CN112751142A - 具有集成陶瓷分隔体的电化学电池 - Google Patents

Abstract

一种电化学电池，包括正极(例如，阴极)和负极(例如，阳极)，其中所述正极和所述负极中的至少一个包括集成陶瓷分隔体。集成陶瓷分隔体可包括多个陶瓷颗粒。在一些示例中，集成陶瓷分隔层和相应的电极层之间可设置互联区域，所述区域包括所述两层之间的非平面边界。在一些示例中，所述电化学电池包括设置在正极和负极之间的聚烯烃分隔体。在一些示例中，正极和负极均包括集成陶瓷分隔体。在这些示例中，正极和负极可被压延在一起，以使得这些集成分隔层融合并变得彼此不可区分。

Description

具有集成陶瓷分隔体的电化学电池

技术领域

本公开涉及用于电化学电池的系统和方法。更具体地，所公开的实施方案涉及具有分隔体的电化学电池。

背景技术

随着越来越不期望对化石燃料的依赖，环境友好的能源变得越来越重要。诸如太阳能、风能等的大多数非化石燃料能源都需要某种储能部件以最大限度地发挥作用。因此，电池技术已经成为未来能量生产和分配的重要方面。与本公开最相关的是，对二次(即，可充电)电池的需求已在增加。在这些类型的电池中使用了电极材料和电解质的各种组合，例如铅酸、镍镉(nickel cadmium，NiCad)、镍金属氢化物(nickel metal hydride，NiMH)、锂离子(Li-ion)和锂离子聚合物(Li-ion聚合物)。

发明内容

本公开提供了与具有陶瓷分隔体的电化学电池有关的系统、装置和方法。

在一些实施方案中，具有陶瓷分隔体的电化学电池可包括第一电极、第二电极和聚烯烃分隔体。所述第一电极包括：第一集流体衬底；第一活性材料层，所述第一活性材料层层铺在所述第一集流体衬底上，所述第一活性材料层包括多个第一活性材料颗粒；第一集成分隔层，所述第一集成分隔层层铺在所述第一活性材料层上，所述第一集成分隔层包括多个第一陶瓷分隔颗粒；以及，第一互联区域(interlocking region)，所述第一互联区域设置在所述第一活性材料层和所述第一集成分隔层之间，并将所述第一活性材料层联接至所述第一集成分隔层；其中，所述第一互联区域包括所述第一活性材料层的第一指状物和所述第一集成分隔层的第二指状物的非平面互穿部。所述聚烯烃分隔体设置在所述第一集成分隔层和所述第二电极之间。

在一些实施方案中，具有陶瓷分隔体的电化学电池可包括第一电极、第二电极和聚烯烃分隔体。所述第一电极包括：第一集流体衬底；第一活性材料层，所述第一活性材料层层铺在所述第一集流体衬底上，所述第一活性材料层包括多个第一活性材料颗粒；第一集成分隔层，所述第一集成分隔层层铺在所述第一活性材料层上，所述第一集成分隔层包括多个第一陶瓷分隔颗粒；第一互联区域，所述第一互联区域设置在所述第一活性材料层和所述第一集成分隔层之间，并将所述第一活性材料层联接至所述第一集成分隔层；其中，所述第一互联区域包括所述第一活性材料层的第一指状物和所述第一集成分隔层的第二指状物的非平面互穿部。所述第二电极包括：第二集流体衬底；第二活性材料层，所述第二活性材料层层铺在所述第二集流体衬底上，所述第二活性材料层包括多个第二活性材料颗粒；第二集成分隔层，所述第二集成分隔层层铺在所述第二活性材料层上，所述第二集成分隔层包括多个第二陶瓷分隔颗粒；以及，第二互联区域，所述第二互联区域设置在所述第二活性材料层和所述第二集成分隔层之间，并将所述第二活性材料层联接至所述第二集成分隔层；其中，所述第二互联区域包括所述第二活性材料层的第三指状物和所述第二集成分隔层的第四指状物的非平面互穿部。所述聚烯烃分隔体设置在所述第一集成分隔层和所述第二集成分隔层之间。

在一些实施方案中，具有陶瓷分隔体的电化学电池可包括：第一电极和第二电极。所述第一电极包括：第一集流体衬底；第一活性材料层，所述第一活性材料层层铺在所述第一集流体衬底上，所述第一活性材料层包括多个第一活性材料颗粒；第一集成分隔层，所述第一集成分隔层层铺在所述第一活性材料层上，所述第一集成分隔层包括多个第一陶瓷分隔颗粒；以及，第一互联区域，所述第一互联区域设置在所述第一活性材料层和所述第一集成分隔层之间，并将所述第一活性材料层联接至所述第一集成分隔层；其中，所述第一互联区域包括所述第一活性材料层的第一指状物和所述第一集成分隔层的第二指状物的非平面互穿部。所述第二电极包括：第二集流体衬底；第二活性材料层，所述第二活性材料层层铺在所述第二集流体衬底上，所述第二活性材料层包括多个第二活性材料颗粒；第二集成分隔层，所述第二集成分隔层层铺在所述第二活性材料层上，所述第二集成分隔层包括多个第二陶瓷分隔颗粒；以及，第二互联区域，所述第二互联区域设置在所述第二活性材料层和所述第二集成分隔层之间，并将所述第二活性材料层联接至所述第二集成分隔层；其中所述第二互联区域包括所述第二活性材料层的第三指状物和所述第二集成分隔层的第四指状物的非平面互穿部。其中，所述第一集成分隔层与所述第二集成分隔层相邻且直接接触。

各特征、功能和优点可以在本公开的各种实施方案中独立地实现，或者可以在另一些实施方案中组合，其更多细节可以参考以下描述和附图来看到。

附图说明

图1是说明性电化学电池的示意性截面图。

图2是包含集成陶瓷分隔体的说明性电极的截面图。

图3是包括在图2的说明性电极内的互联区域的截面图。

图4是包含集成陶瓷分隔体的说明性多层电极的截面图。

图5是包括具有集成陶瓷分隔体的阳极、具有集成陶瓷分隔体的阴极以及设置在阳极和阴极之间的聚烯烃分隔体的说明性电化学电池的截面图。

图6是包括阳极、具有集成陶瓷分隔体的阴极以及设置在阳极和阴极之间的聚烯烃分隔体的说明性电化学电池的截面图。

图7是包括具有集成陶瓷分隔体的阳极、阴极以及设置在阳极和阴极之间的聚烯烃分隔体的说明性电化学电池的截面图。

图8是包括具有集成陶瓷分隔体的阳极和具有集成陶瓷分隔体的阴极的说明性电化学电池的截面图。

图9是包括多个具有集成陶瓷分隔体的电化学电池的说明性电化学电池堆叠体的部分截面图。

图10是描绘了根据本教导的用于制造具有集成陶瓷分隔体的电极的说明性方法的步骤的流程图。

图11描绘了冲裁(blank)前衬底腹板上电极材料复合物的示例。

图12描绘了成行排列(in lanes)的衬底腹板上电极材料复合物的示例。

图13描绘了通过跳过涂覆(skip coating)制造过程实现的电极材料复合物的示例。

图14是根据本公开多个方面的经受压延过程的说明性电极的截面图。

图15是适于制造本公开的电极和电化学电池的说明性制造系统的示意图。

图16是描绘根据本教导的用于制造具有集成陶瓷分隔体的电化学电池的说明性方法的步骤的流程图。

图17是根据本公开多个方面的说明性堆叠电池形式(stacked cell format)的示意图。

图18是根据本公开多个方面的具有突出的接线片(tab)的说明性堆叠电池形式的示意图。

图19是根据本公开多个方面的阴极层贴有胶带的说明性堆叠电池形式的示意图。

具体实施方式

具有陶瓷分隔体的电化学电池的多个方面和示例以及相关方法在下文中进行描述并在相关附图中示出。除非另有说明，否则根据本教导的电化学电池和/或其多个部件可包含本文描述、示出和/或结合的结构、部件、功能和/或变型中的至少一个。此外，除非明确地排除，否则结合本教导而在本文中描述、示出和/或结合的工艺步骤、结构、部件、功能和/或变型可被包括在其他类似的装置和方法中，包括在所公开的实施方案之间可互换。以下多个示例的描述本质上仅是说明性的，绝不旨在限制本公开、其应用或用途。另外，以下描述的示例和实施方案提供的优点本质上是说明性的，并且并非所有示例和实施方案都提供相同的优点或相同程度的优点。

该具体实施方式包括紧接的以下章节：(1)定义；(2)概述；(3)示例、部件和替选方案；(4)优点、特征和益处；以及(5)结论。该示例、部件和替选方案部分进一步分为子章节A至子章节I，每个子章节均已相应标记。

定义

除非另外指出，否则以下定义在本文中适用。

“包括”、“包含”和“具有”可互换使用，以表示包括但不必限于此，并且是开放式的术语，并不旨在排除其他未叙述的要素或方法步骤。

诸如“第一”、“第二”和“第三”之类的术语用于区分或识别组中的多个成员，并不旨在示出序列或序号限制。

“AKA”表示“也称为”，并且可以用于指示一个或多个给定要素的别称或对应术语。

“细长(elongate)”或“细长的(elongated)”是指长度大于其自身宽度的物体或孔，宽度不必是均匀的。例如，细长槽(slot)可以是椭圆形或体育场形状，细长烛台的高度可以大于其逐渐变小的直径。作为反例，圆形孔不应视作细长孔。

“联接(coupled)”是指直接地或通过中间部件间接地、永久地或可释放地连接。

在方法的上下文中，“提供”可以包括接收、获得、购买、制造、生成、处理、预处理和/或类似操作，以使得所提供的物体或材料处于可用于另一些待执行步骤的状态和配置。

概述

大体上，根据本教导的包含集成陶瓷分隔体的电化学电池可包括第一电极(例如，阳极)和第二电极(例如，阴极)，所述电极中的一者或两者可包括集成陶瓷分隔层，其配置为将第一和第二电极彼此电绝缘。每个电极可包括通过黏合剂黏附在一起的多个活性材料颗粒。在一些示例中，电极可包括一个或多个活性材料层，每个活性材料层包括通过黏合剂黏附在一起的多个活性材料颗粒。

包含集成陶瓷分隔层的电极可包括：具有通过第一黏合剂黏附在一起的多个活性材料颗粒的电极层，以及具有通过第二黏合剂黏附在一起的多个陶瓷颗粒的分隔层。电极还包括设置在电极层和分隔层之间并将二者黏附在一起的互联区域(AKA中间相(interphase)区域)，其中互联区域包括位于电极层和分隔层之间的非平面边界。

电极层可包括具有多个第一活性材料颗粒的第一活性材料层。在一些实施方案中，电极层还包括具有多个第二活性材料颗粒的第二活性材料层，即，定义了多层结构。第一和第二活性材料层可具有不同的孔隙率、不同的材料化学性质、不同的活性材料粒度和/或任何替选的影响电极功能的材料特性。电极层可具有通过测量集流体上黏附电极的平面与相对的电极层表面(AKA上表面)之间的垂直距离得到的厚度。

分隔层可包括多个第一无机颗粒。在一些实施方案中，无机颗粒可以为诸如氧化铝(即α-Al₂O₃)、刚玉(corundum)、煅烧的(calcined)、片状的(tabular)、合成勃姆石(synthetic boehmite)、硅氧化物(silicon oxide)或二氧化硅(silica)、氧化锆等的陶瓷。在一些示例中，陶瓷分隔颗粒的D50和/或平均D50(AKA质量中值直径(mass-mediandiameter))可为100nm至10μm。分隔体可具有任何合适的厚度范围(例如，1μm至50μm)。分隔层可以被配置为使得分隔体将电极(例如，阳极或阴极)与电化学电池内的相邻电极绝缘，同时维持对包含锂离子的电解质等电荷载体的可渗透性。在一些示例中，两个电极均可包括分隔层，以使得各电极以相似的方式绝缘。

互联区域可包括电极层和分隔层的非平面互穿部，其中第一层的第一指状物或突出部与第二层的第二指状物或突出部互联(interlock)。电极层和分隔层的互穿部所形成的互联层或界面区域可以减小界面电阻并且增加通过电极的离子迁移率。集成分隔体还可以防止在电极的活性材料表面上形成妨碍离子流动的结壳(crust)。

在一些示例中，电化学电池还可包括设置在第一电极和第二电极之间的单层聚烯烃膜，其可为电化学电池提供热切断(thermal shutoff)机制。聚烯烃膜可在高温下熔化，这可切断电极之间的离子流动，从而提高电池的安全性。聚烯烃膜可包括任何合适的聚烯烃，如聚乙烯、聚丙烯和/或任何合适的热塑性聚烯烃。在一些示例中，单层聚烯烃膜的厚度可小于20μm。在一些示例中，单层聚烯烃膜的厚度可小于10μm。

大体上，用于制造具有集成陶瓷分隔体的电化学电池的方法包括：提供阳极和提供阴极，其中阳极和阴极中的至少一个包括集成陶瓷分隔体。在一些示例中，所述方法还包括：提供聚烯烃分隔膜，以使得聚烯烃膜设置在阴极和阳极之间。在一些示例中，所述方法还包括：压延或压缩包括多个堆叠的阴极和阳极的电池堆叠体。在一些示例中，所述方法还包括：包装电化学电池，例如使用罐(例如，针对卷绕电池)或袋(例如，针对袋式电池)来包装。

示例、部件和替选方案

以下各章节描述了具有集成陶瓷分隔体的说明性电化学电池以及相关系统和/或方法的选定方面。这些章节中的示例旨在说明，而不应解释为限制本公开的范围。每个章节可以包括一个或多个不同的实施方案或示例，和/或上下文或相关的信息、功能和/或结构。

A.说明性电化学电池

本章节描述了包括根据本教导的多个方面的包括正极、负极以及设置在正负极之间的分隔体的电化学电池。该电化学电池可以是任何双极电化学装置，例如电池(例如，锂离子电池、二次电池)。

现在参考图1，示意性地以锂离子电池的形式示出了电化学电池100。电化学电池100包括正电极和负电极，即阴极102和阳极104。阴极和阳极夹在一对集流体106、108之间，该集流体可以包括金属箔或其他合适的衬底。集流体106电联接至阴极102，集流体108电联接至阳极104。集流体使电子流动，从而使电流流入和流出每个电极。遍及电极设置的电解质110使得离子能够在阴极102和阳极104之间传输。在本示例中，电解质110包括液体溶剂和溶解离子溶质。电解质110促进阴极102和阳极104之间的离子连接。

电解质110由分隔体112辅助，分隔体112物理地分隔开阴极102和阳极104之间的空间。分隔体112是液体可渗透的，并且能够使离子在电解质110内、并在两个电极之间移动(AKA流动)。如下文进一步描述的，分隔体112可以集成在阴极102和阳极104中的一者或两者内。在一些实施方案中，例如，分隔体112包括施加至电极(即，阴极102或阳极104)的上表面上的陶瓷颗粒层，以使得分隔体112的陶瓷颗粒与阴极102或阳极104的活性材料颗粒互穿(interpenetrate)或互混(intermix)。在一些实施方案中，电解质110包括聚合物凝胶或固体离子导体，以增强或替代分隔体112(并执行分隔体112的功能)。

阴极102和阳极104是复合结构，其包括活性材料颗粒、黏合剂、导电添加剂和电解质110可渗入的孔(空隙空间)。电极的构成部分的布置被称为微结构，或更具体地，称为电极微结构。

在一些示例中，黏合剂是聚合物，例如聚偏二氟乙烯(polyvinylidenedifluoride，PVdF)，并且导电添加剂通常包括纳米级碳，例如炭黑或石墨。在一些示例中，黏合剂是羧甲基纤维素(carboxyl-methyl cellulose，CMC)和丁苯橡胶(styrene-butadiene rubber，SBR)的混合物。在一些示例中，导电添加剂包括科琴黑(ketjenblack)、石墨碳、低维碳(例如碳纳米管)和/或碳纤维。

在一些示例中，活性材料颗粒的化学性质在阴极102和阳极104之间有所不同。例如，阳极104可以包括石墨(人造的或天然的)、硬碳、钛酸盐、二氧化钛、过渡金属系(transition metals in general)、第14族中的元素(例如碳、硅、锡、锗等)、氧化物、硫化物、过渡金属、卤化物和/或硫族化物(chalcogenide)。另一方面，阴极102可以包括过渡金属(例如，镍、钴、锰、铜、锌、钒、铬、铁)及其氧化物、磷酸盐、亚磷酸盐和硅酸盐。在一些示例中，阴极可包括碱金属及碱土金属、铝、氧化铝和磷酸铝、卤化物和/或硫族化物。在电化学装置中，活性材料与工作离子共同参与电化学反应或过程，以存储或释放能量。例如，在锂离子电池中，工作离子是锂离子。

电化学电池100可以包括包装(未示出)。例如，包装(例如，棱形罐、不锈钢管、聚合物袋等)可用于约束和定位阴极102、阳极104、集流体106和108、电解质110和分隔体112。

为了使电化学电池100适当地具备二次电池的功能，阴极102和阳极104中的活性材料颗粒必须能够通过称为锂化(lithiating)和脱锂(delithiating)的相应过程来存储和释放锂离子。一些活性材料(例如，层状氧化物材料或石墨碳)通过在晶体层之间嵌入锂离子以实现此功能。另一些活性材料可具有替选的锂化和脱锂机制(例如，合金化、转化)。

当电化学电池100被充电时，阳极104接受锂离子，而阴极102给予锂离子。当电池被放电时，阳极104给予锂离子，而阴极102接受锂离子。每个复合电极(即阴极102和阳极104)给予或接受锂离子的速率取决于电极的外在特性(例如，流经每个电极的电流、电解质110的电导率)以及电极的内在特性(例如，电极中活性材料颗粒的固态扩散常数、电极的微结构或曲折因子、锂离子从溶于电解质变为嵌入电极活性材料颗粒时的电荷转移速率等)。

在任何一种操作模式(充电或放电)期间，阳极104或阴极102都可以以限制速率(limiting rate)给予或接受锂离子，其中速率定义为单位时间、单位电流中的锂离子。例如，在充电期间，阳极104可以以第一速率接受锂，而阴极102可以以第二速率给予锂。当第二速率小于第一速率时，阴极的第二速率将是限制速率。在一些示例中，速率的差异可能非常巨大以至于限制了锂离子电池(例如，电池100)的整体性能。速率差异的原因可能取决于：单位质量的活性材料颗粒锂化或脱锂一定数量的锂离子所需的能量；活性材料颗粒中锂离子的固态扩散系数；和/或活性材料在复合电极内的粒度分布。在一些示例中，另外或替选的因素可有助于电极微结构并影响这些速率。

B.具有集成陶瓷分隔体的说明性电极

在苛刻条件下以电极极限能力运行储能装置可能需要适应电池电极充放电过程中体积膨胀(溶胀)和收缩所引起的应力。这可能带来结构和功能上的挑战，因为包括电极的电化学电池可能具有一层或多层，在电池充放电过程中，每层以不同的比率膨胀或收缩。更具体地，在电池使用过程中，电极的活性材料层可能膨胀和收缩，而惰性的分隔颗粒的尺寸可能保持不变。在一些示例中，在电池使用过程中，电化学电池的另一些部件可能以不同的比率收缩或膨胀。例如，锂离子电池中常用的聚烯烃分隔体可能收缩，而相邻的电极膨胀，这提高了包括电极的电池在使用过程中发生短路的风险。

因此，有必要确保电极-分隔体界面的连续结构完整性，以防止电池中包含的阴极和阳极之间发生短路，从而引入了一些设计注意事项。必须维持电化学电池的机械完整性或连贯性，以使得电极和相邻的分隔体保持机械稳定并相互黏附。另外，活性材料层和分隔体之间的界面不应阻塞或抑制通过电化学电池的离子流动。对于阳极来说，层间的界面不应形成致密化度(densification)增加的区域。这种致密化度增加的累积可导致在层间的界面处形成固体电解质中间相(solid electrolyte interphase，SEI)，其随后会阻塞孔并引起锂电镀(plating)。这些问题是在生产具有分隔体的电化学电池的过程中需要解决的挑战。

因此，根据本公开的电化学电池可包括具有集成陶瓷分隔体的一个或多个电极。参考图2，示出了具有集成陶瓷分隔体的单层电极200。电极200是适于包含在电化学电池中的阳极或阴极的示例，类似于上述阴极102或阳极104。电极200包括集流体衬底260和层铺在集流体衬底上的电极材料复合物270。电极材料复合物270包括活性材料层202和集成分隔层204，以及设置在活性材料层202和集成分隔层204之间的互联区域210。互联区域210包括在活性材料层202和集成分隔层204之间的非平面边界，其被配置为减小层间的界面电阻并减少电极层上的锂电镀。

活性材料层202设置在集流体衬底260上并与其直接接触。活性材料层202包括通过第一黏合剂黏附在一起的多个第一活性材料颗粒240。活性材料层202还可包括与活性材料颗粒混合的导电添加剂。在一些示例中，黏合剂是聚合物，例如聚偏二氟乙烯(PVdF)，并且导电添加剂通常包括纳米级碳，例如炭黑或石墨。在一些示例中，黏合剂是羧甲基纤维素(CMC)和丁苯橡胶(SBR)的混合物。在一些示例中，导电添加剂包括科琴黑、石墨碳、低维碳(例如，碳纳米管)和/或碳纤维。

在一些示例中，电极200是适于包含在电化学电池内的阳极。对于此种阳极，活性材料颗粒240可以包括石墨(人造的或天然的)、硬碳、钛酸盐、二氧化钛、过渡金属系、第14族中的元素(例如碳、硅、锡、锗等)、氧化物、硫化物、过渡金属、卤化物和/或硫族化物。

在一些示例中，电极200是适于包含在电化学电池内的阴极。对于此种阴极，活性材料颗粒240可以包括过渡金属(例如，镍、钴、锰、铜、锌、钒、铬、铁)及其氧化物、磷酸盐、亚磷酸盐和硅酸盐。在一些示例中，阴极活性材料颗粒可包括碱金属及碱土金属、铝、氧化铝和磷酸铝、卤化物和/或硫族化物。

如图2中所描绘的，集成分隔层204可以层铺在活性材料层202上，并且可以包括通过第二黏合剂黏附在一起的多个陶瓷颗粒250。尽管陶瓷颗粒250被称为陶瓷，然而颗粒250可以包括任何合适的一种或多种无机材料，包括例如氧化铝(即，α-Al₂O₃)、刚玉、煅烧的、片状的、合成勃姆石、硅氧化物或二氧化硅、氧化锆等的陶瓷。陶瓷颗粒250可以是不导电的。陶瓷颗粒250可以具有比活性材料颗粒240更高的硬度。因此，分隔层204可以比活性材料层202具有更高的抗致密化性和更低的可压缩性。在一些示例中，第二黏合剂是聚合物，例如聚偏二氟乙烯(PVdF)。集成分隔层204可以具有适于允许离子传导同时使电极电绝缘的任何厚度。在一些示例中，分隔层204的厚度可以为1μm至50μm。

集成分隔层204可以包括不同质量分数的无机颗粒(例如，陶瓷颗粒)以及不同质量分数的黏合剂和其他添加剂。在一些示例中，分隔层具有50％至99％的无机材料。在其他示例中，分隔层具有大于99％的无机材料和小于1％的黏合剂。在具有大于99％的无机材料的示例中，可以使用与具有较低百分比无机材料的分隔层的电极相似的方式制造电极，可选地，在后处理过程中烧蚀(ablation)过量的黏合剂。

在另一些示例中，分隔层按质量计具有小于50％的无机材料和大于50％的黏合剂。在这些情况下，黏合剂可包括共嵌段(coblocked)聚合物，例如聚酰胺、聚乙烯、聚丙烯、聚烯烃和/或任何合适的具有多孔结构的聚合物。黏合剂可包括第一聚丙烯层、第二聚丙烯层以及介于聚丙烯层中间的聚乙烯层。这种高黏合剂含量的配置可以实现电极的“关闭(shutdown)”机制。例如，聚乙烯层可在高温下(例如在火中)熔化或塌陷(collapse)，从而停止离子和电极传导，从而提高装置安全性。另一方面，采用高黏合剂含量的实施方案可能降低在具有较高分数无机材料的分隔层所具备的压延优点。

互联区域210包括位于活性材料层202和分隔层204之间的非平面边界。活性材料层202和分隔层204具有将两个层互联在一起的各自的三维互穿指状物214和216，从而形成能够承受例如由电极膨胀和收缩以及分隔体缩小引起的应力的机械上坚固的界面。此外，由指状物214和指状物216限定的非平面表面代表了增加的界面边界总表面积，这可以提供降低的界面电阻并且可以增加通过电极的离子迁移率。在一些示例中，互联区域210内的非平面边界具有比分隔层204的上边界更长的边界长度。在一些示例中，分隔层204的上边界具有第一边界长度252，非平面边界具有大于第一边界长度的第二边界长度254。在一些示例中，第二边界长度大于第一边界长度的1.57倍。在一些示例中，第二边界长度大于或等于第一边界长度的1.57倍。指状物214和216可以可互换地称为指状件、突出部、延伸部和/或凸起部等。此外，指状物214和216之间的关系可以被描述为互联、互穿、互啮合(intermeshing)、交指(interdigitating)、相互连接(interconnecting)和/或相互连结(interlinking)等。

指状物214和指状物216是多个基本离散的互穿部，其中，指状物214通常由电极活性材料颗粒240制成，指状物216通常由陶瓷分隔颗粒250制成。指状物是三维交指的，类似于乐高积木的凸起-管(stub-and-tube)构造的不规则形式。因此，指状物214和216通常不沿任何方向跨越电极，使得垂直于图2的指状物的横截面也显示出与图2中所示相似的非平面的起伏边界。互联区域210可替选地被称为活性材料层202和分隔层204的非平面互穿部，包括与指状物216互联的指状物214。

如图3所示，尽管指状物214和216的大小或形状可能不均匀，但是指状物可以具有平均或典型的长度218。在一些示例中，指状物214和216的长度218可落入第一活性材料层或分隔层(以较小者为准)的平均粒度的两倍至五倍的范围内。在一些示例中，指状物214和216的长度218可落入第一活性材料或分隔层(以较小者为准)的平均粒度的六倍至十倍的范围内。在一些示例中，指状物214和216的长度218可落入第一活性材料层或分隔层(以较小者为准)的平均粒度的十一倍至五十倍的范围内。在一些示例中，指状物214和216的长度218可大于第一活性材料层或分隔层(以较小者为准)的平均粒度的五十倍。

在一些示例中，指状物214和216的长度218可落入大约500nm至大约1000nm的范围内。在一些示例中，指状物214和216的长度218可落入大约1μm至大约5μm的范围内。在一些示例中，指状物214和216的长度218可落入大约6μm至大约10μm的范围内。在另一示例中，指状物214和216的长度218可落入大约11μm至大约50μm的范围内。在另一示例中，指状物214和216的长度218可以大于大约50μm。

在一些示例中，指状物214和216的宽度256为第一活性材料层或分隔层(以较小者为准)的平均粒度的至少两倍。在一些示例中，宽度256大于陶瓷颗粒的D₅₀(AKA质量中值直径)的至少两倍。

在本示例中，互联区域210的总厚度224由两个电极材料层(第一活性材料层202和分隔层204)之间的互穿水平限定。下界限226可以由分隔层204(即，由指状物216)达到的最低点限定。上界限228可以由第一活性材料层202(即，由指状物214)达到的最高点限定。互联区域210的总厚度224可以限定为界限226和228之间的间隔或距离。在一些示例中，互联区域210的总厚度可落入多种相对范围中的一个或多个内，例如在第一活性材料层或分隔层的平均粒度的大约200％(2x)至大约500％(5x)、大约500％(5x)至大约1000％(10x)、大约1000％(10x)至大约5000％(50x)，和/或大于第一活性材料层或分隔层(以较小者为准)的平均粒度的大约5000％(50x)。

在一些示例中，互联区域210的总厚度224可落入多种绝对范围的一个或多个之内，例如，在大约500nm至1000nm之间、在1μm至大约10μm之间、在大约10μm至大约50μm之间，和/或大于大约50μm。

指状物216具有描述了集成分隔层204的平均厚度的平均互穿深度258。指状物216具有描述了集成分隔层204的最薄点的最小互穿深度262和描述了集成分隔层204的最厚点的最大互穿深度264。在一些示例中，最大互穿深度大于或等于最小互穿深度的1.5倍。

在本示例中，第一活性材料层202中的第一活性材料颗粒240具有的体积分布的平均值大于分隔层204中陶瓷颗粒250的平均体积，即，具有更大的平均尺寸。在一些示例中，第一活性材料颗粒240具有的总表面积小于陶瓷颗粒250的总表面积。

在本示例中，第一活性材料颗粒240和陶瓷颗粒250的颗粒形态基本为球形。在另一些实例中，第一活性材料层或分隔层的多个颗粒中的一种或两种可以具有以下颗粒形态：薄片状、小板状、不规则形、马铃薯形、长方形、断裂形、小颗粒聚集体型和/或以上的组合。

当电极部200的颗粒锂化或脱锂时，电极部200保持连贯，并且第一活性材料层和分隔层保持被互联区域210连接。通常，指状物214和216的交指或互穿以及增加的中间相边界表面积的作用是将两个区黏附或联接在一起。

在一个示例中，电极部200是包括在锂离子电池中的阴极的一部分。在该示例中，在锂离子电池充电期间，第一活性材料颗粒240脱锂。在此过程中，活性材料颗粒可收缩，导致活性材料层202收缩。相反，在电池放电期间，活性材料颗粒锂化并溶胀，导致活性材料层202溶胀。

在一可替选示例中，电极部200是包括在锂离子电池中的阳极的一部分。在该示例中，在锂离子电池充电期间，第一活性材料颗粒240锂化。在此过程中，活性材料颗粒可溶胀，导致活性材料层202溶胀。相反，在电池放电期间，第一活性材料颗粒240脱锂并收缩，导致活性材料层202收缩。

在任一上述示例中，在溶胀和收缩期间，电极部200可以保持连贯，并且活性材料层202和分隔层204保持被互联区域210连接。活性材料层和分隔层的这种连接可以减小层间的界面电阻并维持包括电极的电化学电池的机械完整性。

互联区域210可包括由活性材料颗粒、陶瓷颗粒、黏合剂、导电添加剂和/或其他层部件限定的流体通道网络。由于互联区域中包括非平面边界，因而由压延引起的颗粒的机械或形态状态变化不会阻碍这些流体通道。相反，基本为平面的边界通常与随后压延时的结壳(crust)层形成有关。这样的结壳层是不利的，因为它会显著阻碍通过互联区域进行的离子传导。此外，这样的结壳层还表示活性材料颗粒发生局部压实，这会明显导致电极内的孔体积减小。对于阳极而言，这可能是特别重要的问题，因为在活性材料颗粒上的固态电解质中间相(SEI)膜的累积将以更快的速率堵塞电极内包含的孔，导致锂电镀，降低电极的安全性和循环寿命。

与其他电极形式相比，根据本公开的具有集成陶瓷分隔体的阳极可具备额外的益处。由于阳极可包括平均粒度比其他电极(例如，阴极)相对更大的活性材料颗粒，因此阳极可通过与集成分隔层同时压延而具有增加的可压缩性。由于陶瓷分隔颗粒的硬度可大于阳极活性材料颗粒的硬度，并因而在压延过程中具有更大的抗致密化性，陶瓷分隔层可将压缩载荷传递至设置在陶瓷分隔层下方的阳极层。

在一些示例中，包括集成陶瓷分隔体的电极可包括两个或多个活性材料层。图4是包括第一活性材料层302、第二活性材料层304以及分隔层306的说明性多层电极300。第二活性材料层304可邻近集流体衬底320设置。第一活性材料层302可层铺在第二活性材料层304顶部。分隔层306可层铺在第一活性材料层302顶部。第一活性材料层302可包括通过第一黏合剂黏附在一起的多个第一活性材料颗粒。第二活性材料层304可包括通过第二黏合剂黏附在一起的多个第二活性材料颗粒。第一和第二活性材料颗粒可以与上述活性材料颗粒240基本相似。分隔层306可包括通过第三黏合剂黏附在一起的多个无机颗粒。无机颗粒可以与上述陶瓷颗粒250基本相似。

第一互联区域308形成于分隔层306和第一活性材料层302之间。第二互联区域310形成于第一活性材料层302和第二活性材料层304。

第一互联区域308可包括位于第一活性材料层302和分隔层306之间的非平面边界。第一活性材料层302可具有朝向分隔层306延伸的多个第一指状物312。分隔层306可具有多个第二指状物314。第一互联区域308可包括指状物312和指状物314的互穿部，其可将第一活性材料层和分隔层结合在在一起。

第二互联区域310可包括位于第一活性材料层302和第二活性材料层304之间的非平面边界。第一活性材料层302可具有朝向集流体衬底320延伸的多个第三指状物316。第二活性材料层304可具有多个第四指状物318。第二互联区域310可包括指状物316和318的互穿部，其可将第一和第二活性材料层结合在在一起。第一互联区域308和第二互联区域310中指状物的配置与上述图2的互联区域210中指状物的配置基本相似。

C.具有集成陶瓷分隔体和聚烯烃膜分隔体的说明性电化学电池

如上所述，包括一个或多个具有集成陶瓷分隔体的电极的说明性电化学电池可包括设置在电极之间的聚烯烃膜。已知的电化学电池包括聚烯烃基(polyolefin-based)的分隔膜，以在电化学电池的阴极和阳极部件之间提供电绝缘。这些分隔体通常分为三类：单层聚烯烃膜、陶瓷涂覆(ceramic-coated)的聚烯烃膜和三层聚烯烃膜。单层聚烯烃膜可包括诸如单层吹制的聚乙烯、单层聚丙烯和/或类似材料。陶瓷涂覆的聚烯烃膜可包括涂覆在陶瓷材料中的单层或三层聚烯烃膜，以防止锂枝晶穿透(lithium dendrite penetration)。三层聚烯烃膜可包括例如设置在两个聚丙烯层之间的聚乙烯层。由于聚乙烯(～120℃)和聚丙烯(～170℃)的熔融温度不同，三层分隔体的设计使得在内部或外部短路或温度过高的情况下，中间的聚乙烯膜会熔化并使孔“塌陷”以有效切断离子流，而两层聚丙烯膜则起到“骨架(backbone)”的作用。该机制可以防止分隔体缩小。缩小的分隔体很危险，因为它可能会暴露电极表面，导致裸露的电极相互接触，加剧短路的情况。

尽管由三层分隔体提供的切断机制是理想的特征，但是这些分隔体具有一些缺点。首先，聚丙烯膜的刚度可能不足以防止分隔体过度缩小。在具有分层的氧化物阴极材料的电池中，这尤其令人担忧，其中温度可能迅速升高超过120℃至170℃。其次，聚丙烯膜可能无法有效地阻止锂枝晶穿透聚烯烃膜层。第三，三层膜的最小厚度通常约为12μm，这会降低电池的能量密度。如果包括陶瓷涂层来防止锂枝晶穿透，则陶瓷涂层可能会使分隔体的厚度再增加2-4μm。另外，传统的聚烯烃分隔体在分隔膜和相对侧的电极之间需要平的、经压延的界面。因此，在具有传统聚烯烃分隔体的电池中包括的电极必须具有经压延且平整过的表面，这会形成具有高阻抗的结壳状表面层。

然而，包括正极和负极且正极和负极中的至少一者除了聚烯烃分隔体之外还包括集成陶瓷分隔体的电化学电池，可以维持三层聚烯烃分隔体的热切断机制，同时提高电池的坚固性并改善工作温度范围。集成陶瓷分隔体防止短路，并且消除了由聚烯烃分隔体缩小引起的危险。集成陶瓷分隔体也是锂枝晶无法穿透的，进一步防止了短路。另外，例如由于在电极表面上没有形成结壳，与仅包括聚烯烃的示例相比，陶瓷分隔体和聚烯烃分隔体的组合形成了具有相对低阻抗的分隔体。

如图5-7所示，本章节描述了包括集成陶瓷分隔体和聚烯烃膜分隔体的说明性电化学电池，其为上述电化学电池的示例。

图5示出了电化学电池400，其包括具有第一集成陶瓷分隔体420的阳极410和具有第二集成陶瓷分隔体460的阴极450。聚烯烃分隔体490设置在阳极410和阴极450之间。阳极410和/或阴极450可以与上述单层电极200或多层电极300基本相同。

阳极410设置在第一集流体412上并与其接触。第一集流体412可包括诸如铜的金属箔或任何合适的衬底，并且可以电联接至阳极410。

阳极410可包括活性材料层430和分隔层420，其中活性材料层430包括通过第一黏合剂黏附在一起的多个活性材料颗粒432，分隔层420包括通过第二黏合剂黏附在一起的多个无机和/或陶瓷颗粒422。在一些示例中，阳极410还可包括设置在活性材料层430和分隔层420之间的第二活性材料层。在一些示例中，第一和第二活性材料层可包括设置在两者之间的互联区域。互联区域可以与上述互联区域310基本相同。阳极活性材料颗粒432可以包括石墨(人造的或天然的)、硬碳、钛酸盐、二氧化钛、过渡金属系、第14族中的元素(例如碳、硅、锡、锗等)、氧化物、硫化物、过渡金属、卤化物和/或硫族化物。

陶瓷颗粒422可以包括任何合适的一种或多种无机材料，包括例如氧化铝(即，α-Al₂O₃)、刚玉、煅烧的、片状的、合成勃姆石、硅氧化物或二氧化硅、氧化锆等的陶瓷。陶瓷颗粒422可以是不导电的。在一些示例中，陶瓷颗粒422的D₅₀(AKA质量中值直径)为100nm至10μm。

互联区域440可设置在活性材料层430和分隔层420之间。互联区域440可以与上述说明性电极200的互联区域210基本相同。可选地，阳极410可被压延以在分隔层420的上表面424处提供相对平的表面。

聚烯烃分隔体490层铺在阳极410的分隔层420的顶部。聚烯烃分隔体490可包括任何合适的聚烯烃材料，如聚乙烯、聚丙烯和/或任何合适的热塑性聚烯烃。在一些示例中，聚烯烃分隔体490的厚度可小于20μm。在一些示例中，聚烯烃分隔体490的厚度可小于10μm。

阴极450设置在聚烯烃分隔体490上并与其接触。阴极450可包括活性材料层470和分隔层460，其中活性材料层470包括通过第一黏合剂黏附在一起的多个活性材料颗粒472，分隔层460包括通过第二黏合剂黏附在一起的多个无机和/或陶瓷颗粒462。在一些示例中，阴极450还可包括设置在活性材料层470和分隔层460之间的第二活性材料层。在一些示例中，第一和第二活性材料层可包括设置在两者之间的互联区域。互联区域可以与上述互联区域310基本相同。阴极活性颗粒472可以包括过渡金属(例如，镍、钴、锰、铜、锌、钒、铬、铁)及其氧化物、磷酸盐、亚磷酸盐和/或硅酸盐。在一些示例中，阴极活性材料颗粒可包括碱金属及碱土金属、铝、氧化铝和磷酸铝、卤化物和/或硫族化物。

陶瓷颗粒462可以包括任何合适的一种或多种无机材料，包括例如氧化铝(即，α-Al₂O₃)、刚玉、煅烧的、片状的、合成勃姆石、硅氧化物或二氧化硅、氧化锆等的陶瓷。陶瓷颗粒462可以是不导电的。在一些示例中，陶瓷颗粒462的D₅₀在100nm至10μm之间。在一些示例中，陶瓷颗粒422和陶瓷颗粒462可具有不同的D₅₀。在一些示例中，陶瓷颗粒422的D₅₀可大于陶瓷颗粒462的D₅₀。在一些示例中，陶瓷颗粒462的D₅₀可大于陶瓷颗粒422的D₅₀。

互联区域480可设置在活性材料层470和分隔层460之间。互联区域480可以与上述说明性电极200的互联区域210基本相同。可选地，阴极450可被压延以在分隔层460的下表面464处提供平的表面。下表面464可与聚烯烃分隔体490接触，以使得聚烯烃分隔体490与阳极分隔层420和阴极分隔层460接触。

第二集流体452设置在阴极450上并与其接触。第二集流体452可包括诸如铝的金属箔和/或任何合适的衬底，并且可以电联接至阴极450。

在一些示例中，包括集成陶瓷分隔体的电化学电池可以在正极或负极中包括分隔体。在第一示例中，电化学电池在阴极中包括集成陶瓷分隔体。图6示出了电化学电池500，其包括阳极510和具有集成陶瓷分隔体560的阴极550。聚烯烃分隔体590设置在阳极510和阴极550之间。阴极550可以与上述单层电极200或多层电极300基本相同。

阳极510设置在第一集流体512上并与其接触。第一集流体512可包括诸如铜的金属箔或任何合适的衬底，并且可以电联接至阳极510。

阳极510可包括活性材料复合物530，其包括通过第一黏合剂黏附在一起的多个第一阳极活性材料颗粒532。在一些示例中，阳极510还可包括第二活性材料层，其包括多个第二活性材料颗粒。在一些示例中，第一和第二活性材料层可包括设置在两者之间的互联区域。互联区域可以与上述互联区域310基本相同。阳极活性材料颗粒532可以包括石墨(人造的或天然的)、硬碳、钛酸盐、二氧化钛、过渡金属系、第14族中的元素(例如碳、硅、锡、锗等)、氧化物、硫化物、过渡金属、卤化物和/或硫族化物。在一些示例中，阳极510可被压延以产生可设置聚烯烃分隔体590的平的上表面。

聚烯烃分隔体590层铺在阳极510的活性材料复合物530的顶部。聚烯烃分隔体590可包括任何合适的聚烯烃材料，如聚乙烯、聚丙烯和/或任何合适的热塑性聚烯烃。聚烯烃分隔体590的厚度可小于20μm。在一些示例中，聚烯烃分隔体590的厚度可小于10μm。

阴极550设置在聚烯烃分隔体590上并与其接触。阴极550可包括活性材料层570和分隔层560，其中活性材料层570包括通过第一黏合剂黏附在一起的多个活性材料颗粒572，分隔层560包括通过第二黏合剂黏附在一起的多个无机和/或陶瓷颗粒562。在一些示例中，阴极550还可包括设置在活性材料层570和分隔层560之间的第二活性材料层。阴极活性颗粒572可以包括过渡金属(例如，镍、钴、锰、铜、锌、钒、铬、铁)和/或其氧化物、磷酸盐、亚磷酸盐和硅酸盐。在一些示例中，阴极活性材料颗粒可包括碱金属及碱土金属、铝、氧化铝和磷酸铝、卤化物和/或硫族化物。

陶瓷颗粒562可以包括任何合适的一种或多种无机材料，包括例如氧化铝(即，α-Al₂O₃)、刚玉、煅烧的、片状的、合成勃姆石、硅氧化物或二氧化硅、氧化锆等的陶瓷。陶瓷颗粒562可以是不导电的。在一些示例中，陶瓷颗粒562的D₅₀在100nm至10μm之间。

互联区域580可设置在活性材料层570和分隔层560之间。互联区域580可以与上述说明性电极200的互联区域210基本相同。可选地，阴极550可被压延以在分隔层560的下表面564处提供平的表面。下表面564可与聚烯烃分隔体590接触，以使得聚烯烃分隔体590与分隔层560的顶侧接触。

第二集流体552设置在阴极550上并与其接触。第二集流体552可包括诸如铝的金属箔和/或任何合适的衬底，并且可以电联接至阴极550。

在一些示例中，包括集成分隔体的电化学电池可以在阳极中包括分隔体。图7示出了电化学电池600，其包括阴极650和具有集成陶瓷分隔体620的阳极610。聚烯烃分隔体690设置在阳极610和阴极650之间。阳极610可以与上述单层电极200或多层电极300基本相同。

阳极610设置在第一集流体612上并与其接触。第一集流体612可包括诸如铜的金属箔或任何合适的衬底，并且可以电联接至阳极610。

阳极610可包括活性材料层630和分隔层620，其中活性材料层630包括通过第一黏合剂黏附在一起的多个活性材料颗粒632，分隔层620包括通过第二黏合剂黏附在一起的多个无机和/或陶瓷颗粒622。在一些示例中，阳极610还可包括设置在活性材料层630和分隔层620之间的第二活性材料层。在一些示例中，第一和第二活性材料层可包括设置在两者之间的互联区域。互联区域可以与上述互联区域310基本相同。阳极活性材料颗粒632可以包括石墨(人造的或天然的)、硬碳、钛酸盐、二氧化钛、过渡金属系、第14族中的元素(例如碳、硅、锡、锗等)、氧化物、硫化物、过渡金属、卤化物和/或硫族化物。

陶瓷颗粒622可以包括任何合适的一种或多种无机材料，包括例如氧化铝(即，α-Al₂O₃)、刚玉、煅烧的、片状的、合成勃姆石、硅氧化物或二氧化硅、氧化锆等的陶瓷。陶瓷颗粒622可以是不导电的。在一些示例中，陶瓷颗粒622的D₅₀可在100nm至10μm之间。

互联区域640可设置在活性材料层630和分隔层620之间。互联区域640可以与上述说明性电极200的互联区域210基本相同。可选地，阳极610可被压延以在分隔层620的上表面624处提供平的表面。

聚烯烃分隔体690层铺在阳极610的分隔层620的顶部。聚烯烃分隔体690可包括任何合适的聚烯烃材料，如聚乙烯、聚丙烯和/或任何合适的热塑性聚烯烃。聚烯烃分隔体690的厚度可小于20μm。在一些示例中，聚烯烃分隔体690的厚度可小于10μm。

阴极650设置在聚烯烃分隔体690上并与其接触。阴极650可包括活性材料复合物670，其包括通过第一黏合剂黏附在一起的多个第一阴极活性材料颗粒672。在一些示例中，阴极650还可包括第二活性材料层，其包括多个第二活性材料颗粒。在一些示例中，第一和第二活性材料层可包括设置在两者之间的互联区域。互联区域可以与上述互联区域310基本相同。阴极活性颗粒672可以包括过渡金属(例如，镍、钴、锰、铜、锌、钒、铬、铁)和/或其氧化物、磷酸盐、亚磷酸盐和/或硅酸盐。在一些示例中，阴极活性材料颗粒可包括碱金属及碱土金属、铝、氧化铝和磷酸铝、卤化物和/或硫族化物。在一些示例中，阴极650可被压延以使得阴极650的下表面可以均匀地置于聚烯烃分隔体690上。

第二集流体652设置在阴极650上并与其接触。第二集流体652可包括诸如铝的金属箔和/或任何合适的衬底，并且可以电联接至阴极650。

根据本公开的电化学电池还可包括包装，例如堆叠电池、卷绕电池和/或袋式电池中常见的包装。

D.包括具有集成陶瓷分隔体的阳极和具有集成陶瓷分隔体的阴极的说明性电化学电池

在一些示例中，包括集成陶瓷分隔体的电化学电池可包括具有第一集成陶瓷分隔体的负极(阳极)和具有第二集成陶瓷分隔体的正极(阴极)，其中正极和负极相邻设置，以使得第一集成陶瓷分隔体和第二集成陶瓷分隔体直接接触。这种配置可以使电化学电池具有低阻抗。

图8描绘了电化学电池700，其包括具有集成陶瓷分隔体720的阳极710和具有集成陶瓷分隔体760的阴极750。阳极710和阴极750可以与上述单层电极200或多层电极300基本相同。

阳极710设置在第一集流体712上并与其接触。第一集流体712可包括诸如铜的金属箔和/或任何合适的衬底，并且可以电联接至阳极710。

阳极710可包括活性材料层730和分隔层720，其中活性材料层730包括通过第一黏合剂黏附在一起的多个活性材料颗粒732，分隔层720包括通过第二黏合剂黏附在一起的多个无机和/或陶瓷颗粒722。在一些示例中，阳极710还可包括设置在活性材料层730和分隔层720之间的第二活性材料层。在一些示例中，第一和第二活性材料层可包括设置在两者之间的互联区域740。互联区域可以与上述互联区域310基本相同。阳极活性材料颗粒732可以包括石墨(人造的或天然的)、硬碳、钛酸盐、二氧化钛、过渡金属系、第14族中的元素(例如碳、硅、锡、锗等)、氧化物、硫化物、过渡金属、卤化物和/或硫族化物。

陶瓷颗粒722可以包括任何合适的一种或多种无机材料，包括例如氧化铝(即，α-Al₂O₃)、刚玉、煅烧的、片状的、合成勃姆石、硅氧化物或二氧化硅、氧化锆等的陶瓷。陶瓷颗粒722可以是不导电的。在一些示例中，陶瓷颗粒722的D₅₀在100nm至10μm之间。

互联区域740可以设置在活性材料层730和分隔层720之间。互联区域740可以与上述说明性电极200的互联区域210基本相同。可选地，阳极710可被压延以在分隔层720的上表面724处提供平的表面。

阴极750设置在阳极710上并与其接触。阴极750可包括活性材料层770和分隔层760，其中活性材料层770包括通过第一黏合剂黏附在一起的多个活性材料颗粒772，分隔层760包括通过第二黏合剂黏附在一起的多个无机和/或陶瓷颗粒762。在一些示例中，阴极750还可包括设置在活性材料层770和分隔层760之间的第二活性材料层。在一些示例中，第一和第二活性材料层可包括设置在两者之间的互联区域。互联区域可以与上述互联区域310基本相同。阴极活性颗粒772可以包括过渡金属(例如，镍、钴、锰、铜、锌、钒、铬、铁)和/或其氧化物、磷酸盐、亚磷酸盐和/或硅酸盐。在一些示例中，阴极活性材料颗粒可包括碱金属及碱土金属、铝、氧化铝和磷酸铝、卤化物和/或硫族化物。

陶瓷颗粒762可以包括任何合适的一种或多种无机材料，包括例如氧化铝(即，α-Al₂O₃)、刚玉、煅烧的、片状的、合成勃姆石、硅氧化物或二氧化硅、氧化锆等的陶瓷。陶瓷颗粒762可以是不导电的。在一些示例中，陶瓷颗粒762的D₅₀在100nm至10μm之间。在一些示例中，陶瓷颗粒722和陶瓷颗粒762可具有不同的D₅₀。在一些示例中，陶瓷颗粒722的D₅₀可大于陶瓷颗粒762的D₅₀。在一些示例中，陶瓷颗粒762的D₅₀可大于陶瓷颗粒722的D₅₀。

互联区域780可设置在活性材料层770和分隔层760之间。互联区域780可以与上述说明性电极200的互联区域210基本相同。可选地，阴极750可被压延以在分隔层760的下表面764处提供平的表面。下表面764可与阳极710的上表面724接触，使得压延表面处于两个陶瓷分隔层之间。

第二集流体752设置在阴极750上并与其接触。第二集流体752可包括诸如铝的金属箔和/或任何合适的衬底，并且可以电联接至阴极750。

在一些示例中，与电化学电池700相似的电化学电池可以包括在电池堆叠体中，诸如在堆叠锂离子电池、卷绕锂离子电池或袋式锂离子电池中可见的那些。图9示出了电池堆叠体800，其包括多个可与电化学电池700基本相同的电化学电池，并且可以为阴极和/或阳极。电池堆叠体中包括的电化学电池810的相邻阳极820和阴极830可以共用阳极集流体822和阴极集流体832。阳极820和阴极830可各自包括集成陶瓷分隔层824和834。可选地，各电化学电池可在组装成电池堆叠体之前单独进行压延。

在一些示例中，在插入罐(例如，针对卷绕电池)或袋(例如，针对袋式电池)中之前，可以对电池堆叠体800(作为整体)进行压延或以其他方式向整个电池堆叠体施加压缩力。这样可促进电池堆叠体达到期望的致密化水平，从而改善电化学装置的总体阻抗，同时改善制造速度、便利性和良率。另外，施加于整个电池堆叠体的压缩力可以导致阳极820和阴极830中包括的相邻集成分隔层融合并变得彼此不可区分，这通过消除分隔层之间界面处的“结壳”而进一步降低了电池阻抗。电池堆叠体800中包括的电化学电池810可包括一或多个旨在减少电池短路的特征，例如从集流体突出的接线片、电极端部较厚的分隔层以及施加在电极边缘的胶带。

E、说明性电极制造方法

下文描述了用于形成包括集成分隔层的电极的说明性方法900的步骤，见图10至图14。

本文描述的电极和制造装置的各方面可以在以下描述的方法步骤中利用。在合适的情况下，可以参考在执行每个步骤时可以使用的部件和系统。这些参考仅用于说明，而不旨在限制实施该方法的任何特定步骤的可能方式。

图10是示出了在说明性方法中执行的步骤的流程图，并且可能未列举该方法的完整过程或所有步骤。尽管在下文描述并在图10中描绘了方法900的多个步骤，但是这些步骤不必须全部执行，并且在某些情况下可以同时执行，或者以与所示顺序不同的顺序执行。

方法900的步骤902包括提供衬底，其中衬底包括被配置为用作本文所述类型的二次电池中的导体的任何合适的结构和材料。在一些示例中，衬底包括集流体。在一些示例中，衬底包括金属箔。此处的术语“提供”可以包括接收、获得、购买、制造、生成、处理、预处理和/或类似操作，使得衬底处于可用于以下待执行步骤的状态和配置。

方法900接下来包括多个步骤，其中衬底的至少一部分涂覆有电极材料复合物。这可以通过使集流体衬底和电极材料复合物分配器相对彼此移动，并通过使衬底移动经过如下所述对衬底进行涂覆的电极材料复合物分配器(反之亦然)来完成。可以选择每个电极材料复合物层中的材料颗粒的组成以获得本文所述的益处、特征和结果。电极材料复合物可包括具有多个活性材料颗粒的一个或多个电极层，以及各自包括多个无机材料颗粒的一个或多个分隔层。

图11至图13描绘了多种说明性配置的衬底上形成的电极层和分隔层，描绘了如何通过集流体衬底和电极材料复合物分配器之间的相对运动将制成的电极布置在腹板上。

图11描绘了衬底腹板1002，其具有直接施加至衬底腹板上的电极层1004和设置在电极层顶部的分隔层1006。电极层可包括一个活性材料层或者两个或更多个活性材料层。这种将层设置在衬底上的方式促进了电极冲裁，其中可以一体地(in one piece)将导电衬底、电极层和分隔层从腹板上切割下来。本制造方法实施方案切割的电极可具有形状1008，包括电极主体1010和接线片1012。如此可以允许实现更简化的制造过程并进一步降低制造电极的成本。

图12是如何利用相似的概念同时涂覆多个行的示例。多行配置可用于冲裁用于袋式电池以及卷绕电池的电极，其中箔区域无切缝以用于形成接线片。这种配置可适于高功率应用。在本实施方案中，衬底腹板1102可具有直接施加至衬底腹板上的电极层1104和设置在电极层顶部的分隔层1106。电极层可包括一个活性材料层或者两个或更多个活性材料层。在本实施方案中，电极主体1110可具有形状1108，其由分隔层1106的边缘1112限定。

图13还描绘了可如何实现“跳过涂覆”制造方法。在本实施方案中，电极层1204可以施加至衬底腹板1202上，以使得电极层1204具有第一形状1208。分隔层1206可以施加在电极层1204的上表面上，以使得分隔层1206具有第二形状1210。电极层1204的第一形状1208可具有第一宽度和第一长度。分隔层1206的第二形状1210可具有大于第一宽度的第二宽度和大于第一长度的第二长度。在制造过程中，可以通过与活性电极层的涂覆相比更晚停止分隔层的涂覆以及更早开始分隔层的涂覆来实现。由此保证了在电极冲裁前活性材料层的外缘被分隔层完全覆盖。

方法900的步骤904包括在衬底的第一侧上涂覆复合电极的第一层。在一些示例中，第一层可以包括通过第一黏合剂黏附在一起的多个第一颗粒，第一颗粒具有第一平均粒度(或其他第一颗粒分布)。在一些示例中，多个第一颗粒可以包括多个第一活性材料颗粒。在一些示例中，复合电极是适于包含在电化学电池内的阳极。在这种情况下，第一颗粒可以包括石墨(人造的或天然的)、硬碳、钛酸盐、二氧化钛、过渡金属系、第14族中的元素(例如碳、硅、锡、锗等)、氧化物、硫化物、过渡金属、卤化物和/或硫族化物。在一些示例中，复合电极是适于包含在电化学电池内的阴极。在这种情况下，第一颗粒可以包括过渡金属(例如，镍、钴、锰、铜、锌、钒、铬、铁)和/或其氧化物、磷酸盐、亚磷酸盐和/或硅酸盐。在一些示例中，阴极活性材料颗粒可包括碱金属及碱土金属、铝、氧化铝和磷酸铝、卤化物和/或硫族化物。

步骤904的涂覆过程可以包括任何合适的涂覆方法，诸如槽压模(slot die)、刮刀涂覆(blade coating)、基于喷涂的涂覆(spray-based coating)、静电喷射涂覆(electrostatic jet coating)等。在一些示例中，第一层被涂覆以湿溶剂浆料，例如水或NMP(N-甲基-2-吡咯烷酮)、黏合剂、导电添加剂和活性材料。在一些示例中，第一层被干涂以活性材料及黏合剂和/或导电添加剂。步骤904可以可选地包括对复合电极的第一层进行干燥。

方法900的步骤906包括将第二层涂覆至第一层上，形成多层(例如，分层的)结构。第二层可包括通过第二黏合剂黏附在一起的多个第二颗粒，第二颗粒具有第二平均粒度(或其他第二颗粒分布)。在本示例中，第二层包括配置为具有电极分隔体功能的颗粒。例如，第二层可包括陶瓷颗粒，例如氧化铝(即α-Al₂O₃)、刚玉、煅烧的、片状的、合成勃姆石、硅氧化物或二氧化硅、氧化锆等。

在一些示例中，步骤904和906可以基本同时执行。例如，两种浆料可以同时通过其各自的孔口挤出。这形成了两层的浆料珠并在移动的衬底上进行涂覆。在一些示例中，可以对在第一活性材料浆料和第二分隔体浆料之间的黏度差异、表面张力差异、密度差异、固体含量差异和/或使用的不同溶剂进行定制，以使在两个复合物层之间的边界处产生互穿指状结构。在一些实施方案中，黏度、表面张力、密度、固体含量和/或溶剂可以基本相似。如果需要，可以通过在第一活性材料浆料和第二分隔体浆料之间的湿界面处的湍流以促进互穿结构的产生，从而产生两种浆料的部分互混。

为了促进干燥过程中的适当固化，第一层(最接近集流体)可以被配置为(在某些示例中)先于第二层(离集流体较远)干燥溶剂，以避免在所得的干燥涂层中产生成膜(skin-over)效应、裂纹和/或起泡。在一些示例中，第二层中包括的溶剂具有比第一层中包括的溶剂更高的沸点，使得第二层在第一层之后干燥。在一些已知的方法中，目标是在底部之前先干燥顶层(分隔体)溶剂。相比之下，本公开的方法与之相反。如所指出的，因此，顶层溶剂的沸点可以更高，使得其最后干燥。

在一些示例中，可以重复任何所描述的步骤以形成三层或更多层。例如，一个或多个附加层可以包括活性材料，以在添加分隔层之前形成多层电极结构。任何本文所述的在第一活性材料层和分隔体涂层之间产生结构的方法都可以用于在制造过程中所沉积的任何附加层之间形成相似的结构。在一些示例中，可以同时挤出第一复合电极层、第二复合电极层和第三复合电极层。第一复合电极层和第二复合电极层可包括第一和第二活性材料颗粒，而第三复合电极层可包括陶瓷分隔颗粒，例如在集成分隔层中。同时挤出三种浆料可以在移动的衬底上形成三层浆料珠。互穿的指状物结构可以形成在第一复合电极层和第二复合电极层之间的边界处，也可以形成在第二复合电极层和第三复合电极层之间的边界处。

方法900可以进一步包括在步骤908中干燥复合电极，和/或压延复合电极。第一层和第二层可以作为组合结构均经历干燥过程和压延过程。在一些示例中，步骤908可以与压延相结合(例如，在热轧过程中)。在一些示例中，干燥步骤908包括加热形式和接近和离开电极的能量传输形式(例如，对流、传导、辐射)，以加快干燥过程。在一些示例中，压延被另一压缩、压制或压实过程代替。在一些示例中，可以通过将组合的第一层和第二层压制在衬底上以压延电极，使得电极密度以不均匀的方式提高，其中第一层具有第一孔隙率，第二层具有较低的第二孔隙率。

图14示出了经受压延过程的电极，其中第二层1306(AKA分隔层)中的颗粒可以与第一层1304(AKA活性材料层)一起压延。这可以防止在电极上，特别是在活性材料层上形成“结壳”。辊1310可以向完全组装的电极1300施加压力。电极1300可以包括施加至衬底腹板1302上的第一层1304和第二层1306。压延之前，第一层1304可以具有第一未压缩厚度1312，第二层1306可以具有第二未压缩厚度1314。在电极被压延之后，第一层1304可以具有第一压缩厚度1316，第二层1306可以具有第二压缩厚度1318。在一些实施方案中，第二层1306可以比第一层1304具有更大的抗致密化性和更低的可压缩性。在一定程度的致密化之后，分隔层对体积压缩具有更高的耐受性，这会使载荷转移至下方的更易压缩的电极层。这一过程可以有效地使电极变得致密而不使分隔层过度致密化。

F、说明性电极制造系统

转到图15，现在将描述与方法900一起使用的说明性制造系统1400。在一些示例中，可使用具有至少两个流体槽、流体腔、流体管线和流体泵的槽压模涂覆头来制造以活性材料层和集成分隔层(AKA分隔体涂层)为特征的电池电极。在一些示例中，可以使用另外的腔来产生另外的活性材料层(例如，在包括两个活性材料层和一个集成分隔层的电化学电池中)。

在系统1400中，箔衬底1402由旋转的背衬辊1404传输通过固定的分配器装置1406。分配器装置1406可以包括被配置为将一层或多层浆料均匀地涂覆至衬底上的任何合适的分配器。在一些示例中，当分配器头移动时，衬底可以保持静止。在一些示例中，两者都可以移动。分配器装置1406可以包括例如双室槽压模涂覆装置，其具有带有两个孔口1410和1412的涂覆头1408。浆料输送系统可以在压力下将两种不同的浆料供应至涂覆头。由于背衬辊1404的旋转特性，离开下部孔口或槽1410的材料将在离开上孔口或槽1412的材料之前接触衬底1402。因此，第一层1414将被施加至衬底，并且第二层1416将被施加至第一层的顶部。在本公开中，第一层1414可以是电极的活性材料层，而第二层可以是分隔层。

如上所述，可以使用双槽构造执行制造方法900，以同时挤出电极材料层和分隔层，或者使用具有三个或更多分配孔口的多槽构造同时挤出具有集成分隔层的多层电极。在一些实施方案中，制造系统1400可以包括三槽构造，使得第一活性材料层、第二活性材料层和分隔层可以全部同时被挤出。在另一实施方案中，可以在电极(单层的或多层的)先干燥之后再施加分隔层。

G.说明性电化学电池制造方法

本章节描述了用于制造包括集成陶瓷分隔体的电化学电池的说明性方法1500的步骤，见图16。上述包括集成陶瓷分隔体的电极、包括集成陶瓷分隔体的电化学电池和/或用于制造包括集成陶瓷分隔体的电极的系统及方法的多个方面可以用于下文所描述的方法步骤中。在合适的情况下，可以参考在执行每个步骤时可以使用的部件和系统。这些参考仅用于说明，而不旨在限制实施该方法的任何特定步骤的可能方式。

图16是示出了在说明性方法中执行的步骤的流程图，并且可能未列举该方法的全部过程或所有步骤。尽管在下文描述并在图16中描绘了方法1500的多个步骤，但是这些步骤不必须全部执行，并且在某些情况下可以同时执行，或者以与所示顺序不同的顺序执行。

方法1500的步骤1502包括：提供用于电化学电池的阳极或负极。如上文方法900中所述，提供阳极可包括制造包括集成陶瓷分隔体的阳极。在一些示例中，提供阳极可以包括提供预先制造的阳极。在一些示例中，提供阳极包括压延阳极以产生陶瓷分隔层和/或活性层的平的上表面。

方法1500的步骤1504包括：可选地，在阳极的陶瓷分隔体上设置聚烯烃分隔体。聚烯烃分隔体可以与上述聚烯烃分隔体基本相同。在一些示例中，聚烯烃分隔体可包括热塑性聚烯烃，例如聚乙烯和/或聚丙烯。在一些示例中，聚烯烃分隔体的厚度可小于20μm。在一些示例中，聚烯烃分隔体的厚度可小于10μm。提供聚烯烃分隔体可以包括将聚烯烃分隔体放置在阴极和阳极之间，以便充当两个电极之间的附加分隔源并且实现热切断机制。在一些示例中，步骤1504包括将聚烯烃分隔体放置在阳极的上表面上。在一些示例中，省略步骤1504以产生与包括聚烯烃分隔体的电化学电池相比具有低阻抗的电化学电池。

方法1500的步骤1506包括：提供用于电化学电池的阴极或正极。如上文方法900中所述，提供阴极可包括制造包括集成陶瓷分隔体的阴极。在一些示例中，提供阴极可以包括提供预先制造的阴极。在一些示例中，提供阴极包括压延阴极以产生陶瓷分隔层和/或活性层的平的下表面。

如上所述，步骤1502中提供的阳极和步骤1506中提供的阴极中的一者或两者为包括集成陶瓷分隔体的电极。阳极或阴极可以和单层电极200或多层电极300基本相同。在一些示例中，阳极和阴极中的一者可以不包括集成陶瓷分隔体。在一些示例中，阳极和阴极中的至少一者可以是多层电极。

提供阴极还可以包括将阴极放置在阳极的上表面上，反之亦然。在一些示例中，阴极可以如此放置以使得阴极中包括的陶瓷分隔层与阳极中包括的陶瓷分隔层接触。在一些示例中，阴极可以如此放置以使得阴极中包括的陶瓷分隔层与阳极活性材料复合物的上表面接触。在一些示例中，阴极可以如此放置以使得阴极活性材料复合物的下表面与阴极中包括的陶瓷分隔层接触。在一些示例中，提供阴极可以包括将阴极放置在聚烯烃分隔体的上表面上，以使得聚烯烃分隔体设置在阴极和阳极之间。

方法1500的步骤1508包括：可选地，压延或压缩包括多个堆叠电极和/或电化学电池的堆叠电池。在一些示例中，可以重复步骤1502和1506以产生堆叠的电化学电池，例如上述的电池堆叠体800。压延或压缩电池可包括使用辊来压延电池(如图14所示)，使用压力机施加压力，和/或用于在整个电池堆叠体上施加压缩力的任何合适的方法。这样可以在电池内实现所期望的致密化程度，从而提升电池阻抗特性。压缩包括直接相邻的陶瓷分隔层的电池堆叠体可以使各层变得不可区分，进一步改善电池阻抗。

方法1500的步骤1510包括：可选地，包装电化学电池。包装电化学电池可包括：将电池插入至罐中(针对卷绕电池)；将电池插入至袋中(针对袋式电池)；和/或用于包装例如锂离子电池的电化学电池的任何其他合适的方法。

在一些示例中，制造根据本公开的电化学电池的说明性方法包括：制造第一电极，其中制造第一电极包括在第一集流体衬底上层铺第一活性材料层，所述第一活性材料层包括多个第一活性材料颗粒。在所述第一活性材料层上层铺第一集成分隔层，所述第一集成分隔层包括多个第一陶瓷分隔颗粒，以使得在所述第一活性材料层和所述第一分隔层之间形成第一互联区域。所述第一互联区域包括所述第一活性材料层的第一指状物和所述第一集成分隔层的第二指状物的非平面互穿部。制造第二电极，包括在第二集流体衬底上层铺第二活性材料层，所述第二活性材料层包括多个第二活性材料颗粒。将所述第一电极放置在所述第二电极上，以使得所述第一集成分隔层与所述第二活性材料层相邻。

以下在相关段落中给出另一种说明性制造方法。上述制造系统和方法的多个方面可用于执行以下方法的步骤：

D0.一种制造电化学电池的方法，所述方法包括：

制造第一电极，其中制造所述第一电极包括：

在第一集流体衬底上层铺第一活性材料层，所述第一活性材料层包括多个第一活性材料颗粒；和

在所述第一活性材料层上层铺第一集成分隔层，所述第一集成分隔层包括多个第一陶瓷分隔颗粒，以使得在所述第一活性材料层和所述第一分隔层之间形成第一互联区域；

其中所述第一互联区域包括所述第一活性材料层的第一指状物和所述第一集成分隔层的第二指状物的非平面互穿部；和

制造第二电极，其中制造所述第二电极包括：

在第二集流体衬底上层铺第二活性材料层，所述第二活性材料层包括多个第二活性材料颗粒；以及

将所述第一电极放置在所述第二电极上，以使得所述第一集成分隔层与所述第二活性材料层相邻。

D1.根据D0所述的方法，还包括：将聚烯烃分隔体插入所述第一集成分隔层和所述第二活性材料层之间。

D2.根据D0或D1所述的方法，还包括：在所述第二活性材料层上层铺第二集成分隔层。

D3.根据D2所述的方法，其中所述第二集成分隔层包括多个第二陶瓷分隔颗粒。

D4.根据D2或D3所述的方法，还包括：压延所述电化学电池，以使得所述第一集成分隔层和所述第二集成分隔层融合并变得彼此不可区分。

D5.根据D0至D4中任一项所述的方法，还包括：包装所述电池。

H.具有集成分隔体的说明性电化学双层电池

图17、18及19描绘了包括具有集成分隔体的电极的电化学双层电池的示例。本文描述的电极和制造装置的多个方面可以用作以下描述的电化学双层电池的部件。以下描述的电化学双层电池可以作为电池堆叠体的示例，例如，上述电池堆叠体800。以下描述的电化学双层电池可以使用说明性方法1500的步骤，特别是如步骤1508所述的步骤，来制造。

图17描绘了堆叠电池配置1600的示例。双层电池1610可以由两个电极(例如，阳极1602和阴极1604)形成。阳极1602和阴极1604中的一者或两者可以为多层的，与图4中的电极300相似。视应用而定，多个双层电池可以配置为形成堆叠电池。在一些实施方案中，包括n个电极的电池中的第一个和最后一个电极可以为阳极1602。在堆叠电池形式1600中，阳极1602可以配置为比阴极1604的长度长出距离1606。距离1606可以使阳极1602的远端延伸得比阴极1604的远端更远。阳极所超出的长度可以有助于防止两个电极之间短路。在本示例中，阳极1602可包括集成分隔层1608。卷绕电池可以采用相似配置。对于卷绕电池来说，利用本文所述的任何方法形成单个双层电池，之后对该双层电池进行卷绕或卷轧。

图18示出了具有分别自双层电池1720中的阳极1702和阴极1704突出的接线片1710和1712的堆叠电池配置1700。阳极1702和阴极1704中的一者或两者可以为多层的，与图4中的电极300相似。在本示例中，接线片1710可自阳极1702突出，穿过电极层1705和分隔层1706。在接线片突出的电极远端的较厚分隔层1706可以防止阳极1702和阴极1704之间短路。

图19示出了具有分别自双层电池1820中的阳极1802和阴极1804突出的接线片1810和1812的堆叠电池配置1800。阳极1802和阴极1804中的一者或两者可以为多层的，与图4中的电极300相似。在本示例中，接线片1810可自阳极1802突出，穿过电极层1805和分隔层1806。在接线片突出的电极远端的较厚分隔层1806可以防止阳极1802和阴极1804之间短路。可以在阴极1804和电极远端的接线片1812上贴附胶带1814，进一步增强绝缘并防止阳极1802和阴极1804之间短路。

I.说明性组合和附加示例

本章节描述了具有集成陶瓷分隔体的电化学电池的另一些方面和特征，无限制地将这些特征呈现为一系列段落，为了清楚和高效，可用字母数字表示其中的一些或全部段落。这些段落中的每一个可以以任何合适的方式与一个或多个其他段落组合，和/或与本申请中其他地方的公开内容相结合。下面的某些段落明确地引用并进一步限定另一些段落，以无限制地提供一些合适组合的示例。

A0.一种电化学电池，包括：

第一电极，包括：

第一集流体衬底，

第一活性材料层，所述第一活性材料层设置(例如，层铺)在所述第一集流体衬底上，所述第一活性材料层包括多个第一活性材料颗粒，

第一集成分隔层，所述第一集成分隔层设置(例如，层铺)在所述第一活性材料层上，所述第一集成分隔层包括多个第一陶瓷分隔颗粒，

第一互联区域，所述第一互联区域设置在所述第一活性材料层和所述第一集成分隔层之间，并将所述第一活性材料层联接至所述第一集成分隔层，其中所述第一互联区域包括所述第一活性材料层的第一指状物和所述第一集成分隔层的第二指状物的非平面互穿部；以及

第二电极，包括：

第二集流体衬底，

第二活性材料层，所述第二活性材料层设置(例如，层铺)在所述第二集流体衬底上，所述第二活性材料层包括多个第二活性材料颗粒，

第二集成分隔层，所述第二集成分隔层设置(例如，层铺)在所述第二活性材料层上，所述第二集成分隔层包括多个第二陶瓷分隔颗粒，以及

第二互联区域，所述第二互联区域设置在所述第二活性材料层和所述第二集成分隔层之间，并将所述第二活性材料层联接至所述第二集成分隔层，其中所述第二互联区域包括所述第二活性材料层的第三指状物和所述第二集成分隔层的第四指状物的非平面互穿部；以及

聚烯烃分隔体，所述聚烯烃分隔体设置在所述第一陶瓷分隔层和所述第二陶瓷分隔层之间。

A1.根据A0所述的电化学电池，其中，所述聚烯烃分隔体包括聚乙烯。

A2.根据A0或A1所述的电化学电池，其中，所述聚烯烃分隔体包括聚丙烯。

A3.根据A0至A2中任一项所述的电化学电池，其中，所述聚烯烃分隔体的厚度小于10μm。

A4.根据A0至A3中任一项所述的电化学电池，其中，所述第一陶瓷分隔颗粒的平均质量中值直径为100nm至10μm。

A5.根据A0至A4中任一项所述的电化学电池，其中，所述第二陶瓷分隔颗粒的平均质量中值直径为100nm至10μm。

A6.根据A0至A5中任一项所述的电化学电池，其中，所述第一陶瓷分隔颗粒包括氧化铝。

A7.根据A0至A6中任一项所述的电化学电池，其中，所述第二陶瓷分隔颗粒包括氧化铝。

A8.根据A0至A7中任一项所述的电化学电池，其中，所述第一电极为阳极。

A9.根据A8所述的电化学电池，其中，所述第一集流体包含铜。

A10.根据A8或A9所述的电化学电池，其中，所述第二电极为阴极。

A11.根据A10所述的电化学电池，其中，所述第二集流体包含铝。

A12.根据A0至A11中任一项所述的电化学电池，其中，所述第一活性材料颗粒通过第一黏合剂黏附在一起。

A13.根据A0至A12中任一项所述的电化学电池，其中，所述第一陶瓷分隔颗粒通过第二黏合剂黏附在一起。

A14.根据A0至A13中任一项所述的电化学电池，其中，所述第二活性材料颗粒通过第三黏合剂黏附在一起。

A15.根据A0至A14中任一项所述的电化学电池，其中，所述第二陶瓷分隔颗粒通过第四黏合剂黏附在一起。

B0.一种电化学电池，包括：

第一电极，包括：

第一集流体衬底，

第一活性材料层，所述第一活性材料层设置(例如，层铺)在所述第一集流体衬底上，所述第一活性材料层包括多个第一活性材料颗粒，

第一集成分隔层，所述第一集成分隔层设置(例如，层铺)在所述第一活性材料层上，所述第一集成分隔层包括多个第一陶瓷分隔颗粒，以及

第一互联区域，所述第一互联区域设置在所述第一活性材料层和所述第一集成分隔层之间，并将所述第一活性材料层联接至所述第一集成分隔层，其中所述第一互联区域包括所述第一活性材料层的第一指状物和所述第一集成分隔层的第二指状物的非平面互穿部；

第二电极；以及

聚烯烃分隔体，所述聚烯烃分隔体设置在所述第一陶瓷分隔层和所述第二电极之间。B1.根据B0所述的电化学电池，其中，所述聚烯烃分隔体包括聚乙烯。

B2.根据B0或B1所述的电化学电池，其中，所述聚烯烃分隔体包括聚丙烯。

B3.根据B0至B2中任一项所述的电化学电池，其中，所述聚烯烃分隔体的厚度小于10μm。

B4.根据B0至B3中任一项所述的电化学电池，其中，所述第一陶瓷分隔颗粒的平均质量中值直径为100nm至10μm。

B5.根据B0至B4中任一项所述的电化学电池，其中，所述第一陶瓷分隔颗粒包括氧化铝。

B6.根据B0至B5中任一项所述的电化学电池，其中，所述第一电极为阳极。

B7.根据B6所述的电化学电池，其中，所述第一集流体包含铜。

B8.根据B6所述的电化学电池，其中，所述第二电极为阴极。

B9.根据B8所述的电化学电池，其中，所述第二集流体包含铝。

B10.根据B0至B5中任一项所述的电化学电池，其中，所述第一电极为阴极。

B11.根据B10所述的电化学电池，其中，所述第一集流体包含铝。

B12.根据B10所述的电化学电池，其中，所述第二电极为阳极。

B13.根据B12所述的电化学电池，其中，所述第二集流体包含铜。

B14.根据B0至B13中任一项所述的电化学电池，其中，所述第一活性材料颗粒通过第一黏合剂黏附在一起。

B15.根据B0至B14中任一项所述的电化学电池，其中，所述第一陶瓷分隔颗粒通过第二黏合剂黏附在一起。

B16.根据B0至B15中任一项所述的电化学电池，其中，所述第二活性材料颗粒通过第三黏合剂黏附在一起。

C0.一种电化学电池，包括：

第一电极，包括：

第一集流体衬底，

第一活性材料层，所述第一活性材料层设置(例如，层铺)在所述第一集流体衬底上，所述第一活性材料层包括多个第一活性材料颗粒，

第一集成分隔层，所述第一集成分隔层设置(例如，层铺)在所述第一活性材料层上，所述第一集成分隔层包括多个第一陶瓷分隔颗粒，以及

第一互联区域，所述第一互联区域设置在所述第一活性材料层和所述第一集成分隔层之间，并将所述第一活性材料层联接至所述第一集成分隔层，其中所述第一互联区域包括所述第一活性材料层的第一指状物和所述第一集成分隔层的第二指状物的非平面互穿部；以及

第二电极，包括：

第二集流体衬底，

第二活性材料层，所述第二活性材料层设置(例如，层铺)在所述第二集流体衬底上，所述第二活性材料层包括多个第二活性材料颗粒，

第二集成分隔层，所述第二集成分隔层设置(例如，层铺)在所述第二活性材料层上，所述第二集成分隔层包括多个第二陶瓷分隔颗粒，以及

第二互联区域，所述第二互联区域设置在所述第二活性材料层和所述第二集成分隔层之间，并将所述第二活性材料层联接至所述第二集成分隔层，其中所述第二互联区域包括所述第二活性材料层的第三指状物和所述第二集成分隔层的第四指状物的非平面互穿部；

其中所述第一集成分隔层与所述第二集成分隔层相邻且直接接触。

C1.根据C0所述的电化学电池，其中，所述第一陶瓷分隔颗粒的平均质量中值直径为100nm至10μm。

C2.根据C0或C1所述的电化学电池，其中，所述第二陶瓷分隔颗粒的平均质量中值直径为100nm至10μm。

C3.根据C0至C2中任一项所述的电化学电池，其中，所述第一陶瓷分隔颗粒包括氧化铝。

C4.根据C0至C3中任一项所述的电化学电池，其中，所述第二陶瓷分隔颗粒包括氧化铝。

C5.根据C0至C4中任一项所述的电化学电池，其中，所述第一电极为阳极。

C6.根据C5所述的电化学电池，其中，所述第一集流体包含铜。

C7.根据C5所述的电化学电池，其中，所述第二电极为阴极。

C8.根据C7所述的电化学电池，其中，所述第二集流体包含铝。

C9.根据C0至C8中任一项所述的电化学电池，其中，所述第一集成分隔层和所述第二集成分隔层配置为在所述电化学电池受到压延之后融合并变得彼此不可区分。

优点、特征和益处

本文所述的具有集成陶瓷分隔体的电化学电池的不同实施方案和示例提供了优于已知具有分隔体的电化学电池的诸多优点。例如，本文所述的说明性实施方案和示例在高于聚丙烯熔点的温度下提供了稳定性，因为陶瓷分隔层在正常电池工作温度下不易熔化。

另外，除其他益处外，与已知分隔体相比，本文所述的说明性实施方案和示例提供了更低的阻抗。本文所述的分隔体比具有切断机制的已知分隔体更薄，并且在电极和分隔体之间不具有结壳状表面层。

另外，除其他益处外，本文所述的说明性实施方案和示例有利于防止电池内发生短路，因为陶瓷层消除了收缩带来风险并且避免了锂枝晶的形成。

另外，除其他益处外，本文所述的说明性实施方案和示例提高了电池的稳定性，因为电极中活性材料层和陶瓷分隔体层之间的互穿指状物提供了坚固的界面。这些互穿的指状物还减小了电极-分隔体界面处的界面电阻。

另外，除其他益处外，本文所述的说明性实施方案和示例降低了制造成本，因为集成分隔层可以与一些电极同时制造，并且电池堆叠体可被同时压延。

没有已知的系统或装置可以实现这些功能。然而，并非本文描述的所有实施方案和示例都提供了相同的优点或相同程度的优点。

结论

上文阐述的公开内容可涵盖具有独立效用的多个不同的示例。尽管已经以其优选形式公开了每一个示例，但是本文公开和示出的其特定实施方案不应被认为是限制性的，因为可以进行多种变型。在本公开内使用的章节标题方面，此类标题仅用于组织目的。本公开的主题包括本文公开的多种要素、特征、功能和/或特性的所有新颖且非显而易见的组合和子组合。以下权利要求特别指出了被认为是新颖且非显而易见的某些组合和子组合。各特征、功能、要素和/或特性的其他组合和子组合可在要求本申请或相关申请优先权的申请中要求保护。这样的权利要求，无论在范围上与原始权利要求相比更宽、更窄、相同或不同，都被认为包括在本公开的主题内。

Claims (20)

1.一种电化学电池，包括：

第一电极，包括：

第一集流体衬底，

第一活性材料层，所述第一活性材料层层铺在所述第一集流体衬底上，所述第一活性材料层包括多个第一活性材料颗粒，

第一集成分隔层，所述第一集成分隔层层铺在所述第一活性材料层上，所述第一集成分隔层包括多个第一陶瓷分隔颗粒，以及

第一互联区域，所述第一互联区域设置在所述第一活性材料层和所述第一集成分隔层之间，并将所述第一活性材料层联接至所述第一集成分隔层，其中所述第一互联区域包括所述第一活性材料层的第一指状物和所述第一集成分隔层的第二指状物的非平面互穿部；

第二电极；以及

聚烯烃分隔体，所述聚烯烃分隔体设置在所述第一集成分隔层和所述第二电极之间。

2.根据权利要求1所述的电化学电池，其中，所述聚烯烃分隔体包括聚乙烯。

3.根据权利要求1所述的电化学电池，其中，所述聚烯烃分隔体包括聚丙烯。

4.根据权利要求1所述的电化学电池，其中，所述聚烯烃分隔体的厚度小于10μm。

5.根据权利要求1所述的电化学电池，其中，所述第一陶瓷分隔颗粒的平均质量中值直径为100nm至10μm。

6.根据权利要求1所述的电化学电池，其中，所述第一陶瓷分隔颗粒包括氧化铝。

7.根据权利要求1所述的电化学电池，其中，所述第一电极为阳极。

8.根据权利要求1所述的电化学电池，其中，所述第一电极为阴极。

9.一种电化学电池，包括：

第一电极，包括：

第一集流体衬底，

第一活性材料层，所述第一活性材料层设置在所述第一集流体衬底上，所述第一活性材料层包括多个第一活性材料颗粒，

第一集成分隔层，所述第一集成分隔层设置在所述第一活性材料层上，所述第一集成分隔层包括多个第一陶瓷分隔颗粒，以及

第一互联区域，所述第一互联区域设置在所述第一活性材料层和所述第一集成分隔层之间，并将所述第一活性材料层联接至所述第一集成分隔层，其中所述第一互联区域包括所述第一活性材料层的第一指状物和所述第一集成分隔层的第二指状物的非平面互穿部；以及

第二电极，包括：

第二集流体衬底，

第二活性材料层，所述第二活性材料层设置在所述第二集流体衬底上，所述第二活性材料层包括多个第二活性材料颗粒，

第二集成分隔层，所述第二集成分隔层设置在所述第二活性材料层上，所述第二集成分隔层包括多个第二陶瓷分隔颗粒，以及

第二互联区域，所述第二互联区域设置在所述第二活性材料层和所述第二集成分隔层之间，并将所述第二活性材料层联接至所述第二集成分隔层，其中所述第二互联区域包括所述第二活性材料层的第三指状物和所述第二集成分隔层的第四指状物的非平面互穿部；以及

聚烯烃分隔体，所述聚烯烃分隔体设置在所述第一集成分隔层和所述第二集成分隔层之间。

10.根据权利要求9所述的电化学电池，其中，所述聚烯烃分隔体包括聚乙烯。

11.根据权利要求9所述的电化学电池，其中，所述聚烯烃分隔体包括聚丙烯。

12.根据权利要求9所述的电化学电池，其中，所述聚烯烃分隔体的厚度小于10μm。

13.根据权利要求9所述的电化学电池，其中，所述第一陶瓷分隔颗粒的平均直径为100nm至10μm。

14.根据权利要求9所述的电化学电池，其中，所述第二陶瓷分隔颗粒的平均直径为100nm至10μm。

15.一种电化学电池，包括：

第一电极，包括：

第一集流体衬底，

第一活性材料层，所述第一活性材料层设置在所述第一集流体衬底上，所述第一活性材料层包括多个第一活性材料颗粒，

第一集成分隔层，所述第一集成分隔层设置在所述第一活性材料层上，所述第一集成分隔层包括多个第一陶瓷分隔颗粒，以及

第一互联区域，所述第一互联区域设置在所述第一活性材料层和所述第一集成分隔层之间，并将所述第一活性材料层联接至所述第一集成分隔层，其中所述第一互联区域包括所述第一活性材料层的第一指状物和所述第一集成分隔层的第二指状物的非平面互穿部；以及

第二电极，包括：

第二集流体衬底，

第二活性材料层，所述第二活性材料层设置在所述第二集流体衬底上，所述第二活性材料层包括多个第二活性材料颗粒，

第二集成分隔层，所述第二集成分隔层设置在所述第二活性材料层上，所述第二集成分隔层包括多个第二陶瓷分隔颗粒，以及

第二互联区域，所述第二互联区域设置在所述第二活性材料层和所述第二集成分隔层之间，并将所述第二活性材料层联接至所述第二集成分隔层，其中所述第二互联区域包括所述第二活性材料层的第三指状物和所述第二集成分隔层的第四指状物的非平面互穿部；

其中所述第一集成分隔层与所述第二集成分隔层相邻且直接接触。

16.根据权利要求15所述的电化学电池，其中，所述第一陶瓷分隔颗粒的平均直径为100nm至10μm。

17.根据权利要求15所述的电化学电池，其中，所述第二陶瓷分隔颗粒的平均直径为100nm至10μm。

18.根据权利要求15所述的电化学电池，其中，所述第一陶瓷分隔颗粒包括氧化铝。

19.根据权利要求15所述的电化学电池，其中，所述第二陶瓷分隔颗粒包括氧化铝。

20.根据权利要求15所述的电化学电池，其中，所述第一集成分隔层和所述第二集成分隔层配置为在所述电化学电池受到压延之后融合并变得彼此不可区分。

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