JP2024512712A - 電流リミッタを含む電極アセンブリ、そのような電極アセンブリを有する二次電池、及び試験の方法 - Google Patents

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Abstract

摂氏マイナス２０度（℃）～８０℃の通常動作温度の範囲内で充電状態と放電状態との間でサイクリングするための電極アセンブリは、単位セルの群、電流リミッタの群、電極バスバー、及び対向電極バスバーを備える。単位セル群の各構成単位は、電極構造、セパレータ構造、及び対向電極構造を備える。電流リミッタ群の少なくとも１つの構成単位は、単位セルと電極バスバー又は対向電極バスバーとの間に電気的に接続されている。各単位セルについて、電流リミッタ群の少なくとも１つの構成単位が、電極アセンブリが通常動作温度の範囲内にあるときに、単位セルを通る電流を、単位セルの熱暴走を誘発するであろう電流未満である閾値電流Ｉ未満に制限するのに十分な抵抗を有する。

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６３／１６８，４３０号、及び２０２１年６月３０日に出願された米国仮特許出願第６３／２０２，９２２号に対する優先権を主張するものであり、それらの全開示は、参照によりそれらの全体が本明細書に組み込まれる。
本開示の分野は、概して、電池技術などのエネルギー貯蔵技術に関する。より具体的には、本開示の分野は、そのような電極アセンブリを有する電流リミッタ及び二次電池を含む電極アセンブリに関する。
リチウム系二次電池などの二次電池は、その相対的に高いエネルギー密度、電力、及び貯蔵寿命の故に、望ましいエネルギー源となっている。リチウム二次電池の例としては、リチウムイオン電池及びリチウムポリマー電池などの非水性電池が挙げられる。
電池、燃料セル、及び電気化学コンデンサなどの既知のエネルギー貯蔵デバイスは、典型的には、平面又はらせん状に巻かれた（すなわち、ゼリーロール）積層構造などの二次元積層構造を有し、各積層の表面積は、その幾何学的フットプリントにほぼ等しい（多孔率及び表面粗さを無視する）。
図１は、全体が１０で示される、知られている層状タイプの二次電池の断面図を例示している。電池１０は、正極２０と接触している正極集電体１５を含む。負極２５は、セパレータ３０によって正極２０から分離されている。負極２５は、負極集電体３５と接触している。図１に示されるように、電池１０は、積層に形成されている。積層を、負極集電体３５の上方で別のセパレータ層（図示せず）で覆い、次いで、ロールし、缶（図示せず）内に配置して、電池１０を組み立てることがある。充電プロセス中、キャリアイオン（典型的には、リチウム）は、正極２０を離れ、セパレータ３０を通って負極２５内に移動する。使用されるアノード材料に応じて、キャリアイオンは、負極材料と（例えば、合金を形成することなく、負極材料のマトリックスに位置する）インターカレーションするか、又は合金を形成するかのいずれかである。放電プロセス中、キャリアイオンは、負極２５を離れ、セパレータ３０を逆に通って移動し、正極２０内に戻る。
三次元二次電池は、層状二次電池と比較して、増加した容量及び長寿命を提供し得る。三次元電池アーキテクチャ（例えば、互いに噛み合わされた電極アレイ）は、二次元アーキテクチャ（例えば、平坦な薄層及びらせん状の薄層）と比較して、より高い電極表面積、より高いエネルギー及び電力密度、改善された電池容量、及び改善された活物質利用率を提供するために、文献で提案されている。例えば、Ｌｏｎｇ ｅｔ ａｌ．， “Ｔｈｒｅｅ－ｄｉｍｅｎｓｉｏｎａｌ ｂａｔｔｅｒｙ ａｒｃｈｉｔｅｃｔｕｒｅｓ，” Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｒｅｖｉｅｗｓ， ２００４， １０４， ４４６３－４４９２は、提案された三次元電池アーキテクチャにおける最先端の技術を例示するのに役立ち得、したがって、本明細書に非必須の主題として参照により組み込まれる。
二次電池を含むエネルギー貯蔵デバイスは、事故、乱用、極端な条件への曝露などを通じて、望ましくない又は制御されていない様態でエネルギーを放出する可能性がある。二次電池に安全機能を組み込むことで、このリスクを軽減し、乱用耐性を改善することができる。
現在のリチウム系電池の安全性は、様々なメカニズムによって損なわれる可能性があり、その多くは、温度上昇現象を通じて関連している。過充電での、及び高動作温度での電解質分解に起因して、過度の熱及び熱暴走が発生し得る。ＬｉＣｏＯ２などの高電圧カソード材料の場合、酸素発生に起因する熱暴走も発生する可能性がある。いくつかの場合、機械的乱用がまた、活物質同士を短絡させ、それによって、熱暴走をもたらし得る。このことは、電池の過充電、電気的短絡、又は機械的乱用に関連する短絡に起因して生じ得る。電解質又はカソードの分解に関連する化学反応中の熱の急速な放出は、従来の二次元電池での熱暴走のリスクを増加させ得る。
正の温度係数（ＰＴＣ）を有する抵抗を有するポリマー又はセラミック材料などの自己停止デバイスが、従来の二次元電池の安全性を高めるために使用されている。そのような材料は、リセッタブルヒューズ又は自己制御サーモスタットと称されることがある。電池を通る過電流の流れを遮断する開回路を機械的に作成するために溶融する非リセッタブルヒューズ又は犠牲ヒューズを含む他のシステムが提案されている。例えば、Ｐ． Ｇ． Ｂａｌａｋｒｉｓｈｎａｎ， Ｒ． Ｒａｍｅｓｈ， ａｎｄ Ｔ． Ｐｒｅｍ Ｋｕｍａｒ， “Ｓａｆｅｔｙ ｍｅｃｈａｎｉｓｍｓ ｉｎ ｌｉｔｈｉｕｍ－ｉｏｎ ｂａｔｔｅｒｉｅｓ，” Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｐｏｗｅｒ Ｓｏｕｒｃｅｓ， ２００６， １５５， ４０１－４１４の参照は、従来のリチウムイオン電池における安全機構の最新技術を例示するのに役立ち得、したがって、非必須の主題として参照により本明細書に組み込まれる。
少なくともいくつかの知られているリチウム系二次電池では、リセッタブルヒューズ又は非リセッタブルヒューズは、過電流の流れとヒューズのトリップとの間に測定可能な遅延を有する。この遅延は、ヒューズが通常、過電流が電池を通って流れるときに生成される熱によって作動するために、発生する。それゆえ、非リセッタブルヒューズの場合、ヒューズが経験する温度がヒューズを溶断するのに必要とされる温度に達するまで、又はＰＴＣ材料を使用するリセッタブルヒューズの場合、抵抗を、電池を通って流れる電流を制限するのに十分に増加させるまで、過電流は、しばらく電池を通って流れる。いくつかの状況では、過電流の開始とヒューズのトリップとの間の遅延は、熱暴走を防止するためのヒューズの障害をもたらし得る。
更に、非リセッタブルヒューズは、ヒューズがトリップするときに電池の少なくとも一部分を恒久的に切断する。結果として、ヒューズが熱暴走及び壊滅的な障害を防止したとしても、電池は、完全に動作不能になるか、又は限られた容量でしか動作しない。
それゆえ、知られている技術の問題に対処するために、電池の温度とは独立に、電池を通って流れ得る電流を制限するための電流リミッタを含む三次元電池を製造することが望ましいであろう。
一実施形態では、電極アセンブリを組み立てる方法は、積層方向に互いの上に単位セルの群を積層することを含む。単位セル群の各構成単位は、電極構造、セパレータ構造、及び対向電極構造を含み、電極構造が、電極集電体及び電極活物質層を備え、対向電極構造が、対向電極集電体及び対向電極活物質層を備え、電極構造及び対向電極構造が、積層方向に垂直な縦方向に延在し、電極集電体の端部部分が、縦方向に電極活物質及びセパレータ構造を越えて延在する。この方法は、各電極集電体の端部部分を、電極構造の縦方向に直交する方向に曲げて、積層方向に、又は積層方向の反対に延在させることを含む。電極バスバーを、電極バスバーの表面を電極集電体の端部部分に隣接させ、積層方向に延在させて位置付ける。電極バスバーに熱及び圧力を加えて、抵抗性ポリマー材料を含む接着層を介して、電極集電体の端部部分をバスバーに接着させる。
別の実施形態では、充電状態と放電状態との間でサイクリングするための電極アセンブリは、単位セルの群、電極バスバー、対向電極バスバー、及び電流リミッタの群を含む。単位セル群の各構成単位は、電極構造、セパレータ構造、及び対向電極構造を備え、単位セル群の各構成単位の電極構造が、容量Ｃを有し、かつ電極集電体及び電極活物質層を備え、単位セル群の各構成単位の対向電極構造が、対向電極集電体及び対向電極活物質層を備える。単位セル群の各構成単位について、（ａ）電極構造の電極集電体が、電極バスバーに電気的に接続されており、（ｂ）対向電極構造の対向電極集電体が、対向電極バスバーに電気的に接続されており、（ｃ）電流リミッタ群の構成単位が、（ｉ）電極集電体と電極バスバーとの間、又は（ｉｉ）対向電極集電体と対向電極バスバーとの間に電気的に接続されている。単位セル群の各構成単位は、電極集電体と対向電極集電体との間に最高の充電電圧ＶＴＯＣを有し、かつ電極集電体と対向電極集電体との間に非零周波数で決定される単位セル抵抗Ｒｂｌを有する。電流リミッタ群の各構成単位は、単位セル群の１つの構成単位の電極と対向電極との間に電気的短絡がある電極アセンブリの放電中に、電極バスバー又は対向電極バスバーから単位セル群の構成単位に伝導され得る電流の量を、以下の式に従って決定される値Ｉに制限する抵抗Ｒｃｌｄを有する：
Figure 2024512712000002
ＲＳは、乾式強制内部短絡（ＦＩＳＣ）試験を使用して決定される単位セル群の構成単位のハード短絡抵抗であり、Ｒｔは、非零周波数で決定される電極バスバーと対向電極バスバーとの合成抵抗であり、Ｒｃｌｄは、以下となるような非零値を有し、
Ｉｃ＊Ｒｃｌｄ＜０．５ボルト
式中、Ｉｃは、１Ｃレートの電流である。
別の実施形態では、充電状態と放電状態との間でサイクリングするための電極アセンブリは、単位セルの群、電流リミッタの群、電極バスバー、及び対向電極バスバーを含む。単位セル群の各構成単位は、電極構造、セパレータ構造、及び対向電極構造を備え、単位セル群の各構成単位の電極構造が、電極集電体及び電極活物質層を備え、単位セル群の各構成単位の対向電極構造が、対向電極集電体及び対向電極活物質層を備える。単位セル群の各構成単位について、（ａ）電極構造の電極集電体が、電極バスバーに電気的に接続されており、（ｂ）対向電極構造の対向電極集電体が、対向電極バスバーに電気的に接続されており、（ｃ）電流リミッタ群の構成単位が、（ｉ）電極集電体と電極バスバーとの間、又は（ｉｉ）対向電極集電体と対向電極バスバーとの間の電気的接続部に位置する。電流リミッタの群の各構成単位は、導電性接着剤を含み、導電性接着剤が、摂氏２５度（℃）で０．２５オーム（Ω）以上の抵抗を有する。
別の実施形態では、摂氏マイナス２０度（℃）～８０℃の通常動作温度の範囲内で充電状態と放電状態との間でサイクリングするための電極アセンブリであって、電極アセンブリが、単位セルの群、電流リミッタの群、電極バスバー、及び対向電極バスバーを備える。単位セル群の各構成単位は、電極構造、セパレータ構造、及び対向電極構造を備え、単位セル群の各構成単位の電極構造が、電極集電体及び電極活物質層を備え、単位セル群の各構成単位の対向電極構造が、対向電極集電体及び対向電極活物質層を備える。単位セル群の各構成単位について、（ａ）電極構造の電極集電体が、電極バスバーに電気的に接続されており、（ｂ）対向電極構造の対向電極集電体が、対向電極バスバーに電気的に接続されており、（ｃ）電流リミッタ群の少なくとも１つの構成単位が、（ｉ）電極集電体と電極バスバーとの間、又は（ｉｉ）対向電極集電体と対向電極バスバーとの間に電気的に接続されている。各単位セルについて、電流リミッタ群の少なくとも１つの構成単位が、電極アセンブリが通常動作温度の範囲内にあるときに、単位セルを通る電流を、単位セルの熱暴走を誘発するであろう電流未満である閾値電流Ｉ未満に制限するのに十分な抵抗を有する。
上記に言及した態様に関連して注目される特徴の様々な精緻化が存在する。更なる特徴がまた、上記に言及した態様に組み込まれてもよい。これらの精緻化及び追加の特徴は、個々に存在してもよいし、任意の組み合わせで存在してもよい。例えば、例示される実施形態のいずれかに関連して以下で論じられる様々な特徴が、単独で、又は任意の組み合わせで、上述の態様のいずれかに組み込まれてもよい。
既存の層状電池の断面である。 二次電池における充電状態と放電状態との間でサイクリングするための例示的な電極アセンブリの簡略図である。 図２の電極アセンブリの対向電極集電体の端部の簡略図である。 対向電極バスバーに接続された、図３Ａにおける対向電極集電体の端部の図である。 図２の電極アセンブリの電極構造の対の上面図であり、それらの集電体は、電流リミッタを介してバスバーに取り付けられている。 図４Ａの電極構造のうちの１つの側面図であり、その集電体は、電流リミッタを介してバスバーに取り付けられている。 二次電池における充電状態と放電状態との間でサイクリングするための例示的な電極アセンブリの簡略図である。 二次電池における充電状態と放電状態との間でサイクリングするためのまた別の例示的な電極アセンブリの簡略図である。 二次電池における充電状態と放電状態との間でサイクリングするための更に別の例示的な電極アセンブリの簡略図である。 電極アセンブリで使用するためのアノード電極構造の簡略化された等角図である。 電極アセンブリで使用するためのカソード電極構造の簡略化された等角図である。 二次電池の製造の一環で作成された例示的な積層セルの等角図である。 図９に示される積層セルの上面図の一部分である。 梱包ステーションに位置付けられた、図９に示される積層セルの等角図である。 上に電池パッケージが配置された、図１１Ａに示される積層セルの等角図である。 強制内部短絡試験で試験されている電極アセンブリの単位セルの簡略図である。 二次電池における充電状態と放電状態との間でサイクリングするための別の例示的な電極アセンブリの一部分の簡略図である。 電流リミッタを介してバスバーに取り付けられた電極構造の集電体と、バスバーに付けられた界面層とを含む側面図電極構造である。 電流リミッタを介してバスバーに取り付けられた電極構造の集電体と、電極集電体に付けられた界面層とを含む側面図電極構造である。 電流リミッタを介してバスバーに取り付けられた電極構造の集電体と、電流電極集電体に付けられた界面層と、バスバーに付けられた界面層とを含む側面図電極構造である。 集電体中のスロットを使用せずに対向電極バスバーに接続された対向電極集電体の側面図である。 電極構造の集電体が、集電体中のスロットを使用せずに単層として形成された電流リミッタを介してバスバーに取り付けられた電極構造のうちの１つの側面図である。 電極構造の集電体が、集電体中のスロットを使用せずに単層として形成された個別の電流リミッタを介してバスバーに取り付けられた電極構造のうちの１つの側面図である。
対応する参照符号は、図面全体を通して対応する部分を示す。
定義
本明細書で使用される「ａ（１つの）」、「ａｎ（１つの）」、及び「ｔｈｅ（その）」（すなわち、単数形）は、文脈が別途明確に指示しない限り、複数の指示物を指す。例えば、一事例では、「電極」への言及は、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場合、「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、本明細書及び請求項で使用される量（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請求項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。
二次電池の文脈で本明細書で使用される「アノード」は、二次電池の負極を指す。
本明細書で使用される「アノード物質」又は「アノード活性」は、二次電池の負極として使用するのに適した材料を意味する。
二次電池の文脈で本明細書で使用される「カソード」は、二次電池の正極を指す。
本明細書で使用される「カソード物質」又は「カソード活性」は、二次電池の正極として使用するのに適した材料を意味する。
「変換化学活物質」又は「変換化学物質」は、二次電池の充放電サイクル中に化学反応を受ける物質を指す。
本明細書で使用される「対向電極」は、文脈が明示的に別様に示さない限り、電極の反対側の二次電池の負極又は正極（アノード又はカソード）を指す場合がある。
本明細書で使用される「対向電極集電体」は、文脈が明示的に別様に示さない限り、電極の反対側の二次電池の負極又は正極（アノード又はカソード）の集電体を指す場合がある。
充電状態と放電状態との間の二次電池のサイクリング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、放電状態に戻るように放電して、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、充電状態に戻るように充電して、サイクルを完了することを含むことができる。
本明細書で使用される「電気化学的活物質」は、アノード活物質又はカソード活物質を意味する。
本明細書で使用される「電極」は、文脈が明示的に別様に示さない限り、二次電池の負極又は正極（アノード又はカソード）を指す場合がある。
本明細書で使用される「電極集電体」は、文脈が明示的に別様に示さない限り、二次電池の負極又は正極（アノード又はカソード）の集電体を指す場合がある。
本明細書で使用される「電極物質」は、文脈が明示的に別様に示さない限り、アノード物質又はカソード物質を指す場合がある。
本明細書で使用される「電極構造」は、文脈が明示的に別様に示さない限り、電池での使用に適したアノード構造（例えば、負極構造）又はカソード構造（例えば、正極構造）を指す場合がある。
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に類似している。このように、本明細書で開示される主題の要素の説明は、要素の三次元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、開示の主題の三次元態様を参照するときに交換可能であり得る。
本開示の実施形態は、三次元二次電池などの電池と、電池を通って流れ得る電流を制限して、それによって、熱増加を制限し、熱暴走を防止するのに役立ち、電池の安全性を改善するための電流リミッタを含むような電池のための電極アセンブリに関する。
図２は、電池の充電状態と放電状態との間でサイクリングするための例示的な電極アセンブリ２００の簡略図である。電極アセンブリ２００は、電極構造２０２の群、対向電極構造２０４の群、セパレータ構造２０５の群、電流リミッタ２０６の群、電極バスバー２０８、及び対向電極バスバー２１０を含む。例示的な実施形態は、三次元二次電池での使用に好適な電極アセンブリであり、電極構造２０２及び対向電極構造２０４は各々、主にアセンブリの幅Ｗ及び高さＨに沿って延在し、長さ（又は縦）方向Ｌに沿って互いに分離されている。他の実施形態では、電極アセンブリ２００は、層状二次電池での使用のためのものであり得る。
隣接する電極構造２０２と対向電極構造２０４との間に電圧差Ｖが存在し、その隣接する対は、単位セルとみなされ得る。各単位セルは、電極構造２０２及び対向電極構造２０４の構造及び構成によって決定される容量Ｃを有する。例示的な実施形態では、各単位セルは、約４．３５ボルトの電圧差を生成する。他の実施形態では、各単位セルは、約０．５ボルト、約１．０ボルト、約１．５ボルト、約２．０ボルト、約２．５ボルト、約３．０ボルト、約３．５ボルト、約４．０ボルト、４．５ボルト、約５．０ボルト、４～５ボルト、又は任意の他の好適な電圧、の電圧差を有する。充電と放電との間のサイクリング中、電圧は、例えば、約２．５ボルト～約４．３５ボルトに変動し得る。例示的な実施形態では、単位セルの容量Ｃは、約２５ｍＡｈである。他の実施形態では、単位セルの容量Ｃは、約５０ｍＡｈ、５０ｍＡｈ未満、又は任意の他の好適な容量である。いくつかの実施形態では、単位セルの容量Ｃは、最大約５００ｍＡｈであり得る。
例示的な実施形態では、電極構造２０２及び対向電極構造２０４は、概して矩形であり、互いに噛み合わされた構造に配置されている。すなわち、電極構造２０２及び対向電極構造２０４は、反対側の電極バスバー２０８及び対向電極バスバー２１０から延在し、長さ方向Ｌに沿って交互する。他の実施形態では、電極構造２０２及び対向電極構造２０４の他の形状及び配置が使用される。例えば、電極アセンブリ２００（及び電極アセンブリ２００が含まれる電池）は、米国特許第９，１６６，２３０号に記載又は示される形状及び／又は配置のいずれかを有し得、この特許は、参照によりその全体が本明細書に組み込まれる。
電極構造２０２の群の各構成単位は、電極活物質２１２及び電極集電体２１４を含む。電極構造２０２は、電流リミッタ２０６を介して電極バスバー２０８に電気的に並列に接続されている。電極構造２０２は、アノードのもの又はカソードのものであり得るが、例示的な実施形態では、群中の電極構造２０２の全てが、同じタイプ（アノードのもの又はカソードのもの）である。いくつかの他の実施形態では、電極構造２０２は、アノード構造及びカソード構造を含み得る。対向電極構造２０４の群の各構成単位は、対向電極活物質２１６及び対向電極集電体２１８を含む。対向電極構造２０４は、対向電極バスバー２１０に電気的に並列に接続されている。対向電極構造２０４は、例示的な実施形態では、全て同じタイプ（アノードのもの又はカソードのもの）であり、電極構造２０４とは反対のタイプである。いくつかの他の実施形態では、対向電極構造２０２は、アノード構造及びカソード構造を含み得る。２つの電極構造２０２及び２つの対向電極構造２０４のみが図２に示されているが、電極アセンブリ２００は、任意の数の電極構造２０２及び対向電極構造２０４を有してもよい。電極構造２０２及び対向電極構造２０４の群は、一般に、同じ数の構成単位を含むが、いくつかの実施形態では、異なる数の電極構造２０２及び対向電極構造２０４を含んでもよい。例えば、いくつかの実施形態は、同じ電極構造２０２又は対向電極構造で開始及び終了し、１つ以上の電極構造２０２又は対向電極構造をもたらし得る。いくつかの実施形態では、電極構造２０２及び対向電極構造２０４の群は、各々少なくとも２０個の構成単位を含む。いくつかの実施形態は、各々約１０個の構成単位、各々１０～２５個の構成単位、各々２５～２５０個の構成単位、各々２５～１５０個の構成単位、各々５０～１５０個の構成単位、又は各々最大５００個の構成単位を有する電極構造２０２及び対向電極構造２０４の群を含む。いくつかの実施形態では、電極構造２０２又は対向電極構造２０４は、放電されるときに活物質を含まず、対向電極構造２０４又は電極構造２０２のうちの他方のみが、放電されるときに活物質を含む。
カソードタイプの電極構造２０２又は対向電極構造２０４は、カソード集電体である集電体２１４又は２１８を含む。カソード集電体は、アルミニウム、ニッケル、コバルト、チタン、及びタングステン、又はそれらの合金、又はカソード集電体層としての使用に好適な任意の他の材料を含み得る。一般に、カソード集電体は、少なくとも約１０３シーメンス／ｃｍの電気伝導率を有する。例えば、そのような一実施形態では、カソード集電体は、少なくとも約１０４シーメンス／ｃｍの伝導率を有する。更なる例として、そのような一実施形態では、カソード集電体は、少なくとも約１０５シーメンス／ｃｍの伝導率を有する。アノードタイプの電極構造２０２又は対向電極構造２０４は、アノード集電体である集電体２１４又は２１８を含む。アノード集電体は、銅、炭素、ニッケル、ステンレス鋼、コバルト、チタン、及びタングステン、並びにそれらの合金などの導電性材料、又はアノード集電体層として好適な任意の他の材料を含み得る。
カソードタイプの電極構造２０２又は対向電極構造２０４は、カソード活物質である活物質２１２又は２１６を含む。カソード活物質は、インターカレーション型化学活物質、変換化学活物質、又はそれらの組み合わせであり得る。
本開示で有用な例示的な変換化学材料としては、Ｓ（又はリチウム化状態のＬｉ２Ｓ）、ＬｉＦ、Ｆｅ、Ｃｕ、Ｎｉ、ＦｅＦ２、ＦｅＯｄＦ３．２ｄ、ＦｅＦ３、ＣｏＦ３、ＣｏＦ２、ＣｕＦ２、及びＮｉＦ２など（式中、０≦ｄ≦０．５）が挙げられるがこれらに限定されない。
例示的なカソード活物質はまた、広範なインターカレーション型カソード活物質のうちのいずれかを含む。例えば、リチウムイオン電池の場合、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から選択されるカソード活物質を含み得、リチウム遷移金属窒化物が選択的に使用され得る。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シェル又はｆシェル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的例は、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。
一般に、カソード活物質は、電極構造２０２又は対向電極構造２０４のいずれがカソードタイプ構造であっても、少なくとも約２０ｕｍの厚さを有する。例えば、一実施形態では、カソード活物質層は、少なくとも約４０ｕｍの厚さを有する。更なる例として、そのような一実施形態では、カソード活物質は、少なくとも約６０ｕｍの厚さを有する。更なる例として、そのような一実施形態では、カソード活物質は、少なくとも約１００ｕｍの厚さを有する。しかしながら、典型的には、カソード活物質は、約９０ｕｍ未満、又は更には約７０ｕｍ未満の厚さを有する。
アノードタイプの電極構造２０２又は対向電極構造２０４は、アノード活物質である活物質２１２又は２１６を含む。一般に、アノード活物質は、以下からなる群から選択され得る：（ａ）ケイ素（Ｓｉ）、ゲルマニウム（Ｇｅ）、スズ（Ｓｎ）、鉛（Ｐｂ）、アンチモン（Ｓｂ）、ビスマス（Ｂｉ）、亜鉛（Ｚｎ）、アルミニウム（Ａｌ）、チタン（Ｔｉ）、ニッケル（Ｎｉ）、コバルト（Ｃｏ）、及びカドミウム（Ｃｄ）と、（ｂ）Ｓｉ、Ｇｅ、Ｓｎ、Ｐｂ、Ｓｂ、Ｂｉ、Ｚｎ、Ａｌ、Ｔｉ、Ｎｉ、Ｃｏ、又はＣｄと他の元素との合金又は金属間化合物と、（ｃ）Ｓｉ、Ｇｅ、Ｓｎ、Ｐｂ、Ｓｂ、Ｂｉ、Ｚｎ、Ａｌ、Ｔｉ、Ｆｅ、Ｎｉ、Ｃｏ、Ｖ、又はＣｄの酸化物、炭化物、窒化物、硫化物、リン化物、セレン化物、及びテルル化物、並びにそれらの混合物、複合物、又はリチウム含有複合物と、（ｄ）Ｓｎの塩及び水酸化物と、（ｅ）チタン酸リチウム、マンガン酸リチウム、アルミニウム酸リチウム、リチウム含有酸化チタン、リチウム遷移金属酸化物、ＺｎＣｏ２Ｏ４と、（ｆ）グラファイト及びカーボンの粒子と、（ｇ）リチウム金属と、（ｈ）それらの組み合わせ。
例示的なアノード活物質としては、グラファイト及び軟質若しくは硬質カーボン、又はグラフェン（例えば、単層若しくは多層カーボンナノチューブ）などのカーボン材料、又は金属、半金属、合金、酸化物、窒化物、及びリチウムをインターカレートさせることができるか又はリチウムと合金を形成することができる化合物の範囲のいずれかが挙げられる。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、ボロン、ガリウム、ケイ素、Ｓｉ／Ｃ複合材料、Ｓｉ／グラファイトブレンド、酸化ケイ素（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、カーボン、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。１つの例示的な実施形態では、アノード活物質は、アルミニウム、スズ、若しくはケイ素、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を含む。別の例示的な実施形態では、アノード活物質は、ケイ素、又はその合金若しくは酸化物を含む。
一実施形態では、アノード活物質は、リチウムイオン（又は他のキャリアイオン）が充放電プロセス中に負極活物質に取り込まれるか、又は負極活物質から離れるときに、体積の膨張及び収縮に対応するための有意な空隙体積分率を提供するように微細構造化される。一般に、アノード活物質層（の各々）の空間体積率は、少なくとも０．１である。しかしながら、典型的には、アノード活物質層（の各々）の空間体積率は、０．８以下である。例えば、一実施形態では、アノード活物質層（の各々）の空間体積率は、約０．１５～約０．７５である。更なる例として、一実施形態では、アノード活物質層（の各々）の空間体積率は、約０．２～約０．７である。更なる例として、一実施形態では、アノード活物質層（の各々）の空間体積率は、約０．２５～約０．６である。
微細構造化アノード活物質の組成及びその形成方法に応じて、微細構造化アノード活物質は、マクロ多孔質、マイクロ多孔質、若しくはメソ多孔質材料層、又はそれらの組み合わせ、例えば、マイクロ多孔質及びメソ多孔質との組み合わせ、又はメソ多孔質とマクロ多孔質との組み合わせを含み得る。マイクロ多孔質材料は、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「スポンジ状」で不規則な外観、滑らかでない壁、及び分岐した細孔によって一般的に特徴付けられる細孔形態を特徴とする。メソ多孔質材料は、典型的には、１０～５０ｎｍの細孔寸法、１０～５０ｎｍの壁寸法、１～１００マイクロメートルの細孔深度、及び幾分よく画定された分岐細孔又は樹状細孔によって一般的に特徴付けられる細孔形態を特徴とする。マクロ多孔質材料は、典型的には、５０ｎｍを超える細孔寸法、５０ｎｍを超える壁寸法、１～５００マイクロメートルの細孔深さ、及び様々な、直線状、分岐状、又は樹枝状、及び滑らか若しくは粗い壁であり得る細孔形態を特徴とする。更に、空隙体積は、開放若しくは閉鎖空隙、又はそれらの組み合わせを含み得る。一実施形態では、空隙体積は、開放空隙を含み、すなわち、アノード活物質は、リチウムイオン（又は他のキャリアイオン）がアノード活物質に入る、又はアノード活物質から離れることができる負極活物質のラテラル面に開口部を有する空隙を含み、例えば、リチウムイオンは、カソード活物質を離れた後、空隙開口部を通ってアノード活物質に入り得る。別の実施形態では、空隙体積は、閉鎖空隙を含み、すなわち、アノード活物質は、アノード活物質によって封入される空隙を含む。一般に、開放空隙は、キャリアイオンにより大きな界面表面積を提供することができるが、閉鎖空隙は、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、各々がキャリアイオンの進入時にアノード活物質の膨張のための余地を提供する。したがって、ある特定の実施形態では、アノード活物質は、開放空隙及び閉鎖空隙の組み合わせを含むことが好ましい。
一実施形態では、アノード活物質は、多孔質アルミニウム、スズ若しくはケイ素、又はその合金、酸化物、若しくは窒化物を含む。多孔質ケイ素層は、例えば、アノード酸化によって、エッチングによって（例えば、金、白金、銀、若しくは金／パラジウムなどの貴金属を単結晶ケイ素の表面に蒸着させ、表面をフッ化水素酸及び過酸化水素の混合物で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該技術分野で既知の他の方法によって形成され得る。更に、多孔質アノード活物質は、概して少なくとも約０．１、しかし０．８未満の多孔率を有し、約１～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、アノード活物質は、多孔質ケイ素を含み、約５～約１００マイクロメートルの厚さを有し、約０．１５～約０．７５の多孔率を有する。更なる例として、一実施形態では、アノード活物質は、多孔質ケイ素を含み、約１０～約８０マイクロメートルの厚さを有し、約０．１５～約０．７の多孔率を有する。更なる例として、そのような一実施形態では、アノード活物質は、多孔質ケイ素を含み、約２０～約５０マイクロメートルの厚さを有し、約０．２５～約０．６の多孔率を有する。更なる例として、一実施形態では、アノード活物質は、多孔質ケイ素合金（例えば、ケイ化ニッケル）を含み、約５～約１００マイクロメートルの厚さを有し、約０．１５～約０．７５の多孔率を有する。
別の実施形態では、アノード活物質は、アルミニウム、スズ若しくはケイ素の繊維、又はスズ若しくはケイ素の合金を含む。個々の繊維は、約５ｎｍ～約１０，０００ｎｍの直径（厚さ寸法）、及び概してアノード活物質の厚さに対応する長さを有し得る。ケイ素の繊維（ナノワイヤ）は、例えば、化学蒸着又は蒸気液体固体（ＶＬＳ）成長及び固体液体固体（ＳＬＳ）成長などの当技術分野で知られている他の技法によって形成され得る。更に、アノード活物質は、概して少なくとも約０．１、しかし０．８未満の多孔率を有し、約１～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、アノード活物質は、ケイ素ナノワイヤを含み、約５～約１００マイクロメートルの厚さを有し、約０．１５～約０．７５の多孔率を有する。更なる例として、一実施形態では、アノード活物質は、ケイ素ナノワイヤを含み、約１０～約８０マイクロメートルの厚さを有し、約０．１５～約０．７の多孔率を有する。更なる例として、そのような一実施形態では、アノード活物質は、ケイ素ナノワイヤを含み、約２０～約５０マイクロメートルの厚さを有し、約０．２５～約０．６の多孔率を有する。更なる例として、一実施形態では、アノード活物質は、ケイ素合金（ケイ化ニッケルなど）のナノワイヤを含み、約５～約１００マイクロメートルの厚さを有し、約０．１５～約０．７５の多孔率を有する。
また他の実施形態では、アノード負極（すなわち、電極又は対向電極）は、安定化リチウム金属粒子、例えば、炭酸リチウム安定化リチウム金属粉末、ケイ酸リチウム安定化リチウム金属粉末、又は安定化リチウム金属粉末若しくはインクの他の供給源からなる群から選択される粒子状リチウム材料でコーティングされている。粒子状リチウム材料は、約０．０５～５ｍｇ／ｃｍ２、例えば、約０．１～４ｍｇ／ｃｍ２、又は更には約０．５～３ｍｇ／ｃｍ２の装填量で、リチウム粒子状材料を負極活物質層上に噴霧、装填、又は別様に配設することによって、負極活物質層上に付けられ得る。リチウム粒子状材料の平均粒径（Ｄ５０）は、５～２００μｍ、例えば、約１０～１００μｍ、２０～８０μｍ、又は更には約３０～５０μｍであり得る。平均粒径（Ｄ５０）は、累積体積ベースの粒径分布曲線における５０％に対応する粒径として画定され得る。平均粒径（Ｄ５０）は、例えば、レーザ回折法を使用して測定され得る。
アノードタイプの電極構造２０２又は対向電極構造２０４は、アノード集電体である集電体２１４又は２１８を含む。一般に、アノード集電体は、少なくとも約１０３シーメンス／ｃｍの電気伝導率を有する。例えば、そのような一実施形態では、アノード集電体は、少なくとも約１０４シーメンス／ｃｍの伝導率を有する。更なる例として、そのような一実施形態では、アノード集電体は、少なくとも約１０５シーメンス／ｃｍの伝導率を有する。アノード集電体として使用するのに好適な例示的な電気伝導性材料としては、銅、ニッケル、コバルト、チタン、及びタングステンなどの金属、並びにそれらの合金が挙げられる。
一実施形態では、アノード集電体、すなわち、いずれがアノードタイプであるにせよ、電極集電体２１４又は対向電極集電体２１８は、その関連付けられた電極活物質２１２又は対向電極活物質２１６の電気伝導率よりも実質的に大きい電気伝導率を有する。例えば、一実施形態では、アノード集電体の電気伝導率とアノード活物質層の電気伝導率との比は、デバイスにエネルギーを貯蔵するための印加電流又はデバイスを放電するための印加負荷がある場合、少なくとも１００：１である。更なる例として、いくつかの実施形態では、アノード集電体の電気伝導率とアノード活物質層の電気伝導率との比は、デバイスにエネルギーを貯蔵するための印加電流又はデバイスを放電するための印加負荷がある場合、少なくとも５００：１である。更なる例として、いくつかの実施形態では、アノード集電体の電気伝導率とアノード活物質層の電気伝導率との比は、デバイスにエネルギーを貯蔵するための印加電流又はデバイスを放電するための印加負荷がある場合、少なくとも１０００：１である。更なる例として、いくつかの実施形態では、アノード集電体の電気伝導率とアノード活物質層の電気伝導率との比は、デバイスにエネルギーを貯蔵するための印加電流又はデバイスを放電するための印加負荷がある場合、少なくとも５０００：１である。更なる例として、いくつかの実施形態では、アノード集電体の電気伝導率とアノード活物質層の電気伝導率との比は、デバイスにエネルギーを貯蔵するための印加電流又はデバイスを放電するための印加負荷がある場合、少なくとも１００００：１である。
一般に、カソードタイプの集電体、すなわち、いずれがカソードタイプであるにせよ、電極集電体２１４又は対向電極集電体２１８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、ケイ素及びニッケルの合金、チタン、又はそれらの組み合わせなどの金属を含み得る（“Ｃｕｒｒｅｎｔ ｃｏｌｌｅｃｔｏｒｓ ｆｏｒ ｐｏｓｉｔｉｖｅ ｅｌｅｃｔｒｏｄｅｓ ｏｆ ｌｉｔｈｉｕｍ－ｂａｓｅｄ ｂａｔｔｅｒｉｅｓ” ｂｙ Ａ． Ｈ． Ｗｈｉｔｅｈｅａｄ ａｎｄ Ｍ． Ｓｃｈｒｅｉｂｅｒ， Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ ｔｈｅ Ｅｌｅｃｔｒｏｃｈｅｍｉｃａｌ Ｓｏｃｉｅｔｙ， １５２（１１） Ａ２１０５－Ａ２１１３ （２００５）を参照のこと）。更なる例として、一実施形態では、カソード集電体は、金、又は金ケイ化物などの金の合金を含む。更なる例として、一実施形態では、カソード集電体は、ニッケル、又はニッケルケイ化物などのニッケルの合金を含む。
図８Ａを参照すると、各アノード電極構造、すなわち、アノードタイプである各電極構造２０２、又は対向電極構造２０４は、電極の縦方向軸（ＡＥ）に沿って測定される長さ（ＬＥ）と、幅（ＷＥ）と、長さＬＥ及び幅ＷＥの測定の方向の各々に直交する方向に測定される高さ（ＨＥ）と、を有する。
アノード電極構造の群の構成単位の長さＬＥは、エネルギー貯蔵デバイス及びエネルギー貯蔵デバイスの意図された用途に応じて変化する。しかしながら、一般に、アノード電極構造は、典型的には、約５ｍｍ～約５００ｍｍの範囲の長さＬＥを有する。例えば、そのような一実施形態では、アノード電極構造は、約１０ｍｍ～約２５０ｍｍの長さＬＥを有する。更なる例として、そのような一実施形態では、アノード群の構成単位は、約２５ｍｍ～約１００ｍｍの長さＬＥを有する。一実施形態によれば、アノード電極構造は、第１の長さを有する１つ以上の第１の電極構成単位と、第１のもの以外の第２の長さを有する１つ以上の第２の電極構成単位と、を含む。更に別の実施形態では、１つ以上の第１の電極構成単位及び１つ以上の第２の電極構成単位の異なる長さは、縦方向軸及び／又は横方向軸のうちの１つ以上に沿って異なる長さを有する電極アセンブリの形状などの電極アセンブリの所定の形状を収容するように、かつ／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得る。
カソード電極構造の幅ＷＥも、エネルギー貯蔵デバイス及びエネルギー貯蔵デバイスの意図された用途に応じて変化する。しかしながら、一般に、各アノード電極構造は、典型的には、約０．０１ｍｍ～２．５ｍｍの範囲内の幅ＷＥを有する。例えば、一実施形態では、各アノード電極構造の幅ＷＥは、約０．０２５ｍｍ～約２ｍｍの範囲にある。更なる例として、一実施形態では、各アノード電極構造の幅ＷＥは、約０．０５ｍｍ～約１ｍｍの範囲にある。一実施形態によれば、アノード電極構造は、第１の幅を有する１つ以上の第１の電極構成単位と、第１のもの以外の第２の幅を有する１つ以上の第２の電極構成単位と、を含む。また別の実施形態では、１つ以上の第１の電極構成単位及び１つ以上の第２の電極構成単位の異なる幅は、縦方向軸及び／又は横方向軸のうちの１つ以上に沿って異なる幅を有する電極アセンブリの形状などの電極アセンブリの所定の形状を収容するように、かつ／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得る。
アノード電極構造の高さＨＥも、エネルギー貯蔵デバイス及びエネルギー貯蔵デバイスの意図された用途に応じて変化する。しかしながら、一般に、アノード電極構造は、典型的には、約０．０５ｍｍ～約２５ｍｍの範囲内の高さＨＥを有する。例えば、一実施形態では、各アノード電極構造の高さＨＥは、約０．０５ｍｍ～約５ｍｍの範囲にある。更なる例として、一実施形態では、各アノード電極構造の高さＨＥは、約０．１ｍｍ～約１ｍｍの範囲にある。一実施形態によれば、アノード電極構造は、第１の高さを有する１つ以上の第１の電極構成単位と、第１のもの以外の第２の高さを有する１つ以上の第２の電極構成単位と、を含む。更に別の実施形態では、１つ以上の第１の電極構成単位及び１つ以上の第２の電極構成単位の異なる高さは、縦方向軸及び／又は横方向軸のうちの１つ以上に沿って異なる高さを有する電極アセンブリの形状などの電極アセンブリの所定の形状を収容するように、かつ／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得る。
一般に、アノード電極構造は、アノード電極構造の幅ＷＥ及びアノード電極構造の高さＨＥの各々よりも実質的に大きい長さＬＥを有する。例えば、一実施形態では、アノード群の各構成単位について、ＬＥとＷＥ及びＨＥの各々との比は、それぞれ少なくとも５：１である（すなわち、ＬＥとＷＥとの比は、それぞれ少なくとも５：１であり、ＬＥとＨＥとの比は、それぞれ少なくとも５：１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である。更なる例として、一実施形態では、アノード群の各構成単位について、ＬＥとＷＥ及びＨＥの各々との比は、少なくとも２０：１である。
一実施形態では、アノード電極構造の高さ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、ＨＥとＷＥとの比は、アノード群の各構成単位について、それぞれ少なくとも２：１である。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である。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である。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未満である。例えば、一実施形態では、ＨＥとＷＥとの比は、それぞれ、５００：１未満である。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未満である。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未満である。更なる例として、一実施形態では、アノード電極構造群の各構成単位について、ＨＥとＷＥとの比は、それぞれ、約２：１～約１００：１の範囲にある。
図８Ｂを参照すると、各カソード電極構造、すなわち、カソードタイプである各電極構造２０２、又は対向電極構造２０４は、縦方向軸（ＡＣＥ）に沿って測定される長さ（ＬＣＥ）と、幅（ＷＣＥ）と、長さＬＣＥ及び幅ＷＣＥの測定の方向の各々に直交する方向に測定される高さ（ＨＣＥ）と、を有する。
カソード電極構造の長さＬＣＥは、エネルギー貯蔵デバイス及びエネルギー貯蔵デバイスの意図された用途に応じて変化する。しかしながら、一般に、カソード群の各構成単位は、典型的には、約５ｍｍ～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、各カソード電極構造は、約１０ｍｍ～約２５０ｍｍの長さＬＣＥを有する。更なる例として、そのような一実施形態では、各カソード電極構造は、約２５ｍｍ～約１００ｍｍの長さＬＣＥを有する。一実施形態によれば、カソード電極構造は、第１の長さを有する１つ以上の第１の電極構成単位と、第１のもの以外の第２の長さを有する１つ以上の第２の電極構成単位と、を含む。更に別の実施形態では、１つ以上の第１の電極構成単位及び１つ以上の第２の電極構成単位の異なる長さは、縦方向軸及び／又は横方向軸のうちの１つ以上に沿って異なる長さを有する電極アセンブリの形状などの電極アセンブリの所定の形状を収容するように、かつ／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得る。
カソード電極構造の幅ＷＣＥも、エネルギー貯蔵デバイス及びエネルギー貯蔵デバイスの意図された用途に応じて変化する。しかしながら、一般に、カソード電極構造は、典型的には、約０．０１ｍｍ～２．５ｍｍの範囲内の幅ＷＣＥを有する。例えば、一実施形態では、各カソード電極構造の幅ＷＣＥは、約０．０２５ｍｍ～約２ｍｍの範囲にある。更なる例として、一実施形態では、各カソード電極構造の幅ＷＣＥは、約０．０５ｍｍ～約１ｍｍの範囲にある。一実施形態によれば、カソード電極構造は、第１の幅を有する１つ以上の第１の電極構成単位と、第１のもの以外の第２の幅を有する１つ以上の第２の電極構成単位と、を含む。更に別の実施形態では、１つ以上の第１の電極構成単位及び１つ以上の第２の電極構成単位の異なる幅は、縦方向軸及び／又は横方向軸のうちの１つ以上に沿って異なる幅を有する電極アセンブリの形状などの電極アセンブリの所定の形状を収容するように、かつ／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得る。
カソード電極構造の高さＨＣＥも、エネルギー貯蔵デバイス及びエネルギー貯蔵デバイスの意図された用途に応じて変化する。しかしながら、一般に、カソード電極構造は、典型的には、約０．０５ｍｍ～約２５ｍｍの範囲内の高さＨＣＥを有する。例えば、一実施形態では、各カソード電極構造の高さＨＣＥは、約０．０５ｍｍ～約５ｍｍの範囲にある。更なる例として、一実施形態では、各カソード電極構造の高さＨＣＥは、約０．１ｍｍ～約１ｍｍの範囲にある。一実施形態によれば、カソード電極構造は、第１の高さを有する１つ以上の第１のカソード構成単位と、第１のもの以外の第２の高さを有する１つ以上の第２のカソード構成単位と、を含む。更に別の実施形態では、１つ以上の第１のカソード構成単位及び１つ以上の第２のカソード構成単位の異なる高さは、縦方向軸及び／又は横方向軸のうちの１つ以上に沿った、異なる高さを有する電極アセンブリの形状など、電極アセンブリの所定の形状を収容するように、かつ／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得る。
一般に、各カソード電極構造は、幅ＷＣＥよりも実質的に大きく、かつカソード電極構造の高さ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、各カソード電極について、ＬＣＥとＷＣＥ及びＨＣＥの各々との比は、それぞれ少なくとも５：１である（すなわち、ＬＣＥとＷＣＥとの比は、それぞれ少なくとも５：１であり、ＬＣＥとＨＣＥとの比は、それぞれ少なくとも５：１である）。更なる例として、一実施形態では、各カソード電極構造について、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、各カソード電極構造について、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、各カソード電極構造について、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、カソード電極構造の高さ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、各カソード電極構造について、ＨＣＥとＷＣＥとの比は、それぞれ少なくとも２：１である。更なる例として、一実施形態では、各カソード電極構造について、ＨＣＥとＷＣＥとの比は、それぞれ、少なくとも１０：１である。更なる例として、一実施形態では、各カソード電極構造について、ＨＣＥとＷＣＥとの比は、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、アノード群の各構成単位について、ＨＣＥとＷＣＥとの比は、一般に、それぞれ１，０００：１未満である。例えば、一実施形態では、各カソード電極構造について、ＨＣＥとＷＣＥとの比は、それぞれ少なくとも５００：１である。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未満である。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未満である。更なる例として、一実施形態では、各カソード電極構造について、ＨＣＥとＷＣＥとの比は、それぞれ、約２：１～約１００：１の範囲にある。
図２に戻ると、セパレータ構造２０５は、電極構造２０２を対向電極構造から分離している。セパレータ構造２０５は、電気絶縁性であるがイオン透過性のセパレータ材料で作製されている。セパレータ構造２０５は、電極構造２０２の群の各構成単位を対向電極構造２０４の群の各構成単位から電気的に隔離するように適合されている。各セパレータ構造２０５は、典型的には、非水性電解質を透過させることができるマイクロ多孔質セパレータ材料を含み、例えば、一実施形態では、マイクロ多孔質セパレータ材料は、少なくとも５０Å、より典型的には約２，５００Åの範囲の直径と、約２５％～約７５％の範囲、より典型的には約３５～５５％の範囲の多孔率と、を有する細孔を含む。
一般に、電気絶縁セパレータ材料は、少なくとも約４ｕｍの厚さを有する。例えば、一実施形態では、電気絶縁セパレータ材料は、少なくとも約８ｕｍの厚さを有する。更なる例として、そのような一実施形態では、電気絶縁セパレータ材料は、少なくとも約１２ｕｍの厚さを有する。更なる例として、そのような一実施形態では、電気絶縁セパレータ材料は、少なくとも約１５ｕｍの厚さを有する。いくつかの実施形態では、電気絶縁セパレータ材料は、最大２５ｕｍ、最大５０ｕｍの厚さ、又は任意の他の好適な厚さを有する。しかしながら、典型的には、電気絶縁セパレータ材料は、約１２ｕｍ未満、又は更には約１０ｕｍ未満の厚さを有する。
一般に、セパレータ構造２０５の材料は、単位セルの正の活物質と負の活物質との間でキャリアイオンを伝導する能力を有する広範な材料から選択され得る。例えば、セパレータ構造２０５は、液体の非水性電解質が透過させ得るマイクロ多孔質セパレータ材料を含み得る。代替的に、セパレータ構造２０５は、単位セルの正極と負極との間でキャリアイオンを伝導することができるゲル電解質又は固体電解質を含み得る。
一実施形態では、セパレータ構造２０５は、ポリマー系電解質を含み得る。例示的なポリマー電解質としては、ＰＥＯベースのポリマー電解質、ポリマーセラミック複合電解質、ポリマーセラミック複合電解質、及びポリマーセラミック複合電解質が挙げられる。
別の実施形態では、セパレータ構造２０５は、酸化物系電解質を含み得る。例示的な酸化物系の電解質としては、チタン酸リチウムランタン（Ｌｉ０．３４Ｌａ０．５６ＴｉＯ３）、Ａｌドープジルコン酸リチウムランタン（Ｌｉ６．２４Ｌａ３Ｚｒ２Ａｌ０．２４Ｏ１１．９８）、Ｔａドープジルコン酸リチウムランタン（Ｌｉ６．４Ｌａ３Ｚｒ１．４Ｔａ０．６Ｏ１２）、及びリン酸アルミニウムリチウムチタン（Ｌｉ１．４Ａｌ０．４Ｔｉ１．６（ＰＯ４）３）が挙げられる。
別の実施形態では、セパレータ構造２０５は、固体電解質を含み得る。例示的な固体電解質としては、硫化スズリチウム（Ｌｉ１０ＳｎＰ２Ｓ１２）、硫化リンリチウム（β－Ｌｉ３ＰＳ４）及びヨウ化塩化リン硫黄リチウム（Ｌｉ６ＰＳ５Ｃｌ０．９Ｉ０．１）などの硫化物系電解質が挙げられる。
いくつかの実施形態では、セパレータ構造２０５は、リチウム含有ガーネットなどの固体リチウムイオン伝導セラミックを含み得る。
一実施形態では、セパレータ構造２０５は、粒子状材料及び結合剤を含み、かつ少なくとも約２０体積％の多孔率（空隙分率）を有するマイクロ多孔質セパレータ材料を含む。マイクロ多孔質セパレータ材料の細孔は、少なくとも５０Åの直径を有し、典型的には、約２５０～２５００Åの範囲に入る。マイクロ多孔質セパレータ材料は、典型的には、約７５％未満の気孔率を有する。一実施形態では、マイクロ多孔質セパレータ材料は、少なくとも約２５体積％の多孔率（空隙分率）を有する。一実施形態では、マイクロ多孔質セパレータ材料は、約３５～５５％の多孔率を有する。
マイクロ多孔質セパレータ材料のための結合剤は、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、結合剤は、ケイ酸塩、リン酸塩、アルミニウム酸塩、アルミノケイ酸塩、及び例えば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、結合剤は、フッ化ビニリデン、ヘキサフルオロプロピレン、及びテトラフルオロプロペンなどを含むモノマーから誘導されるフルオロポリマーである。別の実施形態では、結合剤は、様々な分子量及び密度の範囲のうち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、結合剤は、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、ポリビニルアセテート、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、結合剤は、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、及びポリエチレンオキシドからなる群から選択される。別の実施形態では、結合剤は、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。別の実施形態では、結合剤は、２つ以上の前述のポリマーのコポリマー又はブレンドである。
マイクロ多孔質セパレータ材料によって構成される粒子状材料はまた、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、マイクロ多孔質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、粒子状材料は、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、粒子状材料は、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、粒子状材料は、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。例示的な粒子状材料としては、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、シリカセロゲル、シリカソル、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、及び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を参照されたい）。実施形態では、粒子状材料は、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。一実施形態では、粒子状材料は、約５００ｎｍ～１マイクロメートルの平均粒径を有する。
代替的な実施形態では、マイクロ多孔質セパレータ材料によって構成される粒子状材料は、電池の機能のためのイオン伝導率を提供するために、電解質の進入に望ましい空隙分率を維持しながら、例えば、焼結、結合、硬化などの技法によって結合され得る。
組み立てられた電池では、セパレータ構造２０５のマイクロ多孔質セパレータ材料は、二次電池電解質としての使用に好適な非水電解質を透過させる。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。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、鎖エステル、環状エーテル、及び鎖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、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－ベレロラクトンが挙げられる。鎖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、アルキルプロピオネート、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。
一実施形態では、セパレータ構造のマイクロ多孔質セパレータは、リチウム塩と高純度有機溶媒との混合物を含む非水性有機電解質を透過させ得る。加えて、電解質は、ポリマー電解質又は固体電解質を使用するポリマーであり得る。
電極バスバー２０８は、電極構造２０２がカソードタイプである場合にはカソード電極バスバーであり、電極構造２０２がアノードタイプである場合にはアノード電極バスバーである。同様に、対向電極バスバーは、対向電極構造２０４がカソードタイプである場合にはカソード電極バスバーであり、対向電極構造２０４がアノードタイプである場合にはアノード電極バスバーである。例示的な実施形態では、アノードタイプバスバーは、銅バスバーであり、カソードタイプバスバーは、アルミニウムバスバーである。他の実施形態では、電極バスバー２０８及び対向電極バスバー２１０は、電極アセンブリ２００が本明細書に記載のように機能することを可能にするための任意の好適な導電性材料であってよい。
対向電極構造２０４、より具体的には対向電極集電体２１８は、対向電極バスバー２１０に直接接続されている。すなわち、対向電極集電体２１８は、対向電極バスバー２１０に、それらの間に電気的又は物理的に位置付けられた構成要素なしに、溶接されるか、はんだ付けされるか、又は接着剤で付けられる。溶接は、レーザ溶接機、摩擦溶接、超音波溶接、又は対向電極バスバー２１０を対向電極集電体２１８に溶接するための任意の好適な溶接方法を使用して行われ得る。
図３Ａ及び３Ｂは、対向電極集電体２１８のうちの１つと対向電極バスバー２１０との間の接続のための例示的な技法を例示している。図３Ａは、対向電極集電体２１８のうちの１つの端部部分の図である。対向電極集電体２１８の端部は、対向電極バスバー２１０を受容するためのサイズ及び形状であるスロット３００を含む。対向電極集電体２１８の部分３０２は、スロット３００を越えて延在する。対向電極バスバー２１０は、スロット３００に挿通されており、図３Ｂに示されるように、対向電極集電体２１８の部分３０２は、対向電極バスバー２１０に接触するように曲がっている。次いで、対向電極バスバー２１０と接触している対向電極集電体２１８の部分３０２は、対向電極バスバー２１０に溶接される。
図１７は、対向電極集電体２１８のうちの１つと対向電極バスバー２１０との間の接続のための別の例示的な技法を例示している。この例では、対向電極集電体２１８は、スロット３００を含まない。対向電極集電体２１８の部分１７００は、およそ９０度の角度に曲がっており、対向電極バスバー２１０は、部分１７００上に位置付けられている。次いで、対向電極バスバー２１０は、接着剤で付けること、溶接、はんだ付け、又は対向電極集電体２１８を対向電極バスバー２１０に接合するための任意の他の好適な技法を使用することなどによって、対向電極集電体２１８の部分１７００に直接取り付けられる。
図２に戻ると、電流リミッタ２０６の群の各構成単位は、異なる電極集電体２１４と電極バスバー２０８との間に電気的に接続されている。電流リミッタ２０６は、電極集電体２１４を通って、対応して、電極集電体が接続された電極構造２０２を通って流れ得る電流を制限するように構成されている。それゆえ、例えば、電極集電体２１４のうちの１つと対向電極集電体２１８のうちの１つとの間に短絡が形成される場合、電流リミッタ２０６は、電極アセンブリの他の電極及び対向電極から流れることができる電流の量を制限し、それによって、電極アセンブリ２００が経験する温度を制限し、熱暴走が防止される。具体的には、電流リミッタ２０６は、単位セルの電極と対向電極との間に電気的短絡がある電極アセンブリの放電中に単位セルを通って伝導され得る電流の量を、単位セル群の構成単位の熱暴走を誘発するであろう、単位セル群の構成単位を通る電流（本明細書ではＩｔｒ又はＩＬとして参照されることがある）よりも小さい値Ｉに制限する。電流リミッタは、短絡が発生した場合に電池にソフトランディングを提供する。電流リミッタは、短絡が発生した場合に非零レベルの電流が流れるが、その電流を、熱暴走を引き起こすであろうレベル未満に制限することを連続的に可能にする。この電流は、電池が放電され、かつ熱暴走のリスクが終わるまで流れ続ける。
電流リミッタ２０６は、抵抗電流リミッタである。電流リミッタ２０６は、電極アセンブリ２００の通常動作温度の範囲内で非零抵抗を有する。一例では、通常動作温度は、マイナス２０℃～８０℃である。他の実施形態では、通常動作温度は、マイナス４０℃～８５℃、マイナス４０℃～１５０℃、又は任意の他の好適な範囲の通常動作温度である。抵抗は、電流リミッタ２０６が任意の単位セルを通過し得る電流を制限し、かつ電流が壊滅的な障害を引き起こし得るレベル、又は電池設計中に決定された他の性能又は乱用耐性の理由で決定される他の最大電流レベルに達するのを防止するようなものである。電流リミッタ２０６は、抵抗材料の溶断特性又は任意のＰＴＣ特性に依拠しない。すなわち、電流リミッタ２０６は、ＰＴＣを呈し得るが、電流リミッタ２０６が本明細書に記載されるように機能するためにＰＴＣが必要とされない。むしろ、電極アセンブリ２００の通常動作温度の範囲での電流リミッタ２０６の抵抗は、電流を制限するのに十分である。いくつかの実施形態では、抵抗は、通常の動作温度の範囲内で増加又は減少し得る（すなわち、電流リミッタは、負の温度係数を有し得る）。電流リミッタ２０６は各々、電流リミッタ２０６が取り付けられた電極集電体２１４と電気的に直列である。それゆえ、各電流リミッタ２０６及び各電流リミッタ２０６の関連付けられた電極構造２０２の抵抗は、関連付けられた電極構造２０２の抵抗と、関連付けられた電極構造２０２に取り付けられた電流リミッタ２０６の抵抗と、を加えることによって増加する。電池に抵抗を追加することは、電流が電極構造２０２に（充電中に）流入し、かつ電極構造から（放電中に）流出するときに、電池が経験する損失を増加させるため、従来、推奨されていない。しかしながら、電極集電体２１４は全て電極バスバー２０８に並列に（電気的に並列に）接続されているため、電極バスバー２０８に見られる総抵抗の増加は、個々の各電流リミッタ２０６の抵抗よりもはるかに小さい。更に、本開示における電流リミッタ２０６の抵抗は、電流リミッタ２０６を通して制限された電圧降下を有し、かつそれによって制限された電力の損失を有するように、十分に小さく選択されている。例示的な実施形態では、電流リミッタの抵抗は、短絡中に電池を保護し続けながら通常動作中の損失を制限するために、１Ｃレートでの充電又は放電中に電流リミッタ２０６の各々を通して２０ｍＶ以下の降下を有するように選択されている。
例示的な実施形態では、電流リミッタ２０６がない、１つの電極構造２０２及び１つの対向電極構造２０４の各対である個々の各単位セルは、（層状電池と比較して）相対的に小さいサイズと、相対的に低い容量と、単位セルの電極構造２０２と対向電極構造２０４との間に短絡がある場合でも、隔離された単位セルを通る電流が、熱暴走及び壊滅的な障害を引き起こすのに十分なレベルに達することができないほど高い内部抵抗と、を有する。しかしながら、電極アセンブリ２００などの電極アセンブリにおいて、複数の単位セルがバスバー２０８などのバスバーに並列に接続されている場合、単位セルの全てが、内部に短絡を有する単位セルに電流を与える。そのような状況下では、電流リミッタ２０６がなければ、十分な電流が短絡した単位セルを通過して、電極アセンブリ２００及び電極アセンブリ２００を含む電池の熱暴走及び壊滅的な障害を引き起こし得る。電流リミッタ２０６を追加することによって、単位セルの抵抗が実効的に増加する。単位セルの固定電圧Ｖでは、抵抗を増加させることは、オームの法則に従って最大電流の対応する低減をもたらす。
より具体的には、電極アセンブリ２００の容量は、電極単位セルの数（ｎ）に細分され、電極単位セルの各々は、１つの電極構造２０２及び１つの対向電極構造２０４を含む。各単位セルは、電圧（Ｖ）を形成する。個々の各電極単位セルは、単位セルアセンブリの伝導率及び幾何学形状の関数である独自の特性抵抗（Ｒｂｌ）を有する。個々の各単位セルは、強制内部短絡（ＦＩＳＣ）抵抗（Ｒｓ）などの短絡を通して電力
Figure 2024512712000003
を放電することが可能である。個々の単位セルについて、ＦＩＳＣ電力は以下によって与えられる：
Figure 2024512712000004
各単位セルの電極構造２０２及び対向電極構造２０４が、それらのそれぞれのバスバー２０８、２１０に並列に接続されているとき、全ての単位セルは、影響を受けた（すなわち、短絡した）個々の単位セルのＦＩＳＣ
Figure 2024512712000005
を通した電力放電に寄与する。並列に接続されたセルの全ての単位セルのＦＩＳＣ電力は、以下によって与えられる：
Figure 2024512712000006
電流リミッタ２０６の各々が非零抵抗（Ｒｃｌｄ）を有する電流リミッタ２０６を追加することは、以下によって与えられる、短絡した単位セルのＦＩＳＣ電力をもたらす：
Figure 2024512712000007
各電流リミッタ２０６の抵抗Ｒｃｌｄは、短絡した単位セルについての
Figure 2024512712000008
のＦＩＳＣ電力が、熱暴走
Figure 2024512712000009
の発生のための電力最小値、又は電池設計制約に起因して選定された他の最大電力考慮事項よりも小さいように選択される。
電流リミッタ２０６の必要とされる抵抗はまた、短絡した単位セルを通る電流を、熱暴走を引き起こすのに十分である閾値電流未満に制限するために必要な抵抗の観点から考察されてもよい。それゆえ、各単位セルによって生成される電圧、各単位セルの容量、各単位セルの内部抵抗、電極バスバー２０８の抵抗、及び対向電極バスバー２１０の抵抗を知ることによって、短絡した単位セルを通る電流を、熱暴走を引き起こすのに必要な閾値電流未満に制限する電流リミッタ２０６の抵抗を計算することができる。熱暴走を引き起こすために必要な閾値電流は、電極アセンブリの造り及び個々の単位セルの容量に応じていくらか変化し得るが、同様に構築された電極アセンブリについて、閾値電流は、相対的に一定のままである。例示的な実施形態では、閾値電流は、約８アンペアである。他の実施形態では、閾値電流は、約４アンペア、約８アンペア、約１０アンペア、約１２アンペア、又は８アンペア～１２アンペアであり得る。電流リミッタ２０６に必要な抵抗は、電池及び電池の構成要素の特定の構成に応じて変化する。同様の電極アセンブリについて、電流を閾値電流未満に制限するために必要な抵抗は、一般に、個々の単位セルの容量が増加するにつれて増加する。
より具体的には、伝統的な積層電池セルの容量は、各正極及び負極が電圧（Ｖ）を形成する電極単位セルの数（Ｎ）に細分される。完全な積層における単位セルの数は、大文字のＮによって表される一方、変数としての単位セルの数は、例えば異なる数の単位セルを用いて反復的なアッセイを行う場合、小文字のｎによって表される。個々の各電極単位セルは、単位セルアセンブリの伝導率及び幾何学形状の関数である、独自の特性抵抗（Ｒｂｌ）を有する。個々の各単位セルは、強制内部短絡（ＦＩＳＣ）抵抗（Ｒｓ）を通して電流（Ｉｂｌ）を放電することが可能である。個々の単位セルのＦＩＳＣ電流は、以下によって与えられる
Figure 2024512712000010
各単位セルの正極及び負極が、それぞれの集電端子を介して独自の特性抵抗（Ｒｔ）で並列に接続されると、セルの全ての単位セルが、影響を受けた個々の単位セルのＦＩＳＣを通して放電する電流（Ｉｃｅｌｌ）に寄与する。並列に接続されたセルの全ての単位セルのＦＩＳＣ電流は、以下によって与えられる：
Figure 2024512712000011
少なくともいくつかの場合、個々の単位セルの特性抵抗は、単位セルがＦＩＳＣを通して放電することが可能である電流が、自己加速発熱分解及び熱暴走を引き起こすのに十分であり得る電流である熱暴走電流（Ｉｔｒ）を超えるのに十分であるほど十分に低い。複数の電極単位セルが共有端子を介して相互に接続されている場合、影響を受ける個々の単位セルのＦＩＳＣを横切る放電電流は、熱暴走電流（Ｉｔｒ）を超え、かつセルの壊滅的な障害をもたらす可能性が益々高くなる。
各電流リミッタ２０６の抵抗は、任意の個々の単位セルを通過し得る電流を熱暴走電流（Ｉｔｒ）未満に制限するのに十分であるように選択されている。各電流リミッタの抵抗（Ｒｃｌｄ）は、以下を満たす抵抗として決定され、
Figure 2024512712000012
 式中、ＶＴＯＣは、最高充電時の単位セルの電圧であり、ＲＳ，ＷＣＦＩＳＣは、Ｎ個の単位セルのアセンブリにおける最悪の場合である最高充電時の強制内部短絡において、電流制限デバイスがないアセンブリにおける単位セルのインピーダンスと等価である。この例では、この最悪の場合は、強制内部短絡の抵抗が、短絡した単位セルの抵抗にほぼ等しいときに発生すると考えられる。短絡が発生すると電流が非常に急速に変化するため、このインピーダンスが使用される。一実施形態では、ＲＳ，ＷＣＦＩＳＣは、２０ｋＨｚでのインピーダンスである。それゆえ、抵抗ＲＳ，ＷＣＦＩＳＣは、
Ｒｓ，ＷＣＦＩＳＣ＝Ｒ２０ｋＨｚ（ＶＴＯＣ，Ｎ） （７）
他の実施形態は、任意の他の周波数でのインピーダンス、又は直流抵抗を使用し得る。いくつかの実施形態では、短絡した単位セルの実際の短絡抵抗が、計算され、最悪の場合の内部短絡抵抗Ｒｓ，ＷＣＦＩＳＣの代わりに式（６）で使用される。本明細書で使用される場合、短絡抵抗Ｒｓは、別段の定めがない限り、単位セルの実際の測定される短絡抵抗、又は最悪の場合の内部短絡抵抗Ｒｓ，ＷＣＦＩＳＣのいずれかを指し得る。実際の短絡抵抗を決定するための例示的な方法を以下に提供する。
個々の単位セルの抵抗は、単位セル細分化の数と、単位セル細分化の材料組成及び幾何学形状に基づいて計算された端子の抵抗と、を更に考慮して、最高充電時のインピーダンスによって決定される。２０ｋＨｚインピーダンスを使用する例について、単位セルの抵抗は、以下によって与えられる：
Figure 2024512712000013
例示的な実施形態では、上記の式（６）で使用される熱暴走電流（Ｉｔｒ）は、以下に記載される最悪の場合の強制内部短絡アッセイを行うことによって決定される。他の実施形態では、熱暴走電流（Ｉｔｒ）は、推定され得るか、シミュレーションから導出され得るか、異なるアッセイを使用して決定され得るか、又は任意の他の好適な方法によって達せられ得る。どのように決定されても、次いで、熱暴走電流（Ｉｔｒ）を式（６）で使用して、不等式を満たすための電流リミッタ（Ｒｃｌｄ）で必要な抵抗を決定する。電流リミッタ２０６に抵抗Ｒｃｌｄを提供することを選択することによって、電流リミッタ２０６は、単位セルで内部短絡が発生した場合でも、任意の単位セルを通る電流を熱暴走電流（Ｉｔｒ）未満に効果的に制限する。
例示的な実施形態では、摂氏２５度（℃）における各電流リミッタ２０６の抵抗は、約０．２５オーム（Ω）であり、短絡電流を約８アンペア未満に制限する。これにより、電極アセンブリ２００が１Ｃレートで充電又は放電しているときに、各電流リミッタ２０６を通して２０ｍＶ以下の電圧降下がもたらされる。他の実施形態では、各電流リミッタ２０６の抵抗は、０．２５Ω～２．５Ωである。いくつかの実施形態では、各電流リミッタ２０６の抵抗は、０．１Ω～１．５Ωである。これらの範囲は、短絡中の電流を制限すると同時に電池の通常動作中の損失を制限する必要性のバランスをとる抵抗の範囲を提供する。範囲内の正確な値、及びどの範囲を選択するべきかは、特定の電池の電圧、容量、又は他の特性に基づいて選択され得る。より一般的には、いくつかの実施形態では、各電流リミッタ２０６の抵抗は、電極アセンブリ２００（又は個々の単位セル）が、最高充電（ＴＯＣ）条件から放電されるときに、１Ｃレートで充電又は放電しているときに０．５ボルト未満の電圧降下を生じる抵抗を選択することによって決定される。すなわち、短絡中に電流を十分に制限したままとしながら、通常動作中の損失を最小限に抑えるために、１Ｃレートでの電流と電流リミッタ２０６の抵抗とを掛けると、０．５ボルト未満である。
電流リミッタ２０６は、例示的な実施形態では、電極バスバー２０８上に位置付けられている。電流リミッタは、電極集電体２１４と電極バスバー２０８との間に物理的に位置付けられている。他の実施形態では、電流リミッタ２０６は、電気的には、電極集電体２１４と電極バスバー２０８との間にあるが、物理的には、電極集電体２１４と電極バスバー２０８との間の接続部の外側にある。
ここで図４Ａ及び４Ｂを参照すると、例示的な電流リミッタ２０６は、電極集電体２１４が溶接される電極バスバー２０８の表面４０２上に配設された導電性接着剤の単層４００で構成されている。電極集電体２１４は、図３Ａ及び３Ｂに示される対向電極集電体２１８のスロット３００及び部分３０２と同様に、電極集電体２１４を電極バスバー１０８に接続するために同様に使用されるスロット４０４（図４Ｂ）及び部分４０６を含む。個々の各電流リミッタ２０６は、電極バスバー２０８上に曲げられ、かつ電極バスバー２０８に溶接された集電体の部分４０６の間に位置する単層４００の部分４０８である。他の実施形態では、導電性接着剤は、電極バスバー２０８に接続される各電極集電体２１４に対して１つの個々の部分で電極バスバー２０８上に付けられている。例えば、導電性接着剤は、部分４０６が電極バスバー上に曲げられたときに電極集電体が上に位置付けられる、部分４０６の場所の周りで、電極バスバー２０８に付けられている。導電性接着剤を付けること各々、したがって各電流リミッタ２０６は、他の、導電性接着剤を付けること各々と、物理的に分離される。他の実施形態では、電流リミッタ２０６の導電性接着剤は、導電性接着剤が図４Ｂにおける部分４０６の場所の周りに位置付けられ、かつ各電流リミッタ２０６が他の電流リミッタ２０６から物理的に分離されるように、各電極集電体２１４に付けられている。他の実施形態では、バスバーは、任意の他の好適な接続配置によって集電体に接続されており（例えば、スロットを使用せずに、バスバーが集電体の端部の上にあるなど）、導電性接着剤は、集電体とバスバーとの間に位置付けられている。
図１８は、例示的な電極集電体２１４がスロット３００を含まない別の例示的な実施形態を例示している。電流リミッタ２０６は、電極集電体２１４が取り付けられる電極バスバー２０８の表面１８００上に配設された導電性接着剤の単層１８０１で構成されている。電極集電体２１４の部分１８０２は、およそ９０度の角度に曲がっており、電極バスバー２０８は、部分１８０２の上に位置付けられている。部分１８０２は、正確に９０度に曲がっている必要はなく、一般に、集電体の残部に垂直であり得ることを理解されたい。次いで、電極バスバー２０８は、接着剤で付けること、溶接、はんだ付け、又は電極集電体２１４を電極バスバー２０８に接合するための任意の他の好適な技法を使用することなどによって、電極集電体２１４の部分１８０２に取り付けられる。例示的な実施形態では、電極バスバー２０８は、電極バスバーをホットプレスして導電性接着剤を軟化させ、かつバスバーに圧力を加えて、導電性接着剤を使用して電極バスバー２０８を部分１８０２に接着させることによって、部分１８０２に取り付けられる。導電性接着剤に当接して例示されているが、集電体の部分１８０２は、導電性接着剤中に延在し得ることを理解されたい。個々の各電流リミッタ２０６は、電極バスバー２０８上に曲げられ、かつ電極バスバー２０８に取り付けられた集電体の部分１８０２の間に位置する単層１８０１の部分１８０４である。他の実施形態では、例えば図１９に示されるように、導電性接着剤は、電極バスバー２０８に接続される各電極集電体２１４に対して１つの個々の部分１９００で電極バスバー２０８に付けられている。例えば、導電性接着剤は、部分１８０２が電極バスバー上に曲げられたときに電極集電体が上に位置付けられる、部分１８０２の場所の周りで、電極バスバー２０８に付けられている。導電性接着剤を付けること各々、したがって各電流リミッタ２０６は、他の、導電性接着剤を付けること各々と、物理的に分離される。他の実施形態では、電流リミッタ２０６の導電性接着剤は、導電性接着剤が部分１８０２の場所の周りに位置付けられ、かつ各電流リミッタ２０６が他の電流リミッタ２０６から物理的に分離されるように、各電極集電体２１４に付けられている。
更に他の実施形態では、導電性接着剤以外の抵抗器が、電流リミッタ２０６に使用される。例えば、所望の抵抗を有する導電性フィルムが、電極バスバー２０８に単ストリップで付けられ得るか、電極バスバーに個々の部分で付けられ得るか、又は導電性接着剤と同様の様態で各電極集電体２１４に個々の部分で付けられ得る。代替的に、導電性接着剤の代わりに、非接着性導電性ポリマーが付けられてもよい。更に、いくつかの実施形態では、ディスクリート抵抗器が、電極集電体２１４と電極バスバー２０８との間に電気的に接続されてもよい。ディスクリート抵抗器は、電極集電体２１４と電極バスバー２０８との間に物理的に位置してもよいし、電極集電体２１４と電極バスバー２０８との間の界面の外側にあってもよいが、電気的に電極集電体２１４と電極バスバー２０８との間にあってもよい。ディスクリート抵抗器は、巻線抵抗器、厚膜抵抗器、薄膜抵抗器、炭素フィルム抵抗器、炭素パイル抵抗器、金属フィルム抵抗器、箔抵抗器などを含む、任意の好適な抵抗器であり得る。
いくつかの実施形態では、１つ以上の界面層は、電流リミッタ２０６と電極バスバー２０８との間、又は電流リミッタ２０６と電極集電体２１４との間に含まれている。一般に、電極バスバー２０８と各電極集電体２１４との間の抵抗は、電流リミッタ２０６の抵抗に、電流リミッタ２０６と電極集電体２１４との間の界面の抵抗を加え、電流リミッタ２０６と電極バスバー２０８との間の界面の抵抗を加えたものによって規定される。一般に、界面抵抗は、電流リミッタ２０６と電極バスバー２０８及び電極集電体２１４との間の不完全な（例えば、「理想的な」ではなく「実際の」接続）電気的接続によって生成され得る。任意の特定の理論に限定されないが、不完全な電気的接続は、例えば、電極バスバー２０８及び／又は電極集電体２１４の表面の微視的な構造上の変動、電流リミッタ２０６における導電性粒子の分布及び構造などによって引き起こされ得る。界面層は、これらの構成要素間の電気的接続を改善して、電流リミッタ２０６、電極バスバー２０８、及び電極集電体２１４の間の電気的接続の直列抵抗を低減するために提供される。ここで図１４～１６を参照すると、図４Ｂに示されるものと同様の実施形態が示されている。図１４～１６における同様の参照番号は、図４Ｂにおける同様の構成要素を指す。図１４では、電極バスバー２０８に界面層１４００が付けられている。図１５では、電極集電体２１４に界面層１５００が付けられている。界面層１５００は、各集電体２１４に、又は全てよりも少ない集電体２１４に付けられ得る。図１６では、電極バスバー２０８に界面層１４００が付けられており、電極集電体２１４に界面層１５００が付けられている。
いくつかの実施形態では、界面層１４００及び１５００は、炭素系コーティングである。例えば、界面層１４００及び／又は１５００は、電極バスバー２０８及び／又は電極集電体２１４上にカーボンナノチューブをスラリーコーティングすることによって生成されるコーティングであり得る。他の実施形態では、界面層は、グラファイトコーティング又は任意の他の好適な導電性コーティングである。いくつかの実施形態では、界面層１４００及び／又は１５００は、電極バスバー２０８及び／又は電極集電体２１４に熱を加えて、界面層１４００及び／又は１５００を形成するための選択された材料で電極バスバー２０８及び／又は電極集電体２１４をコーティングする、熱アンビル手法を使用して付けられる。
例示的な実施形態で電流リミッタ２０６で使用される導電性接着剤は、接着性ポリマー、接着性共重合体、又はそれらの中に懸濁した導電性材料とのブレンドである。例示的な実施形態では、導電性接着剤は、熱可塑性材料である。他の実施形態では、導電性接着剤は、熱硬化性材料である。接着性ポリマーは、接着性ポリマー中への導電性材料の懸濁の前に、実質的に非導電性（例えば、絶縁性）である。一般に、所望のポリマーは、（ａ）Ｌｉイオン電池セルの環境で安定である（すなわち、電解質中に溶解しないか、電解質成分若しくは任意の他の電池成分と反応しないか、又はセルの動作中に材料を分解する酸化還元化学若しくは反応を経ない）、及び（ｂ）Ｌｉイオン電池の典型的な作動温度よりも高い融点を有する、任意のものである。接着性は導電性接着剤の重要な特性であるため、接着性を呈するポリマーは、導電性接着剤の少なくとも１つの成分として望ましい。ポリマーの可撓性は、別の望ましい特質である。したがって、いくらかの弾性、特に０℃よりも高いガラス転移温度（Ｔｇ）を有する材料又は材料のブレンドが好ましいが、必要とはされない。いくつかの実施形態では、導電性接着剤は、高弾性を有する少なくとも１つの成分を有するポリマーブレンドである（破断係数及び／又は破断伸びなどの標準的な方法によって測定される）。いくつかの実施形態では、接着性ポリマーは、流動性接着性ポリマーである。そのような実施形態では、導電性接着剤は、所望される場合、導電助剤及び他の添加剤の配合、キャストフィルム、ブローフィルム、及びカレンダリングなどの標準的な方法によるフィルム／シート調製を含む、溶融加工を可能にする流れ特性を有するべきである。例えば、導電性接着剤に使用されるポリマーブレンドのメルトフローインデックス（Ｉ２、１９０℃、ＡＳＴＭ Ｄ１２３８）は、０．１～１０００グラム（ｇ）／１０分（ｍｉｎ）、好ましくは０．１～１００ｇ／１０ｍｉｎ、最も好ましくは０．５～２０ｇ／１０ｍｉｎの範囲であるべきである。導電性接着剤に使用されるポリマーの融点は、溶融プレス又は関連技法を介してセルへの溶融加工及び溶融接合を可能にし、セルの典型的な作動温度範囲を超えるべきである。導電性接着剤には、４０℃～３００℃で溶融するポリマーが使用され得る。融点が６０℃～２００℃の範囲のポリマーが好ましく、融点が７０℃～１６５℃の範囲のポリマーが最も好ましい。
導電性接着剤で使用するための例示的な好適な接着性ポリマー又は共重合体としては、ＥＡＡ（エチレン－ｃｏ－アクリル酸）及びＥＭＡＡ（エチレン－ｃｏ－メタクリル酸）、ＥＡＡ又はＥＭＡＡのイオノマー、ポリエチレン及びポリエチレンの共重合体（エチレン／１－オクテン、エチレン／１－ヘキセン、エチレン／１－ブテン、及びエチレン／プロピレン共重合体など）、ポリプロピレン及びポリプロピレンの共重合体、官能化又は誘導体化されたポリエチレン又はポリプロピレン（無水マレイン酸グラフト材料など）などが挙げられる。
導電性接着剤を形成するためにポリマー中に懸濁した導電性材料は、ポリマーブレンドとの配合後に導電性接着剤に所望の伝導率を付与する任意の粉末、繊維、粒子などであり得る。添加剤の高い装填は、ポリマーブレンドの特性が望ましくないように変化し得るため、より低い装填で所望の伝導率を付与する材料が、最も望ましい。例えば、高い装填は、溶融加工性の著しい低下につながり、従来の機器を使用して導電性ポリマーのフィルム又はシートを製造する能力に影響を与え得る。加えて、導電性添加剤は、多くの場合、高価な材料であり、より低い装填が、製造のより低いコストを維持するために望ましい。
導電性材料は、金属粉末又は繊維、導電性カーボンブラック、金属コーティングカーボン繊維、及びカーボンナノチューブ、又はそれらのブレンドであり得る。様々な実施形態では、導電性材料は、カーボンブラック、ニッケル粒子、銅粒子、金粒子、銀粒子、スズ粒子、チタン粒子、グラファイト粒子、モリブデン粒子、白金粒子、クロム粒子、アルミニウム粒子、又は合金を含む任意の他の金属粒子であり得る。導電性接着剤で使用するための好ましい導電性材料は、金属コーティング炭素繊維及び導電性カーボンブラック、又はそれらのブレンドである。金属コーティング炭素繊維は、ニッケル、銅、金、銀、スズ、チタン、モリブデン、白金クロム、アルミニウム、又は合金を含む任意の他の金属コーティングでコーティングされ得る。最も好ましい例では、導電性材料として、ニッケルコーティング炭素繊維及び「超伝導」カーボンブラックが挙げられる（例としては、限定されるものではないが、Ｎｏｕｒｙｏｎ Ｋｅｔｊｅｎｂｌａｃｋ ＥＣ ３００－Ｊ及びＥＣ ６００－ＪＤ材料、Ｏｒｉｏｎ Ｐｒｉｎｔｅｘ ＸＥ２Ｂ、Ｃａｂｏｔ Ｖｕｌｃａｎ ＸＣｍａｘ（商標） ２２が挙げられる）。
導電性材料が繊維（ニッケルコーティング炭素繊維など）である実施形態について、導電性材料は、一般に、長尺形状を有する。そのような実施形態では、繊維が相対的に大きいアスペクト比（長さ対直径）を有することが好ましい。例示的な一実施形態では、導電性接着剤中の導電性材料として使用されるニッケルコーティング炭素繊維は、約８５０：１のアスペクト比を有する。導電性材料の他の有用なアスペクト比は、１０：１～１０，０００：１、好ましくは５０：１～５０００：１、最も好ましくは１００：１～２０００：１である。
導電性接着剤を形成するためのポリマー中への導電性物質の装填は、１％～５０％の導電性材料（総混合物の重量％として）の範囲にあり得る。好ましくは、導電性材料の装填は、２％～４０％であり、最も好ましくは、装填は、３％～３０％である。
導電性接着剤の抵抗率は、５．０×１０－７及び５．０×１０３Ω・ｃｍ、好ましくは５．０×１０－５及び５．０×１０１Ω・ｃｍ、最も好ましくは５．０×１０－３及び５．０×１０－１Ω・ｃｍの範囲にあるべきである。ポリマー抵抗率は、導電性添加剤を有するポリマーブレンドのシート又はフィルムを作製し、次いで、そのシート又はフィルムを、規定された間隔を有するアレイをなす互いに隣接して接着された４つの長方形バーからなる銅試験構造に積層することによって測定される。積層は、ホットプレス又は加熱カレンダなどの方法を使用して達成され得る。積層が完了すると、抵抗率測定は、典型的な四端針法を使用して達成され、ソース端針は、２つの最外側のバーに接触することによってシート状のフィルムを通る電流を印加し、センス端針は、四点試験構造アレイの幾何学形状及びシート又はフィルムの厚さが規定されたときに、バルク抵抗率の決定を可能にする最内側のバー間の電位を測定する。
例示的な実施形態では、導電性材料は、カーボンブラックである。導電性接着剤は、接着性ポリマーが約０．０１～１．０Ω・ｃｍの体積抵抗率を有するまで接着性ポリマー中にカーボンブラックを混合することによって形成される。接着性ポリマーに添加されるカーボンブラックの量を調整することによって、抵抗率を調整することができる。より多くのカーボンブラックを添加することは、抵抗率を低下させ（すなわち、接着性ポリマーをより導電性にする）、より少ないカーボンブラックを添加することは、抵抗率を増加させる（すなわち、接着性ポリマーをより導電性にしない）。例示的な実施形態では、カーボンブラックは、所望の抵抗率を達成するために、５重量％～３０重量％の量で接着性ポリマーに添加される。そのように調製された導電性接着剤は、２０ミクロン～２００ミクロンの厚さの間の厚さで電極バスバー２０８に付けられる。接着性ポリマーの抵抗率と付ける厚さとを調整することによって、電流リミッタ２０６の所望の抵抗が達成され得る。
図５は、電池の充電状態と放電状態との間でサイクリングするための別の例示的な電極アセンブリ５００の簡略図である。電極アセンブリ５００は、電極アセンブリ２００に類似しており、共通の構成要素を識別するために同じ参照番号が使用されている。例示を明確にするために、セパレータ構造２０５は、図５には示されていないが、この例示的な電極アセンブリ５００には含まれている。電極アセンブリ２００とは異なり、電極アセンブリ５００は、追加の電流リミッタ５０２の群を含む。追加の電流リミッタ５０２は、各々、対向電極集電体２１８及び対向電極バスバー２１０のうちの異なるものの間に電気的に接続されている。いくつかの実施形態では、追加の電流リミッタ５０２は、上記で論じた電流リミッタ２０６と同じであり、接続は、電流リミッタ２０６と同じように行われる。しかしながら、いくつかの実施形態では、追加の電流リミッタ５０２は、異なる組成物を有し、かつ／又は電流リミッタ２０６とは異なる。例えば、導電性フィルムは、追加の電流リミッタ５０２の抵抗として使用され得る一方、導電性接着剤は、電流リミッタ２０６で使用される。代替的に、１つのタイプの導電性接着剤が電流リミッタ２０６で使用されてもよく、異なるタイプの導電性接着剤が追加の電流リミッタ５０２で使用されてもよい。このことは、対向電極バスバー２１０及び電極バスバー２０８が、異なる導電性接着剤に異なるように接着し得る異なる材料で作製されている場合に、特に有用であり得る。別の例として、追加の電流リミッタ５０２は、電流リミッタ２０６とは異なる、導電性接着剤に懸濁した導電性材料を使用し得る。更に、いくつかの実施形態では、追加の電流リミッタ５０２は、電流リミッタ２０６とは異なる抵抗を有する。特定の実施形態では、追加の電流リミッタ５０２は、電流リミッタ２０６の抵抗が破滅的な障害につながるであろう閾値未満に電流を制限するのに十分であるときに、０．２５Ω未満の抵抗を有することを含めて、電流リミッタ２０６の抵抗よりも小さい抵抗を有する。
図６は、電池の充電状態と放電状態との間でサイクリングするための別の例示的な電極アセンブリ６００の簡略図である。電極アセンブリ６００は、電極アセンブリ２００に類似しており、共通の構成要素を識別するために同じ参照番号が使用されている。例示を明確にするために、電極構造２０２及び対向電極構造２０４のいくつかの詳細が削除されているが、上記で論じた電極構造２０２及び対向電極構造２０４の全ての態様は、電極アセンブリ６００で同じである。電極アセンブリ２００とは異なり、電極アセンブリ６００は、電極バスバー２０８に直接接続された追加の電極構造６０２の群を含む。すなわち、追加の電極構造６０２は、電流リミッタ２０６なしで電極バスバー２０８に接続されている。
図７は、電池の充電状態と放電状態との間でサイクリングするための別の例示的な電極アセンブリ７００の簡略図である。電極アセンブリ７００は、電極アセンブリ５００に類似しており、共通の構成要素を識別するために同じ参照番号が使用されている。例示を明確にするために、電極構造２０２及び対向電極構造２０４のいくつかの詳細が削除されているが、上記で論じた電極構造２０２及び対向電極構造２０４の全ての態様は、電極アセンブリ７００で同じである。電極アセンブリ５００とは異なり、電極アセンブリ５００は、追加の電極構造６０２の群と、全て電極バスバー２０８に直接接続された追加の対向電極構造７０４の群と、を含む。すなわち、追加の電極構造６０２及び追加の対向電極構造７０４は、電流リミッタ２０６又は追加の電流リミッタ５０２なしで電極バスバー２０８に接続されている。
図９は、二次電池の製造の一環で作成された例示的な積層セル９００である。二次電池を形成するために、電極アセンブリ２００、５００、６００、又は７００などの電極アセンブリが最初に組み立てられる。電極構造２０２、対向電極構造２０４、及び（該当する場合）追加の電極構造６０２及び／又は追加の対向電極構造７０４が組み立てられる。形成された電極、対向電極、追加の電極、及び追加の対向電極構造２０２、２０４、６０２、７０４を、以下の段落で「電極サブユニット」と称する。所定の数の電極サブユニットがセパレータ２０５と積層方向（例えば、図２の幅方向）に積層されて、マルチユニット電極積層を形成する。一般に、少なくとも１０個の電極構造２０２及び少なくとも１０個の対向電極構造２０４が、マルチユニット電極積層に含まれる。いくつかの実施形態では、少なくとも２０個の電極構造２０２及び少なくとも２０個の対向電極構造２０４が、マルチユニット電極積層に含まれる。他の実施形態は、マルチユニット電極積層に、任意の好適な数の電極構造２０２及び少なくとも１０個の対向電極構造２０４を含み得る。次いで、マルチユニット電極積層は、マルチユニット電極積層に圧力を加えて電極サブユニットの全てを一体に接着する圧力プレートを有する加圧制約に配置される。
マルチユニット電極積層では、電極構造及び対向電極構造は、積層方向に垂直な縦方向（例えば、図２における長さ方向）に延在する。電極集電体の端部部分（例えば、図４Ｂ、１４、１５、１６、１８、及び１９における電極構造２０２の残部の上方に延在する電極集電体２１４の部分）が、縦方向に電極活物質及びセパレータ構造を越えて延在する。電気活物質及びセパレータ構造の上方に延在する端部部分を、図４Ｂ、１４、１５、１６、１８、及び１９に示されるように、電極構造の縦方向にほぼ垂直に曲げて、積層方向に、又は積層方向の反対に延在させる。スロット（例えば、図１８及び１９）がない実施形態では、電極バスバーの表面を電極集電体の端部部分（すなわち、曲がった端部部分）と接触させて電極バスバーを積層方向に延在させて位置付ける前に、端部部分が曲げられる。例示的な実施形態では、導電性接着層（例えば、本明細書で論じた、電流制限デバイスとして機能する導電性接着剤）が、電極バスバーの表面と電極集電体の端部部分との間に位置する。いくつかの実施形態では、導電性接着層は、電極集電体と接触している電極バスバーの表面上に配設される。他の実施形態では、導電性接着層は、電極集電体上に配設される。更に他の実施形態では、導電性接着層は、電極バスバーと電極集電体との間に位置付けられた別個の層である。熱及び圧力を電極バスバーに印加して、導電性接着層を介して電極集電体の端部部分をバスバーに接着する。加えられる熱は、１００℃～３００℃、好ましくは１２５℃～２５０℃、最も好ましくは１５０℃～２２５℃であり得る。圧力は、１０ｐｓｉ～１０００ｐｓｉ、好ましくは１５ｐｓｉ～７５０ｐｓｉ、より好ましくは２０ｐｓｉ～５００ｐｓｉであり得る。
集電体中のスロット（例えば、図４Ｂ及び図１４～１６）を使用する実施形態では、バスバーは、集電体を曲げる前に、スロットに挿通される。そのような実施形態では、電極バスバー２０８及び対向電極バスバー２１０は、電流リミッタ２０６（及び該当する場合は５０２）をバスバー２０８、２１０と集電体２１４、２１８との間にして、それぞれの集電体２１４、２１８のスロット４０４、３００（図３Ａ～４Ｂに示される）を通して配置される。バスバー２０８、２１０がスロット４０４、３００を通して配置されると、部分４０６、３０２は、それぞれ、それぞれのバスバー２０８、２１０に向けて折り返される。電極バスバー２０８は、電極集電体２１４の部分４０６に溶接され、対向電極バスバー２１０は、対向電極集電体２１８の部分３０２に溶接される。溶接は、レーザ溶接機、摩擦溶接、超音波溶接、又はバスバー２０８及び２１０を集電体２１４、２１８に溶接するための任意の好適な溶接方法を使用して行われ得る。マルチユニット電極積層へのバスバーの溶接の後、積層セル９００は、完成され、電池の形成されたポーチ、金属缶、又は他の好適な容器に配置され得る。他の実施形態では、スロットがなく集電体上のタブの上にバスバーを取り付けるなどの方法を含む、電極バスバー２０８及び対向電極バスバー２１０を集電体に接続する任意の他の好適な方法が使用され得る。
図１０は、積層されたセル９００の上面図（すなわち、高さ方向Ｈから見たもの）の一部分である。図９に示される積層セル９００の部分は、１つの電極構造２０２及び２つの対向電極構造２０４を含む。この例では、電極構造２０２は、アノード電極構造であり、対向電極構造２０４は、カソード電極構造である。
図１１Ａ及び１１Ｂを参照すると、積層セル９００の形成後、積層セル９００は、パッケージングステーション１１００に進み、積層セル９００を、多層アルミニウムポリマー材料、プラスチックなどのような絶縁パッケージング材料１１０１でコーティングして、電池パッケージ１１０２を形成する。一実施形態では、電池パッケージ１１０２は、真空を使用して真空にされ、開口部（図示せず）を通して電解質材料で満たされる。絶縁パッケージング材料は、ヒートシール、レーザ溶接、接着剤、又は任意の好適な封止方法を使用して、積層セル９００の周りで封止され得る。封止後、電池絶縁パッキン材料は、封止された筐体を形成する。バスバー２０８及び２１０の端部は、露出したままであり、電池パッケージ１１０２によって覆われておらず、露出した端部は、封止された電池筐体の外部の電極端子及び対向電極端子として機能する。バスバーの露出した端部は、ユーザがバスバーを給電されるデバイス又は電池充電器に接続することを可能にする。他の実施形態では、別個の外部の電極端子及び対向電極端子が、バスバー２０８及び２１０に溶接され、封止された電池パッケージ１１０２の外部に位置付けられる。いくつかの実施形態では、そのような外部の電極端子と対向電極端子との間の接続部は、電池パッケージ１１０２内に位置し、バスバー２０８、２１０の端部は、電池パッケージ１１０２の外側に延在しない。
ここで図１２を参照すると、式（６）で使用される熱暴走電流（Ｉｔｒ）を決定するために使用される湿式（すなわち、単位セルは、液体電解質を含む）強制内部短絡（ＦＩＳＣ）アッセイを行い得る。ＦＩＳＣアッセイは、反復試験である。試験は、ｎ個の単位セル（ｎは正の整数である）を含む電極アセンブリ上で実行される。各単位セルは、単一の対向電極２０４に隣接する単一の電極構造２０２を含み、それらの間にセパレータ２０５を有し、電流リミッタ２０６を含む。第１の反復は、ｎ＝１（すなわち、単一の単位セルが存在する）の場合に、任意の他の電極構造２０２、２０４から電気的に切断されている電極アセンブリを用いて行われる。図１２は、単一の単位セル１２００を含む、試験される電極アセンブリを示す。図１２は、縮尺通りではないことに留意されたい。試験を行うために、導電性粒子１２０２が、単位セルの完全に充電された正極と負極との間のエリアに（例えば、電極構造２０２と対向電極構造２０４との間のセパレータ構造２０５上に）位置付けられる。一例では、導電性粒子１２０２は、２ｍｍ×０．２ｍｍ×０．１ｍｍのＬ字型ニッケル粒子である。他の実施形態では、導電性粒子１２０２は、任意の他の好適な形状を有し得、かつ／又は任意の他の好適な導電性材料で作製され得る。サーボモータ１２０４プレスは、埋め込まれた導電性粒子が位置する場所の単位セル１２００上に、５ｍｍ×５ｍｍの平坦なアクリル樹脂圧子１２０６を１．０ｍｍ／ｓの速度で変位させる。このことは、導電性粒子１２０２に、電極構造２０２と対向電極構造２０４とを短絡させて電気的に接続させる。サーボモータ１２０４は、単位セルの電圧の８０％超の電圧降下が生じるまで、圧子１２０６を変位させ続ける。単位セル１２００が破滅的な障害（例えば、単位セル１２００が発火又は爆発する）を経験する場合、試験は、停止される。単一の単位セル１２００が試験に不合格であった場合、障害を起こした単位セルの構成は、熱暴走電流（Ｉｔｒ）を決定するためのこの試験の使用の候補ではなく、異なる試験、推定、シミュレーションなどを実行して、単位セル１２００のこの構成に対する熱暴走電流（Ｉｔｒ）を決定しなければならない。更に、単一の単位セル１２００が試験に不合格であった場合、電流を好適に制限するために電流リミッタに必要な抵抗が、通常の充放電下で望ましくないエネルギー損失を招くのに十分に高い可能性が高いため、障害を起こした単位セルの構成は、本明細書に記載される電流リミッタでの使用に良好な候補ではない場合がある。
単位セル１２００が壊滅的な障害を経験しない場合、単位セル１２００の構成は、第１の反復を通過し、ｎは、１だけ増分され、２つの単位セル（すなわち、ｎ＝２）を含む新しいアセンブリが組み立てられ、単位セルのうちの１つが、第１のステップについて上記で論じたように、導電性粒子１２０２を用いて構成される。ＦＩＳＣ試験は、２つの単位セルを有するこの新しいアセンブリに対して繰り返される。新しいアセンブリが試験に合格した場合、この段落における上記のステップが再度実行される。すなわち、ｎ＝ｎ＋１個の単位セルを有する新しいアセンブリが、単位セルのうちの１つが導電性粒子を含んで組み立てられ、ＦＩＳＣ試験が、再度行われる。最悪の場合の強制内部短絡抵抗は、各ステップで以下によって与えられる：
Ｒｓ、ＷＣＦＩＳＣ（ｎ）＝Ｒ２０ｋＨｚ（Ｖｔｏｃ，ｎ） （９）
この例では、２０ｋＨｚのインピーダンスが使用されるが、任意の他の好適な非零周波数でのインピーダンスが使用されてもよい。この反復は、電極アセンブリが試験に不合格となるまで繰り返す。電極アセンブリのうちの１つが試験に不合格となると、試験は、停止される。最後の成功した反復（すなわち、電極アセンブリは、ｎ－１個の単位セルの電流値を有する）からの単位セルの数を使用して、熱暴走電流（Ｉｔｒ）を決定する。熱暴走電流（Ｉｔｒ）は、以下によって与えられる：
Figure 2024512712000014
次いで、式（１０）から決定された熱暴走電流（Ｉｔｒ）を不等式（６）に使用して、各電流リミッタ２０６に必要な抵抗を決定し、決定された抵抗を各々が有する電流リミッタ２０６を含む電極アセンブリを生成し得る。
上記では単一の単位セル及びｎ＝１で開始すると論じたが、上記のアッセイは、任意の好適な、非零の数の単位セルで開始してもよい。例えば、特定の単位セル構成がｎ＝４で試験に不合格となることが予想される（例えば、推定される、計算されるなど）場合、試験は、３つの単位セルを含む電極アセンブリを用いてｎ＝３で開始されてもよい。
式（６）におけるＲｓとして使用するための実際の短絡抵抗は、乾式ＦＩＳＣアッセイを使用して決定され得る。乾式ＦＩＳＣアッセイは、上記で論じたＦＩＳＣアッセイと同様であるが、１つ以上の単位セルに対して行われる。乾式ＦＩＳＣアッセイでは、電解質がない１つ以上の単位セルが、図１２を参照して上述したアセンブリ及び技法を使用してＦＩＳＣに供される。すなわち、単位セル（セパレータ２０５を伴って単一の対向電極２０４に隣接する単一の電極構造２０２を含む）は、単位セルの正極と負極との間のエリアに（例えば、電極構造２０２と対向電極構造２０４との間のセパレータ構造２０５上に）位置付けられた導電性粒子１２０２を有し、圧子１２０６は、単位セルを押しつぶして、導電性粒子１２０２に、電極構造２０２と対向電極構造２０４とを短絡させて電気的に接続させる。次いで、短絡した単位セルの実際の短絡抵抗が、測定され、式（６）で使用され得る。
図１３は、電池において充電状態と放電状態との間でサイクリングするための別の電極アセンブリ１３００の一部分の簡略図である。電極アセンブリ１３００は、上述した電極アセンブリと同様の構成要素を含み、別段の定めがない限り、これらの構成要素は同じである。対向電極構造の群、セパレータ構造の群、及び対向電極バスバーは、明確にするために図から省略されている。電極アセンブリ１３００における電流リミッタ２０６の群は、電極構造２０２の群よりも少ない構成単位を有する。電極構造の群は、電極構造２０２のグループ１３０２に分割されている。電極構造２０２の各グループ１３０２は、図１３では２つの電極構造２０２を含む。他の実施形態では、グループ１３０２は、グループが２つ以上の電極構造２０２以上を含む限り、任意の数の電極構造２０２を含んでもよい。グループ１３０２における各電極構造２０２は、そのグループ１３０２における他の電極構造２０２に電気的に並列に接続されている。グループ１３０２における電極構造２０２の並列接続部は、単一の電流リミッタ２０６によって電極バスバー２０８に接続されている。すなわち、グループ１３０２における電極構造の全ては、単一の電流リミッタ２０６を共有する。他の実施形態は、追加的又は代替的に、単一の電流リミッタ２０６を共有する、同様のグループ化された対向電極構造２０４の配置を含む。更に、いくつかの実施形態では、電極アセンブリにおける電極構造２０２のうちのいくつか及び／又は対向電極構造２０４のうちのいくつかは、上述したようにグループ化され得る一方、アセンブリにおける他の電極構造２０２及び／又は対向電極構造２０４は、グループ化されておらず、各々が独自の電流リミッタ２０６を有する。
電極アセンブリ１３００における電流リミッタ２０６の抵抗は、上記で論じた不等式（６）の変形によって決定される。具体的には、電極アセンブリ１３００における共有される電流リミッタ２０６の抵抗は、以下を満たすように決定され：
Figure 2024512712000015
 式中、ｎは、グループ１３０２における単位セルの数（又は電極構造２０２の数）である。
いくつかの実施形態では、電流リミッタ２０６の抵抗は、電流リミッタの抵抗と単位セルのセル抵抗との間の関係によって規定される。具体的には、摂氏マイナス３０度（℃）～８０℃の通常動作温度の範囲内で、各単位セルは、セル抵抗Ｒ１を有する。各電流リミッタは、以下となるような抵抗Ｒ２を有し：
Ｒ２／Ｒ１＞０．０１ （１２）
これは、電極アセンブリが通常動作温度の範囲内にあるときである。Ｒ２／Ｒ１の比率の正確な値は、電池の容量及び／又は電圧に応じて異なり得る。例示的な実施形態では、Ｒ２／Ｒ１は、０．５、０．９５、又は０．０２７５にほぼ等しい。いくつかの実施形態では、Ｒ２／Ｒ１は、０．１よりも大きいか、０．５よりも大きいか、０．９５よりも大きいか、又は０．１よりも大きくてよい。
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、これらの実施形態は、限定することを意図するものではなく、他の態様及び／又は実施形態も提供され得る。
実施形態１
充電状態と放電状態との間でサイクリングするための電極アセンブリであって、電極アセンブリが、電極構造の群、対向電極構造の群、電流リミッタの群、電極バスバー、及び対向電極バスバーを備える、電極アセンブリ。電極構造群の各構成単位は、電極活物質及び電極集電体を備え、電極集電体が、電極構造群の構成単位によって構成されており、電極バスバーに電気的に並列に接続されている。対向電極構造群の各構成単位は、対向電極活物質及び対向電極集電体を備え、対向電極集電体が、対向電極構造群の構成単位によって構成されており、対向電極バスバーに電気的に並列に接続されている。電流リミッタの群は、少なくとも１０個の電流リミッタを含む。電極集電体の各々は、電流リミッタの群の構成単位によって電極バスバーに電気的に接続されており、摂氏２５度（℃）の温度で、電流リミッタ群の各構成単位は、０．２５オーム（Ω）以上の抵抗を有する。
実施形態２
帯電状態と放電状態との間でサイクリングするための電極アセンブリは、電極構造の群であって、電極構造の群の各構成単位が、電極活物質及び電極集電体を備える、電極構造の群と、電極バスバーであって、電極構造の群の各構成単位の電極集電体が、電極バスバーに電気的に並列に接続されている、電極バスバーと、対向電極構造の群であって、対向電極構造群の各構成単位が、対向電極活物質及び対向電極集電体を備える、対向電極構造の群と、対向電極バスバーであって、対向電極構造群の各構成単位の対向電極集電体が、対向電極バスバーに電気的に並列に接続されている、対向電極バスバーと、電流リミッタの群と、を含む。電流リミッタ群の各構成単位は、電極構造群の各構成単位の電極集電体を電極バスバーに電気的に接続しており、摂氏２５度（℃）の温度で、電流リミッタ群の各構成単位が、０．２５オーム（Ω）以上の抵抗を有する。
実施形態３
充電状態と放電状態との間でサイクリングするための電極アセンブリは、電極構造の群と、対向電極構造の群と、電極構造群と対向電極構造群とを電気的に隔離するためのセパレータ構造の群と、電流リミッタの群と、電極バスバーと、対向電極バスバーと、を含む。電極構造群の各構成単位は、電極活物質及び電極集電体を備え、電極集電体が、電極構造群の構成単位によって構成されており、電極バスバーに電気的に並列に接続されている。対向電極構造群の各構成単位は、対向電極活物質及び対向電極集電体を備え、対向電極集電体が、対向電極構造群の構成単位によって構成されており、対向電極バスバーに電気的に並列に接続されている。電流リミッタ群の各構成単位は、異なる電極集電体と電極バスバーとの間に電気的に接続されており、摂氏２５度（℃）の温度で、電流リミッタ群の各構成単位は、０．２５オーム（Ω）よりも大きい抵抗を有する。
実施形態４
充電状態と放電状態との間でサイクリングするための電極アセンブリは、電極構造の群と、対向電極構造の群と、電極構造群と対向電極構造群とを電気的に隔離するためのセパレータ構造の群と、電流リミッタの群と、電極バスバーと、対向電極バスバーと、を含む。電極構造群の各構成単位は、電極活物質及び電極集電体を備え、電極集電体が、電極構造群の構成単位によって構成されており、電極バスバーに電気的に並列に接続されている。対向電極構造群の各構成単位は、対向電極活物質及び対向電極集電体を備え、対向電極集電体が、対向電極構造群の構成単位によって構成されており、対向電極バスバーに電気的に並列に接続されている。電流リミッタ群の各構成単位は、異なる電極集電体と電極バスバーとの間に位置付けられており、構成単位の関連付けられた電極集電体及び電極バスバーに電気的に接続されており、摂氏２５度（℃）の温度で、電流リミッタ群の各構成単位は、０．２５オーム（Ω）よりも大きい抵抗を有する。
実施形態５
充電状態と放電状態との間でサイクリングするための電極アセンブリは、電極構造の群と、対向電極構造の群と、電極構造群と対向電極構造群とを電気的に隔離するためのセパレータ構造の群と、電流リミッタの群と、電極バスバーと、対向電極バスバーと、を含む。電極アセンブリは、２５Ｃで完全に充電された容量Ｃ、電極アセンブリの障害を引き起こし得る電流閾値ＩＴｈを有し、電極構造群の構成単位と対向電極構造群の構成単位との間に電圧差Ｖが存在する。電極構造群の構成単位は、各々、電極構造抵抗を有し、電極活物質及び電極集電体を備え、電極集電体が、電極構造群の構成単位によって構成されており、電極バスバーに電気的に並列に接続されている。対向電極構造群の各構成単位は、対向電極活物質及び対向電極集電体を備え、対向電極集電体が、対向電極構造群の構成単位によって構成されており、対向電極バスバーに電気的に並列に接続されている。電流リミッタ群の各構成単位は、異なる電極集電体と電極バスバーとの間に電気的に接続されており、摂氏２５度（℃）の温度で、電流リミッタ群の各構成単位が、構成単位の関連付けられた電極構造群の構成単位を通る電流をＩＴｈ未満に制限する抵抗を有し、抵抗が、Ｖと、関連付けられた電極構造群の構成単位の電極構造抵抗と、関連付けられた電極構造群の構成単位と対向電極構造群の構成単位との間の短絡の抵抗と、電極バスバーに接続された電極構造群の構成単位の数と、の関数として決定される。
実施形態６
ＩＴｈが、８アンペア以上かつ１２アンペア以下である、実施形態５に記載の電極アセンブリ。
実施形態７
ＩＴｈが、８．０アンペアである、実施形態５又は実施形態６に記載の電極アセンブリ。
実施形態８
Ｖが、４．３５ボルトである、実施形態５～７のいずれか１つに記載の電極アセンブリ。
実施形態９
充電状態と放電状態との間でサイクリングするための電極アセンブリは、電極構造の群と、対向電極構造の群と、電極構造群と対向電極構造群とを電気的に隔離するためのセパレータ構造の群と、電流リミッタの群と、電極バスバーと、対向電極バスバーと、を含む。電極アセンブリは、摂氏２５度（℃）で完全に充電された容量Ｃを有する。電極構造群の各構成単位は、電極活物質及び電極集電体を備え、電極集電体が、電極構造群の構成単位によって構成されており、電極バスバーに電気的に並列に接続されている。対向電極構造群の各構成単位は、対向電極活物質及び対向電極集電体を備え、対向電極集電体が、対向電極構造群の構成単位によって構成されており、対向電極バスバーに電気的に並列に接続されている。電流リミッタの群は、電極バスバーと電極群の構成単位の各電極集電体との間の電気接続部に位置し、２５℃の温度で、（ｉ）電流リミッタ群の各構成単位が、電極バスバーと構成単位の関連付けられた電極集電体との間で流れ得る電流の量を最大８アンペアに制限する抵抗を含み、（ｉｉ）電流が電極バスバーと電極集電体サブセットの各構成単位との間で渡されて、電極アセンブリを１ＣのＣレートで充電又は放電するとき、電流リミッタ群の各構成単位を通した電圧降下は、２０ｍＶを超えない。
実施形態９．１
摂氏マイナス３０度（℃）～８０℃の通常動作温度の範囲内で充電状態と放電状態との間でサイクリングするための電極アセンブリであって、電極アセンブリが、単位セルの群、電極バスバー、対向電極バスバー、及び電流リミッタの群を備える。単位セル群の各構成単位は、セル抵抗Ｒ１を有し、電極構造、セパレータ構造、及び対向電極構造を備え、単位セル群の各構成単位の電極構造が、電極集電体及び電極活物質層を備え、単位セル群の各構成単位の対向電極構造が、対向電極集電体及び対向電極活物質層を備える。単位セル群の各構成単位について、（ａ）電極構造の電極集電体が、電極バスバーに電気的に接続されており、（ｂ）対向電極構造の対向電極集電体が、対向電極バスバーに電気的に接続されており、（ｃ）電流リミッタ群の構成単位が、（ｉ）電極集電体と電極バスバーとの間、又は（ｉｉ）対向電極集電体と対向電極バスバーとの間に電気的に接続されている。電流リミッタ群の各構成単位は、電極アセンブリが通常動作温度の範囲内にあるときに、Ｒ２／Ｒ１＞０．０１であるような抵抗Ｒ２を有する。
実施形態９．２
摂氏マイナス２０度（℃）～８０℃の通常動作温度の範囲内で充電状態と放電状態との間でサイクリングするための電極アセンブリであって、電極アセンブリが、単位セルの群、電流リミッタの群、電極バスバー、及び対向電極バスバーを備える。単位セル群の各構成単位は、電極構造、セパレータ構造、及び対向電極構造を備え、単位セル群の各構成単位の電極構造が、電極集電体及び電極活物質層を備え、単位セル群の各構成単位の対向電極構造が、対向電極集電体及び対向電極活物質層を備える。単位セル群の各構成単位について、（ａ）電極構造の電極集電体が、電極バスバーに電気的に接続されており、（ｂ）対向電極構造の対向電極集電体が、対向電極バスバーに電気的に接続されており、（ｃ）電流リミッタ群の少なくとも１つの構成単位が、（ｉ）電極集電体と電極バスバーとの間、又は（ｉｉ）対向電極集電体と対向電極バスバーとの間に電気的に接続されている。各単位セルについて、電流リミッタ群の少なくとも１つの構成単位が、電極アセンブリが通常動作温度の範囲内にあるときに、単位セルを通る電流を、電極アセンブリが放電されるまで、単位セルの熱暴走を誘発するであろう電流未満である閾値電流Ｉ未満の非零電流に実質的に連続して制限するのに十分な抵抗を有する。
実施形態１０
摂氏２５度（℃）の温度における電流リミッタ群の各構成単位の抵抗が、０．２５オーム（Ω）よりも大きい、実施形態５～９．２のいずれか１つに記載の電極アセンブリ。
実施形態１１
電流リミッタ群の各構成単位の抵抗が、２５℃よりも高い温度で増加しない、実施形態３～１０のいずれか１つに記載の電極アセンブリ。
実施形態１２
電流リミッタの群が、導電性接着剤を含む、実施形態１～１１のいずれか１つに記載の電極アセンブリ。
実施形態１３
導電性接着剤が、導電性接着剤の単層で構成されており、電流リミッタの群の各構成単位が、導電性接着剤の単層の異なる部分を含む、実施形態１２に記載の電極アセンブリ。
実施形態１４
導電性接着剤の単層が、電極バスバー上に配設されている、実施形態１３に記載の電極アセンブリ。
実施形態１５
電流リミッタの群の各構成単位の導電性接着剤が、電流リミッタの群の他の各構成単位の導電性接着剤から物理的に分離されている、実施形態１２に記載の電極アセンブリ。
実施形態１６
導電性接着剤が、電極集電体群の各構成単位の一部分上に配設されている、実施形態１５に記載の電極アセンブリ。
実施形態１７
導電性接着剤が、中に懸濁した導電性材料を有する接着性ポリマーを含む、実施形態１２～１６のいずれか１つに記載の電極アセンブリ。
実施形態１８
導電性材料が、カーボンブラックを含む、実施形態１７に記載の電極アセンブリ。
実施形態１８．１
導電性材料が、金属コーティング炭素繊維を含む、実施形態１７に記載の電極アセンブリ。
実施形態１８．２
金属コーティング炭素繊維が、ニッケルでコーティングされた炭素繊維を含む、実施形態１８．１に記載の電極アセンブリ。
実施形態１８．３
金属コーティング炭素繊維が、長さ及び直径を有し、長さ対直径のアスペクト比が、１０：１以上である、実施形態１８．１又は１８．２に記載の電極アセンブリ。
実施形態１８．４
長さ対直径のアスペクト比が、１０：１～１０，０００：１（両端を含む）である、実施形態１８．３に記載の電極アセンブリ。
実施形態１８．５
長さ対直径のアスペクト比が、５０：１～５，０００：１（両端を含む）である、実施形態１８．３に記載の電極アセンブリ。
実施形態１８．６
長さ対直径のアスペクト比が、１００：１～２，０００：１（両端を含む）である、実施形態１８．３に記載の電極アセンブリ。
実施形態１８．７
長さ対直径のアスペクト比が、約８５０である、実施形態１８．３に記載の電極アセンブリ。
実施形態１９
導電性材料が、ニッケル粒子を含む、実施形態１７に記載の電極アセンブリ。
実施形態２０
導電性材料が、カーボンブラック、ニッケル、銅、金、銀、チタン、グラファイト、モリブデン、クロム、及びアルミニウムのうちの１つ以上を含む、実施形態１７に記載の電極アセンブリ。
実施形態２１
導電性材料が、金属粒子を含む、実施形態１７に記載の電極アセンブリ。
実施形態２２
導電性接着剤が、ホットメルト接着剤ポリマーを含む、実施形態１２～２１のいずれか１つに記載の電極アセンブリ。
実施形態２２．１
１９０℃でＡＳＴＭＤ １２３８に従って決定される導電性接着剤のメルトフローインデックスが、０．１～１０００グラム（ｇ）／１０分（ｍｉｎ）である、実施形態１２～２１のいずれか１つに記載の電極アセンブリ。
実施形態２２．２
メルトフローインデックスが、０．１～１００ｇ／１０ｍｉｎである、実施形態２２．１に記載の電極アセンブリ。
実施形態２２．３
メルトフローインデックスが、０．５～２０ｇ／１０ｍｉｎである、実施形態２２．１に記載の電極アセンブリ。
実施形態２２．４
導電性接着剤の融点が、４０℃～３００℃である、実施形態１２～２２．３のいずれか１つに記載の電極アセンブリ。
実施形態２２．５
導電性接着剤の融点が、６０℃～２００℃である、実施形態２２．４に記載の電極アセンブリ。
実施形態２２．６
導電性接着剤の融点が、７０℃～１６５℃である、実施形態２２．４に記載の電極アセンブリ。
実施形態２３
導電性接着剤が、０．０１Ω・ｃｍ以上の抵抗率を有する、実施形態１２～２２．６のいずれか１つに記載の電極アセンブリ。
実施形態２４
導電性接着剤が、１．０Ω・ｃｍ以下の抵抗率を有する、実施形態１２～２３のいずれか１つに記載の電極アセンブリ。
実施形態２５
導電性接着剤が、エチレン－ｃｏ－アクリル酸、エチレン－ｃｏ－アクリル酸のイオノマー、及びエチレン－ｃｏ－アクリル酸のポリマーのうちの１つを含む、実施形態１２～２４のいずれか１つに記載の電極アセンブリ。
実施形態２６
導電性接着剤が、エチレン－ｃｏ－メタクリル酸、エチレン－ｃｏ－メタクリル酸のアイオノマー、及びエチレン－ｃｏ－メタクリル酸のポリマーのうちの１つを含む、実施形態１２～２４のいずれか１つに記載の電極アセンブリ。
実施形態２７
導電性接着剤が、官能化ポリエチレンを含む、実施形態１２～２４のいずれか１つに記載の電極アセンブリ。
実施形態２８
導電性接着剤が、官能化ポリプロピレンを含む、実施形態１２～２４のいずれか１つに記載の電極アセンブリ。
実施形態２９
電流リミッタ群の各構成単位が、導電性フィルムを含む、実施形態１～１１のいずれか１つに記載の電極アセンブリ。
実施形態３０
電流リミッタ群の各構成単位が、電極バスバーと、電極バスバーの関連付けられた電極集電体と、の間に物理的に位置する、実施形態１～２９のいずれか１つに記載の電極アセンブリ。
実施形態３１
追加の電流リミッタの群を更に備え、追加の電流リミッタの群の各構成単位が、異なる対向電極集電体と対向電極バスバーとの間に電気的に接続されている、実施形態１～３０のいずれか１つに記載の電極アセンブリ。
実施形態３２
摂氏２５度（℃）の温度で、追加の電流リミッタ群の各構成単位が、０．２５オーム（Ω）よりも大きい抵抗を有する、実施形態３１に記載の電極アセンブリ。
実施形態３３
摂氏２５度（℃）の温度で、追加の電流リミッタ群の各構成単位が、０．２５オーム（Ω）よりも小さい抵抗を有する、実施形態３１に記載の電極アセンブリ。
実施形態３４
第２の電流リミッタ群の各構成単位の抵抗が、２５℃よりも高い温度で増加しない、実施形態３１～３３のいずれか１つに記載の電極アセンブリ。
実施形態３５
追加の電流リミッタの群が、追加の導電性接着剤を含む、実施形態３１～３４のいずれか１つに記載の電極アセンブリ。
実施形態３６
追加の導電性接着剤が、中に懸濁した追加の導電性材料を有する追加の接着性ポリマーを含む、実施形態３５に記載の電極アセンブリ。
実施形態３７
追加の導電性材料が、カーボンブラックを含む、実施形態３６に記載の電極アセンブリ。
実施形態３７．１
追加の導電性材料が、金属コーティング炭素繊維を含む、実施形態３６に記載の電極アセンブリ。
実施形態３７．２
金属コーティング炭素繊維が、ニッケルでコーティングされた炭素繊維を含む、実施形態３７．１に記載の電極アセンブリ。
実施形態３７．３
金属コーティング炭素繊維が、長さ及び直径を有し、長さ対直径のアスペクト比が、１０：１以上である、実施形態３７．１又は３７．２に記載の電極アセンブリ。
実施形態３７．４
長さ対直径のアスペクト比が、１０：１～１０，０００：１（両端を含む）である、実施形態３７．３に記載の電極アセンブリ。
実施形態３７．５
長さ対直径のアスペクト比が、５０：１～５，０００：１（両端を含む）である、実施形態３７．３に記載の電極アセンブリ。
実施形態３７．６
長さ対直径のアスペクト比が、１００：１～２，０００：１（両端を含む）である、実施形態３７．３に記載の電極アセンブリ。
実施形態３７．７
長さ対直径のアスペクト比が、約８５０である、実施形態３７．３に記載の電極アセンブリ。
実施形態３８
追加の導電性材料が、ニッケル粒子を含む、実施形態３６に記載の電極アセンブリ。
実施形態３９
追加の導電性材料が、カーボンブラック、ニッケル、銅、金、銀、チタン、グラファイト、モリブデン、クロム、及びアルミニウムのうちの１つ以上を含む、実施形態３６に記載の電極アセンブリ。
実施形態４０
追加の導電性材料が、金属粒子を含む、実施形態３６に記載の電極アセンブリ。
実施形態４１
追加の導電性材料及び導電性材料が、同じタイプの導電性材料である、実施形態３６に記載の電極アセンブリ。
実施形態４２
追加の導電性接着剤が、ホットメルト接着剤ポリマーを含む、実施形態３５～４１のいずれか１つに記載の電極アセンブリ。
実施形態４２．１
１９０℃でＡＳＴＭＤ １２３８に従って決定される追加の導電性接着剤のメルトフローインデックスが、０．１～１０００グラム（ｇ）／１０分（ｍｉｎ）である、実施形態３５～４１のいずれか１つに記載の電極アセンブリ。
実施形態４２．２
メルトフローインデックスが、０．１～１００ｇ／１０ｍｉｎである、実施形態４２．１に記載の電極アセンブリ。
実施形態４２．３
メルトフローインデックスが、０．５～２０ｇ／１０ｍｉｎである、実施形態４２．１に記載の電極アセンブリ。
実施形態４２．４
追加の導電性接着剤の融点が、４０℃～３００℃である、実施形態３５～４２．３のいずれか１つに記載の電極アセンブリ。
実施形態４２．５
追加の導電性接着剤の融点が、６０℃～２００℃である、実施形態４２．４に記載の電極アセンブリ。
実施形態４２．６
追加の導電性接着剤の融点が、７０℃～１６５℃である、実施形態４２．４に記載の電極アセンブリ。
実施形態４３
追加の導電性接着剤が、０．０１Ω・ｃｍ以上の抵抗率を有する、実施形態３５～４２．６のいずれか１つに記載の電極アセンブリ。
実施形態４４
追加の導電性接着剤が、１．０Ω・ｃｍ以下の抵抗率を有する、実施形態３５～４３のいずれか１つに記載の電極アセンブリ。
実施形態４５
追加の導電性接着剤が、エチレン－ｃｏ－アクリル酸、エチレン－ｃｏ－アクリル酸のイオノマー、及びエチレン－ｃｏ－アクリル酸のポリマーのうちの１つを含む、実施形態３５～４４のいずれか１つに記載の電極アセンブリ。
実施形態４６
追加の導電性接着剤が、エチレン－ｃｏ－メタクリル酸、エチレン－ｃｏ－メタクリル酸のイオノマー、及びエチレン－ｃｏ－メタクリル酸のポリマーのうちの１つを含む、実施形態３５～４４のいずれか１つに記載の電極アセンブリ。
実施形態４７
追加の導電性接着剤が、官能化ポリエチレンを含む、実施形態３５～４４のいずれか１つに記載の電極アセンブリ。
実施形態４８
追加の導電性接着剤が、官能化ポリプロピレンを含む、実施形態３５～４４のいずれか１つに記載の電極アセンブリ。
実施形態４９
追加の電流リミッタ群の各構成単位が、導電性フィルムを含む、実施形態３１～３４のいずれか１つに記載の電極アセンブリ。
実施形態５０
追加の電流リミッタ群の各構成単位が、電極バスバーと、電極バスバーの関連付けられた電極集電体と、の間に物理的に位置する、実施形態３１～４９のいずれか１つに記載の電極アセンブリ。
実施形態５１
追加の電極構造の群を更に備え、追加の電極構造の群の各構成単位が、電極活物質及び追加の電極集電体を備え、追加の電極集電体が、電流リミッタ群の構成単位に接続されずに、電極バスバーに電気的に並列に接続されている、実施形態１～５０のいずれか１つに記載の電極アセンブリ。
実施形態５２
電極構造が、カソード構造を含み、電極活物質が、カソード活物質を含み、電極集電体が、カソード集電体を含み、電極バスバーが、カソードバスバーを含む、実施形態１～５１のいずれか１つに記載の電極アセンブリ。
実施形態５３
電極構造が、アノード構造を含み、電極活物質が、アノード活物質を含み、電極集電体が、アノード集電体を含み、電極バスバーが、カソードバスバーを含む、実施形態１～５１のいずれか１つに記載の電極アセンブリ。
実施形態５４
封止された電池筐体と、封止された筐体内の先行実施形態のいずれか１つに記載の電極アセンブリと、封止された電池筐体の外部の電極端子及び対向電極端子と、を備える、二次電池。
実施形態５５
定格容量Ｃを有する充電状態と放電状態との間でサイクリングするための二次電池であって、（ｉ）封止された電池筐体と、（ｉｉ）封止された筐体内の電流リミッタの群を含む電極アセンブリと、（ｉｉｉ）封止された電池筐体の外部の電極端子及び対向電極端子と、を備える、二次電池。電極アセンブリは、架空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、及び垂直軸を有し、（ｉ）縦方向に交互する配列で配置された少なくとも１０個の電極構造の群及び少なくとも１０個の対向電極構造の群と、（ｉｉ）電極端子に電気的に接続された電極バスバーと、（ｉｉｉ）対向電極端子に電気的に接続された対向電極バスバーと、（ｉｖ）電極群及び対向電極群の構成単位間の電気絶縁セパレータと、を備え、（ｖ）電極群の各構成単位が、電極バスバーに電気的に並列に接続されており、（ｖｉ）電極バスバーが、長さ及び断面積を有し、電極端子から電極群に電流を伝達するように、かつ電極群から電極端子に、プールされていた電流を伝達するように適合されており、（ｖｉｉ）電極群の各構成単位が、対向電極バスバーに電気的に並列に接続されており、（ｖｉｉｉ）対向電極バスバーが、長さ及び断面積を有し、対向電極端子から対向電極群に電流を伝達するように、かつ対向電極群から対向電極端子に、プールされていた電流を伝達するように適合されている。電極群の各構成単位は、電極集電体であって、近位端部と、遠位端部と、電極集電体の近位端部から遠位端部まで延在する長さと、電極集電体の長さに沿った断面積と、電極集電体の表面上の電極活物質の層と、を有する電極集電体を備え、電極集電体の近位端部が、電極バスバーに電気的に接続されている。対向電極群の各構成単位は、対向電極集電体と、対向電極集電体の表面上の対向電極活物質の層と、を備える。電流リミッタの群は、電極バスバーと電極集電体との間に電気的に接続されており、摂氏２５度（℃）の温度で、電流リミッタ群の各構成単位が、０．２５オーム（Ω）よりも大きい抵抗を有する。
実施形態５６
電流リミッタ群の各構成単位の抵抗が、２５℃よりも高い温度で増加しない、実施形態５５に記載の二次電池。
実施形態５７
電流リミッタの群が、導電性接着剤を含む、実施形態５６又は実施形態５７に記載の二次電池。
実施形態５８
導電性接着剤が、導電性接着剤の単層で構成されており、電流リミッタの群の各構成単位が、導電性接着剤の単層の異なる部分を含む、実施形態５７に記載の二次電池。
実施形態５９
導電性接着剤の単層が、電極バスバー上に配設されている、実施形態５８に記載の二次電池。
実施形態６０
電流リミッタの群の各構成単位の導電性接着剤が、電流リミッタの群の他の各構成単位の導電性接着剤から物理的に分離されている、実施形態５７に記載の二次電池。
実施形態６１
導電性接着剤が、電極集電体群の各構成単位の一部分上に配設されている、実施形態６０に記載の二次電池。
実施形態６２
導電性接着剤が、中に懸濁した導電性材料を有する接着性ポリマーを含む、実施形態５７～６１のいずれか１つに記載の二次電池。
実施形態６３
導電性材料が、カーボンブラックを含む、実施形態６２に記載の二次電池。
実施形態６３．１
導電性材料が、金属コーティング炭素繊維を含む、実施形態６２に記載の二次電池。
実施形態６３．２
金属コーティング炭素繊維が、ニッケルでコーティングされた炭素繊維を含む、実施形態６３．１に記載の二次電池。
実施形態６３．３
金属コーティング炭素繊維が、長さ及び直径を有し、長さ対直径のアスペクト比が、１０：１以上である、実施形態６３．１又は６３．２に記載の二次電池。
実施形態６３．４
長さ対直径のアスペクト比が、１０：１～１０，０００：１（両端を含む）である、実施形態６３．３に記載の二次電池。
実施形態６３．５
長さ対直径のアスペクト比が、５０：１～５，０００：１（両端を含む）である、実施形態６３．３に記載の二次電池。
実施形態６３．６
長さ対直径のアスペクト比が、１００：１～２，０００：１（両端を含む）である、実施形態６３．３に記載の二次電池。
実施形態６３．７
長さ対直径のアスペクト比が、約８５０である、実施形態６３．３に記載の二次電池。
実施形態６４
導電性材料が、ニッケル粒子を含む、実施形態６２に記載の二次電池。
実施形態６５
導電性材料が、カーボンブラック、ニッケル、銅、金、銀、チタン、グラファイト、モリブデン、クロム、及びアルミニウムのうちの１つ以上を含む、実施形態６２に記載の二次電池。
実施形態６６
導電性材料が、金属粒子を含む、実施形態６２に記載の二次電池。
実施形態６７
導電性接着剤が、ホットメルト接着剤ポリマーを含む、実施形態５７～６６のいずれか１つに記載の二次電池。
実施形態６７．１
１９０℃でＡＳＴＭＤ １２３８に従って決定される導電性接着剤のメルトフローインデックスが、０．１～１０００グラム（ｇ）／１０分（ｍｉｎ）である、実施形態５７～６６のいずれか１つに記載の二次電池。
実施形態６７．２
メルトフローインデックスが、０．１～１００ｇ／１０ｍｉｎである、実施形態６７．１に記載の二次電池。
実施形態６７．３
メルトフローインデックスが、０．５～２０ｇ／１０ｍｉｎである、実施形態６７．１に記載の二次電池。
実施形態６７．４
導電性接着剤の融点が、４０℃～３００℃である、実施形態５７～６７．３のいずれか１つに記載の二次電池。
実施形態６７．５
導電性接着剤の融点が、６０℃～２００℃である、実施形態６７．４に記載の二次電池。
実施形態６７．６
導電性接着剤の融点が、７０℃～１６５℃である、実施形態６７．４に記載の二次電池。
実施形態６８
導電性接着剤が、０．０１Ω・ｃｍ以上の抵抗率を有する、実施形態５７～６７．６のいずれか１つに記載の二次電池。
実施形態６９
導電性接着剤が、１．０Ω・ｃｍ以下の抵抗率を有する、実施形態５７～６８のいずれか１つに記載の二次電池。
実施形態７０
導電性接着剤が、エチレン－ｃｏ－アクリル酸、エチレン－ｃｏ－アクリル酸のイオノマー、及びエチレン－ｃｏ－アクリル酸のポリマーのうちの１つを含む、実施形態５７～６９のいずれか１つに記載の二次電池。
実施形態７１
導電性接着剤が、エチレン－ｃｏ－メタクリル酸、エチレン－ｃｏ－メタクリル酸のアイオノマー、及びエチレン－ｃｏ－メタクリル酸のポリマーのうちの１つを含む、実施形態５７～６９のいずれか１つに記載の二次電池。
実施形態７２
導電性接着剤が、官能化ポリエチレンを含む、実施形態５７～６９のいずれか１つに記載の二次電池。
実施形態７３
導電性接着剤が、官能化ポリプロピレンを含む、実施形態５７～６９のいずれか１つに記載の二次電池。
実施形態７４
電流リミッタ群の各構成単位が、導電性フィルムを含む、実施形態５５又は実施形態５６に記載の二次電池。
実施形態７５
電流リミッタ群の各構成単位が、電極バスバーと、電極バスバーの関連付けられた電極集電体と、の間に物理的に位置する、実施形態５５～７４のいずれか１つに記載の二次電池。
実施形態７６
電極アセンブリが、追加の電流リミッタの群を更に備え、追加の電流リミッタの群の各構成単位が、異なる対向電極集電体と対向電極バスバーとの間に電気的に接続されている、実施形態５５～７５のいずれか１つに記載の二次電池。
実施形態７７
摂氏２５度（℃）の温度で、追加の電流リミッタ群の各構成単位が、０．２５オーム（Ω）よりも大きい抵抗を有する、実施形態７６に記載の二次電池。
実施形態７８
摂氏２５度（℃）の温度で、追加の電流リミッタ群の各構成単位が、０．２５オーム（Ω）よりも小さい抵抗を有する、実施形態７６に記載の二次電池。
実施形態７９
第２の電流リミッタ群の各構成単位の抵抗が、２５℃よりも高い温度で増加しない、実施形態７６～７８のいずれか１つに記載の二次電池。
実施形態８０
追加の電流リミッタの群が、追加の導電性接着剤を含む、実施形態７６～７９のいずれか１つに記載の二次電池。
実施形態８１
追加の導電性接着剤が、中に懸濁した追加の導電性材料を有する追加の接着性ポリマーを含む、実施形態８０に記載の二次電池。
実施形態８２
追加の導電性材料が、カーボンブラックを含む、実施形態８１に記載の二次電池。
実施形態８２．１
追加の導電性材料が、金属コーティング炭素繊維を含む、実施形態８１に記載の二次電池。
実施形態８２．２
金属コーティング炭素繊維が、ニッケルでコーティングされた炭素繊維を含む、実施形態８２．１に記載の二次電池。
実施形態８２．３
金属コーティング炭素繊維が、長さ及び直径を有し、長さ対直径のアスペクト比が、１０：１以上である、実施形態８２．１又は８２．２に記載の二次電池。
実施形態８２．４
長さ対直径のアスペクト比が、１０：１～１０，０００：１（両端を含む）である、実施形態８２．３に記載の二次電池。
実施形態８２．５
長さ対直径のアスペクト比が、５０：１～５，０００：１（両端を含む）である、実施形態８２．３に記載の二次電池。
実施形態８２．６
長さ対直径のアスペクト比が、１００：１～２，０００：１（両端を含む）である、実施形態８２．３に記載の二次電池。
実施形態８２．７
長さ対直径のアスペクト比が、約８５０である、実施形態８２．３に記載の二次電池。
実施形態８３
追加の導電性材料が、ニッケル粒子を含む、実施形態８１に記載の二次電池。
実施形態８４
追加の導電性材料が、カーボンブラック、ニッケル、銅、金、銀、チタン、グラファイト、モリブデン、クロム、及びアルミニウムのうちの１つ以上を含む、実施形態８１に記載の二次電池。
実施形態８５
追加の導電性材料が、金属粒子を含む、実施形態８１に記載の二次電池。
実施形態８６
追加の導電性材料及び導電性材料が、同じタイプの導電性材料である、実施形態８１に記載の二次電池。
実施形態８７
追加の導電性接着剤が、ホットメルト接着剤ポリマーを含む、実施形態８０～８６のいずれか１つに記載の二次電池。
実施形態８７．１
１９０℃でＡＳＴＭＤ １２３８に従って決定される追加の導電性接着剤のメルトフローインデックスが、０．１～１０００グラム（ｇ）／１０分（ｍｉｎ）である、実施形態８０～８６のいずれか１つに記載の二次電池。
実施形態８７．２
メルトフローインデックスが、０．１～１００ｇ／１０ｍｉｎである、実施形態８７．１に記載の二次電池。
実施形態８７．３
メルトフローインデックスが、０．５～２０ｇ／１０ｍｉｎである、実施形態８７．１に記載の二次電池。
実施形態８７．４
追加の導電性接着剤の融点が、４０℃～３００℃である、実施形態８０～８７．３のいずれか１つに記載の二次電池。
実施形態８７．５
追加の導電性接着剤の融点が、６０℃～２００℃である、実施形態８７．４に記載の二次電池。
実施形態８７．６
追加の導電性接着剤の融点が、７０℃～１６５℃である、実施形態８７．４に記載の二次電池。
実施形態８８
追加の導電性接着剤が、０．０１Ω・ｃｍ以上の抵抗率を有する、実施形態８０～８７．６のいずれか１つに記載の二次電池。
実施形態８９
追加の導電性接着剤が、１．０Ω・ｃｍ以下の抵抗率を有する、実施形態８０～８８のいずれか１つに記載の二次電池。
実施形態９０
追加の導電性接着剤が、エチレン－ｃｏ－アクリル酸、エチレン－ｃｏ－アクリル酸のイオノマー、及びエチレン－ｃｏ－アクリル酸のポリマーのうちの１つを含む、実施形態８０～８９のいずれか１つに記載の二次電池。
実施形態９１
追加の導電性接着剤が、エチレン－ｃｏ－メタクリル酸、エチレン－ｃｏ－メタクリル酸のアイオノマー、及びエチレン－ｃｏ－メタクリル酸のポリマーのうちの１つを含む、実施形態８０～８９のいずれか１つに記載の二次電池。
実施形態９２
追加の導電性接着剤が、官能化ポリエチレンを含む、実施形態８０～８９のいずれか１つに記載の二次電池。
実施形態９３
追加の導電性接着剤が、官能化ポリプロピレンを含む、実施形態８０～８９のいずれか１つに記載の二次電池。
実施形態９４
追加の電流リミッタ群の各構成単位が、導電性フィルムを含む、実施形態７６～７９のいずれか１つに記載の二次電池。
実施形態９５
追加の電流リミッタ群の各構成単位が、電極バスバーと、電極バスバーの関連付けられた電極集電体と、の間に物理的に位置する、実施形態７６～９４のいずれか１つに記載の二次電池。
実施形態９６
電極アセンブリが、追加の電極構造の群を更に備え、追加の電極構造の群の各構成単位が、電極活物質及び追加の電極集電体を備え、追加の電極集電体が、電流リミッタ群の構成単位に接続されずに、電極バスバーに電気的に並列に接続されている、実施形態５５～９５のいずれか１つに記載の二次電池。
実施形態９７
電極構造が、カソード構造を含み、電極活物質が、カソード活物質を含み、電極集電体が、カソード集電体を含み、電極バスバーが、カソードバスバーを含む、実施形態５５～９６のいずれか１つに記載の二次電池。
実施形態９８
電極構造が、アノード構造を含み、電極活物質が、アノード活物質を含み、電極集電体が、アノード集電体を含み、電極バスバーが、カソードバスバーを含む、実施形態５５～９６のいずれか１つに記載の二次電池。
実施形態９９
充電状態と放電状態との間でサイクリングするための電極アセンブリで使用するための電流リミッタを有する電極単位セルを試験する方法であって、電極単位セルが、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スペーサと、を備え、電流リミッタが、電極構造に電気的に接続されており、電極単位セルが、容量Ｃ及び電圧Ｖを有する、方法。この方法は、電流リミッタを電極構造に電気的に接続することを含み、摂氏２５度（℃）の温度で、電流リミッタが、０．２５オーム（Ω）以上の抵抗を有する。導電性粒子が、電極構造と対向電極構造との間の、電極単位セルの場所に挿入され、導電性粒子が挿入された電極単位セルの場所の上方に圧子が位置付けられる。圧子は、電極単位セルが、導電性粒子を押動してスペーサを通り抜けさせて電極単位セル及び対向電極単位セルの両方と接触させるように移動することを防止しながら、毎秒１．０ミリメートル（ｍｍ）の速度で電極単位セルに押し込まれる。電流リミッタを有する電極単位セルは、電極単位セルが発火したときに試験に不合格であり、電流リミッタを有する電極単位セルは、電極単位セルが発火しなかったときに試験に合格する。
実施形態１００
圧子を電極単位セルに押し込むことは、電圧Ｖの８０パーセントよりも大きい電圧降下が観測されるまで、圧子を電極単位セルに押し込むことを含む、実施形態９９に記載の方法。
実施形態１０１
導電性粒子を挿入することが、ニッケル粒子を挿入することを含む、実施形態９９又は実施形態１００に記載の方法。
実施形態１０２
ニッケル粒子を挿入することが、英文字「Ｌ」のような形状の２．０ｍｍ×０．２ｍｍ×０．１ｍｍのニッケル粒子であるニッケル粒子を挿入することを含む、実施形態１０１に記載の方法。
実施形態１０３
電極単位セルが試験に不合格であると判定されたときに、電極単位セルと同じ容量Ｃ及び同じ電圧Ｖを有する同様の電極単位セルに異なる電流リミッタを取り付けることであって、異なる電流リミッタが２５℃の温度で電流リミッタよりもより大きい抵抗を有する、取り付けることと、同様の導電性粒子が挿入された同様の電極単位セルの場所の上方に、圧子を位置付けることと、同様の電極単位セルに、同様の電極単位セルが動くことを防止しながら毎秒１．０ｍｍの速度で圧子を押し込むことと、異なる電流リミッタを有する同様の電極単位セルが、同様の電極単位セルが発火したときに試験に不合格であると判定することと、異なる電流リミッタを有する同様の電極単位セルが、同様の電極単位セルが発火しなかったときに試験に合格したと判定することと、を更に含む、実施形態９９～１０２のいずれか１つに記載の方法。
実施形態１０４
充電状態と放電状態との間でサイクリングするための電極アセンブリを設計する方法は、あるタイプを有する電極単位セルを組み立てることを含み、電極単位セルが、電極構造、対向電極構造と、電極構造と対向電極構造との間のスペーサと、を備え、タイプが、電極単位セルによって生成される電圧と、電極単位セルの容量と、電極構造、対向電極構造、及びスペーサを構築するために使用される材料と、によって決定される。電流リミッタが、電極構造に電気的に接続されており、摂氏２５度（℃）の温度で、電流リミッタは、０．２５オーム（Ω）以上の抵抗を有する。導電性粒子が、電極構造と対向電極構造との間の、電極単位セルの場所で挿入される。圧子が、導電性粒子が挿入された電極単位セルの場所の上方に位置付けられる。圧子は、電極単位セルが、導電性粒子を押動してスペーサを通り抜けさせて電極単位セル及び対向電極単位セルの両方と接触させるように動くことを防止しながら、毎秒１．０ミリメートル（ｍｍ）の速度で電極単位セルに押し込まれる。電流リミッタを有する電極単位セルは、電極単位セルが発火したときに試験に不合格であり、電流リミッタを有する電極単位セルは、電極単位セルが発火しなかったときに試験に合格する。電流リミッタを有する電極単位セルが試験に合格したときに、このタイプの電極単位セルの群及び電流リミッタの群を含む電極構造が組み立てられ、各電流リミッタが、異なる電極単位セルに電気的に接続される。
実施形態１０５
電極単位セルと同じタイプを有する同様の電極単位セルを組み立てることと、異なる電流リミッタを同様の電極構造に電気的に接続することであって、２５℃の温度で、異なる電流リミッタが、電流リミッタよりも大きい抵抗を有する、電気的に接続することと、同様の電極単位セルの場所で同様の導電性粒子を挿入することと、圧子を、導電性粒子が挿入された同様の電極単位セルの場所の上方に位置決めすることと、同様の電極単位セルが動くことを防止しながら、同様の電極単位セルに毎秒１．０ｍｍの速度で圧子を押し込むことと、同様の電極単位セルが発火したときに、異なる電流リミッタを有する同様の電極単位セルが試験に不合格であると判定することと、同様の電極単位セルが発火しなかったときに、異なる電流リミッタを有する同様の電極単位セルが試験に合格したと判定することと、異なる電流リミッタを有する同様の電極単位セルが試験に合格したときに、電極単位セルと同じタイプを有する電極単位セルの群と、異なる電流リミッタの群と、を含む電極構造を組み立てることであって、異なる各電流リミッタが異なる電極単位セルに電気的に接続される、組み立てることと、を更に含む、実施形態１０４に記載の方法。
実施形態１０６
電極単位セルのうちの１つで内部短絡が発生した場合に、電極単位セルの群を含む電極アセンブリの障害を引き起こし得る、電極単位セルを通る熱暴走電流Ｉｔｒを決定する方法であって、各電極単位セルが、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セパレータ構造と、を備える、方法。この方法は、（ａ）電気的に並列に接続されたＭ個の単位セルの電極アセンブリにおいて、電極構造と対向電極構造との間の１つの電極単位セルの場所で導電性粒子を挿入することであって、Ｍは、正の整数である、挿入することと、（ｂ）導電性粒子が挿入された電極単位セルの場所における電極アセンブリの上方に圧子を位置付けることと、（ｃ）電極アセンブリが、導電性粒子を押動してスペーサを通り抜けさせて電極単位セル及び対向電極単位セルの両方と接触させるように動くことを防止しながら、毎秒１．０ミリメートル（ｍｍ）の速度で圧子を電極単位セルに押し込むことと、（ｄ）電極アセンブリが発火したときに電極アセンブリが試験に不合格であると判定し、電極アセンブリが発火しなかったときに電極アセンブリが試験に合格したと判定することと、（ｅ）電極アセンブリが試験に合格したときにＭを１だけ増加させ、ステップ（ａ）～（ｅ）を繰り返し、電極アセンブリが試験に不合格であったときにステップ（ｆ）に進むことと、（ｆ）Ｍ－１個の単位セルを含む電極アセンブリに基づいて、熱暴走電流Ｉｔｒを決定することと、を含む。
実施形態１０７
Ｍ－１個の単位セルを含む電極アセンブリに基づいて、熱暴走電流Ｉｔｒを決定することが、熱暴走電流Ｉｔｒを、完全に充電されたときの個々の単位セルの電圧と、電極アセンブリがＭ－１個の単位セルを含んでいるときに導電性粒子が挿入された電極単位セルの短絡抵抗と、の関数として計算することを含む、実施形態１０６に記載の方法。
実施形態１０８
充電状態と放電状態との間でサイクリングするための電極単位セルの群を含む電極アセンブリを設計する方法は、（ａ）Ｍ個の電極単位セルを組み立てることであって、各電極単位セルが、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セパレータ構造と、を備え、Ｍは、正の整数である、組み立てることと、（ｂ）電極アセンブリにおいてＭ個の単位セルを電気的に並列に接続することと、（ｃ）電極構造と対向電極構造との間の１つの電極単位セルの場所で導電性粒子を挿入することと、（ｄ）導電性粒子が挿入された電極単位セルの場所における電極アセンブリの上方に圧子を位置決めすることと、（ｅ）電極アセンブリが、導電性粒子を押動してスペーサを通り抜けさせて電極単位セル及び対向電極単位セルの両方と接触させるように動くことを防止しながら、圧子を電極単位セルに押し込むことと、（ｆ）電極アセンブリが発火したときに電極アセンブリが試験に不合格であると判定し、電極アセンブリが発火しなかったときに電極アセンブリが試験に合格したと判定することと、（ｇ）電極アセンブリが試験に合格したときにＭを１だけ増加させ、ステップ（ａ）～（ｇ）を繰り返し、電極アセンブリが試験に不合格であったときにステップ（ｈ）に進むことと、（ｈ）Ｍ－１個の単位セルを含む電極アセンブリに基づいて、熱暴走電流Ｉｔｒを決定することと、（ｉ）個々の電極単位セルにおいて短絡が発生した場合に、個々の電極単位セルを通る電流を熱暴走電流Ｉｔｒ未満に制限する抵抗を、電極単位セルの群が電極アセンブリ内に組み立てられるときに、各電極構造と直列に追加することを決定することと、を含む。
実施形態１０９
Ｍ－１個の単位セルを含む電極アセンブリに基づいて、熱暴走電流Ｉｔｒを決定することが、熱暴走電流Ｉｔｒを、完全に充電されたときの個々の単位セルの電圧と、電極アセンブリがＭ－１個の単位セルを含んでいるときに導電性粒子が挿入された電極単位セルの短絡抵抗と、の関数として計算することを含む、実施形態１０８に記載の方法。
実施形態１１０
追加される抵抗が、
Figure 2024512712000016
 を満たす電流制限抵抗Ｒｃｌｄであり、式中、ＶＴＯＣは、完全に充電されたときの単位セルの電圧であり、Ｒｂｌは、各単位セルの抵抗であり、Ｒｓは、電極アセンブリがＭ－１個の単位セルを含むときに導電性粒子が挿入された電極単位セルの短絡抵抗であり、Ｎは、電極アセンブリに含める電極単位セルの数である、実施形態１０８又は１０９に記載の方法。
実施形態１１１
通常動作温度の範囲内で充電状態と放電状態との間でサイクリングするための電極アセンブリであって、電極アセンブリが、電極構造の群、対向電極構造の群、電流リミッタの群、電極バスバー、及び対向電極バスバーを備える、電極アセンブリ。電極構造群の各構成単位は、電極集電体を備え、電極集電体が、電極構造群の構成単位によって構成されており、電極バスバーに電気的に並列に接続されている。対向電極構造群の各構成単位は、対向電極集電体を備え、対向電極集電体が、対向電極構造群の構成単位によって構成されており、対向電極バスバーに電気的に並列に接続されている。電極集電体の各々は、電流リミッタの群の構成単位によって電極バスバーに電気的に接続されており、電極リミッタ群の各構成単位が、電極アセンブリが通常動作温度の範囲内にあるときに、構成単位が取り付けられた電極集電体を通る電流を電流閾値Ｉｔｒ未満に制限するのに十分な抵抗を有する。
実施形態１１２
通常動作温度の範囲内で充電状態と放電状態との間でサイクリングするための電極アセンブリであって、電極アセンブリが、電極構造の群、対向電極構造の群、電流リミッタの群、電極バスバー、及び対向電極バスバーを備える、電極アセンブリ。電極構造群の各構成単位は、電極集電体を備え、電極集電体が、電極構造群の構成単位によって構成されており、電極バスバーに電気的に並列に接続されている。対向電極構造群の各構成単位は、対向電極集電体を備え、対向電極集電体が、対向電極構造群の構成単位によって構成されており、対向電極バスバーに電気的に並列に接続されている。電流リミッタの群の各構成単位は、電極集電体を電極バスバーに電気的に接続する導電性接着剤を含み、導電性接着剤が、電極アセンブリが通常動作温度の範囲内にあるときにゼロオーム（Ω）よりも大きい抵抗を有する。
実施形態１１３
通常動作温度の範囲内で充電状態と放電状態との間でサイクリングするための電極アセンブリであって、電極アセンブリが、電極構造の群、対向電極構造の群、電流リミッタの群、電極バスバー、及び対向電極バスバーを備える、電極アセンブリ。電極構造群の各構成単位は、電極集電体を備え、電極集電体が、電極構造群の構成単位によって構成されており、電極バスバーに電気的に並列に接続されている。対向電極構造群の各構成単位は、対向電極集電体を備え、対向電極集電体が、対向電極構造群の構成単位によって構成されており、対向電極バスバーに電気的に並列に接続されている。電流リミッタの群は、少なくとも１０個の電流リミッタを含む。電極集電体の各々は、電流リミッタの群の構成単位によって電極バスバーに電気的に接続されており、電流リミッタ群の各構成単位が、電極アセンブリが通常動作温度の範囲内にあるときに、０．２５オーム（Ω）以上の抵抗を有する。
実施形態１１４
通常動作温度の範囲内で充電状態と放電状態との間でサイクリングするための電極アセンブリであって、電極アセンブリが、電極構造の群と、対向電極構造の群と、電極構造群と対向電極構造群とを電気的に隔離するためのセパレータ構造の群と、電流リミッタの群と、電極バスバーと、対向電極バスバーと、を備える、電極アセンブリ。電極構造群の各構成単位は、熱暴走電流Ｉｔｒ閾値を有する。電極構造群の構成単位と対向電極構造群の構成単位との間に、電圧Ｖが存在する。電極バスバー及び対向電極バスバーは、総合して、端子抵抗を有する。電極構造群の構成単位は各々、電極構造抵抗を有し、電極集電体を備え、電極集電体が、電極構造群の構成単位によって構成されており、電極バスバーに電気的に並列に接続されている。対向電極構造群の各構成単位は、対向電極集電体を備え、対向電極集電体が、対向電極構造群の構成単位によって構成されており、対向電極バスバーに電気的に並列に接続されている。電流リミッタ群の各構成単位は、異なる電極集電体と電極バスバーとの間に電気的に接続されており、電極アセンブリが通常動作温度の範囲内にあるとき、電流リミッタ群の各構成単位は、構成単位の関連付けられた電極構造群の構成単位を通る電流をＩｔｒ未満に制限する抵抗を有し、抵抗が、通常動作温度の範囲内で、Ｖと、１つの電極構造と１つの隣接する対向電極構造との間の短絡の抵抗と、電極構造抵抗と、対向電極構造抵抗と、端子抵抗と、電極バスバーに接続された電極構造群の構成単位の数と、の関数として決定される。
実施形態１１５
少なくとも１つの界面層を更に備え、少なくとも１つの界面層が、ａ）電極集電体の構成単位及び電流リミッタの群の構成単位と、ｂ）電流リミッタの群の構成単位及び電極バスバーと、のうちの一方又は両方の間に電気的に接続されている、実施形態１～５４のいずれか１つに記載の電極アセンブリ。
実施形態１１６
界面層が、導電性コーティングを含む、実施形態１１５に記載の電極アセンブリ。
実施形態１１７
導電性コーティングが、カーボンナノチューブのコーティングを含む、実施形態１１６に記載の電極アセンブリ。
実施形態１１８
導電性コーティングが、炭素系コーティングを含む、実施形態１１６に記載の電極アセンブリ。
実施形態１１９
導電性コーティングが、電極集電体の構成単位及び電極バスバーの一方又は両方上にコーティングされている、実施形態１１６～１１８のいずれか１つに記載の電極アセンブリ。
実施形態１２０
少なくとも１つの界面層を更に備え、少なくとも１つの界面層が、ａ）電極集電体の構成単位及び電流リミッタの群の構成単位と、ｂ）電流リミッタの群の構成単位及び電極バスバーと、のうちの一方又は両方の間に電気的に接続されている、実施形態５５～９８のいずれか１つに記載の二次電池。
実施形態１２１
界面層が、導電性コーティングを含む、実施形態１２０に記載の二次電池。
実施形態１２２
導電性コーティングが、カーボンナノチューブのコーティングを含む、実施形態１２１に記載の二次電池。
実施形態１２３
導電性コーティングが、炭素系コーティングを含む、実施形態１２２に記載の二次電池。
実施形態１２４
導電性コーティングが、電極集電体の構成単位及び電極バスバーの一方又は両方上にコーティングされている、実施形態１２１～１２３のいずれか１つに記載の二次電池。
実施形態１２５
電極アセンブリを組み立てる方法であって、単位セルの群を積層方向に互いの上に積層することであって、単位セル群の各構成単位が、電極構造、セパレータ構造、及び対向電極構造を含み、電極構造が、電極集電体及び電極活物質層を備え、対向電極構造が、対向電極集電体及び対向電極活物質層を備え、電極構造及び対向電極構造が、積層方向に垂直な縦方向に延在し、電極集電体の端部が、縦方向に電極活物質及びセパレータ構造を越えて延在する、積層することと、各電極集電体の端部部分を、電極構造の縦方向に直交する方向に曲げて、積層方向に、又は積層方向の反対に延在させることと、積層方向に延在する電極バスバーを、電極バスバーの表面を電極集電体の端部部分に隣接させて位置付けることと、電極バスバーに熱及び圧力を加えて、抵抗性ポリマー材料を含む接着層を介して、電極集電体の端部部分をバスバーに接着させることと、を含む、方法。
実施形態１２６
抵抗性ポリマー層が、熱可塑性材料を含む、実施形態１２５に記載の方法。
実施形態１２７
接着層が、電極集電体の端部部分と接触している電極バスバーの表面上に形成される、実施形態１２５に記載の方法。
実施形態１２８
抵抗性ポリマー材料が、接着性ポリマーを含み、接着層が、接着性ポリマー中に懸濁した導電性材料を含む、実施形態１２７に記載の方法。
実施形態１２９
導電性材料が、カーボンブラック、ニッケル、銅、金、銀、チタン、グラファイト、モリブデン、クロム、及びアルミニウムのうちの１つ以上を含む、実施形態１２８に記載の方法。
実施形態１３０
導電性材料が、金属コーティング炭素繊維を含む、実施形態１２８に記載の方法。
実施形態１３１
金属コーティング炭素繊維が、ニッケルコーティング炭素繊維を含む、実施形態１３０に記載の方法。
実施形態１３２
金属コーティング炭素繊維が、長さ及び直径を有し、金属コーティング炭素繊維の長さと直径とのアスペクト比が、１０：１～１０，０００：１（両端を含む）である、実施形態１３０に記載の方法。
実施形態１３３
アスペクト比が、５０：１～５，０００：１（両端を含む）である、実施形態１３２に記載の方法。
実施形態１３４
アスペクト比が、１００：１～２，０００：１（両端を含む）である、実施形態１３２に記載の方法。
実施形態１３５
１９０℃でＡＳＴＭＤ １２３８に従って決定される導電性接着剤のメルトフローインデックスが、０．１～１０００グラム（ｇ）／１０分（ｍｉｎ）である、実施形態１２８に記載の方法。
実施形態１３６
メルトフローインデックスが、０．１～１００ｇ／１０ｍｉｎである、実施形態１３５に記載の方法。
実施形態１３７
メルトフローインデックスが、０．５～２０ｇ／１０ｍｉｎである、実施形態１３５に記載の方法。
実施形態１３８
導電性接着剤の融点が、４０℃～３００℃である、実施形態１２８に記載の方法。
実施形態１３９
導電性接着剤の融点が、６０℃～２００℃である、実施形態１３８に記載の方法。
実施形態１４０
導電性接着剤の融点が、７０℃～１６５℃である、実施形態１３８に記載の方法。
実施形態１４１
各電極集電体の端部部分を曲げることが、各電極集電体の曲がっていない端部部分に接して電極バスバーを位置付け、電極集電体に向けて積層方向に圧力を加えることを含む、実施形態１２５に記載の方法。
実施形態１４２
各対向電極集電体の端部部分が、対向電極活物質及びセパレータ構造を越えて、電極集電体の端部部分と反対側の縦方向に延在し、方法が、各対向電極集電体の端部部分を、対向電極構造の縦方向にほぼ垂直になるように曲げて、積層方向又は積層方向の反対に延在させることと、積層方向に延在する対向電極バスバーを、対向電極バスバーの表面を対向電極集電体の端部部分と接触させて位置付けることと、対向電極バスバーを対向電極集電体の端部部分に取り付けることと、を更に含む、実施形態１２５に記載の方法。
実施形態１４３
対向電極バスバーを対向電極集電体の端部部分に取り付けることが、対向電極バスバーを対向電極集電体の端部部分に接着剤で付けることを含む、実施形態１４２に記載の方法。
実施形態１４４
対向電極バスバーを対向電極集電体の端部部分に取り付けることが、対向電極バスバーを、溶接又ははんだ付けによって対向電極集電体の端部部分に取り付けることを含む、実施形態１４２に記載の方法。
実施形態１４５
対向電極集電体の端部部分と接触している対向電極バスバーの表面が、表面上に配設された抵抗性ポリマー層を有し、対向電極バスバーを対向電極集電体の端部部分に取り付けることが、対向電極バスバーに熱及び圧力を加えて、抵抗性ポリマー層を介して対向電極集電体の端部部分をバスバーに接着させることを含む、実施形態１４２に記載の方法。
この書面による説明は、実施例を使用して、最良の態様を含む発明を開示し、かつ任意の当業者が、任意のデバイス又はシステムの製造及び使用並びに任意の組み込まれた方法の実行を含む発明を実践することも可能にする。本発明の特許可能な範囲は、請求項によって定義され、また、当業者に見出される他の例を含み得る。そのような他の例は、それらが請求項の文字通りの言葉と異ならない構造要素を有する場合、又はそれらが特許請求の範囲の文字通りの言葉とは実質的に異ならない差を伴う均等な構造要素を含む場合、請求項の範囲内に入ることが意図されている。

Claims (85)

  1. 電極アセンブリを組み立てる方法であって、
    単位セルの群を積層方向に互いの上に積層することであって、前記単位セル群の各構成単位が、電極構造、セパレータ構造、及び対向電極構造を含み、前記電極構造が、電極集電体及び電極活物質層を備え、前記対向電極構造が、対向電極集電体及び対向電極活物質層を備え、前記電極構造及び前記対向電極構造が、前記積層方向に垂直な縦方向に延在し、前記電極集電体の端部部分が、前記縦方向に電極活物質及び前記セパレータ構造を越えて延在する、積層することと、
    各電極集電体の前記端部部分を、前記電極構造の前記縦方向に直交する方向に曲げて、前記積層方向に、又は前記積層方向の反対に延在させることと、
    前記積層方向に延在する電極バスバーを、前記電極バスバーの表面を前記電極集電体の前記端部部分に隣接させて位置付けることと、
    前記電極バスバーに熱及び圧力を加えて、抵抗性ポリマー材料を含む接着層を介して、前記電極集電体の前記端部部分を前記バスバーに接着させることと、を含む、方法。
  2. 前記抵抗性ポリマー材料が、熱可塑性材料を含む、請求項１に記載の方法。
  3. 前記接着層が、前記電極集電体の前記端部部分と接触している前記電極バスバーの前記表面上に形成される、請求項１に記載の方法。
  4. 前記抵抗性ポリマー材料が、接着性ポリマーを含み、前記接着層が、前記接着性ポリマー中に懸濁した導電性材料を含む、請求項１に記載の方法。
  5. 前記導電性材料が、カーボンブラック、ニッケル、銅、金、銀、チタン、グラファイト、モリブデン、クロム、及びアルミニウムのうちの１つ以上を含む、請求項４に記載の方法。
  6. 前記導電性材料が、金属コーティング炭素繊維を含む、請求項４に記載の方法。
  7. 前記金属コーティング炭素繊維が、ニッケルコーティング炭素繊維を含む、請求項６に記載の方法。
  8. 前記金属コーティング炭素繊維が、長さ及び直径を有し、前記金属コーティング炭素繊維の前記長さと前記直径とのアスペクト比が、１０：１～１０，０００：１（両端を含む）である、請求項６に記載の方法。
  9. 前記アスペクト比が、５０：１～５，０００：１（両端を含む）である、請求項８に記載の方法。
  10. 前記アスペクト比が、１００：１～２，０００：１（両端を含む）である、請求項８に記載の方法。
  11. １９０℃でＡＳＴＭＤ １２３８に従って決定される導電性接着剤のメルトフローインデックスが、０．１～１０００グラム（ｇ）／１０分（ｍｉｎ）である、請求項４に記載の方法。
  12. 前記メルトフローインデックスが、０．１～１００ｇ／１０ｍｉｎである、請求項１１に記載の方法。
  13. 前記メルトフローインデックスが、０．５～２０ｇ／１０ｍｉｎである、請求項１１に記載の方法。
  14. 導電性接着剤の融点が、４０℃～３００℃である、請求項４に記載の方法。
  15. 前記導電性接着剤の前記融点が、６０℃～２００℃である、請求項１４に記載の方法。
  16. 前記導電性接着剤の前記融点が、７０℃～１６５℃である、請求項１４に記載の方法。
  17. 各電極集電体の前記端部部分を曲げることが、各電極集電体の曲がっていない端部部分に接して前記電極バスバーを位置付け、前記電極集電体に向けて前記積層方向に圧力を加えることを含む、請求項１に記載の方法。
  18. 各対向電極集電体の端部部分が、前記対向電極活物質及び前記セパレータ構造を越えて、前記電極集電体の前記端部部分の反対側の前記縦方向に延在し、前記方法が、
    各対向電極集電体の前記端部部分を、前記対向電極構造の前記縦方向にほぼ垂直になるように曲げて、前記積層方向又は前記積層方向の反対に延在させることと、
    前記積層方向に延在する対向電極バスバーを、前記対向電極バスバーの表面を前記対向電極集電体の前記端部部分と接触させて位置付けることと、
    前記対向電極バスバーを前記対向電極集電体の前記端部部分に取り付けることと、を更に含む、請求項１に記載の方法。
  19. 前記対向電極バスバーを前記対向電極集電体の前記端部部分に取り付けることが、前記対向電極バスバーを前記対向電極集電体の前記端部部分に接着剤で付けることを含む、請求項１８に記載の方法。
  20. 前記対向電極バスバーを前記対向電極集電体の前記端部部分に取り付けることが、前記対向電極バスバーを、溶接又ははんだ付けによって前記対向電極集電体の前記端部部分に取り付けることを含む、請求項１８に記載の方法。
  21. 前記対向電極集電体の前記端部部分と接触している前記対向電極バスバーの前記表面が、前記表面上に配設された抵抗性ポリマー層を有し、前記対向電極バスバーを前記対向電極集電体の前記端部部分に取り付けることが、前記対向電極バスバーに熱及び圧力を加えて、前記抵抗性ポリマー層を介して前記対向電極集電体の前記端部部分を前記バスバーに接着させることを含む、請求項１８に記載の方法。
  22. 充電状態と放電状態との間でサイクリングするための電極アセンブリであって、前記電極アセンブリが、単位セルの群、電流リミッタの群、電極バスバー、及び対向電極バスバーを備え、
    前記単位セル群の各構成単位が、電極構造、セパレータ構造、及び対向電極構造を備え、前記単位セル群の各構成単位の前記電極構造が、電極集電体及び電極活物質層を備え、前記単位セル群の各構成単位の前記対向電極構造が、対向電極集電体及び対向電極活物質層を備え、
    前記単位セル群の各構成単位について、（ａ）前記電極構造の前記電極集電体が、前記電極バスバーに電気的に接続されており、（ｂ）前記対向電極構造の前記対向電極集電体が、前記対向電極バスバーに電気的に接続されており、（ｃ）前記電流リミッタ群の構成単位が、（ｉ）前記電極集電体と前記電極バスバーとの間、又は（ｉｉ）前記対向電極集電体と前記対向電極バスバーとの間の電気的接続部に位置し、
    前記電流リミッタの群の各構成単位が、導電性接着剤を含み、前記導電性接着剤が、摂氏２５度（℃）で０．２５オーム（Ω）以上の抵抗を有する、電極アセンブリ。
  23. （ａ）前記電極構造が、電極構造のグループに分割されており、各グループにおける前記電極構造が、互いに電気的に並列に接続されており、電極構造の各グループが、前記電流リミッタの群の単一の構成単位によって前記電極バスバーに電気的に接続されている、及び
    （ｂ）前記対向電極構造が、対向電極構造のグループに分割されており、各グループにおける前記対向電極構造が、互いに電気的に並列に接続されており、対向電極構造の各グループが、前記電流リミッタの群の単一の構成単位によって前記対向電極バスバーに電気的に接続されている、の一方又は両方である、請求項２２に記載の電極アセンブリ。
  24. 前記導電性接着剤が、接着性ポリマーを含む、請求項２２に記載の電極アセンブリ。
  25. 前記導電性接着剤が、導電性接着剤の単層で構成されており、前記電流リミッタの群の各構成単位が、前記導電性接着剤の単層の異なる部分を含む、請求項２４に記載の電極アセンブリ。
  26. 前記導電性接着剤の単層が、前記電極バスバー又は前記対向電極バスバー上に配設されている、請求項２５に記載の電極アセンブリ。
  27. 前記電流リミッタの群の各構成単位の前記導電性接着剤が、前記電流リミッタの群の他の各構成単位の前記導電性接着剤から物理的に分離されている、請求項２４に記載の電極アセンブリ。
  28. 前記導電性接着剤が、０．０１Ω・ｃｍ以上の抵抗率を有する、請求項２４に記載の電極アセンブリ。
  29. 前記導電性接着剤が、官能化ポリエチレン及び官能化ポリプロピレンのうちの１つを含む、請求項２４に記載の電極アセンブリ。
  30. 前記導電性接着剤が、中に懸濁した導電性材料を有する接着性ポリマーを含む、請求項２４に記載の電極アセンブリ。
  31. 前記導電性材料が、カーボンブラック、ニッケル、銅、金、銀、チタン、グラファイト、モリブデン、クロム、及びアルミニウムのうちの１つ以上を含む、請求項３０に記載の電極アセンブリ。
  32. 前記導電性材料が、金属コーティング炭素繊維を含む、請求項３０に記載の電極アセンブリ。
  33. 前記金属コーティング炭素繊維が、ニッケルコーティング炭素繊維を含む、請求項３２に記載の電極アセンブリ。
  34. 前記金属コーティング炭素繊維が、長さ及び直径を有し、前記金属コーティング炭素繊維の前記長さと前記直径とのアスペクト比が、１０：１～１０，０００：１（両端を含む）である、請求項３２に記載の電極アセンブリ。
  35. 前記アスペクト比が、５０：１～５，０００：１（両端を含む）である、請求項３４に記載の電極アセンブリ。
  36. 前記アスペクト比が、１００：１～２，０００：１（両端を含む）である、請求項３４に記載の電極アセンブリ。
  37. １９０℃でＡＳＴＭＤ １２３８に従って決定される前記導電性接着剤のメルトフローインデックスが、０．１～１０００グラム（ｇ）／１０分（ｍｉｎ）である、請求項３０に記載の電極アセンブリ。
  38. 前記メルトフローインデックスが、０．１～１００ｇ／１０ｍｉｎである、請求項３７に記載の電極アセンブリ。
  39. 前記メルトフローインデックスが、０．５～２０ｇ／１０ｍｉｎである、請求項３７に記載の電極アセンブリ。
  40. 前記導電性接着剤の融点が、４０℃～３００℃である、請求項３０に記載の電極アセンブリ。
  41. 前記導電性接着剤の前記融点が、６０℃～２００℃である、請求項４０に記載の電極アセンブリ。
  42. 前記導電性接着剤の前記融点が、７０℃～１６５℃である、請求項４０に記載の電極アセンブリ。
  43. 摂氏マイナス２０度（℃）～８０℃の通常動作温度の範囲内で充電状態と放電状態との間でサイクリングするための電極アセンブリであって、前記電極アセンブリが、単位セルの群、電流リミッタの群、電極バスバー、及び対向電極バスバーを備え、
    前記単位セル群の各構成単位が、電極構造、セパレータ構造、及び対向電極構造を備え、前記単位セル群の各構成単位の前記電極構造が、電極集電体及び電極活物質層を備え、前記単位セル群の各構成単位の前記対向電極構造が、対向電極集電体及び対向電極活物質層を備え、
    前記単位セル群の各構成単位について、（ａ）前記電極構造の前記電極集電体が、前記電極バスバーに電気的に接続されており、（ｂ）前記対向電極構造の前記対向電極集電体が、前記対向電極バスバーに電気的に接続されており、（ｃ）前記電流リミッタ群の少なくとも１つの構成単位が、（ｉ）前記電極集電体と前記電極バスバーとの間、又は（ｉｉ）前記対向電極集電体と前記対向電極バスバーとの間に電気的に接続されており、
    各単位セルについて、前記電流リミッタ群の前記少なくとも１つの構成単位が、前記電極アセンブリが通常動作温度の範囲内にあるときに、前記単位セルを通る電流を、前記単位セルの熱暴走を誘発するであろう電流未満である閾値電流Ｉ未満に制限するのに十分な抵抗を有する、電極アセンブリ。
  44. （ａ）前記電極構造が、電極構造のグループに分割されており、各グループにおける前記電極構造が、互いに電気的に並列に接続されており、電極構造の各グループが、前記電流リミッタの群の単一の構成単位によって前記電極バスバーに電気的に接続されている、及び
    （ｂ）前記対向電極構造が、対向電極構造のグループに分割されており、各グループにおける前記対向電極構造が、互いに電気的に並列に接続されており、対向電極構造の各グループが、前記電流リミッタの群の単一の構成単位によって前記対向電極バスバーに電気的に接続されている、の一方又は両方である、請求項４３に記載の電極アセンブリ。
  45. 前記閾値電流Ｉが、８アンペア以上及び１２アンペア以下である、請求項４３に記載の電極アセンブリ。
  46. 前記電流リミッタの群が、導電性接着剤を含む、請求項４３に記載の電極アセンブリ。
  47. 前記導電性接着剤が、導電性接着剤の単層で構成されており、前記電流リミッタの群の各構成単位が、前記導電性接着剤の単層の異なる部分を含む、請求項４６に記載の電極アセンブリ。
  48. 前記導電性接着剤の単層が、前記電極バスバー又は前記対向電極バスバー上に配設されている、請求項４７に記載の電極アセンブリ。
  49. 前記電流リミッタの群の各構成単位の前記導電性接着剤が、前記電流リミッタの群の他の各構成単位の前記導電性接着剤から物理的に分離されている、請求項４６に記載の電極アセンブリ。
  50. 前記導電性接着剤が、官能化ポリエチレン及び官能化ポリプロピレンのうちの１つを含む、請求項４６に記載の電極アセンブリ。
  51. 前記導電性接着剤が、中に懸濁した導電性材料を有する接着性ポリマーを含む、請求項４６に記載の電極アセンブリ。
  52. 前記導電性材料が、カーボンブラック、ニッケル、銅、金、銀、チタン、グラファイト、モリブデン、クロム、及びアルミニウムのうちの１つ以上を含む、請求項５１に記載の電極アセンブリ。
  53. 前記導電性材料が、金属コーティング炭素繊維を含む、請求項５１に記載の電極アセンブリ。
  54. 前記金属コーティング炭素繊維が、ニッケルコーティング炭素繊維を含む、請求項５３に記載の電極アセンブリ。
  55. なし。
  56. 前記金属コーティング炭素繊維が、長さ及び直径を有し、前記金属コーティング炭素繊維の前記長さと前記直径とのアスペクト比が、１０：１～１０，０００：１（両端を含む）である、請求項５３に記載の電極アセンブリ。
  57. 前記アスペクト比が、５０：１～５，０００：１（両端を含む）である、請求項５６に記載の電極アセンブリ。
  58. 前記アスペクト比が、１００：１～２，０００：１（両端を含む）である、請求項５６に記載の電極アセンブリ。
  59. １９０℃でＡＳＴＭＤ １２３８に従って決定される前記導電性接着剤のメルトフローインデックスが、０．１～１０００グラム（ｇ）／１０分（ｍｉｎ）である、請求項５１に記載の電極アセンブリ。
  60. 前記メルトフローインデックスが、０．１～１００ｇ／１０ｍｉｎである、請求項５９に記載の電極アセンブリ。
  61. 前記メルトフローインデックスが、０．５～２０ｇ／１０ｍｉｎである、請求項５９に記載の電極アセンブリ。
  62. 前記導電性接着剤の融点が、４０℃～３００℃である、請求項５１に記載の電極アセンブリ。
  63. 前記導電性接着剤の前記融点が、６０℃～２００℃である、請求項６２に記載の電極アセンブリ。
  64. 前記導電性接着剤の前記融点が、７０℃～１６５℃である、請求項６２に記載の電極アセンブリ。
  65. 充電状態と放電状態との間でサイクリングするための電極アセンブリであって、前記電極アセンブリが、単位セルの群、電極バスバー、対向電極バスバー、及び電流リミッタの群を備え、
    前記単位セル群の各構成単位が、電極構造、セパレータ構造、及び対向電極構造を備え、前記単位セル群の各構成単位の前記電極構造が、容量Ｃを有し、かつ電極集電体及び電極活物質層を備え、前記単位セル群の各構成単位の前記対向電極構造が、対向電極集電体及び対向電極活物質層を備え、
    前記単位セル群の各構成単位について、（ａ）前記電極構造の前記電極集電体が、前記電極バスバーに電気的に接続されており、（ｂ）前記対向電極構造の前記対向電極集電体が、前記対向電極バスバーに電気的に接続されており、（ｃ）前記電流リミッタ群の構成単位が、（ｉ）前記電極集電体と前記電極バスバーとの間、又は（ｉｉ）前記対向電極集電体と前記対向電極バスバーとの間に電気的に接続されており、
    前記単位セル群の各構成単位が、前記電極集電体と前記対向電極集電体との間に最高の充電電圧ＶＴＯＣを有し、かつ前記電極集電体と前記対向電極集電体との間に非零周波数で決定される単位セル抵抗Ｒｂｌを有し、
    前記電流リミッタ群の各構成単位が、前記単位セル群の１つの構成単位の前記電極と前記対向電極との間に電気的短絡がある前記電極アセンブリの放電中に、前記電極バスバー又は前記対向電極バスバーから前記単位セル群の構成単位に伝導され得る電流の量を、以下の式に従って決定される値Ｉに制限する抵抗Ｒｃｌｄを有し、
    Figure 2024512712000017
     式中、ＲＳは、乾式強制内部短絡（ＦＩＳＣ）試験を使用して決定される単位セル群の構成単位のハード短絡抵抗であり、Ｒｔは、前記非零周波数で決定される前記電極バスバーと前記対向電極バスバーとの合成抵抗であり、Ｒｃｌｄは、以下となるような非零値を有し、
    Ｉｃ＊Ｒｃｌｄ＜０．５ボルト
    式中、Ｉｃは、１Ｃレートの電流である、電極アセンブリ。
  66. Ｉが、ＩＬ未満であり、ＩＬが、前記単位セル群の前記構成単位の熱暴走を誘発するであろう前記単位セル群の構成単位を通る電流であり、反復的な湿式ＦＩＳＣ試験によって決定される、請求項６５に記載の電極アセンブリ。
  67. （ａ）前記電極構造が、電極構造のグループに分割されており、各グループにおける前記電極構造が、互いに電気的に並列に接続されており、電極構造の各グループが、前記電流リミッタの群の単一の構成単位によって前記電極バスバーに電気的に接続されている、及び
    （ｂ）前記対向電極構造が、対向電極構造のグループに分割されており、各グループにおける前記対向電極構造が、互いに電気的に並列に接続されており、対向電極構造の各グループが、前記電流リミッタの群の単一の構成単位によって前記対向電極バスバーに電気的に接続されている、の一方又は両方である、請求項６５に記載の電極アセンブリ。
  68. Ｉが、８アンペア以上かつ１２アンペア以下であり、ＶＴＯＣが、４．３５ボルトである、請求項６５に記載の電極アセンブリ。
  69. Ｒｃｌｄが、
    Ｉｃ＊Ｒｃｌｄ＜０．０２ボルト
    となるような非零値を有する、請求項６５に記載の電極アセンブリ。
  70. 前記電流リミッタの群が、導電性接着剤を含む、請求項６５に記載の電極アセンブリ。
  71. 前記導電性接着剤が、導電性接着剤の単層で構成されており、前記電流リミッタの群の各構成単位が、前記導電性接着剤の単層の異なる部分を含む、請求項７０に記載の電極アセンブリ。
  72. 前記導電性接着剤の単層が、前記電極バスバー又は前記対向電極バスバー上に配設されている、請求項７１に記載の電極アセンブリ。
  73. 前記導電性接着剤が、中に懸濁した導電性材料を有する接着性ポリマーを含む、請求項７０に記載の電極アセンブリ。
  74. 前記導電性材料が、カーボンブラック、ニッケル、銅、金、銀、チタン、グラファイト、モリブデン、クロム、及びアルミニウムのうちの１つ以上を含む、請求項７３に記載の電極アセンブリ。
  75. 前記導電性材料が、金属コーティング炭素繊維を含む、請求項７３に記載の電極アセンブリ。
  76. 前記金属コーティング炭素繊維が、ニッケルコーティング炭素繊維を含む、請求項７５に記載の電極アセンブリ。
  77. 前記金属コーティング炭素繊維が、長さ及び直径を有し、前記金属コーティング炭素繊維の前記長さと前記直径とのアスペクト比が、１０：１～１０，０００：１（両端を含む）である、請求項７５に記載の電極アセンブリ。
  78. 前記アスペクト比が、５０：１～５，０００：１（両端を含む）である、請求項７７に記載の電極アセンブリ。
  79. 前記アスペクト比が、１００：１～２，０００：１（両端を含む）である、請求項７７に記載の電極アセンブリ。
  80. １９０℃でＡＳＴＭＤ １２３８に従って決定される前記導電性接着剤のメルトフローインデックスが、０．１～１０００グラム（ｇ）／１０分（ｍｉｎ）である、請求項７３に記載の電極アセンブリ。
  81. 前記メルトフローインデックスが、０．１～１００ｇ／１０ｍｉｎである、請求項８０に記載の電極アセンブリ。
  82. 前記メルトフローインデックスが、０．５～２０ｇ／１０ｍｉｎである、請求項８０に記載の電極アセンブリ。
  83. 前記導電性接着剤の融点が、４０℃～３００℃である、請求項７３に記載の電極アセンブリ。
  84. 前記導電性接着剤の前記融点が、６０℃～２００℃である、請求項８３に記載の電極アセンブリ。
  85. 前記導電性接着剤の前記融点が、７０℃～１６５℃である、請求項８３に記載の電極アセンブリ。
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