JP2021503165A - 電極アセンブリ及び二次電池 - Google Patents

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Abstract

電極アセンブリを有する二次電池の実施形態が提供される。二次電池は一連の積層を有する電極アセンブリを含み、一連の積層は、一連の積層のユニットセルメンバ内において電極層及び対電極層の間にオフセットを有する。制約のセットは、縦方向に離間されかつ少なくとも１つの一次接続メンバにより接続された第１及び第２の一次成長制約を有する一次制約系と、第２の方向に離間されかつ一連の積層の少なくとも１つのメンバにより接続された第１及び第２の二次成長制約を有する。一次制約系は、電極アセンブリの縦方向の成長を少なくとも部分的に抑制し、二次制約系は、縦方向と垂直な第２の方向の電極アセンブリの成長を少なくとも部分的に抑制する。

Description

本開示は、概して、二次電池等のエネルギー貯蔵デバイスに用いるための電極アセンブリに関する。
ロッキングチェア又は挿入二次電池は、リチウムイオン、ナトリウムイオン、カリウムイオン、カルシウムイオン、又はマグネシウムイオン等のキャリアイオンが、電解質を介して正極と負極の間を移動する一種のエネルギー貯蔵デバイスである。二次電池は、単一の電池セル、又は電気的に結合されて電池を形成する２つ以上の電池セルを含み、各電池セルは、正極と、負極と、微孔性セパレータと、及び電解質とを含み得る。
ロッキングチェア電池セルにおいて、正電極及び負電極の両方が、キャリアイオンが挿入及び抽出される材料を含む。セルが放電するとき、キャリアイオンが負電極から抽出され、正電極に挿入される。セルが充電されるとき、逆のプロセスが発生する。即ち、正電極からキャリアイオンが抽出され、負電極に挿入される。
キャリアイオンが電極間を移動する際につきまとう課題の１つに、電池が繰り返し充電及び放電される時に電極が膨張及び収縮する傾向があるという事実がある。電極が膨張すると電気的短絡及び電池の故障を引き起こすため、サイクル中の膨張及び収縮は、電池の信頼性及びサイクル寿命にとって問題となる傾向がある。さらに別の起こり得る問題に、電極配列の不一致がある。これは例えば、製造、使用又は輸送中における電池への物理的又は機械的なストレスが、電池の短絡及び故障に繋がり得る等である。
従って、電池の信頼性及びサイクル寿命を改善するために、電池のサイクル中に電極の膨張及び収縮を制御することへの必要性が残っている。電極の配置を制御すること、並びに電池の接地面積を過度に増加させることなく電池の機械的安定性を改善する構造への必要性も残っている。
さらに、そのような電池を製造する、信頼できかつ効果的な手段への必要性も残っている。即ち、慎重に制御された配置と、電池のサイクル中の電極アセンブリの制御された膨張とを伴う電極アセンブリを有する電池を提供するための効率的な製造方法への必要性がある。
本開示の一態様は、充電状態及び放電状態の間をサイクルするための二次電池に関し、二次電池は、電池筐体と、電極アセンブリと、電池筐体内のリチウムイオンと、及び、電極制約のセットとを含み、ここで、
（ａ）電極アセンブリは、仮想の三次元デカルト座標系のｘ軸、ｙ軸、ｚ軸にそれぞれ対応する、互いに垂直な横軸、縦軸、及び高さ軸と、互いに分離された第１の縦端面及び第２の縦端面と、電極アセンブリ縦軸ＡＥＡを囲むとともに第１及び第２の縦端面を接続する側面と、を有し、側面は、縦軸の両側に対向する第１及び第２の領域を有するとともに、縦軸に直交する第１の方向に分離され、電極アセンブリは、横方向測定された最大幅ＷＥＡと、側面により境界づけられかつ横方向計測された最大長ＬＥＡと、側面に境界づけられかつ高さ方向測定された最大高さＨＥＡとを有し、ここで、最大長ＬＥＡ及び最大幅ＷＥＡの最大高さＨＥＡに対する比率は少なくとも２：１であり、
（ｂ）電極アセンブリは、電極アセンブリ内の縦軸に並行な積層方向に積層された一連の層を含み、積層された一連の層は、負電極活物質層の集合と、負電極集電層の集合と、セパレータ材料層の集合と、正電極活物質層の集合と、及び、正電極集電材料層の集合とを含み、ここで、
（ｉ）負電極活物質層の集合の各々は、負電極活物質層の対向する第１及び第２の横端面の間において横方向測定した負電極活物質層のフェレット径に対応する長さＬＥと、負電極活物質層の対向する第１及び第２の高さ端面の間において高さ方向測定した負電極活物質層のフェレット径に対応する高さＨＥと、並びに、負電極活物質層の対向する第１及び第２の対向する面の間において縦方向測定した負電極活物質層のフェレット径に対応するＷＥとを有し、ここで、ＨＥ及びＷＥに対するＬＥの比率は、少なくとも５：１であり、
（ｉｉ）正電極活物質層の集合の各々は、正電極活物質層の対向する第１及び第２の横端面の間において横方向測定した正電極活物質層のフェレット径に対応する長さＬＥと、正電極活物質層の対向する第１及び第２の高さ端面の間において高さ方向測定した正電極活物質層のフェレット径に対応する高さＨＥと、並びに、正電極活物質層の対向する第１及び第２の対向する面の間において縦方向測定した正電極活物質層のフェレット径に対応するＷＥとを有し、ここで、ＨＥ及びＷＥに対するＬＥの比率は、少なくとも５：１であり、
（ｉｉｉ）負電極活物質層の集合の各々は、少なくとも６０質量％の負電極活物質と、２０質量％未満の導電助剤と、及びバインダー材料とを含む粒子状材料を含み、負電極活物質はシリコン含有材料を含み、
（ｃ）電極制約のセットは、一次制約系と二次制約系とを含み、
（ｉ）一次制約系は、第１及び第２の成長制約と、少なくとも１つの一次接続メンバとを含み、第１及び第２の一次成長制約は縦方向に互いに分離され、一次接続メンバは、縦方向の電極アセンブリの成長を少なくとも部分的に制約する第１及び第２の一次成長制約を接続し、並びに、
（ｉｉ）二次制約系は、第２の方向に分離されかつ積層された一連の層の各々により接続された第１及び第２の二次成長制約を含み、ここで、二次制約系は、二次電池のサイクル時に電極アセンブリの第２の方向への成長を少なくとも部分的に制約し、第２の方向は縦方向と直交し、並びに、
（ｉｉｉ）一次制約系は、互いに垂直かつ積層方向に垂直な２つの方向の各々で、電極アセンブリに維持される圧力を超過する、電極アセンブリへの積層方向の圧力を維持し、
（ｄ）電極アセンブリは、ユニットセルの集合を含み、ここで、各ユニットセルは、電極集電体層の集合の第１のメンバのユニットセル部分と、キャリアイオンに対してイオン透過性であるセパレータの集合のメンバと、電極活物質の集合の第１のメンバと、対電極集電体の集合の第１のメンバのユニットセル部分と、及び、対電極活物質層の集合の第１のメンバとを含み、ここで、（ａａ）電極活物質層の集合の第１のメンバは、セパレータの第１の側に近接し、対電極材料層の集合の第１のメンバは、セパレータの反対側の第２の側に近接し、（ｂｂ）セパレータは、電極活物質層の集合の第１のメンバを、対電極活物質層の集合の第１のメンバから電気的に分離させ、電池の充電状態及び放電状態の間のサイクル中において、電極活物質層の集合の第１のメンバと対電極活物質層の集合の第１のメンバとの間では、このような各ユニットセルのセパレータを介して、主として、キャリアイオンが交換され、（ｃｃ）各ユニットセル内において、
ａ．電極活物質層の第１の高さ端面及び対電極活物質層の第１の高さ端面は、電極アセンブリの同じ側にあり、電極活物質層の第１の対向する高さ端面の中央値高さ位置のＸ−Ｚ平面における２Ｄマップは、電極活物質層の長さＬＥに沿い、第１の高さ端面プロットＥＶＰ１をトレースし、対電極活物質層の第１の対向する高さ端面の中央値高さ位置のＸ−Ｚ平面における２Ｄマップは、対電極活物質層の長さＬＣに沿い、第１の高さ端面プロットＣＥＶＰ１をトレースし、ここで、第１の対電極活物質層の長さＬＣの少なくとも６０％において、（ｉ）高さ方向計測されたプロットＥＶＰ１及びＣＥＶＰ１の間の分離距離の絶対値ＳＺ１は、１０００μｍ≧｜ＳＺ１｜≧５μｍを満たし、（ｉｉ）電極活物質層の第１の高さ端面及び対電極活物質層の第１の高さ端面の間において、対電極活物質層の第１の高さ端面は、電極活物質層の第１の高さ端面に対して内側に配置され、
ｂ．電極活物質層の第２の高さ端面及び対電極活物質層の第２の高さ端面は、電極アセンブリの同じ側にあるとともに、電極活物質層の第１の高さ端面及び対電極活物質層の第１の高さ端面にそれぞれ順に対向し、電極活物質層の第２の対向する高さ端面の中央値高さ位置のＸ−Ｚ平面における２Ｄマップは、電極活物質層の長さＬＥに沿い、第２の高さ端面プロットＥＶＰ２をトレースし、対電極活物質層の第２の対向する高さ端面の中央値高さ位置のＸ−Ｚ平面における２Ｄマップは、対電極活物質層の長さＬＣに沿い、第２の高さ端面プロットＣＥＶＰ２をトレースし、ここで、第２の対電極活物質層の長さＬＣの少なくとも６０％において、（ｉ）高さ方向計測されたプロットＥＶＰ２及びＣＥＶＰ２の間の分離距離の絶対値ＳＺ２は、１０００μｍ≧｜ＳＺ２｜≧５μｍを満たし、（ｉｉ）電極活物質層の第２の高さ端面及び対電極活物質層の第２の高さ端面の間において、対電極活物質層の第２の高さ端面は、電極活物質層の第２の高さ端面に対して内側に配置される。
本開示の別の態様は、充電状態及び放電状態の間をサイクルするための二次電池に関し、二次電池は、電池筐体と、電極アセンブリと、電池筐体内のキャリアイオンと、及び、電極制約のセットとを含む。ここで、
（ａ）電極アセンブリは、仮想の三次元デカルト座標系のｘ軸、ｙ軸、ｚ軸にそれぞれ対応する、互いに垂直な横軸、縦軸、及び高さ軸と、互いに分離された第１の縦端面及び第２の縦端面と、電極アセンブリ縦軸ＡＥＡを囲むとともに第１及び第２の縦端面を接続する側面と、を有し、側面は、縦軸の両側に対向する第１及び第２の領域を有するとともに、縦軸に直交する第１の方向に分離され、電極アセンブリは、横方向測定された最大幅ＷＥＡと、側面により境界づけられかつ横方向計測された最大長ＬＥＡと、側面に境界づけられかつ高さ方向測定された最大高ＨＥＡとを有し、ここで、最大長ＬＥＡ及び／又は最大幅ＷＥＡは最大高さＨＥＡよりも大きく、
（ｂ）電極アセンブリは、電極アセンブリ内の縦軸に並行な積層方向に積層された一連の層を含み、積層された一連の層は、負電極活物質層の集合と、負電極集電層の集合と、セパレータ材料層の集合と、正電極活物質層の集合と、及び、正電極集電材料層の集合とを含み、ここで、
（ｉ）負電極活物質層の集合の各々は、負電極活物質層の対向する第１及び第２の横端面の間において横方向測定した負電極活物質層のフェレット径に対応する長さＬＥと、負電極活物質層の対向する第１及び第２の高さ端面の間において高さ方向測定した負電極活物質層のフェレット径に対応する高さＨＥと、並びに、負電極活物質層の対向する第１及び第２の対向する面の間において縦方向測定した負電極活物質層のフェレット径に対応するＷＥとを有し、ここで、ＨＥ及びＷＥに対するＬＥの比率は、少なくとも５：１であり、
（ｉｉ）正電極材料層の集合の各々は、正電極活物質層の対向する第１及び第２の横端面の間において横方向測定した正電極活物質層のフェレット径に対応する長さＬＥと、正電極活物質層の対向する第１及び第２の高さ端面の間において高さ方向測定した正電極活物質層のフェレット径に対応する高さＨＥと、並びに、正電極活物質層の対向する第１及び第２の対向する面の間において縦方向測定した正電極活物質層のフェレット径に対応するＷＥとを有し、ここで、ＨＥ及びＷＥに対するＬＥの比率は、少なくとも５：１であり、
（ｉｉｉ）負電極活物質層の集合の各々は、少なくとも６０質量％の負電極活物質と、２０質量％未満の導電助剤と、及びバインダー材料とを含む粒子状材料を含み、
（ｃ）電極制約のセットは、一次制約系と二次制約系とを含み、
（ｉ）一次制約系は、第１及び第２の成長制約と、少なくとも１つの一次接続メンバとを含み、第１及び第２の一次成長制約は縦方向に互いに分離され、一次接続メンバは、縦方向の電極アセンブリの成長を少なくとも部分的に制約する第１及び第２の一次成長制約を接続し、並びに、
（ｉｉ）二次制約系は、第２の方向に分離されかつ積層された一連の層の各々により接続された第１及び第２の二次成長制約を含み、ここで、二次制約系は、二次電池のサイクル時に電極アセンブリの第２の方向への成長を少なくとも部分的に制約し、第２の方向は縦方向と直交し、並びに、
（ｉｉｉ）一次制約系は、互いに垂直かつ積層方向に垂直な２つの方向の各々で、電極アセンブリに維持される圧力を超過する、電極アセンブリへの積層方向の圧力を維持し、
（ｄ）積層された一連の層は、横方向に互いに間隔を開けて配置された対向する端面を有する層を含み、層の複数の対向する端面は、対向する端面における層の伸長及び収縮により、横方向に配向された塑性変形及び変形を示す。
本開示の他の態様、特徴及び実施形態は、以下の説明及び図面において、部分的に、説明され、部分的に、明らかになる。
電極アセンブリを伴って配備された制約系の一実施形態の斜視図 二次電池のための３次元電極アセンブリの一実施形態の模式図 図１Ｂの電極アセンブリのインセット断面図 図１Ｂの直線Ｅに沿った、図１Ｂの電極アセンブリの断面図 ３次元電極アセンブリの一実施形態の模式図 制約及び拡張された構成における陽極構造の集合のメンバを示す、３次元電極アセンブリの一実施形態の模式図 制約及び拡張された構成における陽極構造の集合のメンバを示す、３次元電極アセンブリの一実施形態の模式図 電極アセンブリの異なる形状及びサイズの実施例を示す図 電極アセンブリの異なる形状及びサイズの実施例を示す図 電極アセンブリの異なる形状及びサイズの実施例を示す図 電極アセンブリの異なる形状及びサイズの実施例を示す図 電極アセンブリの異なる形状及びサイズの実施例を示す図 電極アセンブリの異なる形状及びサイズの実施例を示す図 電極アセンブリの異なる形状及びサイズの実施例を示す図 電極アセンブリの異なる形状及びサイズの実施例を示す図 図１Ａに示す直線Ａ−Ａ’に沿った、電極アセンブリのある実施形態を示し、さらに一次及び二次成長制約系の要素を示す断面図 図１Ａに示す直線Ｂ−Ｂ’に沿った、電極アセンブリのある実施形態を示し、さらに一次及び二次成長制約系の要素を示す断面図 図１Ａに示す直線Ｂ−Ｂ’に沿った、電極アセンブリのある実施形態を示し、さらに一次及び二次成長制約系の要素を示す断面図 図１Ａに示す直線Ａ−Ａ１’に沿った、電極アセンブリのある実施形態を示す断面図 電極アセンブリの多孔質二次成長制約の一実施形態と、二次成長制約を電極アセンブリに接着するための一実施形態を示す上面図 電極アセンブリの多孔質二次成長制約の一実施形態と、二次成長制約を電極アセンブリに接着するための一実施形態を示す上面図 図１Ａに示す直線Ａ−Ａ’に沿い、一次制約系の一実施形態及び二次制約系の一実施形態を含む電極制約のセットをさらに含む電極アセンブリのある実施形態を示す断面図 電極制約のセットにより電極アセンブリに及ぼされる力と、電極アセンブリを含む電池の繰り返しサイクル時に電極構造により及ぼされる力とを示す、一実施形態に係る力を示す概略図 電極制約のセットにより電極アセンブリに及ぼされる力と、電極アセンブリを含む電池の繰り返しサイクル時に電極構造により及ぼされる力とを示す、一実施形態に係る力を示す概略図 一次成長制約系の一実施形態と、電極バックボーンが使用された二次成長制約系の一実施形態とを含む電極制約のセットをさらに含む、図１Ａに示す直線Ａ−Ａ’に沿った電極アセンブリのある実施形態を示す断面図 一次成長制約系の一実施形態と、電極集電装置が使用された二次成長制約系の一実施形態とを含む電極制約のセットをさらに含む、図１Ａに示す直線Ａ−Ａ’に沿った電極アセンブリのある実施形態を示す断面図 成長制約のセットの一実施形態を利用するエネルギー貯蔵デバイス又は二次電池のある実施形態を示す分解図 電極物質層の高さ端面と対電極物質層の高さ端面との間の、高さオフセット及び／又は分離距離ＳＺ１，ＳＺ２を決定するための実施形態を示す図 電極物質層の高さ端面と対電極物質層の高さ端面との間の、高さオフセット及び／又は分離距離ＳＺ１，ＳＺ２を決定するための実施形態を示す図 電極物質層の高さ端面と対電極物質層の高さ端面との間の、高さオフセット及び／又は分離距離ＳＺ１，ＳＺ２を決定するための実施形態を示す図 電極活物質層の横端面及び対電極活物質層の横端面との間の、横オフセット及び／又は分離距離ＳＸ１，ＳＸ２を決定するための実施形態を示す図 電極活物質層の横端面及び対電極活物質層の横端面との間の、横オフセット及び／又は分離距離ＳＸ１，ＳＸ２を決定するための実施形態を示す図 電極活物質層の横端面及び対電極活物質層の横端面との間の、横オフセット及び／又は分離距離ＳＸ１，ＳＸ２を決定するための実施形態を示す図 それ自体のフェレット径に従って、電極活物質層及び／又は対電極活物質層の高さＨＥ，ＨＣ及び長さＬＥ，ＬＣを決定するための実施形態を示す図 それ自体のフェレット径に従って、電極活物質層及び／又は対電極活物質層の高さＨＥ，ＨＣ及び長さＬＥ，ＬＣを決定するための実施形態を示す図 電極活物質層及び対電極活物質層を有するユニットセルの実施形態であって、高さオフセット及び／又は分離距離を伴うものと伴わないものの両方の、Ｚ−Ｙ平面における断面図 電極活物質層及び対電極活物質層を有するユニットセルの実施形態であって、高さオフセット及び／又は分離距離を伴うものと伴わないものの両方の、Ｚ−Ｙ平面における断面図 電極活物質層及び対電極活物質層を有するユニットセルの実施形態であって、高さオフセット及び／又は分離距離を伴うものと伴わないものの両方の、Ｚ−Ｙ平面における断面図 電極活物質層及び対電極活物質層を有するユニットセルの実施形態であって、高さオフセット及び／又は分離距離を伴うものと伴わないものの両方の、Ｚ−Ｙ平面における断面図 電極活物質層及び対電極活物質層を有するユニットセルの実施形態であって、高さオフセット及び／又は分離距離を伴うものと伴わないものの両方の、Ｚ−Ｙ平面における断面図 電極活物質層及び対電極活物質層を有するユニットセルの実施形態であって、高さオフセット及び／又は分離距離を伴うものと伴わないものの両方の、Ｚ−Ｙ平面における断面図 電極活物質層及び対電極活物質層を有するユニットセルの実施形態であって、高さオフセット及び／又は分離距離を伴うものと伴わないものの両方の、Ｚ−Ｙ平面における断面図 電極活物質層及び対電極活物質層を有するユニットセルの実施形態であって、高さオフセット及び／又は分離距離を伴うものと伴わないものの両方の、Ｚ−Ｙ平面における断面図 電極活物質層及び対電極活物質層を有するユニットセルの実施形態であって、横オフセット及び／又は分離距離を伴うものと伴わないものの両方の、Ｙ−Ｘ平面における断面図 電極活物質層及び対電極活物質層を有するユニットセルの実施形態であって、横オフセット及び／又は分離距離を伴うものと伴わないものの両方の、Ｙ−Ｘ平面における断面図 電極活物質層及び対電極活物質層を有するユニットセルの実施形態であって、横オフセット及び／又は分離距離を伴うものと伴わないものの両方の、Ｙ−Ｘ平面における断面図 電極活物質層及び対電極活物質層を有するユニットセルの実施形態であって、横オフセット及び／又は分離距離を伴うものと伴わないものの両方の、Ｙ−Ｘ平面における断面図 電極活物質層及び対電極活物質層を有するユニットセルの実施形態であって、横オフセット及び／又は分離距離を伴うものと伴わないものの両方の、Ｙ−Ｘ平面における断面図 電極活物質層及び対電極活物質層を有するユニットセルの実施形態であって、横オフセット及び／又は分離距離を伴うものと伴わないものの両方の、Ｙ−Ｘ平面における断面図 電極バスバー及び対電極バスバーを有する電極アセンブリの実施形態を示す図 図１６Ａの、Ｘ−Ｙ平面における断面図 電極バスバー及び対電極バスバーを有する電極アセンブリの実施形態を示す図 図１６Ｂの、Ｘ−Ｙ平面における断面図 電極構造及び対電極構造の交互配置を有する二次電池の実施形態を示す図 補助電極を有する電極アセンブリの実施形態の、Ｚ−Ｙ平面における断面図 補助電極を有する電極アセンブリの実施形態の、Ｚ−Ｙ平面における断面図 負電極サブユニットの端部の除去に続いて集電体端部が露出し、集電体端部における端部の除去の結果発生する集電体端部の部分の塑性変形を示す前と、それを示した後との負電極サブユニットの画像を示す模式図
本発明の要旨の他の態様、実施形態、及び特徴は、添付の図面に触れながら検討されることで、以下の詳細な説明から明らかになる。添付の図面は概略図であり、一定の縮尺で描かれることを意図したものではない。明確性のため、全ての要素又は構成要素が全ての図で符号を付されているわけではなく、また、当業者が発明の要旨を理解するのに例示が必要でない場合、本発明の要旨の各実施形態の全ての要素又は構成要素が示されているわけでもない。
［定義］
本明細書で用いられる「ある」「ひとつの」「その」（即ち単数形）は、文脈で明示されているのでない限り、複数の指示対象を指す。例えば、一例では、「ある電極」といった場合、それは単一の電極及び複数の類似の電極の両方を含む。
本明細書で用いられる「約」及び「およそ」は、記載された値の正負１０％、５％、又は１％を指す。例えば、一例では、「約２５０μｍ」は、２２５μｍ〜２７５μｍを含む可能性がある。さらなる例として、一例では、「約１０００μｍ」は、９００μｍ〜１１００μｍを含む可能性がある。特に明記されない限り、本明細書及び特許請求の範囲で用いられる量（例えば測定値）等を表す全ての数値は、全ての場合において「約」という語で修飾されているものとして理解されるべきである。従って、そうでないと明記されているのでない限り、以下の明細書及び特許請求の範囲に示される数値パラメータは、概算値である。各数値パラメータは少なくとも、報告された有効数字の数を考慮し、かつ通常の丸め手法を適用して理解されるべきである。
本明細書で二次電池の文脈で用いられる「陽極」は、二次電池の負電極を指す。
本明細書で用いられる「陽極活性」は、二次電池の陽極での使用に適した材料を指す。
本明細書で二次電池の文脈で用いられる「陰極」は、二次電池の正電極を指す。
本明細書で用いられる「陰極活性」は、二次電池の陰極での使用に適した材料を指す。
本明細書で二次電池の状態の文脈で用いられる「充電状態」は、二次電池がその定格容量の少なくとも７５％まで充電されている状態を指す。例えば、電池は、その定格容量の少なくとも８０％、その定格容量の少なくとも９０％、又はその定格容量の少なくとも９５％（例えばその定格容量の１００％）まで充電されていてよい。
本明細書で用いられる「Ｃレート」は、二次電池が放電される速度の尺度を指し、これは、放電電流を理論電流ドローで割った値として定義される。理論電流ドローの下では、電池は公称定格容量を１時間で供給する。例えば、１ＣのＣレートは、電池を１時間で放電する放電電流を指し、２ＣのＣレートは、電池を１／２時間で放電する放電電流を指し、Ｃ／２のＣレートは、バッテリを２時間で放電する放電電流を指す。
本明細書で二次電池の状態の文脈で用いられる「放電状態」は、二次電池がその定格容量の２５％未満まで放電されている状態を指す。例えば、電池は、その定格容量の２０％未満（例えば定格容量の１０％）、並びにその定格容量の５％未満（例えば定格容量の０％）まで放電されていてよい。
本明細書で、充電状態と放電状態の間の二次電池のサイクルの文脈で用いられる「サイクル」は、電池を充電及び／又は放電させて、電池を充電状態又は放電状態である第１の状態から、第１の状態と逆である第２の状態（例えば第１の状態が放電状態ならば充電状態、第１の状態が充電状態ならば放電状態）にサイクル動作させ、その後電池を第１の状態に戻すように動作させてサイクルを完了させることを指す。即ち、充電状態と放電状態との間の二次電池の１サイクルは、充電サイクルにおいては、電池を放電状態から充電状態に充電し、その後、放電して放電状態に戻し、サイクルを完了することを含み得る。１サイクルは、放電サイクルにおいては、電池を充電状態から放電状態に放電し、その後、充電して充電状態に戻し、サイクルを完了することも含み得る。
電極アセンブリ、電極活物質層、及び／又は対電極活物質層に関して本明細書で参照される「フェレット径」は、２つの平面に垂直な方向で測定される、構造（即ち、電極アセンブリ、電極活物質層、及び／又は対電極活物質層）を制限する２つの平行な平面間の距離として定義される。例えば、電極アセンブリの縦方向のフェレット径は、電極アセンブリを制限する、縦方向に垂直な２つの平行平面間の、縦方向に測定された距離である。また例えば、電極アセンブリの横方向のフェレット径は、電極アセンブリを制限する、横方向に垂直な２つの平行平面間の、横方向に測定された距離である。さらに例えば、電極アセンブリの高さ方向のフェレット径は、電極アセンブリを制限する、高さ方向に垂直な２つの平行平面間の、高さ方向測定された距離である。また例えば、電極活物質層の横方向のフェレット径は、電極活物質層を制限する、横方向に垂直な２平行平面間の、横方向測定された距離である。さらに例えば、電極活物質層の高さ方向のフェレット径は、電極活物質層を制限する、高さ方向に垂直な２つの平行平面間の、高さ方向測定された距離である。また例えば、対電極活物質層の横方向のフェレット径は、対電極活物質層を制限する、横方向に垂直な２平行平面間の、横方向測定された距離である。さらに例えば、対電極活物質層の高さ方向のフェレット径は、対電極活物質層を制限する、高さ方向に垂直な２つの平行平面間の、高さ方向測定された距離である。
本明細書で用いられる「縦軸」「横軸」及び「高さ軸」は、互いに垂直な（即ち、それぞれが互いに直交する）軸を指す。例えば、本明細書で用いられる「縦軸」「横軸」及び「高さ軸」は、３次元の位置又は方向を定義するために用いられるデカルト座標系に近いものである。従って、本明細書の本発明の要旨の要素の説明は、要素の３次元の方向を説明するのに用いられている特定の１つ以上の軸に限定されない。換言すると、本発明の要旨の三次元的位置を参照するとき、軸は交換可能であり得る。
本明細書で用いられる「縦方向」「横方向」及び「高さ方向」は、互いに垂直な（即ちそれぞれが互いに直交する）方向を指す。例えば、本明細書で用いられる「縦方向」「横方向」及び「高さ方向」は、３次元の位置又は方向を定義するために用いられるデカルト座標系の縦軸、横軸、及び高さ軸にそれぞれほぼ平行であってよい。
本明細書で、二次電池の充電状態及び放電状態の間のサイクルの文脈で用いられる「繰り返しサイクル」は、放電状態から充電状態へ、又は充電状態から放電状態への複数回のサイクルを指す。例えば、充電状態と放電状態の間の繰り返しサイクルは、放電状態から充電状態への少なくとも２回のサイクルを含み得る。これは例えば、放電状態から充電状態への充電、充電状態から放電状態へ戻す放電、再度の充電状態への充電、そして最後に放電状態へ戻す放電、といったようなものである。さらに例えば、充電状態と放電状態との間の少なくとも２回の繰り返しサイクルは、充電状態から放電状態への放電と、充電状態に戻す充電と、再度放電状態への放電と、そして最後に充電状態へ戻す充電と、を含み得る。さらなる例として、充電状態と放電状態との間の繰り返しサイクルは、放電状態から充電状態への少なくとも５回のサイクル、さらには少なくとも１０回のサイクルを含み得る。さらなる例として、充電状態と放電状態との間の繰り返しサイクルは、放電状態から充電状態への、少なくとも２５回、５０回、１００回、３００回、さらには１０００回のサイクルを含み得る。
本明細書で二次電池の文脈で用いられる「定格容量」は、標準温度（２５℃）の条件下で測定された、ある期間にわたって特定の電流を送達する二次電池の容量を指す。例えば、定格容量は、所定の時間にわたって電流出力を決定するか、又は所定の電流に対してその電流が出力され得る時間を決定した上で、電流と時間の積をとることにより、［Ａｍｐ・時間］の単位で計測され得る。例えば、定格２０Ａｍｐ・時の電池の場合、電流が定格の２アンペアで指定されているとすると、電池はその電流出力を１０時間提供可能と理解でき、逆に、定格の時間を１０時間と指定した場合、電池は１０時間にわたって２アンペアを出力するものと理解できる。特に、二次電池の定格容量は、Ｃレート等の特定の放電電流における定格容量として与えられ得る。ここで、Ｃレートは、電池の容量に対する放電率の指標である。例えば１ＣのＣレートは、電池を１時間で放電する放電電流を示し、２Ｃは電池を１／２時間で放電する放電電流を示し、Ｃ／２は電池を２時間で放電する電流を示し、といったようなものである。従って、例えば１ＣのＣレートで定格容量２０Ａｍｐ・時の電池は、２０Ａｍｐの放電電流を１時間提供する一方で、２ＣのＣレートで定格容量２０Ａｍｐ・時の電池は、４０Ａｍｐの放電電流を１／２時間提供し、また、Ｃ／２のＣレートで定格容量２０Ａｍｐ・時の電池は、１０Ａｍｐの放電電流を２時間提供する。
本明細書で、電極アセンブリの寸法の文脈で用いられる「最大幅（ＷＥＡ）」は、電極
アセンブリの縦端面の対向する２点から縦方向に計測された、電極アセンブリの最大の幅に対応する。
本明細書で、電極アセンブリの寸法の文脈で用いられる「最大長（ＬＥＡ）」は、電極アセンブリの側面の対向する２点から横方向に計測された、電極アセンブリの最大の長さに対応する。
本明細書で、電極アセンブリの寸法の文脈で用いられる「最大高さ（ＨＥＡ）」は、電極アセンブリの側面の対向する２点から横方向に計測された、電極アセンブリの最大の高さに対応する。
本明細書で用いられる「重心」は、平面オブジェクトの幾何学的中心を指し、これはオブジェクト内の全ての点の算術平均位置である。ｎ次元空間において、重心は、オブジェクトの全ての点の、全ての座標方向における平均位置である。例えば負電極サブユニット及び正電極サブユニット、並びに負電極活物質層及び正電極活物質層等の、本明細書のオブジェクトの重心を説明する目的で、オブジェクトを実質的に２Ｄオブジェクトとして扱い、重心がオブジェクトの質量中心と実質的に同一となるようにできる。例えば、正電極サブユニット若しくは負電極サブユニット、又は、正電極活物質層若しくは負電極活物質層の重心は、その質量中心と実質的に同一であり得る。
［詳細な説明］
概して、本開示の態様は、例えば図１Ｂ、図２Ａ、及び／又は図２０に示すような、充電状態及び放電状態の間をサイクルするエネルギー貯蔵デバイス１００（例えば二次電池１０２）、並びにそれらの製造方法に関する。二次電池１０２は、電池筐体１０４と、電極アセンブリ１０６と、及びキャリアイオンとを含み、また、電池筐体内に非水性液体電解質を含み得る。二次電池は、電極アセンブリ１０６の成長を制限する電極制約１０８のセットをも含み得る。制限されている電極アセンブリ１０６の成長とは、電極アセンブリ１０６の１つ以上の寸法の巨視的な増加であり得る。
本開示の態様は、電極活物質層及び対電極活物質層について、高さ及び横方向におけるオフセット及び／又は分離距離の低減をさらに提供する。これは、以下で詳細に説明するように、二次電池の短絡又は故障のリスクを過度に増加させることなく、二次電池の貯蔵容量を改善することができる。本開示の態様はまた、二次電池を製造する方法、及び／又はフットプリントが低減された二次電池の高いエネルギー密度を提供し得る構造及び構成を提供し得る。
さらに、特定の実施形態において、本開示の態様は、電池、コンデンサ、燃料電池等のエネルギー貯蔵デバイス１００に組み込まれた時に特定の利点を提供する三次元制約構造を含む。一実施形態において、制約構造は、二次電池１０２が充電状態と放電状態との間で繰り返しサイクルされる場合に起こり得る電極アセンブリの成長、膨潤、及び／又は膨張のうちの少なくとも１つに抵抗するように選択された構成及び／又は構造を持つ。特に、放電状態から充電状態に移行する場合、リチウムイオン、ナトリウムイオン、カリウムイオン、カルシウムイオン、及びマグネシウムのうちの１つ以上等のキャリアイオンが、電池の正電極と負電極との間を移動する。電極に到達したキャリアイオンは、電極材料にインターカレート又は合金化され、その電極のサイズ及び体積が増加する。逆に、充電状態から放電状態に移行するように逆転させると、イオンは非インターカレート又は非合金化し、電極が縮小する。この合金化及び／又はインターカレート、並びに非合金化及び／又はデインターカレートは、電極の大きな体積変化を引き起こし得る。さらに別の実施形態では、電極からのキャリアイオンの輸送は、例えば、（ＬＣＯ及び他の材料を用いて）材料の残留層の静電斥力を増大させることにより、電極のサイズを増大させることができる。二次電池１０２に膨潤を引き起こし得る他のメカニズムには、例えば、電極上におけるＳＥＩの形成、電解質及び他の成分の分解、さらにガスの形成が含まれ得る。従って、充電時及び放電時の電極の膨張及び収縮の繰り返し、並びにそれ以外の膨潤メカニズムは、電極アセンブリ１０６におけるひずみを生み出し、二次電池の性能の低下及び最終的には故障を引き起こし得る。
図２Ａ〜図２Ｃを参照すると、本開示の実施形態による、電極アセンブリ１０６の繰り返しの拡張及び／又は収縮の影響を説明し得る。図２Ａは、電極構造１１０の集合及び対電極構造１１２の集合（例えば、それぞれ、陽極及び陰極構造の集合）を有する、三次元電極アセンブリ１０６の実施形態を示す。この実施形態の三次元電極アセンブリ１０６は、互いに噛み合う電極構造１１０と対電極構造１１２の交互のセットを提供し、図２Ａに示す実施形態においては、Ｙ軸に平行な縦軸ＡＥＡ、Ｘ軸に平行な横軸（図示なし）、及びＺ軸に平行な高さ軸（図示なし）を有する。ここに示すＸ・Ｙ・Ｚ軸は任意の軸であり、基準空間内で互いに直交する基底を示すことのみを目的としたものであり、構造を特定の方向に限定することを意図したものではない。電極アセンブリ１０６を有する二次電池１０２の充電及び放電サイクル時に、キャリアイオンは、電極アセンブリ１１０と対電極アセンブリ１１２の間を、図２Ａに示す実施形態に示されるような一般にＹ軸に平行な方向等に、それぞれ移動し、また、キャリアイオンの電極材料への挿入及び／又は合金化の効果は、図２Ｂ−図２Ｃに示される実施形態で見られ得る。特に、図２Ｂは、充電状態と放電状態との間で二次電池１０６を繰り返しサイクルする前等の比較的拡張されていない状態の電極構造１１０を備えた電極アセンブリ１０６の実施形態を示す。比較すると、図２Ｃは、所定のサイクル数の間、二次電池を繰り返しサイクルした後の、電極構造１１０を備える電極アセンブリ１０６の実施形態を示す。この図に示すように、電極構造１１０の寸法は、電極材料へのキャリアイオンの挿入及び／又は合金化により、又は上述した他のメカニズムにより、積層方向（例えばＹ方向）に著しく増加し得る。電極構造１１０の寸法は、Ｚ方向等の別の方向（図２Ｃでは図示なし）においても著しく増加し得る。さらに、電極構造１１０の寸法の増加は、電極構造１１０の膨張に対応するために、アセンブリ内の対電極構造１１２及びセパレータ１３０の変形等のように、電極アセンブリ内の構造の変形をもたらし得る。電極構造１１０の膨張は、図２Ｃに示す（並びにＺ方向の上面及び底面等の他の方向の）実施形態に示されるように、最終的に、電極アセンブリ１０６のその縦端部での膨らみ及び／又は反りをもたらし得る。従って、一実施形態に係る電極アセンブリ１０６は、充電及び放電プロセス中のキャリアイオンのインターカレーション及びデインターカレーションにより、アセンブリ１０６の縦（Ｙ）軸及び他の軸に沿って大幅な膨張及び収縮を示し得る。
従って、一実施形態において、一次成長制約系１５１は、縦方向（即ちＹ軸に平行な方向）での電極アセンブリの例えば図１Ａに示すような成長、拡張、及び／又は膨張のうちの少なくとも１つを軽減及び／又は低減するために、提供される。例えば、一時成長制約系１５１は、電極アセンブリ１０６の縦端面１１６，１１８における反対の膨張により成長を制約するように構成された構造を含み得る。一実施形態において、一時成長制約系１５１は、第１及び第２の一次成長制約１５４，１５６を含み、これらは縦方向で互いに分離され、かつ第１及び第２の一次成長制約１５４，１５６を互いに接続する少なくとも１つの一次接続メンバ１６２と共に動作して、電極アセンブリ１０６の成長を制約する。例えば、第１及び第２の一次成長制約１５４，１５６は、電極アセンブリ１０６の第１及び第２の縦端面１１６，１１８を少なくとも部分的に覆っていてよく、また、一次成長制約１５４，１５６を互いに接続する接続メンバ１６２，１６４と連動して動作し、充電及び／又は放電の繰り返しサイクル中に発生する電極アセンブリ１０６の成長に対抗して制約し得る。一次成長制約系１５１の実施形態及び動作のさらなる議論は、以下で詳細に提供される。
加えて、二次電池１０２での充電及び放電プロセスを繰り返すサイクルは、電極アセンブリ１０６の縦方向（例えば図２ＡのＹ軸方向）だけでなく、上述のように、横方向及び高さ方向等の縦方向に直交する方向（例えば、図２ＡのそれぞれＸ軸及びＺ軸方向）への成長及びひずみを誘発することもできる。さらに、特定の実施形態において、一方向の成長を制約するために一次成長制約系１５１を組み込むことにより、１つ以上の他の方向の成長及び／又は膨れを悪化させることさえあり得る。例えば、電極アセンブリ１０６の縦方向の成長を制約するために一次成長制約系１５１が提供される場合、充電及び放電のサイクル中のキャリアイオンのインターカレーション及び結果として生じる電極構造の膨張は、１つ以上の他の方向へのひずみを誘発し得る。特に、一実施形態において、電極の成長／膨れと縦方向の成長制約の組み合わせにより生成されたひずみは、高さ（例えば図２ＡのＺ軸方向）方向又は横（例えば図２ＡのＸ軸）方向の電極アセンブリ１０６の座屈又は他の故障を引き起こし得る。
従って、本開示の一実施形態において、二次電池１０２は、一時成長制約系１５１だけでなく、少なくとも１つの二次成長制約系１５２を含み得る。これは、電極アセンブリ１０６の複数の軸に沿った電極アセンブリ１０６の成長を制約するために、一時成長制約系１５１と連携して動作し得る。例えば一実施形態において、二次成長制約系１５２は、電極アセンブリ１０６の全体的な成長を制約して、電極アセンブリ１０６及び一次・二次成長制約系１５１，１５２をそれぞれ有する二次電池の性能の向上及び故障の発生率の低減を提供できるように、一次成長制約系１５１と連動するか、そうでなければ相乗的に動作するように構成し得る。一次・二次成長制約系１５１，１５２の各々の間の相互関係の実施形態、並びに、電極アセンブリ１０６の成長を制約するためのそれらの動作のさらなる議論は、以下で詳細に提供される。
電極アセンブリ１０６の成長を制約することは、上述のように、電極アセンブリ１０６の１つ以上の寸法における全体的な巨視的な増加が制約されていることを意味する。即ち、電極アセンブリ１０６内の１つ以上の電極の体積の変化が充電及び放電サイクル中に小さな（例えば微視的な）スケールで発生し得るにも関わらず、電極アセンブリ１０６の全体的な成長は、（Ｘ軸、Ｙ軸、及びＺ軸に沿った）電極アセンブリ１０６の１つ以上の寸法の増加が制御されるように制約され得る。電極体積の微視的変化は、例えば、走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）を介して観測可能であり得る。電極制約１０８のセットは、微視的レベルでいくつかの個々の電極の成長を阻害することが可能であり得るが、成長は（依然起こり得るものの）少なくとも制約されている。充電／放電時の各電極の体積変化は、個々の電極の微視的レベルの小さな変化であり得るものの、充電状態と放電状態との間のサイクルでは、電極アセンブリ１０６全体の巨視的レベルにおいて、比較的大きな体積変化をもたらす付加的な効果を有し得、これにより、電極アセンブリ１０６にひずみを引き起こし得る。
一実施形態によると、電極アセンブリ１０６の陽極に対応する電極構造１１０で用いられる電極活物質は、二次電池１０２の充電中にキャリアイオンが電極活物質に挿入されると膨張する材料を含む。例えば、電極活物質は、二次電池の充電中に、例えば、キャリアイオンを挿入又は合金化することにより、電極活物質の体積の増加を引き起こすのに十分な量のキャリアイオンを受け入れる陽極活物質を含み得る。例えば、一実施形態において、電極活物質は、二次電池１０２が放電状態から充電状態に充電されるときに、電極活物質１モルあたり１モル超のキャリアイオンを受け入れる能力を有する材料を含み得る。さらなる例として、電極活物質は、１モルの電極活物質あたり１．５モル以上（例えば２．０モル以上等）のキャリアイオンを受け入れる能力を有する材料を含み得る。また、２．５モル以上（例えば３．５モル以上等）のキャリアイオンを受け入れる能力を有する材料さえも含み得る。電極活物質により受け入れられるキャリアイオンは、リチウム、カリウム、ナトリウム、カルシウム、及びマグネシウムのうちの少なくとも１つであり得る。そのような体積変化を提供するために膨張する電極活物質の例は、シリコン（例えばＳｉＯ）、アルミニウム、スズ、亜鉛、銀、アンチモン、ビスマス、金、白金、ゲルマニウム、パラジウム、並びにこれらの合金及び化合物のうち１つ以上を含む。例えば、一実施形態において、電極活物質は、粒子状シリコン、粒子状酸化シリコン、及びそれらの混合物のうちの１つ以上といった、粒子状態のシリコン含有材料を含み得る。さらに別の実施形態では、電極活物質は、より小さい、又は無視し得るほどの体積変化を示す材料を含み得る。例えば、一実施形態において、電極活物質は、黒鉛等の炭素含有材料を含み得る。さらに別の実施形態では、電極構造は、電極活物質層として機能するリチウムの層を含む。
本開示のさらに別の実施形態は、二次電池１０２等のエネルギー貯蔵デバイス１００、並びに／又は、電極アセンブリ１０６を含むそのための構造であって、制約系を含まないか、若しくは本明細書に記載の電極制約のセット１０８以外の制約系で制約される構造を備え得る。
［電極アセンブリ］
再度図１Ｂ及び図２Ａを参照して、一実施形態において、電極アセンブリ１０６は、電極構造１１０の集合、対電極構造１１２の集合、及び電極構造１１０を対電極構造１１２から電気的に絶縁する電気絶縁セパレータ１３０を含む。一例において、図１Ｂに示すように、電極アセンブリは、交互に配置された電極構造１１０及び対電極構造を備える一連の積層８００を備える。図１Ｃは、図１Ｂの電極アセンブリ１０６を備える二次電池を示す差し込み図であり、図１Ｄは、図１Ｂの電極アセンブリ１０６を備える二次電池の断面図である。さらに別の例として、図２Ａに示す実施形態において、電極アセンブリ１０６は、互いに噛み合った電極構造及び対電極構造を備える噛み合った電極アセンブリ１０６を備える。
さらに、本明細書で用いられるに際し、「電極構造」又は「電極活物質」等の「電極」という語を用いて材料又は構造を記載している各実施形態について、そのような構造及び／又は材料は、特定の実施形態において、「負電極構造」又は「負電極活物質」等の「負電極」のものと対応し得ることは理解されるべきである。同様に、本明細書で用いられるに際し、「対電極構造」又は「対電極活物質」等の「対電極」という語を用いて材料又は構造を記載している各実施形態について、そのような構造及び／又は材料は、特定の実施形態において、「正電極構造」又は「正電極活物質」等の「正電極」のものと対応し得ることは理解されるべきである。即ち、適切な場合、電極及び／又は対電極について説明される任意の実施形態は、電極及び／又は対電極が具体的に負電極及び／又は正電極である同じ実施形態（それぞれに対応する構造及び材料を含む）に対応し得る。
一実施形態において、電極構造１１０は、電極活物質層１３２、電極活物質層１３２を支持する電極バックボーン１３４、及び電極集電体１３６を含む。これは、図７に示す実施形態に示されるように、イオンがそこを通過することを可能にするイオン的多孔性の集電体であり得る。例えば、一実施形態において、電極構造１１０は、陽極活物質層、陽極バックボーン、及び陽極集電体を備える陽極構造を含み得る。さらに別の実施形態において、図１Ｂに示すように、電極構造１１０は、陽極集電体１３６及び陽極活物質層１３２を備える陽極構造を含み得る。例えば、陽極集電体１３６は、１つ以上の陽極活物質層の間に配置された陽極集電体層を含み得る。さらに別の実施形態において、電極構造１１０は、リチウムシート電極等の単一層の材料を含み得る。同様に、一実施形態において、図７に示す実施形態に例示されるように、対電極構造１１２は、対電極活物質層１３８、対電極集電体１４０、並びに、１つ以上の対電極集電体１４０及び／又は対電極活物質層１３８をサポートする対電極バックボーン１４１を備える。例えば、対電極構造１１２は、一実施形態において、陰極活物質層、陰極集電体、及び陰極バックボーンを含む陰極構造を含み得る。さらに別の実施形態において、図１Ｂに示すように、対電極構造１１０は、陰極集電体１４０及び陰極的に活物質層１３８を含む陰極構造を含み得る。電気絶縁性微孔性セパレータ１３０は、キャリアイオンが、充電及び／又は放電プロセス中にそこを通過し、電極アセンブリ１０６内の電極構造１１０と対電極構造１１２との間を移動することを可能にする。さらに、電極構造１１０及び対電極構造１１２は、それぞれ本明細書に記載の特定の実施形態及び構造には限定されず、かつ、本明細書で具体的に記載されたもの以外の他の構成、構造、及び／又は材料も、電極構造１１０及び対電極構造１１２を形成するために提供され得ることは理解されるべきである。例えば、図１Ｂの場合のように、並びに／又は、バックボーンを含む電極構造１１０及び／若しくは対電極構造１１２の領域が代わりに電極活物質及び／若しくは対電極活物質で構成される場合のように、電極構造１１０及び対電極構造１１２は、構造が電極バックボーン１３４及び／若しくは対電極バックボーン１４１、又はその両方が実質的に存在しない形で提供され得る。
図１Ｂ及び図２Ａに示す実施形態によれば、電極構造の集合１１０及び対電極構造の集合１１２のメンバは、交互の順序で配置され、交互の順序の方向は、積層方向Ｄに対応する。この実施形態による電極アセンブリ１０６は、互いに直交する縦軸、横軸、及び高さ軸をさらに含み、縦軸ＡＥＡは、電極構造の集合及び対電極構造の集合のメンバの積層方向Ｄに概ね対応するか又はそれに平行である。図２Ａの実施形態に示すように、縦軸ＡＥＡはＹ軸に対応するものとして描かれ、横軸はＸ軸に対応するものとして描かれ、高さ軸はＺ軸に対応するものとして描かれている。図２Ａは、二次電池及び電極アセンブリに関する寸法及び軸を含む様々な特徴の説明のために本明細書で参照されるが、そのような説明は、図１Ｂ−図１Ｅの実施形態を含む、本明細書の他の図に示す実施形態にも適用され得ることは理解されるべきである。
さらに、電極アセンブリ１０６は、縦方向（Ｙ軸方向）に測定された最大幅ＷＥＡ、側面により境界づけられ、横方向（Ｘ軸方向）測定された最大長さＬＥＡ、及び、側面により境界づけられ、高さ方向（Ｚ軸方向）測定された最大高さＨＥＡを有する。最大幅ＷＥＡは、電極アセンブリが縦方向に最も広い電極アセンブリ１０６の縦端面１１６，１１８が対向する点から測定したときの電極アセンブリ１０６の最大幅に対応すると理解できる。例えば、図２Ａの電極アセンブリ１０６の実施形態を参照して、最大幅ＷＥＡは、縦方向測定したときのアセンブリ１０６の幅に単に対応すると理解できる。しかしながら、図３Ｈに示す電極アセンブリ１０６の実施形態を参照して、最大幅ＷＥＡは、電極アセンブリ１０６がより狭くなっている対向点３０１ａ，３０１ｂから測定される幅とは対照的に、電極アセンブリが縦方向に最も広くなっている２つの対向点３００ａ，３００ｂから測定される幅に対応していることが理解できる。同様に、最大長さＬＥＡは、電極アセンブリが横方向に最も長い電極アセンブリ１０６の側面１４２の対向する点から測定したときの電極アセンブリの最大長さに対応すると理解できる。図２Ａの実施形態を再度参照して、最大長さＬＥＡは、単に電極アセンブリ１０６の長さとして理解できる。一方で、図３Ｈに示す実施形態において、最大長さＬＥＡは、電極アセンブリがより短い対向点３０３ａ，３０３ｂから測定される長さとは対照的に、電極アセンブリが横方向に最も長い２つの対向点３０２ａ，３０２ｂから測定される電極アセンブリの長さに対応する。同様の線に沿って、最大高さＨＥＡは、電極アセンブリの側面１４３の高さ方向に最も高い電極アセンブリの側面１４３の対向する点から測定した、電極アセンブリの最大高さに対応すると理解できる。即ち、図２Ａに示す実施形態において、最大高さＨＥＡは単に電極アセンブリの高さである。図３Ｈに示す実施形態では特に図示されていないが、もし電極アセンブリが縦方向と横方向の１つ以上の点で異なる高さを有する場合、電極アセンブリの最大高さＨＥＡは、最大幅ＷＥＡ及び最大長さＬＥＡについて類推して説明されているように、電極アセンブリが高さ方向で最も高くなる２つの対向点から測定された高さとは対照的に、電極アセンブリが短くなる対向点から測定された高さに対応すると理解できる。電極アセンブリ１０６の最大長さＬＥＡ、最大幅ＷＥＡ、及び最大高さＨＥＡは、エネルギー貯蔵デバイス１００及びその意図された用途に応じて変化し得る。例えば、一実施形態において、電極アセンブリ１０６は、従来の長さの二次電池の寸法に典型的な最大長さＬＥＡ、幅ＷＥＡ、及び高さＨＥＡを含み得る。さらなる例として、一実施形態では、電極アセンブリ１０６は、薄膜電池の寸法に典型的な最大長さＬＥＡ、幅ＷＥＡ、及び高さＨＥＡを含み得る。
いくつかの実施形態において、寸法ＬＥＡ，ＷＥＡ，ＨＥＡは、高さ軸（Ｚ軸）に沿った最大高さＨＥＡよりも長い、横軸（Ｘ軸）に沿った最大長さＬＥＡ及び／又は縦軸（Ｙ軸）に沿った最大幅ＷＥＡを有する電極アセンブリ１０６を提供するように選択される。例えば、図２Ａに示す実施形態では、寸法ＬＥＡ，ＷＥＡ，ＨＥＡは、電極構造積層方向Ｄと直交する横軸（Ｘ軸）に沿って、及び電極構造積層方向Ｄと一致する縦軸（Ｙ軸）に沿って、最大の寸法を有する電極アセンブリ１０６を提供するために選択される。即ち、最大長ＬＥＡ及び／又は最大幅ＷＥＡは、最大高さＨＥＡよりも大きくなり得る。例えば、一実施形態において、最大高さＨＥＡに対する最大長さＬＥＡの比率は、少なくとも２：１であり得る。さらなる例として、一実施形態において、最大高さＨＥＡに対する最大長さＬＥＡの比率は、少なくとも５：１であり得る。さらなる例として、一実施形態において、最大高さＨＥＡに対する最大長さＬＥＡの比率は、少なくとも１０：１であり得る。さらなる例として、一実施形態において、最大高さＨＥＡに対する最大長さＬＥＡの比率は、少なくとも１５：１であり得る。さらなる例として、一実施形態において、最大高さＨＥＡに対する最大長さＬＥＡの比率は、少なくとも２０：１であり得る。異なる寸法の比率は、エネルギー貯蔵デバイス内の最適な構成を可能とし、活物質の量を最大化し、それによりエネルギー密度を増加させることができる。
いくつかの実施形態において、最大幅ＷＥＡは、最大高さＨＥＡよりも大きい電極アセンブリ１０６の幅を提供するように選択され得る。例えば、一実施形態において、最大高さＨＥＡに対する最大幅ＷＥＡの比率は、少なくとも２：１であり得る。さらなる例として、一実施形態において、最大高さＨＥＡに対する最大幅ＷＥＡの比率は、少なくとも５：１であり得る。さらなる例として、一実施形態において、最大高さＨＥＡに対する最大幅ＷＥＡの比率は、少なくとも１０：１であり得る。さらなる例として、一実施形態において、最大高さＨＥＡに対する最大幅ＷＥＡの比率は、少なくとも１５：１であり得る。さらなる例として、一実施形態において、最大高さＨＥＡに対する最大幅ＷＥＡの比率は、少なくとも２０：１であり得る。
一実施形態によれば、最大長さＬＥＡに対する最大幅ＷＥＡの比率は、最適な構成を提供する所定の範囲内になるように選択され得る。例えば、一実施形態において、最大長さＬＥＡに対する最大幅ＷＥＡの比率は、１：５から５：１の範囲内であり得る。さらなる例として、一実施形態において、最大長さＬＥＡに対する最大幅ＷＥＡの比率は、１：３から３：１の範囲内であり得る。さらなる例として、一実施形態において、最大長さＬＥＡに対する最大幅ＷＥＡの比率は、１：２から２：１の範囲内であり得る。
図１Ｂ及び図２Ａに示す実施形態において、電極アセンブリ１０６は、第１の縦端面１１６と、縦軸ＡＥＡに沿って第１の縦端面１１６から分離されて対向する第２の縦端面１１８とを有する。電極アセンブリ１０６は、縦軸ＡＥＡを少なくとも部分的に囲み、第１及び第２の縦端面１１６，１１８を接続する側面１４２をさらに含む。一実施形態において、最大幅ＷＥＡは、第１の縦端面１１６から第２の縦端面１１８まで測定された、縦軸ＡＥＡに沿った寸法である。同様に、最大長さＬＥＡは、側面１４２により境界づけられ得て、一実施形態では、縦軸に直交する横軸に沿って側面１４２の対向する第１及び第２の領域１４４，１４６から測定される寸法であり得る。一実施形態において、最大高さＨＥＡは、側面１４２により境界を定められ得て、縦軸に直交する高さ軸に沿って側面１４２の対向する第１及び第２の領域１４８，１５０から測定され得る。
明確性のため、図２Ａに示す実施形態では、４つの電極構造１１０及び４つの対電極構造１１２のみが示されており、同様に、図１Ｂには、限られた数の電極構造１１０及び対電極構造のみが示されている。一実施形態では、電極構造１１０の集合及び対電極構造１１２の集合のメンバの交互配列は、エネルギー貯蔵デバイス１００及びその意図された使用に応じて、各集合のための任意の数のメンバを含んでよく、電極構造集合１１０及び対電極構造集合１１２のメンバの交互配列は、例えば図２Ａに示すような間隔を空けて配置され得る。さらなる例として、一実施形態において、交互配列が積層方向Ｄに沿って終了する場合を覗いて、電極構造１１０の集合の各メンバは、対電極構造１１２の集合のうちの２つのメンバの間に存在し得る。さらなる例として、一実施形態において、交互配列が積層方向Ｄに沿って終了する場合を覗いて、対電極構造１１２の集合の各メンバは、電極構造１１０の集合のうちの２つのメンバの間に存在し得る。さらなる例として、一実施形態において、より一般的に論述すると、電極構造１１０の集合及び対電極構造１１２の集合は、それぞれＮ個のメンバを有し、Ｎ−１個の電極構造メンバ１１０の各々は、２つの対電極構造メンバ１１２の間にあり、Ｎ−１個の対電極構造メンバ１１２の各々は、２つの電極構造メンバ１１０の間にあり、Ｎは少なくとも２である。さらなる例として、一実施形態では、Ｎは少なくとも４である。さらなる例として、一実施形態では、Ｎは少なくとも５である。さらなる例として、一実施形態では、Ｎは少なくとも１０である。さらなる例として、一実施形態では、Ｎは少なくとも２５である。さらなる例として、一実施形態では、Ｎは少なくとも５０である。さらなる例として、一実施形態では、Ｎは少なくとも１００以上である。一実施形態において、電極集合及び／又は対電極集合のメンバは、想像上のバックプレーン（例えば、電極アセンブリの表面と実質的に一致する平面）から十分に延びており、バックプレーン内のメンバの幾何学的フットプリント（即ち投影）の２倍よりも大きい表面積（空隙率を無視する）を有する。特定の実施形態において、仮想バックプレーンにおけるその幾何学的フットプリントに対する、非層状（即ち３次元）の電極構造及び／又は対電極構造の表面積の比率は、少なくとも約５、少なくとも約１０、少なくとも約５０、少なくとも約１００、及び／又は、少なくとも約５００でもあり得る。しかしながら、一般的にはその比率は、約２と約１０００との間である。そのような一実施形態において、電極集合のメンバは、本質的に非層状である。さらなる例として、そのような一実施形態では、対電極集合のメンバは、本質的に非層状である。さらなる例として、そのような一実施形態において、電極集合のメンバ及び対電極集合のメンバは、本質的に非層状である。
一実施形態によれば、電極アセンブリ１０６は、電極アセンブリ１０６が終端する縦端１１７，１１９を有する。一実施形態によれば、電極アセンブリ１０６における電極構造１１０及び対電極構造１１２の交互配列は、電極アセンブリ１０６の各端部１１７，１１９における電極構造１１０の縦方向への配置、又は、電極アセンブリ１０６の各端部１１７，１１９における対電極構造１１２の縦方向への配置のように、縦方向に沿って対称に終止する。別の実施形態において、電極構造１１０及び対電極構造１１２の交互配列は、例えば縦軸ＡＥＡの一端１１７に電極構造１１０があり、縦軸ＡＥＡの他端１１９に対電極構造１１２がある、というように、縦方向に沿って非対称に終止し得る。さらに別の実施形態において、電極アセンブリ１０６は、電極アセンブリ１０６の１つ以上の端部１１７，１１９において、電極構造１１０及び／又は対電極構造１１２の１つ以上の下部構造で終止し得る。例として、一実施形態によると、電極構造１１０及び対電極構造１１２の交互配列は、電極バックボーン１３４、対電極バックボーン１４１、電極集電体１３６、対電極集電体１４０、電極活物質層１３２、対電極活物質層１３８等を含む、電極構造１１０及び対電極構造１１２の１つ以上の部分構造で終止してもよいし、セパレータ１３０のような構造で終止してもよいし、電極アセンブリ１０６の各縦端１１７，１１９の構造は、同じ（対称）であってもよいし、異なって（非対称）いてもよい。電極アセンブリ１０６の縦終端１１７，１１９は、電極アセンブリ１０６の全体的な成長を制約するために第１及び第２の一次成長制約１５４，１５６によって接触される第１及び第２の縦端面１１６，１１８を含み得る。
さらに別の実施形態によれば、電極アセンブリ１０６は、電極構造１１０及び／又は対電極構造１１２を負荷及び／又は電圧源（図示なし）に電気的に接続するために用いられ得る１つ以上の電極タブ１９０及び／又は対電極タブ１９２（例えば図２０参照）に接触し得る第１及び第２の横端部１４５，１４７（例えば図１Ｂ、図２Ａ参照）を有する。例えば、電極アセンブリ１０６は、各電極構造１１０を接続し得る電極バス１９４（例えば図２Ａ参照）を含むことができ、それは、電極構造１１０の集合の各メンバからの電流をプールする。同様に、電極アセンブリ１０６は、各対電極構造１１２が接続され得る対電極バス１９６を備えることができ、それは、対電極構造１１２の集合の各メンバからの電流をプールする。電極バス１９４及び／又は対電極パス１９６はそれぞれ、方向Ｄで測定された長さを有し、互いに噛み合った一連の電極構造１１０，１１２の実質的に全長に延在する。図２０に示す実施形態において、電極タブ１９０及び／又は対電極タブ１９２は、電極バス１９４及び／又は対電極バス１９６と電気的に接続し、実質的に全長に延在する電極タブ延長部１９１，１９３を含む。代替的に、電極タブ１９０及び／又は対電極タブ１９２は、タブ延長部１９１，１９３を必要とせず、電極バス１９４及び／又は対電極タブ１９６の長さに沿ったその中間の端部又は位置に直接接続することができる。従って、一実施形態において、電極バス１９４及び／又は対電極バス１９６は、横方向に電極アセンブリ１０６の終端１４５，１４７の少なくとも一部を形成し、電極アセンブリをタブ１９０，１９２に接続して、負荷及び／又は電圧源（図示なし）に電気的に接続し得る。さらに、また別に実施形態において、電極アセンブリ１０６は、高さ軸（Ｚ軸）に沿って配置された第１及び第２の終端部１４９，１５３を備える。例えば、一実施形態によると、各電極構造１１０及び／又は対電極構造１１２は、図２に示されるように、セパレータ材料の上部コーティング及び下部コーティングが施され、ここで、コーティングは、高さ方向において電極アセンブリ１０６の終端１４９，１５３を形成する。セパレータ材料のコーティングで形成され得る終端部１４９，１５３は、高さ軸に沿った側面１４２の第１及び第２の表面領域１４８，１５０を含み、これは、第１及び第２の二次成長制約１５８，１６０と接触して配置され、高さ方向の成長を制限し得る。
一般に、電極アセンブリ１０６は、平面、共平面、又は非平面である縦端面１１６，１１８を含み得る。例えば、一実施形態において、対向する縦端面１１６，１１８は、凸形状であってよい。さらなる例として、一実施形態では、対向する縦端面１１６，１１８は凹形状であってよい。さらなる例として、一実施形態では、対向する縦端面１１６，１１８は実質的に平面である。特定の実施形態において、電極アセンブリ１０６は、平面に投影されたときに任意の範囲の二次元形状を有する対抗する縦端面１１６，１１８を含み得る。例えば、縦端面１１６，１１８は、独立して滑らかな湾曲形状（例えば円形、楕円形、双曲線、又は放物線）を有していてもよいし、それらは独立して一連の線と頂点（例えば多角形）を含んでもよいし、それらは独立して滑らかな曲線形状を含み、１つ以上の直線と頂点を含んでいてもよい。同様に、電極アセンブリ１０６の側面１４２は、滑らかな湾曲形状であってよく（例えば、電極アセンブリ１０６は、円形、楕円形、双曲線、又は放物線の断面形状を有していてよい）、又は、側面１４２は、頂点で接続された２つ以上の直線を含んでもよい（例えば、電極アセンブリ１０６は多角形断面を有していてもよい）。例えば、一実施形態において、電極アセンブリ１０６は、円筒形、楕円形円筒形、放物線円筒形、又は双曲線円筒形の形状を有する。さらなる例として、そのような一実施形態では、電極アセンブリ１０６は、同じ寸法及び形状の対向する縦端面１１６，１１８を有する角柱形状、及び平行四辺形の形状である側面１４２（即ち、対向する縦端面１１６，１１８の間に伸びる面）を有し得る。さらなる例として、そのような一実施形態において、電極アセンブリ１０６は、三角プリズムに対応する形状を有し、電極アセンブリ１０６は、２つの対向する三角形の縦端面１１６，１１８と、２つの縦端面の間に伸びる３つの平行四辺形（例えば長方形）からなる側面１４２とを有する。さらなる例として、そのような実施形態では、電極アセンブリ１０６は、直角柱に対応する形状を有し、電極アセンブリ１０６は、２つの対向する長方形縦端面１１６，１１８と、４つの平行四辺形（例えば長方形）面を含む側面とを有する。さらなる例として、そのような一実施形態において、電極アセンブリは、五角柱、六角柱等に対応する形状を有し、電極アセンブリ１０６は、それぞれ対向する２つの五角形、六角形等の縦端面１１６，１１８と、それぞれ５つ、６つ等の平行四辺形（例えば長方形）の面を含む側面とを含む。
ここで図３Ａ〜図３Ｈを参照すると、いくつかの例示的な幾何学的形状が、電極アセンブリ１０６について概略的に示されている。より具体的には、図３Ａにおいて、電極アセンブリ１０６は、縦軸ＡＥＡに沿って離間した対向する第１及び第２の縦端面１１６，１１８と、縦軸ＡＥＡについての縦端面１１６，１１８を接続する３つの長方形の面を含む側面１４２とを有する三角柱の形状を有する。図３Ｂにおいて、電極アセンブリ１０６は、縦軸ＡＥＡに沿って離間した対向する平行四辺形の第１及び第２の縦端面１１６，１１８と、２つの縦端面１１６，１１８を接続して縦軸ＡＥＡを囲む４つの平行四辺形の面を含む側面１４２とを有する、平行四辺形柱の形状を有する。図３Ｃにおいて、電極アセンブリ１０６は、縦軸ＡＥＡに沿って離間した対向する長方形の第１及び第２の縦端面１１６，１１８と、縦軸ＡＥＡを囲むように２つの縦端面１１６，１１８を接続する４つの長方形の面を含む側面１４２とを有する、長方形柱の形状を有する。図３Ｄにおいて、電極アセンブリ１０６は、縦軸ＡＥＡに沿って離間した対向する五角形の第１及び第２の縦端面１１６，１１８と、縦軸ＡＥＡを囲むように２つの縦端面１１６，１１８を接続する５つの長方形の面を含む側面１４２とを有する五角柱の形状を有する。図３Ｅにおいて、電極アセンブリ１０６は、縦軸ＡＥＡに沿って離間した対向する六角形の第１及び第２の縦端面１１６，１１８と、縦軸ＡＥＡを囲むように２つの縦端面１１６，１１８を接続する６つの長方形の面を含む側面１４２とを有する六角柱の形状を有する。図３Ｅにおいて、電極アセンブリは、縦軸ＡＥＡに沿って離間された対向する正方形の第１及び第２の端面１１６，１１８と、縦軸ＡＥＡを囲むように２つの縦端面１１６，１１８を接続する４つの台形面を含む側面１４２とを有する正方形錐台の形状を有し、ここで、台形面の縦軸に沿った寸法は、第１面１１６における大きい寸法から第２面１１８における小さい寸法に向かって先細りになっており、第２面のサイズは、第１面のサイズよりも小さい。図３Ｆにおいて、電極アセンブリは、縦軸ＡＥＡに沿って離間された対向する正方形の第１及び第２の縦端面１１６，１１８と、縦軸ＡＥＡを囲むように２つの縦端面１１６，１１８を接続する５つの台形面を含む側面とを有する五角錐台形状を有する。台形面は、第１面１１６における大きな寸法から第２面１１８における小さな寸法に向かって縦軸に沿って寸法が先細りになっており、第２面のサイズは、第１面のサイズよりも小さい。図３Ｈにおいて、電極アセンブリ１０６は、第１の長さから縦軸上の電極アセンブリ１０６の中央に向かって、縦軸上の電極アセンブリの第１の長さから中央に向かって、電極アセンブリ１０６の縦端部１１７，１１９における第２の長さまで減少する長さを有する電極構造１１０及び対電極構造１１２により、縦方向に錐形の形状を有する。
［電極／対電極分離距離］
一実施形態において、電極アセンブリ１０６は、電極構造１１０及び対電極構造１１２を有し、ここで、隣接する電極構造１１０及び対電極構造１１２の電極活物質層１３２と対電極活物質層１３８との間の高さ（高さ方向）及び／又は長さ（横方向）のオフセットは、所定の範囲内にあるように選択される。説明として、図１４Ａは、電極構造１１０の電極活物質層１３２を含み、対電極構造１１２の対電極活物質層１３８に隣接し、その間に微孔性セパレータ１３０を有する電極アセンブリ１０６の一部の実施形態を示す。この断面図において、電極活物質層１３２のＺ方向の高さは、対電極活物質層１３８のＺ方向の高さとほぼ同じである。電極活物質層１３２と対電極活物質層１３８の高さが同じである構造は、層の間のキャリアイオン容量をマッチングさせ、それにより、高さが等しい層を有する二次電池１０２の蓄電容量を向上させるという点で利点はあり得るが、そのような高さが等しい層は問題にもなり得る。結果としては、キャリアイオンがメッキされたり、デンドライトが形成されたりする可能性があり、最終的にはバッテリの性能低下又は故障につながり得る。陰極活物質層１３８の高さは、この問題を軽減するために電極活物質層１３４に対して低減され得るが、サイズの過度の不均一性は、二次電池の貯蔵容量及び機能に影響を与える。さらに、層１３８，１３２間にオフセット又は分離距離が設けられている場合でも、二次電池１０６の使用中又は輸送中等、層を有する二次電池の機械的なジャレ又はバンプが、層の間の任意の元のオフセット及び／又は分離距離が無視できる程度になるか、又は排除されるように、層１３８，１３２の配列を移動させ、変化させられる場合があり得る。
従って、本開示の態様は、制約１０８のセット（本明細書に記載の実施形態のいずれかに対応するセット等）を提供することにより、二次電池の通常の使用又は輸送中に遭遇した物理的及び機能的応力の下であっても、電極構造１１０及び対電極構造１１２の層１３８，１３２の間の配列を維持することができるという発見に向けられている。従って、所定のオフセット及び／又は分離距離は、二次電池１０６の良好な貯蔵容量を提供するために十分に小さく、同時に、電池の短絡又は故障の低減されたリスクを付与し、所定のオフセットは、わずか５μｍ、かつ一般的には５００μｍ以下であるように選択できる。
図１４Ａ〜図１４Ｈを参照して、本開示によるさらなる態様が記載されている。具体的には、電極アセンブリ１０６は、電極構造１１０の集合、電極集電体１３６の集合、セパレータ１３０の集合、対電極構造１１２の集合、対電極集電体１４０の集合、及びユニットセル５０４の集合を含むことには注意されたい。図１Ｂ及び図２Ａを参照することによっても示されるように、電極構造及び対電極構造の集合のメンバは、縦方向に交互の順序で配置される。電極構造１１０の集合の各メンバは、電極集電体１３６と、第１及び第２の対向する横端面５０２ａ，５０２ｂの間で横方向測定されたフェレット径に対応する長さＬＥ（例えば図１５Ａ参照）と、電極活物質１３２の第１及び第２の対向する高さ端面５００ａ，５００ｂの間で高さ方向測定されたフェレット径に対応する高さＨＥ（例えば図１７参照）とを有する電極活物質層１３２とを含む。電極構造１１０の各メンバはまた、電極活物質の第１及び第２の対向面の間で縦方向測定された電極活物質層１３２のフェレット径に対応する幅ＷＥを有する電極活物質層１３２（例えば図１４Ａ参照）を有する。対電極構造の集合の各メンバは、対電極集電体１４０と、対電極活物質層１３８の第１及び第２の対向する端面５０３ａ，５０３ｂの間で横方向測定されたフェレット径に対応する長さＬＣと（例えば図１５Ａ参照）、対電極活物質層１３８の第１及び第２の対向する端面５０１ａ，５０１ｂ間で高さ方向測定されたフェレット径に対応する高さＨＣとを有する対電極活物質層１３８とをさらに含む（例えば図１７Ａ参照）。対電極構造１１２の集合の各メンバは、電極活物質層の第１及び第２の対向する面の間で縦方向測定された対電極活物質層１３８のフェレット径に対応する幅ＷＣを有する対電極活物質層１３８も有する（例えば図１４Ａ参照）。
上で定義したように、横方向の電極活物質層１３２のフェレット径は、電極活物質層を制限する横方向に垂直な２つの平行な平面の間の横方向測定された距離である。電極活物質層１３２の高さ方向のフェレット径は、電極活物質層を制限する高さ方向に垂直な２つの平行な平面の間で高さ方向測定された距離である。対電極活物質層１３８の横方向のフェレット径は、対電極活物質層を制限する横方向に垂直な２つの平行な平面の間で横方向測定された距離である。対電極活物質層１３８の高さ方向のフェレット径は、対電極活物質層を制限する高さ方向に垂直な２つの平行な平面の間の高さ方向測定された距離である。説明のため、図１３Ａ及び図１３Ｂは、単一の２Ｄ平面で決定された、電極活物質層１３２及び／又は対電極活物質層１３８のフェレット径を示す。具体的には、図１３Ａは、Ｚ−Ｙ平面で取った、電極活物質層１３２及び／又は対電極活物質層の２Ｄスライスを示す。層をＺ方向（高さ方向）に制限する２つの平行なＸ−Ｙ平面（５０５ａ，５０５ｂ）間の距離は、平面における層Ｈの高さ（即ちＨＥ又はＨＣ）に対応する。即ち、高さ方向のフェレット径は、層の最大高さの目安に相当すると理解できる。図１３Ａの描写は説明のために２Ｄスライスの描写のみであるが、３Ｄ空間では、高さ方向のフェレット径は１つのスライスに限定されず、高さ方向に相互に分離されたＸ−Ｙ平面５０５ａ，５０５ｂ間の距離であり、それらの間の３次元層を制限することは理解できる。同様に、図１３Ｂは、電極活物質層１３２及び／又は対電極活物質層１３８の２Ｄスライスを、Ｘ−Ｚ平面で取ったものとして示している。層をＸ方向（横方向）に制限する２つの平行なＺ−Ｙ平面（５０５ｃ，５０５ｄ）間の距離は、平面内の層の長さＬ（即ちＬＥ又はＬＣ）に対応する。即ち、横方向のフェレット径は、層の最大長さの目安に相当すると理解できる。図１３Ｂの描写は、説明のために２Ｄスライスの描写のみであるが、３Ｄ空間では、横方向のフェレット径は１つのスライスに限定されず、横方向に相互に分離されたＺ−Ｙ平面５０５ｃ，５０５ｄ間の距離であり、それらの間の３次元層を制限することは理解できる。電極活物質層１３２の幅ＷＥ及び／又は対電極活物質層１３８の幅ＷＣを得るために、縦方向の電極活物質層及び／又は対電極活物質層のフェレット径が同様に得られる。
一実施形態において、電極アセンブリ１０６は、本明細書の他の場所でも説明されているように、それぞれ仮想の三次元デカルト座標系のＸ、Ｙ、Ｚ軸に対応する相互に垂直な横軸、縦軸、高さ軸と、互いに縦方向に分離された第１及び第２の縦端面と、並びに、電極アセンブリの縦軸ＡＥＡを囲むように第１及び第２の縦端面を接続する側面とを有することは理解できる。ここで、側面は縦軸の反対側に対向する第１及び第２の領域を有し、縦軸に直交する第１の方向に分離され、電極アセンブリは、縦方向測定された最大幅ＷＥＡと、側面によって境界付けられ横方向測定された最大長さＬＥＡと、側面により境界づけられ高さ方向測定された最大長さＨＥＡとを有する。
図１４Ａ−図１４Ｈを再度参照して、各ユニットセル５０４は、電極集電体の集合の第１の電極集電体１３６のユニットセル部分と、キャリアイオンに対してイオン透過性であるセパレータ１３０（例えば多孔質材料を含むセパレータ）と、電極集合の１メンバの第１の電極活物質層１３２と、対電極集電体の集合の第１の対電極集電体１４０のユニットセル部分と、及び、対電極の集合の１メンバの第１の対電極活物質層１３８とを含む。一実施形態において、一実施形態では、（例えば図１８Ａに示すように）ユニットセル集合の接触及び／又は隣接するメンバ５０４ａ，５０４ｂ，５０４ｃの場合、電極集電体１３６及び／又は対電極スフ電対の少なくとも一部は、ユニット（５０４ａと５０４ｂ、及び５０４ｂと５０４ｃ）間で共有されてもよい。例えば、図１８Ａを参照して、ユニットセル５０４ａ，５０４ｂが対電極集電体１４０を共有しているのに対して、ユニットセル５０４ｂ，５０４ｃは電極集電体１３６を共有しているのがわかる。一実施形態において、各ユニットセルは、共有集電体の１／２を含むが、他の構造的配置も提供され得る。さらに別の実施形態によれば、電極アセンブリ１０６の縦端部にある端子ユニットセルの一部を形成する集電体の場合、ユニットセル５０４は、非共有集電体を含むことができ、従って、セルの一部として集電体全体を含む。
さらに、図１４Ａ−図１４Ｈ及び図１８Ａに示すユニットセルを再度参照して、各ユニットセル５０４内で、第１の電極活物質層１３２ａはセパレータ１３０の第１の側５０６ａに近接し、第１の対電極活物質層１３８ａはセパレータ１３０の反対側の第２の側５０６ｂに近接することが見て取れる。図１８Ａの実施形態に示されるように、電極構造１１０は、ユニットセル５０４ａの一部を形成する第１の電極活物質層１３２ａと、縦方向に隣接するユニットセルの一部を形成する第２の電極活物質層１３２ｂとの両方を含む。同様に、対電極構造１１２は、ユニットセル５０４ａの一部を形成する第１の対電極活物質層１３８ａと、縦方向に隣接するユニットセル（５０４ｂ）を形成する第２の対電極活物質層１３８ｂとの両方を含む。セパレータ１３０は、第１の電極活物質層１３２ａを第１の対電極活物質層１３８ａから電気的に分離し、キャリアイオンは主に、充電状態と放電状態との間の電池のサイクル中に、第１の電極活物質層１３２ａと第１の対電極活物質層１３８ａとの間で、そのような各ユニットセル５０４のセパレータ１３０を介して交換される。
各ユニットセル５０４内の第１の電極活物質層１３２ａ及び第１の対電極活物質層１３８ａとの間のオフセット及び／又は分離距離をさらに明確にするために、図１１Ａ−図１１Ｃ及び図１２Ａ−図１２Ｃを参照する。特に、図１１Ａ−図１１Ｃを参照して、高さ方向のオフセット及び／又は分離距離が記載される。この実施形態の図１１Ａに図示されるように、電極活物質層１３２及び対電極活物質層１３８の第１の高さ端面５００ａ，５０１ａは、電極アセンブリ１０６の同じ側にある。さらに、電極活物質層の長さＬＥに沿った、Ｘ−Ｚ平面における電極活物質層１３２の第１の対向する高さ端面５００ａの中央高さ位置の２Ｄマップは、第１の高さ端面プロットＥＶＰ１をトレースする。即ち、図１１Ｃに示すように、横（Ｘ）方向に沿ったＺＹ平面の各々に対し、そのＺＹ平面の特定の横位置（Ｘ１，Ｘ２，Ｘ３等）で、面のＺ位置の中央値をＹの関数として取ることにより、電極活物質層１３２の高さ端面５００ａの中央高さ位置（Ｚ位置）を求めることができる。図１１Ｃは、概して、選択されたＸスライス（例えばＸ１におけるスライス）における特定のＺＹ平面に対する高さ端面５００ａの中央高さ位置（Ｚ位置）を示す線の例を示す。（図１１Ｃは、概して高さ端面、即ち、電極活物質層１３２の第１及び第２の高さ端面５００ａ，５００ｂ、並びに／又は、対電極活物質層１３８の第１及び第２の高さ端面５０１ａ，５０１ｂのいずれかに対する中央値高さ位置（図の上下の破線）の決定を示すことには注意されたい。）図１１Ｂは、この中央高さ位置（電極活物質の長さＬＥに沿って（即ち長さＬＥに沿う各ｘ位置Ｘ１，Ｘ２，Ｘ３で）決定されたもの）の２Ｄマップが、ｘ（例えばＸ１，Ｘ２，Ｘ３等）の関数としてプロットされた中央値高さ位置（ｚ位置）に対応する第１の高さ端面プロットＥＶＰ１をトレースする実施形態を示す。例えば、電極活物質層１３２の高さ端面５００ａの中央値高さ位置１３２は、電極活物質層の第１の横端部ＸＬ０から電極活物質層の第２の横端部ＸＬＥまでに対応するｘ位置に対するｘの関数としてプロットされ得る。ここで、ＸＬＥ−ＸＬ０は、横方向の電極活物質層１３２のフェレット径（電極活物質層１３２の長さＬＥ）に相当する。
同様に、対電極活物質層１３８の第１の対向する端面５０１ａの場合、対電極活物質層１３８の長さＬＣに沿ったＸ−Ｚ平面における対電極活物質層の第１の対向する高さ端面５０１ａの中央値高さ位置の２Ｄマップは、第１の高さ端面プロットＣＥＶＰ１をトレースする。図１１Ｃを再度参照して、横方向に沿ったＺＹ平面の各々に対して、そのＺＹ平面の特定の横位置（Ｘ１，Ｘ２，Ｘ３等）で、ｙの関数として、面のｚ位置の中央値を取ることにより、対電極活物質層１３８の高さ端面５０１ａの中央値高さ位置（ｚ位置）を求めることができる。図１１Ｃは、概して、選択されたｘスライス（例えばＸ１のスライス）における特定のＹＺ平面の高さ端面５０１ａの中央値高さ位置（ｚ位置）を示す直線の例を示す。図１１Ｂは、この中央値高さ位置（対電極活物質の長さＬＣに沿って（即ち長さＬＣに沿う各ｘ位置Ｘ１，Ｘ２，Ｘ３で）決定されたもの）の２Ｄマップが、ｘ（例えばＸ１，Ｘ２，Ｘ３等）の関数としてプロットされた中央値高さ位置（ｚ位置）に対応する第１の高さ端面プロットＣＥＶＰ１をトレースする実施形態を示す。例えば、対電極活物質層１３８の高さ端面５０１ａの中央値高さ位置１３８は、対電極活物質層の第１の横端部Ｘ０Ｃから対電極活物質層の第２の横端部ＸＬＣまでに対応するｘ位置に対するｘの関数としてプロットされ得る。ここで、ＸＬＣ−ＸＬ０は、横方向の対電極活物質層１３８のフェレット径（対電極活物質層１３８の長さＬＣ）に相当する。
さらに、電極活物質層１３２及び対電極活物質層１３８の第１の高さ面５００ａ，５０１ａの間の高さ分離に対するオフセット及び／又は分離距離要件は、第１の対電極活物質層の長さＬＣの少なくとも６０％について、（ｉ）高さ方向計測されたプロットＥＶＰ１，ＣＥＶＰ１間の分離距離ＳＺ１の絶対値が、１０００μｍ≧｜ＳＺ１｜≧５μｍを満たすことを要求する。また、一実施形態において、第１の対電極活物質層の長さＬＣの少なくとも６０％について、（ｉｉ）電極活物質層１３２及び対電極活物質層１３８の第１の高さ端面５００ａ，５００ｂの間として、対電極活物質層の第１の高さ端面が、電極活物質層の第１の高さ端面に対して内向きに（例えば５０８に沿って内向きに）配置されていることが要求される。即ち、図１１Ｂを参照して、ｘに沿った任意の点でのプロットＥＶＰ１及びＣＥＶＰ１の間の距離に対応する分離距離ＳＺ１の絶対値は、第１の対電極活物質層１３８の長さＬＣの少なくとも６０％、即ちＸ０ＣからＸＬＣまでの位置ｘの少なくとも６０％（横方向の対電極活物質層のフェレット径の６０％）について、１０００μｍ以下かつ５μｍ以上であることが要求されていることが見て取れる。また、第１の対電極活物質層１３８の長さＬＣの少なくとも６０％、即ちＸ０ＣからＸＬＣまでの位置ｘの少なくとも６０％（横方向の対電極活物質層のフェレット径の６０％）について、対電極活物質層の第１の高さ端面は、電極活物質層の第１の高さ端面に対して内向きに配置されていることが見て取れる。
一実施形態において、ＳＺ１の絶対値は５μｍ以上、例えば、１０μｍ以上、１５μｍ以上、２０μｍ以上、３５μｍ以上、４５μｍ以上、５０μｍ以上、７５μｍ以上、１００μｍ以上、１５０μｍ以上、及び、２００μｍ以上であり得る。別の実施形態において、ＳＺ１の絶対値は、１０００ミクロン以下、例えば、５００μｍ以下、４７５μｍ以下、４２５μｍ以下、４００μｍ以下、３７５μｍ以下、３５０μｍ以下、３２５μｍ以下、３００μｍ以下、及び、２５０μｍ以下であり得る。一実施形態において、ＳＺ１の絶対値は、１０００μｍ≧｜ＳＺ１｜≧５μｍ、５００μｍ≧｜ＳＺ１｜≧１０μｍ、及び／又は、２５０μｍ≧｜ＳＺ１｜≧２０μｍ、の関係に従い得る。さらに別の実施形態では、ユニットセル内の対電極活物質層１３２の幅ＷＥのフェレット径に対して、ＳＺ１の絶対値は、５×ＷＥ≧｜ＳＺ１｜≧０．０５×ＷＥの範囲内にあり得る。さらに、一実施形態において、上記の絶対値及び／又は｜ＳＺ１｜に関する関係は、第１の対電極活物質層の長さＬＣの６０％よりも多くにおいて真であり得る。これは例えば、第１の対電極活物質層の長さＬＣの少なくとも６５％、少なくとも７０％、少なくとも７５％、少なくとも８０％、少なくとも９０％、又は、少なくとも９５％に対しても、である。
さらに、Ｘ０ＣからＸＬＣまでの位置ｘの少なくとも６０％（対電極活物質層の横方向のフェレット径の６０％）に対して、対電極活物質層の第１の高さ端面は、電極活物質層の第１の高さ端面に対して内側に配置されている。即ち、電極活物質層１３２は、中央値高さ位置（図１１Ｃに示すように、特定のＸスライスに対するＹＺ平面のｚの位置）を有する、つまり、電極活物質層１３２の中央値高さ位置よりも、電極アセンブリ１０６の内側方向５０８に沿っていると理解できる。この電極活物質層１３２の対電極活物質層１３８に対する高さオフセットは、対電極活物質層１３８の高さを超えた電極活物質層１３２の高さを示す図１１Ａ、並びに、横方向に沿って、対電極活物質層の中央値高さ位置ＣＥＶＰ１を超えた電極活物質層１３２の中央値高さ位置ＥＶＰ１を示す図１１Ｂのプロットからも見て取れる。一実施形態において、第１の対電極活物質層の長さＬＣの６０％以上（例えば、第１の対電極活物質の長さＬＣの少なくとも６５％、少なくとも７０％、少なくとも７５％、少なくとも８０％、少なくとも８５％、少なくとも９０％、さらには少なくとも９５％）について、対電極活物質層の第１の高さ端面は、電極活物質層の第１の高さ端面に対して内側に配置される。
一実施形態において、分離距離ＳＺ１の、電極活物質層１３２及び対電極活物質層１３８の第１の高さ端面５００ａ，５０１ａに対する上述の関係は、電極活物質層１３２及び対電極活物質層１３８の第２の高さ端面５００ｂ，５０１ｂ（例えば図１８Ａに示す）に対しても同様に定義できる。即ち、第２の高さ端面５００ｂ，５０１ｂは互いに電極アセンブリ１０６の同じ側に存在し、電極活物質層１３２及び対電極活物質層１３８の第１の高さ端面５００ａ，５０１ａにそれぞれ対向する。さらに、上述の分離距離ＳＺ１及び／又はオフセットについての説明と同様に、電極活物質層の長さＬＥに沿った、ＸＺ平面における電極活物質層１３２の第２の対向する高さ端面５００ｂの中央値高さ位置の２Ｄマップは、第２の高さ端面プロットＥＶＰ２をトレースする。即ち、図１１Ａ−図１１Ｃを参照して示されるように、横方向に沿った各ＹＺ平面について、そのＹＺ平面の特定の横位置（Ｘ１，Ｘ２，Ｘ３等）で、面のｚ位置の中央値をｙの関数として取得することで、電極活物質層１３２の第２の高さ端面５００ｂの中央値高さ位置（ｚ位置）を決定することができる。図１１Ｃは、概して、選択されたｘスライス（例えばＸ１のスライス）における特定のＹＺ平面に対する第２の高さ端面５００ｂの中央値高さ位置（ｚ位置）を示す直線の例を示す。図１１Ｂは、ｘ（例えばＸ１，Ｘ２，Ｘ３等）の関数としてプロットされた中央値高さ位置（ｚ位置）に対応する第２の高さ端面プロットＥＶＰ２を、（電極活物質層の長さＬＥに沿って（即ち長さＬＥに沿った各ｘ位置Ｘ１，Ｘ２，Ｘ３において）決定された）この中央値高さ位置の２Ｄマップがトレースする実施形態を示す。例えば、電極活物質層１３２の第２の高さ端面５００ｂの中央値高さ位置は、ｘ（横位置）の関数としてプロットされ得る。ここで、ｘ位置は電極活物質層の第１の横端面におけるＸ０Ｅから電極活物質層の第２の横端面におけるＸＬＥまでに対応し、ＸＬＥ−ＸＬ０は、横方向の電極活物質層１３２のフェレット径（電極活物質層１３２の長さＬＥ）に相当する。
同様に、対電極活物質層１３８の第２の対向する端面５０１ｂの場合、対電極活物質層１３８の長さＬＣに沿ったＸ−Ｚ平面における対電極活物質層１３８の第２の対向高さ端面５０１ｂの中央値高さ位置の２Ｄマップは、第２の高さ端面プロットＣＥＶＰ２をトレースする。再度図１１Ａ−図１１Ｃを参照して、横方向に沿ったＹＺ平面の各々について、対電極活物質層１３８の第２の高さ端面５０１ｂの中央値高さ位置（ｚ位置）は、そのＹＺ平面の特定の横位置（例えばＸ１，Ｘ２，Ｘ３等）において、面のｚ位置の中央値をｙの関数として取得することで決定され得る。図１１Ｃは、概して、選択されたｘスライス（例えばＸ１のスライス）における特定のＹＺ平面に対する第２の高さ端面５０１ｂの中央高さ位置（ｚ位置）を示す直線の例を示す。図１１Ｂは、対電極活物質の長さＬＣに沿って（即ち、長さＬＣに沿ったｘ位置Ｘ１，Ｘ２，Ｘ３の各々において）決定されたこの中央値高さ位置の２Ｄマップが、中央値高さ位置（ｚ位置）に対応するｘの関数としてプロットされた第２の高さ端面プロットＣＥＶＰ２をトレースする実施形態を示す。例えば、対電極活物質層１３８の第２の高さ端面５０１ｂの中央値高さ位置はｘ（横位置）の関数としてプロットされ、ここで、ｘ位置は、対電極活物質層の第１の横端部におけるＸ０Ｃから、対電極活物質層の第２の横端部におけるＸＬＣまでに対応し、ＸＬＣ−ＸＬ０は、対電極活物質層１３８の横方向のフェレット径（対電極活物質層１３８の長さＬＣ）に相当する。
さらに、電極活物質層１３２及び対電極活物質層１３８の第２の高さ端面５００ｂ，５０１ｂの間の高さ分離のオフセット及び／又は分離距離の要件は、第１の対電極活物質層の長さＬＣの少なくとも６０％について、
（ｉ）プロットＥＶＰ２及びＣＥＶＰ２の間の高さ方向計測された分離距離ＳＺ２の絶対値が、１０００μｍ≧｜ＳＺ２｜≧５μｍであることを要求する。また、一実施形態において、第１の対電極活物質層の長さＬＣの少なくとも６０％について、
（ｉｉ）電極活物質層１３２及び対電極活物質層１３８の第２の高さ端面５００ｂ，５０１ｂの間において、対電極活物質層の第２の高さ端面は、電極活物質層の第２の高さ端面に対して内側に配置されていることが要求される。即ち、図１１Ｂを参照すると、分離距離ＳＺ２の絶対値は、ｘに沿った任意の所与の点におけるプロットＥＶＰ２，ＣＥＶＰ２間の距離に対応し、第１の対電極活物質層１３８の長さＬＣの少なくとも６０％、即ちＸ０ＣからＸＬＣまでの位置ｘの少なくとも６０％（対電極活物質層の横方向のフェレット径の６０％）について、１０００μｍ以下かつ５μｍ以上であることが要求されることが見て取れる。また、第１の対電極活物質層１３８の長さＬＣの少なくとも６０％について、即ち、Ｘ０ＣからＸＬＣの位置ｘの少なくとも６０％（対電極活物質層の横方向のフェレット径の６０％）について、対電極活物質層の第２の高さ端面が、電極活物質層の第２の高さ端面に対して内側に配置されていることも見て取れる。
一実施形態において、ＳＺ２の絶対値は、５μｍ以上であってよく、例えば、１０μｍ以上、１５μｍ以上、２０μｍ以上、３５μｍ以上、４５μｍ以上、５０μｍ以上、７５μｍ以上、１００μｍ以上、１５０μｍ以上、並びに、２００μｍ以上等でありえる。別の実施形態において、ＳＺ２の絶対値は、１０００μｍ以下であってよく、例えば、５００μｍ以下、４７５μｍ以下、４２５μｍ以下、４００μｍ以下、３７５μｍ以下、３５０μｍ以下、３２５μｍ以下、３００μｍ以下、及び２５０μｍ以下等であり得る。一実施形態において、ＳＺ２の絶対値は、１０００μｍ≧｜ＳＺ２｜≧５μｍ、５００μｍ≧｜ＳＺ２｜≧１０μｍ、及び／又は、２５０μｍ≧｜ＳＺ２｜≧２０μｍの関係に従い得る。さらに別の実施形態において、ユニットセル中の対電極活物質層１３２の幅ＷＥのフェレット径に対して、ＳＺ２の絶対値は５×ＷＥ≧｜ＳＺ２｜≧０．０５×ＷＥの範囲内にあり得る。さらに、一実施形態において、｜ＳＺ２｜の上述の値及び／又は関係のうちの任意のものは、第１の対電極活物質層の長さＬＣの６０％より多く、例えば、第１の対電極活物質層の長さＬＣの少なくとも６５％、少なくとも７０％、少なくとも７５％、少なくとも８０％、少なくとも８５％、少なくとも９０％、及び少なくとも９５％において真であり得る。さらに、ＳＺ２について上述した値及び／又は関係は、ＳＺ１についてのものと同じ及び／又は異なるものであってよく、並びに／又は、長さＬｃのＳＺ１の場合とは異なる割合についても真であり得る。
さらに、Ｘ０ＣからＸＬＣまでの位置ｘの少なくとも６０％（対電極活物質層の横方向のフェレット径の６０％）について、対電極活物質層の第２の高さ端面は、電極活物質層の第２の高さ端面に対して内側に配置されている。即ち、電極活物質層１３２は、対電極活物質層の長さＬＣの少なくとも６０％について、対電極活物質層１３０よりも側面に近い中央値高さ位置（図１１Ｃに示すような、特定のＸスライスに対するＹＺ平面中のｚ位置）を有すると理解できる。換言すると、対電極活物質層１３８は、電極活物質層１３２の中央値高さ位置よりも、電極アセンブリ１０６の内側方向５０８にさらに沿った中央値高さ位置（図１１Ｃに示すように、特定のＸスライスに対するＹＺ平面中のｚ位置）を有すると理解できる。対電極活物質層１３８に対する電極活物質層１３２のこの高さオフセットは、対電極活物質層１３８の高さを超える電極活物質層１３２の高さを示す図１１Ａの実施形態と、横方向に沿った対電極活物質層の中央高さ位置ＣＥＶＰ２よりも低い電極活物質層１３２の中央高さ位置ＥＶＰ２を示す図１１Ｂのプロットと、からも見て取れる。一実施形態において、対電極活物質層の第２の高さ端面は、第１の対電極活物質層の長さＬＣの６０％以上（例えば、第１の対電極活物質層の長さＬＣの少なくとも６５％、少なくとも７０％、少なくとも７５％、少なくとも８０％、少なくとも８５％、少なくとも９０％、及び、少なくとも９５％）について、電極活物質層の第１の高さ端面に対して内側に配置されている。また、対電極活物質が電極活物質よりも内側にある長さＬＣの割合は、第１の高さ端面が第２の高さ端面と比較して異なり得る。
さらに、一実施形態において、電極アセンブリ１０６は、各ユニットセル内の電極活物質層１３２及び対電極活物質層１３８の横端部同士の間の横オフセット及び／又は分離距離をさらに含む。図１２Ａ−図１２Ｃを参照して、横方向のオフセット及び／又は分離距離が記載される。この実施形態の図１２Ａに示すように、電極活物質層及び対電極活物質層１３８の第１の横端面５０２ａ，５０３ａは、電極アセンブリ１０６の同じ側にある（図１５Ａ−図１５Ｆも参照）。さらに、電極活物質層の高さＨＥに沿った、電極活物質層１３２の第１の対抗する横端面５０２ａのＸ−Ｚ平面における中央値横位置の２Ｄマップは、第１の横端面プロットＥＴＰ１をトレースする。即ち、図１２Ａを参照して示すように、高さ方向に沿ったＹＸ平面の各々について、電極活物質層１３２の横端面５０２ａの横位置中央値（ｘ位置）は、ＹＸ平面の特定の高さ位置（Ｚ１，Ｚ２，Ｚ３等）で、面のｘ位置の中央値をｙの関数として取得することで決定され得る。図２３Ｃは、概して、選択されたｚスライス（例えばＺ１におけるスライス）における特定のＹＸ平面の第１の横端面５０２ａの中央値横位置（ｘ位置）を示す直線の例を示す。図１１Ｃは、概して、選択されたＸスライス（例えばＸ１におけるスライス）における特定のＺＹ平面に対する高さ端面５００ａの中央高さ位置（Ｚ位置）を示す線の例を示す。（図２３Ｃは、概して横端面、即ち、電極活物質層１３２の第１及び第２の横端面５０２ａ，５０２ｂ、並びに／又は、対電極活物質層１３８の第１及び第２の横端面５０３ａ，５０３ｂのいずれかに対する中央値横位置（図の上下の破線）の決定を示すことには注意されたい。）図１２Ｂは、この中央横位置（電極活物質の長さＨＥに沿って（即ち長さＨＥに沿う各ｚ位置Ｚ１，Ｚ２，Ｚ３で）決定されたもの）の２Ｄマップが、ｚ（例えばＺ１，Ｚ２，Ｚ３等）の関数としてプロットされた中央値横位置（ｘ位置）に対応する第１の横端面プロットＥＴＰ１をトレースする実施形態を示す。例えば、電極活物質層１３２の高さ端面５０２ａの中央値横位置は、電極活物質層の第１の横端部Ｚ０Ｅから電極活物質層の第２の横端部ＺＨＥまでに対応するｚ位置に対するｚの関数としてプロットされ得る。ここで、ＺＨＥ−Ｚ０Ｅは、高さ方向の電極活物質層１３２のフェレット径（電極活物質層１３２の高さＨＥ）に相当する。
同様に、対電極活物質層１３８の第１の横端面５０３ａの場合、対電極活物質層１３８の高さＨＣに沿ったＸ−Ｚ平面における対電極活物質層１３８の第１の対向する横端面５０３ａの中央値横位置の２Ｄマップは、第１の横端面プロットＣＥＴＰ１をトレースする。図１２Ａ−図１２Ｃを再度参照して、高さ方向に沿ったＹＸ平面の各々に対して、そのＹＸ平面の特定の高さ位置（Ｚ１，Ｚ２，Ｚ３等）で、ｙの関数として、面のｘ位置の中央値を取ることにより、対電極活物質層１３８の横端面５０３ａの中央値横位置（ｘ位置）を求めることができる。図２３Ｃは、概して、選択されたｚスライス（例えばＺ１のスライス）における特定のＹＸ平面の横端面５０３ａの中央値横位置（ｘ位置）を示す直線の例を示す。図１２Ｂは、この中央値横位置（対電極活物質の高さＨＣに沿って（即ち高さＨＣに沿う各ｚ位置Ｚ１，Ｚ２，Ｚ３で）決定されたもの）の２Ｄマップが、ｚ（例えばＺ１，Ｚ２，Ｚ３等）の関数としてプロットされた中央値横位置（ｘ位置）に対応する第１の横端面プロットＣＥＴＰ１をトレースする実施形態を示す。例えば、対電極活物質層１３８の横端面５０３ａの中央値横位置は、対電極活物質層１３８の第１の高さ端部Ｚ０Ｃから対電極活物質層の第２の高さ端部ＺＨＣまでに対応するｚ位置に対するｚ（高さ位置）の関数としてプロットされ得る。ここで、ＺＨＣ−Ｚ０Ｃは、高さ方向の対電極活物質層１３８のフェレット径（対電極活物質層１３８の高さＨＣ）に相当する。
さらに、電極活物質層１３２及び対電極活物質層１３８の第１の横面５０２ａ，５０２ｂの間の横分離に対するオフセット及び／又は分離距離要件は、第１の対電極活物質層の高さＨＣの少なくとも６０％について、（ｉ）高さ方向計測されたプロットＥＴＰ１，ＣＥＴＰ１間の分離距離ＳＸ１の絶対値が、１０００μｍ≧｜ＳＸ１｜≧５μｍを満たすことを要求する。また、一実施形態において、第１の対電極活物質層の高さＨＣの少なくとも６０％について、（ｉｉ）電極活物質層１３２及び対電極活物質層１３８の第１の横端面５０２ａ，５０３ａの間として、対電極活物質層の第１の横端面が、電極活物質層の第１の横端面に対して内向きに配置されていることが要求される。即ち、図１２Ｂを参照して、ｚに沿った任意の点でのプロットＥＴＰ１及びＣＥＴＰ１の間の距離に対応する分離距離ＳＸ１の絶対値は、第１の対電極活物質層１３８の高さＨＣの少なくとも６０％、即ちＺ０ＣからＺＨＣまでの位置ｚの少なくとも６０％（高さ方向の対電極活物質層のフェレット径の６０％）について、１０００μｍ以下かつ５μｍ以上であることが要求されていることが見て取れる。また、第１の対電極活物質層１３８の高さＨＣの少なくとも６０％、即ちＺ０ＣからＺＨＣまでの位置ｚの少なくとも６０％（高さ方向の対電極活物質層のフェレット径の６０％）について、対電極活物質層の第１の横端面は、電極活物質層の第１の横端面に対して内向きに配置されていることが見て取れる。
一実施形態において、ＳＸ１の絶対値は５μｍ以上、例えば、１０μｍ以上、１５μｍ以上、２０μｍ以上、３５μｍ以上、４５μｍ以上、５０μｍ以上、７５μｍ以上、１００μｍ以上、１５０μｍ以上、及び、２００μｍ以上であり得る。別の実施形態において、ＳＸ１の絶対値は、１０００ミクロン以下、例えば、５００μｍ以下、４７５μｍ以下、４２５μｍ以下、４００μｍ以下、３７５μｍ以下、３５０μｍ以下、３２５μｍ以下、３００μｍ以下、及び、２５０μｍ以下であり得る。一実施形態において、ＳＸ１の絶対値は、１０００μｍ≧｜ＳＸ１｜≧５μｍ、５００μｍ≧｜ＳＸ１｜≧１０μｍ、及び／又は、２５０μｍ≧｜ＳＸ１｜≧２０μｍ、の関係に従い得る。さらに別の実施形態では、ユニットセル内の対電極活物質層１３２の幅ＷＥのフェレット径に対して、ＳＸ１の絶対値は、５×ＷＥ≧｜ＳＸ１｜≧０．０５×ＷＥの範囲内にあり得る。さらに、一実施形態において、上記の絶対値及び／又は｜ＳＸ１｜に関する関係は、第１の対電極活物質層の高さＨＣの６０％よりも多くにおいて真であり得る。これは例えば、第１の対電極活物質層の高さＨＣの少なくとも６５％、少なくとも７０％、少なくとも７５％、少なくとも８０％、少なくとも９０％、又は、少なくとも９５％に対しても、である。さらに、ＳＸ１についての上述の値及び／又は関係は、ＳＺ１及び／又はＳＺ２に関するものと同じであっても、それと異なっていてもよい。
さらに、Ｚ０ＣからＺＨＣまでの位置ｚの少なくとも６０％（対電極活物質層の高さ方向のフェレット径の６０％）に対して、対電極活物質層の第１の横端面は、電極活物質層の第１の横端面に対して内側に配置されている。即ち、電極活物質層１３２は、中央値横位置（図２３Ｃに示すように、特定のＺスライスに対するＸＹ平面のｘ位置）を有する、つまり、電極活物質層１３２の中央値横位置よりも、電極アセンブリ１０６の内側方向５１０に沿っていると理解できる。この電極活物質層１３２の対電極活物質層１３８に対する横オフセットは、対電極活物質層１３８の長さを超えた電極活物質層１３２の長さを示す図１２Ａ、並びに、高さ方向に沿って、対電極活物質層の中央値横位置ＣＥＴＰ１を超えた電極活物質層１３２の中央値横位置ＥＴＰ１を示す図１２Ｂのプロットからも見て取れる。一実施形態において、第１の対電極活物質層の高さＨＣの６０％以上（例えば、第１の対電極活物質の高さＨＣの少なくとも６５％、少なくとも７０％、少なくとも７５％、少なくとも８０％、少なくとも８５％、少なくとも９０％、さらには少なくとも９５％）について、対電極活物質層の第１の横端面は、電極活物質層の第１の横端面に対して内側に配置される。
一実施形態において、分離距離ＳＸ１の、電極活物質層１３２及び対電極活物質層１３８の第１の横端面５０２ａ，５０３ａに対する上述の関係は、電極活物質層１３２及び対電極活物質層１３８の第２の横端面５０２ｂ，５０３ｂ（例えば図１５Ａ−図１５Ｆに示す）に対しても同様に定義できる。即ち、第２の横端面５０２ｂ，５０３ｂは互いに電極アセンブリ１０６の同じ側に存在し、電極活物質層１３２及び対電極活物質層１３８の第１の横端面５０２ａ，５０３ａにそれぞれ対向する。さらに、上述の分離距離ＳＸ１及び／又はオフセットについての説明と同様に、電極活物質層の高さＨＥに沿った、ＸＺ平面における電極活物質層１３２の第２の対向する横端面５０２ｂの中央値横位置の２Ｄマップは、第２の横端面プロットＥＴＰ２をトレースする。即ち、図１２Ａ−図１２Ｃを参照して示されるように、高さ方向に沿った各ＹＸ平面について、そのＹＸ平面の特定の高さ位置（Ｚ１，Ｚ２，Ｚ３等）で、面のｘ位置の中央値をｙの関数として取得することで、電極活物質層１３２の第２の横端面５０２ｂの中央値横位置（ｘ位置）を決定することができる。図２３Ｃは、概して、選択されたあるスライス（例えばＺ１のスライス）における特定のＹＸ平面に対する第２の横端面５０２ｂの中央値横位置（ｘ位置）を示す直線の例を示す。図１２Ｂは、ｚ（例えばＺ１，Ｚ２，Ｚ３等）の関数としてプロットされた中央値横位置（ｘ位置）に対応する第２の横端面プロットＥＴＰ２を、（電極活物質層の高さＨＥに沿って（即ち高さＨＥに沿った各ｚ位置Ｚ１，Ｚ２，Ｚ３において）決定された）この中央値横位置の２Ｄマップがトレースする実施形態を示す。例えば、電極活物質層１３２の第２の横端面５０２ｂの中央値横位置は、ｚ（高さ位置）の関数としてプロットされ得る。ここで、ｚ位置は電極活物質層の第１の高さ端面におけるＺ０Ｅから電極活物質層の第２の高さ端面におけるＺＨＥまでに対応し、ＺＨＥ−Ｚ０Ｅは、高さ方向の電極活物質層１３２のフェレット径（電極活物質層１３２の高さＨＥ）に相当する。
同様に、対電極活物質層１３８の第２の横端面５０３ｂの場合、対電極活物質層１３８の高さＨＣに沿ったＸ−Ｚ平面における対電極活物質層１３８の第２の対向横端面５０３ｂの中央値横位置の２Ｄマップは、第２の横端面プロットＣＥＴＰ２をトレースする。再度図１２Ａ−図１２Ｃを参照して、高さ方向に沿ったＹＸ平面の各々について、対電極活物質層１３８の第２の横端面５０３ｂの中央値横位置（ｘ位置）は、そのＹＸ平面の特定の高さ位置（例えばＺ１，Ｚ２，Ｚ３等）において、面のｚ位置の中央値をｙの関数として取得することで決定され得る。図２３Ｃは、概して、選択されたｚスライス（例えばＺ１のスライス）における特定のＹＸ平面に対する第２の横端面５０３ｂの中央横位置（ｘ位置）を示す直線の例を示す。図１２Ｂは、対電極活物質の高さＨＣに沿って（即ち、高さＨＣに沿ったｚ位置Ｚ１，Ｚ２，Ｚ３の各々において）決定されたこの中央値横位置の２Ｄマップが、中央値横位置（ｘ位置）に対応するｚの関数としてプロットされた第２の横端面プロットＣＥＴＰ２をトレースする実施形態を示す。例えば、対電極活物質層１３８の第２の横端面５０３ｂの中央値横位置はｚ（高さ位置）の関数としてプロットされ、ここで、ｚ位置は、対電極活物質層の第１の横端部におけるＺ０Ｃから、対電極活物質層の第２の横端部におけるＺＨＣまでに対応し、ＺＨＣ−Ｚ０Ｃは、対電極活物質層１３８の高さ方向のフェレット径（対電極活物質層１３８の高さＨＣ）に相当する。
さらに、電極活物質層１３２及び対電極活物質層１３８の第２の横端面５０２ｂ，５０３ｂの間の横分離のオフセット及び／又は分離距離の要件は、第１の対電極活物質層の高さＨＣの少なくとも６０％について、
（ｉ）プロットＥＴＰ２及びＣＥＴＰ２の間の高さ方向計測された分離距離ＳＸ２の絶対値が、１０００μｍ≧｜ＳＸ２｜≧５μｍであることを要求する。また、一実施形態において、第１の対電極活物質層の高さＨＣの少なくとも６０％について、
（ｉｉ）電極活物質層１３２及び対電極活物質層１３８の第２の横端面５０２ｂ，５０３ｂの間において、対電極活物質層の第２の横端面は、電極活物質層の第２の横端面に対して内側に配置されていることが要求される。即ち、図１２Ｂを参照すると、分離距離ＳＸ２の絶対値は、ｚに沿った任意の所与の点におけるプロットＥＴＰ２，ＣＥＴＰ２間の距離に対応し、第１の対電極活物質層１３８の高さＨＣの少なくとも６０％、即ちＺ０ＣからＺＨＣまでの位置ｚの少なくとも６０％（対電極活物質層の高さ方向のフェレット径の６０％）について、１０００μｍ以下かつ５μｍ以上であることが要求されることが見て取れる。また、第１の対電極活物質層１３８の高さＨＣの少なくとも６０％について、即ち、Ｚ０ＣからＺＨＣの位置ｚの少なくとも６０％（対電極活物質層の高さ方向のフェレット径の６０％）について、対電極活物質層の第２の横端面が、電極活物質層の第２の横端面に対して内側に配置されていることも見て取れる。
一実施形態において、ＳＸ２の絶対値は、５μｍ以上であってよく、例えば、１０μｍ以上、１５μｍ以上、２０μｍ以上、３５μｍ以上、４５μｍ以上、５０μｍ以上、７５μｍ以上、１００μｍ以上、１５０μｍ以上、並びに、２００μｍ以上等でありえる。別の実施形態において、ＳＸ２の絶対値は、１０００μｍ以下であってよく、例えば、５００μｍ以下、４７５μｍ以下、４２５μｍ以下、４００μｍ以下、３７５μｍ以下、３５０μｍ以下、３２５μｍ以下、３００μｍ以下、及び２５０μｍ以下等であり得る。一実施形態において、ＳＸ２の絶対値は、１０００μｍ≧｜ＳＸ２｜≧５μｍ、５００μｍ≧｜ＳＸ２｜≧１０μｍ、及び／又は、２５０μｍ≧｜ＳＸ２｜≧２０μｍの関係に従い得る。さらに別の実施形態において、ユニットセル中の対電極活物質層１３２の幅ＷＥのフェレット径に対して、ＳＸ２の絶対値は５×ＷＥ≧｜ＳＸ２｜≧０．０５×ＷＥの範囲内にあり得る。さらに、一実施形態において、｜ＳＸ２｜の上述の値及び／又は関係のうちの任意のものは、第１の対電極活物質層の高さＨＣの６０％より多く、例えば、第１の対電極活物質層の高さＨＣの少なくとも６５％、少なくとも７０％、少なくとも７５％、少なくとも８０％、少なくとも８５％、少なくとも９０％、及び少なくとも９５％において真であり得る。さらに、ＳＸ２について上述した値及び／又は関係は、ＳＸ１についてのものと同じ及び／又は異なるものであってよく、並びに／又は、高さＨｃのＳＸ１の場合とは異なる割合についても真であり得る。
さらに、Ｚ０ＣからＺＨＣまでの位置ｚの少なくとも６０％（対電極活物質層の高さ方向のフェレット径の６０％）について、対電極活物質層の第２の横端面は、電極活物質層の第２の横端面に対して内側に配置されている。即ち、電極活物質層１３２は、対電極活物質層の高さＨＣの少なくとも６０％について、対電極活物質層１３０よりも側面に近い中央値横位置（図２３Ｃに示すような、特定のＺスライスに対するＸＹ平面中のｘ位置）を有すると理解できる。換言すると、対電極活物質層１３８は、電極活物質層１３２の中央値横位置よりも、電極アセンブリ１０６の内側方向５１０にさらに沿った中央値横位置（図２３Ｃに示すように、特定のＸスライスに対するＸＹ平面中のｘ位置）を有すると理解できる。対電極活物質層１３８に対する電極活物質層１３２のこの横オフセットは、対電極活物質層１３８の長さを超える電極活物質層１３２の長さを示す図１２Ａの実施形態と、高さ方向に沿った対電極活物質層の中央横位置ＣＥＴＰ２よりも低い電極活物質層１３２の中央横位置ＥＴＰ２を示す図１２Ｂのプロットと、からも見て取れる。一実施形態において、対電極活物質層の第２の横端面は、第１の対電極活物質層の高さＨＣの６０％以上（例えば、第１の対電極活物質層の高さＨＣの少なくとも６５％、少なくとも７０％、少なくとも７５％、少なくとも８０％、少なくとも８５％、少なくとも９０％、及び、少なくとも９５％）について、電極活物質層の第２の横端面に対して内側に配置されている。また、対電極活物質が電極活物質よりも内側にある高さＨＣの割合は、第１の横端面が第２の横端面と比較して異なり得る。
ある実施形態によると、高さ及び／又は横方向のオフセット及び／又は分離距離は、各ユニットセル中の電極活物質層１３２及び対電極活物質層１３８の配置を維持及び安定化させ、かつ電極アセンブリ１０６中の電極構造１１０及び対電極構造１１２の互いに対する位置をも安定化させることが可能な電極制約１０８のセットを提供することにより維持される。一実施形態において、電極制約１０８のセットは、本明細書に記載の任意のもの（それらの任意の組み合わせ、又はそれらの部分を含む）を含み得る。例えば、一実施形態において、電極制約１０８のセットは、第１及び第２の一次成長制約１５４，１５６並びに少なくとも１つの一次接続メンバ１６２を含む一次制約系１５１を含む。第１及び第２の一次成長制約１５４，１５６は、互いに縦方向に分離されており、少なくとも１つの一次接続メンバ１６２は、第１及び第２の一次成長制約１５４，１５６を接続し、一次制約系１５１は、二次電池の連続する２０サイクルにわたる電極アセンブリの縦方向のフェレット径の増加が２０％未満となるように、電極アセンブリ１０６の縦方向の成長を制約する。さらに別の実施形態において、電極制約１０８のセットは、第２の方向に分離されかつ少なくとも１つの二次接続メンバ１６６により接続された第１及び第２の二次成長制約１５８，１６０を含む二次制約系１５２を含む。二次制約系１５５は、二次電池１０６のサイクルにおける電極アセンブリ１０６の第２の方向への成長を少なくとも部分的に制約する。第２の方向は、縦方向に直交する方向である。電極制約１０８のさらなる実施形態が以下で記載される。
図１４Ａ−図１４Ｈに戻って、高さ分離距離及び／又はオフセットについて、ユニットセル５０４の様々な異なる構成が記載される。図示された実施形態において、電極制約１０８のセットの一部は、複数の層１３２の少なくとも１つの高さ端面に位置し、ユニットセル５０４の１つ以上の構造と接続され得る。例えば、電極制約１０８のセットは、第１及び第２の二次成長成約１５８，１６０を含み、成長制約はユニットセルの構造の高さ端部に接続され得る。図１４Ａに示す実施形態において、第１及び第２の成長制約１５８，１６０は、ユニットセルの構造を制約１５８，１６０に結合する接着層５１６を通じて取り付けられる（図１Ａの切り取りは、上制約１５８を示す）。図１４Ａにおいて、電極集電体１３６、セパレータ層１３０、及び対電極集電体１４０の高さ端部は、接着層５１６を通じて、第１及び第２の成長制約１５８，１６０に結合される。従って、以下で詳細にさらに記載される通り、電極集電体、セパレータ層１３０及び対電極集電体１４０のうちの１つ以上は、独立的に又は集合的に、第１及び第２の成長制約を接続する二次接続メンバ１６６として振る舞い、電極アセンブリ１０６の成長を制約する。図１４Ｂは、ユニットセル５０４の電極集電体１３６、セパレータ層１３０、及び対電極集電体１４０の全てが、第１及び第２の二次成長制約１５８，１６０と結合されているさらなる実施例を示す。代替的に、特定の構造が第１の二次成長制約１５８に結合され、他の構造が第２の二次成長制約１６０に結合されてもよい。図１４Ｃに示す実施形態では、電極集電体１３６及びセパレータ層１３０の両方の高さ端部は、第１及び第２の二次成長制約１５８，１６０に結合され、一方で、対電極集電体１４０は第１及び第２の二次成長制約に高さ方向に接触する手前で終端している。図１４Ｄ−図１４Ｅに示す実施形態において、電極集電体１３６及び対電極集電体１４０の両方の高さ端部は第１及び第２の二次成長制約１５８，１６０に結合され、一方で、セパレータ１３０は第１及び第２の二次成長制約に高さ方向に接触する手前で終端している。図１４Ｆに示す実施形態において、電極集電体１３６の高さ端部は第１及び第２の二次成長制約１５８，１６０に接続され、一方で、セパレータ１３０及び対電極集電体１４０は、第１及び第２の二次成長制約に高さ方向に接触する手前で終端している。図１４Ｇ−図１４Ｈに示す実施形態において、対電極集電体１４０の高さ端部は第１及び第２の二次成長制約１５８，１６０に結合され、一方で、セパレータ１３０及び電極集電体１３６は、第１及び第２の二次成長制約に高さ方向に接触する手前で終端している。
さらに、一実施形態において、ユニットセル５０４は、電極活物質層１３２及び／又は対電極活物質層の第１及び第２の高さ面のうち１つ以上の間に配置された１つ以上の絶縁メンバ５１４を含み得る。絶縁メンバ５１４は、ユニットセル５０４内の構造間の短絡を制約するために、電気的に絶縁性であり得る。絶縁メンバは、非イオン透過性であるか、又は少なくともセパレータ１３０よりもイオン透過性が低く、キャリアイオンの通過を阻害することができる。つまり、絶縁メンバ５１４は、電極活物質層１３２及び対電極活物質層１３８の高さ面を、メッキアウト、樹状形成（dendrite formation）、及び／又は、そうしない場合に露出した表面が影響を受けやすい他の電気化学反応から絶縁し、絶縁メンバ５１４を伴うユニットセル５０４を有する二次電池１０２の寿命を延長するために提供され得る。例えば、絶縁メンバ５１４は、同じユニットセル５０４に設けられたセパレータ１３０のイオン透過性及び／又はイオンコンダクタンスよりも小さいイオン透過性及び／又はイオンコンダクタンスを有し得る。例えば、絶縁メンバ５１４は、キャリアイオンに対して、以下でさらに説明するキャリアイオン絶縁材料層６７４と同じ及び／又は同様の透過性及び／又はコンダクタンスを有し得る。絶縁メンバ５１４は、セラミック、ポリマー、ガラス、並びにそれらの組み合わせ、及び／又は複合物を含む、いくつかの異なる材料から調製され得る。
図１４Ａに示す実施形態において、電極活物質層１３２及び対電極活物質層１３８の第１の高さ端面５００ａ，５０１ａの両方が、第１の二次成長制約１５８に知覚、実質的に同一の高さでさえある高さ寸法ｚを有するため、ユニットセル５０４は、絶縁メンバ５１４を有しない。第２の高さ端面５００ｂ，５０１ｂは、同様に、反対の高さ方向（図示なし）で第２の二次成長制約１６０に達し得る。特定の実施形態において、電極活物質層１３２及び対電極活物質層１３８のうちの１つ以上の高さ面に絶縁メンバ５１４が設けられていない場合でも、ユニットセルは、上述のような所定の高さオフセットＳＺ１，ＳＺ２を含み得る。従って、一態様において、図１４Ａに示す実施形態は、絶縁メンバ５１４が設けられていない場合でも、オフセットＳＺ１及び／又はオフセットＳＺ２（明示なし）を有し得る。
図１４Ｂに示す実施形態は、電極活物質層及び対電極活物質層の第１の高さ端面５００ａ，５０１ａとの間の明確なオフセットＳＺ１と、及び／又は、電極活物質層及び対電極活物質層の第２の高さ端面５００ａ，５０１ａ（図示なし）の間のオフセットＳＺ２を有するユニットセル５０４を示す。この実施形態において、絶縁メンバ５１４は、対電極活物質層１３８の第１の高さ端面５０１ａと第１の二次成長制約１５８の内面との間、並びに／又は、対電極活物質層１３８の第２の高さ端面５０１ｂと、第２の二次成長制約１６０（図示なし）の内面との間に提供される。図１４Ｂに示す２ＤのＺ−Ｙ平面には示されていないが、絶縁メンバ５１５は、対電極活物質１３８の高さ面上の大部分に、及びさらには全体に（例えば縦方向（ｙ方向）及び横方向（ｘ方向、つまり図１４Ｂの紙面に入る方向）に）延在し、高さ面５０１ａ，５０１ｂのうちの１つ以上を覆う。さらに、図１４Ｂに示す実施形態において、絶縁メンバ５１４は、対電極活物質層１３８の１つの縦端におけるセパレータ１３０及び他端における対電極集電体１４０の間に、及び／又はそれらに囲まれて配置される。
図１４Ｃに示す実施形態は、電極活物質層及び対電極活物質層の第１の高さ端面５００ａ，５０１ａとの間の明確なオフセットＳＺ１と、及び／又は、電極活物質層及び対電極活物質層の第２の高さ端面５００ｂ，５０１ｂ（図示なし）の間のオフセットＳＺ２を有するユニットセル５０４をも示す。この実施形態においても、絶縁メンバ５１４は、対電極活物質層１３８の第１の高さ端面５００ａと第１の二次成長制約１５８の内面との間、並びに／又は、対電極活物質層１３８の第２の高さ端面５０１ｂと、第２の二次成長制約１６０（図示なし）の内面との間に提供される。図１４Ｃに示す２ＤのＺ−Ｙ平面には示されていないが、絶縁メンバ５１５は、縦方向（ｙ方向）及び横方向（ｘ方向、つまり図１４Ｃの紙面に入る方向）のような、対電極活物質１３８の高さ面上に実質的に、またさらには全体的に延在し、高さ面５０１ａ，５０１ｂのうちの１つ以上を覆う。さらに、図１４Ｃに示す実施形態において、絶縁メンバ５１４は、対電極活物質層１３８の１つの縦端におけるセパレータ１３０に囲まれるが、他端における対電極集電体１４０の高さ面５１６Ａの上に延在する。即ち、絶縁メンバは、隣接するユニットセル構造の隣接する対電極活物質層１３８等、隣接ユニットセル構造に向かって、及びその周囲に、縦方向に延在し得る。一実施形態において、絶縁メンバ５１４は、隣接するユニットセル５０４ａ，５０４ｂ内の層１３８を分離する対電極集電体１４０上を通過し、隣接するセル内の隣接する対電極活物質層１３８の高さ面上を通過することにより、隣接する対電極活物質層１３８のうちの１つ以上の高さ面５０１ａ，５０１ｂにわたって延在し得る。即ち、絶縁メンバ５１４は、ユニットセル５０４ａ，５０４ｂを縦方向に互いに分離する対電極集電体１４０の高さ面を横断することにより、第１のユニットセル５０４ａ内の対電極活物質層１３８のうち１つ以上の、高さ面５０１，５０１ｂにわたって、及び、第１のユニットセル５０４ａに隣接する第２のユニットセル５０４ｂ内の対電極活物質層１３８のうち１つ以上の、高さ面５０１ａ，５０１ｂの上に、延在し得る。
図１４Ｄに示す実施形態はユニットセル５０４を示し、ここで、絶縁メンバ５１４は、対電極活物質層１３８の第１の高さ端面５００ａと、第１の二次成長制約１５８の内面との間、及び／又は、対電極活物質層１３８の第２の高さ端面５００ｂと、第２の二次成長制約１６０の内面（図示なし）との間に提供され、さらに、電極活物質層１３８のうち１つ以上の高さ端面５００ａ，５００ｂを覆うように、セパレータ１３０の１つ以上の高さ面５１８ａ，５１８ｂの上に延在する。即ち、絶縁メンバ５１４は、電極活物質層１３２の第１の高さ端面５００ａと第１の二次成長制約１５８の内面との間、及び／又は、電極活物質層１３２の第２の高さ端面５００ｂと第２の二次成長制約１６０の内面（図示なし）との間（加えて、第１及び第２の成長制約１５８，１６０とセパレータ１３０の高さ面５１８ａ，５１８ｂとの間の空間内）にも提供される。図１４Ｄに示す２ＤのＺ−Ｙ平面には示されていないが、絶縁メンバ５１５は、縦方向（ｙ方向）及び横方向（ｘ方向、即ち図１４Ｄの紙面に向かう方向）のような、電極活物質層１３２及び対電極活物質層１３８の高さ面の上に実質的に、またさらには全体的に延在し、高さ面５００ａ，５００ｂ，５０１ａ，５０１ｂのうちの１つ以上を覆う。さらに、図１４Ｄに示す実施形態において、絶縁メンバ５１４は、ユニットセル５０４の一方の縦端にある電極集電体１３６と、他方の縦端にある電極集電体１４０との間に配置され、及び／又はそれらに囲まれている。
図１４Ｄに示す実施形態は、電極活物質層及び対電極活物質層の第１の高さ端面５００ａ，５０１ａ間のオフセットＳＶ１、及び／又は電極活物質層及び対電極活物質層の第２の高さ端面５００ａ，５０１ａ間のオフセットＳＶ２を明確には示していないが、図１４Ｄに示す実施形態の態様は、本明細書に記載のように、高さオフセットＳＺ１及び／又はＳＺ２のうちの１つ以上を含むことによっても変更され得る。例えば、図１４Ｅに示す実施形態は、絶縁メンバ５１４が、対電極活物質層１３８の１つ以上の高さ端面５０１ａ，５０１ｂだけでなく、電極活物質層１３２の１つ以上の高さ端面５００ａ，５００ｂも覆うという点で、図１４Ｄと同一及び／又は類似の構造を含む。しかしながら、図１４Ｅは、電極活物質層１３２の高さ端面５００ａ，５００ｂと対電極活物質層１３８の高さ端面５０１ａ，５０１ｂとの間の明確な高さオフセット及び／又は分離距離ＳＺ１を示す。従って、図示した実施形態では、絶縁メンバ５１４は、電極活物質層１３２の第１及び第２の高さ端面５００ａ，５００ｂにわたって、絶縁メンバ５１４の内側及び外側の高さ面内で測定される第１の厚さＴ１と、対電極活物質層１３８の第１及び第２の高さ端面５０１ａ，５０１ｂにわたって、絶縁メンバ５１４の内側及び外側の高さ面内で測定される第２の厚さＴ２とを含み、第１の厚さＴ１は、第２の厚さＴ２よりも小さい。また、単一の絶縁メンバ５１４のみが示されているが、電極活物質層の上に第１の厚さＴ１を有する第１の絶縁メンバと、対電極活物質層１３８の上に第２の厚さＴ２を有する第２の絶縁メンバとが含まれているように、複数の絶縁メンバ５１４を含んでいる場合もあり得る。図１４Ｆに示す実施形態は、１つ以上の絶縁メンバ５１４が、それぞれ、電極活物質層及び対電極活物質層の高さ端面上の配置に関して厚さＴ１，Ｔ２を有するという点で、図１４Ｅに示す実施形態と類似している。しかしながら、図１４Ｃを参照して上述したように、この実施形態において絶縁メンバ５１４は、対電極集電体１４０の１つ以上の高さ面５１６の上に延在し、並びに、隣接するユニットセル内の表面を覆うように延在し得る。
図１４Ｇに示す実施形態はユニットセル５０４を示し、ここで、絶縁メンバ５１４は、対電極活物質層１３８の第１の高さ端面５００ａと、第１の二次成長制約１５８の内面との間、及び／又は、対電極活物質層１３８の第２の高さ端面５００ｂと、第２の二次成長制約１６０の内面（図示なし）との間に提供され、さらに、電極活物質層１３８のうち１つ以上の高さ端面５００ａ，５００ｂを覆うように、セパレータ１３０の１つ以上の高さ面５１８ａ，５１８ｂの上に延在する。即ち、絶縁メンバ５１４は、電極活物質層１３２の第１の高さ端面５００ａと第１の二次成長制約１５８の内面との間、及び／又は、電極活物質層１３２の第２の高さ端面５００ｂと第２の二次成長制約１６０の内面（図示なし）との間（加えて、第１及び第２の成長制約１５８，１６０とセパレータ１３０の高さ面５１８ａ，５１８ｂとの間の空間内）にも提供される。図１４Ｄに示す２ＤのＺ−Ｙ平面には示されていないが、絶縁メンバ５１５は、縦方向（ｙ方向）及び横方向（ｘ方向、即ち図１４Ｄの紙面に向かう方向）のような、電極活物質層１３２及び対電極活物質層１３８の高さ面の上に実質的に、またさらには全体的に延在し、高さ面５００ａ，５００ｂ，５０１ａ，５０１ｂのうちの１つ以上を覆う。さらに、図１４Ｇに示す実施形態において、絶縁メンバ５１４は、ユニットセル５０４の１つの縦端における対電極集電体１４０に囲まれるが、電極集電体１３６の１つ以上の高さ端面５２０の上に、縦方向の他方に延在する。例えば、上述の図１４Ｃと同様に、絶縁メンバ５１４は、隣接するユニットセル構造の隣接する電極活物質層１３２等、隣接ユニットセル構造に向かって、及びその周囲に、縦方向に延在し得る。一実施形態において、絶縁メンバ５１４は、隣接するユニットセル５０４ａ，５０４ｂの間の層１３２を分離する電極集電体１３６上を通過し、隣接するセル内の隣接する電極活物質層１３２の高さ面上を通過することにより、隣接する電極活物質層１３２のうちの１つ以上の高さ面５００ａ，５００ｂにわたって延在し得る。即ち、絶縁メンバ５１４は、ユニットセル５０４ａ，５０４ｂを縦方向に互いに分離する対電極集電体１４０の高さ端面５２０ａ，５２０ｂを横断することにより、第１のユニットセル５０４ａ内の電極活物質層１３２のうち１つ以上の、高さ面５００，５００ｂにわたって、及び、第１のユニットセル５０４ａに隣接する第２のユニットセル５０４ｂ内の電極活物質層１３２の高さ面５００ａ，５００ｂの上に、延在し得る。
図１４Ｇに示す実施形態は、電極活物質層及び対電極活物質層の第１の高さ端面５００ａ，５０１ａ間のオフセットＳＺ１、及び／又は電極活物質層及び対電極活物質層の第２の高さ端面５００ａ，５０１ａ間のオフセットＳＺ２を明確には示していないが、図１４Ｇに示す実施形態の態様は、本明細書に記載のように、高さオフセットＳＺ１及び／又はＳＺ２のうちの１つ以上を含むことによっても変更され得る。例えば、図１４Ｈに示す実施形態は、絶縁メンバ５１４が、対電極活物質層１３８の１つ以上の高さ端面５０１ａ，５０１ｂだけでなく、電極活物質層１３２の１つ以上の高さ端面５００ａ，５００ｂも覆うという点で、図１４Ｇと同一及び／又は類似の構造を含む。しかしながら、図１４Ｈは、電極活物質層１３２の高さ端面５００ａ，５００ｂと対電極活物質層１３８の高さ端面５０１ａ，５０１ｂとの間の明確な高さオフセット及び／又は分離距離ＳＶ１を示す。従って、図示した実施形態では、絶縁メンバ５１４は、電極活物質層１３２の第１及び第２の高さ端面５００ａ，５００ｂにわたって、絶縁メンバ５１４の内側及び外側の高さ面内で測定される第１の厚さＴ１と、対電極活物質層１３８の第１及び第２の高さ端面５０１ａ，５０１ｂにわたって、絶縁メンバ５１４の内側及び外側の高さ面内で測定される第２の厚さＴ２とを含み、第１の厚さＴ１は、第２の厚さＴ２よりも小さい。また、単一の絶縁メンバ５１４のみが示されているが、電極活物質層の上に第１の厚さＴ１を有する第１の絶縁メンバと、対電極活物質層１３８の上に第２の厚さＴ２を有する第２の絶縁メンバとが含まれているように、複数の絶縁メンバ５１４を含んでいる場合もあり得る。
図１５Ａ−図１５Ｆを参照して、絶縁メンバ５１４及び／又は横オフセットＳＸ１，ＳＸ２を有し、又は有しないユニットセル５０４のさらなる実施形態が記載される。図１５Ａに示す実施形態において、電極活物質層１３２及び１３８は、例えば図１５Ｂの実施形態に示されるように、上述したオフセット及び／又は分離距離をＸ軸に沿って提供し得るが、識別可能な横オフセットＳＸ１及び／又はオフセットＳＸ２を有することなく図示されている。ＹＸ平面の２Ｄスライスを介して示されるように、図１５Ａに示されたユニットセル５０４は、電極集電体１３６、電極活物質層１３２、セパレータ１３０、対電極活物質層１３８、及び対電極集電体１４０を含む。図１５Ａの実施形態は絶縁メンバ５１４を含まないが、電極集電体１３６は、電極活物質層１３２及び対電極活物質層１３８の第２の端部５０２ｂ，５０３ｂを通過して延在しており、例えば図１６Ａ−図１６Ｆに示すように、電極バスバー６００に接続されていてもよいことが理解できる。同様に対電極集電体１４０は、電極活物質層１３２及び対電極活物質層１３８の第１の横端５０２ａ，５０３ａを通過して延在しており、例えば図１６Ａ−図１６Ｆに示すように、対電極バスバー６０２に接続されていてもよい。
図１５Ｂに示す実施形態を参照して、対電極活物質層１３８の少なくとも１つの横面５０３ａ，５０３ｂ上に延在する絶縁メンバ５１４を有するユニットセルの構成が記載される。示された実施形態において、絶縁メンバ５１４は、対電極活物質層１５８のいずれかの横端に配置されており、ユニットセル５０４の一方の縦端にある対電極集電体１４０と、ユニットセルの他方の縦端にあるセパレータ１３０との間に（及びそれらにより囲まれて）位置している。絶縁メンバは、示された実施形態において、電極活物質層１３２の長さＬＥと一致する横エクステントを有し、電極活物質層と同じ横方向の長さを有するセパレータにより電極活物質層１３２から分離される。絶縁メンバ５１４のｘ方向の横エクステントは、一実施形態において、図１５Ｂに示すように、横分離距離及び／又は横オフセットＳＸ１，ＳＸ２と同一であってもよい。また、図１５Ｂに示す２ＤのＹ−Ｘ平面には示されていないが、絶縁メンバは、対電極活物質層１３８の高さＨＥに沿って、対向する高さ端面５０１ａ，５０１ｂの間等のように、ｚ方向に延在していてもよい。
図１５Ｃに示す実施形態は、対電極活物質層１３８の少なくとも１つの横面５０３ａ，５０３ｂ上に延在する絶縁メンバ５１４を有するユニットセルの構成も示す。示された実施形態において、絶縁メンバ５１４は、対電極活物質層１３８の一方の横端に配置され、ユニットセル５０４の少なくとも一方の縦端にセパレータ層１３０を有する。他方の縦端において、絶縁メンバの少なくとも１つは、対電極集電体１４０によりさらに囲まれている。しかしながら、絶縁メンバ５１４の少なくとも１つは、ユニットセル５０４の他方の縦端において、対電極集電体１４０の横面５２２ａ，５２２ｂのうちの１つを越えて延在していてもよい。即ち、絶縁メンバ５１４は、対電極活物質層１３８の横端面を越えて縦方向に延在して、対電極集電体１４０を覆い、さらには、隣接するユニットセルの対電極活物質層の横面を覆ってもよい。図１５Ｂに示す実施形態において、絶縁メンバ５１４は、電極活物質層１３２の長さＬＥと一致する横エクステントを有し、電極活物質層１３２と同じ横方向の長さを有するセパレータにより電極活物質層１３２から分離される。絶縁メンバ５１４のｘ方向の横エクステントは、一実施形態において、図１５Ｃに示すように、横分離距離及び／又は横オフセットＳＸ１，ＳＸ２と同一であってもよい。また、図１５Ｃに示す２ＤのＹ−Ｘ平面には示されていないが、絶縁メンバは、対電極活物質層１３８の高さＨＥに沿って、対向する高さ端面５０１ａ，５０１ｂの間等のように、ｚ方向に延在していてもよい。図１５Ｅは、対電極集電体１４０が絶縁メンバ５１４の横面を通過して延在する長さを有し、電極集電体１３６の長さもまた、電極活物質層の横端面を通過して延在することを除き、図１５Ｃと同様の構成を有する。
図１５Ｄに示す実施形態において、絶縁メンバ５１４は、電極活物質層１３２及び対電極活物質層１３８の両方の横面５０２ａ，５０２ｂ，５０３ａ，５０３ｂのうちの少なくとも１つにわたって延在するユニットセル構成が示されている。図示された実施形態において、絶縁メンバ５１４は、電極活物質層１３２及び対電極活物質層１３８のいずれかの横端に配置されている。絶縁メンバは、一方の縦端にある電極集電体１３６と、他方の縦端にある電極集電体１４０との間に（及びそれにより囲まれて）配置される。絶縁メンバ５１４は、電極活物質層１３２及び対電極活物質層１３８の横面を通過するように、セパレータ１３０の横端面５２４ａ，５２４ｂの上に延在し得る。図１５Ｄに示す実施形態において、絶縁メンバ５１４は、一方の横端の電極集電体１３６の長さと、他方の横端部の電極集電体１４０の長さとが一致する横エクステントを有する。図示された実施形態において、電極活物質層１３２及び対電極活物質層１３８は、横方向オフセット及び／又は分離距離を有するように図示されていないが、分離距離及び／又はオフセットを含んでもよい。また、図１５Ｄに示す２ＤのＹ−Ｘ平面には図示されていないが、絶縁メンバはまた、対電極活物質層１３８の高さＨＥに沿って、対向する高さ端面５０１ａ，５０１ｂの間等、ｚ方向に延在し得る。
図１５Ｆに示す実施形態はまた、絶縁メンバ５１４が、対電極活物質層１３８の少なくとも１つの横面５０３ａ，５０３ｂの上に延在するユニットセルの構成を示す。図示された実施形態において、絶縁メンバ５１４は、対電極活物質層１３８の横方向のいずれかの端部に配置される。絶縁メンバ５１４は、電極活物質層及び対電極活物質層の両方の横面を覆っており、一方の縦端における電極集電体１３６と、他端、即ち少なくとも１つの横端における対電極集電体１４０との間に（又はそれらに囲まれて）配置される。図示された実施形態において、絶縁メンバはさらに、セパレータ１３０の横面５２４ａ，５２４ｂ上に、電極活物質層１３２及び対電極活物質層１３８の間で、これらの面上に延在する。示された実施形態において、絶縁メンバ５１４は、電極活物質層１３２の高さ端面から延びる第１の横厚さＴ１を有し、また、対電極活物質層１３８の高さ端面から延びる第２の横厚さＴ２を有し、第２の横厚さは第１の横厚さよりも大きい。一実施形態において、第２の厚さＴ２から第１の厚さＴ１を引いた横幅の差は、横オフセット及び／又は分離距離ＳＸ１及び／又はＳＸ２に相当し得る。さらに、図示された実施形態において、絶縁メンバ５１４の少なくとも１つは、ユニットセル５０４の縦端のうちの１つにおいて、対電極集電体１３８の横面５２２ａ，５２２ｂのうちの１つの上に延在し得る。即ち、絶縁メンバ５１４は、対電極活物質層１３８の横面を越えて、対電極集電体１４０を覆うように、さらには、隣接するユニットセルの対電極活物質層の横面を覆うように、延在し得る。一方で、対向する横端の絶縁メンバ５１４は、対電極活物質層の横方向の長さが絶縁メンバの横方向の厚さを超えるように、対電極集電体１３６により囲まれていてもよい。他方の縦端において、絶縁メンバ５１４は、絶縁メンバの横方向の厚さが電極集電体１３６の横方向の長さと一致し、他方の横端においては、電極集電体１３６が絶縁メンバの横方向の厚さを超えるように、電極集電体１３６により囲まれる。また、図１５Ｃに図示された２ＤのＹ−Ｘ平面には図示されないが、絶縁メンバは、対電極活物質層１３８の高さＨＥに沿って、対向する高さ端面５０１ａ，５０１ｂの間等、ｚ方向に延在し得る。
さらに、電極活物質層１３２及び／又は対電極活物質層１３８の第１及び第２の高さ及び／又は横端面を決定する目的で、各ユニットセル５０４内の電気化学反応に寄与できる電極活物質及び／又は対電極活物質を含む層の部分のみが、活物質層１３２，１３８の一部であると考えられる。即ち、例えば活物質をイオン絶縁性材料で覆う等、電極活物質又は対電極活物質が電極活物質又は対電極活物質として振る舞えなくなるように変更された場合、電気化学的ユニットセルの寄与部として実質的に除去されたその部分は、電極活物質層１３２及び／又は対電極活物質層１３８の一部としては数えられない。
［電極バスバー及び対電極バスバー］
一実施形態において、二次電池１０２は、電極集電体１３６及び対電極集電体１４０からの電流を集めるために、（図１７に示すような）電極バスバー６００及び対電極バスバー６０２のうちの１つ以上を含む。上記のオフセット及び／又は分離距離を有する実施形態に関して同様に説明したように、電極アセンブリ１０６は、電極構造の集合、電極集電体の集合、セパレータの集合、対電極構造の集合、対電極集電体の集合、並びに、電極構造及び対電極構造の集合のメンバが縦方向に交互に配列されたユニットセルの集合を含み得る。さらに、電極構造の集合の各メンバは、電極集電体と、電極活物質層の第１及び第２の対向する端面の間で横方向測定された電極活物質のフェレット径に対応する長さＬＥ並びに電極活物質層の第１及び第２の対向する端面の間で縦方向測定された電極活物質のフェレット径に対応する幅ＷＥを有する電極活物質層と、を含む。
さらに、本明細書の他の場所でも記載されているように、一実施形態において、電極アセンブリは、それぞれ虚数三次元直交座標系のｘ軸、ｙ軸、及びｚ軸に対応する互いに垂直な横軸、縦軸、及び高さ軸を有し、縦方向に互いに分離された第１及び第２の縦端面を有し、また、電極アセンブリの縦軸ＡＥＡを囲み第１及び第２の縦端面を接続する側面を有する。
図１７を参照して、電極構造１１０の集合の各メンバは、電極活物質層１３２からの電流を集める電極集電体１３６を含み、電極集電体は、電極活物質層１３２の長さＬＥに沿って横方向に少なくとも部分的に延在し、かつ、対電極活物質層１３８の第１の横端面５０３ａを越えて延びる電極集電体端部６０４を含む。さらに、対電極構造１１２の集合の各メンバは、対電極活物質層１３８から電流を集めるための対電極集電体１４０を含み、対電極集電体１４０は、横方向に対電極活物質層１３２の長さＬＣに沿って少なくとも部分的に延在し、（例えば図１５Ａにも示されるように）横方向に対電極活物質層の第２の横端面５０２ｂを越えて延在する対電極集電体６０６を含む。図１７に示す実施形態において、電極集電体１３６及び対電極集電体１４０は、（電極構造１１０の場合）電極活物質の隣接する層、又は（対電極構造１１２の場合）対電極活物質の隣接する層の間に挟まれている。しかし、集電体は、電極構造１１０と対電極構造１１２との間でセパレータ１３０に対向する電極活物質層及び／又は対電極活物質層の面の少なくとも一部に存在する面集電体でありえる。さらに、図１７に示す実施形態において、電極バスバー６００及び対電極バスバー６０２は、電極アセンブリ１０６の対向する横側に配置され、電極集電体端６０４は、一方の横端で電極バスバー６００に電気的及び／又は物理的に接続され、対電極集電体端部６０６は、対向する横側端部で対電極バスバー６０２に電気的及び／又は物理的に接続される。
また、上述と同様に、電極アセンブリの各ユニットセル５０４は、電極集電体の集合の第１の電極集電体のユニットセル部分と、電極集電体の集合の一方のメンバの第１の電極活物質層と、キャリアイオンに対してイオン透過性を有するセパレータと、電極集電体の集合の一方のメンバの第１の電極活物質層と、電極集電体の集合の第１の電極集電体のユニットセル部分とを含む。ここで、電池は、（ａａ）第１の電極活物質層がセパレータの第１の側面に近接し、第１の対電極活物質層がセパレータの対向する第２の側面に近接し、（ｂｂ）セパレータが第１の電極活物質層を第１の対電極活物質層から電気的に絶縁し、充電状態と放電状態との間の電池のサイクルの間に、当該各ユニットセルのセパレータを介して第１の電極活物質層と第１の対電極活物質層との間でキャリアイオンが主に交換される。
（電極集電体又は対電極集電体がそれに取り付けられているかどうかに応じて）電極バスバー６００又は対電極バスバー６０２のいずれかであり得るバスバーの一実施形態を示す図１６Ａを参照する。即ち、図１６Ａは、電極バスバー６００又は対電極バスバー６０２のうちいずれかに適した構造を示すと理解できる。図１６Ａ−１は電極バスバー６００に関して図示されているが、図示されているのと同じ構造は、特に示されない場合においても、本明細書に記載の通り、対電極バスバー６０２にも適していることは理解されるべきである。二次電池は、電極アセンブリ１０６の電極集電体及び対電極集電体の全てにそれぞれ接続するための単一の電極バスバー６００及び単一の対電極バスバー６０２を含み、及び／又は、複数のバスバー及び／又は対電極バスバーを提供し得る。例えば、図１６Ａが電極バスバー６００の実施形態を示すものとして理解される場合、電極バスバー６００は、電極集電体１３６の集合に電気的に接続するように構成され、電極アセンブリ１０６の第１及び第２の縦端面１１６、１１８の間で縦方向（Ｙ方向）に延在する少なくとも１つの導電性セグメント６０８を含むことが分かる。導電性セグメント６０８は、対電極活物質層１３６の第１の横端面５０３ａに面する内面６１２を有する第１の側面６１０と、外面６１６を有する対向する第２の側面６１４とからなる。さらに、導電性セグメント６０８は、任意に、縦方向に沿って間隔をあけて配置された複数の開口部６１８を有する。電極バスバー６００の導電性セグメント６０８は、電極集電体端部６０４について、電極集電体端部６０４が導電性セグメント６０８の厚さを少なくとも部分的に越えて延在し、それと電気的に接続するように配置されている。導電性セグメント６０８の総厚さｔは、内面６１２と外面６１６との間で測定されてもよく、電極集電体端部６０８は、開口部６１８を介して、少なくとも導電性セグメントの厚さの中に延在してもよいし、導電性セグメントの厚さを完全に超えて延在してもよい（即ち、横方向に測定された厚さｔを超えて延びてもよい）。単一の導電性セグメント６０８を有する電極バスバー６００が図１６Ａに描かれているが、特定の実施形態では、複数の導電性セグメントを含み得る。
さらに、図１６Ａが対電極バスバー６０２の実施形態を示すものとして理解される場合、対電極バスバー６０２は、対電極集電体１４０の集合に電気的に接続するように構成された少なくとも１つの導電性セグメント６０８を含み、電極アセンブリ１０６の第１及び第２の縦方向端面１１６、１１８の間に縦方向（Ｙ方向）に延在していることが分かる。導電性セグメント６０８は、電極活物質層１３６の第２の横端面５０２ｂに面する内面６１２を有する第１の側面６１０と、外面６１６を有する対向する第２の側面６１４とからなる。さらに、導電性セグメント６０８は、任意に、縦方向に沿って間隔をあけて配置された複数の開口部６１８を含む。電極バスバー６００の導電性セグメント６０８は、対電極集電体端部６０６に関して、対電極集電体端部６０６が導電性セグメント６０８の厚さを少なくとも部分的に越えて延在し、それに電気的に接続するように配置されている。導電性セグメント６０８の総厚さｔは、内部６１２と外部表面６１６との間で測定されてもよく、対電極集電体端部６０６は、開口部６１８を介して、少なくとも導電性セグメントの厚さの中に延びてもよく、さらには、導電性セグメントの厚さを完全に超えて延在してもよい（即ち、横方向に測定された厚さｔを超えて延びてもよい）。単一の導電性セグメント６０８を有する対電極バスバー６０２が図１６Ａに描かれているが、特定の実施形態では、複数の導電性セグメントを含んでもよい。
さらに、一実施形態によれば、バスバー６００及び対電極バスバー６０２を有する二次電池１０２は、さらに、本明細書に記載された制約のいずれかのような電極制約のセットを含む。例えば、一実施形態では、電極制約１０８のセットは、第１及び第２の一次成長制約１５４，１５６と、少なくとも１つの一次接続メンバ１６２とからなる一次制約系１５１と、第１及び第２の一次成長制約１５４，１５６を縦方向に互いに離間させた第１及び第２の一次成長制約１５４，１５６と、第１及び第２の一次成長制約１５４，１５６を接続する少なくとも１つの一次接続メンバ１６２とからなり、一次制約系１５１は、二次電池の２０回の連続したサイクルにわたる縦方向の電極アセンブリのフェレット径の任意の増加が２０％未満となるように、縦方向の電極アセンブリ１０６の成長を制約している。さらに別の実施形態では、電極制約１０８のセットは、第２の方向に分離されかつ少なくとも１つの二次接続メンバ１６６によって接続された第１及び第２の二次成長制約１５８，１６０を含む二次制約系１５２をさらに含み、二次制約系１５２は、二次電池１０６のサイクル時に、第２の方向における電極アセンブリ１０６の成長を少なくとも部分的に制約し、第２の方向は、縦方向に直交する。電極制約１０８のセットのさらなる実施形態を以下に記載する。
電極バスバー６００及び／又は対電極バスバー６０２のさらなる実施形態を、図１６Ａを参照して説明する。一実施形態では、図１６Ａに示すように、電極バスバー６００は、縦方向に沿って間隔をあけて配置された複数の開口部６１８を有する導電性セグメント６０８を含み、複数の開口部６１８の各々は、１つ以上の電極集電体端部６０４を電極バスバー６００に電気的に接続するために、少なくとも部分的に貫通して延在するように構成されている。同様に、対電極バスバー６０２は、導電性セグメント６０８が、縦方向に沿って間隔をあけて配置された複数の開口部６１８を含み、複数の開口部６１８の各々は、１つ以上の電極集電体端６０６が、１つ以上の電極集電体端６０６を対電極バスバー６０２に電気的に接続するために、少なくとも部分的に貫通して延在することを可能にするように構成されている。図１６Ａ−１に示されているような切断面を参照すると、電極バスバー側では、電極構造１１０の集電体１３２が、電極活物質１３２の第１の横面５０２ａを越えて延び、導電性セグメントに形成された開口部６１８を通って延在していることが分かる。電極集電体端部６０４は、電極バスバー６００の外面６１６に接続されている。同様に、特に示されていないが、対電極バスバー６０２が配置されている他方の横方向の端部において、対電極構造１１２の電極集電体１４０は、対電極活物質層１３８の第２の横方向表面５０３ｂを越えて、導電性セグメント内に形成された開口部６１８を通って延在している。対電極集電体端部６０６は、対電極バスバー６００の外面６１６に接続されている。
さらに、ある実施形態において、電極バスバー６００及び対電極バスバー６０２の両方が、複数の開口部６１８を含んでもよいが、さらに別の実施形態では、電極バスバー６００のみが開口部６１８を含み、さらに別の実施形態では、対電極バスバー６０２のみが開口部６１８を含んでもよい。さらに別の実施形態において、二次電池は、電極バスバー及び対電極バスバーの両方を含んでもよく、さらに別の実施形態では、二次電池は、電極バスバー又は対電極バスバーのみを含んでもよく、電流は、別の機構を介して残りの集電体から収集される。図１６Ａ及び図１６Ａ−１に示す実施形態では、開口部６１８は、電極集電体又は対電極集電体を通過させるための大きさを有するように示されている。一実施形態では、開口部は、各開口部を通って単一の集電体のみを許容するように大きさが決められかつ構成されていてもよいが、さらに別の実施形態では、開口部は、複数の電極集電体１３６及び／又は対電極集電体１４０を通過させるように大きさが決められていてもよい。さらに別の実施形態では、図１６Ａ及び図１６Ａ−１に示すように、電極集電体端部及び／又は対電極集電体端部は、開口部６１８の１つ以上を通って全体的に延在し、端部６０４，６０６は、開口部６１８の間の外面電極バスバー及び／又は対電極バスバーの部分６２２に取り付けるために、電極バスバー及び／又は対電極バスバーの外面６１６に向かって屈曲している。端部６０４，６０８は、同時に及び／又は任意に、高さ方向の開口部の上又は下の導電性セグメントの部分等、導電性セグメント６０８の他の部分、及び／又は開口部６１８自体の内面６２４に接続されていてもよい。
図１６Ｂ及び図１６Ｂ−１に示すような実施形態では、電極集電体端部及び／又は対電極集電体端部６０４、６０６は、開口部６１８のうちの１つ以上の開口部を通って全体的に延びており、端部は、電極バスバー及び／又は対電極バスバーの外面６１６に向かって曲げられている。しかしながら、この実施形態では、電極集電体の端部の少なくとも１つ以上は、隣接する開口部６１８に向かって、又は隣接する開口部を過ぎて（例えば、図１６Ｂ−１に示すように隣接する開口部を過ぎて）、別個の電極集電体の端部及び／又は対電極集電体の端部に取り付けるために、縦方向に少なくとも部分的に延びている。即ち、電極集電体及び／又は対電極集電体の端部は、相互に取り付けられてもよい。さらに別の実施形態では、図１６Ｂ−１にも示されているように、電極集電体端部及び／又は電極集電体端部は、第１の端部領域６２４において、開口部６１８の間にある電極バスバー及び／又は電極バスバーの外面６１６の部分６２２に取り付けられ、第２の端部領域６２６において、別個の電極集電体端部及び／又は電極集電体端部に取り付けられている。
一実施形態では、電極集電体端部６０４及び／又は対電極集電体端部６０６は、接着剤、溶接、圧着、ろう付け、リベット、機械的圧力／摩擦、クランプ、及びはんだ付けのうちの少なくとも１つを介して、電極バスバー及び／又は対電極バスバーの外面の部分６２２の１つ以上、及び／又は別個の電極集電体端部及び／又は対電極集電体端部（隣接する開口部を通って延びる隣接する集電体など）に取り付けられている。端部６０４，６０４はまた、電極バスバー及び／又は対電極バスバーの他の部分、例えば開口部６１８の内面６２４又はバスバーの他の部分にも、そのような取り付けを介して接続されてもよい。さらに、バスバーにのみ取り付けられているのに対して、互いに取り付けられている集電体の端部の数は、好ましい実施形態に従って選択することができる。例えば、一実施形態では、所定の集合において、電極集電体端部及び対電極集電体端部のそれぞれが、電極バスバー６００及び／又は対電極バスバー６０２の外面６１６の部分６２２に個別に取り付けられる。さらに別の実施形態では、電極集電体端部及び／又は電極集電体端部の少なくとも一部は、互いに取り付けられており（例えば、開口部を通って延在し、その後、隣接する開口部に向かって、又は隣接する開口部を通って延在して隣接する集電体端部に接続するために隣接する開口部を通って延在することにより）、電極集電体端部及び／又は電極集電体端部の少なくとも１つは、（例えば、バスバーと、互いに取り付けられている電極集電体端部との間の電気的接続を提供するために）電極バスバー及び／又は電極バスバーの外面の一部に取り付けられている。さらに別の実施形態では、集合内の全ての集電体は、他の集電体端部に取り付けられることなく、バスバーに個別に接続されてもよい。
さらなる実施形態において、電極集電体端部及び／又は対電極集電体端部は、バスバー及び／又は対電極バスバーの表面（外面など）に接する表面領域（第１の領域６２４など）を有する。例えば、電極集電体端部及び／又は対電極集電体端部は、電極バスバー及び／又は対電極バスバーの外面と、バスバー及び／又は対電極バスバーの開口部６１８の内面６２４との少なくとも一方に付着する表面領域を有する。一実施形態では、電極バスバー及び／又は対電極バスバーの１つ以上の端部は、バスバー及び／又は対電極バスバーの内面６１２に取り付けられた接続表面領域を構成してもよい。接続表面領域の大きさは、端部を電極バスバー及び／又は対電極バスバーに取り付けるために選択されるアタッチメントの種類に応じて選択され得る。一実施形態では、例えば、図１６Ａ−１及び図１６Ｂ−１に示すように、電極バスバー及び／又は対電極バスバーは、電極及び／又は対電極の横方向の端部に近接する内部表面６１２上の絶縁材料の層６２８と、内部表面に対向する外部表面６１６上の導電性材料の層（例えば、導電性セグメント６０８）とを含む。絶縁材料の層６２８は、本明細書の他の箇所に記載されているように、電極活物質層１３２及び／又は対電極活物質層１３８の横面とバスバーとの間に配置された絶縁メンバ５１４を含むことができ、及び／又は、バスバーの導電性セグメントから電極アセンブリを絶縁するために、バスバーの内部表面に沿って絶縁材料の別個の層６３２を構成することができる。
一実施形態において、電極集電体１３６及び／又は対電極集電体１４０の材料及び／又は物理的特性は、電極アセンブリに良好な構造的安定性を付与する一方で、バスバーへの良好な電気的接触を提供するように選択されてもよい。例えば、一実施形態では、電極集電体端部６０４及び／又は対電極集電体端部６０６（及び任意に、電極及び／又は対電極集電体の少なくとも一部、さらには全体）は、電極バスバー及び／又は対電極バスバーを構成する材料と同じ材料を含む。例えば、バスバー及び／又は対電極バスバーがアルミニウムからなる場合、電極集電体及び／又は対電極集電体もアルミニウムからなり得る。一実施形態において、電極集電体端部及び／又は対電極集電体端部は、アルミニウム、銅、ステンレス鋼、ニッケル、ニッケル合金、炭素、及びそれらの組み合わせ／合金からなる群から選択される任意のものを含む。さらに、一実施形態では、電極集電体端部及び／又は対電極集電体端部は、電極バス及び／又は対電極バスの材料の導電性に比較的近い導電性を有する材料を含み、並びに／又は電極集電体及び／又は対電極集電体は、電極バス及び／又は対電極バスの材料と同じ材料を含み得る。
さらに別の実施形態では、電極集電体及び／又は対電極集電体の端部は、電極バスバー及び／又は対電極バスバーの開口部６１８を通って延在し、そこに取り付けるために、電極バスバー及び／又は対電極バスバーの外面６１６に向かって折り返され、外面に取り付けるために折り曲げられた端部の領域６２４は、例えば図１６Ａ及び図１６Ａ−１に示されるように、実質的に平面的である。
一実施形態では、電極集電体１３６及び／又は対電極集電体１４０は、電極材料の層の長さＬＥ及び／又は対電極材料の層の長さＬＣに沿って少なくとも５０％、それぞれ横方向に延在しており、ここで、ＬＥ及びＬＣは上述したように定義される。例えば、一実施形態では、電極集電体及び／又は電極集電体は、電極材料の層の長さＬＥ及び／又は対電極材料の層の長さＬＣに沿って少なくとも６０％、それぞれ横方向に延在する。別の実施形態では、電極集電体及び／又は対電極集電体は、それぞれ、電極材料の層の長さＬＥ及び／又は対電極材料の層の長さＬＣに沿って、横方向に少なくとも７０％以上延在する。さらに別の実施形態では、電極集電体及び／又は対電極集電体は、それぞれ、電極材料の層の長さＬＥ及び／又は対電極材料の層の長さＬＣに沿って、横方向に少なくとも８０％以上延在する。さらに別の実施形態では、電極集電体及び／又は対電極集電体は、それぞれ、電極材料の層の長さＬＥ及び／又は対電極材料の層の長さＬＣに沿って、横方向に少なくとも９０％以上延在する。
さらに、一実施形態では、電極集電体及び／又は対電極集電体は、高さ方向において、それぞれ電極材料の層の高さＨＥ及び／又は対電極材料の層の高さＨＣに沿って少なくとも５０％延びており、ＨＥ及びＨＣは上述のように定義される。例えば、一実施形態では、電極集電体及び／又は対電極集電体は、それぞれ、電極材料の層の高さＨＥ及び／又は対電極材料の層の高さＨＣに沿って少なくとも６０％、高さ方向に延びている。別の実施形態では、電極集電体及び／又は対電極集電体は、それぞれ、電極材料の層の高さＨＥ及び／又は対電極材料の層の高さＨＣに沿って少なくとも７０％、高さ方向に延びている。さらに別の実施形態では、電極集電体及び／又は対電極集電体は、それぞれ、電極材料の層の高さＨＥ及び／又は対電極材料の層の高さＨＣに沿って少なくとも８０％、高さ方向に延びている。さらに別の実施形態では、電極集電体及び／又は対電極集電体は、それぞれ、電極材料の層の高さＨＥ及び／又は対電極材料の層の高さＨＣに沿って少なくとも９０％、高さ方向に延びている。
さらに別の実施形態の態様によれば、図１８Ａ及び１８Ｂを参照して、電極アセンブリ１０６は、隣接する電極活物質層１３２及び／又は対電極活物質層１３８の第１及び第２の高さ表面５００ａ，５００ｂ，５０１ａ，５０１ｂのうちの１つ以上の高さ表面５００ａ，５００ｂを越えて延在する、高さ電極集電体端部６４０及び高さ対電極集電体端部６４２のうちの少なくとも１つから構成される。一実施形態では、高さ集電体端部６４０、６４２はまた、露出した高さ集電体端部上のキャリアイオンの短絡及び／又はメッキアウトの可能性を低減するために、以下でさらに詳細に説明するように、キャリアイオン絶縁材料で少なくとも部分的に覆ってもよい。
一実施形態によると、電極集合のメンバ及び対電極集合のメンバのうち少なくとも１つについて、（Ｉ）及び／又は（ＩＩ）のうちいずれかが成り立つ。
（Ｉ）電極構造１１０の各メンバは、電極活物質層１３２から電流を集めるための電極集電体１３６を含み、電極集電体１３６は、電極活物質層１３２の高さＨＥに沿って高さ方向に少なくとも部分的に延在しており、以下の（ａ）及び（ｂ）のうちの少なくとも１つを含む。
（ａ）電極活物質層１３２の第１の高さ端面５００ａを越えて延びる第１の高さ電極集電体端面６４０ａ
（ｂ）電極活物質層１３２の第２の高さ端面５００ｂを越えて延びる第２の高さ電極集電体端部６４０ｂ
（ＩＩ）対電極構造１１２の各メンバは、対電極活物質層１３８から電流を集めるための対電極集電体１４０を含み、対電極集電体１４０は、対電極活物質層１３８の高さＨＣに沿って高さ方向に少なくとも部分的に延在しており、以下の（ａ）及び（ｂ）うちの少なくとも１つを含む。
（ａ）電極活物質層１３８の高さ方向の第１の高さ端面５０１ａを越えて延在する第１の高さ対電極集電体端部６４２ａ
（ｂ）電極活物質層１３８の第２の高さ端面５０１ｂを越えて延びる第２の高さ電極集電体端部６４２ｂ
図１８Ａに示す実施形態を参照して、電極集電体１３６及び対電極集電体１４０の両方の高さ端６４０ａ，６４０ｂ，６４２ａ，６４２ｂは、電極活物質層１３２及び対電極活物質層１３８の第１及び第２の高さ端面を過ぎて延在していることが分かる。
［電極制約］
一実施形態において、例えば図１Ａに例示されているように、電極アセンブリ１０６の全体的な巨視的成長を制約する電極制約のセット１０８が提供される。電極制約のセット１０８は、電極アセンブリ１０６の膨潤及び変形を低減するような、１つ以上の寸法に沿った電極アセンブリ１０６の成長を制約することができ、それにより、電極制約のセット１０８を有するエネルギー貯蔵デバイス１００の信頼性及びサイクル寿命を向上させることができる。上述したように、いかなる特定の理論にも限定されることなく、二次電池１０２の充放電中に、電極構造１１０と対電極構造１１２との間を移動するキャリアイオンが電極活物質に挿入され、電極活物質及び／又は電極構造１１０を膨張させることができると考えられている。電極構造１１０のこの膨張は、電極及び／又は電極アセンブリ１０６の変形及び膨潤を引き起こし、それにより、電極アセンブリ１０６の構造的完全性を損ない、及び／又は電気的短絡若しくは他の故障の可能性を高め得る。一実施例において、エネルギー貯蔵デバイス１００のサイクル中に電極活物質層１３２の過度の膨潤及び／又は膨張及び収縮は、電極活物質の断片を電極活物質層１３２から離脱及び／又は剥離させ、それによりエネルギー貯蔵デバイス１００の効率及びサイクル寿命を損なう可能性がある。さらに別の実施例では、電極活物質層１３２の過度の膨潤及び／又は膨張及び収縮は、電極活物質が電気的に絶縁性の微孔性セパレータ１３０を破断する原因となり、それにより、電極アセンブリ１０６の電気的短絡及び他の故障を引き起こす可能性がある。従って、一連の電極制約１０８は、そうしない場合には充電状態と放電状態との間のサイクルに伴って起こり得るこの膨潤又は成長を制約して、エネルギー貯蔵デバイス１００の信頼性、効率、及び／又はサイクル寿命を改善する。
一実施形態によれば、電極制約のセット１０８は、電極アセンブリ１０６の縦軸（例えば、図１ＡのＹ軸）に沿った成長及び／又は膨潤を制約するための一次成長制約系１５１を含む。別の実施形態では、電極制約のセット１０８は、高さ軸（例えば、図１ＡのＺ軸）に沿った成長を制約する二次成長制約系１５２を含んでもよい。さらに別の実施形態では、電極制約のセット１０８は、横軸（例えば、図４ＣのＸ軸）に沿った成長を制約する三次成長制約系１５５を含んでもよい。一実施形態では、電極制約のセット１０８は、それぞれ、一次成長制約系１５１及び二次成長制約系１５２、さらには、縦軸及び高さ軸（例えば、Ｙ軸及びＺ軸）に沿って、さらには、縦軸、高さ軸及び横軸の全て（例えば、Ｙ軸、Ｚ軸及びＸ軸）に沿って同時に成長を制約するように協働的に動作する三次成長制約系１５５を含んでいる。例えば、一次成長制約系１５１は、充電状態と放電状態との間のサイクル中に、そうしない場合には電極アセンブリ１０６の積層方向Ｄに沿って発生し得る成長を制約し得て、二次成長制約系１５２は、高さ方向における電極アセンブリ１０６の座屈又は他の変形を防止するために、高さ軸に沿って発生し得る膨潤及び成長を制約し得る。さらなる実施形態では、一実施形態では、二次成長制約系１５２は、一次成長制約系１５１によって課される成長の制約により、悪化し得る高さ軸に沿った膨潤及び／又は膨張を制約し得る。三次成長制約系１５５はまた、任意に、サイクルプロセス中に起こり得る横軸に沿った膨潤及び／又は膨張を減少させることができる。即ち、一実施形態によれば、一次成長制約系１５１及び二次成長制約系１５２、及び任意に三次成長制約系１５５は、電極アセンブリ１０６の多次元成長を協働的に制約するために協働してもよい。
図４Ａ−図４Ｂを参照して、電極アセンブリ１０６のための一次成長制約系１５１及び二次成長制約系１５２を有する電極制約１０８のセットの一実施形態が示される。図４Ａは、結果として得られる２Ｄ断面が高さ軸（Ｚ軸）及び縦軸（Ｙ軸）で図示されるように、縦軸（Ｙ軸）に沿って切断した図１Ａの電極アセンブリ１０６の断面図を示す。図４Ｂは、結果として得られる２Ｄ断面が高さ軸（Ｚ軸）及び横軸（Ｘ軸）で図示されるように、横軸（Ｘ軸）に沿って切断した図１Ａの電極アセンブリ１０６の断面図を示す。図４Ａに示すように、一次成長制約系１５１は、一般的に、縦方向（Ｙ軸）に沿って互いに離間している第１及び第２の一次成長制約１５４，１５６をそれぞれ含み得る。例えば、ある実施形態において、第１及び第２の一次成長制約１５４，１５６は、それぞれ、電極アセンブリ１０６の第１の縦端面１１６を少なくとも部分的に又は全体的に覆う第１の一次成長制約１５４と、電極アセンブリ１０６の第２の縦端面１１８を少なくとも部分的に又は全体的に覆う第２の一次成長制約１５６とを含む。さらに別の態様では、第１及び第２の一次成長制約１５４，１５６のうちの１つ以上は、一次成長制約の１つ以上が電極アセンブリ１０６の内部構造を含む場合のように、電極アセンブリ１０６の縦端１１７、１１９の内部にあり得る。 一次成長制約系１５１は、第１及び第２の一次成長制約１５４，１５６を接続する少なくとも１つの一次接続メンバ１６２をさらに含み、縦方向に平行な主軸を有し得る。例えば、一次成長制約系１５１は、実施形態で図示される高さ軸（Ｚ軸）に沿ったような、縦軸に直交する軸に沿って互いに離間している第１及び第２の一次接続メンバ１６２，１６４をそれぞれ含み得る。第１及び第２の一次接続メンバ１６２，１６４は、それぞれ、第１及び第２の一次成長制約１５４，１５６を互いに接続し、電極アセンブリ１０６の縦軸に沿った成長を制約するように、第１及び第２の一次成長制約１５４，１５６を互いに張った状態に維持するのに役立ち得る。
一実施形態によれば、一次成長制約系１５１を含む電極制約のセット１０８は、二次電池の２０回の連続したサイクルにわたる縦方向の電極アセンブリのフェレット径の増加が、充電状態と放電状態との間で２０％未満であるように、縦方向（即ち、電極積層方向Ｄ）の電極アセンブリ１０６の成長を制約し得る。さらなる例として、一実施形態において、一次成長制約系１５１は、二次電池の３０回の連続したサイクルにわたる縦方向の電極アセンブリのフェレット径のいかなる増加も２０％未満となるように、電極アセンブリ１０６の縦方向の成長を制約し得る。さらなる例として、一実施形態において、一次成長制約系１５１は、二次電池の５０回の連続したサイクルにわたる縦方向の電極アセンブリのフェレット径のいかなる増加も２０％未満となるように、電極アセンブリ１０６の縦方向の成長を制約し得る。さらなる例として、一実施形態において、一次成長制約系１５１は、二次電池の８０回の連続したサイクルにわたる縦方向の電極アセンブリのフェレット径のいかなる増加も２０％未満となるように、電極アセンブリ１０６の縦方向の成長を制約し得る。さらなる例として、一実施形態において、一次成長制約系１５１は、二次電池の１００回の連続したサイクルにわたる縦方向の電極アセンブリのフェレット径のいかなる増加も２０％未満となるように、電極アセンブリ１０６の縦方向の成長を制約し得る。さらなる例として、一実施形態において、一次成長制約系１５１は、二次電池の２００回の連続したサイクルにわたる縦方向の電極アセンブリのフェレット径のいかなる増加も２０％未満となるように、電極アセンブリ１０６の縦方向の成長を制約し得る。さらなる例として、一実施形態において、一次成長制約系１５１は、二次電池の３００回の連続したサイクルにわたる縦方向の電極アセンブリのフェレット径のいかなる増加も２０％未満となるように、電極アセンブリ１０６の縦方向の成長を制約し得る。さらなる例として、一実施形態において、一次成長制約系１５１は、二次電池の５００回の連続したサイクルにわたる縦方向の電極アセンブリのフェレット径のいかなる増加も２０％未満となるように、電極アセンブリ１０６の縦方向の成長を制約し得る。さらなる例として、一実施形態において、一次成長制約系１５１は、二次電池の８００回の連続したサイクルにわたる縦方向の電極アセンブリのフェレット径のいかなる増加も２０％未満となるように、電極アセンブリ１０６の縦方向の成長を制約し得る。さらなる例として、一実施形態において、一次成長制約系１５１は、二次電池の１０００回の連続したサイクルにわたる縦方向の電極アセンブリのフェレット径のいかなる増加も２０％未満となるように、電極アセンブリ１０６の縦方向の成長を制約し得る。さらなる例として、一実施形態において、一次成長制約系１５１は、二次電池の２０００回の連続したサイクルにわたる縦方向の電極アセンブリのフェレット径のいかなる増加も２０％未満となるように、電極アセンブリ１０６の縦方向の成長を制約し得る。さらなる例として、一実施形態において、一次成長制約系１５１は、二次電池の３０００回の連続したサイクルにわたる縦方向の電極アセンブリのフェレット径のいかなる増加も２０％未満となるように、電極アセンブリ１０６の縦方向の成長を制約し得る。さらなる例として、一実施形態において、一次成長制約系１５１は、二次電池の５０００回の連続したサイクルにわたる縦方向の電極アセンブリのフェレット径のいかなる増加も２０％未満となるように、電極アセンブリ１０６の縦方向の成長を制約し得る。さらなる例として、一実施形態において、一次成長制約系１５１は、二次電池の８０００回の連続したサイクルにわたる縦方向の電極アセンブリのフェレット径のいかなる増加も２０％未満となるように、電極アセンブリ１０６の縦方向の成長を制約し得る。さらなる例として、一実施形態において、一次成長制約系１５１は、二次電池の１００００回の連続したサイクルにわたる縦方向の電極アセンブリのフェレット径のいかなる増加も２０％未満となるように、電極アセンブリ１０６の縦方向の成長を制約し得る。
さらに別の実施形態によれば、一次成長制約系１５１を含む電極制約のセット１０８は、二次電池の１０回の連続したサイクルにわたる縦方向の電極アセンブリのフェレット径の増加が、１０％未満であるように、縦方向の電極アセンブリ１０６の成長を制約し得る。さらなる例として、一実施形態において、一次成長制約系１５１は、二次電池の２０回の連続したサイクルにわたる縦方向の電極アセンブリのフェレット径のいかなる増加も１０％未満となるように、電極アセンブリ１０６の縦方向の成長を制約し得る。さらなる例として、一実施形態において、一次成長制約系１５１は、二次電池の３０回の連続したサイクルにわたる縦方向の電極アセンブリのフェレット径のいかなる増加も１０％未満となるように、電極アセンブリ１０６の縦方向の成長を制約し得る。さらなる例として、一実施形態において、一次成長制約系１５１は、二次電池の５０回の連続したサイクルにわたる縦方向の電極アセンブリのフェレット径のいかなる増加も１０％未満となるように、電極アセンブリ１０６の縦方向の成長を制約し得る。さらなる例として、一実施形態において、一次成長制約系１５１は、二次電池の８０回の連続したサイクルにわたる縦方向の電極アセンブリのフェレット径のいかなる増加も１０％未満となるように、電極アセンブリ１０６の縦方向の成長を制約し得る。さらなる例として、一実施形態において、一次成長制約系１５１は、二次電池の１００回の連続したサイクルにわたる縦方向の電極アセンブリのフェレット径のいかなる増加も１０％未満となるように、電極アセンブリ１０６の縦方向の成長を制約し得る。さらなる例として、一実施形態において、一次成長制約系１５１は、二次電池の２００回の連続したサイクルにわたる縦方向の電極アセンブリのフェレット径のいかなる増加も１０％未満となるように、電極アセンブリ１０６の縦方向の成長を制約し得る。さらなる例として、一実施形態において、一次成長制約系１５１は、二次電池の３００回の連続したサイクルにわたる縦方向の電極アセンブリのフェレット径のいかなる増加も１０％未満となるように、電極アセンブリ１０６の縦方向の成長を制約し得る。さらなる例として、一実施形態において、一次成長制約系１５１は、二次電池の５００回の連続したサイクルにわたる縦方向の電極アセンブリのフェレット径のいかなる増加も１０％未満となるように、電極アセンブリ１０６の縦方向の成長を制約し得る。さらなる例として、一実施形態において、一次成長制約系１５１は、二次電池の８００回の連続したサイクルにわたる縦方向の電極アセンブリのフェレット径のいかなる増加も１０％未満となるように、電極アセンブリ１０６の縦方向の成長を制約し得る。さらなる例として、一実施形態において、一次成長制約系１５１は、二次電池の１０００回の連続したサイクルにわたる縦方向の電極アセンブリのフェレット径のいかなる増加も１０％未満となるように、電極アセンブリ１０６の縦方向の成長を制約し得る。さらなる例として、一実施形態において、一次成長制約系１５１は、２０００回の連続したサイクルにわたる縦方向の電極アセンブリのフェレット径のいかなる増加も１０％未満となるように、電極アセンブリ１０６の縦方向の成長を制約し得る。さらなる例として、一実施形態において、一次成長制約系１５１は、二次電池の３０００回の連続したサイクルにわたる縦方向の電極アセンブリのフェレット径のいかなる増加も１０％未満となるように、電極アセンブリ１０６の縦方向の成長を制約し得る。さらなる例として、一実施形態において、一次成長制約系１５１は、二次電池の５０００回の連続したサイクルにわたる縦方向の電極アセンブリのフェレット径のいかなる増加も１０％未満となるように、電極アセンブリ１０６の縦方向の成長を制約し得る。さらなる例として、一実施形態において、一次成長制約系１５１は、二次電池の８０００回の連続したサイクルにわたる縦方向の電極アセンブリのフェレット径のいかなる増加も１０％未満となるように、電極アセンブリ１０６の縦方向の成長を制約し得る。さらなる例として、一実施形態において、一次成長制約系１５１は、二次電池の１００００回の連続したサイクルにわたる縦方向の電極アセンブリのフェレット径のいかなる増加も１０％未満となるように、電極アセンブリ１０６の縦方向の成長を制約し得る。
さらに別の実施形態によれば、一次成長制約系１５１を含む電極制約のセット１０８は、二次電池の５回の連続したサイクルにわたる縦方向の電極アセンブリのフェレット径の増加が、５％未満であるように、縦方向の電極アセンブリ１０６の成長を制約し得る。さらなる例として、一実施形態において、一次成長制約系１５１は、二次電池の１０回の連続したサイクルにわたる縦方向の電極アセンブリのフェレット径のいかなる増加も５％未満となるように、電極アセンブリ１０６の縦方向の成長を制約し得る。さらなる例として、一実施形態において、一次成長制約系１５１は、二次電池の２０回の連続したサイクルにわたる縦方向の電極アセンブリのフェレット径のいかなる増加も５％未満となるように、電極アセンブリ１０６の縦方向の成長を制約し得る。さらなる例として、一実施形態において、一次成長制約系１５１は、二次電池の３０回の連続したサイクルにわたる縦方向の電極アセンブリのフェレット径のいかなる増加も５％未満となるように、電極アセンブリ１０６の縦方向の成長を制約し得る。さらなる例として、一実施形態において、一次成長制約系１５１は、二次電池の５０回の連続したサイクルにわたる縦方向の電極アセンブリのフェレット径のいかなる増加も５％未満となるように、電極アセンブリ１０６の縦方向の成長を制約し得る。さらなる例として、一実施形態において、一次成長制約系１５１は、二次電池の８０回の連続したサイクルにわたる縦方向の電極アセンブリのフェレット径のいかなる増加も５％未満となるように、電極アセンブリ１０６の縦方向の成長を制約し得る。さらなる例として、一実施形態において、一次成長制約系１５１は、二次電池の１００回の連続したサイクルにわたる縦方向の電極アセンブリのフェレット径のいかなる増加も５％未満となるように、電極アセンブリ１０６の縦方向の成長を制約し得る。さらなる例として、一実施形態において、一次成長制約系１５１は、二次電池の２００回の連続したサイクルにわたる縦方向の電極アセンブリのフェレット径のいかなる増加も５％未満となるように、電極アセンブリ１０６の縦方向の成長を制約し得る。さらなる例として、一実施形態において、一次成長制約系１５１は、二次電池の３００回の連続したサイクルにわたる縦方向の電極アセンブリのフェレット径のいかなる増加も５％未満となるように、電極アセンブリ１０６の縦方向の成長を制約し得る。さらなる例として、一実施形態において、一次成長制約系１５１は、二次電池の５００回の連続したサイクルにわたる縦方向の電極アセンブリのフェレット径のいかなる増加も５％未満となるように、電極アセンブリ１０６の縦方向の成長を制約し得る。さらなる例として、一実施形態において、一次成長制約系１５１は、二次電池の８００回の連続したサイクルにわたる縦方向の電極アセンブリのフェレット径のいかなる増加も５％未満となるように、電極アセンブリ１０６の縦方向の成長を制約し得る。さらなる例として、一実施形態において、一次成長制約系１５１は、二次電池の１０００回の連続したサイクルにわたる縦方向の電極アセンブリのフェレット径のいかなる増加も５％未満となるように、電極アセンブリ１０６の縦方向の成長を制約し得る。さらなる例として、一実施形態において、一次成長制約系１５１は、二次電池の２０００回の連続したサイクルにわたる縦方向の電極アセンブリのフェレット径のいかなる増加も５％未満となるように、電極アセンブリ１０６の縦方向の成長を制約し得る。さらなる例として、一実施形態において、一次成長制約系１５１は、二次電池の３０００回の連続したサイクルにわたる縦方向の電極アセンブリのフェレット径のいかなる増加も５％未満となるように、電極アセンブリ１０６の縦方向の成長を制約し得る。さらなる例として、一実施形態において、一次成長制約系１５１は、二次電池の５０００回の連続したサイクルにわたる縦方向の電極アセンブリのフェレット径のいかなる増加も５％未満となるように、電極アセンブリ１０６の縦方向の成長を制約し得る。さらなる例として、一実施形態において、一次成長制約系１５１は、二次電池の８０００回の連続したサイクルにわたる縦方向の電極アセンブリのフェレット径のいかなる増加も５％未満となるように、電極アセンブリ１０６の縦方向の成長を制約し得る。さらなる例として、一実施形態において、一次成長制約系１５１は、二次電池の１００００回の連続したサイクルにわたる縦方向の電極アセンブリのフェレット径のいかなる増加も５％未満となるように、電極アセンブリ１０６の縦方向の成長を制約し得る。
さらに別の実施形態によれば、一次成長制約系１５１を含む電極制約のセット１０８は、二次電池の１サイクル毎の縦方向の電極アセンブリのフェレット径の増加が、１％未満であるように、縦方向の電極アセンブリ１０６の成長を制約し得る。さらなる例として、一実施形態において、一次成長制約系１５１は、二次電池の５回の連続したサイクルにわたる縦方向の電極アセンブリのフェレット径のいかなる増加も１％未満となるように、電極アセンブリ１０６の縦方向の成長を制約し得る。さらなる例として、一実施形態において、一次成長制約系１５１は、二次電池の１０回の連続したサイクルにわたる縦方向の電極アセンブリのフェレット径のいかなる増加も１％未満となるように、電極アセンブリ１０６の縦方向の成長を制約し得る。さらなる例として、一実施形態において、一次成長制約系１５１は、二次電池の２０回の連続したサイクルにわたる縦方向の電極アセンブリのフェレット径のいかなる増加も１％未満となるように、電極アセンブリ１０６の縦方向の成長を制約し得る。さらなる例として、一実施形態において、一次成長制約系１５１は、二次電池の３０回の連続したサイクルにわたる縦方向の電極アセンブリのフェレット径のいかなる増加も１％未満となるように、電極アセンブリ１０６の縦方向の成長を制約し得る。さらなる例として、一実施形態において、一次成長制約系１５１は、二次電池の５０回の連続したサイクルにわたる縦方向の電極アセンブリのフェレット径のいかなる増加も１％未満となるように、電極アセンブリ１０６の縦方向の成長を制約し得る。さらなる例として、一実施形態において、一次成長制約系１５１は、二次電池の８０回の連続したサイクルにわたる縦方向の電極アセンブリのフェレット径のいかなる増加も１％未満となるように、電極アセンブリ１０６の縦方向の成長を制約し得る。さらなる例として、一実施形態において、一次成長制約系１５１は、二次電池の１００回の連続したサイクルにわたる縦方向の電極アセンブリのフェレット径のいかなる増加も１％未満となるように、電極アセンブリ１０６の縦方向の成長を制約し得る。さらなる例として、一実施形態において、一次成長制約系１５１は、二次電池の２００回の連続したサイクルにわたる縦方向の電極アセンブリのフェレット径のいかなる増加も１％未満となるように、電極アセンブリ１０６の縦方向の成長を制約し得る。さらなる例として、一実施形態において、一次成長制約系１５１は、二次電池の３００回の連続したサイクルにわたる縦方向の電極アセンブリのフェレット径のいかなる増加も１％未満となるように、電極アセンブリ１０６の縦方向の成長を制約し得る。さらなる例として、一実施形態において、一次成長制約系１５１は、二次電池の５００回の連続したサイクルにわたる縦方向の電極アセンブリのフェレット径のいかなる増加も１％未満となるように、電極アセンブリ１０６の縦方向の成長を制約し得る。さらなる例として、一実施形態において、一次成長制約系１５１は、二次電池の８００回の連続したサイクルにわたる縦方向の電極アセンブリのフェレット径のいかなる増加も１％未満となるように、電極アセンブリ１０６の縦方向の成長を制約し得る。さらなる例として、一実施形態において、一次成長制約系１５１は、二次電池の１０００回の連続したサイクルにわたる縦方向の電極アセンブリのフェレット径のいかなる増加も１％未満となるように、電極アセンブリ１０６の縦方向の成長を制約し得る。さらなる例として、一実施形態において、一次成長制約系１５１は、二次電池の２０００回の連続したサイクルにわたる縦方向の電極アセンブリのフェレット径のいかなる増加も１％未満となるように、電極アセンブリ１０６の縦方向の成長を制約し得る。さらなる例として、一実施形態において、一次成長制約系１５１は、二次電池の３０００回の連続したサイクルにわたる縦方向の電極アセンブリのフェレット径のいかなる増加も１％未満となるように、電極アセンブリ１０６の縦方向の成長を制約し得る。さらなる例として、一実施形態において、一次成長制約系１５１は、二次電池の５０００回の連続したサイクルにわたる縦方向の電極アセンブリのフェレット径のいかなる増加も１％未満となるように、電極アセンブリ１０６の縦方向の成長を制約し得る。さらなる例として、一実施形態において、一次成長制約系１５１は、二次電池の８０００回の連続したサイクルにわたる縦方向の電極アセンブリのフェレット径のいかなる増加も１％未満となるように、電極アセンブリ１０６の縦方向の成長を制約し得る。さらなる例として、一実施形態において、一次成長制約系１５１は、二次電池の１００００回の連続したサイクルにわたる縦方向の電極アセンブリのフェレット径のいかなる増加も１％未満となるように、電極アセンブリ１０６の縦方向の成長を制約し得る。
充電状態とは、二次電池１０２がその定格容量の少なくとも７５％、例えば定格容量の少なくとも８０％、さらには定格容量の少なくとも９０％、例えば定格容量の少なくとも９５％、さらには定格容量の１００％まで充電されていることを意味する。放電状態とは、二次電池が定格容量の２５％未満、例えば定格容量の２０％未満、さらには１０％未満、例えば定格容量の５％未満、さらにはちょうど０％にまで放電されていることを意味する。さらに、二次電池１０２の実際の容量は、時間の経過とともに、電池が経たサイクル数に応じて変化する可能性があることに留意されたい。即ち、二次電池１０２は、最初は定格容量に近い実測容量を示し得るが、電池の実容量は時間の経過とともに減少し、二次電池１０２は、充電状態から放電状態に移行する際の実容量が定格容量の８０％以下に低下したときに、寿命の終わりにあると考えられる。
図４Ａ及び４Ｂにさらに示すように、電極制約のセット１０８は、二次成長制約系１５２をさらに含み、これは一般に、図示されている実施形態では高さ軸（Ｚ軸）に沿ってのように、縦方向に直交する第２の方向に沿って互いに離間している第１及び第２の二次成長制約１５８、１６０をそれぞれ含み得る。例えば、一実施形態では、第１の二次成長制約１５８は、少なくとも部分的に、電極アセンブリ１０６の横面１４２の第１の領域１４８にわたって延在し、第２の二次成長制約１６０は、少なくとも部分的に、第１の領域１４８に対向する電極アセンブリ１０６の横面１４２の第２の領域１５０にわたって延在する。さらに別の態様では、第１及び第２の二次成長制約１５４，１５６のうちの１つ以上は、二次成長制約のうちの１つ以上が電極アセンブリ１０６の内部構造を構成する場合など、電極アセンブリ１０６の側面１４２の内部にあってもよい。一実施形態では、第１及び第２の二次成長制約１５８、１６０は、それぞれ、少なくとも１つの二次接続メンバ１６６によって接続されており、この二次接続メンバ１６６は、高さ軸などの第２の方向に平行な主軸を有し得る。二次接続メンバ１６６は、例えば高さ方向（例えばＺ軸に沿って）の成長を制約して、縦方向に直交する方向に沿って電極アセンブリ１０６の成長を制約するように、第１及び第２の二次成長制約１５８、１６０をそれぞれ互いに緊張状態で接続して保持するのに役立ち得る。図４Ａに描かれた実施形態では、少なくとも１つの二次接続メンバ１６６は、第１及び第２の一次成長制約１５４、１５６のうちの少なくとも１つに対応し得る。しかしながら、二次接続メンバ１６６は、これに限定されるものではなく、代替的及び／又は追加的に、他の構造及び／又は構成を含み得る。
一実施形態によれば、二次成長制約系１５２を含む電極制約のセットは、二次電池の２０回の連続したサイクルにわたる第２の方向（縦方向と直交する方向、例えば高さ（ｚ軸）方向）の電極アセンブリのフェレット径の増加が、２０％未満であるように、第２の方向の電極アセンブリ１０６の成長を制約し得る。さらなる例として、一実施形態において、二次成長制約系１５２は、二次電池の３０回の連続したサイクルにわたる第２の方向の電極アセンブリのフェレット径のいかなる増加も２０％未満となるように、電極アセンブリ１０６の第２の方向の成長を制約し得る。さらなる例として、一実施形態において、二次成長制約系１５２は、二次電池の５０回の連続したサイクルにわたる第２の方向の電極アセンブリのフェレット径のいかなる増加も２０％未満となるように、電極アセンブリ１０６の第２の方向の成長を制約し得る。さらなる例として、一実施形態において、二次成長制約系１５２は、二次電池の８０回の連続したサイクルにわたる第２の方向の電極アセンブリのフェレット径のいかなる増加も２０％未満となるように、電極アセンブリ１０６の第２の方向の成長を制約し得る。さらなる例として、一実施形態において、二次成長制約系１５２は、二次電池の１００回の連続したサイクルにわたる第２の方向の電極アセンブリのフェレット径のいかなる増加も２０％未満となるように、電極アセンブリ１０６の第２の方向の成長を制約し得る。さらなる例として、一実施形態において、二次成長制約系１５２は、二次電池の２００回の連続したサイクルにわたる第２の方向の電極アセンブリのフェレット径のいかなる増加も２０％未満となるように、電極アセンブリ１０６の第２の方向の成長を制約し得る。さらなる例として、一実施形態において、二次成長制約系１５２は、二次電池の３００回の連続したサイクルにわたる第２の方向の電極アセンブリのフェレット径のいかなる増加も２０％未満となるように、電極アセンブリ１０６の第２の方向の成長を制約し得る。さらなる例として、一実施形態において、二次成長制約系１５２は、二次電池の５００回の連続したサイクルにわたる第２の方向の電極アセンブリのフェレット径のいかなる増加も２０％未満となるように、電極アセンブリ１０６の第２の方向の成長を制約し得る。さらなる例として、一実施形態において、二次成長制約系１５２は、二次電池の８００回の連続したサイクルにわたる第２の方向の電極アセンブリのフェレット径のいかなる増加も２０％未満となるように、電極アセンブリ１０６の第２の方向の成長を制約し得る。さらなる例として、一実施形態において、二次成長制約系１５２は、二次電池の１０００回の連続したサイクルにわたる第２の方向の電極アセンブリのフェレット径のいかなる増加も２０％未満となるように、電極アセンブリ１０６の第２の方向の成長を制約し得る。さらなる例として、一実施形態において、二次成長制約系１５２は、二次電池の２０００回の連続したサイクルにわたる第２の方向の電極アセンブリのフェレット径のいかなる増加も２０％未満となるように、電極アセンブリ１０６の第２の方向の成長を制約し得る。さらなる例として、一実施形態において、二次成長制約系１５２は、二次電池の３０００回の連続したサイクルにわたる第２の方向の電極アセンブリのフェレット径のいかなる増加も２０％未満となるように、電極アセンブリ１０６の第２の方向の成長を制約し得る。さらなる例として、一実施形態において、二次成長制約系１５２は、二次電池の５０００回の連続したサイクルにわたる第２の方向の電極アセンブリのフェレット径のいかなる増加も２０％未満となるように、電極アセンブリ１０６の第２の方向の成長を制約し得る。さらなる例として、一実施形態において、二次成長制約系１５２は、二次電池の８０００回の連続したサイクルにわたる第２の方向の電極アセンブリのフェレット径のいかなる増加も２０％未満となるように、電極アセンブリ１０６の第２の方向の成長を制約し得る。さらなる例として、一実施形態において、二次成長制約系１５２は、二次電池の１００００回の連続したサイクルにわたる第２の方向の電極アセンブリのフェレット径のいかなる増加も２０％未満となるように、電極アセンブリ１０６の第２の方向の成長を制約し得る。
さらに別の実施形態によれば、一次成長制約系１５１を含む電極制約のセット１０８は、二次電池の１０回の連続したサイクルにわたる第２の方向の電極アセンブリのフェレット径の増加が、１０％未満であるように、第２の方向の電極アセンブリ１０６の成長を制約し得る。さらなる例として、一実施形態において、二次成長制約系１５２は、二次電池の２０回の連続したサイクルにわたる第２の方向の電極アセンブリのフェレット径のいかなる増加も１０％未満となるように、電極アセンブリ１０６の第２の方向の成長を制約し得る。さらなる例として、一実施形態において、二次成長制約系１５２は、二次電池の３０回の連続したサイクルにわたる第２の方向の電極アセンブリのフェレット径のいかなる増加も１０％未満となるように、電極アセンブリ１０６の第２の方向の成長を制約し得る。さらなる例として、一実施形態において、二次成長制約系１５２は、二次電池の５０回の連続したサイクルにわたる第２の方向の電極アセンブリのフェレット径のいかなる増加も１０％未満となるように、電極アセンブリ１０６の第２の方向の成長を制約し得る。さらなる例として、一実施形態において、二次成長制約系１５２は、二次電池の８０回の連続したサイクルにわたる第２の方向の電極アセンブリのフェレット径のいかなる増加も１０％未満となるように、電極アセンブリ１０６の第２の方向の成長を制約し得る。さらなる例として、一実施形態において、二次成長制約系１５２は、二次電池の１００回の連続したサイクルにわたる第２の方向の電極アセンブリのフェレット径のいかなる増加も１０％未満となるように、電極アセンブリ１０６の第２の方向の成長を制約し得る。さらなる例として、一実施形態において、二次成長制約系１５２は、二次電池の２００回の連続したサイクルにわたる第２の方向の電極アセンブリのフェレット径のいかなる増加も１０％未満となるように、電極アセンブリ１０６の第２の方向の成長を制約し得る。さらなる例として、一実施形態において、二次成長制約系１５２は、二次電池の３００回の連続したサイクルにわたる第２の方向の電極アセンブリのフェレット径のいかなる増加も１０％未満となるように、電極アセンブリ１０６の第２の方向の成長を制約し得る。さらなる例として、一実施形態において、二次成長制約系１５２は、二次電池の５００回の連続したサイクルにわたる第２の方向の電極アセンブリのフェレット径のいかなる増加も１０％未満となるように、電極アセンブリ１０６の第２の方向の成長を制約し得る。さらなる例として、一実施形態において、二次成長制約系１５２は、二次電池の８００回の連続したサイクルにわたる第２の方向の電極アセンブリのフェレット径のいかなる増加も１０％未満となるように、電極アセンブリ１０６の第２の方向の成長を制約し得る。さらなる例として、一実施形態において、二次成長制約系１５２は、二次電池の１０００回の連続したサイクルにわたる第２の方向の電極アセンブリのフェレット径のいかなる増加も１０％未満となるように、電極アセンブリ１０６の第２の方向の成長を制約し得る。さらなる例として、一実施形態において、二次成長制約系１５２は、２０００回の連続したサイクルにわたる第２の方向の電極アセンブリのフェレット径のいかなる増加も１０％未満となるように、電極アセンブリ１０６の第２の方向の成長を制約し得る。さらなる例として、一実施形態において、二次成長制約系１５２は、二次電池の３０００回の連続したサイクルにわたる第２の方向の電極アセンブリのフェレット径のいかなる増加も１０％未満となるように、電極アセンブリ１０６の第２の方向の成長を制約し得る。さらなる例として、一実施形態において、二次成長制約系１５２は、二次電池の５０００回の連続したサイクルにわたる第２の方向の電極アセンブリのフェレット径のいかなる増加も１０％未満となるように、電極アセンブリ１０６の第２の方向の成長を制約し得る。さらなる例として、一実施形態において、二次成長制約系１５２は、二次電池の８０００回の連続したサイクルにわたる第２の方向の電極アセンブリのフェレット径のいかなる増加も１０％未満となるように、電極アセンブリ１０６の第２の方向の成長を制約し得る。さらなる例として、一実施形態において、二次成長制約系１５２は、二次電池の１００００回の連続したサイクルにわたる第２の方向の電極アセンブリのフェレット径のいかなる増加も１０％未満となるように、電極アセンブリ１０６の第２の方向の成長を制約し得る。
さらに別の実施形態によれば、一次成長制約系１５１を含む電極制約のセット１０８は、二次電池の５回の連続したサイクルにわたる第２の方向の電極アセンブリのフェレット径の増加が、５％未満であるように、第２の方向の電極アセンブリ１０６の成長を制約し得る。さらなる例として、一実施形態において、二次成長制約系１５２は、二次電池の１０回の連続したサイクルにわたる第２の方向の電極アセンブリのフェレット径のいかなる増加も５％未満となるように、電極アセンブリ１０６の第２の方向の成長を制約し得る。さらなる例として、一実施形態において、二次成長制約系１５２は、二次電池の２０回の連続したサイクルにわたる第２の方向の電極アセンブリのフェレット径のいかなる増加も５％未満となるように、電極アセンブリ１０６の第２の方向の成長を制約し得る。さらなる例として、一実施形態において、二次成長制約系１５２は、二次電池の３０回の連続したサイクルにわたる第２の方向の電極アセンブリのフェレット径のいかなる増加も５％未満となるように、電極アセンブリ１０６の第２の方向の成長を制約し得る。さらなる例として、一実施形態において、二次成長制約系１５２は、二次電池の５０回の連続したサイクルにわたる第２の方向の電極アセンブリのフェレット径のいかなる増加も５％未満となるように、電極アセンブリ１０６の第２の方向の成長を制約し得る。さらなる例として、一実施形態において、二次成長制約系１５２は、二次電池の８０回の連続したサイクルにわたる第２の方向の電極アセンブリのフェレット径のいかなる増加も５％未満となるように、電極アセンブリ１０６の第２の方向の成長を制約し得る。さらなる例として、一実施形態において、二次成長制約系１５２は、二次電池の１００回の連続したサイクルにわたる第２の方向の電極アセンブリのフェレット径のいかなる増加も５％未満となるように、電極アセンブリ１０６の第２の方向の成長を制約し得る。さらなる例として、一実施形態において、二次成長制約系１５２は、二次電池の２００回の連続したサイクルにわたる第２の方向の電極アセンブリのフェレット径のいかなる増加も５％未満となるように、電極アセンブリ１０６の第２の方向の成長を制約し得る。さらなる例として、一実施形態において、二次成長制約系１５２は、二次電池の３００回の連続したサイクルにわたる第２の方向の電極アセンブリのフェレット径のいかなる増加も５％未満となるように、電極アセンブリ１０６の第２の方向の成長を制約し得る。さらなる例として、一実施形態において、二次成長制約系１５２は、二次電池の５００回の連続したサイクルにわたる第２の方向の電極アセンブリのフェレット径のいかなる増加も５％未満となるように、電極アセンブリ１０６の第２の方向の成長を制約し得る。さらなる例として、一実施形態において、二次成長制約系１５２は、二次電池の８００回の連続したサイクルにわたる第２の方向の電極アセンブリのフェレット径のいかなる増加も５％未満となるように、電極アセンブリ１０６の第２の方向の成長を制約し得る。さらなる例として、一実施形態において、二次成長制約系１５２は、二次電池の１０００回の連続したサイクルにわたる第２の方向の電極アセンブリのフェレット径のいかなる増加も５％未満となるように、電極アセンブリ１０６の第２の方向の成長を制約し得る。さらなる例として、一実施形態において、二次成長制約系１５２は、二次電池の２０００回の連続したサイクルにわたる第２の方向の電極アセンブリのフェレット径のいかなる増加も５％未満となるように、電極アセンブリ１０６の第２の方向の成長を制約し得る。さらなる例として、一実施形態において、二次成長制約系１５２は、二次電池の３０００回の連続したサイクルにわたる第２の方向の電極アセンブリのフェレット径のいかなる増加も５％未満となるように、電極アセンブリ１０６の第２の方向の成長を制約し得る。さらなる例として、一実施形態において、二次成長制約系１５２は、二次電池の５０００回の連続したサイクルにわたる第２の方向の電極アセンブリのフェレット径のいかなる増加も５％未満となるように、電極アセンブリ１０６の第２の方向の成長を制約し得る。さらなる例として、一実施形態において、二次成長制約系１５２は、二次電池の８０００回の連続したサイクルにわたる第２の方向の電極アセンブリのフェレット径のいかなる増加も５％未満となるように、電極アセンブリ１０６の第２の方向の成長を制約し得る。さらなる例として、一実施形態において、二次成長制約系１５２は、二次電池の１００００回の連続したサイクルにわたる第２の方向の電極アセンブリのフェレット径のいかなる増加も５％未満となるように、電極アセンブリ１０６の第２の方向の成長を制約し得る。
さらに別の実施形態によれば、一次成長制約系１５１を含む電極制約のセット１０８は、二次電池の１サイクル毎の第２の方向の電極アセンブリのフェレット径の増加が、１％未満であるように、第２の方向の電極アセンブリ１０６の成長を制約し得る。さらなる例として、一実施形態において、二次成長制約系１５２は、二次電池の５回の連続したサイクルにわたる第２の方向の電極アセンブリのフェレット径のいかなる増加も１％未満となるように、電極アセンブリ１０６の第２の方向の成長を制約し得る。さらなる例として、一実施形態において、二次成長制約系１５２は、二次電池の１０回の連続したサイクルにわたる第２の方向の電極アセンブリのフェレット径のいかなる増加も１％未満となるように、電極アセンブリ１０６の第２の方向の成長を制約し得る。さらなる例として、一実施形態において、二次成長制約系１５２は、二次電池の２０回の連続したサイクルにわたる第２の方向の電極アセンブリのフェレット径のいかなる増加も１％未満となるように、電極アセンブリ１０６の第２の方向の成長を制約し得る。さらなる例として、一実施形態において、二次成長制約系１５２は、二次電池の３０回の連続したサイクルにわたる第２の方向の電極アセンブリのフェレット径のいかなる増加も１％未満となるように、電極アセンブリ１０６の第２の方向の成長を制約し得る。さらなる例として、一実施形態において、二次成長制約系１５２は、二次電池の５０回の連続したサイクルにわたる第２の方向の電極アセンブリのフェレット径のいかなる増加も１％未満となるように、電極アセンブリ１０６の第２の方向の成長を制約し得る。さらなる例として、一実施形態において、二次成長制約系１５２は、二次電池の８０回の連続したサイクルにわたる第２の方向の電極アセンブリのフェレット径のいかなる増加も１％未満となるように、電極アセンブリ１０６の第２の方向の成長を制約し得る。さらなる例として、一実施形態において、二次成長制約系１５２は、二次電池の１００回の連続したサイクルにわたる第２の方向の電極アセンブリのフェレット径のいかなる増加も１％未満となるように、電極アセンブリ１０６の第２の方向の成長を制約し得る。さらなる例として、一実施形態において、二次成長制約系１５２は、二次電池の２００回の連続したサイクルにわたる第２の方向の電極アセンブリのフェレット径のいかなる増加も１％未満となるように、電極アセンブリ１０６の第２の方向の成長を制約し得る。さらなる例として、一実施形態において、二次成長制約系１５２は、二次電池の３００回の連続したサイクルにわたる第２の方向の電極アセンブリのフェレット径のいかなる増加も１％未満となるように、電極アセンブリ１０６の第２の方向の成長を制約し得る。さらなる例として、一実施形態において、二次成長制約系１５２は、二次電池の５００回の連続したサイクルにわたる第２の方向の電極アセンブリのフェレット径のいかなる増加も１％未満となるように、電極アセンブリ１０６の第２の方向の成長を制約し得る。さらなる例として、一実施形態において、二次成長制約系１５２は、二次電池の８００回の連続したサイクルにわたる第２の方向の電極アセンブリのフェレット径のいかなる増加も１％未満となるように、電極アセンブリ１０６の第２の方向の成長を制約し得る。さらなる例として、一実施形態において、二次成長制約系１５２は、二次電池の１０００回の連続したサイクルにわたる第２の方向の電極アセンブリのフェレット径のいかなる増加も１％未満となるように、電極アセンブリ１０６の第２の方向の成長を制約し得る。さらなる例として、一実施形態において、二次成長制約系１５２は、二次電池の２０００回の連続したサイクルにわたる第２の方向の電極アセンブリのフェレット径のいかなる増加も１％未満となるように、電極アセンブリ１０６の第２の方向の成長を制約し得る。さらなる例として、一実施形態において、二次成長制約系１５２は、二次電池の３０００回の連続したサイクルにわたる第２の方向の電極アセンブリのフェレット径のいかなる増加も１％未満となるように、電極アセンブリ１０６の第２の方向の成長を制約し得る。さらなる例として、一実施形態において、二次成長制約系１５２は、二次電池の５０００回の連続したサイクルにわたる第２の方向の電極アセンブリのフェレット径のいかなる増加も１％未満となるように、電極アセンブリ１０６の第２の方向の成長を制約し得る。さらなる例として、一実施形態において、二次成長制約系１５２は、二次電池の８０００回の連続したサイクルにわたる第２の方向の電極アセンブリのフェレット径のいかなる増加も１％未満となるように、電極アセンブリ１０６の第２の方向の成長を制約し得る。さらなる例として、一実施形態において、二次成長制約系１５２は、二次電池の１００００回の連続したサイクルにわたる第２の方向の電極アセンブリのフェレット径のいかなる増加も１％未満となるように、電極アセンブリ１０６の第２の方向の成長を制約し得る。
図４Ｃは、縦方向及び第２の方向に直交する第３の方向、例えば横（Ｘ）方向に電極アセンブリの成長を制約するための三次成長制約系１５５をさらに含む、電極制約のセット１０８の一実施形態を示している。三次成長制約系１５５は、三次元での電極アセンブリ１０６の全体的な成長を制約するために、それぞれ一次成長制約系１５１及び二次成長制約系１５２に加えて提供されてもよく、及び／又は、二次元での電極アセンブリ１０６の全体的な成長を制約するために、それぞれ一次成長制約系１５１及び二次成長制約系１５２のいずれかと組み合わせて提供されてもよい。図４Ｃは、結果として得られる２次元断面が高さ軸（Ｚ軸）及び横軸（Ｘ軸）で図示されるように、横軸（Ｘ軸）に沿って切断された図１Ａの電極アセンブリ１０６の断面を示す。図４Ｃに示すように、三次成長制約系１５５は、一般的に、横方向（Ｘ軸）のような第３の方向に沿って互いに離間した第１及び第２の第３次成長制約１５７，１５９をそれぞれ含み得る。例えば、一実施形態では、第１の三次成長制約１５７は、少なくとも部分的に、電極アセンブリ１０６の横面１４２の第１の領域１４４にわたって延在し、第２の三次成長制約１５９は、少なくとも部分的に、横方向に第１の領域１４４に対向する電極アセンブリ１０６の横面１４２の第２の領域１４６にわたって延在する。さらに別の態様では、第１及び第２の三次成長制約１５７，１５９のうちの１つ以上は、三次成長制約の１つ以上が電極アセンブリ１０６の内部構造を構成する場合などに、電極アセンブリ１０６の横面１４２の内部にあってもよい。一実施形態では、第１及び第２の三次成長制約１５７，１５９は、それぞれ、少なくとも１つの三次接続メンバ１６５によって接続されており、この三次接続メンバ１６５は、第３の方向に平行な主軸を有し得る。三次接続メンバ１６５は、第１及び第２の三次成長制約１５７、１５９をそれぞれ互いに緊張状態で接続して保持するように、例えば、縦方向に直交する方向に沿って、横方向（例えば、Ｘ軸に沿って）の成長を制約するように、電極アセンブリ１０６の成長を制約するのに役立ち得る。図４Ｃに描かれた実施形態では、少なくとも１つの三次接続メンバ１６５は、第１及び第２の二次成長制約１５８，１６０のうちの少なくとも１つに対応し得る。しかしながら、三次接続メンバ１６５は、これに限定されず、代替的及び／又は追加的に、他の構造及び／又は構成を含み得る。例えば、少なくとも１つの三次接続メンバ１６５は、１つの実施形態では、第１及び第２の一次成長制約１５４，１５６（図示なし）のうちの少なくとも１つに対応し得る。
一実施形態によれば、三次成長制約系１５５を有する電極制約のセットは、二次電池の２０回の連続したサイクルにわたる第３の方向（縦方向と直交する方向、例えば横（Ｘ軸）方向）の電極アセンブリのフェレット径の増加が、２０％未満であるように、第３の方向の電極アセンブリ１０６の成長を制約し得る。さらなる例として、一実施形態において、三次成長制約系１５５は、二次電池の３０回の連続したサイクルにわたる第３の方向の電極アセンブリのフェレット径のいかなる増加も２０％未満となるように、電極アセンブリ１０６の第３の方向の成長を制約し得る。さらなる例として、一実施形態において、三次成長制約系１５５は、二次電池の５０回の連続したサイクルにわたる第３の方向の電極アセンブリのフェレット径のいかなる増加も２０％未満となるように、電極アセンブリ１０６の第３の方向の成長を制約し得る。さらなる例として、一実施形態において、三次成長制約系１５５は、二次電池の８０回の連続したサイクルにわたる第３の方向の電極アセンブリのフェレット径のいかなる増加も２０％未満となるように、電極アセンブリ１０６の第３の方向の成長を制約し得る。さらなる例として、一実施形態において、三次成長制約系１５５は、二次電池の１００回の連続したサイクルにわたる第３の方向の電極アセンブリのフェレット径のいかなる増加も２０％未満となるように、電極アセンブリ１０６の第３の方向の成長を制約し得る。さらなる例として、一実施形態において、三次成長制約系１５５は、二次電池の２００回の連続したサイクルにわたる第３の方向の電極アセンブリのフェレット径のいかなる増加も２０％未満となるように、電極アセンブリ１０６の第３の方向の成長を制約し得る。さらなる例として、一実施形態において、三次成長制約系１５５は、二次電池の３００回の連続したサイクルにわたる第３の方向の電極アセンブリのフェレット径のいかなる増加も２０％未満となるように、電極アセンブリ１０６の第３の方向の成長を制約し得る。さらなる例として、一実施形態において、三次成長制約系１５５は、二次電池の５００回の連続したサイクルにわたる第３の方向の電極アセンブリのフェレット径のいかなる増加も２０％未満となるように、電極アセンブリ１０６の第３の方向の成長を制約し得る。さらなる例として、一実施形態において、三次成長制約系１５５は、二次電池の８００回の連続したサイクルにわたる第３の方向の電極アセンブリのフェレット径のいかなる増加も２０％未満となるように、電極アセンブリ１０６の第３の方向の成長を制約し得る。さらなる例として、一実施形態において、三次成長制約系１５５は、二次電池の１０００回の連続したサイクルにわたる第３の方向の電極アセンブリのフェレット径のいかなる増加も２０％未満となるように、電極アセンブリ１０６の第３の方向の成長を制約し得る。さらなる例として、一実施形態において、三次成長制約系１５５は、二次電池の２０００回の連続したサイクルにわたる第３の方向の電極アセンブリのフェレット径のいかなる増加も２０％未満となるように、電極アセンブリ１０６の第３の方向の成長を制約し得る。さらなる例として、一実施形態において、三次成長制約系１５５は、二次電池の３０００回の連続したサイクルにわたる第３の方向の電極アセンブリのフェレット径のいかなる増加も２０％未満となるように、電極アセンブリ１０６の第３の方向の成長を制約し得る。さらなる例として、一実施形態において、三次成長制約系１５５は、二次電池の５０００回の連続したサイクルにわたる第３の方向の電極アセンブリのフェレット径のいかなる増加も２０％未満となるように、電極アセンブリ１０６の第３の方向の成長を制約し得る。さらなる例として、一実施形態において、三次成長制約系１５５は、二次電池の８０００回の連続したサイクルにわたる第３の方向の電極アセンブリのフェレット径のいかなる増加も２０％未満となるように、電極アセンブリ１０６の第３の方向の成長を制約し得る。さらなる例として、一実施形態において、三次成長制約系１５５は、二次電池の１００００回の連続したサイクルにわたる第３の方向の電極アセンブリのフェレット径のいかなる増加も２０％未満となるように、電極アセンブリ１０６の第３の方向の成長を制約し得る。
さらに別の実施形態によれば、一次成長制約系１５１を含む電極制約のセット１０８は、二次電池の１０回の連続したサイクルにわたる第３の方向の電極アセンブリのフェレット径の増加が、１０％未満であるように、第３の方向の電極アセンブリ１０６の成長を制約し得る。さらなる例として、一実施形態において、三次成長制約系１５５は、二次電池の２０回の連続したサイクルにわたる第３の方向の電極アセンブリのフェレット径のいかなる増加も１０％未満となるように、電極アセンブリ１０６の第３の方向の成長を制約し得る。さらなる例として、一実施形態において、三次成長制約系１５５は、二次電池の３０回の連続したサイクルにわたる第３の方向の電極アセンブリのフェレット径のいかなる増加も１０％未満となるように、電極アセンブリ１０６の第３の方向の成長を制約し得る。さらなる例として、一実施形態において、三次成長制約系１５５は、二次電池の５０回の連続したサイクルにわたる第３の方向の電極アセンブリのフェレット径のいかなる増加も１０％未満となるように、電極アセンブリ１０６の第３の方向の成長を制約し得る。さらなる例として、一実施形態において、三次成長制約系１５５は、二次電池の８０回の連続したサイクルにわたる第３の方向の電極アセンブリのフェレット径のいかなる増加も１０％未満となるように、電極アセンブリ１０６の第３の方向の成長を制約し得る。さらなる例として、一実施形態において、三次成長制約系１５５は、二次電池の１００回の連続したサイクルにわたる第３の方向の電極アセンブリのフェレット径のいかなる増加も１０％未満となるように、電極アセンブリ１０６の第３の方向の成長を制約し得る。さらなる例として、一実施形態において、三次成長制約系１５５は、二次電池の２００回の連続したサイクルにわたる第３の方向の電極アセンブリのフェレット径のいかなる増加も１０％未満となるように、電極アセンブリ１０６の第３の方向の成長を制約し得る。さらなる例として、一実施形態において、三次成長制約系１５５は、二次電池の３００回の連続したサイクルにわたる第３の方向の電極アセンブリのフェレット径のいかなる増加も１０％未満となるように、電極アセンブリ１０６の第３の方向の成長を制約し得る。さらなる例として、一実施形態において、三次成長制約系１５５は、二次電池の５００回の連続したサイクルにわたる第３の方向の電極アセンブリのフェレット径のいかなる増加も１０％未満となるように、電極アセンブリ１０６の第３の方向の成長を制約し得る。さらなる例として、一実施形態において、三次成長制約系１５５は、二次電池の８００回の連続したサイクルにわたる第３の方向の電極アセンブリのフェレット径のいかなる増加も１０％未満となるように、電極アセンブリ１０６の第３の方向の成長を制約し得る。さらなる例として、一実施形態において、三次成長制約系１５５は、二次電池の１０００回の連続したサイクルにわたる第３の方向の電極アセンブリのフェレット径のいかなる増加も１０％未満となるように、電極アセンブリ１０６の第３の方向の成長を制約し得る。さらなる例として、一実施形態において、三次成長制約系１５５は、２０００回の連続したサイクルにわたる第３の方向の電極アセンブリのフェレット径のいかなる増加も１０％未満となるように、電極アセンブリ１０６の第３の方向の成長を制約し得る。さらなる例として、一実施形態において、三次成長制約系１５５は、二次電池の３０００回の連続したサイクルにわたる第３の方向の電極アセンブリのフェレット径のいかなる増加も１０％未満となるように、電極アセンブリ１０６の第３の方向の成長を制約し得る。さらなる例として、一実施形態において、三次成長制約系１５５は、二次電池の５０００回の連続したサイクルにわたる第３の方向の電極アセンブリのフェレット径のいかなる増加も１０％未満となるように、電極アセンブリ１０６の第３の方向の成長を制約し得る。さらなる例として、一実施形態において、三次成長制約系１５５は、二次電池の８０００回の連続したサイクルにわたる第３の方向の電極アセンブリのフェレット径のいかなる増加も１０％未満となるように、電極アセンブリ１０６の第３の方向の成長を制約し得る。さらなる例として、一実施形態において、三次成長制約系１５５は、二次電池の１００００回の連続したサイクルにわたる第３の方向の電極アセンブリのフェレット径のいかなる増加も１０％未満となるように、電極アセンブリ１０６の第３の方向の成長を制約し得る。
さらに別の実施形態によれば、一次成長制約系１５１を含む電極制約のセット１０８は、二次電池の５回の連続したサイクルにわたる第３の方向の電極アセンブリのフェレット径の増加が、５％未満であるように、第３の方向の電極アセンブリ１０６の成長を制約し得る。さらなる例として、一実施形態において、三次成長制約系１５５は、二次電池の１０回の連続したサイクルにわたる第３の方向の電極アセンブリのフェレット径のいかなる増加も５％未満となるように、電極アセンブリ１０６の第３の方向の成長を制約し得る。さらなる例として、一実施形態において、三次成長制約系１５５は、二次電池の２０回の連続したサイクルにわたる第３の方向の電極アセンブリのフェレット径のいかなる増加も５％未満となるように、電極アセンブリ１０６の第３の方向の成長を制約し得る。さらなる例として、一実施形態において、三次成長制約系１５５は、二次電池の３０回の連続したサイクルにわたる第３の方向の電極アセンブリのフェレット径のいかなる増加も５％未満となるように、電極アセンブリ１０６の第３の方向の成長を制約し得る。さらなる例として、一実施形態において、三次成長制約系１５５は、二次電池の５０回の連続したサイクルにわたる第３の方向の電極アセンブリのフェレット径のいかなる増加も５％未満となるように、電極アセンブリ１０６の第３の方向の成長を制約し得る。さらなる例として、一実施形態において、三次成長制約系１５５は、二次電池の８０回の連続したサイクルにわたる第３の方向の電極アセンブリのフェレット径のいかなる増加も５％未満となるように、電極アセンブリ１０６の第３の方向の成長を制約し得る。さらなる例として、一実施形態において、三次成長制約系１５５は、二次電池の１００回の連続したサイクルにわたる第３の方向の電極アセンブリのフェレット径のいかなる増加も５％未満となるように、電極アセンブリ１０６の第３の方向の成長を制約し得る。さらなる例として、一実施形態において、三次成長制約系１５５は、二次電池の２００回の連続したサイクルにわたる第３の方向の電極アセンブリのフェレット径のいかなる増加も５％未満となるように、電極アセンブリ１０６の第３の方向の成長を制約し得る。さらなる例として、一実施形態において、三次成長制約系１５５は、二次電池の３００回の連続したサイクルにわたる第３の方向の電極アセンブリのフェレット径のいかなる増加も５％未満となるように、電極アセンブリ１０６の第３の方向の成長を制約し得る。さらなる例として、一実施形態において、三次成長制約系１５５は、二次電池の５００回の連続したサイクルにわたる第３の方向の電極アセンブリのフェレット径のいかなる増加も５％未満となるように、電極アセンブリ１０６の第３の方向の成長を制約し得る。さらなる例として、一実施形態において、三次成長制約系１５５は、二次電池の８００回の連続したサイクルにわたる第３の方向の電極アセンブリのフェレット径のいかなる増加も５％未満となるように、電極アセンブリ１０６の第３の方向の成長を制約し得る。さらなる例として、一実施形態において、三次成長制約系１５５は、二次電池の１０００回の連続したサイクルにわたる第３の方向の電極アセンブリのフェレット径のいかなる増加も５％未満となるように、電極アセンブリ１０６の第３の方向の成長を制約し得る。さらなる例として、一実施形態において、三次成長制約系１５５は、二次電池の２０００回の連続したサイクルにわたる第３の方向の電極アセンブリのフェレット径のいかなる増加も５％未満となるように、電極アセンブリ１０６の第３の方向の成長を制約し得る。さらなる例として、一実施形態において、三次成長制約系１５５は、二次電池の３０００回の連続したサイクルにわたる第３の方向の電極アセンブリのフェレット径のいかなる増加も５％未満となるように、電極アセンブリ１０６の第３の方向の成長を制約し得る。さらなる例として、一実施形態において、三次成長制約系１５５は、二次電池の５０００回の連続したサイクルにわたる第３の方向の電極アセンブリのフェレット径のいかなる増加も５％未満となるように、電極アセンブリ１０６の第３の方向の成長を制約し得る。さらなる例として、一実施形態において、三次成長制約系１５５は、二次電池の８０００回の連続したサイクルにわたる第３の方向の電極アセンブリのフェレット径のいかなる増加も５％未満となるように、電極アセンブリ１０６の第３の方向の成長を制約し得る。さらなる例として、一実施形態において、三次成長制約系１５５は、二次電池の１００００回の連続したサイクルにわたる第３の方向の電極アセンブリのフェレット径のいかなる増加も５％未満となるように、電極アセンブリ１０６の第３の方向の成長を制約し得る。
さらに別の実施形態によれば、一次成長制約系１５１を含む電極制約のセット１０８は、二次電池の１サイクル毎の第３の方向の電極アセンブリのフェレット径の増加が、１％未満であるように、第３の方向の電極アセンブリ１０６の成長を制約し得る。さらなる例として、一実施形態において、三次成長制約系１５５は、二次電池の５回の連続したサイクルにわたる第３の方向の電極アセンブリのフェレット径のいかなる増加も１％未満となるように、電極アセンブリ１０６の第３の方向の成長を制約し得る。さらなる例として、一実施形態において、三次成長制約系１５５は、二次電池の１０回の連続したサイクルにわたる第３の方向の電極アセンブリのフェレット径のいかなる増加も１％未満となるように、電極アセンブリ１０６の第３の方向の成長を制約し得る。さらなる例として、一実施形態において、三次成長制約系１５５は、二次電池の２０回の連続したサイクルにわたる第３の方向の電極アセンブリのフェレット径のいかなる増加も１％未満となるように、電極アセンブリ１０６の第３の方向の成長を制約し得る。さらなる例として、一実施形態において、三次成長制約系１５５は、二次電池の３０回の連続したサイクルにわたる第３の方向の電極アセンブリのフェレット径のいかなる増加も１％未満となるように、電極アセンブリ１０６の第３の方向の成長を制約し得る。さらなる例として、一実施形態において、三次成長制約系１５５は、二次電池の５０回の連続したサイクルにわたる第３の方向の電極アセンブリのフェレット径のいかなる増加も１％未満となるように、電極アセンブリ１０６の第３の方向の成長を制約し得る。さらなる例として、一実施形態において、三次成長制約系１５５は、二次電池の８０回の連続したサイクルにわたる第３の方向の電極アセンブリのフェレット径のいかなる増加も１％未満となるように、電極アセンブリ１０６の第３の方向の成長を制約し得る。さらなる例として、一実施形態において、三次成長制約系１５５は、二次電池の１００回の連続したサイクルにわたる第３の方向の電極アセンブリのフェレット径のいかなる増加も１％未満となるように、電極アセンブリ１０６の第３の方向の成長を制約し得る。さらなる例として、一実施形態において、三次成長制約系１５５は、二次電池の２００回の連続したサイクルにわたる第３の方向の電極アセンブリのフェレット径のいかなる増加も１％未満となるように、電極アセンブリ１０６の第３の方向の成長を制約し得る。さらなる例として、一実施形態において、三次成長制約系１５５は、二次電池の３００回の連続したサイクルにわたる第３の方向の電極アセンブリのフェレット径のいかなる増加も１％未満となるように、電極アセンブリ１０６の第３の方向の成長を制約し得る。さらなる例として、一実施形態において、三次成長制約系１５５は、二次電池の５００回の連続したサイクルにわたる第３の方向の電極アセンブリのフェレット径のいかなる増加も１％未満となるように、電極アセンブリ１０６の第３の方向の成長を制約し得る。さらなる例として、一実施形態において、三次成長制約系１５５は、二次電池の８００回の連続したサイクルにわたる第３の方向の電極アセンブリのフェレット径のいかなる増加も１％未満となるように、電極アセンブリ１０６の第３の方向の成長を制約し得る。さらなる例として、一実施形態において、三次成長制約系１５５は、二次電池の１０００回の連続したサイクルにわたる第３の方向の電極アセンブリのフェレット径のいかなる増加も１％未満となるように、電極アセンブリ１０６の第３の方向の成長を制約し得る。さらなる例として、一実施形態において、三次成長制約系１５５は、二次電池の２０００回の連続したサイクルにわたる第３の方向の電極アセンブリのフェレット径のいかなる増加も１％未満となるように、電極アセンブリ１０６の第３の方向の成長を制約し得る。さらなる例として、一実施形態において、三次成長制約系１５５は、二次電池の３０００回の連続したサイクルにわたる第３の方向の電極アセンブリのフェレット径のいかなる増加も１％未満となるように、電極アセンブリ１０６の第３の方向の成長を制約し得る。さらなる例として、一実施形態において、三次成長制約系１５５は、二次電池の５０００回の連続したサイクルにわたる第３の方向の電極アセンブリのフェレット径のいかなる増加も１％未満となるように、電極アセンブリ１０６の第３の方向の成長を制約し得る。さらなる例として、一実施形態において、三次成長制約系１５５は、二次電池の８０００回の連続したサイクルにわたる第３の方向の電極アセンブリのフェレット径のいかなる増加も１％未満となるように、電極アセンブリ１０６の第３の方向の成長を制約し得る。さらなる例として、一実施形態において、三次成長制約系１５５は、二次電池の１００００回の連続したサイクルにわたる第３の方向の電極アセンブリのフェレット径のいかなる増加も１％未満となるように、電極アセンブリ１０６の第３の方向の成長を制約し得る。
一実施形態によれば、一次成長制約系１５１及び二次成長制約系１５２、並びにオプションで三次成長制約系１５５は、協調的に動作するように構成されている。例えば、一次成長制約系１５１の一部が二次成長制約系１５２の一部として協調的に動作してもよく、及び／又は、二次成長制約系１５２の一部が一次成長制約系１５１の一部として協調的に作用してもよく、また、一次成長制約系１５１及び／又は二次制約系１５２のいずれかの部分は、それぞれ、三次成長制約系の一部として協調的に作用してもよく、その逆であってもよい。例えば、図４Ａ及び図４Ｂに示す実施形態では、一次成長制約系１５１の第１及び第２の一次接続メンバ１６２、１６４は、それぞれ、縦方向に直交する第２の方向の成長を制約する第１及び第２の二次成長制約１５８、１６０の少なくとも一部、又は全体の構造として機能し得る。さらに別の実施形態では、上述したように、第１及び第２の一次成長制約１５４、１５６のうちの１つ以上は、それぞれ第１及び第２の二次成長制約１５８、１６０を接続するための１つ以上の二次接続メンバ１６６として機能することができる。逆に、第１及び第２の二次成長制約１５８，１６０の少なくとも一部は、それぞれ、一次成長制約系１５１の第１及び第２の一次接続メンバ１６２，１６４として機能することができ、二次成長制約系１５２の少なくとも１つの二次接続メンバ１６６は、１つの実施形態では、それぞれ、第１及び第２の一次成長制約１５４，１５６の１つ以上の二次接続メンバ１６６として機能することができる。さらに別の実施形態では、一次成長制約系１５１の第１及び第２の一次接続メンバ１６２，１６４の少なくとも一部、及び／又は二次成長制約系１５２の少なくとも１つの二次接続メンバ１６６は、それぞれ、縦方向に直交する横方向の成長を制約する第１及び第２の三次成長制約１５７，１５９の少なくとも一部、又は全体の構造として機能することができる。さらに別の実施形態では、第１及び第２の一次成長制約１５４、１５６、及び／又は第１及び第２の二次成長制約１５８、１６０のうちの１つ以上は、それぞれ、第１及び第２の三次成長制約１５７、１５９を接続するための１つ以上の三次接続メンバ１６６として機能することができる。逆に、第１及び第２の三次成長制約１５７，１５９の少なくとも一部は、それぞれ、一次成長制約系１５１の第１及び第２の一次接続メンバ１６２，１６４、及び／又は二次成長制約系１５２の少なくとも１つの二次接続メンバ１６６として機能することができる。また、三次成長制約系１５５の少なくとも１つの三次接続メンバ１６５は、１つの実施形態において、それぞれ第１及び第２の一次成長制約１５４、１５６の１つ以上、及び／又は第１及び第２の二次成長制約１５８、１６０の１つ以上として機能することができる。代替的及び／又は追加的に、一次成長制約、二次成長制約、及び／又は三次成長制約は、電極アセンブリ１０６の成長を制約するように協力する他の構造を含み得る。従って、一次成長制約系１５１及び二次成長制約系１５２、並びに任意に第３の成長制約系１５５は、電極アセンブリ１０６の成長を制約するように作用するための構成要素及び／又は構造を共有し得る。
一実施形態では、電極制約のセット１０８は、一次成長制約及び二次成長制約、並びに一次接続メンバ及び二次接続メンバのような構造物を含み得て、それは、電池筐体１０４の外部及び／又は内部にある構造物であるか、又は電池筐体１０４自体の一部であってもよい。例えば、電極制約のセット１０８は、電池筐体１０４だけでなく、他の構造メンバを含む構造の組み合わせを構成することができる。そのような一実施形態において、電池筐体１０４は、一次成長制約系１５１及び／又は二次成長制約系１５２の構成要素であってもよく、別の言い方をすれば、一実施形態では、電池筐体１０４は、単独で、又は１つ以上の他の構造物（電池筐体１０４内及び／又は外部、例えば、一次成長制約系１５１及び／又は二次成長制約系１５２）との組み合わせで、電極積層方向Ｄ及び／又は積層方向に直交する第２の方向Ｄにおける電極アセンブリ１０６の成長を制約する。例えば、一次成長制約系１５４、１５６及び二次成長制約系１５８、１６０のうちの１つ以上は、電極アセンブリの内部にある構造を構成することができる。別の実施形態では、一次成長制約系１５１及び／又は二次成長制約系１５２は、電池筐体１０４を含まず、代わりに、電池筐体１０４以外の１つ以上の離散構造（電池筐体１０４内及び／又は電池筐体１０４外）が、電極の積層方向Ｄ、及び／又は積層方向Ｄに直交する第２の方向において、電極アセンブリ１０６の成長を制約する。別の実施形態では、一時成長制約系及び二次成長制約系、並びにオプションで三次成長制約系も、電池筐体内にあり、これは、密閉された電池筐体のような、閉じられた電池筐体であってもよい。電極アセンブリ１０６は、エネルギー貯蔵デバイス１００又は電極アセンブリ１０６を有する二次電池の繰り返しサイクルの間に、電極アセンブリ１０６の成長及び／又は膨潤によって及ぼされる圧力よりも大きい圧力で、電極制約のセット１０８によって制約されてもよい。
一つの例示的な実施形態では、一次成長制約系１５１は、電極アセンブリ１０６の一部としての電極構造１１０を有する二次電池１０２の繰り返しサイクル時に、積層方向Ｄにおいて電極構造１１０によって生成される圧力を超える圧力を作用させることによって、積層方向Ｄにおける電極構造１１０の成長を制約する電池筐体１０４内の一つ以上の離散構造を含む。別の例示的な実施形態では、一次成長制約系１５１は、電極アセンブリ１０６の一部としての電極構造１１２を有する二次電池１０２の繰り返しサイクル時に、積層方向Ｄにおいて、積層方向Ｄにおいて電極構造１１２によって生成される圧力を超える圧力を与えることによって、積層方向Ｄにおける電極構造１１２の成長を制約する、電池筐体１０４内の１つ以上の離散的な構造を含む。二次成長制約系１５２は、同様に、電極構造１１０又は対電極構造１１２を有する二次電池１０２の繰り返しサイクル時に、積層方向Ｄに直交する第２の方向（例えば高さ（Ｚ）軸）に沿って、それぞれ電極構造１１０又は対電極構造１１２によって生成される圧力を超える圧力を第２の方向に及ぼすことにより電極構造１１０及び対電極構造１１２の少なくとも１つの第２の方向の成長を制約する、１つ以上の離散的な構造を、電池筐体１０４内に含み得る。
さらに別の実施形態において、一次成長制約系１５１の第１及び第２の一次成長制約１５４，１５６は、それぞれ、電極アセンブリ１０６の第１及び第２の縦端面１１６，１１８に、第１及び第２の一次成長制約１５４，１５６が電極アセンブリ１０６の他の面に及ぼす圧力（電極アセンブリ１０６の側面１４２のうち横軸及び／又は高さ軸に沿った第１及び第２の領域のように、縦方向に直交する方向の）を超える圧力をかけることにより、電極アセンブリ１０６の成長を制約する。即ち、第１及び第２の一次成長制約１５４、１５６は、横（Ｘ軸）方向及び高さ（Ｚ軸）方向のような、それに直交する方向において、それによって生じる圧力を超える圧力を縦方向（Ｙ軸）に及ぼしてもよい。例えば、そのような一実施形態では、一次成長制約系１５１は、第１及び第２の縦端面１１６，１１８上の（即ち、積層方向Ｄの）圧力が、積層方向Ｄに直交する２つの方向のうちの少なくとも１つ、又は両方の方向において、一次成長制約系１５１によって電極アセンブリ１０６上に維持された圧力を少なくとも３倍（by a factor at least 3））上回る圧力で、電極アセンブリ１０６の成長を制約する。さらなる例によると、そのような一実施形態では、一次成長制約系１５１は、積層方向Ｄに垂直な２つの方向のうちの少なくとも１つ、又は両方において、一次成長制約系１５１によって電極アセンブリ１０６上に維持される圧力を少なくとも４倍（by a factor at least 4）超える第１及び第２の縦端面１１６，１１８上の圧力（即ち、積層方向Ｄにおいて）で、電極アセンブリ１０６の成長を制約し、この圧力は、積層方向Ｄに垂直な２つの方向のうちの少なくとも１つ、又は両方において、一次成長制約系１５１によって電極アセンブリ１０６上に維持される圧力を超える。さらなる例によって、そのような一実施形態では、一次成長制約系１５１は、第１及び第２の縦端面１１６、１１８上の（即ち、積層方向Ｄの）圧力が、積層方向Ｄに直交する２つの方向のうちの少なくとも１つ、又はその両方において、電極アセンブリ１０６上に維持された圧力を少なくとも５倍（by a factor at least 5））超える圧力で、電極アセンブリ１０６の成長を制約する。
同様に、一実施形態において、一次成長制約系１５１の第１及び第２の二次成長制約１５８，１６０は、電極アセンブリ１０６の側面１４２の第１及び第２の領域に、電極アセンブリ１０６の第２の方向に直交する方向の他の面にそれぞれ第１及び第２の二次成長制約１５８，１６０により加えられる圧力を超える圧力を、縦方向に直交する第２の方向に（例えば、高さ軸に沿って対向する第１及び第２の面領域１４８，１５０に、即ち縦方向に）及ぼすことにより、電極アセンブリ１０６の成長を制約する。即ち、第１及び第２の二次成長制約１５８、１６０は、それぞれ、横（Ｘ軸）方向及び縦（Ｙ軸）方向など、それに直交する方向においてそれによって生じる圧力を超える高さ方向（Ｚ軸）の圧力を及ぼしてもよい。例えば、そのような１つの実施形態では、二次成長制約系１５２は、第１及び第２の対向する表面領域１４８、１５０上のそれぞれ（即ち、高さ方向）の圧力が、それに直交する２つの方向のうちの少なくとも１つ、又は両方において、二次成長制約系１５２によって電極アセンブリ１０６上に維持される圧力を少なくとも３倍（by a factor at least 3）超えるような圧力で、電極アセンブリ１０６の成長を制約している。さらなる例によって、そのような一実施形態では、二次成長制約系１５２は、第１及び第２の対向する表面領域１４８、１５０上のそれぞれ（即ち、高さ方向）の圧力が、それに直交する２つの方向のうちの少なくとも１つ、又は両方において、二次成長制約系１５２によって電極アセンブリ１０６上に維持される圧力を少なくとも４倍（by a factor at least 4）超えるような圧力で、電極アセンブリ１０６の成長を制約している。さらなる例によって、そのような一実施形態では、二次成長制約系１５２は、第１及び第２の対向する表面領域１４８、１５０上のそれぞれ（即ち、高さ方向）の圧力が、それに直交する２つの方向のうちの少なくとも１つ、又は両方において、二次成長制約系１５２によって電極アセンブリ１０６上に維持される圧力を少なくとも５倍（by a factor at least 5）超えるような圧力で、電極アセンブリ１０６の成長を制約している。
さらに別の実施形態において、三次成長制約系１５５の第１及び第２の三次成長制約１５７，１５９は、電極アセンブリ１０６の側面１４２の第１及び第２の領域に、電極アセンブリ１０６の第２の方向に直交する方向の他の面に三次成長制約系１５５により加えられる圧力を超える圧力を、縦方向及び第２の方向に直交する第３の方向に（例えば、横軸に沿って対向する第１及び第２の面領域１６１，１６３に、即ち横方向に）及ぼすことにより、電極アセンブリ１０６の成長を制約する。即ち、第１及び第２の三次成長制約１５７、１５９は、それぞれ、高さ（Ｚ軸）方向及び縦（Ｙ軸）方向など、それに直交する方向においてそれによって生じる圧力を超える横方向（Ｘ軸）の圧力を及ぼしてもよい。例えば、そのような１つの実施形態では、三次成長制約系１５５は、第１及び第２の対向する表面領域１４４、１４６上のそれぞれ（即ち、横方向）の圧力が、それに直交する２つの方向のうちの少なくとも１つ、又は両方において、二次成長制約系１５２によって電極アセンブリ１０６上に維持される圧力を少なくとも３倍（by a factor at least 3））超えるような圧力で、電極アセンブリ１０６の成長を制約している。さらなる例によって、そのような一実施形態では、二次成長制約系１５２は、第１及び第２の対向する表面領域１４８、１５０上のそれぞれ（即ち、横方向）の圧力が、それに直交する２つの方向のうちの少なくとも１つ、又は両方において、三次成長制約系１５５によって電極アセンブリ１０６上に維持される圧力を少なくとも４倍（by a factor at least 4）超えるような圧力で、電極アセンブリ１０６の成長を制約している。さらなる例によって、そのような一実施形態では、二次成長制約系１５２は、第１及び第２の対向する表面領域１４８、１５０上のそれぞれ（即ち、横方向）の圧力が、それに直交する２つの方向のうちの少なくとも１つ、又は両方において、三次成長制約系１５５によって電極アセンブリ１０６上に維持される圧力を少なくとも５倍（by a factor at least 5）超えるような圧力で、電極アセンブリ１０６の成長を制約している。
一実施形態において、電極制約のセット１０８は、一次成長制約系１５１と、二次成長制約系１５２と、オプションで三次成長制約系１５５とを含み、縦方向に直交する方向のいずれか（例えばＺ又はＸ方向）に電極制約のセットが及ぼす圧力よりも大きい圧力を電極アセンブリ１０６に及ぼすように構成され得る。即ち、電極制約の集合１０８を構成するそれぞれの一次成長制約系１５１、二次成長制約系１５２、及びオプションで三次成長制約系１５５によって及ぼされる圧力が合計されるとき、縦軸に沿って電極アセンブリ１０６に及ぼされる圧力は、それに直交する方向において電極アセンブリ１０６に及ぼされる圧力を超える。例えば、そのような一実施形態では、電極制約のセット１０８は、第１及び第２の縦端面１１６、１１８に（即ち、積層方向Ｄに）、積層方向Ｄに直交する２つの方向のうちの少なくとも一方又は両方において、一組の電極制約１０８によって電極アセンブリ１０６上に維持される圧力を少なくとも３倍（by a factor at least 3）上回る圧力を及ぼす。さらなる例によって、そのような一実施形態では、電極制約のセット１０８は、積層方向Ｄに直交する２つの方向のうちの少なくとも１つ、あるいはその両方において、電極制約のセット１０８によって電極アセンブリ１０６に維持される圧力を少なくとも４倍（by a factor at least 4）上回る圧力を第１及び第２の縦端面１１６、１１８に（即ち、積層方向Ｄに）及ぼす。さらなる例によって、そのような一実施形態では、電極制約のセット１０８は、第１及び第２の縦端面１１６、１１８に（即ち、積層方向Ｄに）、積層方向Ｄに垂直な２つの方向のうちの少なくとも１つ、あるいは両方において、電極アセンブリ１０６に維持された圧力を少なくとも５倍（by a factor at least 5）超える圧力を及ぼす。
一実施形態によれば、第１及び第２の縦端面１１６，１１８は、それぞれ、電極アセンブリ１０６全体の表面積の所定量よりも小さい複合表面積を有する。例えば、一実施形態では、電極アセンブリ１０６は、それぞれ第１及び第２の縦端面１１６、１１８と、それぞれ端面１１６、１１８の間に延びる側方面１４２とを有する矩形プリズムの形状に対応する幾何学的形状を有してもよく、これは、電極アセンブリ１０６の残りの表面を構成し、Ｘ方向に対向する表面領域１４４、１４６（即ち、矩形柱の側面）と、Ｚ方向に対向する表面領域１４８、１５０（即ち、矩形プリズムの上面及び下面であり、ここで、Ｘ、Ｙ及びＺは、それぞれＸ、Ｙ及びＺ軸に対応する方向に測定された寸法である）とを有する。従って、全体の表面積は、第１及び第２の縦端面１１６、１１８の表面積にそれぞれ第１及び第２の縦端面１１６、１１８の表面積を加えた、横方向表面１４２によって覆われた表面積（即ち、Ｘ及びＺにおける対向面１４４，１４６，１４８，１５０の表面積）の総和である。本開示の一態様によると、第１及び第２の縦端面１１６、１１８のそれぞれの表面積の合計は、電極アセンブリ１０６の総表面積の３３％未満である。例えば、そのような一実施形態では、第１及び第２の縦端面１１６，１１８のそれぞれの表面積の和は、電極アセンブリ１０６の総表面の表面積の２５％未満である。例えば、そのような一実施形態では、第１及び第２の縦端面１１６，１１８のそれぞれの表面積の和は、電極アセンブリ１０６の総表面の表面積の２０％未満である。例えば、そのような一実施形態では、第１及び第２の縦端面１１６，１１８のそれぞれの表面積の和は、電極アセンブリ１０６の総表面の表面積の１５％未満である。例えば、そのような一実施形態では、第１及び第２の縦端面１１６，１１８のそれぞれの表面積の和は、電極アセンブリ１０６の総表面の表面積の１０％未満である。
さらに別の実施形態において、電極アセンブリ１０６は、積層方向に直交する平面への（即ち、縦方向の）電極アセンブリ１０６の投影の表面積が、他の直交する平面への電極アセンブリ１０６の投影の表面積よりも小さくなるように構成されている。例えば、図２Ａに示された電極アセンブリ１０６の実施形態（例えば、矩形柱）を参照すると、積層方向に直交する平面（即ち、Ｘ−Ｚ平面）への電極アセンブリ１０６の投影の表面積は、ＬＥＡ×ＨＥＡに相当することが分かる。同様に、電極アセンブリ１０６のＺ−Ｙ平面への投影はＷＥＡ×ＨＥＡに相当し、電極アセンブリ１０６のＸ−Ｙ平面への投影はＬＥＡ×ＷＥＡに相当する。従って、電極アセンブリ１０６は、積層方向が、最小の表面積を有する投影が横たわる平面と交差するように構成されている。従って、図２Ａの実施形態では、電極アセンブリ１０６は、積層方向が、ＨＥＡ×ＬＥＡに対応する最小の表面積を有する投影が下りるＸ−Ｚ平面と交差するように位置決めされる。即ち、電極アセンブリは、最小の表面積を有する投影（例えば、ＨＥＡ×ＬＥＡ）が積層方向に直交するように位置決めされる。
さらに別の実施形態では、二次電池１０２は、一緒に積層されて電極積層を形成する複数の電極アセンブリ１０６を含み、１つ以上の共有された電極制約によって制約を受け得る。例えば、一実施形態では、一次成長制約系１５１及び二次成長制約系１５２の１つ以上のうちの少なくとも一部は、電極アセンブリ積層を形成する複数の電極アセンブリ１０６によって共有され得る。さらなる例によって、一実施形態では、電極アセンブリ積層を形成する複数の電極アセンブリ１０６が共有された二次成長制約系によって高さ方向に制約されるように、積層の上部の電極アセンブリ１０６に第１の二次成長制約１５８を有し、積層の下部の電極アセンブリ１０６に第２の二次成長制約１６０を有する二次成長制約系１５２によって、積層を形成する複数の電極アセンブリ１０６が高さ方向に制約されてもよい。同様に、一次成長制約系１５１の一部もまた、共有され得る。従って、一実施形態では、上述した単一の電極アセンブリと同様に、積層方向に直交する平面への（即ち、縦方向の）電極アセンブリ１０６の積層の投影の表面積は、他の直交する平面への電極アセンブリ１０６の積層の投影の表面積よりも小さい。即ち、複数の電極アセンブリ１０６は、積層方向（即ち、縦方向）が交差し、かつ、電極アセンブリ積層１０６の他の直交する平面への投影のうち、電極アセンブリ積層１０６の他の直交する平面への投影の面積が最も小さくなるように構成されていてもよい。
一実施形態によれば、電極アセンブリ１０６は、積層方向に直交する平面への（即ち、縦方向の）電極構造１１０の投影の表面積が他の直交する平面への電極構造１００の投影の表面積よりも大きくなるように構成された電極構造１１０をさらに含む。例えば、図２及び図７に示すような実施形態を参照すると、電極１１０は、それぞれ、横方向に測定された長さＬＥＳ、縦方向に測定された幅ＷＥＳ、及び高さ方向に測定された高さＨＥＳを有すると理解され得る。従って、図２及び図７に示すように、Ｘ−Ｚ平面への投影は、表面積ＬＥＳ×ＨＥＳを有し、Ｙ−Ｚ平面への投影は、表面積ＷＥＳ×ＨＥＳを有し、Ｘ−Ｙ平面への投影は、表面積ＬＥＳ×ＷＥＳを有する。これらのうち、最も大きな表面積を有する投影に対応する面は、積層方向と直交するように選択される。同様に、電極１１００は、積層方向に直交する平面への電極活物質１３２の投影の表面積が、他の直交する平面への電極活物質の投影の表面積よりも大きくなるように構成されていてもよい。例えば、図２及び図７に示す実施形態では、電極活物質は、横方向に測定された長さＬＥＳ、縦方向に測定された幅ＷＥＳ、及び高さ方向に測定された高さＨＥＳを有していてもよく、これらの投影の表面積から計算することができる（ＬＥＳ、ＬＡ、ＷＥＳ、ＷＡ、ＨＥＳ、及びＨＥＳは、電極活物質及び／又は電極活物質１３２の寸法が１つ以上の軸に沿って変化する場合には、これらの寸法の最大値にも対応していてもよい）。一実施形態では、電極構造１００及び／又は電極活物質層１３２の最も突出面積の大きい面が積層方向と直交するように電極構造１１０を配置することにより、電極活物質の最大表面積を有する電極構造１１０の表面がキャリアイオンの進行方向に面し、インターカレーション及び／又は合金化による充電状態と放電状態との間のサイクル中に最大の成長を経るような構成を実現することができる。
一実施形態では、電極構造１１０及び電極アセンブリ１０６は、電極構造１１０及び／又は電極活物質層１３２の最大の表面積投影と、電極アセンブリ１０６の最小の表面積投影とが、積層方向に直交する平面内に同時に存在するように構成され得る。例えば、図２及び図７に示すように、電極活物質１３２のＸ−Ｚ平面（ＬＡ×ＨＡ）における電極活物質１３２の投影が最も大きい場合には、電極構造１１０及び／又は電極活物質１３２は、両投影の投影面が積層方向と直交するように、電極アセンブリの最小表面積投影（ＬＥＡ×ＨＥＡ）に対して位置決めされる。即ち、電極構造１１０及び／又は電極活物質の最大の表面積投影を有する平面は、電極アセンブリ１０６の最小の表面積投影を有する平面と平行である（及び／又は同一平面内にある）。このようにして、一実施形態によれば、最も高い体積成長を経る可能性が高い電極構造の表面、即ち、電極活物質層の最も高い含有量を有する表面、及び／又は二次電池の充放電中にキャリアイオンの進行方向と交差する（例えば、直交する）表面は、最も低い表面積を有する電極アセンブリ１０６の表面に対向する。このような構成を提供することの利点は、この最大の成長方向、例えば縦軸に沿って制約するために使用される成長制約系が、電極アセンブリ１０６の他の表面の面積と比較して、それ自体が比較的小さな表面積を有する成長制約系で実装され得ることであり、それにより、電極アセンブリの成長を制約するための制約系を実装するために必要な体積を減少させることができることである。
ある実施形態では、制約のセットは、充電状態と放電状態の間の二次電池のサイクル中に、電極アセンブリによって及ぼされる２ＭＰａ以上の圧力に抵抗することができる。別の実施形態では、制約のセットは、二次電池の充電状態と放電状態の間のサイクル中に、電極アセンブリによって及ぼされる５ＭＰａ以上の圧力に抵抗することができる。別の実施形態では、制約のセットは、充電状態と放電状態の間の二次電池のサイクル中に、電極アセンブリによって及ぼされる７ＭＰａ以上の圧力に抵抗することができる。さらに別の実施形態では、制約のセットは、二次電池の充電状態と放電状態の間のサイクル中に、電極アセンブリによって及ぼされる１０ＭＰａ以上の圧力に抵抗することができる。制約のセットは、制約のセットの破損又は故障を実質的に伴わずに、そのような圧力に抵抗し、耐えることが可能であり得る。さらに、いくつかの実施形態では、制約のセットは、以下に説明するように、二次電池１０２内に比較的小さな体積を提供しながら、圧力に抵抗することが可能である。
一実施形態において、制約系１０８は、電極アセンブリ１０６及び制約系１０８の合計体積の比較的低い体積割合を占める。つまり、電極アセンブリ１０６は、その外面、即ち、第１及び第２の縦端面１１６、１１８、及び端面を接続する横面４２によって囲まれた体積（即ち、変位体積）を有するものとして理解され得る。第１及び第２の一次成長制約１５４，１５６が電極アセンブリ１０６の縦端１１７，１１９に位置し、第１及び第２の二次成長制約１５８，１６０が横面１４２の対向する端部に位置するような、電極アセンブリ１０６の外部（即ち、縦端表面１１６、１１８及び横方向表面の外部）にある制約系１０８の部分は、同様に、制約系部分の変位体積に対応する体積を占める。従って、一実施形態において、電極制約のセット１０８の外部部分は、一次成長制約系１５１の外部部分（第１及び第２の一次成長制約１５４，１５６、並びに少なくとも１つの一次接続メンバのうち外部にある任意のもの、又はそれらの外部部分）と、二次成長制約系１５２の外部部分（第１及び第２の二次成長制約１５８，１６０、並びに少なくとも１つの二次接続メンバのうち外部にある任意のもの、又はそれらの外部部分）とを含み、それは、電極アセンブリ１０６と電極制約のセット１０８の外部部分との合計体積のうち８０％以下を占める。さらなる例として、一実施形態では、電極制約のセットの外部部分は、電極アセンブリ１０６と電極制約のセットの外部部分との合計体積の６０％以下を占める。さらに別の例として、一実施形態では、電極制約のセットの外部部分は、電極アセンブリ１０６と電極制約のセットの外部部分との合計体積の４０％以下を占める。さらに別の例として、一実施形態では、電極制約のセットの外部部分は、電極アセンブリ１０６と電極制約のセットの外部部分との合計体積の２０％以下を占める。さらに別の実施形態では、一次成長制約系１５１の外部部分（即ち、第１及び第２の成長制約１５４，１５６並びに少なくとも１つの一次接続メンバのうち外部にある任意のもの、又はそれらの外部部分）は、電極アセンブリ１０６と一次成長制約系１５１の外部部分との合計体積の４０％以下を占める。さらなる例として、一実施形態において、一次成長制約系１５１の外部部分は、電極アセンブリ１０６と一次成長制約系１５１の外部部分との合計体積の３０％以下を占める。さらなる例として、一実施形態において、一次成長制約系１５１の外部部分は、電極アセンブリ１０６と一次成長制約系１５１の外部部分との合計体積の２０％以下を占める。さらなる例として、一実施形態において、一次成長制約系１５１の外部部分は、電極アセンブリ１０６と一次成長制約系１５１の外部部分との合計体積の１０％以下を占める。さらに別の実施形態において、二次成長制約系１５２の外部部分（即ち、第１及び第２の二次成長制約１５８，１６０並びに少なくとも１つの二次接続メンバのうち外部にある任意のもの、又はそれらの外部部分）は、電極アセンブリ１０６と二次成長制約系の外部部分との合計体積の４０％以下を占める。さらなる例として、一実施形態において、二次成長制約系１５２の外部部分は、電極アセンブリ１０６と二次成長制約系の外部部分との合計体積の３０％以下を占める。さらなる例として、一実施形態において、二次成長制約系１５２の外部部分は、電極アセンブリ１０６と二次成長制約系の外部部分との合計体積の２０％以下を占める。さらなる例として、一実施形態において、二次成長制約系１５２の外部部分は、電極アセンブリ１０６と二次成長制約系の外部部分との合計体積の１０％以下を占める。
ある実施形態によれば、電極制約のセットの一部によって占有される比較的低い体積の根拠は、図８Ａ及び図８Ｂに示す力の図を参照することによって理解できる。図８Ａは、電極活物質層１３２の体積の増加に起因して、二次電池１０２のサイクリング時に第１及び第２の一次成長制約１５４，１５６に及ぼされる力を示す実施形態を描写している。矢印１９８ｂは、電極活物質層１３２の膨張時に電極活物質層１３２によって及ぼされる力を示し、ここで、ｗは、電極活物質層１３２の成長に起因して第１及び第２の一次成長制約１５４，１５６に加えられる荷重を示し、Ｐは、電極活物質層１３２の体積の増加の結果として第１及び第２の一次成長制約１５４，１５６に加えられる圧力を示している。同様に、図８Ｂは、電極活物質層１３２の体積の増加の結果として、二次電池１０２のサイクル時に第１及び第２の二次成長制約１５８，１６０に及ぼされる力を示す実施形態を示す。矢印１９８ａは、電極活物質層１３２の膨張時に電極活物質層１３２によって及ぼされる力を示し、ここで、ｗは、電極活物質層１３２の成長に起因して第１及び第２の二次成長制約１５８，１６０に加えられる荷重を示し、Ｐは、電極活物質層１３２の体積の増加に起因して第１及び第２の二次成長制約１５８，１６０に加えられる圧力を示している。電極活物質は等方的に（即ち、全方向に）膨張するが、二次電池のサイクル中は、各方向の圧力Ｐは同じであり、従って、各方向に加わる荷重ｗは異なる。説明のため、図８Ａ及び８Ｂに描かれた実施形態を参照すると、第１又は第２の一次成長制約１５４、１５６上のＸ−Ｚ平面内の荷重は、Ｐ×ＬＥＳ×ＨＥＳに比例し、ここで、Ｐは、一次成長制約１５４，１５６上の電極物質活層１３２の膨張によって及ぼされる圧力であり、ＬＥＳは、横方向の電極構造１１０の長さであり、ＨＥＳは、高さ方向の電極構造１１０の高さであることは理解される。同様に、第１又は第２の二次成長制約１５８，１６０上のＸ−Ｙ平面内の荷重は、Ｐ×ＬＥＳ×ＷＥＳに比例し、ここで、Ｐは、二次成長制約１５８，１６０上の電極活物質層１３２の膨張によって及ぼされる圧力であり、ＬＥＳは、横方向における電極構造１１０の長さであり、ＷＥＳは、縦方向における電極構造１１０の幅である。三次成長制約系が設けられている場合、第１又は第２の三次成長制約１５７，１５９にかかるＹ−Ｚ平面内の荷重は、Ｐ×ＨＥＳ×ＷＥＳに比例し、ここで、Ｐは三次成長制約１５７，１５９上の電極活物質層１３２の膨張に起因する圧力であり、ＨＥＳは高さ方向における電極構造１１０の高さであり、ＷＥＳは縦方向における電極構造１１０の幅である。従って、ＬＥＳがＷＥＳ及びＨＥＳの両方よりも大きい場合には、Ｙ−Ｚ平面の荷重が最も小さくなり、ＨＥＳ＞ＷＥＳの場合には、Ｘ−Ｙ平面の荷重がＸ−Ｚ平面の荷重よりも小さくなり、つまり、Ｘ−Ｚ平面が直交する平面の中で最も収容すべき荷重が大きいことを意味する。
さらに、一実施形態によれば、一次制約が、Ｘ−Ｙ平面内で一次制約を提供するのとは対照的に、その平面内の荷重が最も大きい場合にＸ−Ｚ平面内で提供される場合、Ｘ−Ｚ平面内の一次制約は、一次制約がＸ−Ｙ平面内にある場合に必要とされる体積よりもはるかに低い体積を必要とすることがある。これは、一次制約がＸ−Ｚ平面ではなくＸ−Ｙ平面内にある場合、必要とされる成長に対する剛性を有するために、制約がはるかに厚いことが要求されるからである。特に、以下にさらに詳細に説明するように、一次接続メンバ間の距離が増加すると、座屈撓みも増加し、応力も増加し得る。例えば、一次成長制約１５４，１５６の曲げによるたわみを支配する式は、次のように書くことができる。
δ＝６０ｗＬ４／Ｅｈ３
ここで、ｗは電極の膨張により一次成長制約１５４，１５６にかかる総分散荷重であり、Ｌは高さ方向に沿った一次接続メンバ１５８，１６０間の距離であり、Ｅは一次成長制約１５４，１５６の弾性率であり、ｈは一次成長制約１５４，１５６の厚さ（幅）である。電極活物質１３２の膨張による一次成長制約１５４，１５６にかかる応力は、次式により算出され得る。
σ＝３ｗＬ２／４ｈ２
ここで、ｗは電極活物質層１３２の膨張により一次成長制約１５４，１５６にかかる総分散荷重であり、Ｌは高さ方向に沿った一次接続メンバ１５８，１６０間の距離であり、ｈは一次成長制約１５４，１５６の厚さ（幅）である。従って、一次成長制約がＸ−Ｙ平面にある場合、並びに、一次制約がＸ−Ｚ平面にあった場合よりもさらに大きく一次接続メンバが離間している（例えば両縦端にある）場合には、これは、一次成長制約がより厚くあり、従ってそれがＸ−Ｚ平面にある場合よりも大きい体積を占めることが要求されることを意味し得る。
一実施形態によれば、第１及び第２の縦端面１１６、１１８への電極集合及び対電極集合のメンバの投影は、第１及び第２の投影領域２００２ａ、２００２ｂを囲む。一般に、第１及び第２の投影領域２００２ａ、２００２ｂは、典型的には、第１及び第２の縦端面１２２、１２４のそれぞれの表面積のかなりの割合を含む。例えば、一実施形態では、第１及び第２の投影領域は、それぞれ、第１及び第２の縦端面１２２、１２４の表面積の少なくとも５０％を含む。さらなる例によって、ある実施形態では、第１及び第２の投影領域は、それぞれ、第１及び第２の縦端面の表面積の少なくとも７５％を含む。さらなる例によれば、そのような１つの実施形態では、第１及び第２の投影領域は、それぞれ、第１及び第２の縦端面の表面積の少なくとも９０％を含む。
特定の実施形態では、電極アセンブリ１０６の縦端面１１６，１１８は、かなりの圧縮荷重を受けることになる。例えば、いくつかの実施形態では、電極アセンブリ１０６の各縦端面１１６，１１８は、少なくとも０．７ｋＰａの圧縮荷重（例えば、それぞれの縦端面の合計表面積に平均して）を受けることになる。例えば、ある実施形態では、電極アセンブリ１０６の各縦端面１１６，１１８は、少なくとも１．７５ｋＰａの圧縮荷重（例えば、それぞれの縦端面の合計表面積に平均して）を受けることになる。さらなる例として、ある実施形態では、電極アセンブリ１０６の各縦端面１１６，１１８は、少なくとも２．８ｋＰａの圧縮荷重（例えば、それぞれの縦端面の合計表面積に平均して）を受けることになる。さらなる例として、ある実施形態では、電極アセンブリ１０６の各縦端面１１６，１１８は、少なくとも３．５ｋＰａの圧縮荷重（例えば、それぞれの縦端面の合計表面積に平均して）を受けることになる。さらなる例として、ある実施形態では、電極アセンブリ１０６の各縦端面１１６，１１８は、少なくとも５．２５ｋＰａの圧縮荷重（例えば、それぞれの縦端面の合計表面積に平均して）を受けることになる。さらなる例として、ある実施形態では、電極アセンブリ１０６の各縦端面１１６，１１８は、少なくとも７ｋＰａの圧縮荷重（例えば、それぞれの縦端面の合計表面積に平均して）を受けることになる。さらなる例として、ある実施形態では、電極アセンブリ１０６の各縦端面１１６，１１８は、少なくとも８．７５ｋＰａの圧縮荷重（例えば、それぞれの縦端面の合計表面積に平均して）を受けることになる。しかしながら一般には、電極アセンブリ１０６の縦端面１１６，１１８は、約１０ｋＰａ以下の圧縮荷重（例えば、それぞれの縦端面の合計表面積に平均して）を受けることになる。電極集合及び対電極集合のメンバの縦端面への投影と一致する電極アセンブリの縦端面の領域（即ち、投影された表面領域）もまた、上記の圧縮荷重（それぞれの投影された表面領域の総表面積にわたって平均化されたものとして）の下にあり得る。前述の各例示的な実施形態では、電極アセンブリ１０６を有するエネルギー貯蔵デバイス１００が、その定格容量の少なくとも約８０％まで充電されたときに、電極アセンブリ１０６の縦端面１１６、１１８は、そのような圧縮荷重を受け得る。
一実施形態によると、二次成長制約系１５２は、所定の値の制約力を印加することにより、成長制約の過度の歪みを生ずることなく、電極アセンブリ１０６の高さ方向（Ｚ方向）の成長を制約することができる。例えば、一実施形態において、二次成長制約系１５２は、対向する高さ領域１４８，１５０に１０００ｐｓｉより大きい制約力を加えることにより、電極アセンブリ１０６の成長を制約しつつ、歪みを０．２ｍｍ／ｍ未満に抑えられる。さらなる例として、一実施形態において、二次成長制約系１５２は、対向する高さ領域１４８，１５０に、１００００ｐｓｉ以下かつ変位５％未満の制約力を加えることにより、電極アセンブリ１０６の成長を制約しつつ、歪みを０．２ｍｍ／ｍ未満に抑えられる。さらなる例として、一実施形態において、二次成長制約系１５２は、対向する高さ領域１４８，１５０に、１００００ｐｓｉ以下かつ変位３％未満の制約力を加えることにより、電極アセンブリ１０６の成長を制約しつつ、歪みを０．２ｍｍ／ｍ未満に抑えられる。さらなる例として、一実施形態において、二次成長制約系１５２は、対向する高さ領域１４８，１５０に、１００００ｐｓｉ以下かつ変位１％未満の制約力を加えることにより、電極アセンブリ１０６の成長を制約しつつ、歪みを０．２ｍｍ／ｍ未満に抑えられる。さらなる例として、一実施形態において、二次成長制約系１５２は、５０バッテリサイクルの後に、対向する高さ領域１４８，１５０に、１００００ｐｓｉ以下かつ変位１５％未満の高さ方向の制約力を加えることにより、電極アセンブリ１０６の成長を制約しつつ、歪みを０．２ｍｍ／ｍ未満に抑えられる。さらなる例として、一実施形態において、二次成長制約系１５２は、１５０バッテリサイクルの後に、対向する高さ領域１４８，１５０に、１００００ｐｓｉ以下かつ変位５％未満の制約力を加えることにより、電極アセンブリ１０６の成長を制約しつつ、歪みを０．２ｍｍ／ｍ未満に抑えられる。
ここで、図５を参照して、電極制約のセット１０８を有する電極アセンブリ１０６の一実施形態が、図１Ａに示す線Ａ−Ａ’に沿って切られた断面図で示されている。図５に示す実施形態では、一次成長制約系１５１は、電極アセンブリ１０６の縦端面１１６，１１８にそれぞれ第１及び第２の一次成長制約１５４、１５６を含み得て、二次成長制約系１５２は、電極アセンブリ１０６の横方向表面１４２の対向する第１及び第２の表面領域１４８，１５０にそれぞれ第１及び第２の二次成長制約１５８，１６０を含み得る。この実施形態によれば、第１及び第２の一次成長制約１５４，１５６は、第１及び第２の二次成長制約１５８，１６０を接続し、縦方向に直交する第２の方向（例えば、高さ方向）において、成長制約を互いに緊張状態に維持するための少なくとも１つの二次接続メンバ１６６として機能することができる。しかしながら、追加的及び／又は代替的に、二次成長制約系１５２は、電極アセンブリ１０６の縦端面１１６，１１８以外の領域に配置された少なくとも１つの二次接続メンバ１６６を含み得る。また、少なくとも１つの二次接続メンバ１６６は、電極アセンブリの縦端面１１６，１１８に内部的に配置され、成長を制約するために電極アセンブリ１０６の縦端面１１６，１１８に配置された別の内部一次成長制約及び／又は一次成長制約のいずれかと協働して作用することができる第１及び第２の一次成長制約メンバ１５４，１５６のうちの少なくとも１つとして作用すると理解され得る。図５に示された実施形態を参照すると、二次接続メンバ１６６は、電極アセンブリ１０６の中央領域に向かってなど、電極アセンブリ１０６の第１及び第２の縦端面１１６，１１８からそれぞれ離れて縦軸に沿って間隔をあけて設けられ得る。二次接続メンバ１６６は、電極アセンブリ端面１１６，１１８から内側の位置で、それぞれ第１及び第２の二次成長制約１５８，１６０を接続することができ、その位置で二次成長制約１５８、１６０の間に張力がかかっていてもよい。一実施形態では、端面１１６、１１８からの内部位置で二次成長制約１５８、１６０を接続する二次接続メンバ１６６は、電極アセンブリ端面１１６，１１８に設けられた１つ以上の二次接続メンバ１６６に加えて設けられ、例えば、縦端面１１６，１１８における一次成長制約１５４，１５６を兼ねる二次接続メンバ１６６が設けられている。別の実施形態では、二次成長制約系１５２は、第１及び第２の二次成長制約１５８、１６０とそれぞれ接続する１つ以上の二次接続メンバ１６６を縦組立体端面１１６、１１８から離間した内部位置に含み、縦組立体端面１１６、１１８に二次接続メンバ１６６を備えているか、又は備えていない。内部の二次接続メンバ１６６はまた、一実施形態によれば、第１及び第２の一次成長制約１５４，１５６として機能すると理解され得る。例えば、一実施形態では、内部二次接続メンバ１６６の少なくとも１つは、以下でさらに詳細に説明するように、電極構造１１０又は対電極構造１１２の少なくとも一部を構成することができる。
より具体的には、図５に示す実施形態に関して、二次成長制約系１５２は、電極アセンブリ１０６の横面１４２の上部領域１４８を覆う第１の二次成長制約１５８と、電極アセンブリ１０６の横面１４２の下部領域１５０を覆う対向する第２の二次成長制約１６０とを含んでもよく、第１及び第２の二次成長制約１５８，１６０は、高さ方向（即ち、Ｚ軸に沿って）に互いに離間されている。さらに、二次成長制約系１５２は、電極アセンブリ１０６の縦端面１１６、１１８から離間している少なくとも１つの内部二次接続メンバ１６６をさらに含んでもよい。内部二次接続メンバ１６６は、Ｚ軸に平行に配置されてもよく、第１及び第２の二次成長制約１５８，１６０をそれぞれ接続して、成長制約を互いに緊張状態に維持し、二次制約系１５２の少なくとも一部を形成する。一実施形態では、少なくとも１つの内部二次接続メンバ１６６は、単独で、又は電極アセンブリ１０６の縦端面１１６，１１８に配置された二次接続メンバ１６６と共に、エネルギー貯蔵デバイス１００又は電極アセンブリ１０６を有する二次電池１０２の繰り返し充電及び／又は放電の間、高さ方向（即ち、Ｚ軸に沿った方向）において、第１及び第２の成長制約１５８、１６０の間で緊張状態にあり、電極アセンブリ１０６の高さ方向の成長を減少させることができる。さらに、図５に示すような実施形態では、電極制約のセット１０８は、さらに、電極アセンブリ１０６の縦端１１７、１１９において、電極アセンブリ１０６の上側及び下側の側面領域１４８，１５０において、それぞれ第１及び第２の一次成長制約１５４、１５６を有する第１及び第２の一次成長制約１５１を有する一次成長制約系１５１を構成する。一実施形態では、二次内部接続メンバ１６６は、それ自体、二次内部接続メンバ１６６と、一次成長制約１５４，１５６がそれぞれ配置され得る電極アセンブリ１０６の縦端１１７，１１９との間に横たわる電極アセンブリ１０６の各部分に抑制圧力を及ぼすために、それぞれ第１及び第２の一次成長制約１５４、１５６のうちの１つ以上と協働して作用するものとして理解され得る。
一実施形態では、一次成長制約系１５１及び二次成長制約系１５２のうちの１つ以上は、それぞれ第１及び第２の一次成長制約１５４，１５６、及び／又は第１及び第２の二次成長制約１５８，１６０を含み、それらは複数の制約メンバを含む。即ち、一次成長制約１５４，１５６及び／又は二次成長制約１５８、１６０の各々は、単一の一元制約メンバであってもよいし、複数の制約メンバを用いて１つ以上の成長制約を構成してもよい。例えば、ある実施形態では、第１及び第２の二次成長制約１５８，１６０は、それぞれ、電極アセンブリ側面１４２の上面領域１４８及び下面領域１５０に沿って延びる単一の制約メンバを含み得る。別の実施形態では、第１及び第２の二次成長制約１５８，１６０は、それぞれ、側面の対向する表面領域１４８、１５０に沿って延びる複数の制約メンバを含み得る。同様に、一次成長制約１５４、１５６もまた、複数のメンバで構成されていてもよいし、各電極組立体縦端部１１７，１１９において、それぞれ単一の一元メンバで構成されていてもよい。一次成長制約１５４、１５６と二次成長制約１５８、１６０との各々の間の張力を維持するために、成長制約を含む１つ以上のメンバを、成長制約の間で電極アセンブリ１０６に圧力を及ぼす方法で対向する成長制約メンバに接続するための接続メンバ（例えば、１６２，１６４，１６５，１６６）が提供される。
一実施形態では、二次成長制約系１５２の少なくとも１つの二次接続メンバ１６６は、成長制約を互いに緊張状態に維持するために、第１及び第２の二次成長制約１５８，１６０とそれぞれ接触する領域１６８，１７０を形成する。接触領域１６８，１７０は、少なくとも１つの二次接続メンバ１６６の端部１７２，１７４の表面がそれぞれ第１及び第２の二次成長制約１５８，１６０に接触及び／又は接触する領域であり、例えば、少なくとも１つの二次接続メンバ１６６の端部１７２，１７４の表面がそれぞれ第１及び第２の二次成長制約１５８，１６０に付着又は接着されている領域である。接触領域１６８，１７０は、各端部１７２，１７４にあってもよく、第１及び第２の二次成長制約１５８，１６０の表面領域にわたって延びていてもよく、それらの間に良好な接触を提供する。接触領域１６８，１７０は、第２の接続メンバ１６６と成長制約１５８，１６０との間に縦方向（Ｙ軸）の接触を提供し、接触領域１６８，１７０は、第１及び第２の二次成長制約１５８，１６０を互いに緊張状態に維持するために、良好な接触及び接続を提供するために横方向（Ｘ軸）に延びていてもよい。一実施形態では、接触領域１６８、１７０は、縦方向（Ｙ軸）における電極アセンブリ１０６のＷＥＡあたりの成長制約１５８，１６０に対する、縦方向（Ｙ軸）における１つ以上の第２の接続メンバ１６６の接触面積の合計（例えば、全ての領域１６８の合計、及び全ての領域１７０の合計）が、少なくとも１％である比率を提供する。例えば、一実施形態では、電極アセンブリ１０６のＷＥＡあたりの、１つ以上の二次接続メンバ１６６と成長制約１５８，１６０との縦方向（Ｙ軸）の合計接触面積の比率は少なくとも２％である。さらなる例として、一実施形態では、電極アセンブリ１０６のＷＥＡあたりの、１つ以上の二次接続メンバ１６６と成長制約１５８，１６０との縦方向（Ｙ軸）の合計接触面積の比率は少なくとも５％である。さらなる例として、一実施形態では、電極アセンブリ１０６のＷＥＡあたりの、１つ以上の二次接続メンバ１６６と成長制約１５８，１６０との縦方向（Ｙ軸）の合計接触面積の比率は少なくとも５％である。さらなる例として、一実施形態では、電極アセンブリ１０６のＷＥＡあたりの、１つ以上の二次接続メンバ１６６と成長制約１５８，１６０との縦方向（Ｙ軸）の合計接触面積の比率は少なくとも１０％である。さらなる例として、一実施形態では、電極アセンブリ１０６のＷＥＡあたりの、１つ以上の二次接続メンバ１６６と成長制約１５８，１６０との縦方向（Ｙ軸）の合計接触面積の比率は少なくとも２５％である。さらなる例として、一実施形態では、電極アセンブリ１０６のＷＥＡあたりの、１つ以上の二次接続メンバ１６６と成長制約１５８，１６０との縦方向（Ｙ軸）の合計接触面積の比率は少なくとも５０％である。一般に、電極アセンブリ１０６のＷＥＡあたりの、１つ以上の二次接続メンバ１６６と成長制約１５８，１６０との縦方向（Ｙ軸）の合計接触面積の比率は、１００％未満（例えば９０％未満）、また７５％未満でもあり得る。これは、１つ以上の接続メンバ１６６が典型的には、縦軸全体にわたって延在する接触領域１６８，１７０を有しないためである。しかしながら、一実施形態において、成長制約１５８，１６０を有する二次接続メンバ１６６の接触領域１６８，１７０は、横軸（Ｘ軸）のかなりの部分にわたって延在し、さらには、横方向に電極アセンブリ１０６のＬＥＡ全体にわたって延在し得る。例えば、成長制約１５８，１６０を有する１つ以上の横方向の二次接続メンバ１６６の合計接触領域の電極アセンブリ１０６の横方向のＬＥＡあたりの比率は少なくとも約５０％であり得る。さらなる例として、成長制約１５８，１６０を有する１つ以上の横方向の二次接続メンバ１６６の合計接触領域の電極アセンブリ１０６の横方向のＬＥＡあたりの比率は少なくとも約７５％であり得る。さらなる例として、成長制約１５８，１６０を有する１つ以上の横方向の二次接続メンバ１６６の合計接触領域の電極アセンブリ１０６の横方向のＬＥＡあたりの比率は少なくとも約９０％であり得る。さらなる例として、成長制約１５８，１６０を有する１つ以上の横方向の二次接続メンバ１６６の合計接触領域の電極アセンブリ１０６の横方向のＬＥＡあたりの比率は少なくとも約９５％であり得る。
一実施形態によれば、１つ以上の二次接続メンバ１６６と第１及び第２の成長制約１５８，１６０との間の接触面積１６８，１７０は、エネルギー貯蔵デバイス１００又は電極アセンブリ１０６を有する二次電池１０２のサイクル中に成長制約１５８，１６０の間の適切な保持及び張力を提供するのに十分な大きさである。例えば、接触領域１６８，１７０は、各成長制約１５８，１６０との接触領域を形成してもよく、それは、例えば、電極アセンブリ１０６の側面１４２の表面積の少なくとも２％、例えば、電極アセンブリ１０６の側面１４２の表面積の少なくとも１０％、さらには、電極アセンブリ１０６の側面１４２の表面積の少なくとも２０％を含み得る。さらなる例によって、接触領域１６８、１７０は、電極アセンブリ１０６の側面１４２の表面積の少なくとも３５％、さらには電極アセンブリ１０６の側面１４２の表面積の少なくとも４０％を含む各成長制約１５８，１６０との接触領域を形成してもよい。例えば、上部及び下部対向表面領域１４８，１５０をそれぞれ有する電極アセンブリ１０６の場合、少なくとも１つの二次接続メンバ１６６は、上部及び下部対向表面領域１４８，１５０の面積の少なくとも５％、例えば上部及び下部対向表面領域１４８，１５０の表面領域の少なくとも１０％、さらには上部及び下部対向表面領域１４８，１５０の表面領域の少なくとも２０％わたって、成長制約部１５８，１６０と接触する領域１６８，１７０を形成し得る。さらなる例によって、それぞれ上部及び下部対向表面領域１４８、１５０を有する電極アセンブリ１０６は、少なくとも１つの第２の接続メンバ１６６が、それぞれ上部及び下部対向表面領域１４８、１５０の表面領域の少なくとも４０％、例えば上部及び下部対向表面領域１４８、１５０の表面領域の少なくとも５０％にわたって、成長制約１５８、１６０との接触領域１６８、１７０を形成し得る。少なくとも１つの接続メンバ１６６と、電極アセンブリ１０６の総表面積に対する最小表面積を含む成長制約１５８，１６０との間に接触を形成することにより、成長制約１５８，１６０の間に適切な張力を提供することができる。さらに、一実施形態によれば、接触領域１６８，１７０は、単一の二次接続メンバ１６６によって提供され得るか、又は接触総面積は、複数の二次接続メンバ１６６によって提供される複数の接触領域１６８，１７０の合計であってもよく、例えば、電極アセンブリ１０６の縦端１１７，１１９に配置された１つ以上の二次接続メンバ１６６、及び／又は電極アセンブリ１０６の縦端１１７，１１９から間隔をおいて配置された１つ以上の内部二次接続メンバ１６６などであってもよい。
さらにまた、一実施形態において、一次成長制約系１５１及び二次成長制約系１５２（及び任意で三次成長制約系）は、電極アセンブリ１０６の体積成長割合を制約するために、高さ方向（Ｚ軸）のような縦方向及び縦方向に直交する第２の方向の両方（及び任意でＸ軸に沿ってのような第３の方向）で、電極アセンブリ１０６の成長を制約することができる。
特定の実施形態では、一次成長制約系１５１及び二次成長制約系１５２のうちの１つ以上は、それぞれ、多孔質材料で作られたメンバのように、その中に細孔を有するメンバからなる。例えば、電極アセンブリ１０６上の二次成長制約１５８の上面図を示す図６Ａを参照して、二次成長制約１５８は、少なくとも部分的に二次成長制約１５８によって覆われている電極アセンブリ１０６にアクセスするために、電解質がそこを通過することを可能にする孔１７６を含むことができる。一実施形態では、第１及び第２の二次成長制約１５８，１６０のそれぞれは、そこに細孔１７６を有する。別の実施形態では、第１及び第２の一次成長制約１５４，１５６、ならびに第１及び第２の二次成長制約１５８，１６０のそれぞれは、そこに細孔１７６を有する。さらなる別の実施形態では、第１及び第２の二次成長制約１５８，１６０のそれぞれのうちの１つ又は一部のみが、そこに細孔を含む。まだ別の実施形態では、第１及び第２の一次接続メンバ１６２，１６４のそれぞれの１つ以上、ならびに少なくとも１つの第２の二次接続メンバ１６６は、そこに細孔１７６を含む。細孔１７６を提供することは、例えば、エネルギー貯蔵デバイス１００又は二次電池１０２が、電池筐体１０４内に一緒に積層された複数の電極アセンブリ１０６を含む場合に、例えば、図２０に描かれた実施形態のように、二次電池１０２内の異なる電極アセンブリ１０６の間に電解液が流れることを可能にするために、有利であり得る。例えば、ある実施形態において、一次成長制約系１５１及び二次成長制約系１５２の少なくとも一部をそれぞれ構成する多孔質メンバは、少なくとも０．２５のボイド率を有し得る。さらなる例として、ある実施形態において、一次成長制約系１５１及び二次成長制約系１５２の少なくとも一部をそれぞれ構成する多孔質メンバは、少なくとも０．３７５のボイド率を有し得る。さらなる例として、ある実施形態において、一次成長制約系１５１及び二次成長制約系１５２の少なくとも一部をそれぞれ構成する多孔質メンバは、少なくとも０．５のボイド率を有し得る。さらなる例として、ある実施形態において、一次成長制約系１５１及び二次成長制約系１５２の少なくとも一部をそれぞれ構成する多孔質メンバは、少なくとも０．６２５のボイド率を有し得る。さらなる例として、ある実施形態において、一次成長制約系１５１及び二次成長制約系１５２の少なくとも一部をそれぞれ構成する多孔質メンバは、少なくとも０．７５のボイド率を有し得る。
一実施形態では、電極制約のセット１０８は、一次成長制約系１５１の構成要素を二次成長制約系１５２の構成要素に接着、接着、及び／又は接着することのうちの少なくとも１つによって、電極アセンブリ１０６の成長を抑制するために組み立てられ、固定されてもよい。例えば、一次成長制約系１５１の構成要素は、二次成長制約系１５２の構成要素に接着、溶接、接着、又はその他の方法で接着固定されてもよい。例えば、図４Ａに示すように、第１及び第２の一次成長制約１５４，１５６は、それぞれ、第１及び第２の二次成長制約１５８、１６０としても機能し得る第１及び第２の一次接続メンバ１６２、１６４に固着することができる。逆に、第１及び第２の二次成長制約１５８，１５０は、それぞれ、電極アセンブリ１０６の縦端１１７，１１９における成長制約など、第１及び第２の一次成長制約１５４，１５６の少なくとも１つとして機能する少なくとも１つの二次接続メンバ１６６に固着することができる。図５を参照すると、第１及び第２の二次成長制約１５８，１６０は、それぞれ、縦端１１７，１１９から間隔をおいて内部接続メンバ１６６である少なくとも１つの二次接続メンバ１６６に固着することもできる。一実施形態では、一次成長制約系１５１及び二次成長制約系１５２のそれぞれの部分を互いに固定することにより、電極アセンブリ１０６の成長の協調的な抑制を提供することができる。
図６Ａ−図６Ｂは、第１及び第２の二次成長制約１５８，１６０のうちの１つ以上の第１及び第２の二次成長制約１５８，１６０をそれぞれ１つ以上の二次接続メンバ１６６に固定するための実施形態を図示している。図６Ａ−図６Ｂは、電極アセンブリ１０６の横面１４２の上面領域１４８上に第１の二次成長制約１５８を有する電極アセンブリ１０６の実施形態の上面図を提供する。また、縦軸（Ｙ軸）に沿って間隔をあけて配置された第１及び第２の一次成長制約１５４，１５６がそれぞれ示されている。電極構造１１０及び／又は対電極構造１１２の少なくとも一部に対応し得る二次接続メンバ１６６も示されている。図示されているような実施形態では、第１の二次成長制約メンバ１５８は、電解質イオン及びキャリアイオンが電極構造１１０及び対電極構造１１２に到達することを可能にするために、そこに細孔１７６を有する。上述したように、特定の実施形態では、第１及び第２の一次成長制約１５４、１５６は、それぞれ、第１及び第２の二次成長制約１５８、１６０を接続するための少なくとも１つの二次接続メンバ１６６として機能することができる。したがって、図示されているようなバージョンでは、第１及び第２の二次成長制約１５８，１６０は、それぞれ、電極アセンブリ１０６の周縁部において、第１及び第２の一次成長制約１５４，１５６に接続され得る。しかしながら、一実施形態では、第１及び第２の二次成長制約１５８、１６０は、それぞれ、内部二次接続メンバ１６６を介して接続することもできる。図示されているバージョンでは、第１の二次成長制約１５８は、成長制約１５８が内部の二次接続メンバ１６６に結合されている結合領域１７８を含み、さらに、成長制約１５８が内部の二次接続メンバ１６６に結合されていない非結合領域１８０を含み、成長制約１５８と内部の二次接続メンバ１６６との間に、非結合領域１８０の領域と交互に結合領域１７８の列の形で接触する領域１６８を提供するように、成長制約１５８と内部の二次接続メンバ１６６との間に接触する領域１６８を提供する。一実施形態では、非結合領域１８０は、電解質イオン及びキャリアイオンが通過することができる開放孔１７６をさらに含む。一実施形態によれば、第１及び第２の二次成長制約１５８、１６０は、それぞれ、電極１１０又は対電極１１２の構造、又は電極アセンブリ１０６の他の内部構造の少なくとも一部を構成する二次接続メンバ１６６に固着され、この二次接続メンバ１６６は、第１及び第２の二次成長制約１５８，１６０に固着されている。一実施形態では、第１及び第２の二次成長制約１５８，１６０は、それぞれ、二次接続メンバ１６６を形成する電極構造１１０及び／又は対電極構造１１２又は他の内部構造の上端及び下端に固着され、制約が電極構造１１０及び／又は対電極構造１１２又は他の内部構造に固着される場所に対応する固着領域１７８と、対電極構造１１２又は他の内部構造の間に固着されない領域１８０との間の柱状の領域を形成することができる。さらに、第１及び第２の二次成長制約１５８、１６０は、それぞれ、少なくとも１つの二次接続メンバ１６６を形成する電極構造１１０及び／又は対電極構造１１２又は他の構造に、非付着領域１８０において孔１７６が少なくとも開いたままであるように接着又は固着されてもよく、また、接着領域１７８の孔１７６が電解質及びキャリアイオンがそこを通過することを可能にするために相対的に開いたままであるように固着されてもよい。
図６Ｂに示すように、さらに別の実施形態では、第１及び第２の二次成長制約１５８，１６０は、それぞれ、電極アセンブリ１０６の周縁部において、第１及び第２の一次成長制約１５４、１５６に接続されており、さらに、内部二次接続メンバ１６６である二次接続メンバ１６６を介して接続されていてもよい。図示されているようなバージョンでは、第１の二次成長制約１５８は、成長制約１５８が内側の二次接続メンバ１６６に結合されている結合領域１７８を含み、さらに、成長制約１５８が内側の二次接続メンバ１６６に結合されていない非結合領域１８０を含み、成長制約１５８と内側の二次接続メンバ１６６との間に、非結合領域１８０の領域と交互に結合領域１７８の列の形で接触する領域１６８を提供するように、成長制約１５８と内側の第２の接続メンバ１６６との間に接触する領域を提供する。本実施形態では、これらの結合領域１７８及び非結合領域１８０は、それぞれ、二次接続メンバ１６６の寸法を横切って延びることができ、これは、図６Ａのような縦方向（Ｙ軸）とは対照的に、図６Ｂに示されるような横方向（Ｘ軸）であってもよい。代替的に、結合領域１７８及び非結合領域１８０は、それぞれ、所定のパターンで縦方向及び横方向の両方を横切って延びていてもよい。一実施形態では、非結合領域１８０は、電解質イオン及びキャリアイオンが通過することができる開放孔１７６をさらに含む。第１及び第２の二次成長制約１５８，１６０は、一実施形態では、電極構造１１０及び／又は対電極構造１１２又は第２の接続メンバ１６６を形成する他の内部構造の上端及び下端に付着され、成長制約が電極構造１１０及び／又は対電極１１２又は他の内部構造に付着される場所に対応する付着領域１７８の列と、対電極１１２又は他の内部構造の間の非付着領域１８０の領域とを形成することができる。さらに、第１及び第２の二次成長制約１５８，１６０は、それぞれ、少なくとも１つの二次接続メンバ１６６を形成する電極構造１１０及び／又は対電極構造１１２又は他の構造に、非付着領域１８０において孔１７６が少なくとも開いたままであるように接着又は固着されてもよく、また、接着領域１７８の孔１７６が電解質及びキャリアイオンがそこを通過することを可能にするために相対的に開いたままであるように固着されてもよい。
［二次制約系サブアーキテクチャ］
一実施形態によれば、上述したように、第１及び第２の二次成長制約１５８，１６０のうちの１つ以上の第１及び第２の二次成長制約１５８，１６０は、電極アセンブリ１０６の内部構造の一部、例えば電極１１０及び／又は対電極構造１１２の一部である第２の接続メンバ１６６を介して一緒に接続することができる。一実施形態では、電極アセンブリ１０６内の構造物を介して制約間の接続を提供することにより、電極構造１１０の成長によって生じる歪みを十分に補償するような緊密な制約構造を実現することができる。例えば、一実施形態では、第１及び第２の二次成長制約１５８，１６０は、それぞれ、電極構造１１０又は対電極構造１１２の一部である接続メンバ１６６を介した接続を介して互いに緊張状態に配置されることによって、縦方向に直交する方向、例えば高さ方向の成長を制約してもよい。さらに別の実施形態では、電極構造１１０（例えば、負極構造）の成長は、第２の接続メンバ１６６として機能する電極構造１１０（例えば、負極集電体層）を介した第２の成長制約１５８，１６０の接続によって対抗することができる。さらに別の実施形態では、電極構造１１０（例えば、負極構造）の成長は、二次接続メンバ１６６として機能する対電極構造１１２（例えば、正極集電体層）を介した二次成長制約１５８，１６０の接続によって対抗することができる。
一般に、特定の実施形態では、一次成長制約系１５１及び二次成長制約系１５２の構成要素は、それぞれ、電極アセンブリ１０６内の電極構造１１０及び／又は対電極構造１１２に取り付けられてもよく、また、二次成長制約系１５２の構成要素は、効果的な制約を提供するだけでなく、電極アセンブリ１０６を有するエネルギー貯蔵デバイス１１０又は二次電池１０２のサイズを過度に増大させることなく、電極アセンブリ１０６の体積をより効率的に利用するために、それぞれ、電極アセンブリ１０６内の電極１１０及び／又は対電極構造１１２として具現化されてもよい。例えば、一実施形態では、一次成長制約系１５１及び／又は二次成長制約系１５２は、１つ以上の電極構造１１０に取り付けられていてもよい。さらなる例によって、ある実施形態では、一次成長制約系１５１及び／又は二次成長制約系１５２は、１つ以上の対電極構造１１２に取り付けられてもよい。さらなる例によって、特定の実施形態では、少なくとも１つの二次接続メンバ１６６は、電極構造１１０の集合として具現化されてもよい。さらなる例によって、特定の実施形態では、少なくとも１つの二次接続メンバ１６６は、対電極構造１１２の集合として具現化されてもよい。
ここで、図７を参照して、高さ軸（Ｚ軸）、縦軸（Ｙ軸）、及び横軸（Ｘ軸）を有する基準直交座標系が示されており、ここで、Ｘ軸は、紙面から出てくるように配向されており、そして、上述したように、Ｙ軸と共平行な積層方向Ｄの指定が示されている。より具体的には、図７は、一次成長制約系１５１及び二次成長制約系１５２の両方の一実施形態を含む、一組の電極制約１０８の断面を、図１Ａと同様に線Ａ−Ａ’に沿って示す。一次成長制約系１５１は、上述したように、第１の一次成長制約１５４及び第２の一次成長制約１５６と、上述したように、第１の一次接続メンバ１６２及び第２の一次接続メンバ１６４とを含む。二次成長制約系１５２は、第１の二次成長制約１５８と、第２の二次成長制約１６０と、電極構造１１０及び／又は対電極構造１１２の集合として具現化された少なくとも１つの二次接続メンバ１６６とを含む。したがって、この実施形態では、少なくとも１つの二次接続メンバ１６６、電極構造１１０、及び／又は対電極構造１１２は、交換可能であると理解され得る。さらに、セパレータ１３０は、第２の接続メンバ１６６の一部を形成してもよい。さらに、この実施形態では、上述したように、第１の一次接続メンバ１６２及び第１の二次成長制約メンバ１５８は、交換可能であると理解され得る。さらに、この実施形態では、第２の一次接続メンバ１６４及び第２の二次成長制約１６０は、上述したように、交換可能である。より具体的には、図７に図示されているのは、第１の二次成長制約１５８及び第２の二次成長制約１６０と、電極１１０又は対電極構造１１２に対応する二次接続メンバ１６６とのフラッシュ接続の一実施形態である。フラッシュ接続は、第１の二次成長制約１５８と二次接続メンバ１６６との間の接着剤１８２の層と、第２の二次成長制約１６０と二次接続メンバ１６６との間の接着剤１８２の層とをさらに含んでもよい。接着剤１８２の層は、第１の二次成長制約１５８を二次接続メンバ１６６に貼付し、第２の二次成長制約１６０を二次接続メンバ１６６に貼付する。
また、第１及び第２の一次成長制約１５４，１５６、第１及び第２の一次接続メンバ１６２，１６４、第１及び第２の二次成長制約１５８，１６０、及び少なくとも１つの二次接続メンバ１６６のうちの１つ以上は、複数のセグメント１０８８の形態で提供されてもよく、又は、単一のメンバを形成するために一緒に結合され得る部分の形態で提供されてもよい。例えば、図７に示されるような実施形態では、第１の二次成長制約１５８は、電極アセンブリ１０６の縦端１１７，１１９に向かって配置された主中間セグメント１０８８ａと第１及び第２の端部セグメント１０８８ｂの形態で提供され、中間セグメント１０８８ａは、セグメント１０８８を互いに結合するためにセグメント１０８８内に形成されたノッチのような、セグメント１０８８を結合するために提供された結合部分１０８９によって各第１及び第２の端部セグメント１０８８ｂに結合された状態で提供される。第２の二次成長制約１６０は、同様に、図７に示すように、制約を形成するために一緒に接続することができる複数のセグメント１０８８の形態で提供されてもよい。一実施形態では、二次成長制約１５８、１６０、少なくとも１つの一次接続メンバ１６２、及び／又は少なくとも１つの二次接続メンバ１６６の１つ以上は、完全なメンバを形成するためにノッチのような接続部分を介して一緒に接続することができる複数のセグメント１０８８の形態で提供されてもよい。一実施形態によれば、切欠きなどの接続部分を介して一緒に接続されたセグメント１０８８の接続は、セグメントが接続されたときに、複数のセグメントから形成されたメンバの予備張力を提供してもよい。
一実施形態では、図７にさらに図示されているように、電極活物質層１３２、イオン性多孔質電極集電体１３６、及び電極活物質層１３２及び電極集電体１３６を支持する電極バックボーン１３４を有する電極集合１１０のメンバが、電極活物質層１３２及び電極集電体１３６を支持する電極バックボーン１３４を有する。同様に、一実施形態では、図７に図示されているように、対電極活物質層１３８、対電極集電体１４０、及び対電極活物質層１３８及び対電極集電体１４０を支持する対電極バックボーン１４１を有する対電極集合１１２のメンバである。
特定の実施形態では（例えば、図７のように）、電極集合１１０のメンバは、電極活物質層１３２と、電極集電体１３６と、電極活物質層１３２及び電極集電体１３６を支持する電極バックボーン１３４とを含む。別の実施形態では、図１Ｂに示すように、電極集合１１０のメンバは、電極活物質層１３２と、隣接する電極活物質層１３２の間に配置された電極集電体１３６とを含む。同様に、特定の実施形態では（例えば、図７に示すように）、対電極集合１１２のメンバは、対電極活物質層１３８、対電極集電体１４０、並びに、対電極活物質層１３８及び対電極集電体１４０を支持する対電極バックボーン１４１を含む。別の実施形態では、図１Ｂに示すように、対電極集合１１２のメンバは、対電極活物質層１３８と、隣接する電極活物質層１３８の間に配置された対電極集電体１４０とを含む。
電極集合１１０のメンバは、電極活物質層１３２が電極バックボーン１３４に直接隣接していること、及び電極集電体１３６が電極バックボーン１３４及び電極活物質層１３２に直接隣接し、かつ電極活物質層１３２を実質的に取り囲むことを含むように、図７に図示され、本明細書に記載されているが、当技術分野の当業者であれば、電極集合１１０の他の配置が意図されていることを理解する。例えば、一実施形態（図示なし）では、電極集合１１０は、電極活物質層１３２が電極集電体１３６に直接隣接していることと、電極集電体１３６が電極バックボーン１３４に直接隣接していることとを含んでもよい。換言すると、電極バックボーン１３４は、電極活物質層１３２がフランキングし、かつ電極活物質層１３６に直接隣接している状態で、実質的に電極集電体１３６により取り囲まれていてもよい。別の実施形態では、図１Ｂに示すように、電極集合１１０のメンバは、電極活物質層１３２と、隣接する電極活物質層１３２の間に配置された電極集電体１３６とを含む。当業者には理解されるであろうが、電極活物質層１３２がセパレータ１３０を介して対電極活物質層１３８から分離されている限り、電極集合１１０及び／又は対電極集合１１２の任意の好適な構成が、本明細書に記載された本発明の主題に適用可能である。また、電極集電体１３６は、電極活物質１３２とセパレータ１３０との間に配置されていればイオン透過性を有し、対電極集電体１４０は、対電極活物質１３８とセパレータ１３０との間に配置されていればイオン透過性を有していることが必要である。
図示を容易にするために、電極活物質層１１０の３つのメンバ及び対電極活物質層１１２の４つのメンバのみが描かれているが、実際には、本明細書の発明的主題を使用するエネルギー貯蔵デバイス１００又は二次電池１０２は、上述したように、エネルギー貯蔵デバイス１００又は二次電池１０２の用途に応じて、電極活物質層１１０及び対電極活物質層１１２の追加のメンバを含み得る。さらに、図７（及び図１Ｂ）に図示されているのは、電極活物質層１３２を対電極活物質層１３８から電気的に絶縁する微多孔性セパレータ１３０である。
上述したように、特定の実施形態では、電極構造１１０の集合の各メンバは、電極構造１１０への電解質（図示なし）内へのキャリアイオン（図示なし）の挿入時に膨張し、電極構造１１０からのキャリアイオンの抽出時に収縮してもよい。例えば、一実施形態では、電極構造１１０は、陽極活性であってもよい。さらなる例として、一実施形態では、電極構造１１０は、陰極活性であってもよい。
さらに、第１及び第２の二次成長制約１５８，１６０をそれぞれ接続するために、制約１５８，１６０は、図示のように接着するなどの適切な手段によって、又は代替的に、集電体１３６，１４０に溶接するなどの適切な手段によって、少なくとも１つの接続メンバ１６６に取り付けることができる。例えば、第１及び／又は第２の二次成長制約１５８，１６０は、それぞれ、電極構造１１０及び／又は対電極構造１１２、例えば、それぞれ、電極及び／又は対電極背骨１３４，１４１の少なくとも１つ、電極及び／又は対電極集電体１３６，１４０の少なくとも１つに対応する二次接続メンバ１６６に、接着、接着、接着、溶接などの少なくとも１つの方法で取り付けることができる。一実施形態によれば、第１及び／又は第２の二次成長制約１５８，１６０は、それぞれ、第１及び／又は第２の二次成長制約１５８，１６０を、電極構造１１０及び／又は対電極構造１１２の集合の端部などの１つ以上の二次接続メンバ１６６の端部に機械的に押し付けることによって、二次接続メンバ１６６に取り付けることができ、一方、接着剤又は他の接着材料を用いて、電極構造１１０及び／又は対電極構造１１２の１つ以上の端部を、それぞれ、第１及び／又は第２の二次成長制約１５８、１６０の少なくとも１つに接着することができる。
図８Ａー図８Ｂは、一実施形態によれば、一組の電極制約１０８によって電極アセンブリ１０６に及ぼされる力、及び電極アセンブリ１０６を含む二次電池１０２の繰り返しサイクルに伴って電極構造１１０によって及ぼされる力を示す力の概略図を描いている。図８Ａ−図８Ｂに示すように、二次電池１０２の充放電による繰り返しサイクルは、電極構造１１０の電極活物質層１３２へのイオン（例えば、Ｌｉ）のインターカレーション及び／又は合金化に起因して、電極構造１１０の電極活物質層１３２のような電極構造１１０の成長を引き起こすことができる。このように、電極構造１１０は、電極構造１１０の体積の成長に起因して、高さ方向に対向する力１９８ａを発揮することができるとともに、縦方向に対向する力１９８ｂを発揮することができる。具体的には示されていないが、電極構造１１０は、体積の変化に起因して、横方向に対向する力を発揮してもよい。これらの力に対抗するため、並びに電極アセンブリ１０６の全体的な成長を抑制するために、一実施形態では、電極制約のセット１０８は、電極アセンブリ１０６の縦端１１７，１１９にそれぞれ第１及び第２の一次成長制約１５４、１５６を有する一次成長制約系１５１を含み、これは、電極構造１１０によって及ぼされる縦方向の力１９８ｂに対抗するために、縦方向に力２００ａを発揮する。同様に、一実施形態では、電極制約のセット１０８は、電極アセンブリ１０６の高さ方向に沿った対向面にそれぞれ第１及び第２の二次成長制約１５８，１６０を有する二次成長制約系１５２を含み、この二次成長制約系１５２は、電極構造１１０によって及ぼされる高さ方向の力１９８ａに対抗するために高さ方向に力２００ｂを発揮する。さらに、電極アセンブリ１０６内の電極構造１１０の体積変化によって及ぼされる横方向の力に対抗するために横方向に対向力を及ぼす三次成長制約系１５５（図示なし）も、一次成長制約系１５１及び二次成長制約系１５２のうちの１つ以上に、代替的に又は追加的に提供することができる。したがって、電極制約のセット１０８は、充電と放電との間のサイクル中に、電極構造１１０の体積変化によって電極構造１１０により及ぼされる力に少なくとも部分的に対抗することができ、それによって、電極アセンブリ１０６の全体的な巨視的成長が制御され及び抑制され得るようにすることができる。
再び図７を参照して、電極構造１１０の集合の各メンバはまた、第１の二次成長制約１５８に隣接する頂部１０５２と、第２の二次成長制約１６０に隣接する底部１０５４と、Ｚ軸に平行な高さ軸ＡＥＳを取り囲む横面（図示なし）と、頂部１０５２と底部１０５４とを接続する横面（図示なし）とを含みえる。電極構造１１０は、長さＬＥＳ、幅ＷＥＳ、及び高さＨＥＳをさらに含む。長さＬＥＳは、側面に囲まれ、Ｘ軸に沿って測定される。幅ＷＥＳは、側面に囲まれ、Ｙ軸に沿って測定され、高さＨＥＳは、上面１０５２から下面１０５４まで、高さ軸ＡＥＳ又はＺ軸に沿って測定される。
電極集合１１０のメンバのＬＥＳは、エネルギー貯蔵デバイス１００又は二次電池１０２及びそれらの意図された使用に応じて変化する。しかしながら、一般的に、電極集合１１０のメンバは、典型的には、約５ｍｍ〜約５００ｍｍの範囲のＬＥＳを有する。例えば、そのような一実施形態では、電極集合１１０のメンバは、約１０ｍｍ〜約２５０ｍｍの範囲のＬＥＳを有する。さらなる例として、そのような一実施形態では、電極集合１１０のメンバは、約２０ｍｍ〜約１００ｍｍのＬＥＳを有する。
電極集合１１０のメンバのＷＥＳもまた、エネルギー貯蔵デバイス１００又は二次電池１０２及びそれらの意図された使用に応じて変化する。しかしながら、一般的に、電極集合１１０の各メンバは、典型的には、約０．０１ｍｍから約２．５ｍｍの範囲内のＷＥＳを有する。例えば、一実施形態では、電極集合１１０の各メンバのＷＥＳは、約０．０２５ｍｍから約２ｍｍの範囲内にある。さらなる例として、一実施形態では、電極集合１１０の各メンバのＷＥＳは、約０．０５ｍｍから約１ｍｍの範囲になる。
電極集合１１０のメンバのＨＥＳもまた、エネルギー貯蔵デバイス１００又は二次電池１０２及びそれらの意図された使用に応じて変化する。しかしながら、一般的に、電極集合１１０のメンバは、典型的には、約０．０５ｍｍから約１００ｍｍの範囲内のＨＥＳを有する。例えば、一実施形態では、電極集合１１０の各メンバのＨＥＳは、約０．０５ｍｍから約５ｍｍの範囲内にある。さらなる例として、一実施形態では、電極集合１１０の各メンバのＨＥＳは、約０．１ｍｍから約１ｍｍの範囲になる。
別の実施形態では、電極構造１１０の集合の各メンバは、Ｚ軸に平行な高さ軸ＡＥＳＢを有する電極構造バックボーン１３４を含みえる。電極構造バックボーン１３４はまた、高さ軸ＡＥＳＢについての電極構造バックボーン１３４を取り囲む電極活物質１３２の層を含んでもよい。換言すると、電極構造バックボーン１３４は、電極活物質１３２の層のための機械的安定性を提供し、一次成長制約系１５１及び／又は二次制約系１５２のための取付け点を提供してもよい。他の実施形態では、図１Ｂの実施形態に示すように、電極集電体１３６は、電極活物質１３２の層のための機械的安定性を提供し、一次成長制約系１５１及び／又は二次制約系１５２のための取付け点を提供してもよい。すなわち、特定の実施形態では、電極集電体１３６は、電極構造バックボーンとして機能してもよい。特定の実施形態では、電極活物質１３２の層は、キャリアイオンが電極活物質層１３２に挿入されると膨張し、キャリアイオンが電極活物質１３２の層から抽出されると収縮する。例えば、一実施形態では、電極活物質１３２の層は、陽極活性であってもよい。さらなる例として、一実施形態では、電極活物質１３２の層は、陰極活性であってもよい。電極構造バックボーン１３４はまた、第１の二次成長制約１５８に隣接する頂部１０５６と、第２の二次成長制約１６０に隣接する底部１０５８と、高さ軸ＡＥＳＢを取り囲み、頂部１０５６と底部１０５８とを接続する横方向の表面（図示なし）とを含んでもよい。電極構造バックボーン１３４は、長さＬＥＳＢ、幅ＷＥＳＢ、及び高さＨＥＳＢをさらに含む。長さＬＥＳＢは、側面により囲まれ、Ｘ軸に沿って測定される。幅ＷＥＳＢは、側面により囲まれ、Ｙ軸に沿って測定され、高さＨＥＳＢは、上面１０５６から下面１０５８までのＺ軸に沿って測定される。
電極構造バックボーン１３４のＬＥＳＢは、エネルギー貯蔵デバイス１００又は二次電池１０２及びそれらの意図された使用に応じて変化する。しかしながら、一般的に、電極構造バックボーン１３４は、典型的には、約５ｍｍ〜約５００ｍｍの範囲のＬＥＳＢを有する。例えば、そのような一実施形態では、電極構造バックボーン１３４は、約１０ｍｍ〜約２５０ｍｍの範囲のＬＥＳＢを有する。さらなる例によって、そのような一実施形態では、電極構造バックボーン１３４は、約２０ｍｍ〜約１００ｍｍのＬＥＳＢを有する。一実施形態によれば、電極構造バックボーン１３４は、少なくとも１つの接続メンバ１６６として機能する電極構造１１０の部分構造であってもよい。
電極構造バックボーン１３４のＷＥＳＢはまた、エネルギー貯蔵デバイス１００又は二次電池１０２及びそれらの意図された使用に応じて変化する。しかしながら、一般的に、各電極構造バックボーン１３４は、典型的には、少なくとも１マイクロメートルのＷＥＳＢを有する。例えば、一実施形態では、各電極構造バックボーン１３４のＷＥＳＢは、実質的に厚くてもよいが、一般的には、５００マイクロメートルを超える厚さを有することはない。さらなる例によって、一実施形態では、各電極構造バックボーン１３４のＷＥＳＢは、約１〜約５０マイクロメートルの範囲内にある。
電極構造バックボーン１３４のＨＥＳＢはまた、エネルギー貯蔵デバイス１００又は二次電池１０２及びそれらの意図された使用に応じて変化する。しかしながら、一般的には、電極構造バックボーン１３４は、典型的には少なくとも約５０マイクロメートル、より典型的には少なくとも約１００マイクロメートルのＨＥＳＢを有する。さらに一般的には、電極構造バックボーン１３４は、典型的には約１０，０００マイクロメートル以下、より典型的には約５，０００マイクロメートル以下のＨＥＳＢを有する。例えば、一実施形態では、各電極構造バックボーン１３４のＨＥＳＢは、約０．０５ｍｍから約１０ｍｍの範囲になる。さらなる実施形態では、一実施形態では、各電極構造バックボーン１３４のＨＥＳＢは、約０．０５ｍｍから約５ｍｍの範囲になる。さらなる例によって、一実施形態では、各電極構造バックボーン１３４のＨＥＳＢは、約０．１ｍｍから約１ｍｍの範囲になる。
用途に応じて、電極構造バックボーン１３４は、電気的に導電性であってもよいし、絶縁性であってもよい。例えば、ある実施形態では、電極構造バックボーン１３４は、導電性であってもよく、電極活物質１３２のための電極集電体１３６を含んでもよい。そのような一実施形態では、電極構造バックボーン１３４は、少なくとも約１０３シーメンス／ｃｍの導電性を有する電極集電体１３６を含む。さらなる例によって、そのような一実施形態では、電極構造バックボーン１３４は、少なくとも約１０４シーメンス／ｃｍの導電率を有する電極集電体１３６を含む。さらなる実施形態では、１つのそのような実施形態では、電極構造バックボーン１３４は、少なくとも約１０５シーメンス／ｃｍの導電率を有する電極集電体１３６を含む。他の実施形態では、電極構造バックボーン１３４は、比較的非導電性である。例えば、一実施形態では、電極構造バックボーン１３４は、約１０シーメンス／ｃｍ未満の導電性を有する。さらなる例によって、一実施形態では、電極構造バックボーン１３４は、１シーメンス／ｃｍ未満の電気伝導度を有する。さらなる例によって、一実施形態では、電極構造バックボーン１３４は、１０−１シーメンス／ｃｍ未満の電気伝導率を有する。
特定の実施形態では、電極構造バックボーン１３４は、金属、半導体、有機物、セラミック、ガラスなどで成形され得る任意の材料を含むことができる。例えば、特定の実施形態では、材料は、シリコン、ゲルマニウムなどの半導体材料を含む。しかし、代替的に、炭素系有機材料、又はアルミニウム、銅、ニッケル、コバルト、チタン、タングステンなどの金属もまた、電極構造バックボーン１３４に組み込まれてもよい。例示的な一実施形態では、電極構造バックボーン１３４はシリコンからなる。シリコンは、例えば、単結晶シリコン、多結晶シリコン、アモルファスシリコン、又はそれらの組み合わせであってもよい。
特定の実施形態では、電極活物質層１３２は、少なくとも１マイクロメートルの厚さを有してもよい。しかし、典型的には、電極活物質層１３２の厚さは、５００マイクロメートルを超えない、例えば、２００マイクロメートルを超えない。例えば、一実施形態では、電極活物質層１３２は、約１〜約５０マイクロメートルの厚さを有し得る。さらなる例によって、一実施形態では、電極活物質層１３２は、約２〜約７５マイクロメートルの厚さを有し得る。さらなる例によって、一実施形態では、電極活物質層１３２は、約１０〜約１００マイクロメートルの厚さを有してもよい。さらなる例によって、一実施形態では、電極活物質層１３２は、約５〜約５０マイクロメートルの厚さを有してもよい。
特定の実施形態では、電極集電体１３６は、セパレータ１３０から電極活物質層１３２へのキャリアイオンの移動を容易にするためにキャリアイオンに対して十分なイオン透過性を有し、かつ集電体として機能することを可能にするために十分な電気伝導性を有するイオン透過性導電体材料を含む。電極集電体１３６が電極活物質層１３２とセパレータ１３０との間に配置されている実施形態では、電極集電体１３６は、電極活物質層１３２の表面を横切って電極集電体１３６からの電流を分配することにより、より均一なキャリアイオンの輸送を促進してもよい。これにより、より均一なキャリアイオンの挿入及び抽出が容易になり、それにより、サイクリング中の電極活物質層１３２の応力が低減され得る。電極集電体１３６は、セパレータ１３０に対向する電極活物質層１３２の表面に電流を分配するので、キャリアイオンに対する電極活物質層１３２の反応性は、キャリアイオンの濃度が最も大きいところで最大となる。
電極集電体１３６は、イオン伝導性及び電気伝導性を有するイオン透過性導体材料を含むことができる。別の言い方をすれば、電極集電体１３６は、電気化学スタック又は電極アセンブリ１０６において、イオン的に透過性の導体層の一方の側のすぐに隣接する電極活物質層１３２と、電極集電体１３６の他方の側のすぐに隣接するセパレータ層１３０との間でのキャリアイオンの移動を容易にする、キャリアイオンのための厚さ、電気伝導性、及びイオン伝導性を有してもよい。さらに別の実施形態では、電極集電体１３６は、例えば、図１Ｂのように、電極集電体１３６が電極構造１１０の内部バックボーンを形成する場合のように、任意のイオン伝導性に関係なく（例えば、材料がイオン伝導性を有していてもよいし、有していなくてもよい）、電気的に伝導性を有する導電体材料を構成してもよい。そのような実施形態では、電極集電体は、キャリアイオンの負電極活物質への移動を阻害しないように、電極構造１００内に内部的に配置されてもよく、したがって、イオンを伝導する能力は必須でなくあり得る。相対的に見て、電極集電体１３６は、装置１００にエネルギーを蓄えるための印加電流があるとき、又は装置１００を放電させるための印加負荷があるときに、そのイオンコンダクタンスよりも大きい電気的コンダクタンスを有する。例えば、電極集電体１３６の電気コンダクタンスとイオンコンダクタンス（キャリアイオンの場合）との比は、デバイス１００にエネルギーを蓄えるための印加電流があるとき、又はデバイス１００を放電させるための印加負荷があるとき、典型的には、それぞれ少なくとも１０００：１である。さらなる例によって、そのような一実施形態では、デバイス１００内にエネルギーを蓄えるための印加電流又はデバイス１００を放電させるための印加負荷がある場合、電極集電体１３６のイオンコンダクタンス（キャリアイオンの場合）に対する電気的コンダクタンスの比は、それぞれ少なくとも５０００：１である。さらなる例によって、そのような一実施形態では、デバイス１００内にエネルギーを蓄えるための印加電流又はデバイス１００を放電させるための印加負荷がある場合、電極集電体１３６のイオンコンダクタンス（キャリアイオンの場合）に対する電気的コンダクタンスの比は、それぞれ少なくとも１００００：１である。さらなる例によって、そのような一実施形態では、デバイス１００内にエネルギーを蓄えるための印加電流又はデバイス１００を放電させるための印加負荷がある場合、電極集電体１３６のイオンコンダクタンス（キャリアイオンの場合）に対する電気的コンダクタンスの比は、それぞれ少なくとも５００００：１である。さらなる例によって、そのような一実施形態では、デバイス１００内にエネルギーを蓄えるための印加電流又はデバイス１００を放電させるための印加負荷がある場合、電極集電体１３６のイオンコンダクタンス（キャリアイオンの場合）に対する電気的コンダクタンスの比は、それぞれ少なくとも１０００００：１である。
一実施形態において、かつ、二次電池１０２が充放電しているときなど、デバイス１００にエネルギーを蓄えるための印加電流又はデバイス１００を放電させるための印加負荷があるとき、電極集電体１３６は、隣接するセパレータ層１３０のイオンコンダクタンスに匹敵するイオンコンダクタンスを有する。例えば、一実施形態において、デバイス１００にエネルギーを蓄えるための印加電流又はデバイス１００を放電させるための印加負荷があるとき、電極集電体１３６は、セパレータ層１３０のイオンコンダクタンスの少なくとも５０％（即ち、それぞれ０．５：１の比）である（キャリアイオンに対する）イオンコンダクタンスを有する。さらなる例によって、いくつかの実施形態では、デバイス１００にエネルギーを蓄えるための印加電流があるとき、又はデバイス１００を放電するための印加負荷があるとき、電極集電体１３６の（キャリアイオンに対する）イオンコンダクタンスとセパレータ層１３０の（キャリアイオンに対する）イオンコンダクタンスとの比は、少なくとも１：１である。さらなる例によって、いくつかの実施形態では、デバイス１００にエネルギーを蓄えるための印加電流があるとき、又はデバイス１００を放電するための印加負荷があるとき、電極集電体１３６の（キャリアイオンに対する）イオンコンダクタンスとセパレータ層１３０の（キャリアイオンに対する）イオンコンダクタンスとの比は、少なくとも１．２５：１である。さらなる例によって、いくつかの実施形態では、デバイス１００にエネルギーを蓄えるための印加電流があるとき、又はデバイス１００を放電するための印加負荷があるとき、電極集電体１３６の（キャリアイオンに対する）イオンコンダクタンスとセパレータ層１３０の（キャリアイオンに対する）イオンコンダクタンスとの比は、少なくとも１．５：１である。さらなる例によって、いくつかの実施形態では、デバイス１００にエネルギーを蓄えるための印加電流があるとき、又はデバイス１００を放電するための印加負荷があるとき、電極集電体１３６の（キャリアイオンに対する）イオンコンダクタンスとセパレータ層１３０の（キャリアイオンに対する）イオンコンダクタンスとの比は、少なくとも２：１である。
一実施形態では、電極集電体１３６はまた、電極活物質層１３２の電気コンダクタンスよりも実質的に大きい電気コンダクタンスを有する。例えば、一実施形態では、デバイス１００にエネルギーを蓄えるための印加電流があるとき、又はデバイス１００を放電するための印加負荷があるとき、電極集電体１３６の電気コンダクタンスと電極活物質層１３２の電気コンダクタンスとの比は、少なくとも１００：１である。さらなる例として、いくつかの実施形態では、デバイス１００内にエネルギーを蓄えるための印加電流があるとき、又はデバイス１００を放電するための印加負荷があるとき、電極活物質層１３２の電気的コンダクタンスに対する電極集電体１３６の電気的コンダクタンスの比は、少なくとも５００：１である。さらなる例として、いくつかの実施形態では、デバイス１００内にエネルギーを蓄えるための印加電流があるとき、又はデバイス１００を放電するための印加負荷があるとき、電極活物質層１３２の電気的コンダクタンスに対する電極集電体１３６の電気的コンダクタンスの比は、少なくとも１０００：１である。さらなる例として、いくつかの実施形態では、デバイス１００内にエネルギーを蓄えるための印加電流があるとき、又はデバイス１００を放電するための印加負荷があるとき、電極活物質層１３２の電気的コンダクタンスに対する電極集電体１３６の電気的コンダクタンスの比は、少なくとも５０００：１である。さらなる例として、いくつかの実施形態では、デバイス１００内にエネルギーを蓄えるための印加電流があるとき、又はデバイス１００を放電するための印加負荷があるとき、電極活物質層１３２の電気的コンダクタンスに対する電極集電体１３６の電気的コンダクタンスの比は、少なくとも１００００：１である。
特定の実施形態における縦方向の電極集電体層１３６の厚さ（すなわち、セパレータ１３０と、一実施形態では、電極集電体層１３６が挟まれている間の陽極活性物質層（例えば、電極活物質層１３２）との間の最短距離、又は、図１Ｂの実施形態のように、電極集電体が挟まれている隣接する電極活物質層の間で測定される厚さ）は、電極集電体層１３６の構成及び電気化学スタックの性能仕様に依存する。一般に、電極集電体層１３６がイオン透過性導体層である場合、それは少なくとも約３００オングストロームの厚さを有する。例えば、いくつかの実施形態では、それは、約３００〜８００オングストロームの範囲の厚さを有してもよい。しかし、より典型的には、約０．１1マイクロメートルを超える厚さを有する。一般的に、イオン透過性導体層は、約１００マイクロメートルを超えない厚さを有する。したがって、例えば、ある実施形態では、電極集電体層１３６は、約０．１〜約１０マイクロメートルの範囲の厚さを有する。さらなる例によって、いくつかの実施形態では、電極集電体層１３６は、約０．１〜約５マイクロメートルの範囲の厚さを有する。さらなる実施形態では、いくつかの実施形態では、電極集電体層１３６は、約０．５〜約３マイクロメートルの範囲の厚さを有する。他の実施形態では、電極集電体層１３６が、隣接する電極活物質層の間に挟まれた内部層のような電極構造１１０の内部構造である場合（例えば、図１Ｂに示す実施形態のように）を含めて、その厚さは、一般に、イオン透過性導体層について記載されているようなものであってもよく、より一般的には、約２ミクロンから約２０ミクロンの範囲、約６ミクロンから約１８ミクロンの範囲、及び／又は約８ミクロンから約１４ミクロンの範囲など、２０ミクロン未満の範囲の厚さであってもよい。すなわち、電極集電体の厚さは、２０ミクロン未満、例えば１８ミクロン未満、さらには１４ミクロン未満の範囲であってもよく、一般的には少なくとも２ミクロン、例えば少なくとも６ミクロン、さらには少なくとも８ミクロンの範囲であってもよい。一般に、電極集電体層１３６の厚さは、ほぼ均一であることが好ましくあり得る。例えば、ある実施形態では、電極集電体層１３６は、約２５％未満の厚さの不均一性を有することが好ましい。特定の実施形態では、厚さの不均一性はさらに小さい。例えば、いくつかの実施形態では、電極集電体層１３６は、約２０％未満の厚さの不均一性を有する。さらなる例として、いくつかの実施形態では、電極集電体層１３６は、約１５％未満の厚さの不均一性を有する。いくつかの実施形態では、イオン透過性導体層は、約１０％未満の厚さの不均一性を有する。
一実施形態では、電極集電体層１３６は、イオン透過性及び電気伝導性に寄与する導電性成分及びイオン伝導性成分を含むイオン透過性導電体層である。典型的には、導電性成分は、メッシュ又はパターン化された表面、フィルム、又は連続的な導電性材料（例えば、連続的な金属又は金属合金）を構成する複合材料の形態の連続的な導電性材料（例えば、連続的な金属又は金属合金）を含む。さらに、イオン導電性メンバは、典型的には、細孔、例えば、メッシュの間隙、パターン化された金属又は金属合金を含む材料層の間の空間、金属膜の細孔、又はキャリアイオンのための十分な拡散性を有する固体イオン導電体を構成する。特定の実施形態では、イオン透過性導体層は、堆積した多孔質材料、イオン輸送材料、イオン反応性材料、複合材料、又は物理的に多孔質な材料を含む。多孔質である場合、例えば、イオン透過性導体層は、少なくとも約０．２５のボイド率を有し得る。しかし、一般的には、ボイド率は、典型的には約０．９５を超えない。より典型的には、イオン性透過性導体層が多孔質である場合、ボイド率は約０．２５〜約０．８５の範囲であってもよい。いくつかの実施形態では、例えば、イオン性透過性導体層が多孔質であるとき、ボイド率は、約０．３５から約０．６５の範囲であってもよい。
図７に示された実施形態では、電極集電体層１３６は、電極活物質層１３２のための唯一の陽極集電体である。異なる言い方をすれば、電極構造バックボーン１３４は、陽極集電体を含んでもよい。しかしながら、特定の他の実施形態では、電極構造バックボーン１３４は、任意に、陽極集電体を含まないことができる。さらなる他の実施形態では、例えば図１Ｂに示すように、電極集電体層１３６は、電極構造１１０の内部構造であり、電極活物質層１３２が内部電極集電体層１３６の対向する側に配置された状態で、電極構造１１０のコア又はバックボーン構造として機能してもよい。
［対電極構造の集合］
再び図７を参照すると、対電極構造１１２の集合の各メンバはまた、第１の二次成長制約１５８に隣接する頂部１０６８と、第２の二次成長制約１６０に隣接する底部１０７０と、Ｚ軸に平行な高さ軸ＡＣＥＳ（マークなし）を取り囲む側面（マークなし）と、頂部１０６８と底部１０７０とを接続する側面（マークなし）とを含んでいてもよい。対電極構造１１２は、長さＬＣＥＳ、幅ＷＣＥＳ、及び高さＨＣＥＳをさらに含む。長さＬＣＥＳは、側面によって囲まれ、Ｘ軸に沿って測定される。幅ＷＣＥＳは、側面によって囲まれ、Ｙ軸に沿って測定され、高さＨＣＥＳは、上面１０６８から底面１０７０までの高さ軸ＡＣＥＳ又はＺ軸に沿って測定される。
対電極１１２の集合のメンバのＬＣＥＳは、エネルギー貯蔵デバイス１００又は二次電池１０２及びそれらの意図された使用に応じて変化する。しかしながら、一般的に、対電極１１２の集合のメンバは、典型的には、約５ｍｍ〜約５００ｍｍの範囲のＬＣＥＳを有する。例えば、そのような一実施形態では、対電極１１２の集合のメンバは、約１０ｍｍ〜約２５０ｍｍの範囲のＬＣＥＳを有する。さらなる例として、そのような一実施形態では、対電極１１２の集合のメンバは、約２５ｍｍ〜約１００ｍｍの範囲のＬＣＥＳを有する。
対電極１１２の集合のメンバのＷＣＥＳもまた、エネルギー貯蔵デバイス１００又は二次電池１０２及びそれらの意図された使用に応じて変化する。しかしながら、一般的に、対電極１１２の集合の各メンバは、典型的には、約０．０１ｍｍ〜約２．５ｍｍの範囲内のＷＣＥＳを有する。例えば、一実施形態では、対電極１１２の集合の各メンバのＷＣＥＳは、約０．０２５ｍｍから約２ｍｍの範囲内にある。さらなる例として、一実施形態では、対電極１１２の集合の各メンバのＷＣＥＳは、約０．０５ｍｍ〜約１ｍｍの範囲になる。
対電極１１２の集合のメンバのＨＣＥＳもまた、エネルギー貯蔵デバイス１００又は二次電池１０２及びそれらの意図された使用に応じて変化する。しかしながら、一般的に、対電極１１２の集合のメンバは、典型的には、約０．０５ｍｍから約１０ｍｍの範囲内のＨＣＥＳを有する。例えば、一実施形態では、対電極１１２の集合の各メンバのＨＣＥＳは、約０．０５ｍｍから約５ｍｍの範囲内にある。さらなる例として、一実施形態では、電極１１２の集合の各メンバのＨＣＥＳは、約０．１ｍｍ〜約１ｍｍの範囲になる。
別の実施形態では、対電極構造１１２の集合の各メンバは、Ｚ軸に平行な高さ軸ＡＣＥＳＢを有する対電極構造バックボーン１４１を含んでもよい。対電極構造バックボーン１４１はまた、高さ軸ＡＣＥＳＢについて対電極構造バックボーン１４１を取り囲む対電極活物質１３８の層を含んでもよい。換言すると、対電極構造バックボーン１４１は、対電極活物質層１３８の機械的安定性を提供し、一次成長制約系１５１及び／又は二次成長制約系１５２のための取付け点を提供してもよい。さらに別の実施形態では、図１Ｂに示すように、対電極集電体１４０は、対電極活物質層１３８のための機械的安定性を提供してもよく、一次成長制約系１５１及び／又は二次成長制約系１５２のための取付け点を提供してもよい。すなわち、特定の実施形態では、対電極集電体１４０は、対電極構造バックボーンとして機能してもよい。特定の実施形態では、対電極活物質層１３８は、対電極活物質層１３８へのキャリアイオンの挿入時に膨張し、対電極活物質層１３８からのキャリアイオンの抽出時に収縮する。例えば、一実施形態では、対電極活物質層１３８は、陽極活性であってもよい。さらなる例として、一実施形態では、対電極活物質１３８の層は、陰極活性であってもよい。対電極構造バックボーン１４１はまた、第１の二次成長制約１５８に隣接する頂部１０７２と、第２の二次成長制約１６０に隣接する底部１０７４と、高さ軸ＡＣＥＳＢを取り囲み、頂部１０７２と底部１０７４とを接続する横方向の表面（図示なし）とを含んでもよい。対電極構造バックボーン１４１は、長さＬＣＥＳＢ、幅ＷＣＥＳＢ、及び高さＨＣＥＳＢをさらに含む。長さＬＣＥＳＢは、側面により囲まれ、Ｘ軸に沿って測定される。幅ＷＣＥＳＢは、側面により囲まれ、Ｙ軸に沿って測定され、高さＨＣＥＳＢは、上面１０７２から下面１０７４までＺ軸に沿って測定される。
対電極構造バックボーン１４１のＬＣＥＳＢは、エネルギー貯蔵デバイス１００又は二次電池１０２及びそれらの意図された用途に応じて変化する。しかしながら、一般的に、対電極構造バックボーン１４１は、典型的には、約５ｍｍ〜約５００ｍｍの範囲のＬＣＥＳＢを有する。例えば、そのような一実施形態では、対電極構造バックボーン１４１は、約１０ｍｍ〜約２５０ｍｍの範囲のＬＣＥＳＢを有する。さらなる実施形態では、そのような一実施形態では、対電極構造バックボーン１４１は、約２０ｍｍ〜約１００ｍｍのＬＣＥＳＢを有する。
対電極構造バックボーン１４１のＷＣＥＳＢはまた、エネルギー貯蔵デバイス１００又は二次電池１０２及びそれらの意図された使用に応じて変化する。しかしながら、一般的に、各対電極構造バックボーン１４１は、典型的には、少なくとも１マイクロメートルのＷＣＥＳＢを有する。例えば、一実施形態では、各対電極構造バックボーン１４１のＷＣＥＳＢは、実質的に厚くてもよいが、一般的には、５００マイクロメートルを超える厚さを有することはない。さらなる実施形態では、一実施形態では、各対電極構造バックボーン１４１のＷＣＥＳＢは、約１〜約５０マイクロメートルの範囲内にある。
対電極構造バックボーン１４１のＨＣＥＳＢはまた、エネルギー貯蔵デバイス１００又は二次電池１０２及びそれらの意図された用途に応じて変化する。しかしながら、一般的には、対電極構造バックボーン１４１は、典型的には少なくとも約５０マイクロメートル、より典型的には少なくとも約１００マイクロメートルのＨＣＥＳＢを有する。
さらに、一般的に、対電極構造バックボーン１４１は、典型的には、約１００００マイクロメートルを超えず、より典型的には、約５０００マイクロメートルを超えないＨＣＥＳＢを有する。例えば、一実施形態では、各対電極構造バックボーン１４１のＨＣＥＳＢは、約０．０５ｍｍ〜約１０ｍｍの範囲内にある。さらなる例によって、一実施形態では、各対電極構造バックボーン１４１のＨＣＥＳＢは、約０．０５ｍｍから約５ｍｍの範囲にある。さらなる例によって、一実施形態では、各対電極構造バックボーン１４１のＨＣＥＳＢは、約０．１ｍｍから約１ｍｍの範囲になる。
用途に応じて、対電極構造バックボーン１４１は、電気的に導電性であってもよいし、絶縁性であってもよい。例えば、ある実施形態では、対電極構造バックボーン１４１は、導電性であってもよく、対電極活物質１３８のための対電極集電体１４０を含んでもよい。そのような一実施形態では、対電極構造バックボーン１４１は、少なくとも約１０３シーメンス／ｃｍの導電性を有する対電極集電体１４０を含む。さらなる例によって、そのような一実施形態では、対電極構造バックボーン１４１は、少なくとも約１０４シーメンス／ｃｍの導電率を有する対電極集電体１４０を含む。さらなる実施形態では、そのような一実施形態では、対電極構造バックボーン１４１は、少なくとも約１０５シーメンス／ｃｍの導電率を有する対電極集電体１４０を含む。他の実施形態では、対電極構造バックボーン１４１は、比較的非導電性である。例えば、一実施形態では、対電極構造バックボーン１４１は、約１０シーメンス／ｃｍ未満の導電性を有する。さらなる実施形態では、一実施形態では、対電極構造バックボーン１４１は、１シーメンス／ｃｍ未満の電気伝導度を有する。さらなる実施形態では、一実施形態では、対電極構造バックボーン１４１は、１０−１シーメンス／ｃｍ未満の電気伝導度を有する。
特定の実施形態では、対電極構造バックボーン１４１は、金属、半導体、有機物、セラミック、ガラスなどの形状を有する任意の材料を含むことができる。例えば、特定の実施形態では、材料は、シリコン、ゲルマニウムなどの半導体材料を含む。しかし、代替的に、炭素系有機材料、又はアルミニウム、銅、ニッケル、コバルト、チタン、タングステンなどの金属も、対電極構造バックボーン１４１に組み込まれてもよい。一例示的な実施形態では、対電極構造バックボーン１４１は、シリコンからなる。シリコンは、例えば、単結晶シリコン、多結晶シリコン、アモルファスシリコン、又はそれらの組み合わせであってもよい。
特定の実施形態では、対電極活物質層１３８は、少なくとも１マイクロメートルの厚さを有してもよい。しかしながら、典型的には、対電極活物質層１３８の厚さは、２００マイクロメートルを超えない。例えば、一実施形態では、対電極活物質層１３８は、約１〜約５０マイクロメートルの厚さを有してもよい。さらなる例によって、一実施形態では、対電極活物質層１３８は、約２〜約７５マイクロメートルの厚さを有してもよい。さらなる方法で、一実施形態では、対電極活物質層１３８は、約１０〜約１００マイクロメートルの厚さを有してもよい。さらなる例によって、一実施形態では、対電極活物質層１３８は、約５〜約５０マイクロメートルの厚さを有してもよい。
特定の実施形態では、対電極集電体１４０は、セパレータ１３０から対電極活物質層１３８へのキャリアイオンの移動を容易にするためにキャリアイオンに対して十分なイオン透過性を有し、かつ集電体として機能することを可能にするために十分な電気伝導性を有するイオン透過性導電体を含む。対電極活物質層１３８とセパレータ１３０との間に配置されているか否かにかかわらず、対電極集電体１４０は、対電極集電体１４０からの電流を対電極活物質層１３８の表面を横切って分配することにより、より均一なキャリアイオンの輸送を促進してもよい。これにより、より均一なキャリアイオンの挿入及び抽出が容易になり、それにより、サイクリング中の対電極活物質層１３８の応力が低減され得る。対電極集電体１４０は、セパレータ１３０に対向する対電極活物質層１３８の表面に電流を分配するので、キャリアイオンに対する対電極活物質層１３８の反応性は、キャリアイオンの濃度が最も高いところで最も大きくなる。
対電極集電体１４０は、イオン伝導性及び電気伝導性を有するイオン透過性導体材料を含んでもよい。換言すると、対電極集電体１４０は、電気化学積層又は電極アセンブリ１０６において、イオン的に透過性の導体層の一方の側に隣接する対電極活物質層１３８と、対電極集電体１４０の他方の側に隣接するセパレータ層１３０との間でのキャリアイオンの移動を容易にする、厚さ、電気伝導性、及びキャリアイオンに対するイオン伝導性を有してもよい。さらに別の実施形態では、対電極集電体１４０は、例えば図１Ｂのように、対電極集電体１４０が対電極構造１１１の内部バックボーンを形成する場合のように、任意のイオン伝導性に関係なく（例えば、材料がイオン伝導性を有していてもよいし、有していなくてもよい）、電気的に伝導性を有する導体材料を含んでいてもよい。そのような実施形態では、電極集電体は、キャリアイオンの負電極活物質への移動を阻害しないように、電極構造１００内に内部的に配置されてもよく、したがって、イオンを伝導する能力は必須でなくもあり得る。相対的に、対電極集電体１４０は、デバイス１００にエネルギーを蓄えるための印加電流があるとき、又はデバイス１００を放電するための印加負荷があるときに、そのイオンコンダクタンスよりも大きい電気的コンダクタンスを有する。例えば、デバイス１００内にエネルギーを蓄えるための印加電流があるとき、又はデバイス１００を放電させるための印加負荷があるとき、対電極集電体１４０の電気コンダクタンスと（キャリアイオンに対する）イオンコンダクタンスとの比は、典型的には、それぞれ少なくとも１０００：１である。さらなる例によって、そのような一実施形態では、デバイス１００内にエネルギーを蓄えるための印加電流があるとき、又はデバイス１００を放電するための印加負荷があるとき、対電極集電体１４０の（キャリアイオンに対する）イオンコンダクタンスに対する電気的コンダクタンスの比は、それぞれ少なくとも５０００：１である。さらなる例によって、そのような一実施形態では、デバイス１００内にエネルギーを蓄えるための印加電流があるとき、又はデバイス１００を放電するための印加負荷があるとき、対電極集電体１４０の（キャリアイオンに対する）イオンコンダクタンスに対する電気的コンダクタンスの比は、それぞれ少なくとも１００００：１である。さらなる例によって、そのような一実施形態では、デバイス１００内にエネルギーを蓄えるための印加電流があるとき、又はデバイス１００を放電するための印加負荷があるとき、対電極集電体１４０の層の（キャリアイオンに対する）イオンコンダクタンスに対する電気コンダクタンスの比は、それぞれ少なくとも５００００：１である。さらなる例によって、そのような一実施形態では、デバイス１００にエネルギーを蓄えるための印加電流があるとき、又はデバイス１００を放電するための印加負荷があるとき、対電極集電体１４０の（キャリアイオンに対する）イオンコンダクタンスに対する電気コンダクタンスの比は、それぞれ少なくとも１０００００：１である。
一実施形態において、かつ、エネルギー貯蔵デバイス１００若しくは二次電池１０２が充放電しているときなど、デバイス１００にエネルギーを蓄えるための印加電流又はデバイス１００を放電させるための印加負荷があるとき、対電極集電体１４０は、隣接するセパレータ層１３０のイオンコンダクタンスに匹敵するイオンコンダクタンスを有する。例えば、一実施形態において、デバイス１００にエネルギーを蓄えるための印加電流又はデバイス１００を放電させるための印加負荷があるとき、対電極集電体１４０は、セパレータ層１３０のイオンコンダクタンスの少なくとも５０％（即ち、それぞれ０．５：１の比）である（キャリアイオンに対する）イオンコンダクタンスを有する。さらなる例によって、いくつかの実施形態では、デバイス１００にエネルギーを蓄えるための印加電流があるとき、又はデバイス１００を放電するための印加負荷があるとき、対電極集電体１４０の（キャリアイオンに対する）イオンコンダクタンスとセパレータ層１３０の（キャリアイオンに対する）イオンコンダクタンスとの比は、少なくとも１：１である。さらなる例によって、いくつかの実施形態では、デバイス１００にエネルギーを蓄えるための印加電流があるとき、又はデバイス１００を放電するための印加負荷があるとき、対電極集電体１４０の（キャリアイオンに対する）イオンコンダクタンスとセパレータ層１３０の（キャリアイオンに対する）イオンコンダクタンスとの比は、少なくとも１．２５：１である。さらなる例によって、いくつかの実施形態では、デバイス１００にエネルギーを蓄えるための印加電流があるとき、又はデバイス１００を放電するための印加負荷があるとき、対電極集電体１４０の（キャリアイオンに対する）イオンコンダクタンスとセパレータ層１３０の（キャリアイオンに対する）イオンコンダクタンスとの比は、少なくとも１．５：１である。さらなる例によって、いくつかの実施形態では、デバイス１００にエネルギーを蓄えるための印加電流があるとき、又はデバイス１００を放電するための印加負荷があるとき、対電極集電体１４０の（キャリアイオンに対する）イオンコンダクタンスとセパレータ層１３０の（（陽極集電体層の）キャリアイオンに対する）イオンコンダクタンスとの比は、少なくとも２：１である。
一実施形態では、対電極集電体１４０はまた、対電極活物質層１３８の電気コンダクタンスよりも実質的に大きい電気コンダクタンスを有する。例えば、一実施形態では、デバイス１００にエネルギーを蓄えるための印加電流があるとき、又はデバイス１００を放電するための印加負荷があるとき、対電極集電体１４０の電気コンダクタンスと対電極活物質層１３８の電気コンダクタンスとの比は、少なくとも１００：１である。さらなる例として、いくつかの実施形態では、デバイス１００内にエネルギーを蓄えるための印加電流があるとき、又はデバイス１００を放電するための印加負荷があるとき、対電極活物質層１３８の電気的コンダクタンスに対する対電極集電体１４０の電気的コンダクタンスの比は、少なくとも５００：１である。さらなる例として、いくつかの実施形態では、デバイス１００内にエネルギーを蓄えるための印加電流があるとき、又はデバイス１００を放電するための印加負荷があるとき、対電極活物質層１３８の電気的コンダクタンスに対する対電極集電体１４０の電気的コンダクタンスの比は、少なくとも１０００：１である。さらなる例として、いくつかの実施形態では、デバイス１００内にエネルギーを蓄えるための印加電流があるとき、又はデバイス１００を放電するための印加負荷があるとき、対電極活物質層１３８の電気的コンダクタンスに対する対電極集電体１４０の電気的コンダクタンスの比は、少なくとも５０００：１である。さらなる例として、いくつかの実施形態では、デバイス１００内にエネルギーを蓄えるための印加電流があるとき、又はデバイス１００を放電するための印加負荷があるとき、対電極活物質層１３８の電気的コンダクタンスに対する対電極集電体１４０の電気的コンダクタンスの比は、少なくとも１００００：１である。
特定の実施形態における対電極集電体層１４０の厚さ（すなわち、セパレータ１３０と、一実施形態では、対電極集電体層１４０が間に挟まれている陰極活性物質層（例えば、対電極活物質層１３８）との間の最短距離）は、対電極集電体層１４０の構成及び電気化学スタックの性能仕様に依存する。一般に、対電極集電体層１４０がイオン透過性導体層である場合、それは少なくとも約３００オングストロームの厚さを有する。例えば、いくつかの実施形態では、それは、約３００〜８００オングストロームの範囲の厚さを有してもよい。しかし、より典型的には、約０．１1マイクロメートルを超える厚さを有する。一般的に、イオン透過性導体層は、約１００マイクロメートルを超えない厚さを有する。したがって、例えば、ある実施形態では、対電極集電体層１４０は、約０．１〜約１０マイクロメートルの範囲の厚さを有する。さらなる例によって、いくつかの実施形態では、対電極集電体層１４０は、約０．１〜約５マイクロメートルの範囲の厚さを有する。さらなる実施形態では、いくつかの実施形態では、対電極集電体層１４０は、約０．５〜約３マイクロメートルの範囲の厚さを有する。他の実施形態では、対電極集電体層１４０が、隣接する電極活物質層の間に挟まれた内部層のような電極構造１１２の内部構造である場合（例えば、図１Ｂに示す実施形態のように）を含めて、その厚さは、一般に、イオン透過性導体層について記載されているようなものであってもよく、より一般的には、約２ミクロンから約２０ミクロンの範囲、約６ミクロンから約１８ミクロンの範囲、及び／又は約８ミクロンから約１４ミクロンの範囲など、２０ミクロン未満の範囲の厚さであってもよい。すなわち、電極集電体の厚さは、２０ミクロン未満、例えば１８ミクロン未満、さらには１４ミクロン未満の範囲であってもよく、一般的には少なくとも２ミクロン、例えば少なくとも６ミクロン、さらには少なくとも８ミクロンの範囲であってもよい。一般に、対電極集電体層１４０の厚さは、ほぼ均一であることが好ましい。例えば、ある実施形態では、対電極集電体層１４０は、約２５％未満の厚さの不均一性を有することが好ましい。特定の実施形態では、厚さの不均一性はさらに小さい。例えば、いくつかの実施形態では、対電極集電体層１４０は、約２０％未満の厚さの不均一性を有する。さらなる例として、いくつかの実施形態では、対電極集電体層１４０は、約１５％未満の厚さの不均一性を有する。いくつかの実施形態では、対電極集電体層１４０は、約１０％未満の厚さの不均一性を有する。
一実施形態では、対電極集電体層１４０は、イオン透過性及び電気伝導性に寄与する導電性成分及びイオン伝導性成分を含むイオン透過性導電体層である。典型的には、導電性成分は、メッシュ又はパターン化された表面、フィルム、又は連続的な導電性材料（例えば、連続的な金属又は金属合金）を構成する複合材料の形態の連続的な導電性材料（例えば、連続的な金属又は金属合金）を含む。さらに、イオン導電性メンバは、典型的には、細孔、例えば、メッシュの間隙、パターン化された金属又は金属合金を含む材料層の間の空間、金属膜の細孔、又はキャリアイオンのための十分な拡散性を有する固体イオン導電体を構成する。特定の実施形態では、イオン透過性導体層は、堆積した多孔質材料、イオン輸送材料、イオン反応性材料、複合材料、又は物理的に多孔質な材料を含む。多孔質である場合、例えば、イオン透過性導体層は、少なくとも約０．２５のボイド率を有し得る。しかし、一般的には、ボイド率は、典型的には約０．９５を超えない。より典型的には、イオン性透過性導体層が多孔質である場合、ボイド率は約０．２５〜約０．８５の範囲であってもよい。いくつかの実施形態では、例えば、イオン性透過性導体層が多孔質であるとき、ボイド率は、約０．３５から約０．６５の範囲であってもよい
図７に示された実施形態では、対電極集電体層１４０は、対電極活物質層１３８のための唯一の陰極集電体である。異なる言い方をすれば、対電極構造バックボーン１４１は、陰極集電体を含んでもよい。しかしながら、特定の他の実施形態では、対電極構造バックボーン１４１は、任意に、陰極集電体１４０を含まないことができる。さらなる他の実施形態では、例えば図１Ｂに示すように、電極集電体層１３６は、電極構造１１０の内部構造であり、電極活物質層１３２が内部電極集電体層１３６の対向する側に配置された状態で、電極構造１１０のコア又はバックボーン構造として機能してもよい。
一実施形態では、第１の二次成長制約１５８及び第２の二次成長制約１６０は、それぞれ、内面１０６０及び１０６２と、Ｚ軸に沿って離間したそれぞれの対向する外面１０６４及び１０６６とを含み、それによって、第１の二次成長制約１５８の高さＨ１５８及び第２の二次成長制約１６０の高さＨ１６０を定義することができる。本開示の態様によれば、第１及び／又は第２の二次成長制約１５８，１６０のいずれかの高さをそれぞれ増加させることは、制約の剛性を増加させることができるが、体積の増加を必要とすることもあり、したがって、エネルギー貯蔵デバイス１００又は電極アセンブリ１０６及び制約のセット１０８を含む二次電池１０２のエネルギー密度の低下を引き起こすことになる。したがって、制約１５８，１６０の厚さは、制約の材料特性、電極１００の所定の膨張からの圧力を相殺するために必要な制約の強度、及び他の要因に応じて選択することができる。例えば、一実施形態では、第１及び第２の二次成長制約の高さＨ１５８及びＨ１６０は、それぞれ、高さＨＥＳの５０％未満であってもよい。さらなる態様では、一実施形態では、第１及び第２の二次成長制約の高さＨ１５８及びＨ１６０は、それぞれ、高さＨＥＳの２５％未満であってもよい。さらなる態様では、一実施形態では、第１及び第２の二次成長制約の高さＨ１５８及びＨ１６０は、それぞれ、高さＨＥＳの１０％未満であってもよい。さらなる態様では、一実施形態では、第１及び第２の二次成長制約の高さＨ１５８及びＨ１６０は、それぞれ、高さＨＥＳの５％未満であってもよい。いくつかの実施形態では、第１の二次成長制約の高さＨ１５８及び第２の二次成長制約の高さＨ１６０は異なっていてもよく、第１及び第２の二次成長制約高さＨ１５８，１６０のそれぞれに使用される材料も異なっていてもよい。
特定の実施形態では、内面１０６０及び１０６２は、電極構造１１０の集合及び／又は対電極構造１１２の集合をそこに固定することが可能な表面特徴を含んでもよく、外面１０６４及び１０６６は、複数の制約された電極アセンブリ１０６を積層することが可能な表面特徴を含んでもよい（すなわち、図７内で示唆されるが、明確化のために図示されていない）。例えば、一実施形態では、内面１０６０及び１０６２又は外面１０６４及び１０６６は、平面であってもよい。さらなる態様では、一実施形態では、内面１０６０及び１０６２、又は外面１０６４及び１０６６は、非平面であってもよい。さらなる態様では、一実施形態では、内面１０６０及び１０６２、又は外面１０６４及び１０６６は、平面であってもよい。さらなる態様では、一実施形態では、内面１０６０及び１０６２と外面１０６４及び１０６６は、非平面であってもよい。さらなる実施形態では、一実施形態では、内面１０６０及び１０６２と外面１０６４及び１０６６は、実質的に平面であってもよい。
本明細書の他の箇所に記載されているように、電極構造１１０及び／又は対電極１１２として具現化された少なくとも１つの二次接続メンバ１０６６を内面１０６０及び１０６２に貼るためのモードは、エネルギー貯蔵デバイス１００又は二次電池１００２及びそれらの意図された用途に応じて変化してもよい。図７に示されている１つの例示的な実施形態として、電極構造１１０（すなわち図示されているように、電極集電体１３６）の集合の頂部１０５２及び底部１０５４、ならびに対電極構造１１２（すなわち、対電極集電体１４０、図示されているように）の集合の頂部１０６８及び底部１０７０は、接着剤１８２の層を介して、第１の二次成長制約１５８の内面１０６０及び第２の二次成長制約１６０の内面１０６２に貼着されてもよい。同様に、第１の一次成長制約１５４の上面１０７６及び下面１０７８、並びに第２の一次成長制約１５６の上面１０８０及び下面１０８２は、接着剤１８２の層を介して、第１の二次成長制約１５８の内面１０６０及び第２の二次成長制約１６０の内面１０６２に接着されてもよい。
換言すると、図７に示す実施形態では、電極構造１１０の集合の頂部１０５２及び底部１０５４は、第１の二次成長制約１５８の内面１０６０及び第２の二次成長制約１６０の内面１０６２の両方を実質的に満たす高さＨＥＳを含み、フラッシュの実施形態では、接着剤１８２の層を介して、第１の二次成長制約１５８の内面１０６０及び第２の二次成長制約１６０の内面１０６２に接着されてもよい。さらに、対電極構造１１２の集合の頂部１０６８及び底部１０７０は、第１の二次成長制約１５８の内面１０６０及び第２の二次成長制約１６０の内面１０６２の両方を実質的に満たす高さＨＣＥＳを含み、フラッシュの実施形態において、第１の二次成長制約１５８の内面１０６０及び第２の二次成長制約１６０の内面１０６２に接着剤１８２の層を介して貼着されてもよい。
さらに別の例示的な実施形態では、電極バックボーン１３４の頂部１０５６及び底部１０５８、ならびに対電極バックボーン１４１の頂部１０７２及び底部１０７４は、接着剤１８２の層（図示なし）を介して、第１の二次成長制約１５８の内側表面１０６０及び第２の二次成長制約１６０の内側表面１０６２に貼着されてもよい。同様に、第１の一次成長制約１５４の上面１０７６及び底面１０７８、ならびに第２の一次成長制約１５６の上面１０８０及び底面１０８２は、接着剤１８２の層を介して、第１の二次成長制約１５８の内面１０６０及び第２の二次成長制約１６０の内面１０６２に貼着されてもよい（この段落に記載された実施形態に関しては図示なし）。換言すると、電極バックボーン１３４の頂部１０５６及び底部１０５８は、第１の二次成長制約１５８の内面１０６０及び第２の二次成長制約１６０の内面１０６２の両方を実質的に満たす高さＨＥＳＢを含み、フラッシュの実施形態において、接着剤１８２の層を介して、第１の二次成長制約１５８の内面１０６０及び第２の二次成長制約１６０の内面１０６２に貼着されてもよい。さらに、対電極バックボーン１４１の上面１０７２及び下面１０７４は、第１の二次成長制約１５８の内面１０６０及び第２の二次成長制約１６０の内面１０６２の両方を実質的に満たす高さＨＣＥＳＢを含み、フラッシュの実施形態において、第１の二次成長制約１５８の内面１０６０及び第２の二次成長制約１６０の内面１０６２に接着剤１８２の層を介して貼着されてもよい。
したがって、一実施形態によれば、電極構造１１０及び／又は対電極構造１１２、及び／又はセパレータ１３０の集合の少なくとも一部は、第１及び第２の二次成長制約１５８，１６０をそれぞれ二次成長制約系１５２内で互いに接続するための１つ以上の二次接続メンバ１６６として機能してもよく、それにより、そのサイクル中に電極アセンブリ１０６の成長を抑制するためのコンパクトでスペース効率のよい制約系を提供することができる。一実施形態によれば、電極構造１１０及び／又は対電極構造１１２、及び／又はセパレータ１３０の任意の部分は、充電及び放電サイクルに伴って体積膨張する電極構造１１０及び／又は対電極構造１１２の任意の部分を除いて、１つ以上の二次接続メンバ１６６として機能してもよい。すなわち、電極アセンブリ１０６における体積変化の原因である電極構造１１０及び／又は対電極構造１１２のその部分、例えば電極活物質１３２は、典型的には、電極制約メンバ１０８のセットの一部としては機能しない。一実施形態では、一次成長制約系１５１の一部として提供される第１及び第２の一次成長制約１５４，１５６は、縦方向の成長をさらに抑制し、また、二次成長制約系１５２の第１及び第２の二次成長制約１５８，１６０をそれぞれ接続するための二次接続メンバ１６６として機能してもよく、それにより、電極の成長／膨潤を抑制するための協調的で相乗的な制約系（すなわち、電極制約１０８の集合）を提供する。
［電極構造を介する接続］
以下に記載される代替的な実施形態では、電極構造１１０はまた、第１及び第２の二次成長制約１５８，１６０にそれぞれ独立して貼着されてもよい。ここで、図９Ａ〜図９Ｂを参照すると、高さ軸（Ｚ軸）、縦軸（Ｙ軸）、及び横軸（Ｘ軸）を有する基準直交座標系と、セパレータ１３０と、並びに、上述したようにＹ軸と平行な積層方向Ｄが示される。ただし、Ｘ軸は紙面から手前方向に向けられている。より具体的には、図９Ａ〜図９Ｂは、それぞれ、上述したように、各第１の一次成長制約１５４及び各第２の一次成長制約１５６が、接着剤１８２の層を介して第１の二次成長制約１５８及び第２の二次成長制約１６０に取り付けられてもよい、図１Ａのような線Ａ−Ａ’に沿った断面を示している。特定の実施形態では、図９Ａ〜図９Ｂの各々に示されるように、非固定の対電極構造１１２は、それらの頂部１０６８と第１の二次成長制約１５８との間、及びそれらの底部１０７０と第２の二次成長制約１６０との間に、対電極ギャップ１０８６を含んでもよい。換言すると、特定の実施形態では、各対電極構造１１２の頂部１０６８及び底部１０７０は、それぞれ、第１及び第２の二次成長制約１５８，１６０の間にギャップ１０８６を有してもよい。さらに、特定の実施形態では、図９Ａ〜図９Ｂに示すように、対電極構造１１２の頂部１０６８は、第１の二次成長制約１５８と固定されることなく接触していてもよく、対電極構造１１２の底部１０７０は第２の二次成長制約１６０と固定されることなく接触していてもよく、又は、対電極構造１１２の頂部１０６８が第１の二次成長制約１５８と固定されることなく接触するとともに、対電極構造１１２の底部１０７０が第２の二次成長制約１６０（図示なし）と固定されることなく接触していてもよい。
より具体的には、ある実施形態では、図９Ａに示すように、複数の電極バックボーン１３４は、接着剤１８２の層を介して、第１の二次成長制約１５８の内側表面１０６０及び第２の二次成長制約１６０の内側表面１０６２に貼着されてもよい。特定の実施形態では、第１の二次成長制約１５８及び第２の二次成長制約１６０にそれぞれ貼付された複数の電極バックボーン１３４は、貼付された電極バックボーン１３４に関して接着軸ＡＧについて対称なパターンを含んでいてもよい。特定の実施形態では、第１及び第２の二次成長制約１５８、１６０にそれぞれ貼付された複数の電極バックボーン１３４は、貼付された電極バックボーン１３４に関して糊付け軸ＡＧについての非対称又はランダムなパターンを含んでもよい。特定の実施形態では、電極バックボーン１３４は、電極集電体１３６を含んでもよく、及び／又は電極集電体１３６は、例えば図１Ｂに示される実施形態に示されるように、電極バックボーンの代わりに提供されてもよい。
一例示的な実施形態では、第１の対称取付けパターンユニットは、第１の二次成長制約１５８及び第２の二次成長制約１６０に貼付された２つの電極バックボーン１３４を含んでもよく、ここで、貼付された２つの電極バックボーン１３４は、上述のように、１つの対電極構造１１２を挟んでいる。したがって、第１の対称取付けパターンユニットは、エネルギー貯蔵デバイス１００又は二次電池１０２及びそれらの意図された使用に応じて、必要に応じて積層方向Ｄに沿って繰り返してもよい。別の例示的な実施形態では、第２の対称アタッチメントパターンユニットは、上記のように、第１の二次成長制約１５８及び第２の二次成長制約１６０に貼付された２つの電極バックボーン１３４を含んでもよく、貼付された２つの電極バックボーン１３４は、２つ以上の対電極構造１１２及び１つ以上の非貼付電極バックボーン１３４に隣接している。したがって、第２の対称的な取り付けパターンユニットは、必要に応じて、エネルギー貯蔵デバイス１００又は二次電池１０２及びそれらの意図された使用に応じて、積層方向Ｄに沿って繰り返してもよい。他の例示的な対称取付けパターンユニットも考えられるが、当業者であれば理解できるだろう。
１つの例示的な実施形態では、第１の非対称又はランダムな取付けパターンは、上記のように、第１の二次成長制約１５８及び第２の二次成長制約１６０に取付けした２つ以上の電極バックボーン１３４を含んでもよく、ここで、２つ以上の取付け電極バックボーン１３４は、取付け電極バックボーン１３４Ａ、取付け電極バックボーン１３４Ｂ、取付け電極バックボーン１３４Ｃ、及び取付け電極バックボーン１３４Ｄとして個別に指定され得る。貼付電極バックボーン１３４Ａ及び貼付電極バックボーン１３４Ｂは、（１＋ｘ）個の対電極構造１１２を挟んでもよく、貼付電極バックボーン１３４Ｂ及び貼付電極バックボーン１３４Ｃは、（１＋ｙ）個の対電極構造１１２を挟んでもよく、貼付電極バックボーン１３４Ｃ及び貼付電極バックボーン１３４Ｄは、（１＋ｚ）個の対電極構造１１２を挟んでもよく、ここで、任意の２つの貼付電極バックボーン１３４ａ〜１３４ｄの間の対電極構造１１２の合計量（すなわち、ｘ、ｙ、又はｚ）は、不等であり（すなわち、ｘ≠ｙ≠ｚ）、非貼付電極バックボーン１３４によってさらに分離されてもよい。代替的に述べると、任意の数の電極バックボーン１３４が、上記のように、第１の二次成長制約１５８及び第２の二次成長制約１６０に貼り付けられてもよく、それによって、任意の２つの貼り付けられた電極バックボーン１３４の間には、非取付け電極バックボーン１３４によって分離された任意の非等数の対電極構造１１２が含まれてもよい。他の例示的な非対称又はランダムな取り付けパターンも考えられるが、当業者であれば理解できるだろう。
より具体的には、ある実施形態では、図９Ｂに示すように、複数の電極集電体１３６は、接着剤１８２の層を介して、第１の二次成長制約１５８の内側表面１０６０及び第２の二次成長制約１６０の内側表面１０６２に貼着されてもよい。特定の実施形態では、第１の二次成長制約１５８及び第２の二次成長制約１６０にそれぞれ貼付された複数の電極集電体１３６は、貼付された電極集電体１３６に関して接着軸ＡＧについて対称なパターンを含んでいてもよい。特定の実施形態では、第１及び第２の二次成長制約１５８，１６０にそれぞれ貼付された複数の電極集電体１３６は、貼付された電極集電体１３６に関して糊付け軸ＡＧについての非対称パターン又はランダムパターンを含んでもよい。
例示的な一実施形態では、第１の対称取付けパターンユニットは、第１の二次成長制約１５８及び第２の二次成長制約１６０に貼付された２つの電極電流コレクタ１３６を含んでもよく、ここで、貼付された２つの電極電流コレクタ１３６は、上記のように、１つの対電極構造１１２を挟んで配置される。したがって、第１の対称取付けパターンユニットは、必要に応じて、エネルギー貯蔵デバイス１００又は二次電池１０２及びそれらの意図された使用に応じて、積層方向Ｄに沿って繰り返されてもよい。別の例示的な実施形態では、第２の対称取付けパターンユニットは、上記のように、第１の二次成長制約１５８及び第２の二次成長制約１６０に貼付された２つの電極電流コレクタ１３６を含んでもよく、貼付された２つの電極電流コレクタ１３６は、２つ以上の対電極構造１１２及び１つ以上の非貼付電極電流コレクタ１３６に隣接して配置されている。したがって、第２の対称的な取り付けパターンユニットは、必要に応じて、蓄電デバイス１００又は二次電池１０２及びそれらの意図された使用に応じて、積層方向Ｄに沿って繰り返してもよい。他の例示的な対称取付けパターンユニットも考えられるが、当業者であれば理解できるだろう。
例示的な一実施形態では、第１の非対称又はランダムな取り付けパターンは、上記のように、第１の二次成長制約１５８及び第２の二次成長制約１６０に取り付けられた２つ以上の電極電流コレクタ１３６を含んでもよく、ここで、２つ以上の取り付けられた電極電流コレクタ１３６は、取り付けられた電極電流コレクタ１３６Ａ、取り付けられた電極電流コレクタ１３６Ｂ、取り付けられた電極電流コレクタ１３６Ｃ、及び取り付けられた電極電流コレクタ１３６Ｄとして個別に指定されてもよい。貼付電極集電体１３６Ａと貼付電極集電体１３６Ｂは（１＋ｘ）個の対電極構造１１２を挟んでもよく、貼付電極集電体１３６Ｂと貼付電極集電体１３６Ｃは（１＋ｙ）個の対電極構造１１２を挟んでもよく、貼付電極集電体１３６Ｃと貼付電極集電体１３６Ｄは（１＋ｚ）個の対電極構造１１２を挟んでもよい。任意の２つの貼付電極集電体１３６ａ〜１３６ｄの間の対電極構造１１２の合計量（すなわち、ｘ、ｙ、又はｚ）は、不等であり（すなわち、ｘ≠ｙ≠ｚ）、非貼付電極集電体１３６によってさらに分離されてもよい。代替的に述べると、任意の数の電極集電体１３６は、上記のように、第１の二次成長制約１５８及び第２の二次成長制約１６０に貼り付けられてもよく、それによって、任意の２つの貼り付けられた電極集電体１３６の間には、非貼り付けられた電極集電体１３６によって分離された任意の非等価数の対電極構造１１２が含まれてもよい。他の例示的な非対称又はランダムな取り付けパターンも考えられるが、当業者であれば理解できるだろう。
［二次電池］
ここで、図１０を参照すると、図示されているのは、本開示の電極制約１０８ａの複数のセットを有する二次電池１０２の一実施形態の分解図である。二次電池１０２は、電池筐体１０４と、電池筐体１０４内の一組の電極アセンブリ１０６ａとを含み、電極アセンブリ１０６の各々は、上述したように、第１の縦端面１１６と、対向する第２の縦端面１１８（すなわち、示されている直交座標系のＹ軸に沿って第１の縦端面１１６から離間している）とを有する。各電極アセンブリ１０６は、積層方向Ｄにおいて各電極アセンブリ１０６内で互いに相対的に積層された電極構造の集合１１０及び対電極構造の集合１１２を含む。別の態様では、電極構造１１０及び対電極構造１１２の集合は、第１及び第２の縦端面１１６、１１８の間でそれぞれ積層方向Ｄに進行しながら、電極１１０及び対電極１１２の交互の系列に配置される（例えば、図２Ａ参照。図２Ａ及び図１０に示されるように、積層方向Ｄは、上述したように、示された直交座標系のＹ軸に平行である）。さらに、個々の電極アセンブリ１０６内の積層方向Ｄは、集合１０６ａ内の電極アセンブリ１０６の集合の積層方向（すなわち、電極アセンブリの積層方向）に垂直である。換言すると、電極アセンブリ１０６は、個々の電極アセンブリ１０６内の積層方向Ｄに垂直な方向（例えば、電極アセンブリの積層方向は、示された直交座標系のＺ軸に対応する方向であり、個々の電極アセンブリ１０６内の積層方向Ｄは、示された直交座標系のＹ軸に対応する方向である）にセット１０６ａ内で互いに相対的に配置されている。
図１０に示された実施形態で描かれた電極アセンブリのセット１０６ａは、同じ一般的なサイズを有する個々の電極アセンブリ１０６を含むが、個々の電極アセンブリ１０６のうちの１つ以上は、少なくとも１つの次元において、同じようにセット１０６ａ内の他の電極アセンブリ１０６と同じサイズを有するか、及び／又は代替的に異なるサイズを有していてもよい。例えば、一実施形態によれば、二次電池１０２に提供されるセット１０６ａを形成するために一緒に積層される電極アセンブリ１０６は、各アセンブリ１０６の縦方向（すなわち、積層方向Ｄ）における異なる最大幅ＷＥＡを有し得る。別の実施形態によれば、二次電池１０２に提供される積層セット１０６ａを構成する電極アセンブリ１０６は、縦軸に直交する横軸に沿って異なる最大長さＬＥＡを有してもよい。さらなる例によって、一実施形態では、二次電池１０２内に提供される積層集合１０６ａを形成するために一緒に積層される各電極アセンブリ１０６は、縦軸に沿った最大幅ＷＥＡと、電極アセンブリ１０６が積層集合１０６ａを形成するために一緒に積層される方向に沿って減少するＬＥＡ×ＷＥＡの面積を提供するように選択される横軸に沿った最大長さＬＥＡとを有する。例えば、各電極アセンブリ１０６の最大幅ＷＥＡ及び最大長さＬＥＡは、電極アセンブリ１０６が積層される第１の方向において隣接する電極アセンブリ１０６の面積よりも小さく、それとは反対の第２の方向において隣接する電極アセンブリ１０６の面積よりも大きくなるように選択されてもよく、これにより、電極アセンブリ１０６が一緒に積層されて、ピラミッド形状の電極アセンブリ１０６ａの集合を有する二次電池１０２が形成されるようになる。代替的に、各電極アセンブリ１０６の最大長さＬＥＡ及び最大幅ＷＥＡは、積層された電極アセンブリセット１０６ａに異なる形状及び／又は構成を提供するように選択することができる。また、１つ以上の電極アセンブリ１０６の最大高さＨＥＡは、セット１０６ａの他のアセンブリ１０６とは異なる形状及び／又は所定の形状及び／又は構成を有する積層型セット１０６ａを提供するように選択することができる、及び／又は代替的に選択することができる。
タブ１９０、１９２は、電池筐体１０４から突出しており、セット１０６ａの電極アセンブリ１０６とエネルギー供給装置又は消費者（図示なし）との間の電気的接続を提供する。より具体的には、この実施形態では、タブ１９０は、タブ延長部１９１に電気的に接続され（例えば、導電性接着剤を用いて）、タブ延長部１９１は、電極アセンブリ１０６の各々によって構成される電極１１０に電気的に接続されている。同様に、タブ１９２は、タブ延長部１９３に電気的に接続され（例えば、導電性接着剤を使用して）、タブ延長部１９３は、電極アセンブリ１０６の各々によって構成される対電極１１２に電気的に接続される。
図１０に図示された実施形態における各電極アセンブリ１０６は、縦方向（すなわち、積層方向Ｄ）の成長を抑制するための関連する一次成長制約系１５１を有する。代替的に、一実施形態では、セット１０６ａを構成する複数の電極アセンブリ１０６は、一次成長制約系１５１の少なくとも一部を共有してもよい。示されている実施形態では、各一次成長制約系１５１は、上述したように、それぞれ第１及び第２の縦端面１１６，１１８をオーバーラップし得る第１及び第２の一次成長制約１５４，１５６と、そして上述したように、それぞれ側方面１４２をオーバーラップし得る第１及び第２の対向する一次接続メンバ１６２、１６４を含んでいる。第１及び第２の対向する一次接続メンバ１６２，１６４は、それぞれ、第１及び第２の一次成長制約１５４、１５６を互いに引き寄せてもよく、又は代替的に記載されているように、電極アセンブリ１０６の縦方向への成長を抑制するのを補助してもよく、一次成長制約１５４，１５６は、それぞれ、対向する第１及び第２の縦端面１１６，１１８に圧縮力又は制約力を加えてもよい。その結果、充電状態と放電状態との間の電池１０２の形成及び／又はサイクル中に、電極アセンブリ１０６の縦方向への膨張が抑制される。さらに、一次成長制約系１５１は、縦方向（すなわち、積層方向Ｄ）における電極アセンブリ１０６に、互いに相互に直交し、かつ縦方向に直交する２つの方向のいずれかにおいて、電極アセンブリ１０６に維持される圧力を超える圧力を与える（例えば、図示されているように、縦方向はＹ軸の方向に対応し、互いに相互に直交し、かつ縦方向に直交する２つの方向は、図示されている直交座標系のＸ軸及びＺ軸の方向にそれぞれ対応している）。
さらに、図１０に図示された実施形態における各電極アセンブリ１０６は、高さ方向（すなわち、直交座標系のＺ軸に沿って）の成長（すなわち、直交座標系のＺ軸に沿って）における電極アセンブリ１０６、電極１１０、及び／又は対電極１１２の膨張を抑制するための、関連する二次成長制約系１５２を有する。代替的に、一実施形態では、セット１０６ａを構成する複数の電極アセンブリ１０６は、二次成長制約系１５２の少なくとも一部を共有する。各二次成長制約系１５２は、それぞれ対応する側方表面１４２を覆ってもよい第１及び第２の二次成長制約１５８、１６０と、上でより詳細に説明したように、少なくとも１つの二次接続メンバ１６６とを含む。二次接続メンバ１６６は、第１及び第２の二次成長制約１５８、１６０をそれぞれ互いに引き寄せてもよく、又は代替的に記載されているように、電極アセンブリ１０６の高さ方向への成長を抑制するのを補助してもよく、第１及び第２の二次成長制約ｓ１５８、１６０は、それぞれ、上記でより詳細に記載されているように、側方表面１４２）に圧縮力又は制約力を加えてもよい。その結果、充電状態と放電状態との間の電池１０２の形成及び／又はサイクルの間に、電極アセンブリ１０６の高さ方向への膨張が抑制される。さらに、二次成長制約系１５２は、高さ方向（すなわち、図示直交座標系のＺ軸に平行な方向）における電極アセンブリ１０６に、互いに直角であり、かつ高さ方向（例えば、図示のように、高さ方向はZ軸の方向に対応し、互いに直交する２つの方向と高さ方向に対応する方向は、それぞれ図示の直交座標系のX軸及びY軸の方向に対応する）に直角である２つの方向のいずれかにおいて、電極アセンブリ１０６に維持される圧力を超える圧力を与える。
さらにまた、図１０に図示された実施形態の各電極アセンブリ１０６は、上記でより詳細に説明されたように、縦方向及び高さ方向の成長を抑制するために、関連する一次成長制約系１５１（及び関連する二次成長制約系１５２）を有する。さらに、特定の実施形態によれば、電極及び／又は対電極タブ１９０、１９２、及びタブ延長部１９１，１９３は、それぞれ、三次成長制約系１５５の一部として機能することができる。例えば、特定の実施形態では、タブ延長部１９１，１９３は、第１及び第２の三次成長制約１５７，１５９のような三次成長制約系１５５の一部として機能するように、対向する横の表面領域１４４、１４６に沿って延びてもよい。タブ延長部１９１，１９３は、一次成長制約１５４，１５６が、横方向に沿って電極アセンブリ１０６を圧縮し、第１及び第２の三次成長制約１５７，１５９として作用するように、タブ延長部１９１，１９３を互いに緊張状態で配置する少なくとも１つの三次接続メンバ１６５として機能するように、電極アセンブリ１０６の縦方向端部１１７，１１９で一次成長制約１５４，１５６に接続されることが可能である。逆に、タブ１９０，１９２及び／又はタブ延長部１９１，１９３は、一実施形態によれば、それぞれ第１及び第２の一次成長制約１５４，１５６のための第１及び第２の一次接続メンバ１６２，１６４として機能することもできる。さらに別の実施形態では、タブ１９０，１９２及び／又はタブ延長部１９１，１９３は、例えば、二次成長制約１５８，１６０を接続する少なくとも１つの二次接続メンバ１６６の一部を形成することによって、二次成長制約系１５２の一部として機能することができる。したがって、タブ１９０，１９２及び／又はタブ延長部１９１，１９３は、それぞれ一次制約系１５１及び二次制約系１５２の１つ以上の一部として機能するか、及び／又は三次成長制約系１５５の一部を形成することによって、電極アセンブリ１０６を、それぞれ一次制約系１５１及び二次成長制約系１５２の１つ以上によって制約されている方向と直交する方向に制約するように制約することによって、電極アセンブリ１０６の全体的な巨視的成長を抑制するのを補助することができる。
二次電池１０２の組み立てを完了するために、電池筐体１０４は非水電解液（図示なし）で満たされ、蓋１０４ａは折り畳まれて（折り線ＦＬに沿って）、上面１０４ｂに密封される。完全に組み立てられたとき、密封された二次電池１０２は、その外部表面によって制約された体積（すなわち、変位体積）を占め、二次電池筐体１０４は、電池（蓋１０４ａを含む）の変位体積からその内部体積（すなわち、内部表面１０４ｃ、１０４ｄ、１０４ｅ、１０４ｆ、１０４ｇ及び蓋１０４ａによって囲まれた立体の体積）を差し引いた変位体積に対応する体積を占め、セット１０６ａの各成長制約１５１，１５２は、そのそれぞれの変位体積に対応する体積を占めている。したがって、組み合わせると、電池筐体１０４及び成長制約１５１，１５２は、電池筐体１０４の外面によって囲まれた体積（すなわち、電池の変位体積）の７５％以下を占める。例えば、そのような一実施形態では、成長制約１５１，１５２及び電池筐体１０４を組み合わせると、電池筐体１０４の外面によって制約される体積の６０％以下を占める。さらなる例として、そのような一実施形態では、成長制約１５１，１５２及び電池筐体１０４を組み合わせると、電池筐体１０４の外面によって制約される体積の４５％以下を占める。さらなる例として、そのような一実施形態では、成長制約１５１，１５２及び電池筐体１０４を組み合わせると、電池筐体１０４の外面によって制約される体積の３０％以下を占める。さらなる例として、そのような一実施形態では、成長制約１５１，１５２及び電池筐体１０４を組み合わせると、電池筐体１０４の外面によって制約される体積の２０％以下を占める。
図１０の説明を容易にするために、二次電池１０２は、電極アセンブリ１０６の１つのセット１０６ａのみを含み、セット１０６ａは、６つの電極アセンブリ１０６のみを含む。実際には、二次電池１０２は、電極アセンブリ１０６の１つ以上のセット１０６ａを含んでもよく、セット１０６ａの各々は、互いに横方向に相対的に（例えば、図１０の直交座標系のＸ−Ｙ平面内に横たわる相対方向に）、又は高さ方向に相対的に（例えば、図１０の直交座標系のＺ軸に実質的に平行な方向に）配置されている。さらに、これらの各実施形態では、電極アセンブリ１０６ａのセットの各々は、１つ以上の電極アセンブリ１０６を含んでもよい。例えば、特定の実施形態では、二次電池１０２は、１個、２個、又はそれ以上の電極アセンブリ１０６のセット１０６ａを含んでもよく、各そのようなセット１０６ａは、１個又はそれ以上の電極アセンブリ１０６（例えば、１個、２個、３個、４個、５個、６個、１０個、１５個、又はそれ以上の電極アセンブリ１０６を各そのようなセット１０６ａ内に含む）を含み、電池１０２が２個又はそれ以上のそのようなセット１０６ａを含む場合、セット１０６ａは、二次電池１０２に含まれる他のセットの電極アセンブリ１０６ａに対して横方向又は高さ方向に相対的に配置されていてもよい。これらの様々な実施形態のそれぞれにおいて、個々の電極アセンブリ１０６は、上述したように、それ自身の成長制約を有してもよく（すなわち、電極アセンブリ１０６と制約１５１、１５２との間の１：１の関係）、２つ以上の電極アセンブリ１０６は、上述したように、共通の成長制約１５１，１５２を有してもよく（すなわち、２つ以上の電極アセンブリ１０６のための制約１０８のセット）、又は２つ以上の電極アセンブリ１０６は、成長制約１５１，１５２（すなわち、２つ以上の電極アセンブリ１０６は、例えば上述したように、融合した実施形態のように、共通の圧縮メンバ（例えば、第２の二次成長制約１５８）及び／又は張力メンバ１６６を有していてもよい）の構成要素を共有してもよい。
［他のバッテリ構成要素］
特定の実施形態では、上述したような一次成長制約系１５１及び二次成長制約系１５２を含む電極制約のセット１０８は、例えば図１０に示すように、長さＬ１、幅Ｗ１、及び厚さｔ１を有するシート２０００から導出されてもよい。より具体的には、一次成長制約系１５１を形成するために、シート２０００は、電極アセンブリ１００６に巻き付けられ、電極アセンブリ１００６を囲むように縁２００１で折り畳まれてもよい。代替的に、一実施形態では、シート２０００は、電極アセンブリセット１０６ａを形成するために積層された複数の電極アセンブリ１０６の周りに巻き付けられてもよい。シートの端部は、互いに重なってもよく、第１の一次成長制約１５４及び第２の一次成長制約１５６と、第１の一次接続メンバ１６２及び第２の一次接続メンバ１６４とを含む一次成長制約系１５１を形成するために、互いに溶接、接着、又はその他の方法で固定されている。この実施形態では、一次成長制約系１５１は、シート２０００の変位量（すなわち、Ｌ１、Ｗ１及びｔ１の乗算積）に対応する体積を有する。一実施形態では、少なくとも１つの第１の一次接続メンバは、積層方向Ｄに延伸されて、第１及び第２の一次成長制約によって圧縮力が及ぼされるように張力状態に置かれる。代替的な実施形態では、少なくとも１つの第２の二次接続メンバは、メンバを緊張状態に置くために第２の方向に延伸され、これにより、第１の二次成長制約、第２の二次成長制約により圧縮力が及ぼされるようになる。別の代替実施形態では、接続メンバを張力に置くために延伸する代わりに、接続メンバ及び／又は第１及び第２の二次成長制約系の１つ以上の成長制約系の他の部分を、電極アセンブリ上及び／又は電極アセンブリ内に設置する前に予め張力を与えておいてもよい。別の代替実施形態では、接続メンバ及び／又は成長制約及び／又は一次及び二次成長制約系の一又は複数の他の部分は、電極アセンブリへの取り付け時及び／又は電極アセンブリ上への取り付け時には、最初は緊張状態ではなく、むしろ、電池の形成により、電極アセンブリが膨張し、接続メンバ及び／又は成長制約のような一次及び／又は二次成長制約系の部分に張力を誘発する（すなわち、自己張力化）。
シート２０００は、電極アセンブリ１００６に所望の力を加えることができる互換性のある材料の広い範囲の任意のものから構成されてもよい。一般に、一次成長制約系１５１及び／又は二次成長制約系１５５は、典型的には、少なくとも１００００ｐｓｉ（＞７０ＭＰａ）の究極の引張強さを有し、電池電解液と適合性があり、電池１００２のフローティング電位又は陽極電位で著しく腐食せず、４５℃、さらには７０℃までの温度でも著しく反応しないか、又は機械的強度を失うことがない材料からなる。例えば、一次成長抑制系１５１及び／又は二次成長抑制系は、広範囲の金属、合金、セラミック、ガラス、プラスチック、又はそれらの組み合わせ（すなわち、複合体）のいずれかで構成されていてもよい。一つの例示的な実施形態では、一次成長制約系１５１及び／又は二次成長制約系１５５は、ステンレス鋼（例えば、ＳＳ３１６、４４０Ｃ又は４４０Ｃハード）、アルミニウム（例えば、アルミ７０７５−Ｔ６、ハードＨ１８）、チタン（例えば、６Ａｌ−４Ｖ）、ベリリウム、ベリリウム銅（ハード）、銅（Ｏ２フリー、ハード）、ニッケルなどの金属からなる。しかしながら、一般的に、一次成長制約系１５１及び／又は二次成長制約系１５５が金属からなる場合、腐食を制限し、電極１１０と対電極１１２との間に電気的短絡を生じさせることを制限するような方法で組み込まれることが好ましい。別の例示的な実施形態では、一次成長制約系１５１及び／又は二次成長制約系１５５は、アルミナ（例えば、焼結又はＣｏｏｒｓｔｅｋ ＡＤ９６）、ジルコニア（例えば、Ｃｏｏｒｓｔｅｋ ＹＺＴＰ）、イットリア安定化ジルコニア（例えば、ＥＮｒＧ Ｅ−Ｓｔｒａｔｅ（登録商標））などのセラミックからなる。別の例示的な実施形態では、一次成長抑制系１５１は、ショットＤ２６３強化ガラスなどのガラスからなる。別の例示的な実施形態では、一次成長制約系１５１及び／又は二次成長制約系１５５は、ポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）（例えば、Ａｐｔｉｖ １１０２）、炭素を有するＰＥＥＫ（例：Ｖｉｃｔｒｅｘ ９０ＨＭＦ４０又はＸｙｃｏｍｐ １０００−０４）、炭素を有するポリフェニレンサルファイド（ＰＰＳ）（例えば、Ｔｅｐｅｘ Ｄｙｎａｌｉｔｅ ２０７）、３０％ガラスを有するポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）、（例：Ｖｉｃｔｒｅｘ ９０ＨＭＦ４０又はＸｙｃｏｍｐ １０００−０４）、ポリイミド（例：カプトン）などのプラスチックで構成される。別の例示的な実施形態では、一次成長制約系１５１及び／又は二次成長制約系は、ＥガラスＳｔｄファブリック／エポキシ、０度、ＥガラスＵＤ／エポキシ、０度、ケブラーＳｔｄファブリック／エポキシ、０度、ケブラーＵＤ／エポキシ、０度、カーボンＳｔｄファブリック／エポキシ、０度、カーボンＵＤ／エポキシ、０度、東洋紡ザイロン（登録商標）ＨＭ繊維／エポキシのような複合材料からなる。別の例示的な実施形態では、一次成長制約系１５１及び／又は二次成長制約系１５５は、ケブラー４９アラミド繊維、Ｓガラス繊維、炭素繊維、ベクトランＵＭ ＬＣＰ繊維、ダイニーマ、ザイロンなどの繊維からなる。
一次成長制約系１５１の厚さ（ｔ１）は、例えば、一次成長制約系１５１の構造の材料、電極アセンブリ１０６の全体的な寸法、及び電池陽極及び陰極の構成を含む、様々な要因に依存する。いくつかの実施形態では、例えば、一次成長制約系１５１は、約１０マイクロメートルから約１００マイクロメートルの範囲の厚さを有するシートで構成される。例えば、そのような一実施形態では、一次成長制約系１５１は、約３０μｍの厚さを有するステンレス鋼シート（例えば、ＳＳ３１６）からなる。さらなる例として、別のそのような実施形態では、一次成長制約系１５１は、約４０μｍの厚さを有するアルミニウム板（例えば、７０７５−Ｔ６）で構成されている。さらなる例として、別のそのような別の実施形態では、一次成長制約系１５１は、約３０μｍの厚さを有するジルコニアシート（例えば、Ｃｏｏｒｓｔｅｋ ＹＺＴＰ）で構成されている。さらなる例として、別のこのような別の実施形態では、一次成長制約系１５１は、約７５μｍの厚さを有するＥガラスＵＤ／エポキシ０ｄｅｇシートからなる。さらなる例として、別のそのような別の実施形態では、一次成長制約系１５１は、５０％以上の充填密度を有する１２μｍの炭素繊維からなる。
本明細書に記載されるような接着のための方法は、特定の理論に拘束されることなく、接着、はんだ付け、接合、焼結、プレス接触、ろう付け、溶射接合、クランプ、又はそれらの組み合わせを含み得る。接着は、導電性エポキシ、導電性エラストマー、ニッケル充填エポキシ、カーボン充填エポキシなどのような導電性金属を充填した絶縁性有機接着剤の混合物などの導電性材料で材料を接合することを含んでもよい。材料を一緒に接合するために導電性ペーストを使用することができ、接合強度は、温度（焼結）、光ＵＶ硬化、架橋）、化学硬化（触媒ベースの架橋）によって調整され得る。接合プロセスは、ワイヤ接合、リボン接合、超音波接合を含むことができる。溶接工程は、超音波溶接、抵抗溶接、レーザービーム溶接、電子ビーム溶接、誘導溶接、冷間溶接を含んでもよい。また、これらの接合は、プラズマ溶射、火炎溶射、アーク溶射などの溶射コーティングなどのコーティング工程を用いて、材料同士を接合してもよい。例えば、ニッケルバスにニッケルや銅のメッシュを接着剤としてニッケル溶射を用いて接合することができる。
電極構造１１０及び対電極構造１１２の集団のメンバは、リチウムイオン、ナトリウムイオン、カリウムイオン、カルシウムイオン、マグネシウムイオン又はアルミニウムイオンなどのキャリアイオンを吸収して放出することが可能な電気活物質を含む。いくつかの実施形態では、電極構造１１０の集合のメンバは、陽極活性電気活物質（負電極と呼ばれることもある）を含み、対電極構造１１２の集合のメンバは、陰極活性電気活物質（正電極と呼ばれることもある）を含む。他の実施形態では、電極構造１１０の集合のメンバは、陰極活性電気活物質を含み、対電極構造１１２の集合のメンバは、陽極活性電気活物質を含む。本段落で言及された各実施形態及び実施例において、負電極活物質は、微粒子凝集体電極、微粒子材料のスラリーを形成して層状に鋳造することによって形成された電極活物質、又はモノリシック電極であってもよい。
例示的な陽極活物質としては、グラファイト、軟質又は硬質炭素などの炭素材料、又はリチウムとの合金を形成することができる金属、半金属、合金、酸化物及び化合物のいずれかの範囲が挙げられる。負極材料を構成することができる金属又は半金属の具体例としては、グラファイト、スズ、鉛、マグネシウム、アルミニウム、ホウ素、ガリウム、シリコン、Ｓｉ／Ｃコンポジット、Ｓｉ／グラファイトブレンド、ＳｉＯｘ、多孔質Ｓｉ、金属間Ｓｉ合金、インジウム、ジルコニウム、ゲルマニウム、ビスマス、カドミウム、アンチモン、銀、亜鉛、ヒ素、ハフニウム、イットリウム、リチウム、ナトリウム、グラファイト、炭素、チタン酸リチウム、パラジウム、及びそれらの混合物等が挙げられる。例示的な一実施形態では、陽極活物質は、アルミニウム、スズ、又はシリコン、又はそれらの酸化物、窒化物、フッ化物、又はそれらの他の合金からなる。別の例示的な実施形態では、陽極活物質は、シリコン、酸化シリコン、又はその合金からなる。
さらなる実施形態では、陽極活物質は、リチウム金属、リチウム合金、炭素、石油コークス、活性炭、黒鉛、シルコン化合物、スズ化合物、及びそれらの合金から構成され得る。一実施形態では、陽極活物質は、非黒鉛化可能な炭素、黒鉛ベースの炭素などの炭素、 ＬｉｘＦｅ２Ｏ３（０≦ｘ≦１）、ＬｉｘＷＯ２（０≦ｘ≦１）、ＳｎｘＭｅ１−ｘＭｅ′ｙＯｚのような金属錯体酸化物（Ｍｅは、Ｍｎ、Ｆｅ、Ｐｂ、Ｇｅであり、Ｍｅ′は、Ａｌ、Ｂ、Ｐ、Ｓｉ、周期表第１族、第２族及び第３族に含まれる元素、ハロゲンであり、０＜ｘ≦１、１≦ｙ≦３、かつ１≦ｚ≦８である）等、リチウム金属、リチウム系合金、珪素基合金、スズ系合金、ＳｎＯ、ＳｎＯ２、ＰｂＯ、ＰｂＯ２、Ｐｂ２Ｏ３、Ｐｂ３Ｏ４、Ｓｂ２Ｏ３、Ｓｂ２Ｏ４、Ｓｂ２Ｏ５、ＧｅＯ、ＧｅＯ２、Ｂｉ２Ｏ３、Ｂｉ２Ｏ４、Ｂｉ２Ｏ５等の金属酸化物、ポリアセチレン等の導電性ポリマー、Ｌｉ−Ｃｏ−Ｎｉベースの材料等を含む。一実施形態では、陽極活物質は、天然黒鉛、合成黒鉛などの結晶性黒鉛、及びソフトカーボン、ハードカーボンなどの非晶質炭素を含む炭素系活物質を含み得る。陽極活物質に適した炭素材料の他の例としては、黒鉛、キッシュ黒鉛、熱分解炭素、メソフェーズピッチ系炭素繊維、メソカーボンマイクロビーズ、メソフェーズピッチ、黒鉛化炭素繊維、石油又はコールタールピッチ由来のコークスなどの高温焼結炭素などを挙げることができる。一実施形態では、負電極活物質は、酸化スズ、硝酸チタン、及びシリコンからなることができる。別の実施形態では、負電極は、リチウム金属膜のようなリチウム金属、又はリチウムとＮａ、Ｋ、Ｒｂ、Ｃｓ、Ｆｒ、Ｂｅ、Ｍｇ、Ｃａ、Ｓｒ、Ｂａ、Ｒａ、Ａｌ及びＳｎからなる群から選択される１種以上の金属との合金のようなリチウム合金から構成され得る。さらに別の実施形態では、陽極活物質は、Ｓｉ、Ａｌ、Ｃ、Ｐｔ、Ｓｎ、Ｐｂ、Ｉｒ、Ｎｉ、Ｃｕ、Ｔｉ、Ｎａ、Ｋ、Ｒｂ、Ｃｓ、Ｆｒ、Ｂｅ、Ｃａ、Ｓｒ、Ｓｂ、Ｂａ、Ｒａ、Ｇｅ、Ｚｎ、Ｂｉ、Ｉｎ、Ｍｇ、Ｇａ、Ｃｄ、Ｓｉ合金、Ｓｎ合金、Ａｌ合金などのリチウムと合金化及び／又はインターカレーションすることが可能な金属化合物、ＳｉＯｖ（０＜ｖ＜２）、ＳｎＯ２、酸化バナジウム又は酸化リチウムバナジウムのようなリチウムイオンをドーピング及びデンドープすることができる金属酸化物、及び、金属化合物と、Ｓｉ−Ｃ複合体又はＳｎ−Ｃ複合体のような炭素材料を含む複合体からなり得る。例えば、一実施形態ではリチウムとの合金化／インターカレーションが可能な材料は、リチウム、インジウム、スズ、アルミニウム、シリコンなどの金属、又はそれらの合金、Ｌｉ４／３Ｔｉ５／３Ｏ４又はＳｎＯ等の遷移金属酸化物、並びに、人造黒鉛、黒鉛炭素繊維、樹脂焼成炭素、熱分解気化炭素、コルク、メソカーボンマイクロビーズ（「ＭＣＭＢ」）、フルフリルアルコール樹脂焼成炭素、ポリアセン、ピッチベース炭素繊維、気化成長炭素繊維、又は天然黒鉛などの炭素質材料を含み得る。さらなる一実施形態では、負電極活物質は、ナトリウム又はマグネシウムのようなキャリアイオンに適した組成物からなることができる。例えば、一実施形態では、負電極活物質は、層状炭素質材料、並びに、層状炭素質材料の層の間に配置された式ＮａｘＳｎｙ−ｚＭｚの組成物からなることができ、ここで、Ｍは、Ｔｉ、Ｋ、Ｇｅ、Ｐ、又はそれらの組み合わせであり、０＜ｘ≦１５、１≦ｙ≦５、及び０≦ｚ≦１である。
一実施形態では負電極活物質は、
（１）カーボン系の材料、（２）カーボンブラック、（３）黒鉛、（４）グラフェン、（５）活性炭と、（６）炭素繊維、（７）アセチレンブラック、ケッチェンブラック、チャンネルブラック、ファーネスブラック、ランプブラック、サーマルブラック等のカーボンブラック、（８）炭素繊維、金属繊維などの導電性繊維、（９）カーボンナノチューブ等の導電性チューブ、（１０）フッ化炭素粉末、アルミニウム粉末、ニッケル粉末等の金属粉末、（１１）酸化亜鉛、チタン酸カリウム等の導電性ウィスカー、（１２）酸化チタンなどの導電性金属酸化物、又は、（１３）ポリフェニレン誘導体等の導電性材料、
等の、導電性材料及び／又は導電性助剤をさらに含み得る。さらに別の実施形態では、（１）金属メッシュなどの金属繊維、（２）銅、銀、ニッケル、アルミニウムなどの金属粉末、又は、（３）ポリフェニレン誘導体などの有機導電性材料、を用いてもよい。さらに別の実施形態では、例えば、ポリエチレン、オリエチレンオキサイド、ポリプロピレン、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）、ポリフッ化ビニリデン（ＰＶＤＦ）、スチレンーブタジエンゴム、テトラフルオロエチレン−パーフルオロアルキルビニルエーテル共重合体、フッ化ビニリデン−ヘキサフルオロプロピレン共重合体、フッ化ビニリデン−クロロトリフルオロエチレン共重合体、エチレン−テトラフルオロエチレン共重合体、ポリクロロトリフルオロエチレン、フッ化ビニリデン−ペンタフルオロプロピレン共重合体、プロピレン−テトラフルオロエチレン共重合体、エチレン−クロロトリフルオロエチレン共重合体、フッ化ビニリデン−パーフルオロメチルビニルエーテル−テトラフルオロエチレン共重合体、エチレン−アクリル酸共重合体等のうちの１つ以上が単独又は混合して用いられたバインダが提供され得る。
例示的な陰極活物質は、広範囲の陰極活物質のうちの任意のものを含み得る。例えば、リチウムイオン電池の場合、正極活物質は、遷移金属酸化物、遷移金属硫化物、遷移金属窒化物、リチウム遷移金属酸化物、リチウム遷移金属硫化物、及びリチウム遷移金属窒化物から選択的に選択される正極活物質から構成されていてもよい。これらの遷移金属酸化物、遷移金属硫化物、遷移金属窒化物の遷移金属元素としては、ｄ殻又はｆ殻を有する金属元素を含むことができる。このような金属元素の具体例としては、Ｓｃ、Ｙ、ランタノイド、アクチノイド、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｈｆ、Ｖ、Ｎｂ、Ｔａ、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｗ、Ｍｎ、Ｔｃ、Ｒｅ、Ｆｅ、Ｒｕ、Ｏｓ、Ｃｏ、Ｒｈ、Ｉｒ、Ｎｉ、Ｐｂ、Ｐｔ、Ｃｕ、Ａｇ、Ａｕなどが挙げられる。追加の正極活物質としては、ＬｉＣｏＯ２、ＬｉＮｉ０．５Ｍｎ１．５Ｏ４、Ｌｉ（ＮｉｘＣｏｙＡｌｚ）Ｏ２、ＬｉＦｅＰＯ４、Ｌｉ２ＭｎＯ４、Ｖ２Ｏ５、モリブデンオキシ硫化物、リン酸塩、ケイ酸塩、バナジン酸塩、硫黄、硫黄化合物、酸素（空気）、Ｌｉ（ＮｉｘＭｎｙＣｏｚ）Ｏ２、及びそれらの組み合わせが挙げられる。さらに、陰極活物質層のための化合物は、リチウム、コバルト及び酸素からなる化合物（例えば、ＬｉＣｏＯ２）、リチウム、マンガン及び酸素からなる化合物（例えば、ＬｉＭｎ２Ｏ４）、及びリチウム鉄及びリン酸塩からなる化合物（例えば、ＬｉＦｅＰＯ）などの金属酸化物又は金属リン酸塩からなるリチウム含有化合物をさらに含むことができる。一実施形態では、陰極活物質は、リチウムマンガン酸化物、リチウムコバルト酸化物、リチウムニッケル酸化物、リチウム鉄リン酸塩、又は前記酸化物の組み合わせから形成された複合酸化物のうちの少なくとも１つからなる。別の実施形態では、陰極活物質は、（１）リチウムコバルト酸化物（ＬｉＣｏＯ２）、リチウムニッケル酸化物（ＬｉＮｉＯ２）等、若しくは１つ以上の遷移金属のうちの１つとの置換化合物、（２）Ｌｉ１＋ｘＭｎ２−ｘＯ４（ここで、ｘは０〜０．３３）、ＬｉＭｎＯ３、ＬｉＭｎ２Ｏ３、ＬｉＭｎＯ２などのリチウムマンガン酸化物、（３）リチウム銅酸化物（Ｌｉ２ＣｕＯ２）、（４）ＬｉＶ３Ｏ８、ＬｉＦｅ３Ｏ４、Ｖ２Ｏ５、Ｃｕ２Ｖ２Ｏ７等のバナジウム酸化物、（５）ＬｉＮｉ１−ｘＭｘＯ２（ここで、Ｍ＝Ｃｏ、Ｍｎ、Ａｌ、Ｃｕ、Ｆｅ、Ｍｇ、Ｂ又はＧａ、ｘ＝０．０１〜０．３）の化学式で表されるＮｉサイト型リチウムニッケル酸化物、（６）ＬｉＭｎ２−ｘＭｘＯ２（ここで、ＭはＣｏ、Ｎｉ、Ｆｅ、Ｃｒ、Ｚｎ又はＴａ、及びｘ＝０．０１〜０．１）又はＬｉ２Ｍｎ３ＭＯ８（ここで、Ｍ＝Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｃｕ又はＺｎ）の化学式で表されるリチウムマンガン複合酸化物、（７）Ｌｉの一部がアルカリ土類金属イオンで置換されているＬｉＭｎ２Ｏ４、（８）ジスルフィド化合物、（９）Ｆｅ２（ＭｏＯ４）３等、のうちの１つ以上を含み得る。一実施形態において、陰極活物質は、以下の式（２）のオリビン結晶構造を有する金属リン酸リチウムを含み得る。
Ｌｉ１＋ａＦｅ１−ｘＭ′ｘ（ＰＯ４−ｂ）Ｘｂ … （２）
ここで、Ｍ’は、Ａｌ、Ｍｇ、Ｎｉ、Ｃｏ、Ｍｎ、Ｔｉ、Ｇａ、Ｃｕ、Ｖ、Ｎｂ、Ｚｒ、Ｃｅ、Ｉｎ、Ｚｎ、Ｙから少なくとも１つが選択され、Ｘは、Ｆ、Ｓ、Ｎから少なくとも１つが選択され、−０．５≦ａ≦＋０．５、０≦ｘ≦０．５、及び０≦ｂ≦０．１のうちの０．５≦ａ≦＋０．５、０≦ｘ≦０．５、及び、０≦ｂ≦０．１が成り立つ。このようなものには、ＬｉＦｅＰＯ４、Ｌｉ（Ｆｅ，Ｍｎ）ＰＯ４、Ｌｉ（Ｆｅ，Ｃｏ）ＰＯ４、Ｌｉ（Ｆｅ，Ｎｉ）ＰＯ４等のうち少なくとも１つがある。一実施形態では、陰極活物質は、ＬｉＣｏＯ２、ＬｉＮｉＯ２、ＬｉＭｎＯ２、ＬｉＭｎ２Ｏ４、ＬｉＮｉ１−ｙＣｏｙＯ２、ＬｉＣｏ１−ｙＭｎｙＯ２、ＬｉＮｉ１−ｙＭｎｙＯ２（０≦ｙ≦１）、Ｌｉ（ＮｉａＣｏｂＭｎｃ）Ｏ４（０＜ａ＜２，０＜ｂ＜２，０＜ｃ＜２，ａ＋ｂ＋ｃ＝２）、ＬｉＭｎ２−ｚＮｉｚＯ４、ＬｉＭｎ２−ｚＣｏｚＯ４（０＜ｚ＜２）、ＬｉＣｏＰＯ４、ＬｉＦｅＰＯ４のうちの少なくとも１つを含む。
さらに別の実施形態では、陰極活物質は、元素硫黄（Ｓ８）、硫黄系列化合物、又はそれらの混合物を含み得る。硫黄系列化合物は、具体的には、Ｌｉ２Ｓｎ（ｎ≧１）、有機硫黄化合物、炭素−硫黄ポリマー（（Ｃ２Ｓｘ）ｎ、ただしｘ＝２．５〜５０、ｎ≧２）等であり得る。さらに別の実施形態では、陰極活物質は、リチウム及びジルコニウムの酸化物をコバルト化することができる。
さらに別の実施形態において、陰極活物質には、リチウムと金属の少なくとも１つの複合酸化物（例えばコバルト、マンガン、ニッケル又はそれらの組み合わせ）が用いられ得る。これらは例えば、ＬｉａＥ１−ｂＭｂＯ２−ｃＤｃ（ここで、０．９０≦ａ≦１、０≦ｂ≦０．５、０≦ｃ≦０．０５）、ＬｉＥ２−ｂＭｂＯ４−ｃＤｃ（ここで、０≦ｂ≦０．５、及び０≦ｃ≦０．０５）、ＬｉａＮｉ１−ｂ−ｃＣｏｂＭｃＤａ（ここで、０．９０≦ａ≦１、０≦ｂ≦０．５、０≦ｃ≦０．０５、及び０＜ａ≦２）、ＬｉａＮｉ１−ｂ−ｃＣｏｂＭｃＯ２−ａＸａ（ここで、０．９０≦ａ≦１、０≦ｂ≦０．５、０≦ｃ≦０．０５、及び０＜ａ＜２）、ＬｉａＮｉ１−ｂ−ｃＣｏｂＭｃＯ２−ａＸ２（ここで、０．９０≦ａ≦１、０≦ｂ≦０．５、０≦ｃ≦０．０５、及び０＜ａ＜２）、ＬｉａＮｉ１−ｂ−ｃＭｎｂＭｃＤａ（ここで、０．９０≦ａ≦１、０≦ｂ≦０．５、０≦ｃ≦０．０５、及び０＜ａ≦２）、ＬｉａＮｉ１−ｂ−ｃＭｎｂＭｃＯ２−ａＸａ（ここで、０．９０≦ａ≦１、０≦ｂ≦０．５、０≦ｃ≦０．０５、及び０＜ａ＜２）、ＬｉａＮｉ１−ｂ−ｃＭｎｂＭｃＯ２−ａＸ２（ここで、０．９０≦ａ≦１、０≦ｂ≦０．５、０≦ｃ≦０．０５、及び０＜ａ＜２）ＬｉａＮｉｂＥｃＧｄＯ２（ここで、０．９０≦ａ≦１、０≦ｂ≦０．９、０≦ｃ≦０．５、及び０．００１≦ｄ≦０．１）、ＬｉａＮｉｂＣｏｃＭｎｄＧｅＯ２（ここで、０．９０≦ａ≦１、０≦ｂ≦０．９、０≦ｃ≦０．５、０≦ｄ≦０．５、及び０．００１≦ｅ≦０．１）、ＬｉａＮｉＧｂＯ２（ここで、０．９０≦ａ≦１、０．００１≦ｂ≦０．１）、ＬｉａＣｏＧｂＯ２（ここで、０．９０≦ａ≦１及び０．００１≦ｂ≦０．１）、ＬｉａＭｎＧｂＯ２（ここで、０．９０≦ａ≦１及び０．００１≦ｂ≦０．１）、ＬｉａＭｎ２ＧｂＯ４（ここで、０．９０≦ａ≦１及び０．００１≦ｂ≦０．１）、ＱＯ２、ＱＳ２、ＬｉＱＳ２、Ｖ２Ｏ５、ＬｉＶ２Ｏ５、ＬｉＸ′Ｏ２、ＬｉＮｉＶＯ４、Ｌｉ（３−ｆ）Ｊ２（ＰＯ４）３（０≦ｆ≦２）、Ｌｉ（３−ｆ）Ｆｅ２（ＰＯ４）３（０≦ｆ≦２）、及びＬｉＦｅＰＯ４等である。上記式中において、ＡはＮｉ、Ｃｏ、Ｍｎ、又はそれらの組み合わせであり、Ｍは、Ａｌ、Ｎｉ、Ｃｏ、Ｍｎ、Ｃｒ、Ｆｅ、Ｍｇ、Ｓｒ、Ｖ、希土類元素、又はそれらの組み合わせであり、Ｄは、Ｏ、Ｆ、Ｓ、Ｐ、又はそれらの組み合わせであり、Ｅは、Ｃｏ、Ｍｎ、又はそれらの組み合わせであり、Ｘは、Ｆ、Ｓ、Ｐ、又はその組み合わせであり、ＧはＡｌ、Ｃｒ、Ｍｎ、Ｆｅ、Ｍｇ、Ｌａ、Ｃｅ、Ｓｒ、Ｖ、又はその組み合わせであり、ＱはＴｉ、Ｍｏ、Ｍｎ、又はそれらの組み合わせであり、Ｘ′は、Ｃｒ、Ｖ、Ｆｅ、Ｓｃ、Ｙ、又はそれらの組み合わせであり、そして、Ｊは、Ｖ、Ｃｒ、Ｍｎ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｃｕ、又はそれらの組み合わせである。例えば、ＬｉＣｏＯ２、ＬｉＭｎｘＯ２ｘ（ｘ＝１又は２）、ＬｉＮｉ１−ｘＭｎｘＯ２ｘ（０＜ｘ＜１）、ＬｉＮｉ１−ｘ−ｙＣｏｘＭｎｙＯ２（０≦ｘ≦０．５、０≦ｙ≦０．５）、又はＦｅＰＯ４が用いられ得る。一実施形態では、陰極活物質は、（１）リチウムコバルト酸化物、リチウムニッケル酸化物、リチウムニッケルコバルト酸化物、リチウムニッケルコバルトアルミニウム酸化物、リチウムニッケルコバルトマンガン酸化物、リチウムマンガン酸化物、リチウムマンガン酸化物、又はリン酸鉄リチウムなどのリチウム化合物、（２）硫化ニッケル、（３）硫化銅、（４）硫黄、（５）酸化鉄、又は、（６）酸化バナジウム、のうちの少なくとも１つを含む。
一実施形態では、陰極活物質は、ナトリウム含有材料、例えば、ＮａＦｅＯ２、ＮａＭｎＯ２、ＮａＮｉＯ２、又はＮａＣｏＯ２のような式ＮａＭ１ ａＯ２で表される酸化物のうちの少なくとも１つを含む材料、又は、式ＮａＭｎ１−ａＭ１ ａＯ２で表される酸化物を含み得る。ここで、Ｍ１は少なくとも１つの遷移金属元素であり、０≦ａ＜１である。代表的な正活物質としては、Ｎａ［Ｎｉ１／２Ｍｎ１／２］Ｏ２、Ｎａ２／３［Ｆｅ１／２Ｍｎ１／２］Ｏ２、Ｎａ０．４４Ｍｎ１−ａＭ１ ａＯ２で表される酸化物、Ｎａ０．７Ｍｎ１−ａＭ１ ａＯ２．０５（ここで、Ｍ１は少なくとも１つの遷移金属元素であり、０≦ａ＜１）で表される酸化物、Ｎａ６Ｆｅ２Ｓｉ１２Ｏ３０又はＮａ２Ｆｅ５Ｓｉ１２ＯとしてＮａｂＭ２ ｃＳｉ１２Ｏ３０で表される酸化物（ここで、Ｍ２は少なくとも１つの遷移金属元素であり、２≦ｂ≦６であり、２≦ｃ≦５である）、Ｎａ２Ｆｅ２Ｓｉ６Ｏ１８又はＮａ２ＭｎＦｅＳｉ６Ｏ１８などのＮａｄＭ３ ｅＳｉ６Ｏ１８で表される酸化物（ここで、Ｍ３は少なくとも１つの遷移金属元素であり、３≦ｄ≦６であり、１≦ｅ≦２である）、Ｎａ２ＦｅＳｉＯ６などのＮａｆＭ４ ｇＳｉ２Ｏ６で表される酸化物（ここで、Ｍ４は遷移金属元素、マグネシウム（Ｍｇ）及びアルミニウム（Ａｌ）から選ばれる少なくとも１種の元素であり、１≦ｆ≦２及び１≦ｇ≦２である）、ＮａＦｅＰＯ４、Ｎａ３Ｆｅ２（ＰＯ４）３、Ｎａ３Ｖ２（ＰＯ４）３、Ｎａ４Ｃｏ３（ＰＯ４）２Ｐ２Ｏ７などのリン酸塩、ＮａＦｅＢＯ４又はＮａ３Ｆｅ２（ＢＯ４）３などのホウ酸塩、Ｎａ３ＦｅＦ６又はＮａ２ＭｎＦ６等のＮａＨＭ５Ｆ６（ここで、Ｍ５は少なくとも１つの遷移金属元素であり、２≦ｈ≦３）で表されるフッ化物、Ｎａ３Ｖ２（ＰＯ４）２Ｆ３、Ｎａ３Ｖ２（ＰＯ４）２ＦＯ２等のフルオロリン酸塩等が挙げられる。陽性活物質は前記に限定されるものではなく、当技術分野で使用されている任意の好適な陽性活物質を使用することができる。一実施形態では、好ましくは、正活物質は、ＮａＭｎＯ２、Ｎａ［Ｎｉ１／２Ｍｎ１／２］Ｏ２、Ｎａ２／３［Ｆｅ１／２Ｍｎ１／２］Ｏ２などの層状酸化物正極材料、Ｎａ３Ｖ２（ＰＯ４）３、Ｎａ４Ｃｏ３（ＰＯ４）２Ｐ２Ｏ７などのリン酸塩正極、又はＮａ３Ｖ２（ＰＯ４）２Ｆ３、Ｎａ３Ｖ２（ＰＯ４）２ＦＯ２などのフルオロリン酸塩正極を含む。
一実施形態では、負電極集電体１３６は、金属材料などの適切な導電性材料を含み得る。例えば、一実施形態では、負電極集電体は、銅、ニッケル、アルミニウム、ステンレス鋼、チタン、パラジウム、焼成炭素、焼成炭素、インジウム、鉄、マグネシウム、コバルト、ゲルマニウム、リチウム、炭素、ニッケル、チタン、銀、アルミニウム−カドミウム合金、及び／又はそれらの他の合金と銅又はステンレス鋼の表面処理された材料のうちの少なくとも１つを含み得る。別の例として、一実施形態では、負電極集電体は、銅、ステンレス鋼、アルミニウム、ニッケル、チタン、焼成炭素、炭素、ニッケル、チタン、銀、アルミニウムカドミウム合金、及び／又はそれらの他の合金を有する銅又はステンレス鋼の表面処理材のうちの少なくとも１つを含む。一実施形態では、負電極集電体は、銅及びステンレス鋼の少なくとも１つを含む。
一実施形態では、正電極集電体１４０は、金属材料のような適切な導電性材料を含み得る。一実施形態では、正極集電体は、ステンレス鋼、アルミニウム、ニッケル、チタン、焼結炭素、焼結炭素、炭素、ニッケル、チタン、銀、及び／又はそれらの合金を含むアルミニウム又はステンレス鋼の表面処理材のうちの少なくとも１つを含む。ある実施形態では、正極集電体はアルミニウムからなる。
さらに別の実施形態では、陰極活物質は、導電性助剤及び／又はバインダーのうちの１つ以上をさらに含むことができ、これは、例えば、本明細書に陽極活物質について記載された導電性助剤及び／又はバインダーのうちのいずれかであってもよい。一般的に、負電極活物質のボイド体積率は、少なくとも０．１である。しかし、典型的には、負電極活物質のボイド体積率は０．８より大きくない。例えば、一実施形態では、負電極活物質のボイド体積分率は、約０．１５〜約０．７５である。さらなる例によれば、一実施形態では、負電極活物質のボイド体積分率は、約０．２〜約０．７である。さらなる例によれば、一実施形態では、負電極活物質のボイド体積分率は、約０．２５〜約０．６である。
微細構造化された負電極活物質の組成及びその形成方法に応じて、微細構造化された負電極活物質は、マクロポーラス材料層、ミクロポーラス材料層、又はメソポーラス材料層、又はそれらの組み合わせ、例えばミクロポーラスとメソポーラスの組み合わせ、又はメソポーラスとマクロポーラスの組み合わせから構成されていてもよい。微多孔性材料は、典型的には、１０ｎｍ未満の細孔寸法、１０ｎｍ未満の壁寸法、１〜５０マイクロメートルの細孔深さ、及び一般的に「スポンジ状」で不規則な外観、滑らかでない壁、及び分岐した細孔を特徴とする細孔形態を有することを特徴とする。メソポーラス材料は、典型的には、細孔の寸法が１０〜５０ｎｍ、壁の寸法が１０〜５０ｎｍ、細孔の深さが１〜１００マイクロメートルであり、一般的には、ある程度よく定義された枝分かれした細孔又は樹枝状細孔を特徴とする細孔の形態を特徴とする。マクロポーラス材料は、一般的に、５０ｎｍを超える細孔の寸法、５０ｎｍを超える壁の寸法、１〜５００マイクロメートルの細孔の深さ、及び変化に富んでいてもよい細孔の形態、直線状、分岐状、又は樹枝状の細孔、及び滑らかな又は粗い壁を有する細孔の形態を特徴とする。さらに、空隙容積は、開放空隙又は閉鎖空隙、又はそれらの組み合わせから構成されてもよい。一実施形態では、空隙体積は開放空隙を含み、すなわち、負電極活物質は、リチウムイオン（又は他のキャリアイオン）が負電極活物質に出入りすることができる負電極活物質の側方表面に開口部を有する空隙を含む。例えば、リチウムイオンは、正電極活物質を離れた後に、空隙の開口部を介して負電極活物質に入ることができる。別の実施形態では、空隙容積は、閉じた空隙を含み、すなわち、負電極活物質は、負電極活物質によって囲まれた空隙を含む。一般に、開いたボイドは、キャリアイオンのためのより大きな界面表面積を提供することができ、一方、閉じたボイドは、固体電解質界面の影響を受けにくくなる傾向があり、一方、それぞれが、キャリアイオンの進入時に負電極活物質の膨張のための余地を提供する。したがって、特定の実施形態では、負電極活物質は、開放空隙と閉鎖空隙の組み合わせで構成されることが好ましい。
一実施形態では、負電極活物質は、多孔質アルミニウム、スズ、又はシリコン、又はそれらの合金を含む。多孔質シリコン層は、例えば、陽極酸化、エッチング（例えば、金、白金、銀、又は金／パラジウムなどの貴金属を単結晶シリコンの表面に堆積させ、フッ化水素酸と過酸化水素の混合物で表面をエッチングすることによって）、又はパターン化された化学エッチングなどの当技術分野で知られている他の方法によって形成されてもよい。さらに、多孔性の負電極活物質は、一般に、少なくとも約０．１から約０．８未満の空隙率を有し、約１から約１００マイクロメートルの厚さを有する。例えば、一実施形態では、負電極活物質は、多孔質シリコンからなり、約５マイクロメートルから約１００マイクロメートルの厚さを有し、約０．１５から約０．７５の空隙率を有する。さらなる例として、一実施形態では、負電極活物質は多孔質シリコンを含み、約１０マイクロメートルから約８０マイクロメートルの厚さを有し、約０．１５から約０．７の空隙率を有している。さらなる例として、このような一実施形態では、負電極活物質は多孔質シリコンからなり、約２０マイクロメートルから約５０マイクロメートルの厚さを有し、約０．２５から約０．６の空隙率を有している。さらなる例として、一実施形態では、負電極活物質は、多孔質シリコン合金（例えば、ニッケルシリサイド）からなり、約５マイクロメートルから約１００マイクロメートルの厚さを有し、約０．１５から約０．７５の空隙率を有している。
別の実施形態では、負電極活物質は、アルミニウム、スズ、又はシリコン、又はそれらの合金の繊維からなる。個々の繊維は、約５ｎｍから約１００００ｎｍの直径（厚さ寸法）を有してもよく、長さは一般的には負電極活物質の厚さに対応する。シリコンの繊維（ナノワイヤ）は、例えば、化学的気相成長又は気相液体固体（ＶＬＳ）成長及び固体液体固体（ＳＬＳ）成長のような当該技術で知られている他の技術によって形成されてもよい。さらに、負電極活物質は、一般に、少なくとも約０．１から約０．８未満の空隙率を有し、約１から約２００マイクロメートルの厚さを有する。例えば、一実施形態では、負電極活物質は、シリコンナノワイヤからなり、約５から約１００マイクロメートルの厚さを有し、約０．１５から約０．７５の空隙率を有する。さらなる例として、一実施形態では、負電極活物質はシリコンナノワイヤからなり、約１０〜約８０マイクロメートルの厚さを有し、約０．１５〜約０．７の空隙率を有する。さらなる例として、このような一実施形態では、負電極活物質はシリコンナノワイヤからなり、約２０〜約５０マイクロメートルの厚さを有し、約０．２５〜約０．６の空隙率を有する。さらなる例として、一実施形態では、負電極活物質は、シリコン合金（例えば、ニッケルシリサイド）のナノワイヤからなり、約５〜約１００マイクロメートルの厚さを有し、約０．１５〜約０．７５の空隙率を有する。
一実施形態では、電極１１０の集合の各メンバは、底部、上部、及びその底部から上部に向かって延びる縦軸（ＡＥ）を有し、電極構造１１０と対電極構造１１２の交互のシーケンスが進行する方向に一般的に垂直な方向にある。さらに、電極１１０の集合の各メンバは、電極の縦軸（ＡＥ）に沿って測定された長さ（ＬＥ）と、電極構造１１０と対電極構造１１２の交互のシーケンスが進行する方向に測定された幅（ＷＥ）と、長さ（ＬＥ）と幅（ＷＥ）のそれぞれの測定方向に直交する方向に測定された高さ（ＨＥ）とを有する。また、電極集合の各メンバは、その縦軸に法線である平面内での電極の投影の側面の長さの和に対応する周囲長（ＰＥ）を有する。
電極集団のメンバの長さ（ＬＥ）は、エネルギー貯蔵デバイスとその意図された用途に応じて変化する。しかし、一般的には、電極集団のメンバは、一般的に約５ｍｍから約５００ｍｍの範囲の長さ（ＬＥ）を持つ。例えば、そのような一実施形態では、電極集団のメンバは、約１０ｍｍから約２５０ｍｍの長さ（ＬＥ）を有する。さらなる例として、そのような一実施形態では、電極の個体群のメンバは、約２５ｍｍから約１００ｍｍの長さ（ＬＥ）を持つ。
電極集団のメンバの幅（ＷＥ）もまた、エネルギー貯蔵デバイスとその意図された用途に応じて変化する。しかし、一般的には、電極集団の各メンバの幅（ＷＥ）は約０．０１ｍｍから２．５ｍｍの範囲内にある。例えば、一実施形態では、電極集団の各メンバの幅（ＷＥ）は、約０．０２５ｍｍから約２ｍｍの範囲内にある。さらなる例として、一実施形態では、電極集団の各メンバの幅（ＷＥ）は、約０．０５ｍｍから約１ｍｍの範囲になる。
電極集団のメンバの身長（ＨＥ）もまた、エネルギー貯蔵デバイスとその意図された用途によって異なる。しかし、一般的には、電極集団のメンバの高さ（ＨＥ）は、一般的に約０．０５ｍｍから約１０ｍｍの範囲内にある。例えば、一実施形態では、電極集団の各メンバの高さ（ＨＥ）は、約０．０５ｍｍから約５ｍｍの範囲内にある。さらなる例として、一実施形態では、電極集団の各メンバの高さ（ＨＥ）は、約０．１ｍｍから約１ｍｍの範囲になる。一実施形態によれば、電極集団のメンバは、第１の高さを有する１つ以上の第１の電極メンバと、第１の高さ以外の第２の高さを有する１つ以上の第２の電極メンバとを含む。例えば、一実施形態では、１つ以上の第１の電極メンバは、電極メンバが高さ方向（Ｚ軸）の二次制約系の一部に接触することができるように選択された高さを有してもよい。例えば、１つ以上の第１の電極メンバの高さは、第１の電極メンバの少なくとも１つ又はその部分構造が第２の接続メンバ１６６として機能する場合のように、第１の電極メンバが高さ軸に沿って第１及び第２の二次成長制約系１５８，１６０の両方の間に延びて接触するような十分な高さであってもよい。さらに、１つの実施形態によれば、１つ以上の第２の電極メンバは、例えば、１つ以上の第２の電極メンバが、第１の二次成長制約ｓ１５８、１６０の両方に接触するように完全には伸びないような、１つ以上の第１の電極メンバよりも小さい高さを有してもよい。さらに別の実施形態では、１つ以上の第１の電極メンバ及び１つ以上の第２の電極メンバの異なる高さは、例えば、縦軸及び／又は横軸の１つ以上に沿った異なる高さを有する電極アセンブリ形状のような、電極アセンブリ１０６の所定の形状に対応するように、及び／又は二次電池の所定の性能特性を提供するように選択されてもよい。
電極集団のメンバの周囲（ＰＥ）は、同様に、エネルギー貯蔵デバイスとその意図された用途に応じて変化する。しかし、一般的には、電極集団のメンバは、典型的には、約０．０２５ｍｍから約２５ｍｍの範囲内の周縁（ＰＥ）を有する。例えば、一実施形態では、電極集団の各メンバの周縁（ＰＥ）は、約０．１ｍｍから約１５ｍｍの範囲内にある。さらなる例として、一実施形態では、電極集団の各メンバの周囲（ＰＥ）は、約０．５ｍｍから約１０ｍｍの範囲になる。
一般に、電極集団のメンバは、その幅（ＷＥ）及び高さ（ＨＥ）のそれぞれより実質的に大きい長さ（ＬＥ）を有する。例えば、一実施形態では、電極集団の各メンバについて、ＷＥ及びＨＥのそれぞれに対するＬＥの比率は、それぞれ少なくとも５：１である（すなわち、ＷＥに対するＬＥの比率は少なくとも５：１であり、ＨＥに対するＬＥの比率は少なくとも５：１である）。さらなる例として、一実施形態では、ＷＥ及びＨＥのそれぞれに対するＬＥの比率は、少なくとも１０：１である。さらなる方法では、一実施形態では、ＷＥ及びＨＥのそれぞれに対するＬＥの比率は、少なくとも１５：１である。さらなる実施形態では、一実施形態では、ＷＥ及びＨＥのそれぞれに対するＬＥの比率は、電極集団の各メンバに対して、少なくとも２０：１である。
さらに、電極集団のメンバは、その周囲（ＰＥ）よりも実質的に大きい長さ（ＬＥ）を有することが一般的に好ましい。例えば、ある実施形態では、ＬＥとＰＥの比率は、電極集団の各メンバについて、それぞれ少なくとも１．２５：１である。さらなる例では、一実施形態では、ＬＥとＰＥの比率は、それぞれ、電極の集合の各メンバに対して、少なくとも２．５：１である。さらなる例では、一実施形態では、ＬＥとＰＥの比率は、それぞれ、電極集団の各メンバに対して、少なくとも３．７５：１である。
一実施形態では、電極集団のメンバの高さ（ＨＥ）と幅（ＷＥ）の比は、それぞれ少なくとも０．４：１である。例えば、一実施形態では、電極集団の各メンバについて、ＨＥとＷＥの比は、それぞれ少なくとも２：１である。さらなる例によって、一実施形態では、ＨＥとＷＥの比率は、それぞれ少なくとも１０：１になる。さらなる例では、ある実施形態では、ＨＥとＷＥの比率は、それぞれ少なくとも２０：１である。しかし、典型的には、ＨＥとＷＥの比率は、一般的に、それぞれ１０００：１未満である。例えば、一実施形態では、ＨＥとＷＥの比率は、それぞれ５００：１未満である。さらなる方法では、一実施形態では、ＨＥとＷＥの比率は、それぞれ１００：１未満である。さらなる方法では、一実施形態では、ＨＥとＷＥの比率は、それぞれ１０：１未満である。さらなる例によって、一実施形態では、ＨＥとＷＥの比率は、電極集団の各メンバについて、それぞれ約２：１から約１００：１の範囲内にある。
対電極集合の各メンバは、底面、頂面、底面から頂面までの縦軸（ＡＣＥ）を持ち、電極構造と対電極構造の交互配列が進行する方向に概ね垂直な方向に延びる。さらに、対電極集合の各メンバは、縦軸（ＡＣＥ）に沿って測定された長さ（ＬＣＥ）と、電極構造物と対電極構造物の交互配列が進行する方向に測定された幅（ＷＣＥ）と、長さ（ＬＣＥ）と幅（ＷＣＥ）の各測定方向に直交する方向に測定された高さ（ＨＣＥ）を有しています。また、対電極の各メンバは、その縦軸に垂直な平面内での対電極の投影の側面の長さの和に対応する周囲長（ＰＣＥ）を有する。
対電極集合のメンバの長さ（ＬＣＥ）は、エネルギー貯蔵デバイス及びその意図された使用に応じて変化する。しかし、一般的には、対電極集合の各メンバは、典型的には、約５ｍｍから約５００ｍｍの範囲の長さ（ＬＣＥ）を有する。例えば、そのような一実施形態では、対電極集合の各メンバは、約１０ｍｍから約２５０ｍｍの長さ（ＬＣＥ）を有する。さらなる例として、そのような一実施形態では、対電極集合の各メンバは、約２５ｍｍから約１００ｍｍの長さ（ＬＣＥ）を持つ。
対電極集合のメンバの幅（ＷＣＥ）もまた、エネルギー貯蔵デバイス及びその意図された使用に応じて変化する。しかし、一般的には、対電極集合のメンバは、一般的に約０．０１ｍｍから２．５ｍｍの範囲内の幅（ＷＣＥ）を持つことになる。例えば、一実施形態では、対電極集合の各メンバの幅（ＷＣＥ）は、約０．０２５ｍｍから約２ｍｍの範囲内にある。さらなる例として、一実施形態では、対電極集合の各メンバの幅（ＷＣＥ）は、約０．０５ｍｍから約１ｍｍの範囲内にある。
対電極集合のメンバの高さ（ＨＣＥ）もまた、エネルギー貯蔵デバイス及びその意図された使用に応じて変化する。しかし、一般的には、対電極集合のメンバは、約０．０５ｍｍから約１０ｍｍの範囲内の高さ（ＨＣＥ）を持つ。例えば、一実施形態では、対電極集合の各メンバの高さ（ＨＣＥ）は、約０．０５ｍｍから約５ｍｍの範囲内にある。さらなる例として、一実施形態では、対電極集合の各メンバの高さ（ＨＣＥ）は、約０．１ｍｍから約１ｍｍの範囲内にある。一実施形態によれば、対電極集合のメンバは、第１の高さを有する１つ以上の第１の対電極メンバと、第１の高さ以外の第２の高さを有する１つ以上の第２の対電極メンバとを含む。例えば、一実施形態では、１つ以上の第１の対電極メンバは、対電極メンバが高さ（Ｚ軸）方向に二次制約系の一部に接触することを可能にするように選択された高さを有してもよい。例えば、１つ以上の第１の対電極メンバの高さは、第１の対電極メンバ又はその部分構造の少なくとも１つが第２の接続メンバ１６６として機能する場合のように、第１の対電極メンバが高さ軸に沿って第１及び第２の二次成長制約１５８，１６０の両方の間に延びて接触するのに十分な高さであってもよい。さらに、一実施形態によれば、１つ以上の第２の対電極メンバは、例えば、１つ以上の第２の対電極メンバが、第１及び第２の二次成長制約１５８、１６０の両方に接触するほど完全には延びないように、１つ以上の第１の対電極メンバよりも小さい高さを有してもよい。さらに別の実施形態では、１つ以上の第１の対電極メンバ及び１つ以上の第２の対電極メンバの異なる高さは、電極アセンブリ１０６の所定の形状、例えば、縦軸及び／又は横軸の１つ以上に沿った異なる高さを有する電極アセンブリ形状に対応するように、及び／又は二次電池の所定の性能特性を提供するように選択されてもよい。
対電極集団のメンバの境界線（ＰＣＥ）もまた、エネルギー貯蔵デバイス及びその意図された用途に応じて変化する。しかしながら、一般的には、対電極集団のメンバは、典型的には、約０．０２５ｍｍから約２５ｍｍの範囲内の周囲長（ＰＣＥ）を有する。例えば、一実施形態では、対電極集団の各メンバの周辺部（ＰＣＥ）は、約０．１ｍｍから約１５ｍｍの範囲内にある。さらなる例として、一実施形態では、対電極集団の各メンバの周囲（ＰＣＥ）は、約０．５ｍｍから約１０ｍｍの範囲になる。
一般に、対電極集団の各メンバは、幅（ＷＣＥ）よりも実質的に大きい長さ（ＬＣＥ）及び高さ（ＨＣＥ）よりも実質的に大きい長さ（ＬＣＥ）を有する。例えば、一実施形態では、対電極集団の各メンバについて、ＷＣＥ及びＨＣＥのそれぞれに対するＬＣＥの比率は、それぞれ少なくとも５：１である（すなわち、ＷＣＥに対するＬＣＥの比率は少なくとも５：１であり、ＨＣＥに対するＬＣＥの比率は少なくとも５：１である）。
さらなる例によって、一実施形態では、対電極集団の各メンバについて、ＷＣＥ及びＨＣＥのそれぞれに対するＬＣＥの比率は、少なくとも１０：１である。さらなる態様では、一実施形態では、ＷＣＥ及びＨＣＥのそれぞれに対するＬＣＥの比率は、対電極集団の各メンバに対して少なくとも１５：１である。さらなる実施形態では、一実施形態では、ＷＣＥ及びＨＣＥのそれぞれに対するＬＣＥの比率は、対電極集団の各構成員に対して少なくとも２０：１である。
さらに、対電極集団のメンバが、その周囲（ＰＣＥ）よりも実質的に大きい長さ（ＬＣＥ）を有することが一般的に好ましい。例えば、一実施形態では、ＬＣＥとＰＣＥの比は、対電極集団の各メンバについて、それぞれ少なくとも１．２５：１である。さらなる例では、一実施形態では、ＬＣＥとＰＣＥの比率は、対電極集団の各メンバに対して、それぞれ少なくとも２．５：１である。さらなる例では、一実施形態では、ＬＣＥとＰＣＥの比率は、対電極集団の各メンバに対して、それぞれ少なくとも３．７５：１である。
一実施形態では、対電極集団のメンバの高さ（ＨＣＥ）と幅（ＷＣＥ）の比は、それぞれ少なくとも０．４：１である。例えば、一実施形態では、対電極集団の各メンバのＨＣＥとＷＣＥの比は、それぞれ少なくとも２：１である。さらなる例によって、一実施形態では、ＨＣＥとＷＣＥの比率は、対電極集団の各メンバについて、それぞれ少なくとも１０：１である。さらなる例によって、一実施形態では、ＨＣＥとＷＣＥの比率は、対電極集合の各メンバに対して、それぞれ少なくとも２０：１である。しかしながら、典型的には、ＨＣＥとＷＣＥの比は、一般的に、電極集団の各メンバに対して、それぞれ１０００：１未満である。例えば、ある実施形態では、ＨＣＥとＷＣＥの比率は、対電極集合の各メンバに対して、それぞれ５００：１以下である。さらなる例によって、一実施形態では、ＨＣＥとＷＣＥの比率は、それぞれ、１００：１未満である。さらなる方法では、一実施形態では、ＨＣＥとＷＣＥの比は、それぞれ１０：１未満である。さらなる例によって、一実施形態では、ＨＣＥとＷＣＥの比は、対電極集団の各メンバについて、それぞれ約２：１から約１００：１の範囲内である。
一実施形態では、負電極集団の各メンバに含まれる負電極電流導体層１３６は、そのような負電極集電体を構成するメンバの長さＬＮＥの少なくとも５０％である長さＬＮＣを有する。さらなる例として、一実施形態では、負電極集団の各メンバに含まれる負電極電流導体層１３６は、そのような負電極集電体を構成するメンバの長さＬＮＥの少なくとも６０％である長さＬＮＣを有する。さらなる例として、一実施形態では、負電極集団の各メンバに含まれる負電極電流導体層１３６は、そのような負電極集電体を構成するメンバの長さＬＮＥの少なくとも７０％である長さＬＮＣを有する。さらなる例として、一実施形態では、負電極集団の各メンバに含まれる負電極電流導体層１３６は、そのような負電極集電体を構成するメンバの長さＬＮＥの少なくとも８０％である長さＬＮＣを有する。さらなる例として、一実施形態では、負電極集団の各メンバに含まれる負電極電流導体層１３６は、そのような負電極集電体を構成するメンバの長さＬＮＥの少なくとも９０％である長さＬＮＣを有する。
一実施形態では、正電極集団の各メンバに含まれる正電極電流導体１４０は、そのような正電極集電体を構成するメンバの長さＬＰＥの少なくとも５０％である長さＬＰＣを有する。さらなる例として、一実施形態では、正電極集団の各メンバに含まれる正電極電流導体１４０は、そのような正電極集電体を構成するメンバの長さＬＰＥの少なくとも６０％である長さＬＰＣを有する。さらなる例として、一実施形態では、正電極集団の各メンバに含まれる正電極電流導体１４０は、そのような正電極集電体を構成するメンバの長さＬＰＥの少なくとも７０％である長さＬＰＣを有する。さらなる例として、一実施形態では、正電極集団の各メンバに含まれる正電極電流導体１４０は、そのような正電極集電体を構成するメンバの長さＬＰＥの少なくとも８０％である長さＬＰＣを有する。さらなる例として、一実施形態では、正電極集団の各メンバに含まれる正電極電流導体１４０は、そのような正電極集電体を構成するメンバの長さＬＰＥの少なくとも９０％である長さＬＰＣを有する。
特定の実施形態では、負電極活物質層とセパレータとの間に配置されることにより、負電極集電体１３６は、負電極集電体からの電流を負電極活物質層の表面を横切って分配することにより、より均一なキャリアイオンの輸送を促進してもよい。これにより、キャリアイオンのより均一な挿入及び抽出が容易になり、それにより、サイクリング中の負電極活物質の応力を低減することができるかもしれない。負電極集電体１３６は、セパレータに面する負電極活物質層の表面に電流を分配するので、キャリアイオンに対する負電極活物質層の反応性は、キャリアイオンの濃度が最も大きいところで最も大きくなる。さらに別の実施形態では、例えば図１Ｂに示すように、負電極集電体１３６と負電極活物質層の位置が逆になっていてもよい。
一実施形態によれば、正電極の各メンバは、例えば、正電極背骨と正電極活物質層との間に配置されてもよい正電極集電体１４０を有する。さらに、負電極集電体１３６及び正電極集電体１４０の１つ以上は、アルミニウム、炭素、クロム、金、ニッケル、ＮｉＰ、パラジウム、白金、ロジウム、ルテニウム、シリコンとニッケルの合金、チタン、又はそれらの組み合わせなどの金属で構成され得る（Ａ・Ｈ・ホワイトヘッド及びＭ・シュライバーによる「リチウムベースバッテリの正電極のための集電体」（ジャーナル・オブ・ジ・エレクトロケミカル・ソサエティ、１５２（１１）Ａ２１０５−Ａ２１１３（２００５））を参照のこと）。さらなる例によって、一実施形態では、正電極集電体１４０は、金又は金シリサイドのようなその合金からなる。さらなる実施形態では、一実施形態では、正電極集電体１４０は、ニッケル又はニッケルシリサイドのようなその合金からなる。さらに別の実施形態では、正電極集電体１４０は、例えば図１Ｂに示すように、隣接する正電極活物質層１３６の間に配置されてもよい。
別の実施形態では、正電極集電体層と正電極活物質層の位置は逆になっていてもよく、例えば、正電極集電体層がセパレータ層と正電極活物質層との間に配置されるようにする。そのような実施形態では、すぐに隣接する正電極活物質層のための正電極集電体１４０は、負電極集電体層に関連して記載されているような構成及び構造を有するイオン透過性導電体からなる。すなわち、正電極集電体層は、イオン性及び電気的に導電性を有するイオン性透過性導体材料の層を構成する。この実施形態では、正電極集電層は、電気化学スタックにおいて、正電極集電層の一方の側のすぐに隣接する正電極活物質層と、正電極集電層の他方の側のすぐに隣接するセパレータ層との間でのキャリアイオンの移動を容易にするような厚さ、電気伝導性、及びキャリアイオンのためのイオン伝導性を有する。
電気的に絶縁性のセパレータ層１３０は、電極構造１１０の集合の各構成要素を、対電極構造１１２の集合の各構成要素から取り囲み、電気的に絶縁してもよい。電気的に絶縁性セパレータ層１３０は、典型的には、非水電解質を透過させることができる微多孔性セパレータ材料を含む。例えば、一実施形態では、微多孔性セパレータ材料は、少なくとも５０オングストローム、より典型的には約２５００オングストロームの範囲内の直径を有する細孔を含み、約２５％から約７５％の範囲内の空隙率を有し、より典型的には約３５％から約５５％の範囲内の空隙率を有する。さらに、微多孔性セパレータ材料は、電極集団及び対電極集団の隣接するメンバ間のキャリアイオンの伝導を可能にするために、非水電解質で透過されていてもよい。特定の実施形態では、例えば、微多孔性セパレータ材料の空隙率を無視して、充放電サイクル中のイオン交換のために、電極構造１１０の集合のメンバと対電極構造１１２の集合の最も近いメンバ（すなわち、「隣接するペア」）との間の電気的に絶縁されたセパレータ材料の少なくとも７０体積％が、微多孔性セパレータ材料である。換言すると、微多孔性セパレータ材料は、電極構造１１０の集合のメンバと対電極構造１１２の集合の最も近いメンバとの間の電気的に絶縁された材料の少なくとも７０体積％を構成する。さらなる例として、一実施形態では、微多孔性セパレータ材料の空隙率を無視して、微多孔性セパレータ材料は、それぞれ、電極構造１１０の集合のメンバと対電極構造１１２の集合のメンバとの間の隣接する対の間の電気的に絶縁性のセパレータ材料層の少なくとも７５体積％を構成している。さらなる例として、一実施形態では、微多孔性セパレータ材料の空隙率を無視して、微多孔性セパレータ材料は、それぞれ、電極構造１１０の集合のメンバと対電極構造１１２の集合のメンバとの間の隣接する対の間の電気的に絶縁性のセパレータ材料層の少なくとも８０体積％を構成している。さらなる例として、一実施形態では、微多孔性セパレータ材料の空隙率を無視して、微多孔性セパレータ材料は、それぞれ、電極構造１１０の集合のメンバと対電極構造１１２の集合のメンバとの間の隣接する対の間の電気的に絶縁性のセパレータ材料層の少なくとも８５体積％を構成している。さらなる例として、一実施形態では、微多孔性セパレータ材料の空隙率を無視して、微多孔性セパレータ材料は、それぞれ、電極構造１１０の集合のメンバと対電極構造１１２の集合のメンバとの間の隣接する対の間の電気的に絶縁性のセパレータ材料層の少なくとも９０体積％を構成している。さらなる例として、一実施形態では、微多孔性セパレータ材料の空隙率を無視して、微多孔性セパレータ材料は、それぞれ、電極構造１１０の集合のメンバと対電極構造１１２の集合のメンバとの間の隣接する対の間の電気的に絶縁性のセパレータ材料層の少なくとも９５体積％を構成している。さらなる例として、一実施形態では、微多孔性セパレータ材料の空隙率を無視して、微多孔性セパレータ材料は、それぞれ、電極構造１１０の集合のメンバと対電極構造１１２の集合のメンバとの間の隣接する対の間の電気的に絶縁性のセパレータ材料層の少なくとも９９体積％を構成している。
一実施形態では、微多孔質セパレータ材料は、粒子状材料とバインダーからなり、少なくとも約２０体積％の空隙率（ボイド率）を有する。微多孔質セパレータ材料の細孔は、少なくとも５０オングストロームの直径を有し、典型的には約２５０〜２５００オングストロームの範囲内に収まる。微多孔性セパレータ材料は、典型的には約７５％未満の空隙率を有する。一実施形態では、微多孔質セパレータ材料は、少なくとも約２５体積％の空隙率（ボイド率）を有する。一実施形態では、微多孔質セパレータ材料は、約３５〜５５％の空隙率を有する。
微多孔性セパレータ材料のバインダーは、無機材料又は高分子材料からなる群から選択されてもよい。例えば、一実施形態では、バインダーは、ケイ酸塩、リン酸塩、アルミネート、アルミノケイ酸塩、及び水酸化マグネシウム、水酸化カルシウムなどの水酸化物からなる群から選択される有機材料である。例えば、一実施形態では、バインダーは、フッ化ビニリデン、ヘキサフルオロプロピレン、テトラフルオロプロペン等を含むモノマーに由来するフッ素樹脂である。別の実施形態では、バインダーは、変化する分子量及び密度の範囲のいずれかを有する、ポリエチレン、ポリプロピレン、又はポリブテンなどのポリオレフィンである。別の実施形態では、バインダーは、エチレン−ジエン−プロペンターポリマー、ポリスチレン、ポリメチルメタクリレート、ポリエチレングリコール、ポリ酢酸ビニル、ポリビニルブチラール、ポリアセタール、及びポリエチレングリコールジアクリレートからなる群から選択される。別の実施形態では、バインダーは、メチルセルロース、カルボキシメチルセルロース、スチレンゴム、ブタジエンゴム、スチレンブタジエンゴム、イソプレンゴム、ポリアクリルアミド、ポリビニルエーテル、ポリアクリル酸、ポリメタクリル酸、ポリアクリロニトリル、ポリフッ化ビニリデンポリアクリロニトリル及びポリエチレンオキサイドからなる群から選択される。別の実施形態では、バインダーは、アクリレート、スチレン、エポキシ、及びシリコーンからなる群から選択される。他の好適なバインダーは、ポリフッ化ビニリデン−コ−ヘキサフルオロプロピレン、ポリフッ化ビニリデン−コ−トリクロロエチレン、ポリメチルメタクリレート、ポリアクリロニトリル、ポリビニルピロリドン、ポリ酢酸ビニル、ポリエチレン−コ−ビニルアセテート、ポリエチレンオキサイド、セルロースアセテート、セルロースアセテートブチレート、セルロースアセテートプロピオネート、シアノエチルプルラン、シアノエチルポリビニルアルコール、シアノエチルセルロース、シアノエチルスクロース、プルラン、カルボキシメチルセルロース、アクリロニトリル−スチレン−ブタジエン共重合体、ポリイミド又はその混合物のうちから選択され得る。まだ別の実施形態では、バインダーは、
ポリフッ化ビニリデン・ヘキサフルオロプロピレン、ポリフッ化ビニリデン・トリクロロエチレン、ポリメチルメタクリレート、ポリアクリロニトリル、ポリビニルピロリドン、ポリ酢酸ビニル、エチレン−酢酸ビニル共重合体、ポリエチレンオキサイド、セルロースアセテート、セルロースアセテートブチレート、セルロースアセテートプロピオネート、シアノエチルプルラン、シアノエチルポリビニルアルコール、シアノエチルセルロース、シアノエチルスクロース、プルラン、カルボキシルメチルセルロース、アクリロニトリル−スチレン−ブタジエン共重合体、ポリイミド、ポリエチレンテレフタレート、ポリブチレンテレフタレート、ポリエステル、ポリアセタール、ポリアミド、ポリエーテルエーテルケトン、ポリエーテルスルホン、ポリフェニレンオキサイド、ポリフェニレンサルファイド、ポリエチレンナフタレン、及び／又はそれらの組み合わせのうちのいずれかから選択されてもよい。別の実施形態では、バインダーは、前記ポリマーの２種以上のコポリマー又はブレンドである。
微多孔質セパレータ材料によって構成される微粒子材料はまた、広範囲の材料から選択されてもよい。一般に、そのような材料は、動作温度において比較的低い電子伝導性及びイオン伝導性を有し、微多孔性セパレータ材料に接触する電池電極又は集電体の動作電圧の下で腐食しない。例えば、一実施形態では、微粒子材料は、１×１０−４Ｓ／ｃｍ未満のキャリアイオン（例えば、リチウム）に対する導電率を有する。さらなる態様では、一実施形態では、微粒子材料は、１×１０−５Ｓ／ｃｍ未満のキャリアイオンに対する導電性を有する。さらなる例によって、一実施形態では、粒子状材料は、１×１０−６Ｓ／ｃｍ未満のキャリアイオンのための導電性を有する。例示的な微粒子材料は、微粒子ポリエチレン、ポリプロピレン、ＴｉＯ２ポリマー複合体、シリカエアロゲル、ヒュームドシリカ、シリカゲル、シリカハイドロゲル、シリカゼロゲル、シリカゾル、コロイダルシリカ、アルミナ、チタニア、マグネシア、カオリン、タルク、珪藻土、ケイ酸カルシウム、ケイ酸アルミニウム、炭酸カルシウム、炭酸マグネシウム、又はそれらの組み合わせを含む。例えば、一実施形態では、微粒子材料は、ＴｉＯ２、ＳｉＯ２、Ａｌ２Ｏ３、ＧｅＯ２、Ｂ２Ｏ３、Ｂｉ２Ｏ３、ＢａＯ、ＺｎＯ、ＺｒＯ２、ＢＮ、Ｓｉ３Ｎ４、Ｇｅ３Ｎ４などの微粒子酸化物又は窒化物からなる（例えば、Ｐ． Ａｒｏｒａ ａｎｄ Ｊ． Ｚｈａｎｇの「バッテリセパレータ」（ケミカル・レビューズ ２００４， １０４， ４４１９−４４６２）を参照のこと。）。他の好適な粒子は、ＢａＴｉＯ３、Ｐｂ（Ｚｒ，Ｔｉ）Ｏ３（ＰＺＴ）、Ｐｂ１−ｘＬａｘＺｒ１−ｙＴｉＯ３（ＰＬＺＴ）、Ｐｂ（Ｍｇ３Ｎｂ２／３）Ｏ３−ＰｂＴｉＯ３（ＰＭＮ−ＰＴ）、ハフニア（ＨｆＯ２）、ＳｒＴｉＯ３、ＳｎＯ２、ＣｅＯ２、ＭｇＯ、ＮｉＯ、ＣａＯ、ＺｎＯ、ＺｒＯ２、Ｙ２Ｏ３、Ａｌ２Ｏ３、ＴｉＯ２、ＳｉＣ、又はそれらの混合物を含み得る。一実施形態では、微粒子材料は、約２０ｎｍ〜２マイクロメートル、より典型的には２００ｎｍ〜１．５マイクロメートルの平均粒子径を有する。一実施形態では、微粒子材料は、約５００ｎｍ〜約１マイクロメートルの平均粒子径を有する。
代替的な実施形態では、微多孔性セパレータ材料によって構成される微粒子材料は、電池の機能のためのイオン伝導性を提供するために電解質の浸入のために所望される空隙率を維持しながら、焼結、結合、硬化などの技術によって結合されてもよい。
微多孔質セパレータ材料は、例えば、静電引力又はファンデルワールス力のような表面エネルギーによって粒子が合体する微粒子セパレータ材料の電気泳動堆積、微粒子セパレータ材料のスラリー堆積（スピンコーティング又はスプレーコーティングを含む）、スクリーン印刷、ディップコーティング、及び静電スプレー堆積によって堆積されてもよい。バインダーは、堆積プロセスに含まれていてもよい。例えば、微粒子材料は、溶媒の蒸発時に沈殿する溶解したバインダーを用いてスラリー状に堆積させてもよく、溶解したバインダー材料の存在下で電気泳動的に堆積させてもよく、又はバインダー及び絶縁性粒子などと共電気泳動的に堆積させてもよい。代替的に、又は追加的に、粒子が電極構造に堆積された後、又は電極構造上に堆積された後に、バインダーが添加されてもよい。例えば、微粒子材料を有機バインダー溶液に分散させ、ディップコート又はスプレーコートした後、乾燥、溶融、又はバインダー材料を架橋して接着力を付与してもよい。
組み立てられたエネルギー貯蔵デバイスにおいて、微多孔性セパレータ材料は、二次電池の電解質として使用するのに適した非水電解質で透過される。典型的には、非水電解質は、有機溶媒及び／又は溶媒混合物に溶解したリチウム塩及び／又は塩の混合物からなる。例示的なリチウム塩としては、ＬｉＣｌＯ４、ＬｉＢＦ４、ＬｉＰＦ６、ＬｉＡｓＦ６、ＬｉＣｌ、ＬｉＢｒなどの無機リチウム塩と、ＬｉＢ（Ｃ６Ｈ５）４、ＬｉＮ（ＳＯ２ＣＦ３）２、ＬｉＮ（ＳＯ２ＣＦ３）３、ＬｉＮＳＯ２ＣＦ３、ＬｉＮＳＯ２ＣＦ５、ＬｉＮＳＯ２Ｃ４Ｆ９、ＬｉＮＳＯ２Ｃ５Ｆ１１、ＬｉＮＳＯ２Ｃ６Ｆ１３、及びＬｉＮＳＯ２Ｃ７Ｆ１５などの有機リチウム塩とを含む。さらに別の例として、電解質は、そこに溶解したナトリウムイオン、例えば、ＮａＣｌＯ４、ＮａＰＦ６、ＮａＢＦ４、ＮａＣＦ３ＳＯ３、ＮａＮ（ＣＦ３ＳＯ２）２、ＮａＮ（Ｃ２Ｆ５ＳＯ２）２、ＮａＣ（ＣＦ３ＳＯ２）３のうちの任意の１つ以上を含んで構成することができる。マグネシウム及び／又はカリウムの塩も同様に提供することができる。例えば、塩化マグネシウム（ＭｇＣｌ２）、臭化マグネシウム（ＭｇＢｒ２）、又はヨウ化マグネシウム（ＭｇＩ２）などのマグネシウム塩が提供され得る。並びに／又は、過塩素酸マグネシウム（Ｍｇ（ＣｌＯ４）２）、硝酸マグネシウム（Ｍｇ（ＮＯ３）２）、硫酸マグネシウム（ＭｇＳＯ４）、テトラフルオロホウ酸マグネシウム（Ｍｇ（ＢＦ４）２）、テトラフェニルホウ酸マグネシウム（Ｍｇ（Ｂ（Ｃ６Ｈ５）４）２）、ヘキサフルオロリン酸マグネシウム（Ｍｇ（ＰＦ６）２）、ヘキサフルオロアルセン酸マグネシウム（Ｍｇ（ＡｓＦ６）２）、パーフルオロアルキルスルホン酸マグネシウム（（Ｍｇ（Ｒｆ１ＳＯ３）２）、ここでＲｆ１はパーフルオロアルキル基である）、マグネシウムパーフルオロアルキルスルホニルイミド（Ｍｇ（（Ｒｆ２ＳＯ２）２Ｎ）２、ここでＲｆ２はパーフルオロアルキル基）、及びマグネシウムヘキサアルキルジシラジド（（Ｍｇ（ＨＲＤＳ）２、ここでＲはアルキル基）を含む群から選択される少なくとも１種であるマグネシウム塩が提供されてもよい。リチウム塩を溶解するための有機溶媒の例示的な例としては、環状エステル類、鎖状エステル類、環状エーテル類、鎖状エーテル類などが挙げられる。環状エステルの具体例としては、プロピレンカーボネート、エチレンカーボネート、ブチレンカーボネート、γ−ブチロラクトン、ビニレンカーボネート、２−メチル−γ−ブチロラクトン、アセチル−γ−ブチロラクトン、γ−バレロラクトン等が挙げられる。環状エステルの具体例としては、炭酸ジメチル、炭酸ジエチル、炭酸ジブチル、炭酸ジプロピル、炭酸メチルエチル、炭酸メチルブチル、炭酸メチルプロピル、炭酸エチルブチル、炭酸エチルプロピル、炭酸ブチルプロピル、アルキルプロピオネート、ジアルキルマロン酸塩、アルキルアセテート等が挙げられる。環状エーテルの具体例としては、テトラヒドロフラン、アルキルテトラヒドロフラン、ジアルキルテトラヒドロフラン、アルコキシテトラヒドロフラン、ジアルコキシテトラヒドロフラン、１，３−ジオキソラン、アルキル−１，３−ジオキソラン、１，４−ジオキソラン等が挙げられる。鎖状エーテルの具体例としては、１，２−ジメトキシエタン、１，２−ジエトキシエタン、ジエチルエーテル、エチレングリコールジアルキルエーテル、ジエチレングリコールジアルキルエーテル、トリエチレングリコールジアルキルエーテル、テトラエチレングリコールジアルキルエーテル等が挙げられる。
別の実施形態では、二次電池１０２は、有機液体電解質、無機液体電解質、固体高分子電解質、ゲル高分子電解質、無機固体電解質、溶融型無機電解質などのいずれであってもよい電解質を含んでいてもよい。さらに別の実施形態では、電解質が固体電解質である場合、固体電解質は、それ自体が、別個のセパレータ層を必要としないように、電極とキャリアイオンの通過との間に絶縁を提供することが可能であってもよい。すなわち、特定の実施形態では、固体電解質は、本明細書の実施形態で説明したセパレータ１３０の代わりをしてもよい。一実施形態では、固体高分子電解質は、ポリエチレンオキシド（ＰＥＯ）ベース、ポリ酢酸ビニル（ＰＶＡ）ベース、ポリエチレンイミン（ＰＥＩ）ベース、ポリフッ化ビニリデン（ＰＶＤＦ）ベース、ポリアクリロニトリル（ＰＡＮ）ベース、ＬｉＰＯＮ、及びポリメチルメタクリレート（ＰＭＭＭＡ）ベースのポリマー又はそれらのコポリマーから形成されたポリマーのいずれかを含むことができる。別の実施形態では、リチウム及び／又はリン、例えばＬｉ２Ｓ及びＰ２Ｓ５のうちの少なくとも１つ、及び／又はＳｉＳ２、ＧｅＳ２、Ｌｉ３ＰＳ４、Ｌｉ４Ｐ２Ｓ７、Ｌｉ４ＳｉＳ４、Ｌｉ２Ｓ−Ｐ２Ｓ５、及び５０Ｌｉ４ＳｉＯ４・５０Ｌｉ３ＢＯ３、及び／又はＢ２Ｓ３のような他の硫化物からなる硫化物ベースの固体電解質が提供されてもよい。しかし、固体電解質の他の実施形態では、Ｌｉ３Ｎ、ＬｉＩ、Ｌｉ５ＮＩ２、Ｌｉ３Ｎ−ＬｉＩ−ＬｉＯＨ、ＬｉＳｉＯ４、ＬｉＳｉＯ４−ＬｉＩ−ＬｉＯＨ、Ｌｉ２ＳｉＳ３、Ｌｉ４ＳｉＯ４、Ｌｉ４ＳｉＯ４−ＬｉＩ−ＬｉＯＨ、及びＬｉ３ＰＯ４−Ｌｉ２Ｓ−ＳｉＳ２のようなリチウム（Ｌｉ）の窒化物、ハロゲン化物、及び硫酸塩を含みえる。
さらに、一実施形態によれば、微多孔性セパレータ１３０及び他の電極１１０及び／又は対電極１１２の構造を含む二次電池１０２の構成要素は、二次電池１０２の充放電中に電極活物質１３２の膨張が生じた場合であっても、構成要素が機能することができるような構成及び組成を含む。すなわち、その充放電中に電極活物質１３２の膨張による構成部品の故障が許容範囲内となるように構成してもよい。
［電極制約のパラメータ］
一実施形態によれば、電極制約の集合１０８の設計は、（ｉ）電極活物質層１３２の膨張によって電極制約の集合１０８の構成要素に及ぼされる力、及び（ｉｉ）電極活物質層１３２の膨張によって及ぼされる力を打ち消すために必要とされる電極制約の集合１０８の強度、を含むパラメータに依存する。例えば、一実施形態によれば、電極活物質の膨張によって系に及ぼされる力は、特定の方向に沿った断面の電極面積に依存する。例えば、縦方向に及ぼされる力は、電極（ＬＥ）の長さに電極（ＨＥ）の高さを乗じたものに比例し、高さ方向には、電極（ＬＥ）の長さに電極（ＷＥ）の幅を乗じたものに比例し、横方向に及ぼされる力は、電極（ＷＥ）の幅に電極（ＨＥ）の高さを乗じたものに比例する。
一次成長制約１５４、１５６の設計は、多くの変数に依存してもよい。一次成長制約１５４、１５６は、電極活物質層１３２の縦方向への拡張に起因する電極アセンブリ１０６の巨視的成長を抑制する。図８Ａに示すような実施形態では、一次成長制約１５４、１５６は、少なくとも１つの一次接続メンバ１５８（例えば、第１及び第２の一次接続メンバ１５８、１６０）と協働して作用し、電極活物質層１３２を有する電極構造１１０の成長を抑制する。成長を抑制する際に、少なくとも１つの接続メンバ１５８は、一次成長制約１５４、１５６を、電極活物質層１３２の成長によって及ぼされる力を打ち消すために圧縮力を発揮するように、互いに緊張状態に配置する。一実施形態によれば、一次成長制約１５４、１５６に力が及ぼされるとき、一次成長制約１５４、１５６は、一次接続メンバ１５８の引張強さに応じて、以下のうちの少なくとも１つを行うことができる。ｉ）互いに離れて並進（縦方向に離れて移動）し、（ｉｉ）厚さで圧縮し、及び（ｉｉｉ）力に対応するために、縦方向に沿って屈曲し、及び／又はたわむ。一次成長制約１５４、１５６が互いに離れて並進する程度は、一次接続メンバ１５８、１６０の設計に依存してもよい。一次成長制約１５４、１５６が圧縮できる量は、一次成長制約材料特性、例えば、一次成長制約１５４、１５６を形成する材料の圧縮強度の関数である。一実施形態によれば、一次成長制約１５４，１５６が撓むことができる量は、（ｉ）縦方向の電極構造１１０の成長によって及ぼされる力、（ｉｉ）一次成長制約１５４，１５６の弾性率、（ｉｉｉ）高さ方向の一次接続メンバ１５８，１６０間の距離、及び（ｉｖ）一次成長制約１５４，１５６の厚さ（幅）、に依存し得る。一実施形態では、一次成長制約１５４，１５６の最大たわみは、一次接続メンバ１５８，１６０の間の高さ方向の成長制約１５４，１５６の中点で発生してもよい。たわみは、高さ方向に沿って一次接続メンバ１５８，１６０の間の距離の４乗で増加し、制約材料弾性率とともに直線的に減少し、一次成長制約の厚さ（幅）の３乗で減少する。一次成長制約メンバ１５４，１５６の曲げによるたわみを支配する式は、次のように書くことができる。
δ＝６０ｗＬ４／Ｅｈ３
ここで、ｗは電極の膨張により一次成長拘束メンバ１５４，１５６に適用される総分散荷重であり、Ｌは高さ方向に沿った一次接続メンバ１５８，１６０間の距離であり、Ｅは一次成長制約１５４，１５６の弾性係数であり、ｈは一次成長制約１５４，１５６の厚さ（幅）である。
一実施形態では、電極活物質１３２の膨張に起因する一次成長制約１５４，１５６に対する応力は、以下の式を用いて計算され得る。
σ＝３ｗＬ２／４ｈ２
ここで、ｗは電極活物質層１３２の膨張により一次成長制約１５４，１５６にかかる総分散荷重であり、Ｌは高さ方向に沿った一次接続メンバ１５８，１６０間の距離であり、ｈは一次成長制約１５４，１５６の厚さ（幅）である。
［リチウムイオン二次電池］
再び図１Ｂを参照すると、一実施形態では、シリコン含有電極活物質からなるリチウムイオン二次電池が提供される。リチウムイオン二次電池１０２は、充電状態と放電状態との間でサイクルすることが可能であり、二次電池は、電池筐体１０４と、電極アセンブリ１０６と、電池筐体内のリチウムイオンを構成するキャリアイオンと、一組の電極制約１０８とを含む。この実施形態において、二次電池の電極アセンブリは、互いに垂直な横軸、縦軸及び高さ軸を有し、それらはそれぞれ、仮想３次元直交座標系のｘ軸、ｙ軸、ｚ軸に対応する。第１の縦端面１１６及び第２の縦端面１１８は互いに縦方向に離間され、側面１４２は電極アセンブリの縦軸ＡＥＡを囲んで第１及び第２の縦端面を（例えば図２Ａに示すように）接続する。側面は縦軸の逆側に対向する第１及び第２の領域を有し、縦軸と垂直な第１の方向に離間されている。電極アセンブリは縦方向計測された最大幅ＷＥＡと、側面に囲まれて横方向計測された最大長さＬＥＡと、側面に囲まれて高さ方向計測された最大高さＨＥＡとを有し、最大幅ＷＥＡの最大高さＨＥＡに対する比率は（例えば図２Ａに示すように）少なくとも２：１である。
一実施形態によれば、電極アセンブリ１０６は、電極アセンブリ１０６内で縦軸に平行な積層方向に積層された一連の層８００からなり、積層された一連の層８００は、負電極活物質層１３２の集合、負電極集電体層１３６の集合、セパレータ材料層１３０の集合、正電極活物質層１３８の集合、及び正電極集電体層１４０の集合から構成されている。本実施形態によると、負電極活物質層の集合の各メンバは、負電極活物質層１３２の第１及び第２の対向横端面の間で横方向計測された負電極活物質層１３２のフェレット径に対応する長さＬＥと、負電極活物質層１３２の第１及び第２の対向高さ端面の間で高さ方向計測された負電極活物質層のフェレット径に対応する高さＨＥと、負電極活物質層１３２の第１及び第２の対向端面の間で縦方向計測された負電極活物質層１３２のフェレット系に対応する幅ＷＥとを有する。ここで、ＨＥ及びＷＥに対するＬＥの比率は、少なくとも５：１である。さらに、正電極活物質層１３８の集合の各メンバは、負電極活物質層の第１及び第２の対向横端面の間で横方向計測された正電極活物質層１３８のフェレット径に対応する長さＬＣと、正電極活物質層１３８の第１及び第２の対向高さ端面の間で高さ方向計測された正電極活物質層のフェレット径に対応する高さＨＣと、正電極活物質層１３８の第１及び第２の対向端面の間で縦方向計測された正電極活物質層１３８のフェレット系に対応する幅ＷＣとを有する。ここで、ＨＣ及びＷＣに対するＬＣの比率は、少なくとも５：１である。
一実施形態では、リチウムイオン二次電池に提供される電極制約のセット１０８は、一次制約系１５１と二次制約系１５５とを含む。一次制約系１５１は、第１及び第２の一次成長制約１５４，１５６と、少なくとも１つの一次接続メンバ１６２とからなり、第１及び第２の一次成長制約は、縦方向に互いに離間しており、第１及び第２の一次成長制約を接続する少なくとも１つの一次接続メンバは、縦方向における電極アセンブリの成長を少なくとも部分的に抑制するように構成されている。二次制約系１５５は、第２の方向に分離された第１及び第２の二次成長制約１５８，１６０を構成し、積層された直列の層８００のメンバによって接続され、二次制約系１５５は、二次電池のサイクル時に、第２の方向における電極アセンブリの成長を少なくとも部分的に抑制し、第２の方向は、縦方向に直交するようになっている。例えば、図１Ｂを参照すると、第１及び第２の二次成長制約１５８，１６０は、負電極集電体層１３６の集合のメンバ、正電極集電体層１４０の集合のメンバ、負電極活物質層１３２の集合のメンバ、正電極活物質層１３８の集合のメンバ、セパレータ層１３０の集合のメンバ、又はそれらの任意の組み合わせのうちの任意の１つ以上のメンバによって互いに接続されていてもよい。図１Ｂ及び図２９Ａ−Ｄを参照すると、一実施形態では、第１及び第２の二次成長制約１５８，１６０は、負電極集電体層１３６の集合のメンバ及び／又は正電極集電体層１４０の集合のメンバのうちの１つ以上を介して接続されてもよい。さらに、一実施形態によれば、一次制約系は、積層方向において、積層方向に相互に直交する２つの方向のそれぞれにおいて、電極アセンブリに維持される圧力を超える圧力を電極アセンブリに維持する。
さらに別の実施形態では、リチウムイオン二次電池１０２は、本明細書で他の場所で議論されるように、同じ単位セル５０４内の負電極活物質層１３２と正電極材料層１３８との間のオフセットを構成することができる。例えば、一実施形態では、電極アセンブリ１０６は、単位セル５０４の集合を構成し、ここで、各単位セル５０４は、電極集電層集合の第１のメンバの単位セル部分、キャリアイオンに対してイオン透過性を有するセパレータ集合のメンバ、電極活物質集合の第１のメンバの単位セル部分、対電極集電層集合の第１のメンバの単位セル部分、及び対電極活物質集合の第１のメンバの単位セル部分を含む。前記電極活物質層集合の第１のメンバは、前記セパレータ層の第１の側面に近接しており、前記対電極活物質層集合の第１のメンバは、前記セパレータ層の対向する第２の側面に近接しており、前記対電極活物質層集合の第１のメンバは、前記セパレータ層の対向する第２の側面に近接している。セパレータは、電極活物質層の第１のメンバと対電極活物質層の第１のメンバとを電気的に隔離し、キャリアイオンは、充放電状態と放電状態との間の電池のサイクル中に、当該各単位セルのセパレータを介して、電極活物質層の第１のメンバと対電極活物質層の第１のメンバとの間で主に交換される。
さらに、各単位セル内において、電極活物質層及び負電極活物質層の第１の高さ端面は電極アセンブリの同じ側にあり、電極活物質層の長さＬＥに沿ったＸ−Ｚ平面内の第１の対向高さ端面の中央値高さ位置の２Ｄマップは、第１の高さ端面プロットＥＶＰ１をトレースし、対電極活物質層の長さＬＣに沿ったＸ−Ｚ平面内の第１の対向高さ端面の中央値高さ位置の２Ｄマップは、第１の高さ端面プロットＣＥＶＰ１をトレースする。ここで、第１の対電極活物質層の長さＬｃの少なくとも６０％について、（ｉ）プロットＥＶＰ１，ＣＥＶＰ１間の高さ方向計測された分離距離ＳＺ１の絶対値は１０００μｍ≧｜ＳＺ１｜≧５μｍであり、（ｉｉ）電極活物質層の第１の高さ端面と対電極活物質層の第１の高さ端面との間と同様に、対電極活物質層の第１の高さ端面は、電極活物質層の第１の高さ端面に対して内向きに配置されている。
さらに、一実施形態によると、各単位セル内において、電極活物質層及び負電極活物質層の第２の高さ端面は電極アセンブリの同じ側にあるとともに、電極活物質層及び負電極活物質層の第１の高さ端面と対向し、電極活物質層の長さＬＥに沿ったＸ−Ｚ平面内の第２の対向高さ端面の中央値高さ位置の２Ｄマップは、第２の高さ端面プロットＥＶＰ２をトレースし、対電極活物質層の長さＬＣに沿ったＸ−Ｚ平面内の第２の対向高さ端面の中央値高さ位置の２Ｄマップは、第２の高さ端面プロットＣＥＶＰ２をトレースする。ここで、第２の対電極活物質層の長さＬｃの少なくとも６０％について、（ｉ）プロットＥＶＰ２，ＣＥＶＰ２間の高さ方向計測された分離距離ＳＺ２の絶対値は１０００μｍ≧｜ＳＺ２｜≧５μｍであり、（ｉｉ）電極活物質層の第２の高さ端面と対電極活物質層の第１の高さ端面との間と同様に、対電極活物質層の第２の高さ端面は、電極活物質層の第２の高さ端面に対して内向きに配置されている。
さらに別の実施形態によると、各単位セル内において、電極活物質層及び負電極活物質層の第１の横端面は電極アセンブリの同じ側にあり、電極活物質層の高さＨＥに沿ったＸ−Ｚ平面内の第１の対向高さ端面の中央値高さ位置の２Ｄマップは、第１の横端面プロットＥＴＰ１をトレースし、対電極活物質層の高さＨＣに沿ったＸ−Ｚ平面内の第１の対向横端面の中央値横位置の２Ｄマップは、第１の横端面プロットＣＥＴＰ１をトレースする。ここで、対電極活物質層の高さＨｃの少なくとも６０％について、（ｉ）プロットＥＴＰ１，ＣＥＴＰ１間の横方向計測された分離距離ＳＸ１の絶対値は１０００μｍ≧｜ＳＸ１｜≧５μｍであり、（ｉｉ）電極活物質層の第１の横端面と対電極活物質層の第１の横端面との間と同様に、対電極活物質層の第１の横端面は、電極活物質層の第１の高さ端面に対して内向きに配置されている。さらに、電極活物質層及び負電極活物質層の第２の横端面は電極アセンブリの同じ側にあるとともに、電極活物質層及び負電極活物質層の第１の横端面と対向し、電極活物質層の高さＨＥに沿ったＸ−Ｚ平面内の第２の対向横端面の中央値横位置の２Ｄマップは、第２の横端面プロットＥＴＰ２をトレースし、対電極活物質層の高さＨＣに沿ったＸ−Ｚ平面内の第２の対向横端面の中央値横位置の２Ｄマップは、第２の横端面プロットＣＥＴＰ２をトレースする。ここで、第２の対電極活物質層の高さＨｃの少なくとも６０％について、（ｉ）プロットＥＴＰ２，ＣＥＴＰ２間の横方向計測された分離距離ＳＸ２の絶対値は１０００μｍ≧｜ＳＸ２｜≧５μｍであり、（ｉｉ）電極活物質層の第２の横端面と対電極活物質層の第１の横端面との間と同様に、対電極活物質層の第２の横端面は、電極活物質層の第２の高さ端面に対して内向きに配置されている。
さらに別の実施形態では、リチウムイオン二次電池１０２は、本明細書に記載された任意の製造方法に従って製造されたものであってよく、例えば、製造工程の一部として、負電極及び／又は正電極シート及び／又はサブユニットの弱体化された領域が提供される製造方法によって製造されたものであってもよい。したがって、特定の実施形態では、積層された一連の層８００は、横方向に互いに離間している対向する端面を有する層からなり、層の対向する端面の複数は、対向する端面における材料の層の伸長及び狭窄に起因して、横方向に配向した塑性変形及び破断を引き起こす。例えば、図１９を参照して、一実施形態では、負電極集電体層１３６及び／又は正電極集電体層１４０のうち１つ以上は、領域７０５に近接した弱化した領域での分離による塑性変形及び破壊を示す領域７０５を有する対向端面９７８ａ，９７８ｂ，９８２ａ，９８２ｂを含む。一実施形態では、リチウムイオン二次電池は、少なくとも６０質量％の負電極活物質層、２０質量％未満の導電性助剤、及びバインダー材料を有する微粒子材料を有する負電極活物質層のメンバを含む。一実施形態では、負電極活物質層のメンバは、少なくとも８０質量％の負電極活物質を有する微粒子材料を含む。別の実施形態では、負電極活物質層のメンバは、少なくとも９０質量％の負電極活物質を有する微粒子材料を含む。さらに別の実施形態では、負電極活物質層のメンバは、少なくとも９５質量％の負電極活物質を有する微粒子材料を含む。さらに別の実施形態では、負電極活物質層のメンバは、１０質量％未満の導電性助剤を含み、かつ少なくとも１質量％の導電性助剤を含む。一実施形態では、ケイ素含有材料を含む電極活物質は、ケイ素、酸化ケイ素、及びそれらの混合物のうちの少なくとも１つを含む。例えば、一実施形態では、電極活物質層は、ケイ素含有微粒子電極活物質の成形体を含む。別の実施形態では、負電極活物質層の構成要素は、銅、ニッケル及び炭素のうちの少なくとも１つを含む導電性助剤を含む。別の実施形態では、正電極活物質層の構成要素は、リチウムを含む遷移金属酸化物材料と、コバルト及びニッケルの少なくとも１つとを含む正電極活物質を含む。
一実施形態では、例えば図１Ｂ−図１Ｄ及び図２９Ａ−図２９Ｄに示されるように、第２の方向に分離された第１及び第２の二次成長制約は、負電極集電層１３６の集合のメンバからなる層の一連の積層８００のメンバによって互いに接続されていてもよい。例えば、図１Ｂを参照すると、第２の方向に分離された第１及び第２の二次成長制約は、負電極集電体層１３６の集合のメンバからなる一連の積層の層８００のメンバによって互いに接続されていてもよく、ここで、負電極集電体層１３６は、その一部である電極構造１１０のための負電極バックボーン層を形成している。すなわち、負電極集電体層集合１３６のメンバは、少なくとも１つの負電極活物質層１３２がその表面上に配置されている電極構造１１０のバックボーン層を形成してもよく、さらには、電極活物質層１３２がその対向する両表面上に配置されている電極構造１１０のコアを形成してもよい。
一実施形態によれば、第１及び第２の二次制約１５８，１６０を接続する役割を果たす（例えば、接続メンバ１６６として機能する）負電極集電体層集合１３６のメンバは、過度の圧縮に抵抗するための適切な導電性及び圧縮強度を有する材料、例えば、銅及びステンレス鋼のうちの１つ以上の材料で構成され、一実施形態では、負電極集電体層１３６は銅膜で形成され得る。負電極集電体の厚さもまた、圧縮強度と同様に、層全体に適切なコンダクタンスを提供するために選択されてもよく、例えば、少なくとも２ミクロンの厚さ、典型的には２０ミクロン未満の厚さ、例えば６ミクロンから１８ミクロン、及び／又は８ミクロンから１４ミクロンの厚さなどが挙げられる。
一実施形態では、負電極集電体層の集合のメンバは、銅含有層を含み、積層された一連の層８００は、負電極集電体層の集合のメンバを、負電極集電体層の対向する側に配置された負電極活物質層のメンバと積層された順序で構成される。さらに別の実施形態では、負電極活物質層の集合のメンバは、粒子状ケイ素含有材料の成形体を含み、負電極活物質層の集合のメンバは、負電極バックボーンを形成する銅含有負電極集電体の対向する側に配置されている。さらに、一実施形態によれば、電極活物質層の集団のメンバは、少なくとも２．５ｍｍ、例えば少なくとも３ｍｍの高さ寸法ＨＥを含む。
さらに別の実施形態によれば、リチウムイオン二次電池は、第２の方向に分離された第１及び第２の二次成長制約を構成し、これらは、正電極集電体層１４０の集合のメンバを構成する積層直列の層８００のメンバによって互いに接続されている。上記の負電極集電体と同様に、正電極集電体の材料及び特性は、適切なコンダクタンスを提供する一方で、過度の圧縮に抵抗するのに十分な圧縮強度を付与するように選択されてもよい。一実施形態では、正電極集電体層のメンバはアルミニウムからなる。正電極集電体の厚さは、少なくとも２ミクロンであってもよいが、典型的には２０ミクロン未満、例えば６ミクロンから１８ミクロン、及び／又は８ミクロンから１４ミクロンである。
さらに別の実施形態によれば、リチウムイオン二次電池は、第２の方向に分離されるとともに負電極活物質層１３２の集合のメンバを含む一連の積層８００のメンバによって互いに接続された第１及び第２の二次成長制約を含む。さらに別の実施形態では、第１及び第２の二次成長制約は、正電極活物質層１３２の集合のメンバからなる一連の積層の層のメンバによって互いに接続されている。まだ別の実施形態では、第１及び第２の二次成長制約は、セパレータ材料層の集合のメンバからなる一連の積層のメンバによって互いに接続されている。すなわち、第１及び第２の二次成長制約は、正電極集電体層の集合の少なくとも一部のメンバに加えて、負電極集電体層の集合のメンバ、さらにはセパレータ物質層の集合の少なくとも一部のメンバ、又は積層された一連の層８００を構成する層のいくつかの他の組み合わせのメンバを介して互いに接続されてもよい。
上述したように、特定の実施形態では、電極アセンブリ１０６を含む電池筐体１０４は、密閉されていてもよい。さらに、一次系制約及び二次系制約のうちの１つ以上、又はそのうちの少なくとも一部、さらにはすべてが、密閉された筐体内にあってもよい。さらに別の実施形態によれば、二次電池は、上述したような第３の方向、例えばＸ方向に制約するための三次制約系をさらに含み、この三次制約系の少なくとも一部又はさらにはすべてが、密閉された筐体内に提供されてもよい。
一実施形態によれば、リチウムイオン二次電池は、上で議論されてきたように、成長をある程度制限することが可能な一組の制約系１０８を含む。例えば、一実施形態では、一次制約系は、二次電池の２０回の連続したサイクルにわたる縦方向の電極アセンブリのフェレット径の任意の増加が２０％未満となるように、縦方向の電極アセンブリの成長を制約し、ここで、二次電池の充電状態は、二次電池の定格容量の少なくとも７５％であり、二次電池の放電状態は、二次電池の定格容量の２５％未満である。別の実施形態では、一次制約アレイは、二次電池の５０回の連続したサイクルにわたる縦方向の電極アセンブリのフェレット径の任意の増加が２０％未満となるように、縦方向の電極アセンブリの成長を抑制する。さらに別の実施形態では、一次制約アレイは、二次電池の１００回の連続したサイクルにわたる縦方向の電極アセンブリのフェレット径の任意の増加が２０％未満となるように、縦方向の電極アセンブリの成長を抑制する。さらに別の実施形態では、一次制約アレイは、二次電池の１０回の連続したサイクルにわたる縦方向の電極アセンブリのフェレット径の任意の増加が１０％未満となるように、縦方向の電極アセンブリの成長を抑制する。さらに別の実施形態では、一次制約アレイは、二次電池の３０回の連続したサイクルにわたる縦方向の電極アセンブリのフェレット径の任意の増加が１０％未満となるように、縦方向の電極アセンブリの成長を抑制する。さらに別の実施形態では、一次制約アレイは、二次電池の８０回の連続したサイクルにわたる縦方向の電極アセンブリのフェレット径の任意の増加が１０％未満となるように、縦方向の電極アセンブリの成長を抑制する。さらに別の実施形態では、一次制約アレイは、二次電池の５回の連続したサイクルにわたる縦方向の電極アセンブリのフェレット径の任意の増加が５％未満となるように、縦方向の電極アセンブリの成長を抑制する。さらに別の実施形態では、一次制約アレイは、二次電池の２０回の連続したサイクルにわたる縦方向の電極アセンブリのフェレット径の任意の増加が５％未満となるように、縦方向の電極アセンブリの成長を抑制する。さらに別の実施形態では、一次制約アレイは、二次電池の５０回の連続したサイクルにわたる縦方向の電極アセンブリのフェレット径の任意の増加が５％未満となるように、縦方向の電極アセンブリの成長を抑制する。さらに別の実施形態では、一次制約アレイは、二次電池の１サイクル毎の縦方向の電極アセンブリのフェレット径の任意の増加が５％未満となるように、縦方向の電極アセンブリの成長を抑制する。さらに、一実施形態では、二次成長抑制系は、二次電池の繰り返しサイクルに伴う第２の方向の電極アセンブリのフェレット径の連続した２０サイクルにわたる増加が２０％未満であるように、第２の方向の電極アセンブリの成長を抑制する。別の実施形態では、二次成長抑制系は、二次電池の５回の連続サイクルにわたる第２の方向の電極アセンブリのフェレット径の増加が５％未満であるように、第２の方向の電極アセンブリの成長を抑制する。別の実施形態では、二次成長抑制系は、二次電池の１サイクル毎の第２の方向の電極アセンブリのフェレット径の増加が１％未満であるように、第２の方向の電極アセンブリの成長を抑制する。
［実施例］
本実施例は、二次電池１０２のための一連の制約１０８を有する電極アセンブリ１０６を作製する方法を示す。本開示の側面に従って電極アセンブリ１０６及び／又は二次電池１０２を形成するためのプロセスの具体的な例は、以下に提供される。これらの例は、本開示の態様を例示する目的で提供され、限定を意図していない。
［実施例１：吹付けセパレータを有するＬＭＯ／Ｓｉ］
この実施例では、電極集電体１３６として提供されるＣｕ箔の両面がＳｉからなる電極活物質層１３２によりコーティングされている。電極活物質層１３２に使用するのに適した活性Ｓｉ含有材料の例としては、Ｓｉ、Ｓｉ／Ｃコンポジット、Ｓｉ／グラファイトブレンド、ＳｉＯｘ、多孔質Ｓｉ、及び金属間Ｓｉ合金を挙げることができる。Ｓｉ含有電極活物質層１３２の上には、セパレータ材料が噴霧される。Ｓｉ含有電極活物質層／Ｃｕ箔／セパレータの組み合わせは、所定の長さ及び高さ（例えば、所定のＬＥ及びＨＥ）にダイシングされ、電極構造１１０を形成する。さらに、Ｃｕ箔の領域が露出したまま（例えば、Ｓｉ含有電極活物質層１３２によってコーティングされていない）で、電極バスバー６００に接続することができる横電極集電体端部を提供してもよい。
さらに、対極集電体１４０として設けられたＡｌ箔の両面に、リチウムコバルト酸化物（ＬＣＯ）、リチウムニッケルコバルトアルミニウム酸化物（ＮＣＡ）、リチウムニッケルマンガンコバルト酸化物（ＮＭＣ）、又はそれらの組み合わせなどのリチウム含有金属酸化物（ＬＭＯ）からなる対極電極活物質層１３８を被覆する。ＬＭＯ含有対電極活物質層１３８の上にセパレータ材料が噴霧され、ＬＭＯ含有対電極活物質層／Ａｌ箔／セパレータの組み合わせは、対電極構造１１０を形成するために、所定の長さ及び高さ（例えば、所定のＬＥ及びＨＥ）にダイシングされる。さらに、Ａｌ箔の領域は、対電極バスバー６０２に接続可能な横型対電極集電体端部を提供するために、露出したまま（例えば、ＬＭＯ含有対電極活物質層１３１８によってコーティングされていない）であってもよい。セパレータ層を有する陽極構造１１０と陰極構造１１２は、セパレータ／Ｓｉ／Ｃｕ箔／Ｓｉ／セパレータ／ＬＭＯ／Ａｌ箔／ＬＭＯ／セパレータの繰り返し構造を形成するように交互に積層されている。また、最終的な積層構造において、対電極活物質層１３８は、本明細書に記載されているように、電極活物質層１３２に対して高さ及び／又は横方向のオフセットを備えていてもよい。
スタッキングしている間、電極電流コレクタの横端は、例えば、バスバー内の開口部及び／又はスロットを通して挿入されることによって、電極バスバーに取り付けることができる。同様に、対電極集電体の横端は、例えば、対電極バスバー内の開口部及び／又はスロットを通して挿入されることによって、対電極バスバーに取り付けられることができる。例えば、各集電体及び／又は対電極集電体の端部は、個別に別個の開口部に挿入されてもよいし、複数の端部が同じ開口部を介して挿入されてもよい。端部は、溶接（例えば、スティッチ、レーザ、超音波など）などの好適な取り付け方法によってバスバーに取り付けられる。
さらに、制約材料（例えば、ガラス繊維／エポキシ複合材料、又は他の材料）は、積層された電極アセンブリ１０６のＸＹ寸法に一致するようにダイシングされ、電極アセンブリの高さ端部に第１及び第２の二次成長制約を提供する。制約は、積層された電極への電解質の自由な流れを可能にするために、（例えば、図６Ｃ及び６Ｄに示された実施形態で描かれているように）そこに穴を設けてもよい。また、高さ制約は、電極及び／又は対電極構造１１０、１１２の所定数の「バックボーン」に取り付けられてもよく、この例では、電極及び対電極電流集電体１３６、１４０を形成するＣｕ及び／又はＡｌ箔であってもよい。第１及び第２の高さ拘束部は、所定数の電極及び／又は対電極集電体１３６，１４０の高さ端部に、例えばエポキシ等の接着剤を介して取り付けられていてもよい。
電極アセンブリ、拘束具、バスバー、及びタブ延長部の全体を、メタライズされたラミネートパウチのような外側包装材料の中に配置することができる。パウチは密閉され、バスバーの端部はパウチシールの１つを通って突出する。あるいは、アセンブリは、缶内に配置される。バスバー延長部は、缶の正接続部及び負接続部に取り付けられる。缶は、溶接又は圧着方法によって密封される。
まだ別の実施形態では、アセンブリをポーチに入れる前に、Ｌｉを放出することができる第３の補助電極が上部拘束系の外側に配置される。あるいは、追加のＬｉ放出電極もまた、底部拘束系の外側に配置される。補助電極の１つ又は両方は、タブに接続されている。この系は、最初は、電極対対電極を充電することによって形成されてもよい。形成工程が完了した後、パウチを開封し、補助電極を除去し、パウチを再封することができる。
以下の実施形態は、本開示の態様を例示するために提供されるが、実施形態は限定を意図するものではなく、他の側面及び／又は実施形態も提供され得る。
実施形態１．
充電状態及び放電状態の間をサイクルするための二次電池であって、電池筐体と、電極アセンブリと、電池筐体内のリチウムイオンと、及び、電極制約のセットとを含み、ここで、
（ａ）電極アセンブリは、仮想の三次元デカルト座標系のｘ軸、ｙ軸、ｚ軸にそれぞれ対応する、互いに垂直な横軸、縦軸、及び高さ軸と、互いに分離された第１の縦端面及び第２の縦端面と、電極アセンブリ縦軸ＡＥＡを囲むとともに第１及び第２の縦端面を接続する側面と、を有し、側面は、縦軸の両側に対向する第１及び第２の領域を有するとともに、縦軸に直交する第１の方向に分離され、電極アセンブリは、横方向測定された最大幅ＷＥＡと、側面により境界づけられかつ横方向計測された最大長ＬＥＡと、側面に境界づけられかつ高さ方向測定された最大高さＨＥＡとを有し、ここで、最大長ＬＥＡ及び最大幅ＷＥＡの最大高さＨＥＡに対する比率は少なくとも２：１であり、
（ｂ）電極アセンブリは、電極アセンブリ内の縦軸に並行な積層方向に積層された一連の層を含み、積層された一連の層は、負電極活物質層の集合と、負電極集電層の集合と、セパレータ材料層の集合と、正電極活物質層の集合と、及び、正電極集電材料層の集合とを含み、ここで、
（ｉ）負電極活物質層の集合の各々は、負電極活物質層の対向する第１及び第２の横端面の間において横方向測定した負電極活物質層のフェレット径に対応する長さＬＥと、負電極活物質層の対向する第１及び第２の高さ端面の間において高さ方向測定した負電極活物質層のフェレット径に対応する高さＨＥと、並びに、負電極活物質層の対向する第１及び第２の対向する面の間において縦方向測定した負電極活物質層のフェレット径に対応するＷＥとを有し、ここで、ＨＥ及びＷＥに対するＬＥの比率は、少なくとも５：１であり、
（ｉｉ）正電極活物質層の集合の各々は、正電極活物質層の対向する第１及び第２の横端面の間において横方向測定した正電極活物質層のフェレット径に対応する長さＬＥと、正電極活物質層の対向する第１及び第２の高さ端面の間において高さ方向測定した正電極活物質層のフェレット径に対応する高さＨＥと、並びに、正電極活物質層の対向する第１及び第２の対向する面の間において縦方向測定した正電極活物質層のフェレット径に対応するＷＥとを有し、ここで、ＨＥ及びＷＥに対するＬＥの比率は、少なくとも５：１であり、
（ｉｉｉ）負電極活物質層の集合の各々は、少なくとも６０質量％の負電極活物質と、２０質量％未満の導電助剤と、及びバインダー材料とを含む粒子状材料を含み、負電極活物質はシリコン含有材料を含み、
（ｃ）電極制約のセットは、一次制約系と二次制約系とを含み、
（ｉ）一次制約系は、第１及び第２の成長制約と、少なくとも１つの一次接続メンバとを含み、第１及び第２の一次成長制約は縦方向に互いに分離され、一次接続メンバは、縦方向の電極アセンブリの成長を少なくとも部分的に制約する第１及び第２の一次成長制約を接続し、並びに、
（ｉｉ）二次制約系は、第２の方向に分離されかつ積層された一連の層の各々により接続された第１及び第２の二次成長制約を含み、ここで、二次制約系は、二次電池のサイクル時に電極アセンブリの第２の方向への成長を少なくとも部分的に制約し、第２の方向は縦方向と直交し、並びに、
（ｉｉｉ）一次制約系は、互いに垂直かつ積層方向に垂直な２つの方向の各々で、電極アセンブリに維持される圧力を超過する、電極アセンブリへの積層方向の圧力を維持し、
（ｄ）電極アセンブリは、ユニットセルの集合を含み、ここで、各ユニットセルは、電極集電体層の集合の第１のメンバのユニットセル部分と、キャリアイオンに対してイオン透過性であるセパレータの集合のメンバと、電極活物質の集合の第１のメンバと、対電極集電体の集合の第１のメンバのユニットセル部分と、及び、対電極活物質層の集合の第１のメンバとを含み、ここで、（ａａ）電極活物質層の集合の第１のメンバは、セパレータの第１の側に近接し、対電極材料層の集合の第１のメンバは、セパレータの反対側の第２の側に近接し、（ｂｂ）セパレータは、電極活物質層の集合の第１のメンバを、対電極活物質層の集合の第１のメンバから電気的に分離させ、電池の充電状態及び放電状態の間のサイクル中において、電極活物質層の集合の第１のメンバと対電極活物質層の集合の第１のメンバとの間では、このような各ユニットセルのセパレータを介して、主として、キャリアイオンが交換され、（ｃｃ）各ユニットセル内において、
ａ．電極活物質層の第１の高さ端面及び対電極活物質層の第１の高さ端面は、電極アセンブリの同じ側にあり、電極活物質層の第１の対向する高さ端面の中央値高さ位置のＸ−Ｚ平面における２Ｄマップは、電極活物質層の長さＬＥに沿い、第１の高さ端面プロットＥＶＰ１をトレースし、対電極活物質層の第１の対向する高さ端面の中央値高さ位置のＸ−Ｚ平面における２Ｄマップは、対電極活物質層の長さＬＣに沿い、第１の高さ端面プロットＣＥＶＰ１をトレースし、ここで、第１の対電極活物質層の長さＬＣの少なくとも６０％において、（ｉ）高さ方向計測されたプロットＥＶＰ１及びＣＥＶＰ１の間の分離距離の絶対値ＳＺ１は、１０００μｍ≧｜ＳＺ１｜≧５μｍを満たし、（ｉｉ）電極活物質層の第１の高さ端面及び対電極活物質層の第１の高さ端面の間において、対電極活物質層の第１の高さ端面は、電極活物質層の第１の高さ端面に対して内側に配置され、
ｂ．電極活物質層の第２の高さ端面及び対電極活物質層の第２の高さ端面は、電極アセンブリの同じ側にあるとともに、電極活物質層の第１の高さ端面及び対電極活物質層の第１の高さ端面にそれぞれ順に対向し、電極活物質層の第２の対向する高さ端面の中央値高さ位置のＸ−Ｚ平面における２Ｄマップは、電極活物質層の長さＬＥに沿い、第２の高さ端面プロットＥＶＰ２をトレースし、対電極活物質層の第２の対向する高さ端面の中央値高さ位置のＸ−Ｚ平面における２Ｄマップは、対電極活物質層の長さＬＣに沿い、第２の高さ端面プロットＣＥＶＰ２をトレースし、ここで、第２の対電極活物質層の長さＬＣの少なくとも６０％において、（ｉ）高さ方向計測されたプロットＥＶＰ２及びＣＥＶＰ２の間の分離距離の絶対値ＳＺ２は、１０００μｍ≧｜ＳＺ２｜≧５μｍを満たし、（ｉｉ）電極活物質層の第２の高さ端面及び対電極活物質層の第２の高さ端面の間において、対電極活物質層の第２の高さ端面は、電極活物質層の第２の高さ端面に対して内側に配置される、
二次電池。
実施形態２．
実施形態１に記載の二次電池であって、
積層された一連の層は、横方向に互いに間隔を開けて配置された対向する端面を有する層を含み、層の複数の対向する端面は、対向する端面における層の伸長及び収縮により、横方向に配向された塑性変形及び変形を示す、
二次電池。
実施形態３．
実施形態１−２のうちいずれかに記載の二次電池であって、各単位セル内において、
ｃ．電極活物質層及び負電極活物質層の第１の横端面は電極アセンブリの同じ側にあり、電極活物質層の高さＨＥに沿ったＸ−Ｚ平面内の第１の対向高さ端面の中央値高さ位置の２Ｄマップは、第１の横端面プロットＥＴＰ１をトレースし、対電極活物質層の高さＨＣに沿ったＸ−Ｚ平面内の第１の対向横端面の中央値横位置の２Ｄマップは、第１の横端面プロットＣＥＴＰ１をトレースする。ここで、対電極活物質層の高さＨｃの少なくとも６０％について、（ｉ）プロットＥＴＰ１，ＣＥＴＰ１間の横方向計測された分離距離ＳＸ１の絶対値は１０００μｍ≧｜ＳＸ１｜≧５μｍであり、（ｉｉ）電極活物質層の第１の横端面と対電極活物質層の第１の横端面との間と同様に、対電極活物質層の第１の横端面は、電極活物質層の第１の高さ端面に対して内向きに配置されており、
ｄ．電極活物質層及び負電極活物質層の第２の横端面は電極アセンブリの同じ側にあるとともに、電極活物質層及び負電極活物質層の第１の横端面と対向し、電極活物質層の高さＨＥに沿ったＸ−Ｚ平面内の第２の対向横端面の中央値横位置の２Ｄマップは、第２の横端面プロットＥＴＰ２をトレースし、対電極活物質層の高さＨＣに沿ったＸ−Ｚ平面内の第２の対向横端面の中央値横位置の２Ｄマップは、第２の横端面プロットＣＥＴＰ２をトレースする。ここで、第２の対電極活物質層の高さＨｃの少なくとも６０％について、（ｉ）プロットＥＴＰ２，ＣＥＴＰ２間の横方向計測された分離距離ＳＸ２の絶対値は１０００μｍ≧｜ＳＸ２｜≧５μｍであり、（ｉｉ）電極活物質層の第２の横端面と対電極活物質層の第１の横端面との間と同様に、対電極活物質層の第２の横端面は、電極活物質層の第２の高さ端面に対して内向きに配置されている、
二次電池。
充電状態及び放電状態の間をサイクルするための二次電池であって、電池筐体と、電極アセンブリと、電池筐体内のキャリアイオンと、及び、電極制約のセットとを含み、ここで、
（ａ）電極アセンブリは、仮想の三次元デカルト座標系のｘ軸、ｙ軸、ｚ軸にそれぞれ対応する、互いに垂直な横軸、縦軸、及び高さ軸と、互いに分離された第１の縦端面及び第２の縦端面と、電極アセンブリ縦軸ＡＥＡを囲むとともに第１及び第２の縦端面を接続する側面と、を有し、側面は、縦軸の両側に対向する第１及び第２の領域を有するとともに、縦軸に直交する第１の方向に分離され、電極アセンブリは、横方向測定された最大幅ＷＥＡと、側面により境界づけられかつ横方向計測された最大長ＬＥＡと、側面に境界づけられかつ高さ方向測定された最大高ＨＥＡとを有し、ここで、最大長ＬＥＡ及び／又は最大幅ＷＥＡは最大高さＨＥＡよりも大きく、
（ｂ）電極アセンブリは、電極アセンブリ内の縦軸に並行な積層方向に積層された一連の層を含み、積層された一連の層は、負電極活物質層の集合と、負電極集電層の集合と、セパレータ材料層の集合と、正電極活物質層の集合と、及び、正電極集電材料層の集合とを含み、ここで、
（ｉ）負電極活物質層の集合の各々は、負電極活物質層の対向する第１及び第２の横端面の間において横方向測定した負電極活物質層のフェレット径に対応する長さＬＥと、負電極活物質層の対向する第１及び第２の高さ端面の間において高さ方向測定した負電極活物質層のフェレット径に対応する高さＨＥと、並びに、負電極活物質層の対向する第１及び第２の対向する面の間において縦方向測定した負電極活物質層のフェレット径に対応するＷＥとを有し、ここで、ＨＥ及びＷＥに対するＬＥの比率は、少なくとも５：１であり、
（ｉｉ）正電極材料層の集合の各々は、正電極活物質層の対向する第１及び第２の横端面の間において横方向測定した正電極活物質層のフェレット径に対応する長さＬＥと、正電極活物質層の対向する第１及び第２の高さ端面の間において高さ方向測定した正電極活物質層のフェレット径に対応する高さＨＥと、並びに、正電極活物質層の対向する第１及び第２の対向する面の間において縦方向測定した正電極活物質層のフェレット径に対応するＷＥとを有し、ここで、ＨＥ及びＷＥに対するＬＥの比率は、少なくとも５：１であり、
（ｉｉｉ）負電極活物質層の集合の各々は、少なくとも６０質量％の負電極活物質と、２０質量％未満の導電助剤と、及びバインダー材料とを含む粒子状材料を含み、
（ｃ）電極制約のセットは、一次制約系と二次制約系とを含み、
（ｉ）一次制約系は、第１及び第２の成長制約と、少なくとも１つの一次接続メンバとを含み、第１及び第２の一次成長制約は縦方向に互いに分離され、一次接続メンバは、縦方向の電極アセンブリの成長を少なくとも部分的に制約する第１及び第２の一次成長制約を接続し、並びに、
（ｉｉ）二次制約系は、第２の方向に分離されかつ積層された一連の層の各々により接続された第１及び第２の二次成長制約を含み、ここで、二次制約系は、二次電池のサイクル時に電極アセンブリの第２の方向への成長を少なくとも部分的に制約し、第２の方向は縦方向と直交し、並びに、
（ｉｉｉ）一次制約系は、互いに垂直かつ積層方向に垂直な２つの方向の各々で、電極アセンブリに維持される圧力を超過する、電極アセンブリへの積層方向の圧力を維持し、
（ｄ）積層された一連の層は、横方向に互いに間隔を開けて配置された対向する端面を有する層を含み、層の複数の対向する端面は、対向する端面における層の伸長及び収縮により、横方向に配向された塑性変形及び変形を示す、
二次電池。
実施形態５．
実施形態４に記載の二次電池であって、
電極アセンブリは、ユニットセルの集合を含み、ここで、各ユニットセルは、電極集電体層の集合の第１のメンバのユニットセル部分と、キャリアイオンに対してイオン透過性であるセパレータの集合のメンバと、電極活物質の集合の第１のメンバと、対電極集電体の集合の第１のメンバのユニットセル部分と、及び、対電極活物質層の集合の第１のメンバとを含み、ここで、（ａａ）電極活物質層の集合の第１のメンバは、セパレータの第１の側に近接し、対電極材料層の集合の第１のメンバは、セパレータの反対側の第２の側に近接し、（ｂｂ）セパレータは、電極活物質層の集合の第１のメンバを、対電極活物質層の集合の第１のメンバから電気的に分離させ、電池の充電状態及び放電状態の間のサイクル中において、電極活物質層の集合の第１のメンバと対電極活物質層の集合の第１のメンバとの間では、このような各ユニットセルのセパレータを介して、主として、キャリアイオンが交換され、（ｃｃ）各ユニットセル内において、
ａ．電極活物質層の第１の高さ端面及び対電極活物質層の第１の高さ端面は、電極アセンブリの同じ側にあり、電極活物質層の第１の対向する高さ端面の中央値高さ位置のＸ−Ｚ平面における２Ｄマップは、電極活物質層の長さＬＥに沿い、第１の高さ端面プロットＥＶＰ１をトレースし、対電極活物質層の第１の対向する高さ端面の中央値高さ位置のＸ−Ｚ平面における２Ｄマップは、対電極活物質層の長さＬＣに沿い、第１の高さ端面プロットＣＥＶＰ１をトレースし、ここで、第１の対電極活物質層の長さＬＣの少なくとも６０％において、（ｉ）高さ方向計測されたプロットＥＶＰ１及びＣＥＶＰ１の間の分離距離の絶対値ＳＺ１は、１０００μｍ≧｜ＳＺ１｜≧５μｍを満たし、（ｉｉ）電極活物質層の第１の高さ端面及び対電極活物質層の第１の高さ端面の間において、対電極活物質層の第１のｂ．高さ端面は、電極活物質層の第１の高さ端面に対して内側に配置され、
電極活物質層の第２の高さ端面及び対電極活物質層の第２の高さ端面は、電極アセンブリの同じ側にあるとともに、電極活物質層の第１の高さ端面及び対電極活物質層の第１の高さ端面にそれぞれ順に対向し、電極活物質層の第２の対向する高さ端面の中央値高さ位置のＸ−Ｚ平面における２Ｄマップは、電極活物質層の長さＬＥに沿い、第２の高さ端面プロットＥＶＰ２をトレースし、対電極活物質層の第２の対向する高さ端面の中央値高さ位置のＸ−Ｚ平面における２Ｄマップは、対電極活物質層の長さＬＣに沿い、第２の高さ端面プロットＣＥＶＰ２をトレースし、ここで、第２の対電極活物質層の長さＬＣの少なくとも６０％において、（ｉ）高さ方向計測されたプロットＥＶＰ２及びＣＥＶＰ２の間の分離距離の絶対値ＳＺ２は、１０００μｍ≧｜ＳＺ２｜≧５μｍを満たし、（ｉｉ）電極活物質層の第２の高さ端面及び対電極活物質層の第２の高さ端面の間において、対電極活物質層の第２の高さ端面は、電極活物質層の第２の高さ端面に対して内側に配置される、
二次電池。
実施形態６．
実施形態４−５のうちいずれかに記載の二次電池であって、各単位セル内において、
ｃ．電極活物質層及び負電極活物質層の第１の横端面は電極アセンブリの同じ側にあり、電極活物質層の高さＨＥに沿ったＸ−Ｚ平面内の第１の対向高さ端面の中央値高さ位置の２Ｄマップは、第１の横端面プロットＥＴＰ１をトレースし、対電極活物質層の高さＨＣに沿ったＸ−Ｚ平面内の第１の対向横端面の中央値横位置の２Ｄマップは、第１の横端面プロットＣＥＴＰ１をトレースする。ここで、対電極活物質層の高さＨｃの少なくとも６０％について、（ｉ）プロットＥＴＰ１，ＣＥＴＰ１間の横方向計測された分離距離ＳＸ１の絶対値は１０００μｍ≧｜ＳＸ１｜≧５μｍであり、（ｉｉ）電極活物質層の第１の横端面と対電極活物質層の第１の横端面との間と同様に、対電極活物質層の第１の横端面は、電極活物質層の第１の高さ端面に対して内向きに配置されており、
ｄ．電極活物質層及び負電極活物質層の第２の横端面は電極アセンブリの同じ側にあるとともに、電極活物質層及び負電極活物質層の第１の横端面と対向し、電極活物質層の高さＨＥに沿ったＸ−Ｚ平面内の第２の対向横端面の中央値横位置の２Ｄマップは、第２の横端面プロットＥＴＰ２をトレースし、対電極活物質層の高さＨＣに沿ったＸ−Ｚ平面内の第２の対向横端面の中央値横位置の２Ｄマップは、第２の横端面プロットＣＥＴＰ２をトレースする。ここで、第２の対電極活物質層の高さＨｃの少なくとも６０％について、（ｉ）プロットＥＴＰ２，ＣＥＴＰ２間の横方向計測された分離距離ＳＸ２の絶対値は１０００μｍ≧｜ＳＸ２｜≧５μｍであり、（ｉｉ）電極活物質層の第２の横端面と対電極活物質層の第１の横端面との間と同様に、対電極活物質層の第２の横端面は、電極活物質層の第２の高さ端面に対して内向きに配置されている、
二次電池。
実施形態７．
充電状態及び放電状態の間をサイクルするための二次電池であって、電池筐体と、電極アセンブリと、電池筐体内のリチウムイオンと、及び、電極制約のセットとを含み、ここで、
（ａ）電極アセンブリは、仮想の三次元デカルト座標系のｘ軸、ｙ軸、ｚ軸にそれぞれ対応する、互いに垂直な横軸、縦軸、及び高さ軸と、互いに分離された第１の縦端面及び第２の縦端面と、電極アセンブリ縦軸ＡＥＡを囲むとともに第１及び第２の縦端面を接続する側面と、を有し、側面は、縦軸の両側に対向する第１及び第２の領域を有するとともに、縦軸に直交する第１の方向に分離され、電極アセンブリは、横方向測定された最大幅ＷＥＡと、側面により境界づけられかつ横方向計測された最大長ＬＥＡと、側面に境界づけられかつ高さ方向測定された最大高さＨＥＡとを有し、ここで、最大長ＬＥＡ及び最大幅ＷＥＡの最大高さＨＥＡに対する比率は少なくとも２：１であり、
（ｂ）電極アセンブリは、電極アセンブリ内の縦軸に並行な積層方向に積層された一連の層を含み、積層された一連の層は、負電極活物質層の集合と、負電極集電層の集合と、セパレータ材料層の集合と、正電極活物質層の集合と、及び、正電極集電材料層の集合とを含み、ここで、
（ｉ）負電極活物質層の集合の各々は、負電極活物質層の対向する第１及び第２の横端面の間において横方向測定した負電極活物質層のフェレット径に対応する長さＬＥと、負電極活物質層の対向する第１及び第２の高さ端面の間において高さ方向測定した負電極活物質層のフェレット径に対応する高さＨＥと、並びに、負電極活物質層の対向する第１及び第２の対向する面の間において縦方向測定した負電極活物質層のフェレット径に対応するＷＥとを有し、ここで、ＨＥ及びＷＥに対するＬＥの比率は、少なくとも５：１であり、
（ｉｉ）正電極活物質層の集合の各々は、正電極活物質層の対向する第１及び第２の横端面の間において横方向測定した正電極活物質層のフェレット径に対応する長さＬＥと、正電極活物質層の対向する第１及び第２の高さ端面の間において高さ方向測定した正電極活物質層のフェレット径に対応する高さＨＥと、並びに、正電極活物質層の対向する第１及び第２の対向する面の間において縦方向測定した正電極活物質層のフェレット径に対応するＷＥとを有し、ここで、ＨＥ及びＷＥに対するＬＥの比率は、少なくとも５：１であり、
（ｉｉｉ）負電極活物質層の集合の各々は、少なくとも６０質量％の負電極活物質と、２０質量％未満の導電助剤と、及びバインダー材料とを含む粒子状材料を含み、負電極活物質はシリコン含有材料を含み、
（ｃ）電極制約のセットは、一次制約系と二次制約系とを含み、
（ｉ）一次制約系は、第１及び第２の成長制約と、少なくとも１つの一次接続メンバとを含み、第１及び第２の一次成長制約は縦方向に互いに分離され、一次接続メンバは、縦方向の電極アセンブリの成長を少なくとも部分的に制約する第１及び第２の一次成長制約を接続し、並びに、
（ｉｉ）二次制約系は、第２の方向に分離されかつ積層された一連の層の各々により接続された第１及び第２の二次成長制約を含み、ここで、二次制約系は、二次電池のサイクル時に電極アセンブリの第２の方向への成長を少なくとも部分的に制約し、第２の方向は縦方向と直交し、並びに、
（ｉｉｉ）一次制約系は、互いに垂直かつ積層方向に垂直な２つの方向の各々で、電極アセンブリに維持される圧力を超過する、電極アセンブリへの積層方向の圧力を維持し、
（ｄ）電極アセンブリは、ユニットセルの集合を含み、ここで、各ユニットセルは、電極集電体層の集合の第１のメンバのユニットセル部分と、キャリアイオンに対してイオン透過性であるセパレータの集合のメンバと、電極活物質の集合の第１のメンバと、対電極集電体の集合の第１のメンバのユニットセル部分と、及び、対電極活物質層の集合の第１のメンバとを含み、ここで、（ａａ）電極活物質層の集合の第１のメンバは、セパレータの第１の側に近接し、対電極材料層の集合の第１のメンバは、セパレータの反対側の第２の側に近接し、（ｂｂ）セパレータは、電極活物質層の集合の第１のメンバを、対電極活物質層の集合の第１のメンバから電気的に分離させ、電池の充電状態及び放電状態の間のサイクル中において、電極活物質層の集合の第１のメンバと対電極活物質層の集合の第１のメンバとの間では、このような各ユニットセルのセパレータを介して、主として、キャリアイオンが交換され、（ｃｃ）各ユニットセル内において、
ｃ．電極活物質層及び負電極活物質層の第１の横端面は電極アセンブリの同じ側にあり、電極活物質層の高さＨＥに沿ったＸ−Ｚ平面内の第１の対向高さ端面の中央値高さ位置の２Ｄマップは、第１の横端面プロットＥＴＰ１をトレースし、対電極活物質層の高さＨＣに沿ったＸ−Ｚ平面内の第１の対向横端面の中央値横位置の２Ｄマップは、第１の横端面プロットＣＥＴＰ１をトレースする。ここで、対電極活物質層の高さＨｃの少なくとも６０％について、（ｉ）プロットＥＴＰ１，ＣＥＴＰ１間の横方向計測された分離距離ＳＸ１の絶対値は１０００μｍ≧｜ＳＸ１｜≧５μｍであり、（ｉｉ）電極活物質層の第１の横端面と対電極活物質層の第１の横端面との間と同様に、対電極活物質層の第１の横端面は、電極活物質層の第１の高さ端面に対して内向きに配置されており、
ｄ．電極活物質層及び負電極活物質層の第２の横端面は電極アセンブリの同じ側にあるとともに、電極活物質層及び負電極活物質層の第１の横端面と対向し、電極活物質層の高さＨＥに沿ったＸ−Ｚ平面内の第２の対向横端面の中央値横位置の２Ｄマップは、第２の横端面プロットＥＴＰ２をトレースし、対電極活物質層の高さＨＣに沿ったＸ−Ｚ平面内の第２の対向横端面の中央値横位置の２Ｄマップは、第２の横端面プロットＣＥＴＰ２をトレースする。ここで、第２の対電極活物質層の高さＨｃの少なくとも６０％について、（ｉ）プロットＥＴＰ２，ＣＥＴＰ２間の横方向計測された分離距離ＳＸ２の絶対値は１０００μｍ≧｜ＳＸ２｜≧５μｍであり、（ｉｉ）電極活物質層の第２の横端面と対電極活物質層の第１の横端面との間と同様に、対電極活物質層の第２の横端面は、電極活物質層の第２の高さ端面に対して内向きに配置されている、
二次電池。
実施形態８．
実施形態７に記載の二次電池であって、
積層された一連の層は、横方向に互いに間隔を開けて配置された対向する端面を有する層を含み、層の複数の対向する端面は、対向する端面における層の伸長及び収縮により、横方向に配向された塑性変形及び変形を示す、
二次電池。
実施形態９．
実施形態７−８のうちいずれかに記載の二次電池であって、各単位セル内において、
ａ．電極活物質層の第１の高さ端面及び対電極活物質層の第１の高さ端面は、電極アセンブリの同じ側にあり、電極活物質層の第１の対向する高さ端面の中央値高さ位置のＸ−Ｚ平面における２Ｄマップは、電極活物質層の長さＬＥに沿い、第１の高さ端面プロットＥＶＰ１をトレースし、対電極活物質層の第１の対向する高さ端面の中央値高さ位置のＸ−Ｚ平面における２Ｄマップは、対電極活物質層の長さＬＣに沿い、第１の高さ端面プロットＣＥＶＰ１をトレースし、ここで、第１の対電極活物質層の長さＬＣの少なくとも６０％において、（ｉ）高さ方向計測されたプロットＥＶＰ１及びＣＥＶＰ１の間の分離距離の絶対値ＳＺ１は、１０００μｍ≧｜ＳＺ１｜≧５μｍを満たし、（ｉｉ）電極活物質層の第１の高さ端面及び対電極活物質層の第１の高さ端面の間において、対電極活物質層の第１の高さ端面は、電極活物質層の第１の高さ端面に対して内側に配置され、
ｂ．電極活物質層の第２の高さ端面及び対電極活物質層の第２の高さ端面は、電極アセンブリの同じ側にあるとともに、電極活物質層の第１の高さ端面及び対電極活物質層の第１の高さ端面にそれぞれ順に対向し、電極活物質層の第２の対向する高さ端面の中央値高さ位置のＸ−Ｚ平面における２Ｄマップは、電極活物質層の長さＬＥに沿い、第２の高さ端面プロットＥＶＰ２をトレースし、対電極活物質層の第２の対向する高さ端面の中央値高さ位置のＸ−Ｚ平面における２Ｄマップは、対電極活物質層の長さＬＣに沿い、第２の高さ端面プロットＣＥＶＰ２をトレースし、ここで、第２の対電極活物質層の長さＬＣの少なくとも６０％において、（ｉ）高さ方向計測されたプロットＥＶＰ２及びＣＥＶＰ２の間の分離距離の絶対値ＳＺ２は、１０００μｍ≧｜ＳＺ２｜≧５μｍを満たし、（ｉｉ）電極活物質層の第２の高さ端面及び対電極活物質層の第２の高さ端面の間において、対電極活物質層の第２の高さ端面は、電極活物質層の第２の高さ端面に対して内側に配置される、
二次電池。
実施形態１０．
負電極活物質層のメンバは、少なくとも８０質量％の負電極活物質を有する微粒子材料を含む、実施形態１−９のうちいずれかに記載の二次電池。
実施形態１１．
負電極活物質層のメンバは、少なくとも９０質量％の負電極活物質を有する微粒子材料を含む、実施形態１−１０のうちいずれかに記載の二次電池。
実施形態１２．
負電極活物質層のメンバは、少なくとも９５質量％の負電極活物質を有する微粒子材料を含む、実施形態１−１１のうちいずれかに記載の二次電池。
実施形態１３．
ケイ素含有材料を含む電極活物質は、ケイ素、酸化ケイ素、及びそれらの混合物のうちの少なくとも１つを含む、実施形態１−１２のうちいずれかに記載の二次電池。
実施形態１４．
負電極活物質層のメンバは、１０質量％未満の導電性助剤を含む、実施形態１−１３のうちいずれかに記載の二次電池。
実施形態１５．
負電極活物質層の構成要素は、銅、ニッケル及び炭素のうちの少なくとも１つを含む導電性助剤を含む、実施形態１−１４のうちいずれかに記載の二次電池。
実施形態１６．
正電極活物質層の構成要素は、リチウムを含む遷移金属酸化物材料と、コバルト及びニッケルの少なくとも１つとを含む正電極活物質を含む、実施形態１−１５のうちいずれかに記載の二次電池。
実施形態１７．
第２の方向に分離された第１及び第２の二次成長制約は、負電極集電層１３６の集合のメンバからなる層の一連の積層のメンバによって互いに接続されている、実施形態１−１６のうちいずれかに記載の二次電池。
実施形態１８．
第２の方向に分離された第１及び第２の二次成長制約は、負電極集電体層１３６の集合のメンバからなる一連の積層の層のメンバによって互いに接続されており、負電極集電体層１３６は、その一部である電極構造１１０のための負電極バックボーン層を含む、
実施形態１−１７のうちいずれかに記載の二次電池。
実施形態１９．
第２の方向に分離された第１及び第２の二次成長制約は、負電極集電体層１３６の集合のメンバからなる一連の積層の層のメンバによって互いに接続されており、負電極集電体層の各メンバについて、負電極集電体層のメンバは、その表面に配置された負電極活物質層の集合のメンバを有する、
実施形態１−１８のうちいずれかに記載の二次電池。
実施形態２０．
第２の方向に分離された第１及び第２の二次成長制約は、負電極集電体層１３６の集合のメンバからなる一連の積層の層のメンバによって互いに接続されており、負電極集電体層の集合のメンバは、一連の積層においてその両方の対向面に配置された負電極活物質層のメンバを含む、
実施形態１−１９のうちいずれかに記載の二次電池。
実施形態２１．
負電極集電体層の集合のメンバは、銅及びステンレス鋼のうちの１つ以上を含む、実施形態１−２０のうちいずれかに記載の二次電池。
実施形態２２．
負電極集電体の集合のメンバは、積層方向計測された２０ミクロン未満２ミクロン以上の厚さを有する、実施形態１−２１のうちいずれかに記載の二次電池。
実施形態２３．
負電極集電体層の集合のメンバは、積層方向計測された６〜１８ミクロンの範囲内の厚さを有する、実施形態１−２２のうちいずれかに記載の二次電池。
実施形態２４．
負電極集電体層の集合のメンバは、積層方向計測された８〜１４ミクロンの範囲内の厚さを有する、実施形態１−２３のうちいずれかに記載の二次電池。
実施形態２５．
第１及び第２の二次成長制約は、第２の方向に分離された第１及び第２の二次成長制約は、正電極集電層の集合のメンバを有する一連の積層のメンバによって互いに接続される、実施形態１−２４のうちいずれかに記載の二次電池。
実施形態２６．
正電極集電体層のメンバはアルミニウムを含む、実施形態１−２５のうちいずれかに記載の二次電池。
実施形態２７．
正電極集電体層のメンバは、積層方向計測された２０ミクロン未満２ミクロン以上の厚さを有する、実施形態１−２６のうちいずれかに記載の二次電池。
実施形態２８．
正電極集電体層のメンバは、積層方向計測された６−１８ミクロンの範囲内の厚さを有する、実施形態１−２７のうちいずれかに記載の二次電池。
実施形態２９．
正電極集電体層のメンバは、積層方向計測された８−１４ミクロンの範囲内の厚さを有する、実施形態１−２８のうちいずれかに記載の二次電池。
実施形態３０．
第２の方向に離間された第１及び第２の二次成長制約は、負電極活物質層の集合のメンバを含む一連の積層のメンバにより互いに接続される、実施形態１−２９のうちいずれかに記載の二次電池。
実施形態３１．
第２の方向に離間された第１及び第２の二次成長制約は、正電極活物質層の集合のメンバを含む一連の積層のメンバにより互いに接続される、実施形態１−３０のうちいずれかに記載の二次電池。
実施形態３２．
第２の方向に離間された第１及び第２の二次成長制約は、セパレータ材料層の集合のメンバを含む一連の積層のメンバにより互いに接続される、実施形態１−３１のうちいずれかに記載の二次電池。
実施形態３３．
筐体は密閉されている、実施形態１−３２のうちいずれかに記載の二次電池。
実施形態３４．
制約のセットは電池筐体内にある、実施形態１−３３のうちいずれかに記載の二次電池。
実施形態３５．
一次制約系は電池筐体内にある、実施形態１−３４のうちいずれかに記載の二次電池。
実施形態３６．
二次制約系は電池筐体内にある、実施形態１−３５のうちいずれかに記載の二次電池。
実施形態３７．
第１及び第２の三次成長制約を含む三次成長制約系をさらに含み、ここで、第１及び第２の三次成長制約は縦方向及び第２の方向に垂直な第３の方向に互いに離間されており、少なくとも１つの三次接続メンバが第１及び第２の三次成長制約を接続して、電極アセンブリの第３の方向の成長を少なくとも部分的に抑制する、
実施形態１−３６のうちいずれかに記載の二次電池。
実施形態３８．
三次成長制約系は電池筐体内にある、実施形態１−３７のうちいずれかに記載の二次電池。
実施形態３９．
セパレータ材料層は、高分子電解質を含むか、又は液体電解質を通過させる多孔性セパレータ材料を含む、実施形態１−３８のうちいずれかに記載の二次電池。
実施形態４０．
電極活物質は、シリコン含有粒子電極活物質の成形体を含む、実施形態１−３９のうちいずれかに記載の二次電池。
実施形態４１．
負電極集電体層の集合のメンバは、銅含有層を含み、一連の積層８００は、負電極集電体層の集合のメンバを、負電極集電体層の対向する側に配置された負電極活物質層のメンバと積層された順序で含む、
実施形態１−４０のうちいずれかに記載の二次電池。
実施形態４２．
負電極活物質層の集合のメンバは、粒子シリコン含有材料の成形体を含み、当該メンバは、負電極バックボーンを形成する銅含有負電極集電体の対向側に配置される、実施形態１−４１のうちいずれかに記載の二次電池。
実施形態４３．
電極活物質層の集合のメンバは、少なくとも２．５ｍｍである高さ寸法ＨＥを有する、実施形態１−４２のうちいずれかに記載の二次電池。
実施形態４４．
電極活物質層の集合のメンバは、少なくとも３ｍｍである高さ寸法ＨＥを有する、実施形態１−４３のうちいずれかに記載の二次電池。
実施形態４５．
負電極集電体は、導電性バスバーに溶接された両縦端を有する、実施形態１−４４のうちいずれかに記載の二次電池。
実施形態４６．
正電極集電体の集合のメンバはアルミニウム含有材料を含む、実施形態１−４５のうちいずれかに記載の二次電池。
実施形態４７．
一次制約系は電極アセンブリの縦方向の成長を抑制して、二次電池の２０回の連続するサイクルにわたる電極アセンブリの縦方向のフェレット径の増加が２０％未満となるようにする、ここで、二次電池の充電状態は二次電池の定格容量の少なくとも７５％であり、二次電池の放電状態は二次電池の定格容量の２５％未満である、
実施形態１−４６のうちいずれかに記載の二次電池。
実施形態４８．
一次制約アレイは、電極アセンブリの縦方向の成長を抑制して、二次電池の５０回の連続するサイクルにわたる電極アセンブリの縦方向のフェレット径の増加が２０％未満となるようにする、実施形態１−４７のうちいずれかに記載の二次電池。
実施形態４９．
一次制約アレイは、電極アセンブリの縦方向の成長を抑制して、二次電池の１００回の連続するサイクルにわたる電極アセンブリの縦方向のフェレット径の増加が２０％未満となるようにする、実施形態１−４８のうちいずれかに記載の二次電池。
実施形態５０．
一次制約アレイは、電極アセンブリの縦方向の成長を抑制して、二次電池の１０回の連続するサイクルにわたる電極アセンブリの縦方向のフェレット径の増加が１０％未満となるようにする、実施形態１−４９のうちいずれかに記載の二次電池。
実施形態５１．
一次制約アレイは、電極アセンブリの縦方向の成長を抑制して、二次電池の３０回の連続するサイクルにわたる電極アセンブリの縦方向のフェレット径の増加が１０％未満となるようにする、実施形態１−５０のうちいずれかに記載の二次電池。
実施形態５２．
一次制約アレイは、電極アセンブリの縦方向の成長を抑制して、二次電池の８０回の連続するサイクルにわたる電極アセンブリの縦方向のフェレット径の増加が１０％未満となるようにする、実施形態１−５１のうちいずれかに記載の二次電池。
実施形態５３．
一次制約アレイは、電極アセンブリの縦方向の成長を抑制して、二次電池の５回の連続するサイクルにわたる電極アセンブリの縦方向のフェレット径の増加が５％未満となるようにする、実施形態１−５２のうちいずれかに記載の二次電池。
実施形態５４．
一次制約アレイは、電極アセンブリの縦方向の成長を抑制して、二次電池の２０回の連続するサイクルにわたる電極アセンブリの縦方向のフェレット径の増加が５％未満となるようにする、実施形態１−５３のうちいずれかに記載の二次電池。
実施形態５５．
一次制約アレイは、電極アセンブリの縦方向の成長を抑制して、二次電池の５０回の連続するサイクルにわたる電極アセンブリの縦方向のフェレット径の増加が５％未満となるようにする、実施形態１−５４のうちいずれかに記載の二次電池。
実施形態５６．
一次制約アレイは、電極アセンブリの縦方向の成長を抑制して、二次電池の１サイクル毎の電極アセンブリの縦方向のフェレット径の増加が１％未満となるようにする、実施形態１−５５のうちいずれかに記載の二次電池。
実施形態５７．
二次制約系は、電極アセンブリの第２の方向の成長を抑制して、二次電池の２０回の連続するサイクルにわたる電極アセンブリの第２の方向のフェレット径の増加が２０％未満となるようにする、
実施形態１−５６のうちいずれかに記載の二次電池。
実施形態５８．
二次制約系は、電極アセンブリの第２の方向の成長を抑制して、二次電池の５回の連続するサイクルにわたる電極アセンブリの第２の方向のフェレット径の増加が５％未満となるようにする、
実施形態１−５７のうちいずれかに記載の二次電池。
実施形態５９．
二次制約系は、電極アセンブリの第２の方向の成長を抑制して、二次電池の１サイクル毎の電極アセンブリの第２の方向のフェレット径の増加が１％未満となるようにする、
実施形態１−５８のうちいずれかに記載の二次電池。
実施形態６０．
制約のセットは、二次電池の充電状態及び放電状態の間のサイクル中における電極アセンブリからの２ＭＰａ以上の圧力に抵抗することが可能な、実施形態１−５９のうちいずれかに記載の二次電池。
実施形態６１．
制約のセットは、二次電池の充電状態及び放電状態の間のサイクル中における電極アセンブリからの５ＭＰａ以上の圧力に抵抗することが可能な、実施形態１−６０のうちいずれかに記載の二次電池。
実施形態６２．
制約のセットは、二次電池の充電状態及び放電状態の間のサイクル中における電極アセンブリからの７ＭＰａ以上の圧力に抵抗することが可能な、実施形態１−６１のうちいずれかに記載の二次電池。
実施形態６３．
制約のセットは、二次電池の充電状態及び放電状態の間のサイクル中における電極アセンブリからの１０ＭＰａ以上の圧力に抵抗することが可能な、実施形態１−６２のうちいずれかに記載の二次電池。
実施形態６４．
電極制約のセットの一部は、電極アセンブリ及び電極制約の外部部分の合計総体積の８０％以下を占める、実施形態１−６３のうちいずれかに記載の二次電池。
実施形態６５．
一次成長制約系の電極アセンブリの外部にある部分は、電極アセンブリ及び一次成長制約系の外部部分の合計総体積の４０％以下を占める、実施形態１−６４のうちいずれかに記載の二次電池。
実施形態６６．
二次成長制約系の電極アセンブリの外部にある部分は、電極アセンブリ及び二次成長制約系の外部部分の合計総体積の４０％以下を占める、実施形態１−６５のうちいずれかに記載の二次電池。
［参照による組み込み］
下に記載された項目を含む、本明細書に記載されたすべての刊行物及び特許は、それぞれの個々の刊行物又は特許が具体的かつ個別に参照により組み込まれているかのように、すべての目的のために参照によりその全体が本明細書に組み込まれている。矛盾が起きる場合には、本明細書に記載された任意の定義を含む本願が支配する。
［等価物］
特定の実施形態が議論されているが、上記の明細書は例示的なものであり、限定的なものではない。多くの変形は、本明細書を検討すると、当技術分野に熟練した当業者には明らかになる。実施形態の全範囲は、特許請求の範囲（等価物の全範囲を含む）及び明細書（そのような変形を含む）への参照により定義されるべきである。
別段の記載がない限り、本明細書及び特許請求の範囲で使用されている成分の量、反応条件などを表すすべての数値は、すべての場合において "約 "という用語によって修飾されていると理解されるべきである。従って、そうでないと明示されない限り、本明細書及び添付の特許請求の範囲に記載されている数値パラメータは、得られようとする所望の特性に応じて変化し得る近似値である。

Claims (50)

  1. 充電状態及び放電状態の間をサイクルするための二次電池であって、電池筐体と、電極アセンブリと、前記電池筐体内のリチウムイオンと、及び、電極制約のセットとを含み、ここで、
    （ａ）前記電極アセンブリは、仮想の三次元デカルト座標系のｘ軸、ｙ軸、ｚ軸にそれぞれ対応する、互いに垂直な横軸、縦軸、及び高さ軸と、互いに前記縦方向に分離された第１の縦端面及び第２の縦端面と、電極アセンブリ縦軸ＡＥＡを囲むとともに前記第１及び第２の縦端面を接続する側面と、を有し、前記側面は、前記縦軸の両側に対向する第１及び第２の領域を有するとともに、前記縦軸に直交する第１の方向に分離され、前記電極アセンブリは、前記横方向測定された最大幅ＷＥＡと、前記側面により境界づけられかつ前記横方向計測された最大長ＬＥＡと、前記側面に境界づけられかつ前記高さ方向測定された最大高さＨＥＡとを有し、ここで、前記最大長ＬＥＡ及び前記最大幅ＷＥＡの前記最大高さＨＥＡに対する比率は少なくとも２：１であり、
    （ｂ）前記電極アセンブリは、前記電極アセンブリ内の前記縦軸に並行な積層方向に積層された一連の層を含み、前記積層された一連の層は、負電極活物質層の集合と、負電極集電層の集合と、セパレータ材料層の集合と、正電極活物質層の集合と、及び、正電極集電材料層の集合とを含み、ここで、
    （ｉ）前記負電極活物質層の集合の各メンバは、前記負電極活物質層の対向する第１及び第２の横端面の間において前記横方向測定された前記負電極活物質層のフェレット径に対応する長さＬＥと、前記負電極活物質層の対向する第１及び第２の高さ端面の間において前記高さ方向測定された前記負電極活物質層のフェレット径に対応する高さＨＥと、並びに、前記負電極活物質層の対向する第１及び第２の対向する面の間において前記縦方向測定された前記負電極活物質層のフェレット径に対応するＷＥとを有し、ここで、ＨＥ及びＷＥに対するＬＥの比率は、少なくとも５：１であり、
    （ｉｉ）前記正電極活物質層の集合の各々は、前記正電極活物質層の対向する第１及び第２の横端面の間において前記横方向測定された前記正電極活物質層のフェレット径に対応する長さＬＥと、前記正電極活物質層の対向する第１及び第２の高さ端面の間において前記高さ方向測定した前記正電極活物質層のフェレット径に対応する高さＨＥと、並びに、前記正電極活物質層の対向する第１及び第２の対向する面の間において前記縦方向測定した前記正電極活物質層のフェレット径に対応するＷＥとを有し、ここで、ＨＥ及びＷＥに対するＬＥの比率は、少なくとも５：１であり、
    （ｉｉｉ）前記負電極活物質層の集合の各々は、少なくとも６０質量％の負電極活物質と、２０質量％未満の導電助剤と、及びバインダー材料とを含む粒子状材料を含み、前記負電極活物質はシリコン含有材料を含み、
    （ｃ）前記電極制約のセットは、一次制約系と二次制約系とを含み、
    （ｉ）前記一次制約系は、第１及び第２の成長制約と、少なくとも１つの一次接続メンバとを含み、前記第１及び第２の一次成長制約は前記縦方向に互いに分離され、前記少なくとも１つの一次接続メンバは、前記縦方向の前記電極アセンブリの成長を少なくとも部分的に制約する前記第１及び第２の一次成長制約を接続し、
    （ｉｉ）前記二次制約系は、前記第２の方向に分離されかつ積層された前記一連の積層の各メンバにより接続された第１及び第２の二次成長制約を含み、ここで、前記二次制約系は、前記二次電池のサイクル時に前記電極アセンブリの前記第２の方向への成長を少なくとも部分的に制約し、前記第２の方向は前記縦方向と直交し、並びに、
    （ｉｉｉ）前記一次制約系は、互いに垂直かつ前記積層方向に垂直な２つの方向の各々で、前記電極アセンブリに維持される前記圧力を超過する、前記電極アセンブリへの前記積層方向の圧力を維持し、
    （ｄ）前記電極アセンブリは、ユニットセルの集合を含み、ここで、各ユニットセルは、前記電極集電体層の集合の第１のメンバのユニットセル部分と、前記キャリアイオンに対してイオン透過性である前記セパレータの集合のメンバと、前記電極活物質の集合の第１のメンバと、前記対電極集電体の集合の第１のメンバのユニットセル部分と、及び、前記対電極活物質層の集合の第１のメンバとを含み、ここで、（ａａ）前記電極活物質層の集合の前記第１のメンバは、前記セパレータの第１の側に近接し、前記対電極材料層の集合の前記第１のメンバは、前記セパレータの反対側の第２の側に近接し、（ｂｂ）前記セパレータは、前記電極活物質層の集合の前記第１のメンバを、前記対電極活物質層の集合の前記第１のメンバから電気的に分離させ、前記電池の前記充電状態及び前記放電状態の間のサイクル中において、前記電極活物質層の集合の前記第１のメンバと前記対電極活物質層の集合の前記第１のメンバとの間では、このような各ユニットセルの前記セパレータを介して、主として、キャリアイオンが交換され、（ｃｃ）各ユニットセル内において、
    ａ．前記電極活物質層の前記第１の高さ端面及び前記対電極活物質層の前記第１の高さ端面は、前記電極アセンブリの同じ側にあり、前記電極活物質層の前記第１の対向する高さ端面の中央値高さ位置のＸ−Ｚ平面における２Ｄマップは、前記電極活物質層の長さＬＥに沿い、第１の高さ端面プロットＥＶＰ１をトレースし、前記対電極活物質層の前記第１の対向する高さ端面の中央値高さ位置のＸ−Ｚ平面における２Ｄマップは、前記対電極活物質層の長さＬＣに沿い、第１の高さ端面プロットＣＥＶＰ１をトレースし、ここで、前記第１の対電極活物質層の長さＬＣの少なくとも６０％において、（ｉ）前記高さ方向計測された前記プロットＥＶＰ１及び前記プロットＣＥＶＰ１の間の分離距離ＳＺ１の絶対値は、１０００μｍ≧｜ＳＺ１｜≧５μｍを満たし、（ｉｉ）前記電極活物質層の前記第１の高さ端面及び前記対電極活物質層の前記第１の高さ端面の間において、前記対電極活物質層の前記第１の高さ端面は、前記電極活物質層の前記第１の高さ端面に対して内側に配置され、
    ｂ．前記電極活物質層の前記第２の高さ端面及び前記対電極活物質層の前記第２の高さ端面は、前記電極アセンブリの同じ側にあるとともに、前記電極活物質層の前記第１の高さ端面及び前記対電極活物質層の前記第１の高さ端面にそれぞれ順に対向し、前記電極活物質層の前記第２の対向する高さ端面の中央値高さ位置のＸ−Ｚ平面における２Ｄマップは、前記電極活物質層の長さＬＥに沿い、第２の高さ端面プロットＥＶＰ２をトレースし、前記対電極活物質層の前記第２の対向する高さ端面の中央値高さ位置のＸ−Ｚ平面における２Ｄマップは、前記対電極活物質層の長さＬＣに沿い、第２の高さ端面プロットＣＥＶＰ２をトレースし、ここで、前記第２の対電極活物質層の長さＬＣの少なくとも６０％において、（ｉ）前記高さ方向計測された前記プロットＥＶＰ２及び前記プロットＣＥＶＰ２の間の分離距離ＳＺ２の絶対値は、１０００μｍ≧｜ＳＺ２｜≧５μｍを満たし、（ｉｉ）前記電極活物質層の前記第２の高さ端面及び前記対電極活物質層の前記第２の高さ端面の間において、前記対電極活物質層の前記第２の高さ端面は、前記電極活物質層の前記第２の高さ端面に対して内側に配置される、
    二次電池。
  2. 前記積層された一連の層は、前記横方向に互いに間隔を開けて配置された対向する端面を有する層を含み、前記層の複数の対向する端面は、前記対向する端面における層の伸長及び収縮により、前記横方向に配向された塑性変形及び変形を示す、
    請求項１に記載の二次電池。
  3. 各単位セル内において、
    ｃ．前記電極活物質層及び前記負電極活物質層の前記第１の横端面は前記電極アセンブリの同じ側にあり、前記電極活物質層の高さＨＥに沿ったＸ−Ｚ平面内の前記第１の対向高さ端面の中央値高さ位置の２Ｄマップは、第１の横端面プロットＥＴＰ１をトレースし、前記対電極活物質層の高さＨＣに沿ったＸ−Ｚ平面内の前記第１の対向横端面の中央値横位置の２Ｄマップは、第１の横端面プロットＣＥＴＰ１をトレースし、ここで、前記対電極活物質層の高さＨｃの少なくとも６０％について、（ｉ）前記プロットＥＴＰ１，ＣＥＴＰ１間の前記横方向計測された分離距離ＳＸ１の絶対値は１０００μｍ≧｜ＳＸ１｜≧５μｍであり、（ｉｉ）前記電極活物質層の前記第１の横端面と前記対電極活物質層の前記第１の横端面との間と同様に、前記対電極活物質層の前記第１の横端面は、前記電極活物質層の前記第１の高さ端面に対して内向きに配置されており、
    ｄ．前記電極活物質層及び前記負電極活物質層の前記第２の横端面は前記電極アセンブリの同じ側にあるとともに、前記電極活物質層及び前記負電極活物質層の前記第１の横端面と対向し、前記電極活物質層の高さＨＥに沿ったＸ−Ｚ平面内の前記第２の対向横端面の中央値横位置の２Ｄマップは、第２の横端面プロットＥＴＰ２をトレースし、前記対電極活物質層の高さＨＣに沿ったＸ−Ｚ平面内の前記第２の対向横端面の中央値横位置の２Ｄマップは、第２の横端面プロットＣＥＴＰ２をトレースし、ここで、前記第２の対電極活物質層の高さＨｃの少なくとも６０％について、（ｉ）前記プロットＥＴＰ２，ＣＥＴＰ２間の前記横方向計測された分離距離ＳＸ２の絶対値は１０００μｍ≧｜ＳＸ２｜≧５μｍであり、（ｉｉ）前記電極活物質層の前記第２の横端面と前記対電極活物質層の前記第１の横端面との間と同様に、前記対電極活物質層の前記第２の横端面は、前記電極活物質層の前記第２の高さ端面に対して内向きに配置されている、
    請求項１−２のうちいずれかに記載の二次電池。
  4. 充電状態及び放電状態の間をサイクルするための二次電池であって、電池筐体と、電極アセンブリと、電池筐体内のキャリアイオンと、及び、電極制約のセットとを含み、ここで、
    （ａ）前記電極アセンブリは、仮想の三次元デカルト座標系のｘ軸、ｙ軸、ｚ軸にそれぞれ対応する、互いに垂直な横軸、縦軸、及び高さ軸と、前記縦方向に互いに分離された第１の縦端面及び第２の縦端面と、電極アセンブリ縦軸ＡＥＡを囲むとともに前記第１及び第２の縦端面を接続する側面と、を有し、前記側面は、前記縦軸の両側に対向する第１及び第２の領域を有するとともに、前記縦軸に直交する第１の方向に分離され、前記電極アセンブリは、前記横方向測定された最大幅ＷＥＡと、前記側面により境界づけられかつ前記横方向計測された最大長ＬＥＡと、前記側面に境界づけられかつ前記高さ方向測定された最大高さＨＥＡとを有し、ここで、前記最大長ＬＥＡ及び／又は前記最大幅ＷＥＡは前記最大高さＨＥＡよりも大きく、
    （ｂ）前記電極アセンブリは、前記電極アセンブリ内の前記縦軸に並行な積層方向に積層された一連の層を含み、前記積層された一連の層は、負電極活物質層の集合と、負電極集電層の集合と、セパレータ材料層の集合と、正電極活物質層の集合と、及び、正電極集電材料層の集合とを含み、ここで、
    （ｉ）前記負電極活物質層の集合の各々は、前記負電極活物質層の対向する第１及び第２の横端面の間において前記横方向測定した前記負電極活物質層のフェレット径に対応する長さＬＥと、前記負電極活物質層の対向する第１及び第２の高さ端面の間において前記高さ方向測定した前記負電極活物質層のフェレット径に対応する高さＨＥと、並びに、前記負電極活物質層の対向する第１及び第２の対向する面の間において前記縦方向測定した前記負電極活物質層のフェレット径に対応するＷＥとを有し、ここで、ＨＥ及びＷＥに対するＬＥの比率は、少なくとも５：１であり、
    （ｉｉ）前記正電極材料層の集合の各々は、前記正電極活物質層の対向する第１及び第２の横端面の間において前記横方向測定した前記正電極活物質層のフェレット径に対応する長さＬＥと、前記正電極活物質層の対向する第１及び第２の高さ端面の間において前記高さ方向測定した前記正電極活物質層のフェレット径に対応する高さＨＥと、並びに、前記正電極活物質層の対向する第１及び第２の対向する面の間において前記縦方向測定した前記正電極活物質層のフェレット径に対応するＷＥとを有し、ここで、ＨＥ及びＷＥに対するＬＥの比率は、少なくとも５：１であり、
    （ｉｉｉ）前記負電極活物質層の集合の各々は、少なくとも６０質量％の負電極活物質と、２０質量％未満の導電助剤と、及びバインダー材料とを含む粒子状材料を含み、
    （ｃ）前記電極制約のセットは、一次制約系と二次制約系とを含み、
    （ｉ）前記一次制約系は、第１及び第２の成長制約と、少なくとも１つの一次接続メンバとを含み、前記第１及び第２の一次成長制約は前記縦方向に互いに分離され、前記一次接続メンバは、前記縦方向の前記電極アセンブリの成長を少なくとも部分的に制約する第１及び第２の一次成長制約を接続し、並びに、
    （ｉｉ）前記二次制約系は、第２の方向に分離されかつ積層された一連の層の各々により接続された第１及び第２の二次成長制約を含み、ここで、前記二次制約系は、前記二次電池のサイクル時に前記電極アセンブリの前記第２の方向への成長を少なくとも部分的に制約し、前記第２の方向は縦方向と直交し、並びに、
    （ｉｉｉ）前記一次制約系は、互いに垂直かつ積層方向に垂直な２つの方向の各々で、前記電極アセンブリに維持される圧力を超過する、前記電極アセンブリへの積層方向の圧力を維持し、
    （ｄ）前記積層された一連の層は、前記横方向に互いに間隔を開けて配置された対向する端面を有する層を含み、前記層の複数の対向する端面は、前記対向する端面における前記層の伸長及び収縮により、前記横方向に配向された塑性変形及び変形を示す、
    二次電池。
  5. 前記電極アセンブリは、ユニットセルの集合を含み、ここで、各ユニットセルは、前記電極集電体層の集合の第１のメンバのユニットセル部分と、キャリアイオンに対してイオン透過性であるセパレータの集合のメンバと、前記電極活物質の集合の第１のメンバと、前記対電極集電体の集合の第１のメンバのユニットセル部分と、及び、前記対電極活物質層の集合の第１のメンバとを含み、ここで、（ａａ）前記電極活物質層の集合の第１のメンバは、前記セパレータの第１の側に近接し、前記対電極材料層の集合の第１のメンバは、前記セパレータの反対側の第２の側に近接し、（ｂｂ）前記セパレータは、前記電極活物質層の集合の第１のメンバを、前記対電極活物質層の集合の第１のメンバから電気的に分離させ、前記電池の前記充電状態及び前記放電状態の間のサイクル中において、前記電極活物質層の集合の第１のメンバと前記対電極活物質層の集合の第１のメンバとの間では、このような各ユニットセルの前記セパレータを介して、主として、キャリアイオンが交換され、（ｃｃ）各ユニットセル内において、
    ａ．前記電極活物質層の第１の高さ端面及び前記対電極活物質層の第１の高さ端面は、前記電極アセンブリの同じ側にあり、前記電極活物質層の第１の対向する高さ端面の中央値高さ位置のＸ−Ｚ平面における２Ｄマップは、前記電極活物質層の長さＬＥに沿い、第１の高さ端面プロットＥＶＰ１をトレースし、前記対電極活物質層の第１の対向する高さ端面の中央値高さ位置のＸ−Ｚ平面における２Ｄマップは、前記対電極活物質層の長さＬＣに沿い、第１の高さ端面プロットＣＥＶＰ１をトレースし、ここで、前記第１の対電極活物質層の長さＬＣの少なくとも６０％において、（ｉ）前記高さ方向計測されたプロットＥＶＰ１，ＣＥＶＰ１間の分離距離ＳＺ１の絶対値は、１０００μｍ≧｜ＳＺ１｜≧５μｍを満たし、（ｉｉ）前記電極活物質層の第１の高さ端面及び前記対電極活物質層の第１の高さ端面の間において、前記対電極活物質層の第１の高さ端面は、前記電極活物質層の第１の高さ端面に対して内側に配置され、
    前記電極活物質層の第２の高さ端面及び前記対電極活物質層の第２の高さ端面は、前記電極アセンブリの同じ側にあるとともに、前記電極活物質層の第１の高さ端面及び前記対電極活物質層の第１の高さ端面にそれぞれ順に対向し、前記電極活物質層の第２の対向する高さ端面の中央値高さ位置のＸ−Ｚ平面における２Ｄマップは、前記電極活物質層の長さＬＥに沿い、第２の高さ端面プロットＥＶＰ２をトレースし、前記対電極活物質層の第２の対向する高さ端面の中央値高さ位置のＸ−Ｚ平面における２Ｄマップは、前記対電極活物質層の長さＬＣに沿い、第２の高さ端面プロットＣＥＶＰ２をトレースし、ここで、前記第２の対電極活物質層の長さＬＣの少なくとも６０％において、（ｉ）前記高さ方向計測されたプロットＥＶＰ２，ＣＥＶＰ２間の分離距離ＳＺ２の絶対値は、１０００μｍ≧｜ＳＺ２｜≧５μｍを満たし、（ｉｉ）前記電極活物質層の第２の高さ端面及び前記対電極活物質層の第２の高さ端面の間において、前記対電極活物質層の第２の高さ端面は、前記電極活物質層の第２の高さ端面に対して内側に配置される、
    請求項４に記載の二次電池。
  6. 各単位セル内において、
    ｃ．前記電極活物質層及び前記負電極活物質層の第１の横端面は前記電極アセンブリの同じ側にあり、前記電極活物質層の高さＨＥに沿ったＸ−Ｚ平面内の第１の対向高さ端面の中央値高さ位置の２Ｄマップは、前記第１の横端面プロットＥＴＰ１をトレースし、前記対電極活物質層の高さＨＣに沿ったＸ−Ｚ平面内の第１の対向横端面の中央値横位置の２Ｄマップは、第１の横端面プロットＣＥＴＰ１をトレースし、ここで、前記対電極活物質層の高さＨｃの少なくとも６０％について、（ｉ）前記プロットＥＴＰ１，ＣＥＴＰ１間の前記横方向計測された分離距離ＳＸ１の絶対値は１０００μｍ≧｜ＳＸ１｜≧５μｍであり、（ｉｉ）前記電極活物質層の第１の横端面と前記対電極活物質層の第１の横端面との間と同様に、前記対電極活物質層の第１の横端面は、前記電極活物質層の第１の高さ端面に対して内向きに配置されており、
    ｄ．前記電極活物質層及び前記負電極活物質層の第２の横端面は前記電極アセンブリの同じ側にあるとともに、前記電極活物質層及び負電極活物質層の第１の横端面と対向し、前記電極活物質層の高さＨＥに沿ったＸ−Ｚ平面内の第２の対向横端面の中央値横位置の２Ｄマップは、第２の横端面プロットＥＴＰ２をトレースし、前記対電極活物質層の高さＨＣに沿ったＸ−Ｚ平面内の第２の対向横端面の中央値横位置の２Ｄマップは、第２の横端面プロットＣＥＴＰ２をトレースし、ここで、前記第２の対電極活物質層の高さＨｃの少なくとも６０％について、（ｉ）前記プロットＥＴＰ２，ＣＥＴＰ２間の前記横方向計測された分離距離ＳＸ２の絶対値は１０００μｍ≧｜ＳＸ２｜≧５μｍであり、（ｉｉ）前記電極活物質層の第２の横端面と前記対電極活物質層の第２の横端面との間と同様に、前記対電極活物質層の第２の横端面は、前記電極活物質層の第２の高さ端面に対して内向きに配置されている、
    請求項４−５のうちいずれかに記載の二次電池。
  7. 充電状態及び放電状態の間をサイクルするための二次電池であって、電池筐体と、電極アセンブリと、電池筐体内のリチウムイオンと、及び、電極制約のセットとを含み、ここで、
    （ａ）前記電極アセンブリは、仮想の三次元デカルト座標系のｘ軸、ｙ軸、ｚ軸にそれぞれ対応する、互いに垂直な横軸、縦軸、及び高さ軸と、互いに分離された第１の縦端面及び第２の縦端面と、電極アセンブリ縦軸ＡＥＡを囲むとともに前記第１及び第２の縦端面を接続する側面と、を有し、前記側面は、前記縦軸の両側に対向する第１及び第２の領域を有するとともに、前記縦軸に直交する第１の方向に分離され、前記電極アセンブリは、前記横方向測定された最大幅ＷＥＡと、前記側面により境界づけられかつ前記横方向計測された最大長ＬＥＡと、前記側面に境界づけられかつ前記高さ方向測定された最大高さＨＥＡとを有し、ここで、前記最大長ＬＥＡ及び前記最大幅ＷＥＡの前記最大高さＨＥＡに対する比率は少なくとも２：１であり、
    （ｂ）前記電極アセンブリは、前記電極アセンブリ内の前記縦軸に並行な積層方向に積層された一連の層を含み、前記積層された一連の層は、負電極活物質層の集合と、負電極集電層の集合と、セパレータ材料層の集合と、正電極活物質層の集合と、及び、正電極集電材料層の集合とを含み、ここで、
    （ｉ）前記負電極活物質層の集合の各々は、前記負電極活物質層の対向する第１及び第２の横端面の間において前記横方向測定した前記負電極活物質層のフェレット径に対応する長さＬＥと、前記負電極活物質層の対向する第１及び第２の高さ端面の間において前記高さ方向測定した前記負電極活物質層のフェレット径に対応する高さＨＥと、並びに、前記負電極活物質層の対向する第１及び第２の対向する面の間において前記縦方向測定した前記負電極活物質層のフェレット径に対応するＷＥとを有し、ここで、ＨＥ及びＷＥに対するＬＥの比率は、少なくとも５：１であり、
    （ｉｉ）前記正電極活物質層の集合の各々は、前記正電極活物質層の対向する第１及び第２の横端面の間において前記横方向測定した前記正電極活物質層のフェレット径に対応する長さＬＥと、前記正電極活物質層の対向する第１及び第２の高さ端面の間において前記高さ方向測定した前記正電極活物質層のフェレット径に対応する高さＨＥと、並びに、前記正電極活物質層の対向する第１及び第２の対向する面の間において前記縦方向測定した前記正電極活物質層のフェレット径に対応するＷＥとを有し、ここで、ＨＥ及びＷＥに対するＬＥの比率は、少なくとも５：１であり、
    （ｉｉｉ）前記負電極活物質層の集合の各々は、少なくとも６０質量％の負電極活物質と、２０質量％未満の導電助剤と、及びバインダー材料とを含む粒子状材料を含み、前記負電極活物質はシリコン含有材料を含み、
    （ｃ）前記電極制約のセットは、一次制約系と二次制約系とを含み、
    （ｉ）前記一次制約系は、第１及び第２の成長制約と、少なくとも１つの一次接続メンバとを含み、前記第１及び第２の一次成長制約は前記縦方向に互いに分離され、前記一次接続メンバは、前記縦方向の前記電極アセンブリの成長を少なくとも部分的に制約する前記第１及び第２の一次成長制約を接続し、並びに、
    （ｉｉ）前記二次制約系は、第２の方向に分離されかつ積層された一連の層の各々により接続された第１及び第２の二次成長制約を含み、ここで、前記二次制約系は、前記二次電池のサイクル時に前記電極アセンブリの前記第２の方向への成長を少なくとも部分的に制約し、前記第２の方向は縦方向と直交し、並びに、
    （ｉｉｉ）前記一次制約系は、互いに垂直かつ積層方向に垂直な２つの方向の各々で、前記電極アセンブリに維持される圧力を超過する、前記電極アセンブリへの前記積層方向の圧力を維持し、
    （ｄ）前記電極アセンブリは、ユニットセルの集合を含み、ここで、各ユニットセルは、前記電極集電体層の集合の第１のメンバのユニットセル部分と、キャリアイオンに対してイオン透過性であるセパレータの集合のメンバと、前記電極活物質の集合の第１のメンバと、前記対電極集電体の集合の第１のメンバのユニットセル部分と、及び、前記対電極活物質層の集合の第１のメンバとを含み、ここで、（ａａ）前記電極活物質層の集合の第１のメンバは、前記セパレータの第１の側に近接し、前記対電極材料層の集合の第１のメンバは、前記セパレータの反対側の第２の側に近接し、（ｂｂ）前記セパレータは、前記電極活物質層の集合の第１のメンバを、前記対電極活物質層の集合の第１のメンバから電気的に分離させ、前記電池の前記充電状態及び前記放電状態の間のサイクル中において、前記電極活物質層の集合の第１のメンバと前記対電極活物質層の集合の第１のメンバとの間では、このような各ユニットセルのセパレータを介して、主として、キャリアイオンが交換され、（ｃｃ）各ユニットセル内において、
    ｃ．前記電極活物質層及び前記負電極活物質層の第１の横端面は前記電極アセンブリの同じ側にあり、前記電極活物質層の高さＨＥに沿ったＸ−Ｚ平面内の第１の対向高さ端面の中央値高さ位置の２Ｄマップは、第１の横端面プロットＥＴＰ１をトレースし、前記対電極活物質層の高さＨＣに沿ったＸ−Ｚ平面内の第１の対向横端面の中央値横位置の２Ｄマップは、第１の横端面プロットＣＥＴＰ１をトレースし、ここで、前記対電極活物質層の高さＨｃの少なくとも６０％について、（ｉ）前記プロットＥＴＰ１，ＣＥＴＰ１間の前記横方向計測された分離距離ＳＸ１の絶対値は１０００μｍ≧｜ＳＸ１｜≧５μｍであり、（ｉｉ）前記電極活物質層の第１の横端面と前記対電極活物質層の第１の横端面との間と同様に、前記対電極活物質層の第１の横端面は、前記電極活物質層の第１の高さ端面に対して内向きに配置されており、
    ｄ．前記電極活物質層及び前記負電極活物質層の第２の横端面は前記電極アセンブリの同じ側にあるとともに、前記電極活物質層及び前記負電極活物質層の第１の横端面と対向し、前記電極活物質層の高さＨＥに沿ったＸ−Ｚ平面内の第２の対向横端面の中央値横位置の２Ｄマップは、第２の横端面プロットＥＴＰ２をトレースし、前記対電極活物質層の高さＨＣに沿ったＸ−Ｚ平面内の第２の対向横端面の中央値横位置の２Ｄマップは、第２の横端面プロットＣＥＴＰ２をトレースし、ここで、前記第２の対電極活物質層の高さＨｃの少なくとも６０％について、（ｉ）前記プロットＥＴＰ２，ＣＥＴＰ２間の前記横方向計測された分離距離ＳＸ２の絶対値は１０００μｍ≧｜ＳＸ２｜≧５μｍであり、（ｉｉ）前記電極活物質層の第２の横端面と前記対電極活物質層の第２の横端面との間と同様に、前記対電極活物質層の第２の横端面は、前記電極活物質層の第２の高さ端面に対して内向きに配置されている、
    二次電池。
  8. 前記積層された一連の層は、前記横方向に互いに間隔を開けて配置された対向する端面を有する層を含み、前記層の複数の対向する端面は、前記対向する端面における前記層の伸長及び収縮により、前記横方向に配向された塑性変形及び変形を示す、
    請求項７に記載の二次電池。
  9. 各単位セル内において、
    ａ．前記電極活物質層の第１の高さ端面及び前記対電極活物質層の第１の高さ端面は、前記電極アセンブリの同じ側にあり、前記電極活物質層の第１の対向する高さ端面の中央値高さ位置のＸ−Ｚ平面における２Ｄマップは、電極活物質層の長さＬＥに沿い、第１の高さ端面プロットＥＶＰ１をトレースし、前記対電極活物質層の第１の対向する高さ端面の中央値高さ位置のＸ−Ｚ平面における２Ｄマップは、対電極活物質層の長さＬＣに沿い、第１の高さ端面プロットＣＥＶＰ１をトレースし、ここで、前記第１の対電極活物質層の長さＬＣの少なくとも６０％において、（ｉ）前記高さ方向計測されたプロットＥＶＰ１，ＣＥＶＰ１の間の分離距離ＳＺ１の絶対値は、１０００μｍ≧｜ＳＺ１｜≧５μｍを満たし、（ｉｉ）前記電極活物質層の第１の高さ端面及び前記対電極活物質層の第１の高さ端面の間において、前記対電極活物質層の第１の高さ端面は、前記電極活物質層の第１の高さ端面に対して内側に配置され、
    ｂ．前記電極活物質層の第２の高さ端面及び前記対電極活物質層の第２の高さ端面は、前記電極アセンブリの同じ側にあるとともに、前記電極活物質層の第１の高さ端面及び前記対電極活物質層の第１の高さ端面にそれぞれ順に対向し、前記電極活物質層の第２の対向する高さ端面の中央値高さ位置のＸ−Ｚ平面における２Ｄマップは、電極活物質層の長さＬＥに沿い、第２の高さ端面プロットＥＶＰ２をトレースし、前記対電極活物質層の第２の対向する高さ端面の中央値高さ位置のＸ−Ｚ平面における２Ｄマップは、対電極活物質層の長さＬＣに沿い、第２の高さ端面プロットＣＥＶＰ２をトレースし、ここで、前記第２の対電極活物質層の長さＬＣの少なくとも６０％において、（ｉ）前記高さ方向計測されたプロットＥＶＰ２，ＣＥＶＰ２の間の分離距離ＳＺ２の絶対値は、１０００μｍ≧｜ＳＺ２｜≧５μｍを満たし、（ｉｉ）前記電極活物質層の第２の高さ端面及び前記対電極活物質層の第２の高さ端面の間において、前記対電極活物質層の第２の高さ端面は、前記電極活物質層の第２の高さ端面に対して内側に配置される、
    請求項７−８のうちいずれかに記載の二次電池。
  10. 前記負電極活物質層のメンバは、少なくとも８０質量％の負電極活物質を有する微粒子材料を含む、請求項１−９のうちいずれかに記載の二次電池。
  11. 前記負電極活物質層のメンバは、少なくとも９０質量％の負電極活物質を有する微粒子材料を含む、請求項１−１０のうちいずれかに記載の二次電池。
  12. 前記負電極活物質層のメンバは、少なくとも９５質量％の負電極活物質を有する微粒子材料を含む、請求項１−１１のうちいずれかに記載の二次電池。
  13. ケイ素含有材料を含む前記電極活物質は、ケイ素、酸化ケイ素、及びそれらの混合物のうちの少なくとも１つを含む、請求項１−１２のうちいずれかに記載の二次電池。
  14. 前記負電極活物質層のメンバは、１０質量％未満の導電性助剤を含む、請求項１−１３のうちいずれかに記載の二次電池。
  15. 前記負電極活物質層の構成要素は、銅、ニッケル及び炭素のうちの少なくとも１つを含む導電性助剤を含む、請求項１−１４のうちいずれかに記載の二次電池。
  16. 前記正電極活物質層の構成要素は、リチウムを含む遷移金属酸化物材料と、コバルト及びニッケルの少なくとも１つとを含む正電極活物質を含む、請求項１−１５のうちいずれかに記載の二次電池。
  17. 前記第２の方向に分離された前記第１及び第２の二次成長制約は、前記負電極集電層の集合のメンバからなる前記一連の積層のメンバによって互いに接続されている、請求項１−１６のうちいずれかに記載の二次電池。
  18. 前記第２の方向に分離された前記第１及び第２の二次成長制約は、前記負電極集電体層の集合のメンバからなる前記一連の積層のメンバによって互いに接続されており、前記負電極集電体層は、その一部である電極構造のための負電極バックボーン層を含む、
    請求項１−１７のうちいずれかに記載の二次電池。
  19. 前記第２の方向に分離された前記第１及び第２の二次成長制約は、前記負電極集電体層の集合のメンバからなる前記一連の積層のメンバによって互いに接続されており、前記負電極集電体層の各メンバについて、前記負電極集電体層のメンバは、その表面に配置された前記負電極活物質層の集合のメンバを有する、
    請求項１−１８のうちいずれかに記載の二次電池。
  20. 前記第２の方向に分離された前記第１及び第２の二次成長制約は、前記負電極集電体層の集合のメンバからなる一連の積層の層のメンバによって互いに接続されており、負電極集電体層の集合のメンバは、一連の積層においてその両方の対向面に配置された負電極活物質層のメンバを含む、
    請求項１−１９のうちいずれかに記載の二次電池。
  21. 前記負電極集電体層の集合のメンバは、銅及びステンレス鋼のうちの１つ以上を含む、請求項１−２０のうちいずれかに記載の二次電池。
  22. 前記負電極集電体の集合のメンバは、前記積層方向計測された２０ミクロン未満２ミクロン以上の厚さを有する、請求項１−２１のうちいずれかに記載の二次電池。
  23. 前記負電極集電体層の集合のメンバは、前記積層方向計測された６〜１８ミクロンの範囲内の厚さを有する、請求項１−２２のうちいずれかに記載の二次電池。
  24. 前記負電極集電体層の集合のメンバは、前記積層方向計測された８〜１４ミクロンの範囲内の厚さを有する、請求項１−２３のうちいずれかに記載の二次電池。
  25. 前記第２の方向に分離された第１及び第２の二次成長制約は、正電極集電層の集合のメンバを有する前記一連の積層のメンバによって互いに接続される、請求項１−２４のうちいずれかに記載の二次電池。
  26. 前記正電極集電体層のメンバはアルミニウムを含む、請求項１−２５のうちいずれかに記載の二次電池。
  27. 前記正電極集電体層のメンバは、前記積層方向計測された２０ミクロン未満２ミクロン以上の厚さを有する、請求項１−２６のうちいずれかに記載の二次電池。
  28. 前記正電極集電体層のメンバは、前記積層方向計測された６−１８ミクロンの範囲内の厚さを有する、請求項１−２７のうちいずれかに記載の二次電池。
  29. 前記正電極集電体層のメンバは、前記積層方向計測された８−１４ミクロンの範囲内の厚さを有する、請求項１−２８のうちいずれかに記載の二次電池。
  30. 前記第２の方向に離間された前記第１及び第２の二次成長制約は、前記負電極活物質層の集合のメンバを含む前記一連の積層のメンバにより互いに接続される、請求項１−２９のうちいずれかに記載の二次電池。
  31. 前記第２の方向に離間された前記第１及び第２の二次成長制約は、前記正電極活物質層の集合のメンバを含む前記一連の積層のメンバにより互いに接続される、請求項１−３０のうちいずれかに記載の二次電池
  32. 前記第２の方向に離間された前記第１及び第２の二次成長制約は、前記セパレータ材料層の集合のメンバを含む前記一連の積層のメンバにより互いに接続される、請求項１−３１のうちいずれかに記載の二次電池。
  33. 前記筐体は密閉されている、請求項１−３２のうちいずれかに記載の二次電池。
  34. 前記制約のセットは前記電池筐体内にある、請求項１−３３のうちいずれかに記載の二次電池。
  35. 前記一次制約系は前記電池筐体内にある、請求項１−３４のうちいずれかに記載の二次電池。
  36. 前記二次制約系は前記電池筐体内にある、請求項１−３５のうちいずれかに記載の二次電池。
  37. 第１及び第２の三次成長制約を含む三次成長制約系をさらに含み、ここで、前記第１及び第２の三次成長制約は前記縦方向及び前記第２の方向に垂直な第３の方向に互いに離間されており、少なくとも１つの三次接続メンバが前記第１及び第２の三次成長制約を接続して、前記電極アセンブリの前記第３の方向の成長を少なくとも部分的に抑制する、
    請求項１−３６のうちいずれかに記載の二次電池。
  38. 前記三次成長制約系は前記電池筐体内にある、請求項１−３７のうちいずれかに記載の二次電池。
  39. 前記セパレータ材料層は、高分子電解質を含むか、又は液体電解質を通過させる多孔性セパレータ材料を含む、請求項１−３８のうちいずれかに記載の二次電池。
  40. 前記電極活物質は、シリコン含有粒子電極活物質の成形体を含む、請求項１−３９のうちいずれかに記載の二次電池。
  41. 前記負電極集電体層の集合のメンバは、銅含有層を含み、前記一連の積層は、前記負電極集電体層の集合のメンバを、前記負電極集電体層の対向する側に配置された前記負電極活物質層のメンバと積層された順序で含む、
    請求項１−４０のうちいずれかに記載の二次電池。
  42. 前記負電極活物質層の集合のメンバは、粒子シリコン含有材料の成形体を含み、前記メンバは、負電極バックボーンを形成する銅含有負電極集電体の対向側に配置される、請求項１−４１のうちいずれかに記載の二次電池。
  43. 前記電極活物質層の集合のメンバは、少なくとも２．５ｍｍである高さ寸法ＨＥを有する、請求項１−４２のうちいずれかに記載の二次電池。
  44. 電極活物質層の集合のメンバは、少なくとも３ｍｍである高さ寸法ＨＥを有する、請求項１−４３のうちいずれかに記載の二次電池。
  45. 前記負電極集電体は、導電性バスバーに溶接された両縦端を有する、請求項１−４４のうちいずれかに記載の二次電池。
  46. 前記正電極集電体の集合のメンバはアルミニウム含有材料を含む、請求項１−４５のうちいずれかに記載の二次電池。
  47. 前記一次制約系は前記電極アセンブリの前記縦方向の成長を抑制して、前記二次電池の２０回の連続するサイクルにわたる前記電極アセンブリの前記縦方向のフェレット径の増加が２０％未満となるようにする、ここで、前記二次電池の充電状態は前記二次電池の定格容量の少なくとも７５％であり、前記二次電池の放電状態は前記二次電池の定格容量の２５％未満である、
    請求項１−４６のうちいずれかに記載の二次電池。
  48. 前記一次制約アレイは、前記電極アセンブリの前記縦方向の成長を抑制して、前記二次電池の５０回の連続するサイクルにわたる前記電極アセンブリの前記縦方向のフェレット径の増加が２０％未満となるようにする、請求項１−４７のうちいずれかに記載の二次電池。
  49. 前記一次制約アレイは、前記電極アセンブリの前記縦方向の成長を抑制して、前記二次電池の１００回の連続するサイクルにわたる前記電極アセンブリの前記縦方向のフェレット径の増加が２０％未満となるようにする、請求項１−４８のうちいずれかに記載の二次電池。
  50. 前記一次制約アレイは、前記電極アセンブリの前記縦方向の成長を抑制して、前記二次電池の１０回の連続するサイクルにわたる前記電極アセンブリの前記縦方向のフェレット径の増加が１０％未満となるようにする、請求項１−４９のうちいずれかに記載の二次電池。
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