CN117897843A - 具有气密密封外壳、电极组件的二次电池单元和方法 - Google Patents

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CN117897843A CN202280059549.0A CN202280059549A CN117897843A CN 117897843 A CN117897843 A CN 117897843A CN 202280059549 A CN202280059549 A CN 202280059549A CN 117897843 A CN117897843 A CN 117897843A
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R·S·布萨卡
B·基格
A·拉希里
R·M·斯伯特尼茨
M·拉马苏布拉马尼安
J·S·索恩
姚康
R·K·罗森
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Enovix Corp
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Abstract

提供了一种能够在充电状态与放电状态之间充电的密封二次电池单元。所述密封二次电池单元包括含聚合物外壳材料的气密密封外壳、由所述气密密封外壳包围的电极组件、一组电极约束件以及至少100mAmp+hr的额定容量。所述二次电池单元沿着竖直方向上气密密封外壳的外部竖直表面的竖直相对的区域之间的导热路径的热导率为至少2W/m·K。

Description

具有气密密封外壳、电极组件的二次电池单元和方法
相关申请的交叉引用
本申请要求于2021年7月15日提交的美国临时专利申请序列号63/221,998、63/222,296、63/222,015、63/222,295、63/222,010和63/222,299以及于2022年6月9日提交的美国临时专利申请序列号63/350,679、63/350,641和63/350,687的权益，这些申请以全文引用的方式并入本文。
技术领域
本公开大体上涉及在密封二次电池单元和其它能量储存装置中使用的结构，以及采用此类结构的密封二次电池单元和能量储存装置。
背景技术
摇椅或插入式二次电池是一种能量储存装置，其中例如锂、钠、钾、钙或镁离子等载体离子通过电解质在正极与负极之间移动。二次电池可以包括单个电池单元，或已经电耦合以形成电池的两个或更多个电池单元，每个电池单元包括正极、负极、微孔隔膜和电解质。
在摇椅电池单元中，正极和负极两者均包括载体离子插入和抽出的材料。当单元放电时，载体离子从负极中抽出并插入正极中。当单元充电时，发生相反过程：载体离子从正极中抽出并插入负极中。
当载体离子在电极之间移动时，持续的挑战之一在于电池重复充电和放电时会产生相当大的热量。循环期间产生的热量如果不能正确及时地散发出去将积累起来，并对电池的安全性、可靠性和循环寿命产生问题，因为当温度升高时，会发生电气短路和电池故障。
因此，仍然需要在电池循环期间进行温度控制，以提高电池的安全性、可靠性和循环寿命。
发明内容
因此，简而言之，本公开的各方面提供一种可在充电状态与放电状态之间充电的密封二次电池单元。所述密封二次电池单元包括含聚合物外壳材料的气密密封外壳、由所述气密密封外壳包围的电极组件、一组电极约束件以及至少100mAmp·hr的额定容量。所述电极组件具有基本上多面体形状，所述基本上多面体形状具有分别对应于假想三维笛卡尔坐标系的x轴、y轴和z轴的相互垂直的横轴、纵轴和竖轴、基本上平坦且在纵向方向上彼此分离的相对的纵向端面、以及围绕电极组件纵轴AEA且连接第一和第二纵向端面的侧向表面，所述侧向表面具有基本上平坦且在所述纵轴的相对的竖直侧上在竖直方向上彼此分离的相对的竖直表面、基本上平坦且在所述纵轴的相对的横向侧上在横向方向上彼此分离的相对的横向表面，其中相对的纵向表面具有组合表面积LSA，所述相对的横向表面具有组合表面积TSA，所述相对的竖直表面具有组合表面积VSA，并且VSA与LSA和TSA中的每一者的比率为至少5:1。所述电极组件进一步包括电极结构群、电绝缘隔膜群和对电极结构群，其中所述电极结构群、电绝缘隔膜群和对电极结构群中的成员以交替顺序布置。所述一组电极约束件包括竖直约束系统，所述竖直约束系统包括在所述竖直方向上彼此分离的第一和第二竖直生长约束件，所述第一和第二竖直生长约束件连接到所述电极结构群中的成员和/或所述对电极结构群中的成员，并且所述竖直约束系统能够限制所述电极组件在所述竖直方向上的生长，其中连接到所述第一和第二竖直生长约束件的所述电极结构群中的成员和/或所述对电极结构群中的成员具有(i)在所述纵向方向上测量的在5μm与50μm之间的范围内的厚度，和(ii)大于100MPa的屈服强度。所述充电状态是所述二次电池单元的额定容量的至少75％，并且所述放电状态小于所述二次电池单元的额定容量的25％。所述气密密封外壳包括在所述竖直方向上彼此分离的相对的外部竖直表面。在所述气密密封外壳的所述外部竖直表面的竖直相对的区域之间在所述竖直方向上测量的所述密封二次电池单元的厚度为至少1mm，并且所述二次电池单元沿着所述竖直方向上所述气密密封外壳的所述外部竖直表面的所述竖直相对的区域之间的导热路径的热导率为至少2W/m+K。
在以下描述和附图中，本公开的其它方面、特征和实施例将部分地讨论并且部分地显而易见。
附图说明
图1A是具有一组电极约束件的电极组件的一个实施例的透视图。
图1B是用于二次电池的三维电极组件的一个实施例的示意图。
图1C是图1B的电极组件的插入横截面视图。
图1D是沿着图1B中的线D截取的图1B的电极组件的横截面视图。
图2示出包括电极组件和一组电极约束件的能量储存装置或二次电池的实施例的分解视图。
图3A示出具有辅助电极的电极组件的实施例在Z-Y平面中的横截面。
图3B示出具有约束系统的电极组件的实施例在X-Y平面中的俯视图，所述约束系统在其中具有孔隙。
图4是结合到约束系统的电极组件的实施例的横截面视图。
图5是电极组件的实施例的俯视图，示出了粘附到电极集电器的约束系统。
图6A示出沿着图1A中所示的线A–A'截取的电极组件的实施例的横截面，并且示出主生长约束系统和次生长约束系统的实施例的元件。
图6B示出沿着图1A中所示的线B–B'截取的电极组件的实施例的横截面，并且示出主生长约束系统和次生长约束系统的实施例的元件。
图6C示出沿着图1A中所示的线A–A'截取的电极组件的实施例的横截面，并且示出主生长约束系统和次生长约束系统的实施例的其它元件。
图7示出包卷二次电池单元中的示例性导热路径的示意图。
图8示出圆柱形二次电池单元中的示例性导热路径的示意图。
图9示出根据本公开各方面的具有基本上多面体形状的二次电池单元的实施例中的示例性导热路径的示意图。
图10是气密密封二次电池单元的一个实施例的透视图。
图11示出图9的密封二次电池单元的实施例的分解视图。
图12示出密封二次电池单元的实施例在Z-Y平面中的横截面。
图13是图12的横截面的一个端部的放大视图。
图14A-14D示出使用表1和2中所描述的从1C到10C充电倍率测试的倍率与C/25CV截止，两个不同单元(TM39713和TM40142)在指示循环中的电流(A)和电压(V)与时间(以分钟为单位)的关系。
图15A-15D示出使用表3和4中所描述的从C/10到4C放电倍率测试的倍率与具有C/25CV阶跃的所有循环中的标准C/3充电倍率，两个不同单元(TM39713和TM40142)在指示循环中的电流(A)和单元电压(V)与时间(分钟)的关系。根据美国能源部定义的标准测试协议，C/10参考循环52每10％ SOC具有1C放电脉冲和0.75C充电脉冲。
图16示出使用表3和4中所描述的从C/5到4C放电倍率测试的倍率与具有C/25CV阶跃的所有循环中的标准C/3充电倍率，单元TM39713(左)和TM40142(右)在指示循环中的单元电压(V)和单元温度(℃)与容量(Ah)的关系。
图17示出在32次和更多次循环中使用6C充电和1C放电，与美国能源部定义的诊断循环中每第50次循环的多倍率，TM39059和TM40136的单元放电容量(Ah)、平均放电电压(V)和DeltaAveCell_V(V)与循环次数的关系。
图18A-18B示出EXP4049型单元TM39059的40至180次指示循环的充电(18A)和放电(18B)的单元电压(V)、电流(安培)和温度(℃)与容量(Ah)的关系。
图19示出在各种C倍率下的充电状态与循环次数和充电时间的关系。
图20是示出充电倍率达成充电状态的分钟数的图表。
图21示出使用0.33C/0.33C充电/放电倍率与C/25CV阶跃(CellInt＝32266)循环的单元和使用6C/1C充电/放电倍率与C/25CV阶跃(CellInt＝39059和CellInt＝40136)循环的单元的比较，包含放电容量、平均放电电压、平均充放电电压之间的差DeltaAveCell_V，以及绘制的归一化容量保持率(使用循环32作为参考)与循环次数的关系。使用C/10放电与1C放电脉冲和0.75C充电脉冲，以及标准0.33C/0.33C诊断循环(未示出)，每第50次循环具有DOE定义的诊断循环。
图22-23示出对于各种充电倍率的充电状态与时间的关系。
图24是示出充电倍率达成充电状态的分钟数的图表。
图25示出使用行业目标倍率，对于各种充电倍率的充电状态与时间的关系。
图26示出6C CCCV-1C和C/3CCCV-C/3的％容量保持率与循环次数的关系。
图27示出包括具有电极集电器主体区域和电极集电器端部区域的电极集电器的电极结构的实施例，以及包括具有对电极集电器主体区域和对电极集电器端部区域的对电极集电器的对电极结构的实施例，如沿着X-Z平面中的横截面所示。
图28示出图27的电极结构的实施例和对电极结构的实施例，如沿着Y-X平面中的横截面所示。
图29示出包括位于电极组件的横向和纵向侧上的气体容纳隔室的气密密封二次电池单元的实施例。
图30示出电极集电器和/或对电极集电器连接到母线和/或对电极母线的电极和/或对电极结构的实施例。
当结合附图考虑时，根据以下详细描述，本发明主题的其它方面、实施例和特征将变得显而易见。附图是示意性的并且不旨在按比例绘制。为了清楚起见，在不需要图示来允许本领域的普通技术人员理解本发明主题的情况下，未在每个图中标记每个元件或部件，也未示出本发明主题的每个实施例的每个元件或部件。
定义
如本文所使用的，“一个(a)”、“一种(an)”和“所述(the)”(即，单数形式)是指复数指示物，除非上下文另有明确指示。例如，在一个实例中，对“电极”的引用包含单个电极和多个类似电极两者。
如本文所使用的，“约(about)”和“大约(approximately)”是指所述值的±10％、5％或1％。例如，在一个实例中，约250μm将包含225μm至275μm。进一步举例来说，在一个实例中，约1,000μm将包含900μm至1,100μm。除非另外指示，否则在说明书和权利要求中使用的表示数量(例如，测量值等)等的所有数字应理解为在所有情况下由术语“约”修饰。因此，除非相反地指示，否则在以下说明书和所附权利要求中提出的数值参数是近似值。每个数值参数应该至少根据所报告的有效数字的数量并通过应用普通的舍入技术来解释。
如本文中在二次电池的状态的上下文中使用的“充电状态”是指二次电池被充电至其额定容量的至少75％的状态。例如，电池可以充电至其额定容量的至少80％、其额定容量的至少90％并且甚至其额定容量的至少95％，如其额定容量的100％。
如本文所使用的，“C倍率”是指二次电池放电的倍率的量度，并且被定义为放电电流除以理论电流消耗，在所述理论电流消耗下电池将在一小时内递送其标称额定容量。例如，C倍率1C表示在一个小时内使电池放电的放电电流，倍率2C表示在1/2小时内使电池放电的放电电流，倍率C/2表示在2小时内使电池放电的放电电流等。
如本文中在二次电池的状态的上下文中使用的“放电状态”是指二次电池放电至小于其额定容量的25％的状态。例如，电池可以放电至小于其额定容量的20％，如小于其额定容量的10％并且甚至小于其额定容量的5％，如其额定容量的0％。
如本文中在二次电池在充电状态与放电状态之间循环的上下文中使用的“循环”是指对电池进行充电和/或放电，以使电池在循环中从充电状态或放电状态的第一状态移动到与第一状态相反的第二状态(即，如果第一状态被放电，则为充电状态，或者如果第一状态被充电，则为放电状态)，并且然后使电池移动回至第一状态以完成循环。例如，二次电池在充电状态与放电状态之间的单个循环可以包含如在充电循环中将电池从放电状态充电至充电状态，并且然后放电返回至放电状态以完成循环。单个循环还可以包含如在放电循环中将电池从充电状态放电至放电状态，并且然后充电回至充电状态以完成循环。
此处提及的电极组件的“费雷特直径(Feret diameter)”被定义为在垂直于限制电极组件的两个平行平面的方向上测量的这两个平面之间的距离。例如，电极组件在纵向方向上的费雷特直径是在垂直于纵向方向的限制电极组件的两个平行平面之间沿纵向方向测量的距离。作为另一个实例，电极组件在横向方向上的费雷特直径是在垂直于横向方向的限制电极组件的两个平行平面之间沿横向方向测量的距离。作为又另一个实例，电极组件在竖直方向上的费雷特直径是在垂直于竖直方向的限制电极组件的两个平行平面之间沿竖直方向测量的距离。
如本文所使用的，“纵轴”、“横轴”和“竖轴”是指相互垂直的轴(即，各自彼此正交)。例如，如本文所使用的，“纵轴”、“横轴”和“竖轴”类似于用于限定三维方面或取向的笛卡尔坐标系。因此，本文中的本发明主题的元件的描述不限于用于描述元件的三维取向的一个或多个特定轴。可替代地，当提及本发明主题的三维方面时，轴可以是可互换的。
如本文所使用的，“纵向方向”、“横向方向”和“竖直方向”是指相互垂直的方向(即，各自彼此正交)。例如，如本文所使用的，“纵向方向”、“横向方向”和“竖直方向”可以分别大致平行于用于限定三维方面或取向的笛卡尔坐标系的纵轴、横轴和竖轴。
如本文中在二次电池的充电状态与放电状态之间循环的上下文中使用的“重复循环”是指从放电状态至充电状态或从充电状态至放电状态循环多于一次。例如，在充电状态与放电状态之间重复循环可以包含从放电状态至充电状态循环至少2次，如从放电状态充电至充电状态、放电回至放电状态、再次充电至充电状态并且最终放电回至放电状态。作为又另一个实例，在充电状态与放电状态之间重复循环至少2次可以包含从充电状态放电至放电状态、充电回至充电状态、再次放电至放电状态并且最终充电回至充电状态。进一步举例来说，在充电状态与放电状态之间重复循环可以包含从放电状态至充电状态循环至少5次并且甚至循环至少10次。进一步举例来说，在充电状态与放电状态之间重复循环可以包含从放电状态至充电状态循环至少25次、50次、100次、300次、500次并且甚至1000次。
如本文中在二次电池的上下文中使用的“额定容量”是指在一段时间内递送指定电流的二次电池的容量，如在标准温度条件(25℃)下测量的。例如，通过确定指定时间内的电流输出或者通过确定指定电流，可以输出电流的时间，并且取电流和时间的乘积，可以以安倍小时为单位测量额定容量。例如，对于额定20安倍小时的电池，如果电流被指定用于额定的2安培，则所电池可以被理解为是将提供10小时电流输出的电池，并且相反地，如果时间被指定用于额定的10小时，则所述电池可以被理解为是将在10小时期间输出2安培的电池。具体地，二次电池的额定容量可以作为在指定放电电流(如C倍率)下的额定容量给出，其中C倍率是电池相对于其容量放电的倍率的量度。例如，C倍率1C表示在一个小时内使电池放电的放电电流，2C表示在1/2小时内使电池放电的放电电流，C/2表示在2小时内使电池放电的放电电流等。因此，例如，在C倍率1C下额定20安培小时的电池将给出20安培的放电电流持续1小时，而在C倍率2C下额定20安培小时的电池将给出40安培的放电电流持续1/2小时，并且在C倍率C/2下额定20安培小时的电池将给出10安培的放电电流超过2小时。
如本文中在电极组件的尺寸的上下文中使用的“最大宽度”(WEA)对应于在纵向方向上从电极组件的纵向端面的相对点测量的电极组件的最大宽度。
如本文中在电极组件的尺寸的上下文中使用的“最大长度”(LEA)对应于在横向方向上从电极组件的侧向表面的相对点测量的电极组件的最大长度。
如本文中在电极组件的尺寸的上下文中使用的“最大高度”(HEA)对应于在横向方向上从电极组件的侧向表面的相对点测量的电极组件的最大高度。
如本文中在电极组件的上下文中使用的“基本上多面体形状”是具有6个或更多个平坦表面的形状，并且在某些实施例中可以包含弯曲的表面积区域，例如在形状的角部或顶点处。
此外，如本文所使用，对于使用例如“电极结构”或“电极活性材料”等术语“电极”描述材料或结构的每个实施例，应理解，在某些实施例中，这种结构和/或材料可以对应于“负极”的结构和/或材料，例如“负极结构”或“负极活性材料”。类似地，如本文所使用，对于使用例如“对电极结构”或“对电极活性材料”等术语“对电极”描述材料或结构的每个实施例，应理解，在某些实施例中，这种结构和/或材料可以对应于“正极”的结构和/或材料，例如“正极结构”或“正极活性材料”。即，在适当情况下，针对电极和/或对电极所描述的任何实施例可以对应于相同的实施例，其中所述电极和/或对电极具体地是负极和/或正极，分别包含其对应的结构和材料。
具体实施方式
一般来说，本公开涉及一种在充电状态与放电状态之间循环的能量储存装置100，例如二次电池102和/或二次电池单元902，如图1A-1D、2和10-13所示。二次电池单元902可以是二次电池102的一部分，并且包含电池外壳104、电极组件106和载体离子。在某些实施例中，非水液体电解质保持在电池外壳内。在某些实施例中，二次电池102还包含限制电极组件106的生长的约束系统108。受到约束的电极组件106的生长可以是电极组件106的一个或多个维度的宏观增加。
参考图1A-1D，在一个实施例中，电极组件106包含在堆叠方向(即，图1B中的堆叠方向D)上串联堆叠的单位电池单元群504。单位电池单元群中的每个成员包括电极结构110、对电极结构112，以及位于电极结构与对电极结构之间以使电极结构110与对电极结构112彼此电绝缘的电绝缘隔膜130。在一个实例中，如图1B中所示，电极组件包括一系列堆叠单位电池单元504，其包括交替布置的电极结构110和对电极结构。图1C是示出了具有图1B的电极组件106的二次电池的插图，并且图1D是具有图1B的电极组件106的二次电池的横截面。还可以提供堆叠单位电池单元504a、504b系列的其它布置。因此，电极组件可以包括电极结构群、对电极结构群以及电隔离电极群中的成员和对电极群中的成员的电绝缘隔膜材料群，其中单位电池单元群中的每个成员包括电极结构、对电极结构以及在电极结构与对电极结构之间的电绝缘隔膜。
在一个实施例中，电极结构110包括电极活性材料层132和电极集电器136，如例如图1A-1D中所示。例如，电极结构可以包括安置在一个或多个电极活性材料层132之间的电极集电器136。根据一个实施例，电极活性材料层132包括阳极活性材料，并且电极集电器136包括阳极集电器。类似地，在一个实施例中，对电极结构112包括对电极活性材料层138和对电极集电器140。例如，对电极结构112可以包括安置在一个或多个对电极活性材料层138之间的对电极集电器140。根据一个实施例，对电极活性材料层138包括阴极活性材料，并且对电极集电器140包括阴极集电器。此外，应理解，电极结构110和对电极结构112分别不限于本文所述的具体实施例和结构，并且还可以提供除了本文具体描述的配置、结构和/或材料之外的其它配置、结构和/或材料来形成电极结构110和对电极结构112。根据某些实施例，单位电池单元群中的每个单位电池单元504a、504b以堆叠系列包括电极集电器136的单位电池单元部分、包括电极活性材料层132的电极结构110、位于电极活性材料层与对电极活性材料层之间的电绝缘隔膜130、包括对电极活性材料层138的对电极结构113以及对电极集电器140的单位电池单元部分。在某些实施例中，对于以堆叠系列彼此邻近的单位电池单元，电极集电器的单位电池单元部分、电极活性材料层、隔膜、对电极活性材料层和对电极集电器的单位电池单元部分的顺序将颠倒，其中电极集电器和/或对电极集电器的各部分在邻近单位电池单元之间共享，如例如图1C中所示。
根据图1A-1D中所示的实施例，电极结构群110和对电极结构群112中的成员分别以交替顺序布置，其中交替顺序的方向对应于堆叠方向D。根据此实施例的电极组件106进一步包括相互垂直的纵轴、横轴和竖轴，其中纵轴AEA总体上对应于或平行于电极结构群和对电极结构群中的成员的堆叠方向D。如图1B中的实施例中所示，纵轴AEA被描绘为对应于Y轴，横轴被描绘为对应于X轴，并且竖轴被描绘为对应于Z轴。根据本文中本公开的实施例，单位电池单元群中的每个单位电池单元504内的电极结构110、对电极结构112和电绝缘隔膜130具有在正交于单位电池单元群的堆叠方向的竖直方向上分离的相对的上端面和下端面。例如，参考图1C和4，单位电池单元群中的每个成员中的电极结构110可以包括在竖直方向上分离的相对的上端面500a和下端面500b，单位电池单元群中的每个成员中的对电极结构110可以包括在竖直方向上分离的相对的上端面501a和下端面501b，并且电绝缘隔膜130可以包括在竖直方向上分离的相对的上端面502a和下端面502b。
参考图1A-1D，根据一个实施例，电极组件106具有分别对应于假想三维笛卡尔坐标系的x轴、y轴和z轴的相互垂直的横轴、纵轴和竖轴、在纵向方向上彼此分离的第一纵向端面116和第二纵向端面118，以及围绕电极组件纵轴AEA且连接第一纵向端面116和第二纵向端面118的侧向表面142。在一个实施例中，第一纵向端面116和第二纵向端面118的表面积小于电极组件106的表面积的33％。例如，在一个此类实施例中，第一纵向端面116和第二纵向端面118的表面积之和分别小于电极组件106的总表面的表面积的25％。进一步举例来说，在一个实施例中，第一纵向端面116和第二纵向端面118的表面积之和分别小于电极组件的总表面的表面积的20％。进一步举例来说，在一个实施例中，第一纵向端面116和第二纵向端面118的表面积之和分别小于电极组件的总表面的表面积的15％。进一步举例来说，在一个实施例中，第一纵向端面116和第二纵向端面118的表面积之和分别小于电极组件的总表面的表面积的10％。
在一个实施例中，侧向表面142包括在纵轴的相对侧上并且在正交于纵轴的第一方向上分离的第一区域和第二区域。例如，侧向表面142可以包括在X方向上的相对的表面区域144、146(即，矩形棱柱的侧表面)和在Z方向上的相对的表面区域148、150。在又另一个实施例中，侧向表面可以包括圆柱形形状。电极组件106可以进一步包括在纵向方向上测量的最大宽度WEA、由侧向表面界定且在横向方向上测量的最大长度LEA以及由侧向表面界定且在竖直方向上测量的最大高度HEA。在一个实施例中，最大长度LEA与最大高度HEA的比率可以为至少2:1。进一步举例来说，在一个实施例中，最大长度LEA与最大高度HEA的比率可以为至少5:1。进一步举例来说，在一个实施例中，最大长度LEA与最大高度HEA的比率可以为至少10:1。进一步举例来说，在一个实施例中，最大长度LEA与最大高度HEA的比率可以为至少15:1。进一步举例来说，在一个实施例中，最大长度LEA与最大高度HEA的比率可以为至少20:1。不同尺寸的比率可以允许能量储存装置内的最佳配置以使活性材料的量最大化，由此增加能量密度。
在一些实施例中，可以选择最大宽度WEA，以提供大于最大高度HEA的电极组件106的宽度。例如，在一个实施例中，最大宽度WEA与最大高度HEA的比率可以为至少2:1。进一步举例来说，在一个实施例中，最大宽度WEA与最大高度HEA的比率可以为至少5:1。进一步举例来说，在一个实施例中，最大宽度WEA与最大高度HEA的比率可以为至少10:1。进一步举例来说，在一个实施例中，最大宽度WEA与最大高度HEA的比率可以为至少15:1。进一步举例来说，在一个实施例中，最大宽度WEA与最大高度HEA的比率可以为至少20:1。
根据一个实施例，最大宽度WEA与最大长度LEA的比率可以被选择为在提供最佳配置的预定范围内。例如，在一个实施例中，最大宽度WEA与最大长度LEA的比率可以在1:5至5:1的范围内。进一步举例来说，在一个实施例中，最大宽度WEA与最大长度LEA的比率可以在1:3至3:1的范围内。又进一步举例来说，在一个实施例中，最大宽度WEA与最大长度LEA的比率可以在1:2至2:1的范围内。
根据本公开的实施例，单位电池单元群中的成员的每个电极结构110包括在横向方向上在电极结构110的第一相对横向端面601a与第二相对横向端面601b之间测量的长度LE，以及在竖直方向上在电极结构的上相对竖直端面500a与下相对竖直端面500b之间测量的高度HE，以及在纵向方向上在电极结构的第一相对表面603a与第二相对表面603b之间测量的宽度WE，并且单位电池单元群中的成员的每个对电极结构包括在横向方向上在对电极结构的第一相对横向端面602a与第二相对横向端面602b之间测量的长度LCE、在竖直方向上在对电极结构的上第二相对竖直端面501a与下第二相对竖直端面501b之间测量的高度HCE，以及在纵向方向上在对电极结构的第一相对表面604a与第二相对表面604b之间测量的宽度WCE。
根据一个实施例，对于单位电池单元群中的成员的电极结构，LE与WE和HE中的每一者的比率分别为至少5:1，并且HE与WE的比率在约2:1至约100:1的范围内，并且对于单位电池单元群中的成员的对电极结构，LCE与WCE和HCE中的每一者的比率分别为至少5:1，并且HCE与WCE的比率在约2:1至约100:1的范围内。进一步举例来说，在一个实施例中，LE与WE和HE中的每一者的比率为至少10:1，并且LCE与WCE和HCE中的每一者的比率为至少10:1。进一步举例来说，在一个实施例中，LE与WE和HE中的每一者的比率为至少15:1，并且LCE与WCE和HCE中的每一者的比率为至少15:1。进一步举例来说，在一个实施例中，LE与WE和HE中的每一者的比率为至少20:1，并且LCE与WCE和HCE中的每一者的比率为至少20:1。
在一个实施例中，电极结构的高度(HE)与宽度(WE)的比率分别为至少0.4:1。例如，在一个实施例中，对于单位电池单元群中的成员的每个电极结构，HE与WE的比率将分别为至少2:1。进一步举例来说，在一个实施例中，HE与WE的比率将分别为至少10:1。进一步举例来说，在一个实施例中，HE与WE的比率将分别为至少20:1。然而，通常，HE与WE的比率通常将分别小于1,000:1。例如，在一个实施例中，HE与WE的比率将分别小于500:1。进一步举例来说，在一个实施例中，HE与WE的比率将分别小于100:1。进一步举例来说，在一个实施例中，HE与WE的比率将分别小于10:1。进一步举例来说，在一个实施例中，对于单位电池单元群中的成员的每个电极结构，HE与WE的比率将分别在约2:1至约100:1的范围内。
在一个实施例中，对电极结构的高度(HCE)与宽度(WCE)的比率分别为至少0.4:1。例如，在一个实施例中，对于单位电池单元群中的成员的每个对电极结构，HCE与WCE的比率将分别为至少2:1。进一步举例来说，在一个实施例中，HCE与WCE的比率将分别为至少10:1。进一步举例来说，在一个实施例中，HCE与WCE的比率将分别为至少20:1。然而，通常，HCE与WCE的比率通常将分别小于1,000:1。例如，在一个实施例中，HCE与WCE的比率将分别小于500:1。进一步举例来说，在一个实施例中，HCE与WCE的比率将分别小于100:1。进一步举例来说，在一个实施例中，HCE与WCE的比率将分别小于10:1。进一步举例来说，在一个实施例中，对于单位电池单元群中的成员的每个对电极结构，HCE与WCE的比率将分别在约2:1至约100:1的范围内。
在一个实施例中，单位电池单元群可以包括电极结构110和对电极结构112的交替序列，并且根据能量储存装置100及其预期用途可以包含任何数量的成员。进一步举例来说，在一个实施例中，并且更一般地讲，电极结构110群和对电极结构112群各自具有N个成员，N-1个电极结构成员110中的每个电极结构成员位于两个对电极结构成员112之间，N-1个对电极结构成员112中的每个对电极结构成员位于两个电极结构成员110之间，并且N为至少2。进一步举例来说，在一个实施例中，N为至少4。进一步举例来说，在一个实施例中，N为至少5。进一步举例来说，在一个实施例中，N为至少10。进一步举例来说，在一个实施例中，N为至少25。进一步举例来说，在一个实施例中，N为至少50。进一步举例来说，在一个实施例中，N为至少100或更大。
在一个实施例中，电极组件106被包围在由限制电极组件106的总体宏观生长的约束系统108限定的体积V内，如例如图1A和1B中所示。约束系统108可以能够限制电极组件106沿着一个或多个维度的生长，例如以减少电极组件106的鼓胀和变形，并且由此改进具有约束系统108的能量储存装置100的可靠性和循环寿命。不受任何一个特定理论的限制，据信在二次电池102和/或电极组件106的充电和/或放电期间在电极结构110与对电极结构112之间行进的载体离子可以插入到电极活性材料中，从而引起电极活性材料和/或电极结构110膨胀。电极结构110的这种膨胀可能引起电极和/或电极组件106变形和鼓胀，由此损害电极组件106的结构完整性，和/或增加发生电短路或其它故障的可能性。在一个实例中，电极活性材料层132在能量储存装置100的循环期间的过度鼓胀和/或膨胀和收缩可以引起电极活性材料的碎片从电极活性材料层132脱离和/或分层，由此损害能量储存装置100的效率和循环寿命。在又另一个实例中，电极活性材料层132的过度鼓胀和/或膨胀和收缩可以导致电极活性材料破坏电绝缘微孔隔膜130，由此使得电极组件106发生电短路和其它故障。因此，约束系统108抑制否则可能会随着充电状态与放电状态之间的循环而发生的这种鼓胀或生长，以改进能量储存装置100的可靠性、效率和/或循环寿命。
在一个实施例中，提供包括主生长约束系统151的约束系统108以减轻和/或减少电极组件106在纵向方向上(即，在平行于Y轴的方向上)的生长、膨胀和/或鼓胀中的至少一者，如例如图1A中所示。例如，主生长约束系统151可以包含被配置成通过对抗电极组件106的纵向端面116、118处的膨胀来约束生长的结构。在一个实施例中，主生长约束系统151包括第一主生长约束件154和第二主生长约束件156，所述第一主生长约束件和第二主生长约束件在纵向方向(堆叠方向)上彼此分离并且可以与至少一个主连接构件162结合操作，所述至少一个主连接构件将第一主生长约束件154和第二主生长约束件156连接在一起以限制电极组件106在堆叠方向上的生长。例如，第一主生长约束件154和第二主生长约束件156可以至少部分地覆盖电极组件106的第一纵向端面116和第二纵向端面118，并且可以与将主生长约束件154、156彼此连接的连接构件162、164结合操作，以对抗和限制电极组件106中在充电和/或放电的重复循环期间发生的任何生长。
根据本文中的实施例，主约束系统151限制电极组件106在纵向方向上的生长，使得电极组件106在纵向方向上的费雷特直径的任何增加在二次电池102的20次连续循环(充电状态与放电状态之间的循环)内小于20％，或在二次电池的10次连续循环内小于10％，或在5次连续循环内小于10％，或在电池的每次循环小于1％。在一个实施例中，电极组件在堆叠方向上的费雷特直径的任何增加在二次电池的20次连续循环和/或50次连续循环内小于3％和/或小于2％。
根据一个实施例，电极结构群110和对电极结构群112中的成员到第一纵向表面上的突出部外接第一突出区域700a，并且电极结构群110和对电极结构群112中的成员到第二纵向表面上的突出部外接第二突出区域700b，并且其中第一主生长约束件154和第二主生长约束件156包括上覆于第一突出区域700a和第二突出区域700b的第一压缩构件和第二压缩构件。
另外，在二次电池102中的充电和放电过程中的重复循环不仅可以在电极组件106的纵向方向(例如，图1A中的Y轴)上诱导生长和应变，而且可以在正交于纵向方向的方向上诱导生长和应变，如以上讨论的，如横向方向和竖直方向(例如，分别是图1A中的X轴和Z轴)。此外，在某些实施例中，并入主生长约束系统151以抑制一个方向上的生长甚至可以加剧一个或多个其它方向上的生长和/或鼓胀。例如，在提供主生长约束系统151以限制电极组件106在纵向方向上的生长的情况下，在充电和放电循环期间载体离子的嵌入以及所得到的电极结构的鼓胀可以在一个或多个其它方向上诱导应变。具体地，在一个实施例中，由电极生长/鼓胀和纵向生长约束的组合产生的应变可能导致电极组件106在竖直方向(例如，如图1A中所示的Z轴)或者甚至在横向方向(例如，如图1A中所示的X轴)上的屈曲或其它故障。因此，在本公开的一个实施例中，提供了一种次生长约束系统152，其可以与主生长约束系统151结合操作以限制电极组件106沿着电极组件106的多个轴的生长。例如，在一个实施例中，次生长约束系统152可以被配置成与主生长约束系统151互锁或以其它方式与所述主生长约束系统协同操作，使得电极组件106的总体生长可以被限制，以赋予分别具有电极组件106以及主生长约束系统151和次生长约束系统152的二次电池改善的性能和降低的故障发生率。
在一个实施例中，包括第一连接构件158和第二连接构件160的次约束系统152限制电极组件106在竖直方向上的生长，使得电极组件在竖直方向上的费雷特直径的任何增加在二次电池的20次连续循环内小于20％，或在二次电池的10次连续循环内小于10％，或在5次连续循环内小于10％，或在电池的每次循环小于1％。在一个实施例中，电极组件在竖直方向上的费雷特直径的任何增加在二次电池的20次连续循环和/或50次连续循环内小于3％和/或小于2％。
参考图6A-6C，约束系统108的实施例被示出为具有用于电极组件106的主生长约束系统151和次生长约束系统152。图6A示出沿着纵轴(Y轴)截取的图1A中的电极组件106的横截面，使得所得到的2-D横截面用竖轴(Z轴)和纵轴(Y轴)示出。图6B示出沿着横轴(X轴)截取的图1A中的电极组件106的横截面，使得所得到的2-D横截面用竖轴(Z轴)和横轴(X轴)示出。如图6A中所示，主生长约束系统151通常可以分别包括沿着纵向方向(Y轴)彼此分离的第一主生长约束件154和第二主生长约束件156。例如，在一个实施例中，第一主生长约束件154和第二主生长约束件156分别包括至少部分地或甚至完全地覆盖电极组件106的第一纵向端面116的第一主生长约束件154和至少部分地或甚至完全地覆盖电极组件106的第二纵向端面118的第二主生长约束件156。在又另一个版本中，例如当所述主生长约束件中的一个或多个主生长约束件包括电极组件106的内部结构时，第一主生长约束件154和第二主生长约束件156中的一个或多个可以位于电极组件106的纵向端面116、118内部。主生长约束系统151可以进一步包括至少一个主连接构件162，所述至少一个主连接构件连接第一主生长约束件154和第二主生长约束件156并且可以具有平行于纵向方向的主轴。例如，主生长约束系统151可以分别包括第一主连接构件162和第二主连接构件164，所述第一主连接构件和第二主连接构件沿着正交于纵轴的轴(如沿着如在实施例中描绘的竖轴(Z轴))彼此分离。第一主连接构件162和第二主连接构件164可以分别用于将第一主生长约束件154和第二主生长约束件156分别连接至彼此，并且用于使第一主生长约束件154和第二主生长约束件156分别保持彼此张紧，以便限制沿着电极组件106的纵轴的生长。
进一步如图6A-6C中所示，约束系统108可以进一步包括次生长约束系统152，所述次生长约束系统通常可以分别包括第一次生长约束件158和第二次生长约束件160，所述第一次生长约束件和第二次生长约束件沿着正交于纵向方向的第二方向(例如沿着所示实施例中的竖轴(Z轴))彼此分离。例如，在一个实施例中，第一次生长约束件158至少部分地跨电极组件106的侧向表面142的第一区域148延伸，并且第二次生长约束件160至少部分地跨电极组件106的侧向表面142的与第一区域148相对的第二区域150延伸。在又另一个版本中，例如当所述次生长约束件中的一个或多个次生长约束件包括电极组件106的内部结构时，第一次生长约束件154和第二次生长约束件156中的一个或多个可以位于电极组件106的侧向表面142内部。在一个实施例中，第一次生长约束件158和第二次生长约束件160分别由至少一个次连接构件166连接，所述至少一个次连接构件可以具有平行于第二方向的主轴，例如竖轴。次连接构件166可以用于分别将第一次生长约束件158和第二次生长约束件160连接至彼此并保持彼此张紧，以便限制电极组件106沿着正交于纵向方向的方向的生长，例如限制竖直方向上的生长(例如，沿着Z轴)。在图6A中描绘的实施例中，至少一个次连接构件166可以对应于第一主生长约束件154和第二主生长约束件156中的至少一者。然而，次连接构件166不限于此，并且可以可替代地和/或另外包括其它结构和/或配置。
根据一个实施例，主生长约束系统151和次生长约束系统152分别被配置成协作地操作，使得主生长约束系统151的各部分协作地充当次生长约束系统152的一部分，和/或次生长约束系统152的各部分协作地充当主生长约束系统151的一部分。例如，在图6A和6B中所示的实施例中，主生长约束系统151的第一主连接构件162和第二主连接构件164分别可以用作第一次生长约束件158和第二次生长约束件160的至少一部分或甚至整个结构，所述第一次生长约束件和第二次生长约束限制在正交于纵向方向的第二方向上的生长。在又另一个实施例中，如上所述，第一主生长约束件154和第二主生长约束件156中的一个或多个可以分别用作一个或多个次连接构件166，以分别连接第一次生长约束件158和第二次生长约束件160。相反，第一次生长约束件158和第二次生长约束件160的至少一部分可以分别充当主生长约束系统151的第一主连接构件162和第二主连接构件164，并且在一个实施例中，次生长约束系统152的所述至少一个次连接构件166可以分别充当第一主生长约束件154和第二主生长约束件156中的一个或多个。在又另一个实施例中，主生长约束系统151的第一主连接构件162和第二主连接构件164的至少一部分和/或次生长约束系统152的至少一个次连接构件166可以分别用作第一第三生长约束件157和第二第三生长约束件159的至少一部分或甚至整个结构，所述第一第三生长约束件和第二第三生长约束件约束在正交于纵向方向的横向方向上的生长。因此，主生长约束系统151和次生长约束系统152可以分别共享部件和/或结构以对电极组件106的生长施加限制。
在一个实施例中，约束系统108可以包括例如主生长约束件和次生长约束件以及主连接构件和次连接构件等结构，所述结构是位于电池外壳104外部和/或内部的结构，或者可以是电池外壳104本身的一部分。在某些实施例中，电池外壳104可以是密封外壳，例如以密封其中的液体电解质，和/或以密封电极组件106与外部环境隔离。在一个实施例中，约束系统108可以包括包含电池外壳104以及其它结构部件的结构的组合。在一个此类实施例中，电池外壳104可以是主生长约束系统151和/或次生长约束系统152的部件；换言之，在一个实施例中，电池外壳104单独地或与一个或多个其它结构(在电池外壳104内和/或之外，例如，主生长约束系统151和/或次生长约束系统152)组合地限制电极组件106在电极堆叠方向D上和/或在正交于堆叠方向D的第二方向上的生长。在一个实施例中，主生长约束件154、156和次生长约束件158、160中的一个或多个可以包括位于电极组件内部的结构。在另一个实施例中，主生长约束系统151和/或次生长约束系统152不形成电池外壳104的任何部分，而是除了电池外壳104之外的一个或多个离散结构(在电池外壳104内和/或之外)限制电极组件106在电极堆叠方向D上和/或在正交于堆叠方向D的第二方向上的生长。在另一个实施例中，主生长约束系统和次生长约束系统位于电池外壳内，所述电池外壳可以是密封电池外壳，例如气密密封电池外壳。电极组件106可以被约束系统108限制在某一压力下，所述压力大于在能量储存装置100或具有电极组件106的二次电池的重复循环期间电极组件106的生长和/或鼓胀所施加的压力。
在一个示例性实施例中，主生长约束系统151包含电池外壳104内的一个或多个离散结构，所述一个或多个离散结构通过在具有电极结构110的作为电极组件106的一部分的二次电池102的重复循环时施加压力来限制电极结构110在堆叠方向D上的生长，所述压力超过由电极结构110在堆叠方向D上产生的压力。在另一个示例性实施例中，主生长约束系统151包含电池外壳104内的一个或多个离散结构，所述一个或多个离散结构通过在具有对电极结构112的作为电极组件106的一部分的二次电池102的重复循环时在堆叠方向D上施加压力来限制对电极结构112在堆叠方向D上的生长，所述压力超过由对电极结构112在堆叠方向D上产生的压力。类似地，次生长约束系统152可以包含电池外壳104内的一个或多个离散结构，所述一个或多个离散结构通过在分别具有电极结构110或对电极结构112的二次电池102的重复循环时在第二方向上施加压力来限制电极结构110和对电极结构112中的至少一者在正交于堆叠方向D的第二方向上(如沿着竖轴(Z轴))的生长，所述压力超过分别由电极结构110或对电极结构112在第二方向上产生的压力。
在又另一个实施例中，主生长约束系统151的第一主生长约束件154和第二主生长约束件156通过在电极组件106的第一纵向端面116和第二纵向端面118上意味着在纵向方向上施加压力来分别限制电极组件106的生长，所述压力超过由第一主生长约束件154和第二主生长约束件156施加在电极组件106的将在正交于纵向方向的方向上的其它表面上的压力，例如电极组件106的侧向表面142沿着横轴和/或竖轴的相对的第一区域和第二区域。即，第一主生长约束件154和第二主生长约束件156可以在纵向方向(Y轴)上施加压力，所述压力超过由此在正交于其的方向(如横向方向(X轴)和竖直(Z轴)方向)上产生的压力。例如，在一个此类实施例中，主生长约束系统151利用第一纵向端面116和第二纵向端面118上(即，在堆叠方向D上)的压力来限制电极组件106的生长，所述压力超过由主生长约束系统151在垂直于堆叠方向D的两个方向中的至少一个方向或甚至两个方向上在电极组件106上保持的压力至少3倍。进一步举例来说，在一个此类实施例中，主生长约束系统151利用第一纵向端面116和第二纵向端面118上(即，在堆叠方向D上)的压力来限制电极组件106的生长，所述压力超过由主生长约束系统151在垂直于堆叠方向D的两个方向中的至少一个方向或甚至两个方向上在电极组件106上保持的压力至少4倍。进一步举例来说，在一个此类实施例中，主生长约束系统151利用第一纵向端面116和第二纵向端面118上(即，在堆叠方向D上)的压力来限制电极组件106的生长，所述压力超过在垂直于堆叠方向D的两个方向中的至少一个方向或甚至两个方向上在电极组件106上保持的压力至少5倍。
现在参考图6C，示出了具有约束系统108的电极组件106的实施例，其中横截面沿着图1A中所示的线A-A'截取。在图6C中所示的实施例中，主生长约束系统151可以在电极组件106的纵向端面116、118处分别包括第一主生长约束件154和第二主生长约束件156，并且次生长约束系统152在电极组件106的侧向表面142的相对的第一表面区域148和第二表面区域150处包括第一次生长约束件158和第二次生长约束件160。根据此实施例，第一主生长约束件154和第二主生长约束件156可以用作所述至少一个次连接构件166，以连接第一次生长约束件158和第二次生长约束件160并且在正交于纵向方向的第二方向(例如，竖直方向)上将生长约束件保持彼此张紧。然而，另外和/或可替代地，次生长约束系统152可以包括至少一个次连接构件166，所述至少一个次连接构件位于除了电极组件106的纵向端面116、118之外的区域处。而且，所述至少一个次连接构件166可以被理解为充当第一主生长约束件154和第二主生长约束件156中的至少一者，所述第一主生长约束件和第二主生长约束件位于电极组件的纵向端部116、118内部，并且可以与另一个内部主生长约束件和/或在电极组件106的纵向端部116、118处的主生长约束件共同作用以限制生长。参考图6C中所示的实施例，可以提供次连接构件166，所述次连接构件沿着纵轴分别远离电极组件106的第一纵向端面116和第二纵向端面118而间隔开，如朝向电极组件106的中心区域。次连接构件166可以在距电极组件端面116、118的内部位置处分别连接第一次生长约束件158和第二次生长约束件160，并且可以在所述位置处在次生长约束件158、160之间承受张力。在一个实施例中，除了设置在电极组件端面116、118处的一个或多个次连接构件166(如也用作纵向端面116、118处的主生长约束件154、156的次连接构件166)之外，还设置在从端面116、118的内部位置处连接次生长约束件158、160的次连接构件166。在另一个实施例中，次生长约束系统152包括一个或多个次连接构件166，所述一个或多个次连接构件在与纵向端面116、118间隔开的内部位置处分别与第一次生长约束件158和第二次生长约束件160连接，在纵向端面116、118处具有或不具有次连接构件166。根据一个实施例，内部次连接构件166也可以被理解为充当第一主生长约束件154和第二主生长约束件156。例如，在一个实施例中，位于内部位置的次连接构件166中的至少一个次连接构件可以包括电极结构110或对电极结构112的至少一部分，如下文进一步详细描述的。
更具体地，关于图6C中所示的实施例，次生长约束系统152可以包含上覆于电极组件106的侧向表面142的上区域148的第一次生长约束件158以及上覆于电极组件106的侧向表面142的下区域150的相对的第二次生长约束件160，第一次生长约束件158和第二次生长约束件160在竖直方向上(即，沿着Z轴)彼此分离。另外，次生长约束系统152可以进一步包含与电极组件106的纵向端面116、118间隔开的至少一个内部次连接构件166。内部次连接构件166可以平行于Z轴对齐，并且分别连接第一次生长约束件158和第二次生长约束件160，以将生长约束件保持彼此张紧并且形成次约束系统152的至少一部分。在一个实施例中，在能量储存装置100和/或具有电极组件106的二次电池102的重复充电和/或放电期间，所述至少一个内部次连接构件166(单独地或与位于电极组件106的纵向端面116、118处的次连接构件166一起)可以在竖直方向上(即，沿着Z轴)在第一生长约束件158与次生长约束件160之间承受张力，以减少电极组件106在竖直方向上的生长。此外，在如图6C中所示的实施例中，约束系统108进一步包括主生长约束系统151，所述主生长约束系统在电极组件106的纵向端部117、119处分别具有第一主生长约束件154和第二主生长约束件156，所述纵向端部分别在电极组件106的上侧向表面区域148和下侧向表面区域150处通过第一主连接构件162和第二主连接构件164连接。在一个实施例中，次内部连接构件166本身可以被理解为分别与第一主生长约束件154和第二主生长约束件156中的一个或多个协同作用，以在电极组件106的在纵向方向上位于次内部连接构件166与电极组件106的纵向端部117、119之间的每个部分上施加约束压力，第一主生长约束件154和第二主生长约束件156可以分别位于所述纵向端部。
根据一个实施例，第一主连接构件162和第二主连接构件164(其可以与第一次生长约束件158和第二次生长约束件160相同)分别连接到包括电极110或对电极112结构或电极组件106的其它内部结构的至少一部分的次连接构件166。在一个实施例中，第一主连接构件162(其可以与第一次生长约束件158相同)连接到单位电池单元群504中的成员的子集515的电极结构110和/或对电极结构112的上端面500a、501a。在另一个实施例中，第二主连接构件164(其可以与第二次生长约束件160相同)连接到单位电池单元群504中的成员的子集515的电极结构110或对电极结构112的下端面500b、501b。在上端面处连接的单位电池单元成员的子集515可以与在下端面处连接的单位电池单元成员的子集相同，或者可以是不同的子集。在一个实施例中，第一次生长约束件158和/或第二次生长约束件160可以连接到形成次连接构件166的电极组件中的其它内部结构。在一个实施例中，在单位电池单元群504中的成员中，第一次生长约束件158和/或第二次生长约束件160可以连接到电极结构110和/或对电极结构112的上端面和/或下端面，所述电极结构和/或对电极结构包含电极集电器136、电极活性材料层132、对电极集电器140和对电极活性材料层138中的一个或多个。在另一个实例中，第一次生长约束件158和第二次生长约束件160可以连接到电绝缘隔膜130的上端面和/或下端面。因此，在某些实施例中，在单位电池单元群504中的成员中，次连接构件166可以包括电极结构110和/或对电极结构112中的一个或多个，所述电极结构和/或对电极结构包含电极集电器136、电极活性材料层132、对电极集电器140和对电极活性材料层138中的一个或多个。参考图3A-3B，示出了第一次生长约束件158和第二次生长约束件160连接到包括单位电池单元群中的成员的子集中的电极集电器136的次连接构件166的实施例。在图4中，第一次生长约束件158和第二次生长约束件160连接到次连接构件166，所述次连接构件包括电极结构110，所述电极结构包含电极集电器136。在一个实施例中，电极结构110群中的成员包括在竖直方向上具有相对的上端面510a和下端面510b的电极集电器136，并且对电极结构群中的成员包括在竖直方向上具有相对的上端面509a和下端面509b的对电极集电器140，并且其中第一连接构件162和第二连接构件164连接到电极群和/或对电极群中的成员的子集的电极集电器和/或对电极集电器的竖直端面。
参考图4，在一个实施例中，在竖直方向上分离的第一主连接构件162和第二主连接构件164分别连接第一主生长约束件154和第二主生长约束件156，并且进一步连接到电极群110或对电极群112中的成员的子集。根据本文中的实施例，第一连接构件158和第二连接构件160具有相对的上内表面400a和下内表面400b，子集500a、501a、500b、501b的上端面和下端面分别通过电绝缘的热塑性热熔粘合剂511粘附到所述上内表面和下内表面。在一些实施例中，热熔粘合剂511包括选自但不限于EAA(乙烯-共-丙烯酸)、EMAA(乙烯-共-甲基丙烯酸)、官能化的聚乙烯和聚丙烯及其组合的材料。例如，在一个实施例中，热熔粘合剂包括EAA和EMAA共聚物的混合物。在一个实施例中，热熔粘合剂511具有厚度在约10微米至约100微米的范围内的膜形状，并且具有预定图案几何形状。
参考图3A-3B，在一个实施例中，第一主连接构件162和/或第二主连接构件164(其可以与第一次生长约束件158和/或第二次生长约束件160相同或者不同)包括穿过其各自的竖直厚度TC形成的孔隙176。根据本文中的实施例，孔隙176可以提供用于载体离子从辅助电极686穿过第一主连接构件162和/或第二主连接构件164流动至单位电池单元群中的成员的通道。例如，对于位于由约束系统108包围的体积V之外的辅助电极686，例如，定位在第一主连接构件162和/或第二主连接构件164外部的辅助电极，从辅助电极686提供的载体离子可以通过穿过孔隙的通道进入约束件内的电极组件的单位电池单元成员。辅助电极686可以例如通过开关和/或控制电池单元(未示出)选择性地电连接到或耦合到单位电池单元成员的电极结构110和/或对电极结构112中的一个或多个。根据某些实施例，辅助电极电解地或以其它方式耦合到单位电池单元群中的成员的对电极结构和/或电极结构(例如，通过隔膜)，以提供从辅助电极至电极结构和/或对电极结构的载体离子流。电解地耦合是指载体离子可以通过电解质被转移，例如从辅助电极转移到电极结构110和/或对电极结构112，以及在电极结构110与对电极结构112之间转移。辅助电极686也如通过一系列导线或其它电连接直接或间接地电耦合到电极结构和/或对电极结构。
在图5中所示的实施例中，所述图描绘了电极组件106的俯视图，示出了第一主连接构件162，孔隙176包括具有在纵向方向和/或堆叠方向(Y方向)上取向的细长尺寸的狭槽形状，并且所述孔隙跨多个单位电池单元成员延伸。还可以提供孔隙176的其它形状和/或配置。例如，在一个实施例中，多个孔隙包括在正交于堆叠方向和竖直方向的横向方向上彼此间隔开的多个狭槽178，每个狭槽178具有在堆叠方向上取向的纵轴LS，并且其中每个狭槽延伸跨过单位电池单元群中的多个成员。在一些实施例中，第一主连接构件162和/或第二主连接构件164包括与孔隙176相邻的内表面400a、400b的结合区域901a、901b。结合区域901a、901b可以包括例如提供例如热熔粘合剂511的粘合剂以粘附到电极群110和/或对电极群112中的成员的子集的区域。如图5中所示，在一些实施例中，孔隙176包括在纵向方向上延伸的多个狭槽，并且粘附到电极群110和/或对电极群112中的成员的子集的结合区域901a、901b位于第一连接构件158和/或第二连接构件160的狭槽之间的内表面区域400a、400b上。
现在参考图2，示出包括二次电池单元902(见图10-13)并且具有本公开的约束系统108的二次电池102的一个实施例的分解视图。二次电池102包含电池外壳104和电池外壳104内的电极组件106，电极组件106具有第一纵向端面116、相对的第二纵向端面118(即，沿着所示的笛卡尔坐标系的Y轴与第一纵向端面116分离)，如上所述。可替代地，二次电池102可以仅包括具有约束件108的单个电极组件106。每个电极组件106包含电极结构110群和对电极结构112群，所述电极结构群和对电极结构群在堆叠方向D上在电极组件106中的每个电极组件内相对于彼此堆叠；换言之，电极结构110群和对电极结构112群被布置成交替的电极结构110和对电极结构112系列，其中所述系列分别在第一纵向端面116与第二纵向端面118之间在堆叠方向D上前进。
根据图2中所示的实施例，极耳190、192伸出电池外壳104并且在电极组件106与能源供应或消耗装置(未示出)之间提供电连接。更具体地，在此实施例中，极耳190电连接到极耳延伸部191(例如，使用导电胶)，并且极耳延伸部191电连接到电极组件106中的每个电极组件所包括的电极110。类似地，极耳192电连接到极耳延伸部193(例如，使用导电胶)，并且极耳延伸部193电连接到电极组件106中的每个电极组件所包括的对电极112。极耳延伸部191、193还可以用作母线，所述母线汇集来自所述母线所电连接到的相应电极和对电极结构中的每一者的电流。
在图2中所示的实施例中的每个电极组件106具有相关联的主生长约束系统151以限制纵向方向(即，堆叠方向D)上的生长。可替代地，在一个实施例中，多个电极组件106可以共享主生长约束系统151的至少一部分。在所示的实施例中，每个主生长约束系统151分别包含第一主生长约束件154和第二主生长约束件156，所述第一主生长约束件和第二主生长约束件可以分别上覆于如上所述的第一纵向端面116和第二纵向端面118；以及可以分别上覆于如上所述的侧向表面142的第一相对的主连接构件162和第二相对的主连接构件164。第一相对的主连接构件162和第二相对的主连接构件164可以分别将第一主生长约束件154和第二主生长约束件156拉向彼此，或者可替代地有助于限制电极组件106在纵向方向上的生长，并且主生长约束件154、156可以分别将压缩力或约束力施加到相对的第一纵向端面116和第二纵向端面118。因此，电极组件106在纵向方向的膨胀在电池102在充电状态与放电状态之间的形成和/或循环期间被抑制。另外，主生长约束系统151在纵向方向(即，堆叠方向D)上在电极组件106上施加压力，所述压力超过在彼此相互垂直且垂直于纵向方向(例如，如图所示，纵向方向对应于Y轴的方向，并且彼此相互垂直且垂直于纵向方向的两个方向分别对应于所展示的笛卡尔坐标系的X轴和Z轴的方向)的两个方向中的任一方向上在电极组件106上保持的压力。
另外，在图2中所示的实施例中的每个电极组件106具有相关联的次生长约束系统152以限制竖直方向上的生长(即，电极组件106、电极110和/或对电极112在竖直方向上(即，沿着笛卡尔坐标系的Z轴)的膨胀)。可替代地，在一个实施例中，多个电极组件106共享次生长约束系统152的至少一部分。每个次生长约束系统152分别包含第一次生长约束件158和第二次生长约束件160以及至少一个次连接构件166，所述第一次生长约束件和第二次生长约束件可以上覆于对应的侧向表面142，各自如上文更详细描述的那样。次连接构件166可以分别将第一次生长约束件158和第二次生长约束件160拉向彼此，或者可替代地有助于限制电极组件106在竖直方向上的生长，并且第一次生长约束件158和第二次生长约束件160可以分别将压缩力或约束力施加到侧向表面142，各自如上文更详细描述的那样。因此，电极组件106在竖直方向的膨胀在电池102在充电状态与放电状态之间的形成和/或循环期间被抑制。另外，次生长约束系统152在竖直方向(即，平行于笛卡尔坐标系的Z轴)上在电极组件106上施加压力，所述压力超过在彼此相互垂直且垂直于竖直方向(例如，如图所示，竖直方向对应于Z轴的方向，并且彼此相互垂直且垂直于竖直方向的两个方向分别对应于所展示的笛卡尔坐标系的X轴和Y轴的方向)的两个方向中的任一方向上在电极组件106上保持的压力。
当完全组装时，密封二次电池102占据由其外表面界定的体积(即，位移体积)，二次电池外壳104占据与电池(包含盖104a)的位移体积相对应的体积减去其内部体积(即，由内表面104c、104d、104e、104f、104g和盖104a界定的棱柱形体积)，并且每个生长约束件151和152占据与其相应位移体积相对应的体积。因此，在组合中，电池外壳104以及生长约束件151、152占据由电池外壳104的外表面界定的体积(即，电池的位移体积)的不超过75％。例如，在一个此类实施例中，生长约束件151、152以及电池外壳104组合地占据由电池外壳104的外表面界定的体积的不超过60％。进一步举例来说，在一个此类实施例中，约束件151、152以及电池外壳104组合地占据由电池外壳104的外表面界定的体积的不超过45％。进一步举例来说，在一个此类实施例中，约束件151、152以及电池外壳104组合地占据由电池外壳104的外表面界定的体积的不超过30％。进一步举例来说，在一个此类实施例中，约束件151、152以及电池外壳104组合地占据由电池外壳的外表面界定的体积的不超过20％。
一般来说，主生长约束系统151和/或次生长约束系统152通常将包括极限拉伸强度为至少10,000psi(>70MPa)、与电池电解质兼容、在电池102的浮动电位或阳极电位处不显著腐蚀并且在45℃并且甚至至多70℃下不显著反应或失去机械强度的材料。例如，主生长约束系统151和/或次生长约束系统152可以包括各种金属、合金、陶瓷、玻璃、塑料或其组合(即，复合物)中的任一种。在一个示例性实施例中，主生长约束系统151和/或次生长约束系统155包括金属，例如不锈钢(例如，SS 316、440C或440C硬度)、铝(例如，铝7075-T6、硬质H18)、钛(例如，6Al-4V)、铍、铍铜(硬质)、铜(不含O2，硬质)、镍；然而，一般来说，当主生长约束系统151和/或次生长约束系统155包括金属时，通常优选的是，其以限制腐蚀并限制在电极110与对电极112之间产生电短路的方式被并入。在另一个示例性实施例中，主生长约束系统151和/或次生长约束系统155包括陶瓷，如氧化铝(例如，烧结的或Coorstek AD96)、氧化锆(例如，Coorstek YZTP)、钇稳定的氧化锆(例如，ENrG)。在另一个示例性实施例中，主生长约束系统151包括玻璃，如Schott D263钢化玻璃。在另一个示例性实施例中，主生长约束系统151和/或次生长约束系统155包括塑料，如聚醚醚酮(PEEK)(例如，Aptiv 1102)、具有碳的PEEK(例如，Victrex 90HMF40或Xycomp 1000-04)、具有碳的聚苯硫醚(PPS)(例如，Tepex Dynalite 207)、具有30％玻璃的聚醚醚酮(PEEK)(例如，Victrex90HMF40或Xycomp 1000-04)、聚酰亚胺(例如，/>)。在另一个示例性实施例中，主生长约束系统151和/或次生长约束系统包括复合物，例如E玻璃标准织物/环氧树脂0度、E玻璃UD/环氧树脂0度、Kevlar标准织物/环氧树脂0度、Kevlar UD/环氧树脂0度、碳标准织物/环氧树脂0度、碳UD/环氧树脂0度、Toyobo/>HM纤维/环氧树脂。在另一个示例性实施例中，主生长约束系统151和/或次生长约束系统155包括纤维，例如Kevlar 49芳族聚酰胺纤维、S玻璃纤维、碳纤维、Vectran UM LCP纤维、Dyneema、柴隆(Zylon)。在又另一个实施例中，主生长约束系统151和/或次生长约束系统包括在其内表面和/或外表面上(例如在第一主连接构件162和第二主连接构件164的内表面和外表面400a、400b、401a、401b上)的绝缘材料(例如，绝缘聚合物材料)涂层。
快速充电结构及其方法
本公开的另一方面涉及能够快速充电的包含电极组件的结构和包括此类电极组件的密封二次电池单元，以及用于对此类结构快速充电的方法。
因此，本公开的一个实施例是用于二次电池102的电极组件106。参考图1A-1D，在一个实施例中，电极组件106具有分别对应于假想三维笛卡尔坐标系的x轴、y轴和z轴的相互垂直的横轴、纵轴和竖轴、在纵向方向上彼此分离的相对的纵向端面116、118、以及围绕电极组件纵轴AEA且连接第一纵向端面116和第二纵向端面118的侧向表面，所述侧向表面具有在纵轴的相对的竖直侧上在竖直方向上彼此分离的相对的竖直表面、在纵轴的相对的横向侧上在横向方向上彼此分离的相对的横向表面，其中相对的纵向表面具有组合表面积LSA，相对的横向表面具有组合表面积TSA，相对的竖直表面具有组合表面积VSA。电极组件106进一步包括电极结构群110、电绝缘隔膜群130和对电极结构群112，其中所述电极结构群、电绝缘隔膜群和对电极结构群中的成员沿着纵向方向以交替顺序布置。
参考图27-28，在一个实施例中，电极结构群110中的成员包括与电极活性材料层132相邻的电极集电器136，电极活性材料层132包括相对的横向端部605a、605b，并且其中对电极结构群112中的成员包括与对电极活性材料层138相邻的对电极集电器140，所述对电极活性材料层包括相对的横向端部606a、606b。
参考图1C，在一个实施例中，电极组件106包括单位电池单元群504，单位电池单元群中的每个成员包括在纵向方向上堆叠串联的电极集电器136的单位电池单元部分、电极活性材料层132、电绝缘隔膜130、对电极活性材料层138，以及对电极集电器140的单位电池单元部分。
参考图27-28，在一个实施例中，电极集电器136具有在纵向方向上彼此分离的相对的电极集电器表面800a、800b，并且对电极集电器140具有在纵向方向上彼此分离的相对的对电极集电器表面801a、801b，并且相对的电极集电器表面中的一个电极集电器表面包括被电极活性材料层132覆盖的涂覆区域802和缺少电极活性材料层的未涂覆区域803，所述未涂覆区域靠近电极集电器136的横向端部601a、601b中的一者。
在一个实施例中，电极集电器136具有在纵向方向上彼此分离的相对的电极集电器表面800a、800b，并且对电极集电器140具有在纵向方向上彼此分离的相对的对电极集电器表面801a、801b，并且相对的对电极集电器表面中的一个对电极集电器表面包括被对电极活性材料层138覆盖的涂覆区域804和缺少对电极活性材料层的未涂覆区域805，所述未涂覆区域靠近对电极集电器140的横向端部602a、602b中的一者。
在一个实施例中，电极集电器136具有在纵向方向上彼此分离的相对的电极集电器表面800a、800b，并且对电极集电器140具有在纵向方向上彼此分离的相对的对电极集电器表面801a、801b，并且相对的电极集电器表面中的每个电极集电器表面包括被电极活性材料层132覆盖的涂覆区域802a、802b和缺少电极活性材料层的未涂覆区域803a、803b，所述未涂覆区域靠近电极集电器136的横向端部601a、601b中的一者。
在一个实施例中，电极集电器136具有在纵向方向上彼此分离的相对的电极集电器表面800a、800b，并且对电极集电器140具有在纵向方向上彼此分离的相对的对电极集电器表面801a、801b，并且相对的对电极集电器表面中的每个对电极集电器表面包括被对电极活性材料层132覆盖的涂覆区域804a、804b和缺少对电极活性材料层的未涂覆区域805a、805b，所述未涂覆区域靠近对电极集电器140的横向端部602a、602b中的一者。
在一个实施例中，电极结构群110中的成员包括与电极活性材料层132相邻的电极集电器136，电极活性材料层132包括相对的横向端部605a、605b，并且其中对电极结构群112中的成员包括与对电极活性材料层138相邻的对电极集电器140，对电极活性材料层138包括相对的横向端部606a、606b。在一个实施例中，电极结构群110中的每个成员包括部分由相邻电极活性材料层132涂覆的电极集电器136，电极集电器136具有(i)电极集电器主体区域810，所述电极集电器本体区域由相邻电极活性材料层132涂覆并且在相邻电极活性材料层132的相对的第一横向端部605a与第二横向端部605b之间延伸，以及(ii)在电极集电器136的第一横向端部601a或第二横向端部601b上的电极集电器端部区域811，电极集电器端部区域811由相邻电极活性材料层132的与电极集电器端部区域811位于同一横向侧上的第一横向端部605a或第二横向端部605b界定并延伸经过所述第一横向端部或第二横向端部。在一个实施例中，对电极结构群112中的每个成员包括部分由相邻对电极活性材料层138涂覆的对电极集电器140，对电极集电器140具有(i)对电极集电器主体区域812，所述对电极集电器本体区域由相邻对电极活性材料层138涂覆并且在相邻对电极活性材料层138的相对的第一横向端部606a与第二横向端部606b之间延伸，以及(ii)在对电极集电器140的第一横向端部602a或第二横向端部602b上的对电极集电器端部区域813，对电极集电器端部区域813由相邻对电极活性材料层138的与对电极集电器端部区域813位于同一横向侧上的第一横向端部606a或第二横向端部606b界定并延伸经过所述第一横向端部或第二横向端部。参考图30，在一个实施例中，电极组件106进一步包括电极母线191，所述电极母线连接到电极集电器136的电极集电器端部区域811以电汇集来自电极结构群110中的成员的电流。在另一实施例中，所述电极组件进一步包括对电极母线193，所述对电极母线连接到对电极集电器140的对电极集电器端部区域813以电汇集来自对电极结构群112中的成员的电流。
参考图27-28和30，在一个实施例中，电极集电器端部区域811在横向方向上的长度(LER)是从相邻电极活性材料层132的与电极集电器端部区域811位于同一横向侧上的第一横向端部605a或第二横向端部605b到电极集电器端部区域811与电极母线191连接的区域820a测量的。在另一实施例中，对电极集电器端部区域813在横向方向上的长度(LCER)是从相邻对电极活性材料层138的与对电极集电器端部区域813位于同一横向侧上的第一横向端部606a或第二横向端部606b到对电极集电器端部区域813与对电极母线193连接的区域820b测量的。在一个实施例中，电极集电器主体区域810在竖直方向上的高度(HBR)是在电极集电器主体区域810的相对的竖直表面821a、821b之间测量的。在一个实施例中，对电极集电器主体区域812在竖直方向上的高度(HCBR)是在对电极集电器主体区域812的相对的竖直表面822a、822b之间测量的。在一个实施例中，电极集电器端部区域811在竖直方向上的高度(HER)是在集电器端部区域811的相对的竖直表面824a、824b之间测量的。在一个实施例中，对电极集电器端部区域813在竖直方向上的高度(HCER)是在集电器端部区域813的相对的竖直表面826a、826b之间测量的。
在一个实施例中，电极集电器端部区域811在横向方向上的长度(LER)和电极集电器主体区域在竖直方向上的高度(HBR)满足以下关系：
LER<0.5×HBR。
在另一实施例中，电极集电器端部区域在横向方向上的长度(LER)和电极集电器主体区域在竖直方向上的高度(HBR)满足关系：LER<0.4×HBR。在另一实施例中，电极集电器端部区域在横向方向上的长度(LER)和电极集电器主体区域在竖直方向上的高度(HBR)满足关系：LER<0.3×HBR。
在一个实施例中，对电极集电器端部区域813在横向方向上的长度(LCER)和对电极集电器主体区域在竖直方向上的高度(HCBR)满足以下关系：
LCER<0.5×HCBR。
在另一实施例中，对电极集电器端部区域在横向方向上的长度(LCER)和对电极集电器主体区域在竖直方向上的高度(HCBR)满足关系：LCER<0.4×HBR。在另一实施例中，对电极集电器端部区域在横向方向上的长度(LCER)和对电极集电器主体区域在竖直方向上的高度(HCBR)满足关系：LCER<0.3×HCBR。
在一个实施例中，电极集电器端部区域在竖直方向上的高度(HER)和电极集电器主体区域在竖直方向上的高度(HBR)满足以下关系：
HER>0.5×HBR。
在另一实施例中，电极集电器端部区域在竖直方向上的高度(HER)和电极集电器主体区域在竖直方向上的高度(HBR)满足以下关系：HER>0.7×HBR。在另一实施例中，电极集电器端部区域在竖直方向上的高度(HER)和电极集电器主体区域在竖直方向上的高度(HBR)满足关系：HER>0.9×HBR。
在一个实施例中，对电极集电器端部区域在竖直方向上的高度(HCER)和对电极集电器主体区域在竖直方向上的高度(HCBR)满足以下关系：
HCER>0.5×HCBR。
在一个实施例中，对电极集电器端部区域在竖直方向上的高度(HCER)和对电极集电器主体区域在竖直方向上的高度(HCBR)满足关系：HCER>0.7×HCBR。在另一实施例中，对电极集电器端部区域在竖直方向上的高度(HCER)和对电极集电器主体区域在竖直方向上的高度(HCBR)满足关系：HCER>0.9×HCBR。
在一个实施例中，电极集电器端部区域在横向方向上的长度(LER)和电极集电器端部区域在竖直方向上的高度(HER)满足以下关系：
LER/HER<1。
在一个实施例中，对电极集电器端部区域在横向方向上的长度(LCER)和对电极集电器端部区域在竖直方向上的高度(HCER)满足以下关系：
LCER/HCER<1。
参考图30，在一个实施例中，电极结构群110中的成员包括电极集电器端部区域811，所述电极集电器端部区域具有在纵向方向上彼此分离的相对表面800a、800b，并且其中电极集电器端部区域的相对表面中的至少一个表面包括安置在其上的导热材料层830。在一个实施例中，电极集电器端部区域811经由相对表面800a、800b中的至少一个表面电连接到电极母线191，并且其中导热材料层安置在相对表面800a、800b中的另一个表面上。在一个实施例中，对电极结构群112中的成员包括对电极集电器端部区域813，所述对电极集电器端部区域具有在纵向方向上彼此分离的相对表面801a、801b，并且其中对电极集电器端部区域的相对表面801a、801b中的至少一个表面包括安置在其上的导热材料层830。在一个实施例中，对电极集电器端部区域813经由相对表面801a、801b中的至少一个表面电连接到对电极母线193，并且其中导热材料层830安置在相对表面801a、801b中的另一个表面上。在一个实施例中，导热材料包括导热陶瓷材料，例如氧化铝。
本公开的另一方面提供一种密封二次电池单元，其包括本文公开的电极组件。如图29所示，密封二次电池102可在充电状态与放电状态之间充电，并且密封二次电池102包括气密密封外壳610。参考图1A-1D和29，在一个实施例中，二次电池单元102包括一个或多个气体容纳隔室611，所述气体容纳隔室位于电极组件106外部且在气密密封外壳610内，以容纳在二次电池单元的充电或放电期间产生的气体。在一个实施例中，所述一个或多个气体容纳隔室611包括以下中的任一个或多个：(i)横向容纳隔室611a，所述横向容纳隔室在横向方向上位于电极组件的横向端面144、146外部，以在电极组件的横向侧上将气体容纳在气密密封外壳与电极组件之间，以及(ii)纵向容纳隔室611b，所述纵向容纳隔室在纵向方向上位于电极组件的纵向端面116、118外部，以在电极组件的纵向侧上将气体容纳在气密密封外壳610与电极组件106之间。在一个实施例中，横向容纳隔室611a和纵向容纳隔室611b中的一个或多个被配置成容纳在二次电池单元的充电或放电期间从电极组件产生的一定体积VX,Y的气体，所述体积大于在二次电池单元的充电或放电期间从电极组件产生的在电极组件的竖直侧148、150上容纳于气密密封外壳610与电极组件106之间的气体的任何体积VZ。在另一实施例中，横向容纳隔室611a和纵向容纳隔室611b单独地或彼此结合地具有比电极组件的任一竖直侧148、150上气密密封外壳与电极组件之间的任何空间更大的体积。例如，在一个实施例中，气体体积Vxy是气体体积Vz的至少1.5倍、至少2倍、至少3倍、至少5倍和/或至少10倍。在另一实施例中，在电极组件的任一竖直侧上基本上不容纳任何体积的气体Vz。在一个实施例中，横向和纵向容纳隔室中的一个或多个被配置成容纳一定体积Vxy的气体，所述体积是密封二次单元的体积的至少4％。在一个实施例中，横向和纵向容纳隔室中的一个或多个被配置成容纳一定体积Vxy的气体，所述体积是密封二次单元的体积的至少5％。
为了在充电/放电循环期间限制二次电池单元的生长，如图1-2图11所示，在一个实施例中，密封二次电池单元102包括一组电极约束件108，并且其中所述一组电极约束件108包括竖直约束系统2000，所述竖直约束系统包括在竖直方向上彼此分离的第一竖直生长约束件2001和第二竖直生长约束件2002，所述第一竖直生长约束件2001和第二竖直生长约束件2002连接到电极结构群110中的成员和/或对电极结构群112中的成员，并且竖直约束系统2000能够限制电极组件106在竖直方向上的生长。
根据一个实施例，如图11-12所示，气密密封外壳610包括在竖直方向上彼此分离的相对的第一竖直侧612a和第二竖直侧612b，所述第一竖直侧612a和第二竖直侧612b中的每一者包括面向电极组件106且分别固定到第一竖直生长约束件2001和第二竖直生长约束件2002的内部竖直表面613a、613b。在一个实施例中，气密密封外壳610的第一竖直侧612a和第二竖直侧612b的内部竖直表面613a、613b通过粘附、铜焊、胶合、焊接、结合、接合、钎焊、烧结、压接、铜焊、热喷涂接合、夹持、引线结合、带状结合、超声波结合、超声波焊接、电阻焊接、激光束焊接、电子束焊接、感应焊接、冷焊、等离子喷涂、火焰喷涂和电弧喷涂中的任何一种固定到第一竖直生长约束件2001和第二竖直生长约束件2002。
本公开的另一实施例是一种对密封二次电池单元充电的方法。所述方法包括以至少1C、至少2C、至少3C、至少4C、至少6C、至少10C、至少12C、至少15C、至少18C、至少20C和/或至少30C的倍率充电，直到密封二次电池达到预定容量。在一个实施例中，所述方法包括以充电倍率充电，直到二次电池达到其额定容量的至少80％、至少85％、至少90％、至少95％和/或至少99％。在一些实施例中，密封二次电池以充电倍率充电并且放电至少200次、至少300次、至少400次、至少500次、至少600次、至少800次和/或至少1000次。在一些其它实施例中，密封二次电池包括本文公开的任何电极组件、本文公开的任何密封二次电池或其任何组合。
根据一个实施例，本文公开的密封二次电池单元具有至少500mAmp·hr、至少1Amp·hr、至少5Amp·hr、至少10Amp·hr、至少15Amp·hr、至少20Amp·hr、至少25Amp·hr、至少30Amp·hr、至少35Amp·hr和/或至少50Amp·hr的额定容量。
根据另一实施例，本文公开的电极组件106具有基本上多面体形状，所述基本上多面体形状具有基本上平坦的相对的纵向端面116、118、基本上平坦的相对的竖直表面148、150，以及基本上平坦的相对的横向表面144、146。在一些实施例中，对于本文公开的电极组件，VSA与LSA和TSA中的每一者的比率为至少5:1。
在一个实施例中，本文公开的密封二次电池包括至少700Whr/升、至少800Whr/升、至少900Whr/升、至少1000Whr/升、至少1100Whr/升或至少1200Whr/升的芯能量密度，其中所述芯能量密度被定义为密封二次电池的额定容量除以电极结构、对电极结构、隔膜以及构成密封二次电池的电极组件的任何电解质的组合重量。所述组合重量不包含所述组约束件、包装、外壳或袋等的重量。
在本文公开的电极组件中，电极结构群中的成员包括电极活性材料层，并且其中电极活性材料层包括在纵向方向上的在15微米至75微米、20微米至60微米或30微米至50微米的范围内的厚度，例如约45微米的厚度。在另一实施例中，电极结构群中的成员包括电极活性材料层，并且其中电极活性材料层包括在10％至40％、12％至30％或18％至20％的范围内的孔隙率。
根据某些方面，本文所指的孔隙率可以通过本领域普通技术人员已知的任何合适的技术来测量。例如，根据一个实施例，可以通过汞孔隙率测定技术来确定孔隙率，所述技术是通过向浸入汞中的材料样品施加不同水平的压力来表征材料孔隙率的技术。将汞侵入样品孔中所需的压力与孔的大小成反比。在Peter Klobes、Klaus Meyer和Ronald Munro于2006年9月出版的“美国国家标准与技术研究所(NIST)固体材料孔隙率和比表面积测量实践指南(National Institute of Standards and Technology(NIST)Practice Guide forPorosity and Specific Surface Area Measurements for Solid Materials)”中描述了汞孔隙率测定技术，所述指南通过引用整体并入本文。在其它实施例中，如本领域普通技术人员所理解的，可以通过使用所使用的电极活性材料层的体积以及在电极活性材料层中使用的电极活性材料的重量及其密度来计算孔隙率，将孔隙率确定为电极活性材料层的总体积的百分比，其中孔隙率是电极活性材料层的总体积与电极活性材料占据的体积(电极活性材料的重量除以其密度)之间的差。
密封二次电池单元
参考图10-13，根据本公开的实施例，提供了可在充电状态与放电状态之间充电的密封二次电池单元902。密封二次电池单元902包括作为包括聚合物外壳材料的气密密封外壳的外壳104、由气密密封外壳104包围的电极组件106、一组电极约束件108。根据某些实施例，所述密封二次电池单元的额定容量为至少100mAmp·hr。根据某些实施例，充电状态是二次电池单元的额定容量的至少75％，并且放电状态小于二次电池单元的额定容量的25％。
根据某些实施例，电极组件106具有基本上多面体形状，所述基本上多面体形状具有分别对应于假想三维笛卡尔坐标系的x轴、y轴和z轴的相互垂直的横轴、纵轴和竖轴。例如，在某些实施例中，电极组件106可以基本上包括6个基本上平坦和/或完全平坦的表面，和/或可以包括另外的平坦表面，例如8个或更多个平坦表面。在某些实施例中，电极组件还可以在例如其它平坦表面之间的拐角和/或顶点处包括弯曲部分。
根据某些实施例，并且再次参考图10-13，电极组件106包括基本上平坦的且在纵向方向上彼此分离的相对的纵向表面116、118(即第一和第二纵向端面)，以及围绕电极组件纵轴AEA且连接相对的纵向端面的侧向表面142。侧向表面142包括基本上平坦且在纵轴的相对的竖直侧上在竖直方向上彼此分离的相对的竖直表面906、908，并且包括基本上平坦且在纵轴的相对的横向侧上在横向方向上彼此分离的相对的横向表面910、912。根据一个实施例，相对的纵向表面116、118具有组合表面积LSA，相对的横向表面910、912具有组合表面积TSA，并且相对的竖直表面906、908具有组合表面积VSA，其中VSA与LSA和TSA中的每一者的比率为至少5:1。组合表面积为每个表面的表面积相加到其相对表面(例如，相对的纵向表面116、118的组合表面积为纵向表面116的表面积相加到纵向表面118的表面积)。
根据一个实施例，相对的纵向、竖直和横向表面(其为基本上平坦的)构成大于66％的组合表面积。根据一个实施例，相对的纵向、竖直和横向表面(其为基本上平坦的)构成大于75％的组合表面积。根据一个实施例，相对的纵向、竖直和横向表面(其为基本上平坦的)构成大于80％的组合表面积。根据一个实施例，相对的纵向、竖直和横向表面(其为基本上平坦的)构成大于95％的组合表面积。根据一个实施例，相对的纵向、竖直和横向表面(其为基本上平坦的)构成大于99％的组合表面积。根据一个实施例，相对的纵向、竖直和横向表面(其为基本上平坦的)构成电极组件的整个组合表面积。
此外，根据某些实施例，并且如上文关于能量储存装置和/或二次电池102类似地描述的，二次电池单元902的电极组件106包括电极结构群110、电绝缘隔膜群130和对电极结构群112，其中所述电极结构群、电绝缘隔膜群和对电极结构群中的成员在电极组件内以交替顺序布置。在一个实施例中，电极结构群、电绝缘隔膜群和对电极结构群中的成员在纵向方向上以交替顺序布置。根据一个实施例，电极结构群110中的成员包括电极活性材料层132和电极集电器136，并且对电极结构群112中的成员包括对电极活性材料层138和对电极集电器140。
参考图11，根据某些实施例，所述一组电极约束件108包括竖直约束系统2000，所述竖直约束系统包括在竖直方向上彼此分离的第一竖直生长约束件2001和第二竖直生长约束件2002，所述第一竖直生长约束件2001和第二竖直生长约束件2002连接到电极结构群110中的成员和/或对电极结构群112中的成员。根据某些实施例，竖直约束系统2000对应于本文描述的次生长约束系统152，且因此，次生长约束系统152的描述可以被认为也适用于竖直约束系统2000。例如，第一竖直生长约束件2001和第二竖直生长约束件2002可以对应于本文描述的第一次生长约束件158和第二次生长约束件160，并且电极结构群110中的成员和/或对电极结构群112中的成员可以对应于至少一个连接构件166。与上述次生长约束系统一样，竖直约束系统2000能够限制电极组件在竖直方向上的生长。连接到第一竖直生长约束件2001和第二竖直生长约束件2002的电极结构群中的成员和/或对电极结构群中的成员具有在纵向方向上测量的在5μm与50μm之间的范围内的厚度和大于100MPa的屈服强度，以利用竖直生长约束件2001、2002提供对竖直方向上的生长的限制。
此外，根据某些实施例，所述一组电极约束件108进一步包括纵向生长约束系统2010，所述纵向生长约束系统包括第一纵向约束件2012和第二纵向约束件2014，所述第一和第二纵向约束件在纵向方向上彼此分离且通过连接构件2016连接，以限制电极组件在纵向方向上的生长。根据某些实施例，纵向约束系统2010对应于本文另外描述的主生长约束系统151，且因此，主生长约束系统151的描述可以被认为也适用于纵向约束系统2010。例如，第一纵向生长约束件2012和第二纵向生长约束件2014可以对应于本文描述的第一主生长约束件154和第二主生长约束件156，并且它们可以通过对应于第一竖直生长约束件2001和第二竖直生长约束件2002的主连接构件162、164连接。
根据某些实施例，气密密封外壳104包括在竖直方向上彼此分离的相对的外部竖直表面2004、2005，并且在气密密封外壳104的外部竖直表面2004、2005的竖直相对的区域2006、2007之间在竖直方向上测量的密封二次电池单元902的厚度t1为至少1mm。根据进一步的实施例，二次电池单元902沿着竖直方向上气密密封外壳104的外部竖直表面2004、2005的竖直相对的区域2006、2007之间的导热路径2008的热导率为至少2W/m·K。
根据某些实施例，密封二次电池单元902具有至少150mAmp·hr的额定容量。根据另一实施例，密封二次电池单元902具有至少200mAmp·hr的额定容量。根据另一实施例，密封二次电池单元902具有至少400mAmp·hr的额定容量。根据另一实施例，密封二次电池单元902具有至少0.1Amp·hr的额定容量。根据另一实施例，密封二次电池单元902具有至少0.5Amp·hr的额定容量。根据另一实施例，密封二次电池单元902具有至少1Amp·hr的额定容量。根据另一实施例，密封二次电池单元902具有至少3Amp·hr的额定容量。根据另一实施例，密封二次电池单元902具有至少5Amp·hr的额定容量。
根据某些实施例，在气密密封外壳104的相对表面2004、2005的相对区域2006、2007之间在竖直方向测量的二次电池单元902的厚度为至少2mm。根据另一实施例，在气密密封外壳104的相对表面2004、2005的相对区域2006、2007之间在竖直方向测量的二次电池单元902的厚度为至少3mm。根据另一实施例，在气密密封外壳104的相对表面2004、2005的相对区域2006、2007之间在竖直方向测量的二次电池单元902的厚度为至少5mm。根据另一实施例，在气密密封外壳104的相对表面2004、2005的相对区域2006、2007之间在竖直方向测量的二次电池单元902的厚度为至少8mm。根据另一实施例，在气密密封外壳104的相对表面2004、2005的相对区域2006、2007之间在竖直方向测量的二次电池单元902的厚度为至少10mm。
根据某些实施例，二次电池单元902沿着竖直方向上气密密封外壳104的相对表面2004、2005的相对区域2006、2007之间的导热路径2008的热导率为至少3W/m·K。根据另一实施例，二次电池单元902沿着竖直方向上气密密封外壳104的相对表面2004、2005的相对区域2006、2007之间的导热路径2008的热导率为至少4W/m·K。根据另一实施例，二次电池单元902沿着竖直方向上气密密封外壳104的相对表面2004、2005的相对区域2006、2007之间的导热路径2008的热导率为至少5W/m·K。根据某些实施例，导热路径2008是沿着连接到第一竖直生长约束件2001和第二竖直生长约束件2002的电极结构群110中的成员和/或对电极结构群112中的成员的竖直方向。
根据一个实施例，气密密封外壳104包括适于将电极组件和/或电解质容纳在外壳内的聚合物材料。根据某些实施例，气密密封外壳104可以进一步包括聚合物材料与例如柔性金属材料片的其它材料的层压结构。在某些实施例中，用于外壳的聚合物和/或其它材料可以抵抗二次电池单元中使用的任何电解质的侵蚀，并且可以用于将此类电解质容纳在单元内。在一个实施例中，气密密封外壳104包括由聚合物材料片制成的层压结构，其间安置柔性金属材料片。在一个实施例中，气密密封外壳104包括由聚丙烯片、铝片和尼龙片制成的层压结构，其中铝片位于聚丙烯片与尼龙聚合物片之间。气密密封外壳104可以是具有聚合物材料的气密密封袋的形式，例如由柔性袋材料制成的气密密封袋。根据某些实施例，第一竖直生长约束件2001和第二竖直生长约束件2002可以包括本文中针对主生长约束系统151和次生长约束系统152中的任一者指定的任何材料，例如金属、合金、陶瓷、玻璃、塑料或其组合中的任何一种。在一个实施例中，第一和第二竖直生长约束件包括不锈钢和铝中的任何一种或多种。
根据一个实施例，第一和第二竖直生长约束件具有至少70MPa的屈服强度。根据一个实施例，第一和第二竖直生长约束件具有至少100MPa的屈服强度。根据另一实施例，第一和第二竖直生长约束件具有至少150MPa的屈服强度。根据另一实施例，第一和第二竖直生长约束件具有至少200MPa的屈服强度。根据另一实施例，第一和第二竖直生长约束件具有至少300MPa的屈服强度。根据另一实施例，第一和第二竖直生长约束件具有至少500MPa的屈服强度。
根据一个实施例，第一和第二竖直生长约束件具有至少70MPa的拉伸强度。根据一个实施例，第一和第二竖直生长约束件具有至少100MPa的拉伸强度。根据另一实施例，第一和第二竖直生长约束件具有至少150MPa的拉伸强度。根据另一实施例，第一和第二竖直生长约束件具有至少200MPa的拉伸强度。根据另一实施例，第一和第二竖直生长约束件具有至少300MPa的拉伸强度。根据另一实施例，第一和第二竖直生长约束件具有至少500MPa的拉伸强度。
根据一个实施例，第一和第二纵向生长约束件具有至少70MPa的屈服强度。根据一个实施例，第一和第二纵向生长约束件具有至少100MPa的屈服强度。在另一实施例中，第一和第二纵向生长约束件具有至少150MPa的屈服强度。在另一实施例中，第一和第二纵向生长约束件具有至少200MPa的屈服强度。在另一实施例中，第一和第二纵向生长约束件具有至少300MPa的屈服强度。在另一实施例中，第一和第二纵向生长约束件具有至少500MPa的屈服强度。
根据一个实施例，第一和第二纵向生长约束件具有至少70MPa的拉伸强度。根据一个实施例，第一和第二纵向生长约束件具有至少100MPa的拉伸强度。在另一实施例中，第一和第二纵向生长约束件具有至少150MPa的拉伸强度。在另一实施例中，第一和第二纵向生长约束件具有至少200MPa的拉伸强度。在另一实施例中，第一和第二纵向生长约束件具有至少300MPa的拉伸强度。在另一实施例中，第一和第二纵向生长约束件具有至少500MPa的拉伸强度。
根据一个实施例，连接到第一和第二竖直生长约束件的电极结构群中的成员和/或对电极结构群中的成员具有大于70MPa的屈服强度。在另一实施例中，连接到第一和第二竖直生长约束件的电极结构群中的成员和/或对电极结构群中的成员具有大于100MPa的屈服强度。在另一实施例中，连接到第一和第二竖直生长约束件的电极结构群中的成员和/或对电极结构群中的成员具有大于150MPa的屈服强度。在另一实施例中，连接到第一和第二竖直生长约束件的电极结构群中的成员和/或对电极结构群中的成员具有大于200MPa的屈服强度。在另一实施例中，连接到第一和第二竖直生长约束件的电极结构群中的成员和/或对电极结构群中的成员具有大于300MPa的屈服强度。在另一实施例中，连接到第一和第二竖直生长约束件的电极结构群中的成员和/或对电极结构群中的成员具有大于500MPa的屈服强度。
根据一个实施例，连接到第一和第二竖直生长约束件的电极结构群中的成员和/或对电极结构群中的成员具有大于70MPa的拉伸强度。在另一实施例中，连接到第一和第二竖直生长约束件的电极结构群中的成员和/或对电极结构群中的成员具有大于100MPa的拉伸强度。在另一实施例中，连接到第一和第二竖直生长约束件的电极结构群中的成员和/或对电极结构群中的成员具有大于150MPa的拉伸强度。在另一实施例中，连接到第一和第二竖直生长约束件的电极结构群中的成员和/或对电极结构群中的成员具有大于200MPa的拉伸强度。在另一实施例中，连接到第一和第二竖直生长约束件的电极结构群中的成员和/或对电极结构群中的成员具有大于300MPa的拉伸强度。在另一实施例中，连接到第一和第二竖直生长约束件的电极结构群中的成员和/或对电极结构群中的成员具有大于500MPa的拉伸强度。
根据一个实施例，第一竖直生长约束件2001和第二竖直生长约束件2002连接到电极结构群和/或对电极结构群中的成员的上表面和下表面。例如，第一竖直生长约束件2001和第二竖直生长约束件2002可以连接到在竖直方向上分离的电极结构群中的成员的上端面500a和下端面500b，和/或在竖直方向上分离的对电极结构的上端面501a和下端面501b。根据另一实施例，第一竖直生长约束件2001和第二竖直生长约束件2002可以连接到在竖直方向上分离的隔膜130的上端面502a和或下端面502b。在一个实施例中，第一和第二竖直生长约束件连接到电极结构群中的成员的电极集电器的上表面和下表面，和/或对电极群中的成员的对电极集电器的上表面和下表面。例如，在一个实施例中，电极集电器和/或对电极集电器连接到第一竖直生长约束件2001和第二竖直生长约束件2002，并且包括在纵向方向上测量的在5μm与50μm之间的范围内的厚度和大于100MPa的屈服强度，以提供对竖直方向上的生长的限制。在一个实施例中，电极集电器连接到第一竖直生长约束件2001和第二竖直生长约束件2002，并且包括在纵向方向上测量的在5μm与50μm之间的范围内的厚度和大于100MPa的屈服强度。电极集电器和/或对电极集电器还可以具有本文另外描述的任何屈服强度和/或拉伸强度，其适合于连接到上侧壁和下侧壁的电极结构群和/或对电极结构群中的成员。
根据一个实施例，包括第一竖直生长约束件2001和第二竖直生长约束件2002的竖直约束系统2000约束在竖直方向上的生长，使得电极组件的费雷特直径的任何增加在20次连续循环内小于2％。在另一实施例中，包括第一竖直生长约束件2001和第二竖直生长约束件2002的竖直约束系统2000约束在竖直方向上的生长，使得电极组件的费雷特直径的任何增加在30次连续循环内小于2％。在另一实施例中，包括第一竖直生长约束件2001和第二竖直生长约束件2002的竖直约束系统2000约束在竖直方向上的生长，使得电极组件的费雷特直径的任何增加在50次连续循环内小于2％。在另一实施例中，包括第一竖直生长约束件2001和第二竖直生长约束件2002的竖直约束系统2000约束在竖直方向上的生长，使得电极组件的费雷特直径的任何增加在80次连续循环内小于2％。在另一实施例中，包括第一竖直生长约束件2001和第二竖直生长约束件2002的竖直约束系统2000约束在竖直方向上的生长，使得电极组件的费雷特直径的任何增加在100次连续循环内小于2％。
根据某些实施例，第一竖直生长约束件2001和第二竖直生长约束件2002包括至少10000psi(大于70Mpa)的拉伸强度。根据另一实施例，第一纵向约束件2012和第二纵向约束件2014包括至少10000psi(大于70Mpa)的拉伸强度。在一个实施例中，第一和第二纵向约束件在纵向方向上测量的厚度为至少150μm。在另一实施例中，第一纵向约束件2012和第二纵向约束件2014在纵向方向上测量的厚度为至少250μm。在另一实施例中，第一纵向约束件2012和第二纵向约束件2014在纵向方向上测量的厚度为至少400μm。
根据一个实施例，电极结构群中的成员和/或对电极结构群中的成员通过粘附、胶合、焊接、结合、接合、钎焊、烧结、压接、铜焊、热喷涂接合、夹持、引线结合、带状结合、超声波结合、超声波焊接、电阻焊接、激光束焊接、电子束焊接、感应焊接、冷焊、等离子喷涂、火焰喷涂和电弧喷涂中的一种或多种中的任何一种或多种连接到第一竖直生长约束件2001和第二竖直生长约束件2002。在一个实施例中，电极结构群中的成员和/或对电极结构群中的成员的相对的竖直表面通过粘合剂连接到第一和第二竖直生长约束件200、2001。
参考图9，与其它二次电池单元(图7和8)相比，本公开的各方面提供了用于在电池循环期间散热的有效导热路径(空心箭头表示二次电池单元内部的热路径，且实线表示用于冷却二次电池单元外部的冷却路径)。如图9可见，根据本文的各方面，沿着电极结构和/或对电极结构向二次电池的最大表面积表面(即竖直表面)提供直接导热路径，使得这些表面的冷却能去除大量热量。相反，在图7-8中，排热路径穿过电极组件的许多不同层，使得热量不能有效地传送到二次电池单元的表面。在图11所示的实施例中，示例性外壳104可以包括两个部分：顶盖1302和底部保持器1303。这两个部分可以在竖直方向上重叠(图11和12)并且彼此密封，其中密封件向上折叠并且抵靠密封二次电池单元的侧面。
电极110群和对电极112群中的成员可以包含能够吸收和释放如锂、钠、钾、钙、镁或铝离子等载体离子的电活性材料。在一些实施例中，电极结构110群中的成员包含阳极活性电活性材料(有时称为负极)，并且对电极结构112群中的成员包含阴极活性电活性材料(有时称为正极)。在其它实施例中，电极结构110群中的成员包含阴极活性电活性材料，并且对电极结构112群中的成员包括阳极活性电活性材料。在本段落中列举的实施例和实例中的每个实施例和实例中，负极活性材料可以是例如微粒聚集体电极、由微粒材料如通过形成微粒材料的浆料并浇铸成层状而形成的电极活性材料、或单片电极。
根据一个实施例，在与电极组件106的阳极相对应的电极结构110中使用的电极活性材料包括在二次电池102和/或电极组件106的充电期间在将载体离子插入到电极活性材料中时膨胀的材料。例如，电极活性材料可以包括阳极活性材料，所述阳极活性材料在二次电池充电期间如通过嵌入载体离子或与载体离子合金化而接受载体离子，所述阳极活性材料的量足以产生电极活性材料的体积的增加。例如，在一个实施例中，电极活性材料可以包括当将二次电池102从放电状态充电至充电状态时具有每摩尔电极活性材料接受多于1摩尔载体离子的能力的材料。进一步举例来说，电极活性材料可以包括具有每摩尔电极活性材料接受1.5摩尔或更多摩尔的载体离子，如每摩尔电极活性材料接受2.0摩尔或更多摩尔的载体离子，并且甚至每摩尔电极活性材料接受2.5摩尔或更多摩尔的载体离子，如每摩尔电极活性材料接受3.5摩尔或更多摩尔的载体离子的能力的材料。电极活性材料所接受的载体离子可以是锂、钾、钠、钙和镁中的至少一种。膨胀以提供这种体积变化的电极活性材料的实例包含以下中的一种或多种：硅(例如，SiO)、铝、锡、锌、银、锑、铋、金、铂、锗、钯以及其合金和化合物。例如，在一个实施例中，电极活性材料可以包括呈微粒形式的含硅材料，如微粒硅、微粒氧化硅以及其混合物中的一种或多种。在又另一个实施例中，电极活性材料可以包括表现出较小或甚至可忽略的体积变化的材料。例如，在一个实施例中，电极活性材料可以包括含碳材料，如石墨。在又另一个实施例中，电极结构包括锂金属层，所述锂金属层可以用作电极集电器，并且在充电过程中，电极活性材料经由载体离子转移到锂金属层而沉积在所述锂金属层上。
示例性阳极活性电活性材料包含碳材料，如石墨和软碳或硬碳、或能够与锂形成合金的一系列金属、半金属、合金、氧化物和化合物中的任一种。能够构成阳极材料的金属或半金属的具体实例包含石墨、锡、铅、镁、铝、硼、镓、硅、Si/C复合物、Si/石墨共混物、SiOx、多孔Si、金属间Si合金、铟、锆、锗、铋、镉、锑、银、锌、砷、铪、钇、锂、钠、石墨、碳、钛酸锂、钯以及其混合物。在一个示例性实施例中，阳极活性材料包括铝、锡或硅、或其氧化物、其氮化物、其氟化物、或其其它合金。在另一示例性实施例中，阳极活性材料包括硅、氧化硅或其合金。
在又另外的实施例中，阳极活性材料可以包括锂金属、锂合金、碳、石油焦炭、活性碳、石墨、硅化合物、锡化合物以及其合金。在一个实施例中，阳极活性材料包括碳，例如不可石墨化的碳、石墨基碳等；金属复合氧化物，例如LixFe2O3(0≦x≦1)、LixWO2(0≦x≦1)、SnxMe1-xMe′yOz(Me：Mn、Fe、Pb、Ge；Me′：Al、B、P、Si、元素周期表中第1族、第2族和第3族的元素、卤素；0<x≦1；1≦y≦3；1≦z≦8)等；锂金属；锂合金；硅基合金；锡基合金；金属氧化物，例如SnO、SnO2、PbO、PbO2、Pb2O3、Pb3O4、Sb2O3、Sb2O4、Sb2O5、GeO、GeO2、Bi2O3、Bi2O4、Bi2O5等；导电聚合物，例如聚乙炔；Li—Co—Ni基材料等。在一个实施例中，阳极活性材料可以包括基于碳的活性材料，所述基于碳的活性材料包含结晶石墨(如天然石墨、合成石墨等)和无定形碳(如软碳、硬碳等)。适于阳极活性材料的碳材料的其它实例可以包括石墨、基什石墨(Kish graphite)、热解碳、基于中间相沥青的碳纤维、中间相碳微珠、中间相沥青、石墨化碳纤维和高温烧结碳，如石油或煤焦油沥青衍生的焦炭。在一个实施例中，负极活性材料可以包括氧化锡、硝酸钛和硅。在另一个实施例中，负极可以包括锂金属(如锂金属膜)或锂合金，如锂与一种或多种选自由以下组成的组的金属的合金：Na、K、Rb、Cs、Fr、Be、Mg、Ca、Sr、Ba、Ra、Al和Sn。在又另一个实施例中，阳极活性材料可以包括能够与锂合金化和/或嵌入锂的金属化合物，如Si、Al、C、Pt、Sn、Pb、Ir、Ni、Cu、Ti、Na、K、Rb、Cs、Fr、Be、Ca、Sr、Sb、Ba、Ra、Ge、Zn、Bi、In、Mg、Ga、Cd、Si合金、Sn合金、Al合金等；能够掺杂和去掺杂锂离子的金属氧化物，例如SiOv(0<v<2)、SnO2、氧化钒或氧化锂钒；以及包含金属化合物和碳材料的复合物，例如Si—C复合物或Sn—C复合物。例如，在一个实施例中，能够与锂合金化/嵌入锂的材料可以是金属，例如锂、铟、锡、铝或硅或其合金；过渡金属氧化物，例如Li4/3Ti5/3O4或SnO；以及含碳材料，例如人造石墨、石墨碳纤维、树脂煅烧碳、热分解气相生长碳、软木、中间相碳微珠(“MCMB”)、糠醇树脂煅烧碳、多并苯、基于沥青的碳纤维、气相生长碳纤维或天然石墨。在又另一个实施例中，负极活性材料可以包括适于如钠或镁等载体离子的组合物。例如，在一个实施例中，负极活性材料可以包括分层含碳材料；以及安置在分层含碳材料的各层之间的式NaxSny-zMz的组合物，其中M是Ti、K、Ge、P或其组合，并且0<x≤15，1≤y≤5且0≤z≤1。
在一个实施例中，负极活性材料可以进一步包括导电材料和/或导电助剂，如基于碳的材料、碳黑、石墨、石墨烯、活性碳、碳纤维、碳黑，如乙炔黑、科琴黑、槽黑(channelblack)、炉黑、灯黑、热裂炭黑(thermal black)等；导电性纤维，如碳纤维、金属纤维等；导电管，如碳纳米管等；金属粉末，如氟化碳粉末、铝粉末、镍粉末等；导电晶须，如氧化锌、钛酸钾等；导电金属氧化物，如氧化钛等；或导电材料，如聚亚苯基衍生物等。另外，还可以使用金属纤维，如金属网；金属粉末，如铜、银、镍和铝；或有机导电材料，如聚亚苯基衍生物。在又另一个实施例中，可以提供粘结剂，如以下中的一种或多种可以单独使用或作为混合物使用：聚乙烯、聚环氧乙烷、聚丙烯、聚四氟乙烯(PTFE)、聚偏二氟乙烯(PVDF)、苯乙烯-丁二烯橡胶、四氟乙烯-全氟烷基乙烯基醚共聚物、偏二氟乙烯-六氟丙烯共聚物、偏二氟乙烯-氯三氟乙烯共聚物、乙烯-四氟乙烯共聚物、聚氯三氟乙烯、偏二氟乙烯-五氟丙烯共聚物、丙烯-四氟乙烯共聚物、乙烯-氯三氟乙烯共聚物、偏二氟乙烯-六氟丙烯-四氟乙烯共聚物、偏二氟乙烯-全氟甲基乙烯基醚-四氟乙烯共聚物、乙烯-丙烯酸共聚物等。
示例性阴极活性材料包含宽范围的阴极活性材料中的任一种。例如，对于锂离子电池，阴极活性材料可以包括选自以下的阴极材料：可以选择性地使用过渡金属氧化物、过渡金属硫化物、过渡金属氮化物、锂过渡金属氧化物、锂过渡金属硫化物和锂过渡金属氮化物。过渡金属氧化物、过渡金属硫化物和过渡金属氮化物的过渡金属元素可以包含具有d-壳层或f-壳层的金属元素。这种金属元素的具体实例是Sc、Y、镧系元素、锕系元素、Ti、Zr、Hf、V、Nb、Ta、Cr、Mo、W、Mn、Tc、Re、Fe、Ru、Os、Co、Rh、Ir、Ni、Pb、Pt、Cu、Ag和Au。另外的阴极活性材料包含LiCoO2、LiNi0.5Mn1.5O4、Li(NixCoyAlz)O2、LiFePO4、Li2MnO4、V2O5、钼氧硫化物、磷酸盐、硅酸盐、钒酸盐、硫、硫化合物、氧(空气)、Li(NixMnyCoz)O2及其组合。此外，用于阴极活性材料层的化合物可以包括含锂化合物，所述含锂化合物进一步包括金属氧化物或金属磷酸盐，例如包括锂、钴和氧的化合物(例如，LiCoO2)，包括锂、锰和氧的化合物(例如，LiMn2O4)以及包括锂铁和磷酸盐的化合物(例如，LiFePO)。在一个实施例中，阴极活性材料包括以下中的至少一种：锂锰氧化物、锂钴氧化物、锂镍氧化物、锂铁磷酸盐或由上述氧化物的组合形成的复合氧化物。在另一实施例中，阴极活性材料可以包括以下中的一种或多种：锂钴氧化物(LiCoO2)、锂镍氧化物(LiNiO2)等，或具有一种或多种过渡金属的经取代化合物；锂锰氧化物，例如Li1+xMn2-xO4(其中x为0至0.33)、LiMnO3、LiMn2O3、LiMnO2等；锂铜氧化物(Li2CuO2)；钒氧化物，例如LiV3O8、LiFe3O4、V2O5、Cu2V2O7等；由化学式LiNi1-xMxO2(其中M＝Co、Mn、Al、Cu、Fe、Mg、B或Ga，并且x＝0.01至0.3)表示的Ni位型锂镍氧化物；由化学式LiMn2-xMxO2(其中M＝Co、Ni、Fe、Cr、Zn或Ta，并且x＝0.01至0.1)或Li2Mn3MO8(其中M＝Fe、Co、Ni、Cu或Zn)表示的锂锰复合氧化物；LiMn2O4，其中一部分Li经碱土金属离子取代；二硫化物；Fe2(MoO4)3等。在一个实施例中，阴极活性材料可以包括具有式Li1+aFe1-xM′x(PO4-b)Xb的橄榄石晶体结构的锂金属磷酸盐，其中M'是选自以下中的至少一种：Al、Mg、Ni、Co、Mn、Ti、Ga、Cu、V、Nb、Zr、Ce、In、Zn和Y，X是选自F、S和N中的至少一种，-0.5≤a≤+0.5，0≤x≤0.5且0≤b≤0.1，例如以下中的至少一种：LiFePO4、Li(Fe,Mn)PO4、Li(Fe,Co)PO4、Li(Fe,Ni)PO4等。在一个实施例中，阴极活性材料包括以下中的至少一种：LiCoO2、LiNiO2、LiMnO2、LiMn2O4、LiNi1-yCoyO2、LiCo1-yMnyO2、LiNi1-yMnyO2(0≤y≤1)、Li(NiaCobMnc)O4(0<a<2，0<b<2，0<c<2且a+b+c＝2)、LiMn2-zNizO4、LiMn2-zCozO4(0<z<2)、LiCoPO4和LiFePO4，或其两种或多种的混合物。
在又另一个实施例中，阴极活性材料可以包括元素硫(S8)、硫系列化合物或其混合物。具体地，硫系列化合物可以是Li2Sn(n≥1)、有机硫化合物、碳-硫聚合物((C2Sx)n：x＝2.5至50，n≥2)等。在又另一个实施例中，阴极活性材料可以包括锂与锆的氧化物。
在又另一个实施例中，阴极活性材料可以包括锂和金属(例如钴、锰、镍或其组合)的至少一种复合氧化物，并且其实例为LiaA1-bMbD2(其中，0.90≤a≤1且0≤b≤0.5)；LiaE1- bMbO2-cDc(其中，0.90≤a≤1，0≤b≤0.5且0≤c≤0.05)；LiE2-bMbO4-cDc(其中，0≤b≤0.5且0≤c≤0.05)；LiaNi1-b-cCobMcDa(其中，0.90≤a≤1，0≤b≤0.5，0≤c≤0.05且0<a≤2)；LiaNi1-b-cCobMcO2-aXa(其中，0.90≤a≤1，0≤b≤0.5，0≤c≤0.05且0<a<2)；LiaNi1-b- cCobMcO2-aX2(其中，0.90≤a≤1，0≤b≤0.5，0≤c≤0.05且0<a<2)；LiaNi1-b-cMnbMcDa(其中，0.90≤a≤1，0≤b≤0.5，0≤c≤0.05且0<a≤2)；LiaNi1-b-cMnbMcO2-aXa(其中，0.90≤a≤1，0≤b≤0.5，0≤c≤0.05且0<a<2)；LiaNi1-b-cMnbMcO2-aX2(其中，0.90≤a≤1，0≤b≤0.5，0≤c≤0.05且0<a<2)；LiaNibEcGdO2(其中，0.90≤a≤1，0≤b≤0.9，0≤c≤0.5且0.001≤d≤0.1)；LiaNibCocMndGeO2(其中，0.90≤a≤1，0≤b≤0.9，0≤c≤0.5，0≤d≤0.5且0.001≤e≤0.1)；LiaNiGbO2(其中，0.90≤a≤1且0.001≤b≤0.1)；LiaCoGbO2(其中，0.90≤a≤1且0.001≤b≤0.1)；LiaMnGbO2(其中，0.90≤a≤1且0.001≤b≤0.1)；LiaMn2GbO4(其中，0.90≤a≤1且0.001≤b≤0.1)；QO2；QS2；LiQS2；V2O5；LiV2O5；LiX′O2；LiNiVO4；Li(3-f)J2(PO4)3(0≤f≤2)；Li(3-f)Fe2(PO4)3(0≤f≤2)和LiFePO4。在以上式中，A为Ni、Co、Mn或其组合；M为Al、Ni、Co、Mn、Cr、Fe、Mg、Sr、V、稀土元素或其组合；D为O、F、S、P或其组合；E为Co、Mn或其组合；X为F、S、P或其组合；G为Al、Cr、Mn、Fe、Mg、La、Ce、Sr、V或其组合；Q为Ti、Mo、Mn或其组合；X′为Cr、V、Fe、Sc、Y或其组合；且J为V、Cr、Mn、Co、Ni、Cu或其组合。例如，可以使用LiCoO2、LiMnxO2x(x＝1或2)、LiNi1-xMnxO2x(0<x<1)、LiNi1-x-yCoxMnyO2(0≤x≤0.5，0≤y≤0.5)或FePO4。在一个实施例中，阴极活性材料包括以下中的至少一种：锂化合物，如锂钴氧化物、锂镍氧化物、锂镍钴氧化物、锂镍钴铝氧化物、锂镍钴锰氧化物、锂锰氧化物或锂铁磷酸盐；硫化镍；硫化铜；硫；氧化铁；或氧化钒。
在一个实施例中，阴极活性材料可以包括含钠材料，例如以下中的至少一种：式NaM1 aO2的氧化物，例如NaFeO2、NaMnO2、NaNiO2或NaCoO2；或由式NaMn1-aM1 aO2表示的氧化物，其中M1是至少一种过渡金属元素，且0≤a<1。代表性正活性材料包含Na[Ni1/2Mn1/2]O2、Na2/3[Fe1/2Mn1/2]O2等；由Na0.44Mn1-aM1 aO2表示的氧化物；由Na0.7Mn1-aM1 a O2.05表示的氧化物(其中，M1是至少一种过渡金属元素，且0≤a<1)；由NabM2 cSi12O30表示的氧化物，如Na6Fe2Si12O30或Na2Fe5Si12O(其中，M2是至少一种过渡金属元素，2≤b≤6且2≤c≤5)；由NadM3 eSi6O18表示的氧化物，如Na2Fe2Si6O18或Na2MnFeSi6O18(其中，M3是至少一种过渡金属元素，3≤d≤6且1≤e≤2)；由NafM4 gSi2O6表示的氧化物，如Na2FeSiO6(其中，M4是选自过渡金属元素镁(Mg)和铝(Al)中的至少一种元素，1≤f≤2且1≤g≤2)；磷酸盐，例如NaFePO4、Na3Fe2(PO4)3、Na3V2(PO4)3、Na4Co3(PO4)2P2O7等；硼酸盐，例如NaFeBO4或Na3Fe2(BO4)3；由NahM5F6表示的氟化物，例如Na3FeF6或Na2MnF6(其中，M5是至少一种过渡金属元素，且2≤h≤3)；氟磷酸盐，例如Na3V2(PO4)2F3、Na3V2(PO4)2FO2等。正活性材料不限于前述内容，并且可以使用在本领域中使用的任何合适的正活性材料。在一个实施例中，正活性材料优选地包括层状氧化物阴极材料，例如NaMnO2、Na[Ni1/2Mn1/2]O2和Na2/3[Fe1/2Mns1/2]O2；磷酸盐阴极，例如Na3V2(PO4)3和Na4Co3(PO4)2P2O7；或氟磷酸盐阴极，例如Na3V2(PO4)2F3和Na3V2(PO4)2FO2。
在一个实施例中，电极集电器可以包括负极集电器，并且可以包括合适的导电材料，如金属材料。例如，在一个实施例中，负极集电器可以包括以下中的至少一种：铜；镍；铝；不锈钢；钛；钯；烘焙碳(baked carbon)；煅烧碳；铟；铁；镁；钴；锗；锂；铜或不锈钢与碳、镍、钛、银、铝镉合金和/或其其它合金的经表面处理的材料。作为另一个实例，在一个实施例中，负极集电器包括以下中的至少一种：铜；不锈钢；铝；镍；钛；烘焙碳；铜或不锈钢与碳、镍、钛、银、铝镉合金和/或其其它合金的经表面处理的材料。在一个实施例中，负极集电器包括铜和不锈钢中的至少一种。
在一个实施例中，对电极集电器可以包括正极集电器，并且可以包括合适的导电材料，例如金属材料。在一个实施例中，正极集电器包括以下中的至少一种：不锈钢；铝；镍；钛；烘烤碳；烧结碳；铝或不锈钢与碳、镍、钛、银和/或其合金的经表面处理的材料。在一个实施例中，正极集电器包括铝。
在又另一个实施例中，阴极活性材料可以进一步包括导电助剂和/或粘结剂中的一个或多个，所述导电助剂和/或粘结剂例如可以是本文针对阳极活性材料所述的导电助剂和/或粘结剂中的任何导电助剂和/或粘结剂。
根据某些实施例，电绝缘隔膜层130可以使电极结构110群中的每个成员与对电极结构112群中的每个成员电绝缘。电绝缘隔膜层被设计成防止电短路，同时还允许在电化学电池单元中电流通过期间传输闭合电路所需的离子电荷载体。在一个实施例中，电绝缘隔膜层是微孔的，并且被电解质，例如非水液体或凝胶电解质渗透。可替代地，电绝缘隔膜层可以包括固体电解质，即，固体离子导体，其可以用作隔膜和电池中的电解质两者。
在某些实施例中，电绝缘隔膜层130通常将包含微孔隔膜材料，所述微孔隔膜材料可以被非水电解质渗透；例如，在一个实施例中，微孔隔膜材料包含直径为至少更通常地在约/>的范围内并且孔隙率在约25％至约75％的范围内、更通常地在约35％至55％的范围内的孔。另外，微孔隔膜材料可以被非水电解质渗透，以允许载体离子在电极群与对电极群中的邻近成员之间传导。在某些实施例中，例如，并且忽略微孔隔膜材料的孔隙率，在充电或放电循环期间，用于离子交换的电极结构110群中的成员与对电极结构112群中的最近成员(即，“邻近对”)之间的电绝缘隔膜材料的至少70体积％是微孔隔膜材料；换言之，微孔隔膜材料构成在电极结构110群中的成员与对电极结构112群中的最近成员之间的电绝缘材料的至少70体积％。
在一个实施例中，微孔隔膜材料包括微粒材料和粘结剂，并且所述微孔隔膜材料的孔隙率(空隙分数)为至少约20体积％。微孔隔膜材料的孔将具有至少的直径并且通常将落入约/>至/>的范围内。微孔隔膜材料的孔隙率通常小于约75％。在一个实施例中，微孔隔膜材料的孔隙率(空隙分数)为至少约25体积％。在一个实施例中，微孔隔膜材料的孔隙率为约35％至55％。
用于微孔隔膜材料的粘结剂可以选自宽范围的无机材料或聚合物材料。例如，在一个实施例中，粘结剂可以是有机聚合物材料，如衍生自含有偏二氟乙烯、六氟丙烯、四氟丙烯等的单体的含氟聚合物。在另一个实施例中，粘结剂是聚烯烃，如聚乙烯、聚丙烯或聚丁烯，所述聚烯烃具有任何范围的不同分子量和密度。在另一个实施例中，粘结剂选自由以下组成的组：乙烯-二烯-丙烯三元共聚物、聚苯乙烯、聚甲基丙烯酸甲酯、聚乙二醇、聚乙酸乙烯酯、聚乙烯醇缩丁醛、聚缩醛和聚乙二醇二丙烯酸酯。在另一个实施例中，粘结剂选自由以下组成的组：甲基纤维素、羧甲基纤维素、苯乙烯橡胶、丁二烯橡胶、苯乙烯-丁二烯橡胶、异戊二烯橡胶、聚丙烯酰胺、聚乙烯醚、聚丙烯酸、聚甲基丙烯酸、聚丙烯腈、聚偏二氟乙烯聚丙烯腈和聚环氧乙烷。在另一个实施例中，粘结剂选自由以下组成的组：丙烯酸酯、苯乙烯、环氧树脂和硅酮。其它合适的粘结剂可以选自聚偏二氟乙烯-共-六氟丙烯、聚偏二氟乙烯-共-三氯乙烯、聚甲基丙烯酸甲酯、聚丙烯腈、聚乙烯吡咯烷酮、聚乙酸乙烯酯、聚乙烯-共-乙酸乙烯酯、聚环氧乙烷、乙酸纤维素、乙酸丁酸纤维素、乙酸丙酸纤维素、氰乙基支链淀粉、氰乙基聚乙烯醇、氰乙基纤维素、氰乙基蔗糖、支链淀粉、羧甲基纤维素、丙烯腈-苯乙烯-丁二烯共聚物、聚酰亚胺或其混合物。在又另一个实施例中，粘结剂可以选自以下中的任一种：聚偏二氟乙烯-六氟丙烯、聚偏二氟乙烯-三氯乙烯、聚甲基丙烯酸甲酯、聚丙烯腈、聚乙烯吡咯烷酮、聚乙酸乙烯酯、乙烯乙酸乙烯酯共聚物、聚环氧乙烷、乙酸纤维素、乙酸丁酸纤维素、乙酸丙酸纤维素、氰乙基支链淀粉、氰乙基聚乙烯醇、氰乙基纤维素、氰乙基蔗糖、支链淀粉、羧甲基纤维素、丙烯腈苯乙烯丁二烯共聚物、聚酰亚胺、聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚对苯二甲酸丁二醇酯、聚酯、聚缩醛、聚酰胺、聚醚醚酮、聚醚砜、聚苯醚、聚苯硫醚、聚乙烯萘和/或其组合。在另一个实施例中，粘结剂是上述聚合物中的两种或更多种聚合物的共聚物或共混物。
微孔隔膜材料所包括的微粒材料也可以选自宽范围的材料。一般来说，此类材料在操作温度下具有相对低的电子和离子电导率，并且在接触微孔隔膜材料的电池电极或集电器的操作电压下不会腐蚀。例如，在一个实施例中，微粒材料的载体离子(例如，锂)电导率小于1×10-4S/cm。进一步举例来说，在一个实施例中，微粒材料的载体离子电导率小于1×10-5S/cm。进一步举例来说，在一个实施例中，微粒材料的载体离子电导率小于1×10-6S/cm。例如，在一个实施例中，微粒材料是选自由以下组成的组的无机材料：硅酸盐、磷酸盐、铝酸盐、硅铝酸盐和氢氧化物，如氢氧化镁、氢氧化钙等。示例性微粒材料包含微粒聚乙烯、聚丙烯、TiO2-聚合物复合物、二氧化硅气凝胶、气相二氧化硅、硅胶、二氧化硅水凝胶、二氧化硅干凝胶、硅溶胶、胶体二氧化硅、氧化铝、二氧化钛、氧化镁、高岭土、滑石、硅藻土、硅酸钙、硅酸铝、碳酸钙、碳酸镁或其组合。例如，在一个实施例中，微粒材料包括微粒氧化物或氮化物，例如TiO2、SiO2、Al2O3、GeO2、B2O3、Bi2O3、BaO、ZnO、ZrO2、BN、Si3N4、Ge3N4。参见例如，P.Arora和J.Zhang“电池隔膜(Battery Separators)”《化学综述(Chemical Reviews)》2004,104,4419-4462)。其它合适的颗粒可以包括BaTiO3、Pb(Zr,Ti)O3(PZT)、Pb1-xLaxZr1- yTiyO3(PLZT)、PB(Mg3Nb2/3)O3—PbTiO3(PMN—PT)、铪(HfO2)、SrTiO3、SnO2、CeO2、MgO、NiO、CaO、ZnO、ZrO2、Y2O3、Al2O3、TiO2、SiC或其混合物。在一个实施例中，微粒材料的平均粒径将为约20nm至2微米、更通常地200nm至1.5微米。在一个实施例中，微粒材料的平均粒径为约500nm至1微米。
在又另一个实施例中，电绝缘隔膜130包括固体电解质，例如，如在固态电池中。一般而言，固体电解质可以促进载体离子的传输，而不需要添加液体或凝胶电解质。根据某些实施例，在提供固体电解质的情况下，固体电解质本身可以能够在电极之间提供绝缘并且允许载体离子穿过其中，并且可以不需要添加渗透结构的液体电解质。
在一个实施例中，二次电池102可以包括电解质，所述电解质可以是有机液体电解质、无机液体电解质、水性电解质、非水电解质、固体聚合物电解质、固体陶瓷电解质、固体玻璃电解质、石榴石电解质、凝胶聚合物电解质、无机固体电解质、熔融型无机电解质等中的任一种。还可以提供具有或不具有液体电解质的电绝缘隔膜130的其它布置和/或配置。在一个实施例中，固体电解质可以包括陶瓷或玻璃材料，其能够提供电绝缘，同时还传导载体离子穿过其中。离子导电材料的实例可以包含石榴石材料、硫化物玻璃、锂离子导电玻璃陶瓷或磷酸盐陶瓷材料。在一个实施例中，固体聚合物电解质可以包括由以下形成的聚合物中的任何聚合物：基于聚环氧乙烷(PEO)的聚合物、基于聚乙酸乙烯酯(PVA)的聚合物、基于聚乙烯亚胺(PEI)的聚合物、基于聚偏二氟乙烯(PVDF)的聚合物、基于聚丙烯腈(PAN)的聚合物、LiPON(锂磷氧氮化物)的聚合物以及基于聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)的聚合物或其共聚物。在另一实施例中，可以提供硫化物基固体电解质，例如包括锂和/或磷中至少一种的硫化物基固体电解质，例如Li2S和P2S5中的至少一种，和/或其它硫化物，例如SiS2、GeS2、Li3PS4、Li4P2S7、Li4SiS4、Li2S—P2S5和50Li4SiO4.50Li3BO3和/或B2S3。固体电解质的其它实施例可以包含锂(Li)的氮化物、卤化物和硫酸盐，例如Li3N、LiI、Li5NI2、Li3N—LiI—LiOH、LiSiO4、LiSiO4—LiI—LiOH、Li2SiS3、Li4SiO4、Li4SiO4—LiI—LiOH和Li3PO4—Li2S—SiS2、Li2S—P2S5、Li2S—P2S5-L4SiO4、Li2S—Ga2S3—GeS2、Li2S—Sb2S3—GeS2、Li3.25—Ge0.25—P0.75S4、(La,Li)TiO3(LLTO)、Li6La2CaTa2O12、Li6La2ANb2O12(A＝Ca、Sr)、Li2Nd3TeSbO12、Li3BO2.5N0.5、Li9SiAlO8、Li1+xAlxGe2-x(PO4)3(LAGP)、Li1+xAlxTi2-x(PO4)3(LATP)、Li1+xTi2- xAlxSiy(PO4)3-y、LiAlxZr2-x(PO4)3、LiTixZr2-x(PO4)3。固体电解质的另一些实施例可以包含石榴石材料，例如在美国专利第10,361,455号中所描述的，其全部结合于此。在一个实施例中，石榴石固体电解质是具有通式X3Y2(SiO4)3的岛状硅酸盐，其中X可以是二价阳离子，如Ca、Mg、Fe或Mn，或者Y可以是三价阳离子，如Al、Fe或Cr。
根据组装能量储存装置的一个实施例，电绝缘隔膜包括微孔隔膜材料，所述微孔隔膜材料被适合用作二次电池电解质的非水电解质渗透。通常，非水电解质包括溶解在有机溶剂和/或溶剂混合物中的锂盐和/或盐的混合物。示例性锂盐包含无机锂盐，例如LiClO4、LiBF4、LiPF6、LiAsF6、LiCl和LiBr；以及有机锂盐，例如LiB(C6H5)4、LiN(SO2CF3)2、LiN(SO2CF3)3、LiNSO2CF3、LiNSO2CF5、LiNSO2C4F9、LiNSO2C5F11、LiNSO2C6F13和LiNSO2C7F15。作为又另一个实例，电解质可以包括溶解在其中的钠离子，例如NaClO4、NaPF6、NaBF4、NaCF3SO3、NaN(CF3SO2)2、NaN(C2F5SO2)2、NaC(CF3SO2)3中的任何一种或多种。可以类似地提供镁和/或钾的盐。例如，可以提供镁盐，例如氯化镁(MgCl2)、溴化镁(MgBr2)或碘化镁(MgI2)，和/或以及可以是选自由以下组成的组的至少一种的镁盐：高氯酸镁(Mg(ClO4)2)、硝酸镁(Mg(NO3)2)、硫酸镁(MgSO4)、四氟硼酸镁(Mg(BF4)2)、四苯基硼酸镁(Mg(B(C6H5)4)2)、六氟磷酸镁(Mg(PF6)2)、六氟砷酸镁(Mg(AsF6)2)、全氟烷基磺酸镁((Mg(Rf1SO3)2)，其中Rf1是全氟烷基)、全氟烷基磺酰亚胺镁(Mg((Rf2SO2)2N)2，其中Rf2是全氟烷基)以及六烷基二硅叠氮镁((Mg(HRDS)2)，其中R是烷基)。溶解锂盐的示例性有机溶剂包含环状酯、链状酯、环状醚和链状醚。环状酯的具体实例包含碳酸亚丙酯、碳酸亚乙酯、碳酸亚丁酯、γ-丁内酯、碳酸亚乙烯酯、2-甲基-γ-丁内酯、乙酰基-γ-丁内酯和γ-戊内酯。链状酯的具体实例包含碳酸二甲酯、碳酸二乙酯、碳酸二丁酯、碳酸二丙酯、碳酸甲乙酯、碳酸甲丁酯、碳酸甲丙酯、碳酸乙丁酯、碳酸乙丙酯、碳酸丁丙酯、丙酸烷基酯、丙二酸二烷基酯和乙酸烷基酯。环状醚的具体实例包含四氢呋喃、烷基四氢呋喃、二烷基四氢呋喃、烷氧基四氢呋喃、二烷氧基四氢呋喃、1,3-二氧戊环、烷基-1,3-二氧戊环和1,4-二氧戊环。链状醚的具体实例包含1,2-二甲氧基乙烷、1,2-二乙氧基乙烷、二乙醚、乙二醇二烷基醚、二乙二醇二烷基醚、三乙二醇二烷基醚和四乙二醇二烷基醚。
实例
提供了下列非限制性实例来参考图14A-26进一步说明本发明的各方面。本领域的技术人员应理解，以下实例中所公开的技术代表本发明人发现的在本发明的实践中操作良好的方法，并且因此可以视为构成其实践的模式的实例。然而，根据本公开内容，本领域的技术人员应理解，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，可以对所公开的具体实施例进行许多改变并且仍然获得相同或类似的结果。
充电接受能力和放电倍率能力测试协议
使用在0.1C下测量的循环1容量来确定单元的C倍率。用于充电接受能力测试的协议如下：在使用标准0.33C循环协议进行25次循环之后，输入给定循环的指定充电C倍率。对于充电接受能力测试，使用0.04C电流截止，在4.2V电压的充电最高水平具有恒定电压阶跃的情况下每隔一个循环使用标准0.33C恒流充电，然后在充电最高水平休息5分钟，然后使用2.5V电压截止进行0.33C恒流放电，然后在充电最低水平休息5分钟。然后，每个交替循环使用包含以下的充电倍率：1C、2C、3C、4C、5C、6C、7C、8C、9C或10C，其它方面使用相同协议；即，以指定C倍率进行恒流充电，然后使用0.04C电流截止在4.2V充电最高水平保持恒定电压，然后在充电最高水平休息5分钟，然后使用2.5V电压截止进行0.33C恒流放电。对于放电倍率测试，接着使用相同的单元，使用上述标准协议对单元进行放电，不同之处在于用指定倍率代替0.33C恒流放电，即高达4C放电。连续循环用于斜升电流且包含：0.2C、0.5C、1C、2C、3C、4C放电倍率。
以下实例提供了从EXP 4049(约530Wh/L)改装而来的电池，用于充电和放电倍率能力测试以及高倍率循环测试。这些单元使用3.6mAh/cm2 NMC622电极，所述电极具有96.4％重量的活性材料、3.2g/cc密度和POR型SiOx阳极，在使用2.5-4.2V单元截止电压形成后，与80％缓冲液和26％靶阳极形成的孔隙率平衡。
实例1——充电倍率能力
表1和表2显示了充电倍率、放电倍率、以安培小时为单位的恒流充电阶跃(CC)容量、单元充电最高水平的恒压充电阶跃(CV)容量以及充电容量>80％的第一次记录时间。用两个单元(如表1所示的TM40142和如表2所示的TM39713)证明了良好的再现性，并且10C(2.53安培)的最大测试倍率接近5.2分钟达到80％ SOC。
表1.EXP4049型单元TM40142的充电倍率能力概述。
表2.EXP4049型单元TM39713的充电倍率能力概述。
为支持表1和2，在图14A-14C中进一步显示TM39713和TM40142的电流(A)和电压(V)与时间(分钟)的曲线图。这些曲线图显示了充电倍率1C至10C的相对CC和CV阶跃时间以及用于CC和CV阶跃的电流。图19示出使用NMC-622单元在各种C倍率下SOC与循环次数和充电时间的曲线图，并且图20概述了结果。此外，如图26所示，在6C的充电倍率下，以最小容量损失(约5％)实现了超过600次循环。
实例2——放电倍率能力
表3和表4显示了归一化为0.1C参考循环52和0.2C参考循环53的放电倍率以进行比较(*根据DOE标准参考协议，循环52包含每10％ SOC的1C放电脉冲和0.75C充电脉冲)。还显示了充电倍率、放电倍率(使用C/25CV阶跃)和以安培小时为单位的放电容量。当归一化为C/10容量时，发现测试的最大4C放电倍率约为88％。
表3.EXP4049型单元TM40142的放电倍率能力概述。
表4.EXP4049型单元TM39713的放电倍率能力概述。
图15A-15D提供支持表3和4的数据，使用针对指示循环的TM39713和TM40142的电流(A)和电压(V)与时间(分钟)的曲线图。图16示出对于放电倍率在C/5到4C范围内的相同两个单元的循环53至58的放电电压曲线以及作为容量的函数的温度分布。在这些单元中观察到的放电倍率能力超过了从BASF获得的NMC 622材料的基本倍率能力所预期的放电倍率能力。直接放置在单元表面的热电偶用于监测作为SOC函数的表面温度，并且指示在接近充电最低水平的4C倍率下表面超过50℃。与30℃的试验室设定点相比，单元温度升高可能是1C及更高倍率下倍率能力增加的原因，根据制造商规范表，室温下1C下的倍率能力预计为约90％。
图16示出使用表3和4中所描述的从C/5到4C放电倍率测试的倍率与具有C/25CV阶跃的所有循环中的标准C/3充电倍率，单元TM39713(左)和TM40142(右)在指示循环中的单元电压(V)和单元温度(℃)与容量(Ah)的关系。
表5中比较了放电容量和平均放电电压，并且显示了所有三个单元(TM39713、TM40142和参考单元TM36721)的相似值，这表明在表1中所示的循环期间，TM39713和TM40142在高达10C的充电接受能力测试后没有损坏。
表5.TM39713和TM40142中的C/3循环与C/3参考单元TM36721的比较。
实例3——高倍率循环寿命稳定性
图17示出EXP4049型单元TM39059和TM40136的单元容量(Ah)、平均放电电压(V)以及平均充电与放电电压之间的差DeltaAveCell_V(V)与循环次数的关系。对于循环5-29，使用C/3充电和放电倍率与充电最高水平的C/25CV阶跃。对于循环32和更高，对于每个循环使用6C充电阶跃(具有C/25CV阶跃)和1C放电阶跃(50个循环间隔处除外，此时使用标准C/3参考循环)以及具有上述电流脉冲例程的标准美国能源部定义的测试协议。
图21示出使用0.33C/0.33C充电/放电倍率与C/25CV阶跃(CellInt＝32266)循环的单元和使用6C/1C充电/放电倍率与C/25CV阶跃(CellInt＝39059和CellInt＝40136)循环的单元的比较，包含放电容量、平均放电电压、平均充放电电压之间的差DeltaAveCell_V，以及绘制的归一化容量保持率(使用循环32作为参考)与循环次数的关系。使用C/10放电与1C放电脉冲和0.75C充电脉冲，以及标准0.33C/0.33C诊断循环(未示出)，每第50次循环具有DOE定义的诊断循环。
使用6C充电和1C放电测试协议，单元TM39059和TM40136均显示出稳定和可重复的性能，循环次数>350次。图18A-18B示出在循环40与循环180之间的每10个循环的相同单元的充电和放电电压分布以及以安培为单位的电流和温度与容量的关系。在充电分布期间，两个单元的温度都显著升高，在循环40，接近充电最高水平时温度超过58℃。在循环180，接近充电最高水平时此最高温度降至接近57℃。与标准C/3循环测试相比，30℃测试室内压力测试条件产生的高温对循环寿命和稳定性产生了负面影响。
图22-26提供了利用根据本公开实施例的结构可实现的充电倍率的进一步实例。
提供以下实施例以说明本公开的各方面，尽管这些实施例不旨在是限制性的，并且还可以提供其它方面和/或实施例。
实施例1.一种用于二次电池的电极组件，其中
所述电极组件具有分别对应于假想三维笛卡尔坐标系的x轴、y轴和z轴的相互垂直的横轴、纵轴和竖轴、在纵向方向上彼此分离的相对的纵向端面、以及围绕电极组件纵轴AEA且连接第一和第二纵向端面的侧向表面，所述侧向表面具有在所述纵轴的相对的竖直侧上在竖直方向上彼此分离的相对的竖直表面、在所述纵轴的相对的横向侧上在横向方向上彼此分离的相对的横向表面，其中相对的纵向表面具有组合表面积LSA，所述相对的横向表面具有组合表面积TSA，所述相对的竖直表面具有组合表面积VSA，
所述电极组件进一步包括电极结构群、电绝缘隔膜群和对电极结构群，其中所述电极结构群、电绝缘隔膜群和对电极结构群中的成员沿着所述纵向方向以交替顺序布置。
实施例2.根据实施例1所述的电极组件，其中所述电极结构群中的成员包括与电极活性材料层相邻的电极集电器，所述电极活性材料层包括相对的横向端部，并且其中所述对电极结构群中的成员包括与对电极活性材料层相邻的对电极集电器，所述对电极活性材料层包括相对的横向端部。
实施例3.根据任一前述实施例所述的电极组件，其中所述电极组件包括单位电池单元群，所述单位电池单元群中的每个成员包括在所述纵向方向上堆叠串联的电极集电器的单位电池单元部分、电极活性材料层、电绝缘隔膜、对电极活性材料层，以及对电极集电器的单位电池单元部分。
实施例4.根据任一前述实施例所述的电极组件，其中所述电极集电器具有在所述纵向方向上彼此分离的相对的电极集电器表面，并且所述对电极集电器具有在所述纵向方向上彼此分离的相对的对电极集电器表面，并且所述相对的电极集电器表面中的一个电极集电器表面包括被所述电极活性材料层覆盖的涂覆区域和缺少所述电极活性材料层的未涂覆区域，所述未涂覆区域靠近所述电极集电器的所述横向端部中的一者。
实施例5.根据任一前述实施例所述的电极组件，其中所述电极集电器具有在所述纵向方向上彼此分离的相对的电极集电器表面，并且所述对电极集电器具有在所述纵向方向上彼此分离的相对的对电极集电器表面，并且所述相对的对电极集电器表面中的一个对电极集电器表面包括被所述对电极活性材料层覆盖的涂覆区域和缺少对电极活性材料层的未涂覆区域，所述未涂覆区域靠近所述对电极集电器的所述横向端部中的一者。
实施例6.根据任一前述实施例所述的电极组件，其中所述电极集电器具有在所述纵向方向上彼此分离的相对的电极集电器表面，并且所述对电极集电器具有在所述纵向方向上彼此分离的相对的对电极集电器表面，并且所述相对的电极集电器表面中的每一个电极集电器表面包括被所述电极活性材料层覆盖的涂覆区域和缺少所述电极活性材料层的未涂覆区域，所述未涂覆区域靠近所述电极集电器的所述横向端部中的一者。
实施例7.根据任一前述实施例所述的电极组件，其中所述电极集电器具有在所述纵向方向上彼此分离的相对的电极集电器表面，并且所述对电极集电器具有在所述纵向方向上彼此分离的相对的对电极集电器表面，并且所述相对的对电极集电器表面中的每一个对电极集电器表面包括被所述对电极活性材料层覆盖的涂覆区域和缺少所述对电极活性材料层的未涂覆区域，所述未涂覆区域靠近所述对电极集电器的所述横向端部中的一者。
实施例8.根据任一前述实施例所述的电极组件，其中
所述电极结构群中的成员包括与电极活性材料层相邻的电极集电器，所述电极活性材料层包括相对的横向端部，并且其中所述对电极结构群中的成员包括与对电极活性材料层相邻的对电极集电器，所述对电极活性材料层包括相对的横向端部，
所述电极结构群中的每个成员包括部分由所述相邻电极活性材料层涂覆的电极集电器，所述电极集电器具有(i)电极集电器主体区域，所述电极集电器本体区域由所述相邻电极活性材料层涂覆并且在所述相邻电极活性材料层的所述相对的第一横向端部与第二横向端部之间延伸，以及(ii)在所述电极集电器的第一横向端部或第二横向端部上的电极集电器端部区域，所述电极集电器端部区域由所述相邻电极活性材料层的与所述电极集电器端部区域位于同一横向侧上的第一横向端部或第二横向端部界定并延伸经过所述第一横向端部或第二横向端部。
实施例9.根据任一前述实施例所述的电极组件，其中
所述电极结构群中的成员包括与电极活性材料层相邻的电极集电器，所述电极活性材料层包括相对的横向端部，并且其中所述对电极结构群中的成员包括与对电极活性材料层相邻的对电极集电器，所述对电极活性材料层包括相对的横向端部，
所述对电极结构群中的每个成员包括部分由所述相邻对电极活性材料层涂覆的对电极集电器，所述对电极集电器具有(i)对电极集电器主体区域，所述对电极集电器本体区域由所述相邻对电极活性材料层涂覆并且在所述相邻对电极活性材料层的所述相对的第一横向端部与第二横向端部之间延伸，以及(ii)在所述对电极集电器的第一横向端部或第二横向端部上的对电极集电器端部区域，所述对电极集电器端部区域由所述相邻对电极活性材料层的与所述对电极集电器端部区域位于同一横向侧上的第一横向端部或第二横向端部界定并延伸经过所述第一横向端部或第二横向端部。
实施例10.根据任一前述实施例所述的电极组件，其中
所述电极组件进一步包括电极母线，所述电极母线连接到所述电极集电器的所述电极集电器端部区域以电汇集来自所述电极结构群中的成员的电流。
实施例11.根据任一前述实施例所述的电极组件，其中
所述电极组件进一步包括对电极母线，所述对电极母线连接到所述对电极集电器的所述对电极集电器端部区域以电汇集来自所述对电极结构群中的成员的电流。
实施例12.根据任一前述实施例所述的电极组件，其中所述电极集电器端部区域在所述横向方向上的长度(LER)是从所述相邻电极活性材料层的与所述电极集电器端部区域位于同一横向侧上的所述第一横向端部或第二横向端部到所述电极集电器端部区域与所述电极母线连接的区域测量的。
实施例13.根据任一前述实施例所述的电极组件，其中所述对电极集电器端部区域在所述横向方向上的长度(LCER)是从所述相邻对电极活性材料层的与所述对电极集电器端部区域位于同一横向侧上的所述第一横向端部或第二横向端部到所述对电极集电器端部区域与所述对电极母线连接的区域测量的。
实施例14.根据任一前述实施例所述的电极组件，其中所述电极集电器主体区域在所述竖直方向上的高度(HBR)是在所述电极集电器主体区域的相对的竖直表面之间测量的。
实施例15.根据任一前述实施例所述的电极组件，其中所述对电极集电器主体区域在所述竖直方向上的高度(HCBR)是在所述对电极集电器主体区域的相对的竖直表面之间测量的。
实施例16.根据任一前述实施例所述的电极组件，其中所述电极集电器端部区域在所述竖直方向上的高度(HER)是在所述电极集电器端部区域的相对的竖直表面之间测量的。
实施例17.根据任一前述实施例所述的电极组件，其中所述对电极集电器端部区域在所述竖直方向上的高度(HCER)是在所述对电极集电器端部区域的相对的竖直表面之间测量的。
实施例18.根据任一前述实施例所述的电极组件，其中所述电极集电器端部区域在所述横向方向上的所述长度(LER)和所述电极集电器主体区域在所述竖直方向上的所述高度(HBR)满足以下关系：
LER<0.5×HBR。
实施例19.根据任一前述实施例所述的电极组件，其中所述电极集电器端部区域在所述横向方向上的所述长度(LER)和所述电极集电器主体区域在所述竖直方向上的所述高度(HBR)满足以下关系：
LER<0.4×HBR。
实施例20.根据任一前述实施例所述的电极组件，其中所述电极集电器端部区域在所述横向方向上的所述长度(LER)和所述电极集电器主体区域在所述竖直方向上的所述高度(HBR)满足以下关系：
LER<0.3×HBR。
实施例21.根据任一前述实施例所述的电极组件，其中所述对电极集电器端部区域在所述横向方向上的所述长度(LCER)和所述对电极集电器主体区域在所述竖直方向上的所述高度(HCBR)满足以下关系：
LCER<0.5×HCBR。
实施例22.根据任一前述实施例所述的电极组件，其中所述对电极集电器端部区域在所述横向方向上的所述长度(LCER)和所述对电极集电器主体区域在所述竖直方向上的所述高度(HBR)满足以下关系：
LCER<0.4×HCBR。
实施例23.根据任一前述实施例所述的电极组件，其中所述对电极集电器端部区域在所述横向方向上的所述长度(LCER)和所述对电极集电器主体区域在所述竖直方向上的所述高度(HBR)满足以下关系：
LCER<0.3×HCBR。
实施例24.根据任一前述实施例所述的电极组件，其中所述电极集电器端部区域在所述竖直方向上的所述高度(HER)和所述电极集电器主体区域在所述竖直方向上的所述高度(HBR)满足以下关系：
HER>0.5×HBR。
实施例25.根据任一前述实施例所述的电极组件，其中所述电极集电器端部区域在所述竖直方向上的所述高度(HER)和所述电极集电器主体区域在所述竖直方向上的所述高度(HBR)满足以下关系：
HER>0.7×HBR。
实施例26.根据任一前述实施例所述的电极组件，其中所述电极集电器端部区域在所述竖直方向上的所述高度(HER)和所述电极集电器主体区域在所述竖直方向上的所述高度(HBR)满足以下关系：
HER>0.9×HBR。
实施例27.根据任一前述实施例所述的电极组件，其中所述对电极集电器端部区域在所述竖直方向上的所述高度(HCER)和所述对电极集电器主体区域在所述竖直方向上的所述高度(HCBR)满足以下关系：
HCER>0.5×HCBR。
实施例28.根据任一前述实施例所述的电极组件，其中所述对电极集电器端部区域在所述竖直方向上的所述高度(HCER)和所述对电极集电器主体区域在所述竖直方向上的所述高度(HCBR)满足以下关系：
HCER>0.7×HCBR。
实施例29.根据任一前述实施例所述的电极组件，其中所述对电极集电器端部区域在所述竖直方向上的所述高度(HCER)和所述对电极集电器主体区域在所述竖直方向上的所述高度(HCBR)满足以下关系：
HCER>0.9×HCBR。
实施例30.根据任一前述实施例所述的电极组件，其中所述电极集电器端部区域在所述横向方向上的所述长度(LER)和所述电极集电器端部区域在所述竖直方向上的所述高度(HER)满足以下关系：
LER/HER<1。
实施例31.根据任一前述实施例所述的电极组件，其中所述对电极集电器端部区域在所述横向方向上的所述长度(LCER)和所述对电极集电器端部区域在所述竖直方向上的所述高度(HCER)满足以下关系：
LCER/HCER<1。
实施例32.根据任一前述实施例所述的电极组件，其中所述电极结构群中的成员包括电极集电器端部区域，所述电极集电器端部区域具有在所述纵向方向上彼此分离的相对表面，并且其中电极集电器端部区域的所述相对表面中的至少一个表面包括安置在其上的导热材料层。
实施例33.根据实施例32所述的电极组件，其中所述电极集电器端部区域经由所述相对表面中的至少一个表面电连接到所述电极母线，并且其中所述导热材料层安置在所述相对表面中的另一个表面上。
实施例34.根据任一前述实施例所述的电极组件，其中所述对电极结构群中的成员包括对电极集电器端部区域，所述对电极集电器端部区域具有在所述纵向方向上彼此分离的相对表面，并且其中对电极集电器端部区域的所述相对表面中的至少一个表面包括安置在其上的导热材料层。
实施例35.根据实施例34所述的电极组件，其中所述对电极集电器端部区域经由所述相对表面中的至少一个表面电连接到所述对电极母线，并且其中所述导热材料层安置在所述相对表面中的另一个表面上。
实施例36.根据实施例32至35中任一项所述的电极组件，其中所述导热材料包括导热陶瓷材料。
实施例37.根据任一前述实施例所述的电极组件，其中所述电极集电器端部区域的所述长度LER是从(i)所述相邻电极活性材料层的与所述电极集电器端部区域位于同一横向侧上的所述第一横向端部或第二横向端部到(ii)所述电极集电器端部区域与所述电极母线电连接的区域。
实施例38.根据任一前述实施例所述的电极组件，其中所述对电极集电器端部区域的所述长度LCER是从(i)所述相邻对电极活性材料层的与所述对电极集电器端部区域位于同一横向侧上的所述第一横向端部或第二横向端部到(ii)所述对电极集电器端部区域与所述对电极母线电连接的区域。
实施例39.一种密封二次电池单元，其包括根据实施例1至38中任一项所述的电极组件，其中所述密封二次电池可在充电状态与放电状态之间充电，所述密封二次电池包括气密密封外壳。
实施例40.根据实施例39所述的密封二次电池单元，其中所述二次电池单元包括一个或多个气体容纳隔室，所述气体容纳隔室位于所述电极组件外部且在所述气密密封外壳内，以容纳在所述二次电池单元的充电或放电期间产生的气体，所述一个或多个气体容纳隔室包括以下中的任一个或多个：(i)横向容纳隔室，所述横向容纳隔室在所述横向方向上位于所述电极组件的所述横向端面外部，以在所述电极组件的横向侧上将气体容纳在所述气密密封外壳与所述电极组件之间，以及(ii)纵向容纳隔室，所述纵向容纳隔室在所述纵向方向上位于所述电极组件的所述纵向端面外部，以在所述电极组件的纵向侧上将气体容纳在所述气密密封外壳与所述电极组件之间。
实施例41.根据实施例40所述的密封二次电池单元，其中所述横向和纵向容纳隔室中的一个或多个被配置成容纳在所述二次电池单元的充电或放电期间从所述电极组件产生的一定体积的气体VX,Y。
实施例42.根据实施例40至41中任一项所述的密封二次电池单元，其中所述横向和纵向容纳隔室中的一个或多个被配置成容纳在所述二次电池单元的充电或放电期间从所述电极组件产生的一定体积VX,Y的气体，所述体积大于在所述二次电池单元的充电或放电期间从电极组件产生的在所述电极组件的任一所述竖直侧上容纳于所述气密密封外壳与所述电极组件之间的气体的任何体积VZ。
实施例43.根据实施例39至42中任一项所述的密封二次电池单元，其中所述横向和纵向容纳隔室中的一个或多个单独地或彼此结合地具有比所述电极组件的任一竖直侧上所述气密密封外壳与电极组件之间的任何空间更大的体积。
实施例44.根据实施例39至43中任一项所述的密封二次电池单元，其中所述横向和纵向容纳隔室中的一个或多个中容纳的气体体积Vxy是所述电极组件的任一所述竖直侧上容纳的气体体积Vz的至少1.5倍、至少2倍、至少3倍、至少5倍和/或至少10倍。
实施例45.根据实施例39至44中任一项所述的密封二次电池单元，其中在所述电极组件的任一竖直侧上基本上不容纳体积Vz的气体。
实施例46.根据实施例39至45中任一项所述的密封二次电池单元，其中所述横向和纵向容纳隔室中的一个或多个被配置成容纳一定体积Vxy的气体，所述体积是所述密封二次单元的体积的至少4％。
实施例47.根据实施例39至46中任一项所述的密封二次电池单元，其中所述横向和纵向容纳隔室中的一个或多个被配置成容纳一定体积Vxy的气体，所述体积是所述密封二次单元的体积的至少5％。
实施例48.根据实施例39至47中任一项所述的密封二次电池单元，其中所述气密密封外壳包括柔性聚合物外壳材料，并且其中所述一个或多个横向和纵向容纳隔室是通过在所述密封二次电池单元的充电或放电时所述气密密封外壳在所述横向和纵向方向中的至少一个方向上膨胀而形成的。
实施例49.根据实施例39至48中任一项所述的密封二次电池单元，其中所述密封二次电池单元包括一组电极约束件，并且其中所述一组电极约束件包括竖直约束系统，所述竖直约束系统包括在所述竖直方向上彼此分离的第一和第二竖直生长约束件，所述第一和第二竖直生长约束件连接到所述电极结构群中的成员和/或所述对电极结构群中的成员，并且所述竖直约束系统能够限制所述电极组件在所述竖直方向上的生长。
实施例50.根据实施例39至49中任一项所述的密封二次电池单元，其中所述气密密封外壳包括在所述竖直方向上彼此分离的相对的第一和第二竖直侧，所述第一和第二竖直侧中的每一者包括面向所述电极组件且分别固定到第一和第二竖直生长约束件的内部竖直表面。
实施例51.根据实施例50所述的密封二次电池单元，其中所述气密密封外壳的所述第一和第二竖直侧的所述内部竖直表面通过粘附、铜焊、胶合、焊接、结合、接合、钎焊、烧结、压接、铜焊、热喷涂接合、夹持、引线结合、带状结合、超声波结合、超声波焊接、电阻焊接、激光束焊接、电子束焊接、感应焊接、冷焊、等离子喷涂、火焰喷涂和电弧喷涂中的任何一种固定到所述第一和第二竖直生长约束件。
实施例52.一种对密封二次电池单元充电的方法，其包括以至少1C的倍率充电。
实施例53.根据实施例52所述的方法，其包括以至少2C的倍率充电。
实施例54.根据实施例52所述的方法，其包括以至少3C的倍率充电。
实施例55.根据实施例52所述的方法，其包括以至少4C的倍率充电。
实施例56.根据实施例52所述的方法，其包括以至少6C的倍率充电。
实施例57.根据实施例52所述的方法，其包括以至少10C的倍率充电。
实施例58.根据实施例52所述的方法，其包括以至少12C的倍率充电。
实施例59.根据实施例52所述的方法，其包括以至少15C的倍率充电。
实施例60.根据实施例52所述的方法，其包括以至少18C的倍率充电。
实施例61.根据实施例52所述的方法，其包括以至少20C的倍率充电。
实施例62.根据实施例52所述的方法，其包括以至少30C的倍率充电。
实施例63.根据实施例52至62中任一项所述的方法，其包括以直到所述密封二次电池单元达到其额定容量的至少80％的倍率充电。
实施例64.根据实施例63所述的方法，其包括以直到所述密封二次电池单元达到其额定容量的至少85％的倍率充电。
实施例65.根据实施例63所述的方法，其包括以直到所述密封二次电池单元达到其额定容量的至少90％的倍率充电。
实施例66.根据实施例63所述的方法，其包括以直到所述密封二次电池单元达到其额定容量的至少95％的倍率充电。
实施例67.根据实施例63所述的方法，其包括以直到所述密封二次电池单元达到其额定容量的至少99％的倍率充电。
实施例68.根据实施例52至67中任一项所述的方法，其中所述密封二次电池单元以所述充电倍率充电并且放电至少200次。
实施例69.根据实施例68所述的方法，其中所述密封二次电池单元以所述充电倍率充电并且放电至少300次。
实施例70.根据实施例68所述的方法，其中所述密封二次电池单元以所述充电倍率充电并且放电至少400次。
实施例71.根据实施例68所述的方法，其中所述密封二次电池单元以所述充电倍率充电并且放电至少500次。
实施例72.根据实施例68所述的方法，其中所述密封二次电池单元以所述充电倍率充电并且放电至少600次。
实施例73.根据实施例68所述的方法，其中所述密封二次电池单元以所述充电倍率充电并且放电至少800次。
实施例74.根据实施例68所述的方法，其中所述密封二次电池单元以所述充电倍率充电并且放电至少1000次。
实施例75.根据实施例52至74中任一项所述的方法，其中所述密封二次电池单元包括根据实施例1至38所述的任何电极组件、根据实施例39至51所述的任何密封二次电池单元或其任何组合。
实施例76.根据实施例39至51中任一项所述的密封二次电池单元或根据实施例52至75中任一项所述的方法，其中所述密封二次电池单元具有至少500mAmp·hr的额定容量。
实施例77.根据实施例76所述的密封二次电池单元或方法，其中所述密封二次电池单元具有至少1Amp·hr的额定容量。
实施例78.根据实施例76所述的密封二次电池单元或方法，其中所述密封二次电池单元具有至少5Amp·hr的额定容量。
实施例79.根据实施例76所述的密封二次电池单元或方法，其中所述密封二次电池单元具有至少10Amp·hr的额定容量。
实施例80.根据实施例76所述的密封二次电池单元或方法，其中所述密封二次电池单元具有至少15Amp·hr的额定容量。
实施例81.根据实施例76所述的密封二次电池单元或方法，其中所述密封二次电池单元具有至少20Amp·hr的额定容量。
实施例82.根据实施例76所述的密封二次电池单元或方法，其中所述密封二次电池单元具有至少25Amp·hr的额定容量。
实施例83.根据实施例76所述的密封二次电池单元或方法，其中所述密封二次电池单元具有至少30Amp·hr的额定容量。
实施例84.根据实施例76所述的密封二次电池单元或方法，其中所述密封二次电池单元具有至少35Amp·hr的额定容量。
实施例85.根据实施例76所述的密封二次电池单元或方法，其中所述密封二次电池单元具有至少50Amp·hr的额定容量。
实施例86.根据任一前述实施例所述的电极组件、密封二次电池单元或方法，其中所述电极组件具有基本上多面体形状，所述基本上多面体形状具有基本上平坦的相对的纵向端面、基本上平坦的相对的竖直表面和基本上平坦的相对的横向表面。
实施例87.根据任一前述实施例所述的电极组件、密封二次电池单元或方法，其中VSA与LSA和TSA中的每一者的比率为至少5:1。
实施例88.根据实施例39至51和76至87中任一项所述的密封二次电池单元或根据实施例52至87中任一项所述的方法，其中所述气密密封外壳包括聚合物外壳材料。
实施例89.根据任一前述实施例所述的密封二次电池单元或方法，其中所述密封二次电池单元包括至少700Whr/升的芯能量密度，其中所述芯能量密度被定义为所述密封二次电池单元的所述额定容量除以所述电极结构、对电极结构、隔膜以及构成所述密封二次电池单元的所述电极组件的任何电解质的组合重量。
实施例90.根据任一前述实施例所述的密封二次电池单元或方法，其中所述密封二次电池单元包括至少800Whr/升的芯能量密度，其中所述芯能量密度被定义为所述密封二次电池单元的所述额定容量除以所述电极结构、对电极结构、隔膜以及构成所述密封二次电池单元的所述电极组件的任何电解质的组合重量。
实施例91.根据任一前述实施例所述的密封二次电池单元或方法，其中所述密封二次电池单元包括至少900Whr/升的芯能量密度，其中所述芯能量密度被定义为所述密封二次电池单元的所述额定容量除以所述电极结构、对电极结构、隔膜以及构成所述密封二次电池单元的所述电极组件的任何电解质的组合重量。
实施例92.根据任一前述实施例所述的密封二次电池单元或方法，其中所述密封二次电池单元包括至少1000Whr/升的芯能量密度，其中所述芯能量密度被定义为所述密封二次电池单元的所述额定容量除以所述电极结构、对电极结构、隔膜以及构成所述密封二次电池单元的所述电极组件的任何电解质的组合重量。
实施例93.根据任一前述实施例所述的密封二次电池单元或方法，其中所述密封二次电池单元包括至少1100Whr/升的芯能量密度，其中所述芯能量密度被定义为所述密封二次电池单元的所述额定容量除以所述电极结构、对电极结构、隔膜以及构成所述密封二次电池单元的所述电极组件的任何电解质的组合重量。
实施例94.根据任一前述实施例所述的密封二次电池单元或方法，其中所述密封二次电池单元包括至少1200Whr/升的芯能量密度，其中所述芯能量密度被定义为所述密封二次电池单元的所述额定容量除以所述电极结构、对电极结构、隔膜以及构成所述密封二次电池单元的所述电极组件的任何电解质的组合重量。
实施例95.根据任一前述实施例所述的电极组件、密封二次电池单元或方法，其中所述电极结构群中的成员包括电极活性材料层，并且其中所述电极活性材料层包括在所述纵向方向上的在15微米至75微米的范围内的厚度。
实施例96.根据任一前述实施例所述的电极组件、密封二次电池单元或方法，其中所述电极结构群中的成员包括电极活性材料层，并且其中所述电极活性材料层包括在所述纵向方向上的在20微米至60微米的范围内的厚度。
实施例97.根据任一前述实施例所述的电极组件、密封二次电池单元或方法，其中所述电极结构群中的成员包括电极活性材料层，并且其中所述电极活性材料层包括在所述纵向方向上的在30微米至50微米的范围内的厚度。
实施例98.根据任一前述实施例所述的电极组件、密封二次电池单元或方法，其中所述电极结构群中的成员包括电极活性材料层，并且其中所述电极活性材料层包括在所述纵向方向上的约45微米的厚度。
实施例99.根据任一前述实施例所述的电极组件、密封二次电池单元或方法，其中所述电极结构群中的成员包括电极活性材料层，并且其中所述电极活性材料层包括在10％至40％的范围内的孔隙率。
实施例100.根据任一前述实施例所述的电极组件、密封二次电池单元或方法，其中所述电极结构群中的成员包括电极活性材料层，并且其中所述电极活性材料层包括在12％至30％的范围内的孔隙率。
实施例101.根据任一前述实施例所述的电极组件、密封二次电池单元或方法，其中所述电极结构群中的成员包括电极活性材料层，并且其中所述电极活性材料层包括在18％至20％的范围内的孔隙率。
实施例102.根据任一前述实施例所述的密封二次电池单元或方法，其中所述密封二次电池单元包括电连接到电极集电器以汇集来自所述电极结构群中的成员的电流的电极母线，并且包括电连接到对电极集电器以汇集来自所述对电极结构群中的成员的电流的对电极母线，并且所述密封二次电池单元进一步包括：
将所述电极母线电连接到所述密封二次电池单元外部的电结构的电极母线极耳，以及将所述对电极母线电连接到所述密封二次电池单元外部的电结构的对电极母线极耳，以及
冷却系统，所述冷却系统被配置成经由对流冷却或传导冷却中的一个或多个来冷却所述电极母线极耳或对电极母线极耳。
实施例103.根据实施例102所述的密封二次电池单元或方法，其中所述冷却是通过邻近所述极耳设置的冷却管或通过热连接到所述极耳的散热器进行的。
实施例104.一种能够在充电状态与放电状态之间充电的密封二次电池单元，所述密封二次电池单元包括含聚合物外壳材料的气密密封外壳、由所述气密密封外壳包围的电极组件、一组电极约束件以及至少100mAmp·hr的额定容量，其中
所述电极组件具有基本上多面体形状，所述基本上多面体形状具有分别对应于假想三维笛卡尔坐标系的x轴、y轴和z轴的相互垂直的横轴、纵轴和竖轴、基本上平坦且在纵向方向上彼此分离的相对的纵向端面、以及围绕电极组件纵轴AEA且连接第一和第二纵向端面的侧向表面，所述侧向表面具有基本上平坦且在所述纵轴的相对的竖直侧上在竖直方向上彼此分离的相对的竖直表面、基本上平坦且在所述纵轴的相对的横向侧上在横向方向上彼此分离的相对的横向表面，其中相对的纵向表面具有组合表面积LSA，所述相对的横向表面具有组合表面积TSA，所述相对的竖直表面具有组合表面积VSA，并且VSA与LSA和TSA中的每一者的比率为至少5:1，
所述电极组件进一步包括电极结构群、电绝缘隔膜群和对电极结构群，其中所述电极结构群、电绝缘隔膜群和对电极结构群中的成员以交替顺序布置，
所述一组电极约束件包括竖直约束系统，所述竖直约束系统包括在所述竖直方向上彼此分离的第一和第二竖直生长约束件，所述第一和第二竖直生长约束件连接到所述电极结构群中的成员和/或所述对电极结构群中的成员，并且所述竖直约束系统能够限制所述电极组件在所述竖直方向上的生长，
所述充电状态是所述二次电池单元的额定容量的至少75％，并且所述放电状态小于所述二次电池单元的额定容量的25％，并且
所述气密密封外壳包括在所述竖直方向上彼此分离的相对的外部竖直表面。
实施例105：根据任一前述实施例所述的电极组件、密封二次电池单元或方法，其中连接到所述第一和第二竖直生长约束件的所述电极结构群中的成员和/或所述对电极结构群中的成员具有在所述纵向方向上测量的在5μm与50μm之间的范围内的厚度。
实施例106：根据任一前述实施例所述的电极组件、密封二次电池单元或方法，其中连接到所述第一和第二竖直生长约束件的所述电极结构群中的成员和/或所述对电极结构群中的成员具有大于70MPa的屈服强度。
实施例107：根据任一前述实施例所述的电极组件、密封二次电池单元或方法，其中连接到所述第一和第二竖直生长约束件的所述电极结构群中的成员和/或所述对电极结构群中的成员具有大于100MPa的屈服强度。
实施例108：根据任一前述实施例所述的电极组件、密封二次电池单元或方法，其中在所述气密密封外壳的所述外部竖直表面的竖直相对的区域之间在所述竖直方向上测量的所述密封二次电池单元的厚度为至少1mm。
实施例109：根据任一前述实施例所述的电极组件、密封二次电池单元或方法，其中所述二次电池单元沿着所述竖直方向上所述气密密封外壳的所述外部竖直表面的所述竖直相对的区域之间的导热路径的热导率为至少2W/m·K。
实施例110：根据任一前述实施例所述的电极组件、密封二次电池单元或方法，其中所述相对的纵向、竖直和横向表面构成所述电极组件的大于66％的组合表面积。
实施例111：根据任一前述实施例所述的电极组件、密封二次电池单元或方法，其中所述相对的纵向、竖直和横向表面构成所述电极组件的大于75％的组合表面积。
实施例112：根据任一前述实施例所述的电极组件、密封二次电池单元或方法，其中所述相对的纵向、竖直和横向表面构成所述电极组件的大于80％的组合表面积。
实施例113：根据任一前述实施例所述的电极组件、密封二次电池单元或方法，其中所述相对的纵向、竖直和横向表面构成所述电极组件的大于95％的组合表面积。
实施例114：根据任一前述实施例所述的电极组件、密封二次电池单元或方法，其中所述相对的纵向、竖直和横向表面构成所述电极组件的大于99％的组合表面积。
实施例115：根据任一前述实施例所述的电极组件、密封二次电池单元或方法，其中所述相对的纵向、竖直和横向表面构成对应于所述电极组件的基本上整个表面积的组合表面积。
实施例116：根据任一前述实施例所述的电极组件、密封二次电池单元或方法，其中所述一组电极约束件进一步包括第一和第二纵向约束件，所述第一和第二纵向约束件在所述纵向方向上彼此分离且通过连接构件连接，以限制所述电极组件在所述纵向方向上的生长。
实施例117：根据任一前述实施例所述的电极组件、密封二次电池单元或方法，其中所述密封二次电池具有至少150mAmp·hr的额定容量。
实施例118：根据任一前述实施例所述的电极组件、密封二次电池单元或方法，其中所述密封二次电池具有至少200mAmp·hr的额定容量。
实施例119：根据任一前述实施例所述的电极组件、密封二次电池单元或方法，其中所述密封二次电池具有至少400mAmp·hr的额定容量。
实施例120：根据任一前述实施例所述的电极组件、密封二次电池单元或方法，其中所述密封二次电池单元具有至少0.1Amp·hr的额定容量。
实施例121：根据任一前述实施例所述的电极组件、密封二次电池单元或方法，其中所述密封二次电池单元具有至少0.5Amp·hr的额定容量。
实施例122：根据任一前述实施例所述的电极组件、密封二次电池单元或方法，其中所述密封二次电池单元具有至少1Amp·hr的额定容量。
实施例123：根据任一前述实施例所述的电极组件、密封二次电池单元或方法，其中所述密封二次电池单元具有至少3Amp·hr的额定容量。
实施例124：根据任一前述实施例所述的电极组件、密封二次电池单元或方法，其中所述密封二次电池单元具有至少5Amp·hr的额定容量。
实施例125：根据任一前述实施例所述的电极组件、密封二次电池单元或方法，其中在所述竖直方向上所述气密密封外壳的所述相对表面的相对区域之间测量的所述二次电池单元的所述厚度为至少2mm。
实施例126：根据任一前述实施例所述的电极组件、密封二次电池单元或方法，其中在所述竖直方向上所述气密密封外壳的所述相对表面的相对区域之间测量的所述二次电池单元的所述厚度为至少3mm。
实施例127：根据任一前述实施例所述的电极组件、密封二次电池单元或方法，其中在所述竖直方向上所述气密密封外壳的所述相对表面的相对区域之间测量的所述二次电池单元的所述厚度为至少5mm。
实施例128：根据任一前述实施例所述的电极组件、密封二次电池单元或方法，其中在所述竖直方向上所述气密密封外壳的所述相对表面的相对区域之间测量的所述二次电池单元的所述厚度为至少8mm。
实施例129：根据任一前述实施例所述的电极组件、密封二次电池单元或方法，其中在所述竖直方向上所述气密密封外壳的所述相对表面的相对区域之间测量的所述二次电池单元的所述厚度为至少10mm。
实施例130：根据任一前述实施例所述的电极组件、密封二次电池单元或方法，其中所述二次电池沿着所述竖直方向上所述气密密封外壳的所述相对表面的相对区域之间的所述导热路径的所述热导率为至少3W/m·K。
实施例131：根据任一前述实施例所述的电极组件、密封二次电池单元或方法，其中所述二次电池沿着所述竖直方向上所述气密密封外壳的所述相对表面的相对区域之间的所述导热路径的所述热导率为至少4W/m·K。
实施例132：根据任一前述实施例所述的电极组件、密封二次电池单元或方法，其中所述二次电池沿着所述竖直方向上所述气密密封外壳的所述相对表面的相对区域之间的所述导热路径的所述热导率为至少5W/m·K。
实施例133：根据任一前述实施例所述的电极组件、密封二次电池单元或方法，其中所述导热路径是沿着连接到所述第一和第二竖直生长约束件的所述电极结构群中的成员和/或所述对电极结构群中的成员的所述竖直方向。
实施例134：根据任一前述实施例所述的电极组件、密封二次电池单元或方法，其中所述气密密封外壳包括由聚合物材料片制成的层压结构，在所述层压结构之间安置有柔性金属材料片。
实施例135：根据任一前述实施例所述的电极组件、密封二次电池单元或方法，其中所述气密密封外壳包括由聚丙烯片、铝片和尼龙片制成的层压结构，其中所述铝片位于所述聚丙烯片与所述尼龙聚合物片之间。
实施例136：根据任一前述实施例所述的电极组件、密封二次电池单元或方法，其中所述第一和第二竖直生长约束件和/或第一和第二纵向约束件包括金属、合金、陶瓷、玻璃、塑料或其组合中的任何一种。
实施例137：根据任一前述实施例所述的电极组件、密封二次电池单元或方法，其中所述第一和第二竖直生长约束件和/或第一和第二纵向约束件包括不锈钢和铝中的任何一种。
实施例138：根据任一前述实施例所述的电极组件、密封二次电池单元或方法，其中第一和第二竖直生长约束件具有至少70MPa的屈服强度。
实施例139：根据任一前述实施例所述的电极组件、密封二次电池单元或方法，其中第一和第二竖直生长约束件具有至少100MPa的屈服强度。
实施例140：根据任一前述实施例所述的电极组件、密封二次电池单元或方法，其中第一和第二竖直生长约束件具有至少150MPa的屈服强度。
实施例141：根据任一前述实施例所述的电极组件、密封二次电池单元或方法，其中第一和第二竖直生长约束件具有至少200MPa的屈服强度。
实施例142：根据任一前述实施例所述的电极组件、密封二次电池单元或方法，其中第一和第二竖直生长约束件具有至少300MPa的屈服强度。
实施例143：根据任一前述实施例所述的电极组件、密封二次电池单元或方法，其中第一和第二竖直生长约束件具有至少500MPa的屈服强度。
实施例144：根据任一前述实施例所述的电极组件、密封二次电池单元或方法，其中第一和第二竖直生长约束件具有至少70MPa的拉伸强度。
实施例145：根据任一前述实施例所述的电极组件、密封二次电池单元或方法，其中第一和第二竖直生长约束件具有至少100MPa的拉伸强度。
实施例146：根据任一前述实施例所述的电极组件、密封二次电池单元或方法，其中第一和第二竖直生长约束件具有至少150MPa的拉伸强度。
实施例147：根据任一前述实施例所述的电极组件、密封二次电池单元或方法，其中第一和第二竖直生长约束件具有至少200MPa的拉伸强度。
实施例148：根据任一前述实施例所述的电极组件、密封二次电池单元或方法，其中第一和第二竖直生长约束件具有至少300MPa的拉伸强度。
实施例149：根据任一前述实施例所述的电极组件、密封二次电池单元或方法，其中第一和第二竖直生长约束件具有至少500MPa的拉伸强度。
实施例150：根据任一前述实施例所述的电极组件、密封二次电池单元或方法，其中第一和第二纵向生长约束件具有至少70MPa的屈服强度。
实施例151：根据任一前述实施例所述的电极组件、密封二次电池单元或方法，其中第一和第二纵向生长约束件具有至少100MPa的屈服强度。
实施例152：根据任一前述实施例所述的电极组件、密封二次电池单元或方法，其中第一和第二纵向生长约束件具有至少150MPa的屈服强度。
实施例153：根据任一前述实施例所述的电极组件、密封二次电池单元或方法，其中第一和第二纵向生长约束件具有至少200MPa的屈服强度。
实施例154：根据任一前述实施例所述的电极组件、密封二次电池单元或方法，其中第一和第二纵向生长约束件具有至少300MPa的屈服强度。
实施例155：根据任一前述实施例所述的电极组件、密封二次电池单元或方法，其中第一和第二纵向生长约束件具有至少500MPa的屈服强度。
实施例156：根据任一前述实施例所述的电极组件、密封二次电池单元或方法，其中第一和第二纵向生长约束件具有至少70MPa的拉伸强度。
实施例157：根据任一前述实施例所述的电极组件、密封二次电池单元或方法，其中第一和第二纵向生长约束件具有至少100MPa的拉伸强度。
实施例158：根据任一前述实施例所述的电极组件、密封二次电池单元或方法，其中第一和第二纵向生长约束件具有至少150MPa的拉伸强度。
实施例159：根据任一前述实施例所述的电极组件、密封二次电池单元或方法，其中第一和第二纵向生长约束件具有至少200MPa的拉伸强度。
实施例160：根据任一前述实施例所述的电极组件、密封二次电池单元或方法，其中第一和第二纵向生长约束件具有至少300MPa的拉伸强度。
实施例161：根据任一前述实施例所述的电极组件、密封二次电池单元或方法，其中第一和第二纵向生长约束件具有至少500MPa的拉伸强度。
实施例162：根据任一前述实施例所述的电极组件、密封二次电池单元或方法，其中连接到上侧壁和下侧壁的所述电极结构群中的成员和/或所述对电极结构群中的成员具有大于150MPa的屈服强度。
实施例163：根据任一前述实施例所述的电极组件、密封二次电池单元或方法，其中连接到上侧壁和下侧壁的所述电极结构群中的成员和/或所述对电极结构群中的成员具有大于200MPa的屈服强度。
实施例164：根据任一前述实施例所述的电极组件、密封二次电池单元或方法，其中连接到上侧壁和下侧壁的所述电极结构群中的成员和/或所述对电极结构群中的成员具有大于300MPa的屈服强度。
实施例165：根据任一前述实施例所述的电极组件、密封二次电池单元或方法，其中连接到上侧壁和下侧壁的所述电极结构群中的成员和/或所述对电极结构群中的成员具有大于500MPa的屈服强度。
实施例166：根据任一前述实施例所述的电极组件、密封二次电池单元或方法，其中连接到上侧壁和下侧壁的所述电极结构群中的成员和/或所述对电极结构群中的成员具有大于100MPa的拉伸强度。
实施例167：根据任一前述实施例所述的电极组件、密封二次电池单元或方法，其中连接到上侧壁和下侧壁的所述电极结构群中的成员和/或所述对电极结构群中的成员具有大于150MPa的拉伸强度。
实施例168：根据任一前述实施例所述的电极组件、密封二次电池单元或方法，其中连接到上侧壁和下侧壁的所述电极结构群中的成员和/或所述对电极结构群中的成员具有大于200MPa的拉伸强度。
实施例169：根据任一前述实施例所述的电极组件、密封二次电池单元或方法，其中连接到上侧壁和下侧壁的所述电极结构群中的成员和/或所述对电极结构群中的成员具有大于300MPa的拉伸强度。
实施例170：根据任一前述实施例所述的电极组件、密封二次电池单元或方法，其中连接到上侧壁和下侧壁的所述电极结构群中的成员和/或所述对电极结构群中的成员具有大于500MPa的拉伸强度。
实施例171：根据任一前述实施例所述的电极组件、密封二次电池单元或方法，其中连接到第一和第二竖直生长约束件的所述电极结构群中的成员和/或所述对电极结构群中的成员具有至少70MPa的屈服强度。
实施例172：根据任一前述实施例所述的电极组件、密封二次电池单元或方法，其中连接到第一和第二竖直生长约束件的所述电极结构群中的成员和/或所述对电极结构群中的成员具有至少100MPa的屈服强度。
实施例173：根据任一前述实施例所述的电极组件、密封二次电池单元或方法，其中连接到所述第一和第二竖直生长约束件的所述电极结构群中的成员和/或所述对电极结构群中的成员具有至少150MPa的屈服强度。
实施例174：根据任一前述实施例所述的电极组件、密封二次电池单元或方法，其中连接到所述第一和第二竖直生长约束件的所述电极结构群中的成员和/或所述对电极结构群中的成员具有至少200MPa的屈服强度。
实施例175：根据任一前述实施例所述的电极组件、密封二次电池单元或方法，其中连接到所述第一和第二竖直生长约束件的所述电极结构群中的成员和/或所述对电极结构群中的成员具有至少300MPa的屈服强度。
实施例176：根据任一前述实施例所述的电极组件、密封二次电池单元或方法，其中连接到所述第一和第二竖直生长约束件的所述电极结构群中的成员和/或所述对电极结构群中的成员具有至少500MPa的屈服强度。
实施例177：根据任一前述实施例所述的电极组件、密封二次电池单元或方法，其中所述电极结构群、电绝缘隔膜群和对电极结构群中的成员在所述纵向方向上以交替顺序布置。
实施例178：根据任一前述实施例所述的电极组件、密封二次电池单元或方法，其中所述电极结构群中的成员包括电极活性材料层和电极集电器，并且所述对电极结构群中的成员包括对电极活性材料层和对电极集电器。
实施例179：根据任一前述实施例所述的电极组件、密封二次电池单元或方法，其中所述第一和第二竖直生长约束件连接到所述电极结构群和/或对电极结构群中的成员的上表面和下表面。
实施例180：根据任一前述实施例所述的电极组件、密封二次电池单元或方法，其中所述第一和第二竖直生长约束件连接到所述电极结构群中的成员的电极集电器层的上表面和下表面，和/或所述对电极群中的成员的对电极集电器的上表面和下表面。
实施例181：根据任一前述实施例所述的电极组件、密封二次电池单元或方法，其中连接到所述第一和第二竖直生长约束件的所述电极集电器和/或所述对电极集电器包括在所述纵向方向上测量的在5μm与50μm之间的范围内的厚度。
实施例182：根据任一前述实施例所述的电极组件、密封二次电池单元或方法，其中连接到所述第一和第二竖直生长约束件的所述电极集电器和/或所述对电极集电器包括大于100MPa的屈服强度。
实施例183：根据任一前述实施例所述的电极组件、密封二次电池单元或方法，其中所述第一和第二竖直生长约束件约束在所述竖直方向上的生长，使得所述电极组件的费雷特直径的任何增加在20次连续循环内小于2％。
实施例184：根据任一前述实施例所述的电极组件、密封二次电池单元或方法，其中所述第一和第二竖直生长约束件约束在所述竖直方向上的生长，使得所述电极组件的费雷特直径的任何增加在30次连续循环内小于2％。
实施例185：根据任一前述实施例所述的电极组件、密封二次电池单元或方法，其中所述第一和第二竖直生长约束件约束在所述竖直方向上的生长，使得所述电极组件的费雷特直径的任何增加在50次连续循环内小于2％。
实施例186：根据任一前述实施例所述的电极组件、密封二次电池单元或方法，其中所述第一和第二竖直生长约束件约束在所述竖直方向上的生长，使得所述电极组件的费雷特直径的任何增加在80次连续循环内小于2％。
实施例187：根据任一前述实施例所述的电极组件、密封二次电池单元或方法，其中所述第一和第二竖直生长约束件约束在所述竖直方向上的生长，使得所述电极组件的费雷特直径的任何增加在100次连续循环内小于2％。
实施例188：根据任一前述实施例所述的电极组件、密封二次电池单元或方法，其中所述第一和第二纵向生长约束件包括在所述纵向方向上的至少150μm的厚度。
实施例189：根据任一前述实施例所述的电极组件、密封二次电池单元或方法，其中所述第一和第二纵向生长约束件包括在所述纵向方向上的至少250μm的厚度。
实施例190：根据任一前述实施例所述的电极组件、密封二次电池单元或方法，其中所述第一和第二纵向生长约束件包括在所述纵向方向上的至少400μm的厚度。
实施例191：根据任一前述实施例所述的电极组件、密封二次电池单元或方法，其中所述电极结构群中的成员和/或所述对电极结构群中的成员通过粘附、胶合、焊接、接合、结合、钎焊、烧结、压接、铜焊、热喷涂接合、夹持、引线结合、带状结合、超声波结合、超声波焊接、电阻焊接、激光束焊接、电子束焊接、感应焊接、冷焊、等离子喷涂、火焰喷涂和电弧喷涂中的一种或多种中的任何一种或多种连接到所述第一和第二竖直生长约束件。
实施例192.根据任一前述实施例所述的电极组件、密封二次电池单元或方法，其中所述第一和第二竖直生长约束件包括穿过其竖直厚度的孔隙。
实施例193.根据任一前述实施例所述的电极组件、密封二次电池单元或方法，其中所述相对的纵向端面的表面积小于所述电极组件的表面积的33％。
实施例194.根据任一前述实施例所述的电极组件、密封二次电池单元或方法，其中所述电极结构群中的每个成员的长度LE和所述对电极结构群中的每个成员的长度LCE是在其中心纵轴AE和ACE的横向方向上测量的，所述电极结构群中的每个成员的宽度WE和所述对电极结构群中的每个成员的宽度WCE是在纵向方向上测量的，并且所述电极结构群中的每个成员的高度HE和所述对电极结构群中的每个成员的高度HCE是在垂直于每个此类成员的中心纵轴AE或ACE且垂直于纵向方向的竖直方向上测量的，相应地，所述电极结构群中的每个成员的LE与WE和HE中的每一者的比率为至少5:1，所述电极结构群中的每个成员的HE与WE的比率在0.4:1与1000:1之间，并且相应地，所述对电极结构群中的每个成员的LCE与WCE和HCE中的每一者的比率为至少5:1，所述对电极结构群中的每个成员的HCE与WCE的比率在0.4:1与1000:1之间。
实施例195.根据任一前述实施例所述的电极组件、密封二次电池单元或方法，其中所述电极组件具有在所述纵向方向上测量的最大宽度WEA、由侧向表面界定且在所述横向方向上测量的最大长度LEA以及由侧向表面界定且在所述竖直方向上测量的最大高度HEA，并且LEA和WEA中的每一者与HEA的比率为至少2:1。
实施例196.根据任一前述实施例所述的电极组件、密封二次电池单元或方法，其中所述电极结构群和所述对电极结构群中的成员到第一纵向表面上的突出部外接第一突出区域，并且所述电极结构群和所述对电极结构群中的成员到第二纵向表面上的突出部外接第二突出区域，并且其中所述第一和第二纵向生长约束件包括上覆于所述第一和第二突出区域的第一和第二压缩构件。
实施例197.根据任一前述实施例所述的电极组件、密封二次电池单元或方法，其中所述第一和第二纵向生长约束件维持所述纵向方向上所述电极组件上的压力，所述压力超过在相互垂直且垂直于所述纵向方向的所述两个方向中的每一个方向上维持于所述电极组件上的压力。
实施例198.根据任一前述实施例所述的电极组件、密封二次电池单元或方法，其中所述第一和第二纵向生长约束件维持所述纵向方向上所述电极组件上的压力，所述压力超过在相互垂直且垂直于所述纵向方向的所述两个方向中的每一个方向上维持于所述电极组件上的压力至少3倍。
实施例199.根据任一前述实施例所述的电极组件、密封二次电池单元或方法，其中所述第一和第二纵向生长约束件维持所述纵向方向上所述电极组件上的压力，所述压力超过在相互垂直且垂直于所述纵向方向的所述两个方向中的每一个方向上维持于所述电极组件上的压力至少4倍。
实施例200.根据任一前述实施例所述的电极组件、密封二次电池单元或方法，其中所述第一和第二纵向生长约束件维持所述纵向方向上所述电极组件上的压力，所述压力超过在相互垂直且垂直于所述纵向方向的所述两个方向中的每一个方向上维持于所述电极组件上的压力至少5倍。
实施例201.根据任一前述实施例所述的电极组件、密封二次电池单元或方法，其中所述第一和第二纵向生长约束件限制所述电极组件在所述纵向方向上的生长，使得所述电极组件在所述纵向方向上的费雷特直径的任何增加在20次连续循环内小于20％。
实施例202.根据任一前述实施例所述的电极组件、密封二次电池单元或方法，其中所述第一和第二纵向生长约束件限制所述电极组件在所述纵向方向上的生长，使得所述电极组件在所述纵向方向上的费雷特直径的任何增加在10次连续循环内小于10％。
实施例203.根据任一前述实施例所述的电极组件、密封二次电池单元或方法，其中所述第一和第二纵向生长约束件限制所述电极组件在所述纵向方向上的生长，使得所述电极组件在所述纵向方向上的费雷特直径的任何增加在5次连续循环内小于10％。
实施例204.根据任一前述实施例所述的电极组件、密封二次电池单元或方法，其中所述第一和第二纵向生长约束件限制所述电极组件在所述纵向方向上的生长，使得所述电极组件在所述纵向方向上的费雷特直径的任何增加在每次循环小于1％。
实施例205.根据任一前述实施例所述的电极组件、密封二次电池单元或方法，其中所述第一和第二竖直生长约束件限制所述电极组件在所述竖直方向上的生长，使得所述电极组件在所述竖直方向上的费雷特直径的任何增加在20次连续循环内小于20％。
实施例206.根据任一前述实施例所述的电极组件、密封二次电池单元或方法，其中所述第一和第二竖直生长约束件限制所述电极组件在所述竖直方向上的生长，使得所述电极组件在所述竖直方向上的费雷特直径的任何增加在10次连续循环内小于10％。
实施例207.根据任一前述实施例所述的电极组件、密封二次电池单元或方法，其中所述第一和第二竖直生长约束件限制所述电极组件在所述竖直方向上的生长，使得所述电极组件在所述竖直方向上的费雷特直径的任何增加在5次连续循环内小于10％。
实施例208.根据任一前述实施例所述的电极组件、密封二次电池单元或方法，其中所述第一和第二竖直生长约束件限制所述电极组件在所述竖直方向上的生长，使得所述电极组件在所述竖直方向上的费雷特直径的任何增加在每次循环小于1％。
实施例209.根据任一前述实施例所述的电极组件、密封二次电池单元或方法，其中(i)所述电极结构群中的成员是阳极结构并且所述对电极结构群中的成员是阴极结构，或(ii)所述电极结构群中的成员是阴极结构并且所述对电极结构群中的成员是阳极结构。
实施例210.根据任一前述实施例所述的电极组件、密封二次电池单元或方法，其中所述电极结构群中的成员是包括阳极活性材料层的阳极结构，并且所述对电极结构群中的成员是包括阴极活性材料层的阴极结构。
实施例211.根据任一前述实施例所述的电极组件、密封二次电池单元或方法，其中载体离子容纳在所述气密密封电池外壳内。
实施例212.根据任一前述实施例所述的电极组件、密封二次电池单元或方法，其中电极结构群中的成员包括阳极活性材料，所述阳极活性材料包括以下中的任一种或多种：碳材料、石墨、软碳或硬碳；能够与锂形成合金的金属、半金属、合金、氧化物、化合物；锡、铅、镁、铝、硼、镓、硅、Si/C复合物、Si/石墨混合物、SiOx、多孔Si、金属间Si合金、铟、锆、锗、铋、镉、锑、银、锌、砷、铪、钇、锂、钠、钛酸锂、钯、锂金属、碳、石油焦、活性炭、石墨、硅化合物、硅合金、锡化合物、不可石墨化的碳、石墨基碳、LixFe2O3(0≦x≦1)、LixWO2(0≦x≦1)、SnxMe1-xMe′yOz(Me：Mn、Fe、Pb、Ge；Me′：Al、B、P、Si、元素周期表中第1族、第2族和第3族的元素、卤素；0<x≦1；1≦y≦3；1≦z≦8)、锂合金、硅基合金、锡基合金；金属氧化物，SnO、SnO2、PbO、PbO2、Pb2O3、Pb3O4、Sb2O3、Sb2O4、Sb2O5、GeO、GeO2、Bi2O3、Bi2O4、Bi2O5、导电聚合物、聚乙炔、Li—Co—Ni基材料、结晶石墨、天然石墨、合成石墨、无定形碳、基什石墨、热解碳、基于中间相沥青的碳纤维、中间相碳微珠、中间相沥青、石墨化碳纤维、高温烧结碳、石油、煤焦油沥青衍生的焦炭、氧化锡、硝酸钛、锂金属膜、锂与一种或多种选自由以下组成的组的金属的合金：Na、K、Rb、Cs、Fr、Be、Mg、Ca、Sr、Ba、Ra、Al和Sn；能够与锂合金化和/或嵌入锂的金属化合物，选自以下中的任何一种：Si、Al、C、Pt、Sn、Pb、Ir、Ni、Cu、Ti、Na、K、Rb、Cs、Fr、Be、Ca、Sr、Sb、Ba、Ra、Ge、Zn、Bi、In、Mg、Ga、Cd、Si合金、Sn合金、Al合金；能够掺杂和去掺杂锂离子的金属氧化物，SiOv(0<v<2)、SnO2、氧化钒、氧化锂钒、包含金属化合物和碳材料的复合物、Si—C复合物、Sn—C复合物、过渡金属氧化物、Li4/3Ti5/3O4、SnO、含碳材料、石墨碳纤维、树脂煅烧碳、热分解气相生长碳、软木、中间相碳微珠(“MCMB”)、糠醇树脂煅烧碳、多并苯、基于沥青的碳纤维、气相生长碳纤维或天然石墨；以及安置在分层含碳材料的各层之间的式NaxSny-zMz的组合物，其中M是Ti、K、Ge、P或其组合，并且0<x≤15，1≤y≤5且0≤z≤1；以及前述任何一种的氧化物、合金、氮化物、氟化物，以及前述任一种的任何组合。
实施例213.根据任一前述实施例所述的电极组件、密封二次电池单元或方法，其中所述阳极活性材料包括以下中的至少一种：锂金属、锂金属合金、硅、硅合金、氧化硅、锡、锡合金、氧化锡和含碳材料。
实施例214.根据任一前述实施例所述的电极组件、密封二次电池单元或方法，其中所述阳极活性材料包括硅和氧化硅中的至少一种。
实施例215.根据任一前述实施例所述的电极组件、密封二次电池单元或方法，其中所述阳极活性材料包括锂和锂金属合金中的至少一种。
实施例216.根据任一前述实施例所述的电极组件、密封二次电池单元或方法，其中所述阳极活性材料包括含碳材料。
实施例217.根据任一前述实施例所述的电极组件、密封二次电池单元或方法，其中所述电绝缘隔膜群中的成员包括被非水液体电解质渗透的微孔隔膜材料。
实施例218.根据任一前述实施例所述的电极组件、密封二次电池单元或方法，其中所述电绝缘隔膜群中的成员包括固体电解质。
实施例219.根据任一前述实施例所述的电极组件、密封二次电池单元或方法，其中所述电绝缘隔膜群中的成员包括陶瓷材料、玻璃或石榴石材料。
实施例220.根据任一前述实施例所述的电极组件、密封二次电池单元或方法，所述电极组件包括选自由非水液体电解质、凝胶电解质、固体电解质及其组合组成的组的电解质。
实施例221.根据任一前述实施例所述的电极组件、密封二次电池单元或方法，其中所述电极组件包括液体电解质。
实施例222.根据任一前述实施例所述的电极组件、密封二次电池单元或方法，其中所述电极组件包括水性液体电解质。
实施例223.根据任一前述实施例所述的电极组件、密封二次电池单元或方法，其中所述电极组件包括非水液体电解质。
实施例224.根据任一前述实施例所述的电极组件、密封二次电池单元或方法，其中所述电极组件包括凝胶电解质。
实施例225.根据任一前述实施例所述的电极组件、密封二次电池单元或方法，其中所述电绝缘隔膜包括固体电解质。
实施例226.根据任一前述实施例所述的电极组件、密封二次电池单元或方法，其中所述电绝缘隔膜包括固体聚合物电解质。
实施例227.根据任一前述实施例所述的电极组件、密封二次电池单元或方法，其中所述电绝缘隔膜包括固体无机电解质。
实施例228.根据任一前述实施例所述的电极组件、密封二次电池单元或方法，其中所述电绝缘隔膜包括固体有机电解质。
实施例229.根据任一前述实施例所述的电极组件、密封二次电池单元或方法，其中所述电绝缘隔膜包括陶瓷电解质。
实施例230.根据任一前述实施例所述的电极组件、密封二次电池单元或方法，其中所述电绝缘隔膜包括无机电解质。
实施例231.根据任一前述实施例所述的电极组件、密封二次电池单元或方法，其中所述电绝缘隔膜包括陶瓷。
实施例232.根据任一前述实施例所述的电极组件、密封二次电池单元或方法，其中所述电绝缘隔膜包括石榴石材料。
实施例233.根据任一前述实施例所述的电极组件、密封二次电池单元或方法，其包括选自由以下组成的组的电解质：水性电解质、非水液体电解质、固体聚合物电解质、固体陶瓷电解质、固体玻璃电解质、固体石榴石电解质、凝胶聚合物电解质、无机固体电解质和熔融型无机电解质。
实施例234.根据任一前述实施例所述的电极组件、密封二次电池单元或方法，其中对电极结构群中的成员包括阴极活性材料，所述阴极活性材料包括过渡金属氧化物、过渡金属硫化物、过渡金属氮化物、锂过渡金属氧化物、锂过渡金属硫化物、锂过渡金属氮化物中的至少一者；包含具有d-壳层或f-壳层的金属元素的过渡金属氧化物、过渡金属硫化物和过渡金属氮化物；和/或其中金属元素是选自Sc、Y、镧系元素、锕系元素、Ti、Zr、Hf、V、Nb、Ta、Cr、Mo、W、Mn、Tc、Re、Fe、Ru、Os、Co、Rh、Ir、Ni、Pb、Pt、Cu、Ag和Au中的任一种；LiCoO2、LiNi0.5Mn1.5O4、Li(NixCoyAlz)O2、LiFePO4、Li2MnO4、V2O5、钼氧硫化物、磷酸盐、硅酸盐、钒酸盐、硫、硫化合物、氧(空气)、Li(NixMnyCoz)O2；含锂化合物，所述含锂化合物包括金属氧化物或金属磷酸盐，包括锂、钴和氧的化合物(例如，LiCoO2)，包括锂、锰和氧的化合物(例如，LiMn2O4)，包括锂铁和磷酸盐的化合物(例如，LiFePO)；锂锰氧化物、锂钴氧化物、锂镍氧化物、锂铁磷酸盐、锂钴氧化物(LiCoO2)、锂镍氧化物(LiNiO2)、具有一种或多种过渡金属的经取代化合物、锂锰氧化物、Li1+xMn2-xO4(其中x为0至0.33)、LiMnO3、LiMn2O3、LiMnO2、锂铜氧化物(Li2CuO2)、钒氧化物、LiV3O8、LiFe3O4、V2O5、Cu2V2O7、由化学式LiNi1-xMxO2(其中M＝Co、Mn、Al、Cu、Fe、Mg、B或Ga，并且x＝0.01至0.3)表示的Ni位型锂镍氧化物；由化学式LiMn2-xMxO2(其中M＝Co、Ni、Fe、Cr、Zn或Ta，并且x＝0.01至0.1)、Li2Mn3MO8(其中M＝Fe、Co、Ni、Cu或Zn)表示的锂锰复合氧化物、其中一部分Li经碱土金属离子取代的LiMn2O4、二硫化物、Fe2(MoO4)3；具有式2的橄榄石晶体结构的锂金属磷酸盐：Li1+aFe1-xM′x(PO4-b)Xb，其中M'是选自以下中的至少一种：Al、Mg、Ni、Co、Mn、Ti、Ga、Cu、V、Nb、Zr、Ce、In、Zn和Y，X是选自F、S和N中的至少一种，-0.5≤a≤+0.5，0≤x≤0.5且0≤b≤0.1,LiFePO4、Li(Fe,Mn)PO4、Li(Fe,Co)PO4、Li(Fe,Ni)PO4、LiCoO2、LiNiO2、LiMnO2、LiMn2O4、LiNi1-yCoyO2、LiCo1-yMnyO2、LiNi1-yMnyO2(0≤y≤1)、Li(NiaCobMnc)O4(0<a<2，0<b<2，0<c<2且a+b+c＝2)、LiMn2-zNizO4、LiMn2-zCozO4(0<z<2)、LiCoPO4和LiFePO4；元素硫(S8)；硫系列化合物，Li2Sn(n≥1)、有机硫化合物、碳-硫聚合物((C2Sx)n：x＝2.5至50，n≥2)；锂与锆的氧化物；锂和金属(例如钴、锰、镍或其组合)的复合氧化物、LiaA1-bMbD2(其中，0.90≤a≤1且0≤b≤0.5)、LiaE1-bMbO2-cDc(其中，0.90≤a≤1，0≤b≤0.5且0≤c≤0.05)、LiE2-bMbO4-cDc(其中，0≤b≤0.5且0≤c≤0.05)、LiaNi1-b- cCobMcDa(其中，0.90≤a≤1，0≤b≤0.5，0≤c≤0.05且0<a≤2)、LiaNi1-b-cCobMcO2-aXa(其中，0.90≤a≤1，0≤b≤0.5，0≤c≤0.05且0<a<2)、LiaNi1-b-cCobMcO2-aX2(其中，0.90≤a≤1，0≤b≤0.5，0≤c≤0.05且0<a<2)、LiaNi1-b-cMnbMcDa(其中，0.90≤a≤1，0≤b≤0.5，0≤c≤0.05且0<a≤2)、LiaNi1-b-cMnbMcO2-aXa(其中，0.90≤a≤1，0≤b≤0.5，0≤c≤0.05且0<a<2)、LiaNi1-b-cMnbMcO2-aX2(其中，0.90≤a≤1，0≤b≤0.5，0≤c≤0.05且0<a<2)、LiaNibEcGdO2(其中，0.90≤a≤1，0≤b≤0.9，0≤c≤0.5且0.001≤d≤0.1)、LiaNibCocMndGeO2(其中，0.90≤a≤1，0≤b≤0.9，0≤c≤0.5，0≤d≤0.5且0.001≤e≤0.1)、LiaNiGbO2(其中，0.90≤a≤1且0.001≤b≤0.1)、LiaCoGbO2(其中，0.90≤a≤1且0.001≤b≤0.1)、LiaMnGbO2(其中，0.90≤a≤1且0.001≤b≤0.1)、LiaMn2GbO4(其中，0.90≤a≤1且0.001≤b≤0.1)、QO2、QS2、LiQS2、V2O5、LiV2O5、LiX′O2、LiNiVO4、Li(3-f)J2(PO4)3(0≤f≤2)；Li(3-f)Fe2(PO4)3(0≤f≤2)、LiFePO4(A为Ni、Co、Mn或其组合；M为Al、Ni、Co、Mn、Cr、Fe、Mg、Sr、V、稀土元素或其组合；D为O、F、S、P或其组合；E为Co、Mn或其组合；X为F、S、P或其组合；G为Al、Cr、Mn、Fe、Mg、La、Ce、Sr、V或其组合；Q为Ti、Mo、Mn或其组合；X′为Cr、V、Fe、Sc、Y或其组合；且J为V、Cr、Mn、Co、Ni、Cu或其组合)、LiCoO2、LiMnxO2x(x＝1或2)、LiNi1-xMnxO2x(0<x<1)、LiNi1-x-yCoxMnyO2(0≤x≤0.5，0≤y≤0.5)、FePO4；锂化合物、锂钴氧化物、锂镍氧化物、锂镍钴氧化物、锂镍钴铝氧化物、锂镍钴锰氧化物、锂锰氧化物、锂铁磷酸盐、硫化镍、硫化铜、硫、氧化铁、氧化钒、含钠材料；式NaM1 aO2(其中，M1是至少一种过渡金属元素，且0≤a<1)的氧化物，NaFeO2、NaMnO2、NaNiO2、NaCoO2；由式NaMn1-aM1 aO2(其中，M1是至少一种过渡金属元素，且0≤a<1)表示的氧化物，Na[Ni1/2Mn1/2]O2、Na2/3[Fe1/2Mn1/2]O2；由式Na0.44Mn1-aM1 aO2(其中，M1是至少一种过渡金属元素，且0≤a<1)表示的氧化物；由式Na0.7Mn1-aM1 a O2.05(其中，M1是至少一种过渡金属元素，且0≤a<1)表示的氧化物；由式NabM2 cSi12O30(其中，M2是至少一种过渡金属元素，2≤b≤6且2≤c≤5)表示的氧化物，Na6Fe2Si12O30、Na2Fe5Si12O(其中，M2是至少一种过渡金属元素，2≤b≤6且2≤c≤5)；由式NadM3 eSi6O18(其中，M3是至少一种过渡金属元素，3≤d≤6且1≤e≤2)表示的氧化物，Na2Fe2Si6O18、Na2MnFeSi6O18(其中，M3是至少一种过渡金属元素，3≤d≤6且1≤e≤2)；由式NafM4 gSi2O6(其中，M4是选自过渡金属元素镁(Mg)和铝(Al)中的至少一种元素，1≤f≤2且1≤g≤2)表示的氧化物；磷酸盐，Na2FeSiO6、NaFePO4、Na3Fe2(PO4)3、Na3V2(PO4)3、Na4Co3(PO4)2P2O7；硼酸盐，NaFeBO4或Na3Fe2(BO4)3；氟化物，NahM5F6(其中，M5是至少一种过渡金属元素，且2≤h≤3)、Na3FeF6、Na2MnF6；氟磷酸盐，Na3V2(PO4)2F3、Na3V2(PO4)2FO2、NaMnO2、Na[Ni1/2Mn1/2]O2、Na2/3[Fe1/2Mn1/2]O2、Na3V2(PO4)3、Na4Co3(PO4)2P2O7、Na3V2(PO4)2F3和/或Na3V2(PO4)2FO2，以及任何复合氧化物和/或前述的其它组合。
实施例235.根据任一前述实施例所述的电极组件、密封二次电池单元或方法，其中所述阴极活性材料包括以下中的至少一种：过渡金属氧化物、过渡金属硫化物、过渡金属氮化物、过渡金属磷酸盐和过渡金属氮化物。
实施例236.根据任一前述实施例所述的电极组件、密封二次电池单元或方法，其中所述阴极活性材料包括含有锂以及钴和镍中的至少一种的过渡金属氧化物。
实施例237.根据任一前述实施例所述的电极组件、密封二次电池单元或方法，其中所述电极结构群中的成员包括阳极集电器，所述阳极集电器包括以下中的至少一种：铜；镍；铝；不锈钢；钛；钯；烘焙碳；煅烧碳；铟；铁；镁；钴；锗；锂；铜或不锈钢与碳、镍、钛、银、铝镉合金和/或其合金的经表面处理的材料。
实施例238.根据任一前述实施例所述的电极组件、密封二次电池单元或方法，其中所述电极结构群中的成员包括阳极集电器，所述阳极集电器包括铜、镍、不锈钢及其合金中的至少一种。
实施例239.根据任一前述实施例所述的电极组件、密封二次电池单元或方法，其中所述对电极结构包括阴极集电器，所述阴极集电器包括以下中的至少一种：不锈钢；铝；镍；钛；烘焙碳；烧结碳；铝或不锈钢与碳、镍、钛、银或其合金的经表面处理的材料。
实施例240.根据任一前述实施例所述的电极组件、密封二次电池单元或方法，其中所述阴极集电器包括以下中的至少一种：不锈钢；铝；镍；钛；烘焙碳；烧结碳；铝或不锈钢与碳、银或其合金的经表面处理的材料。
实施例241.根据任一前述实施例所述的电极组件、密封二次电池单元或方法，其中所述阴极集电器包括铝。
实施例242.根据任一前述实施例所述的电极组件、密封二次电池单元或方法，其中所述第一和第二竖直生长约束件包括不锈钢、钛或玻璃纤维复合物中的任一种。
实施例243.根据任一前述实施例所述的电极组件、密封二次电池单元或方法，其中所述第一和第二竖直生长约束件包括不锈钢。
实施例244.根据任一前述实施例所述的电极组件、密封二次电池单元或方法，其中所述第一和第二竖直生长约束件包括在其内表面和外表面上的绝缘材料涂层。
实施例245.根据任一前述实施例所述的电极组件、密封二次电池单元或方法，其中所述电极组件包括至少5个电极结构和至少5个对电极结构。
实施例246.根据任一前述实施例所述的电极组件、密封二次电池单元或方法，其中所述电极组件包括至少10个电极结构和至少10个对电极结构。
实施例247.根据任一前述实施例所述的电极组件、密封二次电池单元或方法，其中所述电极组件包括至少50个电极结构和至少50个对电极结构。
实施例248.根据任一前述实施例所述的电极组件、密封二次电池单元或方法，其中所述电极组件包括至少100个电极结构和至少100个对电极结构。
实施例249.根据任一前述实施例所述的电极组件、密封二次电池单元或方法，其中所述电极组件包括至少500个电极结构和至少500个对电极结构。
通过引用结合
出于所有目的，本文中所提及的所有出版物和专利(包含下文中所列出的那些项)特此通过引用整体并入，如同每个单独的出版物或专利通过引用明确且单独地并入。在冲突的情况下，以本申请，包含本文中的任何定义为准。
等效物
虽然已经讨论了具体实施例，但是以上说明书是说明性的而非限制性的。对于本领域的技术人员而言，在阅读了本说明书后，许多变化将变得显而易见。实施例的全部范围应参考权利要求连同其等效物的全部范围以及说明书连同此类变化来确定。
除非另外指示，否则本说明书和权利要求书中所使用的表示成分的数量、反应条件等的所有数字应被理解为在所有情况下均被术语“约”修饰。因此，除非相反地指出，否则本说明书和所附权利要求中阐述的数值参数是可以根据寻求获得的期望性质而改变的近似值。

Claims (30)

1.一种能够在充电状态与放电状态之间充电的密封二次电池单元，所述密封二次电池单元包括含聚合物外壳材料的气密密封外壳、由所述气密密封外壳包围的电极组件、一组电极约束件以及至少100mAmp+hr的额定容量，其中
所述电极组件具有基本上多面体形状，所述基本上多面体形状具有分别对应于假想三维笛卡尔坐标系的x轴、y轴和z轴的相互垂直的横轴、纵轴和竖轴、基本上平坦且在纵向方向上彼此分离的相对的纵向端面、以及围绕电极组件纵轴AEA且连接第一和第二纵向端面的侧向表面，所述侧向表面具有基本上平坦且在所述纵轴的相对的竖直侧上在竖直方向上彼此分离的相对的竖直表面、基本上平坦且在所述纵轴的相对的横向侧上在横向方向上彼此分离的相对的横向表面，其中相对的纵向表面具有组合表面积LSA，所述相对的横向表面具有组合表面积TSA，所述相对的竖直表面具有组合表面积VSA，并且VSA与LSA和TSA中的每一者的比率为至少5:1，
所述电极组件进一步包括电极结构群、电绝缘隔膜群和对电极结构群，其中所述电极结构群、电绝缘隔膜群和对电极结构群中的成员以交替顺序布置，
所述一组电极约束件包括竖直约束系统，所述竖直约束系统包括在所述竖直方向上彼此分离的第一和第二竖直生长约束件，所述第一和第二竖直生长约束件连接到所述电极结构群中的成员和/或所述对电极结构群中的成员，并且所述竖直约束系统能够限制所述电极组件在所述竖直方向上的生长，
所述充电状态是所述二次电池单元的额定容量的至少75％，并且所述放电状态小于所述二次电池单元的额定容量的25％，并且
所述气密密封外壳包括在所述竖直方向上彼此分离的相对的外部竖直表面。
2.根据权利要求1所述的密封二次电池单元，其中连接到所述第一和第二竖直生长约束件的所述电极结构群中的成员和/或所述对电极结构群中的成员具有在所述纵向方向上测量的在5μm与50μm之间的范围内的厚度。
3.根据任一前述权利要求所述的密封二次电池单元，其中连接到所述第一和第二竖直生长约束件的所述电极结构群中的成员和/或所述对电极结构群中的成员具有大于70MPa的屈服强度。
4.根据任一前述权利要求所述的密封二次电池单元，其中连接到所述第一和第二竖直生长约束件的所述电极结构群中的成员和/或所述对电极结构群中的成员具有大于100MPa的屈服强度。
5.根据任一前述权利要求所述的密封二次电池单元，其中在所述气密密封外壳的所述外部竖直表面的竖直相对的区域之间在所述竖直方向上测量的所述密封二次电池单元的厚度为至少1mm。
6.根据任一前述权利要求所述的密封二次电池单元，其中所述二次电池单元沿着所述竖直方向上所述气密密封外壳的所述外部竖直表面的所述竖直相对的区域之间的导热路径的热导率为至少2W/m·K。
7.根据任一前述权利要求所述的密封二次电池单元，其中所述相对的纵向、竖直和横向表面构成所述电极组件的大于66％的组合表面积。
8.根据任一前述权利要求所述的密封二次电池单元，其中所述相对的纵向、竖直和横向表面构成所述电极组件的大于75％的组合表面积。
9.根据任一前述权利要求所述的密封二次电池单元，其中所述相对的纵向、竖直和横向表面构成所述电极组件的大于80％的组合表面积。
10.根据任一前述权利要求所述的密封二次电池单元，其中所述相对的纵向、竖直和横向表面构成所述电极组件的大于95％的组合表面积。
11.根据任一前述权利要求所述的密封二次电池单元，其中所述相对的纵向、竖直和横向表面构成所述电极组件的大于99％的组合表面积。
12.根据任一前述权利要求所述的密封二次电池单元，其中所述相对的纵向、竖直和横向表面构成对应于所述电极组件的基本上整个表面积的组合表面积。
13.根据任一前述权利要求所述的密封二次电池单元，其中所述一组电极约束件进一步包括第一和第二纵向约束件，所述第一和第二纵向约束件在所述纵向方向上彼此分离且通过连接构件连接，以限制所述电极组件在所述纵向方向上的生长。
14.根据任一前述权利要求所述的密封二次电池单元，其中所述密封二次电池具有至少150mAmp·hr的额定容量。
15.根据任一前述权利要求所述的密封二次电池单元，其中所述密封二次电池具有至少200mAmp·hr的额定容量。
16.根据任一前述权利要求所述的密封二次电池单元，其中所述密封二次电池具有至少400mAmp·hr的额定容量。
17.根据任一前述权利要求所述的密封二次电池单元，其中所述密封二次电池单元具有至少0.1Amp·hr的额定容量。
18.根据任一前述权利要求所述的密封二次电池单元，其中所述密封二次电池单元具有至少0.5Amp·hr的额定容量。
19.根据任一前述权利要求所述的密封二次电池单元，其中所述密封二次电池单元具有至少1Amp·hr的额定容量。
20.根据任一前述权利要求所述的密封二次电池单元，其中所述密封二次电池单元具有至少3Amp·hr的额定容量。
21.根据任一前述权利要求所述的密封二次电池单元，其中所述密封二次电池单元具有至少5Amp·hr的额定容量。
22.根据任一前述权利要求所述的密封二次电池单元，其中在所述竖直方向上所述气密密封外壳的所述相对表面的相对区域之间测量的所述二次电池单元的所述厚度为至少2mm。
23.根据任一前述权利要求所述的密封二次电池单元，其中在所述竖直方向上所述气密密封外壳的所述相对表面的相对区域之间测量的所述二次电池单元的所述厚度为至少3mm。
24.根据任一前述权利要求所述的密封二次电池单元，其中在所述竖直方向上所述气密密封外壳的所述相对表面的相对区域之间测量的所述二次电池单元的所述厚度为至少5mm。
25.根据任一前述权利要求所述的密封二次电池单元，其中在所述竖直方向上所述气密密封外壳的所述相对表面的相对区域之间测量的所述二次电池单元的所述厚度为至少8mm。
26.根据任一前述权利要求所述的密封二次电池单元，其中在所述竖直方向上所述气密密封外壳的所述相对表面的相对区域之间测量的所述二次电池单元的所述厚度为至少10mm。
27.根据任一前述权利要求所述的密封二次电池单元，其中所述二次电池沿着所述竖直方向上所述气密密封外壳的所述相对表面的相对区域之间的所述导热路径的所述热导率为至少3W/m·K。
28.根据任一前述权利要求所述的密封二次电池单元，其中所述二次电池沿着所述竖直方向上所述气密密封外壳的所述相对表面的相对区域之间的所述导热路径的所述热导率为至少4W/m·K。
29.根据任一前述权利要求所述的密封二次电池单元，其中所述二次电池沿着所述竖直方向上所述气密密封外壳的所述相对表面的相对区域之间的所述导热路径的所述热导率为至少5W/m·K。
30.根据任一前述权利要求所述的密封二次电池单元，其中所述导热路径是沿着连接到所述第一和第二竖直生长约束件的所述电极结构群中的成员和/或所述对电极结构群中的成员的所述竖直方向。
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