CN110770942A - 改进的电池隔板、电极、原电池、锂电池及相关方法 - Google Patents

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Abstract

提供改进的电池隔板和包含该改进的电池隔板的能量原电池。改进的电池隔板包含多孔膜，该多孔膜在被电解质润湿时具有下列特性中的至少一种：无体积或体积小、无质量或质量轻、尽可能多地吸收液体电解质、阻挡或去除电解质中的任何有害物质、在任何高温下都不熔化、在任何条件都不与阴极或阳极反应、具有等于或大于钢的机械强度、在任何情况下都是电绝缘体、以及阻止金属枝晶生长。

Description

改进的电池隔板、电极、原电池、锂电池及相关方法
优先权声明
本申请根据35U.S.C§119(e)(1)要求2017年3月20日提交的美国临时专利申请No.62/473,596的权益和优先权。该美国临时专利申请的全部内容通过引用并入本文。
领域
根据至少选定的实施方式，本公开或本发明致力于新的或改进的隔板、电池隔板、电极、阴极、阳极、电池、原电池、系统；和/或设计、理解、制造和/或使用用于锂电池(尤其是二次锂电池，例如二次锂离子电池)和/或CE、ESS和/或EDV电池的此类隔板、电池隔板、电极、阴极、阳极、原电池、系统和/或类似物的方法。根据至少特定的实施方式，本公开或发明致力于使用这种新思路、定义和/或数据来观察或定义弯曲度、孔隙率、锂沉积和原电池设计的新的或改进的方法。另外，本文公开的是用于延长电池寿命、减少电池故障、减少枝晶、减少锂沉积、保持充电和放电速率、改进配置、改善性能和/或类似的方法、系统和电池组件。
背景
对于改进的电池隔板，特别是锂离子电池隔板，与其他诸多需求一起，存在着阻止枝状结晶且即使在高温下也不会熔化的需求。
在锂离子电池中，碳质材料通常被用作锂离子电池的阳极材料。尽管碳质材料的能量密度很高，但充电和放电电压却非常接近锂沉积的电压。因此，锂沉积可能会因过电压而发生，特别是在高充电速率下，这会导致大的极化。锂金属在电池内的沉积会引起严重的安全问题，这可能导致热事件、失控或爆炸。因此，对即使在高充电速率下也不会发生锂沉积的锂离子电池或原电池有所需要。
概述
根据至少选定的实施方式，本公开或发明可以解决以上需求、议题或问题；和/或其致力于新的或改进的隔板、电池隔板、电极、阴极、阳极、电池、原电池、系统；和/或设计、理解、制造和/或使用用于锂电池，尤其是二次锂电池，例如二次锂离子电池和/或CE、ESS和/或EDV电池的此类隔板、电池隔板、电极、阴极、阳极、原电池、系统、和/或类似物的方法。根据至少特定的实施方式，本公开或发明致力于使用这种新思路、定义和/或数据来观察或定义弯曲度、孔隙率、锂沉积和原电池设计的新的或改进的方法。另外，本文公开的是用于延长电池寿命、减少电池故障、减少枝晶、减少锂沉积、保持充电和放电速率、改进配置、改善性能和/或类似的方法、系统和电池组件。
在一方面，本申请致力于一种改进的电池隔板。这种改进的隔板在被电解质湿时具有下列特性中的至少一种：无体积或体积小；无质量或质量轻；尽可能多地吸收液体电解质；阻挡或去除电解质中的任何有害物质；在任何高温下都不熔化；在任何条件下都不与阴极或阳极反应；具有等于或大于钢的机械强度；在任何情况下都是电绝缘体；阻止金属枝晶生长。在一些实施方式中，隔板具有1种或1种以上的前述特性。在一些实施方式中，隔板具有2种或2种以上的前述特性。在一些实施方式中，隔板具有3种或3种以上的前述特性。在一些实施方式中，隔板具有4种或4种以上的前述特性。在一些实施方式中，隔板具有5种或5种以上的前述特性。在一些实施方式中，隔板具有6种或6种以上的前述特性。在一些实施方式中，隔板具有7种或7种以上的前述特性。在一些实施方式中，隔板具有8种或8种以上的前述特性。在一些实施方式中，隔板具有所有9种前述特性或至少所有9种前述特性。
在一些实施方式中，本文上述的电池隔板是多孔的、微孔的或纳米孔的电池隔板，并且电池隔板的孔隙填充有离子导电介质。在一些实施方式中，在其干燥(不添加电解质)时、在其被电解质润湿时或在其干燥(不添加电解质)和其被电解质湿润这种情况下，孔隙填充有离子传导介质的电池隔板传导锂离子。
在另一方面，一种能量原电池能在大于或等于3.0C(1C＝2.3mA/cm2)的充电速率下充电而无锂沉积。在一些实施方式中，该原电池能在大于或等于3.5C、大于或等于4.0C、大于或等于4.5C或者大于或等于3.0C但低于5.0C的充电速率下充电。
该能量原电池至少包括下列：含有锂的阳极；和阴极。
在一些实施方式中，含有锂的阳极具有从约50至约200微米的厚度。该厚度也可以是从约60至约200微米或约60至约125微米。在一些实施方式中，阳极的孔隙率可以大于或等于15％、大于或等于20％、大于或等于30％或者大于或等于40％。在一些实施方式中，阳极孔隙率可以大于或等于15％但小于或等于50％。在一些实施方式中，阳极的弯曲度可以小于或等于2.0、小于或等于1.7、小于或等于1.5、小于或等于1.3或者小于或等于1.2。在一些实施方式中，弯曲度在1.0和2.0之间，优选在1.2和2.0之间。甚至更优选地，阳极的弯曲度可以大于或等于1.2但小于或等于1.3。
在一些实施方式中，包含锂的阳极由选自锂钴氧化物(LCO)；锂锰氧化物(LMO)；磷酸铁锂(LFP)；(Li(NixMnyCoz)O2)，其中0.33＞x＞0.9且x+y+z＝1；NCA(Li(NixCoyAlz)O2)，其中0.8＞x＞0.9且x+y+z＝1；及其组合中的至少一种材料制成。
在一些实施方式中，本文所描述的能量原电池的阴极具有从约50至约200微米、从约75至约200微米或者从约75至约150微米的厚度。在一些实施方式中，阴极的孔隙率可以大于或等于10％、大于或等于15％、大于或等于20％、大于或等于30％、或大于或等于10％，但小于40％。在一些实施方式中，阴极的弯曲度可小于或等于2.0、小于或等于1.7、小于或等于1.5、小于或等于1.3或者小于或等于1.2。在一些优选的实施方式中，阴极的弯曲度可大于或等于1.0但小于或等于2.0。甚至更优选地，阴极的弯曲度可大于或等于1.2但小于或等于1.5。
在一些实施方式中，能量原电池的阴极可由选自下列中的至少一种材料制成：天然石墨、人造石墨、无定形碳、包含锡和/或硅的合金、尖晶石锂钛氧化物及其组合。
进一步地，除了含有锂的阳极和阴极之外，本文所描述的能量原电池还可包含电解质。电解质可以选自：碳酸亚乙酯(EC)、碳酸乙基甲基酯(EMC)、碳酸二乙酯(DEC)、碳酸二甲酯(DMC)、碳酸亚丙酯(PC)及其组合。在一些实施方式中，电解质可包含电解质添加剂。
在一些进一步的实施方式中，本文描述的能量原电池可包括隔板，包括本文所描述的改进的隔板。例如，能量原电池可包括含锂的阳极、阴极和隔板。在一些其他实施方式中，能量原电池可包括含锂的阳极、阴极、电解质和隔板。
在一些实施方式中，能量原电池可以是一次或二次能量原电池。
在另一方面，本文描述了一种含有锂的阳极。含有锂的阳极可用于本文所描述的能量原电池中。在一些实施方式中，含有锂的阳极具有从约50至约200微米的厚度。厚度也可以是从约60至约200微米，或约60至约125微米。在一些实施方式中，阳极的孔隙率可以大于或等于15％、大于或等于20％、大于或等于30％或者大于或等于40％。在一些实施方式中，阳极的孔隙率可以大于或等于15％，但小于或等于50％。在一些实施方式中，阳极弯曲度可以小于或等于2.0、小于或等于1.7、小于或等于1.5、小于或等于1.3或者小于或等于1.2。在一些实施方式中，弯曲度在1.0和2.0之间，优选在1.2和2.0之间。甚至更优选地，阳极弯曲度可以大于或等于1.2，但小于或等于1.3。
在一些实施方式中，含有锂的阳极由选自下列中的至少一种材料制成：锂钴氧化物(LCO)、锂锰氧化物(LMO)、磷酸铁锂(LFP)、(Li(NixMnyCoz)O2)(其中0.33＞x＞0.9且x+y+z＝1)、NCA(Li(NixCoyAlz)O2)(其中0.8＞x＞0.9且x+y+z＝1以及其组合。
在一些实施方式中，阴极中的空隙可包含离子传导介质。
在另一方面，公开了可用在本文所描述的能量原电池中的阴极。在一些实施方式中，阴极具有从约50至约200微米、从约75至约200微米或者从约75至约150微米的厚度。在一些实施方式中，阴极的孔隙率可以大于或等于10％、大于或等于15％、大于或等于20％、大于或等于30％或者大于或等于10％，但小于40％。在一些实施方式中，阴极的弯曲度可以小于或等于2.0、小于或等于1.7、小于或等于1.5、小于或等于1.3或者小于或等于1.2。在一些优选的实施方式中，阴极弯曲度可以大于或等于1.0，但是小于或等于2.0。甚至更优选地，阴极弯曲度可以大于或等于1.2，但小于或等于1.5。
在一些实施方式中，阴极可以由选自下列中的至少一种材料制成：天然石墨、人造石墨、无定形碳、含锡和/或硅的合金、尖晶石锂钛氧化物以及其组合。
在一些实施方式中，阴极的空隙可包含离子传导介质(ICM)。
附图说明
图1描绘了离子传输、弯曲度和Gurley(透气度)。
图2描绘了离子传输和弯曲度。
图3描绘了示例性的锂离子原电池设计原理。
图4描绘了锂离子电池的极化。
图5是高电流放电后电极颗粒中锂浓度的图示。
图6描绘了电化学模型、热模型和化学模型。
图7描绘了基本的电化学方程式。
图8描绘了锂离子在平衡、充电和放电时的电位回顾。
图9是一张100％遵循法拉第反应定律的多孔锂离子原电池中锂浓度分布图。
图10包括示出了充电和放电时电解质中锂浓度的曲线图。
图11包括一曲线和该曲线的部分放大图，示出了放电时阴极电位的下降。
图12包括一曲线和该曲线的部分放大图，示出了在4C放电时阳极电位增加。
图13包括两张曲线图，示出了在4C充电时阳极处的电极电位的下降。
图14包括一曲线和该曲线的一部分，示出了在4C充电时的阳极电位下降。
图15包括一曲线和该曲线的部分放大图，示出了在4C充电时阴极电位的增加。
图16包括来自DCIR测量的曲线图，其示出了原电池电压随时间的变化。
图17包括两张曲线图，绘制了在初始状态(t＝0)具有1X和2X两种不同厚度的电极中，电位(V)/SOC与厚度x(m)的关系。
图18包括两张曲线图，为处于动态状态(t＞0)下具有两种不同厚度的电极中，电位(V)/SOC与厚度x(m)的关系。
图19是一张示出了当对具有不同厚度的电极采用不同的充电速率时Li沉积何时开始的图表。
图20是一张示出了当对具有不同孔隙率值的电极采用不同的充电速率时Li沉积何时开始的图表。
图21是一张示出了当对具有不同弯曲度值的电极采用不同的充电速率时Li沉积何时开始的图表。
图22是一张图表，包括对没有Li沉积的原电池的基线原电池参数。
发明详述
通过参考下面的发明详述、实施例和图可以更容易地理解本文所描述的实施方式。然而，本文所描述的元件、装置和方法不限于在发明详述、实施例和图中所呈现的具体实施方式。应认识到，这些实施方式仅仅是本发明原理的说明。多种变化和调整对于本领域的技术人员而言是显而易见的，而不背离本发明的精神和范围。
另外，本文公开的所有范围应被理解为涵盖其中包含的任何和所有子范围。例如，声明的范围“1.0至10.0”应被认为包括以1.0或更大的最小值开始且以10.0或更小的最大值结束的任何和所有子范围，如1.0至5.3或4.7至10.0或3.6至7.9。
除非另有明确说明，否则本文公开的所有范围也应被认为包括该范围的端点。例如，“在5至10之间”“从5至10”或“5-10”的范围通常应被认为包括端点5和10。
进一步地，当短语“直至”与数量或量相关连使用时，应理解为该数量至少是可检测的数量或量。例如，以一个“直至”具体数量的数量存在的材料可从一个可检测的数量直至并包括这个具体的数量而存在。
根据至少选定的实施方式，本文所描述的是改进的电池隔板、改进的能量原电池(其可选地包括该改进的电池隔板)和/或改进的阳极和阴极(其可选地与本文所描述的该改进的电池隔板或改进的能量原电池一起使用。
电池隔板
除非在特定实施方式中另有描述，否则对本文所描述的膜或电池隔板没有太多限制。在一些实施方式中，电池隔板可以是包含多孔膜的改进的电池隔板，该多孔膜在被电解质润湿时具有下列特性中的至少一种：无体积或体积小；无质量或质量轻；吸收尽可能多的液体电解质；阻挡或去除电解质中的任何有害物质；在任何高温下都不熔化；在任何条件下不与阴极或阳极反应；具有等于或大于钢的机械强度；在任何情况下是电绝缘体(无电子传导)；阻止金属枝晶生长。
赋予一些前述特性的一种方式是将陶瓷加入到电池隔板中。例如，在一些实施方式中，可以在作为电池隔板的一部分的多孔膜的一个或多个表面上施加陶瓷涂层。在一些实施方式中，可以将陶瓷材料加进微孔膜中。例如，如果膜是通过诸如
Figure BDA0002274667530000031
干拉伸工艺的干法工艺形成的，则可以将陶瓷材料与用于形成膜的聚合物(例如聚烯烃聚合物)一起挤出。在一些实施方式中，如果膜是通过诸如
Figure BDA0002274667530000032
干拉伸工艺的干法工艺形成的多层膜，则陶瓷材料可仅存在于一些层中而不存在于其他层中。通过将陶瓷材料和用来形成一些层的聚合物而不是和用来形成其他层的聚合物一起挤出，陶瓷材料可被加入到一些层中而不被加入到其他层中。
许多陶瓷甚至能比液体更好地传导离子。参见，例如U.S.6,432,586的公开，其全部内容通过引用并入本文。陶瓷还可以阻挡或去除电解质中的有害物质。陶瓷在非常高的温度下不会熔化，并且在大多数情况下不会与多数阳极或阴极材料发生反应。陶瓷会在机械上很坚固。因此，陶瓷是用以提供本文所描述的改进的电池隔板的一些特性的一种优选材料。
多孔膜
除非在特定实施方式中另有描述，否则对本文所描述的多孔膜没有太多限制。其可以是纳米孔、微孔或大孔。在一些优选的实施方式中，多孔膜是微孔的。
当用在本文时，微孔是指膜含有微孔或微米大小的孔。在一些实施方式中，微孔膜的平均孔径小于2微米，并且在优选的实施方式中，平均孔径小于1微米。在一些实施方式中，平均孔径在0.01和1微米之间，优选在0.01至0.08微米之间，更优选在0.01和0.06微米之间，且在一些实施方式中，从0.01至0.04、从0.01至0.03或从0.1至0.02微米。
在一些优选的实施方式中，微孔膜本身，例如在其上没有任何诸如陶瓷涂层的涂层，具有从2至50微米、从4至40微米、从4至30微米、从4至20微米、从4至10微米或小于10微米范围的厚度。可以使用Emveco Microgage 210-A微米测厚仪和ASTM D374测试规程以微米(μm)为单位来测量厚度。薄微孔膜对于某些应用是优选的。例如，当用作电池隔板时，较薄的隔板膜允许在电池中使用更多的阳极和阴极材料，因此，得到更高能量和更高功率密度的电池。
在一些优选实施方式中，微孔膜具约40至约70％、有时约40至约65％、有时约40至约60％、有时约40至约55％、有时约40％至约50％、有时约40％至约45％等等的有孔隙率(例如，表面孔隙率)。在一些实施方式中，如果期望一种特定应用，则孔隙率可以高于70％或低于40％，但是40至70％的范围是电池隔板的工作范围，这是可使用所公开的微孔膜的一种方式。孔隙率是用ASTM D-2873测量的，且定义为在基板的加工方向(MD)和横向(TD)测量的微孔膜一个区域中的空隙空间(例如孔)的百分比。
在一些优选的实施方式中，微孔膜可具有从50至300、75至300和或100至300变化的JIS Gurley。然而，除非在特定实施方式中另有说明，否则对JIS Gurley值没有太多限制，并且更高(例如高于300)或更低(例如低于50)，对不同目的来说，可能需要JIS Gurley值。在本文中，Gurley被定义为日本工业标准(JIS Gurley)，并在本文中使用OHKEN渗透性测试仪来测量。JIS Gurley被定义为100cc的空气在4.9英寸水的恒定压力下通过一平方英寸的薄膜所需的以秒计的时间。
可以用与本文所述目标不相矛盾的任何方式制造微孔膜。例如，在一些优选的实施方式中，微孔膜是干法工艺微孔膜，意思是该薄膜是在不使用溶剂的情况下形成的。示例性的干法工艺是干法拉伸工艺，其包含下列步骤、由或基本由下列步骤组成：挤出聚合物，形成无孔前体薄膜；以及拉伸前体薄膜，除了其他方面以外还形成孔。示例性的干法拉伸工艺是
Figure BDA0002274667530000041
干法拉伸工艺。在一些实施方式中，挤出步骤可包括共挤出，其中将可能彼此相同或不同的两种或更多种聚合物混合物共挤出。在其他实施方式中，可以通过颗粒拉伸制造工艺和β-成核双轴取向(BN-BOPP)制造工艺来制得微孔膜。或者，在其他实施方式中，可以用湿法工艺制造多孔基板，该工艺可能涉及使用南韩Celgard Korea有限公司、日本Asahi Kasei和/或日本Tonen的溶剂和/或油，该工艺有时被称为相分离或萃取工艺。或者，在其他实施方式中，微孔膜可以是织造或非织造类型的膜。例如，在一些实施方式中，可以采用静电纺丝涂覆工艺形成微孔膜。静电纺丝工艺提供了以纳米级纤维形式涂覆聚合物组合物的方法，而纳米级纤维本身不需要是多孔的。纤维之间的空隙在电纺涂层或层中提供了必要的开口或孔隙。
在一些实施方式中，微孔膜可以是单层、双层或多层膜。当在本文中使用时，术语“层”(例如，在术语“单层”“双层”或“多层”中)包括具有从2至50微米厚度的单挤出或单浇铸层。单层可以是具有从2至50微米厚度的单挤出或单浇铸层。如本领域技术人员所理解的，单挤出层是这样一种层，其由自身挤出而不与任何其他层一起挤出。同样地，共挤出双层或多层微孔膜的层的每一个均被认为是本文所使用的“层”。共挤出双层中的层数将为二，而共挤出多层薄膜中的层数将为三或更多。双层或多层共挤出薄膜中的确切层数取决于模具设计，而不一定由形成共挤出薄膜的被共挤出的材料决定。例如，可以使用相同的材料形成两层或三层或更多层中的每一层来形成共挤出双层或多层薄膜，并且，即使每一层都是由相同材料制成，这些层仍将被认为是独立的层。再言之，确切的数量将由模具设计决定。共挤出双层或多层薄膜的每一层可具有0.1至20微米，优选0.1至5微米，最优选0.1至3微米、0.1至2微米、0.1至1微米、0.1至0.9微米、0.1至0.8微米、0.1至0.7微米、0.1至0.6微米、0.1至0.5微米、0.1至0.4微米、0.1至0.3微米或者0.1至0.2微米的厚度。再有，单层微孔膜由未与任何其他层一起挤出或浇铸的单一挤出或浇铸层组成。单层可以具有例如从2至50微米的厚度。
在其他实施方式中，微孔膜可以是双层微孔膜，其由已被层合在一起的两个单一挤出(单挤出)或浇铸(单浇铸)薄膜组成，或者其由共挤出双层组成，共挤出双层是通过将不同或相同的两种聚合物组合物共挤出形成共挤出薄膜而制成的。双层微孔膜的总厚度(不同于构成双层膜的各个层的厚度)可例如为0.2至50微米。构成双层微孔膜的两个薄膜的厚度可以是从0.1至25微米。与挤出加层合的方法相比，共挤出方法允许形成更薄的层。
在其他实施方式中，微孔膜可以是多层微孔膜，例如包含三层或更多层的膜。多层微孔膜可以是三层、四层、五层、六层、七层、八层、九层或十层膜。在其他实施方式中，膜可包含11至100层。可以通过单独形成(例如通过挤出(如，单挤出)或浇铸(如，单浇铸))三个或更多个单层然后将它们层合在一起而形成多层微孔膜。在这些实施方式中，多层微孔膜的厚度可以是从6至100微米，而多层微孔膜中的每一层的厚度是从2至30微米。在其他实施方式中，可以通过将三种或更多种可以相同或不同的聚合物组合物共挤出而形成多层微孔膜。在这种实施方式中，多层微孔膜的厚度可薄至1微米或厚至50微米。各个层可具有从0.1至20微米的厚度。
在其他实施方式中，可以通过下列组合形成多层微孔膜：形成单挤出或单浇铸层的步骤；共挤出两层或更多层的步骤；和层合步骤。例如，可以挤出或浇铸单层，然后可将两聚合物组合物挤出以形成共挤出双层，之后可将该单层和双层层合在一起以形成多层微孔膜。在一些实施方式中，将两个或三个或更多个共挤出双层或多层层合在一起来形成多层微孔膜。在一些实施方式中，可以采用吹塑薄膜(或气泡)共挤出法形成多层微孔膜，其中气泡自身塌陷。这种方法可形成具有2(双层)、4、6、8、10、12或其他偶数层的多层微孔膜。该方法不形成具有3、5(五层)、7、9、11或其他奇数层的微孔膜。
例如，微孔膜可是如PCT申请WO/2017/083633(其全部内容通过引用并入本文)中所描述的微孔膜，
在本文所描述的实施方式中，层合可涉及施加热量、压力或其组合中的至少一种来连接单独的薄膜或层。在层合之前和/或之后，可将经过用来层合形成本文中所描述的双层或多层微孔膜的薄膜或层进行退火、MD拉伸、TD拉伸、压延、热定型及其组合中的至少一种。或者，或额外地，可将经过层合这些薄膜或层而形成的层合体进行退火、MD拉伸、TD拉伸、压延及其组合中的至少一种。在这种情况下，退火、MD拉伸、TD拉伸和压延中的至少一种发生在层合之后。
除非在特定实施方式中另有说明，否则对本文所描述的多孔膜的组成没有太多限制。在一些实施方式中，多孔膜可由任何可挤出的聚合物组成。在一些优选的实施方式中，可挤出的聚合物是聚烯烃，包括聚乙烯、聚丙烯及其混合物。
在一些实施方式中，本文所描述的多孔膜的孔(例如，纳米孔、微孔或大孔)可用离子传导介质(ICM)填充。ICM包括聚合物和溶剂电解质。例如，ICM可以包括诸如PVDF的聚合物和电解质。锂离子将在孔中的ICM或液体电解质中传导。即使微孔膜未被电解质湿润(是干燥的)，如果孔中充满ICM，它也会传导离子。在孔中有聚合物(如，来自ICM的聚合物)的微孔膜具有无限的Gurley(10,000或更高)。有种类繁多的电解质，包括下列：纯液体电解质---许多可被吸入聚合物薄膜中(Gurley＝无限大)形成凝胶电解质，并且许多可被吸入多孔薄膜的孔中(Gurley具有特定的值)。具有这两种类型聚合物薄膜的电池会运行良好。在现实生活中，当液体电解质遇到聚合物时，液体电解质的至少一部分会以某种方式被吸入(润湿、溶胀或凝胶)聚合物中。根据液体电解质被吸入的量，我们可以称之为凝胶电解质或聚合物电解质。100％的“纯液体电解质”(由于聚合物吸收液体，可能不经常存在于原电池中)。我们对ICM弯曲度的新数学定义可将层的性能作为一个整体来描述。
如图1所说明的，离子传导介质中的锂离子传输完全不同于流体(例如液体电解质流体)穿过像本文所描述的多孔膜的多孔材料。离子传导介质不流动。弯曲度是隔板膜的电阻率(ρs)与电解质的电阻率(ρe)之比，如下式(1)给出的MacMullin数(Nm)所示，其中ε为孔隙率。
(ρs)/(ρe)＝Nm＝τ2/ε (1)
离子传导介质可以是吸收了具有无限Gurley但仍然能够传输离子的聚合物的固态电解质、凝胶电解质或液体电解质中的至少一种，，并且其τ或弯曲度总是等于1。弯曲度(τ)由下式(2)表示：
τ＝L/x (2)
在式(2)中，L是孔的实际长度，而x是从孔的一端到另一端的直线距离。L和x都显示在图1中。
能量原电池
除非在特定实施方式中另外描述，否则对本文描述的能量原电池没有太多限制，并且可以是一次或二次能量原电池。例如，在优选的实施方式中，能量原电池是电化学能量原电池。能量原电池也可以是一次或二次原电池。如本领域技术人员所理解的，一次原电池是一种被设计为使用一次的电池，并且不像二次原电池或可再充电电池那样被充电且被重复使用。通常，一次原电池中的电化学反应是不可逆的，而二次原电池中的电化学反应是可逆的。在优选的实施方式中，本文的能量原电池为二次电化学能量原电池。
对能量原电池的结构也没有太多限制。它可以包含、由或基本上由阳极、阴极、电解质和隔板组成。在一些实施方式中，能量原电池可以包含、由或基本上由阳极、阴极和固体电解质组成。在一些实施方式中，能量原电池可以包含、由或基本上由阳极、阴极、隔板和电解质组成。隔板可以是如本文所描述的隔板。
在至少一种优选的实施方式中，本文的能量原电池包含、由或基本由下列组成：含有锂的阳极，阴极，以及电解质和隔板、固体电解质和隔板中或者只是固体电解质中的至少一种。
除非在特定实施方式中另外描述，否则对阳极的材料没有太多限制，可以是已知的或发现可被接受的用作阳极材料的任何材料。在一些优选实施方式中，阳极材料是已知的或发现可被接受的含有锂的用作阳极材料的材料。如含有锂的阳极材料可以是选自下列中的至少一种：锂钴氧化物(LCO)；锂锰氧化物(LMO)；磷酸铁锂(LFP)；Li(NixMnyCoz)O2)，其中0.33＞x＞0.9且x+y+z＝1；NCA(Li(NixCoyAlz)O2)，其中0.8＞x＞0.9且x+y+z＝1)；以及其组合。
对阴极材料也没有太多限制，可以是已知的或发现可被接受的用作阴极材料的任何材料。在一些优选的实施方式中，阴极包括选自下列中的至少一种材料：天然石墨、人造石墨、无定形碳、包含锡和/或硅的合金、尖晶石锂钛氧化物以及其组合。
除非在特定实施方式中另有描述，否则对阳极的厚度没有太多限制。在一些优选的实施方式中，阳极的厚度是从约50至约200微米、从约55至200微米、从约60至200微米、从约65至200微米、从约70至200微米、从约75至200微米、从约80至200微米、从约85至200微米、从约90至200微米、从约90至200微米、从约100至200微米、从约105至200微米、从约110至200微米、从约115至200微米、从约120至200微米、从约125至200微米、从约130至200微米、从约135至200微米、从约140至200微米、从约145至200微米、从约150至200微米、从约155至200微米、从约160至200微米、从约170至200微米、从约180至200微米、或从约200微米。在一些优选的实施方式中，阳极厚度是从约61微米或更高。在一些优选的实施方式中，厚度为约90微米或更高。在其他优选的实施方式中，厚度是从约122微米或更高。参见图19，该图示出了当电极厚度在约61微米或更高、约90微米或更高或约122微米或更高时，即使当充电高于3.5C(1C＝2.3mA/cm2)时，锂沉积也不开始。在一些实施方式中，即使在5.0C或更高、6.0C或更高、7.0C或更高、8.0C或更高或者9.0C或更高的充电速率下，Li沉积也可被避免。当提及阳极的厚度时，“约”这个词意指±5微米。
对阴极的厚度也没有太多限制。阴极的厚度是从约50至约200微米、从约60至200微米、从约70至200微米、从约80至200微米、从约90至200微米、从约100至200微米、从约110至200微米、从约120至200微米、从约130至200微米、从约140至200微米、从约150至200微米、从约160至200微米、从约170至200微米、从约180至200微米或者从约190至200微米。在一些优选的实施方式中，阴极的厚度可以为约74微米或更高、约111微米或更高、或约148微米或更高。参见图19，其示出了当电极厚度为约74微米或更高、约111微米或更高或者约148微米或更高时，即使在高于3.5C(1C＝2.3mA/cm2)充电时，锂沉积也不会开始。在一些实施方式中，即使在5.0C或更高、6.0C或更高、7.0C或更高、8.0C或更高或者9.0C或更高的充电速率下，Li沉积也可被避免。当提及阴极的厚度时，词语“约”意指±5微米。
厚度和锂沉积在充电(安全)过程中。厚度和原电池速率能力恒定的充电容量。放电和充电动力学相似。专注于充电动力学。需注意的是，对于给定的电化学系统、固定的化学性质、材料的粒径和其他添加剂，我们假设有效的电化学反应面积是相对固定的。图17示出了在起始状态(t＝0)下对电极厚度1X和2X的4C充电速率系统。图18示出了动态状态(t＞0)下对电极厚度1X和2X的4C充电速率系统。
除非在特定实施方式中另有描述，否则对阳极的孔隙率没有太多限制。在一些实施方式中，其为约15％(0.15)或更高；在一些实施方式中，其为约20％(0.2)或更高；在一些优选的实施方式中，其为约30％(0.3)或更高；且在一些甚至更优选的实施方式中，其为约40％(0.4)或更高。当提及阳极孔隙率时，词语“约”意指±5％。如图20所示，当阳极孔隙率是约15％或更高、约20％或更高、约30％或更高或者约40％或更高时，即使当充电速率等于或大于3.0C时，锂沉积也不会在原电池中开始。在一些实施方式中，即使当充电速率等于或大于3.5C、4.0C、4.5C、5.0C、6.0C、7.0C或更高时，锂沉积可能也不会开始。在图20中，改变电极的厚度，以使每个实施例具有相同数量的活性材料，因此该变量不影响结果。
对阴极的孔隙率也没有太多限制。在一些实施方式中，其为约10％(0.1)或更高；或在优选的实施方式中，为约15％(0.15)或更高、约20％(0.20)或更高或者约30％(0.3)或更高。当提及阴极孔隙率时，词语“约”意指±5％。如图20所示，当阴极孔隙率是约10％或更高、约15％或更高、约20％或更高或约30％或更高时，即使当充电速率等于或大于3.5C时，锂沉积也不会在原电池中开始。在一些实施方式中，即使在等于或大于3.5C、4.0C、4.5C、5.0C、6.0C、7.0C或更高的充电速率下，锂沉积可能也不会开始。在图20中，改变电极的厚度，以使每个实施例具有相同数量的活性材料，因此该变量不影响结果。
除非在特定实施方式中另有描述，否则对阳极的弯曲度也没有太多限制。在一些优选的实施方式中，阳极弯曲度是约1.2或更低、约1.3或更低、约1.5或更低或者约1.7或更低。在一些实施方式中，阳极弯曲度是1.0或更高且2.0或更低。在一些优选的实施方式中，阳极弯曲度是从约1.0至约1.3或从1.0至1.3。当提及阳极弯曲度时，“约”意指±0.2。如图21所示，当阳极弯曲度在1.0和1.3之间时，即使当充电速率等于或大于3.5C时，锂沉积在原电池中也不会开始。当弯曲度在1.0和1.7之间时，即使当充电速率等于或大于3.0C时，锂沉积在电池中也不会开始。在一些实施方式中，即使如果在大于4.0C、4.5C、5.0C、6.0C或7.0C的充电速率下，锂沉积可能也不会开始。
同样地，除非在特定实施方式中另有描述，否则对阴极的弯曲度没有太多限制。在一些优选的实施方式中，阴极弯曲度是约1.7或更低、约1.5或更低、约1.3或更低或者约1.2或更低。阴极弯曲度可低至1.0或高至约2.0。在一些优选的实施方式中，阴极弯曲度在约1.0和约1.5之间或在约1.2和约2.5之间。当提及阴极弯曲度时，“约”意指±0.2。如图21中所示，当阳极弯曲度在1.0和1.3之间时，即使当充电速率等于或大于3.5C，锂沉积在原电池中也不会开始。当弯曲度在1.0和1.7之间时，即使当充电速率等于或大于3.0C时，锂沉积在电池中也不会开始。在一些实施方式中，即使如果在大于4.0C、4.5C、5.0C、6.0C或7.0C的充电速率下，锂沉积也可能不会开始。
阳极和阴极材料如上所述。在一些优选的实施方式中，将阳极和阴极材料与粘合剂结合来形成阳极和阴极。除非在特定实施方式中另有描述，否则对该组合中阳极或阴极材料和粘合剂的相对含量没有太多限制。在一些优选的实施方式中，活性材料(即，阴极或阳极材料)的量是从80wt.％至99.9wt.％。在一些优选的实施方式中，该量是从90至99.9wt.％，并且在一些其他优选的实施方式中，该数量是从95至99.9wt.％。
在图22中，提供了一种依据本文公开的示例性的原电池。
除阳极和阴极之外，本文中的能量原电池还可包含电解质或电解质和隔板。
除非在特定实施方式中另有描述，否则对隔板没有太多限制，可以是本文描述的任何隔板。除非在特定实施方式中另有描述，否则对电解质没有太多限制，可以是已知的或发现的在一次或二次能量原电池中有用的任何电解质。在一些优选的实施方式中，电解质可以选自：碳酸亚乙酯(EC)、碳酸乙基甲基酯(EMC)、碳酸二乙酯(DEC)、碳酸二甲酯(DMC)、碳酸亚丙酯(PC)以及其组合。
在一些实施方式中，电解质可包含添加至其中的电解质添加剂。
只要电解质与本文所述目标一致，对本文所描述的电解质添加剂没有太多限制。电解质添加剂可以是电池制造商，特别是锂电池制造商为改善电池性能而通常添加的任何添加剂。例如，在《用于锂离子电池的电解质添加剂综述》(电源，162卷，第2期，2006年，第1379-1394页)中公开的示例性电解质添加剂，该文的全部内容通过引用并入本文。在一些优选的实施方式中，电解质添加剂是选自下列中的至少一种：SEI改进剂、阴极保护剂、阻燃添加剂、LiPF6盐稳定剂、过充保护剂、铝腐蚀抑制剂、锂沉积剂或改进剂或溶剂化促进剂、铝腐蚀抑制剂、润湿剂和粘度改进剂。在一些实施方式中，添加剂可具有一种以上的特性，例如，其可以是润湿剂和粘度改进剂。
示例性的SEI改进剂包括VEC(碳酸乙烯基亚乙酯)、VC(碳酸亚乙烯基酯)、FEC(碳酸氟亚乙酯)、LiBOB(双(草酸锂)硼酸锂)。示例性的阴极保护剂包括N，N’-二环己基碳二亚胺、N，N-二乙氨基三甲基硅烷、LiBOB。示例性的阻燃添加剂包括TTFP(三(2,2,2-三氟乙基)磷酸酯)、氟化碳酸亚丙酯、MFE(甲基九氟丁基甲醚)。示例性的LiPF6盐稳定剂包括LiF、TTFP(三(2,2,2-三氟乙基)亚磷酸酯)、1-甲基-2-吡咯烷酮、氟化氨基甲酸酯、六甲基磷酰胺。示例性的过充保护剂包括二甲苯、环己基苯、联苯、2,2-二苯丙烷、碳酸苯基叔丁酯。示例性的Li沉积改进剂包括AlI3、SnI2、十六烷基三甲基氯化铵、全氟聚醚、具有长烷基链的四烷基氯化铵。示例性的离子拯救增强剂包括12-冠-4、TPFPB(三(五氟苯基))。示例性的铝腐蚀抑制剂包括LiBOB、LiODFB，例如硼酸盐。示例性的润湿剂和粘度稀释剂包括环己烷和P2O5。
阳极或阴极
除非在特定实施方式中另有描述，否则对本文所描述的阳极或阴极没有太多限制，可以是类似于并入本文所描述的能量原电池中的那些。然而，在本标题下所述的阳极和阴极并没并入能量原电池中，但它们可能会在将来使用。
复合体、车辆或设备
一种复合体，包含如本文上述的电池隔板和一个或多个电极，例如阳极、阴极或阳极和阴极，电极被设置成与隔板直接接触。对电极的类型没有太多限制。例如，电极可以是适用于锂离子二次电池的那些。
合适的阳极可具有大于或等于372mAh/g，优选≥700mAh/g，且最优选≥1000mAH/g的能量容量。阳极由锂金属箔或锂合金箔(例如锂铝合金)或锂金属和/或锂合金的混合物以及诸如碳(例如焦炭、石墨)、镍、铜的材料构成。阳极不是仅由含锂的插层间化合物或含锂的插入化合物制得。
合适的阴极可以是与阳极兼容的任何阴极，并且可包括插层化合物、插入化合物或电化学活性聚合物。合适的插层材料包括，例如MoS2、FeS2、MnO2、TiS2、NbSe3、LiCoO2、LiNiO2、LiMn2O4、V6O13、V2O5和CuCl2。合适的聚合物包括，例如聚乙炔、聚吡咯、聚苯胺和聚噻吩。
本文上述的任何隔板、能量原电池或阳极或阴极都可被用于完全或部分由电池供电的任何车辆(例如，电动汽车)或设备(例如，手机或笔记本电脑)中。
根据至少选定的实施方式、方面或目的，本公开或发明可提供或可致力于新的或改进的隔板、电池隔板、电极、阴极、阳极、电池、原电池、系统；和/或设计、理解、制造和/或使用这类用于锂电池(尤其是二次锂电池，例如二次锂离子电池)和/或CE、ESS和/或EDV电池的隔板、电池隔板、电极、阴极、阳极、原电池、系统和/或类似物的方法。根据至少特定的实施方式，本公开或发明致力于采用这种新思路、定义和/或数据来观察或定义弯曲度、孔隙率、锂沉积和原电池设计的新的或改进的方法。另外，本文公开的是方法、系统和电池组件，其用于延长电池寿命、减少电池故障、减少枝晶、减少锂沉积、保持充电和放电速率、改进的配置、改善的性能和/或之类的。
根据至少选定的实施方式、方面或目的，本公开或发明可提供或可致力于新的或改进的隔板、电池隔板、电极、阴极、阳极、电池、原电池、系统；和/或设计、理解、制造和/或使用这类用于锂电池(尤其是二次锂电池，诸如二次锂离子电池)和/或CE、ESS和/或EDV电池的隔板、电池隔板、电极、阴极、阳极、原电池、系统和/或的类似物的方法，例如，包括：
一种改进的多孔膜或电池隔板，其包括多孔膜，当被电解质润湿时，多孔膜具有下列特性中的至少一种：
无体积或体积小；
无质量或质量轻；
尽可能多地吸收液体电解质；
阻挡或去除电解质中的任何有害物质；
在任何高温下不熔化；
在任何条件下不与阴极或阳极反应；
具有等于或大于钢的机械强度；
在任何情况下都是电绝缘体；
阻止金属枝晶生长
上述电池隔板，其中，当被电解质润湿时，隔板无体积或体积小。
上述电池隔板，其中，当被电解质润湿时，隔板无质量或质量轻。
上述电池隔板，其中，当被电解质润湿时，隔板尽可能多地吸收液体电解质。
上述电池隔板，其中，当被电解质润湿时，隔板阻止枝晶。
上述电池隔板，其中，当被电解质润湿时，隔板在任何高温下不熔化。
上述电池隔板，其中，当被电解质润湿时，隔板在任何条件下不与阴极或阳极反应。
上述电池隔板，其中，当被电解质润湿时，隔板具有等于或大于钢的机械强度。
上述电池隔板，其中，当被电解质润湿时，隔板在任何情况下都是电绝缘体。
上述电池隔板，其中，当被电解质润湿时，隔板阻止金属枝晶生长。
上述电池隔板，其中，隔板具有至少两种这些特性。
上述电池隔板，其中，隔板具有至少三种这些特性。
上述电池隔板，其中，隔板具有至少四种这些特性。
上述电池隔膜，其中，隔板具有至少五种这些特性。
上述电池隔板，其中，隔板具有至少六种这些特性。
上述电池隔板，其中，隔板具有至少七种这些特性。
上述电池隔板，其中，隔板具有至少八种这些特性。
上述电池隔膜，其中，隔板具有至少九种这些特性。
上述电池隔板，其中，电池隔板是大孔、微孔或纳米孔的，并且这些孔填充有离子传导介质。
上述电池隔板，其中，隔板在干燥(无电解质)时和/或在被电解质润湿时传导锂离子。
上述电池隔板，其中，隔板具有无限的Gurley值。
上述电池隔板，其中，隔板具有无限的Gurley值。
一种能够在大于或等于3.0C(1C＝2.3mA/cm2)的充电速率下充电而没有锂沉积的能量原电池，该能量原电池包括：
含有锂的阳极；和
阴极
上述能量原电池，其中，充电速率大于或等于3.5C。
上述能量原电池，其中，充电速率大于或等于4.0C。
上述能量原电池，其中，充电速率等于或大于4.5C。
上述能量原电池，其中，充电速率等于或大于3.0C，但小于5.0C。
上述能量原电池，其中，阳极的厚度是从约50至约200微米。
上述能量原电池，其中，阳极的厚度是从约60至约200微米。
上述能量原电池，其中，阳极的厚度是从约60至约125微米。
上述能量原电池，其中，阴极的厚度是从约50至约200微米。
上述能量原电池，其中，阴极的厚度是从约75至约200微米。
上述能量原电池，其中，阴极的厚度是从约75至约150微米。
上述能量原电池，其中，阳极孔隙率大于或等于15％。
上述能量原电池，其中，阳极孔隙率大于或等于20％。
上述能量原电池，其中，阳极孔隙率大于或等于30％。
上述能量原电池，其中，阳极孔隙率大于或等于40％。
上述能量原电池，其中，阳极孔隙率大于或等于15％，但小于或等于50％。
上述能量原电池，其中，阴极孔隙率大于或等于10％。
上述能量原电池，其中，阴极孔隙率大于或等于15％。
上述能量原电池，其中，阴极孔隙率大于或等于20％。
上述能量原电池，其中，阴极孔隙率大于或等于30％。
上述能量原电池，其中，阴极孔隙率大于或等于10％，但小于40％。
上述能量原电池，其中，阳极弯曲度小于或等于2.0。
上述能量原电池，其中，阳极弯曲度小于或等于1.7。
上述能量原电池，其中，阳极弯曲度小于或等于1.5。
上述能量原电池，其中，阳极弯曲度小于或等于1.3。
上述能量原电池，其中，阳极弯曲度小于或等于1.2。
上述能量原电池，其中，阳极弯曲度大于或等于1.2且小于或等于1.3。
上述能量原电池，其中，阴极弯曲度小于或等于2.0。
上述能量原电池，其中，阴极弯曲度小于或等于1.7。
上述能量原电池，其中，阴极弯曲度小于或等于1.5。
上述能量原电池，其中，阴极弯曲度小于或等于1.3。
上述能量原电池，其中，阴极弯曲度小于或等于1.2。
上述能量原电池，其中，阴极弯曲度大于或等于1.2且小于或等于1.5。
上述能量原电池，其中，包含锂的阳极包括选自：锂钴氧化物(LCO)；锂锰氧化物(LMO)；磷酸铁锂(LFP)；Li(NixMnyCoz)O2)，其中0.33＞x＞0.9且x+y+z＝1；NCA(Li(NixCoyAlz)O2)，其中0.8＞x＞0.9且x+y+z＝1；以及其组合中的至少一种材料。
上述能量原电池，其中，阴极包含选自下列中的至少一种材料：天然石墨、人造石墨、无定形碳、含锡和/或硅的合金、尖晶石锂钛氧化物以及其组合。
上述能量原电池，还包含电解质。
上述能量原电池，其中，电解质选自：碳酸亚乙酯(EC)、碳酸乙基甲基酯(EMC)、碳酸二乙酯(DEC)、碳酸二甲酯(DMC)、碳酸亚丙酯(PC)以及其组合。
上述能量原电池，其中，电解质包括电解质添加剂。
上述能量原电池，还包含上述膜或电池隔板。
一种阳极，其包含锂。
上述阳极，具有约50至约200微米的厚度。
上述阳极，其中，阳极的厚度是从约60至约200微米。
上述阳极，其中，阳极的厚度是从约60至约125微米。
上述阳极，其中，阳极孔隙率大于或等于15％。
上述阳极，其中，阳极孔隙率大于或等于20％。
上述阳极，其中，阳极孔隙率大于或等于30％。
上述阳极，其中，阳极孔隙率大于或等于40％。
上述阳极，其中，阳极孔隙率大于或等于15％，但小于或等于50％。
上述阳极，其中，阳极弯曲度小于或等于2.0。
上述阳极，其中，阳极弯曲度小于或等于1.7。
上述阳极，其中，阳极弯曲度小于或等于1.5。
上述阳极，其中，阳极弯曲度小于或等于1.3。
上述阳极，其中，阳极弯曲度小于或等于1.2。
上述阳极，其中，阳极弯曲度大于或等于1.0且小于或等于2.0。
上述阳极，其中，阳极弯曲度大于或等于1.2且小于或等于1.3。
一种阴极。
上述阴极，其中，阴极的厚度是从约50至约200微米。
上述阴极，其中，阴极的厚度是从约75至约200微米。
上述阴极，其中，阴极的厚度是从约75至约150微米。
上述阴极，其中，阴极孔隙率大于或等于10％。
上述阴极，其中，阴极孔隙率大于或等于15％。
上述阴极，其中，阴极孔隙率大于或等于20％。
上述阴极，其中，阴极孔隙率大于或等于30％。
上述阴极，其中，阴极孔隙率大于或等于10％，但小于40％。
上述阴极，其中，阴极弯曲度小于或等于2.0。
上述阴极，其中，阴极弯曲度小于或等于1.7。
上述阴极，其中，阴极弯曲度小于或等于1.5。
上述阴极，其中，阴极弯曲度小于或等于1.3。
上述阴极，其中，阴极弯曲度小于或等于1.2。
上述阴极，其中，阴极弯曲度大于或等于1.2且小于或等于1.5。
上述含锂的阳极，其中，含锂的阳极包括选自下列中的至少一种材料：锂钴氧化物(LCO)、锂锰氧化物(LMO)、磷酸铁锂(LFP)、(Li(NixMnyCoz)O2)(其中0.33＞x＞0.9且x+y+z＝1)、NCA(Li(NixCoyAlz)O2)(其中0.8＞x＞0.9且x+y+z＝1)以及其组合。
上述阴极，其中，阴极包含选自下列中的至少一种材料：天然石墨、人造石墨、无定形碳、含有锡和/或硅的合金、尖晶石锂钛氧化物以及其组合。
新的或改进的隔板、电池隔板、电极、阴极、阳极、电池、原电池、系统；和/或设计、理解、制造和/或使用这类用于锂电池(尤其是二次锂电池，诸如二次锂离子电池)和/或CE、ESS和/或EDV电池的隔板、电池隔板、电极、阴极、阳极、原电池、系统和/或类似物的方法；采用这种新思路、定义和/或数据观察或定义弯曲度、孔隙率、锂沉积和原电池设计的新的或改进的方法；新的或改进的方法、系统和电池组件，用于延长电池寿命、减少电池故障、减少枝晶、减少锂沉积、保持充电和放电速率、改进的配置、改善的性能和/或其组合；和/或如本文中所示、所描述或所要求保护的类似物。
根据至少选定的实施方式，本公开或发明致力于新的或改进的隔板、电池隔板、电极、阴极、阳极、电池、原电池、系统；和/或设计、理解、制造和/或使用这种用于锂电池(尤其是二次锂电池，诸如二次锂离子电池)和/或CE、ESS和/或EDV电池的此类隔板、电池隔板、电极、阴极、阳极、原电池、系统和/或类似物的方法。根据至少特定的实施方式，本公开或发明致力于采用这种新思路、定义和/或数据来观察或定义弯曲度、孔隙率、锂沉积和原电池设计的新的或改进的方法。另外，本文公开的是方法、系统和电池组件，其用于延长电池寿命、减少电池故障、减少枝晶、减少锂沉积、保持充电和放电速率、改进的配置、改善的性能和/或之类的。
根据至少特定的实施方式，本文公开的是包含多孔膜的改进的电池隔板，该多孔膜在被电解质润湿时具有下列特性中的至少一种：无体积或体积小；无质量或质量轻；尽可能多地吸收液体电解质；阻挡或去除电解质中的任何有害物质；在任何高温下不熔化；在任何条件下不与阴极或阳极反应；具有等于或大于钢的机械强度；在任何情况下都是电绝缘体；阻止金属枝晶生长。本文还公开的是能量原电池，其中即使在高充电速率下锂沉积也不会发生。能量原电池可包含本文公开的改进的隔板。能量原电池还包括含有锂的阳极和含有碳质物质的阴极(在一些实施方式中)。本文还公开的是与能量原电池分离的阳极和阴极，但是它们可用在本文公开的能量原电池中。
仅出于说明的目的提出了对结构和方法的前述书面描述。各实施例用来公开包括最佳模式的示例性实施方式，并且还能使任何本领域的技术人员实践这项发明，包括制造和使用任何设备或系统以及执行任何相关联的方法。这些实施例并非旨在穷举或将本发明限制于所公开的精确步骤和/或形式，并且根据以上教导，许多修改和变更是可能的。本文描述的特性可以通过任何组合方式来组合。本文所描述的方法的步骤可以按物理上可行的任何顺序执行。本发明的可专利范围由所附权利要求书限定，并且可包括本领域的技术人员想到的其他实施例。如果这类其他实施例具有与权利要求的字面语言没有区别的结构元素，或者如果它们包括与权利要求的字面语言没有实质性差异的等同结构元素，则它们意在权利要求的范围内。
所附权利要求书的组成和方法不被限于本文所描述的具体组成和方法的范围内，其旨在作为权利要求的若干方面的说明。功能上等同的任何组成和方法都旨在落在权利要求的范围内。除了本文所示和所描述的那些之外，组成和方法的各种修改也旨在落在所附权利要求的范围内。此外，尽管仅具体描述了本文公开的特定的有代表性的组成和方法步骤，但是组成和方法步骤的其他组合也旨在落在所附权利要求书的范围内，即使没有具体叙述。因此，步骤、元素、组件或组分的组合可在本文中被明确地或不那么明确地提及，但是，即使没有明确说明，步骤、元素、组件和组分的其他组合也被包括在内。
当用在说明书和所附权利要求书中时，除非上下文另有明确说明，单数形式的“一”、“一个”和“该”包括复数指称。范围在本文中可被表示为从“约”一个特定值和/或至“约”另一特定值。当表达这样一个范围时，另一种实施方式包括从一个特定值和/或至另一个特定值。类似地，当通过使用先行词“约”将数值表示为近似值时，其应被理解为该特定值形成另一种实施方式。进一步应理解，每个范围的端点在与其他端点的关系中都是重要的，并且独立于其他端点。“可选的”或“可选地”是指随后描述的事件或情况可能发生或可能不发生，并且该描述包括所述事件或情况发生的实例和不发生的实例。
在本说明的整个说明书和权利要求书中，词语“包含”以及该词语的变体，诸如“分词形式的包含”和“单数形式的包含”，意思是“包括但不限于”，并且无意排除，例如其他添加剂、组分、整数或步骤。术语“基本上由...组成”和“由...组成”可用来代替“包含”和“包括”，以提供本发明更具体的实施方式，并且其也被公开。“示例性的”意指“...的一个例子”，而无意传达其为优选或理想实施方式的意思。“诸如”不是用于限制性意义，而是用于说明或示例性目的。
除了注明的之外，所有在说明书和权利要求书中使用的表示几何形状、尺寸等的数字应至少被理解成不是试图将等同原则的应用限制在权利要求的范围内，并根据有效数字的数目和常规的四舍五入方法来解释。
除非另有定义，否则本文使用的所有技术和科学术语具有与所公开的发明所属领域的技术人员通常理解的含义相同的含义。本文所引用的出版物以及其所引用的资料通过引用被明确地并入本文。
另外，本文说明性地公开的本发明可适当地在不存在本文未具体公开的任何要素的情况下实施。

Claims (21)

1.一种改进的电池隔板，包含多孔膜，该多孔膜在被电解质润湿时具有下列特性中的至少一种：
无体积或体积小；
无质量或质量轻；
尽可能多地吸收液体电解质；
阻挡或去除电解质中的任何有害物质；
在任何高温下都不熔化；
在任何条件下都不与阴极或阳极发生反应；
具有等于或大于钢的机械强度；
在任何情况下都是电绝缘体；
阻止金属枝晶生长。
2.如权利要求1所述的电池隔板，具有以下中的至少一种：
其中，当被电解质润湿时，隔板没有体积或体积小；
其中，当被电解质润湿时，隔板没有质量或质量轻；
其中，当被电解质润湿时，隔板尽可能多地吸收液态电解质；
其中，当被电解质润湿时，隔板阻止枝晶；
其中，当被电解质润湿时，隔板在任何高温下都不熔化；
其中，当被电解质润湿时，隔板在任何条件下都不与阴极或阳极发生反应；
其中，当被电解质润湿时，隔板具有等于或大于钢的机械强度；
其中，当被电解质润湿时，隔板在任何情况下都是电绝缘体；
和，
其中，当被电解质润湿时，隔板阻止金属枝晶的生长。
3.如权利要求1所述的电池隔板，其中，所述隔板具有至少两种这些特性。
4.如权利要求1所述的电池隔板，其中，所述隔板具有至少三种这些特性。
5.如权利要求1所述的电池隔板，其中，所述隔板具有至少四种这些特性。
6.如权利要求1所述的电池隔板，其中，所述隔板具有至少五种这些特性。
7.如权利要求1所述的电池隔板，其中，所述隔板具有至少六种这些特性。
8.如权利要求1所述的电池隔板，其中，所述隔板具有至少七种这些特性。
9.如权利要求1所述的电池隔板，其中，所述隔板具有至少八种这些特性。
10.如权利要求1所述的电池隔板，其中，所述隔板具有至少九种这些特性。
11.如权利要求1至10中的任一项所述的电池隔板，其中，所述电池隔板具有以下中的至少一种：
其中，所述电池隔板是大孔、微孔或纳米孔，并且孔中填充有离子传导介质；
其中，所述隔板在干燥(无电解质)和/或被电解质润湿时传导锂离子；
和，
其中，所述隔板具有无限的Gurley值。
12.一种能量原电池，能够在大于或等于3.0C(1C＝2.3mA/cm2)的充电速率下充电而没有锂沉积，该能量原电池包含：
含锂的阳极；和
阴极。
13.如权利要求12所述的能量原电池，其具有以下中的至少一项：
其中，充电速率大于或等于3.5C；
其中，充电速率大于或等于4.0C；
其中，充电速率等于或大于4.5C；
其中，充电速率等于或大于3.0C，但小于5.0C；
其中，阳极的厚度是从约50至约200微米；
其中，阳极的厚度是从约60至约200微米；
其中，阳极的厚度是从约60至约125微米；
其中，阴极的厚度是从约50至约200微米；
其中，阴极的厚度是从约75至约200微米；
其中，阴极的厚度是从约75至约150微米；
其中，阳极孔隙率大于或等于15％；
其中，阳极孔隙率大于或等于20％；
其中，阳极孔隙率大于或等于30％；
其中，阳极孔隙率大于或等于40％；
其中，阳极孔隙率大于或等于15％，但小于或等于50％；
其中，阴极孔隙率大于或等于10％；
其中，阴极孔隙率大于或等于15％；
其中，阴极孔隙率大于或等于20％；
其中，阴极孔隙率大于或等于30％；
其中，阴极孔隙率大于或等于10％，但小于40％；
其中，阳极弯曲度小于或等于2.0；
其中，阳极弯曲度小于或等于1.7；
其中，阳极弯曲度小于或等于1.5；
其中，阳极弯曲度小于或等于1.3；
其中，阳极弯曲度小于或等于1.2；
其中，阳极弯曲度大于或等于1.2且小于或等于1.3；
其中，阴极弯曲度小于或等于2.0；
其中，阴极弯曲度小于或等于1.7；
其中，阴极弯曲度小于或等于1.5；
其中，阴极弯曲度小于或等于1.3；
其中，阴极弯曲度小于或等于1.2；
其中，阴极弯曲度大于或等于1.2且小于或等于1.5；
其中，阳极包含锂，并且包含选自下列中的至少一种材料：锂钴氧化物(LCO)；锂锰氧化物(LMO)；磷酸铁锂(LFP)；(Li(NixMnyCoz)O2)，其中0.33＞x＞0.9且x+y+z＝1；NCA(Li(NixCoyAlz)O2)，其中0.8＞x＞0.9且x+y+z＝1；以及其组合；
其中，阴极包含选自下列中的至少一种材料：天然石墨、人造石墨、无定形碳、含有锡和/或硅的合金、尖晶石锂钛氧化物；以及其组合；
进一步包含电解质，并且其中，电解质选自：碳酸亚乙酯(EC)、碳酸乙基甲基酯(EMC)、碳酸二乙酯(DEC)、碳酸二甲酯(DMC)、碳酸亚丙酯(PC)；以及其组合；
和，
其中，电解质包含电解质添加剂。
14.如权利要求12或13所述的能量原电池，进一步包含权利要求1至11中任一项所述的隔板。
15.如权利要求12或13所述的能量原电池，具有以下中的至少一项：
阳极具有约50至约200微米的厚度，
其中，阳极的厚度是从约60至约200微米；
其中，阳极的厚度是从约60至约125微米；
其中，阳极孔隙率大于或等于15％；
其中，阳极孔隙率大于或等于20％；
其中，阳极孔隙率大于或等于30％；
其中，阳极孔隙率大于或等于40％；
其中，阳极孔隙率大于或等于15％，但小于或等于50％；
其中，阳极弯曲度小于或等于2.0；
其中，阳极弯曲度小于或等于1.7；
其中，阳极弯曲度小于或等于1.5；
其中，阳极弯曲度小于或等于1.3；
其中，阳极弯曲度小于或等于1.2；
其中，阳极弯曲度大于或等于1.0且小于或等于2.0；
和，
其中，阳极弯曲度大于或等于1.2且小于或等于1.3。
16.如权利要求12或13所述的能量原电池，其中，阴极具有下列中的至少一项：
其中，阴极的厚度是从约50至约200微米；
其中，阴极的厚度是从约75至约200微米；
其中，阴极的厚度是从约75至约150微米；
其中，阴极孔隙率大于或等于10％；
其中，阴极孔隙率大于或等于15％；
其中，阴极孔隙率大于或等于20％；
其中，阴极孔隙率大于或等于30％；
其中，阴极孔隙率大于或等于10％，但小于40％；
其中，阴极弯曲度小于或等于2.0；
其中，阴极弯曲度小于或等于1.7；
其中，阴极弯曲度小于或等于1.5；
其中，阴极弯曲度小于或等于1.3；
其中，阴极弯曲度小于或等于1.2；
和，
其中，阴极弯曲度大于或等于1.2且小于或等于1.5。
17.如权利要求16所述的能量原电池，其中，阳极包含选自下列中的至少一种材料：锂钴氧化物(LCO)；锂锰氧化物(LMO)；磷酸铁锂(LFP)；(Li(NixMnyCoz)O2)，其中0.33＞x＞0.9且x+y+z＝1；
NCA(Li(NixCoyAlz)O2)，其中0.8＞x＞0.9且x+y+z＝1；以及其组合。
18.如权利要求12至17中任一项所述的能量原电池，其中，阴极包含选自下列中的至少一种材料：天然石墨、人造石墨、无定形碳、含有锡和/或硅的合金、尖晶石锂钛氧化物；以及其组合。
19.如权利要求12至18中任一项所述的能量原电池，包含或被包括在二次锂电池中。
20.一种锂电池或锂原电池，其中，改进包括如权利要求1至11中任一项所述的隔板。
21.新的或改进的隔板、电池隔板、电极、阴极、阳极、电池、原电池、系统；和/或设计、理解、制造和/或使用这类用于锂电池，尤其是诸如二次锂离子电池的二次锂电池，和/或CE、ESS和/或EDV电池的隔板、电池隔板、电极、阴极、阳极、原电池、系统和/或类似物的方法；采用此类新思路、定义和/或数据观察或定义弯曲度、孔隙率、锂沉积和原电池设计的新的或改进的方法；新的或改进的方法、系统和电池组件，用于延长电池寿命、减少电池故障、减少枝晶、减少锂沉积、保持充电和放电速率、改进的配置、改善的性能和/或其组合；和/或如本文所示出、描述或要求保护的类似物。
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