CN117638425A - 用于叠堆电池设计的集电器 - Google Patents

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Abstract

本技术的储能装置、电池单元和电池可包括第一电池和邻近该第一电池设置的第二电池。所述装置可包括耦接在所述第一电池和所述第二电池之间的叠堆集电器。该集电器可包括网格或矩阵，并且可包括导电材料和绝缘材料的组合。

Description

用于叠堆电池设计的集电器
分案说明
本申请是国际申请日为2017年9月20日、国际申请号为PCT/US2017/052413、中国国家阶段申请号为201780053071.X、发明名称为“用于堆叠电池设计的集成器”的PCT专利申请的分案申请。
相关专利申请的交叉引用
本专利申请要求2016年9月22日提交的美国临时专利申请62/398,185和2017年2月21日提交的美国临时专利申请62/461,535的权益，这些专利申请的全部公开内容以引用方式并入本文以用于所有目的。
技术领域
本发明技术涉及电池和电池部件。更具体地讲，本发明的技术涉及集电器设计。
背景技术
在电池驱动的装置中，在滥用状况期间电池外壳和内部电池的穿透可能发生。对这种类型的设备状况的测试涉及钉子穿透，其中钉子刺穿电池的内部部件。需要改进的针对测试结果的设计。
发明内容
本技术涉及包括电池单元和蓄电池的储能装置，其可包括具有各种形状包括叠堆电池的锂离子电池，例如其可以是或包括双极电池或单电池叠堆电池。与跨集电器的平面内电传输相比，这些装置可包括基于通过电池组件的电流的z方向传输而配置的集电器。集电器可包括许多特征和材料配置，如将在整个公开中描述的。
本技术的储能装置、电池单元和电池可包括第一电池和邻近第一电池设置的第二电池。该装置可包括具有相邻集电器的叠堆电池。该装置可包括耦接在第一电池和第二电池之间的叠堆集电器。集电器可包括网格或矩阵，并且可以包括导电材料和绝缘材料的组合。在实施方案中，叠堆集电器可包括设置在绝缘材料内的导电材料。
在实施方案中叠堆集电器可防止或基本上防止面内电流流过叠堆集电器，或者可具有增加的面内电阻率。例如，叠堆集电器的面内电阻率可大于或约为0.005欧姆-米跨一定长度的叠堆集电器。在实施方案中，叠堆集电器可包括与第一电池接触的第一层和与第二电池接触的第二层。另外，第一层和第二层之间的界面可为流体不可渗透的。
在一些实施方案中，第一层和第二层可各自包括具有设置在绝缘网格内的导电材料的绝缘网格。设置在第一层和第二层的绝缘网格内的导电材料可是类似的材料，并且在实施方案中，导电材料可是或包括不锈钢。在一些实施方案中，导电材料可包括导电复合材料。另外，叠堆集电器还可包括围绕绝缘网格的周边定位的耦接材料。
本技术还涵盖单单元电池和多单元电池。在实施方案中，多单元电池可包括第一电池，并且第一电池可具有第一集电器、第一阳极、第一阴极和/或第二集电器。多单元电池还可包括第二电池，并且第二电池可具有第三集电器、第二阳极、第二阴极和/或第四集电器。在实施方案中，第二集电器和第三集电器可跨第二集电器和第三集电器中的每者的表面彼此耦接。另外，每个集电器可包括导电网格。在实施方案中，至少一个集电器还可包括电流中断组件。
多单元电池的每个集电器的导电网格可设置在绝缘材料中。在一些实施方案中，电流中断组件可是或包括与绝缘材料一起设置的正温度系数(“PTC”)材料。PTC材料可被配置成在预先确定的温度下膨胀并将集电器与相邻的器件层分离。在一些实施方案中，第一集电器和第三集电器可在导电网格中包括第一材料。此外，第二集电器和第四集电器可在导电网格中包括与第一集电器不同的第二材料。例如，第一材料可以是或包括铝，并且第二材料可以是或包括不锈钢。在一些实施方案中，每个集电器的导电网格可为相同或类似的材料。
多单元电池的电流中断组件可包括至少一个导电网格的多个区域。在实施方案中，与导电网格或其他部件的其他区域相比，多个区域的特征在于尺寸减小。网格可包括多个交叉的网格构件。在一些实施方案中，所述多个区域可包括平行网格构件，其特征在于网格构件厚度小于平行交叉网格构件的网格构件厚度。另外，网格可包括多个交叉网格构件，并且多个区域可包括位于网格节点之间的网格构件的部分。电流中断组件也可以是或包括设置在第二集电器和第三集电器之间的不可复位的正温度系数(“PTC”)材料。在实施方案中，PTC材料可被配置为在预先确定的温度下膨胀以使第一电池和第二电池电耦接。
本技术的实施方案也可涵盖电池。示例性电池可包括第一电池，该第一电池可包括与第一阴极材料耦接的第一集电器。第一电池还可包括与第一阳极材料耦接的第二集电器。示例性电池还可包括第二电池，该第二电池可包括与第二阴极材料耦合的第三集电器。第二电池还可包括与第二阳极材料耦接的第四集电器。在一些实施方案中，第二集电器和第三集电器可彼此耦接。另外，第一电池和第二电池的每个集电器可以是或包括绝缘矩阵，该绝缘矩阵在绝缘矩阵的空隙内包含导电材料。
示例性电池中的绝缘矩阵可包括聚合物矩阵。在一些实施方案中，导电材料可包括从由银、铝、铜、不锈钢和含碳材料组成的组中选择的至少一种材料。导电材料也可包括另选的导电材料。在实施方案中，每个集电器的电阻率可大于或约为0.001欧姆-米。在一些示例性电池中，每个集电器还可包括围绕集电器的周边定位的耦接材料。耦接材料可包括聚合化合物，并且在实施方案中，聚合化合物可以是或包括聚烯烃。
此类技术可提供优于传统技术的许多益处。例如，本设备可帮助破坏设备完整性的失效事件。另外，这些设计可允许扩展电池，以用于更大的设备和系统。这些和其他实施方案，以及其许多优点和特征，结合以下描述和附图更加以更详细地描述。
附图说明
可通过参考说明书和附图的其余部分来实现所公开的实施方案的特点和优点的进一步理解。
图1示出了根据本技术的实施方案的储能装置的示意性剖视图。
图2示出了根据本技术的实施方案的集电器的示意性剖视图。
图3示出了根据本技术的实施方案的集电器的一部分的俯视平面图。
图4A示出了根据本技术的实施方案的故障事件期间的电池的示意性剖视图。
图4B示出了根据本技术的实施方案的在由于钉子穿透的失效事件期间电池的俯视平面图的温度曲线。
图5A示出了根据本技术的实施方案的在故障事件期间叠堆电池的一部分的示意性剖视图
图5B示出了根据本技术的实施方案的在故障事件期间集电器的一部分的俯视平面图的温度曲线。
图6示出了根据本技术的实施方案的集电器沿图3中的线A-A的示例性剖视图。
图7A示出了根据本技术的实施方案的集电器的示例性剖视图。
图7B示出了根据本技术的实施方案的集电器的示例性剖视图。
图8示出了根据本技术的实施方案的电池单元的示例性剖视图。
图9示出了根据本技术的实施方案的集电器的一部分的俯视平面图。
图10A示出了根据本技术的实施方案的集电器的图7的区域B的示例性示意详细视图。
图10B示出了根据本技术的实施方案的集电器的图7中的区域B的示例性示意详细视图。
图11示出了根据本技术的实施方案的示例性电池的剖面图。
图12示出了根据本技术的实施方案的集电器的图11中的区域C的示例性示意性详细视图。
这些附图中的几个附图作为示意图包含在内。应当理解，附图仅用于示例性目的，并且除非具体表明按比例，否则不应被视为按比例。另外，作为示意图，提供附图以帮助理解，并且可不包括与实际表示相比的所有方面或信息，并且可包括附加材料或放大材料用于示例性目的。
在附图中，类似的部件或特征部可以具有相同数字的参考标号。此外，相同类型的各种部件可以通过在参考标号后用在相似部件和/或特征部之间区分的字母来区分。如果在说明书中仅使用第一数字参考标号，则该描述适用于具有相同第一数字参考标号的任何一个类似部件和/或特征部，而与字母后缀无关。
具体实施方式
电池、电池单元以及更一般地储能装置可由许多材料制成。在一些传统的电池设计中，诸如在一些锂离子电池中，每个电池的电流在集电器上并且在其外部通过突片传导。在放电操作期间，在阳极处进入器件的电流通常通过阳极集电器上的突片进入，并且在阴极处离开器件的电流通常通过阴极集电器上的突片离开。例如，在阳极处，电流必须在可是铜集电器的突片处进入，然后分布在整个集电器上。换句话说，电流必须在面内或沿集电器的XY轴分布，其通常在毫米范围或更大的范围的尺寸内。由于在每个集电器上的这种相对大的距离和面积分布，通常寻求集电器尽可能导电，因为随着电阻率增加，性能可降低，并且可在器件中产生额外的热量。这通常是许多传统集电器设计中使用高导电材料(诸如铝和铜)的原因。
在叠堆电池中，电池串联叠堆，但电子流动通过相对于集电器和电池的平面，或者沿着来自集电器的法线或Z轴流动。叠堆电池通常包括至少一个集电器，其既作为一个电池的阳极又作为成对电池的阴极操作。称为单电池叠堆或MCS的另一种设计可具有与叠堆电池类似的操作特性，但每个阴极和阳极具有单独的集电器。
就叠堆电池的距离而言，电子和电流横贯与各个层正交的距离。因此，对于集电器，电子流动跨集电器的厚度发生，其可以是几微米或更小的量级，而不是跨集电器的长度/宽度，其可以是毫米或更大的量级。以此方式，由于行进的距离小以及相关的电阻，就电池性能而言，集电器材料的导电性可不是问题，以使电子和电流通过器件。实际上，在一些情况下，电流流过的电池的叠堆电池的整个厚度可小于常规设计中跨单个集电器的距离。
随着设备尺寸的增加或功率需求的增加，电池可按比例缩放以提供足够的功率。电池测试可涉及一个或多个破坏电池完整性的测试，诸如通过钉子穿透，这可能导致设备故障以及短路。当常规电池以这种方式被破坏时，短路可能会破坏任何数量的电池，并且无论破坏程度如何都串联耦合，来自整个设备的电流可能会行进到短路。电流在运行和短路时均产生热量，尽管基于传输程度在短路事件期间这种热量产生可能大得多。对于保持更多电荷的较大电池来说，该产生可能更大，这可在部件之间以高速率消散。此类短路可产生足够的热量以危及系统的完整性。
常规电池设计一直在努力控制来自这些和其他可能的失效事件的热量产生，同时试图将电池扩展到更大的尺寸，这可增加失效事件产生的热量的程度。本技术可利用提供失效事件的隔离或控制的集电器设计来克服这些常规问题。通过隔离破坏或控制电子流至破坏的程度或速率，本技术可减少设备故障条件期间的热量产生。
虽然说明书的剩余部分将经常参考锂离子电池，本领域技术人员将容易理解本技术并不限于此。本设计可与任何数量的电池或储能装置一起使用，包括其他可充电电池类型以及不可再充电设计。此外，本技术可适用于可用于任何多种技术中的电池和储能设备，任何多种技术可包括但不限于电话和移动设备，手持式电子设备，膝上型计算机和其他计算机，器具，重型机械，运输设备，包括汽车，水蒸汽船，航空旅行设备和空间旅行设备以及可使用电池或受益于所讨论的设计的任何其他设备。因此，本公开和权利要求书不应视为限于任何具体讨论的示例，而是可被任意数量的设备广泛利用，任意数量的设备可能表现出所讨论的示例的电气或化学特性中的一些或全部。
图1示出了根据本技术的实施方案的储能装置的示意性剖视图。储能装置可包括单个集电器或耦接的集电器。另外，所描述的装置可类似地通过电子流过在Z方向上通过单个电池的结构来操作，而不是如上面针对传统电池所描述的经由突片式集电器。
如图所示，叠堆电池100可包括端板102和104之间的电化学电池C1，C2，C3和C4的叠堆。端板102和104可以是金属集电板，其可起到电气和机械两种功能。在一些实施方案中，端板102和104可是形成叠堆电池的外部外壳的一部分的支撑板。端板102和104还可在叠堆电池的外壳内提供机械支撑。支撑板中的一些或所有可是导电的，并且在支撑板内可存在电连接到端板的端子。在实施方案中，类似于端板102和104的附加板可设置在电池的叠堆内，例如在两个电池之间。包括附加板的这种配置可提供结构刚性，并且附加板还可预先形成类似于端板102,104的电子功能。端板102和104可用作电池的正极和负极端子。电池可将电流在Z方向上通过单个电池传递到端板，端板可在板上和电池的任何方向上传输电流。
电化学电池的叠堆可包括任何数量的电化学电池，这取决于叠堆电池100的所选电压，以及每个个体电化学电池的个体电压。电池叠堆可根据需要布置成具有串联的尽可能多或尽可能少的电化学电池，以及用于支撑和电流转移的中间板。在一些配置中，电池C可定位成彼此相邻，例如，邻接。每个电化学电池C可包括阴极110和阳极120，其中阴极110和阳极120可通过阴极和阳极之间的隔板130分离。在电池C1的阳极120和相邻电池C2的阴极之间可是叠堆集电器150。叠堆集电器150可形成C1和C2的一部分。在一侧，叠堆集电器150可连接到C1的密封件140并且在相对侧上连接到C2的密封件140。
在一些实施方案中，如图1所示，叠堆集电器150可包括第一金属层152和第二金属层154。如图所示，在一些实施方案中，第一金属层152和第二金属层154可是不同的材料。在一些实施方案中，第一金属层152可是基于阳极120的电位选择的材料，诸如铜或任何其他合适的金属。第二金属层可是基于阴极110的电位选择的材料，诸如铝或其他合适的金属。换句话讲，可基于为阳极和阴极活性材料选择的材料来选择第一金属层和第二金属层的材料。
第一金属层和第二金属层可以由本领域已知的任何材料制成。例如，可使用铜、铝或不锈钢。在其中一个或多个金属层具有比其他导电金属更高的阻抗的情况下，第一金属层和第二金属层中所使用的金属可以相同或不同。选择用于阳极和阴极的材料可以是任何合适的蓄电池材料。阳极材料可是硅、石墨、碳、锡合金、含锂材料，诸如锂钛氧化物(LTO)，或可在电池单元中形成阳极的其他合适材料。另外，例如，阴极材料可为含锂材料。在一些实施方案中，含锂材料可是锂金属氧化物，诸如锂钴氧化物、锂锰氧化物、锂镍锰钴氧化物、锂镍钴铝氧化物或钛酸锂，而在其他实施方案中，含锂材料可是磷酸铁锂、锂金属聚合物或可在电池单元中形成阴极的其他合适材料。
第一金属层和第二金属层可具有任何合适的厚度，其允许形成气密密封并提供合适的机械稳定性以防止在叠堆电池的预期使用期间发生故障，诸如层的破裂。另外，金属层的厚度可足够薄以允许在分离区域中弯曲和挠曲，以适应在叠堆电池的循环期间预期的膨胀，包括例如在z方向上高达10％的膨胀。
转到图2，叠堆集电器150可具有其中第一金属层152和第二金属层154可被连接的连接区域153以及位于集电器150的外围端部的间隙区域155。在连接区域153中，第一金属层和第二金属层被接合以能够导电。在一些实施方案中，第一金属层和第二金属层可直接连接，而在其他实施方案中，第一金属层和第二金属层可经由导电材料间接连接。为了形成连接区域153，可将第一金属层152和第二金属层154层叠在一起。另外，可通过将第一金属层152和第二金属层154焊接在一起来形成连接区域153。还可通过在第一金属层152和第二金属层154之间使用导电的粘合剂来形成连接区域153。在其他实施方案中，连接区域153可通过可发生在第一金属层152和第二金属层154的材料之间的润湿来产生。
在间隙区域155中，第一层152和第二层154的外围端可相对于彼此间隔开并可相对于彼此移动。如此，在第一金属层和第二金属层之间可能存在间隔距离，其可随着电化学电池膨胀而增加。在一些实施方案中，第一金属层152和第二金属层154的间隔开的外围端部的长度可足以适应电池循环期间叠堆电池的各个电化学电池单元的预期膨胀。外围端部152a和154a可具有长度L，如图2所示，其可足够长，以便可容纳在z方向上达到或至少约10％的膨胀。
如图1所示，每个电池单元C1、C2、C3和C4还包括密封件140以使电化学电池单元彼此电化学隔离。因此，每个阴极-阳极对可电化学密封并与相邻的电化学电池隔离。因为金属层152和154可在外围端部处分开，所以可在叠堆集电器150的相对侧(诸如顶部和底部)上形成单独的密封件140。
密封材料可能够与叠堆集电器的第一金属层和第二金属层结合，以防止电解质泄漏。密封材料可以是聚合物、环氧树脂或可以与第一金属层和第二金属层粘结以形成气密密封件的其他合适的材料。在一些实施方案中，聚合物可是聚丙烯、聚乙烯、聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚对苯二甲酸丙二醇酯、聚酰亚胺或可与叠堆集电器的第一金属层和第二金属层结合以形成气密密封并且还可提供耐湿阻抗的任何其他合适的聚合物。在实施方案中，电解质可是固体、凝胶或液体。密封件可以通过气密密封电池单元使每个电化学电池单元电化学隔离，从而防止电解质中的离子逃逸到邻近的电化学电池单元中。密封材料可是提供与金属层的充分结合的任何材料，使得气密密封可保持预先确定的时间段或电池使用。
隔板可用电解质浸泡，诸如流体电解质或凝胶电解质，以将电解质结合到叠堆电池中。另选地，凝胶电解质可涂覆隔板。在又一另选方案中，凝胶电解质可在组合之前涂覆第一金属层和/或第二金属层。另外，电解质可与电极活性材料的颗粒混合。在各种实施方案中，将电解质结合到叠堆电池的部件中可减少叠堆电池中的脱气。在包括柔性密封的变型中，叠堆电池可容纳由脱气产生的气体。此外，叠堆电池的制造可能不需要单独的电解质填充步骤。
单独的电化学电池单元可以以任何合适的方式形成。在一些实施方案中，阴极110、阳极120和隔板130可预组装。然后，第一金属层152可连接到阳极，而第二金属层154可连接到阴极以产生电池。密封材料可设置在第一金属层152和第二金属层154之间以形成密封件140。最后，密封的电化学电池的外围端部可进一步用胶带粘合以构成电池。带145可设置在金属层和密封件的外周边周围。带145可用陶瓷或聚合物材料代替。可出于各种原因包括带145，包括防止短路、提供改善的电化学或化学稳定性，以及提供机械强度。
图3示出了根据本技术的实施方案的示例性集电器300的一部分的俯视图，并且可表示例如如前所述的连接区域153内的集电器的一部分。集电器300可是叠堆集电器或两个连接的集电器，并且可耦接在叠堆电池的第一电池和第二电池之间。如图所示，集电器300可包括网格305，其在实施方案中可是绝缘网格。集电器300可另外包括设置在绝缘网格内的导电材料310。
绝缘网格可具有与网格表面接触的电极活性材料，其可是如前所述的阴极材料110或阳极材料120。集电器300可是特定的叠堆集电器，并且具有与集电器300的一个表面接触的阳极活性材料，以及与集电器的相对表面接触的阴极活性材料。另外，集电器300可用于如前所述的叠堆电池设计中，其中它可以位于来自相邻电池的另一个集电器附近。
集电器300的构造可进一步影响通过集电器的电子流。如前所述，诸如叠堆电池(包括双极和MCS电池)之类的电池可引导电流通过电池层，而一些常规设计使电流跨集电器并且穿过每个电池的突片流动，突片可包括耦接该突片的汇流条。因此，在叠堆电池中，随着流从活性材料层通过集电器300，导电材料310可保持对后续层的导电性。绝缘栅格305可以基本上、实质上或完全限制或防止跨集电器300的面内导电性或电流。尽管绝缘网格305可影响电流的均匀性，但是这种效应可能是微小的或者可通过电池设计来防止，这可提供来自活性材料层的基本上均匀或完全均匀的导电性。因此，绝缘网格305可对电池性能具有可忽略的影响，同时提供增加的短路保护，如下面进一步描述的。
在钉子穿透或其中电池被破坏的其他滥用事件期间，绝缘网格305可完全限制对导电材料310的周围区域的破坏。通过限制跨集电器300的流，诸如在XY平面中，可限制短路事件。应当理解，此类事件可能会导致电池完全失效，但是，完全失效可被控制以限制此类失效事件的副作用。为了便于理解，以下描述将提供对常规电池设计的穿透事件相对于包括集电器300的设计的结果的差异的简要说明。尽管该描述涉及经常在电池滥用测试中执行的钉子穿透测试，但是应该理解，这些实施例可涵盖可能发生短路的任何类型的穿透或破坏事件。
图4A显示了包括箔集电器的常规电池400的剖面图。蓄电池的各个电池可包括阴极集电器405和阴极活性材料410。电池还可包括阳极集电器415和阳极活性材料420。最后，电池400可在电极之间具有隔板425。阳极集电器415和阴极集流器405包括从通过汇流条408连接的集电器延伸的突片部分。在其他设计中，突片与相同电位的突片直接连接在一起。
在此类常规电池中，阳极集电器415以是铜，并且可是跨电池的均匀膜。类似地，阴极集电器405可是铝，也可是跨电池的均匀膜。如果诸如穿过电池的钉子穿透430的失效事件发生，则在钉子穿透部位会形成短路，从而吸引周围的电流。然而，常规设计将阳极集电器415耦接在一起并将阴极集电器405耦接在一起。由于这种耦接以及用于集电器的高导电材料，整个电池可能朝向短路放电。电流将以高速率有效地穿过集电器到达短路，这将在现场和整个电池中产生伴随的温度升高。由于包括在电池中的材料的高导电性，短路可能快速发生，这可因此导致类似的有利的温度升高，这可能导致电池内的热失控。另外，电池越大，或者电池的数量越多，在这种情况下可以释放的电流越多，并且产生的热量越多。
图4B示出了在钉子穿透的失效事件期间电池400的俯视图的温度曲线。该图包括在内以说明事件对阴极突片和集电器的伴随温度影响。如图所示，电池400包括阴极突片435，阴极突片435可耦接来自几个电池的阴极突片。电池400还包括阳极突片440，阳极突片440可耦接来自几个电池的阳极突片。尽管在许多电池设计中，如图4B所示突片位于电池的同一端，为了便于描述，图4A中示出突片从电池的相对侧延伸。示出了穿刺和短路445的区域以及已经发生穿刺的集电器450的视图。如图所示，温度曲线与电池内的电流有关。短路允许大电流流过突片和集电器层，导致在穿孔445的位置处以及在来自耦接电池的电流可以流动的突片435处产生热量并且短路。
短路期间的流量可与耦接在一起的电池的数量和电池的结构有关，然而，流量可远远超过100Ah/m2，并且导致温度增加几百度或更多。这可能导致在电池内发生本质上放热的反应，进一步导致失效事件，并且可能导致设备完整性的丧失，并且可能导致与此类失效相关的其他影响。
电池400的集电器箔不太可能限制此类失效事件。典型的铜和铝箔的电阻率特性分别约为1.7×10-8和2.7×10-8。由于在正常操作中电流必须流过的箔的横向尺寸，所以使用这种电阻率的材料来限制电池容量的减小。如果使用更多的电阻材料，不仅会降低电池的容量，而且增加的阻抗还会降低充电速度并增加充电和放电期间的加热。因此，许多此类电池的改进方向，特别是在缩放时，是为了减小流过集电器的流动阻力，直接和间接地增加容量和功率。然而，这种调节还增加了诸如短路之类的放电事件期间的电荷转移，这可能导致完全的设备失效。
通过利用设计用于促进贯穿平面电流的集电器同时减小面内电流，电子行程的距离可以比引导来自单个电池的电流跨集电器和关闭突片的设计小几个数量级。因此，对于一些叠堆电池设计，在集电器中保持某些导电率阈值以限制对容量和操作的影响可能不再是问题。随着来自每个电池的电子行程距离减小，与电子行程相关的电阻率也降低。因此，诸如关于本技术识别和描述的那些设计修改可能影响失效和滥用容差。
图5A示出了根据本技术的失效事件期间叠堆MCS电池500的一部分的示意性剖视图。例如，电池500可包括电池100的一些或所有组件。电池500示出了根据本技术的两个电池，其可包括多个集电器505a-d，以及阴极材料510和阳极材料520。每个电池还可包括在阳极活性材料和阴极活性材料之间的隔板525。电池500的集电器可是根据如前所述的图3的集电器，尽管应该理解，本公开中其他地方描述的集电器可基于它们提供的性质类似地使用。
该图还示出了由钉子穿透530引起的短路，钉子穿透530可在整个电池上短路。可能发生电池的完全失效，但是，可以防止与失效事件相关联的影响。在装置内短路时，可防止电流在平面内流过集电器505，或者可在平面内提供减小的流量。例如，利用绝缘网格设计，可在实施方案中基本上防止XY平面电流流动，或者显著减小XY平面电流流动。另外，此类电池设计的正常操作可在电池的组件上提供Z方向上的电流。因此，当发生短路时，电流仍将通过每个部件朝向短路区域发生，但是此类电流可处于防止设备中产生大量热量的水平。
例如，电池中活性材料的电阻率可比铜和铝高几个数量级。当发生短路时，电池仍可能完全放电，但电池内的流动曲线可能不同。代替跨高导电性集电器和突片的电流流动，流动可在Z方向上朝向短路穿过电池的材料层。因为每个集电器可能不经由突片彼此耦接，所以在实施方案中电流可显著小于100Ah/m2，并且可小于或约50Ah/m2，小于或约30Ah/m2，小于或约为20Ah/m2，小于或约为10Ah/m2，小于或约为5Ah/m2或更小。在这样的电流水平下，在失效引起的放电期间温度可能略微增加，但是设备内的温度可能完全在设备的正常操作公差范围内。
而且，失效部位的温度升高可类似地保持在可接受的范围内。在图5B处所示的是在失效事件和钉子穿透530期间集电器505a的一部分的热分布的俯视图。如前所述，集电器505a可包括绝缘网格507，其中设置有导电材料509。当电流放电到该位置时，穿透短路535的位置仍然可以显示升高的温度。然而，温度可保持在可接受的容差内，因为绝缘网格507的部分可减少或防止任何电流流过集电器505a到达短路的位置。因此，电子流可替代地通过活性材料层进入短路部位，这可基本上减少放电时间，在短路部位传输的电荷以及由于电荷转移而产生的热量。这些益处可从本技术的若干集电器设计产生，其可包括与常规设计相比在XY平面中增加的电阻率，或者在结构内的保护装置。本公开的其余部分将讨论这些设计中的几个。
图6示出了根据本技术的实施方案的集电器600沿图3中的线A-A的示例性剖视图。集电器600可包括绝缘网格605，并且可包括设置在绝缘网格605内的导电材料610。绝缘网格605可由包括聚合材料或陶瓷材料的绝缘材料构成。另外，绝缘网格605可以是一种或多种塑料材料，作为非限制性实施例包括聚乙烯、聚丙烯、聚氯乙烯、其他聚合物含碳材料(包括橡胶)、含邻苯二甲酸酯的材料(包括邻苯二甲酸二乙基己酯)、含卤素聚合物(包括聚四氟乙烯)、氟化乙烯丙烯、乙烯四氟乙烯、全氟烷氧基、含硅材料或其他绝缘材料。绝缘网格605还可包括材料的组合，诸如列出的那些，以产生特定的化学特性和电学特性。例如，绝缘网格可基于与其接触的电解质的性质以及集电器可以操作的电势来设计。
导电材料610可包括可在集电器内操作的任何导电材料。在实施方案中，导电材料610可包括银、铜、铝、铁、不锈钢、碳微粒或其他导电材料和金属，如本领域技术人员所理解的。导电材料610可包括复合材料(包括一种或多种所列材料)，以及聚合物和/或陶瓷材料。可生产复合材料以提供高于较纯材料的电阻率。如前所述，因为对于所描述的电池，电子导电性在Z方向上发生，所以经过的距离可以比常规电池中的数量级小。因此，利用具有较低导电率的材料可能对电池容量和性能具有有限的影响，同时提供包括在失效事件期间的益处。在经常寻求增加导电性的常规设计中，这些材料可能是不可接受的。
在可使用诸如铜的材料的实施方案中，集电器600可具有在XY平面中跨一定长度的大于或约为1×10-8欧姆-米的面内电阻率。然而，基于电池操作，在一些实施方案中集电器600的跨越集电器的面内电阻率大于或约1×10-7欧姆-米，大于或约1×10-6欧姆-米，大于或约1×10-5欧姆-米，大于或约1×10-4欧姆-米，大于或约0.005欧姆-米，大于或约0.01欧姆-米，大于或约0.05欧姆-米，大于或约0.1欧姆-米，大于或约0.5欧姆-米，大于或约1欧姆-米，大于或约10欧姆-米，大于或约100欧姆-米，大于或约1,000欧姆-米，大于或约10,000欧姆-米或更大。另外，集电器600可具有在约1×10-5欧姆-米至约1,000欧姆-米之间的面内电阻率。集电器600还可具有介于约0.005欧姆-米和约1欧姆-米之间或介于约0.05欧姆-米和约1欧姆-米之间的面内电阻率。
绝缘网格可控制面内电阻率，尽管布置在网格内的导电材料也可影响电阻率。在一些实施方案中，导电材料可完全保持在导电网格内，并且导电材料610的每个区域可通过导电网格605与邻近区域完全隔离。另外，集电器600可被配置成在集电器上保持液体密封。例如，绝缘网格605和导电材料可一起形成横跨集电器600的液体屏障，并且在实施方案中可形成横跨集电器的蒸汽屏障。
图7A示出了根据本技术的实施方案的集电器700的示例性剖面图。集电器700可类似于先前描述的叠堆集电器150，并且可包括该叠堆集电器的一些或所有方面以及先前描述的集电器600的一些或所有方面。集电器700可包括一个或多个绝缘网格705a-b。绝缘网格705a可直接与绝缘网格705b耦接，或者绝缘网格705a和绝缘网格705b可是单个连续设计。在诸如叠堆电池的电池内，集电器700可包括与叠堆电池的第一电池接触的第一层702，以及与叠堆电池的第二电池接触的第二层704。例如，第一层702可与第一电池的活性材料接触，诸如阳极活性材料。另外，第二层704可与第二电池的活性材料接触，诸如阴极活性材料。
集电器700还可包括设置在集电器700内的导电材料710a-b。因此，第一层702和第二层704中的每者可包括绝缘网格705，其具有设置在绝缘网格内的导电材料710。在实施方案中，设置在第一层702和第二层704的绝缘网格内的导电材料710a和710b可是类似的材料或相同的材料。作为一个非限制性实施例，第一层702和第二层704中的每者中导电材料710可是不锈钢或包括不锈钢。例如，相同的导电材料710可设置在每个绝缘网格705内，或者类似但是调谐的复合材料可设置在绝缘网格中。例如，因为这两个区域可在不同的电位下操作，如果使用复合材料，复合材料之间的某些成分可能相似，但是其他材料可不同或经调整以考虑在不同电位下的操作。相同的复合材料可另外用于导电材料710。
在其他实施方案中，导电材料710a可是与导电材料710b不同的材料。例如，第一层702可与第一电池的阳极活性材料接触。第一层702的绝缘网格内的导电材料710a可是可在叠堆电池中的阳极电位下操作的材料，并且可是或包括铜、不锈钢、含碳材料或具有基于阳极电位的电特性的复合材料。相似地，例如，第二层704可与第二电池的阴极活性材料接触。第二层704的绝缘网格内的导电材料710b可是可在叠堆电池中的阴极电位下操作的材料，并且可是或包括铝、不锈钢、含碳材料或具有基于阴极电位的电特性的复合材料。如本领域技术人员所理解的，可在导电材料710中使用可影响集电器的电特性的任何其他材料。
第一层702和第二层704之间可是界面715。界面715可是两层之间的流体不可渗透的界面。例如，第一层702和/或第二层704可是流体不可渗透的，因此界面715可是流体不可渗透的。另一个设计在图7B中示出，并且示出了根据本技术的实施方案的另一个集电器的示例性剖面图。集电器750可类似于集电器700，并且可包括具有绝缘网格705a和导电材料710a的第一层702。集电器750可另外包括具有绝缘网格705b和导电材料710b的第二层704。先前描述的叠堆设备的任何材料和特性可包括在集电器750中。集电器750还可包括设置在第一层702和第二层704之间的层760。层760可是耦接材料，诸如粘合剂，并且还可是第一层702和第二层704之间的阻挡层。阻挡层可包括流体不可渗透的材料，因此可是离子阻挡层，但可以不是电子隔板或阻挡层。因此，在实施方案中，层760可以是至少部分导电的。层760还可利用叠堆集电器750在第一电池和第二电池之间提供附加的安全功能。
在实施方案中，层760还可在第一电池和第二电池之间提供熔合或分离机构。例如，层760可是或包括位于叠堆集电器750的第一层702和第二层704之间的正温度系数(“PTC”)材料层。区域750中的PTC熔合能力可用于在诸如先前描述的失效事件期间隔开相邻的电池。PTC材料可包括本身在低温下导电但在升高的温度下变得高电阻的聚合物。因此，当温度返回到正常操作条件时，聚合物可恢复其导电性能。这对于导致电池永久性失效的失效事件可能无关紧要，但是通过在每个电池之间电脱离叠堆集电器层来电子地隔开蓄电池的各个电池可减少电流的流入和相关的失效事件的热增加。PTC材料还可被设计成允许最小的复位，或者在实施方案中是不可复位的。因此，PTC材料可能够克服瞬时事件的温度升高，然而，PTC材料可被配置成使得在诸如过电流或短路的主要失效状况期间，PTC材料可被激活，或者可物理地隔开电池以防止电池之间的任何电子流动。为了提供可位于层760中或者可是层760的PTC材料的不可复位特性，可修改PTC材料层，其特性旨在确保熔丝不复位。
例如，在正常操作温度下，PTC层可赋予小于或约1毫欧、小于或约0.1毫欧、小于或约0.01毫欧或约0.001毫欧至约0.1毫欧的阻抗。当温度超过正常操作窗口的可接受限度时，诸如通过增加的电子流导致在特定位置或在电池层内产生热量，当PTC层的结构由于温度升高而调节时，PTC层可提供增加的阻抗。例如，通过分离在材料的结构内的导电材料(诸如碳)，阻抗可增加到大于或约1兆欧、大于或约5兆欧、大于或约10兆欧、大于或约20兆欧或大于或约50兆欧。这还可提供可复位结构，因为随着温度降低，阻抗也可降低到初始条件。
除了所讨论的聚合物材料之外，PTC材料可包括另外的材料。例如，聚合物材料可提供结合并包含与PTC材料的粘合剂或聚合物混合的另外的导电材料的结构。导电材料可在正常操作期间有助于导电路径的操作，并允许电流流过PTC材料。例如，导电材料可包括与聚合物结构混合的导电材料粉末。导电材料可提供穿过PTC材料的增强的导电路径，以便保持通过熔丝元件的低阻抗。导电材料可是导电材料的颗粒或粉末，包括银、铜、锌、镍、含碳材料(包括炭黑)，或可与聚合物组分(诸如前面讨论的那些)混合的其他导电材料。
在实现超过用于示例性叠堆电池的确定操作窗口的温度时，聚合物结构可充分膨胀以分离或隔离导电材料，这可产生足以阻断电流通过器件的阻抗增加。在实施方案中，PTC材料的膨胀可是例如几微米的量级。在实施方案中，PTC材料可包含在集电器层702和704之间，厚度为约1μm至约50μm。PTC材料的厚度也可为约3μm至约30μm，或约5μm至约20μm。膨胀可小于约20μm厚度增加，小于约15μm厚度增加，小于约10μm厚度增加，小于约5μm厚度增加，或小于约1μm厚度增加。膨胀可导致PTC材料的粘合强度降低。因此，当在不可复位的实施方案中使用时，PTC材料的膨胀在温度降低时可能不会恢复，并且可能永久地中断跨两个相邻电池之间或与之相关的叠堆集电器的电流。
图8示出了根据本技术的实施方案的两个电池单元800的示例性剖视图。电池单元800可以类似于任何前述实施方案，并且可是包括在先前描述的任何蓄电池结构中的电池。例如，电池单元800可是叠堆电池中的许多电池中的两个，例如，诸如关于图1所讨论的。电池单元800可包括两个第一集流器805a和两个第二集流器805b。集电器805可是先前描述的叠堆集电器的一部分。例如，集电器807可是单个叠堆集电器，或者可是如前所述的叠堆集电器的第一层和第二层。
每个集电器805可包括绝缘网格810，其中设置有导电材料815，类似于先前讨论的设计。每个集电器805可具有与绝缘网格810所包括的材料或者与绝缘网格810以及导电材料815类似或不同的材料。在其他实施方案中，集电器805可在材料上具有不同的材料或变化。例如，集电器805a可包括用于导电材料815a的类似材料，并且集电器805b可包括用于导电材料815b的类似材料。作为一个非限制性实施例，集电器805a可包括铝材料或复合材料作为导电材料805a，并且集电器805b可包括不锈钢材料或复合材料作为导电材料805b。如前所述的其他变化类似地包含在内，如本领域技术人员显而易见的。
电池单元800的每个电池可包括阴极材料820、阳极材料825和电池内的隔板830。可在电池单元电极中使用任何前面讨论的材料。另外，包括叠堆集电器807的每个集电器可包括围绕绝缘网格的周边定位的耦接材料835。耦接材料835可包括聚合物材料，其围绕每个集电器或集电器层(诸如用于叠堆集电器807)的绝缘网格805的外部延伸。耦接材料可提供用于连接蓄电池的电池的绝缘材料。
如先前关于图1所讨论的那样，例如，叠堆电池单元可包括位于集电器材料外部的间隙区域155。间隙区域中的材料可用于密封叠堆电池的电池。在该图所讨论的设计中，可包括密封件140以及带145，以电保护集电器，集电器可从短路到相邻层导电。密封件140和带145可流体密封电池单元的电池，并且还可在电池的集电器之间提供电屏障。尽管在一些实施方案中，堆叠设计可包括密封件140和带145，然而，耦接材料835可消除对密封件140以及带145的需要。
耦合材料835可包括聚合物，诸如绝缘聚合物，其可与来自单个电池的相对集电器的耦接材料835耦接、结合或以其他方式连接或耦接到耦接材料835。与导电集电器材料不同，耦接材料835可能不会导致电池短路的风险，因为耦接材料835可是绝缘的，并且耦接材料835可以类似于密封件140和带145的方式将电池彼此电隔离。耦接材料835可在制造期间与单独的集电器耦接，然后随后的电池组装可与电池的成对集电器的耦接材料835连接。例如，耦接材料835可与诸如图1中所示的导电集电器连接或结合，也可与绝缘材料连接，该绝缘材料可与诸如先前所述的绝缘网格805或507类似地为聚合物材料。
耦接材料835可包括任何数量的聚合物组分或组合，以为耦接材料提供有用的特性。例如，耦接材料835可包括任何前述绝缘材料。耦接材料835可包括聚烯烃，诸如聚丙烯、聚乙烯或其他热塑性烯烃或弹性体，包括丁基化合物，诸如异丁烯、类异戊二烯，或可在耦接材料上赋予特定特性的其他化合物。例如，可包括化合物以提供电解质物质内的材料的稳定性。还可包括化合物、单体或官能团以提供密封剂特性、柔韧性、加强剂或可用于耦接材料的其他功能特性。
在制造或生产期间，耦接材料835可被热密封、压力密封、粘合、粘附或以其他方式与电池单元的另一个集电器的耦接材料835连接。一旦连接，耦接材料可在电池单元周围提供液体和/或蒸汽密封，并且可减少与连接导电集电器相关的材料和生产成本。通过将集电器的面积减小到操作电池本身的面积，耦接材料835可用于提供电池的密封和保护而无需另外的材料。此类耦接材料可与本申请中讨论的任何集电器配置或设计以及将受益于所讨论的特性的许多其他设计一起使用。
转到图9，示出了根据本技术的一些实施方案的集电器900的一部分的俯视平面图。集电器900可用在多单元电池或单单元电池中，包括前面描述的任何叠堆电池配置。例如，示例性多单元电池可包括第一电池，第一电池包括第一集电器、第一阳极、第一阴极和第二集电器。示例性多单元电池还可包括第二电池，第二电池包括第三集电器、第二阳极、第二阴极和第四集电器。在实施方案中，一个或多个附加电池也可包括在多单元电池中。一些图包括示出这些特征部的结构。诸如在任何先前讨论的叠堆配置中，多单元电池的第二集电器和第三集电器可跨第二集电器和第三集电器中的每者的表面彼此耦接。集电器900可是示例性多单元电池中的集电器的任何一者直至所有，或者是本公开中其他地方讨论的任何配置。另外，任何其他所述的集电器设计可以各种组合在蓄电池的电池中或跨蓄电池的电池使用或组合。
集电器900可包括导电网格905。在一些实施方案中，导电网格905可设置在绝缘材料910中。导电网格905可以是或包括导电线或纤维的编织物、焊接数量的导电元件、沉积的导电元件阵列或可设置在绝缘材料910内的层状数量的导电元件。在一些实施方案中，导电元件可完全设置在绝缘材料内，并且可被绝缘材料910完全包围，使得导电网格905的任何部分都不会直接与电池的任何其他材料接触。另外，绝缘材料910可围绕导电网格905涂覆，允许网格905的表面暴露以接触附加组件，诸如电池的活性材料层。另外，如前所述，集电器900可包括围绕绝缘材料的周边定位的耦接材料。
集电器900可包括任何前述导电材料，以赋予集电器900导电特性。例如，在实施方式中示例性多单元电池的每个集电器可包括集电器900，并且导电网格905可在每个集电器中为相同或类似的材料。在一个非限制性实例中，类似的材料可是不锈钢或导电复合材料，其能够或被配置成在阳极和阴极电位下操作。另外，导电网格905可是用于不同集电器的不同材料。例如，在如上所述的示例性多单元电池中，第一集电器和第三集电器可在导电网格中包括第一材料。另外，第二集电器和第四集电器可在导电网格中包括与第一材料不同的第二材料。例如，在一个非限制性实施方案中，第一材料可以是铝，第二材料可以是不锈钢或铜。
绝缘材料910可包括本公开中其他地方讨论的任何聚合物或绝缘材料。在实施方案中，导电网格905和绝缘材料910的组合可提供流体不可渗透的集电器，并且可提供蒸汽屏障，同时允许跨集电器900的电子导电性。集电器900可部分地来自连续地延伸通过集电器的导电网格提供集电器900的XY平面中一定量的导电性。在一些实施方案中，导电网格905的尺寸和材料以及绝缘材料910的性质和覆盖范围可用于调节集电器900的导电性。
如前所述，集电器900可用于叠堆电池设计中，其中电子流在电池部件的Z方向上，其尺寸可以小于XY平面。因此，通过降低集电器900的导电性，可以将安全保护赋予集电器而不影响或不严重影响电池容量或性能。在实施方案中，在使用诸如铜的材料或者诸如铜的材料完全从绝缘材料暴露的实施方案中，导电网格905和绝缘材料910可被配置为提供XY平面中跨一定长度的面内电阻率大于或约1×10-8欧姆-米。然而，基于电池操作，集电器900可具有跨如先前针对集电器600所讨论的类似单元的集电器的面内电阻率。例如，集电器900可具有约1×10-5欧姆-米至约1,000欧姆-米之间的面内电阻率。集电器900还可具有介于约0.005欧姆-米和约1欧姆-米之间或者约0.05欧姆-米和约1欧姆-米之间的面内电阻率。
在一些实施方案中，集电器900可另外包括在集电器内或与集电器相关联的电流中断组件。示例性多单元电池的一个或多个集电器可包括在集电器内或与集电器相关联的电流中断设备，并且在实施方案中，每个集电器900可包括当前中断组件或与当前中断组件相关联。例如，电流中断组件可包括如前所述的PTC材料。在实施方案中，PTC材料可设置有绝缘材料910，并且可结合到绝缘材料910中或者可设置在绝缘材料910上。PTC材料可被配置成在预先确定的温度下膨胀并将集电器与相邻的组件层隔开。
PTC材料可均匀地结合在绝缘材料910内，或者可位于绝缘材料910的区域中。例如，PTC材料可位于绝缘材料的多个区域中，并且当如前所述被激活时，可将集电器与相邻组件电隔离或隔开。在实施方案中，PTC材料可设置在集电器900的与相邻的材料层接触的一个或两个表面上。另外，PTC材料可设置在叠堆集电器的相邻集电器之间。例如，参考上述多单元电池，PTC材料可设置在第二集电器和第三集电器之间。在实施方案中，PTC材料可配置成在预先确定的温度下膨胀，以使第一电池和第二电池电脱离。PTC材料激活的预先确定的温度可基于电池单元或耦接电池的操作窗口。例如，温度可基于一个或多个电池内包含的材料，但可基于操作窗口。在实施方案中，PTC材料可被配置成在低于约500℃、低于约400℃、低于约300℃或更低的温度下活化，这取决于温度对组成成分的影响。
附加的电流中断组件可包括导电网格905自身的特征部。图10A所示为根据本技术的实施方案的来自集电器导电网格1005a的图9的区域B的示例性示意详细视图。如图所示，导电网格可包括电流中断组件，其可是导电网格本身。例如，电流中断组件可包括导电网格1005的多个区域，其可通过减小的尺寸来表征。组成导电网格1005或被其包括的导电材料的尺寸可设计成操作或配置成在集电器内提供熔合能力。例如，通过减小网格内的导线尺寸，由诸如短路的高电流事件产生的热量可能导致导电网格的区域断裂，这可能减少或中断通过集电器的电流。
对于导电网格1005a，网格可包括多个交叉网格构件1007,1008。导电网格1005a的多个区域可包括平行网格构件1008，其特征在于网格构件厚度小于平行交叉网格构件1007的网格构件厚度。网格可定位成使得较厚的网格构件1007定位在使得它们接触活性材料和网格构件1008的方向上，但是可不接触其他导电材料。在导电网格1005a上的失效事件期间，诸如例如短路，可能由于电流流过导电构件1007,1008而产生热量。由于网格构件1008的尺寸减小，构件可比网格构件1007更快地加热。在可确定引起网格构件1008的跳闸事件的温度下，网格构件可在网格构件1007之间分离或断开，这可以使网格构件1007彼此电绝缘。这样，可减小流过集电器1005a的电流，并且可消散产生的热量，或者可防止进一步增加电流，这可能导致电池单元内的进一步问题。
图10B示出了根据本技术的实施方案的来自集电器1005b的图9的区域B的示例性示意图详细视图。如图所示，导电网格1005b还可包括多个交叉网格构件1009,1010。尺寸减小的多个区域可包括位于网格节点1015之间的网格构件的部分1012。部分1012可类似于熔丝元件，其中该区域的尺寸可能导致热量积聚，以及在某些电流或相关温度下的失效或破裂。例如，在导电网格1005b上的失效事件期间，由于电流流过栅格构件1009,1010，可能产生热量。
由于部分1012的尺寸减小，这些区域可比节点1015周围的部分更快地加热。在可确定成断开或跳闸部分1012的电流或相关温度下，部分1012可断开并电隔离区域或整个集电器1005b。在两个示例性导电网格1005中，尺寸减小的多个区域可在导电网格上连续，或者可选择性地定位在导电网格周围。例如，导电网格1005b的部分1012可包括在每个其他网格节点1015之后，而不是在每个网格节点1015之间。因为跳闸事件可完全隔离导电网格1005b的区域，所以区域可包括导电网格的较大部分，这可减少在形成尺寸减小的多个区域时的材料或生产成本。图10A和10B的网格的各方面可被组合，并且仅包括实施例。如本领域技术人员将理解的，本技术所包含的附加熔合或跳闸组件也可以并入网格内。
转到图11，示出了根据本技术的实施方案的示例性电池1100的剖面图。示例性电池1100可包括另一种集电器配置，其可根据本技术提供经调节或修改的面内电流。电池1100可包括第一电池1110，第一电池1110包括与第一阴极材料1120耦接的第一集电器1115。第一电池1110还可包括与第一阳极材料1130耦接的第二集电器1125。第一电池1110还可包括设置在阴极材料1120和阳极材料1130之间的隔板1135。
电池1100还可包括第二电池1150，第二电池1150包括与第二阴极材料1160耦接的第三集电器1155。第二电池1150还可包括与第二阳极材料1170耦接的第四集电器1165。第二电池1150还可包括设置在阴极材料1160和阳极材料1170之间的隔板1175。如图所示，第二集电器1125和第三集电器1155可彼此耦接。
可选层1180可以位于第二集电器1125和第三集电器1155之间，或者两个集电器可以彼此直接耦接。可选层1180可包括如前所述的密封或耦接材料，其可在第一电池1110和第二电池1150之间提供流体密封。另外，每个集电器可包括围绕集电器的周边定位的耦接材料1185，诸如先前关于图8所讨论的。在实施方案中，耦接材料1185可包括聚合物材料，并且可是或包括例如聚烯烃。在阳极和阴极材料中使用的材料可是任何前述材料。
包括用于第一电池1110和第二电池1150的电池1100的集电器可包括绝缘矩阵，该绝缘矩阵在绝缘矩阵的空隙内包含导电材料。图12示出了根据本技术的实施方案的来自集电器的图11的区域C的示例性示意性详细视图。如图所示，集电器1200可包括可是绝缘的矩阵材料1205。集电器1200还可包括结合在矩阵1205内的导电材料1210，诸如包含在绝缘矩阵1205的空隙内的导电材料1210。
绝缘矩阵1205可包括设置为矩阵材料或作为矩阵材料的一部分的聚合物。聚合物矩阵可用导电材料显影以产生具有特定电化学或复合性质的集电器。例如，导电颗粒材料可在流体阶段与聚合物材料混合。然后可形成聚合物材料并将其固化为集电器绝缘矩阵1205，其可包括矩阵内的导电材料1210。导电材料可包括先前所述的任何导电材料。在实施方案中，导电材料可包括银、铝、铜、不锈钢和含碳材料中的一种或多种。在实施方案中，耦接材料1185可是与集电器矩阵材料1205相同的材料或不同的材料。例如，耦接材料1185可以是或包括绝缘矩阵1205，但是可以包括未填充的绝缘矩阵，未填充的绝缘矩阵可不包括导电材料1210。耦接材料1185还可包括绝缘矩阵1205的修改版本，以便提供如前所述的附加特征或功能。耦接材料1185还可包括如前所述的材料，其可与集电器1200绝缘矩阵1205耦接、结合或连接。
包含导电材料1210的绝缘矩阵1205可在整个集电器1200中提供均匀的导电分布。然而，基于包含导电材料以及矩阵材料的性质，集电器1200可具有调谐的电阻率以提供与贯穿本公开内容讨论的其他配置类似的特性。例如，所产生的集电器1200可被配置为提供XY平面中跨一定长度的面内电阻率，以及z方向上的贯穿平面电阻率，在实施方案中该贯穿平面电阻率可大于或约1×10-4欧姆-米。在其他实施方案中，集电器1200可具有跨集电器的面内电阻率和如先前针对集电器600和900所讨论的类似单元的贯穿平面电阻率。例如，集电器1200可具有约1x10-3欧姆-米至约1,000欧姆-米的面内电阻率和贯穿平面电阻率。在实施方案中，集电器1200还可具有介于约0.05欧姆-米和约1欧姆-米之间的面内电阻率和贯穿平面电阻率，或者约0.5欧姆-米的面内电阻率和贯穿平面电阻率。最后，尽管为了便于描述而单独示出，但是应该理解，所描述的集电器的任何组合可以用在电池单元中，或者用在单个电池内的不同电池中。
在先前描述中，为了说明的目的，讨论许多特定细节以便提供对本技术的实施方案的理解。然而，对本领域的技术人员而言显而易见的是，可以在不存在这些具体细节中某些细节，或者具有另外细节的情况下实践某些实施方案。
公开了几个实施方案，本领域的技术人员能够认识到，可使用多种修改，另选结构，和等价物而不背离实施方案的精神。例如，上述集电器的实施方案可结合到其他叠堆设计的电池组中，例如双极和MCS电池。此外，许多公知的过程和元素没有描述以避免不必要地模糊本技术。因此，不应将上述描述视为限制本技术的范围。
如果提供了一系列值，则应当理解，除非上下文另有明确规定，也具体公开了在该范围的上限和下限之间所述下限的单元的最小部分的每个居间值。涵盖了所述范围中的任何所述值或未说明居间值以及所述范围中任何其他所述或居间值之间的任何较窄范围。这些较小范围的上限和下限可独立地包括在所述范围内或被排除在外，并且任何限制，没有一个限制或两者包括在较小范围内的每个范围也涵盖在所述技术范围内，但受所述范围内的任何具体排除的限制。在所述范围包括一个或两个限制范围的情况下，也包括排除那些包括的限制中的一者或两者的范围。如果列表中提供了多个值，则类似地具体公开了涵盖或基于任何这些值的任何范围。
如本文和所附权利要求中所使用，单数形式“一”，“一个”，和“该”包括复数引用除非上下文明确地另有规定。因此，例如，提及“材料”包括多个此类材料，并且提及“单元”包括提及本领域技术人员已知的一个或多个单元及其等同物等等。
另外，词语“包括”，“包含”和“含有”，当用于本说明书和以下权利要求书中时，旨在指定所述特征，整数，部件或操作的存在，但它们不排除存在或添加一个或多个其他特征，整数，部件，操作，行为或分组。

Claims (6)

1.一种多单元电池，包括：
第一电池，所述第一电池包括第一集电器、第一阳极、第一阴极和第二集电器；和
第二电池，所述第二电池包括第三集电器、第二阳极、第二阴极和第四集电器，其中所述第二集电器和所述第三集电器跨所述第二集电器和所述第三集电器中每者的表面彼此耦接，其中所述第二集电器和所述第三集电器在贯穿平面方向上对准，其中所述第二集电器和所述第三集电器每者包括导电网格，其中所述导电网格包括与被定向在第二方向的第二网格构件连通的、被定向在第一方向的第一网格构件，其中所述第一网格构件的特征在于厚度小于所述第二网格构件的厚度，其中第一网格构件的特征在于厚度被配置为在所述导电网格上的短路期间熔合或断裂，并且
其中所述第二集电器和所述第三集电器中的每者被限定在相应平面内，并且每个相应平面包括设置在绝缘材料中的导电网格，并且其中每个相应导电网格限定位于所述第一网格构件和所述第二网格构件之间的多个区域并且其中所述绝缘材料设置在所述多个区域中的每个区域内。
2.根据权利要求1所述的多单元电池，其中所述电流中断组件还包括设置有所述绝缘材料的正温度系数(“PTC”)材料，并且其中所述PTC材料被配置成在预先确定的温度下膨胀并将所述第二集电器与所述第三集电器分开。
3.根据权利要求1所述的多单元电池，其中所述第一集电器和所述第三集电器在所述导电网格中包括第一材料，并且其中所述第二集电器和所述第四集电器在所述导电栅格中包括不同于所述第一材料的第二材料。
4.根据权利要求3所述的多单元电池，其中所述第一材料是铝并且所述第二材料是不锈钢。
5.根据权利要求1所述的多单元电池，其中每个集电器的所述导电网格是相同的材料。
6.根据权利要求1所述的多单元电池，其中所述电流中断组件还包括设置在所述第二集电器和所述第三集电器之间的不可复位正温度系数(“PTC”)材料，并且其中所述PTC材料被配置为在预先确定的温度下膨胀以使所述第一电池和所述第二电池电脱离。
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