CN111712942A - 包括选择性渗透膜的电化学电芯、系统及其制造方法 - Google Patents

包括选择性渗透膜的电化学电芯、系统及其制造方法 Download PDF

Info

Publication number
CN111712942A
CN111712942A CN201980012824.1A CN201980012824A CN111712942A CN 111712942 A CN111712942 A CN 111712942A CN 201980012824 A CN201980012824 A CN 201980012824A CN 111712942 A CN111712942 A CN 111712942A
Authority
CN
China
Prior art keywords
anode
cathode
electrochemical cell
lithium
membrane
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
CN201980012824.1A
Other languages
English (en)
Inventor
陈君政
N·奥塔
J·迪斯柯
Y·库萨彻
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
24M Technologies Inc
Original Assignee
24M Technologies Inc
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 24M Technologies Inc filed Critical 24M Technologies Inc
Priority to CN202310704187.2A priority Critical patent/CN116613386A/zh
Publication of CN111712942A publication Critical patent/CN111712942A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00—Electrodes
    • H01M4/02—Electrodes composed of, or comprising, active material
    • H01M4/13—Electrodes for accumulators with non-aqueous electrolyte, e.g. for lithium-accumulators; Processes of manufacture thereof
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/05—Accumulators with non-aqueous electrolyte
    • H01M10/058—Construction or manufacture
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/05—Accumulators with non-aqueous electrolyte
    • H01M10/056—Accumulators with non-aqueous electrolyte characterised by the materials used as electrolytes, e.g. mixed inorganic/organic electrolytes
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/05—Accumulators with non-aqueous electrolyte
    • H01M10/052—Li-accumulators
    • H01M10/0525—Rocking-chair batteries, i.e. batteries with lithium insertion or intercalation in both electrodes; Lithium-ion batteries
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/05—Accumulators with non-aqueous electrolyte
    • H01M10/056—Accumulators with non-aqueous electrolyte characterised by the materials used as electrolytes, e.g. mixed inorganic/organic electrolytes
    • H01M10/0561—Accumulators with non-aqueous electrolyte characterised by the materials used as electrolytes, e.g. mixed inorganic/organic electrolytes the electrolyte being constituted of inorganic materials only
    • H01M10/0562—Solid materials
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/05—Accumulators with non-aqueous electrolyte
    • H01M10/056—Accumulators with non-aqueous electrolyte characterised by the materials used as electrolytes, e.g. mixed inorganic/organic electrolytes
    • H01M10/0564—Accumulators with non-aqueous electrolyte characterised by the materials used as electrolytes, e.g. mixed inorganic/organic electrolytes the electrolyte being constituted of organic materials only
    • H01M10/0565—Polymeric materials, e.g. gel-type or solid-type
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/42—Methods or arrangements for servicing or maintenance of secondary cells or secondary half-cells
    • H01M10/4235—Safety or regulating additives or arrangements in electrodes, separators or electrolyte
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00—Electrodes
    • H01M4/02—Electrodes composed of, or comprising, active material
    • H01M4/13—Electrodes for accumulators with non-aqueous electrolyte, e.g. for lithium-accumulators; Processes of manufacture thereof
    • H01M4/139—Processes of manufacture
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00—Electrodes
    • H01M4/02—Electrodes composed of, or comprising, active material
    • H01M4/36—Selection of substances as active materials, active masses, active liquids
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M50/00—Constructional details or processes of manufacture of the non-active parts of electrochemical cells other than fuel cells, e.g. hybrid cells
    • H01M50/40—Separators; Membranes; Diaphragms; Spacing elements inside cells
    • H01M50/409—Separators, membranes or diaphragms characterised by the material
    • H01M50/431—Inorganic material
    • H01M50/434—Ceramics
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M50/00—Constructional details or processes of manufacture of the non-active parts of electrochemical cells other than fuel cells, e.g. hybrid cells
    • H01M50/40—Separators; Membranes; Diaphragms; Spacing elements inside cells
    • H01M50/409—Separators, membranes or diaphragms characterised by the material
    • H01M50/449—Separators, membranes or diaphragms characterised by the material having a layered structure
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M50/00—Constructional details or processes of manufacture of the non-active parts of electrochemical cells other than fuel cells, e.g. hybrid cells
    • H01M50/40—Separators; Membranes; Diaphragms; Spacing elements inside cells
    • H01M50/409—Separators, membranes or diaphragms characterised by the material
    • H01M50/449—Separators, membranes or diaphragms characterised by the material having a layered structure
    • H01M50/457—Separators, membranes or diaphragms characterised by the material having a layered structure comprising three or more layers
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M50/00—Constructional details or processes of manufacture of the non-active parts of electrochemical cells other than fuel cells, e.g. hybrid cells
    • H01M50/40—Separators; Membranes; Diaphragms; Spacing elements inside cells
    • H01M50/471—Spacing elements inside cells other than separators, membranes or diaphragms; Manufacturing processes thereof
    • H01M50/474—Spacing elements inside cells other than separators, membranes or diaphragms; Manufacturing processes thereof characterised by their position inside the cells
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M50/00—Constructional details or processes of manufacture of the non-active parts of electrochemical cells other than fuel cells, e.g. hybrid cells
    • H01M50/40—Separators; Membranes; Diaphragms; Spacing elements inside cells
    • H01M50/471—Spacing elements inside cells other than separators, membranes or diaphragms; Manufacturing processes thereof
    • H01M50/477—Spacing elements inside cells other than separators, membranes or diaphragms; Manufacturing processes thereof characterised by their shape
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M50/00—Constructional details or processes of manufacture of the non-active parts of electrochemical cells other than fuel cells, e.g. hybrid cells
    • H01M50/40—Separators; Membranes; Diaphragms; Spacing elements inside cells
    • H01M50/471—Spacing elements inside cells other than separators, membranes or diaphragms; Manufacturing processes thereof
    • H01M50/48—Spacing elements inside cells other than separators, membranes or diaphragms; Manufacturing processes thereof characterised by the material
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M2300/00—Electrolytes
    • H01M2300/0017—Non-aqueous electrolytes
    • H01M2300/0025—Organic electrolyte
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M2300/00—Electrolytes
    • H01M2300/0017—Non-aqueous electrolytes
    • H01M2300/0065—Solid electrolytes
    • H01M2300/0068—Solid electrolytes inorganic
    • H01M2300/0071—Oxides
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M2300/00—Electrolytes
    • H01M2300/0085—Immobilising or gelification of electrolyte
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M2300/00—Electrolytes
    • H01M2300/0088—Composites
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M2300/00—Electrolytes
    • H01M2300/0088—Composites
    • H01M2300/0094—Composites in the form of layered products, e.g. coatings
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/10—Energy storage using batteries

Abstract

本文描述的实施方案整体涉及包括选择性渗透膜的电化学电芯和系统及其制造方法。在一些实施方案中，选择性渗透膜可包括固态电解质材料。在一些实施方案中，电化学电芯可包括设置在阴极集流体上的阴极、设置在阳极集流体上的阳极和设置在它们之间的选择性渗透膜。在一些实施方案中，阴极和/或阳极可包括活性材料和传导材料在液体电解质中的浆料。在一些实施方案中，阴极液可不同于阳极液。在一些实施方案中，可优化阴极液以改进阴极的氧化还原电化学并且可优化阳极液以改进阳极的氧化还原电化学。在一些实施方案中，可构造选择性渗透膜以隔离阴极液与阳极液。

Description

包括选择性渗透膜的电化学电芯、系统及其制造方法
相关申请的交叉引用
本申请要求题目为“HYBRID SEMI-SOLID/ALL SOLID-STATE ELECTRODES ANDBATTERY STACKS”并于2018年1月8日提交的美国临时申请号62/614,618；题目为“ELECTROCHEMICAL CELLS INCLUDING SELECTIVELY PERMEABLE MEMBRANES,SYSTEMS ANDMETHODS OF MANUFACTURING THE SAME”并于2018年4月26日提交的美国临时申请号62/662,919；和题目为“ELECTROCHEMICAL CELLS INCLUDING SELECTIVELY PERMEABLEMEMBRANES,SYSTEMS AND METHODS OF MANUFACTURING THE SAME”并于2018年6月18日提交的美国临时申请号62/686,283的优先权和权益，其每个的公开内容通过引用完全并入本文。
背景技术
本文描述的实施方案整体涉及具有选择性渗透膜的电化学电芯和系统及其制造方法。电池通常由固体电极、分隔体、电解质和附属部件例如包装、热管理、电芯平衡、电载流体合并至接线端中和/或其它这样的部件组成。电极通常包括活性材料、传导材料、粘合剂和其它添加剂。
用于制备电池的一些已知方法包括：用由溶解或分散在溶剂或水中的粘合剂、活性材料、和传导添加剂组成的浆料涂覆金属性基材(例如集流体)，蒸发溶剂或水，和压延干燥的固体基体至规定厚度。然后将电极切割，与其它部件包装，用电解质浸润并然后将整个包装密封。
这样的已知方法通常包括复杂且昂贵的制造步骤例如铸塑(casting)电极。用于生产电极的这些已知方法导致电池具有较低的容量、较低的能量密度和高的非活性组分与活性材料之比率。此外，在已知电极配方中使用的粘合剂可提高弯折度并降低电极的离子传导率。
发明内容
本文描述的实施方案整体涉及包括选择性渗透膜的电化学电芯和系统及其制造方法。在一些实施方案中，选择性渗透膜可包括固态电解质材料。在一些实施方案中，电化学电芯可包括设置在阴极集流体上的阴极、设置在阳极集流体上的阳极和设置在它们之间的选择性渗透膜。在一些实施方案中，阴极和/或阳极可包括活性材料和传导材料在液体电解质中的浆料。在一些实施方案中，阴极液可不同于阳极液。在一些实施方案中，可优化阴极液以改进阴极的氧化还原电化学并且可优化阳极液以改进阳极的氧化还原电化学。在一些实施方案中，可构造选择性渗透膜以隔离阴极液与阳极液。
在一些实施方案中，电化学电芯包括阳极，所述阳极包括阳极集流体、阳极材料和阳极液；阴极，所述阴极包括阴极集流体、阴极材料和阴极液；和设置在阳极和阴极之间的选择性渗透膜，构造该选择性渗透膜以化学地和/或流体地(fluidically)隔离阳极与阴极。
在一些实施方案中，电化学电芯包括阳极，所述阳极包括阳极集流体和包括阳极液的半固体阳极材料；阴极集流体；第一阴极，所述第一阴极包括具有阴极液的半固体阴极材料，该第一阴极设置在阴极集流体上；设置在第一阴极上的第二阴极，该第二阴极包括活性材料、粘合剂、固态电解质材料，并且经构造从而化学地和/或流体地隔离阳极与阴极；和经构造从而在阳极和阴极之间提供电隔离的常规分隔体。
在一些实施方案中，形成电化学电芯的方法包括将半固体阴极浆料分配至阴极集流体上以形成阴极；将阳极材料分配至阳极集流体上以形成阳极；将选择性渗透膜设置在阴极和阳极中至少一个上，构造该选择性渗透膜从而化学地和/或流体地隔离包括阴极液的阴极与包括阳极液的阳极；和将阴极设置在阳极上，在它们之间具有选择性渗透膜以形成电化学电芯。
在一些实施方案中，形成电化学电芯的方法包括将包括阳极液的半固体阳极材料分配至阳极集流体上以形成阳极；将包括阴极液的半固体阴极浆料分配至阴极集流体上以形成阴极；将第二阴极设置在半固体阴极上，该第二阴极包括活性材料、粘合剂、固态电解质材料，并且经构造从而化学地和/或流体地隔离阳极与阴极；将选择性渗透膜设置在阴极和阳极中至少一个上，构造该选择性渗透膜从而化学地和/或流体地隔离包括阴极液的阴极与包括阳极液的阳极；和将常规的分隔体设置在选择性渗透膜上，构造该常规的分隔体从而在阳极和阴极之间提供电隔离。
在一些实施方案中，形成电化学电芯的方法包括将阳极材料分配至阳极集流体上以形成阳极；将密封材料设置在阳极上；将选择性渗透膜设置在位于阳极上的密封材料上，构造该选择性渗透膜从而化学地和/或流体地隔离包括阴极液的阴极与包括阳极液的阳极；施加热和/或压力从而在半渗透膜和阳极集流体之间形成密封；和将阴极设置在阳极上，在它们之间具有选择性渗透膜以形成电化学电芯。
附图简要描述
图1A是根据一种实施方案的电化学电芯的示意说明。
图1B是根据一种实施方案的电化学电芯的示意说明。
图1C是根据一种实施方案的阴极复合膜的扫描电子显微镜图像。
图1D是根据一种实施方案的阴极复合膜的扫描电子显微镜图像。
图1E是根据一种实施方案的电化学电芯的示意说明。
图1F是根据一种实施方案的一部分选择性渗透膜的示意说明。
图1G是根据一种实施方案的一部分选择性渗透膜的示意说明。
图2是根据一种实施方案的电化学电芯的示意说明。
图3是根据一种实施方案的电化学电芯的示意说明。
图4是根据一种实施方案的电化学电芯的示意说明。
图5是根据一种实施方案的电化学电芯的示意说明。
图6是根据一种实施方案的电化学电芯的示意说明。
图7是根据一种实施方案的电化学电芯的示意说明。
图8说明根据一种实施方案用于制造电化学电芯的方法。
图9说明根据一种实施方案用于制造电化学电芯的方法。
图10说明根据一种实施方案用于密封电极的夹具和分解图。
图11A说明根据一种实施方案密封的电极的背视图。
图11B说明根据一种实施方案密封的电极的顶视图。
图12是显示电化学电芯放电过程中电压和容量改变的放电曲线图。
图13是显示电化学电芯的充电和放电过程中电压和容量改变的充电-放电曲线图。
图14是显示电化学电芯的充电和放电过程中电压和容量改变的充电-放电曲线图。
图15是显示电化学电芯的充电和放电过程中电压和容量改变的充电-放电曲线图。
具体实施方式
本文描述的实施方案整体涉及包括选择性渗透膜的电化学电芯和系统及其制造方法。本文描述的实施方案整体涉及电化学电芯，其包括设置在阴极集流体上的阴极、设置在阳极集流体上的阳极和设置在它们之间的选择性渗透膜。在一些实施方案中，阴极可包括活性材料和传导材料在液体阴极液中的浆料。在一些实施方案中，阳极可包括活性材料和传导材料在液体阳极液中的浆料。在一些实施方案中，阴极液和阳极液可为不同的。在一些实施方案中，可优化阴极液以改进阴极的安全性和/或氧化还原电化学的性能，并且可优化阳极液以改进阳极的安全性和/或氧化还原电化学的性能。在一些实施方案中，可构造选择性渗透膜以隔离阴极液与阳极液。在一些实施方案中，选择性渗透膜可设置在阴极和阳极之间。在一些实施方案中，选择性渗透膜可延伸基本上超过阴极和阳极。在一些实施方案中，可将一部分选择性渗透膜密封在第一部分袋(pouch)材料和第二部分袋材料之间从而流体地隔离阴极与阳极。在一些实施方案中，可将一部分选择性渗透膜密封在集流体从而流体地隔离阴极与阳极。在一些实施方案中，可将一部分选择性渗透膜密封在阴极集流体从而流体地隔离阴极与阳极。
常规的电池系统通过在不同的离子电化学势下分离离子源和离子槽(sink)来储存电化学能。电化学势的差异在正电极和负电极之间产生电压差，如果电极通过传导元件连接，则其产生电流。在正电极和负电极之间的电化学势差异可产生较高的电压系统，这有助于较高能量密度的电芯。在常规的电池系统中，负电极和正电极通过两个传导元件的并联结构连接。外部元件专门传导电子，然而，通过分离体和电解质分开的内部元件专门传导离子。外部和内部流路以相同的速率供应离子和电子，因为在负电极和正电极之间不可维持电荷不平衡。可使用产生的电流来驱动外部装置。可通过施加相反的电压差来使可再充电的电池再充电，所述相反的电压差在与放电电池相反的方向上驱动电流和离子流。因此，可再充电的电池的活性材料需要接收和提供离子的能力。提高的电化学势在电池的阴极和阳极之间产生更大的电压差，这提高每单位质量电池的电化学储存能量。对于高功率电池，离子源和离子槽通过具有大离子传导率的元件连接至分隔体，并且用高电子传导率元件连接至集流体。
典型的电池制造包括许多连续进行的复杂且成本高的工艺，其每个都遭受产量损失，带来设备的资本成本，并包括能量消耗和可消耗材料的操作费用。该工艺首先包括制备单独的阳极混合物和阴极混合物，其通常是电化学活性离子储存化合物、导电添加剂和聚合物粘合剂的混合物。将混合物涂覆至柔性金属箔的表面上并随后在高压下压缩以提高密度和控制厚度。然后将这些压缩的电极/箔复合材料分割成适合于所制造电池的特定形状因子的尺寸和/或形状。分割的电极复合材料通常与插入的离子传导/电子绝缘分隔体膜共同卷绕或共同堆叠从而构造电池绕组，即“卷绕体”或“叠层”，然后将其包装在金属罐、柔性聚合物袋等中。可用需要在仔细控制的环境例如高真空环境中引入的液体电解质浸润所产生的电芯。
所制造电池的储存的能量或充电容量与以下有关：活性材料固有的充电容量(mAh/g)，电极的体积(cm3)，层厚度、面积和数量的乘积，和电极介质中活性材料的负载量(例如活性材料的克数/电极介质的立方厘米数)。因此，为了增加商业吸引力(例如提高的能量密度和降低的成本)，通常期望提高设置在给定的电池形状因子中的电极的面充电容量(mAh/cm2)，这取决于电极厚度和活性材料负载量。此外，期望提高在集流体和电极材料之间的电传导。例如，可期望提高与半固体电极材料物理和/或电连接的集流体的表面积。
常规电化学电芯通常包括多孔膜分隔体，例如多孔聚烯烃膜。常规的分隔体通常具有厚度约6-约32μm，而重量为约5至约20g/m2和孔隙率在约38％和约55％之间。构造该常规的分隔体从而允许在阴极和阳极之间离子电荷载体的转移，并且通常构造该常规的分隔体从而被电解质润湿和/或在阳极侧和阴极侧之间连通电解质。常规的分隔体在阳极和阴极之间提供电隔离。因此，对于与阳极、阴极和集流体材料兼容的常规电化学电芯的阳极侧和阴极侧通常使用单一电解质。换句话说，对于常规的电化学电芯，选择未对阴极电化学或阳极电化学优化的常见电解质。跨常规分隔体的电解质流体连通可导致在阴极和阳极之间电解质的化学均匀化，这限制分别为了阴极和阳极中最佳电化学性能而调整阴极液和阳极液材料的能力。
传统的固体电极经常通过烧结或压制完全固体电解质和活性材料粉末制成，然而产生的电极由于在电池工作过程中的体积改变而通常在电解质和活性材料之间不具有良好界面接触。对于传统的固态电极，选择性渗透膜和活性材料的完全混合物仍不可实现最佳电化学接触。另外，例如由于温度和/或体积改变在电池工作过程中固体电解质中经常形成裂纹。因此，固体电解质商业化的一个重要障碍是界面接触电阻。换句话说，选择性渗透膜和/或固态电极可对由于化学或物理相互作用所致与另一选择性渗透膜/电极的保持接触高度抵抗。
传统的电化学电芯还经常使用高挥发性和高度易燃的溶剂作为部分液体电解质，这可提高溶剂泄漏速率、火灾和其它电化学电芯损坏。传统的溶剂电解质(例如用于锂离子电池)经常在溶剂例如碳酸二甲酯、碳酸甲乙酯和/或碳酸二乙酯中包括含有锂的盐。这些溶剂和盐组合经常导致锂枝晶形成、气体形成和/或固体-电解质中间相(SEI)形成，这可导致降低的能量密度、降低的传导率和倍率容量，降低的循环和日历寿命和/或爆炸和火灾风险。为了稳定SEI层和减小反应性，可以使用电解质添加剂例如碳酸乙烯酯(VC)，然而这些添加剂通常在阳极侧上兼容但是在阴极侧上不稳定。
因此，需要这样的电化学电芯：其具有可化学地和/或流体地隔离阳极与阴极同时促进在电芯充电和放电过程中电荷转移的选择性渗透膜。还需要制造具有设置在阳极和阴极之间的选择性渗透膜的电化学电芯的方法。在一些实施方案中，本文描述的电化学电芯可包括半固体阴极和/或半固体阳极。
在一些实施方案中，本文描述的半固体电极可为无粘合剂的和/或可使用比在常规电池制造中通常使用的粘合剂更少的粘合剂。代替地，在常规的电极中常被粘合剂占据的电极体积现在被以下占据：1)电解质，其具有降低弯折度和提高可用于离子扩散的总盐的效果，从而抵消当在高倍率下使用时厚的常规电极典型的盐损耗效果，2)活性材料，其具有提高电池充电容量的效果，或3)传导添加剂，其具有提高电极的电子电导率的效果，从而抵消厚的常规电极的高内部阻抗。本文描述的半固体电极的减小的弯折度和较高的电导率导致由半固体电极形成的电化学电芯的优异倍率性能和充电容量。因为本文描述的半固体电极可被制成比常规电极厚得多，所以活性材料(即半固体阴极和/或阳极)与非活性材料(即集流体和/或分隔体)之比可相对于由包括常规电极的电化学电芯叠层形成的类似电池在由包括半固体电极的电化学电芯叠层形成的电池中高得多。这大幅提高了包括本文描述的半固体电极的电池的总充电容量和能量密度。
本文描述的半固体电极可配制为浆料使得在浆料配方中包括电解质。这与常规电极例如压延电极相反，在常规电极中一旦将电化学电芯设置在容器例如袋或罐中，通常将电解质添加至电化学电芯。
在一些实施方案中，本文描述的电极材料可为可流动的半固体或浓缩液体组合物。可流动的半固体电极可包括电化学活性材料(阳极或阴极颗粒或微粒)和任选的电子传导材料(例如碳)在非水性液体电解质中的悬浮液。换句话说，活性电极颗粒和传导颗粒可共悬浮在电解质中以产生半固体电极。
可用于制备半固体组合物和/或电极的系统和方法的实例描述于2013年3月15日提交的题目为“Electrochemical Slurry Compositions and Methods for Preparingthe Same”的美国专利号9,484,569(下文中“‘569专利”)和2015年11月4日提交的题目为“Electrochemical Cells Having Semi-Solid Electrodes and Methods ofManufacturing the Same”的美国专利公开号2016/0133916(下文中“‘916公开文本”)，其整个公开内容通过引用并入本文。
在一些实施方案中，本文描述的电极材料可为用于阳极的常规电极材料(例如包括锂金属)和用于阴极的半固体组合物。在一些实施方案中，本文描述的电极材料可为用于阴极的常规电极材料和用于阳极的半固体组合物。在一些实施方案中，电化学电芯可包括能够阻止电解质(例如溶剂)分子在阴极侧和阳极侧之间交叉(crossover)的选择性渗透膜。在一些实施方案中，含有碳的阳极可与具有溶剂(例如碳酸亚乙酯)的阳极液(例如六氟磷酸锂)使用使得形成固体-电解质中间相。在一些实施方案中，选择性渗透膜可为离子渗透的但不可渗透阴极液和阳极液。在一些实施方案中，选择性渗透膜可基本上延伸越过阴极材料和阳极材料中的至少一种从而化学地和/或流体地隔离电化学电芯的阴极侧与阳极侧。在一些实施方案中，选择性渗透膜可延伸超过阴极和阳极和各自的集流体从而化学地和/或流体地隔离电化学电芯的阴极侧与阳极侧。在一些实施方案中，选择性渗透膜的四个边缘可延伸超过阴极材料和阳极材料和各自的集流体。在一些实施方案中，选择性渗透膜的四个边缘可密封在袋材料的两个表面之间从而化学地和/或流体地隔离电化学电芯的阴极侧与阳极侧。在一些实施方案中，可将选择性渗透膜的四个边缘密封至集流体从而流体地隔离阴极与阳极。在一些实施方案中，可将选择性渗透膜的四个边缘密封至阴极集流体从而流体地隔离阴极与阳极。在一些实施方案中，阴极是密封在阴极集流体和选择性渗透膜之间中的半固体电极。
如本文描述的选择性渗透膜的用途可导致电化学电芯安全性提高和泄漏可能性减小。例如，在一些实施方案中，本文描述的电化学电芯在电池的化成过程中和初始充电-放电循环过程中可具有减小的气体产生。在一些实施方案中，本文描述的电化学电芯可包括不可燃溶剂或非腐蚀性或高抗氧化性电解质盐。另外，在一些实施方案中，本文描述的电化学电芯由于半固体电极材料和选择性渗透膜的使用可经历减小的溶剂电解质泄漏。
另外，可以通过减小或消除对于电解质添加步骤和/或脱气步骤的需要来改进制造工艺和形成工艺。在典型的电池组装步骤中，将形成的电化学电芯设置在袋材料内并将电解质注入电芯中。或者，本文描述的电化学电芯可使用半固体电极材料，其包括电解质和连接至阳极和阴极中至少一种的选择性渗透膜。在典型的电池化成步骤中，将电池密封在袋内部，电芯经历多个充电-放电循环以形成SEI层并确保电池正常工作，并然后通过刺穿该袋释放在这些初始循环过程中形成的气体。可通过使用半固体电极材料和选择性渗透膜而不是灌入液体电解质的常规电极从制造工艺消除这些和其它制造步骤。
如本文描述的选择性渗透膜的使用还可消除对于如在常规电化学电芯中使用的常规离子渗透膜分隔体的需要。因此，在本文描述的电化学电芯中消除常规的分隔体可消除与常规的分隔体的制造和组装有关的额外制造步骤。
如本文描述的选择性渗透膜的使用还可规定阴极液可不同于阳极液。换句话说，阴极液的组成可包括阴极液添加剂、溶剂和所选择的盐使得在没有考虑阴极液与阳极液、阳极和阳极集流体的兼容性情况下优化阴极的电化学。类似地，阳极液的组成可包括阳极液添加剂、溶剂和所选盐，使得在不考虑阳极液/阳极液添加剂与阴极液、阴极和阴极集流体的兼容性情况下优化阳极的电化学。这可导致更宽范围的可用作阴极液和/或阳极液的电解质材料。在一些实施方案中，在半固体电极材料和/或选择性渗透膜中使用更宽范围的电解质材料的能力可导致更好的充电和放电性能，因为可独立于阳极性能的优化来优化阴极性能。
如本文描述的选择性渗透膜的使用与常规的固态电化学电芯相比还可提供减小的接触电阻。接触电阻可出现在电化学电芯中的电极和集流体的界面处。选择性渗透膜的使用可通过允许使用改进传导率和化学兼容性而选择的阴极液和阳极液来提供减小的接触电阻。
定义
如本说明书中使用的，单数形式“一个(a)”、“一种(an)”和“该(the)”(或未译出)包括复数所指物，上下文另外明确规定。因此，例如术语“构件”意图是指单个构件或构件的组合，“材料”意图是指一种或多种材料，或它们的组合。
当关于“柱形”、“线性”和/或其它几何关系使用时术语“基本上”意在表达如此限定的结构名义上是柱形、线性等。作为一个实例，被描述为“基本上线性”的支撑构件的一部分意在表达尽管该部分的线性是期望的，但是在“基本上线性”的部分中可出现一些非线性。这样的非线性可从制造公差或其它实际考虑(例如施加至支撑构件的压力或力)产生。因此，由术语“基本上”修饰的几何结构包括这样的几何性质在所述几何结构的正负5％的公差内。例如，“基本上线性的”部分是限定在为线性的正负5％内的轴线或中心线的部分。
如本文使用的，术语“组”和“多个”可指多种特征或具有多个部分的单个特征。例如，当指一组电极时，该组电极可被认为是具有多个部分的一个电极，或该组电极可被认为是多个不同的电极。另外，例如当指多个电化学电芯时，多个电化学电芯可被认为是多种不同的电化学电芯或具有多个部分的一个电化学电芯。因此，一组部分或多个部分可包括彼此连续或不连续的多个部分。还可由分别生产并之后结合在一起(例如通过混合、胶黏剂或任何合适的方法)的多种物品制造多个颗粒或多个材料。
如本文所用的，术语“约”和“大约”通常意指所述值的正负10％，例如约250μm会包括225μm至275μm，约1,000μm会包括900μm至1,100μm。
如本文所用的，术语“半固体”是指材料是液体相和固体相的混合物，例如颗粒悬浮液、浆料、胶体悬浮液、乳液、凝胶或胶束(micelle)。
如本文所用的，术语“活性炭网络”和“网络化的碳”涉及电极的一般定性状态。例如，具有活性炭网络(或网络化的碳)的电极使得电极内的碳颗粒相对于彼此呈现单个颗粒形态和布置，这便于颗粒之间的电接触和导电性。相反地，术语“非活性炭网络”和“未网络化的碳”涉及这样的电极：其中碳颗粒或作为单独的颗粒岛存在，或作为多颗粒聚集体岛存在，其不可充分连接以通过电极提供足够导电性。
“常规分隔体”意指在阳极和阴极之间提供电隔离同时允许携带电荷的离子从中通过的离子渗透膜、薄膜、或层。常规分隔体不提供阳极和阴极的化学和/或流体隔离。
图1A和1B显示电化学电芯100的示意说明，电化学电芯100包括设置在阴极集流体115上的阴极110、设置在阳极集流体125上的阳极120和设置在它们之间的选择性渗透膜130。图1B显示在选择性渗透膜130周围设置的框架构件135a和135b。在一些实施方案中，框架构件135a和135b在选择性渗透膜130的周长周围形成整体结构，并且在其它实施方案中，框架构件135a和135b形成多元框架。在一些实施方案中，框架构件135a和135b支撑选择性渗透膜130。在一些实施方案中，框架构件135a和135b形成电化学电芯100的一部分密封。在一些实施方案中，阴极110可包括活性材料和传导材料在液体阴极液中的浆料。在一些实施方案中，阳极120可包括活性材料和传导材料在液体阳极液中的浆料。在一些实施方案中，阴极液可不同于阳极液。在一些实施方案中，可优化阴极液以改进阴极110的氧化还原电化学的电性能，并且可优化阳极液以改进阳极120的氧化还原电化学的电性能。在一些实施方案中，可构造选择性渗透膜130以化学地和/或流体地隔离阴极液与阳极液。在一些实施方案中，使用选择性渗透膜130意指可在没有常规的离子渗透膜分隔体的情况下形成电化学电芯100。在一些实施方案中，选择性渗透膜130没有向电化学电芯100提供阴极110和阳极120之间的电隔离。在一些实施方案中，选择性渗透膜130可设置在阴极110和阳极120之间。在一些实施方案中，选择性渗透膜130可延伸基本上超过阴极110和阳极120。在一些实施方案中，可将选择性渗透膜130的边缘密封在袋材料的第一部分和第二部分之间从而将电化学电芯100装在袋内。
在一些实施方案中，阴极液可为氟代碳酸酯，包括但不限于氟代碳酸亚乙酯(FEC)、氟代直链碳酸酯或氟代碳酸甲乙酯(F-EMC)、氟代环碳酸酯(F-AEC)、较少碳酸亚乙酯或富含碳酸亚丙酯(PC)的基于碳酸酯的溶剂与锂盐。在一些实施方案中，阴极液可为基于腈的溶剂体系例如乙腈与LiFSI/LiPF6。在一些实施方案中，阴极液可为基于砜的溶剂体系，例如环丁砜(SL)或二甲基亚砜(DMSO)或具有高氧化势的类似结构溶剂和锂盐。在一些实施方案中，阴极液可为水与高浓度LiTFSI、LiOTf或LiFSI。在一些实施方案中，阴极液可为不可燃的三(2,2,2-三氟乙基)磷酸酯(TFEP)、类似的基于磷酸酯/亚磷酸酯的溶剂与锂盐。在一些实施方案中，阴极液包括水、氟、PS、PES、LiPF6盐或LiBF4盐中至少一种。
在一些实施方案中，阳极液可为用于在锂电池中的甘醇二甲醚，例如二甲氧基乙烷(DME)、二氧戊环(DOL)、四乙二醇二甲醚(TEGDME)与LiNO3和/或LiTFSI。在一些实施方案中，阳极液可为在高浓度下用于石墨/锂的基于LiTFSI的碳酸酯电解质。在一些实施方案中，阳极液可为用于石墨或锂体系的基于LiBOB/LiODFB的碳酸酯/甘醇二甲醚电解质。在一些实施方案中，阳极液可为用于硅体系的高浓度FEC电解质。在一些实施方案中，阳极液可为用于石墨体系的碳酸酯电解质。在一些实施方案中，阳极液包括1,2-二甲氧基乙烷、N-甲基吡咯烷酮、LiBOP、LiDFOB和/或VC中至少一种。在一些实施方案中，阳极液包括LiFSI盐或LiTFSI盐中至少一种。
在一些实施方案中，可通过例如使用气相沉积工艺、冷喷涂工艺、等离子体沉积工艺、电化学沉积和/或溶胶-凝胶工艺涂覆固态电解质材料至分隔体上来制备选择性渗透膜130。在一些实施方案中，固态电解质材料涂层可具有0％至约20％孔隙率。在一些实施方案中，固态电解质材料涂层可具有0％至约30％孔隙率、约1％至约29％、约1％至约28％、约1％至约27％、约1％至约26％、约1％至约25％、约1％至约24％、约1％至约23％、约1％至约22％、约1％至约21％、约1％至约20％、或小于约20％孔隙率，包括它们之间的所有值和范围。
在一些实施方案中，可通过例如液体涂覆工艺或挤出工艺在使用或不使用热/冷压工艺的情况下将固态粉末与聚合物粘合剂涂覆至分隔体上来制备选择性渗透膜130。在一些实施方案中，分隔体可包括陶瓷材料。在一些实施方案中，具有聚合物的固态电解质材料涂层可具有0％至约20％孔隙率。在一些实施方案中，分隔体可包括陶瓷材料并且可热压以减小涂层的孔隙率。在一些实施方案中，聚合物粘合剂可包括聚偏二氟乙烯(PVDF)或其它氟化聚合物或聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)或聚苯硫醚(PPS)或聚醚醚酮(PEEK)或聚酰亚胺(PI)或聚氯乙烯(PVC)或苯乙烯-丁二烯橡胶(SBR)、聚氧化乙烯(PEO)、纤维素和聚丙烯酸酯中至少一种。
在一些实施方案中，可通过过滤选择性渗透膜粉末分散体从而完全覆盖分散体内的孔隙来制备选择性渗透膜130。在一些实施方案中，选择性渗透膜粉末可分散至分散液中，并可经构造从而阻塞分隔体的孔隙使得分隔体的有效孔隙率变成约0％。在一些实施方案中，分隔体可包括陶瓷材料使得热压工艺可提高选择性渗透膜接触。
在一些实施方案中，选择性渗透膜130可包括常规分隔体，例如本文和‘916公开文本中公开的。例如，常规分隔体可为能够离子传输的任何膜即离子渗透膜。在一些实施方案中，分隔体可包括允许离子传输通过的不可渗透液体的膜，即固体或凝胶离子导体。在一些实施方案中，分隔体可为灌入液体电解质的多孔聚合物膜，其允许离子在阴极和阳极电活性材料之间的往复运动，同时防止电子转移。在一些实施方案中，分隔体可为微孔膜，其防止形成阴极和阳极组合物的颗粒跨过该膜。在一些实施方案中，分隔体可为单层或多层微孔分隔体。在一些实施方案中，分隔体可包括聚氧化乙烯(PEO)聚合物(其中锂盐被络合以提供锂传导性)或基于磺化四氟乙烯的含氟聚合物-共聚物(例如NafionTM)膜(其为质子导体)。例如，基于PEO的电解质可用作分隔体，其为不含针孔的并且是固体离子导体，任选地用其它膜例如玻璃纤维分隔体作为支撑层来稳定。PEO还可用作在正或负氧化还原组合物中的浆料稳定剂、分散剂等。PEO与典型的基于碳酸烷基酯的电解质稳定接触。这可在基于磷酸酯的电芯化学品中尤其有用，其中正电极的电池电势相对于Li金属小于约4V。可根据需要升高氧化还原电芯的工作温度以改进膜的离子传导性。
在一些实施方案中，选择性渗透膜130可包括常规的分隔体，例如以上描述的，并且还包括经构造从而涂覆选择性渗透膜130的至少一个表面的至少一部分的材料。在一些实施方案中，选择性渗透膜130还可包括经构造从而基本上填充常规分隔体的孔隙的材料。在一些实施方案中，多孔分隔体中基本上所有的孔可填充有包括阳极活性材料的材料使得选择性渗透膜变为最终电化学电芯中的第二阳极。在一些实施方案中，多孔分隔体中基本上所有的孔可填充有包括阴极活性材料的材料使得选择性渗透膜变为最终电化学电芯中的第二阴极。在一些实施方案中，经构造从而填充多孔分隔体的孔隙的材料可包括本文和在‘569专利、‘916公开文本和‘646公开文本中描述的任何氧化还原电活性材料。
在一些实施方案中，可将材料涂覆至分隔体的至少一个表面的至少一部分上。在一些实施方案中，可将材料沉积在多孔分隔体的孔中。在一些实施方案中，在电化学电芯100的化成过程中涂覆至分隔体表面上的材料可体积膨胀。在一些实施方案中，在化成过程中材料的膨胀可引起材料填充或部分填充孔隙，从而使可渗透液体的膜分隔体成为不可渗透液体的膜，例如选择性渗透膜130。在一些实施方案中，材料可包括阳极活性材料例如碳、插入锂的碳、锂氮化物、锂合金和形成锂合金的化合物，包括硅、铋、硼、镓、铟、锌、锡、氧化锡、锑、铝、氧化钛、钼、锗、锰、铌、钒、钽、金、铂、铁、铜、铬、镍、钴、锆、钇、氧化钼、氧化锗、氧化硅、碳化硅，任何其它材料或它们的合金，和它们的任何其它组合。
在一些实施方案中，经构造从而涂覆分隔体的至少一个表面的至少一部分和/或填充多孔分隔体的孔隙的材料可仅部分填充孔隙使得每个孔的一端被填充，但是在分隔体对侧上的每个孔的孔径可保持未填充。在一些实施方案中，可将涂覆至分隔体的至少一个表面的至少一部分上和/或填充多孔分隔体的孔隙的材料从经构造从而邻接最终电化学电芯中阳极的分隔体一侧施加至分隔体和/或施加至分隔体中。不希望受任何特定理论的束缚，在与锂阳极接触过程中，高容量阳极活性材料可被锂化并可体积膨胀以填充或进一步填充孔隙。在一些实施方案中，涂覆至分隔体上的材料可包括聚合物材料、交联剂和/或可将材料保持在分隔体上和/或孔中的适当位置的其它可固化材料。在一些实施方案中，一旦阳极活性材料填充或进一步填充孔隙，可将其固化或以其他方式引起凝胶化或凝固。在一些实施方案中，凝胶化的或凝固的活性材料可大幅阻塞用于阴极110的电解质渗透(例如通过其润湿或流动)至电化学电芯100的阳极120侧。
在一些实施方案中，可将具有超支化结构的自封端低聚物(STOBA)涂覆至分隔体的阴极侧上。不希望受任何特定理论的束缚，添加STOBA材料可通过在标准工作温度下允许离子通过选择性渗透膜但在高于正常工作温度过程中不允许离子转移来防止热失控，在高于正常工作温度时，电化学电芯100的温度超过所使用特定STOBA材料的临界交联温度。在一些实施方案中，可将STOBA材料从阴极侧至少部分填充至分隔体的孔隙中。在一些实施方案中，可在形成阴极110之前将STOBA材料涂覆至阴极110的表面上，混合至阴极材料中，和/或涂覆至阴极活性材料上。在一些实施方案中，可将STOBA材料涂覆至在阳极120和选择性渗透膜130之间的阳极120的表面上，使得离子在高温(例如热失控)条件下不可穿透阳极120。在一些实施方案中，可选择STOBA材料与阳极材料兼容使得可在阳极120中包括STOBA材料从而防止在过充事件过程中离子从阳极120转移至阴极110。在一些实施方案中，可在与涂覆至分隔体上的STOBA材料组合的电解质中使用较不挥发的溶剂。在一些实施方案中，可在蒸发电解质溶剂之前通过热来引发和/或催化STOBA材料聚合。在一些实施方案中，可在具有STOBA材料的阴极中使用PC、EC和/或GBL。不希望受任何特定理论的束缚，当添加STOBA材料时，在电芯中误用条件过程中产生的热可引起STOBA材料的聚合(交联)，这可在溶剂蒸发(挥发性气体产生)可能开始之前关闭电芯。在一些实施方案中，PC和GBL可剥离石墨阳极(例如120)。在一些实施方案中，可在阴极110中使用PC和GBL，并且可在阴极110和阳极120中使用两种或更多种不同的电解质。
在一些实施方案中，可将STOBA混合至半固体电极浆料中。在一些实施方案中，因为半固体电极制造工艺经常不需要干燥过程(然而当使用NMC溶剂时，经常需要100℃-150℃干燥条件)，所以聚合温度可经常低于约100℃。
在一些实施方案中，可在选择性渗透膜130和任一阴极110或阳极120例如半固体阳极之间包括聚合物分隔体。在一些实施方案中，聚合物分隔体可包括聚丙烯、聚乙烯、纤维素材料、任何其它合适的聚合物材料、或它们的组合。在一些实施方案中，在选择性渗透膜130和任一阴极110或阳极120之间放置聚合物分隔体可提高选择性渗透膜130的润湿性和/或不需要的氧化还原副反应的减少。在一些实施方案中，当聚合物分隔体被阴极液或阳极液润湿时，聚合物分隔体可变为凝胶聚合物电解质片。
在一些实施方案中，选择性渗透膜130和/或选择性渗透膜130上的材料涂层可包括含有锂的材料。在一些实施方案中，在电化学电芯100的化成过程中，来自选择性渗透膜130或其上涂层中的含有锂的材料的锂离子可在第一充电-放电循环之前使阳极预锂化。不希望受任何特定理论的束缚，阳极120的预锂化可导致SEI层的形成，这可防止在电化学电芯100的工作过程中阳极120中锂枝晶形成。这可减小在电池化成和初始循环过程中不可逆的容量损失。另外，这可导致形成的电化学电芯100具有较高能量密度和/或功率密度，因为在电化学电芯100的化成过程中较少的阳极120变得不可用。不希望受任何特定理论的束缚，预锂化可导致在初始循环过程中阳极120的体积膨胀减小，因为较少的锂离子被不可逆地捕获在阳极120材料中。在电池化成过程中阳极体积膨胀的这种减小可导致较少的由于阳极120的破裂和/或阳极120从选择性渗透膜130的分离所致的电化学电芯100的机械失效。
在一些实施方案中，选择性渗透膜130可包括在至少一侧上涂覆有玻璃或陶瓷材料的固态电解质材料片或层。在一些实施方案中，可通过任何合适的沉积方法将玻璃或陶瓷材料沉积至固态电解质材料片上，所述任何合适的沉积方法包括但不限于化学气相沉积(CVD)、物理气相沉积(PVD)、冷喷涂施加、原子层沉积、金属有机化学气相沉积、氮等离子体辅助沉积、辊涂、喷涂施加、溅射沉积、反应溅射沉积、溅射、熔融淬火、机械研磨或它们的组合。不希望受任何特定理论的束缚，将这样的玻璃或陶瓷涂层沉积至固态电解质材料片上可防止通过固态电解质材料片的溶剂扩散，例如溶剂阳极液扩散。在一些实施方案中，固态电解质材料片可包括如以上描述的聚合物分隔体。在一些实施方案中，当聚合物分隔体被阴极液或阳极液润湿时，聚合物分隔体可变为凝胶聚合物电解质片。在一些实施方案中，PEO聚合物膜被不含针孔的薄固体电解质层例如通过溅射的1微米无定形LiPON层涂覆。在一些实施方案中，LiPON层可用于阴极侧并且PEO可用于阳极侧。不希望受任何特定理论的束缚，因为PEO具有弱氧化势稳定性并且LiPON可与锂金属反应，所以这种组合可防止这些反应。在一些实施方案中，可将LiPON溅射至PEO干膜上，并且在组装电化学电芯之后PEO可变为凝胶聚合物。在一些实施方案中，LiPON层可用于分隔溶剂电解质与阳极120和阴极110。在一些实施方案中，可使用除LiPON之外的其它固态电解质材料，但是无定形或柔性锂离子传导涂层可防止裂纹形成。其它固态电解质材料可包括PEO、PVDF、PAN、或它们的组合。
在一些实施方案中，陶瓷层可插在选择性渗透膜130和阳极120之间。在一些实施方案中，陶瓷层可至少部分涂覆有防止扩散材料例如含有氧氮化物的材料。在一些实施方案中，防止扩散材料可包括锂磷氧氮化物(LiPON)、硅磷氧氮化物(SiPON)、锂硅磷氧氮化物(LiSiPON)、锂钛硅磷氧氮化物(LiTiSiPON)、硫酸锂氧氮化物(LiSON)、硫代超级锂离子导体(硫代-LISICON)、锂磷硫化物(Li3PS4)、锂锡磷硫化物(LSPS，Li10SnP2S12)、其它合适的材料、或它们的组合。
在一些实施方案中，可将防止扩散材料施加至选择性渗透膜130的一侧或两侧上。在一些实施方案中，可调整施加至选择性渗透膜130的阴极侧的防止扩散材料至阴极110和选择性渗透膜130的化学性质使得它们之间基本上没有发生材料扩散。在一些实施方案中，可调整施加于选择性渗透膜130的阳极侧的防止扩散材料至阳极120和选择性渗透膜130的化学性质使得它们之间基本上没有发生材料扩散。
在一些实施方案中，施加至选择性渗透膜130的表面的防止扩散材料可具有小于约10μm、约9μm、约8μm、约7μm、约6μm、约5μm、约4μm、约3μm、约2μm、约1μm、约900nm、约800nm、约700nm、约600nm、约500nm、约400nm、约300nm、约200nm、或约100nm的厚度，包括它们之间的所有值和范围。在一些实施方案中，施加至选择性渗透膜130的表面的防止扩散材料可具有大于约100nm、约200nm、约300nm、约400nm、约500nm、约600nm、约700nm、约800nm、约900nm、约1μm、约2μm、约3μm、约4μm、约5μm、约6μm、约7μm、约8μm、约9μm、或约10μm的厚度，包括它们之间的所有值和范围。在一些实施方案中，施加至选择性渗透膜130的表面的防止扩散材料可具有在约100nm和约25μm、约200nm和约20μm、约300nm和约15μm、约400nm和约14μm、约500nm和约13μm、约600nm和约12μm、约700nm和约11μm、约800nm和约10μm、约900nm和约9μm、约1μm和约8μm、约2μm和约7μm、约3μm和约6μm、约500nm和约10μm、约500nm和约9μm、约500nm和约8μm、约500nm和约7μm、约500nm和约6μm、约500nm和约5μm、约500nm和约4μm、约500nm和约3μm、约500nm和约2μm、约500nm和约1μm、约100μm和约25μm、约200nm和约25μm、约300nm和约25μm、约400nm和约25μm、约500nm和约25μm、约600nm和约25μm、约700nm和约25μm、约800nm和约25μm、约900nm和约25μm、约1μm和约25μm、约2μm和约25μm、约3μm和约25μm、约4μm和约25μm、约5μm和约25μm、约6μm和约25μm、约7μm和约25μm、约8μm和约25μm、约9μm和约25μm、约10μm和约25μm、约15μm和约25μm、或约20μm和约25μm范围内的厚度，包括它们之间的所有值和范围。
在一些实施方案中，选择性渗透膜130是固态电解质材料片。例如，固态电解质材料片可由固态电解质材料和粘合剂制成。固态电解质片化学地和流体地隔离阴极110与阳极120。在一些实施方案中，使用固态电解质材料片以化学地和流体地隔离阴极110与阳极120允许阴极液不同于阳极液。
固态电解质材料可为混有粘合剂的粉末，然后加工(例如挤出、铸塑、湿法铸塑、吹制等)以形成固态电解质材料片。在一些实施方案中，固态电解质材料是基于氧化物的固体电解质材料中的一种或多种，包括石榴石结构、钙钛矿结构、基于磷酸盐的超级锂离子导体(LISICON)结构、玻璃结构例如La0.51Li0.34TiO2.94、Li1.3Al0.3Ti1.7(PO4)3、Li1.4Al0.4Ti1.6(PO4)3、Li7La3Zr2O12、Li6.66La3Zr1.6Ta0.4O12.9(LLZO)、50Li4SiO4·50Li3BO3、Li2.9PO3.3N0.46(锂磷氧氮化物，LiPON)、Li3.6Si0.6P0.4O4、Li3BN2、Li3BO3-Li2SO4、Li3BO3-Li2SO4-Li2CO3(LIBSCO，假三元体系)和/或含有硫化物的固体电解质材料，包括硫代-LISICON结构、玻璃状结构和玻璃-陶瓷结构例如Li1.07Al0.69Ti1.46(PO4)3、Li1.5Al0.5Ge1.5(PO4)3、Li10GeP2S12(LGPS)、30Li2S·26B2S3·44LiI、63Li2S·36SiS2·1Li3PO4、57Li2S·38SiS2·5Li4SiO4、70Li2S·30P2S5、50Li2S·50GeS2、Li7P3S11、Li3.25P0.95S4和Li9.54Si1.74P1.44S11.7Cl0.3和/或闭型络合氢化物固体电解质例如LiBH4-LiI、LiBH4-LiNH2、LiBH4-P2S5、Li(CBxHx+1)-LiI如Li(CB9H10)-LiI和/或锂电解质盐双(三氟甲烷)磺酰胺(TFSI)、双(五氟乙磺酰基)亚胺(BETI)、双(氟磺酰基)亚胺、氧化膦硼酸草酸锂(LiBOP)、双(氟磺酰基)亚胺锂、酰胺-硼氢化物、LiBF4、LiPF6LIF、或它们的组合。在一些实施方案中，固态电解质材料为约40重量％至约90重量％。
在一些实施方案中，粘合剂是聚合物例如聚烯烃。在一些实施方案中，粘合剂是共聚物(COP)、聚丙烯(PP)、聚乙烯(PE)、聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)、聚苯硫醚(PPS)、聚酰亚胺(PI)、聚酰胺-酰亚胺(PAI)、聚(酰胺酯酰亚胺)(PAEI)、全氟烷氧基烷烃(PFA)、聚四氟乙烯(PTFE)、聚合物分散剂、或它们的组合。可选择粘合剂以抵抗来自电解质溶剂的溶胀。在一些实施方案中，粘合剂包含约3重量％至约70重量％的固态电解质材料片或复合膜。
在一些实施方案中，固态电解质材料片还包括活性材料从而形成充当电化学电芯100的第二阴极的阴极复合膜。阴极复合膜可包括前述固态电解质材料和粘合剂。阴极复合膜可为柔性的并可没有针孔。阴极复合膜提供锂离子运输，防止电极之间溶剂迁移，和为电化学电芯与它的活性材料提供容量。第二阴极可具有与第一阴极相同的活性材料。在优选实施方案中，第二阴极具有与第一阴极不同的活性材料以利用活性材料的电势差。例如，第一阴极可为Li(Ni,Mn,Co)O2(NMC)(4.2-4.4V)和第二阴极可为磷酸铁锂(LFP)(3.3V)。在另一实例中，第一阴极可为NMC(4.2-4.4V)和第二阴极可为钛酸锂(LTO)(1.5V)。在另一实例中，第一阴极可为锂锰镍氧化物(LMNO)(5V)和第二阴极可为LFP(3.3V)。在另一实例中，第一阴极可为锂锰镍氧化物(LMNO)(5V)和第二阴极可为LTO(1.5V)。
在一些实施方案中，可通过涂覆、挤出、铸塑、湿法铸塑、吹制、共挤出、热压、辊铸、制浆和旋转铸塑、喷墨印刷、溶液铸塑、或它们的组合工艺来形成充当第二阴极的阴极复合膜。
图1C是根据一种实施方案的一部分阴极复合膜的电子显微镜二次电子图像。在这个实例中，50体积％的磷酸铁锂(LFP)活性材料结合在50体积％的聚烯烃共聚物(COP)粘合剂中。
图1D是根据一种实施方案的一部分阴极复合膜的电子显微镜二次电子图像。在这个实例中，50体积％的锂离子传导玻璃陶瓷(LiCGC)活性材料结合在50体积％的聚烯烃共聚物(COP)粘合剂中并形成0.4μm厚的膜。
在一些实施方案中，在第一阴极和第二阴极(阴极复合膜)之间设置传导层。传导层可改进第一阴极和第二阴极之间的电导率。传导层可包括阴极液。在一些实施方案中，传导层内的阴极液是第一阴极内含有的相同阴极液。在一些实施方案中，传导层是包括阴极液的碳糊剂，该阴极液是与第一阴极相同的阴极液。
在一些实施方案中，固态电解质材料片或阴极复合膜可具有在约0.1μm和约50μm、约4μm和约45μm、约6μm和约40μm、约8μm和约35μm、约10μm和约30μm、约12μm和约25μm、约14μm和约20μm、约16μm和约18μm、约0.1μm和约48μm、约0.1μm和约44μm、约0.1μm和约40.1μm、约0.1μm和约40μm、约0.1μm和约38μm、约0.1μm和约36μm、约0.1μm和约34μm、约0.1μm和约32μm、约0.1μm和约30μm、约0.1μm和约28μm、约0.1μm和约26μm、约0.1μm和约24μm、约0.1μm和约22μm、约0.1μm和约20μm、约0.1μm和约18μm、约0.1μm和约16μm、约0.1μm和约14μm、约0.1μm和约12μm、约0.1μm和约10μm、约0.1μm和约9μm、约0.1μm和约8μm、约0.1μm和约7μm、约0.1μm和约6μm、约0.1μm和约5μm、约2μm和约4μm、约2μm和约3μm、约4μm和约50μm、约6μm和约50μm、约8μm和约50μm、约10μm和约50μm、约12μm和约50μm、约14μm和约50μm、约16μm和约50μm、约18μm和约50μm、约20μm和约50μm、约22μm和约50μm、约24μm和约50μm、约26μm和约50μm、约28μm和约50μm、约30μm和约50μm、约32μm和约50μm、约34μm和约50μm、约36μm和约50μm、约38μm和约50μm、约40μm和约50μm、约42μm和约50μm、约44μm和约50μm、约46μm和约50μm、或约48μm和约50μm之间范围内的厚度，包括它们之间的所有值和范围。
仅通过实例的方式，如果含有硫的分隔体材料例如Li2S-S2P5固态电解质被用作选择性渗透膜130，则可将约1μm的LiPON涂层施加至选择性渗透膜130的两侧。不希望受任何特定理论的束缚，防止扩散材料可防止硫从选择性渗透膜130扩散至阴极液和/或阳极液中。在一些实施方案中，可放置内嵌陶瓷或玻璃的聚合物分隔体邻接含有硫的分隔体材料的第一表面，在这个情况下可仅添加防止扩散材料例如LiPON至含有硫的分隔体材料的第二表面。在一些实施方案中，可组合含有硫的固态电解质和LiPON涂层。不希望受任何特定理论的束缚，因为含有硫的固态电解质具有颗粒边界并因为LiPON具有没有清晰边界的无定形组织，所以无边界组织可更坚固，用于防止由锂枝晶形成引起的短路。
在一些实施方案中，阴极110可包括以体积计约20％至约75％、以体积计约40％至约75％、以体积计约50％至约75％、或以重量计约60％至约80％的活性材料，包括它们之间的所有值和范围。在一些实施方案中，阴极110可包括以体积计约0.5％至约25％、以体积计约0.5％至约15％、以体积计约1.0％至约6％、或以重量计约1％至约6％的传导材料，包括它们之间的所有值和范围。在一些实施方案中，阴极110可包括以体积计约25％至约70％、以体积计约30％至约50％、以体积计约20％至约40％、或以重量计约20％至约40％的阴极液，包括它们之间的所有值和范围。在一些实施方案中，阴极液可包括液体电解质例如非水性液体电解质。在一些实施方案中，阴极110可包括小于约10体积％、小于约5体积％、小于约3体积％、或小于约1体积％的聚合物粘合剂，包括它们之间的所有值和范围。在一些实施方案中，聚合物粘合剂可包含聚偏二氟乙烯(PVDF)或其它氟化聚合物或聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)或聚苯硫醚(PPS)或聚醚醚酮(PEEK)或聚酰亚胺(PI)或聚氯乙烯(PVC)或苯乙烯-丁二烯橡胶(SBR)、聚氧化乙烯(PEO)、纤维素、PP、PE、PAI、PAEI、PFA、PTFE、或聚丙烯酸酯。在一些实施方案中，阴极110可具有在约25μm至约2,000μm范围内的厚度。
在一些实施方案中，阴极110设置在阴极集流体115上并且阳极120设置在阳极集流体125上。可通过任何合适的方法例如涂覆、铸塑、滴涂(drop coating)、压制、辊压、或它们的组合将电极设置在集流体上。例如，可将半固体电极材料涂覆、铸塑、压延和/或压在集流体上。阴极集流体115和阳极集流体125可包括任何集流体材料，其为电子传导的并在电芯的工作条件下是电化学不活泼的。通常锂电芯的集流体包括用于负集流体的铜、铝或钛和用于正集流体的铝，处于片材或网格的形式或它们的任何组合。
半固体阴极(例如110)可包括储存离子的固相材料，其可包括例如活性材料和/或传导材料。储存离子的固相材料的数量可在以体积计约0％至约80％的范围内。阴极可包括活性材料例如含锂化合物(例如磷酸铁锂(LFP)、LiCoO2、用Mg或Ti或W掺杂的LiCoO2、LiNiO2、Li(Ni,Co,Al)O2(已知为“NCA”)、Li(Ni,Mn,Co)O2(已知为“NMC”)、LiNi0.5Co0.5O2、LiMn2O4及其衍生物、LiNi0.5Mn1.5O4、锂离子传导玻璃陶瓷(LiCGC)等。阴极还可包括传导材料例如石墨、碳粉、热解碳、炭黑、碳纤维、碳微纤维、碳纳米管(CNT)、单壁CNT、几壁或多壁的CNT、包括“巴基球”的富勒烯碳、石墨烯片和/或石墨烯片聚集体、任何其它传导材料、它们的合金或组合。阴极还可包括非水性液体电解质例如碳酸亚乙酯、碳酸二甲酯、碳酸二乙酯、LiPF6(SSDE)与碳酸烷基酯混合物、或本文描述的任何其它电解质、或它们的组合。
在一些实施方案中，阴极110可包括活性材料例如以下进一步详细描述的含锂化合物。在一些实施方案中，阴极110还可包括传导材料例如石墨、碳粉、热解碳、炭黑、碳纤维、碳微纤维、CNT、单壁CNT、多壁CNT、包括“巴基球”的富勒烯碳、石墨烯片和/或石墨烯片聚集体、任何其它传导材料、它们的合金或组合。在一些实施方案中，阴极110还可包括如本文进一步详细描述的非水性液体电解质。
在一些实施方案中，阳极120可包括约50重量％至约75重量％的活性材料，约0.5重量％至约2重量％的传导材料和约20重量％至约40重量％的非水性液体电解质。阳极120可具有在约25μm至约2,000μm范围内的厚度。
在一些实施方案中，阳极120可为半固体固定阳极。在一些实施方案中，固态固定阳极可包括与阳极的活性材料化学兼容的电解质、阳极集流体和选择性渗透膜130。在一些实施方案中，固态阳极可涂覆有选择性渗透膜130使得离子在阴极110和阳极120之间通过。
在一些实施方案中，阳极120可为常规的阳极例如压延阳极。在一些实施方案中，阳极120可包括锂金属。在一些实施方案中，锂金属处于锂金属片形式。在一些实施方案中，阳极120可包括活性材料、传导材料和/或电解质。在一些实施方案中，储存离子的固相材料在阳极120中的数量可在约0体积％至约80体积％的范围内。半固体阳极可包括阳极活性材料例如碳、插入锂的碳、锂氮化物、锂合金和形成锂合金的化合物，包括硅、铋、硼、镓、铟、锌、锡、氧化锡、锑、铝、氧化钛、钼、锗、锰、铌、钒、钽、金、铂、铁、铜、铬、镍、钴、锆、钇、氧化钼、氧化锗、氧化硅、碳化硅，任何其它材料或它们的合金，和它们的任何其它组合。
阳极120还可包括碳质材料例如石墨、碳粉、热解碳、炭黑、碳纤维、碳微纤维、CNT、单壁CNT、多壁CNT、包括“巴基球”的富勒烯碳、石墨烯片和/或石墨烯片聚集体、任何其它碳质材料或它们的组合。在一些实施方案中，阳极还可包括如本文进一步详细描述的非水性液体电解质。
在一些实施方案中，阳极120可为锂金属箔阳极。在一些实施方案中，可使用纯的锂金属箔或锂合金(Al、W、Sn、Mg等)箔。在一些实施方案中，合金百分比可在约0.5原子％至约50原子％之间。在一些实施方案中，锂金属或锂金属合金层的厚度可在约20微米和约600微米之间。
可选择集流体材料在电化学电芯100的正电极和负电极的工作电势下是稳定的。例如，在非水性锂体系中，阴极集流体125可包括铝、或涂覆有传导材料的铝，其在相对于Li/Li3O为2.5-5.5V的工作电势下没有电化学溶解。这样的材料包括铂、金、镍、钛、传导金属氧化物例如氧化钒、和碳。阳极集流体115可包括铜或其它金属，其不与锂、碳形成合金或金属间化合物，和/或不形成包含设置在另一种导体上的这种材料的涂层。
在一些实施方案中，阴极集流体115和阳极集流体125中每个可具有小于约25微米，例如约5微米、6微米、7微米、8微米、9微米、10微米、12微米、14微米、16微米、或18微米、或20微米的厚度，包括它们之间的所有范围。这样薄的阴极集流体115和阳极集流体125的使用可大幅减小电化学电芯100的成本和总重量。
在一些实施方案中，阴极集流体115可包括连接至正引脚(lead)的极耳(tab)。在一些实施方案中，可将极耳切割至期望的长度用于与正引脚连接。正引脚可为导电金属(例如铜或铝)的带材，可使用任何合适的方法例如超声焊接、夹紧、卷曲、胶带或它们的组合将其连接至极耳。
在一些实施方案中，阳极集流体125还包括连接至负引脚的极耳。在一些实施方案中，可将极耳切割至期望的长度用于与负引脚连接。负引脚可基本上类似于正引脚，并且本文不进一步详细描述。
在一些实施方案中，阴极110和阳极120可包括以微粒状形式悬浮在非水性或水性液体电解质中的活性材料和任选的传导材料。在一些实施方案中，阴极110和/或阳极120颗粒(例如阴极或阳极颗粒)可具有至少约1μm的有效直径。在一些实施方案中，阴极或阳极颗粒具有在约1μm和约10μm之间的有效直径。在其它实施方案中，阴极或阳极颗粒具有至少约10μm或更大的有效直径。在一些实施方案中，阴极或阳极颗粒具有小于约1μm的有效直径。在其它实施方案中，阴极或阳极颗粒具有小于约0.5μm的有效直径。在其它实施方案中，阴极或阳极颗粒具有小于约0.25μm的有效直径。在其它实施方案中，阴极或阳极颗粒具有小于约0.1μm的有效直径。在其它实施方案中，阴极或阳极颗粒具有小于约0.05μm的有效直径。在其它实施方案中，阴极或阳极颗粒具有小于约0.01μm的有效直径。
在一些实施方案中，颗粒可具有包括但不限于球形、薄片或棒状的形状以优化固体填充分数、提高半固体的净电子电导率和改进半固体的流变学行为。在一些实施方案中，使用低纵横比或基本上等轴或球形颗粒来改进半固体在应力下流动的能力。
在一些实施方案中，颗粒具有多个尺寸从而提高填充分数。特别地，颗粒尺寸分布可为双模态(bi-modal)的，其中较大颗粒模态(mode)的平均颗粒尺寸为较小颗粒模态的平均颗粒尺寸的至少5倍大。在一些实施方案中，大颗粒和小颗粒的混合物改进在电芯装填过程中材料的流动并提高装填电芯中固体体积分数和填充密度。
在一些实施方案中，如本文描述的半固体电极技术及其生产方法可成功地将电解质限制在电极材料内，使得对于这种结构而言独特地使半固体电极与选择性渗透膜130、锂金属阳极或全固态电极匹配。在一些实施方案中，选择性渗透膜130可为不可燃的，可表现出高的Li+转移，可高度稳定和/或可防止由锂枝晶和/或污染颗粒所致的短路。在一些实施方案中，选择性渗透膜130与阴极侧密封和/或阳极侧密封结合，可实现对于阴极或阳极而言具有不同电解质的半固体电极。在一些实施方案中，使用选择性渗透膜与传统的锂离子产品相比可导致更有效地润湿选择性渗透膜130和相邻电极之间的界面并可提高电芯内的离子转移和改进安全容限。
在一些实施方案中，可构造电化学电芯100从而包括设置在阴极110和阳极120之间的选择性渗透膜130。换句话说，在一些实施方案中，电化学电芯100可在不使用可渗透离子的膜例如常规分隔体的情况下工作，而阴极110可直接邻接选择性渗透膜130的第一表面，同时阳极120直接邻接选择性渗透膜130的第二表面。在一些实施方案中，可构造选择性渗透膜130与阴极110和阳极120两者都不化学反应。在一些实施方案中，选择性渗透膜130可为电子绝缘和离子传导的。
在一些实施方案中，可在单个单元电芯结构和/或双电芯结构中封装插有选择性渗透膜130的阴极110和阳极120。这样的单个单元电芯结构和双电芯结构的实例公开于2016年6月17日提交的题目为“Single Pouch Battery Cells and Methods ofManufacture”的美国专利公开2017/0025646(下文中“‘646公开文本”)中，通过引用完全并入本文。不希望受任何特定理论的束缚，使用选择性渗透膜130可允许对阴极使用与阳极所用的电解质不同的电解质。
在一些实施方案中，可将选择性渗透膜130涂覆在传统电极的表面上或半固体电极的表面上从而部分阻塞电极之间的液体泄漏。在一些实施方案中，选择性渗透膜130可采用任何形状因子，包括但不限于片、膜、矩形、方形、圆、和它们的任何组合。
在一些实施方案中，使用选择性渗透膜130以化学地和流体地隔离阴极110与阳极120意味着阴极液可不同于阳极液。换句话说，阴极液在还原电势下不必是稳定的，这可允许使用较宽范围的电解质。例如，基于水的电解质和/或基于氟、基于砜或基于腈的溶剂。在一些实施方案中，这还意味着阴极液的电解质添加剂在还原电势下不必是稳定的，这可允许使用宽范围的阴极SEI形成添加剂，包括但不限于硫酸三亚甲酯、磷酸三烯丙酯、3,3'-磺酰基二丙腈、或其它合适的添加剂。在另一方面，在一些实施方案中，阳极液在氧化势下不必是稳定的。换句话说，因为不需要考虑铝或其它材料在氧化势下可能的腐蚀，所以可使用较宽范围的电解质。例如，可使用含有LiTFSI、LiFSI、LiBOB、LiBOP、LiDFOB、LiClO4或LiBETI的电解质和/或含有离子液体、甘醇二甲醚或NMP的溶剂和/或含有PEO或PVDF-HFP的聚合物电解质或它们的组合。在一些实施方案中，这还意味着阳极的电解质添加剂在氧化势下不必是稳定的，这可允许使用宽范围的添加剂。例如VC、联苯、亚硫酸亚乙酯、硼酸三甲酯(TMB)。在一些实施方案中，对于锂金属阳极而言，可选择非常适合于防止锂枝晶形成的几种添加剂之一。例如，在一些实施方案中，可选择Li3N、Li2O、碳酸氟代亚乙酯(FEC)、碳酸二氟代亚乙酯(DiFEC)、碳酸双(2,2,2-三氟乙酯)(TFEC)、碳酸甲基-2,2,2-三氟乙酯，碳酸2,2,3,4,4,4-六氟丁基甲酯(HFBMC)、或其它合适的添加剂。
在一些实施方案中，选择性渗透膜130可抵抗枝晶穿透同时还高度传导锂离子。在一些实施方案中，锂离子传导率可大于约10-6S/cm、约10-5S/cm、约10-4S/cm、约10-3S/cm、约10-2S/cm和约10-1S/cm。
在一些实施方案中，可通过溶液混合、熔融混合、原位沉淀、电化学沉积、物理或化学气相沉积、或它们的组合来形成选择性渗透膜130。在一些实施方案中，可共挤出、热压、辊铸、制浆和旋转铸塑、喷墨印刷、铸塑、溶液铸塑或共挤出选择性渗透膜130。在一些实施方案中，可使用热压工艺来减小已涂覆分隔体例如包括陶瓷材料的分隔体的孔隙率。
在一些实施方案中，电化学电芯100可包括邻接选择性渗透膜130的半固体阴极(例如110)和灌入液体电解质的含有锂的阳极活性材料，例如在单个单元电芯和/或双电芯结构中。在一些实施方案中，阳极120可为没有液体电解质的干燥台(stage)。在一些实施方案中，半固体阴极(例如110)中的电解质在还原电势下不必是稳定的，这可允许使用较宽范围的电解质。例如，可使用基于水的电解质和/或基于氟的电解质。
在一些实施方案中，电化学电芯110在单个单元电芯和/或双电芯结构中可包括半固体阳极(例如阳极120)与选择性渗透膜130和与选择性渗透膜130混合的阴极活性材料。在一些实施方案中，阴极110可为没有液体电解质的干燥台。在一些实施方案中，半固体阳极(例如120)中的电解质在氧化势下不必是稳定的，这可允许使用较宽范围的电解质。在一些实施方案中，可使用例如1,2-二甲氧基乙烷、N-甲基吡咯烷酮或其它电解质材料。
在一些实施方案中，半固体电极浆料可包括在具有或不具有导电碳和/或其它功能添加剂的情况下与一种或多种活性电极材料混合的液体电解质。在一些实施方案中，然后可使用半固体电极浆料用于制备半固体电极。
在一些实施方案中，可将选择性渗透膜130制造为薄膜并与半固体电极(例如110)或锂电极(例如120)匹配。
在一些实施方案中，可至少部分通过选择性渗透膜130化学地和/或流体地隔离半固体电极。在一些实施方案中，可与预混合的电极/板(pallet)使用选择性渗透膜130作为单个单元结构或双电芯结构中的单元电芯，例如‘646公开文本中描述的。
在一些实施方案中，可使用表面处理方法，其中引入规定的化学品(一种或多种)以进一步改进半固体电极和选择性渗透膜130之间的润湿性。仅通过实例的方式，可在固体阳极上涂覆薄的Li2CoO3(优选小于约10微米和更优选小于约1微米)并构造成直接邻接半固体阴极。在一些实施方案中，可在固体电解质上涂覆薄的锂金属、TiO2或其它材料(优选小于约10微米和更优选小于约1微米)。在一些实施方案中，可通过气相沉积将这种涂层设置在固体电解质上，其可减小固体和固体界面之间的锂离子转移。
在一些实施方案中，选择性渗透膜130可包括基于氧化物的固体电解质材料中的一种或多种，包括石榴石结构、钙钛矿结构、基于磷酸盐的超级锂离子导体(LISICON)结构、玻璃结构例如La0.51Li0.34TiO2.94、Li1.3Al0.3Ti1.7(PO4)3、Li7La3Zr2O12、Li6.66La3Zr1.6Ta0.4O12.9(LLZO)、50Li4SiO4·50Li3BO3、Li2.9PO3.3N0.46(锂磷氧氮化物，LiPON)、Li3.6Si0.6P0.4O4、Li3BN2、Li3BO3-Li2SO4、Li3BO3-Li2SO4-Li2CO3(LIBSCO，假三元体系)和/或含有硫化物的固体电解质材料，包括硫代-LISICON结构、玻璃状结构和玻璃-陶瓷结构例如Li1.07Al0.69Ti1.46(PO4)3、Li1.5Al0.5Ge1.5(PO4)3、Li10GeP2S12(LGPS)、30Li2S·26B2S3·44LiI、63Li2S·36SiS2·1Li3PO4、57Li2S·38SiS2·5Li4SiO4、70Li2S·30P2S5、50Li2S·50GeS2、Li7P3S11、Li3.25P0.95S4和Li9.54Si1.74P1.44S11.7Cl0.3和/或闭型络合氢化物固体电解质例如LiBH4-LiI、LiBH4-LiNH2、LiBH4-P2S5、Li(CBxHx+1)-LiI如Li(CB9H10)-LiI和/或锂电解质盐双(三氟甲烷)磺酰胺(TFSI)、双(五氟乙磺酰基)亚胺(BETI)、双(氟磺酰基)亚胺、氧化膦硼酸草酸锂(LiBOP)、双(氟磺酰基)亚胺锂、酰胺-硼氢化物、LiBF4、LiPF6、或它们的组合。在一些实施方案中，描述用于选择性渗透膜130的那些材料中任一可具有无定形相和/或结晶或部分结晶相。在一些实施方案中，可在选择性渗透膜130中包括掺杂剂(例如金属)。在一些实施方案中，这些材料和/或选择性渗透膜130中任一的表面可涂覆有额外的材料，其经构造从而减小与阴极、阴极液、阳极、阳极液和其中添加剂中至少一个的边界或界面电阻。在一些实施方案中，可将这些电解质材料之一设置在阴极内或邻近阴极，同时可将不同的这些电解质材料设置在阳极内或邻近阳极。在一些实施方案中，阳极液可包括会以其他方式对阴极有害的电解质材料(例如LiBOP)。在一些实施方案中，阴极液可包括会以其他方式在阳极侧被还原的氟类型电解质(例如FEC)，然而可将氟类型电解质添加至阴极(例如半固体阴极)，因为阳极和阴极彼此流体地和/或化学地隔离。在一些实施方案中，选择性渗透膜130可基本上是无孔的并基本上可渗透离子。在一些实施方案中，可使用热压工艺来减小已涂覆分隔体例如包括陶瓷材料的分隔体的孔隙率。
在一些实施方案中，选择性渗透膜130可包括聚合物材料以提高选择性渗透膜130的机械强度。在一些实施方案中，聚合物材料可包括与电解质盐(包括但不限于FSI、TFSI、LiBF4等)混合的聚醚、含氟聚合物、PVDF、PTFE、PVF、PHFP、其它合适的聚合物、或它们的组合。在一些实施方案中，当将选择性渗透膜130设置在阴极110和阳极120之间时，选择性渗透膜130可在没有使用聚合物添加剂的情况下足够耐用。在一些实施方案中，当将选择性渗透膜130直接设置在阴极110和阳极120之间时，包括聚合物添加剂可有帮助，使得选择性渗透膜130具有机械强度从而在电化学电芯100的正常工作的温度和压力条件下充当分隔体。
在一些实施方案中，选择性渗透膜130可在小于约75℃、约80℃、约85℃、约90℃、约95℃、约100℃、约105℃、约110℃、约115℃、约120℃、约125℃、约130℃、约135℃、约140℃、约145℃、约150℃、约155℃、约160℃、约165℃、或大于约170℃的温度下是稳定的。
在一些实施方案中，选择性渗透膜130可具有在约1μm和约250μm、约2μm和约200μm、约5μm和约175μm、约10μm和约150μm、约20μm和约125μm、约50μm和约100μm、约1μm和约150μm、约1μm和约125μm、约1μm和约100μm、约50μm和约250μm、约75μm和约250μm、约100μm和约250μm以及约200μm和约250μm之间的厚度，包括它们之间的所有值和范围。在一些实施方案中，选择性渗透膜130可具有大于约1μm、2μm、3μm、4μm、5μm、6μm、7μm、8μm、9μm、10μm、11μm、12μm、13μm、14μm、15μm、16μm、17μm、18μm、19μm、20μm、25μm、30μm、35μm、40μm、45μm、50μm、55μm、60μm、65μm、70μm、75μm、80μm、85μm、90μm、95μm、100μm、105μm、110μm、115μm、120μm、125μm、130μm、135μm、140μm、145μm、150μm、155μm、160μm、165μm、170μm、175μm、180μm、185μm、190μm、195μm、200μm、205μm、210μm、215μm、220μm、225μm、230μm、235μm、240μm、245μm或250μm的厚度，包括它们之间的所有值和范围。在一些实施方案中，选择性渗透膜130可具有小于约250μm、225μm、200μm、185μm、175μm、150μm、125μm、100μm、75μm、50μm、45μm、25μm、20μm、15μm、14μm、13μm、12μm、11μm、10μm、9μm、8μm、7μm、6μm、5μm、4μm、3μm、2μm或1μm的厚度，包括它们之间的所有值和范围。
在一些实施方案中，选择性渗透膜130可具有大于约1、1.01、1.1、1.15、1.2、1.25、1.3、1.35、1.4、1.5、1.6、1.7、1.8、1.9、2、2.5、3、3.5、4、4.5、5、6、7、8、9或10的弹性模量(应力与应变之比)，包括它们之间的所有值和范围。在一些实施方案中，选择性渗透膜130可具有大于约5MPa、10MPa、15MPa、20MPa、25MPa、30MPa、35MPa、40MPa、45MPa、50MPa、55MPa、60MPa、65MPa、70MPa、75MPa、100MPa、125MPa或150MPa的极限拉伸强度，包括它们之间的所有值和范围。
在一些实施方案中，选择性渗透膜130可具有大于约50％、60％、70％、80％、90％、95％或99％的相对于常规分隔体材料(例如PEO)的预期使用寿命，包括它们之间的所有值和范围。
在一些实施方案中，选择性渗透膜130可包括抗氧化剂添加剂，包括但不限于醌、氢醌、酚类抗氧化剂、磷抗氧化剂、硫抗氧化剂、基于胺的抗氧化剂、它们的氧化物、或它们的组合。在一些实施方案中，抗氧化剂添加剂可为选择性渗透膜的约0.01重量％至约20重量％之间，约0.1重量％至约19重量％、约0.5重量％至约18重量％、约0.75重量％至约17重量％、约1重量％至约16重量％、约1.25重量％至约15重量％、约1.5重量％至约10重量％、或约2重量％至约5重量％，包括它们之间的所有值和范围。在一些实施方案中，抗氧化剂添加剂可大于选择性渗透膜的约0.01重量％，大于约0.1重量％、0.5重量％、1重量％、2重量％、3重量％、4重量％、5重量％、6重量％、7重量％、8重量％、9重量％、10重量％、15重量％、20重量％、或大于约25重量％，包括它们之间的所有值和范围。在一些实施方案中，抗氧化剂添加剂可小于选择性渗透膜的约25重量％，小于约20重量％、15重量％、10重量％、9重量％、8重量％、7重量％、6重量％、5重量％、4重量％、3重量％、2重量％、1重量％、0.5重量％、0.1重量％、或0.01重量％，包括它们之间的所有值和范围。
在一些实施方案中，选择性渗透膜130可经受大于约0.1V、0.5V、1V、1.5V、1.75V、2V、2.5V、3V、3.5V、4V、4.5V、4.6V、4.7V、4.8V、4.9V、5.0V、5.1V、5.2V、5.3V、5.4V、5.5V、5.6V、5.7V、5.8V、5.9V、或大于约6.0V的高电压条件。在一些实施方案中，可构造选择性渗透膜130从而工作于约0.5V和约5.5V、约1.5V和约5.0V、约2V和约4.5V、约2.5V和约4.25V、约2.75V和约4.0V、和约3V和约4.0V之间的正常电压条件下，包括它们之间的所有值和范围。在一些实施方案中，可构造选择性渗透膜130从而工作于在大于约1.0V、1.5V、2.0V、2.5V、3.0V、3.5V、4.0V、4.5V、4.6V、4.7V、4.8V、4.9V、5V、5.1V、5.2V、5.3V、5.4V或5.5V的正常电压条件下，包括它们之间的所有值和范围。
在一些实施方案中，非半固体电极(例如常规电极)的电解质可为固态(干燥)电解质。在一些实施方案中，非半固体电极(例如常规电极)的电解质可为塑化的或凝胶化的电解质。在一些实施方案中，非半固体电极(例如常规电极)的电解质可包括聚合物材料以提高选择性渗透膜130的机械强度。
在一些实施方案中，可构造电化学电芯100使得阳极/阴极电解质包括聚碳酸酯、水和/或γ-丁内酯(GBL)。在一些实施方案中，选择性渗透膜130(例如阳极侧上)可为基于聚丙烯的，因为它可更难以润湿聚碳酸酯与LiNiMnCoO2(NMC)。在一些实施方案中，选择性渗透膜130(例如阴极侧上)可为涂覆有NMC或类似试剂的无纺材料，因为这可被聚碳酸酯、GBL和/或水润湿。在一些实施方案中，电化学电芯100可包括分隔体，例如聚酰亚胺基的或其它无纺基的，其可被聚碳酸酯、GBL和/或水润湿。在一些实施方案中，在阳极120和阴极110之间不存在固体分隔体。在一些实施方案中，将多孔(例如薄膜)选择性渗透膜130设置在双电解质电池系统中的阳极120和阴极110之间。在一些实施方案中，当阴极110和阳极120中至少一个在液体电解质中含有活性材料和传导材料时，可通过至少部分将阴极110和/阳极120的绝对粘度提高到大于临界值而流体地隔离阴极110与阳极120。在一些实施方案中，临界粘度可大于约25cP、50cP、75cP、100cP、125cP、150cP、175cP、200cP、250cP、500cP、750cP、1,000cP、2,500cP、5,000cP、7,500cP、10,000cP或20,000cP，包括它们之间的所有值和范围。
图1E是根据一种实施方案的电化学电芯的示意说明。图1E可类似于以上描述的图1B的构造，但是还包含分隔体131。分隔体131可为常规分隔体，其提供在阴极110和阳极120之间的电隔离，但是以其他方式允许电解质从其中通过。分隔体131可为常规分隔体，因为选择性渗透膜130经构造从而化学地和/或流体地隔离阴极110的阴极液与阳极120的阳极液。在一些实施方案中，分隔体131是聚烯烃膜、聚乙烯膜、聚丙烯膜、无纺膜、纤维素膜、或它们的组合。
图1F是根据一种实施方案的一部分选择性渗透膜130的示意说明。选择性渗透膜130可包括固态电解质材料133，其允许具有正电荷的锂离子从其中通过(如由箭头AA所说明的)。选择性渗透膜130还可包括粘合剂132，例如聚烯烃，其提供阳极液和阴极液的化学和/或流体隔离并且粘合选择性渗透膜130内的固态电解质材料133。在一些实施方案中，选择性渗透膜130还提供电隔离以防止电荷从其中通过。
图1G是根据一种实施方案的一部分选择性渗透膜130的示意说明。选择性渗透膜可包括活性材料134和固态电解质粉末从而形成阴极复合膜，其充当锂离子导体，该锂离子导体允许具有正电荷的锂离子从其中通过(如由箭头AA所说明的)并还允许具有负电荷的电子从其中通过(如由箭头BB所说明的)。选择性渗透膜130还可包括粘合剂132，例如聚烯烃，其提供阳极液和阴极液的化学和/或流体隔离并且粘合选择性渗透膜内的固态活性材料134。在一个实例中，阴极复合膜包含70体积％LFP、5体积％碳、10体积％固态电解质粉末(Li1.4Al0.4Ti1.6(PO4)3和15体积％聚丙烯粘合剂。可与传统分隔体组合使用阴极复合膜，所述传统分隔体在阴极和阳极之间提供电隔离。
前述实施方案的描述在细节上做必要的修改后也适用于以下实施方案，除非另有明确说明或相互排斥。
图2说明包括阴极210(例如半固体电极材料或固态电极材料)的电化学电芯200，所述阴极210包括设置在阴极集流体215(例如铝箔)上的第一电解质。在一些实施方案中，电化学电芯200可包括阳极220(例如半固体电极材料或固态电极材料)，所述阳极220包括在阳极集流体225(例如铜箔)上的第二电解质。在一些实施方案中，可通过选择性渗透膜230分隔阴极210和阳极220。在一些实施方案中，选择性渗透膜230可包括以下至少一种：LGPS、LaLiTiO、LiPON、如本文描述的其它合适的电解质材料、或它们的组合。在一些实施方案中，电化学电芯200可由塑料膜240例如袋材料包围。在一些实施方案中，可将塑料膜240连接(例如层叠)至阴极集流体215的第二表面和/或阳极集流体225的第二表面。
图3说明包括阴极310(例如半固体电极材料或固态电极材料)的电化学电芯300，所述阴极310包括设置在阴极集流体315(例如铝箔)上的第一电解质。在一些实施方案中，电化学电芯300可包括阳极320(例如半固体电极材料或固态电极材料)，所述阳极320包括在阳极集流体325(例如铜箔)上的第二电解质。在一些实施方案中，锂金属层350可设置在阳极320和阳极集流体325的第一表面之间。在一些实施方案中，可通过选择性渗透膜330分隔阴极310和阳极320。在一些实施方案中，电化学电芯300可由塑料膜例如袋材料包围。在一些实施方案中，可将塑料膜连接(例如层叠)至阴极集流体315的第二表面和/或阳极集流体325的第二表面。
图4说明包括阴极410(例如半固体电极材料或固态电极材料)的电化学电芯400，所述阴极410包括设置在阴极集流体415(例如铝箔)上的第一电解质。在一些实施方案中，电化学电芯400可包括阳极420(例如半固体电极材料或固态电极材料)，所述阳极420包括在阳极集流体425(例如铜箔)上的第二电解质。在一些实施方案中，金属氧化物层450(例如包括TiO2或锂金属氧化物)可设置在阳极420和选择性渗透膜430之间。在一些实施方案中，可通过选择性渗透膜430分隔阴极410和阳极420。在一些实施方案中，电化学电芯400可由塑料膜例如袋材料包围。在一些实施方案中，可将塑料膜连接(例如层叠)至阴极集流体415的第二表面和/或阳极集流体425的第二表面。
图5说明包括阴极510(例如半固体电极材料或固态电极材料)的电化学电芯500，所述阴极510包括设置在阴极集流体515(例如铝箔)上的第一电解质。在一些实施方案中，电化学电芯500可包括阳极520(例如半固体电极材料或固态电极材料)，所述阳极520包括在阳极集流体525(例如铜箔)上的第二电解质。在一些实施方案中，金属氧化物层550(例如包括TiO2或锂金属氧化物)可设置在阳极520和选择性渗透膜530之间。在一些实施方案中，可通过选择性渗透膜530分隔阴极510和阳极520。在一些实施方案中，活性材料层560(例如Li2CoO3层)可设置在阴极材料和选择性渗透膜530之间。活性材料层560可包括但不限于活性材料例如Li2CoO3、LFP、NMC、LMO、或它们的组合。在阴极510和选择性渗透膜530之间的层中添加另一种活性材料可改进电解质的润湿性，减小接触电阻和导致不同SEI层的形成。
通常，将在电解质和固态电解质界面之间产生SEI层。然而，添加薄活性材料层导致在活性材料层的顶部形成不同的SEI。在固体电解质和活性材料层(例如LCO)之间是固体与固体界面，没有产生其它界面。
在一些实施方案中，电化学电芯500可由塑料膜例如袋材料包围。在一些实施方案中，可将塑料膜连接(例如层叠)至阴极集流体515的第二表面和/或阳极集流体525的第二表面。
图6说明包括阴极610(例如半固体电极材料或固态电极材料)的电化学电芯600，所述阴极610包括设置在阴极集流体615(例如铝箔)上的第一电解质。在一些实施方案中，电化学电芯600可包括在阳极集流体625(例如铜箔)的第一表面上的含有锂的金属材料650(例如固态锂材料)。在一些实施方案中，金属氧化物层(例如包括TiO2或锂金属氧化物)可设置在锂金属材料650和选择性渗透膜630之间。在一些实施方案中，可通过选择性渗透膜630分隔阴极610和锂金属材料650。在一些实施方案中，电化学电芯600可由塑料膜例如袋材料包围。在一些实施方案中，可将塑料膜连接(例如层叠)至阴极集流体615的第二表面和/或阳极集流体625的第二表面。
图7说明电化学电芯700包括设置在阴极集流体715上的阴极710、设置在阳极集流体725上的阳极720和设置在阴极710和阳极720之间的选择性渗透膜730。在一些实施方案中，第一膜750可设置在阴极710和选择性渗透膜730之间，其能够润湿阴极和选择性渗透膜730并且经构造从而与阴极710和选择性渗透膜730化学兼容。在一些实施方案中，第二膜752可设置在阳极720和选择性渗透膜730之间，其能够润湿阳极720和选择性渗透膜730并且经构造从而与阳极720化学兼容。该润湿减小了电化学电芯700的内部电阻(即接触电阻)。
在一些实施方案中，第一膜750和第二膜752中至少一个可包括电解质组合物。在一些实施方案中，选择性渗透膜730可为固态阳极复合材料，例如含有锂的固态阳极复合材料。在一些实施方案中，可使用任何合适的印刷、铸塑或层叠技术来制造阳极720(例如固态阳极复合材料)。在一些实施方案中，将选择性渗透膜730设置在阴极710或阳极720上的方法可包括共挤出、热压、辊铸、制浆和旋转铸塑、喷墨印刷、铸塑、溶液铸塑和共挤出。
在一些实施方案中，可将锂盐添加至阳极720以促进快速锂离子传导至固态阳极。合适的锂盐可包括但不限于双(三氟甲磺酰基)亚胺锂(LiTFSI)、四氟硼酸锂(LiBF4)、碘化锂(LiI)、溴化锂(LiBr)和氯化锂(LiCl)。在一些实施方案中，固态阳极材料与锂盐的有效摩尔比的范围可为约1:1-约99:1。
图8说明形成电化学电芯的方法10，所述电化学电芯包括阴极、阴极集流体、阳极、阳极集流体和设置在阴极和阳极之间的选择性渗透膜。在一些实施方案中，阴极和阳极中至少一个可包括半固体活性材料，其包括活性材料和传导材料在液体电解质中的浆料。在一些实施方案中，液体电解质可为水性液体电解质。在一些实施方案中，液体电解质可为非水性液体电解质。
在一些实施方案中，方法10包括在步骤11中将半固体阴极浆料分配至集流体上从而形成阴极。在一些实施方案中，可根据任何合适的方法(例如‘569专利中描述的)来制备、混合和分配半固体阴极浆料。
在一些实施方案中，方法10包括在步骤12中将阳极材料分配至阳极集流体上从而形成阳极。在一些实施方案中，如果阳极材料是半固体，分配布骤12可基本上类似于分配布骤11。在一些实施方案中，阳极材料可为常规的阳极材料，并且可将阳极材料形成活性材料和传导材料与溶剂的浆料。在一些实施方案中，阳极材料浆料可跨阳极集流体的表面散布或以其他方式分散。在一些实施方案中，可干燥阳极材料浆料来去除溶剂并且可压延产生的成形电极以提高阳极材料的密度并实现跨阳极集流体表面的均匀材料厚度。
在一些实施方案中，方法10包括在步骤13中将选择性渗透膜设置在阴极和阳极中至少一个上。在一些实施方案中，本文描述的选择性渗透膜可设置在阳极集流体对面的阳极表面上。在一些实施方案中，可将选择性渗透膜例如为膜形状挤出、散布、层叠、辊轧和/或印刷至阳极上。或者，在一些实施方案中，可将选择性渗透膜例如以膜形状挤出、散布、层叠、辊轧和/或印刷至设置在阴极上的第二选择性渗透膜上。然而，步骤13可包括将选择性渗透膜设置在阳极上，作为替代或补充，步骤13可包括将选择性渗透膜设置在阴极材料上。
在一些实施方案中，方法10包括在步骤14中将阴极设置在阳极上，在它们之间具有选择性渗透膜从而形成电化学电芯。在一些实施方案中，选择性渗透膜可包括在阴极和/或阳极表面上的表面涂层。在一些实施方案中，选择性渗透膜可包括阴极和/或阳极的表面的功能化。然而，步骤14可包括将选择性渗透膜设置在半固体阴极浆料和阳极之间，作为替代或补充，步骤14可包括将选择性渗透膜设置在半固体阳极浆料和阴极之间。
在一些实施方案中，方法10任选地包括在步骤15中将电化学电芯设置在袋中。在一些实施方案中，可将电化学电芯装入袋材料以形成单个袋状电池电芯。如本文所用的，术语“单个袋状电池电芯”是指电池电芯(本文还称作“电化学电芯”)，其包括通常容纳一个单元电芯组件的袋，还包括一个阳极、一个阴极、和任选的一个分隔体。在一些实施方案中，可将一个阳极、一个阴极和一个选择性渗透膜堆叠在一起从而形成单元电芯组件，阳极和阴极中至少一个任选地包括半固体电极材料。在一些实施方案中，每个单元电芯组件还包括导电极耳(还称作引脚)以连接电极与外电路。
在一些实施方案中，袋材料可包括形成为例如两个或三个固体膜状层和通过胶黏剂结合在一起的叠层(例如多层片)。如本文所用的词语“叠层”还可指彼此没有化学粘附的材料层。例如，层可彼此面接触并且使用其它连接方法例如热密封连接。在一些实施方案中，袋可由聚丙烯例如铸塑丙烯形成。
在一些实施方案中，方法10任选地包括在步骤16中密封该袋从而形成最终电化学电芯。在一些实施方案中，然后可将多个单元电芯组件堆叠或排列在一起从而形成电池电芯。在一些实施方案中，电池电芯中的单元电芯组件的数量可根据例如产生的电池电芯的期望容量和/或厚度而变化。在一些实施方案中，将这些堆叠的单元电芯组件电学并联，并且可通过焊接工艺例如电阻焊接、激光焊接和超声焊接、缝焊接、电子束焊接等将每个单元电芯组件中的各个极耳焊接在一起。在一些实施方案中，任选步骤16可包括真空袋密封步骤从而形成电池电芯。在真空袋密封过程中，通常将电解质注入堆叠的单元电芯组件，并将单元电芯组件和电解质密封在袋中。
图9说明根据一种实施方案用于制造电化学电芯的方法。电化学电芯包括阴极、阴极集流体、阳极、阳极集流体和设置在阴极和阳极之间的选择性渗透膜。在一些实施方案中，阴极和阳极中至少一个可包括半固体活性材料，其包括活性材料和传导材料在液体电解质中的浆料。在一些实施方案中，液体电解质可为水性液体电解质。在一些实施方案中，液体电解质可为非水性液体电解质。
在一些实施方案中，方法20包括将半固体阴极浆料分配至集流体上从而形成阴极(未显示)。在一些实施方案中，可根据任何合适的方法(例如‘569专利中描述的)来制备、混合和分配半固体阴极浆料。
在一些实施方案中，方法20包括在步骤21中将阳极材料分配至阳极集流体上从而形成阳极。在一些实施方案中，如果阳极材料是半固体，分配布骤21可基本上类似于将半固体阴极浆料分配至集流体上从而形成阴极。在一些实施方案中，阳极材料可为常规的阳极材料，并且可将阳极材料形成活性材料和传导材料与溶剂的浆料。在一些实施方案中，可跨阳极集流体的表面散布或以另外方式分配阳极材料浆料。在一些实施方案中，可干燥阳极材料浆料来去除溶剂并且可压延产生的成形电极以提高阳极材料的密度，并实现跨阳极集流体表面的均匀材料厚度。
在一些实施方案中，方法20包括在步骤22中将密封材料设置在阳极上。可在阳极集流体上的阳极材料的周长周围设置密封材料。在一些实施方案中，密封材料是预制膜，包含布置在一起从而在阳极材料周围形成连续周长的一块或两块以上。在一些实施方案中，密封材料是分配在阳极集流体上的粘性液体胶黏剂。在一些实施方案中，密封材料是通过施加热和/或压力形成密封的热密封膜。在一些实施方案中，密封材料是热熔胶黏剂膜。在一些实施方案中，密封材料是压敏胶黏剂。在一些实施方案中，密封材料固化以形成密封。在一些实施方案中，密封材料因热和/或水分固化。然而步骤22包括将密封材料设置在阳极上，作为补充或替代，步骤22可包括将密封材料设置在阴极上。
在一些实施方案中，方法20包括在步骤23中将选择性渗透膜设置在位于阳极上的密封材料上。在一些实施方案中，本文描述的选择性渗透膜也设置在阳极集流体对面的阳极材料的表面上。在一些实施方案中，可将选择性渗透膜例如以膜形状挤出、散布、层叠、辊轧和/或印刷至阳极上。或者，在一些实施方案中，可将选择性渗透膜例如以膜形状挤出、散布、层叠、辊轧和/或印刷至设置在阴极上的第二选择性渗透膜上。然而，步骤23包括将选择性渗透膜设置在位于阳极上的密封材料上，步骤23可作为补充或替代地包括将选择性渗透膜设置在位于阴极上的密封材料上。
在一些实施方案中，方法20在步骤24中包括施加热和/或压力从而在选择性渗透膜和阳极集流体之间形成密封。以这种方式，热和/或压力使密封材料活化从而在选择性渗透膜和阳极集流体之间形成密封。在一些实施方案中，热和/或压力熔化热活化的密封材料。在一些实施方案中，压力粘附压敏密封材料。在一些实施方案中，热和/或压力固化密封材料。然而步骤24包括施加热和/或压力从而在选择性渗透膜和阳极集流体之间形成密封，步骤24可作为补充或替代地包括施加热和/或压力从而在选择性渗透膜和阴极集流体之间形成密封。
在一些实施方案中，方法20包括在步骤25中将包括阴极材料和阴极集流体的阴极设置在阳极上，在它们之间具有选择性渗透膜从而形成电化学电芯。在一些实施方案中，选择性渗透膜可包括在阴极和/或阳极表面上的表面涂层。在一些实施方案中，选择性渗透膜可包括阴极和/或阳极的表面的功能化。然而步骤25包括将包括阴极材料和阴极集流体的阴极设置在阳极上，在它们之间具有选择性渗透膜，步骤25可作为补充或替代地包括将包括阳极材料和阳极集流体的阳极设置在阴极上，在它们之间具有选择性渗透膜。
在一些实施方案中，方法20任选地包括在步骤26中将电化学电芯设置在袋中。在一些实施方案中，可将电化学电芯装入袋材料中以形成单个袋状电池电芯。如本文所用的，术语“单个袋状电池电芯”是指电池电芯(本文还称作“电化学电芯”)，其包括通常容纳一个单元电芯组件的袋，其还包括一个阳极、一个阴极、和任选的一个分隔体。在一些实施方案中，可将一个阳极、一个阴极和一个选择性渗透膜堆叠在一起从而形成单元电芯组件，阳极和阴极中至少一个任选地包括半固体电极材料。在一些实施方案中，每个单元电芯组件还包括导电极耳(还称作引脚)以连接电极与外电路。
在一些实施方案中，袋材料可包括形成为例如两个或三个固体膜状层和通过胶黏剂结合在一起的叠层(例如多层片)。如本文所用的词语“叠层”还可指彼此没有化学粘附的材料层。例如，层可彼此面接触并且使用其它连接方法例如热密封连接。在一些实施方案中，袋可由聚丙烯例如铸塑丙烯形成。
在一些实施方案中，方法20任选地包括在步骤27中密封袋从而形成最终电化学电芯。在一些实施方案中，然后可将多个单元电芯组件堆叠或排列在一起从而形成电池电芯。在一些实施方案中，电池电芯中的单元电芯组件的数量可根据例如产生的电池电芯的期望容量和/或厚度而变化。在一些实施方案中，将这些堆叠的单元电芯组件电学并联，并且可通过焊接工艺例如电阻焊接、激光焊接和超声焊接、缝焊接、电子束焊接等将每个单元电芯组件中的各个极耳焊接在一起。在一些实施方案中，任选步骤27可包括真空袋密封步骤从而形成电池电芯。在真空袋密封过程中，通常将电解质注入堆叠的单元电芯组件，并将单元电芯组件和电解质密封在袋中。
图10说明根据一种实施方案用于密封电极的夹具1061和分解图。在一些实施方案中，夹具1061是用于固定选择性渗透膜1030的阳极延伸板。在一些实施方案中，夹具1061是使用真空将选择性渗透膜1030固定在适当位置的真空吸盘。在一些实施方案中，将纸掩模1060设置在夹具1061上并围绕选择性渗透膜1030。当夹具1061是真空吸盘时，纸掩模1060可帮助密封来自夹具1061的未使用部分的真空泄漏，并且可帮助防止任何过量密封材料1028粘住夹具1061。
密封材料1028设置在选择性渗透膜1030上并可与选择性渗透膜1030的周长对齐。在一些实施方案中，密封材料1028是热熔胶黏剂膜。
可将集流体1025设置在密封材料1028上。在一些实施方案中，集流体1025具有电极材料，其在设置于密封材料1028上之前设置在集流体1025的一侧上。设置在集流体1025一侧上的电极材料被密封材料1028围绕，并且当集流体1025设置在密封材料1028上时接触选择性渗透膜1030。
在一些实施方案中，集流体1025是阳极集流体，并且电极材料是阳极材料。在一些实施方案中，阳极材料是常规阳极。在一些实施方案中，阳极材料是半固体阳极。在一些实施方案中，集流体1025是阴极集流体，并且电极材料是阴极材料。在一些实施方案中，阴极材料是半固体阴极。在一些实施方案中，阴极材料是常规阴极。
密封工具1001接触集流体1025并且将集流体1025密封至选择性渗透膜1030，其中在它们之间设置电极材料。在一些实施方案中，密封工具1001是热密封工具。在一些实施方案中，密封工具1001是具有热质量的固体加工块，其在密封步骤过程中保持热。构造密封工具1001从而将热和/或压力施加至电极材料对面的集流体1025的一侧。在一些实施方案中，密封工具1001熔化热熔胶黏剂密封构件1028从而将集流体1025密封至选择性渗透膜1030。
在一些实施方案中，密封工具1001形成具有约0.5mm、约1.0mm、约2.0mm、约3.0mm、约4.0mm、约5.0mm、约6.0mm、约7.0mm、约8.0mm、约9.0mm、约10.0mm、约11.0mm、约12.0mm、13.0mm、约14.0mm、约15.0mm、约16.0mm、约17.0mm、约18.0mm、约19.0mm、约20.0mm、约21.0mm、约22.0mm、约23.0mm、约24.0mm、25.0mm、约26.0mm、约27.0mm、约28.0mm、约29.0mm、或约30.0mm宽度的密封，包括它们之间所有的密封宽度。在一些实施方案中，密封工具1001由一块或两块以上的密封材料1028形成连续密封。
图11A说明根据一种实施方案密封的电极的背视图。在这种实施方案中，显示密封阳极的背侧，其中阳极集流体面朝上。图11B说明根据一种实施方案的密封电极的顶视图。在该实施方案中，显示密封阳极的上部，而选择性渗透膜面朝上。使用的选择性渗透膜为20微米厚并包含陶瓷基材。
工作实施例1
图12是显示电化学电芯放电过程中的电压和容量改变的放电曲线图。电化学电芯包括半固体磷酸铁锂阴极(以45:1:54的比率包括碳导电添加剂和电解质A)和半固体含有石墨烯的阳极(以50:2:48的比率包括碳导电添加剂和电解质B)。电解质A是对于阴极的化学性质而电化学调整的电解质，而电解质B是对于阳极的化学性质而电化学调整的电解质，不考虑电解质A与阳极和电解质B与阴极的兼容性。电解质A是DME中的4M LiFSI，和电解质B是EC:PC:DMC:EMC+2％VC中的1M LiPF6。电化学电芯包括选择性渗透膜，其包含Li1+x+yAlx(Ti,Ge)2-xSiyP3-yO12并且为180微米厚。
电化学电芯具有13mAh的阴极面容量，有效面积为10cm2，且阳极容量与阴极容量比率(A:C比率)为1.2。当以C/10的C倍率使电化学电芯放电时，电压从约3V降低至约2.0V而容量从约0mAh提高至约4.5mAh。当以C/20的C倍率使电化学电芯放电时，电压从约3.1V降低至约2.0V，而容量从约0mAh提高至约11.5mAh。这一第一工作实施例的电化学电芯经历仅约40％容量损失(由于副反应)。
工作实施例2
图13是显示电化学电芯的充电和放电过程中电压和容量改变的充电-放电曲线图。电化学电芯包括半固体磷酸铁锂阴极(以45:1:54的比率包括碳导电添加剂和电解质A)和半固体含有石墨烯的阳极(以50:2:48的比率包括碳导电添加剂和电解质B)。电解质A是对于阴极的化学性质而电化学调整的电解质，而电解质B是对于阳极的化学性质而电化学调整的电解质，不考虑电解质A与阳极和电解质B与阴极的兼容性。电解质A与阳极配对并且电解质B与阴极配对。电解质A是DME中的4M LiFSI，和电解质B是EC:PC:DMC:EMC+2％VC中的1M LiPF6。电化学电芯包括选择性渗透膜，其包含Li1+x+yAlx(Ti,Ge)2-xSiyP3-yO12并且为40微米厚。电化学电芯还包括阳极侧上的聚合物分隔体。与第一工作实施例中的电化学电芯相比，这里描述的电化学电芯包括更厚的阴极和更厚的阳极，从而提高理论容量。
电化学电芯具有6.8mAh/cm2的阴极面容量和阳极容量与阴极容量比率(A:C比率)为1.2。当以C/20的C倍率使电化学电芯初始充电时，电压从约0V提高至约3.6V而容量从约8mAh/cm2降低至约0mAh/cm2。当以C/10的C倍率使电化学电芯放电时，电压从约3.4V降低至约2.0V，而容量从约0mAh/cm2提高至约6.5mAh/cm2。该第二工作实施例的电化学电芯实现85％的设计效率。电芯没有观察到除石墨阳极上固体电解质界面层形成之外的副反应。
工作实施例3
图14是显示电化学电芯的充电和放电过程中电压和容量改变的充电-放电曲线图。电化学电芯包括半固体磷酸铁锂阴极(以45:1:54的比率包括碳导电添加剂和电解质A)和半固体含有石墨烯的阳极(以50:2:48的比率包括碳导电添加剂和电解质B)。电解质A是对于阴极的化学性质而电化学调整的电解质，而电解质B是对于阳极的化学性质而电化学调整的电解质，不考虑电解质A与阳极和电解质B与阴极的兼容性。A与阳极并且电解质B与阴极。电解质A是DME中的4M LiFSI，和电解质B是EC:GBL+2％VC+0.5％TOP中的1M LiFSI。电化学电芯包括选择性渗透膜，其包含Li1+x+yAlx(Ti,Ge)2-xSiyP3-yO12并且为45微米厚。电化学电芯还包括阳极侧上的聚合物分隔体。与第一工作实施例中的电化学电芯相比，这里描述的电化学电芯包括更厚的阴极和更厚的阳极，从而提高理论容量。
电化学电芯具有8mAh/cm2的阴极面容量，且阳极容量与阴极容量比率(A:C比率)为1.2。当以C/20的C倍率使电化学电芯初始充电时，电压从约0V提高至约3.6V，而容量从约9mAh/cm2降低至约0mAh/cm2。当以C/10的C倍率使电化学电芯放电时，电压从约3.4V降低至约2.0V，而容量从约0mAh/cm2提高至约8mAh/cm2。该第二工作实施例的电化学电芯实现85％的设计效率。电芯没有观察到除石墨阳极上固体电解质界面层形成之外的副反应。
工作实施例4
图15是显示电化学电芯的充电和放电过程中电压和容量改变的充电-放电曲线图。电化学电芯包括160μm厚的半固体阴极和100μm常规锂阳极，负电极与正电极的面容量比率(N/P比率)为2.67。设计的面容量为2.5mAh/cm2。无固态电解质材料的情况下，能量密度为929Wh/L并且比能量为356Wh/kg。使用固态电解质材料，比能量为249Wh/kg。恒定电流充电/恒定电流放电(CC/DC)循环是以0.2mAh/cm2从4.3伏特至2.7伏特，并且库仑效率(CE)为～99.56％。
虽然本文关于含有锂离子和锂的电极提供了一些实施例，但是本领域技术人员将理解，许多化学物质对于本文描述的电极和电化学电芯是可能的，包括但不限于钠离子和镁离子。
虽然以上描述了各种实施方案，但应理解，它们仅通过举例而不是限制的方式呈现。当以上描述的实施方案和/或示意图表示以一定取向或位置布置一定部件时，可修改部件的布置。虽然特别显示和描述了实施方案，但是将理解，可进行形式和细节上的各种改变。虽然将各种实施方案描述为具有特定特征和/或部件的组合，但是其它实施方案可具有来自本文描述的任何实施方案的任何特征和/或部件的组合。
还可变化各种部件的具体构造。例如，各种部件的尺寸和具体形状可不同于所示实施方案，同时仍提供如本文描述的功能。更具体地，可对于期望或意图的用途具体选择各种组分的尺寸和形状。因此，应理解，实施方案和/或它们的部件的尺寸、形状和/或布置可适合于给定的用途，除非上下文另外明确地指出。
当以上描述的方法和/或事件表明以某一顺序发生的某些事件和/或工序时，可改变某些事件和/或工序的顺序。另外，当可能时，可在并行过程中同时进行以及如以上描述顺序地进行某些事件和/或工序。

Claims (201)

1.电化学电芯，包含：
包括阳极集流体、阳极材料和阳极液的阳极；
包括阴极集流体、阴极材料和阴极液的阴极；和
在阳极和阴极之间设置的选择性渗透膜，该选择性渗透膜经构造从而化学地和/或流体地隔离阳极与阴极。
2.根据权利要求1所述的电化学电芯，其中该选择性渗透膜包括选自以下至少一种的固态电解质材料：石榴石结构、钙钛矿结构、基于磷酸盐的超级锂离子导体(LISICON)结构、La0.51Li0.34TiO2.94、Li1.3Al0.3Ti1.7(PO4)3、Li7La3Zr2O12、Li6.66La3Zr1.6Ta0.4O12.9(LLZO)、50Li4SiO4·50Li3BO3、Li2.9PO3.3N0.46(锂磷氧氮化物，LiPON)、Li3.6Si0.6P0.4O4、Li3BN2、Li3BO3-Li2SO4、Li3BO3-Li2SO4-Li2CO3(LIBSCO，假三元体系)和/或含有硫化物的固体电解质材料，包括硫代-LISICON结构、玻璃状结构和玻璃-陶瓷结构例如Li1.07Al0.69Ti1.46(PO4)3、Li1.5Al0.5Ge1.5(PO4)3、Li10GeP2S12(LGPS)、30Li2S·26B2S3·44LiI、63Li2S·36SiS2·1Li3PO4、57Li2S·38SiS2·5Li4SiO4、70Li2 S·30P2S5、50Li2S·50GeS2、Li7P3S11、Li3.25P0.95S4和Li9.54Si1.74P1.44S11.7Cl0.3和/或闭型络合氢化物固体电解质例如LiBH4-LiI、LiBH4-LiNH2、LiBH4-P2S5、Li(CBxHx+1)-LiI如Li(CB9H10)-LiI和/或锂电解质盐双(三氟甲烷)磺酰胺(TFSI)、双(五氟乙磺酰基)亚胺(BETI)、双(氟磺酰基)亚胺、氧化膦硼酸草酸锂(LiBOP)、双(氟磺酰基)亚胺锂、酰胺-硼氢化物、LiBF4、LiPF6、或它们的组合。
3.根据权利要求1所述的电化学电芯，其中该选择性渗透膜在阳极和阴极之间提供电隔离。
4.根据权利要求1所述的电化学电芯，其中在没有构造成在阳极和阴极之间提供电隔离的常规分隔体的情况下形成电化学电芯。
5.根据权利要求1所述的电化学电芯，其中该选择性渗透膜不在阳极和阴极之间提供电隔离，并且该电化学电芯还包含：
经构造从而在阳极和阴极之间提供电隔离并允许在阴极和阳极之间离子电荷载体转移的常规分隔体。
6.根据权利要求5所述的电化学电芯，其中该常规分隔体包括聚丙烯、聚乙烯、纤维素材料、或它们的组合。
7.根据权利要求5所述的电化学电芯，其中该常规分隔体是被阴极液或阳极液润湿从而形成凝胶聚合物电解质片的聚合物分隔体。
8.根据权利要求1所述的电化学电芯，该选择性渗透膜由常规分隔体形成。
9.根据权利要求8所述的电化学电芯，其中该常规分隔体包括聚丙烯、聚乙烯、纤维素材料、或它们的组合。
10.根据权利要求8所述的电化学电芯，其中该常规分隔体包括聚氧化乙烯(PEO)聚合物，在该聚合物中锂盐被络合以提供锂传导性，或基于磺化四氟乙烯的含氟聚合物-共聚物膜。
11.根据权利要求8所述的电化学电芯，其中该常规分隔体包括玻璃材料或陶瓷材料。
12.根据权利要求8所述的电化学电芯，其中该选择性渗透膜包括固态电解质材料层。
13.根据权利要求12所述的电化学电芯，其中通过将该固态电解质材料涂覆至该常规分隔体上以形成该固态电解质材料层。
14.根据权利要求13所述的电化学电芯，其中该固态电解质材料层具有在约1％至约20％之间的孔隙率。
15.根据权利要求12所述的电化学电芯，其中通过气相沉积工艺、冷喷涂工艺、等离子体沉积工艺、电化学沉积和/或溶胶-凝胶工艺形成该固态电解质材料层。
16.根据权利要求12所述的电化学电芯，其中通过将固态粉末和粘合剂涂覆至该常规分隔体上以形成该固态电解质材料层。
17.根据权利要求16所述的电化学电芯，其中该粘合剂是聚合物粘合剂，其包含以下至少一种：聚偏二氟乙烯(PVDF)、聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)、聚苯硫醚(PPS)、聚醚醚酮(PEEK)、聚酰亚胺(PI)、聚氯乙烯(PVC)、苯乙烯-丁二烯橡胶(SBR)、聚氧化乙烯(PEO)、纤维素、聚丙烯酸酯类、PP、PE、PAI、PAEI、PFA、PTFE、或它们的组合。
18.根据权利要求12所述的电化学电芯，其中该固态电解质材料层在至少一侧上涂覆有玻璃材料或陶瓷材料。
19.根据权利要求18所述的电化学电芯，其中通过以下至少一种涂覆玻璃材料或陶瓷材料：化学气相沉积(CVD)、物理气相沉积(PVD)、冷喷涂施加、原子层沉积、金属有机化学气相沉积、氮等离子体辅助沉积、辊涂、喷涂施加、溅射沉积、反应溅射沉积、溅射、熔融淬火、机械研磨或它们的组合。
20.根据权利要求18所述的电化学电芯，其中该陶瓷材料至少部分涂覆有防止扩散材料。
21.根据权利要求20所述的电化学电芯，其中该防止扩散材料包括以下至少一种：锂磷氧氮化物(LiPON)、硅磷氧氮化物(SiPON)、锂硅磷氧氮化物(LiSiPON)、锂钛硅磷氧氮化物(LiTiSiPON)、硫酸锂氧氮化物(LiSON)、硫代超级锂离子导体(硫代-LISICON)、锂磷硫化物(Li3PS4)、锂锡磷硫化物(LSPS，Li10SnP2S12)、其它合适的材料、或它们的组合。
22.根据权利要求12所述的电化学电芯，其中通过液体涂覆工艺、挤出工艺和/或压制工艺形成该固态电解质材料层。
23.根据权利要求22所述的电化学电芯，其中该常规分隔体包括陶瓷材料,且该压制工艺是热压工艺以减小该固态电解质材料层的孔隙率。
24.根据权利要求12所述的电化学电芯，其中通过过滤粉末分散体从而覆盖该常规分隔体内孔隙来形成该固态电解质材料层。
25.根据权利要求24所述的电化学电芯，其中该常规分隔体包括陶瓷材料,且该压制工艺是热压工艺以减小该固态电解质材料层的孔隙率。
26.根据权利要求1所述的电化学电芯，其中该选择性渗透膜包括施加至该选择性渗透膜的一侧或两侧的防止扩散材料。
27.根据权利要求26所述的电化学电芯，其中该防止扩散材料该防止扩散材料具有约1μm和约25μm的厚度。
28.根据权利要求1所述的电化学电芯，其中该选择性渗透膜包括经构造从而填充常规分隔体的孔隙的材料。
29.根据权利要求28所述的电化学电芯，其中该材料是阳极活性材料使得该选择性渗透膜变为电化学电芯中的第二阳极。
30.根据权利要求29所述的电化学电芯，其中该阳极活性材料包括以下至少一种：碳、插入锂的碳、锂氮化物、锂合金和形成锂合金的化合物，包括硅、铋、硼、镓、铟、锌、锡、氧化锡、锑、铝、氧化钛、钼、锗、锰、铌、钒、钽、金、铂、铁、铜、铬、镍、钴、锆、钇、氧化钼、氧化锗、氧化硅、碳化硅，任何其它材料或它们的合金，或它们的任何其它组合。
31.根据权利要求28所述的电化学电芯，其中该材料是阴极活性材料使得该选择性渗透膜变为电化学电芯中的第二阴极。
32.根据权利要求28所述的电化学电芯，其中该材料包括氧化还原电活性材料。
33.根据权利要求28所述的电化学电芯，其中将该材料涂覆至常规分隔体表面上并在电化学电芯的化成过程中体积膨胀。
34.根据权利要求28所述的电化学电芯，其中该材料包括涂覆至该常规分隔体的阴极侧上的具有超支化结构的自封端低聚物(STOBA)。
35.根据权利要求34所述的电化学电芯，其中STOBA经构造从而通过在标准工作温度下允许离子通过选择性渗透膜但在超过临界交联温度的温度期间不允许离子转移来防止热失控。
36.根据权利要求34所述的电化学电芯，其中该阴极包括聚碳酸酯(PC)和/或γ-丁内酯(GBL)。
37.根据权利要求1所述的电化学电芯，其中该选择性渗透膜是设置在阳极材料上的Li2CoO3层。
38.根据权利要求37所述的电化学电芯，其中该Li2CoO3层小于约10微米厚。
39.根据权利要求1所述的电化学电芯，其中该选择性渗透膜延伸基本上超过该阳极和该阴极并且密封在第一部分袋材料和第二部分袋材料之间。
40.根据权利要求1所述的电化学电芯，其中该阳极液具有与该阴极液不同的组成。
41.根据权利要求1所述的电化学电芯，其中该阳极液包括1,2-二甲氧基乙烷、N-甲基吡咯烷酮、LiBOP、LiDFOB和/或VC中至少一种。
42.根据权利要求1所述的电化学电芯，其中该阳极液包括LiFSI盐、LiTFSI盐、甘醇二甲醚、DOL、TEGDME和FEC中至少一种。
43.根据权利要求1所述的电化学电芯，其中该阴极液包括水、氟、PS、PES、LiPF6盐、LiBF4盐、FEC、F-EMC、F-AEC、PC、环丁砜、二甲基亚砜、LiTFSI、LiOTf、LiFSI或TFEP中至少一种。
44.根据权利要求1所述的电化学电芯，其中该阳极材料是固态阳极。
45.根据权利要求44所述的电化学电芯，其中该阳极材料是设置在阳极集流体之间的锂金属层。
46.根据权利要求1所述的电化学电芯，其中该阴极材料是固态阴极。
47.根据权利要求1所述的电化学电芯，其中该阳极或该阴极中至少一个是包含活性材料和传导材料在液体电解质中的浆料的半固体电极，该液体电解质是阳极液或阴极液中至少一种。
48.根据权利要求47所述的电化学电芯，其中该半固体电极还包含STOBA。
49.根据权利要求1所述的电化学电芯，还包含：
设置在该阳极集流体和该阳极材料之间的锂金属层。
50.根据权利要求1所述的电化学电芯，还包含：
设置在该选择性渗透膜和该阴极材料之间的Li2CoO3层。
51.根据权利要求50所述的电化学电芯，还包含：
设置在该选择性渗透膜和该阳极材料之间的金属氧化物。
52.根据权利要求1所述的电化学电芯，还包含：
设置在该阴极材料和该选择性渗透膜之间的第一膜层。
53.根据权利要求52所述的电化学电芯，其中该第一膜层润湿该阴极材料和该选择性渗透膜。
54.根据权利要求52所述的电化学电芯，还包含：
设置在该阳极材料和该选择性渗透膜之间的第二膜层。
55.根据权利要求54所述的电化学电芯，其中该第二膜层润湿该阴极材料和该选择性渗透膜。
56.根据权利要求1所述的电化学电芯，还包含：
设置在该阳极材料和该选择性渗透膜之间的第二膜层。
57.根据权利要求1所述的电化学电芯，还包含：
设置在选择性渗透膜和该阳极材料或该阴极材料中至少一个之间的具有超支化结构的自封端低聚物(STOBA)。
58.根据权利要求1所述的电化学电芯，其中该选择性渗透膜具有在约1μm和约250μm之间的厚度。
59.根据权利要求1所述的电化学电芯，其中该选择性渗透膜具有小于约185μm的厚度。
60.根据权利要求1所述的电化学电芯，其中该选择性渗透膜具有小于约50μm的厚度。
61.电化学电芯，包含：
阳极，包括阳极集流体和包括阳极液的半固体阳极材料；
阴极集流体；
第一阴极，包括具有阴极液的半固体阴极材料，该第一阴极设置在该阴极集流体上；
设置在该第一阴极上的第二阴极，该第二阴极包括活性材料、粘合剂、固态电解质材料，并经构造从而化学地和/或流体地隔离阳极与阴极；和
常规的分隔体，经构造从而在阳极和阴极之间提供电隔离。
62.根据权利要求61所述的电化学电芯，还包含：
设置在该第一阴极和该第二阴极之间的传导材料。
63.根据权利要求62所述的电化学电芯，其中该传导材料是碳糊剂。
64.根据权利要求61所述的电化学电芯，其中该固态电解质材料选自以下至少一种：石榴石结构、钙钛矿结构、基于磷酸盐的超级锂离子导体(LISICON)结构、玻璃结构例如La0.51Li0.34TiO2.94、Li1.3Al0.3Ti1.7(PO4)3、Li1.4Al0.4Ti1.6(PO4)3、Li7La3Zr2O12、Li6.66La3Zr1.6Ta0.4O12.9(LLZO)、50Li4SiO4·50Li3BO3、Li2.9PO3.3N0.46(锂磷氧氮化物，LiPON)、Li3.6Si0.6P0.4O4、Li3BN2、Li3BO3-Li2SO4、Li3BO3-Li2SO4-Li2CO3(LIBSCO，假三元体系)和/或含有硫化物的固体电解质材料，包括硫代-LISICON结构、玻璃状结构和玻璃-陶瓷结构
例如Li1.07Al0.69Ti1.46(PO4)3、Li1.5Al0.5Ge1.5(PO4)3、Li10GeP2S12(LGPS)、30Li2S·26B2S3·44LiI、63Li2S·36SiS2·1Li3PO4、57Li2S·38SiS2·5Li4SiO4、70Li2S·30P2S5、50Li2S·50GeS2、Li7P3S11、Li3.25P0.95S4和Li9.54Si1.74P1.44S11.7Cl0.3和/或闭型络合氢化物固体电解质例如LiBH4-LiI、LiBH4-LiNH2、LiBH4-P2S5、Li(CBxHx+1)-LiI如Li(CB9H10)-LiI和/或锂电解质盐双(三氟甲烷)磺酰胺(TFSI)、双(五氟乙磺酰基)亚胺(BETI)、双(氟磺酰基)亚胺、氧化膦硼酸草酸锂(LiBOP)、双(氟磺酰基)亚胺锂、酰胺-硼氢化物、LiBF4、LiPF6 LIF、或它们的组合。
65.根据权利要求61所述的电化学电芯，其中该常规分隔体包括聚丙烯、聚乙烯、纤维素材料、或它们的组合。
66.根据权利要求61所述的电化学电芯，其中该常规分隔体包括聚氧化乙烯(PEO)聚合物，在该聚合物中锂盐被络合以提供锂传导性，或基于磺化四氟乙烯的含氟聚合物-共聚物膜。
67.根据权利要求61所述的电化学电芯，其中该常规分隔体包括玻璃材料或陶瓷材料。
68.根据权利要求61所述的电化学电芯，其中通过涂覆、挤出、铸塑、湿法铸塑、吹制、共挤出、热压、辊铸、制浆和旋转铸塑、喷墨印刷、溶液铸塑、或它们的组合工艺来形成第二阴极。
69.根据权利要求61所述的电化学电芯，其中该粘合剂是以下至少一种：聚偏二氟乙烯(PVDF)、聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)、聚苯硫醚(PPS)、聚醚醚酮(PEEK)、聚酰亚胺(PI)、聚氯乙烯(PVC)、苯乙烯-丁二烯橡胶(SBR)、聚氧化乙烯(PEO)、纤维素、聚丙烯酸酯类、PP、PE、PAI、PAEI、PFA、PTFE、或它们的组合。
70.根据权利要求61所述的电化学电芯，其中活性材料是以下至少一种：磷酸铁锂(LFP)、LiCoO2、用Mg或Ti或W掺杂的LiCoO2、LiNiO2、Li(Ni,Co,Al)O2(NCA)、Li(Ni,Mn,Co)O2(NMC)、LiNi0.5Co0.5O2、LiMn2O4、LiNi0.5Mn1.5O4或锂离子传导玻璃陶瓷(LiCGC)。
71.根据权利要求61所述的电化学电芯，其中该选择性渗透膜具有在约1μm和约250μm之间的厚度。
72.根据权利要求61所述的电化学电芯，其中该选择性渗透膜具有小于约185μm的厚度。
73.根据权利要求61所述的电化学电芯，其中该选择性渗透膜具有小于约50μm的厚度。
74.形成电化学电芯的方法，包括：
将半固体阴极浆料分配至阴极集流体上从而形成阴极；
将阳极材料分配至阳极集流体上从而形成阳极；
将选择性渗透膜设置在阴极和阳极中至少一个上，构造该选择性渗透膜从而化学地和/或流体地隔离该包括阴极液的阴极与该包括阳极液的阳极；和
将阴极设置在阳极上，在它们之间具有选择性渗透膜从而形成电化学电芯。
75.根据权利要求74所述的方法，其中该选择性渗透膜包括选自以下至少一种的固态电解质材料：石榴石结构、钙钛矿结构、基于磷酸盐的超级锂离子导体(LISICON)结构、La0.51Li0.34TiO2.94、Li1.3Al0.3Ti1.7(PO4)3、Li7La3Zr2O12、Li6.66La3Zr1.6Ta0.4O12.9(LLZO)、50Li4SiO4·50Li3BO3、Li2.9PO3.3N0.46(锂磷氧氮化物，LiPON)、Li3.6Si0.6P0.4O4、Li3BN2、Li3BO3-Li2SO4、Li3BO3-Li2SO4-Li2CO3(LIBSCO，假三元体系)和/或含有硫化物的固体电解质材料，包括硫代-LISICON结构、玻璃状结构和玻璃-陶瓷结构例如Li1.07Al0.69Ti1.46(PO4)3、Li1.5Al0.5Ge1.5(PO4)3、Li10GeP2S12(LGPS)、30Li2S·26B2S3·44LiI、63Li2S·36SiS2·1Li3PO4、57Li2S·38SiS2·5Li4SiO4、70Li2 S·30P2S5、50Li2S·50GeS2、Li7P3S11、Li3.25P0.95S4和Li9.54Si1.74P1.44S11.7Cl0.3和/或闭型络合氢化物固体电解质例如LiBH4-LiI、LiBH4-LiNH2、LiBH4-P2S5、Li(CBxHx+1)-LiI如Li(CB9H10)-LiI和/或锂电解质盐双(三氟甲烷)磺酰胺(TFSI)、双(五氟乙磺酰基)亚胺(BETI)、双(氟磺酰基)亚胺、氧化膦硼酸草酸锂(LiBOP)、双(氟磺酰基)亚胺锂、酰胺-硼氢化物、LiBF4、LiPF6、或它们的组合。
76.根据权利要求74所述的方法，其中该选择性渗透膜在阳极和阴极之间提供电隔离。
77.根据权利要求74所述的方法，其中在没有构造成在阳极和阴极之间提供电隔离的常规分隔体的情况下形成电化学电芯。
78.根据权利要求74所述的方法，其中该选择性渗透膜不在阳极和阴极之间提供电隔离，并且该方法还包括：
将经构造从而在阳极和阴极之间提供电隔离的常规分隔体设置在该选择性渗透膜上。
79.根据权利要求78所述的方法，其中该常规分隔体包括聚丙烯、聚乙烯、纤维素材料、或它们的组合。
80.根据权利要求78所述的方法，其中该常规分隔体是被阴极液或阳极液润湿从而形成凝胶聚合物电解质片的聚合物分隔体。
81.根据权利要求74所述的方法，该选择性渗透膜由常规分隔体形成。
82.根据权利要求81所述的方法，其中该常规分隔体包括聚丙烯、聚乙烯、纤维素材料、或它们的组合。
83.根据权利要求81所述的方法，其中该常规分隔体包括聚氧化乙烯(PEO)聚合物，在该聚合物中锂盐被络合以提供锂传导性，或基于磺化四氟乙烯的含氟聚合物-共聚物膜。
84.根据权利要求81所述的方法，其中该常规分隔体包括玻璃材料或陶瓷材料。
85.根据权利要求81所述的方法，其中该选择性渗透膜包括固态电解质材料层。
86.根据权利要求85所述的方法，还包括：
将该固态电解质材料涂覆至该常规分隔体上以形成该固态电解质材料层。
87.根据权利要求86所述的方法，其中该固态电解质材料层具有在约1％至约20％之间的孔隙率。
88.根据权利要求85所述的方法，其中通过气相沉积工艺、冷喷涂工艺、等离子体沉积工艺、电化学沉积和/或溶胶-凝胶工艺形成该固态电解质材料层。
89.根据权利要求85所述的方法，还包括：
将固态粉末和粘合剂涂覆至该常规分隔体上以形成该固态电解质材料层。
90.根据权利要求89所述的方法，其中该粘合剂是聚合物粘合剂，其包含以下至少一种：聚偏二氟乙烯(PVDF)、聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)、聚苯硫醚(PPS)、聚醚醚酮(PEEK)、聚酰亚胺(PI)、聚氯乙烯(PVC)、苯乙烯-丁二烯橡胶(SBR)、聚氧化乙烯(PEO)、纤维素、聚丙烯酸酯类、PP、PE、PAI、PAEI、PFA、PTFE、或它们的组合。
91.根据权利要求85所述的方法，其中该固态电解质材料层在至少一侧上涂覆有玻璃材料或陶瓷材料。
92.根据权利要求91所述的方法，其中通过以下至少一种涂覆玻璃材料或陶瓷材料：化学气相沉积(CVD)、物理气相沉积(PVD)、冷喷涂施加、原子层沉积、金属有机化学气相沉积、氮等离子体辅助沉积、辊涂、喷涂施加、溅射沉积、反应溅射沉积、溅射、熔融淬火、机械研磨或它们的组合。
93.根据权利要求91所述的方法，其中该陶瓷材料至少部分涂覆有防止扩散材料。
94.根据权利要求93所述的方法，其中该防止扩散材料包括以下至少一种：锂磷氧氮化物(LiPON)、硅磷氧氮化物(SiPON)、锂硅磷氧氮化物(LiSiPON)、锂钛硅磷氧氮化物(LiTiSiPON)、硫酸锂氧氮化物(LiSON)、硫代超级锂离子导体(硫代-LISICON)、锂磷硫化物(Li3PS4)、锂锡磷硫化物(LSPS，Li10SnP2S12)、其它合适的材料、或它们的组合。
95.根据权利要求85所述的方法，其中通过液体涂覆工艺、挤出工艺和/或压制工艺形成该固态电解质材料层。
96.根据权利要求95所述的方法，其中该常规分隔体包括陶瓷材料,且该压制工艺是热压工艺以减小该固态电解质材料层的孔隙率。
97.根据权利要求85所述的方法，其中通过过滤粉末分散体从而覆盖该常规分隔体内孔隙来形成该固态电解质材料层。
98.根据权利要求97所述的方法，其中该常规分隔体包括陶瓷材料,且该压制工艺是热压工艺以减小该固态电解质材料层的孔隙率。
99.根据权利要求74所述的方法，其中该选择性渗透膜包括施加至该选择性渗透膜的一侧或两侧上的防止扩散材料。
100.根据权利要求99所述的方法，其中该防止扩散材料该防止扩散材料具有约1μm和约25μm的厚度。
101.根据权利要求74所述的方法，其中该选择性渗透膜包括经构造从而填充常规分隔体的孔隙的材料。
102.根据权利要求101所述的方法，其中该材料是阳极活性材料使得该选择性渗透膜变为电化学电芯中的第二阳极。
103.根据权利要求102所述的方法，其中该阳极活性材料包括以下至少一种：碳、插入锂的碳、锂氮化物、锂合金和形成锂合金的化合物，包括硅、铋、硼、镓、铟、锌、锡、氧化锡、锑、铝、氧化钛、钼、锗、锰、铌、钒、钽、金、铂、铁、铜、铬、镍、钴、锆、钇、氧化钼、氧化锗、氧化硅、碳化硅，任何其它材料或它们的合金，或它们的任何其它组合。
104.根据权利要求101所述的方法，其中该材料是阴极活性材料使得该选择性渗透膜变为电化学电芯中的第二阴极。
105.根据权利要求101所述的方法，其中该材料包括氧化还原电活性材料。
106.根据权利要求101所述的方法，其中将该材料涂覆至常规分隔体表面上并在电化学电芯的化成过程中体积膨胀。
107.根据权利要求101所述的方法，其中该材料包括涂覆至该常规分隔体的阴极侧上的具有超支化结构的自封端低聚物(STOBA)。
108.根据权利要求107所述的方法，其中STOBA经构造从而通过在标准工作温度下允许离子通过选择性渗透膜但在超过临界交联温度的温度期间不允许离子转移来防止热失控。
109.根据权利要求107所述的方法，其中该阴极包括聚碳酸酯(PC)和/或γ-丁内酯(GBL)。
110.根据权利要求74所述的方法，其中该选择性渗透膜是设置在阳极材料上的Li2CoO3层。
111.根据权利要求110所述的方法，其中该Li2CoO3层小于约10微米厚。
112.根据权利要求74所述的方法，其中该选择性渗透膜具有在约1μm和约250μm之间的厚度。
113.根据权利要求74所述的方法，其中该选择性渗透膜具有小于约185μm的厚度。
114.根据权利要求74所述的方法，其中该选择性渗透膜具有小于约50μm的厚度。
115.根据权利要求74所述的方法，还包括：
将该电化学电芯设置在袋中；和
密封该袋从而形成最终电化学电芯。
116.根据权利要求115所述的方法，其中该选择性渗透膜延伸基本上超过该阳极和该阴极并且密封在第一部分袋材料和第二部分袋材料之间。
117.根据权利要求74所述的方法，其中该阳极液具有与该阴极液不同的组成。
118.根据权利要求74所述的方法，其中该阳极液包括1,2-二甲氧基乙烷、N-甲基吡咯烷酮、LiBOP、LiDFOB和/或VC中至少一种。
119.根据权利要求74所述的方法，其中该阳极液包括LiFSI盐、LiTFSI盐、甘醇二甲醚、DOL、TEGDME和FEC中至少一种。
120.根据权利要求74所述的方法，其中该阴极液包括水、氟、PS、PES、LiPF6盐、LiBF4盐、FEC、F-EMC、F-AEC、PC、环丁砜、二甲基亚砜、LiTFSI、LiOTf、LiFSI或TFEP中至少一种。
121.根据权利要求74所述的方法，其中该阳极材料是固态阳极。
122.根据权利要求121所述的方法，其中该阳极材料是设置在阳极集流体之间的锂金属层。
123.根据权利要求74所述的方法，其中该阴极材料是固态阴极。
124.根据权利要求74所述的方法，其中该阳极或该阴极中至少一个是包含活性材料和传导材料在液体电解质中的浆料的半固体电极，该液体电解质是阳极液或阴极液中至少一种。
125.根据权利要求124所述的方法，其中该半固体电极还包含STOBA。
126.根据权利要求74所述的方法，还包括：
在该阳极集流体和该阳极材料之间设置锂金属层。
127.根据权利要求74所述的方法，还包括：
在该选择性渗透膜和该阴极材料之间设置Li2CoO3层。
128.根据权利要求127所述的方法，还包括：
在该选择性渗透膜和该阳极材料之间设置金属氧化物。
129.根据权利要求74所述的方法，还包括：
在该阴极材料和该选择性渗透膜之间设置第一膜层。
130.根据权利要求129所述的方法，其中该第一膜层润湿该阴极材料和该选择性渗透膜。
131.根据权利要求129所述的方法，还包括：
设置该第二膜层,其设置在该阳极材料和该选择性渗透膜之间。
132.根据权利要求131所述的方法，其中该第二膜层润湿该阴极材料和该选择性渗透膜。
133.根据权利要求74所述的方法，还包括：
在该阳极材料和该选择性渗透膜之间设置第二膜层。
134.根据权利要求74所述的方法，还包括：
在选择性渗透膜和该阳极材料或该阴极材料中至少一个之间设置具有超支化结构的自封端低聚物(STOBA)。
135.形成电化学电芯的方法，包括：
将包括阳极液的半固体阳极材料分配至阳极集流体上从而形成阳极；
将包括阴极液的半固体阴极浆料分配至阴极集流体上从而形成阴极；
将第二阴极设置在该半固体阴极上，该第二阴极包括活性材料、粘合剂、固态电解质材料，并经构造从而化学地和/或流体地隔离阳极与阴极；
将选择性渗透膜设置在阴极和阳极中至少一个上，该选择性渗透膜经构造从而化学地和/或流体地隔离该包括阴极液的阴极与该包括阳极液的阳极；
将常规的分隔体设置在该选择性渗透膜上，该常规的分隔体经构造从而在阳极和阴极之间提供电隔离；和
将阴极设置在阳极上，在它们之间具有选择性渗透膜从而形成电化学电芯。
136.根据权利要求135所述的方法，还包括：
在第一阴极和第二阴极之间设置传导层。
137.根据权利要求136所述的方法，其中该传导材料是碳糊剂。
138.根据权利要求135所述的方法，其中该固态电解质材料选自以下至少一种：石榴石结构、钙钛矿结构、基于磷酸盐的超级锂离子导体(LISICON)结构、玻璃结构例如La0.51Li0.34TiO2.94、Li1.3Al0.3Ti1.7(PO4)3、Li1.4Al0.4Ti1.6(PO4)3、Li7La3Zr2O12、Li6.66La3Zr1.6Ta0.4O12.9(LLZO)、50Li4SiO4·50Li3BO3、Li2.9PO3.3N0.46(锂磷氧氮化物，LiPON)、Li3.6Si0.6P0.4O4、Li3BN2、Li3BO3-Li2SO4、Li3BO3-Li2SO4-Li2CO3(LIBSCO，假三元体系)和/或含有硫化物的固体电解质材料，包括硫代-LISICON结构、玻璃状结构和玻璃-陶瓷结构例如Li1.07Al0.69Ti1.46(PO4)3、Li1.5Al0.5Ge1.5(PO4)3、Li10GeP2S12(LGPS)、30Li2S·26B2S3·44LiI、63Li2S·36SiS2·1Li3PO4、57Li2S·38SiS2·5Li4SiO4、70Li2S·30P2S5、50Li2S·50GeS2、Li7P3S11、Li3.25P0.95S4和Li9.54Si1.74P1.44S11.7Cl0.3和/或闭型络合氢化物固体电解质例如LiBH4-LiI、LiBH4-LiNH2、LiBH4-P2S5、Li(CBxHx+1)-LiI如Li(CB9H10)-LiI和/或锂电解质盐双(三氟甲烷)磺酰胺(TFSI)、双(五氟乙磺酰基)亚胺(BETI)、双(氟磺酰基)亚胺、氧化膦硼酸草酸锂(LiBOP)、双(氟磺酰基)亚胺锂、酰胺-硼氢化物、LiBF4、LiPF6 LIF、或它们的组合。
139.根据权利要求135所述的方法，其中该常规分隔体包括聚丙烯、聚乙烯、纤维素材料、或它们的组合。
140.根据权利要求135所述的方法，其中该常规分隔体包括聚氧化乙烯(PEO)聚合物，在该聚合物中锂盐被络合以提供锂传导性，或基于磺化四氟乙烯的含氟聚合物-共聚物膜。
141.根据权利要求135所述的方法，其中该常规分隔体包括玻璃材料或陶瓷材料。
142.根据权利要求135所述的方法，其中通过涂覆、挤出、铸塑、湿法铸塑、吹制、共挤出、热压、辊铸、制浆和旋转铸塑、喷墨印刷、溶液铸塑、或它们的组合工艺来形成第二阴极。
143.根据权利要求135所述的方法，其中该粘合剂是以下至少一种：聚偏二氟乙烯(PVDF)、聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)、聚苯硫醚(PPS)、聚醚醚酮(PEEK)、聚酰亚胺(PI)、聚氯乙烯(PVC)、苯乙烯-丁二烯橡胶(SBR)、聚氧化乙烯(PEO)、纤维素、聚丙烯酸酯类、PP、PE、PAI、PAEI、PFA、PTFE、或它们的组合。
144.根据权利要求135所述的方法，其中活性材料是以下至少一种：磷酸铁锂(LFP)、LiCoO2、用Mg或Ti或W掺杂的LiCoO2、LiNiO2、Li(Ni,Co,Al)O2(NCA)、Li(Ni,Mn,Co)O2(NMC)、LiNi0.5Co0.5O2、LiMn2O4、LiNi0.5Mn1.5O4或锂离子传导玻璃陶瓷(LiCGC)。
145.根据权利要求135所述的方法，其中该选择性渗透膜具有在约1μm和约250μm之间的厚度。
146.根据权利要求135所述的方法，其中该选择性渗透膜具有小于约185μm的厚度。
147.根据权利要求135所述的方法，其中该选择性渗透膜具有小于约50μm的厚度。
148.形成电化学电芯的方法，包括：
将阳极材料分配至阳极集流体上从而形成阳极；
将密封材料设置在该阳极上；
将选择性渗透膜设置在位于该阳极上的密封材料上，该选择性渗透膜经构造从而化学地和/或流体地隔离该包括阴极液的阴极与该包括阳极液的阳极；
施加热和/或压力从而在半渗透膜和阳极集流体之间形成密封；
将阴极设置在阳极上，在它们之间具有选择性渗透膜从而形成电化学电芯。
149.根据权利要求148所述的方法，其中该选择性渗透膜包括选自以下至少一种的固态电解质材料：石榴石结构、钙钛矿结构、基于磷酸盐的超级锂离子导体(LISICON)结构、La0.51Li0.34TiO2.94、Li1.3Al0.3Ti1.7(PO4)3、Li7La3Zr2O12、Li6.66La3Zr1.6Ta0.4O12.9(LLZO)、50Li4SiO4·50Li3BO3、Li2.9PO3.3N0.46(锂磷氧氮化物，LiPON)、Li3.6Si0.6P0.4O4、Li3BN2、Li3BO3-Li2SO4、Li3BO3-Li2SO4-Li2CO3(LIBSCO，假三元体系)和/或含有硫化物的固体电解质材料，包括硫代-LISICON结构、玻璃状结构和玻璃-陶瓷结构例如Li1.07Al0.69Ti1.46(PO4)3、Li1.5Al0.5Ge1.5(PO4)3、Li10GeP2S12(LGPS)、30Li2S·26B2S3·44LiI、63Li2S·36SiS2·1Li3PO4、57Li2S·38SiS2·5Li4SiO4、70Li2S·30P2S5、50Li2S·50GeS2、Li7P3S11、Li3.25P0.95S4和Li9.54Si1.74P1.44S11.7Cl0.3和/或闭型络合氢化物固体电解质例如LiBH4-LiI、LiBH4-LiNH2、LiBH4-P2S5、Li(CBxHx+1)-LiI如Li(CB9H10)-LiI和/或锂电解质盐双(三氟甲烷)磺酰胺(TFSI)、双(五氟乙磺酰基)亚胺(BETI)、双(氟磺酰基)亚胺、氧化膦硼酸草酸锂(LiBOP)、双(氟磺酰基)亚胺锂、酰胺-硼氢化物、LiBF4、LiPF6、或它们的组合。
150.根据权利要求148所述的方法，其中该选择性渗透膜在阳极和阴极之间提供电隔离。
151.根据权利要求148所述的方法，其中在没有构造成在阳极和阴极之间提供电隔离的常规分隔体的情况下形成电化学电芯。
152.根据权利要求148所述的方法，其中该选择性渗透膜不在阳极和阴极之间提供电隔离，并且该方法还包括：
将经构造从而在阳极和阴极之间提供电隔离的常规分隔体设置在该选择性渗透膜上。
153.根据权利要求78所述的方法，其中该常规分隔体包括聚丙烯、聚乙烯、纤维素材料、或它们的组合。
154.根据权利要求78所述的方法，其中该常规分隔体是被阴极液或阳极液润湿从而形成凝胶聚合物电解质片的聚合物分隔体。
155.根据权利要求148所述的方法，该选择性渗透膜由常规分隔体形成。
156.根据权利要求155所述的方法，其中该常规分隔体包括聚丙烯、聚乙烯、纤维素材料、或它们的组合。
157.根据权利要求155所述的方法，其中该常规分隔体包括聚氧化乙烯(PEO)聚合物，在该聚合物中锂盐被络合以提供锂传导性，或基于磺化四氟乙烯的含氟聚合物-共聚物膜。
158.根据权利要求155所述的方法，其中该常规分隔体包括玻璃材料或陶瓷材料。
159.根据权利要求155所述的方法，其中该选择性渗透膜包括固态电解质材料层。
160.根据权利要求159所述的方法，还包括：
将该固态电解质材料涂覆至该常规分隔体上以形成该固态电解质材料层。
161.根据权利要求160所述的方法，其中该固态电解质材料层具有在约1％至约20％之间的孔隙率。
162.根据权利要求159所述的方法，其中通过气相沉积工艺、冷喷涂工艺、等离子体沉积工艺、电化学沉积和/或溶胶-凝胶工艺形成该固态电解质材料层。
163.根据权利要求159所述的方法，还包括：
将固态粉末和粘合剂涂覆至该常规分隔体上以形成该固态电解质材料层。
164.根据权利要求163所述的方法，其中该粘合剂是聚合物粘合剂，其包含聚偏二氟乙烯(PVDF)、聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)、聚苯硫醚(PPS)、聚醚醚酮(PEEK)、聚酰亚胺(PI)、聚氯乙烯(PVC)、苯乙烯-丁二烯橡胶(SBR)、聚氧化乙烯(PEO)、纤维素、聚丙烯酸酯类、PP、PE、PAI、PAEI、PFA、PTFE、或它们的组合。
165.根据权利要求159所述的方法，其中该固态电解质材料层在至少一侧上涂覆有玻璃材料或陶瓷材料。
166.根据权利要求165所述的方法，其中通过以下至少一种涂覆玻璃材料或陶瓷材料：化学气相沉积(CVD)、物理气相沉积(PVD)、冷喷涂施加、原子层沉积、金属有机化学气相沉积、氮等离子体辅助沉积、辊涂、喷涂施加、溅射沉积、反应溅射沉积、溅射、熔融淬火、机械研磨或它们的组合。
167.根据权利要求165所述的方法，其中该陶瓷材料至少部分涂覆有防止扩散材料。
168.根据权利要求167所述的方法，其中该防止扩散材料包括以下至少一种：锂磷氧氮化物(LiPON)、硅磷氧氮化物(SiPON)、锂硅磷氧氮化物(LiSiPON)、锂钛硅磷氧氮化物(LiTiSiPON)、硫酸锂氧氮化物(LiSON)、硫代超级锂离子导体(硫代-LISICON)、锂磷硫化物(Li3PS4)、锂锡磷硫化物(LSPS，Li10SnP2S12)、其它合适的材料、或它们的组合。
169.根据权利要求159所述的方法，其中通过液体涂覆工艺、挤出工艺和/或压制工艺形成该固态电解质材料层。
170.根据权利要求169所述的方法，其中该常规分隔体包括陶瓷材料,且该压制工艺是热压工艺以减小该固态电解质材料层的孔隙率。
171.根据权利要求159所述的方法，其中通过过滤粉末分散体从而覆盖该常规分隔体内孔隙来形成该固态电解质材料层。
172.根据权利要求171所述的方法，其中该常规分隔体包括陶瓷材料,且该压制工艺是热压工艺以减小该固态电解质材料层的孔隙率。
173.根据权利要求148所述的方法，其中该选择性渗透膜包括施加至该选择性渗透膜的一侧或两侧上的防止扩散材料。
174.根据权利要求173所述的方法，其中该防止扩散材料该防止扩散材料具有约1μm和约25μm的厚度。
175.根据权利要求148所述的方法，其中该选择性渗透膜包括经构造从而填充常规分隔体的孔隙的材料。
176.根据权利要求175所述的方法，其中该材料是阳极活性材料使得该选择性渗透膜变为电化学电芯中的第二阳极。
177.根据权利要求176所述的方法，其中该阳极活性材料包括以下至少一种：碳、插入锂的碳、锂氮化物、锂合金和形成锂合金的化合物，包括硅、铋、硼、镓、铟、锌、锡、氧化锡、锑、铝、氧化钛、钼、锗、锰、铌、钒、钽、金、铂、铁、铜、铬、镍、钴、锆、钇、氧化钼、氧化锗、氧化硅、碳化硅，任何其它材料或它们的合金，或它们的任何其它组合。
178.根据权利要求175所述的方法，其中该材料包括氧化还原电活性材料。
179.根据权利要求148所述的方法，其中该选择性渗透膜具有在约1μm和约250μm之间的厚度。
180.根据权利要求148所述的方法，其中该选择性渗透膜具有小于约185μm的厚度。
181.根据权利要求148所述的方法，其中该选择性渗透膜具有小于约50μm的厚度。
182.根据权利要求148所述的方法，还包括：
将该电化学电芯设置在袋中；和
密封该袋从而形成最终电化学电芯。
183.根据权利要求182所述的方法，其中该选择性渗透膜延伸基本上超过该阳极和该阴极并且密封在第一部分袋材料和第二部分袋材料之间。
184.根据权利要求148所述的方法，其中该阳极液具有与该阴极液不同的组成。
185.根据权利要求148所述的方法，其中该阳极液包括1,2-二甲氧基乙烷、N-甲基吡咯烷酮、LiBOP、LiDFOB和/或VC中至少一种。
186.根据权利要求148所述的方法，其中该阳极液包括LiFSI盐、LiTFSI盐、甘醇二甲醚、DOL、TEGDME和FEC中至少一种。
187.根据权利要求148所述的方法，其中该阴极液包括水、氟、PS、PES、LiPF6盐、LiBF4盐、FEC、F-EMC、F-AEC、PC、环丁砜、二甲基亚砜、LiTFSI、LiOTf、LiFSI或TFEP中至少一种。
188.根据权利要求148所述的方法，其中该阳极材料是固态阳极。
189.根据权利要求188所述的方法，其中该阳极材料是设置在阳极集流体之间的锂金属层。
190.根据权利要求148所述的方法，其中该阴极材料是固态阴极。
191.根据权利要求148所述的方法，其中该阳极或该阴极中至少一个是包含活性材料和传导材料在液体电解质中的浆料的半固体电极，该液体电解质是阳极液或阴极液中至少一种。
192.根据权利要求191所述的方法，其中该半固体电极还包含STOBA。
193.根据权利要求148所述的方法，还包括：
在该阳极集流体和该阳极材料之间设置锂金属层。
194.根据权利要求148所述的方法，还包括：
在该选择性渗透膜和该阴极材料之间设置Li2CoO3层。
195.根据权利要求194所述的方法，还包括：
在该选择性渗透膜和该阳极材料之间设置金属氧化物。
196.根据权利要求148所述的方法，还包括：
在该阴极材料和该选择性渗透膜之间设置第一膜层。
197.根据权利要求196所述的方法，其中该第一膜层润湿该阴极材料和该选择性渗透膜。
198.根据权利要求196所述的方法，还包括：
设置第二膜层,其设置在该阳极材料和该选择性渗透膜之间。
199.根据权利要求198所述的方法，其中该第二膜层润湿该阴极材料和该选择性渗透膜。
200.根据权利要求148所述的方法，还包括：
在该阳极材料和该选择性渗透膜之间设置第二膜层。
201.根据权利要求148所述的方法，还包括：
在选择性渗透膜和该阳极材料或该阴极材料中至少一个之间设置具有超支化结构的自封端低聚物(STOBA)。
CN201980012824.1A 2018-01-08 2019-01-08 包括选择性渗透膜的电化学电芯、系统及其制造方法 Pending CN111712942A (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202310704187.2A CN116613386A (zh) 2018-01-08 2019-01-08 包括选择性渗透膜的电化学电芯、系统及其制造方法

Applications Claiming Priority (7)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US201862614618P 2018-01-08 2018-01-08
US62/614,618 2018-01-08
US201862662919P 2018-04-26 2018-04-26
US62/662,919 2018-04-26
US201862686283P 2018-06-18 2018-06-18
US62/686,283 2018-06-18
PCT/US2019/012750 WO2019136467A1 (en) 2018-01-08 2019-01-08 Electrochemical cells including selectively permeable membranes, systems and methods of manufacturing the same

Related Child Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202310704187.2A Division CN116613386A (zh) 2018-01-08 2019-01-08 包括选择性渗透膜的电化学电芯、系统及其制造方法

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN111712942A true CN111712942A (zh) 2020-09-25

Family

ID=67144479

Family Applications (2)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201980012824.1A Pending CN111712942A (zh) 2018-01-08 2019-01-08 包括选择性渗透膜的电化学电芯、系统及其制造方法
CN202310704187.2A Pending CN116613386A (zh) 2018-01-08 2019-01-08 包括选择性渗透膜的电化学电芯、系统及其制造方法

Family Applications After (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202310704187.2A Pending CN116613386A (zh) 2018-01-08 2019-01-08 包括选择性渗透膜的电化学电芯、系统及其制造方法

Country Status (4)

Country Link
US (2) US10734672B2 (zh)
EP (1) EP3738158A4 (zh)
CN (2) CN111712942A (zh)
WO (1) WO2019136467A1 (zh)

Families Citing this family (45)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US8722226B2 (en) 2008-06-12 2014-05-13 24M Technologies, Inc. High energy density redox flow device
US11909077B2 (en) 2008-06-12 2024-02-20 Massachusetts Institute Of Technology High energy density redox flow device
US9825280B2 (en) 2011-09-07 2017-11-21 24M Technologies, Inc. Semi-solid electrode cell having a porous current collector and methods of manufacture
US9401501B2 (en) 2012-05-18 2016-07-26 24M Technologies, Inc. Electrochemical cells and methods of manufacturing the same
US9362583B2 (en) 2012-12-13 2016-06-07 24M Technologies, Inc. Semi-solid electrodes having high rate capability
EP2973798B1 (en) 2013-03-15 2020-07-15 24M Technologies, Inc. Asymmetric battery having a semi-solid cathode and high energy density anode
WO2015009990A2 (en) 2013-07-19 2015-01-22 24M Technologies, Inc. Semi-solid electrodes with polymer additive
EP3207579B1 (en) 2014-10-13 2020-01-29 24M Technologies, Inc. Systems and methods for series battery charging and forming
US10497935B2 (en) 2014-11-03 2019-12-03 24M Technologies, Inc. Pre-lithiation of electrode materials in a semi-solid electrode
CA2962788C (en) 2014-11-05 2024-04-09 24M Technologies, Inc. Electrochemical cells having semi-solid electrodes and methods of manufacturing the same
WO2016205663A1 (en) 2015-06-18 2016-12-22 24M Technologies, Inc. Single pouch battery cells and methods of manufacture
CN113594485A (zh) 2015-06-19 2021-11-02 24M技术公司 电化学电池修复方法
US11005087B2 (en) 2016-01-15 2021-05-11 24M Technologies, Inc. Systems and methods for infusion mixing a slurry based electrode
US11552368B2 (en) 2017-02-01 2023-01-10 24M Technologies, Inc. Systems and methods for improving safety features in electrochemical cells
US10777852B2 (en) 2017-03-31 2020-09-15 24M Technologies, Inc. Overcharge protection of batteries using current interrupt devices
CN111108576B (zh) 2017-07-31 2023-03-07 24M技术公司 使用形状记忆材料的电流中断设备
US10854869B2 (en) 2017-08-17 2020-12-01 24M Technologies, Inc. Short-circuit protection of battery cells using fuses
EP3804006A1 (en) 2018-05-24 2021-04-14 24M Technologies, Inc. High energy-density composition-gradient electrodes and methods of making the same
US11094487B2 (en) 2018-06-25 2021-08-17 24M Technologies, Inc. Current interrupt device based on thermal activation of frangible glass bulb
AU2019301630A1 (en) 2018-07-09 2020-11-26 24M Technologies, Inc. Continuous and semi-continuous methods of semi-solid electrode and battery manufacturing
US11581572B2 (en) * 2018-10-09 2023-02-14 University Of Maryland, College Park Lithium metal nitrides as lithium super-ionic conductors
CN111200158B (zh) * 2018-11-19 2021-12-31 财团法人工业技术研究院 电池
US11424435B2 (en) * 2019-05-09 2022-08-23 New Jersey Institute Of Technology High oxidation state periodate battery
US11631920B2 (en) 2019-06-27 2023-04-18 24M Technologies, Inc. Dual electrolyte electrochemical cells, systems, and methods of manufacturing the same
US11349150B2 (en) * 2019-08-01 2022-05-31 Toyota Motor Engineering & Manufacturing North America, Inc. Ceramic soft composites for solid-state batteries
WO2021046524A1 (en) * 2019-09-06 2021-03-11 24M Technologies, Inc. Overcharge protection in electrochemical cells
EP4052319A1 (en) * 2019-11-01 2022-09-07 24M Technologies, Inc. Electrochemical cells with separator seals, and methods of manufacturing the same
JP2023502352A (ja) 2019-11-20 2023-01-24 ２４エム・テクノロジーズ・インコーポレイテッド シングルパウチにおいて直列接続された電気化学セル及びそれを作製する方法
WO2021119310A1 (en) * 2019-12-10 2021-06-17 Alpha-En Corporation Pre-lithiated electrode
US11637328B2 (en) 2019-12-18 2023-04-25 New Jersey Institute Of Technology Methods and devices for high-capacity flexible, printable, and conformal periodate and iodate batteries
WO2021150602A1 (en) 2020-01-21 2021-07-29 24M Technologies, Inc. Apparatuses and processes for forming a semi-solid electrode having high active solids loading and electrochemical cells including the same
US11742525B2 (en) 2020-02-07 2023-08-29 24M Technologies, Inc. Divided energy electrochemical cell systems and methods of producing the same
WO2021168416A1 (en) 2020-02-21 2021-08-26 24M Technologies, Inc. Electrochemical cells with electrode material coupled directly to film and methods of making the same
CN111430806B (zh) * 2020-03-03 2021-09-24 桂林电子科技大学 氟磷酸盐薄膜固体电解质及其制备方法与应用
JP7451247B2 (ja) * 2020-03-17 2024-03-18 本田技研工業株式会社 リチウムイオンの回収方法
WO2021199010A1 (en) * 2020-04-04 2021-10-07 Lukatit Investments 12 (Pty) Ltd Rechargeable electrical storage devices
WO2021206430A1 (ko) * 2020-04-06 2021-10-14 주식회사 엘지에너지솔루션 전고체 전지 및 상기 전고체 전지를 제조하는 방법
CN115885418A (zh) 2020-06-24 2023-03-31 24M技术公司 具有含碳涂层的电化学电池和电极及其制造方法
US20220069340A1 (en) * 2020-08-27 2022-03-03 Toyota Motor Engineering & Manufacturing North America, Inc. Ceramic-soft composites for solid-state silicon anodes
CN113632283A (zh) * 2020-09-30 2021-11-09 宁德新能源科技有限公司 液态电池及具有所述液态电池的电子装置
CN112310399A (zh) * 2020-10-27 2021-02-02 苏州大学 一种锂离子电池硅负极粘结剂及其电极制备方法和应用
JP2023549673A (ja) 2020-11-02 2023-11-29 ２４エム・テクノロジーズ・インコーポレイテッド デンドライト防止機構を有する電気化学セル及びそれを作製する方法
CN112876901B (zh) * 2021-02-07 2022-11-15 中北大学 一种水分散性功能陶瓷墨水及其制备和应用
WO2022232625A2 (en) 2021-04-29 2022-11-03 24M Technologies, Inc. Electrochemical cells with multiple separators, and methods of producing the same
WO2024030910A1 (en) 2022-08-02 2024-02-08 24M Technologies, Inc. Electrochemical cells and electrochemical cell stacks with series connections, and methods of producing, operating, and monitoring the same

Citations (13)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1489229A (zh) * 2002-10-12 2004-04-14 ����Sdi��ʽ���� 锂电池的锂金属阳极
CN102544413A (zh) * 2010-12-22 2012-07-04 财团法人工业技术研究院 电池隔离膜及其制造方法、及使用此电池隔离膜的二次电池
CN102576909A (zh) * 2009-10-05 2012-07-11 住友电气工业株式会社 非水电解质电池
CN102646801A (zh) * 2012-05-07 2012-08-22 中国电子科技集团公司第十八研究所 锂电池用固体电解质界面修饰膜及其制备方法
CN103493253A (zh) * 2011-07-20 2014-01-01 株式会社Lg化学 隔膜、其制造方法和使用该隔膜的电化学器件
CN103746089A (zh) * 2013-12-11 2014-04-23 中南大学 一种具有梯度结构的全固态锂电池及其制备方法
US20140199577A1 (en) * 2012-01-16 2014-07-17 Ceramatec, Inc. Alkali metal intercalation material as an electrode in an electrolytic cell
CN104269508A (zh) * 2014-09-30 2015-01-07 中航锂电（洛阳）有限公司 一种复合陶瓷涂料、锂离子电池复合陶瓷隔膜及锂离子电池
US20160126543A1 (en) * 2014-11-03 2016-05-05 Naoki Ota Pre-Lithiation of Electrode Materials in a Semi-Solid Electrode
CN106159312A (zh) * 2015-05-15 2016-11-23 精工爱普生株式会社 固体电解质电池及其制造方法、电极复合体、复合固体电解质
CN107112594A (zh) * 2015-06-18 2017-08-29 24M技术公司 单袋电池单元以及制造方法
US20170338522A1 (en) * 2014-10-28 2017-11-23 University Of Maryland, College Park Interfacial layers for solid-state batteries and methods of making same
CN206849967U (zh) * 2017-06-20 2018-01-05 中能东道集团有限公司 一种全固态锂离子电池

Family Cites Families (49)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US8404388B2 (en) 2005-08-09 2013-03-26 Polyplus Battery Company Compliant seal structures for protected active metal anodes
US7846571B2 (en) * 2006-06-28 2010-12-07 Robert Bosch Gmbh Lithium reservoir system and method for rechargeable lithium ion batteries
WO2008133642A2 (en) * 2006-10-13 2008-11-06 Ceramatec, Inc. Advanced metal-air battery having a ceramic membrane electrolyte
CA2727399C (en) 2008-06-12 2017-11-07 Massachusetts Institute Of Technology High energy density redox flow device
US8722226B2 (en) 2008-06-12 2014-05-13 24M Technologies, Inc. High energy density redox flow device
US9786944B2 (en) 2008-06-12 2017-10-10 Massachusetts Institute Of Technology High energy density redox flow device
WO2010118060A1 (en) 2009-04-06 2010-10-14 A123 Systems, Inc. Fuel system using redox flow battery
US8139343B2 (en) * 2010-03-08 2012-03-20 Wisys Technology Foundation Electrical energy storage device containing an electroactive separator
WO2011127384A1 (en) 2010-04-09 2011-10-13 Massachussetts Institute Of Technology Energy transfer using electrochemically isolated fluids
WO2012024499A1 (en) 2010-08-18 2012-02-23 Massachusetts Institute Of Technology Stationary, fluid redox electrode
JP2014507748A (ja) 2010-12-16 2014-03-27 ２４エム・テクノロジーズ・インコーポレイテッド スタックフローセル設計及び方法
WO2012088442A2 (en) 2010-12-23 2012-06-28 24M Technologies, Inc. Semi-solid filled battery and method of manufacture
WO2013033126A1 (en) * 2011-09-02 2013-03-07 Seeo, Inc. Microsphere composite electrolyte
US9825280B2 (en) 2011-09-07 2017-11-21 24M Technologies, Inc. Semi-solid electrode cell having a porous current collector and methods of manufacture
EP2804967B1 (en) * 2012-01-16 2019-06-19 Enlighten Innovations Inc. Composite alkali ion conductive solid electrolyte
US9509176B2 (en) 2012-04-04 2016-11-29 Ihi Inc. Energy storage modeling and control
US9401501B2 (en) 2012-05-18 2016-07-26 24M Technologies, Inc. Electrochemical cells and methods of manufacturing the same
US9178200B2 (en) 2012-05-18 2015-11-03 24M Technologies, Inc. Electrochemical cells and methods of manufacturing the same
US9484569B2 (en) 2012-06-13 2016-11-01 24M Technologies, Inc. Electrochemical slurry compositions and methods for preparing the same
US9362583B2 (en) 2012-12-13 2016-06-07 24M Technologies, Inc. Semi-solid electrodes having high rate capability
US8993159B2 (en) 2012-12-13 2015-03-31 24M Technologies, Inc. Semi-solid electrodes having high rate capability
EP2973798B1 (en) 2013-03-15 2020-07-15 24M Technologies, Inc. Asymmetric battery having a semi-solid cathode and high energy density anode
KR102219663B1 (ko) * 2013-05-30 2021-02-24 필드 업그레이딩 유에스에이, 인코포레이티드 실온/중온 전기 차량 배터리용 하이브리드 용융/고체 나트륨 애노드
WO2015009990A2 (en) 2013-07-19 2015-01-22 24M Technologies, Inc. Semi-solid electrodes with polymer additive
WO2015057643A1 (en) 2013-10-14 2015-04-23 24M Technologies, Inc. Curved battery container
US10230128B2 (en) 2014-04-09 2019-03-12 24M Technologies, Inc. Damage tolerant batteries
WO2015188113A1 (en) 2014-06-05 2015-12-10 24M Technologies, Inc. Porous semi-solid electrode and methods of manufacturing the same
US9343787B2 (en) * 2014-07-30 2016-05-17 Toyota Motor Engineering & Manufacturing North America, Inc. Lithium-air battery with sodium salt as mediator
EP3207579B1 (en) 2014-10-13 2020-01-29 24M Technologies, Inc. Systems and methods for series battery charging and forming
CA2962788C (en) * 2014-11-05 2024-04-09 24M Technologies, Inc. Electrochemical cells having semi-solid electrodes and methods of manufacturing the same
JP6518061B2 (ja) * 2014-12-18 2019-05-22 株式会社エンビジョンＡｅｓｃジャパン リチウムイオン二次電池
US20170025674A1 (en) 2015-02-03 2017-01-26 Taison Tan Optimum electronic and ionic conductivity ratios in semi-solid electrodes
US10115970B2 (en) 2015-04-14 2018-10-30 24M Technologies, Inc. Semi-solid electrodes with porous current collectors and methods of manufacture
US10593952B2 (en) 2015-05-19 2020-03-17 24M Technologies Inc. Mechanical systems and methods for providing edge support and protection in semi-solid electrodes
CN113594485A (zh) 2015-06-19 2021-11-02 24M技术公司 电化学电池修复方法
EP3979382A1 (en) * 2015-06-24 2022-04-06 QuantumScape Battery, Inc. Electrochemical cell with a composite electrolyte
US11005087B2 (en) 2016-01-15 2021-05-11 24M Technologies, Inc. Systems and methods for infusion mixing a slurry based electrode
US20170237112A1 (en) 2016-01-21 2017-08-17 24M Technologies, Inc. Porous spacers for electrochemical cells
US20170237111A1 (en) 2016-01-21 2017-08-17 24M Technologies, Inc. Centrally located spacers for electrochemical cells
US9966630B2 (en) * 2016-01-27 2018-05-08 Quantumscape Corporation Annealed garnet electrolyte separators
WO2017176936A1 (en) 2016-04-05 2017-10-12 Massachusetts Institute Of Technology Lithium metal electrodes and batteries thereof
CN106207060A (zh) * 2016-08-24 2016-12-07 合肥国轩高科动力能源有限公司 一种含有锂离子的陶瓷涂覆隔膜及制备方法与应用
US11552368B2 (en) 2017-02-01 2023-01-10 24M Technologies, Inc. Systems and methods for improving safety features in electrochemical cells
US10777852B2 (en) 2017-03-31 2020-09-15 24M Technologies, Inc. Overcharge protection of batteries using current interrupt devices
CN111108576B (zh) 2017-07-31 2023-03-07 24M技术公司 使用形状记忆材料的电流中断设备
CN107492681A (zh) * 2017-08-09 2017-12-19 上海纳晓能源科技有限公司 固体电解质膜及其制备方法
US10854869B2 (en) 2017-08-17 2020-12-01 24M Technologies, Inc. Short-circuit protection of battery cells using fuses
CN107346833B (zh) * 2017-08-30 2020-03-31 清陶（昆山）能源发展有限公司 一种复合固态聚合物电解质薄膜及其制备方法
CN108598563B (zh) * 2018-04-27 2020-08-04 溧阳天目先导电池材料科技有限公司 一种水性固态电解质膜及其制备方法和二次电池

Patent Citations (13)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1489229A (zh) * 2002-10-12 2004-04-14 ����Sdi��ʽ���� 锂电池的锂金属阳极
CN102576909A (zh) * 2009-10-05 2012-07-11 住友电气工业株式会社 非水电解质电池
CN102544413A (zh) * 2010-12-22 2012-07-04 财团法人工业技术研究院 电池隔离膜及其制造方法、及使用此电池隔离膜的二次电池
CN103493253A (zh) * 2011-07-20 2014-01-01 株式会社Lg化学 隔膜、其制造方法和使用该隔膜的电化学器件
US20140199577A1 (en) * 2012-01-16 2014-07-17 Ceramatec, Inc. Alkali metal intercalation material as an electrode in an electrolytic cell
CN102646801A (zh) * 2012-05-07 2012-08-22 中国电子科技集团公司第十八研究所 锂电池用固体电解质界面修饰膜及其制备方法
CN103746089A (zh) * 2013-12-11 2014-04-23 中南大学 一种具有梯度结构的全固态锂电池及其制备方法
CN104269508A (zh) * 2014-09-30 2015-01-07 中航锂电（洛阳）有限公司 一种复合陶瓷涂料、锂离子电池复合陶瓷隔膜及锂离子电池
US20170338522A1 (en) * 2014-10-28 2017-11-23 University Of Maryland, College Park Interfacial layers for solid-state batteries and methods of making same
US20160126543A1 (en) * 2014-11-03 2016-05-05 Naoki Ota Pre-Lithiation of Electrode Materials in a Semi-Solid Electrode
CN106159312A (zh) * 2015-05-15 2016-11-23 精工爱普生株式会社 固体电解质电池及其制造方法、电极复合体、复合固体电解质
CN107112594A (zh) * 2015-06-18 2017-08-29 24M技术公司 单袋电池单元以及制造方法
CN206849967U (zh) * 2017-06-20 2018-01-05 中能东道集团有限公司 一种全固态锂离子电池

Also Published As

Publication number Publication date
EP3738158A1 (en) 2020-11-18
US20190348705A1 (en) 2019-11-14
US10734672B2 (en) 2020-08-04
CN116613386A (zh) 2023-08-18
US20200358129A1 (en) 2020-11-12
WO2019136467A1 (en) 2019-07-11
EP3738158A4 (en) 2021-10-13

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US10734672B2 (en) Electrochemical cells including selectively permeable membranes, systems and methods of manufacturing the same
CN109526240B (zh) 可再充电电池
US7008722B2 (en) Polymer-gel lithium ion battery
US20200067128A1 (en) Hybrid and solid-state battery architectures with high loading and methods of manufacture thereof
US10361465B2 (en) Secondary battery
KR102126371B1 (ko) 전기화학 소자 및 그 제조 방법
JP4041044B2 (ja) 電気化学デバイスの製造方法
US20140170468A1 (en) Battery module
US11430994B2 (en) Protective coatings for lithium metal electrodes
CN104718641A (zh) 固态电池隔膜及制造方法
JP2005293950A (ja) リチウムイオン二次電池、及び、リチウムイオン二次電池の充電方法
WO2020041767A1 (en) Hybrid and solid-state battery architectures with high loading and methods of manufacture thereof
CN112805848A (zh) 用于可充电锂电池的固态聚合物基质电解质(pme)以及用其制造的电池
JP4087343B2 (ja) リチウムイオン二次電池、及び、リチウムイオン二次電池の充電方法
JP6243666B2 (ja) リチウムイオン二次電池用セパレータおよびその製造方法、並びにリチウムイオン二次電池およびその製造方法
CN112952184A (zh) 使用电解质锂化金属阳极的方法
US20230378610A1 (en) Polymer blocker for solid-state battery
CN114730921A (zh) 非水电解质蓄电元件
JP2017091929A (ja) 電池用セパレータ、前記セパレータを有する電池、前記セパレータの製造方法および前記電池の製造方法
US11824159B2 (en) Anode-free solid-state battery and method of battery fabrication
CN115939504A (zh) 用于固态电池组的凝胶电解质体系
US20050237031A1 (en) Power supply, charging apparatus, and charging system
JP2021022421A (ja) 非水電解液二次電池
JP2016181457A (ja) 平板状ラミネート電池およびその組電池
US20010009736A1 (en) Lithium ion secondary battery and process for producing the same

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination