(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公表特許公報(A)
(11)【公表番号】
(43)【公表日】2024-03-19
(54)【発明の名称】制約接着剤を使用した三次元電池
(51)【国際特許分類】
H01M 10/04 20060101AFI20240312BHJP
H01M 10/058 20100101ALI20240312BHJP
H01M 10/052 20100101ALI20240312BHJP
H01M 10/054 20100101ALI20240312BHJP
【ＦＩ】
H01M10/04 Z
H01M10/058
H01M10/052
H01M10/054
【審査請求】未請求
【予備審査請求】未請求
(21)【出願番号】P 2023560667
(86)(22)【出願日】2022-03-30
(85)【翻訳文提出日】2023-11-28
(86)【国際出願番号】 US2022022437
(87)【国際公開番号】W WO2022216485
(87)【国際公開日】2022-10-13
(31)【優先権主張番号】63/168,742
(32)【優先日】2021-03-31
(33)【優先権主張国・地域又は機関】US
(81)【指定国・地域】
(71)【出願人】
【識別番号】323006529
【氏名又は名称】エノビクス・コーポレイション
【氏名又は名称原語表記】Ｅｎｏｖｉｘ Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ
(74)【代理人】
【識別番号】100145403
【弁理士】
【氏名又は名称】山尾 憲人
(74)【代理人】
【識別番号】100184343
【弁理士】
【氏名又は名称】川崎 茂雄
(74)【代理人】
【識別番号】100224627
【弁理士】
【氏名又は名称】井上 稔
(72)【発明者】
【氏名】ローゼン，ロバート キース
(72)【発明者】
【氏名】バルデス，ブルーノ エイ
(72)【発明者】
【氏名】ラマサブラマニアン，ムラリ
(72)【発明者】
【氏名】ブザッカ，ロバート エス
【テーマコード（参考）】
5H028
5H029
【Ｆターム（参考）】
5H028AA08
5H028BB04
5H028BB05
5H028CC01
5H028CC07
5H028CC08
5H028CC26
5H028EE06
5H028EE10
5H028HH05
5H028HH06
5H028HH08
5H029AJ05
5H029AK01
5H029AK03
5H029AK05
5H029AL02
5H029AL03
5H029AL06
5H029AL07
5H029AL08
5H029AL11
5H029AL12
5H029AM03
5H029AM04
5H029AM07
5H029AM12
5H029AM16
5H029BJ02
5H029BJ12
5H029CJ02
5H029CJ03
5H029CJ04
5H029CJ05
5H029DJ04
5H029EJ14
5H029HJ03
5H029HJ04
5H029HJ12
5H029HJ14
(57)【要約】
二次電池のための電極アセンブリ及び方法が提供される。電極アセンブリは、単位セルの群及び制約システムを備える。電極アセンブリは、電極構造の群、対向電極構造の群、及び電気絶縁セパレータ材料を備える。制約システムは、（ｉ）縦方向に分離された第１の一次成長制約及び第２の一次成長制約、（ｉｉ）第１の一次成長制約及び第２の一次成長制約、並びに電極群又は対向電極群の構成単位のサブセットを接続する、垂直方向に分離された第１の接続部材及び第２の接続部材を備える。第１の接続部材及び第２の接続部材は、（ｉ）７５℃～１３０℃の範囲の溶融温度と、（ｉｉ）ＡＳＴＭ Ｄ１２３８に従って少なくとも２０～３５０以下の範囲で測定される溶融指数値と、を有する電気絶縁性の熱可塑性のホットメルト接着剤によってサブセットに接着されている。
【特許請求の範囲】
【請求項1】
単位セルの群と、制約システムと、接着剤と、を備える二次電池のための電極アセンブリであって、前記電極アセンブリが、相互に垂直な縦方向軸、横方向軸、及び垂直軸と、縦方向に互いに分離された第１の縦方向端面及び第２の縦方向端面と、電極アセンブリ縦方向軸ＡＥＡを取り囲み、かつ前記第１の縦方向端面及び前記第２の縦方向端面を接続するラテラル面であって、前記ラテラル面が、前記縦方向軸の両側に、反対側にある第１の領域及び第２の領域を有し、かつ前記縦方向軸に直交する第１の方向に分離されており、前記電極アセンブリが、前記縦方向に測定される最大幅ＷＥＡと、前記ラテラル面によって境界が定められ、前記横方向に測定される最大長さＬＥＡと、前記ラテラル面によって境界が定められ、かつ垂直方向に測定される最大高さＨＥＡと、を有する、ラテラル面と、を有し、
前記電極アセンブリが、電極構造の群と、対向電極構造の群と、前記電極群及び前記対向電極群の構成単位を電気的に分離する電気絶縁セパレータ材料と、を更に備え、前記電極構造群及び前記対向電極構造群の前記構成単位が、前記垂直方向に分離された反対側にある上側端面及び下側端面を有し、前記単位セル群の各構成単位が、電極構造と、対向電極構造と、前記電極構造と前記対向電極構造との間の電気絶縁セパレータと、を備え、
前記制約システムが、（ｉ）前記縦方向に分離された第１の一次成長制約及び第２の一次成長制約と、（ｉｉ）前記第１の一次成長制約及び前記第２の一次成長制約、並びに前記電極群又は前記対向電極群の前記構成単位のサブセットを接続する、前記垂直方向に分離された第１の接続部材及び第２の接続部材を備え、前記第１の接続部材及び前記第２の接続部材が、（ｉ）７５℃～１３０℃の範囲の溶融温度と、（ｉｉ）ＡＳＴＭ Ｄ１２３８に従って測定される、少なくとも２０～３５０以下の範囲の溶融指数値と、を有する電気絶縁性の熱可塑性のホットメルト接着剤によって、前記サブセットの前記上側端面及び前記下側端面がそれぞれ接着された、反対側にある上側内面及び下側内面を有する、電極アセンブリ。
【請求項2】
請求項１に記載の電極アセンブリを備える、二次電池。
【請求項3】
前記ホットメルト接着剤の前記溶融温度が、７７℃～１００℃の範囲にある、請求項１又は２に記載の電極アセンブリ又は二次電池。
【請求項4】
ＡＳＴＭ Ｄ１２３８に従って測定される前記溶融指数値が、少なくとも７０～３５０以下の範囲にある、先行請求項のいずれか一項に記載の電極アセンブリ又は二次電池。
【請求項5】
前記電極構造の群の前記構成単位が、前記垂直方向に反対側にある上側端面及び下側端面を有する電極集電体を備え、前記対向電極構造の群の構成単位が、前記垂直方向に反対側にある上側端面及び下側端面を有する対向電極集電体を備え、前記第１の接続部材及び前記第２の接続部材が、前記電極群又は前記対向電極群の構成単位の前記サブセットの前記電極集電体又は前記対向電極集電体の垂直端面に接着されている、先行請求項のいずれか一項に記載の電極アセンブリ又は二次電池。
【請求項6】
前記ホットメルト接着剤が、ＥＡＡ（エチレン－ｃｏ－アクリル酸）、ＥＭＡＡ（エチレン－ｃｏ－メタクリル酸）、官能化ポリエチレン及び官能化ポリプロピレン、並びにそれらの組み合わせから選択される材料を含む、先行請求項のいずれか一項に記載の電極アセンブリ又は二次電池。
【請求項7】
前記ホットメルト接着剤が、ＥＡＡ共重合体とＥＭＡＡ共重合体との混合物を含む、先行請求項のいずれか一項に記載の電極アセンブリ又は二次電池。
【請求項8】
前記ホットメルト接着剤が、約８０℃以上の温度で、有意には反応しないか、又は有意には接着力を失わない、先行請求項のいずれか一項に記載の電極アセンブリ又は二次電池。
【請求項9】
前記ホットメルト接着剤が、前記二次電池の１０００連続サイクルを経て有意には接着力を失わない、先行請求項のいずれか一項に記載の電極アセンブリ又は二次電池。
【請求項10】
前記ホットメルト接着剤が、約１０～約１００マイクロメートルの範囲の厚さと所定のパターン幾何学形状とを有するフィルム形状を有する、先行請求項のいずれか一項に記載の電極アセンブリ又は二次電池。
【請求項11】
前記第１の接続部材又は前記第２の接続部材が、それぞれの前記部材の垂直厚さを貫いて形成された開口部を備え、前記第１の接続部材又は前記第２の接続部材が、前記開口部に隣接する前記内面の接合領域を含み、前記ホットメルト接着剤が、前記電極群又は前記対向電極群の前記構成単位の前記サブセットへの接着のために提供される、先行請求項のいずれか一項に記載の電極アセンブリ又は二次電池。
【請求項12】
第１の接続部材及び第２の接続部材の両方が、前記第１の接続部材及び前記第２の接続部材の前記垂直厚さを貫く開口部を備える、請求項１１に記載の電極アセンブリ又は二次電池。
【請求項13】
前記開口部が、前記縦方向に延在する複数のスロットを含み、前記サブセットに接着するための前記接合領域が、前記第１の接続部材又は前記第２の接続部材の前記スロットの間の内面領域上に位置する、請求項１１又は１２に記載の電極アセンブリ又は二次電池。
【請求項14】
前記第１の縦方向端面及び前記第２の縦方向端面の表面積が、前記電極アセンブリの表面積の３３％未満である、先行請求項のいずれか一項に記載の電極アセンブリ又は二次電池。
【請求項15】
前記電極構造群の各構成単位の長さＬＥと前記対向電極構造群の各構成単位の長さＬＣＥとが、これらの構成単位の中心縦方向軸ＡＥ及びＡＣＥの前記横方向に測定され、前記電極構造群の各構成単位の幅ＷＥと前記対向電極構造群の各構成単位の幅ＷＣＥとが、前記縦方向に測定され、前記電極構造群の各構成単位の高さＨＥと前記対向電極構造群の各構成単位の高さＨＣＥとが、そのような各構成単位の前記中心縦方向軸ＡＥ又はＡＣＥに、かつ前記縦方向に垂直である前記垂直方向に測定され、前記電極構造群の各構成単位のＬＥとＷＥ及びＨＥの各々との比が、それぞれ、少なくとも５：１であり、前記電極構造群の各構成単位についてのＨＥとＷＥとの比が、０．４：１～１０００：１であり、前記対向電極構造群の各構成単位のＬＣＥとＷＣＥ及びＨＣＥの各々との比が、それぞれ、少なくとも５：１であり、前記対向電極構造群の各構成単位についてのＨＣＥとＷＣＥとの比が、０．４：１～１０００：１である、先行請求項のいずれか一項に記載の電極アセンブリ又は二次電池。
【請求項16】
ＬＥＡ及びＷＥＡの各々とＨＥＡとの比が、少なくとも２：１である、先行請求項のいずれか一項に記載の電極アセンブリ又は二次電池。
【請求項17】
前記第１の縦方向表面上への前記電極構造群及び前記対向電極構造群の構成単位の投影が、第１の投影エリアを取り囲み、前記第２の縦方向表面上への前記電極構造群及び前記対向電極構造群の前記構成単位の投影が、第２の投影エリアを取り囲み、前記第１の一次成長制約及び前記第２の一次成長制約が、前記第１の投影エリア及び前記第２の投影エリアの上に重なる第１の圧縮部材及び第２の圧縮部材を備える、先行請求項のいずれか一項に記載の電極アセンブリ又は二次電池。
【請求項18】
前記第１の一次成長制約及び前記第２の一次成長制約が、相互に垂直であり、かつ前記縦方向に垂直である２つの方向の各々において前記電極アセンブリに対して維持される圧力を超え、相互に垂直であり、かつ前記縦方向に垂直である２つの方向の各々において前記電極アセンブリに対して維持される圧力を超える圧力を、前記電極アセンブリに対して前記縦方向に維持する、先行請求項のいずれか一項に記載の電極アセンブリ又は二次電池。
【請求項19】
前記第１の一次成長制約及び前記第２の一次成長制約が、相互に垂直であり、かつ前記縦方向に垂直である２つの方向の各々において、前記電極アセンブリに対して維持される圧力を少なくとも３倍、少なくとも４倍、又は少なくとも５倍超える圧力を、前記電極アセンブリに対して前記縦方向に維持する、先行請求項のいずれか一項に記載の電極アセンブリ又は二次電池。
【請求項20】
前記一次成長制約システムが、２０連続サイクルを経て生じ得る前記縦方向での前記電極アセンブリのフェレット径の増加が２０％未満であるように、前記縦方向での前記電極アセンブリの成長を抑制する、先行請求項のいずれか一項に記載の電極アセンブリ又は二次電池。
【請求項21】
前記一次成長制約システムが、１０連続サイクルを経て生じ得る前記縦方向での前記電極アセンブリのフェレット径の増加が１０％未満であるように、前記縦方向での前記電極アセンブリの成長を抑制する、先行請求項のいずれか一項に記載の電極アセンブリ又は二次電池。
【請求項22】
前記一次成長制約システムが、５連続サイクルを経て生じ得る前記縦方向での前記電極アセンブリのフェレット径の増加が１０％未満であるように、前記縦方向での前記電極アセンブリの成長を抑制する、先行請求項のいずれか一項に記載の電極アセンブリ又は二次電池。
【請求項23】
前記一次成長制約システムが、生じ得る前記縦方向での前記電極アセンブリのフェレット径の増加が１サイクル当たり１％未満であるように、前記縦方向での前記電極アセンブリの成長を抑制する、先行請求項のいずれか一項に記載の電極アセンブリ又は二次電池。
【請求項24】
前記第１の接続部材及び前記第２の接続部材が、２０連続サイクルを経て生じ得る前記垂直方向での前記電極アセンブリのフェレット径の増加が２０％未満であるように、前記垂直方向での前記電極アセンブリの成長を抑制する二次成長制約システムを備える、先行請求項のいずれか一項に記載の電極アセンブリ又は二次電池。
【請求項25】
前記第１の接続部材及び前記第２の接続部材が、１０連続サイクルを経て生じ得る前記垂直方向での前記電極アセンブリのフェレット径の増加が１０％未満であるように、前記垂直方向での前記電極アセンブリの成長を抑制する二次成長制約システムを備える、先行請求項のいずれか一項に記載の電極アセンブリ又は二次電池。
【請求項26】
前記第１の接続部材及び前記第２の接続部材が、５連続サイクルを経て生じ得る前記垂直方向での前記電極アセンブリのフェレット径の増加が１０％未満であるように、前記垂直方向での前記電極アセンブリの成長を抑制する二次成長制約システムを備える、先行請求項のいずれか一項に記載の電極アセンブリ又は二次電池。
【請求項27】
前記第１の接続部材及び前記第２の接続部材が、生じ得る前記垂直方向での前記電極アセンブリのフェレット径の増加が１サイクル当たり１％未満であるように、前記垂直方向での前記電極アセンブリの成長を抑制する二次成長制約システムを備える、先行請求項のいずれか一項に記載の電極アセンブリ又は二次電池。
【請求項28】
先行実施形態のいずれか１つに記載の二次電池又は電極アセンブリを製造するプロセスであって、（ａ）前記電極構造の群と、前記対向電極構造の群と、前記電極群及び前記対向電極群の構成単位を電気的に分離する前記電気絶縁セパレータ材料の群と、を、積層構成で積層することと、（ｂ）前記電気絶縁性の熱可塑性のホットメルト接着剤を含む接着フィルムのうちの少なくとも１つの第１の面を、前記制約システムの前記第１の接続部材又は前記第２の接続部材の上側内面又は下側内面と接触させて配置することと、（ｃ）前記電極群又は前記対向電極群の前記構成単位の前記サブセットの前記上側端面又は前記下側端面を、前記少なくとも１つの接着フィルムの第２の面と接触させて配置することと、（ｄ）前記少なくとも１つの接着フィルムを加熱によって少なくとも部分的に溶融又は軟化させて、前記電極群又は前記対向電極群の前記構成単位の前記サブセットを前記第１の接続部材及び前記第２の接続部材に接着させることと、を含む、プロセス。
【請求項29】
第１の接着フィルムが、前記第１の接続部材の前記上側内面を、前記電極群又は前記対向電極群の構成単位の前記サブセットの前記上側端面に接着させ、第２の接着フィルムが、前記第２の接続部材の前記下側内面を、前記電極群又は前記対向電極群の構成単位の前記サブセットの前記下側端面に接着させる、請求項２８に記載のプロセス。
【請求項30】
前記少なくとも１つの接着フィルムを切断して、所定のパターンを有するフィルム切り欠きを形成し、前記フィルム切り欠きを前記第１の接続部材及び前記第２の接続部材の前記上側内面及び前記下側内面に張り付けることを更に含む、請求項２８又は２９に記載のプロセス。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
関連出願の相互参照
本出願は、２０２１年３月３１日に出願された米国仮特許出願第６３／１６８，７４２号の利益を主張し、この出願は、その全体が参照により本明細書に組み込まれる。
本出願は、２０２１年３月３１日に出願された米国仮特許出願第６３／１６８，７４２号の利益を主張し、この出願は、その全体が参照により本明細書に組み込まれる。
【0002】
本開示は、一般に、エネルギー貯蔵デバイスで使用するための構造、そのような構造を採用するエネルギー貯蔵デバイス、並びにそのような構造及びエネルギーデバイスを生産するための方法に関する。
【背景技術】
【0003】
ロッキングチェア二次電池又は挿入二次電池は、リチウムイオン、ナトリウムイオン、カリウムイオン、カルシウムイオン、又はマグネシウムイオンなどのキャリアイオンが、電解質を介して正極と負極との間を移動するタイプのエネルギー貯蔵デバイスである。二次電池は、単一の電池セル、又は電池を形成するために電気的に結合された２つ以上の電池セルを含み、各電池セルは、正極、負極、微小孔性セパレータ、及び電解質を含み得る。
【0004】
ロッキングチェア電池セルでは、正極及び負極の両方が、キャリアイオンが挿入及び脱離する材料を含む。セルが放電される際に、キャリアイオンが負極から脱離され、正極に挿入される。セルが充電される際に、逆のプロセスが発生し、キャリアイオンが正極から脱離され、負極に挿入される。
【0005】
キャリアイオンが電極間を移動するとき、持続的な課題のうちの１つは、電池が繰り返し充電及び放電されるにつれて、電極が膨張及び収縮する傾向があるという事実に存在する。電極が膨張すると、電気的短絡及び電池の障害が発生するため、サイクリング中の膨張及び収縮は、電池の信頼性及びサイクル寿命にとって問題となる傾向がある。
【0006】
したがって、電池の信頼性及びサイクル寿命を改善するために、電池サイクリング中の電極の膨張及び収縮を制御する必要性が残っている。
【発明の概要】
【0007】
したがって、簡潔に言えば、本開示の一態様は、電解質及び二次電池サイクリングの他の条件への長期曝露の下で接着力を失うことなく、制約構造を所定の位置に確実に保持し、それによって、電池のエネルギー密度、信頼性、及びサイクル寿命を改善するための制約接着剤の実装に関する。
【0008】
一態様によれば、二次電池のための電極アセンブリが提供され、この電極アセンブリは、単位セルの群、制約システム、及び接着剤を有し、電極アセンブリは、相互に垂直な縦方向軸、横方向軸、及び垂直軸と、縦方向に互いに分離された第１の縦方向端面及び第２の縦方向端面と、電極アセンブリ縦方向軸ＡＥＡを取り囲み、かつ第１の縦方向端面及び第２の縦方向端面を接続するラテラル面であって、ラテラル面が、縦方向軸の反対側に、反対側にある第１の領域及び第２の領域を有し、かつ縦方向軸に直交する第１の方向に分離されており、電極アセンブリが、縦方向に測定される最大幅ＷＥＡと、ラテラル面によって境界が定められ、横方向に測定される最大長さＬＥＡと、ラテラル面によって境界が定められ、かつ垂直方向に測定される最大高さＨＥＡと、を有する、ラテラル面と、を有する。電極アセンブリは、電極構造の群と、対向電極構造の群と、電極構造群及び対向電極構造群の構成単位を電気的に分離する電気絶縁セパレータ材料と、を更に備え、電極構造群及び対向電極構造群の構成単位が、垂直方向に分離された反対側にある上側端面及び下側端面を有し、単位セル群の各構成単位が、電極構造と、対向電極構造と、電極構造と対向電極構造との間の電気絶縁セパレータと、を備える。制約システムは、（ｉ）縦方向に分離された第１の一次成長制約及び第２の一次成長制約と、（ｉｉ）第１の一次成長制約及び第２の一次成長制約、並びに電極構造群又は対向電極構造群の構成単位のサブセットを接続する、垂直方向に分離された第１の接続部材及び第２の接続部材を備え、第１の接続部材及び第２の接続部材が、（ｉ）７５℃～１３０℃の範囲の溶融温度と、（ｉｉ）ＡＳＴＭ Ｄ１２３８に従って測定される、少なくとも２０～３５０以下の範囲の溶融指数値と、を有する電気絶縁性の熱可塑性のホットメルト接着剤によって、サブセットの上側端面及び下側端面がそれぞれ接着された、反対側にある上側内面及び下側内面を有する。別の態様は、電極アセンブリを有する二次的なものに関する。
【0009】
別の態様によれば、二次電池又は電極アセンブリを製造するプロセスが提供され、このプロセスは、（ａ）電極構造の群と、対向電極構造の群と、電極群及び対向電極群の構成単位を電気的に分離する電気絶縁セパレータ材料の群と、を、積層構成で積層することと、（ｂ）電気絶縁性の熱可塑性のホットメルト接着剤を含む接着フィルムのうちの少なくとも１つの第１の面を、制約システムの第１の接続部材又は第２の接続部材の上側内面又は下側内面と接触させて配置することと、（ｃ）電極群又は対向電極群の構成単位のサブセットの上側端面又は下側端面を、少なくとも１つの接着フィルムの第２の面と接触させて配置することと、（ｄ）少なくとも１つの接着フィルムを加熱によって少なくとも部分的に溶融又は軟化させて、電極群又は対向電極群の構成単位のサブセットを第１の接続部材及び第２の接続部材に接着させることと、を含む。
【0010】
本開示の他の態様、特徴、及び実施形態は、部分的には、以下の説明及び図面で論じられ、部分的には明らかになるであろう。
【図面の簡単な説明】
【0011】
【図1A】電極制約のセットを有する電極アセンブリの一実施形態の斜視図である。
【図1B】二次電池のための三次元電極アセンブリの一実施形態の概略図である。
【図2】電極アセンブリ及び電極制約のセットを備えるエネルギー貯蔵デバイス又は二次電池の一実施形態の分解図を例示する。
【図3A】補助電極を有する、電極アセンブリの実施形態の、Ｚ－Ｙ平面における断面を例示する。
【図3B】内部に開口部を有する制約システムを有する、電極アセンブリの実施形態の、Ｘ－Ｙ平面内の上面図を例示する。
【図4】制約システムに接合された電極アセンブリの一実施形態の断面図である。
【図5】制約システムへの接着の前の電極集電体の上側端面を例示する電極アセンブリの一実施形態の上面図である。
【図8A】電気絶縁性の熱可塑性のホットメルト接着剤を使用することによって二次電池及び／又は電極アセンブリを製造するプロセスを示す。
【図8B】電気絶縁性の熱可塑性のホットメルト接着剤を使用することによって二次電池及び／又は電極アセンブリを製造するプロセスを示す。
【図8C】電気絶縁性の熱可塑性のホットメルト接着剤を使用することによって二次電池及び／又は電極アセンブリを製造するプロセスを示す。
【図8D】電気絶縁性の熱可塑性のホットメルト接着剤を使用することによって二次電池及び／又は電極アセンブリを製造するプロセスを示す。
【図8E】電気絶縁性の熱可塑性のホットメルト接着剤を使用することによって二次電池及び／又は電極アセンブリを製造するプロセスを示す。
【図9A】ある形態の電気絶縁性の熱可塑性のホットメルト接着剤を使用することによって二次電池及び／又は電極アセンブリを製造する別のプロセスを示す。
【図9B】ある形態の電気絶縁性の熱可塑性のホットメルト接着剤を使用することによって二次電池及び／又は電極アセンブリを製造する別のプロセスを示す。
【図9C】ある形態の電気絶縁性の熱可塑性のホットメルト接着剤を使用することによって二次電池及び／又は電極アセンブリを製造する別のプロセスを示す。
【図9D】ある形態の電気絶縁性の熱可塑性のホットメルト接着剤を使用することによって二次電池及び／又は電極アセンブリを製造する別のプロセスを示す。
【図9E】ある形態の電気絶縁性の熱可塑性のホットメルト接着剤を使用することによって二次電池及び／又は電極アセンブリを製造する別のプロセスを示す。
【図10A】電気絶縁性の熱可塑性のホットメルト接着剤を使用することによって二次電池及び／又は電極アセンブリを製造する代替プロセスを示す。
【図10B】電気絶縁性の熱可塑性のホットメルト接着剤を使用することによって二次電池及び／又は電極アセンブリを製造する代替プロセスを示す。
【図10C】電気絶縁性の熱可塑性のホットメルト接着剤を使用することによって二次電池及び／又は電極アセンブリを製造する代替プロセスを示す。
【図10D】電気絶縁性の熱可塑性のホットメルト接着剤を使用することによって二次電池及び／又は電極アセンブリを製造する代替プロセスを示す。
【図10E】電気絶縁性の熱可塑性のホットメルト接着剤を使用することによって二次電池及び／又は電極アセンブリを製造する代替プロセスを示す。
【0012】
本発明の主題の他の態様、実施形態、及び特徴は、添付の図面と併せて考慮すると、以下の詳細な説明から明らかになるであろう。添付の図面は、概略図であり、縮尺通りに描画されることを意図するものではない。明確にするために、あらゆる要素又は構成要素にあらゆる図で標示が行われるわけではなく、例示が当業者に本発明の主題を理解させるために必要でない場合、本発明の主題の各実施形態のあらゆる要素又は構成要素が示されるわけでもない。
【0013】
定義
本明細書で使用される「ａ」、「ａｎ」、及び「ｔｈｅ」（すなわち、単数形）は、文脈が明示的に別様に示さない限り、複数の指示対象を指す。例えば、一事例では、「電極」の参照は、単一の電極及び複数の同様の電極の両方を含む。
本明細書で使用される「ａ」、「ａｎ」、及び「ｔｈｅ」（すなわち、単数形）は、文脈が明示的に別様に示さない限り、複数の指示対象を指す。例えば、一事例では、「電極」の参照は、単一の電極及び複数の同様の電極の両方を含む。
【0014】
本明細書で使用される「約」及び「およそ」は、記載される値のプラス又はマイナス１０％、５％、又は１％を指す。例えば、一事例では、約２５０μｍであれば、２２５μｍ～２７５μｍを含む。更なる例として、一事例では、約１，０００μｍであれば、９００μｍ～１，１００μｍを含む。別途示されない限り、本明細書及び請求項で使用される量（例えば、測定値など）などを表す全ての数は、全ての事例において「約」という用語によって修飾されているものと理解されるべきである。したがって、反対のことが示されない限り、以下の明細書及び添付の請求項に記載される数値パラメータは、近似値である。各数値パラメータは、少なくとも、報告された有意な桁の数に照らして、及び通常の丸め技法を適用することによって解釈されるべきである。
【0015】
二次電池の状態の文脈で本明細書で使用される「充電状態」は、二次電池がその定格容量の少なくとも７５％に充電された状態を指す。例えば、電池は、その定格容量の１００％などの、その定格容量の少なくとも８０％、その定格容量の少なくとも９０％、及び更にはその定格容量の少なくとも９５％まで充電され得る。
【0016】
本明細書で使用される「Ｃレート」は、二次電池が放電されるレートの尺度を指し、放電電流を、電池が１時間でその公称定格容量を送給するであろう理論的な電流引き出し量で除算したものとして定義される。例えば、１ＣのＣレートは、１時間で電池を放電する放電電流を示し、２Ｃのレートは、１／２時間で電池を放電する放電電流を示し、Ｃ／２のレートは、２時間で電池を放電する放電電流を示す、などである。
【0017】
二次電池の状態の文脈で本明細書で使用される「放電状態」は、二次電池がその定格容量の２５％未満に放電された状態を指す。例えば、電池は、その定格容量の１０％未満などの、その定格容量の２０％未満、及び更には、その定格容量の０％などの、その定格容量の５％未満に放電され得る。
【0018】
充電状態と放電状態との間の二次電池のサイクルの文脈で本明細書で使用される「サイクル」は、充電状態又は放電状態のいずれかである第１の状態から、第１の状態の反対である第２の状態（すなわち、第１の状態が放電であった場合は充電状態、又は第１の状態が充電であった場合は放電状態）に電池を移行させるために、電池を充電及び／又は放電し、次いで、電池を第１の状態に戻してサイクルを完了することを指す。例えば、充電状態と放電状態との間の二次電池の単一のサイクルは、充電サイクルでのように、電池を放電状態から充電状態に充電し、次いで、放電状態に戻して、サイクルを完了することを含むことができる。単一のサイクルはまた、放電サイクルでのように、電池を充電状態から放電状態に放電し、次いで、充電状態に戻して、サイクルを完了することを含むことができる。
【0019】
電極アセンブリに関して本明細書で言及される「フェレット径」は、２つの平面に垂直な方向で測定される、電極アセンブリを制限する２つの平行平面間の距離として定義される。例えば、縦方向における電極アセンブリのフェレット径は、縦方向に垂直である電極アセンブリを制限する２つの平行平面間の縦方向で測定される距離である。別の例として、横方向の電極アセンブリのフェレット径は、横方向に垂直である電極アセンブリを制限する２つの平行平面間の横方向で測定される距離である。更なる別の例として、垂直方向の電極アセンブリのフェレット径は、垂直方向に垂直である電極アセンブリを制限する２つの平行平面間の垂直方向で測定される距離である。
【0020】
本明細書で使用される場合、「縦方向軸」、「横方向軸」、及び「垂直軸」は、相互に垂直な軸を指す（すなわち、各々は、互いに直交する）。例えば、本明細書で使用される「縦方向軸」、「横方向軸」、及び「垂直軸」は、三次元の態様又は配向を定義するために使用されるデカルト座標系に類似している。したがって、本明細書における本発明の主題の要素の説明は、要素の三次元の配向を説明するために使用される特定の軸に限定されない。代替的に述べると、軸は、本発明の主題の三次元の態様を参照するときに交換可能であり得る。
【0021】
本明細書で使用される「縦方向」、「横方向」、及び「垂直方向」は、相互に垂直な方向を指す（すなわち、各々は、互いに直交する）。例えば、本明細書で使用される「縦方向」、「横方向」、及び「垂直方向」は、一般に、それぞれ、三次元の態様又は配向を画定するために使用されるデカルト座標系の縦方向軸、横方向軸、及び垂直軸に平行であり得る。
【0022】
二次電池の充電状態と放電状態との間のサイクリングの文脈で本明細書で使用される「繰り返されるサイクリング」は、放電状態から充電状態へ、又は充電状態から放電状態へ２回以上サイクリングすることを指す。例えば、充電状態と放電状態との間の繰り返されるサイクリングは、放電状態から充電状態への充電、放電状態へ戻る放電、充電状態への再度の充電、及び放電状態へ戻る最終的な放電でのような、放電状態から充電状態への少なくとも２回のサイクリングを含むことができる。また別の例として、充電状態と放電状態との間の繰り返されるサイクリングは、充電状態から放電状態への放電、充電状態まで戻る充電、放電状態への再度の放電、及び充電状態まで戻る最終的な充電を、少なくとも２回含むことができる更なる例として、充電状態と放電状態との間の繰り返されるサイクリングは、少なくとも５回のサイクリング、及び更には放電状態から充電状態への少なくとも１０回のサイクリングを含むことができる。更なる例として、充電状態と放電状態との間の繰り返されるサイクリングは、放電状態から充電状態へ少なくとも２５回、５０回、１００回、３００回、５００回、及び更には１０００回サイクリングすることを含むことができる。
【0023】
二次電池の文脈で本明細書で使用される「定格容量」は、標準温度条件（２５℃）下で測定される、一定期間にわたって指定された電流を送給する二次電池の容量を指す。例えば、定格容量は、指定された時間の電流出力を判定することによって、又は指定された電流について電流が出力され得る時間を判定し、電流と時間との積を取ることによって、アンペア時の単位で測定され得る。例えば、定格２０アンペア時の電池について、定格に対して電流が２アンペアで指定される場合には、電池は、１０時間の電流出力を提供することとなる電池であると理解され得、逆に、定格に対して時間が１０時間で指定される場合には、電池は、１０時間の間、２アンペアを出力することとなる電池であると理解され得る。特に、二次電池の定格容量は、Ｃレートなどの指定された放電電流での定格容量として与えられてもよく、Ｃレートは、電池がその容量に対して放電されるレートの尺度である。例えば、１ＣのＣレートは、１時間で電池を放電する放電電流を示し、２Ｃは、１／２時間で電池を放電する放電電流を示し、Ｃ／２は、２時間で電池を放電する放電電流を示す、などである。それゆえ、例えば、１ＣのＣレートで２０アンペア時の定格の電池であれば、１時間の間、２０アンペアの放電電流を与え、２ＣのＣレートで２０アンペア時の定格の電池であれば、１／２時間の間、４０アンペアの放電電流を与え、Ｃ／２のＣレートで２０アンペア時の定格の電池であれば、２時間にわたって１０アンペアの放電電流を与える。
【0024】
電極アセンブリの寸法の文脈で本明細書で使用される「最大幅」（ＷＥＡ）は、電極アセンブリの縦方向端面の反対側にある点から縦方向に測定される電極アセンブリの最大幅に対応する。
【0025】
電極アセンブリの寸法の文脈で本明細書で使用される「最大長さ」（ＬＥＡ）は、電極アセンブリのラテラル面の反対側にある点から横方向に測定される電極アセンブリの最大長さに対応する。
【0026】
電極アセンブリの寸法の文脈で本明細書で使用される「最大高さ」（ＨＥＡ）は、電極アセンブリのラテラル面の反対側にある点から横方向に測定される電極アセンブリの最大高さに対応する。
【0027】
更に、本明細書で使用される場合、「電極構造」又は「電極活物質」などの「電極」という用語を使用して材料又は構造を説明する各実施形態について、そのような構造及び／又は材料は、特定の実施形態では、「負極構造」又は「負極活物質」などの、「負極」の構造及び／又は材料に対応し得ることを理解されたい。同様に、本明細書で使用される場合、「対向電極構造」又は「対向電極活物質」などの「対向電極」という用語を使用して材料又は構造を説明する各実施形態について、そのような構造及び／又は材料は、特定の実施形態では、「正極構造」又は「正極活物質」などの、「正極」の構造及び／又は材料に対応し得ることを理解されたい。すなわち、好適な場合、電極及び／又は対向電極について説明される任意の実施形態は、電極及び／又は対向電極が、それぞれ対応する構造及び材料を含む、具体的には負極及び／又は正極である、同じ実施形態に対応し得る。
【発明を実施するための形態】
【0028】
一般に、本開示は、例えば図１Ａ～図１Ｄ及び図２に示されるような、充電状態と放電状態との間でサイクリングする、二次電池１０２などのエネルギー貯蔵デバイス１００を対象とする。二次電池１０２は、電池筐体１０４と、電極アセンブリ１０６と、キャリアイオンと、電池筐体内の非水性液体電解質と、を含む。特定の実施形態では、二次電池１０２はまた、電極アセンブリ１０６の成長を抑制する制約システム１０８を含む。制約されている電極アセンブリ１０６の成長は、電極アセンブリ１０６の１つ以上の寸法の巨視的な増加であり得る。
【0029】
図１Ａ～図１Ｄを参照すると、一実施形態では、電極アセンブリ１０６は、積層方向（すなわち、図１Ｂにおける積層方向Ｄ）に連続して積層された単位セル５０４の群を含む。単位セル群の各構成単位は、電極構造１１０と、対向電極構造１１２と、電極構造１１０及び対向電極構造１１２を互いに電気的に絶縁するための、電極構造と対向電極構造との間の電気絶縁セパレータ１３０と、を備える。一例では、図１Ｂに示されるように、電極アセンブリ１０６は、電極構造１１０及び対向電極構造を交互配置で備える、積層された連続した単位セル５０４を備える。図１Ｃは、図１Ｂの電極アセンブリ１０６を有する二次電池を示す挿入図であり、図１Ｄは、図１Ｂの電極アセンブリ１０６を有する二次電池の断面である。積層された連続した単位セル５０４ａ、５０４ｂの他の配置を提供することもできる。したがって、電極アセンブリは、電極構造の群と、対向電極構造の群と、電極構造群及び対向電極構造群の構成単位を電気的に分離する電気絶縁セパレータ材料の群と、を備えることができ、単位セル群の各構成単位は、電極構造と、対向電極構造と、電極構造と対向電極構造との間の電気絶縁セパレータと、を備える。
【0030】
一実施形態では、電極構造１１０は、例えば図１Ａ～図１Ｄに示されるように、電極活物質層１３２、及び電極集電体１３６を備える。例えば、電極構造１１０は、１つ以上の電極活物質層１３２の間に配設された電極集電体１３６を備えることができる。一実施形態によれば、電極活物質層１３２は、アノード活物質を含み、電極集電体１３６は、アノード集電体を備える。同様に、一実施形態では、対向電極構造１１２は、対向電極活物質層１３８及び対向電極集電体１４０を備える。例えば、対向電極構造１１２は、１つ以上の対向電極活物質層１３８の間に配設された対向電極集電体１４０を備えることができる。一実施形態によれば、対向電極活物質層１３８は、カソード活物質を含み、対向電極集電体１４０は、カソード集電体を備える。更に、電極構造１１０及び対向電極構造１１２は、それぞれ、本明細書に記載される特定の実施形態及び構造に限定されず、本明細書に具体的に記載されるもの以外の他の構成、構造、及び／又は材料を、電極構造１１０及び対向電極構造１１２を形成するために提供することもできることを理解されたい。特定の実施形態によれば、単位セル群における各単位セル５０４ａ、５０４ｂは、積層構成において、電極集電体１３６の単位セル部分と、電極活物質層１３２を備える電極構造１１０と、電極と対向電極活物質層との間の電気絶縁セパレータ１３０と、対向電極活物質層１３８を備える対向電極構造１１３と、対向電極集電体１４０の単位セル部分と、を備える。特定の実施形態では、電極集電体、電極活物質層、セパレータ、対向電極活物質層、及び対向電極集電体の単位セル部分の順序は、例えば図１Ｃに示されるように、積層構成において互いに隣接する単位セルについて反転され、電極集電体及び／又は対向電極集電体の部分が、隣接する単位セル間で共有されるようになっている。
【0031】
図１Ａ～図１Ｄに示されるような実施形態によれば、電極構造群１１０及び対向電極構造群１１２の構成単位は、それぞれ、積層方向Ｄに対応する交互の配列の方向を有する交互の配列で配置されている。この実施形態に従った電極アセンブリ１０６は、相互に垂直な縦方向軸、横方向軸、及び垂直軸を更に含み、縦方向軸ＡＥＡは、一般に、電極構造群及び対向電極構造群の構成単位の積層方向Ｄに対応するか、又は平行である。図１Ｂにおける実施形態に示されるように、縦方向軸ＡＥＡは、Ｙ軸に対応するものとして示され、横方向軸は、Ｘ軸に対応するものとして示され、垂直軸は、Ｚ軸に対応するものとして示される。本明細書における開示の実施形態によれば、単位セル群の各単位セル５０４内の電極構造１１０、対向電極構造１１２、及び電気絶縁セパレータ１３０は、単位セル群の積層方向に直交する垂直方向に分離された反対側にある上側端面及び下側端面を有する。例えば、図１Ｃ及び図４を参照すると、単位セル群の各構成単位における電極構造１１０は、垂直方向に分離された反対側にある上側端面５００ａ及び下側端面５００ｂを備えることができ、単位セル群の各構成単位における対向電極構造１１２は、垂直方向に分離された反対側にある上側端面５０１ａ及び下側端面５０１ｂを備えることができ、電気絶縁セパレータ１３０は、垂直方向に分離された反対側にある上側端面５０２ａ及び下側端面５０２ｂを備えることができる。
【0032】
図１Ａ～図１Ｄを参照すると、一実施形態によれば、電極アセンブリ１０６は、仮想の三次元デカルト座標系のｘ軸、ｙ軸、及びｚ軸にそれぞれ対応する相互に垂直な横方向軸、縦方向軸、及び垂直軸と、縦方向に互いに分離された第１の縦方向端面１１６及び第２の縦方向端面１１８と、電極アセンブリ縦方向軸ＡＥＡを取り囲み、かつ第１の縦方向端面１１６及び第２の縦方向端面１１８を接続するラテラル面１４２と、を有する。一実施形態では、第１の縦方向端面１１６及び第２の縦方向端面１１８の表面積は、電極アセンブリ１０６の表面積の３３％未満である。例えば、そのような一実施形態では、第１の縦方向端面１１６及び第２の縦方向端面１１８の表面積の合計は、それぞれ、電極アセンブリ１０６の全表面の表面積の２５％未満である。更なる例として、一実施形態では、第１の縦方向端面１１６及び第２の縦方向端面１１８の表面積の合計は、それぞれ、電極アセンブリの全表面の表面積の２０％未満である。更なる例として、一実施形態では、第１の縦方向端面１１６及び第２の縦方向端面１１８の表面積の合計は、それぞれ、電極アセンブリの全表面の表面積の１５％未満である。更なる例として、一実施形態では、第１の縦方向端面１１６及び第２の縦方向端面１１８の表面積の合計は、それぞれ、電極アセンブリの全表面の表面積の１０％未満である。
【0033】
一実施形態では、ラテラル面１４２は、縦方向軸の両側に、縦方向軸に直交する第１の方向に分離された、第１の領域及び第２の領域を含む。例えば、ラテラル面１４２は、Ｘ方向の反対側にある表面領域１４４、１４６（すなわち、長方柱の側面）と、Ｚ方向の反対側にある表面領域１４８、１５０と、を含むことができる。また別の実施形態では、ラテラル面は、円筒形状を含むことができる。電極アセンブリ１０６は、縦方向に測定される最大幅ＷＥＡと、ラテラル面によって境界を定められ、かつ横方向に測定される最大長さＬＥＡと、ラテラル面によって境界を定められ、かつ垂直方向に測定される最大高さＨＥＡと、を更に含むことができる。一実施形態では、最大長さＬＥＡと最大高さＨＥＡとの比は、少なくとも２：１であり得る。更なる例として、一実施形態では、最大長さＬＥＡと最大高さＨＥＡとの比は、少なくとも５：１であり得る。更なる例として、一実施形態では、最大長さＬＥＡと最大高さＨＥＡとの比は、少なくとも１０：１であり得る。更なる例として、一実施形態では、最大長さＬＥＡと最大高さＨＥＡとの比は、少なくとも１５：１であり得る。更なる例として、一実施形態では、最大長さＬＥＡと最大高さＨＥＡとの比は、少なくとも２０：１であり得る。種々の寸法の比率は、エネルギー貯蔵デバイス内の最適な構成を可能にして、活物質の量を最大化し、それによってエネルギー密度を増加させ得る。
【0034】
いくつかの実施形態では、最大幅ＷＥＡは、最大高さＨＥＡよりも大きい電極アセンブリ１０６の幅を提供するように選択され得る。例えば、一実施形態では、最大幅ＷＥＡと最大高さＨＥＡとの比は、少なくとも２：１であり得る。更なる例として、一実施形態では、最大幅ＷＥＡと最大高さＨＥＡとの比は、少なくとも５：１であり得る。更なる例として、一実施形態では、最大幅ＷＥＡと最大高さＨＥＡとの比は、少なくとも１０：１であり得る。更なる例として、一実施形態では、最大幅ＷＥＡと最大高さＨＥＡとの比は、少なくとも１５：１であり得る。更なる例として、一実施形態では、最大幅ＷＥＡと最大高さＨＥＡとの比は、少なくとも２０：１であり得る。
【0035】
一実施形態によれば、最大幅ＷＥＡと最大長さＬＥＡとの比は、最適な構成を提供する所定の範囲内にあるように選択され得る。例えば、一実施形態では、最大幅ＷＥＡと最大長さＬＥＡとの比は、１：５～５：１の範囲にあり得る。更なる例として、一実施形態では、最大幅ＷＥＡと最大長さＬＥＡとの比は、１：３～３：１の範囲にあり得る。また更なる例として、一実施形態では、最大幅ＷＥＡと最大長さＬＥＡとの比は、１：２～２：１の範囲にあり得る。
【0036】
本開示の実施形態によれば、単位セル群の構成単位の各電極構造１１０は、電極構造１１０の第１の反対側にある横方向端面６０１ａと第２の反対側にある横方向端面６０１ｂとの間の横方向に測定される長さＬＥと、電極構造１１０の上側の反対側にある垂直端面５００ａと下側の反対側にある垂直端面５００ｂとの間の垂直方向に測定される高さＨＥと、電極構造１１０の第１の反対側にある表面６０３ａと第２の反対側にある表面６０３ｂとの間の縦方向に測定される幅ＷＥと、を含み、単位セル群の構成単位の各対向電極構造１１２は、対向電極構造１１２の第１の反対側にある横方向端面６０２ａと第２の反対側にある横方向端面６０２ｂとの間の横方向に測定される長さＬＣＥと、対向電極構造１１２の上側の第２の反対側にある垂直端面５０１ａと下側の第２の反対側にある垂直端面５０１ｂとの間の垂直方向に測定される高さＨＣＥと、対向電極構造１１２の第１の反対側にある表面６０４ａと第２の反対側にある表面６０４ｂとの間の縦方向に測定される幅ＷＣＥと、を含む。
【0037】
一実施形態によれば、単位セル群の構成単位の電極構造１１０について、ＬＥとＷＥ及びＨＥの各々との比は、それぞれ、少なくとも５：１であり、ＨＥとＷＥとの比は、約２：１～約１００：１の範囲にあり、単位セル群の構成単位の対向電極構造１１２について、ＬＣＥとＷＣＥ及びＨＣＥの各々との比は、それぞれ、少なくとも５：１であり、ＨＣＥとＷＣＥとの比は、約２：１～約１００：１の範囲にある。更なる例として、一実施形態では、ＬＥとＷＥ及びＨＥの各々との比は、少なくとも１０：１であり、ＬＣＥとＷＣＥ及びＨＣＥの各々との比は、少なくとも１０：１である。更なる例として、一実施形態では、ＬＥとＷＥ及びＨＥの各々との比は、少なくとも１５：１であり、ＬＣＥとＷＣＥ及びＨＣＥの各々との比は、少なくとも１５：１である。更なる例として、一実施形態では、ＬＥとＷＥ及びＨＥの各々との比は、少なくとも２０：１であり、ＬＣＥとＷＣＥ及びＨＣＥの各々との比は、少なくとも２０：１である。
【0038】
一実施形態では、電極構造１１０の高さ（ＨＥ）と幅（ＷＥ）との比は、それぞれ、少なくとも０．４：１である。例えば、一実施形態では、単位セル群の構成単位の各電極構造１１０について、ＨＥとＷＥとの比は、それぞれ、少なくとも２：１であろう。更なる例として、一実施形態では、ＨＥとＷＥとの比は、それぞれ、少なくとも１０：１であろう。更なる例として、一実施形態では、ＨＥとＷＥとの比は、それぞれ、少なくとも２０：１であろう。しかしながら、典型的には、ＨＥとＷＥとの比は、概して、それぞれ、１，０００：１未満であろう。例えば、一実施形態では、ＨＥとＷＥとの比は、それぞれ、５００：１未満であろう。更なる例として、一実施形態では、ＨＥとＷＥとの比は、それぞれ、１００：１未満であろう。更なる例として、一実施形態では、ＨＥとＷＥとの比は、それぞれ、１０：１未満であろう。更なる例として、一実施形態では、単位セル群の構成単位の各電極構造１１０について、ＨＥとＷＥとの比は、それぞれ、約２：１～約１００：１の範囲にあるであろう。
【0039】
一実施形態では、対向電極構造１１２の高さ（ＨＣＥ）と幅（ＷＣＥ）との比は、それぞれ、少なくとも０．４：１である。例えば、一実施形態では、単位セル群の構成単位の各対向電極構造１１２について、ＨＣＥとＷＣＥとの比は、それぞれ、少なくとも２：１であろう。更なる例として、一実施形態では、ＨＣＥとＷＣＥとの比は、それぞれ、少なくとも１０：１であろう。更なる例として、一実施形態では、ＨＣＥとＷＣＥとの比は、それぞれ、少なくとも２０：１であろう。しかしながら、典型的には、ＨＣＥとＷＣＥとの比は、概して、それぞれ、１，０００：１未満であろう。例えば、一実施形態では、ＨＣＥとＷＣＥとの比は、それぞれ、５００：１未満であろう。更なる例として、一実施形態では、ＨＣＥとＷＣＥとの比は、それぞれ、１００：１未満であろう。更なる例として、一実施形態では、ＨＣＥとＷＣＥとの比は、それぞれ、１０：１未満であろう。更なる例として、一実施形態では、単位セル群の構成単位の各対向電極構造１１２について、ＨＣＥとＷＣＥとの比は、それぞれ、約２：１～約１００：１の範囲にあるであろう。
【0040】
一実施形態では、単位セル群は、電極構造１１０及び対向電極構造１１２の交互する配列を含むことができ、エネルギー貯蔵デバイス１００及びその意図された使用に応じて、任意の数の構成単位を含み得る。更なる例として、一実施形態では、より一般的に述べると、電極構造１１０の群及び対向電極構造１１２の群は各々、Ｎ個の構成単位を有し、Ｎ－１個の電極構造の構成単位１１０の各々は、２つの対向電極構造の構成単位１１２の間にあり、Ｎ－１個の対向電極構造の構成単位１１２の各々は、２つの電極構造の構成単位１１０の間にあり、Ｎは、少なくとも２である。更なる例として、一実施形態では、Ｎは、少なくとも４である。更なる例として、一実施形態では、Ｎは、少なくとも５である。更なる例として、一実施形態では、Ｎは、少なくとも１０である。更なる例として、一実施形態では、Ｎは、少なくとも２５である。更なる例として、一実施形態では、Ｎは、少なくとも５０である。更なる例として、一実施形態では、Ｎは、少なくとも１００以上である。
【0041】
一実施形態では、電極アセンブリ１０６は、例えば、図１Ａ及び図１Ｂに例示されるように、電極アセンブリ１０６の全体的な巨視的成長を抑制する制約システム１０８によって画定される体積Ｖ内に閉囲されている。制約システム１０８は、電極アセンブリ１０６の膨潤及び変形を低減し、かつそれによって、制約システム１０８を有するエネルギー貯蔵デバイス１００の信頼性及びサイクリング寿命を改善するように、１つ以上の次元に沿って電極アセンブリ１０６の成長を抑制することが可能であり得る。任意の１つの特定の理論に限定されるものではないが、二次電池１０２及び／又は電極アセンブリ１０６の充電及び／又は放電中に電極構造１１０と対向電極構造１１２との間で移動するキャリアイオンは、電極活物質に挿入され、電極活物質及び／又は電極構造１１０を膨張させ得ると考えられる。電極構造１１０のこの膨張は、電極及び／又は電極アセンブリ１０６を変形及び膨潤させ、それによって、電極アセンブリ１０６の構造的完全性を損ない、及び／又は電気的短絡又は他の障害の可能性を増加させ得る。一例では、エネルギー貯蔵デバイス１００のサイクリング中の電極活物質層１３２の過剰な膨潤及び／又は膨張並びに収縮は、電極活物質の断片を電極活物質層１３２から剥離させ、かつ／又は薄く裂き、それによって、エネルギー貯蔵デバイス１００の効率及びサイクリング寿命を損ない得る。また別の例では、電極活物質層１３２の過剰な膨潤及び／又は膨張並びに収縮は、電極活物質が電気絶縁微小孔性セパレータ１３０を破ることを引き起こし、それによって、電極アセンブリ１０６の電気的短絡及び他の障害を引き起こし得る。したがって、制約システム１０８は、この膨潤又は成長を、充電状態と放電状態との間のサイクリングで生じることがないように阻止して、エネルギー貯蔵デバイス１００の信頼性、効率、及び／又はサイクリング寿命を改善する。
【0042】
一実施形態では、一次成長制約システム１５１を備える制約システム１０８は、例えば、図１Ａに示されるように、縦方向での（すなわち、Ｙ軸に平行な方向での）電極アセンブリ１０６の成長、膨張、及び／又は膨潤のうちの少なくとも１つを軽減及び／又は低減するために提供される。例えば、一次成長制約システム１５１は、電極アセンブリ１０６の縦方向端面１１６、１１８での膨張に対向することによって成長を制約するように構成された構造を含むことができる。一実施形態では、一次成長制約システム１５１は、縦方向（積層方向）で互いに分離されており、かつ第１の一次成長制約１５４及び第２の一次成長制約１５６を一体に接続して、積層方向での電極アセンブリ１０６における成長を抑制する少なくとも１つの一次接続部材１６２と連携して動作することができる、第１の一次成長制約１５４及び第２の一次成長制約１５６を備える。例えば、第１の一次成長制約１５４及び第２の一次成長制約１５６は、電極アセンブリ１０６の第１の縦方向端面１１６及び第２の縦方向端面１１８を少なくとも部分的に覆い得、一次成長制約１５４、１５６を互いに接続する接続部材１６２、１６４と連携して動作して、充電及び／又は放電の繰り返されるサイクル中に起こる電極アセンブリ１０６における任意の成長を妨害及び抑制し得る。
【0043】
本明細書における実施形態によれば、一次成長制約システム１５１は、二次電池１０２の２０連続サイクル（充電状態と放電状態との間のサイクル）を経て生じ得る縦方向での電極アセンブリ１０６のフェレット径の増加が、２０％未満であるか、又は二次電池の１０連続サイクルを経たものが１０％未満であるか、又は５連続サイクルを経たものが１０％未満であるか、又は電池の１サイクル当たり１％未満であるように、縦方向での電極アセンブリ１０６の成長を抑制する。一実施形態では、二次電池の２０連続サイクル及び／又は５０連続サイクルを経て生じ得る積層方向での電極アセンブリのフェレット径の増加は、３％未満及び／又は２％未満である。
【0044】
一実施形態によれば、第１の縦方向表面上への電極構造群１１０及び対向電極構造群１１２の構成単位の投影が、第１の投影エリア７００ａを取り囲み、第２の縦方向表面上への電極構造群１１０及び対向電極構造群１１２の構成単位の投影が、第２の投影エリア７００ｂを取り囲み、第１の一次成長制約１５４及び第２の一次成長制約１５６が、第１の投影エリア７００ａ及び第２の投影エリア７００ｂの上に重なる第１の圧縮部材及び第２の圧縮部材を備える。
【0045】
加えて、二次電池１０２において繰り返される充電及び放電プロセスのサイクリングは、電極アセンブリ１０６の縦方向（例えば、図１ＡにおけるＹ軸）だけでなく、横方向及び垂直方向（例えば、それぞれ、図１ＡにおけるＸ軸及びＺ軸）などの、上記で論じたような、縦方向に直交する方向にも、成長及びひずみを誘発し得る。更に、特定の実施形態では、１つの方向での成長を阻害するための一次成長制約システム１５１の組み込みは、１つ以上の他の方向での成長及び／又は膨潤を悪化させさえし得る。例えば、電極アセンブリ１０６の縦方向の成長を抑制するために一次成長制約システム１５１が提供される場合、充電及び放電のサイクル中のキャリアイオンのインターカレーションと、結果として生じる電極構造の膨潤と、は、１つ以上の他の方向でのひずみを誘発し得る。特に、一実施形態では、電極成長／膨潤と縦方向成長制約との組み合わせによって生成されるひずみは、垂直方向（例えば、図１Ａに示されるＺ軸）、又は更には横方向（例えば、図１Ａに示されるＸ軸）での、電極アセンブリ１０６の座屈又は他の障害をもたらし得る。したがって、本開示の一実施形態では、電極アセンブリ１０６の複数の軸に沿った電極アセンブリ１０６の成長を抑制するために、一次成長制約システム１５１と連携して動作し得る二次成長制約システム１５２が提供されている。例えば、一実施形態では、二次成長制約システム１５２は、一次成長制約システム１５１と連動するか、又は一次成長制約システム１５１と別様に相乗的に動作するように構成されてもよく、その結果、電極アセンブリ１０６の全体的な成長を抑制して、それぞれ、電極アセンブリ１０６並びに一次成長制約システム１５１及び二次成長制約システム１５２を有する二次電池の改善された性能及び低減された障害の発生を与えることができる。
【0046】
一実施形態では、第１の接続部材１５８及び第２の接続部材１６０を備える二次成長制約システム１５２は、二次電池の２０連続サイクルを経て生じ得る垂直方向での電極アセンブリのフェレット径の増加が、２０％未満であるか、又は二次電池の１０連続サイクルを経たものが１０％未満であるか、又は５連続サイクルを経たものが１０％未満であるか、又は電池の１サイクル当たり１％未満であるように、垂直方向での電極アセンブリ１０６の成長を抑制する。一実施形態では、二次電池の２０連続サイクル及び／又は５０連続サイクルを経て生じ得る垂直方向での電極アセンブリのフェレット径の増加は、３％未満及び／又は２％未満である。
【0047】
図７Ａ～図７Ｃを参照すると、電極アセンブリ１０６のための一次成長制約システム１５１及び二次成長制約システム１５２を有する制約システム１０８の実施形態が示されている。図７Ａは、結果として生じる２Ｄ断面が垂直軸（Ｚ軸）及び縦方向軸（Ｙ軸）で例示されるように、縦方向軸（Ｙ軸）に沿って得られた、図１Ａにおける電極アセンブリ１０６の断面を示す。図７Ｂは、結果として生じる２Ｄ断面が垂直軸（Ｚ軸）及び横方向軸（Ｘ軸）で例示されるように、横方向軸（Ｘ軸）に沿って得られた、図１Ａにおける電極アセンブリ１０６の断面を示す。図７Ａに示されるように、一次成長制約システム１５１は、一般に、それぞれ、縦方向（Ｙ軸）に沿って互いに分離された第１の一次成長制約１５４及び第２の一次成長制約１５６を備えることができる。例えば、一実施形態では、第１の一次成長制約１５４及び第２の一次成長制約１５６は、それぞれ、電極アセンブリ１０６の第１の縦方向端面１１６を少なくとも部分的に、又は更には完全に覆う第１の一次成長制約１５４、及び電極アセンブリ１０６の第２の縦方向端面１１８を少なくとも部分的に、又は更には完全に覆う第２の一次成長制約１５６を含む。また別のバージョンでは、第１の一次成長制約１５４及び第２の一次成長制約１５６のうちの１つ以上が、一次成長制約のうちの１つ以上が電極アセンブリ１０６の内部構造を含む場合など、電極アセンブリ１０６の縦方向端面１１６、１１８の内部にあり得る。一次成長制約システム１５１は、第１の一次成長制約１５４及び第２の一次成長制約１５６を接続し、かつ縦方向に平行である主軸を有し得る、少なくとも１つの一次接続部材１６２を更に備えることができる。例えば、一次成長制約システム１５１は、それぞれ、実施形態に描かれるように垂直軸（Ｚ軸）に沿ってなど、縦方向軸に直交する軸に沿って互いに分離された第１の一次接続部材１６２及び第２の一次接続部材１６４を含むことができる。第１の一次接続部材１６２及び第２の一次接続部材１６４は、それぞれ、第１の一次成長制約１５４及び第２の一次成長制約１５６をそれぞれ互いに接続し、かつ第１の一次成長制約１５４及び第２の一次成長制約１５６をそれぞれ互いに張力で維持して、電極アセンブリ１０６の縦方向軸に沿った成長を抑制するように機能することができる。
【0048】
図７Ａ～図７Ｃに更に示されるように、制約システム１０８は、二次成長制約システム１５２を更に含むことができ、二次成長制約システム１５２は、一般に、それぞれ、示される実施形態で垂直軸（Ｚ軸）に沿ってなど、縦方向に直交する第２の方向に沿って互いに分離された第１の二次成長制約１５８及び第２の二次成長制約１６０を備えることができる。例えば、一実施形態では、第１の二次成長制約１５８は、電極アセンブリ１０６のラテラル面１４２の第１の領域１４８を少なくとも部分的に横断して延在し、第２の二次成長制約１６０は、第１の領域１４８と反対側にある、電極アセンブリ１０６のラテラル面１４２の第２の領域１５０を少なくとも部分的に横断して延在する。また別のバージョンでは、第１の二次成長制約１５８及び第２の二次成長制約１６０のうちの１つ以上が、二次成長制約のうちの１つ以上が電極アセンブリ１０６の内部構造を含む場合など、電極アセンブリ１０６のラテラル面１４２の内部にあり得る。一実施形態では、第１の二次成長制約１５８及び第２の二次成長制約１６０は、それぞれ、垂直軸などの第２の方向に平行である主軸を有し得る少なくとも１つの二次接続部材１６６によって接続されている。二次接続部材１６６は、例えば垂直方向での（例えば、Ｚ軸に沿った）成長を抑制するなど、縦方向に直交する方向に沿って電極アセンブリ１０６の成長を抑制するように、第１の二次成長制約１５８及び第２の二次成長制約１６０をそれぞれ互いに張力で接続及び保持するように機能し得る。図７Ａに描かれる実施形態では、少なくとも１つの二次接続部材１６６は、第１の一次成長制約１５４及び第２の一次成長制約１５６のうちの少なくとも１つに対応することができる。しかしながら、二次接続部材１６６はそれに限定されず、代替的に、及び／又は加えて、他の構造及び／又は構成を備えることができる。
【0049】
一実施形態によれば、一次成長制約システム１５１及び二次成長制約システム１５２は、それぞれ、一次成長制約システム１５１の部分が二次成長制約システム１５２の一部として協調的に作用するように、かつ／又は二次成長制約システム１５２の部分が一次成長制約システム１５１の一部として協調的に作用するように、協調的に動作するように構成されている。例えば、図７Ａ及び図７Ｂに示される実施形態では、一次成長制約システム１５１の第１の一次接続部材１６２及び第２の一次接続部材１６４は、それぞれ、縦方向に直交する第２の方向での成長を制約する第１の二次成長制約１５８及び第２の二次成長制約１６０の少なくとも一部分、又は更には全体の構造として機能することができる。また別の実施形態では、上記に述べたように、第１の一次成長制約１５４及び第２の一次成長制約１５６のうちの１つ以上は、それぞれ、第１の二次成長制約１５８及び第２の二次成長制約１６０をそれぞれ接続するための１つ以上の二次接続部材１６６として機能することができる。逆に、第１の二次成長制約１５８及び第２の二次成長制約１６０の少なくとも一部分は、それぞれ、一次成長制約システム１５１の第１の一次接続部材１６２及び第２の一次接続部材１６４としてそれぞれ作用することができ、二次成長制約システム１５２の少なくとも１つの二次接続部材１６６は、一実施形態では、第１の一次成長制約１５４及び第２の一次成長制約１５６のうちの１つ以上としてそれぞれ作用することができる。また別の実施形態では、一次成長制約システム１５１の第１の一次接続部材１６２及び第２の一次接続部材１６４のそれぞれの少なくとも一部、並びに／又は二次成長制約システム１５２の少なくとも１つの二次接続部材１６６は、それぞれ、縦方向に直交する横方向での成長を制約する、第１の三次成長制約１５７及び第２の三次成長制約１５９の少なくとも一部分、又は更には全体の構造として機能することができる。したがって、一次成長制約システム１５１及び二次成長制約システム１５２は、それぞれ、電極アセンブリ１０６の成長に抑制を及ぼすための構成要素及び／又は構造を共有することができる。
【0050】
一実施形態では、制約システム１０８は、電池筐体１０４の外部及び／又は内部にある構造であるか、又は電池筐体１０４自体の一部であり得る、一次成長制約及び二次成長制約、並びに一次接続部材及び二次接続部材などの構造を備えることができる。特定の実施形態では、電池筐体１０４は、例えば、内部に液体電解質を封止するために、かつ／又は電極アセンブリ１０６を外部環境から封止するために、封止された筐体であり得る。一実施形態では、制約システム１０８は、電池筐体１０４及び他の構造構成要素を含む構造の組み合わせを備えることができる。そのような一実施形態では、電池筐体１０４は、一次成長制約システム１５１及び／又は二次成長制約システム１５２の構成要素であり得、別の言い方をすれば、一実施形態では、電池筐体１０４は、単独で、又は１つ以上の他の構造（電池筐体１０４内及び／又は電池筐体１０４外、例えば、一次成長制約システム１５１及び／又は二次成長制約システム１５２）との組み合わせで、電極積層方向Ｄでの、及び／又は積層方向Ｄと直交する第２の方向での電極アセンブリ１０６の成長を抑制する。一実施形態では、一次成長制約１５４、１５６及び二次成長制約１５８、１６０のうちの１つ以上は、電極アセンブリの内部にある構造を備えることができる。別の実施形態では、一次成長制約システム１５１及び／又は二次成長制約システム１５２は、電池筐体１０４の任意の部分を形成せず、代わりに、電池筐体１０４以外の１つ以上の個別の構造（電池筐体１０４内及び／又は電池筐体１０４外）が、電極積層方向Ｄでの、及び／又は積層方向Ｄに直交する第２の方向での電極アセンブリ１０６の成長を抑制する。別の実施形態では、一次成長制約システム１５１及び二次成長制約システム１５２は、ハーメチックシールされた電池筐体などの封止された電池筐体であり得る電池筐体１０４内にある。電極アセンブリ１０６は、電極アセンブリ１０６を有するエネルギー貯蔵デバイス１００又は二次電池の繰り返されるサイクリング中に電極アセンブリ１０６の成長及び／又は膨潤によって及ぼされる圧力よりも大きい圧力で、制約システム１０８によって抑制され得る。
【0051】
例示的な一実施形態では、一次成長制約システム１５１は、電極構造１１０を電極アセンブリ１０６の一部として有する二次電池１０２の繰り返されるサイクリング時に、電極構造１１０によって生成される圧力を超える圧力を積層方向Ｄに及ぼすことによって、積層方向Ｄでの電極構造１１０の成長を抑制する、電池筐体１０４内の１つ以上の個別の構造を含む。別の例示的な実施形態では、一次成長制約システム１５１は、対向電極構造１１２を電極アセンブリ１０６の一部として有する二次電池１０２の繰り返されるサイクリング時に、対向電極構造１１２によって生成される圧力を超える圧力を積層方向Ｄに及ぼすことによって、積層方向Ｄでの対向電極構造１１２の成長を抑制する、電池筐体１０４内の１つ以上の個別の構造を含む。二次成長制約システム１５２は、同様に、それぞれ電極構造１１０又は対向電極構造１１２を有する二次電池１０２の繰り返されるサイクリング時に、それぞれ電極構造１１０又は対向電極構造１１２によって第２の方向に生成される圧力を超える圧力を第２の方向に及ぼすことによって、垂直軸（Ｚ軸）に沿ってなど、積層方向Ｄに直交する第２の方向での、電極構造１１０及び対向電極構造１１２のうちの少なくとも１つの成長を抑制する、電池筐体１０４内の１つ以上の個別の構造を含むことができる。
【0052】
また別の実施形態では、一次成長制約システム１５１の第１の一次成長制約１５４及び第２の一次成長制約１５６は、それぞれ、電極アセンブリ１０６の第１の縦方向端面１１６及び第２の縦方向端面１１８に圧力を、つまり、電極アセンブリ１０６のラテラル面１４２の、横方向軸及び／又は垂直軸に沿って反対側にある第１の領域及び第２の領域などの、縦方向に直交する方向にあるであろう電極アセンブリ１０６の他の表面に、第１の一次成長制約１５４及び第２の一次成長制約１５６によって及ぼされる圧力を超える圧力を、縦方向に及ぼすことによって、電極アセンブリ１０６の成長を抑制する。すなわち、第１の一次成長制約１５４及び第２の一次成長制約１５６は、横（Ｘ軸）方向及び垂直（Ｚ軸）方向などの、縦方向に直交する方向に第１の一次成長制約１５４及び第２の一次成長制約１５６によって生成される圧力を超える圧力を縦方向（Ｙ軸）に及ぼし得る。例えば、そのような一実施形態では、一次成長制約システム１５１は、積層方向Ｄに垂直である２つの方向のうちの少なくとも１つ、又は更には両方において、一次成長制約システム１５１によって電極アセンブリ１０６に対して維持される圧力を少なくとも３倍超える第１の縦方向端面１１６及び第２の縦方向端面１１８に対する圧力（すなわち、積層方向Ｄにおける）で、電極アセンブリ１０６の成長を抑制する。更なる例として、そのような一実施形態では、一次成長制約システム１５１は、積層方向Ｄに垂直である２つの方向のうちの少なくとも１つ、又は更には両方において、一次成長制約システム１５１によって電極アセンブリ１０６に対して維持される圧力を少なくとも４倍に超える第１の縦方向端面１１６及び第２の縦方向端面１１８に対する圧力（すなわち、積層方向Ｄにおける）で、電極アセンブリ１０６の成長を抑制する。更なる例として、そのような一実施形態では、一次成長制約システム１５１は、積層方向Ｄに垂直である２つの方向のうちの少なくとも１つ、又は更には両方において、電極アセンブリ１０６に対して維持される圧力を少なくとも５倍超える第１の縦方向端面１１６及び第２の縦方向端面１１８に対する圧力（すなわち、積層方向Ｄにおける）で、電極アセンブリ１０６の成長を抑制する。
【0053】
ここで図７Ｃを参照すると、制約システム１０８を有する電極アセンブリ１０６の実施形態が、図１Ａに示される線Ａ－Ａ’に沿って得られた断面とともに示されている。図７Ｃに示される実施形態では、一次成長制約システム１５１は、電極アセンブリ１０６の縦方向端面１１６、１１８に、それぞれ、第１の一次成長制約１５４及び第２の一次成長制約１５６を備えることができ、二次成長制約システム１５２は、電極アセンブリ１０６のラテラル面１４２の、反対側にある第１の表面領域１４８及び第２の表面領域１５０に、第１の二次成長制約１５８及び第２の二次成長制約１６０を備える。この実施形態によれば、第１の一次成長制約１５４及び第２の一次成長制約１５６は、少なくとも１つの二次接続部材１６６として、第１の二次成長制約１５８及び第２の二次成長制約１６０を接続し、かつ成長制約を縦方向に直交する第２の方向（例えば、垂直方向）に互いに張力で維持するように機能することができる。しかしながら、追加的及び／又は代替的に、二次成長制約システム１５２は、電極アセンブリ１０６の縦方向端面１１６、１１８以外の領域に位置する少なくとも１つの二次接続部材１６６を備えることができる。また、少なくとも１つの二次接続部材１６６は、電極アセンブリの縦方向端部１１６、１１８の内部にある第１の一次成長制約１５４及び第２の一次成長制約１５６のうちの少なくとも１つとして作用し、かつ成長を抑制するために、電極アセンブリ１０６の縦方向端部１１６、１１８で別の内部一次成長制約及び／又は一次成長制約のいずれかと連携して作用することができると理解され得る。図７Ｃに示される実施形態を参照すると、電極アセンブリ１０６の中央領域に向かってなど、それぞれ、電極アセンブリ１０６の第１の縦方向端面１１６及び第２の縦方向端面１１８から、縦方向軸に沿って離間配置された二次接続部材１６６を提供することができる。二次接続部材１６６は、電極アセンブリ端面１１６、１１８からの内部位置で、それぞれ、第１の二次成長制約１５８及び第２の二次成長制約１６０を接続することができ、その位置で二次成長制約１５８、１６０間の張力を受け得る。一実施形態では、端面１１６、１１８からの内部位置で二次成長制約１５８、１６０を接続する二次接続部材１６６は、縦方向端面１１６、１１８で一次成長制約１５４、１５６としても機能する二次接続部材１６６などの、電極アセンブリ端面１１６、１１８に提供された１つ以上の二次接続部材１６６に加えて提供されている。別の実施形態では、二次成長制約システム１５２は、縦方向端面１１６、１１８での二次接続部材１６６の有無にかかわらず、縦方向端面１１６、１１８から離間配置された内部位置で、それぞれ、第１の二次成長制約１５８及び第２の二次成長制約１６０と接続する１つ以上の二次接続部材１６６を備える。内部二次接続部材１６６はまた、一実施形態による、第１の一次成長制約１５４及び第２の一次成長制約１５６として作用すると理解され得る。例えば、一実施形態では、内部の位置に位置する二次接続部材１６６のうちの少なくとも１つは、以下で更に詳細に説明されるように、電極構造１１０又は対向電極構造１１２の少なくとも一部分を含むことができる。
【0054】
より具体的には、図７Ｃに示される実施形態に関して、二次成長制約システム１５２は、電極アセンブリ１０６のラテラル面１４２の上側領域１４８の上に重なっている第１の二次成長制約１５８と、電極アセンブリ１０６のラテラル面１４２の下側領域１５０の上に重なっている反対側にある第２の二次成長制約１６０と、を含み得、第１の二次成長制約１５８及び第２の二次成長制約１６０は、垂直方向に（すなわち、Ｚ軸に沿って）互いに分離されている。追加的に、二次成長制約システム１５２は、電極アセンブリ１０６の縦方向端面１１６、１１８から離間配置された少なくとも１つの内部二次接続部材１６６を更に含み得る。内部二次接続部材１６６は、Ｚ軸に平行に位置合わせされ得、第１の二次成長制約１５８及び第２の二次成長制約１６０をそれぞれ接続して、成長制約を互いに張力で維持し、二次成長制約システム１５２の少なくとも一部を形成する。一実施形態では、少なくとも１つの内部二次接続部材１６６は、単独で、又は電極アセンブリ１０６の縦方向端面１１６、１１８に位置する二次接続部材１６６とともに、のいずれかで、垂直方向に（すなわち、Ｚ軸に沿って）、電極アセンブリ１０６を有するエネルギー貯蔵デバイス１００及び／又は二次電池１０２の繰り返される充電及び／又は放電中に、第１及び二次成長制約１５８、１６０間の張力を受けて、垂直方向での電極アセンブリ１０６の成長を低減し得る。更に、図７Ｃに示される実施形態では、制約システム１０８は、電極アセンブリ１０６の上側ラテラル面領域１４８及び下側ラテラル面領域１５０にそれぞれ、それぞれ、第１の一次接続部材１６２及び第２の一次接続部材１６４によって接続された電極アセンブリ１０６の縦方向端部１１６、１１８に、それぞれ、第１の一次成長制約１５４及び第２の一次成長制約１５６を有する一次成長制約システム１５１を更に備える。一実施形態では、二次内部接続部材１６６は、それ自体、それぞれ、第１の一次成長制約１５４及び第２の一次成長制約１５６のうちの１つ以上と協調して作用し、第１の一次成長制約１５４及び第２の一次成長制約１５６がそれぞれ位置し得る、二次内部接続部材１６６と電極アセンブリ１０６の縦方向端部１１６、１１８との間に縦方向に存在する電極アセンブリ１０６の各部分に制約圧力を及ぼすと理解され得る。
【0055】
一実施形態によれば、第１の一次接続部材１６２及び第２の一次接続部材１６４（第１の二次成長制約１５８及び第２の二次成長制約１６０と同じであり得る）は、それぞれ、電極アセンブリ１０６の電極構造１１０若しくは対向電極構造１１２、又は他の内部構造の少なくとも一部分を含む、二次接続部材１６６に接続されている。一実施形態では、第１の一次接続部材１６２（第１の二次成長制約１５８であり得る）は、単位セル群５０４の構成単位のサブセット５１５の電極構造１１０及び／又は対向電極構造１１２の上側端面５００ａ、５０１ａに接続されている。別の実施形態では、第２の一次接続部材１６４（第２の二次成長制約１６０であり得る）は、単位セル群５０４の構成単位のサブセット５１５の電極構造１１０又は対向電極構造１１２の下側端面５００ｂ、５０１ｂに接続されている。上側端面で接続された単位セルの構成単位のサブセット５１５は、下側端面で接続された単位セルの構成単位のサブセットと同じであってよいし、異なるサブセットであってよい。一実施形態では、第１の二次成長制約１５８及び／又は第２の二次成長制約１６０は、二次接続部材１６６を形成する電極アセンブリにおける他の内部構造に接続され得る。一実施形態では、第１の二次成長制約１５８及び／又は第２の二次成長制約１６０は、単位セル群５０４の構成単位における電極集電体１３６、電極活物質層１３２、対向電極集電体１４０、及び対向電極活物質層１３８のうちの１つ以上を含む電極構造１１０及び／又は対向電極構造１１２の上側端面及び／又は下側端面に接続され得る。別の例では、第１の二次成長制約１５８及び第２の二次成長制約１６０は、電気絶縁セパレータ１３０の上側端面及び／又は下側端面に接続され得る。したがって、二次接続部材１６６は、特定の実施形態では、単位セル群５０４の構成単位における電極集電体１３６、電極活物質層１３２、対向電極集電体１４０、及び対向電極活物質層１３８のうちの１つ以上を含む電極構造１１０及び／又は対向電極構造１１２のうちの１つ以上を備えることができる。図３Ａ～図３Ｂを参照すると、第１の二次成長制約１５８及び第２の二次成長制約１６０が、単位セル群の構成単位のサブセットの電極集電体１３６を備える二次接続部材１６６に接続された実施形態が示されている。図１Ｃ及び図４では、第１の二次成長制約１５８及び第２の二次成長制約１６０は、電極集電体１３６を含む電極構造１１０を備える二次接続部材１６６に接続されている。一実施形態では、電極構造１１０の群の構成単位は、垂直方向に反対側にある上側端面５１０ａ及び下側端面５１０ｂを有する電極集電体１３６を備え、対向電極構造の群の構成単位は、垂直方向に反対側にある上側端面５０９ａ及び下側端面５０９ｂを有する対向電極集電体１４０を備え、第１の接続部材１６２及び第２の接続部材１６４は、電極群及び／又は対向電極群の構成単位のサブセットの電極集電体及び／又は対向電極集電体の垂直端面に接続されている。
【0056】
図３Ａ及び図４を参照すると、一実施形態では、垂直方向に分離された第１の一次接続部材１６２及び第２の一次接続部材１６４は、それぞれ第１の一次成長制約１５４及び第２の一次成長制約１５６を接続しており、電極群１１０又は対向電極群１１２の構成単位のサブセットに更に接続している。本明細書における実施形態によれば、第１の接続部材１５８及び第２の接続部材１６０は、サブセット５００ａ、５０１ａ、５００ｂ、５０１ｂの上側端面及び下側端面が、電気絶縁性の熱可塑性のホットメルト接着剤５１１によってそれぞれ接着された、反対側にある上側内面４００ａ及び下側内面４００ｂを有する。いくつかの実施形態では、ホットメルト接着剤５１１は、７５℃～１３０℃の範囲、好ましくは７７℃～１００℃の範囲の融解温度を有する。更なる実施形態では、ホットメルト接着剤は、ＡＳＴＭ Ｄ１２３８に従って測定される、少なくとも２０～３５０以下の範囲、好ましくは、少なくとも７０～３５０以下の範囲の溶融指標値を有する。いくつかの実施形態では、ホットメルト接着剤５１１は、ＥＡＡ（エチレン－ｃｏ－アクリル酸）、ＥＭＡＡ（エチレン－ｃｏ－メタクリル酸）、官能化ポリエチレン及び官能化ポリプロピレン、並びにそれらの組み合わせから選択される材料を含むが、これらに限定されない。例えば、一実施形態では、ホットメルト接着剤は、ＥＡＡ共重合体とＥＭＡＡ共重合体との混合物を含む。いくつかの実施形態では、ホットメルト接着剤５１１は、約８０℃以上の温度では、有意には反応しないか、又は有意には接着力を失わない。いくつかの実施形態では、ホットメルト接着剤５１１は、二次電池の２００連続サイクル、５００連続サイクル、８００連続サイクル、及び／又は１０００連続サイクルを経て有意には接着力を失わない。一実施形態では、ホットメルト接着剤５１１は、約１０～約１００マイクロメートルの範囲の厚さと所定のパターン幾何学形状とを有するフィルム形状を有する。
【0057】
図３Ａ～図３Ｂを参照すると、一実施形態では、第１の一次接続部材１６２及び／又は第２の一次接続部材１６４（第１の二次成長制約１５８及び／又は第２の二次成長制約１６０と同じであってよいし、異なっていてよい）は、そのそれぞれの垂直厚さＴＣを貫いて形成された開口部１７６を備える。本明細書における実施形態によれば、開口部１７６は、補助電極６８６から第１の一次成接続部材１６２及び／又は第２の一次接続部材１６４を通って単位セル群の構成単位に至るキャリアイオンの流れのための通路を提供することができる。例えば、制約システム１０８によって閉囲された体積Ｖの外側に位置する、例えば第１の一次接続部材１６２及び／又は第２の一次接続部材１６４の外部に位置付けられた、補助電極６８６について、補助電極６８６から提供されたキャリアイオンは、開口部を通る通路を介して、制約の内側の、電極アセンブリの単位セルの構成単位にアクセスすることができる。補助電極６８６は、例えばスイッチ及び／又は制御ユニット（図示せず）によって、単位セルの構成単位の電極構造１１０及び／又は対向電極構造１１２のうちの１つ以上に選択的に電気的に接続又は結合され得る。特定の実施形態によれば、補助電極は、補助電極から電極構造及び／又は対向電極構造へのキャリアイオンの流れを提供するために、（例えば、セパレータを通して）単位セル群の構成単位の対向電極構造及び／又は電極構造に電解的に又は別様に結合されている。電解的に結合されることは、キャリアイオンが、補助電極から電極構造１１０及び／又は対向電極構造１１２へ、並びに電極構造１１０と対向電極構造１１２との間でなど、電解質を通して移送され得ることを意味する。補助電極６８６はまた、一連の配線又は他の電気的接続によるなど、電極構造１１０及び／又は対向電極構造１１２に直接的又は間接的に結合されている。
【0058】
第１の一次接続部材１６２を示す電極アセンブリ１０６の上面図を描く図６に示される実施形態では、開口部１７６は、縦方向及び／又は積層方向（Ｙ方向）に配向された長尺の寸法を有し、かつ複数の単位セルの構成単位を横断して延在するスロット形状を含む。開口部１７６の他の形状及び／又は構成も提供され得る。例えば、一実施形態では、複数の開口部は、積層方向及び垂直方向に直交する横方向に互いに離間配置された複数のスロット１７８を含み、各スロット１７８は、積層方向に配向された縦方向軸ＬＳを有し、各スロットは、単位セル群の複数の構成単位を横断して延在する。いくつかの実施形態では、第１の一次接続部材１６２及び／又は第２の一次接続部材１６４は、開口部１７６に隣接する内面４００ａ、４００ｂの接合領域９０１ａ、９０１ｂを含み、ホットメルト接着剤５１１は、電極群１１０及び／又は対向電極群１１２の構成単位のサブセットへの接着のために提供される。図１０Ｃ及び図１０Ｄに示されるように、いくつかの実施形態では、開口部１７６は、縦方向に延在する複数のスロットを備え、電極群１１０及び／又は対向電極群１１２の構成単位のサブセットに接着するための接合領域９０１ａ、９０１ｂは、第１の接続部材１５８及び／又は第２の接続部材１６０のスロットの間の内面領域４００ａ、４００ｂ上に位置する。
【0059】
一実施形態では、制約システム１０８を備える電極アセンブリ１０６を準備するための方法が提供され、電極アセンブリ１０６は、充電状態と放電状態との間でサイクリングするように構成された二次電池の一部として使用され得る。この方法は、一般に、シート構造を形成することと、シート構造を断片（及び／又は断片）に切断することと、断片を積層することと、制約システムを適用することと、を含むことができる。ストリップによって、ストリップの形状であるもの以外の断片を使用することができると理解される。この断片は、電極活物質層１３２、電極集電体１３６、対向電極活物質層１３８、対向電極集電体１４０、及びセパレータ１３０を含み、電極活物質及び／又は対向電極活物質の交互する配置を提供するように積層され得る。シートは、例えば、単位セル５０４及び／又は単位セル５０４の構成要素のうちの少なくとも１つを含むことができる。例えば、シートは、所定のサイズ（３Ｄ電池に好適なサイズなど）に切断され得る単位セルの群を含むことができ、次いで、単位セルのシートを積層して、電極アセンブリ１０６を形成することができる。別の例では、シートは、例えば、電極集電体１３６、電極活物質層１３２、セパレータ１３０、対向電極活物質層１３８、及び対向電極集電体１４０のうちの少なくとも１つなどの、単位セルの１つ以上の構成要素を含むことができる。構成要素のシートを所定のサイズに切断して、断片（３Ｄ電池に好適なサイズなど）を形成し、次いで、積層して、電極活物質層構成要素及び対向電極活物質層構成要素の交互する配置を形成することができる。
【0060】
また別の実施形態では、適用される制約システム１０８は、例えば、第１の一次成長制約１５４及び第２の一次成長制約１５６と、少なくとも１つの一次接続部材１６２と、を備える一次成長制約システム１５１を備える制約システム１０８などの、本明細書に記載されるもののいずれかに対応し得、第１の一次成長制約１５４及び第２の一次成長制約１５６は、縦方向に互いに分離されており、少なくとも１つの一次接続部材１６２は、第１の一次成長制約１５４と第２の一次成長制約１５６とを接続している。更に、制約システム１０８は、縦方向に直交する方向（垂直方向又は横方向など）に分離され、かつ少なくとも１つの二次接続部材１６６によって接続された第１の二次成長制約１５８及び第２の二次成長制約１６０を備える二次成長制約システム１５２を備えることができ、二次成長制約システム１５２は、二次電池１０２のサイクリング時に、垂直方向での電極アセンブリの成長を少なくとも部分的に抑制する。一次接続部材１６２、又は一次成長制約システム１５１の第１の一次成長制約１５４及び／若しくは第２の一次成長制約１５６、並びに二次接続部材１６６、又は二次成長制約システム１５２の第１の二次成長制約１５８及び／若しくは第２の二次成長制約１６０、のうちの少なくとも１つは、例えば、電極活物質層１３２、電極集電体１３６、対向電極活物質層１３８、対向電極集電体１４０、及びセパレータ１３０のうちの少なくとも１つなどの、断片を構成するアセンブリ構成要素のうちの１つ以上であり得る。例えば、一実施形態では、一次成長制約システム１５１の一次接続部材１６２は、例えば、電極活物質層１３２、電極集電体１３６、対向電極活物質層１３８、対向電極集電体１４０、及びセパレータ１３０のうちの少なくとも１つなどの、断片を構成するアセンブリ構成要素のうちの１つ以上であり得る。すなわち、制約の適用は、第１の一次成長制約１５４及び第２の一次成長制約１５６を、断片の積層における構造のうちの１つである一次構成単位接続部材１６２に適用することを含み得る。
【0061】
ここで図２を参照すると、本開示の制約システム１０８を有する二次電池１０２の一実施形態の分解図が例示されている。二次電池１０２は、上述したように、電池筐体１０４及び電池筐体１０４内の電極アセンブリ１０６を含み、電極アセンブリ１０６は、第１の縦方向端面１１６、反対側にある第２の縦方向端面１１８（すなわち、示されるＹ軸デカルト座標系に沿って第１の縦方向端面１１６から分離された）を有する。代替的に、二次電池１０２は、制約システム１０８を有する単一の電極アセンブリ１０６のみを備えてもよい。各電極アセンブリ１０６は、電極アセンブリ１０６の各々内で互いに対して積層方向Ｄに積層された電極構造１１０の群及び対向電極構造１１２の群を含み、別の言い方をすれば、電極構造１１０及び対向電極構造１１２の群は、電極１１０及び対向電極１１２が交互に連続して配置されており、この連続は、それぞれ、第１の縦方向端面１１６と第２の縦方向端面１１８との間で積層方向Ｄに進行する。
【0062】
図２に示される実施形態によれば、タブ１９０、１９２が、電池筐体１０４から外に突出し、電極アセンブリ１０６とエネルギー供給源又は消費者（図示せず）との間の電気的接続を提供する。より具体的には、この実施形態では、タブ１９０は、タブ延長部１９１に（例えば、導電性接着剤を使用して）電気的に接続されており、タブ延長部１９１は、電極アセンブリ１０６の各々が備える電極１１０に電気的に接続されている。同様に、タブ１９２は、タブ延長部１９３に（例えば、導電性接着剤を使用して）電気的に接続されており、タブ延長部１９３は、電極アセンブリ１０６の各々が備える対向電極１１２に電気的に接続されている。タブ延長部１９１、１９３はまた、タブ延長部１９１、１９３が電気的に接続されたそれぞれの電極及び対向電極構造の各々からの電流をプールするバスバーとして機能し得る。
【0063】
図２に例示される実施形態における各電極アセンブリ１０６は、縦方向（すなわち、積層方向Ｄ）での成長を抑制するために、関連付けられた一次成長制約システム１５１を有する。代替的に、一実施形態では、複数の電極アセンブリ１０６は、一次成長制約システム１５１の少なくとも一部分を共有してもよい。示される実施形態では、各一次成長制約システム１５１は、上述したように、それぞれ、第１の縦方向端面１１６及び第２の縦方向端面１１８の上にそれぞれ重なり得る第１の一次成長制約１５４及び第２の一次成長制約１５６と、上述したように、それぞれ、ラテラル面１４２の上に重なり得る反対側にある第１の一次接続部材１６２及び第２の一次接続部材１６４と、を含む。反対側にある第１の一次接続部材１６２及び第２の一次接続部材１６４は、それぞれ、第１の一次成長制約１５４及び第２の一次成長制約１５６を互いの方へ引っ張り得るか、又は代替的に言えば、縦方向での電極アセンブリ１０６の成長を抑制することを支援し得、一次成長制約１５４、１５６は、それぞれ、反対側にある第１の縦方向端面１１６及び第２の縦方向端面１１８に圧縮力又は制約力を加え得る。結果として、縦方向での電極アセンブリ１０６の膨張が、充電状態と放電状態との間の電池１０２の形成及び／又はサイクリング中に阻止される。追加的に、一次成長制約システム１５１は、相互に互いに垂直であり、かつ縦方向に垂直である２つの方向のいずれかで電極アセンブリ１０６に対して維持される圧力を超える圧力を縦方向（すなわち、積層方向Ｄ）に電極アセンブリ１０６に及ぼす（例えば、例示されるように、縦方向は、Ｙ軸の方向に対応し、互いにかつ縦方向に相互に垂直である２つの方向は、例示されるデカルト座標系の、それぞれ、Ｘ軸及びＺ軸の方向に対応する）。
【0064】
更に、図２に例示される実施形態における各電極アセンブリ１０６は、垂直方向での成長（すなわち、垂直方向（すなわち、デカルト座標系のＺ軸に沿った）での電極アセンブリ１０６、電極１１０、及び／又は対向電極１１２の膨張）を抑制するための関連付けられた二次成長制約システム１５２を有する。代替的に、一実施形態では、複数の電極アセンブリ１０６は、二次成長制約システム１５２の少なくとも一部分を共有する。各二次成長制約システム１５２は、それぞれ、対応するラテラル面１４２の上にそれぞれ重なり得る第１の二次成長制約１５８及び第２の二次成長制約１６０と、少なくとも１つの二次接続部材１６６と、を含み、各々は、より詳細に上述されている。二次接続部材１６６は、第１の二次成長制約１５８及び第２の二次成長制約１６０を、それぞれ、互いの方へ引っ張り得るか、又は代替的に言えば、垂直方向での電極アセンブリ１０６の成長を抑制することを支援し得、第１の二次成長制約１５８及び第２の二次成長制約１６０は、ラテラル面１４２に圧縮力又は制約力を加え得、各々は、より詳細に上述されている。結果として、垂直方向での電極アセンブリ１０６の膨張が、充電状態と放電状態との間の電池１０２の形成及び／又はサイクリング中に阻止される。追加的に、二次成長制約システム１５２は、相互に互いに垂直であり、かつ垂直方向に垂直である２つの方向のいずれかで電極アセンブリ１０６に対して維持される圧力を超える圧力を垂直方向（すなわち、デカルト座標系のＺ軸に平行な）に電極アセンブリ１０６に及ぼす（例えば、例示されるように、垂直方向は、Ｚ軸の方向に対応し、互いにかつ垂直方向に相互に垂直である２つの方向は、例示されるデカルト座標系の、それぞれ、Ｘ軸及びＹ軸の方向に対応する）。
【0065】
特定の実施形態によれば、二次電池１０２の組み立てを完了するために、電池筐体１０４を非水性電解質（図示せず）で満たすことができ、蓋１０４ａを（折り返し線、ＦＬに沿って）折り返し、上面１０４ｂに対して封止することができる。完全に組み立てられると、封止された二次電池１０２は、二次電池１０２の外面によって境界が定められる体積（すなわち、変位体積）を占有し、二次電池筐体１０４は、電池の内部体積（すなわち、内面１０４ｃ、１０４ｄ、１０４ｅ、１０４ｆ、１０４ｇ、及び蓋１０４ａによって境界が定められる角柱の体積）を下回る、電池（蓋１０４ａを含む）の変位体積に対応する体積を占有し、一次成長制約システム１５１及び二次成長制約システム１５２の各々は、そのそれぞれの変位体積に対応する体積を占有する。したがって、組み合わせでは、電池筐体１０４及び一次成長制約システム１５１及び二次成長制約システム１５２は、電池筐体１０４の外面によって境界が定められる体積（すなわち、電池の変位体積）の７５％以下を占有する。例えば、そのような一実施形態では、一次成長制約システム１５１及び二次成長制約システム１５２、並びに電池筐体１０４は、組み合わせで、電池筐体１０４の外面によって境界が定められる体積の６０％以下を占有する。更なる例として、そのような一実施形態では、一次成長制約システム１５１及び二次成長制約システム１５２、並びに電池筐体１０４は、組み合わせで、電池筐体１０４の外面によって境界が定められる体積の４５％以下を占有する。更なる例として、そのような一実施形態では、一次成長制約システム１５１及び第２の成長制約システム１５２、並びに電池筐体１０４は、組み合わせで、電池筐体１０４の外面によって境界が定められる体積の３０％以下を占有する。更なる例として、そのような一実施形態では、一次成長制約システム１５１及び二次成長制約システム１５２、並びに電池筐体１０４は、組み合わせで、電池筐体の外面によって境界が定められる体積の２０％以下を占有する。
【0066】
一般に、一次成長制約システム１５１及び／又は二次成長制約システム１５２は、典型的には、電池電解質と同程度である、少なくとも１０，０００ｐｓｉ（７０ＭＰａ超）の引張強度を有し、かつ電池１０２の浮遊電位又はアノード電位で著しくは腐食せず、かつ４５℃、及び更には７０℃まで著しくは反応せず、機械的強度を失いもしない材料を含むであろう。例えば、一次成長制約システム１５１及び／又は二次成長制約システム１５２は、幅広い金属、合金、セラミック、ガラス、プラスチック、又はそれらの組み合わせ（例えば、複合材料）のいずれかを含み得る。例示的な一実施形態では、一次成長制約システム１５１及び／又は二次成長制約システム１５２は、ステンレス鋼（例えば、ＳＳ３１６、４４０Ｃ、又は４４０Ｃハード）、アルミニウム（例えば、アルミニウム７０７５－Ｔ６、ハードＨ１８）、チタン（例えば、６Ａｌ－４Ｖ）、ベリリウム、ベリリウム銅（ハード）、銅（Ｏ２フリー、ハード）、ニッケルなどの金属を含み、しかしながら、一般に、一次成長制約システム１５１及び／又は二次成長制約システム１５２が金属を含む場合、一般に、金属は、腐食を制限し、かつ電極構造１１０と対向電極構造１１２との間の電気的短絡を生成することを制限するように組み込まれることが好ましい。別の例示的な実施形態では、一次成長制約システム１５１及び／又は二次成長制約システム１５２は、アルミナ（例えば、焼結又はＣｏｏｒｓｔｅｋ ＡＤ９６）、ジルコニア（例えば、Ｃｏｏｒｓｔｅｋ ＹＺＴＰ）、イットリア安定化ジルコニア（例えば、ＥＮｒＧ Ｅ－Ｓｔｒａｔｅ（登録商標））などのセラミックを含む。別の例示的な実施形態では、一次成長制約システム１５１は、Ｓｃｈｏｔｔ Ｄ２６３強化ガラスなどのガラスを含む。別の例示的な実施形態では、一次成長制約システム１５１及び／又は二次成長制約システム１５２は、ポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）（例えば、Ａｐｔｉｖ １１０２）、炭素を有するＰＥＥＫ（例えば、Ｖｉｃｔｒｅｘ ９０ＨＭＦ４０又はＸｙｃｏｍｐ １０００－０４）、炭素を有する硫化ポリフェニレン（ＰＰＳ）（例えば、Ｔｅｐｅｘ Ｄｙｎａｌｉｔｅ ２０７）、３０％ガラスを有するポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）（例えば、Ｖｉｃｔｒｅｘ ９０ＨＭＦ４０又はＸｙｃｏｍｐ １０００－０４）、ポリイミド（例えば、Ｋａｐｔｏｎ（登録商標））などのプラスチックを含む。別の例示的な実施形態では、一次成長制約システム１５１及び／又は二次成長制約システムは、Ｅガラス標準布／エポキシ、０°、ＥガラスＵＤ／エポキシ、０°、Ｋｅｖｌａｒ標準布／エポキシ、０°、Ｋｅｖｌａｒ ＵＤ／エポキシ、０°、炭素標準布／エポキシ、０°、炭素ＵＤ／エポキシ、０°、東洋紡Ｚｙｌｏｎ（登録商標）ＨＭ繊維／エポキシなどの複合材料を含む。別の例示的な実施形態では、一次成長制約システム１５１及び／又は二次成長制約システム１５２は、Ｋｅｖｌａｒ ４９アラミド繊維、Ｓガラス繊維、炭素繊維、ベクトランＵＭ ＬＣＰ繊維、Ｄｙｎｅｅｍａ、Ｚｙｌｏｎなどの繊維を含む。また別の実施形態では、一次成長制約システム１５１及び／又は二次成長制約システム１５２は、例えば、第１の一次接続部材１６２及び第２の一次接続部材１６４の内面４００ａ、４００ｂ及び外面４０１ａ、４０１ｂなどの、一次成長制約システム１５１及び／又は二次成長制約システム１５２の内面及び／又は外面上の絶縁高分子材料などの絶縁材料のコーティングを備える。
【0067】
電極構造１１０群及び対向電極構造１１２群の構成単位は、リチウムイオン、ナトリウムイオン、カリウムイオン、カルシウムイオン、マグネシウムイオン、又はアルミニウムイオンなどのキャリアイオンを吸収及び放出することができる電気活物質を含む。いくつかの実施形態では、電極構造１１０群の構成単位は、アノード活性電気活物質（負極と呼ばれることもある）を含み、対向電極構造１１２群の構成単位は、カソード活性電気活物質（正極と呼ばれることもある）を含む。他の実施形態では、電極構造１１０群の構成単位は、カソード活性電気活物質を含み、対向電極構造１１２群の構成単位は、アノード活性電気活物質を含む。この段落に列挙される実施形態及び実施例の各々では、負極活物質は、例えば、粒子凝集電極、粒子材料のスラリを形成し、かつ層形状に鋳造することによってなど、粒子材料から形成される電極活物質、又はモノリシック電極であり得る。
【0068】
一実施形態によれば、電極アセンブリ１０６のアノードに対応する電極構造１１０で使用される電極活物質は、二次電池１０２及び／又は電極アセンブリ１０６の充電中における電極活物質へのキャリアイオンの挿入時に膨張する材料を含む。例えば、電極活物質は、電極活物質の体積の増加を生成するのに十分な量で、キャリアイオンとのインターカレーション又は合金化によってなど、二次電池の充電中にキャリアイオンを受け入れるアノード活物質を含み得る。例えば、一実施形態では、電極活物質は、二次電池１０２が放電状態から充電状態に充電されるとき、１モルの電極活物質当たり２モル以上のキャリアイオンを受け入れる能力を有する材料を含み得る。更なる例として、電極活物質は、１モルの電極活物質当たり２．０モル以上のキャリアイオンなどの、１モルの電極活物質当たり１．５モル以上のキャリアイオン、及び更には、１モルの電極活物質当たり３．５モル以上のキャリアイオンなどの、１モルの電極活物質当たり２．５モル以上のキャリアイオンを受け入れる能力を有する材料を含み得る。電極活性物質によって受け入れられるキャリアイオンは、リチウム、カリウム、ナトリウム、カルシウム、及びマグネシウムのうちの少なくとも１つであり得る。そのような体積変化を提供するように膨張する電極活物質の例としては、シリコン（例えば、ＳｉＯ）、アルミニウム、スズ、亜鉛、銀、アンチモン、ビスマス、金、白金、ゲルマニウム、パラジウム、並びにそれらの合金及び化合物のうちの１つ以上が挙げられる。例えば、一実施形態では、電極活物質は、粒子状シリコン、粒子状シリコン酸化物、及びそれらの混合物のうちの１つ以上などの、粒子状形態のシリコン含有材料を含むことができる。また別の実施形態では、電極活物質は、より小さいか、又は更には無視できる体積変化を呈する材料を含むことができる。例えば、一実施形態では、電極活物質は、グラファイトなどの炭素含有材料を含むことができる。また別の実施形態では、電極構造は、電極集電体として機能することができ、かつ充電プロセス中にリチウム金属層へのキャリアイオンの移送を介して電極活物質が堆積するリチウム金属の層を備える。
【0069】
例示的なアノード活性電気活物質は、グラファイト及び軟質炭素若しくは硬質炭素などの炭素材料、又はリチウムとの合金を形成することができる金属、半金属、合金、酸化物、及び化合物の範囲のいずれかを含む。アノード材料を構成することができる金属又は半金属の具体例としては、グラファイト、スズ、鉛、マグネシウム、アルミニウム、ホウ素、ガリウム、シリコン、Ｓｉ／Ｃ複合材料、Ｓｉ／グラファイトブレンド、ＳｉＯｘ、多孔質Ｓｉ、金属間Ｓｉ合金、インジウム、ジルコニウム、ゲルマニウム、ビスマス、カドミウム、アンチモン、銀、亜鉛、ヒ素、ハフニウム、イットリウム、リチウム、ナトリウム、グラファイト、炭素、チタン酸リチウム、パラジウム、及びそれらの混合物が挙げられる。例示的な一実施形態では、アノード活物質としては、アルミニウム、スズ、若しくはシリコン、又はそれらの酸化物、それらの窒化物、それらのフッ化物、又はそれらの他の合金が挙げられる。別の例示的な実施形態では、アノード活物質は、シリコン、酸化シリコン、又はそれらの合金を含む。
【0070】
また別の実施形態では、アノード活物質は、リチウム金属、リチウム合金、炭素、石油コークス、活性炭、グラファイト、シリコン化合物、スズ化合物、及びそれらの合金を含むことができる。一実施形態では、アノード活物質は、非グラファイト化性炭素、グラファイト系炭素などのような炭素、ＬｉｘＦｅ２Ｏ３（０≦ｘ≦１）、ＬｉｘＷＯ２（０≦ｘ≦１）、ＳｎｘＭｅ１－ｘＭｅ’ｙＯｚ（Ｍｅ：Ｍｎ、Ｆｅ、Ｐｂ、Ｇｅ；Ｍｅ’：Ａｌ、Ｂ、Ｐ、Ｓｉ、周期表の１族、２族、及び３族に見出される元素、ハロゲン、０＜ｘ≦１、１≦ｙ≦３、１≦ｚ≦８）などのような金属複合酸化物、リチウム金属、リチウム合金、シリコン系合金、スズ系合金、ＳｎＯ、ＳｎＯ２、ＰｂＯ、ＰｂＯ２、Ｐｂ２Ｏ３、Ｐｂ３Ｏ４、Ｓｂ２Ｏ３、Ｓｂ２Ｏ４、Ｓｂ２Ｏ５、ＧｅＯ、ＧｅＯ２、Ｂｉ２Ｏ３、Ｂｉ２Ｏ４、Ｂｉ２Ｏ５などのような金属酸化物、ポリアセチレンなどのような導電性ポリマー、Ｌｉ－Ｃｏ－Ｎｉ系材料などを含む。一実施形態では、アノード活物質は、天然グラファイト、合成グラファイトなどのような結晶性グラファイト、及び軟質炭素、硬質炭素などのような非晶質炭素を含む炭素系活物質を含むことができる。アノード活物質に好適な炭素材料の他の例は、グラファイト、キッシュグラファイト、熱分解性炭素、メソフェーズピッチ系炭素繊維、メソ炭素マイクロビーズ、メソフェーズピッチ、グラファイト化炭素繊維、及び石油又はコールタールピッチ由来のコークスなどの高温焼結炭素を含むことができる。一実施形態では、負極活物質は、酸化スズ、硝酸チタン、及びシリコンを含み得る。別の実施形態では、負極は、リチウム金属膜などのリチウム金属、又はリチウムの合金などのリチウム合金、並びにＮａ、Ｋ、Ｒｂ、Ｃｓ、Ｆｒ、Ｂｅ、Ｍｇ、Ｃａ、Ｓｒ、Ｂａ、Ｒａ、Ａｌ、及びＳｎからなる群から選択される１つ以上の種類の金属を含むことができる。また別の実施形態では、アノード活物質は、Ｓｉ、Ａｌ、Ｃ、Ｐｔ、Ｓｎ、Ｐｂ、Ｉｒ、Ｎｉ、Ｃｕ、Ｔｉ、Ｎａ、Ｋ、Ｒｂ、Ｃｓ、Ｆｒ、Ｂｅ、Ｃａ、Ｓｒ、Ｓｂ、Ｂａ、Ｒａ、Ｇｅ、Ｚｎ、Ｂｉ、Ｉｎ、Ｍｇ、Ｇａ、Ｃｄ、Ｓｉ合金、Ｓｎ合金、Ａｌ合金などのような、リチウムとの合金化及び／又はインターカレーションが可能な金属化合物、ＳｉＯｖ（０＜ｖ＜２），ＳｎＯ２、酸化バナジウム、又は酸化バナジウムリチウムなどの、リチウムイオンのドープ及び脱ドープが可能な金属酸化物、並びにＳｉ－Ｃ複合材料又はＳｎ－Ｃ複合材料などの、金属化合物及び炭素材料を含む複合材料を含むことができる。例えば、一実施形態では、リチウム、インジウム、スズ、アルミニウム、若しくはシリコンなどの金属、又はそれらの合金、Ｌｉ４／３Ｔｉ５／３Ｏ４又はＳｎＯなどの遷移金属酸化物、並びに人工グラファイト、グラファイト炭素繊維、樹脂焼成炭素、熱分解気相成長炭素、コルク、メソ炭素マイクロビーズ（「ＭＣＭＢ」）、フルフリルアルコール樹脂焼成炭素、ポリアセン、ピッチ系炭素繊維、気相成長炭素繊維、又は天然グラファイトなどの、炭素質材料であり得る。また別の実施形態では、負極活物質は、ナトリウム又はマグネシウムなどのキャリアイオンに好適な組成物を含むことができる。例えば、一実施形態では、負極活物質は、層状炭素質材料と、層状炭素質材料の層間に配設された化学式ＮａｘＳｎｙ－ｚＭｚの組成物と、を含むことができ、式中、Ｍは、Ｔｉ、Ｋ、Ｇｅ、Ｐ、又はそれらの組み合わせであり、０＜ｘ≦１５、１≦ｙ≦５、及び０≦ｚ≦１である。
【0071】
一実施形態では、負極活物質は、炭素系材料、カーボンブラック、グラファイト、グラフェン、活性炭、炭素繊維などの導電性材料及び／又は導電助剤、アセチレンブラック、ケッチェンブラック、チャネルブラック、ファーネスブラック、ランプブラック、サーマルブラックなどのようなカーボンブラック、炭素繊維、金属繊維などのような導電性繊維、カーボンナノチューブなどのような導電性チューブ、フッ化炭素粉末、アルミニウム粉末、ニッケル粉末などのような金属粉末、酸化亜鉛、チタン酸化カリウムなどのような導電性ウィスカ、酸化チタンなどのような導電性金属酸化物、又はポリフェニレン誘導体などのような導電性材料を更に含み得る。加えて、金属メッシュなどの金属繊維、銅、銀、ニッケル、及びアルミニウムなどの金属粉末、又はポリフェニレン誘導体などの有機導電性材料も使用され得る。また別の実施形態では、例えば、ポリエチレン、酸化ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）、ポリフッ化ビニリデン（ＰＶＤＦ）、スチレン－ブタジエンゴム、テトラフルオロエチレン－ペルフルオロアルキルビニルエーテル共重合体、フッ化ビニリデン－ヘキサフルオロプロピレン共重合体、フッ化ビニリデン－クロロトリフルオロエチレン共重合体、エチレン－テトラフルオロエチレン共重合体、ポリクロロトリフルオロエチレン、フッ化ビニリデン－ペンタフルオロプロピレン共重合体、プロピレン－テトラフルオロエチレン共重合体、エチレン－クロロトリフルオロエチレン共重合体、フッ化ビニリデン－ヘキサフルオロプロピレン－テトラフルオロエチレン共重合体、フッ化ビニリデン－ペルフルオロメチルビニルエーテルテトラフルオロエチレン共重合体、エチレン－アクリル酸共重合体などのうちの１つ以上などのバインダが提供され得、単独で、又は混合物として使用され得る。
【0072】
例示的なカソード活物質としては、幅広いカソード活物質のいずれかが挙げられる。例えば、リチウムイオン電池について、カソード活物質は、遷移金属酸化物、遷移金属硫化物、遷移金属窒化物、リチウム遷移金属酸化物、リチウム遷移金属硫化物、及びリチウム遷移金属窒化物から選択されるカソード材料を含み得る。これらの遷移金属酸化物、遷移金属硫化物、及び遷移金属窒化物の遷移金属元素は、ｄ殻又はｆ殻を有する金属元素を含むことができる。そのような金属元素の具体例は、Ｓｃ、Ｙ、ランタノイド、アクチノイド、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｈｆ、Ｖ、Ｎｂ、Ｔａ、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｗ、Ｍｎ、Ｔｃ、Ｒｅ、Ｆｅ、Ｒｕ、Ｏｓ、Ｃｏ、Ｒｈ、Ｉｒ、Ｎｉ、Ｐｂ、Ｐｔ、Ｃｕ、Ａｇ、及びＡｕである。追加のカソード活物質としては、ＬｉＣｏＯ２、ＬｉＮｉ０．５Ｍｎ１．５Ｏ４、Ｌｉ（ＮｉｘＣｏｙＡｌｚ）Ｏ２、ＬｉＦｅＰＯ４、Ｌｉ２ＭｎＯ４、Ｖ２Ｏ５、モリブデン酸硫化物、リン酸塩、ケイ酸塩、バナジウム酸塩、硫黄、硫黄化合物、酸素（空気）、Ｌｉ（ＮｉｘＭｎｙＣｏｚ）Ｏ２、及びそれらの組み合わせが挙げられる。更に、カソード活物質層のための化合物は、リチウム、コバルト、及び酸素を含む化合物（例えば、ＬｉＣｏＯ２）、リチウム、マンガン、及び酸素を含む化合物（例えば、ＬｉＭｎ２Ｏ４）、並びにリチウム鉄及びリン酸塩を含む化合物（例えば、ＬｉＦｅＰＯ）などの、金属酸化物又は金属リン酸塩を更に含むリチウム含有化合物を含むことができる。一実施形態では、カソード活物質は、リチウムマンガン酸化物、リチウムコバルト酸化物、リチウムニッケル酸化物、リン酸鉄リチウム、又は前述の酸化物の組み合わせから形成された複合酸化物、のうちの少なくとも１つを含む。別の実施形態では、カソード活物質は、リチウムコバルト酸化物（ＬｉＣｏＯ２）、リチウムニッケル酸化物（ＬｉＮｉＯ２）などのうちの１つ以上、又は１つ以上の遷移金属を有する置換化合物、Ｌｉ１＋ｘＭｎ２－ｘＯ４（式中、ｘは、０～０．３３）、ＬｉＭｎＯ３、ＬｉＭｎ２Ｏ３、ＬｉＭｎＯ２などのようなリチウムマンガン酸化物、リチウム銅酸化物（Ｌｉ２ＣｕＯ２）、ＬｉＶ３Ｏ８、ＬｉＦｅ３Ｏ４、Ｖ２Ｏ５、Ｃｕ２Ｖ２Ｏ７などのようなバナジウム酸化物、ＬｉＮｉ１－ｘＭｘＯ２（式中、Ｍ＝Ｃｏ、Ｍｎ、Ａｌ、Ｃｕ、Ｆｅ、Ｍｇ、Ｂ、又はＧａであり、ｘ＝０．０１～０．３）の化学式によって表されるＮｉサイト型リチウムニッケル酸化物、ＬｉＭｎ２ーｘＭｘＯ２（式中、Ｍ＝Ｃｏ、Ｎｉ、Ｆｅ、Ｃｒ、Ｚｎ、又はＴａであり、ｘ＝０．０１～０．１）又はＬｉ２Ｍｎ３ＭＯ８（式中、Ｍ＝Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｃｕ、又はＺｎ）の化学式によって表されるリチウムマンガン複合体酸化物、Ｌｉの一部分がアルカリ土類金属イオンで置換されたＬｉＭｎ２Ｏ４、二硫化物化合物、Ｆｅ２（ＭｏＯ４）３などのうちの１つ以上を含むことができる。一実施形態では、カソード活物質は、化学式Ｌｉ１＋ｘＦｅ１－ｘＭ’ｘ（ＰＯ４－ｂ）Ｘｂのオリビン結晶構造を有するリチウム金属リン酸塩を含むことができ、Ｍ’は、Ａｌ、Ｍｇ、Ｎｉ、Ｃｏ、Ｍｎ、Ｔｉ、Ｇａ、Ｃｕ、Ｖ、Ｎｂ、Ｚｒ、Ｃｅ、Ｉｎ、Ｚｎ、及びＹから選択される少なくとも１つであり、Ｘは、－０．５≦ａ≦＋０．５、０≦ｘ≦０．５、及び０≦ｂ≦０．１で、Ｆ、Ｓ、及びＮから選択される少なくとも１つであり、ＬｉＦｅＰＯ４、Ｌｉ（Ｆｅ，Ｍｎ）ＰＯ４、Ｌｉ（Ｆｅ，Ｃｏ）ＰＯ４、Ｌｉ（Ｆｅ，Ｎｉ）ＰＯ４などは、そのような少なくとも１つである。一実施形態では、カソード活物質は、ＬｉＣｏＯ２、ＬｉＮｉＯ２、ＬｉＭｎＯ２、ＬｉＭｎ２Ｏ４、ＬｉＮｉ１－ｙＣｏｙＯ２、ＬｉＣｏ１－ｙＭｎｙＯ２、ＬｉＮｉ１－ｙＭｎｙＯ２（０≦ｙ≦１）、Ｌｉ（ＮｉａＣｏｂＭｎｃ）Ｏ４（０＜ａ＜２，０＜ｂ＜２，０＜ｃ＜２、かつａ＋ｂ＋ｃ＝２）、ＬｉＭｎ２－ｚＮｉｚＯ４、ＬｉＭｎ２－ｚＣｏｚＯ４（０＜ｚ＜２）、ＬｉＣｏＰＯ４、及びＬｉＦｅＰＯ４、又はそれらのうちの２つ以上の混合物、のうちの少なくとも１つを含む。
【0073】
また別の実施形態では、カソード活性物質は、元素硫黄（Ｓ８）、硫黄系化合物、又はそれらの混合物を含むことができる。硫黄系化合物は、具体的には、Ｌｉ２Ｓｎ（ｎ≧１）、有機硫黄化合物、炭素－硫黄ポリマー（（Ｃ２Ｓｘ）ｎ：ｘ＝２．５～５０、ｎ≧２）などであり得る。また別の実施形態では、カソード活物質は、リチウム及びジルコニウムの酸化物を含むことができる。
【0074】
また別の実施形態では、カソード活物質は、リチウムと、コバルト、マンガン、ニッケルなどの金属又はそれらの組み合わせと、の少なくとも１つの複合酸化物を含むことができ、使用され得、その例は、ＬｉａＡ１－ｂＭｂＤ２（式中、０．９０≦ａ≦１、及び０≦ｂ≦０．５）、ＬｉａＥ１－ｂＭｂＯ２－ｃＤｃ（式中、０．９０≦ａ≦１、０≦ｂ≦０．５、及び０≦ｃ≦０．０５）、ＬｉＥ２－ｂＭｂＯ４－ｃＤｃ（式中、０≦ｂ≦０．５、及び０≦ｃ≦０．０５）、ＬｉａＮｉ１－ｂ－ｃＣｏｂＭｃＤａ（式中、０．９０≦ａ≦１、０≦ｂ≦０．５、０≦ｃ≦０．０５、及び０＜ａ≦２）、ＬｉａＮｉ１－ｂ－ｃＣｏｂＭｃＯ２－ａＸａ（式中、０．９０≦ａ≦１、０≦ｂ≦０．５、０≦ｃ≦０．０５、及び０＜ａ＜２）、ＬｉａＮｉ１－ｂ－ｃＣｏｂＭｃＯ２－ａＸ２（式中、０．９０≦ａ≦１、０≦ｂ≦０．５、０≦ｃ≦０．０５、及び０＜ａ＜２）、ＬｉａＮｉ１－ｂ－ｃＭｎｂＭｃＯ２－ａＸａ（式中、０．９０≦ａ≦１、０≦ｂ≦０．５、０≦ｃ≦０．０５、及び０＜ａ＜２）、ＬｉａＮｉ１－ｂ－ｃＭｎｂＭｃＯ２－ａＸ２（式中、０．９０≦ａ≦１、０≦ｂ≦０．５、０≦ｃ≦０．０５、及び０＜ａ＜２）、ＬｉａＮｉｂＥｃＧｄＯ２（式中、０．９０≦ａ≦１、０≦ｂ≦０．９、０≦ｃ≦０．５、及び０．００１≦ｄ≦０．１）、ＬｉａＮｉｂＣｏｃＭｎｄＧｅＯ２（式中、０．９０≦ａ≦１、０≦ｂ≦０．９、０≦ｃ≦０．５、０≦ｄ≦０．５、及び０．００１≦ｅ≦０．１）、ＬｉａＮｉＧｂＯ２（式中、０．９０≦ａ≦１及び０．００１≦ｂ≦０．１）、ＬｉａＣｏＧｂＯ２（式中、０．９０≦ａ≦１及び０．００１≦ｂ≦０．１）、ＬｉａＭｎＧｂＯ２（式中、０．９０≦ａ≦１及び０．００１≦ｂ≦０．１）、ＬｉａＭｎ２ＧｂＯ４（式中、０．９０≦ａ≦１及び０．００１≦ｂ≦０．１）、ＱＯ２、ＱＳ２、ＬｉＱＳ２、Ｖ２Ｏ５、ＬｉＶ２Ｏ５、ＬｉＸ’Ｏ２、ＬｉＮｉＶＯ４、Ｌｉ（３－ｆ）Ｊ２（ＰＯ４）３（０≦ｆ≦２）、Ｌｉ（３－ｆ）Ｆｅ２（ＰＯ４）３（０≦ｆ≦２）、及びＬｉＦｅＰＯ４である。上記の化学式では、Ａは、Ｎｉ、Ｃｏ、Ｍｎ、又はそれらの組み合わせであり、Ｍは、Ａｌ、Ｎｉ、Ｃｏ、Ｍｎ、Ｃｒ、Ｆｅ、Ｍｇ、Ｓｒ、Ｖ、希土類元素、又はそれらの組み合わせであり、Ｄは、Ｏ、Ｆ、Ｓ、Ｐ、又はそれらの組み合わせであり、Ｅは、Ｃｏ、Ｍｎ、又はそれらの組み合わせであり、Ｘは、Ｆ、Ｓ、Ｐ、又はそれらの組み合わせであり、Ｇは、Ａｌ、Ｃｒ、Ｍｎ、Ｆｅ、Ｍｇ、Ｌａ，Ｃｅ、Ｓｒ、Ｖ、又はそれらの組み合わせであり、Ｑは、Ｔｉ、Ｍｏ、Ｍｎ、又はそれらの組み合わせであり、Ｘ’は、Ｃｒ、Ｖ、Ｆｅ、Ｓｃ、Ｙ、又はそれらの組み合わせであり、Ｊは、Ｖ、Ｃｒ、Ｍｎ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｃｕ、又はそれらの組み合わせである。例えば、ＬｉＣｏＯ２、ＬｉＭｎｘＯ２ｘ（ｘ＝１又は２）、ＬｉＮｉ１－ｘＭｎｘＯ２ｘ（０＜ｘ＜１）、ＬｉＮｉ１－ｘ－ｙＣｏｘＭｎｙＯ２（０≦ｘ≦０．５、０≦ｙ≦０．５）、又はＦｅＰＯ４が使用され得る。一実施形態では、カソード活物質は、リチウムコバルト酸化物、リチウムニッケル酸化物、リチウムニッケルコバルト酸化物、リチウムニッケルコバルトアルミニウム酸化物、リチウムニッケルコバルトマンガン酸化物、リチウムマンガン酸化物、又はリン酸鉄リチウム、硫化ニッケル、硫化銅、硫黄、酸化鉄、又は酸化バナジウムなどのリチウム化合物のうちの少なくとも１つを含む。
【0075】
一実施形態では、カソード活物質は、ＮａＦｅＯ２、ＮａＭｎＯ２、ＮａＮｉＯ２、又はＮａＣｏＯ２などの化学式ＮａＭ１
ａＯ２の酸化物のうちの少なくとも１つ、又は化学式ＮａＭｎ１－ａＭ１
ａＯ２によって表される酸化物などの、ナトリウム含有材料を含むことができ、式中、Ｍ１は、少なくとも１つの遷移金属元素であり、０＜ａ＜１である。代表的な正の活物質としては、Ｎａ［Ｎｉ１／２Ｍｎ１／２］Ｏ２、Ｎａ２／３［Ｆｅ１／２Ｍｎ１／２］Ｏ２など、Ｎａ０．４４Ｍｎ１－ａＭ１
ａＯ２によって表される酸化物、Ｎａ０．７Ｍｎ１－ａＭ１
ａＯ２．０５によって表される酸化物（式中、Ｍ１は、少なくとも１つの遷移金属元素であり、０≦ａ＜１である）、Ｎａ６Ｆｅ２Ｓｉ１２Ｏ３０又はＮａ２Ｆｅ５Ｓｉ１２ＯとしてのＮａｂＭ２
ｃＳｉ１２Ｏ３０によって表される酸化物（式中、Ｍ２は、少なくとも１つの遷移金属元素であり、２≦ｂ≦６、及び２≦ｃ≦５である）、Ｎａ２Ｆｅ２Ｓｉ６Ｏ１８又はＮａ２ＭｎＦｅＳｉ６Ｏ１８などのＮａｄＭ３
ｅＳｉ６Ｏ１８によって表される酸化物（式中、Ｍ３は、少なくとも１つの遷移金属元素であり、３≦ｄ≦６、及び１≦ｅ≦２である）、Ｎａ２ＦｅＳｉＯ６などのＮａｆＭ４
ｇＳｉ２Ｏ６によって表される酸化物（式中、Ｍ４は、遷移金属元素、マグネシウム（Ｍｇ）、及びアルミニウム（Ａｌ）から選択された少なくとも１つの元素であり、１≦ｆ≦２、１≦ｇ≦２である）、ＮａＦｅＰＯ４、Ｎａ３Ｆｅ２（ＰＯ４）３、Ｎａ３Ｖ２（ＰＯ４）３、Ｎａ４Ｃｏ３（ＰＯ４）２Ｐ２Ｏ７などのようなリン酸塩、ＮａＦｅＢＯ４又はＮａ３Ｆｅ２（ＢＯ４）３などのホウ酸塩、Ｎａ３ＦｅＦ６又はＮａ２ＭｎＦ６などのＮａｈＭ５Ｆ６によって表されるフッ化物（式中、Ｍ５は、少なくとも１つの遷移金属元素であり、２≦ｈ≦３である）、Ｎａ３Ｖ２（ＰＯ４）２Ｆ３、Ｎａ３Ｖ２（ＰＯ４）２ＦＯ２などのようなフルオロリン酸塩が挙げられる。正の活物質は、前述のものに限定されず、当該技術分野で使用される任意の好適な正の活物質を使用することができる。一実施形態では、正の活物質としては、好ましくは、ＮａＭｎＯ２、Ｎａ［Ｎｉ１／２Ｍｎ１／２］Ｏ２及びＮａ２／３［Ｆｅ１／２Ｍｎｓ１／２］Ｏ２などの層状型酸化物カソード材料、Ｎａ３Ｖ２（ＰＯ４）３及びＮａ４Ｃｏ３（ＰＯ４）２Ｐ２Ｏ７などのリン酸塩カソード、又はＮａ３Ｖ２（ＰＯ４）２Ｆ３及びＮａ３Ｖ２（ＰＯ４）２ＦＯ２などのフルオロリン酸塩カソードが挙げられる。
【0076】
一実施形態では、電極集電体は、負極集電体を含むことができ、金属材料などの好適な導電性材料を含むことができる。例えば、一実施形態では、負極集電体は、銅、ニッケル、アルミニウム、ステンレス鋼、チタン、パラジウム、焼成炭素、か焼炭素、インジウム、鉄、マグネシウム、コバルト、ゲルマニウム、銅又はステンレス鋼の表面処理材料（リチウム、炭素、ニッケル、チタン、銀、アルミニウム－カドミウム合金、及び／又はそれらの他の合金を有する）のうちの少なくとも１つを含むことができる。別の例として、一実施形態では、負極集電体は、銅、ステンレス鋼、アルミニウム、ニッケル、チタン、焼成炭素、銅又はステンレス鋼の表面処理材料（炭素、ニッケル、チタン、銀、アルミニウム－カドミウム合金、及び／又はそれらの他の合金を有する）のうちの少なくとも１つを含む。一実施形態では、負極集電体は、銅及びステンレス鋼のうちの少なくとも１つを含む。
【0077】
一実施形態では、対向電極集電体は、正極集電体を含むことができ、金属材料などの好適な導電性材料を含むことができる。一実施形態では、正極集電体は、ステンレス鋼、アルミニウム、ニッケル、チタン、焼結炭素、アルミニウム又はステンレス鋼の表面処理材料（炭素、ニッケル、チタン、銀、及び／又はそれらの合金を有する）のうちの少なくとも１つを含む。一実施形態では、正極集電体は、アルミニウムを含む。
【0078】
また別の実施形態では、カソード活物質は、例えば本明細書にアノード活物質について記載される導電助剤及び／又はバインダのいずれかであり得る、導電助剤及び／又はバインダのうちの１つ以上を更に含むことができる。
【0079】
特定の実施形態によれば、電気絶縁セパレータ層１３０が、電極構造１１０の各構成単位を対向電極構造１１２群の各構成単位から電気的に絶縁し得る。電気絶縁セパレータ層は、電気的短絡を防止しながら、電気化学セルにおける電流の通過中に回路を閉じるために必要であるイオン電荷キャリアの輸送を可能にもするように設計されている。一実施形態では、電気絶縁セパレータ層は、微小孔性であり、電解質、例えば非水性液体電解質又はゲル電解質を透過する。代替的に、電気絶縁セパレータ層は、電池におけるセパレータ及び電解質の両方として機能し得る固体電解質、すなわち固体イオン導体を含み得る。
【0080】
特定の実施形態では、電気絶縁セパレータ層１３０は、典型的には、非水性電解質を透過させることができる微小孔性セパレータ材料を含むであろう。例えば、一実施形態では、微小孔性セパレータ材料は、少なくとも５０Å、より典型的には約２，５００Åの範囲の径と、約２５％～約７５％の範囲、より典型的には約３５～５５％の範囲の多効率と、を有する細孔を含む。追加的に、微小孔性セパレータ材料は、非水性電解質を透過させて、電極群及び対向電極群の隣接する構成単位間のキャリアイオンの伝導を許容してもよい。特定の実施形態では、例えば、微小孔性セパレータ材料の多効率を無視し、充電サイクル又は放電サイクル中のイオン交換のための、電極構造１１０群の構成単位と対向電極構造１１２群の最も近い構成単位と（すなわち、「隣接する対」）の間の電気絶縁セパレータ材料の少なくとも７０体積％は、微小孔性セパレータ材料であり、言い方を変えれば、微小孔性セパレータ材料は、電極構造１１０群の構成単位と対向電極構造１１２群の最も近い構成単位との間の電気絶縁材料の少なくとも７０体積％を構成する。
【0081】
一実施形態では、微小孔性セパレータ材料は、粒子状材料及びバインダを含み、少なくとも約２０体積％の多孔率（空間率）を有する。微小孔性セパレータ材料の細孔は、少なくとも５０Åの径を有するであろうし、典型的には、約２５０～２，５００Åの範囲内に入るであろう。微多孔性セパレータ材料は、典型的には、約７５％未満の多効率を有するであろう。一実施形態では、微小孔性セパレータ材料は、少なくとも約２５体積％の多孔率（空間率）を有する。一実施形態では、微小孔性セパレータ材料は、約３５～５５％の多孔率を有するであろう。
【0082】
微多孔性セパレータ材料のためのバインダは、広範囲の無機材料又は高分子材料から選択され得る。例えば、一実施形態では、バインダは、フッ化ビニリデン、ヘキサフルオロプロピレン、テトラフルオロプロペンなどを含有するモノマーに由来するフルオロポリマーなどの有機高分子材料であり得る。別の実施形態では、バインダは、様々な分子量及び密度の範囲のいずれかを有する、ポリエチレン、ポリプロピレン、又はポリブテンなどのポリオレフィンである。別の実施形態では、バインダは、エチレン－ジエン－プロペンターポリマー、ポリスチレン、ポリメチルメタクリレート、ポリエチレングリコール、ポリ酢酸ビニル、ポリビニルブチラール、ポリアセタール、及びポリエチレングリコールジアクリレートからなる群から選択される。別の実施形態では、バインダは、メチルセルロース、カルボキシメチルセルロース、スチレンゴム、ブタジエンゴム、スチレンブタジエンゴム、イソプレンゴム、ポリアクリルアミド、ポリビニルエーテル、ポリアクリル酸、ポリメタクリル酸、ポリアクリロニトリル、ポリフッ化ビニリデンポリアクリロニトリル、及び酸化ポリエチレンからなる群から選択される。別の実施形態では、バインダは、アクリレート、スチレン、エポキシ、及びシリコーンからなる群から選択される。他の好適なバインダは、フッ化ポリビニリデン－ｃｏ－ヘキサフルオロプロピレン、フッ化ポリビニリデン－ｃｏ－トリクロロエチレン、ポリメチルメタクリレート、ポリアクリロニトリル、ポリビニルピロリドン、ポリビニルアセテート、ポリエチレン－ｃｏ－ビニルアセテート、酸化ポリエチレン、セルロースアセテート、セルロースアセテートブチレート、セルロースアセテートプロピオン酸塩、シアノエチルプルラン、シアノエチルポリビニルアルコール、シアノエチルセルロース、シアノエチルスクロース、プルラン、カルボキシメチルセルロース、アクリロニトリル－スチレン－ブタジエン共重合体、ポリイミド、又はそれらの混合物から選択され得る。また別の実施形態では、バインダは、フッ化ポリビニリデン－ヘキサフルオロプロピレン、フッ化ポリビニリデン－トリクロロエチレン、ポリメチルメタクリレート、ポリアクリロニトリル、ポリビニルピロリドン、ポリビニルアセテート、エチレンビニルアセテート共重合体、酸化ポリエチレン、セルロースアセテート、セルロースアセテートブチレート、セルロースアセテートプロピオン酸塩、シアノエチルプルラン、シアノエチルポリビニルアルコール、シアノエチルセルロース、プルラン、カルボキシルメチルセルロース、アクリロニトリルスチレンブタジエン共重合体、ポリイミド、ポリエチレンテレフタレート、ポリブチレンテレフタレート、ポリエステル、ポリアセタール、ポリアミド、ポリエーテルエーテルケトン、ポリエーテルスルホン、酸化ポリフェニレン、硫化ポリフェニレン、ポリエチレンナフタレン、及び／又はそれらの組み合わせのいずれかから選択され得る。別の実施形態では、バインダは、前述のポリマーのうちの２つ以上の共重合体又はブレンドである。
【0083】
微小孔性セパレータ材料によって構成される粒子材料はまた、幅広い材料から選択され得る。一般に、そのような材料は、動作温度で比較的低い電子伝導率及びイオン伝導率を有し、微小孔性セパレータ材料に接触する電池電極又は集電体の動作電圧下で腐食しない。例えば、一実施形態では、粒子材料は、１×１０－４Ｓ／ｃｍ未満のキャリアイオン（例えば、リチウム）に対する伝導率を有する。更なる例として、一実施形態では、粒子材料は、１×１０－５Ｓ／ｃｍ未満のキャリアイオンに対する伝導率を有する。更なる例として、一実施形態では、粒子材料は、１×１０－６Ｓ／ｃｍ未満のキャリアイオンに対する伝導率を有する。例えば、一実施形態では、粒子材料は、ケイ酸塩、リン酸塩、アルミン酸塩、アルミノケイ酸塩、及び水酸化マグネシウム、水酸化カルシウムなどの水酸化物からなる群から選択される無機材料である。例示的な粒子材料としては、粒子状ポリエチレン、ポリプロピレン、ＴｉＯ２－ポリマー複合体、シリカエアロゲル、フュームドシリカ、シリカゲル、シリカヒドロゲル、シリカキセロゲル、シリカゾル、コロイド状シリカ、アルミナ、チタニア、マグネシア、カオリン、タルク、珪藻土、ケイ酸カルシウム、ケイ酸アルミニウム、炭酸カルシウム、炭酸マグネシウム、又はそれらの組み合わせが挙げられる。例えば、一実施形態では、粒子材料は、ＴｉＯ２、ＳｉＯ２、Ａｌ２Ｏ３、ＧｅＯ２、Ｂ２Ｏ３、Ｂｉ２Ｏ３、ＢａＯ、ＺｎＯ、ＺｒＯ２、ＢＮ、Ｓｉ３Ｎ４、Ｇｅ３Ｎ４などの粒子状の酸化物又は窒化物を含む。例えば、Ｐ．Ａｒｏｒａ ａｎｄ Ｊ．Ｚｈａｎｇ，“Ｂａｔｔｅｒｙ Ｓｅｐａｒａｔｏｒｓ”Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｒｅｖｉｅｗｓ ２００４，１０４，４４１９－４４６２を参照のこと）。他の好適な粒子は、ＢａＴｉＯ３、Ｐｂ（Ｚｒ，Ｔｉ）Ｏ３（ＰＺＴ）、Ｐｂ１－ｘＬａｘＺｒ１－ｙＴｉｙＯ３（ＰＬＺＴ）、ＰＢ（Ｍｇ３Ｎｂ２／３）Ｏ３－ＰｂＴｉＯ３（ＰＭＮ－ＰＴ）、ハフニア（ＨｆＯ２）、ＳｒＴｉＯ３、ＳｎＯ２、ＣｅＯ２、ＭｇＯ、ＮｉＯ、ＣａＯ、ＺｎＯ、ＺｒＯ２、Ｙ２Ｏ３、Ａｌ２Ｏ３、ＴｉＯ２、ＳｉＣ、又はそれらの混合物を含むことができる。一実施形態では、粒子材料は、約２０ｎｍ～２マイクロメートル、より典型的には２００ｎｍ～１．５マイクロメートルの平均粒径を有するであろう。一実施形態では、粒子材料は、約５００ｎｍ～１マイクロメートルの平均粒径を有するであろう。
【0084】
また別の実施形態では、電気絶縁セパレータ１３０は、例えば、固体電池におけるのと同様に、固体電解質を含む。一般的に言えば、固体電解質は、液体電解質又はゲル電解質の添加を必要とせずに、キャリアイオンの輸送を容易にすることができる。特定の実施形態によれば、固体電解質が提供される場合、固体電解質は、それ自体、電極間に絶縁体を提供し、かつ絶縁体を通したキャリアイオンの通過を可能にすることが可能であり得、構造を透過する液体電解質の添加を必要としない場合がある。
【0085】
一実施形態では、二次電池１０２は、有機液体電解質、無機液体電解質、水性電解質、非水性電解質、固体ポリマー電解質、固体セラミック電解質、固体ガラス電解質、ガーネット電解質、ゲルポリマー電解質、無機固体電解質、溶融型無機電解質などのいずれかであり得る電解質を含むことができる。また、液体電解質の有無にかかわらず、電気絶縁セパレータ１３０の他の配置及び／又は構成が提供されてもよい。一実施形態では、固体電解質は、電気絶縁を提供しながら、キャリアイオンを通過伝導させることができるセラミック材料又はガラス材料を含むことができる。イオン伝導材料の例としては、ガーネット材料、硫化ガラス、リチウムイオン伝導ガラスセラミック、又はリン酸塩セラミック材料が挙げられ得る。一実施形態では、固体ポリマー電解質は、酸化ポリエチレン（ＰＥＯ）系、ポリビニルアセテート（ＰＶＡ）系、ポリエチレンイミン（ＰＥＩ）系、ポリフッ化ビニリデン（ＰＶＤＦ）系、ポリアクリロニトリル（ＰＡＮ）系、ＬｉＰＯＮ（リチウムリン酸窒化物）、及びポリメチルメタクリレート（ＰＭＭＡ）系のポリマー又はそれらの共重合体から形成されるポリマーのいずれかを含むことができる。別の実施形態では、Ｌｉ２Ｓ及びＰ２Ｓ５、並びに／又はＳｉＳ２、ＧｅＳ２、Ｌｉ３ＰＳ４、Ｌｉ４Ｐ２Ｓ７、Ｌｉ４ＳｉＳ４、Ｌｉ２Ｓ－Ｐ２Ｓ５、及び５０Ｌｉ４ＳｉＯ４．５０Ｌｉ３ＢＯ３、及び／又はＢ２Ｓ３などの他の硫化物のうちの少なくとも１つなどの、リチウム及び／又はリンの、のうちの少なくとも１つを含む硫化物系固体電解質などの硫化物系固体電解質が提供され得る。固体電解質のまた他の実施形態としては、Ｌｉ３Ｎ、ＬｉＩ、Ｌｉ５ＮＩ２、Ｌｉ３Ｎ－ＬｉＩ－ＬｉＯＨ、ＬｉＳｉＯ４、ＬｉＳｉＯ４－ＬｉＩ－ＬｉＯＨ、Ｌｉ２ＳｉＳ３、Ｌｉ４ＳｉＯ４、Ｌｉ４ＳｉＯ４－ＬｉＩ－ＬｉＯＨ、及びＬｉ３ＰＯ４－Ｌｉ２Ｓ－ＳｉＳ２、Ｌｉ２Ｓ－Ｐ２Ｓ５、Ｌｉ２Ｓ－Ｐ２Ｓ５－Ｌ４ＳｉＯ４、Ｌｉ２Ｓ－Ｇａ２Ｓ３－ＧｅＳ２、Ｌｉ２Ｓ－Ｓｂ２Ｓ３－ＧｅＳ２、Ｌｉ３．２５－Ｇｅ０．２５－Ｐ０．７５Ｓ４、（Ｌａ，Ｌｉ）ＴｉＯ３（ＬＬＴＯ）、Ｌｉ６Ｌａ２ＣａＴａ２Ｏ１２、Ｌｉ６Ｌａ２ＡＮｂ２Ｏ１２（Ａ＝Ｃａ，Ｓｒ）、Ｌｉ２Ｎｄ３ＴｅＳｂＯ１２、Ｌｉ３ＢＯ２．５Ｎ０．５、Ｌｉ９ＳｉＡｌＯ８、Ｌｉ１＋ｘＡｌｘＧｅ２－ｘ（ＰＯ４）３（ＬＡＧＰ）、Ｌｉ１＋ｘＡｌｘＴｉ２－ｘ（ＰＯ４）３（ＬＡＴＰ）、Ｌｉ１＋ｘＴｉ２－ｘＡｌｘＳｉｙ（ＰＯ４）３－ｙ、ＬｉＡｌｘＺｒ２－ｘ（ＰＯ４）３、ＬｉＴｉｘＺｒ２－ｘ（ＰＯ４）３などのリチウム（Ｌｉ）の窒化物、ハロゲン化物、及び硫化物が挙げられ得、固体電解質のまた他の実施形態としては、例えば、米国特許第１０，３６１，４５５号に記載されているような、ガーネット材料が挙げられ得、これは、その全体が本明細書に組み込まれる。一実施形態では、ガーネット固体電解質は、一般の化学式Ｘ３Ｙ２（ＳｉＯ４）３を有するネソケイ酸塩であり、式中、Ｘは、Ｃａ、Ｍｇ、Ｆｅ、又はＭｎなどの二価カチオンであり得るか、又はＹは、Ａｌ、Ｆｅ、又はＣｒなどの三価カチオンであり得る。
【0086】
組み立てられたエネルギー貯蔵デバイスの一実施形態によれば、電気絶縁セパレータは、二次電池電解質としての使用に好適な非水性電解質を透過する。典型的には、非水性電解質は、有機溶媒及び／又は溶媒混合物に溶解したリチウム塩及び／又は塩の混合物を含む。例示的なリチウム塩としては、ＬｉＣｌＯ４、ＬｉＢＦ４、ＬｉＰＦ６、ＬｉＡｓＦ６、ＬｉＣｌ、及びＬｉＢｒなどの無機リチウム塩、並びにＬｉＢ（Ｃ６Ｈ５）４、ＬｉＮ（ＳＯ２ＣＦ３）２、ＬｉＮ（ＳＯ２ＣＦ３）３、ＬｉＮＳＯ２ＣＦ３、ＬｉＮＳＯ２ＣＦ５、ＬｉＮＳＯ２Ｃ４Ｆ９、ＬｉＮＳＯ２Ｃ５Ｆ１１、ＬｉＮＳＯ２Ｃ６Ｆ１３、及びＬｉＮＳＯ２Ｃ７Ｆ１５などの有機リチウム塩が挙げられる。また別の例として、電解質は、例えば、ＮａＣｌＯ４、ＮａＰＦ６、ＮａＢＦ４、ＮａＣＦ３ＳＯ３、ＮａＮ（ＣＦ３ＳＯ２）２、ＮａＮ（Ｃ２Ｆ５ＳＯ２）２、ＮａＣ（ＣＦ３ＳＯ２）３のうちのいずれか１つ以上などの、電解質に溶解したナトリウムイオンを含むことができる。マグネシウム及び／又はカリウムの塩を同様に提供することができる。例えば、塩化マグネシウム（ＭｇＣｌ２）、臭化マグネシウムＭｇＢｒ２）、又はヨウ化マグネシウム（ＭｇＩ２）などのマグネシウム塩を提供してもよく、かつ／又は過塩素酸マグネシウム（Ｍｇ（ＣｌＯ４）２）、硝酸マグネシウム（Ｍｇ（ＮＯ３）２）、硫酸マグネシウム（ＭｇＳＯ４）、テトラフルオロホウ酸マグネシウム（Ｍｇ（ＢＦ４）２）、テトラフェニルホウ酸マグネシウム（Ｍｇ（Ｂ（Ｃ６Ｈ５）４）２、ヘキサフルオロリン酸マグネシウム（Ｍｇ（ＰＦ６）２）、ヘキサフルオロヒ酸マグネシウム（Ｍｇ（ＡｓＦ６）２）、ペルフルオロアルキルスルホン酸マグネシウム（（Ｍｇ（Ｒｆ１ＳＯ３）２）であって、Ｒｆ１は、ペルフルオロアルキル基である）、ペルフルオロアルキルスルフォニルイミドマグネシウム（Ｍｇ（（Ｒｆ２ＳＯ２）２Ｎ）２であって、Ｒｆ２は、ペルフルオロアルキル基である）、及びヘキサアルキルジシラジド（（Ｍｇ（ＨＲＤＳ）２）であって、Ｒは、アルキル基である）からなる群から選択される少なくとも１つであり得るマグネシウム塩も同様である。リチウム塩を溶解するための例示的な有機溶媒としては、環状エステル、鎖状エステル、環状エーテル、及び鎖状エーテルが挙げられる。環状エステルの具体例としては、プロピレンカーボネート、エチレンカーボネート、ブチレンカーボネート、γ－ブチロラクトン、ビニレンカーボネート、２－メチル－γ－ブチロラクトン、アセチル－γ－ブチロラクトン、及びγ－バレロラクトンが挙げられる。鎖状エステルの具体例としては、ジメチルカーボネート、ジエチルカーボネート、ジブチルカーボネート、ジプロピルカーボネート、メチルエチルカーボネート、メチルブチルカーボネート、メチルプロピルカーボネート、エチルブチルカーボネート、エチルプロピルカーボネート、ブチルプロピルカーボネート、アルキルプロピオン酸塩、ジアルキルマロネート、及びアルキルアセテートが挙げられる。環状エーテルの具体例としては、テトラヒドロフラン、アルキルテトラヒドロフラン、ジアルキルテトラヒドロフラン、アルコキシテトラヒドロフラン、ジアルコキシテトラヒドロフラン、１，３－ジオキソラン、アルキル－１，３－ジオキソラン、及び１，４－ジオキソランが挙げられる。鎖状エーテルの具体例としては、１，２－ジメトキシエタン、１，２－ジエトキシエタン、ジエチルエーテル、エチレングリコールジアルキルエーテル、ジエチレングリコールジアルキルエーテル、トリエチレングリコールジアルキルエーテル、及びテトラエチレングリコールジアルキルエーテルが挙げられる。
【0087】
図８Ａ～図１０Ｅを参照すると、一実施形態では、本明細書に開示される二次電池及び／又は電極アセンブリを製造するプロセスが提供される。特に、電気絶縁性の熱可塑性のホットメルト接着剤５１１を使用して、電極群及び／又は対向電極群の構成単位のサブセットを、制約システム１０８の第１の接続部材１６２及び／又は第２の接続部材１６４に接着する。ホットメルト接着剤５１１は、接着剤のブローフィルム又はキャストフィルムを提供することによって、接着剤を押し出すことによって、かつ／又はグルーガンを使用することによってなど、任意の好適な方法によって、第１の接続部材４００ａ及び第２の接続部材４００ｂの内面に塗布され得る。いくつかの実施形態では、ホットメルト接着剤５１１は、所定の厚さ及びパターンを有するフィルムの形態で提供される。本明細書における実施形態によれば、所定のパターンは、第１の接続部材５１０ａ及び第２の接続部材５１０ｂの内面の形状に形状追従し得る。所定のパターンは、レーザ又はダイを使用して切断され得る。いくつかの実施形態では、第１の接続部材１６２及び／又は第２の接続部材１６４（第１の二次成長制約１５８及び第２の二次成長制約１６０と同じであってよいし、異なってよい）は、それぞれの部材の垂直厚さを貫いて形成された開口部１７６を備え、接着フィルム切り欠き５１３は、開口部１７６に隣接する第１の接続部材１６２及び／又は第２の接続部材１６４の内面４００ａ、４００ｂの接合領域９０１ａ、９０１ｂに沿って配置されている。いくつかの実施形態では、ホットメルト接着剤は、少なくとも７５℃、かつ１３０℃以下の温度で加熱することによって溶融及び／又は軟化される。いくつかの実施形態では、電極構造の群１１０の構成単位は、垂直方向５１０ａ、５１０ｂに反対側にある上側端面及び下側端面を有する電極集電体１３６を備え、対向電極の群１１２の構成単位は、垂直方向５０９ａ、５０９ｂに反対側にある上側端面及び下側端面を有する対向電極集電体１４０を備え、接着フィルム切り欠きは、電極群及び／又は対向電極群の構成単位のサブセットの電極集電体及び／又は対向電極集電体の垂直端面と接触して配置されている。
【0088】
一実施形態によれば、先行請求項のいずれか一項に記載の二次電池及び／又は電極アセンブリを製造するプロセスは、電極アセンブリを提供することと、制約システムを提供することと、（ｉ）７５℃～１３０℃の範囲の溶融温度と、（ｉｉ）ＡＳＴＭ Ｄ１２３８に従って測定される少なくとも２０～３５０以下の範囲の溶融指数値と、を有する電気絶縁性の熱可塑性のホットメルト接着フィルムを提供することと、を含む。このプロセスは、接着フィルムの第１の面５１４ａを、第１の接続部材１６２及び第２の接続部材１６４の上側内面４００ａ又は下側内面４００ｂと接触させて配置することと、電極群及び／又は対向電極群の構成単位のサブセットの上側端面又は下側端面を、接着フィルム５１１の第２の面５１４ｂと接触させて配置することと、を更に含む。例えば、第１の接続部材１６２の上側内面４００ａを、第１の接着フィルム５１１ａの第１の面５１４ａと接触させて配置することができ、第２の接続部材１６４の下側内面４００ｂを、第２の接着フィルム５１１ｂの第１の面と接触させて配置することができる。第１の接着フィルム５１１ａ及び第２の接着フィルム５１１ｂの第２の面５１４ｂを、電極群及び／又は対向電極群の構成単位のサブセットの上側端面又は下側端面と接触させて配置することができる。このプロセスは、加熱によって接着フィルムを融解及び／又は軟化させて、電極群及び／又は対向電極群の構成単位のサブセットを第１の接続部材及び第２の接続部材に接着させることを更に含むことができる。一実施形態によれば、加熱中、加熱前、及び／又は加熱後に圧力を加えて、フィルムの接着を容易にする。例えば、少なくとも３ｐｓｉの圧力を加えてもよく、更には、３ｐｓｉ～１０ｐｓｉの範囲の圧力など、少なくとも５ｐｓｉを加えてもよい。
【実施例】
【0089】
実施例１
本実施例は、ホットメルト接着剤の塗布に重点を置いて、二次電池１０２及び／又は電極アセンブリ１０を製造する例示的なプロセスを実証する。図８Ａ～図８Ｅは、本明細書では、プロセスの一実施形態として参照される。
本実施例は、ホットメルト接着剤の塗布に重点を置いて、二次電池１０２及び／又は電極アセンブリ１０を製造する例示的なプロセスを実証する。図８Ａ～図８Ｅは、本明細書では、プロセスの一実施形態として参照される。
【0090】
この実施例では、ホットメルト接着剤５１１は、所定の厚さ並びに第１の接着部分５１１ａ及び第２の接着部分５１１ｂを有する接着フィルム形状の形態で提供される（図１０Ａ）。次いで、接着フィルム５１１は、図８Ｂに示されるように、第１の接続部材４００ａ及び第２の接続部材４００ｂの内面の形状を少なくとも部分的に覆い、かつ／又はそれに形状追従する所定のパターンを有する切り欠きを形成するように切断される。次に、図８Ｃに示されるように、接着フィルム切り欠きの第１の部分５１１ａと接着フィルム切り欠きの第２の部分５１１ｂとは、開口部（スロット）１７６を開いたまま、第１の接続部材５１０ａ及び第２の接続部材５１０ｂの上側内面４００ａ及び下側内面４００ｂと接触して配置される。次いで、電極群１１０及び／又は対向電極群１１２の構成単位のサブセットの上側端面及び下側端面は、内面４００ａ、４００ｂと接触して配置されたフィルムの面と反対側の接着フィルムの表面において、接着フィルム切り欠き５１１ａ、５１１ｂ（図８Ｄ）の第２の第１の部分及び第２の部分と接触して配置される。接着フィルム切り欠きを、少なくとも７５℃、かつ１３０℃以下の温度で加熱することによって溶融及び／又は軟化させて、電極群１１０及び／又は対向電極群１１２の構成単位のサブセットを第１の接続部材１６２及び第２の接続部材１６４に接着させる。加熱プロセス中、第１の接続部材１６２及び第２の接続部材１６４の外面４０１ａ、４０１ｂに圧力を加えて、接着力を改善することができる。組み立てられた製品を図８Ｅに示す。
【0091】
実施例２
本実施例は、ホットメルト接着剤の塗布に重点を置いて、二次電池１０２及び／又は電極アセンブリ１０を製造する別の例示的なプロセスを実証する。図９Ａ～図９Ｅは、本明細書では、プロセスの一実施形態として参照される。
本実施例は、ホットメルト接着剤の塗布に重点を置いて、二次電池１０２及び／又は電極アセンブリ１０を製造する別の例示的なプロセスを実証する。図９Ａ～図９Ｅは、本明細書では、プロセスの一実施形態として参照される。
【0092】
この実施例では、このプロセスは、最初に接着フィルム５１１ａ、５１１ｂの第１の部分及び第２の部分を第１の接続部材１６２及び第２の接続部材１６４の上側内面４００ａ及び下側内面４００ｂと接触させて配置し（図９Ｂ）、次いで、図９Ｃに示されるように、所定の所望のパターンを形成するように切断することによって、実施例１のプロセスとは異なる。次いで、第１の二次接続部材１６２及び第２の二次接続部材１６４を、例えば、実施例１について記載され、かつ図９Ｄ～図９Ｅに描かれるように、電極群１１０及び／又は対向電極群１１２の構成単位のサブセットに接続することができる。
【0093】
実施例３
本実施例は、ホットメルト接着剤の塗布に重点を置いて、二次電池１０２及び／又は電極アセンブリ１０を製造する別の例示的なプロセスを実証する。図１０Ａ～図１０Ｅは、本明細書では、プロセスの一実施形態として参照される。
本実施例は、ホットメルト接着剤の塗布に重点を置いて、二次電池１０２及び／又は電極アセンブリ１０を製造する別の例示的なプロセスを実証する。図１０Ａ～図１０Ｅは、本明細書では、プロセスの一実施形態として参照される。
【0094】
この実施例では、接着フィルム５１１は、図１０Ｂに例示されるように、いくつかのストリップ５１３に切断される。次いで、ストリップ５１３ａの第１の部分は、第１の接続部材１６２の上側内面４００ａと接触して配置され、ストリップ５１３ｂの第２の部分は、開口部（スロット）１７６間で、第２の接続部材１６４の下側内面４００ｂと接触して配置される（図１０Ｃ）。次いで、第１の二次接続部材１６２及び第２の二次接続部材１６４を、例えば、実施例１について記載され、かつ図１０Ｄ～図１０Ｅに描かれるように、電極群１１０及び／又は対向電極群１１２の構成単位のサブセットに接続することができる。代替的に、実施例２で実証されるプロセスと同様に、接着フィルム５１１を、第１の接続部材１６２及び第２の接続部材１６４の上側内面４００ａ及び下側内面４００ｂ上に配置し、次いで、切断し、ストリップ５１３を接触させたままにすることができる。接着フィルム５１１を張り付け、かつ／又は第１の一次接続部材及び／若しくは第２の一次接続部材に接続する他の方法を提供することもできる。
【0095】
以下の実施形態は、本開示の態様を例示するために提供されるが、この実施形態は、限定することを意図するものではなく、他の態様及び／又は実施形態も提供され得る。
【0096】
実施形態１。単位セルの群と、制約システムと、接着剤と、を備える二次電池のための電極アセンブリであって、
電極アセンブリが、相互に垂直な縦方向軸、横方向軸、及び垂直軸と、縦方向に互いに分離された第１の縦方向端面及び第２の縦方向端面と、電極アセンブリ縦方向軸ＡＥＡを取り囲み、かつ第１の縦方向端面及び第２の縦方向端面を接続するラテラル面であって、ラテラル面が、縦方向軸の反対側に、反対側にある第１の領域及び第２の領域を有し、かつ縦方向軸に直交する第１の方向に分離されており、電極アセンブリが、縦方向に測定される最大幅ＷＥＡと、ラテラル面によって境界が定められ、横方向に測定される最大長さＬＥＡと、ラテラル面によって境界が定められ、かつ垂直方向に測定される最大高さＨＥＡと、を有する、ラテラル面と、を有し、
電極アセンブリが、電極構造の群と、対向電極構造の群と、電極群及び対向電極群の構成単位を電気的に分離する電気絶縁セパレータ材料と、を更に備え、電極構造群及び対向電極構造群の構成単位が、垂直方向に分離された反対側にある上側端面及び下側端面を有し、単位セル群の各構成単位が、電極構造と、対向電極構造と、電極構造と対向電極構造との間の電気絶縁セパレータと、を備え、
制約システムが、（ｉ）縦方向に分離された第１の一次成長制約及び第２の一次成長制約と、（ｉｉ）第１の一次成長制約及び第２の一次成長制約、並びに電極群又は対向電極群の構成単位のサブセットを接続する、垂直方向に分離された第１の接続部材及び第２の接続部材を備え、第１の接続部材及び第２の接続部材が、（ｉ）７５℃～１３０℃の範囲の溶融温度と、（ｉｉ）溶融指数値と、を有する電気絶縁性の熱可塑性のホットメルト接着剤によって、サブセットの上側端面及び下側端面がそれぞれ接着された、反対側にある上側内面及び下側内面を有する、電極アセンブリ。
電極アセンブリが、相互に垂直な縦方向軸、横方向軸、及び垂直軸と、縦方向に互いに分離された第１の縦方向端面及び第２の縦方向端面と、電極アセンブリ縦方向軸ＡＥＡを取り囲み、かつ第１の縦方向端面及び第２の縦方向端面を接続するラテラル面であって、ラテラル面が、縦方向軸の反対側に、反対側にある第１の領域及び第２の領域を有し、かつ縦方向軸に直交する第１の方向に分離されており、電極アセンブリが、縦方向に測定される最大幅ＷＥＡと、ラテラル面によって境界が定められ、横方向に測定される最大長さＬＥＡと、ラテラル面によって境界が定められ、かつ垂直方向に測定される最大高さＨＥＡと、を有する、ラテラル面と、を有し、
電極アセンブリが、電極構造の群と、対向電極構造の群と、電極群及び対向電極群の構成単位を電気的に分離する電気絶縁セパレータ材料と、を更に備え、電極構造群及び対向電極構造群の構成単位が、垂直方向に分離された反対側にある上側端面及び下側端面を有し、単位セル群の各構成単位が、電極構造と、対向電極構造と、電極構造と対向電極構造との間の電気絶縁セパレータと、を備え、
制約システムが、（ｉ）縦方向に分離された第１の一次成長制約及び第２の一次成長制約と、（ｉｉ）第１の一次成長制約及び第２の一次成長制約、並びに電極群又は対向電極群の構成単位のサブセットを接続する、垂直方向に分離された第１の接続部材及び第２の接続部材を備え、第１の接続部材及び第２の接続部材が、（ｉ）７５℃～１３０℃の範囲の溶融温度と、（ｉｉ）溶融指数値と、を有する電気絶縁性の熱可塑性のホットメルト接着剤によって、サブセットの上側端面及び下側端面がそれぞれ接着された、反対側にある上側内面及び下側内面を有する、電極アセンブリ。
【0097】
実施形態２：実施形態１に記載の電極アセンブリを備える、二次電池。
【0098】
実施形態３。ホットメルト接着剤の溶融温度が、７７℃～１００℃の範囲にある、実施形態１又は２に記載の電極アセンブリ又は二次電池。
【0099】
実施形態４。ＡＳＴＭ Ｄ１２３８に従って測定される溶融指数値が、少なくとも７０～３５０以下の範囲にある、先行実施形態のいずれか１つに記載の電極アセンブリ又は二次電池。
【0100】
実施形態５。電極構造の群の構成単位が、垂直方向に反対側にある上側端面及び下側端面を有する電極集電体を備え、対向電極構造の群の構成単位が、垂直方向に反対側にある上側端面及び下側端面を有する対向電極集電体を備え、第１の接続部材及び第２の接続部材が、電極群又は対向電極群の構成単位のサブセットの電極集電体又は対向電極集電体の垂直端面に接着されている、先行実施形態のいずれか１つに記載の電極アセンブリ又は二次電池。
【0101】
実施形態６。ホットメルト接着剤が、ＥＡＡ（エチレン－ｃｏ－アクリル酸）、ＥＭＡＡ（エチレン－ｃｏ－メタクリル酸）、官能化ポリエチレン及び官能化ポリプロピレン、並びにそれらの組み合わせから選択される材料を含む、先行実施形態のいずれか１つに記載の電極アセンブリ又は二次電池。
【0102】
実施形態７。ホットメルト接着剤が、ＥＡＡ共重合体とＥＭＡＡ共重合体との混合物を含む、先行実施形態のいずれか１つに記載の電極アセンブリ又は二次電池。
【0103】
実施形態８。ホットメルト接着剤が、約８０℃以上の温度で、有意には反応しないか、又は有意には接着力を失わない、先行実施形態のいずれか１つに記載の電極アセンブリ又は二次電池。
【0104】
実施形態９。ホットメルト接着剤が、二次電池の１０００連続サイクルを経て有意には接着力を失わない、先行実施形態のいずれか１つに記載の電極アセンブリ又は二次電池。
【0105】
実施形態１０。ホットメルト接着剤が、約１０～約１００マイクロメートルの範囲の厚さと所定のパターン幾何学形状とを有するフィルム形状を有する、先行実施形態のいずれか１つに記載の電極アセンブリ又は二次電池。
【0106】
実施形態１１。第１の接続部材又は第２の接続部材が、それぞれの部材の垂直厚さを貫いて形成された開口部を備え、第１の接続部材又は第２の接続部材が、開口部に隣接する内面の接合領域を含み、ホットメルト接着剤が、電極群又は対向電極群の構成単位のサブセットへの接着のために提供される、先行実施形態のいずれか１つに記載の電極アセンブリ又は二次電池。
【0107】
実施形態１２。第１の接続部材及び第２の接続部材の両方が、第１の接続部材及び第２の接続部材の垂直厚さを貫く開口部を備える、実施形態１１に記載の電極アセンブリ又は二次電池。
【0108】
実施形態１３。開口部が、縦方向に延在する複数のスロットを含み、サブセットに接着するための接合領域が、第１の接続部材又は第２の接続部材のスロットの間の内面領域上に位置する、実施形態１１又は１２に記載の電極アセンブリ又は二次電池。
【0109】
実施形態１４。第１の縦方向端面及び第２の縦方向端面の表面積が、電極アセンブリの表面積の３３％未満である、先行実施形態のいずれか１つに記載の電極アセンブリ又は二次電池。
【0110】
実施形態１５。電極構造群の各構成単位の長さＬＥと対向電極構造群の各構成単位の長さＬＣＥとが、これらの構成単位の中心縦方向軸ＡＥ及びＡＣＥの横方向に測定され、電極構造群の各構成単位の幅ＷＥと対向電極構造群の各構成単位の幅ＷＣＥとが、縦方向に測定され、電極構造群の各構成単位の高さＨＥと対向電極構造群の各構成単位の高さＨＣＥとが、そのような各構成単位の中心縦方向軸ＡＥ又はＡＣＥに、かつ縦方向に垂直である垂直方向に測定され、電極構造群の各構成単位のＬＥとＷＥ及びＨＥの各々との比が、それぞれ、少なくとも５：１であり、電極構造群の各構成単位についてのＨＥとＷＥとの比が、０．４：１～１０００：１であり、対向電極構造群の各構成単位のＬＣＥとＷＣＥ及びＨＣＥの各々との比が、それぞれ、少なくとも５：１であり、対向電極構造群の各構成単位についてのＨＣＥとＷＣＥとの比が、０．４：１～１０００：１である、先行実施形態のいずれか１つに記載の電極アセンブリ又は二次電池。
【0111】
実施形態１６。ＬＥＡ及びＷＥＡの各々とＨＥＡとの比が、少なくとも２：１である、先行実施形態のいずれか１つに記載の電極アセンブリ又は二次電池。
【0112】
実施形態１７。第１の縦方向表面上への電極構造群及び対向電極構造群の構成単位の投影が、第１の投影エリアを取り囲み、第２の縦方向表面上への電極構造群及び対向電極構造群の構成単位の投影が、第２の投影エリアを取り囲み、第１の一次成長制約及び第２の一次成長制約が、第１の投影エリア及び第２の投影エリアの上に重なる第１の圧縮部材及び第２の圧縮部材を備える、先行実施形態のいずれか１つに記載の電極アセンブリ又は二次電池。
【0113】
実施形態１８。第１の一次成長制約及び第２の一次成長制約が、相互に垂直であり、かつ縦方向に垂直である２つの方向の各々において電極アセンブリに対して維持される圧力を超え、相互に垂直であり、かつ縦方向に垂直である２つの方向の各々において電極アセンブリに対して維持される圧力を超える圧力を、電極アセンブリに対して縦方向に維持する、先行実施形態のいずれか１つに記載の電極アセンブリ又は二次電池。
【0114】
実施形態１９。第１の一次成長制約及び第２の一次成長制約が、相互に垂直であり、かつ縦方向に垂直である２つの方向の各々において、電極アセンブリに対して維持される圧力を少なくとも３倍超える圧力を、電極アセンブリに対して縦方向に維持する、先行実施形態のいずれか１つに記載の電極アセンブリ又は二次電池。
【0115】
実施形態２０。第１の一次成長制約及び第２の一次成長制約が、相互に垂直であり、かつ縦方向に垂直である２つの方向の各々において、電極アセンブリに対して維持される圧力を少なくとも４倍超える圧力を、電極アセンブリに対して縦方向に維持する、先行実施形態のいずれか１つに記載の電極アセンブリ又は二次電池。
【0116】
実施形態２１。第１の一次成長制約及び第２の一次成長制約が、相互に垂直であり、かつ縦方向に垂直である２つの方向の各々において、電極アセンブリに対して維持される圧力を少なくとも５倍超える圧力を、電極アセンブリに対して縦方向に維持する、先行実施形態のいずれか１つに記載の電極アセンブリ又は二次電池。
【0117】
実施形態２２。一次成長制約システムが、２０連続サイクルを経て生じ得る縦方向での電極アセンブリのフェレット径の増加が２０％未満であるように、縦方向での電極アセンブリの成長を抑制する、先行実施形態のいずれか１つに記載の電極アセンブリ又は二次電池。
【0118】
実施形態２３。一次成長制約システムが、１０連続サイクルを経て生じ得る縦方向での電極アセンブリのフェレット径の増加が１０％未満であるように、縦方向での電極アセンブリの成長を抑制する、先行実施形態のいずれか１つに記載の電極アセンブリ又は二次電池。
【0119】
実施形態２４。一次成長制約システムが、５連続サイクルを経て生じ得る縦方向での電極アセンブリのフェレット径の増加が１０％未満であるように、縦方向での電極アセンブリの成長を抑制する、先行実施形態のいずれか１つに記載の電極アセンブリ又は二次電池。
【0120】
実施形態２５。一次成長制約システムが、生じ得る縦方向での電極アセンブリのフェレット径の増加が１サイクル当たり１％未満であるように、縦方向での電極アセンブリの成長を抑制する、先行実施形態のいずれか１つに記載の電極アセンブリ又は二次電池。
【0121】
実施形態２６。第１の接続部材及び第２の接続部材が、２０連続サイクルを経て生じ得る垂直方向での電極アセンブリのフェレット径の増加が２０％未満であるように、垂直方向での電極アセンブリの成長を抑制する二次成長制約システムを備える、先行実施形態のいずれか１つに記載の電極アセンブリ又は二次電池。
【0122】
実施形態２７。第１の接続部材及び第２の接続部材が、１０連続サイクルを経て生じ得る垂直方向での電極アセンブリのフェレット径の増加が１０％未満であるように、垂直方向での電極アセンブリの成長を抑制する二次成長制約システムを備える、先行実施形態のいずれか１つに記載の電極アセンブリ又は二次電池。
【0123】
実施形態２８。第１の接続部材及び第２の接続部材が、５連続サイクルを経て生じ得る垂直方向での電極アセンブリのフェレット径の増加が１０％未満であるように、垂直方向での電極アセンブリの成長を抑制する二次成長制約システムを備える、先行実施形態のいずれか１つに記載の電極アセンブリ又は二次電池。
【0124】
実施形態２９。第１の接続部材及び第２の接続部材が、生じ得る垂直方向での電極アセンブリのフェレット径の増加が１サイクル当たり１％未満であるように、垂直方向での電極アセンブリの成長を抑制する二次成長制約システムを備える、先行実施形態のいずれか１つに記載の電極アセンブリ又は二次電池。
【0125】
実施形態３０。（ｉ）電極構造の群の構成単位が、アノード構造であり、対向電極構造の群の構成単位が、カソード構造であるか、又は（ｉｉ）電極構造の群の構成単位が、カソード構造であり、対向電極構造の群の構成単位が、アノード構造である、先行実施形態のいずれか１つに記載の電極アセンブリ又は二次電池。
【0126】
実施形態３１。電極構造の群の構成単位が、アノード活物質層を備えるアノード構造であり、対向電極構造の群の構成単位が、カソード活物質層を備えるカソード構造である、実施形態３１に記載の電極アセンブリ又は二次電池。
【0127】
実施形態３２。電極アセンブリが、封止された電池筐体で包含される、先行実施形態のいずれか１つに記載の電極アセンブリ又は二次電池。
【0128】
実施形態３３。キャリアイオン及び電極制約のセットが、封止された電池筐体内に包含される、実施形態３３に記載の電極アセンブリ又は二次電池。
【0129】
実施形態３４。電極構造の群の構成単位が、アノード活物質であって、炭素材料、グラファイト、軟質炭素若しくは硬質炭素、金属、半金属、合金、酸化物、リチウムとの合金を形成することができる化合物、スズ、鉛、マグネシウム、アルミニウム、ホウ素、ガリウム、シリコン、Ｓｉ／Ｃ複合材料、Ｓｉ／グラファイトブレンド、ＳｉＯｘ、多孔質Ｓｉ、金属間Ｓｉ合金、インジウム、ジルコニウム、ゲルマニウム、ビスマス、カドミウム、アンチモン、銀、亜鉛、ヒ素、ハフニウム、イットリウム、リチウム、ナトリウム、チタン酸リチウム、パラジウム、リチウム金属、炭素、石油コークス、活性炭、グラファイト、シリコン化合物、シリコン合金、スズ化合物、非グラファイト化性炭素、グラファイト系炭素、ＬｉｘＦｅ２Ｏ３（０≦ｘ≦１）、ＬｉｘＷＯ２（０≦ｘ≦１）、ＳｎｘＭｅ１－ｘＭｅ’ｙＯｚ（Ｍｅ：Ｍｎ、Ｆｅ、Ｐｂ、Ｇｅ；Ｍｅ’：Ａｌ、Ｂ、Ｐ、Ｓｉ、周期表中の１族、２族、及び３族に見出される元素、ハロゲン、０＜ｘ≦１、１≦ｙ≦３、１≦ｚ≦８）、リチウム合金、シリコン系合金、スズ系合金、金属酸化物、ＳｎＯ、ＳｎＯ２、ＰｂＯ、ＰｂＯ２、Ｐｂ２Ｏ３、Ｐｂ３Ｏ４、Ｓｂ２Ｏ３、Ｓｂ２Ｏ４、Ｓｂ２Ｏ５、ＧｅＯ、ＧｅＯ２、Ｂｉ２Ｏ３、Ｂｉ２Ｏ４、Ｂｉ２Ｏ５、導電性ポリマー、ポリアセチレン、Ｌｉ－Ｃｏ－Ｎｉ系材料、結晶グラファイト、天然グラファイト、合成グラファイト、非晶質炭素、キッシュグラファイト、熱分解性炭素、メソフェーズピッチ系炭素繊維、メソ炭素マイクロビーズ、メソフェーズピッチ、グラファイト化炭素繊維、高温焼結炭素、石油、コールタールピッチ由来のコークス、酸化スズ、硝酸チタン、リチウム金属膜、リチウムと、Ｎａ、Ｋ、Ｒｂ、Ｃｓ、Ｆｒ、Ｂｅ、Ｍｇ、Ｃａ、Ｓｒ、Ｂａ、Ｒａ、Ａｌ、及びＳｎからなる群から選択される１つ以上の種類の金属と、の合金、Ｓｉ、Ａｌ、Ｃ、Ｐｔ、Ｓｎ、Ｐｂ、Ｉｒ、Ｎｉ、Ｃｕ、Ｔｉ、Ｎａ、Ｋ、Ｒｂ、Ｃｓ、Ｆｒ、Ｂｅ、Ｃａ、Ｓｒ、Ｓｂ、Ｂａ、Ｒａ、Ｇｅ、Ｚｎ、Ｂｉ、Ｉｎ、Ｍｇ、Ｇａ、Ｃｄのいずれかから選択されてリチウムとの合金化及び／若しくはインターカレーションが可能な金属化合物、Ｓｎ合金、Ａｌ合金、リチウムイオンをドープ及び脱ドープすることができる金属酸化物、ＳｉＯｖ（０＜ｖ＜２）、ＳｎＯ２、バナジウム酸化物、リチウムバナジウム酸化物、金属化合物及び炭素材料を含む複合材料、Ｓｉ－Ｃ複合材料、Ｓｎ－Ｃ複合材料、遷移金属酸化物、Ｌｉ４／３Ｔｉ５／３Ｏ４、ＳｎＯ、炭素質材料、グラファイト炭素繊維、樹脂焼成炭素、熱分解気相成長炭素、コルク、メソ炭素マイクロビーズ（「ＭＣＭＢ」）、フルフリルアルコール樹脂焼成炭素、ポリアセン、ピッチ系炭素繊維、気相成長炭素繊維、又は天然グラファイト、及び層状炭素質材料の層の間に配設された化学式ＮａｘＳｎｙ－ｚＭｚの組成物であって、Ｍが、Ｔｉ、Ｋ、Ｇｅ、Ｐ、若しくはそれらの組み合わせであり、かつ０＜ｘ≦１５、１≦ｙ≦５、及び０≦ｚ≦１である、組成物、並びに前述のもののうちのいずれかの酸化物、合金、窒化物、フッ化物、及び前述のもののうちのいずれかの任意の組み合わせ、のうちのいずれか１つ以上を含むアノード活物質を含む、先行実施形態のいずれか１つに記載の電極アセンブリ又は二次電池。
【0130】
実施形態３５。アノード活物質が、リチウム金属、リチウム金属合金、シリコン、シリコン合金、酸化シリコン、スズ、スズ合金、酸化スズ、及び炭素含有材料のうちの少なくとも１つを含む、実施形態３４に記載の電極アセンブリ又は二次電池。
【0131】
実施形態３６。負極活物質が、ケイ素及び酸化ケイ素のうちの少なくとも１つを含む、実施形態３５に記載の電極アセンブリ又は二次電池。
【0132】
実施形態３７。アノード活物質が、リチウム及びリチウム金属合金のうちの少なくとも１つを含む、実施形態３５に記載の電極アセンブリ又は二次電池。
【0133】
実施形態３８。アノード活物質が、炭素含有物質を含む、実施形態３５に記載の電極アセンブリ又は二次電池。
【0134】
実施形態３９。電気絶縁セパレータの群の構成単位が、非水性液体電解質が透過した微小孔性セパレータ材料を含む、先行実施形態のいずれか１つに記載の電極アセンブリ又は二次電池。
【0135】
実施形態４０。電気絶縁セパレータの群の構成単位が、固体電解質を含む、実施形態１～３９のいずれか１つに記載の電極アセンブリ又は二次電池。
【0136】
実施形態４１。電気絶縁セパレータの群の構成単位が、セラミック材料、ガラス、又はガーネット材料を含む、実施形態４０に記載の電極アセンブリ又は二次電池。
【0137】
実施形態４２。電極アセンブリが、非水性液体電解質、ゲル電解質、固体電解質、及びそれらの組み合わせからなる群から選択される電解質を含む、先行実施形態のいずれか１つに記載の電極アセンブリ又は二次電池。
【0138】
実施形態４３。電極アセンブリが、液体電解質を含む、先行実施形態のいずれか１つに記載の電極アセンブリ又は二次電池。
【0139】
実施形態４４。電極アセンブリが、水性液体電解質を含む、先行実施形態のいずれか１つに記載の電極アセンブリ又は二次電池。
【0140】
実施形態４５。電極アセンブリが、非水性液体電解質を含む、先行実施形態のいずれか１つに記載の電極アセンブリ又は二次電池。
【0141】
実施形態４６。電極アセンブリが、ゲル電解質を含む、先行実施形態のいずれか１つに記載の電極アセンブリ又は二次電池。
【0142】
実施形態４７。電気絶縁セパレータが、固体電解質を含む、先行実施形態のいずれか１つに記載の電極アセンブリ又は二次電池。
【0143】
実施形態４８。電気絶縁セパレータが、固体ポリマー電解質を含む、先行実施形態のいずれか１つに記載の電極アセンブリ又は二次電池。
【0144】
実施形態４９。電気絶縁セパレータが、固体無機電解質を含む、先行実施形態のいずれか１つに記載の電極アセンブリ又は二次電池。
【0145】
実施形態５０。電気絶縁セパレータが、固体有機電解質を含む、先行実施形態のいずれか１つに記載の電極アセンブリ又は二次電池。
【0146】
実施形態５１。電気絶縁セパレータが、セラミック電解質を含む、先行実施形態のいずれか１つに記載の電極アセンブリ又は二次電池。
【0147】
実施形態５２。電気絶縁セパレータが、無機電解質を含む、先行実施形態のいずれか１つに記載の電極アセンブリ又は二次電池。
【0148】
実施形態５３。電気絶縁セパレータが、セラミックを含む、先行実施形態のいずれか１つに記載の電極アセンブリ又は二次電池。
【0149】
実施形態５４。電気絶縁セパレータが、ガーネット材料を含む、先行実施形態のいずれか１つに記載の電極アセンブリ又は二次電池。
【0150】
実施形態５５。水性電解質、非水性液体電解質、固体ポリマー電解質、固体セラミック電解質、固体ガラス電解質、固体ガーネット電解質、ゲルポリマー電解質、無機固体電解質、及び溶融型無機電解質からなる群から選択される電解質を含む、先行実施形態のいずれか１つに記載の電極アセンブリ又は二次電池。
【0151】
実施形態５６。対向電極構造の群の構成単位が、カソード活物質であって、ｄ殻又はｆ殻を有する金属元素を有し、かつ金属元素が、Ｓｃ、Ｙ、ランタノイド、アクチノイド、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｈｆ、Ｖ、Ｎｂ、Ｔａ、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｗ、Ｍｎ、Ｔｃ、Ｒｅ、Ｆｅ、Ｒｕ、Ｏｓ、Ｃｏ、Ｒｈ、Ｉｒ、Ｎｉ、Ｐｂ、Ｐｔ、Ｃｕ、Ａｇ、及びＡｕから選択されるいずれかである遷移金属酸化物、遷移金属硫化物、及び遷移金属窒化物を含む、遷移金属酸化物、遷移金属硫化物、遷移金属窒化物、リチウム遷移金属酸化物、リチウム遷移金属硫化物、リチウム遷移金属窒化物、ＬｉＣｏＯ２、ＬｉＮｉ０．５Ｍｎ１．５Ｏ４、Ｌｉ（ＮｉｘＣｏｙＡｌｚ）Ｏ２、ＬｉＦｅＰＯ４、Ｌｉ２ＭｎＯ４、Ｖ２Ｏ５、モリブデン酸硫化物、リン酸塩、ケイ酸塩、バナジウム塩、硫黄、硫黄化合物、酸素（空気）、Ｌｉ（ＮｉｘＭｎｙＣｏｚ）Ｏ２、金属酸化物若しくは金属リン酸塩を含むリチウム含有化合物、リチウム、コバルト、及び酸素を含む化合物（例えば、ＬｉＣｏＯ２）、リチウム、マンガン、及び酸素を含む化合物（例えば、ＬｉＭｎ２Ｏ４）、リチウム鉄及びリン酸塩を含む化合物（例えば、ＬｉＦｅＰＯ）、リチウムマンガン酸化物、リチウムコバルト酸化物、リチウムニッケル酸化物、リン酸鉄リチウム、リチウムコバルト酸化物（ＬｉＣｏＯ２）、リチウムニッケル酸化物（ＬｉＮｉＯ２）、１つ以上の遷移金属を有する置換化合物、リチウムマンガン酸化物、Ｌｉ１＋ｘＭｎ２－ｘＯ４（式中、ｘは、０～０．３３である）、ＬｉＭｎＯ３、ＬｉＭｎ２Ｏ３、ＬｉＭｎＯ２、リチウム銅酸化物（Ｌｉ２ＣｕＯ２）、バナジウム酸化物、ＬｉＶ３Ｏ８、ＬｉＦｅ３Ｏ４、Ｖ２Ｏ５、Ｃｕ２Ｖ２Ｏ７、ＬｉＮｉ１－ｘＭｘＯ２の化学式（式中、Ｍ＝Ｃｏ、Ｍｎ、Ａｌ、Ｃｕ、Ｆｅ、Ｍｇ、Ｂ、又はＧａ、及びｘ＝０．０１～０．３）によって表されるＮｉサイト型リチウムニッケル酸化物、ＬｉＭｎ２－ｘＭｘＯ２の化学式（式中、Ｍ＝Ｃｏ、Ｎｉ、Ｆｅ、Ｃｒ、Ｚｎ、又はＴａ、及びｘ＝０．０１～０．１）によって表されるリチウムマンガン複合酸化物、Ｌｉ２Ｍｎ３ＭＯ８（式中、Ｍ＝Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｃｕ、又はＺｎ）、Ｌｉの一部分がアルカリ土類金属イオンで置換されたＬｉＭｎ２Ｏ４、二硫化物化合物、Ｆｅ２（ＭｏＯ４）３、化学式２のオリビン結晶構造を有するリチウム金属リン酸塩：Ｌｉ１＋ａＦｅ１－ｘＭ’ｘ（ＰＯ４－ｂ）Ｘｂ（式中、Ｍ’は、Ａｌ、Ｍｇ、Ｎｉ、Ｃｏ、Ｍｎ、Ｔｉ、Ｇａ、Ｃｕ、Ｖ、Ｎｂ、Ｚｒ、Ｃｅ、Ｉｎ、Ｚｎ、及びＹから選択される少なくとも１つであり、Ｘは、Ｆ、Ｓ、及びＮから選択される少なくとも１つであり、－０．５≦ａ≦＋０．５、０≦ｘ≦０．５、及び０≦ｂ≦０．１）、ＬｉＦｅＰＯ４、Ｌｉ（Ｆｅ，Ｍｎ）ＰＯ４、Ｌｉ（Ｆｅ，Ｃｏ）ＰＯ４、Ｌｉ（Ｆｅ，Ｎｉ）ＰＯ４、ＬｉＣｏＯ２、ＬｉＮｉＯ２、ＬｉＭｎＯ２、ＬｉＭｎ２Ｏ４、ＬｉＮｉ１－ｙＣｏｙＯ２、ＬｉＣｏ１－ｙＭｎｙＯ２、ＬｉＮｉ１－ｙＭｎｙＯ２（０≦ｙ≦１）、Ｌｉ（ＮｉａＣｏｂＭｎｃ）Ｏ４（０＜ａ＜２、０＜ｂ＜２、０＜ｃ＜２、及びａ＋ｂ＋ｃ＝２）、ＬｉＭｎ２－ｚＮｉｚＯ４、ＬｉＭｎ２－ｚＣｏｚＯ４（０＜ｚ＜２）、ＬｉＣｏＰＯ４及びＬｉＦｅＰＯ４、元素硫黄（Ｓ８）、硫黄系化合物、Ｌｉ２Ｓｎ（ｎ≧１）、有機硫黄化合物、炭素－硫黄ポリマー（（Ｃ２Ｓｘ）ｎ：ｘ＝２．５～５０、ｎ≧２）、リチウム及びジルコニウムの酸化物、リチウムと金属（コバルト、マンガン、ニッケル、又はそれらの組み合わせ）との複合酸化物、ＬｉａＡ１－ｂＭｂＤ２（式中、０．９０≦ａ≦１、及び０≦ｂ≦０．５）、ＬｉａＥ１－ｂＭｂＯ２－ｃＤｃ（式中、０．９０≦ａ≦１、０≦ｂ≦０．５、及び０≦ｃ≦０．０５）、ＬｉＥ２－ｂＭｂＯ４－ｃＤｃ（式中、０≦ｂ≦０．５、及び０≦ｃ≦０．０５）、ＬｉａＮｉ１－ｂ－ｃＣｏｂＭｃＤａ（式中、０．９０≦ａ≦１、０≦ｂ≦０．５、０≦ｃ≦０．０５、及び０＜ａ≦２）、ＬｉａＮｉ１－ｂ－ｃＣｏｂＭｃＯ２－ａＸａ（式中、０．９０≦ａ≦１、０≦ｂ≦０．５、０≦ｃ≦０．０５、及び０＜ａ＜２）、ＬｉａＮｉ１－ｂ－ｃＣｏｂＭｃＯ２－ａＸ２（式中、０．９０≦ａ≦１、０≦ｂ≦０．５、０≦ｃ≦０．０５、及び０＜ａ＜２）、ＬｉａＮｉ１－ｂ－ｃＭｎｂＭｃＤａ（式中、０．９０≦ａ≦１、０≦ｂ≦０．５、０≦ｃ≦０．０５、及び０＜ａ≦２）、ＬｉａＮｉ１－ｂ－ｃＭｎｂＭｃＯ２－ａＸａ（式中、０．９０≦ａ≦１、０≦ｂ≦０．５、０≦ｃ≦０．０５、及び０＜ａ＜２）、ＬｉａＮｉ１－ｂ－ｃＭｎｂＭｃＯ２－ａＸ２（式中、０．９０≦ａ≦１、０≦ｂ≦０．５、０≦ｃ≦０．０５、及び０＜ａ＜２）、ＬｉａＮｉｂＥｃＧｄＯ２（式中、０．９０≦ａ≦１、０≦ｂ≦０．９、０≦ｃ≦０．５、及び０．００１≦ｄ≦０．１）、ＬｉａＮｉｂＣｏｃＭｎｄＧｅＯ２（式中、０．９０≦ａ≦１、０≦ｂ≦０．９、０≦ｃ≦０．５、０≦ｄ≦０．５、及び０．００１≦ｅ≦０．１）、ＬｉａＮｉＧｂＯ２（式中、０．９０≦ａ≦１及び０．００１≦ｂ≦０．１）、ＬｉａＣｏＧｂＯ２（式中、０．９０≦ａ≦１及び０．００１≦ｂ≦０．１）、ＬｉａＭｎＧｂＯ２（式中、０．９０≦ａ≦１及び０．００１≦ｂ≦０．１）、ＬｉａＭｎ２ＧｂＯ４（式中、０．９０≦ａ≦１及び０．００１≦ｂ≦０．１）、ＱＯ２、ＱＳ２、ＬｉＱＳ２、Ｖ２Ｏ５、ＬｉＶ２Ｏ５、ＬｉＸ′Ｏ２、ＬｉＮｉＶＯ４、Ｌｉ（３－ｆ）Ｊ２（ＰＯ４）３（０≦ｆ≦２）、Ｌｉ（３－ｆ）Ｆｅ２（ＰＯ４）３（０≦ｆ≦２）、ＬｉＦｅＰＯ４（Ａは、Ｎｉ、Ｃｏ、Ｍｎ、又はそれらの組み合わせであり、Ｍは、Ａｌ、Ｎｉ、Ｃｏ、Ｍｎ、Ｃｒ、Ｆｅ、Ｍｇ、Ｓｒ、Ｖ、希土類元素、又はそれらの組み合わせであり、Ｄは、Ｏ、Ｆ、Ｓ、Ｐ、又はそれらの組み合わせであり、Ｅは、Ｃｏ、Ｍｎ、又はそれらの組み合わせであり、Ｘは、Ｆ、Ｓ、Ｐ、又はそれらの組み合わせであり、Ｇは、Ａｌ、Ｃｒ、Ｍｎ、Ｆｅ、Ｍｇ、Ｌａ、Ｃｅ、Ｓｒ、Ｖ、又はそれらの組み合わせであり、Ｑは、Ｔｉ、Ｍｏ、Ｍｎ、又はそれらの組み合わせであり、Ｘ’は、Ｃｒ、Ｖ、Ｆｅ、Ｓｃ、Ｙ、又はそれらの組み合わせであり、Ｊは、Ｖ、Ｃｒ、Ｍｎ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｃｕ、又はそれらの組み合わせである）、ＬｉＣｏＯ２、ＬｉＭｎｘＯ２ｘ（ｘ＝１又は２）、ＬｉＮｉ１－ｘＭｎｘＯ２ｘ（０＜ｘ＜１）、ＬｉＮｉ１－ｘ－ｙＣｏｘＭｎｙＯ２（０≦ｘ≦０．５、０≦ｙ≦０．５）、ＦｅＰＯ４、リチウム化合物、リチウムコバルト酸化物、リチウムニッケル酸化物、リチウムニッケルコバルト酸化物、リチウムニッケルコバルトアルミニウム酸化物、リチウムニッケルコバルトマンガン酸化物、リチウムマンガン酸化物、リン酸鉄リチウム、硫化ニッケル、硫化銅、硫黄、酸化鉄、酸化バナジウム、ナトリウム含有材料、化学式ＮａＭ１
ａＯ２（式中、Ｍ１は、少なくとも１つの遷移金属元素であり、０≦ａ＜１）の酸化物、ＮａＦｅＯ２、ＮａＭｎＯ２、ＮａＮｉＯ２、ＮａＣｏＯ２、化学式ＮａＭｎ１－ａＭ１
ａＯ２（式中、Ｍ１は、少なくとも１つの遷移金属元素であり、０≦ａ＜１）によって表される酸化物、Ｎａ［Ｎｉ１／２Ｍｎ１／２］Ｏ２、Ｎａ２／３［Ｆｅ１／２Ｍｎ１／２］Ｏ２、Ｎａ０．４４Ｍｎ１－ａＭ１
ａＯ２（式中、Ｍ１は、少なくとも１つの遷移金属元素であり、０≦ａ＜１）によって表される酸化物、Ｎａ０．７Ｍｎ１－ａＭ１
ａＯ２．０５（式中、Ｍ１は、少なくとも１つの遷移金属元素であり、０≦ａ＜１）によって表される酸化物、ＮａｂＭ２
ｃＳｉ１２Ｏ３０（式中、Ｍ２は、少なくとも１つの遷移金属元素であり、２≦ｂ≦６、及び２≦ｃ≦５）によって表される酸化物、Ｎａ６Ｆｅ２Ｓｉ１２Ｏ３０、Ｎａ２Ｆｅ５Ｓｉ１２Ｏ（式中、Ｍ２は、少なくとも１つの遷移金属元素であり、２≦ｂ≦６、及び２≦ｃ≦５）、ＮａｄＭ３
ｅＳｉ
６Ｏ１８（式中、Ｍ３は、少なくとも１つの遷移金属元素であり、３≦ｄ≦６、及び１≦ｅ≦２）、Ｎａ２Ｆｅ２Ｓｉ６Ｏ１８、Ｎａ２ＭｎＦｅＳｉ６Ｏ１８（式中、Ｍ３は、少なくとも１つの遷移金属元素、３≦ｄ≦６、及び１≦ｅ≦２）、ＮａｆＭ４ ｇＳｉ２Ｏ６（式中、Ｍ４は、遷移金属元素、マグネシウム（Ｍｇ）、及びアルミニウム（Ａｌ）から選択される少なくとも１つの元素であり、１≦ｆ≦２及び１≦ｇ≦２）によって表される酸化物、リン酸塩、Ｎａ２ＦｅＳｉＯ６、ＮａＦｅＰＯ４、Ｎａ３Ｆｅ２（ＰＯ４）３、Ｎａ３Ｖ２（ＰＯ４）３、Ｎａ４Ｃｏ３（ＰＯ４）２Ｐ２Ｏ７、ホウ酸塩、ＮａＦｅＢＯ４若しくはＮａ３Ｆｅ２（ＢＯ４）３、フッ化物、ＮａｈＭ５Ｆ６（式中、Ｍ５は、少なくとも１つの遷移金属元素であり、２≦ｈ≦３）、Ｎａ３ＦｅＦ６、Ｎａ２ＭｎＦ６、フルオロリン酸塩、Ｎａ３Ｖ２（ＰＯ４）２Ｆ３、Ｎａ３Ｖ２（ＰＯ４）２ＦＯ２、ＮａＭｎＯ２、Ｎａ［Ｎｉ１／２Ｍｎ１／２］Ｏ２、Ｎａ２／３［Ｆｅ１／２Ｍｎ１／２］Ｏ２、Ｎａ３Ｖ２（ＰＯ４）３、Ｎａ４Ｃｏ３（ＰＯ４）２Ｐ２Ｏ７、Ｎａ３Ｖ２（ＰＯ４）２Ｆ３、及び／又はＮａ３Ｖ２（ＰＯ４）２ＦＯ２、並びに上記の任意の複合酸化物及び／又は他の組み合わせのうちの少なくとも１つを含むカソード活物質を含む、先行実施形態のいずれか１つに記載の電極アセンブリ又は二次電池。
６Ｏ１８（式中、Ｍ３は、少なくとも１つの遷移金属元素であり、３≦ｄ≦６、及び１≦ｅ≦２）、Ｎａ２Ｆｅ２Ｓｉ６Ｏ１８、Ｎａ２ＭｎＦｅＳｉ６Ｏ１８（式中、Ｍ３は、少なくとも１つの遷移金属元素、３≦ｄ≦６、及び１≦ｅ≦２）、ＮａｆＭ４ ｇＳｉ２Ｏ６（式中、Ｍ４は、遷移金属元素、マグネシウム（Ｍｇ）、及びアルミニウム（Ａｌ）から選択される少なくとも１つの元素であり、１≦ｆ≦２及び１≦ｇ≦２）によって表される酸化物、リン酸塩、Ｎａ２ＦｅＳｉＯ６、ＮａＦｅＰＯ４、Ｎａ３Ｆｅ２（ＰＯ４）３、Ｎａ３Ｖ２（ＰＯ４）３、Ｎａ４Ｃｏ３（ＰＯ４）２Ｐ２Ｏ７、ホウ酸塩、ＮａＦｅＢＯ４若しくはＮａ３Ｆｅ２（ＢＯ４）３、フッ化物、ＮａｈＭ５Ｆ６（式中、Ｍ５は、少なくとも１つの遷移金属元素であり、２≦ｈ≦３）、Ｎａ３ＦｅＦ６、Ｎａ２ＭｎＦ６、フルオロリン酸塩、Ｎａ３Ｖ２（ＰＯ４）２Ｆ３、Ｎａ３Ｖ２（ＰＯ４）２ＦＯ２、ＮａＭｎＯ２、Ｎａ［Ｎｉ１／２Ｍｎ１／２］Ｏ２、Ｎａ２／３［Ｆｅ１／２Ｍｎ１／２］Ｏ２、Ｎａ３Ｖ２（ＰＯ４）３、Ｎａ４Ｃｏ３（ＰＯ４）２Ｐ２Ｏ７、Ｎａ３Ｖ２（ＰＯ４）２Ｆ３、及び／又はＮａ３Ｖ２（ＰＯ４）２ＦＯ２、並びに上記の任意の複合酸化物及び／又は他の組み合わせのうちの少なくとも１つを含むカソード活物質を含む、先行実施形態のいずれか１つに記載の電極アセンブリ又は二次電池。
【0152】
実施形態５７。カソード活物質が、遷移金属酸化物、遷移金属硫化物、遷移金属窒化物、遷移金属リン酸塩、及び遷移金属窒化物のうちの少なくとも１つを含むカソード活物質を含む、実施形態５６に記載の電極アセンブリ又は二次電池。
【0153】
実施形態５８。カソード活物質が、リチウムを含有する遷移金属酸化物と、コバルト及びニッケルのうちの少なくとも１つと、を含む、実施形態５６又は５７に記載の電極アセンブリ又は二次電池。
【0154】
実施形態５９。電極構造の群の構成単位が、銅、ニッケル、アルミニウム、ステンレス鋼、チタン、パラジウム、焼成炭素、か焼炭素、インジウム、鉄、マグネシウム、コバルト、ゲルマニウム、リチウム、銅若しくはステンレス鋼の表面処理材料（炭素、ニッケル、チタン、銀、アルミニウム－カドミウム合金、及び／又はそれらの合金を有する）のうちの少なくとも１つを含むアノード集電体を備える、先行実施形態のいずれか１つに記載の電極アセンブリ又は二次電池。
【0155】
実施形態６０。電極構造の群の構成単位が、銅、ニッケル、ステンレス鋼、及びそれらの合金のうちの少なくとも１つを含むアノード集電体を備える、実施形態５９に記載の電極アセンブリ又は二次電池。
【0156】
実施形態６１。対向電極構造が、ステンレス鋼、アルミニウム、ニッケル、チタン、焼成炭素、焼結炭素、アルミニウム又はステンレス鋼の表面処理材料（炭素、ニッケル、チタン、銀、又はそれらの合金を有する）のうちの少なくとも１つを含むカソード集電体を備える、先行実施形態のいずれか１つに記載の電極アセンブリ又は二次電池。
【0157】
実施形態６２。カソード集電体が、ステンレス鋼、アルミニウム、ニッケル、チタン、焼成炭素、焼結炭素、アルミニウム又はステンレス鋼の表面処理材料（炭素、銀、又はそれらの合金を有する）のうちの少なくとも１つを含む、実施形態６１のいずれか１つに記載の電極アセンブリ又は二次電池。
【0158】
実施形態６３。カソード集電体が、アルミニウムを含む、実施形態６１又は６２に記載の電極アセンブリ又は二次電池。
【0159】
実施形態６４。制約システムの第１の接続部材及び第２の接続部材が、ステンレス鋼、チタン、又はガラス繊維複合材料のうちのいずれかを含む、先行実施形態のいずれか１つに記載の電極アセンブリ又は二次電池。
【0160】
実施形態６５。制約システムの第１の接続部材及び第２の接続部材が、ステンレス鋼を含む、実施形態６４に記載の電極アセンブリ又は二次電池。
【0161】
実施形態６６。制約システムの第１の接続部材及び第２の接続部材が、第１の接続部材及び第２の接続部材の内面及び外面上に絶縁材料のコーティングを含む、先行実施形態のいずれか１つに記載の電極アセンブリ又は二次電池。
【0162】
実施形態６７。電極アセンブリが、少なくとも５つの電極構造及び少なくとも５つの対向電極構造を備える、先行実施形態のいずれか１つに記載の電極アセンブリ又は二次電池。
【0163】
実施形態６８。電極アセンブリが、少なくとも１０個の電極構造及び少なくとも１０個の対向電極構造を備える、先行実施形態のいずれか１つに記載の電極アセンブリ又は二次電池。
【0164】
実施形態６９。電極アセンブリが、少なくとも５０個の電極構造及び少なくとも５０個の対向電極構造を備える、先行実施形態のいずれか１つに記載の電極アセンブリ又は二次電池。
【0165】
実施形態７０。電極アセンブリが、少なくとも１００個の電極構造及び少なくとも１００個の対向電極構造を備える、先行実施形態のいずれか１つに記載の電極アセンブリ又は二次電池。
【0166】
実施形態７１。電極アセンブリが、少なくとも５００個の電極構造及び少なくとも５００個の対向電極構造を備える、先行実施形態のいずれか１つに記載の電極アセンブリ又は二次電池。
【0167】
実施形態７２。先行実施形態のいずれか１つに記載の二次電池又は電極アセンブリを製造するプロセスであって、（ａ）電極構造の群と、対向電極構造の群と、電極群及び対向電極群の構成単位を電気的に分離する電気絶縁セパレータ材料の群と、を、積層構成で積層することと、（ｂ）電気絶縁性の熱可塑性のホットメルト接着剤を含む接着フィルムのうちの少なくとも１つの第１の面を、制約システムの第１の接続部材又は第２の接続部材の上側内面又は下側内面と接触させて配置することと、（ｃ）電極群又は対向電極群の構成単位のサブセットの上側端面又は下側端面を、少なくとも１つの接着フィルムの第２の面と接触させて配置することと、（ｄ）少なくとも１つの接着フィルムを加熱によって少なくとも部分的に溶融又は軟化させて、電極群又は対向電極群の構成単位のサブセットを第１の接続部材及び第２の接続部材に接着させることと、を含む、プロセス。
【0168】
実施形態７３。第１の接着フィルムが、第１の接続部材の上側内面を、電極群又は対向電極群の構成単位のサブセットの上側端面に接着させ、第２の接着フィルムが、第２の接続部材の下側内面を、電極群又は対向電極群の構成単位のサブセットの下側端面に接着させる、実施形態７２に記載のプロセス。
【0169】
実施形態７４。少なくとも１つの接着フィルムを切断して、所定のパターンを有するフィルム切り欠きを形成し、フィルム切り欠きを第１の接続部材及び第２の接続部材の上側内面及び下側内面に張り付けることを更に含む、実施形態７２又は７３に記載のプロセス。
【0170】
実施形態７５。第１の接続部材及び第２の接続部材、並びに電極構造及び対向電極構造の群の構成単位のサブセットのうちの１つ以上に圧力を加えて、接着を容易にすることを更に含む、実施形態７２～７４のいずれか１つに記載のプロセス。
【0171】
実施形態７６。少なくとも３ｐｓｉの圧力を加えることを含む、実施形態７５に記載のプロセス。
【0172】
実施形態７７。少なくとも１つの接着フィルムが、押出、キャストフィルム又はブローフィルム法によって提供される、実施形態７２～７６のいずれか１つに記載のプロセス。
【0173】
実施形態７８。少なくとも１つの接着フィルムが、レーザ又はダイを使用してフィルム切り欠きに切断される、実施形態７２～７７のいずれか１つに記載のプロセス。
【0174】
実施形態７９。少なくとも１つの接着フィルムが、第１の接続部材及び第２の接続部材の上側内面及び下側内面の形状に形状追従するフィルム切り欠きに切断される、実施形態７２～７８のいずれか１つに記載のプロセス。
【0175】
実施形態８０。第１の接続部材及び第２の接続部材が、それぞれの部材の垂直厚さを貫いて形成された開口部を備え、接着フィルム切り欠きを、開口部に隣接する第１の接続部材及び第２の接続部材の内面の接合領域に沿って配置することを含む、実施形態７９に記載のプロセス。
【0176】
実施形態８１。電極構造の群の構成単位が、垂直方向に反対側にある上側端面及び下側端面を有する電極集電体を備え、対向電極構造の群の構成単位が、垂直方向に反対側にある上側端面及び下側端面を有する対向電極集電体を備え、接着フィルム切り欠きを、電極群又は対向電極群の構成単位のサブセットの電極集電体又は対向電極集電体の垂直端面と接触させて配置することを含む、実施形態７２～８０のいずれか１つに記載のプロセス。
【0177】
実施形態８２。少なくとも１つの接着フィルムを、第１の接続部材又は第２の接続部材、及び電極群又は対向電極群の構成単位のサブセットと接触させる前、間、又は後に、接着フィルムを少なくとも７５℃、かつ１３０℃以下の温度に加熱することを含む、実施形態７２～８１のいずれか１つに記載のプロセス。
【0178】
実施形態８３。ＡＳＴＭ Ｄ１２３８に従って測定される電気絶縁性の熱可塑性のホットメルト接着剤の溶融指数値が、少なくとも２０～３５０以下の範囲にある、実施形態１～３及び５～８２のいずれか１つに記載の電極アセンブリ、二次電池、又はプロセス。
【0179】
参照による組み込み
本明細書で言及される全ての刊行物及び特許は、各個々の刊行物又は特許が、参照により組み込まれることが具体的かつ個々に示されているかのように、あらゆる目的で、参照によりそれらの全体が本明細書に組み込まれる。矛盾する場合、本明細書におけるあらゆる定義を含む本出願が優先する。
本明細書で言及される全ての刊行物及び特許は、各個々の刊行物又は特許が、参照により組み込まれることが具体的かつ個々に示されているかのように、あらゆる目的で、参照によりそれらの全体が本明細書に組み込まれる。矛盾する場合、本明細書におけるあらゆる定義を含む本出願が優先する。
【0180】
均等物
特定の実施形態が論じられているが、上記の明細書は、例示的であり、限定的ではない。多くの変形例が、本明細書の検討時に当業者に明らかになるであろう。本発明の全範囲は、請求項をそれらの均等物の全範囲とともに、及び本明細書をそのような変形例とともに参照することによって決定されるべきである。
特定の実施形態が論じられているが、上記の明細書は、例示的であり、限定的ではない。多くの変形例が、本明細書の検討時に当業者に明らかになるであろう。本発明の全範囲は、請求項をそれらの均等物の全範囲とともに、及び本明細書をそのような変形例とともに参照することによって決定されるべきである。
【0181】
別途示されない限り、本明細書及び請求項で使用される原料の量、反応条件などを表す全ての数は、全ての例において「約」という用語によって修飾されているものとして理解されるべきである。したがって、別途逆の意味が示されない限り、この明細書及び添付の請求項に記載の数値パラメータは、得ることが求められる所望の特性に応じて変動し得る近似値である。
【図1A】
【図1B】
【図1C】
【図1D】
【図2】
【図3A】
【図3B】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7A】
【図7B】
【図7C】
【図8A】
【図8B】
【図8C】
【図8D】
【図8E】
【図9A】
【図9B】
【図9C】
【図9D】
【図9E】
【図10A】
【図10B】
【図10C】
【図10D】
【図10E】
【国際調査報告】