CN115332735A - 具有绝缘极耳的锂离子可再充电电化学电池及其形成方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了具有绝缘极耳的锂离子可再充电电化学电池及其形成方法。锂离子电化学电池组装件包括具有第一极性和在第一电极的边缘处限定第一导电极耳的第一集流体的第一电极。该第一导电极耳基本被第一绝缘材料覆盖。第二电极具有第一极性和在第二电极的边缘处限定第二导电极耳的第二集流体。该第二导电极耳基本被第二绝缘材料覆盖。焊核穿过第一绝缘材料与第二绝缘材料的至少一部分形成，其将第一导电极耳与第二导电极耳接合在一起。还提供了形成锂离子电化学电池的方法。

Description

具有绝缘极耳的锂离子可再充电电化学电池及其形成方法
技术领域
本发明涉及具有绝缘极耳的锂离子可再充电电化学电池及其形成方法。
背景技术
本部分提供与本公开有关的背景信息，其不一定是现有技术。
本公开涉及具有电极的锂离子电化学电池，所述电极具有完全电隔离且导电的极耳以尽量减少或防止短路并提高电化学电池性能。
电化学电池，如锂离子电池组，可用于多种消费品和车辆如混合动力或电动车辆。典型的锂离子电池组包括至少一个正电极或阴极、至少一个负电极或阳极、电介质材料和任选的隔离件。锂离子电池组电池的堆叠可以在电化学装置中电连接以提高总输出。锂离子电池组通过在负电极与正电极之间可逆地传送锂离子来运行。隔离件和/或电解质设置在负电极与正电极之间。电解质适于传导锂离子，并可以为固体、液体或凝胶形式。锂离子在电池组的充电过程中从阴极（正电极）移动至阳极（负电极），并在电池组放电时以相反方向移动。
在堆叠中，每个负电极和正电极可以电连接到集流体（通常为金属，如对于阳极为铜箔，且对于阴极为铝箔）。该电极活性材料可通过工艺如涂覆、层压或粘附设置在金属集流体箔上。每个集流体具有至少一个极耳区域，其是集流体的一部分或与集流体集成，并且通过工艺如切割、冲口或冲压制得，并在电化学电池的堆叠中可经由接合工艺如焊接与其它极耳区域接合。在电池组使用过程中，与正电极和负电极的集流体相关联的焊接极耳可分别经由外部电路连接，该外部电路允许由电子在电极之间通过以补偿锂离子的传输而产生的电流。例如，在电池放电过程中，从负电极到正电极的内部Li+离子电流可以通过流经外部电路从电池组电池的负电极到正电极的电子电流来补偿。
为了防止由金属极耳或端子之间的接触（其中接触可导致内部短路）引起的意外短路，每个金属集流体、极耳或端子的部分不应彼此直接接触，例如该电极活性材料可以是绝缘的。例如，绝缘胶带可以附接到相应部分，如集流体的裸露表面，例如在极耳区域中。
为了避免不同集流体的极耳之间的短路，可以将绝缘材料施加到一个或多个区域。目前绝缘仅应用于正电极或阴极，并倾向于仅在集流体的极耳区域上以最小高度施加。该负电极或阳极极耳通常完全未涂覆，并且没有绝缘。由此，在电活性电极材料上方但在接合极耳的焊接区域下方的导电集流体的未覆盖区域可能存在与另一极性电极发生硬短路或软短路或二者的潜在风险。此外，形成集流体和/或极耳的箔材料可能是脆弱的并在组装过程中弯曲。任何无意的折叠都可能导致短路，尤其当极耳具有未涂覆区域时。此类短路行为在不同电池组设计之间是多变且不可预测的。将合意的是尽量减少此类制造可变性并降低任何短路的可能性。
发明内容
本章节提供本公开的一般概述，并且不是其完整范围或其所有特征的全面公开。
本公开涉及具有绝缘极耳的锂离子可再充电电化学电池及其形成方法。
在某些变型中，本公开涉及包括具有第一极性的第一电极和在第一电极的边缘处限定第一导电极耳的第一集流体的锂离子电化学电池组装件。所述第一导电极耳基本被第一绝缘材料覆盖。所述锂离子电化学电池组装件进一步包括具有第一极性并具有在第二电极的边缘处限定第二导电极耳的第二集流体的第二电极。所述第二导电极耳基本被第二绝缘材料覆盖。焊核穿过第一绝缘材料与第二绝缘材料的至少一部分形成，其将第一导电极耳与第二导电极耳接合在一起。
在某些方面，所述锂离子电化学电池组装件进一步包括与焊核和接合的第一与第二导电极耳电连通的第一电导管。
在某些方面，所述锂离子电化学电池组装件进一步包括设置在焊核的暴露表面上的附加第三绝缘材料。
在某些方面，所述第一电极的边缘限定被第一绝缘材料涂覆的末端区域，且所述第二电极的边缘限定被第二绝缘材料涂覆的末端区域。
在某些方面，所述锂离子电化学电池组装件进一步包括具有第二极性和限定形成在第三电极上的第三导电极耳的第三集流体的第三电极。所述第三导电极耳基本被第三绝缘材料覆盖。在某些方面，所述锂离子电化学电池组装件进一步包括具有第二极性并具有限定设置在第四电极边缘处上的第四导电极耳的第四集流体的第四电极。所述第四导电极耳基本被第四绝缘材料覆盖，其中焊核是第一焊核。第二焊核穿过第三绝缘材料与第四绝缘材料形成，其将第三导电极耳接合至第四导电极耳。
在某些方面，所述第一和第二绝缘材料选自：氧化铝、氧化硅、锂化沸石、氟基聚合物、聚偏二氟乙烯（PVdF）、聚乙烯醇（PVA）、羧甲基纤维素钠、苯乙烯丁二烯橡胶、聚丙烯腈、聚酰亚胺及其组合。
在某些其它变型中，本公开涉及包括具有第一极性和在第一电极边缘处限定第一导电极耳的第一集流体的第一电极的锂离子电化学电池组装件。所述第一导电极耳基本被包含锂化沸石的第一绝缘材料覆盖。具有第一极性并具有第二集流体的第二电极在第二电极的边缘处限定第二导电极耳。所述第二导电极耳基本被包含锂化沸石的第二绝缘材料覆盖。焊核穿过第一绝缘材料与第二绝缘材料的至少一部分形成，其将第一导电极耳与第二导电极耳接合在一起。
在某些方面，第一电导管与焊核以及接合的第一和第二导电极耳电连接。
在某些方面，所述锂离子电化学电池组装件进一步包括具有第二极性和限定形成在第三电极上的第三导电极耳的第三集流体的第三电极。所述第三导电极耳基本被第三绝缘材料覆盖。具有第二极性并具有第四集流体的第四电极限定设置在第四电极边缘处上的第四导电极耳。所述第四导电极耳基本被第四绝缘材料覆盖，其中焊核是第一焊核。第二焊核穿过第三绝缘材料与第四绝缘材料形成，其将第三导电极耳接合至第四导电极耳。
在又一些变型中，本公开涉及制造锂离子电化学电池组装件的方法。在一方面，所述方法包括将第一电极的被第一绝缘材料覆盖的第一导电极耳焊接到第二电极的被第二绝缘材料覆盖的第二导电极耳上。所述焊接穿过第一绝缘材料和第二绝缘材料的至少一部分进行以形成焊核。
在某些方面，所述焊接是激光焊接工艺或电阻焊接工艺。
在某些方面，所述方法进一步包括在焊接之前，将第一绝缘材料施加到与第一电极的具有设置在其上的第一电活性材料的中心区域相邻的第一集流体的第一末端边缘的至少一部分上。此外，将第二绝缘材料施加到与第二电极的具有设置在其上的第二电活性材料的中心区域相邻的第二集流体的第二末端边缘的至少一部分上。
在某些进一步的方面，所述方法进一步包括除去第一末端边缘的一部分以限定具有设置在其上的第一绝缘材料的第一导电极耳。所述方法进一步包括除去第二末端边缘的一部分以限定具有设置在其上的第二绝缘材料的第二导电极耳。
在某些进一步的方面，一部分第一末端边缘的去除使一部分第一绝缘材料残留在第一末端边缘上，并且一部分第二末端边缘的去除使一部分第二绝缘材料残留在第二末端边缘上。
在某些方面，施加第一绝缘材料包括施加包含粘合剂材料和多个电绝缘粒子的第一浆料并从第一浆料中除去液体以形成第一绝缘材料。所述方法进一步包括施加第二绝缘材料，其包括施加包含粘合剂材料和多个电绝缘粒子的第二浆料并从第二浆料中除去液体以形成第二绝缘材料。
在某些进一步的方面，在第一集流体上涂覆第一电活性材料的过程中将第一浆料施加到第一集流体的第一末端边缘上。在第二集流体上涂覆第二电活性材料的过程中将第二浆料施加到第二集流体的第二末端边缘上。
在某些进一步的方面，在第一集流体上涂覆第一电活性材料的过程之后将第一浆料施加到第一集流体的第一末端边缘上。在第二集流体上涂覆第二电活性材料的过程之后将第二浆料施加到第二集流体的第二末端边缘上。
在某些方面，在第一集流体上涂覆第一电活性材料的过程中将第一浆料施加到第一集流体的末端边缘上。在第二集流体上涂覆第二电活性材料的过程中将第二浆料施加到第二集流体的末端边缘上。
在某些进一步的方面，第一绝缘材料的施加通过将第一末端边缘浸没在浆料浴中并使其干燥以形成第一绝缘材料来进行。第二绝缘材料的施加通过将第二末端边缘浸没在浆料浴中并使其干燥以形成第二绝缘材料来进行。
在某些进一步的方面，在焊接之后，所述方法进一步包括在焊核的暴露表面上施加第三绝缘材料。
在某些方面，所述方法进一步包括在焊接之前：除去第一集流体的第一末端边缘的一部分以限定第一导电极耳，和除去第二集流体的第二末端边缘的一部分以限定第二导电极耳。可以随后将第一绝缘材料施加到第一导电极耳上，并将第二绝缘材料施加到第二导电极耳上。
本发明公开了以下实施方案：
1. 一种锂离子电化学电池组装件，包括：
第一电极，所述第一电极具有第一极性和在所述第一电极的边缘处限定第一导电极耳的第一集流体，其中所述第一导电极耳基本被第一绝缘材料覆盖；
第二电极，所述第二电极具有所述第一极性并具有在所述第二电极的边缘处限定第二导电极耳的第二集流体，其中所述第二导电极耳基本被第二绝缘材料覆盖；和
焊核，所述焊核穿过所述第一绝缘材料与所述第二绝缘材料的至少一部分形成，其将所述第一导电极耳与所述第二导电极耳接合在一起。
根据实施方案1所述的锂离子电化学电池组装件，进一步包括与所述焊核和接合的所述第一导电极耳与第二导电极耳电连通的第一电导管。
根据实施方案1所述的锂离子电化学电池组装件，进一步包括设置在所述焊核的暴露表面上的附加第三绝缘材料。
根据实施方案1所述的锂离子电化学电池组装件，其中所述第一电极的边缘限定被所述第一绝缘材料涂覆的末端区域，且所述第二电极的边缘限定被所述第二绝缘材料涂覆的末端区域。
根据实施方案1所述的锂离子电化学电池组装件，进一步包括：
第三电极，所述第三电极具有第二极性和限定形成在所述第三电极上的第三导电极耳的第三集流体，其中所述第三导电极耳基本被第三绝缘材料覆盖；和
第四电极，所述第四电极具有所述第二极性并具有限定设置在所述第四电极边缘处上的第四导电极耳的第四集流体，其中所述第四导电极耳基本被第四绝缘材料覆盖，其中所述焊核是第一焊核，和
第二焊核，所述第二焊核穿过所述第三绝缘材料与所述第四绝缘材料形成，其将所述第三导电极耳接合至所述第四导电极耳。
根据实施方案1所述的锂离子电化学电池组装件，其中所述第一绝缘材料和第二绝缘材料选自：氧化铝、氧化硅、锂化沸石、氟基聚合物、聚偏二氟乙烯（PVdF）、聚乙烯醇（PVA）、羧甲基纤维素钠、苯乙烯丁二烯橡胶、聚丙烯腈、聚酰亚胺及其组合。
一种锂离子电化学电池组装件，包括：
第一电极，所述第一电极具有第一极性和在所述第一电极的边缘处限定第一导电极耳的第一集流体，其中所述第一导电极耳基本被包含锂化沸石的第一绝缘材料覆盖；和
第二电极，所述第二电极具有所述第一极性并具有在所述第二电极的边缘处限定第二导电极耳的第二集流体，其中所述第二导电极耳基本被包含锂化沸石的第二绝缘材料覆盖；和
焊核，所述焊核穿过所述第一绝缘材料与所述第二绝缘材料的至少一部分形成，其将所述第一导电极耳与所述第二导电极耳接合在一起。
根据实施方案7所述的锂离子电化学电池组装件，其中所述第一电导管与所述焊核以及接合的所述第一导电极耳和第二导电极耳电连接。
根据实施方案7所述的锂离子电化学电池组装件，进一步包括：
第三电极，所述第三电极具有第二极性和限定形成在所述第三电极上的第三导电极耳的第三集流体，其中所述第三导电极耳基本被第三绝缘材料覆盖；和
第四电极，所述第四电极具有所述第二极性并具有限定设置在所述第四电极边缘处上的第四导电极耳的第四集流体，其中所述第四导电极耳基本被第四绝缘材料覆盖，其中所述焊核是第一焊核，和
第二焊核，所述第二焊核穿过所述第三绝缘材料与所述第四绝缘材料形成，其将所述第三导电极耳接合至所述第四导电极耳。
一种制造锂离子电化学电池组装件的方法，包括：
将第一电极的被第一绝缘材料覆盖的第一导电极耳焊接到第二电极的被第二绝缘材料覆盖的第二导电极耳上，其中所述焊接穿过所述第一绝缘材料和所述第二绝缘材料的至少一部分进行以形成焊核。
根据实施方案10所述的方法，其中所述焊接是激光焊接工艺或电阻焊接工艺。
根据实施方案10所述的方法，进一步包括在焊接之前：
将所述第一绝缘材料施加到与所述第一电极的具有设置在其上的第一电活性材料的中心区域相邻的第一集流体的第一末端边缘的至少一部分上；和
将所述第二绝缘材料施加到与所述第二电极的具有设置在其上的第二电活性材料的中心区域相邻的第二集流体的第二末端边缘的至少一部分上。
根据实施方案12所述的方法，进一步包括：
除去所述第一末端边缘的一部分以限定具有设置在其上的所述第一绝缘材料的所述第一导电极耳；和
除去所述第二末端边缘的一部分以限定具有设置在其上的所述第二绝缘材料的所述第二导电极耳。
根据实施方案13所述的方法，其中所述去除一部分第一末端边缘使一部分所述第一绝缘材料残留在所述第一末端边缘上，并且所述去除一部分第二末端边缘使一部分所述第二绝缘材料残留在所述第二末端边缘上。
根据实施方案12所述的方法，其中所述施加第一绝缘材料包括施加包含粘合剂材料和多个电绝缘粒子的第一浆料并从所述第一浆料中除去液体以形成所述第一绝缘材料，并且所述施加第二绝缘材料包括施加包含粘合剂材料和多个电绝缘粒子的第二浆料并从所述第二浆料中除去液体以形成所述第二绝缘材料。
根据实施方案15所述的方法，其中：
（i）在所述第一集流体上的涂覆所述第一电活性材料的过程中将所述第一浆料施加到所述第一集流体的第一末端边缘上；和
在所述第二集流体上涂覆所述第二电活性材料的过程中将所述第二浆料施加到所述第二集流体的第二末端边缘上；或
（ii）在所述第一集流体上涂覆所述第一电活性材料的过程之后将所述第一浆料施加到所述第一集流体的第一末端边缘上；和
在所述第二集流体上涂覆所述第二电活性材料的过程之后将所述第二浆料施加到所述第二集流体的第二末端边缘上。
根据实施方案15所述的方法，其中在所述第一集流体上涂覆所述第一电活性材料的过程中将所述第一浆料施加到所述第一集流体的末端边缘上；和
在所述第二集流体上涂覆所述第二电活性材料的过程中将所述第二浆料施加到所述第二集流体的末端边缘上。
根据实施方案12所述的方法，其中所述第一绝缘材料的施加通过将所述第一末端边缘浸没在浆料浴中并使其干燥以形成所述第一绝缘材料来进行，并且所述第二绝缘材料的施加通过将所述第二末端边缘浸没在浆料浴中并使其干燥以形成所述第二绝缘材料来进行。
根据实施方案12所述的方法，其中在所述焊接之后，进一步包括在所述焊核的暴露表面上施加第三绝缘材料。
根据实施方案10所述的方法，进一步包括在焊接之前：
除去第一集流体的第一末端边缘的一部分以限定所述第一导电极耳；
除去第二集流体的第二末端边缘的一部分以限定所述第二导电极耳；
将所述第一绝缘材料施加到所述第一导电极耳上；和
将所述第二绝缘材料施加到所述第二导电极耳上。
进一步适用领域通过本文提供的描述将变得显而易见。本发明内容中的描述和具体实例仅意在举例说明而无意限制本公开的范围。
附图说明
本文中描述的附图仅用于所选实施方案而非所有可能实施方式的说明目的，并且无意限制本公开的范围。
图1示出了具有多个电极的可再充电锂离子电化学电池的一个实例。
图2A示出了具有导电极耳的未覆盖绝缘材料的上部区域的电极的正视图。
图2B是沿图2A的线B-B’截取的电极的截面图。
图3A示出了根据本公开的某些方面的具有末端区域和涂布在绝缘材料（穿过该绝缘材料形成焊核）中的导电极耳的电极的正视图。
图3B是沿图3A的线B-B’截取的电极的截面图。
图4A示出了根据本公开的某些方面具有涂布在绝缘材料（穿过该绝缘材料形成焊核）中的导电极耳的电极的正视图。
图4B是沿图4A的线B-B’截取的电极的截面图。
遍及附图的几个视图，相应的附图标记指示相应的部件。
具体实施方式
提供示例性实施方案从而使得本公开将为完全的，并使本公开将向本领域技术人员充分传达范围。阐述了许多具体细节，例如具体组合物、组件、装置和方法的实例，以提供对本公开的实施方案的充分理解。对本领域技术人员将显而易见的是，不需要采用具体细节，示例性实施方案可以以许多不同的形式表现，并且它们都不应被解释为限制本公开的范围。在一些示例性实施方案中，没有详细描述公知的方法、公知的装置结构和公知的技术。
本文中所用的术语仅为了描述特定的示例性实施方案，并且无意作为限制。除非上下文清楚地另行指明，如本文所用，单数形式“一”、“一个”和“该”可旨在也包括复数形式。术语“包含”、“包括”、“涵盖”和“具有”是可兼的，并且因此指定了所述特征、元件、组合物、步骤、整数、操作和/或组件的存在，但不排除一个或多个其它特征、整数、步骤、操作、元件、组件和/或其群组的存在或加入。尽管开放式术语“包括”应被理解为用于描述和要求保护本文中所述的各种实施方案的非限制性术语，但在某些方面，该术语或可被理解成替代性地为更具限制性和局限性的术语，如“由……组成”或“基本由……组成”。由此，对叙述组合物、材料、组件、元件、特征、整数、操作和/或方法步骤的任意给定实施方案，本公开还具体包括由或基本由此类所叙述组合物、材料、组件、元件、特征、整数、操作和/或方法步骤组成的实施方案。在“由……组成”的情况下，替代实施方案排除任何附加的组合物、材料、组件、元件、特征、整数、操作和/或方法步骤，而在“基本由……组成”的情况下，从此类实施方案中排除了实质上影响基本和新颖特性的任何附加的组合物、材料、组件、元件、特征、整数、操作和/或方法步骤，但是不在实质上影响基本和新颖特性的任何组合物、材料、组件、元件、特征、整数、操作和/或方法步骤可以包括在实施方案中。
本文中描述的任何方法步骤、工艺和操作不应解释为必定要求它们以所论述或举例说明的特定次序执行，除非明确确定为执行次序。还要理解的是，除非另行说明，可采用附加或替代的步骤。
当组件、元件或层被提到在另一元件或层“上”，“啮合”、“连接”或“耦合”到另一元件或层上时，其可直接在另一组件、元件或层上，啮合、连接或耦合到另一组件、元件或层上，或可存在居间元件或层。相较之下，当元件被提到“直接在另一元件或层上”，“直接啮合”、“直接连接”或“直接耦合”到另一元件或层上时，可不存在居间元件或层。用于描述元件之间关系的其它词语应以类似方式解释(例如“在…之间”相对“直接在…之间”，“相邻”相对“直接相邻”等)。如本文所用，术语“和/或”包括一个或多个相关罗列项的任何和所有组合。
尽管术语第一、第二、第三等在本文中可用于描述各种步骤、元件、组件、区域、层和/或区段，但除非另行说明，这些步骤、元件、组件、区域、层和/或区段不应受这些术语限制。这些术语可仅用于将一个步骤、元件、组件、区域、层或区段与另一步骤、元件、组件、区域、层或区段进行区分。除非上下文清楚表明，术语如“第一”、“第二”和其它数值术语在本文中使用时并不暗示次序或顺序。因此，下文论述的第一步骤、元件、组件、区域、层或区段可以被称作第二步骤、元件、组件、区域、层或区段而不背离示例性实施方案的教导。
为了易于描述，在本文中可使用空间或时间上相对的术语，如“之前”、“之后”、“内”、“外”、“下”、“下方”、“下部”、“上方”、“上部”等描述如附图中所示的一个元件或特征与其它(一个或多个)元件或(一个或多个)特征的关系。除了在附图中所示的取向之外，空间或时间上的相对术语可旨在涵盖装置或系统在使用或操作中的不同取向。
遍及本公开，数值代表近似测量值或范围界限以涵盖与给定值的轻微偏差和大致具有所提及值的实施方案以及确切具有所提及值的实施方案。除了在详细描述最后提供的工作实例中之外，本说明书(包括所附权利要求)中的(例如量或条件)参数的所有数值应被理解为在所有情况中被术语“约”修饰，无论在该数值前是否实际出现“约”。“约”是指所述数值允许一定的轻微不精确(在一定程度上接近该值的精确值；大致或合理地近似该值；几乎是)。如果在本领域中不以这种普通含义另行理解由“约”提供的不精确性，那么本文所用的“约”是指可由测量和使用此类参数的普通方法造成的至少偏差。例如，“约”可包括小于或等于5%、任选小于或等于4%、任选小于或等于3%、任选小于或等于2%、任选小于或等于1%、任选小于或等于0.5%，和在某些方面任选小于或等于0.1%的偏差。
此外，范围的公开包括对在整个范围内的所有值和进一步细分范围的公开，包括对该范围所给出的端点和子范围的公开。
现在将参考附图更充分描述示例性实施方案。
本技术涉及可用于例如汽车或其它车辆（例如摩托车、船），但也可用于在许多其它工业和应用（作为非限制性实例如消费电子设备）中使用的电化学电池的电化学电池。
通常，电化学电池可以是指可连接到其它单元的单元。多个电连接的电池，例如堆叠在一起的那些，可以被视为是一个模块。包通常是指多个可操作连接的模块，其可以以串联或并联连接的各种组合进行电连接。电池组模块由此可封装在袋结构、外壳中，或与多个其它电池组模块一起定位以形成电池包。在某些方面，该电池组模块可以是棱柱形混合电池组的一部分。
锂离子电化学电池（例如电池组）20的示例性和示意性图示在图1中示出。如本领域技术人员将理解的，相应的组件在组装时将压缩在一起，之间没有间隔。此外，虽然可以分别在正电极与负电极之间限定每个电池单元，但多个单元电池形成可以是单元电池堆叠的电池组。在各个方面，所示实施方案代表但不一定限制根据本教导制备的电池组配置，并可应用于各种其它电化学装置和结构。该电池组20可包括至少两个正电极30、50和至少两个负电极40、60。该电池组20可进一步包括电解质100。该电解质100可以是固态电解质，或可以是液体或凝胶，在这种情况下，如图1中所示的隔离件组件22设置在相应的正电极与负电极之间。
第一正电极30可与第二正电极50平行，并且第一负电极40可设置在其间，其中隔离件22设置在每个相对的正电极与负电极之间。第二负电极60可以与第二正电极50的侧面或表面平行，该第二正电极50与负电极40相对。在某些方面，如所示那样，该正电极和负电极30、40、50、60可以设置在含有电解质100的单个电池组外壳110中。但是，技术人员将理解，在各种其它方面，可存在其它外壳系统或设计。此外，第一正电极30和第二正电极50可具有相同或不同的组成，而第一负电极40和第二负电极60可具有相同或不同的组成。其它变型可包括具有设置在堆叠内的电容电极（未示出）的电容器辅助电池组。
如上所述，能够在电极30、40、50、60之间传导锂离子的任何合适的电解质100，无论是固体、液体还是凝胶形式，均可用于电池组20。在图1中，该电解质100是液体或凝胶，与设置在不同极性的电极之间的隔离件22一起使用。
在各个方面，该第一正电极30可包括第一正集流体32和一个或多个设置在其上的第一正电活性材料层34。一个或多个第一正电活性材料层34可与第一正集流体32电连通设置。该第一正集流体32在末端边缘39处进一步限定了极耳38。本文中论述的极耳，如极耳38，是导电的，并可由与集流体相同的材料形成，例如金属箔。在某些方面，本文中论述的极耳与集流体一体形成。该极耳可与末端边缘39共同延伸并沿末端边缘39的整个长度（对应于电极活性区域）延伸，或者可以仅是末端边缘39长度的对应于电极活性区域的一部分。在此类变型中，极耳可以通过集流体在末端边缘39处的冲口或冲压工艺来形成。第一正电活性材料层34可以设置在第一正集流体32的第一表面36处、之上或附近。第一正集流体32的第一正电活性材料层34可以面向负电极40。极耳38延伸超出末端边缘39和涂覆有第一正电活性材料层34的区域。
在各个方面，该第二正电极50可包括第二正集流体52和一个或多个设置在其一部分上的第二正电活性材料层54。一个或多个第二正电活性材料层54可以与第二正集流体52电连通设置。例如，第二正电活性材料层54可以设置在第二正集流体52的一个或多个平行的主表面56之上、处或附近（沿相对侧）。以这种方式，第二正集流体52的一个主表面56可以面向负电极40，而第二正集流体52的另一主表面56可以面向复合电极60。第二正集流体52进一步限定了至少一个延伸超出末端边缘59并由此超出涂覆有第二正电活性材料层54的区域的极耳58。与第一负电极40和第二负电极60的长度相比，第二正电极50可具有减小的长度。
集流体可以促进正电极与外部电路之间的电子流动。例如，可中断的外部电路120与负载装置130可以连接该第一正电极30（通过第一正集流体32）和第二正电极50（通过第二正集流体52）。
该第一和第二正集流体32、52可包括金属，如金属箔、金属网格或筛网、或多孔金属。在某些方面，该第一和第二正集流体32、52可以是薄膜或箔。正集流体可具有大于或等于约1微米（1 μm）至小于或等于约30 μm的厚度。该正集流体32、52可以由铝、不锈钢和/或镍或本领域技术人员已知的任何其它合适的导电材料形成。在各个方面，该第一和第二正集流体32、52可以相同或不同。与第一负电极40的长度相比，第一正电极30可具有减小的长度。
一个或多个第一正电活性材料层34和一个或多个第二正电活性材料层54可各自包含能够进行锂嵌入和脱嵌、合金化和脱合金化、或镀覆和剥离并同时充当电池组20的正端子的锂基正电活性材料。到本文中未详细论述的程度，形成各种锂离子电池组组件（包括正电活性材料）的组合物和材料的实例描述在授予Gao等人的美国专利公开号2021/0091424中，其通过引用以其整体并入本文。在各个方面，该一个或多个第一正电活性材料层34可包含与一个或多个第二正电活性材料层54相同或不同的锂基正电活性材料。例如，一个或多个第一正电活性材料层34和一个或多个第二正电活性材料层54中的每一个可以由多个正电活性粒子（未示出）来限定，所述正电活性粒子包含一种或多种过渡金属阳离子如锰（Mn）、镍（Ni）、钴（Co）、铬（Cr）、铁（Fe）、钒（V）及其组合。独立的多个此类正电活性粒子可分层设置以限定一个或多个第一正电活性材料层34和一个或多个第二正电活性材料层54的三维结构。在某些变型中，一个或多个第一正电活性材料层34与一个或多个第二正电活性材料层54可进一步包括电解质100，例如多个电解质粒子（未示出）。在各个方面，该一个或多个第一或第二正电活性材料层34、54可进一步包括一种或多种提供电子传导路径的导电材料和/或至少一种聚合物粘合剂材料（其改善正电极30或50的结构完整性）。在某些变型中，一个或多个第一正电活性材料层34和/或一个或多个第二正电活性材料层54可各自具有大于或等于约1 µm至小于或等于约1,000 µm的厚度。
在各个方面，第一负电极40与第二负电极60可分别包括第一负集流体42和第二负集流体62，以及一个或多个第一负电活性材料层44和一个或多个第二负电活性材料层64。一个或多个第一负电活性材料层44可以与第一负集流体42电连通设置。例如，第一负电活性材料层44可以设置在第一负集流体42的一个或多个平行的主表面46之上、处或附近（沿相对侧46）。以这种方式，第一负集流体42的一个主表面46可以面向第一正电极30，且第一负集流体42的另一主表面46可以面向第二正电极50。第一负集流体42在末端边缘49处进一步限定了至少一个极耳48，其延伸超出涂覆有第一负电活性材料层44的区域。
类似地，第二负电活性材料层64可与第二负集流体62电连通设置。例如，第二负电活性材料层64可以设置在第二负集流体62的主表面66之上、处或附近。以这种方式，第二负集流体62的一个主表面66可以面向第二正电极50。第二负集流体62在末端边缘69处进一步限定了至少一个极耳68，其延伸超出集流体62的涂覆有第二负电活性材料层64的区域。第一和第二负集流体42、62可包括金属，如金属箔、金属网格或筛网、或多孔金属。在某些方面，该第一和第二负集流体42、62可以是薄膜或箔。负集流体可具有大于或等于约1 μm至小于或等于约15 μm的厚度。第一和第二负集流体42、62可由铜或本领域技术人员已知的任何其它合适的电化学稳定的导电材料形成。与第一正电极30和第二正电极50的长度相比，第一负电极40和第二负电极60可具有更大的长度。
对于第一和第二负电极40、60，一个或多个第一负电活性材料层44与一个或多个第二负电活性材料层64可各自包含能够充当电池组20的负端子的作为锂基质材料的负电活性材料。在各个方面，该一个或多个第一负电活性材料层44可包含与一个或多个第二负电活性材料层64相同或不同的锂基负电活性材料。例如，一个或多个第一负电活性材料层44与一个或多个第二负电活性材料层64中的每一个可包括一种或多种选自以下的负电活性材料：石墨、石墨烯、锂金属、锂合金、硅（Si）、硅合金、氧化硅、活性炭（AC）、硬碳（HC）、软碳（SC）、碳纳米管、锂钛氧化物（Li4Ti5O12）、锡（Sn）、氧化钒（V2O5）、二氧化钛（TiO2）、钛铌氧化物（TixNbyOz，其中0 ≤ x ≤ 2，0 ≤ y ≤ 24和0 ≤ z ≤ 64）、硫化亚铁（FeS）及其组合。
在各个方面，该一个或多个第一或第二负电活性材料层44、64可具有大于或等于约1 µm至小于或等于约1,000 µm的厚度。在各个方面，该一个或多个第一或第二负电活性材料层44、64可进一步包括电解质100，例如多个电解质粒子或液体电解质（未示出）；并任选地包括一种或多种提供电子传导路径的导电材料和/或至少一种聚合物粘合剂材料（其改善负电极40或60的结构完整性）。
负电极极耳48电连接到内部设置的第一负集流体42和第一负电活性材料层44，它们一起限定了第一负电极40。同样，负电极极耳68电连接到内部设置的第二负集流体62和第二负电活性材料层64，它们组合限定了第二负电极60。可中断的外部电路120和负载装置130可连接第一负电极40（通过第一负集流体42）和第二负电极60（通过第二负集流体62）。
由此，正电极极耳38电连接到内部设置的第一正集流体32和第一正电活性材料层34，它们一起限定了第一正电极30。正电极极耳58电连接到内部设置的第二正集流体52和第二正电活性材料层54，它们一起限定了第二正电极50。正电极30、50和负电极40、60通过多孔隔离件22彼此电隔离。如所示那样，每个隔离件22延伸超出极耳38、48、58和68的末端以提供相反极性的极耳之间的电绝缘。
此外，正极耳38、58可以对齐并例如通过焊接接合在一起，以形成可连接到正电导管的单个正组装极耳。负极耳48、68可以对齐并例如通过焊接接合在一起以形成可连接到负电导管的单个负组装极耳。
在共同的正极耳焊接在一起之后，它们可以适当地加盖或鞘装以形成多个正电连接器。该正电连接器可连接到具有相同极性的其它电导管，如母线、电路，或本身可以形成外部连接至负载和电源的端子。例如，形成电连接器的某些实例可包括使用一步式超声焊接来焊接电极极耳箔与外部端子（例如用于形成最终电池的外部极耳）。或者，超声焊接可首先用于焊接电极极耳箔，随后使用超声焊接来焊接箔与外部端子。在另一实例中，超声焊接可用于首先焊接电极极耳箔，随后可采用激光和/或电阻焊接来焊接箔与外部端子。在某些方面，作为实例，用于正电极的外部端子材料包括铝。
类似地，在共同的负极耳焊接在一起之后，它们可以适当地加盖或鞘装以形成多个负电连接器。该负电连接器可连接到具有相同极性的其它电导管，如母线、电路，或本身可以以与正电连接器的上下文中上述的相同方式形成外部连接至负载、发电机或电源等的端子。在某些方面，作为实例，用于负电极的外部端子材料包括铝、铜、镍和镍包铜。该锂离子电化学电池组装件可并入其它组件中，如外壳或袋。
作为背景，在目前的制造工艺中，经由焊接接合在一起的电极的极耳通常是裸露的，随后用电绝缘材料覆盖。在其它工艺中，极耳的一部分保持裸露以便进行焊接工艺，随后极耳的一部分可具有设置在其上的绝缘材料。图2A–2B示出了具有形成在集流体两侧上的活性材料层的双层电极150的常规设计。图2A是电极150的正视图，而图2B示出了电极150的侧视图。电极150具有设置在集流体160两侧上的第一电活性材料152。该集流体160延伸超出电极150的末端边缘162以限定第一导电极耳164。在所示设计中，极耳164的下部区域166可具有设置在其上的第一电绝缘材料168。但是，极耳164的上部区域170保持未涂覆，并且是裸露的金属（取决于集流体160由哪种金属制成）。在当前的方法中，将未涂覆的上部区域170焊接到该组装件中其它电极层的其它极耳上。该极耳的上部区域172保持未涂覆，以便进行焊接工艺。由此，在未涂覆的上部区域170中形成焊核172。在焊接后，焊核172暴露的至少一部分（所示）或全部用第二电绝缘材料174（如电绝缘胶带）覆盖。
在该工艺过程中，通常未涂覆集流体160在极耳164中保留在第一电绝缘材料168与第二绝缘材料174之间的间隙。如果极耳在组装过程中未对齐并碰巧靠近或接触不同极性的其它导电组件或该电活性材料本身，该未涂覆区域提供了发生电短路的机会。
此外，已经观察到，集流体材料，包括在末端形成的极耳，通常由柔性或可延展材料的薄层制成。由此，在制造和组装过程中，这些材料容易发生不可预测的折叠和起皱，这在与电化学电池组装件中的其它组件一起组装时可能发生软或硬电短路。此外，当用于车辆应用时，电化学电池可能承受震动和机械力，导致移位、弯曲等。在其中导电极耳完全未涂覆或可具有一些未涂覆区域（在焊接之前或之后）的变型中，已经观察到该极耳偶尔与其它组件产生不合意的接触，并导致潜在的短路和电池故障或性能降低。此外，在某些现有设计中，隔离件充当负电极与正电极之间唯一的电绝缘。该隔离件通常悬垂在负电极和正电极的边缘上（其中正电极的长度短于负电极的长度），但该隔离件不覆盖极耳区域。如果隔离件因组装过程中的未对齐、热收缩、折叠和起皱而失效，这提高了负电极与正电极之间短路的风险。
本技术由此改变了制造工艺以提高极耳的电绝缘材料表面覆盖率，例如在焊接之前，同时仍形成穿过电绝缘材料的高质量焊核。此外，在某些变型中，在极耳上使用的电绝缘材料不仅提供了电阻，如在下文将进一步描述的那样，在由特殊绝缘材料形成时还可以提高电化学电池的性能。本技术可进一步减少电池运行过程中隔离件未对齐或偏移/收缩的潜在问题（在这种情况下，其提供电隔离的能力可能会降低）。
图3A–3B示出了根据本公开的某些方面的双层电极200的设计。值得注意的是，本文中描述的构思同样适用于单侧电极。该电极200具有设置在集流体210两侧上的电活性材料202。该集流体210延伸超出电极200的末端边缘212以限定导电极耳214。值得注意的是，极耳214不限于图3A–3B中示出的设计并可位于不同的位置，或可以具有多个极耳，例如设置在其它边缘上。
对于本文中论述的极耳，如极耳214，其可以是矩形形状，并由此具有宽度和高度。在某些变型中，极耳的宽度可等于电极区域（其中设置电活性材料层）中负集流体或正集流体的整个末端边缘的总宽度。在其它变型中，每个极耳具有可占据小于电极的每个末端边缘一半长度的宽度，例如，极耳宽度可以是每个相应边缘的总长度的大于或等于约15%至小于或等于约45%。在某些方面，极耳的高度可以为大于或等于约5 mm至小于或等于约30 mm。在另一些方面，极耳的宽度可以为大于或等于约30 mm至小于或等于约300 mm。
在所示设计中，极耳214可具有设置在其上的第一电绝缘材料220。值得注意的是，该第一电绝缘材料220不仅涂覆导电极耳214，还与末端边缘212共同延伸并沿该末端边缘212从电极200的第一侧222延伸至电极200的第二侧224以限定绝缘材料的横向条带226，如图3A中所最佳示出的。
在某些变型中，该电绝缘材料220可基本涂覆极耳214的暴露表面。基本涂覆或覆盖是指第一电绝缘材料220可覆盖极耳214的大于或等于约90%的暴露表面积、任选地大于或等于约92%的暴露表面积、任选地大于或等于约95%的暴露表面积、任选地大于或等于约97%的暴露表面积、任选地大于或等于约98%的暴露表面积、任选地大于或等于约99%的暴露表面积、和在某些方面覆盖极耳214的100%的暴露表面积。值得注意的是，第一电绝缘材料220从电极200的主体的末端边缘212延伸至极耳214的上部边缘228。在这种变型中，沿末端边缘212存在的横向条带226提供了防护可能短路的附加手段，但在末端边缘212与极耳14之间限定了屏蔽和电绝缘角区域240。如果不存在横向条带226，可能存在来自极耳214的电流穿过肩部240并接触电活性材料202。
经涂覆的极耳214可随后焊接到组装件中的其它电极层的其它极耳以形成焊核230。如下文将更详细地论述的，绝缘材料的选择结合所选焊接工艺的类型可以确保焊核230建立所需的导电性，同时提供增强的保护以防止材料的意外折叠或起皱。在形成焊核230之后，用第二电绝缘材料232（如电绝缘胶带）涂覆焊核230的至少一部分或全部暴露表面。
在未示出的一种替代变型中，极耳214靠近上部边缘228的上部区域可未涂覆以便用于焊接工艺，使得焊核230仅穿过一部分电绝缘材料220部分地形成。在这种变型中，极耳214可以仅被绝缘材料部分覆盖，例如，覆盖极耳214的大于或等于约50%的暴露表面积、任选地大于或等于约60%的暴露表面积、任选地大于或等于约75%的暴露表面积、任选地大于或等于约80%的暴露表面积、任选地大于或等于约85%的暴露表面积、任选地极耳214的大于或等于约90%的暴露表面积。在焊接之后，随后可以用第二导电材料232涂覆上部区域。应当指出，此类变型可能不如上述覆盖极耳214的基本所有暴露表面的变型那么有利，因为如果在焊接之前发生，暴露的导电表面仍可能导致潜在的短路问题。值得注意的是，第一电绝缘材料220与第二电绝缘材料232一起从电极200的主体的末端边缘212延伸至极耳214的上部边缘228以在焊接之后提供完全的绝缘覆盖。
图4A–4B示出了根据本公开的某些方面的双层电极250的设计。该电极250具有设置在集流体260两侧上的电活性材料252。集流体260延伸超出电极250的末端边缘262以限定导电极耳264。与其它变型一样，极耳264的放置与数量不限于所示设计。极耳264可具有设置在其上的第一电绝缘材料270。值得注意的是，在该实施方案中，第一电绝缘材料270仅涂覆导电极耳264，但不与末端边缘262共同延伸，并因此不会沿着末端边缘262从电极250的第一侧272延伸至电极250的第二侧274。在该变型中，使用较少的第一电绝缘材料270。
在某些变型中，如前上述的，该电绝缘材料270可基本涂覆极耳264的暴露表面。第一电绝缘材料270从电极250的主体的末端边缘262延伸至极耳264的上部边缘278。
随后可以将经涂覆的极耳214焊接到该组装件中的其它电极层的其它极耳以形成焊核280。用第二电绝缘材料282（如电绝缘胶带）涂覆焊核280的至少一部分或全部暴露表面。第一电绝缘材料270与第二电绝缘材料282从电极250的主体的末端边缘262延伸至极耳264的上部边缘278以在焊接之后提供完全的绝缘覆盖。
在未示出的一种替代变型中，极耳264靠近上部边缘278的上部区域可以未涂覆以便用于焊接工艺，使得焊核280仅穿过一部分电绝缘材料270部分地形成。在该变型中，如前上述的，极耳264可以仅部分地被绝缘材料覆盖。在焊接之后，随后可用第二导电材料282涂覆该上部区域。
在各个方面，本公开由此提供了包括具有第一极性的第一电极和具有与第一电极相同极性的第二电极的锂离子电化学电池组装件。例如，第一电极和第二电极可以均为负电极或替代地为正电极。该第一电极具有在第一电极的边缘处限定第一导电极耳的第一集流体。该第一导电极耳基本被第一绝缘材料覆盖。该第二电极在第二电极的边缘处限定了第二导电极耳，其中该第二导电极耳基本被第二绝缘材料覆盖。该第一和第二绝缘材料可具有相同的组成，或可以彼此不同。焊核穿过第一绝缘材料与第二绝缘材料的至少一部分形成，其将第一导电极耳与第二导电极耳接合在一起。
在某些方面，该锂离子电化学电池组装件进一步包括与焊核和接合的第一和第二导电极耳电连接的第一电导管。外部导管与相应极耳之间的电连接可通过任何以下方法形成：超声焊接、激光焊接、电阻点焊或通过螺栓或熔核的机械连接。由此，在某些变型中，外部导管可焊接到焊核上。例如，外部焊接通常通过第一焊核过度焊接，其将所有极耳焊接在一起。
在某些变型中，附加的第三绝缘材料设置在该焊核的暴露表面上。在各个方面，本文中描述的电绝缘材料，包括第一、第二和第三电绝缘材料，可具有共同的性质。该绝缘材料在标准温度条件下可具有大于或等于约10 MΩ至小于或等于约106 MΩ、任选地大于或等于约100 MΩ至小于或等于约106 MΩ、任选地大于或等于约250 MΩ至小于或等于约106MΩ、或任选地大于或等于约500 MΩ至小于或等于约106 MΩ的电阻。
在某些方面，该绝缘材料可以是绝缘陶瓷材料或绝缘聚合物材料。在某些变型中，该绝缘材料可以是陶瓷型材料，选自：氧化铝（Al2O3）、氧化硅（SiOx，如二氧化硅(SiO2)）、磷酸盐、沸石（含有氧化铝(Al2O3)和氧化硅(SiOx)二者）及其组合。
在其它方面，该绝缘材料可以是选自以下的聚合物材料：乙烯基类聚合物，如聚乙烯醇（PVA）、聚氯乙烯（PVC），和绝缘氟基聚合物，如聚(四氟乙烯)（PTFE）、聚偏二氟乙烯（PVdF）、氟化乙烯丙烯（FEP）、聚全氟环丁烷、聚偏二氟乙烯共聚物（例如PVdF–六氟丙烯(PVdF-HFP)），和聚偏二氟乙烯三聚物、聚氟乙烯，水溶性粘合剂材料如苯乙烯丁二烯橡胶、羧甲基纤维素钠、苯乙烯丁二烯橡胶与羧甲基纤维素钠（SBR+CMC）、聚丙烯腈、聚酰亚胺，及其组合或共聚物。
在某些变型中，该绝缘材料选自：氧化铝、氧化硅、沸石、氟基聚合物如聚偏二氟乙烯（PVdF）、聚氯乙烯（PVC）、聚乙烯醇（PVA）、羧甲基纤维素钠、苯乙烯丁二烯橡胶、聚丙烯腈、聚酰亚胺及其组合。
该绝缘材料也可以是提高锂离子电化学电池组装件的性能的材料。如图1中所示，电极上的极耳暴露于电解质并与其接触。在某些变型中，用于涂覆极耳表面的电绝缘材料可用于例如通过在（一个或多个）电化学电池循环过程中清除不合意物类或提高锂的可用性或降低锂的消耗来提高电池性能。作为实例，此类活性材料可以是锂离子交换沸石材料。术语“锂离子交换沸石材料”是指已经用锂离子进行离子交换，使得在沸石内存在多个锂离子作为自由离子和/或构架外离子的沸石，如授予Xiao等人的共同拥有的美国专利号10,950,836中所述的那些，其通过引用以其整体并入本文。
在一个变型中，该绝缘材料可包含锂离子交换沸石粒子，所述锂离子交换沸石粒子可包含一种或多种天然或合成沸石材料的粒子或基本由一种或多种天然或合成沸石材料的粒子组成。沸石是包含AlO2与SiO2四面体单元的三维构架和构架外阳离子的微孔结晶铝硅酸盐材料。每个AlO2单元向该构架引入一个负电荷，该负电荷被构架外阳离子抵消。该构架外阳离子可以是有机或无机性质。在各个方面，该锂离子交换沸石粒子可包含AlO2与SiO2四面体单元的三维构架和构架外锂阳离子（Li+）。存在于锂离子交换沸石粒子中的构架外锂阳离子的量可至少部分地取决于特定沸石材料的Si:Al比和沸石材料的阳离子交换容量（CEC）。在锂离子交换沸石粒子中，锂阳离子（Li+）可以占沸石粒子中构架外阳离子的大于或等于约90原子%（at.%）、大于或等于约95原子%、大于或等于99原子%、或约100原子%。在一些实施方案中，该沸石可以为脱水形式。
在一些实施方案中，在电化学电池中运行之前，锂离子交换沸石粒子例如可包含小于或等于约10原子%、小于或等于约5原子%、或小于或等于约1原子%的以下构架外阳离子中的一种或多种：Na+、K+、Mg2+、Ca+、H+和NH4 +。在一些实施方案中，锂离子交换沸石粒子可包含小于或等于约1原子%的H+与NH4 +中的一种或多种。在一些实施方案中，该锂离子交换沸石粒子可以以大于以下阳离子中的一种或多种的量包含H+与NH4 +中的一种或多种：Na+、K+、Mg2 +和Ca+。附加地或者替代地，该锂离子交换沸石粒子可基本不含以下中的一种或多种：Na+、K+、Mg2+和Ca+阳离子。
沸石的晶体结构包括分子尺寸的间隙空间（或笼）。因此，沸石可用作吸附剂以通过将分子保留在其间隙空间内来选择性地吸附分子。通过沸石晶格中的孔隙开口（或通道）提供进入沸石内的间隙空间的入口，所述孔隙开口由相互连结的氧（O）、硅（Si）和/或铝（Al）原子的环限定。这些孔隙开口的大小和形状限定了可以被沸石吸附的分子的尺寸和形状，并至少部分地由构成环的四面体单元（或替代的氧原子）的数量和存在于沸石内的构架外阳离子的类型来决定。由此，锂交换沸石粒子可具有能够实现以下中的一项或多项的平均孔径：（i）从液体电解质中选择性地吸附水分子（例如痕量），而不吸附电解质中电解质溶液中的有机溶剂分子或锂盐离子。在一些实施方案中，锂离子交换沸石粒子可具有大于水（H2O）的离子半径但小于电解质溶液中有机溶剂分子的离子半径的平均孔径。具体地，该锂离子交换沸石粒子可具有小于或等于约1.5 nm、小于或等于约1 nm、小于或等于约0.75nm、小于或等于约0.5 nm、小于或等于约0.25 nm、小于或等于约0.1 nm、或约0.01 nm的平均孔径。附加地或替代地，该锂离子交换沸石粒子可具有大于或等于约0.01 nm至小于或等于约1.5 nm、大于或等于约0.01 nm至小于或等于约1 nm、大于或等于约0.1 nm至小于或等于约1 nm、或大于或等于约0.25 nm至小于或等于约0.75 nm的平均孔径。具有如上所述的宽度或直径的孔隙开口的沸石材料可包括具有由8-元、9-元、10-元和/或12-元环限定的孔隙开口的沸石材料。
沸石材料可根据其四面体配位原子或T-原子（例如 Si 和 Al）的角共享网络的晶体结构来分类。沸石结构通常通过参考由三个大写字母组成并由国际沸石协会（“IZA”）指定的构架类型代码来描述或定义。IZA指定的所有构架类型代码的列表可以在Atlas ofZeolite Framework Types, 第六修订版, Elsevier (2007)中找到。
在一些实施方案中，该锂离子交换沸石粒子可包括具有小于或等于约50、小于或等于约40、小于或等于约30、小于或等于约20、或约10的SiO2:Al2O3比的沸石材料的粒子。该锂离子交换沸石粒子可包括具有大于或等于约10至小于或等于约50、大于或等于约10至小于或等于约40、大于或等于约10至小于或等于约20、大于或等于约20至小于或等于约50、约20至约40、或约30至约50的SiO2:Al2O3比的沸石材料的粒子。在一些实施方案中，与Al2O3相比具有更多SiO2的锂离子交换沸石粒子，例如具有大于约10的SiO2:Al2O3比，是优选的，例如为了提高稳定性。在其它实施方案中，与SiO2相比具有更多Al2O3的锂离子交换沸石粒子，例如具有小于约10的SiO2:Al2O3比，是优选的，例如为了提高多孔隔离件的氢氟酸（HF）清除功能以保护正电极。
该锂离子交换沸石粒子可包括具有选自NAT、EDI、THO、ANA、YUG、GOO、MON、HEU、STI、BRE、FAU、MFI、LTL、LTA及其组合的构架类型的沸石材料。例如，该锂离子交换沸石粒子可包括选自沸石A、沸石Y、沸石L、ZSM-5及其组合的沸石材料。
设置在极耳上作为涂层材料的锂离子交换沸石粒子可以与电解质接触。可配制或选择锂离子交换沸石粒子以吸附、清除、捕捉或以其它方式抑制些目标化合物在电化学电池内某的移动，而不会对锂离子通过电化学电池的传输或净流动产生不利影响。例如，可以基于上述孔径、平均粒径和/或阳离子含量来配制或选择锂离子交换沸石粒子的粒子以捕捉或抑制水分子、多硫化物分子、氢离子、HF和过渡金属离子如Mn2+和Fe2+/3+离子在电化学电池10内的移动。该目标化合物可以物理地、化学地或物理和化学二者地捕捉在锂离子交换沸石粒子中。
由此，在电极极耳上的涂层内包含锂离子交换沸石粒子可以有助于防止被称为“电压下垂”的现象，减少容量衰减与阻抗，改善库伦效率，帮助保持沿电极/电解质界面的均匀电流分布、减少腐蚀和防止电池漏气。
在某些方面，绝缘材料可以是包含绝缘粒子设置在其中的聚合物基质或粘合剂的复合材料。聚合物基质可以是氟基聚合物、聚氯乙烯（PVC）、聚乙烯醇（PVA）及其组合。该绝缘粒子或粉末可以是绝缘陶瓷，如氧化铝、氧化硅、沸石、锂化沸石及其组合。在某些方面，该绝缘材料可包含大于或等于约5重量%至小于或等于约95重量%的聚合物粘合剂和大于或等于约5重量%至小于或等于约95重量%的绝缘粒子。此类绝缘材料可经由浆料浇注法作为涂层施加在极耳上。在其它变型中，作为实例，该绝缘材料可以是由聚合物如聚氯乙烯、聚乙烯醇或氟基聚合物形成的片材、膜或胶带材料。绝缘胶带材料可具有大于或等于约100 MΩ至小于或等于约106 MΩ的电阻。作为非限制性实例，一种合适的绝缘胶带材料由3M作为Scotch® Super Vinyl电工胶带出售。在某些方面，在焊接之前施加到极耳上的第一绝缘材料是包含具有绝缘粒子的聚合物基质的电绝缘复合材料，而在焊接之后施加到极耳上的第二绝缘材料可以是电绝缘复合材料或胶带、片材或膜。
取决于特定材料的性质，绝缘涂层的厚度可以不同。但是，通常该绝缘材料可以以大于或等于约2 µm至小于或等于约100 µm的厚度施加。
在其它变型中，该第一电极的边缘限定了由第一绝缘材料进一步涂覆的末端区域，并且该第二电极的边缘限定了同样由第二绝缘材料涂覆的末端区域。
本公开还提供了制造锂离子电化学电池组装件的方法。在一个变型中，该方法包括将第一电极的被第一绝缘材料覆盖的第一导电极耳焊接到第二电极的被第二绝缘材料覆盖的第二导电极耳上。如本领域技术人员将理解的，该方法不限于仅两个电极，而是可包括制造用于电化学电池的更多个电极。该焊接穿过第一绝缘材料和第二绝缘材料的至少一部分进行以形成焊核。
该焊接可以是超声焊接、激光焊接或电阻焊接。在某些方面，该焊接可以是激光焊接或电阻点焊工艺，因为此类工艺有助于提高温度和/或熔融该金属以产生能穿透绝缘涂层的熔池。通常，目标是形成不会降低极耳对外部导管的电导率，同时仍使极耳与电极绝缘。该焊接可以减少或破坏绝缘层，因此在焊接之后施加第三绝缘材料或涂层，例如通过增加绝缘胶带层或将焊接的极耳浸渍/浸没到绝缘材料前体中，使得在焊核上形成涂层。
在某些方面，在焊接之前，该方法可进一步包括将第一绝缘材料施加到与第一电极的具有设置在其上的第一电活性材料的中心区域相邻的第一集流体的第一末端边缘的至少一部分上。该方法还可进一步包括将第二绝缘材料施加到与第二电极的具有设置在其上的第二电活性材料的中心区域相邻的第二集流体的第二末端边缘的至少一部分上。
在进一步的方面，该方法可包括除去第一末端边缘的一部分以限定具有设置在其上的第一绝缘材料的第一导电极耳，和除去第二末端边缘的一部分以限定具有设置在其上的第二绝缘材料的第二导电极耳。该去除过程可以是切割、冲口、冲压或蚀刻工艺，其除去相应集流体的部分以形成导电极耳。
在某些进一步的方面，该方法进一步包括通过施加包含粘合剂材料和多个电绝缘粒子的第一浆料来施加第一绝缘材料。该方法还包括通过干燥从该浆料中除去液体以形成第一绝缘材料。还通过施加包含粘合剂材料和多个电绝缘粒子的第二浆料并从该浆料中除去液体以形成第二绝缘材料来施加第二绝缘材料。
通过混合粒子（如电绝缘粒子）与聚合物粘合剂化合物、非水性溶剂、任选的增塑剂、以及任选的导电粒子来制造浆料。该聚合物粘合剂可以是上文论述的任何电绝缘聚合物，包括聚乙烯醇、聚氯乙烯和上述含氟聚合物。合适的非水性非质子有机溶剂包括但不限于各种碳酸烷基酯，如环状碳酸酯（例如碳酸亚乙酯(EC)、碳酸亚丙酯(PC)、碳酸亚丁酯(BC)、氟代碳酸亚乙酯(FEC)），直链碳酸酯（例如碳酸二甲酯(DMC)、碳酸二乙酯(DEC)、碳酸乙基甲基酯(EMC)），脂族羧酸酯（例如甲酸甲酯、乙酸甲酯、丙酸甲酯），γ-内酯（例如γ-丁内酯、γ-戊内酯），链结构醚（例如1,2-二甲氧基乙烷、1,2-二乙氧基乙烷、乙氧基甲氧基乙烷），环状醚（例如四氢呋喃、2-甲基四氢呋喃、1,3-二氧杂环戊烷），硫化合物（例如环丁砜）及其组合。该浆料可混合或搅拌，随后薄薄地施加到基底上，例如经由医用刮刀施加到集流体的所选区域上。在一个变型中，可以施加热或辐射以蒸发溶剂，来留下固体残余物或绝缘膜/涂层。可能必须在并入电池组电池之前提取或除去任何残留的增塑剂。
在某些变型中，该方法可包括在第一集流体上涂覆第一电活性材料的过程中或同时将第一浆料施加到第一集流体的末端边缘上，并在第二集流体上涂覆第二电活性材料的过程中或同时将第二浆料施加到第二集流体的末端边缘上。以这种方式，可以在施加用于形成电极活性区域的浆料的同时将用于形成绝缘涂层的浆料施加到集流体上。
可以通过将包括电活性材料的粒子混合到含有聚合物粘合剂化合物、非水性溶剂、任选的增塑剂和任选的导电粒子的浆料中来制造电活性区域。该浆料可以混合或搅拌，随后例如经由医用刮刀薄薄地施加到集流体的基底上。同样，可以施加热或辐射以从电极膜中蒸发溶剂，留下固体残留物。值得注意的是，如果同时施加绝缘浆料和电活性材料浆料，热、真空或辐射的施加可以在末端和/或极耳区域上同时进行以形成绝缘材料膜和电活性膜二者。该电极膜可进一步固结，其中对该膜施加热和压力以对其进行烧结和压延。在其它变型中，该膜可以在中等温度下风干以形成自支撑膜。再次，在并入电池组电池之前，可能必须提取或去除任何残留的增塑剂。
在一个替代变型中，该方法可包括在第一集流体上涂覆第一电活性材料的过程之后将第一浆料施加到第一集流体的末端边缘上，和在第二集流体上涂覆第二电活性材料的过程之后将第二浆料施加到第二集流体的末端边缘上。以这种方式，可以在已经在集流体上形成电活性材料/电极膜之后将用于形成绝缘涂层的浆料施加到集流体上。
在某些方面，该方法可包括将第一浆料施加到第一集流体的末端边缘上，使得其在第一集流体上涂覆第一电活性材料的过程中与末端边缘共同延伸。该方法同样还可包括将第二浆料施加到第二集流体的末端边缘上，使得其在第二集流体上涂覆第二电活性材料的过程中与末端边缘共同延伸。
在某些方面，施加第一绝缘材料通过将第一末端边缘浸没在浆料浴中并将其干燥以形成第一绝缘材料来进行，并且施加第二绝缘材料通过将第二末端边缘浸没在浆料浴中并将其干燥以形成第二绝缘材料来进行。
在其它方面，一部分第一末端边缘的去除使一部分第一绝缘材料残留在第一末端边缘上（如在图3A–3B中所示），并且一部分第二末端边缘的去除使一部分第二绝缘材料残留在第二末端边缘上。
在其它变型中，仅将第一绝缘材料和第二绝缘材料施加到第一集流体的第一末端边缘的一部分上，即仅施加到极耳区域上，或第二集流体的第二末端边缘的一部分上（如在图4A–4B中所示）。该极耳在施加之前可以被冲口或切割。以这种方式，使用较少的绝缘材料。
在又一个变型中，该方法在焊接之前进一步包括：除去第一集流体的第一末端边缘的一部分以限定第一导电极耳，和除去第二集流体的第二末端边缘的一部分以限定第二导电极耳。第一绝缘材料可以随后施加到第一导电极耳上，和第二绝缘材料可以施加到第二导电极耳上。
在将极耳焊接在一起之后，该方法可进一步包括在焊核的暴露表面上施加第三绝缘材料。这可以通过在焊核的暴露区域上施加胶带、膜或片材或通过将第三绝缘材料作为浆料施加到焊接的极耳上（例如通过在浆料浴中浸涂焊接的极耳）来完成。以这种方式，形成了改善的电极，其使用绝缘材料来覆盖电极极耳区域的裸露区域以防止或尽量减少电池内两个电极之间潜在的内部硬短路和软短路。这有助于提高电池组电池的安全性和电池组系统的性能（例如尽量减少电极或电池的软短路造成的电压下垂）。每个单独的电极可以完全电隔离，但使用绝缘材料，例如胶带或浆料涂层，其可以覆盖电极的接头和末端区域中的整个裸露箔区域。
为了说明和描述的目的，已经提供了实施方案的前述描述。其并非意在穷举或限制本公开。特定实施方案的单个元件或特征通常不限于该特定实施方案，而是在适用的情况下是可互换的并可以在所选实施方案中使用，即使并未具体示出或描述。其同样也可以以多种方式变化。此类变化不应被视为背离本公开，并且所有此类修改均意在包括在本公开的范围内。

Claims (10)

1.一种锂离子电化学电池组装件，包括：
第一电极，所述第一电极具有第一极性和在所述第一电极的边缘处限定第一导电极耳的第一集流体，其中所述第一导电极耳基本被第一绝缘材料覆盖；
第二电极，所述第二电极具有所述第一极性并具有在所述第二电极的边缘处限定第二导电极耳的第二集流体，其中所述第二导电极耳基本被第二绝缘材料覆盖；和
焊核，所述焊核穿过所述第一绝缘材料与所述第二绝缘材料的至少一部分形成，其将所述第一导电极耳与所述第二导电极耳接合在一起。
2.根据权利要求1所述的锂离子电化学电池组装件，进一步包括与所述焊核和接合的所述第一导电极耳与第二导电极耳电连通的第一电导管。
3.根据权利要求1所述的锂离子电化学电池组装件，进一步包括设置在所述焊核的暴露表面上的附加第三绝缘材料。
4.根据权利要求1所述的锂离子电化学电池组装件，其中所述第一电极的边缘限定被所述第一绝缘材料涂覆的末端区域，且所述第二电极的边缘限定被所述第二绝缘材料涂覆的末端区域。
5.根据权利要求1所述的锂离子电化学电池组装件，进一步包括：
第三电极，所述第三电极具有第二极性和限定形成在所述第三电极上的第三导电极耳的第三集流体，其中所述第三导电极耳基本被第三绝缘材料覆盖；和
第四电极，所述第四电极具有所述第二极性并具有限定设置在所述第四电极边缘处上的第四导电极耳的第四集流体，其中所述第四导电极耳基本被第四绝缘材料覆盖，其中所述焊核是第一焊核，和
第二焊核，所述第二焊核穿过所述第三绝缘材料与所述第四绝缘材料形成，其将所述第三导电极耳接合至所述第四导电极耳。
6.根据权利要求1所述的锂离子电化学电池组装件，其中所述第一绝缘材料和第二绝缘材料选自：氧化铝、氧化硅、锂化沸石、氟基聚合物、聚偏二氟乙烯（PVdF）、聚乙烯醇（PVA）、羧甲基纤维素钠、苯乙烯丁二烯橡胶、聚丙烯腈、聚酰亚胺及其组合。
7.一种制造锂离子电化学电池组装件的方法，包括：
将第一电极的被第一绝缘材料覆盖的第一导电极耳焊接到第二电极的被第二绝缘材料覆盖的第二导电极耳上，其中所述焊接穿过所述第一绝缘材料和所述第二绝缘材料的至少一部分进行以形成焊核。
8.根据权利要求7所述的方法，其中所述焊接是激光焊接工艺或电阻焊接工艺。
9.根据权利要求7所述的方法，进一步包括在焊接之前：
将所述第一绝缘材料施加到与所述第一电极的具有设置在其上的第一电活性材料的中心区域相邻的第一集流体的第一末端边缘的至少一部分上；
将所述第二绝缘材料施加到与所述第二电极的具有设置在其上的第二电活性材料的中心区域相邻的第二集流体的第二末端边缘的至少一部分上；
除去所述第一末端边缘的一部分以限定具有设置在其上的所述第一绝缘材料的所述第一导电极耳；和
除去所述第二末端边缘的一部分以限定具有设置在其上的所述第二绝缘材料的所述第二导电极耳。
10.根据权利要求7所述的方法，其中在所述焊接之后，进一步包括在所述焊核的暴露表面上施加第三绝缘材料。
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