JP2024512688A - 補助電極からの制約システムを介したキャリアイオンの移動のための方法及び構造 - Google Patents

補助電極からの制約システムを介したキャリアイオンの移動のための方法及び構造 Download PDF

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Abstract

補助電極から制約システムを介して電極アセンブリにキャリアイオンを移送するための方法。電極アセンブリは、各々電極構造、対向電極構造、及び電気絶縁セパレータを備える単位セルの群を備える。電極アセンブリは、制約システムによって画定される体積内に閉囲され、制約システムは、（ｉ）積層方向に分離された第１及び第２の一次成長制約と、（ｉｉ）垂直方向に分離された第１及び第２の二次成長制約とを含み、（ｉｉｉ）第１及び二次成長制約は、電極構造又は対向電極構造の上側端面及び下側端面に接続され、２０％～６０％の範囲の多孔率を有する、内部に配設される多孔質電気絶縁材料を有する複数の開口部を備える。キャリアイオンは、多孔質電気絶縁材料を介して補助電極から単位セル群の構成単位に移送される。

Description

関連出願の相互参照
本出願は、２０２１年３月３１日に出願された米国仮特許出願第６３／１６８，６３８号の利益を主張し、この出願は、その全体が参照により本明細書に組み込まれる。
本開示は、一般に、エネルギー貯蔵デバイスで使用するための方法及び構造、そのような構造を採用するエネルギー貯蔵デバイス、並びにそのような構造及びエネルギーデバイスを生産するための方法に関する。
ロッキングチェア二次電池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などのキャリアイオンが、固体電解質又は液体電解質などの電解質を介して正極と負極との間を移動するタイプ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、又は電池を形成するために電気的に結合された２つ以上の電池セルを含み、各電池セルは、正極、負極、電気絶縁セパレータ、及び電解質を含み得る。固体二次電池では、単一の固体材料が、電気絶縁セパレータ及び電解質の両方として機能することができる。
ロッキングチェア電池セルでは、正極及び負極の両方が、キャリアイオンが挿入及び脱離する材料を含む。セルが放電される際に、キャリアイオンが負極から脱離され、正極に挿入される。セルが充電される際に、逆のプロセスが発生し、キャリアイオンが正極から脱離され、負極に挿入される。
しかしながら、二次電池の充電及び／又は放電中に発生するこのキャリアイオン脱離及び挿入プロセスの一環で、キャリアイオンの少なくとも一部分が、電気化学反応に不可逆的に失われる可能性がある。例えば、固体電解質界面相（ＳＥＩ）として知られているリチウム（又は他のキャリアイオン）及び電解質成分を含む分解生成物が、負極の表面上に形成される可能性がある。このＳＥＩ層の形成は、キャリアイオンを捕捉し、二次電池の循環動作からキャリアイオンを除去し、不可逆的な容量損失につながる。電極アセンブリにおける他の化学プロセス及び電気化学プロセスが、キャリアイオンの損失に影響する可能性もある。そのような損失は、例えば初期充電ステップにおけるＳＥＩ層の形成に起因して、二次電池の形成プロセスの一環で実行される初期充電ステップ中にしばしば発生し、二次電池予備形成に含まれるキャリアイオンの量と比較して著しく低い容量をもたらす。
二次電池の電極の補充方法が記載されている（例えば、Ｃａｓｔｌｅｄｉｎｅ ｅｔ ａｌ．の米国特許第１０，７７０，７６０号を参照のこと。これは、参照によりその全体が本明細書に組み込まれる）。しかしながら、失われたキャリアイオンを補充するためにキャリアイオンを二次電池に実効的かつ効率的に提供するための新しい方法及び構造の必要性が残っている。
本開示の様々な態様の中には、二次電池、燃料電池、及び電気化学コンデンサなどのエネルギー貯蔵デバイスの提供であり、負極及び／又は正極のＳＥＩ形成及び／又は機械的劣化若しくは電気的劣化の結果として失われた容量を復元することができる。有利なことに、本開示によるエネルギー貯蔵デバイスは、増加したサイクル寿命、より高いエネルギー密度、及び／又は増加した放電速度を提供する。
したがって、簡潔に言えば、本開示の一態様は、キャリアイオン源を含む補助電極から制約システムを介して電極アセンブリにキャリアイオンを移送する方法に関し、電極アセンブリは、積層方向に連続して積層された単位セルの群を含み、（ｉ）各単位セルは、電極構造、対向電極構造、及び電極構造と対向電極構造との間の電気絶縁セパレータを含み、（ｉｉ）各単位セル内の電極構造、対向電極構造、及び電気絶縁セパレータは、垂直方向に分離された反対側にある上側端面及び下側端面を有し、（ｉｉｉ）垂直方向は、積層方向に直交する。電極アセンブリは、制約システムによって画定される体積内に閉囲され、制約システムは、（ｉ）積層方向に分離された第１及び第２の一次成長制約と、（ｉｉ）垂直方向に分離され、かつ第１及び第２の一次成長制約を接続する第１及び第２の二次成長制約と、を有し、（ｉｉｉ）第１の二次成長制約は、単位セル群の構成単位のサブセットの電極構造又は対向電極構造の上側端面に更に接続され、（ｉｖ）第２の二次成長制約は、単位セル群の構成単位のサブセットの電極構造又は対向電極構造の下側端面に更に接続され、（ｖ）第１又は第２の二次成長制約は、第１又は第２の二次成長制約の垂直厚さを貫く複数の開口部を備える。多孔質電気絶縁材料は、複数の開口部内に配設され、多孔質電気絶縁材料は、開口部を通るキャリアイオンのための経路を提供し、多孔質電気絶縁材料は、２０％～６０％の範囲の多孔率を有し、補助電極は、制約システムによって閉囲される体積の外側に位置する。方法は、開口部内の多孔質電気絶縁材料を介して補助電極から単位セル群の構成単位にキャリアイオンを移送することを含む。
本開示の別の態様は、二次電池のための制約システムを有する電極アセンブリに関し、電極アセンブリは、積層方向に連続して積層された単位セルの群を含み、（ｉ）各単位セルは、電極構造と、対向電極構造と、電極構造と対向電極構造との間の電気絶縁セパレータと、を備え、（ｉｉ）各単位セル内の電極構造、対向電極構造、及び電気絶縁セパレータは、垂直方向に分離された反対側にある上側端面及び下側端面を有し、（ｉｉｉ）垂直方向は、積層方向に直交する。電極アセンブリは、制約システムによって画定される体積内に閉囲され、制約システムは、（ｉ）縦方向に分離された第１及び第２の一次成長制約と、（ｉｉ）垂直方向に分離され、かつ第１及び第２の一次成長制約を接続する第１及び第２の二次成長制約と、を備え、（ｉｉｉ）第１の二次成長制約は、単位セル群のサブセットの電極構造又は対向電極構造の上側端面に更に接続され、（ｉｖ）第２の二次成長制約は、単位セル群のサブセットの電極構造又は対向電極構造の下側端面に更に接続され、（ｖ）第１又は第２の二次成長制約は、第１又は第２の二次成長制約の垂直厚さを貫く複数の開口部を備える。複数の開口部内に配設された多孔質電気絶縁材料であって、多孔質電気絶縁材料が、開口部を通るキャリアイオンのための経路を提供し、電気絶縁材料が、２０％～６０％の範囲の多孔率を有する、多孔質電気絶縁材料。本開示の別の態様は、電極アセンブリを備える二次電池に関する。
本開示の別の態様は、電極アセンブリ又は二次電池を製造する方法に関し、方法は、（１）積層方向に連続して積層された単位セルの群を積層することを含み、（ｉ）各単位セルは、電極構造と、対向電極構造と、電極構造と対向電極構造との間の電気絶縁セパレータと、を備え、（ｉｉ）各単位セル内の電極構造、対向電極構造、及び電気絶縁セパレータは、垂直方向に分離された反対側にある上側端面及び下側端面を有し、（ｉｉｉ）垂直方向は、積層方向に直交する。方法は、（２）制約システムによって画定される体積内に単位セルの群を閉囲することを更に含み、制約システムは、（ｉ）縦方向に分離された第１及び第２の一次成長制約と、（ｉｉ）垂直方向に分離され、かつ第１及び第２の一次成長制約を接続する第１及び第２の二次成長制約と、を備え、（ｉｉｉ）第１の二次成長制約は、単位セル群のサブセットの電極構造又は対向電極構造の上側端面に更に接続され、（ｉｖ）第２の二次成長制約は、単位セル群のサブセットの電極構造又は対向電極構造の下側端面に更に接続され、（ｖ）第１又は第２の二次成長制約は、第１又は第２の二次成長制約の垂直厚さを貫く複数の開口部を備える。方法は、（３）複数の開口部内に多孔質電気絶縁材料を提供することを更に含み、多孔質電気絶縁材料は、開口部を通るキャリアイオンのための経路を提供し、電気絶縁材料は、２０％～６０％の範囲の多孔率を有する。
本開示の他の態様、特徴、及び実施形態は、部分的には、以下の説明及び図面で論じられ、部分的には明らかになるであろう。
電極制約のセットを有する電極アセンブリの一実施形態の斜視図である。 二次電池のための三次元電極アセンブリの一実施形態の概略図である。 図１Ｂの電極アセンブリの挿入断面図である。 図１Ｂにおける線Ｄに沿って得られる、図１Ｂの電極アセンブリの断面図である。 電極アセンブリ及び電極制約のセットを備えるエネルギー貯蔵デバイス又は二次電池の一実施形態の分解図を例示する。 補助電極を有する、電極アセンブリの実施形態の、Ｚ－Ｙ平面における断面を例示する。 内部に開口部を有する電極制約のセットを有する、電極アセンブリの実施形態の、Ｘ－Ｙ平面内の上面図を例示する。 多孔質電気絶縁材料を含む電極アセンブリの一実施形態の断面図である。 二次成長制約システムを有する電極アセンブリの実施形態の上面図であり、図５Ａは、電極アセンブリの電極及び／又は対向電極の上側端面及び／又は下側端面上に多孔質電気絶縁材料を有する電極アセンブリであって、多孔質電気絶縁材料を二次成長制約システム内の開口部に提供する前の状態のものを描き、図５Ｂは、二次成長制約システム内の開口部に提供される多孔質電気絶縁材料を有する電極アセンブリを描く。 二次成長制約システムを有する電極アセンブリの実施形態の上面図であり、図５Ａは、電極アセンブリの電極及び／又は対向電極の上側端面及び／又は下側端面上に多孔質電気絶縁材料を有する電極アセンブリであって、多孔質電気絶縁材料を二次成長制約システム内の開口部に提供する前の状態のものを描き、図５Ｂは、二次成長制約システム内の開口部に提供される多孔質電気絶縁材料を有する電極アセンブリを描く。 二次成長制約システム内の複数の開口部に多孔質電気絶縁材料を提供するプロセスの一部の実施形態を描く概略図である。 図１Ａに示されるような線Ａ－Ａ’に沿って得られる電極アセンブリの実施形態の断面を例示し、一次成長制約システム及び二次成長制約システムの実施形態の要素を例示する。 図１Ａに示されるような線Ｂ－Ｂ’に沿って得られる電極アセンブリの一実施形態の断面を例示し、一次成長制約システム及び二次成長制約システムの実施形態の要素を例示する。 図１Ａに示されるような線Ａ－Ａ’に沿って得られる電極アセンブリの一実施形態の断面を例示し、一次成長制約システム及び二次成長制約システムの実施形態の要素を更に例示する。
本発明の主題の他の態様、実施形態、及び特徴は、添付の図面と併せて考慮すると、以下の詳細な説明から明らかになるであろう。添付の図面は、概略図であり、縮尺通りに描画されることを意図するものではない。明確にするために、あらゆる要素又は構成要素にあらゆる図で標示が行われるわけではなく、例示が当業者に本発明の主題を理解させるために必要でない場合、本発明の主題の各実施形態のあらゆる要素又は構成要素が示されるわけでもない。
定義
本明細書で使用される「ａ」、「ａｎ」、及び「ｔｈｅ」（すなわち、単数形）は、文脈が明示的に別様に示さない限り、複数の指示対象を指す。例えば、一事例では、「電極」の参照は、単一の電極及び複数の同様の電極の両方を含む。
本明細書で使用される「約」及び「およそ」は、記載される値のプラス又はマイナス１０％、５％、又は１％を指す。例えば、一事例では、約２５０μｍであれば、２２５μｍ～２７５μｍを含む。更なる例として、一事例では、約１，０００μｍであれば、９００μｍ～１，１００μｍを含む。別途示されない限り、本明細書及び特許請求の範囲で使用される量（例えば、測定値など）などを表す全ての数は、全ての事例において「約」という用語によって修飾されているものと理解されるべきである。したがって、反対のことが示されない限り、以下の明細書及び添付の特許請求の範囲に記載される数値パラメータは、近似値である。各数値パラメータは、少なくとも、報告された有意な桁の数に照らして、及び通常の丸め技法を適用することによって解釈されるべきである。
二次電池の状態の文脈で本明細書で使用される「充電状態」は、二次電池がその定格容量の少なくとも７５％に充電された状態を指す。例えば、電池は、その定格容量の１００％などの、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％、及び更にはその定格容量の少なくとも９５％まで充電され得る。
本明細書で使用される「Ｃレート」は、二次電池が放電されるレートの尺度を指し、放電電流を、電池が１時間でその公称定格容量を送給するであろう理論的な電流引き出し量で除算したものとして定義される。例えば、１ＣのＣレートは、１時間で電池を放電する放電電流を示し、２Ｃのレートは、１／２時間で電池を放電する放電電流を示し、Ｃ／２のレートは、２時間で電池を放電する放電電流を示す、などである。
二次電池の状態の文脈で本明細書で使用される「放電状態」は、二次電池がその定格容量の２５％未満に放電された状態を指す。例えば、電池は、その定格容量の１０％未満などの、その定格容量の２０％未満、及び更には、その定格容量の０％などの、その定格容量の５％未満に放電され得る。
充電状態と放電状態との間の二次電池のサイクルの文脈で本明細書で使用される「サイクル」は、充電状態又は放電状態のいずれかである第１の状態から、第１の状態の反対である第２の状態（すなわち、第１の状態が放電であった場合は充電状態、又は第１の状態が充電であった場合は放電状態）に電池を移行させるために、電池を充電及び／又は放電し、次いで、電池を第１の状態に戻してサイクルを完了することを指す。例えば、充電状態と放電状態との間の二次電池の単一のサイクルは、充電サイクルでのように、電池を放電状態から充電状態に充電し、次いで、放電状態に戻して、サイクルを完了することを含むことができる。単一のサイクルはまた、放電サイクルでのように、電池を充電状態から放電状態に放電し、次いで、充電状態に戻して、サイクルを完了することを含むことができる。
「電極構造」又は「電極活物質」で使用される「電極」という用語について、そのような構造及び／又は材料は、特定の実施形態では、例えば「負極構造」、「アノード構造」、「負極活物質」、及び「アノード活物質」で使用される「アノード」などの「負極」のものに対応し得ることを理解されたい。「対向電極構造」又は「対向電極活物質」で使用される「対向電極」という用語について、そのような構造及び／又は材料は、特定の実施形態では、例えば「正極構造」、「カソード構造」、「正極活物質」、及び「カソード活物質」で使用される「カソード」などの「正極」のものに対応し得ることを理解されたい。すなわち、好適な場合、電極及び／又は対向電極について説明される任意の実施形態は、電極及び／又は対向電極が、それぞれ対応する構造及び材料を含む、具体的には負極及び／又は正極である、同じ実施形態に対応し得る。
本明細書で使用される場合、「縦方向軸」、「横方向軸」、及び「垂直軸」は、相互に垂直な軸を指す（すなわち、各々は、互いに直交する）。例えば、本明細書で使用される「縦方向軸」、「横方向軸」、及び「垂直軸」は、三次元の態様又は配向を定義するために使用されるデカルト座標系に類似している。したがって、本明細書における本発明の主題の要素の説明は、要素の三次元の配向を説明するために使用される特定の軸に限定されない。代替的に述べると、軸は、本発明の主題の三次元の態様を参照するときに交換可能であり得る。
本明細書で使用される「縦方向」、「横方向」、及び「垂直方向」は、相互に垂直な方向を指す（すなわち、各々は、互いに直交する）。例えば、本明細書で使用される「縦方向」、「横方向」、及び「垂直方向」は、一般に、それぞれ、三次元の態様又は配向を画定するために使用されるデカルト座標系の縦方向軸、横方向軸、及び垂直軸に平行であり得る。
二次電池の充電状態と放電状態との間のサイクリングの文脈で本明細書で使用される「繰り返されるサイクリング」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２回以上サイクリングすることを指す。例えば、充電状態と放電状態との間の繰り返されるサイクリングは、放電状態から充電状態への充電、放電状態へ戻る放電、充電状態への再度の充電、及び放電状態へ戻る最終的な放電でのような、放電状態から充電状態への少なくとも２回のサイクリングを含むことができる。また別の例として、充電状態と放電状態との間の繰り返されるサイクリングは、充電状態から放電状態への放電、充電状態まで戻る充電、放電状態への再度の放電、及び充電状態まで戻る最終的な充電を、少なくとも２回含むことができる更なる例として、充電状態と放電状態との間の繰り返されるサイクリングは、少なくとも５回のサイクリング、及び更には放電状態から充電状態への少なくとも１０回のサイクリングを含むことができる。更なる例として、充電状態と放電状態との間の繰り返されるサイクリングは、放電状態から充電状態へ少なくとも２５回、５０回、１００回、３００回、５００回、及び更には１０００回サイクリングすることを含むことができる。
二次電池の文脈で本明細書で使用される「定格容量」は、標準温度条件（２５℃）下で測定される、一定期間にわたって指定された電流を送給する二次電池の容量を指す。例えば、定格容量は、指定された時間の電流出力を判定することによって、又は指定された電流について電流が出力され得る時間を判定し、電流と時間との積を取ることによって、アンペア時の単位で測定され得る。例えば、定格２０アンペア時の電池について、定格に対して電流が２アンペアで指定される場合には、電池は、１０時間の電流出力を提供することとなる電池であると理解され得、逆に、定格に対して時間が１０時間で指定される場合には、電池は、１０時間の間、２アンペアを出力することとなる電池であると理解され得る。特に、二次電池の定格容量は、Ｃレートなどの指定された放電電流での定格容量として与えられてもよく、Ｃレートは、電池がその容量に対して放電されるレートの尺度である。例えば、１ＣのＣレートは、１時間で電池を放電する放電電流を示し、２Ｃは、１／２時間で電池を放電する放電電流を示し、Ｃ／２は、２時間で電池を放電する放電電流を示す、などである。それゆえ、例えば、１ＣのＣレートで２０アンペア時の定格の電池であれば、１時間の間、２０アンペアの放電電流を与え、２ＣのＣレートで２０アンペア時の定格の電池であれば、１／２時間の間、４０アンペアの放電電流を与え、Ｃ／２のＣレートで２０アンペア時の定格の電池であれば、２時間にわたって１０アンペアの放電電流を与える。
電極アセンブリの寸法の文脈で本明細書で使用される「最大幅」（ＷＥＡ）は、電極アセンブリの縦方向端面の反対側にある点から縦方向に測定される電極アセンブリの最大幅に対応する。
電極アセンブリの寸法の文脈で本明細書で使用される「最大長さ」（ＬＥＡ）は、電極アセンブリのラテラル面の反対側にある点から横方向に測定される電極アセンブリの最大長さに対応する。
電極アセンブリの寸法の文脈で本明細書で使用される「最大高さ」（ＨＥＡ）は、電極アセンブリのラテラル面の反対側にある点から横方向に測定される電極アセンブリの最大高さに対応する。
一般に、本開示は、例えば図１Ａ～図１Ｄ及び図２に示されるような、充電状態と放電状態との間で循環する、二次電池１０２などのエネルギー貯蔵デバイス１００を対象とする。二次電池１０２は、電池筐体１０４と、電極アセンブリ１０６と、キャリアイオンと、電池筐体１０４内の非水性液体電解質と、を含む。特定の実施形態では、二次電池１０２はまた、電極アセンブリ１０６の成長を抑制する制約システム１０８を含む。制約されている電極アセンブリ１０６の成長は、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。
本開示の実施形態によれば、例えば、図３Ａに示されるように、キャリアイオン源を備える補助電極６８６から電極アセンブリ１０６へのキャリアイオンの移送のための方法が提供される。本明細書で更に詳細に論じられるように、特定の実施形態によれば、キャリアイオンの移送は、電極アセンブリを備える二次電池を活性化するために実行される初期形成プロセスの一部として行われる。他の実施形態によれば、キャリアイオンの移送は、初期形成プロセス中及び／又は充電状態と放電状態との間での循環中に固体電解質界面相（ＳＥＩ）の形成に起因して失われた電極アセンブリにおけるキャリアイオンを補充するためのプロセスの一部として行われる。
図１Ａ～図１Ｄを再度参照すると、一実施形態では、電極アセンブリ１０６は、積層方向（すなわち、図１Ｂにおける積層方向Ｄ）に連続して積層された単位セル５０４の群を含む。単位セル群の各構成単位は、電極構造１１０と、対向電極構造１１２と、電極構造と対向電極構造との間の電気絶縁セパレータ１３０と、を備え、電極構造１１０及び対向電極構造１１２を互いに電気的に絶縁する。一例では、図１Ｂに示されるように、電極アセンブリは、電極構造１１０及び対向電極構造を交互配置で備える、積層された連続した単位セル５０４を備える。図１Ｃは、図１Ｂの電極アセンブリ１０６を有する二次電池を示す挿入図であり、図１Ｄは、図１Ｂの電極アセンブリ１０６を有する二次電池の断面である。積層された連続した単位セル５０４ａ、５０４ｂの他の配置を提供することもできる。
一実施形態では、電極構造１１０は、例えば図１Ａ～図１Ｄに示されるように、電極活物質層１３２、及び電極集電体１３６を備える。例えば、電極構造１１０は、１つ以上の電極活物質層１３２の間に配設された電極集電体１３６を備えることができる。一実施形態によれば、電極活物質層１３２は、アノード活物質を含み、電極集電体１３６は、アノード集電体を備える。同様に、一実施形態では、対向電極構造１１２は、対向電極活物質層１３８及び対向電極集電体１４０を備える。例えば、対向電極構造１１２は、１つ以上の対向電極活物質層１３８の間に配設された対向電極集電体１４０を備えることができる。一実施形態によれば、対向電極活物質層１３８は、カソード活物質を含み、対向電極集電体１４０は、カソード集電体を備える。更に、電極構造１１０及び対向電極構造１１２は、それぞれ、本明細書に記載される特定の実施形態及び構造に限定されず、本明細書に具体的に記載されるもの以外の他の構成、構造、及び／又は材料を、電極構造１１０及び対向電極構造１１２を形成するために提供することもできることを理解されたい。特定の実施形態によれば、単位セル群における各単位セル５０４ａ、５０４ｂは、積層された列において、電極集電体１３６の単位セル部分と、電極活物質層１３２を備える電極構造１１０と、電極と対向電極活物質層との間の電気絶縁セパレータ１３０と、対向電極活物質層１３８を備える対向電極構造１１２と、対向電極集電体１４０の単位セル部分と、を備える。特定の実施形態では、電極集電体、電極活物質層、セパレータ、対向電極活物質層、及び対向電極集電体の単位セル部分の順序は、例えば図１Ｃに示されるように、積層された列において互いに隣接する単位セルについて反転され、電極集電体及び／又は対向電極集電体の部分が、隣接する単位セル間で共有されるようになっている。
図１Ａ～図１Ｄに示されるような実施形態によれば、電極構造群１１０及び対向電極構造群１１２の構成単位は、それぞれ、積層方向Ｄに対応する交互の配列の方向を有する交互の配列で配置されている。この実施形態に従った電極アセンブリ１０６は、相互に垂直な縦方向軸、横方向軸、及び垂直軸を更に含み、縦方向軸ＡＥＡは、一般に、電極構造群及び対向電極構造群の構成単位の積層方向Ｄに対応するか、又は平行である。図１Ｂにおける実施形態に示されるように、縦方向軸ＡＥＡは、Ｙ軸に対応するものとして示され、横方向軸は、Ｘ軸に対応するものとして示され、垂直軸は、Ｚ軸に対応するものとして示される。
本明細書における開示の実施形態によれば、単位セル群の各単位セル５０４内の電極構造１１０、対向電極構造１１２、及び電気絶縁セパレータ１３０は、単位セル群の積層方向に直交する垂直方向に分離された反対側にある上側端面及び下側端面を有する。例えば、図１Ｃ及び４を参照すると、単位セル群の各構成単位における電極構造１１０は、垂直方向に分離された反対側にある上側端面５００ａ及び下側端面５００ｂを備えることができ、単位セル群の各構成単位における対向電極構造１１２は、垂直方向に分離された反対側にある上側端面５０１ａ及び下側端面５０１ｂを備えることができ、電気絶縁セパレータ１３０は、垂直方向に分離された反対側にある上側端面５０２ａ及び下側端面５０２ｂを備えることができる。また別の実施形態によれば、単位セル群の構成単位は、各単位セル構成単位内に、電極構造１１０、電気絶縁セパレータ１３０、及び対向電極構造１１２の反対側にある上側端面及び下側端面を横断して延在し、かつ備える上側縁部５０３ａ及び下側縁部５０３ｂを有する。図３Ａ及び図４を参照すると、また別の実施形態によれば、同じ単位セル群構成単位内の電極構造１１０及び対向電極構造１１２の上側端面５００ａ、５０１ａは、互いに垂直にオフセットして、上側凹部５０５ａを形成し、同じ単位セル群構成単位内の電極構造１１０及び対向電極構造１１２の下側端面５００ｂ、５０１ｂは、互いに垂直にオフセットして、下側凹部５０５ｂを形成する。例えば、対向電極の上側端面及び下側端面は、同じ単位セル群構成単位内のそれぞれの電極の上側端面及び下側端面に対して内側に窪み、かつ／又はオフセットすることができる。図３Ａを参照すると、一実施形態では、単位セル群の構成単位は、電極活物質層１３２及び／又は電気絶縁セパレータ１３０の上側端面及び下側端面に対して内側に窪んでいる上側端面５０１ａ及び下側端面５０１ｂを有する対向電極活物質層１３８を備える。
一実施形態では、電極アセンブリ１０６は、例えば、図１Ａ及び図１Ｂに例示されるように、電極アセンブリ１０６の全体的な巨視的成長を抑制する制約システム１０８によって画定される体積Ｖ内に閉囲されている。制約システム１０８は、電極アセンブリ１０６の膨潤及び変形を低減し、かつそれによって、制約システム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リング寿命を改善するように、１つ以上の次元に沿って電極アセンブリ１０６の成長を抑制することが可能であり得る。任意の１つの特定の理論に限定されるものではないが、二次電池１０２及び／又は電極アセンブリの充電及び／又は放電中に電極構造１１０と対向電極構造１１２との間で移動するキャリアイオンは、電極活物質に挿入され、電極活物質及び／又は電極構造１１０を膨張させ得ると考えられる。電極構造１１０のこの拡張は、電極及び／又は電極アセンブリ１０６を変形及び膨潤させ、それによって、電極アセンブリ１０６の構造的完全性を損ない、及び／又は電気的短絡又は他の障害の可能性を増加させ得る。一例では、エネルギー貯蔵デバイス１００のサイクリング中の電極活物質層１３２の過剰な膨潤及び／又は膨張並びに収縮は、電極活物質の断片を電極活物質層１３２から剥離させ、かつ／又は薄く裂き、それによって、エネルギー貯蔵デバイス１００の効率及びサイクリング寿命を損ない得る。また別の例では、電極活物質層１３２の過剰な膨潤及び／又は膨張並びに収縮は、電極活物質が電気絶縁微小孔性セパレータ１３０を破ることを引き起こし、それによって、電極アセンブリ１０６の電気的短絡及び他の障害を引き起こし得る。したがって、制約システム１０８は、この膨潤又は成長を、充電状態と放電状態との間のサイクリングで生じることがないように阻止して、エネルギー貯蔵デバイス１００の信頼性、効率、及び／又はサイクリング寿命を改善する。
一実施形態では、一次成長制約システム１５１を備える制約システム１０８は、例えば、図１Ａに示されるように、縦方向での（すなわち、Ｙ軸に平行な方向での）電極アセンブリ１０６の成長、膨張、及び／又は膨潤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、一次成長制約システム１５１は、電極アセンブリ１０６の縦方向端面１１６、１１８での膨張に対向することによって成長を制約するように構成された構造を含むことができる。一実施形態では、一次成長制約システム１５１は、縦方向（積層方向）で互いに分離されており、かつ第１の一次成長制約１５４及び第２の一次成長制約１５６を一体に接続して、積層方向での電極アセンブリ１０６における成長を抑制する少なくとも１つの一次接続部材１６２と連携して動作することができる、第１の一次成長制約１５４及び第２の一次成長制約１５６を備える。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の縦方向端面１１６及び第２の縦方向端面１１８を少なくとも部分的に覆い得、第１の一次成長制約１５４及び第２の一次成長制約１５６を互いに接続する接続部材１６２、１６４と連携して動作して、充電及び／又は放電の繰り返されるサイクル中に起こる電極アセンブリ１０６における任意の成長を妨害及び抑制し得る。
加えて、二次電池１０２において繰り返される充電及び放電プロセスのサイクリングは、電極アセンブリ１０６の縦方向（例えば、図１ＡにおけるＹ軸）だけでなく、横方向及び垂直方向（例えば、それぞれ、図１ＡにおけるＸ軸及びＺ軸）などの、上記で論じたような、縦方向に直交する方向にも、成長及びひずみを誘発し得る。更に、特定の実施形態では、１つの方向での成長を阻害するための一次成長制約システム１５１の組み込みは、１つ以上の他の方向での成長及び／又は膨潤を悪化させさえし得る。例えば、電極アセンブリ１０６の縦方向の成長を抑制するために一次成長制約システム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と、結果として生じる電極構造の膨潤と、は、１つ以上の他の方向でのひずみを誘発し得る。特に、一実施形態では、電極成長／膨潤と縦方向成長制約との組み合わせによって生成されるひずみは、垂直方向（例えば、図１Ａに示されるＺ軸）、又は更には横方向（例えば、図１Ａに示されるＸ軸）での、電極アセンブリ１０６の座屈又は他の障害をもたらし得る。したがって、本開示の一実施形態では、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の成長を抑制するために、一次成長制約システム１５１と連携して動作し得る二次成長制約システム１５２が提供されている。例えば、一実施形態では、二次成長制約システム１５２は、一次成長制約システム１５１と連動するか、又は一次成長制約システム１５１と別様に相乗的に動作するように構成されてもよく、その結果、電極アセンブリ１０６の全体的な成長を抑制して、それぞれ、電極アセンブリ１０６並びに一次成長制約システム１５１及び二次成長制約システム１５２を有する二次電池の改善された性能及び低減された障害の発生を与えることができる。
図７Ａ～図７Ｃを参照すると、電極アセンブリ１０６のための一次成長制約システム１５１及び二次成長制約システム１５２を有する制約システム１０８の実施形態が示されている。図７Ａは、結果として生じる２Ｄ断面が垂直軸（Ｚ軸）及び縦方向軸（Ｙ軸）で例示されるように、縦方向軸（Ｙ軸）に沿って得られた、図１Ａにおける電極アセンブリ１０６の断面を示す。図７Ｂは、結果として生じる２Ｄ断面が垂直軸（Ｚ軸）及び横方向軸（Ｘ軸）で例示されるように、横方向軸（Ｘ軸）に沿って得られた、図１Ａにおける電極アセンブリ１０６の断面を示す。図７Ａに示されるように、一次成長制約システム１５１は、一般に、それぞれ、縦方向（Ｙ軸）に沿って互いに分離された第１の一次成長制約１５４及び第２の一次成長制約１５６を備えることができる。例えば、一実施形態では、第１の一次成長制約１５４及び第２の一次成長制約１５６は、それぞれ、電極アセンブリ１０６の第１の縦方向端面１１６を少なくとも部分的に、又は更には完全に覆う第１の一次成長制約１５４、及び電極アセンブリ１０６の第２の縦方向端面１１８を少なくとも部分的に、又は更には完全に覆う第２の一次成長制約１５６を含む。また別のバージョンでは、第１の一次成長制約１５４及び第２の一次成長制約１５６のうちの１つ以上が、一次成長制約のうちの１つ以上が電極アセンブリ１０６の内部構造を含む場合など、電極アセンブリ１０６の縦方向端面１１６、１１８の内部にあり得る。一次成長制約システム１５１は、第１の一次成長制約１５４及び第２の一次成長制約１５６を接続し、かつ縦方向に平行である主軸を有し得る、少なくとも１つの一次接続部材１６２を更に備えることができる。例えば、一次成長制約システム１５１は、それぞれ、実施形態に描かれるように垂直軸（Ｚ軸）に沿ってなど、縦方向軸に直交する軸に沿って互いに分離された第１の一次接続部材１６２及び第２の一次接続部材１６４を含むことができる。第１の一次接続部材１６２及び第２の一次接続部材１６４は、それぞれ、第１の一次成長制約１５４及び第２の一次成長制約１５６をそれぞれ互いに接続し、かつ第１の一次成長制約１５４及び第２の一次成長制約１５６をそれぞれ互いに張力で維持して、電極アセンブリ１０６の縦方向軸に沿った成長を抑制するように機能することができる。
図７Ａ～図７Ｃに更に示されるように、制約システム１０８は、二次成長制約システム１５２を更に含むことができ、二次成長制約システム１５２は、一般に、それぞれ、示される実施形態で垂直軸（Ｚ軸）に沿ってなど、縦方向に直交する第２の方向に沿って互いに分離された第１の二次成長制約１５８及び第２の二次成長制約１６０を備えることができる。例えば、一実施形態では、第１の二次成長制約１５８は、電極アセンブリ１０６のラテラル面１４２の第１の領域１４８を少なくとも部分的に横断して延在し、第２の二次成長制約１６０は、第１の領域１４８と反対側にある、電極アセンブリ１０６のラテラル面１４２の第２の領域１５０を少なくとも部分的に横断して延在する。また別のバージョンでは、第１の二次成長制約１５８及び第２の二次成長制約１６０のうちの１つ以上が、二次成長制約のうちの１つ以上が電極アセンブリ１０６の内部構造を含む場合など、電極アセンブリ１０６のラテラル面１４２の内部にあり得る。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、垂直軸などの第２の方向に平行である主軸を有し得る少なくとも１つの二次接続部材１６６によって接続されている。二次接続部材１６６は、例えば垂直方向での（例えば、Ｚ軸に沿った）成長を抑制するなど、縦方向に直交する方向に沿って電極アセンブリ１０６の成長を抑制するように、第１の二次成長制約１５８及び第２の二次成長制約１６０をそれぞれ互いに張力で接続及び保持するように機能し得る。図７Ａに描かれる実施形態では、少なくとも１つの二次接続部材１６６は、第１の一次成長制約１５４及び第２の一次成長制約１５６のうちの少なくとも１つに対応することができる。しかしながら、二次接続部材１６６はそれに限定されず、代替的に、及び／又は加えて、他の構造及び／又は構成を備えることができる。
一実施形態によれば、一次成長制約システム１５１及び二次成長制約システム１５２は、それぞれ、一次成長制約システム１５１の部分が二次成長制約システム１５２の一部として協調的に作用するように、かつ／又は二次成長制約システム１５２の部分が一次成長制約システム１５１の一部として協調的に作用するように、協調的に動作するように構成されている。例えば、図７Ａ及び図７Ｂに示される実施形態では、一次成長制約システム１５１の第１の一次接続部材１６２及び第２の一次接続部材１６４は、それぞれ、縦方向に直交する第２の方向での成長を制約する第１の二次成長制約１５８及び第２の二次成長制約１６０の少なくとも一部分、又は更には全体の構造として機能することができる。また別の実施形態では、上記に述べたように、第１の一次成長制約１５４及び第２の一次成長制約１５６のうちの１つ以上は、それぞれ、第１の二次成長制約１５８及び第２の二次成長制約１６０をそれぞれ接続するための１つ以上の二次接続部材１６６として機能することができる。逆に、第１の二次成長制約１５８及び第２の二次成長制約１６０の少なくとも一部分は、それぞれ、一次成長制約システム１５１の第１の一次接続部材１６２及び第２の一次接続部材１６４としてそれぞれ作用することができ、二次成長制約システム１５２の少なくとも１つの二次接続部材１６６は、一実施形態では、第１の一次成長制約１５４及び第２の一次成長制約１５６のうちの１つ以上としてそれぞれ作用することができる。したがって、一次成長制約システム１５１及び二次成長制約システム１５２は、それぞれ、電極アセンブリ１０６の成長に抑制を及ぼすための構成要素及び／又は構造を共有することができる。
一実施形態では、制約システム１０８は、電池筐体１０４の外部及び／又は内部にある構造であるか、又は電池筐体１０４自体の一部であり得る、一次成長制約及び二次成長制約、並びに一次接続部材及び二次接続部材などの構造を備えることができる。特定の実施形態では、電池筐体１０４は、例えば、内部に液体電解質を封止するために、かつ／又は電極アセンブリ１０６を外部環境から封止するために、封止された筐体であり得る。一実施形態では、制約システム１０８は、電池筐体１０４及び他の構造構成要素を含む構造の組み合わせを備えることができる。そのような一実施形態では、電池筐体１０４は、一次成長制約システム１５１及び／又は二次成長制約システム１５２の構成要素であり得、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（電池筐体１０４内及び／又は電池筐体１０４外、例えば、一次成長制約システム１５１及び／又は二次成長制約システム１５２）との組み合わせで、電極積層方向Ｄでの、及び／又は積層方向Ｄと直交する第２の方向での電極アセンブリ１０６の成長を抑制する。一実施形態では、一次成長制約１５４、１５６及び二次成長制約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備えることができる。別の実施形態では、一次成長制約システム１５１及び／又は二次成長制約システム１５２は、電池筐体１０４の任意の部分を形成せず、代わりに、電池筐体１０４以外の１つ以上の個別の構造（電池筐体１０４内及び／又は電池筐体１０４外）が、電極積層方向Ｄでの、及び／又は積層方向Ｄに直交する第２の方向での電極アセンブリ１０６の成長を抑制する。別の実施形態では、一次成長制約システム１５１及び二次成長制約システム１５２は、ハーメチックシールされた電池筐体などの封止された電池筐体であり得る電池筐体１０４内にある。電極アセンブリ１０６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又は二次電池の繰り返されるサイクリング中に電極アセンブリ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、制約システム１０８によって抑制され得る。
例示的な一実施形態では、一次成長制約システム１５１は、電極構造１１０を電極アセンブリ１０６の一部として有する二次電池１０２の繰り返されるサイクリング時に、電極構造１１０によって生成される圧力を超える圧力を積層方向Ｄに及ぼすことによって、積層方向Ｄでの電極構造１１０の成長を抑制する、電池筐体１０４内の１つ以上の個別の構造を含む。別の例示的な実施形態では、一次成長制約システム１５１は、対向電極構造１１２を電極アセンブリ１０６の一部として有する二次電池１０２の繰り返されるサイクリング時に、対向電極構造１１２によって生成される圧力を超える圧力を積層方向Ｄに及ぼすことによって、積層方向Ｄでの対向電極構造１１２の成長を抑制する、電池筐体１０４内の１つ以上の個別の構造を含む。二次成長制約システム１５２は、同様に、それぞれ電極構造１１０又は対向電極構造１１２を有する二次電池１０２の繰り返されるサイクリング時に、それぞれ電極構造１１０又は対向電極構造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って、垂直軸（Ｚ軸）に沿ってなど、積層方向Ｄに直交する第２の方向での、電極構造１１０及び対向電極構造１１２のうちの少なくとも１つの成長を抑制する、電池筐体１０４内の１つ以上の個別の構造を含むことができる。
また別の実施形態では、一次成長制約システム１５１の第１の一次成長制約１５４及び第２の一次成長制約１５６は、それぞれ、電極アセンブリ１０６の第１の縦方向端面１１６及び第２の縦方向端面１１８に圧力を、つまり、電極アセンブリ１０６のラテラル面１４２の、横方向軸及び／又は垂直軸に沿って反対側にある第１の領域及び第２の領域などの、縦方向に直交する方向にあるであろう電極アセンブリ１０６の他の表面に、第１の一次成長制約１５４及び第２の一次成長制約１５６によって及ぼされる圧力を超える圧力を、縦方向に及ぼすことによって、電極アセンブリ１０６の成長を抑制する。すなわち、第１の一次成長制約１５４及び第２の一次成長制約１５６は、横（Ｘ軸）方向及び垂直（Ｚ軸）方向などの、縦方向に直交する方向に第１の一次成長制約１５４及び第２の一次成長制約１５６によって生成される圧力を超える圧力を縦方向（Ｙ軸）に及ぼし得る。例えば、そのような一実施形態では、一次成長制約システム１５１は、積層方向Ｄに垂直である２つの方向のうちの少なくとも１つ、又は両方において、一次成長制約システム１５１によって電極アセンブリ１０６に対して維持される圧力を少なくとも３倍に超える第１の縦方向端面１１６及び第２の縦方向端面１１８に対する圧力（すなわち、積層方向Ｄにおける）で、電極アセンブリ１０６の成長を抑制する。更なる例として、そのような一実施形態では、一次成長制約システム１５１は、積層方向Ｄに垂直である２つの方向のうちの少なくとも１つ、又は両方において、一次成長制約システム１５１によって電極アセンブリ１０６に対して維持される圧力を少なくとも４倍に超える第１の縦方向端面１１６及び第２の縦方向端面１１８に対する圧力（すなわち、積層方向Ｄにおける）で、電極アセンブリ１０６の成長を抑制する。更なる例として、そのような一実施形態では、一次成長制約システム１５１は、積層方向Ｄに垂直である２つの方向のうちの少なくとも１つ、又は両方において、電極アセンブリ１０６に対して維持される圧力を少なくとも５倍に超える第１の縦方向端面１１６及び第２の縦方向端面１１８に対する圧力（すなわち、積層方向Ｄにおける）で、電極アセンブリ１０６の成長を抑制する。
ここで図７Ｃを参照すると、制約システム１０８を有する電極アセンブリ１０６の実施形態が、図１Ａに示される線Ａ－Ａ’に沿って得られた断面とともに示されている。図７Ｃに示される実施形態では、一次成長制約システム１５１は、電極アセンブリ１０６の縦方向端面１１６、１１８に、それぞれ、第１の一次成長制約１５４及び第２の一次成長制約１５６を備えることができ、二次成長制約システム１５２は、電極アセンブリ１０６のラテラル面１４２の、反対側にある第１の表面領域１４８及び第２の表面領域１５０に、第１の二次成長制約１５８及び第２の二次成長制約１６０を備える。この実施形態によれば、第１の一次成長制約１５４及び第２の一次成長制約１５６は、少なくとも１つの二次接続部材１６６として、第１の二次成長制約１５８及び第２の二次成長制約１６０を接続し、かつ成長制約を縦方向に直交する第２の方向（例えば、垂直方向）に互いに張力で維持するように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、二次成長制約システム１５２は、電極アセンブリ１０６の縦方向端面１１６、１１８以外の領域に位置する少なくとも１つの二次接続部材１６６を備えることができる。また、少なくとも１つの二次接続部材１６６は、電極アセンブリの縦方向端部１１６、１１８の内部にある第１の一次成長制約１５４及び第２の一次成長制約１５６のうちの少なくとも１つとして作用し、かつ成長を抑制するために、電極アセンブリ１０６の縦方向端部１１６、１１８で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連携して作用することができると理解され得る。図７Ｃに示される実施形態を参照すると、電極アセンブリ１０６の中央領域に向かってなど、それぞれ、電極アセンブリ１０６の第１の縦方向端面１１６及び第２の縦方向端面１１８から、縦方向軸に沿って離間配置された二次接続部材１６６を提供することができる。二次接続部材１６６は、電極アセンブリ端面１１６、１１８からの内部位置で、それぞれ、第１の二次成長制約１５８及び第２の二次成長制約１６０を接続することができ、その位置で二次成長制約１５８、１６０間の張力を受け得る。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部材１６６は、縦方向端面１１６、１１８で一次成長制約１５４、１５６としても機能する二次接続部材１６６などの、電極アセンブリ端面１１６、１１８に提供された１つ以上の二次接続部材１６６に加えて提供されている。別の実施形態では、二次成長制約システム１５２は、縦方向端面１１６、１１８での二次接続部材１６６の有無にかかわらず、縦方向端面１１６、１１８から離間配置された内部位置で、それぞれ、第１の二次成長制約１５８及び第２の二次成長制約１６０と接続する１つ以上の二次接続部材１６６を備える。内部二次接続部材１６６はまた、一実施形態による、第１の一次成長制約１５４及び第２の一次成長制約１５６として作用すると理解され得る。例えば、一実施形態では、内部二次接続部材１６６のうちの少なくとも１つは、以下で更に詳細に説明されるように、電極構造１１０又は対向電極構造１１２の少なくとも一部分を含むことができる。
より具体的には、図７Ｃに示される実施形態に関して、二次成長制約システム１５２は、電極アセンブリ１０６のラテラル面１４２の上側領域１４８の上に重なっている第１の二次成長制約１５８と、電極アセンブリ１０６のラテラル面１４２の下側領域１５０の上に重なっている反対側にある第２の二次成長制約１６０と、を含み得、第１の二次成長制約１５８及び第２の二次成長制約１６０は、垂直方向に（すなわち、Ｚ軸に沿って）互いに分離されている。追加的に、二次成長制約システム１５２は、電極アセンブリ１０６の縦方向端面１１６、１１８から離間配置された少なくとも１つの内部二次接続部材１６６を更に含み得る。内部二次接続部材１６６は、Ｚ軸に平行に位置合わせされ得、第１の二次成長制約１５８及び第２の二次成長制約１６０をそれぞれ接続して、成長制約を互いに張力で維持し、二次成長制約システム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つの内部二次接続部材１６６は、単独で、又は電極アセンブリ１０６の縦方向端面１１６、１１８に位置する二次接続部材１６６とともに、のいずれかで、垂直方向に（すなわち、Ｚ軸に沿って）、電極アセンブリ１０６を有するエネルギー貯蔵デバイス１００及び／又は二次電池１０２の繰り返される充電及び／又は放電中に、第１及び二次成長制約１５８、１６０間の張力を受けて、垂直方向での電極アセンブリ１０６の成長を低減し得る。更に、図７Ｃに示される実施形態では、制約システム１０８は、電極アセンブリ１０６の上側ラテラル面領域１４８及び下側ラテラル面領域１５０にそれぞれ、それぞれ、第１の一次接続部材１６２及び第２の一次接続部材１６４によって接続された電極アセンブリ１０６の縦方向端部１１６、１１８に、それぞれ、第１の一次成長制約１５４及び第２の一次成長制約１５６を有する一次成長制約システム１５１を更に備える。一実施形態では、二次内部接続部材１６６は、それ自体、それぞれ、第１の一次成長制約１５４及び第２の一次成長制約１５６のうちの１つ以上と協調して作用し、第１の一次成長制約１５４及び第２の一次成長制約１５６がそれぞれ位置し得る、二次内部接続部材１６６と電極アセンブリ１０６の縦方向端部１１６、１１８との間に縦方向に存在する電極アセンブリ１０６の各部分に制約圧力を及ぼすと理解され得る。
一実施形態によれば、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、電極アセンブリ１０６の電極１１０若しくは対向電極１１２構造、又は他の内部構造の少なくとも一部分を含む、二次接続部材１６６に接続されている。一実施形態では、第１の二次成長制約１５８は、単位セル群５０４の構成単位のサブセット５１０の電極構造１１０及び／又は対向電極構造１１２の上側端面５００ａ、５０１ａに接続されている。別の実施形態では、第２の二次成長制約１６０は、単位セル群５０４の構成単位のサブセット５０１の電極構造１１０又は対向電極構造１１２の下側端面５００ｂ、５０１ｂに接続されている。上側端面で接続された単位セルの構成単位のサブセットは、下側端面で接続された単位セルの構成単位のサブセットと同じであってよいし、異なるサブセットであってよい。一実施形態では、第１の二次成長制約１５８及び／又は第２の二次成長制約１６０は、二次接続部材１６６を形成する電極アセンブリにおける他の内部構造に接続され得る。一実施形態では、第１及び第２の二次成長制約は、単位セル群の構成単位における電極集電体、電極活物質層、対向電極集電体、及び対向電極活物質層のうちの１つ以上を含む電極構造及び／又は対向電極構造の構造の上側端面及び／又は下側端面に接続され得る。別の例では、第１及び第２の二次成長制約は、電気絶縁セパレータの上側端面及び／又は下側端面に接続され得る。したがって、二次接続部材１６６は、特定の実施形態では、単位セル群の構成単位における電極集電体、電極活物質層、対向電極集電体、及び対向電極活物質層のうちの１つ以上を含む電極構造及び／又は対向電極構造のうちの１つ以上を備えることができる。図３Ａ～図３Ｂを参照すると、第１及び第２の二次成長制約１５８、１６０が、単位セル群の構成単位のサブセットの電極集電体１３６を備える二次接続部材１６６に接続された実施形態が示されている。図４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、電極集電体１３６を含む電極構造１１０を含む二次接続部材１６６に接続されている。
図３Ａ～図３Ｂを参照すると、一実施形態では、第１の二次成長制約１５８及び／又は第２の二次成長制約１６０は、それらのそれぞれの垂直厚さＴＣを貫いて形成された開口部１７６を備える。本明細書における実施形態によれば、開口部１７６は、補助電極６８６から第１の二次成長制約１５８及び／又は第２の二次成長制約１６０を通って単位セル群の構成単位に至るキャリアイオンの流れのための通路を提供することができる。例えば、制約システム１０８によって閉囲された体積Ｖの外側に位置する、例えば第１の二次成長制約１５８及び／又は第２の二次成長制約１６０の外部に位置付けられた、補助電極６８６について、補助電極６８６から提供されたキャリアイオンは、開口部１７６を通る通路を介して、制約の内側の、電極アセンブリの単位セルの構成単位にアクセスすることができる。第１の二次成長制約１５８を示す電極アセンブリ１０６の上面図を描く図５Ａ～図５Ｂに示される実施形態では、開口部１７６は、縦方向及び／又は積層方向（Ｙ方向）に配向された長尺の寸法を有し、かつ複数の単位セルの構成単位を横断して延在するスロット形状を含む。開口部１７６の他の形状及び／又は構成も提供され得る。例えば、一実施形態では、複数のアパーチャは、積層方向及び垂直方向に直交する横方向に互いに離間配置された複数のスロット１７８を含み、各スロット１７８は、積層方向に配向された縦方向軸ＬＳを有し、各スロットは、単位セル群の複数の構成単位を横断して延在する。
特定の実施形態によれば、電極アセンブリ１０６は、例えば、図５Ｂに示すように、複数の開口部１７６内に配設された多孔質電気絶縁材料５０８を更に備える。特定の実施形態によれば、多孔質電気絶縁材料は、２０％～６０％（多孔質電気絶縁材料の総体積当たりの細孔体積のパーセント）の範囲の多孔率を有する。多孔質電気絶縁材料５０８は、特定の実施形態によれば、イオン伝導構造を提供することができ、補助電極によって単位セル群の構成単位に提供されるキャリアイオンの経路を提供することができる。一実施形態では、補助電極６８６から単位セルの構成単位にキャリアイオンを移送するためのプロセスは、特定の実施形態によれば、補助電極６８６から開口部１７６を介して、開口部１７６内に配設された多孔質電気絶縁材料５０８を通して、電極構造１１０及び対向電極構造１１２のうちの１つ以上までキャリアイオンを移送することを含むことができる。一実施形態によれば、スロット１７８などの開口部１７６は、多孔質電気絶縁材料５０８で実質的に充填される。更に別の実施形態によれば、多孔質電気絶縁材料は、補助電極６８６から単位セル群５０４の構成単位までのキャリアイオンのための経路の一部分を形成する第１及び／又は第２の二次成長制約内の任意の開口部を実質的に充填する。一実施形態では、開口部１７６の実質的に全てが、図５Ｂに示されるように、その垂直厚さ全体にわたって多孔質電気絶縁材料５０８で充填される。別の実施形態では、単位セル構成単位へのイオン移送経路の一部を形成するそれらの開口部１７６のみが、多孔質電気絶縁材料で充填される。
一実施形態によれば、電極アセンブリ１０６は、単位セル群５０４の構成単位の電極構造１１０及び／又は対向電極構造１１２の上側端面及び／又は下側端面５００ａ、５００ｂ、５０１ａ、５０１ｂを覆う多孔質電気絶縁材料５０８を更に備える。例えば、図３Ａ及び図４に示されるように、多孔質電気絶縁材料５０８は、単位セル構成単位内の電極構造及び対向電極構造の垂直オフセットによって形成された上側凹部５０５ａ及び下側凹部５０５ｂのうちの１つ以上内に位置し得る。特定の実施形態によれば、多孔質電気絶縁材料は、２０％～６０％（多孔質電気絶縁材料の総体積当たりの細孔体積のパーセント）の範囲の多孔率を有する。多孔質電気絶縁材料５０８は、特定の実施形態によれば、イオン伝導構造を提供することができ、開口部１７６内に配設された多孔性電気絶縁性材料を介して補助電極によって提供されるキャリアイオンのための更なる経路を単位セル群の構成単位に提供することができる。一実施形態によれば、第１及び／又は第２の二次成長制約の開口部１７６内に配設された多孔質電気絶縁材料と、電極構造及び／又は対向電極構造１１０、１１２の上側端面及び／又は下側端面５００ａ、５００ｂ、５０１ａ、５０１ｂに提供された多孔質電気絶縁材料５０８は、補助電極６８６から単位セルの構成単位へのキャリアイオンの移送のための実質的に連続したイオン伝導経路を提供することができる。
特定の実施形態によれば、内部に配設される多孔質電気絶縁材料を有する開口部１７６の少なくとも一部分は、電極構造及び／又は対向電極構造１１０、１１２の上側端面及び／又は下側端面５００ａ、５００ｂ、５０１ａ、５０１ｂ上に垂直方向に提供された多孔質電気絶縁材料５０８上に位置合わせされ、その結果、開口部１７６を通って電極アセンブリ１０６に入るキャリアイオンは、開口部１７６内の多孔質電気絶縁材料５０８を通過し、電極構造及び／又は対向電極構造の上側端面及び／又は下側端面を覆い、単位セル群の構成単位に到達する。補助電極６８６から単位セルの構成単位にキャリアイオンを移送するためのプロセスは、特定の実施形態によれば、補助電極６８６から開口部１７６を介して、イオン伝導経路を形成する多孔質電気絶縁材料５０８を通して、電極構造１１０及び対向電極構造１１２のうちの１つ以上までキャリアイオンを移送することを含むことができる。制約開口部１７６内に配設された多孔質電気絶縁材料を有する電極アセンブリ及び制約システムを描く図５Ｂに示されるような実施形態では、多孔質電気絶縁材料５０８は、電極構造及び対向電極構造１１０、１１２の上側端面及び／又は下側端面の外側で、第１及び／又は第２の二次制約１５８、１６０の開口部１７６を実質的に充填する。制約開口部１７６内に任意の多孔質電気絶縁材料が配設されない（例えば、多孔質電気絶縁材料が制約開口部１７６内に配設される前に）電極アセンブリ及び制約システム１０８を描く図５Ａに示されるような実施形態では、多孔質電気絶縁材料５０８は、第１及び第２の二次成長制約の範囲内で、電極構造及び対向電極構造の上側端面及び下側端面上に更に延在する。図５Ａに示される実施形態では、多孔質電気絶縁材料５０８は、電極集電体１３６の上側端面及び下側端面が露出したままで、電極構造及び対向電極構造の上側端面及び下側端面上を覆っている。図５Ｂでは、多孔質電気絶縁材料５０８は、開口部１７６の下の電極集電体１３６の上側端面及び下側端面を覆う、制約システム１０８の開口部１７６に提供される。多孔質電気絶縁材料５０８は、特定の実施形態では、開口部１７６を実質的に充填し、制約システムによって閉囲された体積Ｖ内の、電極構造及び対向電極構造１１０、１１２の上側端面及び下側端面５００ａ、５００ｂ、５０１ａ、５０１ｃと、第１及び第２の二次成長制約の上側及び下側内面４００ａ、４００ｂとの間にある任意の空間を実質的に充填する、実質的に連続的なイオン伝導性構造を形成することができ、これは、上側凹部及び下側凹部５０５ａ、５０５ｂを充填することによることを含む。
図４を参照すると、一実施形態によれば、多孔質電気絶縁材料５０８は、単位セル群５０４の構成単位の上側凹部及び下側凹部５０５ａ、５０５ｂを実質的に充填している。また別の実施形態によれば、多孔質電気絶縁材料５０８は、単位セルの構成単位における電極構造１１０及び／又は対向電極構造１１２の上側端面５００ａ、５０１ａ及び／又は下側端面５００ｂ、５０１ｂを覆う多孔質電気絶縁材料５０８の少なくとも一部分が、その単位セルの電気絶縁セパレータ１３０に隣接するように配設されている。例えば、一実施形態では、多孔質電気絶縁材料は、単位セル群の構成単位における電極構造１１０の上側端面５００ａ及び下側端面５００ｂｓに対して内側に配設されており、かつ対向電極構造１１０に面する電気絶縁セパレータ１３０の第１の側面１３１ａに当接している、上側凹部５０５ａ及び下側凹部５０５ｂの領域を実質的に充填している。特定の実施形態によれば、多孔質電気絶縁材料は、電気絶縁セパレータ１３０の上側端面５０２ａ及び下側端面５０２ｂから内側に窪んでいる上側凹部５０５ａ及び／又は下側凹部５０５ｂの少なくとも一部分を充填して、電気絶縁セパレータ１３０に構造的支持を提供する。例えば、多孔質電気絶縁材料は、特定の実施形態では、電気絶縁セパレータ１３０の上側垂直端部１３３ａ及び下側垂直端部１３３ｂに当接する剛性材料を提供して、対向電極構造１１２の上側端面及び下側端面に対する垂直端部の直立位置を維持することができる。電気絶縁セパレータ１３０の垂直端部１３３ａ、１３３ｂの位置を維持することは、特定の実施形態では、電極構造と対向電極構造との間の電気的短絡の可能性、及び他の望ましくない効果を低減することができる。多孔質電気絶縁材料は、特定の実施形態では、対向電極構造の上側端面及び下側端面の部分における望ましくない電気的エッジ効果を低減することもできる。
図３Ａ～図３Ｂを参照すると、特定の実施形態によれば、多孔質電気絶縁材料５０８を通して、キャリアイオンを補助電極６８６から単位セル群５０４の構成単位に移送する方法が提供される。上記で論じられるように、キャリアイオンは、単位セルの構成単位の電極構造１１０にキャリアイオンを提供して、初期形成プロセス中に形成され得る固体電解質界面（ＳＥＩ）層の形成、又は電極アセンブリ１０６を有する二次電池１０２の後続の充電サイクルから結果として生じるキャリアイオンの損失を補償するために移送され得る。特定の実施形態では、対向電極構造から単位セル内に導入されたキャリアイオンの一部分は、このＳＥＩ層で不可逆的に結合し、それゆえ、サイクル動作から、すなわちユーザに利用可能な容量から、除去される。結果として、初期放電中に、初期充電動作中にカソードによって最初に提供されたよりも少ないキャリアイオンが電極構造から対向電極構造に戻され、不可逆的な容量損失につながる。二次電池の各後続の充電及び放電サイクル中に、電極構造及び／又は対向電極構造の機械的劣化及び／又は電気的劣化から結果として生じる容量損失は、サイクル当たりはるかに少ない傾向があるが、サイクル当たりの比較的小さいキャリアイオン損失でさえ、電池が老朽化するにつれて、エネルギー密度及びサイクル寿命の低下に大きく影響する。加えて、電極構造及び対向電極構造には化学的劣化及び電気化学的劣化も起こり、容量損失を引き起こし得る。したがって、本明細書における本開示の実施形態は、補助電極から単位セルの構成単位に追加のキャリアイオンを提供する初期形成プロセスを介して、かつ／又は電極アセンブリを有する二次電池の後続の充電及び／若しくは放電サイクル中に失われたキャリアイオンの含有量を補充するために行われる補充プロセス中など、電極アセンブリ及び／又は二次電池を活性化する方法を提供する。特定の実施形態によれば、電極アセンブリの初期又は後続の充電サイクル中に、キャリアイオンを移送して、キャリアイオンの損失を補償する。
一実施形態によれば、補助電極６８６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、及びアルミニウムイオンのいずれかなどのキャリアイオン源を含む。図３Ａに示すような実施形態では、補助電極６８６は、第１及び／又は第２の二次成長制約１５８、１６０の開口部１７６の上に位置し、これらは、単位セルの構成単位の電極構造、対向電極構造、及び電気絶縁セパレータの垂直端面上に位置付けられる。一バージョンでは、１つ以上の補助電極６８６は、第１及び第２の二次成長制約１５８、１６０の両方に位置する開口部１７６の上に位置付けられ、かつ／又は、代替的に、補助電極６８６は、第１及び第２の二次成長制約のただ１つの開口部１７６の上に位置付けられ得る。例えば、一実施形態では、第１の補助電極６８６ａは、第１の二次成長制約１５８の開口部１７６の上に位置付けられ、第２の補助電極６８６ｂは、第２の二次成長制約１６０の開口部１７６の上に位置付けられる。一実施形態では、補助電極６８６は、第１及び第２の二次成長制約４０１ａ、４０１ｂの上側及び下側外面４０１ａ、４０１ｂと直接物理的に接触して提供される。一実施形態では、補助電極６８６は、開口部１７６の上に直接提供され、開口部１７６に提供された多孔質電気絶縁材料と直接物理的に接触している。補助電極６８６は、例えばスイッチ及び／又は制御ユニット（図示せず）によって、単位セルの構成単位の電極構造１１０及び／又は対向電極構造１１２のうちの１つ以上に選択的に電気的に接続又は結合され得る。特定の実施形態によれば、補助電極は、補助電極から電極構造及び／又は対向電極構造へのキャリアイオンの流れを提供するために、（例えば、セパレータを通して）単位セル群の構成単位の対向電極構造及び／又は電極構造に電解的に又は別様に結合されている。電解的に結合されることは、キャリアイオンが、補助電極から電極構造１１０及び／又は対向電極構造１１２へ、並びに電極構造１１０と対向電極構造１１２との間でなど、電解質を通して移送され得ることを意味する。補助電極６８６はまた、一連の配線又は他の電気的接続によるなど、電極構造１１０及び／又は対向電極構造１１２に直接的又は間接的に結合されている。
一実施形態では、キャリアイオンを移送して、所定の対向電極構造端部の放電電圧Ｖｃｅｓ ｅｏｄ、及び所定の電極構造端部の放電電圧Ｖｅｓ，ｅｏｄを達成及び／又は復元し、ここで、群の単位セルについて、単位セルの放電電圧Ｖｃｅｌｌ，ｅｏｄ＝Ｖｅｓ，ｅｏｄ－Ｖｃｅｓ，ｅｏｄである。例えば、一実施形態では、単位セルの構成単位、及び／又は単位セルの構成単位を含む二次電池が、二次電池の放電サイクル中（ＳＥＩが形成される最初の充電及び放電サイクルの後）に、セル端部の放電電圧Ｖｃｅｌｌ，ｅｏｄに達したとき、電極構造端部の放電電圧Ｖｅｓ，ｅｏｄは、０．９Ｖ未満（対Ｌｉ）かつ０．４Ｖ超（対Ｌｉ）である。それゆえ、例えば、そのような一実施形態では、二次電池が二次電池の放電サイクル中（すなわち、セルが放電負荷の下にあるとき）に、セル端部の放電電圧Ｖｃｅｌｌ，ｅｏｄに達したとき、電極端部の放電電圧Ｖｅｓ，ｅｏｄは、約０．５Ｖ（対Ｌｉ）～約０．８Ｖ（対Ｌｉ）の範囲にあり得る。更なる例として、そのような一実施形態では、二次電池が二次電池の放電サイクル中（すなわち、セルが放電負荷の下にあるとき）に、セル端部の放電電圧Ｖｃｅｌｌ，ｅｏｄに達したとき、電極構造端部の放電電圧Ｖｅｓ，ｅｏｄは、約０．６Ｖ（対Ｌｉ）～約０．８Ｖ（対Ｌｉ）の範囲にあり得る。そのような一実施形態では、二次電池が二次電池の放電サイクル中（すなわち、セルが放電負荷の下にあるとき）に、セル端部の放電電圧Ｖｃｅｌｌ，ｅｏｄに達したとき、電極構造端部の放電電圧Ｖｅｓ，ｅｏｄは、約０．６Ｖ（対Ｌｉ）～約０．７Ｖ（対Ｌｉ）の範囲にあり得る。
また別の実施形態によれば、所定の対向電極構造のＶｃｅｓ，ｅｏｄ値は、対向電極構造の充電の状態が対向電極構造の可逆クロン容量の少なくとも９５％である電圧に対応し、Ｖｃｅｓ，ｅｏｄは、少なくとも０．４Ｖ（対Ｌｉ）であるが、０．９Ｖ未満（対Ｌｉ）である。例えば、そのような一実施形態では、Ｖｃｅｌｌ，ｅｏｄに達したとき、対向電極構造は、対向電極構造の充電の状態が対向電極構造の可逆クロン容量の少なくとも９６％である電圧に対応するＶｃｅｓ，ｅｏｄ値を有し、Ｖｅｓ，ｅｏｄは、少なくとも０．４Ｖ（対Ｌｉ）であるが、０．９Ｖ未満（対Ｌｉ）である。更なる例として、そのような一実施形態では、Ｖｃｅｌｌ，ｅｏｄに達したとき、対向電極構造は、対向電極構造の充電の状態が対向電極構造の可逆クロン容量の少なくとも９７％である電圧に対応するＶｃｅｓ，ｅｏｄ値を有し、Ｖｅｓ，ｅｏｄは、少なくとも０．４Ｖ（対Ｌｉ）であるが、０．９Ｖ未満（対Ｌｉ）である。更なる例として、そのような一実施形態では、Ｖｃｅｌｌ，ｅｏｄに達したとき、対向電極構造は、対向電極構造の充電の状態が対向電極構造の可逆クロン容量の少なくとも９８％である電圧に対応するＶｃｅｓ，ｅｏｄ値を有し、Ｖｅｓ，ｅｏｄは、少なくとも０．４Ｖ（対Ｌｉ）であるが、０．９Ｖ未満（対Ｌｉ）である。更なる例として、そのような一実施形態では、Ｖｃｅｌｌ，ｅｏｄに達したとき、対向電極構造は、対向電極構造の充電の状態が対向電極構造の可逆クロン容量の少なくとも９９％である電圧に対応するＶｃｅｓ，ｅｏｄ値を有し、Ｖｅｓ，ｅｏｄは、少なくとも０．４Ｖ（対Ｌｉ）であるが、０．９Ｖ未満（対Ｌｉ）である。
一実施形態によれば、この方法は、（ｉ）初期又は後続の充電サイクル中に、単位セル群において対向電極構造から電極構造にキャリアイオンを移送して、電極アセンブリを少なくとも部分的に充電することと、（ｉｉ）多孔質電気絶縁材料を通して、補助電極から対向電極構造及び／又は電極構造にキャリアイオンを移送し、補助電極がセパレータを通して、単位セル群の構成単位の対向電極構造及び／又は電極構造に電解的に結合して、電極アセンブリに、所定の対向電極構造端部の放電電圧Ｖｃｏｓ，ｅｏｄと、所定の電極構造端部の放電電圧Ｖｅｓ，ｅｏｄと、を提供することと、を含む。一実施形態によれば、この方法は、（ｉｉｉ）（ｉｉ）の後、単位セル群の構成単位の対向電極構造から電極構造にキャリアイオンを移送して、電極アセンブリを充電することを更に含む。例えば、（ｉｉ）中に補助電極から対向電極構造に移送されたキャリアイオンは、その後、（ｉｉｉ）において対向電極構造から電極構造に移送され得る。また別の実施形態によれば、（ｉｉ）は、（ｉ）と同時に行われる。特定の実施形態によれば、（ｉｉ）において、補助電極と、単位セル群の構成単位の電極構造及び／又は対向電極構造と、の間にバイアス電圧を印加して、多孔質電気絶縁材料部材を通るキャリアイオンの流れを電極構造及び／又は対向電極構造に提供する。同様に、（ｉ）及び（ｉｉｉ）において、単位セル群の構成単位の電極構造と対向電極構造との間にバイアス電圧を印加して、構成単位の対向電極構造から電極構造へのキャリアイオンの流れを提供することができる。
一実施形態によれば、キャリアイオンを単位セル群の構成単位に移送する方法は、第１及び／又は第２の二次成長制約の開口部１７６上に１つ以上の補助電極を位置合わせし、０ｐｓｉ超～２０ｐｓｉ以下の範囲の圧力を印加して、補助電極及び第１又は第２の二次成長制約を互いに押圧することを含む。例えば、方法は、５ｐｓｉ超～２０ｐｓｉ以下の範囲の圧力を印加して、補助電極及び第１又は第２の二次成長制約を互いに押圧することを含むことができる。ある特定の実施形態によれば、圧力は、開口部１７６内の多孔質電気絶縁材料内への及び多孔質電気絶縁材料を通るキャリアイオンの効率的な移送を提供するために、開口部内に配設された多孔質電気絶縁材料と補助電極を接触させるように印加される。一実施形態では、開口部１７６、及び／又は制約システム内に閉囲され、電極及び／又は対向電極１１０、１１２の上側端面及び／又は下側端面を覆う電極アセンブリの領域内の多孔質電気絶縁材料５０８の存在は、補助電極から単位セル部材へのキャリアイオンの移送における強化された均一性を提供し得る。任意の特定の理論に限定されるものではないが、開口部１７６内の電気絶縁材料５０８の存在は、充電プロセス中に生じる化学プロセスの副産物としてそのような開口部内に形成され得るガスポケットの形成を阻止し得ると考えられる。本発明者らは、充電プロセス中に形成されたガスが、開口部と補助電極との間の界面において捕捉され、それによって、ガスが発生した補助電極のそれらの領域からのキャリアイオンの移送を妨げる可能性があることを発見した。ある特定の実施形態では、多孔質電気絶縁材料は、キャリアイオンの効率的な移送を維持しながら、ガスのそのようなポケットの形成を抑止する。更に、特定の実施形態では、ガスの形成は、補助電極と第１及び／又は第２の二次成長制約とを互いに押圧するように圧力を印加することによって更に抑止され、それによって、補助電極と、制約の開口部内の多孔質電気絶縁材料との間の良好な接触を提供し、それによって、補助電極と、第１及び／又は第２の二次成長制約との間にガスが形成され得る利用可能な空間の体積を減少させる。
一実施形態によれば、単位セル群の構成単位の電極構造１１０は、電極活物質層１３２及び電極集電体層１３６を備え、単位セル群の構成単位の対向電極構造１１２は、対向電極活物質層１３８及び対向電極集電体層１４０を備え、多孔質電気絶縁材料５０８は、上側端面５０７ａ及び下側端面５０７ｂ単位セル群の構成単位の対向電極活物質層を覆う。図３Ａ及び図４に示される実施形態では、多孔質電気絶縁材料は、隣接する単位セル５０４ａ、５０４ｂにおける対向電極活物質層１３８の上側端面５０７ａ及び下側端面５０７ｂのうちの１つ以上を横断すること、及び特定の実施形態では、隣接する単位セル５０４によって共有される対向電極集電体１４０の上側端面５０９ａ及び下側端面５０９ｂを横断することを含めて、対向電極構造１１２の上側端面５０１ａ及び下側端面５０１ｂを横断して積層方向に延在し、これらを覆う。隣接する単位セルの部分を横断して延在する多孔質電気絶縁材料は、この実施形態では、隣接する単位セルにおける電気絶縁セパレータ１３０の垂直端部１３３ａ、１３３ｂに当接し、かつこれらに構造的支持を提供することができる。また更なる実施形態では、多孔質電気絶縁材料５０８を、隣接する単位セル５０４ａ、５０４ｂにおける電極活物質層１３２の上側端面５１１ａ及び下側端面５１１ｂ上に、並びに隣接する単位セル５０４によって共有される電極集電体１３６の上側端面５１０ａ及び下側端面５１０ｂを横断してなど、電極構造１１０の上側端面及び下側端面上に提供することができる。
また更なる実施形態によれば、多孔質電気絶縁材料５０８は、電極構造及び対向電極構造の上側端面及び下側端面のそれらの部分上に提供されており、そこで、補助電極から単位セル群の構成単位へのキャリアイオンの流れのための経路が提供されている。例えば、補助電極から対向電極構造１１２へのキャリアイオンの流れが提供される実施形態では、多孔質電気絶縁材料５０８は、対向電極構造の上側端面及び下側端面上に配設されて、対向電極構造へのキャリアイオンのための経路を提供する。別の例として、補助電極から電極構造１１０へのキャリアイオンの流れが提供される実施形態では、多孔質電気絶縁材料５０８は、電極構造の上側端面及び下側端面上に配設されて、電極構造へのキャリアイオンのための経路を提供する。
特定の実施形態によれば、電気絶縁材料５０８の多孔率を、材料を通るキャリアイオンの所定の伝導率を提供するように選択することができる。特定の実施形態では、多孔質電気絶縁材料は、少なくとも２５％、少なくとも３０％、少なくとも３５％、少なくとも４０％、少なくとも４５％、少なくとも５０％、及び／又は少なくとも５５％の多孔率を含む。更に、特定の実施形態では、多孔質電気絶縁材料は、５５％以下、５０％以下、４５％以下、４０％以下、及び／又は３５％以下の多孔率を含む。また別の実施形態によれば、多孔質電気絶縁材料５０８は、１：０．７５～１：１．５の範囲にある、単位セル群の構成単位内の電極構造と対向電極構造との間の電気絶縁セパレータ１３０の多孔率に対する多孔率の比を含む。
一実施形態では、多孔質電気絶縁材料５０８は、バインダ材料中に分散された粒子材料を含む。例えば、粒子材料は、アルミナ、窒化ホウ素、チタニア、シリカ、ジルコニア、酸化マグネシウム、及び酸化カルシウムのうちの１つ以上などの、安定した金属酸化物及び／又はセラミックを含むことができる。別の実施形態では、粒子材料は、少なくとも０．３５ミクロン、少なくとも０．４５ミクロン、少なくとも０．５ミクロン、及び／又は少なくとも０．７５ミクロンのｄ５０粒径（中央値粒径）を有する粒子を含む。また別の実施形態では、粒子材料は、４０ミクロン以下、３５ミクロン以下、２５ミクロン以下、及び／又は２０ミクロン以下のｄ５０粒径（中央値粒径）を有する粒子を含む。一実施形態では、粒子の少なくとも８０重量％、少なくとも８５重量％、少なくとも９０重量％、及び／又は少なくとも９５重量％が、少なくとも０．３５ミクロン、少なくとも０．４５ミクロン、少なくとも０．５ミクロン、及び／又は少なくとも０．７５ミクロン、並びに４０ミクロン以下、３５ミクロン以下、２５ミクロン以下、及び／又は２０ミクロン以下の粒径を有する。更に、一実施形態では、粒子材料は、多孔質電気絶縁材料の少なくとも７０重量％、少なくとも７５重量％、少なくとも８０重量％、及び／又は少なくとも８５重量％を含む。更なる実施形態では、粒子材料は、多孔質電気絶縁材料の９９．５重量％以下、９７重量％以下、９５重量％以下、及び／又は９０重量％以下を含む。一実施形態では、バインダ材料は、ポリフッ化ビニリデン（ＰＶＤＦ）、ポリエチレン、ポリプロピレン、エチレンアクリル酸（ＥＡＡ）、エチレンメタクリル酸（ＥＭＡＡ）、及びそれらの共重合体からなる群のいずれかから選択されるポリマー材料を含む。
図１Ａ～図１Ｄを参照すると、一実施形態によれば、電極アセンブリ１０６は、仮想の三次元デカルト座標系のｘ軸、ｙ軸、及びｚ軸にそれぞれ対応する相互に垂直な横方向軸、縦方向軸、及び垂直軸と、縦方向に互いに分離された第１の縦方向端面１１６及び第２の縦方向端面１１８と、電極アセンブリ縦方向軸ＡＥＡを取り囲み、かつ第１の縦方向端面１１６及び第２の縦方向端面１１８を接続するラテラル面１４２と、を有する。ラテラル面１４２は、縦方向軸の両側に、縦方向軸に直交する第１の方向に分離された、第１及び第２の領域を含む。例えば、ラテラル面１４２は、Ｘ方向の反対側にある表面領域１４４、１４６（すなわち、長方柱の側面）と、Ｚ方向の反対側にある表面領域１４８、１５０と、を含むことができる。また別の実施形態では、ラテラル面は、円筒形状を含むことができる。電極アセンブリ１０６は、縦方向に測定される最大幅ＷＥＡと、ラテラル面によって境界を定められ、かつ横方向に測定される最大長さＬＥＡと、ラテラル面によって境界を定められ、かつ垂直方向に測定される最大高さＨＥＡと、を更に含むことができる。一実施形態では、最大長さＬＥＡと最大高さＨＥＡとの比は、少なくとも２：１であり得る。更なる例として、一実施形態では、最大長さＬＥＡと最大高さＨＥＡとの比は、少なくとも５：１であり得る。更なる例として、一実施形態では、最大長さＬＥＡと最大高さＨＥＡとの比は、少なくとも１０：１であり得る。更なる例として、一実施形態では、最大長さＬＥＡと最大高さＨＥＡとの比は、少なくとも１５：１であり得る。更なる例として、一実施形態では、最大長さＬＥＡと最大高さＨＥＡとの比は、少なくとも２０：１であり得る。種々の寸法の比率は、エネルギー貯蔵デバイス内の最適な構成を可能にして、活物質の量を最大化し、それによってエネルギー密度を増加させ得る。
いくつかの実施形態では、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、一実施形態では、最大幅ＷＥＡと最大高さＨＥＡとの比は、少なくとも２：１であり得る。更なる例として、一実施形態では、最大幅ＷＥＡと最大高さＨＥＡとの比は、少なくとも５：１であり得る。更なる例として、一実施形態では、最大幅ＷＥＡと最大高さＨＥＡとの比は、少なくとも１０：１であり得る。更なる例として、一実施形態では、最大幅ＷＥＡと最大高さＨＥＡとの比は、少なくとも１５：１であり得る。更なる例として、一実施形態では、最大幅ＷＥＡと最大高さＨＥＡとの比は、少なくとも２０：１であり得る。
一実施形態によれば、最大幅ＷＥＡと最大長さＬＥＡとの比は、最適な構成を提供する所定の範囲内にあるように選択され得る。例えば、一実施形態では、最大幅ＷＥＡと最大長さＬＥＡとの比は、１：５～５：１の範囲にあり得る。更なる例として、一実施形態では、最大幅ＷＥＡと最大長さＬＥＡとの比は、１：３～３：１の範囲にあり得る。また更なる例として、一実施形態では、最大幅ＷＥＡと最大長さＬＥＡとの比は、１：２～２：１の範囲にあり得る。
本開示の実施形態によれば、単位セル群の構成単位の各電極構造１１０は、電極構造１１０の第１の反対側にある横方向端面６０１ａと第２の反対側にある横方向端面６０１ｂとの間の横方向に測定される長さＬＥと、電極構造の上側の反対側にある垂直端面５００ａと下側の反対側にある垂直端面５００ｂとの間の垂直方向に測定される高さＨＥと、電極構造の第１の反対側にある表面６０３ａと第２の反対側にある表面６０３ｂとの間の縦方向に測定される幅ＷＥと、を含み、単位セル群の構成単位の各対向電極構造１１２は、対向電極構造の第１の反対側にある横方向端面６０２ａと第２の反対側にある横方向端面６０２ｂとの間の横方向に測定される長さＬＣＥと、対向電極構造の上側の第２の反対側にある垂直端面５０１ａと下側の第２の反対側にある垂直端面５０１ｂとの間の垂直方向に測定される高さＨＣＥと、対向電極構造の第１の反対側にある表面６０４ａと第２の反対側にある表面６０４ｂとの間の縦方向に測定される幅ＷＣＥと、を含む。
一実施形態によれば、単位セル群の構成単位の電極構造１１０について、ＬＥとＷＥ及びＨＥの各々との比は、それぞれ、少なくとも５：１であり、ＨＥとＷＥとの比は、約２：１～約１００：１の範囲にあり、単位セル群の構成単位の対向電極構造１１２について、ＬＣＥとＷＣＥ及びＨＣＥの各々との比は、それぞれ、少なくとも５：１であり、ＨＣＥとＷＣＥとの比は、約２：１～約１００：１の範囲にある。更なる例として、一実施形態では、ＬＥとＷＥ及びＨＥの各々との比は、少なくとも１０：１であり、ＬＣＥとＷＣＥ及びＨＣＥの各々との比は、少なくとも１０：１である。更なる例として、一実施形態では、ＬＥとＷＥ及びＨＥの各々との比は、少なくとも１５：１であり、ＬＣＥとＷＣＥ及びＨＣＥの各々との比は、少なくとも１５：１である。更なる例として、一実施形態では、ＬＥとＷＥ及びＨＥの各々との比は、少なくとも２０：１であり、ＬＣＥとＷＣＥ及びＨＣＥの各々との比は、少なくとも２０：１である。
一実施形態では、電極構造１１０の高さ（ＨＥ）と幅（ＷＥ）との比は、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、単位セル群の構成単位の各電極構造１１０について、ＨＥとＷＥとの比は、それぞれ、少なくとも２：１であろう。更なる例として、一実施形態では、ＨＥとＷＥとの比は、それぞれ、少なくとも１０：１であろう。更なる例として、一実施形態では、ＨＥとＷＥとの比は、それぞれ、少なくとも２０：１であろう。しかしながら、典型的には、ＨＥとＷＥとの比は、概して、それぞれ、１，０００：１未満であろう。例えば、一実施形態では、ＨＥとＷＥとの比は、それぞれ、５００：１未満であろう。更なる例として、一実施形態では、ＨＥとＷＥとの比は、それぞれ、１００：１未満であろう。更なる例として、一実施形態では、ＨＥとＷＥとの比は、それぞれ、１０：１未満であろう。更なる例として、一実施形態では、単位セル群の構成単位の各電極構造について、ＨＥとＷＥとの比は、それぞれ、約２：１～約１００：１の範囲にあるであろう。
一実施形態では、対向電極構造１１２の高さ（ＨＣＥ）と幅（ＷＣＥ）との比は、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、単位セル群の構成単位の各対向電極構造１１２について、ＨＣＥとＷＣＥとの比は、それぞれ、少なくとも２：１であろう。更なる例として、一実施形態では、ＨＣＥとＷＣＥとの比は、それぞれ、少なくとも１０：１であろう。更なる例として、一実施形態では、ＨＣＥとＷＣＥとの比は、それぞれ、少なくとも２０：１であろう。しかしながら、典型的には、ＨＣＥとＷＣＥとの比は、概して、それぞれ、１，０００：１未満であろう。例えば、一実施形態では、ＨＣＥとＷＣＥとの比は、それぞれ、５００：１未満であろう。更なる例として、一実施形態では、ＨＣＥとＷＣＥとの比は、それぞれ、１００：１未満であろう。更なる例として、一実施形態では、ＨＣＥとＷＣＥとの比は、それぞれ、１０：１未満であろう。更なる例として、一実施形態では、単位セル群の構成単位の各対向電極構造について、ＨＣＥとＷＣＥとの比は、それぞれ、約２：１～約１００：１の範囲にあるであろう。
一実施形態では、単位セル群は、電極構造１１０及び対向電極構造１１２の交互する配列を含むことができ、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、任意の数の構成単位を含み得る。更なる例として、一実施形態では、より一般的に述べると、電極構造１１０の群及び対向電極構造１１２の群は各々、Ｎ個の構成単位を有し、Ｎ－１個の電極構造の構成単位１１０の各々は、２つの対向電極構造の構成単位１１２の間にあり、Ｎ－１個の対向電極構造の構成単位１１２の各々は、２つの電極構造の構成単位１１０の間にあり、Ｎは、少なくとも２である。更なる例として、一実施形態では、Ｎは、少なくとも４である。更なる例として、一実施形態では、Ｎは、少なくとも５である。更なる例として、一実施形態では、Ｎは、少なくとも１０である。更なる例として、一実施形態では、Ｎは、少なくとも２５である。更なる例として、一実施形態では、Ｎは、少なくとも５０である。更なる例として、一実施形態では、Ｎは、少なくとも１００以上である。
本開示の更なる実施形態によれば、電極アセンブリ及び／又は二次電池の製造方法が提供される。一実施形態によれば、この製造方法は、積層方向に連続して積層された単位セルの群を提供することを含み、（ｉ）各単位セルは、電極構造と、対向電極構造と、電極構造と対向電極構造との間の電気絶縁セパレータと、を備え、（ｉｉ）各単位セル内の電極構造、対向電極構造、及び電気絶縁セパレータは、垂直方向に分離された反対側にある上側端面及び下側端面を有し、（ｉｉｉ）垂直方向は、積層方向に直交する。製造方法は、制約システムによって画定される体積内に単位セルの群を閉囲することを更に含み、制約システムは、（ｉ）縦方向に分離された第１及び第２の一次成長制約と、（ｉｉ）垂直方向に分離され、かつ第１及び第２の一次成長制約を接続する第１及び第２の二次成長制約と、を備え、（ｉｉｉ）第１の二次成長制約は、単位セル群のサブセットの電極構造又は対向電極構造の上側端面に更に接続され、（ｉｖ）第２の二次成長制約は、単位セル群のサブセットの電極構造又は対向電極構造の下側端面に更に接続され、（ｖ）第１又は第２の二次成長制約は、第１又は第２の二次成長制約の垂直厚さを貫く複数の開口部を備える。製造方法の実施形態によれば、方法は、複数の開口部内に多孔質電気絶縁材料を提供することを更に含み、多孔質電気絶縁材料は、開口部を通るキャリアイオンのための経路を提供し、電気絶縁材料は、２０％～６０％の範囲の多孔率を有する。一実施形態によれば、多孔質電気絶縁材料は、溶媒中の粒子材料及びバインダ材料を含むスラリ又はペーストで複数の開口部を充填し、かつ溶媒を蒸発させて、複数の開口部内のバインダ材料中に粒子材料を分散させたままにすることによって提供される。例えば、図６に示される実施形態では、スラリ及び／又はペースト９００が、第１及び／又は第２の二次成長制約１５８、１６０の上側及び下側内面及び／又は上側及び下側外面のうちの１つ以上に適用されて、開口部１７６を少なくとも部分的に充填する。
一実施形態では、バインダ材料は、溶媒に可溶性であり、溶媒は、ガスの流れによって溶媒を加熱及び／又は乾燥させることによって蒸発する。例えば、溶媒は、Ｎ－メチル－２－ピロリドン（ＮＭＰ）、ヘプタン、オクタン、トルエン、キシレン、又は混合炭化水素溶媒のいずれかを含むことができる。更に、特定の実施形態によれば、スラリ及び／又はペーストは、少なくとも５０重量％、少なくとも５５重量％、少なくとも６０重量％、少なくとも６５重量％、少なくとも７０重量％、少なくとも７５重量％、及び／又は少なくとも８０重量％の粒子材料、並びに９０重量％以下、８５重量％以下、８０重量％以下、及び／又は７５重量％以下の粒子材料を含む。
一実施形態によれば、製造方法は、垂直方向に分離された第１及び第２の二次成長制約を電極構造の構成単位のサブセットの電極集電体に接続することを更に含み、第１及び第２の二次成長制約は、それらのそれぞれの垂直厚さを貫いて形成された開口部を備え、二次成長制約システムは、電極アセンブリのサイクリング時に垂直方向で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。例えば、成長制約は、図５Ａに示すように、電極集電体の露出した上側端部及び下側端部に接続することができる。
また別の実施形態では、電極アセンブリ及び／又は二次電池の製造方法は、（１）制約システムによって閉囲された体積の外部にキャリアイオン源を含む補助電極を提供することと、（２）補助電極と電極群の構成単位又は対向電極群の構成単位との間にバイアス電圧を印加して、第１及び第２の二次成長制約における開口部を通して、及び開口部内の多孔質電気絶縁材料を通して、単位セル群の構成単位の電極群及び／又は対向電極構造に至るキャリアイオンの流れを提供することと、を含む。例えば、製造方法は、二次電池を充電し、かつ／又は電極構造を充電するための初期充電プロセスと、初期充電プロセスで失われたキャリアを補充するためのプロセスと、を含む、二次電池の形成のためのプロセスを含むことができる。特定の実施形態によれば、電極アセンブリ及び／又は二次電池の製造方法は、本明細書に記載される単位セル群の構成単位にキャリアイオンを提供する方法のいずれかを含むことができる。更なる実施形態によれば、キャリアイオンの供給源を含む補助電極から電極アセンブリにキャリアイオンを移送するための方法を、二次電池及び／又は電極アセンブリの初期又は後続の充電サイクル中に実行することができる。
一実施形態では、制約システム１０８を備える電極アセンブリ１０６を準備するための方法が提供され、電極アセンブリ１０６は、充電状態と放電状態との間でサイクリングするように構成された二次電池の一部として使用され得る。この方法は、一般に、シート構造を形成することと、シート構造を断片（及び／又は断片）に切断することと、断片を積層することと、制約システムを適用することと、を含むことができる。ストリップによって、ストリップの形状であるもの以外の断片を使用することができると理解される。この断片は、電極活物質層、電極集電体、対向電極活物質層、対向電極集電体、及びセパレータを含み、電極活物質及び／又は対向電極活物質の交互する配置を提供するように積層され得る。シートは、例えば、単位セル５０４及び／又は単位セル５０４の構成要素のうちの少なくとも１つを含むことができる。例えば、シートは、所定のサイズ（３Ｄ電池に好適なサイズなど）に切断され得る単位セルの群を含むことができ、次いで、単位セルのシートを積層して、電極アセンブリ１０６を形成することができる。別の例では、シートは、例えば、電極集電体１３６、電極活物質層１３２、セパレータ１３０、対向電極活物質層１３８、及び対向電極集電体１４０のうちの少なくとも１つなどの、単位セルの１つ以上の構成要素を含むことができる。構成要素のシートを所定のサイズに切断して、断片（３Ｄ電池に好適なサイズなど）を形成し、次いで、積層して、電極活物質層構成要素及び対向電極活物質層構成要素の交互する配置を形成することができる。
また別の実施形態では、適用される制約システム１０８は、例えば、第１の及び第２の一次成長制約と、少なくとも１つの一次接続部材と、縦方向に互いに分離された第１及び第２の一次成長制約と、第１の一次成長制約と第２の一次成長制約とを接続する少なくとも１つの一次接続部材と、を備える一次成長制約システムを含む制約システムなどの、本明細書に記載されるもののいずれかに対応し得る。更に、制約システムは、縦方向（垂直方向又は横方向など）に直交する方向に分離され、かつ少なくとも１つの二次接続部材によって接続された第１及び第２の二次成長制約を備える二次成長制約システムを備えることができ、二次成長制約システムは、二次電池のサイクリング時に、垂直方向で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。一次接続部材、又は一次成長制約システムの第１の一次成長制約及び／若しくは第２の一次成長制約、並びに二次接続部材、又は二次成長制約システムの第１の二次成長制約及び／若しくは第２の二次成長制約、のうちの少なくとも１つは、例えば、電極活物質層、電極集電体、対向電極活物質層、対向電極集電体、及びセパレータのうちの少なくとも１つなどの、断片を構成するアセンブリ構成要素のうちの１つ以上であり得る。例えば、一実施形態では、一次成長制約システムの一次接続部材は、例えば、電極活物質層、電極集電体、対向電極活物質層、対向電極集電体、及びセパレータのうちの少なくとも１つなどの、断片を構成するアセンブリ構成要素のうちの１つ以上であり得る。すなわち、制約の適用は、第１及び第２の一次成長制約を、断片の積層における構造のうちの１つである一次構成単位接続部材に適用することを含み得る。
ここで図２を参照すると、本開示の制約システム１０８を有する二次電池１０２の一実施形態の分解図が例示されている。二次電池１０２は、上述したように、電池筐体１０４及び電池筐体１０４内の電極アセンブリを含み、電極アセンブリ１０６は、第１の縦方向端面１１６、反対側にある第２の縦方向端面１１８（すなわち、示されるＹ軸デカルト座標系に沿って第１の縦方向端面１１６から分離された）を有する。代替的に、二次電池１０２は、筐体内に提供された制約システム１０８を有する複数の電極アセンブリ１０６を備え得る。電極アセンブリ１０６は、電極アセンブリ１０６の各々内で互いに対して積層方向Ｄに積層された電極構造１１０の群及び対向電極構造１１２の群を含み、別の言い方をすれば、電極１１０及び対向電極１１２の構造の群は、電極構造１１０及び対向電極構造１１２が交互に連続して配置されており、この連続は、それぞれ、第１の縦方向端面１１６と第２の縦方向端面１１８との間で積層方向Ｄに進行する。
図２に示される実施形態によれば、タブ１９０、１９２が、電池筐体１０４から外に突出し、電極アセンブリ１０６とエネルギー供給源又は消費者（図示せず）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（例えば、導電性接着剤を使用して）電気的に接続されており、タブ延長部１９１は、電極アセンブリ１０６が備える電極構造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（例えば、導電性接着剤を使用して）電気的に接続されており、タブ延長部１９３は、電極アセンブリ１０６が備える対向電極構造１１２に電気的に接続されている。タブ延長部１９１、１９３はまた、タブ延長部１９１、１９３が電気的に接続されたそれぞれの電極及び対向電極構造の各々からの電流をプールするバスバーとして機能し得る。
図２に例示される実施形態における電極アセンブリ１０６は、縦方向（すなわち、積層方向Ｄ）での成長を抑制するために、関連付けられた一次成長制約システム１５１を有する。代替的に、一実施形態では、複数の電極アセンブリ１０６は、一次成長制約システム１５１の少なくとも一部分を共有してもよい。示される実施形態では、各一次成長制約システム１５１は、上述したように、それぞれ、第１の縦方向端面１１６及び第２の縦方向端面１１８の上にそれぞれ重なり得る第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、それぞれ、ラテラル面１４２の上に重なり得る反対側にある第１の一次接続部材１６２及び第２の一次接続部材１６４と、を含む。反対側にある第１の一次接続部材１６２及び第２の一次接続部材１６４は、それぞれ、第１の一次成長制約１５４及び第２の一次成長制約１５６を互いの方へ引っ張り得るか、又は代替的に言えば、縦方向での電極アセンブリ１０６の成長を抑制することを支援し得、一次成長制約１５４、１５６は、それぞれ、反対側にある第１の縦方向端面１１６及び第２の縦方向端面１１８に圧縮力又は制約力を加え得る。結果として、縦方向での電極アセンブリ１０６の膨張が、充電状態と放電状態との間の電池１０２の形成及び／又はサイクリング中に阻止される。追加的に、一次成長制約システム１５１は、相互に互いに垂直であり、かつ縦方向に垂直である２つの方向のいずれかで電極アセンブリ１０６に対して維持される圧力を超える圧力を縦方向（すなわち、積層方向Ｄ）に電極アセンブリ１０６に及ぼす（例えば、例示されるように、縦方向は、Ｙ軸の方向に対応し、互いにかつ縦方向に相互に垂直である２つの方向は、例示されるデカルト座標系の、それぞれ、Ｘ軸及びＺ軸の方向に対応する）。
更に、図２に例示される実施形態における電極アセンブリ１０６は、垂直方向での成長（すなわち、垂直方向（すなわち、デカルト座標系のＺ軸に沿った）での電極アセンブリ１０６、電極１１０、及び／又は対向電極１１２の膨張）を抑制するための関連付けられた二次成長制約システム１５２を有する。代替的に、一実施形態では、複数の電極アセンブリ１０６は、二次成長制約システム１５２の少なくとも一部分を共有する。各二次成長制約システム１５２は、それぞれ、ラテラル面１４２の上に重なり得る第１の二次成長制約１５８及び第２の二次成長制約１６０と、少なくとも１つの二次接続部材１６６と、を含み、各々は、より詳細に上述されている。二次接続部材１６６は、第１の二次成長制約１５８及び第２の二次成長制約１６０を、それぞれ、互いの方へ引っ張り得るか、又は代替的に言えば、垂直方向での電極アセンブリ１０６の成長を抑制することを支援し得、第１の二次成長制約１５８及び第２の二次成長制約１６０は、ラテラル面１４２に圧縮力又は制約力を加え得、各々は、より詳細に上述されている。結果として、垂直方向での電極アセンブリ１０６の膨張が、充電状態と放電状態との間の電池１０２の形成及び／又はサイクリング中に阻止される。追加的に、二次成長制約システム１５２は、相互に互いに垂直であり、かつ垂直方向に垂直である２つの方向のいずれかで電極アセンブリ１０６に対して維持される圧力を超える圧力を垂直方向（すなわち、デカルト座標系のＺ軸に平行な）に電極アセンブリ１０６に及ぼす（例えば、例示されるように、垂直方向は、Ｚ軸の方向に対応し、互いにかつ垂直方向に相互に垂直である２つの方向は、例示されるデカルト座標系の、それぞれ、Ｘ軸及びＹ軸の方向に対応する）。
特定の実施形態によれば、二次電池１０２の組み立てを完了するために、電池筐体１０４を非水性電解質（図示せず）で満たすことができ、蓋１０４ａを（折り返し線、ＦＬに沿って）折り返し、上側表面１０４ｂに対して封止することができる。完全に組み立てられると、封止された二次電池１０２は、二次電池１０２の外面によって境界が定められる体積（すなわち、変位体積）を占有し、二次電池筐体１０４は、電池の内部体積（すなわち、内面１０４ｃ、１０４ｄ、１０４ｅ、１０４ｆ、１０４ｇ、及び蓋１０４ａによって境界が定められる角柱の体積）を下回る、電池（蓋１０４Ａを含む）の変位体積に対応する体積を占有し、電極アセンブリ１０６の一次成長制約システム１５１及び二次成長制約システム１５２の各々は、そのそれぞれの変位体積に対応する体積を占有する。したがって、組み合わせでは、電池筐体１０４並びに一次成長制約システム１５１及び二次成長制約システム１５２は、電池筐体１０４の外面によって境界が定められる体積（すなわち、電池の変位体積）の７５％以下を占有する。例えば、そのような一実施形態では、一次成長制約システム１５１及び二次成長制約システム１５２、並びに電池筐体１０４は、組み合わせで、電池筐体１０４の外面によって境界が定められる体積の６０％以下を占有する。更なる例として、そのような一実施形態では、一次成長制約システム１５１及び二次成長制約システム１５２、並びに電池筐体１０４は、組み合わせで、電池筐体１０４の外面によって境界が定められる体積の４５％以下を占有する。更なる例として、そのような一実施形態では、一次成長制約システム１５１及び二次成長制約システム１５２、並びに電池筐体１０４は、組み合わせで、電池筐体１０４の外面によって境界が定められる体積の３０％以下を占有する。更なる例として、そのような一実施形態では、一次成長制約システム１５１及び二次成長制約システム１５２、並びに電池筐体１０４は、組み合わせで、電池筐体の外面によって境界が定められる体積の２０％以下を占有する。
一般に、一次成長制約システム１５１及び／又は二次成長制約システム１５２は、典型的には、電池電解質と同程度である、少なくとも１０，０００ｐｓｉ（７０ＭＰａ超）の引張強度を有し、かつ電池１０２の浮遊電位又はアノード電位で著しくは腐食せず、かつ４５℃、及び更には７０℃まで著しくは反応せず、機械的強度を失いもしない材料を含むであろう。例えば、一次成長制約システム１５１及び／又は二次成長制約システム１５２は、幅広い金属、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（例えば、複合材料）のいずれかを含み得る。例示的な一実施形態では、一次成長制約システム１５１及び／又は二次成長制約システム１５２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、アルミニウム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を含み、しかしながら、一般に、一次成長制約システム１５１及び／又は二次成長制約システム１５２が金属を含む場合、一般に、金属は、腐食を制限し、かつ電極構造１１０と対向電極構造１１２との間の電気的短絡を生成することを制限するように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、一次成長制約システム１５１及び／又は二次成長制約システム１５２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））などのセラミックを含む。別の例示的な実施形態では、一次成長制約システム１５１は、Ｓｃｈｏｔｔ Ｄ２６３強化ガラスなどのガラスを含む。別の例示的な実施形態では、一次成長制約システム１５１及び／又は二次成長制約システム１５２は、ポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）（例えば、Ａｐｔｉｖ１１０２）、炭素を有するＰＥＥＫ（例えば、Ｖｉｃｔｒｅｘ ９０ＨＭＦ４０又はＸｙｃｏｍｐ１０００－０４）、炭素を有する硫化ポリフェニレン（ＰＰＳ）（例えば、Ｔｅｐｅｘ Ｄｙｎａｌｉｔｅ２０７）、３０％ガラスを有するポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）（例えば、Ｖｉｃｔｒｅｘ９０ＨＭＦ４０又はＸｙｃｏｍｐ１０００－０４）、ポリイミド（例えば、Ｋａｐｔｏｎ（登録商標））などのプラスチックを含む。別の例示的な実施形態では、一次成長制約システム１５１及び／又は二次成長制約システム１５２は、Ｅガラス標準布／エポキシ、０°、ＥガラスＵＤ／エポキシ、０°、Ｋｅｖｌａｒ標準布／エポキシ、０°、Ｋｅｖｌａｒ ＵＤ／エポキシ、０°、炭素標準布／エポキシ、０°、炭素ＵＤ／エポキシ、０°、東洋紡Ｚｙｌｏｎ（登録商標）ＨＭ繊維／エポキシなどの複合材料を含む。別の例示的な実施形態では、一次成長制約システム１５１及び／又は二次成長制約システム１５２は、Ｋｅｖｌａｒ４９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、Ｄｙｎｅｅｍａ、Ｚｙｌｏｎなどの繊維を含む。
電極構造１１０群及び対向電極構造１１２群の構成単位は、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及び放出することができる電気活物質を含むことができる。いくつかの実施形態では、電極構造１１０群の構成単位は、アノード活性電気活物質（負極と呼ばれることもある）を含み、対向電極構造１１２群の構成単位は、カソード活性電気活物質（正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群の構成単位は、カソード活性電気活物質を含み、対向電極構造１１２群の構成単位は、アノード活性電気活物質を含む。この段落に列挙される実施形態及び実施例の各々では、負極活物質は、例えば、粒子凝集電極、粒子材料のスラリを形成し、かつ層形状に鋳造することによってなど、粒子材料から形成される電極活物質、又はモノリシック電極であり得る。
一実施形態によれば、電極アセンブリ１０６のアノードに対応する電極構造１１０で使用される電極活物質は、二次電池１０２及び／又は電極アセンブリ１０６の充電中における電極活物質へのキャリアイオンの挿入時に膨張する材料を含む。例えば、電極活物質は、電極活物質の体積の増加を生成するのに十分な量で、キャリアイオンとのインターカレーション又は合金化によってなど、二次電池の充電中にキャリアイオンを受け入れるアノード活物質を含み得る。例えば、一実施形態では、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、１モルの電極活物質当たり２モル以上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。更なる例として、電極活物質は、１モルの電極活物質当たり２．０モル以上のキャリアイオンなどの、１モルの電極活物質当たり１．５モル以上のキャリアイオン、及び更には、１モルの電極活物質当たり３．５モル以上のキャリアイオンなどの、１モルの電極活物質当たり２．５モル以上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。電極活性物質によって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ように膨張する電極活物質の例としては、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、並びにそれらの合金及び化合物のうちの１つ以上が挙げられる。例えば、一実施形態では、電極活物質は、粒子状シリコン、粒子状シリコン酸化物、及びそれらの混合物のうちの１つ以上などの、粒子状形態のシリコン含有材料を含むことができる。別の実施形態では、電極活物質は、シリコン又は酸化シリコンからなる。また別の実施形態では、電極活物質は、より小さいか、又は更には無視できる体積変化を呈する材料を含むことができる。例えば、一実施形態では、電極活物質は、グラファイトなどの炭素含有材料を含むことができる。また別の実施形態では、電極構造は、例えば、電極集電体を備える電極構造などのリチウム金属の層を備え、この層上に、対向電極構造から電極構造へのキャリアイオンの移送の結果として、充電プロセス中にリチウム金属の層が堆積する。
更に、特定の実施形態によれば、例示的なアノード活性電気活物質は、グラファイト及び軟質炭素若しく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、及び化合物の範囲のいずれかを含む。アノード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複合材料、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が挙げられる。例示的な一実施形態では、アノード活物質としては、アルミニウム、スズ、若しくはシリコン、又はそれらの酸化物、それらの窒化物、それらのフッ化物、又はそれらの他の合金が挙げられる。別の例示的な実施形態では、アノード活物質は、シリコン、酸化シリコン、又はそれらの合金を含む。
また別の実施形態では、アノード活物質は、リチウム金属、リチウム合金、炭素、石油コークス、活性炭、グラファイト、シリコン化合物、スズ化合物、及びそれらの合金を含むことができる。一実施形態では、アノード活物質は、非グラファイト化性炭素、グラファイト系炭素などのような炭素、ＬｉｘＦｅ２Ｏ３（０≦ｘ≦１）、ＬｉｘＷＯ２（０≦ｘ≦１）、ＳｎｘＭｅ１－ｘＭｅ’ｙＯｚ（Ｍｅ：Ｍｎ、Ｆｅ、Ｐｂ、Ｇｅ；Ｍｅ’：Ａｌ、Ｂ、Ｐ、Ｓｉ、周期表の１族、２族、及び３族に見出される元素、ハロゲン、０＜ｘ≦１、１≦ｙ≦３、１≦ｚ≦８）などのような金属複合酸化物、リチウム金属、リチウム合金、シリコン系合金、スズ系合金、ＳｎＯ、ＳｎＯ２、ＰｂＯ、ＰｂＯ２、Ｐｂ２Ｏ３、Ｐｂ３Ｏ４、Ｓｂ２Ｏ３、Ｓｂ２Ｏ４、Ｓｂ２Ｏ５、ＧｅＯ、ＧｅＯ２、Ｂｉ２Ｏ３、Ｂｉ２Ｏ４、Ｂｉ２Ｏ５などのような金属酸化物、ポリアセチレンなどのような導電性ポリマー、Ｌｉ－Ｃｏ－Ｎｉ系材料などを含む。一実施形態では、アノード活物質は、天然グラファイト、合成グラファイトなどのような結晶性グラファイト、及び軟質炭素、硬質炭素などのような非晶質炭素を含む炭素系活物質を含むことができる。アノード活物質に好適な炭素材料の他の例は、グラファイト、キッシュグラファイト、熱分解性炭素、メソフェーズピッチ系炭素繊維、メソ炭素マイクロビーズ、メソフェーズピッチ、グラファイト化炭素繊維、及び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を含むことができる。一実施形態では、負極活物質は、酸化スズ、硝酸チタン、及びシリコンを含み得る。別の実施形態では、負極は、リチウム金属膜などのリチウム金属、又はリチウムの合金などのリチウム合金、並びに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つ以上の種類の金属を含むことができる。また別の実施形態では、アノード活物質は、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合金などのような、リチウムとの合金化及び／又はインターカレーションが可能な金属化合物、ＳｉＯｖ（０＜ｖ＜２），ＳｎＯ２、酸化バナジウム、又は酸化バナジウムリチウムなどの、リチウムイオンのドープ及び脱ドープが可能な金属酸化物、並びにＳｉ－Ｃ複合材料又はＳｎ－Ｃ複合材料などの、金属化合物及び炭素材料を含む複合材料を含むことができる。例えば、一実施形態では、リチウム、インジウム、スズ、アルミニウム、若しくはシリコンなどの金属、又はそれらの合金、Ｌｉ４／３Ｔｉ５／３Ｏ４又はＳｎＯなどの遷移金属酸化物、並びに人工グラファイト、グラファイト炭素繊維、樹脂焼成炭素、熱分解気相成長炭素、コルク、メソ炭素マイクロビーズ（「ＭＣＭＢ」）、フルフリルアルコール樹脂焼成炭素、ポリアセン、ピッチ系炭素繊維、気相成長炭素繊維、又は天然グラファイトなどの、炭素質材料であり得る。また別の実施形態では、負極活物質は、ナトリウム又はマグネシウムなどのキャリアイオンに好適な組成物を含むことができる。例えば、一実施形態では、負極活物質は、層状炭素質材料と、層状炭素質材料の層間に配設された化学式ＮａｘＳｎｙ－ｚＭｚの組成物と、を含むことができ、式中、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、負極活物質は、炭素系材料、カーボンブラック、グラファイト、グラフェン、活性炭、炭素繊維などの導電性材料及び／又は導電助剤、アセチレンブラック、ケッチェンブラック、チャネルブラック、ファーネスブラック、ランプブラック、サーマルブラックなどのようなカーボンブラック、炭素繊維、金属繊維などのような導電性繊維、カーボンナノチューブなどのような導電性チューブ、フッ化炭素粉末、アルミニウム粉末、ニッケル粉末などのような金属粉末、酸化亜鉛、チタン酸化カリウムなどのような導電性ウィスカ、酸化チタンなどのような導電性金属酸化物、又はポリフェニレン誘導体などのような導電性材料を更に含み得る。加えて、金属メッシュなどの金属繊維、銅、銀、ニッケル、及びアルミニウムなどの金属粉末、又はポリフェニレン誘導体などの有機導電性材料も使用され得る。また別の実施形態では、例えば、ポリエチレン、酸化ポリエチレン、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－ブタジエンゴム、テトラフルオロエチレン－ペル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－ヘキサフルオロプロピレン－テトラフルオロエチレン共重合体、フッ化ビニリデン－ペル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などのうちの１つ以上などのバインダが提供され得、単独で、又は混合物として使用され得る。
例示的なカソード活物質としては、幅広いカソード活物質のいずれかが挙げられる。例えば、リチウムイオン電池について、カソード活物質は、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されるカソード材料を含み得る。これらの遷移金属酸化物、遷移金属硫化物、及び遷移金属窒化物の遷移金属元素は、ｄ殻又はｆ殻を有する金属元素を含むことができる。そのような金属元素の具体例は、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、及びＡｕである。追加のカソード活物質としては、ＬｉＣｏＯ２、ＬｉＮｉ０．５Ｍｎ１．５Ｏ４、Ｌｉ（ＮｉｘＣｏｙＡｌｚ）Ｏ２、ＬｉＦｅＰＯ４、Ｌｉ２ＭｎＯ４、Ｖ２Ｏ５、モリブデン酸硫化物、リン酸塩、ケイ酸塩、バナジウム酸塩、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。更に、カソード活物質層のための化合物は、リチウム、コバルト、及び酸素を含む化合物（例えば、ＬｉＣｏＯ２）、リチウム、マンガン、及び酸素を含む化合物（例えば、ＬｉＭｎ２Ｏ４）、並びにリチウム鉄及びリン酸塩を含む化合物（例えば、ＬｉＦｅＰＯ）などの、金属酸化物又は金属リン酸塩を更に含むリチウム含有化合物を含むことができる。一実施形態では、カソード活物質は、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、リン酸鉄リチウム、又は前述の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つを含む。別の実施形態では、カソード活物質は、リチウムコバルト酸化物（ＬｉＣｏＯ２）、リチウムニッケル酸化物（ＬｉＮｉＯ２）などのうちの１つ以上、又は１つ以上の遷移金属を有する置換化合物、Ｌｉ１＋ｘＭｎ２－ｘＯ４（式中、ｘは、０～０．３３）、ＬｉＭｎＯ３、ＬｉＭｎ２Ｏ３、ＬｉＭｎＯ２などのようなリチウムマンガン酸化物、リチウム銅酸化物（Ｌｉ２ＣｕＯ２）、ＬｉＶ３Ｏ８、ＬｉＦｅ３Ｏ４、Ｖ２Ｏ５、Ｃｕ２Ｖ２Ｏ７などのようなバナジウム酸化物、ＬｉＮｉ１－ｘＭｘＯ２（式中、Ｍ＝Ｃｏ、Ｍｎ、Ａｌ、Ｃｕ、Ｆｅ、Ｍｇ、Ｂ、又はＧａであり、ｘ＝０．０１～０．３）の化学式によって表されるＮｉサイト型リチウムニッケル酸化物、ＬｉＭｎ２ーｘＭｘＯ２（式中、Ｍ＝Ｃｏ、Ｎｉ、Ｆｅ、Ｃｒ、Ｚｎ、又はＴａであり、ｘ＝０．０１～０．１）又はＬｉ２Ｍｎ３ＭＯ８（式中、Ｍ＝Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｃｕ、又はＺｎ）の化学式によって表されるリチウムマンガン複合体酸化物、Ｌｉの一部分がアルカリ土類金属イオンで置換されたＬｉＭｎ２Ｏ４、二硫化物化合物、Ｆｅ２（ＭｏＯ４）３などのうちの１つ以上を含むことができる。一実施形態では、カソード活物質は、化学式
Ｌｉ１＋ａＦｅ１－ｘＭ′ｘ（ＰＯ４－ｂ）Ｘｂのオリビン結晶構造を有するリチウム金属リン酸塩を含むことができ、Ｍ’は、Ａｌ、Ｍｇ、Ｎｉ、Ｃｏ、Ｍｎ、Ｔｉ、Ｇａ、Ｃｕ、Ｖ、Ｎｂ、Ｚｒ、Ｃｅ、Ｉｎ、Ｚｎ、及びＹから選択される少なくとも１つであり、Ｘは、－０．５≦ａ≦＋０．５、０≦ｘ≦０．５、及び０≦ｂ≦０．１で、Ｆ、Ｓ、及びＮから選択される少なくとも１つであり、ＬｉＦｅＰＯ４、Ｌｉ（Ｆｅ，Ｍｎ）ＰＯ４、Ｌｉ（Ｆｅ，Ｃｏ）ＰＯ４、Ｌｉ（Ｆｅ，Ｎｉ）ＰＯ４などは、そのような少なくとも１つである。一実施形態では、カソード活物質は、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、かつａ＋ｂ＋ｃ＝２）、ＬｉＭｎ２－ｚＮｉｚＯ４、ＬｉＭｎ２－ｚＣｏｚＯ４（０＜ｚ＜２）、ＬｉＣｏＰＯ４、及びＬｉＦｅＰＯ４、又はそれらのうちの２つ以上の混合物、のうちの少なくとも１つを含む。
また別の実施形態では、カソード活性物質は、元素硫黄（Ｓ８）、硫黄系化合物、又はそれらの混合物を含むことができる。硫黄系化合物は、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：ｘ＝２．５～５０、ｎ≧２）などであり得る。また別の実施形態では、カソード活物質は、リチウム及びジルコニウムの酸化物を含むことができる。
また別の実施形態では、カソード活物質は、リチウムと、コバルト、マンガン、ニッケルなどの金属又はそれらの組み合わせと、の少なくとも１つの複合酸化物を含むことができ、使用され得、その例は、ＬｉａＡ１－ｂＭｂＤ２（式中、０．９０≦ａ≦１及び０≦ｂ≦０．５）、ＬｉａＥ１－ｂＭｂＯ２－ｃＤｃ（式中、０．９０≦ａ≦１、０≦ｂ≦０．５、及び０≦ｃ≦０．０５）、ＬｉＥ２－ｂＭｂＯ４－ｃＤｃ（式中、０≦ｂ≦０．５及び０≦ｃ≦０．０５）、ＬｉａＮｉ１－ｂ－ｃＣｏｂＭｃＤａ（式中、０．９０≦ａ≦１、０≦ｂ≦０．５、０≦ｃ≦０．０５、及び０＜ａ≦２）、ＬｉａＮｉ１－ｂ－ｃＣｏｂＭｃＯ２－ａＸａ（式中、０．９０≦ａ≦１、０≦ｂ≦０．５、０≦ｃ≦０．０５、及び０＜ａ＜２）、ＬｉａＮｉ１－ｂ－ｃＣｏｂＭｃＯ２－ａＸ２（式中、０．９０≦ａ≦１、０≦ｂ≦０．５、０≦ｃ≦０．０５、及び０＜ａ＜２）、ＬｉａＮｉ１－ｂ－ｃＭｎｂＭｃＤａ（式中、０．９０≦ａ≦１、０≦ｂ≦０．５、０≦ｃ≦０．０５、及び０＜ａ≦２）、ＬｉａＮｉ１－ｂ－ｃＭｎｂＭｃＯ２－ａＸａ（式中、０．９０≦ａ≦１、０≦ｂ≦０．５、０≦ｃ≦０．０５、及び０＜ａ＜２）、ＬｉａＮｉ１－ｂ－ｃＭｎｂＭｃＯ２－ａＸ２（式中、０．９０≦ａ≦１、０≦ｂ≦０．５、０≦ｃ≦０．０５、及び０＜ａ＜２）、ＬｉａＮｉｂＥｃＧｄＯ２（式中、０．９０≦ａ≦１、０≦ｂ≦０．９、０≦ｃ≦０．５、及び０．００１≦ｄ≦０．１）、ＬｉａＮｉｂＣｏｃＭｎｄＧｅＯ２（式中、０．９０≦ａ≦１、０≦ｂ≦０．９、０≦ｃ≦０．５、０≦ｄ≦０．５、及び０．００１≦ｅ≦０．１）、ＬｉａＮｉＧｂＯ２（式中、０．９０≦ａ≦１及び０．００１≦ｂ≦０．１）、ＬｉａＣｏＧｂＯ２（式中、０．９０≦ａ≦１及び０．００１≦ｂ≦０．１）、ＬｉａＭｎＧｂＯ２（式中、０．９０≦ａ≦１及び０．００１≦ｂ≦０．１）、ＬｉａＭｎ２ＧｂＯ４（式中、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である。上記の化学式では、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、又はそれらの組み合わせであり、Ｇは、Ａｌ、Ｃｒ、Ｍｎ、Ｆｅ、Ｍｇ、Ｌａ，Ｃｅ、Ｓｒ、Ｖ、又はそれら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、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が使用され得る。一実施形態では、カソード活物質は、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、又はリン酸鉄リチウム、硫化ニッケル、硫化銅、硫黄、酸化鉄、又は酸化バナジウムなどのリチウム化合物のうちの少なくとも１つを含む。
一実施形態では、カソード活物質は、ＮａＦｅＯ２、ＮａＭｎＯ２、ＮａＮｉＯ２、又はＮａＣｏＯ２などの化学式ＮａＭ１ ａＯ２の酸化物のうちの少なくとも１つ、又は化学式ＮａＭｎ１－ａＭ１ ａＯ２によって表される酸化物などの、ナトリウム含有材料を含むことができ、式中、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。代表的な正の活物質としては、Ｎａ［Ｎｉ１／２Ｍｎ１／２］Ｏ２、Ｎａ２／３［Ｆｅ１／２Ｍｎ１／２］Ｏ２など、Ｎａ０．４４Ｍｎ１－ａＭ１ ａＯ２によって表される酸化物、Ｎａ０．７Ｍｎ１－ａＭ１ ａＯ２．０５によって表される酸化物（式中、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）、Ｎａ６Ｆｅ２Ｓｉ１２Ｏ３０又はＮａ２Ｆｅ５Ｓｉ１２ＯとしてのＮａｂＭ２ ｃＳｉ１２Ｏ３０によって表される酸化物（式中、Ｍ２は、少なくとも１つの遷移金属元素であり、２≦ｂ≦６、及び２≦ｃ≦５である）、Ｎａ２Ｆｅ２Ｓｉ６Ｏ１８又はＮａ２ＭｎＦｅＳｉ６Ｏ１８などのＮａｄＭ３ ｅＳｉ６Ｏ１８によって表される酸化物（式中、Ｍ３は、少なくとも１つの遷移金属元素であり、３≦ｄ≦６、及び１≦ｅ≦２である）、Ｎａ２ＦｅＳｉＯ６などのＮａｆＭ４ ｇＳｉ２Ｏ６によって表される酸化物（式中、Ｍ４は、遷移金属元素、マグネシウム（Ｍｇ）、及びアルミニウム（Ａｌ）から選択された少なくとも１つの元素であり、１≦ｆ≦２、１≦ｇ≦２である）、ＮａＦｅＰＯ４、Ｎａ３Ｆｅ２（ＰＯ４）３、Ｎａ３Ｖ２（ＰＯ４）３、Ｎａ４Ｃｏ３（ＰＯ４）２Ｐ２Ｏ７などのようなリン酸塩、ＮａＦｅＢＯ４又はＮａ３Ｆｅ２（ＢＯ４）３などのホウ酸塩、Ｎａ３ＦｅＦ６又はＮａ２ＭｎＦ６などのＮａｈＭ５Ｆ６によって表されるフッ化物（式中、Ｍ５は、少なくとも１つの遷移金属元素であり、２≦ｈ≦３である）、Ｎａ３Ｖ２（ＰＯ４）２Ｆ３、Ｎａ３Ｖ２（ＰＯ４）２ＦＯ２などのようなフルオロリン酸塩が挙げられる。正の活物質は、前述のものに限定されず、当該技術分野で使用される任意の好適な正の活物質を使用することができる。一実施形態では、正の活物質としては、好ましくは、ＮａＭｎＯ２、Ｎａ［Ｎｉ１／２Ｍｎ１／２］Ｏ２及びＮａ２／３［Ｆｅ１／２Ｍｎｓ１／２］Ｏ２などの層状型酸化物カソード材料、Ｎａ３Ｖ２（ＰＯ４）３及びＮａ４Ｃｏ３（ＰＯ４）２Ｐ２Ｏ７などのリン酸塩カソード、又はＮａ３Ｖ２（ＰＯ４）２Ｆ３及びＮａ３Ｖ２（ＰＯ４）２ＦＯ２などのフルオロリン酸塩カソードが挙げられる。
一実施形態では、電極集電体は、負極集電体を含むことができ、金属材料などの好適な導電性材料を含むことができる。例えば、一実施形態では、負極集電体は、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、か焼炭素、インジウム、鉄、マグネシウム、コバルト、ゲルマニウム、銅又はステンレス鋼の表面処理材料（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を有する）のうちの少なくとも１つを含むことができる。別の例として、一実施形態では、負極集電体は、銅、ステンレス鋼、アルミニウム、ニッケル、チタン、焼成炭素、銅又はステンレス鋼の表面処理材料（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）のうちの少なくとも１つを含む。一実施形態では、負極集電体は、銅及びステンレス鋼のうちの少なくとも１つを含む。
一実施形態では、対向電極集電体は、正極集電体を含むことができ、金属材料などの好適な導電性材料を含むことができる。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、アルミニウム又はステンレス鋼の表面処理材料（炭素、ニッケル、チタン、銀、及び／又はそれらの合金を有する）のうちの少なくとも１つを含む。一実施形態では、正極集電体は、アルミニウムを含む。
また別の実施形態では、カソード活物質は、例えば本明細書にアノード活物質について記載される導電助剤及び／又はバインダのいずれかであり得る、導電助剤及び／又はバインダのうちの１つ以上を更に含むことができる。
特定の実施形態によれば、電気絶縁セパレータ層１３０が、電極構造１１０の各構成単位を対向電極構造１１２群の各構成単位から電気的に絶縁し得る。電気絶縁セパレータ層は、電気的短絡を防止しながら、電気化学セルにおける電流の通過中に回路を閉じるために必要であるイオン電荷キャリアの輸送を可能にもするように設計されている。一実施形態では、電気絶縁セパレータ層は、微小孔性であり、電解質、例えば非水性液体電解質又はゲル電解質を透過する。代替的に、電気絶縁セパレータ層は、電池におけるセパレータ及び電解質の両方として機能し得る固体電解質、すなわち固体イオン導体を含み得る。
特定の実施形態では、電気絶縁セパレータ層１３０は、典型的には、非水性電解質を透過させることができる微小孔性セパレータ材料を含むであろう。例えば、一実施形態では、微小孔性セパレータ材料は、少なくとも５０Å、より典型的には約２，５００Åの範囲の径と、約２５％～約７５％の範囲、より典型的には約３５～５５％の範囲の多効率と、を有する細孔を含む。追加的に、微小孔性セパレータ材料は、非水性電解質を透過させて、電極群及び対向電極群の隣接する構成単位間のキャリアイオンの伝導を許容してもよい。特定の実施形態では、例えば、微小孔性セパレータ材料の多効率を無視し、充電サイクル又は放電サイクル中のイオン交換のための、電極構造１１０群の構成単位と対向電極構造１１２群の最も近い構成単位と（すなわち、「隣接する対」）の間の電気絶縁セパレータ材料の少なくとも７０体積％は、微小孔性セパレータ材料であり、言い方を変えれば、微小孔性セパレータ材料は、電極構造１１０群の構成単位と対向電極１１２群の最も近い構成単位との間の電気絶縁材料の少なくとも７０体積％を構成する。
一実施形態では、微小孔性セパレータ材料は、粒子状材料及びバインダを含み、少なくとも約２０体積％の多孔率（空間率）を有する。微小孔性セパレータ材料の細孔は、少なくとも５０Åの径を有するであろうし、典型的には、約２５０～２，５００Åの範囲内に入るであろう。微多孔性セパレータ材料は、典型的には、約７５％未満の多効率を有するであろう。一実施形態では、微小孔性セパレータ材料は、少なくとも約２５体積％の多孔率（空間率）を有する。一実施形態では、微小孔性セパレータ材料は、約３５～５５％の多孔率を有するであろう。
微多孔性セパレータ材料のためのバインダは、広範囲の無機材料又はポリマー材料から選択され得る。例えば、一実施形態では、バインダは、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などを含有するモノマーに由来するフルオロポリマーなどの有機高分子材料であり得る。別の実施形態では、バインダは、様々な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、及び酸化ポリエチレンからなる群から選択される。別の実施形態では、バインダは、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は、フッ化ポリビニリデン－ｃｏ－ヘキサフルオロプロピレン、フッ化ポリビニリデン－ｃｏ－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、ポリビニルアセテート、ポリエチレン－ｃｏ－ビニルアセテート、酸化ポリエチレン、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ン酸塩、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、又はそれらの混合物から選択され得る。また別の実施形態では、バインダは、フッ化ポリビニリデン－ヘキサフルオロプロピレン、フッ化ポリビニリデン－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、ポリビニルアセテート、エチレンビニルアセテート共重合体、酸化ポリエチレン、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ン酸塩、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、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、酸化ポリフェニレン、硫化ポリフェニレン、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いずれかから選択され得る。別の実施形態では、バインダは、前述のポリマーのうちの２つ以上の共重合体又はブレンドである。
微多孔性セパレータ材料によって構成される粒子材料はまた、幅広い材料から選択され得る。一般に、そのような材料は、動作温度で比較的低い電子伝導率及びイオン伝導率を有し、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下で腐食しない。例えば、一実施形態では、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）に対する伝導率を有する。更なる例として、一実施形態では、粒子材料は、１×１０－５Ｓ／ｃｍ未満のキャリアイオンに対する伝導率を有する。更なる例として、一実施形態では、粒子材料は、１×１０－６Ｓ／ｃｍ未満のキャリアイオンに対する伝導率を有する。例えば、一実施形態では、バインダは、ケイ酸塩、リン酸塩、アルミン酸塩、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。例示的な粒子材料としては、粒子状ポリエチレン、ポリプロピレン、ＴｉＯ２－ポリマー複合体、シリカエアロゲル、フュームドシリカ、シリカゲル、シリカヒドロゲル、シリカキセロゲル、シリカゾル、コロイド状シリカ、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が挙げられる。例えば、一実施形態では、粒子状材料は、ＴｉＯ２、ＳｉＯ２、Ａｌ２Ｏ３、ＧｅＯ２、Ｂ２Ｏ３、Ｂｉ２Ｏ３、ＢａＯ、ＺｎＯ、ＺｒＯ２、ＢＮ、Ｓｉ３Ｎ４、Ｇｅ３Ｎ４などの粒子状の酸化物又は窒化物を含む。例えば、Ｐ．Ａｒｏｒａ ａｎｄ Ｊ．Ｚｈａｎｇ，“Ｂａｔｔｅｒｙ Ｓｅｐａｒａｔｏｒｓ”Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｒｅｖｉｅｗｓ 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－ｙＴｉｙＯ３（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むことができる。一実施形態では、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径を有するであろう。一実施形態では、粒子材料は、約５００ｎｍ～１マイクロメートルの平均粒径を有するであろう。
組み立てられたエネルギー貯蔵デバイスの一実施形態によれば、微小孔性セパレータ材料は、二次電池電解質としての使用に好適な非水性電解質を透過する。典型的には、非水性電解質は、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／又は塩の混合物を含む。例示的なリチウム塩としては、ＬｉＣｌＯ４、ＬｉＢＦ４、ＬｉＰＦ６、ＬｉＡｓＦ６、ＬｉＣｌ、及びＬｉＢｒなどの無機リチウム塩、並びに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が挙げられる。また別の例として、電解質は、例えば、ＮａＣｌＯ４、ＮａＰＦ６、ＮａＢＦ４、ＮａＣＦ３ＳＯ３、ＮａＮ（ＣＦ３ＳＯ２）２、ＮａＮ（Ｃ２Ｆ５ＳＯ２）２、ＮａＣ（ＣＦ３ＳＯ２）３のうちのいずれか１つ以上などの、電解質に溶解したナトリウムイオンを含むことができる。マグネシウム及び／又はカリウムの塩を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を提供してもよく、かつ／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）、ヘキサフルオロヒ酸マグネシウム（Ｍｇ（ＡｓＦ６）２）、ペルフルオロアルキルスルホン酸マグネシウム（（Ｍｇ（Ｒｆ１ＳＯ３）２）であって、Ｒｆ１は、ペルフルオロアルキル基である）、ペルフルオロアルキルスルフォニルイミドマグネシウム（Ｍｇ（（Ｒｆ２ＳＯ２）２Ｎ）２であって、Ｒｆ２は、ペルフルオロアルキル基である）、及びヘキサアルキルジシラジド（（Ｍｇ（ＨＲＤＳ）２）であって、Ｒは、アルキル基である）からなる群から選択される少なくとも１つであり得るマグネシウム塩も同様である。リチウム塩を溶解するための例示的な有機溶媒としては、環状エステル、鎖状エステル、環状エーテル、及び鎖状エーテルが挙げられる。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、及びγ－バレロラクトンが挙げられる。鎖状エステルの具体例としては、ジメチルカーボネート、ジエチルカーボネート、ジブチルカーボネート、ジプロピルカーボネート、メチルエチルカーボネート、メチルブチルカーボネート、メチルプロピルカーボネート、エチルブチルカーボネート、エチルプロピルカーボネート、ブチルプロピルカーボネート、アルキルプロピオン酸塩、ジアルキルマロネート、及びアルキルアセテートが挙げられる。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、及び１，４－ジオキソランが挙げられる。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、及びテトラエチレングリコールジアルキルエーテルが挙げられる。
また別の実施形態では、電気絶縁セパレータ１３０は、例えば、固体電池におけるのと同様に、固体電解質を含む。一般的に言えば、固体電解質は、液体電解質又はゲル電解質の添加を必要とせずに、キャリアイオンの輸送を容易にすることができる。特定の実施形態によれば、固体電解質が提供される場合、固体電解質は、それ自体、電極間に絶縁体を提供し、かつ絶縁体を通したキャリアイオンの通過を可能にすることが可能であり得、構造を透過する液体電解質の添加を必要としない場合がある。
一実施形態では、二次電池１０２は、有機液体電解質、無機液体電解質、水性電解質、非水性電解質、固体ポリマー電解質、固体セラミック電解質、固体ガラス電解質、ガーネット電解質、ゲルポリマー電解質、無機固体電解質、溶融型無機電解質などのいずれかであり得る電解質を含むことができる。また、液体電解質の有無にかかわらず、電気絶縁セパレータ１３０の他の配置及び／又は構成が提供されてもよい。一実施形態では、固体電解質は、電気絶縁を提供しながら、キャリアイオンを通過伝導させることができるセラミック材料又はガラス材料を含むことができる。イオン伝導材料の例としては、ガーネット材料、硫化ガラス、リチウムイオン伝導ガラスセラミック、又はリン酸塩セラミック材料が挙げられ得る。例えば、固体電解質は、電気絶縁を提供しながら、キャリアイオンを通過伝導させることができるセラミック材料又はガラス材料を含むことができる。イオン伝導材料の例としては、ガーネット材料、硫化ガラス、リチウムイオン伝導ガラスセラミック、又はリン酸塩セラミック材料が挙げられ得る。一実施形態では、固体ポリマー電解質は、酸化ポリエチレン（ＰＥＯ）系、ポリビニルアセテート（ＰＶＡ）系、ポリエチレンイミン（ＰＥＩ）系、ポリフッ化ビニリデン（ＰＶＤＦ）系、ポリアクリロニトリル（ＰＡＮ）系、ＬｉＰＯＮ、及びポリメチルメタクリレート（ＰＭＭＡ）系のポリマー又はそれらの共重合体から形成される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、Ｌｉ２Ｓ及びＰ２Ｓ５、並びに／又はＳｉＳ２、ＧｅＳ２、Ｌｉ３ＰＳ４、Ｌｉ４Ｐ２Ｓ７、Ｌｉ４ＳｉＳ４、Ｌｉ２Ｓ－Ｐ２Ｓ５、及び５０Ｌｉ４ＳｉＯ４．５０Ｌｉ３ＢＯ３、及び／又はＢ２Ｓ３などの他の硫化物のうちの少なくとも１つなどの、リチウム及び／又はリン、のうちの少なくとも１つを含む硫化物系固体電解質などの硫化物系固体電解質が提供され得る。固体電解質のまた他の実施形態としては、Ｌｉ３Ｎ、ＬｉＩ、Ｌｉ５ＮＩ２、Ｌｉ３Ｎ－ＬｉＩ－ＬｉＯＨ、ＬｉＳｉＯ４、ＬｉＳｉＯ４－ＬｉＩ－ＬｉＯＨ、Ｌｉ２ＳｉＳ３、Ｌｉ４ＳｉＯ４、Ｌｉ４ＳｉＯ４－ＬｉＩ－ＬｉＯＨ、及びＬｉ３ＰＯ４－Ｌｉ２Ｓ－ＳｉＳ２、Ｌｉ２Ｓ－Ｐ２Ｓ５、Ｌｉ２Ｓ－Ｐ２Ｓ５－Ｌ４ＳｉＯ４、Ｌｉ２Ｓ－Ｇａ２Ｓ３－ＧｅＳ２、Ｌｉ２Ｓ－Ｓｂ２Ｓ３－ＧｅＳ２、Ｌｉ３．２５－Ｇｅ０．２５－Ｐ０．７５Ｓ４、（Ｌａ，Ｌｉ）ＴｉＯ３（ＬＬＴＯ）、Ｌｉ６Ｌａ２ＣａＴａ２Ｏ１２、Ｌｉ６Ｌａ２ＡＮｂ２Ｏ１２（Ａ＝Ｃａ，Ｓｒ）、Ｌｉ２Ｎｄ３ＴｅＳｂＯ１２、Ｌｉ３ＢＯ２．５Ｎ０．５、Ｌｉ９ＳｉＡｌＯ８、Ｌｉ１＋ｘＡｌｘＧｅ２－ｘ（ＰＯ４）３（ＬＡＧＰ）、Ｌｉ１＋ｘＡｌｘＴｉ２－ｘ（ＰＯ４）３（ＬＡＴＰ）、Ｌｉ１＋ｘＴｉ２－ｘＡｌｘＳｉｙ（ＰＯ４）３－ｙ、ＬｉＡｌｘＺｒ２－ｘ（ＰＯ４）３、ＬｉＴｉｘＺｒ２－ｘ（ＰＯ４）３などのリチウム（Ｌｉ）の窒化物、ハロゲン化物、及び硫化物が挙げられ得、固体電解質のまた他の実施形態としては、例えば、米国特許第１０，３６１，４５５号に記載されているような、ガーネット材料が挙げられ得、これは、その全体が本明細書に組み込まれる。一実施形態では、ガーネット固体電解質は、一般の化学式Ｘ３Ｙ２（ＳｉＯ４）３を有するネソケイ酸塩であり、式中、Ｘは、Ｃａ、Ｍｇ、Ｆｅ、又はＭｎなどの二価カチオンであり得るか、又はＹは、Ａｌ、Ｆｅ、又はＣｒなどの三価カチオンであり得る。
実施形態
以下の列挙実施形態１～１５８は、本開示による実施形態を記載する。
実施形態１：キャリアイオン源を含む補助電極から制約システムを介して電極アセンブリにキャリアイオンを移送するための方法であって、
電極アセンブリが、積層方向に連続して積層された単位セルの群を備え、（ｉ）各単位セルが、電極構造と、対向電極構造と、電極構造と対向電極構造との間の電気絶縁セパレータと、を備え、（ｉｉ）各単位セル内の電極構造、対向電極構造、及び電気絶縁セパレータが、垂直方向に分離された反対側にある上側端面及び下側端面を有し、（ｉｉｉ）垂直方向が、積層方向に直交し、
電極アセンブリが、制約システムによって画定される体積内に閉囲され、制約システムが、（ｉ）積層方向に分離された第１及び第２の一次成長制約と、（ｉｉ）垂直方向に分離され、かつ第１及び第２の一次成長制約を接続する第１及び第２の二次成長制約と、を備え、（ｉｉｉ）第１の二次成長制約が、単位セル群の構成単位のサブセットの電極構造又は対向電極構造の上側端面に更に接続され、（ｉｖ）第２の二次成長制約が、単位セル群の構成単位のサブセットの電極構造又は対向電極構造の下側端面に更に接続され、（ｖ）第１又は第２の二次成長制約が、第１又は第２の二次成長制約の垂直厚さを貫く複数の開口部と、複数の開口部内に配設された多孔質電気絶縁材料とを、備え、多孔質電気絶縁材料が、開口部を通るキャリアイオンのための経路を提供し、多孔質電気絶縁材料が、多孔率を有し、
補助電極が、制約システムによって閉囲された体積の外側に位置し、
方法が、補助電極から開口部内の多孔質電気絶縁材料を介して単位セル群の構成単位にキャリアイオンを移送することを含む、方法。
実施形態２：二次電池のための制約システムを備える電極アセンブリであって、電極アセンブリが、
積層方向に連続して積層された単位セルの群を備え、（ｉ）各単位セルが、電極構造と、対向電極構造と、電極構造と対向電極構造との間の電気絶縁セパレータと、を備え、（ｉｉ）各単位セル内の電極構造、対向電極構造、及び電気絶縁セパレータが、垂直方向に分離された反対側にある上側端面及び下側端面を有し、（ｉｉｉ）垂直方向が、積層方向に直交し、
電極アセンブリが、制約システムによって画定される体積内に閉囲され、制約システムが、（ｉ）縦方向に分離された第１及び第２の一次成長制約と、（ｉｉ）垂直方向に分離され、かつ第１及び第２の一次成長制約を接続する第１及び第２の二次成長制約と、を備え、（ｉｉｉ）第１の二次成長制約が、単位セル群のサブセットの電極構造又は対向電極構造の上側端面に更に接続され、（ｉｖ）第２の二次成長制約が、単位セル群のサブセットの電極構造又は対向電極構造の下側端面に更に接続され、（ｖ）第１又は第２の二次成長制約が、第１又は第２の二次成長制約の垂直厚さを貫く複数の開口部と、複数の開口部内に配設された多孔質電気絶縁材料と、を備え、多孔質電気絶縁材料が、開口部を通るキャリアイオンのため経路を提供し、電気絶縁材料が、多孔率を有する、電極アセンブリ。
実施形態３：実施形態２に記載の電極アセンブリを備える、二次電池。
実施形態４：第１及び第２の二次成長制約の両方が、複数の開口部を含む、実施形態１～３のいずれか１つに記載の方法、電極アセンブリ、又は二次電池。
実施形態５：第１又は第２の二次成長制約内の開口部上に補助電極を位置合わせすることと、０ｐｓｉ超～２０ｐｓｉ以下の範囲の圧力を印加して、補助電極及び第１又は第２の二次成長制約を互いに押圧することと、を含む、実施形態１又は４に記載の方法。
実施形態６：５ｐｓｉ超～２０ｐｓｉ以下の範囲の圧力を印加して、補助電極及び第１又は第２の二次成長制約を互いに押圧することを含む、実施形態１及び４～５のいずれか１つに記載の方法。
実施形態７：圧力を印加して、開口部内に配設された多孔質電気絶縁材料に補助電極を接触させる、実施形態１及び４～６のいずれか１つに記載の方法。
実施形態８：キャリアイオンを移送して、所定の対向電極構造端部の放電電圧Ｖｃｅｓ ｅｏｄと、所定の電極構造端部の放電電圧Ｖｅｓ，ｅｏｄと、を達成及び／又は復元する、実施形態１及び４～７のいずれか１つに記載の方法。
実施形態９：キャリアイオンを移送して、ＳＥＩの形成において失われたキャリアイオンを補充する、実施形態１及び４～８のいずれか１つに記載の方法。
実施形態１０：キャリアイオンを移送して、ＳＥＩの形成において失われたキャリアイオンを補充する、実施形態１及び４～９のいずれか１つに記載の方法。
実施形態１１：電極アセンブリの初期又は後続の充電サイクル中に、キャリアイオンを移送して、キャリアイオンの損失を補償する、実施形態１及び４～１０のいずれか１つに記載の方法。
実施形態１２：方法が、（ｉ）初期又は後続の充電サイクル中に、単位セル群において対向電極構造から電極構造にキャリアイオンを移送して、電極アセンブリを少なくとも部分的に充電することと、（ｉｉ）多孔質電気絶縁材料を通して、補助電極から対向電極構造及び／又は電極構造にキャリアイオンを移送することであって、補助電極が、セパレータを通して、単位セル群の構成単位の対向電極構造及び／又は電極構造に電解的に結合して、電極アセンブリに、所定の対向電極構造端部の放電電圧Ｖｃｏｓ，ｅｏｄと、所定の電極構造端部の放電電圧Ｖｅｓ，ｅｏｄと、を提供する、移送することと、を含む、実施形態１及び４～１１のいずれか１つに記載の方法。
実施形態１３：方法が、（ｉｉｉ）（ｉｉ）の後、単位セル群の構成単位の対向電極構造から電極構造にキャリアイオンを移送して、電極アセンブリを充電することを更に含む、実施形態１２に記載の方法。
実施形態１４：（ｉｉ）が（ｉ）と同時に行われる、実施形態１３に記載の方法。
実施形態１５：（ｉｉ）において、補助電極と、単位セル群の構成単位の電極構造又は対向電極構造と、の間にバイアス電圧を印加して、多孔質電気絶縁材料を通るキャリアイオンの流れを提供することを含む、実施形態１２～１４のいずれか１つに記載の方法。
実施形態１６：単位セル群の構成単位の電極構造が、電極活物質層及び電極集電体層を備え、単位セル群の構成単位の対向電極構造が、対向電極活物質層及び対向電極集電体層を備える、先行実施形態のいずれか１つに記載の方法、電極アセンブリ、又は二次電池。
実施形態１７：多孔質電気絶縁材料が、少なくとも２５％の多孔率を含む、先行実施形態のいずれか１つに記載の方法、電極アセンブリ、又は二次電池。
実施形態１８：多孔質電気絶縁材料が、少なくとも３０％の多孔率を含む、先行実施形態のいずれか１つに記載の方法、電極アセンブリ、又は二次電池。
実施形態１９：多孔質電気絶縁材料が、少なくとも３５％の多孔率を含む、先行実施形態のいずれか１つに記載の方法、電極アセンブリ、又は二次電池。
実施形態２０：多孔質電気絶縁材料が、少なくとも４０％の多孔率を含む、先行実施形態のいずれか１つに記載の方法、電極アセンブリ、又は二次電池。
実施形態２１：多孔質電気絶縁材料が、少なくとも４５％の多孔率を含む、先行実施形態のいずれか１つに記載の方法、電極アセンブリ、又は二次電池。
実施形態２２：多孔質電気絶縁材料が、少なくとも５０％の多孔率を含む、先行実施形態のいずれか１つに記載の方法、電極アセンブリ、又は二次電池。
実施形態２３：多孔質電気絶縁材料が、少なくとも５５％の多孔率を含む、先行実施形態のいずれか１つに記載の方法、電極アセンブリ、又は二次電池。
実施形態２４：多孔質電気絶縁材料が、５５％以下の多孔率を含む、先行実施形態のいずれか１つに記載の方法、電極アセンブリ、又は二次電池。
実施形態２５：多孔質電気絶縁材料が、５０％以下の多孔率を含む、先行実施形態のいずれか１つに記載の方法、電極アセンブリ、又は二次電池。
実施形態２６：多孔質電気絶縁材料が、４５％以下の多孔率を含む、先行実施形態のいずれか１つに記載の方法、電極アセンブリ、又は二次電池。
実施形態２７：多孔質電気絶縁材料が、４０％以下の多孔率を含む、先行実施形態のいずれか１つに記載の方法、電極アセンブリ、又は二次電池。
実施形態２８：多孔質電気絶縁材料が、３５％以下の多孔率を含む、先行実施形態のいずれか１つに記載の方法、電極アセンブリ、又は二次電池。
実施形態２９：電気絶縁セパレータが、微小孔性であり、多孔質電気絶縁材料の多孔率と電気絶縁セパレータの多孔率との比が１：０．７５～１：１．５の範囲にある、先行実施形態のいずれか１つに記載の方法、電極アセンブリ、又は二次電池。
実施形態３０：多孔質電気絶縁材料が、バインダ材料中に分散した粒子材料を含む、先行実施形態のいずれか１つに記載の方法、電極アセンブリ、又は二次電池。
実施形態３１：粒子材料が、安定した金属酸化物又はセラミックを含む、実施形態３０に記載の方法、電極アセンブリ、又は二次電池。
実施形態３２：粒子材料が、アルミナ、窒化ホウ素、チタニア、シリカ、ジルコニア、酸化マグネシウム、及び酸化カルシウムのうちのいずれか１つ以上を含む、実施形態３０又は３１に記載の方法、電極アセンブリ、又は二次電池。
実施形態３３：粒子材料が、アルミナを含む、実施形態３０～３２のいずれか１つに記載の方法、電極アセンブリ、又は二次電池。
実施形態３４：粒子材料が、少なくとも０．３５ミクロンのｄ５０粒径（中央値粒径）を有する粒子を含む、実施形態３０～３３のいずれか１つに記載の方法、電極アセンブリ、又は二次電池。
実施形態３５：粒子材料が、少なくとも０．４５ミクロンのｄ５０粒径（中央値粒径）を有する粒子を含む、実施形態３０～３４のいずれか１つに記載の方法、電極アセンブリ、又は二次電池。
実施形態３６：粒子材料が、少なくとも０．５ミクロンのｄ５０粒径（中央値粒径）を有する粒子を含む、実施形態３０～３５のいずれか１つに記載の方法、電極アセンブリ、又は二次電池。
実施形態３７：粒子材料が、少なくとも０．７５ミクロンのｄ５０粒径（中央値粒径）を有する粒子を含む、実施形態３０～３６のいずれか１つに記載の方法、電極アセンブリ、又は二次電池。
実施形態３８：粒子材料が、４０ミクロン以下のｄ５０粒径（中央値粒径）を有する粒子を含む、実施形態３０～３７のいずれか１つに記載の方法、電極アセンブリ、又は二次電池。
実施形態３９：粒子材料が、３５ミクロン以下のｄ５０粒径（中央値粒径）を有する粒子を含む、実施形態３０～３８のいずれか１つに記載の方法、電極アセンブリ、又は二次電池。
実施形態４０：粒子材料が、２５ミクロン以下のｄ５０粒径（中央値粒径）を有する粒子を含む、実施形態３０～３９のいずれか１つに記載の方法、電極アセンブリ、又は二次電池。
実施形態４１：粒子材料が、２０ミクロン以下のｄ５０粒径（中央値粒径）を有する粒子を含む、実施形態３０～４０のいずれか１つに記載の方法、電極アセンブリ、又は二次電池。
実施形態４２：粒子の少なくとも８０重量％が、少なくとも０．３５ミクロンの粒径を有する、実施形態３０～４１のいずれか１つに記載の方法、電極アセンブリ、又は二次電池。
実施形態４３：粒子の少なくとも８５重量％が、少なくとも０．３５ミクロンの粒径を有する、実施形態３０～４２のいずれか１つに記載の方法、電極アセンブリ、又は二次電池。
実施形態４４：粒子の少なくとも９０重量％が、少なくとも０．３５ミクロンの粒径を有する、実施形態３０～４３のいずれか１つに記載の方法、電極アセンブリ、又は二次電池。
実施形態４５：粒子の少なくとも９５重量％が、少なくとも０．３５ミクロンの粒径を有する、実施形態３０～４４のいずれか１つに記載の方法、電極アセンブリ、又は二次電池。
実施形態４６：粒子の少なくとも８０重量％が、少なくとも０．４５ミクロンの粒径を有する、実施形態３０～４５のいずれか１つに記載の方法、電極アセンブリ、又は二次電池。
実施形態４７：粒子の少なくとも８５重量％が、少なくとも０．４５ミクロンの粒径を有する、実施形態３０～４６のいずれか１つに記載の方法、電極アセンブリ、又は二次電池。
実施形態４８：粒子の少なくとも９０重量％が、少なくとも０．４５ミクロンの粒径を有する、実施形態３０～４７のいずれか１つに記載の方法、電極アセンブリ、又は二次電池。
実施形態４９：粒子の少なくとも９５重量％が、少なくとも０．４５ミクロンの粒径を有する、実施形態３０～４８のいずれか１つに記載の方法、電極アセンブリ、又は二次電池。
実施形態５０：粒子の少なくとも８０重量％が、少なくとも０．５ミクロンの粒径を有する、実施形態３０～４９のいずれか１つに記載の方法、電極アセンブリ、又は二次電池。
実施形態５１：粒子の少なくとも８５重量％が、少なくとも０．５ミクロンの粒径を有する、実施形態３０～５０のいずれか１つに記載の方法、電極アセンブリ、又は二次電池。
実施形態５２：粒子の少なくとも９０重量％が、少なくとも０．５ミクロンの粒径を有する、実施形態３０～５１のいずれか１つに記載の方法、電極アセンブリ、又は二次電池。
実施形態５３：粒子の少なくとも９５重量％が、少なくとも０．５ミクロンの粒径を有する、実施形態３０～５２のいずれか１つに記載の方法、電極アセンブリ、又は二次電池。
実施形態５４：粒子の少なくとも８０重量％が、少なくとも０．７５ミクロンの粒径を有する、実施形態３０～５３のいずれか１つに記載の方法、電極アセンブリ、又は二次電池。
実施形態５５：粒子の少なくとも８５重量％が、少なくとも０．７５ミクロンの粒径を有する、実施形態３０～５４のいずれか１つに記載の方法、電極アセンブリ、又は二次電池。
実施形態５６：粒子の少なくとも９０重量％が、少なくとも０．７５ミクロンの粒径を有する、実施形態３０～５５のいずれか１つに記載の方法、電極アセンブリ、又は二次電池。
実施形態５７：粒子の少なくとも９５重量％が、少なくとも０．７５ミクロンの粒径を有する、実施形態３０～５６のいずれか１つに記載の方法、電極アセンブリ、又は二次電池。
実施形態５８：粒子の少なくとも８０重量％が、４０ミクロン以下の粒径を有する、実施形態３０～５７のいずれか１つに記載の方法、電極アセンブリ、又は二次電池。
実施形態５９：粒子の少なくとも８５重量％が、４０ミクロン以下の粒径を有する、実施形態３０～５８のいずれか１つに記載の方法、電極アセンブリ、又は二次電池。
実施形態６０：粒子の少なくとも９０重量％が、４０ミクロン以下の粒径を有する、実施形態３０～５９のいずれか１つに記載の方法、電極アセンブリ、又は二次電池。
実施形態６１：粒子の少なくとも９５重量％が、４０ミクロン以下の粒径を有する、実施形態３０～６０のいずれか１つに記載の方法、電極アセンブリ、又は二次電池。
実施形態６２：粒子の少なくとも８０重量％が、３５ミクロン以下の粒径を有する、実施形態３０～６１のいずれか１つに記載の方法、電極アセンブリ、又は二次電池。
実施形態６３：粒子の少なくとも８５重量％が、３５ミクロン以下の粒径を有する、実施形態３０～６２のいずれか１つに記載の方法、電極アセンブリ、又は二次電池。
実施形態６４：粒子の少なくとも９０重量％が、３５ミクロン以下の粒径を有する、実施形態３０～６３のいずれか１つに記載の方法、電極アセンブリ、又は二次電池。
実施形態６５：粒子の少なくとも９５重量％が、３５ミクロン以下の粒径を有する、実施形態３０～６４のいずれか１つに記載の方法、電極アセンブリ、又は二次電池。
実施形態６６：粒子の少なくとも８０重量％が、２５ミクロン以下の粒径を有する、実施形態３０～６５のいずれか１つに記載の方法、電極アセンブリ、又は二次電池。
実施形態６７：粒子の少なくとも８５重量％が、２５ミクロン以下の粒径を有する、実施形態３０～６６のいずれか１つに記載の方法、電極アセンブリ、又は二次電池。
実施形態６８：粒子の少なくとも９０重量％が、２５ミクロン以下の粒径を有する、実施形態３０～６７のいずれか１つに記載の方法、電極アセンブリ、又は二次電池。
実施形態６９：粒子の少なくとも９５重量％が、２５ミクロン以下の粒径を有する、実施形態３０～６８のいずれか１つに記載の方法、電極アセンブリ、又は二次電池。
実施形態７０：粒子の少なくとも８０重量％が、２０ミクロン以下の粒径を有する、実施形態３０～６９のいずれか１つに記載の方法、電極アセンブリ、又は二次電池。
実施形態７１：粒子の少なくとも８５重量％が、２５ミクロン以下の粒径を有する、実施形態３０～７０のいずれか１つに記載の方法、電極アセンブリ、又は二次電池。
実施形態７２：粒子の少なくとも９０重量％が、２５ミクロン以下の粒径を有する、実施形態３０～７１のいずれか１つに記載の方法、電極アセンブリ、又は二次電池。
実施形態７３：粒子の少なくとも９５重量％が、２５ミクロン以下の粒径を有する、実施形態３０～７２のいずれか１つに記載の方法、電極アセンブリ、又は二次電池。
実施形態７４：粒子材料が、多孔質電気絶縁材料の少なくとも７０重量％を含む、実施形態３０～７３のいずれか１つに記載の方法、電極アセンブリ、又は二次電池。
実施形態７５：粒子材料が、多孔質電気絶縁材料の少なくとも７５重量％を含む、実施形態３０～７４のいずれか１つに記載の方法、電極アセンブリ、又は二次電池。
実施形態７６：粒子材料が、多孔質電気絶縁材料の少なくとも８０重量％を含む、実施形態３０～７５のいずれか１つに記載の方法、電極アセンブリ、又は二次電池。
実施形態７７：粒子材料が、多孔質電気絶縁材料の少なくとも８５重量％を含む、実施形態３０～７６のいずれか１つに記載の方法、電極アセンブリ、又は二次電池。
実施形態７８：粒子材料が、多孔質電気絶縁材料の９９．５重量％以下を含む、実施形態３０～７７のいずれか１つに記載の方法、電極アセンブリ、又は二次電池。
実施形態７９：粒子材料が、多孔質電気絶縁材料の９７重量％以下を含む、実施形態３０～７８のいずれか１つに記載の方法、電極アセンブリ、又は二次電池。
実施形態８０：粒子材料が、多孔質電気絶縁材料の９５重量％以下を含む、実施形態３０～７９のいずれか１つに記載の方法、電極アセンブリ、又は二次電池。
実施形態８１：粒子材料が、多孔質電気絶縁材料の９０重量％以下を含む、実施形態３０～８０のいずれか１つに記載の方法、電極アセンブリ、又は二次電池。
実施形態８２：バインダ材料が、ポリフッ化ビニリデン（ＰＶＤＦ）、ポリエチレン、ポリプロピレン、エチレンアクリル酸（ＥＡＡ）、エチレンメタクリル酸（ＥＭＡＡ）、及びそれらの共重合体からなる群のいずれかから選択されるポリマー材料を含む、実施形態３０～８１のいずれか１つに記載の方法、電極アセンブリ、又は二次電池。
実施形態８３：電極アセンブリが、仮想の三次元デカルト座標系のｘ軸、ｙ軸及びｚ軸にそれぞれ対応する相互に垂直な横方向軸、縦方向軸、及び垂直軸であって、第１の縦方向端面及び第２の縦方向端面が、縦方向に互いに分離されている、横方向軸、縦方向軸、及び垂直軸と、電極アセンブリの縦方向軸ＡＥＡを取り囲み、かつ第１及び第２の縦方向端面を接続するラテラル面であって、ラテラル面が、縦方向軸の両側に反対側にある第１及び第２の領域を有し、かつ縦方向軸に直交する第１の方向に分離されており、電極アセンブリが、縦方向に測定される最大幅ＷＥＡと、ラテラル面によって境界が定められ、かつ横方向に測定される最大長さＬＥＡと、ラテラル面によって境界が定められ、かつ横方向に測定される最大高さＨＥＡと、を有する、ラテラル面と、を有し、更に、
単位セル群の構成単位の各電極構造が、電極構造の第１及び第２の反対側にある横方向端面間の横方向に測定される長さＬＥと、電極構造の第１及び第２の反対側にある垂直端面間の垂直方向に測定される高さＨＥと、電極構造の第１及び第２の反対側にある表面間の縦方向に測定される幅ＷＥと、を含み、単位セル群の構成単位の各対向電極構造が、対向電極構造の第１及び第２の反対側にある横方向端面間の横方向に測定される長さＬＣＥと、対向電極構造の第１及び第２の反対側にある垂直端面間の垂直方向に測定される高さＨＣＥと、対向電極構造の第１及び第２の反対側にある表面間の縦方向に測定される幅ＷＣＥと、を含み、
単位セル群の構成単位の電極構造について、ＬＥとＷＥ及びＨＥの各々との比が、それぞれ、少なくとも５：１であり、ＨＥとＷＥとの比が、約２：１～約１００：１の範囲にあり、単位セル群の構成単位の対向電極構造について、ＬＣＥとＷＣＥ及びＨＣＥの各々との比が、それぞれ、少なくとも５：１であり、ＨＣＥとＷＣＥとの比が、約２：１～約１００：１の範囲にある、先行実施形態のいずれか一項に記載の方法、電極アセンブリ、又は二次電池。
実施形態８４：多孔質電気絶縁材料が、単位セル群の構成単位の対向電極構造の少なくとも５０％延在する、実施形態８３に記載の方法、電極アセンブリ、又は二次電池。
実施形態８５：多孔質電気絶縁材料が、単位セル群の構成単位の対向電極構造の少なくとも６０％延在する、実施形態８３～８４のいずれか１つに記載の方法、電極アセンブリ、又は二次電池。
実施形態８６：多孔質電気絶縁材料が、単位セル群の構成単位の対向電極構造の少なくとも７５％延在する、実施形態８３～８５のいずれか１つに記載の方法、電極アセンブリ、又は二次電池。
実施形態８７：多孔質電気絶縁材料が、単位セル群の構成単位の対向電極構造の少なくとも８５％延在する、実施形態８３～８６のいずれか１つに記載の方法、電極アセンブリ、又は二次電池。
実施形態８８：多孔質電気絶縁材料が、単位セル群の構成単位の対向電極構造の少なくとも９０％延在する、実施形態８３～８７のいずれか１つに記載の方法、電極アセンブリ、又は二次電池。
実施形態８９：制約システムが、第１及び第２の一次成長制約と少なくとも１つの一次接続部材とを備える一次成長制約システムを備え、第１及び第２の一次成長制約が、積層方向に互いに分離されており、少なくとも１つの一次接続部材が、第１及び第２の一次成長制約を接続しており、一次成長制約システムが、積層方向での電極アセンブリの成長を抑制する、先行実施形態のいずれか１つに記載の方法、電極アセンブリ、又は二次電池。
実施形態９０：制約システムが、垂直方向に分離され、かつ電極構造の群の構成単位の電極集電体に接続された第１及び第２の二次成長制約を備える二次成長制約システムを備え、二次成長制約システムが、電極アセンブリのサイクリング時に、垂直方向で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、先行実施形態のいずれか１つに記載の方法、電極アセンブリ、又は二次電池。
実施形態９１．（ｉ）電極構造が、アノード構造であり、対向電極構造が、カソード構造であるか、又は（ｉｉ）電極構造が、カソード構造であり、対向電極構造が、アノード構造である、先行実施形態のいずれか１つに記載の電極アセンブリ又は二次電池。
実施形態９２．電極構造が、アノード活物質層を備えるアノード構造であり、対向電極構造が、カソード活物質層を備えるカソード構造である、実施形態９１に記載の電極アセンブリ又は二次電池。
実施形態９３：複数の開口部が、積層方向及び垂直方向に直交する横方向に互いに離間配置された複数のスロットを備え、各スロットが、積層方向に配向された縦方向軸を有し、各スロットが、単位セル群の複数の構成単位を横断して延在する、先行実施形態のいずれか１つに記載の方法、電極アセンブリ、又は二次電池。
実施形態９４：複数のスロットが、多孔質電気絶縁材料で実質的に充填されている、実施形態９３に記載の方法、電極アセンブリ、又は二次電池。
実施形態９５：多孔質電気絶縁材料が、補助電極から単位セル群の構成単位までのキャリアイオンのための経路の一部分を形成する第１及び／又は第２の二次成長制約内の任意の開口部を実質的に充填する、先行実施形態のいずれか１つに記載の方法、電極アセンブリ、又は二次電池。
実施形態９６：多孔質電気絶縁材料が、単位セル群の構成単位の電極構造又は対向電極構造の上側端面及び下側端面の両方を更に覆う、先行実施形態のいずれか１つに記載の方法、電極アセンブリ、又は二次電池。
実施形態９７：多孔質電気絶縁材料が、単位セル群の構成単位の電極構造又は対向電極構造の上側端面及び下側端面の両方を更に覆う、先行実施形態のいずれか１つに記載の方法、電極アセンブリ、又は二次電池。
実施形態９８：単位セル群の構成単位が、反対側にある上側端面及び下側端面を含む上側縁部及び下側縁部を有し、同じ単位セル群構成単位内の電極構造及び対向電極構造の上側端面が、互いに垂直にオフセットして上側凹部を形成し、同じ単位セル群構成単位内の電極構造及び対向電極構造の下側端面が、互いに垂直にオフセットして下側凹部を形成し、対向電極の上側端面及び下側端面が、同じ単位セル群構成単位内のそれぞれの電極の上側端面及び下側端面に対して内側に窪んでおり、多孔質電気絶縁材料が、上側凹部及び下側凹部のうちの少なくとも１つ内に位置する、先行実施形態のいずれか１つに記載の方法、電極アセンブリ、又は二次電池。
実施形態９９：多孔質電気絶縁材料が、単位セル群の構成単位における電極構造群の上側端面及び下側端面に対して内側に配設されており、かつ対向電極構造に面する電気絶縁セパレータの側面に当接している、上側凹部及び下側凹部の領域を実質的に充填している、実施形態９８に記載の方法、電極アセンブリ、又は二次電池。
実施形態１００：電極構造又は対向電極構造の上側端面又は下側端面を覆う多孔質電気絶縁材料、及び第１又は第２の二次成長制約の開口部に配設される多孔質電気絶縁材料が、補助電極から単位セル群の構成単位へのキャリアイオンのための連続的なイオン伝導経路を形成する、実施形態９８又は９９に記載の方法、電極アセンブリ、又は二次電池。
実施形態１０１：電極アセンブリが、封止された電池筐体で包含される、先行実施形態のいずれか１つに記載の方法、電極アセンブリ、又は二次電池。
実施形態１０２：キャリアイオン及び電極制約システムが、封止された電池筐体内に包含される、実施形態１０１に記載の方法、電極アセンブリ、又は二次電池。
実施形態１０３：電極構造が、アノード活物質であって、炭素材料、グラファイト、軟質炭素若しくは硬質炭素、金属、半金属、合金、酸化物、リチウムとの合金を形成することができる化合物、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複合材料、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、チタン酸リチウム、パラジウム、リチウム金属、炭素、石油コークス、活性炭、グラファイト、シリコン化合物、シリコン合金、スズ化合物、非グラファイト化性炭素、グラファイト系炭素、ＬｉｘＦｅ２Ｏ３（０≦ｘ≦１）、ＬｉｘＷＯ２（０≦ｘ≦１）、ＳｎｘＭｅ１－ｘＭｅ’ｙＯｚ（Ｍｅ：Ｍｎ、Ｆｅ、Ｐｂ、Ｇｅ；Ｍｅ’：Ａｌ、Ｂ、Ｐ、Ｓｉ、周期表中の１族、２族、及び３族に見出される元素、ハロゲン、０＜ｘ≦１、１≦ｙ≦３、１≦ｚ≦８）、リチウム合金、シリコン系合金、スズ系合金、金属酸化物、ＳｎＯ、ＳｎＯ２、ＰｂＯ、ＰｂＯ２、Ｐｂ２Ｏ３、Ｐｂ３Ｏ４、Ｓｂ２Ｏ３、Ｓｂ２Ｏ４、Ｓｂ２Ｏ５、ＧｅＯ、ＧｅＯ２、Ｂｉ２Ｏ３、Ｂｉ２Ｏ４、Ｂｉ２Ｏ５、導電性ポリマー、ポリアセチレン、Ｌｉ－Ｃｏ－Ｎｉ系材料、結晶グラファイト、天然グラファイト、合成グラファイト、非晶質炭素、キッシュグラファイト、熱分解性炭素、メソフェーズピッチ系炭素繊維、メソ炭素マイクロビーズ、メソフェーズピッチ、グラファイト化炭素繊維、高温焼結炭素、石油、コールタールピッチ由来のコークス、酸化スズ、硝酸チタン、リチウム金属膜、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つ以上の種類の金属と、の合金、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のいずれかから選択されてリチウムとの合金化及び／若しくはインターカレーションが可能な金属化合物、Ｓｎ合金、Ａｌ合金、リチウムイオンをドープ及び脱ドープすることができる金属酸化物、ＳｉＯｖ（０＜ｖ＜２）、ＳｎＯ２、バナジウム酸化物、リチウムバナジウム酸化物、金属化合物及び炭素材料を含む複合材料、Ｓｉ－Ｃ複合材料、Ｓｎ－Ｃ複合材料、遷移金属酸化物、Ｌｉ４／３Ｔｉ５／３Ｏ４、ＳｎＯ、炭素質材料、グラファイト炭素繊維、樹脂焼成炭素、熱分解気相成長炭素、コルク、メソ炭素マイクロビーズ（「ＭＣＭＢ」）、フルフリルアルコール樹脂焼成炭素、ポリアセン、ピッチ系炭素繊維、気相成長炭素繊維、又は天然グラファイト、及び層状炭素質材料の層の間に配設された化学式ＮａｘＳｎｙ－ｚＭｚの組成物であって、Ｍが、Ｔｉ、Ｋ、Ｇｅ、Ｐ、若しくはそれらの組み合わせであり、かつ０＜ｘ≦１５、１≦ｙ≦５、及び０≦ｚ≦１である、組成物、並びに前述のもののうちのいずれかの酸化物、合金、窒化物、フッ化物、及び前述のもののうちのいずれかの任意の組み合わせ、のうちのいずれか１つ以上を含むアノード活物質を含む、先行実施形態のいずれか１つに記載の電極アセンブリ又は二次電池。
実施形態１０４：電極構造が、リチウム金属、リチウム金属合金、シリコン、シリコン合金、酸化シリコン、スズ、スズ合金、酸化スズ、及び炭素含有材料のうちの少なくとも１つを含むアノード活物質を含む、先行実施形態のいずれか１つに記載の方法、電極アセンブリ、又は二次電池。
実施形態１０５：電極構造が、シリコン及び酸化シリコンのうちの少なくとも１つを含むアノード活物質を含む、先行実施形態のいずれか１つに記載の方法、電極アセンブリ、又は二次電池。
実施形態１０６：電極構造が、リチウム及びリチウム金属合金のうちの少なくとも１つを含むアノード活物質を含む、先行実施形態のいずれか１つに記載の方法、電極アセンブリ、又は二次電池。
実施形態１０７：電極構造が、炭素含有材料を含むアノード活物質を含む、先行実施形態のいずれか１つに記載の二次電池及び／又は方法。
実施形態１０８：電気絶縁セパレータが、非水性液体電解質が透過した微小孔性セパレータ材料を含む、先行実施形態のいずれか１つに記載の方法、電極アセンブリ、又は二次電池。
実施形態１０９：電気絶縁セパレータが、固体電解質を含む固体セパレータを含む、先行実施形態のいずれか１つに記載の方法、電極アセンブリ、又は二次電池。
実施形態１１０：電気絶縁セパレータが、セラミック材料、ガラス、又はガーネット材料を含む、先行実施形態のいずれか１つに記載の方法、電極アセンブリ、又は二次電池。
実施形態１１１：電極アセンブリが、非水性液体電解質、ゲル電解質、固体電解質、及びそれらの組み合わせからなる群から選択される電解質を含む、先行実施形態のいずれか１つに記載の電極アセンブリ又は二次電池。
実施形態１１２：電極アセンブリが、液体電解質を含む、先行実施形態のいずれか１つに記載の電極アセンブリ又は二次電池。
実施形態１１３：電極アセンブリが、水性液体電解質を含む、先行実施形態のいずれか１つに記載の電極アセンブリ又は二次電池。
実施形態１１４：電極アセンブリが、非水性液体電解質を含む、先行実施形態のいずれか１つに記載の電極アセンブリ又は二次電池。
実施形態１１５：電極アセンブリが、ゲル電解質を含む、先行実施形態のいずれか１つに記載の電極アセンブリ又は二次電池。
実施形態１１６：電気絶縁セパレータが、固体電解質を含む、先行実施形態のいずれか１つに記載の電極アセンブリ又は二次電池。
実施形態１１７：電気絶縁セパレータが、固体ポリマー電解質を含む、先行実施形態のいずれか１つに記載の電極アセンブリ又は二次電池。
実施形態１１８：電気絶縁セパレータが、固体無機電解質を含む、先行実施形態のいずれか１つに記載の電極アセンブリ又は二次電池。
実施形態１１９：電気絶縁セパレータが、固体有機電解質を含む、先行実施形態のいずれか１つに記載の電極アセンブリ又は二次電池。
実施形態１２０：電気絶縁セパレータが、セラミック電解質を含む、先行実施形態のいずれか１つに記載の電極アセンブリ又は二次電池。
実施形態１２１：電気絶縁セパレータが、無機電解質を含む、先行実施形態のいずれか１つに記載の電極アセンブリ又は二次電池。
実施形態１２２：電気絶縁セパレータが、セラミックを含む、先行実施形態のいずれか１つに記載の電極アセンブリ又は二次電池。
実施形態１２３：電気絶縁セパレータが、ガーネット材料を含む、先行実施形態のいずれか１つに記載の電極アセンブリ又は二次電池。
実施形態１２４：水性電解質、非水性液体電解質、固体ポリマー電解質、固体セラミック電解質、固体ガラス電解質、固体ガーネット電解質、ゲルポリマー電解質、無機固体電解質、及び溶融型無機電解質からなる群から選択される電解質を含む、先行実施形態のいずれか１つに記載の電極アセンブリ又は二次電池。
実施形態１２５：対向電極構造が、カソード活物質であって、ｄ殻又はｆ殻を有する金属元素を有し、かつ金属元素が、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、及びＡｕから選択されるいずれかである遷移金属酸化物、遷移金属硫化物、及び遷移金属窒化物を含む、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、リチウム遷移金属窒化物、ＬｉＣｏＯ２、ＬｉＮｉ０．５Ｍｎ１．５Ｏ４、Ｌｉ（ＮｉｘＣｏｙＡｌｚ）Ｏ２、ＬｉＦｅＰＯ４、Ｌｉ２ＭｎＯ４、Ｖ２Ｏ５、モリブデン酸硫化物、リン酸塩、ケイ酸塩、バナジウム塩、硫黄、硫黄化合物、酸素（空気）、Ｌｉ（ＮｉｘＭｎｙＣｏｚ）Ｏ２、金属酸化物若しくは金属リン酸塩を含むリチウム含有化合物、リチウム、コバルト、及び酸素を含む化合物（例えば、ＬｉＣｏＯ２）、リチウム、マンガン、及び酸素を含む化合物（例えば、ＬｉＭｎ２Ｏ４）、リチウム鉄及びリン酸塩を含む化合物（例えば、ＬｉＦｅＰＯ）、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、リン酸鉄リチウム、リチウムコバルト酸化物（ＬｉＣｏＯ２）、リチウムニッケル酸化物（ＬｉＮｉＯ２）、１つ以上の遷移金属を有する置換化合物、リチウムマンガン酸化物、Ｌｉ１＋ｘＭｎ２－ｘＯ４（式中、ｘは、０～０．３３である）、ＬｉＭｎＯ３、ＬｉＭｎ２Ｏ３、ＬｉＭｎＯ２、リチウム銅酸化物（Ｌｉ２ＣｕＯ２）、バナジウム酸化物、ＬｉＶ３Ｏ８、ＬｉＦｅ３Ｏ４、Ｖ２Ｏ５、Ｃｕ２Ｖ２Ｏ７、ＬｉＮｉ１－ｘＭｘＯ２の化学式（式中、Ｍ＝Ｃｏ、Ｍｎ、Ａｌ、Ｃｕ、Ｆｅ、Ｍｇ、Ｂ、又はＧａ、及びｘ＝０．０１～０．３）によって表されるＮｉサイト型リチウムニッケル酸化物、ＬｉＭｎ２－ｘＭｘＯ２の化学式（式中、Ｍ＝Ｃｏ、Ｎｉ、Ｆｅ、Ｃｒ、Ｚｎ、又はＴａ、及びｘ＝０．０１～０．１）によって表されるリチウムマンガン複合酸化物、Ｌｉ２Ｍｎ３ＭＯ８（式中、Ｍ＝Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｃｕ、又はＺｎ）、Ｌｉの一部分がアルカリ土類金属イオンで置換されたＬｉＭｎ２Ｏ４、二硫化物化合物、Ｆｅ２（ＭｏＯ４）３、化学式２のオリビン結晶構造を有するリチウム金属リン酸塩：
Ｌｉ１＋ａＦｅ１－ｘＭ’ｘ（ＰＯ４－ｂ）Ｘｂ（式中、Ｍ’は、Ａｌ、Ｍｇ、Ｎｉ、Ｃｏ、Ｍｎ、Ｔｉ、Ｇａ、Ｃｕ、Ｖ、Ｎｂ、Ｚｒ、Ｃｅ、Ｉｎ、Ｚｎ、及びＹから選択される少なくとも１つであり、Ｘは、Ｆ、Ｓ、及びＮから選択される少なくとも１つであり、－０．５≦ａ≦＋０．５、０≦ｘ≦０．５、及び０≦ｂ≦０．１）、ＬｉＦｅＰＯ４、Ｌｉ（Ｆｅ，Ｍｎ）ＰＯ４、Ｌｉ（Ｆｅ，Ｃｏ）ＰＯ４、Ｌｉ（Ｆｅ，Ｎｉ）ＰＯ４、ＬｉＣｏＯ２、ＬｉＮｉＯ２、ＬｉＭｎＯ２、ＬｉＭｎ２Ｏ４、ＬｉＮｉ１－ｙＣｏｙＯ２、ＬｉＣｏ１－ｙＭｎｙＯ２、ＬｉＮｉ１－ｙＭｎｙＯ２（０≦ｙ≦１）、Ｌｉ（ＮｉａＣｏｂＭｎｃ）Ｏ４（０＜ａ＜２、０＜ｂ＜２、０＜ｃ＜２、及びａ＋ｂ＋ｃ＝２）、ＬｉＭｎ２－ｚＮｉｚＯ４、ＬｉＭｎ２－ｚＣｏｚＯ４（０＜ｚ＜２）、ＬｉＣｏＰＯ４及びＬｉＦｅＰＯ４、元素硫黄（Ｓ８）、硫黄系化合物、Ｌｉ２Ｓｎ（ｎ≧１）、有機硫黄化合物、炭素－硫黄ポリマー（（Ｃ２Ｓｘ）ｎ：ｘ＝２．５～５０、ｎ≧２）、リチウム及びジルコニウムの酸化物、リチウムと金属（コバルト、マンガン、ニッケル、又はそれらの組み合わせ）との複合酸化物、ＬｉａＡ１－ｂＭｂＤ２（式中、０．９０≦ａ≦１、及び０≦ｂ≦０．５）、ＬｉａＥ１－ｂＭｂＯ２－ｃＤｃ（式中、０．９０≦ａ≦１、０≦ｂ≦０．５、及び０≦ｃ≦０．０５）、ＬｉＥ２－ｂＭｂＯ４－ｃＤｃ（式中、０≦ｂ≦０．５、及び０≦ｃ≦０．０５）、ＬｉａＮｉ１－ｂ－ｃＣｏｂＭｃＤａ（式中、０．９０≦ａ≦１、０≦ｂ≦０．５、０≦ｃ≦０．０５、及び０＜ａ≦２）、ＬｉａＮｉ１－ｂ－ｃＣｏｂＭｃＯ２－ａＸａ（式中、０．９０≦ａ≦１、０≦ｂ≦０．５、０≦ｃ≦０．０５、及び０＜ａ＜２）、ＬｉａＮｉ１－ｂ－ｃＣｏｂＭｃＯ２－ａＸ２（式中、０．９０≦ａ≦１、０≦ｂ≦０．５、０≦ｃ≦０．０５、及び０＜ａ＜２）、ＬｉａＮｉ１－ｂ－ｃＭｎｂＭｃＤａ（式中、０．９０≦ａ≦１、０≦ｂ≦０．５、０≦ｃ≦０．０５、及び０＜ａ≦２）、ＬｉａＮｉ１－ｂ－ｃＭｎｂＭｃＯ２－ａＸａ（式中、０．９０≦ａ≦１、０≦ｂ≦０．５、０≦ｃ≦０．０５、及び０＜ａ＜２）、ＬｉａＮｉ１－ｂ－ｃＭｎｂＭｃＯ２－ａＸ２（式中、０．９０≦ａ≦１、０≦ｂ≦０．５、０≦ｃ≦０．０５、及び０＜ａ＜２）、ＬｉａＮｉｂＥｃＧｄＯ２（式中、０．９０≦ａ≦１、０≦ｂ≦０．９、０≦ｃ≦０．５、及び０．００１≦ｄ≦０．１）、ＬｉａＮｉｂＣｏｃＭｎｄＧｅＯ２（式中、０．９０≦ａ≦１、０≦ｂ≦０．９、０≦ｃ≦０．５、０≦ｄ≦０．５、及び０．００１≦ｅ≦０．１）、ＬｉａＮｉＧｂＯ２（式中、０．９０≦ａ≦１及び０．００１≦ｂ≦０．１）、ＬｉａＣｏＧｂＯ２（式中、０．９０≦ａ≦１及び０．００１≦ｂ≦０．１）、ＬｉａＭｎＧｂＯ２（式中、０．９０≦ａ≦１及び０．００１≦ｂ≦０．１）、ＬｉａＭｎ２ＧｂＯ４（式中、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）、ＬｉＦｅＰＯ４（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、又はそれらの組み合わせであり、Ｇは、Ａｌ、Ｃｒ、Ｍｎ、Ｆｅ、Ｍｇ、Ｌａ、Ｃｅ、Ｓｒ、Ｖ、又はそれら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、Ｊは、Ｖ、Ｃｒ、Ｍｎ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｃｕ、又はそれらの組み合わせである）、ＬｉＣｏＯ２、ＬｉＭｎｘＯ２ｘ（ｘ＝１又は２）、ＬｉＮｉ１－ｘＭｎｘＯ２ｘ（０＜ｘ＜１）、ＬｉＮｉ１－ｘ－ｙＣｏｘＭｎｙＯ２（０≦ｘ≦０．５、０≦ｙ≦０．５）、ＦｅＰＯ４、リチウム化合物、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、リン酸鉄リチウム、硫化ニッケル、硫化銅、硫黄、酸化鉄、酸化バナジウム、ナトリウム含有材料、化学式ＮａＭ１ ａＯ２（式中、Ｍ１は、少なくとも１つの遷移金属元素であり、０≦ａ＜１）の酸化物、ＮａＦｅＯ２、ＮａＭｎＯ２、ＮａＮｉＯ２、ＮａＣｏＯ２、化学式ＮａＭｎ１－ａＭ１ ａＯ２（式中、Ｍ１は、少なくとも１つの遷移金属元素であり、０≦ａ＜１）によって表される酸化物、Ｎａ［Ｎｉ１／２Ｍｎ１／２］Ｏ２、Ｎａ２／３［Ｆｅ１／２Ｍｎ１／２］Ｏ２、Ｎａ０．４４Ｍｎ１－ａＭ１ ａＯ２（式中、Ｍ１は、少なくとも１つの遷移金属元素であり、０≦ａ＜１）によって表される酸化物、Ｎａ０．７Ｍｎ１－ａＭ１ ａＯ２．０５（式中、Ｍ１は、少なくとも１つの遷移金属元素であり、０≦ａ＜１）によって表される酸化物、ＮａｂＭ２ ｃＳｉ１２Ｏ３０（式中、Ｍ２は、少なくとも１つの遷移金属元素であり、２≦ｂ≦６、及び２≦ｃ≦５）によって表される酸化物、Ｎａ６Ｆｅ２Ｓｉ１２Ｏ３０、Ｎａ２Ｆｅ５Ｓｉ１２Ｏ（式中、Ｍ２は、少なくとも１つの遷移金属元素であり、２≦ｂ≦６、及び２≦ｃ≦５）、ＮａｄＭ３ ｅＳｉ６Ｏ１８（式中、Ｍ３は、少なくとも１つの遷移金属元素であり、３≦ｄ≦６、及び１≦ｅ≦２）、Ｎａ２Ｆｅ２Ｓｉ６Ｏ１８、Ｎａ２ＭｎＦｅＳｉ６Ｏ１８（式中、Ｍ３は、少なくとも１つの遷移金属元素、３≦ｄ≦６、及び１≦ｅ≦２）、ＮａｆＭ４ ｇＳｉ２Ｏ６（式中、Ｍ４は、遷移金属元素、マグネシウム（Ｍｇ）、及びアルミニウム（Ａｌ）から選択される少なくとも１つの元素であり、１≦ｆ≦２及び１≦ｇ≦２）によって表される酸化物、リン酸塩、Ｎａ２ＦｅＳｉＯ６、ＮａＦｅＰＯ４、Ｎａ３Ｆｅ２（ＰＯ４）３、Ｎａ３Ｖ２（ＰＯ４）３、Ｎａ４Ｃｏ３（ＰＯ４）２Ｐ２Ｏ７、ホウ酸塩、ＮａＦｅＢＯ４若しくはＮａ３Ｆｅ２（ＢＯ４）３、フッ化物、ＮａｈＭ５Ｆ６（式中、Ｍ５は、少なくとも１つの遷移金属元素であり、２≦ｈ≦３）、Ｎａ３ＦｅＦ６、Ｎａ２ＭｎＦ６、フルオロリン酸塩、Ｎａ３Ｖ２（ＰＯ４）２Ｆ３、Ｎａ３Ｖ２（ＰＯ４）２ＦＯ２、ＮａＭｎＯ２、Ｎａ［Ｎｉ１／２Ｍｎ１／２］Ｏ２、Ｎａ２／３［Ｆｅ１／２Ｍｎ１／２］Ｏ２、Ｎａ３Ｖ２（ＰＯ４）３、Ｎａ４Ｃｏ３（ＰＯ４）２Ｐ２Ｏ７、Ｎａ３Ｖ２（ＰＯ４）２Ｆ３、及び／又はＮａ３Ｖ２（ＰＯ４）２ＦＯ２、並びに上記の任意の複合酸化物及び／又は他の組み合わせのうちの少なくとも１つを含むカソード活物質を含む、先行実施形態のいずれか１つに記載の電極アセンブリ又は二次電池。
実施形態１２６：対向電極構造が、遷移金属酸化物、遷移金属硫化物、遷移金属窒化物、遷移金属リン酸塩、及び遷移金属窒化物のうちの少なくとも１つを含むカソード活物質を含む、先行実施形態のいずれか１つに記載の方法、電極アセンブリ、又は二次電池。
実施形態１２７：対向電極構造が、リチウムを含有する遷移金属酸化物と、コバルト及びニッケルのうちの少なくとも１つと、を含むカソード活物質を含む、先行実施形態のいずれか１つに記載の方法、電極アセンブリ、又は二次電池。
実施形態１２８：電極構造が、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、か焼炭素、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、銅若しくはステンレス鋼の表面処理材料（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／又はそれらの合金を有する）のうちの少なくとも１つを含むアノード集電体を備える、先行実施形態のいずれか１つに記載の方法、電極アセンブリ、又は二次電池。
実施形態１２９：電極構造が、銅、ニッケル、ステンレス鋼、及びそれらの合金のうちの少なくとも１つを含むアノード集電体を備える、実施形態１２８に記載の電極アセンブリ又は二次電池。
実施形態１３０：対向電極構造が、ステンレス鋼、アルミニウム、ニッケル、チタン、焼成炭素、焼結炭素、アルミニウム又はステンレス鋼の表面処理材料（炭素、ニッケル、チタン、銀、及び／又はそれらの合金を有する）のうちの少なくとも１つを含むカソード集電体を備える、先行実施形態のいずれか１つに記載の方法、電極アセンブリ、又は二次電池。
実施形態１３１：カソード集電体が、ステンレス鋼、アルミニウム、ニッケル、チタン、焼成炭素、焼結炭素、アルミニウム又はステンレス鋼の表面処理材料（炭素、銀、又はそれらの合金を有する）のうちの少なくとも１つを含む、実施形態１３０に記載の電極アセンブリ又は二次電池。
実施形態１３２：ステンレス鋼、チタン、又はガラス繊維複合材料のいずれかを含む、第１及び第２の二次成長制約を有する制約システムを備える、先行実施形態のいずれか１つに記載の電極アセンブリ又は二次電池。
実施形態１３３：ステンレス鋼を含む第１及び第２の二次成長制約を有する制約システムを備える、実施形態１３２に記載の電極アセンブリ又は二次電池。
実施形態１３４．第１及び第２の二次成長制約であって、第１及び第２の二次成長制約の内面及び外面上に絶縁材料のコーティングを含む第１及び第２の二次成長制約を有する制約システムを備える、先行実施形態のいずれか１つに記載の電極アセンブリ又は二次電池。
実施形態１３５．電極アセンブリが、少なくとも５個の電極構造及び少なくとも５個の対向電極構造を備える、先行実施形態のいずれか１つに記載の電極アセンブリ又は二次電池。
実施形態１３６．電極アセンブリが、少なくとも１０個の電極構造及び少なくとも１０個の対向電極構造を備える、先行実施形態のいずれか１つに記載の電極アセンブリ又は二次電池。
実施形態１３７．電極アセンブリが、少なくとも５０個の電極構造及び少なくとも５０個の対向電極構造を備える、先行実施形態のいずれか１つに記載の電極アセンブリ又は二次電池。
実施形態１３８．電極アセンブリが、少なくとも１００個の電極構造及び少なくとも１００個の対向電極構造を備える、先行実施形態のいずれか１つに記載の電極アセンブリ又は二次電池。
実施形態１３９．電極アセンブリが、少なくとも５００個の電極構造及び少なくとも５００個の対向電極構造を備える、先行実施形態のいずれか１つに記載の電極アセンブリ又は二次電池。
実施形態１４０．対向電極構造が、アルミニウムを含む対向電極集電体を備える、先行実施形態のいずれか１つに記載の方法、電極アセンブリ、又は二次電池。
実施形態１４１：実施形態２～４及び１６～１４０のいずれか１つに記載の制約システム又は二次電池を備える電極アセンブリを製造する方法であって、
（１）積層方向に連続して積層された単位セルの群を積層することであって、（ｉ）各単位セルが、電極構造と、対向電極構造と、電極構造と対向電極構造との間の電気絶縁セパレータと、を備え、（ｉｉ）各単位セル内の電極構造、対向電極構造、及び電気絶縁セパレータが、垂直方向に分離された反対側にある上側端面及び下側端面を有し、（ｉｉｉ）垂直方向が、積層方向に直交する、積層することと、
（２）制約システムによって画定される体積内に単位セルの群を閉囲することであって、制約システムが、（ｉ）縦方向に分離された第１及び第２の一次成長制約と、（ｉｉ）垂直方向に分離され、かつ第１及び第２の一次成長制約を接続する第１及び第２の二次成長制約と、を備え、（ｉｉｉ）第１の二次成長制約が、単位セル群のサブセットの電極構造又は対向電極構造の上側端面に更に接続され、（ｉｖ）第２の二次成長制約が、単位セル群のサブセットの電極構造又は対向電極構造の下側端面に更に接続され、（ｖ）第１又は第２の二次成長制約が、第１又は第２の二次成長制約の垂直厚さを貫く複数の開口部を備える、閉囲することと、
（３）複数の開口部内に多孔質電気絶縁材料を提供することであって、多孔質電気絶縁材料が、開口部を通るキャリアイオンのための経路を提供することと、を含む、方法。
実施形態１４２：多孔質電気絶縁材料が、溶媒中の粒子材料及びバインダ材料を含むスラリ又はペーストで複数の開口部を充填し、かつ溶媒を蒸発させて、複数の開口部内のバインダ材料中に粒子材料を分散させたままにすることによって提供される、実施形態１４１に記載の製造方法。
実施形態１４３：バインダ材料が、溶媒に可溶性であり、溶媒が、ガスの流れによって溶媒を加熱及び／又は乾燥させることによって蒸発する、実施形態１４１又は１４２に記載の製造方法。
実施形態１４４：溶媒が、Ｎ－メチル－２－ピロリドン（ＮＭＰ）、ヘプタン、オクタン、トルエン、キシレン、又は混合炭化水素溶媒のいずれかを含む、実施形態１４１～１４３のいずれか１つに記載の製造方法。
実施形態１４５：スラリ及び／又はペーストが、少なくとも５０重量％の粒子材料を含む、実施形態１４１～１４４のいずれか１つに記載の製造方法。
実施形態１４６：スラリ及び／又はペーストが、少なくとも５５重量％の粒子材料を含む、実施形態１４１～１４５のいずれか１つに記載の製造方法。
実施形態１４７：スラリ及び／又はペーストが、少なくとも６０重量％の粒子材料を含む、実施形態１４１～１４６のいずれか１つに記載の製造方法。
実施形態１４８：スラリ及び／又はペーストが、少なくとも６５重量％の粒子材料を含む、実施形態１４１～１４７のいずれか１つに記載の製造方法。
実施形態１４９：スラリ及び／又はペーストが、少なくとも７０重量％の粒子材料を含む、実施形態１４１～１４８のいずれか１つに記載の製造方法。
実施形態１５０：スラリ及び／又はペーストが、少なくとも７５重量％の粒子材料を含む、実施形態１４１～１４９のいずれか１つに記載の製造方法。
実施形態１５１：スラリ及び／又はペーストが、少なくとも８０重量％の粒子材料を含む、実施形態１４１～１５０のいずれか１つに記載の製造方法。
実施形態１５２：スラリ及び／又はペーストが、９０重量％以下の粒子材料を含む、実施形態１４１～１５１のいずれか１つに記載の製造方法。
実施形態１５３：スラリ及び／又はペーストが、８５重量％以下の粒子材料を含む、実施形態１４１～１５２のいずれか１つに記載の製造方法。
実施形態１５４：スラリ及び／又はペーストが、８０重量％以下の粒子材料を含む、実施形態１４１～１５３のいずれか１つに記載の製造方法。
実施形態１５５：スラリ及び／又はペーストが、７５重量％以下の粒子材料を含む、実施形態１４１～１５４のいずれか１つに記載の製造方法。
実施形態１５６：
垂直方向に分離された第１及び第２の二次成長制約を電極構造の構成単位の電極集電体に接続することを更に含み、第１及び第２の二次成長制約が、第１及び第２の二次成長制約のそれぞれの垂直厚さを貫いて形成された開口部を備え、二次成長制約システムが、電極アセンブリのサイクリング時に、垂直方向で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、実施形態１４１～１５５のいずれか１つに記載の製造方法。
実施形態１５７：
（１）キャリアイオン源を含む補助電極を制約システムによって閉囲された体制の外側に位置付けることと、
（２）補助電極と単位セル群の構成単位の電極構造又は対向電極構造との間にバイアス電圧を印加して、第１及び第２の二次成長制約における開口部を通して、及び開口部内の多孔質電気絶縁材料を通して、単位セル群の構成単位に至るキャリアイオンの流れを提供することと、を含む、実施形態１４１～１５６のいずれか１つに記載の製造方法。
実施形態１５８：実施形態１及び５～１５のいずれか１つに記載の二次電池の初期又は後続の充電サイクル中に、キャリアイオン源を含む補助電極から電極アセンブリにキャリアイオンを移送する方法を実行することを含む、実施形態１４１～１５７のいずれか１つに記載の製造方法。
実施形態１５９：多孔質電気絶縁材料が、２０％～６０％の範囲の多孔率を有する、実施形態１～１６及び２９～１５８のいずれか１つに記載の方法、電極アセンブリ、又は二次電池。
参照による援用
本明細書で言及される全ての刊行物及び特許は、各個々の刊行物又は特許が、参照により組み込まれることが具体的かつ個々に示されているかのように、あらゆる目的で、参照によりそれらの全体が本明細書に組み込まれる。矛盾する場合、本明細書におけるあらゆる定義を含む本出願が優先する。
均等物
特定の実施形態が論じられているが、上記の明細書は、例示的であり、限定的ではない。多くの変形例が、本明細書の検討時に当業者に明らかになるであろう。本発明の全範囲は、特許請求の範囲をそれらの均等物の全範囲とともに、及び本明細書をそのような変形例とともに参照することによって決定されるべきである。
別途示されない限り、本明細書及び特許請求の範囲で使用される原料の量、反応条件などを表す全ての数は、全ての事例において「約」という用語によって修飾されているものとして理解されるべきである。したがって、別途逆の意味が示されない限り、この明細書及び添付の特許請求の範囲に記載の数値パラメータは、得ることが求められる所望の特性に応じて変動し得る近似値である。

Claims (30)

  1. キャリアイオン源を含む補助電極から制約システムを介して電極アセンブリにキャリアイオンを移送するための方法であって、
    前記電極アセンブリが、積層方向に連続して積層された単位セルの群を備え、（ｉ）各単位セルが、電極構造と、対向電極構造と、前記電極構造と対向電極構造との間の電気絶縁セパレータと、を備え、（ｉｉ）各単位セル内の前記電極構造、対向電極構造、及び電気絶縁セパレータが、垂直方向に分離された反対側にある上側端面及び下側端面を有し、（ｉｉｉ）前記垂直方向が、前記積層方向に直交し、
    前記電極アセンブリが、前記制約システムによって画定される体積内に閉囲され、前記制約システムが、（ｉ）前記積層方向に分離された第１及び第２の一次成長制約と、（ｉｉ）前記垂直方向に分離され、かつ前記第１及び第２の一次成長制約を接続する第１及び第２の二次成長制約と、を備え、（ｉｉｉ）前記第１の二次成長制約が、前記単位セル群の構成単位のサブセットの前記電極構造又は対向電極構造の前記上側端面に更に接続され、（ｉｖ）前記第２の二次成長制約が、前記単位セル群の構成単位のサブセットの前記電極構造又は対向電極構造の前記下側端面に更に接続され、（ｖ）前記第１又は第２の二次成長制約が、前記第１又は第２の二次成長制約の垂直厚さを貫く複数の開口部と、前記複数の開口部内に配設された多孔質電気絶縁材料とを、備え、前記多孔質電気絶縁材料が、前記開口部を通るキャリアイオンのための経路を提供し、前記多孔質電気絶縁材料が、２０％～６０％の範囲の多孔率を有し、
    前記補助電極が、前記制約システムによって閉囲された前記体積の外側に位置し、
    前記方法が、前記補助電極から前記開口部内の前記多孔質電気絶縁材料を介して前記単位セル群の構成単位にキャリアイオンを移送することを含む、方法。
  2. 二次電池のための制約システムを備える電極アセンブリであって、前記電極アセンブリが、
    積層方向に連続して積層された単位セルの群を備え、（ｉ）各単位セルが、電極構造と、対向電極構造と、前記電極構造と対向電極構造との間の電気絶縁セパレータと、を備え、（ｉｉ）各単位セル内の前記電極構造、対向電極構造、及び電気絶縁セパレータが、垂直方向に分離された反対側にある上側端面及び下側端面を有し、（ｉｉｉ）前記垂直方向が、前記積層方向に直交し、
    前記電極アセンブリが、前記制約システムによって画定される体積内に閉囲され、前記制約システムが、（ｉ）縦方向に分離された第１及び第２の一次成長制約と、（ｉｉ）前記垂直方向に分離され、かつ前記第１及び第２の一次成長制約を接続する第１及び第２の二次成長制約と、を備え、（ｉｉｉ）前記第１の二次成長制約が、前記単位セル群のサブセットの前記電極構造又は対向電極構造の前記上側端面に更に接続され、（ｉｖ）前記第２の二次成長制約が、前記単位セル群のサブセットの前記電極構造又は対向電極構造の前記下側端面に更に接続され、（ｖ）前記第１又は第２の二次成長制約が、前記第１又は第２の二次成長制約の垂直厚さを貫く複数の開口部と、前記複数の開口部内に配設された多孔質電気絶縁材料と、を備え、前記多孔質電気絶縁材料が、前記開口部を通るキャリアイオンのための経路を提供し、前記電気絶縁材料が、２０％～６０％の範囲の多孔率を有する、電極アセンブリ。
  3. 請求項２に記載の電極アセンブリを備える、二次電池。
  4. 前記第１及び第２の二次成長制約の両方が、前記複数の開口部を備える、請求項１～３のいずれか一項に記載の方法、電極アセンブリ、又は二次電池。
  5. 前記第１又は第２の二次成長制約内の開口部上に前記補助電極を位置合わせすることと、０ｐｓｉ超～２０ｐｓｉ以下の範囲の圧力を印加して、前記補助電極及び前記第１又は第２の二次成長制約を互いに押圧することと、を含む、請求項１及び４のいずれか一項に記載の方法。
  6. ５ｐｓｉ超～２０ｐｓｉ以下の範囲の圧力を印加して、前記補助電極及び前記第１又は第２の二次成長制約を互いに押圧することを含む、請求項１及び４～５のいずれか一項に記載の方法。
  7. 前記圧力を印加して、前記開口部内に配設された多孔質電気絶縁材料に前記補助電極を接触させる、請求項１及び４～６のいずれか一項に記載の方法。
  8. キャリアイオンを移送して、所定の対向電極構造端部の放電電圧Ｖｃｅｓ ｅｏｄと、所定の電極構造端部の放電電圧Ｖｅｓ，ｅｏｄと、を達成及び／又は復元する、請求項１及び４～７のいずれか一項に記載の方法。
  9. 前記キャリアイオンを移送して、ＳＥＩの形成において失われたキャリアイオンを補充する、請求項１及び４～８のいずれか一項に記載の方法。
  10. 前記電極アセンブリの初期又は後続の充電サイクル中に、前記キャリアイオンを移送して、キャリアイオンの損失を補償する、請求項１及び４～９のいずれか一項に記載の方法。
  11. 前記方法が、（ｉ）初期又は後続の充電サイクル中に、前記単位セル群において対向電極構造から電極構造にキャリアイオンを移送して、前記電極アセンブリを少なくとも部分的に充電することと、（ｉｉ）前記多孔質電気絶縁材料を通して、前記補助電極から対向電極構造及び／又は電極構造にキャリアイオンを移送することであって、前記補助電極が、前記セパレータを通して、前記単位セル群の構成単位の前記対向電極構造及び／又は電極構造に電解的に結合して、前記電極アセンブリに、前記所定の対向電極構造端部の放電電圧Ｖｃｏｓ，ｅｏｄと、前記所定の電極構造端部の放電電圧Ｖｅｓ，ｅｏｄと、を提供する、移送することと、を含む、請求項１及び４～１０のいずれか一項に記載の方法。
  12. 前記方法が、（ｉｉｉ）（ｉｉ）の後、前記単位セル群の構成単位の前記対向電極構造から前記電極構造にキャリアイオンを移送して、前記電極アセンブリを充電することを更に含む、請求項１１に記載の方法。
  13. （ｉｉ）が（ｉ）と同時に行われる、請求項１２に記載の方法。
  14. （ｉｉ）において、前記補助電極と、前記単位セル群の構成単位の前記電極構造又は対向電極構造と、の間にバイアス電圧を印加して、前記多孔質電気絶縁材料を通るキャリアイオンの流れを提供することを含む、実施形態１１～１３のいずれか一項に記載の方法。
  15. 前記単位セル群の前記構成単位の前記電極構造が、電極活物質層及び電極集電体層を備え、前記単位セル群の前記構成単位の前記対向電極構造が、対向電極活物質層及び対向電極集電体層を備える、先行請求項のいずれか一項に記載の方法、電極アセンブリ、又は二次電池。
  16. 前記多孔質電気絶縁材料が、少なくとも２５％、少なくとも３０％、少なくとも３５％、少なくとも４０％、少なくとも４５％、少なくとも５０％、又は少なくとも５５％の多孔率を含む、先行請求項のいずれか一項に記載の方法、電極アセンブリ、又は二次電池。
  17. 前記多孔質電気絶縁材料が、５５％以下、５０％以下、４５％以下、４０％以下、又は３５％以下の多孔率を含む、先行請求項のいずれか一項に記載の方法、電極アセンブリ、又は二次電池。
  18. 前記電気絶縁セパレータが、微多孔性であり、前記多孔質電気絶縁材料の前記多孔率と前記電気絶縁セパレータの多孔率との比が１：０．７５～１：１．５の範囲にある、先行請求項のいずれか一項に記載の方法、電極アセンブリ、又は二次電池。
  19. 前記多孔質電気絶縁材料が、バインダ材料中に分散した粒子材料を含む、先行請求項のいずれか１つに記載の方法、電極アセンブリ、又は二次電池。
  20. 前記バインダ材料が、ポリフッ化ビニリデン（ＰＶＤＦ）、ポリエチレン、ポリプロピレン、エチレンアクリル酸（ＥＡＡ）、エチレンメタクリル酸（ＥＭＡＡ）、及びそれらの共重合体からなる群のいずれかから選択されるポリマー材料を含む、請求項１９に記載の方法、電極アセンブリ、又は二次電池。
  21. 前記電極アセンブリが、仮想の三次元デカルト座標系のｘ軸、ｙ軸、及びｚ軸にそれぞれ対応する相互に垂直な横方向軸、縦方向軸、及び垂直軸であって、第１の縦方向端面及び第２の縦方向端面が、前記縦方向に互いに分離されている、横方向軸、縦方向軸、及び垂直軸と、電極アセンブリの縦方向軸ＡＥＡを取り囲み、かつ前記第１及び第２の縦方向端面を接続するラテラル面であって、前記ラテラル面が、前記縦方向軸の両側に反対側にある第１及び第２の領域を有し、かつ前記縦方向軸に直交する第１の方向に分離されており、前記電極アセンブリが、前記縦方向に測定される最大幅ＷＥＡと、前記ラテラル面によって境界が定められ、かつ前記横方向に測定される最大長さＬＥＡと、前記ラテラル面によって境界が定められ、かつ前記垂直方向に測定される最大高さＨＥＡと、を有する、ラテラル面と、を有し、更に、
    前記単位セル群の構成単位の各電極構造が、前記電極構造の第１及び第２の反対側にある横方向端面間の前記横方向に測定される長さＬＥと、前記電極構造の第１及び第２の反対側にある垂直端面間の前記垂直方向に測定される高さＨＥと、前記電極構造の第１及び第２の反対側にある表面間の前記縦方向に測定される幅ＷＥと、を含み、前記単位セル群の構成単位の各対向電極構造が、前記対向電極構造の第１及び第２の反対側にある横方向端面間の前記横方向に測定される長さＬＣＥと、前記対向電極構造の第１及び第２の反対側にある垂直端面間の前記垂直方向に測定される高さＨＣＥと、前記対向電極構造の第１及び第２の反対側にある表面間の前記縦方向に測定される幅ＷＣＥと、を含み、
    前記単位セル群の構成単位の電極構造について、ＬＥとＷＥ及びＨＥの各々との比が、それぞれ、少なくとも５：１であり、ＨＥとＷＥとの比が、約２：１～約１００：１の範囲にあり、前記単位セル群の構成単位の対向電極構造について、ＬＣＥとＷＣＥ及びＨＣＥの各々との比が、それぞれ、少なくとも５：１であり、ＨＣＥとＷＣＥとの比が、約２：１～約１００：１の範囲にある、先行請求項のいずれか一項に記載の方法、電極アセンブリ、又は二次電池。
  22. 前記多孔質電気絶縁材料が、前記単位セル群の構成単位の前記対向電極構造の少なくとも５０％延在する、請求項２１に記載の方法、電極アセンブリ、又は二次電池。
  23. 前記制約システムが、前記第１及び第２の一次成長制約と少なくとも１つの一次接続部材とを備える一次成長制約システムを備え、前記第１及び第２の一次成長制約が、前記積層方向に互いに分離されており、前記少なくとも１つの一次接続部材が、前記第１及び第２の一次成長制約を接続しており、前記一次成長制約システムが、前記積層方向での前記電極アセンブリの成長を抑制する、先行請求項のいずれか一項に記載の方法、電極アセンブリ、又は二次電池。
  24. 前記制約システムが、前記垂直方向に分離され、かつ前記電極構造の群の構成単位の電極集電体に接続された前記第１及び第２の二次成長制約を備える二次成長制約システムを備え、前記二次成長制約システムが、前記電極アセンブリのサイクリング時に、前記垂直方向での前記電極アセンブリの成長を少なくとも部分的に抑制する、先行請求項のいずれか一項に記載の方法、電極アセンブリ、又は二次電池。
  25. （ｉ）前記電極構造が、アノード構造であり、前記対向電極構造が、カソード構造であるか、又は（ｉｉ）前記電極構造が、カソード構造であり、前記対向電極構造が、アノード構造である、先行請求項のいずれか一項に記載の電極アセンブリ又は二次電池。
  26. 請求項２～４及び１５～２５のいずれか一項に記載の制約システム又は二次電池を備える電極アセンブリを製造する方法であって、
    （１）前記積層方向に連続して積層された前記単位セルの群を積層することであって、（ｉ）各単位セルが、前記電極構造と、前記対向電極構造と、前記電極構造と対向電極構造との間の前記電気絶縁セパレータと、を備え、（ｉｉ）各単位セル内の前記電極構造、対向電極構造、及び電気絶縁セパレータが、垂直方向に分離された反対側にある上側端面及び下側端面を有し、（ｉｉｉ）前記垂直方向が、前記積層方向に直交する、積層することと、
    （２）前記制約システムによって画定される前記体積内に前記単位セルの群を閉囲することであって、前記制約システムが、（ｉ）前記縦方向に分離された第１及び第２の一次成長制約と、（ｉｉ）前記垂直方向に分離され、かつ前記第１及び第２の一次成長制約を接続する第１及び第２の二次成長制約と、を備え、（ｉｉｉ）前記第１の二次成長制約が、前記単位セル群のサブセットの前記電極構造又は対向電極構造の前記上側端面に更に接続され、（ｉｖ）前記第２の二次成長制約が、前記単位セル群の前記サブセットの前記電極構造又は対向電極構造の前記下側端面に更に接続され、（ｖ）前記第１又は第２の二次成長制約が、前記第１又は第２の二次成長制約の垂直厚さを貫く前記複数の開口部を備える、閉囲することと、
    （３）前記複数の開口部内に多孔質電気絶縁材料を提供することであって、前記多孔質電気絶縁材料が、前記開口部を通るキャリアイオンのための前記経路を提供し、前記電気絶縁材料が、２０％～６０％の範囲の前記多孔率を有する、提供することと、を含む、方法。
  27. 前記多孔質電気絶縁材料が、溶媒中の粒子材料及びバインダ材料を含むスラリ又はペーストで前記複数の開口部を充填し、かつ前記溶媒を蒸発させて、前記複数の開口部内の前記バインダ材料中に粒子材料を分散させたままにすることによって提供される、請求項２６に記載の製造方法。
  28. 前記バインダ材料が、前記溶媒に可溶性であり、前記溶媒が、ガスの流れによって前記溶媒を加熱及び／又は乾燥させることによって蒸発する、請求項２６又は２７に記載の製造方法。
  29. 溶媒が、Ｎ－メチル－２－ピロリドン（ＮＭＰ）、ヘプタン、オクタン、トルエン、キシレン、又は混合炭化水素溶媒のいずれかを含む、請求項２６～２８のいずれか一項に記載の製造方法。
  30. 前記垂直方向に分離された第１及び第２の二次成長制約を前記電極構造の構成単位の電極集電体に接続することを更に含み、前記第１及び第２の二次成長制約が、前記第１及び第２の二次成長制約のそれぞれの垂直厚さを貫いて形成された開口部を備え、前記第１及び第２の二次成長制約が、前記電極アセンブリのサイクリング時に、前記垂直方向での前記電極アセンブリの成長を少なくとも部分的に抑制する、請求項２６～２９のいずれか一項に記載の製造方法。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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