TWI739830B - 用於三維電池之尺寸拘束件 - Google Patents

用於三維電池之尺寸拘束件 Download PDF

Info

Publication number
TWI739830B
TWI739830B TW106115886A TW106115886A TWI739830B TW I739830 B TWI739830 B TW I739830B TW 106115886 A TW106115886 A TW 106115886A TW 106115886 A TW106115886 A TW 106115886A TW I739830 B TWI739830 B TW I739830B
Authority
TW
Taiwan
Prior art keywords
electrode
growth restraint
electrode assembly
growth
primary
Prior art date
Application number
TW106115886A
Other languages
English (en)
Other versions
TW201743496A (zh
Inventor
羅伯特 S 布薩卡
艾司霍克 羅西里
姆拉里 拉瑪布拉曼尼安
布魯諾 A 韋德斯
賈德那 卡麥隆 戴爾斯
克力斯多夫 J 史賓德
傑佛瑞 馬修 何
哈洛德 Ｊ 三世 洛斯特
詹姆士 D 威爾擴克斯
約翰 F 瓦爾尼
金恆 李
尼洛夫 S 史霍
理查 J 康特洛斯
亞登 琳 凡
伏拉德 督曼
Original Assignee
美商易諾維公司
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 美商易諾維公司 filed Critical 美商易諾維公司
Publication of TW201743496A publication Critical patent/TW201743496A/zh
Application granted granted Critical
Publication of TWI739830B publication Critical patent/TWI739830B/zh

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/02—Details
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/05—Accumulators with non-aqueous electrolyte
    • H01M10/058—Construction or manufacture
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/04—Construction or manufacture in general
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/05—Accumulators with non-aqueous electrolyte
    • H01M10/052—Li-accumulators
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/05—Accumulators with non-aqueous electrolyte
    • H01M10/052—Li-accumulators
    • H01M10/0525—Rocking-chair batteries, i.e. batteries with lithium insertion or intercalation in both electrodes; Lithium-ion batteries
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/05—Accumulators with non-aqueous electrolyte
    • H01M10/054—Accumulators with insertion or intercalation of metals other than lithium, e.g. with magnesium or aluminium
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/05—Accumulators with non-aqueous electrolyte
    • H01M10/058—Construction or manufacture
    • H01M10/0585—Construction or manufacture of accumulators having only flat construction elements, i.e. flat positive electrodes, flat negative electrodes and flat separators
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/42—Methods or arrangements for servicing or maintenance of secondary cells or secondary half-cells
    • H01M10/44—Methods for charging or discharging
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00—Electrodes
    • H01M4/02—Electrodes composed of, or comprising, active material
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00—Electrodes
    • H01M4/02—Electrodes composed of, or comprising, active material
    • H01M2004/021—Physical characteristics, e.g. porosity, surface area
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/10—Energy storage using batteries
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P70/00—Climate change mitigation technologies in the production process for final industrial or consumer products
    • Y02P70/50—Manufacturing or production processes characterised by the final manufactured product

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Electrochemistry (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Secondary Cells (AREA)
  • Battery Electrode And Active Subsutance (AREA)
  • Cell Separators (AREA)
  • Sealing Battery Cases Or Jackets (AREA)
  • Connection Of Batteries Or Terminals (AREA)
  • Powder Metallurgy (AREA)
  • Heating, Cooling, Or Curing Plastics Or The Like In General (AREA)
  • Image Processing (AREA)

Abstract

本發明提供一種用於在一充電狀態與一放電狀態之間循環之二次電池，該二次電池包含一電池殼體、一電極總成、載體離子、該電池殼體內之一非水溶性液體電解質及一組電極拘束件。該組電極拘束件包含一初級拘束系統，該初級拘束系統具有第一初級生長拘束件及第二初級生長拘束件及至少一個初級連接部件，該第一初級生長拘束件及該第二初級生長拘束件在縱向方向上彼此分離，其中該初級拘束系統約束該電極總成在該縱向方向上之生長，使得該電極總成在該縱向方向上之費雷特直徑在該二次電池之20個連續循環內之任何增大小於20%。該組電極拘束件進一步包含一次級拘束系統，該次級拘束系統具有由至少一個次級連接部件連接之第一次級生長拘束件及第二次級生長拘束件，其中該次級拘束系統在該二次電池之循環之後至少部分拘束該電極總成在一第二方向上之生長。

Description

用於三維電池之尺寸拘束件
本發明大體上係關於用於能量儲存裝置中之結構、採用此等結構之能量儲存裝置及用於生產此等結構及能量裝置之方法。
搖椅或插入式二次電池係能量儲存裝置之一種類型，其中載體離子(諸如鋰、鈉、鉀、鈣或鎂離子)透過一電解質在一正電極與一負電極之間移動。二次電池可包括一單一電池單元或已經電耦合以形成電池之兩個或兩個以上電池單元，其中各電池單元包括一正電極、一負電極、一微孔分離器及一電解質。
在搖椅式電池單元中，正電極及負電極兩者皆包括一載體離子插入至其中及提取之材料。隨著對一單元放電，自負電極提取載體離子且將其等插入至正電極中。隨著對一單元充電，發生相反程序：自正電極提取載體離子且將其等插入至負電極中。
當載體離子在電極之間移動時，持續挑戰之一者在於電極傾向於隨著電池重複充電及放電而膨脹及收縮之事實。在循環期間之膨脹及收縮傾向於在電池之可靠性及循環壽命方面成問題，因為當電極膨脹時，發生電短路及電池故障。
因此，仍需要在電池循環期間控制電極之膨脹及收縮以改良電池之可靠性及循環壽命。
因此，簡而言之，本發明之一個態樣係關於實施拘束結構以緩和或防止電極之宏觀膨脹，藉此改良電池之能量密度、可靠性及循環壽命。
根據一個態樣，提供一種用於在一充電狀態與一放電狀態之間循環之二次電池，該二次電池具有一電池殼體、一電極總成、載體離子、該電池殼體內之一非水溶性液體電解質及一組電極拘束件。該電極總成具有：縱向軸、橫向軸及垂直軸，其等相互垂直；一第一縱向端表面及一第二縱向端表面，其等在該縱向方向上彼此分離；及一側向表面，其環繞一電極總成縱向軸AEA且連接該第一縱向端表面與該第二縱向端表面，該側向表面具有處於該縱向軸之相對側上且在正交於該縱向軸之一第一方向上分離之相對第一區及第二區，該電極總成具有在該縱向方向上量測之一最大寬度WEA、以該側向表面為界且在該橫向方向上量測之一最大長度LEA及以該側向表面為界且在該垂直方向上量測之一最大高度HEA，LEA及WEA之各者對HEA之比率分別為至少2：1。該電極總成具有一電極結構群、一反電極結構群以及電分離該電極群及該反電極群之部件之一電絕緣微孔分離器材料，該電極結構群及該反電極結構群之部件經配置成該縱向方向上之一交替序列。該電極結構群之各部件具有一電極活性材料之一層且該反電極結構群之各部件包括一反電極活性材料之一層，其中在該二次電池自一放電狀態充電至一充電狀態時，該電極活性材料具有每莫耳之電極活性材料接受一莫耳以上之載體離子之容量。該組電極拘束件包含一初級拘束系統，該初級拘束系統包括第一初級生長拘束件及第二初級生長拘束件及至 少一個初級連接部件，該第一初級生長拘束件及該第二初級生長拘束件在該縱向方向上彼此分離，且該至少一個初級連接部件連接該第一初級生長拘束件與該第二初級生長拘束件，其中該初級拘束系統約束該電極總成在該縱向方向上之生長，使得該電極總成在該縱向方向上之該費雷特直徑(Feret diameter)在該二次電池之20個連續循環內之任何增大小於20%。該組電極拘束件進一步包含一次級拘束系統，該次級拘束系統包括在一第二方向上分離且由至少一個次級連接部件連接之第一次級生長拘束件及第二次級生長拘束件，其中該次級拘束系統在該二次電池之循環之後至少部分拘束該電極總成在該第二方向上之生長，該第二方向正交於該縱向方向。該充電狀態係該二次電池之一額定容量之至少75%，且該放電狀態小於該二次電池之該額定容量之25%。
根據另一態樣，提供一種用於在一充電狀態與一放電狀態之間循環之二次電池，該二次電池具有一電池殼體、一電極總成、載體離子、該電池殼體內之一非水溶性液體電解質及一組電極拘束件。該電極總成具有：縱向軸、橫向軸及垂直軸，其等相互垂直；一第一縱向端表面及一第二縱向端表面，其等在該縱向方向上彼此分離；及一側向表面，其環繞一電極總成縱向軸AEA且連接該第一縱向端表面與該第二縱向端表面，該側向表面具有處於該縱向軸之相對側上且在正交於該縱向軸之一第一方向上分離之相對第一區及第二區，該電極總成具有在該縱向方向上量測之一最大寬度WEA、以該側向表面為界且在該橫向方向上量測之一最大長度LEA及以該側向表面為界且在該垂直方向上量測之一最大高度HEA，LEA及WEA之各者對HEA之比率分別為至少2：1。該電極總成進一步包含一電極結構群、一反電極結構群以及電分離該電極群及該反電極群之部件之一電絕緣微孔 分離器材料，該電極結構群及該反電極結構群之部件經配置成該縱向方向上之一交替序列。該電極結構群之各部件具有一電極活性材料之一層且該反電極結構群之各部件包括一反電極活性材料之一層，其中在該二次電池自一放電狀態充電至一充電狀態時，該電極活性材料具有每莫耳之電極活性材料接受一莫耳以上之載體離子之容量。該組電極拘束件包含一初級拘束系統，該初級拘束系統包括第一初級生長拘束件及第二初級生長拘束件及至少一個初級連接部件，該第一初級生長拘束件及該第二初級生長拘束件在該縱向方向上彼此分離，且該至少一個初級連接部件連接該第一初級生長拘束件與該第二初級生長拘束件，其中該初級拘束系統約束該電極總成在該縱向方向上之生長，使得該電極總成在該縱向方向上之該費雷特直徑在該二次電池之20個連續循環內之任何增大小於20%。該充電狀態係該二次電池之一額定容量之至少75%，且該放電狀態小於該二次電池之該額定容量之25%。
在以下描述及圖式中將部分論述且部分明白本發明之其他態樣、特徵及實施例。
定義
如在本文中使用之「一」、「一個」及「該」(即，單數形式)係指複數指涉，除非上下文另外明確指示。例如，在一個例項中，對「一電極」之參考包含一單一電極及複數個類似電極兩者。
如在本文中使用之「約」及「近似」係指陳述值之加減10%、5%或1%。例如，在一個例項中，約250μm將包含225μm至275μm。舉進一步實例而言，在一個例項中，約1,000μm將包含900μm至1,100μm。除非另外指示，否則表達在說明書及發明申請專利範圍中使用之數量(例如，量測及類似物)等等之所有數字應理解為在所有例項中由術語「約」修飾。因此，除非相反地指示，否則在以下說明書及隨附發明申請專利範圍中提出之數值參數係近似值。應至少鑒於所報告之有效數位之數字且藉由應用一般捨入技術來建構各數值參數。
如在本文中之一二次電池之狀態之上下文中使用之「充電狀態」係指將二次電池充電至其額定容量之至少75%之一狀態。例如，可將電池充 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%。
如在本文中使用之「C速率」係指一二次電池之放電之一速率量測，且界定為放電電流除以理論電流汲取，電池將在理論電流汲取下在一個小時內遞送其標稱額定容量。例如，1C之一C速率指示使電池在一個小時內放電之放電電流，2C之一速率指示使電池在1/2小時內放電之放電電流，C/2之一速率指示使電池在2小時內放電之放電電流。
如在本文中之一二次電池之狀態之上下文中使用之「放電狀態」係指將二次電池放電至小於其額定容量之25%之一狀態。例如，可將電池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%。
如在本文中之一二次電池在充電狀態與放電狀態之間循環之上下文中使用之一「循環」係指為一電池充電及/或放電以在一循環中將電池自一第一狀態(其係一充電狀態或放電狀態)移動至一第二狀態(其與第一狀態相反)(即，若第一狀態係放電，則第二狀態係一充電狀態，或若第一狀態係充電，則第二狀態係一放電狀態)，且接著將電池移動回至第一狀態以完成循環。例如，二次電池在充電狀態與放電狀態之間的一單一循環可包含(如在一充電循環中)將電池自一放電狀態充電至一充電狀態，且接著將其放電回至放電狀態以完成循環。單一循環亦可包含(如在一放電循環中)將電池自充電狀態放電至放電狀態，且接著將其充電回至一充電狀態以完成循環。
如在本文中關於電極總成參考之「費雷特直徑」界定為約束電極總成之兩個平行平面之間的距離，在垂直於兩個平面之一方向上量測該距 離。例如，電極總成在縱向方向上之一費雷特直徑係如在縱向方向上在約束電極總成之兩個平行平面(其等垂直於縱向方向)之間量測之距離。作為另一實例，電極總成在橫向方向上之一費雷特直徑係如在橫向方向上在約束電極總成之兩個平行平面(其等垂直於橫向方向)之間量測之距離。作為又另一實例，電極總成在垂直方向上之一費雷特直徑係如在垂直方向上在約束電極總成之兩個平行平面(其等垂直於垂直方向)之間量測之距離。
如在本文中使用之「縱向軸」、「橫向軸」及「垂直軸」係指相互垂直之軸(即，各者彼此正交)。例如，如在本文中使用之「縱向軸」、「橫向軸」及「垂直軸」類似於用於界定三維態樣或定向之一笛卡兒座標系統(Cartesian coordinate system)。因而，本文中之發明標的物之元件之描述不限於用於描述元件之三維定向之特定軸或若干軸。換言之，該等軸可在係指發明標的物之三維態樣時為可互換的。
如在本文中使用之「縱向方向」、「橫向方向」及「垂直方向」係指相互垂直之方向(即，各者彼此正交)。例如，如在本文中使用之「縱向方向」、「橫向方向」及「垂直方向」可分別大體上平行於用於界定三維態樣或定向之一笛卡兒座標系統之縱向軸、橫向軸及垂直軸。
如在本文中之在二次電池之充電狀態與放電狀態之間循環之上下文中使用之「重複循環」係指自一放電狀態至一充電狀態或自一充電狀態至一放電狀態循環一次以上。例如，在充電狀態與放電狀態之間重複循環可包含自一放電狀態至一充電狀態循環至少2次，諸如自一放電狀態充電至一充電狀態，放電回至一放電狀態，再次充電至一充電狀態且最終放電回至放電狀態。作為又另一實例，在充電狀態與放電狀態之間重複循環至少2次可包含自一充電狀態放電至一放電狀態，充電回至一充電狀態，再次 放電至一放電狀態且最終充電回至充電狀態。舉進一步實例而言，在充電狀態與放電狀態之間重複循環可包含循環至少5次，且甚至自一放電狀態至一充電狀態循環至少10次。舉進一步實例而言，在充電狀態與放電狀態之間重複循環可包含自一放電狀態至一充電狀態循環至少25次、50次、100次、300次、500及甚至1000次。
如在本文中之一二次電池之上下文中使用之「額定容量」係指如在標準溫度條件(25℃)下量測之二次電池在一段時間內遞送一規定電流之容量。例如，可藉由針對一規定時間判定一電流輸出或藉由針對一規定電流判定可輸出電流之時間且求得電流與時間之乘積而以安培．時(Amp．hour)為單位量測額定容量。例如，對於額定為20Amp．hr之一電池，若將電流規定在2安培作為額定值，則電池可理解為將提供該電流輸出達10小時之電池，且相反地，若將時間規定在10小時作為額定值，則電池可理解為將在10小時期間輸出2安培之電池。特定言之，一二次電池之額定容量可給定為一規定放電電流下之額定容量，諸如C速率，其中C速率係電池相對於其容量而放電之一速率量測。例如，1C之一C速率指示使電池在一個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等。因此，例如，在1C之一C速率下額定為20Amp．hr之一電池將給出20Amp之一放電電流達1小時，而在2C之一C速率下額定為20Amp．hr之一電池將給出40Amp之一放電電流達1/2小時，且在C/2之一C速率下額定為20Amp．hr之一電池將在2小時內給出10Amp之一放電電流。
如在本文中之一電極總成之一尺寸之上下文中使用之「最大寬度」(WEA)對應於如在縱向方向上自電極總成之縱向端表面之相對點量測之電 極總成之最大寬度。
如在本文中之一電極總成之一尺寸之上下文中使用之「最大長度」(LEA)對應於如在橫向方向上自電極總成之一側向表面之相對點量測之電極總成之最大長度。
如在本文中之一電極總成之一尺寸之上下文中使用之「最大高度」(HEA)對應於如在橫向方向上自電極總成之側向表面之相對點量測之電極總成之最大高度。
100:能量儲存裝置
102:二次電池
104:電池殼體
104a:蓋
104b:上表面
104c:內表面
104d:內表面
104e:內表面
104f:內表面
104g:內表面
106:電極總成
106a:電極總成組
108:電極拘束件
108a:電極拘束件
110:電極/電極結構/電極結構群
112:反電極/反電極結構/反電極結構群
116:第一縱向端表面
117:縱向端；端部
118:第二縱向端表面
119:縱向端；端部
130:分離器
130a:第二分離器
132:電極活性材料層
134:電極骨幹
136:電極電流收集器/負電極電流導體層
138:反電極活性材料層
140:反電極電流收集器/正電極電流收集器/正電極電流導體
141:反電極骨幹
142:側向表面
144:第一相對表面區/橫向表面區
145:第一橫向端/終端
146:第二相對表面區/橫向表面區
147:第二橫向端/終端
148:第一表面區/上相對表面區/垂直區
149:第一終端
150:第二表面區/下相對表面區/垂直區
151:初級生長拘束系統
152:次級生長拘束系統
153:第二終端
154:第一初級生長拘束件/次級連接部件
155:三級生長拘束系統
156:第二初級生長拘束件/次級連接部件
157:第一三級生長拘束件
158:第一次級生長拘束件/初級連接部件
159:第二三級生長拘束件
160:第二次級生長拘束件/初級連接部件
162:第一初級連接部件
164:第二初級連接部件
165:三級連接部件
166:次級連接部件
168:接觸區域
170:接觸區域
172:端部
174:端部
176:孔
178:接合區
180:非接合區
182:膠層/膠
190:電極突片
191:電極突片延伸部
192:反電極突片
193:電極突片延伸部
194:電極匯流排
196:反電極匯流排
198a:箭頭
198b:箭頭
200a:力
200b:力
300a:相對點
300b:相對點
301a:相對點
301b:相對點
302a:相對點
302b:相對點
303a:相對點
303b:相對點
1052:頂部
1054:底部
1056:頂部
1058:底部
1060:內表面
1060a:凹口
1060b:狹槽
1062:內表面
1062a:凹口
1062b:狹槽
1064:外表面
1066:外表面
1068:頂部
1070:底部
1072:頂部
1074:底部
1076:頂部
1078:底部
1080:頂部
1082:底部
1084:電極間隙
1086:反電極間隙
1088:片段
1088a:主要中間片段
1088b:第一端片段/第二端片段
1089:連接部分
1486:反電極電流收集器頂部
1488:反電極電流收集器底部
1892:電極電流收集器頂部
1894:電極電流收集器底部
2000:片材
2001:邊緣
2002a:第一投影面積
2002b:第二投影面積
AEA:電極總成縱向軸
AG:黏合軸
D:堆疊方向
LA:長度
LEA:最大長度
LES:長度
h:寬度/厚度
HA:高度
HEA:最大高度
HES:高度
P:壓力
S1:第一尺寸
S2:第二尺寸
S3:第一尺寸
S4:第二尺寸
S1:步驟
S2:步驟
S3:步驟
S4:步驟
S5:步驟
S6:步驟
S7:步驟
t:厚度
W:總分佈負載
WA:寬度
WEA:最大寬度
WES:寬度
圖1係採用一電極總成之一拘束系統之一項實施例之一立體圖。
圖2A係三維電極總成之一項實施例之一示意圖。
圖2B至圖2C係三維電極總成之一項實施例之示意圖，其等描繪呈拘束及膨脹構形之陽極結構群部件。
圖3A至圖3H展示一電極總成之不同形狀及大小之例示性實施例。
圖4A繪示沿著如在圖1中展示之線A-A’截取之電極總成之一實施例之一橫截面，且進一步繪示初級生長拘束系統及次級生長拘束系統之元 件。
圖4B繪示沿著如在圖1中展示之線B-B’截取之電極總成之一實施例之一橫截面，且進一步繪示初級生長拘束系統及次級生長拘束系統之元件。
圖4C繪示沿著如在圖1中展示之線B-B’截取之電極總成之一實施例之一橫截面，且進一步繪示初級生長拘束系統及次級生長拘束系統之元件。
圖5繪示沿著如在圖1中展示之線A-A1’截取之電極總成之一實施例之一橫截面。
圖6A繪示一電極總成上方之一多孔次級生長拘束件之一俯視圖之一項實施例及用於將次級生長拘束件黏合至電極總成之一項實施例。
圖6B繪示一電極總成上方之一多孔次級生長拘束件之一俯視圖之一項實施例及用於將次級生長拘束件黏合至電極總成之另一實施例。
圖6C繪示一電極總成上方之一多孔次級生長拘束件之一俯視圖之一項實施例及用於將次級生長拘束件黏合至電極總成之又另一實施例。
圖6D繪示一電極總成上方之一多孔次級生長拘束件之一俯視圖之一項實施例及用於將次級生長拘束件黏合至電極總成之仍又另一實施例。
圖7繪示沿著如在圖1中展示之線A-A’截取之電極總成之一實施例之一橫截面，其進一步包含一組電極拘束件，包含一初級拘束系統之一項實施例及一次級拘束系統之一項實施例。
圖8A至圖8B繪示根據一項實施例之一力示意圖，其等展示由該組電極拘束件施加在電極總成上之力以及在含有電極總成之一電池之重複循環之後由電極結構施加之力。
圖9A繪示沿著如在圖1中展示之線A-A’截取之電極總成之一實施例之一橫截面，其進一步包含一組電極拘束件，包含一初級生長拘束系統之一項實施例及一次級生長拘束系統之一項實施例，其中反電極骨幹用於組裝該組電極拘束件。
圖9B繪示沿著如在圖1中展示之線A-A’截取之電極總成之一實施例之一橫截面，其進一步包含一組電極拘束件，包含一初級生長拘束系統之另一實施例及一次級生長拘束系統之另一實施例，其中反電極電流收集器用於組裝該組電極拘束件。
圖9C繪示沿著如在圖1中展示之線A-A’截取之電極總成之一實施例之一橫截面，其進一步包含一組電極拘束件，包含一初級生長拘束系統之又另一實施例及一次級生長拘束系統之又另一實施例，其中反電極電流收集器用於組裝該組電極拘束件。
圖10繪示沿著如在圖1中展示之線A-A’截取之電極總成之一實施例之一橫截面，其進一步包含一組電極拘束件，包含一初級生長拘束系統之仍又另一實施例及一次級生長拘束系統之仍又另一實施例，其中反電極電流收集器用於組裝該組電極拘束件。
圖11A繪示沿著如在圖1中展示之線A-A’截取之電極總成之一實施例之一橫截面，其進一步包含一組電極拘束件，包含一初級生長拘束系統之一項實施例及一次級生長拘束系統之一項實施例，其中反電極骨幹用於經由凹口來組裝該組電極拘束件。
圖11B繪示沿著如在圖1中展示之線A-A’截取之電極總成之一實施例之一橫截面，其進一步包含一組電極拘束件，包含一初級生長拘束系統之另一實施例及一次級生長拘束系統之另一實施例，其中反電極骨幹用於經 由凹口來組裝該組電極拘束件。
圖11C繪示沿著如在圖1中展示之線A-A’截取之電極總成之一實施例之一橫截面，其進一步包含一組電極拘束件，包含一初級生長拘束系統之又另一實施例及一次級生長拘束系統之又另一實施例，其中反電極骨幹用於經由凹口來組裝該組電極拘束件。
圖12A繪示沿著如在圖1中展示之線A-A’截取之電極總成之一實施例之一橫截面，其進一步包含一組電極拘束件，包含一初級生長拘束系統之一項實施例及一次級生長拘束系統之一項實施例，其中反電極電流收集器用於經由凹口來組裝該組電極拘束件。
圖12B繪示沿著如在圖1中展示之線A-A’截取之電極總成之一實施例之一橫截面，其進一步包含一組電極拘束件，包含一初級生長拘束系統之另一實施例及一次級生長拘束系統之另一實施例，其中反電極電流收集器用於經由凹口來組裝該組電極拘束件。
圖12C繪示沿著如在圖1中展示之線A-A’截取之電極總成之一實施例之一橫截面，其進一步包含一組電極拘束件，包含一初級生長拘束系統之又另一實施例及一次級生長拘束系統之又另一實施例，其中反電極電流收集器用於經由凹口來組裝該組電極拘束件。
圖13A繪示沿著如在圖1中展示之線A-A’截取之電極總成之一實施例之一橫截面，其進一步包含一組電極拘束件，包含一初級生長拘束系統之一項實施例及一次級生長拘束系統之一項實施例，其中反電極骨幹用於經由狹槽來組裝該組電極拘束件。
圖13B繪示來自沿著如在圖1中展示之線A-A’截取之電極總成之一實施例之圖13A之一插圖橫截面，其進一步包含一組電極拘束件，包含一初 級生長拘束系統之一項實施例及一次級生長拘束系統之一項實施例，其中反電極骨幹用於經由狹槽來組裝該組電極拘束件。
圖13C繪示來自沿著如在圖1中展示之線A-A’截取之電極總成之一實施例之圖13A之一插圖橫截面，其進一步包含一組電極拘束件，包含一初級生長拘束系統之一項實施例及一次級生長拘束系統之一項實施例，其中反電極骨幹用於經由狹槽來組裝該組電極拘束件。
圖14繪示沿著如在圖1中展示之線A-A’截取之電極總成之一實施例之一橫截面，其進一步包含一組電極拘束件，包含一初級生長拘束系統之一項實施例及一次級生長拘束系統之一項實施例，其中反電極電流收集器用於經由狹槽來組裝該組電極拘束件。
圖15A繪示沿著如在圖1中展示之線A-A’截取之電極總成之一實施例之一橫截面，其進一步包含一組電極拘束件，包含一初級生長拘束系統之一項實施例及一次級生長拘束系統之一項實施例，其中電極骨幹用於組裝該組電極拘束件。
圖15B繪示沿著如在圖1中展示之線A-A’截取之電極總成之一實施例之一橫截面，其進一步包含一組電極拘束件，包含一初級生長拘束系統之一項實施例及一次級生長拘束系統之一項實施例，其中電極電流收集器用於組裝該組電極拘束件。
圖16A繪示沿著如在圖1中展示之線A-A’截取之電極總成之一實施例之一橫截面，其進一步包含一組電極拘束件，包含一初級生長拘束系統之一項實施例及一次級生長拘束系統之一項實施例，其中電極電流收集器用於經由凹口來組裝該組電極拘束件。
圖16B繪示沿著如在圖1中展示之線A-A’截取之電極總成之一實施例 之一橫截面，其進一步包含一組電極拘束件，包含一初級生長拘束系統之另一實施例及一次級生長拘束系統之另一實施例，其中電極電流收集器用於經由凹口來組裝該組電極拘束件。
圖16C繪示沿著如在圖1中展示之線A-A’截取之電極總成之一實施例之一橫截面，其進一步包含一組電極拘束件，包含一初級生長拘束系統之又另一實施例及一次級生長拘束系統之又另一實施例，其中電極電流收集器用於經由凹口來組裝該組電極拘束件。
圖17繪示沿著如在圖1中展示之線A-A’截取之電極總成之一實施例之一橫截面，其進一步包含一組電極拘束件，包含一初級生長拘束系統之一項實施例及一次級生長拘束系統之一項實施例，其中電極電流收集器用於經由狹槽來組裝該組電極拘束件。
圖18A繪示沿著如在圖1中展示之線A-A’截取之電極總成之一實施例之一橫截面，其進一步包含一組電極拘束件，包含一初級生長拘束系統之一項實施例及一次級生長拘束系統之一項實施例，其中初級生長拘束系統與次級生長拘束系統混合且用於組裝該組電極拘束件。
圖18B繪示沿著如在圖1中展示之線A-A’截取之電極總成之一實施例之一橫截面，其進一步包含一組電極拘束件，包含一初級生長拘束系統之另一實施例及一次級生長拘束系統之另一實施例，其中初級生長拘束系統與次級生長拘束系統混合且用於組裝該組電極拘束件。
圖19繪示沿著如在圖1中展示之線A-A’截取之電極總成之一實施例之一橫截面，其進一步包含一組電極拘束件，包含一初級生長拘束系統之一項實施例及一次級生長拘束系統之一項實施例，其中初級生長拘束系統與次級生長拘束系統融合且用於組裝該組電極拘束件。
圖20繪示利用一組生長拘束件之一項實施例之一能量儲存裝置或一二次電池之一實施例之一分解視圖。
圖21繪示用於大致組裝利用一組生長拘束件之一項實施例之一能量儲存裝置或一二次電池之一流程圖之一實施例。
在結合隨附圖式考量時，發明標的物之其他態樣、實施例及特徵將從以下詳細描述中變得明顯。隨附圖式係示意性的且並不意在按比例繪製。出於簡明目的，未在每一圖中標記每一元件或組件，亦未在不必要繪示之處展示發明標的物之各實施例之每一元件或組件以允許一般技術者理解發明標的物。
一般言之，本發明係關於一能量儲存裝置100，諸如一二次電池102，例如，如在圖2A及/或圖20中展示，二次電池102在一充電狀態與一放電狀態之間循環。二次電池102包含一電池殼體104、一電極總成106、載體離子及電池殼體內之一非水溶性液體電解質。二次電池102亦包含一組電極拘束件108，其等約束電極總成106之生長。受限之電極總成106之生長可為電極總成106之一或多個尺寸之一宏觀增大。
此外，一般言之，本發明之各種態樣包含在併入至能量儲存裝置100中時提供特定優勢之三維拘束結構，諸如電池、電容器、燃料電池及類似物。在一項實施例中，拘束結構具有經選擇以抵抗原本可在一二次電池102在充電狀態與放電狀態之間重複循環時發生之一電極總成106之生長、潤脹及/或膨脹之至少一者之一構形及/或結構。特定言之，在自一放電狀態移動至一充電狀態時，載體離子(例如，諸如鋰、鈉、鉀、鈣及鎂離子之一或多者)在電池中之正電極與負電極之間移動。在到達電極之後，載體離子可接著嵌入或合金化至電極材料中，因此增大該電極之大小及體積。相反地，自充電狀態反向移動至放電狀態可導致離子脫嵌或脫合 金化，因此收縮電極。此合金化及/或嵌入及脫合金化及/或脫嵌可導致電極中之顯著體積改變。因此，電極在充電及放電之後的重複膨脹及收縮可產生電極總成106中之應力，此可導致減小效能且最終甚至導致二次電池之故障。
參考圖2A至圖2C，可描述根據本發明之一實施例之電極總成106之重複膨脹及/或收縮之效應。圖2A展示三維電極總成106之一實施例，其具有一電極結構群110及一反電極結構群112(例如，分別為陽極結構群及陰極結構群)。在此實施例中，三維電極總成106提供彼此相互交錯之一組交替電極結構110及反電極結構112，且在圖2A中展示之實施例中具有平行於Y軸之一縱向軸AEA、平行於X軸之一橫向軸(未展示)及平行於Z軸之一垂直軸(未展示)。在本文中展示之X軸、Y軸及Z軸係任意軸，其等僅意欲展示其中該等軸在一參考空間中彼此相互垂直之一基組且不意欲以任何方式將本文中之結構限制至一特定定向。在具有電極總成106之一二次電池102之充電及放電循環之後，載體離子分別(諸如大體上在平行於在圖2A中描繪之實施例中展示之Y軸之一方向上)在電極結構110與反電極結構112之間行進，且可嵌入至定位於行進方向內之電極結構110及反電極結構112之一或多者之電極材料中。在圖2B至圖2C中繪示之實施例中可見載體離子嵌入及/或合金化至電極材料中之效果。特定言之，圖2B描繪在一相對未膨脹狀態中(諸如在二次電池106在充電狀態與放電狀態之間重複循環之前)之具有電極結構110之電極總成106之一實施例。藉由比較，圖2C描繪在二次電池重複循環達預定循環數目之後的具有電極結構110之電極總成106之一實施例。如在此圖中展示，電極結構110之尺寸可在堆疊方向(例如，Y方向)上顯著增大，此係歸因於載體離子嵌入及/或合金化至電 極材料中。電極結構110之尺寸亦可在另一方向上顯著增大，諸如在Z方向上(在圖2C中未展示)。此外，電極結構110之大小增大可導致電極總成內部之結構變形，諸如總成中之反電極結構112及分離器130變形，以適應電極結構110之膨脹。電極結構110之膨脹最終可導致電極總成106在其縱向端處(以及在其他方向上，諸如在Z方向上之頂表面及底表面處)之隆起及/或翹曲，如在圖2C中展示之實施例中描繪。因此，根據一項實施例之電極總成106可展現沿著總成106之縱向軸(Y軸)以及其他軸之顯著膨脹及收縮，此係歸因於載體離子在充電程序及放電程序期間之嵌入及脫嵌。
因此，在一項實施例中，提供一初級生長拘束系統151以緩和及/或減少電極總成106在縱向方向上(即，在平行於Y軸之一方向上)之生長、膨脹及/或潤脹之至少一者，例如，如在圖1中展示。例如，初級生長拘束系統151可包含經構形以藉由抵抗電極總成106之縱向端表面116、118處之膨脹而拘束生長之結構。在一項實施例中，初級生長拘束系統151包括第一初級生長拘束件154及第二初級生長拘束件156，其等在縱向方向上彼此分離且與至少一個初級連接部件162結合操作，至少一個初級連接部件162將第一初級生長拘束件154及第二初級生長拘束件156連接在一起以約束電極總成106之生長。例如，第一初級生長拘束件154及第二初級生長拘束件156可至少部分覆蓋電極總成106之第一縱向端表面116及第二縱向端表面118，且可與連接部件162、164結合操作，連接部件162、164將初級生長拘束件154、156彼此連接以抵抗在充電及/或放電之重複循環期間發生之電極總成106之任何生長。在下文更詳細提供初級生長拘束系統151之實施例及操作之進一步論述。
另外，透過一二次電池102中之充電程序及放電程序之重複循環不僅 可引起電極總成106之一縱向方向(例如，圖2A中之Y軸)上之生長及應力，而且亦可引起如上文論述之正交於縱向方向之方向上之生長及應力，諸如橫向方向及垂直方向(例如，分別為圖2A中之X軸及Z軸)。此外，在某些實施例中，併入一初級生長拘束系統151以抑制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/或潤脹。例如，在提供初級生長拘束系統151以約束電極總成106在縱向方向上之生長之一情況中，在充電及放電之循環期間之載體離子嵌入及電極結構之所得潤脹可在一或多個其他方向上引起應力。特定言之，在一項實施例中，由電極生長/潤脹與縱向生長拘束之組合所產生之應力可導致電極總成106在垂直方向(例如，如在圖2A中展示之Z軸)上或甚至在橫向方向(例如，如在圖2A中展示之X軸)上之屈曲或(若干)其他故障。
因此，在本發明之一項實施例中，二次電池102不僅包含一初級生長拘束系統151，而且亦包含至少一個次級生長拘束系統152，其可與初級生長拘束系統151結合操作以沿著電極總成106之多個軸約束電極總成106之生長。例如，在一項實施例中，次級生長拘束系統152可經構形以與初級生長拘束系統151互鎖或另外與其協同操作，使得可約束電極總成106之整體生長以分別給予具有電極總成106及初級生長拘束系統151及次級生長拘束系統152之二次電池之改良效能及減少故障發生率。在下文分別更詳細提供初級生長拘束系統151與次級生長拘束系統152之間的相互關係及其等約束電極總成106之生長之操作之實施例之進一步論述。
如在上文論述，拘束電極總成106之生長意謂拘束電極總成106之一或多個尺寸之一整體宏觀增大。即，可拘束電極總成106之整體生長，使得控制電極總成106沿著(X軸、Y軸及Z軸)之一或多個尺寸之一增大，儘 管可在充電及放電循環期間按一較小(例如，微觀)規模發生電極總成106內之一或多個電極之一體積改變。例如，可經由掃描電子顯微鏡(SEM)觀察到電極體積之微觀改變。雖然該組電極拘束件108可能夠抑制微觀層級上之某些個別電極生長，但仍可發生某些生長，然而可至少約束生長。雖然個別電極在充電/放電之後的體積改變可為對於各個別電極之微觀層級上之一小改變，但其可具有一累加效應以在充電狀態與放電狀態之間循環時導致對於整個電極總成106之宏觀層級上之一相對較大體積改變，藉此潛在導致電極總成106中之應力。
根據一項實施例，用於對應於電極總成106之一陽極之一電極結構110中之一電極活性材料包括在載體離子在二次電池102之充電期間插入至電極活性材料中之後膨脹之一材料。例如，電極活性材料可包括陽極活性材料，其等(諸如藉由依足以產生電極活性材料之一體積增大之一量與載體離子嵌入或合金化而)在二次電池之充電期間接受載體離子。例如，在一項實施例中，電極活性材料可包括在二次電池102自一放電狀態充電至一充電狀態時具有每莫耳之電極活性材料接受一莫耳以上之載體離子之容量之一材料。舉進一步實例而言，電極活性材料可包括具有每莫耳之電極活性材料接受1.5莫耳或更多之載體離子(諸如每莫耳之電極活性材料接受2.0莫耳或更多之載體離子)且甚至每莫耳之電極活性材料接受2.5莫耳或更多之載體離子(諸如每莫耳之電極活性材料接受3.5莫耳或更多之載體離子)之容量之一材料。被電極活性材料接受之載體離子可為鋰、鉀、鈉、鈣及鎂之至少一者。膨脹以提供此一體積改變之電極活性材料之實例包含矽、鋁、錫、鋅、銀、銻、鉍、金、鉑、鍺、鈀及其合金之一或多者。
電極總成
再次參考圖2A，在一項實施例中，一相互交錯之電極總成106包含一電極結構群110、一反電極結構群112以及使電極結構110與反電極結構112電絕緣之一電絕緣微孔分離器130。在一項實施例中，電極結構110包括一電極活性材料層132、支撐電極活性材料層132之一電極骨幹134及一電極電流收集器136，電極電流收集器136可為一離子多孔電流收集器以允許離子從中通過，如在圖7中描繪之實施例中展示。例如，在一項實施例中，電極結構110可包括具有一陽極活性材料層、一陽極骨幹及一陽極電流收集器之一陽極結構。類似地，在一項實施例中，反電極結構112包括一反電極活性材料層138、一反電極電流收集器140及一反電極骨幹141，反電極骨幹141支撐反電極電流收集器140及/或反電極活性材料層138之一或多者，例如，如在圖7中描繪之實施例中展示。例如，在一項實施例中，反電極結構112可包括包含一陰極活性材料層、一陰極電流收集器及一陰極骨幹之一陰極結構。電絕緣微孔分離器130允許載體離子在充電及/或放電程序期間從中通過以在電極總成106之電極結構110與反電極結構112之間行進。此外，應理解，電極結構110及反電極結構112分別不限於本文中描述之特定實施例及結構，且亦可提供除本文中特別描述以外的其他構形、結構及/或材料以形成電極結構110及反電極結構112。例如，諸如在將含有骨幹之電極結構110及/或反電極結構112之區替代性地由電極活性材料及/或反電極活性材料製成之一情況中，可依結構實質上缺乏任何電極骨幹134及/或反電極骨幹141之一形式提供電極結構110及反電極結構112。
根據如在圖2A中展示之實施例，電極結構群110及反電極結構群112之部件分別經配置成交替序列，其中交替序列之一方向對應於堆疊方向 D。根據此實施例之電極總成106進一步包括相互垂直之縱向、橫向及垂直軸，其中縱向軸AEA大體上對應或平行於電極結構群及反電極結構群之部件之堆疊方向D。如在圖2A中之實施例中展示，縱向軸AEA描繪為對應於Y軸，橫向軸描繪為對應於X軸，且垂直軸描繪為對應於Z軸。
此外，電極總成106具有在縱向方向上(即，沿著y軸)量測之一最大寬度WEA、以側向表面為界且在橫向方向上(即，沿著x軸)量測之一最大長度LEA及亦以側向表面為界且在垂直方向上(即，沿著z軸)量測之一最大高度HEA。最大寬度WEA可理解為對應於如自電極總成106之縱向端表面116、118之相對點(在其處，電極總成106在縱向方向上最寬)量測之電極總成106之最大寬度。例如，參考圖2中之電極總成106之實施例，最大寬度WEA可理解為簡單地對應於如在縱向方向上量測之總成106之寬度。然而，參考在圖3H中展示之電極總成106之實施例，可見最大寬度WEA對應於如自電極總成在縱向方向上最寬之處的兩個相對點300a、300b量測之電極總成之寬度，而不是如自電極總成106更窄之處的相對點301a、301b量測之一寬度。類似地，最大長度LEA可理解為對應於如自電極總成106之側向表面142之相對點(在其處，電極總成在橫向方向上最長)量測之電極總成之最大長度。再次參考圖2A中之實施例，最大長度LEA可簡單地理解為電極總成106之長度，而在圖3H中展示之實施例中，最大長度LEA對應於如自電極總成在橫向方向上最長之處的兩個相對點302a、302b量測之電極總成之長度，而不是如自電極總成較短之處的相對點303a、303b量測之一長度。類似地，最大高度HEA可理解為對應於如自電極總成之側向表面143之相對點(在其處，電極總成在垂直方向上最高)量測之電極總成之最大高度。即，在圖2A中展示之實施例中，最大高度HEA簡單地為電 極總成之高度。雖然在圖3H中展示之實施例中未特別描繪，但若電極總成在橫跨縱向方向及橫向方向之一或多者之點處具有不同高度，則電極總成之最大高度HEA將理解為對應於如自電極總成在垂直方向上最高之處的兩個相對點量測之電極總成之高度，而不是如自電極總成較短之處的相對點量測之一高度，如針對最大寬度WEA及最大長度LEA類似地描述。電極總成106之最大長度LEA、最大寬度WEA及最大高度HEA可取決於能量儲存裝置100及其預期用途而變化。例如，在一項實施例中，電極總成106可包含習知二次電池尺寸所典型之最大長度LEA、最大寬度WEA及最大高度HEA。舉進一步實例而言，在一項實施例中，電極總成106可包含薄膜電池尺寸所典型之最大長度LEA、最大寬度WEA及最大高度HEA。
在一些實施例中，尺寸LEA、WEA及HEA經選擇以提供具有長於沿著垂直軸(Z軸)之最大高度HEA之沿著橫向軸(X軸)之一最大長度LEA及/或沿著縱向軸(Y軸)之一最大寬度WEA之一電極總成106。例如，在圖2A中展示之實施例中，尺寸LEA、WEA及HEA經選擇以提供具有沿著與電極結構堆疊方向D正交之橫向軸(X軸)以及沿著與電極結構堆疊方向D一致之縱向軸(Y軸)之最大尺寸之一電極總成106。即，最大長度LEA及/或最大寬度WEA可大於最大高度HEA。例如，在一項實施例中，最大長度LEA對最大高度HEA之一比率可為至少2：1。舉進一步實例而言，在一項實施例中，最大長度LEA對最大高度HEA之一比率可為至少5：1。舉進一步實例而言，在一項實施例中，最大長度LEA對最大高度HEA之比率可為至少10：1。舉進一步實例而言，在一項實施例中，最大長度LEA對最大高度HEA之比率可為至少15：1。舉進一步實例而言，在一項實施例中，最大長度LEA對最大高度HEA之比率可為至少20：1。不同尺寸之比率可允許一能量儲存裝置內之最 佳構形以最大化活性材料量，藉此增大能量密度。
在一些實施例中，最大寬度WEA可經選擇以提供大於最大高度HEA之電極總成106之一寬度。例如，在一項實施例中，最大寬度WEA對最大高度HEA之一比率可為至少2：1。舉進一步實例而言，在一項實施例中，最大寬度WEA對最大高度HEA之比率可為至少5：1。舉進一步實例而言，在一項實施例中，最大寬度WEA對最大高度HEA之比率可為至少10：1。舉進一步實例而言，在一項實施例中，最大寬度WEA對最大高度HEA之比率可為至少15：1。舉進一步實例而言，在一項實施例中，最大寬度WEA對最大高度HEA之比率可為至少20：1。
根據一項實施例，最大寬度WEA對最大長度LEA之一比率可經選擇以在提供一最佳構形之一預定範圍內。例如，在一項實施例中，最大寬度WEA對最大長度LEA之一比率可在自1：5至5：1之範圍中。舉進一步實例而言，在一項實施例中，最大寬度WEA對最大長度LEA之一比率可在自1：3至3：1之範圍中。藉由又一進一步實例，在一項實施例中，最大寬度WEA對最大長度LEA之一比率可在自1：2至2：1之範圍中。
在如在圖2A中展示之實施例中，電極總成106具有第一縱向端表面116及沿著縱向軸AEA自第一縱向端表面116分離之相對第二縱向端表面118。電極總成106進一步包括一側向表面142，其至少部分環繞縱向軸AEA且連接第一縱向端表面116與第二縱向端表面118。在一項實施例中，最大寬度WEA係如自第一縱向端表面116至第二縱向端表面118量測之沿著縱向軸AEA之尺寸。類似地，最大長度LEA可以側向表面142為界，且在一項實施例中，最大長度LEA可為如沿著正交於縱向軸之橫向軸自側向表面142之相對第一區144及第二區146量測之尺寸。在一項實施例中，最大高 度HEA可以側向表面142為界且可沿著正交於縱向軸之垂直軸自側向表面142之相對第一區148及第二區150量測。
出於簡明目的，在圖2A中展示之實施例中繪示僅四個電極結構110及四個反電極結構112。例如，電極結構群110及反電極結構群112之部件之交替序列可分別取決於能量儲存裝置100及其預期用途而包含用於各群之任何數目個部件，且電極結構群110及反電極結構群112之部件之交替序列可相互交錯，例如，如在圖2A中展示。舉進一步實例而言，在一項實施例中，電極結構群110之各部件可駐留在該反電極結構群112之兩個部件之間，惟在交替序列沿著堆疊方向D終止時例外。舉進一步實例而言，在一項實施例中，反電極結構群112之各部件可駐留在電極結構群110之兩個部件之間，惟在交替序列沿著堆疊方向D終止時例外。舉進一步實例而言，在一項實施例中，且更一般陳述，電極結構群110及反電極結構群112各具有N個部件，N-1個電極結構部件110之各者在兩個反電極結構部件112之間，N-1個反電極結構部件112之各者在兩個電極結構部件110之間，且N係至少2。舉進一步實例而言，在一項實施例中，N係至少4。舉進一步實例而言，在一項實施例中，N係至少5。舉進一步實例而言，在一項實施例中，N係至少10。舉進一步實例而言，在一項實施例中，N係至少25。舉進一步實例而言，在一項實施例中，N係至少50。舉進一步實例而言，在一項實施例中，N係至少100或更多。在一項實施例中，電極群及/或反電極群之部件自一虛構背面(例如，與電極總成之一表面實質上一致之一平面)充分延伸以具有大於背面中之部件之幾何佔用面積(即，投影)之兩倍之一表面積(忽略孔隙率)。在某些實施例中，一非層狀(即，三維)電極結構及/或反電極結構之表面積對其在虛構背面中之幾何 佔用面積之比率可為至少約5、至少約10、至少約50、至少約100或甚至至少約500。然而，一般言之，該比率將在約2與約1000之間。在一項此類實施例中，電極群之部件本質上係非層狀的。舉進一步實例而言，在一項此類實施例中，反電極群之部件本質上係非層狀的。舉進一步實例而言，在一項此類實施例中，電極群之部件及反電極群之部件本質上係非層狀的。
根據一項實施例，電極總成106具有縱向端117、119，電極總成106終止於該等處。根據一項實施例，電極總成106中之電極結構110及反電極結構112之交替序列分別沿著縱向方向依一對稱方式終止，諸如電極結構110在縱向方向上處於電極總成106之各端部117、119處或反電極結構112在縱向方向上處於電極總成106之各端部117、119處。在另一實施例中，電極結構110及反電極結構112之交替序列可沿著縱向方向依一非對稱方式終止，諸如一電極結構110在縱向軸AEA之一個端部117處且一反電極結構112在縱向軸AEA之另一端部119處。根據又另一實施例，電極總成106可終止於電極總成106之一或多個端部117、119處之一電極結構110及/或反電極結構112之一或多者之一子結構。舉實例而言，根據一項實施例，電極結構110及反電極結構112之交替序列可終止於電極結構110及反電極結構112之一或多個子結構處，包含一電極骨幹134、反電極骨幹141、電極電流收集器136、反電極電流收集器140、電極活性材料層132、反電極活性材料層138及類似物，且亦可終止於諸如分離器130之一結構，且電極總成106之各縱向端117、119處之結構可相同(對稱)或不同(非對稱)。電極總成106之縱向終端117、119可包括第一縱向端表面116及第二縱向端表面118，其等由第一初級生長拘束件154及第二初級生長 拘束件156接觸以拘束電極總成106之整體生長。
根據又另一實施例，電極總成106具有可接觸一或多個電極突片190及/或反電極突片192(例如，見圖20)之第一橫向端145及第二橫向端147(例如，見圖2A)，電極突片190及/或反電極突片192可用於將電極結構110及/或反電極結構112電連接至一負載及/或一電壓供應器(未展示)。例如，電極總成106可包括一電極匯流排194(例如，見圖2A)，其可連接至各電極結構110且匯集來自電極結構群110之各部件的電流。類似地，電極總成106可包括一反電極匯流排196，其可連接至各反電極結構112且匯集來自反電極結構群112之各部件的電流。電極匯流排194及/或反電極匯流排196各具有在方向D上量測且實質上延伸電極結構110、112之相互交錯系列之整個長度之一長度。在圖20中繪示之實施例中，電極突片190及/或反電極突片192包含電極突片延伸部191、193，其等與電極匯流排194及/或反電極匯流排196電連接且實質上延伸電極匯流排194及/或反電極匯流排196之整個長度。替代性地，電極突片190及/或反電極突片192可直接連接至電極匯流排194及/或反電極匯流排196(例如，沿著匯流排194、196之長度之一端部或中間位置)，而無需突片延伸部191、193。因此，在一項實施例中，電極匯流排194及/或反電極匯流排196可在橫向方向上形成電極總成106之終端145、147之至少一部分，且將電極總成連接至突片190、192以用於電連接至一負載及/或電壓供應器(未展示)。此外，在又另一實施例中，電極總成106包括沿著垂直(Z)軸安置之第一終端149及第二終端153。例如，根據一項實施例，各電極結構110及/或反電極結構112具備分離器材料之一頂塗層及底塗層，如在圖2A中展示，其中該等塗層在垂直方向上形成電極總成106之終端149、153。可由分離器材料塗層 形成之終端149、153可包括沿著垂直軸之側向表面142之第一表面區148及第二表面區150，其等可經放置以與第一次級生長拘束件158及第二次級生長拘束件160接觸以拘束垂直方向上之生長。
一般言之，電極總成106可包括縱向端表面116、118，其等係平面、共面或非平面的。例如，在一項實施例中，相對縱向端表面116、118可為凸狀的。舉進一步實例而言，在一項實施例中，相對縱向端表面116、118可為凹狀的。舉進一步實例而言，在一項實施例中，相對縱向端表面116、118係實質上平面的。在某些實施例中，電極總成106可包含在投影至一平面上時具有任何範圍之二維形狀之相對縱向端表面116、118。例如，縱向端表面116、118可獨立具有一平滑彎曲形狀(例如，圓形、橢圓形、雙曲線或拋物線)，其等可獨立包含一系列線及頂點(例如，多邊形)，或其等可獨立包含一平滑彎曲形狀且包含一或多個線及頂點。類似地，電極總成106之側向表面142可為一平滑彎曲形狀(例如，電極總成106可具有一圓形、橢圓形、雙曲線或拋物線橫截面形狀)或側向表面142可包含在頂點處連接之兩個或兩個以上線(例如，電極總成106可具有一多邊形橫截面)。例如，在一項實施例中，電極總成106具有一圓柱形、橢圓圓柱形、拋物線圓柱形或雙曲線圓柱形形狀。舉進一步實例而言，在一項此類實施例中，電極總成106可具有一稜柱形狀，其具有具相同大小及形狀之相對縱向端表面116、118及平行四邊形形狀之一側向表面142(即，延伸在相對縱向端表面116與118之間的面)。舉進一步實例而言，在一項此類實施例中，電極總成106具有對應於三稜柱之一形狀，電極總成106具有兩個相對三角形縱向端表面116及118及由延伸在兩個縱向端之間的三個平行四邊形(例如，矩形)構成之一側向表面142。舉進一步實例而 言，在一項此類實施例中，電極總成106具有對應於一矩形稜柱之一形狀，電極總成106具有兩個相對矩形縱向端表面116及118及包括四個平行四邊形(例如，矩形)面之一側向表面142。舉進一步實例而言，在一項此類實施例中，電極總成106具有對應於五角稜柱、六角稜柱等等之一形狀，其中電極總成106分別具有五邊形、六邊形等等之兩個相對縱向端表面116及118及分別包括五個、六個等等之平行四邊形(例如，矩形)面之一側向表面142。
現在參考圖3A至圖3H，針對電極總成106示意性地繪示若干例示性幾何形狀。更特定言之，在圖3A中，電極總成106具有三稜柱形狀，其中相對第一縱向端表面116及第二縱向端表面118沿著縱向軸AEA分離，且一側向表面142包含圍繞縱向軸AEA之連接縱向端表面116、118之三個矩形面。在圖3B中，電極總成106具有一平行六面體形狀，其中相對第一平行四邊形縱向端表面116及第二平行四邊形縱向端表面118沿著縱向軸AEA分離，且一側向表面142包含連接兩個縱向端表面116、118且環繞縱向軸AEA之四個平行四邊形面。在圖3C中，電極總成106具有一矩形稜柱形狀，其中相對第一矩形縱向端表面116及第二矩形縱向端表面118沿著縱向軸AEA分離，且一側向表面142包含連接兩個縱向端表面116、118且環繞縱向軸AEA之四個矩形面。在圖3D中，電極總成106具有五角稜柱形狀，其中相對第一五邊形縱向端表面116及第二五邊形縱向端表面118沿著縱向軸AEA分離，且一側向表面142包含連接兩個縱向端表面116、118且環繞縱向軸AEA之五個矩形面。在圖3E中，電極總成106具有六角稜柱形狀，其中相對第一六邊形縱向端表面116及第二六邊形縱向端表面118沿著縱向軸AEA分離，且一側向表面142包含連接兩個縱向端表面116、 118且環繞縱向軸AEA之六個矩形面。在圖3E中，電極總成具有一方形截頭稜錐體形狀，其中相對第一方形端表面116及第二方形端表面118沿著縱向軸AEA分離，且一側向表面142包含連接兩個縱向端表面116、118且環繞縱向軸AEA之四個梯形面，其中梯形面沿著縱向軸自第一表面116處之一較大尺寸漸縮尺寸至第二表面118處之一較小尺寸，且第二表面之大小小於第一表面之大小。在圖3F中，電極總成具有五邊形截頭稜錐體形狀，其中相對第一方形端表面116及第二方形端表面118沿著縱向軸AEA分離，且一側向表面142包含連接兩個縱向端表面116、118且環繞縱向軸AEA之五個梯形面，其中梯形面沿著縱向軸自第一表面116處之一較大尺寸漸縮尺寸至第二表面118處之一較小尺寸，且第二表面之大小小於第一表面之大小。在圖3H中，憑藉具有自在縱向軸上朝向電極總成106中間之一第一長度減小至電極總成106之縱向端117、119處之第二長度之長度之電極結構110及反電極結構112，電極總成106在縱向方向上具有一錐體形狀。
電極拘束件
在一項實施例中，提供一組電極拘束件108，其約束電極總成106之整體宏觀生長，例如，如在圖1中繪示。該組電極拘束件108可能夠沿著一或多個尺寸約束電極總成106之生長，以諸如減少電極總成106之潤脹及變形，且藉此改良具有該組電極拘束件108之一能量儲存裝置100之可靠性及循環壽命。如在上文論述，未受限於任何特定理論，據信，在一二次電池102之充電及/或放電期間在電極結構110與反電極結構112之間行進之載體離子可變得插入至電極活性材料中，從而導致電極活性材料及/或電極結構110膨脹。電極結構110之此膨脹可導致電極及/或電極總成106變 形及潤脹，藉此損及電極總成106之結構完整性及/或增大電短路或其他故障之可能性。在一個實例中，電極活性材料層132在一能量儲存裝置100之循環期間之過度潤脹及/或膨脹及收縮可導致電極活性材料之碎片自電極活性材料層132脫離及/或脫層，藉此損及能量儲存裝置100之有效性及循環壽命。在又另一實例中，電極活性材料層132之過度潤脹及/或膨脹及收縮可導致電極活性材料破壞電絕緣微孔分離器130，藉此導致電極總成106之電短路及其他故障。因此，該組電極拘束件108抑制原本可在充電狀態與放電狀態之間循環時發生之此潤脹或生長以改良能量儲存裝置100之可靠性、有效性及/或循環壽命。
根據一項實施例，該組電極拘束件108包括一初級生長拘束系統151以約束沿著電極總成106之縱向軸(例如，圖1中之Y軸)之生長及/或潤脹。在另一實施例中，該組電極拘束件108可包含一次級生長拘束系統152，其約束沿著垂直軸(例如，圖1中之Z軸)之生長。在又另一實施例中，該組電極拘束件108可包含一三級生長拘束系統155，其約束沿著橫向軸(例如，圖4C中之X軸)之生長。在一項實施例中，該組電極拘束件108分別包括初級生長拘束系統151及次級生長拘束系統152及甚至三級生長拘束系統155，其等協作操作以同時約束一或多個方向(諸如沿著縱向軸及垂直軸(例如，Y軸及Z軸)且甚至同時沿著所有縱向軸、垂直軸及橫向軸(例如，Y軸、Z軸及X軸))上之生長。例如，初級生長拘束系統151可約束原本可在充電狀態與放電狀態之間循環之期間沿著電極總成106之堆疊方向D發生之生長，而次級生長拘束系統152可約束可沿著垂直軸發生之潤脹及生長以防止電極總成106在垂直方向上之屈曲或其他變形。舉進一步實例而言，在一項實施例中，次級生長拘束系統152可減少原本將由初級生長拘 束系統151對生長施加之約束而加劇之沿著垂直軸之潤脹及/或膨脹。三級生長拘束系統155亦可視情況減少可在循環程序期間發生之沿著橫向軸之潤脹及/或膨脹。即，根據一項實施例，初級生長拘束系統151及次級生長拘束系統152及視情況三級生長拘束系統155分別可共同操作以協作約束電極總成106之多維生長。
參考圖4A至圖4B，展示一組電極拘束件108之一實施例，其具有用於一電極總成106之一初級生長拘束系統151及一次級生長拘束系統152。圖4A展示沿著縱向軸(Y軸)截取之圖1中之電極總成106之一橫截面，使得根據垂直軸(Z軸)及縱向軸(Y軸)繪示所得2D橫截面。圖4B展示沿著橫向軸(X軸)截取之圖1中之電極總成106之一橫截面，使得根據垂直軸(Z軸)及橫向軸(X軸)繪示所得2D橫截面。如在圖4A中展示，初級生長拘束系統151大體上可包括沿著縱向方向(Y軸)彼此分離之第一初級生長拘束件154及第二初級生長拘束件156。例如，在一項實施例中，第一初級生長拘束件154及第二初級生長拘束件156包括至少部分或甚至完全覆蓋電極總成106之一第一縱向端表面116之一第一初級生長拘束件154及至少部分或甚至完全覆蓋電極總成106之一第二縱向端表面118之一第二初級生長拘束件156。在又另一版本中，諸如在第一初級生長拘束件154及第二初級生長拘束件156之一或多者包括電極總成106之一內部結構時，初級生長拘束件之一或多者可在電極總成106之一縱向端117、119內部。初級生長拘束系統151可進一步包括至少一個初級連接部件162，其連接第一初級生長拘束件154與第二初級生長拘束件156且可具有平行於縱向方向之一主軸。例如，初級生長拘束系統151可包括第一初級連接部件162及第二初級連接部件164，其等沿著正交於縱向軸之一軸彼此分離，諸如沿著如在 實施例中描繪之垂直軸(Z軸)彼此分離。第一初級連接部件162及第二初級連接部件164可用於使第一初級生長拘束件154及第二初級生長拘束件156彼此連接且使第一初級生長拘束件154及第二初級生長拘束件156維持彼此拉緊，以便約束沿著電極總成106之縱向軸之生長。
根據一項實施例，包含初級生長拘束系統151之該組電極拘束件108可能夠約束電極總成106在縱向方向(即，電極堆疊方向D)上之生長，使得電極總成在縱向方向上之費雷特直徑在二次電池在充電狀態與放電狀態之間的20個連續循環內之任何增大小於20%。舉進一步實例而言，在一項實施例中，初級生長拘束系統151可能夠約束電極總成106在縱向方向上之生長，使得電極總成在縱向方向上之費雷特直徑在二次電池之30個連續循環內之任何增大小於20%。舉進一步實例而言，在一項實施例中，初級生長拘束系統151可能夠約束電極總成106在縱向方向上之生長，使得電極總成在縱向方向上之費雷特直徑在二次電池之50個連續循環內之任何增大小於20%。舉進一步實例而言，在一項實施例中，初級生長拘束系統151可能夠約束電極總成106在縱向方向上之生長，使得電極總成在縱向方向上之費雷特直徑在二次電池之80個連續循環內之任何增大小於20%。舉進一步實例而言，在一項實施例中，初級生長拘束系統151可能夠約束電極總成106在縱向方向上之生長，使得電極總成在縱向方向上之費雷特直徑在二次電池之100個連續循環內之任何增大小於20%。舉進一步實例而言，在一項實施例中，初級生長拘束系統151可能夠約束電極總成106在縱向方向上之生長，使得電極總成在縱向方向上之費雷特直徑在二次電池之200個連續循環內之任何增大小於20%。舉進一步實例而言，在一項實施例中，初級生長拘束系統151可能夠約束電極總成106在縱向方向上之 生長，使得電極總成在縱向方向上之費雷特直徑在二次電池之300個連續循環內之任何增大小於20%。舉進一步實例而言，在一項實施例中，初級生長拘束系統151可能夠約束電極總成106在縱向方向上之生長，使得電極總成在縱向方向上之費雷特直徑在二次電池之500個連續循環內之任何增大小於20%。舉進一步實例而言，在一項實施例中，初級生長拘束系統151可能夠約束電極總成106在縱向方向上之生長，使得電極總成在縱向方向上之費雷特直徑在二次電池之800個連續循環內之任何增大小於20%。舉進一步實例而言，在一項實施例中，初級生長拘束系統151可能夠約束電極總成106在縱向方向上之生長，使得電極總成在縱向方向上之費雷特直徑在二次電池之1000個連續循環內之任何增大小於20%。舉進一步實例而言，在一項實施例中，初級生長拘束系統151可能夠約束電極總成106在縱向方向上之生長，使得電極總成在縱向方向上之費雷特直徑在二次電池之2000個連續循環內之任何增大小於20%。舉進一步實例而言，在一項實施例中，初級生長拘束系統151可能夠約束電極總成106在縱向方向上之生長，使得電極總成在縱向方向上之費雷特直徑在二次電池之3000個連續循環內之任何增大小於20%。舉進一步實例而言，在一項實施例中，初級生長拘束系統151可能夠約束電極總成106在縱向方向上之生長，使得電極總成在縱向方向上之費雷特直徑在二次電池之5000個連續循環內之任何增大小於20%。舉進一步實例而言，在一項實施例中，初級生長拘束系統151可能夠約束電極總成106在縱向方向上之生長，使得電極總成在縱向方向上之費雷特直徑在二次電池之8000個連續循環內之任何增大小於20%。舉進一步實例而言，在一項實施例中，初級生長拘束系統151可能夠約束電極總成106在縱向方向上之生長，使得電極總成在縱 向方向上之費雷特直徑在二次電池之10,000個連續循環內之任何增大小於20%。
在又另一實施例中，包含初級生長拘束系統151之該組電極拘束件108可能夠約束電極總成106在縱向方向上之生長，使得電極總成在縱向方向上之費雷特直徑在二次電池之10個連續循環內之任何增大小於10%。舉進一步實例而言，在一項實施例中，初級生長拘束系統151可能夠約束電極總成106在縱向方向上之生長，使得電極總成在縱向方向上之費雷特直徑在二次電池之20個連續循環內之任何增大小於10%。舉進一步實例而言，在一項實施例中，初級生長拘束系統151可能夠約束電極總成106在縱向方向上之生長，使得電極總成在縱向方向上之費雷特直徑在二次電池之30個連續循環內之任何增大小於10%。舉進一步實例而言，在一項實施例中，初級生長拘束系統151可能夠約束電極總成106在縱向方向上之生長，使得電極總成在縱向方向上之費雷特直徑在二次電池之50個連續循環內之任何增大小於10%。舉進一步實例而言，在一項實施例中，初級生長拘束系統151可能夠約束電極總成106在縱向方向上之生長，使得電極總成在縱向方向上之費雷特直徑在二次電池之80個連續循環內之任何增大小於10%。舉進一步實例而言，在一項實施例中，初級生長拘束系統151可能夠約束電極總成106在縱向方向上之生長，使得電極總成在縱向方向上之費雷特直徑在二次電池之100個連續循環內之任何增大小於10%。舉進一步實例而言，在一項實施例中，初級生長拘束系統151可能夠約束電極總成106在縱向方向上之生長，使得電極總成在縱向方向上之費雷特直徑在二次電池之200個連續循環內之任何增大小於10%。舉進一步實例而言，在一項實施例中，初級生長拘束系統151可能夠約束電極總成106在 縱向方向上之生長，使得電極總成在縱向方向上之費雷特直徑在二次電池之300個連續循環內之任何增大小於10%。舉進一步實例而言，在一項實施例中，初級生長拘束系統151可能夠約束電極總成106在縱向方向上之生長，使得電極總成在縱向方向上之費雷特直徑在二次電池之500個連續循環內之任何增大小於10%。舉進一步實例而言，在一項實施例中，初級生長拘束系統151可能夠約束電極總成106在縱向方向上之生長，使得電極總成在縱向方向上之費雷特直徑在二次電池在充電狀態與放電狀態之間的800個連續循環內之任何增大小於10%。舉進一步實例而言，在一項實施例中，初級生長拘束系統151可能夠約束電極總成106在縱向方向上之生長，使得電極總成在縱向方向上之費雷特直徑在二次電池之1000個連續循環內之任何增大小於10%。舉進一步實例而言，在一項實施例中，初級生長拘束系統151可能夠約束電極總成106在縱向方向上之生長，使得電極總成在縱向方向上之費雷特直徑在二次電池之2000個連續循環內之任何增大小於10%。舉進一步實例而言，在一項實施例中，初級生長拘束系統151可能夠約束電極總成106在縱向方向上之生長，使得電極總成在縱向方向上之費雷特直徑在二次電池之3000個連續循環內之任何增大小於10%。舉進一步實例而言，在一項實施例中，初級生長拘束系統151可能夠約束電極總成106在縱向方向上之生長，使得電極總成在縱向方向上之費雷特直徑在二次電池之5000個連續循環內之任何增大小於10%。舉進一步實例而言，在一項實施例中，初級生長拘束系統151可能夠約束電極總成106在縱向方向上之生長，使得電極總成在縱向方向上之費雷特直徑在二次電池之8000個連續循環內之任何增大小於10%。舉進一步實例而言，在一項實施例中，初級生長拘束系統151可能夠約束電極總成106在 縱向方向上之生長，使得電極總成在縱向方向上之費雷特直徑在二次電池之10,000個連續循環內之任何增大小於10%。
在又另一實施例中，包含初級生長拘束系統151之該組電極拘束件108可能夠約束電極總成106在縱向方向上之生長，使得電極總成在縱向方向上之費雷特直徑在二次電池之5個連續循環內之任何增大小於5%。舉進一步實例而言，在一項實施例中，初級生長拘束系統151可能夠約束電極總成106在縱向方向上之生長，使得電極總成在縱向方向上之費雷特直徑在二次電池之10個連續循環內之任何增大小於5%。舉進一步實例而言，在一項實施例中，初級生長拘束系統151可能夠約束電極總成106在縱向方向上之生長，使得電極總成在縱向方向上之費雷特直徑在二次電池之20個連續循環內之任何增大小於5%。舉進一步實例而言，在一項實施例中，初級生長拘束系統151可能夠約束電極總成106在縱向方向上之生長，使得電極總成在縱向方向上之費雷特直徑在二次電池之30個連續循環內之任何增大小於5%。舉進一步實例而言，在一項實施例中，初級生長拘束系統151可能夠約束電極總成106在縱向方向上之生長，使得電極總成在縱向方向上之費雷特直徑在二次電池之50個連續循環內之任何增大小於5%。舉進一步實例而言，在一項實施例中，初級生長拘束系統151可能夠約束電極總成106在縱向方向上之生長，使得電極總成在縱向方向上之費雷特直徑在二次電池之80個連續循環內之任何增大小於5%。舉進一步實例而言，在一項實施例中，初級生長拘束系統151可能夠約束電極總成106在縱向方向上之生長，使得電極總成在縱向方向上之費雷特直徑在二次電池之100個連續循環內之任何增大小於5%。舉進一步實例而言，在一項實施例中，初級生長拘束系統151可能夠約束電極總成106在縱向方向 上之生長，使得電極總成在縱向方向上之費雷特直徑在二次電池之200個連續循環內之任何增大小於5%。舉進一步實例而言，在一項實施例中，初級生長拘束系統151可能夠約束電極總成106在縱向方向上之生長，使得電極總成在縱向方向上之費雷特直徑在二次電池之300個連續循環內之任何增大小於5%。舉進一步實例而言，在一項實施例中，初級生長拘束系統151可能夠約束電極總成106在縱向方向上之生長，使得電極總成在縱向方向上之費雷特直徑在二次電池之500個連續循環內之任何增大小於5%。舉進一步實例而言，在一項實施例中，初級生長拘束系統151可能夠約束電極總成106在縱向方向上之生長，使得電極總成在縱向方向上之費雷特直徑在二次電池之800個連續循環內之任何增大小於5%。舉進一步實例而言，在一項實施例中，初級生長拘束系統151可能夠約束電極總成106在縱向方向上之生長，使得電極總成在縱向方向上之費雷特直徑在二次電池在充電狀態與放電狀態之間的1000個連續循環內之任何增大小於5%。舉進一步實例而言，在一項實施例中，初級生長拘束系統151可能夠約束電極總成106在縱向方向上之生長，使得電極總成在縱向方向上之費雷特直徑在二次電池在充電狀態與放電狀態之間的2000個連續循環內之任何增大小於5%。舉進一步實例而言，在一項實施例中，初級生長拘束系統151可能夠約束電極總成106在縱向方向上之生長，使得電極總成在縱向方向上之費雷特直徑在二次電池之3000個連續循環內之任何增大小於5%。舉進一步實例而言，在一項實施例中，初級生長拘束系統151可能夠約束電極總成106在縱向方向上之生長，使得電極總成在縱向方向上之費雷特直徑在二次電池之5000個連續循環內之任何增大小於5%。舉進一步實例而言，在一項實施例中，初級生長拘束系統151可能夠約束電極總 成106在縱向方向上之生長，使得電極總成在縱向方向上之費雷特直徑在二次電池之8000個連續循環內之任何增大小於5%。舉進一步實例而言，在一項實施例中，初級生長拘束系統151可能夠約束電極總成106在縱向方向上之生長，使得電極總成在縱向方向上之費雷特直徑在二次電池之10,000個連續循環內之任何增大小於5%。
在又另一實施例中，包含初級生長拘束系統151之該組電極拘束件108可能夠約束電極總成106在縱向方向上之生長，使得電極總成在縱向方向上之費雷特直徑在二次電池之每一循環內之任何增大小於1%。舉進一步實例而言，在一項實施例中，初級生長拘束系統151可能夠約束電極總成106在縱向方向上之生長，使得電極總成在縱向方向上之費雷特直徑在二次電池之5個連續循環內之任何增大小於1%。舉進一步實例而言，在一項實施例中，初級生長拘束系統151可能夠約束電極總成106在縱向方向上之生長，使得電極總成在縱向方向上之費雷特直徑在二次電池之10個連續循環內之任何增大小於1%。舉進一步實例而言，在一項實施例中，初級生長拘束系統151可能夠約束電極總成106在縱向方向上之生長，使得電極總成在縱向方向上之費雷特直徑在二次電池之20個連續循環內之任何增大小於1%。舉進一步實例而言，在一項實施例中，初級生長拘束系統151可能夠約束電極總成106在縱向方向上之生長，使得電極總成在縱向方向上之費雷特直徑在二次電池之30個連續循環內之任何增大小於1%。舉進一步實例而言，在一項實施例中，初級生長拘束系統151可能夠約束電極總成106在縱向方向上之生長，使得電極總成在縱向方向上之費雷特直徑在二次電池之50個連續循環內之任何增大小於1%。舉進一步實例而言，在一項實施例中，初級生長拘束系統151可能夠約束電極總成 106在縱向方向上之生長，使得電極總成在縱向方向上之費雷特直徑在二次電池之80個連續循環內之任何增大小於1%。舉進一步實例而言，在一項實施例中，初級生長拘束系統151可能夠約束電極總成106在縱向方向上之生長，使得電極總成在縱向方向上之費雷特直徑在二次電池之100個連續循環內之任何增大小於1%。舉進一步實例而言，在一項實施例中，初級生長拘束系統151可能夠約束電極總成106在縱向方向上之生長，使得電極總成在縱向方向上之費雷特直徑在二次電池之200個連續循環內之任何增大小於1%。舉進一步實例而言，在一項實施例中，初級生長拘束系統151可能夠約束電極總成106在縱向方向上之生長，使得電極總成在縱向方向上之費雷特直徑在二次電池之300個連續循環內之任何增大小於1%。舉進一步實例而言，在一項實施例中，初級生長拘束系統151可能夠約束電極總成106在縱向方向上之生長，使得電極總成在縱向方向上之費雷特直徑在二次電池之500個連續循環內之任何增大小於1%。舉進一步實例而言，在一項實施例中，初級生長拘束系統151可能夠約束電極總成106在縱向方向上之生長，使得電極總成在縱向方向上之費雷特直徑在二次電池之800個連續循環內之任何增大小於1%。舉進一步實例而言，在一項實施例中，初級生長拘束系統151可能夠約束電極總成106在縱向方向上之生長，使得電極總成在縱向方向上之費雷特直徑在二次電池之1000個連續循環內之任何增大小於1%。舉進一步實例而言，在一項實施例中，初級生長拘束系統151可能夠約束電極總成106在縱向方向上之生長，使得電極總成在縱向方向上之費雷特直徑在二次電池之2000個連續循環內之任何增大小於1%。舉進一步實例而言，在一項實施例中，初級生長拘束系統151可能夠約束電極總成106在縱向方向上之生長，使得電 極總成在縱向方向上之費雷特直徑在二次電池之3000個連續循環內之任何增大小於1%。舉進一步實例而言，在一項實施例中，初級生長拘束系統151可能夠約束電極總成106在縱向方向上之生長，使得電極總成在縱向方向上之費雷特直徑在二次電池在充電狀態與放電狀態之間的5000個連續循環內之任何增大小於1%。舉進一步實例而言，在一項實施例中，初級生長拘束系統151可能夠約束電極總成106在縱向方向上之生長，使得電極總成在縱向方向上之費雷特直徑在二次電池之8000個連續循環內之任何增大小於1%。舉進一步實例而言，在一項實施例中，初級生長拘束系統151可能夠約束電極總成106在縱向方向上之生長，使得電極總成在縱向方向上之費雷特直徑在二次電池之10,000個連續循環內之任何增大小於1%。
充電狀態意謂將二次電池102充電至其額定容量之至少75%，諸如其額定容量之至少80%，且甚至其額定容量之至少90%，諸如其額定容量之95%，且甚至其額定容量之100%。放電狀態意謂將二次電池放電至小於其額定容量之25%，諸如小於其額定容量之20%，且甚至小於10%，諸如小於5%，且甚至其額定容量之0%。此外，應注意，二次電池102之實際容量可隨著時間及電池已經歷之循環數目而變化。即，雖然二次電池102最初可展現接近於其額定容量之一實際經量測容量，但電池之實際容量將隨著時間而減小，其中二次電池102在如自一充電狀態至一放電狀態過程中量測之實際容量下降至低於額定容量之80%時被視為壽命結束。
在圖4A及圖4B中進一步展示，該組電極拘束件108可進一步包括次級生長拘束系統152，其大體上可包括第一次級生長拘束件158及第二次級生長拘束件160，其等沿著正交於縱向方向之一第二方向彼此分離，諸 如沿著如展示之實施例中之垂直軸(Z軸)彼此分離。例如，在一項實施例中，第一次級生長拘束件158至少部分延伸橫跨電極總成106之側向表面142之一第一區148，且第二次級生長拘束件160至少部分延伸橫跨電極總成106之側向表面142之一第二區150，第二區150與第一區148相對。在又另一版本中，諸如在第一次級生長拘束件154及第二次級生長拘束件156之一或多者包括電極總成106之一內部結構時，次級生長拘束件之一或多者可在電極總成106之側向表面142內部。在一項實施例中，第一次級生長拘束件158及第二次級生長拘束件160由至少一個次級連接部件166連接，次級連接部件166可具有平行於第二方向(諸如垂直軸)之一主軸。次級連接部件166可用於連接第一次級生長拘束件158與第二次級生長拘束件160且使其等保持彼此拉緊，以便約束電極總成106沿著正交於縱向方向之一方向之生長，例如，諸如約束垂直方向上(例如，沿著Z軸)之生長。在圖4A中描繪之實施例中，至少一個次級連接部件166可對應於第一初級生長拘束件154及第二初級生長拘束件156之至少一者。然而，次級連接部件166不限於此，且可替代性地及/或另外包括其他結構及/或構形。
根據一項實施例，包含次級生長拘束系統152之該組拘束件可能夠約束電極總成106在正交於縱向方向之一第二方向(諸如垂直方向(Z軸))上之生長，使得電極總成在第二方向上之費雷特直徑在二次電池之20個連續循環內之任何增大小於20%。舉進一步實例而言，在一項實施例中，次級生長拘束系統152可能夠約束電極總成106在第二方向上之生長，使得電極總成在第二方向上之費雷特直徑在二次電池之30個連續循環內之任何增大小於20%。舉進一步實例而言，在一項實施例中，次級生長拘束系統152 可能夠約束電極總成106在第二方向上之生長，使得電極總成在第二方向上之費雷特直徑在二次電池之50個連續循環內之任何增大小於20%。舉進一步實例而言，在一項實施例中，次級生長拘束系統152可能夠約束電極總成106在第二方向上之生長，使得電極總成在第二方向上之費雷特直徑在二次電池之80個連續循環內之任何增大小於20%。舉進一步實例而言，在一項實施例中，次級生長拘束系統152可能夠約束電極總成106在第二方向上之生長，使得電極總成在第二方向上之費雷特直徑在二次電池之100個連續循環內之任何增大小於20%。舉進一步實例而言，在一項實施例中，次級生長拘束系統152可能夠約束電極總成106在第二方向上之生長，使得電極總成在第二方向上之費雷特直徑在二次電池之200個連續循環內之任何增大小於20%。舉進一步實例而言，在一項實施例中，次級生長拘束系統152可能夠約束電極總成106在第二方向上之生長，使得電極總成在第二方向上之費雷特直徑在二次電池之300個連續循環內之任何增大小於20%。舉進一步實例而言，在一項實施例中，次級生長拘束系統152可能夠約束電極總成106在第二方向上之生長，使得電極總成在第二方向上之費雷特直徑在二次電池之500個連續循環內之任何增大小於20%。舉進一步實例而言，在一項實施例中，次級生長拘束系統152可能夠約束電極總成106在第二方向上之生長，使得電極總成在第二方向上之費雷特直徑在二次電池之800個連續循環內之任何增大小於20%。舉進一步實例而言，在一項實施例中，次級生長拘束系統152可能夠約束電極總成106在第二方向上之生長，使得電極總成在第二方向上之費雷特直徑在二次電池之1000個連續循環內之任何增大小於20%。舉進一步實例而言，在一項實施例中，次級生長拘束系統152可能夠約束電極總成106在第二 方向上之生長，使得電極總成在第二方向上之費雷特直徑在二次電池之2000個連續循環內之任何增大小於20%。舉進一步實例而言，在一項實施例中，次級生長拘束系統152可能夠約束電極總成106在第二方向上之生長，使得電極總成在第二方向上之費雷特直徑在二次電池之3000個連續循環內之任何增大小於20%。舉進一步實例而言，在一項實施例中，次級生長拘束系統152可能夠約束電極總成106在第二方向上之生長，使得電極總成在第二方向上之費雷特直徑在二次電池之5000個連續循環內之任何增大小於20%。舉進一步實例而言，在一項實施例中，次級生長拘束系統152可能夠約束電極總成106在第二方向上之生長，使得電極總成在第二方向上之費雷特直徑在二次電池之8000個連續循環內之任何增大小於20%。舉進一步實例而言，在一項實施例中，次級生長拘束系統152可能夠約束電極總成106在第二方向上之生長，使得電極總成在第二方向上之費雷特直徑在二次電池在充電狀態與放電狀態之間的10,000個連續循環內之任何增大小於20%。
在實施例中，包含次級生長拘束系統152之該組拘束件可能夠約束電極總成106在第二方向上之生長，使得電極總成在第二方向上之費雷特直徑在二次電池在充電狀態與放電狀態之間的10個連續循環內之任何增大小於10%。舉進一步實例而言，在一項實施例中，次級生長拘束系統152可能夠約束電極總成106在第二方向上之生長，使得電極總成在第二方向上之費雷特直徑在二次電池之20個連續循環內之任何增大小於10%。舉進一步實例而言，在一項實施例中，次級生長拘束系統152可能夠約束電極總成106在第二方向上之生長，使得電極總成在第二方向上之費雷特直徑在二次電池之30個連續循環內之任何增大小於10%。舉進一步實例而言，在 一項實施例中，次級生長拘束系統152可能夠約束電極總成106在第二方向上之生長，使得電極總成在第二方向上之費雷特直徑在二次電池之50個連續循環內之任何增大小於10%。舉進一步實例而言，在一項實施例中，次級生長拘束系統152可能夠約束電極總成106在第二方向上之生長，使得電極總成在第二方向上之費雷特直徑在二次電池之80個連續循環內之任何增大小於10%。舉進一步實例而言，在一項實施例中，次級生長拘束系統152可能夠約束電極總成106在第二方向上之生長，使得電極總成在第二方向上之費雷特直徑在二次電池之100個連續循環內之任何增大小於10%。舉進一步實例而言，在一項實施例中，次級生長拘束系統152可能夠約束電極總成106在第二方向上之生長，使得電極總成在第二方向上之費雷特直徑在二次電池之200個連續循環內之任何增大小於10%。舉進一步實例而言，在一項實施例中，次級生長拘束系統152可能夠約束電極總成106在第二方向上之生長，使得電極總成在第二方向上之費雷特直徑在二次電池之300個連續循環內之任何增大小於10%。舉進一步實例而言，在一項實施例中，次級生長拘束系統152可能夠約束電極總成106在第二方向上之生長，使得電極總成在第二方向上之費雷特直徑在二次電池之500個連續循環內之任何增大小於10%。舉進一步實例而言，在一項實施例中，次級生長拘束系統152可能夠約束電極總成106在第二方向上之生長，使得電極總成在第二方向上之費雷特直徑在二次電池之800個連續循環內之任何增大小於10%。舉進一步實例而言，在一項實施例中，次級生長拘束系統152可能夠約束電極總成106在第二方向上之生長，使得電極總成在第二方向上之費雷特直徑在二次電池之1000個連續循環內之任何增大小於10%。舉進一步實例而言，在一項實施例中，次級生長拘束系統 152可能夠約束電極總成106在第二方向上之生長，使得電極總成在第二方向上之費雷特直徑在二次電池之2000個連續循環內之任何增大小於10%。舉進一步實例而言，在一項實施例中，次級生長拘束系統152可能夠約束電極總成106在第二方向上之生長，使得電極總成在第二方向上之費雷特直徑在二次電池之3000個連續循環內之任何增大小於10%。舉進一步實例而言，在一項實施例中，次級生長拘束系統152可能夠約束電極總成106在第二方向上之生長，使得電極總成在第二方向上之費雷特直徑在二次電池之5000個連續循環內之任何增大小於10%。舉進一步實例而言，在一項實施例中，次級生長拘束系統152可能夠約束電極總成106在第二方向上之生長，使得電極總成在第二方向上之費雷特直徑在二次電池之8000個連續循環內之任何增大小於10%。舉進一步實例而言，在一項實施例中，次級生長拘束系統152可能夠約束電極總成106在第二方向上之生長，使得電極總成在第二方向上之費雷特直徑在二次電池之10,000個連續循環內之任何增大小於10%。
在實施例中，包含次級生長拘束系統152之該組拘束件可能夠約束電極總成106在第二方向上之生長，使得電極總成在第二方向上之費雷特直徑在二次電池在充電狀態與放電狀態之間的5個連續循環內之任何增大小於5%。舉進一步實例而言，在一項實施例中，次級生長拘束系統152可能夠約束電極總成106在第二方向上之生長，使得電極總成在第二方向上之費雷特直徑在二次電池之10個連續循環內之任何增大小於5%。舉進一步實例而言，在一項實施例中，次級生長拘束系統152可能夠約束電極總成106在第二方向上之生長，使得電極總成在第二方向上之費雷特直徑在二次電池之20個連續循環內之任何增大小於5%。舉進一步實例而言，在一 項實施例中，次級生長拘束系統152可能夠約束電極總成106在第二方向上之生長，使得電極總成在第二方向上之費雷特直徑在二次電池之30個連續循環內之任何增大小於5%。舉進一步實例而言，在一項實施例中，次級生長拘束系統152可能夠約束電極總成106在第二方向上之生長，使得電極總成在第二方向上之費雷特直徑在二次電池之50個連續循環內之任何增大小於5%。舉進一步實例而言，在一項實施例中，次級生長拘束系統152可能夠約束電極總成106在第二方向上之生長，使得電極總成在第二方向上之費雷特直徑在二次電池之80個連續循環內之任何增大小於5%。舉進一步實例而言，在一項實施例中，次級生長拘束系統152可能夠約束電極總成106在第二方向上之生長，使得電極總成在第二方向上之費雷特直徑在二次電池之100個連續循環內之任何增大小於5%。舉進一步實例而言，在一項實施例中，次級生長拘束系統152可能夠約束電極總成106在第二方向上之生長，使得電極總成在第二方向上之費雷特直徑在二次電池之200個連續循環內之任何增大小於5%。舉進一步實例而言，在一項實施例中，次級生長拘束系統152可能夠約束電極總成106在第二方向上之生長，使得電極總成在第二方向上之費雷特直徑在二次電池之300個連續循環內之任何增大小於5%。舉進一步實例而言，在一項實施例中，次級生長拘束系統152可能夠約束電極總成106在第二方向上之生長，使得電極總成在第二方向上之費雷特直徑在二次電池之500個連續循環內之任何增大小於5%。舉進一步實例而言，在一項實施例中，次級生長拘束系統152可能夠約束電極總成106在第二方向上之生長，使得電極總成在第二方向上之費雷特直徑在二次電池之800個連續循環內之任何增大小於5%。舉進一步實例而言，在一項實施例中，次級生長拘束系統152可能夠約束電極 總成106在第二方向上之生長，使得電極總成在第二方向上之費雷特直徑在二次電池之1000個連續循環內之任何增大小於5%。舉進一步實例而言，在一項實施例中，次級生長拘束系統152可能夠約束電極總成106在第二方向上之生長，使得電極總成在第二方向上之費雷特直徑在二次電池之2000個連續循環內之任何增大小於5%。舉進一步實例而言，在一項實施例中，次級生長拘束系統152可能夠約束電極總成106在第二方向上之生長，使得電極總成在第二方向上之費雷特直徑在二次電池之3000個連續循環內之任何增大小於5%。舉進一步實例而言，在一項實施例中，次級生長拘束系統152可能夠約束電極總成106在第二方向上之生長，使得電極總成在第二方向上之費雷特直徑在二次電池之5000個連續循環內之任何增大小於5%。舉進一步實例而言，在一項實施例中，次級生長拘束系統152可能夠約束電極總成106在第二方向上之生長，使得電極總成在第二方向上之費雷特直徑在二次電池之8000個連續循環內之任何增大小於5%。舉進一步實例而言，在一項實施例中，次級生長拘束系統152可能夠約束電極總成106在第二方向上之生長，使得電極總成在第二方向上之費雷特直徑在二次電池之10,000個連續循環內之任何增大小於5%。
在實施例中，包含次級生長拘束系統152之該組拘束件可能夠約束電極總成106在第二方向上之生長，使得電極總成在第二方向上之費雷特直徑在二次電池之每一循環內之任何增大小於1%。舉進一步實例而言，在一項實施例中，次級生長拘束系統152可能夠約束電極總成106在第二方向上之生長，使得電極總成在第二方向上之費雷特直徑在二次電池之5個連續循環內之任何增大小於1%。舉進一步實例而言，在一項實施例中，次級生長拘束系統152可能夠約束電極總成106在第二方向上之生長，使 得電極總成在第二方向上之費雷特直徑在二次電池之10個連續循環內之任何增大小於1%。舉進一步實例而言，在一項實施例中，次級生長拘束系統152可能夠約束電極總成106在第二方向上之生長，使得電極總成在第二方向上之費雷特直徑在二次電池之20個連續循環內之任何增大小於1%。舉進一步實例而言，在一項實施例中，次級生長拘束系統152可能夠約束電極總成106在第二方向上之生長，使得電極總成在第二方向上之費雷特直徑在二次電池之30個連續循環內之任何增大小於1%。舉進一步實例而言，在一項實施例中，次級生長拘束系統152可能夠約束電極總成106在第二方向上之生長，使得電極總成在第二方向上之費雷特直徑在二次電池之50個連續循環內之任何增大小於1%。舉進一步實例而言，在一項實施例中，次級生長拘束系統152可能夠約束電極總成106在第二方向上之生長，使得電極總成在第二方向上之費雷特直徑在二次電池之80個連續循環內之任何增大小於1%。舉進一步實例而言，在一項實施例中，次級生長拘束系統152可能夠約束電極總成106在第二方向上之生長，使得電極總成在第二方向上之費雷特直徑在二次電池之100個連續循環內之任何增大小於1%。舉進一步實例而言，在一項實施例中，次級生長拘束系統152可能夠約束電極總成106在第二方向上之生長，使得電極總成在第二方向上之費雷特直徑在二次電池之200個連續循環內之任何增大小於1%。舉進一步實例而言，在一項實施例中，次級生長拘束系統152可能夠約束電極總成106在第二方向上之生長，使得電極總成在第二方向上之費雷特直徑在二次電池之300個連續循環內之任何增大小於1%。舉進一步實例而言，在一項實施例中，次級生長拘束系統152可能夠約束電極總成106在第二方向上之生長，使得電極總成在第二方向上之費雷特直徑在二 次電池之500個連續循環內之任何增大小於1%。舉進一步實例而言，在一項實施例中，次級生長拘束系統152可能夠約束電極總成106在第二方向上之生長，使得電極總成在第二方向上之費雷特直徑在二次電池之800個連續循環內之任何增大小於1%。舉進一步實例而言，在一項實施例中，次級生長拘束系統152可能夠約束電極總成106在第二方向上之生長，使得電極總成在第二方向上之費雷特直徑在二次電池之1000個連續循環內之任何增大小於1%。舉進一步實例而言，在一項實施例中，次級生長拘束系統152可能夠約束電極總成106在第二方向上之生長，使得電極總成在第二方向上之費雷特直徑在二次電池之2000個連續循環內之任何增大小於1%。舉進一步實例而言，在一項實施例中，次級生長拘束系統152可能夠約束電極總成106在第二方向上之生長，使得電極總成在第二方向上之費雷特直徑在二次電池在充電狀態與放電狀態之間的3000個連續循環內之任何增大小於1%。舉進一步實例而言，在一項實施例中，次級生長拘束系統152可能夠約束電極總成106在第二方向上之生長，使得電極總成在第二方向上之費雷特直徑在二次電池之5000個連續循環內之任何增大小於1%。舉進一步實例而言，在一項實施例中，次級生長拘束系統152可能夠約束電極總成106在第二方向上之生長，使得電極總成在第二方向上之費雷特直徑在二次電池之8000個連續循環內之任何增大小於1%。舉進一步實例而言，在一項實施例中，次級生長拘束系統152可能夠約束電極總成106在第二方向上之生長，使得電極總成在第二方向上之費雷特直徑在二次電池之10,000個連續循環內之任何增大小於1%。
圖4C展示一組電極拘束件108之一實施例，其進一步包含一三級生長拘束系統155以拘束電極總成在正交於縱向方向及第二方向之一第三方向 (諸如橫向方向(X)方向)上之生長。除初級生長拘束系統151及次級生長拘束系統152以外亦可提供三級生長拘束系統155以分別拘束電極總成106在三個尺寸上之整體生長，及/或三級生長拘束系統155可與初級生長拘束系統151或次級生長拘束系統152組合提供以分別拘束電極總成106在兩個尺寸上之整體生長。圖4C展示沿著橫向軸(X軸)截取之圖1中之電極總成106之一橫截面，使得根據垂直軸(Z軸)及橫向軸(X軸)繪示所得2D橫截面。如在圖4C中展示，三級生長拘束系統155大體上可包括沿著第三方向(諸如橫向方向(X軸))彼此分離之第一三級生長拘束件157及第二三級生長拘束件159。例如，在一項實施例中，第一三級生長拘束件157至少部分延伸橫跨電極總成106之側向表面142之一第一區144，且第二三級生長拘束件159至少部分延伸橫跨電極總成106之側向表面142之在橫向方向上與第一區144相對之一第二區146。在又另一版本中，諸如在第一三級生長拘束件157及第二三級生長拘束件159之一或多者包括電極總成106之一內部結構時，三級生長拘束件之一或多者可在電極總成106之側向表面142內部。在一項實施例中，第一三級生長拘束件157及第二三級生長拘束件159由至少一個三級連接部件165連接，三級連接部件165可具有平行於第三方向之一主軸。三級連接部件165可用於連接第一三級生長拘束件157與第二三級生長拘束件159且使其等保持彼此拉緊，以便約束電極總成106沿著正交於縱向方向之一方向之生長，例如，約束橫向方向上(例如，沿著X軸)之生長。在圖4C中描繪之實施例中，至少一個三級連接部件165可對應於第一次級生長拘束件158及第二次級生長拘束件160之至少一者。然而，三級連接部件165不限於此，且可替代性地及/或另外包括其他結構及/或構形。例如，在一項實施例中，至少一個三級連接部件165可對 應於第一初級生長拘束件154及第二初級生長拘束件156之至少一者(未展示)。
根據一項實施例，具有三級生長拘束系統155之該組拘束件可能夠約束電極總成106在正交於縱向方向之一第三方向(諸如橫向方向(X軸))上之生長，使得電極總成在第三方向上之費雷特直徑在二次電池之20個連續循環內之任何增大小於20%。舉進一步實例而言，在一項實施例中，三級生長拘束系統155可能夠約束電極總成106在第三方向上之生長，使得電極總成在第三方向上之費雷特直徑在二次電池之30個連續循環內之任何增大小於20%。舉進一步實例而言，在一項實施例中，三級生長拘束系統155可能夠約束電極總成106在第三方向上之生長，使得電極總成在第三方向上之費雷特直徑在二次電池之50個連續循環內之任何增大小於20%。舉進一步實例而言，在一項實施例中，三級生長拘束系統155可能夠約束電極總成106在第三方向上之生長，使得電極總成在第三方向上之費雷特直徑在二次電池之80個連續循環內之任何增大小於20%。舉進一步實例而言，在一項實施例中，三級生長拘束系統155可能夠約束電極總成106在第三方向上之生長，使得電極總成在第三方向上之費雷特直徑在二次電池之100個連續循環內之任何增大小於20%。舉進一步實例而言，在一項實施例中，三級生長拘束系統155可能夠約束電極總成106在第三方向上之生長，使得電極總成在第三方向上之費雷特直徑在二次電池之200個連續循環內之任何增大小於20%。舉進一步實例而言，在一項實施例中，三級生長拘束系統155可能夠約束電極總成106在第三方向上之生長，使得電極總成在第三方向上之費雷特直徑在二次電池之300個連續循環內之任何增大小於20%。舉進一步實例而言，在一項實施例中，三級生長拘束系統 155可能夠約束電極總成106在第三方向上之生長，使得電極總成在第三方向上之費雷特直徑在二次電池之500個連續循環內之任何增大小於20%。舉進一步實例而言，在一項實施例中，三級生長拘束系統152可能夠約束電極總成106在第三方向上之生長，使得電極總成在第三方向上之費雷特直徑在二次電池之800個連續循環內之任何增大小於20%。舉進一步實例而言，在一項實施例中，三級生長拘束系統155可能夠約束電極總成106在第三方向上之生長，使得電極總成在第三方向上之費雷特直徑在二次電池之1000個連續循環內之任何增大小於20%。舉進一步實例而言，在一項實施例中，三級生長拘束系統155可能夠約束電極總成106在第三方向上之生長，使得電極總成在第三方向上之費雷特直徑在二次電池之2000個連續循環內之任何增大小於20%。舉進一步實例而言，在一項實施例中，三級生長拘束系統155可能夠約束電極總成106在第三方向上之生長，使得電極總成在第三方向上之費雷特直徑在二次電池之3000個連續循環內之任何增大小於20%。舉進一步實例而言，在一項實施例中，三級生長拘束系統155可能夠約束電極總成106在第三方向上之生長，使得電極總成在第三方向上之費雷特直徑在二次電池之5000個連續循環內之任何增大小於20%。舉進一步實例而言，在一項實施例中，三級生長拘束系統155可能夠約束電極總成106在第三方向上之生長，使得電極總成在第三方向上之費雷特直徑在二次電池之8000個連續循環內之任何增大小於20%。舉進一步實例而言，在一項實施例中，三級生長拘束系統155可能夠約束電極總成106在第三方向上之生長，使得電極總成在第三方向上之費雷特直徑在二次電池之10,000個連續循環內之任何增大小於20%。
在一項實施例中，具有三級生長拘束系統155之該組拘束件可能夠約 束電極總成106在第三方向上之生長，使得電極總成在第三方向上之費雷特直徑在二次電池之10個連續循環內之任何增大小於10%。舉進一步實例而言，在一項實施例中，三級生長拘束系統155可能夠約束電極總成106在第三方向上之生長，使得電極總成在第三方向上之費雷特直徑在二次電池之20個連續循環內之任何增大小於10%。舉進一步實例而言，在一項實施例中，三級生長拘束系統155可能夠約束電極總成106在第三方向上之生長，使得電極總成在第三方向上之費雷特直徑在二次電池之30個連續循環內之任何增大小於10%。舉進一步實例而言，在一項實施例中，三級生長拘束系統155可能夠約束電極總成106在第三方向上之生長，使得電極總成在第三方向上之費雷特直徑在二次電池之50個連續循環內之任何增大小於10%。舉進一步實例而言，在一項實施例中，三級生長拘束系統155可能夠約束電極總成106在第三方向上之生長，使得電極總成在第三方向上之費雷特直徑在二次電池之80個連續循環內之任何增大小於10%。舉進一步實例而言，在一項實施例中，三級生長拘束系統155可能夠約束電極總成106在第三方向上之生長，使得電極總成在第三方向上之費雷特直徑在二次電池之100個連續循環內之任何增大小於10%。舉進一步實例而言，在一項實施例中，三級生長拘束系統155可能夠約束電極總成106在第三方向上之生長，使得電極總成在第三方向上之費雷特直徑在二次電池之200個連續循環內之任何增大小於10%。舉進一步實例而言，在一項實施例中，三級生長拘束系統155可能夠約束電極總成106在第三方向上之生長，使得電極總成在第三方向上之費雷特直徑在二次電池之300個連續循環內之任何增大小於10%。舉進一步實例而言，在一項實施例中，三級生長拘束系統155可能夠約束電極總成106在第三方向上之生長，使得電 極總成在第三方向上之費雷特直徑在二次電池之500個連續循環內之任何增大小於10%。舉進一步實例而言，在一項實施例中，三級生長拘束系統152可能夠約束電極總成106在第三方向上之生長，使得電極總成在第三方向上之費雷特直徑在二次電池之800個連續循環內之任何增大小於10%。舉進一步實例而言，在一項實施例中，三級生長拘束系統155可能夠約束電極總成106在第三方向上之生長，使得電極總成在第三方向上之費雷特直徑在二次電池之1000個連續循環內之任何增大小於10%。舉進一步實例而言，在一項實施例中，三級生長拘束系統155可能夠約束電極總成106在第三方向上之生長，使得電極總成在第三方向上之費雷特直徑在二次電池之2000個連續循環內之任何增大小於10%。舉進一步實例而言，在一項實施例中，三級生長拘束系統155可能夠約束電極總成106在第三方向上之生長，使得電極總成在第三方向上之費雷特直徑在二次電池之3000個連續循環內之任何增大小於10%。舉進一步實例而言，在一項實施例中，三級生長拘束系統155可能夠約束電極總成106在第三方向上之生長，使得電極總成在第三方向上之費雷特直徑在二次電池在充電狀態與放電狀態之間的5000個連續循環內之任何增大小於10%。舉進一步實例而言，在一項實施例中，三級生長拘束系統155可能夠約束電極總成106在第三方向上之生長，使得電極總成在第三方向上之費雷特直徑在二次電池之8000個連續循環內之任何增大小於10%。舉進一步實例而言，在一項實施例中，三級生長拘束系統155可能夠約束電極總成106在第三方向上之生長，使得電極總成在第三方向上之費雷特直徑在二次電池之10,000個連續循環內之任何增大小於10%。
在一項實施例中，具有三級生長拘束系統155之該組拘束件可能夠約 束電極總成106在第三方向上之生長，使得電極總成在第三方向上之費雷特直徑在二次電池之5個連續循環內之任何增大小於5%。舉進一步實例而言，在一項實施例中，三級生長拘束系統155可能夠約束電極總成106在第三方向上之生長，使得電極總成在第三方向上之費雷特直徑在二次電池之10個連續循環內之任何增大小於5%。舉進一步實例而言，在一項實施例中，三級生長拘束系統155可能夠約束電極總成106在第三方向上之生長，使得電極總成在第三方向上之費雷特直徑在二次電池之20個連續循環內之任何增大小於5%。舉進一步實例而言，在一項實施例中，三級生長拘束系統155可能夠約束電極總成106在第三方向上之生長，使得電極總成在第三方向上之費雷特直徑在二次電池之30個連續循環內之任何增大小於5%。舉進一步實例而言，在一項實施例中，三級生長拘束系統155可能夠約束電極總成106在第三方向上之生長，使得電極總成在第三方向上之費雷特直徑在二次電池之50個連續循環內之任何增大小於5%。舉進一步實例而言，在一項實施例中，三級生長拘束系統155可能夠約束電極總成106在第三方向上之生長，使得電極總成在第三方向上之費雷特直徑在二次電池之80個連續循環內之任何增大小於5%。舉進一步實例而言，在一項實施例中，三級生長拘束系統155可能夠約束電極總成106在第三方向上之生長，使得電極總成在第三方向上之費雷特直徑在二次電池之100個連續循環內之任何增大小於5%。舉進一步實例而言，在一項實施例中，三級生長拘束系統155可能夠約束電極總成106在第三方向上之生長，使得電極總成在第三方向上之費雷特直徑在二次電池之200個連續循環內之任何增大小於5%。舉進一步實例而言，在一項實施例中，三級生長拘束系統155可能夠約束電極總成106在第三方向上之生長，使得電極總成在 第三方向上之費雷特直徑在二次電池之300個連續循環內之任何增大小於5%。舉進一步實例而言，在一項實施例中，三級生長拘束系統155可能夠約束電極總成106在第三方向上之生長，使得電極總成在第三方向上之費雷特直徑在二次電池之500個連續循環內之任何增大小於5%。舉進一步實例而言，在一項實施例中，三級生長拘束系統152可能夠約束電極總成106在第三方向上之生長，使得電極總成在第三方向上之費雷特直徑在二次電池之800個連續循環內之任何增大小於5%。舉進一步實例而言，在一項實施例中，三級生長拘束系統155可能夠約束電極總成106在第三方向上之生長，使得電極總成在第三方向上之費雷特直徑在二次電池之1000個連續循環內之任何增大小於5%。舉進一步實例而言，在一項實施例中，三級生長拘束系統155可能夠約束電極總成106在第三方向上之生長，使得電極總成在第三方向上之費雷特直徑在二次電池之2000個連續循環內之任何增大小於5%。舉進一步實例而言，在一項實施例中，三級生長拘束系統155可能夠約束電極總成106在第三方向上之生長，使得電極總成在第三方向上之費雷特直徑在二次電池之3000個連續循環內之任何增大小於5%。舉進一步實例而言，在一項實施例中，三級生長拘束系統155可能夠約束電極總成106在第三方向上之生長，使得電極總成在第三方向上之費雷特直徑在二次電池之5000個連續循環內之任何增大小於5%。舉進一步實例而言，在一項實施例中，三級生長拘束系統155可能夠約束電極總成106在第三方向上之生長，使得電極總成在第三方向上之費雷特直徑在二次電池之8000個連續循環內之任何增大小於5%。舉進一步實例而言，在一項實施例中，三級生長拘束系統155可能夠約束電極總成106在第三方向上之生長，使得電極總成在第三方向上之費雷特直徑在二 次電池之10,000個連續循環內之任何增大小於5%。
在一項實施例中，具有三級生長拘束系統155之該組拘束件可能夠約束電極總成106在第三方向上之生長，使得電極總成在第三方向上之費雷特直徑在二次電池之每一循環內之任何增大小於1%。舉進一步實例而言，在一項實施例中，三級生長拘束系統155可能夠約束電極總成106在第三方向上之生長，使得電極總成在第三方向上之費雷特直徑在二次電池之5個連續循環內之任何增大小於1%。舉進一步實例而言，在一項實施例中，三級生長拘束系統155可能夠約束電極總成106在第三方向上之生長，使得電極總成在第三方向上之費雷特直徑在二次電池之10個連續循環內之任何增大小於1%。舉進一步實例而言，在一項實施例中，三級生長拘束系統155可能夠約束電極總成106在第三方向上之生長，使得電極總成在第三方向上之費雷特直徑在二次電池之20個連續循環內之任何增大小於1%。舉進一步實例而言，在一項實施例中，三級生長拘束系統155可能夠約束電極總成106在第三方向上之生長，使得電極總成在第三方向上之費雷特直徑在二次電池之30個連續循環內之任何增大小於1%。舉進一步實例而言，在一項實施例中，三級生長拘束系統155可能夠約束電極總成106在第三方向上之生長，使得電極總成在第三方向上之費雷特直徑在二次電池之50個連續循環內之任何增大小於5%。舉進一步實例而言，在一項實施例中，三級生長拘束系統155可能夠約束電極總成106在第三方向上之生長，使得電極總成在第三方向上之費雷特直徑在二次電池之80個連續循環內之任何增大小於1%。舉進一步實例而言，在一項實施例中，三級生長拘束系統155可能夠約束電極總成106在第三方向上之生長，使得電極總成在第三方向上之費雷特直徑在二次電池之100個連續循環內之任 何增大小於1%。舉進一步實例而言，在一項實施例中，三級生長拘束系統155可能夠約束電極總成106在第三方向上之生長，使得電極總成在第三方向上之費雷特直徑在二次電池之200個連續循環內之任何增大小於1%。舉進一步實例而言，在一項實施例中，三級生長拘束系統155可能夠約束電極總成106在第三方向上之生長，使得電極總成在第三方向上之費雷特直徑在二次電池之300個連續循環內之任何增大小於1%。舉進一步實例而言，在一項實施例中，三級生長拘束系統155可能夠約束電極總成106在第三方向上之生長，使得電極總成在第三方向上之費雷特直徑在二次電池之500個連續循環內之任何增大小於1%。舉進一步實例而言，在一項實施例中，三級生長拘束系統152可能夠約束電極總成106在第三方向上之生長，使得電極總成在第三方向上之費雷特直徑在二次電池之800個連續循環內之任何增大小於1%。舉進一步實例而言，在一項實施例中，三級生長拘束系統155可能夠約束電極總成106在第三方向上之生長，使得電極總成在第三方向上之費雷特直徑在二次電池在充電狀態與放電狀態之間的1000個連續循環內之任何增大小於1%。舉進一步實例而言，在一項實施例中，三級生長拘束系統155可能夠約束電極總成106在第三方向上之生長，使得電極總成在第三方向上之費雷特直徑在二次電池之2000個連續循環內之任何增大小於1%。舉進一步實例而言，在一項實施例中，三級生長拘束系統155可能夠約束電極總成106在第三方向上之生長，使得電極總成在第三方向上之費雷特直徑在二次電池之3000個連續循環內之任何增大小於1%。舉進一步實例而言，在一項實施例中，三級生長拘束系統155可能夠約束電極總成106在第三方向上之生長，使得電極總成在第三方向上之費雷特直徑在二次電池之5000個連續循環內之任 何增大小於1%。舉進一步實例而言，在一項實施例中，三級生長拘束系統155可能夠約束電極總成106在第三方向上之生長，使得電極總成在第三方向上之費雷特直徑在二次電池之8000個連續循環內之任何增大小於1%。舉進一步實例而言，在一項實施例中，三級生長拘束系統155可能夠約束電極總成106在第三方向上之生長，使得電極總成在第三方向上之費雷特直徑在二次電池之10,000個連續循環內之任何增大小於1%。
根據一項實施例，初級生長拘束系統151及次級生長拘束系統152及視情況三級生長拘束系統155分別經構形以協作操作，使得初級生長拘束系統151之部分協作充當次級生長拘束系統152之一部分，及/或次級生長拘束系統152之部分協作充當初級生長拘束系統151之一部分，且初級拘束系統151及/或次級拘束系統152之任一者之部分亦可協作充當三級生長拘束系統之一部分，且反之亦然。例如，在圖4A及圖4B中展示之實施例中，初級生長拘束系統151之第一初級連接部件162及第二初級連接部件164可分別充當拘束正交於縱向方向之第二方向上之生長之第一次級生長拘束件158及第二次級生長拘束件160之至少一部分或甚至整個結構。在又另一實施例中，如在上文提及，第一初級生長拘束件154及第二初級生長拘束件156之一或多者可分別充當一或多個次級連接部件166以連接第一次級生長拘束件158與第二次級生長拘束件160。相反地，第一次級生長拘束件158及第二次級生長拘束件160之至少一部分可分別充當初級生長拘束系統151之第一初級連接部件162及第二初級連接部件164，且在一項實施例中，次級生長拘束系統152之至少一個次級連接部件166可分別充當第一初級生長拘束件154及第二初級生長拘束件156之一或多者。在又另一實施例中，初級生長拘束系統151之第一初級連接部件162及第二 初級連接部件164之至少一部分及/或次級生長拘束系統152之至少一個次級連接部件166可分別充當拘束正交於縱向方向之橫向方向上之生長之第一三級生長拘束件157及第二三級生長拘束件159之至少一部分或甚至整個結構。在又另一實施例中，第一初級生長拘束件154及第二初級生長拘束件156及/或第一次級生長拘束件158及第二次級生長拘束件160之一或多者可分別充當一或多個三級連接部件165以連接第一三級生長拘束件157與第二三級生長拘束件159。相反地，第一三級生長拘束件157及第二三級生長拘束件159之至少一部分可分別充當初級生長拘束系統151之第一初級連接部件162及第二初級連接部件164，及/或在一項實施例中，次級生長拘束系統152之至少一個次級連接部件166及三級生長拘束系統155之至少一個三級連接部件165可分別充當第一初級生長拘束件154及第二初級生長拘束件156之一或多者及/或第一次級生長拘束件158及第二次級生長拘束件160之一或多者。替代性地及/或另外，初級生長拘束件及/或次級生長拘束件及/或三級生長拘束件可包括協作拘束電極總成106之生長之其他結構。因此，初級生長拘束系統151及次級生長拘束系統152及視情況三級生長拘束系統155分別可共用組件及/或結構以對電極總成106之生長施加約束。
在一項實施例中，該組電極拘束件108可包括諸如初級生長拘束件及次級生長拘束件及初級連接部件及次級連接部件之結構，其等係在電極殼體104外部及/或內部之結構或可為電池殼體104本身之一部分。例如，該組電極拘束件108可包括包含電池殼體104以及其他結構組件之一結構組合。在一項此類實施例中，電池殼體104可為初級生長拘束系統151及/或次級生長拘束系統152之一組件；換言之，在一項實施例中，電池殼體 104單獨或與一或多個其他結構(在電池殼體104內及/或外部，例如，初級生長拘束系統151及/或一次級生長拘束系統152)組合約束電極總成106在電極堆疊方向D上及/或在正交於堆疊方向D之第二方向上之生長。例如，初級生長拘束件154、156及次級生長拘束件158、160之一或多者可包括在電極總成內部之一結構。在另一實施例中，初級生長拘束系統151及/或次級生長拘束系統152不包含電池殼體104，且替代性地除電池殼體104以外的一或多個離散結構(在電池殼體104內及/或外部)約束電極總成106在電極堆疊方向D上及/或在正交於堆疊方向D之第二方向上之生長。可由該組電極拘束件108按大於由電極總成106在一能量儲存裝置100或具有電極總成106之一二次電池之重複循環期間之生長及/或潤脹而施加之壓力之一壓力來約束電極總成106。
在一項例示性實施例中，初級生長拘束系統151包含電池殼體104內之一或多個離散結構，其藉由施加一壓力而約束電極結構110在堆疊方向D上之生長，該壓力超過在具有電極結構110作為電極總成106之一部分之一二次電池102之重複循環之後由電極結構110在堆疊方向D上產生之壓力。在另一例示性實施例中，初級生長拘束系統151包含電池殼體104內之一或多個離散結構，其藉由在堆疊方向D上施加一壓力而約束反電極結構112在堆疊方向D上之生長，該壓力超過在具有反電極結構112作為電極總成106之一部分之一二次電池102之重複循環之後由反電極結構112在堆疊方向D上產生之壓力。次級生長拘束系統152可類似地包含電池殼體104內之一或多個離散結構，其等藉由在正交於堆疊方向D之第二方向上(諸如沿著垂直軸(Z軸))施加一壓力而約束電極結構110及反電極結構112之至少一者在第二方向上之生長，該壓力超過在具有電極結構110或反電極結構 112之一二次電池102之重複循環之後由電極結構110或反電極結構112在第二方向上產生之壓力。
在又另一實施例中，初級生長拘束系統151之第一初級生長拘束件154及第二初級生長拘束件156分別藉由在電極總成106之第一縱向端表面116及第二縱向端表面118上(即，在一縱向方向上)施加一壓力而約束電極總成106之生長，該壓力超過由第一初級生長拘束件154及第二初級生長拘束件156在電極總成106之其他表面(諸如沿著橫向軸及/或垂直軸之電極總成106之側向表面142之相對第一區及第二區)上(其將在正交於縱向方向之一方向上)施加之一壓力。即，第一初級生長拘束件154及第二初級生長拘束件156可在一縱向方向(Y軸)上施加一壓力，該壓力超過藉此在正交於縱向方向之方向(諸如橫向方向(X軸)及垂直方向(Z軸))上產生之一壓力。例如，在一項此類實施例中，初級生長拘束系統151憑藉分別在第一縱向端表面116及第二縱向端表面118上(即，在堆疊方向D上)之一壓力來約束電極總成106之生長，該壓力比由初級生長拘束系統151在垂直於堆疊方向D之兩個方向之至少一者或甚至兩者上維持在電極總成106上之壓力超過至少3倍。舉進一步實例而言，在一項此類實施例中，初級生長拘束系統151憑藉分別在第一縱向端表面116及第二縱向端表面118上(即，在堆疊方向D上)之一壓力來約束電極總成106之生長，該壓力比由初級生長拘束系統151在垂直於堆疊方向D之兩個方向之至少一者或甚至兩者上維持在電極總成106上之壓力超過至少4倍。舉進一步實例而言，在一項此類實施例中，初級生長拘束系統151憑藉分別在第一縱向端表面116及第二縱向端表面118上(即，在堆疊方向D上)之一壓力來約束電極總成106之生長，該壓力比在垂直於堆疊方向D之兩個方向之至少一者或甚至兩者上維 持在電極總成106上之壓力超過至少5倍。
類似地，在一項實施例中，初級生長拘束系統151之第一次級生長拘束件158及第二次級生長拘束件160分別藉由在正交於縱向方向之一第二方向上在電極總成106之側向表面142之第一相對區及第二相對區(諸如分別沿著垂直軸148、150之第一相對表面區及第二相對表面區)上(即，在一垂直方向上)施加一壓力而約束電極總成106之生長，該壓力超過由第一次級生長拘束件158及第二次級生長拘束件160在電極總成106之其他表面上(其將在正交於第二方向之一方向上)施加之一壓力。即，第一次級生長拘束件158及第二次級生長拘束件160分別可在一垂直方向(Z軸)上施加一壓力，該壓力超過藉此在正交於垂直方向之方向(諸如橫向方向(X軸)及縱向方向(Y軸))上產生之一壓力。例如，在一項此類實施例中，次級生長拘束系統152憑藉分別在第一相對表面區148及第二相對表面區150上(即，在垂直方向上)之一壓力來約束電極總成106之生長，該壓力比由次級生長拘束系統152在垂直於垂直方向之兩個方向之至少一者或甚至兩者上維持在電極總成106上之壓力超過至少3倍。舉進一步實例而言，在一項此類實施例中，次級生長拘束系統152憑藉分別在第一相對表面區148及第二相對表面區150上(即，在垂直方向上)之一壓力來約束電極總成106之生長，該壓力比由次級生長拘束系統152在垂直於垂直方向之兩個方向之至少一者或甚至兩者上維持在電極總成106上之壓力超過至少4倍。舉進一步實例而言，在一項此類實施例中，次級生長拘束系統152憑藉分別在第一相對表面區148及第二相對表面區150上(即，在垂直方向上)之一壓力來約束電極總成106之生長，該壓力比在垂直於垂直方向之兩個方向之至少一者或甚至兩者上維持在電極總成106上之壓力超過至少5倍。
在又另一實施例中，三級生長拘束系統155之第一三級生長拘束件157及第二三級生長拘束件159分別藉由在正交於縱向方向及第二方向之一方向上在電極總成106之側向表面142之第一相對區及第二相對區(諸如分別沿著縱向軸161、163之第一相對表面區及第二相對表面區)上(即，在一橫向方向上)施加一壓力而約束電極總成106之生長，該壓力超過由三級生長拘束件155在電極總成106之其他表面上(其將在正交於橫向方向之一方向上)施加之一壓力。即，第一三級生長拘束件157及第二三級生長拘束件159分別可在一橫向方向(X軸)上施加一壓力，該壓力超過藉此在正交於橫向方向之方向(諸如垂直方向(Z軸)及縱向方向(Y軸))上產生之一壓力。例如，在一項此類實施例中，三級生長拘束系統155憑藉分別在第一相對表面區144及第二相對表面區146上(即，在橫向方向上)之一壓力來約束電極總成106之生長，該壓力比由三級生長拘束系統155在垂直於橫向方向之兩個方向之至少一者或甚至兩者上維持在電極總成106上之壓力超過至少3倍。舉進一步實例而言，在一項此類實施例中，三級生長拘束系統155憑藉分別在第一相對表面區144及第二相對表面區146上(即，在橫向方向上)之一壓力來約束電極總成106之生長，該壓力比由三級生長拘束系統155在垂直於橫向方向之兩個方向之至少一者或甚至兩者上維持在電極總成106上之壓力超過至少4倍。舉進一步實例而言，在一項此類實施例中，三級生長拘束系統155憑藉分別在第一相對表面區144及第二相對表面區146上(即，在橫向方向上)之一壓力來約束電極總成106之生長，該壓力比在垂直於橫向方向之兩個方向之至少一者或甚至兩者上維持在電極總成106上之壓力超過至少5倍。
在一項實施例中，該組電極拘束件108(其可包含初級生長拘束系統 151、次級生長拘束系統152及視情況三級生長拘束系統155)經構形以沿著電極總成106之兩個或兩個以上尺寸(例如，沿著縱向方向及垂直方向及視情況沿著橫向方向)在電極總成106上施加壓力，其中由該組電極拘束件108沿著縱向方向施加之一壓力大於由該組電極拘束件108在正交於縱向方向之方向(例如，Z方向及X方向)之任一者上施加之(若干)任何壓力。即，當由組成該組電極拘束件108之初級生長拘束系統151、次級生長拘束系統152及視情況三級生長拘束系統155施加之(若干)壓力加在一起時，沿著縱向軸施加在電極總成106上之壓力超過在正交於縱向軸之方向上施加在電極總成106上之(若干)壓力。例如，在一項此類實施例中，該組電極拘束件108在第一縱向端表面116及第二縱向端表面118上(即，在堆疊方向D上)施加一壓力，該壓力比由該組電極拘束件108在垂直於堆疊方向D之兩個方向之至少一者或甚至兩者上維持在電極總成106上之壓力超過至少3倍。舉進一步實例而言，在一項此類實施例中，該組電極拘束件108在第一縱向端表面116及第二縱向端表面118上(即，在堆疊方向D上)施加一壓力，該壓力比由該組電極拘束件108在垂直於堆疊方向D之兩個方向之至少一者或甚至兩者上維持在電極總成106上之壓力超過至少4倍。舉進一步實例而言，在一項此類實施例中，該組電極拘束件108在第一縱向端表面116及第二縱向端表面118上(即，在堆疊方向D上)施加一壓力，該壓力比在垂直於堆疊方向D之兩個方向之至少一者或甚至兩者上維持在電極總成106上之壓力超過至少5倍。
根據一項實施例，第一縱向端表面116及第二縱向端表面118具有一組合表面積，其小於整個電極總成106之整體表面積之一預定量。例如，在一項實施例中，電極總成106可具有對應於一矩形稜柱之幾何形狀之一 幾何形狀，該矩形稜柱具有第一縱向端表面116及第二縱向端表面118及延伸在端表面116、118之間的一側向表面142，側向表面142組成電極總成106之其餘表面且具有X方向上之相對表面區114、146(即，矩形稜柱之側表面)及Z方向上之相對表面區148、150(即，矩形稜柱之頂表面及底表面，其中X、Y及Z係在分別對應於X軸、Y軸及Z軸之方向上量測之尺寸)。因此，整體表面積係被側向表面142覆蓋之表面積(即，X及Z上之相對表面144、146、148及150之表面積)加上第一縱向端表面116及第二縱向端表面118之表面積之總和。根據本發明之一個態樣，第一縱向端表面116及第二縱向端表面118之表面積之總和小於電極總成106之總表面之表面積之33%。例如，在一項此類實施例中，第一縱向端表面116及第二縱向端表面118之表面積之總和小於電極總成106之總表面之表面積之25%。舉進一步實例而言，在一項實施例中，第一縱向端表面116及第二縱向端表面118之表面積之總和小於電極總成之總表面之表面積之20%。舉進一步實例而言，在一項實施例中，第一縱向端表面116及第二縱向端表面118之表面積之總和小於電極總成之總表面之表面積之15%。舉進一步實例而言，在一項實施例中，第一縱向端表面116及第二縱向端表面118之表面積之總和小於電極總成之總表面之表面積之10%。
在又另一實施例中，電極總成106經構形使得電極總成106在正交於堆疊方向(即，縱向方向)之一平面中之一投影之一表面積小於電極總成106至其他正交平面上之投影之表面積。例如，參考在圖2A中展示之電極總成106實施例(例如，一矩形稜柱)，可見電極總成106至正交於堆疊方向之一平面(即，X-Z平面)中之一投影之表面對應於LEA X HEA。類似地，電極總成106至Z-Y平面中之一投影對應於WEA X HEA，且電極總成106至X- Y平面中之一投影對應於LEA X WEA。因此，電極總成106經構形使得堆疊方向交叉具有最小表面積之投影所在之平面。因此，在圖2A中之實施例中，電極總成106經定位使得堆疊方向交叉對應於HEA X LEA之最小表面積投影所在之X-Z平面。即，電極總成經定位使得具有最小表面積(例如，HEA X LEA)之投影正交於堆疊方向。
在又另一實施例中，二次電池102可包括複數個電極總成106，其等堆疊在一起以形成一電極堆疊且可被一或多個共用電極拘束件而拘束。例如，在一項實施例中，可由形成電極總成堆疊之複數個電極總成106共用初級生長拘束系統151及次級生長拘束系統152之一或多者之至少一部分。舉進一步實例而言，在一項實施例中，可由一次級生長拘束系統152在一垂直方向上拘束形成一電極總成堆疊之複數個電極總成，次級生長拘束系統152具有堆疊之一頂電極總成106處之一第一次級生長拘束件158及堆疊之一底電極總成106處之一第二次級生長拘束件160，使得由共用次級生長拘束系統在垂直方向上拘束形成堆疊之複數個電極總成106。類似地，亦可共用初級生長拘束系統151之部分。因此，在一項實施例中，類似於上文描述之單一電極總成，電極總成106之堆疊在正交於堆疊方向(即，縱向方向)之一平面中之一投影之一表面積小於電極總成106之堆疊至其他正交平面上之投影之表面積。即，複數個電極總成106可經構形使得堆疊方向(即，縱向方向)交叉且正交於具有電極總成106之堆疊之一投影(其係電極總成堆疊之所有其他正交投影中最小的)之一平面。
根據一項實施例，電極總成106進一步包括電極結構110，其等經構形使得電極結構110至正交於堆疊方向(即，縱向方向)之一平面中之一投影之一表面積大於電極結構110至其他正交平面上之投影之表面積。例 如，參考如在圖2及圖7中展示之實施例，電極110各可理解為具有在橫向方向上量測之一長度LES、在縱向方向上量測之一寬度WES及在垂直方向上量測之一高度HES。因此，如在圖2及圖7中展示，至X-Z平面中之投影具有一表面積LES X HES，至Y-Z平面中之投影具有一表面積WES X HES，且至XY平面中之投影具有一表面積LES X WES。其中，對應於具有最大表面積之投影之平面係經選擇以正交於堆疊方向之平面。類似地，電極110亦可經構形使得電極活性材料層132至正交於堆疊方向之一平面中之一投影之一表面積大於電極活性材料層至其他正交平面上之投影之表面積。例如，在圖2及圖7中展示之實施例中，電極活性材料層可具有在橫向方向上量測之一長度LA、在縱向方向上量測之一寬度WA及在垂直方向上量測之一高度HA，由此可計算投影之表面積(在電極結構及/或電極活性材料層132之尺寸沿著一或多個軸而變化之一情況中，LES、LA、WES、WA、HES及HA亦可對應於此等尺寸之最大值)。在一項實施例中，藉由定位電極結構110以使具有電極結構110及/或電極活性材料層132之最高投影表面積之平面正交於堆疊方向，可達成一構形，藉此具有電極活性材料之最大表面積之電極結構110之表面面向載體離子之行進方向，且因此在充電狀態與放電狀態之間循環期間歸因於嵌入及/或合金化而經歷最大生長。
在一項實施例中，電極結構110及電極總成106可經構形使得電極結構110及/或電極活性材料層132之最大表面積投影及電極總成106之最小表面積投影同時在正交於堆疊方向之一平面中。例如，在如在圖2及圖7中展示之一情況中(其中電極活性材料層132在電極活性材料層132之X-Z平面中之投影(LA X HA)最高)，電極結構110及/或電極活性材料層132相對於電極總成之最小表面積投影(LEA X HEA)而定位，使得用於兩個投影之投 影平面正交於堆疊方向。即，具有電極結構110及/或電極活性材料之最大表面積投影之平面平行於具有電極總成106之最小表面積投影之平面(及/或在相同於其之平面中)。以此方式，根據一項實施例，電極結構之最可能經歷最高體積生長之表面(即，具有電極活性材料層之最高含量之表面及/或交叉(例如，正交於)載體離子在一二次電池之充電/放電期間之一行進方向之表面)面向電極總成106之具有最低表面積之表面。提供此一構形之一優勢可為，相較於電極總成106之其他表面之面積，可使用本身具有一相對小表面積之生長拘束件來實施用於在此最大生長方向上(例如，沿著縱向軸)拘束之生長拘束系統，藉此減小實施一拘束系統以約束電極總成之生長所需之體積。
在一項實施例中，拘束系統108佔據電極總成106與拘束系統108之組合體積之一相對低體積%。即，電極總成106可理解為具有以其外表面為界之一體積(即，位移體積)，即，被第一縱向端表面116及第二縱向端表面118及連接端表面之側向表面42圍封之體積。拘束系統108之在電極總成106外部(即，在縱向端表面116、118及側向表面外部)之部分(諸如其中第一初級生長拘束件154及第二初級生長拘束件156經定位於電極總成106之縱向端117、119處且第一次級生長拘束件158及第二次級生長拘束件160在側向表面142之相對端處)，拘束系統108之部分類似地佔據對應於拘束系統部分之位移體積之一體積。因此，在一項實施例中，該組電極拘束件108之外部部分(其等可包含初級生長拘束系統151之外部部分(即，第一初級生長拘束件154及第二初級生長拘束件156之任一者及在外部之至少一個初級連接部件或其之外部部分)以及次級生長拘束系統152之外部部分(即，第一次級生長拘束件158及第二次級生長拘束件160之任一者及在 外部之至少一個次級連接部件或其之外部部分))佔據不超過電極總成106與該組電極拘束件108之外部部分之總組合體積之80%。舉進一步實例而言，在一項實施例中，該組電極拘束件之外部部分佔據不超過電極總成106與該組電極拘束件之外部部分之總組合體積之60%。藉由又一進一步實例，在一項實施例中，該組電極拘束件108之外部部分佔據不超過電極總成106與該組電極拘束件之外部部分之總組合體積之40%。藉由又一進一步實例，在一項實施例中，該組電極拘束件108之外部部分佔據不超過電極總成106與該組電極拘束件之外部部分之總組合體積之20%。在又另一實施例中，初級生長拘束系統151之外部部分(即，第一初級生長拘束件154及第二初級生長拘束件156之任一者及在外部之至少一個初級連接部件或其之外部部分)佔據不超過電極總成106與初級生長拘束系統151之外部部分之總組合體積之40%。舉進一步實例而言，在一項實施例中，初級生長拘束系統151之外部部分佔據不超過電極總成106與初級生長拘束系統151之外部部分之總組合體積之30%。藉由又一進一步實例，在一項實施例中，初級生長拘束系統151之外部部分佔據不超過電極總成106與初級生長拘束系統151之外部部分之總組合體積之20%。藉由又一進一步實例，在一項實施例中，初級生長拘束系統151之外部部分佔據不超過電極總成106與初級生長拘束系統151之外部部分之總組合體積之10%。在又另一實施例中，次級生長拘束系統152之外部部分(即，第一次級生長拘束件158及第二次級生長拘束件160之任一者及在外部之至少一個初級連接部件或其之外部部分)佔據不超過電極總成106與次級生長拘束系統152之外部部分之總組合體積之40%。舉進一步實例而言，在一項實施例中，次級生長拘束系統152之外部部分佔據不超過電極總成106與次級生長拘束系 統152之外部部分之總組合體積之30%。藉由又另一實例，在一項實施例中，次級生長拘束系統152之外部部分佔據不超過電極總成106與次級生長拘束系統152之外部部分之總組合體積之20%。藉由又另一實例，在一項實施例中，次級生長拘束系統152之外部部分佔據不超過電極總成106與次級生長拘束系統152之外部部分之總組合體積之10%。
根據一項實施例，可藉由參考在圖8A及圖8B中展示之力示意圖來理解被該組電極拘束件108之部分佔據之相對低體積之一基本原理。圖8A描繪展示在二次電池102之循環之後歸因於電極活性材料層132之體積增大而施加在第一初級生長拘束件154及第二初級生長拘束件156上之力之一實施例。箭頭198b描繪在電極活性材料層132之膨脹之後由其施加之力，其中w展示歸因於電極活性材料層132之生長而施加至第一初級生長拘束件154及第二初級生長拘束件156之負載，且P展示由於電極活性材料層132之體積增大而施加至第一初級生長拘束件154及第二初級生長拘束件156之壓力。類似地，圖8B描繪展示在二次電池102之循環之後歸因於電極活性材料層132之體積增大而施加在第一次級生長拘束件158及第二次級生長拘束件160上之力之一實施例。箭頭198a描繪在電極活性材料層132之膨脹之後由其施加之力，其中w展示歸因於電極活性材料層132之生長而施加至第一次級生長拘束件158及第二次級生長拘束件160之負載，且P展示由於電極活性材料層132之體積增大而施加至第一次級生長拘束件158及第二次級生長拘束件160之壓力。當電極活性材料在二次電池之循環期間各向同性地(即，在所有方向上)膨脹時，且因此各方向上之壓力P相同，施加在各方向上之負載w不同。藉由說明，參考在圖8A及圖8B中描繪之實施例，可理解，在一第一初級生長拘束件154或第二初級生長拘 束件156上之X-Z平面中之負載與P X LES X HES成比例，其中P係歸因於電極活性材料層132之膨脹而施加在初級生長拘束件154、156上之壓力，LES係電極結構110在橫向方向上之長度，且HES係電極結構110在垂直方向上之高度。類似地，在一第一次級生長拘束件158或第二次級生長拘束件160上之X-Y平面中之負載與P X LES X WES成比例，其中P係歸因於電極活性材料層132之膨脹而施加在次級生長拘束件158、160上之壓力，LES係電極結構110在橫向方向上之長度，且WES係電極結構110在縱向方向上之寬度。在提供一三級拘束系統之一情況中，在一第一三級生長拘束件157或第二三級生長拘束件159上之Y-Z平面中之負載與P X HES X WES成比例，其中P係歸因於電極活性材料層132之膨脹而施加在三級生長拘束件157、159上之壓力，HES係電極結構110在垂直方向上之高度，且WES係電極結構110在縱向方向上之寬度。因此，在LES大於WES及HES兩者之一情況中，Y-Z平面中之負載將最小，且在HES>WES之一情況中，X-Y平面中之負載將小於X-Z平面中之負載，此意謂X-Z平面在正交平面中容納最高負載。
此外，根據一項實施例，若在X-Z平面中之負載最大之一情況中在該平面中提供一初級拘束件而不是在X-Y平面中提供一初級拘束件，則X-Z平面中之初級拘束件可需要比其在X-Y平面中所需具有之體積低得多的一體積。此係因為若初級拘束件在X-Y平面中而非X-Z平面，則拘束件將需十分厚，以便具有抵抗生長所需之硬度。特定言之，如之後在本文中進一步詳細描述，隨著初級連接部件之間的距離增大，屈曲撓曲(buckling deflection)亦會增大，且應力亦增大。例如，控管歸因於初級生長拘束件154、156之彎曲而導致之撓曲之方程式可寫作： δ=60wL4/Eh3
其中w=歸因於電極膨脹而施加在初級生長拘束件154、156上之總分佈負載；L=初級連接部件158、160沿著垂直方向之距離；E=初級生長拘束件154、156之彈性模數，且h=初級生長拘束件154、156之厚度(寬度)。可使用以下方程式計算歸因於電極活性材料132之膨脹而導致之初級生長拘束件154、156上之應力：σ=3wL2/4h2
其中w=歸因於電極活性材料層132之膨脹而施加在初級生長拘束件154、156上之總分佈負載；L=初級連接部件158、160沿著垂直方向之距離；且h=初級生長拘束件154、156之厚度(寬度)。因此，若初級生長拘束件在X-Y平面中，且若初級連接部件比其等原本在初級拘束件在X-Z平面中時所在之位置離得更遠(例如，在縱向端處)，則此可意謂初級生長拘束件將需更厚且因此佔據比其等原本在X-Z平面中佔據之體積更大之一體積。
根據一項實施例，電極群及反電極群之部件至第一縱向端表面116及第二縱向端表面118上之一投影畫出一第一投影面積2002a及第二投影面積2002b。一般言之，第一投影面積2002a及第二投影面積2002b通常將包括第一縱向端表面122及第二縱向端表面124之表面積之大分率。例如，在一項實施例中，第一投影面積及第二投影面積各包括第一縱向端表面及第二縱向端表面之表面積之至少50%。舉進一步實例而言，在一項此類實施例中，第一投影面積及第二投影面積各包括第一縱向端表面及第二縱向端表面之表面積之至少75%。舉進一步實例而言，在一項此類實施例中，第一投影面積及第二投影面積各包括第一縱向端表面及第二縱向端表面之 表面積之至少90%。
在某些實施例中，電極總成106之縱向端表面116、118將處於一顯著壓縮負載下。例如，在一些實施例中，電極總成106之縱向端表面116、118之各者將處於(例如，對分別縱向端表面之各者之總表面積取平均之)至少0.7kPa之一壓縮負載下。例如，在一項實施例中，電極總成106之縱向端表面116、118之各者將處於(例如，對分別縱向端表面之各者之總表面積取平均之)至少1.75kPa之一壓縮負載下。舉進一步實例而言，在一項此類實施例中，電極總成106之縱向端表面116、118之各者將處於(例如，對分別縱向端表面之各者之總表面積取平均之)至少2.8kPa之一壓縮負載下。舉進一步實例而言，在一項此類實施例中，電極總成106之縱向端表面116、118之各者將處於(例如，對分別縱向端表面之各者之總表面積取平均之)至少3.5kPa之一壓縮負載下。舉進一步實例而言，在一項此類實施例中，電極總成106之縱向端表面116、118之各者將處於(例如，對分別縱向端表面之各者之總表面積取平均之)至少5.25kPa之一壓縮負載下。舉進一步實例而言，在一項此類實施例中，電極總成106之縱向端表面116、118之各者將處於(例如，對分別縱向端表面之各者之總表面積取平均之)至少7kPa之一壓縮負載下。舉進一步實例而言，在一項此類實施例中，電極總成106之縱向端表面116、118之各者將處於(例如，對分別縱向端表面之各者之總表面積取平均之)至少8.75kPa之一壓縮負載下。然而，一般言之，電極總成106之縱向端表面116、118將處於(例如，對分別縱向端表面之各者之總表面積取平均之)不超過約10kPa之一壓縮負載下。電極總成之縱向端表面之與電極群及反電極群之部件至縱向端表面上之投影一致之區(即，投影表面區)亦可處於(如對各投影表面區 之總表面積取平均之)上述壓縮負載下。在前述例示性實施例之各者中，電極總成106之縱向端表面116、118將在具有電極總成106之一能量儲存裝置100充電至其額定容量之至少約80%時經歷此等壓縮負載。
根據一項實施例，次級生長拘束系統152能夠藉由按一預定值施加一約束力且不過度偏斜生長拘束件而約束電極總成106在垂直方向(Z方向)上之生長。例如，在一項實施例中，次級生長拘束系統152可藉由將大於1000psi之一約束力及小於0.2mm/m之一偏斜施加至相對垂直區148、150而約束電極總成106在垂直方向上之生長。舉進一步實例而言，在一項實施例中，次級生長拘束系統152可藉由將小於或等於10,000psi之一約束力及小於0.2mm/m之一偏斜施加至相對垂直區148、150以具有小於5%之位移而約束電極總成106在垂直方向上之生長。舉進一步實例而言，在一項實施例中，次級生長拘束系統152可藉由將小於或等於10,000psi之一約束力及小於0.2mm/m之一偏斜施加至相對垂直區148、150以具有小於3%之位移而約束電極總成106在垂直方向上之生長。舉進一步實例而言，在一項實施例中，次級生長拘束系統152可藉由將小於或等於10,000psi之一約束力及小於0.2mm/m之一偏斜施加至相對垂直區148、150以具有小於1%之位移而約束電極總成106在垂直方向上之生長。舉進一步實例而言，在一項實施例中，次級生長拘束系統152可藉由在50個電池循環之後在垂直方向上將小於或等於10,000psi之一約束力及小於0.2mm/m之一偏斜施加至相對垂直區148、150以具有小於15%之位移而約束電極總成106在垂直方向上之生長。舉進一步實例而言，在一項實施例中，次級生長拘束系統152可藉由在150個電池循環之後將小於或等於10,000psi之一約束力及小於0.2mm/m之一偏斜施加至相對垂直區148、150以具有小於 5%之位移而約束電極總成106在垂直方向上之生長。
現在參考圖5，展示具有一組電極拘束件108之一電極總成106之一實施例，其具有沿著如在圖1中展示之線A-A’截取之一橫截面。在圖5中展示之實施例中，初級生長拘束系統151可包括分別在電極總成106之縱向端表面116、118處之第一初級生長拘束件154及第二初級生長拘束件156，且次級生長拘束系統152包括電極總成106之側向表面142之相對第一表面區148及第二表面區150處之第一次級生長拘束件158及第二次級生長拘束件160。根據此實施例，第一初級生長拘束件154及第二初級生長拘束件156可充當至少一個次級連接部件166以連接第一次級生長拘束件158與第二次級生長拘束件160且使生長拘束件在正交於縱向方向之第二方向(例如，垂直方向)上維持彼此拉緊。然而，另外及/或替代性地，次級生長拘束系統152可包括定位於除電極總成106之縱向端表面116、118以外的一區處之至少一個次級連接部件166。而且，至少一個次級連接部件166可理解為充當一第一初級生長拘束件154及第二初級生長拘束件156之至少一者，其在電極總成之縱向端116、118內部且可與另一內部初級生長拘束件及/或電極總成106之一縱向端116、118處之一初級生長拘束件結合作用以約束生長。參考在圖5中展示之實施例，可提供一次級連接部件166，其沿著縱向軸而分別與電極總成106之第一縱向端表面116及第二縱向端表面118隔開，諸如朝向電極總成106之一中心區。次級連接部件166可在來自電極總成端表面116、118之一內部位置處連接第一次級生長拘束件158與第二次級生長拘束件160且可在該位置處處於次級生長拘束件158、160之間的張力下。在一項實施例中，除在電極總成端表面116、118處提供之一或多個次級連接部件166(諸如亦充當縱向端表面116、118 處之初級生長拘束件154、156之次級連接部件166)以外，亦提供在來自端表面116、118之一內部位置處連接次級生長拘束件158、160之次級連接部件166。在另一實施例中，次級生長拘束系統152包括一或多個次級連接部件166，其等在與縱向端表面116、118隔開之內部位置處分別與第一次級生長拘束件158及第二次級生長拘束件160連接，其等具有或不具有縱向端表面116、118處之次級連接部件166。根據一項實施例，內部次級連接部件166亦可理解為充當第一初級生長拘束件154及第二初級生長拘束件156。例如，在一項實施例中，內部次級連接部件166之至少一者可包括一電極結構110或反電極結構112之至少一部分，如在下文進一步詳細描述。
更特定言之，關於在圖5中展示之實施例，次級生長拘束系統152可包含上覆於電極總成106之側向表面142之一上區148之一第一次級生長拘束件158及上覆於電極總成106之側向表面142之一下區150之一相對第二次級生長拘束件160，第一次級生長拘束件158及第二次級生長拘束件160在垂直方向上(即，沿著Z軸)彼此分離。另外，次級生長拘束系統152可進一步包含至少一個內部次級連接部件166，其與電極總成106之縱向端表面116、118隔開。內部次級連接部件166可平行對準於Z軸且連接第一次級生長拘束件158與第二次級生長拘束件160以使生長拘束件維持彼此拉緊且形成次級拘束系統152之至少一部分。在一項實施例中，在具有電極總成106之一能量儲存裝置100或一二次電池102之重複充電及/或放電期間，至少一個內部次級連接部件166可單獨或與定位於電極總成106之縱向端表面116、118處之次級連接部件166一起在垂直方向上(即，沿著Z軸)處於第一生長拘束件158與第二生長拘束件160之間的張力下，以減少 電極總成106在垂直方向上之生長。此外，在如在圖5中展示之實施例中，該組電極拘束件108進一步包括一初級生長拘束系統151，其具有電極總成106之縱向端117、119處之第一初級生長拘束件154及第二初級生長拘束件156，其等由電極總成106之上側向表面148及下側向表面150處之第一初級連接部件162及第二初級連接部件164連接。在一項實施例中，次級內部連接部件166本身可理解為與第一初級生長拘束件154及第二初級生長拘束件156之一或多者配合以在電極總成106之在縱向方向上位於電極總成106之次級內部連接部件166與縱向端117、119(第一初級生長拘束件154及第二初級生長拘束件156可定位於其中)之間的各部分上施加一拘束壓力。
在一項實施例中，初級生長拘束系統151及次級生長拘束系統152之一或多者包含第一初級生長拘束件154及第二初級生長拘束件156及/或第一次級生長拘束件158及第二次級生長拘束件160，其等包含複數個拘束部件。即，初級生長拘束件154、156及/或次級生長拘束件158、160之各者可為一單一單體部件，或複數個部件可用於組成生長拘束件之一或多者。例如，在一項實施例中，第一次級生長拘束件158及第二次級生長拘束件160可包括沿著電極總成側向表面142之上表面區148及下表面區150延伸之單一拘束部件。在另一實施例中，第一次級生長拘束件158及第二次級生長拘束件160包括延伸橫跨側向表面之相對表面區148、150之複數個部件。類似地，初級生長拘束件154、156亦可由複數個部件製成，或各可包括各電極總成縱向端117、119處之一單一單體部件。為維持初級生長拘束件154、156與次級生長拘束件158、160之各者之間的張力，提供連接部件(例如，162、164、165、166)以將包括生長拘束件之部件之 一者或複數者連接至相對生長拘束部件以在電極總成106上施加壓力於生長拘束件之間。
在一項實施例中，次級生長拘束系統152之至少一個次級連接部件166與第一次級生長拘束件158及第二次級生長拘束件160分別形成接觸區域168、170以使生長拘束件維持彼此拉緊。接觸區域168、170分別係其中至少一個次級連接部件166之端部172、174處之表面觸碰及/或接觸第一次級生長拘束件158及第二次級生長拘束件160之區域，諸如其中至少一個次級連接部件166之一端部之一表面分別黏合或膠合至第一次級生長拘束件158及第二次級生長拘束件160之區域。接觸區域168、170可在各端部172、174處且可延伸橫跨第一次級生長拘束件158及第二次級生長拘束件160之一表面區域以提供其間的良好接觸。接觸區域168、170在縱向方向(Y軸)上提供第二連接部件166與生長拘束件158、160之間的接觸，且接觸區域168、170亦可延伸至橫向方向(X軸)中以提供良好接觸及連接以使第一次級生長拘束件158及第二次級生長拘束件160維持彼此拉緊。在一項實施例中，接觸區域168、170提供一或多個次級連接部件166在縱向方向(Y軸)上與生長拘束件158、160接觸之總面積(例如，所有區域168之總和及所有區域170之總和)對電極總成106在縱向方向上之每一WEA之一比率，其係至少1%。例如，在一項實施例中，一或多個次級連接部件166在縱向方向(Y軸)上與生長拘束件158、160接觸之總面積對電極總成106在縱向方向上之每一WEA之一比率係至少2%。舉進一步實例而言，在一項實施例中，一或多個次級連接部件166在縱向方向(Y軸)上與生長拘束件158、160接觸之總面積對電極總成106在縱向方向上之每一WEA之一比率係至少5%。舉進一步實例而言，在一項實施例中，一或多個次級連接部 件166在縱向方向(Y軸)上與生長拘束件158、160接觸之總面積對電極總成106在縱向方向上之每一WEA之一比率係至少10%。舉進一步實例而言，在一項實施例中，一或多個次級連接部件166在縱向方向(Y軸)上與生長拘束件158、160接觸之總面積對電極總成106在縱向方向上之每一WEA之一比率係至少25%。舉進一步實例而言，在一項實施例中，一或多個次級連接部件166在縱向方向(Y軸)上與生長拘束件158、160接觸之總面積對電極總成106在縱向方向上之每一WEA之一比率係至少50%。一般言之，一或多個次級連接部件166在縱向方向(Y軸)上與生長拘束件158、160接觸之總面積對電極總成106在縱向方向上之每一WEA之一比率將小於100%，諸如小於90%，且甚至小於75%，此係因為一或多個連接部件166通常不具有延伸橫跨整個縱向軸之一接觸區域168、170。然而，在一項實施例中，次級連接部件166與生長拘束件158、160之一接觸區域168、170可延伸橫跨橫向軸(X軸)之很大一部分且甚至可延伸橫跨電極總成106在橫向方向上之整個LEA。例如，一或多個次級連接部件166在橫向方向(X軸)上與生長拘束件158、160接觸之總面積(例如，所有區域168之總和及所有區域170之總和)對電極總成106在橫向方向上之每一LEA之一比率可為至少50%。舉進一步實例而言，一或多個次級連接部件166在橫向方向(X軸)上與生長拘束件158、160接觸之總面積對電極總成106在橫向方向(X軸)上之每一LEA之一比率可為至少約75%。舉進一步實例而言，一或多個次級連接部件166在橫向方向(X軸)上與生長拘束件158、160接觸之總面積對電極總成106在橫向方向(X軸)上之每一LEA之一比率可為至少約90%。舉進一步實例而言，一或多個次級連接部件166在橫向方向(X軸)上與生長拘束件158、160接觸之總面積對電極總成106在橫向方向(X軸)上 之每一LEA之一比率可為至少約95%。
根據一項實施例，一或多個次級連接部件166分別與第一次級生長拘束件158及第二次級生長拘束件160之間的接觸區域168、170足夠大以在具有電極總成106之一能量儲存裝置100或一二次電池102之循環期間提供生長拘束件158、160之間的充分固持及張力。例如，接觸區域168、170可與各生長拘束件158、160形成一接觸面積，該接觸面積組成電極總成106之側向表面142之表面積之至少2%，諸如電極總成106之側向表面142之表面積之至少10%，且甚至電極總成106之側向表面142之表面積之至少20%。舉進一步實例而言，接觸區域168、170可與各生長拘束件158、160形成一接觸面積，該接觸面積組成電極總成106之側向表面142之表面積之至少35%，且甚至電極總成106之側向表面142之表面積之至少40%。例如，對於具有上相對表面區148及下相對表面區150之一電極總成106，至少一個次級連接部件166可沿著上相對表面區148及下相對表面區150之表面積之至少5%分別與生長拘束件158、160形成接觸區域168、170，諸如沿著上相對表面區148及下相對表面區150之表面積之至少10%，且甚至上相對表面區148及下相對表面區150之表面積之至少20%。舉進一步實例而言，對於具有上相對表面區148及下相對表面區150之一電極總成106，至少一個次級連接部件166可沿著上相對表面區148及下相對表面區150之表面積之至少40%分別與生長拘束件158、160形成接觸區域168、170，諸如沿著上相對表面區148及下相對表面區150之表面積之至少50%。藉由形成組成相對於電極總成106之一總表面積之一最小表面積之至少一個連接部件166與生長拘束件158、160之間的一接觸，可提供生長拘束件158、160之間的適當張力。此外，根據一項實施例，可由一單一次級連 接部件166提供接觸區域168、170，或總接觸面積可為由複數個次級連接部件166(諸如定位於電極總成106之縱向端117、119處之一個或複數個次級連接部件116及/或與電極總成106之縱向端117、119隔開之一個或複數個內部次級連接部件166)提供之多個接觸區域168、170之總和。
此外，在一項實施例中，初級生長拘束系統151及次級生長拘束系統152(及視情況三級生長拘束系統)能夠約束電極總成106在縱向方向及正交於縱向方向之第二方向(諸如垂直方向(Z軸))兩者上(及視情況在第三方向上，諸如沿著X軸)之生長以約束電極總成之一體積生長%。
在某些實施例中，初級生長拘束系統151及次級生長拘束系統152之一或多者包括其中具有孔之一部件，諸如由一多孔材料製成之一部件。例如，參考描繪一電極總成106上方之一次級生長拘束件158之一俯視圖之圖6A，次級生長拘束件158可包括允許電解質通過其中之孔176，以便接取被次級生長拘束件158至少部分覆蓋之一電極總成106。在一項實施例中，第一次級生長拘束件158及第二次級生長拘束件160中具有孔176。在另一實施例中，第一初級生長拘束件154及第二初級生長拘束件156及第一次級生長拘束件158及第二次級生長拘束件160之各者中分別具有孔176。在又另一實施例中，第一次級生長拘束件158及第二次級生長拘束件160之僅一者或僅一部分中含有孔。在又一進一步實施例中，第一初級連接部件162及第二初級連接部件164之一或多者及至少一個次級連接部件166中分別含有孔。例如，當能量儲存裝置100或二次電池102含有共同堆疊在電池殼體104中之複數個電極總成106時，提供孔176可為有利的，以允許電解質在(例如)如在圖20中描繪之實施例中展示之二次電池102中之不同電極總成106之間流動。例如，在一項實施例中，分別組成初級生 長拘束系統151及次級生長拘束系統152之至少一部分之一多孔部件可具有至少0.25之一空隙率。舉進一步實例而言，在一些實施例中，分別組成初級生長拘束系統151及次級生長拘束系統152之至少一部分之一多孔部件可具有至少0.375之一空隙率。舉進一步實例而言，在一些實施例中，分別組成初級生長拘束系統151及次級生長拘束系統152之至少一部分之一多孔部件可具有至少0.5之一空隙率。舉進一步實例而言，在一些實施例中，分別組成初級生長拘束系統151及次級生長拘束系統152之至少一部分之一多孔部件可具有至少0.625之一空隙率。舉進一步實例而言，在一些實施例中，分別組成初級生長拘束系統151及次級生長拘束系統152之至少一部分之一多孔部件可具有至少0.75之一空隙率。
在一項實施例中，可藉由將初級生長拘束系統151之組件黏合、接合及/或膠合至次級生長拘束系統152之組件之至少一者而組裝及固定該組電極拘束件108以約束電極總成106之生長。例如，可將初級生長拘束系統151之組件膠合、焊接、接合或另外黏合及固定至次級生長拘束系統152之組件。例如，如在圖4A中展示，可將第一初級生長拘束件154及第二初級生長拘束件156分別黏合至亦可分別充當第一次級生長拘束件158及第二次級生長拘束件160之第一初級連接部件162及第二初級連接部件164。相反地，可將第一次級生長拘束件158及第二次級生長拘束件150分別黏合至分別充當第一初級生長拘束件154及第二初級生長拘束件156(諸如電極總成106之縱向端117、119處之生長拘束件)之至少一者之至少一個次級連接部件166。參考圖5，亦可將第一次級生長拘束件158及第二次級生長拘束件160分別黏合至至少一個次級連接部件166，其係與縱向端117、119隔開之一內部連接部件166。在一項實施例中，藉由將初級生長拘束 系統151及次級生長拘束系統152之部分分別固定至彼此，可提供電極總成106之協作約束。
圖6A至圖6D繪示將第一次級生長拘束件158及第二次級生長拘束件160之一或多者固定至一或多個次級連接部件166之實施例。圖6A至圖6D提供電極總成106之一實施例之一俯視圖，其具有電極總成106之側向表面142之一上表面區148上方之第一次級生長拘束件158。亦展示沿著一縱向軸(Y軸)隔開之第一初級生長拘束件154及第二初級生長拘束件156。亦展示可對應於一電極結構110及/或反電極結構112之至少一部分之一次級連接部件166。在如展示之實施例中，第一次級生長拘束件158中具有孔176以允許電解質及載體離子到達電極結構110及反電極結構112。如在上文描述，在某些實施例中，第一初級生長拘束件154及第二初級生長拘束件156可分別充當至少一個次級連接部件166以連接第一次級生長拘束件158與第二次級生長拘束件160。因此，在如展示之版本中，可分別在電極總成106之周邊處將第一次級生長拘束件158及第二次級生長拘束件160分別連接至第一初級生長拘束件154及第二初級生長拘束件156。然而，在一項實施例中，亦可經由一次級連接部件166連接第一次級生長拘束件158與第二次級生長拘束件160，該次級連接部件166係一內部次級連接部件166。在如展示之版本中，第一次級生長拘束件158包括其中生長拘束件158接合至一下伏內部次級連接部件166之接合區178且進一步包括其中生長拘束件158未接合至一下伏次級連接部件166之非接合區180，以便提供生長拘束件158與下伏次級連接部件166之間的接觸區域168，其呈接合區178之行與非接合區180之區域交替之形式。在一項實施例中，非接合區180進一步含有電解質及載體離子可通過其中之開孔176。根據一項實 施例，將第一次級生長拘束件158及第二次級生長拘束件160分別黏合至包括一電極結構110或反電極結構112或電極總成106之其他內部結構之至少一部分之一次級連接部件166。在一項實施例中，可將第一次級生長拘束件158及第二次級生長拘束件160分別黏合至反電極結構112或形成次級連接部件166之其他內部結構之頂端及底端，以形成對應於其中拘束件黏合至一反電極112或其他內部結構之黏合區域178之行及反電極112或其他內部結構之間的非黏合區域180之行。此外，可將第一次級生長拘束件158及第二次級生長拘束件160分別接合或黏合至反電極結構112或形成至少一個次級連接部件166之其他結構，以使得孔176至少在非接合區域180中保持敞開，且亦可黏合其等以使得孔176在接合區178中可保持相對敞開以允許電解質及載體離子通過其中。
在如在圖6B中展示之又另一實施例中，在電極總成106之周邊處將第一次級生長拘束件158及第二次級生長拘束件160分別連接至第一初級生長拘束件154及第二初級生長拘束件156且亦可經由一次級連接部件166連接其等，該次級連接部件166係一內部次級連接部件166。在如展示之版本中，第一次級生長拘束件158包括其中生長拘束件158接合至一下伏內部次級連接部件166之接合區178且進一步包括其中生長拘束件158未接合至一下伏次級連接部件166之非接合區180，以便提供生長拘束件158與下伏次級連接部件166之間的接觸區域168，其呈接合區178之列與非接合區180之區域交替之形式。在此實施例中，此等接合區178及非接合區180可分別延伸橫跨次級連接部件166之一尺寸，此可在如在圖6B中展示之橫向方向(X軸)上而不是在如在圖6A中之縱向方向(Y軸)上。替代性地，接合區178及非接合區180可依一預定圖案分別延伸橫跨縱向方向及橫向方向 兩者。在一項實施例中，非接合區180進一步含有電解質及載體離子可通過其中之開孔176。在一項實施例中，可將第一次級生長拘束件158及第二次級生長拘束件160分別黏合至反電極結構112或形成次級連接部件166之其他內部結構之頂端及底端，以形成對應於其中生長拘束件黏合至一反電極112或其他內部結構之黏合區域178之列及反電極112或其他內部結構之間的非黏合區域180之區域。此外，可將第一次級生長拘束件158及第二次級生長拘束件160分別接合或黏合至反電極結構112或形成至少一個次級連接部件166之其他結構以使得孔176至少在非接合區域180中保持敞開，且亦可黏合其等以使得孔176在接合區178中可保持相對敞開以允許電解質及載體離子通過其中。
在如在圖6C中展示之又另一實施例中，展示將第一次級生長拘束部件158及第二次級生長拘束部件160連接至至少一個次級連接部件166之一替代構形。更特定言之，次級生長拘束件158、160之接合區178及非接合區180經展示為在縱向方向(Y軸)上圍繞朝向電極總成106之中心而定位之一黏合軸AG對稱。如在此實施例中展示，將第一次級生長拘束件158及第二次級生長拘束件160分別附接至包括一電極110、反電極112或其他內部電極總成結構之次級連接部件166之端部，但接合區域及非接合區域之行不具有相等大小。即，生長拘束件158、160可依一交替或其他序列選擇性地接合至內部次級連接部件166，使得(例如)非接合區域180之量超過接合區域178之量以提供充足數目個孔176，其等敞開以使電解質通過其中。即，可根據所提供之接合至非接合區之一面積將第一次級生長拘束件158及第二次級生長拘束件160分別接合至每隔一個反電極112或組成次級連接部件166之其他內部結構或接合至每1+n個結構(例如，反電極112)之 一者。
圖6D繪示將第一次級生長拘束部件158及第二次級生長拘束部件160分別連接至至少一個次級連接部件166之一替代構形之又另一實施例。在此版本中，第一次級生長拘束件158及第二次級生長拘束件160之接合區178及非接合區180形成圍繞黏合軸AG之一非對稱行圖案。即，諸如可藉由根據一隨機或其他非對稱圖案跳過至內部結構之黏合而依一非對稱圖案將第一次級生長拘束件158及第二次級生長拘束件160分別黏合至對應於電極結構110或反電極結構120或其他內部結構之次級連接部件166。在如展示之實施例中之圖案中，接合區178及非接合區180分別形成具有圍繞黏合軸AG不對稱之不同寬度之交替行。此外，雖然一黏合軸AG在本文中展示為位於一縱向方向(Y軸)上，但黏合軸AG亦可沿著橫向方向(X軸)，或可存在沿著縱向方向及橫向方向之兩個黏合軸，圍繞其等可形成接合區178及非接合區180之圖案。類似地，對於關於圖6A至圖6D描述及/或展示之各圖案，應理解，沿著縱向方向(Y軸)展示之一圖案可替代性地沿著橫向方向(X軸)形成，或反之亦然，或可形成兩個方向上之圖案之一組合。
在一項實施例中，沿著任何次級連接部件166及/或沿著第一初級生長拘束件154及第二初級生長拘束件156之第一次級生長拘束件158及第二次級生長拘束件160之一接合區178之一面積對沿著拘束件之接合區及非接合區之一總面積係至少50%，諸如至少75%，且甚至至少90%，諸如100%。在另一實施例中，可將第一次級生長拘束件158及第二次級生長拘束件160分別黏合至對應於一電極結構110或反電極結構112或電極總成106之其他內部結構之一次級連接部件166，使得接合區178中之孔176保持敞開。即，可將第一次級生長拘束件158及第二次級生長拘束件160分 別接合至次級連接部件166，使得生長拘束件中之孔176未被任何黏合劑或用於將(若干)生長拘束件黏合至(若干)連接部件之其他構件堵塞。根據一項實施例，將第一次級生長拘束件158及第二次級生長拘束件160連接至至少一個次級連接部件166以提供佔生長拘束件158、160之面積之至少5%之具有孔176之一敞開區域，且甚至佔生長拘束件158、160之面積之至少10%之具有孔176之一敞開區域，且甚至佔生長拘束件158、160之面積之至少25%之具有孔176之一敞開區域，諸如佔生長拘束件158、160之面積之至少50%之具有孔176之一敞開區域。
雖然上文描述之實施例可以對準為沿著Y軸之行之孔176為特徵，但熟習此項技術者將瞭解，孔176在圖6A至圖6D中亦可經特性化為定向成沿著X軸之列，且可水平地或沿著X軸施加黏合劑或其他黏合構件以組裝該組電極拘束件108。此外，可施加黏合劑或其他接合構件以產生網格狀氣孔176。此外，如在上文描述，黏合軸AG亦可水平地或沿著X軸定向以提供類似對稱及非對稱黏合及/或接合圖案。
此外，雖然孔176及非接合區180已在上文描述為對準成沿著Y軸之行及沿著X軸之列(即，依一線性方式)，但已進一步設想，可依一非線性方式配置孔176及/或非接合區180。例如，在某些實施例中，孔176可依一非組織或隨機方式分佈遍及第一次級生長拘束件158及第二次級生長拘束件160之表面。因此，在一項實施例中，可依任何方式施加黏合劑或其他黏合構件，只要所得結構具有未被過度堵塞之充足孔176且含有具有未堵塞孔176之非接合區180即可。
次級拘束系統子架構
根據一項實施例，如在上文論述，可經由一次級連接部件166將第一 次級生長拘束件158及第二次級生長拘束件160之一或多者連接在一起，該次級連接部件166係電極總成106之一內部結構之一部分，諸如一電極結構110及/或反電極結構112之一部分。在一項實施例中，藉由經由電極總成106內之結構提供拘束件之間的連接，可實現一緊密拘束結構，其充分補償由電極結構110之生長產生之應力。例如，在一項實施例中，可藉由經由透過一連接部件166連接以使第一次級生長拘束件158及第二次級生長拘束件160處於彼此拉緊而拘束正交於縱向方向之一方向(垂直方向)上之生長，該連接部件166係一電極結構110或反電極結構112之一部分。在又一進一步實施例中，可藉由透過充當次級連接部件166之一反電極結構112(例如，陰極)連接次級生長拘束件158、160而反抗一電極結構110(例如，一陽極結構)之生長。
一般言之，在某些實施例中，可將初級生長拘束系統151及次級生長拘束系統152之組件附接至一電極總成106內之電極結構110及/或反電極結構112，且次級生長拘束系統152之組件亦可體現為一電極總成106內之電極結構110及/或反電極結構112，從而不僅提供有效約束而且在不過度增大具有電極總成106之一能量儲存裝置100或一二次電池102之大小之情況下更有效地利用電極總成106之體積。例如，在一項實施例中，可將初級生長拘束系統151及/或次級生長拘束系統152附接至一或多個電極結構110。舉進一步實例而言，在一項實施例中，可將初級生長拘束系統151及/或次級生長拘束系統152附接至一或多個反電極結構112。舉進一步實例而言，在某些實施例中，至少一個次級連接部件166可體現為電極結構群110。舉進一步實例而言，在某些實施例中，至少一個次級連接部件166可體現為反電極結構群112。
現在參考圖7，展示一笛卡兒座標系統以供參考，其具有一垂直軸(Z軸)、一縱向軸(Y軸)及一橫向軸(X軸)；其中X軸定向為自頁面之平面伸出；且如上文描述之堆疊方向D之一指定與Y軸共同平行。更特定言之，圖7展示沿著如圖1中之線A-A’之一組電極拘束件108之一橫截面，其包含一初級生長拘束系統151之一項實施例及一次級生長拘束系統152之一項實施例兩者。初級生長拘束系統151包含如上文描述之一第一初級生長拘束件154及一第二初級生長拘束件156及如上文描述之一第一初級連接部件162及一第二初級連接部件164。次級生長拘束系統152包含一第一次級生長拘束件158、一第二次級生長拘束件160及體現為電極結構群110及/或反電極結構群112之至少一個次級連接部件166；因此，在此實施例中，至少一個次級連接部件166、電極結構110及/或反電極結構112可理解為可互換的。此外，分離器130亦可形成一次級連接部件166之一部分。此外，在此實施例中，第一初級連接部件162及第一次級生長拘束件158係可互換的，如在上文描述。此外，在此實施例中，第二初級連接部件164及第二次級生長拘束件160係可互換的，如在上文描述。更特定言之，在圖7中繪示對應於電極結構110或反電極結構112之次級連接部件166與第一次級生長拘束件158及第二次級生長拘束件160之一齊平連接之一項實施例。齊平連接可進一步包含第一次級生長拘束件158與次級連接部件166之間的一膠層182及第二次級生長拘束件160與次級連接部件166之間的一膠層182。膠層182將第一次級生長拘束件158貼附至次級連接部件166，且將第二次級生長拘束件160貼附至次級連接部件166。
而且，可依可連結在一起以形成一單一部件的複數個片段1088或零件之形式來提供第一初級生長拘束件154、第二初級生長拘束件156、第 一次級生長拘束件158、第二次級生長拘束件160及至少一個次級連接部件166之一或多者。例如，如在圖7中繪示之實施例中展示，依一主要中間片段1088a以及定位朝向電極總成106之縱向端117、119之第一端片段及第二端片段1088b之形式提供一第一次級生長拘束件158，其中由經提供以連接片段1088之一連接部分1089(諸如形成於片段1088中之凹口，其等可經互連以將片段1088連結至彼此)將中間片段1088a連接至各第一端片段及第二端片段1088b。可類似地依複數個片段1088之形式提供一第二次級生長拘束件160，該等片段1088可連接在一起以形成拘束件，如在圖7中展示。在一項實施例中，亦可依複數個片段1088之形式提供次級生長拘束件158、160、至少一個初級連接部件162及/或至少一個次級連接部件166之一或多者，該等片段1088可經由一連接部分(諸如凹口)連接在一起以形成完整部件。根據一項實施例，經由凹口或其他連接部分將片段1088連接在一起可提供在連接片段時預拉緊由複數個片段形成之部件。
在一項實施例中，在圖7中進一步繪示具有一電極活性材料層132、一離子多孔電極電流收集器136及一電極骨幹134之電極群110之部件，電極骨幹134支撐電極活性材料層132及電極電流收集器136。類似地，在一項實施例中，在圖7中繪示具有一反電極活性材料層138、一反電極電流收集器140及一反電極骨幹141之反電極群112之部件，反電極骨幹141支撐反電極活性材料層138及反電極電流收集器140。
未受限於任何特定理論(例如，如在圖7中)，在某些實施例中，電極群110之部件包含一電極活性材料層132、一電極電流收集器136及一電極骨幹134，電極骨幹134支撐電極活性材料層132及電極電流收集器136。類似地，在某些實施例中，反電極群112之部件包含一反電極活性材料層 138、一反電極電流收集器140及一反電極骨幹141，支撐反電極活性材料層138及反電極電流收集器140。
雖然電極群110之部件已在本文中繪示及描述為包含直接相鄰於電極骨幹134之電極活性材料層132及直接相鄰於且有效環繞電極骨幹134及電極活性材料層132之電極電流收集器136，但熟習此項技術者將瞭解，已設想電極群110之其他配置。例如，在一項實施例(未展示)中，電極群110可包含直接相鄰於電極電流收集器136之電極活性材料層132及直接相鄰於電極骨幹134之電極電流收集器136。換言之，電極骨幹134可被電極電流收集器136有效地環繞，其中電極活性材料層132位於電極電流收集器136之側翼且直接相鄰於電極電流收集器136。如熟習此項技術者將瞭解，電極群110及/或反電極群112之任何合適構形可應用於本文中描述之發明標的物，只要經由分離器130將電極活性材料層132與反電極活性材料層138分離即可。而且，電極電流收集器136在定位於電極活性材料層132與分離器130之間時需要為可滲透離子的；且反電極電流收集器140在定位於反電極活性材料層138與分離器130之間時需要為可滲透離子的。
為易於繪示，僅描繪電極群110之三個部件及反電極群112之四個部件；然而，實務上，使用本文中之發明標的物之一能量儲存裝置100或二次電池102可取決於能量儲存裝置100或二次電池102之應用而包含電極群110及反電極群112之額外部件，如在上文描述。此外，在圖7中繪示使電極活性材料層132與反電極活性材料層138電絕緣之一微孔分離器130。
如在上文描述，在某些實施例中，電極結構群110之各部件可在一電解質(未展示)內之載體離子(未展示)插入至電極結構110中之後膨脹且在自電極結構110提取載體離子之後收縮。例如，在一項實施例中，電極結構 110可為陽極活性的。舉進一步實例而言，在一項實施例中，電極結構110可為陰極活性的。
此外，為了分別連接第一次級生長拘束件158與第二次級生長拘束件160，可藉由一合適手段將拘束件158、160附接至至少一個連接部件166，諸如藉由如展示之膠合或替代性地藉由焊接，諸如藉由焊接至電流收集器136、140。例如，可藉由黏合、膠合、接合、焊接及類似物之至少一者將第一次級生長拘束件158及/或第二次級生長拘束件160分別附接至對應於一電極結構110及/或反電極結構112之至少一者(諸如一電極骨幹134及/或反電極骨幹141、一電極電流收集器136及/或反電極電流收集器140之至少一者)之一次級連接部件166。根據一項實施例，可藉由以下方式將第一次級生長拘束件158及/或第二次級生長拘束件160分別附接至次級連接部件166：將第一次級生長拘束件158及/或第二次級生長拘束件160分別機械按壓至一或多個次級連接部件166之一端部(諸如電極結構群110及/或反電極結構群112之端部)，同時使用一膠或其他黏合材料將電極結構110及/或反電極結構112之一或多個端部分別黏合至第一次級生長拘束件158及/或第二次級生長拘束件160之至少一者。
圖8A至圖8B描繪根據一項實施例之力示意圖，其等展示由該組電極拘束件108施加在電極總成106上之力以及在含有電極總成106之一二次電池102之重複循環之後由電極結構110施加之力。如在圖8A至圖8B中展示，透過二次電池102之充電及放電之重複循環可導致電極結構110中(諸如電極結構110之電極活性材料層132中)之生長，此係歸因於離子(例如，Li)嵌入及/或合金化至電極結構110之電極活性材料層132中。因此，電極結構110可歸因於電極結構110之體積生長而施加垂直方向上之相反力 198a以及縱向方向上之相反力198b。雖然未特別展示，電極結構110亦可歸因於體積改變而在橫向方向上施加相對力。為抵消此等力且約束電極總成106之整體生長，在一項實施例中，該組電極拘束件108包含具有分別在電極總成106之縱向端117、119處之第一初級生長拘束件154及第二初級生長拘束件156之初級生長拘束系統151，第一初級生長拘束件154及第二初級生長拘束件156在縱向方向上施加力200a以抵抗由電極結構110施加之縱向力198b。類似地，在一項實施例中，該組電極拘束件108包含具有分別在沿著電極總成106之垂直方向之相對表面處之第一次級生長拘束件158及第二次級生長拘束件160之次級生長拘束系統152，第一次級生長拘束件158及第二次級生長拘束件160在垂直方向上施加力200b以抵抗由電極結構110施加之垂直力198a。此外，替代性地或另外，亦可提供一三級生長拘束系統155(未展示)以使第一生長拘束系統151及第二生長拘束系統152之一或多者分別在橫向方向上施加反作用力以抵消由電極總成106中之電極結構110之體積改變施加之橫向力。因此，該組電極拘束件108可能夠至少部分抵抗藉由電極結構110在充電與放電之間循環期間之體積改變而由電極結構110施加之力，使得可控制及約束電極總成106之一整體宏觀生長。
電極結構群
再次參考圖7，電極結構群110之各部件亦可包含相鄰於第一次級生長拘束件158之一頂部1052、相鄰於第二次級生長拘束件160之一底部1054及環繞平行於Z軸之一垂直軸AES之一側向表面(未標記)，側向表面連接頂部1052與底部1054。電極結構110進一步包含一長度LES、一寬度WES及一高度HES。長度LES以側向表面為界且沿著X軸量測。寬度WES以側向 表面為界且沿著Y軸量測，且高度HES沿著垂直軸AES或Z軸自頂部1052至底部1054量測。
電極群110之部件之LES將取決於能量儲存裝置100或二次電池102及其(若干)預期用途而變化。然而，一般言之，電極群110之部件通常將具有在約5mm至約500mm之範圍中之一LES。例如，在一項此類實施例中，電極群110之部件具有約10mm至約250mm之一LES。舉進一步實例而言，在一項此類實施例中，電極群110之部件具有約20mm至約100mm之一LES。
電極群110之部件之WES亦將取決於能量儲存裝置100或二次電池102及其(若干)預期用途而變化。然而，一般言之，電極群110之各部件通常將具有在約0.01mm至2.5mm之範圍內之一WES。例如，在一項實施例中，電極群110之各部件之WES將在約0.025mm至約2mm之範圍中。舉進一步實例而言，在一項實施例中，電極群110之各部件之WES將在約0.05mm至約1mm之範圍中。
電極群110之部件之HES亦將取決於能量儲存裝置100或二次電池102及其(若干)預期用途而變化。然而，一般言之，電極群110之部件通常將具有在約0.05mm至約10mm之範圍內之一HES。例如，在一項實施例中，電極群110之各部件之HES將在約0.05mm至約5mm之範圍中。舉進一步實例而言，在一項實施例中，電極群110之各部件之HES將在約0.1mm至約1mm之範圍中。
在另一實施例中，電極結構群110之各部件可包含具有平行於Z軸之一垂直軸AESB之一電極結構骨幹134。電極結構骨幹134亦可包含圍繞垂直軸AESB環繞電極結構骨幹134之一電極活性材料層132。換言之，電極 結構骨幹134為電極活性材料層132提供機械穩定性，且可為初級生長拘束系統151及/或次級拘束系統152提供一附接點。在某些實施例中，電極活性材料層132在載體離子插入至電極活性材料層132之後膨脹，且在自電極活性材料層132提取載體離子之後收縮。例如，在一項實施例中，電極活性材料層132可為陽極活性的。舉進一步實例而言，在一項實施例中，電極活性材料層132可為陰極活性的。電極結構骨幹134亦可包含相鄰於第一次級生長拘束件158之一頂部1056、相鄰於第二次級生長拘束件160之一底部1058及環繞垂直軸AESB且連接頂部1056與底部1058之一側向表面(未標記)。電極結構骨幹134進一步包含一長度LESB、一寬度WESB及一高度HESB。長度LESB以側向表面為界且沿著X軸量測。寬度WESB以側向表面為界且沿著Y軸量測，且高度HESB沿著Z軸自頂部1056至底部1058量測。
電極結構骨幹134之LESB將取決於能量儲存裝置100或二次電池102及其(若干)預期用途而變化。然而，一般言之，電極結構骨幹134通常將具有在約5mm至約500mm之範圍中之一LESB。例如，在一項此類實施例中，電極結構骨幹134將具有約10mm至約250mm之一LESB。舉進一步實例而言，在一項此類實施例中，電極結構骨幹134將具有約20mm至約100mm之一LESB。根據一項實施例，電極結構骨幹134可為電極結構110之充當至少一個連接部件166之子結構。
電極結構骨幹134之WESB亦將取決於能量儲存裝置100或二次電池102及其(若干)預期用途而變化。然而，一般言之，各電極結構骨幹134通常將具有至少1微米之一WESB。例如，在一項實施例中，各電極結構骨幹134之WESB可實質上更厚，但大體上將不具有超過500微米之一厚度。舉 進一步實例而言，在一項實施例中，各電極結構骨幹134之WESB將在約1微米至約50微米之範圍中。
電極結構骨幹134之HESB亦將取決於能量儲存裝置100或二次電池102及其(若干)預期用途而變化。然而，一般言之，電極結構骨幹134通常將具有至少約50微米、更通常至少約100微米之一HESB。此外，一般言之，電極結構骨幹134通常將具有不超過約10,000微米、且更通常不超過約5,000微米之一HESB。例如，在一項實施例中，各電極結構骨幹134之HESB將在約0.05mm至約10mm之範圍中。舉進一步實例而言，在一項實施例中，各電極結構骨幹134之HESB將在約0.05mm至約5mm之範圍中。舉進一步實例而言，在一項實施例中，各電極結構骨幹134之HESB將在約0.1mm至約1mm之範圍中。
取決於應用，電極結構骨幹134可為導電或絕緣的。例如，在一項實施例中，電極結構骨幹134可為導電的且可包含用於電極活性材料132之電極電流收集器136。在一項此類實施例中，電極結構骨幹134包含具有至少約103西門子/cm之一導電率之一電極電流收集器136。舉進一步實例而言，在一項此類實施例中，電極結構骨幹134包含具有至少約104西門子/cm之一導電率之一電極電流收集器136。舉進一步實例而言，在一項此類實施例中，電極結構骨幹134包含具有至少約105西門子/cm之一導電率之一電極電流收集器136。在其他實施例中，電極結構骨幹134相對不導電。例如，在一項實施例中，電極結構骨幹134具有小於10西門子/cm之一導電率。舉進一步實例而言，在一項實施例中，電極結構骨幹134具有小於1西門子/cm之一導電率。舉進一步實例而言，在一項實施例中，電極結構骨幹134具有小於10-1西門子/cm之一導電率。
在某些實施例中，電極結構骨幹134可包含可經塑形之任何材料，諸如金屬、半導體、有機物、陶瓷及玻璃。例如，在某些實施例中，材料包含半導體材料，諸如矽及鍺。然而，替代性地，碳基有機材料或金屬(諸如鋁、銅、鎳、鈷、鈦及鎢)亦可併入至電極結構骨幹134中。在一項例示性實施例中，電極結構骨幹134包括矽。例如，矽可為單晶矽、多晶矽、非晶矽或其等之一組合。
在某些實施例中，電極活性材料層132可具有至少一微米之一厚度。然而，通常，電極活性材料層132厚度將不超過200微米。例如，在一項實施例中，電極活性材料層132可具有約1微米至50微米之一厚度。舉進一步實例而言，在一項實施例中，電極活性材料層132可具有約2微米至約75微米之一厚度。舉進一步實例而言，在一項實施例中，電極活性材料層132可具有約10微米至約100微米之一厚度。舉進一步實例而言，在一項實施例中，電極活性材料層132可具有約5微米至約50微米之一厚度。
在某些實施例中，電極電流收集器136包含一離子可滲透導體材料，其具有對載體離子之足夠離子滲透性以促進載體離子自分離器130移動至電極活性材料層132且具有足夠導電率以使其能夠充當一電流收集器。定位於電極活性材料層132與分離器130之間之電極電流收集器136可藉由跨電極活性材料層132之表面分佈來自電極電流收集器136之電流而促進更均勻載體離子運輸。繼而，此可促進載體離子之更均勻插入及提取且藉此在循環期間減小電極活性材料層132中之應力；由於電極電流收集器136將電流分佈至電極活性材料層132面向分離器130之表面，電極活性材料層132對載體離子之反應性將在載體離子濃度最大之處最大。
電極電流收集器136包含一離子可滲透導體材料，其係離子傳導且導 電的。換言之，電極電流收集器136具有一厚度、一導電率及對載體離子之一離子傳導率，該離子傳導率促進載體離子在一電化學堆疊或電極總成106中之離子可滲透導體層之一個側上之一緊鄰電極活性材料層132與電極電流收集器136之另一側上之一緊鄰分離器層130之間移動。在一相對基礎上，當存在一施加電流以將能量儲存於裝置100中或存在一施加負載以使裝置100放電時，電極電流收集器136具有大於其離子傳導率之一導電率。例如，當存在一施加電流以將能量儲存於裝置100中或存在一施加負載以使裝置100放電時，電極電流收集器136之導電率對(對載體離子之)離子傳導率之比率通常將為至少1,000：1。舉進一步實例而言，在一項此類實施例中，當存在一施加電流以將能量儲存於裝置100中或存在一施加負載以使裝置100放電時，電極電流收集器136之導電率對(對載體離子之)離子傳導率之比率係至少5,000：1。舉進一步實例而言，在一項此類實施例中，當存在一施加電流以將能量儲存於裝置100中或存在一施加負載以使裝置100放電時，電極電流收集器136之導電率對(對載體離子之)離子傳導率之比率係至少10,000：1。舉進一步實例而言，在一項此類實施例中，當存在一施加電流以將能量儲存於裝置100中或存在一施加負載以使裝置100放電時，電極電流收集器136之導電率對(對載體離子之)離子傳導率之比率係至少50,000：1。舉進一步實例而言，在一項此類實施例中，當存在一施加電流以將能量儲存於裝置100中或存在一施加負載以使裝置100放電時，電極電流收集器136之導電率對(對載體離子之)離子傳導率之比率係至少100,000：1。
在一項實施例中，且當存在一施加電流以將能量儲存於裝置100中或存在一施加負載以使裝置100放電時，諸如當一二次電池102正在充電或 放電時，電極電流收集器136具有一離子傳導率，其相當於一相鄰分離器層130之離子傳導率。例如，在一項實施例中，當存在一施加電流以將能量儲存於裝置100中或存在一施加負載以使裝置100放電時，電極電流收集器136(對載體離子)之一離子傳導率係分離器層130之離子傳導率之至少50%(即，0.5：1之一比率)。舉進一步實例而言，在一些實施例中，當存在一施加電流以將能量儲存於裝置100中或存在一施加負載以使裝置100放電時，電極電流收集器136(對載體離子)之離子傳導率對分離器層130(對載體離子)之離子傳導率之比率係至少1：1。舉進一步實例而言，在一些實施例中，當存在一施加電流以將能量儲存於裝置100中或存在一施加負載以使裝置100放電時，電極電流收集器136(對載體離子)之離子傳導率對分離器層130(對載體離子)之離子傳導率之比率係至少1.25：1。舉進一步實例而言，在一些實施例中，當存在一施加電流以將能量儲存於裝置100中或存在一施加負載以使裝置100放電時，電極電流收集器136(對載體離子)之離子傳導率對分離器層130(對載體離子)之離子傳導率之比率係至少1.5：1。舉進一步實例而言，在一些實施例中，當存在一施加電流以將能量儲存於裝置100中或存在一施加負載以使裝置100放電時，電極電流收集器136(對載體離子)之離子傳導率對分離器層130(對載體離子)之離子傳導率之比率係至少2：1。
在一項實施例中，電極電流收集器136亦具有一導電率，其實質上大於電極活性材料層132之導電率。例如，在一項實施例中，當存在一施加電流以將能量儲存於裝置100中或存在一施加負載以使裝置100放電時，電極電流收集器136之導電率對電極活性材料層132之導電率之比率係至少100：1。舉進一步實例而言，在一些實施例中，當存在一施加電流以將 能量儲存於裝置100中或存在一施加負載以使裝置100放電時，電極電流收集器136之導電率對電極活性材料層132之導電率之比率係至少500：1。舉進一步實例而言，在一些實施例中，當存在一施加電流以將能量儲存於裝置100中或存在一施加負載以使裝置100放電時，電極電流收集器136之導電率對電極活性材料層132之導電率之比率係至少1000：1。舉進一步實例而言，在一些實施例中，當存在一施加電流以將能量儲存於裝置100中或存在一施加負載以使裝置100放電時，電極電流收集器136之導電率對電極活性材料層132之導電率之比率係至少5000：1。舉進一步實例而言，在一些實施例中，當存在一施加電流以將能量儲存於裝置100中或存在一施加負載以使裝置100放電時，電極電流收集器136之導電率對電極活性材料層132之導電率之比率係至少10,000：1。
在某些實施例中，電極電流收集器層136之厚度(即，在一項實施例中，其間夾置電極電流收集器層136之分離器130與陽極活性材料層(例如，電極活性材料層132)之間的最短距離)將取決於層136之組合物及電化學堆疊之效能規格。一般言之，當一電極電流收集器層136係一離子可滲透導體層時，其將具有至少約300埃之一厚度。例如，在一些實施例中，其可具有在約300埃至800埃之範圍中之一厚度。然而，更通常，其將具有大於約0.1微米之一厚度。一般言之，一離子可滲透導體層將具有不大於約100微米之一厚度。因此，例如，在一項實施例中，電極電流收集器層136將具有在約0.1微米至約10微米之範圍中之一厚度。舉進一步實例而言，在一些實施例中，電極電流收集器層136將具有在約0.1微米至約5微米之範圍中之一厚度。舉進一步實例而言，在一些實施例中，電極電流收集器層136將具有在約0.5微米至約3微米之範圍中之一厚度。一般言之， 較佳地，電極電流收集器層136之厚度係近似均勻的。例如，在一項實施例中，較佳地，電極電流收集器層136具有小於約25%之一厚度不均勻性。在某些實施例中，厚度變化甚至更小。例如，在一些實施例中，電極電流收集器層136具有小於約20%之一厚度不均勻性。舉進一步實例而言，在一些實施例中，電極電流收集器層136具有小於約15%之一厚度不均勻性。在一些實施例中，離子可滲透導體層具有小於約10%之一厚度不均勻性。
在一項實施例中，電極電流收集器層136係一離子可滲透導體層，其包含促成離子滲透性及導電率之一導電組件及一離子傳導組件。通常，導電組件將包含呈一網格或圖案化表面、一薄膜之形式之一連續導電材料(例如，一連續金屬或金屬合金)或包括連續導電材料(例如，一連續金屬或金屬合金)之複合材料。另外，離子傳導組件通常將包括孔，例如，一網格之格隙、包含材料層之一圖案化金屬或金屬合金之間的空間、一金屬薄膜中之孔或具有對載體離子之足夠擴散率之一固體離子導體。在某些實施例中，離子可滲透導體層包含一沈積多孔材料、一離子運輸材料、一離子反應性材料、一複合材料或一實體多孔材料。例如，若多孔，則離子可滲透導體層可具有至少約0.25之一空隙率。然而，一般言之，空隙率通常將不超過約0.95。更通常，當離子可滲透導體層係多孔的，則空隙率可在約0.25至約0.85之範圍中。在一些實施例中，例如，當離子可滲透導體層係多孔的，則空隙率可在約0.35至約0.65之範圍中。
在圖7中繪示之實施例中，電極電流收集器層136係用於電極活性材料層132之單陽極電流收集器。換言之，電極結構骨幹134可包含一陽極電流收集器。然而，在某些其他實施例中，電極結構骨幹134可視情況不 包含一陽極電流收集器。
反電極結構群
再次參考圖7，反電極結構群112之各部件亦可包含相鄰於第一次級生長拘束件158之一頂部1068、相鄰於第二次級生長拘束件160之一底部1070及圍繞平行於Z軸之一垂直軸ACES之一側向表面(未標記)，側向表面連接頂部1068與底部1070。反電極結構112進一步包含一長度LCES、一寬度WCES及一高度HCES。長度LCES以側向表面為界且沿著X軸量測。寬度WCES以側向表面為界且沿著Y軸量測，且高度HCES沿著垂直軸ACES或Z軸自頂部1068至底部1070量測。
反電極群112之部件之LCES將取決於能量儲存裝置100或二次電池102及其(若干)預期用途而變化。然而，一般言之，反電極群112之部件通常將具有在約5mm至約500mm之範圍中之一LCES。例如，在一項此類實施例中，反電極群112之部件具有約10mm至約250mm之一LCES。舉進一步實例而言，在一項此類實施例中，反電極群112之部件具有約25mm至約100mm之一LCES。
反電極群112之部件之WCES亦將取決於能量儲存裝置100或二次電池102及其(若干)預期用途而變化。然而，一般言之，反電極群112之各部件通常將具有在約0.01mm至2.5mm之範圍內之一WCES。例如，在一項實施例中，反電極群112之各部件之WCES將在約0.025mm至約2mm之範圍中。舉進一步實例而言，在一項實施例中，反電極群112之各部件之WCES將在約0.05mm至約1mm之範圍中。
反電極群112之部件之HCES亦將取決於能量儲存裝置100或二次電池102及其(若干)預期用途而變化。然而，一般言之，反電極群112之部件通 常將具有在約0.05mm至約10mm之範圍內之一HES。例如，在一項實施例中，反電極群112之各部件之HCES將在約0.05mm至約5mm之範圍中。舉進一步實例而言，在一項實施例中，反電極群112之各部件之HCES將在約0.1mm至約1mm之範圍中。
在另一實施例中，反電極結構群112之各部件可包含具有平行於Z軸之一垂直軸ACESB之一反電極結構骨幹141。反電極結構骨幹141亦可包含圍繞垂直軸ACESB環繞反電極結構骨幹141之一反電極活性材料層138。換言之，反電極結構骨幹141為反電極活性材料層138提供機械穩定性，且可為初級生長拘束系統151及/或次級生長拘束系統152提供一附接點。在某些實施例中，反電極活性材料層138在載體離子插入至反電極活性材料層138之後膨脹，且在自反電極活性材料層138提取載體離子之後收縮。例如，在一項實施例中，反電極活性材料層138可為陽極活性的。舉進一步實例而言，在一項實施例中，反電極活性材料層138可為陰極活性的。反電極結構骨幹141亦可包含相鄰於第一次級生長拘束件158之一頂部1072、相鄰於第二次級生長拘束件160之一底部1074及環繞垂直軸ACESB且連接頂部1072與底部1074之一側向表面(未標記)。反電極結構骨幹141進一步包含一長度LCESB、一寬度WCESB及一高度HCESB。長度LCESB以側向表面為界且沿著X軸量測。寬度WCESB以側向表面為界且沿著Y軸量測，且高度HCESB沿著Z軸自頂部1072至底部1074量測。
反電極結構骨幹141之LCESB將取決於能量儲存裝置100或二次電池102及其(若干)預期用途而變化。然而，一般言之，反電極結構骨幹141通常將具有在約5mm至約500mm之範圍中之一LCESB。例如，在一項此類實施例中，反電極結構骨幹141將具有約10mm至約250mm之一LCESB。 舉進一步實例而言，在一項此類實施例中，反電極結構骨幹141將具有約20mm至約100mm之一LCESB。
反電極結構骨幹141之WCESB亦將取決於能量儲存裝置100或二次電池102及其(若干)預期用途而變化。然而，一般言之，各反電極結構骨幹141通常將具有至少1微米之一WCESB。例如，在一項實施例中，各反電極結構骨幹141之WCESB可實質上更厚，但大體上將不具有超過500微米之一厚度。舉進一步實例而言，在一項實施例中，各反電極結構骨幹141之WCESB將在約1微米至約50微米之範圍中。
反電極結構骨幹141之HCESB亦將取決於能量儲存裝置100或二次電池102及其(若干)預期用途而變化。然而，一般言之，反電極結構骨幹141通常將具有至少約50微米、更通常至少約100微米之一HCESB。此外，一般言之，反電極結構骨幹141通常將具有不超過約10,000微米、且更通常不超過約5,000微米之一HCESB。例如，在一項實施例中，各反電極結構骨幹141之HCESB將在約0.05mm至約10mm之範圍中。舉進一步實例而言，在一項實施例中，各反電極結構骨幹141之HCESB將在約0.05mm至約5mm之範圍中。舉進一步實例而言，在一項實施例中，各反電極結構骨幹141之HCESB將在約0.1mm至約1mm之範圍中。
取決於應用，反電極結構骨幹141可為導電或絕緣的。例如，在一項實施例中，反電極結構骨幹141可為導電的且可包含用於反電極活性材料138之反電極電流收集器140。在一項此類實施例中，反電極結構骨幹141包含具有至少約103西門子/cm之一導電率之一反電極電流收集器140。舉進一步實例而言，在一項此類實施例中，反電極結構骨幹141包含具有至少約104西門子/cm之一導電率之一反電極電流收集器140。舉進一步實例 而言，在一項此類實施例中，反電極結構骨幹141包含具有至少約105西門子/cm之一導電率之一反電極電流收集器140。在其他實施例中，反電極結構骨幹141相對不導電。例如，在一項實施例中，反電極結構骨幹141具有小於10西門子/cm之一導電率。舉進一步實例而言，在一項實施例中，反電極結構骨幹141具有小於1西門子/cm之一導電率。舉進一步實例而言，在一項實施例中，反電極結構骨幹141具有小於10-1西門子/cm之一導電率。
在某些實施例中，反電極結構骨幹141可包含可經塑形之任何材料，諸如金屬、半導體、有機物、陶瓷及玻璃。例如，在某些實施例中，材料包含半導體材料，諸如矽及鍺。然而，替代性地，碳基有機材料或金屬(諸如鋁、銅、鎳、鈷、鈦及鎢)亦可併入至反電極結構骨幹141中。在一項例示性實施例中，反電極結構骨幹141包括矽。例如，矽可為單晶矽、多晶矽、非晶矽或其等之一組合。
在某些實施例中，反電極活性材料層138可具有至少一微米之一厚度。然而，通常，反電極活性材料層138厚度將不超過200微米。例如，在一項實施例中，反電極活性材料層138可具有約1微米至50微米之一厚度。舉進一步實例而言，在一項實施例中，反電極活性材料層138可具有約2微米至約75微米之一厚度。舉進一步實例而言，在一項實施例中，反電極活性材料層138可具有約10微米至約100微米之一厚度。舉進一步實例而言，在一項實施例中，反電極活性材料層138可具有約5微米至約50微米之一厚度。
在某些實施例中，反電極電流收集器140包含一離子可滲透導體，其具有對載體離子之足夠離子滲透性以促進載體離子自分離器130移動至反 電極活性材料層138且具有足夠導電率以使其能夠充當一電流收集器。無論是否定位於反電極活性材料層138與分離器130之間，反電極電流收集器140皆可藉由跨反電極活性材料層138之表面分佈來自反電極電流收集器140之電流而促進更均勻載體離子運輸。繼而，此可促進載體離子之更均勻插入及提取且藉此在循環期間減小反電極活性材料層138中之應力；由於反電極電流收集器140將電流分佈至反電極活性材料層138面向分離器130之表面，反電極活性材料層138對載體離子之反應性將在載體離子濃度最大之處最大。
反電極電流收集器140包含一離子可滲透導體材料，其係離子傳導且導電的。換言之，反電極電流收集器140具有一厚度、一導電率及對載體離子之一離子傳導率，該離子傳導率促進載體離子在一電化學堆疊或電極總成106中之離子可滲透導體層之一個側上之一緊鄰反電極活性材料層138與反電極電流收集器140之另一側上之一緊鄰分離器層130之間移動。在一相對基礎上，當存在一施加電流以將能量儲存於裝置100中或存在一施加負載以使裝置100放電時，反電極電流收集器140具有大於其離子傳導率之一導電率。例如，當存在一施加電流以將能量儲存於裝置100中或存在一施加負載以使裝置100放電時，反電極電流收集器140之導電率對(對載體離子之)離子傳導率之比率通常將為至少1,000：1。舉進一步實例而言，在一項此類實施例中，當存在一施加電流以將能量儲存於裝置100中或存在一施加負載以使裝置100放電時，反電極電流收集器140之導電率對(對載體離子之)離子傳導率之比率係至少5,000：1。舉進一步實例而言，在一項此類實施例中，當存在一施加電流以將能量儲存於裝置100中或存在一施加負載以使裝置100放電時，反電極電流收集器140之導電率對(對 載體離子之)離子傳導率之比率係至少10,000：1。舉進一步實例而言，在一項此類實施例中，當存在一施加電流以將能量儲存於裝置100中或存在一施加負載以使裝置100放電時，反電極電流收集器140之導電率對(對載體離子之)離子傳導率之比率係至少50,000：1。舉進一步實例而言，在一項此類實施例中，當存在一施加電流以將能量儲存於裝置100中或存在一施加負載以使裝置100放電時，反電極電流收集器140之導電率對(對載體離子之)離子傳導率之比率係至少100,000：1。
在一項實施例中，且當存在一施加電流以將能量儲存於裝置100中或存在一施加負載以使裝置100放電時，諸如當一能量儲存裝置100或一二次電池102正在充電或放電時，反電極電流收集器140具有一離子傳導率，其相當於一相鄰分離器層130之離子傳導率。例如，在一項實施例中，當存在一施加電流以將能量儲存於裝置100中或存在一施加負載以使裝置100放電時，反電極電流收集器140(對載體離子)之一離子傳導率係分離器層130之離子傳導率之至少50%(即，0.5：1之一比率)。舉進一步實例而言，在一些實施例中，當存在一施加電流以將能量儲存於裝置100中或存在一施加負載以使裝置100放電時，反電極電流收集器140(對載體離子)之離子傳導率對分離器層130(對載體離子)之離子傳導率之比率係至少1：1。舉進一步實例而言，在一些實施例中，當存在一施加電流以將能量儲存於裝置100中或存在一施加負載以使裝置100放電時，反電極電流收集器140(對載體離子)之離子傳導率對分離器層130(對載體離子)之離子傳導率之比率係至少1.25：1。舉進一步實例而言，在一些實施例中，當存在一施加電流以將能量儲存於裝置100中或存在一施加負載以使裝置100放電時，反電極電流收集器140(對載體離子)之離子傳導率對分離器層 130(對載體離子)之離子傳導率之比率係至少1.5：1。舉進一步實例而言，在一些實施例中，當存在一施加電流以將能量儲存於裝置100中或存在一施加負載以使裝置100放電時，反電極電流收集器140(對載體離子)之離子傳導率對分離器層130(對(陽極電流收集器層)載體離子)之離子傳導率之比率係至少2：1。
在一項實施例中，反電極電流收集器140亦具有一導電率，其實質上大於反電極活性材料層138之導電率。例如，在一項實施例中，當存在一施加電流以將能量儲存於裝置100中或存在一施加負載以使裝置100放電時，反電極電流收集器140之導電率對反電極活性材料層138之導電率之比率係至少100：1。舉進一步實例而言，在一些實施例中，當存在一施加電流以將能量儲存於裝置100中或存在一施加負載以使裝置100放電時，反電極電流收集器140之導電率對反電極活性材料層138之導電率之比率係至少500：1。舉進一步實例而言，在一些實施例中，當存在一施加電流以將能量儲存於裝置100中或存在一施加負載以使裝置100放電時，反電極電流收集器140之導電率對反電極活性材料層138之導電率之比率係至少1000：1。舉進一步實例而言，在一些實施例中，當存在一施加電流以將能量儲存於裝置100中或存在一施加負載以使裝置100放電時，反電極電流收集器140之導電率對反電極活性材料層138之導電率之比率係至少5000：1。舉進一步實例而言，在一些實施例中，當存在一施加電流以將能量儲存於裝置100中或存在一施加負載以使裝置100放電時，反電極電流收集器140之導電率對反電極活性材料層138之導電率之比率係至少10,000：1。
在某些實施例中，反電極電流收集器層140之厚度(即，在一項實施 例中，其間夾置反電極電流收集器層140之分離器130與陰極活性材料層(例如，反電極活性材料層138)之間的最短距離)將取決於層140之組合物及電化學堆疊之效能規格。一般言之，當一反電極電流收集器層140係一離子可滲透導體層時，其將具有至少約300埃之一厚度。例如，在一些實施例中，其可具有在約300埃至800埃之範圍中之一厚度。然而，更通常，其將具有大於約0.1微米之一厚度。一般言之，一離子可滲透導體層將具有不大於約100微米之一厚度。因此，例如，在一項實施例中，反電極電流收集器層140將具有在約0.1微米至約10微米之範圍中之一厚度。舉進一步實例而言，在一些實施例中，反電極電流收集器層140將具有在約0.1微米至約5微米之範圍中之一厚度。舉進一步實例而言，在一些實施例中，反電極電流收集器層140將具有在約0.5微米至約3微米之範圍中之一厚度。一般言之，較佳地，反電極電流收集器層140之厚度係近似均勻的。例如，在一項實施例中，較佳地，反電極電流收集器層140具有小於約25%之一厚度不均勻性。在某些實施例中，厚度變化甚至更小。例如，在一些實施例中，反電極電流收集器層140具有小於約20%之一厚度不均勻性。舉進一步實例而言，在一些實施例中，反電極電流收集器層140具有小於約15%之一厚度不均勻性。在一些實施例中，反電極電流收集器層140具有小於約10%之一厚度不均勻性。
在一項實施例中，反電極電流收集器層140係一離子可滲透導體層，其包含促成離子滲透性及導電率之一導電組件及一離子傳導組件。通常，導電組件將包含呈一網格或圖案化表面、一薄膜之形式之一連續導電材料(例如，一連續金屬或金屬合金)或包括連續導電材料(例如，一連續金屬或金屬合金)之複合材料。另外，離子傳導組件通常將包括孔，例如，一 網格之格隙、包含材料層之一圖案化金屬或金屬合金之間的空間、一金屬薄膜中之孔或具有對載體離子之足夠擴散率之一固體離子導體。在某些實施例中，離子可滲透導體層包含一沈積多孔材料、一離子運輸材料、一離子反應性材料、一複合材料或一實體多孔材料。例如，若多孔，則離子可滲透導體層可具有至少約0.25之一空隙率。然而，一般言之，空隙率通常將不超過約0.95。更通常，當離子可滲透導體層係多孔的，則空隙率可在約0.25至約0.85之範圍中。在一些實施例中，例如，當離子可滲透導體層係多孔的，則空隙率可在約0.35至約0.65之範圍中。
在圖7中繪示之實施例中，反電極電流收集器層140係用於反電極活性材料層138之單陰極電流收集器。換言之，反電極結構骨幹141可包含一陰極電流收集器140。然而，在某些其他實施例中，反電極結構骨幹141可視情況不包含一陰極電流收集器140。
在一項實施例中，第一次級生長拘束件158及第二次級生長拘束件160各可包含一內表面1060及1062及一相對外表面1064及1066，其等沿著z軸分離，藉此界定一第一次級生長拘束件158高度H158及一第二次級生長拘束件160高度H160。根據本發明之態樣，增大第一次級生長拘束件159及/或第二次級生長拘束件160之高度可增大拘束件之剛度，但亦可需要增大體積，因此導致含有電極總成106及該組拘束件108之一能量儲存裝置100或一二次電池102之一能量密度減小。因此，可根據拘束件材料性質、抵消來自一電極110之一預定膨脹之壓力所需之拘束件強度及其他因素來選擇拘束件158、160之厚度。例如，在一項實施例中，第一次級生長拘束件高度H158及第二次級生長拘束件高度H160可小於高度HES之50%。舉進一步實例而言，在一項實施例中，第一次級生長拘束件高度 H158及第二次級生長拘束件高度H160可小於高度HES之25%。舉進一步實例而言，在一項實施例中，第一次級生長拘束件高度H158及第二次級生長拘束件高度H160可小於高度HES之10%。舉進一步實例而言，在一項實施例中，第一次級生長拘束件高度H158及第二次級生長拘束件高度H160可小於高度HES之約5%。在一些實施例中，第一次級生長拘束件高度H158及第二次級生長拘束件高度H160可不同，且用於第一次級生長拘束件158及第二次級生長拘束件160之各者之材料亦可不同。
在某些實施例中，內表面1060及1062可包含適於將電極結構群110及/或反電極結構群112貼附至其等之表面特徵，且外表面1064及1066可包含適於堆疊複數個拘束電極總成106之表面特徵(即，在圖7內推斷，但為簡明起見未展示)。例如，在一項實施例中，內表面1060及1062或外表面1064及1066可係平面的。舉進一步實例而言，在一項實施例中，內表面1060及1062或外表面1064及1066可係非平面的。舉進一步實例而言，在一項實施例中，內表面1060及1062及外表面1064及1066可係平面的。舉進一步實例而言，在一項實施例中，內表面1060及1062及外表面1064及1066可係非平面的。舉進一步實例而言，在一項實施例中，內表面1060及1062及外表面1064及1066可係實質上平面的。
如在本文中其他處描述，用於將體現為電極結構110及/或反電極112之至少一個次級連接部件166貼附至內表面1060及1062之模式可取決於能量儲存裝置100或二次電池102及其(若干)預期用途而變化。如在圖7中展示之一項例示性實施例，可經由一膠層182將電極結構群110(即，電極電流收集器136，如展示)之頂部1052及底部1054及反電極結構群112(即，反電極電流收集器140，如展示)之頂部1068及底部1070貼附至第一次級 生長拘束件158之內表面1060及第二次級生長拘束件160之內表面1062。類似地，可經由一膠層182將第一初級生長拘束件154之一頂部1076及一底部1078及第二初級生長拘束件156之一頂部1080及一底部1082貼附至第一次級生長拘束件158之內表面1060及第二次級生長拘束件160之內表面1062。
換言之，在圖7中展示之實施例中，電極結構群110之頂部1052及底部1054包含一高度HES，其有效接觸第一次級生長拘束件158之內表面1060及第二次級生長拘束件160之內表面1062兩者，且可在一齊平實施例中經由一膠層182貼附至第一次級生長拘束件158之內表面1060及第二次級生長拘束件160之內表面1062。另外，反電極結構群112之頂部1068及底部1070包含一高度HCES，其有效接觸第一次級生長拘束件158之內表面1060及第二次級生長拘束件160之內表面1062兩者，且可在一齊平實施例中經由一膠層182貼附至第一次級生長拘束件158之內表面1060及第二次級生長拘束件160之內表面1062。
此外，在另一例示性實施例中，可經由一膠層182將電極骨幹134之一頂部1056及一底部1058及反電極骨幹141之一頂部1072及一底部1074貼附至第一次級生長拘束件158之內表面1060及第二次級生長拘束件160之內表面1062(未繪示)。類似地，可經由一膠層182將第一初級生長拘束件154之一頂部1076及一底部1078及第二初級生長拘束件156之一頂部1080及一底部1082貼附至第一次級生長拘束件158之內表面1060及第二次級生長拘束件160之內表面1062(未關於此段落中描述之實施例繪示)。換言之，電極骨幹134之頂部1056及底部1058包含一高度HESB，其有效接觸第一次級生長拘束件158之內表面1060及第二次級生長拘束件160之內表 面1062兩者，且可在一齊平實施例中經由一膠層182貼附至第一次級生長拘束件158之內表面1060及第二次級生長拘束件160之內表面1062。另外，反電極骨幹141之頂部1072及底部1074包含一高度HCESB，其有效接觸第一次級生長拘束件158之內表面1060及第二次級生長拘束件160之內表面1062兩者，且可在一齊平實施例中經由一膠層182貼附至第一次級生長拘束件158之內表面1060及第二次級生長拘束件160之內表面1062。
因此，在一項實施例中，電極結構群110及/或反電極結構群112及/或分離器130之至少一部分可分別充當一或多個次級連接部件166以在一次級生長拘束系統152中使第一次級生長拘束件158及第二次級生長拘束件160彼此連接，藉此提供一精巧且空間高效之拘束系統以約束電極總成106在其循環期間之生長。根據一項實施例，電極結構110及/或反電極結構112及/或分離器130之任何部分可分別充當一或多個次級連接部件，除電極結構110及/或反電極結構112之在充電及放電循環內發生體積潤脹之任何部分例外。即，電極結構110及/或反電極結構112之導致電極總成106之體積改變之部分(諸如電極活性材料132)通常將不充當該組電極拘束件108之一部分。在一項實施例中，提供為初級生長拘束系統151之一部分之第一初級生長拘束件154及第二初級生長拘束件156進一步抑制一縱向方向上之生長，且亦可分別充當次級連接部件166以連接次級生長拘束系統152之第一次級生長拘束件158與第二次級生長拘束件160，藉此提供用於約束電極生長/潤脹之一協作、協同拘束系統(即，該組電極拘束件108)。
經由反電極結構之連接
現在參考圖9A至圖9C，展示一笛卡兒座標系統以供參考，其具有一 垂直軸(Z軸)、一縱向軸(Y軸)及一橫向軸(X軸)；其中X軸定向為自頁面之平面伸出；且如上文描述之堆疊方向D之一指定與Y軸共同平行。更特定言之，圖9A至圖9C各展示沿著如圖1中之線A-A’之一橫截面，其中可經由一膠層182將各第一初級生長拘束件154及各第二初級生長拘束件156附接至第一次級生長拘束件158及第二次級生長拘束件160，如在上文描述。在某些實施例中，如在圖9A至圖9C之各者中展示，非貼附電極結構110可包含其等頂部與第一次級生長拘束件158之間及其等底部與第二次級生長拘束件160之間的電極間隙1084。換言之，在某些實施例中，各電極結構110之頂部1052及底部1054可具有在第一次級生長拘束件158與第二次級生長拘束件160之間之一間隙。此外，在如在圖9C中展示之某些實施例中，電極結構110之頂部1052可與第一次級生長拘束件158接觸但不貼附至第一次級生長拘束件158，電極結構110之底部1054可與第二次級生長拘束件160接觸但不貼附至第二次級生長拘束件160，或電極結構110之頂部1052可與第一次級生長拘束件158接觸但不貼附至第一次級生長拘束件158且電極結構110之底部1054可與第二次級生長拘束件160接觸但不貼附至第二次級生長拘束件160(未繪示)。
更特定言之，在一項實施例中，如在圖9A中展示，可經由一膠層182將複數個反電極骨幹141貼附至第一次級生長拘束件158之內表面1160及第二次級生長拘束件160之內表面1062。在某些實施例中，貼附至第一次級生長拘束件158及第二次級生長拘束件160之複數個反電極骨幹112可包含圍繞關於貼附反電極骨幹141之一膠合軸AG之一對稱圖案。在某些實施例中，貼附至第一次級生長拘束件158及第二次級生長拘束件160之複數個反電極骨幹141可包含相對於貼附反電極骨幹141圍繞一膠合軸AG之 一非對稱或隨機圖案。
在一項例示性實施例中，一第一對稱附接圖案單元可包含貼附至第一次級生長拘束件158及第二次級生長拘束件160之兩個反電極骨幹141，如上文，其中兩個貼附反電極骨幹141位於一個電極結構110之側翼。因此，第一對稱附接圖案單元可取決於能量儲存裝置100或二次電池102及其(若干)預期用途而視需要沿著堆疊方向D重複。在另一例示性實施例中，一第二對稱附接圖案單元可包含貼附至第一次級生長拘束件158及第二次級生長拘束件160之兩個反電極骨幹141，如上文，兩個貼附反電極骨幹141位於兩個或兩個以上電極結構110及一或多個非貼附反電極骨幹141之側翼。因此，第二對稱附接圖案單元可取決於能量儲存裝置100或二次電池102及其(若干)預期用途而視需要沿著堆疊方向D重複。如將由熟習此項技術者所瞭解，已設想其他例示性對稱附接圖案單元。
在一項例示性實施例中，一第一非對稱或隨機附接圖案可包含貼附至第一次級生長拘束件158及第二次級生長拘束件160之兩個或兩個以上反電極骨幹141，如上文，其中兩個或兩個以上貼附反電極骨幹141可個別指定為貼附反電極骨幹141A、貼附反電極骨幹141B、貼附反電極骨幹141C及貼附反電極骨幹141D。貼附反電極骨幹141A及貼附反電極骨幹141B可位於(1+x)個電極結構110之側翼，貼附反電極骨幹141B及貼附反電極骨幹141C可位於(1+y)個電極結構110之側翼，且貼附反電極骨幹141C及貼附反電極骨幹141D可位於(1+z)個電極結構110之側翼，其中任何兩個貼附反電極骨幹141A至141D之間的電極結構110之總量(即，x、y或z)不相等(即，x≠y≠z)且可進一步被非貼附反電極骨幹141分離。換言之，任何數目個反電極骨幹141可貼附至第一次級生長拘束件158及第二 次級生長拘束件160，如上文，藉此任何兩個貼附反電極骨幹141之間可包含被非貼附反電極骨幹141分離之任何不相等數目個電極結構110。如將由熟習此項技術者所瞭解，已設想其他例示性非對稱或隨機附接圖案。
更特定言之，在一項實施例中，如在圖9B中展示，可經由一膠層182將複數個反電極電流收集器140貼附至第一次級生長拘束件158之內表面1160及第二次級生長拘束件160之內表面1062。在某些實施例中，貼附至第一次級生長拘束件158及第二次級生長拘束件160之複數個反電極電流收集器140可包含圍繞關於貼附反電極電流收集器140之一膠合軸AG之一對稱圖案。在某些實施例中，貼附至第一次級生長拘束件158及第二次級生長拘束件160之複數個反電極電流收集器140可包含圍繞關於貼附反電極電流收集器140之一膠合軸AG之一非對稱或隨機圖案。
在一項例示性實施例中，一第一對稱附接圖案單元可包含貼附至第一次級生長拘束件158及第二次級生長拘束件160之兩個反電極電流收集器140，如上文，其中兩個貼附反電極電流收集器140位於一個電極結構110之側翼。因此，第一對稱附接圖案單元可取決於能量儲存裝置100或二次電池102及其(若干)預期用途而視需要沿著堆疊方向D重複。在另一例示性實施例中，一第二對稱附接圖案單元可包含貼附至第一次級生長拘束件158及第二次級生長拘束件160之兩個反電極電流收集器140，如上文，兩個貼附反電極電流收集器140位於兩個或兩個以上電極結構110及一或多個非貼附反電極電流收集器140之側翼。因此，第二對稱附接圖案單元可取決於能量儲存裝置100或二次電池102及其(若干)預期用途而視需要沿著堆疊方向D重複。如將由熟習此項技術者所瞭解，已設想其他例示性對稱附接圖案單元。
在一項例示性實施例中，一第一非對稱或隨機附接圖案可包含貼附至第一次級生長拘束件158及第二次級生長拘束件160之兩個或兩個以上反電極電流收集器140，如上文，其中兩個或兩個以上貼附反電極電流收集器140可個別指定為貼附反電極電流收集器140A、貼附反電極電流收集器140B、貼附反電極電流收集器140C及貼附反電極電流收集器140D。貼附反電極電流收集器140A及貼附反電極結構電流收集器140B可位於(1+x)個電極結構110之側翼，貼附反電極電流收集器140B及貼附反電極電流收集器140C可位於(1+y)個電極結構110之側翼，且貼附反電極電流收集器140C及貼附反電極電流收集器140D可位於(1+z)個電極結構110之側翼，其中任何兩個貼附反電極電流收集器140A至140D之間的電極結構110之總量(即，x、y或z)不相等(即，x≠y≠z)且可進一步被非貼附反電極電流收集器140分離。換言之，任何數目個反電極電流收集器140可貼附至第一次級生長拘束件158及第二次級生長拘束件160，如上文，藉此任何兩個貼附反電極電流收集器140之間可包含被非貼附反電極電流收集器140分離之任何不相等數目個電極結構110。如將由熟習此項技術者所瞭解，已設想其他例示性非對稱或隨機附接圖案。
現在參考圖10，展示一笛卡兒座標系統以供參考，其具有一垂直軸(Z軸)、一縱向軸(Y軸)及一橫向軸(X軸)；其中X軸定向為自頁面之平面伸出；且如上文描述之堆疊方向D之一指定與Y軸共同平行。更特定言之，圖10展示沿著如圖1中之線A-A’之一橫截面，其具有經由膠182貼附至第一次級生長拘束件158及第二次級生長拘束件160之第一初級生長拘束件154及第二初級生長拘束件156，如在上文描述。此外，在一項實施例中，繪示經由膠182貼附至第一次級生長拘束件158及第二次級生長拘束 件160之複數個反電極電流收集器140。更特定言之，複數個反電極電流收集器140可包含一球形或狗骨形橫截面。換言之，相對於電流收集器140在反電極骨幹141之頂部1072與底部1074之間的一中點附近之一寬度，反電極電流收集器140在反電極骨幹141之頂部1072及底部1074附近可具有增大電流收集器140寬度。即，朝向電流收集器140之頂部之反電極電流收集器140寬度之球形橫截面可朝向反電極電流收集器140之中間漸縮，且再次增大以提供朝向反電極電流收集器140之底部之一球形橫截面。因此，膠182之施加可環繞反電極電流收集器140之球形或狗骨形部分且將反電極電流收集器140貼附至第一次級生長拘束件158及第二次級生長拘束件160，如在上文描述。在此實施例中，相較於本文中描述之其他實施例，球形或狗骨形反電極電流收集器140可提供至第一次級生長拘束件158及第二次級生長拘束件160之一增大附接強度。而且，在圖10中繪示具有對應電極間隙1084之電極結構110(各如上文描述)及分離器130。此外，在此實施例中，複數個反電極電流收集器140可貼附成如上文描述之一對稱或非對稱圖案。此外，在此實施例中，電極結構110可與第一次級生長拘束件158及第二次級生長拘束件160接觸但不貼附至其等，如在上文描述。
用於經由膠182將反電極結構112貼附至第一次級生長拘束件158及第二次級生長拘束件160之另一模式包含使用第一次級生長拘束件158之內表面1060及第二次級生長拘束件160之內表面1062內之凹口。現在參考圖11A至圖11C，展示一笛卡兒座標系統以供參考，其具有一垂直軸(Z軸)、一縱向軸(Y軸)及一橫向軸(X軸)；其中X軸定向為自頁面之平面伸出；且如上文描述之堆疊方向D之一指定與Y軸共同平行。更特定言之，圖11A 至圖11C各展示沿著如圖1中之線A-A’之一橫截面，其中可經由一膠層182將各第一初級生長拘束件154及各第二初級生長拘束件156附接至第一次級生長拘束件158及第二次級生長拘束件160，如在上文描述。在某些實施例中，如在圖11A至圖11C之各者中展示，非貼附電極結構110可包含其等頂部與第一次級生長拘束件158之間及其等底部與第二次級生長拘束件160之間的電極間隙1084，如在上文更詳細描述。
更特定言之，在一項實施例中，如在圖11A中展示，可經由一凹口1060a及1062a以及一膠層182將複數個反電極骨幹141貼附至第一次級生長拘束件158之內表面1060及第二次級生長拘束件160之內表面1062。因此，在某些實施例中，經由凹口1060a、1062a貼附至第一次級生長拘束件158及第二次級生長拘束件160之複數個反電極骨幹141可包含圍繞關於貼附反電極骨幹141之一膠合軸AG之一對稱圖案，如在上文描述。在某些實施例中，經由凹口1060a、1062a貼附至第一次級生長拘束件158及第二次級生長拘束件160之複數個反電極骨幹141可包含圍繞關於貼附反電極骨幹141之一膠合軸AG之一非對稱或隨機圖案，如在上文描述。
在某些實施例中，凹口1060a、1062a可具有第一次級生長拘束件158及第二次級生長拘束件160內之一深度。例如，在一項實施例中，一凹口1060a或1062a可具有第一次級生長拘束件158及第二次級生長拘束件160內之一深度，該深度係第一次級生長拘束件158及第二次級生長拘束件160之高度之25%(即，在此實施例中，第一次級生長拘束件及第二次級生長拘束件之高度可類似於H158及H160，如在上文描述)。舉進一步實例而言，在一項實施例中，一凹口1060a或1062a可具有第一次級生長拘束件158及第二次級生長拘束件160內之一深度，該深度係第一次級生長拘束 件158及第二次級生長拘束件160之高度之50%(即，在此實施例中，第一次級生長拘束件及第二次級生長拘束件之高度可類似於H158及H160，如在上文描述)。舉進一步實例而言，在一項實施例中，一凹口1060a或1062a可具有第一次級生長拘束件158及第二次級生長拘束件160內之一深度，該深度係第一次級生長拘束件158及第二次級生長拘束件160之高度之75%(即，在此實施例中，第一次級生長拘束件及第二次級生長拘束件之高度可類似於H158及H160，如在上文描述)。舉進一步實例而言，在一項實施例中，一凹口1060a或1062a可具有第一次級生長拘束件158及第二次級生長拘束件160內之一深度，該深度係第一次級生長拘束件158及第二次級生長拘束件160之高度之90%(即，在此實施例中，第一次級生長拘束件及第二次級生長拘束件之高度可類似於H158及H160，如在上文描述)。換言之，複數個反電極骨幹141之各部件可包含一高度HCESB，其有效接觸第一次級生長拘束件158之內表面1060及第二次級生長拘束件160之內表面1062兩者且延伸至其中，且可在一凹口實施例中經由膠182貼附至第一次級生長拘束件158之凹口1060a中及第二次級生長拘束件160之凹口1062a中。
此外，圖11A至圖11C亦描繪用於在一凹口實施例中膠合複數個反電極骨幹141之不同實施例。例如，在圖11A中描繪之一項實施例中，可經由一反電極骨幹頂部1072及一反電極骨幹底部1074以膠182膠合複數個反電極骨幹141。舉進一步實例而言，在圖11B中描繪之一項實施例中，可經由反電極骨幹141之側向表面以膠182膠合複數個反電極骨幹141。舉進一步實例而言，在圖11C中描繪之一項實施例中，可經由反電極骨幹141之頂部1072、底部1074及側向表面以膠182膠合複數個反電極骨幹141。
此外，用於經由膠182將反電極結構112貼附至第一次級生長拘束件158及第二次級生長拘束件160之另一模式再次包含使用第一次級生長拘束件158之內表面1060及第二次級生長拘束件160之內表面1062內之凹口1060a及1062a。現在參考圖12A至圖12C，展示一笛卡兒座標系統以供參考，其具有一垂直軸(Z軸)、一縱向軸(Y軸)及一橫向軸(X軸)；其中X軸定向為自頁面之平面伸出；且如上文描述之堆疊方向D之一指定與Y軸共同平行。更特定言之，圖12A至圖12C各展示沿著如圖1中之線A-A’之一橫截面，其中可經由一膠層182將各第一初級生長拘束件154及各第二初級生長拘束件156附接至第一次級生長拘束件158及第二次級生長拘束件160，如在上文描述。在某些實施例中，如在圖12A至圖12C之各者中展示，非貼附電極結構110可包含其等頂部1052與第一次級生長拘束件158之間及其等底部1054與第二次級生長拘束件160之間的電極間隙1084，如在上文更詳細描述。
更特定言之，在一項實施例中，如在圖12A中展示，可經由一凹口1060a及1062a以及一膠層182將複數個反電極電流收集器140貼附至第一次級生長拘束件158之內表面1060及第二次級生長拘束件160之內表面1062。因此，在某些實施例中，經由凹口1060a、1062a貼附至第一次級生長拘束件158及第二次級生長拘束件160之複數個反電極電流收集器140可包含圍繞關於貼附反電極電流收集器140之一膠合軸AG之一對稱圖案，如在上文描述。在某些實施例中，經由凹口1060a、1062a貼附至第一次級生長拘束件158及第二次級生長拘束件160之複數個反電極電流收集器140可包含圍繞關於貼附反電極電流收集器140之一膠合軸AG之一非對稱或隨機圖案，如在上文描述。
在某些實施例中，凹口1060a、1062a可具有第一次級生長拘束件158及第二次級生長拘束件160內之一深度。例如，在一項實施例中，一凹口1060a或1062a可具有第一次級生長拘束件158及第二次級生長拘束件160內之一深度，該深度係第一次級生長拘束件158及第二次級生長拘束件160之高度之25%(即，在此實施例中，第一次級生長拘束件及第二次級生長拘束件之高度可類似於H158及H160，如在上文描述)。舉進一步實例而言，在一項實施例中，一凹口1060a或1062a可具有第一次級生長拘束件158及第二次級生長拘束件160內之一深度，該深度係第一次級生長拘束件158及第二次級生長拘束件160之高度之50%(即，在此實施例中，第一次級生長拘束件及第二次級生長拘束件之高度可類似於H158及H160，如在上文描述)。舉進一步實例而言，在一項實施例中，一凹口1060a或1062a可具有第一次級生長拘束件158及第二次級生長拘束件160內之一深度，該深度係第一次級生長拘束件158及第二次級生長拘束件160之高度之75%(即，在此實施例中，第一次級生長拘束件及第二次級生長拘束件之高度可類似於H158及H160，如在上文描述)。舉進一步實例而言，在一項實施例中，一凹口1060a或1062a可具有第一次級生長拘束件158及第二次級生長拘束件160內之一深度，該深度係第一次級生長拘束件158及第二次級生長拘束件160之高度之90%(即，在此實施例中，第一次級生長拘束件及第二次級生長拘束件之高度可類似於H158及H160，如在上文描述)。換言之，複數個反電極電流收集器140之各部件可有效接觸第一次級生長拘束件158之內表面1060及第二次級生長拘束件160之內表面1062兩者且延伸至其中(類似於高度HCESB，如在上文描述)，且可在一凹口實施例中經由膠182貼附至第一次級生長拘束件158之凹口1060a中及第二次級生長拘束 件160之凹口1062a中。
此外，圖12A至圖12C亦描繪用於在一凹口實施例中膠合複數個反電極電流收集器140之不同實施例。例如，在圖12A中描繪之一項實施例中，可經由一反電極電流收集器頂部1486及一反電極電流收集器底部1488以膠182膠合複數個反電極電流收集器140。舉進一步實例而言，在圖12B中描繪之一項實施例中，可經由反電極電流收集器140之側向表面(類似於反電極骨幹141之側向表面，如在上文描述)以膠182膠合複數個反電極電流收集器140。舉進一步實例而言，在圖12C中描繪之一項實施例中，可經由反電極電流收集器140之頂部1486、底部1488及側向表面以膠182膠合複數個反電極電流收集器140。
在某些實施例中，經由一互鎖連接實施例，可經由第一次級生長拘束件158及第二次級生長拘束件160之各者中之一狹槽將複數個反電極骨幹141或複數個反電極電流收集器140貼附至第一次級生長拘束件158及第二次級生長拘束件160。現在參考圖13A至圖13C及圖14，展示一笛卡兒座標系統以供參考，其具有一垂直軸(Z軸)、一縱向軸(Y軸)及一橫向軸(X軸)；其中X軸定向為自頁面之平面伸出；且如上文描述之堆疊方向D之一指定與Y軸共同平行。更特定言之，圖13A至圖13C及圖14各展示沿著如圖1中之線A-A’之一橫截面，其中可經由一膠層182將各第一初級生長拘束件154及各第二初級生長拘束件156附接至第一次級生長拘束件158及第二次級生長拘束件160，如在上文描述。在某些實施例中，如在圖13A至圖13C及圖14之各者中展示，非貼附電極結構110可包含其等頂部1052與第一次級生長拘束件158之間及其等底部1054與第二次級生長拘束件160之間的電極間隙1084，如在上文更詳細描述。
更特定言之，在圖13A中展示之一項實施例中，可經由一狹槽1060b及1062b以及一膠層182將複數個反電極骨幹141貼附至第一次級生長拘束件158及第二次級生長拘束件160。因此，在某些實施例中，經由狹槽1060b及1062b貼附至第一次級生長拘束件158及第二次級生長拘束件160之複數個反電極骨幹141可包含圍繞關於貼附反電極骨幹141之一膠合軸AG之一對稱圖案，如在上文描述。在某些實施例中，經由狹槽1060b及1062b貼附至第一次級生長拘束件158及第二次級生長拘束件160之複數個反電極骨幹141可包含圍繞關於貼附反電極骨幹141之一膠合軸AG之一非對稱或隨機圖案，如在上文描述。
在某些實施例中，第一次級生長拘束件158及第二次級生長拘束件160之各者中之狹槽1060b及1062b可延伸穿過第一次級生長拘束件158及第二次級生長拘束件160，以便在一互鎖實施例中接納複數個反電極骨幹141。換言之，複數個反電極骨幹141包含一高度HCESB，其接觸第一次級生長拘束件高度H158及第二次級生長拘束件高度H160且經由狹槽1060b完全延伸穿過如上文描述之第一次級生長拘束件高度H158且經由狹槽1062b完全延伸穿過第二次級生長拘束件高度H160，藉此在一互鎖實施例中與第一次級生長拘束件158及第二次級生長拘束件160互鎖。在某些實施例中，膠182可用於貼附或強化複數個反電極骨幹141之側向表面與狹槽1060b、1062b之間的互鎖連接。
更特定言之，如由圖13B至圖13C繪示，狹槽1060b及1062b可以一縱橫比為特徵。例如，在如在圖13B中繪示之某些實施例中，狹槽1060b可包含界定為反電極骨幹141之頂部1072與第一次級生長拘束件158之外表面1064之間的距離之一第一尺寸S1及界定為反電極骨幹141之兩個側向表 面之間的距離之一第二尺寸S2，如在上文描述。因此，例如，在一項實施例中，S1可為相同及/或類似於上文描述之次級生長拘束件高度H158及H160之尺寸，其繼而可具有經選擇以相關於一反電極結構高度HCES之一高度。例如，在一項實施例中，S1可小於一反電極高度HCES之50%。舉進一步實例而言，在一項實施例中，S1可小於一反電極高度HCES之25%。舉進一步實例而言，在一項實施例中，S1可小於一反電極高度HCES之10%，諸如小於一反電極高度HCES之5%。因此，對於在0.05mm至10mm之範圍中之一反電極高度HCES，S1可具有在0.025mm至0.5mm之範圍中之一值。此外，在一項實施例中，S2可為至少1微米。舉進一步實例而言，在一項實施例中，S2可大體上不超過500微米。舉進一步實例而言，在一項實施例中，S2可在1微米至約50微米之範圍中。因而，例如，在一項實施例中，縱橫比S1：S2可在自0.05至500之一範圍中。舉進一步實例而言，在一項實施例中，縱橫比S1：S2可在自0.5至100之一範圍中。
此外，如在圖13C中繪示，狹槽1062b可包含界定為反電極骨幹141之底部1074與第二次級生長拘束件160之外表面1066之間的距離之一第一尺寸S3及界定為反電極骨幹141之兩個側向表面之間的距離之一第二尺寸S4，如在上文描述。在一項實施例中，S3可為相同及/或類似於上文描述之次級生長拘束件高度H158及H160之尺寸，其繼而可具有經選擇以相關於一反電極高度HCES之一高度。例如，在一項實施例中，S3可小於一反電極高度HCES之50%。舉進一步實例而言，在一項實施例中，S3可小於一反電極高度HCES之25%。舉進一步實例而言，在一項實施例中，S3可小於一反電極高度HCES之10%，諸如小於一反電極高度HCES之5%。此外，在一項實施例中，S2可為至少1微米。舉進一步實例而言，在一項實施例中，S2 可大體上不超過500微米。舉進一步實例而言，在一項實施例中，S2可在1微米至約50微米之範圍中。因而，例如，在一項實施例中，縱橫比S3：S4可在自0.05至500之一範圍中。舉進一步實例而言，在一項實施例中，縱橫比S3：S4可在自0.5至100之一範圍中。
現在參考圖14，在另一實施例中，可經由一狹槽1060b及1062b以及一膠層182將複數個反電極電流收集器140貼附至第一次級生長拘束件158及第二次級生長拘束件160。因此，在某些實施例中，經由狹槽1060b、1062b貼附至第一次級生長拘束件158及第二次級生長拘束件160之複數個反電極電流收集器140可包含圍繞關於貼附反電極電流收集器140之一膠合軸AG之一對稱圖案，如在上文描述。在某些實施例中，經由狹槽1060b、1062b貼附至第一次級生長拘束件158及第二次級生長拘束件160之複數個反電極電流收集器140可包含圍繞關於貼附反電極電流收集器140之一膠合軸AG之一非對稱或隨機圖案，如在上文描述。
在某些實施例中，第一次級生長拘束件158及第二次級生長拘束件160之各者中之狹槽1060b、1062b可延伸穿過第一次級生長拘束件158及第二次級生長拘束件160，以便在另一互鎖實施例中接納複數個反電極電流收集器140。換言之，複數個反電極電流收集器140可有效接觸第一次級生長拘束件158及第二次級生長拘束件160兩者且完全延伸穿過其中(類似於高度HCESB，如在上文描述)，且可在另一互鎖實施例中經由膠182貼附至狹槽1060b及1062b中。
經由電極結構之連接
在下文描述之替代實施例中，亦可將電極結構110獨立貼附至第一次級生長拘束件158及第二次級生長拘束件160。現在參考圖15A至圖15B， 展示一笛卡兒座標系統以供參考，其具有一垂直軸(Z軸)、一縱向軸(Y軸)及一橫向軸(X軸)；其中X軸定向為自頁面之平面伸出；且如上文描述之堆疊方向D之一指定與Y軸共同平行。更特定言之，圖15A至圖15B各展示沿著如圖1中之線A-A’之一橫截面，其中可經由一膠層182將各第一初級生長拘束件154及各第二初級生長拘束件156附接至第一次級生長拘束件158及第二次級生長拘束件160，如在上文描述。在某些實施例中，如在圖15A至圖15B之各者中展示，非貼附反電極結構112可包含其等頂部1068與第一次級生長拘束件158之間及其等底部1070與第二次級生長拘束件160之間的反電極間隙1086。換言之，在某些實施例中，各反電極結構112之頂部1068及底部1070可具有在第一次級生長拘束件158與第二次級生長拘束件160之間之一間隙。此外，在某些實施例中，亦在圖15A至圖15B中展示，反電極結構112之頂部1068可與第一次級生長拘束件158接觸但不貼附至第一次級生長拘束件158，反電極結構112之底部1070可與第二次級生長拘束件160接觸但不貼附至第二次級生長拘束件160，或反電極結構112之頂部1068可與第一次級生長拘束件158接觸但不貼附至第一次級生長拘束件158且反電極結構112之底部1070可與第二次級生長拘束件160接觸但不貼附至第二次級生長拘束件160(未繪示)。
更特定言之，在一項實施例中，如在圖15A中展示，可經由一膠層182將複數個電極骨幹134貼附至第一次級生長拘束件158之內表面1060及第二次級生長拘束件160之內表面1062。在某些實施例中，貼附至第一次級生長拘束件158及第二次級生長拘束件160之複數個電極骨幹134可包含圍繞關於貼附電極骨幹134之一膠合軸AG之一對稱圖案。在某些實施例中，貼附至第一次級生長拘束件158及第二次級生長拘束件160之複數個 電極骨幹134可包含圍繞關於貼附電極骨幹134之一膠合軸AG之一非對稱或隨機圖案。
在一項例示性實施例中，一第一對稱附接圖案單元可包含貼附至第一次級生長拘束件158及第二次級生長拘束件160之兩個電極骨幹134，如上文，其中兩個貼附電極骨幹134位於一個反電極結構112之側翼。因此，第一對稱附接圖案單元可取決於能量儲存裝置100或二次電池102及其(若干)預期用途而視需要沿著堆疊方向D重複。在另一例示性實施例中，一第二對稱附接圖案單元可包含貼附至第一次級生長拘束件158及第二次級生長拘束件160之兩個電極骨幹134，如上文，兩個貼附電極骨幹134位於兩個或兩個以上反電極結構112及一或多個非貼附電極骨幹134之側翼。因此，第二對稱附接圖案單元可取決於能量儲存裝置100或二次電池102及其(若干)預期用途而視需要沿著堆疊方向D重複。如將由熟習此項技術者所瞭解，已設想其他例示性對稱附接圖案單元。
在一項例示性實施例中，一第一非對稱或隨機附接圖案可包含貼附至第一次級生長拘束件158及第二次級生長拘束件160之兩個或兩個以上電極骨幹134，如上文，其中兩個或兩個以上貼附電極骨幹134可個別指定為貼附電極骨幹134A、貼附電極骨幹134B、貼附電極骨幹134C及貼附電極骨幹134D。貼附電極骨幹134A及貼附電極骨幹134B可位於(1+x)個反電極結構112之側翼，貼附電極骨幹134B及貼附電極骨幹134C可位於(1+y)個反電極結構112之側翼，且貼附電極骨幹134C及貼附電極骨幹134D可位於(1+z)個反電極結構112之側翼，其中任何兩個貼附電極骨幹134A至134D之間的反電極結構112之總量(即，x、y或z)不相等(即，x≠y≠z)且可進一步被非貼附電極骨幹134分離。換言之，任何數目個電極 骨幹134可貼附至第一次級生長拘束件158及第二次級生長拘束件160，如上文，藉此任何兩個貼附電極骨幹134之間可包含被非貼附電極骨幹134分離之任何不相等數目個反電極結構112。如將由熟習此項技術者所瞭解，已設想其他例示性非對稱或隨機附接圖案。
更特定言之，在一項實施例中，如在圖15B中展示，可經由一膠層182將複數個電極電流收集器136貼附至第一次級生長拘束件158之內表面1060及第二次級生長拘束件160之內表面1062。在某些實施例中，貼附至第一次級生長拘束件158及第二次級生長拘束件160之複數個電極電流收集器136可包含圍繞關於貼附電極電流收集器136之一膠合軸AG之一對稱圖案。在某些實施例中，貼附至第一次級生長拘束件158及第二次級生長拘束件160之複數個電極電流收集器136可包含圍繞關於貼附電極電流收集器136之一膠合軸AG之一非對稱或隨機圖案。
在一項例示性實施例中，一第一對稱附接圖案單元可包含貼附至第一次級生長拘束件158及第二次級生長拘束件160之兩個電極電流收集器136，如上文，其中兩個貼附電極電流收集器136位於一個反電極結構112之側翼。因此，第一對稱附接圖案單元可取決於能量儲存裝置100或二次電池102及其(若干)預期用途而視需要沿著堆疊方向D重複。在另一例示性實施例中，一第二對稱附接圖案單元可包含貼附至第一次級生長拘束件158及第二次級生長拘束件160之兩個電極電流收集器136，如上文，兩個貼附電極電流收集器136位於兩個或兩個以上反電極結構112及一或多個非貼附電極電流收集器136之側翼。因此，第二對稱附接圖案單元可取決於能量儲存裝置100或二次電池102及其(若干)預期用途而視需要沿著堆疊方向D重複。如將由熟習此項技術者所瞭解，已設想其他例示性對稱附接 圖案單元。
在一項例示性實施例中，一第一非對稱或隨機附接圖案可包含貼附至第一次級生長拘束件158及第二次級生長拘束件160之兩個或兩個以上電極電流收集器136，如上文，其中兩個或兩個以上貼附電極電流收集器136可個別指定為貼附電極電流收集器136A、貼附電極電流收集器136B、貼附電極電流收集器136C及貼附電極電流收集器136D。貼附電極電流收集器136A及貼附電極電流收集器136B可位於(1+x)個反電極結構112之側翼，貼附電極電流收集器136B及貼附電極電流收集器136C可位於(1+y)個反電極結構112之側翼，且貼附電極電流收集器136C及貼附電極電流收集器136D可位於(1+z)個反電極結構112之側翼，其中任何兩個貼附電極電流收集器136A至136D之間的反電極結構112之總量(即，x、y或z)不相等(即，x≠y≠z)且可進一步被非貼附電極電流收集器136分離。換言之，任何數目個電極電流收集器136可貼附至第一次級生長拘束件158及第二次級生長拘束件160，如上文，藉此任何兩個貼附電極電流收集器136之間可包含被非貼附電極電流收集器136分離之任何不相等數目個反電極結構112。如將由熟習此項技術者所瞭解，已設想其他例示性非對稱或隨機附接圖案。
用於經由膠182將電極結構110貼附至第一次級生長拘束件158及第二次級生長拘束件160之另一模式包含使用第一次級生長拘束件158之內表面1060及第二次級生長拘束件160之內表面1062內之凹口1060a、1062a。現在參考圖16A至圖16C，展示一笛卡兒座標系統以供參考，其具有一垂直軸(Z軸)、一縱向軸(Y軸)及一橫向軸(X軸)；其中X軸定向為自頁面之平面伸出；且如上文描述之堆疊方向D之一指定與Y軸共同平行。更特定言 之，圖16A至圖16C各展示沿著如圖1中之線A-A’之一橫截面，其中可經由一膠層182將各第一初級生長拘束件154及各第二初級生長拘束件156附接至第一次級生長拘束件158及第二次級生長拘束件160，如在上文描述。在某些實施例中，如在圖16A至圖16C之各者中展示，非貼附反電極結構112可包含其等頂部1068與第一次級生長拘束件158之間及其等底部1070與第二次級生長拘束件160之間的反電極間隙1086，如在上文更詳細描述。
更特定言之，在一項實施例中，如在圖16A中展示，可經由一凹口1060a及1062a以及一膠層182將複數個電極電流收集器136貼附至第一次級生長拘束件158之內表面1060及第二次級生長拘束件160之內表面1062。因此，在某些實施例中，經由凹口1060a、1062a貼附至第一次級生長拘束件158及第二次級生長拘束件160之複數個電極電流收集器136可包含圍繞關於貼附電極電流收集器136之一膠合軸AG之一對稱圖案，如在上文描述。在某些實施例中，經由凹口1060a、1062a貼附至第一次級生長拘束件158及第二次級生長拘束件160之複數個電極電流收集器136可包含圍繞關於貼附電極電流收集器136之一膠合軸AG之一非對稱或隨機圖案，如在上文描述。
在某些實施例中，凹口1060a、1062a可具有第一次級生長拘束件158及第二次級生長拘束件160內之一深度。例如，在一項實施例中，一凹口1060a、1062a可具有第一次級生長拘束件158及第二次級生長拘束件160內之一深度，該深度係第一次級生長拘束件158及第二次級生長拘束件160之高度之25%(即，在此實施例中，第一次級生長拘束件及第二次級生長拘束件之高度可類似於H158及H160，如在上文描述)。舉進一步實例而 言，在一項實施例中，一凹口1060a、1062a可具有第一次級生長拘束件158及第二次級生長拘束件160內之一深度，該深度係第一次級生長拘束件158及第二次級生長拘束件160之高度之50%(即，在此實施例中，第一次級生長拘束件及第二次級生長拘束件之高度可類似於H158及H160，如在上文描述)。舉進一步實例而言，在一項實施例中，一凹口1060a、1062a可具有第一次級生長拘束件158及第二次級生長拘束件160內之一深度，該深度係第一次級生長拘束件158及第二次級生長拘束件160之高度之75%(即，在此實施例中，第一次級生長拘束件及第二次級生長拘束件之高度可類似於H158及H160，如在上文描述)。舉進一步實例而言，在一項實施例中，一凹口1060a、1062a可具有第一次級生長拘束件158及第二次級生長拘束件160內之一深度，該深度係第一次級生長拘束件158及第二次級生長拘束件160之高度之90%(即，在此實施例中，第一次級生長拘束件及第二次級生長拘束件之高度可類似於H158及H160，如在上文描述)。換言之，複數個電極電流收集器136之各部件可有效接觸第一次級生長拘束件158之內表面1060及第二次級生長拘束件160之內表面1062兩者且延伸至其中(類似於高度HCESB，如在上文描述)，且可在一凹口實施例中經由膠182貼附至第一次級生長拘束件158之凹口1060a中及第二次級生長拘束件160之凹口1062a中。
此外，圖16A至圖16C亦描繪用於在一凹口實施例中膠合複數個電極電流收集器136之不同實施例。例如，在圖16A中描繪之一項實施例中，可經由一電極電流收集器頂部1892及一電極電流收集器底部1894以膠182膠合複數個電極電流收集器136。舉進一步實例而言，在圖16B中描繪之一項實施例中，可經由電極電流收集器136之側向表面(類似於電極骨幹 134之側向表面，如在上文描述)以膠182膠合複數個電極電流收集器136。舉進一步實例而言，在圖16C中描繪之一項實施例中，可經由電極電流收集器136之頂部1892、底部1894及側向表面以膠182膠合複數個電極電流收集器136。
在某些實施例中，經由一互鎖連接實施例，可經由第一次級生長拘束件158及第二次級生長拘束件160之各者中之一狹槽1060b、1062b將複數個電極電流收集器136貼附至第一次級生長拘束件158及第二次級生長拘束件160。現在參考圖17，展示一笛卡兒座標系統以供參考，其具有一垂直軸(Z軸)、一縱向軸(Y軸)及一橫向軸(X軸)；其中X軸定向為自頁面之平面伸出；且如上文描述之堆疊方向D之一指定與Y軸共同平行。更特定言之，圖17展示沿著如圖1中之線A-A’之一橫截面，其中可經由一膠層182將第一初級生長拘束件154及第二初級生長拘束件156附接至第一次級生長拘束件158及第二次級生長拘束件160，如在上文描述。在某些實施例中，如在圖17中展示，非貼附反電極結構112可包含其等頂部1068與第一次級生長拘束件158之間及其等底部1070與第二次級生長拘束件160之間的反電極間隙1086，如在上文更詳細描述。
更特定言之，在圖17中展示之一項實施例中，可經由一狹槽1060b及1062b以及一膠層182將複數個電極電流收集器136貼附至第一次級生長拘束件158及第二次級生長拘束件160。因此，在某些實施例中，經由狹槽1060b、1062b貼附至第一次級生長拘束件158及第二次級生長拘束件160之複數個電極電流收集器136可包含圍繞關於貼附電極電流收集器136之一膠合軸AG之一對稱圖案，如在上文描述。在某些實施例中，經由狹槽1060b、1062b貼附至第一次級生長拘束件158及第二次級生長拘束件160 之複數個電極電流收集器136可包含圍繞關於貼附電極電流收集器136之一膠合軸AG之一非對稱或隨機圖案，如在上文描述。
在某些實施例中，第一次級生長拘束件158及第二次級生長拘束件160之各者中之狹槽1060b、1062b可延伸穿過第一次級生長拘束件158及第二次級生長拘束件160，以便在一互鎖實施例中接納複數個電極電流收集器136。換言之，複數個電極電流收集器136可有效接觸第一次級生長拘束件158及第二次級生長拘束件160兩者且完全延伸穿過其中(類似於高度HCESB，如在上文描述)，且可在另一互鎖實施例中經由膠182貼附至狹槽1060b及1062b中。
經由初級生長拘束件之連接
在另一實施例中，一拘束電極總成106可包含一組電極拘束件108，其中次級連接部件166包含第一初級生長拘束件154及第二初級生長拘束件156且仍同時約束一電極總成106在縱向方向(即，沿著Y軸)及/或堆疊方向D及垂直方向(即，沿著Z軸)兩者上之生長，如在上文描述。現在參考圖18A至圖18B，展示一笛卡兒座標系統以供參考，其具有一垂直軸(Z軸)、一縱向軸(Y軸)及一橫向軸(X軸)；其中X軸定向為自頁面之平面伸出；且如上文描述之堆疊方向D之一指定與Y軸共同平行。更特定言之，圖18A至圖18B各展示沿著如圖1中之線A-A’之一組電極拘束件108之一橫截面，其包含一初級生長拘束系統151之一項實施例及一次級生長拘束系統152之一項實施例兩者。初級生長拘束系統151包含如上文描述之一第一初級生長拘束件154及一第二初級生長拘束件156及如上文描述之一第一初級連接部件162及一第二初級連接部件164。次級生長拘束系統152包含一第一次級生長拘束件158、一第二次級生長拘束件160及體現為第一 初級生長拘束件154及/或第二初級生長拘束件156之一次級連接部件166；因此，在此實施例中，次級連接部件166、第一初級生長拘束件154及第二初級生長拘束件156係可互換的。此外，在此實施例中，第一初級連接部件162及第一次級生長拘束件158係可互換的，如在上文描述。此外，在此實施例中，第二初級連接部件164及第二次級生長拘束件160係可互換的，如在上文描述。
可經由一膠層182將第一初級生長拘束件154及第二初級生長拘束件156附接至第一次級生長拘束件158及第二次級生長拘束件160，如在上文描述。換言之，在圖18A至圖18D中展示之實施例中，該組電極拘束件108包含：一第一初級連接部件162，其在一混合實施例中可為第一次級生長拘束件158；及一第二初級連接部件164，其在一混合實施例中可為第二次級生長拘束件160。因而，第一初級連接部件162及第二初級連接部件164可在約束縱向方向上之生長時處於張力下，且亦可在約束垂直方向上之生長時運作為第一次級生長拘束件158及第二次級生長拘束件160(即，壓縮部件)。
更特定言之，在如在圖18A中展示之一項實施例中，非貼附電極結構110及非貼附反電極結構112可包含其等頂部(即，1052及1068)之各者與第一次級生長拘束件158之間及其等底部(即，1054及1070)之各者與第二次級生長拘束件160之間的對應電極間隙1084及對應反電極間隙1086，如在上文更詳細描述。
更特定言之，在如在圖18B中展示之一項實施例中，該組電極拘束件108進一步包含相鄰於經混合第一次級生長拘束件158/第一初級連接部件162及經混合第二次級生長拘束件160/第二初級連接部件164兩者之一第二 分離器130a。
融合拘束系統
在一些實施例中，一組電極拘束件108可融合在一起。例如，在一項實施例中，初級生長拘束系統151可與次級生長拘束系統152融合。舉進一步實例而言，在一項實施例中，次級生長拘束系統152可與初級生長拘束系統151融合。換言之，在一體式系統中，初級生長拘束系統151(例如，第一初級生長拘束件154及第二初級生長拘束件156)之態樣可與次級生長拘束系統152(例如，第一次級生長拘束件158及第二次級生長拘束件160)之態樣共存(即，可融合)。現在參考圖19，展示一笛卡兒座標系統以供參考，其具有一垂直軸(Z軸)、一縱向軸(Y軸)及一橫向軸(X軸)；其中X軸定向為自頁面之平面伸出；且如上文描述之堆疊方向D之一指定與Y軸共同平行。更特定言之，圖19展示沿著如圖1中之線A-A’之一融合電極拘束件108之一橫截面，其包含與一次級生長拘束系統152之一項實施例融合之一初級生長拘束系統151之一項實施例。
在一項實施例中，在圖19中進一步繪示具有一電極活性材料層132及一電極電流收集器136之電極群110之部件。類似地，在一項實施例中，在圖19中繪示具有一反電極活性材料層138及一反電極電流收集器140之反電極群112之部件。為易於繪示，僅描繪電極群110之兩個部件及反電極群112之三個部件；然而，實務上，使用本文中之發明標的物之一能量儲存裝置100或一二次電池102可取決於能量儲存裝置100或二次電池102之應用而包含電極群110及反電極群112之額外部件，如在上文描述。更特定言之，在圖19之融合實施例中繪示，次級連接部件166可體現為電極骨幹134及/或反電極骨幹141，如在上文描述，但各者可融合至第一次級 生長拘束件158及第二次級生長拘束件160之各者，如在上文描述。類似地，第一初級生長拘束件154及第二初級生長拘束件156可融合至第一次級生長拘束件158及第二次級生長拘束件160，藉此最終形成一融合或一體式拘束件108。
二次電池
現在參考圖20，繪示具有本發明之複數組電極拘束件108a之一二次電池102之一項實施例之一分解視圖。二次電池102包含電池殼體104及電池殼體104內之一電極總成組106a，電極總成106之各者具有一第一縱向端表面116、一相對第二縱向端表面118(即，沿著所展示之笛卡兒座標系統之Y軸自第一縱向端表面116分離)，如在上文描述。各電極總成106包含在一堆疊方向D上相對於彼此堆疊於電極總成106之各者內之一電極結構群110及一反電極結構群112；換言之，電極結構群110及反電極結構群112配置成一交替系列之電極110及反電極112，其中該系列在堆疊方向D上在第一縱向端表面116與第二縱向端表面118之間前進(例如，見圖2A；如在圖2A及圖20中繪示，堆疊方向D平行於所展示之(若干)笛卡兒座標系統之Y軸)，如在上文描述。另外，一個別電極總成106內之堆疊方向D垂直於一組106a內之電極總成106之一集合之堆疊方向(即，一電極總成堆疊方向)；換言之，電極總成106相對於彼此安置在一組106a內之一方向上，該方向垂直於一個別電極總成106內之堆疊方向D(例如，電極總成堆疊方向係在對應於所展示之笛卡兒座標系統之Z軸之一方向上，而個別電極總成106內之堆疊方向D係在對應於所展示之笛卡兒座標系統之Y軸之一方向上)。
雖然在圖20中展示之實施例中描繪之電極總成組106a含有具有相同 總體大小之個別電極總成106，但個別電極總成106之一或多者亦可及/或替代性地在其等之至少一個尺寸上具有不同於組106a中之其他電極總成106之大小。例如，根據一項實施例，堆疊在一起以形成提供於二次電池102中之組106a之電極總成106可在各總成106之縱向方向(即，堆疊方向D)上具有不同最大寬度WEA。根據另一實施例，組成提供於二次電池102中之堆疊組106a之電極總成106可具有沿著正交於縱向軸之橫向軸之不同最大長度LEA。舉進一步實例而言，在一項實施例中，堆疊在一起以形成二次電池102中之電極總成組106a之各電極總成106具有沿著縱向軸之一最大寬度WEA及沿著橫向軸之一最大長度LEA，其經選擇以提供沿著其中電極總成106堆疊在一起以形成電極總成組106a之一方向減小之一面積LEA x WEA。例如，各電極總成106之最大寬度WEA及最大長度LEA可經選擇以小於在其中堆疊總成106之一第一方向上相鄰於其之一電極總成106之最大寬度及最大長度，且大於在與第一方向相反之一第二方向相鄰於其之一電極總成106之最大寬度及最大長度，使得電極總成106堆疊在一起以形成具有成一錐體形狀之一電極總成組106a之一二次電池102。替代性地，各電極總成106之最大長度LEA及最大寬度WEA可經選擇以提供所堆疊電極總成組106a之不同形狀及/或構形。電極總成106之一或多者之最大垂直高度HEA亦可及/或替代性地經選擇以不同於組106a中之其他總成106及/或提供具有一預定形狀及/或構形之一堆疊組106a。
突片190、192自電池殼體104突出且提供組106a之電極總成106與一能量供應器或消費者(未展示)之間的一電連接。更特定言之，在此實施例中，(例如，使用一導電膠)將突片190電連接至突片延伸部191，且突片延伸部191電連接至由電極總成106之各者組成之電極110。類似地，(例 如，使用一導電膠)將突片192電連接至突片延伸部193，且突片延伸部193電連接至由電極總成106之各者組成之電極112。
在圖20中繪示之實施例中，各電極總成106具有一相關聯初級生長拘束系統151以約束縱向方向(即，堆疊方向D)上之生長。替代性地，在一項實施例中，組成一組106a之複數個電極總成106可共用初級生長拘束系統151之至少一部分。在如展示之實施例中，各初級生長拘束系統151包含：第一初級生長拘束件154及第二初級生長拘束件156，其等可分別上覆於第一縱向端表面116及第二縱向端表面118，如在上文描述；及第一相對初級連接部件162及第二相對初級連接部件164，其等可分別上覆於側向表面142，如在上文描述。第一相對初級連接部件162及第二相對初級連接部件164可分別拉動第一初級生長拘束件154及第二初級生長拘束件156朝向彼此，或換言之，協助約束電極總成106在縱向方向上之生長，且初級生長拘束件154、156可分別施加一壓縮力或約束力至相對第一縱向端表面116及第二縱向端表面118。因此，在電池102在充電狀態與放電狀態之間形成及/或循環期間抑制電極總成106在縱向方向上之膨脹。另外，初級生長拘束系統151在縱向方向(即，堆疊方向D)上施加一壓力於電極總成106上，該壓力超過在相互彼此垂直且垂直於縱向方向之兩個方向之任一者上維持在電極總成106上之壓力(例如，如繪示，縱向方向對應於所繪示笛卡兒座標系統之Y軸方向，且相互彼此垂直且垂直於縱向方向之兩個方向對應於X軸方向及Z軸方向)。
此外，在圖20中繪示之實施例中，各電極總成106具有一相關聯次級生長拘束系統152以約束垂直方向上之生長(即，電極總成106、電極110及/或反電極112在垂直方向上(即，沿著笛卡兒座標系統之Z軸)之膨脹)。 替代性地，在一項實施例中，組成一組106a之複數個電極總成106共用次級生長拘束系統152之至少一部分。各次級生長拘束系統152包含可分別上覆於對應側向表面142之第一次級生長拘束件158及第二次級生長拘束件160及至少一個次級連接部件166，各如在上文更詳細描述。次級連接部件166可分別拉動第一次級生長拘束件158及第二次級生長拘束件160朝向彼此，或換言之，協助約束電極總成106在垂直方向上之生長，且第一次級生長拘束件158及第二次級生長拘束件160可施加一壓縮力或約束力至側向表面142，各如在上文更詳細描述。因此，在電池102在充電狀態與放電狀態之間形成及/或循環期間抑制電極總成106在垂直方向上之膨脹。另外，次級生長拘束系統152在垂直方向(即，平行於笛卡兒座標系統之Z軸)上施加一壓力於電極總成106上，該壓力超過在相互彼此垂直且垂直於垂直方向之兩個方向之任一者上維持在電極總成106上之壓力(例如，如繪示，垂直方向對應於所繪示笛卡兒座標系統之Z軸方向，且相互彼此垂直且垂直於垂直方向之兩個方向對應於X軸方向及Y軸方向)。
此外，在圖20中繪示之實施例中，各電極總成106具有一相關聯初級生長拘束系統151及一相關聯次級生長拘束系統152以約束縱向方向及垂直方向上之生長，如在上文更詳細描述。此外，根據某些實施例，電極突片190及/或反電極突片192及突片延伸部191、183可分別充當三級生長拘束系統155之一部分。例如，在某些實施例中，突片延伸部191、193可沿著相對橫向表面區144、146延伸以充當三級拘束系統155之一部分，諸如第一三級生長拘束件157及第二三級生長拘束件159。突片延伸部191、193可在電極總成106之縱向端117、119處連接至初級生長拘束件154、156，使得初級生長拘束件154、156充當使突片延伸部191、193處於彼此 拉緊以沿著橫向方向壓縮電極總成106之至少一個三級連接部件165，且充當第一三級生長拘束件157及第二三級生長拘束件159。相反地，根據一項實施例，突片190、192及/或突片延伸部191、193亦可分別充當用於第一初級生長拘束件154及第二初級生長拘束件156之第一初級連接部件162及第二初級連接部件164。在又另一實施例中，突片190、192及/或突片延伸部191、193可諸如藉由形成連接次級生長拘束件158、160之至少一個次級連接部件166之一部分而充當次級生長拘束系統152之一部分。因此，突片190、192及/或突片延伸部191、193可藉由充當初級拘束系統151及次級拘束系統152之一或多者之一部分及/或藉由形成一三級生長拘束系統155之一部分，以在正交於被初級生長拘束系統151及次級生長拘束系統152之一或多者拘束之方向之一方向上拘束電極總成106而協助約束電極總成106之整體宏觀生長。
為完成二次電池102之組裝，電池殼體104經填充有一非水溶性電解質(未展示)且蓋104a(沿著折疊線FL)折疊在上表面104b上方且密封至上表面104b。當完全組裝時，經密封之二次電池102佔據以其外表面為界之一體積(即，位移體積)，二次電池殼體104佔據對應於電池(包含蓋104a)之位移體積之一體積，該體積小於其內部體積(即，以內表面104c、104d、104e、104f、104g及104a為界之稜柱體積)，且組106a之各生長拘束件151、152佔據對應於其各自位移體積之一體積。因此，在組合中，電池殼體104及生長拘束件151、152佔據不超過以電池殼體104之外表面為界之體積(即，電池之位移體積)之75%。例如，在一項此類實施例中，在組合中，生長拘束件151、152及電池殼體104佔據不超過以電池殼體104之外表面為界之體積之60%。舉進一步實例而言，在一項此類實施例 中，在組合中，拘束件151、152及電池殼體104佔據不超過以電池殼體104之外表面為界之體積之45%。舉進一步實例而言，在一項此類實施例中，在組合中，拘束件151、152及電池殼體104佔據不超過以電池殼體104之外表面為界之體積之30%。舉進一步實例而言，在一項此類實施例中，在組合中，拘束件151、152及電池殼體104佔據不超過以電池殼體之外表面為界之體積之20%。
為易於在圖20中繪示，二次電池102僅包含電極總成106之一個組106a且該組106a僅包含六個電極總成106。實務上，二次電池102可包含一個以上電極總成組106a，其中組106a之各者相對於彼此側向安置(例如，在圖20之笛卡兒座標系統之X-Y平面內之一相對方向上)或相對於彼此垂直安置(例如，在實質上平行於圖20之笛卡兒座標系統之Z軸之一方向上)。另外，在此等實施例之各者中，電極總成組106a之各者可包含一或多個電極總成106。例如，在某些實施例中，二次電池102可包括一個、兩個或更多電極總成組106a，其中各此組106a包含一或多個電極總成106(例如，各此組106a內之1個、2個、3個、4個、5個、6個、10個、15個或更多電極總成106)，且當電池102包含兩個或兩個以上此等組106a時，組106a可相對於包含於二次電池102中之其他電極總成組106a側向或垂直安置。在此各種實施例之各者中，各個別電極總成106可具有其自身之(若干)生長拘束件，如在上文描述(即，電極總成106與拘束件151、152之間的1：1關係)，兩個以上電極總成106可具有一(若干)共同生長拘束件151、152，如在上文描述(即，用於兩個或兩個以上電極總成106之一組拘束件108)，或兩個或兩個以上電極總成106可共用一(若干)生長拘束件151、152之組件(即，兩個或兩個以上電極總成106可具有一共同壓縮部件(例 如，第二次級生長拘束件158)及/或張力部件166，例如，如在融合實施例中，如在上文描述)。
其他電池組件
在某些實施例中，如在上文描述，包含一初級生長拘束系統151及一次級生長拘束系統152之該組電極拘束件108可源自具有一長度L1、寬度W1及厚度t1之一片材2000，例如，如在圖20中展示。更特定言之，為形成一初級生長拘束系統151，一片材2000可包覆一電極總成106且在邊緣2001處折疊以圍封電極總成106。替代性地，在一項實施例中，片材2000可包覆經堆疊以形成一電極總成組106a之複數個電極總成106。片材之邊緣可彼此重疊且焊接、膠合或另外固定至彼此以形成包含第一初級生長拘束件154及第二初級生長拘束件156及第一初級連接部件162及第二初級連接部件164之一初級生長拘束系統151。在此實施例中，初級生長拘束系統151具有對應於片材2000之位移體積(即，L1、W1與t1之乘積)之一體積。在一項實施例中，在堆疊方向D上拉伸至少一個初級連接部件以使部件處於張力下，此導致由第一初級生長拘束件及第二初級生長拘束件施加一壓縮力。替代性地，在第二方向上拉伸至少一個次級連接部件以使部件處於張力下，此導致由第一次級生長拘束件及第二次級生長拘束件施加一壓縮力。在一替代實施例中，可在將初級生長拘束系統及次級生長拘束系統之一或多者之連接部件及/或生長拘束件或其他部分安裝在電極總成上方及/或其中之前預拉緊其等，而不是拉伸連接部件以使其等處於張力下。在另一替代實施例中，初級生長拘束系統及次級生長拘束系統之一或多者之連接部件及/或生長拘束件及/或其他部分最初並未在安裝至電極總成中及/或其上方時處於張力下，而實情係，電池之形成導致電極總成膨 脹且引起初級生長拘束系統及/或次級生長拘束系統(諸如連接部件及/或生長拘束件)之部分中之張力。(即，自拉緊)。
片材2000可包括廣泛範圍之相容材料，其等能夠施加所要力至電極總成106。一般言之，初級生長拘束系統151通常將包括具有至少10,000psi(>70MPa)之一極限抗拉強度之一材料，其與電池電解質相容，在電池102之浮動電位或陽極電位處不顯著腐蝕，且在45℃且甚至多達70℃不顯著反應或損失機械強度。例如，初級生長拘束系統151可包括廣泛範圍之金屬、合金、陶瓷、玻璃、塑膠或其等之一組合(即，一複合物)之任一者。在一項例示性實施例中，初級生長拘束系統151包括一金屬，諸如不銹鋼(例如，SS 316、440C或440C硬)、鋁(例如，鋁7075-T6、硬H18)、鈦(例如，6Al-4V)、鈹、鈹銅(硬)、銅(無O2，硬)、鎳；然而，一般言之，當初級生長拘束系統151包括金屬時，通常較佳地，以限制腐蝕且限制在電極110與反電極112之間產生一電短路之一方式併入金屬。在另一例示性實施例中，初級生長拘束系統151包括一陶瓷，諸如氧化鋁(例如，燒結或Coorstek AD96)、氧化鋯(例如，Coorstek YZTP)、氧化釔穩定氧化鋯(例如，ENrG E-Strate®)。在另一例示性實施例中，初級生長拘束系統151包括一玻璃，諸如Schott D263強化玻璃。在另一例示性實施例中，初級生長拘束系統151包括一塑膠，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(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)、聚酰亞胺(例如，Kapton®)。在另一例示性實施例中，初級生長拘束系統151包括一複合物，諸如E玻璃Std織物/環氧樹脂(0度)、E玻璃UD/環氧樹脂(0 度)、Kevlar Std織物/環氧樹脂(0度)、Kevlar UD/環氧樹脂(0度)、碳Std織物/環氧樹脂(0度)、碳UD/環氧樹脂(0度)、Toyobo Zylon® HM織物/環氧樹脂。在另一例示性實施例中，初級生長拘束系統151包括纖維，諸如Kevlar 49 Aramid纖維、S玻璃纖維、碳纖維、Vectran UM LCP纖維、Dyneema、Zylon。
初級生長拘束系統151之厚度(t1)將取決於一系列因素，包含(例如)構成初級生長拘束系統151之(若干)材料、電極總成106之整體尺寸及一電池陽極及陰極之組合物。在一些實施例中，例如，初級生長拘束系統151將包括具有在約10微米至約100微米之範圍中之一厚度之一片材。例如，在一項此類實施例中，初級生長拘束系統151包括具有約30μm之一厚度之一不銹鋼片材(例如，SS316)。舉進一步實例而言，在另一此實施例中，初級生長拘束系統151包括具有約40μm之一厚度之鋁片材(例如，7075-T6)。舉進一步實例而言，在另一此實施例中，初級生長拘束系統151包括具有約30μm之一厚度之氧化鋯片材(例如，Coorstek YZTP)。舉進一步實例而言，在另一此實施例中，初級生長拘束系統151包括具有約75μm之一厚度之E玻璃UD/環氧樹脂0度片材。舉進一步實例而言，在另一此實施例中，初級生長拘束系統151包括處於>50%堆積密度之12μm碳纖維。
未受限於任何特定理論，如在本文中描述，膠合方法可包含膠合、焊接、接合、燒結、按壓接觸、銅焊、熱噴塗連結、箝制或其等之組合。膠合可包含使用導電材料連結材料，諸如導電環氧樹脂、導電彈性體、填充有導電金屬之絕緣有機膠之混合物(諸如填充鎳之環氧樹脂、填充碳之環氧樹脂等)。導電膠可用於將材料連結在一起且可由溫度(燒結)、光(UV 固化、交聯)、化學固化(基於觸媒之交聯)來調整連結強度。接合程序可包含打線接合、帶式接合、超音波接合。焊接程序可包含超音波焊接、電阻焊接、雷射束焊接、電子束焊接、感應焊接及冷焊。亦可藉由使用一塗佈程序將材料連結在一起而執行此等材料之連結，諸如一熱噴塗塗佈，諸如電漿噴塗、火焰噴塗、電弧噴塗。例如，可使用鎳之一熱噴霧作為一膠將鎳或銅網格連結至鎳匯流排上。
電極群110及反電極群112之部件包含一電活性材料，其能夠吸收及釋放一載體離子，諸如鋰、鈉、鉀、鈣、鎂或鋁離子。在一些實施例中，電極結構群110之部件包含一陽極活性電活性材料(有時稱為一負電極)且反電極結構群112之部件包含一陰極活性電活性材料(有時稱為一正電極)。在其他實施例中，電極結構群110之部件包含一陰極活性電活性材料且反電極結構群112之部件包括一陽極活性電活性材料。在此段落中敘述之實施例及實例之各者中，負電極活性材料可為一微粒結塊電極或一單片電極。
例示性陽極活性電活性材料包含碳材料，諸如石墨及軟碳或硬碳，或一系列金屬、半金屬、合金、氧化物及能夠與鋰形成一合金之化合物之任一者。能夠構成陽極材料之金屬或半金屬之特定實例包含錫、鉛、鎂、鋁、硼、鎵、矽、銦、鋯、鍺、鉍、鎘、銻、銀、鋅、砷、鉿、釔及鈀。在一項例示性實施例中，陽極活性材料包括鋁、錫或矽，或其等之氧化物、其等之氮化物、其等之氟化物或其等之其他合金。在另一例示性實施例中，陽極活性材料包括矽或其之一合金。
例示性陰極活性材料包含廣泛範圍之陰極活性材料之任一者。例如，對於一鋰離子電池，陰極活性材料可包括選自以下項目之一陰極材 料：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、鋰過渡金屬硫化物及鋰過渡金屬氮化物，可選擇性地使用其等。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含具有一d殼或f殼之金屬元素。此等金屬元素之特定實例係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含LiCoO2、LiNi0.5Mn1.5O4、Li(NixCoyAl2)O2、LiFePO4、Li2MnO4、V2O5、氧硫化鉬、磷酸鹽、矽酸鹽、釩酸鹽及其等之組合。
在一項實施例中，陽極活性材料經微觀結構化以提供一顯著空隙體積率以在鋰離子(或其他載體離子)在充電程序及放電程序期間併入至負電極活性材料中或離開負電極活性材料時適應體積膨脹及收縮。一般言之，負電極活性材料之空隙體積率係至少0.1。然而，通常，負電極活性材料之空隙體積率不大於0.8。例如，在一項實施例中，負電極活性材料之空隙體積率係約0.15至約0.75。舉進一步實例而言，在一項實施例中，負電極活性材料之空隙體積率係約0.2至約0.7。舉進一步實例而言，在一項實施例中，負電極活性材料之空隙體積率係約0.25至約0.6。
取決於微觀結構化負電極活性材料之組合物及其形成方法，微觀結構化負電極活性材料可包括大孔、微孔或中孔材料層或其等之一組合，諸如微孔與中孔之一組合或中孔與大孔之一組合。微孔材料通常以小於10nm之一孔尺寸、小於10nm之一壁尺寸、1微米至50微米之一孔深度及大體上以一「海綿狀」且不規則外觀、不光滑壁及分支孔為特徵之一孔形態為特徵。中孔材料通常以10nm至50nm之一孔尺寸、10nm至50nm之一 壁尺寸、1微米至100微米之一孔深度及大體上以在某種程度上明確界定之分支孔或樹枝狀孔為特徵之一孔形態為特徵。大孔材料通常以大於50nm之一孔尺寸、大於50nm之一壁尺寸、1微米至500微米之一孔深度及可為變化、筆直、分支或樹枝狀及光滑或粗糙壁之一孔形態為特徵。另外，空隙體積可包括敞開空隙或閉合空隙或其等之一組合。在一項實施例中，空隙體積包括敞開空隙，即，負電極活性材料含有具有負電極活性材料之側向表面處之開口之空隙，鋰離子(或其他載體離子)可透過開口進入或離開負電極活性材料；例如，鋰離子可在離開正電極活性材料之後透過空隙開口進入負電極活性材料。在另一實施例中，空隙體積包括閉合空隙，即，負電極活性材料含有被負電極活性材料圍封之空隙。一般言之，敞開空隙可為載體離子提供更大界面表面積，而閉合空隙傾向於較不易受固體電解質界面影響，但各在載體離子進入之後為負電極活性材料之膨脹提供空間。因此，在某些實施例中，較佳地，負電極活性材料包括敞開空隙與閉合空隙之一組合。
在一項實施例中，負電極活性材料包括多孔鋁、錫或矽或其等之一合金。例如，可藉由陽極化、藉由蝕刻(例如，藉由將稀有金屬(諸如金、鉑、銀或金/鈀)沈積於單晶矽之表面上且使用氫氟酸與過氧化氫之一混合物蝕刻表面)或藉由此項技術中已知的其他方法(諸如圖案化化學蝕刻)形成多孔矽層。另外，多孔負電極活性材料通常將具有至少約0.1但小於0.8之一孔隙率及約1微米至約100微米之一厚度。例如，在一項實施例中，負電極活性材料包括多孔矽，具有約5微米至約100微米之一厚度，且具有約0.15至約0.75之一孔隙率。舉進一步實例而言，在一項實施例中，負電極活性材料包括多孔矽，具有約10微米至約80微米之一厚度，且具有 約0.15至約0.7之一孔隙率。舉進一步實例而言，在一項此類實施例中，負電極活性材料包括多孔矽，具有約20微米至約50微米之一厚度，且具有約0.25至約0.6之一孔隙率。舉進一步實例而言，在一項實施例中，負電極活性材料包括一多孔矽合金(諸如矽化鎳)，具有約5微米至約100微米之一厚度，且具有約0.15至約0.75之一孔隙率。
在另一實施例中，負電極活性材料包括鋁、錫或矽或其等之一合金之纖維。個別纖維可具有約5nm至約10,000nm之一直徑(厚度)及大體上對應於負電極活性材料之厚度之一長度。矽例如，可藉由化學氣相沈積或此項技術中已知的其他技術(諸如汽液固(VLS)生長及固液固(SLS)生長)形成纖維(奈米線)。另外，負電極活性材料通常將具有至少約0.1但小於0.8之一孔隙率及約1微米至約200微米之一厚度。例如，在一項實施例中，負電極活性材料包括矽奈米線，具有約5微米至約100微米之一厚度，且具有約0.15至約0.75之一孔隙率。舉進一步實例而言，在一項實施例中，負電極活性材料包括矽奈米線，具有約10微米至約80微米之一厚度，且具有約0.15至約0.7之一孔隙率。舉進一步實例而言，在一項此類實施例中，負電極活性材料包括矽奈米線，具有約20微米至約50微米之一厚度，且具有約0.25至約0.6之一孔隙率。舉進一步實例而言，在一項實施例中，負電極活性材料包括矽合金(諸如矽化鎳)之奈米線，具有約5微米至約100微米之一厚度，且具有約0.15至約0.75之一孔隙率。
在一項實施例中，電極群110之各部件具有一底部、一頂部及自其底部延伸至頂部且在大體上垂直於電極結構110及反電極結構112之交替序列行進之方向之一方向上之一縱向軸(AE)。另外，電極群110之各部件具有沿著電極之縱向軸(AE)量測之一長度(LE)，在電極結構及反電極結構之 交替序列行進之方向上量測之一寬度(WE)及在垂直於長度(LE)及寬度(WE)之量測方向之各者之一方向上量測之一高度(HE)。電極群之各部件亦具有對應於電極在法向於其縱向軸之一平面中之一投影之(若干)長度及(若干)邊之總和之一周長(PE)。
電極群之部件之長度(LE)將取決於能量儲存裝置及其預期用途而變化。然而，一般言之，電極群之部件通常將具有在約5mm至約500mm之範圍中之一長度(LE)。例如，在一項此類實施例中，電極群之部件具有約10mm至約250mm之一長度(LE)。舉進一步實例而言，在一項此類實施例中，電極群之部件具有約25mm至約100mm之一長度(LE)。
電極群之部件之寬度(WE)亦將取決於能量儲存裝置及其預期用途而變化。然而，一般言之，電極群之各部件通常將具有在約0.01mm至2.5mm之範圍內之一寬度(WE)。例如，在一項實施例中，電極群之各部件之寬度(WE)將在約0.025mm至約2mm之範圍中。舉進一步實例而言，在一項實施例中，電極群之各部件之寬度(WE)將在約0.05mm至約1mm之範圍中。
電極群之部件之高度(HE)亦將取決於能量儲存裝置及其預期用途而變化。然而，一般言之，電極群之部件通常將具有在約0.05mm至約10mm之範圍內之一高度(HE)。例如，在一項實施例中，電極群之各部件之高度(HE)將在約0.05mm至約5mm之範圍中。舉進一步實例而言，在一項實施例中，電極群之各部件之高度(HE)將在約0.1mm至約1mm之範圍中。根據一項實施例，電極群之部件包含具有一第一高度之一或多個第一電極部件及具有除第一高度以外之一第二高度之一或多個第二電極部件。例如，在一項實施例中，一或多個第一電極部件可具有一高度，其經選擇 以允許電極部件在垂直方向(Z軸)上接觸次級拘束系統之一部分。例如，諸如在第一電極部件或其之一子基板之至少一者充當一次級連接部件166時，一或多個第一電極部件之高度可足以使得第一電極部件沿著垂直軸在第一次級生長拘束件158與第二次級生長拘束件160之間延伸且接觸該兩者。此外，根據一項實施例，一或多個第二電極部件可具有小於一或多個第一電極部件之一高度，使得(例如)一或多個第二電極部件並不完全延伸以接觸第一次級生長拘束件158及第二次級生長拘束件160兩者。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適應電極總成106(諸如具有沿著縱向軸及/或橫向軸之一或多者之不同高度之一電極總成)之一預定形狀及/或提供二次電池之預定效能特性。
電極群之部件之周長(PE)將類似地取決於能量儲存裝置及其預期用途而變化。然而，一般言之，電極群之部件通常將具有在約0.025mm至約25mm之範圍內之一周長(PE)。例如，在一項實施例中，電極群之各部件之周長(PE)將在約0.1mm至約15mm之範圍中。舉進一步實例而言，在一項實施例中，電極群之各部件之周長(PE)將在約0.5mm至約10mm之範圍中。
一般言之，電極群之部件具有實質上大於其寬度(WE)及其高度(HE)之各者之一長度(LE)。例如，在一項實施例中，對於電極群之各部件，LE對WE及HE之各者之比率分別係至少5：1(即，LE對WE之比率係至少5：1且LE對HE之比率係至少5：1)。舉進一步實例而言，在一項實施例中，LE對WE及HE之各者之比率係至少10：1。舉進一步實例而言，在一項實施例中，LE對WE及HE之各者之比率係至少15：1。舉進一步實例而言，在一項 實施例中，對於電極群之各部件，LE對WE及HE之各者之比率係至少20：1。
另外，大體上較佳地，電極群之部件具有實質上大於其周長(PE)之一長度(LE)；例如，在一項實施例中，對於電極群之各部件，LE對PE之比率係至少1.25：1。舉進一步實例而言，在一項實施例中，對於電極群之各部件，LE對PE之比率係至少2.5：1。舉進一步實例而言，在一項實施例中，對於電極群之各部件，LE對PE之比率係至少3.75：1。
在一項實施例中，電極群之部件之高度(HE)對寬度(WE)之比率係至少0.4：1。例如，在一項實施例中，對於電極群之各部件，HE對WE之比率將為至少2：1。舉進一步實例而言，在一項實施例中，HE對WE之比率將為至少10：1。舉進一步實例而言，在一項實施例中，HE對WE之比率將為至少20：1。然而，通常，HE對WE之比率大體上將小於1,000：1。例如，在一項實施例中，HE對WE之比率將小於500：1。舉進一步實例而言，在一項實施例中，HE對WE之比率將小於100：1。舉進一步實例而言，在一項實施例中，HE對WE之比率將小於10：1。舉進一步實例而言，在一項實施例中，對於電極群之各部件，HE對WE之比率將在約2；1至約100：1之範圍中。
反電極群之各部件具有一底部、一頂部及自其底部延伸至頂部且在大體上垂直於電極結構及反電極結構之交替序列行進之方向之一方向上之一縱向軸(ACE)。另外，反電極群之各部件具有沿著縱向軸(ACE)量測之一長度(LCE)，在電極結構及反電極結構之交替序列行進之方向上量測之一寬度(WCE)及在垂直於長度(LCE)及寬度(WCE)之量測方向之各者之一方向上量測之一高度(HE)。反電極群之各部件亦具有對應於反電極在法向於其縱向軸之一平面中之一投影之(若干)長度及(若干)邊之總和之一周長 (PCE)。
反電極群之部件之長度(LCE)將取決於能量儲存裝置及其預期用途而變化。然而，一般言之，反電極群之各部件通常將具有在約5mm至約500mm之範圍中之一長度(LCE)。例如，在一項此類實施例中，反電極群之各部件具有約10mm至約250mm之一長度(LCE)。舉進一步實例而言，在一項此類實施例中，反電極群之各部件具有約25mm至約100mm之一長度(LCE)。
反電極群之部件之寬度(WCE)亦將取決於能量儲存裝置及其預期用途而變化。然而，一般言之，反電極群之部件通常將具有在約0.01mm至2.5mm之範圍內之一寬度(WCE)。例如，在一項實施例中，反電極群之各部件之寬度(WCE)將在約0.025mm至約2mm之範圍中。舉進一步實例而言，在一項實施例中，反電極群之各部件之寬度(WCE)將在約0.05mm至約1mm之範圍中。
反電極群之部件之高度(HCE)亦將取決於能量儲存裝置及其預期用途而變化。然而，一般言之，反電極群之部件通常將具有在約0.05mm至約10mm之範圍內之一高度(HCE)。例如，在一項實施例中，反電極群之各部件之高度(HCE)將在約0.05mm至約5mm之範圍中。舉進一步實例而言，在一項實施例中，反電極群之各部件之高度(HCE)將在約0.1mm至約1mm之範圍中。根據一項實施例，反電極群之部件包含具有一第一高度之一或多個第一反電極部件及具有除第一高度以外之一第二高度之一或多個第二反電極部件。例如，在一項實施例中，一或多個第一反電極部件可具有一高度，其經選擇以允許反電極部件在垂直方向(Z軸)上接觸次級拘束系統之一部分。例如，諸如在第一反電極部件或其之一子基板之至少一 者充當一次級連接部件166時，一或多個第一反電極部件之高度可足以使得第一反電極部件沿著垂直軸在第一次級生長拘束件158與第二次級生長拘束件160之間延伸且接觸該兩者。此外，根據一項實施例，一或多個第二反電極部件可具有小於一或多個第一反電極部件之一高度，使得(例如)一或多個第二反電極部件並不完全延伸以接觸第一次級生長拘束件158及第二次級生長拘束件160兩者。在又另一實施例中，一或多個第一反電極部件及一或多個第二反電極部件之不同高度可經選擇以適應電極總成106(諸如具有沿著縱向軸及/或橫向軸之一或多者之不同高度之一電極總成)之一預定形狀及/或提供二次電池之預定效能特性。
反電極群之部件之周長(PCE)亦將取決於能量儲存裝置及其預期用途而變化。然而，一般言之，反電極群之部件通常將具有在約0.025mm至約25mm之範圍內之一周長(PCE)。例如，在一項實施例中，反電極群之各部件之周長(PCE)將在約0.1mm至約15mm之範圍中。舉進一步實例而言，在一項實施例中，反電極群之各部件之周長(PCE)將在約0.5mm至約10mm之範圍中。
一般言之，反電極群之各部件具有實質上大於寬度(WCE)且實質上大於其高度(HCE)之一長度(LCE)。例如，在一項實施例中，對於反電極群之各部件，LCE對WCE及HCE之各者之比率分別係至少5：1(即，LCE對WCE之比率係至少5：1且LCE對HCE之比率係至少5：1)。舉進一步實例而言，在一項實施例中，對於反電極群之各部件，LCE對WCE及HCE之各者之比率係至少10：1。舉進一步實例而言，在一項實施例中，對於反電極群之各部件，LCE對WCE及HCE之各者之比率係至少15：1。舉進一步實例而言，在一項實施例中，對於反電極群之各部件，LCE對WCE及HCE之各者之比率係至少 20：1。
另外，大體上較佳地，反電極群之部件具有實質上大於其周長(PCE)之一長度(LCE)；例如，在一項實施例中，對於反電極群之各部件，LCE對PCE之比率係至少1.25：1。舉進一步實例而言，在一項實施例中，對於反電極群之各部件，LCE對PCE之比率係至少2.5：1。舉進一步實例而言，在一項實施例中，對於反電極群之各部件，LCE對PCE之比率係至少3.75：1。
在一項實施例中，反電極群之部件之高度(HCE)對寬度(WCE)之比率係至少0.4：1。例如，在一項實施例中，對於反電極群之各部件，HCE對WCE之比率將為至少2：1。舉進一步實例而言，在一項實施例中，對於反電極群之各部件，HCE對WCE之比率將為至少10：1。舉進一步實例而言，在一項實施例中，對於反電極群之各部件，HCE對WCE之比率將為至少20：1。然而，通常，HCE對WCE之比率大體上將小於1,000：1。例如，在一項實施例中，對於反電極群之各部件，HCE對WCE之比率將小於500：1。舉進一步實例而言，在一項實施例中，HCE對WCE之比率將小於100：1。舉進一步實例而言，在一項實施例中，HCE對WCE之比率將小於10：1。舉進一步實例而言，在一項實施例中，對於電極群之各部件，HCE對WCE之比率將在約2：1至約100：1之範圍中。
在一項實施例中，由負電極群之各部件構成之負電極電流導體層136具有一長度LNC，其係包括此負電極電流收集器之部件之長度LNE之至少50%。舉進一步實例而言，在一項實施例中，由負電極群之各部件構成之負電極電流導體層136具有一長度LNC，其係包括此負電極電流收集器之部件之長度LNE之至少60%。舉進一步實例而言，在一項實施例中，由負電極群之各部件構成之負電極電流導體層136具有一長度LNC，其係包括 此負電極電流收集器之部件之長度LNE之至少70%。舉進一步實例而言，在一項實施例中，由負電極群之各部件構成之負電極電流導體層136具有一長度LNC，其係包括此負電極電流收集器之部件之長度LNE之至少80%。舉進一步實例而言，在一項實施例中，由負電極群之各部件構成之負電極電流導體136具有一長度LNC，其係包括此負電極電流收集器之部件之長度LNE之至少90%。
在一項實施例中，由正電極群之各部件構成之正電極電流導體140具有一長度LPC，長度LPC係包括此正電極電流收集器之部件之長度LPE之至少50%。舉進一步實例而言，在一項實施例中，由正電極群之各部件構成之正電極電流導體140具有一長度LPC，長度LPC係包括此正電極電流收集器之部件之長度LPE之至少60%。舉進一步實例而言，在一項實施例中，由正電極群之各部件構成之正電極電流導體140具有一長度LPC，長度LPC係包括此正電極電流收集器之部件之長度LPE之至少70%。舉進一步實例而言，在一項實施例中，由正電極群之各部件構成之正電極電流導體140具有一長度LPC，長度LPC係包括此正電極電流收集器之部件之長度LPE之至少80%。舉進一步實例而言，在一項實施例中，由正電極群之各部件構成之正電極電流導體140具有一長度LPC，長度LPC係包括此正電極電流收集器之部件之長度LPE之至少90%。
在一項實施例中，負電極電流收集器層136包括一離子可滲透導體材料，其係離子傳導且導電的。換言之，負電極電流收集器層具有一厚度、一導電率及對載體離子之一離子傳導率，該離子傳導率促進載體離子在一電化學堆疊中之離子可滲透導體層之一個側上之一緊鄰活性電極材料層與負電極電流收集器之另一側上之一緊鄰分離器層之間移動。在一相對基礎 上，當存在一施加電流以將能量儲存於裝置中或存在一施加負載以使裝置放電時，負電極電流收集器層具有大於其離子傳導率之一導電率。例如，當存在一施加電流以將能量儲存於裝置中或存在一施加負載以使裝置放電時，負電極電流收集器層之導電率對(對載體離子之)離子傳導率之比率通常將為至少1,000：1。舉進一步實例而言，在一項此類實施例中，當存在一施加電流以將能量儲存於裝置中或存在一施加負載以使裝置放電時，負電極電流收集器層之導電率對(對載體離子之)離子傳導率之比率係至少5,000：1。舉進一步實例而言，在一項此類實施例中，當存在一施加電流以將能量儲存於裝置中或存在一施加負載以使裝置放電時，負電極電流收集器層之導電率對(對載體離子之)離子傳導率之比率係至少10,000：1。舉進一步實例而言，在一項此類實施例中，當存在一施加電流以將能量儲存於裝置中或存在一施加負載以使裝置放電時，負電極電流收集器層之導電率對(對載體離子之)離子傳導率之比率係至少50,000：1。舉進一步實例而言，在一項此類實施例中，當存在一施加電流以將能量儲存於裝置中或存在一施加負載以使裝置放電時，負電極電流收集器層之導電率對(對載體離子之)離子傳導率之比率係至少100,000：1。
在負電極電流收集器136包括離子傳導且導電之一離子可滲透導體材料之該等實施例中，負電極電流收集器136可具有一離子傳導率，其相當於在施加一電流以將能量儲存於裝置中或施加一負載以使裝置放電時(諸如在一二次電池充電或放電時)之一相鄰分離器層之離子傳導率。例如，在一項實施例中，當存在一施加電流以將能量儲存於裝置中或存在一施加負載以使裝置放電時，負電極電流收集器136(對載體離子)之一離子傳導率係分離器層之離子傳導率之至少50%(即，0.5：1之一比率)。舉進一步 實例而言，在一些實施例中，當存在一施加電流以將能量儲存於裝置中或存在一施加負載以使裝置放電時，負電極電流收集器136(對載體離子)之離子傳導率對分離器層(對載體離子)之離子傳導率之比率係至少1：1。舉進一步實例而言，在一些實施例中，當存在一施加電流以將能量儲存於裝置中或存在一施加負載以使裝置放電時，負電極電流收集器136(對載體離子)之離子傳導率對分離器層(對載體離子)之離子傳導率之比率係至少1.25：1。舉進一步實例而言，在一些實施例中，當存在一施加電流以將能量儲存於裝置中或存在一施加負載以使裝置放電時，負電極電流收集器136(對載體離子)之離子傳導率對分離器層(對載體離子)之離子傳導率之比率係至少1.5：1。舉進一步實例而言，在一些實施例中，當存在一施加電流以將能量儲存於裝置中或存在一施加負載以使裝置放電時，負電極電流收集器136(對載體離子)之離子傳導率對分離器層(對載體離子)之離子傳導率之比率係至少2：1。
在一項實施例中，負電極電流收集器136亦具有一導電率，其實質上大於負電極活性材料層之導電率。例如，在一項實施例中，當存在一施加電流以將能量儲存於裝置中或存在一施加負載以使裝置放電時，負電極電流收集器136之導電率對負電極活性材料層之導電率之比率係至少100：1。舉進一步實例而言，在一些實施例中，當存在一施加電流以將能量儲存於裝置中或存在一施加負載以使裝置放電時，負電極電流收集器136之導電率對負電極活性材料層之導電率之比率係至少500：1。舉進一步實例而言，在一些實施例中，當存在一施加電流以將能量儲存於裝置中或存在一施加負載以使裝置放電時，負電極電流收集器136之導電率對負電極活性材料層之導電率之比率係至少1000：1。舉進一步實例而言，在一些實施例 中，當存在一施加電流以將能量儲存於裝置中或存在一施加負載以使裝置放電時，負電極電流收集器136之導電率對負電極活性材料層之導電率之比率係至少5000：1。舉進一步實例而言，在一些實施例中，當存在一施加電流以將能量儲存於裝置中或存在一施加負載以使裝置放電時，負電極電流收集器136之導電率對負電極活性材料層之導電率之比率係至少10,000：1。
在此實施例中，負電極電流收集器層136之厚度(即，其間夾置負電極電流收集器層136之分離器與負電極活性材料層之間的最短距離)將取決於層之組合物及電化學堆疊之效能規格。一般言之，當一負電極電流收集器層係一離子可滲透導體層時，其將具有至少約300埃之一厚度。例如，在一些實施例中，其可具有在約300埃至800埃之範圍中之一厚度。然而，更通常，其將具有大於約0.1微米之一厚度。一般言之，一離子可滲透導體層將具有不大於約100微米之一厚度。因此，例如，在一項實施例中，負電極電流收集器136將具有在約0.1微米至約10微米之範圍中之一厚度。舉進一步實例而言，在一些實施例中，負電極電流收集器136將具有在約0.1微米至約5微米之範圍中之一厚度。舉進一步實例而言，在一些實施例中，負電極電流收集器136將具有在約0.5微米至約3微米之範圍中之一厚度。一般言之，較佳地，負電極電流收集器136之厚度係近似均勻的。例如，在一項實施例中，較佳地，負電極電流收集器136具有小於約25%之一厚度不均勻性，其中厚度不均勻性界定為層之最大厚度之數量減去層之最小厚度再除以平均層厚度。在某些實施例中，厚度變化甚至更小。例如，在一些實施例中，負電極電流收集器136具有小於約20%之一厚度不均勻性。舉進一步實例而言，在一些實施例中，負電極電流收集器 136具有小於約15%之一厚度不均勻性。在一些實施例中，離子可滲透導體層具有小於約10%之一厚度不均勻性。
在一項較佳實施例中，負電極電流收集器136係一離子可滲透導體層，其包括促成離子滲透性及導電率之一導電組件及一離子傳導組件。通常，導電組件將包括呈一網格或圖案化表面、一薄膜之形式之一連續導電材料(諸如一連續金屬或金屬合金)或包括連續導電材料(諸如一連續金屬或金屬合金)之複合材料。另外，離子傳導組件通常將包括孔，例如，一網格之格隙、包含材料層之一圖案化金屬或金屬合金之間的空間、一金屬薄膜中之孔或具有對載體離子之足夠擴散率之一固體離子導體。在某些實施例中，離子可滲透導體層包括一沈積多孔材料、一離子運輸材料、一離子反應性材料、一複合材料或一實體多孔材料。例如，若多孔，則離子可滲透導體層可具有至少約0.25之一空隙率。然而，一般言之，空隙率通常將不超過約0.95。更通常，當離子可滲透導體層係多孔的，則空隙率可在約0.25至約0.85之範圍中。在一些實施例中，例如，當離子可滲透導體層係多孔的，則空隙率可在約0.35至約0.65之範圍中。
定位於負電極活性材料層與分離器之間，負電極電流收集器136可藉由跨負電極活性材料層之表面分佈來自負電極電流收集器之電流而促進更均勻載體離子運輸。繼而，此可促進載體離子之更均勻插入及提取且藉此在循環期間減小負電極活性材料中之應力；由於負電極電流收集器136將電流分佈至負電極活性材料層面向分離器之表面，負電極活性材料層對載體離子之反應性將在載體離子濃度最大之處最大。在又另一實施例中，負電極電流收集器136及負電極活性材料層之位置可相反。
根據一項實施例，正電極之各部件具有一正電極電流收集器140，例 如，其可經安置於正電極骨幹與正電極活性材料層之間。此外，負電極電流收集器136及正電極電流收集器140之一或多者可包括一金屬，諸如鋁、碳、鉻、金、鎳、NiP、鈀、鉑、銠、釕、矽鎳合金、鈦或其等之一組合(見A.H.Whitehead及M.Schreiber所作之「Current collectors for positive electrodes of lithium-based batteries」，Journal of the Electrochemical Society,152(11)A2105-A2113(2005))。舉進一步實例而言，在一項實施例中，正電極電流收集器140包括金或其之一合金，諸如矽化金。舉進一步實例而言，在一項實施例中，正電極電流收集器140包括鎳或其之一合金，諸如矽化鎳。
在一替代實施例中，正電極電流收集器層及正電極活性材料層之位置可相反，例如，使得正電極電流收集器層定位於分離器層與正電極活性材料層之間。在此等實施例中，用於緊鄰正電極活性材料層之正電極電流收集器140包括一離子可滲透導體，其具有如結合負電極電流收集器層描述之一組合物及構造；即，正電極電流收集器層包括離子傳導且導電之一離子可滲透導體材料之一層。在此實施例中，正電極電流收集器層具有一厚度、一導電率及對載體離子之一離子傳導率，該離子傳導率促進載體離子在一電化學堆疊中之正電極電流收集器層之一個側上之一緊鄰正電極活性材料層與正電極電流收集器層之另一側上之一緊鄰分離器層之間移動。在一相對基礎上，在此實施例中，當存在一施加電流以將能量儲存於裝置中或存在一施加負載以使裝置放電時，正電極電流收集器層具有大於其離子傳導率之一導電率。例如，當存在一施加電流以將能量儲存於裝置中或存在一施加負載以使裝置放電時，正電極電流收集器層之導電率對(對載體離子之)離子傳導率之比率通常將為至少1,000：1。舉進一步實例而言， 在一項此類實施例中，當存在一施加電流以將能量儲存於裝置中或存在一施加負載以使裝置放電時，正電極電流收集器層之導電率對(對載體離子之)離子傳導率之比率係至少5,000：1。舉進一步實例而言，在一項此類實施例中，當存在一施加電流以將能量儲存於裝置中或存在一施加負載以使裝置放電時，正電極電流收集器層之導電率對(對載體離子之)離子傳導率之比率係至少10,000：1。舉進一步實例而言，在一項此類實施例中，當存在一施加電流以將能量儲存於裝置中或存在一施加負載以使裝置放電時，正電極電流收集器層之導電率對(對載體離子之)離子傳導率之比率係至少50,000：1。舉進一步實例而言，在一項此類實施例中，當存在一施加電流以將能量儲存於裝置中或存在一施加負載以使裝置放電時，正電極電流收集器層之導電率對(對載體離子之)離子傳導率之比率係至少100,000：1。
電絕緣分離器層130可環繞電極結構群110之各部件且使其與反電極結構群112之各部件電隔離。電絕緣分離器層130通常將包含可使用一非水溶性電解質滲透之一微孔分離器材料；例如，在一項實施例中，微孔分離器材料包含具有至少50Å(更通常在約2,500Å之範圍中)之一直徑及在約25%至約75%之範圍中(更通常在約35%至55%之範圍中)之一孔隙率之孔。另外，可使用一非水溶性電解質滲透微孔分離器材料以允許載體離子在電極群及反電極群之相鄰部件之間傳導。例如，在某些實施例中，且忽視微孔分離器材料之孔隙率，用於在一充電循環或放電循環期間進行離子交換之電極結構群110之一部件與反電極結構群112之(若干)最近部件(即，一「相鄰對」)之間的電絕緣分離器材料之至少70體積%係一微孔分離器材料；換言之，微孔分離器材料構成電極結構群110之一部件與反電極結構群112之最近部件之間的電絕緣材料之至少70體積%。舉進一步實 例而言，在一項實施例中，且忽視微孔分離器材料之孔隙率，微孔分離器材料構成電極結構群110之部件與反電極結構群112之部件之相鄰對之間的電絕緣分離器材料層之至少75體積%。舉進一步實例而言，在一項實施例中，且忽視微孔分離器材料之孔隙率，微孔分離器材料構成電極結構群110之部件與反電極結構群112之部件之相鄰對之間的電絕緣分離器材料層之至少80體積%。舉進一步實例而言，在一項實施例中，且忽視微孔分離器材料之孔隙率，微孔分離器材料構成電極結構群110之部件與反電極結構群112之部件之相鄰對之間的電絕緣分離器材料層之至少85體積%。舉進一步實例而言，在一項實施例中，且忽視微孔分離器材料之孔隙率，微孔分離器材料構成電極結構群110之部件與反電極結構群112之部件之相鄰對之間的電絕緣分離器材料層之至少90體積%。舉進一步實例而言，在一項實施例中，且忽視微孔分離器材料之孔隙率，微孔分離器材料構成電極結構群110之部件與反電極結構群112之部件之相鄰對之間的電絕緣分離器材料層之至少95體積%。舉進一步實例而言，在一項實施例中，且忽視微孔分離器材料之孔隙率，微孔分離器材料構成電極結構群110之部件與反電極結構群112之部件之相鄰對之間的電絕緣分離器材料層之至少99體積%。
在一項實施例中，微孔分離器材料包括一微粒材料及一黏結劑，且具有至少約20體積%之一孔隙率(空隙率)。微孔分離器材料之孔將具有至少50Å且通常在約250Å至2,500Å之範圍內之一直徑。微孔分離器材料通常將具有小於約75%之一孔隙率。在一項實施例中，微孔分離器材料具有至少約25體積%之一孔隙率(空隙率)。在一項實施例中，微孔分離器材料將具有約35%至55%之一孔隙率。
用於微孔分離器材料之黏結劑可選自廣泛範圍之無機材料或聚合材料。例如，在一項實施例中，黏結劑係選自由以下項目構成之群組之一有機材料：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)。例如，在一項實施例中，黏結劑係源自含有偏氟乙烯、全氟丙烯、四氟丙烯及類似物之單體之氟聚合物。在另一實施例中，黏結劑係聚烯，諸如聚乙烯、聚丙烯或聚丁烯，其等具有一系列變化分子量及密度之任一者。在另一實施例中，黏結劑選自由以下項目構成之群組：乙烯丙烯二烯共聚物、聚苯乙烯、聚甲基丙烯酸甲酯、聚乙二醇、聚乙烯醇、聚乙烯醇縮丁醛、聚甲醛及聚乙二醇雙丙烯酸酯。在另一實施例中，黏合劑選自由以下項目構成之群組：甲基纖維素、羧甲基纖維素、丁苯橡膠、順丁橡膠、丁苯橡膠、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，黏結劑選自由丙烯酸酯、苯乙烯、環氧樹脂及聚矽氧構成之群組。在另一實施例中，黏結劑係前述聚合物之兩者或兩者以上之一共聚物或摻合物。
由微孔分離器材料構成之微粒材料亦可選自廣泛範圍之材料。一般言之，此等材料在操作溫度下具有一相對低導電率及離子傳導率且在接觸微孔分離器材料之電池電極或電流收集器之操作溫度下不腐蝕。例如，在一項實施例中，微粒材料具有小於1 x 10-4S/cm之對載體離子(例如，鋰)之一傳導率。舉進一步實例而言，在一項實施例中，微粒材料具有小於1 x 10-5S/cm之對載體離子之一傳導率。舉進一步實例而言，在一項實施例中，微粒材料具有小於1 x 10-6S/cm之對載體離子之一傳導率。例示性微粒材料包含微粒聚乙烯、聚丙烯，TiO2-聚合物複合物、矽氣凝膠、氣相式二氧化矽、矽膠、矽凝膠、矽乾凝膠、矽溶膠、膠質二氧化矽、氧化 鋁、氧化鈦、氧化鎂、高嶺土、滑石、矽藻土、矽酸鈣、矽酸鋁、碳酸鈣、碳酸鎂或其等之一組合。例如，在一項實施例中，微粒材料包括微粒氧化物或氮化物，諸如TiO2、SiO2、Al2O3、GeO2、B2O3、Bi2O3、BaO、ZnO、ZrO2、BN、Si3N4、Ge3N4。例如，見P.Arora及J.Zhang所作之「Battery Separators」，Chemical Reviews 2004,104,4419-4462)。在一項實施例中，微粒材料將具有約20nm至2微米、更通常200nm至1.5微米之一平均粒子大小。在一項實施例中，微粒材料將具有約500nm至1微米之一平均粒子大小。
在一替代實施例中，由微孔分離器材料構成之微粒材料可受限於諸如燒結、黏結、固化等之技術，同時維持電解質進入所需之空隙率以提供運行電池之離子傳導率。
例如，可藉由一微粒分離器材料之電泳沈積來沈積微孔分離器材料，其中藉由表面能量(諸如靜電吸引或凡得瓦力(van der Waals force))、一微粒分離器材料之漿料沈積(包含旋塗或噴塗)、網版印刷、浸塗及靜電噴射沈積來聚結粒子。黏結劑可包含於沈積程序中；例如，可使用在溶劑蒸發之後沈澱之一溶解黏結劑來漿料沈積微粒材料，在存在一溶解黏結劑材料之情況下電泳沈積微粒材料，或使用一黏結劑及絕緣粒子等共同電泳沈積微粒材料。替代性地或另外，可在粒子沈積至電極結構中或其上之後添加黏結劑；例如，微粒材料可分散於一有機黏結劑溶液中且經浸涂或噴塗，其後接著烘乾、融化或交聯黏結劑材料以提供黏合強度。
在一組裝能量儲存裝置中，使用適合於用作一二次電池電解質之一非水溶性電解質滲透微孔分離器材料。通常，非水溶性電解質包括溶解於一有機溶劑中之鋰鹽。例示性鋰鹽包含：無機鋰鹽，諸如LiClO4、 LiBF4、LiPF6、LiAsF6、LiCl及LiBr；及有機鋰鹽，諸如LiB(C6H5)4、LiN(SO2CF3)2、LiN(SO2CF3)3、LiNSO2CF3、LiNSO2CF5、LiNSO2C4F9、LiNSO2C5F11、LiNSO2C6F13及LiNSO2C7F15。溶解鋰鹽之例示性有機溶劑包含環酯、鏈酯、環醚及鏈醚。環酯之特定實例包含碳酸丙烯酯、碳酸亞丁酯、γ-丁內酯、碳酸亞乙烯酯、2-甲基-γ-丁內酯、乙醯-γ-丁內酯及γ-戊內酯。鏈酯之特定實例包含碳酸二甲酯、碳酸二乙酯，碳酸二丁酯，碳酸二丙酯、碳酸甲乙酯、碳酸甲丁酯，甲基丙基碳酸酯、碳酸乙酯、碳酸乙丙酯、丁基丙基碳酸酯、丙酸烷基酯、烷基丙二酸及烷基乙酸酯。環醚之特定實例包含四氫呋喃、烷基四氫呋喃、二烴基四氫呋喃、烷氧基四氫呋喃、二烷氧基四氫呋喃、1,3-二草酸酯、烷基-1,3-二草酸酯及1,4-二草酸酯。鏈醚之特定實例包含1,2-二甲氧基乙烷、1,2-二乙氧基乙烷、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三縮四乙二醇二烷基醚。
此外，根據一項實施例，二次電池102之組件(包含微孔分離器130及其他電極結構110及/或反電極結構112)包括允許組件甚至在電極活性材料132在二次電池102之充電及放電期間發生膨脹之一情況中仍能運行之一構形及組合物。即，組件可經結構化，使得歸因於電極活性材料132在其充電/放電期間之膨脹而導致之組件故障在可接受限度內。
電極拘束件參數
根據一項實施例，該組電極拘束件108之設計取決於以下參數：(i)歸因於電極活性材料層132之膨脹而施加在該組電極拘束件108之組件上之力；及(ii)抵消由電極活性材料層132之膨脹施加之力所需之該組電極拘束件108之強度。例如，根據一項實施例，由電極活性材料之膨脹施加在系 統上之力相依於沿著一特定方向之橫截面電極面積。例如，施加在縱向方向上之力將與電極長度(LE)乘以電極高度(HE)成比例；在垂直方向上，力將與電極長度(LE)乘以電極寬度(WE)成比例，且橫向方向上之力將與電極寬度(WE)乘以電極高度(HE)成比例。
初級生長拘束件154、156之設計可相依於數個變量。初級生長拘束件154、156約束歸因於電極活性材料層132在縱向方向上之膨脹之電極總成106之宏觀生長。在如在圖8A中展示之實施例中，初級生長拘束件154、156與至少一個初級連接部件158(例如，第一初級連接部件158及第二初級連接部件160)配合以約束具有電極活性材料層132之電極結構110之生長。在約束生長時，至少一個連接部件158使初級生長拘束件154、156處於彼此拉緊，使得其等施加一壓縮力以抵消由電極活性材料層132之生長施加之力。根據一項實施例，當取決於初級連接部件158之抗拉強度將一力施加在初級生長拘束件154、156上時，初級生長拘束件154、156可進行以下至少一者：(i)平移離開彼此(在縱向方向上移開)；(ii)壓縮厚度；及(iii)沿著縱向方向彎曲及/或撓曲以適應力。初級生長拘束件154、156離開彼此之平移程度可取決於初級連接部件158、160之設計。初級生長拘束件154、156可壓縮之量依據初級生長拘束件材料性質，例如，形成初級生長拘束件154、156之材料之壓縮強度。根據一項實施例，初級生長拘束件154、156可彎曲之量可取決於以下因素：(i)由電極結構110在縱向方向上之生長施加之力；(ii)初級生長拘束件154、156之彈性模數；(iii)初級連接部件158、160之間在垂直方向上之距離；及(iv)初級生長拘束件154、156之厚度(寬度)。在一項實施例中，初級生長拘束件154、156之一最大撓曲可在一垂直方向上發生在初級連接部件158、 160之間的生長拘束件154、156之中點處。撓曲隨著初級連接部件158與160之間沿著垂直方向之距離之四次方而增大，隨著拘束件材料模數而線性地減小，且隨著初級生長拘束件厚度(寬度)之三次方而減小。控管歸因於初級生長拘束件154、156之彎曲而導致之撓曲之方程式可寫作：δ=60wL4/Eh3
其中w=歸因於電極膨脹而施加在初級生長拘束件154、156上之總分佈負載；L=初級連接部件158、160沿著垂直方向之距離；E=初級生長拘束件154、156之彈性模數，且h=初級生長拘束件154、156之厚度(寬度)。
在一項實施例中，可使用以下方程式計算歸因於電極活性材料132之膨脹而導致之初級生長拘束件154、156上之應力：σ=3wL2/4h2
其中w=歸因於電極活性材料層132之膨脹而施加在初級生長拘束件154、156上之總分佈負載；L=初級連接部件158、160沿著垂直方向之距離；且h=初級生長拘束件154、156之厚度(寬度)。在一項實施例中，初級生長拘束件154、156上之最高應力係在初級生長拘束件154、156至初級連接部件158、160之附接點處。在一項實施例中，應力隨著初級連接部件158、160之間的距離之平方而增大，且隨著初級生長拘束件154、156之厚度之平方而減小。
影響初級連接部件設計之變量
數個變量可影響至少一個初級連接部件158(諸如第一初級連接部件158及第二初級連接部件160)之設計，如在圖8A中描繪之實施例中展示。在一項實施例中，初級連接部件158、160可提供足夠阻力以抵消原本可 導致初級生長拘束件154、156平移離開彼此(移開)之力。在一項實施例中，控管初級連接部件158、160上之抗拉應力之方程式可寫作如下：σ=PL/2t
其中P=歸因於初級生長拘束件上之電極活性材料層132之膨脹而施加之壓力；L=初級連接部件158、160之間沿著垂直方向之距離，且t=連接部件158、160在垂直方向上之厚度。
影響次級生長拘束件設計之變量
數個變量可影響第一次級生長拘束件158及第二次級生長拘束件160之設計，如在圖8B中描繪之實施例中展示。在一項實施例中，影響次級生長拘束件158、160之設計之變量類似於影響初級生長拘束件154、156之設計之變量，但平移至正交方向中。例如，在一項實施例中，控管歸因於次級生長拘束件158、160之彎曲而導致之撓曲之方程式可寫作：δ=60wy4/Et3
其中w=歸因於電極活性材料層132之膨脹而施加在次級生長拘束件158、160上之總分佈負載；y=次級連接部件166(諸如充當次級連接部件166之第一初級生長拘束件154及第二初級生長拘束件156)之間在縱向方向上之距離；E=次級生長拘束件158、160之彈性模數，且t=次級生長拘束件158、160之厚度。在另一實施例中，次級生長拘束件158、160上之應力可寫作：σ=3wy2/4t2
其中w=歸因於電極活性材料層132之膨脹而施加在次級生長拘束件158、160上之總分佈負載；y=次級連接部件154、156沿著縱向方向之距離；且t=次級生長拘束件158、160之厚度。
影響次級連接部件設計之變量
數個變量可影響至少一個次級連接部件166(諸如第一次級連接部件154及第二次級連接部件156)之設計，如在圖8B中描繪之實施例中展示。在一項實施例中，次級連接部件154、156上之抗拉應力可類似於初級連接部件158、160寫作如下：σ=Py/2h，其中P=歸因於次級生長拘束件158、160上之電極活性材料層132之膨脹而施加之壓力；y=連接部件154、156之間沿著縱向方向之距離，且h=次級連接部件154、156在縱向方向上之厚度。
在一項實施例中，用於次級生長拘束件158、160之至少一個連接部件166並非定位於電極總成106之縱向端117、119處，而可替代性地定位於電極總成106內部。例如，反電極結構112之一部分可充當將次級生長拘束件158、160連接至彼此之次級連接部件166。在至少一個次級連接部件166係一內部部件且電極活性材料層132之膨脹發生在次級連接部件166之任一側上之一情況中，內部次級連接部件166上之抗拉應力可計算如下：σ=Py/h
其中P=歸因於次級生長拘束件158、160之在內部第一次級連接部件與第二次級連接部件166之間的區上之電極活性材料之膨脹(例如，反電極結構112在縱向方向上彼此分離)而施加之壓力；y=次級連接部件166沿著縱向方向之距離，且h=內部次級連接部件166在縱向方向上之厚度。根據此實施例，僅內部次級連接部件166(例如，反電極結構112)之一半厚度促成約束歸因於一個側上之電極活性材料之膨脹，其中內部次級連接部件 166之另一半厚度促成約束歸因於另一側上之電極活性材料之膨脹。
實例
實例1
本實例示範製造具有該組拘束件108之一電極總成106之一方法之一實例。圖21在本文中稱為一方法實施例。
在實例中，在步驟S1中，製造陽極骨幹134及陰極骨幹141。接著藉由在陽極骨幹134上形成陽極活性材料132(諸如含矽材料)而製造陽極110，如在步驟S2中展示。在步驟S3中，製造陽極電流收集器136及陰極電流收集器140。製造該組拘束件108，如在步驟S4中。在步驟S5中，將用於形成分離器130之材料沈積於陽極電流收集器136之側上。在步驟S6中，藉由將材料沈積於陽極結構110與陰極骨幹141之間而形成陰極活性材料138。最終，在步驟S7中，將電極總成106連接至突片、封裝、填充電解質且密封。根據一項實施例，在步驟S5及S6中沈積分離器130及/或陰極活性材料138之前在步驟S4中製造該組拘束件108可提供陽極結構110至該組拘束件108之改良黏合性，而不具有原本在將分離器130及/或陰極活性材料138提供至電極總成106之後形成該組拘束件108時可剩餘之多餘殘渣。
提供以下實施例來繪示本發明之態樣，然而實施例不意欲為限制性且亦可提供其他態樣及/或實施例。
實施例1。一種用於在一充電狀態與一放電狀態之間循環之二次電池，該二次電池包括一電池殼體、一電極總成、載體離子、該電池殼體內之一非水溶性液體電解質及一組電極拘束件，其中該電極總成具有：縱向軸、橫向軸及垂直軸，其等相互垂直；一第 一縱向端表面及一第二縱向端表面，其等在該縱向方向上彼此分離；及一側向表面，其環繞一電極總成縱向軸AEA且連接該第一縱向端表面與該第二縱向端表面，該側向表面具有處於該縱向軸之相對側上且在正交於該縱向軸之一第一方向上分離之相對第一區及第二區，該電極總成具有在該縱向方向上量測之一最大寬度WEA、以該側向表面為界且在該橫向方向上量測之一最大長度LEA及以該側向表面為界且在該垂直方向上量測之一最大高度HEA，LEA及WEA之各者對HEA之比率分別為至少2：1，該電極總成進一步包括一電極結構群、一反電極結構群以及電分離該電極群及該反電極群之部件之一電絕緣微孔分離器材料，該電極結構群及該反電極結構群之部件經配置成該縱向方向上之一交替序列，該電極結構群之各部件包括一電極活性材料之一層且該反電極結構群之各部件包括一反電極活性材料之一層，其中在該二次電池自一放電狀態充電至一充電狀態時，該電極活性材料具有每莫耳之電極活性材料接受一莫耳以上之載體離子之容量，該組電極拘束件包括一初級拘束系統，該初級拘束系統包括第一初級生長拘束件及第二初級生長拘束件及至少一個初級連接部件，該第一初級生長拘束件及該第二初級生長拘束件在該縱向方向上彼此分離，且該至少一個初級連接部件連接該第一初級生長拘束件與該第二初級生長拘束件，其中該初級拘束系統拘束約束該電極總成在該縱向方向上之該費雷特直徑在該二次電池之20個連續循環內之任何增大小於20%，該組電極拘束件進一步包括一次級拘束系統，該次級拘束系統包括在一第二方向上分離且由至少一個次級連接部件連接之第一次級生長拘束件及第二次級生長拘束件，其中該次級拘束系統在該二次電池之循環之後 至少部分拘束該電極總成在該第二方向上之生長，該第二方向正交於該縱向方向，該充電狀態係該二次電池之一額定容量之至少75%，且該放電狀態小於該二次電池之該額定容量之25%。
實施例2。如實施例1之二次電池，其中該初級拘束系統約束該電極總成在該縱向方向上之生長，使得該電極總成在該縱向方向上之該費雷特直徑在該二次電池之30個連續循環內之任何增大小於20%。
實施例3。如實施例1之二次電池，其中該初級拘束系統約束該電極總成在該縱向方向上之生長，使得該電極總成在該縱向方向上之該費雷特直徑在該二次電池之50個連續循環內之任何增大小於20%。
實施例4。如實施例1之二次電池，其中該初級拘束系統約束該電極總成在該縱向方向上之生長，使得該電極總成在該縱向方向上之該費雷特直徑在該二次電池之80個連續循環內之任何增大小於20%。
實施例5。如實施例1之二次電池，其中該初級拘束系統約束該電極總成在該縱向方向上之生長以在該二次電池之100個連續循環內小於20%。
實施例6。如實施例1之二次電池，其中該初級拘束系統約束該電極總成在該縱向方向上之生長，使得該電極總成在該縱向方向上之該費雷特直徑在該二次電池之1000個連續循環內之任何增大小於20%。
實施例7。如任何前述實施例中之二次電池，其中該初級拘束系統約束該電極總成在該縱向方向上之生長，使得該電極總成在該縱向方向上之該費雷特直徑在該二次電池之10個連續循環內之任何增大小於10%。
實施例8。如任何前述實施例中之二次電池，其中該初級拘束系統約 束該電極總成在該縱向方向上之生長，使得該電極總成在該縱向方向上之該費雷特直徑在該二次電池之20個連續循環內之任何增大小於10%。
實施例9。如任何前述實施例中之二次電池，其中該初級拘束系統約束該電極總成在該縱向方向上之生長，使得該電極總成在該縱向方向上之該費雷特直徑在該二次電池之30個連續循環內之任何增大小於10%。
實施例10。如任何前述實施例中之二次電池，其中該初級拘束系統約束該電極總成在該縱向方向上之生長，使得該電極總成在該縱向方向上之該費雷特直徑在該二次電池之50個連續循環內之任何增大小於10%。
實施例11。如任何前述實施例中之二次電池，其中該初級拘束系統約束該電極總成在該縱向方向上之生長，使得該電極總成在該縱向方向上之該費雷特直徑在該二次電池之80個連續循環內之任何增大小於10%。
實施例12。如任何前述實施例中之二次電池，其中該初級拘束系統約束該電極總成在該縱向方向上之生長，使得該電極總成在該縱向方向上之該費雷特直徑在該二次電池之100個連續循環內之任何增大小於10%。
實施例13。如任何前述實施例中之二次電池，其中該初級拘束系統約束該電極總成在該縱向方向上之生長，使得該電極總成在該縱向方向上之該費雷特直徑在該二次電池之5個連續循環內之任何增大小於5%。
實施例14。如任何前述實施例中之二次電池，其中該初級拘束系統約束該電極總成在該縱向方向上之生長，使得該電極總成在該縱向方向上之該費雷特直徑在該二次電池之10個連續循環內之任何增大小於5%。
實施例15。如任何前述實施例中之二次電池，其中該初級拘束系統約束該電極總成在該縱向方向上之生長，使得該電極總成在該縱向方向上之該費雷特直徑在該二次電池之20個連續循環內之任何增大小於5%。
實施例16。如任何前述實施例中之二次電池，其中該初級拘束系統約束該電極總成在該縱向方向上之生長，使得該電極總成在該縱向方向上之該費雷特直徑在該二次電池之30個連續循環內之任何增大小於5%。
實施例17。如任何前述實施例中之二次電池，其中該初級拘束系統約束該電極總成在該縱向方向上之生長，使得該電極總成在該縱向方向上之該費雷特直徑在該二次電池之50個連續循環內之任何增大小於5%。
實施例18。如任何前述實施例中之二次電池，其中該初級拘束系統約束該電極總成在該縱向方向上之生長，使得該電極總成在該縱向方向上之該費雷特直徑在該二次電池之80個連續循環內之任何增大小於5%。
實施例19。如任何前述實施例中之二次電池，其中該初級拘束系統約束該電極總成在該縱向方向上之生長，使得該電極總成在該縱向方向上之該費雷特直徑在該二次電池之每一循環內之任何增大小於1%。
實施例20。如任何前述實施例中之二次電池，其中該次級生長拘束系統約束該電極總成在該第二方向上之生長，使得該電極總成在該第二方向上之該費雷特直徑在該二次電池之重複循環之後的20個連續循環內之任何增大小於20%。
實施例21。如任何前述實施例中之二次電池，其中該次級生長拘束系統約束該電極總成在該第二方向上之生長，使得該電極總成在該第二方向上之該費雷特直徑在該二次電池之10個連續循環內之任何增大小於10%。
實施例22。如任何前述實施例中之二次電池，其中該次級生長拘束系統約束該電極總成在該第二方向上之生長，使得該電極總成在該第二方向上之該費雷特直徑在該二次電池之5個連續循環內之任何增大小於5%。
實施例23。如任何前述實施例中之二次電池，其中該次級生長拘束系統約束該電極總成在該第二方向上之生長，使得該電極總成在該第二方向上之該費雷特直徑在該二次電池之每一循環內之任何增大小於1%。
實施例24。如任何前述實施例中之二次電池，其中該第一初級生長拘束件至少部分覆蓋該電極總成之該第一縱向端表面，且該第二初級生長拘束件至少部分覆蓋該電極總成之該第二縱向端表面。
實施例25。如任何前述實施例中之二次電池，其中該電極總成在正交於該堆疊方向之一平面中之一投影之一表面積小於該電極總成至其他正交平面上之投影之表面積。
實施例26。如任何前述實施例中之二次電池，其中一電極結構在正交於該堆疊方向之一平面中之一投影之一表面積大於該電極結構至其他正交平面上之投影之表面積。
實施例27。如任何前述實施例中之二次電池，其中該初級生長拘束系統之至少一部分經預拉緊以在該二次電池在充電狀態與放電狀態之間循環之前在該縱向方向上施加一壓縮力在該電極總成之至少一部分上。
實施例28。如任何前述實施例中之二次電池，其中該初級拘束系統包括第一初級連接部件及第二初級連接部件，其等在該第一方向上彼此分離且連接第一初級生長拘束件與第二初級生長拘束件。
實施例29。如任何前述實施例中之二次電池，其中該第一初級連接部件係該第一次級生長拘束件，且該第二初級連接部件係該第二次級生長拘束件，且該第一初級生長拘束件或該第二初級生長拘束件係該第一次級連接部件。
實施例30。如任何前述實施例中之二次電池，其中該至少一個次級 連接部件包括在該電極總成沿著該縱向軸之縱向第一端部及第二端部內部之一部件。
實施例31。如任何前述實施例中之二次電池，其中該至少一個次級連接部件包括該電極結構及該反電極結構之一或多者之至少一部分。
實施例32。如任何前述實施例中之二次電池，其中該至少一個次級連接部件包括一電極骨幹結構及一反電極骨幹結構之至少一者之一部分。
實施例33。如任何前述實施例中之二次電池，其中該至少一個次級連接部件包括一電極電流收集器及一反電極電流收集器之一或多者之一部分。
實施例34。如任何前述實施例中之二次電池，其中該第一初級生長拘束件及該第二初級生長拘束件在該電極總成沿著該縱向軸之縱向第一端部及第二端部內部。
實施例35。如任何前述請求項中之二次電池，其中該第一初級生長拘束件及該第二初級生長拘束件之至少一者包括該電極結構及該反電極結構之一或多者之至少一部分。
實施例36。如任何前述實施例中之二次電池，其中該第一初級生長拘束件及該第二初級生長拘束件之至少一者包括一電極骨幹結構及一反電極骨幹結構之至少一者之一部分。
實施例37。如任何前述實施例中之二次電池，其中該第一初級生長拘束件及該第二初級生長拘束件之至少一者包括一電極電流收集器及一反電極電流收集器之一或多者之一部分。
實施例38。如任何前述實施例中之二次電池，其進一步包括一三級拘束系統，該三級拘束系統包括在一第三方向上分離且由至少一個三級連 接部件連接之第一三級生長拘束件及第二三級生長拘束件，其中該三級拘束系統在該二次電池自該放電狀態充電至該充電狀態時約束該電極總成在該第三方向上之生長，該第三方向正交於該縱向方向及該第二方向。
實施例39。如任何前述實施例中之二次電池，其中該電極活性材料係陽極活性的且該反電極活性材料係陰極活性的。
實施例40。如任何前述實施例中之二次電池，其中該電極結構群之各部件包括一骨幹。
實施例41。如任何前述實施例中之二次電池，其中該反電極結構群之各部件包括一骨幹。
實施例42。如任何前述實施例中之二次電池，其中該次級拘束系統使用大於1000psi之一約束力及小於0.2mm/m之一偏斜約束該電極總成在該垂直方向上之生長。
實施例43。如任何前述實施例中之二次電池，其中該次級生長拘束件按小於或等於10,000psi及小於0.2mm/m之一偏斜約束該電極總成在該垂直方向上之生長以產生小於5%之位移。
實施例44。如任何前述實施例中之二次電池，其中該次級生長拘束件按小於或等於10,000psi及小於0.2mm/m之一偏斜約束該電極總成在該垂直方向上之生長以產生小於3%之位移。
實施例45。如任何前述實施例中之二次電池，其中該次級生長拘束件按小於或等於10,000psi及小於0.2mm/m之一偏斜約束該電極總成在該垂直方向上之生長以產生小於1%之位移。
實施例46。如任何前述實施例中之二次電池，其中該次級生長拘束件在50個電池循環之後按小於或等於10,000psi及小於0.2mm/m之一偏斜 約束該電極總成在該垂直方向上之生長以產生小於15%之位移。
實施例47。如任何前述實施例中之二次電池，其中該次級生長拘束件在150個電池循環之後按小於或等於10,000psi及小於0.2mm/m之一偏斜約束該電極總成在該垂直方向上之生長以產生小於5%之位移。
實施例48。如任何前述實施例中之二次電池，其中該反電極結構群之部件包括相鄰於該第一次級生長拘束件之一頂部、相鄰於該第二次級生長拘束件之一底部、平行於且在自該頂部延伸至該底部之該垂直方向上之一垂直軸ACES、環繞該垂直軸ACES且連接該頂部與該底部之一側向電極表面，該側向電極表面具有處於該垂直軸之相對側上且在正交於該垂直軸之一第一方向上分離之相對第一區及第二區、一長度LCES、一寬度WCES及一高度HCES，該長度LCES以該側向電極表面為界且在該橫向方向上量測，該寬度WCES以該側向電極表面為界且在該縱向方向上量測，且該高度HCES在自該頂部至該底部之該垂直軸ACES之該方向上量測，其中該第一次級生長拘束件及該第二次級生長拘束件各包括一內表面及一相對外表面，各者之該內表面及該外表面實質上共面且該第一次級生長拘束件及該第二次級生長拘束件之各者之該內表面與該相對外表面之間的距離界定各者之一高度，該高度係在自各者之該內表面至該外表面之該垂直方向上量測，各者之該等內表面貼附至該電極結構群之該頂部及該底部。
實施例49。如任何前述實施例中之二次電池，其中該第一次級生長拘束件及該第二次級生長拘束件之各者之該等內表面包括一凹口，且該反電極結構群高度HCES延伸至該凹口中且貼附在該凹口內，該凹口具有沿著該垂直方向界定之一深度，該深度係該第一次級生長拘束件高度及該第二 次級生長拘束件高度之25%。
實施例50。如任何前述實施例中之二次電池，其中該第一次級生長拘束件及該第二次級生長拘束件之各者之該等內表面包括一凹口，且該反電極結構群高度HCES延伸至該凹口中且貼附在該凹口內，該凹口具有沿著該垂直方向界定之一深度，該深度係該第一次級生長拘束件高度及該第二次級生長拘束件高度之50%。
實施例51。如任何前述實施例中之二次電池，其中該第一次級生長拘束件及該第二次級生長拘束件之各者之該等內表面包括一凹口，且該反電極結構群高度HCES延伸至該凹口中且貼附在該凹口內，該凹口具有沿著該垂直方向界定之一深度，該深度係該第一次級生長拘束件高度及該第二次級生長拘束件高度之75%。
實施例52。如任何前述實施例中之二次電池，其中該第一次級生長拘束件及該第二次級生長拘束件之各者之該等內表面包括一凹口，且該反電極結構群高度HCES延伸至該凹口中且貼附在該凹口內，該凹口具有沿著該垂直方向界定之一深度，該深度係該第一次級生長拘束件高度及該第二次級生長拘束件高度之90%。
實施例53。如任何前述實施例中之二次電池，其中該第一次級生長拘束件及該第二次級生長拘束件之各者包括一狹槽，且該反電極結構群高度延伸穿過該狹槽且貼附在該狹槽內以形成該電極結構群與該第一次級生長拘束件及該第二次級生長拘束件之各者之間的一互鎖連接。
實施例54。如任何前述實施例中之二次電池，其中該電極結構群之部件包括相鄰於該第一次級生長拘束件之一頂部、相鄰於該第二次級生長拘束件之一底部、平行於且在自該頂部延伸至該底部之該垂直方向上之一 垂直軸AES、環繞該垂直軸AES且連接該頂部與該底部之一側向電極表面，該側向電極表面具有處於該垂直軸之相對側上且在正交於該垂直軸之一第一方向上分離之相對第一區及第二區、一長度LES、一寬度WES及一高度HES，該長度LES以該側向電極表面為界且在該橫向方向上量測，該寬度WES以該側向電極表面為界且在該縱向方向上量測，且該高度HES在自該頂部至該底部之該垂直軸AES之該方向上量測，其中該第一次級生長拘束件及該第二次級生長拘束件各包括一內表面及一相對外表面，各者之該內表面及該外表面實質上共面且該第一次級生長拘束件及該第二次級生長拘束件之各者之該內表面與該相對外表面之間的距離界定各者之一高度，該高度係在自各者之該內表面至該外表面之該垂直方向上量測，各者之該等內表面貼附至該電極結構群之該頂部及該底部。
實施例55。如任何前述實施例中之二次電池，其中該第一次級生長拘束件及該第二次級生長拘束件之各者之該等內表面包括一凹口，且該電極結構群高度HES延伸至該凹口中且貼附在該凹口內，該凹口具有沿著該垂直方向界定之一深度，該深度係該第一次級生長拘束件高度及該第二次級生長拘束件高度之25%。
實施例56。如任何前述實施例中之二次電池，其中該第一次級生長拘束件及該第二次級生長拘束件之各者之該等內表面包括一凹口，且該電極結構群高度HES延伸至該凹口中且貼附在該凹口內，該凹口具有沿著該垂直方向界定之一深度，該深度係該第一次級生長拘束件高度及該第二次級生長拘束件高度之50%。
實施例57。如任何前述實施例中之二次電池，其中該第一次級生長 拘束件及該第二次級生長拘束件之各者之該等內表面包括一凹口，且該電極結構群高度HES延伸至該凹口中且貼附在該凹口內，該凹口具有沿著該垂直方向界定之一深度，該深度係該第一次級生長拘束件高度及該第二次級生長拘束件高度之75%。
實施例58。如任何前述實施例中之二次電池，其中該第一次級生長拘束件及該第二次級生長拘束件之各者之該等內表面包括一凹口，且該電極結構群高度HES延伸至該凹口中且貼附在該凹口內，該凹口具有沿著該垂直方向界定之一深度，該深度係該第一次級生長拘束件高度及該第二次級生長拘束件高度之90%。
實施例59。如任何前述實施例中之二次電池，其中該第一次級生長拘束件及該第二次級生長拘束件之各者包括一狹槽，且該電極結構群高度延伸穿過該狹槽且貼附在該狹槽內以形成該電極結構群與該第一次級生長拘束件及該第二次級生長拘束件之各者之間的一互鎖連接。
實施例60。如任何前述實施例中之二次電池，其中該組電極拘束件進一步包括一融合次級拘束系統，該融合次級拘束系統包括在一第二方向上分離且使用至少一個第一次級連接部件融合之第一次級生長拘束件及第二次級生長拘束件。
實施例61。如任何前述實施例中之二次電池，其中該反電極結構群之部件包括相鄰於該第一次級生長拘束件之一頂部、相鄰於該第二次級生長拘束件之一底部、平行於且在自該頂部延伸至該底部之該垂直方向上之一垂直軸ACES、環繞該垂直軸ACES且連接該頂部與該底部之一側向電極表面，該側向電極表面具有處於該垂直軸之相對側上且在正交於該垂直軸之一第一方向上分離之相對第一區及第二區、一長度LCES、一寬度WCES及 一高度HCES，該長度LCES以該側向電極表面為界且在該橫向方向上量測，該寬度WCES以該側向電極表面為界且在該縱向方向上量測，且該高度HCES在自該頂部至該底部之該垂直軸ACES之該方向上量測，其中該第一次級生長拘束件及該第二次級生長拘束件各包括一內表面及一相對外表面，各者之該內表面及該外表面實質上共面且該第一次級生長拘束件及該第二次級生長拘束件之各者之該內表面與該相對外表面之間的距離界定各者之一高度，該高度係在自各者之該內表面至該外表面之該垂直方向上量測，各者之該等內表面融合至該反電極結構群之該頂部及該底部。
實施例62。如任何前述實施例中之二次電池，其中該電極結構群之部件包括相鄰於該第一次級生長拘束件之一頂部、相鄰於該第二次級生長拘束件之一底部、平行於且在自該頂部延伸至該底部之該垂直方向上之一垂直軸AES、環繞該垂直軸AES且連接該頂部與該底部之一側向電極表面，該側向電極表面具有處於該垂直軸之相對側上且在正交於該垂直軸之一第一方向上分離之相對第一區及第二區、一長度LES、一寬度WES及一高度HES，該長度LES以該側向電極表面為界且在該橫向方向上量測，該寬度WES以該側向電極表面為界且在該縱向方向上量測，且該高度HES在自該頂部至該底部之該垂直軸AES之該方向上量測，其中該第一次級生長拘束件及該第二次級生長拘束件各包括一內表面及一相對外表面，各者之該內表面及該外表面實質上共面且該第一次級生長拘束件及該第二次級生長拘束件之各者之該內表面與該相對外表面之間的距離界定各者之一高度，該高度係在自各者之該內表面至該外表面之該垂直方向上量測，各者之該等內表面融合至該電極結構群之該頂部及該底 部。
實施例63。如任何前述實施例中之二次電池，其中一電極結構及反電極結構之至少一者包括相鄰於該第一次級生長拘束件之一頂部、相鄰於該第二次級生長拘束件之一底部、平行於且在自該頂部延伸至該底部之該垂直方向上之一垂直軸AES、環繞該垂直軸且連接該頂部與該底部之一側向電極表面，該側向電極表面具有以該側向表面為界且在該縱向方向上量測之一寬度WES，其中在該頂部與該底部之間的一區處，該寬度沿著該垂直軸自相鄰於該頂部之一第一寬度漸縮至一第二寬度，該小於該第一寬度。
實施例64。如任何前述實施例中之二次電池，其中該至少一個次級連接部件對應於該電極總成之該等縱向端處之該第一初級生長拘束件及該第二初級生長拘束件之至少一者。
實施例65。如任何前述實施例中之二次電池，其中該電絕緣微孔分離器材料包括一微粒材料及一黏結劑、具有至少20體積%之一空隙率、且被非水溶性液體電解質滲透。
實施例66。如任何前述實施例中之二次電池，其中該等載體離子選自由鋰、鉀、鈉、鈣及鎂構成之群組。
實施例67。如任何前述實施例中之二次電池，其中該非水溶性液體電解質包括溶解於一有機溶劑中之鋰鹽。
實施例68。如任何前述實施例中之二次電池，其中該第一次級生長拘束件及該第二次級生長拘束件各包括一厚度，該厚度小於該電極高度或該反電極高度之50%。
實施例69。如任何前述實施例中之二次電池，其中該第一次級生長 拘束件及該第二次級生長拘束件各包括一厚度，該厚度小於該電極高度或該反電極高度之20%。
實施例70。如任何前述實施例中之二次電池，其中該第一次級生長拘束件及該第二次級生長拘束件各包括一厚度，該厚度小於該電極高度或該反電極高度之10%。
實施例71。如任何前述實施例中之二次電池，其中該組電極拘束件在該等載體離子插入至該電極活性材料中之後抑制該電極活性材料層在該垂直方向上之膨脹，如由掃描電子顯微鏡(SEM)量測。
實施例72。如任何前述實施例中之二次電池，其中該第一初級生長拘束件及該第二初級生長拘束件將對該第一縱向端及該第二縱向端之表面積取平均之至少0.7kPa之一平均壓縮力分別施加至該第一縱向端及該第二縱向端之各者。
實施例73。如任何前述實施例中之二次電池，其中該第一初級生長拘束件及該第二初級生長拘束件將對該第一縱向端及該第二縱向端之該表面積取平均之至少1.75kPa之一平均壓縮力分別施加至該第一縱向端及該第二縱向端之各者。
實施例74。如任何前述實施例之二次電池，其中該第一初級生長拘束件及該第二初級生長拘束件將對該第一縱向端及該第二縱向端之該表面積取平均之至少2.8kPa之一平均壓縮力分別施加至該第一縱向端及該第二縱向端之各者。
實施例75。如任何前述實施例之二次電池，其中該第一初級生長拘束件及該第二初級生長拘束件將對該第一縱向端及該第二縱向端之該表面積取平均之至少3.5kPa之一平均壓縮力分別施加至該第一縱向端及該第 二縱向端之各者。
實施例76。如任何前述實施例之二次電池，其中該第一初級生長拘束件及該第二初級生長拘束件將對該第一縱向端及該第二縱向端之該表面積取平均之至少5.25kPa之一平均壓縮力分別施加至該第一縱向端及該第二縱向端之各者。
實施例77。如任何前述實施例之二次電池，其中該第一初級生長拘束件及該第二初級生長拘束件將對該第一縱向端及該第二縱向端之該表面積取平均之至少7kPa之一平均壓縮力分別施加至該第一縱向端及該第二縱向端之各者。
實施例78。如任何前述實施例之二次電池，其中該第一初級生長拘束件及該第二初級生長拘束件將對該第一投影縱向端及該第二投影縱向端之該表面積取平均之至少8.75kPa之一平均壓縮力分別施加至該第一縱向端及該第二縱向端之各者。
實施例79。如任何前述實施例之二次電池，其中該第一初級生長拘束件及該第二初級生長拘束件將對該第一縱向端及該第二縱向端之該表面積取平均之至少10kPa之一平均壓縮力分別施加至該第一縱向端及該第二縱向端之各者。
實施例80。如任何前述實施例之二次電池，其中該第一縱向端表面及該第二縱向端表面之該表面積小於該電極總成之該表面積之25%。
實施例81。如任何前述實施例之二次電池，其中該第一縱向端表面及該第二縱向端表面之該表面積小於該電極總成之該表面積之20%。
實施例82。如任何前述實施例之二次電池，其中該第一縱向端表面及該第二縱向端表面之該表面積小於該電極總成之該表面積之15%。
實施例83。如任何前述實施例之二次電池，其中該第一縱向端表面及該第二縱向端表面之該表面積小於該電極總成之該表面積之10%。
實施例84。如任何前述實施例之二次電池，其中該拘束件及該殼體具有一組合體積，該組合體積小於由該電池殼體圍封之體積之60%。
實施例85。如任何前述實施例之二次電池，其中該拘束件及該殼體具有一組合體積，該組合體積小於由該電池殼體圍封之體積之45%。
實施例86。如任何前述實施例之二次電池，其中該拘束件及該殼體具有一組合體積，該組合體積小於由該電池殼體圍封之體積之30%。
實施例87。如任何前述實施例之二次電池，其中該拘束件及該殼體具有一組合體積，該組合體積小於由該電池殼體圍封之體積之20%。
實施例88。如任何前述實施例之二次電池，其中該第一縱向端表面及該第二縱向端表面在該二次電池充電至其額定容量之至少80%時處於一壓縮負載下。
實施例89。如任何前述實施例之二次電池，其中該二次電池包括一電極總成組，該組包括至少兩個電極總成。
實施例90。如任何前述實施例請求項之二次電池，其中該電極總成包括至少5個電極結構及至少5個反電極結構。
實施例91。如任何前述實施例之二次電池，其中該電極總成包括至少10個電極結構及至少10個反電極結構。
實施例92。如任何前述實施例之二次電池，其中該電極總成包括至少50個電極結構及至少50個反電極結構。
實施例93。如任何前述實施例之二次電池，其中該電極總成包括至少100個電極結構及至少100個反電極結構。
實施例94。如任何前述實施例之二次電池，其中該電極總成包括至少500個電極結構及至少500個反電極結構。
實施例95。如任何前述實施例之二次電池，其中該初級拘束系統及該次級拘束系統之至少一者包括具有至少10,000psi(>70MPa)之一極限抗拉強度之一材料。
實施例96。如任何前述實施例之二次電池，其中該初級拘束系統及該次級拘束系統之至少一者包括與該電池電解質相容之一材料。
實施例97。如任何前述實施例之二次電池，其中該初級拘束系統及該次級拘束系統之至少一者包括在該電池之浮動電位或陽極電位處不顯著腐蝕之一材料。
實施例98。如任何前述實施例之二次電池，其中該初級拘束系統及該次級拘束系統之至少一者包括在45℃不顯著反應或損失機械強度之一材料。
實施例99。如任何前述實施例之二次電池，其中該初級拘束系統及該次級拘束系統之至少一者包括在70℃不顯著反應或損失機械強度之一材料。
實施例100。如任何前述實施例之二次電池，其中該初級拘束系統及該次級拘束系統之至少一者包括金屬、金屬合金、陶瓷、玻璃、塑膠或其等之一組合。
實施例101。如任何前述實施例之二次電池，其中該初級拘束系統及該次級拘束系統之至少一者包括具有在約10微米至約100微米之範圍中之一厚度之一材料片材。
實施例102。如任何前述實施例之二次電池，其中該初級拘束系統及 該次級拘束系統之至少一者包括具有在約30微米至約75微米之範圍中之一厚度之一材料片材。
實施例103。如任何前述實施例之二次電池，其中該初級拘束系統及該次級拘束系統之至少一者包括處於>50%堆積密度之碳纖維。
實施例104。如任何前述實施例之二次電池，其中該第一初級生長拘束件及該第二初級生長拘束件施加一壓力在該第一縱向端表面及該第二縱向端表面上，該壓力比在相互垂直且垂直於該堆疊方向之兩個方向之各者上維持在該電極總成上之壓力超過至少3倍。
實施例106。如任何前述實施例之二次電池，其中該第一初級生長拘束件及該第二初級生長拘束件施加一壓力在該第一縱向端表面及該第二縱向端表面上，該壓力比在相互垂直且垂直於該堆疊方向之兩個方向之各者上維持在該電極總成上之壓力超過至少4倍。
實施例107。如任何前述實施例之二次電池，其中該第一初級生長拘束件及該第二初級生長拘束件施加一壓力在該第一縱向端表面及該第二縱向端表面上，該壓力比在相互垂直且垂直於該堆疊方向之兩個方向之各者上維持在該電極總成上之壓力超過至少5倍。
實施例108。如任何前述實施例之二次電池，其中該組電極拘束件在該電極總成外部之部分佔據不超過該電極總成與該等電極拘束件之該等外部部分之總組合體積之80%。
實施例109。如任何前述實施例之二次電池，其中該初級生長拘束系統在該電極總成外部之部分佔據不超過該電極總成與該初級生長拘束系統之該等外部部分之總組合體積之40%。
實施例110。如任何前述實施例之二次電池，其中該次級生長拘束系 統在該電極總成外部之部分佔據不超過該電極總成與該次級生長拘束系統之該等外部部分之總組合體積之40%。
實施例111。如任何前述實施例之二次電池，其中該電極群及該反電極群之該等部件至該第一縱向端表面上之一投影畫出一第一投影面積，且該電極群及該反電極群之該等部件至該第二縱向端表面上之一投影畫出一第二投影面積，且其中該第一投影面積及該第二投影面積各包括該第一縱向端表面及該第二縱向端表面之該表面積之至少50%。
實施例112。如任何前述實施例之二次電池，其中該第一初級生長拘束件及該第二初級生長拘束件在該二次電池在充電狀態與放電狀態之間重複循環之後根據以下公式撓曲：δ=60wL4/Eh3，其中w係在該二次電池在充電狀態與放電狀態之間重複循環之後施加至該第一初級生長拘束件及該第二初級生長拘束件之總分佈負載，L係該第一初級連接部件與該第二初級連接部件之間在該垂直方向上之距離，E係該第一初級生長拘束件及該第二初級生長拘束件之彈性模數，且h係該第一初級生長拘束件及該第二初級生長拘束件之厚度。
實施例113。如任何前述實施例之二次電池，其中在該二次電池在充電狀態與放電狀態之間重複循環之後的該第一初級生長拘束件及該第二初級生長拘束件上之應力如下：σ=3wL2/4h2
其中w係在該二次電池在充電狀態與放電狀態之間重複循環之後施加在該第一初級生長拘束件及該第二初級生長拘束件上之總分佈負載，L係該第一初級連接部件與該第二初級連接部件之間在該垂直方向上之距離， 且h係該第一初級生長拘束件及該第二初級生長拘束件之厚度。
實施例114。如任何前述實施例之二次電池，其中該第一初級連接部件及該第二初級連接部件上之抗拉應力如下：σ=PL/2t
其中P係在該二次電池在充電狀態與放電狀態之間重複循環之後歸因於該第一初級生長拘束件及該第二初級生長拘束件而施加之壓力，L係該第一初級連接部件與該第二初級連接部件之間沿著該垂直方向之距離，且t係該第一初級連接部件及該第二初級連接部件在該垂直方向上之厚度。
實施例115。如任何前述實施例之二次電池，其中該第一次級生長拘束件及該第二次級生長拘束件在該二次電池在充電狀態與放電狀態之間重複循環之後根據以下公式撓曲：δ=60wy4/Et3，其中w係在該二次電池在充電狀態與放電狀態之間重複循環之後施加在該第一次級生長拘束件及該第二次級生長拘束件上之總分佈負載，y係該第一次級連接部件與該第二次級連接部件之間在該縱向方向上之距離，E係該第一次級生長拘束件及該第二次級生長拘束件之彈性模數，且t係該第一次級生長拘束件及該第二次級生長拘束件之厚度。
實施例116。如任何前述實施例之二次電池，其中該第一次級生長拘束件及該第二次級生長拘束件上之應力如下：σ=3wy2/4t2
其中w係在該二次電池在充電狀態與放電狀態之間重複循環之後施加在該第一次級生長拘束件及該第二次級生長拘束件上之總分佈負載，y係該第一次級連接部件與該第二次級連接部件之間沿著該縱向方向之距離， 且t係該第一次級生長拘束件及該第二次級生長拘束件之厚度。
實施例117。如任何前述實施例之二次電池，其中該第一次級連接部件及該第二次級連接部件上之抗拉應力如下：σ=Py/2h，其中P係在該二次電池之重複循環之後施加在該第一次級生長拘束件及該第二次級生長拘束件上之壓力，y係該第一次級連接部件與該第二次級連接部件之間沿著該縱向方向之距離，且h係該第一次級連接部件及該第二次級連接部件在該縱向方向上之厚度。
實施例118。如任何前述實施例之二次電池，其中內部連接部件上之抗拉應力如下：σ=Py/h
其中P係在該二次電池在充電狀態與放電狀態之間循環之後歸因於內部第一次級連接部件與第二次級連接部件之間的區上之該電極活性材料之膨脹而施加至該第一次級生長拘束件及該第二次級生長拘束件之壓力，y係該內部第一次級連接部件與該內部第二次級連接部件之間沿著該縱向方向之距離，且h係該內部第一次級連接部件及該內部第二次級連接部件在該縱向方向上之厚度。
實施例119。一種用於在一充電狀態與一放電狀態之間循環之二次電池，該二次電池包括一電池殼體、一電極總成、載體離子、該電池殼體內之一非水溶性液體電解質及一組電極拘束件，其中該電極總成具有：縱向軸、橫向軸及垂直軸，其等相互垂直；一第一縱向端表面及一第二縱向端表面，其等在該縱向方向上彼此分離；及一側向表面，其環繞一電極總成縱向軸AEA且連接該第一縱向端表面與該第 二縱向端表面，該側向表面具有處於該縱向軸之相對側上且在正交於該縱向軸之一第一方向上分離之相對第一區及第二區，該電極總成具有在該縱向方向上量測之一最大寬度WEA、以該側向表面為界且在該橫向方向上量測之一最大長度LEA及以該側向表面為界且在該垂直方向上量測之一最大高度HEA，LEA及WEA之各者對HEA之比率分別為至少2：1，該電極總成進一步包括一電極結構群、一反電極結構群以及電分離該電極群及該反電極群之部件之一電絕緣微孔分離器材料，該電極結構群及該反電極結構群之部件經配置成該縱向方向上之一交替序列，該電極結構群之各部件包括一電極活性材料之一層且該反電極結構群之各部件包括一反電極活性材料之一層，其中在該二次電池自一放電狀態充電至一充電狀態時，該電極活性材料具有每莫耳之電極活性材料接受一莫耳以上之載體離子之容量，該組電極拘束件包括一初級拘束系統，該初級拘束系統包括第一初級生長拘束件及第二初級生長拘束件及至少一個初級連接部件，該第一初級生長拘束件及該第二初級生長拘束件在該縱向方向上彼此分離，且該至少一個初級連接部件連接該第一初級生長拘束件與該第二初級生長拘束件，其中該初級拘束系統約束該電極總成在該縱向方向上之生長，使得該電極總成在該縱向方向上之該費雷特直徑在該二次電池之20個連續循環內之任何增大小於20%，該充電狀態係該二次電池之一額定容量之至少75%，且該放電狀態小於該二次電池之該額定容量之25%。
引用併入
在本文中提及之所有公開案及專利(包含下文列出之該等條款)之全部 內容以引用的方式併入，如同以引用的方式特別且個別地併入各個別公開案或專利。在衝突之情況中，以本申請案(包含本文中之任何定義)為準。
等效物
雖然已論述特定實施例，但上述說明書係闡釋性且並非約束性的。熟習此項技術者在檢視此說明書之後將變得明白許多變化。應參考發明申請專利範圍連同其等效物之完整範疇及說明書連同此等變化來判定實施例之完整範疇。
除非另外指示，表達在說明書及發明申請專利範圍中使用之大量成分、反應條件等之所有數字應理解為在所有例項中由術語「約」進行修飾。因此，除非相反指示，在此說明書及隨附發明申請專利範圍中提出之數值參數係可取決於設法獲得之所要性質而變化之近似值。
106:電極總成
108:電極拘束件
116:第一縱向端表面
118:第二縱向端表面
148:第一表面區/上相對表面區/垂直區
150:第二表面區/下相對表面區/垂直區
151:初級生長拘束系統
152:次級生長拘束系統
154:第一初級生長拘束件/次級連接部件
156:第二初級生長拘束件/次級連接部件
158:第一次級生長拘束件/初級連接部件
160:第二次級生長拘束件/初級連接部件
162:第一初級連接部件
164:第二初級連接部件
166:次級連接部件
168:接觸區域
170:接觸區域
172:端部
174:端部

Claims (58)

  1. 一種用於能量儲存裝置之結構，該結構包括電極總成及一組電極拘束件，其中該電極總成具有：相互垂直之縱向軸、橫向軸及垂直軸；一第一縱向端表面及一第二縱向端表面，其等在該縱向方向上彼此分離；及一側向表面，其環繞一電極總成縱向軸AEA且連接該第一縱向端表面與該第二縱向端表面，該側向表面具有處於該縱向軸之相對側上且在正交於該縱向軸之一第一方向上分離之相對第一區及第二區，該電極總成具有在該縱向方向上量測之一最大寬度WEA、以該側向表面為界且在該橫向方向上量測之一最大長度LEA及以該側向表面為界且在該垂直方向上量測之一最大高度HEA，LEA及WEA之各者對HEA之比率分別為至少2：1，該電極總成進一步包括一電極結構群、一反電極結構群以及電分離該電極群及該反電極群之部件之一電絕緣分離器材料，該電極結構群及該反電極結構群之部件經配置成該縱向方向上之一交替序列，該電極結構群及該反電極結構群各包含至少5個部件，該電極結構群之各部件具有底部、頂部及自其底部延伸至頂部且在大體上垂直於電極結構群及反電極結構群之交替序列行進之方向之一方向上之縱向軸AE，該電極結構群之各部件具有沿著該電極之縱向軸AE量測之長度LE，在該電極結構群及該反電極結構群之交替序列行進之方向上量測之寬度WE，在垂直於長度LE及寬度WE之量測方向之各者之方向上量測之高度HE，其中對於該電極結構群之各部件，LE對WE及HE之各者之比率分別係至少5：1；該電極結構群之各部件包括一陽極活性材料之一層且該反電極結構 群之各部件包括一陰極活性材料之一層，其中在該能量儲存裝置自一放電狀態充電至一充電狀態時，該陽極活性材料具有每莫耳之陽極活性材料接受一莫耳以上之載體離子之容量，該組電極拘束件包括一初級拘束系統，該初級拘束系統包括第一初級生長拘束件及第二初級生長拘束件及第一及第二初級連接部件，該第一初級生長拘束件及該第二初級生長拘束件在該縱向方向上彼此分離，其中該第一及第二初級連接部件在第一方向上彼此分離且連接該第一初級生長拘束件與該第二初級生長拘束件，該組電極拘束件進一步包括一次級拘束系統，該次級拘束系統包括在一第二方向上分離且由至少一個次級連接部件連接之第一次級生長拘束件及第二次級生長拘束件，其中該次級拘束系統在該能量儲存裝置之循環之後至少部分拘束該電極總成在該第二方向上之生長，該第二方向正交於該縱向方向，該第一初級連接部件為該第一次級生長拘束件，該第二初級連接部件為該第二次級生長拘束件，且該第一初級生長拘束件或該第二初級生長拘束件為該第一次級連接部件，該至少一個次級連接部件包括在該電極總成沿著該縱向軸之縱向第一端部及第二端部內部之一部件，其連接第一及第二次級生長拘束件，且該充電狀態係該能量儲存裝置之一額定容量之至少75%，且該放電狀態小於該能量儲存裝置之該額定容量之25%。
  2. 如請求項1之結構，其中該第一初級生長拘束件至少部分覆蓋該電極總成之該第一縱向端表面，且該第二初級生長拘束件至少部分覆蓋該電極總成之該第二縱向端表面。
  3. 如請求項1之結構，其中該電極總成在正交於該縱向方向之一平面中之一投影之一表面積小於該電極總成至其他正交平面上之投影之表面積。
  4. 如請求項1之結構，其中一電極結構在正交於該縱向方向之一平面中之一投影之一表面積大於該電極結構至其他正交平面上之投影之表面積。
  5. 如請求項1之結構，其中該初級拘束系統之至少一部分經預拉緊以在該能量儲存裝置在充電狀態與放電狀態之間循環之前在該縱向方向上施加一壓縮力在該電極總成之至少一部分上。
  6. 如請求項1之結構，其中該至少一個次級連接部件包括該電極結構及該反電極結構之一或多者之至少一部分。
  7. 如請求項1之結構，其中該至少一個次級連接部件包括一電極骨幹結構及一反電極骨幹結構之至少一者之一部分。
  8. 如請求項1之結構，其中該電極結構群之部件包含電極電流收集器且該反電極結構群之部件包含反電極電流收集器，且該至少一個次級連接部件包括一電極電流收集器及一反電極電流收集器之一或多者之一部分。
  9. 如請求項1之結構，其中該第一初級生長拘束件及該第二初級生長拘束件在該電極總成沿著該縱向軸之縱向第一端部及第二端部內部。
  10. 如請求項1之結構，其中該第一初級生長拘束件及該第二初級生長拘束件之至少一者包括該電極結構及該反電極結構之一或多者之至少一部分。
  11. 如請求項1之結構，其中該第一初級生長拘束件及該第二初級生長拘束件之至少一者包括一電極骨幹結構及一反電極骨幹結構之至少一者之一部分。
  12. 如請求項1之結構，其中該電極結構群之部件包含電極電流收集器且該反電極結構群之部件包含反電極電流收集器，且該第一初級生長拘束件及該第二初級生長拘束件之至少一者包括一電極電流收集器及一反電極電流收集器之一或多者之一部分。
  13. 如請求項1之結構，其中該次級拘束系統使用大於1000psi之一約束力及小於0.2mm/m之一偏斜約束該電極總成在該垂直方向上之生長。
  14. 如述請求項1之結構，其中該次級拘束系統按小於或等於10,000psi及小於0.2mm/m之一偏斜約束該電極總成在該垂直方向上之生長以產生小於5%之位移。
  15. 如請求項1之結構，其中該次級拘束系統在150個電池循環之後按小於或等於10,000psi及小於0.2mm/m之一偏斜約束該電極總成在該垂直方 向上之生長以產生小於5%之位移。
  16. 如請求項1之結構，其中該反電極結構群之部件包括相鄰於該第一次級生長拘束件之一頂部、相鄰於該第二次級生長拘束件之一底部、平行於且在自該頂部延伸至該底部之該垂直方向上之一垂直軸ACES、環繞該垂直軸ACES且連接該頂部與該底部之一側向電極表面，該側向電極表面具有處於該垂直軸之相對側上且在正交於該垂直軸之一第一方向上分離之相對第一區及第二區、一長度LCES、一寬度WCES及一高度HCES，該長度LCES以該側向電極表面為界且在該橫向方向上量測，該寬度WCES以該側向電極表面為界且在該縱向方向上量測，且該高度HCES在自該頂部至該底部之該垂直軸ACES之該方向上量測，其中該第一次級生長拘束件及該第二次級生長拘束件各包括一內表面及一相對外表面，各者之該內表面及該外表面實質上共面且該第一次級生長拘束件及該第二次級生長拘束件之各者之該內表面與該相對外表面之間的距離界定各者之一高度，該高度係在自各者之該內表面至該外表面之該垂直方向上量測，各者之該等內表面貼附至該電極結構群之該頂部及該底部。
  17. 如請求項1之結構，其中該第一次級生長拘束件及該第二次級生長拘束件之各者包括一狹槽，且該反電極結構群高度延伸穿過該狹槽且貼附在該狹槽內以形成該電極結構群與該第一次級生長拘束件及該第二次級生長拘束件之各者之間的一互鎖連接。
  18. 如請求項1之結構，其中該電極結構群之部件包括相鄰於該第一次級生長拘束件之一頂部、相鄰於該第二次級生長拘束件之一底部、平行於且在自該頂部延伸至該底部之該垂直方向上之一垂直軸AES、環繞該垂直軸AES且連接該頂部與該底部之一側向電極表面，該側向電極表面具有處於該垂直軸之相對側上且在正交於該垂直軸之一第一方向上分離之相對第一區及第二區、一長度LES、一寬度WES及一高度HES，該長度LES以該側向電極表面為界且在該橫向方向上量測，該寬度WES以該側向電極表面為界且在該縱向方向上量測，且該高度HES在自該頂部至該底部之該垂直軸AES之該方向上量測，其中該第一次級生長拘束件及該第二次級生長拘束件各包括一內表面及一相對外表面，各者之該內表面及該外表面實質上共面且該第一次級生長拘束件及該第二次級生長拘束件之各者之該內表面與該相對外表面之間的距離界定各者之一高度，該高度係在自各者之該內表面至該外表面之該垂直方向上量測，各者之該等內表面貼附至該電極結構群之該頂部及該底部。
  19. 如請求項1之結構，其中該組電極拘束件進一步包括一融合次級拘束系統，該融合次級拘束系統包括在一第二方向上分離且使用至少一個第一次級連接部件融合之第一次級生長拘束件及第二次級生長拘束件。
  20. 如請求項19之結構，其中該反電極結構群之部件包括相鄰於該第一次級生長拘束件之一頂部、相鄰於該第二次級生長拘束件之一底部、平行於且在自該頂部延伸至該底部之該垂直方向上之一垂直軸ACES、環繞該垂 直軸ACES且連接該頂部與該底部之一側向電極表面，該側向電極表面具有處於該垂直軸之相對側上且在正交於該垂直軸之一第一方向上分離之相對第一區及第二區、一長度LCES、一寬度WCES及一高度HCES，該長度LCES以該側向電極表面為界且在該橫向方向上量測，該寬度WCES以該側向電極表面為界且在該縱向方向上量測，且該高度HCES在自該頂部至該底部之該垂直軸ACES之該方向上量測，其中該第一次級生長拘束件及該第二次級生長拘束件各包括一內表面及一相對外表面，各者之該內表面及該外表面實質上共面且該第一次級生長拘束件及該第二次級生長拘束件之各者之該內表面與該相對外表面之間的距離界定各者之一高度，該高度係在自各者之該內表面至該外表面之該垂直方向上量測，各者之該等內表面融合至該反電極結構群之該頂部及該底部。
  21. 如請求項1之結構，其中該電極結構群之部件包括相鄰於該第一次級生長拘束件之一頂部、相鄰於該第二次級生長拘束件之一底部、平行於且在自該頂部延伸至該底部之該垂直方向上之一垂直軸AES、環繞該垂直軸AES且連接該頂部與該底部之一側向電極表面，該側向電極表面具有處於該垂直軸之相對側上且在正交於該垂直軸之一第一方向上分離之相對第一區及第二區、一長度LES、一寬度WES及一高度HES，該長度LES以該側向電極表面為界且在該橫向方向上量測，該寬度WES以該側向電極表面為界且在該縱向方向上量測，且該高度HES在自該頂部至該底部之該垂直軸AES之該方向上量測，其中該第一次級生長拘束件及該第二次級生長拘束件各包括一內表面及 一相對外表面，各者之該內表面及該外表面實質上共面且該第一次級生長拘束件及該第二次級生長拘束件之各者之該內表面與該相對外表面之間的距離界定各者之一高度，該高度係在自各者之該內表面至該外表面之該垂直方向上量測，各者之該等內表面融合至該電極結構群之該頂部及該底部。
  22. 如請求項1之結構，其中一電極結構及反電極結構之至少一者包括相鄰於該第一次級生長拘束件之一頂部、相鄰於該第二次級生長拘束件之一底部、平行於且在自該頂部延伸至該底部之該垂直方向上之一垂直軸AES、環繞該垂直軸且連接該頂部與該底部之一側向電極表面，該側向電極表面具有以該側向表面為界且在該縱向方向上量測之一寬度WES，其中在該頂部與該底部之間的一區處，該寬度沿著該垂直軸自相鄰於該頂部之一第一寬度漸縮至一第二寬度，該第二寬度小於該第一寬度。
  23. 如請求項1之結構，其中該至少一個次級連接部件對應於該電極總成之該等縱向端處之該第一初級生長拘束件及該第二初級生長拘束件之至少一者。
  24. 如請求項1之結構，其中該分離器材料為電絕緣微孔分離器材料，其包括一微粒材料及一黏結劑、具有至少20體積%之一空隙率、且被非水溶性液體電解質滲透。
  25. 如請求項1之結構，其中該第一次級生長拘束件及該第二次級生長拘 束件各包括一厚度，該厚度小於該電極高度或該反電極高度之50%。
  26. 如請求項1之結構，其中該第一次級生長拘束件及該第二次級生長拘束件各包括一厚度，該厚度小於該電極高度或該反電極高度之20%。
  27. 如請求項1之結構，其中該第一次級生長拘束件及該第二次級生長拘束件各包括一厚度，該厚度小於該電極高度或該反電極高度之10%。
  28. 如請求項1之結構，其中該第一縱向端表面及該第二縱向端表面之該表面積小於該電極總成之該表面積之25%。
  29. 如請求項1之結構，其中該第一縱向端表面及該第二縱向端表面之該表面積小於該電極總成之該表面積之20%。
  30. 如請求項1之結構，其中該第一縱向端表面及該第二縱向端表面之該表面積小於該電極總成之該表面積之15%。
  31. 如請求項1之結構，其中該第一縱向端表面及該第二縱向端表面之該表面積小於該電極總成之該表面積之10%。
  32. 如請求項1之結構，其中該電極總成包括至少10個電極結構及至少10個反電極結構。
  33. 如請求項1之結構，其中該電極總成包括至少50個電極結構及至少50個反電極結構。
  34. 如請求項1之結構，其中該電極總成包括至少100個電極結構及至少100個反電極結構。
  35. 如請求項1之結構，其中該初級拘束系統及該次級拘束系統之至少一者包括具有至少10,000psi(>70MPa)之一極限抗拉強度之一材料。
  36. 如請求項1之結構，其中該初級拘束系統及該次級拘束系統之至少一者包括金屬、金屬合金、陶瓷、玻璃、塑膠或其等之一組合。
  37. 如請求項1之結構，其中該初級拘束系統及該次級拘束系統之至少一者包括具有在約10微米至約100微米之範圍中之一厚度之一材料片材。
  38. 如請求項1之結構，其中該初級拘束系統及該次級拘束系統之至少一者包括具有在約30微米至約75微米之範圍中之一厚度之一材料片材。
  39. 如請求項1之結構，其中該初級拘束系統及該次級拘束系統之至少一者包括處於>50%堆積密度之碳纖維。
  40. 如請求項1之結構，其中該第一初級生長拘束件及該第二初級生長拘束件施加一壓力在該第一縱向端表面及該第二縱向端表面上，該壓力比在 相互垂直且垂直於該縱向方向之兩個方向之各者上維持在該電極總成上之壓力超過至少3倍。
  41. 如請求項1之結構，其中該第一初級生長拘束件及該第二初級生長拘束件施加一壓力在該第一縱向端表面及該第二縱向端表面上，該壓力比在相互垂直且垂直於該縱向方向之兩個方向之各者上維持在該電極總成上之壓力超過至少4倍。
  42. 如請求項1之結構，其中該第一初級生長拘束件及該第二初級生長拘束件施加一壓力在該第一縱向端表面及該第二縱向端表面上，該壓力比在相互垂直且垂直於該縱向方向之兩個方向之各者上維持在該電極總成上之壓力超過至少5倍。
  43. 如請求項1之結構，其中該電極群及該反電極群之該等部件至該第一縱向端表面上之一投影畫出一第一投影面積，且該電極群及該反電極群之該等部件至該第二縱向端表面上之一投影畫出一第二投影面積，且其中該第一投影面積及該第二投影面積各包括該第一縱向端表面及該第二縱向端表面之該表面積之至少50%。
  44. 如請求項1之結構，其中該第一初級生長拘束件及該第二初級生長拘束件在該能量儲存裝置在充電狀態與放電狀態之間重複循環之後根據以下公式撓曲：δ=60wL4/Eh3， 其中w係在該能量儲存裝置在充電狀態與放電狀態之間重複循環之後施加至該第一初級生長拘束件及該第二初級生長拘束件之總分佈負載，L係該第一初級連接部件與該第二初級連接部件之間在該垂直方向上之距離，E係該第一初級生長拘束件及該第二初級生長拘束件之彈性模數，且h係該第一初級生長拘束件及該第二初級生長拘束件之厚度。
  45. 如請求項1之結構，其中在該能量儲存裝置在充電狀態與放電狀態之間重複循環之後的該第一初級生長拘束件及該第二初級生長拘束件上之應力如下：σ=3wL2/4h2其中w係在該能量儲存裝置在充電狀態與放電狀態之間重複循環之後施加在該第一初級生長拘束件及該第二初級生長拘束件上之總分佈負載，L係該第一初級連接部件與該第二初級連接部件之間在該垂直方向上之距離，且h係該第一初級生長拘束件及該第二初級生長拘束件之厚度。
  46. 如請求項1之結構，其中該第一初級連接部件及該第二初級連接部件上之抗拉應力如下：σ=PL/2t其中P係在該能量儲存裝置在充電狀態與放電狀態之間重複循環之後歸因於該第一初級生長拘束件及該第二初級生長拘束件而施加之壓力，L係該第一初級連接部件與該第二初級連接部件之間沿著該垂直方向之距離，且t係該第一初級連接部件及該第二初級連接部件在該垂直方向上之厚度。
  47. 如請求項1之結構，其中該第一次級生長拘束件及該第二次級生長拘束件在該能量儲存裝置在充電狀態與放電狀態之間重複循環之後根據以下公式撓曲：δ=60wy4/Et3，其中w係在該能量儲存裝置在充電狀態與放電狀態之間重複循環之後施加在該第一次級生長拘束件及該第二次級生長拘束件上之總分佈負載，y係該第一次級連接部件與該第二次級連接部件之間在該縱向方向上之距離，E係該第一次級生長拘束件及該第二次級生長拘束件之彈性模數，且t係該第一次級生長拘束件及該第二次級生長拘束件之厚度。
  48. 如請求項1之結構，其中該第一次級生長拘束件及該第二次級生長拘束件上之應力如下：σ=3wy2/4t2其中w係在該能量儲存裝置在充電狀態與放電狀態之間重複循環之後施加在該第一次級生長拘束件及該第二次級生長拘束件上之總分佈負載，y係該第一次級連接部件與該第二次級連接部件之間沿著該縱向方向之距離，且t係該第一次級生長拘束件及該第二次級生長拘束件之厚度。
  49. 如請求項1之結構，其中該第一次級連接部件及該第二次級連接部件上之抗拉應力如下：σ=Py/2h，其中P係在該能量儲存裝置之重複循環之後施加在該第一次級生長拘 束件及該第二次級生長拘束件上之壓力，y係該第一次級連接部件與該第二次級連接部件之間沿著該縱向方向之距離，且h係該第一次級連接部件及該第二次級連接部件在該縱向方向上之厚度。
  50. 如請求項1之結構，其中內部連接部件上之抗拉應力如下：σ=Py/h其中P係在該能量儲存裝置在充電狀態與放電狀態之間循環之後歸因於內部第一次級連接部件與第二次級連接部件之間的區上之該陽極活性材料之膨脹而施加至該第一次級生長拘束件及該第二次級生長拘束件之壓力，y係該內部第一次級連接部件與該內部第二次級連接部件之間沿著該縱向方向之距離，且h係該內部第一次級連接部件及該內部第二次級連接部件在該縱向方向上之厚度。
  51. 一種用於在一充電狀態與一放電狀態之間循環之二次電池，該二次電池包括一電池殼體以及該電池殼體內之載體離子、一非水溶性液體電解質及如請求項1至50中任一項之結構。
  52. 如請求項51之二次電池，其中該等載體離子選自由鋰、鉀、鈉、鈣及鎂構成之群組。
  53. 如請求項51之二次電池，其中該非水溶性液體電解質包括溶解於一有機溶劑中之鋰鹽。
  54. 如請求項51之二次電池，其中該拘束件及該殼體具有一組合體積，該組合體積小於由該電池殼體圍封之體積之60%。
  55. 如請求項51之二次電池，其中該拘束件及該殼體具有一組合體積，該組合體積小於由該電池殼體圍封之體積之45%。
  56. 如請求項51之二次電池，其中該拘束件及該殼體具有一組合體積，該組合體積小於由該電池殼體圍封之體積之30%。
  57. 如請求項51之二次電池，其中該拘束件及該殼體具有一組合體積，該組合體積小於由該電池殼體圍封之體積之20%。
  58. 如請求項51之二次電池，其中該第一縱向端表面及該第二縱向端表面在該二次電池充電至其額定容量之至少80%時處於一壓縮負載下。
TW106115886A 2016-05-13 2017-05-12 用於三維電池之尺寸拘束件 TWI739830B (zh)

Applications Claiming Priority (4)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US201662335912P 2016-05-13 2016-05-13
US62/335,912 2016-05-13
US201662422958P 2016-11-16 2016-11-16
US62/422,958 2016-11-16

Publications (2)

Publication Number Publication Date
TW201743496A TW201743496A (zh) 2017-12-16
TWI739830B true TWI739830B (zh) 2021-09-21

Family

ID=60267599

Family Applications (3)

Application Number Title Priority Date Filing Date
TW106115886A TWI739830B (zh) 2016-05-13 2017-05-12 用於三維電池之尺寸拘束件
TW111125312A TWI832314B (zh) 2016-05-13 2017-05-12 用於三維電池之尺寸拘束件
TW110130806A TWI772156B (zh) 2016-05-13 2017-05-12 用於三維電池之尺寸拘束件

Family Applications After (2)

Application Number Title Priority Date Filing Date
TW111125312A TWI832314B (zh) 2016-05-13 2017-05-12 用於三維電池之尺寸拘束件
TW110130806A TWI772156B (zh) 2016-05-13 2017-05-12 用於三維電池之尺寸拘束件

Country Status (8)

Country Link
US (5) US10177400B2 (zh)
EP (1) EP3455898B1 (zh)
JP (2) JP7059203B2 (zh)
KR (4) KR102391925B1 (zh)
CN (3) CN109478690B (zh)
SG (2) SG10202106068XA (zh)
TW (3) TWI739830B (zh)
WO (1) WO2017197233A1 (zh)

Families Citing this family (26)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN104662714B (zh) 2012-08-16 2017-09-29 艾诺维克斯公司 三维电池的电极结构
WO2014151202A1 (en) 2013-03-15 2014-09-25 Enovix Corporation Separators for three-dimensional batteries
EP3295507B1 (en) 2015-05-14 2020-08-19 Enovix Corporation Longitudinal constraints for energy storage devices
CN109478690B (zh) 2016-05-13 2022-08-23 艾诺维克斯公司 三维电池的尺寸约束
US11063299B2 (en) 2016-11-16 2021-07-13 Enovix Corporation Three-dimensional batteries with compressible cathodes
WO2018153461A1 (en) * 2017-02-23 2018-08-30 Toyota Motor Europe Solid state batteries
US10637074B2 (en) * 2017-07-19 2020-04-28 Microsoft Technology Licensing, Llc Flexible battery with liquid metal electrode
WO2019099650A1 (en) 2017-11-15 2019-05-23 Enovix Corporation Electrode assembly and secondary battery
US10256507B1 (en) 2017-11-15 2019-04-09 Enovix Corporation Constrained electrode assembly
JP6962287B2 (ja) 2018-07-30 2021-11-05 トヨタ自動車株式会社 全固体電池及びその製造方法
US11211639B2 (en) 2018-08-06 2021-12-28 Enovix Corporation Electrode assembly manufacture and device
CN110265591B (zh) * 2018-08-31 2020-01-24 宁德时代新能源科技股份有限公司 电池模组
EP4329058A2 (en) * 2019-01-09 2024-02-28 BYD Company Limited Power battery pack and electric vehicle
CA3148019A1 (en) 2019-08-13 2021-02-18 John C. Brewer Anodes for lithium-based energy storage devices, and methods for making same
US11489154B2 (en) 2019-08-20 2022-11-01 Graphenix Development, Inc. Multilayer anodes for lithium-based energy storage devices
WO2021034916A1 (en) 2019-08-20 2021-02-25 Graphenix Development, Inc. Structured anodes for lithium-based energy storage devices
US11495782B2 (en) 2019-08-26 2022-11-08 Graphenix Development, Inc. Asymmetric anodes for lithium-based energy storage devices
CN112447937B (zh) * 2019-09-04 2024-07-09 通用汽车环球科技运作有限责任公司 具有高长宽比电极的电化学电芯
JP7196118B2 (ja) * 2020-01-29 2022-12-26 プライムアースＥｖエナジー株式会社 非水二次電池及び非水二次電池の製造方法
CN111354899B (zh) * 2020-05-25 2020-10-23 比亚迪股份有限公司 电池包、电池模组、车辆以及储能装置
JP2023547993A (ja) 2020-09-18 2023-11-15 エノビクス・コーポレイション 電池に使用する電極の製造のための装置、システム、及び方法
KR20230109680A (ko) 2020-11-18 2023-07-20 에노빅스 코오퍼레이션 전극용 스페이서, 전극 스택 및 배터리, 및 그 시스템 및 방법
WO2022125529A1 (en) 2020-12-09 2022-06-16 Enovix Operations Inc. Method and apparatus for the production of electrode assemblies for secondary batteries
EP4315450A1 (en) 2021-03-31 2024-02-07 Enovix Corporation Electrode assembly structure, secondary battery, and methods of manufacture
CN117413392A (zh) 2021-03-31 2024-01-16 艾诺维克斯公司 使用约束粘合剂的三维电池
WO2023003739A2 (en) * 2021-07-15 2023-01-26 Enovix Operations Inc. Electrode assembly, sealed secondary battery cell, battery pack and methods

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101960643A (zh) * 2008-03-06 2011-01-26 丰田自动车株式会社 电池组和装备有该电池组的车辆
TW201414048A (zh) * 2012-08-16 2014-04-01 Enovix Corp 用於三維電池之電極結構
US20150024253A1 (en) * 2013-07-18 2015-01-22 Samsung Sdi Co., Ltd. Battery pack
US20150079452A1 (en) * 2013-09-17 2015-03-19 Samsung Sdi Co., Ltd. Battery module
CN105518904A (zh) * 2013-09-24 2016-04-20 日立汽车系统株式会社 电池组

Family Cites Families (171)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3563805A (en) 1969-02-20 1971-02-16 Union Carbide Corp Thin,flat primary cells and batteries
US4587182A (en) 1984-12-11 1986-05-06 Moli Energy Limited Constant volume lithium battery cell and process
JPH0690934B2 (ja) 1987-08-07 1994-11-14 日本電信電話株式会社 二次電池およびその製造方法
US5294504A (en) 1988-08-30 1994-03-15 Osaka Gas Company, Ltd. Three-dimensional microstructure as a substrate for a battery electrode
US5709962A (en) 1991-01-31 1998-01-20 Eveready Battery Company, Inc. Cell tester device employing spaced apart electrochromic electrodes
US5238759A (en) 1992-04-01 1993-08-24 The United States Of America As Represented By The Secretary Of The Army Flexible solid electrolyte for use in solid state cells and solid state cell including said flexible solid electrolyte
JP3364264B2 (ja) 1993-02-09 2003-01-08 ティーディーケイ株式会社 積層型電池とその製造方法
US5350645A (en) 1993-06-21 1994-09-27 Micron Semiconductor, Inc. Polymer-lithium batteries and improved methods for manufacturing batteries
FR2746934B1 (fr) 1996-03-27 1998-05-07 Saint Gobain Vitrage Dispositif electrochimique
CA2228095C (en) 1997-01-28 2002-01-08 Canon Kabushiki Kaisha Electrode structural body, rechargeable battery provided with said electrode structural body, and process for the production of said electrode structural body and said rechargeable battery
DE69814232T2 (de) 1997-06-03 2004-04-08 Matsushita Electric Industrial Co., Ltd., Kadoma Negative Elektrodenaktivmaterialen für nicht-wässerige Elektrolyt Sekundärbatterien und entsprechenden Batterien
EP0991852A2 (en) 1997-06-27 2000-04-12 Lynntech, Inc. Method and apparatus for injecting hydrogen into a catalytic converter
US6235427B1 (en) 1998-05-13 2001-05-22 Fuji Photo Film Co., Ltd. Nonaqueous secondary battery containing silicic material
JP2948205B1 (ja) 1998-05-25 1999-09-13 花王株式会社 二次電池用負極の製造方法
WO2000010736A1 (en) 1998-08-21 2000-03-02 Sri International Printing of electronic circuits and components
WO2000014817A1 (fr) 1998-09-08 2000-03-16 Sumitomo Metal Industries, Ltd. Matiere d'electrode negative pour accumulateur secondaire a electrode non aqueuse et procede de production de celle-ci
US6083640A (en) * 1998-09-22 2000-07-04 Samsung Display Device Co., Ltd. Secondary battery with electrode assembly fixing device
JP4116718B2 (ja) 1998-11-05 2008-07-09 日本リーロナール有限会社 無電解金めっき方法及びそれに使用する無電解金めっき液
JP4457429B2 (ja) 1999-03-31 2010-04-28 パナソニック株式会社 非水電解質二次電池とその負極
KR100289542B1 (ko) * 1999-04-09 2001-05-02 김순택 각형 리튬 2차 전지의 제조 방법
EP1246278B1 (en) 1999-10-22 2011-05-18 Sanyo Electric Co., Ltd. Electrode for lithium cell and lithium secondary cell
US7464053B1 (en) 1999-10-26 2008-12-09 Pylant Jeffrey D Buyer-driven purchasing loyalty system and method using an electronic network
US6355369B1 (en) 1999-10-29 2002-03-12 Eontech Group, Inc. Ecologically clean mechanically rechargeable air-metal current source
JP4126715B2 (ja) 1999-11-22 2008-07-30 ソニー株式会社 負極材料の製造方法および二次電池の製造方法
US7066971B1 (en) 1999-11-23 2006-06-27 Sion Power Corporation Methods of preparing electrochemical cells
JP4461541B2 (ja) * 1999-12-28 2010-05-12 株式会社ジーエス・ユアサコーポレーション 非水電解質二次電池
KR100497147B1 (ko) 2000-02-08 2005-06-29 주식회사 엘지화학 다중 중첩 전기화학 셀 및 그의 제조방법
US20020013986A1 (en) 2000-04-17 2002-02-07 Ahn Tae-Yong Apparatus and method of manufacturing current collector for secondary battery
NL1015956C2 (nl) 2000-08-18 2002-02-19 Univ Delft Tech Batterij en werkwijze voor het vervaardigen van een dergelijke batterij.
DE60143666D1 (de) 2000-10-05 2011-01-27 Panasonic Corp Flachbatterie und herstellungsverfahren dafür
KR100929452B1 (ko) 2000-10-20 2009-12-02 매사츄세츠 인스티튜트 오브 테크놀러지 2극 장치
US6525391B1 (en) 2001-02-06 2003-02-25 Advanced Micro Devices, Inc. Nickel silicide process using starved silicon diffusion barrier
JP4236390B2 (ja) 2001-04-19 2009-03-11 三洋電機株式会社 リチウム二次電池
EP1947711B1 (en) 2001-09-19 2012-07-11 Kawasaki Jukogyo Kabushiki Kaisha Three-dimensional battery and its electrode structure and method for producing electrode material of three-dimensional battery
KR100403675B1 (ko) 2001-11-30 2003-10-30 학교법인 포항공과대학교 초소형 전지-축전기 하이브리드 소자 및 그 제조방법
JP4377565B2 (ja) 2002-05-07 2009-12-02 富士重工業株式会社 板状電池の接続構造
WO2003105258A1 (en) 2002-06-08 2003-12-18 Kejha Joseph B Lithium based electrochemical devices having a ceramic separator glued therein by an ion conductive adhesive
KR100472504B1 (ko) 2002-06-17 2005-03-10 삼성에스디아이 주식회사 보강구조가 개선된 파우치형 이차전지
GB2395059B (en) 2002-11-05 2005-03-16 Imp College Innovations Ltd Structured silicon anode
US7811709B2 (en) 2002-11-29 2010-10-12 Mitsui Mining & Smelting Co., Ltd. Negative electrode for nonaqueous secondary battery, process of producing the negative electrode, and nonaqueous secondary battery
US20040214085A1 (en) 2003-01-06 2004-10-28 Kyou-Yoon Sheem Negative active material for rechargeable lithium battery, method of preparing same, and rechargeable lithium battery
US20040185336A1 (en) 2003-02-18 2004-09-23 Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. All solid-state thin-film cell and application thereof
JP4535334B2 (ja) 2003-03-31 2010-09-01 富士重工業株式会社 有機電解質キャパシタ
JP2004311141A (ja) 2003-04-04 2004-11-04 Sony Corp 電極およびそれを用いた電池
JP2004351500A (ja) 2003-05-30 2004-12-16 Toppan Forms Co Ltd 巻取りシートの横ミシン目形成方法
JP4186115B2 (ja) 2003-06-11 2008-11-26 ソニー株式会社 リチウムイオン二次電池
JP4238645B2 (ja) * 2003-06-12 2009-03-18 日産自動車株式会社 バイポーラ電池
JP2005149891A (ja) 2003-11-14 2005-06-09 Nissan Motor Co Ltd バイポーラ電池、及びそれを用いた組電池
US20050130383A1 (en) 2003-12-10 2005-06-16 International Business Machines Corporation Silicide resistor in beol layer of semiconductor device and method
US7282295B2 (en) 2004-02-06 2007-10-16 Polyplus Battery Company Protected active metal electrode and battery cell structures with non-aqueous interlayer architecture
JP2005285378A (ja) 2004-03-26 2005-10-13 Sanyo Electric Co Ltd アルカリ二次電池およびその製造方法
KR20070021192A (ko) 2004-04-27 2007-02-22 텔 아비브 유니버시티 퓨쳐 테크놀로지 디벨롭먼트 엘.피. 인터레이스식 마이크로컨테이너 구조 기반의 3차원마이크로배터리
US8187740B2 (en) 2004-04-27 2012-05-29 Tel Aviv University Future Technology Development L.P. 3-D microbatteries based on interlaced micro-container structures
JP2006028427A (ja) 2004-07-20 2006-02-02 Sumitomo Metal Mining Co Ltd 耐食光輝性顔料とその製造方法、および耐食光輝性塗膜用塗料組成物
US7638230B2 (en) 2004-09-03 2009-12-29 Panasonic Corporation Lithium ion secondary battery
US7662509B2 (en) 2004-10-29 2010-02-16 Medtronic, Inc. Lithium-ion battery
JP4734912B2 (ja) 2004-12-17 2011-07-27 日産自動車株式会社 リチウムイオン電池およびその製造方法
JP2006236768A (ja) 2005-02-24 2006-09-07 Seiko Epson Corp スリット形成方法、電子放出素子の製造方法、及び電子デバイス
JP5070680B2 (ja) 2005-03-31 2012-11-14 大日本印刷株式会社 非水電解液二次電池用電極板、その製造方法、および非水電解液二次電池
WO2008030215A2 (en) 2005-07-12 2008-03-13 The Regents Of The University Of California Method and apparatus for high surface area carbon structures with minimized resistance
US8080334B2 (en) 2005-08-02 2011-12-20 Panasonic Corporation Lithium secondary battery
EP1917689B1 (en) 2005-08-09 2017-11-08 Polyplus Battery Company Compliant seal structures for protected active metal anodes
US20110171518A1 (en) 2005-08-12 2011-07-14 The Government Of The United States Of America, As Represented By The Secretary Of The Navy Three dimensional Battery Architectures and Methods of Making Same
US7593154B2 (en) 2005-10-11 2009-09-22 Sage Electrochromics, Inc. Electrochromic devices having improved ion conducting layers
JP5135678B2 (ja) 2005-11-24 2013-02-06 日産自動車株式会社 電池構造体、組電池、およびこれらを搭載した車両
KR100763892B1 (ko) 2006-01-20 2007-10-05 삼성에스디아이 주식회사 음극 활물질, 그 제조 방법, 및 이를 채용한 음극과 리튬전지
GB0601319D0 (en) 2006-01-23 2006-03-01 Imp Innovations Ltd A method of fabricating pillars composed of silicon-based material
KR20080095166A (ko) 2006-02-21 2008-10-28 파나소닉 주식회사 각형 편평 2차 전지의 제조방법
JP5135822B2 (ja) 2006-02-21 2013-02-06 日産自動車株式会社 リチウムイオン二次電池およびこれを用いた組電池
KR100949331B1 (ko) 2006-06-09 2010-03-26 삼성에스디아이 주식회사 이차 전지 모듈
US7726975B2 (en) 2006-06-28 2010-06-01 Robert Bosch Gmbh Lithium reservoir system and method for rechargeable lithium ion batteries
JP5246777B2 (ja) 2006-07-27 2013-07-24 Ｊｘ日鉱日石金属株式会社 リチウム含有遷移金属酸化物ターゲット及びその製造方法並びにリチウムイオン薄膜二次電池
WO2008019398A1 (en) 2006-08-10 2008-02-14 The Regents Of The University Of California Electrodeposition of a polymer film as a thin film polymer electrolyte for 3d lithium ion batteries
JP2008078119A (ja) 2006-08-25 2008-04-03 Ngk Insulators Ltd 全固体蓄電素子
JP5456954B2 (ja) 2006-11-30 2014-04-02 日産自動車株式会社 双極型二次電池のモジュール構造
CN101584065B (zh) 2007-01-12 2013-07-10 易诺维公司 三维电池及其制造方法
JP2008171732A (ja) 2007-01-12 2008-07-24 Sumitomo Electric Ind Ltd 薄型電池
US8865345B1 (en) 2007-01-12 2014-10-21 Enovix Corporation Electrodes for three-dimensional lithium batteries and methods of manufacturing thereof
WO2008111315A1 (ja) 2007-03-13 2008-09-18 Panasonic Corporation リチウム二次電池用負極およびその製造方法、ならびにリチウム二次電池用負極を備えたリチウム二次電池
WO2008142570A2 (en) 2007-03-21 2008-11-27 Advent Technologies Proton conductors based on aromatic polyethers and their use as electrolytes in high temperature pem fuel cells
US8119269B2 (en) 2007-05-10 2012-02-21 Enovix Corporation Secondary battery with auxiliary electrode
JP2010528424A (ja) 2007-05-25 2010-08-19 マサチューセッツ インスティテュート オブ テクノロジー 電池およびその使用のための電極
GB0713898D0 (en) 2007-07-17 2007-08-29 Nexeon Ltd A method of fabricating structured particles composed of silcon or a silicon-based material and their use in lithium rechargeable batteries
US8999585B2 (en) 2007-07-18 2015-04-07 Panasonic Intellectual Property Management Co., Ltd. Nonaqueous electrolyte secondary battery
US7816031B2 (en) 2007-08-10 2010-10-19 The Board Of Trustees Of The Leland Stanford Junior University Nanowire battery methods and arrangements
US8697273B2 (en) 2007-08-21 2014-04-15 A123 Systems Llc Separator for electrochemical cell and method for its manufacture
US20090068567A1 (en) 2007-09-12 2009-03-12 Sony Corporation Anode for secondary battery, method of manufacturing it, and secondary battery
US20090123847A1 (en) 2007-11-12 2009-05-14 Kyushu University All-solid-state cell
US20090159354A1 (en) 2007-12-25 2009-06-25 Wenfeng Jiang Battery system having interconnected battery packs each having multiple electrochemical storage cells
JP5334420B2 (ja) 2008-01-16 2013-11-06 三洋電機株式会社 バッテリシステム
JP4535157B2 (ja) 2008-03-28 2010-09-01 トヨタ自動車株式会社 燃料電池システム
US8133613B2 (en) 2008-04-17 2012-03-13 Enovix Corporation Nonaqueous electrolyte secondary battery anode material with a uniform metal-semiconductor alloy layer
US8192788B1 (en) 2008-04-17 2012-06-05 Enovix Corporation Single step current collector deposition process for energy storage devices
EP2277214B1 (en) 2008-04-17 2015-10-21 Enovix Corporation Anode material having a uniform metal-semiconductor alloy layer
US8475957B2 (en) 2008-04-17 2013-07-02 Enovix Corporation Negative electrode structure for non-aqueous lithium secondary battery
US8367244B2 (en) 2008-04-17 2013-02-05 Enovix Corporation Anode material having a uniform metal-semiconductor alloy layer
TW201006025A (en) 2008-06-10 2010-02-01 Nanotune Technologies Corp Nanoporous electrodes and related devices and methods
US8722226B2 (en) 2008-06-12 2014-05-13 24M Technologies, Inc. High energy density redox flow device
KR101558537B1 (ko) 2008-08-26 2015-10-08 삼성전자주식회사 다공성 애노드 활물질, 그 제조방법, 이를 포함한 애노드 및 리튬 전지
US8580439B1 (en) 2008-09-22 2013-11-12 Greatbatch Ltd. Insulator component design for maintaining electrode assembly compression in prismatic medical cells
US20100266907A1 (en) 2008-11-04 2010-10-21 Rachid Yazami Metal air battery system
JP5400370B2 (ja) 2008-12-16 2014-01-29 公立大学法人首都大学東京 非水電解液系二次電池用負極およびそれを用いたリチウムイオン二次電池
KR101733134B1 (ko) 2009-02-04 2017-05-08 어플라이드 머티어리얼스, 인코포레이티드 배터리 및 울트라 캐패시터용의 다공성 삼차원 구리, 주석, 구리―주석, 구리―주석―코발트 및 구리―주석―코발트―티타늄 전극
US20120094176A1 (en) 2009-02-10 2012-04-19 Gerold Neumann Power-Optimized And Energy-Density-Optimized Flat Electrodes For Electrochemcal Energy Stores
US8940438B2 (en) 2009-02-16 2015-01-27 Samsung Electronics Co., Ltd. Negative electrode including group 14 metal/metalloid nanotubes, lithium battery including the negative electrode, and method of manufacturing the negative electrode
JP5449814B2 (ja) 2009-03-25 2014-03-19 三洋電機株式会社 組電池
JP2010262752A (ja) 2009-04-30 2010-11-18 Furukawa Electric Co Ltd:The リチウムイオン二次電池用の負極、それを用いたリチウムイオン二次電池、リチウムイオン二次電池用の負極の製造方法
JP5313761B2 (ja) 2009-05-08 2013-10-09 パナソニック株式会社 リチウムイオン電池
KR20170042834A (ko) 2009-05-26 2017-04-19 옵토도트 코포레이션 나노다공성 세퍼레이터 상의 전극 직접 코팅을 이용한 배터리
JP2010278125A (ja) 2009-05-27 2010-12-09 Nippon Zeon Co Ltd 電気化学素子用電極の製造方法及び電気化学素子
US20110020701A1 (en) 2009-07-16 2011-01-27 Carbon Micro Battery Corporation Carbon electrode structures for batteries
US20110129732A1 (en) 2009-12-01 2011-06-02 Applied Materials, Inc. Compressed powder 3d battery electrode manufacturing
KR101040875B1 (ko) 2009-12-31 2011-06-16 삼성에스디아이 주식회사 이차전지
JP2011171029A (ja) 2010-02-17 2011-09-01 Sanyo Electric Co Ltd 電池モジュール
DE102010029282A1 (de) * 2010-05-25 2011-12-01 Robert Bosch Gmbh Verfahren und Vorrichtung zur Herstellung einer Dünnschichtbatterie
WO2011154862A1 (en) 2010-06-06 2011-12-15 Ramot At Tel-Aviv University Ltd Three-dimensional microbattery having a porous silicon anode
JP2013531871A (ja) * 2010-06-22 2013-08-08 ケイ２ エナジー ソリューションズ，インコーポレイテッド リチウムイオンバッテリ
US20120052341A1 (en) 2010-09-01 2012-03-01 Duk-Jung Kim Rechargeable battery
US8481212B2 (en) 2010-09-14 2013-07-09 Hitachi Maxell, Ltd. Non-aqueous secondary battery
KR101542167B1 (ko) 2010-09-30 2015-08-05 카와사키 주코교 카부시키 카이샤 프로톤을 삽입종으로 하는 2차 전지용 음극 및 이를 구비하는 2차 전지
US9343772B2 (en) 2010-10-08 2016-05-17 Samsung Sdi Co., Ltd. Rechargeable battery
JP5664114B2 (ja) 2010-10-20 2015-02-04 住友電気工業株式会社 溶融塩電池
JP6185841B2 (ja) 2010-10-22 2017-08-23 アンプリウス、インコーポレイテッド 電極物質複合構造体、電極およびリチウムイオン電池、ならびに、電極の製造方法
WO2012054767A2 (en) 2010-10-22 2012-04-26 Amprius Inc. Battery electrode structures for high mass loadings of high capacity active materials
JP5216068B2 (ja) * 2010-10-29 2013-06-19 三菱重工業株式会社 二次電池
US8852798B2 (en) * 2010-11-03 2014-10-07 Samsung Sdi Co., Ltd. Rechargeable battery including elastic member comprising tapering wall
JP5561191B2 (ja) 2011-02-01 2014-07-30 株式会社Ｉｈｉ 電極積層体の製造装置および製造方法
JP5554757B2 (ja) 2011-07-28 2014-07-23 矢崎総業株式会社 電池パック
TWI456817B (zh) 2011-09-27 2014-10-11 Au Optronics Corp 電池裝置
JP5433669B2 (ja) 2011-11-30 2014-03-05 三菱重工業株式会社 電池モジュール及び電池システム
DE102011120511A1 (de) 2011-12-07 2013-06-13 Daimler Ag Batterie und Zellblock für eine Batterie
US8841030B2 (en) 2012-01-24 2014-09-23 Enovix Corporation Microstructured electrode structures
CN107104243B (zh) 2012-01-24 2019-09-27 艾诺维克斯公司 用于能量存储装置的离子透过结构
US9300002B2 (en) 2012-03-03 2016-03-29 Illinois Institute Of Technology Three-dimensional supercapacitors and batteries with high energy densities
AT512601B1 (de) 2012-03-05 2014-06-15 Chemiefaser Lenzing Ag Verfahren zur Herstellung einer Cellulosesuspension
KR101561445B1 (ko) 2012-03-16 2015-10-21 주식회사 엘지화학 신규한 구조의 전극 제조장치
EP2690689A1 (en) 2012-07-25 2014-01-29 Umicore Low cost Si-based negative electrodes with enhanced cycling performance
KR20130118716A (ko) 2012-04-20 2013-10-30 주식회사 엘지화학 전극 조립체, 이를 포함하는 전지셀 및 디바이스
KR20130133640A (ko) 2012-05-29 2013-12-09 주식회사 엘지화학 코너부 형상이 다양한 단차를 갖는 전극 조립체, 이를 포함하는 전지셀, 전지팩 및 디바이스
JP2015172997A (ja) * 2012-07-13 2015-10-01 三洋電機株式会社 バッテリシステム及びバッテリシステムを備える車両並びに蓄電装置
US20150135522A1 (en) 2012-08-09 2015-05-21 Sanyo Electric Co., Ltd. Method for producing battery pack
KR101969845B1 (ko) * 2012-09-14 2019-04-17 삼성전자주식회사 가요성 이차 전지
US8993159B2 (en) 2012-12-13 2015-03-31 24M Technologies, Inc. Semi-solid electrodes having high rate capability
WO2014151202A1 (en) 2013-03-15 2014-09-25 Enovix Corporation Separators for three-dimensional batteries
CN104604015B (zh) 2013-06-28 2017-08-25 株式会社Lg 化学 包括隔膜切割工序的电极组件的制造方法
WO2015026202A1 (ko) 2013-08-23 2015-02-26 주식회사 엘지화학 연결 구조의 변경이 용이한 적층형 전지모듈
KR101784739B1 (ko) 2013-12-10 2017-10-12 삼성에스디아이 주식회사 이차전지 및 그 제조방법
JP6306431B2 (ja) * 2014-05-21 2018-04-04 日立オートモティブシステムズ株式会社 電池モジュール
JP2016033985A (ja) * 2014-07-31 2016-03-10 ダイハツ工業株式会社 二次電池
CN104347856A (zh) 2014-10-14 2015-02-11 东莞新能源科技有限公司 锂离子电池
WO2016084272A1 (ja) 2014-11-28 2016-06-02 三洋電機株式会社 組電池及びそれを搭載した車両
US10390871B2 (en) 2015-02-20 2019-08-27 Galil Medical Inc. Cryoneedle
EP3295507B1 (en) 2015-05-14 2020-08-19 Enovix Corporation Longitudinal constraints for energy storage devices
US10483519B2 (en) 2015-10-22 2019-11-19 Envision Aesc Japan Ltd. Battery pack and battery pack manufacturing method
KR102156012B1 (ko) 2016-01-06 2020-09-16 오.엠.씨. 가부시키가이샤 탭 부착 전극 시트의 제조 방법과 그 장치
CN109478690B (zh) 2016-05-13 2022-08-23 艾诺维克斯公司 三维电池的尺寸约束
WO2018020906A1 (ja) 2016-07-27 2018-02-01 日立オートモティブシステムズ株式会社 角形二次電池
WO2018025649A1 (ja) * 2016-08-02 2018-02-08 日本碍子株式会社 全固体リチウム電池
US11063299B2 (en) 2016-11-16 2021-07-13 Enovix Corporation Three-dimensional batteries with compressible cathodes
US10784477B2 (en) 2016-11-28 2020-09-22 Viking Power Systems Pte. Ltd. Rechargeable battery with elastically compliant housing
DE102016125168A1 (de) 2016-12-21 2018-06-21 Fortu New Battery Technology Gmbh Wiederaufladbare elektrochemische Zelle mit keramischer Separatorschicht und Indikatorelektrode
US10256507B1 (en) 2017-11-15 2019-04-09 Enovix Corporation Constrained electrode assembly
WO2019099650A1 (en) 2017-11-15 2019-05-23 Enovix Corporation Electrode assembly and secondary battery
DE102018203033A1 (de) 2018-03-01 2019-09-05 Robert Bosch Gmbh Verfahren und Vorrichtung zum Fließfertigen von Elektroden für eine Batterie
US11211639B2 (en) 2018-08-06 2021-12-28 Enovix Corporation Electrode assembly manufacture and device
JP2022130757A (ja) 2019-07-31 2022-09-07 京セラ株式会社 電子素子搭載用パッケージ及び電子装置
WO2022021056A1 (zh) 2020-07-28 2022-02-03 朱士伟 一种太阳能热水器夜间保温装置
WO2022060703A1 (en) 2020-09-18 2022-03-24 Enovix Operations Inc. Processes for delineating a population of electrode structures in a web using a|laser beam
KR20230109680A (ko) 2020-11-18 2023-07-20 에노빅스 코오퍼레이션 전극용 스페이서, 전극 스택 및 배터리, 및 그 시스템 및 방법
WO2022125529A1 (en) 2020-12-09 2022-06-16 Enovix Operations Inc. Method and apparatus for the production of electrode assemblies for secondary batteries
WO2022265975A1 (en) 2021-06-15 2022-12-22 Enovix Corporation Spacers for providing protection of electrochemical battery enclosures and systems and methods therefor

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101960643A (zh) * 2008-03-06 2011-01-26 丰田自动车株式会社 电池组和装备有该电池组的车辆
TW201414048A (zh) * 2012-08-16 2014-04-01 Enovix Corp 用於三維電池之電極結構
US20150024253A1 (en) * 2013-07-18 2015-01-22 Samsung Sdi Co., Ltd. Battery pack
US20150079452A1 (en) * 2013-09-17 2015-03-19 Samsung Sdi Co., Ltd. Battery module
CN105518904A (zh) * 2013-09-24 2016-04-20 日立汽车系统株式会社 电池组

Also Published As

Publication number Publication date
TWI832314B (zh) 2024-02-11
US11444310B2 (en) 2022-09-13
JP2022095885A (ja) 2022-06-28
KR20230110655A (ko) 2023-07-24
JP7422802B2 (ja) 2024-01-26
EP3455898A4 (en) 2019-12-18
KR20220057649A (ko) 2022-05-09
US20180166735A1 (en) 2018-06-14
SG10202106068XA (en) 2021-07-29
CN115425297A (zh) 2022-12-02
US11081718B2 (en) 2021-08-03
KR102554895B1 (ko) 2023-07-12
TW201743496A (zh) 2017-12-16
KR102391925B1 (ko) 2022-04-28
US20240291012A1 (en) 2024-08-29
US20190319294A1 (en) 2019-10-17
WO2017197233A1 (en) 2017-11-16
SG11201809308QA (en) 2018-11-29
CN115513533A (zh) 2022-12-23
TW202213850A (zh) 2022-04-01
TWI772156B (zh) 2022-07-21
US10177400B2 (en) 2019-01-08
US20230178787A1 (en) 2023-06-08
CN109478690B (zh) 2022-08-23
EP3455898B1 (en) 2024-06-26
JP7059203B2 (ja) 2022-04-25
US11961952B2 (en) 2024-04-16
JP2019515472A (ja) 2019-06-06
US20220158220A1 (en) 2022-05-19
KR20180137027A (ko) 2018-12-26
TW202243315A (zh) 2022-11-01
EP3455898A1 (en) 2019-03-20
KR102707727B1 (ko) 2024-09-19
CN109478690A (zh) 2019-03-15
KR20240137122A (ko) 2024-09-19

Similar Documents

Publication Publication Date Title
TWI739830B (zh) 用於三維電池之尺寸拘束件
US12095040B2 (en) Constrained electrode assembly
TWI794331B (zh) 電極總成及蓄電池組
TWI757370B (zh) 具有可壓縮陰極之三維電池