CN109417135A - 具有增强的枝晶形成抗性的电池 - Google Patents

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Abstract

一种电池，包括具有馈通端口的壳体、设置在馈通端口中的馈通组件、以及设置在壳体内的电池堆叠体。馈通端口包括内导体和将内导体与壳体分开的绝缘芯。电池堆叠体包括阳极、阴极和使阳极与阴极绝缘的隔板，其中阳极和阴极彼此偏移。包围电池堆叠体的绝缘罩将电池堆叠体与壳体绝缘。绝缘罩具有开口，该开口构造成在其中接收馈通组件，该馈通组件可以包括包覆成型的绝缘体。电池壳体的内表面和内壁可以用介电材料热喷涂，以防止阴极和阳极表面之间形成锂枝晶。

Description

具有增强的枝晶形成抗性的电池
相关申请的交叉引用
本申请要求于2016年11月16日提交的名称为“Battery Having a DielectricMaterial Coating”的美国临时专利申请Nos.62/423,081、于2017年1月20日提交的名称为“Battery With Enhanced Resistance to Dendrite Formation”的美国临时专利申请62/448,843、以及于2017年9月1日提交的名称为“Battery With Enhanced Resistance toDendrite Formation”的美国临时专利申请No.62/553,551，其公开内容通过引用整体并入本文。
技术领域
本公开一般涉及电池，更具体地，涉及具有增强的枝晶形成抗性的电池。
背景技术
诸如心脏起搏器和植入式心律转复除颤器(Implantable CardioverterDefibrillators,ICDs)这样的植入式医疗设备(Implantable Medical Devices,IMD)中使用的电池，需要满足高质量、高性能规格和高可靠性。它们需要具有高能量密度、高倍率能力和较长的保质期。由于更换IMD的电池意味着患者必须接受手术，因此IMD的电池必须具有较长的使用寿命。非常希望改进这种电池的可靠性、性能和寿命。
ICDs治疗心室颤动，也称为心源性猝死。心室颤动的特征在于心脏快速、不稳定的收缩，导致很少或不泵送血液，并且通常是致命的病症。ICD在检测到心室颤动的几秒钟内向心脏传递高能脉冲(通常高达35J)。最小化患者保持颤动的时间是该疗法的重要目标。为了提供这种挽救生命的疗法，ICD电池在尽可能短的时间内将电容器充电到所需的能量水平，然后电容器通过心脏放电。因为需要快速治疗，所以电容器充电时间(通常在5到15秒的范围内)是设备性能的量度。
银钒氧化物(Silver Vanadium Oxide,SVO)电池通常用于医疗设备，因为它们提供ICD所需的非常高的能量输出率。电池由多个阴极(SVO)层和相应的阳极(锂金属)层组成。
锂枝晶的形成和由此产生的内部短路是ICD电池的主要失效模式之一。当在阳极表面和阴极表面之间形成桥时，枝晶形成可导致短路。通过化学或几何变化不能很好地控制锂枝晶形成机制。目前，电池中活性元件的绝缘是唯一可用于减少由于锂枝晶形成的短路而导致的早期电池耗尽的方法。但现有的绝缘结构存在缺点。
工业中使用的绝缘接头包括绝缘部件之间的简单重叠配合件或干涉接头，如美国专利No.9,281,507中所述。这些类型的接头表现出由部件公差和制造差异引起的配合差异，并且可能留下用于形成枝晶的开口，从而允许发生短路失效。所需要的是一种电池结构，它能更好地抵抗在不希望的地方形成锂枝晶。
发明内容
本公开的一些实施例提供了一种电池及其电绝缘方案。绝缘方案产生鲁棒的屏蔽，其对电解质是不可穿透的并且将防止在不希望的地方形成锂枝晶。
本公开的一些实施方案在电池的关键区域中提供阳极-阴极对准以减少锂枝晶形成。通过确保锂阳极从围绕形成锂枝晶的关键区域的阴极边缘凹进来实现锂枝晶的减少。关键区域包括阴极极片离开电池堆叠体的区域和电池的“头部”的区域(其中馈通件在该处离开电池壳体)。
本公开的一些实施例涉及一种电池，其包括具有馈通端口的壳体、设置在馈通端口中并且包括内导体和将内导体与壳体分隔开的绝缘芯的馈通组件，以及设置在壳体内的电池堆叠体。电池堆叠体包括具有阳极极片的阳极、与阳极极片相邻的第一外周部分、以及远离阳极极片的第二外周部分。电池堆叠体还包括具有阴极极片的阴极、与阴极极片相邻的第一外周部分、远离阴极极片的第二外周部分。电池堆叠体还包括一个或多个隔板层，其将阳极与阴极电绝缘，其中阳极、阴极和一个或多个隔板层堆叠在一起，并且阳极偏离阴极，使得阳极的第二外周部分从阴极的第一外周部分凹进第一偏移距离，并且阳极的第一外周部分从阴极的第二外周部分向外延伸第二偏移距离。
在一些实施例中，第一偏移距离可以在0.001英寸和0.03英寸的范围内。在一些实施例中，第一偏移距离可以在0.01英寸和0.02英寸的范围内。在一些实施例中，第一和第二偏移值是相同的(即，基本上彼此相等)。
在一些实施例中，馈通组件还包括套圈和馈通绝缘件，其中套圈耦合到馈通端口，绝缘芯和内导体设置在套圈的内腔中，并且馈通绝缘件围绕套圈中延伸入壳体的部分周向地设置。
在一些实施例中，电池还包括包围电池堆叠体的绝缘罩，以使电池堆叠体与壳体电绝缘，绝缘罩具有开口，该开口构造成在其中接收馈通绝缘件，其中绝缘罩被密封到馈通绝缘件。
在一些实施例中，绝缘罩包括围绕开口的唇部，该唇部与馈通绝缘件的至少一部分重叠并且被密封到馈通绝缘件。
在一些实施例中，馈通绝缘件完全插入绝缘罩的开口中以与绝缘罩的唇部的内表面配合，并且绝缘罩的唇部密封到馈通绝缘件。
在一些实施例中，绝缘罩通过热密封、压缩接头、粘合剂或其组合密封到馈通组件的馈通绝缘件，以形成液密密封。在一些实施例中，通过激光焊接、RF焊接、电阻焊接、摩擦焊接或其组合将绝缘罩热密封到馈通组件的馈通绝缘件。
在一些实施例中，绝缘罩由选自聚乙烯(PE)、乙烯-四氟乙烯(ETFE)、聚醚醚酮(PEEK)、聚丙烯(PP)及其混合物组成的组中的材料制成。
在一些实施例中，绝缘罩的材料具有达到0.05μm的平均孔径。
在一些实施例中，阳极极片电连接到壳体，阴极极片电连接到馈通组件的内导体，馈通组件的内导体是设置在馈通组件中的唯一阴极表面。
在一些实施例中，阴极极片不含阴极活性材料。
在一些实施例中，馈通绝缘件由选自聚乙烯(PE)、乙烯-四氟乙烯(ETFE)、聚醚醚酮(PEEK)、聚丙烯(PP)、聚氨酯(PU)、有机硅、聚碳酸酯(PC)及其混合物组成的组中的材料制成。
在一些实施例中，阴极包括阴极活性材料，并且电池还包含电解质，其中电解质与阴极活性材料的重量比在0.25和0.4的范围内。在一些实施例中，电池是具有3cc至10cc的体积的棱柱形电池。
本公开的一些实施例涉及一种电池，其包括具有馈通端口的壳体、设置在馈通端口中并包括套圈的馈通组件、设置在套圈的内腔内的内导体、以及设置在套圈的内腔内并将内导体与套圈分开的绝缘芯，并且馈通绝缘件周向地设置在套圈上。电池堆叠体设置在壳体内并包括具有阳极极片的阳极、具有阴极极片的阴极、以及使阳极与阴极电绝缘的一个或多个隔板层。绝缘罩包围电池堆叠体以使电池堆叠体与壳体电绝缘，绝缘罩具有开口，该开口构造成在其中接收馈通绝缘件，绝缘罩被密封到馈通绝缘件。
在一些实施例中，绝缘罩包括平均孔径达到0.05μm的纳米多孔材料。
在一些实施例中，馈通组件的内导体是设置在馈通组件中的唯一阴极表面。
在一些实施例中，阴极包括阴极活性材料，其包含银钒氧化物(SVO)或SVO和一氟化碳(CFx)的混合物。
在本公开的一些实施例中，热喷雾涂布用于使电池的内表面和内壁与介电材料电绝缘，以防止在阴极和阳极表面之间形成锂枝晶。介电材料可以包括陶瓷氧化物，例如铝、钛和/或其他类似的陶瓷氧化物。在某些实施例中，仅电池壳体的内表面和内壁涂覆有介电材料，并且电池的外表面保持无介电材料。电池壳体可以激光焊接到盖上以形成外壳。介电涂层有利地在焊接过程保持不受伤害，不妨碍激光焊接(使得焊接提供良好的密封)，并且在恶劣环境中表现良好，即，当暴露于电池电解质时不会显着降低。
附图说明
并入本文的附图形成说明书的一部分并且示出了本公开的实施例。与说明书一起，附图进一步用于解释相关领域的技术人员制造和使用所公开的实施例的原理并使其能够使用。这些附图旨在说明而非限制。尽管通常在这些实施例的上下文中描述了本公开，但是应该理解，并不旨在将本公开的范围限制于这些特定实施例。在附图中，相同的附图标记表示相同或功能相似的元件。
图1示出了根据实施例的电池的透视图。
图2A示出了根据实施例的电池的边缘视图。
图2B示出了沿图2A中的线2-2'截取的横截面。
图3A是示出根据实施例的盖210从壳体110移除的分解视图，以示出壳体110内部的电池堆叠体300。
图3B是根据实施例的连接到电池的壳体110的基座220的电池堆叠体300的透视图。
图3C是根据实施例的绝缘罩310的透视图。
图4A是根据实施例的局部剖视透视图，示出了连接到电池的电池堆叠体300的阴极极片430的馈通组件130A。
图4B是沿图4A中线4-4'的横截面图。
图5是根据另一实施例的局部剖视透视图，示出了连接到电池的电池堆叠体300的阴极极片430的馈通组件130B。
图6是沿图5中线5-5'的横截面图。
图7A是根据实施例的电池堆叠体的透视图。
图7B示出了根据实施例的电池堆叠体的边缘视图。
图8示出了根据实施例的电池堆叠体中的阳极/阴极对准。
图9是根据实施例的阳极的分解视图。
图10是根据实施例的阳极的平面图，示出虚线作为电池堆叠体中可能的枝晶形成的关键和非关键区域之间的划分。
图11是根据实施例的阳极的平面图，示出突出超出阳极集电器外周的隔板的外周。
图12是根据实施例的阴极的分解视图。
图13是阴极的平面图，示出了隔板和堆叠在阴极箔顶部的阴极集电器。
图14是根据实施例的阴极的平面图，示出虚线作为电池堆叠体中可能的枝晶形成的关键和非关键区域之间的划分。
图15示出了根据实施例的电池堆叠体中的阳极/阴极对准。
图16A是根据实施例的透视剖视图，示出了连接到馈通组件的折叠阴极极片。
图16B是根据实施例的平面图，示出连接到馈通组件的折叠阴极极片。
图17是根据实施例的电池堆叠体的截面图，示出了连接到馈通组件的阴极极片。
图18是根据实施例的示出了阳极极片的电池堆叠体的剖视图。
图19A-B示出了根据本公开实施例的电池外壳的各种元件。
图20描绘了根据本公开的实施例的电池外壳的各种元件。
图21A-C描绘了根据本公开的实施例的电池外壳的各种元件。
图22A-D描绘了根据本公开的实施例的在制造过程期间的不同阶段的电池组件的部分。
图23是描绘根据本公开的实施例的制造电池组件的方法的流程图。
图24是描绘根据本公开的实施例的制造电池组件的另一方法的流程图。
具体实施方式
以下详细描述参考示出了示例性实施例的附图。其他实施例是可能的，并且可以在本发明的精神和范围内对所公开的实施例进行修改。因此，以下详细描述并不意味着限制本发明。相反，本发明的范围由所附权利要求限定。
本公开一般涉及在银氧化钒(SVO)电池中减轻锂枝晶或锂簇团形成。
基于标准电池设计规则，当堆叠时，锂金属延伸通过阴极边缘以确保整个阴极参与高电流脉冲。测试数据表明锂枝晶可以在附近不具有阴极表面的阳极表面上形成。
目前的ICD电池绝缘方案侧重于防止由于电池膨胀、制造差异或诸如振动这样的机械干扰而可能由阳极和阴极表面之间的物理接触导致的情况。这些绝缘方案不足以保护电池免受在绝缘件周围生长并产生短路的枝晶形成影响，如在多个实例中通过实验观察到的那样。
在一些实施例中，鲁棒的绝缘方案防止电解质在非活性阳极表面和阴极表面之间润湿的直接路径。绝缘方案包括包覆成型的馈通绝缘件和绝缘罩(即，覆盖件或套圈)的组合。绝缘方案产生鲁棒的屏蔽，其对电解质是不可穿透的并且阻止在不希望的地方形成锂枝晶。在一些实施例中，一个或两个绝缘罩和包覆成型的馈通件结合在一起，以在关键区域周围形成连续且不可穿透的绝缘件。完全粘合的接头不易受锂枝晶渗透的影响，并且在制造处理过程中更加鲁棒。
在一些实施例中，讨论了制造SVO/锂金属电池的方法，其减少锂枝晶的发生。通过确保锂阳极从锂枝晶形成的关键区域周围的阴极边缘凹进来实现锂枝晶的减少。关键区域包括阴极极片离开电池堆叠体的区域、电池的“头部”的区域(其中馈通件在该处离开电池壳体)，以及任何包含未涂覆阴极材料的阴极表面的位置。
这里描述的电池有时被称为“锂金属电池”、“SVO/锂金属电池”、“SVO电池”、“锂电池”、“电化学电池”或这些术语的某种组合。电池包括封装电极组件的壳体、电解质、馈通组件和绝缘结构。
馈通组件，也可以称为“馈通(feed thru)”、“馈通(feedthrough)”或“馈通(feedthrough)”(有时连字符)组件，通常用于使电极穿过其中保持阳极-阴极堆的壳体。
电池结构概述
图1示出了电池100的透视图。在一些实施例中，电池100包括具有馈通端口120的壳体110。馈通组件130设置在馈通端口120中。如图1中所示，在壳体110上用“+”表示的“加号”表示电池100的阳极电连接到壳体110，使壳体110成为电池100的阳极端子140。可以在壳体110的外表面上雕刻、涂漆、刻写或印刷加号标记。在一些实施例中，根据本公开，阴极引脚150以使得诸如ICD的外部负载能电连接的方式从电池100的壳体110向外延伸。阴极引脚150也可以称为“阴极引线”或“阴极柱”或“阴极端子”，并且包括电导体，例如导线、光纤、引脚或其他合适的结构。
在一些实施例中，壳体110是不锈钢翻盖式壳体。壳体110可以由其他合适的材料制成，例如铝、钛、镍合金或其他生物相容性材料。
尽管未在图1中示出，电解质也存在于电池100中以促进阳极和阴极区域之间的离子传输。如本领域技术人员所理解的，电解质可以是聚合物或液体电解质。电解质体系的实例包括碳酸亚丙酯/二甲氧基乙烷中的双-三氟甲磺酰亚胺锂(LiTFSI)、碳酸亚丙酯/二甲氧基乙烷中的六氟砷酸锂(LiAsF6)、碳酸亚丙酯/二甲氧基乙烷中的六氟磷酸锂(LiPF6)或碳酸亚丙酯/二甲氧基乙烷中的双(氟磺酰基)酰亚胺锂(LiFSI)。可以使用其他合适的电解质体系。
在一些实施例中，电解质中使用的溶剂可以选自碳酸亚丙酯(PC)、二甲氧基乙烷(DME)、碳酸甲乙酯(EMC)、碳酸二甲酯(DMC)或碳酸二乙酯(DEC)组成的组中。其他合适的溶剂可以与电解质盐组合使用。
在一些实施例中，可以将一些添加剂与溶剂组合添加到电解质中。添加剂可选自碳酸二酚(DPC)或碳酸二丁酯(DBC)。可以使用其他合适的添加剂。
在一些实施例中，电解质包含碳酸亚丙酯/二甲氧基乙烷中的六氟砷酸锂(LiAsF6)和碳酸二丁酯(DBC)。可以适当地调节电解质的每种组分的比例以获得期望的结果。
在一些实施例中，电池100的活性阴极材料包含含有重量94％SVO、2％碳、1％石墨和3％聚四氟乙烯(PTFE)的混合物。
在一些实施例中，电池100基于棱柱形堆叠电池设计，其能够具有4.4A(安培)的电流和2200-2500mAhr的理论容量。在示例性实施例中，电池100是体积在3cc至10cc范围内的棱柱形电池。
在一些实施例中，电池100还包含电解质，其中电解质与活性阴极材料的重量比具有0.25至0.4的值。
图2A和2B示出了电池100的边缘视图。图2A示出了包括馈通组件130的边缘视图。在一些实施例中，如图2A所示，壳体110还包括盖210和基座220。图2B示出了沿图2A中所示的线2-2'截取的电池100的截面图。如图所示，在壳体110的闭合配置中，盖210和基座220以重叠方式配合以形成围绕壳体110的外周的气密密封件230。气密密封件230在由壳体110封闭的电池100的部件与外部环境之间提供连续且不可渗透的屏障。气密密封件230还防止电解质从壳体110泄漏并消除任何外部流体渗入电池100。
在一些实施例中，壳体110可以包括使盖210和基座220联结的铰链(未示出)。在闭合配置中，盖210和基座220之间的气密密封可通过热密封、压接、卡扣配合、摩擦配合、压敏胶带、粘合剂、焊接、钎焊、铜焊或任何其他合适的方法获得。
图3A是示出盖210从壳体110移除的分解视图，以示出壳体110内部的电池堆叠体300。盖210包括开口120A，其形成馈通端口120的第一部分。基座220包括开口120B(如图3B所示)，其形成馈通端口120的第二部分。当盖210联结到基座220时，开口120A和120B对准以形成馈通端口120。电池堆叠体300设置在壳体110内。
绝缘罩/馈通组件
第一绝缘方案提供绝缘件以防止阳极端子330(图3B中示出)(其电连接到壳体110)与阴极端子或引脚150之间的短路。电池堆叠体300封装在设置在壳体110中的绝缘罩310中。绝缘罩310配置为将电池堆叠体300与壳体110物理绝缘和电绝缘。绝缘罩310包括与馈通端口120同轴对准的馈通开口320，并配置成通过其接收馈通组件130。在一些实施例中，具有馈通开口320的绝缘罩310可以通过真空成型、注塑、压模或其他合适的方法(包括已知方法的组合)形成。替代地，可以在形成绝缘罩310之后形成馈通开口320。形成馈通开口320的示例性方法包括贯穿绝缘罩310的冲孔、钻孔、切割和蚀刻。
在一些实施例中，绝缘罩310可以由电绝缘材料制成，该电绝缘材料与电化学体系兼容并且可以热结合或机械结合到馈通组件130。绝缘罩310可以由例如真空成型塑料、聚丙烯(PP)、聚乙烯(PE)、聚碳酸酯(PC)、乙烯-四氟乙烯(ETFE)、聚醚醚酮(PEEK)、前述的混合物或其他合适的材料制成。在示例性实施例中，优选的材料是聚乙烯(PE)和乙烯-四氟乙烯(ETFE)。绝缘罩310也可以由用于形成阳极和/或阴极隔板的相同电绝缘材料制成，如下面将进一步描述的。
图3B是根据实施例的连接到壳体110的基座220的电池堆叠体300的透视图。图3B示出了包围电池堆叠体300的绝缘罩310。电池堆叠体300包括至少一个具有阳极极片330的阳极。(在本公开的后面部分中详细讨论了电池堆叠体300的元件的细节。)阳极极片330将电池堆叠体300中的阳极(或多个阳极)电连接到基座220，形成电池100的正极或阳极端子140。阳极极片330是由合适的金属制成的电导体，其被点焊或以其他方式适当地联结到基座220的内表面。在一些实施例中，阳极极片330可以替代地或另外地直接连接到壳体110的盖210。
在一些实施例中，绝缘罩310包括前部312和尾部314。如图3C所示，“前部”部分指的是包括馈通开口320的绝缘罩310的部分(例如，大约一半)。“尾部”部分指的是绝缘罩310的剩余部分(例如，一半)。类似地，设置有馈通端口120的电池100的部分可以被称为电池100的“前”端或“头部”。电池100的剩余部分可以被称为电池100的“尾”端。
绝缘罩310的前部312和尾部314可以重叠并密封，以将电池堆叠体300与壳体110包封并绝缘。密封可包括热结合、机械结合、使用粘合剂或使用其他合适的方法。
在附图中未示出的一些替代实施例中，绝缘罩310可沿垂直轴线分开以形成上半部和下半部，而不是前部和尾部。在一些实施例中，前部312或尾部314或两者还可以沿垂直轴线分开以形成上半部和下半部。上半部和下半部可以使用粘合剂或使用其他合适的方式热结合、机械结合在一起。
图4A是根据实施例的局部剖视透视图，示出了连接到电池100的电池堆叠体300的阴极极片430的馈通组件130A。图4B是沿图4A中所示线4-4'的横截面图。在一些实施例中，馈通组件130A是玻璃-金属密封馈通件，其中由玻璃制成的绝缘芯420由金属套圈410包围。阴极引脚150电连接到壳体110内部的阴极极片430。阴极引脚150的另一端从壳体110向外延伸，用于连接到电池110上的外部负载。金属套圈410至少部分地被称为馈通绝缘件440的绝缘材料包围。可以通过包覆成型工艺将馈通绝缘件440施加到套圈410。如本文所使用的，通过包覆成型施加的馈通绝缘件440可称为“包覆成型馈通件”。壳体110的基座220和盖210在馈通开口320处形成抵靠金属套圈410的紧密密封。
在一些实施例中，馈通绝缘件440包括电绝缘材料，例如塑料，包括例如聚丙烯(PP)、聚乙烯(PE)、聚碳酸酯(PC)、乙烯-四氟乙烯(ETFE)、聚醚醚酮(PEEK)、有机硅、聚氨酯(PU)、前述物质的混合物或其他合适的材料。馈通绝缘件440可以例如通过包覆成型、用合适的粘合剂胶合、热密封、压接或其他合适的方式形成。
在一些实施例中，绝缘罩310的前部312中的馈通开口320和馈通组件130的包覆成型馈通绝缘件440结合在一起以形成连续的液密密封。液密密封旨在防止锂簇团或锂枝晶渗入阴极引脚150和相邻的阳极结构之间，例如金属套圈410、阳极的相邻部分和壳体110的相邻区域。
在一些实施例中，粘合和密封的接头可以通过热密封、压接、合适的粘合剂、前述的组合或其他合适的方法形成。更具体地，热密封接头可以通过激光焊接、电阻焊接、摩擦焊接、射频(RF)焊接或其组合形成。在一些实施例中，馈通绝缘件440和绝缘罩310通过机械干涉被压缩密封。
图5是根据另一实施例的局部剖视透视图，示出了连接到电池的电池堆叠体300的阴极极片430的馈通组件130B。馈通组件130B和阴极极片430之间的连接可以是刚性的或柔性的。图6是沿图5中线5-5'的横截面图。如图5和6所示，绝缘罩310包括唇部602，唇部602在馈通绝缘件440上方延伸并包围馈通绝缘件440。在某些实施例中，唇部602与馈通绝缘件440的重叠为形成绝缘罩310的材料厚度的至少3倍。在其他实施例中，重叠为形成绝缘罩310的材料厚度的10倍至15倍。相反，在图4A和4B所示的实施例中，绝缘罩310不包括唇部602。为了便于组装，可以优选图5和6所示的实施例。
在一些实施例中，在绝缘罩310与其耦合(例如，通过粘合)之后暴露的馈通绝缘件440的部分可以例如在馈通绝缘件440总表面积的约10％至约90％的范围内。
阳极/阴极组件
图7A是根据实施例的电池堆叠体的透视图，而图7A示出了相同电池堆叠体的边缘视图。电池堆叠体300可以包括以交替方式堆叠的多个阳极700和多个阴极760，其中隔板750使每个阳极700与每个阴极760电绝缘。每个阳极700包括阳极集电器极片730，并且每个阴极760包括阴极集电器极片790。电池堆叠体的每个组件将在以下部分中详细描述。
在一些实施例中，隔板750包括微孔或纳米多孔材料，其平均孔径在0.02μm至0.5μm的范围内。在示例性实施例中，隔版750的平均孔径为0.05μm。
如本文所公开的，阳极700也可称为“阳极组件”。每个阳极700还包括一对阳极箔810，其压靠在具有阳极集电器极片730的阳极集电器820的相对侧上，如图8所示。阳极箔810以保持电接触的方式抵靠阳极集电器820定位。所有阳极集电器极片730共同聚集并焊接到阳极极片330(图8中未示出)，阳极极片330然后点焊到壳体110的基座220。或者，将阳极集电器极片730共同聚集并焊接以形成阳极极片330。阳极箔810通常包括例如锂金属。阳极集电器820包括通常由例如镍或不锈钢制成并且具有0.005英寸或更小的厚度的平板。阳极集电器820可以是实心平板或网状物。可以使用其他合适的材料和尺寸。
如本文所公开的，阴极760也可称为“阴极组件”。每个阴极760还包括一对阴极箔870，其压靠在具有阴极集电器极片790的阴极集电器880的相对侧上，如图8所示。阴极箔870以保持电接触的方式抵靠阴极集电器880定位。所有阴极集电器片790共同聚集并焊接到阴极极片430(图8中未示出)，阴极极片430电连接到馈通组件130的阴极引脚150。或者，将阴极集电器片790共同聚集并焊接以形成阴极极片430。
图9是包括隔板750的阳极700的分解视图。在一些实施例中，阳极700可以由隔板750封装。封装可以通过将阳极箔810和阳极集电器820密封在由形成隔板750的相同材料制成的关断隔板袋(或套筒)中来实现，以使阳极700与电池堆叠体300的阴极表面电绝缘。隔板750是可渗透膜，其将阳极700与阴极760电隔离，同时仍允许离子，特别是Li+离子的传输通过，以促进电池100中的电流通过。隔板750(或关闭隔板袋)可以由例如包括纸、棉、聚乙烯、聚丙烯、聚四氟乙烯、陶瓷、橡胶或其混合物的一组材料制成。可以使用其他合适的材料。
图10是阳极700的平面图。阳极700的外边缘或外外周包括第一外周部分1002和第二外周部分1006。虚线1004在图10中示出，以示出第一外周部分1002和第二外周部分1006之间的划分。可以在图10上的不同位置绘制线1004，因为其位置仅用于说明目的。第一外周部分1002和第二外周部分1006之间不存在精确的边界，也不是必需的。第一外周部分1002是阳极700的外边缘的一部分，其对应于当阳极700与阴极760堆叠时阴极760的第一外周部分1402(下面参考图14描述)，并且第二外周部分1006是仅仅是阳极700的外边缘的剩余部分(包括与阳极极片730相邻的部分)。
图11是阳极700的平面图，示出了隔板750的外周突出超过阳极集电器820和阳极箔810的外周(图11中不可见)。阳极箔810的尺寸可以与阳极集电器820的尺寸相同。在一些实施例中，隔板750在阳极集电器820的外周之外的突出确保了阳极700和阴极表面之间的完全电隔离。如上所述，在一些实施例中，阳极700被密封在关断隔板袋中。
在一些实施例中，隔板750向外延伸超出阳极集电器820(和阳极箔810)的整个外周。在垂直于外周边缘的方向上测量的每个点处的突出长度1110可以是阳极厚度的至少两倍，突出长度是阳极厚度的约三倍至约五倍是优选的。在一些实施例中，突出长度1110围绕外周可以是均匀的。在其他实施例中，突出长度1110围绕外周可以是不均匀的或均匀地变化。
图12是包括隔板750的阴极760的分解视图。阴极760也可以称为“阴极组件”。每个阴极760由一对阴极箔870组成，阴极箔870共同定位在具有阴极集电器极片790的阴极集电器880的相对侧。阴极箔870以保持电接触的方式抵靠阴极集电器880定位。
每个阴极箔870由活性阴极材料组成，所述活性阴极材料包括例如银钒氧化物(SVO)和粘合剂的混合物。在一些实施例中，阴极材料包含银钒氧化物和一氟化碳(CFx)的混合物。在示例性实施例中，活性阴极材料由含有重量94％SVO、2％碳、1％石墨和3％聚四氟乙烯(PTFE)的混合物组成。可以使用其他组分范围。
在一些实施例中，阴极760可以由隔板750封装。每个阴极可以密封在由与隔板750相同的材料制成的关断隔板袋或套筒中，以使阴极760与电池堆叠体300的阳极表面电绝缘。在一些实施例中，阴极集电器880包括网状结构1210。
在一些实施例中，阴极箔870和阴极集电器880可以使用约5ksi至约100ksi的压力层压在一起。以ksi表示的压力是指千磅/平方英寸。在一个示例中，优选的压力范围是30-60ksi，更优选的是40ksi，活性负载范围是71mg.cm-2至73mg.cm-2。阴极压实力直接影响完成的电池性能。当执行多个脉冲时，大于52ksi的压实力导致m功率输出减小。当执行多个脉冲时，小于47ksi的压实力导致功率输出增加。较低的压实力产生较不致密的阴极并允许锂离子更自由地移动到阴极中。此外，较低的压实力会在多脉冲性能期间降低电池的极化，并且电池更快地去极化。这两种现象都有助于减少锂枝晶的形成。
图13是阴极760的平面图，示出了隔板750和堆叠在阴极箔870顶部的阴极集电器880。
如上所述，阴极集电器880可以由网状结构1210形成。网状结构1210允许活性阴极材料层放置在阴极集电器880的任一侧上并且两者都结合到网状结构1210，并且通过网状结构1210中的开口1300彼此结合。开口1300可以沿着阴极集电器880的整个表面均匀地重复以形成重复图案。如本文所公开的，开口百分比称为网格结构1210的表面区域的百分比，其与固体材料相比由开放空间表示。网状结构1210的表面区域上的较高开口百分比降低了阴极集电器880的重量和体积。减小的重量/体积可以增加电池100的总电池包装效率。
在一些实施例中，网状结构1210的开口百分比(也称为开口区域百分比)可以在约20％至约98％的范围内。在一个示例性实施例中，使用60％至80％的开口百分比。可以使用其他开口百分比。
在一些实施例中，开口1300可以是矩形、正方形、五边形、六边形、八边形、圆形或椭圆形，或其组合。可以适当地使用其他形状。在一个示例性实施例中，使用六边形开口。六边形开口的优点在于它们不包括任何锐角，允许网状结构1210的任一侧上的活性阴极材料更容易地通过开口1300结合在一起，从而增强阴极760的机械完整性。
在一些实施例中，阴极集电器880及其相关的网状结构1210由诸如铝、不锈钢或钛这样的金属或其他合适的材料加工、铸造、冲压、锻造或以其他方式形成。在一些实施例中，还可以将导电涂层(例如碳涂层)涂覆到网状结构1210的表面，以进一步促进结合强度和导电性。阴极集电器880的可以具有在约0.001英寸至约0.005英寸的范围内的总厚度。可以使用其他尺寸。关于阴极集电器设计和开口的更多细节在2017年7月13日提交的共同拥有的共同未决的美国专利申请No.15/649,270中描述，其公开内容通过引用整体并入本文。
在一些实施例中，类似于阳极700的构造，隔板750向外延伸超出阴极集电器880的外边缘或外周。在垂直于外周边缘的方向上测量的突出长度1310在约0.005英寸至约0.4英寸的范围内。在一些实施例中，突出长度1310围绕阴极集电器880的外周可以是均匀的或不均匀的或可以均匀地变化。
图14是阴极760的平面图。阴极760的外周包括第一外周部分1402和第二外周部分1406。虚线1404在图14中示出，以示出第一外周部分1402和第二外周部分1406之间的划分。可以在图14上的不同位置绘制线1404，因为其位置仅用于说明目的。第一外周部分1402和第二外周部分1406之间不存在精确的边界，也不是必需的。第一外周部分1402仅是包括阴极极片790并且与阴极极片790相邻的阴极760的外边缘的部分，并且第二外周部分1406仅是阴极760的外边缘的剩余部分(即，不与阴极极片790相邻的部分)。
在一些实施例中，第一外周部分1402指的是例如阴极760的外周的一部分，其沿阴极760的外周在第一方向D1上从阴极极片790延伸0.15”至0.75”，并且沿阴极760的外周在第二方向D2上从阴极极片790延伸0.15”至0.75”。在一些实施例中，第一外周部分1402具有阴极760的外周的总长度的10％至25％的长度。
阴极760的第一外周部分1402和第二外周部分1406不是阴极760的物理或电分离部分。类似地，阳极700的第一外周部分1002和第二外周部分1006不是阳极700的物理或电分离部分。这些外周部分仅用于可视化最易受锂枝晶形成影响的阳极700和阴极760之间的区域(也称为“关键区域”)。因此，虚线1404位于阴极760上距包含阴极极片790的边缘足够的距离，以识别最容易形成锂枝晶的阴极边缘的部分。
图14中示出了示例关键区域1410。关键区域1410包括第一外周部分1402和阴极极片790。非关键区域包括第二外周部分1406。更一般地，关键区域1410包括阴极极片790离开电池堆叠体300的区域、电池100的“接头”的区域(其中馈通组件130在该处离开电池壳体110)、以及包含未涂覆阴极材料的阴极表面的任何位置。
在一些实施例中，提供了制造SVO/锂金属电池的方法，其减少锂枝晶的形成。锂枝晶的减少可以通过使阳极700的第一外周部分1002从阴极760的第一外周部分1402凹进(即，锂枝晶形成的关键区域)来实现。换句话说，关键区域1410中的阳极700的外边缘相对于阴极760的外边缘凹进。在一个示例性实施例中，阳极700相对于阴极760的堆叠布置包括每个阴极760的第一外周部分1402突出超过每个阳极700的第一外周部分1002约0.015英寸，并且每个阳极700的第二外周部分1006突出超出每个阴极760的第二外周部分1406约0.010英寸至约0.045英寸(例如，在一个示例性实施例中为0.015英寸)。
锂枝晶或簇团从阳极锂生长，其延伸超出关键区域1410中的活性阴极材料(例如，与阴极极片790相邻的区域)，在本文中也称为“锂突出物”。一旦形成锂枝晶，生长路径就是沿着从阳极表面朝向阴极带电表面的电场线。实验数据表明锂枝晶形成与这种关键区域1410中的突出长度之间的强相关性。随着锂突出物减少甚至凹陷，锂枝晶形成的发生减少。
图15示出了根据一个实施例的阳极700和阴极760的优选对准，其中阳极700从阴极760偏移，使得阴极760的第一外周部分1402从阳极700的第一外周部分1002向外延伸第一偏移1510，阳极700的第二外周部分1006从阴极760的第二外周部分1406向外延伸第二偏移1520。阴极760的第一外周部分1402和阳极700的第二外周部分1002包括电池堆叠体300的关键区域，而阳极700的第二外周部分1006和阴极760的第二外周部分1406包括电池堆叠体300的非关键区域。
在一些实施例中，第一偏移1510(也称为阴极760的第一外周部分1402的突出长度)在垂直于阳极700的第一外周边缘1002的方向上被测量。根据一些实施例，第一偏移1510可以具有约0.01英寸至约0.08英寸的长度。在一个示例性实施例中，第一偏移1510的长度是0.015英寸。
在一些实施例中，第二偏移1520(也称为阳极700的第二外周部分1006的突出长度)在垂直于阴极760的第二外周部分1406的方向上被测量。根据一些实施例，第二偏移1520可以具有约0.01英寸至约0.08英寸的长度。在一个示例性实施例中，第二偏移1520的长度是0.015英寸。虽然在非关键区域，将第二偏移1520增加超过约0.03英寸增加了锂枝晶生长的可能性。
在一个示例性实施例中，电池堆叠体300以这样的方式布置：锂阳极700在阴极集电器极片790附近的关键区域中从活性阴极区域凹进(或负向突出)约0.005英寸至约0.045英寸的长度(即，第一偏移1510)，优选长度为约0.015英寸。锂阳极700可以在非关键区域(即，第二偏移1520)中从活性阴极区域向外延伸达0.03英寸或更多。
在一些实施例中，第二偏移1520可以等于零。在其他实施例中，第二偏移1520可以是负的(即，第二外周部分1406相对于第二外周部分1006突出)。在一些实施例中，第二偏移1520可以沿其长度变化。类似地，虽然第一偏移1510涉及锂枝晶生长的关键区域，但是第一偏移1510可以沿着第一外周部分1002和1402的长度变化。
在一些实施例中，电池堆叠体300由插入在多个阴极760之间的多个阳极700组成。多个阳极和阴极中的每一个通过隔板750物理地和电气地隔离。在一个示例性实施例中，电池堆叠体300由十(10)个阴极760和十一(11)个阳极700组成。在一些实施例中，多个阴极整体夹在两个阳极之间，使得电池堆叠体300的顶层和底层包括阳极700，如图8所示。完成的电池堆叠体300中的顶部和底部阳极可以包括仅设置在阳极集电器820的一侧上的阳极箔810，使得阳极箔810夹在阳极集电器820和隔板750之间。电池堆叠体300的顶部阳极包括设置在阳极箔810上的阳极集电器820，通过隔板750与下面的阴极760分离。
在一些实施例中，电池100可以包括折叠馈通组件1610，如图16A所示。折叠馈通组件1610包括多个阴极集电器极片790，其物理地和电气地连接在一起以形成阴极极片430。然后折叠极片430以形成U形。替代地，可以在形成和折叠阴极集电器极片790之后将其焊接。在一些实施例中，阴极集电器极片790可以焊接、铜焊、焊接、压制、使用导电粘合剂胶合、或者通过其他方式彼此电连接。
在一些实施例中，馈通组件130利用阴极集电器材料带或导电带或带状材料附接到阴极极片430，所述带状材料构造成提供应变消除和结构柔性。
图16B是示出与阴极极片430物理和电连接的阴极引脚150的平面图。阴极引脚150可以通过焊接、钎焊、铜焊、使用导电粘合剂或通过使用其他合适的方法附接到阴极极片430。
在一些实施例中，阴极极片430可以通过延伸单独的阴极集电器极片790形成，如图17所示。如图所示，阴极极片430可以通过将导电阴极带1710(或带状结构)附接到阴极集电器极片790并将所有导电阴极带1710焊接在一起而形成。替代地，阴极极片430可以通过将阴极集电器极片790的延伸部焊接在一起而形成。导电阴极带1710可以弯曲或折叠成所需形状。在一个示例性实施例中，导电阴极带1710被弯曲、焊接和修整。
在一些实施例中，阴极极片430的长度1720可以在0.05英寸至1.0英寸的范围内，或者在0.05英寸至0.5英寸的范围内。在一个示例性实施例中，阴极极片430的长度1720是0.1英寸。
在一些实施例中，阳极极片330可以通过延伸各个阳极集电器极片730而形成，如图18所示。如图所示，阳极极片330可以通过将导电阳极带1810(或带状结构)附接到阳极集电器极片730并将所有导电阳极带1810焊接在一起而形成。替代地，阳极极片330可以通过将阳极集电器极片730的延伸部焊接在一起而形成。导电阳极带1810可以弯曲或折叠成所需的形状。在一个示例性实施例中，导电阳极带1810被弯曲、焊接和修整。
在一些实施例中，阳极极片330可以通过阳极集电器极片730焊接、铜焊、压制、钎焊或胶合在一起(使用导电粘合剂)形成。在一些实施例中，导电阳极带1810增强了接头的柔性和电池100的机械完整性。
在一些实施例中，阳极极片330的长度1820可以在0.05英寸至1.0英寸的范围内，或者在0.05英寸至0.5英寸的范围内。在一个示例性实施例中，阳极极片330的长度1820是0.08英寸。
上述阳极/阴极组件，包括阳极和阴极层之间的偏移，可以在任何电池结构中单独使用，或者可以与上述任何或所有绝缘罩和馈通组件结合使用，包括包覆成型的馈通组件。
示例
制造了不同设计的SVO/锂电池，并进行了标准老化和脉冲操作测试。测试绝缘罩、包覆成型的馈通件及其组合的不同设计的机械性能和电性能。下面讨论一般电池构建程序和具有结果的测试方案。
用于单个电池的一般电池构建程序如下。使用标准SVO和片材工艺生产阴极箔，其重量为94％活性SVO、3％PTFE、2％石墨和1％碳。如本文所提及的阴极组件或阴极(在集电器的每一侧上具有阴极箔)，以69,000磅压制和层压。没有集电器，阴极的重量为0.75g至0.80g。然后将层压的阴极在120℃下真空干燥6小时，并用关断隔板袋密封。
制备如本文所述的阳极组件或阳极，其在阳极集电器的每一侧上具有锂。锂重量在0.055g和0.069g之间。仅在阳极集电器的一侧上用锂单独形成两个阳极以形成顶部和底部阳极。然后用关断隔板袋密封阳极。
通过以交替方式堆叠所产生的阳极和阴极来形成电池堆叠体，从而确认外阳极锂面向阴极。堆叠阳极和阴极，使得阳极的边缘从关键区域中的阴极边缘凹进约0.015英寸。阳极集电器接头、阴极集电器接头、馈通件和壳体连接都是焊接的。然后将尾罩和前罩置于堆叠体上。将阳极和阴极焊接到壳体上、添加电引脚、并用电解质填充电池，使最小E/C比为0.25。E/C比是电解质克数/阴极克数的比率，其中阴极重量是阴极活性材料的重量并且不包括集电器或隔板的重量。
制造并测试具有两种不同设计的馈通件和三种不同设计的绝缘罩的电池。引线的设计称为修改版OF1和修改版OF2。绝缘罩的设计称为修改版IB1、修改版IB2和修改版IB3。修改版OF1由馈通组件组成，其中馈通引脚延伸穿过玻璃-金属密封(glass-to-metal-seal,GTMS)馈通件的主体/壳体。将单独的绝缘覆盖件或馈通绝缘件包覆成型或用粘合剂粘合到GTMS馈通件的主体上，使得在馈通件附接之后，GTMS馈通件的金属主体/壳体的一部分保持暴露在壳体的内部。绝缘覆盖件由塑料材料制成，能够在主体和引脚(或连接到引脚的导线)之间形成液密密封。
修改版OF2由馈通组件组成，其中GTMS馈通件的金属套圈用绝缘材料包覆成型，使得整个GTMS馈通件覆盖在壳体内部上，不留下任何部分暴露。
绝缘罩修改版IB1由绝缘罩前部的上半部和下半部组成。顶部和底部半部各自具有机加工的部分，使得它们形成开口以在其中接收GTMS馈通组件。绝缘罩由与电化学体系兼容的真空成型塑料制成，并且可以热结合到馈通绝缘件上，以在馈通件和绝缘罩之间形成液密密封。
绝缘罩修改版IB2由一件式前部构成，该前部具有馈通开口，该馈通开口构造成接收包覆成型的馈通组件OF2。如图4A所示，绝缘罩的前部和馈通组件的馈通绝缘件结合在一起，以在绝缘罩中的馈通开口处形成连续且不可渗透的气密密封，使得包覆成型的馈通件的一部分暴露。
绝缘罩修改版IB3由一件式前部构成，该前部具有馈通开口，该馈通开口构造成接收包覆成型的馈通组件OF2。如图5所示，绝缘罩的前部和馈通组件的馈通绝缘件结合在一起，以在绝缘罩中的馈通开口处形成连续且不可渗透的气密密封，使得没有包覆成型的馈通件的部分暴露。
当在高电流放电事件之后电池去极化时发生锂枝晶形成。电池堆叠体外部的汇集电解质是锂枝晶形成的优选位置。锂枝晶测试方法的目标是产生足够的电池极化以生长锂簇团或枝晶。然而，电池将达到极化极限，导致在大约六个脉冲之后电池极化没有显着增加。
在测试过程中，放置电池使引脚面向下方，使得电池保持在最坏情况下的取向，以将电解质汇集在最敏感的区域中，并尝试通过执行多个极化脉冲、休止和重复来产生锂枝晶生长。电测试循环包括第一脉冲序列，其由4.0安培的16个脉冲组成，然后每24小时由4.4安培组成6个脉冲，直到电池的至少一半耗尽。该测试方案在一取向上产生大约300小时的极化时间。脉冲测试完成后，将电池保持至少96小时并监测电压。在测试完成后进行电池的DPA(Destructive Physical Analysis,破坏性物理分析)。OCV的降低表明锂枝晶已将阴极表面连接到阳极表面。
根据上述程序制造并测试具有修改版OF1和修改版IB1的组合的四个电池。所有具有OF1和IB1的电池的老化和接收脉冲表明锂枝晶破坏了绝缘罩的前部和馈通件之间的绝缘，导致由于电短路引起的失效。
根据上述程序制造并测试20个具有OF2和IB2组合的电池。所有具有OF2和IB2的电池的电测试结果表明，所有电池都阻止锂枝晶破坏馈通组件周围的绝缘层。该测试确实在电池的其他区域产生枝晶形成，但没有一个是有问题的。阴极极片附近的锂枝晶形成没有破坏任何密封，并且在馈通玻璃区域上的包覆成型下没有形成锂枝晶。
根据上述程序制造并测试20个具有OF2和IB3组合的电池。所有具有OF2和IB3的电池的电测试结果表明所有电池都通过锂枝晶测试。没有一个电池在馈通和阴极连接周围的绝缘件内以及馈通绝缘件内部具有任何枝晶。该测试确实在电池的其他区域产生枝晶形成，但没有一个是有问题的。阴极极片附近的锂枝晶形成没有破坏任何密封，并且在馈通玻璃区域上的包覆成型下没有形成锂枝晶。
陶瓷涂层
图19A描绘了在其内表面和内壁上热喷涂有介电材料涂层4的电池壳体2。有利地，热喷涂可以提供足够薄的绝缘涂层，从而基本上不增加电化学电池的尺寸，同时绝缘涂层足够厚以提供永久的、更耐用的涂层，与其他涂覆工艺(例如化学气相沉积)相比能够承受更高的电压。涂层可以喷涂在整个内表面或部分感兴趣的区域上。例如，如果阴极位于壳体的一端，则阴极极片和馈通组件所在区域的0.5英寸内的区域就足够了。
电池壳体2包括馈通唇部5，其中馈通唇部5的端部5a与电池壳体2的邻接壁成大约25度角，并且馈通唇部5的端部5b与电池壳体2的邻接壁成大约为90度的角度。在某些实施例中，仅端部5a和5b之间的区域(“馈通唇部区域”)和距馈通唇部5的端部5a和5b一定距离内的区域(相邻馈通唇部区域的外周部分)(在此区域锂枝晶的形成或硬短路可能干扰电池性能)涂覆有介电涂层4。术语“相邻”包括“直接相邻”(没有中间材料、元件或设置在它们之间的空间)。在一个特定的例子中，壳体2的长度约为1.80英寸，并且只有端部5a和5b之间的区域和相邻馈通唇部5的外周部分周围约0.5英寸的区域涂覆有介电涂层4。
图19B描绘了电池盖6，其在其内表面和内壁上喷涂有介电材料涂层4。电池盖6包括馈通孔部8。在某些实施例中，仅包围馈通孔部8的区域和距馈通孔部8一定距离内的区域涂覆有介电涂层4。在某些实施例中，电池壳体2和电池盖6的外表面和外壁保持清洁。介电涂层4具有足够的厚度和组成，以防止电池壳体2和电池盖6在馈通唇部5处是阴离子的。介电涂层4也具有足够的厚度以防止或减轻阴极和阳极表面之间的锂枝晶形成，并防止硬短路。介电涂层4的厚度可以根据介电涂层4的绝缘特性和电池所需的电压而变化。介电涂层4的厚度可以不大于约0.03英寸。在某些实施例中，介电涂层4的厚度在约0.002英寸和约0.012英寸的范围内。在某些实施例中，介电涂层4的厚度在约0.003英寸至约0.004英寸的范围内。在某些实施例中，热喷涂介电材料包含一种或多种陶瓷氧化物和/或聚合物。在某些优选实施例中，热喷涂介电材料包括氧化铝、氧化钛和/或其他类似的陶瓷氧化物。在一实施例中，热喷涂介电材料是氧化铝。在一实施例中，热喷涂介电材料是具有约为0.004英寸厚度的氧化铝，用于具有600-800V的所需电压的锂一氟化碳(CFx)/银钒氧化物(SVO)电池，例如美国专利Nos.6,551,747、5,667,916或5,180,642中公开的锂CFx/SVO电池，以上专利的公开内容都在此通过引用整体并入本文。
涂覆陶瓷涂层的技术包括空气等离子体热喷涂(APS)、低压等离子喷涂(LPPS)、高速氧燃料(HVOF)溅射、电子束物理气相沉积(EBPVD)、化学气相沉积等。在一实施例中，陶瓷涂层通过电加热喷涂工艺涂覆，例如电弧或双丝电弧喷涂或等离子喷涂。
电加热热喷涂工艺，称为双网电弧喷涂工艺，使用两条可消耗金属丝。丝线最初彼此绝缘并同时前进以在雾化气流中的焦点处相遇。接触尖端用于精确地引导丝线并在移动的丝线和电缆之间提供良好的电接触。借助于施加在丝线上的直流电势差来提供加热，以形成熔化交叉丝线的电弧。气体射流(通常是压缩空气)剪切掉熔融的液滴并将液滴推进到基底上。喷涂的材料粒度可以通过不同的雾化头和丝线交叉角来改变。取决于要喷涂的材料，以约18至40伏的电势提供直流电；随着电弧间隙随着电压的升高而变长，粒子喷雾的尺寸增大。因此，电压保持在与电弧稳定性一致的更高水平，以提供更大的颗粒和粗糙的多孔涂层。由于通常遇到高电弧温度(超过约7,240°F)，双丝电弧喷涂涂层具有高的结合强度和内聚强度。
等离子喷涂涉及使气体或气体混合物通过腔室中保持的直流电弧的通道。电弧以高频放电起弧，其部分电离气体以产生温度可超过15000K的等离子体，这使得可以喷涂耐火材料如氧化物。等离子体通过阳极中的孔离开喷枪，其充当喷嘴并且排出的等离子体流出物的温度随着距离快速下降。将粉末状电极活性材料原料在适当的位置引入热的气态流出物中，并通过高速流推进到工件中。通过调节电弧电流、气体流速以及气体的类型和混合比来控制等离子体气体的热含量、温度和速度。影响颗粒与等离子体射流和基底的相互作用以及因此影响沉积性质的参数包括原料类型、等离子体气体组成和流速、能量输入、火炬偏移距离和基底冷却。
在某些实施例中，使用高速氧燃料(HVOF)喷涂将约0.004英寸厚的氧化铝涂层涂覆到锂CFx/SVO电化学电池的壳体/盖上。气态或液态燃料与氧气混合并燃烧以产生加压热气体。热气体以非常高的速度通过喷嘴排出。将粉末原料注入气流中，使粉末迅速朝向待涂覆的基底加速。粉末在气流中部分熔化并沉积在基底上。HVOF喷涂被相信提供致密、永久、无裂缝并且耐焊接过程的陶瓷涂层，并且是涂覆介电涂层4的优选方法。在某些实施例中，HVOF用于在电池壳体和盖的内表面/壁上提供高密度陶瓷涂层，阳极和阴极围绕馈通件彼此偏移，并且绝缘罩完全或至少部分地，包围电池堆叠体以防止短路。
在一实施例中，由于柱状微结构产生了柱间间隙，因此通过电子束物理气相沉积(EBPVD)涂覆陶瓷涂层。陶瓷涂层沉积为层状微结构，以匹配电池壳体2的热膨胀系数(CTE)，以防止介电涂层4的破裂。
在将陶瓷涂层热喷涂到电池壳体2和电池盖6的内表面上之前，可以清除表面上的污染物，例如来自处理设备的润滑剂或来自人手的体油。合适的基底表面制备技术包括刮削、钢丝刷、机械加工、喷砂处理或化学作用。在制备后尽快涂覆清洁过的表面，以防止污染或表面氧化。
表面可以是粗糙的，以便适当地涂覆热喷涂涂层。三种粗糙化表面的方法包括粗糙螺纹、喷砂处理、粗加工，然后喷砂处理的组合，如热喷涂技术领域的技术人员所熟知的那样。在某些实施例中，介电涂层可以超精加工至平均表面粗糙度为4微英寸或更小。
在某些实施例中，可以在电池壳体2/电池盖6和介电涂层4的内壁和内表面之间涂覆金属间结合膜，以确保热喷涂陶瓷与金属电池壳体2和电池盖6的结合。
在某些实施例中，可以添加介电密封剂层以增强介电涂层4在恶劣环境中(例如，在焊接过程中)的性能。在某些优选实施例中，密封剂不导电，即密封剂不应干扰或至少不显着影响介电涂层4的绝缘特性。
图20描绘了根据本公开实施例的电池壳体或外壳的顶盖3a和底盖3b。在某些实施例中，顶盖3a和底盖3b使用约0.032英寸宽的焊缝激光焊接在一起以形成电池外壳。在某些实施例中，可以使用旋转摩擦焊接。介电涂层4的特性提供了对高温的保护，使得涂层可以在焊接过程中不受伤害地存在。在某些实施例中，可以在电池壳体和介电涂层4之间使用消除应力的金属中间层。消除应力的金属中间层可以吸收在焊接过程中由壳体材料和介电涂层4之间的热膨胀差异引起的应力。在某些实施例中，消除应力的金属中间层是铝中间层，其充当延展性缓冲器，其能够在冷却阶段期间吸收与高温梯度相关的变形和应力。
而且，介电涂层4被配置成不干扰激光焊接的密封性质。此外，介电涂层4的性质优选使得介电涂层4与电解质保持接触而基本上不会降解或腐蚀。
图21A描绘了电池盖6，其在其内表面和内壁上具有馈通孔8和介电涂层4。在一实施例中，涂层喷涂在电池盖6的整个内表面上。在另一实施例中，涂层仅喷涂在内表面的感兴趣的部分区域上。例如，如果阴极位于壳体的一端，则涂覆阴极极片和馈通组件0.5英寸内的区域就足够了。图21B描绘了电池壳体2，其在电池壳体2的内表面和内壁上具有馈通唇部5和介电涂层4。在某些实施例中，介电涂层4可以仅在暴露的阴极区域附近涂覆，例如馈通件或阴极极片。图21C示出了一实施例，其中馈通件位于一端并且焊接件位于相对端。在某些实施例中，介电涂层4仅涂覆在馈通端。
上述陶瓷涂层可以(i)独立地涂覆于任何电池结构中；(ii)涂覆于具有上述任何或所有绝缘罩和馈通组件的电池，包括包覆成型的馈通组件；(iii)涂覆于具有上述阳极/阴极关系的电池，包括阳极和阴极层之间的偏移；或(iv)涂覆于具有上述任何或所有绝缘罩和馈通组件的电池，包括包覆成型的馈通组件，以及上述阳极/阴极关系，包括阳极和阴极层之间的偏移。
图22A-D描绘了根据各种实施例的在其制造期间的各个阶段的电池组件的一部分。图22A从两个不同的视角描绘了电池组件的盖108：垂直于盖108的面的顶视图和沿着截面线402的横截面视图。如图22A所示，盖108包含孔部120，其构造成容纳馈通组件。根据一些实施例，盖108可以由诸如不锈钢的导电材料构成。介电涂层4涂覆具有电绝缘的盖108，以防止形成锂枝晶。
图22B描绘了在馈通组件110已经固定在孔部120中之后的电池组件的一部分。根据所示实施例，馈通组件110包括套圈112、阴极引脚114、玻璃芯115和包覆成型的馈通绝缘件116，馈通组件的直径基本上类似于孔部120的直径。根据一些实施例，馈通组件110在其与孔部120接触的点处的直径与孔部120的直径紧密匹配(例如，相同或略大)，以便于使用压配合将馈通组件110附接到盖108。在某些实施例中，馈通组件110的直径比孔部120的直径大至少5％。在其他实施例中，馈通组件110的直径比孔部120的直径大10％至15％。
图22C描绘了在罩绝缘层118已经至少部分地设置在盖108的介电涂层4下方和/或相邻处(即，紧邻或邻接)之后的电池组件的一部分。
图22D描绘了在没有馈通组件110的情况下覆盖在盖108的介电涂层4下方或内部的罩绝缘层118。该图仅用于说明目的，并不一定描述在其制造的任何时点期间的电池。可以看出，盖108中的孔部120的直径d1大于罩绝缘层118中的孔部404的直径d2。这具有产生具有宽度w的重叠区域118a的效果，当罩绝缘层118抵靠盖108的介电涂层4设置时，该重叠区域118a可以与馈通组件110接合，如图22C所示。根据各种实施例，盖108中的孔部120的直径d1可以比孔部404的直径d2大8-12％。
图23是示出根据本发明的各种实施例的组装电池组件的方法500的流程图。为清楚起见，参考图19A至22D描述方法500。但是，应该理解，该方法可以更广泛地应用，并且不限于那些实施例。
如图所示，在步骤502中，电池壳体2和电池盖6的至少一部分内壁和内表面被热喷涂以形成介电涂层4。在步骤504，将电池壳体2的镜像半部激光焊接以形成电池外壳。(尽管描述为镜像，但是应当理解，电池壳体的半部不需要呈镜像。)
在步骤506，将绝缘罩118滑过电池堆叠体，并将罩插入电池外壳中。在步骤508，馈通组件设置在电池外壳中。在某些实施例中，在绝缘罩118和馈通组件110之间使用过盈配合。在这样的实施例中，重叠区域118a弯曲并且一部分与馈通绝缘件116接合，如图22C所示。在步骤510，将盖6组装到电池壳体2以封闭电池堆叠体。
图24是示出根据本发明的各种实施例的组装电池组件的另一方法600的流程图。方法600特别适用于图5和6中所示的电池组件。在第一步骤550，将电池壳体的基座220和盖210的镜像半部的内壁和内表面的至少一部分热喷涂以在其上形成介电涂层。(尽管描述为镜像，但是应当理解，基座的半部不需要呈镜像。)在下一步骤552，将绝缘罩310滑过电池堆叠体。在该方法的这一点上，包覆成型的馈通组件可能已经电连接到电池堆叠体的阴极极片。在步骤554，将包覆成型的馈通组件插入绝缘罩中的孔部中。可以使用工具将馈通组件轴向定位在绝缘罩孔部中。绝缘罩310中的孔部的直径小于馈通组件的直径，使得绝缘罩310的唇部602弯曲以基本上容纳包覆成型的馈通绝缘件440的整个圆周表面，利用过盈配合或压配合以形成液密密封。唇部602的长度可以使得唇部与包覆成型的馈通组件重叠为形成绝缘罩310的材料厚度的至少3倍。包覆成型的馈通组件的直径可以比唇部602的内径大至少5％，以确保形成液密密封。
在步骤556，将包括电池堆叠体和包覆成型的馈通组件的绝缘罩310插入电池壳体的基座220中。绝缘罩310定向成使得电池堆叠体的阴极极片位于包含介电涂层的基座220的那部分处。在步骤558，将电池盖210组装到基座220以封闭电池堆叠体，并且在步骤560，通过将盖和馈通组件激光焊接到电池壳体来完成组装。
虽然已经在用于诸如ICD这样的IMD的电池的环境中描述了本发明，但是相关领域的技术人员将理解，本发明可以与其他电池一起使用。相关领域的技术人员将进一步理解，本文描述的发明还可以应用于制造其他电气或电子设备，例如电容器，其期望在腐蚀性环境中使部件电绝缘。
在此参考如附图中所示的本发明的实施例来详细描述本公开的实施例，其中相同的附图标记用于表示相同或功能相似的元件。对“一个实施例”，“一实施例”，“一些实施例”，“在某些实施例中”等的引用指示所描述的实施例可以包括特定特征、结构或特性，但是每个实施例可以不必包括特定的特征、结构或特性。而且，这些短语不一定指的是同一实施例。此外，当结合实施例描述特定特征、结构或特性时，提出了结合其他实施例实现这样的特征、结构或特性是在本领域技术人员的知识内(无论是否明确描述)。
在本文中列举一系列数值的情况下，包括上限值和下限值，除非在特定情况下另有说明，否则该范围旨在包括其端点，以及该范围内的所有整数和分数。这并不意味着权利要求的范围限于在定义范围时所述的特定值。此外，当量、浓度或其他值或参数作为范围时，一个或多个优选范围或上优选值和下优选值的列表给出时，这应理解为具体公开由任何一对任何上限范围或优选值和任何下限范围或优选值形成的所有范围，而不管这些对是否单独公开。最后，当术语“约”用于描述范围的值或端点时，应该将本公开理解为包括所指的具体值或端点。无论范围的数值或端点是否表示“约”，范围的数值或端点旨在包括两个实施例：一个用“约”修饰，一个不用“约”修饰。
如本文所用，术语“约”是指数量、尺寸、配比、参数和其他数量和特性不是并且不必是精确的，但可以根据需要为近似和/或更大或更小，反映公差、换算因数、四舍五入、测量误差等，以及本领域技术人员已知的其他因素。
如本文所用，“包含”是开放式过渡短语。过渡短语“包括”之后的元素列表是非排他性列表，使得除了列表中具体列出的元素之外的元素也可以存在。
本文使用的术语“或”是包含性的；更具体地，短语“A或B”表示“A，B或A和B两者”。例如，排他性“或”在本文中由诸如“A或B的一个”和“A或B之一”的术语指定。
与元件或组件相关的不定冠词“一”和“一个”的使用意味着存在这些元件或组件中的一个或至少一个。尽管这些冠词通常用于表示修饰名词是单数名词，但如本文所用，冠词“一”和“一个”也包括复数，除非在特定情况下另有说明。类似地，除非在特定情况下另有说明，否则如本文所使用的定冠词“the”也表示经修饰的名词可以是单数或复数。
术语“其中”用作开放式过渡短语，以引入结构的一系列特征的叙述。
这些实施例是本公开的说明性而非限制性的。通常在本领域遇到的各种条件和参数的其他合适的修改和改变，并且对于本领域技术人员来说是显而易见的，都在本公开的精神和范围内。
综上所述，根据本发明的一个方面，一种电池，包括具有馈通端口的壳体；馈通组件，设置在馈通端口中并且包括内导体和将内导体与壳体分开的绝缘芯；和设置在壳体内的电池堆叠体，电池堆叠体包括具有阳极极片的阳极、与阳极极片相邻的第一外周部分和远离阳极极片的第二外周部分；具有阴极极片的阴极、与阴极极片相邻的第一外周部分、和远离阴极极片的第二外周部分；以及使阳极与阴极电绝缘的一个或多个隔板层，其中阳极、阴极和一个或多个隔板层堆叠在一起并且阳极从阴极偏移，使得阳极的第二外周部分从阴极的第一外周部分凹进第一偏移距离；和/或
阳极的第一外周部分可以从阴极的第二外周部分向外延伸第二偏移距离；和/或
第一偏移距离可以在0.001英寸和0.03英寸的范围内；和/或
第一偏移距离可以在0.01英寸和0.02英寸的范围内；和/或
所述馈通组件还可以包括套圈和馈通绝缘件，其中套圈耦合到馈通端口，绝缘芯和内导体设置在套圈的内腔中，并且馈通绝缘件围绕套圈中延伸入壳体的部分周向地设置；和/或
电池还可以包括包围电池堆叠体的绝缘罩，以使电池堆叠体与壳体电绝缘，绝缘罩具有开口，该开口构造成在其中接收馈通绝缘件，其中绝缘罩被密封到馈通绝缘件；和/或
绝缘罩可以包括围绕开口的唇部，该唇部与馈通绝缘件的至少一部分重叠并且被密封到馈通绝缘件；和/或
馈通绝缘件可以完全插入绝缘罩的开口中以与绝缘罩的唇部的内表面配合，并且绝缘罩的唇部可以密封到馈通绝缘件；和/或
绝缘罩可以通过热密封、压缩接头、粘合剂或其组合密封到馈通绝缘件，以形成液密密封；和/或
可以通过激光焊接、RF焊接、电阻焊接、摩擦焊接或其组合将绝缘罩热密封到馈通绝缘件；和/或
绝缘罩可以由选自聚乙烯(PE)、乙烯-四氟乙烯(ETFE)、聚醚醚酮(PEEK)、聚丙烯(PP)、以及其混合物组成的组中的材料制成；和/或
绝缘罩的材料可以具有至多0.05微米的平均孔径；和/或
阳极极片可以电连接到壳体，阴极极片可以电连接到馈通组件的内导体，馈通组件的内导体是设置在馈通组件中的唯一阴极表面；和/或
阴极极片可以不含阴极活性材料；和/或
馈通绝缘件可以由选自聚乙烯(PE)、乙烯-四氟乙烯(ETFE)、聚醚醚酮(PEEK)、聚丙烯(PP)、聚氨酯(PU)、聚碳酸酯(PC)、有机硅、以及其混合物组成的组中的材料制成；和/或
阴极可以包括阴极活性材料，并且电池还可以包括电解质，其中电解质与阴极活性材料的重量比可以在0.25和0.4的范围内；和/或
电池可以是具有3cc至10cc的体积的棱柱形电池；和/或
壳体可以至少部分地涂覆有厚度在约0.002英寸和约0.012英寸范围内的氧化铝层。
根据本公开的另一方面，一种电池，包括具有馈通端口的壳体；设置在馈通端口中的馈通组件，馈通组件包括套圈、设置在套圈内腔中的内导体、设置在套圈内腔中并将内导体与套圈分离的绝缘芯、以及周向地设置在套圈上的馈通绝缘件；设置在壳体内的电池堆叠体，电池堆叠体包括具有阳极极片的阳极、具有阴极极片的阴极、以及使阳极与阴极电绝缘的一个或多个隔板层；以及包围电池堆叠体的绝缘罩，以使电池堆叠体与壳体电绝缘，绝缘罩具有开口，该开口构造成在其中接收馈通绝缘件，绝缘罩密封在馈通绝缘件上；和/或
绝缘罩可以包括围绕开口的唇部，该唇部与馈通绝缘件的至少部分重叠并且被密封到馈通绝缘件；和/或
绝缘罩可以通过热密封、激光焊接、RF焊接、电阻焊接、摩擦焊接、压缩接头、粘合剂、或其组合密封到馈通绝缘件，以形成液密密封；和/或
绝缘罩可以由选自聚乙烯(PE)、乙烯-四氟乙烯(ETFE)、聚醚醚酮(PEEK)、聚丙烯(PP)、以及其混合物组成的组中的材料制成；和/或
阴极可以包括阴极活性材料，并且电池还可以包括电解质，其中电解质与阴极活性材料的重量比可以在0.25和0.4的范围内；和/或
绝缘罩可以包括平均孔径最多为0.05微米的纳米多孔材料；和/或
馈通组件的内导体是设置在馈通组件中的唯一阴极表面；和/或
阴极可以包括阴极活性材料，其包含银钒氧化物(SVO)或SVO和一氟化碳(CFx)的混合物；和/或
壳体可以至少部分地涂覆有厚度在约0.002英寸和约0.012英寸范围内的氧化铝层。
根据本公开的另一方面，一种制造电化学电池的方法，包括在电化学电池的壳体的内表面上热喷涂介电材料，以在壳体上形成电绝缘涂层；和/或
介电材料可以是陶瓷氧化物；和/或
陶瓷氧化物可以包括氧化铝和/或氧化钛；和/或
该方法还可以包括将顶盖激光焊接到壳体的底盖以形成电池外壳，其中顶盖和底盖的焊接区域至少部分地涂覆有介电材料；和/或
该方法还可以包括用绝缘罩包住电池堆叠体并将绝缘罩插入电池外壳中；和/或
热喷涂步骤可以包括高速氧燃料(HVOF)喷涂。
根据本发明的另一方面，一种电化学电池，包括电池壳体，该电池壳体至少部分地涂覆有介电材料，厚度在约0.002英寸和约0.012英寸的范围内；和/或
介电材料可以是陶瓷氧化物；和/或
陶瓷氧化物可以包括氧化铝和/或氧化钛；和/或
电化学电池还可以包括由电池壳体包围的绝缘罩，使得绝缘罩与介电涂层相邻。
根据本公开的又一方面，一种制造电化学电池的方法，包括使用高速氧燃料(HVOF)喷涂将电介质材料镀覆到电化学电池的外壳的内表面上，以形成电介质涂层，该电介质涂层使外壳电绝缘并减少短路的形成；和/或
介电材料可以是陶瓷氧化物；和/或
陶瓷氧化物可以包括氧化铝和/或氧化钛；和/或
该方法还可以包括将顶盖激光焊接到壳体的底盖以形成电池外壳，其中顶盖和/或底盖的焊接区域至少部分地涂覆有介电材料；和/或
该方法还可以包括用绝缘罩包住电池堆叠体并将绝缘罩插入电池外壳中。
根据本发明的又一方面，一种制造电池的方法，所述电池包括具有馈通端口的壳体；设置在馈通端口中并包括内导体和将内导体与壳体分开的绝缘芯的馈通组件、以及设置在壳体内的电池堆叠体，电池堆叠体包括具有阳极极片的阳极、与阳极极片相邻的第一外周部分和远离阳极极片的第二外周部分、具有阴极极片的阴极、与阴极极片相邻的第一外周部分、和远离阴极极片的第二外周部分、以及使阳极与阴极电绝缘的一个或多个隔板层，该方法包括将阳极、阴极和一个或多个隔板层堆叠在一起；和将阳极从阴极偏移，使得阳极的第二外周部分从阴极的第一外周部分凹进第一偏移距离；和/或
电池还可以包括耦合到馈通端口的套圈，并且该方法还可以包括围绕套圈周向地包覆成型馈通绝缘件；用绝缘罩包围电池堆叠体以使电池堆叠体与壳体绝缘，绝缘罩具有开口，该开口构造成在其中容纳包覆成型的馈通绝缘件；和将绝缘罩密封到包覆成型的馈通绝缘件上；和/或
该方法还可包括使用高速氧燃料(HVOF)喷涂将氧化铝镀覆到壳体的内表面上以形成厚度在约0.002英寸和约0.12英寸范围内的涂层。
根据本发明的又一方面，一种电池，包括具有内表面和馈通端口的壳体；设置在壳体内表面的至少一部分上的介电材料层，介电材料层可操作以防止短路；设置在馈通端口中的馈通组件，馈通组件包括具有内腔的套圈、设置在套圈的内腔中的内导体、设置在套圈的内腔中并将内导体与壳体分离的绝缘芯、以及周向地设置在位于壳体中的套圈的一部分周围的馈通绝缘件；设置在壳体内的电池堆叠体，电池堆叠体包括具有阳极极片的阳极、与阳极极片相邻的第一外周部分、远离阳极极片的第二外周端口、具有阴极极片的阴极、与阴极极片相邻的第一外周部分、和远离阴极极片的第二外周部分、以及使阳极与阴极电绝缘的一个或多个隔板层，阳极、阴极和一个或多个隔板层堆叠在一起，阳极偏离阴极，使得阳极的第二外周部分从阴极的第一外周部分凹进第一偏移距离；以及包围电池堆叠体的绝缘罩，以使电池堆叠体与壳体电绝缘，绝缘罩具有开口，馈通绝缘件位于开口中并密封到绝缘罩；和/或
绝缘罩可以包括围绕开口的唇部，该唇部与馈通绝缘件的至少一部分重叠并且被密封到馈通绝缘件；和/或
绝缘罩可以与馈通绝缘件形成液密密封，液密密封通过热密封、压缩接头、粘合剂或其组合形成；和/或
可以通过激光焊接、RF焊接、电阻焊接、摩擦焊接或其组合将绝缘罩热密封到馈通绝缘件；和/或
绝缘罩可以由选自聚乙烯(PE)、乙烯-四氟乙烯(ETFE)、聚醚醚酮(PEEK)、聚丙烯(PP)、以及其混合物组成的组中的材料制成；和/或
绝缘罩的材料可以具有至多0.05μm的平均孔径；和/或
馈通绝缘件可以由选自聚乙烯(PE)、乙烯-四氟乙烯(ETFE)、聚醚醚酮(PEEK)、聚丙烯(PP)、聚氨酯(PU)、聚碳酸酯(PC)、有机硅、以及其混合物组成的组中的材料制成；和/或
隔板层和绝缘罩可以由相同的材料形成；和/或
阴极可以包括阴极活性材料，并且电池还可以包括电解质，其中电解质与阴极活性材料的重量可以在0.25和0.4的范围内；和/或
阴极可以包括阴极活性材料，其包含银钒氧化物(SVO)或SVO和一氟化碳(CFx)的混合物；和/或
第一偏移距离可以在0.001英寸和0.03英寸的范围内；和/或
第一偏移距离可以在0.01英寸和0.02英寸的范围内。
根据本公开的又一方面，一种制造电化学电池的方法，包括将介电材料层涂覆到用于电化学电池的壳体的内表面的至少一部分上，该壳体具有馈通端口；将馈通组件组装到绝缘罩上，绝缘罩具有开口，并且馈通组件组装在开口内；通过将阳极箔压靠在阳极集电器的相对侧上形成阳极；通过在阴极集电器的相对侧上层压阴极活性材料形成阴极，层压在30±60ksi的压力，活性负载范围为71mg.cm-2至73mg.cm-2的条件下进行；制备电池堆叠体，电池堆叠体包括阳极、阴极、一个或多个将阳极与阴极电绝缘的隔板层，阳极具有阳极极片、与阳极极片相邻的第一外周部分、和远离阳极极片的第二外周部分，阴极具有阴极极片、第一相邻阴极极片的外周部分和远离阴极极片的第二外周部分，电池堆叠体通过将阳极、阴极和一个或多个隔板层堆叠在一起而阳极偏离阴极而形成，使得阳极的第二外周部分从阴极的第一外周部分凹进第一偏移距离；将电池堆叠体插入绝缘罩并将阴极极片电连接到馈通组件以形成被覆电池组件；将被覆电池组件插入壳体中以形成完成的电化学电池；测试完成的电化学电池，同时向完成的电化学电池施加4.0安培的16个脉冲的第一脉冲序列，接着每24小时4.4安培的6个脉冲，直到完成的电化学电池的至少一半耗尽；和/或
壳体可以包括第一部分和第二部分，并且该方法还可以包括将第一部分组装到第二部分；和/或
将被覆电池组件插入所述壳体中的步骤可以包括将被覆电池组件定位在壳体中，使得阴极极片与介电材料层相对；和/或
介电材料可以是陶瓷氧化物；和/或
陶瓷氧化物可以包括氧化铝和/或氧化钛；和/或
陶瓷氧化物可以包括氧化铝，并且介电材料层可以具有在约0.002英寸和约0.012英寸范围内的厚度；和/或
涂覆步骤可以包括使用高速氧燃料(HVOF)喷涂以在壳体的内表面的部分上形成介电材料层；和/或
组装步骤可以包括在馈通组件和绝缘罩之间形成液密密封。
根据本公开的又一方面，一种制造电化学电池的方法，包括将介电材料层涂覆到用于电化学电池的壳体的内表面的至少一部分上，该壳体具有馈通端口；将馈通组件组装到绝缘罩上，绝缘罩具有开口，并且馈通组件组装在开口内；制备电池堆叠体，电池堆叠体包括阳极、阴极、一个或多个将阳极与阴极电绝缘的隔板层，阳极具有阳极极片、与阳极极片相邻的第一外周部分、和远离阳极极片的第二外周部分，阴极具有阴极极片、第一相邻阴极极片的外周部分和远离阴极极片的第二外周部分，电池堆叠体通过将阳极、阴极和一个或多个隔板层堆叠在一起而阳极偏离阴极而形成，使得阳极的第二外周部分从阴极的第一外周部分凹进第一偏移距离；将电池堆叠体插入绝缘罩并将阴极极片电连接到馈通组件以形成被覆电池组件；以及将被覆电池组件插入壳体中。
虽然本文已经描述了各种实施例，但是它们仅以示例的方式呈现，而不是限制。显而易见的是，基于本文给出的教导和指导，改变和修改旨在处于所公开实施例的等同物的含义和范围内。因此，对于本领域技术人员显而易见的是，在不脱离本公开的精神和范围的情况下，可以对本文公开的实施例进行形式和细节上的各种改变。这里给出的实施例的元件不一定是相互排斥的，而是可以互换以满足本领域技术人员所理解的各种需要。
应理解，本文使用的措辞或术语是出于描述的目的而非限制。本公开的广度和范围不应受任何上述示例性实施例的限制，而应仅根据所附权利要求及其等同物来限定。

Claims (20)

1.一种电池，包括：
具有内表面和馈通端口的壳体；
设置在壳体的内表面的至少一部分上的介电材料层，所述介电材料层可操作以防止短路；
设置在馈通端口中的馈通组件，所述馈通组件包括：
具有内腔的套圈；
设置在套圈的内腔中的内导体；
设置在套圈的内腔中并将内导体与壳体分开的绝缘芯；和
周向地设置在位于壳体中的套圈的一部分周围的馈通绝缘件；
设置在壳体内的电池堆叠体，所述电池堆叠体包括
具有阳极极片的阳极、与阳极极片相邻的第一外周部分，和远离阳极极片的第二外周部分；
具有阴极极片的阴极、与阴极极片相邻的第一外周部分、和远离阴极极片的第二外周部分；和
一个或多个隔板层，其将阳极与阴极电绝缘，阳极、阴极和一个或多个隔板层堆叠在一起，同时阳极偏离阴极，使得阳极的第二外周部分从阴极的第一外周部分凹进第一偏移距离；以及
绝缘罩，其包围电池堆叠体以使电池堆叠体与壳体电绝缘，所述绝缘罩具有开口，所述馈通绝缘件定位在开口中并密封到所述绝缘罩。
2.如权利要求1所述的电池，其中，所述绝缘罩包括围绕所述开口的唇部，所述唇部与所述馈通绝缘件的至少一部分重叠并且被密封到所述馈通绝缘件。
3.如权利要求2所述的电池，其中，所述绝缘罩与所述馈通绝缘件形成液密密封，所述液密密封通过热密封、压缩接头、粘合剂、或其组合形成。
4.如权利要求3所述的电池，其中，所述绝缘罩通过激光焊接、RF焊接、电阻焊接、摩擦焊接、或其组合热密封到所述馈通绝缘件。
5.如权利要求1所述的电池，其中，所述绝缘罩包括选自聚乙烯(PE)、乙烯-四氟乙烯(ETFE)、聚醚醚酮(PEEK)、聚丙烯(PP)、以及其混合物组成的组中的材料。
6.如权利要求5所述的电池，其中，所述绝缘罩的材料具有至多0.05μm的平均孔径。
7.如权利要求5所述的电池，其中，所述馈通绝缘件包括选自聚乙烯(PE)、乙烯-四氟乙烯(ETFE)、聚醚醚酮(PEEK)、聚丙烯(PP)、聚氨酯(PU)、聚碳酸酯(PC)、有机硅、以及其混合物组成的组中的材料。
8.如权利要求1所述的电池，其中，所述隔板层和所述绝缘罩由相同的材料形成。
9.如权利要求1所述的电池，其中，所述阴极包括阴极活性材料，所述电池还包含电解质，其中所述电解质与所述阴极活性材料的重量比在0.25和0.4的范围内。
10.如权利要求1所述的电池，其中，所述阴极包括阴极活性材料，所述阴极活性材料包括银钒氧化物(SVO)或SVO和一氟化碳(CFx)的混合物。
11.如权利要求1所述的电池，其中，所述第一偏移距离在0.001英寸和0.03英寸的范围内。
12.如权利要求11所述的电池，其中，所述第一偏移距离在0.01英寸和0.02英寸的范围内。
13.一种制造电化学电池的方法，该方法包括：
将介电材料层涂覆到电化学电池的外壳的内表面的至少一部分上，所述外壳具有馈通端口；
将馈通组件组装到绝缘罩上，所述绝缘罩具有开口，并且馈通组件组装在开口内；
通过将阳极箔压靠在阳极集电器的相对侧上形成阳极；
通过在阴极集电器的相对侧上层压阴极活性材料形成阴极，层压在30-60ksi的压力，活性负载范围为71mg.cm-2至73mg.cm-2条件下进行；
制备电池堆叠体，所述电池堆叠体包括阳极、阴极和将阳极与阴极电绝缘的一个或多个隔板层，阳极具有阳极极片、与阳极极片相邻的第一外周部分、和远离阳极极片的第二外周部分，阴极具有阴极极片、与阴极极片相邻的第一外周部分、和远离阴极极片的第二外周部分，电池堆叠体通过将阳极、阴极和一个或多个隔板层堆叠在一起、阳极从阴极偏移而形成，使得阳极的第二外周部分从阴极的第一外周部分凹进第一偏移距离；
将电池堆叠体插入绝缘罩并将阴极极片电连接到馈通组件以形成被覆电池组件；
将被覆电池组件插入壳体中以形成完成的电化学电池；以及
通过向完成的电化学电池施加4.0安培的16个脉冲的第一脉冲序列，接着每24小时4.4安培的6个脉冲以测试完成的电化学电池，直到完成的电化学电池的至少一半耗尽。
14.如权利要求13所述的方法，其中，所述外壳包括第一部分和第二部分，所述方法还包括将所述第一部分组装到所述第二部分。
15.如权利要求13所述的方法，其中，将所述被覆电池组件插入所述外壳中的步骤包括将所述被覆电池组件定位在所述外壳中，使得所述阴极极片与所述介电材料层相对。
16.如权利要求13所述的方法，其中，所述介电材料是陶瓷氧化物。
17.如权利要求16所述的方法，其中，所述陶瓷氧化物包括氧化铝和/或氧化钛。
18.如权利要求17所述的方法，其中，所述陶瓷氧化物包括氧化铝，并且所述介电材料层具有在约0.002英寸和约0.012英寸的范围内的厚度。
19.如权利要求13所述的方法，其中，所述涂覆步骤包括使用高速氧燃料(HVOF)喷涂以在所述外壳的内表面的部分上形成所述介电材料层。
20.如权利要求13所述的方法，其中，所述组装步骤包括在所述馈通组件和所述绝缘罩之间形成液密密封。
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