TW202308214A - 用於電化學電池之電性互連系統的強化物及其系統與方法 - Google Patents

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阿迪亞 曼達倫
邁爾斯 Ａ Ｍ 柯爾
羅伯特 Ｋ 羅森
布魯諾 A 韋德斯
羅伯特 Ｆ 基欽
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Abstract

本發明提供一種二次電池總成，其包括具有分別對應於三維笛卡耳座標系統之X、Y及Z軸的相互垂直之橫向軸、縱向軸及豎直軸的電極總成。該電極總成界定一面群，每一面由該等橫向、縱向及豎直軸中之兩者界定。該二次電池總成亦包括電耦接至沿著該電極總成之第一面延伸之第一匯流條的第一集電器突片群，該第一面在由該Z軸及該X軸界定之Z-X平面或由該Z軸及該Y軸界定之Z-Y平面中的至少一者中延伸。該二次電池總成亦包括安置於該等第一集電器突片之至少一部分上方的強化物結構，該等第一集電器突片沿著該第一面延伸。該強化物結構包括聚合物。

Description

用於電化學電池之電性互連系統的強化物及其系統與方法
本發明之領域大體上係關於能量儲存技術，諸如電池技術。更特定言之，本發明之領域係關於用於電池組件(諸如，例如鋰基二次電池之電化學電池之組件)之電性互連的強化物膜或層。
鋰基二次電池歸因於其相對較高之能量密度、電力及貯藏壽命而變成所要能源。鋰二次電池之實例包括非水性電池，諸如鋰離子及鋰聚合物電池。
諸如電池、燃料電池及電化電容器之已知能量儲存裝置典型地具有二維層狀架構，諸如平面或螺旋捲繞(亦即，凝膠卷)層壓結構，其中各層壓物之表面積大致等於其幾何佔據面積(忽略孔隙度及表面粗糙度)。
相比於層狀二次電池，三維二次電池可提供增加的容量及壽命。然而，生產此類三維二次電池在製造及成本上具有挑戰。
在堆疊式單元型二次電池之製造製程期間，互連突片可沿著電池的歸因於衝擊或材料疲乏而易受損害的一或多個邊緣焊接或摺疊。此類互連之故障可導致電池之劣化效能或故障。因此，將需要產生電池，同時解決已知技術中之問題。
在一個實施例中，用於在一充電狀態與一放電狀態之間循環的一電極總成包括一單位晶胞群、一電極匯流條及一反電極匯流條，其中該單位晶胞群之部件包含一電極結構、一隔板結構及一反電極結構，其中(a)該等電極結構包含一電極活性材料層、具有一突片之一電極集電器及包含安置於電極集電器突片之至少一部分上方的一第一聚合物之一電極突片強化物結構，且(b)該等反電極集電器包含一反電極活性材料層、具有一突片之一反電極集電器及包含安置於反電極集電器突片之至少一部分上方之一第二聚合物的一反電極突片強化物結構，且該等電極結構經由該等電極集電器突片並行地電連接至該電極匯流條，且該等反電極結構經由該等反電極集電器突片並行地電連接至該反電極匯流條。
在另一實施例中，一二次電池總成包括：一電極總成，其具有分別對應於一三維笛卡耳座標系統之X軸、Y軸及Z軸的相互垂直之橫向軸、縱向軸及豎直軸，該電極總成界定一面群，每一面由該橫向、該縱向及該豎直軸中之兩者界定；一第一集電器突片群，其電耦接至沿著該電極總成之一第一面延伸的一第一匯流條，該第一面在由該Z軸及該X軸界定之一Z-X平面或由該Z軸及該Y軸界定之一Z-Y平面中的至少一者中延伸；及一強化物結構，其安置於該等第一集電器突片之至少一部分上方，該等第一集電器突片沿著該第一面延伸，該強化物結構包含一聚合物。
在另一實施例中，一二次電池包括：一電極總成，其具有分別對應於一三維笛卡耳座標系統之X軸、Y軸及Z軸的相互垂直之橫向軸、縱向軸及豎直軸，該電極總成界定一面群，每一面由該橫向、該縱向及該豎直軸中之兩者界定；一第一集電器突片群，其電耦接至沿著該電極總成之一第一面延伸的一第一匯流條，該第一面在由該Z軸及該X軸界定之一Z-X平面或由該Z軸及該Y軸界定之一Z-Y平面中的一者中延伸；一強化物結構，其安置於該等第一集電器突片之至少一部分上方，該等第一集電器突片沿著該第一面延伸，該強化物結構包含一聚合物；及一電池殼體，其圍封該電極總成及該強化物結構。
在又另一實施例中，製備供與一二次電池一起使用之一電池總成之方法包括：製備一電極總成，該電極總成具有分別對應於一三維笛卡耳座標系統之X軸、Y軸及Z軸的相互垂直之橫向軸、縱向軸及豎直軸，該電極總成界定一面群，每一面由該橫向、該縱向及該豎直軸中之兩者界定；將一第一集電器突片群電耦接至沿著該電極總成之一第一面延伸的一第一匯流條；將一強化物結構黏附於該等第一集電器突片之至少一部分上方，該強化物結構包含一聚合物；及將該電極總成及該強化物結構圍封於一電池殼體內。
在又另一實施例中，製造一二次電池之方法包括：製備一電極總成，該電極總成具有分別對應於一三維笛卡耳座標系統之X軸、Y軸及Z軸的相互垂直之橫向軸、縱向軸及豎直軸，該電極總成界定一面群，每一面由該橫向、該縱向及該豎直軸中之兩者界定；將一第一集電器突片群電耦接至沿著該電極總成之一第一面延伸的一第一匯流條；將一強化物結構黏附於該等第一集電器突片之至少一部分上方，該強化物結構包含一聚合物；將該電極總成及該強化物結構圍封於一電池殼體內，使得該強化物結構位於該電池殼體與該電極總成之間；及真空密封該殼體。
相關申請案之交叉引用
本申請案主張2021年3月31日申請之美國臨時申請案第63/168,395號的優先權，其特此以全文引用之方式併入。 定義
除非上下文另外明確指示，否則如本文所使用，「一(a/an)」及「該」(亦即，單數形式)係指複數個指示物。舉例而言，在一種情況下，提及「電極」包括單個電極及複數個類似電極兩者。
如本文中所使用之「約」及「大致」係指加或減所陳述之值的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字參數為近似值。各數字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。
如本文中所使用之「陽極材料」或「陽極活性」意謂適用作二次電池之負電極的材料。
在二次電池之上下文中，如本文中所使用的「陰極」係指二次電池中之正電極。
如本文中所使用之「陰極材料」或「陰極活性」意謂適用作二次電池之正電極的材料。
「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。
除非上下文另外明確指示，否則如本文中所使用之「反電極」可指二次電池之與電極相反的負電極或正電極(陽極或陰極)。
在二次電池在充電與放電狀態之間循環的上下文中，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)移動至與第一狀態相對的第二狀態(亦即，若第一狀態為放電，則為充電狀態，或若第一狀態為充電，則為放電狀態)，且隨後使電池移動回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，且隨後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，且隨後充電回到充電狀態以完成循環。
如本文中所使用之「電化學活性材料」意謂陽極活性或陰極活性材料。
除非上下文另外明確指示，否則如本文中所使用之「電極」可指二次電池之負或正電極(陽極或陰極)。
如本文中所使用之「電極集電器層」可指陽極(例如，負)集電器層或陰極(例如，正)集電器層。
除非上下文另外明確指示，否則如本文中所使用之「電極材料」可指陽極材料或陰極材料。
除非上下文另外明確指示，否則如本文中所使用之「電極結構」可指適用於電池中之陽極結構(例如，負電極結構)或陰極結構(例如，正電極結構)。
如本文中所使用之「縱向軸」、「橫向軸」及「豎直軸」係指互相垂直之軸(亦即，各自彼此正交)。舉例而言，如本文中所使用之「縱向軸」、「橫向軸」及「豎直軸」類似於用於界定三維態樣或定向之笛卡耳座標系統。因此，本文中所揭示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。換言之，當提及所揭示主題之三維態樣時，軸可為可互換的。「弱化區」係指已經受諸如劃刻、切割、穿孔或類似者之處理操作之幅材的一部分，使得弱化區域之局部斷裂強度低於非弱化區域之斷裂強度。
本發明之實施例係關於用於電池(諸如，二次電池)之組件的強化物結構，其用於減少組件損壞的發生從而維持電池之功能性、安全性及/或輸出。
參考圖1描述在施加強化物結構之前的電池總成100之一個適合實施例。如圖1中所說明，電池總成100包括相鄰的電極子單元102群。每一電極子單元102具有分別在X軸、Y軸及Z軸上的維度。X軸、Y軸及Z軸各自互相垂直，類似於笛卡耳座標系統。如本文中所使用，每一電極子單元102在Z軸上之維度可稱為「高度」，在X軸上之維度可稱為「長度」，且在Y軸上之維度可稱為「寬度」。電極子單元可組合成一或多個單位晶胞200 (圖2)。每一單位晶胞200包含至少一個陽極活性材料層104及至少一個陰極活性材料層106。陽極活性材料層104及陰極活性材料層106藉由隔板層108彼此電隔離。應瞭解，在本發明之適合實施例中，可在單個電池總成100中使用任何數目之電極子單元102，諸如1至200個或更多個子單元。
仍參考圖1，電池總成100包括匯流條110及112，其經由電極突片(或集電器突片) 120分別與每一電極子單元102之陽極活性層104及陰極活性層106電接觸。因此，圖1中所見之匯流條110可稱為陽極匯流條，且匯流條112可稱為陰極匯流條。在一個實施例中，可稱為限制之外殼116可應用於電池總成100之X-Y表面中之一者或兩者上。在圖1中所示之實施例中，在電池總成100已完全組裝後，外殼116包括穿孔118群以促進電解質溶液之分佈或流動。
在一個實施例中，陽極活性層104及陰極活性層106中之每一者可為多層材料，包括例如電極集電器層(亦即，陽極集電器層或陰極集電器層)及在其至少一個主表面上之電化學活性材料層(亦即，陽極活性材料層或陰極活性材料層)，且在其他實施例中，陽極活性層及陰極活性層中之一或多者可為適當材料之單層。
參考圖2，展示單位晶胞200之個別層，其可與電極子單元102相同或類似。在一些實施例中，對於單位晶胞200中之每一者，隔板層108為適用作二次電池中之隔板的離子可滲透聚合編織材料。單位晶胞200之一個實施例的橫截面圖展示於圖2中。在此實施例中，電極單位晶胞200包含呈堆疊形式之在中心之陽極集電器層206、陽極活性材料層104、隔板108、陰極活性材料層106及陰極集電器層210。在替代實施例中，可交換陰極活性材料層106及陽極活性材料層104之置放，使得陰極活性材料層106朝向中心且陽極活性材料層在陰極活性材料層106遠端。在一個實施例中，單位晶胞200A在圖2之說明中自右至左包括依次堆疊之陰極集電器210、陰極活性材料層106、隔板108、陽極活性材料層104及陽極集電器206。在替代實施例中，單位晶胞200B在圖2之說明中自左至右包括依次堆疊的隔板108、陰極活性材料層106之第一層、陰極集電器210、陰極活性材料層106之第二層、隔板108、陽極活性材料層104之第一層、陽極集電器206、陽極活性材料層104之第二層及隔板108。
在一個實施例中，陽極集電器層206可包含導電金屬，諸如銅、銅合金、碳、鎳、不鏽鋼或適合作為陽極集電器層之任何其他材料。陽極活性材料層104可形成為陽極集電器層206之第一表面上的第一層及陽極集電器層206之第二相對表面上的第二層。在另一實施例中，陽極集電器層206與陽極活性材料層104可互混。第一表面及第二相對表面可稱為層之主表面或前表面及後表面。如本文中所使用，主表面係指由藉由材料在X軸方向(圖2中未示)上之長度及材料在Z軸方向上之高度形成的平面界定的表面。
在一個實施例中，陽極活性材料層104可各自具有至少約10 µm之厚度。舉例而言，在一個實施例中，陽極活性材料層104將(各自)在Y軸方向上具有至少約40 µm之寬度。藉助於其他實例，在一個此類實施例中，陽極活性材料層104將(各自)具有至少約80 µm之寬度。藉助於其他實例，在一個此類實施例中，陽極活性材料層104將各自具有至少約120 µm之寬度。然而，典型地，陽極活性材料層104將各自具有小於約60 µm或甚至小於約30 µm的寬度。如本文中所使用，術語厚度及寬度可互換使用以指代在Y軸方向上之量測。
一般而言，負電極活性材料(例如，陽極活性材料)可選自由以下組成之群：(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、複合物或含有鋰之複合物；(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、ZnCo2O4；(f)石墨及碳之粒子；(g)鋰金屬，及(h)其組合。
例示性陽極活性材料包括碳材料，諸如石墨及軟性或硬性碳，或石墨烯(例如，單壁或多壁碳奈米管)，或能夠嵌入鋰或與鋰形成合金之一系列金屬、半金屬、合金、氧化物、氮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/石墨摻合物、氧化矽(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或其合金或氧化物。
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(或其他載體離子)併入至負電極活性材料中或離開負電極活性材料，適應體積膨脹及收縮。一般而言，陽極活性材料層104中之每一者之空隙體積分數為至少0.1。然而，典型地，陽極活性材料層中之每一者之空隙體積分數不大於0.8。舉例而言，在一個實施例中，陽極活性材料層104中之每一者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，陽極活性材料層104 (中之每一者)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，陽極活性材料層104中之每一者之空隙體積分數為約0.25至約0.6。
取決於微結構化陽極活性材料之組成及其形成方法，微結構化陽極活性材料可包含大孔、微孔或中孔材料層或其組合，諸如微孔與中孔之組合或中孔與大孔之組合。微孔材料之特徵典型地在於小於10 nm之孔隙尺寸、小於10 nm之壁尺寸、1-50微米之孔隙深度及一般藉由「多孔」及不規則外觀表徵、不光滑壁及支化孔隙之孔隙形態。中孔材料之特徵典型地在於10-50 nm之孔隙尺寸、10-50 nm之壁尺寸、1-100微米之孔隙深度及一般藉由在某種程度上輪廓分明或樹枝狀的孔隙之支化孔隙表徵之孔隙形態。大孔材料之特徵典型地在於大於50 nm之孔隙尺寸、大於50 nm之壁尺寸、1-500微米之孔隙深度及可為不同直鏈、支化或樹枝狀且有光滑或粗糙壁之孔隙形態。另外，空隙體積可包含敞開或閉合的空隙或其組合。在一個實施例中，空隙體積包含敞開空隙，亦即，負電極活性材料含有在負電極活性材料之側向表面處具有開口之空隙，鋰離子(或其他載體離子)可經由該等開口進入或離開陽極活性材料；例如，鋰離子可在離開陰極活性材料之後經由空隙開口進入陽極活性材料。在另一實施例中，空隙體積包含閉合的空隙，亦即，陽極活性材料含有由陽極活性材料圍封之空隙。一般而言，敞開的空隙可為載體離子提供更大界面表面積，而閉合的空隙往往不易受固體電解質界面影響，同時各自為載體離子進入後陽極活性材料之膨脹提供空間。因此，在某些實施例中，較佳地，陽極活性材料包含敞開及閉合的空隙之組合。
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、氧化物或氮化物。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，陽極活性材料包含多孔矽，具有約5至約100微米之厚度，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，陽極活性材料包含多孔矽，具有約10至約80微米之厚度，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，陽極活性材料包含多孔矽，具有約20至約50微米之厚度，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，陽極活性材料包含多孔矽合金(諸如，矽化鎳)，具有約5至約100微米之厚度，且具有約0.15至約0.75之孔隙度分數。
在另一實施例中，陽極活性材料包含鋁、錫或矽或其合金之纖維。個別纖維可具有約5 nm至約10,000 nm之直徑(厚度尺寸)及通常對應於陽極活性材料之厚度的長度。矽之纖維(奈米線)可例如藉由此項技術中已知之化學氣相沈積或其他技術，諸如氣相液體固體(VLS)生長及固體液體固體(SLS)生長形成。另外，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200微米的厚度。舉例而言，在一個實施例中，陽極活性材料包含矽奈米線，具有約5至約100微米之厚度，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，陽極活性材料包含矽奈米線，具有約10至約80微米之厚度，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，陽極活性材料包含矽奈米線，具有約20至約50微米之厚度，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，陽極活性材料包含矽合金(諸如，矽化鎳)之奈米線，具有約5至約100微米之厚度，且具有約0.15至約0.75之孔隙度分數。
在又其他實施例中，負電極(亦即，電極或反電極，取決於上下文)或陽極活性材料層104塗佈有選自由以下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。粒狀鋰材料可藉由以約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射、裝載或以其他方式安置於負電極活性材料層上而施加至陽極活性材料層104 (例如，負電極)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)。
一般而言，陽極集電器206將具有至少約10 3西門子/cm之導電率。舉例而言，在一個此類實施例中，陽極集電器將具有至少約10 4西門子/cm之導電率。藉助於其他實例，在一個此類實施例中，陽極集電器將具有至少約10 5西門子/cm之導電率。適用作陽極集電器206之例示性導電材料包括金屬，諸如銅、鎳、不鏽鋼、碳、鈷、鈦及鎢，及其合金。
再次參考圖2，在另一適合實施例中，單位晶胞200包括一或多個陰極集電器層210及一或多個陰極活性材料層106。陰極材料之陰極集電器層210可包含鋁、鋁合金、鈦或適用作陰極集電器層210之任何其他材料。陰極活性材料層106可形成為陰極集電器層210之第一表面上的第一層及陰極集電器層210之第二相對表面上的第二層。陰極活性材料層106可塗佈至陰極集電器層210之一個或兩個側面上。類似地，陰極活性材料層106可塗佈至陰極集電器層210之一個或兩個主表面上。在另一實施例中，陰極集電器層210與陰極活性材料層106可互混。
在一個實施例中，陰極活性材料層106將各自具有至少約20 µm之厚度。舉例而言，在一個實施例中，陰極活性材料層106將各自具有至少約40 µm之厚度。藉助於其他實例，在一個此類實施例中，陰極活性材料層106將各自具有至少約60 µm之厚度。藉助於其他實例，在一個此類實施例中，陰極活性材料層106將各自具有至少約100 µm之厚度。然而，典型地，陰極活性材料層106將各自具有小於約90 µm或甚至小於約70 µm之厚度。
在一個實施例中，正電極(例如，陰極)材料可包含或可為嵌入型化學活性材料、轉化化學活性材料或其組合。
適用於本發明之例示性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，及類似物。
例示性陰極活性材料亦包括廣泛範圍之嵌入型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活性材料，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-殼層或f-殼層之金屬元素。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、氧氣(空氣)、Li(Ni xMn yCo z)O 2及其組合。
一般而言，陰極集電器210將具有至少約10 3西門子/cm之導電率。舉例而言，在一個此類實施例中，陰極集電器210將具有至少約10 4西門子/cm之導電率。藉助於其他實例，在一個此類實施例中，陰極集電器210將具有至少約10 5西門子/cm之導電率。適用作陰極集電器210之例示性導電材料包括金屬，諸如鋁、鎳、鈷、鈦及鎢，及其合金。
再次參考圖2，在一個實施例中，電絕緣隔板層108適用於使陽極活性材料層104之各部件與陰極活性材料層106之各部件電隔離。電絕緣隔板層108將通常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之範圍內之直徑的孔隙，及在約25%至約75%的範圍內，更典型地在約35%-55%的範圍內之孔隙率。
在一個實施例中，電絕緣隔板材料層108將各自具有至少約4 µm之厚度。舉例而言，在一個實施例中，電絕緣隔板材料層108將各自具有至少約8 µm之厚度。藉助於其他實例，在一個此類實施例中，電絕緣隔板材料層108將各自具有至少約12 µm之厚度。藉助於其他實例，在一個此類實施例中，電絕緣隔板材料層108將各自具有至少約15 µm之厚度。在另一實施例中，電絕緣隔板材料層108將各自具有至少約25 µm之厚度。在另一實施例中，電絕緣隔板材料層108將各自具有至少約50 µm之厚度。然而，典型地，電絕緣隔板材料層108將各自具有小於約12 µm或甚至小於約10 µm之厚度。
一般而言，用於隔板層108之隔板材料可選自具有在單位晶胞之正活性材料與負活性材料之間傳導載體離子之能力的廣泛範圍之隔板材料。舉例而言，隔板材料可包含可由液體非水性電解質滲透的微孔隔板材料。替代地，隔板材料可包含能夠在單位晶胞之正電極與負電極之間傳導載體離子的凝膠或固體電解質。
在一個實施例中，隔板材料可包含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，隔板材料可包含基於氧化物的電解質。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)。
在另一實施例中，隔板材料可包含固體電解質。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)。
在一個實施例中，隔板材料包含微孔隔板材料，該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)。微孔隔板材料之孔隙將具有至少50 Å之直徑，且將通常處於約250至2,500 Å的範圍內。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%-55%之孔隙率。
用於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、四氟丙烯及類似者之單體之氟聚合物。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、聚甲基丙烯酸及聚氧化乙烯。在另一實施例中，黏結劑選自由以下組成之群：丙烯酸酯、苯乙烯、環氧樹脂及聚矽氧。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之載體離子(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之載體離子之導電率。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之載體離子之導電率。例示性粒狀材料包括粒狀聚乙烯、聚丙烯、TiO 2-聚合物複合物、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)。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微米之平均粒徑。
在替代實施例中，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需之空隙分數以提供電池功能之離子導電率。
在組裝的能量儲存裝置(諸如，電池總成100)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，非水性電解質包含溶解於有機溶劑及/或溶劑混合物中之鋰鹽及/或鹽的混合物。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。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伸丙酯、碳酸伸丁酯、γ-丁內酯、碳酸伸乙烯酯、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。
在一個實施例中，微孔隔板層108可由包括鋰鹽與高純度有機溶劑之混合物的非水性有機電解質滲透。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。
進一步參考圖1及圖2，在一個實施例中，匯流條110及112經由各別電極或反電極(例如，陽極或陰極，視具體情況而定)之匯流條開口(未展示)置放以將陽極集電器206彼此並行地連接(在包含多個電極子單元之電池中)，且匯流條中之另一者在包含多個單位晶胞200之電池中將陰極集電器210彼此並行地連接。在一個實施例中，匯流條110、112經焊接或在焊接之前以其他方式電耦接至分別向下摺疊之集電器突片120。在一個實施例中，匯流條110為銅匯流條且焊接至陽極集電器層206之陽極突片，且匯流條112為鋁匯流條且焊接至陰極集電器層210之陰極突片。然而，在其他實施例中，匯流條110、112可為允許電池總成100如本文中所描述運行的任何適合之導電材料。焊接可使用雷射焊機、摩擦焊接、超音波焊接或用於將匯流條110及112焊接至電極突片120的任何適合之焊接方法進行。在一個實施例中，匯流條110及112中之每一者分別與陽極及陰極的所有電極突片120電接觸。
如本文中所提及，陽極群之部件至少包含陽極集電器206及陽極活性材料層104。在一些實施例中，陽極群之部件包含陽極集電器206及安置於陽極集電器206之每一主表面上之陽極活性材料層104。陽極群部件之部件之長度將視能量儲存裝置及其預期用途而變化。然而，一般而言，陽極群之部件將通常具有在約5 mm至約500 mm的範圍內之長度。舉例而言，在一個此類實施例中，陽極群之部件具有約10 mm至約250 mm之長度。藉助於其他實例，在一個此類實施例中，陽極群之部件具有約25 mm至約100 mm之長度。
陽極群之部件之寬度(Y軸範圍)亦將視能量儲存裝置及其預期用途而變化。然而，一般而言，陽極群之各部件將通常具有在約0.01 mm至2.5 mm的範圍內之寬度。舉例而言，在一個實施例中，陽極群之各部件的寬度將在約0.025 mm至約2 mm的範圍內。藉助於其他實例，在一個實施例中，陽極群之各部件的寬度將在約0.05 mm至約1 mm的範圍內。
陽極群之部件之高度(Z軸範圍)亦將視能量儲存裝置及其預期用途而變化。然而，一般而言，陽極群之部件將通常具有在約0.05 mm至約25 mm的範圍內之高度。舉例而言，在一個實施例中，陽極群之各部件之高度將在約0.05 mm至約5 mm的範圍內。藉助於其他實例，在一個實施例中，陽極群之各部件之高度將在約0.1 mm至約1 mm的範圍內。根據一個實施例，陽極群之部件包括一或多個具有第一高度之第一電極部件及一或多個具有除第一高度以外的第二高度之第二電極部件。在又另一實施例中，一或多個第一電極部件及一或多個第二電極部件之不同高度可經選擇以容納電極總成之預定形狀，諸如沿著縱向及/或橫向軸中之一或多者具有不同高度的電極總成形狀，及/或以提供二次電池之預定效能特性。根據另一實施例，陽極群之部件包括一或多個具有第一寬度之第一電極部件及一或多個具有除第一寬度以外之第二寬度的第二電極部件。在又另一實施例中，一或多個第一電極部件及一或多個第二電極部件之不同寬度可經選擇以容納電極總成之預定形狀，諸如具有不同寬度之電極總成形狀及/或以提供二次電池的預定效能特性。根據又另一實施例，陽極群之部件包括一或多個具有第一長度之第一電極部件及一或多個具有除第一長度以外之第二長度的第二電極部件。在又另一實施例中，一或多個第一電極部件及一或多個第二電極部件之不同長度可經選擇以容納電極總成之預定形狀，諸如具有不同長度之電極總成形狀及/或以提供二次電池的預定效能特性。
一般而言，陽極群之部件具有實質上大於其寬度及其高度中之每一者的長度(X軸範圍)。舉例而言，在一個實施例中，對於陽極群之各部件，長度與寬度及高度中之每一者的比率分別為至少5:1 (亦即，長度與寬度的比率分別為至少5:1，且長度與高度的比率分別為至少5:1)。藉助於其他實例，在一個實施例中，長度與寬度及高度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，長度與寬度及高度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，對於陽極群之各部件，長度與寬度及高度中之每一者的比率為至少20:1。
在一個實施例中，陽極群之部件之高度與寬度的比率分別為至少0.4:1。舉例而言，在一個實施例中，對於陽極群之各部件，高度與寬度之比率將分別為至少2:1。藉助於其他實例，在一個實施例中，高度與寬度之比率將分別為至少10:1。藉助於其他實例，在一個實施例中，高度與寬度之比率將分別為至少20:1。然而，典型地，高度與寬度之比率將通常分別小於1,000:1。舉例而言，在一個實施例中，高度與寬度之比率將分別小於500:1。藉助於其他實例，在一個實施例中，高度與寬度之比率將分別小於100:1。藉助於其他實例，在一個實施例中，高度與寬度之比率將分別小於10:1。藉助於其他實例，在一個實施例中，對於陽極群之各部件，高度與寬度之比率將分別在約2:1至約100:1的範圍內。
如本文中所提及，陰極群之部件至少包含陰極集電器210及陰極活性材料層106。陰極群之部件之長度將視能量儲存裝置及其預期用途而變化。然而，一般而言，陰極群之各部件將通常具有在約5 mm至約500 mm的範圍內的長度。舉例而言，在一個此類實施例中，陰極群之各部件具有約10 mm至約250 mm的長度。藉助於其他實例，在一個此類實施例中，陰極群之各部件具有約25 mm至約100 mm之長度。
陰極群之部件之寬度(Y軸範圍)亦將視能量儲存裝置及其預期用途而變化。然而，一般而言，陰極群之部件將通常具有在約0.01 mm至2.5 mm的範圍內之寬度。舉例而言，在一個實施例中，陰極群之各部件的寬度將在約0.025 mm至約2 mm的範圍內。藉助於其他實例，在一個實施例中，陰極群之各部件的寬度將在約0.05 mm至約1 mm的範圍內。
陰極群之部件之高度(Z軸範圍)亦將視能量儲存裝置及其預期用途而變化。然而，一般而言，陰極群之部件將通常具有在約0.05 mm至約25 mm的範圍內之高度。舉例而言，在一個實施例中，陰極群之各部件之高度將在約0.05 mm至約5 mm的範圍內。藉助於其他實例，在一個實施例中，陰極群之各部件的高度將在約0.1 mm至約1 mm的範圍內。根據一個實施例，陰極群之部件包括一或多個具有第一高度之第一陰極部件及一或多個除第一高度外具有第二高度之第二陰極部件。在又另一實施例中，一或多個第一陰極部件及一或多個第二陰極部件之不同高度可經選擇以容納電極總成之預定形狀，諸如沿著縱向及/或橫向軸中之一或多者具有不同高度之電極總成形狀，及/或以提供二次電池的預定效能特性。根據另一實施例，陰極群之部件包括一或多個具有第一寬度之第一電極部件及一或多個具有除第一寬度以外之第二寬度的第二電極部件。在又另一實施例中，一或多個第一電極部件及一或多個第二電極部件之不同寬度可經選擇以容納電極總成之預定形狀，諸如具有不同寬度之電極總成形狀及/或以提供二次電池的預定效能特性。根據又另一實施例，陰極群之部件包括一或多個具有第一長度之第一電極部件及一或多個具有除第一長度以外之第二長度的第二電極部件。在又另一實施例中，一或多個第一電極部件及一或多個第二電極部件之不同長度可經選擇以容納電極總成之預定形狀，諸如具有不同長度之電極總成形狀及/或以提供二次電池的預定效能特性。
一般而言，陰極群之各部件具有實質上大於其寬度且實質上大於其高度之長度(X軸範圍)。舉例而言，在一個實施例中，對於陰極群之各部件，長度與寬度及高度中之每一者的比率分別為至少5:1 (亦即，長度與寬度的比率分別為至少5:1，且長度與高度的比率分別為至少5:1)。藉助於其他實例，在一個實施例中，對於陰極群之各部件，長度與寬度及高度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，對於陰極群之各部件，長度與寬度及高度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，對於陰極群之各部件，長度與寬度及高度中之每一者的比率為至少20:1。
在一個實施例中，陰極群之部件之高度與寬度的比率分別為至少0.4:1。舉例而言，在一個實施例中，對於陰極群之各部件，高度與寬度之比率將分別為至少2:1。藉助於其他實例，在一個實施例中，對於陰極群之各部件，高度與寬度之比率將分別為至少10:1。藉助於其他實例，在一個實施例中，對於陰極群之各部件，高度與寬度之比率將分別為至少20:1。然而，典型地，對於陽極群之各部件，高度與寬度之比率將通常分別小於1,000:1。舉例而言，在一個實施例中，對於陰極群之各部件，高度與寬度之比率將分別小於500:1。藉助於其他實例，在一個實施例中，高度與寬度之比率將分別小於100:1。藉助於其他實例，在一個實施例中，高度與寬度之比率將分別小於10:1。藉助於其他實例，在一個實施例中，對於陰極群之各部件，高度與寬度之比率將分別在約2:1至約100:1的範圍內。
在一個實施例中，陽極集電器206亦具有實質上大於負電極活性材料層104之導電率的導電率。應注意，負電極活性材料層104可與陽極活性材料層104相同或類似。舉例而言，在一個實施例中，當存在用以將能量儲存於裝置中之所施加電流或用以使裝置放電的所施加負載時，陽極集電器206之導電率與陽極活性材料層104之導電率的比率為至少100:1。藉助於其他實例，在一些實施例中，當存在用以將能量儲存於裝置中之所施加電流或用以使裝置放電的所施加負載時，陽極集電器206之導電率與陽極活性材料層104之導電率的比率為至少500:1。藉助於其他實例，在一些實施例中，當存在用以將能量儲存於裝置中之所施加電流或用以使裝置放電的所施加負載時，陽極集電器206之導電率與負電極活性材料層104之導電率的比率為至少1000:1。藉助於其他實例，在一些實施例中，當存在用以將能量儲存於裝置中的所施加電流或用以使裝置放電的所施加負載時，陽極集電器206之導電率與陽極活性材料層104之導電率的比率為至少5000:1。藉助於其他實例，在一些實施例中，當存在用以將能量儲存於裝置中之所施加電流或用以使裝置放電的所施加負載時，陽極集電器206之導電率與陽極活性材料層104之導電率的比率為至少10,000:1。
一般而言，陰極集電器層210可包含金屬，諸如鋁、碳、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，陰極集電器層210包含金或其合金，諸如矽化金。藉助於其他實例，在一個實施例中，陰極集電器層210包含鎳或其合金，諸如矽化鎳。
現參考圖3，圖3為在將強化物結構或外包裝(例如，殼體)置放於其上之前的電池總成300 (其可與電池總成100相同或類似)之放大部分細節透視圖。電池總成300包括電極總成301，其包含在Y軸方向上以堆疊式配置組織之電極子單元302 (其可與子單元102相同或類似)群。電極子單元302中之每一者至少包含電極電流導電層、包含電極活性材料(例如，陽極活性材料層)之電極層、隔板層、包含反電極活性材料(例如，陰極活性材料層)之反電極層，及反電極集電器層。
在一個適合實施例中，電極總成301圍封於由限制316界定之體積(在一些實施例中，其可與外殼116相同或類似)內。在一個實施例中，限制316包含不鏽鋼，諸如SS 316、440C或440C硬性。在其他實施例中，限制包含鋁(例如，鋁7075-T6，硬性H18等)、鈦(例如，6Al-4V)、鈹、鈹銅(硬性)、銅(無O 2，硬性)、鎳、其他金屬或金屬合金、複合物、聚合物、陶瓷(例如，氧化鋁(例如，燒結或Coorstek AD96)、氧化鋯(例如，Coorstek YZTP)、氧化釔穩定氧化鋯(例如，ENrG E-Strate®))、玻璃、強化玻璃、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%玻璃的聚醚醚酮(PEEK) (例如，Victrex 90HMF40或Xycomp 1000-04)、聚醯亞胺(例如，Kapton®)、E玻璃標準織物/環氧樹脂0度(E Glass Std Fabric/Epoxy,0 deg)、E玻璃UD/環氧樹脂0度(E Glass UD/Epoxy,0 deg)、克維拉標準織物/環氧樹脂0度(Kevlar Std Fabric/Epoxy,0 deg)、克維拉UD/環氧樹脂0度(Kevlar UD/Epoxy,0 deg)、碳標準織物環氧樹脂0度(Carbon Std Fabric/Epoxy,0 deg)、碳UD/環氧樹脂0度(Carbon UD/Epoxy,0 deg)、東洋紡Zylon® HM纖維/環氧樹脂(Toyobo Zylon® HM Fiber/Epoxy)、克維拉49芳綸纖維(Kevlar 49 Aramid Fiber)、S玻璃纖維(S Glass Fibers)、碳纖維、維克特綸UM LCP纖維(Vectran UM LCP Fibers)、迪尼瑪(Dyneema)、柴隆(Zylon)或其它合適的材料。
限制316包含電池總成300之一側上的通常沿著X-Y平面對準的第一罩蓋320 (亦即，第一一級生長限制)及電池總成300之的相對側上之第二罩蓋(亦即，第二一級生長限制) (圖3中未展示，但與第一罩蓋320實質上相同且通常在322處指示)，該第二罩蓋在Z軸方向上與第一罩蓋320分離，亦通常沿著X-Y平面對準，從而具有在Z軸方向上量測之厚度t1 (圖3A)。限制316之厚度(t 1)可取決於一系列因素，包括例如限制316之建構材料、電極總成301之總體尺寸及電極與反電極之組成。在一些實施例中，舉例而言，限制316將包含具有在約10至約100微米的範圍內之厚度t 1之片。舉例而言，在一個此類實施例中，限制316包含具有約30 µm之厚度之不鏽鋼片(例如，SS316)。藉助於其他實例，在另一實施例中，限制316包含具有約40 µm之厚度之鋁片(例如，7075-T6)。藉助於其他實例，在另一實施例中，限制316包含具有約30 µm之厚度之氧化鋯片(例如，Coorstek YZTP)。藉助於其他實例，在另一實施例中，限制316包含具有約75 µm之厚度之E玻璃UD/環氧樹脂0度片。藉助於其他實例，在另一此類實施例中，限制316包含＞50%填集密度下之12 µm碳纖維。第一罩蓋320及第二罩蓋322中之每一者可包含一或多個特徵315，其可經由切口、孔或其類似者形成為凹痕。在一個實施例中，特徵315促進電池總成300諸如自外部鋰箔片電極(未展示)預鋰化。在此類實施例中，特徵315允許鋰通過其擴散以促進預鋰化。
再次參考圖3，在一個實施例中，存在在X-Z平面中延伸之第三罩蓋324 (亦即，第一二級生長限制)及在Y軸方向上分離之相對第三罩蓋，及在X-Z平面中延伸之第四罩蓋326 (例如，第二二級生長限制)及在Y軸方向上分離之相對第四罩蓋。在圖3中所示之實施例中，第三罩蓋324由第一罩蓋320之已在第一拐角328處摺疊的摺疊部分界定，且第四罩蓋326由第二罩蓋322之已在第二拐角329處摺疊的摺疊部分界定。第一拐角328及第二拐角329可為切成圓角或有角度之拐角。在一個實施例中，第一拐角328及第二拐角329為90度至100度之角度。在其他實施例中，第三及第四罩蓋可為單個罩蓋。在一個實施例中，第一二級生長限制324或第一一級生長限制320連接至單位晶胞群之子集之電極及反電極結構的表面(例如，上部表面)，且第二一級生長限制322或第二二級生長限制326連接至單位晶胞群之子集之電極及反電極結構的其他表面(例如，下部表面)。
在一個實施例中，外殼邊緣間隙338界定於第三限制324與第四限制326之間，具有在Z軸方向上定義的間隙距離。在一個實施例中，第三限制324與第四限制326之間的外殼邊緣間隙338在Z軸方向上的間隙距離小於或等於電池總成300之Z軸厚度的50%。應注意，電池總成300之相對側可包括類似於第三限制324及第四限制326之限制。第三限制包含沿著X軸及Z軸界定之蓋片邊緣330，且第四限制包含沿著X軸及Z軸界定之第二蓋片邊緣332。
第一罩蓋320及第二罩蓋322中之每一者可包含沿著通常與Y軸對準之邊緣形成的一或多個凹口334或焊盤336。在一個實施例中，凹口334或焊盤336之大小、形狀、間距及數量中之一或多者基於製造條件或限度而判定。在一個實施例中，凹口334或焊盤336可藉由自用於第一罩蓋320及第二罩蓋322之製造製程的材料備料使第一罩蓋320或第二罩蓋322之機械加工、衝壓製程或拆開更容易來促進可製造性。此外，電池總成300包括電耦接至電極子單元302中之一者之匯流條310。歸因於用於限制316之材料厚度t 1，限制包含在Z軸方向上自電極總成301突出之邊緣表面340。類似地，蓋片邊緣330、332中之一或多者在Y軸方向上自電池總成300突出。另外，匯流條310在匯流條邊緣342處在X軸方向上自電池之側表面344突出。
參考圖4，展示電池總成400，其可與電池總成300相同或類似。在此實施例中，電池總成400包括電極總成401 (其可與電極總成301相同或類似)，其包含在Y軸方向上以堆疊式配置組織之電極子單元402 (其可與子單元302、102相同或類似)群。電極子單元402中之每一者至少包含電極電流導電層、包含電極活性材料(例如，陽極活性材料層)之電極層、隔板層、包含反電極活性材料(例如，陰極活性材料層)之反電極層，及反電極集電器層。在一個適合實施例中，電極總成401固持於限制416 (在一些實施例中，其可與限制316相同或類似)內。
匯流條410 (其可與匯流條310相同或類似)沿著Y軸方向跨電極子單元402中之每一者延伸。在此實施例中，集電器突片420 (其可與集電器突片120相同或類似)自電極子單元402中之每一者之電極(例如，陽極或陰極)延伸。每一集電器突片420在Z軸方向上具有突片高度CT H。匯流條410在Z軸方向上具有高度BB H。在一個實施例中，每一集電器突片420具有經設定大小及塑形以允許匯流條410穿過之開口425。在一些實施例中，開口425可稱為「D-槽」及開口可具有「D」形狀。開口425在Z軸方向上具有至少與匯流條高度BB H一樣寬之高度O H，以便允許匯流條410通過其中。
典型地，電池總成400之單側上的所有集電器突片420自相同類型之電極延伸，諸如所有集電器突片自陽極電極延伸或所有集電器突片自陰極電極延伸。因此，在電池之相對側上，等效數目個其他類型之電極將具有自其延伸之集電器突片420。因此，單個匯流條410可沿著電極子單元402的整個長度延伸。在圖4中所示之實施例中，集電器突片中之每一者自X軸方向摺疊至Y軸方向，各自與匯流條410的一部分重疊且與其電接觸。為將集電器突片420固定至匯流條410，集電器突片420中之每一者可在一或多個焊接位置處焊接至匯流條410。在其他實施例中，黏著劑可用於將每一收集器突片420固定至匯流條410。已發現，在某些惡劣條件(諸如，液滴、撞擊或衝擊)下，收集器突片420與匯流排410之焊接中之一或多者可完全或部分失效，引起具有失效焊接之收集器突片420與匯流條410之間的電斷開。
在一些實施例中，收集器突片420具有小於電極子單元402之高度的高度CT H。因此，電極子單元402之第一邊沿415及第二邊沿417定義為自電池總成400之外邊緣延伸至收集器突片420之外邊緣。第一邊沿415及第二邊沿417中之每一者在Z軸方向上具有邊沿高度M H。
參考圖5-圖7，為了促進惡劣條件可導致失效的焊接的可能性之減少或消除，在一些實施例中可利用強化物結構590。圖5說明圖4中所示之電池總成400，其中強化物結構590之實施例應用於其中。強化物結構590在Z軸方向上具有高度DSR H。在一個實施例中，高度DSR H等於電池總成400之高度BA H(圖4)，如在Z軸方向上量測。在此實施例中，強化物結構590具有跨第一邊沿415、第二邊沿417及收集器突片420之高度DSR H。在一個實施例中，強化物結構包括界定開口之匯流條切口560，匯流條410之一部分藉由該開口暴露且可自Y-Z平面摺疊至X-Z平面。在圖6中所說明之實施例中，強化物結構590具有實質上等效於收集器突片高度CT H(圖4)之高度DSR H，且沿著電極子單元402之Y軸範圍延伸，但使匯流條410之摺疊端部分611暴露。
在一個實施例中，強化物結構為包含非導電材料之剛性結構。在其他實施例中，強化物結構為可撓性或半可撓性結構，其包含聚偏二氟乙烯(PVDF)、聚乙烯(PE)、乙烯丙烯酸(EAA)、乙烯甲基丙烯酸(EMAA)或功能衍生物或共聚物或其組合中之一或多者。
在一個適合實施例中，強化物結構590包含聚合物膜。使用熱熔技術將聚合物膜黏附至電池總成。藉由將充足熱量施加至聚合物材料，材料回焊至收集器突片420及匯流條410之任何間隙及周圍邊緣。在一個實施例中，在聚合物膜已塗覆至電池總成400的所要部分之後對其進行熱處理，如本文中所描述。在此實施例中，將聚合物膜熱處理至在80℃至130℃的範圍內之溫度，諸如80℃、85℃、90℃、95℃、100℃、105℃、110℃、115℃、120℃、125℃及130℃。在一個實施例中，當加熱至此溫度範圍時，聚合物交聯且顯著硬化成剛性結構，由此形成強化物結構590。在其他實施例中，當加熱至上述溫度範圍時，聚合物黏附至電池總成400，但保持其可撓性或半可撓性特性。在一個實施例中，強化物結構590具有25 µm至500 µm的在X軸方向上量測之長度DSR L(圖7)，諸如25 µm、50 µm、75 µm、100 µm、125µm、150 µm、175 µm、200 µm、225 µm、250µm、275 µm、300 µm、325 µm、350 µm、375 µm、400 µm、425 µm、450 µm、475 µm或500 µm。在一個實施例中，施加形成強化物結構之膜，且在熱處理之後長度DSR L具有15%至40%的減少。
參考圖8，展示在已施加及熱處理強化物結構890A及890B (其可與強化物結構590相同或類似)之後兩個例示性電池總成800A及800B (其可與電池總成400相同或類似)之相片。如所展示，強化物結構890A及890B各自經施加以使得強化物結構890A或890B沒有任何部分延伸超出各別電池總成800A及800B之Z軸範圍(如展示為在箭頭[1]之間)。強化物結構890A及890B沿著Y-Z平面實質上亦為平坦及光滑的，而無任何顯著的破壞或突起，如由框[2]表示。強化物結構890A及890B各自亦分別覆蓋所有集電器突片820A及820B (其可與集電器突片420相同或類似)之Z軸及Y軸範圍，且分別覆蓋集電器突片820A及820B之開口或D槽425 (圖4)，如由框[3]表示。此外，在圖8之實施例中，強化物結構890A及890B中之每一者分別包括凹口860A及860B (其可與匯流條切口560相同或類似) (亦在框[4]處表示)，使得匯流條810A及810B並不由強化物結構890A及890B覆蓋。
現參考圖9-圖11。在一個實施例中，在施加強化物結構590之後，將電池總成400置放於電池封裝1100內以形成完成電池1160。在實施例中，電池封裝包含第一殼體層900及第二殼體層1000。第一殼體層900及第二殼體層1000中之每一者可包含可撓性或半可撓性材料，諸如鋁、聚合物或類似者。在一個實施例中，第一殼體層900及第二殼體層1000中之一或多者包含多層鋁聚合物材料、塑膠或類似者。在一個實施例中，第一殼體層900及第二殼體層1000中之一或多者包含層壓於金屬基板(諸如，鋁)上之聚合物材料。
在圖9中所說明之實施例中，電池總成400置放於第一殼體層900上，使得限制416之下部面F 6與第一殼體層900接觸。電池總成展示為具有六個相互垂直之面F 1-F 6。在一個實施例中，電池總成400置放於形成於第一殼體層900內之凹槽902內。凹槽902經設定大小及塑形以匹配電池總成400之外表面大小及形狀。在一個實施例中，第二殼體層1000 (圖10)置放於電池總成400上方，使得限制416之主面F 5與第二殼體層1000接觸。第二殼體層1000可經定位(諸如，藉由在置放方向P 1上移動)，以便覆蓋整個主面F 5及凹槽902。導電端子905及907保持未由第一殼體層900及第二殼體層1000覆蓋。在恰當置放第二殼體層1000之後，第一殼體層900及第二殼體層1000沿著密封邊緣S 1(由圖11中之虛線表示)密封。在一個實施例中，可在密封之前或之後修整第一殼體層900及第二殼體層1000之多餘材料。第一及第二殼體層可藉由焊接、熱密封、黏著劑、其組合或類似者沿著密封邊緣S 1密封。在另一實施例中，第一殼體層900及第二殼體層1000可沿著密封邊緣S 1之三個側面密封，在其中產生凹穴。在此類實施例中，電池總成400可置放於凹穴內，且密封邊緣S 1之最終邊緣隨後經密封。在一個實施例中，使用熱壓機密封密封邊緣S 1，熱壓機將經控制溫度及壓力施加至密封邊緣S 1，使得第一殼體層900及第二殼體層1000沿著密封邊緣S 1黏著或熔融在一起。在另一實施例中，在密封製程期間將真空施加至電池總成400，以抽空由空氣或其他氣體佔據之任何多餘體積。密封邊緣經受熱壓之時間可經控制且取決於針對第一殼體層900及第二殼體層1000而選擇之材料。一旦密封在電池總成400上方，則密封的第一殼體層900及第二殼體層1000形成電池封裝1100。在密封後，取決於所要應用，電池封裝1100為液密及/或氣密的。端子905、907保持暴露，且未由電池封裝1100覆蓋，以允許使用者將端子連接至待供電之裝置，或連接至電池充電器。
參考圖1-圖12描述本發明之方法(例如，圖12中所示之方法1200)。最初，在1202處，提供電池總成，諸如電池總成400，其包括製備的電極總成401。在1204處，將諸如限制316之限制設置於電極總成401上，如上文所描述。在1206處，匯流條410經由集電器突片420耦接且例如經由焊接或類似者固定至其上，以使得電極總成401電連接至匯流條410及集電器突片420。為了促進惡劣條件可導致失效的焊接的可能性之減少或消除，在一些實施例中可利用強化物結構590。在此實施例中，在1208處將強化物結構590施加至電池總成400，諸如在已電連接至匯流條410之後施加至集電器420上方。在一個實施例中，施加高度DSR H以等於電池總成400之高度BA H，如在Z軸方向上量測。在此實施例中，施加強化物結構590以使得其具有跨第一邊沿415、第二邊沿417及收集器突片420之高度DSR H。在一個實施例中，強化物結構590諸如藉由切割或雷射機械加工來製備以包括界定開口之匯流條切口560，匯流條410之一部分藉由該開口暴露且可自Y-Z平面摺疊至X-Z平面。
在方法1200之另一實施例中，在1208處，且如圖6中所說明，施加強化物結構590以使得其具有實質上等效於收集器突片高度CT H之高度DSR H，且沿著電極子單元402之Y軸範圍延伸，但使匯流條410之經摺疊端部分611暴露。
在方法1200之一個適合實施例中，在1208處，方法1200包括施加作為聚合物膜之強化物結構590。在此實施例中，使用熱熔技術將聚合物膜黏附至電池總成400。在一個實施例中，直接加熱聚合物膜，且歸因於自聚合物傳導至電池總成400的熱量，電池總成400可經加熱。藉由將充足熱量施加至聚合物材料，材料回焊至收集器突片420及匯流條410之任何間隙及周圍邊緣。在方法1200之一個實施例中，在聚合物膜已塗覆至電池總成400的所要部分之後對其進行熱處理，如本文中所描述。在此實施例中，將聚合物膜熱處理至在80℃至130℃的範圍內之溫度，諸如80℃、85℃、90℃、95℃、100℃、105℃、110℃、115℃、120℃、125℃及130℃。在一個實施例中，當加熱至方法之此實施例中的溫度範圍時，聚合物交聯且顯著硬化成剛性結構，由此形成強化物結構590。在方法1200之其他實施例中，當加熱至上述溫度範圍時，聚合物黏附至電池總成400，但保持其可撓性或半可撓性特性。在方法1200之一個實施例中，強化物結構590經製造以具有25 µm至500 µm的在X軸方向上量測之長度DSR L，諸如25 µm、50 µm、75 µm、100 µm、125µm、150 µm、175 µm、200 µm、225 µm、250µm、275 µm、300 µm、325 µm、350 µm、375 µm、400 µm、425 µm、450 µm、475 µm或500 µm。在方法1200之一個實施例中，施加形成強化物結構之膜，且在熱處理之後長度DSR L具有15%至40%的減少。
在方法1200之一個實施例中，在施加強化物結構590之後，電池總成400在1210處置放於電池封裝1100內以形成完成電池1160。在實施例中，電池封裝1100包含第一殼體層900及第二殼體層1000。第一及第二殼體層中之每一者可包含可撓性或半可撓性材料，諸如鋁、聚合物或類似者。在方法1200之一個實施例中，第一殼體層900及第二殼體層1000中之一或多者包含多層鋁聚合物材料、塑膠或類似者。在方法1200之一個實施例中，第一殼體層900及第二殼體層1000中之一或多者包含層壓於金屬基板(諸如，鋁)上之聚合物材料。
在方法1200之實施例中，在1210處電池總成400置放於第一殼體層900上，使得限制416之下部面F 6與第一殼體層900接觸。在方法1200之一個實施例中，電池總成400置放於形成於第一殼體層900內之凹槽902內。凹槽902經設定大小及塑形以匹配電池總成400之外表面大小及形狀。在方法1200之一個實施例中，第二殼體層1000 (圖10)置放於電池總成400上方，使得限制416之主面F 5與第二殼體層1000接觸。第二殼體層1000經定位(諸如，藉由在置放方向P 1上移動)，以覆蓋整個主面F 5及凹槽902。殼體經安置以使得導電端子905及907保持未由第一殼體層900及第二殼體層1000覆蓋。
在方法1200之一個實施例中，在恰當置放第二殼體層1000之後，第一殼體層900及第二殼體層1000沿著密封邊緣S 1(由圖11中之虛線表示)密封。在方法1200之一個實施例中，在密封操作之前或之後藉由機械切割、雷射切割或類似者修整第一殼體層900及第二殼體層1000之多餘材料。第一殼體層900及第二殼體層1000可藉由焊接、熱密封、黏著劑、其組合或類似者沿著密封邊緣S 1密封。在另一實施例中，第一殼體層900及第二殼體層1000可沿著密封邊緣S 1之三個側面密封，在其中產生凹穴。在此類實施例中，電池總成400可置放於凹穴內，且密封邊緣S 1之最終邊緣隨後經密封。在方法1200之一個實施例中，使用熱壓機藉由將經控制溫度及壓力施加至密封邊緣S 1來密封密封邊緣S 1，使得第一殼體層900及第二殼體層1000沿著密封邊緣S 1黏著或熔融在一起。在方法之另一實施例中，在密封製程期間將真空施加至電池總成400，以抽空由空氣或其他氣體佔據之任何多餘體積。密封邊緣經受熱壓之時間可經控制且取決於針對第一殼體層900及第二殼體層1000而選擇之材料。一旦密封在電池總成400上方，則密封的第一殼體層900及第二殼體層1000形成電池封裝1100。在密封後，取決於所要應用，電池封裝1100為液密及/或氣密的。端子905、907保持暴露，且未由電池封裝1100覆蓋，以允許使用者將端子連接至待供電之裝置，或連接至電池充電器。
提供以下實施例以說明本發明之態樣，但實施例並不意欲為限制性的且亦可提供其他態樣及/或實施例。
實施例1.一種二次電池總成，其包含：電極總成，其具有分別對應於三維笛卡耳座標系統之X軸、Y軸及Z軸的互相垂直之橫向軸、縱向軸及豎直軸，電極總成界定面群，每一面由橫向、縱向及豎直軸中之兩者界定；第一集電器突片群，其電耦接至沿著電極總成之第一面延伸的第一匯流條，第一面在由Z軸及X軸界定之Z-X平面或由Z軸及Y軸界定之Z-Y平面中的至少一者中延伸；及強化物結構，其安置於第一集電器突片之至少一部分上方，第一集電器突片沿著第一面延伸，強化物結構包含聚合物。
實施例2.如實施例1之二次電池總成，其中電極總成包含矩形稜柱形狀。
實施例3.如任何先前實施例之二次電池總成，其中電極總成圍封於由限制界定之體積內。
實施例4. 如任何先前實施例之二次電池總成，其進一步包含電耦接至沿著面群之第二面安置的第二匯流條之第二集電器突片群，第二面與第一面平行或正交。
實施例5.如任何先前實施例之二次電池總成，其中強化物結構安置於第一匯流條及第二匯流條中之每一者上方。
實施例6.如任何先前實施例之二次電池總成，其中強化物結構包含聚合物。
實施例7.如任何先前實施例之二次電池總成，其中電極總成包含具有至少四個相等面之矩形稜柱形狀。
實施例8.如任何先前實施例之二次電池總成，其中第一集電器突片中之每一者包含開口且匯流條穿過第一集電器突片之每一開口安置。
實施例9.如任何先前實施例之二次電池總成，其中強化物結構經組態以延伸至第一集電器突片之每一開口中。
實施例10.如任何先前實施例之二次電池總成，其中強化物結構包含剛性交聯聚合物結構。
實施例11.如任何先前實施例之二次電池總成，其中強化物結構包含用於暴露第一匯流條之一部分的凹口。
實施例12.如任何先前實施例之二次電池總成，其中強化物結構包含經組態以在施加熱量時黏附至第一集電器突片之聚合物。
實施例13.如任何先前實施例之二次電池總成，其中強化物結構熱熔接至電極總成。
實施例14.如任何先前實施例之二次電池總成，其中電極總成包含鄰近於第一集電器突片群之第一邊沿及第二邊沿，且其中強化物結構安置於第一邊沿、第二邊沿及第一集電器突片中之每一者上方。
實施例15.如任何先前實施例之二次電池總成，其中電極總成包含鄰近於第一集電器突片群之第一邊沿及第二邊沿，且其中強化物結構安置於第一集電器突片上方，但不安置於第一邊沿、第二邊沿中之每一者上方。
實施例16.如任何先前實施例之二次電池總成，其進一步包含圍封電極總成及強化物結構之殼體。
實施例17.如任何先前實施例之二次電池總成，其中殼體為液密或氣密中之至少一者。
實施例18.如任何先前實施例之二次電池總成，其中第一集電器突片中之每一者焊接至第一匯流條。
實施例19.如任何先前實施例之二次電池總成，其中強化物結構具有25 µm至500 µm的垂直於第一面量測之高度。
實施例20.一種二次電池，其包含：電極總成，其具有分別對應於三維笛卡耳座標系統之X軸、Y軸及Z軸的互相垂直之橫向軸、縱向軸及豎直軸，電極總成界定面群，每一面由橫向、縱向及豎直軸中之兩者界定；第一集電器突片群，其電耦接至沿著電極總成之第一面延伸的第一匯流條，第一面在由Z軸及X軸界定之Z-X平面或由Z軸及Y軸界定之Z-Y平面中的一者中延伸；強化物結構，其安置於第一集電器突片之至少一部分上方，第一集電器突片沿著第一面延伸，強化物結構包含聚合物；及電池殼體，其圍封電極總成及強化物結構。
實施例21.如實施例20之二次電池，其進一步包含界定體積之限制，限制安置於電極總成之外表面上且電極總成包含於體積內。
實施例22.如實施例20之二次電池總成，其進一步包含電耦接至沿著面群之第二面安置的第二匯流條之第二集電器突片群，第二面與第一面平行或正交，且第二強化物結構安置於第二集電器突片之至少一部分上方。
實施例23。如任何先前實施例之二次電池總成，其中限制包含與電極總成之電極或反電極之表面接觸的第一一級生長限制。
實施例24.如任何先前實施例之二次電池總成，其進一步包含電耦接至沿著面群中之第二者安置之第二匯流條的第二集電器突片群。
實施例25.如任何先前實施例之二次電池總成，其中強化物結構安置於第一匯流條及第二匯流條中之每一者上方。
實施例26.如任何先前實施例之二次電池總成，其中強化物結構包含聚合物。
實施例27.如任何先前實施例之二次電池總成，其中電極總成包含矩形稜柱形狀。
實施例28.如任何先前實施例之二次電池總成，其中第一集電器突片中之每一者包含開口且匯流條穿過第一集電器突片之每一開口安置。
實施例29.如任何先前實施例之二次電池總成，其中強化物結構經組態以延伸至第一集電器突片之每一開口中。
實施例30.如任何先前實施例之二次電池總成，其中強化物結構包含剛性交聯聚合物結構。
實施例31.如任何先前實施例之二次電池總成，其中強化物結構包含用於暴露第一匯流條之一部分的凹口。
實施例32.如任何先前實施例之二次電池總成，其中強化物結構包含經組態以在施加熱量時黏附至第一集電器突片之聚合物。
實施例33.如任何先前實施例之二次電池總成，其中強化物結構熱熔接至電極總成。
實施例34.如任何先前實施例之二次電池總成，其中電極總成包含鄰近於第一集電器突片群之第一邊沿及第二邊沿，且其中強化物結構安置於第一邊沿、第二邊沿及第一集電器突片中之每一者上方。
實施例35.如任何先前實施例之二次電池總成，其中電極總成包含鄰近於第一集電器突片群之第一邊沿及第二邊沿，且其中強化物結構安置於第一集電器突片上方，但不安置於第一邊沿、第二邊沿中之每一者上方。
實施例36.如任何先前實施例之二次電池總成，其進一步包含圍封電極總成及強化物結構之封裝。
實施例37.如任何先前實施例之二次電池總成，其中封裝為液密或氣密中之至少一者。
實施例38.如任何先前實施例之二次電池總成，其中第一集電器突片中之每一者焊接至第一匯流條。
實施例39.如任何先前實施例之二次電池總成，其中強化物結構具有25 µm至500 µm的垂直於第一面量測之高度。
實施例40.如任何先前實施例之二次電池總成，其中電池殼體包含鋁。
實施例41.如任何先前實施例之二次電池總成，其中強化物結構之高度實質上等於電極總成之高度。
實施例42.如任何先前實施例之二次電池總成，其中電極總成包含選自由以下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、複合物或含有鋰之複合物；(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43.如任何先前實施例之二次電池總成，其中電極總成包含選自由以下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44.如任何先前實施例之二次電池總成，其中電極總成包含選自由以下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45.如任何先前實施例之二次電池總成，其中電極總成包含選自由以下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46.如任何先前實施例之二次電池總成，其中電極總成包含選自由以下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47.如任何先前實施例之二次電池總成，其中電極總成包含選自由以下組成之群的陽極活性材料：矽及矽之氧化物及碳化物。
實施例48.如任何先前實施例之二次電池總成，其中電極總成包含含鋰金屬的陽極活性材料。
實施例49.如任何先前實施例之二次電池總成，其中電極總成包含選自由石墨及碳組成之群的陽極活性材料。
實施例50.如任何先前實施例之二次電池總成，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51.如任何先前實施例之二次電池總成，其中在殼體內，二次電池進一步包含含鋰鹽與有機溶劑之混合物的非水性電解質。
實施例52.如任何先前實施例之二次電池總成，其中在殼體內，二次電池進一步包含聚合物電解質。
實施例53.如任何先前實施例之二次電池總成，其中在殼體內，二次電池進一步包含固體電解質。
實施例54.如任何先前實施例之二次電池總成，其中在殼體內，二次電池進一步包含選自由硫化物基電解質組成之群的固體電解質。
實施例55.如任何先前實施例之二次電池總成，其中在殼體內，二次電池進一步包含選自由以下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56.如任何先前實施例之二次電池總成，其中在殼體內，二次電池進一步包含基於聚合物之電解質。
實施例57.如任何先前實施例之二次電池總成，其中在殼體內，二次電池進一步包含選自由以下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58.如任何先前實施例之二次電池總成，其中在殼體內，二次電池進一步包含選自由氧化物基電解質組成之群的固體電解質。
實施例59.如任何先前實施例之二次電池總成，其中在殼體內，二次電池進一步包含選自由以下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60.如任何先前實施例之二次電池總成，其中電極總成之電極活性材料及反電極材料中的一者為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61.如任何先前實施例之二次電池總成，電極總成之電極活性材料及反電極材料中的一者為包含嵌入化學正電極材料之陰極活性材料。
實施例62.如任何先前實施例之二次電池總成，其中電極總成之電極活性材料及反電極材料中的一者為包含轉化化學正電極活性材料之陰極活性材料。
實施例63.如任何先前實施例之二次電池總成，其中電極總成之電極活性材料及反電極材料中的一者為選自由以下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。
實施例64.一種製造二次電池之方法，其包含：製備電極總成，該電極總成具有分別對應於三維笛卡耳座標系統之X軸、Y軸及Z軸的互相垂直之橫向軸、縱向軸及豎直軸，電極總成界定面群，每一面由橫向、縱向及豎直軸中之兩者界定；將第一集電器突片群電耦接至沿著電極總成之第一面延伸的第一匯流條；將強化物結構黏附於第一集電器突片之至少一部分上方，強化物結構包含聚合物；將電極總成及強化物結構圍封於電池殼體內，使得強化物結構位於電池殼體與電極總成之間；及真空密封殼體。
實施例65.一種製備供與二次電池一起使用之電池總成的方法，該方法包含：製備電極總成，該電極總成具有分別對應於三維笛卡耳座標系統之X軸、Y軸及Z軸的互相垂直之橫向軸、縱向軸及豎直軸，電極總成界定面群，每一面由橫向、縱向及豎直軸中之兩者界定；將第一集電器突片群電耦接至沿著電極總成之第一面延伸的第一匯流條；將強化物結構黏附於第一集電器突片之至少一部分上方，強化物結構包含聚合物；及將電極總成及強化物結構圍封於電池殼體內。
實施例66.如實施例65之方法，其中黏附包含將熱量及壓力施加至強化物結構。
實施例67.如任何先前實施例之方法，其中黏附包含利用強化物結構至少部分地填充第一集電器突片中之開口。
實施例68.如任何先前實施例之方法，其中強化物結構跨第一集電器突片之整體延伸。
實施例69.一種用於在充電狀態與放電狀態之間循環之電極總成，該電極總成包含單位晶胞群、電極匯流條及反電極匯流條，其中單位晶胞群之部件包含電極結構、隔板結構及反電極結構，其中(a)電極結構包含電極活性材料層、具有突片之電極集電器及包含安置於電極集電器突片之至少一部分上方的第一聚合物之電極突片強化物結構，且(b)反電極集電器包含反電極活性材料層、具有突片之反電極集電器及包含安置於反電極集電器突片之至少一部分上方之第二聚合物的反電極突片強化物結構，且電極結構經由電極集電器突片並行地電連接至電極匯流條，且反電極結構經由反電極集電器突片並行地電連接至反電極匯流條。
實施例70.如實施例69之電極總成，其中第一及第二聚合物為相同聚合物。
實施例71.如任何先前實施例之電極總成，其中電極總成具有分別對應於三維笛卡耳座標系統之x軸、y軸及z軸的相互垂直之橫向軸、縱向軸及豎直軸，在縱向方向上彼此分離的第一縱向端表面及第二縱向端表面，及包圍電極總成縱向軸A EA且連接第一及第二縱向端表面之側向表面，單位晶胞群在縱向方向上串聯堆疊。
實施例72.如任何先前實施例之電極總成，其中電極總成為多面的。
實施例73.如任何先前實施例之電極總成，其中電極總成具有稜柱形狀。
實施例74.如任何先前實施例之電極總成，其中電極總成具有分別對應於三維笛卡耳座標系統之x軸、y軸及z軸的相互垂直之橫向軸、縱向軸及豎直軸，且電極總成圍封於由包含以下之限制系統界定之體積內：(i)第一及第二一次生長限制，其在縱向方向上分離，及(ii)第一及第二二次生長限制，其在豎直方向上分離且連接第一及第二一次生長限制，其中(iii)第一二次生長限制進一步連接至單位晶胞群之子集之電極及反電極結構的上部端表面，且(iv)第二二次生長限制進一步連接至單位晶胞群之子集之電極及反電極結構的下部端表面。
此書面說明書使用實例來揭示本發明，包括最佳模式，且亦使得任何熟習此項技術者能夠實踐本發明，包括製造且使用任何裝置或系統且執行任何所併入之方法。本發明之可獲專利範疇係藉由申請專利範圍所界定，且可包括熟習此項技術者所想到的其他實例。若此等其他實例具有並非不同於申請專利範圍字面語言之結構要素，或若該等其他實例包括與申請專利範圍字面語言無實質差異之等效結構要素，則該等實例意欲在申請專利範圍之範疇內。
100:電池總成 102:電極子單元 104:陽極活性材料層 106:陰極活性材料層 108:隔板層 110:匯流條 112:匯流條 116:外殼 118:穿孔 120:電極突片/集電器突片 200:單位晶胞 200A:單位晶胞 200B:單位晶胞 206:陽極集電器層 210:陰極集電器層 300:電池總成 301:電極總成 302:電極子單元 310:匯流條 315:特徵 316:限制 320:第一罩蓋 322:第二罩蓋 324:第三罩蓋 326:第四罩蓋 328:第一拐角 329:第二拐角 330:蓋片邊緣 332:第二蓋片邊緣 334:凹口 336:焊盤 338:外殼邊緣間隙 340:邊緣表面 342:匯流條邊緣 344:側表面 400:電池總成 401:電極總成 402:電極子單元 410:匯流條 415:第一邊沿 416:限制 417:第二邊沿 420:集電器突片 425:開口 560:匯流條切口 590:強化物結構 611:摺疊端部分 800A:電池總成 800B:電池總成 810A:匯流條 810B:匯流條 820A:集電器突片 820B:集電器突片 860A:凹口 860B:凹口 890A:強化物結構 890B:強化物結構 900:第一殼體層 902:凹槽 905:導電端子 907:導電端子 1000:第二殼體層 1100:電池封裝 1160:完成電池 1200:方法 1202:步驟 1204:步驟 1206:步驟 1208:步驟 1210:步驟 [1]:箭頭 [2]:框 [3]:框 [4]:框 BA H:高度 BB H:高度 CT H:高度 DSR H:高度 DSR L:長度 F 1:面 F 5:主面 F 6:下部面 M H:高度 O H:高度 P 1:方向 S 1:密封邊緣 t1:厚度
圖1為根據本發明之在施加強化物結構之前具有剖視圖部分之電池總成的一個適合實施例之前透視圖。  圖2為自圖1之電極總成之截面線D-D截取的截面圖。  圖3為根據本發明之在限制內之電池總成的放大部分透視圖。  圖3A為根據本發明之限制之實施例的透視圖。  圖4為根據本發明之在施加強化物結構之前的電池總成之透視圖。  圖5為根據本發明之實施例之在施加強化物結構之後圖4的電池總成之透視圖。  圖6為根據本發明之另一實施例之在施加強化物結構之後圖4的電池總成之透視圖。  圖7為根據本發明之實施例之在施加強化物結構之後圖5的電池總成之正視圖。  圖8為根據本發明之實施例之在施加強化物結構之後兩個電池總成中的每一個之側面之相片。  圖9為根據本發明之實施例之部分地置放於電池殼體內之電池總成的透視圖。  圖10為根據本發明之實施例之包括電池殼體之第二罩蓋的圖9之電池總成的透視圖。  圖11為完成的電池在密封於電池殼體內之後的俯視圖。  圖12為根據本發明之製備包括強化物結構之電池總成的方法的示意圖。
400:電池總成
410:匯流條
416:限制
560:匯流條切口
590:強化物結構
DSRH:高度

Claims (30)

  1. 一種二次電池總成，其包含： 一電極總成，其具有分別對應於一三維笛卡耳座標系統之X軸、Y軸及Z軸的互相垂直之橫向軸、縱向軸及豎直軸，該電極總成界定一面群，每一面由該橫向軸、該縱向軸及該豎直軸中之兩者界定； 一第一集電器突片群，其電耦接至沿著該電極總成之一第一面延伸的一第一匯流條，該第一面在由該Z軸及該X軸界定之一Z-X平面或由該Z軸及該Y軸界定之一Z-Y平面中的至少一者中延伸；及 一強化物結構，其安置於該等第一集電器突片之至少一部分上方，該等集電器突片沿著該第一面延伸，該強化物結構包含一聚合物。
  2. 如請求項1之二次電池總成，其中該電極總成包含一稜柱形狀。
  3. 如請求項2之二次電池總成，其中該電極總成圍封於由一限制界定之一體積內，且該限制包含與該電極總成之一電極或一反電極之一表面接觸的一第一一級生長限制。
  4. 如請求項1之二次電池總成，其進一步包含電耦接至沿著該面群之一第二面安置之一第二匯流條的一第二集電器突片群，該第二面與該第一面平行或正交。
  5. 如請求項4之二次電池總成，其中該強化物結構安置於該第一匯流條及該第二匯流條中之每一者上方。
  6. 如請求項1之二次電池總成，其中該強化物結構包含聚偏二氟乙烯(PVDF)、聚乙烯(PE)、乙烯丙烯酸(EAA)、乙烯甲基丙烯酸(EMAA)或功能衍生物或共聚物或其組合。
  7. 如請求項1之二次電池總成，其中該電極總成包含一矩形稜柱形狀。
  8. 如請求項1之二次電池總成，其中該等第一集電器突片中之每一者包含一開口，且該第一匯流條穿過該等第一集電器突片之每一開口安置。
  9. 如請求項8之二次電池總成，其中該強化物結構經組態以至少部分地延伸至該第一集電器突片群之每一開口中。
  10. 如請求項1之二次電池總成，其中該強化物結構包含一經熱處理之聚合物結構。
  11. 如請求項1之二次電池總成，其中該強化物結構包含用於暴露該第一匯流條之一部分的一凹口。
  12. 如請求項1之二次電池總成，其中該強化物結構包含經組態以在施加熱量時黏附至該等第一集電器突片之一聚合物。
  13. 如請求項1之二次電池總成，其中該強化物結構熱熔接至該電極總成。
  14. 如請求項1之二次電池總成，其中該電極總成包含鄰近於該第一集電器突片群之一第一邊沿及一第二邊沿，且其中該強化物結構安置於該第一邊沿、該第二邊沿及該等第一集電器突片中之每一者上方。
  15. 如請求項1之二次電池總成，其中該電極總成包含鄰近於該第一集電器突片群之一第一邊沿及一第二邊沿，且其中該強化物結構安置於該等第一集電器突片上方，但不安置於該第一邊沿、該第二邊沿中之每一者上方。
  16. 如請求項1之二次電池總成，其進一步包含圍封該電極總成及該強化物結構之一殼體。
  17. 如請求項16之二次電池總成，其中該殼體為液密或氣密中之至少一者。
  18. 如請求項1之二次電池總成，其中該等第一集電器突片中之每一者焊接至該第一匯流條。
  19. 如請求項1之二次電池總成，其中該強化物結構具有25 µm至500 µm的垂直於該第一面量測之一高度。
  20. 一種二次電池，其包含： 一電極總成，其具有分別對應於一三維笛卡耳座標系統之X軸、Y軸及Z軸的互相垂直之橫向軸、縱向軸及豎直軸，該電極總成界定一面群，每一面由該橫向軸、該縱向軸及該豎直軸中之兩者界定； 一第一集電器突片群，其電耦接至沿著該電極總成之一第一面延伸的一第一匯流條，該第一面在由該Z軸及該X軸界定之一Z-X平面或由該Z軸及該Y軸界定之一Z-Y平面中的一者中延伸； 一強化物結構，其安置於該等第一集電器突片之至少一部分上方，該等第一集電器突片沿著該第一面延伸，該強化物結構包含一聚合物；及 一電池殼體，其圍封該電極總成及該強化物結構。
  21. 如請求項20之二次電池，其進一步包含界定一體積之一限制，該限制安置於該電極總成之一外表面上，且該電極總成容納於該體積內。
  22. 如請求項20之二次電池，其進一步包含電耦接至沿著該面群之一第二面安置之一第二匯流條的一第二集電器突片群，該第二面與該第一面平行或正交，且一第二強化物結構安置於該等第二集電器突片之至少一部分上方。
  23. 如請求項22之二次電池，其中該強化物結構安置於該第一匯流條及該第二匯流條中之每一者上方。
  24. 如請求項20之二次電池，其中該強化物結構包含聚偏二氟乙烯(PVDF)、聚乙烯(PE)、乙烯丙烯酸(EAA)、乙烯甲基丙烯酸(EMAA)或功能衍生物或共聚物或其組合。
  25. 一種製備供與一二次電池一起使用之一電池總成的方法，該方法包含： 製備一電極總成，該電極總成具有分別對應於一三維笛卡耳座標系統之X軸、Y軸及Z軸的互相垂直之橫向軸、縱向軸及豎直軸，該電極總成界定一面群，每一面由該橫向軸、該縱向軸及該豎直軸中之兩者界定； 將一第一集電器突片群電耦接至沿著該電極總成之一第一面延伸的一第一匯流條； 將一強化物結構黏附於該等第一集電器突片之至少一部分上方，該強化物結構包含一聚合物；及 將該電極總成及該強化物結構圍封於一電池殼體內。
  26. 如請求項25之方法，其中該黏附包含將熱量及壓力施加至該強化物結構。
  27. 如請求項26之方法，其中該黏附包含利用該強化物結構至少部分地填充該等第一集電器突片中之開口。
  28. 如請求項27之方法，其中該強化物結構跨該等第一集電器突片之整體延伸。
  29. 一種製造一二次電池之方法，其包含： 製備一電極總成，該電極總成具有分別對應於一三維笛卡耳座標系統之X軸、Y軸及Z軸的互相垂直之橫向軸、縱向軸及豎直軸，該電極總成界定一面群，每一面由該橫向軸、該縱向軸及該豎直軸中之兩者界定； 將一第一集電器突片群電耦接至沿著該電極總成之一第一面延伸的一第一匯流條； 將一強化物結構黏附於該等第一集電器突片之至少一部分上方，該強化物結構包含一聚合物； 將該電極總成及該強化物結構圍封於一電池殼體內，使得該強化物結構位於該電池殼體與該電極總成之間；及 真空密封該殼體。
  30. 如請求項29之方法，其中該黏附包含將熱量及壓力施加至該強化物結構。
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