【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】电极组件、二次电池和制造方法
[0001]本公开总体上涉及制造用于能量储存装置的电极组件的方法，并且涉及具有根据本文的方法制造的电极组件的能量储存装置。
技术介绍
[0002]摇椅式或插入式二次电池是一种类型的能量储存装置，其中载流子离子(诸如锂离子、钠离子、钾离子、钙离子或镁离子)通过电解质在正极与负极之间移动。二次电池可以包括单个电池单电池，或电耦合以形成电池的两个或更多个电池单电池，其中每个电池单电池包括正极、负极、微孔隔板和电解质。
[0003]在摇椅式电池单电池中，正极和负极两者均包括载流子离子插入和脱出的材料。当单电池放电时，载流子离子从负极脱出并插入正极。当单电池充电时，发生相反的过程：载流子离子从正极脱出并插入负极。
[0004]当载流子离子在电极之间移动时，一个持续存在的挑战在于当电池重复充电和放电时，电极往往会膨胀和收缩。循环期间的膨胀和收缩往往会给电池的可靠性和循环寿命带来问题，因为当电极膨胀时，会发生电短路和电池故障。另一个可能发生的问题是，例如在制造、使用或运输期间由电池上的物理或机械应力引起的电极对准的不匹配可能导致电池短路和故障。
[0005]因此，仍然需要在电池循环期间控制电极的膨胀和收缩，以提高电池的可靠性和循环寿命。此外，仍然需要可靠且有效的制造这种电池的方法。也就是说，需要用于提供具有电极组件的电池的有效制造方法，在电池循环期间所述电极组件的膨胀受控。
技术实现思路
[0006]因此，简而言之，本公开的一个方面涉及一种用于在充电状态与放电状...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种用于在充电状态与放电状态之间循环的二次电池，所述二次电池包括电池外壳、在所述电池外壳内的电极组件、载流子离子、非水液体电解质，其中所述电极组件包括一组单元单电池，每个单元单电池以堆叠序列包括电极集流体层的单元单电池部分、包括电极活性材料的电极层、隔板层、对电极层和对电极集流体层的单元单电池部分，所述单元单电池具有沿所述堆叠序列的堆叠方向从所述电极集流体的所述单元单电池部分到所述对电极集流体的所述单元单电池部分测量的宽度W
uc
，所述电极层具有沿所述堆叠序列的所述堆叠方向从与所述电极层相邻的所述电极集流体的所述单元单电池部分到与所述电极层相邻的所述隔板层测量的宽度W
E
、沿与所述堆叠方向正交的第二方向从所述电极层的顶表面到底表面测量的高度H
E
，以及沿与所述堆叠方向和高度方向正交的第三方向从第一表面到第二表面测量的长度L
E
，以及由所述电极集流体的所述单元单电池部分、所述隔板层、所述电极层的所述顶表面、所述电极层的所述底表面、所述电极层的第一端表面和所述电极层的第二端表面界定的体积V
E
，并且所述电极层包括一组间隔件结构，所述一组间隔件结构包括不同于所述电极活性材料的材料，其中(a)间隔件组在所述电极层内占据的总体积在所述电极层的所述体积V
E
的约0.1％至约35％的范围内，并且(b)所述间隔件组的构件位于所述电极层的每个子体积内，所述子体积包括(i)所述电极层的所述体积V
E
的至少25％，并且(ii)在所有侧上由(aa)所述电极集流体的所述单元单电池部分、(bb)所述隔板层、(cc)所述电极层的所述顶表面、(dd)所述电极层的所述底表面、(ee)所述电极层的所述第一端表面和(ff)所述电极层的所述第二端表面界定。2.根据权利要求1所述的二次电池，其中所述电极层包括电极活性材料层，当所述二次电池从所述放电状态充电到所述充电状态时，所述电极活性材料层具有在每摩尔电极活性材料上接受多于一摩尔载流子的容量，其中充电状态为所述二次电池的额定容量的至少75％，并且所述放电状态小于所述二次电池的所述额定容量的25％。3.根据任一前述权利要求所述的二次电池，其中所述一组间隔件结构包括间隔件材料，当所述二次电池从所述放电状态充电到所述充电状态时，所述间隔件材料具有每摩尔间隔件材料接受小于一摩尔载流子离子的载流子离子的容量，并且所述充电状态为所述二次电池的额定容量的至少75％，并且所述放电状态小于所述二次电池的所述额定容量的25％。4.根据任一前述权利要求所述的二次电池，其中所述一组间隔件结构包括间隔件材料，所述间隔件材料包括聚合物材料、电极活性材料、电极集流体材料、对电极集流体材料和隔板材料中的任一种或多种。5.根据权利要求4所述的二次电池，其中所述一组间隔件结构包括间隔件材料，所述间隔件材料包括衍生自含有以下物质的单体的含氟聚合物中的任一种或多种：偏二氟乙烯、六氟丙烯、四氟丙烯、聚烯烃诸如聚乙烯、聚丙烯或聚丁烯、乙烯
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二烯
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丙烯三元共聚物、聚苯乙烯、聚甲基丙烯酸甲酯、聚乙二醇、聚乙酸乙烯酯、聚乙烯醇缩丁醛、聚缩醛和聚乙二醇二丙烯酸酯、甲基纤维素、羧甲基纤维素、苯乙烯橡胶、丁二烯橡胶、苯乙烯
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丁二烯橡胶、异戊二烯橡胶、聚丙烯酰胺、聚乙烯醚、聚丙烯酸、聚甲基丙烯酸、聚丙烯腈、聚偏二氟乙烯聚丙烯腈、聚环氧乙烷、丙烯酸酯、苯乙烯、环氧树脂、有机硅、聚偏二氟乙烯
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共
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六氟丙烯、聚偏二氟乙烯
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共
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三氯乙烯、聚甲基丙烯酸甲酯、聚丙烯腈、聚乙烯吡咯烷酮、聚乙酸乙烯酯、
聚乙烯
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共
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乙酸乙烯酯、聚环氧乙烷、乙酸纤维素、乙酸丁酸纤维素、乙酸丙酸纤维素、氰乙基支链淀粉、氰乙基聚乙烯醇、氰乙基纤维素、氰乙基蔗糖、支链淀粉、羧甲基纤维素、丙烯腈
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苯乙烯
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丁二烯共聚物、聚酰亚胺、聚偏二氟乙烯
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六氟丙烯、聚偏二氟乙烯
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三氯乙烯、聚甲基丙烯酸甲酯、聚丙烯腈、聚乙烯吡咯烷酮、聚乙酸乙烯酯、乙烯乙酸乙烯酯共聚物、聚环氧乙烷、乙酸纤维素、乙酸丁酸纤维素、乙酸丙酸纤维素、氰乙基支链淀粉、氰乙基聚乙烯醇、氰乙基纤维素、氰乙基蔗糖、支链淀粉、羧甲基纤维素、丙烯腈苯乙烯丁二烯共聚物、聚酰亚胺、聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚对苯二甲酸丁二醇酯、聚酯、聚缩醛、聚酰胺、聚醚醚酮、聚醚砜、聚苯醚、聚苯硫醚、聚乙烯萘和/或它们的组合和共聚物。6.根据任一前述权利要求所述的二次电池，其中所述间隔件组占据的总体积为所述电极层的所述总体积Ve的至少0.1％、至少0.25％、至少0.5％和/或至少0.75％并且小于35％、小于25％、小于10％和/或小于5％。7.根据任一前述权利要求所述的二次电池，其中所述间隔件组的构件位于所述电极层的每个子体积内，所述子体积包括(i)所述电极层的所述体积V
E
的至少20％、至少10％和/或至少5％，并且(ii)在所有侧上由(aa)所述电极集流体的所述单元单电池部分、(bb)所述隔板层、(cc)所述电极层的所述顶表面、(dd)所述电极层的所述底表面、(ee)所述电极层的所述第一端表面和(ff)所述电极层的所述第二端表面界定。8.根据任一前述权利要求所述的二次电池，其中所述二次电池包括一系列堆叠片，所述一系列堆叠片包括所述电极层和所述对电极层，其中所述堆叠方向沿第一方向，所述电极层的所述高度H
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是沿与所述堆叠方向正交的第二方向测量的，并且所述电极层的所述长度L
E
是沿与所述第二方向和所述堆叠方向两者正交的第三方向测量的。9.根据权利要求8所述的二次电池，其中所述堆叠序列的每个单元单电池中的所述一组间隔件结构的构件与所述一组间隔件结构的其他构件沿所述堆叠方向对准。10.根据任一前述权利要求所述的二次电池，其中所述二次电池包括围绕内部区域连续卷绕的至少一个单元单电池，其中所述单元单电池的内部卷绕圈的直径小于所述单元单电池的外部卷绕圈的直径，并且其中所述单元单电池的直径随着距所述内部区域的半径增加而增加。11.根据权利要求10所述的二次电池，其中所述堆叠序列沿第一方向，并且所述电极层的所述高度H
E
是沿与所述堆叠方向正交的第二方向测量的，并且所述电极层的所述长度L
E
是沿所述电极层的最长尺寸测量的，所述最长尺寸对应于所述电极层从所述二次电池的中心区域到所述二次电池的外部区段的卷绕路径。12.根据权利要求10所述的二次电池，其中所述一组间隔件结构的构件对准，使得设置在所述单元单电池的内部卷绕圈中的间隔件结构与所述单元单电池的外部卷绕圈中的间隔件结构沿所述堆叠方向对准。13.根据权利要求12所述的二次电池，其中沿所述电极层的所述最长尺寸设置在所述电极层中的间隔件之间的距离随着从所述二次电池的所述内部区域到所述二次电池的外部区域的半径增加而增加。14.根据任一前述权利要求所述的二次电池，其中所述一组间隔件结构包括沿所述电极层的所述长度L
E
设置在所述电极层内的多个间隔件结构。15.根据任一前述权利要求所述的二次电池，其中所述一组间隔件结构包括位于所述
电极层的外围的单个间隔件结构。16.根据任一前述权利要求所述的二次电池，其中所述一组间隔件结构包括所述组的穿过所述电极层的所述宽度W
E
从所述电极集流体延伸到所述隔板层的一个或多个构件。17.根据任一前述权利要求所述的二次电池，其中所述一组间隔件结构沿所述电极层的所述宽度W
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从所述电极集流体层的第一表面延伸到所述隔板层的与所述电极集流体层的所述第一表面相对的第一表面的程度的中值为所述电极层的所述宽度W
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的小于60％、小于50％、小于40％、小于25％和/或小于25％，并且为所述电极层的所述宽度W
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的至少2％、至少3％和/或至少5％。18.根据任一前述权利要求所述的二次电池，其包括相邻的第一单元单电池和第二单元单电池，所述相邻的第一单元单电池和第二单元单电池包括各自的第一电极层和第二电极层，并且共用电极集流体，并且其中所述相邻的第一单元单电池和第二单元单电池两者在其各自的第一电极层和第二电极层中包括多组间隔件结构。19.根据权利要求18所述的二次电池，其中所述相邻的第一单元单电池和第二单元单电池共用同一组间隔件结构，所述同一组间隔件结构穿过所述共用电极集流体延伸到所述第一电极层和所述第二电极层中的每一者中。20.根据任一前述权利要求所述的二次电池，其包括第一单元单电池和第二单元单电池，所述第一单元单电池和所述第二单元单电池包括各自的第一电极层和第二电极层并且在其各自的第一电极层和第二电极层中包括第一组间隔件结构和第二组间隔件结构，并且其中所述第一电极层中的所述第一组间隔件结构的位置与所述第二电极层中的所述第二组间隔件结构的位置沿堆叠方向对准。21.根据任一前述权利要求所述的二次电池，其中所述一组间隔件结构设置在所述电极层与所述隔板层之间的界面处。22.根据任一前述权利要求所述的二次电池，其中所述一组间隔件结构设置在所述电极层与所述集流体层的表面之间的界面处。23.根据任一前述权利要求所述的二次电池，其中所述电极层包括以所述电极层的所述总体积V
E
的百分比计小于70％的空隙空间、小于60％的空隙空间、小于25％的空隙空间和/或小于或等于10％的空隙空间。24.根据任一前述权利要求所述的二次电池，其中所述电极层中的所述电极活性材料的电导与所述电极层中的所述间隔件组的所有构件的总电导的比率为至少2:1、至少5:1和/或至少50:1。25.一种用于在充电状态与放电状态之间循环的二次电池的电极组件，其中所述电极组件包括一组单元单电池，每个单元单电池以堆叠序列包括电极集流体层的单元单电池部分、包括电极活性材料的电极层、隔板层、对电极层和对电极集流体层的单元单电池部分，所述单元单电池具有沿所述堆叠序列的堆叠方向从所述电极集流体的所述单元单电池部分到所述对电极集流体的所述单元单电池部分测量的宽度W
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，所述电极层具有沿所述堆叠方向从与所述电极层相邻的所述电极集流体的所述单元单电池部分到与所述电极层相邻的所述隔板层测量的宽度W
e
、沿与所述堆叠方向正交的第二方向从所述电极层的顶表面到底表面测量的高度He，以及沿与所述堆叠方向和高度方向正交的第三方向从第一表面到第二表面测量的长度Le，以及由所述电极集流体的所述单元单电池部分、所述隔
板层、所述电极层的所述顶表面、所述电极层的所述底表面、所述电极层的第一端表面和所述电极层的第二端表面界定的体积V
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，并且所述电极层包括一组间隔件结构，其中(a)间隔件组在所述电极层内占据的总体积在所述电极层的所述体积V
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的约0.1％至约35％的范围内，并且(b)所述间隔件组的构件位于所述电极层的每个子体积内，所述子体积包括(i)所述电极层的所述体积V
E
的至少25％，并且(ii)在所有侧上由(aa)所述电极集流体的所述单元单电池部分、(bb)所述隔板层、(cc)所述电极层的所述顶表面、(dd)所述电极层的所述底表面、(ee)所述电极层的所述第一端表面和(ff)所述电极层的所述第二端表面界定。26.根据权利要求25所述的电极组件，其中所述电极层包括电极活性材料层，当所述二次电池从所述放电状态充电到所述充电状态时，所述电极活性材料层具有在每摩尔电极活性材料上接受多于一摩尔载流子的容量，其中充电状态为所述二次电池的额定容量的至少75％，并且所述放电状态小于所述二次电池的所述额定容量的25％...
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