CN113196517A - 可用于平衡电池组件的功率和能量密度的活性材料 - Google Patents

Abstract

本公开涉及电池板，所述电池板可用于通过具有离散活性材料来优化电池组件的功率和能量密度。本公开涉及一种电池板，所述电池板具有：a)基板，所述基板具有与第二表面相对的第一表面；b)一种或多种活性材料，所述一种或多种活性材料设置在所述基板的所述第一表面、所述第二表面或所述第一表面和所述第二表面两者上；并且其中所述一种或多种活性材料包括两个或更多个离散活性材料区域。

Description

可用于平衡电池组件的功率和能量密度的活性材料

相关申请的交叉引用

本PCT申请要求2018年11月15日提交的美国临时申请号62/767,919的优先权权益，所述申请的全部内容以引用的方式并入本文。

技术领域

本公开总体上涉及可用于双极电池组件中的电池板和用于制备这种组件的方法。本公开通过提供优化电池组件的功率和能量密度的离散活性材料而可特别地适用于电池板的制备。

背景技术

双极电池通常要求位于电池板基板的表面上的活性材料。典型地，双极电池包括多个双极板和两个单极端板。双极板被布置成堆叠，使得一个板的阳极材料面向下一个板的阴极材料。在大多数组件中，存在位于相邻板之间的电池隔板，所述电池隔板允许电解质从阴极材料流动到阳极材料。在板之间的空间中设置电解质，所述电解质是允许电子和离子在阳极材料与阴极材料之间流动的材料。具有隔板的双极板的相邻表面和设置在板之间的电解质形成电化学电池单元，在所述电化学电池单元中，电子和离子在阳极材料与阴极材料之间交换。电池的结构被布置成使得由双极板形成的每个电池单元(即，电化学电池单元)被密封以防止电解质流出电池单元。

一般地，为了影响双极电池组件的能量密度和功率密度两者，可修改活性材料(例如，阴极材料和阳极材料)的四个变量。该四个变量包括：活性材料的类型、活性材料的量、活性材料的形状，以及活性材料与电解质的接近。

可选择活性材料的类型以优化更高的能量密度或更高的功率密度。示例性铅基活性材料包括一元铅、三元铅和四元铅。对于具有高能量密度的电池，可优选四元铅，而对于具有高功率密度的电池，可优选三元铅。作为一个示例，在起动照明点火(SLI)电池中，可利用三元铅来实现更高功率额定值，诸如冷转动起动安培(CCA)额定值。作为另一个示例，在深循环电池中，可利用四元铅来得到更高能量密度并实现长的深循环寿命。高功率电池(诸如SLI电池)可用于提供功率的短突发，而深循环电池可用于提供更长负载持续时间。例如，SLI电池可用来起动车辆发动机，而深循环电池可为车辆音频供电。有时，期望优化更高功率密度和更高能量密度两者，同时仍控制整个封装大小，但是已经发现，三元铅和四元铅的简单混合不会带来这两种性质。而是，酸扩散倾向于控制功率和能量两者，使得两者都不以高输出或足够长的持续时间呈现。平衡高功率和高能量密度两者在既要求高功率又要求高电荷接受能力的情况下可特别地有用，并且可能会能够在快速充电与放电事件之间自我均衡。例如，具有高功率和高能量密度两者的电池在起动-停车能量存储电池中可特别地有用，因为这些电池可在充电状况的恒定部分状态下操作。

活性材料的量和形状对于双极电池的性能也是关键的。传统地，使用涂糊装备将活性糊剂施加到铅合金板栅，当适当的金属板栅在皮带的支撑下经过下方时，该涂糊装备将糊剂泵送通过孔口。该过程被设计来将糊剂施加到板栅的厚度，以控制糊剂厚度和重量。可使用皮带式涂糊装备来将活性糊剂涂在双极板上。典型地，双极板被设计为平坦板。平坦双极板可经过安装有靴块的糊剂盒下方以控糊剂高度。典型地，首先施加正极活性材料，并且然后将双极板翻转并使其经过第二涂糊线下方以沉积负极活性材料。可使用皮带式涂糊装备对带有糊剂框架的双极板进行涂糊。可使用皮带式涂糊装备对带有糊剂框架的单极板进行涂糊。在双极板和/或单极板经过糊剂盒下方时，糊剂沉积到由该双极板和/或单极板的框架形成的凹坑中。可能需要向凹坑的底部添加垫片，以使双极板在该双极板经过糊剂盒下方时以高压力将糊剂泵送到双极板上时的挠曲最小化。可将双极板翻转，并且可将糊剂施加到在该板的负极侧面上的凹坑。在电池板经过盒下方时，双极板框架的前缘和后缘变为涂覆有薄糊剂层，所述薄糊剂层之后必须被移除，以最小化形成的电池在操作期间发生短路的机会。一些群体已经对有时由塑料制成的板栅进行涂糊，该板栅被设定大小以装配到双极板中或双极板上。通过这样做，避免了必须清洁框架前缘和后缘；然而，缺点是增大成本和减小能量密度。可用于这些过程的所得双极板的设计是没有突起部的平面表面，并且另外，任何平面特征都典型地与糊剂厚度一致。因此，需要二次清洁操作以确保不存在可能会干扰双极板的密封或由双极板形成的电池的操作的糊剂粉尘或膜。对于制造设置在电池板堆叠的端部处的单极板，这些过程也存在类似的问题。

发明内容

本公开涉及一种电池板，所述电池板包括：a)基板，所述基板具有与第二表面相对的第一表面；b)一种或多种活性材料，所述一种或多种活性材料设置在所述基板的所述第一表面、所述第二表面或所述第一表面和所述第二表面两者上；并且其中所述一种或多种活性材料包括两个或更多个离散活性材料区域。所述电池板可为一个或多个单极板、双极板、双极性板或它们的组合。所述两个或更多个离散活性材料区域在化学组成、密度、厚度、孔隙率、一个或多个其他物理性质或它们的组合方面可不同、相同或它们的组合。

本公开还涉及一种电池板，所述电池板包括：i)从基板的第一表面、第二表面或这两者延伸的一个或多个突出部，所述一个或多个突出部设置在活性材料内并且不延伸超过所述活性材料；以及ii)从所述基板延伸的一个或多个突出部，所述一个或多个突出部突出超过一种或多种活性材料的至少一部分，并且其中所述一个或多个突出部的超过所述一种或多种活性材料的表面基本上不含所述一种或多种活性材料或由所述一种或多种活性材料形成的粉尘；和/或iii)框架，所述框架围绕所述基板的周边，其中所述框架或其一部分在横向于其上沉积有所述活性材料的所述一个或多个表面的方向上突出超过所述一种或多种活性材料，并且基本上不含所述一种或多种活性材料或由所述一种或多种活性材料形成的所述粉尘；并且其中所述电池板适于形成电池组件中的一个或多个电化学电池单元的部分。

本公开还涉及一种电池组件，所述电池组件包括根据本文的教义的多个电池板。

本文公开的电池板可在电池组件中用于存储电力和产生电力以在各种环境中使用。在两个或更多个离散活性材料区域中使用一种或多种活性材料可允许为电池组件提供高功率密度和高能量密度两者。彼此离散的多种活性材料可允许电池组件自我均衡以提供快速充电和放电事件两者，同时还允许长持续时间的局部放电。

所述电池组件被设计为承受在操作期间产生的压力和热而不对制品的外侧表面造成过度损坏并使得液体电解质被包含在所述制品中。所公开的电池板和组件可使用常规的材料、过程来组装，基于可用的包装空间来适应于不同形状的空间，并且允许按比例缩放大小以递送不同水平的能量。所公开的电池板和方法允许在活性材料(例如，糊剂)或来自所述活性材料的粉尘不接触基板的一个或多个非平面结构的情况下制备电池板。所公开的电池板和方法的有利之处在于具有不含活性材料的非平面结构，以允许与一个或多个其他非平面结构形成密封而这两者之间没有活性材料。通过使非平面结构之间不含活性材料，防止液体电解质和/或气体的潜在泄漏路径，并且因此，避免电池组件的潜在短路。所述方法需要更少资金就能运行并允许更高吞吐量。特别地，用于将糊剂施加到表面的循环时间可为约2秒或更大、约15秒或更小、约10秒或更小或甚至约6秒或更小。

附图说明

图1示出了电池板的透视图；

图2示出了被部分地切除的图1的电池板的近视图；

图3示出了电池板的剖视图；

图4A示出了相邻的离散活性材料区域；

图4B示出了封闭且离散的活性材料区域；

图4C示出了非对称且离散的活性材料区域；

图4D示出了均匀地且散布的活性材料区域；

图4E示出了分层且偏移的离散活性材料区域；

图4F示出了织造的离散活性材料区域；

图5A示出了具有可移动板的模具；

图5B示出了将活性材料施加到转移片；

图5C示出了将活性材料施加到另一种活性材料；

图5D示出了将转移片和离散糊剂区域施加到基板以形成电池板；

图6是电池板的透视图；

图7是电池板的透视图；

图8示出了双极板的横截面；

图9示出了双极板的横截面；

图10示出了用于将糊剂转移到转移片上的模具的平面图；

图11示出了位于模具的可移动盘上的其上施加有糊剂的转移片的横截面；

图12示出了用于用模具制备电池板的过程；

图13是电池板堆叠的局部分解图；

图14是电池板堆叠的透视图；

图15示出了电池组件的横截面。

具体实施方式

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

电池板

本公开涉及可用于用作双极板、单极板、双极性板等或它们的任何组合的电池板。电池板可用作一个或多个电极，包括一种或多种电活性材料，作为电化学电池单元的部分，形成一个或多个密封结构的部分或它们的任何组合。多个电池板可起作用以在电池组件内传导电流(即，离子和电子流)。多个电池板可形成一个或多个电化学电池单元。例如，一对电池板(在该对电池板之间可具有隔板和/或电解质)可形成电化学电池单元。可选择所存在的电池板的数量以提供电池的期望电压。电池组件设计在可产生的电压方面提供灵活性。多个电池板可具有任何期望的横截面形状，并且该横截面形状可被设计成适配使用环境中可用的包装空间。横截面形状可指从片的面的角度来看的板的形状。灵活的横截面形状和大小允许所公开的组件的制备适应在其中利用电池的系统的电压和大小需要。相对的端板之间可夹置多个电池板。

一个或多个电池板可包括一个或多个双极板。一个或多个双极板可包括单个或多个双极板。如本文所使用的多个意指多于一个的板。双极板包括基板。基板可呈具有两个相对面的片的形式。阴极和阳极位于相对面上。阴极和阳极可呈施加到基板上的糊剂的形式。阴极、阳极或这两者可包括转移片。双极板可在电池组件中布置成一个或多个堆叠，使得一个双极板的阴极面向另一个双极板、双极性板或单极板的阳极，并且/或者每个双极板的阳极面向另一个双极板、双极性板或单极板的阴极。

一个或多个电池板可为一个或多个单极板。一个或多个单极板可包括单个或多个单极板。一个或多个单极板可包括位于多个电池板的每个相对端部处的单极板。相对的单极板可包括位于其间的一个或多个双极板。一个或多个单极板可位于一个或多个端板附近，可为一个或多个端板的部分，或者可为一个或多个端板。例如，单极板中的每一者可位于相邻端板与相邻双极板之间。一个或多个单极板可附接到一个或多个端板。一个或多个单极端板可附连到端板，如在美国专利号8,357,469；9,553,329；以及美国专利申请公布号2017/0077545中的任一者中所教导；所述文献出于所有目的全文以引用的方式并入本文。一个或多个单极端板可包括一个或多个加强结构，如在美国专利申请公布号2017/0077545中所公开。一个或多个单极板可由在双极板中的一个或多个中使用的相同基板、阳极和阴极制备。电池组件的一个单极板可具有其上设置有阴极的基板。电池组件的一个单极板可具有其上设置有阳极的基板。阴极、阳极或这两者可呈施加到基板上的糊剂的形式。阴极、阳极或这两者可包括转移片。单极板的与阳极或阴极相对和/或面向端板的表面或侧可为基板的裸露表面。

一个或多个电池板可包括一个或多个双极性板。双极性电池板可起作用以促进将一个或多个电池板堆叠与一个或多个其他电池板堆叠电连接、简化两个或更多个堆叠的制造和组装或这两者。使用双极性板堆叠将两个或更多个电池板堆叠电连接可允许将单独的电池板堆叠形成为标准大小(例如，一定数量的板和/或电化学电池单元)并且然后进行组装以形成双极电池组件；容易地改变单独的电池板堆叠的数量以增大或减小由双极电池组件产生的功率；或这两者。双极性板可包括一个或多个基板。一个或多个基板可包括单个基板或多个基板。一个或多个基板可包括一个或多个导电基板、一个或多个非导电基板或这两者的组合。多个导电基板可包括第一导电基板和第二导电基板。例如，双极性板可包括第一导电基板和第二导电基板，其中非导电基板位于该第一导电基板与该第二导电基板之间。作为另一个示例，双极性板可包括非导电基板。作为另一个示例，双极性板可包括单个导电基板。双极性板的一个或多个基板包括相对表面。相对表面可具有与该表面的一部分沉积在一起和/或与该部分接触的阳极、阴极、电流导体、集流体或它们的任何组合。双极性板的导电基板可具有沉积在一个表面上或两个相对表面上的阳极或阴极。在相对表面上具有相同的阳极或阴极可通过仅要求(例如，经由正极或负极电流导体)到一个或多个堆叠的另一个电流导体(例如，单极板的正极或负极电流导体或端子)的一个电连接来简化制造。双极性板的基板可具有设置在一个表面上或两个相对表面上的集流体。集流体可设置在阴极或阳极与基板的表面之间。示例性双极性板和到电池组件中的集成在美国专利号9,685,677；9,825,336；以及美国专利申请公布号2018/0053926中公开；所述文献出于所有目的全文以引用的方式并入本文。

一个或多个电池板可包括一个或多个非平面结构。非平面结构可意指电池板的表面的形状可为板可起作用的任何形状。非平面结构可为从电池板的平面部分突出和/或凹进到该平面部分中的任何特征。非平面结构可意指电池板可为非平面电池板。非平面结构可包括相对于穿过板的任何平面的一个或多个凹入表面和/或突起表面。一个或多个非平面结构可为规则或不规则的形状。该形状可包括一个或多个凹表面或凸表面。非平面结构中包括长方形、圆柱形、半球形、角锥形、锯齿形等。一个或多个非平面结构可包括一个或多个插入件、凸台、框架、突出部、开口、肋、波纹结构或它们的任何组合。一个或多个非平面结构可起作用以形成一个或多个密封件、通道或这两者。一个或多个非平面结构可为基板的部分。一个或多个非平面结构可起作用以增大基板、电池板或这两者的总表面积。例如，与具有相对平面的表面的基板相比，具有波纹表面的基板可具有更大表面积。更大表面积可允许增大的电压、电流或这两者。一个或多个非平面结构可在电池板的任何部分内。在电池板堆叠内，电池板的平面和/或非平面结构可相同，以便提供它们辅助形成的电化学电池单元的高效运行。多个电池板可包括一个或多个单极板、一个或多个双极板或它们的任何组合。

一个或多个电池板包括一个或多个基板。一个或多个基板可起作用以：为阴极和/或阳极提供结构支撑；作为电池单元分隔，以便防止电解质在相邻电化学电池单元之间流动；与其他电池部件协作以围绕电池板边缘形成不透电解质的密封，所述其他电池部件可在电池的外侧表面上；以及在一些实施方案中，将电子从一个表面传输到另一个表面。取决于功能或电池化学成分，基板可由多种材料形成。基板可由以下材料形成：所述材料在结构上足够地稳固以提供期望的电池板的主干，承受超出电池构造中使用的任何导电材料的熔点的温度，并且在与电解质(例如，硫酸溶液)接触期间具有高化学稳定性，使得基板在与电解质接触时不降解。基板可由合适的材料形成，并且/或者以准许将电力从基板的一个表面传输到相对基板表面的方式配置。基板可由导电材料(例如，金属材料)形成，或者可由非导电材料形成。示例性非导电材料可包括聚合物，诸如热固性聚合物、弹性体聚合物或热塑性聚合物，或它们的任何组合。基板可包括大体上非导电的基板(例如，电介质基板)。非导电基板可具有构造在其中或其上的导电特征。可采用的聚合物材料的示例包括聚酰胺、聚酯、聚苯乙烯、聚乙烯(包括聚对苯二甲酸乙二醇酯、高密度聚乙烯和低密度聚乙烯)、聚碳酸酯(PC)、聚丙烯、聚氯乙烯、生物基塑料/生物聚合物(例如，聚乳酸)、硅树脂、丙烯腈丁二烯苯乙烯(ABS)或它们的任何组合(诸如PC/ABS(聚碳酸酯和丙烯腈丁二烯苯乙烯的共混物))。可利用复合材料基板。复合材料可包含加强材料，诸如本领域中通常已知的纤维或填料；两种不同的聚合物材料，诸如热固性芯和热塑性壳，或者围绕热固性聚合物的周边的热塑性边缘；或者设置在非导电聚合物中的导电材料。基板可在板的边缘处包括或具有可结合的、优选地可熔融结合的热塑性材料。一个或多个基板可具有一个或多个非平面结构。一个或多个非平面结构可与基板成一体或附连到基板。一个或多个非平面结构可被模制为基板的部分。一个或多个非平面结构可包括一个或多个凸起边缘、框架、插入件、突起部、突出部、开口等或它们的任何组合。

一个或多个基板可具有围绕周边的凸起边缘，以便促进电池板的堆叠和电化学电池单元的形成。如在本上下文中所使用的凸起边缘意指在板的两个相对表面中的至少一者上的凸起边缘。凸起边缘可包括围绕另一种基板材料形成的热塑性边缘部分。凸起边缘可用作分隔板，如本文所描述。基板或基板的周边可为非导电材料并可为热塑性材料。一个或多个基板可包括框架。框架可包括或被认为是凸起边缘，或者可不包括或被认为是凸起边缘。围绕基板或集成到基板上的框架可由非导电材料(诸如热塑性材料)构成。非导电材料的使用增强了在电池堆叠外侧的密封。框架可包括形成在其中的一个或多个组装辅助件。当进行堆叠以形成电池组件时，组装辅助件可起作用以帮助将一个或多个基板、隔板或这两者对准并保持在适当位置。组装辅助件可包括一个或多个突出部、凹入部或这两者。例如，来自框架的一个表面的一个或多个凸形突出部可与相邻基板和/或隔板的框架的一个或多个凹形凹陷部对准并座置在其内。框架的一个或多个凹形凹陷部可位于框架的与一个或多个凸形突出部相对的表面上。

电池板中的一个或多个可包括一种或多种活性材料。一种或多种活性材料可用作电池板的阴极、阳极或这两者。一种或多种活性材料可为电池中通常用作阳极、阴极或这两者的任何形式。双极板可具有在表面上用作阴极的一种或多种活性材料和在相对表面上用作阳极的一种或多种活性材料。单极板可具有在表面上用作阴极或阳极的一种或多种活性材料，而相对表面既没有阳极也没有阴极。双极性板可具有在表面上用作阴极或阳极的一种或多种活性材料，而一种或多种类似的活性材料在相对表面上也用作阴极或阳极。一个电池板的阴极可与另一个电池板的阳极相对。阴极可称为一种或多种正极活性材料(PAM)。阳极可称为一种或多种负极活性材料(NAM)。一种或多种活性材料可包括促进与同一电化学电池单元的电解质、相对的一种或多种活性材料或这两者的电化学反应的任何合适的活性材料。可选择一种或多种活性材料以与电解质进行还原和/或氧化反应。

一种或多种活性材料可包括二次电池中典型地使用的一种或多种材料，包括铅酸、锂离子和/或镍金属氢化物电池。一种或多种活性材料可包括锂、铅、碳或过渡金属的复合氧化物、硫酸盐化合物或磷酸盐化合物。复合氧化物的示例包括Li/Co基复合氧化物(诸如LiCoCk)、Li/Ni基复合氧化物(诸如LiNiCk)、Li/Mn基复合氧化物(诸如尖晶石LiMn2O4)和Li/Fe基复合氧化物(诸如LiFeCb)。过渡金属和锂的示例性磷酸盐和硫化合物包括LiFeP04、V2O5、MnCh、T1S2、M0S2、M0O3、Pb02、AgO、NiOOH等。例如，在铅酸电池中，一种或多种活性材料可为或可包括二氧化铅(PbCh)、三元铅氧化物(3PbO)、三元铅硫酸盐(3PbO·3PbSC>4)、四元铅氧化物(4PbO)、四元铅硫酸盐(4PbO·4PbSC>4)或它们的任何组合。一种或多种活性材料可为允许一种或多种活性材料用作电化学电池单元的阴极、阳极或这两者的任何形式。示例性形式包括成型件、呈糊剂的形式、预制片或膜、海绵或它们的任何组合。例如，一种或多种活性材料可包括海绵铅。海绵铅可因其多孔性而是有用的。

活性材料中的一种或多种可为多孔的。多孔性在提供增大的表面积方面可为有利的。更大的表面积可减小离子行进的距离，由此增大一种或多种活性材料的功率和能量密度。一种或多种活性材料与一种或多种其他活性材料相比可具有更低、大致相等或更高的孔隙表面积。孔隙表面积可为约0.05m²/g或更大、约1m²/g、约1.5m²/g或更大或甚至约2m²/g或更大。孔隙表面积可为约20m²/g或更小、约15m²/g或更小、约10m²/g或更小或甚至约9m²/g或更小。一种或多种活性材料、一个或多个离散活性材料区域或这两者的孔隙表面积可与一种或多种其他活性材料、离散活性材料区域或这两者的孔隙表面积不同。一种活性材料、离散活性材料区域(例如，第一)或这两者的孔隙表面积可高于另一种活性材料、离散活性材料区域(例如，第二)或这两者的孔隙表面积。例如，第一离散活性材料区域(例如，更高功率)的孔隙表面积可为约8m²/g至约9m²/g。例如，第二离散活性材料区域(例如，更高能量)的孔隙表面积可为约2m²/g或更大至约3m²/g或更大。

电化学电池单元的阳极或阴极中的至少一者的一种或多种活性材料的糊剂形式可为特别地有利的，因为其可允许容易地施加多种活性材料、形成非平面形状、适应非平面基板、容易地使一种活性材料与另一种活性材料区别开、允许一种或多种非活性材料位于其中或它们的任何组合。一种或多种活性材料可具有一种或多种具有低密度糊剂、高密度糊剂或这两者的材料。

高密度可允许将一种或多种活性材料设置在一个或多个基板、转移层、一种或多种其他活性材料或它们的任何组合上。高密度可允许将一种活性材料设置在另一种活性材料上、在其附近或甚至与其间隔开，同时维持活性材料彼此离散。高密度可包括约3.0g/cc或更大、约3.5g/cc或更大或甚至约3.7g/cc或更大的密度。高密度可包括约5g/cc或更小、约4.5g/cc或更小或甚至约4.1g/cc或更小的密度。例如，高密度可包括约3.7g/cc或更大至约4.1g/cc或更小的密度。低密度可包括约2.0g/cc或更大、约2.5g/cc或更大或甚至约2.6g/cc或更大的密度。低度可包括约3.5g/cc或更小、约3.0g/cc或更小或甚至约2.9g/cc或更小的密度。例如，低密度可包括约2.6g/cc或更大至约2.9g/cc或更小的密度。

一种或多种活性材料可包括一种或多种添加剂，该一种或多种添加剂在提供或改善加强、稳定性、导电性或它们的组合方面可为有益的。一种或多种添加剂可包括用于改善的加强的絮状物或玻璃纤维。一种或多种添加剂可包括用于糊剂稳定性的各种利加诺有机(ligano-organic)化合物。一种或多种添加剂可为一种或多种导电添加剂。一种或多种导电添加剂可改善导电性。一种或多种导电添加剂可包括碳、纳米碳、纳米氧化硅、纳米氧化钛、纳米聚合物等或它们的组合。可选择被选择用于阳极和阴极中的一种或多种活性材料，以便一旦形成包括电化学电池单元的电路就一起协作来充当电化学电池单元。

一种或多种活性材料可包括多种活性材料。多种活性材料可彼此、与电解质或这两者协作，以平衡和/或优化电池组件的功率和能量输出。多种活性材料可与其他活性材料中的一者或多者相同或不同。可选择多种活性材料，使得电池组件能够在一时间段内提供大量功率，同时还能够在另一个更长的持续时间内提供高能量输出。多种活性材料可为离散的或彼此混合，或它们的组合。彼此离散的多种活性材料可形成为两个或更多个离散活性材料区域。同一电池板的一种或多种活性材料可与电解质接触，而另一种活性材料与电解质间隔开。同一电池板的多种活性材料可与电解质和基板两者接触。一种或多种活性材料可为另一种不同的活性材料与电解质之间的屏障。例如，具有三元铅硫酸盐的活性材料可位于电解质与具有四元铅硫酸盐的活性材料之间(例如，三元铅硫酸盐更靠近或接触电解质，而四元铅硫酸盐更靠近或接触基板)。

为了提供高能量和高功率密度两者，可选择多种活性材料，使得一种活性材料比另一种活性材料与电解质更快地反应。例如，在四元铅硫酸盐与电解质之间的三元铅硫酸盐可首先与电解质反应(例如，氧化)。在一种活性材料与电解质之间的第一反应可提供快速高功率输出，而在另一种活性材料与电解质之间的第二稍后反应可提供长持续时间的更高能量输出。使三元铅硫酸盐首先与电解质反应的一个优点是三元铅硫酸盐可逐渐地将硫酸盐废弃为四元铅硫酸盐，所述四元铅硫酸盐可部分地再生电化学电池单元的高功率容量而无需对电池组件再充电。使三元铅硫酸盐首先与电解质反应的另一个优点是在三元铅硫酸盐完成其与电解质的氧化反应以提供快速初始电荷接受能力之前，该三元铅硫酸盐可提供高电荷接受能力。

一种或多种活性材料可包括两个或更多个离散活性材料区域。两个或更多个离散活性材料区域可起作用以在不同的时间、按不同的速率或这两者与电解质反应，以产生向负载输出的功率和能量的差异。一个或多个离散活性材料区域可包括与一个或多个其他离散活性材料区域的一种或多种活性材料基本上相同或不同的一种或多种活性材料。一个离散活性材料区域可首先、更快或这两者与电解质反应(例如，氧化还原)，以在负载起动时提供高功率输出。提供高功率输出的离散活性材料区域可为高功率糊剂。另一个离散活性材料区域可其次、更慢或这两者与电解质反应(例如，氧化还原)，以在负载持续使用期间提供更高能量、更长持续时间的输出。提供高能量输出的离散活性材料可为高能量糊剂。例如，第一离散活性材料区域可包括三元铅氧化物和/或三元铅硫酸盐，并且第二离散活性材料区域可包括四元铅氧化物和/或四元铅硫酸盐。可选的示例包括具有高表面积与低密度的第一离散活性材料区域和具有更低表面能量与更高密度的第二离散活性材料区域。一个离散活性区域的一种或多种活性材料可与另一个离散活性区域的一种或多种其他活性材料接触、相邻、连续、不连续、间隔开或它们的组合。连续可为在一个离散活性区域的一种或多种活性材料与另一个离散活性区域的一种或多种活性材料之间不存在间隙。不连续可意指在一个离散活性区域的一种或多种活性材料与另一个离散活性区域的一种或多种活性材料之间存在一个或多个间隙，使得离散活性区域被分隔。一个或多个非活性层可分隔两种或更多种活性材料，使得它们保持离散。一个或多个离散活性区域可与共享电化学电池单元的一个或多个其他离散活性区域、非活性层、基板、电解质或它们的组合接触或间隔开。一个或多个离散活性区域可具有与同一电池板的一个或多个其他离散活性区域类似、不同、互补或它们的组合的形状、大小、配置或它们的组合。例如，平行于基板的表面截取的多种活性材料的横截面可将活性材料的一个离散活性区域显示为多个圆圈，而另一种活性材料的另一个离散活性区域可围成多个正方形，同时还具有与在基板的内周边内限定的形状类似的外周边，诸如大致正方形。两个或更多个离散活性区域可相对于彼此和基板分层。两个或更多个离散活性区域可以重复出现的模式放置在基板上，或者可随机地位于基板上。两个或更多个离散活性区域可相对于另一个离散活性区域基本上对称或非对称。一个或多个离散活性区域的一种或多种活性材料的体积可基本上小于、等于或大于另一个离散活性区域的一种或多种活性材料的体积。

一种或多种活性材料(单独地或作为多者)可具有任何期望的形状或厚度。一种或多种活性材料可具有与可设置一种或多种活性材料的基板、转移片、一种或多种其他活性材料或它们的组合匹配、非匹配、互补和/或非互补的形状。一种或多种活性材料可具有与基板、转移片、一种或多种其他活性材料或它们的组合类似地形成的非平面结构。一种或多种活性材料可具有与基板不同的形状。一种或多种活性材料可具有形成在其中的一个或多个凹入部、突起部、突出部、开口、肋、波纹结构或它们的组合，该一个或多个凹入部、突起部、突出部、开口、肋、波纹结构或它们的组合与其上设置有一种或多种活性材料的基板、转移片、另一种或多种活性材料或它们的组合的一个或多个凹入部、突起部、突出部、开口、肋、波纹结构或它们的组合匹配或对准。一种或多种形状(例如，突出部、开口、肋、波纹结构等)可在位于转移片上时和在施加到基板、集流体等之前形成在一种或多种活性材料上。形成可包括压花、压印、模制、在涂糊时通过改变材料厚度直接地形成等，或它们的任何组合。一种或多种活性材料的一个表面可与基板、转移片、其他活性材料或它们的组合互补，而相对表面是非互补的。一种或多种活性材料的一个表面可与基板、转移片、一种或多种其他活性材料或它们的组合互补，而一种或多种活性材料的相对表面与另一个转移片、基板、一种或多种其他活性材料或它们的组合互补。例如，设置在基板上的一种或多种活性材料的表面可与基板的表面互补，而设置在转移片上的相同的一种或多种活性材料的表面可与转移板的表面互补。一种或多种活性材料可与用于电池板的同一阳极或阴极的一种或多种其他活性材料离散。为了离散，一种或多种活性材料可与一种或多种其他活性材料分层。分层可相对于其上设置有一个或多个活性层的基板的表面。分层可相对于基板的表面基本上平行、垂直或在其之间成任何角度。为了离散，一个或多个活性层可至少部分地或甚至完全地位于一个或多个其他活性层内。例如，第一活性层可被第二活性层基本上包封或环绕。为了离散，多个活性层可诸如在基板的整个表面上均匀地或非均匀地分布。一种或多种活性材料可具有适合与一种或多种其他活性材料协作的任何形状。一个或多个形状可包括点、立方体、堆、网格形状等或它们的任何组合。一个或多个形状可在一种或多种活性材料的涂糊过程期间形成。

一种或多种活性材料(单独地或作为多者)可在每种活性材料上具有相同厚度，或者厚度可变化。一种或多种活性材料可具有约0.3mm或更大、约0.5mm或更大或甚至约1mm或更大的厚度。一种或多种活性材料可具有约3mm或更小、约2mm或更小或甚至约1.5mm或更小的厚度。设置在基板的一个表面与转移片、隔板和/或电解质的表面之间的一种或多种活性材料的层的厚度可为均匀的或可根据特定电池组件的需要而变化。在一种或多种活性材料的整个层上的厚度可相差约0％或更大、约25％或更大或甚至约50％或更大。在一种或多种活性材料的整个层上的厚度可相差约90％或更小、约80％或更小或甚至约75％或更小。一个或多个活性材料区域可具有与一个或多个其他活性材料区域相同或不同的厚度。一个或多个活性材料区域可具有比一个或多个其他活性材料区域大了约+/-0％或更大、约+/-10％或更大或甚至约+/-25％或更大的厚度。一个或多个活性材料区域可具有比一个或多个活性材料区域小了约+/-100％或更小、约+/-90％或更小或甚至约+/-75％或更小的厚度。

一个或多个电池板可包括一个或多个非活性层。一个或多个非活性层可用以将一种或多种活性材料与一种或多种其他活性材料分隔，使得它们可保持离散。一个或多个非活性层可为适合于用作一个或多个转移片、隔板或这两者的相同或类似的材料。一个或多个非活性层可包括电解质吸附材料。例如，一个或多个非活性层可为吸附玻璃毡。一个或多个非活性层可包括电解质。电解质可与位于同一电化学电池单元的阳极和阴极之间的电解质相同或不同。位于电化学电池单元的相同阳极或阴极的一种或多种活性材料之间的电解质可允许在电化学电池单元内提供附加容量、维持低内电阻、提供短扩散距离或它们的组合。一个或多个非活性层在一种或多种活性材料的一个或多个表面上和/或在其之间可为连续的、不连续的或这两者。如果活性层是不连续的，则可提供连接不连续层的电路径。电路径可包括一个或多个导电发射器。一个或多个导电发射器可包括一个或多个导电销、棒、焊盘、板栅、集流体等或它们的组合。一个或多个导电发射器可用于将不连续活性层电连接。

一个或多个电池板可包括一个或多个转移片。转移片可用以限定负极活性材料(例如，阳极)或正极活性材料(例如，阴极)的一个表面，诸如当在模具中形成时；促进将负极活性材料或正极活性材料从模具转移到基板的表面；或这两者。转移片可设置在一种或多种活性材料(诸如一种或多种负极活性材料或正极活性材料)的表面上。转移片可设置在负极活性材料或正极活性材料的与接触基板的表面相对的表面上。转移片可基本上覆盖负极活性材料或正极活性材料的表面。负极活性材料或正极活性材料的与转移片相对的表面可与基板接触。转移片可具有适合于与模具、基板、正极活性材料、负极活性材料或它们的组合协作的任何合适的形状。转移片可为平面的、非平面的或这两者。转移片可包括一个或多个非平面结构。非平面结构可为突起部、突出部、凹入部、开口、肋、波纹结构、栅格结构(例如，板栅)或它们的组合。一个或多个非平面结构可被形成为与基板的那些非平面结构互补或非互补。转移片可包括一个或多个开口。一个或多个开口可与基板的一个或多个开口对准。开口可与关于基板描述的那些开口共享相同的特征中的一个或多个。一个或多个非平面结构可与基板的那些非平面结构非互补。例如，转移片可具有波纹结构，而基板是大体上平面的。波纹结构可允许施加在转移片上的正极活性材料或负极活性材料的表面具有互补波纹结构，而相对表面是基本上平面的并与基板一致。当呈在模具中形成的形状的负极活性材料或正极活性材料转移到基板时，负极活性材料或正极活性材料在一个表面上结合到基板并在相对表面上结合到转移片。负极活性材料层或正极活性材料层可为基板的一个表面与转移片的表面之间的相对薄的层。因此，此类层的边缘相对薄并可由所形成的结构保护。例如，负极活性材料、正极活性材料、转移片或它们的任何组合的边缘可由电池板、基板或这两者的框架保护。

转移片可由一种或多种材料制备。一种或多种材料可用以抵抗腐蚀、允许离子从阳极转移到阴极和/或反之亦然，或它们的任何组合。转移片可由在存在电解质的情况下可能不会降解的任何材料制备。电解质(诸如硫酸)可相当有腐蚀性。转移片可包括任何这样的材料：可承受暴露于电解质；可从模座剥离并结合到负极活性材料和正极活性材料；防止正极活性材料和负极活性材料穿其而过；以及可形成期望的孔隙。转移片可由连续、不连续、织造、非织造或它们的组合的结构形成。此类结构的示例包括吸附玻璃毡、稀松布、涂糊纸、纤维素等。转移片可由玻璃或聚合物材料制备。可用的聚合物材料可为聚酯、聚烯烃、天然或合成橡胶、天然纤维素、合成纤维素等。可用于制备转移片的示例性材料包括聚乙烯隔板、多孔橡胶隔板或这两者。合适的聚乙烯隔板可包括来自Entek的RhinoHide和各种Daramic材料。合适的多孔橡胶隔板可为来自Amerace、AGM、Hollingworth&Vose等的那些多孔橡胶隔板。转移片可具有任何这样的厚度：用以将活性材料保持在适当位置、允许从模具转移到基板、允许电解质和离子穿其而过进行转移，或它们的任何组合。转移片的厚度可为约10pm或更大、约250pm或更大或甚至约500pm或更大。转移片的厚度可为约4mm或更小、约2mm或更小或甚至约1mm或更小。

一个或多个转移片可为多孔的。多孔材料可有利于允许包含离子的电解质穿过转移片。通过允许电解质穿过，转移片作为电化学电池单元的部分协作以允许阳极和阴极用来共同地产生电子。孔隙可具有合适的大小，使得转移糊剂不穿过转移片。转移片的孔隙可通过提供期望的孔隙大小的任何手段形成。期望的孔隙大小可在微米范围内。转移片的孔隙的孔隙大小可为约35微米或更大、约150微米或更大、约250微米或更大，或甚至约500微米或更大。转移片的孔隙的孔隙大小可为约2,000微米或更小、约1,500微米或更小、约1,000微米或更小，或甚至约800微米或更小。转移片可由经处理以引入孔隙的合适的材料片形成。引入孔隙的过程可包括化学成孔剂、冲压、钻孔等。

在表面上具有负极活性材料或正极活性材料的双极板、单极板和/或双极性板可具有结合到活性材料的转移片。活性材料可指电活性材料、阴极、阳极、结合到阴极或阳极的转移片或它们的任何组合。在组装电池板和电池组件之前，转移片可用以保护活性材料、支持活性材料从模具转移到基板、允许一个或多个非平面结构在活性材料内形成，或它们的任何组合。一旦电池板被组装为电池组件的部分，一个或多个转移片就可驻留在一个或多个电化学电池单元内。一个或多个转移片可结合或代替隔板而用以执行隔板的功能。

电池组件

电池组件可包括一个或多个电化学电池单元。电化学电池单元可由一对相对电池板形成，该一对相对电池板之间具有相对的阳极和阴极对。一个或多个电化学电池单元可被密封。电化学电池单元的(即，在相对阳极和阴极对之间的)空间可包含一个或多个隔板、转移片、电解质或它们的组合。例如，电化学电池单元的空间可包括两个转移片、在该两个转移片之间的隔板，以及电解质。例如，电化学电池单元的空间可包括两个转移片和电解质，而不含明显的隔板。电化学电池单元可通过围绕可形成封闭的电化学电池单元的以下项形成的一个或多个密封件来密封：一个或多个通道；电池板、隔板或这两者的一个或多个框架和/或边缘；或它们的任何组合。封闭的电化学电池单元可与环境密封隔开以防止电池单元的泄漏和短路。

电池组件可包括电解质。电解质可允许电子和离子在阳极与阴极之间流动。电解质可位于电化学电池单元内。由于一个或多个电化学电池单元可被密封，因此电解质可为液体电解质。电解质可为促进与所利用的阳极和阴极的电化学反应的任何液体电解质。电解质可为水基或有机基的。可用于本文中的有机基电解质包括溶解在有机溶剂中的电解质盐。在锂离子二次电池中，要求锂被包含在电解质盐中。对于含锂的电解质盐，例如，可使用LiPF6、LiClO₄、L1BF4、LiAsF6、L1SO3CF3和LiN(CIr SO₂)₂。这些电解质盐可单独地使用或以两种或更多种组合地使用。有机溶剂应与隔板、转移片、阴极和阳极以及电解质盐相容。优选的是使用即使对其施加高电压也不会分解的有机溶剂。例如，优选的是使用：碳酸盐，诸如碳酸亚乙酯(EC)、碳酸丙烯酯(PC)、碳酸丁烯酯、碳酸二甲酯(DMC)、碳酸二乙酯和碳酸甲乙酯；环醚，诸如四氢呋喃(THF)和2-甲基四氢呋喃；环酯，诸如1,3-二氧戊烷和4-甲基二氧戊环；内酯，诸如γ-丁内酯；环丁砜；3-甲基环丁砜；二甲氧基乙烷、二乙氧基乙烷、乙氧基甲氧基甲烷和乙基二甘醇二甲醚。这些溶剂可单独地使用或或以两种或更多种组合地使用。液体电解质中的电解质的浓度优选地应为0.3至5mol/l。通常，电解质在1mol/l附近显示出最高电导率。液体电解质优选地应占电解质的30至70重量％，并且尤其是40至60重量％。水性电解质包括可增强电池单元的运行的酸或盐水溶液。优选的盐和酸包括硫酸盐、硫酸钠盐或硫酸钾盐。盐或酸以足以促进电池单元的操作的量存在。基于电解质的重量，浓度可为约0.5重量％或更大、约1.0重量％或更大，或约1.5重量％或更大。铅酸电池中的优选电解质是硫酸水溶液。电解质可能够穿过电化学电池单元的一个或多个隔板、转移片或这两者。

电池组件可包括或不含一个或多个隔板。一个或多个隔板可用以分开电化学电池单元(即，将电化学电池单元的阴极与电化学电池单元的阳极分隔)；防止因支状晶体形成而引起电池单元的短路；允许液体电解质、离子、电子或这些元素的任何组合穿过；或它们的任何组合。执行所陈述的功能中的一个或多个的任何已知的电池隔板都可用于本教义的电池组件。一个或多个隔板可位于电化学电池单元的阳极和阴极之间。一个或多个隔板可位于一对相邻电池板之间，这可包括在双极板之间或在双极板与单极板之间。隔板可由非导电材料制备，所述非导电材料诸如多孔聚合物膜、玻璃毡、多孔橡胶、离子导电凝胶或天然材料(诸如木材)等。隔板可包含穿过隔板的孔隙或曲折路径，这允许电解质、离子、电子或它们的组合穿过隔板。孔隙可被设定大小，如本文关于转移片的孔隙大小所描述。可用作隔板的其他示例性材料是吸附玻璃毡和多孔超高分子量聚烯烃隔膜等。隔板可围绕其周边和/或在内部附接到一个或多个端板、电池板、其他隔板或它们的任何组合。隔板可接纳穿其而过的一个或多个立柱。例如，延伸穿过一个或多个端板、一个或多个电池板和/或一个或多个隔板的堆叠的一个或多个立柱可将多个电池板和一个或多个隔板的堆叠保持在一起。隔板可具有比相邻的阴极和阳极的面积更大的横截面积或表面积。更大面积可允许将同一电化学电池单元的阳极与阴极隔离。隔板可将电池单元的阴极部分与该电池单元的阳极部分完全地分隔。隔板的边缘可接触相邻电池板的周边边缘。隔板、电池板或这两者的边缘可不具有设置在其上的阳极或阴极，以便将电池单元的阳极部分与电池单元的阴极部分完全地分隔。将活性材料施加到转移片并且然后将转移片施加到基板在确保隔板和电池板的边缘不含活性材料方面可特别地有利。在电化学电池单元内使用一个或多个转移片可允许电化学电池单元不含隔板(如果需要的话)。

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

电池组件可包括一个或多个插入件。一个或多个插入件可包括多个插入件。一个或多个插入件可用以与一个或多个其他插入件互锁、限定穿过堆叠的一个或多个通道的一部分、沿着一个或多个通道形成防泄漏密封、与一个或多个阀协作，或它们的任何组合。一个或多个插入件可为一个或多个端板、电池板、隔板或它们的任何组合的部分。一个或多个插入件可不含活性材料、转移片或这两者。一个或多个插入件可具有任何大小和/或形状以：与电池板、端板、隔板或它们的组合的一个或多个插入件互锁；形成通道的一部分；沿着一个或多个通道形成防泄漏密封；与一个或多个阀协作；或它们的任何组合。一个或多个插入件可形成或附接到端板、电池板的基板、隔板或它们的组合。一个或多个插入件可位于电池板、隔板、端板或它们的组合的周边内。一个或多个插入件可从基板、隔板、端板或它们的组合的表面突出，由此形成一个或多个凸起插入件。一个或多个插入件可从电池板的基板、隔板的中心部分或这两者突出。一个或多个插入件可从基板、隔板、端板或它们的组合的表面基本上正交地或倾斜地突出。一个或多个插入件可附接到电池板、隔板、端板或它们的组合的一部分或与其成一体。与表面成一体并从该表面突出的插入件可被限定为凸台。与插入件从中突出的表面相对的表面可具有互补凹入部以允许凸台的形成。互补凹入部可在其中接纳另一个插入件，由此允许通道的形成。一个或多个插入件可具有穿其而过的一个或多个开口。一个或多个插入件可为同心的并围绕一个或多个开口形成。一个或多个插入件可沿开口的长度延伸。密封表面可在一个或多个开口的外径与一个或多个插入件的内部之间形成。例如，基板、端板和/或隔板的可基本上垂直于电池组件的纵向轴线的、位于插入件与开口之间的表面可为密封表面。一个或多个插入件可能够与相邻的电池板、隔板和/或端板的一个或多个插入件互锁以围绕通道形成防泄漏密封。例如，一个或多个电池板可被机加工或形成为在与插入件相对的表面上包含用于隔板、电池板和/或端板的凸台、插入件、套筒或衬套的匹配凹入部。一个或多个插入件可穿过一种或多种活性材料、转移片或这两者的一个或多个非平面结构。例如，一个或多个插入件可穿过活性材料和转移片的开口(例如，空隙)以允许与相邻插入件互锁。一个或多个合适的插入件可为在以下文献中公开的那些：美国专利号8,357,469；9,553,329；以及美国专利申请公布号2017/0077545；所述文献出于所有目的全文以引用的方式并入本文。一个或多个插入件可包含一个或多个通气孔。一个或多个隔板的一个或多个插入件可包含一个或多个通气孔。一个或多个通气孔可允许选择的流体从一个或多个电化学电池单元传递到一个或多个通道。电化学电池单元中的每一者可独立地电化学地形成。

电池组件可包括一个或多个开口。一个或多个开口可包括多个开口。开口可用以：形成一个或多个通道；容纳一个或多个密封件；将一个或多个端板、电池板、隔板或它们的组合彼此附连；或它们的任何组合。一个或多个开口可在端板、电池板、隔板、活性材料、转移片或它们的任何组合中的一者或多者中形成。端板、电池板、隔板、活性材料、转移片或它们的组合的一个或多个开口可与一个或多个其他端板、电池板、隔板、活性材料、转移片或它们的任何组合的一个或多个开口对准(即，基本上同心)。一个或多个开口可在跨电池组件的长度的横向方向上对准。横向方向可基本上平行于制品的纵向轴线。横向方向可基本上垂直于基板的可在其上沉积阴极和/或阳极的相对表面。开口可机加工(例如，铣削)而成、在基板的制造期间(例如，通过模制或成形操作)形成，或以其他方式制造而成。糊剂中的开口可在糊剂施加过程期间形成。开口可具有笔直的和/或平滑的内壁或表面。在基板中形成的开口的大小和频率可影响电池的电阻率。一个或多个开口可具有能够接纳穿其而过的立柱的直径。活性材料和/或转移片中的一个或多个开口可具有能够接纳穿其而过的立柱、插入件或这两者的直径。开口可具有约0.2mm或更大、约1mm或更大、约2mm或更大或甚至约5mm或更大的直径。开口可具有约30mm或更小、约25mm或更小或甚至约20mm或更小的直径。转移片和/或活性材料(例如，糊剂)的一个或多个开口可具有比隔板、基板、电池板、端板或它们的组合的开口和/或插入件的直径更大的直径。电池板和/或基板的一个或多个开口可具有比同一电池板和/或基板的一个或多个其他开口更大的直径。开口可比另一个开口大了约至少约1.5倍、至少约2倍或甚至至少约2.5倍。开口可比另一个开口大了约4倍或更小、约3.5倍或更小，或甚至约3倍或更小。开口可形成为具有至少约0.02个开口/cm²的密度。开口可形成为具有小于约4个开口/cm²的密度。开口可形成为具有约2.0个开口/cm²至约2.8个开口/cm²的密度。

一个或多个开口可填充有导电材料，例如，含金属材料。导电材料可为在低于基板的热降解温度的温度下经历相变的材料，使得在电池组件的低于相变温度的操作温度下，介电基板经由材料掺加物而在基板的第一表面和第二表面之间具有导电路径。另外，在高于相变温度的温度下，导电材料掺加物经历相变，使得禁止经由导电路径的导电性。例如，导电材料可为或包括焊料材料，例如，包括铅、锡、镍、锌、锂、锑、铜、铋、铟或银中的至少一种或任何两种或更多种的混合物的焊料材料。导电材料可基本上不含任何铅(即，它至多包含痕量的铅)，或者它可包括在功能上可操作量的铅。材料可包括铅和锡的混合物。例如，它可包括大部分锡和小部分铅(例如，约55至约65重量份的锡和约35至约45重量份的铅)。材料可表现出低于约240℃、低于约230℃、低于约220℃、低于约210℃或甚至低于约200℃(例如，在约180℃至约190℃的范围内)的熔融温度。材料可包括低共熔混合物。使用焊料作为用于填充开口的导电材料的特征在于：焊料具有可根据所使用的焊料的类型调适以在对于连续电池操作来说可能不安全的温度下熔融的限定熔融温度。一旦焊料熔融，包含熔融焊料的基板开口就不再导电，并且在电池板内造成开路。开路可操作以大幅地增大双极电池内的电阻，从而阻止进一步电流动并停止电池内的不安全反应。因此，被选择来填充开口的导电材料的类型可根据是否期望在电池内包括这种内部停止机构且如果期望的话则期望在什么温度下实现这种内部停止而变化。基板将被配置成使得在超出预定条件的操作条件的情况下，基板将用以通过破坏通过基板的导电性来禁止电池的操作。例如，填充介电基板中的孔的导电材料将经历相变(例如，它将熔融)，使得跨基板的导电性被破坏。破坏的程度可部分地或甚至完全地使将电力传导通过基板的功能被禁止。

电池组件可包括一个或多个通道。一个或多个通道可用作一个或多个通气、填充和/或冷却通道；容纳一个或多个立柱；将一个或多个立柱分布遍及电池组件的内部；防止液体电解质与一个或多个立柱或其他部件接触；或它们的任何组合。一个或多个通道可由一个或多个端板、电池板和/或隔板的对准的一个或多个开口形成。一个或多个通道可延伸穿过活性材料、转移片或这两者的一个或多个开口。一个或多个通道可称为一个或多个集成通道。一个或多个通道可穿过一个或多个电化学电池单元。一个或多个通道可穿过液体电解质。通道可被密封以防止电解质和在操作期间释出的气体进入通道。可利用实现此目标的任何密封方法。一个或多个密封件(诸如一个或多个端板、电池板和隔板的插入件)可互锁并环绕一个或多个通道以防止液体电解质泄漏到一个或多个通道中。一个或多个通道可在横向方向上穿过电池组件。因此，一个或多个通道可称为一个或多个横向通道。通道的大小和形状可为允许其容纳一个或多个立柱的任何大小或形状。通道的形状可为圆形、椭圆形或多边形，诸如正方形、矩形、六边形等。容纳一个或多个立柱的通道的大小被选择为适应所使用的立柱。通道的直径可与对准以形成一个或多个通道的开口的直径相等。一个或多个通道包括部件中的一系列开口，该一系列开口被布置成使得立柱可放置在所形成的通道中、流体可传输通过通道以用于冷却和/或用于通气和填充。通道的数量被选择为支持端板以及端板、电池板和隔板的边缘防止电解质和在操作期间释出的气体泄漏，并且防止在操作期间产生的压缩力损坏单独的电化学电池单元的部件和密封件。可存在多个通道，以便散布在操作期间产生的压缩力。通道的数量和设计足以使超出密封件的疲劳强度的边缘应力最小化。多个通道的位置被选择以便散布在操作期间产生的压缩力。通道可均匀地散布在堆叠中以更好地处理应力。多个通道可具有约2mm或更大、约4mm或更大或约6mm或更大的横截面大小。通道横截面大小的上限是实际性。如果大小太大，则组件的效率降低。通道可具有约30mm或更小、约25mm或更小或甚至约20mm或更小的横截面大小。当通道具有更大横截面大小时，活性材料的非平面表面可允许补偿或提高的效率。例如，活性材料的波纹形式可允许增大的表面积，并且由此允许电池组件的提高的效率。

电池组件可包括在一个或多个通道与一个或多个立柱之间的密封件。一个或多个密封件可位于通道中、围绕通道的外部和/或围绕立柱。密封件可包括防止电解质和在操作期间释出的气体从电化学电池单元泄漏的任何材料或形式。密封件可为在端板、电池板和/或隔板中或者插入通道中的隔膜、套筒、一系列匹配插入件，或它们的任何组合。隔膜可为弹性体的。通道可由插入或集成到板和/或隔板中的一系列套筒、衬套和/或插入件形成。插入件可为可压缩的或能够彼此互锁以沿着通道形成防泄漏密封。插入件可诸如通过将其模制在适当位置而在电池板和/或隔板中的适当位置形成。插入件可通过注射模制而模制在适当位置。密封件可由以下任何材料制备：可承受暴露于电解质、电化学电池单元的操作条件以及通过将立柱插入通道中或由通道中的立柱施加的力。优选的聚合物材料被描述为可用于立柱和基板。密封件可由放置在双极板与单极板之间的套筒、插入件或衬套形成。套筒或插入件可为相对刚性的，并且衬套通常将为弹性体的。插入件、凸台、套筒和/或衬套可适于装配在双极板和单极板和/或隔板中的凹入部内，或者适于具有插入板的产生一个或多个通道的开口中的端部。双极性板、双极板和单极板可被形成或机加工为包含用于凸台、插入件、套筒和/或衬套的匹配凹入部。板堆叠与凸台、插入件、套筒或衬套的组装可产生过盈配合以有效地密封通道。可选地，凸台、插入件、套筒和/或衬套可熔融结合或粘合地结合到板，以便在接合部处形成密封。可选地，凸台、插入件、套筒和/或衬套可在内部涂覆有涂层，该涂层用以密封通道。如上文所提及，立柱可用以密封通道。设想的是，可在单个通道中或在不同的通道中利用这些密封解决方案的组合。板(包括双极性板、单极板和双极板)的堆叠的部件优选地具有相同形状和公共边缘。这促进边缘的密封。在存在隔板的情况下，隔板通常具有与电池板类似的结构以适应横向通道的形成或产生。密封件可为注射在螺栓与横向通道之间的热固性聚合物，诸如环氧树脂、聚氨酯或丙烯酸聚合物。一个或多个通道可由结合到一个或多个电池板和/或一个或多个隔板中的开口、结合在该开口中和/或与该开口成一体的插入件、凸台、套筒和/或衬套形成。一个或多个通道中的一个或多个立柱可施加足够的压力以将插入件、孔、凸台、套筒和/或衬套保持在适当位置以形成密封的通路。一个或多个通道可由结合和/或集成到一个或多个电池板和一个或多个隔板中的插入件形成。一个或多个立柱可通过粘合剂结合或通过热塑性聚合物的熔合或这两者而结合到电池的一个或多个插入件、凸台和/或基板。插入件可通过过盈配合而插入一个或多个电池板和/或隔板中，或者通过粘合剂结合在适当位置。一个或多个隔板中的插入件可包含一个或多个通气孔，该一个或多个通气孔可允许一个或多个电化学电池单元与一个或多个通道之间的连通。一个或多个通气孔可允许气体从一个或多个电化学电池单元传输到一个或多个通道，并且防止一种或多种液体(即，电解质)从一个或多个电化学电池单元传输到一个或多个通道。

电池组件可包括隔膜。隔膜可用以围绕一个或多个端板、多个电池板、一个或多个隔板、一个或多个转移片、一个或多个通道或它们的任何组合的边缘进行密封。隔膜可通过密封端板、电池板和隔板的边缘并隔离一个或多个电化学电池单元的任何手段而结合到一个或多个端板、多个电池板和/或一个或多个隔板的边缘。隔膜可为可围绕单极板和双极板的基板进行熔融结合、振动焊接或模制的热塑性聚合物。每个隔膜可为其所结合到的堆叠的每一侧的大小。隔膜可包括包裹堆叠的整个周边的单个整体片。一个或多个合适的隔膜可为在以下文献中公开的那些：美国专利号8,357,469；9,553,329；以及美国专利申请公布号2017/0077545；所述文献出于所有目的全文以引用的方式并入本文。

密封的电池组件可放置在壳体中以保护形成的电池。可选地，隔膜结合在堆叠的端部处的单极板之上的保护性覆盖物可用作电池的壳体。单极板可具有附接或结合到与阳极或阴极相对的表面的适当保护性覆盖物。覆盖物可为与隔膜相同的材料，或者可粘合地结合或熔融结合到隔膜并可具有在针对隔膜陈述的范围内的厚度的材料。如果附连到板的端部，则覆盖物可用任何机械附接件(包括具有重叠部分的立柱)进行附连。壳体可通过围绕电池板堆叠和/或单极板的相对侧模制隔膜来形成。

电池组件可包括一个或多个立柱。一个或多个立柱可用以：以使得防止损坏部件或破坏堆叠的部件的边缘之间的密封的方式将部件的堆叠保持在一起；确保跨隔板材料的均匀压缩；以及确保隔板材料的均匀厚度。一个或多个立柱可在每个端部上具有重叠部分，该重叠部分接合相对端板的外侧表面，诸如每个端板的密封表面。重叠部分可用以：以使得防止损坏部件或破坏堆叠的部件的边缘之间的密封的方式在相对端板的外侧表面上施加压力；以及防止堆叠在电池操作期间鼓起或发生其他移位。重叠部分可与端板的密封表面接触。堆叠可在单极端板之上具有单独的结构性或保护性端件，并且重叠部分将与结构性或保护性端件的外侧表面接触。重叠部分可为结合立柱来防止损坏部件或破坏堆叠的部件的边缘之间的密封的任何结构。示例性重叠部分包括螺栓头、螺母、模制头、曲头钉、开口销、轴环等。立柱具有穿过整个堆叠的长度，但是这种长度基于电池的期望容量而变化。立柱可表现出某一横截面形状和大小，以便填充通道。立柱可具有比一个或多个通道的横截面大小更大的横截面大小，使得立柱与通道中的一个或多个形成过盈配合。立柱的数量被选择为支持端板以及基板的边缘防止电解质和在操作期间释出的气体泄漏，并且防止在操作期间产生的压缩力损坏单独的电化学电池单元的部件和密封件，并且使超出密封件的疲劳强度的边缘应力最小化。可存在多个立柱，以便散布在操作期间产生的压缩力。在通道中的一个或多个用作冷却通道或通气/填充通道的情况下，可存在比通道更少的立柱。例如，可存在四个通道，其中三个通道具有位于其中的立柱并且一个通道可用作冷却、通气和/或填充通道。立柱可包括执行必要功能的任何材料。如果利用立柱来密封通道，那么所使用的材料被选择为承受电池单元的操作条件，当暴露于电解质时将不腐蚀，并且可承受在电池单元的操作期间产生的温度和压力。在立柱执行密封功能的情况下，立柱可包括可承受所陈述的条件的聚合物或陶瓷材料。在该实施方案中，材料必须是非导电的，以防止电池单元的短路。立柱可包括聚合物材料，诸如热固性聚合物或热塑性材料。立柱可包括热塑性材料。示例性热塑性材料包括ABS(丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物)、聚丙烯、聚酯、热塑性聚氨酯、聚烯烃、复合热塑性树脂、聚碳酸酯等。ABS是最优选的。在通道被单独地密封的情况下，立柱可包括具有结构完整性以执行期望功能的任何材料。关于上文陈述的聚合物材料，可利用陶瓷和金属。合适的金属可为钢、黄铜铝、铜等。立柱可包括模制立柱、带螺纹立柱或具有一个或多个端部附接件的立柱。立柱可结合到堆叠的部分，例如，基板、通道中的插入件或凸台等。结合可通过粘合剂或聚合物材料(诸如热塑性材料)的熔合而形成。一个或多个开口可具有带螺纹表面。如果带螺纹，则一个或多个立柱也可为带螺纹的，以与带螺纹开口接合。立柱可在与螺母、用于曲头钉的孔、开口销等或它们的组合相对的一个端部上包括头或螺母。对于非模制立柱，通常就是这种情况。立柱可以一定方式进行构造，以便成为允许缩短但不允许延长的单向棘轮装置。这种立柱将放在适当位置，然后在堆叠被压缩时，立柱缩短，使得其维持在堆叠上的压力。在该实施方案中，立柱可具有脊部，该脊部促进棘轮效应，以便允许立柱用作扎线带样结构的一个部分。匹配的螺母和/或垫圈可与立柱一起使用，以便压缩立柱在适当位置时所邻近的板。螺母和/或垫圈在立柱之上单向行进，并且可能会存在脊部以防止螺母和/或垫圈沿着立柱在另一个方向上移动。在使用中，立柱中的孔将具有用于执行陈述的功能的适当曲头钉、开口销等。如果立柱是模制的，则可被单独地模制或在适当位置模制。如果在适当位置原位模制，则在通道中可能需要存在密封件以将熔融塑料保持在适当位置。密封件可由互锁插入件、位于其中的单独密封件或这两者形成。可使用带螺纹的非导电立柱，并且该非导电立柱可提供必要的密封。可选地，预模制的非导电聚合物立柱可被设计为以密封通道的方式在通道中形成过盈配合。立柱可通过模制(诸如通过注射模制)而在适当位置形成。

电池组件可包括一个或多个阀。一个或多个阀可用以从电池组件的内部抽出真空、用电解质填充电池组件，和/或在操作期间使电池组件通气。一个或多个阀可包括泄压阀、止回阀、填充阀、突开阀等或它们的任何组合。一个或多个阀可连接到由端板、电池板、隔板或它们的任何组合的一个或多个开口形成的一个或多个通道和/或与其连通。一个或多个阀可与通道连通，诸如具有穿其而过的立柱或不含立柱的通道。制品可包括一个或多个阀，如美国专利申请公布号2014/0349147中所描述，所述文献出于所有目的全文以引用的方式并入本文。组件可包含用于电池单元中的一个或多个的泄压阀，以在电池单元达到危险的内部压力的情况下释放压力。泄压阀被设计为以某一方式防止损坏与电池一起使用的系统的严重故障。一旦释放泄压阀，电池就不再起作用。所公开的组件可包含单个止回阀，该单个止回阀在达到危险的压力时或之前从整个组件释放压力。一些示例性合适的阀在以下文献中公开：美国专利号8,357,469；9,553,329；9,685,677；9,825,336；以及美国专利申请公布号2018/0053926；所述文献出于所有目的全文以引用的方式并入本文。

制品可包括一个或多个端子。组件可包含一对或多对导电端子，每一对连接到正极端子和负极端子。一个或多个端子可用以将在电化学电池单元中产生的电子传输到以电力的形式利用所产生的电子的系统。端子适于将每个电池堆叠连接到负载，该负载本质上是利用在电池单元中产生的电力的系统。一个或多个端子可穿过一个或多个端板、一个或多个电池板、隔膜和/或壳体。一个或多个端子可从端板穿过电池板到达外部，或者实质上平行于端板的平面穿过围绕组件的壳体或隔膜的侧面。端子与单极板、双极性板、双极板或它们的组合的阳极或阴极的极性匹配。端子与组件中的导电导管接触。单极板的阴极以及具有阴极集流体的双极板中的一个或多个的阴极可连接到独立的正极端子。单极板的阳极以及具有阳极集流体的双极板中的一个或多个的阳极可连接到独立的负极端子。阴极集流体可并联连接并且阳极集流体可并联连接。单独的端子可被覆盖于隔膜中，从而仅暴露单个连接的正极端子和单个连接的负极端子。一些示例性合适的端子组件在以下文献中公开：美国专利号8,357,469；9,553,329；9,685,677；9,825,336；以及美国专利申请公布号2018/0053926；所述文献出于所有目的全文以引用的方式并入本文。

电池组件可包括一个或多个导电导管。导电导管可用以将电子从与阴极接触的集流体传输到一个或多个正极端子。典型的双极电池可使电子穿过基板在电池单元间流动。基板至少部分地包括导电材料或包括穿过基板的导电通路。当包含电池单元的电路闭合时，电子穿过基板在电池单元间流动以到达正极端子。设想的是，组件可使电子流动通过基板和电池单元、流动通过集流体以到达电流导体或这两者。在本文公开的具有两个或更多个堆叠的电池中，每个堆叠具有使与阳极接触的集流体与负极端子接触的电流导体和/或导电导管，以及使与阴极接触的集流体与正极端子接触的电流导体和/或导电导管。来自两个或更多个堆叠的导电导管可并联或串联布置。并联电路包括未彼此连接的两个或更多个电路。串联电路包括两个或更多个电路，所述电路被布置成使得电子顺序地流动通过电路。当导电导管以串联配置布置时，电池可仅具有一个负极端子和一个正极端子。当导电导管以并联方式布置时，电池可具有单个正极端子和负极端子，其中每个电路与负极端子或正极端子中的每一者连接。可选地，每个电路可具有单独的负极端子和正极端子。端子可连接到负载，该负载典型地利用存储在电池中的电力。在并联布置中与接触阴极的集流体接触的电流导体和/或电流导管中的每一者可与单独的正极端子接触。在并联布置中与接触阳极的集流体接触的电流导体和/或电流导管中的每一者可与单独的负极端子接触。

电池组件的使用

本文公开的电池组件对于附接到负载和形成包括电化学电池单元的电路特别地有用。电子可从端子流到负载并从负载流回端子。负载可为使用电力的系统。只要电池单元可产生电力，就能维持这种流动。如果电池单元堆叠变为完全地放电，则电池在另外的使用之前可能需要经历充电步骤。如果用于双极板的基板包含导电材料掺加物，则在电池组件的低于其相变温度的操作温度下，基板经由该材料掺加物而在基板的第一表面与相对的第二表面之间具有导电路径，并且在高于导电材料掺加物的相变温度的温度下，导电材料掺加物经历相变，从而禁止经由导电路径的导电性。这允许在发生不良后果之前禁用电池。一旦电池被放电，该电池就可通过与电子源形成电路来再充电。在充电期间，电极改变功能，并且阳极在放电期间变为阴极而阴极在放电期间变为阳极。实质上，与放电相比，电化学电池单元使电子和离子在相反方向上流动。

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

制备电池板的方法

可通过以下步骤来制备如本文所公开的一个或多个电池板、电池组件或这两者。

可将可用于双极板、双极性板、单极板或它们的组合的基板形成或切割为某一形状。如果基板包括非导电材料，则可将基板转化成复合基板。复合基板在传统的双极电池组件中可特别地有用。为了将基板转化成复合基板，可在基板内形成一个或多个孔(例如，开口)。可通过将孔模制到基板中或对基板进行机加工以形成孔、任何合适的过程或它们的组合来形成孔。可用导电材料填充开口。导电材料可为在诸如前文所描述的限定温度下熔融的材料。如果用的话，则可将一个或多个导体附着到基板的一个或两个面(例如，表面)。一个或多个导体可包括一个或多个金属片、丝网、金属线、箔等或任何组合。美国专利号9,553,329公开了使用此类导体来使在电化学电池单元内流动的电子分散，该文献出于所有目的全文并入本文。可使用粘合剂来将金属片、箔或这两者结合到基板。例如，粘合剂可为腈基橡胶粘结剂。

一种或多种活性材料可附接到基板、另一种活性材料、非活性层、转移片或它们的组合。基板上的一种或多种活性材料可用以允许电池板、基板或这两者用作电极板。一种或多种活性材料可放置在基板的一个或两个面(例如，表面)上。一种或多种活性材料可包括两个或更多个离散活性材料区域。一种或多种活性材料可直接地附接到基板、另一种活性材料、非活性层、转移片，并且/或者可附接到位于基板上的导体(例如，金属片、丝网、金属丝和/或箔)。一种或多种活性材料可包括正极活性材料(例如，阴极)、负极活性材料(例如，阳极)或这两者。仅一种极性(例如，正极或负极)的一种或多种活性材料可仅位于单极板的一个表面上。不同极性的一种或多种活性材料可位于双极板的相对表面上。相同或相反极性的一种或多种活性材料可位于双极性板的相对表面上。一种或多种活性材料可作为糊剂施加到基板、电池板、转移片、非活性层或它们的任何组合。

为了使活性材料位于基板上，可将糊剂形式的一种或多种活性材料(例如，阳极、阴极)施加到转移片。一个或多个非活性层可位于两种或更多种活性材料之间、位于活性材料层之间或这两者。一个或多个非活性层可位于一种或多种活性材料上，以形成两个或更多个离散活性材料区域。当将糊剂施加在转移片上时，该转移片可位于模具内。在将一种或多种活性材料施加到模具之后，可将其上有糊剂的转移片从模具移动以接触基板、该基板上的导体或这两者。在接触基板、导体或这两者时，一种或多种活性材料可结合到基板、导体或这两者。模具可向转移片、活性材料或这两者施加附加压力，以辅助将一种或多种活性材料结合到基板、导体、非活性层或它们的组合。在将一种或多种活性材料作为电池板的部分施加之后，转移片可保持结合到该一种或多种活性材料或可被移除。转移片可位于一种或多种活性材料(例如，糊剂)的与活性材料结合到电池板(例如，基板、导体或这两者)的表面相对的表面上。例如，对于一个或多个双极板，结合有转移片的阴极糊剂被施加到基板的一个表面，并且结合有转移片的阳极糊剂被施加到基板的另一个相对表面。作为另一个示例，对于一个或多个单极板，结合有转移片的阴极糊剂或阳极糊剂被施加到基板的一个表面，而基板的相对表面保持不含活性材料。在另一个示例中，对于一个或多个双极性板，结合有转移片的阴极糊剂或结合有转移片的阳极糊剂被结合到基板的表面，并且结合有转移片的同一极性(例如，正极或负极)的糊剂被施加到基板的相对表面。在活性材料附接到基板期间，活性材料内的一个或多个非平面结构可接纳基板的一个或多个非平面结构、与其对准、与其嵌套或它们的任何组合。

在一种或多种活性材料、一个或多个非活性层或这两者内形成的一个或多个开口可与基板的一个或多个开口、插入件或这两者对准(例如，同心)。在一种或多种活性材料内形成的一个或多个开口可接纳穿其而过的一个或多个插入件。在一种或多种活性材料内形成的一个或多个凹入部、凹陷部或这两者可接纳基板的一个或多个突起部或突出部。基板的一个或多个突起部或突出部可辅助在固化期间保持活性材料结合到该基板。在活性材料附接到基板期间，活性材料可适形于基板的一个或多个非平面结构。例如，从基板突起的一个或多个突出部可对一种或多种活性材料的一部分进行压缩、移位或这两者。突出部和/或凹入部中的一些可不穿过一种或多种活性材料并可用以增强一种或多种活性材料到基板、电池板或这两者的结合。在施加活性材料期间和/或之后，一种或多种活性材料可保持不与基板、电池板或这两者的一个或多个部分接触。一种或多种活性材料可保持不与活性材料的一个或多个非平面结构接触。通过保持不与一个或多个非平面结构接触，一种或多种活性材料可不妨碍电池组件的一个或多个部件的密封或结合。一种或多种活性材料可保持不与基板的一个或多个框架、凸起边缘、突出部、插入件、开口或它们的任何组合接触。使用转移片可允许控制一种或多种活性材料到基板上的放置，以允许一种或多种活性材料保持不与基板、电池板或这两者的一个或多个部分接触。

可将活性材料的一种或多种糊剂施加到转移片。可将糊剂施加到位于模具内的转移片、非活性层、另一种活性材料(例如，糊剂)或它们的组合。这可允许其上有一种或多种糊剂的转移片稍后容易地结合到其中形成有一个或多个非平面特征的基板或这两者。模具可包括一个或多个可移动板。可移动板可用以移动转移片、一种或多种活性材料或这两者。可移动板可将转移片移动到一次或多次糊剂施加的位置(例如，喷嘴、挤出机)下方，以使糊剂施加在该转移片上。可移动板可将转移片、一种或多种活性材料或这两者朝向基板、远离模具的腔(例如，嵌套件)或这两者移动。

可移动板可通过一个或多个输送元件在模具内移动。一个或多个输送元件可位于可移动板下方、附近或上方。一个或多个输送元件可位于任何合适的地方，使得：转移片、一种或多种活性材料或这两者能够设置在可移动板上；可移动板能够朝向基板移动；可移动板能够向转移片、一种或多种活性材料或这两者施加压力以结合到基板、电池板、导体；或它们的任何组合。一个或多个输送元件可包括一个或多个滚动元件，诸如一个或多个单独的滚珠转移单元(即，落入式、凸缘安装、凹陷式、铰轴安装等)、滚珠转移台、滚珠转移导轨、一个或多个重力辊、一个或多个自动化辊、辊式输送机、平板式输送机等或它们的任何组合。可移动板可位于模具的输送系统上。输送系统可允许可移动板相对于模具的挤出部分(例如，喷嘴)进行朝向移动、远离移动或这两者。

可移动板可通过一个或多个延伸元件在模具内移动。一个或多个延伸元件可用以：将可移动板从腔内提升；使可移动板回缩到腔中；将可移动板提升到腔外部；将可移动板朝向基板、电池板或这两者提升；向可移动板施加压力以由此向转移片和/或活性材料施加压力；或它们的任何组合。一个或多个延伸元件可位于适于将可移动板提升到腔外部并允许可移动板将转移片和活性材料移动到电池板上的任何地方。一个或多个延伸元件可位于可移动板下方；与腔、转移片、活性材料或它们的组合相对；或它们的任何组合。一个或多个延伸元件可包括液压、机械和/或气动提升机构。可移动板可位于模具的基座内。可移动板可移动得足够远，以将所形成的电极糊剂完全地移出模具并与基板接触。基板可与模具中的开口相对地定位。开口可为模具的嵌套件的开口。

可移动板可具有与一种或多种活性材料要施加到的基板的形状匹配的形状。匹配可意指具有与基板的形状基本上互补的形状。可移动板可具有在其中形成的与基板的那些非平面结构基本上匹配的一个或多个非平面结构。可移动板可包括与基板的一个或多个类似的特征匹配的一个或多个突出部、凹入部、插入件、框架、凸起边缘、开口等或它们的任何组合。可移动板可具有小于或等于基板的横截面积的横截面积和/或表面积。横截面积和/或表面积可为面向基板、转移片或这两者的表面的面积。可移动板可具有比由基板、电池板或这两者的一个或多个框架、凸起边缘或这两者的内部限定的横截面积小的横截面积。当将一种或多种活性材料定位到基板、导体、电池板或它们的组合上时，可移动板可能够装配在由一个或多个框架、凸起边缘或这两者限定的区域内。通过具有比如由框架、凸起边缘或这两者限定的横截面积或表面积小的横截面积或表面积，可移动板能够防止活性材料与框架、凸起边缘或这两者之间的接触。可移动板的一部分可为基本上平坦的。可移动板可适于接纳一个或多个不同的插入件。一个或多个插入件可延伸到模具的腔中。

模具还包括可移动板驻留在其中的腔。腔用以保持可移动板、插入件、转移片、活性材料或它们的任何组合。腔由一个或多个壁限定。一个或多个壁可包封可移动板的周边以限定腔。一个或多个壁可相对于可移动板基本上垂直或偏移。壁的角度可相对于可移动板的面向转移片、基板、电池板、进入腔中或它们的任何组合的表面来测量。模具的壁可形成任何期望的电极形状，以便匹配如本文所描述的电池板的形状。在模具在填充步骤期间移动的情况下，模具的壁可足够厚，以防止当壁在分配喷嘴下方时分配电极糊剂，并且当喷嘴不与壁接触时将糊剂分配到模具中。腔可被定义为嵌套件。嵌套件对于保持可移动板、转移片、一种或多种活性材料或它们的组合可特别地有用。嵌套件可为其中设置有活性材料而使得活性材料定位到转移片上的区域。

模具可具有一个或多个覆盖物。覆盖物可用以：部分地封闭模具、腔或这两者；保护腔、可移动板、转移片、一种或多种活性材料或它们的组合免受碎屑和污染物影响；与模具的挤压部分协作；接纳穿其而过的活性材料；引导活性材料的分散；或它们的任何组合。每个腔可具有相应的覆盖物或共享覆盖物。覆盖物可与可移动板相对地定位。覆盖物可至少部分地封闭腔。覆盖物可向腔内的一种或多种活性材料赋予形状。一种或多种活性材料可填充腔，使得一种或多种活性材料接触覆盖物。覆盖物可具有与一种或多种活性材料要施加到的基板、电池板或这两者的形状基本上匹配的形状。匹配可意指具有与基板、电池板或这两者的形状基本上互补的形状。覆盖物可具有在其中形成的与基板的那些非平面结构基本上匹配的一个或多个非平面结构。模具的一个或多个插入件可与覆盖物接触或接近。覆盖物可与一个或多个插入件协作以在一种或多种活性材料内形成一个或多个非平面结构。覆盖物可包括一个或多个孔口。一个或多个孔口可适于接纳一种或多种活性材料、与模具的挤出部分协作、允许将一种或多种活性材料注射到腔中，或它们的任何组合。一个或多个孔口的形状和大小可针对用于将糊剂施加到模具的过程来调整。模具可挤出糊剂，使得该糊剂是连续的、不连续的或这两者。模具可挤出糊剂，使得该糊剂是平坦的(例如，均匀的)、不平坦的(例如，变化表面、非均匀的)或这两者。模具甚至可挤出其中形成有一种或多种形状(诸如图案)的糊剂。在挤出之后，模具、另一个装置或这两者可将一个或多个形状形成到糊剂、活性材料或这两者上。在挤出之后，模具、另一个装置或这两者可压花、压印或以其他方式形成一个或多个形状。例如，如果模具挤出具有均匀厚度的活性材料，则可将一个或多个图案压花到活性材料的表面(例如，与转移片相对的表面)上。如果模具在填充期间是固定的，则可针对该过程来调整孔口的数量和孔口的大小。覆盖物可包括单个孔口或多个孔口。多个孔口可跨覆盖物均匀地散布，以允许将活性材料均匀地分布到腔中。如果模具在填充期间是移动的，则一个或多个孔口可为细长的。细长孔口可在行进方向上跨模具的长度延伸。根据电极的设计标准，模具可被设计为形成具有均匀厚度或变化厚度的活性材料。

一种用于组装电池板的过程可包括：a)将转移片放置在电极模具中的可移动板上，其中可移动板与电极模具中的开口相对地设置，并且可在电极模具中的开口的方向上移动并穿过该开口；b)将呈糊剂形式的第一活性材料注射到可移动板上的转移片上，使得该活性材料形成由可移动板的至少一部分形成的形状的层；c)任选地将一个或多个非活性层放置在第一活性材料的至少一部分上；d)将呈糊剂形式的第二活性材料注射到第一活性材料、转移片、一个或多个非活性层的一部分或它们的任何组合上；e)将基板放置在模具的开口之上，使得基板的表面中的期望在其上定位第一活性材料、第二活性材料或这两者的一者的区域与模具中的第一活性材料、第二种活性材料或这两者对齐；f)使可移动板延伸穿过模具的开口，直到第一活性材料、第二活性材料或这两者与基板接触并结合为止；g)使可移动板远离基板缩回到模具中，使得第一活性材料、第二活性材料或这两者保持结合到基板板的表面中的一者，并且转移片保持结合到第一活性材料、第二活性材料或这两者的与第一活性材料、第二活性材料或这两者结合到基板的表面中的一者的表面相对的表面。用于将糊剂施加到表面的循环时间可为约2秒或更大、约15秒或更小、约10秒或更小，或甚至约6秒或更小。

用于制备可用作双极板或双极性板的电池板的方法还可包括：h)将第二转移片放置在电极模具中的相同或不同的可移动板上，其中可移动板与电极模具中的开口相对地设置，并且可在电极模具中的开口的方向上移动并穿过该开口；i)将呈糊剂形式的第一活性材料注射到可移动板上的第二转移片上，使得该活性材料形成由可移动板的至少一部分形成的形状的层；j)任选地将一个或多个非活性层放置在第一活性材料的至少一部分上；k)将呈糊剂形式的第二活性材料注射到第一活性材料、转移片、一个或多个非活性层的一部分或它们的任何组合上；l)将基板放置在模具的开口之上，使得基板的表面中的与其上已经结合有第一活性材料、第二活性材料或这两者的表面相对并期望在其中定位第一活性材料、第二活性材料或这两者的一者的区域与模具中的第一活性材料、第二种活性材料或这两者对齐；m)使可移动板延伸穿过模具的开口，直到第一活性材料、第二活性材料或这两者与相对表面上的已经结合的第一活性材料、第二活性材料或这两者相对地与基板接触并结合为止；n)使可移动板远离基板缩回到模具中，使得第一活性材料、第二活性材料或这两者保持结合到基板板的表面中的一者，并且第二转移片保持结合到第一活性材料、第二活性材料或这两者的与第一活性材料、第二活性材料或这两者结合到基板的表面中的一者的表面相对的表面。

转移片可覆盖整个可移动板，以便防止一种或多种糊剂与可移动板的表面接触并且允许一种或多种糊剂完全地转移到基板。在插入转移片之后，可将覆盖物盖在模具之上。然后，可使用用于注射糊剂的一个或多个注射喷嘴通过覆盖物中的一个或多个孔口来将一种或多种糊剂注射到模具中。同时地或在后续步骤中，可将一种或多种糊剂注射到模具中。可通过相同的喷嘴或不同的喷嘴将一种或多种糊剂注射到模具中。一个或多个喷嘴可围绕一个或多个孔口进行密封，以便控制糊剂到模具中的流动。如果模具在移动，诸如在输送带上，则模具可在注射喷嘴下方移动，并且孔口可在移动方向上伸长。模具可将注射的糊剂成形为用于与电池板一起使用的活性材料的期望形状。可通过将活性材料泵送通过一个或多个孔口来开始向模具中挤出。可通过停止泵送动作来停止向模具中挤出。活性材料可在相对低的压力下注射到模具(例如，腔)中。活性材料可在约50psi或更小、约40psi或更小或甚至约30psi或更小的压力下(例如，诸如经由模具线)注射到模具中。活性材料可在约5psi或更大、约10psi或更大的压力下注射到模具转移板中。例如，活性材料可在约5psi至约8psi的压力下注射到模具转移板中。在注射一种或多种活性材料并且将该一种或多种活性材料形成为期望的形状之后，可将覆盖物从模具移除。将基板与模具相对地放置，并且使可移动板在基板的方向上移动，直到糊剂与基板和/或设置在基板上的电极接触为止。可处理基板和/或基板上的电极以使基板和/或基板上的电极的表面粗糙来增强糊剂与其的结合。可利用使这些表面粗糙的任何已知的方法。可将基板与可移动板对齐，使得将活性材料放置在基板上的期望的位置。可移动板可保持与基板和/或电池板接触足够长的时间，以在活性材料与基板和/或电池板之间形成结合。然后，可使可移动板缩回到模具(例如，腔)中，从而留下活性材料结合到基板和/或基板上的电池板。在可移动板缩回远离电池板之后，转移片可保持结合到活性材料。将活性材料施加到电池板、基板或这两者的一个表面可产生单极板。

对于制备双极板、双极性板或这两者，可在后续模具(例如，腔)中模制活性材料。在后续模具中制备的活性材料可为设置在基板、电池板或这两者的相对表面上的活性材料。可将不同极性或相同极性的活性材料注射到第二或后续模具(例如，腔)中。为了形成双极板，活性材料可为与已经施加在其上的活性材料的极性不同的相反极性。为了形成双极性板，活性材料可为与已经施加在其上的活性材料的极性相同的极性。使用可用于形成阴极或阳极的任一极性的活性材料来通过第一模具制备第一电极，并且使用第二模具来形成阳极或阴极的相对电极。尽管传统上，可首先施加阴极，但可首先施加任一电极。以与第一电极相同的方式形成第二电极。电极可在两侧上具有相同的厚度或形状。电极可在相对侧上具有不同的形状或厚度。在形成第二电极之后，将基板移动到其中基板和/或电极的其上未设置有活性材料的表面与第二模具相对的位置。然后，使第二电极与电池板的第二表面和/或电极接触。在将第一电极和第二电极施加到基板之间，电池板可旋转180度。

从电池板或框架的表面突起的突起部、凹入到该表面中的凹入部或穿过该表面的开口可在形成结构时通过模制过程模制到该结构中或在之后通过共同模制过程添加到该结构中。可使用模具的一个或多个插入件来使转移片、活性材料或这两者的表面成形为与基板的表面基本上互补、接纳穿其而过的基板的一个或多个部分或这两者。一个或多个插入件可对应于基板的一个或多个突起部、突出部、凹入部、开口、肋、波纹结构，或它们的任何组合。一个或多个插入件可为可移动板的部分、模具的一个或多个壁、覆盖物的部分、进入模具的腔中的任何其他突出部或远离模具的腔的任何其他凹入部，或它们的任何组合。可移动板的一个或多个插入件可远离可移动板突出到模具的腔或嵌套件中、远离模具的腔或嵌套件向内凹入到可移动板中或这两者。一个或多个插入件可用以在活性材料(例如，糊剂)内形成一个或多个非平面结构。一个或多个插入件可用以在活性材料内产生一个或多个空隙、凹入部、突出部、肋、波纹结构，或它们的任何组合。模具的一个或多个插入件可在活性材料内产生一个或多个凹入部或凹陷部。活性材料中的一个或多个凹入部或凹陷部可接纳来自基板、电池板或这两者的一个或多个突出部。模具的一个或多个插入件可延伸穿过转移片的一个或多个空隙(例如，开口)、在转移片中产生一个或多个空隙或这两者。一个或多个插入件防止或引导活性材料(例如，糊剂)相对于转移片的放置。例如，模具的延伸穿过转移片的一个或多个开口(例如，空隙)的一个或多个插入件防止糊剂进入一个或多个开口，并且由此防止在活性材料内形成开口(例如，空隙)。然后，将活性材料区域的开口与转移片对准。一个或多个空隙可用以：形成用于基板、电池板或这两者的一个或多个插入件的空间和/或接纳穿其而过的一个或多个插入件；防止基板、电池板或这两者的一个或多个插入件与活性材料之间的接触；使一个或多个通道从中延伸穿过；或它们的任何组合。换句话说，第一模具或者第一模具和第二模具包含用以在注射到模具中的第一活性材料和/或第二活性材料中形成空隙的插入件。一个或多个插入件的大小可设定为具有小于、约等于或大于一个或多个基板、电池板或这两者的一个或多个开口、插入件或这两者的直径。模具的一个或多个插入件可具有比基板的插入件的直径更大的直径。更大直径可造成在电活性层中产生空隙，该空隙可使插入件和/或通道在接触极少或无接触的情况下穿其而过。插入件可具有约小于、等于或大于转移片、活性材料层(例如，阴极糊剂层、阳极糊剂层)或它们的任何组合的厚度的高度。突起部中的一些可穿过糊剂。在活性材料中形成与突起部匹配的空隙允许将电池板组装到电池中而不使突起部与活性材料接触并避免突起部被活性材料污染。通过避免接触，防止了昂贵的清洁操作。另外，通过避免接触，防止了因此类突起部上存在活性材料而对电池组件的操作造成负面影响的风险。对操作的负面影响可包括电池组件的不良密封和短路。此类突起部可基本上不含活性材料。基本上不含可意指延伸超出活性材料的突起部的表面积的约5％或更小、约1％或更小或甚至约0.1％或更小可在其上包括活性材料或活性材料的粉尘。基本上不含可意指延伸超出活性材料的突起部的表面积的约0％或更大、约0.01％或更大或甚至约0.05％或更大可包括设置在其上的活性材料或活性材料的粉尘。

制备电池组件的方法

本公开还可涉及一种使用如本文所公开的多个电池板来制备电池组件的方法。该方法可包括形成多个基板的堆叠，该多个基板在表面中的一者上具有活性材料、在相对表面上具有活性材料。该方法可包括将一个或多个隔板放置(例如，堆叠)在成对的基板之间。一个或多个隔板的一个或多个插入件、开口或其他非平面结构可与一个或多个电池板、基板、隔板、活性材料、转移片或它们的任何组合的一个或多个插入件、开口或其他非平面结构对准。该方法可不含将一个或多个隔板放置在成对的基板之间。如果转移片保持结合到活性材料，使得一个或多个转移片位于相邻的成对活性材料之间并能够防止一个电池板的活性材料与相邻电池板的活性材料接触，则可不在基板和/或电池板之间放置隔板。该方法可包括将电池组件或电池板堆叠暴露于一种或多种活性材料固化所处的条件。可通过将活性材料暴露于约15℃或更大、约20℃或更大、约30℃或更大或甚至约40℃或更大的温度来固化活性材料。可通过将活性材料暴露于约95℃或更小、约90℃或更小、约80℃或更小或甚至约70℃的温度来固化活性材料。例如，呈糊剂形式的活性材料可在暴露于约40℃至约70℃的第一温度达约12至约48小时的情况下固化。可通过将活性材料暴露于第二温度并进行干燥来固化活性材料。可通过将活性材料暴露于约25℃或更大、约30℃或更大、约40℃或更大或甚至约50℃或更大的温度来干燥活性材料。可通过将活性材料暴露于约105℃或更小、约100℃或更小、约90℃或更小或甚至约80℃的温度来干燥活性材料。例如，呈糊剂形式的活性材料可在暴露于约50℃至约80℃的第二或更高温度达约24至约72小时的情况下干燥。固化和/或干燥可在电池板被组装成堆叠之前或之后发生。

横向通道的孔可预形成或机加工到基板、金属片或箔、隔板、阳极、阴极、转移片和任何其他存在的部件中。可通过在将活性材料施加到转移片上时在活性材料中形成空隙而在活性材料中形成孔。活性材料的空隙可与转移片的一个或多个开口对准。在使用套筒、插入件、凸台等形成通道的情况下，可将其插入电池板和/或隔板中。在插入件被模制在适当位置的情况下，使用已知的模制过程将插入件模制到电池板和/或隔板。

可使用以下步骤将框架和/或插入件模制到隔板或电池板基板中或上。可将隔板片切割成一定大小(冲模、切缝、冲压等)。可堆叠一个或多个片以满足隔板的所需厚度。可将片放置在模具中，该模具将片放置到固定位置中。模具可形成围绕隔板的周边框架、围绕横向通道的任何内部特征(例如，衬套、插入件、凸台)(根据需要)或这两者。另外，模具被设计为不过度地压缩隔板材料并防止塑料损坏隔板材料。将塑料注射到模具中，并且一旦塑料冷却，就将零件射出。

然后，将部件堆叠成使得对于每个板，阳极面向另一个板的阴极。优选地，将片堆叠成使得基板的边缘连同任何其他框架部件的边缘一起对准。可使用具有两个或更多个导销或螺栓的板来支撑堆叠。一个电池板的一个或多个组装辅助件可与相邻电池板的一个或多个其他组装辅助件对准，以在组装期间支撑堆叠。例如，从框架突出的一个或多个立柱可与相邻框架的一个或多个凹陷部扣接在一起并驻留在该一个或多个凹陷部内。以与本文的公开内容一致的适当次序将部件堆叠在具有导销的板上。横向通道中的两个或更多个可用于对准销或螺栓。一旦完成堆叠，就可将弹性体隔膜或套筒插入横向通道中。如果用位于板中的孔之间的衬套、插入件或塑料套筒将通道密封，则可将涂层施加到通道的内部、孔的内部、套筒插入件和/或衬套。如果板的孔的内部需要带螺纹，则可在组装之前或在组装之后使用已知的技术为其加螺纹。由于相邻的电池板和/或基板的插入件互锁以密封并形成通道，通道可不含位于其中的附加密封件。

可将一个或多个立柱插入堆叠中。一个或多个立柱可被与单极板的相对侧的密封表面的重叠部分固定。在重叠部分是机械附接结构的情况下，将这种附接结构固定到立柱。在立柱被注射模制在适当位置的情况下，将熔融热塑性材料插入通道中，并且在两个端部处的密封表面上形成熔融材料的重叠部分。可将通道的表面加热以熔融通道的内部的表面，在该实施方案中，注射的热塑性材料很好地结合到通道的内部。使热塑性材料冷却。通道可具有插入通道中的形式和在每个端部处形成的重叠部分的形式。然后，将两部分热固性材料添加到通道并使其固化以形成立柱。在立柱被设计为通过过盈配合装配到通道中的情况下，用适当的力将立柱插入。一旦立柱被固定并稳定，就将堆叠从导销移除并可将立柱插入用于导销的通道中。

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

说明性实施方案

提供以下对附图的描述以说明本文的教义，但不旨在限制其范围。一个附图中示出的一个或多个特征可与另一个附图中的一个或多个特征组合。

图1示出了电池板10。电池板10包括基板11。基板11包括从其突出的插入件41。插入件41包括穿其而过的开口40。插入件41延伸穿过转移片103和一种或多种活性材料105中的空隙128a、128b。一种或多种活性材料105位于转移片103与基板11之间。一种或多种活性材料105被分成第一离散活性区域105a和第二离散活性区域105b。第一离散活性区域105a可包括四元铅，而第二离散活性区域105b可包括三元铅。一种或多种活性材料105可呈糊剂的形式。第一离散活性区域105a和第二离散活性区域105b两者设置在基板11上。第一离散活性区域105a和第二离散活性区域105b彼此相邻。第一离散活性区域105a和第二离散活性区域105b彼此不重叠。第一离散区域105a相对于第二离散活性区域105b关于P基本上对称。

图2示出了图1的电池板10的剖视图。电池板10包括基板11。一种或多种活性材料105设置在基板上。一种或多种活性材料105包括第一离散活性区域105a和第二离散活性区域105b。转移片103位于一种或多种活性材料105上。转移片103被切掉以暴露第一离散活性区域105a和第二离散活性区域105b。一个或多个导电发射器126可任选地将第一离散活性区域105a与第二离散活性区域105b连接。例如，一个或多个导电销可驻留并从第一离散活性区域105a延伸到第二离散活性区域105b。

图3示出了电池板10的剖视图。电池板10包括基板11。一种或多种活性材料105设置在基板11上。一种或多种活性材料105可呈一种或多种糊剂的形式。一种或多种活性材料105包括第一离散活性区域105a和第二离散活性区域105b。一个或多个非活性层135位于第一离散活性区域105a与第二离散活性区域105b之间。一个或多个非活性层135可呈吸附玻璃毡(AGM)的形式。由于一个或多个非活性层135位于第一离散活性区域105a与第二离散活性区域105b之间，因此一个或多个非活性层135定位(例如，掩埋)在一种或多种活性材料105内。第一离散活性区域105a和第二离散活性区域105b相对于彼此和基板11形成为堆叠。

图4A至图4F示出了一种或多种活性材料105的横截面。横截面可沿着相对平行于基板11(未示出)的表面的平面图或沿着与基板11(未示出)的表面相交(例如，垂直)的正视图截取。一种或多种活性材料105包括第一离散活性区域105a和第二离散活性区域105b。图4A将第一离散活性区域105a和第二离散活性区域105b示出为平行、相邻且离散的区域。图4B将第一离散活性区域105a示出为多个圆形形状。第一离散活性区域105a与第二离散活性区域105b离散、被其环绕并包封。图4C将第一离散活性区域105a和第二离散活性区域105b示出为相邻的但具有不同且非对称的高度或宽度。图4D示出了均匀地分散的第一离散活性区域105a和第二离散活性区域105b。如图所示，第一离散活性区域105a与第二离散活性区域105b形成为基本上类似地成形且偏移的正方形，从而形成格子图案。在这种情况下，第一离散活性区域105a和第二离散活性区域105b两者具有相对于彼此基本上相等的面积和体积。图4E示出了至少部分地分层的多个离散活性区域105a、105b。第一离散活性区域105a和第二离散活性区域105b部分地重叠。部分重叠类似于屋顶的瓦板。当基板11(未示出)具有非平面表面区域(诸如带肋或波纹表面)时，该重叠可为相容的。图4F示出了呈织造图案的第一离散活性层105a和第二离散活性层105b。离散活性层105a、105b呈条带的形式。条带被织造成使得在一个条带横穿一种或多种活性材料(未示出)时，第一离散活性区域105a和第二离散活性区域105b在位于电极表面上(例如，更靠近基板11)与位于电解质表面上(例如，更靠近向内面向电化学电池单元)之间交替。

图5A至图5D示出了使用具有可移动板102的模具101来形成阴极13和阳极12以制备电池板10的一系列步骤。图5A示出了模具101，其中转移片103设置在可移动板102上。转移片103位于模具101的模具区域104内。图5B示出了一种或多种活性材料105中的第一活性材料被注射到模具区域104中。第一活性材料105呈糊剂的形式。注射到模具区域104中的第一活性材料105形成第一离散活性区域105a。第一离散活性区域105a经由挤出喷嘴106进行注射。在转移片103经过时，第一离散活性区域105a在低压力下被推动通过孔口以填充模具区域104。模具101相对于挤出喷嘴的移动方向由箭头107示出。图5C示出了可移动板102相对于模具101降低。一种或多种活性材料105中的第二活性材料被注射到模具区域104中。第二活性材料105也呈糊剂的形式。注射到模具区域104中的第二活性材料105形成第二离散活性区域105b。第二离散活性区域105b分层堆积到第一离散活性区域105a上。第二离散活性区域105b可由与第一离散活性区域105a相同或不同的挤出喷嘴106注射。图5D示出了可移动板102朝向基板11延伸，因此一种或多种活性材料105将与基板11接触。在这种情况下，第二离散活性区域105b将与基板11接触。因此，一种或多种活性材料105和转移片103可变为与基板11组装在一起以形成电池板10的部分。一种或多种活性材料105和转移片103可位于基板11的框架20内。

图6和图7两者示出了电池板10。电池板10包括基板11。基板11包括围绕其周边的框架20。框架20从基板11突出。基板11包括从其突出的插入件41。插入件41包括开口40。插入件41突出穿过空隙128a、128b。空隙128a、128b在一种或多种活性材料105和转移片103两者中形成。插入件41突出超出一种或多种活性材料105和转移片103。在图6中，转移片103被示出为基本上平面的。在图7中，转移片103包括波纹表面。

图8和图9两者示出了被配置为双极板的电池板10。电池板10包括基板11。基板11包括位于其边缘的框架20。例如，框架20可绕基板11的周边延伸。框架20包括非平面特征，诸如凸起边缘。凸起边缘20a、20b远离基板11和活性材料12、13延伸。凸起边缘20a、20b可用于允许电池板10与相邻的电池板(未示出)堆叠。活性材料包括阴极13和阳极12。阴极13和阳极12各自包括一种或多种活性材料105。在图9中，突出部114从基板11延伸。突出部114位于一种或多种活性材料105的表面下方。

图10示出了用于将一种或多种活性材料105(未示出)施加到转移片103(未示出)上的模具101。转移片103能够位于模具101的可移动板102的嵌套件130中，以便在其上施加一种或多种活性材料105。嵌套件130形成为可移动板102内的凹口或腔。模具101包括插入件124。插入件124位于嵌套件130中，使得插入件124远离可移动板102突出。插入件124可类似于在嵌套件130内突出的立柱。模具101包括挤出喷嘴106。挤出喷嘴106包括柱塞120。柱塞120向驻留在糊剂盒122内的一种或多种活性材料105(未示出)施加恒定的低压力。一种或多种活性材料105可呈一种或多种糊剂的形式。一种或多种活性材料105被推动通过挤出喷嘴106进入模具区域104中，使得一种或多种活性材料105施加到转移片103的表面上。在施加一种或多种活性材料105时，可移动板102在移动方向107上将其上具有一种或多种活性材料105的转移片103移动远离挤出喷嘴106。多个输送元件132提供可移动板102在移动方向107上的移动。

图11示出了模具101(如图5A至图5D所示)的可移动板102。可移动板102包括嵌套件130。转移片103在嵌套件130内。一种或多种活性材料105位于转移片103上。例如，在一种或多种活性材料105已经经由挤出喷嘴106(如图5A至图5D所示)施加到转移片103上之后。模具101包括插入件124。插入件124突出到嵌套件130中并远离可移动板102。插入件124突出穿过转移片103的开口128a。在将转移片103放置在嵌套件130中之前，在转移片103中形成开口128a。插入件124突出超出转移片103的上表面134。当将一种或多种活性材料105施加到转移片103的上表面134上时，插入件124防止一种或多种活性材料105填充开口128a并造成在一种或多种活性材料105内形成开口128b。因此，一种或多种活性材料105的开口128b与转移片103的开口128a对准。当将转移片103和一种或多种活性材料105组装到电池板10时(诸如图1、图6、图7、图8或图9所示)，开口128a、128b可与其他开口对准以形成一个或多个通道。

图12示出了用于用模具101制备电池板10并然后在电池板10堆叠内组装以形成电池组件的过程200。电池板10可为双极板，但对于单极板或甚至双极板，该过程都将是类似的。第一步骤202包括将转移片103放置在模具101内。转移片103可为正极转移片。第二步骤204包括将一种或多种活性材料105以及任选地一种或多种非活性层135施加到转移片103。一种或多种活性材料105是正极活性材料(PAM)。转移片103与一种或多种活性材料105以及任选地一种或多种非活性材料层135(其为正极活性材料(PAM))组合形成阴极13。第三步骤206包括从模具101移除转移片103和一种或多种活性材料105或者阴极13并将其转移到基板11。第四步骤208包括将转移片103放置在模具101内。转移片103可为负极转移片。第五步骤210包括将一种或多种活性材料105以及任选地一种或多种非活性材料层135施加到转移片103。一种或多种活性材料105是负极活性材料(NAM)。转移片103与一种或多种活性材料105以及任选地一种或多种非活性材料层(其为负极活性材料(PAM))组合形成阳极12。第六步骤212包括从模具101移除转移片103和一种或多种活性材料105或者阳极13并将其转移到基板11。阳极12位于基板11的与阴极13相对的表面上。可在第四步骤208至第六步骤212之前、之后或与之并行地执行第一步骤202至第三步骤206。一旦阳极12和阴极13位于电池板10上，就将该电池板组装为双极板。第七步骤214包括将组装的电池板10转移并添加到电池板堆叠。第一步骤202至第七步骤214可根据需要重复多次，直到达到期望的堆叠大小为止。最后一个步骤218涉及将组装的电池板的堆叠固化。堆叠可能需要移动，诸如从组装线或站移动到固化区域。

图13和图14示出了形成电池组件1的电池板10和隔板14的堆叠。图13示出了堆叠的局部分解图，而图14示出了堆叠的透视图。示出了端板25，该端板具有端子孔42和用于呈螺栓和螺母19的形式的立柱17的孔39。电池板10与端板25相邻，该电池板是具有框架20的单极板43，该框架具有凸起边缘。单极板43具有凸起插入件41，该凸起插入件环绕用于形成横向通道16的孔40和孔中的立柱17。隔板14与单极板43相邻。隔板14具有围绕周边的框架34。隔板14包括吸附玻璃毡36，该吸附玻璃毡包括框架34内的中心部分。示出了环绕用于形成横向通道16的模制插入件孔37的模制插入件35。双极板44与隔板14相邻。双极板44包括围绕周边的框架20。框架20是凸起表面。凸起插入件41凸起以形成横向通道16。凸起插入件41形成用于横向通道的凸起插入件孔40。图14示出了电池板10和隔板14的堆叠。示出了端板25、电池板基板框架20、隔板框架34、立柱17和围绕立柱17的螺母19。端板25中的端子孔42具有位于其中的电池端子33。

图15示出了形成电池组件1的电池板10堆叠的侧视图。电池板10在电池板10堆叠的相对端处包括单极板43。多个双极板44在相对单极板43之间。电池板10中的每一者包括基板11。阳极12和阴极13与双极板44的每个基板11相邻。隔板14设置在每一对阳极12和阴极13之间。隔板14被示出为其中吸收有液体电解质的吸附玻璃毡。每一对阳极12和阴极13以及在其间的电解质形成电化学电池单元。还示出了横向通道16。通道密封件15设置在横向通道16内。通道密封件15可由配合在一起、作为橡胶管或这两者的一个或多个插入件35、41形成。立柱17位于通道密封件15内部。立柱17呈带螺纹螺栓的形式。立柱17也可为位于其中的模制立柱。重叠部分18、19在立柱17的端部处。重叠部分18、19呈螺栓头18和螺母19的形式。重叠部分18、19也可被模制在其上，诸如模制头。框架20围绕单极板43和双极板44两者的基板11的边缘。

以上申请中陈述的任何数值包括从下限值到上限值以一个单位递增的所有值，只要在任何下限值与任何上限值之间有至少2个单位的间隔即可。这些仅是具体地意图的示例，并且本申请中将以类似的方式明确地叙述在列举的下限值与上限值之间的数值的所有可能组合。除非另有说明，否则所有范围都包括两个端点和介于端点之间的所有数字。描述角测量的术语“大体上”或“基本上”可意指约+/-10°或更小、约+/-5°或更小或甚至约+/-1°或更小。描述角测量的术语“大体上”或“基本上”可意指约+/-0.01°或更大、+/-0.1°或更大或甚至约+/-0.5°或更大。描述线性测量、百分比或比率的术语“大体上”或“基本上”可意指约+/-10％或更小、约+/-5％或更小或甚至约+/-1％或更小。描述线性测量、百分比或比率的术语“大体上”或“基本上”可意指约+/-0.01％或更大、+/-0.1％或更大或甚至约+/-0.5％或更大。描述组合的术语“基本上由…组成”应包括所确定的要素、成分、部件或步骤，以及不会实质上影响所述组合的基本和新颖特性的此类其他要素、成分、部件或步骤。用于描述本文的要素、成分、部件或步骤的组合的术语“包括”或“包含”的使用还设想了实质上由所述要素、成分、部件或步骤组成的实施方案。多个要素、成分、部件或步骤可由单个集成的要素、成分、部件或步骤提供。可选地，单个集成的要素、成分、部件或步骤可被分成单独的多个要素、成分、部件或步骤。用于描述要素、成分、部件或步骤的“一种”或“一个”的公开不旨在排除附加的要素、成分、部件或步骤。

Claims (34)

1.一种电池板，所述电池板包括：

a)基板，所述基板具有与第二表面相对的第一表面；

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

其中所述一种或多种活性材料包括两个或更多个离散活性材料区域；并且

其中所述电池板是单极板、双极板、双极性板或它们的组合。

2.根据权利要求1所述的电池板，其中所述一种或多种活性材料包括正极活性材料、负极活性材料或所述正极活性材料和所述负极活性材料两者。

3.根据权利要求1或2所述的电池板，其中所述两个或更多个离散活性材料区域包括沉积在彼此顶部上的两个或更多个活性材料层，使得所述一种或多种活性材料的一个层位于所述基板与所述一种或多种活性材料的至少另一个层之间。

4.根据前述权利要求中任一项所述的电池板，其中所述两个或更多个离散活性材料区域彼此相邻地沉积。

5.根据前述权利要求中任一项所述的电池板，其中所述一种或多种活性材料呈糊剂的形式。

6.根据权利要求5所述的电池板，其中通过转移涂糊来施加所述糊剂。

7.根据前述权利要求中任一项所述的电池板，其中所述两个或更多个离散活性材料区域具有位于所述两个或更多个离散活性材料区域之间的一个或多个非活性层。

8.根据权利要求7所述的电池板，其中所述一个或多个非活性层包括电解质吸附材料。

9.根据权利要求8所述的电池板，其中所述非活性层是吸附玻璃毡。

10.根据前述权利要求中任一项所述的电池板，其中所述两个或更多个离散活性材料区域中的至少一个包括三元铅氧化物。

11.根据前述权利要求中任一项所述的电池板，其中所述两个或更多个离散活性材料区域中的至少一个包括四元铅氧化物。

12.根据前述权利要求中任一项所述的电池板，其中所述两个或更多个离散活性材料区域中的至少一个包括三元铅氧化物，而所述两个或更多个离散活性材料区域中的至少另一个包括四元铅氧化物。

13.根据前述权利要求中任一项所述的电池板，其中所述两个或更多个离散活性材料区域中的至少一个是高功率糊剂。

14.根据前述权利要求中任一项所述的电池板，其中所述两个或更多个离散活性材料区域中的至少一个是高能量糊剂。

15.根据前述权利要求中任一项所述的电池板，其中所述两个或更多个离散活性材料区域中的至少一个是高能量糊剂，而所述两个或更多个离散活性材料区域中的至少另一个是高功率糊剂。

16.根据前述权利要求中任一项所述的电池板，其中所述两个或更多个离散活性区域中的至少一个作为糊剂被施加并在所述基板上固化，之后所述两个或更多个离散活性区域中的至少另一个作为糊剂被施加并然后在所述基板上固化。

17.根据前述权利要求中任一项所述的电池板，其中所述两个或更多个离散活性区域中的至少一个包括一种或多种导电添加剂。

18.根据权利要求17所述的电池板，其中所述一种或多种导电添加剂包括碳、纳米碳、纳米氧化硅、纳米氧化钛、纳米聚合物等或它们的任何组合中的一者或多者。

19.根据前述权利要求中任一项所述的电池板，其中所述两个或更多个离散活性区域是基本上对称的或基本上非对称的。

20.根据前述权利要求中任一项所述的电池板，其中所述两个或更多个离散活性区域相对于彼此是基本上连续的。

21.根据前述权利要求中任一项所述的电池板，其中所述两个或更多个离散活性区域是不连续的，使得一个或多个间隙、一个或多个非活性层或这两者物理地分隔所述两个或更多个离散活性区域。

22.根据前述权利要求中任一项所述的电池板，其中所述一种或多种活性材料是被分隔成所述两个或更多个离散活性材料区域的基本上相同的活性材料。

23.根据前述权利要求中任一项所述的电池板，其中所述一种或多种活性材料是被分隔成所述两个或更多个离散活性材料区域的两种或更多种活性材料。

24.根据权利要求23所述的电池板，其中所述两种或更多种活性材料包括比一种或多种其他活性材料具有更高孔隙表面积的一种或多种活性材料。

25.根据权利要求23或24所述的电池板，其中所述两种或更多种活性材料包括一种或多种高孔隙表面积材料。

26.根据权利要求25所述的电池板，其中所述一种或多种高孔隙表面积材料具有约8m²/g或更高至约20m²/g或更小的孔隙表面积。

27.根据权利要求23至26中任一项所述的电池板，其中所述两种或更多种活性材料包括一种或多种低孔隙表面积材料。

28.根据权利要求27所述的电池板，其中所述一种或多种低孔隙表面材料具有约0m²/g或更大至约5m²/g或更小的孔隙率。

29.根据权利要求23至28中任一项所述的电池板，其中所述两种或更多种活性材料包括比一种或多种其他活性材料包括更高密度材料的一种或多种活性材料。

30.根据权利要求23至29中任一项所述的电池板，其中所述两种或更多种活性材料包括一种或多种高密度材料。

31.根据权利要求30所述的电池板，其中所述一种或多种高密度材料具有约3.7g/cc或更大至约4.1g/cc或更小的密度。

32.根据权利要求23至31中任一项所述的电池板，其中所述两种或更多种活性材料包括一种或多种低密度材料。

33.根据权利要求32所述的电池板，其中所述一种或多种低密度材料具有约2.6g/cc或更大至约2.9g/cc或更小的密度。

34.根据前述权利要求中任一项所述的电池板，其中通过在所述一种或多种活性材料上进行压花、压印或这两者来形成所述两个或更多个离散活性材料区域、所述两个或更多个离散活性材料区域的一个或多个部分或这两者。

Images