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CN112447937B - 具有高长宽比电极的电化学电芯 - Google Patents

具有高长宽比电极的电化学电芯 Download PDF

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CN112447937B CN201910830928.5A CN201910830928A CN112447937B CN 112447937 B CN112447937 B CN 112447937B CN 201910830928 A CN201910830928 A CN 201910830928A CN 112447937 B CN112447937 B CN 112447937B
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Abstract

根据本公开的各个方面的电极部件包括导电层和电极层。导电层包括集流体部分和凸片部分。电极层设置在集流体部分的至少一部分上。电极层包括第一边缘。电极层包括电活性材料。电极层限定基本上平行于第一边缘的第一尺寸和基本上垂直于第一边缘的第二尺寸。第一尺寸与第二尺寸的长宽比大于或等于约2。凸片部分设置成邻近于第一边缘的至少一部分。电极层和凸片部分之间的界面限定大于或等于第一尺寸的约50％的界面长度。

Description

具有高长宽比电极的电化学电芯
引言
本节提供与本公开有关的背景信息，其并不一定是现有技术。
技术领域
本公开涉及具有高长宽比的电极、包括高长宽比电极的电化学电芯以及制造所述电极和电化学电芯的方法。
背景技术
高能量密度电化学电芯（诸如，锂离子电池）可以用于多种消费产品和车辆（诸如，混合动力车辆或电动车辆）中。由于在电池功、寿命和成本方面持续取得技术进步，电池动力车辆作为一种交通工具显示出良好前景。潜在地限制更为广泛地接受和使用电池动力车辆的的一个因素是潜在的行驶里程有限，尤其是在充电站还不像如今的加油站那样普遍存在的早期采用阶段中。将期望提供能够提供更长的行驶里程和更短的充电时间的电池。另外，经常需要电池动力车辆在极端的天气条件下操作，例如在北方冬季天气的低温下操作。
发明内容
本节提供对本公开的大体概述，并且不是其完整范围或其所有特征的全面公开。
在各个方面，本公开提供了一种电极部件，其包括导电层和电极层。导电层包括集流体部分和凸片部分。电极层设置在集流体部分的至少一部分上。电极层包括第一边缘。电极层包括电活性材料。电极层限定基本上平行于第一边缘的第一尺寸和基本上垂直于第一边缘的第二尺寸。第一尺寸与第二尺寸的长宽比大于或等于约2。凸片部分设置成邻近于第一边缘的至少一部分。电极层和凸片部分之间的界面限定大于或等于第一尺寸的约50％的界面长度。
在一个方面，凸片部分设置成邻近于基本上整个第一边缘。
在一个方面，凸片部分设置成邻近于第一边缘和第二边缘。凸片部分沿第一边缘连续延伸，并且第二边缘的至少一部分基本上垂直于第一边缘。
在一个方面，电极部件还包括电连接到凸片部分的不同的凸片部件。凸片部件是导电的。
在一个方面，凸片部件是L形的。凸片部件设置成邻近于基本上整个第一边缘。
在一个方面，凸片部件通过多个焊接部联接到凸片部分。每个焊接部具有大于或等于约30 mm2至小于或等于约10,000 mm2的面积。
在一个方面，凸片部件包括内部部分和端子部分。内部部分被构造成设置在电池壳体内部。端子部分被构造成设置在电池壳体外部。端子部分限定大于或等于约600 mm2至小于或等于约20,000 mm2的表面面积。
在一个方面，长宽比大于或等于约5。
在一个方面，第一尺寸大于或等于约300 mm。第二尺寸小于或等于约150 mm。
在各个方面，本公开提供了导电部件和电极层。导电层包括集流体部分和凸片部分。凸片部分限定第一周界。电极层设置在集流体部分的至少一部分上。电极层包括电活性材料。电极层限定第二周界。电极层限定第一尺寸和基本上垂直于第一尺寸的第二尺寸。第一尺寸与第二尺寸的长宽比大于或等于约2。第二周界限定凹多边形，该凹多边形与第一周界共用至少两个边缘。
在一个方面，电极层包括第一轴线和第二轴线。第一轴线基本上平行于第一尺寸延伸并穿过第二尺寸的中点。第二轴线基本上平行于第二尺寸延伸并穿过第一尺寸的中点。电极层包括沿第二周界的凹部分设置的凹口。
在一个方面，电极层具有（i）关于第一轴线的反射对称性、（ii）关于第二轴线的反射对称性、或者（iii）二阶旋转对称性。
在一个方面，第二周界包括至少两个边缘，即不同的第一边缘和不同的第二边缘。第一周界包括至少两个边缘，即与第一边缘基本上共线延伸的不同的第三边缘以及与第二边缘基本上共线延伸的不同的第四边缘。
在各个方面，本公开提供了一种电化学装置。该电化学装置包括电化学电芯。所述电化学电芯包括负电极部件、正电极部件和电解质-分隔件系统。负电极部件包括第一导电层和负电极层。第一导电层包括第一集流体部分和第一凸片部分。负电极层设置在第一集流体部分的至少一部分上。负电极层包括第一边缘。负电极层包括负极电活性材料。负电极层限定基本上平行于第一边缘的第一尺寸和基本上垂直于第一边缘的第二尺寸。第一尺寸与第二尺寸的第一长宽比大于或等于约2。第一凸片部分设置成邻近于第一边缘的至少一部分。负电极层和第一凸片部分之间的第一界面限定大于或等于约50％的第一尺寸的第一界面长度。正电极部件包括第二导电层和正电极层。第二导电层包括第二集流体部分和第二凸片部分。正电极层设置在第二集流体部分的至少一部分上。正电极层包括第二边缘。正电极层包括正极电活性材料。正电极层限定基本上平行于第二边缘的第三尺寸和基本上垂直于第二边缘的第四尺寸。第三尺寸与第四尺寸的第二长宽比大于或等于约2。第二凸片部分设置成邻近于第二边缘的至少一部分。正电极层和第二凸片部分之间的第二界面限定大于或等于第一尺寸的约50％的第二界面长度。电解质-分隔件系统设置在正电极层和负电极层之间。电极-分隔件系统是离子导电且电绝缘的。
在一个方面，负电极部件还包括电连接到第一凸片部分的第一不同的凸片部件。第一凸片部件包括第一端子部分，第一端子部分被构造成设置在电化学装置的壳体外部。正电极部件还包括电连接到第二凸片部分的第二不同的凸片部件。第二凸片部件包括第二端子部分，第二端子部分被构造成设置在壳体外部。第一端子部分和第二端子部分设置在电化学装置的共同侧上。
在一个方面，第一端子部分和第二端子部分各自具有大于或等于约600 mm2至小于或等于约20,000 mm2的表面面积。
在一个方面，第一导电层包括第一导电材料，第一导电材料选自包括铝、铜、不锈钢或其组合的组。第二导电层包括第二导电材料，第二导电材料选自包括铝、不锈钢或其组合的组。第一凸片部件包括第三导电材料，第三导电材料选自包括镍、铜、铝或其组合的组。第二凸片部件包括第四导电材料，第四导电材料包括铝。
在一个方面，电化学电芯包括第一电化学电芯和第二电化学电芯。第一电化学电芯通过多个焊接部电连接到第二电化学电芯。
在一个方面，所述多个焊接部中的每个焊接部具有大于或等于约30 mm2至小于或等于约10,000 mm2的面积。
在一个方面，负电极层包括：负极电活性材料，其量处于大于或等于约80重量％至小于或等于约98重量％；第一粘结剂，其量处于大于或等于约0.5重量％至小于或等于约10重量％；以及第一导电添加剂，其量处于大于或等于约0.5重量％至小于或等于约10重量％。正电极层包括：正极电活性材料，其量处于大于或等于约80重量％至小于或等于约98重量％；第二粘结剂，其量处于大于或等于约0.5重量％至小于或等于约10重量％；以及第二导电添加剂，其量处于大于或等于约0.5重量％至小于或等于约10重量％。
另外的适用领域将从本文中所提供的描述变得显而易见。本发明内容中的描述和具体示例仅旨在用于说明的目的，并不旨在限制本公开的范围。
附图说明
本文中所描述的附图仅用于所选实施例而不是所有可能实施方式的说明性目的，并且不旨在限制本公开的范围。
图1是根据本公开的各个方面的示例性电化学电芯的示意图；
图2是根据本公开的各个方面的另一个示例性电化学电芯的侧视图；
图3A至图3G涉及根据本公开的各个方面的电化学装置；图3A是电化学装置的侧视图；图3B是图3A的电化学装置的多个电化学电芯的分解图；图3C是图3A的电化学装置的负电极部件的侧视图；图3D是图3C的负电极部件的第一导电层的侧视图；图3E是图3A的电化学装置的正电极部件的侧视图；图3F是图3E的正电极部件的第二导电层的侧视图；以及图3G是图3A的电化学装置的电化学电芯组件的侧视图；
图4A至图4B涉及根据本公开的各个方面的另一个电化学装置；图4A是电化学装置的侧视图；以及图4B是图4A的电化学装置的电化学电芯组件的侧视图；
图5A至图5F涉及根据本公开的各个方面的又一电化学装置；图5A是电化学装置的侧视图；图5B是图5A的电化学装置的负极集流体箔的侧视图；图5C是图5B的负电极部件的第一导电层的侧视图；图5D是图5A的电化学装置的正电极部件；图5E是图5D的正电极部件的第二导电层的侧视图；以及图5F是图5A的电化学装置的电化学电芯组件；
图6A至图6F涉及根据本公开的各个方面的又一电化学装置；图6A是电化学装置的侧视图；图6B是图6A的电化学装置的负极集流体箔的侧视图；图6C是图6B的负电极部件的第一导电层的侧视图；图6D是图6A的电化学装置的正电极部件；图6E是图6D的正电极部件的第二导电层的侧视图；以及图6F是图6A的电化学装置的电化学电芯组件；
图7A至图7F涉及根据本公开的各个方面的又一电化学装置；图7A是电化学装置的侧视图；图7B是图7A的电化学装置的负极集流体箔的侧视图；图7C是图7B的负电极部件的第一导电层的侧视图；图7D是图7A的电化学装置的正电极部件；图7E是图7D的正电极部件的第二导电层的侧视图；以及图7F是图7A的电化学装置的电化学电芯组件；
图8A至图8F涉及根据本公开的各个方面的又一电化学装置；图8A是电化学装置的侧视图；图8B是图8A的电化学装置的负极集流体箔的侧视图；图8C是图8B的负电极部件的第一导电层的侧视图；图8D是图8A的电化学装置的正电极部件；图8E是图8D的正电极部件的第二导电层的侧视图；以及图8F是图8A的电化学装置的电化学电芯组件；
图9A至图9F涉及根据本公开的各个方面的又一电化学装置；图9A是电化学装置的侧视图；图9B是图9A的电化学装置的负极集流体箔的侧视图；图9C是图9B的负电极部件的第一导电层的侧视图；图9D是图9A的电化学装置的正电极部件；图9E是图9D的正电极部件的第二导电层的侧视图；以及图9F是图9A的电化学装置的电化学电芯组件；
图10是描绘制造根据本公开的各个方面的电化学装置的方法的流程图；
图11是根据本公开的各个方面的用于图3C的负电极部件的电极部件前体的示意图；
图12是根据本公开的各个方面的用于图5B的负电极部件的另一个电极部件前体的示意图；以及
图13是根据本公开的各个方面的用于图9B的负电极部件的又一电极部件前体的示意图。
贯穿附图的若干视图，对应的附图标记指示对应的部分。
具体实施方式
提供了示例实施例，使得本公开将是详尽的，并且将向本领域技术人员全面地传达范围。阐述了许多具体细节（诸如，具体组合物、部件、装置和方法的示例），以提供对本公开的实施例的详尽理解。对于本领域的技术人员来说将显而易见的是，具体细节无需被采用，示例实施例可以以许多不同形式来实施，且这两者都不应被解释为限制本公开的范围。在一些示例实施例中，未详细描述众所周知的过程、众所周知的装置结构以及众所周知的技术。
本文中所使用的术语只是为了描述特定示例实施例，而并不旨在为限制性的。如本文中所使用，除非上下文另有明确指示，否则单数形式“一”、“一个”和“该”、“所述”也可旨在包括复数形式。术语“包含”、“含有”、“包括”和“具有”是包括性的，并且因此指定所陈述的特征、元件、组合物、步骤、整数、操作和/或部件的存在，但不排除一个或多个其他特征、整数、步骤、操作、元件、部件和/或其组的存在或添加。尽管开放式术语“包括”将被理解为用于描述和要求保护本文中所阐述的各种实施例的非限制性术语，但在某些方面，该术语可替代地理解为更具限制性和约束性的术语，诸如“由...组成”或“基本上由...组成”。因此，对于列举组合物、材料、部件、元件、特征、整数、操作和/或过程步骤的任何给定实施例，本公开还具体地包括由这种所列举的组合物、材料、部件、元件、特征、整数、操作和/或过程步骤组成或基本上由其组成的实施例。在“由......组成”的情况下，替代性实施例排除任何附加的组合物、材料、部件、元件、特征、整数、操作和/或过程步骤，而在“基本上由......组成”的情况下，实质上影响基本和新颖特性的任何附加的组合物、材料、部件、元件、特征、整数、操作和/或过程步骤被排除在这种实施例之外，但是实质上不影响基本和新颖特性的任何组合物、材料、部件、元件、特征、整数、操作和/或过程步骤可以被包括在实施例中。
除非具体地被标识为执行顺序，否则本文中所描述的任何方法步骤、过程和操作不应被解释为必须要求它们以所讨论或图示的特定顺序执行。还应理解，除非另有指示，否则可采用附加的或替代的步骤。
当部件、元件或层被称为“在另一个元件或层上”、“接合到”、“连接到”或“联接到”另一个元件或层时，它可直接在另一部件、元件或层上、接合、连接或联接到另一部件、元件或层，或者可存在介入的元件或层。相反，当元件被称为“直接在另一个元件或层上”、“直接接合到”、“直接连接到”或“直接联接到”另一个元件或层时，可不存在介入的元件或层。用于描述元件之间关系的其他词语应以类似的方式解释（例如，“在……之间”与“直接在……之间”、“相邻”与“直接相邻”等）。如本文中所使用，术语“和/或”包括关联的所列项目中的一者或多者的任何和所有组合。
尽管本文中术语第一、第二、第三等可用于描述各种步骤、元件、部件、区域、层和/或区段，但是除非另有指示，否则这些步骤、元件、部件、区域、层和/或区段不应受这些术语限制。这些术语可仅用于区分一个步骤、元件、部件、区域、层或区段与另一个步骤、元件、部件、区域、层或区段。除非由上下文明确指示，否则当在本文中使用时诸如“第一”、“第二”和其他数字术语的术语时并不暗示序列或顺序。因此，在不脱离示例实施例的教导的情况下，下文所讨论的第一步骤、元件、部件、区域、层或区段可被称为第二步骤、元件、部件、区域、层或区段。
为了便于描述，本文中可使用空间上或时间上相对的术语（诸如，“之前”、“之后”、“内”、“外”、“在...下方”、“在...下面”、“下部”、“在...上方”、“上部”等等），以便于描述一个元件或特征与如图中所图示的另一个（另一些）元件或特征的关系。除了图中所描绘的取向之外，空间上或时间上相对的术语还可旨在涵盖使用或操作中的装置或系统的不同取向。
贯穿本公开，数值表示对范围的近似度量或极限，以涵盖与给定值的微小偏差以及具有约所提到的值的实施例以及具有所提到的确切值的实施例。除了在具体实施方式的末尾提供的工作示例之外，本说明书（包括所附权利要求）中的参数（例如，数量或条件）的所有数值应理解为在所有情况下由术语“约”修饰，而无论“约”是否实际出现在数值之前。“约”指示所陈述的数值允许存在某种程度的微小的不精确度（与所述值的精确值在某种程度上接近；近似地或合理地接近所述值；几乎是）。如果由“约”提供的不精确度在本领域中不以这种普通含义理解，则如本文中所使用的“约”至少指示可由测量和使用这种参数的普通方法产生的变化。例如，“约”可包括小于或等于5％、任选地小于或等于4％、任选地小于或等于3％、任选地小于或等于2％、任选地小于或等于1％、任选地小于或等于0.5％的变化，并且在某些方面，任选地小于或等于0.1％的变化。
另外，范围的公开包括在整个范围内的所有值和进一步划分的范围的公开，包括针对这些范围给出的端点和子范围。
现在将参考附图更全面地描述示例实施例。
本技术术语可用于车辆应用中的可再充电锂离子电池。然而，本技术还可用于使锂离子循环的其他电化学装置中，诸如手持式电子装置。提供了一种可再充电锂离子电池，其可表现出高能量密度、低容量衰减和高库仑效率。
一般的电化学电芯功能、结构和组合物
典型的电化学电芯包括：第一电极，诸如正电极或阴极；第二电极，诸如负电极或阳极；电解质；以及分隔件。经常在锂离子电池组中，电化学电芯以堆叠方式电连接以增加总输出。锂离子电化学电芯通过在负电极和正电极之间可逆地传递锂离子来操作。分隔件和电解质设置在负电极和正电极之间。电解质适合于传导锂离子，并且可以呈液体、凝胶或固体形式。锂离子在电池充电期间从正电极移动到负电极，并且在电池放电时沿相反方向移动。
堆叠内的负电极和正电极中的每一者通常电连接到集流体（例如，金属，诸如用于负电极的铜和用于正电极的铝）。在电池使用期间，与两个电极相关联的集流体通过外部电路连接，该外部电路允许由电子产生的电流在负电极和正电极之间通过以补偿锂离子的运输。
电极通常可以被结合到各种商业电池设计中，诸如棱柱形电芯、卷绕圆柱形电芯、纽扣电芯、袋状电芯或其他合适的电芯形状。电芯可以包括每种极性的单个电极结构或者具有以并联和/或串联电连接组装的多个正电极和负电极的堆叠结构。特别地，电池可以包括交替的正电极和负电极的堆叠，并且在正电极和负电极之间设置有分隔件。虽然正极电活性材料可以用于初次或单次充电使用的电池中，但所得电池通常在电芯的多次循环中具有二次电池使用所需的期望的循环性质。
图1中示出了锂离子电池20的示例性的示意性图示。锂离子电池20包括负电极22、正电极24和设置在负电极22和正电极24之间的多孔分隔件26（例如，微孔或纳米多孔聚合物分隔件）。电解质30设置在负电极22和正电极24之间以及多孔分隔件26的孔中。电解质30也可存在于负电极22和正电极24中，诸如存在于孔中。
负电极集流体32可定位在负电极22处或附近。正电极集流体34可定位在正电极24处或附近。虽然未示出，但是如本领域中已知的，负电极集流体32和正电极集流体34可以涂覆在一侧或两侧上。在某些方面，集流体可在两侧上涂覆有电活性材料/电极层。负电极集流体32和正电极集流体34分别从外部电路40收集自由电子并使自由电子移入和移出外部电路40。可中断的外部电路40包括负载装置42，负载装置42连接负电极22（通过负电极集流体32）和正电极24（通过正电极集流体34）。
多孔分隔件26既作为电绝缘体又作为机械支撑件操作。更特定地，多孔分隔件26设置在负电极22和正电极24之间，以防止或减少物理接触并因此防止出现短路。除了提供两个电极22、24之间的物理屏障之外，多孔分隔件26还可以在锂离子的循环期间为锂离子（和相关阴离子）的内部通道提供最小电阻路径，以有助于锂离子电池20的功能。
当负电极22包含相对更大数量的可循环锂时，锂离子电池20可以在放电期间通过外部电路40闭合（以电连接负电极22和正电极24）时发生的可逆电化学反应来产生电流。正电极24和负电极22之间的化学电位差驱动在负电极22处通过锂（例如，嵌入/合金化/电镀锂）的氧化产生的电子通过外部电路40朝向正电极24。锂离子（其也在负电极处产生）同时通过电解质30和多孔分隔件26朝向正电极24转移。电子流过外部电路40，并且锂离子迁移跨越电解质30中的多孔分隔件26以嵌入/合金化/电镀到正电极24的正极电活性材料中。通过外部电路40的电流可以被利用并且被引导通过负载装置42，直到负电极22中的锂离子被耗尽并且锂离子电池20的容量减小。
锂离子电池20可以通过将外部电源（例如，充电装置）连接到锂离子电池20来在任何时间进行充电和重激励，以逆转在电池放电期间发生的电化学反应。外部电源与锂离子电池20的连接迫使正电极24处的锂离子朝向负电极22移回。通过外部电路40朝向负电极22移回的电子以及由电解质30携带跨越分隔件26朝向负电极22移回的锂离子在负电极22处再结合并为其补充锂以供在下一个电池放电循环期间消耗。因而，每个放电和充电事件被认为是一个循环，其中锂离子在正电极24和负电极22之间循环。
可用于对锂离子电池20充电的外部电源可取决于锂离子电池20的大小、构造和特定最终用途而变化。一些著名的和示例性的外部电源包括但不限于AC电源，诸如AC壁装电源插座或机动车辆发电机。转换器可用于从AC变成DC，以对电池20充电。
在许多锂离子电池构型中，负电极集流体32、负电极22、分隔件26、正电极24、以及正电极集流体34中的每一者被制备为相对薄的层（例如，厚度从几微米到一毫米或更小），并且被组装成以电串联和/或并联布置连接的层以提供合适的电能和电源组。此外，锂离子电池20可以包括尽管此处未描绘但仍为本领域技术人员所已知的多种其他部件。例如，锂离子电池20可包括外壳、垫圈、端子帽、凸片、电池端子以及可位于电池20内（作为非限制性示例，包括位于负电极22、正电极24和/或分隔件26之间或周围）的任何其他常规部件或材料。如上所述，锂离子电池20的大小和形状可取决于针对其设计的特定应用而变化。电池动力车辆和手持式客户电子装置是其中锂离子电池20将最可能被设计成不同大小、容量和功率输出规格的两个示例。根据负载装置42的需求，锂离子电池20还可与其他类似的锂离子电芯或电池串联或并联地连接以产生更大的电压输出、能量和/或功率。
因此，锂离子电池20可以向可以操作地连接到外部电路40的负载装置42产生电流。虽然负载装置42可以是任何数目的已知电动装置，但是作为非限制性示例，耗电的负载装置的几个具体示例包括用于混合动力车辆或纯电动车辆的电动马达、膝上型计算机、平板式计算机、蜂窝电话、以及无绳电动工具或家电。负载装置42还可以是为锂离子电池20充电以用于存储能量的发电设备。在某些其他变型中，电化学电芯可以是超级电容器，诸如基于锂离子的超级电容器。
电解质
能够在负电极22和正电极24之间传导锂离子的任何合适的电解质30均可用在锂离子电池20中，无论呈固体、液体或凝胶形式。在某些方面，电解质30可以是非水液体电解质溶液，其包括溶解在一种有机溶剂或有机溶剂的混合物中的锂盐。可在锂离子电池20中采用许多常规非水液体电解质30溶液。在某些变型中，电解质30可包括含水溶剂（即，水基溶剂）或混合溶剂（例如，有机溶剂，包括按重量计至少1％的水）。
适当的锂盐通常具有惰性阴离子。可溶解在有机溶剂中以形成非水液体电解质溶液的锂盐的非限制性示例包括：六氟磷酸锂（LiPF6）；高氯酸锂（LiClO4）；四氯铝酸锂（LiAlCl4）；碘化锂（LiI）；溴化锂（LiBr）；硫氰酸锂（LiSCN）；四氟硼酸锂（LiBF4）；二氟草酸硼酸锂（LiBF2(C2O4)）（LiODFB）、四苯硼酸锂（LiB(C6H5)4）；双（草酸）硼酸锂（LiB(C2O4)2）（LiBOB）；四氟邻苯二甲酸锂（LiPF4(C2O4)）（LiFOP）、硝酸锂（LiNO3）、六氟砷酸锂（LiAsF6）；三氟甲磺酸锂（LiCF3SO3）；双（三氟甲烷磺酰亚胺）锂（LITFSI）（LiN(CF3SO2)2）；氟磺酰亚胺锂（LiN(FSO2)2）（LIFSI）；以及它们的组合。在某些变型中，电解质30可包括1 M浓度的锂盐。
这些锂盐可溶解在多种有机溶剂中，举例来说，诸如有机醚或有机碳酸盐。有机醚可包括：二甲醚；甘醇二甲醚（乙二醇二甲醚或二甲氧基乙烷（DME，例如1,2-二甲氧基乙烷））；二甘醇二甲醚（二乙二醇二甲醚或双(2-甲氧基乙基)醚）；三甘醇二甲醚（三(乙二醇)二甲醚）；附加链结构醚，诸如1-2-二乙氧基乙烷、乙氧基甲氧基乙烷、1,3-二甲氧基丙烷（DMP）；环醚，诸如四氢呋喃、2-甲基四氢呋喃；以及它们的组合。在某些变型中，有机醚化合物选自包括以下化合物的组：四氢呋喃、2-甲基四氢呋喃、二氧戊环、二甲氧基乙烷（DME）、二甘醇二甲醚（二乙二醇二甲醚）、三甘醇二甲醚（三(乙二醇)二甲醚）、1,3-二甲氧基丙烷（DMP）以及其组合。碳酸酯基溶剂可包括各种碳酸烷基酯，诸如环状碳酸酯（例如，碳酸亚乙酯、碳酸亚丙酯、碳酸亚丁酯）和无环碳酸酯（例如，碳酸二甲酯、碳酸二乙酯、碳酸甲乙酯（EMC））。醚基溶剂包括环醚（例如，四氢呋喃、2-甲基四氢呋喃、1,3-二氧戊环）和链结构醚（例如，1,2-二甲氧基乙烷、1-2-二乙氧基乙烷、乙氧基甲氧基乙烷）。
在各种实施例中，除了上文所描述的溶剂之外，合适溶剂可选自碳酸丙二酯、碳酸二甲酯、碳酸二乙酯、碳酸甲乙酯、γ-丁内酯、二甲基亚砜、乙腈、硝基甲烷及其混合物。
在电解质是固态电解质的情况下，它可包括选自包括以下各者的组的组合物：LiTi2(PO4)3、Li1.3Al0.3Ti1.7(PO4)3（LATP）、LiGe2(PO4)3、Li7La3Zr2O12、Li3xLa2/3-xTiO3、Li3PO4、Li3N、Li4GeS4、Li10GeP2S12、Li2S-P2S5、Li6PS5Cl、Li6PS5Br、Li6PS5I、Li3OCl、Li2.99Ba0.005ClO或其任何组合。
多孔分隔件
在某些变型中，多孔分隔件26可包括微孔聚合物分隔件，其包括聚烯烃，包括由均聚物（衍生自单一单体组分）或杂聚物（衍生自多于一种单体组分）制成的聚烯烃，所述均聚物和杂聚物可以是直链抑或支链的。在某些方面，聚烯烃可以是聚乙烯（PE）、聚丙烯（PP）、或者PE与PP的共混物、或者PE和/或PP的多层结构化多孔膜。可商购的聚烯烃多孔分隔件26膜包括可从Celgard LLC获得的CELGARD®2500（单层聚丙烯分隔件）和CELGARD®2340（三层聚丙烯/聚乙烯/聚丙烯分隔件）。
当多孔分隔件26是微孔聚合物分隔件时，它可以是单层或多层层压制件。例如，在一个实施例中，单层聚烯烃可形成整个微孔聚合物分隔件26。在其他方面，分隔件26可以是纤维膜，其具有在相对表面之间延伸的大量孔，并且可具有例如小于1毫米的厚度。然而，作为另一个示例，可组装类似或不同的聚烯烃的多个离散层以形成微孔聚合物分隔件26。代替聚烯烃或除了聚烯烃之外，微孔聚合物分隔件26还可包括其他聚合物，诸如但不限于聚对苯二甲酸乙酯（PET）、聚偏二氟乙烯（PVdF）、聚酰胺（尼龙）、聚氨酯、聚碳酸酯、聚酯、聚醚醚酮（PEEK）、聚醚砜（PES）、聚酰亚胺（PI）、聚酰胺-酰亚胺、聚醚、聚甲醛（例如，乙缩醛）、聚对苯二甲酸丁二醇酯、聚环烷酸乙二醇脂、聚丁烯、聚甲基戊烯、聚烯烃共聚物、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物（ABS）、聚苯乙烯共聚物、聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA）、聚硅氧烷聚合物（例如，聚二甲基硅氧烷（PDMS））、聚苯并咪唑（PBI）、聚苯并恶唑（PBO）、对位聚苯（polyphenylene）、聚亚芳基醚酮、聚全氟环丁烷、聚偏二氟乙烯共聚物（例如，PVdF-六氟丙烯或（PVdF-HFP））和聚偏二氟乙烯三元共聚物、聚氟乙烯、液晶聚合物（例如，VECTRANTM（德国Hoechst AG）和ZENITE®（特拉华州威尔明顿的杜邦））、聚芳酰胺、聚苯醚、纤维素材料、介孔二氧化硅或其组合。
此外，多孔分隔件26可与陶瓷材料混合，或者其表面可以以陶瓷材料涂覆。例如，陶瓷涂层可包括氧化铝（Al2O3）、二氧化硅（SiO2）或其组合。构想了用于形成分隔件26的各种常规可用的聚合物和商业产品、以及可被用于制造这种微孔聚合物分隔件26的许多制造方法。
固态电解质
在各个方面，多孔分隔件26和电解质30可被既用作电解质又用作分隔件的固态电解质（SSE）来代替。SSE可设置在正电极和负电极之间。SSE有助于锂离子的转移，同时机械地分离并提供负电极22和正电极24之间的电绝缘。作为非限制性示例，SSE可包括LiTi2(PO4)3、Li1.3Al0.3Ti1.7(PO4)3（LATP）、LiGe2(PO4)3、Li7La3Zr2O12、Li3xLa2/3-xTiO3、Li3PO4、Li3N、Li4GeS4、Li10GeP2S12、Li2S-P2S5、Li6PS5Cl、Li6PS5Br、Li6PS5I、Li3OCl、Li2.99Ba0.005ClO或其任何组合。
正电极
正电极24可由锂基活性材料形成或包括锂基活性材料，所述锂基活性材料可以经历锂嵌入和脱嵌、合金化和去合金化、或者电镀和剥离，同时用作锂离子电池20的正极端子。正电极24可包括正极电活性材料。正极电活性材料可包括一种或多种过渡金属阳离子，诸如锰（Mn）、镍（Ni）、钴（Co）、铬（Cr）、铁（Fe）、钒（V）及其组合。然而，在某些变型中，正电极24基本上没有选择的金属阳离子，诸如镍（Ni）和钴（Co）。
可以用于形成正电极24的两个示例性常见类别的已知电活性材料是具有层状结构的锂过渡金属氧化物和具有尖晶石相的锂过渡金属氧化物。例如，在某些情况下，正电极24可包括尖晶石型过渡金属氧化物，如锂锰氧化物（Li(1+x)Mn(2-x)O4），其中x通常小于<0.15，包括LiMn2O4（LMO）和锂锰镍氧化物LiMn1.5Ni0.5O4（LMNO）。在其他情况下，正电极24可包括层状材料，如锂钴氧化物（LiCoO2）、锂镍氧化物（LiNiO2）、锂镍锰钴氧化物（Li(NixMnyCoz)O2）（其中0≤x≤1，0≤y≤1，0≤z≤1，且x+y+z＝1（例如，LiNi0.6Mn0.2Co0.2O2、LiNi0.8Mn0.1Co0.1O2和/或LiMn0.33Ni0.33Co0.33O2））、锂镍钴金属氧化物（LiNi(1-x-y)CoxMyO2）（其中0<x<1，0<y<1，且M可以是Al、Mn等等）。也可以使用其他已知的锂过渡金属化合物，诸如磷酸铁锂（LiFePO4）或氟化铁锂（Li2FePO4F）。在某些方面，正电极24可包括电活性材料，其包括锰，诸如锂锰氧化物（Li（1+x）Mn（2-x）O4）、混合锂锰镍氧化物（LiMn(2-x)NixO4）（其中0≤x≤1）、和/或锂锰镍钴氧化物（例如，LiNi0.6Mn0.2Co0.2O2、LiNi0.8Mn0.1Co0.1O2和/或LiMn0.33Ni0.33Co0.33O2）。在锂-硫电池中，正电极可具有元素硫作为活性材料或者含硫活性材料。
正极电活性材料可以是粉末组合物。任选地，正极电活性材料可与导电添加剂材料（例如，导电颗粒）和聚合物粘结剂掺杂。粘结剂既可将正极电活性材料保持在一起，又可向正电极24提供离子导电性。聚合物粘结剂可包括聚偏二氟乙烯（PVDF）、聚(偏二氯乙烯)（PVC）、聚((二氯-1,4-亚苯基)乙烯)、羧甲氧基纤维素（CMC）、丁腈橡胶（NBR）、氟化氨基甲酸酯、氟化环氧化物、氟化丙烯酸酯、卤代烃聚合物的共聚物、环氧化物、乙烯丙烯二胺三元共聚单体橡胶（EPDM）、六氟丙烯（HFP）、乙烯丙烯酸共聚物（EAA）、乙烯醋酸乙烯酯共聚物（EVA）、EAA/EVA共聚物、PVDF/HFP共聚物、聚偏二氟乙烯（PVdF）、聚丙烯酸锂（LiPAA）、聚丙烯酸钠（NaPAA）、海藻酸钠、海藻酸锂或其组合。
导电添加剂材料可包括石墨、其他碳基材料、导电金属或导电聚合物颗粒。作为非限制性示例，碳基材料可包括KETCHENTM黑、DENKATM黑、乙炔黑、碳黑等的颗粒。导电金属颗粒可包括镍、金、银、铜、铝等。导电聚合物的示例包括聚苯胺、聚噻吩、聚乙炔、聚吡咯等。在某些方面，可使用导电材料的混合物。虽然补充性导电添加剂材料可被描述为粉末，但是这些材料在结合到电极中之后失去其粉末特性，其中补充性导电材料的相关联颗粒成为所得电极结构的部件。
负电极
负电极22可包括负极电活性材料作为能够用作锂离子电池20的负极端子的锂主体材料。常见的负极电活性材料包括锂插入材料或合金主体材料。这种材料可以包括碳基材料，诸如锂-石墨嵌入化合物、锂-硅化合物、锂-锡合金或者钛酸锂Li4+xTi5O12，其中0≤x≤3，诸如Li4Ti5O12（LTO）。
在某些方面，负电极22可包括锂（并且在某些变型中可包括金属锂）和锂离子电池20。负电极22可以是锂金属电极（LME）。锂离子电池20可以是锂金属电池或电芯。用于可再充电电池的负电极中的金属锂具有各种潜在的优点，包括具有最高的理论容量和最低的电化学电位。因此，结合了锂金属阳极的电池可以具有更高的能量密度，这可以潜在地使存储容量增加一倍，使得电池可以是原来的一半大小，但仍然维持与其他锂离子电池相同的时间量。
在某些变型中，任选地，负电极22可包括导电添加剂材料以及一种或多种聚合物粘结剂材料，以在结构上将锂材料保持在一起。例如，在一个实施例中，负电极22可包括活性材料，活性材料包括与选自包括以下材料的组的粘结剂材料掺杂的锂-金属颗粒：聚偏二氟乙烯（PVdF）、乙烯丙烯二烯单体（EPDM）橡胶、羧甲氧基纤维素（CMC）、丁腈橡胶（NBR）、聚丙烯酸锂（LiPAA）、聚丙烯酸钠（NaPAA）、海藻酸钠、海藻酸锂或其组合。合适的导电添加剂材料可包括碳基材料或导电聚合物。举例来说，碳基材料可包括KETCHENTM黑、DENKATM黑、乙炔黑、碳黑等的颗粒。导电聚合物的示例包括聚苯胺、聚噻吩、聚乙炔、聚吡咯等等。在某些方面，可使用导电材料的混合物。
电极制造
在各个方面，可通过将相应的电活性材料与聚合物粘结剂化合物、非水溶剂、任选地增塑剂以及任选地（如果必要）导电颗粒一起混合成浆料来制造负电极22和正电极24。可以混合或搅拌该浆料，并且然后经由槽模涂覆薄施到基底。基底可以是可移除基底或替代地可以是功能性基底，诸如附接到电极膜的一侧的集流体（诸如，金属网格或网层）。在一个变型中，可以施加热或辐射以从电极膜蒸发溶剂，从而留下固体残留物。电极膜可进一步固结，其中将热和压力施加到该膜以将其烧结和压延。在其他变型中，膜可在适中温度下干燥以形成自支撑膜（self-supporting film）。如果基底是可移除的，则将其从电极膜移除，然后将电极膜进一步层压到集流体。对于任一类型的基底，在结合到电池电芯中之前可提取残留增塑剂。在各个方面中，可根据替代性制造方法来形成固体电极。
任选的电极表面涂层
在某些变型中，经由上文所描述的活性材料浆料浇注形成的预制的负电极22和正电极24可以经由蒸汽涂层形成过程直接涂覆，以形成适形的无机-有机复合物表面涂层，如以下进一步描述。因此，包括电活性材料的预制负电极的一个或多个暴露区域可以被涂覆以最小化或防止电极材料与电化学电芯内的部件反应，从而在被结合到电化学电芯中时最小化或防止负电极材料的表面上的锂金属枝晶形成。在其他变型中，可以用无机-有机复合物表面涂层涂覆包括电活性材料（如锂金属）的多个颗粒。然后，经涂覆的电活性颗粒可以用于活性材料浆料中以形成负电极，如上文所描述。
集流体
负电极22和正电极24通常与相应的负电极集流体32和正电极集流体34相关联，以有助于电极和外部电路40之间的电子流动。集流体32、34是导电的，并且可以包括金属，诸如金属箔、金属网格或丝网、或者多孔金属网。多孔金属网集流体指的是厚度更大的金属网格，使得更大的量的电极材料放置在金属网格内。作为非限制性示例，导电材料包括铜、镍、铝、不锈钢、钛、其合金或其组合。
正电极集流体34可由铝、不锈钢或本领域技术人员已知的任何其他合适的导电材料形成。负电极集流体32可由铜、铝、不锈钢或本领域技术人员已知的任何其他适当的导电材料形成。
高长宽比电化学电芯
参考图2，提供了根据本公开的各个方面的另一个电化学电芯50。电化学电芯50包括高长宽比负电极52和高长宽比正电极。因此，电化学电芯50可被称为高长宽比电化学电芯。
负电极52联接到具有负极凸片部分56的负电极集流体。联接的负电极52和负电极集流体可被统称为负电极部件或负电极箔。在某些方面，电极部件可包括导电部分和电活性材料部分两者。负极界面57是负电极52和负极凸片部分56之间的边界。正电极联接到具有正极凸片部分58的正电极集流体。联接的正电极和正电极集流体可被统称为正电极部件。正极界面59是正电极和正极凸片部分58之间的边界。
负极凸片部分56电连接到不同的负极凸片部件60。负极凸片部件60包括负极端子部分61。正极凸片部分58电连接到不同的正极凸片部件62。正极凸片部件62包括正极端子部分63。负极端子部分61和正极端子部分63延伸到电化学电芯50的电绝缘壳体或罩壳（case）64外部，以用于连接到外部电路（见例如图1的外部电路40）。相应集流体的负极凸片部分56和正极凸片部分58设置在壳体64内部，并且因此可在某些变型中被称为内部凸片。
负电极52和正电极具有第一尺寸或长度66和第二尺寸或宽度68。第一尺寸66大于第二尺寸68。例如，第一尺寸66与第二尺寸68的长宽比可大于或等于约2，如下文将更详细地描述。电化学电芯50包括基本上平行于第一尺寸66延伸的一对初级侧70和基本上平行于第二尺寸68延伸的一对次级侧72。
负极凸片部分56和正极凸片部分58设置在电化学电芯50的相对的次级侧72上。因此，在电化学电芯50的操作期间，电流通常流动跨越电化学电芯50的整个第一尺寸66。例如，在放电期间，电流通常可从负极凸片部分56和端子60流到正极凸片部分58和端子62，如由箭头74所指示。在充电期间，电流可沿相反方向流动。相对长的第一尺寸66和相对短的第二尺寸68可导致不均匀的电流密度，特别是在电化学电芯50的高电流操作期间。
因为基本上所有电流都流过相对小的正极凸片部分58，因此例如在放电期间，可在正极端子附近设置局部高电流密度区域76。高电流密度会导致热梯度并引起锂电镀，尤其是在电化学电芯50的高温或低温操作和/或快速充电或放电期间。
具有高长宽比电极、改善的电流密度和降低的内阻的电化学装置
在各个方面，本公开提供了具有高长宽比电极的电化学电芯。电化学电芯通常包括电极和集流体几何形状，所述几何形状有助于均匀的电流流动并减少或消除局部高电流密度区域。电化学电芯可在减少的锂电镀或没有锂电镀的情况下循环，特别是在高温和低温循环和/或快速充电操作期间。
高长宽比电极可具有第一电极尺寸或长度，其大于第二电极尺寸或宽度。当电极具有不恒定的长度和/或宽度时，可基于最大长度和最大宽度来确定长宽比。在各个方面，第一尺寸与第二尺寸的长宽比可大于或等于约2、任选地大于或等于约3、任选地大于或等于约4、任选地大于或等于约5、任选地大于或等于约6、任选地大于或等于约7、任选地大于或等于约8、任选地大于或等于约9、任选地大于或等于约10、或者任选地大于或等于约15。举例来说，长宽比可大于或等于约2至小于或等于约20、任选地大于或等于约2.5至小于或等于约10、或者任选地大于或等于约5至小于或等于约6。在某些方面，第一尺寸可大于或等于约300 mm，并且第二尺寸可小于或等于约150 mm。
在某些方面中，高长宽比电极可联接到导电层并与其电通信，以形成电极部件。例如，电极可作为电极涂覆层存在于导电层的一侧或两侧上。每个导电层包括集流体部分和凸片部分。集流体部分和凸片部分可一体地形成，例如它们可以是导电箔上的不同区域。电极层被涂覆或设置在集流体部分的至少一部分上，诸如基本上整个集流体部分。凸片部分基本上没有电极材料。凸片部分可以是内部凸片部分，使得它完全设置在壳体内。在某些方面，电极部件包括不同的凸片部件，该凸片部件包括电连接到内部凸片部分的端子。在各种替代性方面，电极部件没有不同的凸片部件。
在各个方面，本公开的高长宽比电极可具有有助于降低局部电流密度和改善电流均匀性的凸片设计。可通过增加电极和凸片之间的相应界面长度（见例如图2的负极界面57和正极界面59）来减小局部电流密度，特别是在相应的凸片处的电流密度。在一些实施例中，凸片沿高长宽比电极的长边缘（见例如图2的初级侧70）的至少一部分设置。电极和凸片之间的界面长度可大于或等于约50％的电极长度，如下文将更详细地描述（见例如图3C、图5B、图6B、图7B）。在某些方面，凸片包括第一周界，并且电极包括第二周界。第一周界和第二周界可共用至少两个边缘，如下文将更详细地描述（见例如图5B、图6B、图7B、图8B、图9B）。
在各个方面中，本公开提供了包括具有高长宽比电极的一个或多个电化学电芯的电化学装置。举例来说，电化学电芯可以以堆叠或卷绕构型布置。电化学装置可包括相等数量的负电极和正电极或者比正电极多一个负电极。在某些方面中，电化学装置可以是袋状电池或棱柱形金属罐电池。
电化学装置的电化学电芯可串联和/或并联地彼此连接。电化学电芯可沿相应的内部凸片电彼此连接。在各个方面，相对大的内部凸片为增加的数量的焊接部和/或增加的焊接部大小提供空间，从而在具有带有较小内部凸片的电化学电芯的电化学装置中降低电化学电芯之间的电阻。
示例电芯布局
图3A至图3G
参考图3A，提供了根据本公开的各个方面的电化学装置110。如图3B中所示，电化学装置110包括一个或多个电化学电芯112。每个电化学电芯112包括负电极部件114、正电极部件116和电解质-分隔件系统118。相邻的电化学电芯112通过电解质-分隔件系统118分离。如下文将更详细地讨论，举例来说，电解质-分隔件系统118可包括聚合物分隔件和液体或凝胶电解质或固态电解质。
参考图3C至图3D，负电极部件114包括第一导电层120和负电极层122。第一导电层122包括第一集流体部分124和第一凸片部分126。负电极层122设置在第一集流体部分124的至少一部分上。在某些方面，如图所示，负电极层122在第一集流体部分124的基本上整个表面上延伸。
第一凸片部分126至少部分地由第一周界128限定。第一周界128可以基本上是矩形的。负电极层122可至少部分地由第二周界130限定。第二周界130可以基本上是矩形的。第一周界128和第二周界130可共用一侧。
负电极层122包括第一电极尺寸或电极长度132和第二电极尺寸或电极宽度134。第一电极尺寸132大于第二电极尺寸134。负电极层122包括基本上平行于第一尺寸132延伸的边缘136。第一凸片部分126沿基本上整个边缘136连续地延伸。电极-凸片界面138与边缘136共延。因此，电极-凸片界面138具有第一电极尺寸132的约100%的界面长度140。
在某些方面，界面长度140大于或等于第二周界130的约15％至小于或等于第二周界130的约48％。例如，界面长度140可大于或等于第二周界130的约15％至小于或等于第二周界130的约25％，大于或等于第二周界130的约25％至小于或等于第二周界130的约35％，或者大于或等于第二周界130的约35％至小于或等于第二周界130的约45％。
第一凸片部分126具有第一凸片尺寸或凸片长度142以及第二凸片尺寸或凸片宽度144。第一凸片尺寸142基本上平行于边缘136和第一电极尺寸132延伸。第二凸片尺寸144基本上垂直于边缘136和第一电极尺寸132延伸。
参考图3E至图3F，正电极部件116包括第二导电层150和正电极层152。第二导电层150包括第二集流体部分154和第二凸片部分156。下文更详细地描述的构造的材料以及在电化学电芯112内的取向除外，正电极部件116可类似于负电极部件114。在每个电化学电芯112中，正电极部件116的取向可与负电极部件114的取向成180°。
参考图3G，提供了电化学电芯组件160。电化学电芯组件160包括多个电化学电芯112。电化学电芯112可在相应的第一凸片部分126和第二凸片部分156处串联或并联地电连接。电化学电芯组件160还包括不同的负极凸片部件162和不同的正极凸片部件164。负极凸片部件162包括第一内部部分166和第一端子部分168。负极凸片部件162可以基本上是L形的。第一内部部分166可沿基本上整个第一电极尺寸132延伸。第一端子部分168可沿第二电极尺寸134的至少一部分延伸。
负极凸片部件162包括设置在第一内部部分166和第一端子部分168之间的第一密封件172。第一内部部分166通过多个第一焊接部174联接到第一凸片部分126。所述第一焊接部174还可使第一凸片部分126彼此联接（诸如，当电化学装置110包括多于一个电化学电芯112时）。
正极凸片部件164包括第二内部部分176和第二端子部分178。正极凸片部件164可以基本上是L形的。第二内部部分176可沿基本上整个第一电极尺寸延伸。第二端子部分178可沿第二电极尺寸134的至少一部分延伸。
正极凸片部件164包括设置在第二内部部分176和第二端子部分178之间的第二密封件180。第二内部部分176通过多个第二焊接部182联接到第二凸片部分156。所述多个第二焊接部182还可使第二凸片部分156彼此联接（诸如，当电化学装置110包括多个电化学电芯112时）。每个第一焊接部174和第二焊接部182具有基本上平行于边缘136的第一焊接尺寸或焊接长度184和基本上垂直于边缘136的第二焊接尺寸或焊接宽度186，如下文将更详细地描述。
在电化学装置110的操作期间，至少一部分电流基本上平行于第二电极尺寸134流动。例如，放电期间的电流流动可通常顺序地遵循188-1和188-2处所指示的路径。因为至少一部分电流流动跨越更短的尺寸（即，第二电极尺寸134），因此电流密度跨越负电极层122和正电极层152更均匀，并且与具有更长电流路径的电芯（例如，图2的电化学电芯50）相比通常更低。与具有较小界面长度的电芯（例如，图2的电化学电芯50）相比，大界面长度140还有助于降低局部电流密度。
返回到图3A，壳体64包括基本上平行于第一电极尺寸132的一对初级侧190和基本上平行于第二电极尺寸134一对次级侧192。初级侧190比次级侧192长。第一端子部分168和第二端子部分178设置在次级侧192中的一者上。更特别地，端子部分168、178两者都设置在共同的次级侧194上。
电化学装置110可具有第一总尺寸或总长度196和第二总尺寸或总宽度198。将两个端子部分168、178布置在共同侧194上可有助于能量密度的增加。更特定地，当端子部分168、178布置在共同侧194上时，与具有设置在相对的次级侧上的端子的电化学装置（见例如图4A至图4B的电化学装置220）相比，可以在保持第一总尺寸196的同时增加第一电极尺寸132。
端子部分168、178中的每一者可具有基本上平行于相邻电极边缘的第一端子尺寸或端子长度200和基本上垂直于相邻电极边缘的第二端子尺寸或宽度202，如将在下文更详细地描述。
图4A至图4B
参考图4A至图4B，提供了根据本公开的各个方面的电化学装置220。电化学装置220可包括电绝缘壳体222、多个电极部件224、多个电极-分隔件系统（未示出）、具有第一端子部分228的负极凸片部件226和具有第二端子部分232的正极凸片部件230。电极部件224可类似于图3A至图3G的电化学装置110的负电极部件114和正电极部件116。
壳体222通常可包括一对初级侧234和一对次级侧236。初级侧234比次级侧236长。端子部分228、232设置在相对的次级侧236上。
电化学装置220限定第一总尺寸或总长度238和第二总尺寸或总宽度240。多个电极部件224沿第一电极尺寸或电极长度242以及第二电极尺寸或电极宽度244延伸。当第一总尺寸238与图3A的第一总尺寸196相同时，第一电极尺寸242小于图3A的第一电极尺寸132。在246-1和246-2处大体指示了放电期间的电流流动方向。
图5A至图5F
参考图5A至图5F，提供了根据本公开的各个方面的又一电化学装置270。电化学装置270包括一个或多个电化学电芯272。每个电化学电芯272包括负电极部件274、正电极部件276和电解质分隔件系统（见例如图3B的电解质-分隔件系统118）。相邻的电化学电芯272通过附加的电解质分隔件系统分离。
参考图5B至图5C，负电极部件274包括第一导电层277和负电极层278。第一导电层277包括第一集流体部分280和第一凸片部分282。负电极层278设置在第一集流体部分280的至少一部分上，诸如设置在第一集流体部分280的基本上整个表面上，如图所示。
第一凸片部分282至少部分地由第一周界284限定，并且负电极层278至少部分地由第二周界285限定。第一周界284可以基本上是L形的。第二周界285基本上可以是矩形的。
第一周界284和第二周界285共用两个侧的至少若干部分。电极-凸片界面286在第一凸片部分282和负电极层278之间延伸。在某些方面，总界面长度是第一界面长度287-1（沿第一边缘292）和第二界面长度287-2（沿第二边缘294）之和。总界面长度大于或等于第二周界285的约1.5％至小于或等于第二周界285的约50％。例如，界面长度可大于或等于第二周界285的1.5％至小于或等于第二周界285的约10%，大于或等于第二周界285的约10％至小于或等于第二周界285的约20％，大于或等于第二周界285的约20％至小于或等于第二周界285的约30％，大于或等于第二周界285的约30％至小于或等于第二周界285的约40％，或者大于或等于第二周界285的约40％至小于或等于第二周界285的约50％。
负电极层278包括第一电极尺寸或电极长度288以及第二电极尺寸或电极宽度290，其中第一电极尺寸288大于第二电极尺寸290。负电极层278包括基本上平行于第一电极尺寸288的第一边缘292和基本上垂直于第一边缘292的第二边缘294。第一凸片部分282跨越第一边缘292的至少一部分和第二边缘294的至少一部分连续地延伸。在某些方面，如图所示，第一凸片部分282跨越基本上整个第一边缘292以及第二边缘294的一部分延伸。
总界面长度可大于或等于约50％的第一电极尺寸288、任选地大于或等于约60％的第一电极尺寸288、任选地大于或等于约70％的第一电极尺寸288、任选地大于或等于约80％的第一电极尺寸288、任选地大于或等于约90％的第一电极尺寸288、任选地大于或等于约100％的第一电极尺寸288、任选地大于或等于约110％的第一电极尺寸288、或者任选地大于或等于约120％的第一电极尺寸288。
如图5C中最佳所示，第一导电层277包括第三周界296。第三周界296是凹多边形。凹口298由第三周界296的凹部分297限定。如本文中所使用，术语“凹多边形”指代具有大于180°的至少一个内角的多边形。
参考图5D至图5E，正电极部件276包括第二导电层310和正电极层312。第二导电层310包括第二集流体部分314和第二凸片部分316。下文更详细地描述的构造的材料以及在电化学电芯272内的取向除外，正电极部件276可类似于负电极部件274。在每个电化学电芯272中，正电极部件276的取向可与负电极部件274的取向成180°。
参考图5F，提供了电化学电芯组件320。电化学电芯组件320包括一个或多个电化学电芯272，所述电化学电芯可在相应的第一凸片部分282和第二凸片部分316处串联和/或并联连接。电化学电芯组件320还包括不同的负极凸片部件322和不同的正极凸片部件324。负极凸片部件322包括第一内部部分326、第一端子部分328和第一密封件329。正极凸片部件324包括第二内部部分330、第二端子部分332和第二密封件333。第一内部部分326和第二内部部分330可基本上平行于第二电极尺寸290延伸。
一个或多个第一焊接部334可将负极凸片部件322联接到第一凸片部分282。一个或多个第二焊接部336可将正极凸片部件324联接到第二凸片部分316。多个第三焊接部338可使相邻的第一凸片部分282彼此联接（如果电化学装置270包括多于一个电化学电芯272）。多个第四焊接部340可使相邻的第二凸片部分316彼此联接（如果电化学装置270包括多于一个的电化学电芯272）。
在电化学装置270的操作期间，至少一部分电流基本上平行于第二电极尺寸290流动。例如，放电期间的电流流动通常可顺序地遵循342-1和342-2处所指示的路径。因此，电化学装置270在电流密度和均匀性方面提供与图3A的电化学装置110类似的优点。此外，在某些方面，由于总界面长度增加，电化学装置270可具有比图3A的电化学装置110更低的局部电流密度。
返回到图5A，电化学装置270包括电绝缘壳体350。壳体350包括一对初级侧352和一对基本上平行的次级侧354。负极凸片部件322和正极凸片部件324设置在相对的次级侧354上。
图6A至图6F
参考图6A至图6F，提供了根据本公开的各个方面的又一电化学装置370。电化学装置370包括一个或多个电化学电芯372（图6F）。每个电化学电芯372包括负电极部件374、正电极部件376和电解质分隔件系统（见例如图3B的电解质-分隔件系统118）。相邻的电化学电芯372通过附加的电解质分隔件系统分离。
参考图6B至图6C，负电极部件374包括第一导电层378和负电极层380。第一导电层378包括第一集流体部分382和第一凸片部分384。负电极层380设置在第一集流体部分382的至少一部分上，诸如设置在第一集流体部分382的基本上整个表面上，如图所示。
第一凸片部分384至少部分地由第一周界386限定，并且负电极层380至少部分地由第二周界388限定。第一周界388可具有二阶旋转对称性。在某些变型中，第二周界388可限定狗骨头形状。第一周界386和第二周界388共用五个侧的至少若干部分。电极-凸片界面390在第一凸片部分384和负电极层380之间延伸。
总界面长度是第一界面长度392-1、第二界面长度392-2、第三界面长度392-3、第四界面长度392-4和第五界面长度392-5之和。在某些方面，总界面长度大于或等于第二周界388的约0.8％至小于或等于第二周界388的约48％。例如，总界面长度可大于或等于第二周界388的0.8％至小于或等于第二周界388的10％，大于或等于第二周界388的约10％至小于或等于第二周界388的约20％，大于或等于第二周界388的约20％至小于或等于第二周界388的约30％，大于或等于第二周界388的约30％至小于或等于第二周界388的约40％，或者大于或等于v约40％至小于或等于第二周界388的约48％。
负电极层380包括第一电极尺寸或电极长度394以及第二电极尺寸或电极宽度396。第二尺寸396可以是最大第二尺寸。第一电极尺寸394大于第二电极尺寸396。负电极层380包括基本上平行于第一电极尺寸394的边缘398。第一凸片部分282跨越边缘398的至少一部分连续延伸。在某些方面，第一凸片部分384跨越基本上整个第一电极尺寸394延伸。
电极-凸片界面390的总界面长度可大于或等于第一电极尺寸394的约50％，任选地大于或等于第一电极尺寸394的约60％，任选地大于或等于第一电极尺寸394的约70％，任选地大于或等于第一电极尺寸394的约80％，任选地大于或等于第一电极尺寸394的约90％，或者任选地大于或等于第一电极尺寸394的约100％。
第二周界388可以是包括两个相对的凹部分410的凹多边形。第一凸片部分384沿边缘398设置，至少部分地设置在凹部分410中的一者内。因此，第一凸片部分384的至少一部分相对于边缘398凹入。每个凹部分410设置在两个凸部分412之间。凸部分412包括负电极层380的区域413。因此，与具有未设置在电活性材料的区域之间的突出型凸片的电极部件（见例如图2的负电极52和负极片56）相比，负电极部件374可具有更高的能量密度（例如，高出0.5％至3％）。
参考图6D至图6E，正电极部件376包括第二导电层420和正电极层422。第二导电层420包括第二集流体部分424和第二凸片部分426。下文更详细地描述的构造的材料以及在电化学电芯372内的取向除外，正电极部件376可类似于负电极部件374。在每个电化学电芯372中，正电极部件376的取向可与负电极部件374的取向成180°。
参考图6F，提供了电化学组件430。电化学电芯组件430包括一个或多个电化学电芯372，所述电化学电芯可在相应的第一凸片部分384和第二凸片部分426处串联和/或并联连接。电化学电芯组件430还包括不同的负极凸片部件432和不同的正极凸片部件434。负极凸片部件432包括第一内部部分436、第一端子部分438和第一密封件440。正极凸片部件434包括第二内部部分442、第二端子部分444和第二密封件446。第一凸片部件432和第二凸片部件434可基本上平行于第一电极尺寸394延伸。在某些方面，第一内部部分436和第二内部部分442可更短，使得它们仅在与凹部分410相邻处存在。
多个第一焊接部450可将负极凸片部件432联接到第一凸片部分384。多个第一焊接部450还可使第一凸片部分384彼此联接（诸如，当电化学装置370包括多于一个电化学电芯372时）。多个第二焊接部452可将正极凸片部件434联接到第二凸片部分426。多个第二焊接部452还可使第二凸片部分426彼此联接（诸如，当电化学装置370包括多于一个电化学电芯372时）。
在电化学装置370的操作期间，至少一部分电流基本上平行于第二电极尺寸396流动。例如，放电期间的电流流动通常可顺序地遵循454-1和454-2处所指示的路径。因此，电化学装置370在电流密度方面提供与图3A的电化学装置110类似的优点。
返回到图6A，电化学装置370包括电绝缘壳体460。壳体460包括一对初级侧462和一对基本上平行的次级侧464。负极凸片部件432和正极凸片部件434设置在相对的初级侧462上。在某些方面，端子部分438、444可相对于第一电极尺寸394而居中。
图7A至图7F
参考图7A至图7F，提供了根据本公开的各个方面的又一电化学装置510。电化学装置510包括一个或多个电化学电芯512（图7F）。每个电化学电芯512包括负电极部件514、正电极部件516和电解质分隔件系统（见例如图3B的电解质-分隔件系统118）。相邻的电化学电芯512通过附加的电解质分隔件系统分离。
参考图7B至图7C，负电极部件514包括第一导电层518和负电极层520。第一导电层518包括第一集流体部分522和第一凸片部分524。负电极层520设置在第一集流体部分522的至少一部分上，诸如设置在第一集流体部分522的基本上整个表面上，如图所示。
第一凸片部分524至少部分地由第一周界526限定，并且负电极层520至少部分地由第二周界528限定。第一周界526可基本上是矩形的。第二周界528可以是凹多边形。第一周界526和第二周界528共用两个侧。电极-凸片界面530在第一凸片部分524和负电极层520之间延伸。
电极-凸片界面530具有总界面长度，该总界面长度是第一界面长度532-1和第二界面长度532-2之和。在某些方面，总界面长度大于或等于第二周界528的约0.15％至小于或等于第二周界528的约25％。例如，总界面长度可大于或等于第二周界528的约0.15％至小于或等于第二周界528的约5％，大于或等于第二周界528的约5％至小于或等于第二周界528的约10％，大于或等于第二周界528的约10％至小于或等于第二周界528的约15％，大于或等于第二周界528的约15％至小于或等于第二周界528的约20％，或者大于或等于第二周界528的约20％至小于或等于第二周界528的约25％。
负电极层520包括第一电极尺寸或电极长度536以及第二电极尺寸或电极宽度538。第一电极尺寸536和第二电极尺寸538可以是最大第一电极尺寸和第二电极尺寸。第一电极尺寸536大于第二电极尺寸538。电极-凸片界面530的总界面长度可大于或等于第一电极尺寸536的约5％，任选地大于或等于第一电极尺寸536的约10%，任选地大于或等于第一电极尺寸536的约15％，任选地大于或等于第一电极尺寸536的约20％，任选地大于或等于第一电极尺寸536的约25％，或者任选地大于或等于第一电极尺寸536的约30％，任选地大于或等于第一电极尺寸536的约35％，任选地大于或等于第一电极尺寸536的约40％，或者任选地大于或等于第一电极尺寸536的约45％。
第二周界528的凹部分539限定相应的凹口540。第二周界528可具有二阶旋转对称性。第一凸片部分524可至少部分地设置在凹口540中的一者上。因此，第一凸片部分524的至少一部分可相对于负电极层520的第一边缘542和第二边缘544凹入。第一凸片部分524可包括与第一边缘542共线延伸的第三边缘546以及与第二边缘544共线延伸的第四边缘548。因此，第一周界526可包括电极-凸片界面530、第三边缘546和第四边缘548。第二周界528可包括电极-凸片界面530、第一边缘542和第二边缘544。
参考图7D至图7E，正电极部件516包括第二导电层560和正电极层562。第二导电层560包括第二集流体部分564和第二凸片部分566。下文更详细地描述的构造的材料以及在电化学电芯512内的取向除外，正电极部件516可类似于负电极部件514。在每个电化学电芯512中，正电极部件516的取向可与负电极部件514的取向成180°。
参考图7F，提供了电化学组件570。电化学电芯组件570包括一个或多个电化学电芯512，所述电化学电芯可在相应的第一凸片部分524和第二凸片部分566处串联和/或并联连接。电化学电芯组件570还包括不同的负极凸片部件572和不同的正极凸片部件574。负极凸片部件572包括第一内部部分576、第一端子部分578和第一密封件580。正极凸片部件574包括第二内部部分582、第二端子部分584和第二密封件586。第一内部部分576和第二内部部分582可基本上平行于第一电极尺寸536延伸。第一端子部分578和第二端子部分584可基本上平行于第二电极尺寸538延伸。
负极凸片部件572的第一内部部分576通过多个第一焊接部590联接到第一凸片部分524。第一焊接部590还可使第一凸片部分524彼此联接（诸如，当电化学装置510包括多于一个电化学电芯512时）。正极凸片部件574的第二内部部分582通过多个第二焊接部592联接到第二凸片部分566。第二焊接部592还可使第二凸片部分566彼此联接（诸如，当电化学装置510包括多于一个电化学电芯512时）。
在电化学装置510的操作期间，电流可沿对角线方向流动。例如，放电期间的电流流动通常可遵循594处所指示的路径。该路径可比基本上平行于第一电极尺寸536的路径短。因此，与具有平行于第一电极尺寸流动的电流的电芯相比，电化学装置510可有助于电流密度的改善。此外，与具有突出型凸片的电极部件（见例如图2的电化学电芯50）相比，由于添加了第二界面长度532-2，总界面长度可更高。更高的总界面长度有助于局部电流密度的降低。
返回到图7A，电化学装置510包括电绝缘壳体610。壳体610包括一对相对的初级侧612和一对相对的次级侧614。第一端子部分578和第二端子部分584设置在相对的次级侧614上。然而，在各种替代性方面，负极凸片部件和正极凸片部件可布置成使得第一端子部分和第二端子部分设置在共同的次级侧上，类似于图3G的负极凸片部件162和正极凸片部件164。
图8A至图8F
参考图8A至图8F，提供了根据本公开的各个方面的又一电化学装置650。电化学装置650包括一个或多个电化学电芯652（图8F）。每个电化学电芯652包括负电极部件654、正电极部件656和电解质分隔件系统（见例如图3B的电解质-分隔件系统118）。相邻的电化学电芯652通过附加的电解质分隔件系统分离。
参考图8B至图8C，负电极部件654包括第一导电层658和负电极层660。第一导电层658包括第一集流体部分662和第一凸片部分664。负电极层660设置在第一集流体部分662的至少一部分上，诸如设置在第一集流体部分662的基本上整个表面上，如图所示。
第一凸片部分664至少部分地由第一周界666限定，并且负电极层660至少部分地由第二周界668限定。第一周界666可以基本上是矩形的。第二周界668可以是凹多边形。第一周界666和第二周界668共用两个侧。电极-凸片界面670在第一凸片部分664和负电极层660之间延伸。
电极-凸片界面670具有总界面长度，该总界面长度是第一界面长度672-1和第二界面长度672-2之和。在某些方面，总界面长度大于或等于第二周界668的约0.8%至小于或等于第二周界668的约25％。例如，总界面长度可大于或等于第二周界668的约0.8%至小于或等于第二周界668的约5％，大于或等于第二周界668的约5％至小于或等于第二周界668的约10％，大于或等于第二周界668的约10％至小于或等于第二周界668的约15％，或者大于或等于第二周界668的约15％至小于或等于第二周界668的约22％。
负电极层660包括第一电极尺寸或电极长度680和第二电极尺寸或电极宽度682。第一电极尺寸680和第二电极尺寸682可以是最大第一电极尺寸和第二电极尺寸。第一电极尺寸680大于第二电极尺寸682。电极-凸片界面670的总界面长度可大于或等于第一电极尺寸680的约5％，任选地大于或等于第一电极尺寸680的约10%，任选地大于或等于第一电极尺寸680的约15％，任选地大于或等于第一电极尺寸680的约20％，任选地大于或等于第一电极尺寸680的约25％，或者任选地大于或等于第一电极尺寸680的约30％，任选地大于或等于第一电极尺寸680的约35％，任选地大于或等于第一电极尺寸680的约40％，或者任选地大于或等于第一电极尺寸680的约45％。
第二周界668的凹部分683限定相应的凹口684。第二周界668可具有二阶旋转对称性。第一凸片部分664可至少部分地设置在凹口684中的一者上。电极层可包括基本上平行于第一电极尺寸680的第一边缘686和基本上平行于第二电极尺寸682的第二边缘688。第一凸片部分664可包括与第一边缘686共线延伸的第三边缘690以及与第二边缘688共线延伸的第四边缘692。因此，第一周界666可包括电极-凸片界面670、第三边缘690和第四边缘692。第二周界668可包括电极-凸片界面670、第一边缘686和第二边缘688。
参考图8D至图8E，正电极部件656包括第二导电层710和正电极层712。第二导电层710包括第二集流体部分714和第二凸片部分716。下文更详细地描述的构造的材料以及在电化学电芯652内的取向除外，正电极部件656可类似于负电极部件654。在每个电化学电芯652中，正电极部件656的取向可与负电极部件654的取向成180°。
参考图8F，提供了电化学组件720。电化学电芯组件720包括一个或多个电化学电芯652，所述电化学电芯可在相应的第一凸片部分664和第二凸片部分716处串联和/或并联连接。电化学电芯组件720还包括不同的负极凸片部件722和不同的正极凸片部件724。负极凸片部件722包括第一内部部分726、第一端子部分728和第一密封件730。正极凸片部件724包括第二内部部分732、第二端子部分734和第二密封件736。负极凸片部件722和正极凸片部件724基本上平行于第一电极尺寸680延伸。
负极凸片部件722的第一内部部分726通过第一焊接部740联接到第一凸片部分664。第一焊接部740还可使第一凸片部分664彼此联接（诸如，当电化学装置650包括多于一个电化学电芯652时）。正极凸片部件724的第二内部部分732通过第二焊接部742联接到第二凸片部分716。第二焊接部742还可使第二凸片部分716彼此联接（诸如，当电化学装置650包括多于一个电化学电芯652时）。
在电化学装置650的操作期间，电流沿对角线路径流动。例如，放电期间的电流流动通常可遵循744处所指示的路径。对角线路径通常可比平行于第一电极尺寸680的路径短。因此，电化学装置650有助于电流密度的均匀性的改善。此外，与具有突出型凸片的电极部件（见例如图2的电化学电芯50）相比，由于添加了第二界面长度672-2，总界面长度可更高。更高的总界面长度有助于局部电流密度的降低。
返回到图8A，电化学装置650包括电绝缘壳体748。壳体748包括一对相对的初级侧750和一对相对的次级侧752。第一端子部分728和第二端子部分734设置在相对的初级侧750上。
图9A至图9F
参考图9A至图9F，提供了根据本公开的各个方面的又一电化学装置780。电化学装置780包括一个或多个电化学电芯782（图9F）。每个电化学电芯782包括负电极部件784、正电极部件786和电解质分隔件系统（见例如图3B的电解质-分隔件系统118）。相邻的电化学电芯782通过附加的电解质分隔件系统分离。
参考图9B至图9C，负电极部件784包括第一导电层788和负电极层790。第一导电层788包括第一集流体部分792和第一凸片部分794。负电极层790设置在第一集流体部分792的至少一部分上，诸如设置在第一集流体部分792的基本上整个表面上，如图所示。
第一凸片部分794至少部分地由第一周界796限定，并且负电极层790至少部分地由第二周界798限定。第一周界796可以基本上是矩形的。第二周界798可以是凹多边形。第一周界796和第二周界798共用两个侧。电极-凸片界面800在第一凸片部分794和负电极层790之间延伸。
电极-凸片界面800具有总界面长度，该总界面长度是第一界面长度802-1和第二界面长度802-2之和。在某些方面，总界面长度大于或等于第二周界798的约0.8%至小于或等于约25％。例如，总界面长度可大于或等于第二周界798的约0.8%至小于或等于第二周界798的约5％，大于或等于第二周界798的约5％至小于或等于第二周界798的约10％，大于或等于第二周界798的约10％至小于或等于第二周界798的约15％，或者大于或等于第二周界798的约15％至小于或等于第二周界798的约22％。
负电极层790包括第一电极尺寸或电极长度810以及第二电极尺寸或电极宽度812。第一电极尺寸810和第二电极尺寸812可以是最大第一电极尺寸和第二电极尺寸。第一电极尺寸810大于第二电极尺寸812。电极-凸片界面800的总界面长度可大于或等于第一电极尺寸810的约5％至小于第一电极尺寸810的约50%，任选地大于或等于第一电极尺寸810的约10%至小于第一电极尺寸810的约50%，任选地大于或等于第一电极尺寸810的约15％至小于第一电极尺寸810的约50%，任选地大于或等于第一电极尺寸810的约20％至小于第一电极尺寸810的约50%，任选地大于或等于第一电极尺寸810的约25％至小于第一电极尺寸810的约50%，或者任选地大于或等于第一电极尺寸810的约30％至小于第一电极尺寸810的约50%，任选地大于或等于第一电极尺寸810的约35％至小于第一电极尺寸810的约50%，任选地大于或等于第一电极尺寸810的约40％至小于第一电极尺寸810的约50%，或者任选地大于或等于第一电极尺寸810的约45％至小于第一电极尺寸810的约50%。
第二周界798的凹部分814限定相应的凹口816。负电极层790可包括第一轴线818和第二轴线820。第一轴线818基本上平行于第一电极尺寸810延伸并且延伸穿过第二电极尺寸812的中点。第二轴线820基本上平行于第二电极尺寸812延伸，并且延伸穿过第一电极尺寸810的中点。负电极层790可关于第二轴线820具有反射对称性。然而，在各种替代性方面，第二周界的凹部分可布置成使得电极层关于第一轴线818具有反射对称性。因此，电极层可关于第一轴线818或第二轴线820中的一者具有反射对称性。
凹部分814可沿第一轴线818彼此间隔开。第二周界798的凸部分822可设置在两个凹部分814之间。因为凸部分822在区域824中包括负电极层790，因此与具有其间未设置电活性材料的突出型凸片的电极部件相比，负电极部件784可具有更高的能量密度（例如，高出0.5％至3％）。
第一凸片部分794可至少部分地设置在凹口816中的一者上，使得第一凸片部分794的至少一部分相对于负电极层790凹入。负电极层790可包括基本上平行于第一电极尺寸810的第一边缘826和基本上平行于第二电极尺寸812的第二边缘828。第一凸片部分794可包括与第一边缘826共线延伸的第三边缘830以及与第二边缘828共线延伸的第四边缘832。
参考图9D至图9E，正电极部件786包括第二导电层840和正电极层842。第二导电层840包括第二集流体部分844和第二凸片部分846。下文更详细地描述的构造的材料以及在电化学电芯782内的取向除外，正电极部件786可类似于负电极部件784。在每个电化学电芯782中，正电极部件786的取向可与负电极部件784的取向成180°。
参考图9F，提供了电化学组件850。电化学电芯组件850包括一个或多个电化学电芯782，所述电化学电芯可在相应的第一凸片部分794和第二凸片部分846处串联和/或并联连接。电化学电芯组件850还包括不同的负极凸片部件852和不同的正极凸片部件854。负极凸片部件852包括第一内部部分856、第一端子部分858和第一密封件860。正极凸片部件854包括第二内部部分862、第二端子部分864和第二密封件866。负极凸片部件852和正极凸片部件854基本上平行于第一电极尺寸810延伸。
负极凸片部件856的第一内部部分852通过第一焊接部870联接到第一凸片部分794。第一焊接部870还可使第一凸片部分794彼此联接（诸如，当电化学装置780包括多于一个电化学电芯782时）。正极凸片部件854的第二内部部分862通过第二焊接部872联接到第二凸片部分846。第二焊接部872还可使第二凸片部分846彼此联接（诸如，当电化学装置780包括多于一个电化学电芯782时）。
在电化学装置780的操作期间，电流沿基本上平行于第一电极尺寸810的路径流动。例如，放电期间的电流流动可通常遵循874处所指示的路径。与具有突出型凸片部分的电极部件相比（见例如图2的电化学电芯50），由于添加了第二界面长度802-2，总界面长度可更高。更高的总界面长度有助于局部电流密度的降低。
返回到图9A，电化学装置780包括电绝缘壳体880。壳体880包括一对相对的初级侧882和一对相对的次级侧884。第一端子部分858和第二端子部分864两者都设置在初级侧中的一者上。因此，类似于图3A的电化学装置110，在给定的占有面积内，电化学装置780的能量密度可高于具有相同的总尺寸且端子部分设置在相对的初级侧上的电化学电芯（例如，图8A的电化学电芯652）。在各种替代性方面，端子部分可设置在共同的次级侧上。
尺寸
以下几节大体适用于图3A至图9F的电化学装置110、220、270、370、510、650、780。
内部凸片部分
如上文所描述的，根据本公开的各个方面的内部凸片或凸片部分可以是相对大的。内部凸片部分可具有基本上平行于相邻电极边缘的第一凸片尺寸或内部凸片长度以及基本上垂直于相邻电极边缘的第二凸片尺寸或内部凸片宽度。举例来说，第一凸片尺寸可大于或等于约30 mm至小于或等于约1,000 mm，任选地大于或等于约100 mm至小于或等于约800 mm，或者任选地大于或等于约200 mm至小于或等于约500 mm。举例来说，第二凸片尺寸可大于或等于约1.5 mm至小于或等于约100 mm，任选地大于或等于约1.5 mm至小于或等于约10 mm，或者任选地大于或等于约2 mm至小于或等于约5 mm。举例来说，内部凸片可限定基本上垂直于第一凸片尺寸和第二凸片尺寸的第三凸片尺寸或厚度。举例来说，第三凸片尺寸可大于或等于约0.05 mm至小于或等于约0.4 mm，任选地大于或等于约0.06 mm至小于或等于约0.3 mm，或者任选地大于或等于约0.1 mm至小于或等于约0.2 mm。在某些方面，举例来说，内部凸片可限定大于或等于约600 mm2至小于或等于约20,000 mm2、任选地大于或等于约600 mm2至小于或等于约10,000 mm2、或者任选地大于或等于约800 mm2至小于或等于约4,000 mm2的表面面积。
内部凸片沿平行于电极长度的电极边缘的至少一部分延伸并且设置成邻近于该电极边缘的至少一部分。在某些方面，内部凸片围绕在电极的两个垂直边缘之间的电极拐角连续延伸。电极和内部凸片之间的界面长度可大于或等于电极长度的约50％，任选地大于或等于电极长度的约55％，任选地大于或等于电极长度的约60％，任选地大于或等于约电极长度的65％，任选地大于或等于电极长度的约70％，任选地大于或等于电极长度的约75％，任选地大于或等于电极长度的约80％，任选地大于或等于电极长度的约85％，任选地大于或等于电极长度的约90％，任选地大于或等于电极长度的约95％，或者任选地大于或等于电极长度的约100％（例如，当内部凸片沿基本上整个长度以及宽度的一部分延伸并且设置成邻近于基本上整个长度以及宽度的一部分时，如图5B中所示）。内部凸片可与电极共用大于或等于一个边缘（见例如图3C），任选地大于或等于两个边缘（见例如图5B、图7B、图8B、图9B），任选地大于或等于三个边缘，任选地大于或等于四个边缘，或者任选地大于或等于五个边缘（见例如图6B）。
内部凸片部分可通过一个或多个焊接部（见例如图5F的多个第三焊接部338和多个第四焊接部340）彼此联接。在各个方面，相对大的内部凸片部分为增加的数量的焊接部和/或增加的焊接部大小提供空间，从而与具有较小的内部凸片部分的电化学电芯相比，减小了内部凸片部分和不同的凸片部件之间的电阻。单独的焊接部可具有基本上平行于相邻电极边缘的第一焊接尺寸或焊接长度以及基本上垂直于相邻电极边缘的第二焊接尺寸或焊接宽度。举例来说，焊接长度可大于或等于约30 mm至小于或等于约1,000 mm，任选地大于或等于约100 mm至小于或等于约800 mm，或者任选地大于或等于约200 mm至小于或等于约500 mm。举例来说，焊接宽度可大于或等于约1 mm至小于或等于约10 mm，任选地大于或等于约1.5 mm至小于或等于约6 mm，或者任选地大于或等于约2 mm至小于或等于约4 mm。因此，每个单独的焊接部可具有大于或等于约30 mm2至小于或等于约10,000 mm2、任选地大于或等于约40 mm2至小于或等于约1,000 mm2、大于或等于约60 mm2至小于或等于约800mm2、或者大于或等于约80 mm2至小于或等于约600 mm2的面积。
不同的凸片部件
每个端子部分可包括基本上平行于相邻电极边缘的第一端子尺寸或端子长度以及基本上垂直于相邻电极边缘的第二端子尺寸或端子宽度。举例来说，端子长度可大于或等于约30 mm至小于或等于约200 mm，任选地大于或等于约40 mm至小于或等于约100 mm，或者任选地大于或等于约45 mm至小于或等于约60 mm。举例来说，端子宽度可大于或等于约20 mm至小于或等于约100 mm，任选地大于或等于约30 mm至小于或等于约80 mm，或者任选地大于或等于约40 mm至小于或等于约60 mm。每个不同的凸片部件可限定基本上垂直于端子长度和端子宽度的厚度。举例来说，厚度可大于或等于约0.15 mm至小于或等于约0.4mm，任选地大于或等于约0.2 mm至小于或等于约0.4 mm，或者任选地大于或等于约0.2 mm至小于或等于约0.3 mm。
不同的凸片部件可通过一个或多个焊接部（见例如图5F的第一焊接部334和第二焊接部336）联接到相应的内部凸片部分。在各个方面，相对大的内部凸片部分为增加的数量的焊接部和/或增加的焊接部大小提供空间，从而与具有较小内部凸片部分的电化学电芯相比，减小了内部凸片部分和不同的凸片部件之间的电阻。单独的焊接部可具有基本上平行于相邻电极边缘的第一焊接尺寸或焊接长度以及基本上垂直于相邻电极边缘的第二焊接尺寸或焊接宽度。举例来说，焊接长度可大于或等于约30 mm至小于或等于约1,000mm，任选地大于或等于约100 mm至小于或等于约800 mm，或者任选地大于或等于约200 mm至小于或等于约500 mm。举例来说，焊接宽度可大于或等于约1 mm至小于或等于约10 mm，任选地大于或等于约1.5 mm至小于或等于约6 mm，或者任选地大于或等于约2 mm至小于或等于约4 mm。因此，每个单独的焊接部可具有大于或等于约30 mm2至小于或等于约10,000mm2、任选地大于或等于约40 mm2至小于或等于约1,000 mm2、大于或等于约60 mm2至小于或等于约800 mm2、或者大于或等于约80 mm2至小于或等于约600 mm2的面积。
材料
以下小节适用于图3A至图9F的电化学装置110、220、270、370、510、650、780。
电极
负电极层和正电极层可包括相应的负极电活性材料和正极电活性材料以及上文结合图1描述的任何附加部件。举例来说，可选择电活性材料来形成锂离子电芯、锂-硫电芯或锂金属电芯。在一个示例中，负电极层包括：负极电活性材料，其量处于大于或等于约80重量％至小于或等于约98重量％；第一粘结剂，其量处于大于或等于约0.5重量％至小于或等于约10重量％；以及第一导电添加剂，其量处于大于或等于约0.5重量％至小于或等于约10重量％。正电极层包括：正极电活性材料，其量处于大于或等于约80重量％至小于或等于约98重量％；第二粘结剂，其量处于大于或等于约0.5重量％至小于或等于约10重量％；以及第二导电添加剂，其量处于大于或等于约0.5重量％至小于或等于约10重量％。
电解质-分隔件系统
电解质-分隔件系统通常可在相邻电极层之间提供离子导电性和电绝缘。在一个示例中，电解质-分隔件系统包括聚合物膜分隔件和不同的电解质，诸如上文结合图1所描述的聚合物膜分隔件和不同的电解质。不同的电解质可包括液体、凝胶和/或固体组分。在另一个示例中，电解质-分隔件系统包括固态电解质，诸如上文结合图1所描述的固态电解质。
导电层
负电极导电层通常可包括上文关于图1的负电极集流体32讨论的材料中的任一种。举例来说，负电极导电层可包括铝、铜、不锈钢或其组合。在一个示例中，负电极导电层包括厚度大于或等于约4 μm至小于或等于约25 µm的铝箔（例如，当对应的负电极层包括LTO时）或铜箔。在另一个示例中，负电极导电层包括厚度大于或等于约2 μm至小于或等于约20 μm的不锈钢箔。
正电极导电层通常可包括上文关于图1的正电极集流体34讨论的材料中的任一种。正电极导电层可包括铝、不锈钢或者铝和不锈钢的组合。在一个示例中，正电极导电层包括厚度大于或等于约4 μm至小于或等于约25 μm的铝箔。在另一个示例中，正电极导电层包括厚度大于或等于约2 μm至小于或等于约20 μm的不锈钢箔。
不同的凸片部件
在某些方面，凸片部件可由诸如结合图1的负电极集流体32和正电极集流体34描述的材料的材料形成。负极凸片部件可包括镍、铜、铝或其组合。在一个示例中，负极凸片部件包括镀镍的铜或铝（例如，当对应的负电极层包括LTO时）。正极凸片部件可包括铝。
电绝缘壳体
电绝缘壳体可由任何合适的电绝缘材料形成。在某些方面，举例来说，电绝缘材料包括聚烯烃基聚合物、聚乙烯或聚丙烯材料（例如，聚乙烯-丙烯酸共聚物、氯化聚丙烯、乙烯-丙烯共聚物、聚丙烯-丙烯酸共聚物）或其组合。在各个方面，壳体可包括用一层或多层电绝缘材料（诸如上文所描述的电绝缘材料）绝缘的金属（例如，铝）。
密封件
在某些方面，举例来说，密封件包括聚烯烃基聚合物、聚乙烯或聚丙烯材料（例如，聚乙烯-丙烯酸共聚物、氯化聚丙烯、乙烯-丙烯共聚物、聚丙烯-丙烯酸共聚物）或其组合。在各个方面，密封件和壳体可由相同的材料形成。举例来说，密封件的厚度可大于或等于约0.05 mm至小于或等于约0.3 mm。
制造方法
在各个方面，本公开提供了一种制造电化学装置的方法。参考图10，该方法通常包括：在910处，形成一个或多个电极部件前体；在914处，任选地使电极部件前体彼此分离；在918处，用电解质-分隔件系统来堆叠或卷绕电极部件；在922处，通过在电化学电芯和凸片部件之间形成电连接来形成电化学电芯组件；以及在926处，通过将电化学电芯组件密封在壳体内来形成电化学装置。
形成电极部件或电极部件前体
形成电极部件可包括将电极层沉积到导电层上。举例来说，合适的沉积技术包括槽模涂覆、逗号棒（comma bar）直接涂覆、逗号棒逆向涂覆、唇式涂覆、凹版印刷或涂覆、电化学沉积、化学气相沉积或其组合。在某些方面，在连续涂覆操作中形成电极部件前体，并且随后在步骤914处将电极部件前体分离成离散的电极部件。在某些方面，该方法可包括形成离散的电极部件，并且可省略步骤914。
在各个方面，该方法可包括形成电极部件前体。可通过在导电材料的片材或卷材上连续或间歇地沉积一个或多个电极层来形成电极部件前体。
参考图11，提供了根据本公开的各个方面的用于图3C的负电极部件114的电极部件前体940。电极部件前体940包括导电材料片材942和连续电极层944。在各个方面中，可通过类似的方法形成图3E和图4B的电极。
参考图12，提供了根据本公开的各个方面的用于图5B的负电极部件274的电极部件前体950。电极部件前体950包括导电材料片材952和断续的电极层954。在各个方面，可通过类似的方法形成图5A、图6B、图6D、图7B、图7D、图8B和图8D的电极。
参考图13，提供了根据本公开的各个方面的用于图9B的负电极部件784的又一电极部件前体960。电极部件前体960包括导电材料片材962和断续的电极层964。在各个方面，可通过类似的方法形成图9D的电极。
任选地分离电极部件前体
当步骤910包括形成电极部件前体而不是电极部件时，该方法可包括将各个的电极部件与电极部件前体分离。举例来说，分离可包括切割或割缝操作，诸如旋转刀片割缝、机械开凹口/冲裁、激光切割或其组合。
返回到图11，电极部件前体940可在第一边界970中纵向分离成两半。电极部件前体940可基本上垂直于第一边界970进一步分离以形成负电极部件114，如由第二边界972所示。电极部件前体940可基本上更长，使得步骤914包括形成多个第二边界972。
返回到图12，电极部件前体950可在多个边界980处分离，以形成负电极部件274。
返回到图13，电极部件前体960可在第一边界990处纵向分离。电极部件前体960可在第二边界992处进一步分离，以形成负电极部件784。
堆叠或焊接电极部件前体
在918处，可用电解质-分隔件系统来堆叠或卷绕电极部件。在一个示例中，电极部件与设置在其间的聚合物分隔件交替地堆叠。举例来说，可在步骤918期间或在步骤922之后添加液体或凝胶电解质。
形成电化学电芯组件
在922处，形成电化学电芯组件通常包括形成电连接。当电化学装置包括多于一个电化学电芯时，在电化学电芯之间形成电连接。电连接也形成在导电层的凸片部分和相应的不同的凸片部件之间。在某些方面中，形成电连接可包括焊接。举例来说，焊接可包括超声波焊接、激光焊接、点焊或其组合。
形成电化学装置
在926处，形成电化学装置包括将电化学电芯组件密封在电化学壳体内。举例来说，密封可包括在施加或不施加预定压力的情况下的热封、激光焊接、熔化、粘合剂结合或其组合。在某些方面，密封可还包括在电绝缘壳体和端子部分之间施加另一种材料。
已出于说明和描述的目的提供了实施例的前述描述。其并非旨在穷举或限制本公开。特定实施例的各个元件或特征通常不限于该特定实施例，而是在适用的情况下可互换并且可以在所选择的实施例中使用，即使没有具体示出或描述也是如此。这些元件或特征也可以以多种方式变化。这种变化将不被视为脱离本公开，并且所有这种修改均旨在被包括在本公开的范围内。

Claims (3)

1.一种电极部件，其包括：
导电层，其包括集流体部分和凸片部分；以及
电极层，其设置在所述集流体部分的至少一部分上并且包括第一边缘和第二边缘，所述电极层包括电活性材料并且限定平行于所述第一边缘的第一尺寸和垂直于所述第一边缘的第二尺寸，所述第一尺寸与所述第二尺寸的长宽比大于或等于2，其中，所述凸片部分设置成邻近于所述第一边缘的至少一部分，并且所述电极层和所述凸片部分之间的界面限定大于或等于所述第一尺寸的50％的界面长度，
所述电极部件还包括电连接到所述凸片部分的不同的凸片部件，所述凸片部件是导电的，
其中，所述凸片部件是L形的，并且设置成邻近于整个所述第一边缘，
其中，所述凸片部件通过多个焊接部联接到所述凸片部分，每个焊接部具有大于或等于30mm2至小于或等于10,000mm2的面积，
其中，所述凸片部件包括内部部分和端子部分，所述内部部分被构造成设置在电池壳体内部，所述端子部分被构造成设置在电池壳体外部，所述端子部分限定大于或等于600mm2至小于或等于20,000mm2的表面面积，
其中，
所述第一尺寸大于或等于300mm，并且所述第二尺寸小于或等于150mm，
其中，所述凸片部分限定第一周界且所述电极层限定第二周界，所述第二周界的凹部分限定相应的凹口，所述第二周界具有二阶旋转对称性，所述第二周界限定凹多边形，所述凹多边形与所述第一周界共用至少两个边缘。
2.根据权利要求1所述的电极部件，其中，所述凸片部分设置成邻近于整个所述第一边缘设置。
3.根据权利要求1所述的电极部件，其中，所述凸片部分设置成邻近于所述第一边缘和所述第二边缘，并且所述凸片部分沿所述第一边缘连续延伸，并且第二边缘的至少一部分垂直于所述第一边缘。
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