CN110915040A - 可用于双极电池组件的电池极板及制备方法 - Google Patents

Abstract

一种电池极板，具有基板，所述基板具有相反表面和一个或多个非平面结构以及设置在所述相反表面中的至少一个上的一种或多种活性材料；其中所述电池极板包括以下中的一者或多者：i)设置在所述活性材料内但不延伸超出所述活性材料的一个或多个突起部；ii)突起超出所述活性材料并且基本上不含所述活性材料或由所述活性材料形成的粉尘的一个或多个突起部；和/或iii)围绕所述基板的周边的框架，所述框架突起超出所述活性材料并且基本上不含所述活性材料或由所述活性材料形成的粉尘；并且其中所述电池极板适于形成电池组件中的一个或多个电化学电池单元的一部分。

Description

可用于双极电池组件的电池极板及制备方法

技术领域

本公开总体涉及可用于双极电池组件的电池极板及此类组件的制备方法。本公开特别可用于具有非平面结构的电池极板的制备。

背景技术

双极电池在本领域中是已知的，参见Tatematsu US 2009/0042099，其全文以引用方式并入本文。双极电池相对于其他电池设计提供优势，诸如可扩缩性、相对高的能量密度、高功率密度以及设计灵活性。双极电池包括多个双极板和两个单极端板。双极板和单极板是通过将活性材料施加在基板的一个或两个相反表面上来形成。双极板是通过将阴极材料(常常称为正极活性材料(PAM))施加在基板的一个表面上并将阳极材料(常常称为负极活性材料(NAM))施加在基板的相反表面上来形成。单极板是通过将活性材料(正极活性材料或负极活性材料)施加在基板的一个表面上以分别制成阴极电极或阳极电极来形成。导电片可设置在基板与阳极材料或阴极材料之间。双极板以堆叠布置，使得一个极板的阳极材料面向下一个极板的阴极材料。在大多数组件中，相邻极板之间定位有电池隔板，所述电池隔板允许电解质从阴极材料流到阳极材料。极板之间的空间中设置有电解质，所述电解质是允许电子和离子在阳极与阴极材料之间流动的材料。双极板之间设置有隔板和电解质的极板的相邻表面形成电化学电池单元，其中在阳极材料与阴极材料之间交换电子和离子。电池的结构被布置成使得由双极板形成的每个电池单元被密封以防止电解质流出电池单元。用于密封每个电化学电池单元的结构与极板的在基板上不具有阳极或阴极材料的部分接触。此外，电池隔板可延伸超出基板的其上布置有阳极和阴极材料的部分，以帮助密封电池单元。每个电池单元具有连接到电池单元的电流导体，以用于将电子从电池单元传输到一个或多个端子，电子从一个或多个端子传输到负载，所述负载实质上是以电力形式使用电子的另一系统。在常规设计中，电池极板的堆叠设置在壳体中，所述壳体围绕所述极板的堆叠密封并且具有定位在电池外侧的一对或多对正负极端子。每一对都连接到电流导体，所述电流导体进一步连接到如本文所描述的多个电池单元中的一个。

对双极电池性能至关重要的是对双极板或单极板的基板上的糊料重量和糊料厚度的控制。传统上，使用涂浆设备将活性糊料施加到铅合金板栅，当适当的金属板栅在皮带支撑下通过涂浆设备下方时，涂浆设备将糊料泵送通过孔口。所述过程被设计来将糊料施加至板栅的厚度，以控制糊料的厚度和重量。皮带式涂浆设备可用于将活性糊料涂覆在双极板上。通常，双极板被设计为平坦极板。平坦双极板可通过糊料盒下方，所述糊料盒安设有桩靴(shoe)以控制糊料高度。通常，首先施加正极活性材料，然后将双极板翻转并使其通过第二涂浆线下方以沉积负极活性材料。可使用皮带式涂浆设备来涂覆具有糊料框架的双极板。可使用皮带式涂浆设备来涂覆具有糊料框架的单极板。在双极和/或单极板通过糊料盒下方时，将糊料沉积到由双极和/或单极板的框架形成的槽袋中。可能需要向槽袋的底部添加垫片，以使双极板在其通过糊料盒下方时在以高压将糊料泵送到双极板上时的挠曲最小化。可翻转双极板，并且可在极板的反面上将糊料施加到槽袋。当电池极板通过盒下方时，双极板框架的前缘和后缘得以涂布有糊料薄层，所述糊料薄层随后必须移除以使所形成电池在操作期间发生短路的可能性最小化。一些群组已经对有时由塑料制成的板栅进行涂覆，所述板栅被设定大小以配合到双极板中或双极板上。通过这样做，避免了必须清洁框架的前缘和后缘；然而，缺点是增加了成本并且降低了能量密度。可用于这些过程的所得双极板的设计是没有突出部的平面表面，并且另外，任何平面特征通常与糊料厚度一致。因此，需要二次清洁操作以确保不存在可能干扰双极板的密封或由双极板形成的电池的操作的糊料粉尘或膜。这些过程对于设置在电池极板堆叠的端部处的单极板的制造也存在类似的问题。

所需要的是允许制备以下双极板和单极板的过程：其中电池极板可以是非平面的，包括弯曲或部分弯曲的表面，具有基本上不含糊料和来自糊料的粉尘的突出超出糊料的突出部，具有增强糊料与基板的结合的嵌入极板中的突出部，等等。所需要的是有助于此类电池极板的制备的过程。

发明内容

本公开涉及一种电池极板，其包括：a)基板，所述基板具有与第二表面相反的第一表面和一个或多个非平面结构；b)一种或多种活性材料，所述一种或多种活性材料设置在所述第一表面、所述第二表面、或所述第一表面和所述第二表面两者上；其中所述电池极板具有以下特征中的一者或多者：i)从所述基板的所述第一表面、所述第二表面或两者延伸的一个或多个突起部，所述一个或多个突起部设置在所述活性材料内并且不延伸超出所述活性材料；ii)从所述基板延伸的一个或多个突起部，所述一个或多个突起部突起超出所述活性材料，并且其中超出所述活性材料的所述一个或多个突起部的表面基本上不含所述活性材料或由所述活性材料形成的粉尘；和/或iii)围绕所述基板的周边的框架，其中所述框架或其一部分在横向于所述活性材料沉积在其上的所述一个或多个表面的方向上突起超出所述活性材料，并且基本上不含所述活性材料或由所述活性材料形成的粉尘；并且其中所述电池极板适于形成电池组件中的一个或多个电化学电池单元的一部分。

本公开进一步涉及其中所述电池组件包括一个或多个的多个所述电池极板的堆叠，所述一个或多个堆叠包括：a)一个或多个双极板，所述一个或多个双极板包括所述基板，所述基板具有：i)设置在所述第一表面上以充当阳极的第一活性材料跟与所述第一表面相对地结合到所述第一活性材料的第一传递片；以及ii)设置在所述第二表面上以充当阴极的第二活性材料和与所述第二表面相对地结合到所述第二活性材料的第二传递片；b)第一单极板，所述第一单极板包括所述基板，所述基板具有设置在所述第一表面上以充当阳极的第一活性材料跟与所述第一表面相对地结合到所述第一活性材料的第一传递片，而所述相反的第二表面不含任何活性材料；以及c)第二单极板，所述第二单极板包括所述基板，所述基板具有不含任何活性材料的第一表面，以及设置在所述第二表面上以充当阴极的第二活性材料和与所述第二表面相对地结合到所述第二活性材料的第二传递片；以及d)设置在每一对相邻的电池极板之间的液体电解质，其中所述液体电解质与定位在所述一对电池极板之间的空间中的所述阳极和所述阴极一起起作用以形成电化学电池单元；其中所述多个电池极板被布置成使得所述基板的其上设置有所述阴极的表面面向另一个电池极板的其上沉积有所述阳极的表面，并且其中所述第一单极板和所述第二单极板定位在每个电池极板堆叠的相反端部处；并且其中每个传递片包括多孔材料，所述多孔材料适于防止所述活性材料穿透所述传递片的孔，同时允许液体电解质穿过所述传递片。

本公开进一步涉及一种组装电池极板的方法，其包括：a)将传递片放置在电极模具中的活动板上，其中所述活动板与所述电极模具中的开口相对地设置并且能够在所述电极模具中的所述开口的方向上移动并穿过所述电极模具中的所述开口；b)将呈糊料形式的活性材料注射到所述活动板上的所述传递片上，使得所述活性材料形成呈由至少所述活动板形成的形状的层；c)将基板放置在所述模具中的所述开口上方，使得所述基板的所述表面中的期望将所述活性材料定位在其上的一个的区域与所述模具中的所述活性材料对齐；d)使所述活动板穿过所述模具的所述开口伸出，直到所述活性材料与所述基板接触并与其结合；以及e)使所述活动板远离所述基板回缩到所述模具中，使得所述活性材料保持结合到所述基板极板的所述表面中的一个，并且所述传递片保持结合到所述活性材料的与所述活性材料的结合到所述基板的所述表面中的一个的表面相反的表面。

本文所公开的电池极板可用于电池组件，所述电池组件用于存储电力并产生电力以用于在各种环境中使用。所公开的电池组件以较低的所需体积和重量提供高功率输入，由此提供高功率密度。所述电池组件被设计为可承受操作期间产生的压力和热量，而不对制品的外表面造成过度损坏，并且使得液体电解质包含在制品中。所公开的电池极板和组件可使用常规的材料、过程进行组装，基于可用的包装空间而适应于不同形状的空间，并允许按比例缩放大小以递送变化的能量水平。装置不要求具有指定的顶部部分和底部部分要求使得一个部分在重力方向上向下指向的取向。所公开的电池极板和方法允许制备没有活性材料(例如，糊料)或来自活性材料的粉尘接触基板的一个或多个非平面结构的电池极板。所公开的电池极板和方法的有利之处在于：具有不含活性材料的非平面结构以允许与一个或多个其他非平面结构形成密封而在其间没有活性材料。通过在非平面结构之间不含活性材料，防止了液体电解质和/或气体的潜在泄漏路径，并且因此避免了电池组件的潜在短路。所述方法需要较少的资金来运行并允许较高的吞吐量。特别地，用于将糊料施加到表面的循环时间可为约2秒或更大、约15秒或更小、约10秒或更小、或甚至约6秒或更小。

附图说明

图1是电池极板的透视图。

图2是电池极板的透视图。

图3示出双极板的横截面。

图4示出双极板的横截面。

图5示出用于将糊料传递到传递片上的模具的平面视图。

图6示出定位在模具的活动托盘上的其上施加有糊料的传递片的横截面。

图7示出用于利用模具制备电池极板的过程。

图8A示出具有活动板的模具。

图8B示出糊料到定位在模具内的传递片的施加。

图8C示出传递片和糊料到基板以形成电池极板的施加。

图9是电池极板堆叠的局部分解视图。

图10是电池极板堆叠的透视图。

图11示出电池组件的横截面。

图12示出具有端板的电池组件的端部。

图13示出隔膜的施加。

图14是电池组件的透视图。

图15是隔板的平面视图。

图16是电池组件的透视图。

图17是电池组件的平面视图。

图18是电池组件沿图17的截面A-A的横截面。

图19是电池组件沿图17的截面B-B的横截面。

图20是电池组件沿图17的截面C-C的横截面。

图21是电池组件的平面视图。

图22是电池组件沿图21的截面E-E的横截面。

图23是电池组件沿图21的截面F-F的横截面。

图24A是隔板的平面视图。

图24B是图24A的隔板的插入件的近距离视图。

具体实施方式

本文呈现的解释和说明意图使本领域其他技术人员熟悉本教义、其原理及其实际应用。所阐述的本教义的具体实施方案并非意图是详尽的或限制本教义。本教义的范围应参考所附权利要求以及此类权利要求享有的等效物的全部范围来确定。所有文章和参考文献(包括专利申请和公布)的公开内容是出于所有目的以引用方式并入。其他组合也是可能的，如将从以下权利要求搜集的，所述权利要求也特此以引用方式并入本书面描述中。

电池极板

本公开涉及可用于用作双极板(bipolar plate)、单极板、双极性板(dual polarplate)、类似物或其任何组合的电池极板。电池极板可充当一个或多个电极，包括一种或多种电活性材料，是电化学电池单元的一部分，形成一个或多个密封结构的一部分，或其任何组合。多个电池极板可起作用以在电池组件内传导电流(即，离子和电子流)。多个电池极板可形成一个或多个电化学电池单元。例如，一对电池极板(在其间可具有隔板和/或电解质)可形成电化学电池单元。存在的电池极板的数量可被选择为提供期望电池电压。电池组件设计在可产生的电压方面提供灵活性。多个电池极板可具有任何期望横截面形状，并且所述横截面形状可被设计为配合使用环境中可用的包装空间。横截面形状可以是指从片的面的角度来看的极板的形状。灵活的横截面形状和大小允许所公开的组件的制备适应其中使用电池的系统的电压和大小需求。相对的端板可在其间夹置多个电池极板。一个或多个电池极板可包括一个或多个非平面结构。

非平面结构可意指电池极板的表面的形状可以是极板可起作用的任何形状。非平面结构可以是从电池极板的平面部分突起和/或凹入到其中的任何特征。非平面结构可意指电池极板可以是非平面电池极板。非平面结构可包括相对于穿过极板的任何平面的一个或多个凹入表面和/或突出表面。一个或多个非平面结构可以是规则或不规则的形状。所述形状可包括一个或多个凹表面或凸表面。非平面结构中包括长方形、圆柱形、半球形、角锥形、锯齿形等。一个或多个非平面结构可包括一个或多个插入件、凸出部、框架、突起部、开口、肋部、波纹结构或其任何组合。一个或多个非平面结构可起作用以形成一个或多个密封件、通道或两者。一个或多个非平面结构可以是基板的一部分。一个或多个非平面结构可起作用以增加基板、电池极板或两者的总表面积。例如，具有波纹表面的基板与具有相对平面的表面的基板相比可具有更大的表面积。更大的表面积可允许增大的电压、电流或两者。一个或多个非平面结构可在电池极板的任何部分之内。在电池极板堆叠内，电池极板的平面和/或非平面结构可以是相同的，以便提供电池极板帮助形成的电化学电池单元的有效运行。多个电池极板可包括一个或多个单极板、一个或多个双极板或其任何组合。

一个或多个电池极板可包括一个或多个双极板。一个或多个双极板可包括单个或多个双极板。如本文所用，多个意指多于一个极板。双极板包括基板。基板可呈具有两个相反面的片的形式。阴极和阳极定位在相反面上。阴极和阳极可呈施加到基板上的糊料的形式。阴极、阳极或两者可包括传递片。双极板可在电池组件中布置在一个或多个堆叠中，使得一个双极板的阴极面向另一个双极板或单极板的阳极，并且每个双极板的阳极面向双极板或单极板的阴极。

一个或多个电池极板可以是一个或多个单极板。一个或多个单极板可包括单个或多个单极板。一个或多个单极板可包括定位在多个电池极板的每个相反端部处的单极板。相对单极板可包括定位在其间的一个或多个双极板。一个或多个单极板可定位在一个或多个端板附近，可以是一个或多个端板的一部分，或者可以是一个或多个端板。例如，单极板中的每一个可定位在相邻端板与相邻双极板之间。一个或多个单极板可附接到一个或多个端板。一个或多个单极端板可附连到端板，如美国专利号8,357,469；9,553,329；以及美国专利申请公布号2017/0077545中任一者中所教导；所述文献出于所有目的以引用方式整体并入本文。一个或多个单极端板可包括一个或多个加强结构，如美国专利申请公布号2017/0077545中所公开。一个或多个单极板可由在双极板中的一个或多个中使用的相同的基板、阳极和阴极制备而成。电池组件的一个单极板可具有其上设置有阴极的基板。电池组件的一个单极板可具有其上设置有阳极的基板。阴极、阳极或两者可呈施加到基板上的糊料的形式。阴极、阳极或两者可包括传递片。单极板的与阳极或阴极相反和/或面向端板的表面或一侧可以是基板的裸露表面。

一个或多个电池极板可包括一个或多个双极性板。偶极电池极板可起作用以：促进使一个或多个电池极板堆叠与一个或多个其他电池极板堆叠电连接；简化两个或更多个堆叠的制造和组装；或两者。使用双极性板堆叠来电连接两个或更多个电池极板堆叠可允许：将单个电池极板堆叠形成为标准大小(例如，若干极板和/或电化学电池单元)，然后进行组装以形成双极电池组件；容易地改变单独电池极板堆叠的数量以增加或减少双极电池组件所产生的功率；或两者。双极性板可包括一个或多个基板。一个或多个基板可包括单个基板或多个基板。一个或多个基板可包括一个或多个导电基板、一个或多个非导电基板、或两者的组合。多个导电基板可包括第一导电基板和第二导电基板。例如，双极性板可包括第一导电基板和第二导电基板，其间定位有非导电基板。又如，双极性板可包括非导电基板。又如，双极性板可包括单个导电基板。双极性板的一个或多个基板包括相反表面。相反表面可具有与所述表面的一部分沉积在一起和/或与其接触的阳极、阴极、电流导体、集流体或其任何组合。双极性板的导电基板可具有沉积在一个表面或两个相反表面上的阳极或阴极。在相反表面上具有相同的阳极或阴极可通过仅需要(例如，通过正极或负极电流导体)到一个或多个堆叠的另一个电流导体(例如，单极板的正极或负极电流导体或端子)的一个电连接来简化制造。双极性板的基板可具有设置在一个表面或两个相反表面上的集电体。集电体可设置在阴极或阳极与基板的表面之间。示例性双极性板以及到电池组件中的集成公开在美国专利号9,685,677；9,825,336；以及美国专利申请公布号2018/0053926中；所述文献出于所有目的以引用方式整体并入本文。

一个或多个电池极板可包括一个或多个基板。一个或多个基板可起作用以：为阴极和/或阳极提供结构支撑；作为电池单元分隔，以便防止电解质在相邻电化学电池单元之间流动；与其他电池部件协作以围绕电池极板边缘形成不透电解质的密封，所述其他电池部件可位于电池的外表面上；以及在一些实施方案中，用于将电子从一个表面传输到另一个。取决于功能或电池化学性质，基板可由多种材料形成。基板可由以下材料形成：所述材料在结构上足够稳固以提供期望电池极板的基干，承受超出电池构造中使用的任何导电材料的熔点的温度，并且在与电解质(例如，硫酸溶液)接触期间具有高化学稳定性、使得基板在与电解质接触时不降解。基板可由合适的材料形成，和/或以允许将电力从基板的一个表面传输到相反的基板表面的方式进行配置。基板可由导电材料(例如，金属材料)形成，或者可由非导电材料形成。示例性非导电材料可包括聚合物，诸如热固性聚合物、弹性体聚合物、或热塑性聚合物、或其任何组合。基板可包括总体上不导电的基板(例如，电介质基板)。非导电基板可具有构造在其中或其上的导电特征。可采用的聚合物材料的实例包括聚酰胺、聚酯、聚苯乙烯、聚乙烯(包括聚对苯二甲酸乙二酯、高密度聚乙烯和低密度聚乙烯)、聚碳酸酯(PC)、聚丙烯、聚氯乙烯、生物基塑料/生物聚合物(例如，聚乳酸)、硅树脂、丙烯腈丁二烯苯乙烯(ABS)或其任何组合(诸如PC/ABS(聚碳酸酯和丙烯腈丁二烯苯乙烯的共混物))。可使用复合基板。复合材料可包含加强材料，诸如本领域中通常已知的纤维或填料；两种不同的聚合物材料，诸如热固性芯和热塑性壳或者围绕热固性聚合物的周边的热塑性边缘；或设置在非导电聚合物中的导电材料。基板可在极板的边缘处包括或具有可结合的、优选地可熔融结合的热塑性材料。一个或多个基板可具有一个或多个非平面结构。一个或多个非平面结构可与基板成一体或附连到基板。一个或多个非平面结构可模制为基板的一部分。一个或多个非平面结构可包括一个或多个凸起边缘、框架、插入件、突出部、突起部、开口等、或其任何组合。

一个或多个基板可具有围绕周边的凸起边缘，以便有助于电池极板的堆叠和电化学电池单元的形成。如在本上下文中所用，凸起边缘意指位于极板的两个相反表面中的至少一个上的凸起边缘。凸起边缘可包括围绕另一种基板材料形成的热塑性边缘部分。凸起边缘可充当隔离板，如本文所描述。基板或基板的周边可以是非导电材料并且可以是热塑性材料。一个或多个基板可包括框架。框架可包括或者可不包括凸起边缘。围绕基板或集成到基板上的框架可由非导电材料(诸如热塑性材料)构成。非导电材料的使用增强了电池堆叠外侧的密封。框架可包括形成在其中的一个或多个组装辅助件。当进行堆叠以形成电池组件时，组装辅助件可起作用以帮助将一个或多个基板、隔板或两者对准并保持在适当位置。组装辅助件可包括一个或多个突起部、凹入部、或两者。例如，来自框架的一个表面的一个或多个凸形突起部可与相邻基板和/或隔板的框架的一个或多个凹形凹坑对准并座置在其内。框架的一个或多个凹形凹坑可定位在框架的与一个或多个凸形突起部相反的表面上。

电池极板中的一个或多个可包括阴极。阴极可以是能够在电池中充当阴极的任何材料，并且可呈电池中常用的任何形式。双极板可包括阴极，所述阴极位于与其上沉积有阳极的表面相反的表面上并且与另一个双极板或单极板的阳极相对。单极板可具有阴极，所述阴极沉积在与几乎没有阴极或阳极的表面相反的、与邻近端板的表面相反的、或两者的表面上。阴极也称为正极活性材料(PAM)。正极活性材料可包括锂、铅、碳或通常在锂离子、镍金属氢化物或铅酸二次电池中使用的过渡金属的复合氧化物、硫酸盐化合物或磷酸盐化合物。复合氧化物的实例包括基于Li/Co的复合氧化物(诸如LiCoO₂)、基于Li/Ni的复合氧化物(诸如LiNiO₂)、基于Li/Mn的复合氧化物(诸如尖晶石型LiMn₂O₄)、以及基于Li/Fe的复合氧化物(诸如LiFeO₂)。过渡金属和锂的示例性磷酸盐和硫酸盐化合物包括LiFePO₄、V₂O₅、MnO₂、TiS₂、MoS₂、MoO₃、PbO₂、AgO、NiOOH等。阴极材料可呈允许阴极材料在电化学电池单元中充当阴极的任何形式。示例性形式包括成型零件、呈糊料形式、预制片或膜。对于电池中的铅酸，优选阴极材料是二氧化铅(PbO₂)。

电池极板中的一个或多个可包括阳极。阳极可以是能够在电池中充当阳极的任何材料，并且可呈电池中常用的任何形式。双极板可包括阳极，所述阳极位于与其上沉积有阴极的表面相反的表面上并且与另一个双极板或单极板的阴极相对。单极板可具有阳极，所述阳极沉积在与几乎没有阴极或阳极的表面相反的、与邻近端板的表面相反的、或两者的表面上。阳极也称为负极活性材料(NAM)。阳极材料可包括二次电池(包括铅酸、镍金属氢化物和锂离子电池)中所使用的任何材料。可用于构造阳极的示例性材料包括铅、碳或锂和过渡金属的复合氧化物(诸如氧化钛或钛和锂的复合氧化物)等。用于铅酸电池的负极材料可以是海绵铅。阴极材料可呈允许阴极材料在电化学电池单元中充当阴极的任何形式。示例性形式包括成型零件、呈糊料形式、预制薄片或膜。糊料组合物可包含许多有益的添加剂，包括用于加强的絮凝物或玻璃纤维、用于糊料稳定性的各种利加诺有机(ligano-organic)化合物、以及导电添加剂诸如碳，特别是对于负极活性材料。对于铅酸电池，阳极材料的优选形式为海绵铅。阳极和阴极被选择成一旦形成包括电池单元的电路就一起工作以充当电化学电池单元。

阳极和/或阴极可具有任何期望的形状或厚度。阳极和/或阴极可具有与阳极和/或阴极设置在其上的基板、传递片或两者匹配、不匹配、互补和/或不互补的形状。阳极和/或阴极可具有与基板、传递片或两者类似地形成的非平面结构。阳极和/或阴极可具有与基板不同的形状。阳极和/或阴极可具有形成在其中的一个或多个凹入部、突出部、突起部、开口、肋部、波纹结构或其组合，其与阳极和/或阴极设置在其上的基板、传递片或两者的一个或多个凹入部、突起部、开口、肋部、波纹结构或其组合匹配且对准。阳极和/或阴极的一个表面可与基板、传递片或两者互补，而相反表面是不互补的。阳极和/或阴极的一个表面可与基板、传递片或两者互补，而阳极和/或阴极的相反表面与另一个传递片、基板或两者互补。例如，设置在基板上的阳极和/或阴极的表面可与表面基板互补，而设置在传递片上的同一极和/或阴极的表面可与传递片的表面互补。

阳极和/或阴极可跨每一者具有相同的厚度，或者厚度可以变化。阳极和/或阴极可具有约0.3mm或更大、约0.5mm或更大、或甚至约1mm或更大的厚度。阳极和/或阴极可具有约3mm或更小、约2mm或更小、或甚至约1.5mm或更小的厚度。设置在基板的一个表面与传递片的表面之间的负极活性材料层或正极活性材料层的厚度可以是均一的或者可根据特定电池组件的需要而变化。跨负极活性材料、正极活性材料或两者的层的厚度的变化可为约0％或更大、约25％或更大、或甚至约50％或更大。跨负极活性材料、正极活性材料或两者的层的厚度的变化可为约90％或更小、约80％或更小、或甚至约75％或更小。

一个或多个电池极板可包括一个或多个传递片。传递片可起作用以：限定负极活性材料(例如，阳极)或正极活性材料(例如，阴极)的一个表面，诸如当在模具中形成时；有助于将负极活性材料或正极活性材料从模具传递到基板的表面；或两者。传递片可设置在负极活性材料或正极活性材料的表面上。传递片可设置在负极活性材料或正极活性材料的与和基板接触的表面相反的表面上。传递片可基本上覆盖负极活性材料或正极活性材料的表面。负极活性材料或正极活性材料的与传递片相反的表面可与基板接触。传递片可具有用于与模具、基板、正极活性材料、负极活性材料或其组合协作的任何合适的形状。传递片可以是平面的、非平面的、或两者的。传递片可包括一个或多个非平面结构。非平面结构可以是突出部、突起部、凹入部、开口、肋部、波纹结构或其组合。一个或多个非平面结构可被形成为与基板的那些互补或不互补。传递片可包括一个或多个开口。所述一个或多个开口可与基板的一个或多个开口对准。开口可享有与关于基板所描述的那些相同的特征中的一个或多个。一个或多个非平面结构可与基板的那些结构不互补。例如，传递片可具有波纹结构，而基板是总体上平面的。波纹结构可允许施加在传递片上的正极活性材料或负极活性材料的表面具有互补的波纹结构，而相反表面是基本上平面的并且适形于基板。当将呈在模具中形成的形状的负极活性材料或正极活性材料传递到基板时，负极活性材料或正极活性材料在一个表面上结合到基板并且在相反表面上结合到传递片。负极活性材料层或正极活性材料层可以是基板的一个表面与传递片的表面之间的相对薄的层。因此，此类层的边缘相对薄并且可通过所形成结构来保护。例如，负极活性材料、正极活性材料、传递片或其组合的边缘可通过电池极板、基板或两者的框架来保护。

传递片可由一种或多种材料制备而成。所述一种或多种材料可起作用以：抵抗腐蚀；允许离子从阳极传递到阴极和/或反之亦然；或其任何组合。传递片可由在存在电解质的情况下可不降解的任何材料制备而成。电解质(诸如硫酸)可以是非常有腐蚀性的。传递片可以是多孔的。多孔材料可有利于允许含有离子的电解质穿过传递片。通过允许电解质穿过，传递片作为电化学电池单元的一部分协作以允许阳极和阴极起作用以共同地产生电子。孔隙可具有合适的大小，使得传递糊料不穿过传递片。传递片可包括以下任何材料，所述材料：可承受暴露于电解质；可从模具基座剥离并结合到负极活性材料和正极活性材料；防止正极活性材料和负极活性材料从中穿过；以及可形成期望孔隙。传递片的孔隙可通过提供期望孔隙大小的任何手段来形成。期望孔隙大小可在微米范围中。传递片的孔隙的孔隙大小可为约35微米或更大、约150微米或更大、约250微米或更大、或甚至约500微米或更大。传递片的孔隙的孔隙大小可为约2000微米或更小、约1500微米或更小、约1000微米或更小、或甚至约800微米或更小。传递片可由织造和非织造结构形成。传递片可由被处理以引入孔隙的合适材料的片形成。引入孔隙的过程可包括化学成孔剂、冲孔、钻孔等。此类结构的实例包括吸附玻璃垫、稀松布、裱糊纸、纤维素等。传递片可由玻璃或聚合物材料制备而成。可用的聚合物材料可以是聚酯、聚烯烃、天然或合成橡胶、天然纤维素、合成纤维素等。可由其制备成传递片的示例性材料包括聚乙烯隔板、多孔橡胶隔板或两者。合适的聚乙烯隔板可包括来自Entek的RhinoHide和各种Daramic材料。合适的多孔橡胶隔板可以是来自Amerace、AGM、Hollingworth&Vose等的那些。传递片可具有以下任何厚度：起作用以将活性材料保持在适当位置；允许从模具传递到基板；允许电解质和离子从中传递穿过；或其任何组合。传递片的厚度可为约10μm或更大、约250μm或更大、或甚至约500μm或更大。传递片的厚度可为约4mm或更小、约2mm或更小、或甚至约1mm或更小。

在表面上具有负极活性材料或正极活性材料的双极板或单极板可具有结合到活性材料的传递片。活性材料可以是指电活性材料、阴极、阳极、结合到阴极或阳极的传递片、或其任何组合。在组装电池极板和电池组件之前，传递片可起作用以：保护活性材料；支持将活性材料从模具传递到基板；允许在活性材料内形成一个或多个非平面结构；或其任何组合。一旦电池极板被组装为电池组件的一部分，一个或多个传递片就可驻留在一个或多个电化学电池单元内。一个或多个传递片可结合或代替隔板起作用以执行隔板的功能。

电池组件

电池组件可包括一个或多个电化学电池单元。电化学电池单元可由在其间具有相反的阳极和阴极对的一对相对电池极板形成。一个或多个电化学电池单元可被密封。电化学电池单元的(即，相反的阳极和阴极对之间的)空间可包含一个或多个隔板、传递片、电解质或其组合。例如，电化学电池单元的空间可包括两个传递片、位于两个传递片之间的隔板、以及电解质。例如，电化学电池单元的空间可包括两个传递片和电解质，而不含明显的隔板。电化学电池单元可通过可形成封闭的电化学电池单元的以下项来密封：围绕一个或多个通道形成的一个或多个密封件；电池极板、隔板或两者的一个或多个框架和/或边缘；或其任何组合。封闭的电化学电池单元可与环境密封隔开以防止电池单元的泄漏和短路。

电池组件可包括电解质。电解质可允许电子和离子在阳极与阴极之间流动。电解质可定位在电化学电池单元内。由于一个或多个电化学电池单元可以是密封的，因此电解质可以是液体电解质。电解质可以是有助于与所使用的阳极和阴极发生电化学反应的任何液体电解质。电解质可以是基于水的或基于有机的。可用于本文中的基于有机的电解质包括溶解在有机溶剂中的电解质盐。在锂离子二次电池中，要求锂包含在电解质盐中。对于含锂的电解质盐，例如，可使用LiPF₆、LiClO₄、LiBF₄、LiAsF₆、LiSO₃CF₃和LiN(CF₃SO₂)₂。这些电解质盐可单独使用或两种或更多种结合使用。有机溶剂应与隔板、传递片、阴极和阳极以及电解质盐相容。优选的是使用即使向其施加高压也不分解的有机溶剂。例如，优选的是使用：碳酸盐，诸如碳酸亚乙酯(EC)、碳酸丙烯酯(PC)、碳酸丁烯酯、碳酸二甲酯(DMC)、碳酸二乙酯和碳酸甲乙酯；环醚，诸如四氢呋喃(THF)和2-甲基四氢呋喃；环酯，诸如1,3-二氧戊烷和4-甲基二氧戊环；内酯，诸如γ-丁内酯；环丁砜；3-甲基环丁砜；二甲氧基乙烷、二乙氧基乙烷、乙氧基甲氧基甲烷和乙基二甘醇二甲醚。这些溶剂可单独使用或两种或更多种结合使用。液体电解质中电解质的浓度优选地应为0.3至5摩尔/升。通常，电解质在1摩尔/升附近显示出最高电导率。液体电解质优选地应占电解质的30至70重量％，并且尤其是40至60重量％。水性电解质包括可增强电池单元的运行的酸或盐水溶液。优选的盐和酸包括硫酸盐、硫酸钠盐或硫酸钾盐。盐或酸以足以促进电池单元操作的量存在。基于电解质的重量，浓度可为约0.5重量％或更大、约1.0重量％或更大、或约1.5重量％或更大。铅酸电池中的优选电解质是硫酸水溶液。电解质可能够穿过电化学电池单元的一个或多个隔板、传递片或两者。

电池组件可包括或者不含一个或多个隔板。一个或多个隔板可起作用以：分隔电化学电池单元(即，将电化学电池单元的阴极与电化学电池单元的阳极分隔开)；防止由于枝状晶体形成引起的电池单元的短路；允许液体电解质、离子、电子或这些元素的任何组合穿过；或其任何组合。执行所陈述功能中的一个或多个的任何已知电池隔板都可用于本教义的电池组件。一个或多个隔板可定位在电化学电池单元的阳极与阴极之间。一个或多个隔板可定位在一对相邻电池极板之间，这可包括在双极板之间或在双极板与单极板之间。隔板可由非导电材料制备而成，诸如多孔聚合物膜、玻璃垫、多孔橡胶、离子导电凝胶或天然材料(诸如木材)等。隔板可包含穿过隔板的孔隙或曲折路径，其允许电解质、离子、电子或其组合穿过隔板。孔隙可被设定大小，如本文关于传递片的孔隙大小所描述。可用作隔板的其他示例性材料是吸附玻璃垫和多孔超高分子量聚烯烃隔膜等。隔板可围绕其周边和/或在内部附接到一个或多个端板、电池极板、其他隔板或其任何组合。隔板可穿过其接收一个或多个立柱。例如，延伸穿过一个或多个端板、一个或多个电池极板和/或一个或多个隔板的堆叠的一个或多个立柱可将多个电池极板和一个或多个隔板的堆叠保持在一起。隔板可具有比相邻的阴极和阳极的面积大的横截面积或表面积。更大面积可允许将同一电化学电池单元的阳极与阴极隔离。隔板可将电池单元的阴极部分与电池单元的阳极部分完全分离。隔板的边缘可接触相邻电池极板的周边边缘。隔板、电池极板或两者的边缘可不具有设置在其上的阳极或阴极，以便将电池单元的阳极部分与电池单元的阴极部分完全分离。将活性材料施加到传递片、然后将传递片施加到基板在确保隔板和电池极板的边缘不含活性材料方面可以是特别有利的。一个或多个传递片在电化学电池单元内的使用可允许电化学电池单元不含隔板(如果需要的话)。

一个或多个隔板可包括框架。框架可起作用以与相邻电池极板的边缘或框架匹配并在电化学电池单元与电池外侧之间形成密封。框架可附接到隔板或与隔板成一体。框架可使用将隔板结合到框架并且可承受暴露于电解质溶液的任何手段围绕形成隔板的片的周边附接到隔板。例如，框架可通过围绕隔板的周边粘合剂结合、熔融结合或模制框架来附接。框架可通过任何已知的模制技术(例如热成型、注射模制、旋转模制、吹塑模制、压缩模制等)模制在适当位置。框架可通过注射模制围绕隔板片形成。框架可包含凸起边缘，其适于匹配围绕电池极板的基板的周边设置的凸起边缘。电池极板基板和隔板的框架中的一者或两者中的凸起边缘可匹配以形成电池堆叠的公共边缘并增强电化学电池单元与电池外侧之间的密封。为了围绕多个电池极板和一个或多个隔板的边缘进行密封以防止电解质和释出气体从电化学电池单元泄漏、隔离电化学电池单元以防止短路，可使用内或外骨架密封系统来密封制品，如共同拥有的美国专利公布号2010/0183920、2014/0349147、2015/0140376和2016/0197373中所公开，所述文献以引用方式整体并入。

电池组件可包括一个或多个插入件。一个或多个插入件可包括多个插入件。一个或多个插入件可起作用以：与一个或多个其他插入件互锁；限定穿过堆叠的一个或多个通道的一部分；沿一个或多个通道形成防漏密封；与一个或多个阀协作；或其任何组合。一个或多个插入件可以是一个或多个端板、电池极板、隔板或其任何组合的一部分。一个或多个插入件可不含活性材料、传递片或两者。一个或多个插入件可具有以下任何大小和/或形状：与电池极板、端板、隔板或其组合的一个或多个插入件互锁；形成通道的一部分；沿一个或多个通道形成防漏密封；与一个或多个阀协作；或其任何组合。一个或多个插入件可被形成或附接到端板、电池极板的基板、隔板或其组合。一个或多个插入件可定位在电池极板、隔板、端板或其组合的周边内。一个或多个插入件可从基板、隔板、端板或其组合的表面突起，由此形成一个或多个凸起插入件。一个或多个插入件可从电池极板的基板、隔板的中央部分、或两者突起。一个或多个插入件可从基板、隔板、端板或其组合的表面基本上正交地或倾斜地突起。一个或多个插入件可附接到电池极板、隔板、端板或其组合的一部分或与其成一体。与表面成一体并且从表面突起的插入件可限定为凸出部。与插入件从其突起的表面相反的表面可具有互补的凹入部以允许凸出部的形成。互补的凹入部可将另一个插入件接收在其中，由此允许通道的形成。一个或多个插入件可具有从中穿过的一个或多个开口。一个或多个插入件可以是同心的并且围绕一个或多个开口形成。一个或多个插入件可沿开口的长度延伸。密封表面可形成在一个或多个开口的外径与一个或多个插入件的内侧之间。例如，基板、端板和/或隔板的可基本上垂直于电池组件的纵轴的、位于插入件与开口之间的表面可以是密封表面。一个或多个插入件可能够与相邻的电池极板、隔板和/或端板的一个或多个插入件互锁，以围绕通道形成防漏密封。例如，一个或多个电池极板可被机加工或形成为在与插入件相对的表面上包含用于隔板、电池极板和/或端板的凸出部、插入件、套筒或衬套的匹配的凹入部。一个或多个插入件可穿过一个或多个活性材料、传递片或两者的一个或多个非平面结构。例如，一个或多个插入件可穿过活性材料和传递片的开口(例如，空隙)以允许与相邻插入件互锁。一个或多个合适的插入件可以是美国专利号8,357,469；9,553,329；以及美国专利申请公布号2017/0077545中所公开的那些；所述文献出于所有目的以引用方式整体并入本文。一个或多个插入件可包含一个或多个通气孔。一个或多个隔板的一个或多个插入件可包含一个或多个通气孔。一个或多个通气孔可允许所选择流体从一个或多个电化学电池单元传送到一个或多个通道。电化学电池单元中的每一个可独立地电化学地形成。

电池组件可包括一个或多个开口。一个或多个开口可包括多个开口。开口可起作用以：形成一个或多个通道；容纳一个或多个密封件；将一个或多个端板、电池极板、隔板或其组合附连到彼此；或其任何组合。一个或多个开口可形成在端板、电池极板、隔板、活性材料、传递片或其任何组合中的一者或多者中。端板、电池极板、隔板、活性材料、传递片或其组合的一个或多个开口可与一个或多个其他端板、电池极板、隔板、活性材料、传递片或其任何组合的一个或多个开口对准(即，与其基本上同心)。一个或多个开口可在跨电池组件的长度的横向方向上对准。横向方向可基本上平行于制品的纵轴。横向方向可基本上垂直于基板的可在其上沉积阴极和/或阳极的相反表面。开口可机加工(例如，铣削)而成、在基板的制造期间(例如，通过模制或成形操作)形成、或以其他方式制造而成。糊料中的开口可在糊料施加过程期间形成。开口可具有笔直的和/或光滑的内壁或表面。在基板中形成的开口的大小和频率可影响电池的电阻率。一个或多个开口可具有能够穿过其接收立柱的直径。活性材料和/或传递片中的一个或多个开口可具有能够穿过其接收立柱、插入件或两者的直径。开口可具有约0.2mm或更大、约1mm或更大、约2mm或更大、或甚至约5mm或更大的直径。开口可具有约30mm或更小、约25mm或更小、或甚至约20mm或更小的直径。传递片和/或活性材料(例如，糊料)的一个或多个开口可具有比隔板、基板、电池极板、端板或其组合的开口和/或插入件的直径大的直径。电池极板和/或基板的一个或多个开口与同一电池极板和/或基板的一个或多个其他开口相比可具有更大的直径。开口可以是另一个开口的约至少约1.5倍、至少约2倍、或甚至至少约2.5倍大。开口可以是另一个开口的约4倍或更小、约3.5倍或更小、或甚至约3倍或更小倍大。开口可形成为具有至少约0.02个开口/cm²的密度。开口可形成为具有小于约4个开口/cm²的密度。开口可形成为具有约2.0个开口/cm²至约2.8个开口/cm²的密度。

一个或多个开口可填充有导电材料，例如，含有金属的材料。导电材料可以是在低于基板的热降解温度的温度下经历相变的材料，使得在电池组件的低于相变温度的操作温度下，介电基板通过材料掺加物在基板的第一表面与第二表面之间具有导电路径。另外，在高于相变温度的温度下，导电材料掺加物经历相变，使得禁止通过导电路径的导电性。例如，导电材料可以是或包括焊料材料，例如，包括铅、锡、镍、锌、锂、锑、铜、铋、铟或银中的至少一种或任意两种或更多种的混合物的焊料材料。导电材料可基本上不含任何铅(即，它至多包含痕量的铅)，或者它可包括在功能上可操作量的铅。材料可包括铅和锡的混合物。例如，它可包括大部分锡和小部分铅(例如，约55至约65重量份的锡和约35至约45重量份的铅)。材料可表现出低于约240℃、低于约230℃、低于约220℃、低于约210℃、或甚至低于约200℃(例如，在约180℃至约190℃的范围内)的熔融温度。材料可包括低共熔混合物。使用焊料作为用于填充开口的导电材料的特征在于：焊料具有可根据所使用焊料的类型调定以在对于连续电池操作来说可能不安全的温度下熔融的限定熔融温度。一旦焊料熔融，包含熔融焊料的基板开口将不再导电，并且在电池基板内导致开路。开路可操作以大大增大双极电池内的电阻，从而阻止进一步的电流动并停止电池内的不安全反应。因此，被选择来填充开口的导电材料的类型可根据是否期望电池内包括这种内部停止机构以及如果期望如此那么期望在何种温度下实现这种内部停止而变化。基板将被配置成使得在操作条件超出预定条件的情况下，基板将起作用以通过破坏通过基板的导电性来禁止电池的操作。例如，填充介电基板中的孔的导电材料将经历相变(例如，它将熔融)，使得跨基板的导电性被破坏。破坏的程度可部分地或甚至完全地致使通过基板的导电性的功能被禁止。

电池组件可包括一个或多个通道。一个或多个通道可充当一个或多个通气、填充和/或冷却通道；容纳一个或多个立柱；将一个或多个立柱分布遍及电池组件的内部；防止液体电解质与一个或多个立柱或其他部件接触；或其任何组合。一个或多个通道可由对准的一个或多个端板、电池极板和/或隔板的一个或多个开口形成。一个或多个通道可延伸穿过活性材料、传递片或两者的一个或多个开口。一个或多个通道可称为一个或多个集成通道。一个或多个通道可穿过一个或多个电化学电池单元。一个或多个通道可穿过液体电解质。通道可被密封以防止电解质和操作期间释出的气体进入通道。可使用实现此目的的任何密封方法。一个或多个密封件，诸如一个或多个端板、电池极板和隔板的插入件，可互锁并环绕一个或多个通道以防止液体电解质泄漏到一个或多个通道中。一个或多个通道可在横向方向上穿过电池组件以形成一个或多个横向通道。通道的大小和形状可为允许其容纳一个或多个立柱的任何大小或形状。通道的形状可为圆形、椭圆形或多边形，诸如正方形、矩形、六边形等。容纳一个或多个立柱的通道的大小被选择为适应所使用的立柱。通道的直径可与对准以形成一个或多个通道的开口的直径相等。一个或多个通道包括部件中的一系列开口，所述一系列开口被布置成使得可将立柱放置在所形成通道中、可通过通道传输流体以用于冷却和/或用于通气和填充。通道的数量被选择为支持端板以及端板、电池极板和隔板的边缘防止电解质和在操作期间释出的气体泄漏，并且防止在操作期间产生的压缩力损坏单独电化学电池单元的部件和密封件。可存在多个通道以便使在操作期间产生的压缩力扩散。通道的数量和设计要足以使超出密封件的疲劳强度的边缘应力最小化。多个通道的位置被选择以便使在操作期间产生的压缩力扩散。通道可均匀地散布在堆叠中以更好地处理应力。多个通道可具有约2mm或更大、约4mm或更大、或约6mm或更大的横截面大小。通道横截面大小的上限是实际性。如果大小太大，组件的效率就降低。通道可具有约30mm或更小、约25mm或更小、或甚至约20mm或更小的横截面大小。当通道具有较大的横截面大小时，活性材料的非平面表面可允许补偿或提高的效率。例如，活性材料的波纹形式可允许增大的表面积，并因此允许电池组件的提高的效率。

电池组件可包括位于一个或多个通道与一个或多个立柱之间的密封件。一个或多个密封件可定位在通道中、围绕通道外部定位、和/或围绕立柱定位。密封件可包括防止电解质和在操作期间释出的气体从电化学电池单元泄漏的任何材料或形式。密封件可以是端板、电池极板和/或隔板中的或插入通道中的隔膜、套筒或一系列匹配插入件。隔膜可以是弹性体的。通道可由插入或集成到极板和/或隔板中的一系列套筒、衬套、插入件和/或凸出部形成。插入件和/或凸出部可以是可压缩的或能够彼此互锁以沿通道形成防漏密封。插入件和/或凸出部可诸如通过将其模制在适当位置而形成在电池极板和/或隔板中的适当位置。插入件和/或凸出部可通过注射模制而模制在适当位置。密封件可由以下任何材料制备而成：可承受暴露于电解质、电化学电池单元的操作条件以及通过将立柱插入通道中或由通道中的立柱所施加的力。优选的聚合物材料被描述为可用于立柱和基板。密封件可由放置在双极板和单极板之间的套筒、插入件或衬套形成。套筒或插入件可以是相对刚性的，并且衬套通常将是弹性体的。插入件、凸出部、套筒和/或衬套可适于配合在双极板和单极板和/或隔板中的凹入部内，或者适于具有插入极板的形成一个或多个通道的开口中的端部。双极性板、双极板和单极板可被形成或机加工以包含用于凸出部、插入件、套筒和/或衬套的匹配的凹入部。基板堆叠与凸出部、插入件、套筒或衬套的组装可产生过盈配合，从而有效地密封通道。可替代地，凸出部、插入件、套筒和/或衬套可熔融结合或粘性地结合到极板，以便在接合部处形成密封。可替代地，凸出部、插入件、套筒和/或衬套可在内部涂布有起作用以密封通道的涂层。如上所提及，立柱可起作用以密封通道。设想到可在单个通道中或在不同通道中使用这些密封解决方案的组合。极板堆叠的部件，包括双极性板、单极板和双极板，优选地具有相同形状和公共边缘。这有助于边缘的密封。在存在隔板的情况下，隔板通常具有与电池极板类似的结构以适应横向通道的形成或产生。密封件可以是注入在螺栓与横向通道之间的热固性聚合物，诸如环氧树脂、聚氨酯或丙烯酸聚合物。一个或多个通道可由结合到一个或多个电池极板和/或一个或多个隔板中的开口、结合在所述开口中、和/或与所述开口成一体的插入件、凸出部、套筒和/或衬套形成。一个或多个通道中的一个或多个立柱可施加足够的压力以将插入件、孔、凸出部、套筒和/或衬套保持在适当位置，以形成密封的通路。一个或多个通道可由结合和/或集成到一个或多个电池极板和一个或多个隔板中的插入件和/或凸出部形成。一个或多个立柱可通过粘合剂结合或通过热塑性聚合物的融合或两者结合到电池的一个或多个插入件、凸出部和/或基板。插入件和/或凸出部可通过过盈配合插入一个或多个电池极板和/或隔板或者通过粘合剂结合在适当位置。一个或多个隔板中的插入件和/或凸出部可包含一个或多个通气孔，其可允许一个或多个电化学电池单元与一个或多个通道之间的连通。一个或多个通气孔可允许气体从一个或多个电化学电池单元传输到一个或多个通道，并且防止一种或多种液体(即，电解质)从一个或多个电化学电池单元传输到一个或多个通道。

电池组件可包括隔膜。隔膜可起作用以围绕一个或多个端板、多个电池极板、一个或多个隔板、一个或多个传递片的边缘、一个或多个通道或其任何组合进行密封。隔膜可通过密封端板、电池极板和隔板的边缘并隔离一个或多个电化学电池单元的任何手段而结合到一个或多个端板、多个电池极板和/或一个或多个隔板的边缘。示例性结合方法包括粘合剂结合、熔融结合、振动焊接、射频焊接和微波焊接等。隔膜可以是聚合物材料的片，所述材料可密封端板、单极板和双极板的边缘并且可承受暴露于电解质以及电池在内部和外部所暴露于的条件。可用于电池极板的基板的相同材料可用于隔膜。隔膜可以是可围绕单极板和双极板的基板熔融结合、振动焊接或模制的热塑性聚合物。相同的热塑性聚合物可用于单极基板和双极基板以及隔膜。示例性材料为聚乙烯、聚丙烯、ABS和聚酯，其中ABS是最优选的。隔膜可为其所结合到的堆叠的那一侧的大小，并且隔膜结合到堆叠的每一侧。相邻隔膜的边缘可被密封。边缘可使用粘合剂、熔融结合或模制过程来密封。隔膜可包括围绕堆叠的整个周边包裹的单个整体片。隔膜可具有前缘和后缘。前缘可以是与堆叠接触的第一边缘。后缘可以是施加到堆叠的隔膜的端部或最后部分。前缘和后缘可结合到堆叠、结合到彼此、或两者，以完成隔膜围绕堆叠的密封。这可通过使用粘合剂、通过熔融结合或模制过程来执行。在熔融结合中，将隔膜和/或堆叠的边缘的表面暴露于使一者或两者的表面熔融所处的条件，然后在表面熔融时使隔膜和堆叠的边缘接触。隔膜和堆叠的边缘在表面凝固时结合，从而形成能够将部件密封在一起的结合。隔膜可取自隔膜材料的连续片并切割成期望长度。隔膜的宽度可匹配单极板和双极板的堆叠的高度。隔膜具有足够的厚度以密封单极片和双极片的堆叠的边缘，以便隔离电池单元。隔膜还可充当环绕堆叠的边缘的保护壳体。隔膜可具有约1mm或更大、约1.6mm或更大、或约2mm或更大的厚度。隔膜可具有约5mm或更小、约4mm或更小、或约2.5mm或更小的厚度。在将隔膜结合到堆叠的边缘时，可使用可承受暴露于电解质和电池单元的操作条件的任何粘合剂。示例性粘合剂为塑性粘结剂、环氧树脂、氰基丙烯酸酯胶或丙烯酸酯树脂。可替代地，隔膜可通过围绕电池极板堆叠的一部分或全部模制热塑性或热固性材料来形成。可使用任何已知的模制方法，包括热成型、反应注射模制、注射模制、旋转模制、吹塑模制、压缩模制等。隔膜可通过围绕电池极板堆叠的一部分或全部注射模制隔膜来形成。在隔膜围绕极板堆叠的一部分形成的情况下，隔膜可围绕电池极板或者电池极板和隔板的边缘形成。

密封的电池组件可放置在壳体中以保护所形成的电池。可替代地，隔膜结合位于堆叠端部处的单极板之上的保护覆盖层可用作用于电池的壳体。单极板可具有附接或结合到与阳极或阴极相反的表面的适当保护覆盖物。覆盖物可以是与隔膜相同的材料，或者可粘性地结合或熔融结合到隔膜并且可具有在针对隔膜所陈述的范围内的厚度的材料。如果附连到极板的端部，那么覆盖物可通过任何机械附接件(包括具有重叠部分的立柱)来附连。壳体可通过围绕电池极板堆叠和/或单极板的相反侧模制隔膜来形成。

电池组件可包括一个或多个立柱。一个或多个立柱可起作用以：以使得防止损坏部件或破坏堆叠部件的边缘之间的密封的方式将部件的堆叠保持在一起；确保跨隔板材料的均匀压缩；以及确保隔板材料的均匀厚度。一个或多个立柱可在每个端部上具有重叠部分，所述重叠部分接合相反端板的外表面，诸如每个端板的密封表面。重叠部分可起作用以在相反端板的外表面上施加压力，其方式为使得防止损坏部件或破坏堆叠部件的边缘之间的密封，并且防止堆叠在电池操作期间鼓起或发生其他移位。重叠部分可与端板的密封表面接触。堆叠可在单极端板之上具有单独的结构性或保护性端件，并且重叠部分将与结构性或保护性端件的外表面接触。重叠部分可以是结合立柱防止损坏部件或破坏堆叠部件的边缘之间的密封的任何结构。示例性重叠部分包括螺栓头、螺母、模制头、曲头钉、开口销、轴环等。立柱具有穿过整个堆叠的长度，但是这种长度基于电池的期望容量变化。立柱可表现出用于填充通道的横截面形状和大小。立柱可具有比一个或多个通道的横截面大小大的横截面大小，使得立柱与通道中的一个或多个形成过盈配合。立柱的数量被选择为支持端板以及基板的边缘防止电解质和在操作期间释出的气体泄漏，并且防止在操作期间产生的压缩力损坏单独电化学电池单元的部件和密封件，并且使超出密封件的疲劳强度的边缘应力最小化。可存在多个立柱以便使在操作期间产生的压缩力扩散。在通道中的一个或多个用作冷却通道或通气/填充通道的情况下，所存在的立柱可少于通道。例如，可存在四个通道，其中三个通道具有定位在其中的立柱并且一个通道可用作冷却、通气和/或填充通道。立柱可包括执行必要功能的任何材料。如果使用立柱来密封通道，那么所使用的材料被选择为承受电池单元的操作条件，当暴露于电解质时将不腐蚀，并且可承受在电池单元操作期间产生的温度和压力。在立柱执行密封功能的情况下，立柱可包括可承受所陈述条件的聚合物或陶瓷材料。在此实施方案中，材料必须是非导电的，以防止电池单元的短路。立柱可包括聚合物材料，诸如热固性聚合物或热塑性材料。立柱可包括热塑性材料。示例性热塑性材料包括ABS(丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物)、聚丙烯、聚酯、热塑性聚氨酯、聚烯烃、复合热塑性树脂、聚碳酸酯等。ABS是最优选的。在通道是单独密封的情况下，立柱可包括具有结构完整性以执行期望功能的任何材料。关于上面所陈述的聚合物材料，可使用陶瓷和金属。合适的金属可以是钢、黄铜铝、铜等。立柱可包括模制立柱、螺纹立柱或具有一个或多个端部附接件的立柱。立柱可结合到堆叠的部分，例如基板、通道中的插入件或凸出部等。结合可通过粘合剂或诸如热塑性材料的聚合物材料的融合形成。一个或多个开口可具有螺纹表面。如果带螺纹，那么一个或多个立柱也可带螺纹以与螺纹开口接合。立柱可在与螺母、用于曲头钉的孔、开口销、类似物、或其组合相反的一个端部上包括头部或螺母。对于非模制立柱，通常是这种情况。立柱可以成为允许缩短但不能延长的单向棘轮装置的这种方式构造。这种立柱将被放置在适当位置，然后当堆叠被压缩时，立柱缩短以使得其维持在堆叠上的压力。在此实施方案中，立柱可具有脊部，所述脊部有助于棘轮效应，以便允许立柱充当扎线带样结构的一个部分。匹配的螺母和/或垫圈可与立柱一起使用，以便压缩立柱在处于适当位置时所邻近的极板。螺母和/或垫圈在立柱之上单向行进，并且可能存在脊部以防止螺母和/或垫圈沿立柱在另一个方向上移动。在使用中，立柱中的孔将具有用于执行所陈述功能的适当的曲头钉、开口销等。如果立柱是模制而成的，那么可单独模制或在适当位置模制。如果在适当位置原位模制，那么通道中可能需要存在密封件以将熔融塑料保持在适当位置。密封件可由互锁插入件、位于其中的单独密封件或两者形成。可使用带螺纹的非导电立柱，并且其可提供必要的密封。可替代地，预模制的非导电聚合物立柱可被设计为以密封通道的方式在通道中形成过盈配合。立柱可通过模制(诸如通过注射模制)在适当位置形成。

电池组件可包括一个或多个阀。一个或多个阀可起作用以：从电池组件的内部抽真空；用电解质填充电池组件；和/或在操作期间给电池组件通气。一个或多个阀可包括压力释放阀、止回阀、填充阀、突开阀等、或其任何组合。一个或多个阀可连接到由端板、电池极板、隔板或其任何组合的一个或多个开口形成的一个或多个通道和/或与其连通。一个或多个阀可与通道(诸如具有从中穿过的立柱或不含立柱的通道)连通。制品可包括如美国专利申请公布号2014/0349147中所描述的一个或多个阀，所述文献出于所有目的以引用方式整体并入本文。组件可包含用于电池单元中的一个或多个的压力释放阀，以在电池单元达到危险的内部压力时释放压力。压力释放阀被设计为以某种方式防止损坏与电池一起使用的系统的严重故障。一旦释放压力释放阀，电池就不再起作用。所公开的组件可包含单个止回阀，所述单个止回阀在达到危险压力时或之前从整个组件释放压力。一些合适的示例性阀公开于美国专利号8,357,469；9,553,329；9,685,677；9,825,336；以及美国专利申请公布号2018/0053926中；所述文献出于所有目的以引用方式整体并入本文。

制品可包括一个或多个端子。组件可包含一对或多对导电端子，每一对连接到正极和负极端子。一个或多个端子可起作用以将电化学电池单元中产生的电子传输到以电力形式使用所产生电子的系统。端子适于将每个电池堆叠连接到负载，所述负载本质上是使用电池单元中产生的电力的系统。一个或多个端子可穿过一个或多个端板、一个或多个电池极板、隔膜和/或壳体。一个或多个端子可从端板穿过电池极板到达外部，或者大致平行于端板的平面穿过围绕组件的壳体或隔膜的侧面。端子与单极板、双极性板、双极板或其组合的阳极或阴极的极性匹配。端子与组件中的导电导管接触。单极板的阴极以及具有阴极集电体的双极板中的一个或多个的阴极可连接到独立的正极端子。单极板的阳极以及具有阳极集电体的双极板中的一个或多个的阳极可连接到独立的负极端子。阴极集电体可并联连接，并且阳极集电体可并联连接。单独端子可覆盖在隔膜中，从而仅留下单个连接正极端子和单个连接负极端子是暴露的。一些合适的示例性端子组件公开于美国专利号8,357,469；9,553,329；9,685,677；9,825,336；以及美国专利申请公布号2018/0053926中公开；所述文献出于所有目的以引用方式整体并入本文。

电池组件可包括一个或多个导电导管。导电导管可起作用以将电子从与阴极接触的集电体传输到一个或多个正极端子。典型的双极电池使电子穿过基板在电池单元之间流动。基板至少部分地包括导电材料或者包括穿过基板的导电通路。当包含电池单元的电路闭合时，电子穿过基板在电池单元之间流动以到达正极端子。设想到组件可使电子流动通过基板和电池单元、流动通过集电体以到达电流导体、或两者。在本文所公开的具有两个或更多个堆叠的电池中，每个堆叠具有使与阳极接触的集电体与负极端子接触的电流导体和/或导电导管、以及使与阴极接触的集电体与正极端子接触的电流导体和/或导电导管。来自两个或更多个堆叠的导电导管可并联或串联布置。并联电路包括并非彼此连接的两个或更多个电路。串联电路包括被布置成使得电子顺序地流动通过电路的两个或更多个电路。当导电导管以串联构型布置时，电池可仅具有一个负极端子和一个正极端子。当导电导管以并联方式布置时，电池可具有单个正极端子和负极端子，其中每个电路与负极端子或正极端子中的每一个连接。可替代地，每个电路可具有单独的负极端子和正极端子。端子可连接到负载，所述负载通常使用存储在电池中的电力。在并联布置中的跟与阴极接触的集电体接触的电流导体和/或电流导管中的每一者可与单独的正极端子接触。在并联布置中的跟与阳极接触的集电体接触的电流导体和/或电流导管中的每一者可与单独的负极端子接触。

密封的堆叠可放置在壳体中以保护所形成的电池。可替代地，隔膜结合位于堆叠端部处的单极板之上的保护覆盖层可用作用于电池的壳体。单极板可具有附接或结合到与阳极或阴极相反的表面的适当保护覆盖物。覆盖物可以是与隔膜相同的材料，或者可粘性地结合或熔融结合到隔膜并且可具有在针对隔膜所陈述的范围内的厚度的材料。如果附连到极板的端部，那么覆盖物可通过任何机械附接件(包括具有重叠部分的立柱)来附连。壳体可通过围绕电池极板堆叠和/或单极板的相反侧模制隔膜来形成。

电池组件的使用

本文所公开的电池组件尤其可用于附接到负载以及具有所形成的电路，所述电路包括电化学电池单元。电子可从端子流到负载，并从负载流回到端子。负载可以是使用电力的系统。只要电池单元可产生电力，就可以维持这种流动。如果电池单元堆叠已完全放电，那么电池在另外的使用之前可能需要经历充电步骤。如果双极板的基板包含导电材料掺加物，那么在电池组件的低于其相变温度的操作温度下，基板通过所述材料掺加物在基板的第一表面与相反的第二表面之间具有导电路径，并且在高于导电材料掺加物的相变温度的温度下，导电材料掺加物经历相变，从而禁止通过导电路径的导电性。这允许在发生不良后果之前禁用电池。电池一旦已放电，便可通过与电子源形成电路来再充电。在充电期间，电极改变功能，并且阳极在放电期间变为阴极且阴极在放电期间变为阳极。实质上，电化学电池单元使电子和离子在相较于放电的相反方向上流动。

电池极板和隔离板的边缘可被密封以防止电解质和释出气体从电池单元泄露，并隔离单独的电池单元以防止电池单元的短路。边缘可使用任何已知的电池密封方法来密封。组件的边缘可使用Shaffer,II等人共同拥有的专利申请Bipolar Battery Assembly,US 2010/0183920 A1中所公开的内或外骨架密封系统来密封，所述文献以引用方式整体并入本文。Shaffer,II等人中所公开的密封系统设想到用于双极电池层压结构的独特结构，诸如上面所描述的结构。结构(无论是否来自上述方法)通常包括：第一隔板框架；负极涂浆框架构件，所述负极涂浆框架构件具有一个或多个边缘和在所述一个或多个负极涂浆框架边缘之间延伸的支撑板栅结构；负极集电箔；基板，所述基板具有形成在其中的多个开口；正极集电箔；正极涂浆框架构件，所述正极涂浆框架构件具有一个或多个边缘和在所述一个或多个正极涂浆框架边缘之间延伸的支撑板栅结构；以及第二隔板框架。第一隔板框架可包括一个或多个边缘。负极涂浆框架构件可具有一个或多个边缘，使得负极涂浆框架构件的至少一个边缘与隔板框架的至少一个边缘平面接触。基板也可具有一个或多个边缘，使得基板的至少一个边缘与负极涂浆框架构件的至少一个边缘平面接触。正极涂浆框架构件可具有一个或多个边缘，使得正极涂浆框架构件的至少一个边缘与基板的至少一个边缘平面接触。第二隔板框架可具有一个或多个边缘，使得隔板框架的至少一个边缘与正极涂浆框架构件的至少一个边缘平面接触。隔板框架、负极和正极涂浆框架构件以及基板的平面接触在电池上形成外部密封，使得引入电池中的电解质不会从电池内泄漏。涂浆框架构件的边缘还可包括用于接收定位在隔板框架的边缘上的对准销或支撑构件的开口。对准销到涂浆框架构件上的开口中的定位可进一步有助于外部密封的形成。还设想到，可使用以下框架结构，借助于所述框架结构，一个或多个隔板框架和一个或多个涂浆框架结合基板将各自与相邻的框架和/或基板平面接触，使得电池单元的内部结构产生防止任何液体或气体(空气)从电池逃逸的外部密封。涂浆框架构件的边缘还可包括用于接收定位在隔板框架的边缘上的对准销或支撑构件的开口。对准销到涂浆框架构件上的开口中的定位可进一步有助于外部密封的形成。因此，引入到电池中的任何电解质将得到安全的维持，而没有电池泄漏和随后的电池故障的风险。另外，可不需要重型端板或外部支撑结构以有效地密封电池。如上所提及，涂浆框架构件还可包括定位在涂浆框架构件的边缘之间的支撑构件(即，销)。使用支撑构件仅仅是解决压缩应力以及在电池内产生的不希望的边缘/剥离应力问题的一种方法。另外，如果期望的话，可在框架构件的周边或边缘上添加销以对准单独的框架构件，由此允许其在压缩期间上下滑动或来回滑动。如果期望的话，可使用内骨架和外骨架构建方法的组合来构造双极电池。例如，可使用如上所描述的内部支撑销来构造双极电池。除此之外，还可将框架结构放置在单极的端子侧上。这种外部电池构造可用作为美观盒的一部分的端盖进行加强。电池极板的基板可具有围绕基板周边的凸起边缘(例如，框架)，所述凸起边缘充当涂浆框架以抵靠彼此进行密封。凸起边缘还可密封到外部隔膜(如果使用的话)。

电池组件可能够承受10psi或更大、20psi或更大、约50psi或更大以及约100psi或更小的内部压力，而不由于内部压力而泄漏或翘曲。电池组件可承受约6psi至约10psi的内部压力。电池组件可提供约34瓦时每千克、约40瓦时每千克或约50瓦时每千克的能量密度。本教义的电池组件可产生任何期望的电压，诸如6伏、12伏、24伏、48伏或96伏。电压可更高，但约200伏是实际上限。

制备电池极板的方法

可通过以下步骤来制备如本文所公开的一个或多个电池极板、电池组件或两者。

可将用于双极板、双极性板、单极板或其组合的基板形成为或切割成一定形状。如果基板包括导电材料，那么可将基板转化成复合基板。复合基板在传统的双极电池组件中可特别有用。为了将基板转化成复合基板，可在基板内形成一个或多个孔(例如，开口)。孔可通过将其模制到基板中、或对基板进行机加工以形成孔、任何合适的过程或其组合来形成。可用导电材料来填充开口。导电材料可以是在诸如前文所描述的限定温度下熔融的材料。如果使用的话，可将一个或多个导体粘附到基板的一个或两个面(例如，表面)。一个或多个导体可包括一个或多个金属片、丝网、金属线、箔等或任何组合。出于所有目的整体并入本文的美国专利号9,553,329公开了使用此类导体来使电子随后在电化学电池单元内分散。可使用粘合剂将金属片、箔或两者结合到基板。例如，粘合剂可以是基于腈的橡胶粘结剂。

可将一种或多种活性材料附接到基板。基板上的活性材料起作用以允许电池极板、基板或两者充当电池极板。可将活性材料放置在基板的一个或两个面(例如，表面)上。可直接将活性材料附接到基板，或者可将其附接到定位在基板上的导体(例如，金属片、丝网、金属线和/或箔)上。活性材料可包括正极活性材料(例如，阴极)、负极活性材料(例如，阳极)或两者。仅一种极性(例如，正极或负极)的活性材料可定位在单极板的仅一个表面上。不同极性的活性材料可定位在双极板的相反表面上。相同极性的活性材料可定位在双极性板的相反表面上。一种或多种活性材料可作为糊料施加到基板、电池极板或两者。为了将活性材料定位到基板上，可将糊料形式的活性材料(例如，阳极、阴极)施加到传递片。当将糊料施加在传递片上时，传递片可定位在模具内。在将活性材料施加到模具之后，可将其上具有糊料的传递片从模具移动以接触基板、位于基板上的导体或两者。在接触基板、导体或两者时，活性材料可结合到基板、导体或两者。模具可向传递片、活性材料或两者施加另外的压力，以帮助将活性材料结合到基板、导体或两者。在施加活性材料以作为电池极板的一部分之后，可保持传递片结合到活性材料或者可将其移除。传递片可定位在活性材料(例如，糊料)的与活性材料结合到电池极板(例如，基板、导体或两者)的表面相反的表面上。例如，对于一个或多个双极板，其上结合有传递片的阴极糊料施加到基板的一个表面，并且其上结合有传递片的阳极糊料施加到基板的另一相反表面。又如，对于一个或多个单极板，其上结合有传递片的阴极糊料或阳极糊料施加到基板的一个表面，而基板的相反表面保持不含活性材料。又如，对于一个或多个双极性板，其上结合有传递片的阴极糊料或其上结合有传递片的阳极糊料结合到基板的表面，并且其上结合有传递片的相同极性(例如，正极或负极)的糊料施加到基板的相反表面。在活性材料到基板的附接期间，活性材料内的一个或多个非平面结构可接收基板的一个或多个非平面结构、与其对准、与其嵌套在一起、或其任何组合。形成在活性材料内的一个或多个开口可与基板的一个或多个开口、插入件或两者对准(例如，同心)。形成在活性材料内的一个或多个开口可穿过其接收一个或多个插入件。形成在活性材料内的一个或多个凹入部、凹坑或两者可接收基板的一个或多个突出部或突起部。基板的一个或多个突出部或突起部可帮助在固化期间保持活性材料结合到基板。在活性材料到基板的附接期间，活性材料可适形于基板的一个或多个非平面结构。例如，从基板突出的一个或多个突起部可压缩活性材料的一部分、使其移位、或两者。突起部和/或凹入部中的一些可不穿过活性材料，并且可起作用以增强活性材料到基板、电池极板或两者的结合。在施加活性材料期间和/或之后，活性材料可保持不与基板、电池极板或两者的一个或多个部分接触。活性材料可保持不与活性材料的一个或多个非平面结构接触。通过保持不与一个或多个非平面结构接触，活性材料可不干扰电池组件的一个或多个部件的密封或结合。活性材料可保持不与基板的一个或多个框架、凸起边缘、突起部、插入件、开口或其任何组合接触。使用传递片可允许控制活性材料到基板上的放置，以允许活性材料保持不与基板、电池极板或两者的一个或多个部分接触。

将活性材料的糊料施加到传递片。可将糊料施加到定位在模具内的传递片。这可允许稍后容易地将其上具有糊料的传递片结合到其中形成有一个或多个非平面特征的基板、或两者。模具可包括一个或多个活动板。活动板可起作用以移动传递片、活性材料或两者。活动板可将传递片移动到糊料施加位置(例如，喷嘴、挤出机)下方以使得将糊料施加在传递片上。活动板可将传递片、活性材料或两者朝向基板、远离模具的腔体(例如，嵌套件)或两者移动。活动板可能够通过一个或多个输送元件在模具内移动。一个或多个输送元件可定位在活动板下方、与其邻近、或在其上方。一个或多个输送元件可定位在任何适合的位置，使得：能够将传递片、活性材料或两者设置在活动板上；活动板能够朝向基板移动；活动板能够向传递片、活性材料或两者施加压力以结合到基板、电池极板、导体；或其任何组合。一个或多个输送元件可包括一个或多个滚动元件，诸如一个或多个单独的球传递单元(即，落入式、法兰安装、凹陷式、铰轴安装和/或类似的)、球传递台、球传递导轨、一个或多个重力辊、一个或多个自动化辊、辊式输送机、平板式输送机、类似物、或其任何组合。活动板可定位在模具的输送系统上。输送系统可允许活动板相对于模具(例如，喷嘴)的挤出部分进行朝向移动、背离移动或两者。活动板可能够通过一个或多个伸出元件在模具内移动。一个或多个伸出元件可起作用以：将活动板从腔体内提升；使活动板回缩到腔体中；将活动板提升到腔体外部；将活动板朝向基板、电池基板或两者提升；向活动板施加压力以由此向传递片和/或活性材料施加压力；或其任何组合。一个或多个伸出元件可定位在适合于将活动板提升到腔体外部并允许活动板将传递片和活性材料移动到电池极板上的任何位置。一个或多个伸出元件可定位在活动板下方；定位成与腔体、传递片、活性材料或其组合相对；或其任何组合。一个或多个伸出元件可包括液压、机械和/或气动提升机构。活动板可定位在模具的基部内。活动板可移动足够远以将所形成的电极糊料完全移出模具并与基板接触。基板可与模具中的开口相对地定位。开口可以是模具的嵌套件的开口。

活动板可具有与活性材料要施加到的基板的形状匹配的形状。匹配可意指具有与基板的形状基本上互补的形状。活动板可具有形成在其中的与基板的那些基本上匹配的一个或多个非平面结构。活动板可包括与基板的一个或多个类似特征匹配的一个或多个突起部、凹入部、插入件、框架、凸起边缘、开口、类似物或其任何组合。活动板可具有小于或等于基板的横截面积的横截面积和/或表面积。横截面积和/或表面积可以是面向基板、传递片或两者的表面的面积。活动板可具有比由基板、电池极板或两者的一个或多个框架、凸起边缘或两者的内部限定的横截面积小的横截面积。当将活性材料定位到基板、导体、电池极板或其组合上时，活动板可能够配合在由一个或多个框架、凸起边缘或两者限定的区域内。通过具有比如由框架、凸起边缘或两者限定的横截面积或表面积小的横截面积或表面积，活动板能够防止活性材料与框架、凸起边缘或两者之间的接触。活动板的一部分可以是基本上平坦的。活动板可适于接收一个或多个不同的插入件。一个或多个插入件可延伸到模具的腔体中。

模具还包括活动板驻留在其中的腔体。腔体起作用以保持活动板、插入件、传递片、活性材料或其任何组合。腔体由一个或多个壁限定。一个或多个壁可包封活动板的周边以限定腔体。一个或多个壁相对于活动板可以是基本上垂直的或偏移的。壁的角度可相对于活动板的面向传递片、基板、电池极板、进入腔体或其任何组合的表面来测量。模具的壁可形成任何期望电极形状，以便匹配如本文所描述的电池极板的形状。在模具在填充步骤期间移动的情况下，模具的壁可足够厚以在壁在分配喷嘴下方时防止分配电极糊料，并且在喷嘴不与壁接触时将糊料分配到模具中。腔体可定义为嵌套件。嵌套件对于保持活动板、传递片、活性材料或其组合可特别有用。嵌套件可以是活性材料设置在其中以使得将活性材料定位到传递片上的区域。

模具可具有一个或多个覆盖物。覆盖物可起作用以：部分地覆盖模具、腔体或两者；保护腔体、活动板、传递片、活性材料或其组合免受碎屑和污染物的影响；与模具的挤压部分协作；穿过其接收活性材料；引导活性材料的分散；或其任何组合。每个腔体可具有相应的覆盖物或者共享覆盖物。覆盖物可与活动板相对地定位。覆盖物可至少部分地闭合腔体。覆盖物可赋予腔体内的活性材料形状。活性材料可填充腔体，使得活性材料接触覆盖物。覆盖物可具有与活性材料要施加到的基板、电池极板或两者的形状基本上匹配的形状。匹配可意指具有与基板、电池极板或两者的形状基本上互补的形状。覆盖物可具有形成在其中的与基板的那些基本上匹配的一个或多个非平面结构。模具的一个或多个插入件可与覆盖物接触或接近覆盖物。覆盖物可与一个或多个插入件协作以在活性材料内形成一个或多个非平面结构。覆盖物可包括一个或多个孔口。一个或多个孔口可适于接收活性材料，与模具的挤出部分协作，允许将活性材料注射到腔体中，或其任何组合。一个或多个孔口的形状和大小可针对用于将糊料施加到模具的过程进行调整。如果模具在填充期间是静止的，那么可针对此过程调整孔口的数量和孔口的大小。覆盖物可包括单个孔口或多个孔口。多个孔口可跨覆盖物均匀地散布，以允许将活性材料均匀地分布到腔体中。如果模具在填充期间是移动的，那么一个或多个孔口可以是长形的。长形孔口可跨磨具在行进方向上的长度延伸。根据电极的设计标准，模具可被设计为形成具有均匀厚度或变化厚度的活性材料。

用于将活性材料(例如，活性)施加到电池极板的一个表面的过程总体上包括：a)将传递片放置在模具中的活动板上；b)将覆盖物闭合在模具上方；通过覆盖物的一个或多个孔口将能够形成电极的材料注射到活动板上的传递片上，使得电活性材料形成呈由模具壁、活动板和覆盖物形成的形状的层；将覆盖物从模具上方移除；将电极基板放置在模具的开口上方，使得基板的的表面中的期望将电极材料定位在其上的一个的区域与模具中的活性材料对齐；使活动板移动穿过模具的开口，直到活性材料与基板接触并与基板形成结合；以及将活动板远离基板移动到模具的底部，使得活性材料保持结合到基板的表面中的一个，并且传递片结合到活性材料的与活性材料的结合到基板的表面中的一个的表面相反的表面。在双极板的制备中，所述过程还包括：将第二传递片放置在第二模具的第二活动板上；将用于第二模具的覆盖物放置在第二模具上方；通过第二模具的覆盖物的一个或多个孔口将能够形成电极的第二活性材料注射到第二活动板上的第二传递片上，使得第二活性材料形成呈由第二模具壁、第二活动板和第二模具的覆盖物形成的形状的层；将覆盖物从第二模具上方移除；将电极基板放置在第二模具的开口上方，使得基板的期望将第二活性材料定位在其上的第二表面的区域与第二模具中的第二活性材料对齐，第二表面与其上结合有第一活性材料的表面相反；使第二活动板移动穿过第二模具的开口，直到第二电极材料与基板的相反表面接触并与基板的相反表面形成结合；以及将活动板远离基板移动到模具的底部，使得第二电极材料保持结合到基板的相反表面中的一个，并且第二传递片跟与电极材料的结合到基板的相反表面的表面相反地结合到第二电极材料。用于将糊料施加到表面的循环时间可为约2秒或更大、约15秒或更小、约10秒或更小、或甚至约6秒或更小。

传递片可覆盖整个活动板，以便防止糊料与活动板表面的接触，并允许糊料到基板的完全传递。在插入传递片之后，可将覆盖物闭合在模具上方。然后可使用用于注射糊料的一个或多个注射喷嘴通过覆盖物中的一个或多个孔口将糊料注射到模具中。一个或多个喷嘴围绕一个或多个孔口密封，以便控制糊料到模具中的流动。如果模具是诸如在输送带上移动的，那么模具可在喷嘴下方移动，并且孔口可在移动方向上伸长。模具可将所注入糊料成型为用于与电池极板一起使用的活性材料的期望形状。可通过将活性材料泵送通过一个或多个孔口来开始向模具中挤出。可通过停止泵送动作来停止向模具中挤出。活性材料可在相对低的压力下注射到模具(例如，腔体)中。活性材料可在约50psi或更小、约40psi或更小、或甚至约30psi或更小的压力下(例如，诸如通过模具线)注射到模具中。活性材料可在约10psi或更大、约15psi或更大、或甚至约20psi或更大的压力下(例如，诸如通过模具线)注射到模具传递极板中。在注射活性材料并且活性材料已形成为期望形状之后，可将覆盖物从模具移除。将基板与模具相对地放置，并且使活动板在基板的方向上移动，直到糊料与基板和/或设置在基板上的电极接触。可对基板和/或基板上的电极进行处理以使基板和/或基板上的电极的表面粗糙，以增强糊料与其的结合。可使用使这些表面粗糙的任何已知方法。可使基板与活动板对齐，使得将会将活性材料放置在基板上的期望位置中。可保持活动板与基板和/或电池极板接触达足够长的时间，以在活性材料与基板和/或电池极板之间形成结合。然后，可使活动板回缩到模具(例如，腔体)中，从而留下活性材料结合到基板和/或基板上的电池极板。在活动板回缩远离电池极板之后，传递片可保持结合到活性材料。将活性材料施加到电池极板、基板或两者的一个表面可产生单极板。

对于制备双极板、双极性板或两者，可在后续模具(例如，腔体)中模制活性材料。在后续模具中制备的活性材料可以是设置在基板、电池极板或两者的相反表面上的活性材料。可将不同极性或相同极性的活性材料注入第二或后续模具(例如，腔体)中。为了形成双极板，活性材料可具有与已经施加在其上的活性材料的极性不同的相反极性。为了形成双极性板，活性材料可具有与已经施加在其上的活性材料的极性相同的极性。使用可用于形成阴极或阳极的任一种极性的活性材料来通过第一模具制备第一电极，并且使用第二模具来形成阳极或阴极的相反电极。可首先施加任一电极，尽管传统上可首先施加阴极。以与第一电极相同的方式形成第二电极。电极可在两侧上具有相同的厚度或形状。电极可在相反侧上具有不同的形状或厚度。在形成第二电极之后，将基板移动到其中基板和/或电极的其上未设置有活性材料的表面与第二模具相对的位置。然后，使第二电极与电池极板的第二表面和/或电极接触。在将第一电极与第二电极施加到基板之间，电池极板可旋转180度。

来自电池极板或框架的表面的突出部、到所述表面中的凹入部、或穿过电池极板或框架的开口，可在形成结构时通过模制过程模制到结构中，或者在形成结构之后通过共同模制过程添加到结构中。模具的一个或多个插入件可用于使传递片、活性材料或两者的表面成型为与基板的表面基本上互补、穿过其接收基板的一个或多个部分、或两者。一个或多个插入件可对应于基板的一个或多个突出部、突起部、凹入部、开口、肋部、波纹结构或其任何组合。一个或多个插入件可以是活动板的一部分、模具的一个或多个壁、覆盖物的部分、到模具的腔体中的任何其他突起部、或背离模具的腔体的任何其他凹入部、或其任何组合。活动板的一个或多个插入件可背离活动板突起到模具的腔体或嵌套件中，背离模具的腔体或嵌套件向内凹入到活动板中，或两者。一个或多个插入件可起作用以在活性材料(例如，糊料)内形成一个或多个非平面结构。一个或多个插入件可起作用以在活性材料内产生一个或多个空隙、凹入部、突起部、肋部、波纹结构或其任何组合。模具的一个或多个插入件可在活性材料内产生一个或多个凹入部或凹坑。活性材料中的一个或多个凹入部或凹坑可接收来自基板、电池极板或两者的一个或多个突起部。模具的一个或多个插入件可延伸穿过传递片的一个或多个空隙(例如，开口)，在传递片中产生一个或多个空隙，或两者。一个或多个插入件防止或引导活性材料(例如，糊料)相对于传递片的放置。例如，模具的延伸穿过传递片的一个或多个开口(例如，空隙)的一个或多个插入件防止糊料进入一个或多个开口，并由此防止在活性材料内形成开口(例如，空隙)。然后，使活性材料区域的开口与传递片对准。一个或多个空隙可起作用以：形成用于基板、电池极板或两者的一个或多个插入件的并且/或者穿过其接收所述一个或多个插入件的空间；防止基板、电池极板或两者的一个或多个插入件与活性材料之间的接触；使一个或多个通道从中延伸穿过；或其任何组合。换句话讲，第一模具或者第一模具和第二模具包含起作用以在注射到模具中的第一活性材料和/或第二活性材料中形成空隙的插入件。一个或多个插入件可被设定大小成具有小于、约等于或大于一个或多个基板、电池极板或两者的一个或多个开口、插入件或两者的直径。模具的一个或多个插入件可具有比基板的插入件的直径大的直径。更大的直径可导致在电活性层中产生空隙，所述空隙可具有极少接触地或无接触地从中穿过的插入件和/或通道。插入件可具有约小于、等于或大于传递片、活性材料层(例如，阴极糊料层、阳极糊料层)或其任何组合的厚度的高度。突出部中的一些可穿过糊料。在活性材料中形成与突出部匹配的空隙允许将电池极板组装到电池中而不使突出部与活性材料接触，并且避免了突出部被活性材料污染。通过避免接触，防止了昂贵的清洁操作。此外，通过避免接触，防止了由于此类突出部上存在活性材料而对电池组件的操作造成负面影响的风险。对操作的负面影响可包括电池组件的不良密封和短路。此类突出部可基本上不含活性材料。基本上不含可意指延伸超出活性材料的突出部的表面积的约5％或更小、约1％或更小、或甚至约0.1％或更小可包括在其上的活性材料或活性材料的粉尘。基本上不含可意指延伸超出活性材料的突出部的表面积的约0％或更大、约0.01％或更大、或甚至约0.05％或更大可包括设置在其上的活性材料或活性材料的粉尘。

制备电池组件的方法

本公开可进一步涉及使用如本文所公开的多个电池极板来制备电池组件的方法。所述方法可包括：形成在表面中的一个上具有活性材料、在相反表面上具有活性材料的多个基板的堆叠。所述方法可包括：将一个或多个隔板放置(例如，堆叠)在基板对之间。一个或多个隔板的一个或多个插入件、开口或其他非平面结构可与一个或多个电池极板、基板、隔板、活性材料、传递片或其任何组合的一个或多个插入件、开口或其他非平面结构对准。所述方法可不包括将一个或多个隔板放置在基板对之间。如果传递片保持结合到活性材料，使得一个或多个传递片定位在相邻的活性材料对之间，并且能够防止一个电池极板的活性材料与相邻电池极板的活性材料的接触，则可不在基板和/或电池极板之间放置隔板。所述方法可包括：将电池组件或电池极板堆叠暴露于一种或多种活性材料固化所处的条件。活性材料可通过将活性材料暴露于约15℃或更大、约20℃或更大、约30℃或更大、或甚至约40℃或更大的温度来固化。活性材料可通过将活性材料暴露于约95℃或更小、约90℃或更小、约80℃或更小、或甚至约70℃的温度来固化。例如，呈糊料形式的活性材料可通过暴露于约40℃至约70℃的第一温度达约12至约48小时来固化。活性材料可通过将活性材料暴露于第二温度并进行干燥来固化。活性材料可通过将活性材料暴露于约25℃或更大、约30℃或更大、约40℃或更大、或甚至约50℃或更大的温度来干燥。活性材料可通过将活性材料暴露于约105℃或更小、约100℃或更小、约90℃或更小、或甚至约80℃的温度来干燥。例如，呈糊料形式的活性材料可通过暴露于约50℃至约80℃的第二或更高温度达约24至约72小时来干燥。

横向通道的孔可预形成或机加工到基板、金属片或箔、隔板、阳极、阴极、传递片和任何其他存在的部件中。孔可通过在将活性材料施加到传递片上时在活性材料中形成空隙来在活性材料中形成。活性材料的空隙可与传递片的一个或多个开口对准。在使用套筒、插入件、凸出部等形成通道的情况下，可将它们插入电池极板和/或隔板中。在于适当位置模制插入件的情况下，使用已知的模制过程将插入件模制到电池极板和/或隔板。

可使用以下步骤将框架和/或插入件模制到隔板或电池极板基板之中或之上。可将隔板片切割成一定大小(冲模、切缝、冲压等)。可堆叠一个或多个片以满足隔板的期望厚度。可将片放置在模具中，所述模制将片放置到固定位置中。模具可形成围绕隔板的周边框架、围绕横向通道的任何内部特征(例如，衬套、插入件、凸出部)(根据需要)、或两者。另外，模具被设计为不过度压缩隔板材料并防止塑料损坏隔板材料。将塑料注射到模具中，并且一旦塑料冷却，就将零件射出。

然后将部件堆叠成使得对于每个极板来说，阳极面向另一个极板的阴极。优选地，将片堆叠成使得基板的边缘连同任何其他框架部件的边缘是对准的。可使用具有两个或更多个导销或螺栓的板来支撑堆叠。一个电池极板的一个或多个组装辅助件可与相邻电池极板的一个或多个其他组装辅助件对准，以在组装期间支撑堆叠。例如，从框架突起的一个或多个立柱可与相邻框架的一个或多个凹坑扣接在一起并驻留在其内。以与本文中公开内容一致的适当顺序将部件堆叠在具有导销的板上。横向通道中的两个或更多个可用于对准销或螺栓。一旦完成堆叠，便可将弹性隔膜或套筒插入横向通道中。如果通道是用定位在极板中的孔之间的衬套、插入件或塑料套筒密封的，那么可将涂层施加到通道的内部、孔的内部、套筒、插入件和/或衬套。如果极板的孔的内部需要带螺纹，那么可在组装之前或之后使用已知的技术对它们进行螺纹加工。由于相邻的电池极板和/或基板的插入件互锁以密封并形成通道，通道可没有定位在其中的另外密封件。

可将一个或多个立柱插入堆叠中。一个或多个立柱可通过与单极板的相反侧的密封表面重叠的部分来固定。在重叠部分是机械附接结构的情况下，将这种附接结构固定到立柱。在立柱是在适当位置注射模制的情况下，将熔融热塑性材料插入通道中，并且在两端处的密封表面上形成熔融材料的重叠部分。可对通道的表面进行加热以熔融通道内部的表面，在此实施方案中，所注入热塑性材料很好地结合到通道的内部。使热塑性材料冷却。通道可具有插入通道中的形式以及在每个端部处形成的重叠部分的形式。然后将两部分热固性材料添加到通道，并使其固化以形成立柱。在立柱被设计为通过过盈配合配合到通道中的情况下，用适当的力将立柱插入。一旦立柱被固定并稳定，便将堆叠从导销移除，并将立柱插入用于导销的通道中。

组装电池组件的方法还可包括施加隔膜。在将隔膜施加到堆叠的边缘表面的情况下，将粘合剂施加到隔膜或堆叠的边缘中的任一者或两者，并且使隔膜和堆叠的边缘接触以便将它们结合在一起。在粘合剂凝固或固化时，可使用已知的机械方法将隔膜保持在适当位置。可将隔膜的边缘密封到单极板的相反表面上的其他隔膜片或隔膜或端板的未密封边缘。所述密封可通过粘合剂或者通过熔融结合来进行。可替代地，可通过熔融结合来附接隔膜。在熔融结合中，将堆叠的边缘以及要结合到边缘的隔膜的表面两者暴露于使得表面熔融而不对隔膜或堆叠的结构完整性造成负面影响的条件。这可通过以下方式来实现：使每一者与热表面、压板、热流体、空气、辐射、振动等接触，然后使隔膜和堆叠的边缘沿熔融表面接触，并且使熔融表面冷却并结合在一起。隔膜可被切割以贴合特定的边缘，或者可以是包裹在堆叠的边缘周围的连续片。隔膜的前缘和后缘在它们交会的地方优选地通过熔融结合来结合在一起。隔膜可密封到单极板(在存在的情况下)的外表面上的隔膜或端板。在使用壳体的情况下，可将组件插入壳体中。优选地，隔膜充当壳体。在熔融结合实施方案中，将隔膜和堆叠的边缘暴露于使每一者的表面熔化、变熔融的温度或条件达足以使每一者的表面熔化的时间。所选择的温度优选地高于隔膜和/或基板以及任何其他结构部件中使用的材料的熔融温度。优选地，所使用的温度为约200℃或更大，更优选地为约220℃或更大，并且最优选地为约230℃或更大。优选地，所使用的温度为约300℃或更小，更优选地为约270℃或更小，并且最优选地为约240℃或更小。

所述组件还可包括通向电化学电池单元中的一个或多个的一个或多个通气孔。通气孔可允许气体从电化学电池单元排出，并且将电解质液体引入电化学电池单元。可施加压力以使液体移动到电池单元中，或者可在电化学电池单元上抽真空以通过通气孔将电解质抽吸到电池单元中。如果电解质是使用真空引入的，那么每个电化学电池单元可具有两个通气孔。可向一个通气孔施加真空，以便从另一个通气孔将电解质抽吸到电池单元中。或者电化学电池单元可具有单个通气孔并且驻留在真空腔室内。可抽真空，然后可通过同一通气孔抽吸电解质。通气孔可与歧管和通道的任何组合接触。通气孔可与每个电化学电池单元接触。通气孔可与每个电池单元的电池隔板接触。组件可包括歧管。一个或多个通气孔可与歧管接触，并且歧管可形成用于所有通气孔的公共顶部空间。歧管具有形成在其中的一个或多个端口，其中一个或多个阀(诸如止回阀)可放置在歧管端口中。电池还可包括填充阀。填充阀可定位在歧管中或连接到横向通道。所述制品还可包括一个或多个集成填充和/或通气通道。这种通道形成在电池堆叠的中心附近，并与隔板所位于的阴极与阳极之间的区域连通；所述区域是在将电解质添加到区域时形成电化学电池单元的区域。通道可通过在组装之前在隔板和电池极板中形成孔或狭槽、然后对准孔或狭槽来形成。可使用如本文关于横向通道所讨论的插入件、套筒或凸出部，只要通道与适于用作电化学电池单元的区域连通即可。优选地，通道在两个地方与电池堆叠的外部连通。这有助于用电解质填充电池。在用电解质填充电化学电池单元之后，可填充或闭合开口中的一个。另一个开口用来给电池和电化学电池单元通气。在填充期间，在一个外部孔上抽真空，并通过另一个孔吸入电解质。可替代地，使用单个孔，并且如本文后面所描述地填充电化学电池单元。在此实施方案中，一旦形成密封的电池，便在单个孔或端口上抽真空以在电池单元中形成低压环境。电化学电池单元中的压力可为50托或更小，或者可为10托或更小。然后断开真空，并且将电解质源连接到孔或端口，并且由于电池中的低压，电解质迅速填充电池。真空设备和电解质源可通过可切换阀连接，使得可以有效的方式执行从真空到电解质源的切换。在由具有与电化学电池单元接触的通气孔的套筒、插入件和/或凸出部形成一个横向通道的情况下，可使用此系统，所述通气孔诸如凸出部、插入件或套筒中的凹口。此系统允许用新鲜的电解质均匀填充电化学电池单元。在这些条件下进行的填充可在约600秒或更少、或约300秒或更少的时间内发生。在填充之后，可将诸如止回阀、突开阀、减压阀等的阀插入剩余的孔中。通道可以是预先穿出的或在组装堆叠之后攻丝的。

在组装之后，如有必要，可穿过密封的隔膜向每个电池单元中钻出通气孔，所述通气孔在吸附玻璃垫隔板的厚度上居中地定位。然后，可将歧管附接到电池组件的顶部，从而在排气孔上方形成公共顶部空间。在歧管中，可制造单个端口。单个歧管端口可用作真空吹扫端口和电解质填充端口。通过真空泵对歧管端口施加真空到诸如约29英寸汞柱的低压，然后关闭真空源阀，将填充阀连接到电解质源，并打开电解质源，从而允许电解质同时填充电池的所有电池单元。通气孔可在制造或模制围绕隔板的框架时形成在框架中。集成通气通道可通过在用于电池极板的隔板和基板的框架中预先钻出孔或形成孔来形成。这些孔可对准以形成通道。此通道可与跟电化学电池单元连通的通气孔连通。集成通气通道可以是横向通道中的一个，其中横向通道具有与电化学电池单元中的每一个连通的通气孔。可存在具有与每个电化学电池单元连通的通气孔的两个集成通道。集成通道的形成可通过在横向通道中为每个电化学电池单元提供具有通气孔的隔膜或插入件来实现。通道可由具有与电化学电池单元连通的通气孔或形成通气孔的插入件、套筒或凸出部形成。可对集成通道加压以防止电解质回流。集成通道可与阀端接以控制组件的内部压力。在使用之前，可使用通道来用电解质填充电化学电池单元。阀可定位在端板中的一个上。通道可在组装之后穿出，或者可在组装之前穿出，以用于插入阀。阀可使用任何已知的用于插入和保持的手段来插入和保持。本文所公开的制品中使用的部件中的一些适于邻近所公开的其他部件设置。被设计为定位到其他部件的部件可具有或使用本领域中已知的用于使零件彼此保持适当关系的部件或技术。用于使部件彼此保持适当关系的特定部件或技术是基于部件、关系以及设计或组装本公开的组件的技术人员的设计偏好选择的。

例示性实施方案

以下附图描述提供用于说明本文的教义，但并非意图限制其范围。一个附图中所示的一个或多个特征可与另一个附图的一个或多个特征组合。

图1和图2均示出电池极板10。电池极板10包括基板11。基板11包括围绕其周边的框架20。框架20从基板11突起。基板11包括从其突起的插入件41。插入件41包括开口40。插入件41突起穿过空隙128a、128b。空隙128a、128b形成在糊料105和传递片103两者中。插入件41突起超出糊料105和传递片103。在图1中，传递片103被示出为基本上平面的。在图2中，传递片103包括波纹表面。

图3和图4均示出被配置为双极板的电池极板10。电池极板10包括基板11。基板11包括定位在其边缘处的框架20。例如，框架20可围绕基板11的周边延伸。框架20包括非平面特征，诸如凸起边缘。凸起边缘20a、20b延伸远离基板11和活性材料12、13。凸起边缘20a、20b可用于允许电池极板10与相邻电池极板(未示出)堆叠在一起。活性材料包括阴极13和阳极12。阴极13和阳极12均包括糊料105。在图4中，突起部114从基板11延伸。突起部114位于糊料105的表面下方。

图5示出用于将糊料105(未示出)施加到传递片103(未示出)上的模具101。传递片103能够定位在模具101的活动板102的嵌套件130中，以便在传递片103上施加糊料105。嵌套件130被形成为活动板102内的凹陷或腔体。模具101包括插入件124。插入件124定位在嵌套件130中，使得插入件124突起远离活动板102。插入件124可类似于在嵌套件130内突起的立柱。模具101包括挤出喷嘴106。挤出喷嘴106包括冲头120。冲头120向驻留在糊料盒122内的糊料105(未示出)上施加恒定的低压。糊料105通过挤出喷嘴106被推入模制区域104中，使得糊料105被施加到传递片103的表面上。当施加糊料105时，活动板102使上面具有糊料105的传递片103在远离挤出喷嘴106的移动方向107上移动。多个输送元件132提供活动板102在移动方向107上的移动。

图6示出(如图5所示的)模具101的活动板102。活动板102包括嵌套件130。传递片103位于嵌套件130内。糊料105位于传递片103上。例如，在已经通过挤出喷嘴106(如图5所示)将糊料105施加到传递片103之后。模具101包括插入件124。插入件124突起到嵌套件130中并远离活动板102。插入件124突起穿过传递片103的开口128a。开口128a在将传递片103放置在嵌套件130中之前形成在传递片103中。插入件124突起超出传递片103的上表面134。当将糊料105施加到传递片103的上表面134时，插入件124防止糊料105填充开口128a，并且导致在糊料105内形成开口128b。糊料105的开口128b因此与传递片103的开口128a对准。当将传递片103和糊料105组装到电池极板10(如图1或图2所示)时，开口128a、128b可与其他开口对准以形成一个或多个通道。

图7示出用于利用模具101制备电池极板10、然后组装在电池极板10堆叠内以形成电池组件的过程200。电池极板10可以是双极板，但所述过程对于单极板将是相似的。第一步骤202包括：将传递片103放置在模具101内。传递片103可以是正极传递片。第二步骤204包括：将糊料105施加到传递片103。糊料105是正极活性材料(PAM)。传递片103结合为正极活性材料(PAM)的糊料105形成阴极13。第三步骤206包括：将传递片103和糊料105或将阴极13从模具101移除，并传递到基板11。第四步骤208包括：将传递片103放置在模具101内。传递片103可以是负极传递片。第五步骤210包括：将糊料105施加到传递片103。糊料105是负极活性材料(NAM)。传递片103结合为负极活性材料(PAM)的糊料105形成阳极12。第六步骤212包括：将传递片103和糊料105或将阳极13从模具101移除，并传递到基板11。阳极12定位在基板11的与阴极13相反的表面上。第一步骤202至第三步骤206可在第四步骤208至第六步骤212之前、之后、或与其并行地执行。一旦将阳极12和阴极13定位在电池极板10上，电池极板10便被组装为双极板。第七步骤214包括：将组装好的电池极板10传递并添加到电池极板堆叠。第一步骤202至第七步骤214可根据需要重复多次，直到达到期望堆叠大小为止。最后的步骤218涉及：使组装好的电池极板堆叠固化。堆叠可能需要移动，诸如从组装线或站点移动到固化区域。

图8A至图8C示出使用具有活动板102的模具101来形成阴极13和阳极12以制备电池极板10(诸如双极板)的一系列步骤。图8A示出传递片103设置在活动板102上的模具101。传递片103定位在模具101的模制区域104内。图8B示出正在将糊料105注射到模制区域104中。糊料105通过挤出喷嘴106被注入。在传递片103通过时，在低压下将糊料105推过孔口以填充模制区域104。模具101相对于挤出喷嘴的移动方向由箭头107示出。图8C示出正在使活动板102朝向基板11伸出以使得糊料105与基板11接触。糊料105和传递片103可因此与基板11组装在一起以形成电池极板10的一部分。糊料105和传递片103可定位在基板11的框架20内。

图9和图10示出形成电池组件1的电池极板10和隔板14的堆叠。图9示出堆叠的局部分解视图，而图10示出堆叠的透视图。示出了具有端子孔42和用于呈螺栓和螺母19形式的立柱17的孔39的端板25。电池极板10与端板25相邻，所述电池极板10是具有带凸起边缘的框架20的单极板43。单极板43具有凸起插入件41，所述凸起插入件41环绕用于形成横向通道16的孔40和孔中的立柱17。隔板14与单极板43相邻。隔板14具有围绕周边的框架34。隔板14包括吸附玻璃垫36，所述吸附玻璃垫36包括框架34内的中央部分。示出了环绕用于形成横向通道16的模制插入件孔37的模制插入件35。双极板44与隔板14相邻。双极板44包括围绕周边的框架20。框架20是凸起表面。凸起插入件41是凸起的，以形成横向通道16。凸起插入件41形成用于横向通道的凸起插入件孔40。图10示出电池极板10和隔板14的堆叠。示出了端板25、电池极板基板框架20、隔板框架34、立柱17、以及围绕立柱17的螺母19。端板25中的端子孔42具有定位在其中的电池端子33。

图11示出形成电池组件1的电池极板10的堆叠的侧视图。电池极板10包括位于电池极板10的堆叠的相反端部处的单极板43。多个双极板44位于相对的单极板43之间。电池极板10中的每一个包括基板11。阳极12和阴极13与双极板44的每个基板11相邻。每一对阳极12和阴极13之间设置有隔板14。隔板14被示出为其中吸附有液体电解质的吸附玻璃垫。其间具有电解质的每一对阳极12和阴极形成电化学电池单元。还示出了横向通道16。通道密封件15设置在横向通道16内。通道密封件15被形成为橡胶管。立柱17定位在通道密封件15的内部。立柱17呈螺纹螺栓的形式。呈螺栓头18和螺母19形式的重叠部分位于立柱17的端部处。框架20围绕单极板43和双极板44两者的基板11的边缘。

图12示出端板25。端板25设置在单极板43的基板11之上。端板25与设置在单极板43的基板11上的阳极12或阴极13相对地定位。端板25定位在立柱17的暴露重叠部分(诸如螺母19)之上。密封件22放置在立柱17上的螺母19与单极板43之间。密封件22包括密封表面23。密封表面23与单极板43的相对表面24接触。

图13示出隔膜27作为电池组件1的一部分的施加。隔膜27围绕电池极板10的堆叠的边缘施加。端板25被示出为具有在立柱17的端部上的间隔开的四个螺母19。端板25被示出为位于电池极板10的堆叠的每个端部上。框架20围绕基板11设置。用于隔板14的框架34位于基板11的框架20之间。隔膜27使用热26和压力28源施加到基板框架20和隔板框架34，以将隔膜27密封到基板框架20和隔板框架34的边缘以作为电池极板10的堆叠的一部分。

图14示出电池组件1。电池组件1包括电池极板10的堆叠。电池极板10的堆叠包括散布有隔板14的框架34的基板11的框架20。示出了端板25。一个端板25示出间隔开的四个螺母19。还示出了通气孔30。通气孔30被钻入电化学电池单元中。歧管31适于覆盖通气孔30。歧管31适于形成用于通气孔30的公共顶部空间。还示出了止回阀32。止回阀32设置在歧管31上以与公共顶部空间接触(未示出)。还示出了两个端子立柱33。端子立柱33是用于电池组件1的负极端子和正极端子。

图15示出隔板14。隔板14包括框架34。框架34一体成型为隔板14的一部分。隔板14还包括四个插入件35。插入件35也一体成型为隔板14的一部分。插入件35包括从中穿过的孔37。孔27适于形成多个横向通道16(未示出)的一部分。框架34围绕吸附玻璃垫36设置。

图16示出电池组件1。电池组件1包括在其中模制有模制头47的立柱38。模制头47定位在端板25上。

图17示出电池组件1。示出了位于端板25上的立柱17和螺母19。端板25包括在其中定位有端子33的端子孔42。电池组件包括歧管31和止回阀32。隔膜27作为电池组件1的一部分围绕电池极板10的堆叠(未示出)的周边设置。

图18示出沿由图17中的线A-A所示的穿过横向通道16的平面的剖视图。示出了具有基板11和阴极13并且在基板11的端部处具有框架20的单极板43。每个端部上具有框架34的隔板14与单极板43的阴极13相邻。具有阳极12的双极板44与隔板14相邻。阳极12设置在基板11上，阴极13位于基板11的相反表面上，并且在此视图中框架20设置在端部处。在此视图中，存在如上面所描述那样布置的多个双极板44。隔板14位于双极板44之间。具有基板11和面向相邻隔板14的阳极12的单极板43位于堆叠的相反端部处，基板11具有在此视图中被示出为位于端部处的框架20。电池极板对形成电化学电池单元，其中隔板14定位在电池单元中。还示出了横向通道16，所述横向通道16具有设置在其中的通道密封件15和立柱17以及位于立柱17的端部处的螺母19。图19示出电池组件1的端部沿图17的线B-B的局部剖视图。示出了通气孔30。图20示出图17的组件沿截面C-C的剖视图。截面C-C是穿过通向电化学电池单元的通气孔30截取的。示出了用于电池组件1的每个电化学电池单元的通气孔30。

图21示出电池组件1。电池组件1包括位于端板25中的阀50。阀50与集成通道46(未示出)连通。集成通道46(未示出)与多个通气孔30(未示出)连通。图22示出图21的组件沿截面E-E的剖视图。电池组件1包括集成通道46。集成通道46与通气孔30连通。每个通气孔30与电化学电池单元连通。集成通道46与位于电池组件1的电池极板堆叠的端部处的阀50连通。图23示出图21的组件沿截面F-F的剖视图。截面F-F穿过集成通道46。集成通道46与通气孔30连通。

图24A示出隔板14，并且图24B示出隔板14的通气口51的近距离视图。隔板14具有吸附玻璃垫36。隔板14包括模制在其中的多个插入件35。每个插入件35包括从中穿过的孔37。插入件35中的一个包括通气口(通气孔)。通气口51在孔37与隔板的吸附玻璃垫36之间连通。还示出了围绕隔板14的框架34。图24B是具有孔37和通气口51的插入件35的近距离视图。通气口51在孔37与隔板14的吸附玻璃垫36之间连通。

本申请中列举的任何数值包括以一个单位为增量的从较低值到较高值的所有值，只要在任一较低值和任一较高值之间存在至少2个单位的间隔即可。这些仅仅是具体意图的实例，并且所列举的最低值与最高值之间的数值的所有可能组合都被认为以类似的方式在本申请中明确陈述。除非另外陈述，否则所有范围都包括端点和端点之间的所有数字两者。用于描述组合的术语“基本上由……组成”应包括所确定的元件、成分、部件或步骤，以及不会实质上影响所述组合的基本和新颖特性的其他元件成分、部件或步骤。用于描述本文中的元件、成分、部件或步骤的组合的术语“包括”或“包含”的使用还考虑了基本上由元件、成分、部件或步骤组成的实施方案。多个元件、成分、部件或步骤可由单个集成的元件、成分、部件或步骤提供。可替代地，单个集成的元件、成分、部件或步骤可被分成单独的多个元件、成分、部件或步骤。用于描述元件、成分、部件或步骤的“一种”或“一个”的公开并非意图排除另外的元件、成分、部件或步骤。

Claims (20)

1.一种电池极板，其包括：

a)基板，所述基板具有与第二表面相反的第一表面和一个或多个非平面结构；

b)一种或多种活性材料，所述一种或多种活性材料设置在所述第一表面、所述第二表面、或所述第一表面和所述第二表面两者上；

其中所述电池极板具有以下特征中的一者或多者：

i)从所述基板的所述第一表面、所述第二表面或两者延伸的一个或多个突起部，所述一个或多个突起部设置在所述活性材料内并且不延伸超出所述活性材料；

ii)从所述基板延伸的一个或多个突起部，所述一个或多个突起部突起超出所述活性材料，并且其中超出所述活性材料的所述一个或多个突起部的表面基本上不含所述活性材料或由所述活性材料形成的粉尘；和/或

iii)围绕所述基板的周边的框架，其中所述框架或其一部分在横向于所述活性材料沉积在其上的一个或多个表面的方向上突起超出所述活性材料，并且基本上不含所述活性材料或由所述活性材料形成的粉尘；并且

其中所述电池极板适于形成电池组件中的一个或多个电化学电池单元的一部分。

2.根据权利要求1所述的电池组件，其中所述电池极板是以下中的一者：

a)单极板，在所述单极板中，所述一种或多种活性材料施加到所述基板的所述第一表面，而所述第二表面保持不含所述活性材料中的任一种；

b)双极板，在所述双极板中，所述一种或多种活性材料设置在所述基板的所述第一表面和所述基板的所述第二表面两者上，所述第一表面上的所述活性材料充当阳极，并且所述第二表面上的所述活性材料充当阴极；或

c)双极性板，在所述双极性板中，所述一种或多种活性材料设置在所述基板的所述第一表面和所述基板的所述第二表面两者上，所述第一表面和所述第二表面上的所述活性材料充当阳极，或者所述第一表面和所述第二表面上的所述活性材料充当阴极。

3.根据权利要求1或2所述的电池极板，其中一个或多个传递片与所述基板相对地结合到所述一种或多种活性材料，并且

其中每个传递片包括多孔材料，所述多孔材料适于防止所述活性材料穿透所述传递片的孔，同时允许液体电解质穿过所述传递片。

4.根据权利要求3所述的电池极板，其中所述孔的大小约35微米或更大至约2000微米或更小。

5.根据权利要求3或4所述的电池极板，其中所述一个或多个传递片包括由玻璃、聚合物或两者制成的片，所述片是织造的、非织造的、挤出的或其任何组合，以在其中形成所述孔。

6.根据权利要求3至5中任一项所述的电池极板，其中所述基板具有围绕所述基板的周边的框架；并且

其中所述一种或多种活性材料和所述一个或多个传递片的横截面积比所述框架的内部的横截面积小，使得所述一种或多种活性材料和所述一个或多个传递片定位在所述框架的所述内部内。

7.根据前述权利要求中任一项所述的电池极板，其中所述一种或多种活性材料设置在其上的所述第一表面、所述第二表面或两者具有以下表面，所述表面具有一个或多个弯曲区域、凸区域、凹区域、从中穿过的一个或多个开口或其任何组合。

8.根据前述权利要求中任一项所述的电池极板，其中所述电池极板包括所述基板的一个或多个突起部，所述一个或多个突起部设置在所述一种或多种活性材料内、具有增强所述活性材料与所述基板的所述第一表面、所述第二表面或两者的粘附的形状。

9.根据前述权利要求中任一项所述的电池极板，其中所述基板的一个或多个突起部是具有从中延伸穿过的一个或多个开口的一个或多个插入件，并且所述一个或多个插入件突起超出所述一种或多种活性材料。

10.根据前述权利要求中任一项所述的电池极板，其中一个或多个传递片与所述基板相对地结合到所述一种或多种活性材料，

其中所述基板的一个或多个突起部是延伸穿过形成在所述一种或多种活性材料和所述一个或多个传递片中的一个或多个空隙的一个或多个插入件，并且所述空隙的横截面积比所述一个或多个插入件的外部横截面积大；并且

其中所述一个或多个插入件突起超出所述一种或多种活性材料。

11.一种电池组件，形成有多个根据前述权利要求中任一项所述的电池极板。

12.根据权利要求11所述的电池组件，其中所述电池组件包括一个或多个的多个所述电池极板的堆叠，所述堆叠包括：

a)一个或多个双极板，所述一个或多个双极板包括基板，所述基板具有：

i)设置在所述第一表面上以充当阳极的第一活性材料跟与所述第一表面相对地结合到所述第一活性材料的第一传递片；以及

ii)设置在所述第二表面上以充当阴极的第二活性材料和与所述第二表面相对地结合到所述第二活性材料的第二传递片；

b)第一单极板，所述第一单极板包括基板，所述基板具有设置在所述第一表面上以充当阳极的第一活性材料跟与所述第一表面相对地结合到所述第一活性材料的第一传递片，而相反的第二表面不含任何活性材料；以及

c)第二单极板，所述第二单极板包括基板，所述基板具有不含任何活性材料的第一表面，以及设置在第二表面上以充当阴极的第二活性材料和与所述第二表面相对地结合到所述第二活性材料的第二传递片；

d)设置在每一对相邻的电池极板之间的液体电解质，其中所述液体电解质与定位在所述一对电池极板之间的空间中的所述阳极和所述阴极一起起作用以形成电化学电池单元；

其中所述多个电池极板被布置成使得所述基板的其上设置有所述阴极的表面面向另一个电池极板的其上沉积有所述阳极的表面，并且其中所述第一单极板和所述第二单极板定位在每个电池极板堆叠的相反端部处；并且

其中每个传递片包括多孔材料，所述多孔材料适于防止所述活性材料穿透所述传递片的孔，同时允许液体电解质穿过所述传递片。

13.根据权利要求12所述的电池组件，其中所述电池组件包括定位在所述电化学电池单元的所述阳极与所述阴极之间的隔板。

14.根据权利要求12或13所述的电池组件，其中所述基板的所述一个或多个突起部包括位于所述基板的每一个中的具有从中延伸穿过的一个或多个开口的一个或多个插入件，并且所述一个或多个插入件突起超出所述一种或多种活性材料和所述传递片；并且

其中所述基板的所述一个或多个插入件与一个或多个其他基板的一个或多个其他插入件、隔板或两者在横向方向上对准并互锁，以形成集成到所述电池组件中的一个或多个通道。

15.一种用于组装根据前述权利要求中任一项所述的电池极板的方法，包括：

a)将传递片放置在电极模具中的活动板上，其中所述活动板与所述电极模具中的开口相对地设置并且能够在所述电极模具中的所述开口的方向上移动并穿过所述电极模具中的所述开口；

b)将呈糊料形式的活性材料注射到所述活动板上的所述传递片上，使得所述活性材料形成呈由至少所述活动板形成的形状的层；

c)将基板放置在所述模具的所述开口上方，使得所述基板的、期望将所述活性材料定位在其上的其中一个表面的区域与所述模具中的所述活性材料对齐；

d)使所述活动板穿过所述模具的所述开口伸出，直到所述活性材料与所述基板接触并与其结合；

e)使所述活动板远离所述基板回缩到所述模具中，使得所述活性材料保持结合到所述基板极板的所述表面中的一个，并且所述传递片保持结合到所述活性材料的、与所述活性材料结合到所述基板的所述表面中的一个的表面相反的表面。

16.根据权利要求15所述的方法，其中所述模具具有围绕所述模具的周边的侧壁，所述侧壁总体上垂直于所述活动板的移动方向；

其中所述模具具有能够放置在所述模具中的所述开口上方的覆盖物，并且所述覆盖物具有用于将能够形成电极的所述活性材料注射到所述模具中的一个或多个孔口；并且

其中所述方法包括：

i)在将所述传递片放置在所述模具内之后将所述覆盖物闭合在所述模具上方；

ii)通过所述覆盖物的所述一个或多个孔口将所述活性材料注射到所述传递片上；以及

iii)在使所述活动板伸出之前将所述覆盖物从所述模具上方移除。

17.一种根据权利要求15或16所述的方法，其还包括：

f)将第二传递片放置在所述电极模具中的相同或不同的活动板上，其中所述活动板与所述电极模具中的开口相对地设置并且能够在所述电极模具中的所述开口的方向上移动并穿过所述电极模具中的所述开口；

g)将呈糊料形式的活性材料注射到所述活动板上的所述第二传递片上，使得所述活性材料形成呈由至少所述活动板形成的形状的层；

h)将所述基板放置在所述模具的所述开口上方，使得所述基板的、与所述活性材料已经结合在其上的所述表面相反的并且期望将所述活性材料定位在其中的其中一个表面的区域与所述模具中的所述活性材料对齐；

i)使所述活动板穿过所述模具的所述开口伸出，直到所述活性材料与所述相反表面上的已经结合的活性材料相反地与所述基板接触并与其结合；以及

j)使所述活动板远离所述基板回缩到所述模具中，使得所述活性材料保持结合到所述基板极板的所述表面中的一个，并且所述第二传递片保持结合到所述活性材料的、与所述活性材料的结合到所述基板的所述表面中的一个的表面相反的表面。

18.根据权利要求15至17中任一项所述的方法，其中所述基板的一个表面上的所述活性材料形成阴极，并且所述基板的所述相反表面上的所述活性材料形成阳极。

19.根据权利要求15至18中任一项所述的方法，其中所述模具包括一个或多个插入件，所述一个或多个插入件起作用以在注射到所述模具中时在所述活性材料中形成一个或多个空隙；

其中所述方法包括在将传递片放置在所述模具内时，使所述一个或多个插入件延伸穿过所述传递片的一个或多个开口；并且

其中所述方法包括在将所述活性材料注射到所述传递片上时，在所述活性材料中形成所述一个或多个空隙。

20.根据权利要求19所述的方法，其中所述活性材料的所述一个或多个空隙和所述传递片的所述一个或多个开口匹配所述基板的一个或多个突起部，使得在将所述活性材料放置到所述基板上时，所述一个或多个开口和空隙接收穿过它们的所述一个或多个突起部。

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