ES2956858T3 - Restricciones longitudinales para dispositivos de almacenamiento de energía - Google Patents

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Abstract

Un dispositivo de almacenamiento de energía para realizar ciclos entre un estado cargado y un estado descargado, incluyendo el dispositivo de almacenamiento de energía un recinto, un conjunto de electrodos y un electrolito líquido no acuoso dentro del recinto, y una restricción que mantiene una presión sobre el conjunto de electrodos como almacenamiento de energía. El dispositivo cambia entre los estados cargado y descargado. (Traducción automática con Google Translate, sin valor legal)

Description

DESCRIPCIÓN
Restricciones longitudinales para dispositivos de almacenamiento de energía
[0001] La presente descripción se refiere en general a estructuras para uso en baterías secundarias y a baterías secundarias que incorporan tales estructuras.
[0002] El documento US2014/272547A1 describe una estructura de electrodos para usar en un dispositivo de almacenamiento de energía, comprendiendo la estructura de electrodos una población de electrodos, una población de contraelectrodos y una capa de material eléctrico que separa los elementos de la población de electrodomésticos de los elementos de la poblacion de contraelectrodos, teniendo cada elemento de la poblacion de electrodos un eje longitudinal Ae que está rodeado por la capa separadora electricamente impermeable.
[0003] US8.580.439B1 describe una célula electroquímica que comprende una carcasa conductora que aloja un conjunto de electrodos provisto de un soporte de pila que rodea el conjunto de electrodos.
[0004] El documento US2013/202942A1 describe una batería de sal fundida con electrodos negativos tipo placa rectangular y electrodos positivos tipo placa rectangular, cada uno alojado en un separador en forma de bolsa. Los electrodos negativos y los electrodos positivos están unidos lateralmente y alternativamente de forma erguida.
[0005] Las baterias secundarias de mecedora o insercion son un tipo de dispositivo de almacenamiento de energia en el que los iones portadores, como los iones de litio, sodio, potasio, calcio, magnesio o aluminio, se mueven entre un electrodo positivo y un electrodo negativo a través de un electrolito. La batería secundaria puede comprender una sola célula de batería, o dos células de batería más que se han acoplado eléctricamente para formar la batería, comprendiendo cada célula de batería un electrodo positivo, un electrodo negativo, un separador microporoso y un electrolito.
[0006] En las células de batería de mecedoras, las estructuras de electrodos tanto positivos como negativos comprenden materiales en los que se insertan y extrae un portador de iones. A medida que se descarga una célula, los iones portadores se extraen del electrodo negativo y se insertan en el electrodo positivo. A medida que se carga una célula, ocurre el proceso inverso: el ion portador se extrae del positivo y se inserta en el electrodo negativo.
[0007] La figura 1 muestra una vista en la sección transversal de una pila electroquímica de un dispositivo de almacenamiento de energía existente, tal como una batería secundaria no acuosa. La pila electroquímica 1 incluye, en una disposición apilada, el colector 3 de corriente de electrodo positivo 20, la capa 5 de material activo de electrodo positivo, el separador microporoso 7, la capa 9 de material activo de electrodo negativo y el colector 11 de corriente de electrodo negativo. Cada una de las capas tiene una altura, medida en la dirección de apilamiento de electrodos (es decir, en la dirección desde el colector de corriente de electrodo positivo 3 al colector de corriente de electrodo negativo 11 como se ilustra en la Fig. 1) que es significativamente menor (por ejemplo, un factor de al menos diez 25 menos) que la longitud y la anchura de cada una de las capas, respectivamente, medidas en direcciones que son perpendiculares y perpendiculares a la dirección de apilamiento de los electrodos. Con referencia ahora a la figura 2, se forma un rollo 13 (a veces denominado "rollo de gelatina") que tiene la parte superior 15 y la parte inferior 17 enrollando la pila electroquímica alrededor de un eje central 19; A continuación, el rollo 13 se mete en una lata (no se muestra) y se llena con un electrolito acuoso que no sea 30 para montar una batería secundaria. Como se ilustra en la Fig. 2, la dirección de apilamiento de electrodos de las capas es ortogonal al eje central 19.
[0008] Los dispositivos de almacenamiento de energía existentes, como baterías, células de combustible y condensadores electroquímicos, suelen tener arquitecturas laminares bidimensionales (p. ej., laminados planos o enrollados en espiral) como se ilustra en las figuras 1 y 2 con un área superficial de cada laminado que es aproximadamente igual a su huella geométrica (ignorando la porosidad y la rugosidad superficial). Las baterías tridimensionales se han propuesto en la literatura como formas de mejorar la capacidad de la batería y la utilización del material activo. Se ha propuesto que se puede usar una arquitectura tridimensional para proporcionar un área de superficie más alta y una energía más alta en comparación con una arquitectura de batería laminar bidimensional. Existe un beneficio en la fabricación de un dispositivo de almacenamiento de energía tridimensional debido a la mayor cantidad de energía que se puede obtener de un área geométrica pequeña. Véase, p. ej., Rust et al., WO2008/089110 y Long et al, "Three-Dimensional Battery Architectures", Chemical Reviews, (2004), 104, 4463-4492.
[0009] Las baterías enrolladas convencionales (véanse, p. ej., las patentes de EE. UU. números 6.090.505 y 6.235.427 y la figura 2) suelen tener materiales de electrodo (materiales activos, aglutinante, auxiliar de conductividad) revestidos en una sola lámina y comprimidos antes del conjunto de la célula. La lámina sobre la que se recubre el electrodo suele formar parte de la ruta de recogida de corriente. En las baterías Jellyroll individuales, como la 18650 o las células prismáticas, la hoja colectora de corriente se suelda ultrasónicamente a los buses de electrodos, lengüetas, etiquetas, etc., que transportan la corriente desde los materiales activos, a través de las hojas colectoras de corriente y las lengüetas, hacia el exterior de la batería. Según el diseño, puede haber lengüetas en varios lugares a lo largo de un solo rollo de gelatina, o a lo largo de un lugar en uno o ambos extremos de la lámina colectora actual. Las células de bolsa de batería apiladas convencionales tienen múltiples placas (o láminas) de material activo con áreas en la parte superior de cada lámina que posteriormente se juntan y se sueldan para formar una lengüeta; que luego lleva la corriente al exterior de la bolsa de la batería (ver, p. ej., la Publicación de Patente de EE. UU. N° 2005/0008939).
[0010] Uno de los retos asociados con las baterías secundarias es la fiabilidad y el ciclo de vida de la batería. Las estructuras de electrodos de una batería de iones de litio, p. ej., tienden a expandirse (hincharse) y contraerse a medida que la batería se carga y descarga repetidamente, lo que, a su vez, puede provocar un cortocircuito eléctrico y la falla del dispositivo.
[0011] Entre los diversos aspectos de la presente divulgación está la provisión de estructuras tridimensionales para su uso en dispositivos de almacenamiento de energía tales como baterías, pilas de combustible y condensadores electroquímicos. Ventajosamente, y de acuerdo con un aspecto de la presente divulgación, se puede aumentar la proporción de material activo del electrodo con respecto a los otros componentes del dispositivo de almacenamiento de energía, es decir, los componentes de material no activo del dispositivo de almacenamiento de energía. Como resultado, los dispositivos de almacenamiento de energía que comprenden estructuras tridimensionales de la presente descripción pueden tener una mayor densidad de energía. También pueden proporcionar una mayor tasa de recuperación de energía que los dispositivos de almacenamiento de energía bidimensional para una cantidad específica de energía almacenada, como, p. ej., minimizando o reduciendo las distancias de transporte para la transferencia de iones y electrones entre un electrodo positivo y un electrodo negativo. Estos dispositivos pueden ser más adecuados para la miniaturización y para aplicaciones donde el área geométrica disponible para un dispositivo es limitada y/o donde el requisito de densidad de energía es mayor que el que se puede lograr con un dispositivo laminar.
[0012] De acuerdo con otro aspecto más de la divulgación, se proporciona una batería secundaria para alternar entre un estado cargado y un estado descargado, teniendo la batería secundaria una carcasa de batería, un conjunto de electrodos y un electrolito líquido no acuoso dentro de la carcasa de la batería., y una restricción que mantiene una presión sobre el conjunto de electrodos cuando la batería secundaria se cicla entre los estados cargado y descargado.
[0013] Otros objetos y características serán en parte aparentes y en parte señalados en lo sucesivo.
BREVE DESCRIPCIÓN DE LOS DIBUJOS
[0014]
La figura 1 es una sección transversal de una célula de una pila electroquímica de un dispositivo de almacenamiento de energía bidimensional de la técnica anterior, tal como una batería de iones de litio.
La figura 2 es una sección transversal de una célula de una pila electroquímica enrollada de un dispositivo de almacenamiento de energía bidimensional de la técnica anterior, tal como una batería de iones de litio.
La figura 3A es un diagrama esquemático de una forma de realización de un conjunto de electrodos de la presente descripción que tiene una forma prismática triangular.
La figura 3B es un diagrama esquemático de una forma de realización de un conjunto de electrodos de la presente divulgación que tiene forma de paralelepípedo.
La figura 3C es un diagrama esquemático de una forma de realización de un conjunto de electrodos de la presente divulgación que tiene una forma prismática rectangular.
La figura 3D es un diagrama esquemático de una forma de realización de un conjunto de electrodos de la presente divulgación que tiene una forma prismática pentagonal.
La figura 3E es un diagrama esquemático de una forma de realización de un conjunto de electrodos de la presente divulgación que tiene una forma prismática hexagonal.
La figura 4 es una vista esquemática en despiece ordenado de una forma de realización de una batería secundaria de la presente divulgación.
La figura 5A es una vista lateral esquemática de un extremo de un conjunto de electrodos de la batería secundaria de la figura 4.
La figura 5B es una vista lateral esquemática del extremo opuesto del conjunto de electrodos de la figura 5A. La figura 5C es una vista superior esquemática de una superficie lateral de un conjunto de electrodos de la figura 5A.
La figura 5D es una vista inferior esquemática de la superficie lateral opuesta del conjunto de electrodos de la figura 5A.
La figura 6A es una vista en perspectiva esquemática de una restricción de la batería secundaria de la figura 4. La figura 6B ilustra una forma de realización de la sección transversal de un conjunto de electrodos que tiene una restricción con un elemento de compresión interno.
La figura 6C ilustra una forma de realización de una sección transversal de un conjunto de electrodos que tiene una restricción con una pluralidad de elementos de compresión internos.
La figura 7 es una vista esquemática en despiece ordenado de una forma de realización alternativa de una batería secundaria de la presente descripción.
La figura 8 es un diagrama esquemático de una forma de realización alternativa de una restricción para un conjunto de electrodos de una batería secundaria de la presente divulgación en forma desplegada.
La figura 9 es un diagrama esquemático de la restricción de la figura 8, después del plegado.
La figura 10A es un diagrama esquemático de una forma de realización alternativa de un conjunto de restricción y electrodo de una batería secundaria de la presente descripción.
La figura 10B es una vista ampliada del conjunto de restricción y electrodo de la figura 10A.
La figura 11A es un diagrama esquemático de una forma de realización alternativa de una restricción para un conjunto de electrodos de una batería secundaria de la presente descripción.
La figura 11B es una vista ampliada de la restricción de la figura 11A.
La figura 12A es una vista en perspectiva de una forma de realización de un conjunto de electrodos de una batería secundaria de la presente divulgación con partes separadas para mostrar la construcción interna.
La figura 12B es una vista de extremo de un extremo del conjunto de electrodos de la figura 12A.
La figura 12C es una vista de extremo del extremo opuesto del conjunto de electrodos de la figura 12A.
La figura 13 es una vista en perspectiva de una forma de realización alternativa de una batería secundaria de la presente divulgación con partes separadas para mostrar la construcción interna.
La figura 14 es una vista en perspectiva de una forma de realización alternativa de una batería secundaria de la presente divulgación con partes separadas para mostrar la construcción interna.
La figura 15 es una vista en perspectiva de una forma de realización alternativa de una batería secundaria de la presente divulgación con partes separadas para mostrar la construcción interna.
La figura 16 es una vista en sección transversal de una forma de realización alternativa del conjunto de restricción y electrodo de la presente divulgación.
Los caracteres de referencia correspondientes indican partes correspondientes a lo largo de los dibujos.
DEFINICIONES
[0015] "Un", "una", "el" y “ella” (es decir, formas singulares) tal como se usan aquí se refieren a referentes plurales a menos que el contexto indique claramente lo contrario. p. ej., en un caso, la referencia a "un electrodo" incluye tanto un solo electrodo como una pluralidad de electrodos similares.
[0016] "Alrededor de" y "aproximadamente" como se usan aquí se refiere a más o menos 10 %, 5 % o 1 % del valor establecido. p. ej., en un caso, unos 250 μm incluirían de 225 μm a 275 μm. A modo de ejemplo adicional, en un caso, aproximadamente 1.000 μm incluirían de 900 μm a 1.100 μm. A menos que se indique lo contrario, todos los números que expresan cantidades (p. ej., medidas y similares) y demás utilizados en la especificación y las reivindicaciones deben entenderse modificados en todos los casos por el término "aproximadamente". En consecuencia, a menos que se indique lo contrario, los parámetros numéricos establecidos en la siguiente memoria descriptiva y las reivindicaciones adjuntas son aproximaciones. Cada parámetro numérico debe interpretarse al menos a la luz del número de dígitos significativos notificados y aplicando técnicas de redondeo ordinarias.
[0017] "Estado cargado" tal como se utiliza aquí en el contexto del estado de una batería secundaria se refiere a un estado en el que la batería secundaria está cargada al menos al 75 % de su capacidad nominal. p. ej., la batería puede cargarse al menos al 80 % de su capacidad nominal, al menos al 90 % de su capacidad nominal e incluso al menos al 95 % de su capacidad nominal, como el 100 % de su capacidad nominal.
[0018] "Estado descargado" tal como se utiliza aquí en el contexto del estado de una batería secundaria se refiere a un estado en el que la batería secundaria está descargada a menos del 25 % de su capacidad nominal. p. ej., la batería puede descargarse a menos del 20 % de su capacidad nominal, como menos del 10 % de su capacidad nominal, e incluso menos del 5 % de su capacidad nominal, como el 0 % de su capacidad nominal.
[0019] Un "ciclo" como se usa aquí en el contexto del ciclo de una batería secundaria entre los estados cargado y descargado se refiere a cargar y/o descargar una batería para mover la batería en un ciclo desde un primer estado que es un estado cargado o estado descargado, a un segundo estado que es el opuesto del primer estado (es decir, un estado cargado si el primer estado estaba descargado, o un estado descargado si se cargó el primer estado), y luego mover la batería de nuevo al primer estado para completar el ciclo. p. ej., un solo ciclo de la batería secundaria entre los estados cargado y descargado puede incluir cargar la batería desde un estado descargado a un estado cargado, y luego descargarla nuevamente al estado descargado, para completar el ciclo. El ciclo único también puede incluir la descarga de la batería desde el estado cargado al estado descargado, y luego volver a cargarla hasta el estado cargado, para completar el ciclo.
[0020] El "diámetro de Feret", tal como se utiliza en este documento con respecto al conjunto de electrodos, se define como la distancia entre dos planos paralelos que restringen el conjunto de electrodos medida en una dirección perpendicular a los dos planos.
[0021] "Eje longitudinal", "eje transversal" y "eje vertical", tal como se usan aquí, se refieren a ejes mutuamente perpendiculares (es decir, cada uno es ortogonal entre sí). p. ej., el "eje longitudinal", el "eje transversal" y el "eje vertical" como se usan aquí son similares a un sistema de coordenadas cartesianas usado para definir aspectos u orientaciones tridimensionales. Como tal, las descripciones de los elementos del objeto de la presente invención no se limitan al eje o ejes particulares utilizados para describir las orientaciones tridimensionales de los elementos. Dicho de forma alternativa, los ejes pueden ser intercambiables cuando se refieren a aspectos tridimensionales del objeto de la invención.
[0022] "Dirección longitudinal", "dirección transversal" y "dirección vertical", tal como se usan aquí, se refieren a direcciones mutuamente perpendiculares (es decir, cada una es ortogonal entre sí). p. ej., la "dirección longitudinal", la "dirección transversal" y la "dirección vertical" tal como se utilizan aquí pueden ser generalmente paralelas al eje longitudinal, al eje transversal y al eje vertical, respectivamente, de un sistema de coordenadas cartesianas utilizado para definir aspectos u orientaciones tridimensionales.
[0023] "Ciclado repetido" tal como se utiliza aquí en el contexto de ciclos entre estados cargados y descargados de la batería secundaria se refiere a ciclos más de una vez desde un estado descargado a un estado cargado, o desde un estado cargado a un estado descargado. p. ej., los ciclos repetidos entre los estados cargado y descargado pueden incluir ciclos al menos 2 veces de un estado descargado a un estado cargado, como cargar de un estado descargado a un estado cargado, descargar nuevamente a un estado descargado, cargar nuevamente a un estado cargado y finalmente descarga de nuevo al estado descargado. Como otro ejemplo más, los ciclos repetidos entre los estados cargado y descargado al menos 2 veces pueden incluir la descarga de un estado cargado a un estado descargado, la carga nuevamente a un estado cargado, la descarga nuevamente a un estado descargado y finalmente la carga nuevamente al estado cargado. A modo de ejemplo adicional, los ciclos repetidos entre los estados cargado y descargado pueden incluir ciclos al menos 5 veces, e incluso ciclos al menos 10 veces desde un estado descargado a un estado cargado. A modo de ejemplo adicional, el ciclo repetido entre los estados cargado y descargado puede incluir ciclos de al menos 25, 50, 100, 300, 500 e incluso 1000 veces desde un estado descargado a un estado cargado.
[0024] "Capacidad nominal" como se usa aquí en el contexto de una batería secundaria se refiere a la capacidad de la batería secundaria para suministrar corriente durante un período de tiempo, medida en condiciones de temperatura estándar (25 °C). p. ej., la capacidad nominal se puede medir en unidades de amperios hora, ya sea determinando una salida de corriente durante un tiempo específico, o determinando para una corriente específica el tiempo que se puede emitir la corriente, y tomando el producto de la corriente y hora. p. ej., para una batería de 20 amperios por hora, si la corriente se especifica en 2 amperios para la clasificación, entonces se puede entender que la batería proporcionará esa salida de corriente durante 10 horas y, a la inversa, si el tiempo se especifica en 10 horas para la clasificación, entonces se puede entender que la batería es una que producirá 2 amperios durante las 10 horas.
DESCRIPCIÓN DETALLADA
[0025] En general, una batería secundaria de la presente descripción comprende una carcasa de batería, un conjunto de electrodos y un electrolito líquido no acuoso dentro de la carcasa de la batería, y una restricción que mantiene una presión sobre el conjunto de electrodos como batería secundaria se alterna entre los estados cargado y descargado. Como se señaló anteriormente, durante la formación de una batería secundaria y/o el ciclo posterior de la batería secundaria entre un estado cargado y un estado descargado, el electrodo y/o los contraelectrodos dentro de un conjunto de electrodos pueden expandirse en la dirección de apilamiento de los electrodos y contraelectrodos (es decir, la dirección de apilamiento de electrodos). Tal expansión presenta desafíos cuando el conjunto de electrodos comprende varias decenas (o incluso más) de electrodos y contraelectrodos apilados. Ventajosamente, la restricción de la presente divulgación mantiene una presión sobre el conjunto de electrodos que inhibe la expansión del conjunto de electrodos (en la dirección de apilamiento) durante la formación de la batería y/o durante el ciclo posterior de la batería entre estados cargado y descargado. Además, la restricción inhibe además el pandeo del conjunto de electrodos que puede resultar potencialmente de una diferencia de presión ejercida sobre las diferentes superficies del conjunto de electrodos por la restricción.
[0026] Una restricción de la presente descripción puede incorporarse en cualquiera de una variedad de estructuras que incluyen, p. ej., la propia carcasa de la batería, estructuras externas a la carcasa de la batería, estructuras internas a la carcasa de la batería o incluso una combinación de la carcasa de la batería. recinto, estructuras internas al recinto de la batería y/o estructuras externas al recinto de la batería. En una forma de realización de este tipo, el recinto de la batería es un componente de la restricción; dicho de otra manera, en esta forma de realización, el recinto de la batería, solo o en combinación con una o más estructuras (dentro y/o fuera del recinto de la batería) ejerce una presión sobre la estructura de electrodos en la dirección de apilamiento de electrodos que es mayor que la presión ejercida sobre la estructura de electrodos en direcciones que son mutuamente perpendiculares y perpendiculares a la dirección de apilamiento de electrodos. En otra forma de realización, la restricción no comprende el recinto de la batería y una o más estructuras discretas (dentro y/o fuera del recinto de la batería) distintas del recinto de la batería ejercen una presión sobre la estructura de electrodos en la dirección de apilamiento de electrodos que es mayor que la presión ejercida sobre la estructura de electrodos en direcciones que son perpendiculares a la dirección de apilamiento de electrodos y son mutuamente perpendiculares.
[0027] En una forma de realización ejemplar, la restricción comprende una o más estructuras discretas dentro del recinto de la batería que ejercen una presión sobre la estructura de electrodos en la dirección de apilamiento de electrodos que excede la presión ejercida sobre la estructura de electrodos en las dos direcciones que son perpendiculares a la dirección de apilamiento de electrodos y son mutuamente perpendiculares.
[0028] En una forma de realización ejemplar, la restricción está dentro del recinto de la batería y ejerce una presión sobre la estructura de electrodos en la dirección de apilamiento de electrodos que excede la presión ejercida sobre la estructura de electrodos en las dos direcciones que son perpendiculares a la dirección de apilamiento de electrodos y son mutuamente perpendiculares.
[0029] En una forma de realización ejemplar, la restricción comprende una o más estructuras discretas fuera del recinto de la batería y una o más estructuras discretas dentro del recinto de la batería que, en combinación, ejercen una presión sobre la estructura del electrodo en la dirección de apilamiento de electrodos que excede la presión ejercida sobre la estructura de electrodos en las dos direcciones que son perpendiculares a la dirección de apilamiento de electrodos y son mutuamente perpendiculares.
[0030] Independientemente de la ubicación de la restricción (p. ej., interna o externa al recinto de la batería y/o comprendida por el recinto), la restricción y el recinto de la batería, en combinación, ocupan preferiblemente no más del 75 % del volumen delimitado por la superficie exterior de la carcasa de la batería (es decir, el volumen de desplazamiento de la batería). p. ej., en una forma de realización de este tipo, la restricción y el recinto de la batería, en combinación, no ocupan más del 60 % del volumen delimitado por la superficie exterior del recinto de la batería. A modo de ejemplo adicional, en una forma de realización de este tipo, la restricción y el recinto de la batería, en combinación, no ocupan más del 45 % del volumen delimitado por la superficie exterior del recinto de la batería. A modo de ejemplo adicional, en una forma de realización de este tipo, la restricción y el recinto de la batería, en combinación, no ocupan más del 30 % del volumen delimitado por la superficie exterior del recinto de la batería. A modo de ejemplo adicional, en una forma de realización de este tipo, la restricción y el recinto de la batería, en combinación, no ocupan más del 20 % del volumen delimitado por la superficie exterior del recinto de la batería.
[0031] Un conjunto de electrodos de la presente descripción generalmente comprende dos superficies extremas longitudinales opuestas (separadas a lo largo de un eje longitudinal del conjunto de electrodos) y una superficie lateral (que rodea el eje longitudinal) que se extiende entre las dos superficies extremas longitudinales opuestas. En general, las superficies extremas longitudinales pueden ser planas o no planas. p. ej., en una forma de realización, las superficies extremas longitudinales opuestas son convexas. A modo de ejemplo adicional, en una forma de realización las superficies extremas longitudinales opuestas son cóncavas. A modo de ejemplo adicional, en una forma de realización las superficies extremas longitudinales opuestas son sustancialmente planas.
[0032] Las superficies extremas longitudinales opuestas también pueden tener cualquiera de una gama de formas bidimensionales cuando se proyectan sobre un plano. p. ej., las superficies extremas longitudinales pueden tener independientemente una forma curva suave (p. ej., redonda, elíptica, hiperbólica o parabólica), pueden comprender independientemente una serie de líneas y vértices (p. ej., poligonales), o pueden comprender independientemente una forma curva suave y comprender una o más líneas y vértices. De manera similar, la superficie lateral del conjunto de electrodos puede tener una forma curva suave (p. ej., el conjunto de electrodos tiene una forma de sección transversal redonda, elíptica, hiperbólica o parabólica) o la superficie lateral puede comprender dos o más caras conectadas en los vértices (p. ej., el conjunto de electrodos puede tener una sección transversal poligonal). p. ej., en una forma de realización, el conjunto de electrodos tiene una forma cilíndrica, cilíndrica elíptica, cilíndrica parabólica o cilíndrica hiperbólica. A modo de ejemplo adicional, en una forma de realización de este tipo, el conjunto de electrodos puede tener una forma prismática, con superficies extremas longitudinales opuestas del mismo tamaño y forma y una superficie lateral (es decir, las caras que se extienden entre las superficies extremas longitudinales opuestas) que son de paralelogramo conformado. A modo de ejemplo adicional, en una forma de realización de este tipo, el conjunto de electrodos tiene una forma que corresponde a un prisma triangular, el conjunto de electrodos tiene dos superficies extremas longitudinales triangulares opuestas y una superficie lateral que consta de tres paralelogramos (p. ej., rectángulos) que se extienden entre los dos extremos longitudinales. A modo de ejemplo adicional, en una forma de realización de este tipo, el conjunto de electrodos tiene una forma que corresponde a un prisma rectangular, teniendo el conjunto de electrodos dos superficies finales longitudinales rectangulares opuestas y una superficie lateral que comprende cuatro caras de paralelogramo (p. ej., rectangulares). A modo de ejemplo adicional, en una forma de realización de este tipo, el conjunto de electrodos tiene una forma que corresponde a un prisma pentagonal, un prisma hexagonal, etc., en el que el conjunto de electrodos tiene dos superficies extremas longitudinales pentagonales, hexagonales, etc., respectivamente, opuestas y una superficie lateral que comprende cinco, seis, etc., respectivamente, caras de paralelogramo (p. ej., rectangulares).
[0033] Con referencia ahora a las figuras 3A - 3E, se ilustran esquemáticamente varias formas geométricas ejemplares para el conjunto de electrodos 120. En la figura 3A, el conjunto de electrodos 120 tiene una forma prismática triangular con superficies extremas longitudinales opuestas primeras y segundas 122, 124, separadas a lo largo del eje longitudinal A, y una superficie lateral (no etiquetada) que comprende las tres caras rectangulares que conectan las superficies extremas longitudinales y el eje longitudinal circundante A. En la figura 3B, el conjunto de electrodos 120 tiene una forma de paralelepípedo con superficies extremas longitudinales opuestas primera y segunda de paralelogramo 122, 124, separadas a lo largo del eje longitudinal A, y una superficie lateral (no etiquetada) que comprende las cuatro caras en forma de paralelogramo que conectan las dos superficies extremas longitudinales y eje longitudinal circundante A. En la figura 3C, el conjunto de electrodos 120 tiene forma de prisma rectangular con una superficie de extremos longitudinales rectangulares opuestas primera y segunda 122, 124, separadas a lo largo del eje longitudinal A, y una superficie lateral (no etiquetada) que comprende las cuatro caras rectangulares que conectan las dos superficies de extremos longitudinales y el eje longitudinal A circundante. En la figura 3D, el conjunto de electrodos 120 tiene una forma prismática pentagonal con superficies de extremos longitudinales pentagonales primera y segunda opuestas 122, 124, separadas a lo largo del eje longitudinal A, y una superficie lateral (no etiquetada) que comprende las cinco caras rectangulares que conectan las dos superficies de extremos longitudinales y eje longitudinal circundante A. En la figura 3E, el conjunto de electrodos 120 tiene una forma prismática hexagonal con superficies extremas longitudinales hexagonales primera y segunda opuestas 122, 124, separadas a lo largo del eje longitudinal A, y una superficie lateral (no etiquetada) que comprende las seis caras rectangulares que conectan las dos superficies extremas longitudinales y el eje longitudinal A circundante.
[0034] Independientemente de la geometría general del conjunto de electrodos, las superficies extremas longitudinales primera y segunda opuestas del conjunto de electrodos tienen un área de superficie combinada que es inferior al 50 % del área de superficie total del conjunto de electrodos (es decir, siendo el área superficial total la suma del área superficial de las superficies extremas longitudinales primera y segunda y el área superficial de la superficie lateral del conjunto de electrodos). p. ej., las superficies extremas longitudinales opuestas primera y segunda 122, 124 del conjunto de electrodos 120 de cada una de las figuras 3A-3E tienen un área de superficie combinada (es decir, la suma del área de superficie de la primera y la segunda superficie de los extremos longitudinales) que es inferior al 50 % del área de superficie total del prisma triangular (Fig. 3A), paralelepípedo (FIG.3B), prisma rectangular (Fig. 3C), prisma pentagonal (Fig. 3D) o prisma hexagonal (Fig. 3E), respectivamente. p. ej., en una forma de realización de este tipo, las superficies extremas longitudinales primera y segunda opuestas del conjunto de electrodos tienen un área superficial que es inferior al 33 % de la superficie total del conjunto de electrodos. A modo de ejemplo adicional, en una forma de realización de este tipo, las superficies extremas longitudinales primera y segunda opuestas del conjunto de electrodos tienen un área superficial que es inferior al 25 % de la superficie total del conjunto de electrodos. A modo de ejemplo adicional, en una forma de realización de este tipo, las superficies extremas longitudinales primera y segunda opuestas del conjunto de electrodos tienen un área superficial que es inferior al 20 % de la superficie total del conjunto de electrodos. A modo de ejemplo adicional, en una forma de realización de este tipo, las superficies extremas longitudinales primera y segunda opuestas del conjunto de electrodos tienen un área superficial que es inferior al 15 % de la superficie total del conjunto de electrodos. A modo de ejemplo adicional, en una forma de realización de este tipo, las superficies extremas longitudinales primera y segunda opuestas del conjunto de electrodos tienen un área superficial que es inferior al 10 % de la superficie total del conjunto de electrodos.
[0035] En algunas formas de realización, el conjunto de electrodos es un prisma rectangular, y las superficies extremas longitudinales opuestas primera y segunda tienen un área de superficie combinada que es menor que el área de superficie combinada de al menos dos caras opuestas de la superficie lateral (es decir, la suma de las áreas superficiales de dos caras laterales rectangulares opuestas que conectan las superficies extremas longitudinales opuestas). En algunas formas de realización, el conjunto de electrodos es un prisma rectangular, el prisma rectangular tiene superficies extremas longitudinales primera y segunda y una superficie lateral que comprende dos pares de superficies opuestas (caras) y las dos superficies extremas longitudinales opuestas tienen un área de superficie combinada que es menor que el área superficial combinada de al menos un par de los dos pares de caras opuestas comprendidas por la superficie lateral. En algunas formas de realización, el conjunto de electrodos es un prisma rectangular, el prisma rectangular tiene dos superficies extremas longitudinales primera y segunda opuestas y una superficie lateral que comprende dos pares de superficies opuestas (caras) y las dos superficies extremas longitudinales opuestas tienen un área de superficie combinada que es menor que el área superficial combinada de cada par de los dos pares de caras opuestas comprendidas por la superficie lateral.
[0036] En general, el conjunto de electrodos comprende una población de electrodos y una población de contraelectrodos apilados en una dirección (es decir, la dirección de apilamiento de electrodos) que coincide con el eje longitudinal del conjunto de electrodos (véanse, p. ej., las figuras 3A- 3E). Dicho de otra manera, los electrodos y los contraelectrodos se apilan en una dirección que se extiende desde la primera hasta la segunda superficie extrema longitudinal opuesta del conjunto de electrodos. En una forma de realización, los elementos de la población de electrodos y/o los elementos de la población de contraelectrodos son de naturaleza laminar (véanse, p. ej., las figuras 1 y 2). En otra forma de realización, los elementos de la población de electrodos y/o los elementos de la población de contraelectrodos son de naturaleza no laminar; dicho de otra manera, en una forma de realización, los elementos de las poblaciones de electrodos y/o contraelectrodos se extienden lo suficiente desde un plano posterior imaginario (p. ej., un plano sustancialmente coincidente con una superficie del conjunto de electrodos) para tener un área superficial (ignorando la porosidad) que es mayor que el doble de la huella geométrica (es decir, proyección) de los elementos en la placa trasera. En ciertas formas de realización, la relación del área superficial de una estructura de electrodo y/o contraelectrodo no laminar (es decir, tridimensional) a su huella geométrica en la placa trasera imaginaria puede ser al menos aproximadamente 5, al menos aproximadamente 10, al menos alrededor de 50, al menos alrededor de 100, o incluso al menos alrededor de 500. En general, sin embargo, la relación estará entre alrededor de 2 y alrededor de 1000. son de naturaleza no laminar. A modo de ejemplo adicional, en una forma de realización de este tipo, los elementos de la población de contraelectrodos son de naturaleza no laminar. A modo de ejemplo adicional, en una forma de realización de este tipo, los elementos de la población de electrodos y los elementos de la población de contraelectrodos son de naturaleza no laminar.
[0037] La expansión del conjunto de electrodos en la dirección longitudinal (p. ej., en una dirección paralela al eje longitudinal A en cada una de las figuras 3A-3E), durante la formación y/o durante el ciclo de una batería secundaria que incorpora el conjunto de electrodos puede ser inhibido por una restricción de la presente divulgación. En general, la restricción comprende elementos de compresión (adaptados para superponerse a las áreas primera y segunda proyectadas, respectivamente) que están conectados por elementos de tensión (adaptados para superponerse a la superficie lateral del conjunto de electrodos). Los elementos de tensión tienden a tirar de los elementos de compresión uno hacia el otro y, por lo tanto, aplican una fuerza de compresión a las superficies extremas longitudinales primera y segunda opuestas del conjunto de electrodos que, a su vez, inhibe la expansión del conjunto de electrodos en la dirección longitudinal (que coincide con la dirección de apilamiento de electrodos como se describe más adelante en este documento). Además, después de la formación de la batería, la restricción ejerce una presión sobre el conjunto de electrodos en la dirección longitudinal (es decir, dirección de apilamiento de electrodos) que excede la presión mantenida en el conjunto de electrodos en cada una de las dos direcciones que son mutuamente perpendiculares entre sí y están perpendicular a la dirección longitudinal.
[0038] Con referencia ahora a la figura 4, se puede ver una vista en despiece de una forma de realización de una batería secundaria de la presente descripción, generalmente indicada en 100. La batería secundaria incluye el recinto de la batería 102 y un conjunto 110 de conjuntos de electrodos 120 dentro del recinto de la batería 102, cada uno de los conjuntos de electrodos que tienen una primera superficie de extremo longitudinal 122, una segunda superficie de extremo longitudinal opuesta 124 (separada de la primera superficie de extremo longitudinal 122 a lo largo de un eje longitudinal (no mostrado) que es paralelo al "eje Y" del sistema de coordenadas cartesiano imaginario de la figura 4), y una superficie lateral que comprende las caras laterales 123, 125, 126, 127 (ver, figura 12A). Cada conjunto de electrodos comprende una población de estructuras de electrodos y una población de estructuras de contraelectrodo, apiladas entre sí dentro de cada conjunto de electrodos (véase, p. ej., la figura 12A) en una dirección de apilamiento de electrodos D; dicho de otra manera, las poblaciones de estructuras de electrodos y contraelectrodos están dispuestas en una serie alterna de electrodos y contraelectrodos con la serie progresando en la dirección D entre la primera y la segunda superficie longitudinal 122, 124 (véase, p. ej., la figura 12A; como se ilustra en la figura 4, la dirección de apilamiento de electrodos D es paralela al eje Y del sistema de coordenadas cartesiano imaginario de la figura 4). Además, la dirección de apilamiento de electrodos D dentro de un conjunto de electrodos individual 120 es perpendicular a la dirección de apilamiento de una colección de conjuntos de electrodos 120 dentro de un conjunto 110 (es decir, la dirección de apilamiento del conjunto de electrodos); dicho de otra manera, los conjuntos de electrodos están dispuestos entre sí en una dirección dentro de un conjunto 110 que es perpendicular a la dirección de apilamiento de electrodos D dentro de un conjunto de electrodos individual (p. eje del sistema de coordenadas cartesiano imaginario, mientras que la dirección de apilamiento de electrodos D dentro de los conjuntos de electrodos individuales está en una dirección correspondiente al eje Y del sistema de coordenadas cartesiano imaginario).
[0039] Las lengüetas 141, 142 sobresalen del recinto de la batería y proporcionan una conexión eléctrica entre los conjuntos de electrodos del conjunto 110 y un suministro o consumidor de energía (no mostrado). Más específicamente, en esta forma de realización, la lengüeta 141 está eléctricamente conectada a la extensión de la lengüeta 143 (usando, p. ej., un pegamento eléctricamente conductor), y la extensión de la lengüeta 143 está eléctricamente conectada a los electrodos comprendidos por cada uno de los conjuntos de electrodos 120. De manera similar, la lengüeta 142 está conectada eléctricamente a la extensión de lengüeta 144 (usando, p. ej., un pegamento eléctricamente conductor), y la extensión de lengüeta 144 está conectada eléctricamente a los contraelectrodos comprendidos por cada uno de los conjuntos de electrodos 120.
[0040] Cada conjunto de electrodos 120 en la forma de realización ilustrada en la figura 4 tiene una restricción 130 asociada para inhibir la expansión en la dirección longitudinal (es decir, la dirección D de apilamiento de electrodos). Cada restricción 130 comprende elementos de compresión 132, 134 que se superponen a las superficies extremas longitudinales primera y segunda 122, 124, respectivamente (véanse las figuras 5A y 5B) y elementos de tensión 133, 135 que se superponen a las caras laterales 123, 125 respectivamente (véanse las figuras 5C y 5D). Los elementos de tensión 133, 135 tiran de los elementos de compresión 132, 134 uno hacia el otro, y los elementos de compresión 132, 134 aplican una fuerza de compresión a las superficies extremas longitudinales primera y segunda opuestas 122, 124. Como resultado, la expansión del conjunto de electrodos en la dirección longitudinal la dirección se inhibe durante la formación y/o el ciclo de la batería entre los estados de carga y descarga. Además, la restricción 130 ejerce una presión sobre el conjunto de electrodos en la dirección longitudinal (es decir, la dirección de apilamiento de electrodos D) que excede la presión mantenida en el conjunto de electrodos en cualquiera de las dos direcciones que son mutuamente perpendiculares entre sí y son perpendiculares a la dirección longitudinal (como se ilustra, la dirección longitudinal corresponde a la dirección del eje "Y" y las dos direcciones que son mutuamente perpendiculares entre sí y a la dirección longitudinal corresponden a las direcciones del eje X y el eje Z, respectivamente, del sistema de coordenadas cartesiano imaginario ilustrado).
[0041] Con referencia ahora a las figuras 5A, 5B, 5C y 5D, cada conjunto de electrodos 120 en la forma de realización de la figura 4 tiene una forma geométrica correspondiente a la de un prisma rectangular con una primera y una segunda superficies longitudinales 122, 124 de los extremos que tienen las dimensiones X1 por Z1, las caras laterales 123, 125 que tienen las dimensiones X1 por Y1 y las caras laterales 126, 127 que tienen las dimensiones Y1 por Z1 (donde X1, Y1 y Z1 son dimensiones medidas en direcciones correspondientes a los ejes X, Y y Z, respectivamente, de un sistema de coordenadas cartesianas). Las superficies extremas longitudinales primera y segunda 122, 124 tienen así un área de superficie correspondiente al producto de multiplicación de X1 y Z1, las caras laterales 123, 125 tienen cada una un área de superficie correspondiente al producto de multiplicación de X1 e Y1, y las caras laterales 126, 127 tienen cada uno un área de superficie correspondiente al producto de multiplicación de Y1 y Z1. De acuerdo con un aspecto de la presente divulgación, la suma de las áreas superficiales de las superficies extremas longitudinales primera y segunda es inferior al 33 % del área superficial de la superficie total del conjunto de electrodos, en el que el conjunto de electrodos es un prisma rectangular y el área de superficie combinada de la primera y la segunda superficie de extremo longitudinal es igual a (X1 * Z1) (X1 * Z1) y el área de superficie de la superficie lateral es igual a (X1 * Y1) (X1 * Y1) (Y1 * Z1) (Y1 * Z1). p. ej., en una forma de realización de este tipo, la suma de las áreas superficiales de las superficies extremas longitudinales primera y segunda es inferior al 25 % del área superficial de la superficie total del conjunto de electrodos en el que el área superficial combinada de las superficies longitudinales primera y segunda finales es igual a (X1 * Z1) (X1 * Z1) y el área de superficie total del conjunto de electrodos es igual a (X1 * Y1) (X1 * Y1) (Y1 * Z1) (Y1 * Z1) (X1 * Z1) (X1 * Z1).
[0042] Cada restricción 130 en esta forma de realización comprende elementos de compresión 132, 134 que se superponen a las superficies extremas longitudinales primera y segunda 122, 124, respectivamente, y al menos un elemento de tensión que tira de los elementos de compresión uno hacia el otro. p. ej., la restricción puede comprender elementos de tensión 133, 135 que se superponen a las caras laterales 123, 125, respectivamente, de la superficie lateral. En general, los elementos de compresión 132, 134 ejercen una presión sobre las superficies extremas longitudinales primera y segunda 122, 124 (es decir, en la dirección de apilamiento de electrodos D) que excede la presión mantenida sobre las caras laterales 123, 125 y sobre las caras laterales 126, 127 del conjunto de electrodos (es decir, en cada una de las dos direcciones que son mutuamente perpendiculares entre sí y son perpendiculares a la dirección de apilamiento de electrodos). p. ej., en una forma de realización de este tipo, la restricción ejerce una presión sobre las superficies extremas longitudinales primera y segunda 122, 124 (es decir, en la dirección de apilamiento de electrodos D) que excede la presión mantenida en el conjunto de electrodos en al menos uno o incluso ambos de los dos direcciones que son perpendiculares a la dirección de apilamiento de electrodos y son mutuamente perpendiculares por un factor de al menos 3. A modo de ejemplo adicional, en una forma de realización de este tipo, la restricción ejerce una presión sobre las superficies de extremo longitudinales primera y segunda 122, 124 (es decir, en la dirección de apilamiento de electrodos D) que exceda la presión mantenida en el conjunto de electrodos en al menos una o incluso en ambas direcciones que son perpendiculares a la dirección de apilamiento de electrodos y son mutuamente perpendiculares por un factor de al menos 4. A modo de ejemplo, en una forma de realización de este tipo, la restricción ejerce una presión sobre las superficies extremas longitudinales primera y segunda 122, 124 (es decir, en la dirección de apilamiento de electrodos D) que excede la presión mantenida en el conjunto de electrodos en al menos una o incluso en ambas direcciones que son perpendiculares a la dirección de apilamiento de electrodos y son mutuamente perpendiculares por un factor de al menos 5.
[0043] Con referencia ahora a la figura 6A, en una forma de realización, la restricción 130 puede derivarse de una hoja 107 que tiene una longitud L1, una anchura W1 y un espesor t|. Para formar la restricción, la hoja 107 simplemente se envuelve alrededor de la estructura de electrodos 120 (véanse las figuras 4 y 5A-5D) y se pliega en las líneas de pliegue 113 para encerrar la estructura de electrodos. Los bordes 115, 117 se superponen entre sí y se sueldan, pegan o aseguran entre sí para formar una restricción que comprende los elementos de compresión 132, 134 (el elemento de compresión 134 comprende los bordes superpuestos 115, 177 una vez asegurados entre sí) y los elementos de tensión 133, 135. En esta forma de realización, la restricción tiene un volumen correspondiente al volumen de desplazamiento de la hoja 107 (es decir, el producto de multiplicación de L1, W1 y ti).
[0044] La hoja 107 puede comprender cualquiera de una amplia gama de materiales compatibles capaces de aplicar la fuerza deseada a la estructura del electrodo. En general, la restricción generalmente comprenderá un material que tenga una resistencia máxima a la tracción de al menos 10.000 psi (>70 MPa), que sea compatible con el electrolito de la batería, que no se corroa significativamente en el potencial flotante o de ánodo de la batería, y no reacciona significativamente ni pierde resistencia mecánica a 45 °C. p. ej., la restricción puede comprender cualquiera de una amplia gama de metales, aleaciones, cerámica, vidrio, plástico o una combinación de los mismos (es decir, un compuesto). En una forma de realización ejemplar, la restricción comprende un metal como acero inoxidable (p. ej., SS 316, 440C o 440C duro), aluminio (p. e j, aluminio 7075-T6, H18 duro), titanio (p. e j, 6AI-4V), berilio, berilio cobre (duro), cobre (02 libre, duro), níquel; en general, sin embargo, cuando la restricción comprende metal, generalmente se prefiere que se incorpore de una manera que limite la corrosión y que no se cree un cortocircuito eléctrico entre los electrodos y los contraelectrodos. En otra forma de realización ejemplar, la restricción comprende una cerámica tal como alúmina (p. ej., sinterizada o Coorstek AD96), zirconia (p. ej., Coorstek YZTP), zirconia estabilizada con itria (p. e j, ENrG E-Strate®). En otro ejemplo de realización, la restricción comprende un vidrio como el vidrio templado Schott D263. En otra forma de realización ejemplar, la restricción comprende un plástico como polieteretercetona (PEEK) (p. ej., Aptiv 1102), PEEK con carbono (p. ej., Victrex 90HMF40 o Xycomp 1000-04), sulfuro de polifenileno (PPS) con carbono (p. ej., Tepex Dynalite 207), polieteretercetona (PEEK) con 30 % de vidrio (p. ej., Victrex 90HMF40 o Xycomp 1000-04), poliimida (p. ej., Kapton®). En otra forma de realización ejemplar, la restricción comprende un compuesto tal como E Glass Std Fabric/Epoxy, 0 grados, E Glass UD/Epoxy, 0 grados, Kevlar Std Fabric/Epoxy, 0 grados, Kevlar UD/Epoxy, 0 grados, Carbon Std Tela/epoxi, 0 grados, carbono UD/epoxi, 0 grados, fibra Toyobo Zylon® HM/epoxi. En otra forma de realización ejemplar, la restricción comprende fibras tales como Kevlar 49 Aramid Fiber, S Glass Fibers, Carbon Fibers, Vectran UM lCp Fibers, Dyneema, Zylon.
[0045] El grosor (t-i) de la restricción dependerá de una serie de factores que incluyen, p. ej., el material o materiales de construcción de la restricción, las dimensiones generales del conjunto de electrodos y la composición del ánodo y el cátodo de la batería. En algunas formas de realización, p. ej., la restricción comprenderá una hoja que tiene un espesor en el rango de alrededor de 10 a alrededor de 100 micrómetros. p. ej., en una forma de realización de este tipo, la restricción comprende una lámina de acero inoxidable (p. ej., SS316) que tiene un espesor de aproximadamente 30 μm. A modo de ejemplo adicional, en otra forma de realización de este tipo, la restricción comprende una lámina de aluminio (p. ej., 7075-T6) que tiene un espesor de aproximadamente 40 μm. A modo de ejemplo adicional, en otra forma de realización de este tipo, la restricción comprende una lámina de zirconio (p. ej., Coorstek YZTP) que tiene un espesor de aproximadamente 30 μm. A modo de ejemplo adicional, en otra forma de realización de este tipo, la restricción comprende una lámina de 0 grados E Glass UD/epoxi que tiene un espesor de aproximadamente 75 μm. A modo de ejemplo adicional, en otra forma de realización de este tipo, la restricción comprende fibras de carbono de 12 μm con una densidad de empaquetamiento >50 %.
[0046] En ciertas formas de realización, los elementos de compresión y/o los elementos de tensión de la restricción comprenden un material poroso. En general, un material poroso permitiría que el electrolito acceda fácilmente a los conjuntos de electrodos. p. ej., en algunas formas de realización, el (los) elemento(s) de compresión y/o el (los) elemento(s) de tensión pueden tener una fracción vacía de al menos 0,25. A modo de ejemplo adicional, en algunas formas de realización, el (los) elemento(s) de compresión y/o el (los) elemento(s) de tensión pueden tener una fracción vacía de al menos 0,375. A modo de ejemplo adicional, en algunas formas de realización, el o los elementos de compresión y/o el o los elementos de tensión pueden tener una fracción de vacío de al menos 0,5. A modo de ejemplo adicional, en algunas formas de realización, el (los) elemento(s) de compresión y/o el (los) elemento(s) de tensión pueden tener una fracción vacía de al menos 0,625. A modo de ejemplo adicional, en algunas formas de realización, el (los) elemento(s) de compresión y/o el (los) elemento(s) de tensión pueden tener una fracción vacía de al menos 0,75.
[0047] En otra forma de realización más, la restricción 130 comprende uno o más elementos de compresión que son internos al conjunto de electrodos 120. p. ej., con referencia ahora a la figura 6B, una sección transversal de una forma de realización de un conjunto de electrodos 120 con restricción 130 que tiene un elemento de compresión interno 132a. En la forma de realización mostrada en la figura 6B, la restricción 130 puede comprender elementos de compresión primero y segundo 132, 134, respectivamente, en las superficies extremas longitudinales 122, 124 del conjunto de electrodos 120. Sin embargo, además y/o alternativamente, la restricción 130 puede comprender además al menos una interna elemento de compresión 132a que está ubicado en una región interna del conjunto de electrodos que no está en las superficies de los extremos longitudinales 122, 124. El elemento de compresión interno 132a puede estar conectado a los elementos de tensión 133, 135 para imponer una presión de compresión en una parte de el conjunto de electrodos 120 entre el elemento de compresión interno 132a y otro elemento de compresión, como uno o más de los elementos de compresión 132, 134 en las superficies extremas longitudinales 122, 124 del conjunto de electrodos 120, y/o con uno o más elementos internos elementos de compresión 132. Con referencia a la forma de realización que se muestra en la figura 6B, se puede proporcionar un elemento de compresión interno 132a que está separado a lo largo del eje longitudinal (dirección de apilamiento D) alejándose de las superficies extremas longitudinales primera y segunda 122, 124, respectivamente, del conjunto de electrodos 120, como hacia una región central del conjunto de electrodos 120. El elemento de compresión interno 132a puede conectarse a los elementos de tensión 133, 135 en una posición interior desde las superficies de los extremos del conjunto de electrodos 122, 124. En una forma de realización, el al menos un elemento de compresión interno 132a en la posición interior desde las superficies de los extremos 122, 124 se proporciona además de los elementos de compresión 132, 134 provistos en las superficies de los extremos del conjunto de electrodos 122, 124. En otra forma de realización, la restricción 130 comprende elementos de compresión internos 132a en posiciones interiores del conjunto de electrodos 120 que están separados interiormente de las superficies de los extremos longitudinales 122, 124, con o sin elementos de compresión 132, 134 en las superficies extremas longitudinales 122, 124. En otra forma de realización más, la restricción 130 comprende elementos de compresión interna 132a en la posición interior partes del conjunto de electrodos que están separadas interiormente de las superficies de los extremos longitudinales 122, 124, sin tener un elemento de compresión 132, 134 en las superficies de los extremos longitudinales 122, 124. En una forma de realización, se puede entender que un elemento de compresión interno 132a actúa en concierto con uno o más de los elementos de compresión 132, 134 y/u otro elemento de compresión interno 132a para ejercer una presión de compresión en cada parte del conjunto de electrodos 120 que se encuentra en la dirección longitudinal entre el elemento de compresión interno 132a y las superficies longitudinales 122, 124 del conjunto de electrodos 120 donde se pueden ubicar los elementos de compresión 132, 134, y/o para ejercer una presión de compresión sobre una parte del conjunto de electrodos 120 que se encuentra en la dirección longitudinal entre el elemento de compresión interno 132a y otro elemento de compresión interno 132a. En una versión, al menos uno de los elementos de compresión internos 132a comprende al menos una parte de una estructura de electrodo o contraelectrodo 151, 152, como se describe con más detalle a continuación. p. ej., el elemento de compresión interno 132a puede comprender al menos una parte de un material activo de contraelectrodo, un separador, un colector de corriente de electrodo, un colector de corriente de contraelectrodo, una estructura principal de electrodo y una estructura principal de contraelectrodo.
[0048] De acuerdo con una forma de realización, como se discutió anteriormente, la restricción 130 puede incluir un elemento de compresión interno 132a que es parte de una estructura interior del conjunto de electrodos 106, como una parte de un electrodo 151 y/o un contraelectrodo. estructura 152. En una forma de realización, al proporcionar compresión entre estructuras dentro del conjunto de electrodos 120, se puede realizar una estructura estrechamente restringida que compensa adecuadamente la tensión producida por el crecimiento de la estructura del electrodo 120. p. ej., en una forma de realización, uno o más elementos de compresión internos 132 pueden actuar en conjunto con los elementos de compresión 132, 134 en las superficies de los extremos longitudinales 122, 124 del conjunto de electrodos 120, para restringir el crecimiento en una dirección paralela a la dirección longitudinal, al ser colocados en tensión entre sí a través de la conexión de los elementos de tensión 133, 135. En otra forma de realización, el crecimiento de una estructura de electrodo 151 (p. ej., una estructura de nodo) puede ser contrarrestada por compresión a través de uno o más elementos de compresión internos 132a correspondientes a partes de estructuras de contraelectrodo 152 (p. ej., cátodo) que se ponen en tensión entre sí a través de los elementos de tensión 133, 135.
[0049] En general, en ciertas formas de realización, los componentes de la restricción 130 pueden incorporarse como el electrodo 151 y/o las estructuras de contraelectrodo 152, respectivamente, dentro de un conjunto de electrodos 120, no solo para proporcionar una restricción efectiva sino también para utilizar de manera más eficiente el volumen de el conjunto de electrodos 120 sin aumentar excesivamente el tamaño de una batería secundaria que tiene el conjunto de electrodos 120. p. ej., en una forma de realización, la restricción 130 puede comprender elementos de tensión 133, 135 unidos a una o más estructuras de electrodos 151 y/o estructuras de contraelectrodos 152 sirviendo como elemento de compresión interno 132a. A modo de ejemplo adicional, en ciertas formas de realización, el al menos un elemento de compresión interno 132a puede incorporarse como la población de estructuras de electrodos 151. A modo de ejemplo adicional, en ciertas formas de realización, el al menos un elemento de compresión interno 132a puede incorporarse como la población de estructuras de contraelectrodos 152.
[0050] Con referencia ahora a la figura 6C, se muestra un sistema de coordenadas cartesianas como referencia que tiene un eje vertical (eje Z), un eje longitudinal (eje Y) y un eje transversal (eje X); en el que el eje X está orientado saliendo del plano de la página; y una designación de la dirección de apilamiento D, como se describe anteriormente, co-paralela con el eje Y. Más específicamente, la figura 7 muestra una sección transversal de un conjunto de electrodos 120 que tiene una restricción 130 con elementos de compresión 132, 134 en las superficies longitudinales del mismo y al menos un elemento de compresión interno 132a. La restricción 130 incluye los elementos de compresión 132, 134, así como el elemento de compresión interno incorporado como la población de estructuras de electrodo 151 y/o la población de estructuras de contraelectrodo 152; por lo tanto, en esta forma de realización, se puede entender que el al menos un elemento de compresión interno 132a, las estructuras de electrodos 151 y/o las estructuras de contraelectrodos 152 son intercambiables. Además, un separador 150 también puede formar parte de un elemento de compresión interno 132a. Más específicamente, ilustrado en la figura 6C es una forma de realización de una conexión al ras del elemento de compresión interno 132a correspondiente al electrodo 151 o la estructura del contraelectrodo 152. La conexión al ras puede incluir además una capa de pegamento 182 de otros medios de adhesión entre los elementos de tensión 133, 135 y el elemento de compresión interno 132a. Las capas de pegamento 182 fijan el elemento de compresión interno 132a a los elementos de tensión 133, 135, de modo que el elemento de compresión interno 132a se puede mantener en tensión con otros elementos de compresión, como otros elementos de compresión internos o elementos de compresión en las superficies de los extremos longitudinales. del conjunto de electrodos 120.
[0051] Ilustrado adicionalmente en la figura 6C, en una forma de realización, elementos de la población de electrodos 151 que tienen una capa de material activo de electrodo 160, un colector de corriente de electrodo 163 (tal como un colector de corriente de electrodo iónicamente poroso) y una estructura principal de electrodo 165 que soporta la capa de material activo de electrodo 160 y el colector de corriente de electrodo 163. De manera similar, en una forma de realización, ilustrada en la figura 6C son elementos de la población de contraelectrodos 152 que tienen una capa de material activo de contraelectrodo 167, un colector de corriente de contraelectrodo 169 y una estructura principal de contraelectrodo 171 que soporta la capa de material activo de contraelectrodo 167 y el colector de corriente de contraelectrodo 169.
[0052] Sin estar ligado a ninguna teoría en particular (p. ej., como en la figura 6C), en ciertas formas de realización, los elementos de la población de electrodos 151 incluyen una capa de material activo de electrodo 160, un colector de corriente de electrodo 163 y una esctructura principal de electrodo 165 que soporta la capa de material activo del electrodo 160 y el colector de corriente del electrodo 163. De manera similar, en ciertas formas de realización, los elementos de la población de contraelectrodos 152 incluyen una capa de material activo del contraelectrodo 167, un colector de corriente del contraelectrodo 169 y una estructura principal de contraelectrodo 171 que soporta la capa de material activo del contraelectrodo 167 y el colector de corriente del contraelectrodo 169. En una forma de realización, al menos una parte de cualquiera de las estructuras de electrodo y contraelectrodo 151, 152, como los colectores de corriente 163, 169, las columnas 165, 171, la capa de material activo del contraelectrodo 167, así como el separador 130, puede servir como parte o todo el elemento de compresión interno 132a, p. ej., al estar conectado a los elementos de tensión 133, 135 o al ponerse en tensión con uno o más elementos de compresión internos o externos 132, 134. En una forma de realización, los elementos de compresión internos 132a pueden estar conectados a los elementos tensores 133, 135, por al menos uno de los siguientes: encolado, soldadura, unión, adhesión o medios de conexión similares. Mientras que la forma de realización mostrada en la figura 6C representa los elementos de compresión internos 132a correspondientes a las estructuras de electrodo y contraelectrodo 151, 152 (es decir, las estructuras de electrodo y contraelectrodo se ponen en tensión entre sí al estar conectadas a los elementos de tensión 133, 135), solo en una forma de realización alternativa una de las estructuras de electrodo y/o contraelectrodo sirve como elemento de compresión interno 132a, y/o solo una parte de una estructura de electrodo o contraelectrodo 151, 152 puede servir como elemento de compresión interno 132a, p. ej., adhiriéndose a la tensión elementos 133, 135. p. ej., en una forma de realización, un colector de corriente, tal como al menos uno de un colector de corriente de electrodo 163 y/o un colector de corriente de contraelectrodos 152 puede servir como un elemento de compresión interna 132, p. ej., al adherirse a los elementos de tensión 133, 135.
[0053] Con referencia de nuevo a la figura 4, para completar la producción de la segunda batería 100, el recinto de batería 102 se llena con un electrolito no acuoso (no se muestra) y la tapa 104 se pliega (a lo largo de la línea de pliegue 106) y se sella a la superficie superior 108. Cuando está completamente ensamblada, la batería secundaria sellada ocupa un volumen delimitado por sus superficies exteriores (es decir, el volumen de desplazamiento), el recinto de la batería secundaria 102 ocupa un volumen correspondiente al volumen de desplazamiento de la batería (incluida la tapa 104) menos su volumen interior (es decir, el volumen prismático delimitado por las superficies interiores 103A, 103B, 103C, 103D, 103E y tapa 104) y cada coacción 130 del conjunto 110 ocupa un volumen correspondiente a su respectivo volumen de desplazamiento. En combinación, por lo tanto, el recinto de la batería y las restricciones ocupan no más del 75 % del volumen delimitado por la superficie exterior del recinto de la batería (es decir, el volumen de desplazamiento de la batería). Por ejemplo, en una forma de realización de este tipo, las restricciones y el recinto de la batería, en combinación, no ocupan más del 60 % del volumen delimitado por la superficie exterior del recinto de la batería. A modo de ejemplo adicional, en una forma de realización de este tipo, la restricción y el recinto de la batería, en combinación, no ocupan más del 45 % del volumen delimitado por la superficie exterior del recinto de la batería. A modo de ejemplo adicional, en una forma de realización de este tipo, la restricción y el recinto de la batería, en combinación, no ocupan más del 30 % del volumen delimitado por la superficie exterior del recinto de la batería. A modo de ejemplo adicional, en una forma de realización de este tipo, la restricción y el recinto de la batería, en combinación, no ocupan más del 20 % del volumen delimitado por la superficie exterior del recinto de la batería.
[0054] Para facilitar la ilustración en la figura 4, la batería secundaria 100 comprende solo un conjunto 110 de conjuntos de electrodos y el conjunto comprende solo seis conjuntos de electrodos 120. En la práctica, la batería secundaria puede comprender más de un conjunto de conjuntos de electrodos, con cada uno de los conjuntos está dispuesto lateralmente entre sí (p. ej., en una dirección relativa que se encuentra dentro del plano X-Y del sistema de coordenadas cartesianas de la figura 4) o verticalmente entre sí (p. ej., en una dirección sustancialmente paralela al eje Z del sistema de coordenadas cartesianas de la figura 4). Además, en cada una de estas formas de realización, cada uno de los conjuntos de electrodos puede comprender uno o más conjuntos de electrodos. Por ejemplo, en ciertas formas de realización, la batería secundaria puede comprender uno, dos o más conjuntos de conjuntos de electrodos, cada uno de los cuales comprende uno o más conjuntos de electrodos (p. ej., 1,2, 3, 4, 5, 6, 10, 15 o más conjuntos de electrodos dentro de cada conjunto) y, cuando la batería comprende dos o más conjuntos de este tipo, los conjuntos pueden estar dispuestos lateral o verticalmente con respecto a otros conjuntos de conjuntos de electrodos que forman la batería secundaria. En cada una de estas diversas formas de realización, cada conjunto de electrodos individual puede tener su propia restricción (es decir, una relación 1:1 entre los conjuntos de electrodos y las restricciones), dos conjuntos de electrodos más pueden tener una restricción común (es decir, una sola restricción para dos o más conjuntos de electrodos) o dos o más conjuntos de electrodos pueden compartir componentes de una restricción (es decir, dos o más conjuntos de electrodos pueden tener un elemento de compresión y/o elementos de tensión comunes).
[0055] Con referencia ahora a la figura 12A, en una forma de realización ejemplar, el conjunto de electrodos 120 comprende superficies de extremo longitudinales primera y segunda 121, 122 y una superficie lateral que comprende caras laterales 123, 124, 125, 126. El conjunto de electrodos 120 comprende además una población de estructuras de electrodos 151 y una población de estructuras de contraelectrodos 152 que se apilan en una dirección de apilamiento de electrodos D que es paralela al eje longitudinal A que se extiende entre las superficies extremas longitudinales primera y segunda opuestas 121, 122. Las estructuras de electrodos y contraelectrodos 151, 152 se apilan en una secuencia alterna (p. ej., interdigitados), estando sustancialmente cada elemento de la población de electrodos entre dos elementos de la población de contraelectrodos y estando sustancialmente cada elemento de la población de contraelectrodos entre dos elementos de la población de electrodos. Por ejemplo, y con la excepción del primer y último electrodo o estructura de contraelectrodo en la serie alterna, en una forma de realización cada estructura de electrodo en la serie alterna está entre dos estructuras de contraelectrodo y cada estructura de contraelectrodo en la serie está entre dos estructuras de electrodos Además, una relación del área superficial del electrodo no laminar y las estructuras del contraelectrodo a su huella geométrica respectiva en un plano posterior imaginario (p. ej., caras laterales 126, 127, respectivamente) puede ser de al menos alrededor de 5, al menos alrededor de 10, al menos alrededor de 50, al menos alrededor de 100, o incluso al menos alrededor de 500 como se indicó anteriormente.
[0056] Como se ilustra en la figura 12A, con una excepción, cada elemento 151 de la población de estructuras de electrodos está entre dos elementos 152 de la población de contraelectrodos y, con una excepción, cada elemento 152 de la población de estructuras de contraelectrodos está entre dos elementos 151 de las poblaciónes de estructuras de electrodos. Dicho de manera más general, en una forma de realización, las poblaciones de electrodos y contraelectrodos tienen cada una N elementos, cada uno de los N-1 elementos de la población de electrodos está entre dos estructuras de contraelectrodos, cada uno de los N-1 elementos de la población de contraelectrodos está entre estructuras de electrodos, y N es al menos 2. Por ejemplo, en una forma de realización, N es al menos 4 (como se ilustra en la figura 4), al menos 5, al menos 10, al menos 25, al menos 50 o incluso al menos 100.
[0057] Con referencia ahora a las figuras 12B y 12C, una proyección de los elementos de las poblaciones de electrodos y contraelectrodos sobre la primera superficie de extremo longitudinal 122 circunscribe una primera área proyectada 162 y una proyección de los elementos de las poblaciones de electrodos y contraelectrodos sobre la segunda superficie de extremo longitudinal 124 circunscribe una segunda área proyectada 164. En general, las áreas proyectadas primera y segunda 162, 164 comprenderán típicamente una fracción significativa del área superficial de las superficies extremas longitudinales primera y segunda 122, 124, respectivamente. Por ejemplo, en una forma de realización, comprendiendo cada una de las áreas proyectadas primera y segunda al menos el 50 % del área superficial de las superficies extremas longitudinales primera y segunda, respectivamente. A modo de ejemplo adicional, en una forma de realización de este tipo, las áreas proyectadas primera y segunda comprenden cada una al menos el 75 % del área superficial de las superficies extremas longitudinales primera y segunda, respectivamente. A modo de ejemplo adicional, en una forma de realización de este tipo, las áreas proyectadas primera y segunda comprenden cada una al menos el 90 % del área superficial de las superficies extremas longitudinales primera y segunda, respectivamente.
[0058] Los elementos de las poblaciones de electrodos y contraelectrodos comprenden un material electroactivo capaz de absorber y liberar un ion portador tal como iones de litio, sodio, potasio, calcio, magnesio o aluminio. En algunas formas de realización, los elementos 151 de la población de estructura de electrodos comprenden un material electroactivo anódicamente activo (a veces denominado electrodo negativo) y los elementos 152 de la población de estructura de contraelectrodo comprenden un material electroactivo catódicamente activo (a veces denominado electrodo positivo). En otras formas de realización, los elementos 151 de la población de estructura de electrodos comprenden un material electroactivo catódicamente activo y los elementos 152 de la población de estructura de contraelectrodo comprenden un material electroactivo anódicamente activo. En cada una de las formas de realización y ejemplos enumerados en este párrafo, el material activo del electrodo negativo puede ser un electrodo de aglomerado de partículas o un electrodo monolítico.
[0059] Los materiales electroactivos anódicamente activos ejemplares incluyen materiales de carbono tales como grafito y carbones blandos o duros, o cualquiera de una gama de metales, semimetales, aleaciones, óxidos y compuestos capaces de formar una aleación con litio. Los ejemplos específicos de los metales o semimetales capaces de constituir el material del ánodo incluyen estaño, plomo, magnesio, aluminio, boro, galio, silicio, indio, circonio, germanio, bismuto, cadmio, antimonio, plata, zinc, arsénico, hafnio, itrio, y paladio. En una forma de realización ejemplar, el material anódicamente activo comprende aluminio, estaño o silicio, o un óxido de los mismos, un nitruro de los mismos, un fluoruro de los mismos u otra aleación de los mismos. En otra forma de realización ejemplar, el material anódicamente activo comprende silicio o una aleación del mismo.
[0060] Los ejemplos de materiales catódicamente activos incluyen cualquiera de una amplia gama de materiales catódicos activos. Por ejemplo, para una batería de iones de litio, el material catódicamente activo puede comprender un material de cátodo seleccionado entre óxidos de metales de transición, sulfuros de metales de transición, nitruros de metales de transición, óxidos de metales de transición de litio, sulfuros de metales de transición de litio y sulfuros de metales de transición de litio. los nitruros pueden usarse selectivamente. Los elementos de metales de transición de estos óxidos de metales de transición, sulfuros de metales de transición y nitruros de metales de transición pueden incluir elementos metálicos que tienen una capa d o una capa f. Ejemplos específicos de tales elementos metálicos son Sc, Y, lantanoides, actinoides, Ti, Zr, Hf, V, Nb, Ta, Cr, Mo, W, Mn, Tc, RE, Fe, Ru, Os, Co, Rh, LI, Ni, Pb, Pt, Cu, Ag y Au. Los materiales activos de cátodo adicionales incluyen LiCoO2, LiNi0,5Mn-i,5O4, Li(NixCoyAh)O2, LiFePO4, Li2MnO4, V2O5, oxisulfuros de molibdeno, fosfatos, silicatos, vanadatos y combinaciones de los mismos.
[0061] En una forma de realización, el material anódicamente activo está microestructurado para proporcionar una fracción de volumen vacío significativa para adaptarse a la expansión y contracción del volumen a medida que los iones de litio (u otros iones portadores) se incorporan o abandonan el material activo del electrodo negativo durante los procesos de carga y descarga. En general, la fracción de volumen vacío del material activo del electrodo negativo es al menos 0,1. Normalmente, sin embargo, la fracción de volumen vacío del material activo del electrodo negativo no es superior a 0,8. Por ejemplo, en una forma de realización, la fracción de volumen vacío del material activo del electrodo negativo es de aproximadamente 0,15 a aproximadamente 0,75. A modo de ejemplo adicional, en una forma de realización, la fracción de volumen vacío del material activo del electrodo negativo es de aproximadamente 0,2 a aproximadamente 0,7. A modo de ejemplo adicional, en una forma de realización, la fracción de volumen vacío del material activo del electrodo negativo es de aproximadamente 0,25 a aproximadamente 0,6.
[0062] Dependiendo de la composición del material activo de electrodo negativo microestructurado y el método de su formación, el material activo de electrodo negativo microestructurado puede comprender capas de material macroporoso, microporoso o mesoporoso o una combinación de los mismos tal como una combinación de microporoso y mesoporoso o una combinación de mesoporoso y macroporoso. El material microporoso se caracteriza típicamente por una dimensión de poro de menos de 10 nm, una dimensión de pared de menos de 10 nm, una profundidad de poro de 1 a 50 micrómetros y una morfología de poro que generalmente se caracteriza por una apariencia "esponjosa" e irregular. paredes que no son lisas y poros ramificados. El material mesoporoso se caracteriza típicamente por una dimensión de poro de 10 a 50 nm, una dimensión de pared de 10 a 50 nm, una profundidad de poro de 1 a 100 micrómetros y una morfología de poro que generalmente se caracteriza por poros ramificados que están algo bien definidos o poros dendríticos. El material macroporoso se caracteriza típicamente por una dimensión de poro de más de 50 nm, una dimensión de pared de más de 50 nm, una profundidad de poro de 1 a 500 micrómetros y una morfología de poro que puede ser variada, recta, ramificada o dendrítica y lisa o de paredes rugosas. Además, el volumen de huecos puede comprender huecos abiertos o cerrados, o una combinación de los mismos. En una forma de realización, el volumen vacío comprende vacíos abiertos, es decir, el material activo del electrodo negativo contiene vacíos que tienen aberturas en la superficie lateral del material activo del electrodo negativo a través de las cuales los iones de litio (u otros iones portadores) pueden entrar o salir del electrodo negativo. material activo; p. ej., los iones de litio pueden entrar en el material activo del electrodo negativo a través de las aberturas vacías después de salir del material activo del electrodo positivo. En otra forma de realización, el volumen vacío comprende vacíos cerrados, es decir, el material activo de electrodo negativo contiene vacíos que están encerrados por material activo de electrodo negativo. En general, los vacíos abiertos pueden proporcionar una mayor área de superficie interfacial para los iones portadores, mientras que los vacíos cerrados tienden a ser menos susceptibles a la interfaz de electrolito sólido, mientras que cada uno proporciona espacio para la expansión del material activo del electrodo negativo tras la entrada de iones portadores. En ciertas formas de realización, por lo tanto, se prefiere que el material activo del electrodo negativo comprenda una combinación de huecos abiertos y cerrados.
[0063] En una forma de realización, el material activo de electrodo negativo comprende aluminio, estaño o silicio porosos o una aleación de los mismos. Las capas de silicio poroso se pueden formar, p. ej., mediante anodización, grabado (p. ej., depositando metales preciosos como oro, platino, plata u oro/paladio en la superficie (100) del silicio monocristalino y grabando la superficie con una mezcla de ácido fluorhídrico y peróxido de hidrógeno), o por otros métodos conocidos en la técnica tales como grabado químico estampado. Además, el material activo poroso del electrodo negativo tendrá generalmente una fracción de porosidad de al menos aproximadamente 0,1 pero menor de 0,8 y tendrá un espesor de aproximadamente 1 a aproximadamente 100 micrómetros. Por ejemplo, en una forma de realización, el material activo del electrodo negativo comprende silicio poroso, tiene un grosor de aproximadamente 5 a aproximadamente 100 micrómetros y tiene una fracción de porosidad de aproximadamente 0,15 a aproximadamente 0,75. A modo de ejemplo adicional, en una forma de realización, el material activo de electrodo negativo comprende silicio poroso, tiene un espesor de aproximadamente 10 a aproximadamente 80 micrómetros y tiene una fracción de porosidad de aproximadamente 0,15 a aproximadamente 0,7. A modo de ejemplo adicional, en una forma de realización de este tipo, el material activo del electrodo negativo comprende silicio poroso, tiene un espesor de aproximadamente 20 a aproximadamente 50 micrómetros y tiene una fracción de porosidad de aproximadamente 0,25 a aproximadamente 0,6. A modo de ejemplo adicional, en una forma de realización, el material activo del electrodo negativo comprende una aleación de silicio poroso (tal como siliciuro de níquel), tiene un espesor de aproximadamente 5 a aproximadamente 100 micrómetros y tiene una fracción de porosidad de aproximadamente 0,15 a aproximadamente 0,75.
[0064] En otra forma de realización, el material activo de electrodo negativo comprende fibras de aluminio, estaño o silicio, o una aleación de los mismos. Las fibras individuales pueden tener un diámetro (dimensión de espesor) de alrededor de 5 nm a alrededor de 10.000 nm y una longitud que generalmente corresponde al espesor del material activo del electrodo negativo. Las fibras (nanoalambres) de silicio pueden formarse, p. ej., mediante deposición química de vapor u otras técnicas conocidas en la técnica tales como crecimiento de vapor líquido sólido (VLS) y crecimiento sólido líquido sólido (SLS). Además, el material activo del electrodo negativo tendrá generalmente una fracción de porosidad de al menos alrededor de 0,1 pero menos de 0,8 y tendrá un espesor de alrededor de 1 a alrededor de 200 micrómetros. Por ejemplo, en una forma de realización, el material activo del electrodo negativo comprende nanocables de silicio, tiene un grosor de aproximadamente 5 a aproximadamente 100 micrómetros y tiene una fracción de porosidad de aproximadamente 0,15 a aproximadamente 0,75. A modo de ejemplo adicional, en una forma de realización, el material activo de electrodo negativo comprende nanocables de silicio, tiene un espesor de aproximadamente 10 a aproximadamente 80 micrómetros y tiene una fracción de porosidad de aproximadamente 0,15 a aproximadamente 0,7. A modo de ejemplo adicional, en una forma de realización de este tipo, el material activo del electrodo negativo comprende nanocables de silicio, tiene un grosor de aproximadamente 20 a aproximadamente 50 micrómetros y tiene una fracción de porosidad de aproximadamente 0,25 a aproximadamente 0,6. A modo de ejemplo adicional, en una forma de realización, el material activo del electrodo negativo comprende nanocables de una aleación de silicio (como siliciuro de níquel), tiene un espesor de aproximadamente 5 a aproximadamente 100 micrómetros y tiene una fracción de porosidad de aproximadamente 0,15 a aproximadamente 0,75.
[0065] En una forma de realización, los elementos de la población de electrodos comprenden una capa de material activo de electrodo, un colector de corriente de electrodo y una estructura principal de electrodo que soporta la capa de material activo de electrodo y el colector de corriente de electrodo. De manera similar, en una forma de realización, los elementos de la población de contraelectrodos comprenden una capa de material activo de contraelectrodo, un colector de corriente de contraelectrodo y una estructura principal de contraelectrodo que soporta la capa de material activo de contraelectrodo y el colector de corriente de contraelectrodo.
[0066] En una forma de realización, cada elemento de la población de electrodos tiene una parte inferior, una parte superior y un eje longitudinal (Ae ) que se extiende desde la parte inferior hasta la parte superior del mismo y en una dirección generalmente perpendicular a la dirección en la que la secuencia alterna de progresan las estructuras de electrodos y las estructuras de contraelectrodos. Además, cada elemento de la población de electrodos tiene una longitud (Le) medida a lo largo del eje longitudinal (Ae), una anchura (We) medida en la dirección en la que avanza la secuencia alterna de estructuras de electrodos y contraelectrodos, y una altura (He) medida en una dirección perpendicular a cada una de las direcciones de medida de la longitud (Le) y la anchura (We). Cada elemento de la población de electrodos también tiene un perímetro (Pe) que corresponde a la suma de las longitudes de los lados de una proyección del electrodo en un plano que es normal a su eje longitudinal.
[0067] La longitud (Le) de los elementos de la población de electrodos variará dependiendo del dispositivo de almacenamiento de energía y su uso previsto. En general, sin embargo, los elementos de la población de electrodos tendrán típicamente una longitud (Le) en el rango de alrededor de 5 mm a alrededor de 500 mm. Por ejemplo, en una forma de realización de este tipo, los elementos de la población de electrodos tienen una longitud (Le) de aproximadamente 10 mm a aproximadamente 250 mm. A modo de ejemplo adicional, en una forma de realización de este tipo, los elementos de la población de electrodos tienen una longitud (Le) de aproximadamente 25 mm a aproximadamente 100 mm.
[0068] El ancho (We) de los elementos de la población de electrodos también variará dependiendo del dispositivo de almacenamiento de energía y su uso previsto. En general, sin embargo, cada elemento de la población de electrodos tendrá típicamente un ancho (We) dentro del rango de aproximadamente 0,01 mm a 2,5 mm. Por ejemplo, en una forma de realización, el ancho (We) de cada elemento de la población de electrodos estará en el rango de alrededor de 0,025 mm a alrededor de 2 mm. A modo de ejemplo adicional, en una forma de realización, el ancho (We) de cada elemento de la población de electrodos estará en el rango de alrededor de 0,05 mm a alrededor de 1 mm.
[0069] La altura (He) de los elementos de la población de electrodos también variará dependiendo del dispositivo de almacenamiento de energía y su uso previsto. En general, sin embargo, los elementos de la población de electrodos tendrán típicamente una altura (He) dentro del rango de alrededor de 0,05 mm a alrededor de 10 mm. Por ejemplo, en una forma de realización, la altura (He) de cada elemento de la población de electrodos estará en el rango de aproximadamente 0,05 mm a aproximadamente 5 mm. A modo de ejemplo adicional, en una forma de realización, la altura (He) de cada elemento de la población de electrodos estará en el rango de alrededor de 0,1 mm a alrededor de 1 mm.
[0070] El perímetro (Pe) de los elementos de la población de electrodos variará de manera similar dependiendo del dispositivo de almacenamiento de energía y su uso previsto. En general, sin embargo, los elementos de la población de electrodos tendrán típicamente un perímetro (Pe) dentro del rango de alrededor de 0,025 mm a alrededor de 25 mm. Por ejemplo, en una forma de realización, el perímetro (Pe) de cada elemento de la población de electrodos estará en el rango de alrededor de 0,1 mm a alrededor de 15 mm. A modo de ejemplo adicional, en una forma de realización, el perímetro (Pe) de cada elemento de la población de electrodos estará en el rango de alrededor de 0,5 mm a alrededor de 10 mm.
[0071] Los elementos de la población de electrodos tienen una longitud (Le) que es sustancialmente mayor que cada uno de su ancho (We) y su altura (He). Por ejemplo, en una forma de realización, la relación de Le a cada uno de W e y He es de al menos 5:1, respectivamente (es decir, la relación de Le a W e es de al menos 5:1, respectivamente y la relación de Le a He es al menos 5:1, respectivamente), para cada elemento de la población de electrodos. A modo de ejemplo adicional, en una forma de realización la proporción de Le a cada uno de W E y He es de al menos 10:1. A modo de ejemplo adicional, en una forma de realización, la proporción de Le a cada uno de We y He es de al menos 15:1. A modo de ejemplo adicional, en una forma de realización, la proporción de Le a cada uno de W E y He es de al menos 20:1, para cada elemento de la población de electrodos.
[0072] Además, generalmente se prefiere que los elementos de la población de electrodos tengan una longitud (Le) que sea sustancialmente mayor que su perímetro (Pe); p. ej., en una forma de realización, la proporción de Le a Pe es de al menos 1,25:1, respectivamente, para cada elemento de la población de electrodos. A modo de ejemplo adicional, en una forma de realización la proporción de Le a Pe es de al menos 2,5:1, respectivamente, para cada elemento de la población de electrodos. A modo de ejemplo adicional, en una forma de realización, la proporción de Le a Pe es de al menos 3,75:1, respectivamente, para cada elemento de la población de electrodos.
[0073] La relación entre la altura (He) y la anchura (We) de los elementos de la población de electrodos es de al menos 0,4:1 y menos de 1.000:1, respectivamente. Por ejemplo, en una forma de realización, la proporción de He a W e será de al menos 2:1, respectivamente, para cada elemento de la población de electrodos. A modo de ejemplo adicional, en una forma de realización la proporción de He a W e será de al menos 10:1, respectivamente. A modo de ejemplo adicional, en una forma de realización la proporción de He a We será de al menos 20:1, respectivamente. Normalmente, sin embargo, la proporción de He a W e será generalmente inferior a 1000:1, respectivamente. Por ejemplo, en una forma de realización, la proporción de He a WE será inferior a 500:1, respectivamente. A modo de ejemplo adicional, en una forma de realización la proporción de He a WE será inferior a 100:1, respectivamente. A modo de ejemplo adicional, en una forma de realización la proporción de He a We será inferior a 10:1, respectivamente. A modo de ejemplo adicional, en una forma de realización la relación de He a We estará en el rango de aproximadamente 2:1 a aproximadamente 100:1, respectivamente, para cada elemento de la población de electrodos.
[0074] Cada elemento de la población de contraelectrodos tiene una parte inferior, superior y un eje longitudinal (Ace) que se extiende desde la parte inferior hasta la parte superior del mismo y en una dirección generalmente perpendicular a la dirección en la que se estructura la secuencia alterna de electrodos. y las estructuras del contraelectrodo progresan. Además, cada elemento de la población de contraelectrodos tiene una longitud (Lce) medida a lo largo del eje longitudinal (Ace), un ancho (Wce) medido en la dirección en la que avanza la secuencia alterna de estructuras de electrodos y estructuras de contraelectrodos, y una altura (Hce) medida en una dirección perpendicular a cada una de las direcciones de medida de la longitud (Lce) y la anchura (Wce). Cada elemento de la población de contraelectrodos también tiene un perímetro (Pce) que corresponde a la suma de las longitudes de los lados de una proyección del contraelectrodo en un plano normal a su eje longitudinal.
[0075] La longitud (Lce) de los elementos de la población de contraelectrodos variará dependiendo del dispositivo de almacenamiento de energía y su uso previsto. En general, sin embargo, cada elemento de la población de contraelectrodos tendrá típicamente una longitud (Lce) en el rango de alrededor de 5 mm a alrededor de 500 mm. Por ejemplo, en una forma de realización de este tipo, cada elemento de la población de contraelectrodos tiene una longitud (Lce) de aproximadamente 10 mm a aproximadamente 250 mm. A modo de ejemplo adicional, en una forma de realización de este tipo, cada elemento de la población de contraelectrodos tiene una longitud (Lce) de aproximadamente 25 mm a aproximadamente 100 mm.
[0076] El ancho (Wce) de los elementos de la población de contraelectrodos también variará dependiendo del dispositivo de almacenamiento de energía y su uso previsto. En general, sin embargo, los elementos de la población de contraelectrodos tendrán típicamente un ancho (Wce) dentro del rango de aproximadamente 0,01 mm a 2,5 mm. Por ejemplo, en una forma de realización, el ancho (Wce) de cada elemento de la población de contraelectrodos estará en el rango de alrededor de 0,025 mm a alrededor de 2 mm. A modo de ejemplo adicional, en una forma de realización, el ancho (Wce) de cada elemento de la población de contraelectrodos estará en el rango de alrededor de 0,05 mm a alrededor de 1 mm.
[0077] La altura (Hce) de los elementos de la población de contraelectrodos también variará dependiendo del dispositivo de almacenamiento de energía y su uso previsto. En general, sin embargo, los elementos de la población de contraelectrodos tendrán típicamente una altura (Hce) dentro del rango de alrededor de 0,05 mm a alrededor de 10 mm. Por ejemplo, en una forma de realización, la altura (Hce) de cada elemento de la población de contraelectrodos estará en el rango de aproximadamente 0,05 mm a aproximadamente 5 mm. A modo de ejemplo adicional, en una forma de realización, la altura (Hce) de cada elemento de la población de contraelectrodos estará en el rango de aproximadamente 0,1 mm a aproximadamente 1 mm.
[0078] El perímetro (Pce) de los elementos de la población de contraelectrodos también variará dependiendo del dispositivo de almacenamiento de energía y su uso previsto. En general, sin embargo, los elementos de la población de contraelectrodos tendrán típicamente un perímetro (Pce) dentro del rango de aproximadamente 0,025 mm a aproximadamente 25 mm. Por ejemplo, en una forma de realización, el perímetro (Pce) de cada elemento de la población de contraelectrodos estará en el rango de aproximadamente 0,1 mm a aproximadamente 15 mm. A modo de ejemplo adicional, en una forma de realización, el perímetro (Pce) de cada elemento de la población de contraelectrodos estará en el rango de alrededor de 0,5 mm a alrededor de 10 mm.
[0079] En general, cada elemento de la población de contraelectrodos tiene una longitud (Lce) que es sustancialmente mayor que el ancho (Wce) y sustancialmente mayor que su altura (Hce). Por ejemplo, en una forma de realización, la relación de Lce a cada uno de Wce y Hce es de al menos 5:1, respectivamente (es decir, la relación de Lce a Wce es de al menos 5:1, respectivamente y la relación de Lce a Hce es al menos 5:1, respectivamente), para cada elemento de la población de contraelectrodos. A modo de ejemplo adicional, en una forma de realización, la proporción de Lce a cada uno de Wce y Hce es de al menos 10:1 para cada elemento de la población de contraelectrodos. A modo de ejemplo adicional, en una forma de realización, la proporción de Lce a cada uno de Wce y Hce es de al menos 15:1 para cada elemento de la población de contraelectrodos. A modo de ejemplo adicional, en una forma de realización, la proporción de Lce a cada uno de Wce y Hce es de al menos 20:1 para cada elemento de la población de contraelectrodos.
[0080] Además, generalmente se prefiere que los elementos de la población de contraelectrodos tengan una longitud (Lce) que sea sustancialmente mayor que su perímetro (Pce); p. ej., en una forma de realización, la proporción de Lce a Pce es de al menos 1,25:1, respectivamente, para cada elemento de la población de contraelectrodos. A modo de ejemplo adicional, en una forma de realización la proporción de Lce a Pce es de al menos 2,5:1, respectivamente, para cada elemento de la población de contraelectrodos. A modo de ejemplo adicional, en una forma de realización, la proporción de Lce a Pce es de al menos 3,75:1, respectivamente, para cada elemento de la población de contraelectrodos.
[0081] En una forma de realización, la relación entre la altura (Hce) y la anchura (Wce) de los elementos de la población de contraelectrodos es de al menos 0,4:1, respectivamente. Por ejemplo, en una forma de realización, la proporción de Hce a Wce será de al menos 2:1, respectivamente, para cada elemento de la población de contraelectrodos. A modo de ejemplo adicional, en una forma de realización, la relación de Hce a Wce será de al menos 10:1, respectivamente, para cada elemento de la población de contraelectrodos. A modo de ejemplo adicional, en una forma de realización la relación de Hce a Wce será de al menos 20:1, respectivamente, para cada elemento de la población de contraelectrodos. Normalmente, sin embargo, la proporción de Hce a Wce será generalmente inferior a 1000:1, respectivamente, para cada elemento de la población de electrodos. Por ejemplo, en una forma de realización, la relación de Hce a Wce será inferior a 500:1, respectivamente, para cada elemento de la población de contraelectrodos. A modo de ejemplo adicional, en una forma de realización la relación de Hce a Wce será inferior a 100:1, respectivamente. A modo de ejemplo adicional, en una forma de realización la relación de Hce a Wce será inferior a 10:1, respectivamente. A modo de ejemplo adicional, en una forma de realización la relación de Hce a Wce estará en el rango de aproximadamente 2:1 a aproximadamente 100:1, respectivamente, para cada elemento de la población de contraelectrodos.
[0082] Con referencia de nuevo a la figura 12A, la capa separadora eléctricamente aislante 153 rodea y aísla eléctricamente cada elemento 151 de la población de estructura de electrodos de cada elemento 152 de la población de estructura de contraelectrodo. La capa separadora eléctricamente aislante 153 normalmente comprenderá un material separador microporoso que puede permearse con un electrolito no acuoso; p. ej., en una forma de realización, el material separador microporoso comprende poros que tienen un diámetro de al menos 50 A, más típicamente en el rango de aproximadamente 2500 A, y una porosidad en el rango de aproximadamente 25 % a aproximadamente 75 %, más típicamente en el rango de alrededor de 35-55 %. Además, el material microporoso del separador se impregna con un electrolito no acuoso para permitir la conducción de iones portadores entre elementos adyacentes de las poblaciones de electrodos y contraelectrodos. En una forma de realización, p. ej., e ignorando la porosidad del material separador microporoso, al menos el 70 % en volumen de la capa 153 de material separador eléctricamente aislante entre un elemento 151 de la población de estructura de electrodo y el(los) elemento(s) más cercano(s) 152 del contador -la población de estructura de electrodos (es decir, un "par adyacente") para el intercambio de iones durante la carga o descarga es un material separador microporoso; dicho de otra manera, el material separador microporoso constituye al menos el 70 % en volumen del material eléctricamente aislante entre un elemento 151 de la población de estructura de electrodo y el elemento 152 más cercano de la población de estructura de contraelectrodo. A modo de ejemplo adicional, en una forma de realización e ignorando la porosidad del material separador microporoso, el material separador microporoso constituye al menos el 75 % en volumen de la capa de material separador eléctricamente aislante entre pares adyacentes de elementos 151 y elementos 152 de la población de estructura de electrodos y la población de la estructura del contraelectrodo, respectivamente. A modo de ejemplo adicional, en una forma de realización e ignorando la porosidad del material separador microporoso, el material separador microporoso constituye al menos el 80 % en volumen de la capa de material separador eléctricamente aislante entre pares adyacentes de elementos 151 y elementos 152 de la población de estructura de electrodos y la población de la estructura del contraelectrodo, respectivamente. A modo de ejemplo adicional, en una forma de realización e ignorando la porosidad del material separador microporoso, el material separador microporoso constituye al menos el 85 % en volumen de la capa de material separador eléctricamente aislante entre pares adyacentes de elementos 151 y elementos 152 de la población de estructura de electrodos y la población de estructura de contraelectrodo, respectivamente. A modo de ejemplo adicional, en una forma de realización e ignorando la porosidad del material separador microporoso, el material separador microporoso constituye al menos el 90 % en volumen de la capa de material separador eléctricamente aislante entre pares adyacentes de elementos 151 y elementos 152 de la población de estructura de electrodos. y la población de la estructura del contraelectrodo, respectivamente. A modo de ejemplo adicional, en una forma de realización e ignorando la porosidad del material separador microporoso, el material separador microporoso constituye al menos el 95 % en volumen de la capa de material separador eléctricamente aislante entre pares adyacentes de elementos 151 y elementos 152 de la población de estructura de electrodos y la población de la estructura del contraelectrodo, respectivamente. A modo de ejemplo adicional, en una forma de realización e ignorando la porosidad del material separador microporoso, el material separador microporoso constituye al menos el 99 % en volumen de la capa de material separador eléctricamente aislante entre pares adyacentes de elementos 151 y elementos 152 de la población de estructura de electrodos y la población de la estructura del contraelectrodo, respectivamente.
[0083] En una forma de realización, el material separador microporoso comprende un material en partículas y un aglutinante, y tiene una porosidad (fracción vacía) de al menos aproximadamente 20 % en volumen. Los poros del material separador microporoso tendrán un diámetro de al menos 50 A y normalmente caerá dentro del rango de aproximadamente 250 a 2500 A. El material microporoso del separador tendrá normalmente una porosidad inferior al 75 % aproximadamente. En una forma de realización, el material separador microporoso tiene una porosidad (fracción vacía) de al menos aproximadamente 25 % en volumen. En una forma de realización, el material separador microporoso tendrá una porosidad de aproximadamente 35-55 %.
[0084] El aglutinante para el material separador microporoso se puede seleccionar de una amplia gama de materiales inorgánicos o poliméricos. Por ejemplo, en una forma de realización, el aglutinante es un material orgánico seleccionado del grupo que consiste en silicatos, fosfatos, aluminatos, aluminosilicatos e hidróxidos tales como hidróxido de magnesio, hidróxido de calcio, etc. Por ejemplo, en una forma de realización, el aglutinante es un fluoropolímero derivado de monómeros que contienen fluoruro de vinilideno, hexafluoropropileno, tetrafluoropropeno y similares. En otra forma de realización, el aglutinante es una poliolefina tal como polietileno, polipropileno o polibuteno, que tiene cualquiera de una gama de densidades y pesos moleculares variables. En otra forma de realización, el aglutinante se selecciona del grupo que consiste en terpolímero de etileno-dieno-propeno, poliestireno, metacrilato de polimetilo, polietilenglicol, acetato de polivinilo, butiral de polivinilo, poliacetal y diacrilato de polietilenglicol. En otra forma de realización, el aglutinante se selecciona del grupo que consiste en metilcelulosa, carboximetilcelulosa, caucho de estireno, caucho de butadieno, caucho de estireno-butadieno, caucho de isopreno, poliacrilamida, poliviniléter, ácido poliacrílico, ácido polimetacrílico y óxido de polietileno. En otra forma de realización, el aglutinante se selecciona del grupo que consiste en acrilatos, estirenos, resinas epoxi y siliconas. En otra forma de realización, el aglutinante es un copolímero o una mezcla de dos o más de los polímeros antes mencionados.
[0085] El material en partículas comprendido por el material separador microporoso también se puede seleccionar entre una amplia gama de materiales. En general, tales materiales tienen una conductividad electrónica e iónica relativamente baja a temperaturas de funcionamiento y no se corroen bajo los voltajes de funcionamiento del electrodo de la batería o del colector de corriente en contacto con el material separador microporoso. Por ejemplo, en una forma de realización, el material en partículas tiene una conductividad para los iones portadores (p. ej., litio) de menos de 1 x 10-4 S/cm. A modo de ejemplo adicional en una forma de realización, el material en partículas tiene una conductividad para los iones portadores de menos de 1 x 10-5 S/cm. A modo de ejemplo adicional en una forma de realización, el material en partículas tiene una conductividad para los iones portadores de menos de 1 x 10-6 S/cm. Ejemplos de materiales particulados incluyen polietileno particulado, polipropileno, un compuesto de polímero de TiO2, aerogel de sílice, sílice pirógena, gel de sílice, hidrogel de sílice, xerogel de sílice, sol de sílice, sílice coloidal, alúmina, titania, magnesia, caolín, talco, tierra de diatomeas, calcio silicato, silicato de aluminio, carbonato de calcio, carbonato de magnesio o una combinación de los mismos. Por ejemplo, en una forma de realización, el material en partículas comprende un óxido o nitruro en partículas como TiO2, SO 2, AhO3, GeO2, B2O3, Bi2O3, BaO, ZnO, ZrO2, BN, Si3N4, Ge3N4. Véase, p. ej., P. Arora y J. Zhang, "Battery Separators" Chemical Reviews 2004, 104, 4419-4462). En una forma de realización, el material en partículas tendrá un tamaño medio de partículas de aproximadamente 20 nm a 2 micrómetros, más típicamente de 200 nm a 1,5 micrómetros. En una forma de realización, el material en partículas tendrá un tamaño medio de partículas de aproximadamente 500 nm a 1 micrómetro.
[0086] En una forma de realización alternativa, el material de partículas comprendido por el material separador microporoso puede unirse mediante técnicas tales como sinterización, unión, curado, etc. mientras se mantiene la fracción vacía deseada para el ingreso de electrolito para proporcionar la conductividad iónica para el funcionamiento de la batería.
[0087] Los materiales microporosos del separador pueden depositarse, p. ej., mediante deposición electroforética de un material separador de partículas en el que las partículas se unen por energía superficial como la atracción electrostática o las fuerzas de van der Waals, la deposición en suspensión (incluido el recubrimiento por rociado o rotación) de un material separador de partículas, serigrafía, revestimiento por inmersión y deposición por pulverización electrostática. Los aglutinantes pueden incluirse en el proceso de depósito; p. ej., el material particulado puede depositarse en suspensión con un aglutinante disuelto que precipita con la evaporación del disolvente, depositarse electroforéticamente en presencia de un material aglutinante disuelto, o depositarse coelectroforéticamente con un aglutinante y partículas aislantes, etc. Como alternativa o adicionalmente, los aglutinantes se pueden añadir después de que las partículas se depositen en o sobre la estructura del electrodo; p. ej., el material particulado puede dispersarse en una solución de aglutinante orgánico y recubrirse por inmersión o pulverización, seguido de secado, fusión o reticulación del material aglutinante para proporcionar fuerza de adherencia.
[0088] En un dispositivo de almacenamiento de energía ensamblado, el material separador microporoso está impregnado de un electrolito no acuoso adecuado para su uso como electrolito de batería secundaria. Normalmente, el electrolito no acuoso comprende una sal de litio disuelta en un disolvente orgánico. Los ejemplos de sales de litio incluyen sales de litio inorgánicas tales como LiClO4, LiBF4, LiPF6, LiAsF6 , LiCl y LiBr; y sales de litio orgánicas como LiB(C6H5)4, LiN(SO2CF3)2, LiN(SO2CF3)3 , UNSO2CF3, UNSO2CF5, UNSO2C4F9, UNSO2C5F11, UNSO2C6F13 y UNSO2C7F15. Los disolventes orgánicos ejemplares para disolver la sal de litio incluyen ésteres cíclicos, ésteres de cadena, éteres cíclicos y éteres de cadena. Los ejemplos específicos de ésteres cíclicos incluyen carbonato de propileno, carbonato de butileno, Y-butirolactona, carbonato de vinileno, 2-metil-Y-butirolactona, acetil-Y-butirolactona y Y-valerolactona. Los ejemplos específicos de ésteres de cadena incluyen carbonato de dimetilo, carbonato de dietilo, carbonato de dibutilo, carbonato de dipropilo, carbonato de metilo y etilo, carbonato de metilo y butilo, carbonato de metilo y propilo, carbonato de etilo y butilo, carbonato de etil y propilo, carbonato de butilo y propilo, propionatos de alquilo, malonatos de dialquilo y acetatos de alquilo. Los ejemplos específicos de éteres cíclicos incluyen tetrahidrofurano, alquiltetrahidrofuranos, dialquiltetrahidrofuranos, alcoxitetrahidrofuranos, dialcoxitetrahidrofuranos, 1,3-dioxolano, alquil-1,3-dioxolanos y 1,4-dioxolano. Los ejemplos específicos de los éteres de cadena incluyen 1,2-dimetoxietano, 1,2-dietoxitano, éter dietílico, éteres dialquílicos de etilenglicol, éteres dialquílicos de dietilenglicol, éteres dialquílicos de trietilenglicol y éteres dialquílicos de tetraetilenglicol.
[0089] Haciendo referencia de nuevo a las figuras 12A, 12B y 12C, las regiones de las superficies de los extremos longitudinales 122, 124 del conjunto de electrodos que coinciden con la proyección de los elementos de las poblaciones de electrodos y contraelectrodos sobre las superficies de los extremos longitudinales 162, 164 (es decir, las "regiones de superficie proyectada"), respectivamente, estarán bajo una carga de compresión significativa impuesta por la restricción 130 (véase FIG. 4). Por ejemplo, en una forma de realización, las regiones de las superficies de los extremos longitudinales del conjunto de electrodos que coinciden con la proyección de los elementos de las poblaciones de electrodos y contraelectrodos sobre las superficies de los extremos longitudinales estarán cada una bajo una carga de compresión de al menos 0,7 kPa (promediado sobre el área superficial de cada una de las regiones superficiales proyectadas primera y segunda, respectivamente). A modo de ejemplo adicional, en una forma de realización de este tipo, las regiones de las superficies de los extremos longitudinales del conjunto de electrodos que coinciden con la proyección de los elementos de las poblaciones de electrodos y contraelectrodos sobre las superficies de los extremos longitudinales estarán cada una bajo una carga de compresión. de al menos 1,75 kPa (promedio sobre el área superficial de cada una de las regiones superficiales proyectadas primera y segunda, respectivamente). A modo de ejemplo adicional, en una forma de realización de este tipo, las regiones de las superficies de los extremos longitudinales del conjunto de electrodos que coinciden con la proyección de los elementos de las poblaciones de electrodos y contraelectrodos sobre las superficies de los extremos longitudinales estarán cada una bajo una carga de compresión. de al menos 2,8 kPa (promedio sobre el área superficial de cada una de las regiones superficiales proyectadas primera y segunda, respectivamente). A modo de ejemplo adicional, en una forma de realización de este tipo, las regiones de las superficies de los extremos longitudinales del conjunto de electrodos que coinciden con la proyección de los elementos de las poblaciones de electrodos y contraelectrodos sobre las superficies de los extremos longitudinales estarán cada una bajo una carga de compresión de al menos 3,5 kPa (promedio sobre el área superficial de cada una de las regiones superficiales proyectadas primera y segunda, respectivamente). A modo de ejemplo adicional, en una forma de realización de este tipo, las regiones de las superficies de los extremos longitudinales del conjunto de electrodos que coinciden con la proyección de los elementos de las poblaciones de electrodos y contraelectrodos sobre las superficies de los extremos longitudinales estarán cada una bajo una carga de compresión. de al menos 5,25 kPa (promedio sobre el área superficial de cada una de las regiones superficiales proyectadas primera y segunda, respectivamente). A modo de ejemplo adicional, en una forma de realización de este tipo, las regiones de las superficies de los extremos longitudinales del conjunto de electrodos que coinciden con la proyección de los elementos de las poblaciones de electrodos y contraelectrodos sobre las superficies de los extremos longitudinales estarán cada una bajo una carga de compresión. de al menos 7 kPa (promedio sobre el área superficial de cada una de las regiones superficiales proyectadas primera y segunda, respectivamente). A modo de ejemplo adicional, en una forma de realización de este tipo, las regiones de las superficies de los extremos longitudinales del conjunto de electrodos que coinciden con la proyección de los elementos de las poblaciones de electrodos y contraelectrodos sobre las superficies de los extremos longitudinales estarán cada una bajo compresión. carga de al menos 8,75 kPa (promedio sobre el área superficial de cada una de las regiones superficiales proyectadas primera y segunda, respectivamente). En general, sin embargo, las regiones de las superficies de los extremos longitudinales del conjunto de electrodos que coinciden con la proyección de los elementos de las poblaciones de electrodos y contraelectrodos sobre las superficies de los extremos longitudinales estarán cada una bajo una carga de compresión de no más de aproximadamente 10 kPa (promedio sobre el área superficial de cada una de las regiones superficiales proyectadas primera y segunda, respectivamente). En cada una de las formas de realización ejemplares anteriores, las superficies de los extremos longitudinales de una batería secundaria de la presente descripción experimentarán dichas cargas de compresión cuando la batería esté cargada al menos aproximadamente al 80 % de su capacidad nominal.
[0090] En ciertas formas de realización, sustancialmente todas las superficies de los extremos longitudinales de un conjunto de electrodos estarán bajo una carga de compresión significativa (y no necesariamente solo las regiones de superficie proyectada primera y segunda). Por ejemplo, en algunas formas de realización, en general, cada una de las superficies de los extremos longitudinales del conjunto de electrodos estará bajo una carga de compresión de al menos 0,7 kPa (promedio sobre el área superficial total de cada una de las superficies de los extremos longitudinales, respectivamente). Por ejemplo, en una forma de realización, cada una de las superficies de los extremos longitudinales del conjunto de electrodos estará bajo una carga de compresión de al menos 1,75 kPa (promedio sobre el área superficial total de cada una de las superficies extremas longitudinales, respectivamente). A modo de ejemplo adicional, en una forma de realización de este tipo, cada una de las superficies extremas longitudinales del conjunto de electrodos estará bajo una carga de compresión de al menos 2,8 kPa (promedio sobre el área superficial total de cada una de las superficies extremas longitudinales, respectivamente). A modo de ejemplo adicional, en una forma de realización de este tipo, cada una de las superficies de los extremos longitudinales del conjunto de electrodos estará bajo una carga de compresión de al menos 3,5 kPa (promedio sobre el área superficial total de cada una de las superficies de los extremos longitudinales, respectivamente). A modo de ejemplo adicional, en una forma de realización de este tipo, cada una de las superficies de los extremos longitudinales del conjunto de electrodos estará bajo una carga de compresión de al menos 5,25 kPa (promedio sobre el área superficial total de cada una de las superficies de los extremos longitudinales, respectivamente). A modo de ejemplo adicional, en una forma de realización de este tipo, cada una de las superficies extremas longitudinales del conjunto de electrodos estará bajo una carga de compresión de al menos 7 kPa (promedio sobre el área superficial total de cada una de las superficies extremas longitudinales, respectivamente). A modo de ejemplo adicional, en una forma de realización de este tipo, cada una de las superficies de los extremos longitudinales del conjunto de electrodos estará bajo una carga de compresión de al menos 8,75 kPa (promedio sobre el área superficial total de cada una de las superficies de los extremos longitudinales, respectivamente). En general, sin embargo, las superficies de los extremos longitudinales del conjunto de electrodos estarán bajo una carga de compresión de no más de aproximadamente 10 kPa (promedio sobre el área superficial total de cada una de las superficies de los extremos longitudinales, respectivamente). En cada una de las formas de realización ejemplares anteriores, las superficies de los extremos longitudinales del conjunto de electrodos experimentarán dichas cargas de compresión cuando la batería se cargue al menos aproximadamente al 80 % de su capacidad nominal.
[0091] En una forma de realización, cada una de las superficies extremas longitudinales primera y segunda del conjunto de electrodos está bajo una carga de compresión de al menos 100 psi. Por ejemplo, en una forma de realización, cada una de las superficies extremas longitudinales primera y segunda están bajo una carga de compresión de al menos 200 psi. A modo de ejemplo adicional, en una forma de realización, cada una de las superficies extremas longitudinales primera y segunda están bajo una carga de compresión de al menos 300 psi. A modo de ejemplo adicional, en una forma de realización, cada una de las superficies extremas longitudinales primera y segunda están bajo una carga de compresión de al menos 400 psi. A modo de ejemplo adicional, en una forma de realización, cada una de las superficies extremas longitudinales primera y segunda están bajo una carga de compresión de al menos 500 psi. A modo de ejemplo adicional, en una forma de realización cada una de las superficies extremas longitudinales primera y segunda están bajo una carga de compresión de al menos 600 psi. A modo de otro ejemplo más, en una forma de realización, cada una de las superficies extremas longitudinales primera y segunda están bajo una carga de compresión de al menos 700 psi. A modo de otro ejemplo más, en una forma de realización, cada una de las superficies extremas longitudinales primera y segunda están bajo una carga de compresión de al menos 800 psi. A modo de ejemplo adicional, en una forma de realización cada una de las superficies extremas longitudinales primera y segunda están bajo una carga de compresión de al menos 900 psi. En otro ejemplo más, cada una de las superficies extremas longitudinales primera y segunda están bajo una carga de compresión de al menos 1000 psi.
[0092] Con referencia nuevamente a la figura 4 y las figuras 5A, 5B, 5C y 5D, y de acuerdo con un aspecto de la presente descripción, los elementos de tensión 133, 135 están preferiblemente relativamente cerca de la superficie lateral para evitar el pandeo del conjunto de electrodos en respuesta a la fuerza de compresión aplicada al extremo longitudinal. superficies. En la forma de realización ilustrada en las figuras 5A-5D, p. ej., los elementos de tensión 133, 135 están en contacto con las caras laterales 123, 125, respectivamente. En otras formas de realización, sin embargo, puede haber un espacio entre los elementos de tensión y la superficie lateral. En general, sin embargo, la distancia entre los elementos de tensión y la superficie lateral del conjunto de electrodos es inferior al 50 % del diámetro de Feret más pequeño del conjunto de electrodos, y el diámetro de Feret se mide en la misma dirección que la distancia entre los elementos de tensión y la superficie lateral del conjunto de electrodos. A modo de ejemplo adicional, en una forma de realización de este tipo, la distancia entre los elementos de tensión y la superficie lateral del conjunto de electrodos es inferior al 40 % del diámetro de Feret más pequeño del conjunto de electrodos, midiéndose el diámetro de Feret en la misma dirección que la distancia entre los elementos de tensión y la superficie lateral del conjunto de electrodos. A modo de ejemplo adicional, en una forma de realización de este tipo, la distancia entre los elementos de tensión y la superficie lateral del conjunto de electrodos es inferior al 30 % del diámetro de Feret más pequeño del conjunto de electrodos, midiéndose el diámetro de Feret en la misma dirección que la distancia entre los elementos de tensión y la superficie lateral del conjunto de electrodos. A modo de ejemplo adicional, en una forma de realización de este tipo, la distancia entre los elementos de tensión y la superficie lateral del conjunto de electrodos es inferior al 20 % del diámetro de Feret más pequeño del conjunto de electrodos, midiéndose el diámetro de Feret en la misma dirección que la distancia entre los elementos de tensión y la superficie lateral del conjunto de electrodos. A modo de ejemplo adicional, en una forma de realización de este tipo, la distancia entre los elementos de tensión y la superficie lateral del conjunto de electrodos es inferior al 10 % del diámetro de Feret más pequeño del conjunto de electrodos, midiéndose el diámetro de Feret en la misma dirección que la distancia entre los elementos de tensión y la superficie lateral del conjunto de electrodos. A modo de ejemplo adicional, en una forma de realización de este tipo, la distancia entre los elementos de tensión y la superficie lateral del conjunto de electrodos es inferior al 5 % del diámetro de Feret más pequeño del conjunto de electrodos, midiéndose el diámetro de Feret en la misma dirección que la distancia entre los elementos de tensión y la superficie lateral del conjunto de electrodos.
[0093] Con referencia ahora a la figura 7, se puede ver una vista en despiece de una forma de realización alternativa de una batería secundaria de la presente descripción, generalmente indicada en 100. La batería secundaria incluye el recinto de batería 102 y un conjunto 110 de conjuntos de electrodos 120 dentro del recinto de batería 102, cada uno de los conjuntos de electrodos tiene un primer extremo longitudinal 122, una segunda superficie de extremo longitudinal opuesta 124 (separada de la primera superficie de extremo longitudinal 122 a lo largo de un eje longitudinal (no mostrado) que es paralelo al "eje Y" del sistema de coordenadas cartesianas imaginario de la figura 7), y una superficie lateral que comprende caras laterales 123, 125, 126, 127 (ver, figura 4). En contraste con la forma de realización ilustrada en la figura 4, en esta forma de realización, una restricción individual 130 impone una fuerza de compresión en las superficies longitudinales primera y segunda de cada uno de los conjuntos de electrodos del conjunto 110. Como se describió anteriormente, el área superficial combinada de las superficies opuestas de los extremos longitudinales primero y segundo de cada uno el conjunto de electrodos dentro del conjunto 110 es inferior al 50 % del área superficial total de cada uno de los conjuntos de electrodos, respectivamente, dentro del conjunto. Los elementos de tensión de la restricción 130 tienden a tirar de los elementos de compresión uno hacia el otro y, por lo tanto, aplican una fuerza de compresión a cada una de las superficies extremas longitudinales primera y segunda opuestas de cada conjunto de electrodos dentro del conjunto 110, que, a su vez, inhibe la expansión de cada conjunto de electrodos dentro del conjunto 110 en la dirección longitudinal (que coincide con la dirección de apilamiento de electrodos de cada conjunto de electrodos como se ha descrito anteriormente en este documento). Además, y después de la formación de la batería, la restricción ejerce una presión sobre cada conjunto de electrodos dentro del conjunto 110 en la dirección longitudinal (es decir, dirección de apilamiento de electrodos) que excede la presión mantenida en cada conjunto de electrodos respectivo en cualquiera de las dos direcciones que son mutuamente perpendiculares entre sí y son perpendiculares a la dirección longitudinal.
[0094] Con referencia ahora a las figuras 8, 9, 10A y 10B, en una forma de realización alternativa, la restricción 130 se forma a partir de una lámina 107 que contiene ranuras 109, regiones de conexión 111 y regiones de pliegue 113. Para formar la restricción, la lámina 107 simplemente se envuelve alrededor de la estructura de electrodos 120 (ilustrada en FIG. 9 sin la estructura de electrodos 120), plegados a lo largo de las regiones de pliegue 113, y los bordes superpuestos 115, 117 están soldados, pegados o asegurados entre sí para formar una restricción que comprende los elementos de compresión 132, 134 (el elemento de compresión 134 comprende los bordes superpuestos 115, 177 una vez asegurados entre sí) y los elementos de tensión 133, 135. En una forma de realización de este tipo, la restricción 130 se estira en la dirección de apilamiento D para colocar las regiones de conexión 111 bajo tensión que, a su vez, hace que se aplique una fuerza de compresión a las superficies de los extremos longitudinales 122, 124. En una forma de realización alternativa, en lugar de estirar las regiones de conexión 111 para ponerlas en tensión, las regiones de conexión se pretensan antes de la instalación sobre el electro de asamblea. En otra forma de realización alternativa, las regiones de conexión 111 no están inicialmente bajo tensión en el momento de la instalación sobre el conjunto de electrodos, sino que la formación de la batería hace que el conjunto de electrodos se expanda e induzca tensión en los elementos de tensión de conexión (es decir, auto-tensado).
[0095] Con referencia ahora a las figura 11A y 11B, en una forma de realización alternativa, la restricción 130 comprende uno o más elementos de tensión serpentina 121 además de las ranuras 109 y las regiones de conexión 111. Los elementos de tensión serpentina 121 proporcionan una fuerza de tensión secundaria en aquellas formas de realización en las que las fuerzas son mayores durante la formación que durante ciclismo. En tales formas de realización, los elementos rectos proporcionan una mayor resistencia y rendimiento durante la formación, mientras que los elementos de tensión en serpentina aplican una fuerza de tensión menor durante el ciclo. Como se describió anteriormente, la restricción 130 puede formarse envolviendo la lámina 107 alrededor de la estructura de electrodos 120, doblándola a lo largo de las regiones de pliegue 113 y asegurando los bordes superpuestos 115, 117 (ilustrados en las Figuras 11A y 11B sin la estructura de electrodos 20). A medida que la hoja 107 se envuelve alrededor de la estructura del electrodo, la restricción 130 se estira en la dirección de apilamiento D para colocar las regiones de conexión 111 y los elementos de tensión serpentina 121 bajo tensión que, a su vez, ejerce una fuerza de compresión sobre la estructura del electrodo 120 en la dirección de apilamiento D.
[0096] En general, una restricción con alta resistencia y rigidez puede inhibir el rápido crecimiento del conjunto de electrodos durante la formación de la batería, mientras que una restricción con mucha menor resistencia y rigidez permite cambios en el volumen del conjunto de electrodos debido a la variación en la litiación que se encuentra en diferentes estados de cargas. Además, una restricción con menor rigidez y alta precarga (o carga inicial) ayuda a controlar la impedancia de la célula al mantener una fuerza mínima entre el cátodo y el ánodo. Un enfoque para abordar estos requisitos competitivos de acuerdo con una forma de realización de la presente descripción es construir una restricción a partir de dos componentes. Estos componentes pueden estar hechos de (i) materiales similares con diferentes geometrías o (ii) materiales con diferentes módulos elásticos y la misma geometría, (iii) alguna combinación de módulo elástico y propiedades geométricas para lograr la rigidez deseada. En ambos casos, el primer componente ("Elemento 1") utiliza un diseño de mayor rigidez (impulsado por el material o la geometría) que el segundo componente ("Elemento 2"), y se deforma elástica y luego plásticamente, pero no se fractura bajo las cargas que soporta durante la formación de la batería. Preferiblemente, el elemento 2 solo se deformaría elásticamente. En ambos casos, el primer elemento debe evitar que el segundo elemento se desplace más de lo que lo hace él mismo, ya sea encapsulando al segundo elemento o apoyándolo de otra manera.
[0097] En una forma de realización, la restricción comprende un material elásticamente deformable ubicado entre la(s) superficie(s) longitudinal(es) del conjunto de electrodos y el elemento de compresión. En esta forma de realización, el material elásticamente deformable se deforma elásticamente para adaptarse a la expansión de los electrodos y vuelve elásticamente a su grosor y forma originales cuando los electrodos se contraen. Como resultado, se puede mantener una fuerza mínima sobre el conjunto de electrodos en la dirección longitudinal a medida que los electrodos y/o los contraelectrodos se expanden y contraen durante el ciclo de la batería secundaria.
[0098] Con referencia ahora a la figura 16, en una forma de realización de ejemplo, la restricción 130 comprende los elementos primero y segundo 136, 137. En esta forma de realización, el elemento de compresión 132 comprende regiones de compresión 132a , 132B de los elementos primero y segundo 136, 137, respectivamente, que se superponen a la superficie del extremo longitudinal 122 y el elemento de compresión 134 comprende regiones de compresión 134A y 134B de los elementos primero y segundo 136, 137, respectivamente, que se superponen a la superficie del extremo longitudinal 124. Además, el elemento de tensión 133 comprende regiones de elementos de tensión 133A, 133B de los elementos primero y segundo 136, 137, respectivamente, que se superponen a la cara lateral 123 y el elemento de tensión 135 comprende regiones de elementos de tensión 135A y 135B de los elementos primero y segundo 136, 137, respectivamente, cuya cara lateral 125. En esta forma de realización ejemplar, el primer elemento 136 se usa para limitar el crecimiento máximo del conjunto de electrodos durante la formación de células o el ciclo celular, mientras que el elemento 137 se usa para mantener la precarga en la dirección de apilamiento de electrodos D durante un estado descargado. En esta forma de realización ejemplar, el elemento 136 no tiene precarga (no ejerce fuerza sobre el conjunto de electrodos) antes de la formación. El elemento 137 está precargado contra el conjunto de electrodos para imponer una fuerza de compresión sobre las superficies extremas longitudinales primera y segunda 122, 124. A medida que el conjunto de electrodos se expande (p. ej., como un ánodo que contiene silicio se expande tras la incorporación de iones portadores durante un paso de carga), la fuerza sobre el elemento 136 crece rápidamente debido a su alta rigidez, mientras que la fuerza sobre el elemento de menor rigidez 137 aumenta lentamente ya que su desplazamiento está limitado por el elemento 136. Por encima de cierta fuerza, el elemento 136 cederá o se moverá de elástico a plástico (permanente) deformación mientras el elemento 137 permanece en el rango elástico. A medida que las fuerzas siguen aumentando, el elemento 136 aumenta de longitud de forma permanente. A partir de entonces, cuando las fuerzas disminuyen a un valor menor (p. ej., cuando un ánodo que contiene silicio se contrae tras la desinserción de iones portadores durante un paso de descarga), el elemento 136 se ha deformado permanentemente y puede que ya no haga contacto con el conjunto de electrodos 120 y el elemento 137 puede volver a estar cerca de su nivel de precarga inicial.
[0099] Con referencia ahora a la figura 13, en una forma de realización alternativa, la batería secundaria 100 comprende el recinto de la batería 102 y un conjunto de conjuntos de electrodos 120 dentro del recinto de la batería 102. Como se describió anteriormente, cada uno de los conjuntos de electrodos tiene una primera superficie de extremo longitudinal y una segunda superficie de extremo longitudinal opuesta separadas a lo largo de un eje longitudinal, y una superficie lateral que rodea el eje longitudinal (véanse las figuras 4 y 12A). Además, el conjunto tiene una restricción asociada 130 que comprende el elemento de restricción superior 130T y el elemento de restricción inferior 130B para inhibir la expansión en la dirección D de apilamiento de electrodos de cada uno de los conjuntos de electrodos dentro del conjunto. El elemento de restricción superior 130T y el elemento de restricción inferior 130B comprenden lengüetas entrelazadas 132D, 132C, respectivamente, que en combinación constituyen el elemento de compresión 132. El elemento de restricción superior 130t y el elemento de restricción inferior 130B comprenden lengüetas entrelazadas, respectivamente, que en combinación constituyen el elemento de compresión 134 (no mostrado). Como en otras formas de realización, cada uno de los elementos de compresión aplica una fuerza de compresión a las superficies extremas longitudinales primera y segunda opuestas y los elementos de tensión comprenden ranuras 109 y regiones de conexión 111 como se describió anteriormente.
[00100] Con referencia ahora a la figura 14, en una forma de realización alternativa, la batería secundaria 100 comprende el recinto de la batería 102, un conjunto de conjuntos de electrodos (no mostrados) dentro del recinto de la batería 102, y una restricción asociada 130 para inhibir la expansión de cada uno de los conjuntos de electrodos dentro del conjunto en la dirección de apilamiento de electrodos. La restricción 130 comprende una primera y una segunda carcasa 130R, 130L que envuelven respectivamente la primera y la segunda mitad longitudinal, respectivamente, del conjunto de conjuntos de electrodos. Como en otras formas de realización, un primer elemento de compresión 132 que comprende los elementos 132E y 132F se superpone a las primeras superficies de los extremos longitudinales (no se muestran) de los conjuntos de electrodos dentro del conjunto, un segundo elemento de compresión (no se muestra) se superpone a las segundas superficies de los extremos longitudinales (no se muestran) de los conjuntos de electrodos dentro del conjunto, y elementos de tensión que se superponen a la superficie lateral de los conjuntos de electrodos. Como en otras formas de realización, cada uno de los elementos de compresión aplica una fuerza de compresión a las superficies extremas longitudinales primera y segunda opuestas y los elementos de tensión comprenden ranuras 109 y regiones de conexión 111 como se describió anteriormente.
[00101] Con referencia ahora a la figura 15, en una forma de realización alternativa, la batería secundaria 100 comprende el recinto de batería 102, un conjunto de conjuntos de electrodos 120 dentro del recinto de batería 102, y una restricción asociada 130 para inhibir la expansión de cada uno de los conjuntos de electrodos dentro del conjunto en la dirección de apilamiento de electrodos. La restricción 130 comprende una serie de bandas 151 que rodean cada uno de los conjuntos de electrodos y una tapa 153 interpuesta entre las bandas 151 y las superficies extremas longitudinales primera y segunda (no mostradas) de cada conjunto de electrodos 120 dentro del conjunto. En esta forma de realización, la parte de las bandas que recubren las superficies longitudinales de los extremos y las tapas constituyen un elemento de compresión de la presente descripción, y la parte de las bandas que recubren la superficie lateral de los conjuntos de electrodos constituyen los elementos de tensión. Como en otras formas de realización, cada uno de los elementos de compresión aplica una fuerza de compresión a las superficies extremas longitudinales primera y segunda opuestas como se ha descrito anteriormente.
[00102] En formas de realización adicionales, numeradas del 1 al 122 a continuación, los aspectos de la presente descripción incluyen:
Forma de realización 1. Una batería secundaria para alternar entre un estado cargado y un estado descargado, la batería secundaria que comprende una carcasa de batería, un conjunto de electrodos y un electrolito líquido no acuoso dentro del recinto de la batería, y una restricción que mantiene una presión sobre el conjunto de electrodos a medida que la batería secundaria pasa de los estados cargado y descargado, el conjunto de electrodos comprende una población de estructuras de electrodos, una población de estructuras de contraelectrodos y un material separador microporoso eléctricamente aislante entre los elementos de las poblaciones de electrodos y contraelectrodos en el que
el conjunto de electrodos tiene superficies de extremos longitudinales primera y segunda opuestas separados a lo largo de un eje longitudinal, y una superficie lateral que rodea el eje longitudinal y que conecta las superficies de extremos longitudinales primera y segunda, siendo el área de superficie de las superficies de extremos longitudinales primera y segunda menos del 33 % del área de superficie del conjunto de electrodos, los elementos de la población de electrodos y los elementos de la población de contraelectrodos están dispuestos en una secuencia alterna en una dirección de apilamiento paralela al eje longitudinal dentro del conjunto de electrodos, y en el que cada elemento de la población de electrodos tiene una parte superior, una longitud Le, una anchura W e, una altura He, y un eje longitudinal central Ae que se extiende desde la parte inferior a la parte superior de cada elemento y en una dirección que generalmente es transversal a la dirección de apilamiento, midiéndose la longitud Le de cada elemento de la población de electrodos en la dirección de su eje longitudinal central Ae, midiéndose la anchura W e de cada elemento de la población de electrodos en la dirección de apilamiento y midiéndose la altura He de cada elemento de la población de electrodos en una dirección que es perpendicular al eje longitudinal central Ae de cada elemento y a la dirección de apilamiento, siendo la relación de Le a cada uno de We y He de cada elemento de la población de electrodos al menos 5:1, respectivamente, siendo la relación de He a W e para cada elemento de la población de electrodos entre 0.4:1 y 1000:1, respectivamente.
una proyección de los elementos de la población de electrodos y las poblaciones de contraelectrodos sobre la segunda primera superficie longitudinal circunscriben una primera área proyectada, y una proyección de los elementos de la población de electrodos y las poblaciones de contraelectrodos en la segunda superficie longitudinal circunscribe una segunda área proyectada,
la restricción comprende elementos de compresión primero y segundo que se superponen a las áreas primera y segunda proyectadas, respectivamente, estando conectados los elementos de compresión por elementos de tensión que se superponen a la superficie lateral del conjunto de electrodos y tiran de los elementos de compresión uno hacia el otro, y al menos un elemento de compresión que es interno a las superficies de extremo longitudinales,
la restricción mantiene una presión sobre el conjunto de electrodos en la dirección de apilamiento que excede la presión mantenida sobre el conjunto de electrodos en cada una de las dos direcciones que son mutuamente perpendiculares y perpendiculares a la dirección de apilamiento.
Forma de realización 2. La batería secundaria de la forma de realización 1 en la que la restricción impone una fuerza de compresión promedio a cada una de las áreas proyectadas primera y segunda de al menos 0,7 kPa, promediada sobre el área superficial de las áreas proyectadas primera y segunda, respectivamente.
Forma de realización 3. La batería secundaria de la forma de realización 1 en la que la restricción impone una fuerza de compresión promedio a cada una de las áreas proyectadas primera y segunda de al menos 1,75 kPa, promediada sobre el área superficial de las áreas proyectadas primera y segunda, respectivamente.
Forma de realización 4. La batería secundaria de la forma de realización 1 en la que la restricción impone una fuerza de compresión promedio a cada una de las áreas proyectadas primera y segunda de al menos 2,8 kPa, promediado sobre el área superficial de las áreas proyectadas primera y segunda, respectivamente.
Forma de realización 5. La batería secundaria de la forma de realización 1 en la que la restricción impone una fuerza de compresión promedio a cada una de las áreas proyectadas primera y segunda de al menos 3,5 kPa, promediada sobre el área superficial de las áreas proyectadas primera y segunda, respectivamente.
Forma de realización 6. La batería secundaria de la forma de realización 1 en la que la restricción impone una fuerza de compresión promedio a cada una de las áreas proyectadas primera y segunda de al menos 5,25 kPa, promediada sobre el área superficial de las áreas proyectadas primera y segunda, respectivamente.
Forma de realización 7. La batería secundaria de la forma de realización 1 en la que la restricción impone una fuerza de compresión promedio a cada una de las áreas proyectadas primera y segunda de al menos 7 kPa, promediada sobre el área superficial de las áreas proyectadas primera y segunda, respectivamente.
Forma de realización 8. La batería secundaria de la forma de realización 1 en la que la restricción impone una fuerza de compresión promedio a cada una de las áreas proyectadas primera y segunda de al menos 8,75 kPa, promediada sobre el área superficial de las áreas proyectadas primera y segunda, respectivamente.
Forma de realización 9. La batería secundaria de la forma de realización 1 en la que la restricción impone una fuerza de compresión promedio a cada una de las áreas proyectadas primera y segunda de al menos 10 kPa, promediada sobre el área superficial de las áreas proyectadas primera y segunda, respectivamente.
Forma de realización 10. La batería secundaria de cualquier forma de realización anterior en la que el área superficial de las superficies extremas longitudinales primera y segunda es inferior al 25 % del área superficial del conjunto de electrodos.
Forma de realización 11. La batería secundaria de cualquier forma de realización anterior en la que el área superficial de las superficies extremas longitudinales primera y segunda es inferior al 20 % del área superficial del conjunto de electrodos.
Forma de realización 12. La batería secundaria de cualquier forma de realización anterior en la que el área superficial de las superficies extremas longitudinales primera y segunda es inferior al 15 % del área superficial del conjunto de electrodos.
Forma de realización 13. La batería secundaria de cualquier forma de realización anterior en la que el área superficial de las superficies extremas longitudinales primera y segunda es inferior al 10 % del área superficial del conjunto de electrodos.
Forma de realización 14. La batería secundaria de cualquier forma de realización anterior en la que la restricción y el recinto tienen un volumen combinado inferior al 60 % del volumen encerrado por el recinto de la batería. Forma de realización 15. La batería secundaria de cualquier forma de realización anterior en la que la restricción y el recinto tienen un volumen combinado inferior al 45 % del volumen encerrado por el recinto de la batería. Forma de realización 16. La batería secundaria de cualquier forma de realización anterior en la que la restricción y el recinto tienen un volumen combinado inferior al 30 % del volumen encerrado por el recinto de la batería. Forma de realización 17. La batería secundaria de cualquier forma de realización anterior en la que la restricción y el recinto tienen un volumen combinado que es inferior al 20 % del volumen encerrado por el recinto de la batería. Forma de realización 18. La batería secundaria de cualquier forma de realización anterior.
Forma de realización 19. La batería secundaria de cualquier forma de realización anterior en la que el material separador microporoso comprende un material en partículas y un aglutinante, tiene una fracción vacía de al menos 20 % en volumen y está permeada por el electrolito líquido no acuoso.
Forma de realización 20. La batería secundaria de cualquier forma de realización anterior en la que los elementos de tensión están lo suficientemente cerca de la superficie lateral para inhibir el pandeo del conjunto de electrodos cuando la batería secundaria se cicla entre los estados cargado y descargado.
Forma de realización 21. La batería secundaria de cualquier forma de realización anterior en la que la distancia entre los elementos de tensión y el lateral es inferior al 50 % del diámetro de Feret más pequeño del conjunto de electrodos, midiéndose el diámetro de Feret en la misma dirección que la distancia entre el elemento de tensión y la superficie lateral del conjunto de electrodos.
Forma de realización 22. La batería secundaria de cualquier forma de realización anterior en la que la distancia entre los elementos de tensión y el lateral es inferior al 40 % del diámetro de Feret más pequeño del conjunto de electrodos, midiéndose el diámetro de Feret en la misma dirección que la distancia entre los elementos de tensión y la superficie lateral del conjunto de electrodos.
Forma de realización 23. La batería secundaria de cualquier forma de realización anterior en la que la distancia entre los elementos de tensión y el lateral es inferior al 30 % del diámetro de Feret más pequeño del conjunto de electrodos, midiéndose el diámetro de Feret en la misma dirección que la distancia entre el elemento de tensión y la superficie lateral del conjunto de electrodos.
Forma de realización 24. La batería secundaria de cualquier forma de realización anterior en la que la distancia entre los elementos de tensión y el lateral es inferior al 20 % del diámetro de Feret más pequeño del conjunto de electrodos, midiéndose el diámetro de Feret en la misma dirección que la distancia entre el elemento de tensión y la superficie lateral del conjunto de electrodos.
Forma de realización 25. La batería secundaria de cualquier forma de realización anterior en la que la distancia entre los elementos de tensión y el lateral es inferior al 10 % del diámetro de Feret más pequeño del conjunto de electrodos, midiéndose el diámetro de Feret en la misma dirección que la distancia entre el elemento de tensión y la superficie lateral del conjunto de electrodos.
Forma de realización 26. La batería secundaria de cualquier forma de realización anterior en la que la distancia entre los elementos de tensión y el lateral es inferior al 5 % del diámetro de Feret más pequeño del conjunto de electrodos, midiéndose el diámetro de Feret en la misma dirección que la distancia entre el elemento de tensión y la superficie lateral del conjunto de electrodos.
Forma de realización 27. La batería secundaria de cualquier forma de realización anterior en la que cada una de las superficies extremas longitudinales primera y segunda están bajo una carga de compresión de al menos 689 kPa (100 psi).
Forma de realización 28. La batería secundaria de cualquier forma de realización anterior en la que cada una de las superficies extremas longitudinales primera y segunda están bajo una carga de compresión de al menos 1379 kPa (200 psi).
Forma de realización 29. La batería secundaria de cualquier forma de realización anterior en la que cada una de las superficies extremas longitudinales primera y segunda están bajo una carga de compresión de al menos 2068 kPa (300 psi).
Forma de realización 30. La batería secundaria de cualquier forma de realización anterior en la que cada una de las superficies extremas longitudinales primera y segunda están bajo una carga de compresión de al menos 2758 kPa (400 psi).
Forma de realización 31. La batería secundaria de cualquier forma de realización anterior en la que cada una de las superficies extremas longitudinales primera y segunda están bajo una carga de compresión de al menos 3447 kPa (500 psi).
Forma de realización 32. La batería secundaria de cualquier forma de realización anterior en la que cada una de las superficies extremas longitudinales primera y segunda están bajo una carga de compresión de al menos 4137 kPa (600 psi).
Forma de realización 33. La batería secundaria de cualquier forma de realización anterior en la que cada una de las superficies extremas longitudinales primera y segunda están bajo una carga de compresión de al menos 4826 kPa (700 psi).
Forma de realización 34. La batería secundaria de cualquier forma de realización anterior en la que cada una de las superficies extremas longitudinales primera y segunda están bajo una carga de compresión de al menos kPa (800 psi).
Forma de realización 35. La batería secundaria de cualquier forma de realización anterior en la que cada una de las superficies extremas longitudinales primera y segunda están bajo una carga de compresión de al menos 5516 kPa (900 psi).
Forma de realización 36. La batería secundaria de cualquier forma de realización anterior en la que cada una de las superficies extremas longitudinales primera y segunda están bajo una carga de compresión de al menos 6895 kPa (1000 psi).
Forma de realización 37. La batería secundaria de cualquier forma de realización anterior en la que la batería secundaria tiene una capacidad nominal y las superficies extremas longitudinales primera y segunda están bajo dicha carga de compresión cuando la batería secundaria está cargada al menos al 80 % de su capacidad nominal. Forma de realización 38. La batería secundaria de cualquier forma de realización anterior en la que las estructuras de electrodos comprenden un material electroactivo anódicamente activo y las estructuras de contraelectrodo comprenden un material electroactivo catódicamente activo.
Forma de realización 39. La batería secundaria de cualquier forma de realización anterior en la que las estructuras de electrodos comprenden un material electroactivo anódicamente activo que comprende silicio y las estructuras de contraelectrodo comprenden un material electroactivo catódicamente activo.
Forma de realización 40. La batería secundaria de cualquier forma de realización anterior en la que la batería secundaria comprende un conjunto de conjuntos de electrodos, comprendiendo el conjunto al menos dos conjuntos de electrodos.
Forma de realización 41. La batería secundaria de las Formas de realización 1-39 en la que la batería secundaria comprende un conjunto de al menos dos conjuntos de electrodos y la restricción mantiene una presión sobre los conjuntos de electrodos dentro del conjunto a medida que la batería secundaria se desplaza entre los estados cargado y descargado.
Forma de realización 42. La batería secundaria de las Formas de realización 1-39 en la que la batería secundaria comprende un conjunto de al menos dos conjuntos de electrodos y la batería secundaria comprende un número correspondiente de restricciones en el que cada una de las restricciones mantiene una presión sobre uno de los conjuntos de electrodos dentro del configurada cuando la batería secundaria se cicla entre los estados cargado y descargado.
Forma de realización 43. La batería secundaria de cualquier forma de realización anterior en la que el conjunto de electrodos comprende al menos 5 estructuras de electrodos y al menos 5 estructuras de contraelectrodos. Forma de realización 44. La batería secundaria de cualquier forma de realización anterior en la que el conjunto de electrodos comprende al menos 10 estructuras de electrodos y al menos 10 estructuras de contraelectrodos. Forma de realización 45. La batería secundaria de cualquier forma de realización anterior en la que el conjunto de electrodos comprende al menos 50 estructuras de electrodos y al menos 50 estructuras de contraelectrodos. Forma de realización 46. La batería secundaria de cualquier forma de realización anterior en la que el conjunto de electrodos comprende al menos 100 estructuras de electrodos y al menos 100 estructuras de contraelectrodos. Forma de realización 47. La batería secundaria de cualquier forma de realización anterior en la que el conjunto de electrodos comprende al menos 500 estructuras de electrodos y al menos 500 estructuras de contraelectrodos. Forma de realización 48. La batería secundaria de cualquier forma de realización anterior en la que la restricción comprende un material que tiene una resistencia máxima a la tracción de al menos 10.000 psi (>70 MPa).
Forma de realización 49. La batería secundaria de cualquier forma de realización anterior en la que la restricción comprende un material que es compatible con el electrolito de la batería.
Forma de realización 50. La batería secundaria de cualquier forma de realización anterior en la que la restricción comprende un material que no se corroe significativamente en el potencial flotante o de ánodo de la batería. Forma de realización 51. La batería secundaria de cualquier forma de realización anterior en la que la restricción comprende un material que no reacciona significativamente ni pierde resistencia mecánica a 45 °C.
Forma de realización 52. La batería secundaria de cualquier forma de realización anterior en la que la restricción comprende metal, aleación de metal, cerámica, vidrio, plástico o una combinación de los mismos.
Forma de realización 53. La batería secundaria de cualquier forma de realización anterior en la que la restricción comprende una hoja de material que tiene un espesor en el rango de alrededor de 10 a alrededor de 100 micrómetros.
Forma de realización 54. La batería secundaria de cualquier forma de realización anterior en la que la restricción comprende una hoja de material que tiene un espesor en el rango de alrededor de 30 a alrededor de 75 micrómetros.
Forma de realización 55. La batería secundaria de cualquier forma de realización anterior en la que la restricción comprende fibras de carbono con una densidad de empaquetamiento >50 %.
Forma de realización 56. La batería secundaria de cualquier forma de realización anterior en la que los elementos de compresión ejercen una presión sobre la primera y la segunda superficie de los extremos longitudinales que supera la presión mantenida sobre el conjunto de electrodos en cada una de las dos direcciones que son mutuamente perpendiculares y perpendiculares a la dirección de apilamiento por factor de al menos 3.
Forma de realización 57. La batería secundaria de cualquier forma de realización anterior en la que los elementos de compresión ejercen una presión sobre las superficies de extremo longitudinales primera y segunda que excede la presión mantenida sobre el conjunto de electrodos en cada una de las dos direcciones que son mutuamente perpendiculares y perpendicular a la dirección de apilamiento por un factor de al menos 3.
Forma de realización 58. La batería secundaria de cualquier forma de realización anterior en la que los elementos de compresión ejercen una presión sobre la primera y la segunda superficie de los extremos longitudinales que supera la presión mantenida sobre el conjunto de electrodos en cada una de las dos direcciones que son mutuamente perpendiculares y por pendicular a la dirección de apilamiento por un factor de al menos 4.
Forma de realización 59. La batería secundaria de cualquier forma de realización anterior en la que los elementos de compresión ejercen una presión sobre la primera y la segunda superficie de los extremos longitudinales que supera la presión mantenida sobre el conjunto de electrodos en cada una de las dos direcciones que son mutuamente perpendiculares y perpendiculares a la dirección de apilamiento por un factor de al menos 5.
Forma de realización 60. Un dispositivo de almacenamiento de energía para alternar entre un estado cargado y un estado descargado, el dispositivo de almacenamiento de energía que comprende un recinto, un conjunto de electrodos y un electrolito líquido no acuoso dentro del recinto, y una restricción que mantiene una presión sobre el conjunto de electrodos a medida que el dispositivo de almacenamiento de energía se cicla entre los estados cargado y descargado, el conjunto de electrodos comprende una población de estructuras de electrodos, una población de estructuras de contraelectrodos y un material separador microporoso eléctricamente aislante entre elementos de las poblaciones de electrodos y contraelectrodos en las que
el conjunto de electrodos tiene superficies de extremos longitudinales primera y segunda opuestas separadas a lo largo de un eje longitudinal, y una superficie lateral que rodea el eje longitudinal y conecta las superficies de extremos longitudinales primera y segunda, un área de superficie combinada de la primera y las segundas superficies de los extremos longitudinales siendo menos del 33 % de un área de superficie combinada de la superficie lateral y las superficies de los extremos longitudinales primera y segunda,
los elementos de la población de electrodos y los elementos de la población de contraelectrodos están dispuestos en una secuencia alterna en un apilamiento dirección que es paralela al eje longitudinal dentro del conjunto de electrodos, y en el que cada elemento de la población de electrodos tiene una parte inferior, una parte superior, una longitud Le, una anchura We, una altura He, y un eje longitudinal central Ae que se extiende desde la parte inferior a la parte superior de cada elemento y en una dirección que generalmente es transversal a la dirección de apilamiento, midiéndose la longitud Le de cada elemento de la población de electrodos en la dirección de su eje longitudinal central Ae, midiéndose la anchura W e de cada elemento de la población de electrodos en la dirección de apilamiento y midiéndose la altura He de cada elemento de la población de electrodos en una dirección que es perpendicular al eje longitudinal central Ae de cada elemento y a la dirección de apilamiento, siendo la relación de Le a cada uno de W e y Hc de cada elemento de la población de electrodos al menos 5:1, respectivamente, siendo la relación de He a W e para cada elemento de la población de electrodos entre 0.4:1 y 1000:1, respectivamente.
la restricción comprende un primer y un segundo elemento de compresión conectados por al menos un elemento de tensión que tira de los elementos de compresión uno hacia el otro, y al menos un elemento de compresión que es interno a las superficies de extremo longitudinal, y
la restricción mantiene una presión sobre el conjunto de electrodos en la dirección de apilamiento que excede la presión mantenida en el conjunto de electrodos en cada una de las dos direcciones que son mutuamente perpendiculares y perpendiculares a la dirección de apilamiento.
Forma de realización 61. El dispositivo de almacenamiento de energía de la forma de realización 60, en el que el dispositivo de almacenamiento de energía es una batería secundaria.
Forma de realización 62. El dispositivo de almacenamiento de energía de la forma de realización 60, en el que la restricción comprende elementos de compresión primero y segundo que recubren las superficies extremas longitudinales del conjunto de electrodos.
Forma de realización 64. El dispositivo de almacenamiento de energía de cualquier forma de realización anterior, en el que una proyección de los elementos de la población de electrodos y las poblaciones de contraelectrodos sobre la primera superficie longitudinal circunscribe una primera área proyectada y una proyección de los elementos de la población de electrodos y la las poblaciones de contraelectrodos sobre la segunda superficie longitudinal circunscriben una segunda área proyectada, y donde las áreas proyectadas primera y segunda comprenden cada una al menos el 50 % del área superficial de las superficies extremas longitudinales primera y segunda, respectivamente.
Forma de realización 65. El dispositivo de almacenamiento de energía de cualquier realización anterior, en el que una proyección de los elementos de la población de electrodos y las poblaciones de contraelectrodos sobre la primera superficie longitudinal circunscribe una primera área proyectada y una proyección de los elementos de la población de electrodos y el contraelectrodo. poblaciones sobre la segunda superficie longitudinal circunscribe una segunda área proyectada, y en el que la restricción impone una fuerza de compresión promedio a cada una de las áreas proyectadas primera y segunda de al menos 0,7 kPa, promediada sobre el área superficial de las áreas proyectadas primera y segunda, respectivamente.
Forma de realización 66. El dispositivo de almacenamiento de energía de cualquier forma de realización anterior en el que la restricción impone una fuerza de compresión promedio a cada una de las áreas proyectadas primera y segunda de al menos 1,75 kPa, promediado sobre el área superficial de las áreas proyectadas primera y segunda, respectivamente.
Forma de realización 67. El dispositivo de almacenamiento de energía de cualquier forma de realización anterior en el que la restricción impone una fuerza de compresión promedio a cada una de las áreas proyectadas primera y segunda de al menos 2,8 kPa, promediado sobre el área superficial de las áreas proyectadas primera y segunda, respectivamente.
Forma de realización 68. El dispositivo de almacenamiento de energía de cualquier forma de realización anterior en el que la restricción impone una fuerza de compresión promedio a cada una de las áreas proyectadas primera y segunda de al menos 3,5 kPa, promediado sobre el área superficial de las áreas proyectadas primera y segunda, respectivamente.
Forma de realización 69. El dispositivo de almacenamiento de energía de cualquier forma de realización anterior en el que la restricción impone una fuerza de compresión promedio a cada una de las áreas proyectadas primera y segunda de al menos 5,25 kPa, promediado sobre el área superficial de las áreas proyectadas primera y segunda, respectivamente.
Forma de realización 70. El dispositivo de almacenamiento de energía de cualquier forma de realización anterior en el que la restricción impone una fuerza de compresión promedio a cada una de las áreas proyectadas primera y segunda de al menos 7 kPa, promediado sobre el área superficial de las áreas proyectadas primera y segunda, respectivamente.
Forma de realización 71. El dispositivo de almacenamiento de energía de cualquier forma de realización anterior en el que la restricción impone una fuerza de compresión promedio a cada una de las áreas proyectadas primera y segunda de al menos 8,75 kPa, promediado sobre el área superficial de las áreas proyectadas primera y segunda, respectivamente.
Forma de realización 72. El dispositivo de almacenamiento de energía de cualquier forma de realización anterior en el que la restricción impone una fuerza de compresión promedio a cada una de las áreas proyectadas primera y segunda de al menos 10 kPa, promediado sobre el área superficial de las áreas proyectadas primera y segunda, respectivamente.
Forma de realización 73. El dispositivo de almacenamiento de energía de cualquier forma de realización anterior en el que el área superficial combinada de las superficies de los extremos longitudinales primera y segunda es inferior al 25 % del área superficial del conjunto de electrodos.
Forma de realización 74. El dispositivo de almacenamiento de energía de cualquier forma de realización anterior en el que el área superficial combinada de las superficies extremas longitudinales primera y segunda es inferior al 20 % del área superficial del conjunto de electrodos.
Forma de realización 75. El dispositivo de almacenamiento de energía de cualquier forma de realización anterior en el que el área superficial combinada de las superficies de los extremos longitudinales primera y segunda es inferior al 15 % del área superficial del conjunto de electrodos.
Forma de realización 76. El dispositivo de almacenamiento de energía de cualquier forma de realización precedente en el que el área superficial combinada de las superficies extremas longitudinales primera y segunda es inferior al 10 % del área superficial del conjunto de electrodos.
Forma de realización 77. El dispositivo de almacenamiento de energía de cualquier forma de realización anterior en el que la restricción y el recinto tienen un volumen combinado que es inferior al 60 % del volumen encerrado por el recinto.
Forma de realización 78. El dispositivo de almacenamiento de energía de cualquier forma de realización anterior en el que la restricción y el recinto tienen un volumen combinado que es inferior al 45 % del volumen encerrado por el recinto.
Forma de realización 79. El dispositivo de almacenamiento de energía de cualquier forma de realización anterior en el que la restricción y el recinto tienen un volumen combinado inferior al 49502730 % del volumen encerrado por el recinto
Forma de realización 80. El dispositivo de almacenamiento de energía de cualquier forma de realización anterior en el que la restricción y el recinto tienen un volumen combinado que es inferior al 20 % del volumen encerrado por el recinto.
Forma de realización 82. El dispositivo de almacenamiento de energía de cualquier forma de realización anterior en el que el material separador microporoso comprende un material en partículas y un aglutinante, tiene una fracción vacía de al menos 20 % en volumen y está permeado por el electrolito líquido no acuoso.
Forma de realización 83. El dispositivo de almacenamiento de energía de cualquier forma de realización anterior en el que los elementos de tensión están lo suficientemente cerca de la superficie lateral para inhibir el pandeo del conjunto de electrodos cuando el dispositivo de almacenamiento de energía se cicla entre los estados de carga y descarga.
Forma de realización 84. El dispositivo de almacenamiento de energía de cualquier forma de realización anterior en el que la distancia entre los elementos de tensión y el lateral es inferior al 50 % del diámetro Feret más pequeño del conjunto de electrodos.
Forma de realización 85. El dispositivo de almacenamiento de energía de cualquier forma de realización anterior en el que la distancia entre los elementos de tensión y el lateral es inferior al 40 % del diámetro Feret más pequeño del conjunto de electrodos.
Forma de realización 86. El dispositivo de almacenamiento de energía de cualquier forma de realización anterior en el que la distancia entre los elementos de tensión y el lateral es inferior al 30 % del diámetro Feret más pequeño del conjunto de electrodos.
Forma de realización 87. El dispositivo de almacenamiento de energía de cualquier forma de realización anterior en el que la distancia entre los elementos de tensión y el lateral es inferior al 20 % del diámetro Feret más pequeño del conjunto de electrodos.
Forma de realización 88. El dispositivo de almacenamiento de energía de cualquier forma de realización anterior en el que la distancia entre los elementos de tensión y el lateral es inferior al 10 % del diámetro Feret más pequeño del conjunto de electrodos.
Forma de realización 89. El dispositivo de almacenamiento de energía de cualquier forma de realización anterior en el que la distancia entre los elementos de tensión y el lateral es inferior al 5 % del diámetro Feret más pequeño del conjunto de electrodos.
Forma de realización 90. El dispositivo de almacenamiento de energía de cualquier forma de realización anterior en el que cada una de las superficies extremas longitudinales primera y segunda están bajo una carga de compresión de al menos 689 kPa (100 psi).
Forma de realización 91. El dispositivo de almacenamiento de energía de cualquier forma de realización anterior en el que cada una de las superficies extremas longitudinales primera y segunda están bajo una carga de compresión de al menos 1379 (200 psi).
Forma de realización 92. El dispositivo de almacenamiento de energía de cualquier forma de realización anterior en el que cada una de las superficies extremas longitudinales primera y segunda están bajo una carga de compresión de al menos 1379 kPa (300 psi).
Forma de realización 93. El dispositivo de almacenamiento de energía de cualquier forma de realización anterior en el que cada una de las superficies extremas longitudinales primera y segunda están bajo una carga de compresión de al menos 2758 kPa (400 psi).
Forma de realización 94. El dispositivo de almacenamiento de energía de cualquier forma de realización anterior en el que cada una de las superficies extremas longitudinales primera y segunda están bajo una carga de compresión de al menos 3447 kPa (500 psi).
Forma de realización 95. El dispositivo de almacenamiento de energía de cualquier forma de realización anterior en el que cada una de las superficies extremas longitudinales primera y segunda están bajo una carga de compresión de al menos 4137 kPa (600 psi).
Forma de realización 96. El dispositivo de almacenamiento de energía de cualquier forma de realización anterior en el que cada una de las superficies extremas longitudinales primera y segunda están bajo una carga de compresión de al menos 4826 kPa (700 psi).
Forma de realización 97. El dispositivo de almacenamiento de energía de cualquier forma de realización anterior en el que cada una de las superficies extremas longitudinales primera y segunda están bajo una carga de compresión de al menos 5616 kPa (800 psi).
Forma de realización 98. El dispositivo de almacenamiento de energía de cualquier forma de realización anterior en el que cada una de las superficies extremas longitudinales primera y segunda están bajo una carga de compresión de al menos 6205 kPa (900 psi).
Forma de realización 99. El dispositivo de almacenamiento de energía de cualquier forma de realización anterior en el que cada una de las superficies extremas longitudinales primera y segunda están bajo una carga de compresión de al menos 6895 kPa (1000 psi).
Forma de realización 100. El dispositivo de almacenamiento de energía de cualquier forma de realización anterior en el que el dispositivo de almacenamiento de energía tiene una capacidad nominal y las superficies de los extremos longitudinales primero y segundo están bajo tal carga de compresión cuando el dispositivo de almacenamiento de energía está cargado al menos al 80 % de su capacidad nominal.
Forma de realización 101. El dispositivo de almacenamiento de energía de cualquier forma de realización anterior en el que las estructuras de electrodos comprenden un material electroactivo anódicamente activo y las estructuras de contraelectrodo comprenden un material electroactivo catódicamente activo.
Forma de realización 102. El dispositivo de almacenamiento de energía de cualquier forma de realización anterior en el que las estructuras de electrodos comprenden un material electroactivo anódicamente activo que comprende silicio y las estructuras de contraelectrodo comprenden un material electroactivo catódicamente activo.
Forma de realización 103. El dispositivo de almacenamiento de energía de cualquier forma de realización anterior en el que el dispositivo de almacenamiento de energía comprende un conjunto de conjuntos de electrodos, comprendiendo el conjunto al menos dos conjuntos de electrodos.
Forma de realización 104. El dispositivo de almacenamiento de energía de cualquiera de las Formas de realización 60-103 en el que el dispositivo de almacenamiento de energía comprende un conjunto de al menos dos conjuntos de electrodos y la restricción mantiene una presión sobre los conjuntos de electrodos dentro del conjunto a medida que el dispositivo de almacenamiento de energía se cicla entre el cargado y los estados descargados.
Forma de realización 105. El dispositivo de almacenamiento de energía de cualquiera de las Formas de realización 1-60-103 en el que el dispositivo de almacenamiento de energía comprende un conjunto de al menos dos conjuntos de electrodos y el dispositivo de almacenamiento de energía comprende un número correspondiente de restricciones en el que cada una de las restricciones mantiene una presión sobre uno de los conjuntos de electrodos dentro del conjunto como dispositivo de almacenamiento de energía se cicla entre los estados cargado y descargado.
Forma de realización 106. El dispositivo de almacenamiento de energía de cualquier forma de realización anterior en el que el conjunto de electrodos comprende al menos 5 estructuras de electrodos y al menos 5 estructuras de contraelectrodos.
Forma de realización 107. El dispositivo de almacenamiento de energía de cualquier forma de realización anterior en el que el conjunto de electrodos comprende al menos 10 estructuras de electrodos y al menos 10 estructuras de contraelectrodos.
Forma de realización 108. El dispositivo de almacenamiento de energía de cualquier forma de realización anterior en el que el conjunto de electrodos comprende al menos 50 estructuras de electrodos y al menos 50 estructuras de contraelectrodos.
Forma de realización 109. El dispositivo de almacenamiento de energía de cualquier forma de realización anterior en el que el conjunto de electrodos comprende al menos 100 estructuras de electrodos y al menos 100 estructuras de contraelectrodos.
Forma de realización 110. El dispositivo de almacenamiento de energía de cualquier forma de realización anterior en el que el conjunto de electrodos comprende al menos 500 estructuras de electrodos y al menos 500 estructuras de contraelectrodos.
Forma de realización 111. El dispositivo de almacenamiento de energía de cualquier forma de realización anterior en el que la restricción comprende un material que tiene una resistencia máxima a la tracción de al menos 10.000 psi (>70 MPa).
Forma de realización 112. El dispositivo de almacenamiento de energía de cualquier forma de realización anterior en el que la restricción comprende un material que es compatible con el electrolito.
Forma de realización 113. El dispositivo de almacenamiento de energía de cualquier forma de realización anterior en el que la restricción comprende un material que no se corroe significativamente en el potencial flotante o de ánodo para el dispositivo de almacenamiento de energía.
Forma de realización 114. El dispositivo de almacenamiento de energía de cualquier forma de realización anterior en el que la restricción comprende un material que no reacciona significativamente ni pierde resistencia mecánica a 45 °C.
Forma de realización 115. El dispositivo de almacenamiento de energía de cualquier forma de realización anterior en el que la restricción comprende metal, aleación de metal, cerámica, vidrio, plástico o una combinación de los mismos.
Forma de realización 116. El dispositivo de almacenamiento de energía de cualquier forma de realización anterior en el que la restricción comprende una hoja de material que tiene un espesor en el rango de alrededor de 10 a alrededor de 100 micrómetros.
Forma de realización 117. El dispositivo de almacenamiento de energía de cualquier forma de realización anterior en el que la restricción comprende una hoja de material que tiene un espesor en el rango de aproximadamente 30 a aproximadamente 75 micrómetros.
Forma de realización 118. El dispositivo de almacenamiento de energía de cualquier forma de realización anterior en el que la restricción comprende fibras de carbono a una densidad de empaquetamiento >50 %.
Forma de realización 119. El dispositivo de almacenamiento de energía de cualquier forma de realización anterior en el que los elementos de compresión ejercen una presión sobre las superficies extremas longitudinales primera y segunda que excede la presión mantenida sobre el conjunto de electrodos en cada una de las dos direcciones que son mutuamente perpendiculares y perpendiculares a la dirección de apilamiento. por un factor de al menos 3.
Forma de realización 120. El dispositivo de almacenamiento de energía de cualquier forma de realización anterior en el que los elementos de compresión ejercen una presión sobre las superficies de extremo longitudinales primera y segunda que excede la presión mantenida sobre el conjunto de electrodos en cada una de las dos direcciones que son mutuamente perpendicular y perpendicular a la dirección de apilamiento por un factor de al menos 3. Forma de realización 121. El dispositivo de almacenamiento de energía de cualquier forma de realización anterior en el que los elementos de compresión ejercen una presión sobre la primera y la segunda superficie de los extremos longitudinales que excede la presión mantenida sobre el conjunto de electrodos en cada una de las dos direcciones que son mutuamente perpen dicular y perpendicular a la dirección de apilamiento por un factor de al menos 4.
Forma de realización 122. El dispositivo de almacenamiento de energía de cualquier forma de realización anterior en el que los elementos de compresión ejercen una presión sobre las superficies de los extremos longitudinales primera y segunda que excede la presión mantenida sobre el conjunto de electrodos en cada una de las dos direcciones que son mutuamente perpendiculares y perpendiculares a la dirección de apilamiento por un factor de al menos 5.
[00103] Todos los descriptores direccionales, como arriba, abajo, izquierda, derecha, etc., se utilizan únicamente para facilitar la referencia con respecto a los dibujos y no pretenden ser una limitación.

Claims (13)

REIVINDICACIONES
1. Una batería secundaria para alternar entre un estado cargado y un estado descargado, comprendiendo la batería secundaria una carcasa de batería (102), un conjunto de electrodos (120), un electrolito líquido no acuoso dentro de la carcasa de la batería y una restricción (130) que mantiene una presión sobre el conjunto de electrodos a medida que la batería secundaria se cicla entre los estados cargado y descargado,
comprendiendo el conjunto de electrodos una población de estructuras de electrodos (151), una población de estructuras de contraelectrodos (152) y un material separador microporoso de aislamiento eléctrico entre elementos de las poblaciones de electrodos y contraelectrodos en el que
el conjunto de electrodos tiene superficies extremas longitudinales opuestas primera (122) y segunda (124) separadas a lo largo de un eje longitudinal, y una superficie lateral (123, 125, 126, 127) rodeando el eje longitudinal y conectando las superficies extremas longitudinales primera y segunda, siendo el área superficial de las superficies extremas longitudinales primera y segunda menos del 33 % del área superficial del conjunto de electrodos,
los elementos de la población de electrodos y los elementos de la población de contraelectrodos están dispuestos en una secuencia alterna en una dirección de apilamiento paralela al eje longitudinal dentro del conjunto de electrodos, y donde cada elemento de la población de electrodos tiene una parte inferior, una parte superior, una longitud Le, un ancho W e, una altura Hc y un eje longitudinal central Ae que se extiende desde la parte inferior hasta la parte superior de cada elemento y en una dirección que generalmente es transversal a la dirección de apilamiento, la longitud Le de cada elemento de la población de electrodos se mide en la dirección de su eje longitudinal central Ae, el ancho We de cada elemento de la población de electrodos se mide en la dirección de apilamiento, y la altura He de cada elemento de la población de electrodos se mide en una dirección que es perpendicular al eje longitudinal central Ae de cada elemento y a la dirección de apilamiento, la relación de Le a cada h de W e y Hc de cada elemento de la población de electrodos siendo al menos 5:1, respectivamente, siendo la relación de He a W e para cada elemento de la población de electrodos entre 0,4:1 y 1000:1, respectivamente, una proyección de los elementos de la población de electrodos y las poblaciones de contraelectrodos sobre la primera superficie longitudinal circunscribe una primera área proyectada (162) y una proyección de los elementos de la población de electrodos y las poblaciones de contraelectrodos sobre la segunda superficie longitudinal circunscribe una segunda área proyectada (164),
la restricción comprende elementos de compresión primero (132) y segundo (134) que se superponen a las áreas proyectadas primera y segunda, respectivamente, y al menos un elemento de compresión que es interno (132a) a las superficies de los extremos longitudinales, estando los elementos de compresión conectados por al menos un elemento de tensión (133, 135) que se superpone a la superficie lateral del conjunto de electrodos y tira del primer y segundo elemento de compresión uno hacia el otro, y
la restricción mantiene una presión sobre el conjunto de electrodos en la dirección de apilamiento que excede la presión mantenida sobre el conjunto de electrodos en cada una de las dos direcciones que son mutuamente perpendiculares y perpendiculares a la dirección de apilamiento.
2. La batería secundaria de la reivindicación 1, en la que el área superficial de las superficies extremas longitudinales primera y segunda es inferior al 25 %, inferior al 20 %, inferior al 15 % o inferior al 10 % del área superficial del conjunto de electrodos.
3. La batería secundaria de cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en la que cada una de las superficies extremas longitudinales primera y segunda están bajo una carga de compresión de al menos 689 kPa (100 psi), al menos 1379 kPa (200 psi), al menos 2068 kPa (300 psi), al menos 2758 kPa (400 psi), al menos 3447 kPa (500 psi), al menos 4137 kPa (600 psi), al menos 4826 kPa (700 psi), al menos 5516 kPa (800 psi), al menos 6205 kPa (900 psi), o al menos 6895 kPa (1000 psi).
4. La batería secundaria de cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en la que la restricción comprende un material que tiene una resistencia máxima a la tracción de > 68,948 MPa (al menos 10.000 psi).
5. La batería secundaria de cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en la que la restricción comprende metal, aleación de metal, cerámica, vidrio, plástico o una combinación de los mismos, y/o en la que la restricción comprende fibras de carbono con una densidad de empaquetamiento >50%.
6. La batería secundaria de cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en la que la restricción comprende una hoja de material que tiene un grosor en el intervalo de alrededor de 10 a alrededor de 100 micrómetros, o alrededor de 30 a alrededor de 75 micrómetros.
7. La batería secundaria de cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en la que los elementos de compresión primero y segundo ejercen una presión sobre las superficies de los extremos longitudinales primero y segundo que excede la presión mantenida sobre el conjunto de electrodos en cada una de las dos direcciones que son mutuamente perpendiculares y perpendiculares al apilamiento. dirección por un factor de al menos 3, al menos 4 o al menos 5.
8. La batería secundaria de cualquier reivindicación anterior, en la que el material separador microporoso comprende un material en partículas y un aglutinante, tiene una fracción vacía de al menos 20% en volumen y está permeado por el electrolito líquido no acuoso.
9. La batería secundaria de cualquier reivindicación anterior en la que la restricción y el recinto tienen un volumen combinado que es inferior al 60 %, inferior al 45 %, inferior al 30 % o inferior al 20 % del volumen encerrado por el recinto de la batería.
10. La batería secundaria según la reivindicación 3, en la que la batería secundaria tiene una capacidad nominal y las superficies extremas longitudinales primera y segunda están bajo tal carga de compresión cuando la batería secundaria está cargada al menos al 80% de su capacidad nominal.
11. La batería secundaria de cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en la que al menos un elemento de compresión que es interno (132a) a las superficies de los extremos longitudinales está ubicado en una región interna del conjunto de electrodos (120) que es distinta de las superficies de los extremos longitudinales (122, 124).
12. La batería secundaria de cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en la que al menos un elemento de compresión que es interno (132a) a las superficies extremas longitudinales comprende al menos una parte de una estructura de electrodo (151) o una estructura de contraelectrodo (152).
13. La batería secundaria de cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en la que al menos un elemento de compresión que es interno (132a) a las superficies de los extremos longitudinales comprende al menos una parte de un material activo de contraelectrodo, un separador, un colector de corriente de electrodo, un colector de corriente de contraelectrodo, una estructura principal de electrodos o estructura principal de contraelectrodos.
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