特表2024-526097電気化学バッテリエンクロージャの保護を提供するためのスペーサ、並びにそのためのシステム及び方法
(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】2024-07-17
(54)【発明の名称】電気化学バッテリエンクロージャの保護を提供するためのスペーサ、並びにそのためのシステム及び方法
(51)【国際特許分類】
H01M 50/463 20210101AFI20240709BHJP
H01M 50/434 20210101ALI20240709BHJP
H01M 50/443 20210101ALI20240709BHJP
H01M 50/426 20210101ALI20240709BHJP
H01M 50/417 20210101ALI20240709BHJP
H01M 50/42 20210101ALI20240709BHJP
H01M 50/414 20210101ALI20240709BHJP
H01M 50/429 20210101ALI20240709BHJP
H01M 10/058 20100101ALI20240709BHJP
【ＦＩ】
H01M50/463 Z
H01M50/434
H01M50/443 M
H01M50/426
H01M50/417
H01M50/42
H01M50/414
H01M50/429
H01M10/058
【審査請求】未請求
【予備審査請求】未請求
(21)【出願番号】P 2023577456
(86)(22)【出願日】2022-06-13
(85)【翻訳文提出日】2024-01-24
(86)【国際出願番号】 US2022033222
(87)【国際公開番号】W WO2022265975
(87)【国際公開日】2022-12-22
(31)【優先権主張番号】63/210,773
(32)【優先日】2021-06-15
(33)【優先権主張国・地域又は機関】US
(81)【指定国・地域】
【公序良俗違反の表示】
（特許庁注：以下のものは登録商標）
１．ＫＥＶＬＡＲ
(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】100112911
【弁理士】
【氏名又は名称】中野 晴夫
(72)【発明者】
【氏名】ブザッカ，ロバート エス
(72)【発明者】
【氏名】マンダラム，アディディア
(72)【発明者】
【氏名】バック，ジェフリー グレン
(72)【発明者】
【氏名】カルカテラ，アンソニー
(72)【発明者】
【氏名】リー，キム ハン
(72)【発明者】
【氏名】ケンドレカル，プラジャニヤ スニル
【テーマコード（参考）】
5H021
5H029
【Ｆターム（参考）】
5H021CC03
5H021CC09
5H021EE02
5H021EE03
5H021EE04
5H021EE06
5H021EE08
5H021EE10
5H021EE11
5H021EE15
5H021EE21
5H021HH03
5H029AJ12
5H029AM02
5H029AM03
5H029AM04
5H029AM05
5H029AM07
5H029DJ04
5H029EJ12
5H029HJ04
(57)【要約】
二次バッテリは、制約内に配設された電極アセンブリを含む。電極アセンブリは、積重された連続に、電極電流コレクタ層、電極層、セパレータ層、対向電極層、及び対向電極電流コレクタ層を備えるユニットセルの集団を備える。ユニットセル集団のサブセットは、電極電流コレクタ層と対向電極電流コレクタ層との間に延伸されたスペーサ部材を含む。スペーサ部材のうちの１つは、他の延伸されたスペーサ部材から横方向に離間され、対向電極層の対向電極活性材料の少なくとも一部分は、対向電極活性材料の一部分及びスペーサ部材が、ｘ軸及びｚ軸によって画定される共通平面にあるように、スペーサ部材の間に位置し、延伸されたスペーサ部材の各々は、制約のｘ軸縁部を超えてｘ軸方向に距離ＳＤだけ延伸する。
【特許請求の範囲】
【請求項1】
充電状態と放電状態との間を循環するための二次バッテリであって、前記バッテリが、制約と、前記制約内に配設された電極アセンブリと、を備え、前記電極アセンブリが、それぞれ、三次元デカルト座標系のｘ、ｙ及びｚ軸に対応する相互に鉛直な横軸、長手方向軸、及び垂直軸を有し、
前記電極アセンブリが、長手方向に連続して積重された電極電流コレクタ、電極層、セパレータ層、対向電極層、及び対向電極電流コレクタ層を備える、ユニットセルの集団を備え、
前記電極層が、電極活性材料を含み、前記対向電極層が、対向電極活性材料を含み、前記電極活性材料及び前記対向電極材料の一方が、陰極活性材料であり、前記電極活性材料及び前記対向電極材料の他方が、陽極活性材料であり、
前記ユニットセル集団のサブセットが、前記電極電流コレクタ層と前記対向電極電流コレクタ層との間の前記積重された連続に位置する一対の延伸されたスペーサ部材を更に備え、前記スペーサ部材のうちの一方が、他方の延伸されたスペーサ部材から横方向に離間され、前記対向電極層の前記対向電極活性材料の少なくとも一部分が、前記対向電極活性材料の前記一部分及び前記スペーサ部材が、前記ｘ軸及びｚ軸によって画定される共通平面にあるように、前記スペーサ部材の間に位置し、前記延伸されたスペーサ部材の各々が、前記制約のｘ軸縁部を超えて前記ｘ軸方向に距離ＳＤだけ延伸する、二次バッテリ。
【請求項2】
前記距離ＳＤが、最大４ｍｍである、請求項１に記載の二次バッテリ。
【請求項3】
前記延伸されたスペーサ部材が、前記ｘ軸方向に延伸する長さを有し、前記スペーサ部材の前記長さが、３０００μｍ以下である、請求項１に記載の二次バッテリ。
【請求項4】
前記延伸されたスペーサ部材が、前記セパレータ層と前記電極層との間に配設される、請求項１に記載の二次バッテリ。
【請求項5】
前記延伸されたスペーサ部材が、前記セパレータ層と前記電極電流コレクタ層との間に配設される、請求項１に記載の二次バッテリ。
【請求項6】
前記延伸されたスペーサ部材が、前記セパレータと前記対向電極層との間に配設される、請求項１に記載の二次バッテリ。
【請求項7】
前記延伸されたスペーサ部材が、前記セパレータ層と前記対向電極電流コレクタ層との間に配設される、請求項１に記載の二次バッテリ。
【請求項8】
前記延伸されたスペーサ部材が、前記電極電流コレクタ層、前記電極層、前記セパレータ層、前記対向電極層、及び前記対向電極電流コレクタ層のうちの少なくとも１つに接着される、請求項１に記載の二次バッテリ。
【請求項9】
前記延伸されたスペーサ部材が、前記電極電流コレクタ層に接着される、請求項８に記載の二次バッテリ。
【請求項10】
前記延伸されたスペーサ部材が、前記電極層に接着される、請求項８に記載の二次バッテリ。
【請求項11】
前記延伸されたスペーサ部材が、前記セパレータ層に接着される、請求項８に記載の二次バッテリ。
【請求項12】
前記延伸されたスペーサ部材が、前記対向電極電流コレクタ層に接着される、請求項８に記載の二次バッテリ。
【請求項13】
前記延伸されたスペーサ部材が、電気絶縁材料を含む、請求項１に記載の二次バッテリ。
【請求項14】
前記延伸されたスペーサ部材が、グラファイト又はグラフェンを含む、請求項１に記載の二次バッテリ。
【請求項15】
前記延伸されたスペーサ部材が、ポリマー材料を含む、請求項１に記載の二次バッテリ。
【請求項16】
前記延伸されたスペーサ部材が、ホモポリマー、コポリマー、又はポリマーブレンドを含む、請求項１に記載の二次バッテリ。
【請求項17】
前記延伸されたスペーサ部材が、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、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、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、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、ポリアクリトリル、ポリフッ化ビニリデンポリアクリロニトリル、ポリエチレンオキシ、アクリレート、スチレン、エポキシ、シリコーン、ポリフッ化ビニリデン－ヘキサフルオロプロピレン、ポリフッ化ビニリデン－トリクロロエチレン、ポリメチルアクリレート、ポリエチルアクリノール、ポリエチルビニルエチル、ポリエチルエチレネート、ポリエチルエチル、ポリエチレンオキシド、酢酸セルロース、酢酸酪酸セルロース、酢酸プロピオン酸セルロース、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－ブタジエンコポリマー、ポリイミド、ポリフッ化ビニリデン－ヘキサフルオロプロピレン、ポリフッ化ビニリデン－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、ポリ酢酸ビニル、エチレン酢酸ビニルコポリマー、ポリエチレンオキシド、酢酸セルロース、酢酸酪酸セルロース、酢酸プロピオン酸セルロース、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コポリマー、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、ポリフェニレンオキシド、ポリフェニレンサルファイド、ポリエチレンナフタレン、及び／又はこれらの組み合わせ若しくは共重合体を含有するモノマーから誘導されるフルオロポリマーを含む、請求項１に記載の二次バッテリ。
【請求項18】
前記延伸されたスペーサ部材が、フルオロポリマーを含む、請求項１に記載の二次バッテリ。
【請求項19】
前記延伸されたスペーサ部材が、ポリオレフィンを含む、請求項１に記載の二次バッテリ。
【請求項20】
前記延伸されたスペーサ部材が、ポリエチレン、ポリプロピレン、及びポリブテンのホモポリマー、コポリマー、及びポリマーブレンドからなる群から選択されるポリオレフィンを含む、請求項１に記載の二次バッテリ。
【請求項21】
前記延伸されたスペーサ部材が、ポリエチレン又はポリプロピレンを含む、請求項１に記載の二次バッテリ。
【請求項22】
前記延伸されたスペーサ部材が、前記ｘ軸方向に測定された前記電極層の全長よりも大きい全長を有する、請求項１に記載の二次バッテリ。
【請求項23】
二次バッテリとともに使用するためのバッテリアセンブリを製造する方法であって、前記バッテリアセンブリが、三次元デカルト座標系のｘ、ｙ、及びｚ軸にそれぞれ対応する相互に鉛直な横軸、長手方向軸、及び垂直軸を有し、前記方法が、電極電流コレクタ層、電極層、セパレータ層、対向電極層、及び対向電極電流コレクタ層を前記長手方向に連続して積重することによって、ユニットセルを準備することであって、前記電極層が、電極活性材料を含み、前記対向電極層が、対向電極活性材料を含み、前記電極活性材料及び前記対向電極材料の一方が、陰極活性材料であり、前記電極活性材料及び前記対向電極材料の他方が、陽極活性材料である、準備することと、
前記電極電流コレクタ層と前記対向電極電流コレクタ層との間の前記積重された連続に延伸されたスペーサ部材の集団を配置することであって、前記延伸されたスペーサ部材のうちの１つが、他のスペーサ部材から前記ｙ軸方向に離間され、前記延伸されたスペーサ部材の前記ｘ軸範囲が、前記ユニットセルの前記ｘ軸範囲よりも大きい距離ＳＤである、配置することと、を含む、方法。
【請求項24】
前記距離ＳＤが、最大４ｍｍである、請求項２３に記載の方法。
【請求項25】
前記延伸されたスペーサ部材が、制約の縁部から前記距離ＳＤだけ延伸するように、前記ユニットセルを前記制約内に配置することを更に含む、請求項２３に記載の方法。
【請求項26】
二次バッテリ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、三次元デカルト座標系のｘ、ｙ、及びｚ軸にそれぞれ対応する相互に鉛直な横軸、長手方向軸、及び垂直軸を有し、前記電極アセンブリが、電極電流コレクタ層、電極層、セパレータ層、対向電極層、及び対向電極電流コレクタ層を前記長手方向に連続して備えるユニットセルであって、前記電極層が、電極活性材料を含み、前記対向電極層が、対向電極活性材料を含み、前記電極活性材料及び前記対向電極材料の一方が、陰極活性材料であり、前記電極活性材料及び前記対向電極材料の他方が、陽極活性材料である、ユニットセルと、
前記電極電流コレクタ層と前記対向電極電流コレクタ層との間の延伸されたスペーサ部材の集団であって、前記延伸されたスペーサ部材のうちの１つが、前記他のスペーサ部材から前記ｙ軸方向に離間され、前記延伸されたスペーサ部材の前記ｘ軸範囲が、前記ユニットセルの前記ｘ軸範囲よりも大きい距離ＳＤである、延伸されたスペーサ部材の集団と、を備える、電極アセンブリ。
【請求項27】
前記距離ＳＤが、最大４ｍｍである、請求項２６に記載の電極アセンブリ。
【請求項28】
前記ユニットセルが、前記延伸されたスペーサ部材が制約の縁部から前記距離ＳＤだけ延伸するように、前記制約内に配設される、請求項２６に記載の電極アセンブリ。
【請求項29】
二次バッテリのための電極アセンブリを製造する方法であって、前記電極アセンブリが、三次元デカルト座標系のｘ、ｙ、及びｚ軸にそれぞれ対応する相互に鉛直な横軸、長手方向軸、及び垂直軸を有し、前記方法が、電極電流コレクタ層、電極層、セパレータ層、対向電極層、及び対向電極電流コレクタ層を前記長手方向に連続して積重することによってユニットセルを準備することであって、前記電極層が、電極活性材料を含み、前記対向電極層が、対向電極活性材料を含み、前記電極活性材料及び前記対向電極材料の一方が、陰極活性材料であり、前記電極活性材料及び前記対向電極材料の他方が、陽極活性材料である、準備することと、
前記電極電流コレクタ層と前記対向電極電流コレクタ層との間に延伸されたスペーサ部材の集団を配置することであって、前記延伸されたスペーサ部材のうちの１つが、前記他のスペーサ部材から前記ｙ軸方向に離間される、配置することと、
前記延伸されたスペーサ部材の前記ｘ軸の範囲が、制約の前記ｘ軸の範囲よりも大きい距離ＳＤであるように、前記ユニットセルを前記制約内に配置することと、を含む、方法。
【請求項30】
前記距離ＳＤが、最大４ｍｍである、請求項２９に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本開示の分野は、概して、バッテリ技術などのエネルギー貯蔵技術に関する。より具体的には、本開示の分野は、バッテリエンクロージャの保護を提供するためのスペーサ、そのためのシステム及び方法に関する。
【背景技術】
【0002】
リチウムベースの二次バッテリは、その比較的高いエネルギー密度、電力、及び貯蔵寿命により、望ましいエネルギー源となっている。リチウム二次バッテリの実施例としては、リチウムイオンバッテリ及びリチウムポリマーバッテリなどの非水バッテリが挙げられる。
【0003】
バッテリ、燃料電池、及び電気化学コンデンサなどの既知のエネルギー貯蔵デバイスは、典型的には、平面又はらせん巻き（すなわち、ゼリーロール）積層構造などの二次元層状アーキテクチャを有し、各積層の表面積は、その幾何学的フットプリントにほぼ等しい（多孔率及び表面粗さを無視する）。
【0004】
三次元二次バッテリは、層状二次バッテリと比較して、容量及び寿命を増加させ得る。しかしながら、そのような三次元二次バッテリの製作は、製造及びコストの課題を提示する。
【0005】
いくつかの二次バッテリの製造プロセス中に、エンクロージャが内部コンポーネントの上に配置される。いくつかの場合では、エンクロージャは、内部コンポーネントの縁部と接触し、エンクロージャに摩耗又は破裂を引き起こし、これは、バッテリの性能を低下させ得るか、最悪の場合、バッテリの故障又は短絡状態を引き起こし得る。したがって、公知の技術分野の問題に対処しながら、二次バッテリを製作することが望ましいであろう。
【発明の概要】
【0006】
一実施形態では、充電状態と放電状態との間を循環するための二次バッテリが開示される。バッテリは、制約と、制約内に配設された電極アセンブリと、を備え、電極アセンブリは、それぞれ、三次元デカルト座標系のｘ、ｙ及びｚ軸に対応する相互に鉛直な横軸、長手方向軸、及び垂直軸を有し、電極アセンブリは、長手方向に連続して積重された電極電流コレクタ層、電極層、セパレータ層、対向電極層、及び対向電極電流コレクタ層を備えるユニットセルの集団を備え、電極層は、電極活性材料を含み、対向電極層は、対向電極活性材料を含み、電極活性材料及び対向電極材料の一方は、陰極活性材料であり、電極活性材料及び対向電極材料の他方は、陽極活性材料であり、ユニットセル集団のサブセットは、電極電流コレクタ層と対向電極電流コレクタ層との間の積重された連続に位置する一対の延伸されたスペーサ部材を更に備え、スペーサ部材のうちの一方は、他方の延伸されたスペーサ部材から横方向に離間され、対向電極層の対向電極活性材料の少なくとも一部分は、対向電極活性材料の一部分及びスペーサ部材が、ｘ軸及びｚ軸によって画定される共通平面にあるように、スペーサ部材の間に位置し、延伸されたスペーサ部材の各々は、制約のｘ軸縁部を超えてｘ軸方向に距離ＳＤだけ延伸する。
【0007】
別の実施形態では、二次バッテリとともに使用するためのバッテリアセンブリを製造する方法が、開示される。バッテリアセンブリは、それぞれ、三次元デカルト座標系のｘ、ｙ及びｚ軸に対応する相互に鉛直な横軸、長手方向軸、及び垂直軸を有する。方法は、電極電流コレクタ層、電極層、セパレータ層、対向電極層、及び対向電極電流コレクタ層を長手方向に連続して積重することによって、ユニットセルを準備することであって、電極層が、電極活性材料を含み、対向電極層が、対向電極活性材料を含み、電極活性材料及び対向電極材料の一方が、陰極活性材料であり、電極活性材料及び対向電極材料の他方が、陽極活性材料である、準備することと、電極電流コレクタ層と対向電極電流コレクタ層との間の積重された連続に延伸されたスペーサ部材の集団を配置することであって、延伸されたスペーサ部材のうちの１つが、他のスペーサ部材からｙ軸方向に離間され、延伸されたスペーサ部材のｘ軸範囲が、ユニットセルのｘ軸範囲よりも大きい距離ＳＤである、配置することと、を含む。
【0008】
また別の実施形態では、二次バッテリ用の電極アセンブリは、三次元デカルト座標系のｘ、ｙ、及びｚ軸にそれぞれ対応する相互に鉛直な横軸、長手方向軸、及び垂直軸を有する。電極アセンブリは、電極電流コレクタ層、電極層、セパレータ層、対向電極層、及び対向電極電流コレクタ層を長手方向に連続して備えるユニットセルであって、電極層が、電極活性材料を含み、対向電極層が、対向電極活性材料を含み、電極活性材料及び対向電極材料の一方が、陰極活性材料であり、電極活性材料及び対向電極材料の他方が、陽極活性材料である、ユニットセルと、電極電流コレクタ層と対向電極電流コレクタ層との間の延伸されたスペーサ部材の集団であって、延伸されたスペーサ部材のうちの１つが、他のスペーサ部材からｙ軸方向に離間され、延伸されたスペーサ部材のｘ軸範囲が、ユニットセルのｘ軸範囲よりも大きい距離ＳＤである、延伸されたスペーサ部材の集団と、を備える。
【0009】
更に別の実施形態では、二次バッテリ用の電極アセンブリを製造する方法が開示される。電極アセンブリは、三次元デカルト座標系のｘ、ｙ、及びｚ軸にそれぞれ対応する相互に鉛直な横軸、長手方向軸、及び垂直軸を有する。方法は、電極電流コレクタ層、電極層、セパレータ層、対向電極層、及び対向電極電流コレクタ層を長手方向に連続して積重することによってユニットセルを準備することであって、電極層が、電極活性材料を含み、対向電極層が、対向電極活性材料を含み、電極活性材料及び対向電極材料の一方が、陰極活性材料であり、電極活性材料及び対向電極材料の他方が、陽極活性材料である、準備することと、電極電流コレクタ層と対向電極電流コレクタ層との間に延伸されたスペーサ部材の集団を配置することであって、延伸されたスペーサ部材のうちの１つが、他のスペーサ部材からｙ軸方向に離間される、配置することと、延伸されたスペーサ部材のｘ軸の範囲が、制約のｘ軸の範囲よりも大きい距離ＳＤであるように、ユニットセルを制約内に配置することと、を含む。
【図面の簡単な説明】
【0010】
【図1】本開示による、エンクロージャの適用前の、切断部分を有するバッテリアセンブリの１つの好適な実施形態の正面斜視図である。
【図3】本開示による、制約内のバッテリアセンブリの拡大部分斜視図である。
【図4A】延伸されたスペーサのない、バッテリアセンブリの部分図である。
【図4B】本開示の実施形態による、延伸されたスペーサを含むバッテリアセンブリの部分図である。
【図5】部分的にバッテリエンクロージャ内に配置されたバッテリアセンブリの斜視図である。
【図7】バッテリエンクロージャ内に密封された後の完成したバッテリの正面図である。
【図8】本開示の実施形態による、スペーサ部材の斜視図である。
【図9】本開示の実施形態による、延伸されたスペーサ部材を含むバッテリアセンブリを準備する方法の概略図である。
【0011】
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、複数参照を指す。例えば、１つの例では、「電極」への言及は、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、複数参照を指す。例えば、１つの例では、「電極」への言及は、単一の電極及び複数の同様の電極の両方を含む。
【0012】
本明細書で使用される場合、「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、１つの例では、約２５０μｍは、２２５μｍ～２７５μｍを含むであろう。更なる実施例として、１つの例では、約１，０００μｍは、９００μｍ～１，１００μｍを含むであろう。別途示されない限り、本明細書及び特許請求の範囲で使用される数量（例えば、測定値、及び同様のもの）などを表す全ての数字は、「約」という用語によって全ての場合において修飾されていると理解されたい。したがって、別途逆の意味が示されない限り、以下の明細書及び添付の特許請求の範囲に記載の数値パラメータは、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。
【0013】
二次バッテリの文脈において本明細書で使用される「陽極」は、二次バッテリ内の負極を指す。
【0014】
本明細書で使用される場合、「陽極材料」又は「陽極活性」とは、二次バッテリの負極として使用するのに適した材料を意味する。
【0015】
二次バッテリの文脈において本明細書で使用される「陰極」は、二次バッテリ内の正極を指す。
【0016】
本明細書で使用される場合、「陰極材料」又は「陰極活性」は、二次バッテリの正極として使用するのに適した材料を意味する。
【0017】
「変換化学活性材料」又は「変換化学材料」は、二次バッテリの充放電サイクル中に化学反応を起こす材料を指す。
【0018】
本明細書で使用される場合、「対向電極」は、文脈上明らかにそうでない場合を除き、二次バッテリの電極の反対側の負極又は正極（陽極又は陰極）を指し得る。
【0019】
充電状態と放電状態との間の二次バッテリ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の状態が放電された場合は充電状態、又は第１の状態が充電された場合は放電状態）へのサイクルでバッテリを移すためにバッテリを充電及び／又は放電し、次いで、バッテリを第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バッテリの単一のサイクルは、充電サイクルのように、バッテリ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。単一サイクルはまた、放電サイクルのように、バッテリ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充電し、サイクルを完了することを含むことができる。
【0020】
本明細書で使用される場合、「電気化学的活性材料」は、陽極活性材料又は陰極活性材料を意味する。
【0021】
本明細書で使用される場合、「電極」は、文脈上明らかにそうでない場合を除き、二次バッテリの負極又は正極（陽極又は陰極）を指し得る。
【0022】
本明細書で使用される場合、「電極電流コレクタ層」は、陽極（例えば、負の）電流コレクタ層又は陰極（例えば、正の）電流コレクタ層を指し得る。
【0023】
本明細書で使用される場合、「電極材料」は、文脈上明らかにそうでない場合を除き、陽極材料又は陰極材料を指し得る。
【0024】
本明細書で使用される場合、「電極構造」は、文脈上明らかにそうでない場合を除き、バッテリで使用するために適合された陽極構造（例えば、負極構造）又は陰極構造（例えば、正極構造）を指し得る。
【0025】
本明細書で使用される場合、「長手方向軸」、「横方向軸」、及び「垂直軸」は、相互に鉛直な軸を指す（すなわち、各々が互いに直交する）。例えば、本明細書で使用される「長手方向軸」、「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と同種である。このように、本明細書で開示される主題の要素の説明は、要素の三次元配向を記述するために使用される特定の軸に限定されない。代替として、軸は、開示の主題の三次元態様を参照するときに置き換え可能であり得る。「弱化領域」は、弱化領域の局所破断強度が非弱化領域の破断強度よりも低くなるように、スコーリング、切断、穿孔又は同様のものなど処理操作を受けたウェブの部分を指す。
【発明を実施するための形態】
【0026】
本出願は、２０２１年０６月１５日に出願された米国仮特許出願第６３／２１０，７７３号に対する優先権を主張し、その開示は、その全体が参照により組み込まれる。
【0027】
本開示の実施形態は、バッテリの機能性、安全性、及び／又は出力を維持するために、コンポーネントへの損傷の発生を低減するための、二次バッテリなどのバッテリ用コンポーネントの保護層に関する。
【0028】
概して１００で示されるバッテリアセンブリの１つの好適な実施形態を、図１を参照して説明する。図１に示すように、バッテリアセンブリ１００は、隣接する電極サブユニット１０２の集団を含む。各電極サブユニット１０２は、それぞれ、Ｘ軸、Ｙ軸、及びＺ軸の寸法を有する。Ｘ、Ｙ、及びＺ軸は、各々、デカルト座標系に類似して、相互に鉛直である。本明細書で使用されるとき、Ｚ軸の各電極サブユニット１０２の寸法は「高さ」と呼ばれ得、Ｘ軸の寸法は「長さ」と呼ばれ得、Ｙ軸の寸法は「幅」と呼ばれ得る。各電極サブユニット１０２は、少なくとも１つの陽極活性材料層１０４及び少なくとも１つの陰極活性材料層１０６を備える。陽極活性材料層１０４及び陰極活性材料層１０６は、セパレータ層１０８によって互いに電気的に絶縁される。本開示の好適な適切な実施形態では、単一のバッテリアセンブリ１００内の１～２００個以上のサブユニットなど、任意の数の電極サブユニット１０２が使用され得ることを理解されたい。
【0029】
依然として図１を参照すると、バッテリアセンブリ１００は、電極タブ１１４を介して、それぞれ各電極サブユニット１０２の陽極活性層１０４及び陰極活性層１０６と電気的に接触するバスバー１１０及び１１２を含む。したがって、図１に見られるバスバー１１０は、陽極バスバーと呼ばれ得、バスバー１１２は、陰極バスバーと呼ばれ得る。一実施形態では、制約１１６は、バッテリアセンブリ１００のＸ－Ｙ表面のうちの一方又は両方に適用され得る。図１に示される実施形態では、制約１１６は、バッテリアセンブリ１００が完全に組み立てられると、電解質溶液の分布又は流れを容易にするための穿孔１１８の集団を含む。
【0030】
一実施形態では、陽極活性層１０４及び陰極活性層１０６の各々は、例えば、その少なくとも１つの主表面上の電極電流コレクタ層（すなわち、陽極電流コレクタ層又は陰極電流コレクタ層）及び電気化学活性材料層（すなわち、陽極活性材料の層又は陰極活性材料の層）を含む多層材料であり得、他の実施形態では、陽極活性層及び陰極活性層のうちの１つ以上は、適切な材料の単一の層であり得る。
【0031】
図２Ａ～図２Ｃを参照して、電極サブユニット１０２の個々の層を説明する。電極サブユニット１０２の各々について、いくつかの実施形態では、セパレータ層は、二次バッテリのセパレータとして使用するのに好適なイオン透過性ポリマー織布材料である。１つ以上のサブユニット１０２を備え得るユニットセル２００の一実施形態の断面図を図２Ａに示す。この実施形態では、電極ユニットセル２００は、中央に陽極電流コレクタ層２０６、積重された形状で陽極活性材料層１０４、セパレータ１０８、陰極活性材料層１０６、及び陰極電流コレクタ層２１０を備える。代替の実施形態では、陰極活性材料層１０６及び陽極活性材料層１０４の配置は、陰極活性材料層（複数可）１０６が中心に向かっており、陽極活性材料層（複数可）が陰極活性材料層１０６の遠位にあるように、入れ替えられ得る。一実施形態では、ユニットセル２００Ａは、図２Ａの例解では、右から左へ積重された連続で陰極電流コレクタ２１０、陰極活性材料層１０６、セパレータ１０８、陽極活性材料層１０４、及び陽極電流コレクタ２０６を含む。代替の実施形態では、ユニットセル２００Ｂは、（図２Ａの例解では左から右への）積重された連続で、セパレータ１０８、陰極活性材料層１０６の第１の層、陰極電流コレクタ２１０、陰極活性材料層１０６の第２の層、セパレータ１０８、陽極活性材料層１０４の第１の層、陽極電流コレクタ２０６、陽極活性材料層１０４の第２の層、及びセパレータ１０８を含む。
【0032】
一実施形態では、陽極電流コレクタ層２０６は、銅、銅合金、又は陽極電流コレクタ層として好適な任意の他の材料などの導電性金属を含み得る。陽極活性材料層１０４は、陽極電流コレクタ層２０６の第１の表面上の第１の層、及び陽極電流コレクタ層２０６の第２の対向する表面上の第２の層として形成され得る。別の実施形態では、陽極電流コレクタ層２０６と陽極活性材料層１０４とは、混在し得る。第１の表面及び第２の対向する表面は、層の主表面、又は前面及び背面と呼ばれ得る。本明細書で使用される場合、主表面は、Ｘ軸方向の材料の長さ（図２Ａには示されていない）及びＺ軸方向の材料の高さによって形成される平面によって画定される表面を指す。
【0033】
一実施形態では、陽極活性材料層（複数可）１０４は、各々、少なくとも約１０ｕｍの厚さを有し得る。例えば、一実施形態では、陽極活性材料層（複数可）１０４は、（各々）少なくとも約４０ｕｍのＹ軸方向の幅を有する。更なる実施例として、そのような一実施形態では、陽極活性材料層（複数可）は、（各々）少なくとも約８０ｕｍの幅を有する。更なる実施例として、そのような一実施形態では、陽極活性材料層１０４は各々、少なくとも約１２０ｕｍの幅を有する。しかしながら、典型的には、陽極活性材料層１０４は各々、約６０ｕｍ未満、又は更には約３０ｕｍ未満の幅を有する。本明細書では、厚さ及び幅という用語は、Ｙ軸方向の測定値を示すために互換的に使用され得る。
【0034】
概して、負極活性材料（例えば、陽極活性材料）は、（ａ）シリコン（Ｓｉ）、ゲルマニウム（Ｇｅ）、スズ（Ｓｎ）、鉛（Ｐｂ）、アンチモン（Ｓｂ）、ビスマス（Ｂｉ）、亜鉛（Ｚｎ）、アルミニウム（Ａｌ）、チタン（Ｔｉ）、ニッケル（Ｎｉ）、コバルト（Ｃｏ）、及びカドミウム（Ｃｄ）、（ｂ）Ｓｉ、Ｇｅ、Ｓｎ、Ｐｂ、Ｓｂ、Ｂｉ、Ｚｎ、Ａｌ、Ｔｉ、Ｎｉ、Ｃｏ、又はＣｄと他の元素との合金又は金属間化合物、（ｃ）Ｓｉ、Ｇｅ、Ｓｎ、Ｐｂ、Ｓｂ、Ｂｉ、Ｚｎ、Ａｌ、Ｔｉ、Ｆｅ、Ｎｉ、Ｃｏ、Ｖ、又はＣｄの酸化物、炭化物、窒化物、硫化物、リン化物、セレン化物、及びテルル化物、並びにそれらの混合物、複合物、又はリチウム含有複合物、（ｄ）Ｓｎの塩及び水酸化物、（ｅ）チタン酸リチウム、マンガン酸リチウム、アルミン酸リチウム、リチウム含有酸化チタン、リチウム遷移金属酸化物、ＺｎＣｏ２Ｏ４、（ｆ）グラファイト及び炭素の粒子、（ｇ）リチウム金属、及び（ｈ）それらの組み合わせからなる群から選択され得る。
【0035】
例示的な陽極活性材料としては、グラファイト及び軟質又は硬質炭素、又はグラフェン（例えば、単層又は多層カーボンナノチューブ）などの炭素材料、若しくは、リチウムをインターカレートしたり、リチウムと合金を形成したりすることができる金属、半金属、合金、酸化物、窒化物、及び化合物の範囲のいずれかが挙げられる。陽極材料を構成することができる金属又は半金属の具体的な実施例としては、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、ケイ素、Ｓｉ／Ｃ複合材料、Ｓｉ／グラファイトブレンド、酸化ケイ素（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、及びこれらの混合物が挙げられる。例示的な一実施形態では、陽極活性材料は、アルミニウム、スズ、又はシリコン、又はその酸化物、その窒化物、そのフッ化物、又はその他の合金を含む。別の例示的な実施形態では、陽極活性材料は、シリコン又はその合金又は酸化物を含む。
【0036】
一実施形態では、陽極活性材料は、リチウムイオン（又は他のキャリアイオン）が充放電プロセス中に負極活性材料内に組み込まれるか、又は離れるときに、体積膨張及び収縮に対応するための著しい空隙体積分率を提供するように微細構造化される。概して、陽極活性材料層（複数可）１０４の各々の空隙体積分率は、少なくとも０．１である。しかしながら、典型的には、陽極活性材料層（複数可）の各々の空隙体積分率は、０．８以下である。例えば、一実施形態では、陽極活性材料層（複数可）１０４の各々の空隙体積分率は、約０．１５～約０．７５である。更なる実施例として、一実施形態では、陽極活性材料層（複数可）１０４の（各々の）空隙体積分率は、約０．２～約０．７である。更なる実施例として、一実施形態では、陽極活性材料層（複数可）１０４の各々の空隙体積分率は、約０．２５～約０．６である。
【0037】
微細構造化陽極活性材料の組成及びその形成方法に応じて、微細構造化陽極活性材料は、マクロ多孔質、微細多孔質、又はメソ多孔質材料層、又はそれらの組み合わせ、例えば、微細多孔質及びメソ多孔質の組み合わせ、又はメソ多孔質及びマクロ多孔質の組み合わせを含み得る。微多孔質材料は、典型的には、１０ｎｍ未満の細孔寸法、１０ｎｍ未満の壁寸法、１～５０マイクロメートルの細孔深度、及び概ね「スポンジ状」で不規則な外観、滑らかでない壁、及び分岐した細孔を特徴とする細孔形態を特徴とする。メソポラス材料は、典型的には、１０～５０ｎｍの細孔寸法、１０～５０ｎｍの壁寸法、１～１００マイクロメートルの細孔深さ、及びある程度よく画定された分岐細孔又は樹枝状細孔によって概ね特徴付けられる細孔形態を特徴とする。大孔性材料は、典型的には、５０ｎｍを超える細孔寸法、５０ｎｍを超える壁寸法、１～５００マイクロメートルの細孔深度、及び平滑壁又は粗壁状であり得る細孔形態を特徴とする。加えて、空隙体積は、開いた空隙又は閉じた空隙、若しくはそれらの組み合わせを含み得る。一実施形態では、空隙体積は開いた空隙を含み、すなわち、負極活性材料は、負極活性材料の側方表面に開口部を有する空隙を包含し、この開口部を通じてリチウムイオン（又は他のキャリアイオン）が陽極活性材料に出入りすることができ、例えば、リチウムイオンは、陰極活性材料を出た後、空隙開口部を通って陽極活性材料に入ることができる。別の実施形態では、空隙体積は、閉じた空隙を含み、すなわち、陽極活性材料は、陽極活性材料によって囲まれた空隙を包含する。概して、開いた空隙は、キャリアイオンに対してより大きな界面表面積を提供することができるが、閉じた空隙は、固体電解質界面の影響を受けにくい傾向があり、各々がキャリアイオンの侵入時に陽極活性材料の膨張のための余地を提供する。したがって、特定の実施形態では、陽極活性材料は、開いた空隙と閉じた空隙との組み合わせを含むことが好ましい。
【0038】
一実施形態では、陽極活性材料は、多孔質アルミニウム、スズ若しくはシリコン、又はそれらの合金、酸化物、若しくは窒化物を含む。多孔質シリコン層は、例えば、陽極酸化によって、エッチングによって（例えば、金、白金、銀、又は金／パラジウムなどの貴金属を単結晶シリコンの表面に堆積させ、表面をフッ化水素酸及び過酸化水素の混合物でエッチングすることによって）、又はパターン化された化学エッチングなどの当技術分野で既知の他の方法によって形成され得る。加えて、多孔質陽極活性材料は、概して、少なくとも約０．１、しかし０．８未満の多孔率を有し、約１～約１００マイクロメートルの厚さを有する。例えば、一実施形態では、陽極活性材料は、多孔質シリコンを含み、約５～約１００マイクロメートルの厚さを有し、約０．１５～約０．７５の多孔率を有する。更なる実施例として、一実施形態では、陽極活性材料は、多孔質シリコンを含み、約１０～約８０マイクロメートルの厚さを有し、約０．１５～約０．７の多孔率を有する。更なる実施例として、そのような一実施形態では、陽極活性材料は、多孔質シリコンを含み、約２０～約５０マイクロメートルの厚さを有し、約０．２５～約０．６の多孔率を有する。更なる実施例として、一実施形態では、陽極活性材料は、多孔質シリコン合金（ケイ化ニッケルなど）を含み、約５～約１００マイクロメートルの厚さを有し、約０．１５～約０．７５の多孔率を有する。
【0039】
別の実施形態では、陽極活性材料は、アルミニウム、スズ若しくはシリコン、又はそれらの合金の繊維を含む。個々の繊維は、約５ｎｍ～約１０，０００ｎｍの直径（厚さ寸法）と、陽極活性材料の厚さに概ね対応する長さとを有し得る。シリコンの繊維（ナノワイヤ）は、例えば、化学気相堆積又は気相液体固体（ＶＬＳ）成長及び固体液体固体（ＳＬＳ）成長などの当技術分野で既知の他の技法によって形成され得る。加えて、陽極活性材料は、概して、少なくとも約０．１、しかし０．８未満の多孔率を有し、約１～約２００マイクロメートルの厚さを有する。例えば、一実施形態では、陽極活性材料は、シリコンナノワイヤを含み、約５～約１００マイクロメートルの厚さを有し、約０．１５～約０．７５の多孔率を有する。更なる実施例として、一実施形態では、陽極活性材料は、シリコンナノワイヤを含み、約１０～約８０マイクロメートルの厚さを有し、約０．１５～約０．７の多孔率を有する。更なる実施例として、そのような一実施形態では、陽極活性材料は、シリコンナノワイヤを含み、約２０～約５０マイクロメートルの厚さを有し、約０．２５～約０．６の多孔率を有する。更なる実施例として、一実施形態では、陽極活性材料は、シリコン合金（例えば、ケイ化ニッケル）のナノワイヤを含み、約５～約１００マイクロメートルの厚さを有し、約０．１５～約０．７５の多孔率を有する。
【0040】
更に他の実施形態では、負極（すなわち、文脈に応じて電極又は対向電極）又は陽極活性材料層１０４は、安定化リチウム金属粒子、例えば、炭酸リチウム安定化リチウム金属粉末、ケイ酸リチウム安定化リチウム金属粉末、又は安定化リチウム金属粉末若しくはインクの他の供給源からなる群から選択される粒子状リチウム材料でコーティングされる。粒子状リチウム材料は、約０．０５～５ｍｇ／ｃｍ２、例えば、約０．１～４ｍｇ／ｃｍ２、又は更には約０．５～３ｍｇ／ｃｍ２の負荷量において、リチウム粒子状材料を負極活性材料層に噴霧、充填、又は別様に配設することによって、陽極活性材料層１０４（例えば、負極）に適用され得る。リチウム粒子状材料の平均粒径（Ｄ５０）は、５～２００μｍ、例えば、約１０～１００μｍ、２０～８０μｍ、又は更には約３０～５０μｍであり得る。平均粒径（Ｄ５０）は、累積体積ベースの粒径分布曲線での５０％に対応する粒径として定義され得る。平均粒径（Ｄ５０）は、例えば、レーザ回折法を使用して測定され得る。
【0041】
概して、陽極電流コレクタ２０６は、少なくとも約１０３シーメンス／ｃｍの導電率を有する。例えば、そのような一実施形態では、陽極電流コレクタは、少なくとも約１０４シーメンス／ｃｍの導電率を有する。更なる実施例として、そのような一実施形態では、陽極電流コレクタは、少なくとも約１０５シーメンス／ｃｍの導電率を有する。陽極電流コレクタ２０６としての使用に好適な例示的な導電性材料には、銅、ニッケル、コバルト、チタン、及びタングステン、並びにそれらの合金などの金属が含まれる。
【0042】
再び図２Ａ～図２Ｃを参照すると、別の好適な実施形態では、ユニットセル２００は、１つ以上の陰極電流コレクタ層２１０及び１つ以上の陽極活性材料層１０６を含む。陰極材料の陰極電流コレクタ層２１０は、アルミニウム、アルミニウム合金、チタン、又は陰極電流コレクタ層２１０として使用するのに好適な任意の他の材料を含み得る。陰極活性材料層１０６は、陰極電流コレクタ層２１０の第１の表面上の第１の層、及び陰極電流コレクタ層２１０の第２の対向する表面上の第２の層として形成され得る。陰極活性材料層１０６は、陰極電流コレクタ層２１０の片側又は両側にコーティングされ得る。同様に、陰極活性材料層１０６は、陰極電流コレクタ層２１０の片方又は両方の主表面にコーティングされ得る。別の実施形態では、陰極電流コレクタ層２１０は、陰極活性材料層１０６と混在され得る。
【0043】
一実施形態では、陰極活性材料層（複数可）１０６は、各々、少なくとも約２０ｕｍの厚さを有する。例えば、一実施形態では、陰極活性材料層（複数可）１０６は、各々、少なくとも約４０ｕｍの厚さを有する。更なる実施例として、そのような一実施形態では、陰極活性材料層（複数可）は、各々、少なくとも約６０ｕｍの厚さを有する。更なる実施例として、そのような一実施形態では、陰極活性材料層は、各々、少なくとも約１００ｕｍの厚さを有する。しかしながら、典型的には、陰極活性材料層（複数可）は、各々、約９０ｕｍ未満、又は更には約７０ｕｍ未満の厚さを有する。
【0044】
一実施形態では、正極（例えば、陰極）材料は、インターカレーション型化学活性材料、変換化学活性材料、又はそれらの組み合わせを含み得、又はそれらであり得る。
【0045】
本開示で有用な例示的な変換化学材料としては、Ｓ（又はリチウム化状態のＬｉ２Ｓ）、ＬｉＦ、Ｆｅ、Ｃｕ、Ｎｉ、ＦｅＦ２、ＦｅＯｄＦ３．２ｄ、ＦｅＦ３、ＣｏＦ３、ＣｏＦ２、ＣｕＦ２、ＮｉＦ２などが挙げられるが、これらに限定されず、ここで、０≦ｄ≦０．５及び同様のものである。
【0046】
例示的な陰極活性材料はまた、幅広い範囲のインターカレーション型陰極活性材料のいずれかを含む。例えば、リチウムイオンバッテリの場合、陰極活性材料は、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陰極活性材料を含み得、選択的に使用され得る。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シェル又はｆシェル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的な実施例は、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。追加の陰極活性材料としては、ＬｉＣｏＯ２、ＬｉＮｉ０．５Ｍｎ１．５Ｏ４、Ｌｉ（ＮｉｘＣｏｙＡｌｚ）Ｏ２、ＬｉＦｅＰＯ４、Ｌｉ２ＭｎＯ４、Ｖ２Ｏ５、モリブデンオキシスルフィド、リン酸塩、ケイ酸塩、バナジン酸塩、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。
【0047】
概して、陰極電流コレクタは、少なくとも約１０３シーメンス／ｃｍの導電率を有する。例えば、そのような一実施形態では、陰極電流コレクタ２１０は、少なくとも約１０４シーメンス／ｃｍの導電率を有する。更なる実施例として、そのような一実施形態では、陰極電流コレクタ２１０は、少なくとも約１０５シーメンス／ｃｍの導電率を有する。例示的な陰極電流コレクタには、アルミニウム、ニッケル、コバルト、チタン、及びタングステンなどの金属、並びにそれらの合金が含まれる。
【0048】
再び図２Ａ～図２Ｃを参照すると、一実施形態では、電気絶縁セパレータ層（複数可）１０８は、陽極活性材料層１０４の各部材を陰極活性材料層１０６の各部材から電気的に絶縁するように適合される。電気絶縁セパレータ層１０８は、典型的には、非水電解質を浸透させることができる微多孔質セパレータ材料を含むことになり、例えば、一実施形態では、微多孔質セパレータ材料は、少なくとも５０Å、より典型的には約２，５００Åの範囲の直径、及び約２５％～約７５％の範囲、より典型的には約３５～５５％の範囲の多孔率を有する細孔を含む。
【0049】
一実施形態では、電気絶縁セパレータ材料層１０８は、各々、少なくとも約４ｕｍの厚さを有する。例えば、一実施形態では、電気絶縁セパレータ材料層１０８は、各々、少なくとも約８ｕｍの厚さを有する。更なる実施例として、そのような一実施形態では、電気絶縁セパレータ材料層は、各々、少なくとも約１２ｕｍの厚さを有する。更なる実施例として、そのような一実施形態では、電気絶縁セパレータ材料層１０８は、各々、少なくとも約１５ｕｍの厚さを有する。しかしながら、典型的には、電気絶縁セパレータ材料層１０８は、各々、約１２ｕｍ未満、又は更に約１０ｕｍ未満の厚さを有する。
【0050】
概して、セパレータ層（複数可）１０８のためのセパレータ材料は、ユニットセルの正及び負の活性材料の間でキャリアイオンを伝導する能力を有する広範囲のセパレータ材料から選択され得る。例えば、セパレータ材料は、液体の非水電解質を浸透させ得る微多孔質セパレータ材料を含み得る。あるいは、セパレータ材料は、ユニットセルの正極と負極との間でキャリアイオンを伝導することができるゲル又は固体電解質を含み得る。
【0051】
一実施形態では、セパレータ材料は、ポリマーベースの電解質を含み得る。例示的なポリマー電解質としては、ＰＥＯ系ポリマー電解質、ポリマーセラミック複合電解質、ポリマーセラミック複合電解質、及びポリマーセラミック複合電解質が挙げられる。
【0052】
別の実施形態では、セパレータ材料は、酸化物系電解質を含み得る。例示的な酸化物系電解質としては、チタン酸ランタンリチウム（Ｌｉ０．３４Ｌａ０．５６ＴｉＯ３）、Ａｌドープランタンジルコン酸リチウム（Ｌｉ６．２４Ｌａ３Ｚｒ２Ａｌ０．２４Ｏ１１．９８）、Ｔａドープランタンジルコン酸リチウム（Ｌｉ６．４Ｌａ３Ｚｒ１．４Ｔａ０．６Ｏ１２）、及びリン酸アルミニウムチタンリチウム（Ｌｉ１．４Ａｌ０．４Ｔｉ１．６（ＰＯ４）３）が挙げられる。
【0053】
別の実施形態では、セパレータ材料は、固体電解質を含み得る。例示的な固体電解質としては、硫化スズリチウム（Ｌｉ１０ＳｎＰ２Ｓ１２）、硫化リンリチウム（β－Ｌｉ３ＰＳ４）及びヨウ化塩化リン硫黄リチウム（Ｌｉ６ＰＳ５Ｃｌ０．９Ｉ０．１）などの硫化物系電解質が挙げられる。
【0054】
一実施形態では、セパレータ材料は、粒子材料及び結合剤を含み、かつ少なくとも約２０体積％の多孔率（空隙率）を有する微多孔質セパレータ材料を含む。微多孔質セパレータ材料の細孔は、少なくとも５０Åの直径を有し、典型的には約２５０～２，５００Åの範囲内に入る。微多孔質セパレータ材料は、典型的には、約７５％未満の多孔率を有する。一実施形態では、微多孔質セパレータ材料は、少なくとも約２５体積％の多孔率（空隙率）を有する。一実施形態では、微多孔質セパレータ材料は、約３５～５５％の多孔率を有する。
【0055】
微多孔質セパレータ材料のための結合剤は、広範囲の無機材料又はポリマー材料から選択され得る。例えば、一実施形態では、結合剤は、ケイ酸塩、リン酸塩、アルミニウム酸塩、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有機材料である。例えば、一実施形態では、結合剤は、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から誘導されるフルオロポリマーである。別の実施形態では、結合剤は、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、結合剤は、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、ポリビニルアセテート、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、結合剤は、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、及びポリエチレンオキシドからなる群から選択される。別の実施形態では、結合剤は、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。別の実施形態では、結合剤は、前述のポリマーのうちの２つ以上のコポリマー又はブレンドである。
【0056】
微多孔質セパレータ材料によって構成される微粒子材料は、幅広い材料から選択され得る。概して、そのような材料は、動作温度において比較的低い電子伝導率及びイオン伝導率を有し、微多孔質セパレータ材料に接触するバッテリ電極又は電流コレクタ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。更なる実施例として、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。更なる実施例として、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、シリカセロゲル、シリカソル、コロイド状シリカ、アルミナ、チタン、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などの粒子酸化物又は窒化物を含む。例えば、Ｐ．Ａｒｏｒａ及びＪ．Ｚｈａｎｇ，“Ｂａｔｔｅｒｙ Ｓｅｐａｒａｔｏｒｓ”Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｒｅｖｉｅｗｓ ２００４，１０４，４４１９ －４４６２を参照されたい）。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。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。
【0057】
代替の実施形態では、微多孔質セパレータ材料によって構成される粒子材料は、バッテリの機能のためのイオン伝導率を提供するために電解液の浸入に望ましい空隙率を維持しながら、焼結、結合、硬化などの技法によって結合され得る。
【0058】
バッテリアセンブリ１００などの組み立てられたエネルギー貯蔵デバイスでは、微多孔質セパレータ材料は、二次バッテリ電解質としての使用に好適な非水電解質が浸透している。典型的には、非水電解質は、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。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、鎖エステル、環状エーテル、及び鎖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、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－ベレロラクトンが挙げられる。鎖エステルの具体例としては、炭酸ジメチル、炭酸ジエチル、炭酸ジブチル、炭酸ジプロピル、炭酸メチルエチル、炭酸メチルブチル、炭酸メチルプロピル、炭酸エチルブチル、炭酸エチルプロピル、炭酸ブチルプロピル、プロピオン酸アルキル、マロン酸ジアルキル、及び酢酸アルキルが挙げられる。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。
【0059】
一実施形態では、微多孔質セパレータ層（複数可）１０８は、リチウム塩と高純度有機溶媒との混合物を含む非水有機電解質が浸透し得る。加えて、電解質は、ポリマー電解質又は固体電解質を使用するポリマーであり得る。
【0060】
図１、図２Ａ～図２Ｃを更に参照すると、一実施形態では、バスバー１１０及び１１２は、それぞれの電極又は対向電極（例えば、場合により陽極又は陰極）電流コレクタタブ１２０のバスバー開口部を通して配置され、（複数の電極ユニットセルを備えるバッテリでの）陽極電流コレクタ２０６を互いに接続し、バスバーの他方は、複数の電極ユニットセル２００を備えるバッテリで陰極電流コレクタ２１０を互いに接続する。一実施形態では、バスバー１１０、１１２は、溶接される前に、それぞれ折り畳まれる電流コレクタタブ１２０に溶接されるか、又は別様に電気的に結合される。一実施形態では、バスバー１１０は、銅バスバーであり、陽極電流コレクタ層２０６の陽極タブに溶接され、バスバー１１２は、アルミニウムバスバーであり、陰極電流コレクタ層２１０の陰極タブに溶接される。しかしながら、他の実施形態では、バスバー１１０、１１２は、バッテリアセンブリ１００が本明細書に記載されるように機能することを許容するための任意の好適な導電性材料であり得る。溶接は、レーザ溶接機、摩擦溶接、超音波溶接、又はバスバー１１０及び１１２を電極タブ１２０に溶接するための任意の好適な溶接方法を使用して行われ得る。一実施形態では、バスバー１１０及び１１２の各々は、それぞれ、陽極及び陰極のための電極タブ１２０の全てと電気的に接触している。
【0061】
本明細書で言及されるように、陽極集団の部材は、少なくとも陽極電流コレクタ２０６及び陽極活性材料層１０４を備える。いくつかの実施形態では、陽極集団の部材は、陽極電流コレクタ２０６及び陽極電流コレクタ２０６の各主表面上に配設された陽極活性材料層１０４を備える。陽極集団部材の部材の長さは、エネルギー貯蔵デバイス及びその意図された用途に応じて変化する。しかしながら、概して、陽極集団の部材は、典型的には、約５ｍｍ～約５００ｍｍの範囲の長さを有する。例えば、そのような一実施形態では、陽極集団の部材は、約１０ｍｍ～約２５０ｍｍの長さを有する。更なる実施例として、そのような一実施形態では、陽極集団の部材は、約２５ｍｍ～約１００ｍｍの長さを有する。
【0062】
陽極集団の部材の幅（Ｙ軸の範囲）はまた、エネルギー貯蔵デバイス及びその意図された用途に応じて変化する。しかしながら、概して、陽極集団の各部材は、典型的には、約０．０１ｍｍ～２．５ｍｍの範囲内の幅を有する。例えば、一実施形態では、陽極集団の各部材の幅は、約０．０２５ｍｍ～約２ｍｍの範囲である。更なる実施例として、一実施形態では、陽極集団の各部材の幅は、約０．０５ｍｍ～約１ｍｍの範囲である。
【0063】
陽極集団の部材の高さ（Ｚ軸の範囲）も、エネルギー貯蔵デバイス及びその意図された用途に応じて変化する。しかしながら、概して、陽極集団の部材は、典型的には、約０．０５ｍｍ～約１０ｍｍの範囲内の高さを有する。例えば、一実施形態では、陽極集団の各部材の高さは、約０．０５ｍｍ～約５ｍｍの範囲である。更なる実施例として、一実施形態では、陽極集団の各部材の高さは、約０．１ｍｍ～約１ｍｍの範囲である。一実施形態によれば、陽極集団の部材は、第１の高さを有する１つ以上の第１の電極部材と、第１の高さ以外の第２の高さを有する１つ以上の第２の電極部材とを含む。更に別の実施形態では、１つ以上の第１の電極部材及び１つ以上の第２の電極部材の異なる高さは、長手方向及び／又は横方向の軸のうちの１つ以上に沿って異なる高さを有する電極アセンブリ形状などの電極アセンブリの所定の形状に適合するように、かつ／又は二次バッテリの所定の性能特性を提供するように選択され得る。
【0064】
概して、陽極集団の部材は、その幅及びその高さの各々よりも実質的に大きい長さ（Ｘ軸範囲）を有する。例えば、一実施形態では、幅及び高さの各々に対する長さの比率は、陽極集団の各部材に対して、それぞれ少なくとも５：１である（すなわち、幅に対する長さの比率は、それぞれ少なくとも５：１であり、高さに対する長さの比率は、それぞれ少なくとも５：１である）。更なる実施例として、一実施形態では、幅及び高さの各々に対する長さの比率は、少なくとも１０：１である。更なる実施例として、一実施形態では、幅及び高さの各々に対する長さの比率は、少なくとも１５：１である。更なる実施例として、一実施形態において、幅及び高さの各々に対する長さの比率は、陽極集団の各部材について、少なくとも２０：１である。
【0065】
一実施形態では、陽極集団の部材の幅に対する高さの比率は、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、幅に対する高さの比率は、陽極集団の各部材について、それぞれ少なくとも２：１である。更なる実施例として、一実施形態では、幅に対する高さの比率は、それぞれ少なくとも１０：１である。更なる実施例として、一実施形態では、幅に対する高さの比率は、それぞれ少なくとも２０：１である。しかしながら、典型的には、幅に対する高さの比率は、概して、それぞれ、１，０００：１未満である。例えば、一実施形態では、幅に対する高さの比率は、それぞれ５００：１未満である。更なる実施例として、一実施形態では、幅に対する高さの比率は、それぞれ１００：１未満である。更なる実施例として、一実施形態では、幅に対する高さの比率は、それぞれ１０：１未満である。更なる実施例として、一実施形態では、幅に対する高さの比率は、陽極集団の各部材について、それぞれ約２：１～約１００：１の範囲である。
【0066】
本明細書で言及されるように、陰極集団の部材は、少なくとも陰極電流コレクタ２１０及び陽極活性材料層１０６を備える。陰極集団の部材の長さは、エネルギー貯蔵デバイス及びその意図される用途に応じて変化する。しかしながら、概して、陰極集団の各部材は、典型的には、約５ｍｍ～約５００ｍｍの範囲の長さを有する。例えば、そのような一実施形態では、陰極集団の各部材は、約１０ｍｍ～約２５０ｍｍの長さを有する。更なる実施例として、そのような一実施形態では、陰極集団の各部材は、約２５ｍｍ～約１００ｍｍの長さを有する。
【0067】
陰極集団の部材の幅（Ｙ軸の範囲）もまた、エネルギー貯蔵デバイス及びその意図された用途に応じて変化する。しかしながら、概して、陰極集団の部材は、典型的には、約０．０１ｍｍ～２．５ｍｍの範囲内の幅を有する。例えば、一実施形態では、陰極集団の各部材の幅は、約０．０２５ｍｍ～約２ｍｍの範囲である。更なる実施例として、一実施形態では、陰極集団の各部材の幅は、約０．０５ｍｍ～約１ｍｍの範囲である。
【0068】
陰極集団の部材の高さ（Ｚ軸の範囲）も、エネルギー貯蔵デバイス及びその意図された用途に応じて変化する。しかしながら、概して、陰極集団の部材は、典型的には、約０．０５ｍｍ～約１０ｍｍの範囲内の高さを有する。例えば、一実施形態では、陰極集団の各部材の高さは、約０．０５ｍｍ～約５ｍｍの範囲である。更なる実施例として、一実施形態では、陰極集団の各部材の高さは、約０．１ｍｍ～約１ｍｍの範囲である。一実施形態によれば、陰極集団の部材は、第１の高さを有する１つ以上の第１の陰極部材と、第１の高さ以外の第２の高さを有する１つ以上の第２の陰極部材とを含む。更に別の実施形態では、１つ以上の第１の陰極部材及び１つ以上の第２の陰極部材の異なる高さは、長手方向及び／又は横方向の軸のうちの１つ以上に沿って異なる高さを有する電極アセンブリ形状などの電極アセンブリの所定の形状に適合するように、かつ／又は二次バッテリの所定の性能特性を提供するように選択され得る。
【0069】
概して、陰極集団の各部材は、その幅よりも実質的に大きく、かつその高さよりも実質的に大きい長さ（Ｘ軸範囲）を有する。例えば、一実施形態では、幅及び高さの各々に対する長さの比率は、陰極集団の各部材に対して、それぞれ少なくとも５：１である（すなわち、幅に対する長さの比率は、それぞれ少なくとも５：１であり、高さに対する長さの比率は、それぞれ少なくとも５：１である）。更なる実施例として、一実施形態において、幅及び高さの各々に対する長さの比率は、陽極集団の各部材について、少なくとも１０：１である。更なる実施例として、一実施形態において、幅及び高さの各々に対する長さの比率は、陰極集団の各部材について、少なくとも１５：１である。更なる実施例として、一実施形態において、幅及び高さの各々に対する長さの比率は、陰極集団の各部材について、少なくとも２０：１である。
【0070】
一実施形態では、陽極集団の部材の幅に対する高さの比率は、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、幅に対する高さの比率は、陰極集団の各部材について、それぞれ少なくとも２：１である。更なる実施例として、一実施形態では、幅に対する高さの比率は、陰極集団の各部材について、それぞれ少なくとも１０：１である。更なる実施例として、一実施形態では、幅に対する高さの比率は、陰極集団の各部材について、それぞれ少なくとも２０：１である。しかしながら、典型的には、幅に対する高さの比率は、陽極集団の各部材について、それぞれ概ね１，０００：１未満である。例えば、一実施形態では、幅に対する高さの比率は、陰極集団の各部材について、それぞれ５００：１未満である。更なる実施例として、一実施形態では、幅に対する高さの比率は、それぞれ１００：１未満である。更なる実施例として、一実施形態では、幅に対する高さの比率は、それぞれ１０：１未満である。更なる実施例として、一実施形態では、幅に対する高さの比率は、陰極集団の各部材について、それぞれ約２：１～約１００：１の範囲である。
【0071】
一実施形態では、陽極電流コレクタ２０６はまた、負極活性材料層１０４の電気コンダクタンスよりも実質的に大きい電気コンダクタンスを有する。負極活性材料層１０４は、陽極活性材料層１０６と同じ又は類似し得ることに留意されたい。例えば、一実施形態では、陽極活性材料層１０４の電気コンダクタンスに対する陽極電流コレクタ２０６の電気コンダクタンスの比率は、デバイスにエネルギーを貯蔵するための印加電流又はデバイスを放電するための印加負荷が存在する場合、少なくとも１００：１である。更なる実施例として、いくつかの実施形態では、陽極活性材料層１０４の電気コンダクタンスに対する陽極電流コレクタ２０６の電気コンダクタンスの比率は、デバイスにエネルギーを貯蔵するための印加電流又はデバイスを放電するための印加負荷が存在する場合、少なくとも５００：１である。更なる実施例として、いくつかの実施形態では、負極活性材料層の電気コンダクタンスに対する陽極電流コレクタ２０６の電気コンダクタンスの比率は、デバイスにエネルギーを貯蔵するための印加電流又はデバイスを放電するための印加負荷が存在する場合、少なくとも１０００：１である。更なる実施例として、いくつかの実施形態では、陽極活性材料層１０４の電気コンダクタンスに対する陽極電流コレクタ２０６の電気コンダクタンスの比率は、デバイスにエネルギーを貯蔵するための印加電流又はデバイスを放電するための印加負荷が存在する場合、少なくとも５０００：１である。更なる実施例として、いくつかの実施形態では、陽極活性材料層１０４の電気コンダクタンスに対する陽極電流コレクタ２０６の電気コンダクタンスの比率は、デバイスにエネルギーを貯蔵するための印加電流又はデバイスを放電するための印加負荷が存在する場合、少なくとも１０，０００：１である。
【0072】
一般に、陰極電流コレクタ層２１０は、アルミニウム、炭素、クロム、金、ニッケル、ＮｉＰ、パラジウム、白金、ロジウム、ルテニウム、シリコン及びニッケルの合金、チタン、又はそれらの組み合わせなどの金属を含み得る（Ａ．Ｈ．Ｗｈｉｔｅｈｅａｄ及びＭ．Ｓｃｈｒｅｉｂｅｒによる“Ｃｕｒｒｅｎｔ ｃｏｌｌｅｃｔｏｒｓ ｆｏｒ ｐｏｓｉｔｉｖｅ ｅｌｅｃｔｒｏｄｅｓ ｏｆ ｌｉｔｈｉｕｍ－ｂａｓｅｄ ｂａｔｔｅｒｉｅｓ”、Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ ｔｈｅ Ｅｌｅｃｔｒｏｃｈｅｍｉｃａｌ Ｓｏｃｉｅｔｙ、１５２（１１）Ａ２１０５－Ａ２１１３（２００５）を参照されたい）。更なる実施例として、一実施形態では、陰極電流コレクタ層２１０は、金又は金ケイ化物などのその合金を含む。更なる実施例として、一実施形態では、陰極電流コレクタ層２１０は、ニッケル又はニッケルケイ化物などのその合金を含む。
【0073】
図２Ｂ及び図２Ｃを参照して、スペーサ部材２２５を含む本開示の実施形態を説明する。スペーサ部材の追加の説明は、２０２０年１１月１８日に出願された米国特許出願第６３／１１５，２６６号に開示されており、その全内容が参照により本明細書に組み込まれる。一実施形態では、スペーサ部材２２５は、有機又は無機材料の連続又は不連続のストリップである。スペーサ部材２２５は、Ｚ軸及びＸ軸のうちの１つ以上において連続的又は不連続であり得る。いくつかの実施形態では、スペーサ部材２２５は、電気絶縁材料及び／又はイオン透過性ポリマー織物材料を含む。一実施形態では、スペーサ部材２２５は、セパレータ１０８と同じ材料から作られる。いくつかの実施形態では、スペーサ部材２２５は、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）又はポリイミド（ＰＩ）を含む。他の実施形態では、スペーサ部材２２５は、導電性材料を含む。スペーサ部材２２５は、４つのスペーサ部材として示されているが、１つ以上から任意の数のスペーサ部材２２５が存在し得ることに留意されたい。
【0074】
いくつかの実施形態では、スペーサ部材２２５は、ポリマー材料、粘着テープなどの複合材料、電極電流コレクタ、電極活性材料、対向電極活性材料、対向電極電流コレクタ、セパレータ材料、又は（バッテリ環境内で）化学的に不活性な材料を含むスペーサ材料を含む。例えば、一実施形態では、スペーサ部材２２５は、キャリアイオンを受け入れる能力を有する陽極活性材料を含み、この実施形態では、陽極活性材料は、グラファイト、グラフェン、又はスペーサ材料１モル当たり１モル未満であるキャリアイオンの容量を有する他の陽極活性材料を含むことが概ね好ましい。更なる実施例として、一実施形態では、スペーサ部材は、キャリアイオンを受け入れる能力を有する陰極活性材料を含む。更なる実施例として、一実施形態では、スペーサ部材は、ポリマー材料（例えば、ホモポリマー、コポリマー、又はポリマーブレンド）を含み得、そのような実施形態では、スペーサ部材は、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、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、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、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、ポリアクリトリル、ポリフッ化ビニリデンポリアクリロニトリル、ポリエチレンオキシ、アクリレート、スチレン、エポキシ、シリコーン、ポリフッ化ビニリデン－ヘキサフルオロプロピレン、ポリフッ化ビニリデン－トリクロロエチレン、ポリメチルアクリレート、ポリエチルアクリノール、ポリエチルビニルエチル、ポリエチルエチレネート、ポリエチルエチル、ポリエチレンオキシド、酢酸セルロース、酢酸酪酸セルロース、酢酸プロピオン酸セルロース、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－ブタジエンコポリマー、ポリイミド、ポリフッ化ビニリデン－ヘキサフルオロプロピレン、ポリフッ化ビニリデン－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、ポリ酢酸ビニル、エチレン酢酸ビニルコポリマー、ポリエチレンオキシド、酢酸セルロース、酢酸酪酸セルロース、酢酸プロピオン酸セルロース、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コポリマー、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、ポリフェニレンオキシド、ポリフェニレンサルファイド、ポリエチレンナフタレン、及び／又はこれらの組み合わせ若しくは共重合体を含有するモノマーから誘導されるフルオロポリマーを含む。
【0075】
一実施形態では、スペーサ部材２２５は、ベースと、ベースの１つの表面に提供された接着層とを有する接着テープの形態である。接着テープベースの組成は特に限定されず、接着テープに使用可能であることが知られている様々なベースを使用することができる。概して、プラスチックフィルムが好ましく、具体例としては、ポリエチレン、ポリプロピレン、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、ポリフェニレンスルフィド、ポリイミド、又はポリアミドフィルムなどのポリオレフィンフィルムが挙げられる。いくつかの実施形態では、ポリオレフィン、ポリエチレンテレフタレート、及びポリイミドフィルムは、バッテリ用途に好適な耐熱性及び耐薬品性の点で好ましい場合がある。接着テープベースは、約４μｍ～２００μｍ、例えば、６μｍ～１５０μｍの範囲、又は更には約２５μｍ～１００μｍの範囲の厚さを有し得る。接着テープの接着層を構成する接着剤は、例えば、ゴム系接着剤、アクリル系接着剤、シリコーン系接着剤、又はそれらの組み合わせを含み得る。
【0076】
スペーサ部材２２５（及び同様に延伸されたスペーサ部材４２５）は、Ｙ軸方向の幅Ｗｓ、Ｘ軸方向の長さＬｓ、及びＺ軸方向の高さＨｓを有する（図８）。幅Ｗｓは、電極単位セルが組み立てられるときに、スペーサ部材２２５が、ユニットセル（ユニットセル２００Ａ、２００Ｂなど）の隣接する層間のギャップ２２７を介して、Ｙ軸方向の距離を所定の量だけ増加させるように予め決定され得る。
【0077】
一実施形態では、幅Ｗｓは、Ｙ軸方向における陰極活性材料層１０６の幅（Ｙ軸の範囲）の５０パーセント以上である。また別の実施形態では、幅Ｗｓは、陰極活性材料層１０６の５０パーセント以上に、Ｙ軸方向の陰極電流コレクタ層２１０の幅（Ｙ軸の範囲）を加えたものである。
【0078】
一実施形態では、スペーサ部材２２５は、スペーサ部材２２５を活性材料層又はセパレータのうちの１つに固定する、スペーサ部材２２５の第１の表面２５０に塗布された接着剤を有するテープ材料である。いくつかの実施形態では、接着剤は、スペーサ部材２２５を活性材料層又はセパレータ層に恒久的に固定する強力な接着剤である。他の実施形態では、接着剤は、スペーサ部材２２５を活性材料層又はセパレータ層に取り外し可能に固定する弱い接着剤である。本明細書で使用される場合、強力な接着剤は、十分な強度を有する接着剤として定義され、スペーサ部材２２５は、スペーサ部材２２５及び／又はそれが接着されている材料の一方又は両方に損傷を与えることなく、活性材料層又はセパレータ層から除去することができない。本明細書で使用される場合、弱い接着剤は、スペーサ部材２２５を活性材料層又はセパレータ層に接着するが、少なくとも活性材料層又はセパレータ層に材料損傷を引き起こすことなく、スペーサ部材を除去することを許容するのに十分な強度を有するものとして定義される。別の実施形態では、スペーサ部材２２５は、第１の表面２５０及び第２の対向する表面２５２の両方に塗布された接着剤を有する。一実施形態では、スペーサ部材２２５は、３Ｄ印刷プロセスなどの印刷プロセスを使用して適用される。また別の実施形態では、スペーサ部材２２５は、スペーサ部材２２５をそれぞれの層に溶融又は溶接することによって適用される。
【0079】
実施形態では、スペーサ部材２２５は、拡張ギャップ２２７がセパレータ層１０８と陽極活性材料層１０４又は陰極活性材料層１０６との間に画定されるのに十分な幅Ｗｓの各々である。幅Ｗｓは、拡張ギャップ２２７が指定されたように幅ＷＧを有するように制御される。実施形態では、幅ＷＧは、０マイクロメートル（例えば、ギャップなし）から１０００マイクロメートル、例えば、１μｍ、２μｍ、５μｍ、１０μｍ、２０μｍ、５０μｍ、１００μｍ、２００μｍ、３００μｍ、４００μｍ、５００μｍ、６００μｍ、７００μｍ、８００μｍ、９００μｍ、又は１０００μｍ、又はそれ以上であるように設定される。
【0080】
ここで、図３を参照する。図３は、その上に配置されたエンクロージャの前のバッテリアセンブリ３００（バッテリアセンブリ１００と同じ又は類似し得る）の拡大部分詳細斜視図である。バッテリアセンブリ３００は、Ｙ軸方向に積重された配置で編成された電極サブユニットの集団（サブユニット１０２と同じ又は類似し得る）を備える電極アセンブリ３０１を含み、ユニットセル３０２の集団（ユニットセル２００と同じ又は類似し得る）を形成する。ユニットセル３０２の各々は、少なくとも電極電流コンダクタ層、電極活性材料（例えば、陽極活性材料層）を含む電極層、セパレータ層、対向電極活性材料（例えば、陰極活性材料層）を含む対向電極層、及び対向電極電流コレクタ層を備える。
【0081】
１つの好適な実施形態では、電極アセンブリ３０１は、制約３１６内に保持される（いくつかの実施形態では、制約１１６と同じ又は類似し得る）。一実施形態では、制約３１６は、ＳＳ３１６、４４０Ｃ、又は４４０Ｃハードなどのステンレス鋼を含む。他の実施形態では、制約は、アルミニウム（例えば、アルミニウム７０７５－Ｔ６、ハードＨ１８など）、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、他の金属又は金属合金、複合材料、ポリマー、セラミック（例えば、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））、ガラス、強化ガラス、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）、炭素を有するポリフェニレン硫化物（ＰＰＳ）（例えば、Ｔｅｐｅｘ Ｄｙｎａｌｉｔｅ ２０７）、３０％のガラスを有するポリエテルケトン（ＰＥＥＫ）、（例えば、Ｖｉｃｔｒｅｘ ９０ＨＭＦ４０又はＸｙｃｏｍｐ １０００－０４）、ポリイミド（例えば、Ｋａｐｔｏｎ（登録商標））、Ｅ Ｇｌａｓｓ Ｓｔｄ Ｆａｂｒｉｃ／Ｅｐｏｘｙ、０度、Ｅ Ｇｌａｓｓ ＵＤ／Ｅｐｏｘｙ、０度、Ｋｅｖｌａｒ Ｓｔｄ Ｆａｂｒｉｃ／Ｅｐｏｘｙ、０度、Ｋｅｖｌａｒ ＵＤ／Ｅｐｏｘｙ、０度、Ｃａｒｂｏｎ Ｓｔｄ Ｆａｂｒｉｃ／Ｅｐｏｘｙ、０度、Ｃａｒｂｏｎ ＵＤ／Ｅｐｏｘｙ、０度、Ｔｏｙｏｂｏ Ｚｙｌｏｎ（登録商標）ＨＭ Ｆｉｂｅｒ／Ｅｐｏｘｙ、Ｋｅｖｌａｒ ４９ Ａｒａｍｉｄ Ｆｉｂｅｒ、Ｓ Ｇｌａｓｓ Ｆｉｂｅｒｓ、Ｃａｒｂｏｎ Ｆｉｂｅｒｓ、Ｖｅｃｔｒａｎ ＵＭ ＬＣＰ Ｆｉｂｅｒｓ、Ｄｙｎｅｅｍａ、Ｚｙｌｏｎ又は他の好適な材料を含む。
【0082】
制約３１６は、Ｘ－Ｙ平面に沿って概ね位置合わせされた第１のカバー３２０と、Ｚ軸方向に測定された厚さｔ１（図３Ａ）を有する、Ｘ－Ｙ平面に沿って概ね位置合わせされたバッテリアセンブリ３００の反対側の第２のカバーとを備える。制約３１６の厚さ（ｔ１）は、例えば、制約３１６の構造の材料（複数可）、電極アセンブリ３０１の全体寸法、並びに電極及び対向電極の組成を含む要因の範囲に依存し得る。いくつかの実施形態では、例えば、制約３１６は、約１０～約１００マイクロメートルの範囲の厚さｔ１を有するシートを備える。例えば、そのような一実施形態では、制約３１６は、約３０μｍの厚さを有するステンレス鋼シート（例えば、ＳＳ３１６）を備える。更なる実施例として、別の実施形態では、制約３１６は、約４０μｍの厚さを有するアルミニウムシート（例えば、７０７５－Ｔ６）を備える。更なる実施例として、別の実施形態では、制約３１６は、約３０μｍの厚さを有するジルコニアシート（例えば、Ｃｏｏｒｓｔｅｋ ＹＺＴＰ）を備える。更なる実施例として、別の実施形態では、制約３１６は、約７５μｍの厚さを有するＥ Ｇｌａｓｓ ＵＤ／Ｅｐｏｘｙ ０度シートを備える。更なる実施例として、別のそのような実施形態では、制約３１６は、５０％超の充填密度で１２μｍの炭素繊維を含む。第１のカバー３２０及び第２のカバー３２２の各々は、くぼみ、貫通カット、穴又は同様のものなどとして形成され得る１つ以上の特徴３１５を備え得る。一実施形態では、特徴３１５は、例えば、外部リチウム箔電極（図示せず）からのバッテリアセンブリ３００の事前リチウム化を容易にする。そのような実施形態では、特徴３１５は、事前リチウム化の促進のために、リチウムがそれを通して拡散することを許容する。一実施形態では、制約３１６の第３のカバー３２４及び第４のカバー３２６は、各々、Ｘ－Ｚ軸に沿って概ね位置合わせされる。示される実施形態では、第３のカバー３２４は、第１のコーナー３２８で折り畳まれた第１のカバー３２０の折り畳まれた部分によって画定され、第４のカバー３２６は、第２のコーナー３２９で折り畳まれた第２のカバー３２２の折り畳まれた部分によって画定される。第１及び第２のコーナー３２８及び３２９は、半径又は角度のあるコーナーであり得る。一実施形態では、第１及び第２のコーナー３２８及び３２９は、９０度～１００度の角度である。他の実施形態では、第３及び第４のカバーは、単一のカバーであり得る。
【0083】
一実施形態では、ケーシング縁部ギャップ３３８は、Ｚ軸方向に画定されたギャップ距離を有する、第３のカバー３２４と第４のカバー３２６との間に画定される。一実施形態では、第３のカバー３２４と第４のカバー３２６との間のｚ軸方向のケーシング縁部ギャップ３３８のギャップ距離は、バッテリアセンブリ３００のｚ軸厚さの５０％以下である。バッテリアセンブリ３００の反対側は、第３及び第４のカバー３２４及び３２６と同様の制約を含み得ることに留意されたい。第３のカバー３２４は、Ｘ軸及びＺ軸に沿って画定されたフラップ縁部３３０を備え、第４のカバー３２６は、Ｘ軸及びＺ軸に沿って画定された第２のフラップ縁部３３２を備える。
【0084】
第１のカバー３２０及び第２のカバー３２２の各々は、Ｙ軸と概ね位置合わせした縁部に沿って形成された１つ以上のノッチ３３４又はランド３３６を備え得る。一実施形態では、ノッチ３３４又はランド３３６のサイズ、形状、間隔、及び数量のうちの１つ以上は、製造条件又は制限に基づいて決定される。一実施形態では、ノッチ３３４又はランド３３６は、第１のカバー３２０又は第２のカバー３２２の機械加工、スタンピングプロセス、又は第１のカバー及び第２のカバー３２２の製造プロセスで使用される材料ストックからの第１のカバー３２０又は第２のカバー３２２の引き剥がしを緩和することによって、製造性を容易にし得る。加えて、バッテリアセンブリ３００は、ユニットセル３０２のうちの１つに電気的に結合されたバスバー（複数可）３１０を含む。制約３１６に使用される材料厚さｔ１のために、制約は、電極アセンブリ３０１からＺ軸方向に突出する制約縁部３４０を備える。同様に、フラップ縁部３３０及び３３２のうちの１つ以上は、バッテリアセンブリ３００からＹ軸方向に突出する。加えて、バスバー（複数可）３１０は、バスバー縁部３４２においてＸ軸方向にバッテリの側面３４４から突出する。突出縁部は、場合によっては、バッテリのパッケージ（例えば、エンクロージャ７００）を穿刺し得る摩擦エリア又は高応力エリアを作成し得る。例えば、およそ５０μｍ×５０μｍ（すなわち、およそ２５００μｍ２の表面積）のサイズを有し、およそ１８Ｎ（２ｋｇｆ）の印加力を有する突出縁部は、約５０ＭＰａの応力を生成し得る。一実施形態では、バッテリパッケージ又はエンクロージャ７００は、アルミニウムポリマー積層体を備え、約３０ＭＰａ～７０ＭＰａの破裂強度を有する。他の実施形態では、バッテリパッケージ７００は、バッテリパッケージ７００の材料組成及びその厚さに応じて、１ＭＰａ～３００ＭＰａの破裂強度を有し得る。これらの突出エリアは、非突出部分よりも外側のケーシングを通って穿刺を引き起こす可能性が高いため、潜在的な穿刺点と呼ばれ得る。
【0085】
図４Ａを参照すると、細長いスペーサ部材（図４Ｂ）を含まないバッテリアセンブリ３００を囲むエンクロージャ７００を有するバッテリアセンブリ３００のコーナーエリアの部分詳細図が説明されている。一実施形態では、バッテリアセンブリ３００は、バスバー４１０（バスバー１１０、１１２と同じ又は類似し得る）がそこを通過することを許容する開口部４８０を備える電流コレクタタブ４１４を含む。この実施形態では、エンクロージャ７００は、制約縁部３４０、及び電流コレクタタブ４１４（電極タブ１１４と同じ又は類似し得る）などの突出エリアに密接に巻かれる。エンクロージャ７００が制約縁部３４０及び／又は電流コレクタタブ４１４に接触するため、エンクロージャは、高応力４５０、４５１のエリアにさらされ得、これは、特定の状況において、エンクロージャ７００が研磨され、引き裂かれ、又は破裂することを引き起こす可能性がある。高応力４５０、４５１の２つのエリアで示されているが、エンクロージャ７００がバッテリアセンブリ３００のコンポーネントの鋭利な縁部に接触する任意のエリアは、潜在的な穿刺点を作成し得る高応力の他のエリアを作成し得る。
【0086】
図４Ｂを参照すると、エンクロージャ７００の摩耗、裂け、又は破裂を引き起こす高応力４５０のエリアの可能性の低減又は排除を容易にするために、延伸されたスペーサ部材４２５が利用される。この実施形態では、延伸されたスペーサ部材４２５は、材料組成、幅及び厚さ、並びにＺ軸方向の位置決めが、本明細書に記載されるスペーサ部材２２５と同等であり得る。しかしながら、延伸されたスペーサ部材４２５は、高応力エリア４５０がエンクロージャ７００に十分な応力を与えて、摩耗、裂けを引き起こしてエンクロージャ７００が破裂するのを防ぐのに十分な長さでＸ軸方向に延伸するように構成されている。この実施形態では、延伸されたスペーサ部材４２５は、Ｘ軸方向に制約縁部３４０を超えて距離ＳＤ１だけ延伸するＸ軸長さを有するように構成されている。そうすることによって、延伸されたスペーサが使用されないときに、エンクロージャ７００の内側エンクロージャ半径４３５ＡのエンクロージャＲＥａのＺ－Ｘ平面の曲率半径と比較して、内側エンクロージャ半径４３５のエンクロージャＲＥのＺ－Ｘ平面の曲率半径が増加する（図４Ａ）。一実施形態では、距離ＳＤ１は１００μｍ～４０００μｍであり、例えば１００μｍ、２００μｍ、３００μｍ、４００μｍ、５００μｍ、６００μｍ、７００μｍ、８００μｍ、９００μｍ、１０００μｍ、１１００μｍ、１２００μｍ、１３００μｍ、１４００μｍ、１５００μｍ、１６００μｍ、１７００μｍ、１８００μｍ、１９００μｍ、２０００μｍ、２１００μｍ、２２００μｍ、２３００μｍ、２４００μｍ、２５００μｍ、２６００μｍ、２７００μｍ、２８００μｍ、２９００μｍ、３０００μｍ、３１００μｍ、３２００μｍ、３３００μｍ、３４００μｍ、３５００μｍ、３６００μｍ、３７００μｍ、３８００μｍ、３９００μｍ、又は４０００μｍであるが、他の実施形態では、この範囲よりも大きいか、又は小さい場合もある。実施形態では、半径ＲＥは距離ＳＤ１と一致し、したがって、半径ＲＥは１００μｍ～４０００μｍの範囲内であり、例えば１００μｍ、２００μｍ、３００μｍ、４００μｍ、５００μｍ、６００μｍ、７００μｍ、８００μｍ、９００μｍ、１０００μｍ、１１００μｍ、１２００μｍ、１３００μｍ、１４００μｍ、１５００μｍ、１６００μｍ、１７００μｍ、１８００μｍ、１９００μｍ、２０００μｍ、２１００μｍ、２２００μｍ、２３００μｍ、２４００μｍ、２５００μｍ、２６００μｍ、２７００μｍ、２８００μｍ、２９００μｍ、３０００μｍ、３１００μｍ、３２００μｍ、３３００μｍ、３４００μｍ、３５００μｍ、３６００μｍ、３７００μｍ、３８００μｍ、３９００μｍ、又は４０００μｍであるが、他の実施形態では、この範囲よりも大きいか、又はそれよりも小さい場合がある。別の実施形態では、延伸されたスペーサ部材４２５はまた、高応力エリア４５１の応力の低減を容易にするように構成されている。この実施形態では、延伸されたスペーサが使用されていないとき、エンクロージャ７００の内部エンクロージャ半径４３７ＡのエンクロージャＲＥ２ａの曲率半径と比較して、曲率半径ＲＥ２も増加する（図４Ａ）。一実施形態では、延伸されたスペーサ部材４２５は、内側エンクロージャ半径４３７が無限大になる（例えば、内側パッケージ表面４６０がバスバー４１０及び／又は電流コレクタタブ４１４と平行になるのに十分な距離ＳＤ１だけ延伸する。
【0087】
一実施形態では、延伸されたスペーサ部材４２５の遠位端は、実質的に平坦である。他の実施形態では、延伸されたスペーサ部材４２５の遠位端は、Ｚ－Ｘ軸及び又はＸ－Ｙ軸の１つ以上の縁部に面取り又は半径を有するなどの縁部細部４８５を備え得る。また、延伸されたスペーサ部材４２５はまた、バスバー又は同様のものなどの別のコンポーネントがそこを通過することを許容するために、１つ以上の切り欠き４８７を備え得る。そのような実施形態では、切り欠き４８７は、コンポーネントが延伸されたスペーサ部材４２５を超えて任意の方向に突出しないように、コンポーネントを収容するようにサイズ決定され、成形される。
【0088】
ここで、図５～図７を参照する。バッテリアセンブリ３００が準備された後、バッテリアセンブリ３００は、完全なバッテリ７６０を形成するために、エンクロージャ７００内に配置される。実施形態では、バッテリエンクロージャ７００は、第１のエンクロージャ層５００及び第２のエンクロージャ層６００を備える。第１及び第２のエンクロージャ層の各々は、アルミニウム、ポリマー又は同様のものなどの可撓性又は半可撓性材料を含み得る。一実施形態では、第１及び第２のエンクロージャ層５００、６００のうちの１つ以上は、多層アルミニウムポリマー材料、プラスチック、又は同様のものを含む。一実施形態では、第１及び第２のエンクロージャ層５００、６００のうちの１つ以上は、アルミニウムなどの金属基板上に積層されたポリマー材料を含む。
【0089】
図５に例解される実施形態では、バッテリアセンブリ３００は、制約３１６の主面Ｆ６（図５に示される下側面）が第１のエンクロージャ層５００と接触するように、第１のエンクロージャ層５００上に配置される。一実施形態では、バッテリアセンブリ３００は、第１のエンクロージャ層５００内に形成された凹部５０２内に配置される。凹部５０２は、バッテリアセンブリ３００の外面サイズ及び形状に一致するようにサイズ決定され、成形される。一実施形態では、第２のエンクロージャ層６００は、制約３１６の主面Ｆ５が第２のエンクロージャ層６００と接触するように、バッテリアセンブリ３００の上に配置される。第２のエンクロージャ層６００は、主面Ｆ５及び凹部５０２の全体を覆うように（配置方向Ｐ１での移動などによって）位置決めされ得る。導電性端子６０５及び６０７は、第１及び第２のエンクロージャ層５００、６００によって覆われていないままである。第２のエンクロージャ層６００を適切に配置した後、第１及び第２のエンクロージャ層５００、６００は、シール縁部Ｓ１（図７の点線で示される）に沿って密封される。一実施形態では、第１及び第２のエンクロージャ層５００、６００の過剰な材料は、密封の前に、又はその後にトリミングされ得る。第１及び第２のエンクロージャ層は、溶接、ヒートシール、接着剤、それらの組み合わせ、又は同様のものによって、シール縁部Ｓ１に沿って密封され得る。別の実施形態では、第１及び第２のエンクロージャ層５００、６００は、その中にポケットを作成するシール縁部Ｓ１の３つの側面に沿って密封され得る。そのような実施形態では、バッテリアセンブリ３００は、ポケット内に配置され得、シール縁部Ｓ１の最終縁部が、その後に密封される。一実施形態では、シール縁部Ｓ１は、制御された温度及び圧力をシール縁部Ｓ１に印加するホットプレスを使用して密封され、第１及び第２のエンクロージャ層５００、６００をシール縁部Ｓ１に沿って一緒に接着又は融着させる。別の実施形態では、真空は、空気又は他のガスによって占有される任意の過剰な体積を排出するために、シールプロセス中にバッテリアセンブリ３００に適用される。シール縁部がホットプレスにさらされる時間は、制御され得、第１及び第２のエンクロージャ層５００、６００のために選択された材料に依存する。バッテリアセンブリ３００の上で密封されると、密封された第１及び第２のエンクロージャ層５００、６００は、バッテリパッケージ７００を形成する。密封すると、エンクロージャ７００は、所望の用途に応じて、液密及び／又は気密である。端子７０５、７０７は露出したままであり、エンクロージャ７００によって覆われておらず、ユーザが給電されるデバイス又はバッテリ充電器に端子を接続することを許容する。
【0090】
いくつかの実施形態では、エンクロージャ７００を密封する前に、エンクロージャがバッテリアセンブリ３００の外面に実質的に適合するように、エンクロージャ７００の内部に真空が適用される。この実施形態では、延伸されたスペーサ部材４２５は、Ｘ軸方向の制約縁部３４０を超える十分な距離ＳＤ１を有するべきであり、その結果、真空の適用及びその後の密封の後、半径Ｒｅ及びＲＥ２は、高応力エリア４５０及び４５１がエンクロージャ７００に対する摩耗、裂け、又は破裂を引き起こすのに十分な応力を有することを軽減又は排除するのに十分な大きさである。
【0091】
本開示の方法を、図１～図９を参照して説明する。一実施形態では、バッテリアセンブリ３００などのバッテリアセンブリは、ユニットセル２００の１つ以上の層を積重すること９００によって、上述のように用意される。エンクロージャ７００の摩耗、裂け又は破裂を引き起こす高応力４５０のエリアの可能性の低減又は排除を容易にするために、延伸されたスペーサ部材４２５が、バッテリアセンブリ内のユニットセル内に配置９１０される。この実施形態では、延伸されたスペーサ部材４２５などの延伸されたスペーサ部材は、材料組成、幅及び厚さ、並びにＺ軸方向の位置決めが、本明細書に記載されるスペーサ部材２２５と同等であり得る。この実施形態では、延伸されたスペーサ部材４２５は、高応力エリア４５０がエンクロージャ７００に十分な応力を与えて、摩耗、裂けを引き起こしてエンクロージャ７００が破裂するのを防ぐのに十分な長さでＸ軸方向に延伸するように組み立てられ、位置決めされている９２０。この方法のこの実施形態では、延伸されたスペーサ部材４２５は、Ｘ軸方向に制約縁部３４０を超えて距離ＳＤ１だけ延伸するＸ軸長さを有するように、ユニットセル内に構成され、位置決めされている９２０。そうすることによって、延伸されたスペーサが使用されないときに、エンクロージャ７００の内側エンクロージャ半径４３５ＡのエンクロージャＲＥａの曲率半径と比較して、内側エンクロージャ半径４３５のエンクロージャＲＥの曲率半径が増加する（図４Ａ）。一実施形態では、距離ＳＤ１は１００μｍ～４０００μｍであり、例えば１００μｍ、２００μｍ、３００μｍ、４００μｍ、５００μｍ、６００μｍ、７００μｍ、８００μｍ、９００μｍ、１０００μｍ、１１００μｍ、１２００μｍ、１３００μｍ、１４００μｍ、１５００μｍ、１６００μｍ、１７００μｍ、１８００μｍ、１９００μｍ、２０００μｍ、２１００μｍ、２２００μｍ、２３００μｍ、２４００μｍ、２５００μｍ、２６００μｍ、２７００μｍ、２８００μｍ、２９００μｍ、３０００μｍ、３１００μｍ、３２００μｍ、３３００μｍ、３４００μｍ、３５００μｍ、３６００μｍ、３７００μｍ、３８００μｍ、３９００μｍ、又は４０００μｍであるが、他の実施形態では、この範囲よりも大きいか、又は小さい場合もある。実施形態では、半径ＲＥは距離ＳＤ１と一致し、したがって、半径ＲＥは１００μｍ～４０００μｍの範囲内であり、例えば１００μｍ、２００μｍ、３００μｍ、４００μｍ、５００μｍ、６００μｍ、７００μｍ、８００μｍ、９００μｍ、１０００μｍ、１１００μｍ、１２００μｍ、１３００μｍ、１４００μｍ、１５００μｍ、１６００μｍ、１７００μｍ、１８００μｍ、１９００μｍ、２０００μｍ、２１００μｍ、２２００μｍ、２３００μｍ、２４００μｍ、２５００μｍ、２６００μｍ、２７００μｍ、２８００μｍ、２９００μｍ、３０００μｍ、３１００μｍ、３２００μｍ、３３００μｍ、３４００μｍ、３５００μｍ、３６００μｍ、３７００μｍ、３８００μｍ、３９００μｍ、又は４０００μｍであるが、他の実施形態では、この範囲よりも大きいか、又はそれよりも小さい場合がある。この方法の別の実施形態では、延伸されたスペーサ部材４２５は、また、高応力エリア４５１の応力の低減を容易にするように、ユニットセル内に構成され、配置される９１０。この実施形態では、曲率半径ＲＥ２はまた、延伸されたスペーサが使用されていないとき、エンクロージャ７００の内側エンクロージャ半径４３７ＡのエンクロージャＲＥ２ａの曲率半径と比較して、延伸されたスペーサ部材の配置によって増加する（図４Ａ）。一実施形態では、延伸されたスペーサ部材４２５は、内側エンクロージャ半径４３７が無限大になる（例えば、内側パッケージ表面４６０がバスバー４１０及び／又は電流コレクタタブ４１４と実質的に平行になる）のに十分な距離ＳＤ１だけ延伸するように配置される。
【0092】
本方法の一実施形態において、バッテリアセンブリ３００が準備された後、バッテリアセンブリ３００は、上記のように、制約内に配置される９３０。その後、制約内のバッテリアセンブリ３００は、完全なバッテリ７６０を形成するために、エンクロージャ７００内に配置される９４０。実施形態では、バッテリエンクロージャ７００は、第１のエンクロージャ層５００及び第２のエンクロージャ層６００を備える。本方法のいくつかの実施形態では、エンクロージャ７００を密封する９５０前に、エンクロージャがバッテリアセンブリ３００の外面に実質的に適合するように、エンクロージャ７００の内部に真空が適用される。この実施形態では、延伸されたスペーサ部材４２５は、Ｘ軸方向の制約縁部３４０を超える十分な距離ＳＤ１を有するべきであり、その結果、真空の適用及びその後の密封９５０の後、半径Ｒｅ及びＲＥ２は、高応力エリア４５０及び４５１がエンクロージャ７００に対する摩耗、裂け、又は破裂を引き起こすのに十分な応力を有することを軽減又は排除するのに十分な大きさである。
【0093】
一実施形態では、バッテリアセンブリ３００は、制約３１６の主面Ｆ６（図５に示されるような下側面）が第１のエンクロージャ層５００と接触するように、第１のエンクロージャ層５００上に配置される。本方法の一実施形態において、バッテリアセンブリ３００は、第１のエンクロージャ層５００内に形成された凹部５０２内に配置される。凹部５０２は、バッテリアセンブリ３００の外面サイズ及び形状に一致するようにサイズ決定され、成形される。本方法の一実施形態では、第２のエンクロージャ層６００は、制約３１６の主面Ｆ５が第２のエンクロージャ層６００と接触するように、バッテリアセンブリ３００の上に配置される。第２のエンクロージャ層６００は、主面Ｆ５及び凹部５０２の全体を覆うように（配置方向Ｐ１での移動などによって）位置決めされる。導電性端子６０５及び６０７は、第１及び第２のエンクロージャ層５００、６００によって覆われていないままであるように位置決めされている。第２のエンクロージャ層６００を適切に配置した後、第１及び第２のエンクロージャ層５００、６００は、例えば、ヒートシール、熱かしめ又は同様のものによって、シール縁部Ｓ１（図７の点線で示される）に沿って密封される９５０。本方法の一実施形態では、第１及び第２のエンクロージャ層５００、６００の過剰な材料は、密封の前に、又はその後にトリミングされる。別の実施形態では、第１及び第２のエンクロージャ層５００、６００は、その中にポケットを作成するシール縁部Ｓ１の３つの側面に沿って密封される。そのような実施形態では、バッテリアセンブリ３００は、次いで、ポケット内に配置され、シール縁部Ｓ１の最終縁部が、その後に密封される。本方法の一実施形態では、シール縁部Ｓ１は、制御された温度及び圧力をシール縁部Ｓ１に印加するホットプレスを使用して密封され、第１及び第２のエンクロージャ層５００、６００をシール縁部Ｓ１に沿って一緒に接着又は融着させる。別の実施形態では、真空は、空気又は他のガスによって占有される任意の過剰な体積を排出するために、シールプロセス中にバッテリアセンブリ３００に適用される。シール縁部がホットプレスにさらされる時間は、制御され得、第１及び第２のエンクロージャ層５００、６００のために選択された材料に依存する。バッテリアセンブリ３００の上で密封されると、密封された第１及び第２のエンクロージャ層５００、６００は、バッテリパッケージ７００を形成する。密封する９５０と、エンクロージャ７００は、所望の用途に応じて、液密及び／又は気密である。端子７０５、７０７は露出したままであり、エンクロージャ７００によって覆われておらず、ユーザが給電されるデバイス又はバッテリ充電器に端子を接続することを許容する。エンクロージャ７００はまた、バッテリパッケージと呼ばれ得る。
【0094】
以下の実施形態は、本開示の態様を例解するために提供されるが、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。
【0095】
実施形態１．充電状態と放電状態との間を循環するための二次バッテリであって、バッテリは、制約と、制約内に配設された電極アセンブリと、を備え、電極アセンブリは、それぞれ、三次元デカルト座標系のｘ、ｙ及びｚ軸に対応する相互に鉛直な横軸、長手方向軸、及び垂直軸を有し、電極アセンブリは、長手方向に積重された連続で電極電流コレクタ層、電極層、セパレータ層、対向電極層、及び対向電極電流コレクタ層を備えるユニットセルの集団を備え、電極層は、電極活性材料を含み、対向電極層は、対向電極活性材料を含み、電極活性材料及び対向電極材料の一方は、陰極活性材料であり、電極活性材料及び対向電極材料の他方は、陽極活性材料であり、ユニットセル集団のサブセットは、電極電流コレクタ層と対向電極電流コレクタ層との間の積重された連続に位置する一対の延伸されたスペーサ部材を更に備え、スペーサ部材のうちの一方は、他方の延伸されたスペーサ部材から横方向に離間され、対向電極層の対向電極活性材料の少なくとも一部分は、対向電極活性材料の一部分及びスペーサ部材が、ｘ軸及びｚ軸によって画定される共通平面にあるように、スペーサ部材の間に位置し、延伸されたスペーサ部材の各々は、制約のｘ軸縁部を超えてｘ軸方向に距離ＳＤだけ延伸する、二次バッテリ。
【0096】
実施形態２．距離ＳＤが、最大４ｍｍである、実施形態１に記載の二次バッテリ。
【0097】
実施形態３．電極アセンブリ及び制約が、密封されたエンクロージャ内に配設される、任意の先行実施形態に記載の二次バッテリ。
【0098】
実施形態４．延伸されたスペーサ部材が、最大３ｍｍの制約のｘ軸縁部の周りのエンクロージャの内面の曲率半径を容易にする、任意の先行実施形態に記載の二次バッテリ。
【0099】
実施形態５．延伸されたスペーサ部材が、Ｘ軸方向に延伸する長さを有し、スペーサ部材の長さが、３０００μｍ以下である、任意の先行実施形態に記載の二次バッテリ。
【0100】
実施形態６．電極材料が、陰極活性材料であり、対向電極活性材料が、陽極活性材料である、任意の先行実施形態に記載の二次バッテリ。
【0101】
実施形態７．延伸されたスペーサ部材が、セパレータ層と電極層との間に配設される、任意の先行実施形態に記載の二次バッテリ。
【0102】
実施形態８．スペーサ部材が、セパレータ層と電極電流コレクタ層との間に配設される、任意の先行実施形態に記載の二次バッテリ。
【0103】
実施形態９．スペーサ部材が、セパレータと対向電極層との間に配設される、任意の先行実施形態に記載の二次バッテリ。
【0104】
実施形態１０．スペーサ部材が、セパレータ層と対向電極電流コレクタ層との間に配設される、任意の先行実施形態に記載の二次バッテリ。
【0105】
実施形態１１．延伸されたスペーサ部材が、電極電流コレクタ層、電極層、セパレータ層、対向電極層、及び対向電極電流コレクタ層のうちの少なくとも１つに接着される、任意の先行実施形態に記載の二次バッテリ。
【0106】
実施形態１２．スペーサ部材が、電極電流コレクタ層に接着される、任意の先行実施形態に記載の二次バッテリ。
【0107】
実施形態１３．スペーサ部材が、電極層に接着される、任意の先行実施形態に記載の二次バッテリ。
【0108】
実施形態１４．スペーサ部材が、セパレータ層に接着される、任意の先行実施形態に記載の二次バッテリ。
【0109】
実施形態１５．スペーサ部材が、対向電極電流コレクタ層に接着される、任意の先行実施形態に記載の二次バッテリ。
【0110】
実施形態１６．（ｉ）ユニットセル集団の部材が、長手方向に連続して積重され、（ｉｉ）ユニットセル集団が、ユニットセルの隣接する対の２つのセットを含み、（ｉｉｉ）隣接する対の２つのセット一方が、共通の電極電流コレクタ層を共有し、隣接する対の２つのセットの他方が、共通の対向電極電流コレクタ層を共有する、任意の先行実施形態に記載の二次バッテリ。
【0111】
実施形態１７．ユニットセル集団が、少なくとも５つの部材を備える、任意の先行実施形態に記載の二次バッテリ。
【0112】
実施形態１８．ユニットセル集団が、少なくとも１０個の部材を備える、任意の先行実施形態に記載の二次バッテリ。
【0113】
実施形態１９．ユニットセル集団が、少なくとも２５個の部材を備える、任意の先行実施形態に記載の二次バッテリ。
【0114】
実施形態２０．ユニットセル集団が、少なくとも５０個の部材を備える、任意の先行実施形態に記載の二次バッテリ。
【0115】
実施形態２１．ユニットセル集団が、少なくとも１００個の部材を備える、任意の先行実施形態に記載の二次バッテリ。
【0116】
実施形態２２．ユニットセル集団が、少なくとも２５０個の部材を備える、任意の先行実施形態に記載の二次バッテリ。
【0117】
実施形態２３．ユニットセル集団が、少なくとも５００個の部材を備える、任意の先行実施形態に記載の二次バッテリ。
【0118】
実施形態２４．延伸されたスペーサ部材が、電気絶縁材料を含む、任意の先行実施形態に記載の二次バッテリ。
【0119】
実施形態２５．延伸されたスペーサ部材が、陽極活性材料を含む、任意の先行実施形態に記載の二次バッテリ。
【0120】
実施形態２６．延伸されたスペーサ部材が、スペーサ材料１モル当たり１モル未満であるキャリアイオンの容量を有する陽極活性材料を含む、任意の先行実施形態に記載の二次バッテリ。
【0121】
実施形態２７．延伸されたスペーサ部材が、グラファイト又はグラフェンを含む、任意の先行実施形態に記載の二次バッテリ。
【0122】
実施形態２８．延伸されたスペーサ部材が、陰極活性材料を含む、任意の先行実施形態に記載の二次バッテリ。
【0123】
実施形態２９．延伸されたスペーサ部材が、ポリマー材料を含む、任意の先行実施形態に記載の二次バッテリ。
【0124】
実施形態３０．延伸されたスペーサ部材が、ホモポリマー、コポリマー、又はポリマーブレンドを含む、任意の先行実施形態に記載の二次バッテリ。
【0125】
実施形態３１．延伸されたスペーサ部材が、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、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、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、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、ポリアクリトリル、ポリフッ化ビニリデンポリアクリロニトリル、ポリエチレンオキシ、アクリレート、スチレン、エポキシ、シリコーン、ポリフッ化ビニリデン－ヘキサフルオロプロピレン、ポリフッ化ビニリデン－トリクロロエチレン、ポリメチルアクリレート、ポリエチルアクリノール、ポリエチルビニルエチル、ポリエチルエチレネート、ポリエチルエチル、ポリエチレンオキシド、酢酸セルロース、酢酸酪酸セルロース、酢酸プロピオン酸セルロース、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－ブタジエンコポリマー、ポリイミド、ポリフッ化ビニリデン－ヘキサフルオロプロピレン、ポリフッ化ビニリデン－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、ポリ酢酸ビニル、エチレン酢酸ビニルコポリマー、ポリエチレンオキシド、酢酸セルロース、酢酸酪酸セルロース、酢酸プロピオン酸セルロース、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コポリマー、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、ポリフェニレンオキシド、ポリフェニレンサルファイド、ポリエチレンナフタレン、及び／又はこれらの組み合わせ若しくは共重合体を含有するモノマーから誘導されるフルオロポリマーを含む、任意の先行実施形態に記載の二次バッテリ。
【0126】
実施形態３２．延伸されたスペーサ部材が、フルオロポリマーを含む、任意の先行実施形態に記載の二次バッテリ。
【0127】
実施形態３３．延伸されたスペーサ部材が、ポリオレフィンを含む、任意の先行実施形態に記載の二次バッテリ。
【0128】
実施形態３４．延伸されたスペーサ部材が、ポリエチレン、ポリプロピレン、及びポリブテンのホモポリマー、コポリマー、及びポリマーブレンドからなる群から選択されるポリオレフィンを含む、任意の先行実施形態に記載の二次バッテリ。
【0129】
実施形態３５．延伸されたスペーサ部材が、ポリエチレン又はポリプロピレンを含む、任意の先行実施形態に記載の二次バッテリ。
【0130】
実施形態３６．延伸されたスペーサ部材が、ベースと、ベースの１つの表面上に提供された接着層とを有する接着テープを備える、任意の先行実施形態に記載の二次バッテリ。
【0131】
実施形態３７．延伸されたスペーサ部材が、ベースと、ベースの１つの表面上に提供された接着層とを有する接着テープを備え、接着テープのベースが、ポリエチレン、ポリプロピレン、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、ポリフェニレンスルフィド、ポリイミド、及びポリアミドフィルム、並びにそれらの組み合わせからなる群から選択されるポリマーフィルムを含む、任意の先行実施形態に記載の二次バッテリ。
【0132】
実施形態３８．延伸されたスペーサ部材が、ベースと、ベースの１つの表面上に提供された接着層とを有する接着テープを備え、接着テープのベースが、ポリオレフィン、ポリエチレンテレフタレート及びポリアミドフィルムからなる群から選択されるポリマーフィルムを含む、任意の先行実施形態に記載の二次バッテリ。
【0133】
実施形態３９．延伸されたスペーサ部材が、ベースと、ベースの１つの表面上に提供された接着層とを有する接着テープを備え、接着テープのベースが、約４～２００μｍの範囲の厚さを有する、任意の先行実施形態に記載の二次バッテリ。
【0134】
実施形態４０．延伸されたスペーサ部材が、ベースと、ベースの１つの表面上に提供された接着層とを有する接着テープを備え、接着テープのベースが、約６～１５０μｍの範囲の厚さを有する、任意の先行実施形態に記載の二次バッテリ。
【0135】
実施形態４１．延伸されたスペーサ部材が、ベースと、ベースの１つの表面上に提供された接着層とを有する接着テープを備え、接着テープのベースが、約２５～１００μｍの範囲の厚さを有する、任意の先行実施形態に記載の二次バッテリ。
【0136】
実施形態４２．延伸されたスペーサ部材が、ベースと、ベースの１つの表面上に提供された接着層とを有する接着テープを備え、接着テープの接着層を構成する接着剤が、ゴム系接着剤、アクリル系接着剤、シリコーン系接着剤、又はそれらの組み合わせを含む、任意の先行実施形態に記載の二次バッテリ。
【0137】
実施形態４３．延伸されたスペーサ部材が、セパレータ層と同じ材料を含む、任意の先行実施形態に記載の二次バッテリ。
【0138】
実施形態４４．延伸されたスペーサ部材が、導電性材料を含む、任意の先行実施形態に記載の二次バッテリ。
【0139】
実施形態４５．延伸されたスペーサ部材が、電極層と同じ材料を含む、任意の先行実施形態に記載の二次バッテリ。
【0140】
実施形態４６．延伸されたスペーサ部材が、部分的に、ユニットセルの長さ終端を画定する、任意の先行実施形態に記載の二次バッテリ。
【0141】
実施形態４７．延伸されたスペーサ部材が、ｘ軸方向に測定された電極層の全長よりも長い全長を有する、任意の先行実施形態に記載の二次バッテリ。
【0142】
実施形態４８．延伸されたスペーサ部材が、ｘ軸方向に測定された対向電極層の全長よりも大きい全長を有する、任意の先行実施形態に記載の二次バッテリ。
【0143】
実施形態４９．ユニットセルが、垂直方向に測定された高さを有し、延伸されたスペーサ部材が、ｚ軸方向に測定された高さを有し、ユニットセルの高さが、延伸されたスペーサ部材の高さに等しい、任意の先行実施形態に記載の二次バッテリ。
【0144】
実施形態５０．ユニットセルが、ｚ軸方向に測定された高さを有し、延伸されたスペーサ部材が、ｚ軸方向に測定された高さを有し、ユニットセルの高さがスペーサ部材の高さよりも大きい、任意の先行実施形態に記載の二次バッテリ。
【0145】
実施形態５１．ユニットセルが、ｚ軸方向に測定された高さを有し、スペーサ部材が、ｚ軸方向に測定された高さを有し、ユニットセルの高さが、スペーサ部材の高さ未満である、任意の先行実施形態に記載の二次バッテリ。
【0146】
実施形態５２．電極活性材料及び対向電極材料の一方が、（ａ）シリコン（Ｓｉ）、ゲルマニウム（Ｇｅ）、スズ（Ｓｎ）、鉛（Ｐｂ）、アンチモン（Ｓｂ）、ビスマス（Ｂｉ）、亜鉛（Ｚｎ）、アルミニウム（Ａｌ）、チタン（Ｔｉ）、ニッケル（Ｎｉ）、コバルト（Ｃｏ）、及びカドミウム（Ｃｄ）、（ｂ）Ｓｉ、Ｇｅ、Ｓｎ、Ｐｂ、Ｓｂ、Ｂｉ、Ｚｎ、Ａｌ、Ｔｉ、Ｎｉ、Ｃｏ、又はＣｄと他の元素との合金又は金属間化合物、（ｃ）Ｓｉ、Ｇｅ、Ｓｎ、Ｐｂ、Ｓｂ、Ｂｉ、Ｚｎ、Ａｌ、Ｔｉ、Ｆｅ、Ｎｉ、Ｃｏ、Ｖ、又はＣｄの酸化物、炭化物、窒化物、硫化物、リン化物、セレン化物、及びテルル化物、並びにそれらの混合物、複合物、又はリチウム含有複合物、（ｄ）Ｓｎの塩及び水酸化物、（ｅ）チタン酸リチウム、マンガン酸リチウム、アルミン酸リチウム、リチウム含有酸化チタン、リチウム遷移金属酸化物、ＺｎＣｏ２Ｏ４、（ｆ）グラファイト及び炭素の粒子、（ｇ）リチウム金属、及び（ｈ）それらの組み合わせからなる群から選択される陽極活性材料である、任意の先行実施形態に記載の二次バッテリ。
【0147】
実施形態５３．電極活性材料及び対向電極材料の一方が、シリコン（Ｓｉ）、ゲルマニウム（Ｇｅ）、スズ（Ｓｎ）、鉛（Ｐｂ）、アンチモン（Ｓｂ）、ビスマス（Ｂｉ）、亜鉛（Ｚｎ）、アルミニウム（Ａｌ）、チタン（Ｔｉ）、ニッケル（Ｎｉ）、コバルト（Ｃｏ）、及びカドミウム（Ｃｄ）からなる群から選択される陽極活性材料である、任意の先行実施形態に記載の二次バッテリ。
【0148】
実施形態５４．電極活性材料及び対向電極材料の一方が、Ｓｉ、Ｇｅ、Ｓｎ、Ｐｂ、Ｓｂ、Ｂｉ、Ｚｎ、Ａｌ、Ｔｉ、Ｎｉ、Ｃｏ、又はＣｄと他の元素との合金及び金属間化合物からなる群から選択される陽極活性材料である、任意の先行実施形態に記載の二次バッテリ。
【0149】
実施形態５５．電極活性材料及び対向電極材料の一方が、Ｓｉ、Ｇｅ、Ｓｎ、Ｐｂ、Ｓｂ、Ｂｉ、Ｚｎ、Ａｌ、Ｔｉ、Ｆｅ、Ｎｉ、Ｃｏ、Ｖ、及びＣｄの酸化物、炭化物、窒化物、硫化物、リン化物、セレン化物、及びテルル化物からなる群から選択される陽極活性材料である、任意の先行実施形態に記載の二次バッテリ。
【0150】
実施形態５６．電極活性材料及び対向電極材料の一方が、Ｓｉの酸化物、炭化物、窒化物、硫化物、リン化物、セレン化物、及びテルル化物からなる群から選択される陽極活性材料である、任意の先行実施形態に記載の二次バッテリ。
【0151】
実施形態５７．電極活性材料及び対向電極材料の一方が、シリコン並びにシリコンの酸化物及び炭化物からなる群から選択される陽極活性材料である、任意の先行実施形態に記載の二次バッテリ。
【0152】
実施形態５８．電極活性材料及び対向電極材料の一方が、リチウム金属を含む陽極活性材料である、任意の先行実施形態に記載の二次バッテリ。
【0153】
実施形態５９．電極活性材料及び対向電極材料の一方が、グラファイト及び炭素からなる群から選択される陽極活性材料である、任意の先行実施形態に記載の二次バッテリ。
【0154】
実施形態６０．エンクロージャ内で、二次バッテリが、非水有機電解質を更に含む、任意の先行実施形態に記載の二次バッテリ。
【0155】
実施形態６１．エンクロージャ内で、二次バッテリが、リチウム塩と有機溶媒との混合物を含む非水電解質を更に含む、任意の先行実施形態に記載の二次バッテリ。
【0156】
実施形態６２．エンクロージャ内で、二次バッテリが、ポリマー電解質を更に含む、任意の先行実施形態に記載の二次バッテリ。
【0157】
実施形態６３．エンクロージャ内で、二次バッテリが、固体電解質を更に含む、任意の先行実施形態に記載の二次バッテリ。
【0158】
実施形態６４．エンクロージャ内で、二次バッテリが、硫化物系電解質からなる群から選択される固体電解質を更に含む、任意の先行実施形態に記載の二次バッテリ。
【0159】
実施形態６５．エンクロージャ内で、二次バッテリが、スズリン硫化リチウム（Ｌｉ１０ＳｎＰ２Ｓ１２）、硫化リチウムリン（β－Ｌｉ３ＰＳ４）、及び塩化硫化リチウム（Ｌｉ６ＰＳ５Ｃｌ０．９Ｉ０．１）からなる群から選択される固体電解質を更に含む、任意の先行実施形態に記載の二次バッテリ。
【0160】
実施形態６６．エンクロージャ内で、二次バッテリがポリマー系電解質を更に含む、任意の先行実施形態に記載の二次バッテリ。
【0161】
実施形態６７．エンクロージャ内で、二次バッテリが、ＰＥＯ系ポリマー電解質、ポリマーセラミック複合電解質（固体）、ポリマーセラミック複合電解質、及びポリマーセラミック複合電解質からなる群から選択されるポリマー電解質を更に含む、任意の先行実施形態に記載の二次バッテリ。
【0162】
実施形態６８．エンクロージャ内で、二次バッテリが、酸化物系電解質からなる群から選択される固体電解質を更に含む、任意の先行実施形態に記載の二次バッテリ。
【0163】
実施形態６９．エンクロージャ内で、二次バッテリが、チタン酸ランタンリチウム（Ｌｉ０．３４Ｌａ０．５６ＴｉＯ３）、Ａｌドープランタンジルコン酸リチウム（Ｌｉ６．２４Ｌａ３Ｚｒ２Ａｌ０．２４Ｏ１１．９８）、Ｔａドープランタンジルコン酸リチウム（Ｌｉ６．４Ｌａ３Ｚｒ１．４Ｔａ０．６Ｏ１２）、及びリン酸アルミニウムチタンリチウム（Ｌｉ１．４Ａｌ０．４Ｔｉ１．６（ＰＯ４）３）からなる群から選択される固体電解質を更に含む、任意の先行実施形態に記載の二次バッテリ。
【0164】
実施形態７０．電極活性材料及び対向電極材料の一方が、インターカレーション化学正極及び変換化学正極からなる群から選択される陰極活性材料である、任意の先行実施形態に記載の二次バッテリ。
【0165】
実施形態７１．電極活性材料及び対向極材料のうちの一方が、インターカレーション化学正極材料を含む陰極活性材料である、任意の先行実施形態に記載の二次バッテリ。
【0166】
実施形態７２．電極活性材料及び対向電極材料の一方が、変換化学正極活性材料を含む陰極活性材料である、任意の先行実施形態に記載の二次バッテリ。
【0167】
実施形態７３．電極活性材料及び対向電極材料の一方が、Ｓ（又はリチウム化状態のＬｉ２Ｓ）、ＬｉＦ、Ｆｅ、Ｃｕ、Ｎｉ、ＦｅＦ２、ＦｅＯｄＦ３．２ｄ、ＦｅＦ３、ＣｏＦ３、ＣｏＦ２、ＣｕＦ２、ＮｉＦ２からなる群から選択される陰極活性材料であり、０≦ｄ≦０．５である、任意の先行実施形態に記載の二次バッテリ。
【0168】
実施形態７４．二次バッテリとともに使用するためのバッテリアセンブリを製造する方法であって、バッテリアセンブリが、それぞれ、三次元デカルト座標系のｘ、ｙ、及びｚ軸にそれぞれ対応する相互に鉛直な横軸、長手方向軸、及び垂直軸を有し、電極電流コレクタ層、電極層、セパレータ層、対向電極層、及び対向電極電流コレクタ層を長手方向に連続して積重することによって、ユニットセルを準備することであって、電極層が、電極活性材料を含み、対向電極層が、対向電極活性材料を含み、電極活性材料及び対向電極材料の一方が、陰極活性材料であり、電極活性材料及び対向電極材料の他方が、陽極活性材料である、準備することと、電極電流コレクタ層と対向電極電流コレクタ層との間の積重された連続に延伸されたスペーサ部材の集団を配置することであって、延伸されたスペーサ部材のうちの１つが、他のスペーサ部材からｙ軸方向に離間され、延伸されたスペーサ部材のｘ軸範囲が、ユニットセルのｘ軸範囲よりも大きい距離ＳＤである、配置することと、を含む、方法。
【0169】
実施形態７５．距離ＳＤが、最大４ｍｍである、実施形態７４に記載の方法。
【0170】
実施形態７６．延伸されたスペーサ部材が、制約の縁部から距離ＳＤだけ延伸するように、ユニットセルを制約内に配置することを更に含む、任意の先行実施形態に記載の方法。
【0171】
実施形態７７．ユニットセルを密封されたエンクロージャ内に密封することを更に含む、任意の先行実施形態に記載の方法。
【0172】
実施形態７８．制約のｘ軸縁部の周りのエンクロージャの内面の曲率半径を最大３ｍｍまで拡大することを更に含む、任意の先行実施形態に記載の方法。
【0173】
実施形態７９．延伸されたスペーサ部材が、ｘ軸方向に延伸する長さを有し、スペーサ部材の長さが、３０００μｍ以下である、任意の先行実施形態に記載の方法。
【0174】
実施形態８０．延伸されたスペーサ部材をセパレータ層と電極層との間に配置することを更に含む、任意の先行実施形態に記載の方法。
【0175】
実施形態８１．延伸されたスペーサ部材をセパレータ層と電極電流コレクタ層との間に配置することを更に含む、任意の先行実施形態に記載の方法。
【0176】
実施形態８２．延伸されたスペーサ部材をセパレータ層と対向電極層との間に配置することを更に含む、任意の先行実施形態に記載の方法。
【0177】
実施形態８３．延伸されたスペーサ部材をセパレータ層と対向電極電流コレクタ層との間に配置することを更に含む、任意の先行実施形態に記載の方法。
【0178】
実施形態８４．延伸されたスペーサ部材を、電極電流コレクタ層、電極層、セパレータ層、対向電極層、及び対向電極電流コレクタ層のうちの少なくとも１つに接着することを更に含む、任意の先行実施形態に記載の方法。
【0179】
実施形態８５．延伸されたスペーサ部材が、電極電流コレクタ層に接着される、任意の先行実施形態に記載の方法。
【0180】
実施形態８６．延伸されたスペーサ部材が、電極層に接着される、任意の先行実施形態に記載の方法。
【0181】
実施形態８７．延伸されたスペーサ部材が、セパレータ層に接着される、任意の先行実施形態に記載の方法。
【0182】
実施形態８８．延伸されたスペーサ部材が、対向電極電流コレクタ層に接着される、任意の先行実施形態に記載の方法。
【0183】
実施形態８９．二次バッテリ用の電極アセンブリであって、電極アセンブリが、三次元デカルト座標系のｘ、ｙ、及びｚ軸にそれぞれ対応する相互に鉛直な横軸、長手方向軸、及び垂直軸を有し、電極アセンブリが、電極電流コレクタ層、電極層、セパレータ層、対向電極層、及び対向電極電流コレクタ層を長手方向に連続して備えるユニットセルであって、電極層が、電極活性材料を含み、対向電極層が、対向電極活性材料を含み、電極活性材料及び対向電極材料の一方が、陰極活性材料であり、電極活性材料及び対向電極材料の他方が、陽極活性材料である、ユニットセルと、電極電流コレクタ層と対向電極電流コレクタ層との間の延伸されたスペーサ部材の集団であって、延伸されたスペーサ部材のうちの１つが、他のスペーサ部材からｙ軸方向に離間され、延伸されたスペーサ部材のｘ軸範囲が、ユニットセルのｘ軸範囲よりも大きい距離ＳＤである、延伸されたスペーサ部材の集団と、を備える、電極アセンブリ。
【0184】
実施形態９０．距離ＳＤが、最大４ｍｍである、実施形態８９に記載の電極アセンブリ。
【0185】
実施形態９１．ユニットセルが、延伸されたスペーサ部材が制約の縁部から距離ＳＤだけ延伸するように、制約内に配設される、任意の先行実施形態に記載の電極アセンブリ。
【0186】
実施形態９２．二次バッテリ用の電極アセンブリを製造する方法であって、電極アセンブリが、それぞれ、三次元デカルト座標系のｘ、ｙ、及びｚ軸に対応する相互に鉛直な横軸、長手方向軸、及び垂直軸を有し、方法が、電極電流コレクタ層、電極層、セパレータ層、対向電極層、及び対向電極電流コレクタ層を長手方向に連続して積重することによって、ユニットセルを準備することであって、電極層が、電極活性材料を含み、対向電極層が、対向電極活性材料を含み、電極活性材料及び対向電極材料の一方が、陰極活性材料であり、電極活性材料及び対向電極材料の他方が、陽極活性材料である、準備することと、電極電流コレクタ層と対向電極電流コレクタ層との間に延伸されたスペーサ部材の集団を配置することであって、延伸されたスペーサ部材のうちの１つが、他のスペーサ部材からｙ軸方向に離間される、配置することと、延伸されたスペーサ部材のｘ軸の範囲が、制約のｘ軸の範囲よりも大きい距離ＳＤであるように、ユニットセルを制約内に配置することと、を含む、方法。
【0187】
実施形態９３．距離ＳＤが、最大４ｍｍである、実施形態９２に記載の方法。
【0188】
この書面による説明は、実施例を使用して、最良の態様を含む発明を開示し、かつ当業者が、任意のデバイス又はシステムの製造及び使用並びに任意の組み込まれた方法の実行を含む、実施形態を実践することを可能にする。本発明の特許可能な範囲は、特許請求の範囲によって定義され、また、当業者に見出される他の実施例を含み得る。そのような他の例は、それらが特許請求の範囲の文字通りの言葉と異ならない構造要素を有する場合、又はそれらが特許請求の範囲の文字通りの言葉とは実質的に異ならない差を伴う均等な構造要素を含む場合、特許請求の範囲の範囲内に入ることが意図されている。
【図1】
【図2A】
【図2B】
【図2C】
【図3】
【図4A】
【図4B】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
【国際調査報告】