固体聚合物电解质。
实施例49.根据前述实施例中任一项所述的电极组合件或二次电池，其中所述电绝缘隔膜包括固体无机电解质。
实施例50.根据前述实施例中任一项所述的电极组合件或二次电池，其中所述电绝缘隔膜包括固体有机电解质。
实施例51.根据前述实施例中任一项所述的电极组合件或二次电池，其中所述电绝缘隔膜包括陶瓷电解质。
实施例52.根据前述实施例中任一项所述的电极组合件或二次电池，其中所述电绝缘隔膜包括无机电解质。
实施例53.根据前述实施例中任一项所述的电极组合件或二次电池，其中所述电绝缘隔膜包括陶瓷。
实施例54.根据前述实施例中任一项所述的电极组合件或二次电池，其中所述电绝缘隔膜包括石榴石材料。
实施例55.根据前述实施例中任一项所述的电极组合件或二次电池，其包括选自由以下组成的组的电解质：水性电解质、非水液体电解质、固体聚合物电解质、固体陶瓷电解质、固体玻璃电解质、固体石榴石电解质、凝胶聚合物电解质、无机固体电解质和熔融型无机电解质。
实施例56.根据前述实施例中任一项所述的电极组合件或二次电池，其中所述对电极结构群中的成员包括阴极活性材料，所述阴极活性材料包括以下中的至少一种：过渡金属氧化物；过渡金属硫化物；过渡金属氮化物；锂过渡金属氧化物；锂过渡金属硫化物；锂过渡金属氮化物；包含具有金属元素的过渡金属氧化物、过渡金属硫化物和过渡金属氮化物，所述金属元素具有d-壳或f-壳，和/或其中所述金属元素是选自以下的任一种：Sc、Y、镧系元素、锕系元素、Ti、Zr、Hf、V、Nb、Ta、Cr、Mo、W、Mn、Tc、Re、Fe、Ru、Os、Co、Rh、Ir、Ni、Pb、Pt、Cu、Ag和Au；LiCoO2；LiNi0.5Mn1.5O4；Li(NixCoyAlz)O2；LiFePO4；Li2MnO4；V2O5；氧硫化钼；磷酸盐；硅酸盐；钒酸盐；硫；硫化合物；氧(空气)；Li(NixMnyCoz)O2；包括金属氧化物或金属磷酸盐的含锂化合物；包括锂、钴和氧的化合物(例如，LiCoO2)；包括锂、锰和氧的化合物(例如，LiMn2O4)；包括锂铁和磷酸盐的化合物(例如，LiFePO)；锂锰氧化物；锂钴氧化物；锂镍氧化物；锂铁磷酸盐；锂钴氧化物(LiCoO2)；锂镍氧化物(LiNiO2)；具有一种或多种过渡金属的经取代的化合物；锂锰氧化物；Li1+xMn2-xO4(其中x为0至0.33)；LiMnO3；LiMn2O3；LiMnO2；锂铜氧化物(Li2CuO2)；氧化钒；LiV3O8；LiFe3O4；V2O5；Cu2V2O7；由化学式LiNi1-xMxO2(其中M＝Co、Mn、Al、Cu、Fe、Mg、B或Ga，并且x＝0.01至0.3)表示的Ni位点型锂镍氧化物；由化学式LiMn2-xMxO2(其中M＝Co、Ni、Fe、Cr、Zn或Ta，并且x＝0.01至0.1)表示的锂锰复合氧化物；Li2Mn3MO8(其中M＝Fe、Co、Ni、Cu或Zn)；LiMn2O4，其中Li的一部分被碱土金属离子取代；二硫化物化合物Fe2(MoO4)3；具有式2Li1+aFe1-xM'x(PO4-b)Xb的橄榄石晶体结构的锂金属磷酸盐，其中M'是选自以下中的至少一种：Al、Mg、Ni、Co、Mn、Ti、Ga、Cu、V、Nb、Zr、Ce、In、Zn和Y，X是选自F、S和N中的至少一种，-0.5≤a≤+0.5，0≤x≤0.5且0≤b≤0.1；LiFePO4；Li(Fe,Mn)PO4；Li(Fe,Co)PO4；Li(Fe,Ni)PO4；LiCoO2；LiNiO2；LiMnO2；LiMn2O4；LiNi1-yCoyO2；LiCo1-yMnyO2；LiNi1-yMnyO2(0≤y≤1)、Li(NiaCobMnc)O4(0<a<2，0<b<2，0<c<2且a+b+c＝2)；LiMn2-zNizO4；LiMn2-zCozO4(0<z<2)；LiCoPO4和LiFePO4；元素硫(S8)；硫系列化合物；Li2Sn(n≥1)；有机硫化合物；碳-硫聚合物((C2Sx)n：x＝2.5至50，n≥2)；锂和锆的氧化物；锂和金属(钴、锰、镍或其组合)的复合氧化物；LiaA1-bMbD2(其中0.90≤a≤1且0≤b≤0.5)；LiaE1-bMbO2-cDc(其中0.90≤a≤1，0≤b≤0.5且0≤c≤0.05)；LiE2-bMbO4-cDc(其中0≤b≤0.5且0≤c≤0.05)；LiaNi1-b-cCobMcDa(其中0.90≤a≤1，0≤b≤0.5，0≤c≤0.05且0<a≤2)；LiaNi1-b-cCobMcO2-aXa(其中0.90≤a≤1，0≤b≤0.5，0≤c≤0.05且0<a<2)；LiaNi1-b-cCobMcO2-aX2(其中0.90≤a≤1，0≤b≤0.5，0≤c≤0.05且0<a<2)；LiaNi1-b-cMnbMcDa(其中0.90≤a≤1，0≤b≤0.5，0≤c≤0.05且0<a≤2)；LiaNi1-b-cMnbMcO2-aXa(其中0.90≤a≤1，0≤b≤0.5，0≤c≤0.05且0<a<2)；LiaNi1-b-cMnbMcO2- aX2(其中0.90≤a≤1，0≤b≤0.5，0≤c≤0.05且0<a<2)；LiaNibEcGdO2(其中0.90≤a≤1，0≤b≤0.9，0≤c≤0.5且0.001≤d≤0.1)；LiaNibCocMndGeO2(其中0.90≤a≤1，0≤b≤0.9，0≤c≤0.5，0≤d≤0.5且0.001≤e≤0.1)；LiaNiGbO2(其中0.90≤a≤1且0.001≤b≤0.1)；LiaCoGbO2(其中0.90≤a≤1且0.001≤b≤0.1)；LiaMnGbO2(其中0.90≤a≤1且0.001≤b≤0.1)；LiaMn2GbO4(其中0.90≤a≤1且0.001≤b≤0.1)；QO2；QS2；LiQS2；V2O5；LiV2O5；LiX'O2；LiNiVO4；Li(3-f)J2(PO4)3(0≤f≤2)；Li(3-f)Fe2(PO4)3(0≤f≤2)；LiFePO4(A是Ni、Co、Mn或其组合；M是Al、Ni、Co、Mn、Cr、Fe、Mg、Sr、V、稀土元素或其组合；D是O、F、S、P或其组合；E是Co、Mn或其组合；X是F、S、P或其组合；G是Al、Cr、Mn、Fe、Mg、La、Ce、Sr、V或其组合；Q是Ti、Mo、Mn或其组合；X'是Cr、V、Fe、Sc、Y或其组合；并且J是V、Cr、Mn、Co、Ni、Cu或其组合)；LiCoO2；LiMnxO2x(x＝1或2)；LiNi1-xMnxO2x(0<x<1)；LiNi1-x-yCoxMnyO2(0≤x≤0.5，0≤y≤0.5)；FePO4；锂化合物；锂钴氧化物；锂镍氧化物；锂镍钴氧化物；锂镍钴铝氧化物；锂镍钴锰氧化物；锂锰氧化物；锂铁磷酸盐；硫化镍；硫化铜；硫；氧化铁；氧化钒；含钠材料；式NaM1 aO2(其中M1是至少一种过渡金属元素，并且0≤a<1)的氧化物；NaFeO2；NaMnO2；NaNiO2；NaCoO2；由式NaMn1-aM1 aO2(其中M1是至少一种过渡金属元素，并且0≤a<1)表示的氧化物；Na[Ni1/2Mn1/2]O2、Na2/3[Fe1/2Mn1/2]O2；由Na0.44Mn1-aM1 aO2(其中M1是至少一种过渡金属元素，并且0≤a<1)表示的氧化物；由Na0.7Mn1-aM1 a O2.05(其中M1是至少一种过渡金属元素，并且0≤a<1)表示的氧化物；由NabM2 cSi12O30(其中M2是至少一种过渡金属元素，2≤b≤6且2≤c≤5)、Na6Fe2Si12O30、Na2Fe5Si12O(其中M2是至少一种过渡金属元素，2≤b≤6且2≤c≤5)表示的氧化物；由NadM3 eSi6O18(其中M3是至少一种过渡金属元素，3≤d≤6且1≤e≤2)、Na2Fe2Si6O18、Na2MnFeSi6O18(其中M3是至少一种过渡金属元素，3≤d≤6且1≤e≤2)表示的氧化物；由NafM4 gSi2O6(其中M4是选自过渡金属元素、镁(Mg)和铝(Al)中的至少一种元素，1≤f≤2且1≤g≤2)表示的氧化物；磷酸盐；Na2FeSiO6；NaFePO4；Na3Fe2(PO4)3；Na3V2(PO4)3；Na4Co3(PO4)2P2O7；硼酸盐；NaFeBO4或Na3Fe2(BO4)3；氟化物；NahM5F6(其中M5是至少一种过渡金属元素，并且2≤h≤3)；Na3FeF6；Na2MnF6；氟磷酸盐；Na3V2(PO4)2F3；Na3V2(PO4)2FO2；NaMnO2；Na[Ni1/ 2Mn1/2]O2；Na2/3[Fe1/2Mn1/2]O2；Na3V2(PO4)3；Na4Co3(PO4)2P2O7；Na3V2(PO4)2F3和/或Na3V2(PO4)2FO2，以及任何复合氧化物和/或上述的其它组合。
实施例57.根据实施例56所述的电极组合件或二次电池，其中所述阴极活性材料包括以下中的至少一种：过渡金属氧化物、过渡金属硫化物、过渡金属氮化物、过渡金属磷酸盐和过渡金属氮化物。
实施例58.根据实施例56至57中任一项所述的电极组合件或二次电池，其中所述阴极活性材料包括过渡金属氧化物，所述过渡金属氧化物含有锂以及钴和镍中的至少一种。
实施例59.根据前述实施例中任一项所述的电极组合件或二次电池，其中所述电极结构群中的成员包括阳极集电器，所述阳极集电器包括以下中的至少一种：铜；镍；铝；不锈钢；钛；钯；烘焙碳；煅烧碳；铟；铁；镁；钴；锗；锂；铜或不锈钢与碳、镍、钛、银、铝镉合金和/或其合金的经表面处理的材料。
实施例60.根据实施例59所述的电极组合件或二次电池，其中所述电极结构群中的成员包括阳极集电器，所述阳极集电器包括以下中的至少一种：铜、镍、不锈钢以及其合金。
实施例61.根据前述实施例中任一项所述的电极组合件或二次电池，其中所述对电极结构包括阴极集电器，所述阴极集电器包括以下中的至少一种：不锈钢；铝；镍；钛；烘焙碳；烧结碳；铝或不锈钢与碳、镍、钛、银或其合金的经表面处理的材料。
实施例62.根据实施例61所述的电极组合件或二次电池，其中所述阴极集电器包括以下中的至少一种：不锈钢；铝；镍；钛；烘焙碳；烧结碳；铝或不锈钢与碳、银或其合金的经表面处理的材料。
实施例63.根据实施例61至62中任一项所述的电极组合件或二次电池，其中所述阴极集电器包括铝。
实施例64.根据前述实施例中任一项所述的电极组合件或二次电池，其中所述约束***的所述第一连接构件和所述第二连接构件包括不锈钢、钛或玻璃纤维复合材料中的任一种。
实施例65.根据实施例64所述的电极组合件或二次电池，其中所述约束***的所述第一连接构件和所述第二连接构件包括不锈钢。
实施例66.根据前述实施例中任一项所述的电极组合件或二次电池，其中所述约束***的所述第一连接构件和所述第二连接构件包括在其内表面和外表面上的绝缘材料涂层。
实施例67.根据前述实施例中任一项所述的电极组合件或二次电池，其中所述电极组合件包括至少5个电极结构和至少5个对电极结构。
实施例68.根据前述实施例中任一项所述的电极组合件或二次电池，其中所述电极组合件包括至少10个电极结构和至少10个对电极结构。
实施例69.根据前述实施例中任一项所述的电极组合件或二次电池，其中所述电极组合件包括至少50个电极结构和至少50个对电极结构。
实施例70.根据前述实施例中任一项所述的电极组合件或二次电池，其中所述电极组合件包括至少100个电极结构和至少100个对电极结构。
实施例71.根据前述实施例中任一项所述的电极组合件或二次电池，其中所述电极组合件包括至少500个电极结构和至少500个对电极结构。
实施例72.一种制造根据前述实施例中任一项所述的二次电池或电极组合件的方法，所述方法包括：(a)将所述电极结构群、所述对电极结构群以及电分离所述电极群和所述对电极群中的成员的所述电绝缘隔膜材料群以堆叠系列进行堆叠；(b)将包括所述电绝缘、热塑性、热熔粘合剂的粘合剂膜中的至少一个粘合剂膜的第一侧放置成与所述约束***的所述第一连接构件或所述第二连接构件的上内表面或下内表面接触；(c)将所述电极群或所述对电极群中的所述成员的所述子集的所述上端面或所述下端面放置成与所述至少一个粘合剂膜的第二侧接触；以及(d)通过加热至少部分地熔融或软化所述至少一个粘合剂膜，以将所述电极群或所述对电极群中的所述成员的所述子集粘附到所述第一连接构件和所述第二连接构件。
实施例73.根据实施例72所述的方法，其中第一粘合剂膜将所述第一连接构件的所述上内表面粘附到所述电极群或所述对电极群中的所述成员的子集的所述上端面，并且第二粘合剂膜将所述第二连接构件的所述下内表面粘附到所述电极群或所述对电极群中的所述成员的子集的所述下端面。
实施例74.根据实施例72至73中任一项所述的方法，其进一步包括切割所述至少一个粘合剂膜以形成具有预定图案的膜切口，并且将所述膜切口施加到所述第一连接构件和所述第二连接构件的所述上内表面和所述下内表面。
实施例75.根据实施例72至74中任一项所述的方法，其进一步包括将压力施加到所述第一连接构件和所述第二连接构件以及所述电极结构群和所述对电极结构群中的成员的所述子集中的一者或多者以促进粘附。
实施例76.根据实施例75所述的方法，其包括施加至少3psi的压力。
实施例77.根据实施例72至76中任一项所述的方法，其中所述至少一个粘合剂膜通过挤出、流延膜或吹塑膜方法来提供。
实施例78.根据实施例72至77中任一项所述的方法，其中使用激光或模具将所述至少一个粘合剂膜切割成膜切口。
实施例79.根据实施例72至78中任一项所述的方法，其中所述至少一个粘合剂膜被切割成膜切口，所述膜切口适形于所述第一连接构件和所述第二连接构件的所述上内表面和所述下内表面的形状。
实施例80.根据实施例79所述的方法，其中所述第一连接构件和所述第二连接构件包括穿过相应构件的竖直厚度形成的孔隙，并且所述方法包括沿着所述第一连接构件和所述第二连接构件的所述内表面的邻近所述孔隙的结合区域放置所述粘合剂膜切口。
实施例81.根据实施例72至80中任一项所述的方法，其中所述电极结构群中的成员包括在所述竖直方向上具有相对的上端面和下端面的电极集电器，并且所述对电极结构群中的成员包括在所述竖直方向上具有相对的上端面和下端面的对电极集电器，并且所述方法包括将所述粘合剂膜切口放置成与所述电极群或所述对电极群中的成员的所述子集的所述电极或所述对电极集电器的竖直端面接触。
实施例82.根据实施例72至81中任一项所述的方法，其包括在使所述至少一个粘合剂膜与所述第一连接构件或所述第二连接构件以及所述电极群或所述对电极群中的成员的子集接触之前、期间或之后，将所述粘合剂膜加热至至少75℃且不超过130℃的温度。
实施例83.根据实施例1至3和5至82中任一项所述的电极组合件、二次电池或方法，其中所述电绝缘、热塑性、热熔粘合剂的如根据ASTM D1238测量的熔融指数值在至少20至不超过350的范围内。
通过引用结合
出于所有目的，本文中所提及的所有出版物和专利(包含下文中所列出的那些项)特此通过引用整体并入，如同每个单独的出版物或专利通过引用明确且单独地并入。在冲突的情况下，以本申请(包含本文中的任何定义)为准。
等效物
虽然已经讨论了具体实施例，但是以上说明书是说明性的而非限制性的。对于本领域的技术人员而言，在阅读了本说明书后，许多变化将变得显而易见。实施例的全部范围应参考权利要求连同其等效物的全部范围以及说明书连同此类变化来确定。
除非另外指示，否则本说明书和权利要求书中所使用的表示成分的数量、反应条件等的所有数字应被理解为在所有情况下均被术语“约”修饰。因此，除非相反地指出，否则本说明书和所附权利要求中阐述的数值参数是可以根据寻求获得的期望性质而改变的近似值。

Claims (30)

1.一种用于二次电池的电极组合件，所述电极组合件包括单位电池单元群、约束***和粘合剂，其中
所述电极组合件具有相互垂直的纵轴、横轴和竖轴、在纵向方向上彼此分离的第一纵向端面和第二纵向端面以及围绕电极组合件纵轴AEA并连接所述第一纵向端面和所述第二纵向端面的侧向表面，所述侧向表面具有在所述纵轴的相对侧上并且在正交于所述纵轴的第一方向上分离的相对的第一区域和第二区域，所述电极组合件具有在所述纵向方向上测量的最大宽度WEA、由所述侧向表面界定并在横向方向上测量的最大长度LEA以及由所述侧向表面界定并在竖直方向上测量的最大高度HEA，
所述电极组合件进一步包括电极结构群、对电极结构群以及电分离所述电极群和所述对电极群中的成员的电绝缘隔膜材料，所述电极结构群和所述对电极结构群中的所述成员具有在所述竖直方向上分离的相对的上端面和下端面，并且其中所述单位电池单元群中的每个成员包括电极结构、对电极结构以及位于所述电极结构与所述对电极结构之间的电绝缘隔膜，
所述约束***包括：(i)在所述纵向方向上分离的第一主生长约束件和第二主生长约束件；(ii)在所述竖直方向上分离的连接所述第一主生长约束件和所述第二主生长约束件以及所述电极群或所述对电极群中的所述成员的子集的第一连接构件和第二连接构件，其中所述第一连接构件和所述第二连接构件具有相对的上内表面和下内表面，所述子集中的所述上端面和所述下端面分别通过电绝缘、热塑性、热熔粘合剂粘附到所述相对的上内表面和下内表面，所述粘合剂具有：(i)在75℃至130℃的范围内的熔融温度；以及(ii)如根据ASTM D1238测量的在至少20至不超过350的范围内的熔融指数值。
2.一种二次电池，其包括根据权利要求1所述的电极组合件。
3.根据权利要求1至2中任一项所述的电极组合件或二次电池，其中所述热熔粘合剂的所述熔融温度在77℃至100℃的范围内。
4.根据前述权利要求中任一项所述的电极组合件或二次电池，其中如根据ASTM D1238测量的所述熔融指数值在至少70至不超过350的范围内。
5.根据前述权利要求中任一项所述的电极组合件或二次电池，其中所述电极结构群中的所述成员包括在所述竖直方向上具有相对的上端面和下端面的电极集电器，并且所述对电极结构群中的成员包括在所述竖直方向上具有相对的上端面和下端面的对电极集电器，并且其中所述第一连接构件和所述第二连接构件粘附到所述电极群或所述对电极群中的所述成员的子集的所述电极集电器或所述对电极集电器的竖直端面。
6.根据前述权利要求中任一项所述的电极组合件或二次电池，其中所述热熔粘合剂包括选自以下的材料：EAA(乙烯-共-丙烯酸)、EMAA(乙烯-共-甲基丙烯酸)、功能化聚乙烯和聚丙烯以及其组合。
7.根据前述权利要求中任一项所述的电极组合件或二次电池，其中所述热熔粘合剂包括EAA和EMAA共聚物的混合物。
8.根据前述权利要求中任一项所述的电极组合件或二次电池，其中所述热熔粘合剂在约80℃或以上的温度下未显著反应或失去粘附力。
9.根据前述权利要求中任一项所述的电极组合件或二次电池，其中所述热熔粘合剂在所述二次电池的1000个连续循环内未显著失去粘附力。
10.根据前述权利要求中任一项所述的电极组合件或二次电池，其中所述热熔粘合剂具有厚度在约10微米至约100微米的范围内的膜形状以及预定图案几何形状。
11.根据前述权利要求中任一项所述的电极组合件或二次电池，其中所述第一连接构件或所述第二连接构件包括通过相应构件的竖直厚度形成的孔隙，并且其中所述第一连接构件或所述第二连接构件包括所述内表面的邻近所述孔隙的结合区域，其中所述热熔粘合剂被提供用于粘附到所述电极群或所述对电极群中的所述成员的所述子集。
12.根据权利要求11所述的电极组合件或二次电池，其中第一连接构件和第二连接构件两者均包括通过其所述竖直厚度的孔隙。
13.根据权利要求11至12中任一项所述的电极组合件或二次电池，其中所述孔隙包括在所述纵向方向上延伸的多个狭槽，并且其中粘附到所述子集的所述结合区域位于所述第一连接构件或所述第二连接构件的所述狭槽之间的内表面区域上。
14.根据前述权利要求中任一项所述的电极组合件或二次电池，其中所述第一纵向端面和所述第二纵向端面的表面积小于所述电极组合件的表面积的33％。
15.根据前述权利要求中任一项所述的电极组合件或二次电池，其中所述电极结构群中的每个成员的长度LE和所述对电极结构群中的每个成员的长度LCE是在其中心纵轴AE和ACE的所述横向方向上测量的，所述电极结构群中的每个成员的宽度WE和所述对电极结构群中的每个成员的宽度WCE是在所述纵向方向上测量的，并且所述电极结构群中的每个成员的高度HE和所述对电极结构群中的每个成员的高度HCE是在垂直于每个此类成员的所述中心纵轴AE或ACE并且垂直于所述纵向方向的所述竖直方向上测量的，所述电极结构群中的每个成员的LE与WE和HE中的每一者的比率分别为至少5:1，所述电极结构群中的每个成员的HE与WE的比率介于0.4:1与1000:1之间，并且所述对电极结构群中的每个成员的LCE与WCE和HCE中的每一者的比率分别为至少5:1，所述对电极结构群中的每个成员的HCE与WCE的比率介于0.4:1与1000:1之间。
16.根据前述权利要求中任一项所述的电极组合件或二次电池，其中LEA和WEA中的每一者与HEA的比率为至少2:1。
17.根据前述权利要求中任一项所述的电极组合件或二次电池，其中所述电极结构群和所述对电极结构群中的成员到第一纵向表面上的投影限定第一投影面积，并且所述电极结构群和所述对电极结构群中的所述成员到第二纵向表面上的投影限定第二投影面积，并且其中所述第一主生长约束件和所述第二主生长约束件包括上覆于所述第一投影面积和所述第二投影面积的第一压缩构件和第二压缩构件。
18.根据前述权利要求中任一项所述的电极组合件或二次电池，其中所述第一主生长约束件和所述第二主生长约束件在所述纵向方向上保持所述电极组合件上的压力，所述压力超过在相互垂直并且垂直于所述纵向方向的两个方向中的每个方向上在所述电极组合件上保持的压力，超过在相互垂直并且垂直于所述纵向方向的两个方向中的每个方向上在所述电极组合件上保持的压力。
19.根据前述权利要求中任一项所述的电极组合件或二次电池，其中所述第一主生长约束件和所述第二主生长约束件在所述纵向方向上保持所述电极组合件上的压力，所述压力是在相互垂直并且垂直于所述纵向方向的两个方向中的每个方向上在所述电极组合件上保持的压力的至少3倍、至少4倍或至少5倍。
20.根据前述权利要求中任一项所述的电极组合件或二次电池，其中主生长约束***限制所述电极组合件在所述纵向方向上的生长，使得在20个连续循环内所述电极组合件在所述纵向方向上的费雷特直径的任何增加小于20％。
21.根据前述权利要求中任一项所述的电极组合件或二次电池，其中所述主生长约束***限制所述电极组合件在所述纵向方向上的生长，使得在10个连续循环内所述电极组合件在所述纵向方向上的费雷特直径的任何增加小于10％。
22.根据前述权利要求中任一项所述的电极组合件或二次电池，其中所述主生长约束***限制所述电极组合件在所述纵向方向上的生长，使得在5个连续循环内所述电极组合件在所述纵向方向上的费雷特直径的任何增加小于10％。
23.根据前述权利要求中任一项所述的电极组合件或二次电池，其中所述主生长约束***限制所述电极组合件在所述纵向方向上的生长，使得所述电极组合件在所述纵向方向上的费雷特直径的任何增加在每个循环小于1％。
24.根据前述权利要求中任一项所述的电极组合件或二次电池，其中所述第一连接构件和所述第二连接构件包括次生长约束***，所述次生长约束***限制所述电极组合件在所述竖直方向上的生长，使得在20个连续循环内所述电极组合件在所述竖直方向上的费雷特直径的任何增加小于20％。
25.根据前述权利要求中任一项所述的电极组合件或二次电池，其中所述第一连接构件和所述第二连接构件包括次生长约束***，所述次生长约束***限制所述电极组合件在所述竖直方向上的生长，使得在10个连续循环内所述电极组合件在所述竖直方向上的费雷特直径的任何增加小于10％。
26.根据前述权利要求中任一项所述的电极组合件或二次电池，其中所述第一连接构件和所述第二连接构件包括次生长约束***，所述次生长约束***限制所述电极组合件在所述竖直方向上的生长，使得在5个连续循环内所述电极组合件在所述竖直方向上的费雷特直径的任何增加小于10％。
27.根据前述权利要求中任一项所述的电极组合件或二次电池，其中所述第一连接构件和所述第二连接构件包括次生长约束***，所述次生长约束***限制所述电极组合件在所述竖直方向上的生长，使得所述电极组合件在所述竖直方向上的费雷特直径的任何增加在每个循环小于1％。
28.一种制造根据前述实施例中任一项所述的二次电池或电极组合件的方法，所述方法包括：(a)将所述电极结构群、所述对电极结构群以及电分离所述电极群和所述对电极群中的成员的所述电绝缘隔膜材料群以堆叠系列进行堆叠；(b)将包括所述电绝缘、热塑性、热熔粘合剂的粘合剂膜中的至少一个粘合剂膜的第一侧放置成与所述约束***的所述第一连接构件或所述第二连接构件的上内表面或下内表面接触；(c)将所述电极群或所述对电极群中的所述成员的所述子集的所述上端面或所述下端面放置成与所述至少一个粘合剂膜的第二侧接触；以及(d)通过加热至少部分地熔融或软化所述至少一个粘合剂膜，以将所述电极群或所述对电极群中的所述成员的所述子集粘附到所述第一连接构件和所述第二连接构件。
29.根据权利要求28所述的方法，其中第一粘合剂膜将所述第一连接构件的所述上内表面粘附到所述电极群或所述对电极群中的所述成员的子集的所述上端面，并且第二粘合剂膜将所述第二连接构件的所述下内表面粘附到所述电极群或所述对电极群中的所述成员的子集的所述下端面。
30.根据权利要求28至29中任一项所述的方法，其进一步包括切割所述至少一个粘合剂膜以形成具有预定图案的膜切口，并且将所述膜切口施加到所述第一连接构件和所述第二连接构件的所述上内表面和所述下内表面。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100497147B1 (ko) * 2000-02-08 2005-06-29 주식회사 엘지화학 다중 중첩 전기화학 셀 및 그의 제조방법
US9853292B2 (en) * 2009-05-11 2017-12-26 Nexeon Limited Electrode composition for a secondary battery cell
DE102010061865A1 (de) * 2010-11-24 2012-05-24 Behr Gmbh & Co. Kg Rahmen für eine elektrochemische Energiespeichereinheit
KR20160142826A (ko) * 2014-04-08 2016-12-13 맥스웰 테크놀러지스 인코포레이티드 에너지 저장 장치 내의 온도 제어를 위한 장치 및 방법
EP3164899A4 (en) * 2014-07-02 2018-01-17 Pellion Technologies Inc. Multi-electrode electrochemical cell and method of making the same
US20200119316A9 (en) * 2014-07-21 2020-04-16 Johnson & Johnson Vision Care, Inc. Flexible micro-battery
WO2019099642A2 (en) * 2017-11-15 2019-05-23 Enovix Corporation Electrode assembly, secondary battery, and method of manufacture
US10256507B1 (en) * 2017-11-15 2019-04-09 Enovix Corporation Constrained electrode assembly

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