CN114008851A - 电耦接电极以及相关的制品和方法 - Google Patents
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Abstract
一般地描述了用于电耦接电化学装置内的电极部分的方法以及相关的制品和系统。在一些情况下，非导电层在要耦接的多个电极部分之间。在一些情况下，该方法包括穿透制品以在先前由非导电层隔开的电极部分之间建立电耦接。
Description
相关申请
本申请根据35U.S.C.§119(e)要求于2019年5月22日提交并且题为“ElectricallyCoupled Electrodes,and Associated Articles and Methods”的美国临时申请第62/851,162号的优先权，其出于所有目的通过引用整体并入本文。
技术领域
一般地描述了用于电耦接电化学装置内的电极部分的方法以及相关的制品和系统。
背景技术
电化学电池通常包括包含参与电化学反应以产生电流的电极活性材料的电极。典型的电化学装置诸如电池包括可以用于将电化学装置的电极电耦接至外部电路的端子。本公开内容的某些实施方式涉及所发明的用于耦接电化学电池的电极的方法、系统和制品。
发明内容
一般地描述了用于电耦接电化学装置内的电极部分的方法以及相关的制品和系统。在一些情况下，非导电层在要耦接的多个电极部分之间。在一些情况下，该方法包括穿透制品以在先前由非导电层隔开的电极部分之间建立电耦接。在一些情况下，本发明的主题涉及相互关联的产品、对特定问题的替选解决方案和/或一个或更多个系统和/或制品的多种不同用途。
在一个方面，描述了一种方法。在一些实施方式中，该方法包括穿透制品的一部分，该制品包括：包括第一侧和第二侧的非导电层；与非导电层的第一侧相邻的第一电极部分；以及与非导电层的第二侧相邻的第二电极部分。在一些实施方式中，执行该方法使得在第一电极部分与第二电极部分之间建立电耦接。
在另一方面，描述了一种制品。在一些实施方式中，该制品包括：包括第一侧和第二侧的非导电层。在一些实施方式中，该制品包括与非导电层的第一侧相邻的第一电极部分，其中第一电极部分具有极性。在一些实施方式中，该制品包括与非导电层的第二侧相邻的第二电极部分，其中第二电极部分具有与第一电极部分的极性相同的极性。在一些实施方式中，第一电极部分通过从第一电极部分延伸穿过非导电层并且到达第二电极部分的导电固体材料区域电耦接至第二电极部分。
根据本发明的各种非限制性实施方式的以下结合附图考虑时的详细描述，本发明的其他优点和新颖特征将变得明显。在本说明书和通过引用并入的文献包括冲突和/或不一致的公开内容的情况下，应当以本说明书为准。
附图说明
将参照附图通过示例的方式描述本发明的非限制性实施方式，这些附图是示意性的并且不旨在按比例绘制。在附图中，示出的每个相同或几乎相同的部件通常由一个数字表示。出于清楚的目的，在不需要图示以使本领域普通技术人员理解本发明的地方，并非在每个附图中都标记出每个部件，也未示出本发明的每个实施方式的每个部件。在附图中:
图1A是描绘根据某些实施方式的包括多个电极部分的制品的截面图的示例性示意图；
图1B是描绘根据某些实施方式的图1A的制品被穿透的截面图的示例性示意图；
图2是描绘根据某些实施方式的包括多个电极部分的制品的截面图的示例性示意图；
图3是描绘根据某些实施方式的包括多个电极部分的、包含腔的制品的截面图的示例性示意图；
图4A是描绘根据某些实施方式的包括多个电极部分和导电端子的制品的截面图的示例性示意图；
图4B是描绘根据某些实施方式的包括多个电极部分和导电端子的制品被穿透的截面图的示例性示意图；
图4C是描绘根据某些实施方式的包括多个电极部分和导电端子的制品的截面图的示例性示意图；
图4D是描绘根据某些实施方式的包括多个电极部分和导电端子的制品的截面图的示例性示意图；
图5A是描绘根据某些实施方式的包括多个双侧电极部分的制品的截面图的示例性示意图；
图5B是描绘根据某些实施方式的包括多个双侧电极部分的制品的截面图的示例性示意图；
图5C是描绘根据某些实施方式的包括多个双侧电极部分和导电端子的制品的截面图的示例性示意图；
图6A是描绘根据某些实施方式的包括多个双侧电极部分的制品的截面图的示例性示意图；
图6B是描绘根据某些实施方式的包括多个双侧电极部分的制品的截面图的示例性示意图；
图7A是描绘根据某些实施方式的包括多个双侧电极部分的制品的截面图的示例性示意图；
图7B是描绘根据某些实施方式的包括多个双侧电极部分的制品的截面图的示例性示意图；
图8是描绘根据某些实施方式的包括多个电极部分的制品的截面图的示例性示意图；
图9A是描绘根据某些实施方式的包括多个电极部分的制品的截面图的示例性示意图；
图9B是描绘根据某些实施方式的包括多个双侧电极部分的制品的截面图的示例性示意图；
图10A是描绘根据某些实施方式的电极部分和非导电层的截面图的示例性示意图；
图10B是描绘根据某些实施方式的包括多个电极部分的制品的截面图的示例性示意图；
图11A是描绘根据某些实施方式的电化学装置的电极和隔离件的俯视图的示例性示意图；
图11B是描绘根据某些实施方式的包括阳极和阳极延伸以及阴极和阴极集电器延伸的电化学装置的示例性示意图；
图11C是根据某些实施方式的图11B的电化学装置的截面图的示例性示意图；
图11D是根据某些实施方式的图11B的电化学装置的截面图的示例性示意图；
图11E是根据某些实施方式的图11B的电化学装置的截面图的示例性示意图；以及
图11F是根据某些实施方式的图11B的电化学装置的截面图的示例性示意图。
具体实施方式
一般地描述了用于电耦接电化学装置内的电极部分的方法以及相关的制品和系统。一些方法包括穿透作为电化学装置(例如，电池)的一部分的制品，以电耦接该制品内的由一个或更多个非导电层隔开的多个电极部分，从而可以实现多个电极部分与导电端子之间的电连接。作为非限制性示例，在一些情况下，将电池堆的阳极端子耦接至包括来自该电池堆的阳极部分(例如，气相沉积的锂层部分)的延伸，并且尽管在这些阳极部分之间插入了非导电层(例如，剥离层(release layer))，但是阳极延伸内的阳极部分与阳极端子具有良好的电接触，这至少部分是由于穿透了堆的至少一部分。在一些情况下，该方法包括通过使用销刺穿制品(例如，压接制品)来穿透制品，从而在制品内的电极部分之间建立电接触。在一些情况下，导电材料区域(例如，包括电极活性材料诸如锂或锂合金)和/或腔从某些电极部分延伸穿过非导电层(例如，剥离层)并且到达其他电极部分以建立电耦接。
在电化学装置的端子与电极之间建立有效的电荷传输对于电化学装置在循环期间的性能可能很重要。然而，一些电极配置可能对将电荷从电极部分传输至端子造成困难。例如，在一些情况下，当非导电层将电极部分隔开时，由于缺乏简便的传导路径，将电荷从一个电极部分传输至另一电极部分可能是困难的，从而在电化学装置的端子与电极(例如，阳极)之间产生高电阻。作为一个非限制性示例，一些电化学装置可以采用“夹心”型双侧电极诸如包括由剥离层隔开的两个气相沉积锂层的阳极的堆叠。剥离层的存在可以限制电流从夹心电极中的一个阳极流向另一阳极的能力，并且使从不与端子直接接触的任何阳极收集电流变得困难。虽然可以尝试移除电极的非导电层，但是这样的处理可能既困难又昂贵。用于在由非导电层隔开的电极之间建立电连通的简单、廉价的处理将是期望的。在一些情况下，本文描述的方法提供了这样的处理。出乎意料地，已经发现穿透包括电极部分和非导电层的制品(例如，通过使用销刺穿制品)可以在电极部分之间建立电耦接，即使在被非导电层隔开时也是如此。在一些情况下，穿透制品的步骤致使形成导电固体材料区域，该导电固体材料区域从第一电极部分延伸穿过非导电层并且到达另一电极部分(例如，具有与第一电极部分相同的极性)，从而建立电耦接。在一些情况下，用于穿透制品的物体可以被配置成提供层之间的有效电连接(例如，经由使用具有高周长与截面面积之比的销几何形状/形状)。在一些但不一定所有情况下，本文描述的方法和制品可以避免移除非导电层的需要，从而提高制造效率并且降低成本，同时仍然保持电化学装置的合适性能。
在一个方面，一般地描述了与在某些制品内的两个或更多个电极部分之间建立电耦接有关的方法。
在一些实施方式中，该方法包括穿透制品的一部分。图1A是示例性制品100的截面示意图。在一些实施方式中，在穿透时，可以建立制品的两个或更多个部件之间的电耦接。如上面所提及的，在某些实施方式中，被穿透的制品是电化学装置(例如，电池)的一部分。例如，在某些实施方式中，制品100是电化学装置的一部分(例如，电化学装置的端子，通过电化学装置的电流在该端子处被引导至外部电气部件(例如，在电池循环期间))。
在一些实施方式中，被穿透的制品包括由非导电层隔开的第一电极部分和第二电极部分。例如，图1A描绘了包括第一电极部分110、第二电极部分120以及第一电极部分110与第二电极部分120之间的非导电层130的制品100。非导电层130包括第一侧131和第二侧132。根据某些实施方式，第一电极部分110与第一侧131相邻，而第二电极部分120与第二侧132相邻。在一些情况下，制品的两个或更多个电极部分(例如，第一电极部分110和第二电极部分120)中的每一个具有相同的极性(例如，第一电极部分和第二电极部分两者均是阳极部分，或者第一电极部分和第二电极部分两者均是阴极部分)。在制品是电化学装置的一部分的一些情况下，可以期望由公共电气部件(例如，电池的端子)从两个或更多个电极部分(例如，第一电极部分110和第二电极部分120)收集电流。在某些这样的情况下，将两个或更多个电极部分电耦接，使得相对于两个或更多个电极部分未耦接的情况，电流可以在更低的电阻下在公共电气部件与两个或更多个电极部分之间流动。
在某些实施方式中，穿透制品的一部分被执行以使得在第一电极部分与第二电极部分之间建立电耦接。在不使用复杂、昂贵的制造处理的情况下，通过穿透制品在第一电极部分与第二电极部分之间建立电耦接可以在某些情况下提供用于电耦接电极部分(例如，在电池端子中)的简单、廉价的处理，否则电极部分被非导电层隔开。下面更详细地描述穿透制品可以在第一电极部分与第二电极部分之间建立电耦接的方式的非限制性示例。
在一些实施方式中，穿透制品的步骤包括使用固体物体刺穿制品。固体物体可以选自能够刺穿制品的多种合适物体中的任一种。可以用于穿透制品的示例性固体物体包括但不限于销、冲头、铆钉、紧固件(例如，螺纹紧固件)、刀片、齿、针及其组合。作为非限制性示例，图1B描绘了根据某些实施方式的已经被销160刺穿的制品100的截面示意图。在图1B中，根据某些实施方式，销160通过刺穿制品100的第一侧101并且行进通过第一电极部分110、非导电层130的第一侧131、非导电层130的第二侧132和第二电极部分120的至少一部分来穿透制品100。
在一些实施方式中，穿透制品(例如，使用固体物体诸如销)包括驱动固体物体部分地穿过制品。虽然图1B被示出为示出销160已经穿透制品100的第一侧101并且一直到达第二侧102，但是应当理解，在一些情况下，销160可以通过刺穿第一侧101、第一电极部分110、非导电层130和第二电极部分120来穿透制品100，而无需一直到达第二侧102。穿透制品使得固体物体不完全行进通过制品在某些但不一定所有情况下可能是有益的，这是因为其可以避免在制品的第二侧上形成某些不期望的特征。例如，在一些情况下，穿透整个制品可能导致毛刺的形成，这在某些应用中诸如在某些类型的电池中可能是不期望的。
用于穿透制品(例如，通过刺穿)的固体物体可以具有用于执行本文所描述的穿透步骤的多种合适配置中的任一种。例如，固体物体(例如，销160)可以包括固体材料并且具有适于刺穿制品而不损坏制品(例如，不会导致制品不再适于其预期用途，诸如成为电化学装置的一部分)的尺寸(例如，纵横比)。在某些实施方式中，穿透制品包括相对于制品定向固体物体(例如，销)并且通过向固体物体施加定向力将固体物体驱动至制品中。再次参照图1B，穿透制品100可以包括沿由箭头161所指示的方向向销160施加力，使得销160刺穿制品100。在一些情况下，穿透制品包括使用除定向力之外的其他力以使固体物体穿透制品。例如，在一些情况下，旋转力伴随着定向力。作为另一示例，在一些情况下，当固体物体穿透制品时，振动伴随着定向力。
在一些实施方式中，本文所描述的方法包括移除固体物体。例如，根据某些实施方式，在销160已经穿透示例性制品100(例如，以在第一电极部分110与第二电极部分120之间建立电耦接)的情况下，可以随后将销160从制品100移除。在一些实施方式中，使用弹簧加载机构将固体物体(例如，销)用于穿透制品，并且然后在穿透步骤之后使用弹簧加载机构从制品撤回固体物体。在某些情况下，在移除固体物体期间使用刮具(scraper)。使用这样的刮具可以帮助从制品(以及可选地从耦接至制品的导电端子)移除固体物体，特别是在固体物体变得粘附至制品的部件和/或导电端子的某些情况下。在穿透步骤期间建立的第一电极部分与第二电极部分之间的电耦接可以保持，即使在用于穿透制品的固体物体(例如，销)从制品移除之后也是如此。以这样的方式，根据某些实施方式，电化学装置可以在固体物体移除之后循环。
在一些实施方式中，穿透制品致使在制品内形成导电固体材料区域。例如，参照图2，穿透制品100的步骤可以致使在制品100内形成导电固体材料区域140。在某些情况下，导电固体材料区域从第一电极部分延伸穿过非导电层并且到达第二电极部分。
应当理解，当区域(例如，导电固体材料区域)延伸至制品的部件(例如，第二电极部分)时，该区域可以延伸经过该部件(例如，穿过该部件并且延伸至制品的远离该部件的另一区域)，或者该区域可以终止于其延伸至的部件处。例如，再次参照图2，导电固体材料区域140从第一电极部分110延伸穿过非导电层130并且到达第二电极部分120。在某些实施方式中，导电固体材料区域140在图2所示的地方停止，而在某些其他实施方式中，导电固体材料区域140延伸经过第二电极部分120到达制品100的未示出的又一区域。
在一些实施方式中，导电固体材料区域电耦接第一电极部分和第二电极部分。例如，再次参照图2，导电固体材料区域140电耦接第一电极部分110和第二电极部分120。换言之，电流可以从第一电极部分流出穿过导电固体材料区域并且到达第二电极部分。在某些情况下，导电固体材料区域的存在使得电流能够从一个电极部分(例如，第一电极部分)流向另一电极部分(例如，第二电极部分)，否则由于例如非导电层位于两个电极部分之间，电流将不可能流动。在某些情况下，导电固体材料区域的存在使得电流能够在比在没有导电固体材料区域的情况下存在的电阻更低的电阻下从一个电极部分流向另一电极部分。以这样的方式，在第一电极部分与第二电极部分之间建立电耦接(例如，经由固体导电材料区域)可以改进包括制品的电化学装置的性能。例如，在制品是电池端子的一部分的情况下，降低第一电极部分与第二电极部分之间的电阻可以使得能够更有效地从电池收集电流或将电流注入电池(例如，在电池循环期间)。
导电固体材料可以包括任何合适的导电材料。在一些情况下，导电固体材料是或包括金属、金属合金和/或导电复合材料。如下面更详细描述的，在某些情况下，导电固体材料区域的导电固体材料包括第一电极部分和第二电极部分也包括的材料，诸如电极活性材料。
在一些实施方式中，穿透制品致使在制品中形成腔。例如，使用固体物体(例如，销)刺穿制品使得固体物体穿透制品并且然后移除固体物体可能致使在制品中在固体物体行进的空间中存在腔。在一些实施方式中，腔从第一电极部分延伸穿过非导电层并且到达第二电极部分。参照图3，制品100包括从第一电极部分110延伸穿过非导电层130并且到达第二电极部分120的腔150。本文所描述的某些方法包括通过使用销160刺穿制品100来穿透制品100以在第一电极部分110与第二电极部分120之间建立电耦接，以及移除销160，从而致使制品100包括腔150。一个非限制性实施方式包括压接制品，其中，压接致使制品的第一电极部分与第二电极部分之间的电耦接(例如，使得制品可以用于以改进的性能耦接至电化学装置的端子)。
在一些实施方式中，第一电极部分包括电极活性材料，并且第二电极部分包括相同的电极活性材料。例如，在一些实施方式中，第一电极部分110和第二电极部分120均包括相同的电极活性材料。如本文所使用的，术语“电极活性材料”是指与电极相关的任何电化学活性物质。例如，“阴极活性材料”是指与阴极相关的任何电化学活性物质，而“阳极活性材料”是指与阳极相关的任何电化学活性物质。在一些实施方式中，第一电极部分和第二电极部分包括锂和/或锂金属合金作为电极活性材料。根据某些实施方式，在电化学电池的充电和/或放电过程的至少一部分或全部期间，第一电极部分和第二电极部分可以包括锂金属和/或锂金属合金作为电极活性材料。锂和/或锂金属合金可以是例如阳极活性材料。下面更全面地描述合适的阴极活性材料和阳极活性材料。
在一些实施方式中，导电固体材料区域还包括第一电极部分和第二电极部分中存在的电极活性材料。例如，再次参照图2，在一些情况下，第一电极部分110包括阳极活性材料(例如，锂或锂合金)，第二电极部分120包括相同的阳极活性材料，以及从第一电极部分110延伸穿过非导电层130并且到达第二电极部分120的导电固体材料区域140包括与第一电极部分110和第二电极部分120相同的阳极活性材料。已经观察到，穿透制品的步骤可以致使第一电极部分和/或第二电极部分的一部分电极活性材料迁移，使得该部分电极活性材料形成从第一电极部分延伸穿过非导电层并且到达第二电极部分的导电固体材料区域的至少一部分，从而电耦接第一电极部分和第二电极部分。作为一个非限制性示例，第一电极部分110和第二电极部分120均可以包括锂和/或锂合金作为电极活性材料，并且穿透制品100(例如，使用销160)可以致使第一电极部分110和/或第二电极部分120的一部分锂和/或锂合金迁移穿过非导电层130的刺穿部分，使得包括锂和/或锂合金的导电固体材料区域电耦接第一电极部分110和第二电极部分120。
在一些实施方式中，至少一部分导电固体材料沿腔的壁定位。腔的壁占据腔与围绕腔的制品的实体部分之间的界面。再次参照图3，根据某些实施方式，制品100的腔150(例如通过穿透制品100形成的)包括壁151。根据某些实施方式，壁151沿腔150和第一电极部分110的界面、腔150和非导电层130的界面以及腔150和第二电极部分120的界面形成。如图3所示，根据某些实施方式，可选的导电固体材料区域140沿壁151定位。在一些情况下，当制品被穿透(例如，通过使用固体物体诸如销刺穿)并且来自第一电极部分和/或第二电极部分的一部分电极活性材料(例如，锂或锂合金)沿穿透的固体物体(例如，销)的行进方向迁移时，产生沿腔的壁定位的导电固体材料区域的一部分，使得当穿透的物体随后从制品移除时，该部分电极活性材料保持沿所得腔的壁定位。在一些情况下，沿腔的壁的导电固体材料的一部分从第一电极部分延伸穿过非导电层并且到达第二电极部分，从而电耦接第一电极部分和第二电极部分。在一些情况下，穿透制品以形成沿腔的壁定位的导电固体材料提供了用于电耦接电极部分(其又可以连接至电化学装置的端子)的简便且相对廉价的技术。
本文所描述的某些方法还包括使用导电材料填充腔的至少一部分。使用导电材料填充腔的至少一部分(例如，在通过穿透制品形成腔之后)可以形成从第一电极部分延伸穿过非导电层并且到达第二电极部分的相对大的导电固体材料区域。使用导电材料填充腔的至少一部分还可以改进(例如，增加)第一电极部分、第二电极部分与导电固体材料区域之间的接触面积，从而改进第一电极部分与第二电极部分之间的电连接。这样的相对大的导电固体材料的存在可以提供相对低电阻的介质，电流可以通过该介质从第一电极部分流向第二电极部分，并且反之亦然。例如，穿透制品100可以最初形成腔150，如图3所示，并且腔150的至少一部分可以随后填充有导电固体材料(例如，经由涂覆、沉积等)。在一些实施方式中，填充腔的至少一部分涉及填充腔的所有或基本上所有，如图2所示。
在一些实施方式中，腔的相对大的体积百分比填充有导电材料。在一些实施方式中，腔的至少10体积百分比(10vol％)、至少25vol％、至少50vol％、至少75vol％、至少90vol％、至少95vol％、至少99vol％或多达100vol％填充有导电材料。这些范围的组合是可能的。例如，在一些实施方式中，本文所描述的方法包括填充腔，使得腔的至少10vol％和多达100vol％填充有导电材料。
在一些情况下，腔填充有导电固体材料。在一些但不一定所有情况下，导电固体材料是与第一电极部分和/或第二电极部分的电极活性材料不同的材料。根据某些实施方式，用于填充腔的材料可以包括金属、金属合金、导电复合材料、导电聚合物和/或其组合。可以用于填充腔的示例性材料包括但不限于铜、铝和锂。
在一些实施方式中，在制品以其他方式制造并且并入电化学电池中之后执行穿透制品。例如，在一些情况下，制品电耦接至电化学装置的导电端子，并且在制品已经连接至导电端子之后执行穿透制品的步骤。参照图4A，根据某些实施方式，制品100电耦接至导电端子170。在一些情况下，根据某些实施方式，在制品100耦接至导电端子170之后，将包括制品100和导电端子170两者的组合制品根据本文所描述的方法(例如，使用销160)穿透。在一些这样的情况下，如图4B所示，穿透制品100还可以包括刺穿导电端子170。一些实施方式可以包括移除用于穿透包括制品和导电端子的组合制品的物体，从而留下从导电端子的一部分延伸穿过第一电极部分、穿过非导电层并且到达第二电极部分的腔。例如，图4C描绘了根据某些实施方式的从导电端子170延伸穿过第一电极部分110、穿过非导电层130并且到达第二电极部分120的腔150。在某些情况下，从导电端子跨越穿过第一电极部分、穿过非导电层并且到达第二电极部分的腔填充有导电材料(例如，以改进第一电极部分、第二电极部分和导电端子的电耦接。例如，参照图4D，导电固体材料区域140从导电端子170延伸穿过第一电极部分110、穿过非导电层130到第二电极部分120中。
在另一方面，一般地描述了制品。在一些情况下，如上面所提及的，制品是电化学电池的一部分。在某些情况下，制品可以用于在电化学电池的导电端子(例如，电池端子)与其中的电极部分之间形成电连接。如上面所提及的，图1A描绘了示例性制品100的截面示意图。
本文所描述的制品可以包括多个电极部分。如上面所描述的，制品可以包括第一电极部分和第二电极部分。在一些情况下，非导电层可以位于第一电极部分与第二电极部分之间。
在一些实施方式中，非导电层具有第一侧和第二侧。在一些实施方式中，制品包括与非导电层的第一侧相邻的第一电极部分。在某些情况下，制品包括与非导电层的第二侧相邻的第二电极部分。例如，再次参照图1A，根据某些实施方式，非导电层130包括第一侧131，并且制品100包括与第一侧131相邻的第一电极部分110。类似地，在一些情况下，制品100包括与非导电层130的第二侧132相邻的第二电极部分120。
第一电极部分和第二电极部分可以直接在非导电层上(例如，可以经由沉积或涂覆处理形成一者或两者)。例如，在图1A中，第一电极部分110直接在非导电层130上，并且第二电极部分120直接在非导电层130上。然而，电极部分与非导电层之间不需要直接接触，并且在一些实施方式中，在非导电层与相邻电极部分之间存在一个或更多个中间层(例如，固体层)。例如，在图1A中，中间层可以在第一电极部分110与非导电层130之间和/或在第二电极部分120与非导电层130之间。与非导电层的第一侧相邻的第一电极部分可以在非导电层的第一侧的相对小的距离内。例如，第一电极部分可以在非导电层(例如，非导电层的第一侧)的5.0mm内、1.0mm内、500微米内、100微米内、50微米内、10微米内或更小距离内。在一些实施方式中，第一电极部分与非导电层的第一侧直接相邻。类似地，与非导电层的第二侧相邻的第二电极部分可以在非导电层的第二侧的相对小的距离内。例如，第二电极部分可以在非导电层的第二侧的5.0mm内、1.0mm内、500微米内、100微米内、50微米内、10微米内或更小距离内。在一些实施方式中，第二电极部分与非导电层的第二侧直接相邻。
如上面所提及的，在一些情况下，非导电层是或包括剥离层。下面更详细地描述剥离层的示例性材料和特性的细节。剥离层可以包括聚合物材料，并且剥离层可以用作本文所描述的制品和/或电化学装置的一个或更多个部件的制造步骤的一部分。例如，在一些情况下，通过将电极材料沉积或涂覆在基底(例如，用作固体表面的基底，在制造期间在其上形成制品和/或电化学装置的某些部件，但是不一定包括在成品或电化学装置中)上的剥离层上，可以方便地形成要在电化学装置中使用的电极部分，并且随后使用剥离层将沉积或涂覆的电极部分与基底分离(例如，使得其可以并入电化学装置诸如电池中)。作为一个非限制性示例，包括锂和/或锂合金作为阳极活性材料的阳极可以通过将锂气相沉积在基底上的剥离层上，然后将剥离层(以及所得气相沉积的锂或锂合金层)与基底分离而形成。这样的阳极的一个示例在于2007年7月23日作为申请第11/781,915号提交、于2014年6月17日作为美国专利第8,753,771号专利化并且题为“Lithium Anodes for ElectrochemicalCells”的于2008年1月17日公布的美国专利公开第US 2008/0014501号中进行了描述，其出于所有目的通过引用整体并入本文。
图10A是包括非导电层130(例如，包括剥离层)和相邻电极部分110(例如，包括锂和/或锂合金)的多层结构的示例性说明。在一些情况下，用于电化学装置的电极可以包括如图10B所示组合的两个多层结构。这样的双侧电极部分——包括具有第一侧和第二侧的非导电层(其本身可以包括两个剥离层)、与第一侧相邻的第一电极部分和与第二侧相邻的第二电极部分——可以在电化学装置诸如电池中提供高能量密度电极。由于在第一电极部分与第二电极部分之间存在非导电层(例如，剥离层)，因此本文描述的方法可以用于在第一电极部分与第二电极部分之间建立电耦接，这在从包括这样的制品的电化学装置收集电流或将电流注入其中时(例如，在电化学装置的放电和/或充电期间)可以降低电阻。如上面所提及的，本文描述的方法(例如，涉及穿透制品)可以产生下述制品，在该制品中，第一电极部分通过从第一电极部分延伸穿过非导电层并且到达第二电极部分的导电固体材料区域电耦接至第二电极部分。
本文描述的在电极部分之间建立电耦接的方法可以使得非导电层诸如剥离层能够在电极部分并入电化学电池时保持附接至电极部分，同时仍然使得相对有效的电荷传输(例如，电流)能够进出电化学电池的电极。
在一些实施方式中，非导电层具有相对低的电导率。例如，在一些实施方式中，非导电层具有小于或等于10-2S/cm、小于或等于10-3S/cm、小于或等于10-4S/cm或更小的电导率。例如，在一些情况下，剥离层具有大于或等于2.5x10-3S/cm且小于或等于3x10-3S/cm的电导率。
如上面所提及的，在一些实施方式中，第一电极部分具有极性。例如，在一些情况下，第一电极部分是阳极的一部分。在一些实施方式中，第二电极部分具有与第一电极部分的极性相同的极性。例如，在一些情况下，第二电极部分也是阳极的一部分。参照图1A，根据某些实施方式，第一电极部分110具有极性，并且第二电极部分120具有与第一电极部分110的极性相同的极性。在一些情况下，第一电极部分和第二电极部分具有相同的极性，并且第一电极部分和第二电极部分包括相同的电极活性材料(例如，第一电极部分110是包括锂和/或锂合金作为阳极活性材料的阳极部分，并且第二电极部分120也是包括锂和/或锂合金作为阳极活性材料的阳极部分)。在一些实施方式中，第一电极部分和第二电极部分均是阴极的一部分。
如本文所使用的，“阴极”是指其中电极活性材料在充电期间被氧化而在放电期间被还原的电极，而“阳极”是指其中电极活性材料在充电期间被还原而在放电期间被氧化的电极。
如上面所提及的，在一些实施方式中，非导电层、第一电极部分和第二电极部分形成双侧电极部分。例如，根据某些实施方式，如图1A所描绘的制品100可以是双侧电极部分。双侧电极部分或“夹心电极”部分可以是电化学装置(例如，电池)的一部分，其具有包括但不限于堆叠配置、折叠配置或卷绕配置的多种合适的配置中的任一种。在一些实施方式中，双侧电极部分包括延伸穿过双侧电极部分的至少一部分的导电固体材料区域。例如，参照图2并且如上面所描述的，根据某些实施方式，制品100包括双侧电极部分，并且导电固体材料区域140从第一电极部分110延伸穿过非导电层130并且到达第二电极部分120，从而将第一电极部分110电耦接至第二电极部分120。根据某些实施方式，通过电耦接双侧电极部分的电极部分，可以降低双侧电极部分的两侧之间的电阻，从而改进包括双侧电极部分的电化学装置在电化学装置的循环期间的性能。在某些实施方式中，双侧电极部分的导电固体材料区域延伸穿过的部分可以是双侧电极的用于与电化学装置的导电端子形成电连接的部分，而双侧电极部分的其他部分可以用于参与电化学反应(例如，在电化学装置的循环期间)。
在一些实施方式中，非导电层、第一电极部分和第二电极部分形成第一双侧电极部分，并且制品还包括与第一双侧电极部分相邻的第二双侧电极部分。例如，参照图5A，根据某些实施方式，制品100包括：第一双侧电极部分105，其包括第一电极部分110、非导电层130和第二电极部分120；以及第二双侧电极部分205，其包括第一电极部分210、非导电层230和第二电极部分220。在一些实施方式中，第一双侧电极部分和第二双侧电极部分基本上平行。然而，在一些情况下，第一双侧电极部分和与第一双侧电极部分相邻的第二双侧电极部分是同心的(例如，在其中制品是具有卷绕配置的电化学电池的一部分的一些情况下)。在制品是包括例如多个双侧电极部分(例如，堆叠配置的形式)的电化学电池的一部分的情况下，制品可以包括这样的第一双侧电极部分和第二双侧电极部分的组合。
在一些情况下，第一双侧电极部分和第二双侧电极部分的电极部分均具有相同的极性。例如，在某些情况下，第一双侧电极部分包括第一阳极部分和第二阳极部分(例如，位于非导电层的任一侧)，并且第二双侧电极部分也包括第一阳极部分和第二阳极部分(例如，位于不同的非导电层的任一侧)。在一些实施方式中，第一双侧电极部分的电极部分可以与第二双侧电极部分的电极部分直接相邻。换言之，在一些情况下，第一双侧电极部分的电极部分的至少一部分与第二双侧电极部分的电极部分的至少一部分之间不存在中间层。再次参照图5A，在一些实施方式中，第一双侧电极部分105的第二电极部分120与第二双侧电极部分205的第一电极部分210直接相邻。
在一些实施方式中，第一双侧电极部分通过导电固体材料区域电耦接至第二双侧电极部分。例如，参照图5A，根据某些实施方式，第一双侧电极部分105通过导电固体材料区域140电耦接至第二双侧电极部分205。换言之，在一些情况下，电流可以从第一双侧电极部分的部件流过导电固体材料区域的至少一部分并且到达第二双侧电极部分。作为一个示例，根据某些实施方式，在第一双侧电极部分105的第一电极部分110处生成的电流(例如，在包括制品100的电化学装置的放电期间)可以从第一电极部分110流向导电固体材料区域140，并且然后从导电固体材料区域140流向第二双侧电极部分205的第二电极部分220。以这样的方式，电流可以能够从制品内的不同双侧电极部分(例如，双侧阳极部分)传输，这在其中制品至少部分用于将电化学装置的电极连接至导电端子的一些情况下可能是有用的。
在一些实施方式中，导电固体材料区域沿垂直于每个非导电层的第一侧和第二侧的方向延伸穿过第一双侧电极部分和第二双侧电极部分。应当理解，物体沿垂直于另一物体(例如，侧或表面)的方向延伸并不需要完全垂直，并且在一些情况下，沿垂直于另一物体(例如，侧或表面)的方向延伸的物体与该另一物体(例如，侧或表面)之间的角度可以从90度偏离多达1度、多达2度、多达5度或多达10度。再次参照图5A，导电固体材料区域140沿垂直于非导电层130的第一侧131和第二侧132以及非导电层230的第一侧231和第二侧232的方向延伸穿过第一双侧电极部分105和第二双侧电极部分205。在一些情况下，以本文所描述的方式延伸穿过第一双侧电极部分和第二双侧电极部分的导电固体材料区域可以通过根据本文所描述的方法穿透包括第一双侧电极部分和第二双侧电极部分的制品(例如，通过使用固体物体诸如销刺穿第一双侧电极部分和第二双侧电极部分)而形成。
在一些实施方式中，腔沿垂直于每个非导电层的第一侧和第二侧的方向延伸穿过第一双侧电极部分和第二双侧电极部分。在一些情况下，以上面描述的方式延伸穿过第一双侧电极部分和第二双侧电极部分的腔是根据本文所描述的方法形成的。例如，在一些情况下，包括第一双侧电极部分和第二双侧电极部分的制品被穿透(例如，使用固体物体诸如销)，并且在制品被穿透之后，形成腔(例如，在移除固体物体的步骤之后)。图5B描绘了沿垂直于非导电层130的第一侧131和第二侧132以及非导电层230的第一侧231和第二侧232的方向延伸穿过第一双侧电极部分105和第二双侧电极部分205的示例性腔150。如上面所描述的，在一些情况下，至少一部分导电固体材料沿腔的壁定位。例如，再次参照图5B，根据某些实施方式，腔150的壁151的至少一部分包括导电固体材料区域140。在一些这样的情况下，沿腔的壁定位的导电固体材料区域的一部分从第一双侧电极部分延伸至第二双侧电极部分。在一些这样的情况下，沿腔的壁的该导电固体材料区域将第一双侧电极部分(例如，电极部分)的部件与第二双侧电极部分(例如，另一电极部分)的部件电耦接。应当理解，虽然图5B中的导电固体材料区域140被示出为从第一电极部分110跨越至第二电极部分220的连续区域，但是在一些情况下，多个离散的导电固体材料区域可以沿腔150的壁151定位。例如，根据某些实施方式，沿腔150的壁151定位的第一导电固体材料区域可以从第一双侧电极部分105的第一电极部分110延伸至第二电极部分120，而沿腔150的壁151定位的第二导电固体材料区域可以从第二双侧电极部分205的第一电极部分210延伸至第二电极部分220，其中，第一导电固体材料区域和第二导电固体材料区域是离散的。
在一些实施方式中，本文所描述的方法和制品可以用于将电荷(例如，流动的电流)传输至本文所描述的制品的某些电极部分并从其传输，否则电荷的有效传输将是困难的。一些这样的情况包括制品电耦接至导电端子的情况。例如，参照图5C，根据某些实施方式，制品100电耦接至导电端子170。在一些情况下，导电端子用于在电化学装置(例如，电池)的电极(例如，包括锂或锂合金的阳极)与电化学装置的外部电路系统之间传输电荷。在一些情况下，诸如在电化学装置中使用双侧电极的某些情况下，双侧电极的某些电极部分(例如，内部电极部分)可以通过双侧电极的非导电层(例如，剥离层)与导电端子和/或与导电端子接触的导电固体隔开，从而使电荷从那些特定电极部分到导电端子的有效传输变得困难。再次参照图5C，例如，根据某些实施方式，虽然第一电极部分110和第二电极部分220与导电端子170直接接触并且因此可以有效地向导电端子170和从导电端子170传输电荷(例如，在包括制品100的电化学装置的循环期间)，但是第二电极部分120和第一电极部分210不与导电端子170直接接触并且分别通过非导电层130和非导电层230与导电端子170隔开。在不存在本文所描述的某些特征(例如，诸如在穿透步骤期间形成的导电固体材料区域)的情况下，导电端子(例如，导电端子170)与内部电极部分诸如第二电极部分120和第一电极部分210之间的有效电荷传输可能是困难的，在一些情况下，对包括该制品的电化学装置(例如电池)的性能具有不利影响(例如，由于高电阻)。
然而，在采用本文所描述的制品和方法的特征的一些情况下，避免了内部电极部分与导电端子之间的低效电荷传输。例如，以上面描述的方式延伸穿过第一双侧电极部分和第二双侧电极部分的导电固体材料区域的存在可以在内部电极部分与导电端子之间建立有效的电耦接。再次参照图5C，根据某些实施方式，导电固体材料区域140从导电端子170延伸穿过第一电极部分110，穿过非导电层130，穿过第二电极部分120，穿过第一电极部分210，穿过非导电层230并且到达第二电极部分220。在一些这样的实施方式中，即使存在非导电层130，第二电极部分120也电耦接至导电端子170，这是因为电流可以从第二电极部分120流向导电固体材料区域140，并且该电流然后可以从导电固体材料区域140流向导电端子170。在一些但不一定所有情况下，本文描述的包括导电固体材料区域的制品可以使得能够进行从端子到电化学装置的有效电连接，即使在电化学装置具有涉及带有嵌入的非导电层(例如，剥离层)的双侧电极的堆叠的配置时也是如此。
虽然上面描述的实施方式涉及包括第一双侧电极部分和第二双侧电极部分的制品，但是应当理解，在一些情况下，所述制品可以包括多于两个的双侧电极(例如，基本上平行且相邻，或彼此同心且相邻)。图6A至图6B描绘了根据某些实施方式的包括第一双侧电极部分105、第二双侧电极部分205和第三双侧电极部分305的示例性制品100。在一些实施方式中，制品包括至少一个双侧电极部分、至少2个双侧电极部分、至少3个双侧电极部分、至少4个双侧电极部分、至少5个双侧电极部分、至少6个双侧电极部分、至少10个双侧电极部分以及/或者多达15个双侧电极部分、多达20个双侧电极部分、多达50个双侧电极部分、多达100个双侧电极部分或更多。这些范围的其他组合也是可能的。例如，在一些实施方式中，制品包括至少一个双侧电极部分和多达100个双侧电极部分。
本文所描述的导电固体材料区域和/或腔延伸穿过本文所描述的制品的一些双侧电极部分的程度可以取决于多个因素，包括期望的制造过程的复杂性。在一些实施方式中，导电固体材料区域延伸穿过制品的每个双侧电极部分。例如，参照图6A，根据某些实施方式，示例性制品100包括三个双侧电极部分(第一双侧电极部分105、第二双侧电极部分205和第三双侧电极部分305)，并且导电固体材料区域140延伸穿过三个双侧电极部分中的每一个。使导电固体材料区域延伸穿过制品的每个双侧电极部分在期望单个导电固体材料区域电耦接制品的双侧电极部分的每个电极部分的某些情况下可能是有用的。类似地，在一些实施方式中，本文所描述的腔延伸穿过制品的每个双侧电极部分(例如，在已经被穿透的制品中，使得穿透制品的物体穿过整个制品)。
然而，在一些实施方式中，导电固体材料区域延伸穿过制品的一些但不是所有的双侧电极部分。例如，在一些情况下，制品可以包括三个双侧电极部分，并且导电固体材料区域可以从第一双侧电极部分延伸至第二双侧电极部分，但不延伸至第三双侧电极部分。图6B描绘了根据某些实施方式的一个这样的实施方式，在该实施方式中，导电固体材料区域140从第一双侧电极部分105延伸至第二双侧电极部分205，但没有到达第三双侧电极部分305。类似地，在一些实施方式中，本文所描述的腔延伸穿过制品的一些但不是所有的双侧电极部分。例如，可以通过穿透制品的一些但不是所有(例如，使用固体物体诸如销)来形成这样的腔。使导电固体材料区域延伸穿过制品的一些但不是所有的双侧电极部分在多种情况下可能是有用的。例如，在一些情况下，穿透整个制品可能导致在制品表面上形成特征，这可能对作为电化学装置端子的一部分的制品的性能不利。例如，在一些情况下，穿透整个制品(例如，以形成延伸穿过每个双侧电极部分的腔和/或导电固体材料区域)可能形成毛刺。在某些情况下，移除这样的毛刺可能增加制造制品和电化学装置的复杂性和成本。在某些情况下，这样的复杂性和成本可能是不期望的。然而，在某些其他情况下，可以执行对制品性能有害的这样的毛刺或其他特征的移除。
在一些实施方式中，制品包括多个导电固体材料区域和/或腔。例如，在一些实施方式中，导电固体材料区域为第一导电固体材料区域，并且制品包括第二导电固体材料区域。类似地，在一些情况下，本文所描述的腔为第一腔，并且制品包括第二腔。这样的多个导电固体材料区域和/或腔可以作为多个穿透步骤(例如，使用一个或更多个固体物体(例如，销，顺序地或同时多次穿透制品)的结果而形成。在某些情况下，使多个导电固体材料区域和/或腔如上面所描述的延伸穿过制品的部分可以使得能够改进制品内的部件之间的电连接，从而改进性能(例如，包括制品的电化学电池)。图7A描绘了根据某些实施方式的包括第一导电固体材料区域140和第二导电固体材料区域141的示例性制品100。类似地，图7B描绘了包括第一腔150和第二腔152的示例性制品100。
在一些实施方式中，制品包括第一侧和与第一侧相对的第二侧。例如，参照图1B，示例性制品100包括第一侧101和与第一侧101相对的第二侧102。在一些情况下，制品的第一侧基本上平行于制品的第二侧。在某些情况下，第一侧和第二侧基本上平行于非导电层。例如，再次参照图1B，制品100的第一侧101和第二侧102基本上平行于非导电层130的第一侧131和第二侧132。在一些实施方式中，基本上平行的两个物体(例如，表面、层、侧等)具有偏离平行的多达1度、多达2度、多达5度或多达10度的区域。
在一些实施方式中，制品包括第一侧和与第一侧相对的第二侧，并且导电固体材料区域从第一侧延伸至第二侧。参照图2，例如，制品100包括导电固体材料区域140，导电固体材料区域140从制品100的第一侧101延伸至制品100的第二侧102，其中，第一侧101与第二侧102相对。作为另一示例，参照图6A，导电固体材料区域140从示例性制品100的第一侧101延伸至制品100的第二侧102。类似地，在一些情况下，本文所描述的腔(例如，腔150)从制品的第一侧延伸至第二侧。在整个制品被穿透的情况下，腔和/或导电固体材料区域可以从制品的第一侧延伸至制品的第二侧。例如，在一些情况下，使用固体物体(例如，销)穿透制品，使得固体物体刺穿制品的第一侧，行进通过制品的整个内部，并且离开制品的第二侧。如上面所描述的，以这样的方式穿透制品，致使从制品的第一侧延伸至制品的第二侧的导电固体材料区域和/或腔的形成在期望制品的所有电极部分和/或双侧电极部分在单个穿透步骤中电耦接的情况下可能是有用的。
然而，在一些实施方式中，本文所描述的导电固体材料区域和/或腔从第一侧延伸至制品内部的某个点，但是并未一直延伸至制品的第二侧。
在制品包括多个导电固体材料区域和/或腔的一些实施方式中，导电固体材料区域和/或腔可以延伸穿过制品的不同区域。在一些这样的情况下，导电固体材料区域和/或腔被布置成提供从制品内的电极部分(例如，双侧电极部分的内部电极部分)的有效电荷传输。在一些实施方式中，至少一个导电固体材料区域从制品的第一侧延伸但是未到达第二侧，并且至少一个导电固体材料区域从制品的第二侧延伸但是未到达第一侧。类似地，在一些实施方式中，至少一个腔从制品的第一侧延伸但是未到达第二侧，并且至少一个腔从制品的第二侧延伸但是未到达第一侧。例如，再次参照图7A，根据某些实施方式，制品100包括第一导电固体材料区域140和第二导电固体材料区域141。在一些情况下，根据某些实施方式，导电固体材料区域140从制品100的第一侧101延伸，但是未到达制品100的第二侧102，而第二导电固体材料区域141从第二侧102延伸，但是未到达第一侧101。类似地，例如，再次参照图7B，根据某些实施方式，制品100包括第一腔150和第二腔152。在一些情况下，根据某些实施方式，第一腔150从制品100的第一侧101延伸，但是未到达制品100的第二侧102，而第二腔152从第二侧102延伸，但是未到达第一侧101。这样的配置——其中，至少一个腔和/或导电固体材料区域从第一侧延伸但是未到达第二侧，以及至少一个腔和/或导电固体材料区域从制品的第二侧延伸但是未到达第一侧——可以使得能够将制品的所有电极部分电耦接，同时避免在腔和/或导电固体材料完全延伸穿过制品时可能出现的缺点(例如，如上面所描述的毛刺等)。例如，可以通过从制品的多个不同侧穿透制品(例如，从第一侧和从第二侧穿透制品)来实现一些这样的配置。
在一些情况下，制品包括腔和/或导电固体材料区域，其交替延伸穿过制品(例如，从第一侧至第二侧，或从第一侧的第二侧)。例如，图8描绘了根据某些实施方式的示例性制品100的俯视图。在图8中，所描绘的八个圆圈中的每一个表示沿垂直于图8的平面的方向延伸穿过制品100的腔和/或导电固体材料区域。图8中的实心圆圈表示沿进入图8页面的方向从制品顶部朝向制品底部(未示出)延伸(但未到达制品底部)的腔和/或导电固体材料区域，而虚线圆圈表示沿从图8页面出来的方向从制品底部(未示出)朝向制品顶部(示出)延伸(但未到达制品顶部)的腔和/或导电固体材料区域。在一些情况下，这样的延伸穿过制品的腔和/或导电固体材料区域的交替图案可以提供电流进出制品内的电极部分的有效传输(例如，当制品是电化学电池端子的一部分时)。在某些情况下，这样的配置可以通过以如图8所示的交替方式穿透(例如，使用固体物体诸如销刺穿)制品来实现。
如上面所提及的，在一些实施方式中，本文所描述的制品是电化学装置的一部分。在一些情况下，电化学装置可以是或包括电化学电池。在某些情况下，电化学装置包括多个电化学电池。例如，在某些情况下，电化学装置是多单元电池，诸如多单元锂或锂离子电池。在某些情况下，上面描述的电极部分和/或双侧电极部分是电化学装置中的电极部分。在某些情况下，本文描述的制品中的电极部分和/或双侧电极部分可以是电化学装置的电极的用于耦接至电化学装置的端子(例如，电池端子)的延伸部分。如下面更详细地描述，电化学装置可以包括除上面描述的制品的部件以外的某些其他部件。例如，电化学装置可以包括具有与包含在上面描述的制品中的电极部分的极性相反的极性的电极以及隔离件、电解质和/或集电器。
在一些实施方式中，制品电耦接至电化学装置的导电端子。例如，返回参照图4A，导电端子170可以是包括制品100的电化学装置的导电端子。在一些情况下，导电端子是电池端子。在一些实施方式中，电耦接至制品的导电端子是阳极端子。例如，在一些情况下，制品的电极部分(例如，第一电极部分、第二电极部分)是阳极部分，并且制品电耦接至阳极端子。即使在电化学装置的电极包括非导电层的情况下，本文描述的方法和本文描述的制品的特征在一些但不一定所有情况下也可以例如通过提供从电极部分(例如，内部电极部分)至导电端子的传导路径使得电荷(例如，电流)能够进行从电化学电池的电极到导电端子的相对有效的转移。在本公开内容的指导下，本领域普通技术人员将理解用于将本文所描述的制品电耦接至电化学装置的导电端子的合适的材料和方法。例如，在一些情况下，导电端子是由导电固体(例如，金属、金属合金、复合材料、导电聚合物和/或其组合)制成的凸片。合适的导电固体可以包括例如金属箔(例如，铝箔)、聚合物膜、金属化聚合物膜(例如，镀铝塑料膜，诸如镀铝聚酯膜)、导电聚合物膜、具有导电涂层的聚合物膜、具有导电金属涂层的导电聚合物膜和具有分散在其中的导电颗粒的聚合物膜。
在一些实施方式中，导电端子包括一种或更多种导电金属，诸如铝、铜、铬、不锈钢和镍。例如，导电端子可以包括铜金属层。可选地，另一导电金属层诸如钛可以位于铜层上。钛可以促进铜层对另一材料诸如电活性材料层(例如，第一电极部分的电活性材料层)的粘附。其他导电端子可以包括例如多孔金属网、金属网、金属网格、多孔金属网格、金属棉、编织碳织物、编织碳网、无纺碳网和碳毡。此外，导电端子可以是电化学惰性的。然而，在其他实施方式中，导电端子可以包括电活性材料。例如，导电端子可以包括用作电活性材料层的材料(例如，用作阳极或阴极，诸如本文所描述的那些)。
在一些实施方式中，制品还包括与第一电极部分和/或第二电极部分电化学连通的液体电解质。例如，在制品是电化学装置(例如，电池堆)的一部分的一些情况下，可以存在与第一电极部分(例如，第一电极部分110)和/或第二电极部分(例如，第二电极部分120)电化学连通的液体电解质以在电化学装置的充电和/或放电过程期间促进电化学电池中的电化学反应。下面更详细地描述了合适的电解质，包括液体电解质。
本文所描述的一些实施方式包括循环包括本文所描述的制品的电化学装置。例如，在一些情况下，包括本文所描述的制品的电化学装置被充电(例如，通过电源或充电器向电化学装置内的电化学电池施加电压)，并且在充电过程期间电流经由本文所描述的制品的导电端子和电极部分(例如，双侧电极部分的一部分)从电源流向电化学装置的某些电极。在一些这样的情况下，至少部分地由于制品的电极部分的电耦接的存在(例如，经由延伸穿过非导电层的导电固体材料区域)，电流相对有效地(例如，在相对低的电阻下)从电极流向电源/充电器。类似地，在一些实施方式中，包括本文所描述的制品的电化学装置被放电(例如，经由电化学装置的电极之间的电化学反应生成电)，并且至少部分地由于上面所描述的导电固体材料区域和/或腔的存在(例如，通过穿透制品形成)，电流从电化学装置的电极有效地转移至导电端子(例如，阳极端子)。
一些实施方式可以包括穿透制品使得在第一电极部分与第二电极部分之间建立电耦接，并且然后循环包括该制品的电化学装置。
电化学电池可以具有多种合适配置中的任一种。例如，在一些情况下，电化学装置具有堆叠配置。在一些这样的堆叠配置中，电化学装置的部件(例如，电极、集电器、隔离件等)可以作为层涂覆或沉积在彼此上，或者，部件可以单独形成并且然后彼此附接(例如，经由层压)。在一些情况下，电化学装置具有卷绕配置，其中，电化学装置的部件被缠绕使得它们围绕中心轴卷绕以形成圆柱形电化学装置。在一些实施方式中，电化学装置具有折叠配置，诸如“Z-折叠”配置或“W-折叠”配置。在某些情况下，电化学装置具有“果冻卷”棱柱配置。
在一些实施方式中，第一电极部分或第二电极部分的一部分被第三电极部分覆盖。例如，在一些情况下，制品是电化学装置的一部分(例如，包括电化学电池)，并且电化学装置包括覆盖第一电极部分或第二电极部分的一部分的第三电极部分，使得可以发生涉及第一电极部分(例如，阳极部分)或第二电极部分(例如，阳极部分)的电极活性材料和第三电极部分(例如，阴极部分)的电活性材料的电化学反应。参照图9A，根据某些实施方式，第三电极部分190覆盖第一电极部分110的一部分。在一些实施方式中，第三电极部分具有与第一电极部分和第二电极部分的极性相反的极性。例如，在一些情况下，第一电极部分和第二电极部分是阳极部分(例如，包括锂和/或锂合金)，而覆盖第一电极部分和/或第二电极部分的一部分的第三电极部分是阴极部分。在一些情况下，隔离件部分位于第三电极部分与第一电极部分或第二电极部分之间。图9A描绘了根据某些实施方式的可选隔离件部分195。在一些实施方式中，第三电极部分覆盖第一电极部分或第二电极部分中的一些但不是所有。在一些情况下，不期望延伸穿过制品部分的导电固体材料区域和/或腔延伸穿过任何第三电极部分，这是因为在第三电极部分与第一电极部分或第二电极部分之间建立电耦接可能导致包括该制品的电化学装置短路。因此，在一些实施方式中，延伸穿过第一电极部分、非导电层和第二电极部分的导电固体材料区域或腔未延伸穿过任何第三电极部分。例如，再次参照图9A，导电固体材料区域140延伸穿过第一电极部分110、非导电层130和第二电极部分120，但是导电固体材料区域140未延伸或者甚至不与第三电极部分190相交。
在一些实施方式中，制品包括设置在第一双侧电极部分的一部分与第二双侧电极部分的一部分之间的第三电极部分。例如，在一些情况下，制品是电化学装置的一部分(例如，包括电化学电池)，并且电化学装置包括设置在第一双侧电极部分与第二双侧电极部分之间的第三电极部分，使得可以发生涉及第三电极部分的电极活性材料与第一双侧电极部分和/或第二双侧电极部分的电极活性材料的电化学反应(例如，在电化学装置的充电或放电期间)。参照图9B，示例性制品100包括第一双侧电极部分105和第二双侧电极部分205，并且制品还包括设置在第一双侧电极部分105与第二双侧电极部分205之间的第三电极部分190。
在一些实施方式中，第三电极部分的极性与第一双侧电极部分的电极部分和第二双侧电极部分的电极部分的极性不同。例如，在一些情况下，第一双侧电极部分包括阳极部分，第二双侧电极部分包括阳极部分(例如，包括锂和/或锂合金)，并且设置在第一双侧电极部分与第二双侧电极部分之间的第三电极部分是阴极部分。在一些情况下，第三电极部分设置在第一双侧电极部分与第二双侧电极部分中的一些但不是所有之间。如上面所提及的，为了避免短路，可能不期望延伸穿过制品部分的导电固体材料区域和/或腔延伸穿过任何第三电极部分。因此，在一些情况下，延伸穿过第一双侧电极部分与第二双侧电极部分的导电固体材料区域未延伸穿过设置在第一双侧电极部分与第二双侧电极部分之间的第三电极部分。例如，再次参照图9B，根据某些实施方式，导电固体材料区域140延伸穿过第一双侧电极部分105和第二双侧电极部分205，但是导电固体材料区域140未延伸穿过第三电极部分190或与第三电极部分190相交。在一些情况下，制品还包括在第三电极部分与第一双侧电极部分之间的隔离件部分，并且制品还包括在第三电极部分与第二双侧电极部分之间的隔离件部分。图9B描绘了根据某些实施方式的示例性可选隔离件部分195和196。
图11A至图11F示出了根据某些实施方式的示例性电化学装置和部件的示意图。图11A描绘了根据某些实施方式的包括阳极430、隔离件450和阴极440的示例性电化学装置部件的俯视图(上)和截面图(下)。尽管以下描述涉及阳极430(例如，双侧气相沉积的锂金属阳极)和阴极440(例如，包括沉积在集电器193(例如，金属层)上的阴极活性材料的双侧阴极)，但是应当理解，其他配置也是可能的，诸如包括阴极430和阳极440的实施方式。根据某些实施方式，阳极430包括双侧阳极部分105，并且双侧阳极部分105是阳极430的延伸(例如，如本文所描述的制品)。此外，在一些实施方式中，阴极440包括集电器延伸275。
图11B示出了根据某些实施方式的包括阳极430(包括双侧阳极部分105)、隔离件450(隐藏在阴极430后面)和阴极440(隐藏在阳极430和隔离件450后面，但是包括未隐藏的阴极集电器延伸275)的示例性电化学装置400的俯视图。如上面所描述的，在某些实施方式中，可以通过穿透双侧阳极部分105(例如，使用固体物体诸如销)来建立电化学装置400的双侧阳极部分105的电极部分之间的电耦接，从而形成导电固体材料区域。在一些实施方式中，图11B中的导电端子170通过使导电端子170与双侧阳极部分105接触并且穿透双侧阳极部分105和导电端子170两者来电耦接至包括双侧电极部分105的阳极430的延伸。在一些实施方式中，导电端子270电耦接至集电器193的集电器部分延伸275，从而建立涉及电化学装置400的完整电路。
图11C示出了根据某些实施方式的从图11B所示的视图A观察的电化学装置400的示意性截面图。如图11C所示，根据某些实施方式，电化学装置400具有堆叠配置并且包括按顺序布置的以下部件：阳极430、隔离件450和包括集电器193的阴极440。在一些情况下，如图11C所示，在电化学装置400中重复这种部件布置。在图11C中，集电器延伸275a延伸经过电化学装置400的其他部件，并且在一些情况下可以用于形成与端子(例如，图11B所示的阴极端子270)的电连接。类似地，根据某些实施方式，其他集电器延伸诸如集电器延伸275b和集电器延伸275c也可以延伸经过电化学装置400的其他部件并且用于形成与端子的电连接。
图11D示出了根据某些实施方式的从图11B所示的视图B观察的电化学装置400的示意性截面图。如图11D所示，根据某些实施方式，双侧阳极部分105a延伸经过电化学装置400的其他部件。应当理解，双侧阳极部分105(例如，图11D中的双侧阳极部分105a、105b、105c和105d)中的每一个可以看起来像例如图5A至图7B中的双侧电极部分105，并且为清楚起见在图11A至图11E中示出为单层。例如，在一些实施方式中，图11D中的双侧阳极105a包括第一电极部分、第二电极部分以及第一电极部分与第二电极部分之间的非导电层。在一些实施方式中，双侧阳极部分105a、105b、105c和105d之间的电耦接可以通过穿透双侧阳极部分105a、105b、105c和105d以及在一些情况下穿透导电端子170(当存在时)来建立。例如，如图11E所示，在一些情况下，双侧阳极部分105a、105b、105c和105d形成如本文所描述的制品的一部分，并且被穿透使得导电固体材料区域140从双侧阳极部分105a延伸至双侧阳极部分105d，这可以用于建立到电化学装置400的阳极(包括阳极430)的良好电连接。在一些情况下，如图11F所示，穿透双侧阳极部分105a、105b、105c和105d致使形成腔150，腔150从双侧阳极部分105a延伸至双侧阳极部分105d。在某些情况下，腔150的壁的至少一部分包括导电固体材料区域140。
如上面所提及的，本文所描述的一些方法可以涉及使用固体物体(例如，销)穿透本文所描述的制品，所述固体物体被配置成在第一电极部分与第二电极部分之间建立相对有效的电耦接。在一些情况下，物体被配置成使得在本文描述的方法期间形成的腔和/或导电固体材料区域具有某些形状或几何形状。例如，在一些情况下，本文所描述的方法涉及以某些截面形状穿透制品。在一些实施方式中，制品包括具有垂直于腔或导电固体材料区域的长度的截面的腔或导电固体材料区域。腔或导电固体材料区域的长度是指跨越电极部分的腔或导电区域的尺寸。例如，在图2中，导电固体材料区域140的长度跨越第一电极部分110和第二电极部分120。在一些实施方式中，腔和/或导电固体材料区域的截面基本上平行于非导电层的第一侧和第二侧。出乎意料地，已经发现，在一些但不一定所有情况下，当考虑所得腔和/或导电固体材料区域的截面面积或最大截面尺寸时，使用具有某些形状的固体物体(例如，销)穿透制品在制品内建立比其他形状更有效的电耦接。如上面所提及的，制品可以包括从第一电极部分延伸穿过非导电层并且到达第二电极部分的腔，其中，至少一部分导电固体材料沿腔的壁定位。已经出乎意料地观察到，使用具有相对高的截面周长与截面面积(周长与面积)之比的固体物体(例如，销)穿透制品致使在腔的壁上布置相对大量的导电材料，这增加了电极部分之间电耦接的有效性。
因此，在一些但不一定所有情况下，以具有相对高的截面周长与截面面积之比的截面在制品中形成腔和/或导电固体材料区域可能是有益的。这样的周长与面积之比可以通过选择用于穿透制品的物体的某些截面形状来调整。例如，面积为0.95mm2的圆形的周长为3.45mm，得到周长与面积之比为3.63mm-1，而面积为0.62mm2的六边星形(例如，对应于
形状)的周长可以为3.61，得到周长与面积之比为5.8mm-1。具有相对高的截面周长与截面面积之比可以在由腔和/或导电固体材料区域连接的部分之间提供相对有效的电耦接(例如，低电阻)，同时保持相对小的穿透总面积，这可以减少穿透步骤期间对制品的结构扰动和/或减少穿透制品所需的力。在一些实施方式中，(例如，腔、导电固体材料区域和/或用于穿透制品的物体的)截面周长与截面面积之比大于或等于1mm-1、大于或等于2mm-1、大于或等于3mm-1、大于或等于5mm-1、大于或等于10mm-1或更大。在一些实施方式中，截面周长与截面面积之比小于或等于30mm-1、小于或等于25mm-1、小于或等于20mm-1、小于或等于15mm-1或更小。这些范围的组合是可能的。例如，在一些实施方式中，截面周长与截面面积之比大于或等于1mm-1且小于或等于30mm-1。
在一些实施方式中，用于穿透制品的固体物体(例如，销)具有选自正方形、矩形、圆形、椭圆形、三角形、四边星形、五边星形和六边星形的截面形状。在一些实施方式中，制品包括具有选自正方形、矩形、圆形、椭圆形、三角形、四边星形、五边星形和六边星形的截面形状的腔和/或导电固体材料区域。在一些情况下，使用具有与以上形状对应的截面形状的固体物体(例如，销)穿透制品致使形成具有选自以上列表的截面形状的腔和/或导电固体材料区域。
在一些实施方式中，用于穿透制品的固体物体(例如，销)具有相对小的截面面积。在一些实施方式中，腔和/或导电固体材料区域具有相对小的截面面积。如上面所提及的，通过减少制品的结构扰动和/或减少穿透制品所需的力，在一些但不一定所有情况下，具有相对小的截面面积可能是有益的。在一些实施方式中，用于穿透制品的固体物体(例如，销)的截面面积小于或等于25mm2、小于或等于5mm2、小于或等于1.0mm2、小于或等于0.5mm2或更小。在一些实施方式中，用于穿透制品的固体物体(例如，销)的截面面积大于或等于0.005mm2、大于或等于0.01mm2、大于或大于或等于0.1mm2、大于或等于0.5mm2或更大。在一些实施方式中，腔和/或导电固体材料区域的截面面积小于或等于25mm2、小于或等于5mm2、小于或等于1.0mm2、小于或等于0.5mm2或更小。在一些实施方式中，腔和/或导电固体材料区域的截面面积大于或等于0.005mm2、大于或等于0.01mm2、大于或大于或等于0.1mm2、大于或等于0.5mm2或更大。这些范围的组合是可能的。例如，在一些实施方式中，用于穿透制品的固体物体(例如，销)的截面面积大于或等于0.005mm2且小于或等于25mm2。在一些实施方式中，腔和/或导电固体材料区域的截面面积大于或等于0.005mm2且小于或等于25mm2。
在一些实施方式中，用于穿透制品的固体物体(例如，销)具有相对小的最大截面尺寸。在一些实施方式中，腔和/或导电固体材料区域可以具有相对小的最大截面尺寸。在一些实施方式中，用于穿透制品的固体物体(例如，销)的最大截面尺寸小于或等于5mm、小于或等于2mm、小于或等于1mm或更小。在一些实施方式中，用于穿透制品的物体的最大截面尺寸大于或等于0.1mm、大于或等于0.5mm、大于或等于0.8mm或更大。在一些实施方式中，腔和/或导电固体材料区域的最大截面尺寸小于或等于5mm、小于或等于2mm、小于或等于1mm或更小。在一些实施方式中，腔和/或导电固体材料区域的最大截面尺寸大于或等于0.1mm、大于或等于0.5mm、大于或等于0.8mm或更大。这些范围的组合是可能的。例如，在一些实施方式中，用于穿透制品的固体物体(例如，销)的最大截面尺寸大于或等于0.1mm且小于或等于5mm。在一些实施方式中，腔和/或导电固体材料区域的最大截面尺寸大于或等于0.1mm且小于或等于5mm。
根据某些实施方式，多种阳极活性材料适用于与本文所描述的制品和电化学电池的电极部分一起使用。在一些实施方式中，阳极活性材料包括锂(例如，锂金属)诸如锂箔、沉积在导电基底上或非导电基底(例如，剥离层)上的锂以及锂合金(例如，锂铝合金和锂锡合金)。锂可以被包含作为一个膜或作为可选地隔开的若干膜。供本文所描述的方面使用的合适的锂合金可以包括锂和铝、镁、硅(硅)、铟和/或锡的合金。在一些实施方式中，在电化学电池的充电和/或放电过程的至少一部分或全部期间，阳极活性材料包括锂金属(例如，锂金属和/或锂金属合金)。
在一些实施方式中，阳极活性材料包含至少50重量％的锂。在一些情况下，阳极活性材料包含至少75重量％、至少90重量％、至少95重量％或至少99重量％的锂。
在一些实施方式中，阳极是在放电期间从其释放锂离子并且在充电期间锂离子被整合(例如，嵌入)至其中的电极。在一些实施方式中，阳极活性材料是锂嵌入化合物(例如，能够在晶格位点和/或间隙位点处可逆地插入锂离子的化合物)。在一些实施方式中，阳极活性材料包括碳。在某些情况下，阳极活性材料是或包括石墨材料(例如，石墨)。石墨材料通常是指包括多个石墨烯层(即，包括以六方晶格共价键合的碳原子的层)的材料。相邻的石墨烯层通常经由范德华力彼此吸引，尽管在一些情况下，在一个或更多个片之间可能存在共价键。在某些情况下，含碳阳极活性材料是或包括焦炭(例如，石油焦炭)。在某些实施方式中，阳极活性材料包括硅、锂和/或其任何合金或组合。在某些实施方式中，阳极活性材料包括钛酸锂(Li4Ti5O12，也称为“LTO”)、锡钴氧化物或其任何组合。
根据一些实施方式，制品和/或电化学电池的电极(例如，锂阳极)可以包括由聚合物、陶瓷和/或玻璃形成的一个或更多个涂层或层。涂层可以用作保护层并且可以用作不同的功能。这些功能可以包括：防止在再充电期间形成树枝状晶体，否则可能导致短路；防止电极活性材料与电解质的反应；以及改进循环寿命。这样的保护层的示例包括以下中描述的保护层：Affinito等的美国专利第8,338,034号以及Laramie等的美国专利公开第2015/0236322号，其各自出于所有目的通过引用整体并入本文。下面更详细地描述关于可以使用的某些保护层的附加细节。
根据某些实施方式，多种阴极活性材料适用于与本文所描述的电化学电池的阴极一起使用。在一些实施方式中，阴极活性材料包括锂嵌入化合物(例如，能够在晶格位点和/或间隙位点处可逆地插入锂离子的化合物)。在某些情况下，阴极活性材料包括层状氧化物。层状氧化物通常是指具有层状结构(例如，彼此堆叠的多个片或层)的氧化物。合适的层状氧化物的非限制性示例包括锂钴氧化物(LiCoO2)、锂镍氧化物(LiNiO2)和锂锰氧化物(LiMnO2)。在一些实施方式中，层状氧化物为锂镍锰钴氧化物(LiNixMnyCozO2，也称为“NMC”或“NCM”)。在一些这样的实施方式中，x、y和z之和为1。例如，合适的NMC化合物的非限制性示例为LiNi1/3Mn1/3Co1/3O2。在一些实施方式中，层状氧化物可以具有式(Li2MnO3)x(LiMO2)(1-x)，其中M为Ni、Mn和Co中的一者或更多者。例如，层状氧化物可以为(Li2MnO3)0.25(LiNi0.3Co0.15Mn0.55O2)0.75。在一些实施方式中，层状氧化物为锂镍钴铝氧化物(LiNixCoyAlzO2，也称为“NCA”)。在一些这样的实施方式中，x、y和z之和为1。例如，合适的NCA化合物的非限制性示例为LiNi0.8Co0.15Al0.05O2。在某些实施方式中，阴极活性材料为过渡金属聚阴离子氧化物(例如，包括过渡金属、氧和/或具有绝对值大于1的电荷的阴离子的化合物)。合适的过渡金属聚阴离子氧化物的非限制性示例为磷酸铁锂(LiFePO4，也称为“LFP”)。合适的过渡金属聚阴离子氧化物的另一非限制性示例为磷酸铁锰锂(LiMnxFe1- xPO4，也称为“LMFP”)。合适的LMFP化合物的非限制性示例为LiMn0.8Fe0.2PO4。在一些实施方式中，阴极活性材料为尖晶石(例如，具有结构AB2O4的化合物，其中，A可以为Li、Mg、Fe、Mn、Zn、Cu、Ni、Ti或Si，以及B可以为Al、Fe、Cr、Mn或V)。合适的尖晶石的非限制性示例为具有化学式LiMxMn2-xO4的锂锰氧化物，其中，M为Co、Mg、Cr、Ni、Fe、Ti和Zn中的一者或更多者。在一些实施方式中，x可以等于0，并且尖晶石可以为锂锰氧化物(LiMn2O4，也称为“LMO”)。另一非限制性示例为锂锰镍氧化物(LiNixM2-xO4，也称为“LMNO”)。合适的LMNO化合物的非限制性示例为LiNi0.5Mn1.5O4。在某些情况下，第二电极的电活性材料包括Li1.14Mn0.42Ni0.25Co0.29O2(“HC-MNC”)、锂碳酸盐(Li2CO3)、锂碳化物(例如，Li2C2、Li4C、Li6C2、Li8C3、Li6C3、Li4C3、Li4C5)、钒氧化物(例如，V2O5、V2O3、V6O13)、和/或钒磷酸盐(例如，锂钒磷酸盐诸如Li3V2(PO4)3)或者其任何组合。
在一些实施方式中，阴极活性材料包括转化化合物(conversion compound)。例如，阴极可以为锂转化阴极。已经认识到，包括转化化合物的阴极可以具有相对大的比容量。不希望受特定理论束缚，相对大的比容量可以经由转化反应通过利用化合物的所有可能的氧化态来实现，在所述转化反应中，每过渡金属发生大于一次电子转移(例如，与嵌入化合物中0.1至1个电子转移相比)。合适的转化化合物包括但不限于过渡金属氧化物(例如，Co3O4)、过渡金属氢化物、过渡金属硫化物、过渡金属氮化物和过渡金属氟化物(例如，CuF2、FeF2、FeF3)。过渡金属通常是指原子具有部分填充的d亚壳层的元素(例如，Sc、Ti、V、Cr、Mn、Fe、Co、Ni、Cu、Zn、Y、Zr、Nb、Mo、Tc、Ru、Rh、Pd、Ag、Cd、Hf、Ta、W、Re、Os、Ir、Pt、Au、Hg、Rf、Db、Sg、Bh、Hs)。
在一些情况下，阴极活性材料可以掺杂有一种或更多种掺杂剂以改变阴极活性材料的电性质(例如，导电性)。合适的掺杂剂的非限制性示例包括铝、铌、银和锆。
在一些实施方式中，阴极活性材料可以通过包括氧化物的表面涂层改性。表面氧化物涂层材料的非限制性示例包括：MgO、Al2O3、SiO2、TiO2、ZnO2、SnO2和ZrO2。在一些实施方式中，这样的涂层可以防止阴极活性材料与电解质之间的直接接触，从而抑制副反应。
在某些实施方式中，阴极活性材料包括硫。在一些实施方式中，阴极活性材料包括电活性含硫材料。如本文所使用的，“电活性含硫材料”是指包括任意形式的元素硫的电极活性材料，其中，电化学活性涉及硫原子或部分的氧化或还原。作为示例，电活性含硫材料可以包括单质硫(例如，S8)。在一些实施方式中，电活性含硫材料包括单质硫和含硫聚合物的混合物。因此，合适的电活性含硫材料可以包括但不限于单质硫、可以是有机或无机的硫化物或多硫化物(例如，碱金属的硫化物或多硫化物)、以及包括硫原子和碳原子的有机材料——其可以是聚合的或者可以不是聚合的。合适的有机材料包括但不限于还包含杂原子、导电聚合物链段、复合材料和导电聚合物的那些。在一些实施方式中，电极(例如，阴极)内的电活性含硫材料包括至少40重量％的硫。在一些情况下，电活性含硫材料包括至少50重量％、至少75重量％或至少90重量％的硫。
含硫聚合物的示例包括以下中描述的含硫聚合物：Skotheim等的美国专利第5,601,947号和第5,690,702号；Skotheim等的美国专利第5,529,860号和第6,117,590号；Gorkovenko等的2001年3月13日公告的美国专利第6,201,100号；以及PCT公开第WO 99/33130号，其各自出于所有目的通过引用整体并入本文。其他合适的包括多硫键的电活性含硫材料描述在Skotheim等的美国专利第5,441,831号；Perichaud等的美国专利第4,664,991号；以及Naoi等的美国专利第5,723,230号、第5,783,330号、第5,792,575号和第5,882,819号中，其各自出于所有目的通过引用整体并入本文。电活性含硫材料的又一些示例包括如例如在以下中描述的包括二硫化物基团的电活性含硫材料：Armand等的美国专利第4,739,018号；均属于De Jonghe等的美国专利第4,833,048号和第4,917,974号；均属于Visco等的美国专利第5,162,175号和第5,516,598号；以及Oyama等的美国专利第5,324,599号，其各自出于所有目的通过引用整体并入本文。
一个或更多个电极还可以包括如在以下中描述的附加添加剂诸如导电添加剂、粘合剂等：Mikhaylik等的美国专利第9,034,421号；以及美国专利申请公开第2013/0316072号，其各自出于所有目的通过引用整体并入本文。
在一些实施方式中，电极或电化学电池包括一个或更多个剥离层。例如，在一些情况下，上述非导电层(例如，在第一电极部分与第二电极部分之间)可以是或包括剥离层。本文所描述的剥离层可以被配置成具有以下特征中的一个或更多个：对第一层(例如，电极活性材料、集电器、或基底或其他层)的相对良好的粘附性，但对第二层(例如，基底，或在其他实施方式中，集电器或其他层)的相对中等或较差的粘附性；用于促进层离而没有机械崩解的高机械稳定性；高热稳定性；以及与处理条件的兼容性(例如，在剥离层的顶部上的层的沉积，以及与用于形成剥离层的技术的兼容性)。如果剥离层被并入至电化学装置(例如，包括电化学电池)中，则剥离层可以是薄的(例如，小于10微米)以减小总重量(例如，电池重量)。剥离层通常还应当是平滑且厚度均匀的，以便于在剥离层的顶部上形成均匀的层。此外，剥离层在电解质中通常应当是稳定的，并且通常不应干扰电极的结构完整性，以使电化学装置具有高的电化学“容量”或能量存储能力(即，减小的容量衰减)。使用剥离层从电化学电池的一个或更多个部件中移除基底在2010年8月24日提交的题为“Release Systemfor Electrochemical Cells”的美国专利申请序列号第12/862,513号中详细描述。
剥离层可以由例如陶瓷、聚合物或其组合形成。在一些实施方式中，基底和/或剥离层包括聚合物材料。在一些情况下，剥离层的聚合物材料的至少一部分是交联的；在其他情况下，聚合物材料是基本上未交联的。聚合物材料的示例包括例如含羟基聚合物，诸如聚乙烯醇(PVOH)、聚乙烯醇缩丁醛、聚乙烯醇缩甲醛、乙酸乙烯酯-乙烯醇共聚物、乙烯-乙烯醇共聚物和乙烯醇-甲基丙烯酸甲酯共聚物。
剥离层的厚度可以在0.1微米至50微米的范围内变化。例如，剥离层的厚度可以为0.1微米至1微米厚、0.1微米至2微米厚、0.1微米至3微米厚、1微米至5微米厚、5微米至10微米厚、5微米至20微米厚或者10微米至50微米厚。在某些实施方式中，剥离层的厚度为例如10微米或更小、7微米或更小、5微米或更小、3微米或更小、2.5微米或更小、2微米或更小、1.5微米或更小、1微米或更小或者0.5微米或更小。相对较厚的剥离层可能适用于未将剥离层并入电化学电池的应用(例如，其与载体基底一起剥离)，而在将剥离层并入电化学电池的情况下，可能期望相对较薄的剥离层。
用于电化学装置(例如，电化学电池或电池单元)的电解质可以充当用于离子的存储和传输的介质，并且在固体电解质和凝胶电解质的特殊情况下，这些材料可以另外充当阳极与阴极之间的隔离件。可以使用能够存储和传输离子的任何液体、固体或凝胶材料，只要该材料促进离子(例如，锂离子)在阳极与阴极之间的传输即可。电解质为非电子传导的以防止阳极与阴极之间的短路。在一些实施方式中，电解质可以包括非固体电解质。
在一些实施方式中，电解质包括可以在制造过程中的任何点处添加的流体。在一些情况下，电化学电池可以通过以下方式制造：提供阴极和阳极，施加垂直于阳极的活性表面的各向异性力分量，以及随后添加流体电解质使得电解质与阴极和阳极电化学连通。在其他情况下，可以在施加各向异性力分量之前或同时向电化学电池添加流体电解质，其后电解质与阴极和阳极电化学连通。
电解质可以包括用于提供离子传导性的一个或更多个离子电解质盐以及一个或更多个液体电解质溶剂、凝胶聚合物材料或聚合物材料。合适的非水性电解质可以包括有机电解质，该有机电解质包括选自液体电解质、凝胶聚合物电解质和固体聚合物电解质的一种或更多种材料。用于锂电池的非水性电解质的示例由Dorniney在Lithium Batteries,New Materials,Developments and Perspectives,Chapter 4,pp.137-165,Elsevier,Amsterdam(1994)中进行了描述。凝胶聚合物电解质和固体聚合物电解质的示例由Alamgir等在Lithium Batteries,New Materials,Developments and Perspectives,Chapter 3,pp.93-136,Elsevier,Amsterdam(1994)中进行了描述。可以在本文描述的电池中使用的非均质电解质组合物由Mikhaylik等在2009年5月26日提交并且题为“Separation ofElectrolytes”的美国专利申请序列号第12/312,764号中进行了描述，其通过引用整体并入本文。
可用的非水性液体电解质溶剂的示例包括但不限于非水性有机溶剂，诸如例如N-甲基乙酰胺、乙腈、乙缩醛、缩酮、酯、碳酸酯、砜、亚硫酸酯、环丁砜、脂族醚、环醚、甘醇二甲醚、聚醚、磷酸酯、硅氧烷、二氧戊环、N-烷基吡咯烷酮、前述的取代形式及其共混物。前述的氟化衍生物也可用作液体电解质溶剂。
在一些情况下，例如，在锂电池中，水性溶剂可以用作电解质。水性溶剂可以包括水，其可以包含其他组分，诸如离子盐。如上所述，在一些实施方式中，电解质可以包括诸如氢氧化锂的物质、或者使电解质呈碱性的其他物质，以降低电解质中氢离子的浓度。
液体电解质溶剂还可以用作用于凝胶聚合物电解质——即，包括一种或更多种形成半固体网状物的聚合物的电解质——的增塑剂。可用的凝胶聚合物电解质的示例包括但不限于包括选自以下的一种或更多种聚合物的那些：聚环氧乙烷、聚环氧丙烷、聚丙烯腈、聚硅氧烷、聚酰亚胺、聚磷腈、聚醚、磺化聚酰亚胺、全氟化膜(NAFION树脂)、聚二乙烯基聚乙二醇、聚乙二醇二丙烯酸酯、聚乙二醇二甲基丙烯酸酯、聚砜、聚醚砜、前述的衍生物、前述的共聚物、前述的交联结构和网状结构、以及前述的共混物、以及可选的一种或更多种增塑剂。在一些实施方式中，凝胶聚合物电解质按体积计包括10％至20％之间、20％至40％之间、60％至70％之间、70％至80％之间、80％至90％之间、或90％至95％之间的非均质电解质。
在一些实施方式中，可以使用一种或更多种固体聚合物形成电解质。可用的固体聚合物电解质的示例包括但不限于包括选自以下的一种或更多种聚合物的那些：聚醚、聚环氧乙烷、聚环氧丙烷、聚酰亚胺、聚磷腈、聚丙烯腈、聚硅氧烷、前述的衍生物、前述的共聚物、前述的交联结构和网状结构、以及前述的共混物。
除了本领域已知的用于形成电解质的电解质溶剂、胶凝剂和聚合物之外，电解质还可以包括本领域也已知的一种或更多种离子电解质盐以增强离子传导性。
用于本发明的电解质中的离子电解质盐的示例包括但不限于：LiSCN、LiBr、LiI、LiClO4、LiAsF6、LiSO3CF3、LiSO3CH3、LiBF4、LiB(Ph)4、LiPF6、LiC(SO2CF3)3、LiN(SO2CF3)2和双(氟磺酰基)酰亚胺锂(LiFSI)。可能可用的其他电解质盐包括多硫化锂(Li2Sx)和有机多硫化物的锂盐(LiSxR)n，其中，x为从1至20的整数，n为从1至3的整数，以及R为有机基团；以及Lee等在美国专利第5,538,812号中公开的那些，其出于所有目的通过引用整体并入本文。
在一些实施方式中，电解质包括一种或更多种室温离子液体。室温离子液体——如果存在的话——通常包括一种或更多种阳离子和一种或更多种阴离子。合适的阳离子的非限制性示例包括锂阳离子和/或一种或更多种季铵阳离子，诸如咪唑阳离子、吡咯烷阳离子、吡啶阳离子、四烷基铵阳离子、吡唑阳离子、哌啶阳离子、哒嗪阳离子、嘧啶阳离子、吡嗪阳离子、唑阳离子和三唑阳离子。合适的阴离子的非限制性示例包括三氟甲基磺酸根(CF3SO3 -)、双(氟磺酰基)酰亚胺(N(FSO2)2 -、双(三氟甲基磺酰基)酰亚胺((CF3SO2)2N-、双(全氟乙基磺酰基)酰亚胺((CF3CF2SO2)2N-和三(三氟甲基磺酰基)甲基化物((CF3SO2)3C-。合适的离子液体的非限制性示例包括N-甲基-N-丙基吡咯烷/双(氟磺酰基)酰亚胺和1,2-二甲基-3-丙基咪唑/双(三氟甲磺酰基)酰亚胺。在一些实施方式中，电解质包括室温离子液体和锂盐两者。在另一些实施方式中，电解质包括室温离子液体并且不包括锂盐。
在一些实施方式中，制品和/或电化学装置还可以包括两个电极部分(例如，阳极部分与阴极部分)之间的隔离件。隔离件可以为固体非导电材料或绝缘材料，其使阳极和阴极彼此分离或绝缘，从而防止短路，并且其允许离子在阳极与阴极之间传输。在一些实施方式中，多孔隔离件对电解质可以是可渗透的。
隔离件的孔可以部分地或基本上被填充有电解质。隔离件可以被提供为在电池的制造期间与阳极和阴极交错的多孔独立膜。可替选地，可以将多孔隔离件层直接施加至电极之一的表面，例如，如Carlson等的PCT公开第WO 99/33125号和Bagley等的美国专利第5,194,341号中描述的。
多种隔离件材料在本领域中是已知的。合适的固体多孔隔离件材料的示例包括但不限于聚烯烃，诸如例如聚乙烯(例如，由Tonen Chemical Corp制造的SETELATM)和聚丙烯、玻璃纤维滤纸和陶瓷材料。例如，在一些实施方式中，隔离件包括微孔聚乙烯膜。适用于在本发明中使用的隔离件和隔离件材料的另外的示例是包括微孔干凝胶层例如微孔拟薄水铝石层的那些，其可以作为独立的膜提供或者通过直接涂覆施加在电极之一上来提供，如共同受让人Carlson等的美国专利第6,153,337号和第6,306,545号中描述的。固体电解质和凝胶电解质除了它们的电解质功能之外还可以充当隔离件。
根据某些实施方式，本文所描述的电极部分可以包括孔。如本文所使用的，“孔”是指使用ASTM标准测试D4284-07所测量的孔，并且通常是指管、空隙或通道，其至少一部分被其中形成有孔的介质包围使得可以在孔周围绘制连续的环而保留在介质中。通常，材料内的被材料完全包围(并且因此，无法从材料如封闭电池外侧进入)的空隙不被视为本发明的上下文中的孔。应当理解，在制品包括颗粒的团聚体的情况下，孔包括颗粒间的孔(即，当它们堆积在一起时限定在颗粒之间的那些孔，例如，间隙)和颗粒内的孔(即，位于单个颗粒的壳层(envelop)内的那些孔)。孔可以包括任何合适的截面形状，诸如例如圆形、椭圆形、多边形(例如，矩形、三角形等)、不规则形状等。
电极部分的不同部分的孔隙率可以通过物理分离不同区域来测量，例如，切出电极的特定区域，并且然后使用上面提及的ASTM标准测试D4284-07测量分离的部分。
陶瓷或其他无机保护材料(例如，玻璃、玻璃陶瓷)层可以用于保护电极(例如，锂阳极)在电化学电池的操作期间免受与电解质材料的不利相互作用。例如，可以采用受保护的锂阳极(PLA)结构。
本文描述的保护层可以由多种类型的材料形成。在某些实施方式中，可以选择形成保护层的材料以使得离子(例如，电化学活性离子，诸如锂离子)能够通过但基本上阻止电子通过。“基本上阻止”在该上下文中意指在该实施方式中，材料允许锂离子通量至少是电子通过量的十倍。
在一些实施方式中，用于保护层的材料在其第一非晶态下具有足够高的电导率(例如，至少10-6S/cm，或本文所描述的另一电导率值)。还可以选择该材料，因为它能够形成平滑、致密和均匀的薄膜，特别是在聚合物层诸如隔离件上。氧硫化锂可以特别地包括这些特性。
在某些实施方式中，保护层可以被配置成基本上是非电子传导的，这可以抑制离子导体导致电化学电池短路的程度。在某些实施方式中，保护层的全部或部分可以由体电子电阻率为至少104欧姆-米、至少105欧姆-米、至少1010欧姆-米、至少1015欧姆-米、或者至少1020欧姆-米的材料形成。在一些实施方式中，体电子电阻率可以小于或等于1020欧姆-米、或者小于或等于1015欧姆-米。上面提及的范围的组合也是可能的。体电子电阻率的其他值也是可能的。
在一些实施方式中，保护层材料的平均离子电导率(例如，锂离子电导率)为至少10-7S/cm、至少10-6S/cm、至少10-5S/cm、至少10-4S/cm、至少10-3S/cm、至少10-2S/cm、至少10- 1S/cm、至少1S/cm、或者至少10S/cm。平均离子电导率可以小于或等于20S/cm、小于或等于10S/cm、或者小于或等于1S/cm。电导率可以在室温(例如，25摄氏度)下测量。
在一些实施方式中，保护层可以是固体。在一些实施方式中，保护层包括或可以基本上由非聚合材料形成。例如，保护层可以包括或可以基本上由无机材料形成。
尽管可以使用多种材料作为离子传导层，但是在一组实施方式中，保护层是无机离子传导层。例如，无机离子导体层可以是陶瓷、玻璃或玻璃陶瓷。合适的玻璃包括但不限于如本领域已知的可以表征为包含“改性剂”部分和“网状物”部分的那些。改性剂可以包括玻璃中传导金属离子的金属氧化物。网状物部分可以包括金属硫属化物，诸如例如金属氧化物或硫化物。保护层可以包括选自以下中的一个或更多个的玻璃材料：氮化锂、硅酸锂、硼酸锂、铝酸锂、磷酸锂、氧氮化磷锂、锂硅硫化物、锂锗硫化物、锂氧化物(例如，Li2O、LiO、LiO2、LiRO2，其中，R为稀土金属)、锂镧氧化物、锂钛氧化物、锂硼硫化物、锂铝硫化物和锂磷硫化物及其组合。在一些实施方式中，保护层包括氧硫化物，诸如氧硫化锂。在一个实施方式中，保护层包括电解质形式的锂磷氧氮化物。
在本文所描述的无机离子导体材料包括氧硫化锂的某些实施方式中，氧硫化锂(或包括氧硫化锂的离子导体层)可以具有0.1重量％至20重量％的氧化物含量。可以相对于氧硫化锂材料的总重量或包括氧硫化锂材料的离子导体层的总重量来测量氧化物含量。例如，氧化物含量可以是至少0.1重量％、至少1重量％、至少2重量％、至少5重量％、至少10重量％、至少15重量％或至少20重量％。在一些实施方式中，氧化物含量可以小于或等于氧硫化锂的20重量％、小于或等于氧硫化锂的15重量％、小于或等于氧硫化锂的10重量％、小于或等于氧硫化锂的5重量％、小于或等于氧硫化锂的2重量％，或者小于或等于氧硫化锂的1重量％。上述范围的组合也是可能的。层的元素组成——包括氧化物含量——可以通过诸如能量色散X射线光谱法的方法确定。
在本文所描述的无机离子导体材料包括氧硫化锂的一些实施方式中，氧硫化锂材料(或包括氧硫化锂的离子导体层)的硫原子与氧原子的原子比(S:O)在例如0.5:1至1000:1之间。例如，氧硫化锂材料(或包括氧硫化锂的离子导体层)中硫原子与氧原子之间的原子比(S:O)可以是至少0.5:1、至少0.667:1、至少1:1、至少2:1、至少3:1、至少4:1、至少5:1、至少10:1、至少20:1、至少50:1、至少70:1、至少90:1、至少100:1、至少200:1、至少500:1或至少1000:1。氧硫化锂材料(或包括氧硫化锂的离子导体层)中硫原子与氧原子的原子比(S：O)可以小于或等于1000:1、小于或等于500:1、小于或等于200:1、小于或等于100:1、小于或等于90:1、小于或等于70:1、小于或等于50:1、小于或等于20:1、小于或等于10:1、小于或等于5:1、小于或等于3:1、或者小于或等于2:1。上述范围的组合也是可能的(例如，原子比S:O在0.67:1至1000:1之间，或者在4:1至100:1之间)。其他范围也是可能的。层的元素组成可以通过诸如能量色散X射线光谱法的方法确定。
在一些实施方式中，本文所描述的氧硫化锂材料可以具有x(yLi2S+zLi2O)+MS2(其中，M为Si、Ge或Sn)的式，其中，y+z＝1，并且其中，x的范围可以为0.5至3。在某些实施方式中，x为至少0.5、至少1.0、至少1.5、至少2.0或至少2.5。在其他实施方式中，x小于或等于3.0、小于或等于2.5、小于或等于2.0、小于或等于1.5、小于或等于1.0、或者小于或等于0.5。上述范围的组合也是可能的。x的其他值也是可能的。
在一些实施方式中，保护层可以包括非晶锂离子传导氧硫化物、结晶锂离子传导氧硫化物或非晶锂离子传导氧硫化物和结晶锂离子传导氧硫化物的混合物，例如非晶氧硫化锂、结晶氧硫化锂或非晶氧硫化锂和结晶氧硫化锂的混合物。
在一些实施方式中，保护层材料诸如上面描述的氧硫化锂包括占无机离子导体材料的0重量％至30重量％的玻璃成型添加剂。玻璃成型添加剂的示例包括例如SiO2、Li2SiO3、Li4SiO4、Li3PO4、LiPO3、Li3PS4、LiPS3、B2O3、B2S3。其他玻璃成型添加剂也是可能的。在某些实施方式中，玻璃成型添加剂可以是无机离子导体材料的至少5重量％、至少10重量％、至少15重量％、至少20重量％、至少25重量％或至少30重量％。在某些实施方式中，玻璃成型添加剂可以小于或等于无机离子导体材料的30重量％、小于或等于无机离子导体材料的25重量％、小于或等于无机离子导体材料的20重量％、小于或等于无机离子导体材料的15重量％、或者小于或等于无机离子导体材料的10重量％。上述范围的组合也是可能的。玻璃成型添加剂的其他值也是可能的。
在一些实施方式中，可以将一种或更多种附加的盐(例如，锂盐，诸如LiI、LiBr、LiCl、Li2CO3或Li2SO4)以例如0摩尔％至50摩尔％的范围添加至无机离子导体材料。其他盐也是可能的。在某些实施方式中，附加的盐为至少0摩尔％、至少10摩尔％、至少20摩尔％、至少30摩尔％、至少40摩尔％或至少50摩尔％。在某些实施方式中，附加的盐小于或等于50摩尔％、小于或等于40摩尔％、小于或等于30摩尔％、小于或等于20摩尔％、或者小于或等于10摩尔％。上述范围的组合也是可能的。其他摩尔％值也是可能的。
保护层材料的附加示例包括氮化锂、硅酸锂、硼酸锂、铝酸锂、磷酸锂、氧氮化磷锂、锂硅硫化物、锂锗硫化物、锂氧化物(例如，Li2O、LiO、LiO2、LiRO2，其中，R为稀土金属)、锂镧氧化物、锂钛氧化物、锂硼硫化物、锂铝硫化物和锂磷硫化物及其组合。
在某些实施方式中，保护层由单离子传导材料(例如，单离子传导陶瓷材料)形成。
可以用于形成保护层的全部或一部分的其他合适的材料包括于2010年7月1日提交并于2010年12月30日公布的题为“Electrode Protection in Both Aqueous and Non-Aqueous Electromechanical Cells,Including Rechargeable Lithium Batteries”的美国专利公开第2010/0327811号中描述的离子传导材料，其出于所有目的通过引用整体并入本文。
鉴于本公开内容，本领域普通技术人员将能够选择用作保护层的合适的材料。进行这样的选择时可能要考虑的相关因素包括：材料的离子传导性；在电化学电池中的其他材料上或与其他材料一起沉积、蚀刻或以其他方式形成材料的能力；材料的脆性；材料与聚合物或隔离件材料的兼容性；材料与电化学电池的电解质的兼容性；材料的离子传导性(例如，锂离子传导性)；以及/或者将材料粘附至隔离件材料的能力。
保护层材料可以通过任何合适的方法沉积，诸如溅射、电子束蒸镀、真空热蒸镀、激光烧蚀、化学气相沉积(CVD)、热蒸镀、等离子体增强化学真空沉积(PECVD)、激光增强化学气相沉积和喷射气相沉积。所使用的技术可能取决于所沉积材料的类型、层的厚度等。在某些实施方式中，保护层材料的至少一部分可以被蚀刻或以其他方式移除，然后可以在保护层材料上形成隔离件材料(例如，聚合物隔离件材料)。
如本文所描述的，在某些实施方式中，可以使用真空沉积工艺(例如，溅射、CVD、热或电子束蒸镀)将保护层材料沉积至隔离件上。真空沉积可以允许沉积平滑、致密和均匀的薄层。在其他实施方式中，可以通过从浆液或凝胶中拉制和浇铸离子导体(例如，陶瓷)来涂覆离子导体。
在一些实施方式中(例如，当保护层是与聚合物层(例如，隔离件)相邻和/或附接至聚合物层的层时)，保护层的厚度可以变化。保护层的厚度可以在例如1nm至7微米的范围内变化。例如，离子导体层的厚度可以为1nm至10nm、10nm至100nm、10nm至50nm、30nm至70nm、100nm至1000nm、或者1微米至7微米。离子导体层的厚度可以例如小于或等于7微米、小于或等于5微米、小于或等于2微米、小于或等于1000nm、小于或等于600nm、小于或等于500nm、小于或等于250nm、小于或等于100nm、小于或等于70nm、小于或等于50nm、小于或等于25nm、或者小于或等于10nm。在一些实施方式中，离子导体层为至少10nm厚、至少20nm厚、至少30nm厚、至少100nm厚、至少400nm厚、至少1微米厚、至少2.5微米厚、或者至少5微米厚。其他厚度也是可能的。上述范围的组合也是可能的。
出于所有目的，将以下申请通过引用整体并入本文：于2006年4月6日作为申请第11/400,781号提交并且题为“Rechargeable Lithium/Water,Lithium/Air Batteries”的于2007年9月27日公布的美国专利公开第US 2007/0221265号；于2007年7月31日作为申请第11/888,339号提交并且题为“Swelling Inhibition in Batteries”的于2009年2月5日公布的美国专利公开第US 2009/0035646号；于2010年2月2日作为申请第12/312,674号提交、于2013年12月31日作为美国专利第8,617,748号专利化并且题为“Separation ofElectrolytes”的于2010年5月17日公布的美国专利公开第US 2010/0129699号；于2010年7月30日作为申请第12/682,011号提交、于2014年10月28日作为美国专利第8,871,387号专利化并且题为“Primer for Battery Electrode”的于2010年11月18日公布的美国专利公开第US 2010/0291442号；于2008年2月8日作为申请第12/069,335号提交、于2012年9月11日作为美国专利第8,264,205号专利化并且题为“Circuit for Charge and/or DischargeProtection in an Energy-Storage Device”的于2009年8月31日公布的美国专利公开第US 2009/0200986号；于2006年4月6日作为申请第11/400,025号提交、于2010年8月10日作为美国专利第7,771,870号专利化并且题为“Electrode Protection in Both Aqueousand Non-Aqueous Electrochemical cells,Including Rechargeable LithiumBatteries”的于2007年9月27日公布的美国专利公开第US 2007/0224502号；于2007年6月22日作为申请第11/821,576号提交并且题为“Lithium Alloy/Sulfur Batteries”的于2008年12月25日公布的美国专利公开第US 2008/0318128号；于2001年2月27日作为申请第09/795,915号提交、于2011年5月10日作为美国专利第7,939,198号专利化并且题为“NovelComposite Cathodes,Electrochemical Cells Comprising Novel Composite Cathodes,and Processes for Fabricating Same”的于2002年5月9日公布的美国专利公开第US2002/0055040号；于2005年4月20日作为申请第11/111,262号提交、于2010年3月30日作为美国专利第7,688,075号专利化并且题为“Lithium Sulfur Rechargeable Battery FuelGauge Systems and Methods”的于2006年10月26日公布的美国专利公开第US 2006/0238203号；于2007年3月23日作为申请第11/728,197号提交、于2011年12月27日作为美国专利第8,084,102号专利化并且题为“Methods for Co-Flash Evaporation ofPolymerizable Monomers and Non-Polymerizable Carrier Solvent/Salt Mixtures/Solutions”的于2008年8月7日公布的美国专利公开第US 2008/0187663号；于2010年9月23日作为申请第12/679,371号提交并且题为“Electrolyte Additives for LithiumBatteries and Related Methods”的于2011年1月13日公布的美国专利公开第US 2011/0006738号；于2010年9月23日作为申请第12/811,576号提交、于2015年5月19日作为美国专利第9,034,421号专利化并且题为“Methods of Forming Electrodes Comprising Sulfurand Porous Material Comprising Carbon”的于2011年1月13日公布的美国专利公开第US2011/0008531号；于2009年8月4日作为申请第12/535,328号提交、于2015年8月11日作为美国专利第9,105,938号专利化并且题为“Application of Force in ElectrochemicalCells”的于2010年2月11日公布的美国专利公开第US 2010/0035128号；于2008年7月25日作为申请第12/180,379号提交并且题为“Protection of Anodes for ElectrochemicalCells”的于2011年7月15日公布的美国专利公开第US 2011/0165471号；于2006年6月13日作为申请第11/452,445号提交、于2013年4月9日作为美国专利第8,415,054号专利化并且题为“Lithium Anodes for Electrochemical Cells”的于2006年10月5日公布的美国专利公开第US 2006/0222954号；于2010年3月19日作为申请第12/727,862号提交并且题为“Cathode for Lithium Battery”的于2010年9月23日公布的美国专利公开第US 2010/0239914号；于2009年5月22日作为申请第12/471,095号提交、于2012年1月3日作为美国专利第8,087,309号专利化并且题为“Hermetic Sample Holder and Method forPerforming Microanalysis under Controlled Atmosphere Environment”的于2010年11月25日公布的美国专利公开第US 2010/0294049号；于2010年8月24日作为申请第12/862,581号提交并且题为“Electrochemical Cells Comprising Porous StructuresComprising Sulfur”的于2011年3月31日公布的美国专利公开第US 2011/00765560号；于2010年8月24日作为申请第12/862,513号提交并且题为“Release System forElectrochemical 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2015/044517号；于2014年2月19日作为申请第14/184,037号提交并且题为“Electrode Protection UsingElectrolyte-Inhibiting Ion Conductor”的于2015年8月20日公布的美国专利公开第US2015/0236322号；以及于2015年9月9日作为申请第14/848,659号提交并且题为“Protective Layers in Lithium-Ion Electrochemical Cells and AssociatedElectrodes and Methods”的于2016年3月10日公布的美国专利公开第US 2016/0072132号。
应当理解，当一部分(例如，层、结构、区域)在另一部分“上”、与另一部分“相邻”、在另一部分“以上”、在另一部分“之上”、“上覆盖”另一部分或由另一部分“支承”时，它可以直接在该部分上，或者也可以存在中间部分(例如，层、结构、区域)。类似地，当一部分在另一部分“之下”或“下方”时，它可以直接在该部分之下，或者也可以存在中间部分(例如，层、结构、区域)。直接在另一部分“上”、与另一部分“直接相邻”、“紧邻”另一部分、与另一部分“直接接触”或由另一部分“直接支承”的部分意味着不存在中间部分。还应当理解，当一部分被称为在另一部分“上”、在另一部分“以上”、与另一部分“相邻”、在另一部分“上方”、“上覆盖”另一部分、与另一部分“接触”、在另一部分“以下”或由另一部分“支承”时，它可以覆盖整个部分或该部分的一部分。
于2019年5月22日提交并且题为“Electrically Coupled Electrodes,andAssociated Articles and Methods”的美国临时申请第62/851,162号出于所有目的通过引用整体并入本文。
以下示例旨在说明本发明的某些实施方式，而不是例示本发明的全部范围。
示例
在以下示例中，通过以下方法制备包括双侧阳极的制品：通过在聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)基底上的PVOH剥离层(具有6μm的厚度)上真空沉积锂层(具有25μm的厚度)来形成阳极。锂和剥离层在组装期间从PET基底上剥离出。通过堆叠两个阳极来组装双侧阳极层，使得伴随每个阳极的剥离层接触，其中两个锂层彼此背离。双侧阳极的堆叠被组装并被连接至铜凸片，并且双侧阳极的组件和铜凸片被销刺穿，使得销行进通过多个双测阳极。
以下示例描述针对这些堆叠的双侧阳极和铜凸片组件以及箔控制组件评估的电阻。箔控制组件以与堆叠的双侧阳极和铜凸片组件相同的方式构造，不同之处在于使用锂金属箔层的堆叠代替堆叠双侧阳极。
示例1
在该示例中，评估用于穿透堆叠的双侧阳极和铜凸片组件的销的数目的影响。样品1包含41个双侧阳极的堆叠以及连接至该堆叠外部的铜凸片，并且样品1被6个销穿透。样品2包含41个双侧阳极的堆叠以及连接至该堆叠外部的铜凸片，并且样品2被12个销穿透。比较样品1是未被任何销刺穿的箔控制组件。对样品1、样品2和比较样品3中每一个的电阻进行测量，并且结果报告在表1中：
表1
| 样品 | 销的数目 | 电阻(μΩ) |
| 1 | 6 | 402.75 |
| 2 | 12 | 187.5 |
| 比较样品1 | 箔 | 165 |
表1中列出的结果指示：随着用于穿透样品的销的数目增加，样品的电阻降低。样品2的电阻接近比较样品1的电阻。这些结果示出：即使当每个双侧阳极包括非导电剥离层时，双侧锂的堆叠也可以获得相对低的电阻。
示例2
在该示例中，评估用于穿透堆叠的双侧阳极和铜凸片组件的销的截面形状的影响。样品3包含21个双侧阳极的堆叠以及连接至该堆叠外部的铜凸片，并且样品3被具有圆形截面形状的6个销穿透。样品4包含21个双侧阳极的堆叠以及连接至该堆叠外部的铜凸片，并且样品4被具有
截面形状的6个销穿透。比较样品2是未被任何销刺穿的箔控制组件。对样品3、样品4和比较样品2中每一个的电阻进行测量，并且结果报告在表2中：
表2
表2中列出的结果指示：与使用具有圆形截面形状的销穿透样品时相比，使用具有
截面形状的销穿透样品时样品的电阻降低。样品4的电阻接近比较样品2的电阻。这些结果示出：使用具有相对高的周长与面积之比的销(诸如，与圆形相比的
)可以致使制品电阻降低。
尽管本文已经描述并说明了本发明的若干实施方式，但是本领域普通技术人员将容易预见用于执行功能和/或获得结果和/或本文所描述的一个或更多个优点的各种其他方法和/或结构，并且每个这样的变化和/或修改被认为在本发明的范围内。更一般地，本领域技术人员将容易地理解，本文描述的所有参数、尺寸、材料和配置意味着是示例性的，并且实际参数、尺寸、材料和/或配置将取决于使用本发明的教导的一个或更多个特定应用。本领域技术人员将认识到或能够使用仅仅只是常规实验来确定本文描述的本发明的特定实施方式的许多等同方案。因此，应当理解，仅通过示例的方式呈现了前述实施方式，并且在所附权利要求书及其等同方案的范围内，可以以除具体描述和要求保护的方式以外的其他方式来实践本发明。本发明涉及本文描述的每个单独的特征、系统、制品、材料和/或方法。另外，如果这样的特征、系统、制品、材料和/或方法不相互一致，则两个或更多个这样的特征、系统、制品、材料和/或方法的任意组合包括在本发明的范围内。
除非清楚地被指示为相反含义，否则如本文在说明书中和在权利要求书中使用的不定冠词“一(a)”和“一个(an)”应当被理解为意指“至少一个”。
如本文在说明书中和在权利要求书中使用的短语“和/或”应当被理解为意指如此结合的元素中的“任一者或两者”，即，在一些情况下结合地存在而在其他情况下分离地存在的元素。除非明确指出相反的含义，否则可以可选地存在与“和/或”子句明确标识的元素不同的其他元素，而无论其与那些具体标识的元素相关或不相关。因此，作为非限制性示例，在与诸如“包括”的开放式语言结合使用时，对“A和/或B”的提及在一个实施方式中可以指代A而没有B(可选地包括除了B以外的元素)；在另一实施方式中，可以指代B而没有A(可选地包括除A以外的元素)；在又一实施方式中，可以指代A和B两者(可选地包括其他元素)；等。
如本文在说明书中和在权利要求书中所使用的，“或”应当被理解为具有与如上所限定的“和/或”相同的含义。例如，当将列表中的项目分开时，“或”或“和/或”应解释为包括性的，即包括多个元素或元素列表中的至少一个，但也包括多于一个，以及可选地包括其他未列出的项目。只有明确相反地指示的术语例如“仅一个”或“恰好一个”或者当在权利要求书中使用时的“由……组成”将指的是包括多个元素或元素列表中的恰好一个元素。一般而言，当之前有排他性术语诸如“任一”、“之一”、“仅之一”或“恰好之一”时，本文所使用的术语“或”应仅被解释为指示排他性的替代方案(即“一个或另一个，而非两者”)。当在权利要求书中使用时，“基本上由……组成”应具有在专利法领域中所使用的普通含义。
如本文在说明书中和在权利要求书中所使用的，关于一个或更多个元素的列表的短语“至少一个”应当被理解为意指选自元素列表中的元素中的任何一个或更多个元素的至少一个元素，但不一定包括元素列表内具体列出的每个和每一元素中的至少一个元素，并且不排除元素列表中的元素的任何组合。该定义还允许可以可选地存在除了短语“至少一个”所指代的元素列表中具体标识的元素之外的元素，而无论其与那些具体标识的元素相关或不相关。因此，作为非限制性示例，“A和B中的至少一个”(或者等效地，“A或B中的至少一个”，或者等效地，“A和/或B中的至少一个”)在一个实施方式中可以指代至少一个A(可选地包括多于一个A)而没有B(并且可选地包括除了B以外的元素)；在另一实施方式中可以指代至少一个B(可选地包括多于一个B)而没有A(并且可选地包括除了A以外的元素)；在又一实施方式中可以指代至少一个A(可选地包括多于一个A)以及至少一个B(可选地包括多于一个B)(并且可选地包括其他元素)；等。
在权利要求书以及以上说明书中，所有过渡短语诸如“包括(comprising)”、“包括(including)”、“带有(carrying)”、“具有(having)”、“包含(containing)”、“涉及(involving)”、“持有(holding)”等都应理解为开放式的，即意指包括但不限于。如美国专利局专利审查程序手册第2111.03节所述，仅过渡短语“由……组成”和“基本上由……组成”应分别是封闭的或半封闭的过渡短语。
Claims (34)
1.一种方法，包括：
穿透制品的一部分，所述制品包括：
包括第一侧和第二侧的非导电层；
与所述非导电层的第一侧相邻的第一电极部分；以及
与所述非导电层的第二侧相邻的第二电极部分，
使得在所述第一电极部分与所述第二电极部分之间建立电耦接。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述穿透包括使用固体物体刺穿所述制品。
3.根据权利要求2所述的方法，其中，所述固体物体是销或包括销。
4.根据权利要求2至3中任一项所述的方法，还包括移除所述固体物体。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的方法，其中，所述第一电极部分具有极性，并且所述第二电极部分具有与所述第一电极部分的极性相同的极性。
6.根据权利要求1至5中任一项所述的方法，其中，所述穿透致使形成从所述第一电极部分延伸穿过所述非导电层并且到达所述第二电极部分的导电固体材料区域，其中，所述导电固体材料区域电耦接所述第一电极部分和所述第二电极部分。
7.根据权利要求1至6中任一项所述的方法，其中，所述第一电极部分包括电极活性材料，并且所述第二电极部分包括相同的电极活性材料。
8.根据权利要求7所述的方法，其中，所述导电固体材料区域还包括所述第一电极部分和所述第二电极部分中存在的电极活性材料。
9.根据权利要求1至7中任一项所述的方法，其中，所述穿透致使形成从所述第一电极部分延伸穿过所述非导电层并且到达所述第二电极部分的腔。
10.根据权利要求9所述的方法，其中，至少一部分导电固体材料沿所述腔的壁定位。
11.根据权利要求9所述的方法，还包括使用导电材料填充所述腔的至少一部分。
12.一种制品，包括：
包括第一侧和第二侧的非导电层；
与所述非导电层的第一侧相邻的第一电极部分，所述第一电极部分具有极性；以及
与所述非导电层的第二侧相邻的第二电极部分，所述第二电极部分具有与所述第一电极部分的极性相同的极性；
其中，所述第一电极部分通过从所述第一电极部分延伸穿过所述非导电层并且到达所述第二电极部分的导电固体材料区域电耦接至所述第二电极部分。
13.根据权利要求12所述的制品，还包括从所述第一电极部分延伸穿过所述非导电层并且到达所述第二电极部分的腔，其中，至少一部分导电固体材料沿所述腔的壁定位。
14.根据权利要求12至13中任一项所述的制品，其中，所述第一电极部分包括电极活性材料，并且所述第二电极部分包括相同的电极活性材料。
15.根据权利要求14所述的制品，其中，所述导电固体材料区域还包括所述第一电极部分和所述第二电极部分中存在的电极活性材料。
16.根据权利要求13至15中任一项所述的制品，其中，所述腔具有垂直于其长度的截面，并且所述截面的周长与所述截面的面积之比大于或等于1mm-1且小于或等于30mm-1。
17.根据权利要求13至16中任一项所述的制品，其中，所述导电固体材料区域具有垂直于其长度的截面，并且所述截面的周长与所述截面的面积之比大于或等于1mm-1且小于或等于30mm-1。
18.根据权利要求12至17中任一项所述的制品，其中，所述非导电层、所述第一电极部分和所述第二电极部分形成第一双侧电极部分，并且所述制品还包括与所述第一双侧电极部分相邻的第二双侧电极部分。
19.根据权利要求18所述的制品，其中，所述第一双侧电极部分通过所述导电固体材料区域电耦接至所述第二双侧电极部分。
20.根据权利要求18至19中任一项所述的制品，其中，所述腔沿垂直于每个非导电层的第一侧和第二侧的方向延伸穿过所述第一双侧电极部分和所述第二双侧电极部分。
21.根据权利要求18至20中任一项所述的制品，其中，所述导电固体材料区域沿垂直于每个非导电层的第一侧和第二侧的方向延伸穿过所述第一双侧电极部分和所述第二双侧电极部分。
22.根据权利要求13至21中任一项所述的制品，其中，所述腔为第一腔，并且所述制品还包括第二腔。
23.根据权利要求12至22中任一项所述的制品，其中，所述导电固体材料区域为第一导电固体材料区域，并且所述制品还包括第二导电固体材料区域。
24.根据权利要求13至23中任一项所述的制品，其中，所述制品包括第一侧和与第一侧相对的第二侧，并且所述腔从第一侧延伸至第二侧。
25.根据权利要求13至24中任一项所述的制品，其中，所述制品包括第一侧和与第一侧相对的第二侧，并且所述导电固体材料区域从第一侧延伸至第二侧。
26.根据权利要求12至25中任一项所述的制品，其中，所述制品是电化学装置的一部分。
27.根据权利要求26所述的制品，其中，所述制品电耦接至所述电化学装置的导电端子。
28.根据权利要求12至27中任一项所述的制品，其中，所述第一电极部分和所述第二电极部分包括锂和/或锂金属合金作为电极活性材料。
29.根据权利要求12至28中任一项所述的制品，其中，所述非导电层包括剥离层。
30.根据权利要求12至29中任一项所述的制品，其中，所述第一电极部分或所述第二电极部分的一部分被第三电极部分覆盖，其中，所述第三电极部分具有与所述第一电极部分和所述第二电极部分的极性相反的极性。
31.根据权利要求18至30中任一项所述的制品，还包括设置在所述第一双侧电极部分的一部分与所述第二双侧电极部分的一部分之间的第三电极部分，其中，所述第三电极部分具有与所述第一双侧电极部分的电极部分和所述第二双侧电极部分的电极部分的极性不同的极性。
32.根据权利要求12至31中任一项所述的制品，还包括与所述第一电极部分和/或所述第二电极部分电化学连通的液体电解质。
33.根据权利要求1至11中任一项所述的方法，其中，所述制品是根据权利要求12至32中任一项所述的制品。
34.一种方法，包括对包括根据权利要求12至32中任一项所述的制品的电化学装置充电和/或放电。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication |
Application publication date: 20220201 |
|
| WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication |