TW202249334A - 用於從輔助電極傳送載體離子之方法與結構 - Google Patents

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安東尼 卡爾卡特拉
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約書亞 大衛 溫納斯
尼洛夫 S 史霍
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Abstract

本發明提供一種用於將載體離子自包含載體離子源之輔助電極傳送至電極總成的方法，其包括通過多孔電絕緣材料將載體離子自該輔助電極傳送至單元電池群之部件。該電極總成包括在堆疊方向上串聯堆疊之單元電池群及該多孔電絕緣材料，其中每一單元電池包括電極結構、反電極結構及電絕緣隔板，該等電極結構、該等反電極結構及該等電絕緣隔板具有在豎直方向上分離之相對的上部末端表面及下部末端表面，且該多孔電絕緣材料覆蓋該單元電池群之該等部件之該(等)電極結構或該(等)反電極結構的該(等)上部末端表面或該(等)下部末端表面。該多孔電絕緣材料具有介於20%至60%範圍內之孔隙率。

Description

用於從輔助電極傳送載體離子之方法與結構
本發明大體上係關於用於能量儲存裝置中之方法及結構，採用此類結構之能量儲存裝置，及用於產生此類結構及能量裝置之方法。
搖椅或插入二次電池為一種類型之能量儲存裝置，其中載體離子，諸如鋰、鈉、鉀、鈣或鎂離子經由電解質，諸如固體或液體電解質在正電極與負電極之間移動。二次電池可包含已電耦接以形成電池之單個電池單元或兩個或更多個電池單元，其中每一電池單元包含正電極、負電極、電絕緣隔板及電解質。在固態二次電池中，單一固態材料可充當電絕緣隔板及電解質兩者。
在搖椅電池單元中，正電極及負電極兩者包含其中插入且提取載體離子之材料。當電池放電時，載體離子自負電極提取且插入正電極中。當電池充電時，發生相反過程：載體離子自正電極提取且插入負電極中。
然而，作為在二次電池充電及/或放電期間發生之此載體離子提取及插入過程之一部分，載體離子之至少一部分可能不可逆地損失於電化學反應。舉例而言，包含鋰(或其他載體離子)及電解質組分之分解產物(已知為固體電解質中間相(SEI))可形成於負電極之表面上。此SEI層之形成截留載體離子且將其自二次電池之循環操作移除，且導致不可逆容量損失。電極總成中之其他化學及電化學過程亦可促成載體離子之損失。此類損失通常發生在作為二次電池形成過程之一部分執行的初始充電步驟期間，例如，歸因於在初始充電步驟中形成SEI層，導致與二次電池預形成中所含有之載體離子的量相比顯著更低的容量。
已描述用於補充二次電池之電極之方法(參見例如Castledine等人之美國專利第10,770,760號，其特此以全文引用之方式併入本文中)。然而，仍需要用於有效且高效地提供載體離子至二次電池以補充所損失載體離子之新方法及結構。
在本發明之各種態樣中提供諸如二次電池、燃料電池及電化電容器之能量儲存裝置，其中可恢復由於負電極及/或正電極之SEI形成及/或機械或電退化而損失的容量。有利地，本發明之能量儲存裝置提供增加之循環壽命、較高能量密度及/或增加之放電速率。
簡言之，因此，本發明之一個態樣係關於一種用於將載體離子自具有載體離子源之輔助電極傳送至電極總成的方法，其中該電極總成包括在堆疊方向上串聯堆疊之單元電池群及多孔電絕緣材料，其中(i)每一單元電池包括電極結構、反電極結構及該電極結構與該反電極結構之間的電絕緣隔板，(ii)每一單元電池內之該等電極結構、該等反電極結構及該等電絕緣隔板具有在豎直方向上分離之相對的上部末端表面及下部末端表面，(iii)該豎直方向與該堆疊方向正交，(iv)該多孔電絕緣材料覆蓋該單元電池群之部件之該(等)電極結構或該(等)反電極結構的該(等)上部末端表面或該(等)下部末端表面，且(v)該多孔電絕緣材料具有介於20%至60%範圍內之孔隙率。該方法包括通過該多孔電絕緣材料將載體離子自該輔助電極傳送至該單元電池群之部件。
本發明之另一態樣係關於一種用於在充電狀態與放電狀態之間循環的二次電池之電極總成，該電極總成包括在堆疊方向上串聯堆疊之單元電池群及多孔電絕緣材料群，其中(i)每一單元電池包括電極結構、反電極結構及該電極結構與該反電極結構之間的電絕緣隔板，(ii)每一單元電池內之該等電極結構、該等反電極結構及該等電絕緣隔板具有在豎直方向上分離之相對的上部末端表面及下部末端表面，(iii)該豎直方向與該堆疊方向正交，(iv)該多孔電絕緣材料覆蓋該單元電池群之部件之該(等)電極結構或該(等)反電極結構的該(等)上部末端表面或該(等)下部末端表面，且(v)該多孔電絕緣材料具有介於20%至60%範圍內之孔隙率。本發明之另一態樣係關於一種具有該電極總成之二次電池。
本發明之另一態樣係關於一種製造電極總成或二次電池之方法，其包括：(1)堆疊在該堆疊方向上串聯堆疊之該單元電池群，其中(i)每一單元電池包括該電極結構、該反電極結構及該電極結構與該反電極結構之間的該電絕緣隔板，(ii)每一單元電池內之該等電極結構、該等反電極結構及該等電絕緣隔板具有在該豎直方向上分離之相對的上部末端表面及下部末端表面，且(iii)該豎直方向與該堆疊方向正交，及(2)用該多孔電絕緣材料覆蓋該單元電池群之該等部件之該(等)電極結構或該(等)反電極結構的該(等)上部末端表面或該(等)下部末端表面，該多孔電絕緣材料具有介於20%至60%範圍內之該孔隙率。
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。
相關申請案之交叉參考
本申請案主張於2021年3月31日申請之美國臨時專利申請案序列號63/168,454之權益，該申請案以全文引用之方式併入本文中。
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值參數為近似值。每一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。
在二次電池之狀態之上下文中，如本文中所使用之「充電狀態」係指二次電池充電至其額定容量之至少75%所處的狀態。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」係指二次電池放電時速率之量度且定義為放電電流除以電池在一小時內將遞送其標稱額定容量所處之理論電流汲取。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%所處的狀態。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%。
在二次電池於充電狀態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作為充電或放電狀態之第一狀態移動至與第一狀態相對之第二狀態(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))，且隨後使電池移動回至第一狀態以完成循環。舉例而言，二次電池在充電狀態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，且隨後放電回至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，且隨後充電回至充電狀態以完成循環。
對於如「電極結構」或「電極活性材料」中所使用之術語「電極」，應理解，此結構及/或材料可在某些實施例中對應於如用於「負電極結構」、「陽極結構」、「負電極活性材料」及「陽極活性材料」中之實例的「負電極」，諸如「陽極」之結構及/或材料。對於如「反電極結構」或「反電極活性材料」中所使用之術語「反電極」，應理解，此結構及/或材料可在某些實施例中對應於如用於「正電極結構」、「陰極結構」、「正電極活性材料」及「陰極活性材料」中之實例的「正電極」，諸如「陰極」之結構及/或材料。亦即，在合適之情況下，針對電極及/或反電極描述之任何實施例可對應於電極及/或反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。
如本文中所使用之「縱向軸線」、「橫向軸線」及「豎直軸線」係指彼此垂直軸線(亦即，各自彼此正交)。舉例而言，如本文中所使用之「縱向軸線」、「橫向軸線」及「豎直軸線」等效於用於界定三維態樣或定向之笛卡爾(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。替代地陳述，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「縱向方向」、「橫向方向」及「豎直方向」係指彼此垂直方向(亦即，各自彼此正交)。舉例而言，如本文中所使用之「縱向方向」、「橫向方向」及「豎直方向」可分別大體上平行於用於界定三維態樣或定向之笛卡爾座標系統之縱向軸線、橫向軸線及豎直軸線。
在二次電池於充電狀態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，充電狀態與放電狀態之間的重複循環可包括自放電狀態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，放電回至放電狀態，再次充電至充電狀態且最終放電回至放電狀態。作為又另一實例，充電狀態與放電狀態之間的至少2次重複循環可包括自充電狀態放電至放電狀態，充電回至充電狀態，再次放電至放電狀態且最終充電回至充電狀態。藉助於其他實例，充電狀態與放電狀態之間的重複循環可包括自放電狀態至充電狀態循環至少5次，及甚至循環至少10次。藉助於其他實例，充電狀態與放電狀態之間的重複循環可包括自放電狀態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」係指在一段時間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，則電池可理解為將提供電流輸出10小時之電池，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安培之電池。具體而言，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度。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 Amp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 Amp之放電電流持續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 Amp之放電電流超過2小時。
在電極總成之尺寸之上下文中，如本文中所使用之「最大寬度」(W EA)對應於電極總成之最大寬度，如自縱向方向上電極總成之縱向末端表面之相對的點所量測。
在電極總成之尺寸之上下文中，如本文中所使用之「最大長度」(L EA)對應於電極總成之最大長度，如自橫向方向上電極總成之側向表面之相對的點所量測。
在電極總成之尺寸之上下文中，如本文中所使用之「最大高度」(H EA)對應於電極總成之最大高度，如自橫向方向上電極總成之側向表面之相對的點所量測。 詳細描述
一般而言，本發明係針對能量儲存裝置100，諸如二次電池102，如例如圖1A至圖1D及圖2中所展示，其在充電狀態與放電狀態之間循環。二次電池102包括電池殼體104、電池殼體104內之電極總成106、載體離子及非水性液體電解質。在某些實施例中，二次電池102亦包括抑制電極總成106之生長的電極限制組108。電極總成106之受限生長可為電極總成106之一或多個尺寸的宏觀增加。
根據本發明之實施例，提供一種用於將載體離子自包含載體離子源之輔助電極686傳送至電極總成106的方法，如例如圖3A中所展示。如本文中進一步詳細論述，根據某些實施例，載體離子之傳送作為經進行以激活包含電極總成之二次電池的初始形成過程之一部分進行。根據其他實施例，載體離子之傳送作為在初始形成過程期間及/或在充電狀態與放電狀態之間的循環期間補充電極總成中由於固體電解質中間相(SEI)之形成而損失之載體離子的過程之一部分進行。
再次參考圖1A至圖1D，在一個實施例中，電極總成106包括在堆疊方向(亦即圖1B中之堆疊方向D)上串聯堆疊之單元電池群504。單元電池群之每一部件包含電極結構110、反電極結構112及電極結構與反電極結構之間的電絕緣隔板130，以使電極結構及反電極結構110、112彼此電絕緣。在一個實例中，如圖1B中所展示，電極總成包含一系列堆疊的單元電池504，其包含呈交替配置之電極結構110及反電極結構112。圖1C為展示具有圖1B之電極總成106之二次電池102的插圖，且圖1D為具有圖1B之電極總成106之二次電池的橫截面。亦可提供堆疊系列之單元電池504a、504b之其他配置。
在一個實施例中，電極結構110包含電極活性材料層132及電極集電器136，如例如圖1A至圖1D中所展示。舉例而言，電極結構110可包含安置於一或多個電極活性材料層132之間的電極集電器136。根據一個實施例，電極活性材料層132包含陽極活性材料，且電極集電器136包含陽極集電器。類似地，在一個實施例中，反電極結構112包含反電極活性材料層138及反電極集電器140。舉例而言，反電極結構112可包含安置於一或多個反電極活性材料層138之間的反電極集電器140。根據一個實施例，反電極活性材料層138包含陰極活性材料，且反電極集電器140包含陰極集電器。此外，應理解，電極結構及反電極結構110及112分別不限於本文中所描述之特定實施例及結構，且除本文中所特定描述之彼等以外之其他組態、結構及/或材料亦可經提供以形成電極結構110及反電極結構112。根據某些實施例，單元電池群中之每一單元電池504a、504b在經堆疊系列中包含電極集電器136之單元電池部分、包含電極活性材料層132之電極結構110、電極活性材料層與反電極活性材料層之間的電絕緣隔板130、包含反電極活性材料層138之反電極結構112及反電極集電器140之單元電池部分。在某些實施例中，電極集電器之單元電池部分、電極活性材料層、隔板、反電極活性材料層及反電極集電器之單元電池部分的次序將針對堆疊系列中彼此鄰近之單元電池反轉，其中電極集電器及/或反電極集電器之部分在鄰近單元電池之間共用，如例如圖1C中所展示。
根據如圖1A至圖1D中所展示之實施例，電極結構及反電極結構群110、112之部件分別以交替順序配置，其中交替順序之方向對應於堆疊方向D。根據此實施例，電極總成106進一步包含相互垂直之縱向、橫向及豎直軸線，其中縱向軸線A EA通常對應或平行於電極結構及反電極結構群之部件之堆疊方向D。如圖1B中之實施例中所展示，縱向軸線A EA描繪為對應於Y軸，橫向軸線描繪為對應於X軸，且豎直軸線描繪為對應於Z軸。
根據本文中本發明之實施例，單元電池群之每一單元電池504內的電極結構110、反電極結構112及電絕緣隔板130具有在與單元電池群之堆疊方向正交的豎直方向上分離之相對的上部末端表面及下部末端表面。舉例而言，參考圖1C及圖4，單元電池群之每一部件中之電極結構110可包含在豎直方向上分離之相對的上部末端表面及下部末端表面500a、500b，單元電池群之每一部件中之反電極結構112可包含在豎直方向上分離之相對的上部末端表面及下部末端表面501a、501b，且電絕緣隔板130可包含在豎直方向上分離之相對的上部末端表面及下部末端表面502a、502b。根據又另一實施例，單元電池群之部件具有上部邊沿及下部邊沿503a、503b，其在每一單元電池部件內之電極結構110、電絕緣隔板130及反電極結構112之相對的上部末端表面及下部末端表面上延伸且包含該等末端表面。參考圖3A及圖4，根據又另一實施例，同一單元電池群部件內之電極結構及反電極結構110、112之上部末端表面500a、501a彼此豎直地偏移以形成上部凹槽505a，且同一單元電池群部件內之電極結構及反電極結構110、112之下部末端表面500b、501b彼此豎直地偏移以形成下部凹槽505b。舉例而言，反電極上部末端表面及下部末端表面可相對於同一單元電池群部件內之各別電極上部末端表面及下部末端表面向內凹陷及/或偏移。參考圖3A，在一個實施例中，單元電池群之部件包含具有上部末端表面及下部末端表面501a、501b之反電極活性材料層138，該等末端表面相對於電極活性材料層132及/或電絕緣隔板130之上部末端表面及下部末端表面向內凹陷。
根據一個實施例，電極總成106進一步包含覆蓋單元電池群504之部件之電極結構及/或反電極結構110、112的上部末端表面及/或下部末端表面500a、500b、501a、501b的多孔電絕緣材料508。舉例而言，如圖3A及圖4中所展示，多孔電絕緣材料508可位於由單元電池部件內之電極結構及反電極結構之豎直偏移所形成的上部凹槽及下部凹槽505a、505b中之一或多者內。根據某些實施例，多孔電絕緣材料具有介於20%至60% (每多孔電絕緣材料之總體積的孔隙體積百分比)範圍內之孔隙率。根據某些實施例，多孔電絕緣材料508能夠提供離子傳導結構，且可提供由輔助電極686提供至單元電池群504之部件的用於載體離子之路徑。
參考圖3A至圖3B，根據某些實施例，提供一種通過多孔電絕緣材料508將載體離子自輔助電極686傳送至單元電池群504之部件的方法。如上文所論述，載體離子可經傳送以將載體離子提供至單元電池部件之電極結構110，以補償由形成在初始形成過程或具有電極總成106之二次電池102的後續充電循環期間可形成之固體電解質中間相(SEI)層引起的載體離子之損失。在某些實施例中，自反電極結構引入至單元電池中的載體離子之一部分不可逆地結合在此SEI層中，且因此自循環操作，亦即自使用者可用之容量移除。結果，在初始放電期間，相較於最初在初始充電操作期間由陰極提供之載體離子，更少的載體離子自電極結構返回至反電極結構，從而導致不可逆容量損失。在二次電池之每一後續充電及放電循環期間，由於電極結構及/或反電極結構之機械及/或電退化而引起的容量損失往往會每循環小得多，但甚至每一循環之相對較小載體離子損失顯著地促成能量密度及循環壽命隨電池老化而減小。另外，亦可在電極結構及反電極結構上發生化學及電化學退化且導致容量損失。因此，本文中本發明之實施例提供激活電極總成及/或二次電池之方法，諸如經由將額外載體離子自輔助電極提供至單元電池部件的初始形成過程，及/或在進行以補充在具有電極總成之二次電池的後續充電及/或放電循環期間損失的載體離子之含量的補充過程期間。根據某些實施例，載體離子經傳送以補償在電極總成之初始或後續充電循環期間載體離子之損失。
根據一個實施例，輔助電極686包含載體離子源，諸如鋰、鈉、鉀、鈣、鎂及鋁離子中之任一者。在如圖3A中所展示之實施例中，輔助電極686定位於單元電池部件之電極結構、反電極結構及電絕緣隔板之豎直末端表面上方，諸如第一副生長限制及/或第二副生長限制158、160中之孔口176上方。在一個版本中，一或多個輔助電極686定位於上部末端表面及下部末端表面兩者上方，及/或替代地，輔助電極686可定位於上部末端表面及下部末端表面中之僅一者上方。舉例而言，在一個實施例中，第一輔助電極686a定位於電極結構及/或反電極結構之上部末端表面上方，且第二輔助電極686b定位於電極結構及/或反電極結構之下部末端表面上方。輔助電極686可例如藉由開關及/或控制單元(未展示)而選擇性地電連接或耦接至單元電池部件之電極結構110及/或反電極結構112中之一或多者。根據某些實施例，輔助電極電解地或以其他方式耦接至單元電池群之部件之反電極結構及/或電極結構(例如，經由隔板)，以提供載體離子自輔助電極至電極結構及/或反電極結構之流動。藉由電解地耦接，意謂載體離子可經由電解質，諸如自輔助電極686傳送至電極結構及/或反電極結構110、112以及在電極結構與反電極結構110、112之間傳送。輔助電極686亦諸如藉由一系列導線或其他電連接直接地或間接地電耦接至電極結構及/或反電極結構。
在一個實施例中，載體離子經傳送以實現及/或恢復放電電壓V ces, eod之預定反電極結構末端及放電電壓V es,eod之預定電極結構末端，其中對於該群之單元電池，單元電池之放電電壓V cell,eod= V es,eod- V ces,eod。舉例而言，在一個實施例中，在二次電池之放電循環期間(在形成SEI時初始充電及放電循環之後)，當單元電池部件及/或含有單元電池部件之二次電池達至電池末端之放電電壓V cell,eod時，電極結構末端之放電電壓V es,eod小於0.9 V (相對於Li)且大於0.4 V (相對於Li)。因此，舉例而言，在一個此類實施例中，在二次電池之放電循環期間(亦即，當電池處於放電負載下時)，當二次電池達至電池末端之放電電壓V cell,eod時，電極末端之放電電壓V es,eod可介於約0.5 V (相對於Li)至約0.8 V (相對於Li)範圍內。藉助於其他實例，在一個此類實施例中，在二次電池之放電循環期間(亦即，當電池處於放電負載下時)，當二次電池達至電池末端之放電電壓V cell,eod時，電極結構末端之放電電壓V es,eod可介於約0.6 V (相對於Li)至約0.8 V (相對於Li)範圍內。在一個此類實施例中，在二次電池之放電循環期間(亦即，當電池處於放電負載下時)，當二次電池達至電池末端之放電電壓V cell,eod時，電極結構末端之放電電壓V es,eod可介於約0.6 V (相對於Li)至約0.7 V (相對於Li)範圍內。
根據又另一實施例，預定反電極結構V ces,eod值對應於反電極結構之充電狀態為其可逆庫侖容量之至少95%時的電壓，且V ces,eod為至少0.4 V (相對於Li)但小於0.9 V (相對於Li)。舉例而言，在一個此類實施例中，當達至V cell,eod時，反電極結構具有V ces,eod值，其對應於反電極結構之充電狀態為其可逆庫侖容量之至少96%時的電壓，且V es,eod為至少0.4 V (相對於Li)但小於0.9 V (相對於Li)。藉助於其他實例，在一個此類實施例中，當達至V cell,eod時，反電極結構具有V ces,eod值，其對應於反電極結構之充電狀態為其可逆庫侖容量之至少97%時的電壓，且V es,eod為至少0.4 V (相對於Li)但小於0.9 V (相對於Li)。藉助於其他實例，在一個此類實施例中，當達至V cell,eod時，反電極結構具有V ces,eod值，其對應於反電極結構之充電狀態為其可逆庫侖容量之至少98%時的電壓，且V es,eod為至少0.4 V (相對於Li)但小於0.9 V (相對於Li)。藉助於其他實例，在一個此類實施例中，當達至V cell,eod時，反電極結構具有V ces,eod值，其對應於反電極結構之充電狀態為其可逆庫侖容量之至少99%時的電壓，且V es,eod為至少0.4 V (相對於Li)但小於0.9 V (相對於Li)。
根據一個實施例，方法包含(i)在初始或後續充電循環期間將載體離子自反電極結構傳送至單元電池群中之電極結構以至少部分地對電極總成進行充電，及(ii)通過多孔電絕緣材料將載體離子自輔助電極傳送至反電極結構及/或電極結構，輔助電極經由隔板電解地耦接至單元電池群之部件之反電極結構及/或電極結構，以向電極總成提供預定反電極結構末端之放電電壓V cos,eod及預定電極結構末端之放電電壓V es,eod。根據一個實施例，方法進一步包含(iii)在(ii)之後，將載體離子自反電極結構傳送至單元電池群之部件之電極結構以對電極總成進行充電。舉例而言，在(ii)期間自輔助電極傳送至反電極結構之載體離子可隨後在(iii)中自反電極結構傳送至電極結構。根據又另一實施例，(ii)與(i)同時進行。根據某些實施例，在(ii)中，在輔助電極與單元電池群之部件之電極結構及/或反電極結構之間施加偏壓電壓以提供載體離子通過多孔電絕緣材料部件至電極結構及/或反電極結構之流動。類似地，在(i)及(iii)中，偏壓電壓可施加於單元電池群之部件之電極結構與反電極結構之間，以提供載體離子自部件之反電極結構至電極結構之流動。
再次參考圖3A及圖4，根據一個實施例，多孔電絕緣材料508實質上填充單元電池群504之部件之上部凹槽及下部凹槽505a、505b。根據又另一實施例，多孔電絕緣材料508經安置以使得覆蓋單元電池部件中之電極結構110及/或反電極結構112之上部末端表面及/或下部末端表面500a、500b、501a、501b的多孔電絕緣材料508之至少一部分鄰近該單元電池之電絕緣隔板130。舉例而言，在一個實施例中，多孔電絕緣材料實質上填充上部凹槽及下部凹槽505a、505b之區域，該等凹槽相對於單元電池群之部件中之電極結構110的上部末端表面及下部末端表面500a、500b向內安置，且鄰接電絕緣隔板130之面向反電極結構110之第一側131a。根據某些實施例，多孔電絕緣材料填充上部凹槽及/或下部凹槽505a、505b之至少一部分，該等凹槽自電絕緣隔板130之上部末端表面及下部末端表面502a、502b向內凹陷，以向電絕緣隔板130提供結構支撐。舉例而言，在某些實施例中，多孔電絕緣材料可提供鄰接電絕緣隔板130之上部豎直末端及下部豎直末端133a、133b的剛性材料，以維持豎直末端相對於反電極結構112之上部末端表面及下部末端表面的直立位置。在某些實施例中，維持電絕緣隔板130之豎直末端133a、133b之位置可減小電極結構與反電極結構之間的電短路及其他不合需要之效應的可能性。在某些實施例中，多孔電絕緣材料亦可減少反電極結構之上部末端表面及下部末端表面之部分處的不合需要之電邊緣效應。
根據一個實施例，單元電池群之部件之電極結構110包含電極活性材料層132及電極集電器層136，且單元電池群之部件之反電極結構112包含反電極活性材料層138及反電極集電器層140，且多孔電絕緣材料508覆蓋單元電池群之部件之反電極活性材料層的上部末端表面及下部末端表面507a、507b。在如圖3A及圖4中所展示之實施例中，多孔電絕緣材料在堆疊方向上跨越反電極結構112之上部末端表面及下部末端表面501a、501b延伸且覆蓋該等末端表面，包括跨越鄰近單元電池504a、504b中之反電極活性材料層138之上部末端表面及下部末端表面507a、507b中之一或多者，且在某些實施例跨越由鄰近單元電池504共用之反電極集電器140之上部末端表面及下部末端表面509a、509b。在此實施例中，跨越鄰近單元電池之部分延伸的多孔電絕緣材料可鄰接鄰近單元電池中之電絕緣隔板130的豎直末端133a、133b且為該等豎直末端提供結構支撐。在又其他實施例中，多孔電絕緣材料508可提供於電極結構110之上部末端表面及下部末端表面上，諸如提供於鄰近單元電池504a、504b中之電極活性材料層132的上部末端表面及下部末端表面511a、511b上，及提供於由鄰近單元電池504共用之電極集電器136的上部末端表面及下部末端表面510a、510b上。
根據又其他實施例，多孔電絕緣材料508經提供於電極結構及反電極結構之上部末端表面及下部末端表面之彼等部分上，其中路徑經提供用於載體離子自輔助電極至單元電池群之部件之流動。舉例而言，在提供載體離子自輔助電極686至反電極結構112之流動的實施例中，多孔電絕緣材料508安置於反電極結構之上部末端表面及下部末端表面上，以提供載體離子至反電極結構之路徑。作為另一實例，在提供載體離子自輔助電極至電極結構110之流動的實施例中，多孔電絕緣材料508安置於電極結構之上部末端表面及下部末端表面上，以提供載體離子至電極結構之路徑。
根據某些實施例，電絕緣材料之孔隙率可經選擇以提供載體離子穿過材料之預定導電性。在某些實施例中，多孔電絕緣材料包含至少25%、至少30%、至少35%、至少40%、至少45%、至少50%及/或至少55%之孔隙率。此外，在某些實施例中，多孔電絕緣材料包含不超過55%、不超過50%、不超過45%、不超過40%及/或不超過35%之孔隙率。根據又另一實施例，多孔電絕緣材料508包含相對於單元電池群之部件內之電極結構與反電極結構之間的電絕緣隔板130之孔隙率的孔隙率的比率，該比率介於1:0.75至1:1.5範圍內。
在一個實施例中，多孔電絕緣材料508包含分散於黏合劑材料中之微粒材料。舉例而言，特定材料可包含穩定金屬氧化物及/或陶瓷，諸如氧化鋁、氮化硼、二氧化鈦、二氧化矽、氧化鋯、氧化鎂及氧化鈣中之一或多者。在另一實施例中，微粒材料包含d50粒度(中值粒度)為至少0.35微米、至少0.45微米、至少0.5微米及/或至少0.75微米之顆粒。在又另一實施例中，微粒材料包含d50粒度(中值粒度)不超過40微米、不超過35微米、不超過25微米及/或不超過20微米之顆粒。在一個實施例中，至少80重量%、至少85重量%、至少90重量%及/或至少95重量%之顆粒具有至少0.35微米、至少0.45微米、至少0.5微米及/或至少0.75微米且不超過40微米、不超過35微米、不超過25微米及/或不超過20微米之粒度。此外，在一個實施例中，微粒材料包含至少70 wt%、至少75 wt%、至少80 wt%及/或至少85 wt%之多孔電絕緣材料。在另一實施例中，微粒材料包含不超過99.5 wt%、不超過97 wt%、不超過95 wt%及/或不超過90 wt%之多孔電絕緣材料。在一個實施例中，黏合劑材料包含選自由聚偏二氟乙烯(PVDF)、聚乙烯、聚丙烯、乙烯丙烯酸(EAA)、乙烯甲基丙烯酸(EMAA)及其共聚物組成之群中之任一者的聚合材料。
參考圖1A至圖1D，根據一個實施例，電極總成106具有分別對應於假想三維笛卡爾座標系統之x、y及z軸的彼此垂直之橫向、縱向及豎直軸線，在縱向方向上彼此分離的第一縱向末端表面116及第二縱向末端表面118，及包圍電極總成縱向軸線A EA且連接第一縱向末端表面及第二縱向末端表面116、118之側向表面142。側向表面142包含在縱向軸線之相對側上且在與縱向軸線正交之第一方向上分離的第一區域及第二區域。舉例而言，側向表面142可包含X方向上之相對的表面區域144、146 (亦即，矩形稜柱之側表面)及Z方向上之相對的表面區域148、150。在又另一實施例中，側向表面可包含圓柱形狀。電極總成106可進一步包含在縱向方向上量測之最大寬度W EA、由側向表面界定且在橫向方向上量測之最大長度L EA及由側向表面界定且在豎直方向上量測之最大高度H EA。在一個實施例中，最大長度L EA與最大高度H EA之比率可為至少2:1。藉助於其他實例，在一個實施例中，最大長度L EA與最大高度H EA之比率可為至少5:1。藉助於其他實例，在一個實施例中，最大長度L EA與最大高度H EA之比率可為至少10:1。藉助於其他實例，在一個實施例中，最大長度L EA與最大高度H EA之比率可為至少15:1。藉助於其他實例，在一個實施例中，最大長度L EA與最大高度H EA之比率可為至少20:1。不同尺寸之比率可在能量儲存裝置內允許最佳組態以使活性材料之量最大化，由此提高能量密度。
在一些實施例中，最大寬度W EA可經選擇以提供大於最大高度H EA之電極總成106之寬度。舉例而言，在一個實施例中，最大寬度W EA與最大高度H EA之比率可為至少2:1。藉助於其他實例，在一個實施例中，最大寬度W EA與最大高度H EA之比率可為至少5:1。藉助於其他實例，在一個實施例中，最大寬度W EA與最大高度H EA之比率可為至少10:1。藉助於其他實例，在一個實施例中，最大寬度W EA與最大高度H EA之比率可為至少15:1。藉助於其他實例，在一個實施例中，最大寬度W EA與最大高度H EA之比率可為至少20:1。
根據一個實施例，最大寬度W EA與最大長度L EA之比率可經選擇以在提供最佳組態之預定範圍內。舉例而言，在一個實施例中，最大寬度W EA與最大長度L EA之比率可介於1:5至5:1範圍內。藉助於其他實例，在一個實施例中，最大寬度W EA與最大長度L EA之比率可介於1:3至3:1範圍內。藉助於又另一實施例，在一個實施例中，最大寬度W EA與最大長度L EA之比率可介於1:2至2:1範圍內。
根據本發明之實施例，單元電池群之部件之每一電極結構110包含如在橫向方向上於電極結構110之相對的第一橫向末端表面601a與第二橫向末端表面601b之間量測的長度L E，及如在豎直方向上於電極結構110之相對的上部豎直末端表面500a與下部豎直末端表面500b之間量測的高度H E，及如在縱向方向上於電極結構110之相對的第一表面603a與第二表面603b之間量測的寬度W E，且單元電池群之部件之每一反電極結構112包含如在橫向方向上於反電極結構112之相對的第一橫向末端表面602a與第二橫向末端表面602b之間量測的長度L CE、如在豎直方向上於反電極結構112之相對的上部豎直末端表面501a與下部豎直末端表面501b之間量測的高度H CE，及如在縱向方向上於反電極結構112之相對的第一表面604a與第二表面604b之間量測的寬度W CE。
根據一個實施例，對於單元電池群之部件之電極結構，L E與W E及H E中之每一者的比率分別為至少5:1，且H E與W E的比率介於約2:1至約100:1範圍內，且對於單元電池群之部件之反電極結構，L CE與W CE及H CE中之每一者的比率分別為至少5:1，且H CE與W CE的比率介於約2:1至約100:1範圍內。藉助於其他實例，在一個實施例中，L E與W E及H E中之每一者的比率為至少10:1，且L CE與W CE及H CE中之每一者的比率為至少10:1。藉助於其他實例，在一個實施例中，L E與W E及H E中之每一者的比率為至少15:1，且L CE與W CE及H CE中之每一者的比率為至少15:1。藉助於其他實例，在一個實施例中，L E與W E及H E中之每一者的比率為至少20:1，且L CE與W CE及H CE中之每一者的比率為至少20:1。
在一個實施例中，電極結構之高度(H E)與寬度(W E)的比率分別為至少0.4:1。舉例而言，在一個實施例中，對於單元電池群之部件之每一電極結構，H E與W E的比率將分別為至少2:1。藉助於其他實例，在一個實施例中，H E與W E的比率將分別為至少10:1。藉助於其他實例，在一個實施例中，H E與W E的比率將分別為至少20:1。然而，典型地，H E與W E的比率通常將分別小於1,000:1。舉例而言，在一個實施例中，H E與W E的比率將分別小於500:1。藉助於其他實例，在一個實施例中，H E與W E的比率將分別小於100:1。藉助於其他實例，在一個實施例中，H E與W E的比率將分別小於10:1。藉助於其他實例，在一個實施例中，對於單元電池群之部件之每一電極結構，H E與W E的比率將分別介於約2:1至約100:1範圍內。
在一個實施例中，反電極結構之高度(H CE)與寬度(W CE)的比率分別為至少0.4:1。舉例而言，在一個實施例中，對於單元電池群之部件之每一反電極結構，H CE與W CE的比率將分別為至少2:1。藉助於其他實例，在一個實施例中，H CE與W CE的比率將分別為至少10:1。藉助於其他實例，在一個實施例中，H CE與W CE的比率將分別為至少20:1。然而，典型地，H CE與W CE的比率通常將分別小於1,000:1。舉例而言，在一個實施例中，H CE與W CE的比率將分別小於500:1。藉助於其他實例，在一個實施例中，H CE與W CE的比率將分別小於100:1。藉助於其他實例，在一個實施例中，H CE與W CE的比率將分別小於10:1。藉助於其他實例，在一個實施例中，對於單元電池群之部件之每一反電極結構，H CE與W CE的比率將分別介於約2:1至約100:1範圍內。
在一個實施例中，單元電池群可包含交替順序之電極結構及反電極結構110及112，且可取決於能量儲存裝置100及其預期用途而包括任何數目個部件。藉助於其他實例，在一個實施例中，且更一般地陳述，電極結構群110及反電極結構群112各自具有N個部件，N-1個電極結構部件110中之每一者在兩個反電極結構部件112之間，N-1個反電極結構部件112中之每一者在兩個電極結構部件110之間，且N至少為2。藉助於其他實例，在一個實施例中，N至少為4。藉助於其他實例，在一個實施例中，N至少為5。藉助於其他實例，在一個實施例中，N至少為10。藉助於其他實例，在一個實施例中，N至少為25。藉助於其他實例，在一個實施例中，N至少為50。藉助於其他實例，在一個實施例中，N至少為100或更大。
參考圖5，在一個實施例中，電極總成106包含捲繞電極總成，其具有單元電池群之部件之電極結構及反電極結構110、112圍繞捲繞電極總成之中心軸線C的複數個捲繞205a、205b，且其中捲繞電極總成之豎直方向平行於中心軸線(z方向)，且此外，其中單元電池群之部件之電極結構及反電極結構分別包含長度L E及L CE，其經定義為自反電極結構在捲繞電極總成之中心區域200處之第一末端121a且沿每一纏繞延伸至反電極結構在電極總成之外部區域202處之第二末端121b。在如所展示之實施例中，捲繞電極總成包含大體圓柱形狀。
根據一個實施例，多孔電絕緣材料延伸單元電池群之部件之反電極結構之長度L CE的至少50%、至少60%、至少75%、至少85%及/或至少90%，及/或延伸單元電池群之部件之電極結構之長度L E的至少50%、至少60%、至少75%、至少85%及/或至少90%。參考圖6A至圖6B，展示不具有多孔電絕緣材料508之電極總成(圖6A)及多孔電絕緣材料508經提供以填充呈沿反電極結構之長度L CE延伸之溝渠形狀的凹槽505a、505b之電極總成(圖6B)的俯視圖之實施例。在圖6B中所展示之實施例中，多孔電絕緣材料508覆蓋反電極活性材料層138及反電極集電器140。除覆蓋反電極結構112之上部末端表面及下部末端表面501a、501b以外，如圖6B中所展示之實施例進一步包含覆蓋電極結構110之電極活性材料層132之長度的多孔電絕緣材料，使得僅電極集電器136保持被暴露。
在一個實施例中，電極總成106包封於由電極限制組108界定之體積V內，該電極限制組108抑制電極總成106之總體宏觀生長，如例如圖1A中所說明。電極限制組108可能夠抑制電極總成106沿一或多個尺寸之生長，以便減少電極總成106之腫脹及變形，且由此改良具有電極限制組108之能量儲存裝置100之可靠性及循環壽命。在不限於任一種特定理論之情況下，認為在二次電池102及/或電極總成106之充電及/或放電期間於電極結構110與反電極結構112之間行進的載體離子可插入電極活性材料中，從而使電極活性材料及/或電極結構110膨脹。電極結構110之此膨脹可使電極及/或電極總成106變形且腫脹，由此損害電極總成106之結構完整性，及/或增加電短路或其他故障之可能性。在一個實例中，在能量儲存裝置100循環期間，電極活性材料層132之過度腫脹及/或膨脹及收縮可使電極活性材料之片段斷裂及/或與電極活性材料層132分層，由此損害能量儲存裝置100之效率及循環壽命。在又另一實例中，電極活性材料層132之過度腫脹及/或膨脹及收縮可使電極活性材料打破電絕緣微孔隔板130，由此導致電極總成106之電短路及其他故障。因此，電極限制組108抑制伴隨充電狀態與放電狀態之間循環可能另外發生的此腫脹或生長以改良能量儲存裝置100之可靠性、效率及/或循環壽命。
在一個實施例中，包含主生長限制系統151之電極限制組108經提供以緩和及/或減少電極總成106在縱向方向上(亦即，在與Y軸平行之方向上)之生長、膨脹及/或腫脹中之至少一者，如例如圖1A中所展示。舉例而言，主生長限制系統151可包括經組態以藉由相反膨脹在電極總成106之縱向末端表面116、118處限制生長之結構。在一個實施例中，主生長限制系統151包含第一主生長限制及第二主生長限制154、156，其在縱向方向(堆疊方向)上彼此分離且可與使第一主生長限制及第二主生長限制154、156連接在一起以抑制電極總成106在堆疊方向上之生長的至少一個主連接部件162協同操作。舉例而言，第一主生長限制及第二主生長限制154、156可至少部分地覆蓋電極總成106之第一縱向末端表面及第二縱向末端表面116、118，且可與使主生長限制154、156彼此連接以抵抗且抑制在充電及/或放電之重複循環期間發生之電極總成106之任何生長的連接部件162、164協同操作。
另外，二次電池102中經由充電及放電過程之重複循環可不僅在電極總成106之縱向方向(例如圖1A中之Y軸)上誘導生長及應變，而且可在與縱向方向正交之方向，諸如橫向及豎直方向(分別例如圖1A中之X及Z軸)上誘導生長及應變，如上文所論述。此外，在某些實施例中，併入主生長限制系統151以抑制在一個方向上之生長甚至可加重一或多個其他方向上之生長及/或腫脹。舉例而言，在提供主生長限制系統151以抑制電極總成106在縱向方向上之生長的情況下，在充電及放電循環期間嵌入載體離子及所得之電極結構110之腫脹可在一或多個其他方向上誘導應變。特定言之，在一個實施例中，由電極生長/腫脹及縱向生長限制之組合所產生之應變可導致電極總成106在豎直方向(例如，如圖1A中所展示之Z軸)上或甚至在橫向方向(例如，如圖1A中所展示之X軸)上之屈曲或其他故障。因此，在本發明之一個實施例中，提供副生長限制系統152，其可與主生長限制系統151協同操作以抑制電極總成106沿電極總成106之多個軸線之生長。舉例而言，在一個實施例中，副生長限制系統152可經組態以與主生長限制系統151互鎖或另外協同操作，使得可抑制電極總成106之總體生長以賦予改良效能且分別降低具有電極總成106以及主及副生長限制系統151及152之二次電池之故障發生率。
參考圖7A至圖7C，展示具有電極總成106之主生長限制系統151及副生長限制系統152之電極限制組108的實施例。圖7A展示沿縱向軸線(Y軸)截取之圖1A中之電極總成106的橫截面，使得說明具有豎直軸線(Z軸)及縱向軸線(Y軸)之所得2-D橫截面。圖7B展示沿橫向軸線(X軸)截取之圖1A中之電極總成106的橫截面，使得說明具有豎直軸線(Z軸)及橫向軸線(X軸)之所得2-D橫截面。如圖7A中所展示，主生長限制系統151可通常分別包含沿縱向方向(Y軸)彼此分離之第一主生長限制及第二主生長限制154、156。舉例而言，在一個實施例中，第一主生長限制及第二主生長限制154、156分別包含至少部分地或甚至完全地覆蓋電極總成106之第一縱向末端表面116的第一主生長限制154及至少部分地或甚至完全地覆蓋電極總成106之第二縱向末端表面118的第二主生長限制156。在又另一版本中，第一主生長限制及第二主生長限制154、156中之一或多者可在電極總成106之縱向末端表面116、118內部，諸如當主生長限制中之一或多者包含電極總成106之內部結構時。主生長限制系統151可進一步包含至少一個主連接部件162，其連接第一主生長限制及第二主生長限制154、156且可具有與縱向方向平行之主要軸線。舉例而言，主生長限制系統151可分別包含沿與縱向軸線正交之軸線，諸如沿如實施例中所描繪之豎直軸線(Z軸)彼此分離的第一主連接部件及第二主連接部件162、164。第一主連接部件及第二主連接部件162、164可分別用於分別使第一主生長限制及第二主生長限制154、156彼此連接且分別維持第一主生長限制及第二主生長限制154、156彼此繃緊，以便抑制沿電極總成106之縱向軸線之生長。
在圖7A至圖7C中進一步展示，電極限制組108可進一步包含副生長限制系統152，其可通常分別包含沿與縱向方向正交之第二方向，諸如沿如所展示之實施例中之豎直軸線(Z軸)彼此分離的第一副生長限制及第二副生長限制158、160。舉例而言，在一個實施例中，第一副生長限制158至少部分地跨越電極總成106之側向表面142之第一區域148延伸，且第二副生長限制160至少部分地跨越電極總成106之側向表面142之與第一區域148相對的第二區域150延伸。在又另一版本中，第一副生長限制及第二副生長限制158、160中之一或多者可在電極總成106之側向表面142內部，諸如當副生長限制中之一或多者包含電極總成106之內部結構時。在一個實施例中，第一副生長限制及第二副生長限制158、160分別藉由可具有與第二方向平行之主要軸線，諸如豎直軸線的至少一個副連接部件166連接。副連接部件166可用於分別連接且保持第一副生長限制及第二副生長限制158、160彼此繃緊，以便抑制電極總成106沿與縱向方向正交之方向之生長，例如抑制在豎直方向上(例如沿Z軸)之生長。在圖7A中所描繪之實施例中，至少一個副連接部件166可對應於第一主生長限制及第二主生長限制154、156中之至少一者。然而，副連接部件166不限於此，且可替代地及/或另外包含其他結構及/或組態。
根據一個實施例，主及副生長限制系統151、152分別經組態以協作地操作，使得主生長限制系統151之部分協作地充當副生長限制系統152之一部分，及/或副生長限制系統152之部分協作地充當主生長限制系統151之一部分。舉例而言，在圖7A及圖7B中所展示之實施例中，主生長限制系統151之第一主連接部件及第二主連接部件162、164分別可充當限制在與縱向方向正交之第二方向上之生長之第一副生長限制及第二副生長限制158、160之至少一部分或甚至整個結構。在又另一實施例中，如上文所提及，第一主生長限制及第二主生長限制154、156中之一或多者可分別充當一或多個副連接部件166以分別連接第一副生長限制及第二副生長限制158、160。相反地，第一副生長限制及第二副生長限制158、160之至少一部分可分別充當主生長限制系統151之分別第一主連接部件及第二主連接部件162、164，且在一個實施例中，副生長限制系統152之至少一個副連接部件166可分別充當第一主生長限制及第二主生長限制154、156中之一或多者。因此，主及副生長限制系統151、152可分別共用組件及/或結構以對電極總成106之生長施加抑制。
在一個實施例中，電極限制組108可包含諸如主及副生長限制154、156及主及副連接部件162、164之結構，其為在電池殼體104外部及/或內部之結構，或可為電池殼體104自身之一部分。在某些實施例中，電池殼體104可為密封殼體，例如以密封其中之液體電解質及/或密封來自外部環境之電極總成106。在一個實施例中，電極限制組108可包含結構組合，其包括電池殼體104以及其他結構組件。在一個此類實施例中，電池殼體104可為主生長限制系統151及/或副生長限制系統152之組件；換言之，在一個實施例中，電池殼體104單獨地或與一或多個其他結構(在電池殼體104，例如主生長限制系統151及/或副生長限制系統152內及/或外部)組合地抑制電極總成106在電極堆疊方向D上及/或在與堆疊方向D正交之第二方向上之生長。在一個實施例中，主生長限制154、156及副生長限制158、160中之一或多者可包含在電極總成內部之結構。在另一實施例中，主生長限制系統151及/或副生長限制系統152並不形成電池殼體104之任何部分，且除電池殼體104外，實際上一或多個離散結構(在電池殼體104內及/或外部)抑制電極總成106在電極堆疊方向D上及/或在與堆疊方向D正交之第二方向上之生長。在另一實施例中，主及副生長限制系統在電池殼體內，該電池殼體可為密封電池殼體，諸如氣密密封電池殼體。電極總成106可在具有電極總成106之能量儲存裝置100或二次電池102之重複循環期間藉由電極限制組108抑制在大於電極總成106之生長及/或腫脹所施加之壓力的壓力下。
在一個例示性實施例中，主生長限制系統151在電池殼體104內包括一或多個離散結構，該一或多個離散結構在具有電極結構110作為電極總成106之一部分之二次電池102的重複循環時藉由施加超過電極結構110在堆疊方向D上產生之壓力的壓力來抑制電極結構110在堆疊方向D上之生長。在另一例示性實施例中，主生長限制系統151在電池殼體104內包括一或多個離散結構，該一或多個離散結構在具有反電極結構112作為電極總成106之一部分之二次電池102的重複循環時藉由在堆疊方向D上施加超過反電極結構112在堆疊方向D上產生之壓力的壓力來抑制反電極結構112在堆疊方向D上之生長。副生長限制系統152可在電池殼體104內類似地包括一或多個離散結構，該一或多個離散結構在分別具有電極結構或反電極結構110、112之二次電池102的重複循環時藉由在第二方向上施加超過電極結構或反電極結構110、112在第二方向上分別產生之壓力的壓力來抑制電極結構110及反電極結構112中之至少一者在與堆疊方向D正交之第二方向上，諸如沿豎直軸線(Z軸)之生長。
在又另一實施例中，主生長限制系統151之分別第一主生長限制及第二主生長限制154、156藉由在電極總成106之第一縱向末端表面及第二縱向末端表面116、118上，意謂在縱向方向上施加超過第一主生長限制及第二主生長限制154、156在電極總成106之其他表面上施加之壓力的壓力來抑制電極總成106之生長，該電極總成106將在與縱向方向正交之方向上，諸如沿橫向軸線及/或豎直軸線之電極總成106之側向表面142之相對的第一區域及第二區域。亦即，第一主生長限制及第二主生長限制154、156可在縱向方向(Y軸)上施加超過由此在與其正交之方向，諸如橫向(X軸)及豎直(Z軸)方向上產生之壓力的壓力。舉例而言，在一個此類實施例中，主生長限制系統151用超過藉由主生長限制系統151在垂直於堆疊方向D之兩個方向中之至少一者或甚至兩者上在電極總成106上維持之壓力至少3倍的壓力來抑制電極總成106在第一縱向末端表面及第二縱向末端表面116、118上(亦即，在堆疊方向D上)之生長。藉助於其他實例，在一個此類實施例中，主生長限制系統151用超過藉由主生長限制系統151在垂直於堆疊方向D之兩個方向中之至少一者或甚至兩者上在電極總成106上維持之壓力至少4倍的壓力來抑制電極總成106在第一縱向末端表面及第二縱向末端表面116、118上(亦即，在堆疊方向D上)之生長。藉助於其他實例，在一個此類實施例中，主生長限制系統151用超過在垂直於堆疊方向D之兩個方向中之至少一者或甚至兩者上在電極總成106上維持之壓力至少5倍的壓力來抑制電極總成106在第一縱向末端表面及第二縱向末端表面116、118上(亦即，在堆疊方向D上)之生長。
現參考圖7C，展示具有電極限制組108之電極總成106之實施例，其具有沿如圖1A中所展示之線A-A'截取之橫截面。在圖7C中所展示之實施例中，主生長限制系統151可分別在電極總成106之縱向末端表面116、118處包含第一主生長限制及第二主生長限制154、156，且副生長限制系統152在電極總成106之側向表面142之相對的第一表面區域及第二表面區域148、150處包含第一副生長限制及第二副生長限制158、160。根據此實施例，第一主生長限制及第二主生長限制154、156可充當至少一個副連接部件166以連接第一副生長限制及第二副生長限制158、160且維持生長限制在與縱向方向正交之第二方向(例如豎直方向)上彼此繃緊。然而，另外及/或替代地，副生長限制系統152可包含位於除電極總成106之縱向末端表面116、118外之區域處之至少一個副連接部件166。此外，至少一個副連接部件166可理解為充當在電極總成之縱向末端116、118內部且可與另一內部主生長限制及/或電極總成106之縱向末端116、118處之主生長限制結合起作用以抑制生長的第一主生長限制及第二主生長限制154、156中之至少一者。參考圖7C中所展示之實施例，可提供分別沿遠離電極總成106之第一縱向末端表面及第二縱向末端表面116、118，諸如朝向電極總成106之中心區域之縱向軸線間隔開的副連接部件166。副連接部件166可分別在電極總成末端表面116、118之內部位置處連接第一副生長限制及第二副生長限制158、160且可在拉力下在該位置處之副生長限制158、160之間。在一個實施例中，除在電極總成末端表面116、118處提供一或多個副連接部件166，諸如亦在縱向末端表面116、118處充當主生長限制154、156之副連接部件166外，亦提供在末端表面116、118之內部位置處連接副生長限制158、160之副連接部件166。在另一實施例中，副生長限制系統152包含分別與第一副生長限制及第二副生長限制158、160連接在與縱向末端表面116、118間隔開之內部位置處的一或多個副連接部件166，其中副連接部件166在或不在縱向末端表面116、118處。內部副連接部件166亦可理解為充當根據一個實施例之第一主生長限制及第二主生長限制154、156。舉例而言，在一個實施例中，內部副連接部件166中之至少一者可包含電極結構或反電極結構110、112之至少一部分，如下文進一步詳細描述。
更具體言之，相對於圖7C中所展示之實施例，副生長限制系統152可包括上覆於電極總成106之側向表面142之上部區域148上的第一副生長限制158及上覆於電極總成106之側向表面142之下部區域150上的相對的第二副生長限制160，第一副生長限制及第二副生長限制158、160在豎直方向上(亦即，沿Z軸)彼此分離。另外，副生長限制系統152可進一步包括與電極總成106之縱向末端表面116、118間隔開之至少一個內部副連接部件166。內部副連接部件166可與Z軸平行對準且分別連接第一副生長限制及第二副生長限制158、160以維持生長限制彼此繃緊且形成副限制系統152之至少一部分。在一個實施例中，在具有電極總成106之能量儲存裝置100及/或二次電池102之重複充電及/或放電期間，單獨地或與副連接部件166一起位於電極總成106之縱向末端表面116、118處的至少一個內部副連接部件166可在拉力下在豎直方向上(亦即，沿Z軸)之第一與第二生長限制158、160之間，以減少電極總成106在豎直方向上之生長。此外，在如圖7C中所展示之實施例中，電極限制組108進一步包含分別在電極總成106之縱向末端116、118處具有第一主生長限制及第二主生長限制154、156的主生長限制系統151，該第一主生長限制及第二主生長限制154、156在電極總成106之分別上部末端表面及下部側向表面區域148、150處分別藉由第一主連接部件及第二主連接部件162、164連接。在一個實施例中，副內部連接部件166可自身理解為分別與第一主生長限制及第二主生長限制154、156中之一或多者共同作用以對位於縱向方向上電極總成106之副內部連接部件166與縱向末端116、118之間的電極總成106 (第一主生長限制及第二主生長限制154、156可分別位於其中)之每一部分施加限制壓力。
根據一個實施例，第一副生長限制及第二副生長限制158、160分別連接至副連接部件166，該副連接部件166包含電極110或反電極112結構或電極總成106之其他內部結構的至少一部分。在一個實施例中，第一副生長限制及第二副生長限制158、160可分別連接至反電極結構112及/或電極結構110或形成副連接部件166之其他內部結構的上部末端表面及/或下部末端表面。在一個實施例中，第一副生長限制158連接至單元電池群504之部件之電極結構及/或反電極結構110、112的上部末端表面500a、501a。在另一實施例中，第二副生長限制160連接至單元電池群504之部件之電極結構或反電極結構110、112的下部末端表面500b、501b。連接於上部末端表面處之單元電池部件可與連接於下部末端表面處之單元電池部件相同，或可不同。第一副生長限制及/或第二副生長限制可連接至遠離單元電池群之部件中之電極結構及/或反電極結構的上部末端表面及/或下部末端表面，電極結構及/或反電極結構包括電極集電器、電極活性材料層、反電極集電器及反電極活性材料層中之一或多者。在另一實例中，第一副生長限制及第二副生長限制可連接至電絕緣隔板之上部末端表面及/或下部末端表面。因此，在某些實施例中，副連接部件166可包含單元電池群之部件中之電極結構及/或反電極結構之結構中的一或多者，電極結構及/或反電極結構包括電極集電器、電極活性材料層、反電極集電器及反電極活性材料層中之一或多者。參考圖3A至圖3B，展示第一副生長限制及第二副生長限制158、160連接至單元電池群之部件中包含電極集電器136之副連接部件166的實施例。在圖4中，第一副生長限制及第二副生長限制158、160連接至包含包括電極集電器136之電極結構110的副連接部件166。
參考圖3A至圖3B，在一個實施例中，第一副生長限制及/或第二副生長限制158、160包含穿過其各別豎直厚度T C形成之孔口176。根據本文中之實施例，孔口176可針對載體離子自輔助電極686經由第一副生長限制及/或第二副生長限制158、160且達至單元電池群之部件的流動提供通道。舉例而言，對於位於藉由電極限制組108包封之體積V外部(例如，定位於第一副生長限制及/或第二副生長限制158、160外部)的輔助電極686，自輔助電極686提供之載體離子可經由穿過孔口176之通道進入限制內部之電極總成之單元電池部件。在描繪展示第一副生長限制158之電極總成106之俯視圖的圖8中所展示之實施例中，孔口176包含具有定向於縱向及/或堆疊方向(Y方向)上之延長尺寸且跨越複數個單元電池部件延伸之狹槽形狀。亦可提供孔口176之其他形狀及/或組態。根據某些實施例，孔口176之至少一部分在豎直方向上對準於多孔電絕緣材料508上方，使得經由孔口176進入電極總成106之載體離子穿過多孔電絕緣材料508至單元電池群之部件。根據某些實施例，將載體離子自輔助電極686傳送至單元電池部件之過程可包含經由孔口176且通過多孔電絕緣材料508將載體離子自輔助電極686傳送至電極結構及反電極結構110、112中之一或多者。在如圖8中所展示之實施例中，多孔電絕緣材料508在第一副生長限制及第二副生長限制之限制內於電極結構及反電極結構之上部末端表面及下部末端表面上方延伸，其中電極集電器136之上部末端表面及下部末端表面保持暴露。
根據本發明之另一實施例，提供一種製造電極總成及/或二次電池之方法。根據一個實施例，製造方法包含提供在堆疊方向上串聯堆疊之單元電池群，其中(i)每一單元電池包含電極結構、反電極結構及電極結構與反電極結構之間的電絕緣隔板，(ii)每一單元電池內之電極結構、反電極結構及電絕緣隔板具有在豎直方向上分離之相對的上部末端表面及下部末端表面，且(iii)豎直方向與堆疊方向正交。製造方法進一步包含提供覆蓋單元電池群之部件之電極結構或反電極結構之上部末端表面及/或下部末端表面的多孔電絕緣材料，該多孔電絕緣材料具有介於20%至60%範圍內之孔隙率。根據一個實施例，多孔電絕緣材料藉由在溶劑中用包含微粒材料黏合劑材料之漿料或糊狀物塗覆上部末端表面及/或下部末端表面，且蒸發該溶劑以保留分散於上部末端表面及/或下部末端表面上之黏合劑材料中的微粒材料而提供。舉例而言，在如圖9中所展示之實施例中，漿料及/或糊狀物900塗覆於電極結構及/或反電極結構110、112之上部末端表面及/或下部末端表面500a、500b、501a、501b。
在一個實施例中，黏合劑材料可溶於溶劑中，且藉由氣流加熱及/或乾燥溶劑來蒸發該溶劑。舉例而言，溶劑可包含N-甲基-2-吡咯啶酮(NMP)、庚烷、辛烷、甲苯、二甲苯或混合烴溶劑中之任一者。此外，根據某些實施例，漿料及/或糊狀物包含至少50 wt%、至少55 wt%、至少60 wt%、至少65 wt%、至少70 wt%、至少75 wt%及/或至少80 wt%之微粒材料，及不超過90%、不超過85 wt%、不超過80 wt%及/或不超過75 wt%之微粒材料。根據一個實施例，經提供至反電極結構之上部末端表面及下部末端表面，反電極上部末端表面及下部末端表面之每一表面區域之多孔電絕緣材料的密度介於15 mg/cm 2至25 mg/cm 2範圍內。
根據一個實施例，製造方法進一步包含將在豎直方向上分離之第一副生長限制及第二副生長限制連接至電極結構之部件之電極集電器，第一副生長限制及第二副生長限制包含穿過其各別豎直厚度形成之孔口，其中副生長限制系統在電極總成循環之後至少部分地抑制電極總成在豎直方向上之生長。舉例而言，在多孔電絕緣材料已施加至電極結構及/或反電極結構110、112之上部末端表面及/或下部末端表面之後，生長限制可連接至電極集電器之經暴露上部末端及下部末端，如圖8中所展示。
在又另一實施例中，電極總成及/或二次電池之製造方法包含(1)提供輔助電極，該輔助電極包含多孔電絕緣材料外部之載體離子源，及(2)在輔助電極與電極群之部件或反電極群之部件之間施加偏壓電壓，以提供載體離子經由第一副生長限制及第二副生長限制中之孔口且通過多孔電絕緣材料至單元電池群之部件之電極群結構及/或反電極結構的流動。舉例而言，製造方法可包含用於形成二次電池之過程，包括對二次電池充電及/或使電極結構充電的初始充電過程以及補充在初始充電過程中損失之載體的過程。根據某些實施例，電極總成及/或二次電池之製造方法可包含將載體離子提供至本文中所描述之單元電池群之部件的方法中之任一者。根據其他實施例，用於將載體離子自包含載體離子源之輔助電極傳送至電極總成的方法可在二次電池及/或電極總成之初始或後續充電循環期間進行。
在一個實施例中，提供一種用於製備包含電極限制組108之電極總成106的方法，其中電極總成106可用作二次電池之一部分，該二次電池經組態以在充電狀態與放電狀態之間循環。方法通常可包含形成薄片結構，將薄片結構切割成片件(及/或片件)，堆疊該等片件，且應用限制組。藉由條帶，應理解，可使用除呈條帶形狀之一者以外的片件。片件包含電極活性材料層、電極集電器、反電極活性材料層、反電極集電器及隔板，且可經堆疊以便提供電極活性材料及/或反電極活性材料之交替配置。舉例而言，薄片可包含單元電池504及/或單元電池504之組件中之至少一者。舉例而言，薄片可包含單元電池群，其可切割為預定大小(諸如，適用於3D電池之大小)，且接著單元電池之薄片可經堆疊以形成電極總成106。在另一實例中，薄片可包含單元電池之一或多個組件，例如電極集電器136、電極活性材料層132、隔板130、反電極活性材料層138及反電極集電器140中之至少一者。組件之薄片可切割為預定大小以形成片件(諸如，適用於3D電池之大小)，且接著經堆疊以形成電極活性材料層組件及反電極活性材料層組件之交替配置。
在又另一實施例中，所應用之電極限制組108可對應於本文中所描述之彼等中之任一者，例如包含主生長限制系統之限制組，該主生長限制系統包含第一主生長限制及第二主生長限制及至少一個主連接部件，該第一主生長限制及該第二主生長限制在縱向方向上彼此分離，且該至少一個主連接部件連接第一主生長限制及第二主生長限制。此外，電極限制組可包含副生長限制系統，其包含在與縱向方向正交之方向(諸如豎直或橫向方向)上分離且藉由至少一個副連接部件連接的第一副生長限制及第二副生長限制，其中副限制系統在二次電池循環之後至少部分地抑制電極總成在豎直方向上之生長。主連接部件，或主生長限制系統之第一主生長限制及/或第二主生長限制，及副連接部件，或副生長限制系統之第一副生長限制及/或第二副生長限制中之至少一者可為構成該等片件之總成組件中的一或多者，例如電極活性材料層、電極集電器、反電極活性材料層、反電極集電器及隔板中之至少一者。舉例而言，在一個實施例中，主生長限制系統之主連接部件可為構成該等片件之總成組件中的一或多者，例如電極活性材料層、電極集電器、反電極活性材料層、反電極集電器及隔板中之至少一者。亦即，應用限制可能涉及將第一主生長限制及第二主生長限制應用於作為片件堆疊中之結構中之一者的主部件連接部件。
現參考圖2，說明具有本發明之電極限制組108之二次電池102之一個實施例的分解視圖。二次電池102包括電池殼體104及電池殼體104內之電極總成106，該電極總成106具有第一縱向末端表面116、相對的第二縱向末端表面118 (亦即，沿所展示笛卡爾座標系統之Y軸與第一縱向末端表面116分離)，如上文所描述。替代地，二次電池102可包含具有提供於殼體內之電極限制組108之複數個電極總成106。電極總成106包括在堆疊方向D上於電極總成106中之每一者內相對於彼此堆疊之電極結構110的群及反電極結構112的群；換言之，電極結構110及反電極結構112之群以一系列交替的電極結構110及反電極結構112配置，其中該系列分別在堆疊方向D上於第一縱向末端表面與第二縱向末端表面116、118之間行進。
根據圖2中所展示之實施例，突片190、192從電池殼體104突出，且提供電極總成106與能量供應者或消費者(未展示)之間的電連接。更具體言之，在此實施例中，突片190電連接至突片延伸部191 (例如，使用導電膠合劑)，且突片延伸部191電連接至電極總成106所包含之電極結構110。類似地，突片192電連接至突片延伸部193 (例如，使用導電膠合劑)，且突片延伸部193電連接至電極總成106所包含之反電極112。突片延伸部191、193亦可充當彙集來自其所電連接之各別電極結構及反電極結構中之每一者的電流之匯流條。
圖2中所說明之實施例中之電極總成106具有用以抑制縱向方向(亦即，堆疊方向D)上之生長的相關聯主生長限制系統151。替代地，在一個實施例中，複數個電極總成106可共用主生長限制系統151之至少一部分。在如所展示之實施例中，每一主生長限制系統151包括：分別第一主生長限制及第二主生長限制154、156，其可上覆於如上文所描述之分別第一縱向末端表面及第二縱向末端表面116、118上；及分別相對的第一主連接部件及第二主連接部件162、164，其可上覆於如上文所描述之側向表面142上。相對的第一主連接部件及第二主連接部件162、164分別可朝向彼此拉動分別第一主生長限制及第二主生長限制154、156，或換言之，幫助抑制電極總成106在縱向方向上之生長，且主生長限制154、156可將壓縮或抑制力分別施加至相對的第一縱向末端表面及第二縱向末端表面116、118。因此，在充電狀態與放電狀態之間的電池102之形成及/或循環期間，抑制電極總成106在縱向方向上之膨脹。另外，主生長限制系統151在縱向方向(亦即，堆疊方向D)上對電極總成106施加超過在彼此相互垂直且垂直於縱向方向之兩個方向中之任一者上在電極總成106上維持之壓力的壓力(例如，如所說明，縱向方向對應於Y軸之方向，且彼此相互垂直且垂直於縱向方向之兩個方向分別對應於所說明之笛卡爾座標系統之X軸及Z軸的方向)。
此外，圖2中所說明之實施例中之電極總成106具有相關聯副生長限制系統152以限制豎直方向上之生長(亦即，電極總成106、電極結構110及/或反電極結構112在豎直方向上(亦即，沿笛卡爾座標系統之Z軸)之膨脹)。替代地，在一個實施例中，複數個電極總成106共用副生長限制系統152之至少一部分。每一副生長限制系統152包括可上覆於側向表面142上之分別第一副生長限制及第二副生長限制158、160及至少一個副連接部件166，各自如上文更詳細描述。副連接部件166可分別朝向彼此拉動第一副生長限制及第二副生長限制158、160，或換言之，幫助抑制電極總成106在豎直方向上之生長，且第一副生長限制及第二副生長限制158、160可分別將壓縮或抑制力施加至側向表面142，各自如上文更詳細描述。因此，在充電狀態與放電狀態之間的電池102之形成及/或循環期間，抑制電極總成106在豎直方向上之膨脹。另外，副生長限制系統152在豎直方向(亦即，與笛卡爾座標系統之Z軸平行)上對電極總成106施加超過在彼此相互垂直且垂直於垂直方向之兩個方向中之任一者上在電極總成106上維持之壓力的壓力(例如，如所說明，豎直方向對應於Z軸之方向，且彼此相互垂直且垂直於豎直方向之兩個方向分別對應於所說明之笛卡爾座標系統之X軸及Y軸的方向)。
根據某些實施例，為完成二次電池102之組裝，電池殼體104可填充有非水性電解質(未展示)，且蓋子104a摺疊(沿摺疊線FL)且密封於上部表面104b。當完全組裝時，密封二次電池102佔據藉由其外部表面界定之體積(亦即，位移體積)，二次電池殼體104佔據對應於電池(包括蓋子104a)之位移體積減去其內部體積(亦即，內部表面104c、104d、104e、104f、104g及蓋子104a界定之稜柱體積)之體積，且組106a之主生長限制系統及副生長限制系統151、152中之每一者佔據對應於其各別位移體積之體積。因此，在組合中，電池殼體104以及主生長限制及副生長限制151、152佔據不超過由電池殼體104之外部表面界定之體積(亦即，電池之位移體積)之75%。舉例而言，在一個此類實施例中，組合中之主生長限制及副生長限制151、152以及電池殼體104佔據不超過由電池殼體104之外部表面界定之體積的60%。藉助於其他實例，在一個此類實施例中，組合中之主生長限制系統及副生長限制系統151、152以及電池殼體104佔據不超過由電池殼體104之外部表面界定之體積的45%。藉助於其他實例，在一個此類實施例中，組合中之主生長限制系統及副生長限制系統151、152以及電池殼體104佔據不超過由電池殼體104之外部表面界定之體積的30%。藉助於其他實例，在一個此類實施例中，組合中之主生長限制系統及副生長限制系統151、152以及電池殼體104佔據不超過由電池殼體之外部表面界定之體積的20%。
一般而言，主生長限制系統151及/或副生長限制系統152將通常包含具有至少10,000 psi (＞70 MPa)之極限拉伸強度的材料，其與電池電解質相容，不明顯在電池102之浮式或陽極電位下腐蝕，且在45℃且甚至高達70℃下不明顯反應或失去機械強度。舉例而言，主生長限制系統151及/或副生長限制系統152可包含廣泛範圍之金屬、合金、陶瓷、玻璃、塑膠或其組合(亦即，複合物)中之任一者。在一個例示性實施例中，主生長限制系統151及/或副生長限制系統152包含金屬，諸如不鏽鋼(例如，SS 316、440C或440C硬性)、鋁(例如，鋁7075-T6，硬性H18)、鈦(例如，6Al-4V)、鈹、鈹銅(硬性)、銅(不含O 2，硬性)、鎳；然而，一般而言，當主生長限制系統151及/或副生長限制系統152包含金屬時，一般而言，較佳為其以限制腐蝕且限制在電極結構110與反電極結構112之間產生電短路之方式併入。在另一例示性實施例中，主生長限制系統151及/或副生長限制系統152包含陶瓷，諸如氧化鋁(例如，燒結的或Coorstek AD96)、氧化鋯(例如，Coorstek YZTP)、氧化釔穩定氧化鋯(例如，ENrG E-Strate®)。在另一例示性實施例中，主生長限制系統151包含玻璃，諸如Schott D263強化玻璃。在另一例示性實施例中，主生長限制系統151及/或副生長限制系統152包含塑膠，諸如聚醚醚酮(PEEK) (例如，Aptiv 1102)、具有碳之PEEK (例如，Victrex 90HMF40或Xycomp 1000-04)、具有碳之聚苯硫醚(PPS) (例如，Tepex Dynalite 207)、具有30%玻璃之聚醚醚酮(PEEK) (例如，Victrex 90HMF40或Xycomp 1000-04)、聚醯亞胺(例如，Kapton®)。在另一例示性實施例中，主生長限制系統151及/或副生長限制系統152包含複合物，諸如E玻璃標準織物/環氧樹脂(0度)、E玻璃UD/環氧樹脂(0度)、克維拉(Kevlar)標準織物/環氧樹脂(0度)、克維拉UD/環氧樹脂(0度)、碳標準織物/環氧樹脂(0度)、碳UD/環氧樹脂(0度)、東洋(Toyobo) Zylon® HM纖維/環氧樹脂。在另一例示性實施例中，主生長限制系統151及/或副生長限制系統152包含纖維，諸如克維拉49芳族芳醯胺纖維、S玻璃纖維、碳纖維、維克特綸(Vectran) UM LCP纖維、迪尼瑪(Dyneema)、柴隆(Zylon)。
電極結構110及反電極結構112群之部件可包括能夠吸收且釋放諸如鋰、鈉、鉀、鈣、鎂或鋁離子之載體離子之電活性材料。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)，且反電極結構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，且反電極結構112群之部件包含陽極活性電活性材料。在此段落中敍述之各實施例及實例中，舉例而言，負電極活性材料可為微粒附聚物電極、由微粒材料形成之電極活性材料(諸如藉由形成微粒材料之漿料且澆鑄至層形狀中)，或單片電極。
根據一個實施例，對應於電極總成106之陽極之電極結構110中所使用的電極活性材料包含在二次電池102及/或電極總成106之充電期間在載體離子插入電極活性材料之後膨脹的材料。舉例而言，電極活性材料可包含陽極活性材料，其在二次電池充電期間諸如藉由嵌入或摻合載體離子而接收足以產生電極活性材料之體積增加之一量的載體離子。舉例而言，在一個實施例中，電極活性材料可包含在二次電池102自放電狀態充電至充電狀態時具有接收每莫耳電極活性材料超過一莫耳載體離子之容量之材料。藉助於其他實例，電極活性材料可包含具有接收每莫耳電極活性材料1.5或超過1.5莫耳載體離子，諸如每莫耳電極活性材料2.0或超過2.0莫耳載體離子，且甚至每莫耳電極活性材料2.5或超過2.5莫耳載體離子，諸如每莫耳電極活性材料3.5莫耳或超過3.5莫耳載體離子之容量之材料。電極活性材料可接收之載體離子可為鋰、鉀、鈉、鈣及鎂中之至少一者。膨脹以提供此體積變化之電極活性材料的實例包括矽(例如，SiO)、鋁、錫、鋅、銀、銻、鉍、金、鉑、鍺、鈀及其合金及化合物中之一或多者。舉例而言，在一個實施例中，電極活性材料可包含呈微粒形式之含矽材料，諸如微粒矽、微粒氧化矽及其混合物中之一或多者。在另一實施例中，電極活性材料由矽或氧化矽組成。在又另一實施例中，電極活性材料可包含展現較小或甚至可忽略體積變化之材料。舉例而言，在一個實施例中，電極活性材料可包含含碳材料，諸如石墨。在又另一實施例中，電極結構包含鋰金屬層，諸如包含電極集電器之電極結構，鋰金屬層在充電過程期間由於載體離子自反電極結構傳送至電極結構而沈積於該電極集電器上。
此外，根據某些實施例，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一系列金屬、半金屬、合金、氧化物及化合物中之任一者。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複合物、Si/石墨共混物、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；基於Li-Co-Ni之材料等。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、合成石墨及類似者；及非晶碳，諸如軟性碳、硬性碳及類似者。適用於陽極活性材料之碳材料之其他實例可包含石墨、凝析石墨、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，諸如石油或煤焦油瀝青衍生之焦。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Na、K、Rb、Cs、Fr、Be、Mg、Ca、Sr、Ba、Ra、Al及Sn組成之群的一或多種類型之金屬的合金。在又另一實施例中，陽極活性材料可包含：能夠與鋰合金化及/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合金或類似者；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、氧化釩或鋰釩氧化物；及包括金屬化合物及碳材料之複合物，諸如Si-C複合物或Sn-C複合物。舉例而言，在一個實施例中，能夠與鋰合金化/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。在又另一實施例中，負電極活性材料可包含適用於諸如鈉或鎂之載體離子之組合物。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；及安置於分層含碳材料層之間的式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、熱黑或類似者；導電纖維，諸如碳纖維、金屬纖維或類似者；導電管，諸如碳奈米管或類似者；金屬粉末，諸如氟化碳粉末、鋁粉末、鎳粉末或類似者；導電鬚，諸如氧化鋅、鈦酸鉀或類似者；導電金屬氧化物，諸如氧化鈦或類似者；或導電材料，諸如聚苯衍生物或類似者。另外，亦可使用金屬纖維，諸如金屬網；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。在又另一實施例中，可提供黏合劑，例如聚乙烯、聚環氧乙烷、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、鋰-過渡金屬氧化物、鋰-過渡金屬硫化物之陰極材料，且可選擇性地使用鋰-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、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經取代化合物；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中之至少一者，X為選自F、S及N中之至少一者，−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或類似者中之至少一者。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且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。
在又另一實施例中，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)或類似者。在又另一實施例中，陰極活性材料可包含鋰及鋯之氧化物。
在又另一實施例中，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；或氧化釩中之至少一者。
在一個實施例中，陰極活性材料可包含含鈉材料，諸如以下中之至少一者：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。代表性正極活性材料包括Na[Ni 1/2Mn 1/2]O 2、Na 2/3[Fe 1/2Mn 1/2]O 2及類似者；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及類似者；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及類似者。正極活性材料不限於前述內容，且可使用所屬領域中使用的任何合適之正極活性材料。在實施例中，正極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。
在一個實施例中，電極集電器可包含負電極集電器，且可包含合適導電材料，諸如金屬材料。舉例而言，在一個實施例中，負電極集電器可包含銅、鎳、鋁、不鏽鋼、鈦、鈀、烘烤碳、煅燒碳、銦、鐵、鎂、鈷、鍺、鋰、具有碳之銅或不鏽鋼之表面經處理材料、鎳、鈦、銀、鋁-鎘合金，及/或其其他合金中之至少一者。作為另一實例，在一個實施例中，負電極集電器包含銅、不鏽鋼、鋁、鎳、鈦、烘烤碳、具有碳之銅或不鏽鋼之表面經處理材料、鎳、鈦、銀、鋁-鎘合金，及/或其其他合金中之至少一者。在一個實施例中，負電極集電器包含銅及不鏽鋼中之至少一者。
在一個實施例中，反電極集電器可包含正電極集電器，且可包含合適導電材料，諸如金屬材料。在一個實施例中，正電極集電器包含不鏽鋼、鋁、鎳、鈦、烘烤碳、燒結碳、具有碳之鋁或不鏽鋼之表面經處理材料、鎳、鈦、銀，及/或其合金中之至少一者。在一個實施例中，正電極集電器包含鋁。
在又另一實施例中，陰極活性材料可進一步包含導電助劑及/或黏合劑中之一或多者，其例如可為針對本文中之陽極活性材料描述之導電助劑及/或黏合劑中之任一者。
根據某些實施例，電絕緣隔板層130可使電極結構110群之每一部件與反電極結構112群之每一部件電隔離。電絕緣隔板層經設計以防止電短路，同時亦允許在電化學電池中電流之傳遞期間閉合電路所需的離子電荷載流子之輸送。在一個實施例中，電絕緣隔板層為微孔的，且藉由電解質，例如非水性液體或凝膠電解質滲透。替代地，電絕緣隔板層可包含固體電解質，亦即固體離子導體，其可充當電池中之隔板及電解質兩者。
在某些實施例中，電絕緣隔板層130將典型地包括可藉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，微孔隔板材料包括直徑為至少50 Å、更典型地介於約2,500 Å範圍內且孔隙率介於約25%至約75%範圍內、更典型地介於約35%至55%範圍內的孔。另外，微孔隔板材料可藉由非水性電解質滲透以准許載體離子在電極群及反電極群之鄰近部件之間傳導。在某些實施例中，舉例而言，且忽略微孔隔板材料之孔隙率，在充電或放電循環期間，電極結構110群之部件與用於離子交換之反電極結構112群之最近部件(亦即，「相鄰對」)之間的電絕緣隔板材料中至少70 vol%為微孔隔板材料；換言之，微孔隔板材料構成電極結構110群之部件與反電極結構112群之最近部件之間的電絕緣材料之至少70 vol%。
在一個實施例中，微孔隔板材料包含微粒材料及黏合劑，且具有至少約20 vol%之孔隙率(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。微孔隔板材料將典型地具有小於約75%之孔隙率。在一個實施例中，微孔隔板材料具有至少約25 vol%之孔隙率(空隙分數)。在一個實施例中，微孔隔板材料將具有約35%至55%之孔隙率。
微孔隔板材料之黏合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，黏合劑可為有機聚合材料，諸如衍生自含有偏二氟乙烯、六氟丙烯、四氟丙烯及類似者之單體的含氟聚合物。在另一實施例中，黏合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，黏合劑選自由以下各者組成之群：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，黏合劑選自由以下各者組成之群：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環氧乙烷。在另一實施例中，黏合劑選自由以下各者組成之群：丙烯酸酯、苯乙烯、環氧樹脂及聚矽氧。其他合適的黏合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、聚環氧乙烷、醋酸纖維素、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。在又另一實施例中，黏合劑可選自以下中之任一者：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、聚環氧乙烷、醋酸纖維素、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、聚對苯二甲酸乙二醇酯、聚對苯二甲酸丁二醇酯、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，黏合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微粒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，微粒材料具有小於1×10 -4S/cm之載體離子(例如鋰)之導電率。藉助於其他實例，在一個實施例中，微粒材料具有小於1×10 -5S/cm之載體離子之導電率。藉助於其他實例，在一個實施例中，微粒材料具有小於1×10 -6S/cm之載體離子之導電率。舉例而言，在一個實施例中，黏合劑為選自由以下各者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。例示性微粒材料包括微粒聚乙烯、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，微粒材料包含微粒氧化物或氮化物，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。其他合適的顆粒可包含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，微粒材料將具有約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，微粒材料將具有約500 nm至1微米之平均粒度。
根據經組裝能量儲存裝置之一個實施例，微孔隔板材料藉由適用作二次電池電解質之非水性電解質滲透。通常，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。作為又另一實例，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中之任何一或多者。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者組成之群的至少一者的鎂鹽：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。
在又另一實施例中，電絕緣隔板130包含固體電解質，例如呈固態電池形式。一般言之，固體電解質可在不需要添加液體或凝膠電解質之情況下促進載體離子之輸送。根據某些實施例，在提供固體電解質之情況下，固體電解質本身可能夠提供電極之間的絕緣且允許載體離子自其通過，且可能不需要添加滲透結構之液體電解質。
在一個實施例中，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、水性電解質、非水性電解質、固體聚合物電解質、固體陶瓷電解質、固體玻璃電解質、石榴石電解質、凝膠聚合物電解質、無機固體電解質、熔化型無機電解質或類似者中之任一者。亦可提供具有或不具有液體電解質之電絕緣隔板130的其他配置及/或組態。在一個實施例中，固體電解質可包含陶瓷或玻璃材料，其能夠提供電絕緣同時亦傳導載體離子穿過該陶瓷或玻璃材料。離子導電材料之實例可包括石榴石材料、硫醚玻璃、鋰離子導電玻璃陶瓷或磷酸酯陶瓷材料。在一個實施例中，固體聚合物電解質可包含由聚環氧乙烷(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(氮氧化鋰磷)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，可提供硫化物-基固體電解質，諸如包含鋰及/或磷中的至少一者之硫化物-基固體電解質，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、Li 2S-P 2S 5、Li 2S-P 2S 5-L 4SiO 4、Li 2S-Ga 2S 3-GeS 2、Li 2S-Sb 2S 3-GeS 2、Li 3.25-Ge 0.25-P 0.75S 4、(La,Li)TiO 3(LLTO)、Li 6La 2CaTa 2O 12、Li 6La 2ANb 2O 12(A=Ca, Sr)、Li 2Nd 3TeSbO 12、Li 3BO 2.5N 0.5、Li 9SiAlO 8、Li 1+xAl xGe 2−x(PO 4) 3(LAGP)、Li 1+xAl xTi 2−x(PO 4) 3(LATP)、Li 1+xTi 2−xAl xSi y(PO 4) 3−y、LiAl xZr 2-x(PO 4) 3、LiTi xZr 2−x(PO 4) 3。固體電解質之又其他實施例可包括石榴石材料，諸如美國專利第10,361,455號中所描述，該專利特此以全文併入本文中。在一個實施例中，石榴石固體電解質為具有通式X 3Y 2(SiO 4) 3之單島矽酸鹽，其中X可為二價陽離子，諸如Ca、Mg、Fe或Mn，或Y可為三價陽離子，諸如Al、Fe或Cr。 實施例
以下所列舉之實施例1至157闡述根據本發明之實施例。
實施例1：一種用於將載體離子自包含載體離子源之輔助電極傳送至電極總成的方法，其中 該電極總成包含在堆疊方向上串聯堆疊之單元電池群及多孔電絕緣材料，其中(i)每一單元電池包含電極結構、反電極結構及該電極結構與該反電極結構之間的電絕緣隔板，(ii)每一單元電池內之該等電極結構、該等反電極結構及該等電絕緣隔板具有在豎直方向上分離之相對的上部末端表面及下部末端表面，(iii)該豎直方向與該堆疊方向正交，(iv)該多孔電絕緣材料覆蓋該單元電池群之部件之該(等)電極結構或該(等)反電極結構的該(等)上部末端表面或該(等)下部末端表面，且(v)該多孔電絕緣材料具有孔隙率， 該方法包含通過該多孔電絕緣材料將載體離子自該輔助電極傳送至該單元電池群之部件。
實施例2：一種用於在充電狀態與放電狀態之間循環之二次電池的電極總成，該電極總成包含： 在堆疊方向上串聯堆疊之單元電池群及多孔電絕緣材料，其中(i)每一單元電池包含電極結構、反電極結構及該電極結構與該反電極結構之間的電絕緣隔板，(ii)每一單元電池內之該等電極結構、該等反電極結構及該等電絕緣隔板具有在豎直方向上分離之相對的上部末端表面及下部末端表面，(iii)該豎直方向與該堆疊方向正交，(iv)該多孔電絕緣材料覆蓋該單元電池群之部件之該(等)電極結構或該(等)反電極結構的該(等)上部末端表面或該(等)下部末端表面，且(v)該多孔電絕緣材料具有孔隙率。
實施例3：一種二次電池，其包含如實施例2之電極總成。
實施例4：如實施例1至3中任一項之方法、電極總成或二次電池，其中該多孔電絕緣材料覆蓋該單元電池群之部件之該(等)電極結構或該(等)反電極結構的該(等)上部末端表面及該(等)下部末端表面兩者。
實施例5：如實施例1至4中任一項之方法、電極總成或二次電池，其中該多孔電絕緣材料覆蓋該單元電池群之部件之該(等)電極結構及該(等)反電極結構兩者的該(等)上部末端表面或該(等)下部末端表面。
實施例6：如實施例1至5中任一項之方法、電極總成或二次電池，其中該多孔電絕緣材料覆蓋該單元電池群之部件之該(等)電極結構及該(等)反電極結構兩者的該(等)上部末端表面及該(等)下部末端表面兩者。
實施例7：如實施例1及4至6中任一項之方法，其中載體離子經傳送以實現及/或恢復放電電壓V ces, eod之預定反電極結構末端及放電電壓V es,eod之預定電極結構末端。
實施例8：如實施例1及4至7中任一項之方法，其中該等載體離子經傳送以補充在SEI之形成中損失之載體離子。
實施例9：如實施例1及4至8中任一項之方法，其中該等載體離子經傳送以補償在由該電極總成進行之初始或後續充電循環期間載體離子之損失。
實施例10：如實施例1及4至9中任一項之方法，其中該方法包含(i)在初始或後續充電循環期間將載體離子自反電極結構傳送至該單元電池群中之電極結構以至少部分地對該電極總成進行充電，及(ii)通過該多孔電絕緣材料將載體離子自該輔助電極傳送至反電極結構及/或電極結構，以向該電極總成提供放電電壓V ces,eod之該預定反電極結構末端及放電電壓V es,eod之該預定電極結構末端。
實施例11：如實施例1及4至10中任一項之方法，其中該過程進一步包含(iii)在(ii)之後，將載體離子自該反電極結構傳送至該單元電池群之部件之該電極結構以對該電極總成進行充電。
實施例12：如實施例1及4至11中任一項之方法，其中(ii)與(i)同時進行。
實施例13：如實施例1及4至12中任一項之方法，其包含在(ii)中，在該輔助電極與該單元電池群之部件之該電極結構及/或該反電極結構之間施加偏壓電壓以提供載體離子通過多孔電絕緣材料部件之流動。
實施例14：如任一前述實施例之方法、電極總成或二次電池，其中該單元電池群之部件具有包含相對的該等上部末端表面及該等下部末端表面的上部邊沿及下部邊沿，其中同一單元電池群部件內之該電極結構及該反電極結構的上部末端表面彼此豎直地偏移以形成上部凹槽，且同一單元電池群部件內之該電極結構及該反電極結構的下部末端表面彼此豎直地偏移以形成下部凹槽，其中反電極結構上部末端表面及下部末端表面相對於該同一單元電池群部件內之各別電極結構上部末端表面及下部末端表面向內豎直地偏移，且其中該多孔電絕緣材料位於該上部凹槽及該下部凹槽中之至少一者內。
實施例15：如實施例14之方法、電極總成或二次電池，其中該多孔電絕緣材料實質上填充該單元電池群之部件之該上部凹槽及該下部凹槽。
實施例16：如任一前述實施例之方法、電極總成或二次電池，其中對於該單元電池群之部件，覆蓋該電極結構及/或該反電極結構之該等上部末端表面及/或該等下部末端表面的該多孔電絕緣材料之至少一部分鄰近該電絕緣隔板。
實施例17：如任一前述實施例之方法、電極總成或二次電池，其中該多孔電絕緣材料實質上填充該上部凹槽及該下部凹槽之區域，該上部凹槽及該下部凹槽相對於該單元電池群之部件中之該等電極結構的該等上部末端表面及該等下部末端表面向內安置且鄰接該電絕緣隔板之面向該反電極結構之一側。
實施例18：如任一前述實施例之方法、電極總成或二次電池，其中該單元電池群之該等部件之該等電極結構包含電極活性材料層及電極集電器層，且該單元電池群之部件之該等反電極結構包含反電極活性材料層及反電極集電器層，且其中該多孔電絕緣材料覆蓋該單元電池群之該等部件之反電極活性材料層的上部末端表面及下部末端表面。
實施例19：如任一前述實施例之方法、電極總成或二次電池，其中該多孔電絕緣材料包含至少25%之孔隙率。
實施例20：如任一前述實施例之方法、電極總成或二次電池，其中該多孔電絕緣材料包含至少30%之孔隙率。
實施例21：如任一前述實施例之方法、電極總成或二次電池，其中該多孔電絕緣材料包含至少35%之孔隙率。
實施例22：如任一前述實施例之方法、電極總成或二次電池，其中該多孔電絕緣材料包含至少40%之孔隙率。
實施例23：如任一前述實施例之方法、電極總成或二次電池，其中該多孔電絕緣材料包含至少45%之孔隙率。
實施例24：如任一前述實施例之方法、電極總成或二次電池，其中該多孔電絕緣材料包含至少50%之孔隙率。
實施例25：如任一前述實施例之方法、電極總成或二次電池，其中該多孔電絕緣材料包含至少55%之孔隙率。
實施例26：如任一前述實施例之方法、電極總成或二次電池，其中該多孔電絕緣材料包含不超過55%之孔隙率。
實施例27：如任一前述實施例之方法、電極總成或二次電池，其中該多孔電絕緣材料包含不超過50%之孔隙率。
實施例28：如任一前述實施例之方法、電極總成或二次電池，其中該多孔電絕緣材料包含不超過45%之孔隙率。
實施例29：如任一前述實施例之方法、電極總成或二次電池，其中該多孔電絕緣材料包含不超過40%之孔隙率。
實施例30：如任一前述實施例之方法、電極總成或二次電池，其中該多孔電絕緣材料包含不超過35%之孔隙率。
實施例31：如任一前述實施例之方法、電極總成或二次電池，其中該電絕緣隔板為微孔的，且該多孔電絕緣材料之該孔隙率與該電絕緣隔板之孔隙率的比率介於1:0.75至1:1.5範圍內。
實施例32：如任一前述實施例之方法、電極總成或二次電池，其中該多孔電絕緣材料包含分散於黏合劑材料中之微粒材料。
實施例33：如實施例32之方法、電極總成或二次電池，其中該微粒材料包含穩定金屬氧化物及/或陶瓷。
實施例34：如實施例32至33中任一項之方法、電極總成或二次電池，其中該微粒材料包含氧化鋁、氮化硼、二氧化鈦、二氧化矽、氧化鋯、氧化鎂及氧化鈣中之任何一或多者。
實施例35：如實施例32至34中任一項之方法、電極總成或二次電池，其中該微粒材料包含氧化鋁。
實施例36：如實施例32至35中任一項之方法、電極總成或二次電池，其中該微粒材料包含d50粒度(中值粒度)為至少0.35微米之顆粒。
實施例37：如實施例32至36中任一項之方法、電極總成或二次電池，其中該微粒材料包含d50粒度(中值粒度)為至少0.45微米之顆粒。
實施例38：如實施例32至37中任一項之方法、電極總成或二次電池，其中該微粒材料包含d50粒度(中值粒度)為至少0.5微米之顆粒。
實施例39：如實施例32至38中任一項之方法、電極總成或二次電池，其中該微粒材料包含d50粒度(中值粒度)為至少0.75微米之顆粒。
實施例40：如實施例32至39中任一項之方法、電極總成或二次電池，其中該微粒材料包含d50粒度(中值粒度)為不超過40微米之顆粒。
實施例41：如實施例32至40中任一項之方法、電極總成或二次電池，其中該微粒材料包含d50粒度(中值粒度)為不超過35微米之顆粒。
實施例42：如實施例32至41中任一項之方法、電極總成或二次電池，其中該微粒材料包含d50粒度(中值粒度)為不超過25微米之顆粒。
實施例43：如實施例32至42中任一項之方法、電極總成或二次電池，其中該微粒材料包含d50粒度(中值粒度)為不超過20微米之顆粒。
實施例44：如實施例32至43中任一項之方法、電極總成或二次電池，其中至少80重量%之該等顆粒具有至少0.35微米之粒度。
實施例45：如實施例32至44中任一項之方法、電極總成或二次電池，其中至少85重量%之該等顆粒具有至少0.35微米之粒度。
實施例46：如實施例32至45中任一項之方法、電極總成或二次電池，其中至少90重量%之該等顆粒具有至少0.35微米之粒度。
實施例47：如實施例32至46中任一項之方法、電極總成或二次電池，其中至少95重量%之該等顆粒具有至少0.35微米之粒度。
實施例48：如實施例32至47中任一項之方法、電極總成或二次電池，其中至少80重量%之該等顆粒具有至少0.45微米之粒度。
實施例49：如實施例32至48中任一項之方法、電極總成或二次電池，其中至少85重量%之該等顆粒具有至少0.45微米之粒度。
實施例50：如實施例32至49中任一項之方法、電極總成或二次電池，其中至少90重量%之該等顆粒具有至少0.45微米之粒度。
實施例51：如實施例32至50中任一項之方法、電極總成或二次電池，其中至少95重量%之該等顆粒具有至少0.45微米之粒度。
實施例52：如實施例32至51中任一項之方法、電極總成或二次電池，其中至少80重量%之該等顆粒具有至少0.5微米之粒度。
實施例53：如實施例32至52中任一項之方法、電極總成或二次電池，其中至少85重量%之該等顆粒具有至少0.5微米之粒度。
實施例54：如實施例32至53中任一項之方法、電極總成或二次電池，其中至少90重量%之該等顆粒具有至少0.5微米之粒度。
實施例55：如實施例32至54中任一項之方法、電極總成或二次電池，其中至少95重量%之該等顆粒具有至少0.5微米之粒度。
實施例56：如實施例32至55中任一項之方法、電極總成或二次電池，其中至少80重量%之該等顆粒具有至少0.75微米之粒度。
實施例57：如實施例32至56中任一項之方法、電極總成或二次電池，其中至少85重量%之該等顆粒具有至少0.75微米之粒度。
實施例58：如實施例32至57中任一項之方法、電極總成或二次電池，其中至少90重量%之該等顆粒具有至少0.75微米之粒度。
實施例59：如實施例32至58中任一項之方法、電極總成或二次電池，其中至少95重量%之該等顆粒具有至少0.75微米之粒度。
實施例60：如實施例32至59中任一項之方法、電極總成或二次電池，其中至少80重量%之該等顆粒具有不超過40微米之粒度。
實施例61：如實施例32至60中任一項之方法、電極總成或二次電池，其中至少85重量%之該等顆粒具有不超過40微米之粒度。
實施例62：如實施例32至61中任一項之方法、電極總成或二次電池，其中至少90重量%之該等顆粒具有不超過40微米之粒度。
實施例63：如實施例32至62中任一項之方法、電極總成或二次電池，其中至少95重量%之該等顆粒具有不超過40微米之粒度。
實施例64：如實施例32至63中任一項之方法、電極總成或二次電池，其中至少80重量%之該等顆粒具有不超過35微米之粒度。
實施例65：如實施例32至64中任一項之方法、電極總成或二次電池，其中至少85重量%之該等顆粒具有不超過35微米之粒度。
實施例66：如實施例32至65中任一項之方法、電極總成或二次電池，其中至少90重量%之該等顆粒具有不超過35微米之粒度。
實施例67：如實施例32至66中任一項之方法、電極總成或二次電池，其中至少95重量%之該等顆粒具有不超過35微米之粒度。
實施例68：如實施例32至67中任一項之方法、電極總成或二次電池，其中至少80重量%之該等顆粒具有不超過25微米之粒度。
實施例69：如實施例32至68中任一項之方法、電極總成或二次電池，其中至少85重量%之該等顆粒具有不超過25微米之粒度。
實施例70：如實施例32至69中任一項之方法、電極總成或二次電池，其中至少90重量%之該等顆粒具有不超過25微米之粒度。
實施例71：如實施例32至70中任一項之方法、電極總成或二次電池，其中至少95重量%之該等顆粒具有不超過25微米之粒度。
實施例72：如實施例32至71中任一項之方法、電極總成或二次電池，其中至少80重量%之該等顆粒具有不超過20微米之粒度。
實施例73：如實施例32至72中任一項之方法、電極總成或二次電池，其中至少85重量%之該等顆粒具有不超過25微米之粒度。
實施例74：如實施例32至73中任一項之方法、電極總成或二次電池，其中至少90重量%之該等顆粒具有不超過25微米之粒度。
實施例75：如實施例32至74中任一項之方法、電極總成或二次電池，其中至少95重量%之該等顆粒具有不超過25微米之粒度。
實施例76：如實施例32至75中任一項之方法、電極總成或二次電池，其中該微粒材料包含至少70 wt%之該多孔電絕緣材料。
實施例77：如實施例32至76中任一項之方法、電極總成或二次電池，其中該微粒材料包含至少75 wt%之該多孔電絕緣材料。
實施例78：如實施例32至77中任一項之方法、電極總成或二次電池，其中該微粒材料包含至少80 wt%之該多孔電絕緣材料。
實施例79：如實施例32至78中任一項之方法、電極總成或二次電池，其中該微粒材料包含至少85 wt%之該多孔電絕緣材料。
實施例80：如實施例32至79中任一項之方法、電極總成或二次電池，其中該微粒材料包含不超過99.5 wt%之該多孔電絕緣材料。
實施例81：如實施例32至80中任一項之方法、電極總成或二次電池，其中該微粒材料包含不超過97 wt%之該多孔電絕緣材料。
實施例82：如實施例32至81中任一項之方法、電極總成或二次電池，其中該微粒材料包含不超過95 wt%之該多孔電絕緣材料。
實施例83：如實施例32至82中任一項之方法、電極總成或二次電池，其中該微粒材料包含不超過90 wt%之該多孔電絕緣材料。
實施例84：如實施例32至83中任一項之方法、電極總成或二次電池，其中該黏合劑材料包含選自由聚偏二氟乙烯(PVDF)、聚乙烯、聚丙烯、乙烯丙烯酸(EAA)、乙烯甲基丙烯酸(EMAA)及其共聚物組成之群中之任一者的聚合材料。
實施例85：如任一前述實施例之方法、電極總成或二次電池，其中該電極總成包含捲繞電極總成，其具有該單元電池群之部件之電極結構及反電極結構圍繞該捲繞電極總成之中心軸線的複數個捲繞，且其中該捲繞電極總成之該豎直方向平行於該中心軸線，且此外，其中該單元電池群之部件之該反電極結構包含長度L CE，其經定義為自該反電極結構在該捲繞電極總成之該中心軸線處之第一末端且沿每一纏繞延伸至該反電極結構在該電極總成之外部區域處之第二末端。
實施例86：如任一前述實施例之方法、電極總成或二次電池，其中該捲繞電極總成具有圓柱形狀。
實施例87：如任一前述實施例之方法、電極總成或二次電池，其中該電極總成具有分別對應於假想三維笛卡爾座標系統之x、y及z軸的彼此垂直之橫向、縱向及豎直軸線，在縱向方向上彼此分離的第一縱向末端表面及第二縱向末端表面，及包圍電極總成縱向軸線A EA且連接該第一縱向末端表面及該第二縱向末端表面之側向表面，該側向表面具有在該縱向軸線之相對側上且在與該縱向軸線正交之第一方向上分離之相對的第一區域及第二區域，該電極總成具有在該縱向方向上量測之最大寬度W EA、由該側向表面界定且在橫向方向上量測之最大長度L EA及由該側向表面界定且在該豎直方向上量測之最大高度H EA，且此外，其中 該單元電池群之部件之每一電極結構包含如在該橫向方向上於該電極結構之相對的第一橫向末端表面與第二橫向末端表面之間量測的長度L E，及如在該豎直方向上於該電極結構之相對的上部豎直末端表面與下部豎直末端表面之間量測的高度H E，及如在該縱向方向上於該電極結構之相對的第一表面與第二表面之間量測的寬度W E，且該單元電池群之部件之每一反電極結構包含如在該橫向方向上於該反電極結構之相對的第一橫向末端表面與第二橫向末端表面之間量測的長度L CE、如在該豎直方向上於該反電極結構之上部豎直末端表面與下部豎直末端表面之間量測的高度H CE，及如在該縱向方向上於該反電極結構之相對的第一表面與第二表面之間量測的寬度W CE，且 其中對於該單元電池群之部件之電極結構，L E與W E及H E中之每一者的比率分別為至少5:1，且H E與W E的比率介於約2:1至約100:1範圍內，且對於該單元電池群之部件之反電極結構，L CE與W CE及H CE中之每一者的比率分別為至少5:1，且H CE與W CE的比率介於約2:1至約100:1範圍內。
實施例88：如實施例85至87中任一項之方法、電極總成或二次電池，其中該多孔電絕緣材料延伸該單元電池群之部件之該反電極結構的至少50%。
實施例89：如實施例85至88中任一項之方法、電極總成或二次電池，其中該多孔電絕緣材料延伸該單元電池群之部件之該反電極結構的至少60%。
實施例90：如實施例85至89中任一項之方法、電極總成或二次電池，其中該多孔電絕緣材料延伸該單元電池群之部件之該反電極結構的至少75%。
實施例91：如實施例85至90中任一項之方法、電極總成或二次電池，其中該多孔電絕緣材料延伸該單元電池群之部件之該反電極結構的至少85%。
實施例92：如實施例85至91中任一項之方法、電極總成或二次電池，其中該多孔電絕緣材料延伸該單元電池群之部件之該反電極結構的至少90%。
實施例93：如前述實施例中任一項之方法、電極總成或二次電池，其中該單元電池群之部件之每一電極結構包含電極活性材料層，且該單元電池群之部件之每一反電極結構包含反電極活性材料層，且其中，對於單元電池部件中之鄰近的電極活性材料層及反電極活性材料層， a. 該反電極活性材料層之上部豎直末端表面包含相對於該電極活性材料層之上部豎直末端表面及該隔板向內安置的第一凹槽， b. 該反電極活性材料層之下部豎直末端表面包含相對於該電極活性材料層之下部豎直末端表面及該隔板向內安置的第二凹槽，且 c. 該多孔電絕緣材料鄰近該電絕緣隔板安置且在該反電極活性材料層之該上部豎直末端表面之該第一凹槽內，且該多孔電絕緣材料鄰近該電絕緣隔板安置且在該反電極活性材料層之該下部豎直末端表面之該第二凹槽內。
實施例94：如任一前述實施例之方法、電極總成或二次電池，其中該二次電池進一步包含電極限制組。
實施例95：如實施例94之方法、電極總成或二次電池，其中該電極限制組包含主生長限制系統，其包含第一主生長限制及第二主生長限制以及至少一個主連接部件，該第一主生長限制及該第二主生長限制在該堆疊方向上彼此分離，且該至少一個主連接部件連接該第一主生長限制及該第二主生長限制，其中該主生長限制系統抑制該電極總成在該堆疊方向上之生長。
實施例96：如實施例94至95中任一項之方法、電極總成或二次電池，其中該電極限制組包含副生長限制系統，其包含第一副生長限制及第二副生長限制，該第一副生長限制及該第二副生長限制在該豎直方向上分離且連接至該單元電池群之部件之電極集電器，其中該副生長限制系統在該電極總成之循環時至少部分地抑制該電極總成在該豎直方向上之生長。
實施例97：如實施例94至96中任一項之方法、電極總成或二次電池，其中該第一副生長限制及該第二副生長限制包含穿過其各別豎直厚度形成之孔口，其中該等孔口之至少一部分在該豎直方向上對準於該多孔電絕緣材料上方，且其中載體離子經由該等孔口且通過該多孔電絕緣材料自該輔助電極傳送至該等電極結構及/或該等反電極結構。
實施例98：如任一前述實施例之方法、電極總成或二次電池，其中(i)該等電極結構為陽極結構且該等反電極結構為陰極結構，或(ii)該等電極結構為陰極結構且該等反電極結構為陽極結構。
實施例99：如實施例98之方法、電極總成或二次電池，其中該等電極結構為包含陽極活性材料層之陽極結構，且該等反電極結構為包含陰極活性材料層之陰極結構。
實施例100：如任一前述實施例之方法、電極總成或二次電池，其中該電極總成含於密封電池殼體內。
實施例101：如實施例100之方法、電極總成或二次電池，其中載體離子及該電極限制組含於該密封電池殼體內。
實施例102：如任一前述實施例之方法、電極總成或二次電池，其中該電極結構包含陽極活性材料，該陽極活性材料包含以下中之任何一或多者：碳材料，石墨、軟性或硬性碳；能夠與鋰形成合金之金屬、半金屬、合金、氧化物、化合物，錫、鉛、鎂、鋁、硼、鎵、矽、Si/C複合物、Si/石墨共混物、SiOx、多孔Si、金屬間Si合金、銦、鋯、鍺、鉍、鎘、銻、銀、鋅、砷、鉿、釔、鋰、鈉、鈦酸鋰、鈀；鋰金屬；碳；石油焦；活性碳；石墨；矽化合物；矽合金；錫化合物；非石墨化碳；石墨基碳；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)；鋰合金；矽基合金；錫基合金；金屬氧化物，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；導電聚合物，聚乙炔；基於Li-Co-Ni之材料；結晶石墨，天然石墨、合成石墨；非晶碳；凝析石墨；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；高溫燒結的碳，石油、煤焦油瀝青衍生之焦；氧化錫；硝酸鈦；鋰金屬膜；鋰與選自由Na、K、Rb、Cs、Fr、Be、Mg、Ca、Sr、Ba、Ra、Al及Sn組成之群的一或多種類型之金屬的合金；能夠與鋰合金化及/或嵌入鋰之金屬化合物，其選自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、Sn合金、Al合金中之任一者；能夠摻雜及去摻雜鋰離子之金屬氧化物，SiO v(0＜v＜2)、SnO 2、氧化釩、鋰釩氧化物；包括金屬化合物及碳材料之複合物，Si-C複合物、Sn-C複合物；過渡金屬氧化物，Li 4/3Ti 5/3O 4、SnO；含碳材料，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；及安置於分層含碳材料層之間的式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；以及前述任一者之氧化物、合金、氮化物、氟化物及前述任一者之任何組合。
實施例103：如任一前述實施例之方法、電極總成或二次電池，其中該電極結構包含陽極活性材料，該陽極活性材料包含鋰金屬、鋰金屬合金、矽、矽合金、氧化矽、錫、錫合金、氧化錫及含碳材料中之至少一者。
實施例104：如任一前述實施例之方法、電極總成或二次電池，其中該電極結構包含陽極活性材料，該陽極活性材料包含矽及氧化矽中之至少一者。
實施例105：如任一前述實施例之方法、電極總成或二次電池，其中該電極結構包含陽極活性材料，該陽極活性材料包含鋰及鋰金屬合金中之至少一者。
實施例106：如任一前述實施例之二次電池及/或方法，其中該電極結構包含陽極活性材料，該陽極活性材料包含含碳材料。
實施例107：如任一前述實施例之方法、電極總成或二次電池，其中該電絕緣隔板包含藉由非水性液體電解質滲透之微孔隔板材料。
實施例108：如任一前述實施例之方法、電極總成或二次電池，其中該電絕緣隔板包含固態隔板，該固態隔板包含固體電解質。
實施例109：如任一前述實施例之方法、電極總成或二次電池，其中該電絕緣隔板包含陶瓷材料、玻璃或石榴石材料。
實施例110：如任一前述實施例之方法、電極總成或二次電池，該電極總成包含選自由非水性液體電解質、凝膠電解質、固體電解質及其組合組成之群的電解質。
實施例111：如任一前述實施例之方法、電極總成或二次電池，其中該電極總成包含液體電解質。
實施例112：如任一前述實施例之方法、電極總成或二次電池，其中該電極總成包含水性液體電解質。
實施例113：如任一前述實施例之方法、電極總成或二次電池，其中該電極總成包含非水性液體電解質。
實施例114：如任一前述實施例之方法、電極總成或二次電池，其中該電極總成包含凝膠電解質。
實施例115：如任一前述實施例之方法、電極總成或二次電池，其中該電絕緣隔板包含固體電解質。
實施例116：如任一前述實施例之方法、電極總成或二次電池，其中該電絕緣隔板包含固體聚合物電解質。
實施例117：如任一前述實施例之方法、電極總成或二次電池，其中該電絕緣隔板包含固體無機電解質。
實施例118：如任一前述實施例之方法、電極總成或二次電池，其中該電絕緣隔板包含固體有機電解質。
實施例119：如任一前述實施例之方法、電極總成或二次電池，其中該電絕緣隔板包含陶瓷電解質。
實施例120：如任一前述實施例之方法、電極總成或二次電池，其中該電絕緣隔板包含無機電解質。
實施例121：如任一前述實施例之方法、電極總成或二次電池，其中該電絕緣隔板包含陶瓷。
實施例122：如任一前述實施例之方法、電極總成或二次電池，其中該電絕緣隔板包含石榴石材料。
實施例123：如任一前述實施例之方法、電極總成或二次電池，其包含選自由水性電解質、非水性液體電解質、固體聚合物電解質、固體陶瓷電解質、固體玻璃電解質、固體石榴石電解質、凝膠聚合物電解質、無機固體電解質及熔化型無機電解質組成之群的電解質。
實施例124：如任一前述實施例之方法、電極總成或二次電池，其中反電極結構包含陰極活性材料，該陰極活性材料包含以下中之至少一者：過渡金屬氧化物、過渡金屬硫化物、過渡金屬氮化物；鋰-過渡金屬氧化物、鋰-過渡金屬硫化物、鋰-過渡金屬氮化物，其包括具有金屬元素之過渡金屬氧化物、過渡金屬硫化物及過渡金屬氮化物，該等金屬元素具有d殼或f殼，及/或其中該金屬元素為選自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中之任一者；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；硫化合物；氧(空氣)；Li(Ni xMn yCo z)O 2；包含金屬氧化物或金屬磷酸鹽之含鋰化合物，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)，包含鋰鐵及磷酸鹽之化合物(例如，LiFePO)；鋰錳氧化物；鋰鈷氧化物；鋰鎳氧化物；磷酸鋰鐵；鋰鈷氧化物(LiCoO 2)、鋰鎳氧化物(LiNiO 2)、具有一或多種過渡金屬之經取代化合物；鋰錳氧化物，Li 1+xMn 2−xO 4(其中，x為0至0.33)、LiMnO 3、LiMn 2O 3、LiMnO 2；鋰銅氧化物(Li 2CuO 2)；氧化釩，LiV 3O 8、LiFe 3O 4、V 2O 5、Cu 2V 2O 7；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)、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；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中之至少一者，X為選自F、S及N中之至少一者，−0.5≤a≤+0.5，0≤x≤0.5，且0≤b≤0.1，LiFePO 4、Li(Fe, Mn)PO 4、Li(Fe, Co)PO 4、Li(Fe, Ni)PO 4；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且a+b+c=2)；LiMn 2-zNi zO 4；LiMn 2-zCo zO 4(0＜z＜2)；LiCoPO 4；及LiFePO 4；元素硫(S8)；硫系列化合物，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)；鋰及鋯之氧化物；鋰及金屬(鈷、錳、鎳或其組合)之複合氧化物，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 dG eO 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)、LiFePO 4(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)、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)、FePO 4；鋰化合物，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、磷酸鋰鐵；硫化鎳；硫化銅；硫；氧化鐵；氧化釩；含鈉材料，式NaM 1 aO 2之氧化物(其中M 1為至少一種過渡金屬元素，且0≤a＜1)，NaFeO 2、NaMnO 2、NaNiO 2、NaCoO 2，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)；Na[Ni 1/2Mn 1/2]O 2、Na 2/3[Fe 1/2Mn 1/2]O 2；由Na 0.44Mn 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)、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(其中M 2為至少一種過渡金屬元素，2≤b≤6，且2≤c≤5)，Na 6Fe 2Si 12O 30、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(其中M 3為至少一種過渡金屬元素，3≤d≤6，且1≤e≤2)，Na 2Fe 2Si 6O 18、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(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，Na 2FeSiO 6、NaFePO 4、Na 3Fe 2(PO 4) 3、Na 3V 2(PO 4) 3、Na 4Co 3(PO 4) 2P 2O 7；硼酸鹽，NaFeBO 4或Na 3Fe 2(BO 4) 3；氟化物，Na hM 5F 6(其中M 5為至少一種過渡金屬元素，且2≤h≤3)，Na 3FeF 6、Na 2MnF 6；氟代磷酸鹽，Na 3V 2(PO 4) 2F 3、Na 3V 2(PO 4) 2FO 2；NaMnO 2、Na[Ni 1/2Mn 1/2]O 2、Na 2/3[Fe 1/2Mn 1/2]O 2；Na 3V 2(PO 4) 3、Na 4Co 3(PO 4) 2P 2O 7；Na 3V 2(PO 4) 2F 3及/或Na 3V 2(PO 4) 2FO 2；以及前述之任何複合氧化物及/或其他組合。
實施例125：如任一前述實施例之方法、電極總成或二次電池，其中該等反電極結構包含陰極活性材料，該陰極活性材料包含過渡金屬氧化物、過渡金屬硫化物、過渡金屬氮化物、過渡金屬磷酸鹽及過渡金屬氮化物中之至少一者。
實施例126：如任一前述實施例之方法、電極總成或二次電池，其中該等反電極結構包含陰極活性材料，該陰極活性材料包含含有鋰以及鈷及鎳中之至少一者的過渡金屬氧化物。
實施例127：如任一前述實施例之方法、電極總成或二次電池，其中該等電極結構包含陽極結構，該等陽極結構包含陽極集電器，該等陽極集電器包含銅、鎳、鋁、不鏽鋼、鈦、鈀、烘烤碳、煅燒碳、銦、鐵、鎂、鈷、鍺、鋰、具有碳之銅或不鏽鋼之表面經處理材料、鎳、鈦、銀、鋁-鎘合金，及/或其合金中之至少一者。
實施例128：如實施例119之方法、電極總成或二次電池，其中該等電極結構包含陽極集電器，該等陽極集電器包含銅、鎳、不鏽鋼及其合金中之至少一者。
實施例129：如任一前述實施例之方法、電極總成或二次電池，其中該等反電極結構包含陰極結構，該等陰極結構包含陰極集電器，該等陰極集電器包含不鏽鋼、鋁、鎳、鈦、烘烤碳、燒結碳、具有碳之鋁或不鏽鋼之表面經處理材料、鎳、鈦、銀，及/或其合金中之至少一者。
實施例130：如實施例129之方法、電極總成或二次電池，其中該等陰極集電器包含不鏽鋼、鋁、鎳、鈦、烘烤碳、燒結碳、具有碳之鋁或不鏽鋼之表面經處理材料、銀或其合金中之至少一者。
實施例131：如任一前述實施例之方法、電極總成或二次電池，其包含具有包含不鏽鋼、鈦或玻璃纖維複合物中之任一者的第一副生長限制及第二副生長限制之限制系統。
實施例132：如實施例131之方法、電極總成或二次電池，其包含具有包含不鏽鋼的第一副生長限制及第二副生長限制之限制系統。
實施例133：如任一前述實施例之方法、電極總成或二次電池，其包含具有包含其內部表面及外部表面上之絕緣材料塗層的第一副生長限制及第二副生長限制之限制系統。
實施例134：如任一前述實施例之方法、電極總成或二次電池，其中該電極總成包含至少5個電極結構及至少5個反電極結構。
實施例135：如任一前述實施例之方法、電極總成或二次電池，其中該電極總成包含至少10個電極結構及至少10個反電極結構。
實施例136：如任一前述實施例之方法、電極總成或二次電池，其中該電極總成包含至少50個電極結構及至少50個反電極結構。
實施例137：如任一前述實施例之方法、電極總成或二次電池，其中該電極總成包含至少100個電極結構及至少100個反電極結構。
實施例138：如任一前述實施例之方法、電極總成或二次電池，其中該電極總成包含至少500個電極結構及至少500個反電極結構。
實施例139：如任一前述實施例之方法、電極總成或二次電池，其中該等反電極結構包含反電極集電器，該等反電極集電器包含鋁。
實施例140：一種製造如實施例2至6及14至139中任一項之電極總成或二次電池的方法，其包含： (1)       堆疊在該堆疊方向上串聯堆疊之該單元電池群，其中(i)每一單元電池包含該電極結構、該反電極結構及該電極結構與該反電極結構之間的該電絕緣隔板，(ii)每一單元電池內之該等電極結構、該等反電極結構及該等電絕緣隔板具有在該豎直方向上分離之相對的上部末端表面及下部末端表面，且(iii)該豎直方向與該堆疊方向正交，及 (2)       用該多孔電絕緣材料覆蓋該單元電池群之該等部件之該(等)電極結構或該(等)反電極結構的該(等)上部末端表面或該(等)下部末端表面。
實施例141：如實施例140之製造方法，其中該多孔電絕緣材料藉由在溶劑中用包含微粒材料黏合劑材料之漿料或糊狀物塗覆該上部末端表面或該下部末端表面，且蒸發該溶劑以保留分散於該上部末端表面及/或該下部末端表面上之該黏合劑材料中的微粒材料而提供。
實施例142：如實施例141之製造方法，其中該黏合劑材料可溶於該溶劑中，且該溶劑藉由氣流加熱及/或乾燥該溶劑而蒸發。
實施例143：如實施例141至142中任一項之製造方法，其中溶劑包含N-甲基-2-吡咯啶酮(NMP)、庚烷、辛烷、甲苯、二甲苯或混合烴溶劑中之任一者。
實施例144：如實施例141至143中任一項之製造方法，其中該漿料及/或糊狀物包含至少50 wt%之微粒材料。
實施例145：如實施例141至144中任一項之製造方法，其中該漿料及/或糊狀物包含至少55 wt%之微粒材料。
實施例146：如實施例141至145中任一項之製造方法，其中該漿料及/或糊狀物包含至少60 wt%之微粒材料。
實施例147：如實施例141至146中任一項之製造方法，其中該漿料及/或糊狀物包含至少65 wt%之微粒材料。
實施例148：如實施例141至147中任一項之製造方法，其中該漿料及/或糊狀物包含至少70 wt%之微粒材料。
實施例149：如實施例141至148中任一項之製造方法，其中該漿料及/或糊狀物包含至少75 wt%之微粒材料。
實施例150：如實施例141至149中任一項之製造方法，其中該漿料及/或糊狀物包含至少80 wt%之微粒材料。
實施例151：如實施例141至150中任一項之製造方法，其中該漿料及/或糊狀物包含不超過90 wt%之微粒材料。
實施例152：如實施例141至151中任一項之製造方法，其中該漿料及/或糊狀物包含不超過85 wt%之微粒材料。
實施例153：如實施例141至152中任一項之製造方法，其中該漿料及/或糊狀物包含不超過80 wt%之微粒材料。
實施例154：如實施例141至153中任一項之製造方法，其中該漿料及/或糊狀物包含不超過75 wt%之微粒材料。
實施例155：如實施例140至154中任一項之製造方法，其進一步包含： 將在該豎直方向上分離之第一副生長限制及第二副生長限制連接至該等電極結構之部件之電極集電器，該第一副生長限制及該第二副生長限制包含穿過其各別豎直厚度形成之孔口，其中該副生長限制系統在該電極總成之循環時至少部分地抑制該電極總成在該豎直方向上之生長。
實施例156：如實施例140至155中任一項之製造方法，其包含 (1)將包含該載體離子源之該輔助電極定位於該多孔電絕緣材料外部； (2)在該輔助電極與該電極群之部件或該反電極群之部件之間施加偏壓電壓，以提供載體離子經由該第一副生長限制及該第二副生長限制中之該等孔口且通過該多孔電絕緣材料至該單元電池群之部件之該電極群及/或該等反電極結構的流動。
實施例157：如實施例140至156中任一項之製造方法，其包含執行用於在如實施例1及7至13中任一項之二次電池之初始或後續充電循環期間將載體離子自包含該載體離子源之該輔助電極傳送至該電極總成的方法。
實施例158：如實施例1至18及31至157中任一項之方法、電極總成或二次電池，其中該多孔電絕緣材料具有介於20%至60%範圍內之孔隙率。 以引用方式併入
本文提及之所有公開案及專利，包括下列彼等項，均出於所有目的以全文引用之方式併入本文中，其併入程度如同每一個別公開案或專利以引用之方式特定地且個別地併入一般。在有衝突之情況下，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，但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，應參考申請專利範圍確定。
除非另外指明，否則本說明書及申請專利範圍中所使用之表示成分數量、反應條件等之所有數字應理解為在所有情況下皆經術語「約」修飾。因此，除非有相反指示，否則本說明書及所附申請專利範圍中所闡述之數值參數為可視設法獲得之所需特性而變化的近似值。
100:能量儲存裝置 102:二次電池 104:電池殼體 104a:蓋子 104b:上部表面 104c:內部表面 104d:內部表面 104e:內部表面 104f:內部表面 104g:內部表面 106:電極總成 106a:組 108:電極限制組 110:電極結構/電極結構群/電極結構部件 112:反電極結構/反電極結構群/反電極結構部件 116:第一縱向末端表面 118:第二縱向末端表面 121a:第一末端 121b:第二末端 130:電絕緣隔板/電絕緣隔板層 131a:第一側 132:電極活性材料層 133a:豎直末端 133b:豎直末端 136:電極集電器 138:反電極活性材料層 140:反電極集電器 142:側向表面 144:表面區域 146:表面區域 148:表面區域/上部區域 150:表面區域/下部區域 151:主生長限制系統 152:副生長限制系統 154:第一主生長限制 156:第二主生長限制 158:第一副生長限制 160:第二副生長限制 162:主連接部件 164:主連接部件 166:副連接部件 176:孔口 190:突片 191:突片延伸部 192:突片 193:突片延伸部 200:中心區域 202:外部區域 205a:捲繞 205b:捲繞 500a:上部豎直末端表面 500b:下部豎直末端表面 501a:上部豎直末端表面 501b:下部豎直末端表面 502a:上部末端表面 502b:下部末端表面 503a:上部邊沿 503b:下部邊沿 504:單元電池群/單元電池 504a:單元電池 504b:單元電池 505a:上部凹槽 505b:下部凹槽 507a:上部末端表面 507b:下部末端表面 508:多孔電絕緣材料 509a:上部末端表面 509b:下部末端表面 510a:上部末端表面 510b:下部末端表面 511a:上部末端表面 511b:下部末端表面 601a:第一橫向末端表面 601b:第二橫向末端表面 602a:第一橫向末端表面 602b:第二橫向末端表面 603a:第一表面 603b:第二表面 604a:第一表面 604b:第二表面 686:輔助電極 686a:第一輔助電極 686b:第二輔助電極 900:糊狀物 A EA:縱向軸線 A-A':線 B-B':線 C:中心軸線 D:線/堆疊方向 H CE:高度 H E:高度 H EA:最大高度 L CE:長度 L E:長度 L EA:最大長度 T C:豎直厚度 V:體積 V cell,eod:放電電壓 V ces, eod:放電電壓 V es,eod:放電電壓 W CE:寬度 W E:寬度 W EA:最大寬度 X:方向 Y:方向 Z:方向
圖1A為具有電極限制組之電極總成之一個實施例的透視圖。
圖1B為二次電池之三維電極總成之一個實施例的示意圖。
圖1C為圖1B之電極總成的插入橫截面圖。
圖1D為沿圖1B中之線D截取之圖1B之電極總成的橫截面圖。
圖2說明包含電極總成及電極限制組之能量儲存裝置或二次電池之實施例的分解視圖。
圖3A說明Z-Y平面中具有輔助電極之電極總成之實施例的橫截面。
圖3B說明X-Y平面中具有其中具備孔口之電極限制組之電極總成之實施例的俯視圖。
圖4為包含多孔電絕緣材料之電極總成之實施例的橫截面圖。
圖5為包含捲繞電極總成之二次電池之實施例的透視圖及橫截面圖；
圖6A及圖6B為具有將多孔電絕緣材料提供至電極總成之電極及/或反電極的上部末端表面及/或下部末端表面之前(6A)及之後(6B)的電極總成之實施例之插入視圖的俯視圖。
圖7A說明沿如圖1A中所展示之線A-A'截取之電極總成之實施例的橫截面，且說明主及副生長限制系統之實施例的元件。
圖7B說明沿如圖1A中所展示之線B-B'截取之電極總成之實施例的橫截面，且說明主及副生長限制系統之實施例的元件。
圖7C說明沿如圖1A中所展示之線A-A'截取之電極總成之實施例的橫截面，且說明主及副生長限制系統之實施例的其他元件。
圖8為具有副生長限制系統且在電極總成之電極及/或反電極的上部末端表面及/或下部末端表面上方具有多孔電絕緣材料之電極總成之實施例的俯視圖。
圖9為描繪用於將多孔電絕緣材料提供至電極總成之電極及/或反電極的上部末端表面及/或下部末端表面之過程之一部分的示意圖。
當結合隨附圖式考慮時，本發明主題之其他態樣、實施例及特徵將自以下詳細描述變得顯而易見。隨附圖式為示意圖且並不意欲按比例繪製。出於清楚起見，並非每一元件或組件均標記在每一圖式中，所展示之本發明主題之每一實施例的每一元件或組件亦如此，其中圖解說明對於使一般熟習此項技術者理解本發明主題而言並非必需的。
106:電極總成
108:電極限制組
116:第一縱向末端表面
118:第二縱向末端表面
151:主生長限制系統
152:副生長限制系統
154:第一主生長限制
156:第二主生長限制
158:第一副生長限制
160:第二副生長限制
162:主連接部件
164:主連接部件
A-A':線
B-B':線
HEA:最大高度
LEA:最大長度
WEA:最大寬度
X:方向
Y:方向
Z:方向

Claims (30)

  1. 一種用於將載體離子自包含載體離子源之輔助電極傳送至二次電池中之電極總成的方法，其中 該電極總成包含在堆疊方向上串聯堆疊之單元電池群及多孔電絕緣材料，其中(i)每一單元電池包含電極結構、反電極結構及該電極結構與該反電極結構之間的電絕緣隔板，(ii)每一單元電池內之該等電極結構、該等反電極結構及該等電絕緣隔板具有在豎直方向上分離之相對的上部末端表面及下部末端表面，(iii)該豎直方向與該堆疊方向正交，(iv)該多孔電絕緣材料覆蓋該單元電池群之部件之該(等)反電極結構的該(等)上部末端表面或該(等)下部末端表面，且(v)該多孔電絕緣材料具有介於20%至60%範圍內之孔隙率， 該二次電池包含電極限制組，該電極限制組包含(i)主生長限制系統，其包含第一主生長限制及第二主生長限制以及至少一個主連接部件，該第一主生長限制及該第二主生長限制在該堆疊方向上彼此分離，且該至少一個主連接部件連接該第一主生長限制及該第二主生長限制，其中該主生長限制系統抑制該電極總成在該堆疊方向上之生長，及(ii)副生長限制系統，其包含第一副生長限制及第二副生長限制，該第一副生長限制及該第二副生長限制在該豎直方向上分離且連接至該單元電池群之部件之電極集電器，其中該副生長限制系統在該電極總成之循環時至少部分地抑制該電極總成在該豎直方向上之生長， 其中該第一副生長限制及該第二副生長限制包含穿過其各別豎直厚度形成之孔口，其中該等孔口之至少一部分在該豎直方向上對準於該多孔電絕緣材料上方，且其中載體離子經由該等孔口且通過該多孔電絕緣材料自該輔助電極傳送至該等反電極結構， 該方法包含經由該等孔口且通過該多孔電絕緣材料將載體離子自該輔助電極傳送至該等反電極。
  2. 一種用於在充電狀態與放電狀態之間循環的二次電池，該二次電池包含： 電極總成，其包含在堆疊方向上串聯堆疊之單元電池群及多孔電絕緣材料，其中(i)每一單元電池包含電極結構、反電極結構及該電極結構與該反電極結構之間的電絕緣隔板，(ii)每一單元電池內之該等電極結構、該等反電極結構及該等電絕緣隔板具有在豎直方向上分離之相對的上部末端表面及下部末端表面，(iii)該豎直方向與該堆疊方向正交，(iv)該多孔電絕緣材料覆蓋該單元電池群之部件之該(等)反電極結構的該(等)上部末端表面或該(等)下部末端表面，且(v)該多孔電絕緣材料具有介於20%至60%範圍內之孔隙率， 電極限制組，其包含(i)主生長限制系統，其包含第一主生長限制及第二主生長限制以及至少一個主連接部件，該第一主生長限制及該第二主生長限制在該堆疊方向上彼此分離，且該至少一個主連接部件連接該第一主生長限制及該第二主生長限制，其中該主生長限制系統抑制該電極總成在該堆疊方向上之生長，及(ii)副生長限制系統，其包含第一副生長限制及第二副生長限制，該第一副生長限制及該第二副生長限制在該豎直方向上分離且連接至該單元電池群之部件之電極集電器，其中該副生長限制系統在該電極總成之循環時至少部分地抑制該電極總成在該豎直方向上之生長， 其中該第一副生長限制及該第二副生長限制包含穿過其各別豎直厚度形成之孔口，其中該等孔口之至少一部分在該豎直方向上對準於該多孔電絕緣材料上方，且其中該等孔口經組態以允許載體離子經由該等孔口且通過該多孔電絕緣材料自包含載體離子源之輔助電極傳送至該等反電極結構。
  3. 如請求項1至2中任一項之方法或二次電池，其中該多孔電絕緣材料覆蓋該單元電池群之該等部件之該(等)反電極結構的該(等)上部末端表面及該(等)下部末端表面兩者。
  4. 如請求項1及3中任一項之方法，其中載體離子經傳送以實現及/或恢復放電電壓V ces, eod之預定反電極結構末端及放電電壓V es,eod之預定電極結構末端。
  5. 如請求項1及3至4中任一項之方法，其中該等載體離子經傳送以補充在SEI之形成中損失之載體離子。
  6. 如請求項1及3至5中任一項之方法，其中該等載體離子經傳送以補償在由該電極總成進行之初始或後續充電循環期間載體離子之損失。
  7. 如請求項1及3至6中任一項之方法，其中該方法包含(i)在初始或後續充電循環期間將載體離子自反電極結構傳送至該單元電池群中之電極結構以至少部分地對該電極總成進行充電，及(ii)通過該多孔電絕緣材料將載體離子自該輔助電極傳送至反電極結構及/或電極結構，以向該電極總成提供放電電壓V ces,eod之該預定反電極結構末端及放電電壓V es,eod之該預定電極結構末端。
  8. 如請求項7之方法，其中該過程進一步包含(iii)在(ii)之後，將載體離子自該反電極結構傳送至該單元電池群之部件之該電極結構以對該電極總成進行充電。
  9. 如請求項7及8中任一項之方法，其中(ii)與(i)同時進行。
  10. 如請求項7至9中任一項之方法，其包含在(ii)中，在該輔助電極與該單元電池群之部件之該電極結構及/或該反電極結構之間施加偏壓電壓以提供載體離子通過多孔電絕緣材料部件之流動。
  11. 如任一前述請求項之方法或二次電池，其中該單元電池群之部件具有包含相對的該等上部末端表面及該等下部末端表面的上部邊沿及下部邊沿，其中同一單元電池群部件內之該電極結構及該反電極結構的上部末端表面彼此豎直地偏移以形成上部凹槽，且同一單元電池群部件內之該電極結構及該反電極結構的下部末端表面彼此豎直地偏移以形成下部凹槽，其中反電極結構上部末端表面及下部末端表面相對於該同一單元電池群部件內之各別電極結構上部末端表面及下部末端表面向內豎直地偏移，且其中該多孔電絕緣材料位於該上部凹槽及該下部凹槽中之至少一者內。
  12. 如請求項11之方法或二次電池，其中該多孔電絕緣材料實質上填充該單元電池群之部件之該上部凹槽及該下部凹槽。
  13. 如任一前述請求項之方法或二次電池，其中對於該單元電池群之部件，覆蓋該電極結構及/或該反電極結構之該等上部末端表面及/或該等下部末端表面的該多孔電絕緣材料之至少一部分鄰近該電絕緣隔板。
  14. 如任一前述請求項之方法或二次電池，其中該多孔電絕緣材料實質上填充該上部凹槽及該下部凹槽之區域，該上部凹槽及該下部凹槽相對於該單元電池群之部件中之該等電極結構的該等上部末端表面及該等下部末端表面向內安置且鄰接該電絕緣隔板之面向該反電極結構之一側。
  15. 如任一前述請求項之方法或二次電池，其中該單元電池群之該等部件之該等電極結構包含電極活性材料層及電極集電器層，且該單元電池群之部件之該等反電極結構包含反電極活性材料層及反電極集電器層，且其中該多孔電絕緣材料覆蓋該單元電池群之該等部件之反電極活性材料層的上部末端表面及下部末端表面。
  16. 如任一前述請求項之方法或二次電池，其中該多孔電絕緣材料包含至少25%、至少30%、至少35%、至少40%、至少45%、至少50%或至少55%之孔隙率。
  17. 如任一前述請求項之方法或二次電池，其中該多孔電絕緣材料包含不超過55%、不超過50%、不超過45%、不超過40%或不超過35%之孔隙率。
  18. 如任一前述請求項之方法或二次電池，其中該電絕緣隔板為微孔的，且該多孔電絕緣材料之該孔隙率與該電絕緣隔板之孔隙率的比率介於1:0.75至1:1.5範圍內。
  19. 如任一前述請求項之方法或二次電池，其中該多孔電絕緣材料包含分散於黏合劑材料中之微粒材料。
  20. 如任一前述請求項之方法或二次電池，其中該電極總成包含捲繞電極總成，其具有該單元電池群之部件之電極結構及反電極結構圍繞該捲繞電極總成之中心軸線的複數個捲繞，且其中該捲繞電極總成之該豎直方向平行於該中心軸線，且此外，其中該單元電池群之部件之該反電極結構包含長度L CE，其經定義為自該反電極結構在該捲繞電極總成之該中心軸線處之第一末端且沿每一纏繞延伸至該反電極結構在該電極總成之外部區域處之第二末端。
  21. 如任一前述請求項之方法或二次電池，其中該捲繞電極總成具有圓柱形狀。
  22. 如任一前述請求項之方法或二次電池，其中該電極總成具有分別對應於假想三維笛卡爾座標系統之x、y及z軸的彼此垂直之橫向、縱向及豎直軸線，在縱向方向上彼此分離的第一縱向末端表面及第二縱向末端表面，及包圍電極總成縱向軸線A EA且連接該第一縱向末端表面及該第二縱向末端表面之側向表面，該側向表面具有在該縱向軸線之相對側上且在與該縱向軸線正交之第一方向上分離之相對的第一區域及第二區域，該電極總成具有在該縱向方向上量測之最大寬度W EA、由該側向表面界定且在橫向方向上量測之最大長度L EA及由該側向表面界定且在該豎直方向上量測之最大高度H EA，且此外，其中 該單元電池群之部件之每一電極結構包含如在該橫向方向上於該電極結構之相對的第一橫向末端表面與第二橫向末端表面之間量測的長度L E，及如在該豎直方向上於該電極結構之相對的上部豎直末端表面與下部豎直末端表面之間量測的高度H E，及如在該縱向方向上於該電極結構之相對的第一表面與第二表面之間量測的寬度W E，且該單元電池群之部件之每一反電極結構包含如在該橫向方向上於該反電極結構之相對的第一橫向末端表面與第二橫向末端表面之間量測的長度L CE、如在該豎直方向上於該反電極結構之上部豎直末端表面與下部豎直末端表面之間量測的高度H CE，及如在該縱向方向上於該反電極結構之相對的第一表面與第二表面之間量測的寬度W CE，且 其中對於該單元電池群之部件之電極結構，L E與W E及H E中之每一者的比率分別為至少5:1，且H E與W E的比率介於約2:1至約100:1範圍內，且對於該單元電池群之部件之反電極結構，L CE與W CE及H CE中之每一者的比率分別為至少5:1，且H CE與W CE的比率介於約2:1至約100:1範圍內。
  23. 如請求項20至22中任一項之方法或二次電池，其中該多孔電絕緣材料延伸該單元電池群之部件之該反電極結構的至少50%、至少60%、至少75%、至少85%或至少90%。
  24. 如前述請求項中任一項之方法或二次電池，其中該單元電池群之部件之每一電極結構包含電極活性材料層，且該單元電池群之部件之每一反電極結構包含反電極活性材料層，且其中，對於單元電池部件中之鄰近的電極活性材料層及反電極活性材料層， a.  該反電極活性材料層之上部豎直末端表面包含相對於該電極活性材料層之上部豎直末端表面及該隔板向內安置的第一凹槽， b.  該反電極活性材料層之下部豎直末端表面包含相對於該電極活性材料層之下部豎直末端表面及該隔板向內安置的第二凹槽，且 c.  該多孔電絕緣材料鄰近該電絕緣隔板安置且在該反電極活性材料層之該上部豎直末端表面之該第一凹槽內，且該多孔電絕緣材料鄰近該電絕緣隔板安置且在該反電極活性材料層之該下部豎直末端表面之該第二凹槽內。
  25. 如任一前述請求項之方法或二次電池，其中(i)該等電極結構為陽極結構且該等反電極結構為陰極結構，或(ii)該等電極結構為陰極結構且該等反電極結構為陽極結構。
  26. 如請求項25之方法或二次電池，其中該等電極結構為包含陽極活性材料層之陽極結構，且該等反電極結構為包含陰極活性材料層之陰極結構。
  27. 如任一前述請求項之方法或二次電池，其中該電極總成含於密封電池殼體內。
  28. 如任一前述請求項之方法或二次電池，其中該電極結構包含陽極活性材料，該陽極活性材料包含以下中之任何一或多者：碳材料，石墨、軟性或硬性碳；能夠與鋰形成合金之金屬、半金屬、合金、氧化物、化合物，錫、鉛、鎂、鋁、硼、鎵、矽、Si/C複合物、Si/石墨共混物、SiOx、多孔Si、金屬間Si合金、銦、鋯、鍺、鉍、鎘、銻、銀、鋅、砷、鉿、釔、鋰、鈉、鈦酸鋰、鈀；鋰金屬；碳；石油焦；活性碳；石墨；矽化合物；矽合金；錫化合物；非石墨化碳；石墨基碳；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)；鋰合金；矽基合金；錫基合金；金屬氧化物，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；導電聚合物，聚乙炔；基於Li-Co-Ni之材料；結晶石墨，天然石墨、合成石墨；非晶碳；凝析石墨；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；高溫燒結的碳，石油、煤焦油瀝青衍生之焦；氧化錫；硝酸鈦；鋰金屬膜；鋰與選自由Na、K、Rb、Cs、Fr、Be、Mg、Ca、Sr、Ba、Ra、Al及Sn組成之群的一或多種類型之金屬的合金；能夠與鋰合金化及/或嵌入鋰之金屬化合物，其選自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、Sn合金、Al合金中之任一者；能夠摻雜及去摻雜鋰離子之金屬氧化物，SiO v(0＜v＜2)、SnO 2、氧化釩、鋰釩氧化物；包括金屬化合物及碳材料之複合物，Si-C複合物、Sn-C複合物；過渡金屬氧化物，Li 4/3Ti 5/3O 4、SnO；含碳材料，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；及安置於分層含碳材料層之間的式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；以及前述任一者之氧化物、合金、氮化物、氟化物及前述任一者之任何組合。
  29. 如任一前述請求項之方法或二次電池，其中反電極結構包含陰極活性材料，該陰極活性材料包含以下中之至少一者：過渡金屬氧化物、過渡金屬硫化物、過渡金屬氮化物；鋰-過渡金屬氧化物、鋰-過渡金屬硫化物、鋰-過渡金屬氮化物，其包括具有金屬元素之過渡金屬氧化物、過渡金屬硫化物及過渡金屬氮化物，該等金屬元素具有d殼或f殼，及/或其中該金屬元素為選自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中之任一者；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；硫化合物；氧(空氣)；Li(Ni xMn yCo z)O 2；包含金屬氧化物或金屬磷酸鹽之含鋰化合物，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)，包含鋰鐵及磷酸鹽之化合物(例如，LiFePO)；鋰錳氧化物；鋰鈷氧化物；鋰鎳氧化物；磷酸鋰鐵；鋰鈷氧化物(LiCoO 2)、鋰鎳氧化物(LiNiO 2)、具有一或多種過渡金屬之經取代化合物；鋰錳氧化物，Li 1+xMn 2−xO 4(其中，x為0至0.33)、LiMnO 3、LiMn 2O 3、LiMnO 2；鋰銅氧化物(Li 2CuO 2)；氧化釩，LiV 3O 8、LiFe 3O 4、V 2O 5、Cu 2V 2O 7；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)、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；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中之至少一者，X為選自F、S及N中之至少一者，−0.5≤a≤+0.5，0≤x≤0.5，且0≤b≤0.1，LiFePO 4、Li(Fe, Mn)PO 4、Li(Fe, Co)PO 4、Li(Fe, Ni)PO 4；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且a+b+c=2)；LiMn 2-zNi zO 4；LiMn 2-zCo zO 4(0＜z＜2)；LiCoPO 4；及LiFePO 4；元素硫(S8)；硫系列化合物，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)；鋰及鋯之氧化物；鋰及金屬(鈷、錳、鎳或其組合)之複合氧化物，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 dG eO 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)、LiFePO 4(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)、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)、FePO 4；鋰化合物，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、磷酸鋰鐵；硫化鎳；硫化銅；硫；氧化鐵；氧化釩；含鈉材料，式NaM 1 aO 2之氧化物(其中M 1為至少一種過渡金屬元素，且0≤a＜1)，NaFeO 2、NaMnO 2、NaNiO 2、NaCoO 2，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)；Na[Ni 1/2Mn 1/2]O 2、Na 2/3[Fe 1/2Mn 1/2]O 2；由Na 0.44Mn 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)、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(其中M 2為至少一種過渡金屬元素，2≤b≤6，且2≤c≤5)，Na 6Fe 2Si 12O 30、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(其中M 3為至少一種過渡金屬元素，3≤d≤6，且1≤e≤2)，Na 2Fe 2Si 6O 18、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(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，Na 2FeSiO 6、NaFePO 4、Na 3Fe 2(PO 4) 3、Na 3V 2(PO 4) 3、Na 4Co 3(PO 4) 2P 2O 7；硼酸鹽，NaFeBO 4或Na 3Fe 2(BO 4) 3；氟化物，Na hM 5F 6(其中M 5為至少一種過渡金屬元素，且2≤h≤3)，Na 3FeF 6、Na 2MnF 6；氟代磷酸鹽，Na 3V 2(PO 4) 2F 3、Na 3V 2(PO 4) 2FO 2；NaMnO 2、Na[Ni 1/2Mn 1/2]O 2、Na 2/3[Fe 1/2Mn 1/2]O 2；Na 3V 2(PO 4) 3、Na 4Co 3(PO 4) 2P 2O 7；Na 3V 2(PO 4) 2F 3及/或Na 3V 2(PO 4) 2FO 2；以及前述之任何複合氧化物及/或其他組合。
  30. 一種製造如請求項2至3及11至29中任一項之二次電池的方法，其包含： (1)    堆疊在該堆疊方向上串聯堆疊之該單元電池群，其中(i)每一單元電池包含該電極結構、該反電極結構及該電極結構與該反電極結構之間的該電絕緣隔板，(ii)每一單元電池內之該等電極結構、該等反電極結構及該等電絕緣隔板具有在該豎直方向上分離之相對的上部末端表面及下部末端表面，且(iii)該豎直方向與該堆疊方向正交，及 (2)    用該多孔電絕緣材料覆蓋該單元電池群之該等部件之該(等)電極結構或該(等)反電極結構的該(等)上部末端表面或該(等)下部末端表面，該多孔電絕緣材料具有介於20%至60%範圍內之該孔隙率。
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