TW202234730A - 電極總成、二次電池及製造方法 - Google Patents

電極總成、二次電池及製造方法 Download PDF

Info

Publication number
TW202234730A
TW202234730A TW110142837A TW110142837A TW202234730A TW 202234730 A TW202234730 A TW 202234730A TW 110142837 A TW110142837 A TW 110142837A TW 110142837 A TW110142837 A TW 110142837A TW 202234730 A TW202234730 A TW 202234730A
Authority
TW
Taiwan
Prior art keywords
electrode
layer
unit cell
electrode layer
current collector
Prior art date
Application number
TW110142837A
Other languages
English (en)
Inventor
傑瑞米 Ｊ 戴爾頓
羅伯特 S 布薩卡
艾司霍克 羅西里
姆拉里 拉瑪布拉曼尼安
布魯諾 A 韋德斯
金恆 李
安東尼 卡爾卡特拉
班傑明 Ｌ 卡杜查
Original Assignee
美商易諾維營運公司
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 美商易諾維營運公司 filed Critical 美商易諾維營運公司
Publication of TW202234730A publication Critical patent/TW202234730A/zh

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M50/00—Constructional details or processes of manufacture of the non-active parts of electrochemical cells other than fuel cells, e.g. hybrid cells
    • H01M50/40—Separators; Membranes; Diaphragms; Spacing elements inside cells
    • H01M50/46—Separators, membranes or diaphragms characterised by their combination with electrodes
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/04—Construction or manufacture in general
    • H01M10/0431—Cells with wound or folded electrodes
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/05—Accumulators with non-aqueous electrolyte
    • H01M10/058—Construction or manufacture
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/04—Construction or manufacture in general
    • H01M10/0436—Small-sized flat cells or batteries for portable equipment
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/05—Accumulators with non-aqueous electrolyte
    • H01M10/058—Construction or manufacture
    • H01M10/0585—Construction or manufacture of accumulators having only flat construction elements, i.e. flat positive electrodes, flat negative electrodes and flat separators
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/05—Accumulators with non-aqueous electrolyte
    • H01M10/058—Construction or manufacture
    • H01M10/0587—Construction or manufacture of accumulators having only wound construction elements, i.e. wound positive electrodes, wound negative electrodes and wound separators
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00—Electrodes
    • H01M4/02—Electrodes composed of, or comprising, active material
    • H01M4/13—Electrodes for accumulators with non-aqueous electrolyte, e.g. for lithium-accumulators; Processes of manufacture thereof
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M50/00—Constructional details or processes of manufacture of the non-active parts of electrochemical cells other than fuel cells, e.g. hybrid cells
    • H01M50/40—Separators; Membranes; Diaphragms; Spacing elements inside cells
    • H01M50/463—Separators, membranes or diaphragms characterised by their shape
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M50/00—Constructional details or processes of manufacture of the non-active parts of electrochemical cells other than fuel cells, e.g. hybrid cells
    • H01M50/40—Separators; Membranes; Diaphragms; Spacing elements inside cells
    • H01M50/471—Spacing elements inside cells other than separators, membranes or diaphragms; Manufacturing processes thereof
    • H01M50/474—Spacing elements inside cells other than separators, membranes or diaphragms; Manufacturing processes thereof characterised by their position inside the cells
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M50/00—Constructional details or processes of manufacture of the non-active parts of electrochemical cells other than fuel cells, e.g. hybrid cells
    • H01M50/40—Separators; Membranes; Diaphragms; Spacing elements inside cells
    • H01M50/471—Spacing elements inside cells other than separators, membranes or diaphragms; Manufacturing processes thereof
    • H01M50/477—Spacing elements inside cells other than separators, membranes or diaphragms; Manufacturing processes thereof characterised by their shape
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M50/00—Constructional details or processes of manufacture of the non-active parts of electrochemical cells other than fuel cells, e.g. hybrid cells
    • H01M50/40—Separators; Membranes; Diaphragms; Spacing elements inside cells
    • H01M50/471—Spacing elements inside cells other than separators, membranes or diaphragms; Manufacturing processes thereof
    • H01M50/48—Spacing elements inside cells other than separators, membranes or diaphragms; Manufacturing processes thereof characterised by the material
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M50/00—Constructional details or processes of manufacture of the non-active parts of electrochemical cells other than fuel cells, e.g. hybrid cells
    • H01M50/50—Current conducting connections for cells or batteries
    • H01M50/531—Electrode connections inside a battery casing
    • H01M50/538—Connection of several leads or tabs of wound or folded electrode stacks
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M50/00—Constructional details or processes of manufacture of the non-active parts of electrochemical cells other than fuel cells, e.g. hybrid cells
    • H01M50/50—Current conducting connections for cells or batteries
    • H01M50/531—Electrode connections inside a battery casing
    • H01M50/54—Connection of several leads or tabs of plate-like electrode stacks, e.g. electrode pole straps or bridges
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M50/00—Constructional details or processes of manufacture of the non-active parts of electrochemical cells other than fuel cells, e.g. hybrid cells
    • H01M50/50—Current conducting connections for cells or batteries
    • H01M50/572—Means for preventing undesired use or discharge
    • H01M50/584—Means for preventing undesired use or discharge for preventing incorrect connections inside or outside the batteries
    • H01M50/586—Means for preventing undesired use or discharge for preventing incorrect connections inside or outside the batteries inside the batteries, e.g. incorrect connections of electrodes
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M50/00—Constructional details or processes of manufacture of the non-active parts of electrochemical cells other than fuel cells, e.g. hybrid cells
    • H01M50/50—Current conducting connections for cells or batteries
    • H01M50/572—Means for preventing undesired use or discharge
    • H01M50/584—Means for preventing undesired use or discharge for preventing incorrect connections inside or outside the batteries
    • H01M50/59—Means for preventing undesired use or discharge for preventing incorrect connections inside or outside the batteries characterised by the protection means
    • H01M50/593—Spacers; Insulating plates
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M50/00—Constructional details or processes of manufacture of the non-active parts of electrochemical cells other than fuel cells, e.g. hybrid cells
    • H01M50/50—Current conducting connections for cells or batteries
    • H01M50/572—Means for preventing undesired use or discharge
    • H01M50/584—Means for preventing undesired use or discharge for preventing incorrect connections inside or outside the batteries
    • H01M50/59—Means for preventing undesired use or discharge for preventing incorrect connections inside or outside the batteries characterised by the protection means
    • H01M50/595—Tapes
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/05—Accumulators with non-aqueous electrolyte
    • H01M10/052—Li-accumulators
    • H01M10/0525—Rocking-chair batteries, i.e. batteries with lithium insertion or intercalation in both electrodes; Lithium-ion batteries
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/10—Energy storage using batteries
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P70/00—Climate change mitigation technologies in the production process for final industrial or consumer products
    • Y02P70/50—Manufacturing or production processes characterised by the final manufactured product

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Electrochemistry (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Secondary Cells (AREA)
  • Battery Electrode And Active Subsutance (AREA)

Abstract

一種用於在充電與放電狀態之間循環之二次電池，其包含電池殼體、電極總成、載流子離子及電解質，其中該電極總成包含單位胞元之群，各單位胞元在堆疊方向上包含電極集電器層之單位胞元部分、包含電極活性材料之電極層、隔板層、相對電極層及相對電極集電器層之單位胞元部分，且該單位胞元群之部件的子集包含位於堆疊連續中之間隔物結構之群，且對於單位胞元群子集之各部件，存在虛線，該虛線在正交於該堆疊方向之方向上延伸且與該相對電極層以及由該單位胞元群子集之各各別部件包含的該間隔物結構群之至少一個部件相交。

Description

電極總成、二次電池及製造方法
本發明大體上係關於製造供用於能量儲存裝置之電極總成的方法，且係關於具有根據本文中之方法製造之電極總成的能量儲存裝置。
搖椅或嵌入二次電池為一種類型的能量儲存裝置，其中載流子離子，諸如鋰、鈉、鉀、鈣或鎂離子經由電解質在正電極與負電極之間移動。二次電池可包含已經電耦合以形成電池之單一電池單元或兩個或更多個電池單元，其中各電池單元包含正電極、負電極、微孔隔板及電解質。
在搖椅電池單元中，正電極及負電極皆包含其中嵌入且離開載流子離子之材料。當電池放電時，載流子離子自負電極離開且嵌入正電極中。當電池充電時，發生相反過程：載流子離子自正電極離開且嵌入負電極中。
當載流子離子在電極之間移動時，持續性挑戰中之一者在於以下事實：當電池重複充電及放電時，電極往往會膨脹及收縮。在循環期間，對於電池之可靠性及循環壽命而言，膨脹及收縮往往為成問題的，因為當電極膨脹時，發生電短路及電池故障。可能出現的又一問題在於：例如由製造、使用或運輸期間對電池的實體或機械應力引起的電極對準失配可導致電池的短路及故障。
因此，仍需要控制電極在電池循環期間的膨脹及收縮以改良電池之可靠性及循環壽命。此外，仍需要製造此類電池之可靠及有效方式。亦即，需要用於提供具有電極總成之電池的高效製造方法，該等電極總成具有在電池循環期間電極總成之受控膨脹。
簡言之，因此，本發明之一個態樣係關於一種用於在充電與放電狀態之間循環之二次電池，該二次電池包含電池殼體、電極總成、載流子離子及電池殼體內之電解質，其中
電極總成包含單位胞元之群，各單位胞元在堆疊方向上包含電極集電器層之單位胞元部分、包含電極活性材料之電極層、隔板層、相對電極層及相對電極集電器層之單位胞元部分，相鄰單位胞元之間的電極集電器層之單位胞元部分、電極層、隔板層、相對電極層及相對電極集電器層之單位胞元部分之堆疊的次序相對於彼此反轉，該單位胞元具有自該電極集電器層之該單位胞元部分至該相對電極集電器層之該單位胞元部分的在堆疊連續之堆疊方向上量測的寬度W uc，該電極層具有：寬度W E，其為自鄰近於該電極層之該電極集電器層之該單位胞元部分至鄰近於該電極層之該隔板層的在該堆疊連續之該堆疊方向上量測的；高度H E，其為在正交於該堆疊方向之第二方向上自該電極層之頂表面至底表面之在平行於豎直軸的方向上量測的；及長度L E，其為自第一表面至第二表面量測的，且相對電極層具有：寬度W CE，其為自鄰近於相對電極層之相對電極集電器層之單位胞元部分至鄰近於相對電極層之隔板層的在堆疊連續之堆疊方向上量測的；高度H CE，其為在正交於堆疊方向之第二方向上自相對電極層之頂表面至底表面之在平行於豎直軸的方向上量測的；及長度L CE，其為自第一表面至第二表面量測的，
單位胞元群之部件的子集包含在電極集電器層與相對電極集電器層之間的位於堆疊連續中之間隔物結構之群，間隔物結構包含除電極活性材料以外的材料，且
對於單位胞元群子集之各各別部件，存在虛線，該虛線在正交於該堆疊方向之方向上延伸且與該相對電極層以及由該單位胞元群子集之各各別部件包含的該間隔物結構群之至少一個部件相交。
根據本發明之另一態樣，係關於一種用於在充電與放電狀態之間循環之二次電池的電極總成，其中
電極總成包含單位胞元之群，各單位胞元在堆疊連續中包含電極集電器層之單位胞元部分、包含電極活性材料之電極層、隔板層、相對電極層及相對電極集電器層之單位胞元部分，單位胞元具有自電極集電器層之單位胞元部分至相對電極集電器層之單位胞元部分的在堆疊連續之堆疊方向上量測的寬度W uc，電極層具有：寬度W E，其為自鄰近於電極層之電極集電器層之單位胞元部分至鄰近於電極層之隔板層的在堆疊方向上量測的；高度H E，其為在正交於堆疊方向之第二方向上自電極層之頂表面至底表面量測的；及長度L E，其為在正交於堆疊方向及高度方向之第三方向上自第一至第二表面量測的；及體積V E，其由電極集電器層之單位胞元部分、隔板層、電極層之頂表面、電極層之底表面、電極層之第一末端表面及電極層之第二末端表面限界。
在以下描述及圖式中將部分地論述且部分地顯而易見本發明之其他態樣、特徵及實施例。
交叉參考
本申請案主張皆於2020年11月18日申請之臨時申請案第63/115,266號及臨時申請案第63/115,578號之優先權，且該等臨時申請案皆特此以全文引用之方式併入本文中。
大體而言，本發明之態樣係關於：能量儲存裝置100，諸如二次電池102，如圖1A中所展示，其在充電與放電狀態之間循環；及其製造方法。二次電池102包括電池殼體104、電極總成106及載流子離子，且亦可含有電池殼體104內之電解質，諸如非水性液體電解質。
此外，在某些實施例中，本發明之態樣提供電極總成106，其可在併入至諸如電池、電容器、燃料電池等能量儲存裝置100中時提供特定優點。在一個實施例中，電極總成106及包含電極總成106之二次電池102具有經選擇以適應可能在具有電極總成106之二次電池之充電及/或放電期間以其他方式發生的電極之生長、腫脹及/或膨脹中之至少一者的組態及/或結構。舉例而言，當二次電池102首先自放電狀態充電至充電狀態時，電極總成106可能夠適應可能在初始形成階段期間發生的電極之生長、腫脹及/或膨脹。電極總成106亦可經組態以適應可能在二次電池102之循環期間發生的生長、腫脹及/或膨脹。
根據某些實施例，在自放電狀態移動至充電狀態時，諸如鋰、鈉、鉀、鈣及鎂中之一或多者的載流子離子在電池中之正與負電極之間移動。在到達電極後，載流子離子可接著嵌入或摻合於電極材料中，因此增大該電極之大小及體積。相反地，自充電狀態逆轉至放電狀態可使得離子去嵌入或去摻合，因此使電極收縮。此摻合及/或嵌入及去摻合及/或去嵌入可導致電極的顯著體積變化。在又一實施例中，載流子離子自電極離開之運輸可例如藉由增大材料(例如具有LCO及一些其他材料)之剩餘層的靜電排斥力來增大電極的大小。可導致二次電池102之腫脹的其他機制可包括例如SEI在電極上之形成、電解質及其他組分之分解，以及甚至氣體形成。在一個實施例中，電極可包含具有在二次電池自放電狀態充電至充電狀態時接受每莫耳電極活性材料超過一莫耳載流子離子之容量的電極活性材料層，其中充電狀態為二次電池之額定容量的至少75%，且放電狀態小於二次電池之額定容量的25%，因此引起電極及/或電極總成106之腫脹。因此，電極在充電及放電之後的重複膨脹及收縮以及其他腫脹機制可在電極總成106中產生應變，其可導致二次電池之效能降低且最終甚至導致故障。
此外，在執行以首先形成二次電池之初始形成過程中，藉由將二次電池自放電狀態充電至充電狀態的初始充電過程，類似機制可引起電極總成之腫脹，其可在電極總成中產生應變，及諸如歸因於形成製程期間電極活性材料之生長及/或腫脹。亦即，在製造具有電極總成106之二次電池102時，可執行包含二次電池102之至少一個初始充電循環的初始形成過程，其可在包括電流、溫度及持續時間中之一或多者的謹慎受控條件下執行，以促進二次電池102之組件之間的所要結構及接觸之形成。根據特定電池結構及組成，初始形成過程可包含僅單個初始充電循環，或可包含複數個充電循環(例如二次電池在一或多個循環中之充電及放電)。在一個實施例中，根據待形成之二次電池之特性，初始形成過程可包含一系列部分充電及/或放電循環，諸如至少部分地充電二次電池(例如充電至全容量之10%)的充電過程，繼之以至少部分地放電二次電池(例如放電全容量之5%)的後續放電過程，其後可為至少部分地及甚至完全地充電二次電池之另一充電過程，及/或其他充電及/或放電過程。根據一個實施例，初始形成過程可作為製造中之最終階段執行，以使二次電池102達到其全功率及/或容量。
參考圖3A至3C，根據某些實施例，間隔物結構400之群可設置為電極總成106的一部分以至少部分地適應可能在形成過程期間發生的電極之生長。根據某些實施例，間隔物結構400之群可相對於電極層116中之膨脹電極活性材料(諸如電極活性材料層125內及/或圍繞電極活性材料層125)定位，以界定電極活性材料與諸如相鄰隔板層130之相鄰結構之間的空隙及/或空間。在一個實施例中，空隙及/或空間可提供電極活性材料可諸如在形成階段期間在其中生長的體積，藉此允許電極活性材料膨脹而不使電極總成106過度應變。因此，在某些實施例中，藉由在電極總成106內設置間隔物結構400之群，可形成二次電池102，其展現由可能在形成過程期間及/或在二次電池102在充電與放電狀態之間重複循環期間發生的電極活性材料膨脹導致之結構之較少應變及/或較少變形。
再次參考圖1A及1B以及圖3B，在一個實施例中，電極總成106包括電極結構110之群、相對電極結構112之群及使電極結構110與相對電極結構112電絕緣的電絕緣隔板130。如此等圖中所展示，電極結構110、相對電極結構112及電絕緣隔板130可包含呈交替配置之一系列堆疊層。在一個實施例中，電極結構110之群可包含電極集電器層114之群及電極層116之群，其可包含電極活性材料。電極層116之群可包含例如安置於電極集電器層114之相對側上的第一電極層116a及第二電極層116b。相對電極結構112之群可包含相對電極集電器層118之群及相對電極層120之群，其可包含相對電極活性材料。相對電極層120之群可包含例如安置於相對電極集電器層118之相對側上的第一相對電極電極層120a及第二相對電極電極層120b。在一個實施例中，電極層116包含陽極活性材料，且相對電極層120包含陰極活性材料。在另一實施例中，電極層116包含陰極活性材料，且相對電極層120包含陽極活性材料。
根據某些實施例，電極總成106可包含複數個不同大小、形狀及組態。舉例而言，參考圖1A、1B及14A，在一個實施例中，電極總成包含一系列電極結構110及相對電極112，該等電極結構110及相對電極結構112包含在處於第一方向(例如平行於Y軸)上之堆疊方向上堆疊的一系列堆疊薄片。在如圖1A中所展示的實施例中，包含電極層116之電極結構110具有在正交於堆疊方向(例如平行於Z軸)之第二方向上量測的高度尺寸H E，及在正交於堆疊方向及第二方向(例如平行於X軸)之第三方向上量測的長度尺寸L E，及沿著堆疊方向(例如平行於Y軸)量測的寬度尺寸W E(參見例如圖3B)。在如圖1B中所展示的實施例中，包含電極層116之電極結構110具有為圖1A之高度之一半的高度尺寸H E。
參考圖2A、2B及11A至11B，展示電極總成106之實施例，其中電極結構110及相對電極結構112組態至具有複數個繞組或匝205之捲繞電極總成106中，其中電極薄片110及相對電極薄片112以螺旋形狀自電極總成106之內部區200捲繞至電極總成106之外部區202。捲繞電極總成之各繞組205包含自起始點207a延伸至結束點207b之單位胞元之分段，其為沿著方位角方向A (例如在圓柱座標中)自起始點之360°旋轉。根據此實施例，電極結構110包含電極層116，該等電極層116具有平行於Z軸之所量測的高度尺寸H E及在堆疊方向上量測之寬度尺寸W E，其用於捲繞組態對應於大體上平行於自電極總成106之內部區200至電極總成106之外部區202的半徑R之方向，沿著該方向遇到一系列繞組205a、205b。此外，在如所展示之實施例中，沿著電極總成之R的堆疊方向處於正交於Z軸之方向上。亦即，根據一個實施例，堆疊連續800在堆疊方向R上堆疊，在正交於堆疊方向R (例如在Z方向上)之第二方向上量測電極層116之高度He。根據一個實施例，在正交於堆疊方向及第二方向之第三方向上量測捲繞電極層116之長度尺寸L E，其中自電極總成之內部區至電極總成之外部區針對電極總成中之繞組之總數目沿著角度及/或方位角方向A (例如在圓柱座標中)量測第三方向。在一個實施例中，捲繞電極層之長度L E為自內部區200至外部區202之沿著捲繞電極之螺旋行程208的電極層116之總長度，其中螺旋行程之方向T在沿著螺旋行程208之各點處正交於Z軸及堆疊方向R。在如圖2A中所展示的實施例中，電極總成106包含在沿著Z軸查看時之具有橢圓形型形狀之截面。在如圖2B中所展示的實施例中，電極總成106包含在沿著Z軸查看時之具有圓形型形狀之截面。
參考圖1A至1B及3A至3B，根據一個實施例，電極總成106包含單位胞元500之群，各單位胞元500在堆疊連續800中包含電極集電器層114之單位胞元部分、電極層116、隔板層130、相對電極層120及相對電極集電器層118之單位胞元部分。參考圖3A至3C，在一個實施例中，單位胞元500包含電極集電器層114之單位胞元部分及相對電極集電器層118之單位胞元部分、安置於電極集電器層114之一側上的電極結構110之第一電極層116a，及安置於相對電極集電器層118之面向電極集電器層114之一側上的相對電極結構112之第一相對電極層120a。單位胞元中之電極及相對電極層可安置為使得電極層接近於隔板130之第一側133a且第一相對電極材料層接近於隔板130之相對第二側133b。根據某些實施例，隔板130可在單位胞元500中使電極層116與相對電極層120電隔離，且在包含單位胞元之電極總成在電池在充電與放電狀態之間循環期間用作二次電池的一部分的情況下，載流子離子可在單位胞元中經由隔板130主要在電極層116與相對電極層120之間交換。此外，相鄰單位胞元500之間的電極集電器層之單位胞元部分、電極層、隔板層、相對電極層及相對電極集電器層之單位胞元部分的堆疊次序通常相對於彼此反轉；亦即，在兩個相鄰單位胞元中之一者中，堆疊方向上的次序為電極集電器層之單位胞元部分、電極層、隔板層、相對電極層及相對電極集電器層之單位胞元部分，且在另一單位胞元中，堆疊方向上的次序為相對電極集電器層之單位胞元部分、相對電極層、隔板層、電極層及電極集電器層之單位胞元部分。
此外，根據某些實施例，電極集電器層及/或相對電極集電器層之單位胞元部分為其參與單位胞元中之電化學反應的部分，諸如在其間遞送電流以促進電子在電極集電器層及/或相對電極集電器層之單位胞元部分之間的轉移時。舉例而言，參考圖1A，第一單位胞元500a包含參與單位胞元500a中之電化學反應的電極集電器層114之單位胞元部分，而相鄰第二單位胞元500b包含參與第二單位胞元500b中之電化學反應的共用電極集電器層114之單位胞元部分。舉例而言，集電器層之單位胞元部分可為如在如圖4A中所展示之實施例中在Y方向上沿著XZ平面劃分的集電器層之一半，或可取決於電極總成106之組態及其他特性而包含不同組態。
單位胞元500內之堆疊連續800包含單位胞元500內之彼等結構(例如電極集電器層之單位胞元部分、電極層、隔板層、相對電極層及相對電極集電器層之單位胞元部分)，及/或在堆疊方向上橫越電極總成時遇到的此等結構之區段。堆疊方向為電極總成中之結構相對於彼此堆疊之方向。根據某些實施例，堆疊方向可大體上平行於電極總成之單位胞元中之結構之間的最短距離。舉例而言，對於圖1A及1B中之稜柱形電極總成，堆疊方向平行於軸Y，其為電極層116相對於彼此堆疊所沿著的方向，且堆疊連續800包含沿著軸Y行進時遇到的單位胞元之彼等部件，亦即電極集電器層114之單位胞元部分、電極層116、隔板層130、相對電極層120及相對電極集電器層118之單位胞元部分。在此實施例中，單位胞元500之堆疊連續800因此在Y方向上由電極集電器層114之單位胞元部分及相對電極集電器層118之單位胞元部分限界。在圖2A及2B之捲繞電極總成實施例中，且亦如圖11A至11B及12中所展示，堆疊方向平行於自電極總成106之內部區200至電極總成106之外部區202的方向R，其為各外部繞組205b在更內部繞組205之頂部上堆疊的方向。因此，在此實施例中，電極總成106之堆疊連續800包含在沿著方向R行進時遇到的單位胞元之彼等部件，亦即電極集電器層114之單位胞元部分、電極層116、隔板層130、相對電極層120及相對電極集電器層118之單位胞元部分。在此實施例中，各個別單位胞元500之堆疊連續800因此由在電極總成之相同繞組205中沿著方向R之電極集電器層114之單位胞元部分的區段及相對電極集電器層118之單位胞元部分的區段限界。
根據一個實施例，單位胞元500包含自電極集電器層114之單位胞元部分至相對電極集電器層118之單位胞元部分的在堆疊連續800之堆疊方向上量測之寬度W UC，如圖3B以及圖4至6中所展示，該等圖說明稜柱形電極總成中之單位胞元500之實施例。此外，在螺旋捲繞電池的情況下，如圖11A至11B中所展示，如沿著電極總成之捲繞行程208在單位胞元500之任何繞組205中量測之寬度W UC對應於自電極集電器層114之單位胞元部分至相對電極集電器層118之單位胞元部分的沿著堆疊方向R之寬度，該寬度如針對堆疊方向上之包含最靠近電極集電器層及相對電極集電器層鄰近區段502 (例如沿著捲繞行程208之堆疊方向R的相同繞組205中之彼等區段502)的單位胞元中之堆疊連續而量測的。
根據又一實施例，電極層116包含自鄰近於電極層116的電極集電器層114之單位胞元部分至鄰近於電極層116的隔板層130的在堆疊方向上量測的寬度W E。參考如圖3B及4至6中所展示之稜柱形電極總成之實施例，在堆疊方向中上量測電極集電器層114之第一表面115a與隔板層130之相對第一表面131a之間的寬度W E。類似地，在螺旋捲繞電池的情況下，如圖11A至11B中所展示，如針對沿著電極總成之捲繞行程208之任何繞組205量測的寬度W E對應於自電極集電器層114之單位胞元部分至鄰近於電極層116之隔板層130的沿著堆疊方向R的寬度，該寬度如針對堆疊方向上之包含最靠近電極集電器層及隔板層鄰近區段(例如電極總成之捲繞形成208之相同繞組205中的彼等區段502)之堆疊連續而量測的。
根據實施例，電極層116進一步包含在正交於堆疊方向之方向上自電極層116之頂表面119a至底表面119b量測的高度H E。參考描繪稜柱形電極總成之實施例的圖1A及1B，高度H E可為如自電極層116之頂表面119a至底表面之平行於Z方向量測的尺寸，該Z方向正交於堆疊方向Y。如圖1A及1B中所展示，高度H E進一步正交於沿著X方向量測的長度方向L E，其中在圖1B中描繪的實施例中，沿著電極層116之最長尺寸量測長度L E。參考如圖2A至2B所展示之螺旋捲繞電極總成之實施例，高度H E可為如平行於Z方向量測的尺寸，該Z方向正交於堆疊方向R。
根據某些實施例，電極層116之頂表面119a及底表面119b在正交於堆疊方向之方向上與處於電極層之末端處的電極結構之寬度W E內的任何實體結構之表面共延伸。舉例而言，在後形成電極總成之一個實施例中，頂表面119a及底表面119b可包含電極層116中之電極活性材料層125的末端表面，如圖1A及1B中所展示。作為另一實例，在一個實施例中，頂表面119a及底表面119b可包含安置於電極層116之各別頂部及底部末端處的間隔物結構之頂表面及底表面，諸如在間隔物結構安置於電極層116之周邊周圍且電極活性材料層125安置於周邊間隔物結構內部(例如圖5C中所展示)的情況下。作為又一實例，在預形成電極總成中，其中空隙126可存在於電極活性材料層125與隔板之間，如圖4B中所展示，頂表面119a及底表面119b與電極層116中之電極活性材料層125之末端表面共延伸。因此，高度H E為如在此等頂表面119a與底表面119b之間量測的尺寸(例如圖4B中所展示)。類似地，在一個實施例中，頂表面119a及底表面119b與安置於電極層116之各別頂部及底部末端處的間隔物結構400之頂表面及底表面共延伸，諸如在間隔物結構安置於電極層116之周邊周圍且電極活性材料層125及空隙126安置於周邊間隔物結構內部(例如圖5A及5C中所展示)的情況下。
根據本文中之實施例，電極層116進一步包含在正交於堆疊方向及高度方向之方向上自第一末端表面121a至第二末端表面121b量測的長度L E。參考描繪稜柱形電極總成之實施例的圖1A，長度L E可為如自電極層116之第一末端表面121a至第二末端表面121b平行於X方向量測的尺寸，該X方向正交於堆疊方向Y及高度方向Z。參考描繪稜柱形電極總成之另一實施例的圖1B，長度L E可為如自電極層116之第一末端表面121a至第二末端表面121b平行於如所展示之Z方向量測的尺寸，該Z方向正交於堆疊方向Y及X方向。參考如圖2A至2B所展示之捲繞電極總成之實施例，長度L E可為如自內部區200處之第一末端表面121a至電極總成106之外部區202處之第二末端表面121b沿著捲繞電極之螺旋行程208量測的電極層116之總範圍，其中螺旋行程之方向T在沿著螺旋行程之各點處正交於Z軸及堆疊方向R。亦即，根據某些實施例之捲繞電極層116之長度L E可為如在正交於Z軸及堆疊方向之方向T上沿著捲繞行程中之各點量測的電極層116之總範圍。
根據一個實施例，長度L E可對應於電極層116之最長尺寸，諸如圖1B中平行於X軸之尺寸L E，如所描繪，該尺寸L E具有大於尺寸W E或H E之範圍，且因此為「最長」尺寸。在另一實施例中，諸如圖1A中所展示，其中電極層之兩個尺寸相等，則長度L E可經選擇為沿著X方向之尺寸，其中高度H E為沿著Z方向量測的，但自圖1A可見，此實施例中之X及Z方向可互換，其中電極層116之側面大小相等。最後，在如圖2A至2B中所展示的捲繞實施例中，最長尺寸將等同於在方向T上沿著螺旋行程捲繞的尺寸。舉例而言，若如圖2A至2B中所描繪之捲繞電極116退繞至扁平實施例(諸如圖1A至1B中所展示的實施例)，則在方向T上沿著螺旋行程之尺寸將大於如在平行於X尺寸的方向上量測的高度尺寸H E或如在平行於Y軸的方向上(例如在呈捲繞組態時，在方向R上)量測的電極層之寬度尺寸W E。因此，在某些實施例中，捲繞電極116之長度L E可包含對應於捲起以形成捲繞電極總成106之電極層之尺寸的電極之最長尺寸。
根據一個實施例，可用於界定電極層116之長度L E的電極層116之第一末端表面121a及第二末端表面121b在長度方向L E上與處於之電極層之末端處的電極結構之寬度W E內的任何實體結構之表面共延伸。舉例而言，在後形成電極總成中，第一末端表面121a及第二末端表面121b可包含電極層116中之電極活性材料層125之末端表面。作為另一實例，在一個實施例中，第一末端表面121a及第二末端表面121b可包含安置於電極層116之各別第一及第二末端處的間隔物結構之末端表面，諸如在間隔物結構安置於電極層116之周邊周圍且電極活性材料層125安置於周邊間隔物結構內部(例如圖5B中所展示)的情況下。作為又一實例，在預形成電極總成中，其中空隙126可存在於電極活性材料層125與隔板之間，如圖4A中所展示，第一末端表面121a及第二末端表面121b與電極層116中之電極活性材料層125之末端表面共延伸。類似地，在一個實施例中，第一末端表面121a及第二末端表面121b與安置於電極層116之各別第一及第二末端處的間隔物結構之末端表面共延伸，諸如在間隔物結構安置於電極層116之周邊周圍且電極活性材料層125及空隙126安置於周邊間隔物結構內部(例如圖5A中所展示)的情況下。
根據又一實施例，可針對在電極集電器層114與隔板層130之間具有不規則或鋸齒狀界面的電極層116測定電極層116之寬度W E。舉例而言，在隔板材料及/或電極集電器材料之部分延伸至電極層116中的情況下，諸如在隔板材料及/或電極集電器材料的一部分充當間隔物結構400 (如圖4C中所展示)時，或在其他組態中，此不規則界面可存在。在存在鋸齒狀或不規則界面之此實施例中，藉由設定識別電極集電器層表面115a及/或隔板層表面131a中之一或多者的第一邊界平面123a及第二邊界平面123b中之一或多者，可量測鄰近於電極層116之電極集電器層114的單位胞元部分與在自電極集電器層之單位胞元部分在電極層之相對側上鄰近於電極層116的隔板層之間的寬度W E。亦即，可根據識別電極集電器層114及/或隔板層113與電極層116之間的界面(例如在圖3B中)的邊界平面123a、123b界定電極集電器層114之第一表面115a及隔板層130之第一表面131a中之一或多者。舉例而言，根據一個實施例，設定為電極集電器層114之單位胞元部分之第一表面115a的第一邊界平面123a可界定為一平面，其中：(i)第一邊界平面以及在單位胞元之堆疊連續中以及在遠離隔板層130之方向上位於第一邊界平面之第二側上的平行於第一邊界平面之任何其他平面中之區域的至少80%包括電極集電器材料；及(ii)平行於在單位胞元之堆疊連續中朝著隔板的位於第一邊界平面之第一側上的第一邊界平面之任何其他平面之區域包含少於80%之電極集電器材料。亦即，電極集電器層之邊界平面(第一表面)可設定為對應於在自隔板層行進至電極集電器層時沿著單位胞元中之堆疊方向的彼位置，其中在正交於堆疊方向之方向上在彼位置處的平面中遇到之材料之至少80%為集電器材料。如可理解，在其他實施例中，可設定邊界平面(第一表面)，其中要求(i)為區域之至少90%為集電器材料，及/或區域之至少95%為集電器材料及/或區域之至少98%為集電器材料。因此，在電極集電器層114與電極層116之間的界面相對平面及/或平滑的情況下，有可能將第一表面115a識別為等同於邊界平面，其中平面中之材料之100%為電極集電器層，而朝著隔板層之邊界平面之第一側上的任何平面在邊界平面中包含極少電極集電器層或甚至不包含電極集電器層。亦即，根據本文中之實施例，如本文所定義之邊界平面可經設定以用於其中電極集電器層與電極層116之間的界面為相對鋸齒狀及/或不均勻的結構，以及用於其中更清楚地界定界面的結構。
類似地，設定為隔板130之第一表面131a的第二邊界平面123b可為一平面，其中(i)第二邊界平面以及在單位胞元之堆疊連續中以及單位胞元中之在遠離電極集電器層114之方向上位於第二邊界平面之第一側上的平行於第二邊界平面之任何其他平面中之區域的至少80%包括隔板材料；(ii)平行於在單位胞元之堆疊連續中朝著電極集電器層114的位於第二邊界平面之第二側上的第二邊界平面之任何其他平面之區域包含少於80%之隔板材料。亦即，隔板層之邊界平面(第一表面)可設定為對應於在自電極集電器層行進至隔板時沿著單位胞元中之堆疊方向的彼位置，其中沿著正交於堆疊方向之方向在彼位置處的平面中遇到之材料之至少80%為隔板材料。如可理解，在其他實施例中，可設定邊界平面(第一表面)，其中要求(i)為區域之至少90%為隔板材料，及/或區域之至少95%為電流隔板材料及/或區域之至少98%為隔板材料。因此，在隔板層130與電極層116之間的界面相對平面及/或平滑的情況下，有可能將第一表面131a識別為等同於邊界平面，其中平面中之材料之100%為隔板材料，而朝著電極集電器層之邊界平面之第二側上的任何平面在邊界平面中包含極少隔板材料或甚至不包含隔板材料。亦即，根據本文中之實施例，如本文所定義之邊界平面可經設定以用於其中隔板層130與電極層116之間的界面為相對鋸齒狀及/或不均勻的結構，以及用於其中更清楚地界定界面的結構。
此外，根據某些實施例，雖然圖3B中所描繪的第一邊界平面123a及第二邊界平面123b為具有沿著卡氏座標(X、Y及Z)之尺寸的平面，但可理解，沿著堆疊方向在單位胞元中劃定表面之間的界面的邊界平面123a、123b亦可包含彎曲邊界平面或具有其他形狀之邊界平面。舉例而言，參考圖2A及2B以及圖11A及11B之捲繞電極總成，第一及第二邊界平面可具有大體上對應於電極層116之螺旋繞組的彎曲形狀。根據某些實施例，電極層116之寬度W E可量測為堆疊連續中之電極集電器層114及隔板層130之單位胞元部分的第一邊界平面123a與第二邊界平面123b之間的距離。根據又一實施例，在電極集電器層114及隔板層130之第一表面115a及第二表面131a相對平滑及/或易於識別時，此寬度W E可簡單地等同於表面115a、131a之間的距離。根據又一實施例，寬度W E可為針對具有相對不規則形狀之電極集電器層及/或隔板層設定之第一及/或第二邊界平面中之一或多者與相對平滑及/或易於識別的電極集電器層及/或隔板層中之另一者的表面之間的寬度。亦即，寬度W E可理解為電極集電器層及隔板層之表面之間的尺寸之範圍，其中表面設定為結構之間的易於識別的界面之表面及/或設定為對應於表面且滿足上述準則的邊界平面。
根據一個實施例，電極層116包含體積V E，其由電極集電器層114之單位胞元部分、隔板層130、電極層116之頂表面119a、電極層116之底表面119b、電極層116之第一末端表面121a及電極層116之第二表面121b限界。舉例而言，參考圖3A及3B，體積Ve經計算為如在第一末端表面121a與第二末端表面121b之間量測的電極層之長度L E乘以如在頂表面119a與底表面119b之間量測的電極層116之高度H E，乘以如在電極集電器層114之單位胞元部分的第一表面115a與隔板層130之第一表面131a之間量測的寬度W E。亦可藉由測定設定為電極集電器層114之單位胞元部分的第一表面115a及隔板層之第一表面131a的第一邊界平面123a與第二邊界平面123b之間的距離來量測寬度W E，如本文中所論述。
參考圖9，根據一個實施例，可甚至針對在正交於寬度尺寸W E之尺寸中具有不規則或不均勻形狀的電極層計算電極層116之體積V E。舉例而言，如圖9中所展示，當沿著堆疊方向Y查看時，在X-Z平面中查看電極層116，且可看出尺寸H E沿著電極層116之長度L E而變化。類似地，在其他具體實例中，尺寸L E可沿著電極層116之高度H E而變化，且尺寸L E及/或H E兩者可隨彼此而變化，及/或隨寬度W E而變化。因此，在某些實施例中，為測定體積，可計算電極層116之體積積分以測定體積V E。可根據如一般熟習此項技術者所理解之適合數學方法計算電極層116之體積積分。作為此體積積分之計算之實例，可藉由測定單位胞元中之電極集電器層及隔板層之單位胞元部分的第一邊界平面123a及第二邊界平面123b (例如在此等結構之表面處)來設定寬度W E，且第一與第二末端表面之間的距離(長度L E)及頂表面與底表面之間的距離(高度H E)可接著用於根據下式計算電極層之體積：
體積= ∫ H E(l) x W E(l) x dl (對L=0至L=L E積分)
亦可使用測定電極層116之體積的其他方式，如由電極集電器層之單位胞元部分、隔板層、電極層之頂表面、電極層之底表面、電極層之第一表面及電極層之第二表面限界。舉例而言，在一個實施例中，可沿著X-Y、Y-Z及X-Z平面截取沿著X、Y及Z之各個不同點處的複數個截面，該等平面可用於使用用以計算電極層之總體積V E之計算技術來建構緊密近似於電極層之3D結構的三維模型。
在實施例中，如圖3A至3C及4至6中所展示，電極總成106包含安置於其中的間隔物結構400之群。舉例而言，電極層116可包含安置於其中之間隔物結構400之群。在一個實施例中，間隔物結構400之群可設置為電極層116的一部分，以在經執行以形成二次電池之形成過程之前在諸如電極活性材料之邊界內或外部使電極材料與隔板層130實體上間隔開。因此，間隔物結構400之群可允許電極層116中之電極活性材料與隔板層130及/或相對電極層120之間存在空隙，以便減少在形成過程期間可能引起之可能導致電極總成106之組件(諸如電極材料)膨脹的任何應力。舉例而言，如圖5A中所描繪的實施例中所展示，電極層116可包含至少部分地沿著電極層116之寬度W E延伸之電極活性材料層125及填充電極層116之剩餘部分的空隙126。舉例而言，可在執行形成過程以充電及/或形成含有電極總成106之二次電池之前，在電極總成106為預形成階段的情況下設置空隙126。在另一實施例中，如圖5B中所展示，在執行形成過程之後的後形成階段中的電極總成106包含電極活性材料層125，其已在形成階段期間膨脹以與電極層116之寬度W E一起進一步延伸且甚至延伸至與隔板層130之界面。
在一個實施例中，間隔物結構之群包含安置於電極層116內且沿著正交於堆疊方向之電極層之方向的複數個間隔物結構。舉例而言，在圖3C中所展示之實施例中，複數個間隔物結構沿著對應於電極層116之長度L E的方向(例如X方向)安置，在某些實施例中，該長度L E可為電極層116之最長尺寸。作為又一實例，如圖11A中所描繪的實施例中所展示，間隔物結構400之群可安置於沿著捲繞電極層116之螺旋行程之方向T的各個點處，在某些實施例中，該等點可對應於電極層之最長尺寸。根據又一實施例，電極層116中之間隔物結構400之群可僅包含單個間隔物結構400，諸如至少部分地沿著電極層之周邊404延伸的單個間隔物結構，如在圖8B中所描繪的實施例中所展示。間隔物結構之群可在電極層116與隔板層130之界面處及/或鄰近於該界面(諸如在隔板層130之表面131a處及/或鄰近於該表面131a)沿著電極層116安置，如圖6中所描繪的實施例中所展示。在如圖6中所展示的實施例中，間隔物結構400之群之部件僅部分地穿過電極層之寬度W E延伸至電極活性材料層125。根據又一實施例，間隔物結構之群可在電極層116與電極集電器層114之單位胞元部分之界面處及/或鄰近於該界面(諸如在電極集電器層114之單位胞元部分之表面115a處及/或鄰近於該表面115a)沿著電極層116安置，及/或可在電極層116與電極集電器層114之單位胞元部分及隔板層130之界面之間沿著電極層116之寬度W E延伸，如圖5A中所描繪的實施例中所展示。
根據又一實施例，間隔物結構400之群之部件可包含一部件，該部件具有自隔板層130之表面131a延伸至電極集電器層之單位胞元部分的表面115a (例如基本上跨電極層116之寬度W E)的第一部分410a，及僅部分地跨電極層116之寬度W E延伸至與鄰近於電極集電器層114之單位胞元部分安置的電極活性材料層126之表面127齊平之位置的第二部分410b (參見例如圖5D)。亦即，相同間隔物結構部件可具有不同部分410a、410b，諸如沿著X或Z方向之不同部分，其在沿著電極層116之寬度W E之不同點處終止。根據又一實施例，間隔物結構之群之一或多個部件可包含第一分段410c及第二分段410d，視情況包含第一間隔物材料及第二間隔物材料。舉例而言，再次參考圖5D，在一個實施例中，間隔物結構400中之一或多者可包含：第一分段410c，其位於自電極集電器層表面115a延伸至沿著電極層之W E之與電極活性材料層表面127齊平之位置的結構之區段中；及第二分段410d，其自沿著電極層之W E之與電極活性材料層表面127齊平之位置延伸至隔板層130之表面131a。第一分段410c及第二分段410d可為例如分別地製造之間隔物結構400之不同分段，但包含相同間隔物材料，及/或可包含各自分別包含第一及第二間隔物材料之第一及第二分段，該等第一及第二間隔物材料彼此不同。根據又一實施例，間隔物結構400可包含第一部分410a及第二部分410b與第一分段410c及第二分段410d之組合。
在某些實施例中，電極活性材料層125可在形成階段期間膨脹，以基本上完全填充在預形成階段中留下的空隙126。在其他實施例中，電極活性材料層125在形成過程期間膨脹以僅部分填充空隙，使得至少一些剩餘空隙126在形成後保留在電極層116中。此部分填充可為有利的，例如以適應可能在具有電極總成之二次電池之循環期間發生的電極活性材料或其他材料之任何其他膨脹。根據某些實施例，預及/或後形成之電極活性材料層125可進一步包含多孔層，使得電極活性材料層125自身可包含空隙，而與在二次電池102之形成之前及/或之後藉由間隔物結構400之存在賦予的任何空隙無關。舉例而言，在一個實施例中，電極活性材料層125 (在預或後形成階段中)可包含至少10%、至少25%及/或至少50%空隙，以每體積之電極活性材料層125之空隙體積%量測，且可通常包含小於70%空隙，諸如小於60%空隙、小於50%空隙及/或小於25%空隙，諸如介於電極活性材料層之體積之約10%至70%的範圍內的空隙。因此，包括電極活性材料層125自身中含有的任何空隙，在一個實施例中，後形成階段中之電極層116包含作為電極層之總體積V E之百分比的小於60%空隙，諸如作為電極層116之總體積V E之百分比的小於50%空隙、小於40%、小於30%、小於20%及/或甚至小於或等於約10%空隙。在另一實施例中，預形成階段中之電極層包含作為電極層之總體積之百分比的至少40%空隙，諸如作為電極層之總體積之百分比的至少50%空隙、至少60%空隙、至少75%空隙及/或至少90%空隙。亦即，預形成階段電極層中之空隙可至多或等於90%，且可在後形成階段中下降至10%。
參考圖13A至13B、14A至14D、15A至15D及16A至16C，描述二次電池102及/或電極總成106之其他實施例。根據某些態樣，電極總成106包含單位胞元500之群，各單位胞元在堆疊方向上包含電極集電器層114之單位胞元部分、包含電極活性材料126之電極層116、隔板層130、相對電極層120及相對電極集電器層118之單位胞元部分，堆疊方向上之相鄰單位胞元之間的電極集電器層之單位胞元部分、電極層、隔板層、相對電極層及相對電極集電器層之單位胞元部分之堆疊的次序相對於彼此反轉。根據某些實施例，單位胞元500具有自電極集電器層之單位胞元部分至相對電極集電器層之單位胞元部分的在堆疊連續之堆疊方向上量測的寬度W uc，電極層具有：寬度W E，其為自鄰近於電極層之電極集電器層之單位胞元部分至鄰近於電極層之隔板層(例如圖3B中所展示)的在堆疊連續之堆疊方向上量測的；高度H E，其為在正交於堆疊方向之第二方向上自電極層之頂表面119a至底表面119b (例如圖4B中所展示)之在平行於豎直軸的方向上量測的；及長度L E，其為自第一表面121a至第二表面121b (例如圖2A及/或4A中所展示)量測的， 且相對電極層具有：寬度W CE，其為自鄰近於相對電極層之相對電極集電器層之單位胞元部分至鄰近於相對電極層之隔板層(例如圖14B中所展示)的在堆疊連續之堆疊方向上量測的；高度H CE，其為在正交於堆疊方向之第二方向上自相對電極層之頂表面119c至底表面119d (例如圖14B中所展示)之在平行於豎直軸的方向上量測的；及長度L CE，其為自相對電極層之第一表面121c至相對電極層之第二表面121d (例如圖13A至13B及14A中所展示)量測的。
參考圖13A至13B，根據某些態樣，二次電池102及/或電極總成106包含單位胞元群之部件之子集801，其包含在電極集電器層114與相對電極集電器層118之間的位於堆疊連續800中之間隔物結構400之群，間隔物結構包含除電極活性材料以外的材料。在另一態樣中，對於單位胞元群子集之各各別部件，存在虛線，該虛線在正交於堆疊方向(D)之方向上延伸且與相對電極層120以及由單位胞元群子集801之各各別部件包含的間隔物結構群之至少一個部件相交。參考圖13A及13B，虛線B在正交於堆疊方向D之方向上延伸，且與相對電極層120以及位於相對電極層120 (且視情況亦隔板層130)之任一側上的間隔物結構400相交。相比之下，虛線A亦在正交於堆疊方向D之方向上延伸，且與相對電極層120 (且視情況隔板層300)相交，但不與間隔物結構400相交。在如針對圖13A及13B所展示的實施例中，在電極總成106為稜柱形的情況下，如在圖1A至1B或14A中，虛線B延伸之方向可為正交於堆疊方向的橫向方向X。在另一實施例中，在電極總成106為捲繞電極總成的情況下，如在圖2A至2B或15A至15D中，虛線B可在正交於堆疊方向之豎直方向Z上延伸。舉例而言，參考圖15B，且展示用於螺旋捲繞電池之單位胞元群之子集801的實施例，其中虛線B在正交於電極總成106中之單位胞元500a、500b之堆疊方向D的豎直方向Z上延伸。
參考圖14A至14D，展示二次電池102及/或電極總成106之實施例，其中截面指示電極總成內之單位胞元之結構。圖14B表示跨Z-Y平面在相對電極層之第一末端表面121c及第二末端表面121d內部之位置處截取的圖14A之截面F (在展示稜柱形電極總成的情況下，亦在圖13A及13B中展示平面F)。截面F展示單位胞元500，其為具有間隔物結構之單位胞元群之子集801中的一者。單位胞元500在堆疊方向D (平行於縱向方向Y)上包含電極集電器層114之單位胞元部分、電極層106、隔板層130、相對電極層120及相對電極集電器118之單位胞元部分(亦分別展示高度H ECC、H E、H S、H CE及H CCC)。在此實施例中，間隔物結構400並不呈現於此截面中，此係因為其位於相對電極層之末端處，如圖13A及13B中所描繪之實施例中所展示。
圖14C及14D表示跨Z-Y平面在相對電極層之第一末端表面121c及第二末端表面121d外部之位置處截取的圖14A之截面E (在展示稜柱形電極總成的情況下，亦在圖13A及13B中展示平面E)。在此等實施例中，圖14C針對對應於圖13A之組態的組態展示平面E，其中間隔物結構覆蓋電極層116之第一末端表面121a及第二末端表面121b，且圖14D針對對應於圖13B之組態的組態展示平面E，其中間隔物結構400位於電極層116與隔板130之間。在圖14C中，單位胞元500在堆疊方向D (平行於縱向方向Y)上包含電極集電器層114之單位胞元部分、間隔物結構400、隔板層130及相對電極集電器層118之單位胞元部分(亦分別展示高度H ECC、H SP、H S及H CCC)。在此實施例中，由於間隔物結構覆蓋電極層之末端表面，因此電極層不呈現於此截面中(由於在彼層外部截取此平面E，因此相對電極層亦不呈現)。在圖14D中，單位胞元500在堆疊方向D (平行於縱向方向Y)上包含電極集電器層114之單位胞元部分、電極層116、間隔物結構400、隔板層130及相對電極集電器層118之單位胞元部分(亦分別展示高度H ECC、H SP、H S及H CCC)。在此實施例中，由於間隔物結構位於電極層與隔板層之間，因此電極層呈現於此截面中(但由於在彼層外部截取此平面E，因此相對電極層不呈現)。
在一個實施例中，如圖1A至1B及14A中所展示，二次電池或電極總成包含一系列堆疊薄片，其包含電極及相對電極層，其中堆疊方向處於第一方向上，在正交於堆疊方向之第二方向上量測電極層之高度H E，在正交於第二方向及堆疊方向兩者之第三方向上量測電極層之長度L E，且虛線在第二方向上延伸。在另一實施例中，如圖2A至2B及15A至15D中所展示，二次電池或電極總成包含捲繞電極總成，該捲繞電極總成包含圍繞內部區200連續地捲繞之至少一個電極層116，其中電極層與內部區200之間的距離隨著圍繞內部區之各連續繞組800增大，且其中捲繞電極總成中之單位胞元之堆疊連續包含位於電極總成之一或多個內部繞組中的內部單位胞元805a之群以及位於電極總成之一或多個外部繞組中的外部單位胞元805b之群，其中堆疊連續中之內部及外部單位胞元之群在堆疊方向上彼此對準。在又一實施例中，對於單位胞元群之部件，在堆疊連續800之堆疊方向上量測電極層之寬度W E及相對電極層之寬度W CE，在正交於堆疊方向之第二方向上量測電極層之高度H E及相對電極層之高度H CE，且沿著電極層及相對電極層之最長尺寸量測電極層之長度L E及長度L CE，該最長尺寸分別對應於電極層及相對電極層自電極總成之內部區200至電極總成之外部區202的捲繞行程。
參考圖15A至15D，展示具有間隔物結構400之群的捲繞電極總成之實施例。圖15A展示自豎直方向查看時的實施例，而圖15B至15C展示在Z-Y平面中(沿著堆疊方向D)截取的截面，用於間隔物結構400位於相對電極層120之頂表面119c及底表面119c外部的實施例(圖15B)，且其中間隔物結構包括在豎直方向上安置於相對電極層之頂表面119c及底表面119d內部的間隔物結構(圖15C)。圖15D展示包含捲繞電極總成106之二次電池102的透視圖。類似地，例如圖14A中所展示之稜柱形電池之單位胞元中設置的間隔物群可包括在橫向方向上安置於相對電極層之第一表面121c及第二表面121d內部的間隔物結構。在如圖15A中所描繪的實施例中，間隔物結構400覆蓋相對電極層120之頂表面119a及底表面119b，類似於如用於稜柱形電池之圖14C及14D中所展示的截面。
在一個實施例中，單位胞元群子集之部件內的間隔物結構之群各自具有在堆疊方向D上延伸的寬度W SP(例如圖14C及14D中所展示)，且跨相對電極層120之寬度W CE至少部分地延伸(例如圖14B中所展示)。在一個實施例中，間隔物結構之寬度W SP延伸相對電極層120之寬度W CE之至少50%。在另一實施例中，間隔物結構之寬度W SP延伸相對電極層之寬度W CE之至少60%。在另一實施例中，間隔物結構之寬度W SP延伸相對電極層之寬度W CE之至少70%。在另一實施例中，間隔物結構之寬度W SP延伸相對電極層之寬度W CE之至少80%。在另一實施例中，間隔物結構之寬度W SP延伸相對電極層之寬度W CE之至少90%。在另一實施例中，間隔物結構之寬度W SP延伸相對電極層之寬度W CE之至少95%。在另一實施例中，間隔物結構之寬度W SP延伸相對電極層之寬度W CE之至少98%。在另一實施例中，間隔物結構之寬度W SP延伸相對電極層之寬度W CE之至少99%。
在另一實施例中，單位胞元群子集之部件內的間隔物結構之群各自具有在堆疊方向D上延伸之寬度W SP(例如圖14C及14D中所展示)，且跨相對電極層120之寬度W CE至少部分地延伸(例如圖14B中所展示)，以及至少部分地跨電極層116之寬度W E(例如圖14C中所展示，其中電極層116經覆蓋且因此此截面中未展示)。舉例而言，在一個實施例中，單位胞元群子集之部件內的間隔物結構之群具有寬度W SP，其在堆疊方向上跨以下各項延伸：(1)電極層之寬度W E，及(2)：相對電極層之寬度W CE之至少50%；相對電極層之寬度W CE之至少60%；相對電極層之寬度W CE之至少70%；相對電極層之寬度W CE之至少80%；相對電極層之寬度W CE之至少90%；相對電極層之寬度W CE之至少95%；相對電極層之寬度W CE之至少98%；及/或相對電極層之寬度W CE之至少99%。
在一個實施例中，單位胞元群子集之部件內的間隔物結構之群具有堆疊方向上之寬度W SP，其自面向相對電極層之電極集電器層之單位胞元部分的表面延伸至橫向地鄰近於相對電極層或由相對電極層包圍的區，如圖13A中所展示。在另一實施例中，單位胞元群子集之部件內的間隔物結構之群具有堆疊方向上之寬度W SP，其自橫向地鄰近於電極層或由電極層包圍的區延伸至橫向地鄰近於相對電極層或由相對電極層包圍的區，如圖13B及15B中所展示。在另一實施例中，單位胞元群子集之部件內的間隔物結構之群在堆疊方向上延伸至面向電極集電器層之單位胞元部分的隔板層之表面，如圖13A、13B及15B中所展示。在另一實施例中，單位胞元群子集之部件內的間隔物結構之群在堆疊方向上延伸至面向電極層之相對電極集電器層之單位胞元部分的表面(圖中未示)。
在一個實施例中，單位胞元群子集之部件內的間隔物結構之群包含間隔物結構對，其至少部分地覆蓋單位胞元群子集之部件之相對電極層的頂表面119c及底表面119d。在另一實施例中，單位胞元群子集之部件內的間隔物結構之群包含間隔物結構對，其至少部分地覆蓋單位胞元群子集之部件之相對電極層的第一末端表面121c及第二末端表面121d。在一個實施例中，單位胞元群子集之部件內的間隔物結構之群包含諸如在相對電極層之內部內延伸穿過單位胞元群子集之相對電極層的寬度W CE之一或多個間隔物結構(圖中未示)。在一個實施例中，單位胞元群子集之部件內的間隔物結構之群包含間隔物結構對，其至少部分地覆蓋單位胞元群子集之部件之電極層的頂表面119a及底表面119b。在一個實施例中，單位胞元群子集之部件內的間隔物結構之群包含間隔物結構對，其至少部分地覆蓋單位胞元群子集之部件之電極層的第一末端表面121a及第二末端表面121b (例如圖13A中所展示)。在一個實施例中，單位胞元群子集之部件內的間隔物結構之群包含延伸穿過單位胞元群子集之部件之電極層的寬度W E之一或多個間隔物結構。
參考圖16A至16C，在一個實施例中，單位胞元群子集之部件內的間隔物結構之群包含間隔物結構對，其沿著單位胞元群子集之部件之電極層的長度尺寸L E彼此間隔開(例如圖16A中所展示)。在另一實施例中，單位胞元群子集之部件內的間隔物結構之群包含間隔物結構對，其沿著單位胞元群子集之部件之電極層的長度尺寸H E彼此間隔開(例如圖16C中所展示)。在另一實施例中，單位胞元群子集之部件內的間隔物結構之群包含一或多個間隔物結構，其沿著單位胞元群子集之部件之電極層的高度H E延伸。在另一實施例中，單位胞元群子集之部件內的間隔物結構之群包含間隔物材料之複數個條帶，其沿著單位胞元群子集之部件之電極層的長度L E延伸且在沿著單位胞元群子集之部件之電極層的高度H E之複數個不同豎直位置處(例如圖16B中所展示)。在一個實施例中，二次電池包含捲繞電極層，且其中間隔物材料之複數個條帶沿著捲繞電極層之長度L E延伸穿過多個繞組。在一個實施例中，單位胞元群子集之部件內的間隔物結構之群包含間隔物材料之複數個條帶，其沿著單位胞元群子集之部件之電極層的高度H E延伸且在沿著單位胞元群子集之部件之電極層的長度L E之複數個不同位置處。在另一實施例中，二次電池或電極總成包含捲繞電極層，且間隔物材料之複數個條帶在電極層之複數個不同繞組處沿著捲繞電極層之高度H E延伸。在一個實施例中，單位胞元群子集之部件內的間隔物結構之群包含間隔物材料之複數個條帶，其位於沿著單位胞元群子集之部件之電極層的高度H E之不同位置處且在沿著單位胞元群子集之部件之電極層的長度L E之複數個不同位置處彼此間隔開。
在一個實施例中，單位胞元群子集之部件內的間隔物結構之群包含在二次電池自放電狀態充電至充電狀態後膨脹不超過20%、超過15%及/或超過10%的間隔物材料，且充電狀態為二次電池之額定容量之至少75%，且放電狀態小於二次電池之額定容量之25%。在又一實施例中，單位胞元群子集之部件內的間隔物結構之群包含能夠使載流子離子穿過其之多孔間隔物材料。
根據本文所描述之實施例，二次實施例及/或電極總成可為預形成電池(亦即，在已執行形成過程之前)或後形成電池(亦即，在形成過程之後)的一部分。在一個實施例中，如圖15B中所展示，預形成電池包含在面向彼此之電極層之表面與隔板層之表面之間的在單位胞元群子集之部件內的空隙126，且進一步包含單位胞元群子集之部件內的空隙中之除電解質以外的載流子離子之源。
在一個實施例中，提供根據本文中所描述之任何內容的用於形成二次電池的過程。形成過程之實施例包含設置具有單位胞元之群的預形成電池，該單位胞元之群具有在電極集電器層之單位胞元部分、包含電極活性材料之電極層、隔板層、相對電極層及相對電極集電器層之單位胞元部分之堆疊方向上的堆疊連續。過程進一步包含設置包含間隔物結構之群的單位胞元群子集，其中空隙保留在單位胞元群子集之部件內在面向彼此之電極層之表面與隔板層之表面之間。過程進一步包含在形成階段中將預形成二次電池自放電狀態充電至充電狀態以形成二次電池，其中充電狀態為二次電池之額定容量之至少75%，且放電狀態小於二次電池之額定容量之25%，使得電極層膨脹且至少部分地填充二次電池中之空隙。
根據一個實施例，過程進一步包含在單位胞元群子集之部件內的空隙126中提供除電解質以外的載流子離子之源。舉例而言，如圖15B中所展示，在一個實施例中，可提供包含穩定鋰金屬粒子之除電解質以外的載流子離子之源。在一個實施例中，除電解質以外之載流子離子之源包含選自由碳酸鋰穩定鋰金屬粉末、矽酸鋰穩定鋰金屬粉末組成之群的穩定鋰金屬粒子。在另一實施例中，除電解質以外之載流子離子之源包含藉由以約0.05至5 mg/cm 2之裝載量噴塗、裝載或以其他方式安置穩定鋰金屬粒子而施加的穩定鋰金屬粒子。在又一實施例中，除電解質以外之載流子離子之源包含藉由以約0.1至4 mg/cm 2之裝載量噴塗、裝載或以其他方式安置穩定鋰金屬粒子而施加的穩定鋰金屬粒子。在又一實施例中，除電解質以外之載流子離子之源包含藉由以約0.5至3 mg/cm 2之裝載量噴塗、裝載或以其他方式安置穩定鋰金屬粒子而施加的穩定鋰金屬粒子。
在一個實施例中，除電解質以外之載流子離子之源包含具有約5至200 µm之平均粒度(D 50)的穩定鋰金屬粒子。在另一實施例中，除電解質以外之載流子離子之源包含具有約10至100 µm之平均粒度(D 50)的穩定鋰金屬粒子。在另一實施例中，除電解質以外之載流子離子之源包含具有約20至80 µm之平均粒度(D 50)的穩定鋰金屬粒子。在另一實施例中，除電解質以外之載流子離子之源包含具有約30至50 µm之平均粒度(D 50)的穩定鋰金屬粒子。
在一個實施例中，單位胞元群子集之部件內的間隔物結構包含多孔的且能夠使載流子離子穿過其的間隔物材料。在又一實施例中，用於形成二次電池之過程進一步包含載流子離子補充步驟，該載流子離子補充步驟為在預形成電池之充電之後，自電極總成外部的輔助電極引入載流子離子，穿過多孔間隔物材料中之孔且到達電極層。
在一個實施例中，藉由將間隔物結構黏著、衝壓、印刷或熔融(中之任何一或多者)至單位胞元群子集之部件內的電極層及電極集電器層之單位胞元部分中之一或多者，將間隔物結構之群設置於單位胞元群子集之部件內。在又一實施例中，間隔物結構之群各自包含黏著層以黏著至單位胞元群子集之部件內的電極層及電極集電器層之單位胞元部分中之一或多者。
在一個實施例中，間隔物結構安置於隔板層與電極層之間。在另一實施例中，間隔物結構安置於隔板層與電極集電器層之間。在又一實施例中，間隔物結構安置於隔板層與相對電極層之間。在又一實施例中，間隔物結構安置於隔板層與相對電極集電器層之間。
根據另一實施例，間隔物結構黏著至電極集電器層、電極層、隔板層、相對電極層及相對電極集電器層中之至少一者。在又一實施例中，間隔物結構黏著至電極集電器層。在又一實施例中，間隔物結構黏著至電極層。根據又一實施例，間隔物結構黏著至隔板層。在又一實施例中，間隔物結構黏著至相對電極集電器層。
根據一個實施例，單位胞元群包含至少5個部件。根據另一實施例，單位胞元群包含至少10個部件。在又一實施例中，單位胞元群包含至少25個部件。在另一實施例中，單位胞元群包含至少50個部件。在另一實施例中，單位胞元群包含至少100個部件。在又一實施例中，單位胞元群包含至少250個部件。在又一實施例中，單位胞元群包含至少500個部件。
根據一個實施例，單位胞元包含穩定鋰金屬粒子。根據另一實施例，單位胞元包含選自由碳酸鋰穩定鋰金屬粉末、矽酸鋰穩定鋰金屬粉末組成之群的穩定鋰金屬粒子。在又一實施例中，單位胞元包含約0.05至5 mg/cm 2之裝載量之穩定鋰金屬粒子。在又一實施例中，單位胞元包含約0.1至4 mg/cm 2之裝載量之穩定鋰金屬粒子。在又一實施例中，單位胞元包含約0.5至3 mg/cm 2之裝載量之穩定鋰金屬粒子。在又一實施例中，單位胞元包含具有約5至200 µm之平均粒度(D 50)之穩定鋰金屬粒子。在又一實施例中，單位胞元包含具有約10至100 µm之平均粒度(D 50)之穩定鋰金屬粒子。在又一實施例中，單位胞元包含具有約20至80 µm之平均粒度(D 50)之穩定鋰金屬粒子。在又一實施例中，單位胞元包含具有約30至50 µm之平均粒度(D 50)之穩定鋰金屬粒子。
根據一個實施例，間隔物結構包含電絕緣材料。在又一實施例中，間隔物結構包含選自由以下各項組成之群的間隔物材料：聚合材料、複合材料、由電極集電器層包含之材料、電極活性材料、相對電極活性材料、由相對電極集電器層包含之材料、由隔板層包含之材料或在電池環境中化學上惰性之材料。在又一實施例中，間隔物結構包含陽極活性材料。在又一實施例中，間隔物結構包含具有小於每莫耳間隔物材料一莫耳載流子離子之載流子離子容量的陽極活性材料。在又一實施例中，間隔物結構包含石墨或石墨烯。在又一實施例中，間隔物結構包含陰極活性材料。在另一實施例中，間隔物結構包含聚合材料。
在另一實施例中，間隔物結構包含均聚物、共聚物或聚合物摻合物。根據一個實施例，間隔物結構包含衍生自含有以下各項之單體的氟聚合物：偏二氟乙烯、六氟丙烯、四氟丙烯、聚烯烴(諸如聚乙烯、聚丙烯或聚丁烯)、乙烯-二烯-丙烯三元共聚物、聚苯乙烯、聚甲基丙烯酸甲酯、聚乙二醇、聚乙酸乙烯酯、聚乙烯縮丁醛、聚縮醛及聚乙二醇二丙烯酸酯、甲基纖維素、羧甲基纖維素、苯乙烯橡膠、丁二烯橡膠、苯乙烯-丁二烯橡膠、異戊二烯橡膠、聚丙烯醯胺、聚乙烯醚、聚丙烯酸、聚甲基丙烯酸、聚丙烯腈、聚偏二氟乙烯聚丙烯腈、聚氧化乙烯、丙烯酸酯、苯乙烯、環氧樹脂、聚矽氧、聚偏二氟乙烯-共-六氟丙烯、聚偏二氟乙烯-共-三氯乙烯、聚甲基丙烯酸甲酯、聚丙烯腈、聚乙烯吡咯啶酮、聚乙酸乙烯酯、聚乙烯-共-乙酸乙烯酯、聚氧化乙烯、乙酸纖維素、乙酸丁酸纖維素、乙酸丙酸纖維素、氰基乙基普魯蘭、聚乙烯氰基乙基醇、氰基乙基纖維素、氰基乙基蔗糖、普魯蘭、羧甲基纖維素、丙烯腈-苯乙烯-丁二烯共聚物、聚醯亞胺、聚偏二氟乙烯-六氟丙烯、聚偏二氟乙烯-三氯乙烯、聚甲基丙烯酸甲酯、聚丙烯腈、聚乙烯吡咯啶酮、聚乙酸乙烯酯、乙烯乙酸乙烯酯共聚物、聚氧化乙烯、乙酸纖維素、乙酸丁酸纖維素、乙酸丙酸纖維素、氰基乙基普魯蘭、聚乙烯氰基乙基醇、氰基乙基纖維素、氰基乙基蔗糖、普魯蘭、羧甲基纖維素、丙烯腈苯乙烯丁二烯共聚物、聚醯亞胺、聚對苯二甲酸伸乙酯、聚對苯二甲酸伸丁酯、聚酯、聚縮醛、聚醯胺、聚醚醚酮、聚醚碸、聚苯醚、聚苯硫醚、聚乙烯萘及/或其組合或共聚物。在一個實施例中，間隔物結構包含氟聚合物。在一個實施例中，間隔物結構包含聚烯烴。在又一實施例中，間隔物結構包含選自由聚乙烯、聚丙烯及聚丁烯之均聚物、共聚物及聚合物摻合物組成之群的聚烯烴。在一個實施例中，間隔物結構包含聚乙烯或聚丙烯。
在一個實施例中，間隔物結構包含具有基底及設置於基底之一個表面上之黏著層的黏著帶。在另一實施例中，間隔物結構包含具有基底及設置於基底之一個表面上之黏著層的黏著帶，其中黏著帶基底包含選自由以下各項組成之群的聚合膜：聚乙烯、聚丙烯、聚對苯二甲酸伸乙酯、聚對苯二甲酸伸丁酯、聚苯硫醚、聚醯亞胺及聚醯胺膜，及其組合。在一個實施例中，間隔物結構包含具有基底及設置於基底之一個表面上之黏著層的黏著帶，其中黏著帶基底包含選自由聚烯烴、聚對苯二甲酸伸乙酯及聚醯亞胺膜組成之群的聚合膜。在另一實施例中，間隔物結構包含具有基底及設置於基底之一個表面上之黏著層的黏著帶，其中黏著帶基底具有介於約4至200 µm之範圍內的厚度。在又一實施例中，間隔物結構包含具有基底及設置於基底之一個表面上之黏著層的黏著帶，其中黏著帶基底具有介於約6至150 µm之範圍內的厚度。在另一實施例中，間隔物結構包含具有基底及設置於基底之一個表面上之黏著層的黏著帶，其中黏著帶基底具有介於約25至100 µm之範圍內的厚度。根據一個實施例，間隔物結構包含具有基底及設置於基底之一個表面上之黏著層的黏著帶，其中構成黏著帶之黏著層的黏著劑包含橡膠基黏著劑、丙烯酸黏著劑、聚矽氧基黏著劑，或其組合。
在一個實施例中，間隔物結構包含與隔板層相同的材料。在另一實施例中，間隔物結構包含導電材料。在又一實施例中，間隔物結構包含與電極層相同的材料。
在一個實施例中，電極層及相對電極層中之一者包含選自由以下各項組成之群的陽極活性材料：(a)矽(Si)、鍺(Ge)、錫(Sn)、鉛(Pb)、銻(Sb)、鉍(Bi)、鋅(Zn)、鋁(Al)、鈦(Ti)、鎳(Ni)、鈷(Co)及鎘(Cd)；(b) Si、Ge、Sn、Pb、Sb、Bi、Zn、Al、Ti、Ni、Co或Cd與其他元素之合金或金屬間化合物；(c) Si、Ge、Sn、Pb、Sb、Bi、Zn、Al、Ti、Fe、Ni、Co、V或Cd之氧化物、碳化物、氮化物、硫化物、磷化物、硒化物及碲化物，及其混合物、複合材料或含有鋰之複合材料；(d) Sn之鹽及氫氧化物；(e)鈦酸鋰、錳酸鋰、鋁酸鋰、含有鋰之氧化鈦、鋰過渡金屬氧化物、ZnCo 2O 4；(f)石墨及碳之粒子；(g)鋰金屬；及(h)其組合。在另一實施例中，電極層及相對電極層中之一者包含選自由以下各項組成之群的陽極活性材料：矽(Si)、鍺(Ge)、錫(Sn)、鉛(Pb)、銻(Sb)、鉍(Bi)、鋅(Zn)、鋁(Al)、鈦(Ti)、鎳(Ni)、鈷(Co)及鎘(Cd)。在又一實施例中，電極層及相對電極層中之一者包含選自由以下各項組成之群的陽極活性材料：Si、Ge、Sn、Pb、Sb、Bi、Zn、Al、Ti、Ni、Co或Cd與其他元素之合金及金屬間化合物。在又一實施例中，電極層及相對電極層中之一者包含選自由以下各項組成之群的陽極活性材料：Si、Ge、Sn、Pb、Sb、Bi、Zn、Al、Ti、Fe、Ni、Co、V及Cd之氧化物、碳化物、氮化物、硫化物、磷化物、硒化物及碲化物。
在一個實施例中，電極層及相對電極層中之一者包含選自由以下各項組成之群的陽極活性材料：Si之氧化物、碳化物、氮化物、硫化物、磷化物、硒化物及碲化物。在另一實施例中，電極層及相對電極層中之一者包含選自由矽以及矽之氧化物及碳化物組成之群的陽極活性材料。在另一實施例中，電極層及相對電極層中之一者包含含有鋰金屬之陽極活性材料。在另一實施例中，電極層及相對電極層中之一者包含選自由石墨及碳組成之群的陽極活性材料。
根據一個實施例，二次電池之殼體內為非水性有機電解質。根據另一實施例，二次電池之殼體內為包含鋰鹽與有機溶劑之混合物的非水性電解質。根據另一實施例，二次電池之殼體內為聚合物電解質。根據另一實施例，二次電池之殼體內為固體電解質。在一個實施例中，固體電解質選自由基於硫化物的電解質組成的群。在另一實施例中，固體電解質選自由以下各項組成之群：鋰錫磷硫化物(Li 10SnP 2S 12)、鋰磷硫化物(β-Li 3PS 4)及鋰磷硫氯化物碘化物(Li 6PS 5Cl 0.9I 0.1)。根據又一實施例，二次電池之殼體內為基於聚合物之電解質。在一個實施例中，二次電池之殼體內為選自由以下各項組成之群的聚合物電解質：PEO基的聚合物電解質、聚合物陶瓷複合物電解質(固體)、聚合物陶瓷複合物電解質及聚合物陶瓷複合物電解質。根據一個實施例，二次電池之殼體內為選自由基於氧化物之電解質組成之群的固體電解質。根據另一實施例，二次電池之殼體內為選自由以下各項組成之群的固體電解質：鈦酸鋰鑭(Li 0.34La 0.56TiO 3)、Al摻雜的鋯酸鋰鑭(Li 6.24La 3Zr 2Al 0.24O 11.98)、Ta摻雜的鋯酸鋰鑭(Li 6.4La 3Zr 1.4Ta 0.6O 12)及磷酸鋰鋁鈦(Li 1.4Al 0.4Ti 1.6(PO 4) 3)。
根據一個實施例，電極層及相對電極層中之一者包含選自由嵌入化學正電極及轉化化學正電極組成之群的陰極活性材料。根據又一實施例，電極層及相對電極層中之一者包含含有嵌入化學正電極材料的陰極活性材料。在又一實施例中，電極層及相對電極層中之一者包含含有轉化化學正電極活性材料的陰極活性材料。在又一實施例中，電極層及相對電極層中之一者包含選自由以下各項組成之群的陰極活性材料：S (或呈鋰化狀態之Li 2S)、LiF、Fe、Cu、Ni、FeF 2、FeO dF 3.2d、FeF 3、CoF 3、CoF 2、CuF 2、NiF 2，其中0 ≤ d ≤ 0.5。
在一個實施例中，負電極活性材料選自由以下各項組成之群：(a)矽(Si)、鍺(Ge)、錫(Sn)、鉛(Pb)、銻(Sb)、鉍(Bi)、鋅(Zn)、鋁(Al)、鈦(Ti)、鎳(Ni)、鈷(Co)及鎘(Cd)；(b) Si、Ge、Sn、Pb、Sb、Bi、Zn、Al、Ti、Ni、Co或Cd與其他元素之合金或金屬間化合物；(c) Si、Ge、Sn、Pb、Sb、Bi、Zn、Al、Ti、Fe、Ni、Co、V或Cd之氧化物、碳化物、氮化物、硫化物、磷化物、硒化物及碲化物，及其混合物、複合材料或含有鋰之複合材料；(d) Sn之鹽及氫氧化物；(e)鈦酸鋰、錳酸鋰、鋁酸鋰、含有鋰之氧化鈦、鋰過渡金屬氧化物、ZnCo 2O 4；(f)石墨及碳之粒子；(g)鋰金屬；及(h)其組合。
在一個實施例中，負電極(亦即，電極或相對電極)塗佈有選自由以下各項組成之群的粒狀鋰材料：穩定鋰金屬粒子，例如碳酸鋰穩定鋰金屬粉末、矽酸鋰穩定鋰金屬粉末，或穩定鋰金屬粉末或墨水之其他源。可藉由以約0.05至5 mg/cm 2，例如約0.1至4 mg/cm 2或甚至約0.5至3 mg/cm 2之裝載量將鋰粒狀材料噴塗、裝載或以其他方式安置至負電極活性材料層上來將粒狀鋰材料施加於負電極活性材料層上。鋰粒狀材料之平均粒度(D 50)可為5至200 µm，例如約10至100 µm、20至80 µm，或甚至約30至50 µm。平均粒度(D 50)可定義為對應於基於累積體積之粒度分佈曲線中之50%的粒度。可例如使用雷射繞射法量測平均粒度(D 50)。
在一個實施例中，電解質可為非水性有機電解質，其包括鋰鹽與高純度有機溶劑之混合物。此外，電解質可為使用聚合物電解質或固體電解質之聚合物。在一替代實施例中，電解質可為固體電解質。例示性固體電解質包括基於硫化物之電解質，諸如鋰錫磷硫化物(Li 10SnP 2S 12)、鋰磷硫化物(β-Li 3PS 4)及鋰磷硫氯化物碘化物(Li 6PS 5Cl 0.9I 0.1)。在另一實施例中，電解質可為基於聚合物之電解質。例示性聚合物電解質包括PEO基的聚合物電解質、聚合物陶瓷複合物電解質、聚合物陶瓷複合物電解質及聚合物陶瓷複合物電解質。在另一實施例中，電解質可為基於氧化物之電解質。例示性基於氧化物的電解質包括鈦酸鋰鑭(Li 0.34La 0.56TiO 3)、Al摻雜的鋯酸鋰鑭(Li 6.24La 3Zr 2Al 0.24O 11.98)、Ta摻雜的鋯酸鋰鑭(Li 6.4La 3Zr 1.4Ta 0.6O 12)及磷酸鋰鋁鈦(Li 1.4Al 0.4Ti 1.6(PO 4) 3)。
在一個實施例中，正電極可為嵌入型化學活性材料、轉化化學活性材料或其組合。適用於本發明之轉化化學材料包括但不限於S (或呈鋰化狀態之Li 2S)、LiF、Fe、Cu、Ni、FeF 2、FeO dF 3.2d、FeF 3、CoF 3、CoF 2、CuF 2、NiF 2，其中0 ≤ d ≤ 0.5，及其類似物。
大體而言，間隔物部件包含間隔物材料，該間隔物材料包含聚合材料、諸如黏著帶之複合物、電極集電器層材料、電極活性材料、相對電極活性材料、相對電極集電器層材料、隔板材料或(在電池環境中)化學上惰性之材料。舉例而言，在一個實施例中，間隔物部件包含具有接受載流子離子之容量的陽極活性材料；在此實施例中，通常較佳地，陽極活性材料包含石墨、石墨烯或具有小於每莫耳間隔物材料一莫耳載流子離子之載流子離子容量的其他陽極活性材料。藉助於其他實例，在一個實施例中，間隔物部件包含具有接受載流子離子之容量的陰極活性材料。藉助於其他實例，在一個實施例中，間隔物部件可包含聚合材料(例如均聚物、共聚物或聚合物摻合物)；在此類實施例中，間隔物部件可包含衍生自含有以下各項之單體的氟聚合物：偏二氟乙烯、六氟丙烯、四氟丙烯、聚烯烴(諸如聚乙烯、聚丙烯或聚丁烯)、乙烯-二烯-丙烯三元共聚物、聚苯乙烯、聚甲基丙烯酸甲酯、聚乙二醇、聚乙酸乙烯酯、聚乙烯縮丁醛、聚縮醛及聚乙二醇二丙烯酸酯、甲基纖維素、羧甲基纖維素、苯乙烯橡膠、丁二烯橡膠、苯乙烯-丁二烯橡膠、異戊二烯橡膠、聚丙烯醯胺、聚乙烯醚、聚丙烯酸、聚甲基丙烯酸、聚丙烯腈、聚偏二氟乙烯聚丙烯腈、聚氧化乙烯、丙烯酸酯、苯乙烯、環氧樹脂、聚矽氧、聚偏二氟乙烯-共-六氟丙烯、聚偏二氟乙烯-共-三氯乙烯、聚甲基丙烯酸甲酯、聚丙烯腈、聚乙烯吡咯啶酮、聚乙酸乙烯酯、聚乙烯-共-乙酸乙烯酯、聚氧化乙烯、乙酸纖維素、乙酸丁酸纖維素、乙酸丙酸纖維素、氰基乙基普魯蘭、聚乙烯氰基乙基醇、氰基乙基纖維素、氰基乙基蔗糖、普魯蘭、羧甲基纖維素、丙烯腈-苯乙烯-丁二烯共聚物、聚醯亞胺、聚偏二氟乙烯-六氟丙烯、聚偏二氟乙烯-三氯乙烯、聚甲基丙烯酸甲酯、聚丙烯腈、聚乙烯吡咯啶酮、聚乙酸乙烯酯、乙烯乙酸乙烯酯共聚物、聚氧化乙烯、乙酸纖維素、乙酸丁酸纖維素、乙酸丙酸纖維素、氰基乙基普魯蘭、聚乙烯氰基乙基醇、氰基乙基纖維素、氰基乙基蔗糖、普魯蘭、羧甲基纖維素、丙烯腈苯乙烯丁二烯共聚物、聚醯亞胺、聚對苯二甲酸伸乙酯、聚對苯二甲酸伸丁酯、聚酯、聚縮醛、聚醯胺、聚醚醚酮、聚醚碸、聚苯醚、聚苯硫醚、聚乙烯萘及/或其組合或共聚物。
在一個實施例中，間隔物部件呈具有基底及設置於基底之一個表面上之黏著層的黏著帶形式。黏著帶基底之組成不受特定限制，且可使用已知可用於黏著帶之各種基底。大體而言，塑膠膜為較佳的，且特定實例包括聚烯烴膜，諸如聚乙烯、聚丙烯、聚對苯二甲酸伸乙酯、聚對苯二甲酸伸丁酯、聚苯硫醚、聚醯亞胺或聚醯胺膜。在一些實施例中，聚烯烴、聚對苯二甲酸伸乙酯及聚醯亞胺膜就適合於電池應用之耐熱性及耐化學性而言可為較佳的。黏著帶基底可具有介於約4至200 µm之範圍內，例如介於6至150 µm或甚至約25至100 µm之範圍內的厚度。構成黏著帶之黏著層的黏著劑可包含例如橡膠基黏著劑、丙烯酸黏著劑、聚矽氧基黏著劑，或其組合。
在一個實施例中，間隔物結構400之群包含除電極活性材料層125中之電極活性材料以外的材料。舉例而言，在一個實施例中，間隔物結構400之群可包含在經執行以形成二次電池之形成過程期間及/或在二次電池之充電循環期間基本上不增大體積的材料。作為另一實例，間隔物結構之群可包含間隔物材料，該間隔物材料在形成及/或充電循環期間增大體積，但體積增大比在形成過程期間及/或在二次電池之循環期間發生之每莫耳電極活性材料之體積的任何增大更小的每莫耳間隔物材料之量。舉例而言，在一個實施例中，間隔物結構之群可包含間隔物材料，在包含電極總成106之二次電池102自放電狀態充電至充電狀態時，該間隔物材料具有接受每莫耳間隔物材料小於一莫耳載流子離子之載流子離子的容量。因此，間隔物材料可展現比用於電極層中之電極活性材料少的膨脹，諸如在電極活性材料之層具有在二次電池自放電狀態充電至充電狀態時接受每莫耳電極活性材料超過一莫耳載流子離子之容量的情況下。二次電池之充電狀態為二次電池之額定容量之至少75%，且放電狀態小於二次電池之額定容量之25%。在一個實施例中，間隔物結構400之群包含適用於隔板層之材料及/或適用作電極及/或相對電極材料之材料中之任何一或多者，諸如本文中其他處所描述的任何材料。根據另一實施例，間隔物結構400之群可包含電極活性材料，諸如本文中其他處所描述的任何電極活性材料。根據一個實施例，間隔物結構之群包含在電池環境中之操作及儲存中相對惰性及/或無反應的材料，諸如在二次電池102中發生之電化學反應中惰性及/或無反應。舉例而言，在一個實施例中，間隔物結構之群可包含聚合物材料，諸如本文中其他處所描述之將適合於隔板層130的聚合材料中之任一者。在一個實施例中，間隔物結構400之群可包含無孔間隔物材料。在另一實施例中，間隔物結構400之群可包含多孔間隔物材料，例如，間隔物結構400之群可包含向結構賦予至少10%、至少25%、至少50%、至少75%且甚至至少90%之孔隙度的多孔間隔物材料。在一個實施例中，間隔物結構400之群包含間隔物材料，該間隔物材料能夠提供足夠機械強度以承受可能在形成過程期間及/或在二次電池之重複循環期間施加的壓力，諸如在形成過程期間及/或在二次電池102之重複循環期間基本上維持預定大小與形狀。
根據又一實施例，間隔物結構400之群可包含具有相對低導電率之間隔物材料，使得電極層中之間隔物結構400中之全部的整體導電率小於電極集電器層及相對電極集電器層中之任一者及/或兩者之整體導電率，且可甚至小於電極層116中之電極活性材料的總導電率。舉例而言，根據一個實施例，其中電極層中之電極活性材料的電導率與電極層中之間隔物群之所有部件的總電導率之比為至少2:1、至少5:1及/或至少50:1。
在一個實施例中，間隔物結構之群可包含為與隔板層130之材料相同的材料之間隔物材料。舉例而言，在一個實施例中，可設置至少部分地沿著針對電極層之寬度界定之W E自隔板層130 (諸如自針對隔板層界定之第二邊界平面123b)延伸的一或多個間隔物結構。在又一實施例中，間隔物結構之群可包含為與電極集電器層之材料相同的材料之間隔物材料。舉例而言，在一個實施例中，可設置至少部分地沿著針對電極層116之寬度界定之W E自電極集電器層114之單位胞元部分(諸如自針對集電器層之單位胞元部分界定的第一邊界平面123a)延伸的間隔物結構。在一個實施例中，包含隔板材料之間隔物結構可製造為具有隔板層之整體塊，或隔板結構可與隔板層分別形成且設置於電極層116中。在又一實施例中，間隔物結構之群可包含與電極活性材料之間隔物材料相同的間隔物材料。根據又一實施例，間隔物結構之群可包含間隔物材料，該間隔物材料具有即使在不與電極活性材料層125之電極活性材料相同的情況下亦充當電極活性材料之容量(例如接受載流子離子之容量)。在一個實施例中，間隔物材料可包含本文中其他處所描述之任何電極活性材料，包括鋰間隔物結構(例如用於包含鋰薄片電極之鋰二次電池)、氧化鋰鈦、石墨烯、錫、鍺及過渡金屬氧化物中之一或多者，以及其硫化物、磷化物及氮化物。
根據某些實施例，間隔物結構400之群以使得間隔物結構之群佔據電極層116內之總體積的組態及分佈之方式設置於電極層116中，該總體積在電極層116之體積V E之約0.1%至約35%之範圍內。亦即，根據某些實施例，間隔物結構400之群包含足以賦予預形成電極總成中之空隙126之電極層116中的總體積。此外，根據某些實施例，間隔物結構400之群包含電極層116中之總體積，該總體積足夠小以使得任何間隔物結構後形成之存在不會顯著不利地影響二次電池在充電與放電狀態之間的循環。因此，在一個實施例中，間隔物結構之群佔據電極層內之電極層之體積V E之至少0.1%，諸如至少0.25%、至少0.5%、至少0.75%及/或至少1%之總體積。在另一實施例中，間隔物結構之群佔據電極層116內之電極層之體積V E之小於35%，諸如小於25%、小於10%、小於5%及/或小於2%之總體積。舉例而言，間隔物結構之群可佔據電極層116內之電極層之體積V E之0.25%至25%範圍內，諸如電極層之體積V E之0.5%至10%範圍內之總體積。
根據另一實施例，歸因於電極活性材料層之生長及/或膨脹，作為電極層116之總體積V E之百分比的固體電極活性材料層125之體積在形成過程之後增大。根據一個實施例，電極層116包含在形成過程之前之第一體積的固體電極活性材料，及在形成過程之後之大於第一體積之第二體積的固體電極活性材料。亦即，根據某些實施例，形成過程可執行以將電極層中之固體電極活性材料之體積增大至第二體積，該第二體積比電極層中之固體電極活性材料之第一體積大至少3%、至少5%、至少10%、至少25%、至少50%、至少75%及/或至少100%。此外，固體電極活性材料之體積增大可發生，同時與預形成單位胞元寬度W UC相比，展現後形成之單位胞元寬度W UC之改變在一些實施例中可小於1%、小於0.5%、小於0.25%及/或小於0.1%，及/或預及後形成兩者之單位胞元寬度W UC可基本上相同，使得單位胞元500之寬度在形成過程期間基本上不改變。
根據又一實施例，間隔物結構400之群分佈及/或設置於電極層116內，使得群之至少一個部件位於電極層116之各次體積內，其包含(i)電極層116之體積V E之至少25%，且(ii)藉由以下各項而經限界於所有側上：(aa)電極集電器層114之單位胞元部分，(bb)隔板層130，(cc)電極層之頂表面，(dd)電極層之底表面，(ee)電極層之第一末端表面，及(ff)電極層之第二末端表面。可藉由如一般熟習此項技術者所理解之適合數學方法計算電極層116之總體積V E中之次體積SV E。參考圖10，根據一個實例，可根據下式計算沿著電極層116之長度L E的任何兩個點之間的次體積SV E：
次體積SV E= ∫ H E(l) x W E(l) x dl (對L=L 1至L=L 2積分)
因此，對於等同於電極層116之總體積V E之10%或更多的如上文所定義之任何次體積，分佈於電極層116中之間隔物結構之群使得群之至少一個部件位於次體積內。根據一個實施例，間隔物結構以在堆疊方向(寬度方向W E)上為電極總成中之單位胞元結構提供足夠支撐的分佈來分佈於電極層116中，使得可維持電極總成中之單位胞元結構之完整性。根據一個實施例，間隔物結構經分佈以提供足夠結構支撐，使得避免可能導致電極總成之堆疊連續中之單位胞元塌縮或故障的過大間隙或空隙。在一個實施例中，間隔物結構之群經分佈以使得至少一個部件位於電極總成之包含電極層之體積V E之至少20%的各次體積內，且甚至位於電極總成之包含電極層之體積V E之至少10%的各次體積內，諸如電極總成之包含電極層之體積V E之至少5%的各次體積內。
參考圖4A至7C，展示包含間隔物層之群的電極總成之單位胞元500之各種實施例。參考圖4A，展示沿著電極總成之單位胞元500之X-Y平面截取的單位胞元500之截面，該電極總成諸如圖3B至3C之實施例中展示的電極總成。在此實施例中，單位胞元具有如在堆疊方向(平行於Y軸)上在電極集電器層114之單位胞元部分與相對電極集電器層118之單位胞元部分之間量測的寬度W UC。電極層116包含鄰近於電極集電器層安置之電極活性材料層125及電極活性材料層125與隔板之表面之間的空隙126，其中電極層之寬度W E如本文中其他處所展示及如所論述界定於電極集電器層114與隔板層之間，其中電極活性材料層125及空隙126兩者含有於電極層116之寬度W E內。根據一個實施例，在執行形成過程以完全地形成包含單位胞元500之二次電池之前，單位胞元500可處於預形成階段中，而後形成階段中之相同單位胞元500可包含填充空隙126之顯著更大部分且甚至基本上全部的電極活性材料層125。此外，如所展示，在不存在間隔物之在Z中之位置處針對X-Y平面截取截面，但三維中之完整單位胞元將包含沿著Z之在其他平面中的間隔物結構。電極層116包含第一末端表面121a及第二末端表面121b，其包含電極活性材料層125之末端。
參考圖4B，展示沿著電極總成106之單位胞元500之Y-Z平面截取的單位胞元500之截面，諸如圖3B至3C中所展示之實施例。在此實施例中，單位胞元具有如在堆疊方向(平行於Y軸)上在電極集電器層114之單位胞元部分與相對電極集電器層118之單位胞元部分之間量測的寬度W UC。電極層116包含鄰近於電極集電器層安置之電極活性材料層125及電極活性材料層125與隔板層之表面之間的空隙126，其中電極層之寬度W E如本文中其他處所展示及如所論述界定於電極集電器層114與隔板之間，其中電極活性材料層125及空隙126兩者含有於電極層116之寬度W E內。根據一個實施例，在執行形成過程以完全地形成包含單位胞元500之二次電池之前，單位胞元500可處於預形成階段中，而後形成階段中之相同單位胞元500可包含填充空隙126之顯著更大部分且甚至基本上全部空隙126的電極活性材料層125。此外，如所展示，在不存在間隔物之在X中之位置處針對Y-Z平面截取截面，但三維中之完整單位胞元可包含沿著Z之在其他平面中的間隔物結構。電極層116包含頂表面119a及底表面119b，其包含電極活性材料層125之末端。
參考圖5A，展示在可看到間隔物結構400之在Z中之位置處沿著Y-Z平面截取的單位胞元500之另一實施例的截面。在此實施例中，單位胞元具有如在堆疊方向(平行於Y軸)上在電極集電器層114之單位胞元部分與相對電極集電器層118之單位胞元部分之間量測的寬度W UC。電極層116之截面包含鄰近於電極集電器層安置之電極活性材料層125、在電極活性材料層125之任一側上的間隔物結構400及電極活性材料層125與隔板層130之表面131a之間的空隙126。電極層之寬度W E可如本文中其他處所展示及如所論述界定於電極集電器層114與隔板層130之間，其中電極活性材料層125、間隔物結構400及空隙126含有於電極層116之寬度W E內。根據一個實施例，在執行形成過程以完全地形成包含單位胞元500之二次電池之前，單位胞元500可處於預形成階段中，而後形成階段中之相同單位胞元500可包含填充空隙126之顯著更大部分且甚至基本上整個空隙126之電極活性材料層125。兩個間隔物結構400安置於電極活性材料層125之任一末端處，且沿著寬度W E自電極集電器層之單位胞元部分延伸至隔板層130。此外，如所展示，在存在間隔物之在Z中之位置處針對Y-X平面截取截面，且根據所要間距特性，三維中之完整單位胞元可包含沿著Z之在其他平面中的其他間隔物結構。電極層116包含第一末端表面121a及第二末端表面121b，其在如所展示之實施例中包含長度尺寸上之各別間隔物結構中的每一者之末端且界定電極層116之長度尺寸L E。圖5B為描繪後形成階段中之圖5A之單位胞元的實施例，該後形成階段在電極活性材料層125已膨脹以至少部分地且甚至基本上完全填充空隙126的形成過程之後。
圖5C描繪在Y-Z平面中且在可看到間隔物結構400之在X中之位置處截取的截面中之圖5A之單位胞元。在此實施例中，單位胞元具有如在堆疊方向(平行於Y軸)上在電極集電器層114之單位胞元部分與相對電極集電器層118之單位胞元部分之間量測的寬度W UC。電極層116之截面包含間隔物結構400，其中電極層之寬度W E如本文中其他處所展示及如所論述界定於電極集電器層114與隔板層之間，其中間隔物結構400含有於電極層116之寬度W E內。電極層116包含頂表面119a及底表面119b，其在如所展示之實施例中包含高度尺寸(平行於Z軸)上之間隔物結構400中的每一者之頂部及底部末端且界定電極層116之高度H E。根據其他實施例，間隔物結構400之群可包含沿著長度L E及/或高度H E安置之複數個結構400，如圖8A、8C及8E至8H中所描繪之實施例中所展示，及/或可包含基本上跨電極層116之長度L E及/或高度H E延伸的一或多個間隔物結構400。
圖6描繪具有間隔物結構400之單位胞元之又一實施例，其呈在Y-X平面中截取之截面，且處於可看到間隔物結構400之在Z中之位置處，在長度方向上位於電極層116之周邊處，且自電極活性材料層125之內部表面127延伸。在此實施例中，單位胞元具有如在堆疊方向(平行於Y軸)上在電極集電器層114之單位胞元部分與相對電極集電器層118之單位胞元部分之間量測的寬度W UC。電極層116之截面包含在電極活性材料層125之任一側上的間隔物結構400，其中電極層之寬度W E如本文中其他處所展示及如所論述界定於電極集電器層114與隔板層之間，其中電極活性材料層125、空隙126及間隔物結構400含有於電極層116之寬度W E內。電極層116包含第一末端表面121a及第二末端表面121b，其在如所展示之實施例中包含長度尺寸(沿著X軸)上之電極活性材料層125及鄰接間隔物結構400之末端表面，且界定包含間隔物結構400及電極活性材料層116之電極層116之長度L E。相較於如圖5A中所描繪之實施例，如圖6中所描繪之間隔物結構400自與隔板之界面僅延伸電極層之寬度W E之路徑的部分。根據一個實施例，在預形成階段中，間隔物結構400自電極活性材料層125之表面127延伸至隔板層130之表面131。在後形成階段中，在電極活性材料膨脹以至少部分地填充預形成空隙126的實施例中，間隔物結構可沿著寬度尺寸W E自隔板層130之表面131a至少部分地延伸穿過電極活性材料層。根據又一實施例，間隔物結構400可沿著寬度尺寸W E自電極集電器層114之表面115a至少部分地延伸穿過電極活性材料層。根據一個實施例，間隔物結構之群之部件在電極集電器層及隔板層的相對表面之間跨電極層之整個寬度尺寸W E(寬度W E之100%)，或甚至跨電極層之寬度W E之至少75%、至少85%及/或至少90%延伸。根據另一實施例，電極層116中之間隔物結構400的中值範圍可小於電極層116之寬度W E的60%、小於50%、小於40%、小於25%及/或小於15%，例如自隔板層130朝著電極集電器層114所量測，或反之亦然。在一個實施例中，電極層116中之間隔物結構之群的部件的中值範圍可為電極層之寬度W E的至少2%、至少3%及/或至少5%，例如自隔板層130朝著電極集電器層114所量測，或反之亦然。根據另一實施例，間隔物結構之群可包含完全沿著寬度尺寸W E延伸的間隔物結構與僅部分地沿著電極層116之寬度尺寸W E延伸之間隔物結構的組合(例如圖5A及6中所描繪之間隔物結構的組合)。亦可提供其他適合的間隔物結構組態及配置。
圖7A至7C描繪適合於與用於二次電池102之電極總成106一起使用的間隔物結構400的其他實施例。在圖7A中所展示之實施例中，展示共用共同電極集電器層114之兩個相鄰單位胞元500a、500b之部分。在如所展示之實施例中，電極集電器層114包含安置於電極集電器層之第一側上之第一電極層116a (在第一單位胞元500a中)及在電極集電器層之第二相對側上之第二電極層116b (在第二單位胞元500b中)。第一電極層116包含用於第一單位胞元500a之電極活性材料層之第一層125a及在電極活性材料之第一層125a與隔板130之間的第一空隙126a，其中間隔物結構400自電極集電器層114之第一單位胞元部分及在堆疊方向上朝著隔板層延伸，且圍繞第一電極活性材料層125a之周邊延伸。第二電極層116b包含用於第二單位胞元500b之電極活性材料層之第二層125b及在電極活性材料之第二層125b與隔板130之間的第二空隙126b，其中間隔物結構400自電極集電器層114之第二單位胞元部分及在堆疊方向上朝著隔板層延伸，且圍繞第二電極活性材料層125b之周邊延伸。雖然如所展示之實施例描繪具有空隙126a、126b之預形成電極總成106，但在後形成電極總成之實施例中，電極活性材料可朝著隔板層膨脹且可基本上填充空隙。
圖7B類似地描繪相鄰單位胞元500a、500b共用共同電極集電器層114之實施例，其中間隔物結構400設置於相鄰單位胞元500a、500b之第一電極層116a及第二電極層116b中。第一電極層116a包含用於第一單位胞元500a之電極活性材料層之第一層125a及在電極活性材料之第一層125a與隔板層130之間的第一空隙126a。間隔物結構400自第一電極活性材料層125之第一內部表面127a及在堆疊方向上朝著隔板延伸，且位於第一內部表面之周邊邊緣處。第二電極層116b包含用於第二單位胞元500b之電極活性材料層之第二層125b及在電極活性材料之第二層125b與隔板層130之間的第二空隙126b。間隔物結構400自第二電極活性材料層125b之第二內部表面127b及在堆疊方向上朝著隔板層130延伸，且位於第二內部表面127b之周邊邊緣處。根據如所展示之實施例，間隔物結構400僅部分地沿著電極層116之寬度W E自隔板層130延伸至電極集電器層114之單位胞元部分。
根據如圖7A及7B中所展示之實施例，相鄰的第一單位胞元500a及第二單位胞元500b可包含安置於其第一電極層116a及第二電極層116b中之間隔物結構400，諸如共用電極集電器層114的相鄰單位胞元。類似地，在如圖2A及2B中所展示之捲繞結構中，間隔物結構400可在堆疊方向R上設置於電極結構之相鄰繞組中。然而，在其他實施例中，間隔物結構400可設置於交替單位胞元中(例如每隔一個單位胞元)，或沿著電極總成之堆疊方向僅設置於某些單位胞元及/或某些單位胞元堆疊連續中。在另一實施例中，間隔物結構400可安置為使得其在堆疊方向上彼此對準。舉例而言，在圖7A中所展示之實施例中，間隔物結構400經對準以使得第一單位胞元500a之第一電極層116a中的間隔物結構在堆疊方向(Y方向)上與第二單位胞元500b之第二電極層116b中的間隔物結構對準。此間距可為有利的，例如提供沿著堆疊方向之在單位胞元中之基本上均一空隙。類似地，參考圖11A，間隔物結構之位置可經配置以使得間隔物結構中之至少一些沿著堆疊方向R彼此對準。並且，雖然圖7A及7B中將間隔物結構400說明為朝著電極層116之周邊而定位，但間隔物結構亦可在電極層116中更居中地安置，及/或可在周邊處且沿著電極層116之內部區而定位。
圖7C說明具有安置於其電極層116中之間隔物結構400的相鄰的第一單位胞元500a及第二單位胞元500b之又一實施例。圖7C之實施例類似於圖7A之實施例，其中第一電極層116a及第二電極層116b各自包含具有周邊定位之間隔物結構400的電極活性材料層125a、125b，且相鄰的第一及第二單位胞元500共用電極集電器層114。然而，在如圖7C中所展示之實施例中，間隔物結構400延伸穿過形成於由單位胞元500a、500b兩者共用的電極集電器層114中的孔口，使得同一間隔物結構400之群延伸至第一單位胞元500a及第二單位胞元500b兩者中。
根據又一實施例，諸如藉由將間隔物結構400之群設置於一或多個電極層116中以及一或多個相對電極層120中，間隔物結構400之群可設置為電極總成106中之電極結構110以及相對電極結構112兩者的一部分。舉例而言，間隔物結構400之第一群可設置於電極總成中之電極層116中，且間隔物結構400之第二群可設置於電極總成之相對電極層120中，此等層在電極總成中之相同單位胞元及/或不同單位胞元中。根據某些實施例，設置於一或多個相對電極層120中之間隔物結構400之群可設置於對應於本文中其他處相對於電極層116所描述的任何內容的組態及/或配置中，諸如在圖3A至3C、4A至4C、5A至5D、6、7A至7C、8A至8H、9至10及11A至11B中之任一者中。亦即，在某些實施例中，本文中其他處針對電極層116中之間隔物結構400之群所描述的配置及/或組態可適合於相對電極層中之間隔物結構之群，其中相對電極層120、相對電極活性材料及/或相對電極集電器層118取代本文中另外描述之電極層116、電極活性材料及/或電極集電器層114。
在一個實施例中，舉例而言，諸如在形成過程期間及/或在包含電極及相對電極活性材料的二次電池在充電與放電狀態之間循環期間，在電極活性材料及相對電極活性材料兩者經歷膨脹及/或收縮的情況下，將間隔物結構之第一及第二群設置於電極層及相對電極層兩者中可為有利的。根據一個實施例，間隔物結構之群可經設置用於包含在二次電池之充電期間膨脹的電極活性材料及在二次電池之放電期間膨脹的相對電極活性材料之組態，及/或電極活性材料及相對電極活性材料兩者可在二次電池之充電後膨脹，及/或可在二次電池放電時膨脹。根據又一實施例，電極活性材料及/或相對電極活性材料中之一或多者亦可在二次電池之充電及/或放電後收縮。在一個實施例中，電極活性材料及相對電極活性材料兩者可在充電及/或放電過程期間一起膨脹及收縮(具有相同或不同膨脹量值)。在一個實施例中，間隔物結構之群可設置於電極層與隔板層之間的界面處，且間隔物結構之另一群可設置於相對電極層與隔板層之間的界面處(在相同單位胞元中及/或在不同單位胞元中)，以適應可能在形成過程期間及/或在二次電池在充電與放電狀態之間循環期間在電極活性材料及相對電極活性材料中發生的膨脹(及可能的收縮)。
圖8A至8H描繪安置於電極層116中之間隔物結構400之群的其他實施例。如所展示，間隔物結構400可包含可形成於電極結構之表面上且可呈各種形狀及形式的突起部402，該等表面諸如電極集電器層114及/或電極活性材料層125之表面。根據又一實施例，間隔物結構400可形成於隔板層130及電極集電器層114中之一或多者之表面上(如在圖8A至8H中所展示的組態中之任一者中)，且接著在電極總成之組裝期間經接合以形成具有電極層的單位胞元500。在一個實施例中，如圖8A中所展示，間隔物結構包含圍繞電極層116之周邊404而定位的一系列凸起凸塊。藉由圍繞周邊400設置突起部及/或凸塊，在某些實施例中，結構可使空隙周圍之層穩定，使得隔板層及電極層116保持彼此間隔開，例如基本上無該等層至空隙中之折彎或變形。在圖8B中所展示之實施例中，間隔物結構之群包含圍繞電極層116之周邊400的單個凸起脊部。
在另一實施例中，如圖8C中所展示，間隔物結構400之群可包含跨電極層116之表面上的不同點分佈的複數個行或其他凸起特徵。藉由使突起部跨表面分佈，可抑制具有突起部之層116的折彎及/或變形，此係因為突起部可接觸相鄰層(亦即，隔板層130)，以甚至在置放於堆疊連續中時在電極層之堆疊的壓力下維持層之間的分隔。
圖8D及8E中展示其他實施例，該等圖展示間隔物結構之群包含形成於層之表面上且跨層之一或多個尺寸(諸如跨層的高度及長度)對角地延伸的一系列脊部(8D)，及圍繞電極層116之周邊404形成的一系列十字形突起部。圖8F進一步描繪一實施例，在該實施例中，間隔物結構400之群包含圍繞電極層116之周邊404分佈且在高度方向(Z尺寸)上在電極層之邊緣處特定地定位的一系列突起部。圖8G及8H描繪複數個間隔物結構之分佈及組態之其他實施例，在一個實施例中，間隔物結構之間的間距沿著電極層116之高度方向(Z尺寸)減小(圖8H)，且在一個實施例中，間隔物結構之間的間距沿著高度方向(Z尺寸)為均一的(圖8G)。
根據某些實施例，間隔物結構之間的距離可沿著電極層116之一或多個尺寸增大及/或減小，及/或可在捲繞電極中之單位胞元及/或繞組之間增大及/或減小。舉例而言，參考圖11A及11B中所描繪之螺旋捲繞電池實施例，在一個實施例中，間隔物結構之間的間距沿著電極之長度L E自電極總成之內部區至外部區增大，使得電極總成之相鄰繞組中的間隔物結構可在堆疊方向R上彼此對準。亦即，間距結構之間的間距可隨增大R而增大，以提供在堆疊方向R上彼此對準的間隔物結構。在一個實施例中，間隔物結構400之群之部件對準以使得安置於單位胞元之內部繞組205a中的間隔物結構40在堆疊方向上與單位胞元之外部繞組205b中的間隔物結構400對準。圖11C描繪捲繞電極總成106之又一實施例，其中繞組205包含沿著電極層116之捲繞行程208之直線邊緣。
根據一個實施例，具有電極層116中之間隔物結構400之群的電極總成106為適用於二次電池在充電與放電狀態之間循環的電極總成。根據某些實施例，具有間隔物結構之群的電極總成可在執行形成過程之前處於預形成階段中，如本文中其他處所論述。亦即，電極總成106可為適合於併入至諸如二次電池之儲存裝置中且經歷形成過程的電極總成。本文中的實施例亦可涵蓋後形成階段中之電極總成106，諸如在電極總成形成已經歷形成過程之二次電池或其他儲存裝置之一部分的情況下。
根據一個實施例，形成用於在充電與放電狀態之間循環的二次電池的方法包含：將電極總成、載流子離子及非水性液體電解質設置於電池殼體內；及執行涉及將二次電池自放電充電至充電狀態的形成過程。在一個實施例中，可執行形成過程以增大電極層中之固體電極活性材料之體積，使得後形成體積比電極層中之固體電極活性材料之第一體積大至少3%、至少5%、至少10%、至少25%、至少50%、至少75%及/或至少100%。此外，固體電極活性材料之體積增大可發生，同時與預形成單位胞元寬度W UC相比，展現後形成之單位胞元寬度W UC之改變在一些實施例中可小於1%、小於0.5%、小於0.25%及/或小於0.1%，及/或預及後形成兩者之單位胞元寬度W UC可基本上相同，使得單位胞元500之寬度在形成過程期間基本上不改變。
根據某些實施例，形成過程可包含二次電池102之至少一個初始充電循環，其可在包括電流、溫度及持續時間中之一或多者的謹慎受控條件下執行，以促進二次電池102之組件之間的所要結構及接觸(諸如單位胞元500中之結構之間的所要結構及接觸)之形成。一般而言，形成過程可涉及一或多個在重組及/或使內部結構及形態最佳化之條件下執行之初始充電步驟，使得二次電池可充電直至其額定容量。根據特定電池結構及組成，形成過程可僅包含單個初始充電循環或可包含複數個充電循環，如本文中其他處所描述，且可作為二次電池之製造中之最終階段而執行以使二次電池102達到其全功率及/或容量。
在一個實施例中，參考圖3C，設置電極限制組602以在形成過程期間限制電極總成在堆疊方向上之生長及/或維持電極總成中之單位胞元之群的對準。舉例而言，電極限制組602可包含第一限制部件600a及第二限制部件600b，該等限制部件沿著堆疊方向(圖3C中之Y方向)間隔開且可能夠在形成過程(且視情況後形成)期間維持電極總成中之結構在堆疊方向上之對準。在一個實施例中，電極層116中之電極活性材料之生長及/或腫脹可在堆疊方向上施加壓力，及/或可導致單位胞元500彼此不對準。因此，藉由設置電極限制組602，可維持單位胞元中的每一者中的結構之對準，使得單位胞元中之空隙126可有效地用以允許電極活性材料在其中膨脹。
在一個實施例中，電極限制組602包含沿著堆疊方向彼此間隔開的第一限制部件600a及第二限制部件600b，如圖3C中所展示。在另一實施例中，電極限制組包含第一限制部件600a及第二限制部件600b，該等限制部件沿著正交於堆疊方向之另一方向(諸如沿著X方向或Z方向中之一或多者)彼此間隔開以在X及Z方向中之一或多者上進行限制，及/或亦可提供沿著堆疊方向進行限制之限制以及沿著正交於堆疊方向之方向進行限制之一或多個限制的組合。根據稜柱形電極總成之一個實施例，第一及第二限制部件可沿著對應於堆疊方向之Y方向間隔開，如圖3C中所展示。根據捲繞電極總成之另一實施例，限制組602可經組態以諸如藉由設置圓柱形限制部件及/或圍繞捲繞電極總成之外部圓周延伸的一或多個圓柱形限制分段來沿著堆疊方向R進行限制。舉例而言，捲繞電極總成之限制組可為電極總成之罩或另一電池殼體104。
在一個實施例中，電極限制組設置於電池殼體104內(圖中未示)。在另一實施例中，電極限制組602設置在電池殼體之外(如圖3C中所展示)。電池殼體104可為在其中密封用於二次電池之電解質的密封殼體。在另一實施例中，電極限制組602在形成過程之前及/或期間設置，且在形成之後可自電極總成106移除。根據又一實施例，電極限制組602可在形成過程之前及/或期間設置，且保持為後形成二次電池的一部分，諸如以在二次電池之正常循環期間抵抗電極活性材料之生長及/或腫脹。不限於此，可經設置以在形成過程之前、期間及/或之後限制電極總成106之適合之電極限制的實施例描述於例如Busacca等人之在2019年5月7日發佈之美國專利第10,283,807號及Busacca等人之在2019年1月8日發佈之美國專利第10,177,400號中，該等專利以全文引用之方式併入本文中。
根據一個實施例，在形成過程之後，間隔物結構400之群中之至少一部分且甚至整個可能不再存在，例如因為間隔物結構400可在後形成階段中摻合至電極活性材料中。此外，根據某些實施例，間隔物結構之群可在後形成階段中合併至電極活性材料層125中，例如使得電極活性材料層125基本上佔據後形成電極層之整個體積。舉例而言，在針對包含鋰電極之二次電池在預形成階段中使用包含鋰間隔物結構之間隔物結構的情況下，形成過程導致含有鋰之電極活性材料生長，使得鋰間隔物結構與電極層之剩餘部分之間的界面在後形成階段中可能不可辨別。根據又一實施例，間隔物結構之群可在形成之前在電解質填充至電極總成中之後化學上反應，使得間隔物結構之群中之至少一部分及/或所有在形成後不再可辨別。根據又一實施例，在電極總成106之組裝之後(例如在單位胞元500之堆疊之後)，且在形成過程之前、期間或之後，例如在提供維持單位胞元500中之空隙126之另一方法的情況下，可移除間隔物結構之群中的至少一部分及/或所有。
根據各種實施例，可藉由各種不同方法形成間隔物結構400。舉例而言，在一個實施例中，可藉由諸如利用網版印刷、模板印刷、噴墨印刷、重力印刷及其他方法將間隔物材料印刷至電極結構110 (例如電極集電器及/或電極活性材料層)及/或隔板層上來形成間隔物結構400。根據又一實施例，可使用陰影遮罩藉由氣相沈積法製造間隔物結構。根據又一實施例，可藉由將包含間隔物材料之接腳機械干擾裝配至電極結構110及/或隔板層130中來製造間隔物結構。根據又一實施例，可藉由與隔板層130及/或電極結構110之一或多個部分共模製來製造間隔物結構。根據又一實施例，可藉由在單位胞元500之組裝期間在電極結構110與隔板層130之間佈置開放網格來製造間隔物結構。根據又一實施例，可藉由利用黏膠將導線佈置在電極結構110之頂部上且在電極結構上方按壓至所要高度來製造間隔物結構。根據某些實施例，間隔物結構400之群可與電極活性材料層125之電極活性材料同時沈積或以其他方式形成。舉例而言，在電極活性材料沈積或以其他方式形成於電極集電器層114之表面上的情況下，間隔物材料之群可類似地沈積或以其他方式形成為此電極活性材料層形成過程的一部分。根據又一實施例，間隔物結構之群可在電極活性材料已沈積或以其他方式形成於電極集電器層114上之前及/或之後沈積。根據又一實施例，間隔物結構之群可在電極活性材料層沈積/形成過程期間至少部分地沈積及/或形成，且可在電極活性材料層形成完成之後完成。根據另一實施例，可在電極活性材料層形成之前及/或之後作為加成或減成製程形成間隔物結構之群。亦可提供製造間隔物結構的其他方法，及/或製造方法之組合。
此外，如本文中所使用，對於使用術語「電極」描述材料或結構(諸如「電極結構」或「電極活性材料」)之每一實施例，應理解，此類結構及/或材料在某些實施例中可對應於「負電極」，諸如「負電極結構」或「負電極活性材料」。類似地，如本文中所使用，對於使用術語「相對電極」描述材料或結構(諸如「相對電極結構」或「相對電極活性材料」)之每一實施例，應理解，此類結構及/或材料在某些實施例中可對應於「正電極」，諸如「正電極結構」或「正電極活性材料」。亦即，若合適，針對電極及/或相對電極描述之任何實施例可對應於其中電極及/或相對電極特定為負電極及/或正電極之相同實施例，分別包括其對應結構及材料。 其他電池組件
電極結構110及相對電極結構112群之部件包括能夠吸收及釋放載流子離子之電活性材料，載流子離子諸如鋰、鈉、鉀、鈣、鎂或鋁離子。在一些實施例中，電極結構110群之部件包括陽極活性電活性材料(有時稱為負電極)，且相對電極結構112群之部件包括陰極活性電活性材料(有時稱為正電極)。在其他實施例中，電極結構110群之部件包括陰極活性電活性材料，且相對電極結構112群之部件包含陽極活性電活性材料。舉例而言，負電極活性材料可為例如粒狀聚結電極、由粒狀材料形成之電極活性材料(諸如藉由形成粒狀材料之漿料且澆鑄至層形狀中)，或單片電極。
例示性陽極活性電活性材料包括碳材料，諸如石墨及軟性或硬性碳，或能夠與鋰形成合金之金屬、半金屬、合金、氧化物及化合物範圍內中之任一者。能夠構成陽極材料之金屬或半金屬之特定實例包括石墨、錫、鉛、鎂、鋁、硼、鎵、矽、Si/C複合材料、Si/石墨摻合物、SiOx、多孔Si、金屬間Si合金、銦、鋯、鍺、鉍、鎘、銻、銀、鋅、砷、鉿、釔、鋰、鈉、石墨、碳、鈦酸鋰、鈀及其混合物。在一個例示性實施例中，陽極活性材料包含鋁、錫或矽，或其氧化物、其氮化物、其氟化物或其其他合金。在另一例示性實施例中，陽極活性材料包含矽、氧化矽，或其合金。
在又一實施例中，陽極活性材料可包含鋰金屬、鋰合金、碳、石油焦、活性碳、石墨、矽化合物、錫化合物，及其合金。在一個實施例中，陽極活性材料包含碳，諸如非石墨化碳，石墨基碳等；複合金屬氧化物，諸如Li xFe 2O 3(0≦x≦1)、Li xWO 2(0≦x≦1)、Sn xMe 1 − xMe′ yO z(Me: Mn、Fe、Pb、Ge；Me′: Al、B、P、Si，元素週期表中之第1族、第2族及第3族中存在的元素，鹵素；0＜x≦1；1≦y≦3；1≦z≦8)等；鋰金屬；鋰合金；矽基合金；錫基合金；金屬氧化物，諸如SnO、SnO 2、PbO、PbO 2、Pb 2O 3、Pb 3O 4、Sb 2O 3、Sb 2O 4、Sb 2O 5、GeO、GeO 2、Bi 2O 3、Bi 2O 4、Bi 2O 5等；導電聚合物，諸如聚乙炔等；Li-Co-Ni基材料等。在一個實施例中，陽極活性材料可包含碳基活性材料，碳基活性材料包括結晶石墨，諸如天然石墨、合成石墨及其類似者；及非晶碳，諸如軟碳、硬碳及其類似者。適用於陽極活性材料之碳材料之其他實例可包含石墨、片狀(Kish)石墨、熱解碳、中間相瀝青基碳纖維、中間相碳微球、中間相瀝青、石墨化碳纖維及高溫燒結的碳，諸如石油或柏油瀝青衍生之焦。在一個實施例中，負電極活性材料可包含氧化錫、硝酸鈦及矽。在另一實施例中，負電極可包含鋰金屬，諸如鋰金屬膜；或鋰合金，諸如鋰與選自由以下各項組成之群的一或多種類型之金屬的合金：Na、K、Rb、Cs、Fr、Be、Mg、Ca、Sr、Ba、Ra、Al及Sn。在又一實施例中，陽極活性材料可包含：能夠摻合及/或嵌入鋰之金屬化合物，諸如Si、Al、C、Pt、Sn、Pb、Ir、Ni、Cu、Ti、Na、K、Rb、Cs、Fr、Be、Ca、Sr、Sb、Ba、Ra、Ge、Zn、Bi、In、Mg、Ga、Cd、Si合金、Sn合金、Al合金或其類似物；能夠摻雜及去摻雜鋰離子之金屬氧化物，諸如SiO v(0＜v＜2)、SnO 2、氧化釩或氧化鋰釩；及包括金屬化合物及碳材料之複合材料，諸如Si-C複合材料或Sn-C複合材料。舉例而言，在一個實施例中，能夠摻合/嵌入鋰之材料可為金屬，諸如鋰、銦、錫、鋁或矽，或其合金；過渡金屬氧化物，諸如Li 4/3Ti 5/3O 4或SnO；及含碳材料，諸如人工石墨、石墨碳纖維、樹脂煅燒碳、熱分解氣相生長碳、軟木、中間相碳微球(「MCMB」)、糠醇樹脂煅燒碳、聚并苯、瀝青基碳纖維、氣相生長碳纖維，或天然石墨。在又一實施例中，負電極活性材料可包含適合於諸如鈉或鎂之載流子離子之組合物。舉例而言，在一個實施例中，負電極活性材料可包含分層含碳材料；及安置在分層含碳材料之層之間的式Na xSn y-zM z之組合物，其中M為Ti、K、Ge、P或其組合，且0＜x≤15，1≤y≤5，且0≤z≤1。
在一個實施例中，負電極活性材料可進一步包含導電材料及/或導電助劑，諸如碳基材料、碳黑、石墨、石墨烯、活性碳、碳纖維，碳黑，諸如乙炔黑、科琴(Ketjen)黑、槽黑、爐黑、燈黑、熱黑或其類似物；導電纖維，諸如碳纖維、金屬纖維或其類似物；導電管，諸如碳奈米管或其類似物；金屬粉末，諸如氟化碳粉末、鋁粉末、鎳粉末或其類似物；導電鬚，諸如氧化鋅、鈦酸鉀或其類似物；導電金屬氧化物，諸如氧化鈦或其類似物；或導電材料，諸如聚苯衍生物或其類似物。此外，亦可使用金屬纖維，諸如金屬網格；金屬粉末，諸如銅、銀、鎳及鋁；或有機導電材料，諸如聚苯衍生物。在又一實施例中，可提供黏結劑，例如聚乙烯、聚氧化乙烯、聚丙烯、聚四氟乙烯(PTFE)、聚偏二氟乙烯(PVDF)、苯乙烯-丁二烯橡膠、四氟乙烯-全氟烷基乙烯基醚共聚物、偏二氟乙烯-六氟丙烯共聚物、偏二氟乙烯-氯三氟乙烯共聚物、乙烯-四氟乙烯共聚物、聚氯三氟乙烯、偏二氟乙烯-五氟丙烯共聚物、丙烯-四氟乙烯共聚物、乙烯-氯三氟乙烯共聚物、偏二氟乙烯-六氟丙烯-四氟乙烯共聚物、偏二氟乙烯-全氟甲基乙烯基醚-四氟乙烯共聚物、乙烯-丙烯酸共聚物及其類似者中之一或多者可單獨或作為混合物使用。
例示性陰極活性材料包括廣泛範圍的陰極活性材料中之任一者。舉例而言，對於鋰離子電池，陰極活性材料可包含選自過渡金屬氧化物、過渡金屬硫化物、過渡金屬氮化物之陰極材料，且可選擇性地使用鋰-過渡金屬氧化物、鋰-過渡金屬硫化物、鋰-過渡金屬氮化物。此等過渡金屬氧化物、過渡金屬硫化物及過渡金屬氮化物之過渡金屬元素可包括具有d-殼或f-殼之金屬元素。此類金屬元素之特定實例為Sc、Y、鑭系元素、錒系元素、Ti、Zr、Hf、V、Nb、Ta、Cr、Mo、W、Mn、Tc、Re、Fe、Ru、Os、Co、Rh、Ir、Ni、Pb、Pt、Cu、Ag及Au。額外陰極活性材料包括LiCoO 2、LiNi 0.5Mn 1.5O 4、Li(Ni xCo yAl z)O 2、LiFePO 4、Li 2MnO 4、V 2O 5、氧硫化鉬、磷酸鹽、矽酸鹽、釩酸鹽、硫、含硫化合物、氧(空氣)、Li(Ni xMn yCo z)O 2及其組合。此外，陰極活性材料層之化合物可包含含鋰化合物，其進一步包含金屬氧化物或金屬磷酸鹽，諸如包含鋰、鈷及氧之化合物(例如，LiCoO 2)，包含鋰、錳及氧之化合物(例如，LiMn 2O 4)及包含鋰鐵及磷酸鹽之化合物(例如，LiFePO)。在一個實施例中，陰極活性材料包含鋰錳氧化物、鋰鈷氧化物、鋰鎳氧化物、磷酸鋰鐵或由前述氧化物之組合形成之複合氧化物中的至少一者。在另一實施例中，陰極活性材料可包含以下中之一或多者：鋰鈷氧化物(LiCoO 2)、鋰鎳氧化物(LiNiO 2)等或具有一或多種過渡金屬之取代化合物；鋰錳氧化物，諸如Li 1+xMn 2 − xO 4(其中，x為0至0.33)、LiMnO 3、LiMn 2O 3、LiMnO 2等；鋰銅氧化物(Li 2CuO 2)；氧化釩，諸如LiV 3O 8、LiFe 3O 4、V 2O 5、Cu 2V 2O 7等；由化學式LiNi 1 − xM xO 2(其中，M=Co、Mn、Al、Cu、Fe、Mg、B或Ga，且x=0.01至0.3)表示之Ni位點型鋰鎳氧化物；由化學式LiMn 2-xM xO 2(其中，M=Co、Ni、Fe、Cr、Zn或Ta，且x=0.01至0.1)或Li 2Mn 3MO 8(其中，M=Fe、Co、Ni、Cu或Zn)表示之複合鋰錳氧化物；LiMn 2O 4，其中Li之一部分經鹼土金屬離子取代；二硫化物化合物；Fe 2(MoO 4) 3，及其類似者。在一個實施例中，陰極活性材料可包含磷酸金屬鋰，其具有式2：Li 1+aFe 1-xM′ x(PO 4-b)X b之橄欖石晶體結構，其中M′為選自Al、Mg、Ni、Co、Mn、Ti、Ga、Cu、V、Nb、Zr、Ce、In、Zn及Y之至少一者，X為選自F、S及N之至少一者，−0.5≤a≤+0.5，0≤x≤0.5且0≤b≤0.1，諸如LiFePO 4、Li(Fe, Mn)PO 4、Li(Fe, Co)PO 4、Li(Fe, Ni)PO 4或其類似物中的至少一者。在一個實施例中，陰極活性材料包含LiCoO 2、LiNiO 2、LiMnO 2、LiMn 2O 4、LiNi 1-yCo yO 2、LiCo 1-yMn yO 2、LiNi 1-yMn yO 2(0≤y≤1)、Li(Ni aCo bMn c)O 4(0＜a＜2、0＜b＜2、0＜c＜2及a+b+c=2)、LiMn 2-zNi zO 4、LiMn 2-zCo zO 4(0＜z＜2)、LiCoPO 4及LiFePO 4，或其兩種或更多種之混合物中的至少一者。
在又一實施例中，陰極活性材料可包含元素硫(S8)、硫系列化合物或其混合物。硫系列化合物可特定地為Li 2S n(n≥1)、有機硫化合物、碳-硫聚合物((C 2S x) n: x=2.5至50，n≥2)或其類似物。在又一實施例中，陰極活性材料可包含鋰及鋯之氧化物。
在又一實施例中，陰極活性材料可包含鋰及金屬之至少一種複合氧化物，諸如可使用鈷、錳、鎳或其組合，且其實例為Li aA 1-bM bD 2(其中，0.90≤a≤1且0≤b≤0.5)；Li aE 1-bM bO 2-cD c(其中，0.90≤a≤1，0≤b≤0.5且0≤c≤0.05)；LiE 2-bM bO 4-cD c(其中，0≤b≤0.5且0≤c≤0.05)；Li aNi 1-b-cCo bM cD a(其中，0.90≤a≤1，0≤b≤0.5，0≤c≤0.05且0＜a≤2)；Li aNi 1-b-cCo bM cO 2-aX a(其中，0.90≤a≤1，0≤b≤0.5，0≤c≤0.05且0＜a＜2)；Li aNi 1-b-cCo bM cO 2-aX 2(其中，0.90≤a≤1，0≤b≤0.5，0≤c≤0.05且0＜a＜2)；Li aNi 1-b-cMn bM cD a(其中，0.90≤a≤1，0≤b≤0.5，0≤c≤0.05且0＜a≤2)；Li aNi 1-b-cMn bM cO 2-aX a(其中，0.90≤a≤1，0≤b≤0.5，0≤c≤0.05且0＜a＜2)；Li aNi 1-b-cMn bM cO 2-aX 2(其中，0.90≤a≤1，0≤b≤0.5，0≤c≤0.05且0＜a＜2)；Li aNi bE cG dO 2(其中，0.90≤a≤1，0≤b≤0.9，0≤c≤0.5且0.001≤d≤0.1)；Li aNi bCo cMn dGeO 2(其中，0.90≤a≤1，0≤b≤0.9，0≤c≤0.5，0≤d≤0.5且0.001≤e≤0.1)；Li aNiG bO 2(其中，0.90≤a≤1且0.001≤b≤0.1)；Li aCoG bO 2(其中，0.90≤a≤1且0.001≤b≤0.1)；Li aMnG bO 2(其中，0.90≤a≤1且0.001≤b≤0.1)；Li aMn 2G bO 4(其中，0.90≤a≤1且0.001≤b≤0.1)；QO 2；QS 2；LiQS 2；V 2O 5；LiV 2O 5；LiX′O 2；LiNiVO 4；Li (3-f)J 2(PO 4) 3(0≤f≤2)；Li (3-f)Fe 2(PO 4) 3(0≤f≤2)；及LiFePO 4。在以上式子中，A為Ni、Co、Mn，或其組合；M為Al、Ni、Co、Mn、Cr、Fe、Mg、Sr、V、稀土元素，或其組合；D為O、F、S、P，或其組合；E為Co、Mn，或其組合；X為F、S、P，或其組合；G為Al、Cr、Mn、Fe、Mg、La、Ce、Sr、V，或其組合；Q為Ti、Mo、Mn，或其組合；X′為Cr、V、Fe、Sc、Y，或其組合；且J為V、Cr、Mn、Co、Ni、Cu，或其組合。舉例而言，可使用LiCoO 2、LiMn xO 2x(x=1或2)、LiNi 1-xMn xO 2x(0＜x＜1)、LiNi 1-x-yCo xMn yO 2(0≤x≤0.5，0≤y≤0.5)或FePO 4。在一個實施例中，陰極活性材料包含鋰化合物，諸如鋰鈷氧化物、鋰鎳氧化物、鋰鎳鈷氧化物、鋰鎳鈷鋁氧化物、鋰鎳鈷錳氧化物、鋰錳氧化物或磷酸鋰鐵；硫化鎳；硫化銅；硫；氧化鐵；或氧化釩中的至少一者。
在一個實施例中，陰極活性材料可包含含鈉材料，諸如以下中的至少一者：式NaM 1 aO 2之氧化物，諸如NaFeO 2、NaMnO 2、NaNiO 2或NaCoO 2；或由式NaMn 1-aM 1 aO 2表示之氧化物，其中M 1為至少一種過渡金屬元素，且0≤a＜1。代表性正活性材料包括Na[Ni 1/2Mn 1/2]O 2、Na 2/3[Fe 1/2Mn 1/2]O 2，及其類似物；由Na 0.44Mn 1-aM 1 aO 2表示之氧化物、由Na 0.7Mn 1-aM 1 aO 2.05表示之氧化物(其中M 1為至少一種過渡金屬元素，且0≤a＜1)；由Na bM 2 cSi 12O 30表示之氧化物，如Na 6Fe 2Si 12O 30或Na 2Fe 5Si 12O (其中M 2為至少一種過渡金屬元素，2≤b≤6，且2≤c≤5)；由Na dM 3 eSi 6O 18表示之氧化物，諸如Na 2Fe 2Si 6O 18或Na 2MnFeSi 6O 18(其中M 3為至少一種過渡金屬元素，3≤d≤6，且1≤e≤2)；由Na fM 4 gSi 2O 6表示之氧化物，諸如Na 2FeSiO 6(其中M 4為選自過渡金屬元素鎂(Mg)及鋁(Al)之至少一個元素，1≤f≤2且1≤g≤2)；磷酸鹽，諸如NaFePO 4、Na 3Fe 2(PO 4) 3、Na 3V 2(PO 4) 3、Na 4Co 3(PO 4) 2P 2O 7及其類似物；硼酸鹽，諸如NaFeBO 4或Na 3Fe 2(BO 4) 3；由Na hM 5F 6表示之氟化物，諸如Na 3FeF 6或Na 2MnF 6(其中M 5為至少一種過渡金屬元素，且2≤h≤3)；氟代磷酸鹽，諸如Na 3V 2(PO 4) 2F 3、Na 3V 2(PO 4) 2FO 2及其類似物。正活性材料不限於前述內容，且可使用此項技術中使用的任何適合之正活性材料。在一實施例中，正活性材料較佳包含分層型氧化陰極材料，諸如NaMnO 2、Na[Ni 1/2Mn 1/2]O 2及Na 2/3[Fe 1/2Mns 1/2]O 2；磷酸鹽陰極，諸如Na 3V 2(PO 4) 3及Na 4Co 3(PO 4) 2P 2O 7；或氟代磷酸鹽陰極，諸如Na 3V 2(PO 4) 2F 3及Na 3V 2(PO 4) 2FO 2。
在又一實施例中，陰極活性材料可進一步包含導電助劑及/或黏結劑中之一或多者，例如其可為針對本文中之陽極活性材料描述之導電助劑及/或黏結劑中之任一者。
在一個實施例中，電極集電器層114可包含適合之導電材料，諸如金屬材料。根據本文中之實施例，電極集電器層114可為負電極集電器層，及/或可為正電極集電器層。根據一個實施例，電極集電器層為負電極集電器層。在一個實施例中，電極集電器層可包含以下各項中之至少一者：銅、鎳、鋁、不鏽鋼、鈦、鈀、烘烤碳、煅燒碳、銦、鐵、鎂、鈷、鍺、鋰，具有碳、鎳、鈦、銀、鋁-鎘合金及/或其其他合金之銅或不鏽鋼之表面處理材料。作為另一實例，在一個實施例中，電極集電器層包含以下各項中之至少一者：銅、不鏽鋼、鋁、鎳、鈦、烘烤碳，具有碳、鎳、鈦、銀、鋁-鎘合金及/或其其他合金之銅或不鏽鋼之表面處理材料。在一個實施例中，電極集電器層包含銅及不鏽鋼中之至少一者。
在一個實施例中，相對電極集電器層118可包含適合之導電材料，諸如金屬材料。根據本文中之實施例，相對電極集電器118可為負電極集電器層，及/或可為正電極集電器層。根據一個實施例，相對電極集電器層為正電極集電器層。在一個實施例中，相對電極集電器層包含以下各項中之至少一者：不鏽鋼、鋁、鎳、鈦、烘烤碳、燒結碳，具有碳、鎳、鈦、銀及/或其合金之鋁或不鏽鋼之表面處理材料。在一個實施例中，相對電極集電器層包含鋁。
在一個實施例中，使陽極活性材料微結構化以提供顯著的空隙體積分數，從而隨著充電及放電過程期間鋰離子(或其他載流子離子)併入至陽極活性材料中或離開陽極活性材料，適應體積膨脹及收縮。一般而言，陽極活性材料之空隙體積分數為至少0.1。典型地，然而，陽極活性材料之空隙體積分數不大於0.8。舉例而言，在一個實施例中，負電極活性材料之空隙體積分數為約0.15至約0.75。藉助於其他實例，在一個實施例中，陽極活性材料之空隙體積分數為約0.2至約0.7。藉助於其他實例，在一個實施例中，陽極活性材料之空隙體積分數為約0.25至約0.6。
在一個實施例中，陽極活性材料包含多孔鋁、錫或矽或其合金，諸如呈包含多孔陽極活性材料之電極活性層125的形式。多孔矽層可例如藉由陽極化，藉由蝕刻(例如藉由將諸如金、鉑、銀或金/鈀之貴重金屬沈積於單晶矽之表面上且用氫氟酸與過氧化氫之混合物蝕刻表面)或藉由諸如圖案化化學蝕刻之此項技術中已知之其他方法形成。另外，多孔陽極活性材料將通常具有至少約0.1但小於0.8之孔隙度分數，且具有約1至約100微米的厚度。舉例而言，在一個實施例中，電極活性材料層125包含含有多孔矽之陽極活性材料，具有約5至約100微米之厚度(W E)，且具有約0.15至約0.75之孔隙度分數。藉助於其他實例，在一個實施例中，電極活性材料層125包含含有多孔矽之陽極活性材料，具有約10至約80微米之厚度(W E)，且具有約0.15至約0.7之孔隙度分數。藉助於其他實例，在一個此類實施例中，電極活性材料層125包含多孔矽，具有約20至約50微米之厚度(W E)，且具有約0.25至約0.6之孔隙度分數。藉助於其他實例，在一個實施例中，電極活性材料層125包含多孔矽合金(諸如矽化鎳)，具有約5至約100微米之厚度(W E)，且具有約0.15至約0.75之孔隙度分數。
電極層116之群之部件的長度(L E)將視能量儲存裝置及其預期用途而變化。然而，在一個實施例中，群之部件可具有介於約5 mm至約500 mm的範圍內的長度(L E)。舉例而言，在一個此類實施例中，電極層之群之部件具有約10 mm至約250 mm之長度(L E)。藉助於其他實例，在一個此類實施例中，群之部件具有約25 mm至約100 mm之長度(L E)。藉助於其他實例，在對應於捲繞電極總成之一個實施例中，群之部件具有至少50 cm，諸如至少75 cm且甚至至少90 cm之長度(L E)，且可甚至具有至少約10公尺且甚至至少100公尺之長度。因此，藉助於實例，在捲繞電極總成之一個實施例中，群之部件的長度L E可介於約50 cm至約800公尺的範圍內，諸如75 cm至約500公尺，且甚至約75 cm至約1公尺。
電極層116之群之寬度(W E)亦將視能量儲存裝置及其預期用途而變化。在一個實施例中，電極層116之群之各部件可具有約0.01 mm至2.5 mm之範圍內的寬度(W E)。舉例而言，在一個實施例中，群之各部件的寬度(W E)將介於約0.025 mm至約2 mm之範圍內。藉助於其他實例，在一個實施例中，群之各部件的寬度(W E)將介於約0.05 mm至約1 mm之範圍內。
電極層116之群之高度(H E)亦將視能量儲存裝置及其預期用途而變化。然而，在一個實施例中，電極層116之群之部件可具有約0.05 mm至約10 mm之範圍內的高度(H E)。舉例而言，在一個實施例中，群之各部件的高度(H E)將介於約0.05 mm至約5 mm之範圍內。藉助於其他實例，在一個實施例中，群之各部件的高度(H E)將介於約0.1 mm至約1 mm之範圍內。藉助於其他實例，在捲繞電極總成之一個實施例中，群之各部件之高度(H E)將介於約10 mm至約500 mm的範圍內，諸如介於約25 mm至約100 mm的範圍內，包括30 mm至90 mm之範圍，且甚至介於50 mm至500 mm的範圍內，諸如介於100 mm至400 mm的範圍內。
在一個實施例中，電極層116之群之部件具有基本上大於其寬度(W E)及其高度(H E)中的每一者的長度(L E)。舉例而言，在一個實施例中，對於電極層116之群之各部件，L E與W E及H E中之每一者的比分別為至少5:1 (亦即，L E與W E的比分別為至少5:1，且L E與H E的比分別為至少5:1)。藉助於其他實例，在一個實施例中，L E與W E及H E中之每一者的比為至少10:1。藉助於其他實例，在一個實施例中，L E與W E及H E中之每一者的比為至少15:1。藉助於其他實例，在一個實施例中，對於群之各部件，L E與W E及H E中之每一者之比為至少20:1。
在一個實施例中，電極層116之群之部件的高度(H E)與寬度(W E)的比分別為至少0.4:1。舉例而言，在一個實施例中，對於群之各部件，H E與W E之比將分別為至少2:1。藉助於其他實例，在一個實施例中，H E與W E的比將分別為至少10:1。藉助於其他實例，在一個實施例中，H E與W E的比將分別為至少20:1。在一個實施例中，H E與W E的比通常將分別低於1,000:1。舉例而言，在一個實施例中，H E與W E的比將分別低於500:1。藉助於其他實例，在一個實施例中，H E與W E的比將分別低於100:1。藉助於其他實例，在一個實施例中，H E與W E的比將分別低於10:1。藉助於其他實例，在一個實施例中，對於群之各部件，H E與W E的比將分別介於約2:1至約100:1之範圍內。
相對電極層120之群之部件的寬度(W CE)亦將視能量儲存裝置及其預期用途而變化。在一個實施例中，相對電極層之群之部件可具有約0.01 mm至2.5 mm之範圍內的寬度(W CE)。舉例而言，在一個實施例中，群之各部件的寬度(W CE)將介於約0.025 mm至約2 mm之範圍內。藉助於其他實例，在一個實施例中，群之各部件的寬度(W CE)將介於約0.05 mm至約1 mm之範圍內。
相對電極層120之群之部件的高度(H CE)亦將視能量儲存裝置及其預期用途而變化。在一個實施例中，相對電極層120之群之部件可具有約0.05 mm至約10 mm之範圍內的高度(H CE)。舉例而言，在一個實施例中，群之各部件的高度(H CE)將介於約0.05 mm至約5 mm之範圍內。藉助於其他實例，在一個實施例中，群之各部件的高度(H CE)將介於約0.1 mm至約1 mm之範圍內。
在一個實施例中，相對電極層120之群之各部件具有基本上大於寬度(W CE)且基本上大於其高度(H CE)的長度(L CE)。舉例而言，在一個實施例中，對於群之各部件，L CE與W CE及H CE中的每一者的比分別為至少5:1 (亦即，L CE與W CE的比分別為至少5:1，且L CE與H CE的比分別為至少5:1)。藉助於其他實例，在一個實施例中，對於群之各部件，L CE與W CE及H CE中的每一者之比為至少10:1。藉助於其他實例，在一個實施例中，對於群之各部件，L CE與W CE及H CE中的每一者之比為至少15:1。藉助於其他實例，在一個實施例中，對於群之各部件，L CE與W CE及H CE中的每一者之比為至少20:1。
在一個實施例中，相對電極層120之群之部件的高度(H CE)與寬度(W CE)之比分別為至少0.4:1。舉例而言，在一個實施例中，對於相對電極層120之群之各部件，H CE與W CE的比將分別為至少2:1。藉助於其他實例，在一個實施例中，對於群之各部件，H CE與W CE的比分別為至少10:1。藉助於其他實例，在一個實施例中，對於群之各部件，H CE與W CE的比將分別為至少20:1。在一個實施例中，對於群之各部件，H CE與W CE的比將通常分別小於1,000:1。舉例而言，在一個實施例中，對於群之各部件，H CE與W CE的比將分別小於500:1。藉助於其他實例，在一個實施例中，H CE與W CE的比將分別小於100:1。藉助於其他實例，在一個實施例中，H CE與W CE的比將分別小於10:1。藉助於其他實例，在一個實施例中，對於群之各部件，H CE與W CE的比將分別介於約2:1至約100:1的範圍內。
根據一個實施例，電極集電器層及相對電極集電器層中之一或多者可包含金屬，諸如鋁、碳、銅鉻、金、鎳、NiP、鈀、鉑、銠、釕、矽與鎳之合金、鈦或其組合(參見A. H. Whitehead及M. Schreiber, Journal of the Electrochemical Society, 152(11) A2105-A2113 (2005)之「Current collectors for positive electrodes of lithium-based batteries」)。藉助於其他實例，在一個實施例中，電極集電器層包含金鋁。藉助於其他實例，在一個實施例中，相對電極集電器層包含銅或其合金。
電絕緣隔板層130可將電極結構110群之各部件與相對電極結構112群之各部件電隔離。電絕緣隔板層130可包括可由非水性電解質滲透之微孔隔板材料；舉例而言，在一個實施例中，微孔隔板材料包括具有至少50 Å，更典型地在約2,500 Å範圍內之直徑的孔，及在約25%至約75%範圍內，更典型地在約35%至55%範圍內之孔隙度。另外，微孔隔板材料可由非水性電解質滲透以准許載流子離子在電極結構及相對電極結構群之相鄰部件之間傳導。在某些實施例中，舉例而言，且忽略微孔隔板材料之孔隙度，在充電或放電循環期間供用於離子交換的在電極結構110群之部件與相對電極結構112群之最接近部件(亦即，相同單位胞元500之「相鄰對」及/或部件)之間的電絕緣隔板材料之至少70體積%為微孔隔板材料；換言之，在一個實施例中，微孔隔板材料構成電極結構110群之部件與相對電極結構112群之最接近部件之間的電絕緣材料之至少70體積%、至少80體積%、至少85體積%、至少90體積%、至少95體積%及/或至少99體積%。
在一個實施例中，微孔隔板材料包含粒狀材料及黏結劑，且具有至少約20體積%之孔隙度(空隙分數)。微孔隔板材料之孔將具有至少50 Å之直徑且將典型地處於約250至2,500 Å範圍內。微孔隔板材料將通常具有小於約75%之孔隙度。在一個實施例中，微孔隔板材料具有至少約25體積%之孔隙度(空隙分數)。在一個實施例中，微孔隔板材料將具有約35%至55%之孔隙度。
微孔隔板材料之黏結劑可選自廣泛範圍的無機或聚合材料。舉例而言，在一個實施例中，黏結劑為選自由以下各項組成之群的有機材料：矽酸鹽、磷酸鹽、鋁酸鹽、鋁矽酸鹽及氫氧化物，諸如氫氧化鎂、氫氧化鈣等。舉例而言，在一個實施例中，黏結劑為衍生自含有偏二氟乙烯、六氟丙烯、四氟丙烯及其類似物之單體之氟聚合物。在另一實施例中，黏結劑為具有不同分子量及密度範圍中之任一者之聚烯烴，諸如聚乙烯、聚丙烯或聚丁烯。在另一實施例中，黏結劑選自由以下各項組成之群：乙烯-二烯-丙烯三元共聚物、聚苯乙烯、聚甲基丙烯酸甲酯、聚乙二醇、聚乙酸乙烯酯、聚乙烯醇縮丁醛、聚縮醛及聚乙二醇二丙烯酸酯。在另一實施例中，黏結劑選自由以下各項組成的群：甲基纖維素、羧甲基纖維素、苯乙烯橡膠、丁二烯橡膠、苯乙烯-丁二烯橡膠、異戊二烯橡膠、聚丙烯醯胺、聚乙烯醚、聚丙烯酸、聚甲基丙烯酸、聚丙烯腈、聚偏二氟乙烯聚丙烯腈及聚氧化乙烯。在另一實施例中，黏結劑選自由以下各項組成之群：丙烯酸酯、苯乙烯、環氧樹脂及聚矽氧。其他適合的黏結劑可選自聚偏二氟乙烯-共-六氟丙烯、聚偏二氟乙烯-共-三氯乙烯、聚甲基丙烯酸甲酯、聚丙烯腈、聚乙烯吡咯啶酮、聚乙酸乙烯酯、聚乙烯-共-乙酸乙烯酯、聚氧化乙烯、乙酸纖維素、乙酸丁酸纖維素、乙酸丙酸纖維素、氰基乙基普魯蘭、氰基乙基聚乙烯醇、氰基乙基纖維素、氰基乙基蔗糖、普魯蘭、羧甲基纖維素、丙烯腈-苯乙烯-丁二烯共聚物、聚醯亞胺，或其混合物。在又一實施例中，黏結劑可選自以下各項中的任一者：聚偏二氟乙烯-六氟丙烯、聚偏二氟乙烯-三氯乙烯、聚甲基丙烯酸甲酯、聚丙烯腈、聚乙烯吡咯啶酮、聚乙酸乙烯酯、乙烯乙酸乙烯酯共聚物、聚氧化乙烯、乙酸纖維素、乙酸丁酸纖維素、乙酸丙酸纖維素、氰基乙基普魯蘭、氰基乙基聚乙烯醇、氰基乙基纖維素、氰基乙基蔗糖、普魯蘭、羧基甲基纖維素、丙烯腈苯乙烯丁二烯共聚物、聚醯亞胺、聚對苯二甲酸伸乙酯、聚對苯二甲酸伸丁酯、聚酯、聚縮醛、聚醯胺、聚醚醚酮、聚醚碸、聚苯醚、聚苯硫醚、聚乙烯萘，及/或其組合。在另一實施例中，黏結劑為前述聚合物中之兩者或更多者之共聚物或摻合物。
微孔隔板材料所包含之粒狀材料亦可選自廣泛範圍的材料。一般而言，此類材料在操作溫度下具有相對較低電子及離子導電率，且並不在接觸微孔隔板材料之電池電極或集電器之操作電壓下腐蝕。舉例而言，在一個實施例中，粒狀材料具有小於1 × 10 -4S/cm之載流子離子(例如，鋰)之導電率。藉助於其他實例，在一個實施例中，粒狀材料具有小於1 × 10 -5S/cm之載流子離子之導電率。藉助於其他實例，在一個實施例中，粒狀材料具有小於1 × 10 -6S/cm之載流子離子之導電率。例示性粒狀材料包括粒狀聚乙烯、聚丙烯、TiO 2-聚合物複合材料、二氧化矽氣凝膠、煙霧狀二氧化矽、矽膠、二氧化矽水凝膠、二氧化矽乾凝膠、二氧化矽溶膠、膠態二氧化矽、氧化鋁、二氧化鈦、氧化鎂、高嶺土、滑石、矽藻土、矽酸鈣、矽酸鋁、碳酸鈣、碳酸鎂，或其組合。舉例而言，在一個實施例中，粒狀材料包含粒狀氧化物或氮化物，諸如TiO 2、SiO 2、Al 2O 3、GeO 2、B 2O 3、Bi 2O 3、BaO、ZnO、ZrO 2、BN、Si 3N 4、Ge 3N 4。參見例如P. Arora及J. Zhang,「Battery Separators」 Chemical Reviews 2004, 104, 4419-4462。其他適合的粒子可包含BaTiO 3、Pb(Zr,Ti)O 3(PZT)、Pb 1-xLa xZr 1-yTi yO 3(PLZT)、PB(Mg 3Nb 2/3)O 3-PbTiO 3(PMN-PT)、氧化鉿(HfO 2)、SrTiO 3、SnO 2、CeO 2、MgO、NiO、CaO、ZnO、ZrO 2、Y 2O 3、Al 2O 3、TiO 2、SiC，或其混合物。在一個實施例中，粒狀材料將具有約20 nm至2微米，更典型地200 nm至1.5微米之平均粒度。在一個實施例中，粒狀材料將具有約500 nm至1微米之平均粒度。
在一替代實施例中，微孔隔板材料所包含之粒狀材料可能受諸如燒結、黏結、固化等技術束縛，同時維持電解質進入所要之空隙分數以提供電池功能之離子導電率。
微孔隔板材料可例如藉由粒狀隔板材料之電泳沈積來沈積，其中藉由諸如靜電引力或凡得瓦爾(van der Waals)力之表面能、粒狀隔板材料之漿料沈積(包括旋轉或噴霧塗佈)、網版印刷、浸漬塗佈及靜電噴霧沈積來使粒子聚結。黏結劑可包括於沈積製程中；舉例而言，粒狀材料可與溶劑蒸發後沈澱之溶解黏結劑一起漿料沈積，在溶解黏結劑材料存在下電泳沈積，或與黏結劑及絕緣粒子等一起共電泳沈積。替代地或另外，黏結劑可在粒子沈積於電極結構之中或之上後添加；舉例而言，粒狀材料可分散於有機黏結劑溶液中且浸漬塗佈或噴射塗佈，繼而使黏結劑材料乾燥、熔融或交聯以提供黏著強度。
在組裝的二次電池102中，微孔隔板材料由適用作二次電池電解質之非水性電解質滲透。典型地，非水性電解質包含鋰鹽及/或溶解於有機溶劑及/或溶劑混合物中之鹽的混合物。例示性鋰鹽包括無機鋰鹽，諸如LiClO 4、LiBF 4、LiPF 6、LiAsF 6、LiCl及LiBr；及有機鋰鹽，諸如LiB(C 6H 5) 4、LiN(SO 2CF 3) 2、LiN(SO 2CF 3) 3、LiNSO 2CF 3、LiNSO 2CF 5、LiNSO 2C 4F 9、LiNSO 2C 5F 11、LiNSO 2C 6F 13及LiNSO 2C 7F 15。作為又一實例，電解質可包含溶解於其中之鈉離子，例如NaClO 4、NaPF 6、NaBF 4、NaCF 3SO 3、NaN(CF 3SO 2) 2、NaN(C 2F 5SO 2) 2、NaC(CF 3SO 2) 3中的任何一或多者。可類似地提供鎂及/或鉀鹽。舉例而言，可提供鎂鹽，諸如氯化鎂(MgCl 2)、溴化鎂(MgBr 2)或碘化鎂(MgI 2)，及/或以及可為選自由以下各項組成的群的至少一個的鎂鹽：過氯酸鎂(Mg(ClO 4) 2)、硝酸鎂(Mg(NO 3) 2)、硫酸鎂(MgSO 4)、四氟硼酸鎂(Mg(BF 4) 2)、四苯基硼酸鎂(Mg(B(C 6H 5) 4) 2)、六氟磷酸鎂(Mg(PF 6) 2)、六氟砷鎂(Mg(AsF 6) 2)、全氟烷基磺酸鎂((Mg(R f1SO 3) 2)，其中R f1為全氟烷基)、全氟烷基磺醯亞胺基鎂(Mg((R f2SO 2) 2N) 2，其中R f2為全氟烷基)，及六烷基二矽疊氮化鎂((Mg(HRDS) 2)，其中R為烷基)。使鋰鹽溶解之例示性有機溶劑包括環酯、鏈酯、環醚及鏈醚。環酯之特定實例包括碳酸丙烯酯、碳酸伸乙酯、碳酸伸丁酯、γ-丁內酯、伸乙烯基碳酸鹽、2-甲基-γ-丁內酯、乙醯基-γ-丁內酯，及γ-戊內酯。鏈酯之特定實例包括碳酸二甲酯、碳酸二乙酯、碳酸二丁酯、碳酸二丙酯、碳酸甲基乙酯、碳酸甲基丁酯、碳酸甲基丙酯、碳酸乙基丁酯、碳酸乙基丙酯、碳酸丁基丙酯、丙酸烷基酯、丙二酸二烷基酯，及乙酸烷基酯。環醚之特定實例包括四氫呋喃、烷基四氫呋喃、二烷基四氫呋喃、烷氧基四氫呋喃、二烷氧基四氫呋喃、1,3-二氧雜環戊烷、烷基-1,3-二氧雜環戊烷，及1,4-二氧雜環戊烷。鏈醚之特定實例包括1,2-二甲氧基乙烷、1,2-二乙氧基乙烷、二乙醚、乙二醇二烷基醚、二乙二醇二烷基醚、三乙二醇二烷基醚，及四乙二醇二烷基醚。
在又一實施例中，二次電池102可包含電解質，其可為有機液體電解質、無機液體電解質、固體聚合物電解質、凝膠聚合物電解質、無機固體電解質、熔融型無機電解質或其類似物中之任一者。在電解質為固體電解質之又一實施例中，固體電解質自身可能夠提供電極之間的絕緣且使載流子離子自其穿過，使得可能不需要單獨隔板層。亦即，在某些實施例中，固體電解質可代替本文實施例中所描述之隔板130。在一個實施例中，固體聚合物電解質可包含由聚氧化乙烯(PEO)-基、聚乙酸乙烯酯(PVA)-基、聚乙二亞胺(PEI)-基、聚偏二氟乙烯(PVDF)-基、聚丙烯腈(PAN)-基、LiPON及聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)-基聚合物或其共聚物形成之聚合物中的任一者。在另一實施例中，可提供基於硫化物的固體電解質，諸如包含鋰及/或磷中的至少一者之基於硫化物的固體電解質，諸如Li 2S及P 2S 5中的至少一者，及/或其他硫化物，諸如SiS 2、GeS 2、Li 3PS 4、Li 4P 2S 7、Li 4SiS 4、Li 2S-P 2S 5及50Li 4SiO 4.50Li 3BO 3及/或B 2S 3。固體電解質之又其他實施例可包括鋰(Li)之氮化物、鹵化物及硫酸鹽，諸如Li 3N、LiI、Li 5NI 2、Li 3N-LiI-LiOH、LiSiO 4、LiSiO 4-LiI-LiOH、Li 2SiS 3、Li 4SiO 4、Li 4SiO 4-LiI-LiOH及Li 3PO 4-Li 2S-SiS 2。
本發明進一步包括以下所列舉實施例。
實施例1. 一種用於在充電與放電狀態之間循環之二次電池，該二次電池包含電池殼體、電極總成、載流子離子及在電池殼體內之電解質，其中
電極總成包含單位胞元之群，各單位胞元在堆疊方向上包含電極集電器層之單位胞元部分、包含電極活性材料之電極層、隔板層、相對電極層及相對電極集電器層之單位胞元部分，相鄰單位胞元之間的電極集電器層之單位胞元部分、電極層、隔板層、相對電極層及相對電極集電器層之單位胞元部分之堆疊的次序相對於彼此反轉，單位胞元具有自電極集電器層之單位胞元部分至相對電極集電器層之單位胞元部分的在堆疊連續之堆疊方向上量測的寬度W uc，電極層具有：寬度W E，其為自鄰近於電極層之電極集電器層之單位胞元部分至鄰近於電極層之隔板層的在堆疊連續之堆疊方向上量測的；高度H E，其為在正交於堆疊方向之第二方向上自電極層之頂表面至底表面之在平行於豎直軸的方向上量測的；及長度L E，其為自第一表面至第二表面量測的，且相對電極層具有：寬度W CE，其為自鄰近於相對電極層之相對電極集電器層之單位胞元部分至鄰近於相對電極層之隔板層的在堆疊連續之堆疊方向上量測的；高度H CE，其為在正交於堆疊方向之第二方向上自相對電極層之頂表面至底表面之在平行於豎直軸的方向上量測的；及長度L CE，其為自第一表面至第二表面量測的，
單位胞元群之部件的子集包含在電極集電器層與相對電極集電器層之間的位於堆疊連續中之間隔物結構之群，間隔物結構包含除電極活性材料以外的材料，且
對於單位胞元群子集之各各別部件，存在虛線，該虛線在正交於堆疊方向之方向上延伸且與相對電極層以及由單位胞元群子集之各各別部件包含的間隔物結構群之至少一個部件相交。
實施例2. 一種用於在充電與放電狀態之間循環之二次電池的電極總成，其中
電極總成包含單位胞元之群，各單位胞元在堆疊連續中包含電極集電器層之單位胞元部分、包含電極活性材料之電極層、隔板層、相對電極層及相對電極集電器層之單位胞元部分，單位胞元具有自電極集電器層之單位胞元部分至相對電極集電器層之單位胞元部分的在堆疊連續之堆疊方向上量測的寬度W uc，電極層具有：寬度W e，其為自鄰近於電極層之電極集電器層之單位胞元部分至鄰近於電極層之隔板層的在堆疊方向上量測的；高度H E，其為在正交於堆疊方向之第二方向上自電極層之頂表面至底表面量測的；及長度L E，其為在正交於堆疊方向及高度方向之第三方向上自第一至第二表面量測的；及體積V E，其由電極集電器層之單位胞元部分、隔板層、電極層之頂表面、電極層之底表面、電極層之第一末端表面及電極層之第二末端表面限界。
實施例3. 一種用於在充電與放電狀態之間循環之二次電池，該二次電池包含電池殼體、捲繞電極總成、載流子離子及在電池殼體內之電解質，其中
電極總成包含單位胞元之群，各單位胞元在堆疊方向上包含電極集電器層之單位胞元部分、包含電極活性材料之電極層、隔板層、相對電極層及相對電極集電器層之單位胞元部分，相鄰單位胞元之間的電極集電器層之單位胞元部分、電極層、隔板層、相對電極層及相對電極集電器層之單位胞元部分之堆疊的次序相對於彼此反轉，單位胞元具有自電極集電器層之單位胞元部分至相對電極集電器層之單位胞元部分的在堆疊連續之堆疊方向上量測的寬度W uc，電極層具有：寬度W E，其為自鄰近於電極層之電極集電器層之單位胞元部分至鄰近於電極層之隔板層的在堆疊連續之堆疊方向上量測的；高度H E，其為在正交於堆疊方向之第二方向上自電極層之頂表面至底表面之在平行於豎直軸的方向上量測的；及長度L E，其為自第一表面至第二表面量測的，且相對電極層具有：寬度W CE，其為自鄰近於相對電極層之相對電極集電器層之單位胞元部分至鄰近於相對電極層之隔板層的在堆疊連續之堆疊方向上量測的；高度H CE，其為在正交於堆疊方向之第二方向上自相對電極層之頂表面至底表面之在平行於豎直軸的方向上量測的；及長度L CE，其為自第一表面至第二表面量測的，
單位胞元群之部件的子集包含在電極集電器層與相對電極集電器層之間的位於堆疊連續中之間隔物結構之群，間隔物結構包含除電極活性材料以外的材料。
實施例4. 如實施例3之二次電池，其中對於單位胞元群子集之各各別部件，存在虛線，該虛線在正交於堆疊方向之方向上延伸且與相對電極層以及由單位胞元群子集之各各別部件包含的間隔物結構群之至少一個部件相交。
實施例5. 如實施例3至4中任一項之二次電池，其中間隔物結構包含鋰源。
實施例6. 如實施例3至5中任一項之二次電池，其中單位胞元群進一步包含穩定鋰金屬粒子。
實施例7. 如實施例3至6中任一項之二次電池，其中單位胞元群進一步包含電極層與隔板層之間的穩定鋰金屬粒子之層。
實施例8. 如實施例3至7中任一項之二次電池，其中間隔物結構包含沿著捲繞電極層之長度L E延伸穿過多個繞組的複數個條帶。
實施例9. 如實施例3至8中任一項之二次電池，其中間隔物結構包含沿著捲繞電極層之高度H E延伸的在沿著捲繞電極層之長度L E的多個不同位置處的複數個條帶。
實施例10. 一種捲繞電極總成，其中
電極總成包含單位胞元之群，各單位胞元在堆疊方向上包含電極集電器層之單位胞元部分、包含電極活性材料之電極層、隔板層、相對電極層及相對電極集電器層之單位胞元部分，相鄰單位胞元之間的電極集電器層之單位胞元部分、電極層、隔板層、相對電極層及相對電極集電器層之單位胞元部分之堆疊的次序相對於彼此反轉，單位胞元具有自電極集電器層之單位胞元部分至相對電極集電器層之單位胞元部分的在堆疊連續之堆疊方向上量測的寬度W uc，電極層具有：寬度W E，其為自鄰近於電極層之電極集電器層之單位胞元部分至鄰近於電極層之隔板層的在堆疊連續之堆疊方向上量測的；高度H E，其為在正交於堆疊方向之第二方向上自電極層之頂表面至底表面之在平行於豎直軸的方向上量測的；及長度L E，其為自第一表面至第二表面量測的，且相對電極層具有：寬度W CE，其為自鄰近於相對電極層之相對電極集電器層之單位胞元部分至鄰近於相對電極層之隔板層的在堆疊連續之堆疊方向上量測的；高度H CE，其為在正交於堆疊方向之第二方向上自相對電極層之頂表面至底表面之在平行於豎直軸的方向上量測的；及長度L CE，其為自第一表面至第二表面量測的，
單位胞元群之部件的子集包含在電極集電器層與相對電極集電器層之間的位於堆疊連續中之間隔物結構之群，間隔物結構包含除電極活性材料以外的材料。
實施例11. 如實施例10之捲繞電極總成，其中對於單位胞元群子集之各各別部件，存在虛線，該虛線在正交於堆疊方向之方向上延伸且與相對電極層以及由單位胞元群子集之各各別部件包含的間隔物結構群之至少一個部件相交。
實施例12. 如實施例10至11中任一項之捲繞電極總成，其中間隔物結構包含鋰源。
實施例13. 如實施例10至12中任一項之捲繞電極總成，其中單位胞元群進一步包含穩定鋰金屬粒子。
實施例14. 如實施例10至13中任一項之捲繞電極總成，其中單位胞元群進一步包含電極層與隔板層之間的穩定鋰金屬粒子之層。
實施例15. 如實施例10至14中任一項之捲繞電極總成，其中間隔物結構包含沿著捲繞電極層之長度L E延伸穿過多個繞組的複數個條帶。
實施例16. 如實施例10之15中任一項之捲繞電極總成，其中間隔物結構包含沿著捲繞電極層之高度H E延伸的在沿著捲繞電極層之長度L E的多個不同位置處的複數個條帶。
實施例17. 如任一前述實施例之二次電池或電極總成，其中二次電池包含一系列堆疊薄片，其包含電極及相對電極層，其中堆疊方向處於第一方向上，在正交於堆疊方向之第二方向上量測電極層之高度H E，在正交於第二方向及堆疊方向兩者之第三方向上量測電極層之長度L E，且虛線在第二方向上延伸。
實施例18. 如任一前述實施例之二次電池或電極總成，其中二次電池包含捲繞電極總成，該捲繞電極總成包含圍繞內部區連續地捲繞之至少一個電極層，其中電極層與內部區之間的距離隨著圍繞內部區之各連續繞組增大，且其中捲繞電極總成中之單位胞元之堆疊連續包含位於電極總成之一或多個內部繞組中的內部單位胞元之群以及位於電極總成之一或多個外部繞組中的外部單位胞元之群，其中堆疊連續中之內部及外部單位胞元之群在堆疊方向上彼此對準。
實施例19. 如任一前述實施例之二次電池或電極總成，其中在單位胞元群之部件內，在堆疊連續之堆疊方向上量測電極層之寬度W E及相對電極層之寬度W CE，在正交於堆疊方向之第二方向上量測電極層之高度H E及相對電極層之高度H CE，且沿著電極層及相對電極層之最長尺寸量測電極層之長度L E及長度L CE ，該最長尺寸分別對應於電極層及相對電極層自電極總成之內部區至電極總成之外部區的捲繞行程。
實施例20. 如任一前述實施例之二次電池或電極總成，其中單位胞元群子集之部件內的間隔物結構之群具有寬度W SP，其在堆疊方向上延伸：相對電極層之寬度W CE之至少50%；相對電極層之寬度W CE之至少60%；相對電極層之寬度W CE之至少70%；相對電極層之寬度W CE之至少80%；相對電極層之寬度W CE之至少90%；相對電極層之寬度W CE之至少95%；相對電極層之寬度W CE之至少98%；及/或相對電極層之寬度W CE之至少99%。
實施例21. 如任一前述實施例之二次電池或電極總成，其中單位胞元群子集之部件內的間隔物結構之群具有寬度W SP，其在堆疊方向上跨以下各項延伸：(1)電極層之寬度W E，及(2)：相對電極層之寬度W CE之至少50%；相對電極層之寬度W CE之至少60%；相對電極層之寬度W CE之至少70%；相對電極層之寬度W CE之至少80%；相對電極層之寬度W CE之至少90%；相對電極層之寬度W CE之至少95%；相對電極層之寬度W CE之至少98%；及/或相對電極層之寬度W CE之至少99%。
實施例22. 如任一前述實施例之二次電池或電極總成，其中單位胞元群子集之部件內的間隔物結構之群具有堆疊方向上之寬度W SP，其自面向相對電極層之電極集電器層之單位胞元部分的表面延伸至橫向地鄰近於相對電極層或由相對電極層包圍的區。
實施例23. 如任一前述實施例之二次電池或電極總成，其中單位胞元群子集之部件內的間隔物結構之群具有堆疊方向上之寬度W SP，其自橫向地鄰近於電極層或由電極層包圍的區延伸至橫向地鄰近於相對電極層或由相對電極層包圍的區。
實施例24. 如任一前述實施例之二次電池或電極總成，其中單位胞元群子集之部件內的間隔物結構之群在堆疊方向上延伸至面向電極集電器層之單位胞元部分的隔板層之表面。
實施例25. 如任一前述實施例之二次電池或電極總成，其中單位胞元群子集之部件內的間隔物結構之群在堆疊方向上延伸至面向電極層之相對電極集電器層之單位胞元部分的表面。
實施例26. 如任一前述實施例之二次電池或電極總成，其中單位胞元群子集之部件內的間隔物結構之群包含間隔物結構對，其至少部分地覆蓋單位胞元群子集之部件之相對電極層的頂表面及底表面。
實施例27. 如任一前述實施例之二次電池或電極總成，其中單位胞元群子集之部件內的間隔物結構之群包含延伸穿過單位胞元群子集之相對電極層之寬度W CE的一或多個間隔物結構。
實施例28. 如任一前述實施例之二次電池或電極總成，其中單位胞元群子集之部件內的間隔物結構之群包含間隔物結構對，其至少部分地覆蓋單位胞元群子集之部件之電極層的頂表面及底表面。
實施例29. 如任一前述實施例之二次電池或電極總成，其中單位胞元群子集之部件內的間隔物結構之群包含延伸穿過單位胞元群子集之部件之電極層的寬度W E之一或多個間隔物結構。
實施例30. 如任一前述實施例之二次電池或電極總成，其中單位胞元群子集之部件內的間隔物結構之群包含間隔物結構對，其沿著單位胞元群子集之部件之電極層的長度尺寸L E彼此間隔開。
實施例31. 如任一前述實施例之二次電池或電極總成，其中單位胞元群子集之部件內的間隔物結構之群包含間隔物結構對，其沿著單位胞元群子集之部件之電極層的高度尺寸H E彼此間隔開。
實施例32. 如任一前述實施例之二次電池或電極總成，其中單位胞元群子集之部件內的間隔物結構之群包含一或多個間隔物結構，其沿著單位胞元群子集之部件之電極層的高度H E延伸。
實施例33. 如任一前述實施例之二次電池或電極總成，其中單位胞元群子集之部件內的間隔物結構之群包含間隔物材料之複數個條帶，其沿著單位胞元群子集之部件之電極層的長度L E延伸且在沿著單位胞元群子集之部件之電極層的高度H E之複數個不同豎直位置處。
實施例34. 如任一前述實施例之二次電池或電極總成，其中二次電池包含捲繞電極層，且其中間隔物材料之複數個條帶沿著捲繞電極層之長度L E延伸穿過多個繞組。
實施例35. 如任一前述實施例之二次電池或電極總成，其中單位胞元群子集之部件內的間隔物結構之群包含間隔物材料之複數個條帶，其沿著單位胞元群子集之部件之電極層的高度H E延伸且在沿著單位胞元群子集之部件之電極層的長度L E之複數個不同位置處。
實施例36. 如任一前述實施例之二次電池或電極總成，其中二次電池或電極總成包含捲繞電極層，且其中間隔物材料之複數個條帶在電極層之複數個不同繞組處沿著捲繞電極層之高度H E延伸。
實施例37. 如任一前述實施例之二次電池或電極總成，其中單位胞元群子集之部件內的間隔物結構之群包含間隔物材料之複數個條帶，其位於沿著單位胞元群子集之部件之電極層的高度H E之不同位置處且在沿著單位胞元群子集之部件之電極層的長度L E之複數個不同位置處彼此間隔開。
實施例38. 如任一前述實施例之二次電池或電極總成，其中單位胞元群子集之部件內的間隔物結構之群包含在二次電池自放電狀態充電至充電狀態後膨脹不超過20%、超過15%及/或超過10%的間隔物材料，且充電狀態為二次電池之額定容量之至少75%，且放電狀態小於二次電池之額定容量之25%。
實施例39. 如任一前述實施例之二次電池或電極總成，其中單位胞元群子集之部件內的間隔物結構之群包含能夠使載流子離子穿過其之多孔間隔物材料。
實施例40. 如任一前述實施例之二次電池或電極總成，其中二次電池為預形成電池或後形成電池。
實施例41. 如任一前述實施例之二次電池，其中二次電池為預形成電池，該預形成電池包含在面向彼此之電極層之表面與隔板層之表面之間的在單位胞元群子集之部件內的空隙，且進一步包含單位胞元群子集之部件內的空隙中之除電解質以外之載流子離子之源。
實施例42. 一種形成如任一前述實施例之二次電池的過程，其包含：設置具有單位胞元之群的預形成電池，該單位胞元之群具有在電極集電器層之單位胞元部分、包含電極活性材料之電極層、隔板層、相對電極層及相對電極集電器層之單位胞元部分之堆疊方向上的堆疊連續，
設置包含間隔物結構之群的單位胞元群子集，其中空隙保留在單位胞元群子集之部件內在面向彼此之電極層之表面與隔板層之表面之間，及
在形成階段中將預形成電池二次電池自放電狀態充電至充電狀態以形成二次電池，其中充電狀態為二次電池之額定容量之至少75%，且放電狀態小於二次電池之額定容量之25%，使得電極層膨脹且至少部分地填充二次電池中之空隙。
實施例43. 如實施例42之過程，其進一步包含在單位胞元群子集之部件內的空隙中提供除電解質以外的載流子離子之源。
實施例44. 如任一前述實施例之過程，其中除電解質以外的載流子離子之源包含穩定鋰金屬粒子。
實施例45. 如任一前述實施例之過程，其中除電解質以外之載流子離子之源包含選自由碳酸鋰穩定鋰金屬粉末、矽酸鋰穩定鋰金屬粉末組成之群的穩定鋰金屬粒子。
實施例46. 如任一前述實施例之過程，其中除電解質以外之載流子離子之源包含藉由以約0.05至5 mg/cm 2之裝載量噴塗、裝載或以其他方式安置穩定鋰金屬粒子而施加的穩定鋰金屬粒子。
實施例47. 如任一前述實施例之過程，其中除電解質以外之載流子離子之源包含藉由以約0.1至4 mg/cm 2之裝載量噴塗、裝載或以其他方式安置穩定鋰金屬粒子而施加的穩定鋰金屬粒子。
實施例48. 如任一前述實施例之過程，其中除電解質以外之載流子離子之源包含藉由以約0.5至3 mg/cm 2之裝載量噴塗、裝載或以其他方式安置穩定鋰金屬粒子而施加的穩定鋰金屬粒子。
實施例49. 如任一前述實施例之過程，其中除電解質以外之載流子離子之源包含具有約5至200 µm之平均粒度(D 50)的穩定鋰金屬粒子。
實施例50. 如任一前述實施例之過程，其中除電解質以外之載流子離子之源包含具有約10至100 µm之平均粒度(D 50)的穩定鋰金屬粒子。
實施例51. 如任一前述實施例之過程，其中除電解質以外之載流子離子之源包含具有約20至80 µm之平均粒度(D 50)的穩定鋰金屬粒子。
實施例52. 如任一前述實施例之過程，其中除電解質以外之載流子離子之源包含具有約30至50 µm之平均粒度(D 50)的穩定鋰金屬粒子。
實施例53. 如任一前述實施例之過程，其中單位胞元群子集之部件內的間隔物結構之群包含多孔的且能夠使載流子離子穿過其的間隔物材料，且其中過程進一步包含載流子離子補充步驟，該載流子離子補充步驟為在預形成電池之充電之後，自電極總成外部的輔助電極引入載流子離子，穿過多孔間隔物材料中之孔且到達電極層。
實施例54. 如任一前述實施例之過程，其中藉由將間隔物結構黏著、衝壓、印刷或熔融(中之任何一或多者)至單位胞元群子集之部件內的電極層及電極集電器層之單位胞元部分中之一或多者，將間隔物結構之群設置於單位胞元群子集之部件內。
實施例55. 如任一前述實施例之過程，其中間隔物結構之群各自包含黏著層以黏著至單位胞元群子集之部件內的電極層及電極集電器層之單位胞元部分中之一或多者。
實施例56. 如任一前述實施例之二次電池、電極總成或過程，其中電極層包含具有在二次電池自放電狀態充電至充電狀態時接受每莫耳電極活性材料超過一莫耳載流子離子之容量的電極活性材料層，其中充電狀態為二次電池之額定容量的至少75%，且放電狀態小於二次電池之額定容量的25%。
實施例57. 如任一前述實施例之二次電池、電極總成或過程，其中間隔物結構之群包含間隔物材料，在二次電池自放電狀態充電至充電狀態時，該間隔物材料具有接受每莫耳間隔物材料小於一莫耳載流子離子之載流子離子的容量，且充電狀態為二次電池之額定容量之至少75%，且放電狀態小於二次電池之額定容量之25%。
實施例58. 如任一前述實施例之二次電池、電極總成或過程，其中間隔物結構之群包含間隔物材料，該間隔物材料包含聚合物材料、電極活性材料、電極集電器材料、相對電極集電器材料及隔板材料中之任何一或多者。
實施例59. 如任一前述實施例之二次電池、電極總成或過程，其中間隔物結構之群包含間隔物材料，該間隔物材料包含衍生自含有以下各項之單體的氟聚合物中之任何一或多者：偏二氟乙烯、六氟丙烯、四氟丙烯、聚烯烴(諸如聚乙烯、聚丙烯或聚丁烯)、乙烯-二烯-丙烯三元共聚物、聚苯乙烯、聚甲基丙烯酸甲酯、聚乙二醇、聚乙酸乙烯酯、聚乙烯縮丁醛、聚縮醛及聚乙二醇二丙烯酸酯、甲基纖維素、羧甲基纖維素、苯乙烯橡膠、丁二烯橡膠、苯乙烯-丁二烯橡膠、異戊二烯橡膠、聚丙烯醯胺、聚乙烯醚、聚丙烯酸、聚甲基丙烯酸、聚丙烯腈、聚偏二氟乙烯聚丙烯腈、聚氧化乙烯、丙烯酸酯、苯乙烯、環氧樹脂、聚矽氧、聚偏二氟乙烯-共-六氟丙烯、聚偏二氟乙烯-共-三氯乙烯、聚甲基丙烯酸甲酯、聚丙烯腈、聚乙烯吡咯啶酮、聚乙酸乙烯酯、聚乙烯-共-乙酸乙烯酯、聚氧化乙烯、乙酸纖維素、乙酸丁酸纖維素、乙酸丙酸纖維素、氰基乙基普魯蘭、聚乙烯氰基乙基醇、氰基乙基纖維素、氰基乙基蔗糖、普魯蘭、羧甲基纖維素、丙烯腈-苯乙烯-丁二烯共聚物、聚醯亞胺、聚偏二氟乙烯-六氟丙烯、聚偏二氟乙烯-三氯乙烯、聚甲基丙烯酸甲酯、聚丙烯腈、聚乙烯吡咯啶酮、聚乙酸乙烯酯、乙烯乙酸乙烯酯共聚物、聚氧化乙烯、乙酸纖維素、乙酸丁酸纖維素、乙酸丙酸纖維素、氰基乙基普魯蘭、聚乙烯氰基乙基醇、氰基乙基纖維素、氰基乙基蔗糖、普魯蘭、羧甲基纖維素、丙烯腈苯乙烯丁二烯共聚物、聚醯亞胺、聚對苯二甲酸伸乙酯、聚對苯二甲酸伸丁酯、聚酯、聚縮醛、聚醯胺、聚醚醚酮、聚醚碸、聚苯醚、聚苯硫醚、聚乙烯萘及/或其組合或共聚物。
實施例60. 如任一前述實施例之二次電池、電極總成或過程，其中間隔物群佔據電極層之總體積Ve之至少0.1%、至少0.25%、至少0.5%及/或至少0.75%且小於35%、小於25%、小於10%及/或小於5%之總體積。
實施例61. 如任一前述實施例之二次電池、電極總成或過程，其中間隔物群之部件位於電極層之各次體積內，其包含(i)電極層之體積V E之至少20%、至少10%及/或至少5%，且(ii)藉由以下各項而經限界於所有側上：(aa)電極集電器層之單位胞元部分，(bb)隔板層，(cc)電極層之頂表面，(dd)電極層之底表面，(ee)電極層之第一末端表面，及(ff)電極層之第二末端表面。
實施例62. 如任一前述實施例之二次電池、電極總成或過程，其中二次電池包含一系列堆疊薄片，其包含電極及相對電極層，其中堆疊方向處於第一方向上，在正交於堆疊方向之第二方向上量測電極層之高度H E，在正交於第二方向及堆疊方向兩者之第三方向上量測電極層之長度L E。
實施例63. 如任一前述實施例之二次電池、電極總成或過程，其中堆疊連續之各單位胞元中的間隔物結構之群之部件在堆疊方向上與間隔物結構之群之其他部件對準。
實施例64. 如任一前述實施例之二次電池、電極總成或過程，其中二次電池包含圍繞內部區連續地捲繞的至少一個單位胞元，其中單位胞元之內部繞組具有比單位胞元之外部繞組小的直徑，且其中單位胞元之直徑隨著半徑自內部區增大而增大。
實施例65. 如任一前述實施例之二次電池、電極總成或過程，其中堆疊連續處於第一方向上，且在正交於堆疊方向之第二方向上量測電極層之高度H E，且沿著對應於自二次電池之中心區至二次電池之外部區段的電極層之捲繞行程的電極層之最長尺寸量測電極層之長度L E。
實施例66. 如任一前述實施例之二次電池、電極總成或過程，其中間隔物結構之群之部件對準，使得安置於單位胞元之內部繞組中的間隔物結構在堆疊方向上與單位胞元之外部繞組中的間隔物結構對準。
實施例67. 如任一前述實施例之二次電池、電極總成或過程，其中沿著電極層之最長尺寸的安置於電極層中之間隔物結構之間的距離隨著半徑自二次電池之內部區至二次電池之外部區增大而增大。
實施例68. 如任一前述實施例之二次電池、電極總成或過程，其中間隔物結構之群包含沿著電極層之長度L E安置於電極層內的複數個間隔物結構。
實施例69. 如任一前述實施例之二次電池、電極總成或過程，其中間隔物結構之群包含沿著電極層高度H E安置於電極層內的複數個間隔物結構。
實施例70. 如任一前述實施例之二次電池、電極總成或過程，其中間隔物結構之群包含位於電極層之周邊處的單個間隔物結構。
實施例71. 如任一前述實施例之二次電池、電極總成或過程，其中間隔物結構之群包含群之一或多個部件，該一或多個部件自電極集電器層穿過電極層之寬度W E延伸至隔板層。
實施例72. 如任一前述實施例之二次電池、電極總成或過程，其中間隔物結構之群沿著電極層之寬度W E自電極集電器層之第一表面延伸至隔板層的與電極集電器層之第一表面相對的第一表面的範圍之中位值小於電極層之寬度W E之60%、小於50%、小於40%、小於25%及/或小於25%，且為電極層之寬度W E之至少2%、至少3%及/或至少5%。
實施例73. 如任一前述實施例之二次電池、電極總成或過程，其包含含有各別第一及第二電極層且共用電極集電器層之第一及第二相鄰單位胞元，且其中第一及第二相鄰單位胞元兩者在其各別第一及第二電極層中包含間隔物結構之群。
實施例74. 如任一前述實施例之二次電池、電極總成或過程，其中第一及第二相鄰單位胞元共用穿過共用電極集電器層延伸至第一及第二電極層中之每一者中的相同間隔物結構群。
實施例75. 如任一前述實施例之二次電池、電極總成或過程，其進一步包含第一及第二單位胞元，該等第一及第二單位胞元包含各別第一及第二電極層且在其各別第一及第二電極層中包含第一及第二間隔物結構群，且其中第一間隔物結構群在第一電極層中之位置在堆疊方向上與第二間隔物結構群在第二電極層中之位置對準。
實施例76. 如任一前述實施例之二次電池、電極總成或過程，其中間隔物結構之群安置於電極層與隔板層之間的界面處。
實施例77. 如任一前述實施例之二次電池、電極總成或過程，其中間隔物結構之群安置於電極層與電極集電器層之表面之間的界面處。
實施例78. 如任一前述實施例之二次電池、電極總成或過程，其中電極層包含作為電極層之總體積V E之百分比的小於70%空隙、小於60%空隙、小於25%空隙及/或小於或等於10%空隙。
實施例79. 如任一前述實施例之二次電池、電極總成或過程，其中電極層中之電極活性材料的電導率與電極層中之間隔物群之所有部件的總電導率之比為至少2:1、至少5:1及/或至少50:1。
實施例80. 如任一前述實施例之二次電池、電極總成或過程，其中電極層包含具有在二次電池自放電狀態充電至充電狀態時接受每莫耳電極活性材料超過一莫耳載流子離子之容量的電極活性材料層，其中充電狀態為二次電池之額定容量的至少75%，且放電狀態小於二次電池之額定容量的25%。
實施例81. 如任一前述實施例之二次電池、電極總成或過程，其中間隔物結構之群包含間隔物材料，在二次電池自放電狀態充電至充電狀態時，該間隔物材料具有接受每莫耳間隔物材料小於一莫耳載流子離子之載流子離子的容量，且充電狀態為二次電池之額定容量之至少75%，且放電狀態小於二次電池之額定容量之25%。
實施例82. 如任一前述實施例之二次電池、電極總成或過程，其中間隔物結構之群包含間隔物材料，該間隔物材料包含聚合物材料、電極活性材料、電極集電器材料、相對電極集電器材料及隔板材料中之任何一或多者。
實施例83. 如任一前述實施例之二次電池、電極總成或過程，其中堆疊連續之各單位胞元中的間隔物結構之群之部件在堆疊方向上與間隔物結構之群之其他部件對準。
實施例84. 如任一前述實施例之二次電池、電極總成或過程，其中電極總成包含圍繞內部區連續地捲繞的至少一個單位胞元，其中單位胞元之內部繞組具有比單位胞元之外部繞組小的直徑，且其中單位胞元之直徑隨著半徑自內部區增大而增大。
實施例85. 如任一前述實施例之二次電池、電極總成或過程，其中堆疊連續處於第一方向上，且在正交於堆疊方向之第二方向上量測電極層之高度H E，且沿著對應於自電極總成之中心區至電極總成之外部區段的電極層之捲繞行程的電極層之最長尺寸量測電極層之長度L E。
實施例86. 如任一前述實施例之二次電池、電極總成或過程，其中間隔物結構之群之部件對準，使得安置於單位胞元之內部繞組中的間隔物結構在堆疊方向上與單位胞元之外部繞組中的間隔物結構對準。
實施例87. 如任一前述實施例之二次電池、電極總成或過程，其中沿著電極層之最長尺寸的安置於電極層中之間隔物結構之間的距離隨著半徑自二次電池之內部區至電極總成之外部區增大而增大。
實施例88. 如任一前述實施例之二次電池、電極總成或過程，其中間隔物結構之群包含沿著電極層之長度L E安置於電極層內的複數個間隔物結構。
實施例89. 如任一前述實施例之二次電池、電極總成或過程，其中間隔物結構之群包含位於電極層之周邊處的單個間隔物結構。
實施例90. 如任一前述實施例之二次電池、電極總成或過程，其中間隔物結構之群包含群之一或多個部件，該一或多個部件自電極集電器層穿過電極層之寬度W E延伸至隔板層。
實施例91. 如任一前述實施例之二次電池、電極總成或過程，其包含含有各別第一及第二電極層且共用電極集電器層之第一及第二相鄰單位胞元，且其中第一及第二相鄰單位胞元兩者在其各別第一及第二電極層中包含間隔物結構之群。
實施例92. 如任一前述實施例之二次電池、電極總成或過程，其中第一及第二相鄰單位胞元共用穿過共用電極集電器層延伸至第一及第二電極層中之每一者中的相同間隔物結構群。
實施例93. 如任一前述實施例之二次電池、電極總成或過程，其包含第一及第二單位胞元，該等第一及第二單位胞元包含各別第一及第二電極層且在其各別第一及第二電極層中包含第一及第二間隔物結構群，且其中第一間隔物結構群在第一電極層中之位置在堆疊方向上與第二間隔物結構群在第二電極層中之位置對準。
實施例94. 如任一前述實施例之二次電池、電極總成或過程，其中間隔物結構之群安置於電極層與隔板層之間的界面處。
實施例95. 如任一前述實施例之二次電池、電極總成或過程，其中間隔物結構之群安置於電極層與電極集電器層之表面之間的界面處。
實施例96. 如任一前述實施例之二次電池、電極總成或過程，其中電極層中之電極活性材料的電導率與電極層中之間隔物群之所有部件的總電導率之比為至少2:1、至少5:1及/或至少50:1。
實施例97. 如任一前述實施例之二次電池、電極總成或過程，其中相對電極層包含陰極活性材料，且電極層包含陽極活性材料。
實施例98. 如任一前述實施例之二次電池、電極總成或過程，其中電極層包含陰極活性材料，且相對電極活性包含陽極活性材料。
實施例99. 如任一前述實施例之二次電池、電極總成或過程，其中間隔物結構安置於隔板層與電極層之間。
實施例100. 如任一前述實施例之二次電池、電極總成或過程，其中間隔物結構安置於隔板層與電極集電器層之間。
實施例101. 如任一前述實施例之二次電池、電極總成或過程，其中間隔物結構安置於隔板與相對電極層之間。
實施例102. 如任一前述實施例之二次電池、電極總成或過程，其中間隔物結構安置於隔板層與相對電極集電器層之間。
實施例103. 如任一前述實施例之二次電池、電極總成或過程，其中間隔物結構黏著至電極集電器層、電極層、隔板層、相對電極層及相對電極集電器層中之至少一者。
實施例104. 如任一前述實施例之二次電池、電極總成或過程，其中間隔物結構黏著至電極集電器層。
實施例105. 如任一前述實施例之二次電池、電極總成或過程，其中間隔物結構黏著至電極層。
實施例106. 如任一前述實施例之二次電池、電極總成或過程，其中間隔物結構黏著至隔板層。
實施例107. 如任一前述實施例之二次電池、電極總成或過程，其中間隔物結構黏著至相對電極集電器層。
實施例108. 如任一前述實施例之二次電池、電極總成或過程，其中單位胞元群包含至少5個部件。
實施例109. 如任一前述實施例之二次電池、電極總成或過程，其中單位胞元群包含至少10個部件。
實施例110. 如任一前述實施例之二次電池、電極總成或過程，其中單位胞元群包含至少25個部件。
實施例111. 如任一前述實施例之二次電池、電極總成或過程，其中單位胞元群包含至少50個部件。
實施例112. 如任一前述實施例之二次電池、電極總成或過程，其中單位胞元群包含至少100個部件。
實施例113. 如任一前述實施例之二次電池、電極總成或過程，其中單位胞元群包含至少250個部件。
實施例114. 如任一前述實施例之二次電池、電極總成或過程，其中單位胞元群包含至少500個部件。
實施例115. 如任一前述實施例之二次電池、電極總成或過程，其中間隔物結構包含電絕緣材料。
實施例116. 如任一前述實施例之二次電池、電極總成或過程，其中單位胞元包含穩定鋰金屬粒子。
實施例117. 如任一前述實施例之二次電池、電極總成或過程，其中單位胞元包含選自由碳酸鋰穩定鋰金屬粉末、矽酸鋰穩定鋰金屬粉末組成之群的穩定鋰金屬粒子。
實施例118. 如任一前述實施例之二次電池、電極總成或過程，其中單位胞元包含約0.05至5 mg/cm 2之裝載量的穩定鋰金屬粒子。
實施例119. 如任一前述實施例之二次電池、電極總成或過程，其中單位胞元包含約0.1至4 mg/cm 2之裝載量的穩定鋰金屬粒子。
實施例120. 如任一前述實施例之二次電池、電極總成或過程，其中單位胞元包含約0.5至3 mg/cm 2之裝載量的穩定鋰金屬粒子。
實施例121. 如任一前述實施例之二次電池、電極總成或過程，其中單位胞元包含具有約5至200 µm之平均粒度(D 50)的穩定鋰金屬粒子。
實施例122. 如任一前述實施例之二次電池、電極總成或過程，其中單位胞元包含具有約10至100 µm之平均粒度(D 50)的穩定鋰金屬粒子。
實施例123. 如任一前述實施例之二次電池、電極總成或過程，其中單位胞元包含具有約20至80 µm之平均粒度(D 50)的穩定鋰金屬粒子。
實施例124. 如任一前述實施例之二次電池、電極總成或過程，其中單位胞元包含具有約30至50 µm之平均粒度(D 50)的穩定鋰金屬粒子。
實施例125. 如任一前述實施例之二次電池、電極總成或過程，其中間隔物結構包含選自由以下各項組成之群的間隔物材料：聚合材料、複合材料、由電極集電器層包含之材料、電極活性材料、相對電極活性材料、由相對電極集電器層包含之材料、由隔板層包含之材料或在電池環境中化學上惰性的材料。
實施例126. 如任一前述實施例之二次電池、電極總成或過程，其中間隔物結構包含陽極活性材料。
實施例127. 如任一前述實施例之二次電池、電極總成或過程，其中間隔物結構包含具有每莫耳間隔物材料小於一莫耳載流子離子之載流子離子容量的陽極活性材料。
實施例128. 如任一前述實施例之二次電池、電極總成或過程，其中間隔物結構包含石墨或石墨烯。
實施例129. 如任一前述實施例之二次電池、電極總成或過程，其中間隔物結構包含陰極活性材料。
實施例130. 如任一前述實施例之二次電池、電極總成或過程，其中間隔物結構包含聚合材料。
實施例131. 如任一前述實施例之二次電池、電極總成或過程，其中間隔物結構包含均聚物、共聚物或聚合物摻合物。
實施例132. 如任一前述實施例之二次電池、電極總成或過程，其中間隔物結構包含衍生自含有以下各項之單體的氟聚合物：偏二氟乙烯、六氟丙烯、四氟丙烯、聚烯烴(諸如聚乙烯、聚丙烯或聚丁烯)、乙烯-二烯-丙烯三元共聚物、聚苯乙烯、聚甲基丙烯酸甲酯、聚乙二醇、聚乙酸乙烯酯、聚乙烯縮丁醛、聚縮醛及聚乙二醇二丙烯酸酯、甲基纖維素、羧甲基纖維素、苯乙烯橡膠、丁二烯橡膠、苯乙烯-丁二烯橡膠、異戊二烯橡膠、聚丙烯醯胺、聚乙烯醚、聚丙烯酸、聚甲基丙烯酸、聚丙烯腈、聚偏二氟乙烯聚丙烯腈、聚氧化乙烯、丙烯酸酯、苯乙烯、環氧樹脂、聚矽氧、聚偏二氟乙烯-共-六氟丙烯、聚偏二氟乙烯-共-三氯乙烯、聚甲基丙烯酸甲酯、聚丙烯腈、聚乙烯吡咯啶酮、聚乙酸乙烯酯、聚乙烯-共-乙酸乙烯酯、聚氧化乙烯、乙酸纖維素、乙酸丁酸纖維素、乙酸丙酸纖維素、氰基乙基普魯蘭、聚乙烯氰基乙基醇、氰基乙基纖維素、氰基乙基蔗糖、普魯蘭、羧甲基纖維素、丙烯腈-苯乙烯-丁二烯共聚物、聚醯亞胺、聚偏二氟乙烯-六氟丙烯、聚偏二氟乙烯-三氯乙烯、聚甲基丙烯酸甲酯、聚丙烯腈、聚乙烯吡咯啶酮、聚乙酸乙烯酯、乙烯乙酸乙烯酯共聚物、聚氧化乙烯、乙酸纖維素、乙酸丁酸纖維素、乙酸丙酸纖維素、氰基乙基普魯蘭、聚乙烯氰基乙基醇、氰基乙基纖維素、氰基乙基蔗糖、普魯蘭、羧甲基纖維素、丙烯腈苯乙烯丁二烯共聚物、聚醯亞胺、聚對苯二甲酸伸乙酯、聚對苯二甲酸伸丁酯、聚酯、聚縮醛、聚醯胺、聚醚醚酮、聚醚碸、聚苯醚、聚苯硫醚、聚乙烯萘及/或其組合或共聚物。
實施例133. 如任一前述實施例之二次電池、電極總成或過程，其中間隔物結構包含氟聚合物。
實施例134. 如任一前述實施例之二次電池、電極總成或過程，其中間隔物結構包含聚烯烴。
實施例135. 如任一前述實施例之二次電池、電極總成或過程，其中間隔物結構包含選自由聚乙烯、聚丙烯及聚丁烯之均聚物、共聚物及聚合物摻合物組成之群的聚烯烴。
實施例136. 如任一前述實施例之二次電池、電極總成或過程，其中間隔物結構包含聚乙烯或聚丙烯。
實施例137. 如任一前述實施例之二次電池、電極總成或過程，其中間隔物結構包含具有基底及設置於基底之一個表面上之黏著層的黏著帶。
實施例138. 如任一前述實施例之二次電池、電極總成或過程，其中間隔物結構包含具有基底及設置於基底之一個表面上之黏著層的黏著帶，其中黏著帶基底包含選自由以下各項組成之群的聚合膜：聚乙烯、聚丙烯、聚對苯二甲酸伸乙酯、聚對苯二甲酸伸丁酯、聚苯硫醚、聚醯亞胺及聚醯胺膜，及其組合。
實施例139. 如任一前述實施例之二次電池、電極總成或過程，其中間隔物結構包含具有基底及設置於基底之一個表面上之黏著層的黏著帶，其中黏著帶基底包含選自由聚烯烴、聚對苯二甲酸伸乙酯及聚醯亞胺膜組成之群的聚合膜。
實施例140. 如任一前述實施例之二次電池、電極總成或過程，其中間隔物結構包含具有基底及設置於基底之一個表面上之黏著層的黏著帶，其中黏著帶基底具有介於約4至200 µm之範圍內的厚度。
實施例141. 如任一前述實施例之二次電池、電極總成或過程，其中間隔物結構包含具有基底及設置於基底之一個表面上之黏著層的黏著帶，其中黏著帶基底具有介於約6至150 µm之範圍內的厚度。
實施例142. 如任一前述實施例之二次電池、電極總成或過程，其中間隔物結構包含具有基底及設置於基底之一個表面上之黏著層的黏著帶，其中黏著帶基底具有介於約25至100 µm之範圍內的厚度。
實施例143. 如任一前述實施例之二次電池、電極總成或過程，其中間隔物結構包含具有基底及設置於基底之一個表面上之黏著層的黏著帶，其中構成黏著帶之黏著層的黏著劑包含橡膠基黏著劑、丙烯酸黏著劑、聚矽氧基黏著劑或其組合。
實施例144. 如任一前述實施例之二次電池、電極總成或過程，其中間隔物結構包含與隔板層相同的材料。
實施例145. 如任一前述實施例之二次電池、電極總成或過程，其中間隔物結構包含導電材料。
實施例146. 如任一前述實施例之二次電池、電極總成或過程，其中間隔物結構包含與電極層相同的材料。
實施例147. 如任一前述實施例之二次電池、電極總成或過程，其中電極層及相對電極層中之一者包含選自由以下各項組成之群的陽極活性材料：(a)矽(Si)、鍺(Ge)、錫(Sn)、鉛(Pb)、銻(Sb)、鉍(Bi)、鋅(Zn)、鋁(Al)、鈦(Ti)、鎳(Ni)、鈷(Co)及鎘(Cd)；(b) Si、Ge、Sn、Pb、Sb、Bi、Zn、Al、Ti、Ni、Co或Cd與其他元素之合金或金屬間化合物；(c) Si、Ge、Sn、Pb、Sb、Bi、Zn、Al、Ti、Fe、Ni、Co、V或Cd之氧化物、碳化物、氮化物、硫化物、磷化物、硒化物及碲化物，及其混合物、複合材料或含有鋰之複合材料；(d) Sn之鹽及氫氧化物；(e)鈦酸鋰、錳酸鋰、鋁酸鋰、含有鋰之氧化鈦、鋰過渡金屬氧化物、ZnCo 2O 4；(f)石墨及碳之粒子；(g)鋰金屬；及(h)其組合。
實施例148. 如任一前述實施例之二次電池、電極總成或過程，其中電極層及相對電極層中之一者包含選自由以下各項組成之群的陽極活性材料：矽(Si)、鍺(Ge)、錫(Sn)、鉛(Pb)、銻(Sb)、鉍(Bi)、鋅(Zn)、鋁(Al)、鈦(Ti)、鎳(Ni)、鈷(Co)及鎘(Cd)。
實施例149. 如任一前述實施例之二次電池、電極總成或過程，其中電極層及相對電極層中之一者包含選自由以下各項組成之群的陽極活性材料：Si、Ge、Sn、Pb、Sb、Bi、Zn、Al、Ti、Ni、Co或Cd與其他元素之合金及金屬間化合物。
實施例150. 如任一前述實施例之二次電池、電極總成或過程，其中電極層及相對電極層中之一者包含選自由以下各項組成之群的陽極活性材料：Si、Ge、Sn、Pb、Sb、Bi、Zn、Al、Ti、Fe、Ni、Co、V及Cd之氧化物、碳化物、氮化物、硫化物、磷化物、硒化物及碲化物。
實施例151. 如任一前述實施例之二次電池、電極總成或過程，其中電極層及相對電極層中之一者包含選自由以下各項組成之群的陽極活性材料：Si之氧化物、碳化物、氮化物、硫化物、磷化物、硒化物及碲化物。
實施例152. 如任一前述實施例之二次電池、電極總成或過程，其中電極層及相對電極層中之一者包含選自由矽以及矽之氧化物及碳化物組成之群的陽極活性材料。
實施例153. 如任一前述實施例之二次電池、電極總成或過程，其中電極層及相對電極層中之一者包含含有鋰金屬之陽極活性材料。
實施例154. 如任一前述實施例之二次電池、電極總成或過程，其中電極層及相對電極層中之一者包含選自由石墨及碳組成之群的陽極活性材料。
實施例155. 如任一前述實施例之二次電池、電極總成或過程，其中在殼體內，二次電池進一步包含非水性有機電解質。
實施例156. 如任一前述實施例之二次電池、電極總成或過程，其中在殼體內，二次電池進一步包含非水性電解質，該非水性電解質包含鋰鹽與有機溶劑之混合物。
實施例157. 如任一前述實施例之二次電池、電極總成或過程，其中在殼體內，二次電池進一步包含聚合物電解質。
實施例158. 如任一前述實施例之二次電池、電極總成或過程，其中在殼體內，二次電池進一步包含固體電解質。
實施例159. 如任一前述實施例之二次電池、電極總成或過程，其中在殼體內，二次電池進一步包含選自由基於硫化物的電解質組成之群的固體電解質。
實施例160. 如任一前述實施例之二次電池、電極總成或過程，其中在殼體內，二次電池進一步包含選自由以下各項組成之群的固體電解質：鋰錫磷硫化物(Li 10SnP 2S 12)、鋰磷硫化物(β-Li 3PS 4)及鋰磷硫氯化物碘化物(Li 6PS 5Cl 0.9I 0.1)。
實施例161. 如任一前述實施例之二次電池、電極總成或過程，其中在殼體內，二次電池進一步包含基於聚合物的電解質。
實施例162. 如任一前述實施例之二次電池、電極總成或過程，其中在殼體內，二次電池進一步包含選自由以下各項組成之群的聚合物電解質：PEO基聚合物電解質、聚合物陶瓷複合物電解質(固體)、聚合物陶瓷複合物電解質及聚合物陶瓷複合物電解質。
實施例163. 如任一前述實施例之二次電池、電極總成或過程，其中在殼體內，二次電池進一步包含選自由基於氧化物之電解質組成之群的固體電解質。
實施例164. 如任一前述實施例之二次電池、電極總成或過程，其中在殼體內，二次電池進一步包含選自由以下各項組成之群的固體電解質：鈦酸鋰鑭(Li 0.34La 0.56TiO 3)、Al摻雜的鋯酸鋰鑭(Li 6.24La 3Zr 2Al 0.24O 11.98)、Ta摻雜的鋯酸鋰鑭(Li 6.4La 3Zr 1.4Ta 0.6O 12)及磷酸鋰鋁鈦(Li 1.4Al 0.4Ti 1.6(PO 4) 3)。
實施例165. 如任一前述實施例之二次電池、電極總成或過程，其中電極層及相對電極層中之一者包含選自由嵌入化學正電極及轉化化學正電極組成之群的陰極活性材料。
實施例166. 如任一前述實施例之二次電池、電極總成或過程，其中電極層及相對電極層中之一者包含含有嵌入化學正電極材料之陰極活性材料。
實施例167. 如任一前述實施例之二次電池、電極總成或過程，其中電極層及相對電極層中之一者包含含有轉化化學正電極活性材料之陰極活性材料。
實施例168. 如任一前述實施例之二次電池、電極總成或過程，其中電極層及相對電極層中之一者包含選自由以下各項組成之群的陰極活性材料：S (或呈鋰化狀態之Li 2S)、LiF、Fe、Cu、Ni、FeF 2、FeO dF 3.2d、FeF 3、CoF 3、CoF 2、CuF 2、NiF 2，其中0 ≤ d ≤ 0.5。 參考文獻併入
本文提及之所有公開案及專利，包括下列彼等項，出於所有目的以全文引用的方式併入本文中，其併入程度如同各個別公開案或專利以引用的方式特定地且個別地併入一般。在有衝突的情況下，以本申請案(包括本文中之任何定義)為準。 等效物
儘管已論述特定實施例，上述說明書為說明性且非限制性的。在審閱本說明書時許多變型將對熟習此項技術者而言變得顯而易見。實施例之完整範疇以及其等效物之完整範疇，及說明書，以及此類變體，應參照申請專利範圍確定。
除非另外指明，否則本說明書及申請專利範圍中所用之表示成分數量、反應條件等之所有數字瞭解為在所有情況中皆經術語「約」修飾。因此，除非有相反指示，否則本說明書及附加申請專利範圍中所闡述之數值參數係可視設法獲得之所要性質而變化的近似值。
100:能量儲存裝置 102:二次電池 104:電池殼體 106:電極總成 110:電極結構 112:相對電極結構 114:電極集電器層 115a:表面 116:電極層 116a:第一電極層 116b:第二電極層 118:相對電極集電器層 119a:頂表面 119b:底表面 119c:頂表面 119d:底表面 120:相對電極層 120a:第一相對電極層 120b:第二相對電極層 121a:第一末端表面 121b:第二末端表面 121c:第一末端表面 121d:第二末端表面 123a:邊界平面 123b:邊界平面 125:電極活性材料層 125a:第一電極活性材料層 125b:第二電極活性材料層 126:空隙 126a:第一空隙 126b:第二空隙 127:電極活性材料層表面 127a:第一內部表面 127b:第二內部表面 130:隔板層 131a:第一表面 133a:第一側 133b:第二側 200:內部區 202:外部區 205:繞組 205a:繞組 205b:繞組 207a:起始點 207b:結束點 208:螺旋行程 400:間隔物結構 402:突起部 404:周邊 410a:第一部分 410b:第二部分 410c:第一分段 410d:第二分段 500:單位胞元 500a:單位胞元 500b:單位胞元 502:區段 600a:第一限制部件 600b:第二限制部件 602:電極限制組 800:堆疊連續 801:子集 805a:內部單位胞元 805b:外部單位胞元 A:方位角方向 B:虛線 D:堆疊方向 E:截面 F:截面 H CCC:高度 H CE:高度 H E:高度尺寸 H ECC:高度 H S:高度 H SP:高度 L CE:長度 L E:長度尺寸 R:堆疊方向 SV E:次體積 T:方向 V E:體積 W CE:寬度 W E:寬度尺寸 W SP:寬度 W UC:寬度 X:橫向方向 Y:縱向方向 Z:豎直方向
圖1A為包含電極總成之二次電池之一個實施例的透視圖；
圖1B為包含電極總成之二次電池之另一實施例的透視圖；
圖2A至2B為包含電極總成之二次電池之其他實施例的透視圖及截面圖；
圖3A為包括用於電極總成之電極結構、相對電極結構及隔板層之結構之實施例的分解平面圖；
圖3B為用於圖3A之電極總成的結構之實施例的分解截面圖；
圖3C為用於呈堆疊組態且進一步包含限制組之圖3A及3B之電極總成的結構之實施例的截面圖；
圖4A為當在Y-X平面中查看時包括用於電極總成之電極集電器層、電極層、隔板層及相對電極集電器層的結構之實施例的截面圖；
圖4B為當在Y-Z平面中查看時用於圖4A之電極總成的結構之實施例的截面圖；
圖4C為當在Y-Z平面中查看時包括用於電極總成之電極集電器層、電極層、隔板層及相對電極集電器層且包括電極層中之間隔物結構群的結構之另一實施例的截面圖；
圖5A為當在Y-X平面中查看時包括用於電極總成之電極集電器層、電極層、隔板層及相對電極集電器層且包括電極層中之間隔物結構群的結構之另一實施例的截面圖；
圖5B為在增大電極層中之電極活性材料之體積的形成過程之後的後形成階段中的當在Y-X平面中查看時用於圖5A之電極總成的結構之實施例的截面圖；
圖5C為當在Y-Z平面中查看時用於圖5A之電極總成的結構之實施例的截面圖；
圖5D為當在Y-X平面中查看時包括用於電極總成之電極集電器層、電極層、隔板層及相對電極集電器層且包括電極層中之間隔物結構群的結構之另一實施例的截面圖；
圖6為當在Y-X平面中查看時包括用於電極總成之電極集電器層、電極層、隔板層及相對電極集電器層且包括電極層中之間隔物結構群的結構之另一實施例的截面圖；
圖7A為用於當在Y-X平面中查看時包括第一及第二單位胞元之部分且包括其第一及第二電極層中之間隔物結構群的電極總成之結構之另一實施例的截面圖；
圖7B為用於當在Y-X平面中查看時包括第一及第二單位胞元之部分且包括其第一及第二電極層中之間隔物結構群的電極總成之結構之另一實施例的截面圖；
圖7C為用於當在Y-X平面中查看時包括第一及第二單位胞元之部分且包括其第一及第二電極層中且穿過共用電極集電器層之間隔物結構群的電極總成之結構之另一實施例的截面圖；
圖8A至8H為用於電極總成之形成於電極結構及/或間隔物層上的間隔物結構之各種實施例的平面圖；
圖9至10說明包括其代表性尺寸及次體積之電極層116之實施例的示意圖；
圖11A至11B為捲繞電極總成之實施例的截面圖(圖11A)，及展示捲繞電極總成之第一及第二單位胞元之區段的圖11A之捲繞電極總成的特寫區段；
圖12為捲繞電極總成之另一實施例的截面圖；
圖13A至13B為電極總成中之單位胞元之實施例的截面圖；
圖14A為具有電極總成之二次電池之實施例的透視圖；
圖14B至14D為圖14A之二次電池之實施例的截面圖；
圖15A為捲繞電極總成之實施例的俯視圖；
圖15B及15C為圖15A之捲繞電極總成之實施例的單位胞元之截面圖；
圖15D為具有捲繞電極總成之二次電池的透視圖；
圖16A至16C為具有間隔物結構之組態的電極層之視圖。
定義
除非上下文另外清楚地指示，否則如本文中所使用，「一(a、an)」及「該」(亦即，單數形式)指代複數個指示物。舉例而言，在一種情況下，提及「電極」包括單一電極及複數個類似電極兩者。
如本文中所使用之「約」及「大約」係指加或減所陳述之值之10%、5%或1%。舉例而言，在一種情況下，約250 μm將包括225 μm至275 μm。藉助於其他實例，在一種情況下，約1,000 μm將包括900 μm至1,100 μm。除非另外指示，否則本說明書及申請專利範圍中所使用之表示數量(例如量測值及其類似者)等之所有數字應理解為在所有情況中皆經術語「約」修飾。因此，除非有相反指示，否則在以下說明書及所附申請專利範圍中所闡述之數字參數為近似值。各數值參數應至少根據所報導之有效數位之數目且藉由應用一般捨位技術來解釋。
在二次電池的上下文中，如本文中所使用的「陽極」係指二次電池中之負電極。
如本文中所使用的「陽極活性」意指適用於二次電池之陽極的材料。
在二次電池的上下文中，如本文中所使用的「陰極」係指二次電池中之正電極。
如本文中所使用的「陰極活性」意指適用於二次電池之陰極的材料。
在二次電池之狀態之上下文中，如本文中所使用的「充電狀態」係指二次電池充電至其額定容量之至少75%所處之狀態。舉例而言，電池可充電至其額定容量之至少80%，其額定容量之至少90%，且甚至其額定容量之至少95%，諸如其額定容量之100%。
如本文中所使用之「C速率」係指二次電池充電或放電所處之速率之量測，且定義為放電電流除以理論電流汲取，在該理論電流汲取下，電池將在一小時內遞送其標稱額定容量。舉例而言，1C之C速率指示使電池在一小時內放電之放電電流，2C之速率指示使電池在1/2小時內放電之放電電流，C/2之速率指示使電池在2小時內放電之放電電流等。
在二次電池之狀態之上下文中，如本文中所使用之「放電狀態」係指二次電池放電至小於其額定容量之25%所處之狀態。舉例而言，電池可放電至小於其額定容量之20%，諸如小於其額定容量之10%，且甚至小於其額定容量之5%，諸如其額定容量之0%。
在二次電池在充電與放電狀態之間循環之上下文中，如本文中所使用之「循環」係指使電池充電及/或放電以使循環中之電池自第一狀態(亦即，充電或放電狀態)移動至第二狀態(亦即，第一狀態之相對狀態) (亦即，充電狀態(若第一狀態為放電)，或放電狀態(若第一狀態為充電))，且接著使電池移動回到第一狀態以完成循環。舉例而言，二次電池在充電與放電狀態之間的單一循環可包括當在充電循環中時，使電池自放電狀態充電至充電狀態，且接著放電回到放電狀態以完成循環。單一循環亦可包括當在放電循環中時，電池自充電狀態放電至放電狀態，且接著充電回到充電狀態以完成循環。
如本文中所使用之「Y軸」、「X軸」及「Z軸」係指互相垂直的軸線(亦即，各自彼此正交)。舉例而言，如本文中所使用之「Y軸」、「X軸」及「Z軸」類似於用於界定三維態樣或定向之卡氏(Cartesian)座標系統。因而，本文中之本發明主題之元件描述不限於用於描述元件之三維定向的一或多個特定軸線。換言之，當提及本發明主題之三維態樣時，軸線可為可互換的。
如本文中所使用之「Y方向」、「X方向」及「Z方向」係指互相垂直的方向(亦即，各自彼此正交)。舉例而言，如本文中所使用之「Y方向」、「X方向」及「Z方向」可大體上分別平行於用於界定三維態樣或定向之卡氏座標系統的Y軸、X軸及Z軸。
在二次電池在充電與放電狀態之間循環之上下文中，如本文中所使用之「重複循環」係指自放電狀態至充電狀態或自充電狀態至放電狀態循環超過一次。舉例而言，充電與放電狀態之間重複循環可包括自放電至充電狀態循環至少2次，諸如自放電狀態充電至充電狀態，放電回到放電狀態，再次充電至充電狀態且最終放電回到放電狀態。作為又一實例，在充電與放電狀態之間重複循環至少2次可包括自充電狀態放電至放電狀態，充電回到充電狀態，再次放電至放電狀態且最終充電回到充電狀態。藉助於其他實例，充電與放電狀態之間重複循環可包括自放電至充電狀態循環至少5次，且甚至循環至少10次。藉助於其他實例，充電與放電狀態之間的重複循環可包括自放電至充電狀態循環至少25、50、100、300、500及甚至1000次。
在二次電池之上下文中，如本文中所使用之「額定容量」係指在一段時段內遞送指定電流之二次電池之容量，如在標準溫度條件(25℃)下所量測。舉例而言，藉由測定電流輸出持續指定時間或藉由測定指定電流、電流可輸出時間且獲取電流及時間之乘積，額定容量可以安培·小時之單位量測。舉例而言，對於額定20 Amp·hr之電池，若電流指定在2安培下以便評定，則電池可理解為將規定：電流輸出10小時，且相反地，若時間指定為10小時以便評定，則電池可理解為將在10小時期間輸出2安培。特點而言，二次電池之額定容量可以指定放電電流，諸如C速率下之額定容量形式給出，其中C速率為相對於其容量電池放電所處之速率之量測。舉例而言，1C之C速率指示使在電池一小時內放電之放電電流，2C指示使電池在1/2小時內放電之放電電流，C/2指示使電池在2小時內放電之放電電流等。因此，舉例而言，在20 Amp·hr下在1C之C速率下額定之電池將產生20安培之放電電流1小時，而在20 Amp·hr下在2C之C速率下額定之電池將產生40安培之放電電流½小時，且在20 Amp·hr下在C/2之C速率下額定之電池將產生10安培之放電電流超過2小時。
如本文中所使用之片語「轉化化學活性材料」或「轉化化學材料」係指在二次電池之充電及放電循環期間經歷化學反應的材料。
在用於二次電池之電極總成的上下文中，如本文中所使用之「堆疊方向」(D)係指電極總成中之結構相對於彼此堆疊的方向。根據某些實施例，堆疊方向可大體上平行於電極總成之單位胞元中之結構之間的最短距離。在如圖11A及12中所展示的捲繞電極總成實施例中，堆疊方向大體上平行於自電極總成之內部區延伸至電極總成之外部區的半徑R。
在用於二次電池之電極總成的上下文中，如本文中所使用之「堆疊連續」係指單位胞元內之彼等結構(例如電極集電器層、電極層、隔板層、相對電極層之單位胞元部分及相對電極層之單位胞元部分)及/或在堆疊方向上橫越電極總成時遇到的此等結構之區段。根據一個實施例，對於稜柱形電極總成，單位胞元之堆疊連續包括單位胞元之結構，該等結構在堆疊方向上由單位胞元之第一末端及單位胞元之第二末端限界。根據另一實施例，對於捲繞電極總成(例如圖11A至11B及12中所展示)，單位胞元之堆疊連續對應於單位胞元之在堆疊方向(其可大體上平行於R)上由單位胞元之第一末端及單位胞元之第二末端限界的彼等區段，該等區段位於電極總成之同一繞組中。
如本文中所使用之「捲繞電極總成」係指一種電極總成，其中電極及相對電極結構圍繞電極總成之內部區捲繞，使得電極總成包含複數個繞組，該複數個繞組的直徑隨著半徑自電極總成之內部區增大而各自增大。根據某些實施例，捲繞電極總成包含自捲繞電極總成之內部區至外部區之平行於半徑R的堆疊方向，且捲繞電極總成中之一或多個電極層包含自電極總成之內部區至電極總成之外部區的在平行於堆疊方向之第一方向上量測的寬度尺寸W E、在正交於堆疊方向之第二方向上量測的高度尺寸H E及在正交於堆疊方向及第二方向之第三方向上量測的長度尺寸L E。圖11A至11B及12展示捲繞電極總成之實施例。根據一個實施例，堆疊方向大體上平行於半徑R，第二方向大體上平行於Z方向(高度方向)，且針對電極總成中之繞組之總數目沿著角度方向A量測第三方向，如在具有互相正交的座標R (半徑)、Z (高度)及A (方位角)之圓柱座標中所量測。
如本文中所使用之「圓柱座標」係指藉由自所選擇原點(充當參考軸)之高度(Z)、自參考軸(Z軸)之距離R (半徑)及角度位置或方位角A指定空間中之位置的座標系統，其中R、Z及A為互相正交的座標。
如本文中所使用之「正交方向」係指在所選擇座標系統中彼此互相垂直的方向。舉例而言，對於卡氏座標系統，正交方向為在座標系統中平行於X、Y及Z軸之方向。作為另一實例，對於圓柱座標系統，正交方向為沿著互相垂直的R (半徑)、Z (高度)及方位角(A)座標界定的方向。
如本文中所使用之「稜柱形電極總成」係指具有包含在堆疊方向上交替地堆疊的一系列層薄片的電極及相對電極結構之電極總成。根據某些實施例，稜柱形電極總成包含平行於Y軸之堆疊方向，且捲繞電極總成中之一或多個電極層包含如在平行於堆疊方向之第一方向上量測的寬度尺寸W E、如在平行於Z軸之第二方向上量測的高度尺寸H E及如在平行於X軸之第三方向上量測的長度尺寸L E，其中X、Y及Z包含卡氏座標中之互相正交的軸。
如本文中相對於捲繞電極總成所使用之「繞組」包含自起始點延伸至結束點之單位胞元之分段，其為在圓柱座標中沿著方位角方向A自起始點之360°旋轉。
100:能量儲存裝置
102:二次電池
104:電池殼體
106:電極總成
110:電極結構
112:相對電極結構
116:電極層
119a:頂表面
119b:底表面
121a:第一末端表面
121b:第二末端表面
500a:單位胞元
500b:單位胞元
800:堆疊連續
HE:高度尺寸
LE:長度尺寸
X:橫向方向
Y:縱向方向
Z:豎直方向

Claims (1)

  1. 一種用於在充電與放電狀態之間循環之二次電池，該二次電池包含電池殼體、電極總成、載流子離子及在該電池殼體內之電解質，其中 該電極總成包含單位胞元之群，各單位胞元在堆疊方向上包含電極集電器層之單位胞元部分、包含電極活性材料之電極層、隔板層、相對電極層及相對電極集電器層之單位胞元部分，相鄰單位胞元之間的該電極集電器層之該單位胞元部分、該電極層、該隔板層、該相對電極層及該相對電極集電器層之該單位胞元部分之堆疊的次序相對於彼此反轉，該單位胞元具有自該電極集電器層之該單位胞元部分至該相對電極集電器層之該單位胞元部分的在堆疊連續之堆疊方向上量測的寬度W uc，該電極層具有：寬度W E，其為自鄰近於該電極層之該電極集電器層之該單位胞元部分至鄰近於該電極層之該隔板層的在該堆疊連續之該堆疊方向上量測的；高度H E，其為在正交於該堆疊方向之第二方向上自該電極層之頂表面至底表面之在平行於豎直軸的方向上量測的；及長度L E，其為自第一表面至第二表面量測的，且該相對電極層具有：寬度W CE，其為自鄰近於該相對電極層之該相對電極集電器層之該單位胞元部分至鄰近於該相對電極層之該隔板層的在該堆疊連續之該堆疊方向上量測的；高度H CE，其為在正交於該堆疊方向之第二方向上自該相對電極層之頂表面至底表面之在平行於該豎直軸的方向上量測的；及長度L CE，其為自第一表面至第二表面量測的， 該單位胞元群之部件的子集包含在該電極集電器層與該相對電極集電器層之間的位於該堆疊連續中之間隔物結構之群，該等間隔物結構包含除該電極活性材料以外的材料，且 對於單位胞元群子集之各各別部件，存在虛線，該虛線在正交於該堆疊方向之方向上延伸且與該相對電極層以及由該單位胞元群子集之各各別部件包含的該間隔物結構群之至少一個部件相交。
TW110142837A 2020-11-18 2021-11-17 電極總成、二次電池及製造方法 TW202234730A (zh)

Applications Claiming Priority (4)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US202063115578P 2020-11-18 2020-11-18
US202063115266P 2020-11-18 2020-11-18
US63/115,266 2020-11-18
US63/115,578 2020-11-18

Publications (1)

Publication Number Publication Date
TW202234730A true TW202234730A (zh) 2022-09-01

Family

ID=78695504

Family Applications (2)

Application Number Title Priority Date Filing Date
TW110142837A TW202234730A (zh) 2020-11-18 2021-11-17 電極總成、二次電池及製造方法
TW110142836A TW202240960A (zh) 2020-11-18 2021-11-17 用於電極之間隔物、電極堆疊及電池與其系統及方法

Family Applications After (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
TW110142836A TW202240960A (zh) 2020-11-18 2021-11-17 用於電極之間隔物、電極堆疊及電池與其系統及方法

Country Status (5)

Country Link
US (2) US20230411792A1 (zh)
EP (2) EP4002536A1 (zh)
KR (1) KR20230109680A (zh)
TW (2) TW202234730A (zh)
WO (2) WO2022108954A1 (zh)

Families Citing this family (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN104662714B (zh) 2012-08-16 2017-09-29 艾诺维克斯公司 三维电池的电极结构
EP3295507B1 (en) 2015-05-14 2020-08-19 Enovix Corporation Longitudinal constraints for energy storage devices
CN109478690B (zh) 2016-05-13 2022-08-23 艾诺维克斯公司 三维电池的尺寸约束
US11063299B2 (en) 2016-11-16 2021-07-13 Enovix Corporation Three-dimensional batteries with compressible cathodes
US10256507B1 (en) 2017-11-15 2019-04-09 Enovix Corporation Constrained electrode assembly
WO2019099650A1 (en) 2017-11-15 2019-05-23 Enovix Corporation Electrode assembly and secondary battery
WO2022265975A1 (en) * 2021-06-15 2022-12-22 Enovix Corporation Spacers for providing protection of electrochemical battery enclosures and systems and methods therefor

Family Cites Families (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP4576891B2 (ja) * 2004-06-07 2010-11-10 パナソニック株式会社 非水電解質二次電池
DE102014221261A1 (de) * 2014-10-20 2016-04-21 Robert Bosch Gmbh Separator und galvanische Zelle mit robuster Trennung von Kathode und Anode
EP3295507B1 (en) 2015-05-14 2020-08-19 Enovix Corporation Longitudinal constraints for energy storage devices
CN109478690B (zh) 2016-05-13 2022-08-23 艾诺维克斯公司 三维电池的尺寸约束
JP6926946B2 (ja) * 2017-10-26 2021-08-25 トヨタ自動車株式会社 組電池
EP3704749A4 (en) * 2017-10-30 2021-09-08 Arkema Inc. LITHIUM-ION BATTERY SEPARATOR
WO2019099650A1 (en) * 2017-11-15 2019-05-23 Enovix Corporation Electrode assembly and secondary battery
US11211639B2 (en) * 2018-08-06 2021-12-28 Enovix Corporation Electrode assembly manufacture and device
EP3859856A4 (en) * 2018-09-28 2021-11-10 Panasonic Intellectual Property Management Co., Ltd. SECONDARY LITHIUM BATTERY

Also Published As

Publication number Publication date
TW202240960A (zh) 2022-10-16
US20230299425A1 (en) 2023-09-21
EP4002536A1 (en) 2022-05-25
WO2022108954A1 (en) 2022-05-27
US20230411792A1 (en) 2023-12-21
KR20230109680A (ko) 2023-07-20
EP4002537A1 (en) 2022-05-25
WO2022109019A1 (en) 2022-05-27

Similar Documents

Publication Publication Date Title
TWI794331B (zh) 電極總成及蓄電池組
US20230299425A1 (en) Electrode assembly, secondary battery, and method of manufacture
JP2017527970A (ja) リチウムイオン電気化学電池における保護層、並びに関連する電極および方法
US20240186589A1 (en) Methods and structures for transfer of carrier ions from auxiliary electrode
US20220069421A1 (en) Electrode assembly, secondary battery, and method of manufacture
US20240178521A1 (en) Methods and structures for transfer of carrier ions through constraint system from auxiliary electrode
KR101832252B1 (ko) 이차 전지용 음극 및 그 제조 방법
US12087913B2 (en) Three-dimensional batteries using constraint adhesive
US20230395935A1 (en) Electrode assembly structure, secondary battery, and methods of manufacture
US20230035746A1 (en) Secondary battery cells having hermetically sealed case, electrode assemblies and methods