CN115347143A - 双面电极和包括该双面电极的电化学电池 - Google Patents

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Abstract

本公开提供一种电化学电池，其包括双面电极。所述双面电极包括第一电活性材料层、第二电活性材料层和布置在第一和第二电活性材料层之间的集流体。第一和第二电活性材料层各自可包括多个电活性材料子膜和布置在相邻电活性材料子膜之间的多个缓冲层。所述电化学电池进一步包括与第一电活性材料层基本对齐的第一单面电极；物理分隔第一单面电极和第一电活性材料层的第一隔离件；与第二电活性材料层基本对齐的第二单面电极；和物理分隔第二单面电极和第二电活性材料层的第二隔离件。所述集流体可包括至少一个被胶粘剂层涂布的表面。

Description

双面电极和包括该双面电极的电化学电池
引言
这一节提供与本公开有关的背景信息，其不一定是现有技术。
需要高级储能设备和系统以满足各种产品，包括汽车产品，如启停系统（例如12V启停系统）、电池辅助系统、混合动力汽车（“HEV”）和电动汽车（“EV”）的能量和/或动力要求。典型的锂离子电池组包括至少两个电极和电解质和/或隔离件。两个电极之一可充当正极或阴极，另一个电极可充当负极或阳极。可将隔离件和/或电解质安置在负极和正极之间。电解质适于在电极之间传导锂离子并且类似于两个电极，可以是固体和/或液体形式和/或它们的混合形式。在包括固态电极和固态电解质的固态电池组的情况下，固态电解质可物理分隔电极以致不需要独立隔离件。
通常至少两个电极包括逐层堆叠并通过隔离件物理分隔的几个阴极和阳极。这样的设计可包括高比率的非活性材料，如隔离件和集流体。这样的非活性材料的高比率可降低电池能量密度，以及增加成本和制造挑战。因此希望开发有助于解决这些挑战的设计和材料及其制造和使用方法。
概述
这一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。
本公开涉及双面电极（例如双面正极或阴极或双面负极或阳极）和包括其的电化学电池。
在各种方面中，本公开提供一种循环锂离子的电化学电池。所述电化学电池可包括双面电极。所述双面电极可包括第一电活性材料层、第二电活性材料层和布置在第一和第二电活性材料层之间的集流体。所述电化学电池可进一步包括与第一电活性材料层基本对齐的第一单面电极；物理分隔第一单面电极和第一电活性材料层的第一隔离件；与第二电活性材料层基本对齐的第二单面电极；和物理分隔第二单面电极和第二电活性材料层的第二隔离件。
在一个方面中，第一和第二电活性材料层各自可包括正电活性材料，且第一和第二单面电极各自可包括负电活性材料。
在一个方面中，第一和第二电活性材料层各自可包括负电活性材料，且第一和第二单面电极各自可包括正电活性材料。
在一个方面中，所述集流体是第一集流体，可将第二集流体布置在第一单面电极上或毗邻第一单面电极，并可将第三集流体布置在第二单面电极上或毗邻第二单面电极。
在一个方面中，第一电活性材料层可包括多个第一电活性材料子膜（sub-films）和多个第一缓冲层。第一缓冲层可布置在所述多个第一电活性子膜的相邻电活性子膜之间。
在一个方面中，第二电活性材料层可包括多个第二电活性材料子膜和多个第二缓冲层。第二缓冲层可布置在所述多个第二电活性子膜的相邻电活性材料子膜之间。
在一个方面中，所述多个第一缓冲层和所述多个第二缓冲层可各自包括聚合物、电子导电填料和离子导电填料。
在一个方面中，所述集流体可具有一个或多个被胶粘剂层涂布的表面。所述胶粘剂层可具有大于或等于大约0.05 µm至小于或等于大约100 µm的厚度。所述胶粘剂层可包括聚合物和电子导电填料。
在一个方面中，所述电化学电池可进一步包括布置在第一单面电极的暴露表面上或毗邻第一单面电极的暴露表面的第一终端隔离件，和布置在第二单面电极的暴露表面上或毗邻第二单面电极的暴露表面的第二终端隔离件。
在各种方面中，本公开提供一种循环锂离子的电化学电池。所述电化学电池可包括双面电极。所述双面电极可包括第一电活性材料层、第二电活性材料层和布置在第一和第二电活性材料层之间的集流体。第一电活性材料层可包括多个第一电活性材料子膜和多个第一缓冲层。所述缓冲层可布置在所述多个第一电活性子膜的相邻电活性子膜之间。第二电活性材料层可包括多个第二电活性材料子膜和多个第二缓冲层。所述多个第二缓冲层可布置在所述多个第二电活性子膜的相邻电活性材料子膜之间。所述电化学电池可进一步包括与第一电活性材料层基本对齐的第一单面电极；物理分隔第一单面电极和第一电活性材料层的第一隔离件；与第二电活性材料层基本对齐的第二单面电极；和物理分隔第二单面电极和第二电活性材料层的第二隔离件。
在一个方面中，所述集流体是第一集流体，可将第二集流体布置在第一单面电极上或毗邻第一单面电极，并可将第三集流体布置在第二单面电极上或毗邻第二单面电极。
在一个方面中，所述多个第一缓冲层和所述多个第二缓冲层可各自包括聚合物、电子导电填料和离子导电填料。
在一个方面中，所述集流体可具有一个或多个被胶粘剂层涂布的表面。所述胶粘剂层可具有大于或等于大约0.05 µm至小于或等于大约100 µm的厚度。
在一个方面中，所述电化学电池可进一步包括布置在第一单面电极的暴露表面上或毗邻第一单面电极的暴露表面的第一终端隔离件；和布置在第二单面电极的暴露表面上或毗邻第二单面电极的暴露表面的第二终端隔离件。
在各种方面中，本公开提供一种用于循环锂离子的电化学电池的双面电极。所述电极可包括具有基本平行于第二表面的第一表面的集流体；布置在所述集流体的第一表面上或毗邻所述集流体的第一表面的第一电活性材料层；和布置在所述集流体的第二表面上或毗邻所述集流体的第二表面的第二电活性材料层。第一电活性材料层可包括多个第一电活性材料子膜和多个第一缓冲层。第一缓冲层可布置在所述多个第一电活性子膜的相邻电活性子膜之间。第二电活性材料层可包括多个第二电活性材料子膜和多个第二缓冲层。第二缓冲层可布置在所述多个第二电活性子膜的相邻电活性材料子膜之间。所述双面电极可具有大于或等于大约100 µm至小于或等于大约20,000 µm的总厚度。
在一个方面中，第一和第二电活性材料层各可包括正电活性材料。
在一个方面中，第一和第二电活性材料层各自可包括负电活性材料。
在一个方面中，所述多个第一缓冲层和所述多个第二缓冲层可各自包括聚合物、电子导电填料和离子导电填料。
在一个方面中，所述多个第一电活性材料子膜和所述多个第二电活性材料子膜各自可分别具有大于或等于大约100 µm至小于或等于大约1,000 µm的厚度。
由本文中提供的描述显而易见其它适用领域。这一概述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。
附图简述
本文中描述的附图仅用于举例说明所选实施方案而非所有可能的实施方案，并且无意限制本公开的范围。
图1是根据本公开的各种方面的示例性单电极电池组的示意图；
图2A是根据本公开的各种方面的示例性正极的图示；
图2B是根据本公开的各种方面的示例性正极的另一图示；
图3是根据本公开的各种方面的另一示例性单电极电池组的示意图；
图4A是根据本公开的各种方面的示例性负极的图示；
图4B是根据本公开的各种方面的示例性负极的另一图示；和
图5是演示根据本公开的各种方面制备的示例性半电池的容量保持率的图示。
在附图的几个视图中，相应的附图标记都是指相应的部件。
详述
提供示例性实施方案以使本公开彻底并向本领域技术人员充分传达其范围。阐述了许多具体细节，例如具体组合物、组分、装置和方法的实例，以提供本公开的实施方案的充分理解。本领域技术人员显而易见的是，不需要使用具体细节，示例性实施方案可以具体体现为许多不同的形式，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，没有详细描述公知方法、公知装置结构和公知技术。
本文所用的术语仅为了描述特定的示例性实施方案而无意作为限制。除非上下文清楚地另行指明，本文所用的单数形式“一个”、“一种”和“该”旨在也包括复数形式。术语“包含”、“包括”、“含有”和“具有”是包容性的，因此规定了指定要素、元件、组合物、步骤、整数、操作和/或组分的存在，但不排除一种或多种其它要素、整数、步骤、操作、元件、组分和/或其组合的存在或加入。尽管开放性术语“包含”应被理解为用于描述和请求保护本文所述的各种实施方案的非限制性术语，但在某些方面中，该术语可替代性被理解为更限制性和约束性的术语，如“由…组成”或“基本由…组成”。因此，对于列举了组合物、材料、组分、元件、要素、整数、操作和/或工艺步骤的任何给定实施方案，本公开也明确包括由或基本由这些列举的组合物、材料、组分、元件、要素、整数、操作和/或工艺步骤组成的实施方案。在“由…组成”的情况下，该备选实施方案不包括任何附加组合物、材料、组分、元件、要素、整数、操作和/或工艺步骤，而在“基本由…组成”的情况下，这样的实施方案不包括实质影响基本和新颖特征的任何附加组合物、材料、组分、元件、要素、整数、操作和/或工艺步骤，但在实施方案中可包括不会实质影响基本和新颖特征的任何组合物、材料、组分、元件、要素、整数、操作和/或工艺步骤。
本文中描述的任何方法步骤、工艺和操作不应被解释为必定要求它们以所论述或例示的特定顺序实施，除非明确指定为实施顺序。还要理解的是，除非另行指明，可以使用附加或替代的步骤。
当一个组件、元件或层被提到在另一元件或层“上”、“接合”、“连接”或“耦合”到另一元件或层上时，其可能直接在另一组件、元件或层上、直接接合、连接或耦合到另一组件、元件或层上，或可能存在中间元件或层。相反，当一个元件被提到“直接在”另一元件或层上、“直接接合”、“直接连接”或“直接耦合”到另一元件或层上时，不存在中间元件或层。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“之间”vs“直接在...之间”，“相邻”vs“直接相邻”等）。本文所用的术语“和/或”包括一个或多个相关罗列项的任何和所有组合。
尽管在本文中可能使用术语第一、第二、第三等描述各种步骤、元件、组分、区域、层和/或区段，但除非另行指明，这些步骤、元件、组分、区域、层和/或区段不应受这些术语限制。这些术语仅用于将一个步骤、元件、组分、区域、层或区段区别于另一步骤、元件、组分、区域、层或区段。除非上下文清楚地指示，如“第一”、“第二”之类的术语和其它序数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、组分、区域、层或区段可以被称为第二步骤、元件、组分、区域、层或区段而不背离示例性实施方案的教导。
为了容易描述，在本文中可能使用空间上或时间上相对的术语，如“前”、“后”、“内”、“外”、“下”、“下方”、“下部”、“上”、“上部”等描述如附图中所示的一个元件或构件与另一元件或构件的关系。空间上或时间上相对的术语旨在包含除附图中描绘的取向外该装置或系统在使用或运行中的不同取向。
在本公开通篇中，数值代表近似测量值或范围界限以包含与给定值的轻微偏差和大致具有所列值的实施方案以及确切具有所列值的实施方案。除了在详述最后提供的实施例中外，本说明书（包括所附权利要求书）中的参数（例如量或条件）的所有数值应被理解为在所有情况下被术语“大约”修饰，无论在该数值前是否实际出现“大约”。“大约”是指指定数值允许一定的轻微不精确（接近该值的精确性；大致或合理地接近该值；几乎）。如果由“大约”提供的不精确性在本领域中不以这种普通含义理解，本文所用的“大约”至少是指可能由测量和使用此类参数的普通方法引起的变动。例如，“大约”可包含小于或等于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%和在某些方面中，任选小于或等于0.1%的变动。
此外，范围的公开包括在整个范围内的所有值和进一步细分范围的公开，包括对这些范围给出的端点和子范围。
现在参考附图更充分描述示例性实施方案。
本公开提供一种减少非活性材料（例如集流体、隔离件等）的重量和体积的电化学电池（例如单-电极电池组）设计，以使电池组具有改进的能量密度（例如大约255.5 wh/kg或521.0 wh/L），以及提供简化电池组装和制造的手段。
典型的锂离子单电极电池组(sole electrode battery)（例如循环锂离子的电化学电池）包括布置在平行的第一和第二单面电极之间的双面电极，其中隔离件和/或电解质物理分隔双面电极和第一和第二单面电极。通常，在锂离子电池组包（battery pack）中，电池组或电池可以堆叠或卷绕配置电连接以提高总输出。锂离子电池组通过在第一和第二电极之间可逆传送锂离子来工作。例如，锂离子可在电池组充电过程中从正极向负极移动并在电池组放电时反向移动。电解质适于传导锂离子（或在钠离子电池组的情况下，钠离子，诸如此类）并且可以是液体、凝胶或固体形式。例如，具有大于或等于大约20 Ah至小于或等于大约300 Ah和在某些方面中，任选大于或等于大约65 Ah至小于或等于大约150 Ah的电池容量的电化学电池（也称为电池组）20的示例性和示意性图示显示在图1中。
这样的电池用于车辆或汽车运输应用（例如摩托车、船、拖拉机、公共汽车、活动房屋、露营车和坦克）。但是，本技术可用于多种多样的其它工业和应用，包括航空航天组件、消费品、器件、建筑物（例如住宅、办公室、棚屋和仓库）、办公设备和家具和工业设备机械、农业或农场设备或重型机械，作为非限制性实例。此外，尽管图示的实例包括仅一个阴极和两个阳极，或两个阴极和一个阳极，但技术人员会认识到，本教导延伸到各种其它配置，包括具有一个或多个阴极和一个或多个阳极以及各种集流体和布置在其一个或多个表面上或附近的电活性层的那些。
电池组20包括布置在平行的第一和第二单面负极22A、22B（例如阳极）之间的双面正极24（例如阴极）。第一隔离件26A可布置在第一单面负极22A和双面正极24的第一面之间。第二隔离件26B可布置在第二单面负极22B和双面正极24的第二面之间。双面正极24的第一和第二面可以是基本平行的面。隔离件26A、26B提供电极22A、22B、24之间的电隔离（即防止物理接触）。隔离件26A、26B也提供在锂离子的循环过程中作为锂离子和在某些情况下，相关阴离子的内部通道的最小阻力路径。在各种方面中，隔离件26包含电解质（未显示），其在某些方面中也可存在于负极22A、22B和正极24中。在某些变体中，隔离件26A、26B可以是固态电解质。例如，隔离件26A、26B可由许多固态电解质粒子（未显示）界定。
负极集流体32A、32B可安置在各个负极22A、22B处或附近。例如，第一负极集流体32A可安置在第一单面负极22A处或附近，且第二负极集流体32B可安置在第二单面负极22B处或附近。第一和第二负极集流体32A、32B可相同或不同。第一和第二负极集流体32A、32B可以各自是包含铜、不锈钢或本领域技术人员已知的任何其它适当的导电材料的金属箔、金属网、栅或丝网、或多孔金属（expanded metal）。在某些变体中，负极集流体32A、32B可具有表面处理。例如，负极集流体32A、32B可以是碳涂布的或蚀刻的。在每种情况下，负极集流体32A、32B可具有大于或等于大约5 µm至小于或等于大约200 µm和在某些方面中，任选大于或等于大约20 µm至小于或等于大约100 µm的厚度。
双面正极24可包括正极集流体34。例如，正极24可包括毗邻正极集流体34的第一表面布置的第一正电活性材料层36A和毗邻正极集流体34的第二表面布置的第二正电活性材料层36B。正极集流体34的第一和第二面可以是基本平行的面。第一正电活性材料层36A可界定双面正极24的第一面。第二正电活性材料层36B可界定双面正极24的第二面。正极集流体34可以是包含铝或本领域技术人员已知的任何其它适当的导电材料的金属箔、金属网、栅或丝网、或多孔金属（expanded metal）。在每种情况下，正极集流体34可具有大于或等于大约5 µm至小于或等于大约200 µm和在某些方面中，任选大于或等于大约20 µm至小于或等于大约100 µm的厚度。
在某些变体中，正极集流体34可具有表面处理。例如，正极集流体34可以是碳涂布的或蚀刻的。在另一些变体中，如图示，可将第一胶粘剂层38A布置在正极集流体34的第一表面上或毗邻正极集流体34的第一表面，并可将第二胶粘剂层38B布置在正极集流体34的第二表面上或毗邻正极集流体34的第二表面。
第一和第二胶粘剂层38A、38B可各自具有大于或等于大约0.05 µm至小于或等于大约100 µm、任选大于或等于大约0.05 µm至小于或等于大约50 µm和在某些变体中，大于或等于大约1 µm至小于或等于大约10 µm的厚度，厚度变化为大约± 5%。第一和第二胶粘剂层38A、38B可各自具有大于或等于大约0.1体积%至小于或等于大约0.5体积%和在某些方面中，任选大于或等于大约0.15体积%至小于或等于大约0.3体积%的孔隙率。
第一和第二胶粘剂层38A、38B可以是包括聚合物和电子导电填料的掺合物的导电层。例如，第一和第二胶粘剂层38A、38B可各自包括大于或等于大约0.1重量%至小于或等于大约50重量%的聚合物，和大于或等于大约0.1重量%至小于或等于大约50重量%的电子导电填料。例如，第一和第二胶粘剂层38A、38B可具有大约1:3的导电填料:聚合物的质量比。导电填料可包括碳质材料（如Super-P、炭黑、石墨烯、碳纳米管等）和/或金属粉末。该聚合物可耐溶剂并提供良好的粘合力，如环氧树脂、聚酰亚胺（聚酰胺酸）、聚酯、乙烯基酯和组合等。在另一些变体中，该聚合物可包括热塑性聚合物，如聚偏二氟乙烯（PVdF）、聚酰胺、硅酮、丙烯酸系树脂和组合等。
负极集流体32A、32B和正极集流体34分别收集并向和从外电路40传送自由电子。例如，可中断的外电路40和载荷装置42可连接负极22A、22B（通过负极集流体32A、32B）和正极24（通过正极集流体34）。
电池组20可在放电过程中通过在外电路40关闭（以连接负极22A、22B和正极24）并且负极22A、22B具有比正极24低的电位时发生的可逆电化学反应生成电流。在某些变体中，电池组20可具有大于或等于大约1.01至小于或等于大约1.3和在某些方面中，任选大于或等于大约1.05至小于或等于大约1.2的锂负极容量/锂正极容量（N/P）比。正极24和负极22A、22B之间的化学势差驱使在负极22A、22B处通过反应，例如嵌入锂的氧化生成的电子经由外电路40送往正极24。也在负极22A、22B处生成的锂离子同时经过隔离件26中所含的电解质送往正极24。电子流经外电路40且锂离子穿过含有电解质的隔离件26迁移以在正极24处形成嵌入的锂。如上所述，电解质通常也存在于负极22A、22B和正极24中。经过外电路40的电流可被利用并导过载荷装置42直至耗尽负极22A、22B中的锂且电池组20的容量降低。
电池组20可随时通过将外部电源连向锂离子电池组20来充电或重新供能以逆转在电池组放电过程中发生的电化学反应。外部电源连向电池组20促进在正极24处的反应，例如非自发反应以产生电子和锂离子。锂离子穿过隔离件26经由电解质流回负极22A、22B以向负极22A、22B补充锂（例如嵌入锂）以供在下一电池组放电事件的过程中使用。因此，一个完整的放电事件接着一个完整的充电事件被视为一个循环，其中锂离子在正极24和负极22A、22B之间循环。可用于将电池组20充电的外部电源可随电池组20的尺寸、构造和特定最终用途而变。一些著名和示例性的外部电源包括但不限于通过墙壁插座连接到AC电网的AC-DC转换器和机动车交流发电机。
在许多锂离子电池组配置中，负极集流体32A、32B、负极22A、22B、隔离件26A、26B、正极24和正极集流体34各自作为相对薄层（例如厚度为几微米至零点几毫米或更小）制备并作为以电并联布置连接的层组装以提供合适的电能和动力组。在各种方面中，电池组20也可包括尽管在此没有描绘但为本领域技术人员已知的各种其它组件。例如，电池组20可包括外壳、垫圈、端盖、极耳、电池组端子和可位于电池组20内，包括位于负极22A、22B、正极24和/或隔离件26A、26B之间或附近的任何其它常规组件或材料。图1中所示的电池组20包括液体电解质并显示电池组运行的代表性概念。但是，本技术也适用于固态电池组，其包括可具有如本领域技术人员已知的不同设计的固态电解质和/或固态电活性粒子。
如上所述，电池组20的尺寸和形状可随其所设计的特定应用而变。电池组驱动车辆和手持消费电子设备例如是两个实例，其中电池组20最可能设计为不同的尺寸、容量和功率输出规格。如果载荷装置42需要，电池组20也可与其它类似的锂离子电池或电池组串联或并联以产生更大的电压输出、能量和功率。相应地，电池组20可以向作为外电路40的一部分的载荷装置42生成电流。载荷装置42可由在电池组20放电时经过外电路40的电流供能。尽管电载荷装置42可以是任何数量已知的电动装置，但若干具体实例包括电动车的电动机、笔记本电脑、平板电脑、移动电话和无绳电动工具或器具。载荷装置42也可以是为了存储电能而将电池组20充电的发电装置。
重新参考图1，正极24、负极22A、22B和隔离件26A、26B可各自包括能在负极22A、22B和正极24之间传导锂离子的在它们的孔隙内的电解质溶液或体系（未显示）。在锂离子电池组20中可使用能在负极22A、22B和正极24之间传导锂离子的任何适当的电解质，无论是固体、液体还是凝胶形式。在某些方面中，电解质可以是包括溶解在有机溶剂或有机溶剂混合物中的锂盐的非水液体电解质溶液（例如> 1M）。在某些情况下，电解质也可包括一种或多种添加剂，如碳酸亚乙烯酯（VC）、碳酸亚丁酯（BC）、氟代碳酸亚乙酯（FEC）等。在锂离子电池组20中可使用许多常规非水液体电解质溶液。
在某些方面中，电解质可以是包括溶解在有机溶剂或有机溶剂混合物中的一种或多种锂盐的非水液体电解质溶液。锂盐可包括与一种或多种阴离子偶联的一种或多种阳离子。阳离子可选自Li+、Na+、K+、Al3+、Mg2+等。阴离子可选自PF6-、BF4-、TFSI-、FSI-、CF3SO3-、(C2F5S2O2)N-等。例如，可溶解在有机溶剂中以形成非水液体电解质溶液的锂盐的非限制性名单包括六氟磷酸锂（LiPF6）、高氯酸锂（LiClO4）、四氯铝酸锂（LiAlCl4）、碘化锂（LiI）、溴化锂（LiBr）、硫氰酸锂（LiSCN）、四氟硼酸锂（LiBF4）、四苯基硼酸锂（LiB(C6H5)4）、双(草酸根合)硼酸锂（LiB(C2O4)2）（LiBOB）、二氟草酸根合硼酸锂（LiBF2(C2O4)）、六氟砷酸锂（LiAsF6）、三氟甲磺酸锂（LiCF3SO3）、双(三氟甲烷)磺酰亚氨基锂（LiN(CF3SO2)2）、双(氟磺酰)亚氨基锂（LiN(FSO2)2）（LiSFI）、草酰二氟硼酸锂（LiODFB）、氟烷基磷酸锂（LiFAP）、六氟砷酸锂（LiAsF6）、双(三氟甲烷磺酰)亚氨基锂（LiTFSI）、双(氟磺酰)亚氨基锂（LiFSI）及其组合。
可将这些和其它类似的锂盐溶解在各种非水非质子有机溶剂中，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）、碳酸甲乙酯（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）、环醚（例如四氢呋喃、2-甲基四氢呋喃）、1,3-二氧戊环）、硫化合物（例如环丁砜）及其组合。
第一和第二多孔隔离件26A、26B可相同或不同。在每种情况下，多孔隔离件26A、26B在某些情况下可包括含聚烯烃的多微孔聚合物隔离件。聚烯烃可以是均聚物（衍生自单一单体成分）或杂聚物（衍生自多于一种单体成分），其可以是直链或支链的。如果杂聚物衍生自两种单体成分，该聚烯烃可呈现任何共聚物链排列，包括嵌段共聚物或无规共聚物的排列。类似地，如果该聚烯烃是衍生自多于两种单体成分的杂聚物，其同样可以是嵌段共聚物或无规共聚物。在某些方面中，聚烯烃可以是聚乙烯（PE）、聚丙烯（PP）、或聚乙烯（PE）和聚丙烯（PP）的共混物、或PE和/或PP的多层结构化多孔膜。市售聚烯烃多孔隔膜包括可获自Celgard LLC的CELGARD® 2500（单层聚丙烯隔离件）和CELGARD® 2320（三层聚丙烯/聚乙烯/聚丙烯隔离件）。
在某些方面中，隔离件26A、26B可进一步包括一个或多个陶瓷涂层和耐热材料涂层。陶瓷涂层和/或耐热材料涂层可布置在隔离件26A、26B的一侧或多侧上。形成陶瓷层的材料可选自：勃姆石（AlOOH）、氧化铝（Al2O3）、二氧化硅（SiO2）及其组合。耐热材料可选自：Nomex、Aramid及其组合。
当隔离件26A、26B是多微孔聚合物隔离件时，其可以是单层或多层层压材料，其可由干法或湿法制造。例如，在某些情况下，聚烯烃单层可形成整个隔离件26A、26B。在另一些方面中，隔离件26A、26B可以是具有在相反表面之间延伸的大量孔隙的纤维膜并可具有例如小于1毫米的平均厚度。但是，作为另一实例，可以组装类似或不同聚烯烃的多个分立层以形成多微孔聚合物隔离件26A、26B。除了聚烯烃，隔离件26A、26B还可包含其它聚合物，例如但不限于聚对苯二甲酸乙二醇酯（PET）、聚偏二氟乙烯（PVdF）、聚酰胺、聚酰亚胺、聚(酰胺-酰亚胺)共聚物、聚醚酰亚胺和/或纤维素或适用于建立所需多孔结构的任何其它材料。聚烯烃层和任何其它任选的聚合物层可进一步作为纤维层包括在隔离件26A、26B中以助于为隔离件26A、26B提供适当的结构和孔隙率特征。设想了用于形成隔离件26A、26B的各种常规可得的聚合物和商品，以及可用于生产这样的多微孔聚合物隔离件26A、26B的许多制造方法。各隔离件26A、26B可具有大于或等于大约1 µm至小于或等于大约50 µm和在某些情况下，任选大于或等于大约1 µm至小于或等于大约20 µm的厚度。
在某些变体中，电池组20可进一步包括一个或多个终端隔离件28A、28B。例如，电池组20可包括布置在第一负极集流体32A的暴露表面上或毗邻第一负极集流体32A的暴露表面的第一终端隔离件28A，和布置在第二负极集流体32B的暴露表面上或毗邻第二负极集流体32B的暴露表面的第二终端隔离件28B。终端隔离件28A、28B可物理分隔集流体32A、32B和电池组壳体或外壳（未显示）。终端隔离件28A、28B可与第一隔离件26A和/或第二隔离件26B相同或不同。
在各种方面中，图1中的多孔隔离件26A、26B、28A、28B和位于多孔隔离件26A、26B、28A、28B中的电解质可各自被既充当电解质又充当隔离件的固态电解质（“SSE”）（未显示）替代。固态电解质可布置在正极24和负极22A、22B之间。固态电解质促进锂离子的转移，同时机械分隔负极22A、22B和正极24并提供负极22A、22B和正极24之间的电绝缘。作为非限制性实例，固态电解质可包括许多固态电解质粒子，如LiTi2(PO4)3、LiGe2(PO4)3、Li7La3Zr2O12、Li3xLa2/3-xTiO3、Li3PO4、Li3N、Li4GeS4、Li10GeP2S12、Li2S-P2S5、Li6PS5Cl、Li6PS5Br、Li6PS5I、Li3OCl、Li2.99Ba0.005ClO或其组合。固态电解质粒子可以是纳米级氧化物基固态电解质粒子。在另一些变体中，图1中的多孔隔离件26A、26B和电解质可被凝胶电解质替代。在某些变体中，图1中的多孔隔离件28A、28A可被塑料膜替代。
单面负极22A、22B各自包含能够充当锂离子电池组的负端子的锂宿主材料。例如，负极22A、22B可各自包含能够充当电池组20的负端子的锂宿主材料（例如负电活性材料）。在各种方面中，负极22A、22B各自可由许多负电活性材料粒子（未显示）界定。这样的负电活性材料粒子可布置在一个或多个层中以界定负极22A、22B的三维结构。电解质可以例如在电池组装后引入，并包含在负极22A、22B的孔隙（未显示）内。例如，负极22A、22B可包括许多电解质粒子（未显示）。负极22A、22B各自（包括所述一个或多个层）可具有大于或等于大约1,000 µm至小于或等于大约1 cm和在某些方面中，任选大于或等于大约2,000 µm至小于或等于大约5,000 µm的厚度，厚度变化为大约±5%。
第一和第二单面负极22A、22B可以相同或不同（例如在组成上）。例如，负极22A、22B各自可包括包含锂，例如锂金属的负电活性材料。在某些变体中，负极22A、22B可以是由锂金属或锂合金形成的膜或层。也可使用其它材料形成负极22A、22B，包括例如碳质材料（如石墨、硬碳、软碳、碳纳米管（CNT）等）和/或锂-硅和含硅的二元和三元合金和/或含锡的合金（如Si、Li-Si、SiOx、Si-Sn、SiSnFe、SiSnAl、SiFeCo、SnO2等）和/或金属氧化物（如Fe3O4、V2O5、SnO、Co3O4、NbOx等）和/或金属硫化物（如FeS等）。在某些变体中，设想了锂-钛阳极材料，如Li4+xTi5O12，其中0 ≤ x ≤ 3，包括钛酸锂（Li4Ti5O12）（LTO）。
负电活性材料可任选与一种或多种提供电子导电路径的导电材料和/或至少一种改进负极22A、22B的结构完整性的聚合物粘合剂材料掺合。例如，负极22A、22B之一或两者中的负电活性材料可任选与粘合剂，如裸藻酸盐(bare alginate salt)、聚(四氟乙烯)（PTFE）、羧甲基纤维素钠（CMC）、苯乙烯-丁二烯橡胶（SBR）、聚(偏二氟乙烯)（PVDF）、丁腈橡胶（NBR）、苯乙烯乙烯丁烯苯乙烯共聚物（SEBS）、苯乙烯丁二烯苯乙烯共聚物（SBS）、聚丙烯酸酯（PAA）、聚丙烯酸锂（LiPAA）、聚丙烯酸钠（NaPAA）、藻酸钠、藻酸锂、三元乙丙橡胶（EPDM）及其组合掺合。导电材料可包括碳基材料、粉末镍或其它金属粒子，或导电聚合物。碳基材料可包括例如炭黑（例如Super-P）、石墨、乙炔黑（如KETCHENTM黑或DENKATM黑）、碳纤维和纳米管（例如气相生长碳纤维（VGCF））、石墨烯、氧化石墨烯等的粒子。导电聚合物的实例包括聚苯胺、聚噻吩、聚乙炔、聚吡咯等。
例如，负极22A、22B各自可包括大于或等于大约30重量%至小于或等于大约99.5重量%和在某些方面中，任选大于或等于大约50重量%至小于或等于大约98重量%的负电活性材料；大于或等于大约0重量%至小于或等于大约30重量%和在某些方面中，任选大于或等于大约0.5重量%至小于或等于大约10重量%的一种或多种导电材料；和大于或等于大约0重量%至小于或等于大约20重量%和在某些方面中，任选大于或等于大约0.5重量%至小于或等于大约10重量%的一种或多种粘合剂。负极22A、22B可具有大于或等于大约1.0 g/cc至小于或等于大约3.0 g/cc和在某些方面中，任选大于或等于大约1.3 g/cc至小于或等于大约2.0 g/cc的电极压实密度（electrode press density），变化为大约± 3%。
如上所述，双面正极24包括毗邻正极集流体34的第一表面布置的第一正电活性材料层36A和毗邻正极集流体34的第二表面布置的第二正电活性材料层36B。第一和第二正电活性材料层36A、36B各自可由能够在充当电池组20的正端子的同时发生锂嵌脱、合金化和脱合金、或电镀（plating）和剥离的锂基活性材料形成。例如，第一和第二正电活性材料层36A、36B各自可由许多电活性材料粒子（未显示）界定，它们布置在一个或多个层中以界定正极24的三维结构。可例如在电池组装后引入电解质并包含在正极24的孔隙（未显示）内。
第一和第二正电活性材料层36A、36B可以相同或不同（例如在组成上）。例如，在某些变体中，如图2A中所示，第一和第二正电活性材料层36A、36B各自可包括具有大于或等于大约500 µm至小于或等于大约10,000 µm、任选大于或等于大约1,000 µm至小于或等于大约5,000 µm和在某些方面中，任选大约2,250 µm的厚度的正电活性材料层60，变化为大约± 5%。双面正极24可具有大于或等于大约100 µm至小于或等于大约20,000 µm的总厚度。
在每种情况下，正电活性材料层60可包括包含一种或多种具有尖晶石结构的材料，如锂锰氧化物（Li(1+x)Mn2O4，其中0 ≤ x ≤ 1）、锂锰镍氧化物（LiMn(2-x)NixO4，其中0 ≤x ≤ 0.5）（例如LiMn1.5Ni0.5O4）；一种或多种具有层状结构的材料，如锂钴氧化物（LiCoO2）、锂镍锰钴氧化物（Li(NixMnyCoz)O2，其中0 ≤ x ≤ 1、0 ≤ y ≤ 1、0 ≤ z ≤ 1和x + y+ z = 1（例如LiMn0.33Ni0.33Co0.33O2）或Li(NixMnyCozAlw)O2，其中0 ≤ x ≤ 1、0 ≤ y ≤1、0 ≤ z ≤ 1、0 ≤ w ≤ 1和x+ y + z + w = 1（例如LiMn0.04Ni0.90Co0.04Al0.02O2））或锂镍钴金属氧化物（LiNi(1-x-y)CoxMyO2，其中0 < x < 0.2、y < 0.2且M可以是Al、Mg、Ti等）；或具有橄榄石结构的锂铁多阴离子氧化物，如锂铁磷酸盐（LiFePO4）、锂锰铁磷酸盐（LiMn1- xFexPO4，其中0 < x < 0.5）或锂铁氟磷酸盐（Li2FePO4F）的正电活性材料。在某些变体中，正电活性材料层60可包括一种或多种高电压氧化物（如LiNi0.5Mn1.5O4、LiCoPO4）、一种或多种岩盐层状氧化物（如LiCoO2、LiNixMnyCo1-x-yO2（其中0 ≤ x ≤ 1、0 ≤ y ≤ 1）、LiNixCOyAl1-x-yO2（其中0 ≤ x ≤ 1、0 ≤ y ≤ 1）、LiNixMn1-xO2（其中0 ≤ x ≤ 1）、Li1+ xMO2（其中0 ≤ x ≤ 2且其中M是指选自Mn、Ni、Co等的金属元素））、一种或多种多阴离子（如LiV2(PO4)3）和其它类似的锂过渡金属氧化物。
例如，在各种方面中，正电活性材料层60可包括选自LiCoO2、LiNiO2、LiMnO2、LiNi0.5Mn0.5O2、NMC111、NMC523、NMC622、NMC721、NMC811、NCA、NCMA、LiMn2O4、LiNi0.5Mn1.5O4、LiV2(PO4)3、LiFePO4、LiCoPO4、LiMnPO4、LiVPO4F、LiFeBO3、LiCoBO3、LiMnBO3、Li2FeSiO4、Li2MnSiO4、LiMnSiO4F、(2,5-二锂氧基)对苯二甲酸二锂、聚酰亚胺及其组合的一种或多种正电活性材料。在某些变体中，正电活性材料粒子可被表面涂布和/或掺杂。例如，正电活性材料可包括LiNbO3涂布的LiNi0.5Mn1.5O4。
在每种情况下，正电活性材料可任选与提供电子导电路径的电子导电材料和/或至少一种改进电极的结构完整性的聚合物粘合剂材料掺合。例如，正电活性材料和电子导电或导电材料可与粘合剂，如聚偏二氟乙烯（PVdF）、聚四氟乙烯（PTFE）、三元乙丙橡胶（EPDM）或羧甲基纤维素（CMC）、丁腈橡胶（NBR）、苯乙烯-丁二烯橡胶（SBR）、聚丙烯酸锂（LiPAA）、聚丙烯酸钠（NaPAA）、藻酸钠或藻酸锂一起淤浆浇注。导电材料可包括碳基材料、粉末镍或其它金属粒子，或导电聚合物。碳基材料可包括例如石墨、乙炔黑（如KETCHENTM黑或DENKATM黑或SuperPTM）、碳纤维和纳米管、石墨烯、氧化石墨烯等的粒子。导电聚合物的实例包括聚苯胺、聚噻吩、聚乙炔、聚吡咯等。在某些方面中，可使用导电材料的混合物。
例如，正电活性材料层60可包括大于或等于大约30重量%至小于或等于大约99重量%和在某些方面中，任选大于或等于大约50重量%至小于或等于大约98重量%的正电活性材料；大于或等于大约0重量%至小于或等于大约30重量%和在某些方面中，任选大于或等于大约1重量%至小于或等于大约10重量%的一种或多种导电材料；和大于或等于大约0重量%至小于或等于大约20重量%和在某些方面中，任选大于或等于大约0.5重量%至小于或等于大约10重量%的一种或多种粘合剂。正电活性材料膜可具有大于或等于大约1.0 g/cc至小于或等于大约4.0 g/cc和在某些方面中，任选大于或等于大约1.7 g/cc至小于或等于大约3.7 g/cc的电极压实密度（electrode press density），变化为大约± 3%。
在另一些变体中，如图2B中所示，第一和第二正电活性材料层36A、26B可各自包括多个电活性材料子膜或子层50，各子膜50具有大于或等于大约100 µm至小于或等于大约1,000 µm和在某些方面中，任选大于或等于大约200 µm至小于或等于大约600 µm的厚度，厚度变化为大约± 3%。例如，在某些变体中，如图示，第一和第二正电活性材料层36A、36B可各自包括五个子膜50。所述多个子膜50的各子膜可相同或不同（例如在组成上）。
类似于正电活性材料层60，各子层50可包括选自LiCoO2、LiNiO2、LiMnO2、LiNi0.5Mn0.5O2、NMC111、NMC523、NMC622、NMC721、NMC811、NCA、NCMA、LiMn2O4、LiNi0.5Mn1.5O4、LiV2(PO4)3、LiFePO4、LiCoPO4、LiMnPO4、LiVPO4F、LiFeBO3、LiCoBO3、LiMnBO3、Li2FeSiO4、Li2MnSiO4、LiMnSiO4F、(2,5-二锂氧基)对苯二甲酸二锂、聚酰亚胺及其组合的一种或多种正电活性材料。在某些变体中，正电活性材料粒子可被表面涂布和/或掺杂。例如，正电活性材料可包括LiNbO3涂布的LiNi0.5Mn1.5O4。
各子层50也可类似地包括电子导电材料和/或至少一种聚合物粘合剂。例如，各子层50可包括大于或等于大约30重量%至小于或等于大约99重量%和在某些方面中，任选大于或等于大约50重量%至小于或等于大约98重量%的正电活性材料；大于或等于大约0重量%至小于或等于大约30重量%和在某些方面中，任选大于或等于大约1重量%至小于或等于大约10重量%的一种或多种导电材料；和大于或等于大约0重量%至小于或等于大约20重量%和在某些方面中，任选大于或等于大约0.5重量%至小于或等于大约10重量%的一种或多种粘合剂。
如图示，接连的子膜50可被一个或多个缓冲层或胶粘剂层52隔开，缓冲层或胶粘剂层52具有大于或等于大约0.2体积%至小于或等于大约0.7体积%和在某些方面中，任选大于或等于大约0.25体积%至小于或等于大约0.5体积%的孔隙率。例如，如图示，胶粘剂层52可布置在接连的子膜50之间。在每种情况下，所述一个或多个胶粘剂层52可以是包括聚合物、电子导电填料和离子导电填料的掺合物的离子导电和电子导电层（ionically andelectrically conductive layer）。例如，所述一个或多个胶粘剂层52各自可包括大于或等于大约0.1重量%至小于或等于大约50重量%的聚合物和大于或等于大约0.1重量%至小于或等于大约50重量%的电子导电填料和离子导电填料的组合。在某些变体中，所述一个或多个胶粘剂层52的至少一个可具有大约3:1:1的聚合物:电子导电填料:离子导电填料的质量比。
电子导电填料（electrically conductive filler）可包括碳质材料（如Super-P、炭黑、石墨烯、碳纳米管、碳纳米纤维等）和/或金属粉末（如银（Ag）、铝（Al）、镍（Ni）等）。离子导电填料可包括锂离子快速导电材料，如锂铝钛磷酸盐（LATP）、锂镧锆酸盐（LLZO）、Li1+ xAlxGe2-x(PO4)3（其中0 ≤ x ≤ 2）（LAGP）等。该聚合物可耐溶剂并提供良好的粘合力，如环氧树脂、聚酰亚胺（聚酰胺酸）、聚酯、乙烯基酯和组合等。在另一些变体中，该聚合物可包括热塑性聚合物，如聚偏二氟乙烯（PVdF）、聚酰胺、硅酮、丙烯酸系树脂和组合等。
图3图解另一示例性电化学电池（也称为电池组）220，其具有大于或等于大约20Ah至小于或等于大约300 Ah和在某些方面中，任选大于或等于大约65 Ah至小于或等于大约150 Ah的电池容量。电池组200包括布置在平行的第一和第二单面正极224A、224B（例如阴极）之间的双面负极222（例如阳极）。第一隔离件226A可布置在第一单面正极224A和双面负极222的第一面之间。第二隔离件226A可布置在第二单面正极224B和双面负极224的第二面之间。双面负极222的第一和第二面可以是基本平行的面。
类似于图1中所示的隔离件26A、26B，图3中所示的隔离件226A、226B提供电极222、224A、224B之间的电隔离（即防止物理接触）。隔离件226A、226B也提供在锂离子的循环过程中作为锂离子和在某些情况下，相关阴离子的内部通道的最小阻力路径。在各种方面中，隔离件226包含电解质溶液或体系（未显示），其在某些方面中也可存在于正极224A、224B和负极24中。在锂离子电池组20中可使用能在正极224A、224B和负极222之间传导锂离子的任何适当的电解质，无论是固体、液体还是凝胶形式。
在某些变体中，电池组200可进一步包括一个或多个终端隔离件228A、228B。例如，电池组200可包括布置在第一正极集流体234A的暴露表面上或毗邻第一正极集流体234A的暴露表面的第一终端隔离件228A，和布置在第二正极集流体234B的暴露表面上或毗邻第二正极集流体234B的暴露表面的第二终端隔离件228B。终端隔离件228A、228B可物理分隔集流体234A、234B和电池组壳体或外壳（未显示）。终端隔离件228A、228B可与第一隔离件226A和/或第二隔离件226B相同或不同。
正极集流体234A、234B可安置在各个正极224A、224B处或附近。例如，第一负极集流体234A可安置在第一单面正极224A处或附近，且第二正极集流体234B可安置在第二单面正极224B处或附近。第一和第二正极集流体234A、234B可相同或不同。第一和第二正极集流体234A、234B可以各自是包含铝或本领域技术人员已知的任何其它适当的导电材料的金属箔、金属网、栅或丝网、或多孔金属（expanded metal）。在某些变体中，正极集流体234A、234B可具有表面处理。例如，正极集流体234A、234B可以是碳涂布的或蚀刻的。在每种情况下，正极集流体234A、234B可具有大于或等于大约5 µm至小于或等于大约200 µm和在某些方面中，任选大于或等于大约20 µm至小于或等于大约100 µm的厚度。
双面负极222可包括负极集流体232。例如，负极222可包括毗邻负极集流体232的第一表面布置的第一负电活性材料层236A和毗邻负极集流体232的第二表面布置的第二负电活性材料层236B。负极集流体232的第一和第二面可以是基本平行的面。第一负电活性材料层236A可界定双面负极222的第一面。第二负电活性材料层236B可界定双面负极222的第二面。负极集流体232可以是包含铝或本领域技术人员已知的任何其它适当的导电材料的金属箔、金属网、栅或丝网、或多孔金属（expanded metal）。在每种情况下，负极集流体232可具有大于或等于大约4 µm至小于或等于大约200 µm和在某些方面中，任选大于或等于大约20 µm至小于或等于大约100 µm的厚度。
在某些变体中，负极集流体232可具有表面处理。例如，负极集流体232可以是碳涂布的或蚀刻的。在另一些变体中，如图示，可将第一胶粘剂层238A布置在负极集流体232的第一表面上或毗邻负极集流体232的第一表面，并可将第二胶粘剂层238B布置在负极集流体234的第二表面上或毗邻负极集流体234的第二表面。
第一和第二胶粘剂层238A、238B可具有大于或等于大约0.05 µm至小于或等于大约100 µm、任选大于或等于大约0.05 µm至小于或等于大约50 µm和在某些变体中，大于或等于大约1 µm至小于或等于大约10 µm的厚度，厚度变化为大约± 3%。第一和第二胶粘剂层238A、238B可以是包括聚合物和电子导电填料的掺合物的导电层。例如，第一和第二胶粘剂层238A、238B可各自包括大于或等于大约0.1重量%至小于或等于大约50重量%的聚合物和大于或等于大约0.1重量%至小于或等于大约50重量%的电子导电填料。例如，第一和第二胶粘剂层238A、238B可具有大约1:3的导电填料:聚合物的质量比。导电填料可包括碳质材料（如Super-P、炭黑、石墨烯、碳纳米管等）和/或金属粉末。该聚合物可耐溶剂并提供良好的粘合力，如环氧树脂、聚酰亚胺（聚酰胺酸）、聚酯、乙烯基酯和组合等。在另一些变体中，该聚合物可包括热塑性聚合物，如聚偏二氟乙烯（PVdF）、聚酰胺、硅酮、丙烯酸系树脂和组合等。
类似于图1中所示的负极集流体32A、32B和正极集流体34，如图3中所示的负极集流体232和正极集流体234A、234B分别收集并向和从外电路40传送自由电子。例如，可中断的外电路240和载荷装置242可连接负极222（通过负极集流体232）和正极224A、224B（通过正极集流体234A、234B）。
单面正极224A、224B各自可以相同或不同。例如，正极224A、224B各自可包括包含一种或多种具有尖晶石结构的材料，如锂锰氧化物（Li(1+x)Mn2O4，其中0.1 ≤ x ≤ 1）、锂锰镍氧化物（LiMn(2-x)NixO4，其中0 ≤ x ≤ 0.5）（例如LiMn1.5Ni0.5O4）；一种或多种具有层状结构的材料，如锂钴氧化物（LiCoO2）、锂镍锰钴氧化物（Li(NixMnyCoz)O2，其中0 ≤ x ≤1、0 ≤ y ≤ 1、0 ≤ z ≤ 1和x + y + z = 1）（例如LiMn0.33Ni0.33Co0.33O2）或Li(NixMnyCozAlw)O2，其中0 ≤ x ≤ 1、0 ≤ y ≤ 1、0 ≤ z ≤ 1、0 ≤ w ≤ 1和x+ y + z+ w = 1）（例如LiMn0.04Ni0.90Co0.04Al0.02O2））或锂镍钴金属氧化物（LiNi(1-x-y)CoxMyO2，其中0< x < 0.2、y < 0.2且M可以是Al、Mg、Ti等）；或具有橄榄石结构的锂铁多阴离子氧化物，如锂铁磷酸盐（LiFePO4）、锂锰铁磷酸盐（LiMn1-xFexPO4，其中0 < x < 0.5）或锂铁氟磷酸盐（Li2FePO4F）的正电活性材料。在某些变体中，正极224A、224B各自可包括一种或多种高电压氧化物（如LiNi0.5Mn1.5O4、LiCoPO4）、一种或多种岩盐层状氧化物（如LiCoO2、LiNixMnyCo1-x- yO2（其中0 ≤ x ≤ 1、0 ≤ y ≤ 1）、LiNixCOyAl1-x-yO2（其中0 ≤ x ≤ 1、0 ≤ y ≤ 1）、LiNixMn1-xO2（其中0 ≤ x ≤ 1）、Li1+xMO2（其中0 ≤ x ≤ 2且其中M是指选自Mn、Ni、Co等的金属元素）、一种或多种多阴离子（如LiV2(PO4)3）和其它类似的锂过渡金属氧化物。
例如，在各种方面中，正极224A、224B各自可包括选自LiCoO2、LiNiO2、LiMnO2、LiNi0.5Mn0.5O2、NMC111、NMC523、NMC622、NMC721、NMC811、NCA、NCMA、LiMn2O4、LiNi0.5Mn1.5O4、LiV2(PO4)3、LiFePO4、LiCoPO4、LiMnPO4、LiVPO4F、LiFeBO3、LiCoBO3、LiMnBO3、Li2FeSiO4、Li2MnSiO4、LiMnSiO4F、(2,5-二锂氧基)对苯二甲酸二锂、聚酰亚胺及其组合的一种或多种正电活性材料。在某些变体中，正电活性材料粒子可被表面涂布和/或掺杂。例如，正电活性材料可包括LiNbO3涂布的LiNi0.5Mn1.5O4。
在每种情况下，正电活性材料可任选与提供电子导电路径的电子导电材料和/或至少一种改进电极的结构完整性的聚合物粘合剂材料掺合。例如，正电活性材料和电子导电或导电材料可与粘合剂，如聚偏二氟乙烯（PVdF）、聚四氟乙烯（PTFE）、三元乙丙橡胶（EPDM）或羧甲基纤维素（CMC）、丁腈橡胶（NBR）、苯乙烯-丁二烯橡胶（SBR）、聚丙烯酸锂（LiPAA）、聚丙烯酸钠（NaPAA）、藻酸钠或藻酸锂一起淤浆浇注。导电材料可包括碳基材料、粉末镍或其它金属粒子，或导电聚合物。碳基材料可包括例如石墨、乙炔黑（如KETCHENTM黑或DENKATM黑或SuperPTM）、碳纤维和纳米管、石墨烯、氧化石墨烯等的粒子。导电聚合物的实例包括聚苯胺、聚噻吩、聚乙炔、聚吡咯等。在某些方面中，可使用导电材料的混合物。
例如，正极224A、224B各自可包括大于或等于大约30重量%至小于或等于大约99重量%和在某些方面中，任选大于或等于大约50重量%至小于或等于大约98重量%的正电活性材料；大于或等于大约0重量%至小于或等于大约30重量%和在某些方面中，任选大于或等于大约1重量%至小于或等于大约10重量%的一种或多种导电材料；和大于或等于大约0重量%至小于或等于大约20重量%和在某些方面中，任选大于或等于大约0.5重量%至小于或等于大约10重量%的一种或多种粘合剂。
第一和第二负电活性材料层236A、236B可以相同或不同。例如，在某些变体中，如图4A中所示，第一和第二负电活性材料层236A、236B各自可包括具有大于或等于大约50 µm至小于或等于大约10,000、任选大于或等于大约50 µm至小于或等于大约1,000 µm和在某些方面中，任选大约400 µm的厚度的负电活性材料层260。双面负极222可具有大于或等于大约100 µm至小于或等于大约20,000 µm和在某些方面中，任选大于或等于大约1,000 µm至小于或等于大约20,000 µm的总厚度。
在每种情况下，负电活性材料层260可包括包含锂，例如锂金属的负电活性材料。例如，在某些变体中，负电活性材料层260可以是由锂金属或锂合金形成的膜或层，其可使用金属溅射法布置在负极集流体232的一面或多面上。也可使用其它材料形成负电活性材料层260，包括例如碳质材料（如石墨、硬碳、软碳、碳纳米管（CNT）等）和/或锂-硅和含硅的二元和三元合金和/或含锡的合金（如Si、Li-Si、SiOx、Si-Sn、SiSnFe、SiSnAl、SiFeCo、SnO2等）和/或金属氧化物（如Fe3O4、V2O5、SnO、Co3O4等）和/或金属硫化物（如FeS等）。在某些变体中，设想了锂-钛阳极材料，如Li4+xTi5O12，其中0 ≤ x ≤ 3，包括钛酸锂（Li4Ti5O12）（LTO）。
在每种情况下，负电活性材料可任选与一种或多种提供电子导电路径的导电材料和/或至少一种改进负电活性材料层260的结构完整性的聚合物粘合剂材料掺合。例如，负电活性材料可任选与粘合剂，如裸藻酸盐、聚(四氟乙烯)（PTFE）、羧甲基纤维素钠（CMC）、苯乙烯-丁二烯橡胶（SBR）、聚(偏二氟乙烯)（PVDF）、丁腈橡胶（NBR）、苯乙烯乙烯丁烯苯乙烯共聚物（SEBS）、苯乙烯丁二烯苯乙烯共聚物（SBS）、聚丙烯酸酯（PAA）、聚丙烯酸锂（LiPAA）、聚丙烯酸钠（NaPAA）、藻酸钠、藻酸锂、三元乙丙橡胶（EPDM）及其组合掺合。导电材料可包括碳基材料、粉末镍或其它金属粒子，或导电聚合物。碳基材料可包括例如炭黑（例如Super-P）、石墨、乙炔黑（如KETCHENTM黑或DENKATM黑）、碳纤维和纳米管（例如气相生长碳纤维（VGCF））、石墨烯、氧化石墨烯等的粒子。导电聚合物的实例包括聚苯胺、聚噻吩、聚乙炔、聚吡咯等。
例如，负电活性材料层260可包括大于或等于大约30重量%至小于或等于大约100重量%和在某些方面中，任选大于或等于大约50重量%至小于或等于大约98重量%的负电活性材料；大于或等于大约0重量%至小于或等于大约30重量%和在某些方面中，任选大于或等于大约0.5重量%至小于或等于大约10重量%的一种或多种导电材料；和大于或等于大约0重量%至小于或等于大约20重量%和在某些方面中，任选大于或等于大约0.5重量%至小于或等于大约10重量%的一种或多种粘合剂。
在另一些变体中，如图4B中所示，第一和第二负电活性材料层236A、236B可各自包括多个电活性材料子膜或子层250，各子膜250具有大于或等于大约10 µm至小于或等于大约1,000 µm和在某些方面中，任选大于或等于大约25 µm至小于或等于大约600 µm的厚度，厚度变化为大约± 3%。例如，在某些变体中，如图示，第一和第二负电活性材料层236A、236B可各自包括五个子膜250。所述多个子膜250的各子膜可相同或不同。
类似于负电活性材料层260，各子层250可包括锂和/或碳质材料（如石墨、硬碳、软碳、碳纳米管（CNT）等）和/或锂-硅和含硅的二元和三元合金和/或含锡的合金（如Si、Li-Si、SiOx、Si-Sn、SiSnFe、SiSnAl、SiFeCo、SnO2等）和/或金属氧化物（如Fe3O4、V2O5、SnO、Co3O4等）和/或金属硫化物（如FeS等）。此外，在某些变体中，设想了锂-钛阳极材料，如Li4+ xTi5O12，其中0 ≤ x ≤ 3，包括钛酸锂（Li4Ti5O12）（LTO）。
各子层250也可类似地包括电子导电材料和/或至少一种聚合物粘合剂。例如，各子层250可包括大于或等于大约30重量%至小于或等于大约100重量%和在某些方面中，任选大于或等于大约50重量%至小于或等于大约98重量%的负电活性材料；大于或等于大约0重量%至小于或等于大约30重量%和在某些方面中，任选大于或等于大约5重量%至小于或等于大约20重量%的一种或多种导电材料；和大于或等于大约0重量%至小于或等于大约20重量%和在某些方面中，任选大于或等于大约0.5重量%至小于或等于大约15重量%的一种或多种粘合剂。
如图示，接连的子膜250可被一个或多个缓冲层或胶粘剂层252隔开。例如，如图示，胶粘剂层252可布置在接连的子膜250之间。在每种情况下，所述一个或多个胶粘剂层252可以是包括聚合物、电子导电填料和离子导电填料的掺合物的离子导电和电子导电层（ionically and electrically conductive layer）。例如，所述一个或多个胶粘剂层252各自可包括大于或等于大约0.1重量%至小于或等于大约50重量%的聚合物和大于或等于大约0.1重量%至小于或等于大约50重量%的电子导电填料和离子导电填料的组合。在某些变体中，所述一个或多个胶粘剂层52的至少一个可具有大约3:1:1的聚合物:电子导电填料:离子导电填料的质量比。
电子导电填料（electrically conductive filler）可包括碳质材料（如Super-P、炭黑、石墨烯、碳纳米管、碳纳米纤维等）和/或金属粉末（如银（Ag）、铝（Al）、镍（Ni）等）。离子导电填料可包括锂离子快速导电材料，如锂铝钛磷酸盐（LATP）、锂镧锆酸盐（LLZO）、Li1+ xAlxGe2-x(PO4)3（其中0 ≤ x ≤ 2）（LAGP）等。该聚合物可耐溶剂并提供良好的粘合力，如环氧树脂、聚酰亚胺（聚酰胺酸）、聚酯、乙烯基酯和组合等。在另一些变体中，该聚合物可包括热塑性聚合物，如聚偏二氟乙烯（PVdF）、聚酰胺、硅酮、丙烯酸系树脂和组合等。
在以下非限制性实施例中进一步例示本技术的某些特征。
实施例1
可根据本公开的各种方面制备实施例的半钮扣电池。该实施例电池可包括正极、负极和布置在正极和负极之间的隔离件。正极可包括多个电活性材料子膜或子层和布置在所述多个电活性材料子膜的接连子膜之间的一个或多个缓冲层。例如，正极可包括四个子膜和布置在它们之间的三个缓冲层。各子膜可包括大约95:2:1:2的质量比的LiMn0.7Fe0.3PO4、Super-P、气相生长碳纤维（VGCF）和聚四氟乙烯（PTFE）。各缓冲层可包括大约2:1的质量比的聚丙烯酸酯（PAA）和Super-P并可具有大约240 µm的厚度。包括所述多个电活性材料子膜和所述一个或多个缓冲层的正极可具有大约1,000 µm的总厚度。负极可包括具有大约450 µm的厚度的锂箔。该实施例电池可进一步包括电解质，其包括在助溶剂混合物中的1M六氟磷酸锂（LiPF6）。该助溶剂混合物可具有大约3:7体积比的碳酸亚乙酯（EC）和碳酸甲乙酯（EMC）。
图5图解该实施例半电池的充电/放电容量保持率。线550代表充电容量，线560代表放电容量。该实施例半电池在大于或等于大约2.5 V至小于或等于大约4.3 V的电压窗口中运行并在C/50下循环2个循环、在C/20下2个循环、在C/10下2个循环和在C/20下2个循环。x轴510代表循环数。y轴520代表容量（mAh）。
为了举例说明提供实施方案的上述描述。其无意穷举或限制本公开。一个特定实施方案的各元素或要素通常不限于该特定实施方案，而是如果适用，可互换并可用于所选实施方案，即使没有明确展示或描述。其也可以许多方式改变。这样的变化不应被视为背离本公开，所有这样的修改旨在包含在本公开的范围内。

Claims (10)

1.一种循环锂离子的电化学电池，所述电化学电池包括：
双面电极，其包含第一电活性材料层、第二电活性材料层和布置在第一和第二电活性材料层之间的集流体；
与第一电活性材料层基本对齐的第一单面电极；
物理分隔第一单面电极和第一电活性材料层的第一隔离件；
与第二电活性材料层基本对齐的第二单面电极；和
物理分隔第二单面电极和第二电活性材料层的第二隔离件。
2.权利要求1的电化学电池，其中第一和第二电活性材料层各自包含正电活性材料，且第一和第二单面电极各自包含负电活性材料。
3.权利要求1的电化学电池，其中第一和第二电活性材料层各自包含负电活性材料，且第一和第二单面电极各自包含正电活性材料。
4.权利要求1的电化学电池，其中所述集流体是第一集流体，将第二集流体布置在第一单面电极上或毗邻第一单面电极，并将第三集流体布置在第二单面电极上或毗邻第二单面电极。
5.权利要求1的电化学电池，其中第一电活性材料层包含多个第一电活性材料子膜和布置在所述多个第一电活性子膜的相邻电活性子膜之间的多个第一缓冲层。
6.权利要求5的电化学电池，其中第二电活性材料层包含多个第二电活性材料子膜和布置在所述多个第二电活性子膜的相邻电活性材料子膜之间的多个第二缓冲层。
7.权利要求6的电化学电池，其中所述多个第一缓冲层和所述多个第二缓冲层各自包含聚合物、电子导电填料和离子导电填料。
8.权利要求1的电化学电池，其中所述集流体具有一个或多个被胶粘剂层涂布的表面，所述胶粘剂层具有大于或等于大约0.05 µm至小于或等于大约100 µm的厚度。
9.权利要求8的电化学电池，其中所述胶粘剂层包含聚合物和电子导电填料。
10.权利要求1的电化学电池，其中所述电化学电池进一步包括：
布置在第一单面电极的暴露表面上或毗邻第一单面电极的暴露表面的第一终端隔离件；和
布置在第二单面电极的暴露表面上或毗邻第二单面电极的暴露表面的第二终端隔离件。
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