TW202318712A - 具有氣密密封外殼之二次電池單元、電極總成及方法 - Google Patents

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羅伯特 S 布薩卡
布萊特 凱格
艾司霍克 羅西里
羅伯特 M 史博汀茲
姆拉里 拉瑪布拉曼尼安
約翰 Ｓ 索爾
姚康
羅伯特 凱斯 羅森
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Abstract

本發明提供一種密封二次電池單元，其可在充電狀態與放電狀態之間充電。該密封二次電池單元包含：氣密密封外殼，其包含聚合物外殼材料；電極總成，其由該氣密密封外殼圍封；電極限制組；及至少100 mAmp˖hr之額定容量。該二次電池單元之在豎直方向上沿著氣密密封外殼之外部豎直表面之豎直相對區之間的導熱路徑的導熱率為至少2 W/m˖K。

Description

具有氣密密封外殼之二次電池單元、電極總成及方法
本發明大體上係關於供用於密封二次電池單元及其他能量儲存裝置之結構，且係關於採用此類結構之密封二次電池單元及能量儲存裝置。
搖椅或嵌入二次電池為一種類型之能量儲存裝置，其中諸如鋰、鈉、鉀、鈣或鎂離子之載體離子經由電解質在正電極與負電極之間移動。二次電池可包含已電耦接以形成電池之單一電池單元或兩個或更多個電池單元，其中各電池單元包含正電極、負電極、微孔隔板及電解質。
在搖椅電池單元中，正電極及負電極兩者包含其中載體離子嵌入及離開之材料。當電池放電時，載體離子自負電極離開且嵌入正電極中。當電池充電時，發生相反過程：載體離子自正電極離開且嵌入負電極中。
當載體離子在電極之間移動時，持久挑戰中之一者在於當電池反覆地充電及放電時會產生大量熱量。在循環期間產生之熱量若沒有恰當且迅速地耗散，則將累積且對電池之安全性、可靠性及循環壽命造成問題，此係因為在溫度上升時，發生電短路及電池故障。
因此，在電池循環期間仍需要溫度控制以改良電池之安全性、可靠性及循環壽命。
簡言之，因此，本發明之態樣提供一種密封二次電池單元，其可在充電狀態與放電狀態之間充電。密封二次電池單元包含：氣密密封外殼，其包含聚合物外殼材料；電極總成，其由氣密密封外殼圍封；電極限制組；及至少100 mAmp˖hr之額定容量。電極總成具有：基本上多面體形狀，其具有分別對應於虛擬三維笛卡耳座標系統之x、y及z軸的相互垂直的橫向、縱向及豎直軸；相對縱向末端表面，其基本上平坦且在縱向方向上彼此分隔開；及側向表面，其包圍電極總成縱向軸A EA且連接該第一縱向末端表面及該第二縱向末端表面，該側向表面具有基本上平坦且在該縱向軸之相對豎直側上的在豎直方向上彼此分隔開之相對豎直表面、基本上平坦且在該縱向軸之相對橫向側上的在橫向方向上彼此分隔開之相對橫向表面，其中該等相對縱向表面具有經合併表面面積L SA，該等相對橫向表面具有經合併表面面積T SA，該等相對豎直表面具有經合併表面面積V SA，且V SA與L SA及T SA中之各者之比為至少5:1。該電極總成進一步包含電極結構群、電絕緣隔板群及相對電極結構群，其中該電極結構群、該電絕緣隔板群及該相對電極結構群之成員以交替順序配置。電極限制組包含豎直限制系統，該豎直限制系統包含在豎直方向上彼此分隔開之第一及第二豎直生長限制，第一及第二豎直生長限制連接至電極結構群之成員及/或相對電極結構群之成員，且豎直限制系統能夠限制電極總成在豎直方向上之生長，其中連接至第一及第二豎直生長限制的電極結構群之成員及/或相對電極結構群之成員具有：(i)在縱向方向上量測之厚度，其在5與50 µm之間的範圍內；及(ii)大於100 MPa之屈服強度。充電狀態為二次電池單元之額定容量之至少75%，且放電狀態小於二次電池單元之額定容量之25%。氣密密封外殼包含在豎直方向上彼此分隔開之相對外部豎直表面。密封二次電池單元之在氣密密封外殼之外部豎直表面之豎直相對區之間在豎直方向上量測的厚度為至少1 mm，且二次電池單元之在豎直方向上沿著氣密密封外殼之外部豎直表面之豎直相對區之間的導熱路徑的導熱率為至少2 W/m˖K。
本發明之其他態樣、特徵及實施例將在以下描述及圖式中部分地論述且部分地顯而易見。
相關申請之交叉參考
本申請案主張2021年7月15日申請之美國臨時專利申請案第63/221,998號、第63/222,296號、第63/222,015號、第63/222,295號、第63/222,010號及第63/222,299號及2022年6月9日申請之美國臨時專利申請案第63/350,679號、第63/350,641號及第63/350,687號的權益，該等申請案以全文引用之方式併入本文中。 定義
除非上下文另外清楚地指示，否則如本文中所使用之「一(a、an)」及「該(the)」(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(electrode)」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(about)」及「大致(approximately)」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。各數值參數應至少根據所報導之有效數位之數目且藉由應用一般捨位技術來解釋。
在二次電池之狀態之上下文中，如本文中所使用之「充電狀態(charged state)」係指二次電池充電至其額定容量之至少75%所處之狀態。舉例而言，電池可充電至其額定容量之至少80%、其額定容量之至少90%及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(C-rate)」係指二次電池放電所處之速率之量度，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(discharged state)」係指二次電池放電至小於其額定容量之25%所處之狀態。舉例而言，電池可放電至小於其額定容量之20%，諸如小於其額定容量之10%，且甚至小於其額定容量之5%，諸如其額定容量之0%。
在二次電池在充電與放電狀態之間循環之上下文中，如本文中所使用之「循環(cycle)」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))，且接著使電池移動回至第一狀態以完成循環。舉例而言，二次電池在充電與放電狀態之間的單一循環可包括，當在充電循環中時，使電池自放電狀態充電至充電狀態，且接著放電回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，且接著充電回至充電狀態以完成循環。
如本文中關於電極總成提及之「斐瑞特直徑(Feret diameter)」定義為在垂直於兩個平面之方向上量測之限制電極總成之兩個平行平面之間的距離。舉例而言，縱向方向上電極總成之斐瑞特直徑為在縱向方向上在垂直於縱向方向之限制電極總成之兩個平行平面之間量測的距離。作為另一實例，橫向方向上電極總成之斐瑞特直徑為在橫向方向上在垂直於橫向方向之限制電極總成之兩個平行平面之間量測的距離。作為又一實例，豎直方向上電極總成之斐瑞特直徑為在豎直方向上在垂直於豎直方向之限制電極總成之兩個平行平面之間量測的距離。
如本文中所使用之「縱向軸(longitudinal axis)」、「橫向軸(transverse axis)」及「豎直軸(vertical axis)」係指相互垂直的軸(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」類似於用於定義三維態樣或定向之笛卡耳(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。換言之，在提及本發明主題之三維態樣時，軸可為可互換的。
如本文中所使用之「縱向方向(longitudinal direction)」、「橫向方向(transverse direction)」及「豎直方向(vertical direction)」係指相互垂直的方向(亦即，各自彼此正交)。舉例而言，如本文中所使用之「縱向方向」、「橫向方向」及「豎直方向」可分別大體上平行於用於定義三維態樣或定向之笛卡耳座標系統之縱向軸、橫向軸及豎直軸。
在二次電池在充電與放電狀態之間循環之上下文中，如本文中所使用之「重複循環(repeated cycling)」係指自放電狀態至充電狀態或自充電狀態至放電狀態循環超過一次。舉例而言，充電與放電狀態之間的重複循環可包括自放電至充電狀態循環至少2次，諸如自放電狀態充電至充電狀態，放電回至放電狀態，再次充電至充電狀態且最終放電回至放電狀態。作為又一實例，在充電與放電狀態之間重複循環至少2次可包括自充電狀態放電至放電狀態，充電回至充電狀態，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，充電與放電狀態之間重複循環可包括自放電至充電狀態循環至少5次，且甚至循環至少10次。藉助於其他實例，在充電與放電狀態之間重複循環可包括自放電至充電狀態循環至少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(rated capacity)」係指在一段時段內遞送指定電流之二次電池之容量，如在標準溫度條件(25℃)下所量測。舉例而言，藉由判定指定時間的電流輸出，或藉由判定指定電流、可輸出電流的時間且獲取電流及時間之乘積，額定容量可以安培·小時(Amp·hour)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。特定而言，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速率為電池相對於其容量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之放電電流持續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(maximum width)」(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(maximum length)」(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(maximum height)」(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。
在電極總成之上下文中，如本文中所使用之「基本上多面體形狀(substantially polyhedral shape)」為具有6個或更多個平坦表面之形狀，且在某些實施例中可諸如在形狀之拐角或頂點處含有彎曲表面面積區。
此外，如本文中所使用，對於使用術語「電極」描述材料或結構(諸如「電極結構」或「電極活性材料」)之各實施例，應理解，此類結構及/或材料在某些實施例中可對應於「負電極」，諸如「負電極結構」或「負電極活性材料」。類似地，如本文中所使用，對於使用術語「相對電極」描述材料或結構(諸如「相對電極結構」或「相對電極活性材料」)之各實施例，應理解，此類結構及/或材料在某些實施例中可對應於「正電極」，諸如「正電極結構」或「正電極活性材料」。亦即，若合適，針對電極及/或相對電極描述之任何實施例可對應於其中電極及/或相對電極特定為負電極及/或正電極之相同實施例，分別包括其對應結構及材料。
一般而言，本發明係關於能量儲存裝置100，諸如在充電與放電狀態之間循環之二次電池102及/或二次電池單元902，如例如圖1A至圖1D、圖2及圖10至圖13中所展示。二次電池單元902可為二次電池102之一部分，且包括電池外殼104、電極總成106及載體離子。在某些實施例中，電池外殼內容納有非水性液體電解質。在某些實施例中，二次電池102亦包括限制系統108，其限制電極總成106之生長。電極總成106的受限制生長可為電極總成106之一或多個尺寸的宏觀增加。
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)上串聯堆疊之單位晶胞群504。單位晶胞群之各成員包含電極結構110、相對電極結構112，及電極結構與相對電極結構之間的電絕緣隔板130，以使電極結構110與相對電極結構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位晶胞504，其包含呈交替配置之電極結構110及相對電極結構。圖1C為展示具有圖1B之電極總成106之二次電池的插圖，且圖1D為具有圖1B之電極總成106之二次電池的截面。亦可提供單位晶胞504a、504b之堆疊系列的其他配置。因此，電極總成可包含電極結構群、相對電極結構群及將電極及相對電極結構群之成員電分離之電絕緣隔板材料群，其中單位晶胞群之各成員包含電極結構、相對電極結構及電極與相對電極結構之間的電絕緣隔板。
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，相對電極結構112包含相對電極活性材料層138及相對電極集電器140。舉例而言，相對電極結構112可包含安置於一或多個相對電極活性材料層138之間的相對電極集電器140。根據一個實施例，相對電極活性材料層138包含陰極活性材料，且相對電極集電器140包含陰極集電器。此外，應理解，電極結構110及相對電極結構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組態、結構及/或材料以外的其他組態、結構及/或材料亦可提供以形成電極結構110及相對電極結構112。根據某些實施例，單位晶胞群中之各單位晶胞504a、504b在堆疊系列中包含電極集電器136之單位晶胞部分、包含電極活性材料層132之電極結構110、電極與相對電極活性材料層之間的電絕緣隔板130、包含相對電極活性材料層138之相對電極結構113及相對電極集電器140之單位晶胞部分。在某些實施例中，電極集電器之單位晶胞部分、電極活性材料層、隔板、相對電極活性材料層及相對電極集電器之單位晶胞部分的次序將針對堆疊系列中彼此鄰近之單位晶胞反轉，其中電極集電器及/或相對電極集電器之部分在鄰近單位晶胞之間共用，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，電極結構群110及相對電極結構群112之成員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。根據此實施例之電極總成106進一步包含相互垂直的縱向、橫向及豎直軸，其中縱向軸A EA通常對應或平行於電極及相對電極結構群之成員的堆疊方向D。如圖1B中之實施例中所展示，縱向軸A EA描繪為對應於Y軸，橫向軸描繪為對應於X軸，且豎直軸描繪為對應於Z軸。根據本文中之揭示內容之實施例，單位晶胞群之各單位晶胞504內的電極結構110、相對電極結構112及電絕緣隔板130具有在正交於單位晶胞群之堆疊方向的豎直方向上分隔開之相對的上部及下部末端表面。舉例而言，參考圖1C及圖4，單位晶胞群之各成員中之電極結構110可包含在豎直方向上分隔開之相對的上部末端表面500a及下部末端表面500b，單位晶胞群之各成員中之相對電極結構110可包含在豎直方向上分隔開之相對的上部末端表面501a及下部末端表面501b，且電絕緣隔板130可包含在豎直方向上分隔開之相對的上部末端表面502a及下部末端表面502b。
參考圖1A至圖1D，根據一個實施例，電極總成106具有：相互垂直的橫向、縱向及豎直軸，其分別對應於虛擬三維笛卡耳座標系統之x、y及z軸；第一縱向末端表面116及第二縱向末端表面118，其在縱向方向上彼此分隔開；及側向表面142，其包圍電極總成縱向軸A EA且連接第一縱向末端表面116及第二縱向末端表面118。在一個實施例中，第一縱向末端表面116及第二縱向末端表面118之表面面積小於電極總成106之表面面積的33%。舉例而言，在一個此類實施例中，分別第一縱向末端表面116及第二縱向末端表面118之表面面積的總和小於電極總成106之總表面之表面面積的25%。藉助於其他實例，在一個實施例中，分別第一縱向末端表面116及第二縱向末端表面118之表面面積的總和小於電極總成之總表面之表面面積的20%。藉助於其他實例，在一個實施例中，分別第一縱向末端表面116及第二縱向末端表面118之表面面積的總和小於電極總成之總表面之表面面積的15%。藉助於其他實例，在一個實施例中，分別第一縱向末端表面116及第二縱向末端表面118之表面面積的總和小於電極總成之總表面之表面面積的10%。
在一個實施例中，側向表面142包含位於縱向軸之相對側上且在正交於縱向軸之第一方向上分隔開的第一及第二區。舉例而言，側向表面142可包含X方向上之相對的表面區144、146 (亦即，矩形稜柱之側表面)及Z方向上之相對的表面區148、150。在又一實施例中，側向表面可包含圓柱形形狀。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之比可為至少20:1。不同尺寸之比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，藉此增大能量密度。
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之比可在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之比可在1:3至3:1範圍內。藉助於又一實例，在一個實施例中，最大寬度W EA與最大長度L EA之比可在1:2至2:1範圍內。
根據本發明之實施例，單位晶胞群之成員之各電極結構110包含在橫向方向上在電極結構110之第一相對橫向末端表面601a與第二相對橫向末端表面601b之間量測的長度L E，及在豎直方向上在電極結構之上部相對豎直末端表面500a與下部相對豎直末端表面500b之間量測的高度H E，及在縱向方向上在電極結構之第一相對表面603a與第二相對表面603b之間量測的寬度W E，且單位晶胞群之成員之各相對電極結構包含在橫向方向上在相對電極結構之第一相對橫向末端表面602a與第二相對橫向末端表面602b之間量測的長度L CE，在豎直方向上在相對電極結構之上部第二相對豎直末端表面501a與下部第二相對豎直末端表面501b之間量測的高度H CE，及在縱向方向上在相對電極結構之第一相對表面604a與第二相對表面604b之間量測的寬度W CE。
根據一個實施例，對於單位晶胞群之成員之電極結構，L E與W E及H E中之各者之比分別為至少5:1，且H E與W E之比在約2:1至約100:1範圍內，且對於單位晶胞群之成員之相對電極結構，L CE與W CE及H CE中之各者之比分別為至少5:1，且H CE與W CE之比在約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中之各者之比為至少10:1，且L CE與W CE及H CE中之各者之比為至少10:1。藉助於其他實例，在一個實施例中，L E與W E及H E中之各者之比為至少15:1，且L CE與W CE及H CE中之各者之比為至少15:1。藉助於其他實例，在一個實施例中，L E與W E及H E中之各者之比為至少20:1，且L CE與W CE及H CE中之各者之比為至少20:1。
在一個實施例中，電極結構之高度(H E)與寬度(W E)之比分別為至少0.4:1。舉例而言，在一個實施例中，對於單位晶胞群之成員之各電極結構，H E與W E之比將分別為至少2:1。藉助於其他實例，在一個實施例中，H E與W E之比將分別為至少10:1。藉助於其他實例，在一個實施例中，H E與W E之比將分別為至少20:1。然而，典型地，H E與W E之比將通常分別小於1,000:1。舉例而言，在一個實施例中，H E與W E之比將分別小於500:1。藉助於其他實例，在一個實施例中，H E與W E之比將分別小於100:1。藉助於其他實例，在一個實施例中，H E與W E之比將分別小於10:1。藉助於其他實例，在一個實施例中，對於單位晶胞群之成員之各電極結構，H E與W E之比將分別在約2:1至約100:1範圍內。
在一個實施例中，相對電極結構之高度(H CE)與寬度(W CE)之比分別為至少0.4:1。舉例而言，在一個實施例中，對於單位晶胞群之成員之各相對電極結構，H CE與W CE之比將分別為至少2:1。藉助於其他實例，在一個實施例中，H CE與W CE之比將分別為至少10:1。藉助於其他實例，在一個實施例中，H CE與W CE之比將分別為至少20:1。然而，典型地，H CE與W CE之比將通常分別小於1,000:1。舉例而言，在一個實施例中，H CE與W CE之比將分別小於500:1。藉助於其他實例，在一個實施例中，H CE與W CE之比將分別小於100:1。藉助於其他實例，在一個實施例中，H CE與W CE之比將分別小於10:1。藉助於其他實例，在一個實施例中，對於單位晶胞群之成員之各相對電極結構，H CE與W CE之比將分別在約2:1至約100:1範圍內。
在一個實施例中，單位晶胞群可包含交替順序之電極結構110及相對電極結構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成員。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及相對電極結構群112各自具有N個成員，N-1個電極結構成員110中之各者在兩個相對電極結構成員112之間，N-1個相對電極結構成員112中之各者在兩個電極結構成員110之間，且N為至少2。藉助於其他實例，在一個實施例中，N為至少4。藉助於其他實例，在一個實施例中，N為至少5。藉助於其他實例，在一個實施例中，N為至少10。藉助於其他實例，在一個實施例中，N為至少25。藉助於其他實例，在一個實施例中，N為至少50。藉助於其他實例，在一個實施例中，N為至少100或更大。
在一個實施例中，電極總成106圍封於由限制系統108限定之體積V內，該限制系統108限制電極總成106之總體宏觀生長，如例如圖1A及圖1B中所說明。限制系統108可能夠限制電極總成106沿著一或多個尺寸之生長，以便減少電極總成106之腫脹及變形，且藉此改良具有限制系統108之能量儲存裝置100之可靠性及循環壽命。在不受任一特定理論限制的情況下，咸信，在二次電池102及/或電極總成106之充電及/或放電期間在電極結構110與相對電極結構112之間行進的載體離子可變得嵌入至電極活性材料中，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，藉此損害電極總成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，藉此損害能量儲存裝置100之效率及循環壽命。在又一實例中，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，藉此導致電極總成106之電短路及其他故障。因此，限制系統108限制伴隨充電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，包含一次生長限制系統151之限制系統108經提供以減輕及/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，一次生長限制系統151可包括經組態以藉由抵抗在電極總成106之縱向末端表面116、118處的膨脹來限制生長之結構。在一個實施例中，一次生長限制系統151包含第一一次生長限制154及第二一次生長限制156，其在縱向方向(堆疊方向)上彼此分隔開，且可與將第一一次生長限制154及第二一次生長限制156連接在一起的至少一個一次連接成員162協同操作，以限制電極總成106在堆疊方向上之生長。舉例而言，第一一次生長限制154及第二一次生長限制156可至少部分地覆蓋電極總成106之第一縱向末端表面116及第二縱向末端表面118，且可與將一次生長限制154、156彼此連接的連接成員162、164協同操作以抵抗且限制在充電及/或放電之重複循環期間發生之電極總成106之任何生長。
根據本文中之實施例，一次限制系統151限制電極總成106在縱向方向上之生長，使得在二次電池102之20次連續循環(充電與放電狀態之間的循環)內電極總成106在縱向方向上之斐瑞特直徑之任何增加均小於20%，或在二次電池之10次連續循環內均小於10%，或在5次連續循環內均小於10%，或電池之每循環小於1%。在一個實施例中，在二次電池之20次連續循環及/或50次連續循環內電極總成在堆疊方向上之斐瑞特直徑之任何增加均小於3%及/或小於2%。
根據一個實施例，電極結構群110及相對電極結構群112之成員在第一縱向表面上的投影包圍第一投影區域700a，且電極結構群110及相對電極結構群112之成員在第二縱向表面上的投影包圍第二投影區域700b，且其中第一一次生長限制154及第二一次生長限制156包含上覆於第一投影區域700a及第二投影區域700b之第一及第二壓縮成員。
此外，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，而且亦可在正交於縱向方向之方向(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，併入一次生長限制系統151以限制在一個方向上之生長甚至可加劇一或多個其他方向上之生長及/或膨脹。舉例而言，在提供一次生長限制系統151以限制電極總成106在縱向方向上生長之情況下，在充電及放電循環及電極結構之所得腫脹期間，嵌入載體離子可誘導一或多個其他方向上之應變。特定而言，在一個實施例中，由電極生長/腫脹及縱向生長限制之組合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，提供二次生長限制系統152，其可與一次生長限制系統151協同操作以限制電極總成106沿著電極總成106之多個軸的生長。舉例而言，在一個實施例中，二次生長限制系統152可經組態以與一次生長限制系統151互鎖或以其他方式協同地操作，使得可限制電極總成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以及一次生長限制系統151及二次生長限制系統152之二次電池之故障發生率。
在一個實施例中，包含第一連接成員158及第二連接成員160之二次限制系統152限制電極總成106在豎直方向上之生長，使得在二次電池之20次連續循環內電極總成在豎直方向上之斐瑞特直徑之任何增加均小於20%，或在二次電池之10次連續循環內均小於10%，或在5次連續循環內均小於10%，或電池之每循環小於1%。在一個實施例中，在二次電池之20次連續循環及/或50次連續循環內電極總成在豎直方向上之斐瑞特直徑之任何增加均小於3%及/或小於2%。
參考圖6A至圖6C，展示用於電極總成106之具有一次生長限制系統151及二次生長限制系統152之限制系統108的實施例。圖6A展示沿著縱向軸(Y軸)截取之圖1A中之電極總成106的截面，使得說明具有豎直軸(Z軸)及縱向軸(Y軸)之所得2-D截面。圖6B展示沿著橫向軸(X軸)截取之圖1A中之電極總成106的截面，使得說明具有豎直軸(Z軸)及橫向軸(X軸)之所得2-D截面。如圖6A中所展示，一次生長限制系統151可通常分別包含沿著縱向方向(Y軸)彼此分隔開之第一一次生長限制154及第二一次生長限制156。舉例而言，在一個實施例中，第一一次生長限制154及第二一次生長限制156分別包含至少部分地或甚至完全覆蓋電極總成106之第一縱向末端表面116的第一一次生長限制154及至少部分地或甚至完全覆蓋電極總成106之第二縱向末端表面118的第二一次生長限制156。在又一版本中，第一一次生長限制154及第二一次生長限制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，諸如在一次生長限制中之一或多者包含電極總成106之內部結構時。一次生長限制系統151可進一步包含至少一個一次連接成員162，其連接第一一次生長限制154及第二一次生長限制156且可具有平行於縱向方向之主軸。舉例而言，一次生長限制系統151可分別包含第一一次連接成員162及第二一次連接成員164，其沿著正交於縱向軸之軸(諸如沿著如實施例中所描繪之豎直軸(Z軸))彼此分隔開。第一一次連接成員162及第二一次連接成員164可分別用於分別使第一一次生長限制154及第二一次生長限制156彼此連接且分別維持第一一次生長限制154及第二一次生長限制156彼此拉伸，以便限制電極總成106之沿著縱向軸之生長。
在圖6A至圖6C中進一步展示，限制系統108可進一步包含二次生長限制系統152，其可通常分別包含沿著正交於縱向方向之第二方向(諸如沿著如所展示之實施例中之豎直軸(Z軸))彼此分隔開的第一二次生長限制158及第二二次生長限制160。舉例而言，在一個實施例中，第一二次生長限制158至少部分地跨電極總成106之側向表面142之第一區148延伸，且第二二次生長限制160至少部分地跨電極總成106之側向表面142之與第一區148相對的第二區150延伸。在又一版本中，第一二次生長限制154及第二二次生長限制156中之一或多者可在電極總成106之側向表面142內部，諸如在二次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，第一二次生長限制158及第二二次生長限制160分別藉由至少一個二次連接成員166連接，該二次連接成員166可具有平行於第二方向之主軸，諸如豎直軸。二次連接成員166可用於分別連接且保持第一二次生長限制158及第二二次生長限制160彼此拉伸，以便限制電極總成106沿著正交於縱向方向之方向的生長，諸如限制在豎直方向上(例如沿著Z軸)之生長。在圖6A中所描繪之實施例中，至少一個二次連接成員166可對應於第一一次生長限制154及第二一次生長限制156中之至少一者。然而，二次連接成員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，一次生長限制系統151及二次生長限制系統152分別經組態以協作地操作，使得一次生長限制系統151之部分協作地充當二次生長限制系統152之一部分，及/或二次生長限制系統152之部分協作地充當一次生長限制系統151之一部分。舉例而言，在圖6A及圖6B中所展示之實施例中，一次生長限制系統151之第一一次連接成員162及第二一次連接成員164分別可充當限制在正交於縱向方向之第二方向上之生長的第一二次生長限制158及第二二次生長限制160之至少一部分或甚至整個結構。在又一實施例中，如上文所提及，第一一次生長限制154及第二一次生長限制156中之一或多者可分別充當一或多個二次連接成員166以分別連接第一二次生長限制158及第二二次生長限制160。相反地，第一二次生長限制158及第二二次生長限制160之至少一部分可分別充當一次生長限制系統151之分別第一一次連接成員162及第二一次連接成員164，且在一個實施例中，二次生長限制系統152之至少一個二次連接成員166可分別充當第一一次生長限制154及第二一次生長限制156中之一或多者。在又一實施例中，一次生長限制系統151之分別第一一次連接成員162及第二一次連接成員164的至少一部分及/或二次生長限制系統152之至少一個二次連接成員166可充當限制在正交於縱向方向之橫向方向上之生長的分別第一三次生長限制157及第二三次生長限制159之至少一部分或甚至整個結構。因此，一次生長限制系統151及二次生長限制系統152可分別共用組件及/或結構以對電極總成106之生長施加限制。
在一個實施例中，限制系統108可包含諸如一次及二次生長限制及一次及二次連接成員之結構，其為在電池外殼104外部及/或內部之結構或可為電池外殼104自身之一部分。在某些實施例中，電池外殼104可為密封外殼，例如以密封其中之液體電解質及/或將電極總成106與外部環境密封。在一個實施例中，限制系統108可包含包括電池外殼104以及其他結構組件之結構的組合。在一個此類實施例中，電池外殼104可為一次生長限制系統151及/或二次生長限制系統152之組件；換言之，在一個實施例中，電池外殼104單獨或與一或多個其他結構(在電池外殼104之內及/或之外，例如一次生長限制系統151及/或二次生長限制系統152)組合限制電極總成106在電極堆疊方向D上及/或在正交於堆疊方向D之第二方向上的生長。在一個實施例中，一次生長限制154、156及二次生長限制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，一次生長限制系統151及/或二次生長限制系統152並不形成電池外殼104之任何部分，且替代地，除電池外殼104以外的一或多個離散結構(在電池外殼104之內及/或之外)限制電極總成106在電極堆疊方向D上及/或在正交於堆疊方向D之第二方向上的生長。在另一實施例中，一次及二次生長限制系統在電池外殼內，該電池外殼可為密封電池外殼，諸如氣密密封電池外殼。電極總成106可在能量儲存裝置100或具有電極總成106之二次電池之重複循環期間藉由限制系統108限制在大於由電極總成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，一次生長限制系統151在電池外殼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的重複循環後藉由施加超出由電極結構110在堆疊方向D上產生之壓力的壓力來限制電極結構110在堆疊方向D上的生長。在另一例示性實施例中，一次生長限制系統151在電池外殼104內包括一或多個離散結構，該一或多個離散結構在具有相對電極結構112作為電極總成106之一部分之二次電池102的重複循環後藉由施加超出由相對電極結構112在堆疊方向D上產生之堆疊方向D上的壓力的壓力來限制相對電極結構112在堆疊方向D上的生長。二次生長限制系統152可類似地在電池外殼104內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110或相對電極結構112之二次電池102的重複循環後藉由在第二方向上施加超出由電極結構110或相對電極結構112在第二方向上分別產生之壓力的壓力，限制電極結構110或相對電極結構112中之至少一者在正交於堆疊方向D之第二方向上(諸如沿著豎直軸(Z軸))的生長。
在又一實施例中，一次生長限制系統151之分別第一一次生長限制154及第二一次生長限制156藉由在電極總成106之第一縱向末端表面116及第二縱向末端表面118上(意謂在縱向方向上)施加超出由第一一次生長限制154及第二一次生長限制156在電極總成106之其他表面上施加之壓力的壓力來限制電極總成106之生長，該電極總成106將在正交於縱向方向之方向上，諸如沿著橫向軸及/或豎直軸之電極總成106之側向表面142之相對的第一及第二區。亦即，第一一次生長限制154及第二一次生長限制156可在縱向方向(Y軸)上施加超出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，一次生長限制系統151用超出由一次生長限制系統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倍的壓力來限制電極總成106在第一縱向末端表面116及第二縱向末端表面118上(亦即，在堆疊方向D上)的生長。藉助於其他實例，在一個此類實施例中，一次生長限制系統151用超出由一次生長限制系統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倍的壓力來限制電極總成106在第一縱向末端表面116及第二縱向末端表面118上(亦即，在堆疊方向D上)的生長。藉助於其他實例，在一個此類實施例中，一次生長限制系統151用超出在垂直於堆疊方向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倍的壓力來限制電極總成106在第一縱向末端表面116及第二縱向末端表面118上(亦即，在堆疊方向D上)的生長。
現參考圖6C，展示具有限制系統108之電極總成106之實施例，其具有沿著如圖1A中所展示之線A-A'截取的截面。在圖6C中所展示之實施例中，一次生長限制系統151可分別在電極總成106之縱向末端表面116、118處包含第一一次生長限制154及第二一次生長限制156，且二次生長限制系統152在電極總成106之側向表面142之相對的第一表面區148及第二表面區150處包含第一二次生長限制158及第二二次生長限制160。根據此實施例，第一一次生長限制154及第二一次生長限制156可充當至少一個二次連接成員166以連接第一二次生長限制158及第二二次生長限制160，且維持生長限制在正交於縱向方向之第二方向(例如豎直方向)上彼此拉伸。然而，另外及/或替代地，二次生長限制系統152可包含位於除電極總成106之縱向末端表面116、118外之區處的至少一個二次連接成員166。此外，至少一個二次連接成員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一次生長限制及/或電極總成106之縱向末端116、118處之一次生長限制結合起作用以限制生長的第一一次生長限制154及第二一次生長限制156中之至少一者。參考圖6C中所展示之實施例，可提供分別遠離電極總成106之第一縱向末端表面116及第二縱向末端表面118 (諸如朝著電極總成106之中心區)沿著縱向軸間隔開的二次連接成員166。二次連接成員166可分別在電極總成末端表面116、118之內部位置處連接第一二次生長限制158及第二二次生長限制160，且可在彼位置處在二次生長限制158、160之間處於拉伸狀態。在一個實施例中，除在電極總成末端表面116、118處提供的一或多個二次連接成員166，諸如亦充當縱向末端表面116、118處之一次生長限制154、156之二次連接成員166外，亦提供在末端表面116、118之內部位置處連接二次生長限制158、160之二次連接成員166。在另一實施例中，二次生長限制系統152包含在與縱向末端表面116、118間隔開之內部位置處分別與第一二次生長限制158及第二二次生長限制160連接的一或多個二次連接成員166，縱向末端表面116、118處具有或不具有二次連接成員166。內部二次連接成員166亦可理解為充當根據一個實施例之第一一次生長限制154及第二一次生長限制156。舉例而言，在一個實施例中，位於內部位置處之二次連接成員166中之至少一者可包含電極結構110或相對電極結構112之至少一部分，如在下文更詳細地描述。
更特定而言，相對於圖6C中所展示之實施例，二次生長限制系統152可包括上覆於電極總成106之側向表面142之上部區148的第一二次生長限制158及上覆於電極總成106之側向表面142之下部區150的相對第二二次生長限制160，第一二次生長限制158及第二二次生長限制160在豎直方向上(亦即，沿著Z軸)彼此分隔開。另外，二次生長限制系統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二次連接成員166。內部二次連接成員166可與Z軸平行對準且分別連接第一二次生長限制158及第二二次生長限制160以維持生長限制彼此拉伸，且形成二次限制系統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，單獨地或與二次連接成員166一起位於電極總成106之縱向末端表面116、118處的至少一個內部二次連接成員166可在豎直方向上(亦即，沿著Z軸)在第一二次生長限制158與二次生長限制160之間處於拉伸狀態，以減少電極總成106在豎直方向上之生長。此外，在如圖6C中所展示之實施例中，限制系統108進一步包含分別在電極總成106之縱向末端117、119處具有第一一次生長限制154及第二一次生長限制156的一次生長限制系統151，該等生長限制在電極總成106之分別上部側向表面區148及下部側向表面區150處分別由第一一次連接成員162及第二一次連接成員164連接。在一個實施例中，二次內部連接成員166可自身理解為分別與第一一次生長限制154及第二一次生長限制156中之一或多者協同作用，以對在縱向方向上位於二次內部連接成員166與電極總成106之縱向末端117、119 (第一一次生長限制154及第二一次生長限制156可分別位於其中)之間的電極總成106之各部分施加限制壓力。
根據一個實施例，第一一次連接成員162及第二一次連接成員164 (其可與第一二次生長限制158及第二二次生長限制160相同)分別連接至二次連接成員166，其包含電極結構110或相對電極結構112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，第一一次連接成員162 (其可為第一二次生長限制158)連接至單位晶胞群504之成員之子集515的電極結構110及/或相對電極結構112之上部末端表面500a、501a。在另一實施例中，第二一次連接成員164 (其可為第二二次生長限制160)連接至單位晶胞群504之成員之子集515的電極結構110或相對電極結構112之下部末端表面500b、501b。連接於上部末端表面處之單位晶胞成員之子集515可與連接於下部末端表面處之單位晶胞成員之子集相同，或可為不同子集。在一個實施例中，第一二次生長限制158及/或第二二次生長限制160可連接至電極總成中形成二次連接成員166之其他內部結構。在一個實施例中，在單位晶胞群504之成員中，第一二次生長限制158及/或第二二次生長限制160可連接至電極結構110及/或相對電極結構112之上部及/或下部末端表面，該等結構包括電極集電器136、電極活性材料層132、相對電極集電器140及相對電極活性材料層138中之一或多者。在另一實例中，第一二次生長限制158及第二二次生長限制160可連接至電絕緣隔板130之上部及/或下部末端表面。因此，在某些實施例中，在單位晶胞群504之成員中，二次連接成員166可包含電極結構110及/或相對電極結構112中之一或多者，該等結構包括電極集電器136、電極活性材料層132、相對電極集電器140及相對電極活性材料層138中之一或多者。參考圖3A至圖3B，展示其中第一二次生長限制158及第二二次生長限制160連接至二次連接成員166之實施例，該等二次連接成員166包含單位晶胞群之成員之子集的電極集電器136。在圖4中，第一二次生長限制158及第二二次生長限制160連接至包含包括電極集電器136之電極結構110的二次連接成員166。在一個實施例中，電極結構群110之成員包含在豎直方向上具有相對的上部末端表面510a及下部末端表面510b之電極集電器136，且相對電極結構群之成員包含在豎直方向上具有相對的上部末端表面509a及下部末端表面509b之相對電極集電器140，且其中第一連接成員162及第二連接成員164連接至電極及/或相對電極群之成員之子集的電極及/或相對電極集電器之豎直末端表面。
參考圖4，在一個實施例中，在豎直方向上分隔開之第一一次連接成員162及第二一次連接成員164分別連接第一一次生長限制154及第二一次生長限制156，且進一步連接至電極群110或相對電極群112之成員之子集。根據本文中之實施例，第一連接成員158及第二連接成員160具有相對的上部內表面400a及下部內表面400b，子集之上部及下部末端表面500a、501a、500b、501b分別藉由電絕緣、熱塑性、熱熔黏著劑511黏著至相對的上部內表面400a及下部內表面400b。在一些實施例中，熱熔黏著劑511包含選自但不限於乙烯-共-丙烯酸(EAA)、乙烯-共-甲基丙烯酸(EMAA)、官能化聚乙烯及聚丙烯及其組合之材料。舉例而言，在一個實施例中，熱熔黏著劑包含EAA及EMAA共聚物之混合物。在一個實施例中，熱熔黏著劑511具有厚度在約10至約100微米之範圍內的膜形狀及預定圖案幾何結構。
參考圖3A至圖3B，在一個實施例中，第一一次連接成員162及/或第二一次連接成員164 (其可與第一二次生長限制158及/或第二二次生長限制160相同或不同)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可為載體離子自輔助電極686穿過第一一次連接成員162及/或第二一次連接成員164且達至單位晶胞群之成員的流動提供通道。舉例而言，對於位於由限制系統108圍封之體積V外部(例如，定位於第一一次連接成員162及/或第二一次連接成員164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之通道進入限制內部之電極總成的單位晶胞成員。輔助電極686可例如藉由開關及/或控制單元(圖中未示)而選擇性地電連接或耦接至單位晶胞成員之電極結構110及/或相對電極結構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位晶胞群之成員之相對電極結構及/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及/或相對電極結構之流動。藉由電解地耦接，意謂載體離子可經由電解質，諸如自輔助電極轉移至電極結構110及/或相對電極結構112以及在電極結構110與相對電極結構112之間轉移。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及/或相對電極結構。
在圖5中所展示之實施例中，描繪展示第一一次連接成員162之電極總成106的俯視圖，孔口176包含具有在縱向及/或堆疊方向(Y方向)上定向之細長尺寸且延伸跨過複數個單位晶胞成員之狹槽形狀。亦可提供孔口176之其他形狀及/或組態。舉例而言，在一個實施例中，複數個孔口包含複數個狹槽178，該複數個狹槽178在正交於堆疊方向及豎直方向之橫向方向上彼此間隔開，各狹槽178具有在堆疊方向上定向之縱向軸L S，且其中各狹槽延伸跨過單位晶胞群之複數個成員。在一些實施例中，第一一次連接成員162及/或第二一次連接成員164包含內表面400a、400b之鄰近於孔口176的接合區901a、901b。接合區901a、901b可包含例如其中提供諸如熱熔黏著劑511之黏著劑以黏著至電極群110及/或相對電極群112之成員之子集的區。如圖5中所展示，在一些實施例中，孔口176包含在縱向方向上延伸之複數個狹槽，且黏著至電極群110及/或相對電極群112之成員之子集的接合區901a、901b位於第一連接成員158及/或第二連接成員160之狹槽之間的內表面區400a、400b上。
現參考圖2，說明本發明之包含二次電池單元902 (參見圖10至圖13)且具有限制系統108之的二次電池102之一個實施例的分解圖。二次電池102包括電池外殼104及電池外殼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，沿著所展示笛卡耳座標系統之Y軸與第一縱向末端表面116分隔開)，如上文所描述。替代地，二次電池102可僅包含具有限制108之單一電極總成106。各電極總成106包括在堆疊方向D上在電極總成106中之各者內相對於彼此堆疊之電極結構群110及相對電極結構群112；換言之，電極結構群110及相對電極結構群112以電極110與相對電極112之交替系列配置，其中該系列在堆疊方向D上分別於第一縱向末端表面116與第二縱向末端表面118之間行進。
根據圖2中所展示之實施例，突片190、192自電池外殼104突出且在電極總成106與能量供應器或消耗器(圖中未示)之間提供電連接。更特定而言，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中之各者所包含之電極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中之各者所包含之相對電極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及相對電極結構中之各者之電流的母線。
圖2中所說明之實施例中之各電極總成106具有用以限制縱向方向(亦即，堆疊方向D)上之生長的相關聯一次生長限制系統151。替代地，在一個實施例中，複數個電極總成106可共用一次生長限制系統151之至少一部分。在如所展示之實施例中，各一次生長限制系統151包括：分別第一一次生長限制154及第二一次生長限制156，其可分別上覆於如上文所描述之第一縱向末端表面116及第二縱向末端表面118；及分別第一相對一次連接成員162及第二相對一次連接成員164，其可上覆於如上文所描述之側向表面142。第一相對一次連接成員162及第二相對一次連接成員164可分別朝著彼此拉動分別第一一次生長限制154及第二一次生長限制156，或換言之，幫助限制電極總成106在縱向方向上之生長，且一次生長限制154、156可將壓縮或限制力分別施加至相對的第一縱向末端表面116及第二縱向末端表面118。因此，在電池102之形成及/或在充電與放電狀態之間循環期間，限制電極總成106在縱向方向上之膨脹。另外，一次生長限制系統151在縱向方向(亦即，堆疊方向D)上對電極總成106施加超出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耳座標系統之X軸及Z軸的方向)。
此外，圖2中所說明的實施例中之各電極總成106具有用以限制豎直方向上之生長(亦即，電極總成106、電極110及/或相對電極112在豎直方向(亦即，沿著笛卡耳座標系統之Z軸)上之膨脹)的相關聯二次生長限制系統152。替代地，在一個實施例中，複數個電極總成106共用二次生長限制系統152之至少一部分。各二次生長限制系統152包括可分別上覆於對應側向表面142之分別第一二次生長限制158及第二二次生長限制160，及至少一個二次連接成員166，各自如上文更詳細地描述。二次連接成員166可分別朝著彼此拉動第一二次生長限制158及第二二次生長限制160，或換言之，幫助限制電極總成106在豎直方向上之生長，且第一二次生長限制158及第二二次生長限制160可分別將壓縮或限制力施加至側向表面142，各自如上文更詳細地描述。因此，在電池102之形成及/或在充電與放電狀態之間循環期間，限制電極總成106在豎直方向上之膨脹。另外，二次生長限制系統152在豎直方向(亦即，平行於笛卡耳座標系統之Z軸)上對電極總成106施加超出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耳座標系統之X軸及Y軸的方向)。
在完全組裝時，密封二次電池102佔據由其外部表面界定之體積(亦即，位移體積)，二次電池外殼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，由內部表面104c、104d、104e、104f、104g及蓋子104a界定之稜柱形體積)之體積，且各生長限制151、152佔據對應於其各別位移體積之體積。因此，組合地，電池外殼104及生長限制151、152佔據不超過由電池外殼104之外表面界定之體積(亦即，電池之位移體積)的75%。舉例而言，在一個此類實施例中，組合地，生長限制151、152及電池外殼104佔據不超過由電池外殼104之外表面界定之體積的60%。藉助於其他實例，在一個此類實施例中，組合地，限制151、152及電池外殼104佔據不超過由電池外殼104之外表面界定之體積的45%。藉助於其他實例，在一個此類實施例中，組合地，限制151、152及電池外殼104佔據不超過由電池外殼104之外表面界定之體積的30%。藉助於其他實例，在一個此類實施例中，組合地，限制151、152及電池外殼104佔據不超過由電池外殼之外表面界定之體積的20%。
一般而言，一次生長限制系統151及/或二次生長限制系統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，不在電池102之浮式或陽極電位下顯著腐蝕，且在45℃且甚至高達70℃下不顯著反應或失去機械強度。舉例而言，一次生長限制系統151及/或二次生長限制系統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，一次生長限制系統151及/或二次生長限制系統155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，在一次生長限制系統151及/或二次生長限制系統155包含金屬時，通常較佳為其以限制腐蝕且限制在電極110與相對電極112之間產生電短路之方式併入。在另一例示性實施例中，一次生長限制系統151及/或二次生長限制系統155包含陶瓷，諸如氧化鋁(例如燒結或Coorstek AD96)、氧化鋯(例如Coorstek YZTP)、氧化釔穩定化氧化鋯(例如，ENrG E-Strate®)。在另一例示性實施例中，一次生長限制系統151包含玻璃，諸如Schott D263強化玻璃。在另一例示性實施例中，一次生長限制系統151及/或二次生長限制系統155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，一次生長限制系統151及/或二次生長限制系統包含複合材料，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，一次生長限制系統151及/或二次生長限制系統155包含纖維，諸如克維拉49芳綸纖維、S玻璃纖維、碳纖維、維克特綸(Vectran) UM LCP纖維、迪尼瑪(Dyneema)、柴龍(Zylon)。在又一實施例中，一次生長限制系統151及/或二次生長限制系統在其內表面及/或外表面上，諸如在第一一次連接成員162及第二一次連接成員164之內表面及外表面400a、400b、401a、401b上包含絕緣材料(諸如絕緣聚合材料」之塗層。
快速充電結構及其方法
本發明之另一態樣係關於包括電極總成及包含此電極總成之密封二次電池單元的能夠快速充電之結構，以及用於快速充電此類結構的方法。
因此，本發明之一個實施例為用於二次電池102之電極總成106。參考圖1A至圖1D，在一個實施例中，電極總成106具有：相互垂直的橫向、縱向及豎直軸，其分別對應於虛擬三維笛卡耳座標系統之x、y及z軸；相對縱向末端表面116、118，其在縱向方向上彼此分隔開；及側向表面，其包圍電極總成縱向軸A EA且連接第一縱向末端表面116及第二縱向末端表面118，側向表面具有在縱向軸之相對豎直側上的在豎直方向上彼此分隔開之相對豎直表面、在縱向軸之相對橫向側上的在橫向方向上彼此分隔開之相對橫向表面，其中相對縱向表面具有經合併表面面積L SA，相對橫向表面具有經合併表面面積T SA，相對豎直表面具有經合併表面面積V SA。電極總成106進一步包含電極結構群110、電絕緣隔板群130及相對電極結構群112，其中電極結構群、電絕緣隔板群及相對電極結構群之成員沿著縱向方向以交替順序配置。
參考圖27至圖28，在一個實施例中，電極結構群110之成員包含鄰近於電極活性材料層132之電極集電器136，電極活性材料層132包含相對橫向末端605a、605b，且其中相對電極結構群112之成員包含鄰近於相對電極活性材料層138之相對電極集電器140，相對電極活性材料層包含相對橫向末端606a、606b。
參考圖1C，在一個實施例中，電極總成106包含單位晶胞群504，單位晶胞群之各成員在縱向方向上之堆疊系列中包含電極集電器136之單位晶胞部分、電極活性材料層132、電絕緣隔板130、相對電極活性材料層138及相對電極集電器140之單位晶胞部分。
參考圖27至圖28，在一個實施例中，電極集電器136具有在縱向方向上彼此分隔開之相對的電極集電器表面800a、800b，且相對電極集電器140具有在縱向方向上彼此分隔開之相對的相對電極集電器表面801a、801b，且相對的電極集電器表面中之一者包含由電極活性材料層132覆蓋之經塗佈區802及不具有電極活性材料層之未經塗佈區803，該未經塗佈區接近於電極集電器136之橫向末端601a、601b中之一者。
在一個實施例中，電極集電器136具有在縱向方向上彼此分隔開之相對的電極集電器表面800a、800b，且相對電極集電器140具有在縱向方向上彼此分隔開之相對的相對電極集電器表面801a、801b，且相對的相對電極集電器表面中之一者包含由相對電極活性材料層138覆蓋之經塗佈區804及不具有相對電極活性材料層之未經塗佈區805，該未經塗佈區接近於相對電極集電器140之橫向末端602a、602b中之一者。
在一個實施例中，電極集電器136具有在縱向方向上彼此分隔開之相對的電極集電器表面800a、800b，且相對電極集電器140具有在縱向方向上彼此分隔開之相對的相對電極集電器表面801a、801b，且相對的電極集電器表面中之各者包含由電極活性材料層132覆蓋之經塗佈區802a、802b及不具有電極活性材料層之未經塗佈區803a、803b，該未經塗佈區接近於電極集電器136之橫向末端601a、601b中之一者。
在一個實施例中，電極集電器136具有在縱向方向上彼此分隔開之相對的電極集電器表面800a、800b，且相對電極集電器140具有在縱向方向上彼此分隔開之相對的相對電極集電器表面801a、801b，且相對的相對電極集電器表面中之各者包含由相對電極活性材料層132覆蓋之經塗佈區804a、804b及不具有相對電極活性材料層之未經塗佈區805a、805b，該未經塗佈區接近於相對電極集電器140之橫向末端602a、602b中之一者。
在另一實施例中，電極結構群110之成員包含鄰近於電極活性材料層132之電極集電器136，電極活性材料層132包含相對橫向末端605a、605b，且其中相對電極結構群112之成員包含鄰近於相對電極活性材料層138之相對電極集電器140，相對電極活性材料層138包含相對橫向末端606a、606b。在一個實施例中，電極結構群110之各成員包含由鄰近電極活性材料層132部分塗佈之電極集電器136，該電極集電器136具有(i)電極集電器主體區810，其由鄰近電極活性材料層132塗佈且在鄰近電極活性材料層132之相對第一橫向末端605a與相對第二橫向末端605b之間延伸；及(ii)電極集電器末端區811，其位於電極集電器136之第一橫向末端601a或第二橫向末端601b上，該電極集電器末端區811由鄰近電極活性材料層132之第一橫向末端605a或第二橫向末端605b界定且延伸超過第一橫向末端605a或第二橫向末端605b，該第一橫向末端605a或該第二橫向末端605b位於與電極集電器末端區811相同的橫向側上。在一個實施例中，相對電極結構群112之各成員包含由鄰近相對電極活性材料層138部分塗佈之相對電極集電器140，該相對電極集電器140具有(i)相對電極集電器主體區812，其由鄰近相對電極活性材料層138塗佈且在鄰近相對電極活性材料層138之相對第一橫向末端606a與相對第二橫向末端606b之間延伸；及(ii)相對電極集電器末端區813，其位於相對電極集電器140之第一橫向末端602a或第二橫向末端602b上，該相對電極集電器末端區813由鄰近相對電極活性材料層138之第一橫向末端606a或第二橫向末端606b界定且延伸超過第一橫向末端606a或第二橫向末端606b，該第一橫向末端606a或該第二橫向末端606b位於與相對電極集電器末端區813相同的橫向側上。參考圖30，在一個實施例中，電極總成106進一步包含電極母線191，其連接至電極集電器136之電極集電器末端區811以電彙集來自電極結構群110之成員的電流。在另一實施例中，電極總成進一步包含相對電極母線193，其連接至相對電極集電器140之相對電極集電器末端區813以電彙集來自相對電極結構群112之成員的電流。
參考圖27至圖28及圖30，在一個實施例中，電極集電器末端區811在橫向方向上之長度(L ER)係自鄰近電極活性材料層132之位於與電極集電器末端區811相同的橫向側上之第一橫向末端605a或第二橫向末端605b至電極集電器末端區811與電極母線191連接之區820a而量測。在另一實施例中，相對電極集電器末端區813在橫向方向上之長度(L CER)係自鄰近相對電極活性材料層138之位於與相對電極集電器末端區813相同的橫向側上之第一橫向末端606a或第二橫向末端606b至相對電極集電器末端區813與電極母線193連接之區820b而量測。在一個實施例中，電極集電器主體區810在豎直方向上之高度(H BR)係在電極集電器主體區810之相對豎直表面821a、821b之間而量測。在一個實施例中，相對電極集電器主體區812在豎直方向上之高度(H CBR)係在相對電極集電器主體區812之相對豎直表面822a、822b之間而量測。在一個實施例中，電極集電器末端區811在豎直方向上之高度(H ER)係在集電器末端區811之相對豎直表面824a、824b之間而量測。在一個實施例中，相對電極集電器末端區813在豎直方向上之高度(H CER)係在集電器末端區813之相對豎直表面826a、826b之間而量測。
在一個實施例中，電極集電器末端區811在橫向方向上之長度(L ER)及電極集電器主體區在豎直方向上之高度(H BR)滿足以下關係：
L ER＜ 0.5 × H BR。
在另一實施例中，電極集電器末端區在橫向方向上之長度(L ER)及電極集電器主體區在豎直方向上之高度(H BR)滿足關係L ER＜ 0.4 × H BR。在另一實施例中，電極集電器末端區在橫向方向上之長度(L ER)及電極集電器主體區在豎直方向上之高度(H BR)滿足關係L ER＜ 0.3 × H BR。
在一個實施例中，相對電極集電器末端區813在橫向方向上之長度(L CER)及相對電極集電器主體區在豎直方向上之高度(H CBR)滿足以下關係：
L CER＜ 0.5 × H CBR。
在另一實施例中，相對電極集電器末端區在橫向方向上之長度(L CER)及相對電極集電器主體區在豎直方向上之高度(H CBR)滿足關係L CER＜ 0.4 × H BR。在另一實施例中，相對電極集電器末端區在橫向方向上之長度(L CER)及相對電極集電器主體區在豎直方向上之高度(H CBR)滿足關係L CER＜ 0.3 × H CBR。
在一個實施例中，電極集電器末端區在豎直方向上之高度(H ER)及電極集電器主體區在豎直方向上之高度(H BR)滿足以下關係：
H ER＞ 0.5 × H BR。
在另一實施例中，電極集電器末端區在豎直方向上之高度(H ER)及電極集電器主體區在豎直方向上之高度(H BR)滿足以下關係H ER＞ 0.7 × H BR。在另一實施例中，電極集電器末端區在豎直方向上之高度(H ER)及電極集電器主體區在豎直方向上之高度(H BR)滿足關係H ER＞ 0.9 × H BR。
在一個實施例中，相對電極集電器末端區在豎直方向上之高度(H CER)及相對電極集電器主體區在豎直方向上之高度(H CBR)滿足以下關係：
H CER＞ 0.5 × H CBR。
在一個實施例中，相對電極集電器末端區在豎直方向上之高度(H CER)及相對電極集電器主體區在豎直方向上之高度(H CBR)滿足關係H CER＞ 0.7 × H CBR。在另一實施例中，相對電極集電器末端區在豎直方向上之高度(H CER)及相對電極集電器主體區在豎直方向上之高度(H CBR)滿足關係H CER＞ 0.9 × H CBR。
在一個實施例中，電極集電器末端區在橫向方向上之長度(L ER)及電極集電器末端區在豎直方向上之高度(H ER)滿足以下關係：
L ER/ H ER＜ 1
在一個實施例中，相對電極集電器末端區在橫向方向上之長度(L CER)及相對電極集電器末端區在豎直方向上之高度(H CER)滿足以下關係：
L CER/ H CER＜ 1
參考圖30，在一個實施例中，電極結構群110之成員包含電極集電器末端區811，其具有在縱向方向上彼此分隔開之相對表面800a、800b，且其中電極集電器末端區之相對表面中之至少一者包含安置於其上的導熱材料層830。在一個實施例中，電極集電器末端區811經由相對表面800a、800b中之至少一者電連接至電極母線191，且其中導熱材料層安置於相對表面800a、800b中之另一者上。在一個實施例中，相對電極結構群112之成員包含相對電極集電器末端區813，其具有在縱向方向上彼此分隔開之相對表面801a、801b，且其中相對電極集電器末端區之相對表面801a、801b中之至少一者包含安置於其上的導熱材料層830。在一個實施例中，相對電極集電器末端區813經由相對表面801a、801b中之至少一者電連接至相對電極母線193，且其中導熱材料層830安置於相對表面801a、801b中之另一者上。在一個實施例中，導熱材料包含導熱陶瓷材料，諸如氧化鋁。
本發明之另一態樣提供一種包含本文中所揭示之電極總成的密封二次電池單元。如圖29中所展示，密封二次電池102在充電與放電狀態之間可充電，且密封二次電池102包含氣密密封外殼610。參考圖1A至圖1D及圖29，在一個實施例中，二次電池單元102包含位於電極總成106外部及氣密密封外殼610內之一或多個氣體密閉隔室611，以容納在二次電池單元之充電或放電期間逸出的氣體。在一個實施例中，一或多個氣體密閉隔室611包含以下中之任一者或多者：(i)橫向密閉隔室611a，其在橫向方向上位於電極總成之橫向末端表面144、146外部，以容納電極總成之橫向側上的氣密密封外殼與電極總成之間之氣體；及(ii)縱向密閉隔室611b，其在縱向方向上位於電極總成之縱向末端表面116、118外部，以容納電極總成之縱向側上的氣密密封外殼610與電極總成106之間之氣體。在一個實施例中，橫向密閉隔室611a及縱向密閉隔室611b經組態以容納在二次電池單元之充電或放電期間自電極總成逸出之氣體之體積V X,Y，其大於在電極總成之豎直側148、150上氣密密封外殼610與電極總成106之間容納的在二次電池單元之充電或放電期間自電極總成逸出之氣體的任何體積V Z。在另一實施例中，橫向密閉隔室611a及縱向密閉隔室611b具有比在電極總成之任一豎直側148、150上氣密密封外殼與電極總成之間的任何空間更大的體積(單獨地或彼此組合)。舉例而言，在一個實施例中，氣體之體積Vxy為氣體之體積Vz的至少1.5倍、至少2倍、至少3倍、至少5倍及/或至少10倍。在另一實施例中，電極總成之任何豎直側上基本上不容納氣體之體積Vz。在一個實施例中，橫向及縱向密閉隔室中之一或多者經組態以容納為密封二次電池之體積之至少4%的氣體的體積Vxy。在一個實施例中，橫向及縱向密閉隔室中之一或多者經組態以容納為密封二次電池之體積之至少5%的氣體的體積Vxy。
為限制二次電池單元在充電/放電循環期間之生長，如圖1至圖2及圖11中所展示，在一個實施例中，密封二次電池單元102包含電極限制組108，且其中電極限制組108包含豎直限制系統2000，該豎直限制系統2000包含在豎直方向上彼此分隔開的第一豎直生長限制2001及第二豎直生長限制2002，第一豎直生長限制2001及第二豎直生長限制2002連接至電極結構群110之成員及/或相對電極結構群112之成員，且豎直限制系統2000能夠限制電極總成106在豎直方向上之生長。
根據一個實施例，如圖11至圖12中所展示，氣密密封外殼610包含在豎直方向上彼此分隔開之相對第一豎直側612a及相對第二豎直側612b，第一豎直側612a及第二豎直側612b中之各者包含面向電極總成106且分別貼附至第一豎直生長限制2001及第二豎直生長限制2002之內部豎直表面613a、613b。在一個實施例中，氣密密封外殼610之第一豎直側612a及第二豎直側612b之內部豎直表面613a、613b藉由以下中之任一者貼附至第一豎直生長限制2001及第二豎直生長限制2002：黏著、銅焊、膠合、焊接、接合、聯合、軟焊、燒結、按壓接觸、銅焊、熱噴塗聯合、夾持、線接合、條帶接合、超音波接合、超音波焊接、電阻熔接、雷射光束焊接、電子束焊接、感應焊接、冷焊、電漿噴塗、火焰噴塗及電弧噴塗。
本發明之另一實施例為一種對密封二次電池單元充電之方法。此方法包含以至少1C、至少2C、至少3C、至少4C、至少6C、至少10C、至少12C、至少15C、至少18C、至少20C及/或至少30C之速率充電，直至密封二次電池達到預定容量。在一個實施例中，方法包含以充電率充電直至二次電池達到其額定容量之至少80%、至少85%、至少90%、至少95%及/或至少99%。在一些實施例中，密封二次電池以充電率充電，且放電至少200次、至少300次、至少400次、至少500次、至少600次、至少800次及/或至少1000次。在一些其他實施例中，密封二次電池包含本文中所揭示之電極總成中之任一者、本文中所揭示之密封二次電池中之任一者，或其任何組合。
根據一個實施例，本文中所揭示之密封二次電池單元具有如下額定容量：至少500 mAmp˖hr、至少1 Amp˖hr、至少5 Amp˖hr、至少10 Amp˖hr、至少15 Amp˖hr、至少20 Amp˖hr、至少25 Amp˖hr、至少30 Amp˖hr、至少35 Amp˖hr及/或至少50 Amp˖hr。
根據另一實施例，本文中所揭示之電極總成106具有基本上多面體形狀，以及基本上平坦之相對縱向末端表面116、118、基本上平坦之相對豎直表面148、150及基本上平坦之相對橫向表面144、146。在一些實施例中，對於本文中所揭示之電極總成，V SA與L SA及T SA中之各者之比為至少5:1。
在一個實施例中，本文中所揭示之密封二次電池包含如下核心能量密度：至少700 Whr/公升、至少800 Whr/公升、至少900 Whr/公升、至少1000 Whr/公升、至少1100 Whr/公升或至少1200 Whr/公升，其中核心能量密度定義為密封二次電池之額定容量除以電極結構、相對電極結構、隔板及構成密封二次電池之電極總成之任何電解質的組合重量。經合併重量不包括限制組、組、外殼或袋等之重量。
在本文中所揭示之電極總成中，電極結構群之成員包含電極活性材料層，且其中電極活性材料層包含在15微米至75微米、20微米至60微米或30微米至50微米範圍內(諸如約45微米)之縱向方向上的厚度。在另一實施例中，電極結構群之成員包含電極活性材料層，且其中電極活性材料層包含10%至40%、12%至30%或18%至20%範圍內之孔隙率。
根據某些態樣，可藉由一般熟習此項技術者已知之任何合適技術來量測本文中所提及之孔隙率。舉例而言，根據一個實施例，可藉由汞孔隙率測定技術判定孔隙率，該汞孔隙率測定技術為藉由向浸沒於汞中之材料之樣品施加不同程度之壓力來表徵材料之孔隙率的技術。將汞注入樣品孔中所需之壓力與孔大小成反比。汞孔隙率測定技術描述於Peter Klobes、Klaus Meyer及Ronald Munro之日期為2006年9月之國家標準及技術研究所(NIST)固體材料之孔隙率及比表面積量測實踐指南(Practice Guide for Porosity and Specific Surface Area Measurements for Solid Materials)中，其特此以全文引用之方式併入本文中。在其他實施例中，可藉由使用正使用的電極活性材料層之體積以及用於電極活性材料層中之電極活性材料的重量及其密度計算孔隙率來判定孔隙率，其中孔隙率為電極活性材料層之總體積與由電極活性材料佔據之體積(電極活性材料之重量除以其密度)之間的差，為電極活性材料層之總體積之百分比，如一般熟習此項技術者將理解的。
密封二次電池單元
參考圖10至圖13，根據本發明之實施例，提供一種密封二次電池單元902，其可在充電狀態與放電狀態之間充電。密封二次電池單元902包含：外殼104，其為包含聚合物外殼材料之氣密密封外殼；電極總成106，其由氣密密封外殼104圍封；電極限制組108。根據某些實施例，密封二次電池單元之額定容量為至少100 mAmp˖hr。根據某些實施例，充電狀態為二次電池單元之額定容量之至少75%，且放電狀態小於二次電池單元之額定容量之25%。
根據某些實施例，電極總成106具有基本上多面體形狀，其具有分別對應於虛擬三維笛卡耳座標系統之x、y及z軸的相互垂直的橫向、縱向及豎直軸。舉例而言，在某些實施例中，電極總成106可基本上包含6個基本上平坦及/或完全平坦表面，及/或可包含其他平坦表面，諸如8個或更多個平坦表面。在某些實施例中，電極總成亦可包含諸如在其他平坦表面之間的拐角及/或頂點處之彎曲部分。
根據某些實施例，且再次參考圖10至圖13，電極總成106包含：相對縱向表面116、118 (亦即，第一及第二縱向末端表面)，其基本上平坦且在縱向方向上彼此分隔開；及側向表面142，其包圍電極總成縱向軸A EA且連接相對縱向末端表面。側向表面142包含基本上平坦且在縱向軸之相對豎直側上的在豎直方向上彼此分隔開之相對豎直表面906、908，且包含基本上平坦且在縱向軸之相對橫向側上的在橫向方向上彼此分隔開之相對橫向表面910、912。根據一個實施例，相對縱向表面116、118具有經合併表面面積L SA，相對橫向表面910、912具有經合併表面面積T SA，且相對豎直表面906、908具有經合併表面面積V SA，其中V SA與L SA及T SA中之各者之比為至少5:1。經合併表面面積為各表面加上其相對表面之表面面積(例如相對縱向表面116、118之經合併表面面積為縱向表面116之表面面積加上縱向表面118之表面面積)。
根據一個實施例，相對縱向、豎直及橫向表面(其基本上平坦)構成大於66%之經合併表面面積。根據一個實施例，相對縱向、豎直及橫向表面(其基本上平坦)構成大於75%之經合併表面面積。根據一個實施例，相對縱向、豎直及橫向表面(其基本上平坦)構成大於80%之經合併表面面積。根據一個實施例，相對縱向、豎直及橫向表面(其基本上平坦)構成大於95%之經合併表面面積。根據一個實施例，相對縱向、豎直及橫向表面(其基本上平坦)構成大於99%之經合併表面面積。根據一個實施例，相對縱向、豎直及橫向表面(其基本上平坦)構成電極總成之基本上整個經合併表面面積。
此外，根據某些實施例，且如上文關於能量儲存裝置及/或二次電池102類似地描述，二次電池單元902之電極總成106包含電極結構群110、電絕緣隔板群130及相對電極結構群112，其中電極結構群、電絕緣隔板群及相對電極結構群之成員在電極總成內以交替順序配置。在一個實施例中，電極結構群、電絕緣隔板群及相對電極結構群之成員在縱向方向上以交替順序配置。根據一個實施例，電極結構群110之成員包含電極活性材料層132及電極集電器136，且相對電極結構群112之成員包含相對電極活性材料層138及相對電極集電器140。
參考圖11，根據某些實施例，電極限制組108包含豎直限制系統2000，其包含在豎直方向上彼此分隔開之第一豎直生長限制2001及第二豎直生長限制2002，第一豎直生長限制2001及第二豎直生長限制2002連接至電極結構群110之成員及/或相對電極結構群112之成員。根據某些實施例，豎直限制系統2000對應於本文中所描述之二次生長限制系統152，且因此，可將對二次生長限制系統152之描述視為亦應用於豎直限制系統2000。舉例而言，第一豎直生長限制2001及第二豎直生長限制2002可對應於本文中所描述之第一二次生長限制158及第二二次生長限制160，且電極結構群110之成員及/或相對電極結構群112之成員可對應於至少一個連接成員166。如同上文所描述之二次生長限制系統，豎直限制系統2000能夠限制電極總成在豎直方向上之生長。連接至第一豎直生長限制2001及第二豎直生長限制2002之電極結構群之成員及/或相對電極結構群之成員具有在縱向方向上量測的在5與50 µm之間之範圍內的厚度，及大於100 MPa之屈服強度，以藉由豎直生長限制2001、2002提供對豎直方向上之生長的限制。
此外，根據某些實施例，電極限制組108進一步包含縱向生長限制系統2010，其包含在縱向方向上彼此分隔開且由連接成員2016連接之第一縱向限制2012及第二縱向限制2014，以限制電極總成在縱向方向上之生長。根據某些實施例，縱向限制系統2010對應於本文中別處所描述之一次生長限制系統151，且因此，可將對一次生長限制系統151之描述視為亦應用於縱向限制系統2010。舉例而言，第一縱向生長限制2012及第二縱向生長限制2014可對應於本文中所描述之第一一次生長限制154及第二一次生長限制156，且其可由對應於第一豎直生長限制2001及第二豎直生長限制2002之一次連接成員162、164連接。
根據某些實施例，氣密密封外殼104包含在豎直方向上彼此分隔開之相對外部豎直表面2004、2005，且在氣密密封外殼104之外部豎直表面2004、2005之豎直相對區2006、2007之間在豎直方向上量測之密封二次電池單元902的厚度t 1為至少1 mm。根據其他實施例，在氣密密封外殼104之外部豎直表面2004、2005之豎直相對區2006、2007之間沿著導熱路徑2008的二次電池單元902在豎直方向上之導熱率為至少2 W/m˖K。
根據某些實施例，密封二次電池單元902具有至少150 mAmp˖hr之額定容量。根據另一實施例，密封二次電池單元902具有至少200 mAmp˖hr之額定容量。根據另一實施例，密封二次電池單元902具有至少400 mAmp˖hr之額定容量。根據另一實施例，密封二次電池單元902具有至少0.1 Amp˖hr之額定容量。根據另一實施例，密封二次電池單元902具有至少0.5 Amp˖hr之額定容量。根據另一實施例，密封二次電池單元902具有至少1 Amp˖hr之額定容量。根據另一實施例，密封二次電池單元902具有至少3 Amp˖hr之額定容量。根據另一實施例，密封二次電池單元902具有至少5 Amp˖hr之額定容量。
根據某些實施例，在氣密密封外殼104之相對表面2004、2005之相對區2006、2007之間量測的二次電池單元902在豎直方向上之厚度為至少2 mm。根據另一實施例，在氣密密封外殼104之相對表面2004、2005之相對區2006、2007之間量測的二次電池單元902在豎直方向上之厚度為至少3 mm。根據另一實施例，在氣密密封外殼104之相對表面2004、2005之相對區2006、2007之間量測的二次電池單元902在豎直方向上之厚度為至少5 mm。根據另一實施例，在氣密密封外殼104之相對表面2004、2005之相對區2006、2007之間量測的二次電池單元902在豎直方向上之厚度為至少8 mm。根據另一實施例，在氣密密封外殼104之相對表面2004、2005之相對區2006、2007之間量測的二次電池單元902在豎直方向上之厚度為至少10 mm。
根據某些實施例，在氣密密封外殼104之相對表面2004、2005之相對區2006、2007之間二次電池單元902沿著導熱路徑2008在豎直方向上之導熱率為至少3 W/m˖K。根據另一實施例，在氣密密封外殼104之相對表面2004、2005之相對區2006、2007之間二次電池單元902沿著導熱路徑2008在豎直方向上之導熱率為至少4 W/m˖K。根據另一實施例，在氣密密封外殼104之相對表面2004、2005之相對區2006、2007之間二次電池單元902沿著導熱路徑2008在豎直方向上之導熱率為至少5 W/m˖K。根據某些實施例，導熱路徑2008沿著連接至第一豎直生長限制2001及第二豎直生長限制2002之電極結構群110之成員及/或相對電極結構群112之成員的豎直方向。
根據一個實施例，氣密密封外殼104包含適合於在外殼內容納電極總成及/或電解質之聚合材料。根據某些實施例，氣密密封外殼104可進一步包含聚合材料與其他材料(諸如金屬材料之可撓性薄片)層壓結構。在某些實施例中，用於外殼之聚合及/或其他材料可對二次電池單元中所使用之任何電解質的腐蝕具有抵抗性，且可用以在單元內容納此類電解質。在一個實施例中，氣密密封外殼104包含由聚合材料的薄片與安置於其間之金屬材料的可撓性薄片製成之層壓結構。在一個實施例中，氣密密封外殼104包含由聚丙烯、鋁及尼龍(nylon)之薄片與聚丙烯與尼龍聚合薄片之間之鋁薄片製成之層壓結構。氣密密封外殼104可呈具有聚合材料之氣密密封袋之形式，諸如由可撓性袋材料製成之氣密密封袋。根據某些實施例，第一豎直生長限制2001及第二豎直生長限制2002可包含針對本文中之一次生長限制系統151及二次生長限制系統152中之任一者指定的材料中之任一者，諸如金屬、合金、陶瓷、玻璃、塑膠中之任一者，或其組合。在一個實施例中，第一及第二豎直生長限制包含不鏽鋼及鋁中之任一者或多者。
根據一個實施例，第一及第二豎直生長限制具有至少70 MPa之屈服強度。根據一個實施例，第一及第二豎直生長限制具有至少100 MPa之屈服強度。根據另一實施例，第一及第二豎直生長限制具有至少150 MPa之屈服強度。根據另一實施例，第一及第二豎直生長限制具有至少200 MPa之屈服強度。根據另一實施例，第一及第二豎直生長限制具有至少300 MPa之屈服強度。根據另一實施例，第一及第二豎直生長限制具有至少500 MPa之屈服強度。
根據一個實施例，第一及第二豎直生長限制具有至少70 MPa之拉伸強度。根據一個實施例，第一及第二豎直生長限制具有至少100 MPa之拉伸強度。根據另一實施例，第一及第二豎直生長限制具有至少150 MPa之拉伸強度。根據另一實施例，第一及第二豎直生長限制具有至少200 MPa之拉伸強度。根據另一實施例，第一及第二豎直生長限制具有至少300 MPa之拉伸強度。根據另一實施例，第一及第二豎直生長限制具有至少500 MPa之拉伸強度。
根據一個實施例，第一及第二縱向生長限制具有至少70 MPa之屈服強度。根據一個實施例，第一及第二縱向生長限制具有至少100 MPa之屈服強度。在另一實施例中，第一及第二縱向生長限制具有至少150 MPa之屈服強度。在另一實施例中，第一及第二縱向生長限制具有至少200 MPa之屈服強度。在另一實施例中，第一及第二縱向生長限制具有至少300 MPa之屈服強度。在另一實施例中，第一及第二縱向生長限制具有至少500 MPa之屈服強度。
根據一個實施例，第一及第二縱向生長限制具有至少70 MPa之拉伸強度。根據一個實施例，第一及第二縱向生長限制具有至少100 MPa之拉伸強度。在另一實施例中，第一及第二縱向生長限制具有至少150 MPa之拉伸強度。在另一實施例中，第一及第二縱向生長限制具有至少200 MPa之拉伸強度。在另一實施例中，第一及第二縱向生長限制具有至少300 MPa之拉伸強度。在另一實施例中，第一及第二縱向生長限制具有至少500 MPa之拉伸強度。
根據一個實施例，連接至第一及第二豎直生長限制之電極結構群之成員及/或相對電極結構群之成員具有大於70 MPa之屈服強度。在另一實施例中，連接至第一及第二豎直生長限制之電極結構群之成員及/或相對電極結構群之成員具有大於100 MPa之屈服強度。在另一實施例中，連接至第一及第二豎直生長限制之電極結構群之成員及/或相對電極結構群之成員具有大於150 MPa之屈服強度。在另一實施例中，連接至第一及第二豎直生長限制之電極結構群之成員及/或相對電極結構群之成員具有大於200 MPa之屈服強度。在另一實施例中，連接至第一及第二豎直生長限制之電極結構群之成員及/或相對電極結構群之成員具有大於300 MPa之屈服強度。在另一實施例中，連接至第一及第二豎直生長限制之電極結構群之成員及/或相對電極結構群之成員具有大於500 MPa之屈服強度。
根據一個實施例，連接至第一及第二豎直生長限制之電極結構群之成員及/或相對電極結構群之成員具有大於70 MPa之拉伸強度。在另一實施例中，連接至第一及第二豎直生長限制之電極結構群之成員及/或相對電極結構群之成員具有大於100 MPa之拉伸強度。在另一實施例中，連接至第一及第二豎直生長限制之電極結構群之成員及/或相對電極結構群之成員具有大於150 MPa之拉伸強度。在另一實施例中，連接至第一及第二豎直生長限制之電極結構群之成員及/或相對電極結構群之成員具有大於200 MPa之拉伸強度。在另一實施例中，連接至第一及第二豎直生長限制之電極結構群之成員及/或相對電極結構群之成員具有大於300 MPa之拉伸強度。在另一實施例中，連接至第一及第二豎直生長限制之電極結構群之成員及/或相對電極結構群之成員具有大於500 MPa之拉伸強度。
根據一個實施例，第一豎直生長限制2001及第二豎直生長限制2002連接至電極結構群及/或相對電極結構群之成員的上部及下部表面。舉例而言，第一豎直生長限制2001及第二豎直生長限制2002可連接至電極結構群之成員的在豎直方向上分隔開之上部末端表面500a及下部末端表面500b，及/或相對電極結構之在豎直方向上分隔開之上部末端表面501a及下部末端表面501b。根據另一實施例，第一豎直生長限制2001及第二豎直生長限制2002可連接至隔板130之在豎直方向上分隔開的上部末端表面502a及下部末端表面502b。在一個實施例中，第一及第二豎直生長限制連接至電極結構群之成員之電極集電器的上部及下部表面，及/或相對電極群之成員之相對電極集電器的上部及下部表面。舉例而言，在一個實施例中，電極及/或相對電極集電器連接至第一豎直生長限制2001及第二豎直生長限制2002，且包含在縱向方向上量測之在5與50 µm之間的範圍內之厚度及大於100 MPa之屈服強度，以提供對豎直方向上之生長的限制。在一個實施例中，電極集電器連接至第一豎直生長限制2001及第二豎直生長限制2002，且包含在縱向方向上量測之在5與50 µm之間的範圍內之厚度及大於100 MPa之屈服強度。電極及/或相對電極集電器亦可具有另外在本文中描述為適合於連接至上部及下部側壁之電極及/或相對電極結構群之成員的屈服強度及/或拉伸強度中之任一者。
根據一個實施例，包含第一豎直生長限制2001及第二豎直生長限制2002之豎直限制系統2000限制豎直方向上之生長，使得在20次連續循環內電極總成之斐瑞特直徑之任何增加小於2%。在另一實施例中，包含第一豎直生長限制2001及第二豎直生長限制2002之豎直限制系統2000限制豎直方向上之生長，使得在30次連續循環內電極總成之斐瑞特直徑之任何增加小於2%。在另一實施例中，包含第一豎直生長限制2001及第二豎直生長限制2002之豎直限制系統2000限制豎直方向上之生長，使得在50次連續循環內電極總成之斐瑞特直徑之任何增加小於2%。在另一實施例中，包含第一豎直生長限制2001及第二豎直生長限制2002之豎直限制系統2000限制豎直方向上之生長，使得在80次連續循環內電極總成之斐瑞特直徑之任何增加小於2%。在另一實施例中，包含第一豎直生長限制2001及第二豎直生長限制2002之豎直限制系統2000限制豎直方向上之生長，使得在100次連續循環內電極總成之斐瑞特直徑之任何增加小於2%。
根據某些實施例，第一豎直生長限制2001及第二豎直生長限制2002包含至少10000 psi (大於70 MPa)之拉伸強度。根據另一實施例，第一縱向限制2012及第二縱向限制2014包含至少10000 psi (大於70 MPa)之拉伸強度。在一個實施例中，第一及第二縱向限制之在縱向方向上量測的厚度為至少150 μm。在另一實施例中，第一縱向限制2012及第二縱向限制2014之在縱向方向上量測的厚度為至少250 μm。在另一實施例中，第一縱向限制2012及第二縱向限制2014在縱向方向上量測的厚度為至少400 μm。
根據一個實施例，電極結構群之成員及/或相對電極結構群之成員藉由以下中之一或多者中之任一者或多者連接至第一豎直生長限制2001及第二豎直生長限制2002：黏著、膠合、焊接、接合、聯合、軟焊、燒結、按壓接觸、銅焊、熱噴塗聯合、夾持、線接合、條帶接合、超音波接合、超音波焊接、電阻熔接、雷射光束焊接、電子束焊接、感應焊接、冷焊、電漿噴塗、火焰噴塗及電弧噴塗。在一個實施例中，電極結構之成員及/或相對電極結構群之成員的相對豎直表面藉由黏著劑連接至第一豎直生長限制2001及第二豎直生長限制2002。
參考圖9，與其他二次電池單元(圖7及圖8)相比，本發明之態樣提供在電池循環期間用於熱耗散之有效導熱路徑(空心箭頭指示二次電池單元內部之加熱路徑，且實線指示用於冷卻二次電池單元外部之冷卻路徑)。如圖9中可見，根據本文中之態樣，提供沿著電極及/或相對電極結構至二次電池之最大表面面積表面(亦即，豎直表面)之直接導熱通路，使得此等表面之冷卻移除大量熱量。相比之下，在圖7至圖8中，熱量離開路徑穿過電極總成之多個不同層，使得熱量並未高效地輸送至二次電池單元之表面。在圖11中所展示之實施例中，例示性外殼104可包含兩個部分：頂部蓋1302及底部固持器1303。此兩個部分可在豎直方向上重疊(圖11及圖12)且彼此密封，其中密封件向上摺疊且抵靠密封二次電池單元之側。
電極110及相對電極112群之成員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的電活性材料。在一些實施例中，電極結構110群之成員包括陽極活性電活性材料(有時稱為負電極)，且相對電極結構112群之成員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群之成員包括陰極活性電活性材料，且相對電極結構112群之成員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液且澆鑄為層形狀)，或單體電極。
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嵌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或更多莫耳載體離子，諸如每莫耳電極活性材料2.0或更多莫耳載體離子，且甚至每莫耳電極活性材料2.5或更多莫耳載體離子，諸如每莫耳電極活性材料3.5莫耳或更多載體離子之容量之材料。電極活性材料接收之載體離子可為鋰、鉀、鈉、鈣及鎂中之至少一者。膨脹以提供此類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。在又一實施例中，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。在又一實施例中，電極結構包含鋰金屬層，該鋰金屬層可充當電極集電器，且在充電過程期間經由將載體離子轉移至鋰金屬層而在其上沈積電極活性材料。
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；金屬錯合氧化物，諸如Li xFe 2O 3(0≦x≦1)、Li xWO 2(0≦x≦1)、Sn xMe 1−xMe′ yO z(Me: Mn、Fe、Pb、Ge；Me′: Al、B、P、Si，元素週期表中之第1族、第2族及第3族中存在的元素，鹵素；0＜x≦1；1≦y≦3；1≦z≦8)等；鋰金屬；鋰合金；矽基合金；錫基合金；金屬氧化物，諸如SnO、SnO 2、PbO、PbO 2、Pb 2O 3、Pb 3O 4、Sb 2O 3、Sb 2O 4、Sb 2O 5、GeO、GeO 2、Bi 2O 3、Bi 2O 4、Bi 2O 5等；導電聚合物，諸如聚乙炔等；Li-Co-Ni基材料等。在一個實施例中，陽極活性材料可包含碳基活性材料，包括結晶石墨，諸如天然石墨、合成石墨等；及非晶碳，諸如軟性碳、硬性碳等。適合於陽極活性材料之碳材料之其他實例可包含石墨、凝析(Kish)石墨、熱解碳、中間相瀝青基碳纖維、中間相碳微珠粒、中間相瀝青、石墨化碳纖維，及高溫燒結碳，諸如石油或柏油瀝青衍生之焦炭。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，諸如鋰與一或多種類型之選自由Na、K、Rb、Cs、Fr、Be、Mg、Ca、Sr、Ba、Ra、Al及Sn組成之群組的金屬之合金。在又一實施例中，陽極活性材料可包含：能夠摻合及/或嵌入鋰之金屬化合物，諸如Si、Al、C、Pt、Sn、Pb、Ir、Ni、Cu、Ti、Na、K、Rb、Cs、Fr、Be、Ca、Sr、Sb、Ba、Ra、Ge、Zn、Bi、In、Mg、Ga、Cd、Si合金、Sn合金、Al合金等；能夠摻雜及去摻雜鋰離子之金屬氧化物，諸如SiO v(0＜v＜2)、SnO 2、氧化釩或氧化鋰釩；及包括金屬化合物及碳材料之複合材料，諸如Si-C複合材料或Sn-C複合材料。舉例而言，在一個實施例中，能夠與鋰摻合/嵌入之材料可為金屬，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、熱分解氣相成長碳、軟木(cork)、中間相碳微珠粒(「MCMB」)、糠醇樹脂煅燒碳、聚并苯、瀝青基碳纖維、氣相成長碳纖維，或天然石墨。在又一實施例中，負電極活性材料可包含適合於諸如鈉或鎂之載體離子之組合物。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、熱黑等；導電纖維，諸如碳纖維、金屬纖維等；導電管，諸如碳奈米管等；金屬粉末，諸如氟化碳粉末、鋁粉末、鎳粉末等；導電鬚，諸如氧化鋅、鈦酸鉀等；導電金屬氧化物，諸如氧化鈦等；或導電材料，諸如聚苯衍生物等。此外，亦可使用金屬纖維，諸如金屬網格；金屬粉末，諸如銅、銀、鎳及鋁；或有機導電材料，諸如聚苯衍生物。在又一實施例中，可提供黏合劑，諸如聚乙烯、聚氧化乙烯、聚丙烯、聚四氟乙烯(PTFE)、聚偏二氟乙烯(PVDF)、苯乙烯-丁二烯橡膠、四氟乙烯-全氟烷基乙烯基醚共聚物、偏二氟乙烯-六氟丙烯共聚物、偏二氟乙烯-氯三氟乙烯共聚物、乙烯-四氟乙烯共聚物、聚氯三氟乙烯、偏二氟乙烯-五氟丙烯共聚物、丙烯-四氟乙烯共聚物、乙烯-氯三氟乙烯共聚物、偏二氟乙烯-六氟丙烯-四氟乙烯共聚物、偏二氟乙烯-全氟甲基乙烯基醚-四氟乙烯共聚物、乙烯-丙烯酸共聚物等中之一或多者，其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、含硫化合物、氧(空氣)、Li(Ni xMn yCo z)O 2及其組合。此外，陰極活性材料層之化合物可包含含鋰化合物，其進一步包含金屬氧化物或金屬磷酸鹽，諸如包含鋰、鈷及氧之化合物(例如，LiCoO 2)，包含鋰、錳及氧之化合物(例如，LiMn 2O 4)及包含鋰鐵及磷酸鹽之化合物(例如，LiFePO)。在一個實施例中，陰極活性材料包含鋰錳氧化物、鋰鈷氧化物、鋰鎳氧化物、磷酸鋰鐵或由前述氧化物之組合形成之錯合氧化物中的至少一者。在另一實施例中，陰極活性材料可包含以下中之一或多者：鋰鈷氧化物(LiCoO 2)、鋰鎳氧化物(LiNiO 2)等或具有一或多種過渡金屬之取代化合物；鋰錳氧化物，諸如Li 1+xMn 2−xO 4(其中，x為0至0.33)、LiMnO 3、LiMn 2O 3、LiMnO 2等；鋰銅氧化物(Li 2CuO 2)；氧化釩，諸如LiV 3O 8、LiFe 3O 4、V 2O 5、Cu 2V 2O 7等；由化學式LiNi 1−xM xO 2(其中，M=Co、Mn、Al、Cu、Fe、Mg、B或Ga，且x=0.01至0.3)表示之Ni位點型鋰鎳氧化物；由化學式LiMn 2-xM xO 2(其中，M=Co、Ni、Fe、Cr、Zn或Ta，且x=0.01至0.1)或Li 2Mn 3MO 8(其中，M=Fe、Co、Ni、Cu或Zn)表示之鋰錳錯合氧化物；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等。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之至少一者，X為選自F、S及N之至少一者，−0.5≤a≤+0.5，0≤x≤0.5且0≤b≤0.1，諸如LiFePO 4、Li(Fe, Mn)PO 4、Li(Fe, Co)PO 4、Li(Fe, Ni)PO 4等中的至少一者。在一個實施例中，陰極活性材料包含以下中的至少一者：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，或其中兩種或更多種之混合物。
在又一實施例中，陰極活性材料可包含元素硫(S8)、硫系列化合物或其混合物。硫系列化合物可特定地為Li 2S n(n≥1)、有機硫化合物、碳-硫聚合物((C 2S x) n: x=2.5至50，n≥2)等。在又一實施例中，陰極活性材料可包含鋰及鋯之氧化物。
在又一實施例中，陰極活性材料可包含鋰及金屬之至少一種錯合氧化物，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。在上式中，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，陰極活性材料包含以下中之至少一者：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。
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。代表性正活性材料包括Na[Ni 1/2Mn 1/2]O 2、Na 2/3[Fe 1/2Mn 1/2]O 2等；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等；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等。正活性材料不限於前述內容，且可使用此項技術中使用的任何適合之正極活性材料。在一實施例中，正活性材料較佳包含分層型氧化陰極材料，諸如NaMnO 2、Na[Ni 1/2Mn 1/2]O 2及Na 2/3[Fe 1/2Mns 1/2]O 2；磷酸鹽陰極，諸如Na 3V 2(PO 4) 3及Na 4Co 3(PO 4) 2P 2O 7；或氟代磷酸鹽陰極，諸如Na 3V 2(PO 4) 2F 3及Na 3V 2(PO 4) 2FO 2。
在一個實施例中，電極集電器可包含負電極集電器，且可包含適合之導電材料，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、經碳、鎳、鈦、銀、鋁-鎘合金及/或其其他合金表面處理之銅或不鏽鋼材料中之至少一者。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、經碳、鎳、鈦、銀、鋁-鎘合金及/或其其他合金表面處理之銅或不鏽鋼材料中之至少一者。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，相對電極集電器可包含正電極集電器，且可包含適合導電材料，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、經碳、鎳、鈦、銀及/或其合金表面處理之鋁或不鏽鋼材料中之至少一者。在一個實施例中，正電極集電器包含鋁。
在又一實施例中，陰極活性材料可進一步包含導電助劑及/或黏合劑中之一或多者，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可將電極結構110群之各成員與相對電極結構112群之各成員電隔離。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傳遞期間電路閉合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，且滲透有電解質，例如非水性液體或凝膠電解質。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將通常包括可滲透有非水性電解質之微孔隔板材料；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、更典型地在約2,500 Å範圍內且孔隙率在約25%至約75%範圍內、更典型地在約35%至55%範圍內的孔。另外，微孔隔板材料可滲透有非水性電解質以准許載體離子在電極及相對電極群之鄰近成員之間傳導。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，用於離子交換之電極結構110群之成員與相對電極結構112群之最接近成員(亦即，「鄰近對」)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群之成員與相對電極112結構群之最接近成員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，且將通常處於約250至2,500 Å範圍內。微孔隔板材料將通常具有小於約75%之孔隙率。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。
用於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、四氟丙烯等之單體的含氟聚合物。在另一實施例中，黏合劑為具有一系列不同分子量及密度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，黏合劑選自由以下組成之群組：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，黏合劑選自由以下組成之群組：甲基纖維素、羧甲基纖維素、苯乙烯橡膠、丁二烯橡膠、苯乙烯-丁二烯橡膠、異戊二烯橡膠、聚丙烯醯胺、聚乙烯醚、聚丙烯酸、聚甲基丙烯酸、聚丙烯腈、聚偏二氟乙烯聚丙烯腈及聚氧化乙烯。在另一實施例中，黏合劑選自由以下組成之群組：丙烯酸酯、苯乙烯、環氧樹脂及矽酮。其他適合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、聚氧化乙烯、乙酸纖維素、乙酸丁酸纖維素、乙酸丙酸纖維素、氰基乙基普魯蘭、氰基乙基聚乙烯醇、氰基乙基纖維素、氰基乙基蔗糖、普魯蘭、羧甲基纖維素、丙烯腈-苯乙烯-丁二烯共聚物、聚醯亞胺或其混合物。在又一實施例中，黏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、聚氧化乙烯、乙酸纖維素、乙酸丁酸纖維素、乙酸丙酸纖維素、氰基乙基普魯蘭、氰基乙基聚乙烯醇、氰基乙基纖維素、氰基乙基蔗糖、普魯蘭、羧基甲基纖維素、丙烯腈苯乙烯丁二烯共聚物、聚醯亞胺、聚對苯二甲酸乙二酯、聚對苯二甲酸丁二酯、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共混物。
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，微粒材料為選自由以下組成之群組的有機材料：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。其他適合的顆粒可包含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。
在又一實施例中，電絕緣隔板130包含固體電解質，例如呈固態電池形式。一般而言，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、熔融型無機電解質等中之任一者。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、硫化物玻璃、鋰離子導電玻璃陶瓷或磷酸鹽陶瓷材料。在一個實施例中，固體聚合物電解質可包含由聚氧化乙烯(PEO)基、聚乙酸乙烯酯(PVA)基、聚乙烯亞胺(PEI)基、聚偏二氟乙烯(PVDF)基、聚丙烯腈(PAN)基、氮氧化鋰磷(LiPON)及聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)基聚合物或其共聚物形成之聚合物中的任一者。在另一實施例中，可提供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之島狀矽酸鹽，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。
根據經組裝能量儲存裝置之一個實施例，電絕緣隔板包含滲透有適用作二次電池電解質之非水性電解質之微孔隔板材料。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。作為又一實例，電解質可包含溶解於其中之鈉離子，例如NaClO 4、NaPF 6、NaBF 4、NaCF 3SO 3、NaN(CF 3SO 2) 2、NaN(C 2F 5SO 2) 2、NaC(CF 3SO 2) 3中之任一者或多者。可類似地提供鎂及/或鉀之鹽。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組成之群組的至少一者的鎂鹽：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)。用以溶解鋰鹽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、碳酸伸乙酯、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。 實例
參考圖14A至圖26，提供以下非限制性實例以進一步說明本發明之態樣。熟習此項技術者應瞭解，以下實例中所揭示之技術代表本發明人已發現在本發明之實踐中良好地起作用之方法，且因此被視為構成其實踐模式之實例。然而，根據本發明，熟習此項技術者應瞭解，在不脫離本發明之精神及範疇的情況下可對所揭示之特定實施例作出許多改變且仍獲得相同或類似結果。 充電接收能力及放電率能力測試方案
使用在0.1C下量測之循環1容量測定電池之C速率。用於充電接收能力測試之方案如下：在使用標準0.33C循環方案25次循環之後，針對給定循環輸入指定充電C速率。對於充電接收能力測試，每隔一個循環使用標準0.33C恆流充電，其中在4.2 V之充電電壓頂部具有恆定電壓階躍，使用0.04C之電流截止，隨後在充電頂部停置5分鐘，隨後進行利用2.5 V電壓截止之0.33C定流放電，隨後在充電底部停置5分鐘。各交替循環接著使用包括以下之充電率：1C、2C、3C、4C、5C、6C、7C、8C、9C或10C，利用其他相同方案；亦即，在指定C速率下之恆流充電，隨後在充電頂部4.2 V下保持恆定電壓，利用0.04C之電流截止，隨後在充電頂部停置5分鐘，隨後進行利用2.5 V電壓截止之0.33C定流放電。對於放電率測試，相同電池接著用於使用上文所描述之標準方案使電池放電，不同之處在於用指定速率替換0.33C定流放電，亦即高達4C放電。連續循環用於斜變電流且包括：0.2C、0.5C、1C、2C、3C、4C放電率。
以下實例針對充電及放電率能力測試及高速率循環測試提供自EXP 4049 (~530 Wh/L)重新設置之電池。此等電池使用3.6 mAh/cm 2NMC622電極與96.4重量%活性材料，密度為3.2 g/cc，及利用80%緩衝液平衡之POR型SiO x陽極，且在使用2.5至4.2 V電池截止電壓之形成之後，目標為26%陽極形成孔隙率。 實例 1 - 充電率能力
表1及表2展示充電率、放電率、以安培小時(amp hours)為單位之恆流充電階躍(CC)容量、電池充電頂部之定電壓充電階躍(CV)容量，及＞充電容量之80%的首次記錄時間。使用兩個電池(如表1中所展示之TM40142及如表2中所展示之TM39713)展現良好再現性，且10C (2.53安培)之最大測試速率接近於至80% SOC之5.2分鐘。 表 1. EXP4049型電池TM40142之充電率能力總結。
TM40142 充電率能力
循環 充電率 放電率 CC 容量(Ah) CV 容量(Ah) 至＞80% SOC 之時間( 分鐘)
31 C/3 C/3 0.2583 0.0101 154.6
32 1C C/3 0.2496 0.0194 51.1
34 2C C/3 0.2406 0.0285 25.6
36 3C C/3 0.2343 0.0351 17.0
38 4C C/3 0.2275 0.0421 12.9
40 5C C/3 0.2234 0.0470 10.3
42 6C C/3 0.2186 0.0527 8.60
44 7C C/3 0.2143 0.0569 7.37
46 8C C/3 0.2095 0.0622 6.46
48 9C C/3 0.2035 0.0686 5.77
50 10C C/3 0.1977 0.0748 5.23
表 2. EXP4049型電池TM39713之充電率能力總結。
TM39713 充電率能力
循環 充電率 放電率 CC 容量(Ah) CV 容量(Ah) 至＞80% SOC 之時間( 分鐘)
31 C/3 C/3 0.2596 0.0100 155.4
32 1C C/3 0.2513 0.0188 51.2
34 2C C/3 0.2425 0.0281 25.7
36 3C C/3 0.2363 0.0346 17.2
38 4C C/3 0.2303 0.0407 12.9
40 5C C/3 0.2257 0.0454 10.3
42 6C C/3 0.2207 0.0505 8.60
44 7C C/3 0.2168 0.0543 7.38
46 8C C/3 0.2105 0.0611 6.45
48 9C C/3 0.2065 0.0653 5.75
50 10C C/3 0.2009 0.0712 5.20
在支援表1及2之情況下，TM39713及TM40142之電流(A)及電壓(V)與時間(分鐘)的繪圖進一步展示於圖14A至圖14C中。此等繪圖展示充電率為1C至10C之相對CC及CV階躍時間以及用於CC及CV階躍的電流。圖19展示使用NMC-622電池在各種C速率下SOC與循環時間及充電時間之繪圖，且圖20概述結果。此外，如圖26中所展示，在6C之充電率下，以最小容量損耗(~5%)實現超過600次循環。 實例 2 - 放電率能力
表3及表4展示歸一化至0.1C參考循環52及0.2C參考循環53之放電率以供比較(*根據DOE標準參考方案，循環52每10% SOC包括1C放電脈衝及0.75C充電脈衝)。亦展示充電率、放電率(利用C/25 CV階躍)及以安培-小時為單位之放電容量。在歸一化至C/10容量時，發現最大測試4C放電率為大致88%。 表 3.EXP4049型電池TM40142之放電率能力總結。
TM40142 放電率能力
循環 充電率 放電率 放電容量(Ah) 放電C 速率/0.2C 放電C 速率/0.1C
51 C/3 C/3 0.2722 98.52% 96.76%
52 C/3 C/10* 0.2814 101.83% 100.00%
53 C/3 C/5 0.2763 100.00% 98.21%
54 C/3 C/2 0.2683 97.10% 95.36%
55 C/3 1C 0.2614 94.60% 92.90%
56 C/3 2C 0.2558 92.59% 90.93%
57 C/3 3C 0.2520 91.21% 89.58%
58 C/3 4C 0.2455 88.84% 87.25%
表 4.EXP4049型電池TM39713之放電率能力總結。
TM39713 放電率能力
循環 充電率 放電率 放電容量(Ah) 放電C 速率/0.2C 放電C 速率/0.1C
51 C/3 C/3 0.2721 98.57% 96.83%
52 C/3 C/10* 0.2810 101.80% 100.00%
53 C/3 C/5 0.2760 100.00% 98.23%
54 C/3 C/2 0.2682 97.16% 95.44%
55 C/3 1C 0.2618 94.84% 93.17%
56 C/3 2C 0.2567 92.98% 91.34%
57 C/3 3C 0.2536 91.85% 90.23%
58 C/3 4C 0.2487 90.09% 88.50%
圖15A至圖15D提供用於表3及4之支援資料，以及在所指示循環內TM39713及TM40142之電流(A)及電壓(V)與時間(分鐘)繪圖。圖16展示相同兩個電池之自循環53至58的放電電壓曲線，放電率在C/5至4C範圍內，且溫度曲線隨容量而變化。在此等電池中觀察到放電率能力超過自巴斯夫(BASF)採購之NMC 622材料之基本速率能力所預期的值。直接置放於電池表面上之熱電偶用於監測隨SOC而變化之表面溫度，且指示表面在接近充電底部之4C速率下超過50℃。相較於30℃之測試室設定點，升高之電池溫度可能引起高於1C及更高速率之速率容量增加，製造商規格表中預期在室溫下在1C下為~90%。
圖16展示如表3及4中所描述之使用自C/5至4C放電率及標準C/3充電率在C/25 CV階躍的所有循環上測試之速率的電池TM39713 (左側)及TM40142 (右側)在所指示循環的電池電壓(V)及電池溫度(℃)與電容(Ah)。
放電容量及平均放電電壓在表5中進行比較，且展示所有三個電池(TM39713、TM40142及參考電池TM36721)之類似值，表明TM39713及TM40142在表1中所指示的循環期間在高達10C之充電接收能力測試之後沒有損壞。 表 5.TM39713及TM40142中之C/3循環與C/3參考電池TM36721之比較。
速率 容量(Ah) 放電電壓(V)
循環 充電 放電 參考 TM39713 TM40142 參考 TM39713 TM40142
33 C/3 C/3 0.2698 0.2701 0.2683 3.4019 3.4095 3.4081
35 C/3 C/3 0.2699 0.2703 0.2685 3.4011 3.4089 3.4077
37 C/3 C/3 0.2701 0.2705 0.2689 3.4009 3.4084 3.4067
39 C/3 C/3 0.2702 0.2707 0.2694 3.4004 3.4080 3.4054
41 C/3 C/3 0.2702 0.2708 0.2708 3.4002 3.4074 3.4051
43 C/3 C/3 0.2703 0.2710 0.2711 3.3998 3.4069 3.4052
45 C/3 C/3 0.2704 0.2713 0.2714 3.3995 3.4066 3.4054
47 C/3 C/3 0.2705 0.2716 0.2716 3.3992 3.4057 3.4049
49 C/3 C/3 0.2705 0.2718 0.2719 3.3990 3.4048 3.4038
51 C/3 C/3 0.2710 0.2721 0.2722 3.3987 3.4039 3.4022
實例 3 - 高速率循環壽命穩定性
圖17展示EXP4049型電池TM39059及TM40136之單元容量(Ah)、平均放電電壓(V)及平均充電與放電電壓之間的差DeltaAveCell_V (V)與循環次數。對於循環5至29，C/3充電及放電率與C/25 CV階躍在充電頂部一起使用。對於循環32及更高循環，針對每一循環使用6C充電階躍(利用C/25 CV階躍)及1C放電階躍，不同之處在於使用標準C/3參考循環之50個循環間隔，以及上文所描述之標準美國能源部定義的測試方案及電流脈衝常式。
圖21展示使用0.33C/0.33C充電/放電率與C/25 CV階躍(CellInt=32266)循環之電池相比於利用6C/1C充電/放電率與C/25 CV階躍(CellInt=39059及CellInt=40136)循環之電池，包括放電容量、平均放電電壓、平均充電與放電電壓之間的差DeltaAveCell_V及所標繪的歸一化容量保持率(使用循環32作為參考)與循環次數。每50次循環具有使用具有1C放電脈衝及0.75C充電脈衝之C/10放電的DOE定義之診斷循環，及標準0.33C/0.33C診斷循環(圖中未示)。
電池TM39059及TM40136均展示使用6C充電及1C放電測試方案在＞ 350次循環之情況下的穩定及可重複的效能。圖18A至圖18B展示相同電池之充電及放電電壓輪廓，以及循環40與循環180之間每10次循環的電流(以安培為單位)及溫度與容量。兩個電池展示在充電輪廓期間顯著升高的溫度，其中在循環40上接近充電頂部時溫度超過58℃。在循環180上接近充電頂部時，此最大溫度降低至接近57℃。相比於標準C/3循環測試，在30℃測試室中由應激測試條件產生之高溫不利地影響循環壽命及穩定性。
圖22至圖26提供利用根據本發明之實施例之結構可實現的充電率之其他實例。
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. 一種用於二次電池之電極總成，其中
該電極總成具有：相互垂直的橫向、縱向及豎直軸，其分別對應於虛擬三維笛卡耳座標系統之x、y及z軸；相對縱向末端表面，其在縱向方向上彼此分隔開；及側向表面，其包圍電極總成縱向軸A EA且連接第一縱向末端表面及第二縱向末端表面，該側向表面具有在縱向軸之相對豎直側上的在豎直方向上彼此分隔開的相對豎直表面、在縱向軸之相對橫向側上的在橫向方向上彼此分隔開的相對橫向表面，其中該等相對縱向表面具有經合併表面面積L SA，該等相對橫向表面具有經合併表面面積T SA，該等相對豎直表面具有經合併表面面積V SA，
該電極總成進一步包含電極結構群、電絕緣隔板群及相對電極結構群，其中電極結構群、電絕緣隔板群及相對電極結構群之成員沿著縱向方向以交替順序配置。
實施例2. 如實施例1之電極總成，其中電極結構群之成員包含鄰近於電極活性材料層之電極集電器，該電極活性材料層包含相對橫向末端，且其中相對電極結構群之成員包含鄰近於相對電極活性材料層之相對電極集電器，該相對電極活性材料層包含相對橫向末端。
實施例3. 如前述實施例中任一項之電極總成，其中電極總成包含單位晶胞群，該單位晶胞群之各成員在縱向方向上以堆疊系列包含電極集電器之單位晶胞部分、電極活性材料層、電絕緣隔板、相對電極活性材料層及相對電極集電器之單位晶胞部分。
實施例4. 如前述實施例中任一項之電極總成，其中電極集電器具有在縱向方向上彼此分隔開之相對的電極集電器表面，且相對電極集電器具有在縱向方向上彼此分隔開之相對的相對電極集電器表面，且該等相對的電極集電器表面中之一者包含由電極活性材料層覆蓋之經塗佈區及不具有電極活性材料層之未經塗佈區，該未經塗佈區接近於電極集電器之橫向末端中之一者。
實施例5. 如前述實施例中任一項之電極總成，其中電極集電器具有在縱向方向上彼此分隔開之相對的電極集電器表面，且相對電極集電器具有在縱向方向上彼此分隔開之相對的相對電極集電器表面，且該等相對的相對電極集電器表面中之一者包含由相對電極活性材料層覆蓋之經塗佈區及不具有相對電極活性材料層之未經塗佈區，該未經塗佈區接近於相對電極集電器之橫向末端中之一者。
實施例6. 如前述實施例中任一項之電極總成，其中電極集電器具有在縱向方向上彼此分隔開之相對的電極集電器表面，且相對電極集電器具有在縱向方向上彼此分隔開之相對的相對電極集電器表面，且該等相對的電極集電器表面中之各者包含由電極活性材料層覆蓋之經塗佈區及不具有電極活性材料層之未經塗佈區，該未經塗佈區接近於電極集電器之橫向末端中之一者。
實施例7. 如前述實施例中任一項之電極總成，其中電極集電器具有在縱向方向上彼此分隔開之相對的電極集電器表面，且相對電極集電器具有在縱向方向上彼此分隔開之相對的相對電極集電器表面，且該等相對的相對電極集電器表面中之各者包含由相對電極活性材料層覆蓋之經塗佈區及不具有相對電極活性材料層之未經塗佈區，該未經塗佈區接近於相對電極集電器之橫向末端中之一者。
實施例8. 如前述實施例中任一項之電極總成，其中
電極結構群之成員包含鄰近於電極活性材料層之電極集電器，該電極活性材料層包含相對橫向末端，且其中相對電極結構群之成員包含鄰近於相對電極活性材料層之相對電極集電器，該相對電極活性材料層包含相對橫向末端，
電極結構群之各成員包含由鄰近電極活性材料層部分塗佈之電極集電器，該電極集電器具有(i)電極集電器主體區，其由鄰近電極活性材料層塗佈且在鄰近電極活性材料層之相對第一橫向末端與相對第二橫向末端之間延伸；及(ii)電極集電器末端區，其位於電極集電器之第一橫向末端或第二橫向末端上，該電極集電器端區由鄰近電極活性材料層之第一橫向末端或第二橫向末端界定且延伸超過第一橫向末端或第二橫向末端，該第一橫向末端或該第二橫向末端位於與電極集電器末端區相同的橫向側上。
實施例9. 如前述實施例中任一項之電極總成，其中
電極結構群之成員包含鄰近於電極活性材料層之電極集電器，該電極活性材料層包含相對橫向末端，且其中相對電極結構群之成員包含鄰近於相對電極活性材料層之相對電極集電器，該相對電極活性材料層包含相對橫向末端，
相對電極結構群之各成員包含由鄰近相對電極活性材料層部分塗佈之相對電極集電器，該相對電極集電器具有(i)相對電極集電器主體區，其由鄰近相對電極活性材料層塗佈且在鄰近相對電極活性材料層之相對第一橫向末端與相對第二橫向末端之間延伸；及(ii)相對電極集電器末端區，其位於相對電極集電器之第一橫向末端或第二橫向末端上，該相對電極集電器末端區由鄰近相對電極活性材料層之第一橫向末端或第二橫向末端界定且延伸超過第一橫向末端或第二橫向末端，該第一橫向末端或該第二橫向末端位於與相對電極集電器末端區相同的橫向側上。
實施例10. 如前述實施例中任一項之電極總成，其中
電極總成進一步包含電極母線，該電極母線連接至電極集電器之電極集電器末端區以電彙集來自電極結構群之成員的電流。
實施例11. 如前述實施例中任一項之電極總成，其中
電極總成進一步包含相對電極母線，該相對電極母線連接至相對電極集電器之相對電極集電器末端區以電彙集來自相對電極結構群之成員的電流。
實施例12. 如前述實施例中任一項之電極總成，其中電極集電器末端區在橫向方向上之長度(L ER)係自鄰近電極活性材料層之位於與電極集電器末端區相同的橫向側上之第一橫向末端或第二橫向末端至電極集電器末端區與電極母線連接之區而量測。
實施例13. 如前述實施例中任一項之電極總成，其中相對電極集電器末端區在橫向方向上之長度(L CER)係自鄰近相對電極活性材料層之位於與相對電極集電器末端區相同的橫向側上之第一橫向末端或第二橫向末端至相對電極集電器末端區與相對電極母線連接之區而量測。
實施例14. 如前述實施例中任一項之電極總成，其中電極集電器主體區在豎直方向上之高度(H BR)係在電極集電器主體區之相對豎直表面之間而量測。
實施例15. 如前述實施例中任一項之電極總成，其中相對電極集電器主體區在豎直方向上之高度(H CBR)係在相對電極集電器主體區之相對豎直表面之間而量測。
實施例16. 如前述實施例中任一項之電極總成，其中電極集電器末端區在豎直方向上之高度(H ER)係在電極集電器末端區之相對豎直表面之間而量測。
實施例17. 如前述實施例中任一項之電極總成，其中相對電極集電器末端區在豎直方向上之高度(H CER)係在相對電極集電器末端區之相對豎直表面之間而量測。
實施例18. 如前述實施例中任一項之電極總成，其中電極集電器末端區在橫向方向上之長度(L ER)及電極集電器主體區在豎直方向上之高度(H BR)滿足以下關係：
L ER＜ 0.5 × H BR。
實施例19. 如前述實施例中任一項之電極總成，其中電極集電器末端區在橫向方向上之長度(L ER)及電極集電器主體區在豎直方向上之高度(H BR)滿足以下關係：
L ER＜ 0.4 × H BR。
實施例20. 如前述實施例中任一項之電極總成，其中電極集電器末端區在橫向方向上之長度(L ER)及電極集電器主體區在豎直方向上之高度(H BR)滿足以下關係：
L ER＜ 0.3 × H BR。
實施例21. 如前述實施例中任一項之電極總成，其中相對電極集電器末端區在橫向方向上之長度(L CER)及相對電極集電器主體區在豎直方向上之高度(H CBR)滿足以下關係：
L CER＜ 0.5 × H CBR。
實施例22. 如前述實施例中任一項之電極總成，其中相對電極集電器末端區在橫向方向上之長度(L CER)及相對電極集電器主體區在豎直方向上之高度(H BR)滿足以下關係：
L CER＜ 0.4 × H CBR。
實施例23. 如前述實施例中任一項之電極總成，其中相對電極集電器末端區在橫向方向上之長度(L CER)及相對電極集電器主體區在豎直方向上之高度(H BR)滿足以下關係：
L CER＜ 0.3 × H CBR。
實施例24. 如前述實施例中任一項之電極總成，其中電極集電器末端區在豎直方向上之高度(H ER)及電極集電器主體區在豎直方向上之高度(H BR)滿足以下關係：
H ER＞ 0.5 × H BR。
實施例25. 如前述實施例中任一項之電極總成，其中電極集電器末端區在豎直方向上之高度(H ER)及電極集電器主體區在豎直方向上之高度(H BR)滿足以下關係：
H ER＞ 0.7 × H BR。
實施例26. 如前述實施例中任一項之電極總成，其中電極集電器末端區在豎直方向上之高度(H ER)及電極集電器主體區在豎直方向上之高度(H BR)滿足以下關係：
H ER＞ 0.9 × H BR。
實施例27. 如前述實施例中任一項之電極總成，其中相對電極集電器末端區在豎直方向上之高度(H CER)及相對電極集電器主體區在豎直方向上之高度(H CBR)滿足以下關係：
H CER＞ 0.5 × H CBR。
實施例28. 如前述實施例中任一項之電極總成，其中相對電極集電器末端區在豎直方向上之高度(H CER)及相對電極集電器主體區在豎直方向上之高度(H CBR)滿足以下關係：
H CER＞ 0.7 × H CBR。
實施例29. 如前述實施例中任一項之電極總成，其中相對電極集電器末端區在豎直方向上之高度(H CER)及相對電極集電器主體區在豎直方向上之高度(H CBR)滿足以下關係：
H CER＞ 0.9 × H CBR。
實施例30. 如前述實施例中任一項之電極總成，其中電極集電器末端區在橫向方向上之長度(L ER)及電極集電器末端區在豎直方向上之高度(H ER)滿足以下關係：
L ER/ H ER＜ 1。
實施例31. 如前述實施例中任一項之電極總成，其中相對電極集電器末端區在橫向方向上之長度(L CER)及相對電極集電器末端區在豎直方向上之高度(H CER)滿足以下關係：
L CER/ H CER＜ 1。
實施例32. 如前述實施例中任一項之電極總成，其中電極結構群之成員包含具有在縱向方向上彼此分隔開之相對表面的電極集電器末端區，且其中電極集電器末端區之相對表面中之至少一者包含安置於其上的導熱材料層。
實施例33. 如實施例32之電極總成，其中電極集電器末端區經由相對表面中之至少一者電連接至電極母線，且其中導熱材料層安置於相對表面中之另一者上。
實施例34. 如前述實施例中任一項之電極總成，其中相對電極結構群之成員包含具有在縱向方向上彼此分隔開之相對表面的相對電極集電器末端區，且其中相對電極集電器末端區之相對表面中之至少一者包含安置於其上之導熱材料層。
實施例35. 如實施例34之電極總成，其中相對電極集電器末端區經由相對表面中之至少一者電連接至相對電極母線，且其中導熱材料層安置於相對表面中之另一者上。
實施例36. 如實施例32至35中任一項之電極總成，其中導熱材料包含導熱陶瓷材料。
實施例37. 如前述實施例中任一項之電極總成，其中電極集電器末端區之長度L ER係自(i)鄰近電極活性材料層之位於與電極集電器末端區相同的橫向側上之第一或第二橫向末端至(ii)電極集電器末端區與電極母線電連接之區。
實施例38. 如前述實施例中任一項之電極總成，其中相對電極集電器末端區之長度L CER係自(i)鄰近相對電極活性材料層之位於與相對電極集電器末端區相同的橫向側上之第一或第二橫向末端至(ii)相對電極集電器末端區與相對電極母線電連接之區。
實施例39. 一種密封二次電池單元，其包含如實施例1至38中任一項之電極總成，其中密封二次電池在充電與放電狀態之間可充電，密封二次電池包含氣密密封外殼。
實施例40. 如實施例39之密封二次電池單元，其中二次電池單元包含位於電極總成外部及氣密密封外殼內之一或多個氣體密閉隔室，以容納在二次電池單元之充電或放電期間逸出的氣體，一或多個氣體密閉隔室包含以下中之任一者或多者：(i)橫向密閉隔室，其在橫向方向上位於電極總成之橫向末端表面外部，以容納電極總成之橫向側上的氣密密封外殼與電極總成之間之氣體；及(ii)縱向密閉隔室，其在縱向方向上位於電極總成之縱向末端表面外部，以容納電極總成之縱向側上的氣密密封外殼與電極總成之間之氣體。
實施例41. 如實施例40之密封二次電池單元，其中橫向及縱向密閉隔室中之一或多者經組態以容納在二次電池單元之充電或放電期間自電極總成逸出之氣體之體積V X,Y。
實施例42. 如實施例40至41中任一項之密封二次電池單元，其中橫向及縱向密閉隔室中之一或多者經組態以容納在二次電池單元之充電或放電期間自電極總成逸出之氣體之體積V X,Y，其大於在電極總成之豎直側中之任一者上氣密密封外殼與電極總成之間容納的在二次電池單元之充電或放電期間自電極總成逸出之氣體的任何體積V Z。
實施例43. 如實施例39至42中任一項之密封二次電池單元，其中橫向及縱向密閉隔室中之一或多者具有比在電極總成之任一豎直側上氣密密封外殼與電極總成之間的任何空間更大的體積(單獨地或彼此組合)。
實施例44. 如實施例39至43中任一項之密封二次電池單元，其中橫向及縱向密閉隔室中之一或多者中容納的氣體之體積Vxy為電極總成之豎直側中之任一者上容納的氣體之體積Vz的至少1.5倍、至少2倍、至少3倍、至少5倍及/或至少10倍。
實施例45. 如實施例39至44中任一項之密封二次電池單元，其中電極總成之任一豎直側上基本上不容納氣體之體積Vz。
實施例46. 如實施例39至45中任一項之密封二次電池單元，其中橫向及縱向密閉隔室中之一或多者經組態以容納為密封二次電池之體積之至少4%的氣體的體積Vxy。
實施例47. 如實施例39至46中任一項之密封二次電池單元，其中橫向及縱向密閉隔室中之一或多者經組態以容納為密封二次電池之體積之至少5%的氣體的體積Vxy。
實施例48. 如實施例39至47中任一項之密封二次電池單元，其中氣密密封外殼包含可撓性聚合物外殼材料，且其中一或多個橫向及縱向密閉隔室藉由在密封二次電池單元之充電或放電後氣密密封外殼在橫向及縱向方向中之至少一者上膨脹而形成。
實施例49. 如實施例39至48中任一項之密封二次電池單元，其中密封二次電池單元包含電極限制組，且其中電極限制組包含豎直限制系統，該豎直限制系統包含在豎直方向上彼此分隔開之第一及第二豎直生長限制，第一及第二豎直生長限制連接至電極結構群之成員及/或相對電極結構群之成員，且豎直限制系統能夠限制電極總成在豎直方向上之生長。
實施例50. 如實施例39至49中任一項之密封二次電池單元，其中氣密密封外殼包含在豎直方向上彼此分隔開之相對的第一及第二豎直側，第一及第二豎直側中之各者包含面向電極總成且分別貼附至第一及第二豎直生長限制之內部豎直表面。
實施例51. 如實施例50之密封二次電池單元，其中氣密密封外殼之第一及第二豎直側之內部豎直表面藉由以下中之任一者貼附至第一及第二豎直生長限制：黏著、銅焊、膠合、焊接、接合、聯合、軟焊、燒結、按壓接觸、銅焊、熱噴塗聯合、夾持、線接合、條帶接合、超音波接合、超音波焊接、電阻熔接、雷射光束焊接、電子束焊接、感應焊接、冷焊、電漿噴塗、火焰噴塗及電弧噴塗。
實施例52. 一種對密封二次電池單元充電之方法，其包含在至少1C之速率下充電。
實施例53. 如實施例52之方法，其包含在至少2C之速率下充電。
實施例54. 如實施例52之方法，其包含在至少3C之速率下充電。
實施例55. 如實施例52之方法，其包含在至少4C之速率下充電。
實施例56. 如實施例52之方法，其包含在至少6C之速率下充電。
實施例57. 如實施例52之方法，其包含在至少10C之速率下充電。
實施例58. 如實施例52之方法，其包含在至少12C之速率下充電。
實施例59. 如實施例52之方法，其包含在至少15C之速率下充電。
實施例60. 如實施例52之方法，其包含在至少18C之速率下充電。
實施例61. 如實施例52之方法，其包含在至少20C之速率下充電。
實施例62. 如實施例52之方法，其包含在至少30C之速率下充電。
實施例63. 如實施例52至62中任一項之方法，其包含在該速率下充電直至密封二次電池單元達到其額定容量之至少80%。
實施例64. 如實施例63之方法，其包含在該速率下充電直至密封二次電池單元達到其額定容量之至少85%。
實施例65. 如實施例63之方法，其包含在該速率下充電直至密封二次電池單元達到其額定容量之至少90%。
實施例66. 如實施例63之方法，其包含在該速率下充電直至密封二次電池單元達到其額定容量之至少95%。
實施例67. 如實施例63之方法，其包含在該速率下充電直至密封二次電池單元達到其額定容量之至少99%。
實施例68. 如實施例52至67中任一項之方法，其中密封二次電池單元在充電率下充電，且放電至少200次。
實施例69. 如實施例68之方法，其中密封二次電池單元在充電率下充電，且放電至少300次。
實施例70. 如實施例68之方法，其中密封二次電池單元在充電率下充電，且放電至少400次。
實施例71. 如實施例68之方法，其中密封二次電池單元在充電率下充電，且放電至少500次。
實施例72. 如實施例68之方法，其中密封二次電池單元在充電率下充電，且放電至少600次。
實施例73. 如實施例68之方法，其中密封二次電池單元在充電率下充電，且放電至少800次。
實施例74. 如實施例68之方法，其中密封二次電池單元在充電率下充電，且放電至少1000次。
實施例75. 如實施例52至74中任一項之方法，其中密封二次電池單元包含如實施例1至38之電極總成中之任一者、如實施例39至51之密封二次電池單元中之任一者，或其任何組合。
實施例76. 如實施例39至51中任一項之密封二次電池單元或如實施例52至75中任一項之方法，其中密封二次電池單元具有至少500 mAmp˖hr之額定容量。
實施例77. 如實施例76之密封二次電池單元或方法，其中密封二次電池單元具有至少1 Amp˖hr之額定容量。
實施例78. 如實施例76之密封二次電池單元或方法，其中密封二次電池單元具有至少5 Amp˖hr之額定容量。
實施例79. 如實施例76之密封二次電池單元或方法，其中密封二次電池單元具有至少10 Amp˖hr之額定容量。
實施例80. 如實施例76之密封二次電池單元或方法，其中密封二次電池單元具有至少15 Amp˖hr之額定容量。
實施例81. 如實施例76之密封二次電池單元或方法，其中密封二次電池單元具有至少20 Amp˖hr之額定容量。
實施例82. 如實施例76之密封二次電池單元或方法，其中密封二次電池單元具有至少25 Amp˖hr之額定容量。
實施例83. 如實施例76之密封二次電池單元或方法，其中密封二次電池單元具有至少30 Amp˖hr之額定容量。
實施例84. 如實施例76之密封二次電池單元或方法，其中密封二次電池單元具有至少35 Amp˖hr之額定容量。
實施例85. 如實施例76之密封二次電池單元或方法，其中密封二次電池單元具有至少50 Amp˖hr之額定容量。
實施例86. 如前述實施例中任一項之電極總成、密封二次電池單元或方法，其中電極總成具有基本上多面體形狀，其具有基本上平坦之相對縱向末端表面、基本上平坦之相對豎直表面及基本上平坦之相對橫向表面。
實施例87. 如前述實施例中任一項之電極總成、密封二次電池單元或方法，其中V SA與L SA及T SA中之各者之比為至少5:1。
實施例88. 如實施例39至51及76至87中任一項之密封二次電池單元或如實施例52至87中任一項之方法，其中氣密密封外殼包含聚合物外殼材料。
實施例89. 如前述實施例中任一項之密封二次電池單元或方法，其中密封二次電池單元包含至少700 Whr/公升之核心能量密度，其中核心能量密度定義為密封二次電池單元之額定容量除以電極結構、相對電極結構、隔板及構成密封二次電池單元之電極總成的任何電解質之組合重量。
實施例90. 如前述實施例中任一項之密封二次電池單元或方法，其中密封二次電池單元包含至少800 Whr/公升之核心能量密度，其中核心能量密度定義為密封二次電池單元之額定容量除以電極結構、相對電極結構、隔板及構成密封二次電池單元之電極總成的任何電解質之組合重量。
實施例91. 如前述實施例中任一項之密封二次電池單元或方法，其中密封二次電池單元包含至少900 Whr/公升之核心能量密度，其中核心能量密度定義為密封二次電池單元之額定容量除以電極結構、相對電極結構、隔板及構成密封二次電池單元之電極總成的任何電解質之組合重量。
實施例92. 如前述實施例中任一項之密封二次電池單元或方法，其中密封二次電池單元包含至少1000 Whr/公升之核心能量密度，其中核心能量密度定義為密封二次電池單元之額定容量除以電極結構、相對電極結構、隔板及構成密封二次電池單元之電極總成的任何電解質之組合重量。
實施例93. 如前述實施例中任一項之密封二次電池單元或方法，其中密封二次電池單元包含至少1100 Whr/公升之核心能量密度，其中核心能量密度定義為密封二次電池單元之額定容量除以電極結構、相對電極結構、隔板及構成密封二次電池單元之電極總成的任何電解質之組合重量。
實施例94. 如前述實施例中任一項之密封二次電池單元或方法，其中密封二次電池單元包含至少1200 Whr/公升之核心能量密度，其中核心能量密度定義為密封二次電池單元之額定容量除以電極結構、相對電極結構、隔板及構成密封二次電池單元之電極總成的任何電解質之組合重量。
實施例95. 如前述實施例中任一項之電極總成、密封二次電池單元或方法，其中電極結構群之成員包含電極活性材料層，且其中電極活性材料層包含縱向方向上之在15微米至75微米範圍內的厚度。
實施例96. 如前述實施例中任一項之電極總成、密封二次電池單元或方法，其中電極結構群之成員包含電極活性材料層，且其中電極活性材料層包含縱向方向上之在20微米至60微米範圍內的厚度。
實施例97. 如前述實施例中任一項之電極總成、密封二次電池單元或方法，其中電極結構群之成員包含電極活性材料層，且其中電極活性材料層包含縱向方向上之在30微米至50微米範圍內的厚度。
實施例98. 如前述實施例中任一項之電極總成、密封二次電池單元或方法，其中電極結構群之成員包含電極活性材料層，且其中電極活性材料層包含縱向方向上之約45微米的厚度。
實施例99. 如前述實施例中任一項之電極總成、密封二次電池單元或方法，其中電極結構群之成員包含電極活性材料層，且其中電極活性材料層包含10%至40%範圍內之孔隙率。
實施例100. 如前述實施例中任一項之電極總成、密封二次電池單元或方法，其中電極結構群之成員包含電極活性材料層，且其中電極活性材料層包含12%至30%範圍內之孔隙率。
實施例101. 如前述實施例中任一項之電極總成、密封二次電池單元或方法，其中電極結構群之成員包含電極活性材料層，且其中電極活性材料層包含18%至20%範圍內之孔隙率。
實施例102. 如前述實施例中任一項之密封二次電池單元或方法，其中密封二次電池單元包含電連接至電極集電器以彙集來自電極結構群之成員之電流的電極母線，且包含電連接至相對電極集電器以彙集來自相對電極結構群之成員之電流的相對電極母線，且其中密封二次電池單元進一步包含：
將電極母線電連接至密封二次電池單元外部之電結構的電極母線突片，及將相對電極母線電連接至密封二次電池單元外部之電結構的相對電極母線突片，及
冷卻系統，其經組態以經由對流或導電冷卻中之一或多者冷卻電極或相對電極母線突片。
實施例103. 如實施例102之密封二次電池單元或方法，其中藉由鄰近於突片設置之冷卻管或藉由熱連接至突片之散熱片來進行冷卻。
實施例104. 一種密封二次電池單元，其可在充電狀態與放電狀態之間充電，該密封二次電池單元包含：氣密密封外殼，其包含聚合物外殼材料；電極總成，其由氣密密封外殼圍封；電極限制組；及至少100 mAmp˖hr之額定容量，其中
該電極總成具有：基本上多面體形狀，其具有分別對應於虛擬三維笛卡耳座標系統之x、y及z軸的相互垂直的橫向、縱向及豎直軸；相對縱向末端表面，其基本上平坦且在縱向方向上彼此分隔開；及側向表面，其包圍電極總成縱向軸A EA且連接第一及第二縱向末端表面，該側向表面具有基本上平坦且在該縱向軸之相對豎直側上的在豎直方向上彼此分隔開之相對豎直表面、基本上平坦且在該縱向軸之相對橫向側上的在橫向方向上彼此分隔開之相對橫向表面，其中該等相對縱向表面具有經合併表面面積L SA，該等相對橫向表面具有經合併表面面積T SA，該等相對豎直表面具有經合併表面面積V SA，且V SA與L SA及T SA中之各者之比為至少5:1，
該電極總成進一步包含電極結構群、電絕緣隔板群及相對電極結構群，其中該電極結構群、該電絕緣隔板群及該相對電極結構群之成員以交替順序配置，
電極限制組包含豎直限制系統，該豎直限制系統包含在豎直方向上彼此分隔開之第一及第二豎直生長限制，第一及第二豎直生長限制連接至電極結構群之成員及/或相對電極結構群之成員，且豎直限制系統能夠限制電極總成在豎直方向上之生長，
充電狀態為二次電池單元之額定容量之至少75%，且放電狀態小於二次電池單元之額定容量之25%，且
氣密密封外殼包含在豎直方向上彼此分隔開之相對外部豎直表面。
實施例105：如前述實施例中任一項之電極總成、密封二次電池單元或方法，其中連接至第一及第二豎直生長限制的電極結構群之成員及/或相對電極結構群之成員具有在縱向方向上量測之在5與50 µm之間的範圍內之厚度。
實施例106：如前述實施例中任一項之電極總成、密封二次電池單元或方法，其中連接至第一及第二豎直生長限制的電極結構群之成員及/或相對電極結構群之成員具有大於70 MPa之屈服強度。
實施例107：如前述實施例中任一項之電極總成、密封二次電池單元或方法，其中連接至第一及第二豎直生長限制的電極結構群之成員及/或相對電極結構群之成員具有大於100 MPa之屈服強度。
實施例108：如前述實施例中任一項之電極總成、密封二次電池單元或方法，其中密封二次電池單元之在氣密密封外殼之外部豎直表面之豎直相對區之間在豎直方向上量測的厚度為至少1 mm。
實施例109：如前述實施例中任一項之電極總成、密封二次電池單元或方法，其中二次電池單元之在豎直方向上沿著氣密密封外殼之外部豎直表面之豎直相對區之間的導熱路徑的導熱率為至少2 W/m˖K。
實施例110：如前述實施例中任一項之電極總成、密封二次電池單元或方法，其中相對縱向、豎直及橫向表面構成電極總成之大於66%的經合併表面面積。
實施例111：如前述實施例中任一項之電極總成、密封二次電池單元或方法，其中相對縱向、豎直及橫向表面構成電極總成之大於75%的經合併表面面積。
實施例112：如前述實施例中任一項之電極總成、密封二次電池單元或方法，其中相對縱向、豎直及橫向表面構成電極總成之大於80%的經合併表面面積。
實施例113：如前述實施例中任一項之電極總成、密封二次電池單元或方法，其中相對縱向、豎直及橫向表面構成電極總成之大於95%的經合併表面面積。
實施例114：如前述實施例中任一項之電極總成、密封二次電池單元或方法，其中相對縱向、豎直及橫向表面構成電極總成之大於99%的經合併表面面積。
實施例115：如前述實施例中任一項之電極總成、密封二次電池單元或方法，其中相對縱向、豎直及橫向表面構成對應於電極總成之基本上整個表面面積的經合併表面面積。
實施例116：如前述實施例中任一項之電極總成、密封二次電池單元或方法，其中電極限制組進一步包含第一及第二縱向限制，其在縱向方向上彼此分隔開且由連接成員連接，以限制電極總成在縱向方向上之生長。
實施例117：如前述實施例中任一項之電極總成、密封二次電池單元或方法，其中密封二次電池具有至少150 mAmp˖hr之額定容量。
實施例118：如前述實施例中任一項之電極總成、密封二次電池單元或方法，其中密封二次電池具有至少200 mAmp˖hr之額定容量。
實施例119：如前述實施例中任一項之電極總成、密封二次電池單元或方法，其中密封二次電池具有至少400 mAmp˖hr之額定容量。
實施例120：如前述實施例中任一項之電極總成、密封二次電池單元或方法，其中密封二次電池單元具有至少0.1 Amp˖hr之額定容量。
實施例121：如前述實施例中任一項之電極總成、密封二次電池單元或方法，其中密封二次電池單元具有至少0.5 Amp˖hr之額定容量。
實施例122：如前述實施例中任一項之電極總成、密封二次電池單元或方法，其中密封二次電池單元具有至少1 Amp˖hr之額定容量。
實施例123：如前述實施例中任一項之電極總成、密封二次電池單元或方法，其中密封二次電池單元具有至少3 Amp˖hr之額定容量。
實施例124：如前述實施例中任一項之電極總成、密封二次電池單元或方法，其中密封二次電池單元具有至少5 Amp˖hr之額定容量。
實施例125：如前述實施例中任一項之電極總成、密封二次電池單元或方法，其中二次電池單元之在豎直方向上在氣密密封外殼之相對表面之相對區之間量測的厚度為至少2 mm。
實施例126：如前述實施例中任一項之電極總成、密封二次電池單元或方法，其中二次電池單元之在豎直方向上在氣密密封外殼之相對表面之相對區之間量測的厚度為至少3 mm。
實施例127：如前述實施例中任一項之電極總成、密封二次電池單元或方法，其中二次電池單元之在豎直方向上在氣密密封外殼之相對表面之相對區之間量測的厚度為至少5 mm。
實施例128：如前述實施例中任一項之電極總成、密封二次電池單元或方法，其中二次電池單元之在豎直方向上在氣密密封外殼之相對表面之相對區之間量測的厚度為至少8 mm。
實施例129：如前述實施例中任一項之電極總成、密封二次電池單元或方法，其中二次電池單元之在豎直方向上在氣密密封外殼之相對表面之相對區之間量測的厚度為至少10 mm。
實施例130：如前述實施例中任一項之電極總成、密封二次電池單元或方法，其中二次電池之在豎直方向上沿著氣密密封外殼之相對表面之相對區之間的導熱路徑的導熱率為至少3 W/m˖K。
實施例131：如前述實施例中任一項之電極總成、密封二次電池單元或方法，其中二次電池之在豎直方向上沿著氣密密封外殼之相對表面之相對區之間的導熱路徑的導熱率為至少4 W/m˖K。
實施例132：如前述實施例中任一項之電極總成、密封二次電池單元或方法，其中二次電池之在豎直方向上沿著氣密密封外殼之相對表面之相對區之間的導熱路徑的導熱率為至少5 W/m˖K。
實施例133：如前述實施例中任一項之電極總成、密封二次電池單元或方法，其中導熱路徑沿著連接至第一及第二豎直生長限制的電極結構群之成員及/或相對電極結構群之成員的豎直方向。
實施例134：如前述實施例中任一項之電極總成、密封二次電池單元或方法，其中氣密密封外殼包含由聚合材料的薄片與安置於其間之金屬材料的可撓性薄片製成之層壓結構。
實施例135：如前述實施例中任一項之電極總成、密封二次電池單元或方法，其中氣密密封外殼包含由聚丙烯、鋁及尼龍之薄片與聚丙烯與尼龍聚合薄片之間之鋁薄片製成之層壓結構。
實施例136：如前述實施例中任一項之電極總成、密封二次電池單元或方法，其中第一及第二豎直生長限制及/或第一及第二縱向限制包含金屬、合金、陶瓷、玻璃、塑膠中之任一者或其組合。
實施例137：如前述實施例中任一項之電極總成、密封二次電池單元或方法，其中第一及第二豎直生長限制及/或第一及第二縱向限制包含不鏽鋼及鋁中之任一者。
實施例138：如前述實施例中任一項之電極總成、密封二次電池單元或方法，其中第一及第二豎直生長限制具有至少70 MPa之屈服強度。
實施例139：如前述實施例中任一項之電極總成、密封二次電池單元或方法，其中第一及第二豎直生長限制具有至少100 MPa之屈服強度。
實施例140：如前述實施例中任一項之電極總成、密封二次電池單元或方法，其中第一及第二豎直生長限制具有至少150 MPa之屈服強度。
實施例141：如前述實施例中任一項之電極總成、密封二次電池單元或方法，其中第一及第二豎直生長限制具有至少200 MPa之屈服強度。
實施例142：如前述實施例中任一項之電極總成、密封二次電池單元或方法，其中第一及第二豎直生長限制具有至少300 MPa之屈服強度。
實施例143：如前述實施例中任一項之電極總成、密封二次電池單元或方法，其中第一及第二豎直生長限制具有至少500 MPa之屈服強度。
實施例144：如前述實施例中任一項之電極總成、密封二次電池單元或方法，其中第一及第二豎直生長限制具有至少70 MPa之拉伸強度。
實施例145：如前述實施例中任一項之電極總成、密封二次電池單元或方法，其中第一及第二豎直生長限制具有至少100 MPa之拉伸強度。
實施例146：如前述實施例中任一項之電極總成、密封二次電池單元或方法，其中第一及第二豎直生長限制具有至少150 MPa之拉伸強度。
實施例147：如前述實施例中任一項之電極總成、密封二次電池單元或方法，其中第一及第二豎直生長限制具有至少200 MPa之拉伸強度。
實施例148：如前述實施例中任一項之電極總成、密封二次電池單元或方法，其中第一及第二豎直生長限制具有至少300 MPa之拉伸強度。
實施例149：如前述實施例中任一項之電極總成、密封二次電池單元或方法，其中第一及第二豎直生長限制具有至少500 MPa之拉伸強度。
實施例150：如前述實施例中任一項之電極總成、密封二次電池單元或方法，其中第一及第二縱向生長限制具有至少70 MPa之屈服強度。
實施例151：如前述實施例中任一項之電極總成、密封二次電池單元或方法，其中第一及第二縱向生長限制具有至少100 MPa之屈服強度。
實施例152：如前述實施例中任一項之電極總成、密封二次電池單元或方法，其中第一及第二縱向生長限制具有至少150 MPa之屈服強度。
實施例153：如前述實施例中任一項之電極總成、密封二次電池單元或方法，其中第一及第二縱向生長限制具有至少200 MPa之屈服強度。
實施例154：如前述實施例中任一項之電極總成、密封二次電池單元或方法，其中第一及第二縱向生長限制具有至少300 MPa之屈服強度。
實施例155：如前述實施例中任一項之電極總成、密封二次電池單元或方法，其中第一及第二縱向生長限制具有至少500 MPa之屈服強度。
實施例156：如前述實施例中任一項之電極總成、密封二次電池單元或方法，其中第一及第二縱向生長限制具有至少70 MPa之拉伸強度。
實施例157：如前述實施例中任一項之電極總成、密封二次電池單元或方法，其中第一及第二縱向生長限制具有至少100 MPa之拉伸強度。
實施例158：如前述實施例中任一項之電極總成、密封二次電池單元或方法，其中第一及第二縱向生長限制具有至少150 MPa之拉伸強度。
實施例159：如前述實施例中任一項之電極總成、密封二次電池單元或方法，其中第一及第二縱向生長限制具有至少200 MPa之拉伸強度。
實施例160：如前述實施例中任一項之電極總成、密封二次電池單元或方法，其中第一及第二縱向生長限制具有至少300 MPa之拉伸強度。
實施例161：如前述實施例中任一項之電極總成、密封二次電池單元或方法，其中第一及第二縱向生長限制具有至少500 MPa之拉伸強度。
實施例162：如前述實施例中任一項之電極總成、密封二次電池單元或方法，其中連接至上部及下部側壁的電極結構群之成員及/或相對電極結構群之成員具有大於150 MPa之屈服強度。
實施例163：如前述實施例中任一項之電極總成、密封二次電池單元或方法，其中連接至上部及下部側壁的電極結構群之成員及/或相對電極結構群之成員具有大於200 MPa之屈服強度。
實施例164：如前述實施例中任一項之電極總成、密封二次電池單元或方法，其中連接至上部及下部側壁的電極結構群之成員及/或相對電極結構群之成員具有大於300 MPa之屈服強度。
實施例165：如前述實施例中任一項之電極總成、密封二次電池單元或方法，其中連接至上部及下部側壁的電極結構群之成員及/或相對電極結構群之成員具有大於500 MPa之屈服強度。
實施例166：如前述實施例中任一項之電極總成、密封二次電池單元或方法，其中連接至上部及下部側壁的電極結構群之成員及/或相對電極結構群之成員具有大於100 MPa之拉伸強度。
實施例167：如前述實施例中任一項之電極總成、密封二次電池單元或方法，其中連接至上部及下部側壁的電極結構群之成員及/或相對電極結構群之成員具有大於150 MPa之拉伸強度。
實施例168：如前述實施例中任一項之電極總成、密封二次電池單元或方法，其中連接至上部及下部側壁的電極結構群之成員及/或相對電極結構群之成員具有大於200 MPa之拉伸強度。
實施例169：如前述實施例中任一項之電極總成、密封二次電池單元或方法，其中連接至上部及下部側壁的電極結構群之成員及/或相對電極結構群之成員具有大於300 MPa之拉伸強度。
實施例170：如前述實施例中任一項之電極總成、密封二次電池單元或方法，其中連接至上部及下部側壁的電極結構群之成員及/或相對電極結構群之成員具有大於500 MPa之拉伸強度。
實施例171：如前述實施例中任一項之電極總成、密封二次電池單元或方法，其中連接至第一及第二豎直生長限制的電極結構及/或相對電極結構群之成員具有至少70 MPa之屈服強度。
實施例172：如前述實施例中任一項之電極總成、密封二次電池單元或方法，其中連接至第一及第二豎直生長限制的電極結構及/或相對電極結構群之成員具有至少100 MPa之屈服強度。
實施例173：如前述實施例中任一項之電極總成、密封二次電池單元或方法，其中連接至第一及第二豎直生長限制的電極結構及/或相對電極結構群之成員具有至少150 MPa之屈服強度。
實施例174：如前述實施例中任一項之電極總成、密封二次電池單元或方法，其中連接至第一及第二豎直生長限制的電極結構及/或相對電極結構群之成員具有至少200 MPa之屈服強度。
實施例175：如前述實施例中任一項之電極總成、密封二次電池單元或方法，其中連接至第一及第二豎直生長限制的電極結構及/或相對電極結構群之成員具有至少300 MPa之屈服強度。
實施例176：如前述實施例中任一項之電極總成、密封二次電池單元或方法，其中連接至第一及第二豎直生長限制的電極結構及/或相對電極結構群之成員具有至少500 MPa之屈服強度。
實施例177：如前述實施例中任一項之電極總成、密封二次電池單元或方法，其中電極結構群、電絕緣隔板群及相對電極結構群之成員在縱向方向上以交替順序配置。
實施例178：如前述實施例中任一項之電極總成、密封二次電池單元或方法，其中電極結構群之成員包含電極活性材料層及電極集電器，且相對電極結構群之成員包含相對電極活性材料層及相對電極集電器。
實施例179：如前述實施例中任一項之電極總成、密封二次電池單元或方法，且其中第一及第二豎直生長限制連接至電極結構群及/或相對電極結構群之成員的上部及下部表面。
實施例180：如前述實施例中任一項之電極總成、密封二次電池單元或方法，且其中第一及第二豎直生長限制連接至電極結構群之成員之電極集電器層的上部及下部表面，及/或相對電極群之成員之相對電極集電器的上部及下部表面。
實施例181：如前述實施例中任一項之電極總成、密封二次電池單元或方法，其中連接至第一及第二豎直生長限制之電極集電器及/或相對電極集電器包含在縱向方向上量測之在5與50 µm之間的範圍內的厚度。
實施例182：如前述實施例中任一項之電極總成、密封二次電池單元或方法，其中連接至第一及第二豎直生長限制之電極集電器及/或相對電極集電器包含大於100 MPa之屈服強度。
實施例183：如前述實施例中任一項之電極總成、密封二次電池單元或方法，其中第一及第二豎直生長限制限制豎直方向上之生長，使得在20次連續循環內電極總成之斐瑞特直徑之任何增加小於2%。
實施例184：如前述實施例中任一項之電極總成、密封二次電池單元或方法，其中第一及第二豎直生長限制限制豎直方向上之生長，使得在30次連續循環內電極總成之斐瑞特直徑之任何增加小於2%。
實施例185：如前述實施例中任一項之電極總成、密封二次電池單元或方法，其中第一及第二豎直生長限制限制豎直方向上之生長，使得在50次連續循環內電極總成之斐瑞特直徑之任何增加小於2%。
實施例186：如前述實施例中任一項之電極總成、密封二次電池單元或方法，其中第一及第二豎直生長限制限制豎直方向上之生長，使得在80次連續循環內電極總成之斐瑞特直徑之任何增加小於2%。
實施例187：如前述實施例中任一項之電極總成、密封二次電池單元或方法，其中第一及第二豎直生長限制限制豎直方向上之生長，使得在100次連續循環內電極總成之斐瑞特直徑之任何增加小於2%。
實施例188：如前述實施例中任一項之電極總成、密封二次電池單元或方法，其中第一及第二縱向生長限制包含至少150 μm之縱向方向上的厚度。
實施例189：如前述實施例中任一項之電極總成、密封二次電池單元或方法，其中第一及第二縱向生長限制包含至少250 μm之縱向方向上的厚度。
實施例190：如前述實施例中任一項之電極總成、密封二次電池單元或方法，其中第一及第二縱向生長限制包含至少400 μm之縱向方向上的厚度。
實施例191：如前述實施例中任一項之電極總成、密封二次電池單元或方法，其中電極結構群之成員及/或相對電極結構群之成員藉由以下中之一或多者中之任一者或多者連接至第一及第二豎直生長限制：黏著、膠合、焊接、聯合、接合、軟焊、燒結、按壓接觸、銅焊、熱噴塗聯合、夾持、線接合、條帶接合、超音波接合、超音波焊接、電阻熔接、雷射光束焊接、電子束焊接、感應焊接、冷焊、電漿噴塗、火焰噴塗及電弧噴塗。
實施例192：如前述實施例中任一項之電極總成、密封二次電池單元或方法，其中第一及第二豎直生長限制包含穿過其豎直厚度之孔口。
實施例193. 如前述實施例中任一項之電極總成、密封二次電池單元或方法，其中相對縱向末端表面之表面面積小於電極總成之表面面積的33%。
實施例194. 如前述實施例中任一項之電極總成、密封二次電池單元或方法，其中電極結構群之各成員之長度L E及相對電極結構群之各成員之長度L CE係在其中心縱向軸A E及A CE之橫向方向上量測的，電極結構群之各成員之寬度W E及相對電極結構群之各成員之寬度W CE係在縱向方向上量測的，且電極結構群之各成員之高度H E及相對電極結構群之各成員之高度H CE係在垂直於各此類成員之中心縱向軸A E或A CE且垂直於縱向方向的豎直方向上量測的，電極結構群之各成員的L E與W E及H E中之各者之比分別為至少5:1，電極結構群之各成員的H E與W E之比在0.4:1與1000:1之間，且相對電極結構群之各成員的L CE與W CE及H CE中之各者之比分別為至少5:1，相對電極結構群之各成員的H CE與W CE之比在0.4:1與1000:1之間。
實施例195. 如前述實施例中任一項之電極總成、密封二次電池單元或方法，其中電極總成具有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，且L EA及W EA中之各者與H EA之比為至少2:1。
實施例196. 如前述實施例中任一項之電極總成、密封二次電池單元或方法，其中電極結構群及相對電極結構群之成員在第一縱向表面上的投影包圍第一投影區域，且電極結構群及相對電極結構群之成員在第二縱向表面上的投影包圍第二投影區域，且其中第一及第二縱向生長限制包含上覆於第一及第二投影區域之第一及第二壓縮成員。
實施例197. 如前述實施例中任一項之電極總成、密封二次電池單元或方法，其中第一及第二縱向生長限制在縱向方向上在電極總成上維持超出在相互垂直且垂直於縱向方向之兩個方向中之各者上維持於電極總成上之壓力的壓力。
實施例198. 如前述實施例中任一項之電極總成、密封二次電池單元或方法，其中第一及第二縱向生長限制在縱向方向上在電極總成上維持超出在相互垂直且垂直於縱向方向之兩個方向中之各者上維持於電極總成上之壓力至少3倍的壓力。
實施例199. 如前述實施例中任一項之電極總成、密封二次電池單元或方法，其中第一及第二縱向生長限制在縱向方向上在電極總成上維持超出在相互垂直且垂直於縱向方向之兩個方向中之各者上維持於電極總成上之壓力至少4倍的壓力。
實施例200. 如前述實施例中任一項之電極總成、密封二次電池單元或方法，其中第一及第二縱向生長限制在縱向方向上在電極總成上維持超出在相互垂直且垂直於縱向方向之兩個方向中之各者上維持於電極總成上之壓力至少5倍的壓力。
實施例201. 如前述實施例中任一項之電極總成、密封二次電池單元或方法，其中第一及第二縱向生長限制限制電極總成在縱向方向上之生長，使得在20次連續循環內電極總成在縱向方向上之斐瑞特直徑之任何增加小於20%。
實施例202. 如前述實施例中任一項之電極總成、密封二次電池單元或方法，其中第一及第二縱向生長限制限制電極總成在縱向方向上之生長，使得在10次連續循環內電極總成在縱向方向上之斐瑞特直徑之任何增加小於10%。
實施例203. 如前述實施例中任一項之電極總成、密封二次電池單元或方法，其中第一及第二縱向生長限制限制電極總成在縱向方向上之生長，使得在5次連續循環內電極總成在縱向方向上之斐瑞特直徑之任何增加小於10%。
實施例204. 如前述實施例中任一項之電極總成、密封二次電池單元或方法，其中第一及第二縱向生長限制限制電極總成在縱向方向上之生長，使得每循環電極總成在縱向方向上之斐瑞特直徑之任何增加小於1%。
實施例205. 如前述實施例中任一項之電極總成、密封二次電池單元或方法，其中第一及第二豎直生長限制限制電極總成在豎直方向上之生長，使得在20次連續循環內電極總成在豎直方向上之斐瑞特直徑之任何增加小於20%。
實施例206. 如前述實施例中任一項之電極總成、密封二次電池單元或方法，其中第一及第二豎直生長限制限制電極總成在豎直方向上之生長，使得在10次連續循環內電極總成在豎直方向上之斐瑞特直徑之任何增加小於10%。
實施例207. 如前述實施例中任一項之電極總成、密封二次電池單元或方法，其中第一及第二豎直生長限制限制電極總成在豎直方向上之生長，使得在5次連續循環內電極總成在豎直方向上之斐瑞特直徑之任何增加小於10%。
實施例208. 如前述實施例中任一項之電極總成、密封二次電池單元或方法，其中第一及第二豎直生長限制限制電極總成在豎直方向上之生長，使得每循環電極總成在豎直方向上之斐瑞特直徑之任何增加小於1%。
實施例209. 如前述實施例中任一項之電極總成、密封二次電池單元或方法，其中(i)電極結構群之成員為陽極結構且相對電極結構群之成員為陰極結構，或(ii)電極結構群之成員為陰極結構且相對電極結構群之成員為陽極結構。
實施例210. 如前述實施例中任一項之電極總成、密封二次電池單元或方法，其中電極結構群之成員為包含陽極活性材料層之陽極結構，且相對電極結構群之成員為包含陰極活性材料層之陰極結構。
實施例211. 如前述實施例中任一項之電極總成、密封二次電池單元或方法，其中載體離子容納於氣密密封電池外殼內。
實施例212. 如前述實施例中任一項之電極總成、密封二次電池單元或方法，其中電極結構群之成員包含陽極活性材料，該陽極活性材料包含以下中之任一者或多者：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；Li-Co-Ni基材料；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、中間相碳微珠粒、中間相瀝青、石墨化碳纖維、高溫燒結碳、石油、柏油瀝青衍生之焦炭；氧化錫、硝酸鈦；鋰金屬膜；鋰與一或多種類型之選自由Na、K、Rb、Cs、Fr、Be、Mg、Ca、Sr、Ba、Ra、Al及Sn組成之群組的金屬之合金；能夠摻合及/或嵌入鋰之選自以下中之任一者的金屬化合物：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；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、氧化鋰釩；包括金屬化合物及碳材料之複合材料，Si-C複合材料、Sn-C複合材料；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、熱分解氣相成長碳、軟木、中間相碳微珠粒(「MCMB」)、糠醇樹脂煅燒碳、聚并苯、瀝青基碳纖維、氣相成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213. 如前述實施例中任一項之電極總成、密封二次電池單元或方法，其中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214. 如前述實施例中任一項之電極總成、密封二次電池單元或方法，其中陽極活性材料包含矽及氧化矽中之至少一者。
實施例215. 如前述實施例中任一項之電極總成、密封二次電池單元或方法，其中陽極活性材料包含鋰及鋰金屬合金中之至少一者。
實施例216. 如前述實施例中任一項之電極總成、密封二次電池單元或方法，其中陽極活性材料包含含碳材料。
實施例217. 如前述實施例中任一項之電極總成、密封二次電池單元或方法，其中電絕緣隔板群之成員包含滲透有非水性液體電解質之微孔隔板材料。
實施例218. 如前述實施例中任一項之電極總成、密封二次電池單元或方法，其中電絕緣隔板群之成員包含固體電解質。
實施例219. 如前述實施例中任一項之電極總成、密封二次電池單元或方法，其中電絕緣隔板群之成員包含陶瓷材料、玻璃或石榴石材料。
實施例220. 如前述實施例中任一項之電極總成、密封二次電池單元或方法，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221. 如前述實施例中任一項之電極總成、密封二次電池單元或方法，其中電極總成包含液體電解質。
實施例222. 如前述實施例中任一項之電極總成、密封二次電池單元或方法，其中電極總成包含水性液體電解質。
實施例223. 如前述實施例中任一項之電極總成、密封二次電池單元或方法，其中電極總成包含非水性液體電解質。
實施例224. 如前述實施例中任一項之電極總成、密封二次電池單元或方法，其中電極總成包含凝膠電解質。
實施例225. 如前述實施例中任一項之電極總成、密封二次電池單元或方法，其中電絕緣隔板包含固體電解質。
實施例226. 如前述實施例中任一項之電極總成、密封二次電池單元或方法，其中電絕緣隔板包含固體聚合物電解質。
實施例227. 如前述實施例中任一項之電極總成、密封二次電池單元或方法，其中電絕緣隔板包含固體無機電解質。
實施例228. 如前述實施例中任一項之電極總成、密封二次電池單元或方法，其中電絕緣隔板包含固體有機電解質。
實施例229. 如前述實施例中任一項之電極總成、密封二次電池單元或方法，其中電絕緣隔板包含陶瓷電解質。
實施例230. 如前述實施例中任一項之電極總成、密封二次電池單元或方法，其中電絕緣隔板包含無機電解質。
實施例231. 如前述實施例中任一項之電極總成、密封二次電池單元或方法，其中電絕緣隔板包含陶瓷。
實施例232. 如前述實施例中任一項之電極總成、密封二次電池單元或方法，其中電絕緣隔板包含石榴石材料。
實施例233. 如前述實施例中任一項之電極總成、密封二次電池單元或方法，其包含電解質，該電解質選自由以下組成之群組：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融型無機電解質。
實施例234. 如前述實施例中任一項之電極總成、密封二次電池單元或方法，其中相對電極結構群之成員包含陰極活性材料，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、鋰-過渡金屬氧化物、鋰-過渡金屬硫化物、鋰-過渡金屬氮化物中之至少一者，包括含有具有d-殼或f-殼之金屬元素的過渡金屬氧化物、過渡金屬硫化物及過渡金屬氮化物，及/或其中金屬元素為選自以下中之任一者：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；LiCoO 2、LiNi 0.5Mn 1.5O 4、Li(Ni xCo yAl z)O 2、LiFePO 4、Li 2MnO 4、V 2O 5、氧硫化鉬、磷酸鹽、矽酸鹽、釩酸鹽、硫、含硫化合物、氧(空氣)、Li(Ni xMn yCo z)O 2；含鋰化合物，包含金屬氧化物或金屬磷酸鹽，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)或Li 2Mn 3MO 8(其中，M=Fe、Co、Ni、Cu或Zn)表示之鋰錳錯合氧化物；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之至少一者，X為選自F、S及N之至少一者，−0.5≤a≤+0.5，0≤x≤0.5且0≤b≤0.1，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 2Sn (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；鋰及金屬之錯合氧化物(鈷、錳、鎳或其組合)，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)，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，以及前述內容之任何錯合氧化物及/或其他組合。
實施例235. 如前述實施例中任一項之電極總成、密封二次電池單元或方法，其中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236. 如前述實施例中任一項之電極總成、密封二次電池單元或方法，其中陰極活性材料包含含有鋰以及鈷及鎳中之至少一者之過渡金屬氧化物。
實施例237. 如前述實施例中任一項之電極總成、密封二次電池單元或方法，其中電極結構群之成員包含陽極集電器，該陽極集電器包含以下中之至少一者：銅、鎳、鋁、不鏽鋼、鈦、鈀、烘烤碳、煅燒碳、銦、鐵、鎂、鈷、鍺、鋰、經碳、鎳、鈦、銀、鋁-鎘合金及/或其合金表面處理之銅或不鏽鋼材料。
實施例238. 如前述實施例中任一項之電極總成、密封二次電池單元或方法，其中電極結構群之成員包含陽極集電器，該陽極集電器包含銅、鎳、不鏽鋼及其合金中之至少一者。
實施例239. 如前述實施例中任一項之電極總成、密封二次電池單元或方法，其中相對電極結構包含陰極集電器，該陰極集電器包含以下中之至少一者：不鏽鋼、鋁、鎳、鈦、烘烤碳、燒結碳、經碳、鎳、鈦、銀或其合金表面處理之鋁或不鏽鋼材料。
實施例240. 如前述實施例中任一項之電極總成、密封二次電池單元或方法，其中陰極集電器包含以下中之至少一者：不鏽鋼、鋁、鎳、鈦、烘烤碳、燒結碳、經碳、銀或其合金表面處理之鋁或不鏽鋼材料。
實施例241. 如前述實施例中任一項之電極總成、密封二次電池單元或方法，其中陰極集電器包含鋁。
實施例242. 如前述實施例中任一項之電極總成、密封二次電池單元或方法，其中第一及第二豎直生長限制包含不鏽鋼、鈦或玻璃纖維複合材料中之任一者。
實施例243. 如前述實施例中任一項之電極總成、密封二次電池單元或方法，其中第一及第二豎直生長限制包含不鏽鋼。
實施例244. 如前述實施例中任一項之電極總成、密封二次電池單元或方法，其中第一及第二豎直生長限制包含其內部及外部表面上之絕緣材料塗層。
實施例245. 如前述實施例中任一項之電極總成、密封二次電池單元或方法，其中電極總成包含至少5個電極結構及至少5個相對電極結構。
實施例246. 如前述實施例中任一項之電極總成、密封二次電池單元或方法，其中電極總成包含至少10個電極結構及至少10個相對電極結構。
實施例247. 如前述實施例中任一項之電極總成、密封二次電池單元或方法，其中電極總成包含至少50個電極結構及至少50個相對電極結構。
實施例248. 如前述實施例中任一項之電極總成、密封二次電池單元或方法，其中電極總成包含至少100個電極結構及至少100個相對電極結構。
實施例249. 如前述實施例中任一項之電極總成、密封二次電池單元或方法，其中電極總成包含至少500個電極結構及至少500個相對電極結構。 參考文獻併入
本文提及之所有公開案及專利，包括下列彼等項，均以全文引用的方式併入本文中用於所有目的，其併入程度如同各個別公開案或專利以引用的方式特定地且個別地併入一般。在有衝突的情況下，以本申請案(包括本文中之任何定義)為準。 等效物
儘管已論述特定實施例，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化形式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，以及此類變化形式，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用之表示成分數量、反應條件等之所有數字瞭解為在所有情況中皆經術語「約」修飾。因此，除非有相反指示，否則本說明書及附加申請專利範圍中所闡述之數值參數為可視設法獲得之所要性質而變化的近似值。
100:儲存裝置 102:二次電池 104:電池外殼/氣密密封外殼 104a:蓋子 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 108:電極限制組 110:電極結構 112:相對電極結構 116:第一縱向末端表面 117:縱向末端 118:第二縱向末端表面 119:縱向末端 130:電絕緣隔板 132:電極活性材料層 136:電極集電器 138:相對電極活性材料層 140:相對電極集電器 142:側向表面 144:表面區 146:表面區 148:表面區 150:表面區 151:一次生長限制系統 152:二次生長限制系統 154:第一一次生長限制 156:第二一次生長限制 157:第一三次生長限制 158:第一二次生長限制 159:第二三次生長限制 160:第二二次生長限制 162:第一一次連接成員 164:第二一次連接成員 166:二次連接成員 176:孔口 178:狹槽 190:突片 191:電極母線/突片延伸部 192:突片 193:突片延伸部/相對電極母線 400a:上部內表面 400b:下部內表面 401a:內表面 401b:外表面 500a:上部末端表面 500b:下部末端表面 501a:上部末端表面 501b:下部末端表面 502a:上部末端表面 502b:下部末端表面 504:單位晶胞群 504a:單位晶胞 504b:單位晶胞 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 511:熱熔黏著劑 515:子集 601a:第一相對橫向末端表面 601b:第二相對橫向末端表面 602a:第一相對橫向末端表面 602b:第二相對橫向末端表面 603a:第一相對表面 603b:第二相對表面 604a:第一相對表面 604b:第二相對表面 605a:相對橫向末端 605b:相對橫向末端 606a:相對橫向末端 606b:相對橫向末端 610:氣密密封外殼 611:氣體密閉隔室 611a:橫向密閉隔室 611b:縱向密閉隔室 612a:第一豎直側 612b:第二豎直側 613a:內部豎直表面 613b:內部豎直表面 686:輔助電極 700a:第一投影區域 700b:第二投影區域 800a:電極集電器表面 800b:電極集電器表面 801a:相對電極集電器表面 801b:相對電極集電器表面 802:經塗佈區 802a:經塗佈區 802b:經塗佈區 803:未經塗佈區 803a:未經塗佈區 803b:未經塗佈區 804:經塗佈區 804a:經塗佈區 804b:經塗佈區 805:未經塗佈區 805a:未經塗佈區 805b:未經塗佈區 810:電極集電器主體區 811:電極集電器末端區 812:相對電極集電器主體區 813:相對電極集電器末端區 820a:區 820b:區 821a:相對豎直表面 821b:相對豎直表面 822a:相對豎直表面 822b:相對豎直表面 824a:相對豎直表面 824b:相對豎直表面 826a:相對豎直表面 826b:相對豎直表面 830:導熱材料層 901a:接合區 901b:接合區 902:二次電池單元 906:相對豎直表面 908:相對豎直表面 910:相對橫向表面 912:相對橫向表面 1302:頂部蓋 1303:底部固持器 2000:豎直限制系統 2001:第一豎直生長限制 2002:第二豎直生長限制 2004:外部豎直表面 2005:外部豎直表面 2006:豎直相對區 2007:豎直相對區 2008:導熱路徑 2010:縱向生長限制系統 2012:第一縱向生長限制 2014:第二縱向生長限制 2016:連接成員 A-A':線 A EA:縱向軸 B-B':線 D:線/堆疊方向 H BR:電極集電器主體區在豎直方向上之高度 H CBR:相對電極集電器主體區在豎直方向上之高度 H CE:高度 H CER:相對電極集電器末端區在豎直方向上之高度 H E:高度 H EA:最大高度 H ER:電極集電器末端區在豎直方向上之高度 L CE:長度 L CER:相對電極集電器末端區在橫向方向上之長度 L E:長度 L EA:最大長度 L ER:電極集電器末端區在橫向方向上之長度 L S:縱向軸 L SA:表面面積 t 1:厚度 T C:豎直厚度 T SA:表面面積 V:體積 V SA:表面面積 V XY:氣體之體積 V Z:氣體之體積 W CE:寬度 W E:寬度 W EA:最大寬度
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為用於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之電極總成的嵌入截面圖。
圖1D為沿著圖1B中之線D截取的圖1B之電極總成的截面圖。
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圖。
圖3A說明具有輔助電極之電極總成之實施例的在Z-Y平面中的截面。
圖3B說明具有限制系統之電極總成之實施例的在X-Y平面中的俯視圖，該限制系統中具有孔口。
圖4為接合至限制系統之電極總成之實施例的截面圖。
圖5為電極總成之實施例之俯視圖，其展示黏著至電極集電器之限制系統。
圖6A說明沿著如圖1A中所展示之線A-A'截取的電極總成之實施例之截面，且說明一次及二次生長限制系統之實施例的元件。
圖6B說明沿著如圖1A中所展示之線B-B'截取的電極總成之實施例之截面，且說明一次及二次生長限制系統之實施例的元件。
圖6C說明沿著如圖1A中所展示之線A-A'截取的電極總成之實施例之截面，且說明一次及二次生長限制系統之實施例的其他元件。
圖7說明凝膠捲二次電池單元中之例示性導熱路徑的示意圖。
圖8說明圓柱形二次電池單元中之例示性導熱路徑的示意圖。
圖9說明根據本發明之態樣的具有基本上多面體形狀之二次電池單元之實施例中的例示性導熱路徑的示意圖。
圖10為氣密密封二次電池單元之一個實施例的透視圖。
圖11說明圖9之密封二次電池單元之實施例的分解圖。
圖12說明密封二次電池單元之實施例的在Z-Y平面中的截面。
圖13為圖12之截面之一個末端的放大圖。
圖14A至圖14D展示如表1及2中所描述之使用自1C直至10C充電率及C/25 CV截止而測試之速率的兩個不同電池(TM39713及TM40142)在所指示循環的電流(A)及電壓(V)與時間(以分鐘為單位)。
圖15A至圖15D展示如表3及4中所描述之使用自C/10至4C放電率及標準C/3充電率在C/25 CV階躍的所有循環上測試之速率的兩個不同電池(TM39713及TM40142)在所指示循環的電流(A)及電池電壓(V)與時間(分鐘)。C/10參考循環52根據由美國能源部定義之標準測試方案而每10% SOC具有1C放電脈衝及0.75C充電脈衝。
圖16展示如表3及4中所描述之使用自C/5至4C放電率及標準C/3充電率在C/25 CV階躍的所有循環上測試之速率的電池TM39713 (左側)及TM40142 (右側)在所指示循環的電池電壓(V)及電池溫度(℃)與容量(Ah)。
圖17展示針對循環32及以上使用6C充電及1C放電之TM39059及TM40136的電池放電容量(Ah)、平均放電電壓(V)及DeltaAveCell_V (V)與循環次數，每50次循環具有多速率美國能源部定義之診斷循環。
圖18A至圖18B展示針對EXP4049型電池TM39059之在所指示循環40至180的充電(18A)及放電(18B)的電池電壓(V)、電流(安培)及溫度(℃)與容量(Ah)。
圖19展示在各種C速率下充電狀態與循環時間及充電時間。
圖20為展示充電率及至充電狀態之分鐘的圖表。
圖21展示使用0.33C/0.33C充電/放電率與C/25 CV階躍(CellInt=32266)循環之電池相比於利用6C/1C充電/放電率與C/25 CV階躍(CellInt=39059及CellInt=40136)循環之電池，包括放電容量、平均放電電壓、平均充電與放電電壓之間的差DeltaAveCell_V及所標繪的歸一化容量保持率(使用循環32作為參考)與循環次數。每50次循環具有使用具有1C放電脈衝及0.75C充電脈衝之C/10放電的DOE定義之診斷循環，及標準0.33C/0.33C診斷循環(圖中未示)。
圖22至圖23展示對於各種充電率之充電狀態與時間。
圖24為展示充電率及至充電狀態之分鐘的圖表。
圖25展示對於各種充電率之充電狀態與時間，以及行業目標速率。
圖26展示對於6C CCCV-1C及C/3 CCCV-C/3之容量保持率%與循環次數。
圖27展示包含具有電極集電器主體區及電極集電器末端區之電極集電器的電極結構之實施例及包含具有相對電極集電器主體區及相對電極集電器末端區之相對電極集電器的相對電極結構之實施例，如沿著X-Z平面中之截面所展示。
圖28展示圖27之電極結構之實施例及相對電極結構之實施例，如沿著Y-X平面中之截面所展示。
圖29展示包含位於電極總成之橫向及縱向側上之氣體密閉隔室的氣密密封二次電池單元之實施例。
圖30展示具有連接至母線及/或相對電極母線之電極集電器及/或相對電極集電器之電極及/或相對電極結構的實施例。
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各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
151:一次生長限制系統
152:二次生長限制系統
154:第一一次生長限制
156:第二一次生長限制
158:第一二次生長限制
160:第二二次生長限制
162:第一一次連接成員
164:第二一次連接成員
700a:第一投影區域
700b:第二投影區域
A-A':線
B-B':線
HEA:最大高度
LEA:最大長度
WEA:最大寬度

Claims (30)

  1. 一種密封二次電池單元，其可在充電狀態與放電狀態之間充電，該密封二次電池單元包含：氣密密封外殼，其包含聚合物外殼材料；電極總成，其由該氣密密封外殼圍封；電極限制組；及至少100 mAmp˖hr之額定容量，其中 該電極總成具有：基本上多面體形狀，其具有分別對應於虛擬三維笛卡耳座標系統之x、y及z軸的相互垂直的橫向、縱向及豎直軸；相對縱向末端表面，其基本上平坦且在縱向方向上彼此分隔開；及側向表面，其包圍電極總成縱向軸A EA且連接該第一縱向末端表面及該第二縱向末端表面，該側向表面具有基本上平坦且在該縱向軸之相對豎直側上在豎直方向上彼此分隔開之相對豎直表面、基本上平坦且在該縱向軸之相對橫向側上在橫向方向上彼此分隔開之相對橫向表面，其中該等相對縱向表面具有經合併表面面積L SA，該等相對橫向表面具有經合併表面面積T SA，該等相對豎直表面具有經合併表面面積V SA，且V SA與L SA及T SA中之各者之比為至少5:1， 該電極總成進一步包含電極結構群、電絕緣隔板群及相對電極結構群，其中該電極結構群、該電絕緣隔板群及該相對電極結構群之成員以交替順序配置， 該電極限制組包含豎直限制系統，該豎直限制系統包含在該豎直方向上彼此分隔開之第一豎直生長限制及第二豎直生長限制，該第一豎直生長限制及該第二豎直生長限制連接至該電極結構群之成員及/或該相對電極結構群之成員，且該豎直限制系統能夠限制該電極總成在該豎直方向上之生長， 該充電狀態為該二次電池單元之額定容量之至少75%，且該放電狀態為該二次電池單元之額定容量之小於25%，且 該氣密密封外殼包含在該豎直方向上彼此分隔開之相對外部豎直表面。
  2. 如請求項1之密封二次電池單元，其中連接至該第一豎直生長限制及該第二豎直生長限制的該電極結構群之成員及/或該相對電極結構群之成員具有在該縱向方向上量測之在5與50 µm之間的範圍內的厚度。
  3. 如前述請求項中任一項之密封二次電池單元，其中連接至該第一豎直生長限制及該第二豎直生長限制的該電極結構群之成員及/或該相對電極結構群之成員具有大於70 MPa之屈服強度。
  4. 如前述請求項中任一項之密封二次電池單元，其中連接至該第一豎直生長限制及該第二豎直生長限制的該電極結構群之成員及/或該相對電極結構群之成員具有大於100 MPa之屈服強度。
  5. 如前述請求項中任一項之密封二次電池單元，其中該密封二次電池單元之在該氣密密封外殼之該等外部豎直表面之豎直相對區之間在該豎直方向上量測的厚度為至少1 mm。
  6. 如前述請求項中任一項之密封二次電池單元，其中該二次電池單元之在該豎直方向上沿著該氣密密封外殼之該等外部豎直表面之該等豎直相對區之間的導熱路徑的導熱率為至少2 W/m˖K。
  7. 如前述請求項中任一項之密封二次電池單元，其中該等相對縱向、豎直及橫向表面構成大於該電極總成之66%的經合併表面面積。
  8. 如前述請求項中任一項之密封二次電池單元，其中該等相對縱向、豎直及橫向表面構成大於該電極總成之75%的經合併表面面積。
  9. 如前述請求項中任一項之密封二次電池單元，其中該等相對縱向、豎直及橫向表面構成大於該電極總成之80%的經合併表面面積。
  10. 如前述請求項中任一項之密封二次電池單元，其中該等相對縱向、豎直及橫向表面構成大於該電極總成之95%的經合併表面面積。
  11. 如前述請求項中任一項之密封二次電池單元，其中該等相對縱向、豎直及橫向表面構成大於該電極總成之99%的經合併表面面積。
  12. 如前述請求項中任一項之密封二次電池單元，其中該等相對縱向、豎直及橫向表面構成對應於基本上該電極總成之整個表面面積的經合併表面面積。
  13. 如前述請求項中任一項之密封二次電池單元，其中該電極限制組進一步包含第一縱向限制及第二縱向限制，該第一縱向限制及該第二縱向限制在該縱向方向上彼此分隔開且由連接成員連接以限制該電極總成在該縱向方向上之生長。
  14. 如前述請求項中任一項之密封二次電池單元，其中該密封二次電池具有至少150 mAmp˖hr之額定容量。
  15. 如前述請求項中任一項之密封二次電池單元，其中該密封二次電池具有至少200 mAmp˖hr之額定容量。
  16. 如前述請求項中任一項之密封二次電池單元，其中該密封二次電池具有至少400 mAmp˖hr之額定容量。
  17. 如前述請求項中任一項之密封二次電池單元，其中該密封二次電池單元具有至少0.1 Amp˖hr之額定容量。
  18. 如前述請求項中任一項之密封二次電池單元，其中該密封二次電池單元具有至少0.5 Amp˖hr之額定容量。
  19. 如前述請求項中任一項之密封二次電池單元，其中該密封二次電池單元具有至少1 Amp˖hr之額定容量。
  20. 如前述請求項中任一項之密封二次電池單元，其中該密封二次電池單元具有至少3 Amp˖hr之額定容量。
  21. 如前述請求項中任一項之密封二次電池單元，其中該密封二次電池單元具有至少5 Amp˖hr之額定容量。
  22. 如前述請求項中任一項之密封二次電池單元，其中該二次電池單元之在該豎直方向上在該氣密密封外殼之該等相對表面之相對區之間量測的厚度為至少2 mm。
  23. 如前述請求項中任一項之密封二次電池單元，其中該二次電池單元之在該豎直方向上在該氣密密封外殼之該等相對表面之相對區之間量測的厚度為至少3 mm。
  24. 如前述請求項中任一項之密封二次電池單元，其中該二次電池單元之在該豎直方向上在該氣密密封外殼之該等相對表面之相對區之間量測的厚度為至少5 mm。
  25. 如前述請求項中任一項之密封二次電池單元，其中該二次電池單元之在該豎直方向上在該氣密密封外殼之該等相對表面之相對區之間量測的厚度為至少8 mm。
  26. 如前述請求項中任一項之密封二次電池單元，其中該二次電池單元之在該豎直方向上在該氣密密封外殼之該等相對表面之相對區之間量測的厚度為至少10 mm。
  27. 如前述請求項中任一項之密封二次電池單元，其中該二次電池之在該豎直方向上沿著該氣密密封外殼之該等相對表面之相對區之間的該導熱路徑的導熱率為至少3 W/m˖K。
  28. 如前述請求項中任一項之密封二次電池單元，其中該二次電池之在該豎直方向上沿著該氣密密封外殼之該等相對表面之相對區之間的該導熱路徑的導熱率為至少4 W/m˖K。
  29. 如前述請求項中任一項之密封二次電池單元，其中該二次電池之在該豎直方向上沿著該氣密密封外殼之該等相對表面之相對區之間的該導熱路徑的導熱率為至少5 W/m˖K。
  30. 如前述請求項中任一項之密封二次電池單元，其中該導熱路徑係沿著連接至該第一豎直生長限制及該第二豎直生長限制的該電極結構群之成員及/或該相對電極結構群之成員之該豎直方向。
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