【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】电池组以及相关联的系统和方法
[0001]相关申请
[0002]根据35U.S.C.
§
119(e)，本申请要求于2019年11月19日提交的题为“Batteries,and Associated Systems and Methods”的美国临时专利申请第62/937,761号以及于2019年12月20日提交的题为“Batteries,and Associated Systems and Methods”的美国临时专利申请第62/951,086号的优先权，出于所有目的，上述美国临时专利申请每个均通过引用整体并入本文。
[0003]总体上描述了包括电化学电池、相关联部件的电池组及其布置。
技术介绍
[0004]电池组通常包括经历电化学反应以产生电流的电池。在电池的循环期间可能产生热量，这可能影响电池组的性能。向电化学电池的至少一部分施加力(例如，在电池的循环期间)可以改善电化学电池的性能。本公开内容的某些实施方式涉及与电池组中的压缩力和热传递的处理相关的专利技术性制品、系统和方法。
技术实现思路
[0005]总体上描述了包括电化学电池、相关联部件的电池组及其布置。在一些方面，提供具有壳体的电池组，即使在充电和放电期间电池组中的电化学电池经历相对高的程度的膨胀和收缩的情况下，所述电池组也经历相对小的膨胀和收缩。还提供电池组，所述电池组被构造成向电池组中的电化学电池施加相对高量值且均匀的力，而在一些情况下具有高的能量密度和相对低的组装负担(pack burden)。在某些...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种方法，包括：至少部分地对电池组中的电化学电池进行充电和/或放电，使得：所述电化学电池在所述充电和/或放电期间经历至少10％的累积膨胀，并且所述电池组在所述充电和/或放电期间的膨胀小于或等于0.75％。2.一种方法，包括：至少部分地对电池组中的电化学电池进行充电和/或放电，使得所述电化学电池在所述充电和/或放电期间经历累积膨胀，其中，所述电化学电池的累积膨胀与所述电池组的膨胀之比大于或等于所述电池组中的电化学电池的总数。3.一种方法，包括：至少部分地对电池组中的电化学电池进行充电和/或放电，使得：所述电化学电池在所述充电和/或放电期间经历大于1mm的累积膨胀，并且所述电池组在所述充电和/或放电期间的膨胀小于或等于1mm。4.根据权利要求1至3中任一项所述的方法，其中，所述电化学电池在所述充电期间经历所述累积膨胀。5.根据权利要求1至4中任一项所述的方法，其中，所述电化学电池包括锂金属和/或锂金属合金作为电极活性材料。6.根据权利要求1至5中任一项所述的方法，其中，在所述电化学电池的累积膨胀期间，每个电化学电池膨胀至少1mm。7.根据权利要求1至6中任一项所述的方法，其中，所述电化学电池的累积膨胀为至少12mm。8.根据权利要求1至7中任一项所述的方法，其中，所述电池组包括至少部分地包围所述电化学电池的壳体。9.根据权利要求1至8中任一项所述的方法，其中，所述方法包括：在第一电化学电池和/或第二电化学电池的充电和/或放电期间的至少一个时间段期间施加各向异性力，所述各向异性力具有与至少一个电化学电池的电极活性表面正交的分量，限定至少10kg
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/cm2的压力。10.根据权利要求1至9中任一项所述的方法，其中，所述方法包括：在第一电化学电池和/或第二电化学电池的充电和/或放电期间的至少一个时间段期间施加各向异性力，所述各向异性力具有与至少一个电化学电池的电极活性表面正交的分量，限定小于或等于40kg
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/cm2的压力。11.根据权利要求1至10中任一项所述的方法，其中，与第一电极活性表面的活性表面和第二电极活性表面的活性表面正交的分量小于或等于30kg
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/cm2。12.根据权利要求8至11中任一项所述的方法，其中，所述壳体被构造成经由固体板施加所述各向异性力。13.根据权利要求12所述的方法，其中，所述固体板包括碳纤维。14.根据权利要求13所述的方法，其中，所述碳纤维包括单向碳纤维。15.根据权利要求12至14中任一项所述的方法，其中，所述固体板包括第一层和第二层，所述第一层包括与所述第一层的平面中的第一方向基本上平行的碳纤维，所述第二层
包括与所述第二层的平面中的第二方向基本上平行的碳纤维。16.根据权利要求12至15中任一项所述的方法，其中，所述固体板依次包括第一层、第二层和第三层，所述第一层包括与所述第一层的平面中的第一方向基本上平行的碳纤维，所述第二层包括与所述第二层的平面中的第二方向基本上平行的碳纤维，所述第二方向基本上垂直于所述第一方向，所述第三层包括与所述第一方向基本上平行的碳纤维。17.根据权利要求12至16中任一项所述的方法，其中，所述固体板依次包括第一层、第二层、第三层、第四层和第五层，所述第一层包括与所述第一层的平面中的第一方向基本上平行的碳纤维，所述第二层包括与所述第二层的平面中的第二方向基本上平行的碳纤维；所述第三层包括与所述第一方向基本上平行的碳纤维，所述第四层包括与第三方向基本上平行的碳纤维，所述第五层包括与所述第一方向基本上平行的碳纤维。18.根据权利要求13至17中任一项所述的方法，其中，所述固体板包括含有碳纤维的层，所述层中的一个或更多个层在25℃下具有至少120GPa的拉伸模量和至少120GPa的挠曲模量。19.根据权利要求13至18中任一项所述的方法，其中，所述固体板包括含有碳纤维的层，所述层中的一个或更多个层在25℃下具有小于或等于650GPa的拉伸模量和小于或等于650GPa的挠曲模量。20.根据权利要求13至19中任一项所述的方法，其中，所述固体板包括至少10个含有碳纤维的层，并且所述层在25℃下具有至少120GPa的拉伸模量和至少120GPa的挠曲模量。21.根据权利要求13至20中任一项所述的方法，其中，所述固体板包括至少10个含有碳纤维的层，并且所述层在25℃下具有小于或等于650GPa的拉伸模量和小于或等于650GPa的挠曲模量。22.根据权利要求1至21中任一项所述的方法，其中，所述电池组具有小于或等于50％的组装负担。23.根据权利要求8至22中任一项所述的方法，其中，所述电池组还包括在所述电化学电池中的至少一个电化学电池的横向外表面与所述壳体的一部分之间的成型固体制品部分，其中，所述成型固体制品部分包括邻近所述横向外表面的表面，所述表面在没有施加力的情况下相对于所述横向外表面凸起。24.根据权利要求23所述的方法，其中，在施加至少一个量值的力的情况下，所述成型固体制品部分的所述表面变得不太凸起。25.根据权利要求1至24中任一项所述的方法，其中，所述电池组还包括在所述电化学电池之间的绝热可压缩固体制品部分。26.根据权利要求25所述的方法，其中，所述绝热可压缩固体制品部分具有如使用恒定力测量所确定的小于或等于15％的压缩永久变形。27.根据权利要求25至26中任一项所述的方法，其中，所述绝热可压缩固体制品部分具有如使用恒定力测量所确定的小于或等于10％的压缩永久变形。28.根据权利要求25至27中任一项所述的方法，其中，所述绝热可压缩固体制品部分具有如使用恒定位移测量所确定的小于或等于15％的压缩永久变形。29.根据权利要求25至28中任一项所述的方法，其中，所述绝热可压缩固体制品部分具有如使用恒定位移测量所确定的小于或等于10％的压缩永久变形。
30.根据权利要求25至29中任一项所述的方法，其中，所述绝热可压缩固体制品部分具有至少60％的回弹性，并且其中，在12kg
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/cm2的压缩应力下，所述绝热可压缩固体制品部分的压缩百分比为至少30％，并且在40kg
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/cm2的压缩应力下，所述绝热可压缩固体制品部分的压缩百分比为至少80％。31.根据权利要求25至30中任一项所述的方法，其中，所述绝热可压缩固体制品部分包括泡沫。32.根据权利要求25至31中任一项所述的方法，其中，所述绝热可压缩固体制品部分包括微孔泡沫。33.根据权利要求25至32中任一项所述的方法，其中，所述绝热可压缩固体制品部分包括聚合物。34.根据权利要求25至33中任一项所述的方法，其中，所述绝热可压缩固体制品部分包括弹性体。35.根据权利要求25至34中任一项所述的方法，其中，所述绝热可压缩固体制品部分包括聚氨酯。36.根据权利要求25至35中任一项所述的方法，其中，所述绝热可压缩固体制品部分为泡沫片的形式。37.一种电池组，包括：壳体，其至少部分地包围：第一电化学电池；以及第二电化学电池；其中：所述壳体的体积小于或等于15000cm3，所述电池组具有大于或等于250Wh/kg的比能以及大于或等于230Wh/L的体积密度，并且所述壳体被构造成：在所述第一电化学电池和/或所述第二电化学电池的充电和/或放电期间的至少一个时间段期间施加各向异性力，所述各向异性力具有与所述第一电化学电池的第一电极活性表面和/或所述第二电化学电池的第二电极活性表面正交的分量，限定至少10kg
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/cm2的压力。38.根据权利要求37所述的电池组，其中，所述电池组具有大于或等于280Wh/kg的比能以及大于或等于230Wh/L的体积密度。39.一种电池组，包括：壳体，其至少部分地包围：第一电化学电池；以及第二电化学电池；其中：所述壳体包括固体板，所述固体板包括含有碳纤维的层，所述层中的一个或更多个层在25℃下具有至少120GPa的拉伸模量和至少120GPa的挠曲模量，并且所述壳体被构造成：在所述第一电化学电池和/或所述第二电化学电池的充电和/或放电期间的至少一个时间段期间施加各向异性力，所述各向异性力具有与所述第一电化学电
池的第一电极活性表面和/或所述第二电化学电池的第二电极活性表面正交的分量，限定至少10kg
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/cm2的压力。40.根据权利要求39所述的电池组，其中，所述壳体的体积小于或等于15000cm3。41.根据权利要求37至40中任一项所述的电池组，其中，所述壳体的体积小于或等于6750cm3。42.根据权利要求39至41中任一项所述的电池组，其中，所述电池组具有大于或等于250Wh/kg的比能以及大于或等于230Wh/L的体积密度。43.根据权利要求37至38以及41至42中任一项所述的电池组，其中，所述固体板包括碳纤维。44.根据权利要求39至43中任一项所述的电池组，其中，所述碳纤维包括单向碳纤维。45.根据权利要求39至44中任一项所述的电池组，其中，所述固体板包括第一层和第二层，所述第一层包括与所述第一层的平面中的第一方向基本上平行的碳纤维，所述第二层包括与所述第二层的平面中的第二方向基本上平行的碳纤维。46.根据权利要求39至45中任一项所述的电池组，其中，所述固体板依次包括第一层、第二层和第三层，所述第一层包括与所述第一层的平面中的第一方向基本上平行的碳纤维，所述第二层包括与所述第二层的平面中的第二方向基本上平行的碳纤维，所述第二方向基本上垂直于所述第一方向，所述第三层包括与所述第一方向基本上平行的碳纤维。47.根据权利要求39至46中任一项所述的电池组，其中，所述固体板依次包括第一层、第二层、第三层、第四层和第五层，所述第一层包括与所述第一层的平面中的第一方向基本上平行的碳纤维，所述第二层包括与所述第二层的平面中的第二方向基本上平行的碳纤维，所述第三层包括与所述第一方向基本上平行的碳纤维；所述第四层包括与第三方向基本上平行的碳纤维，所述第五层包括与所述第一方向基本上平行的碳纤维。48.根据权利要求43至47中任一项所述的电池组，其中，所述固体板包括含有碳纤维的层，所述层中的一个或更多个层在25℃下具有至少120GPa的拉伸模量和至少120GPa的挠曲模量。49.根据权利要求39至48中任一项所述的电池组，其中，所述固体板包括含有碳纤维的层，所述层中的一个或更多个层在25℃下具有小于或等于650GPa的拉伸模量和小于或等于650GPa的挠曲模量。50.根据权利要求39至49中任一项所述的电池组，其中，所述固体板包括至少10个含有碳纤维的层，并且所述层在25℃下具有至少120GPa的拉伸模量和至少120GPa的挠曲模量。51.根据权利要求39至50中任一项所述的电池组，其中，所述固体板包括至少10个含有碳纤维的层，并且所述层在25℃下具有小于或等于650GPa的拉伸模量和小于或等于650GPa的挠曲模量。52.根据权利要求37至51中任一项所述的电池组，其中，所述第一电化学电池和所述第二电化学电池在所述充电期间经历累积膨胀。53.根据权利要求37至52中任一项所述的电池组，其中，在所述电化学电池的累积膨胀期间，每个电化学电池膨胀至少1mm。54.根据权利要求37至53中任一项所述的电池组，其中，所述电化学电池的累积膨胀为至少12mm。
55.根据权利要求37至54中任一项所述的电池组，其中，与所述第一电极活性表面的活性表面和所述第二电极活性表面的活性表面正交的分量限定小于或等于40kg
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/cm2的压力。56.根据权利要求37至55中任一项所述的电池组，其中，与所述第一电极活性表面的活性表面和所述第二电极活性表面的活性表面正交的分量限定小于或等于30kg
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/cm2的压力。57.根据权利要求37至56中任一项所述的电池组，其中，所述壳体被构造成经由固体板施加所述各向异性力。58.根据权利要求37至57中任一项所述的电池组，其中，所述电池组具有小于或等于50％的组装负担。59.根据权利要求37至58中任一项所述的电池组，其中，所述电池组还包括在所述第一电化学电池的横向外表面与所述壳体的一部分之间的成型固体制品部分，其中，所述成型固体制品部分包括邻近所述横向外表面的表面，所述表面在没有施加力的情况下相对于所述横向外表面凸起。60.根据权利要求59所述的电池组，其中，在施加至少一个量值的力的情况下，所述成型固体制品部分的所述表面变得不太凸起。61.根据权利要求37至60中任一项所述的电池组，其中，所述电池组还包括在所述第一电化学电池与所述第二电化学电池之间的绝热可压缩固体制品部分。62.根据权利要求61所述的电池组，其中，所述绝热可压缩固体制品部分具有如使用恒定力测量所确定的小于或等于15％的压缩永久变形。63.根据权利要求61至62中任一项所述的电池组，其中，所述绝热可压缩固体制品部分具有如使用恒定力测量所确定的小于或等于10％的压缩永久变形。64.根据权利要求61至63中任一项所述的电池组，其中，所述绝热可压缩固体制品部分具有如使用恒定位移测量所确定的小于或等于15％的压缩永久变形。65.根据权利要求61至64中任一项所述的电池组，其中，所述绝热可压缩固体制品部分具有如使用恒定位移测量所确定的小于或等于10％的压缩永久变形。66.根据权利要求61至65中任一项所述的电池组，其中，所述绝热可压缩固体制品部分具有至少60％的回弹性，并且其中，在12kg
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/cm2的压缩应力下，所述绝热可压缩固体制品部分的压缩百分比为至少30％，并且在40kg
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/cm2的压缩应力下，所述绝热可压缩固体制品部分的压缩百分比为至少80％。67.根据权利要求61至66中任一项所述的电池组，其中，所述绝热可压缩固体制品部分包括泡沫。68.根据权利要求61至67中任一项所述的电池组，其中，所述绝热可压缩固体制品部分包括微孔泡沫。69.根据权利要求61至68中任一项所述的电池组，其中，所述绝热可压缩固体制品部分包括聚合物。70.根据权利要求61至69中任一项所述的电池组，其中，所述绝热可压缩固体制品部分包括弹性体。71.根据权利要求61至70中任一项所述的电池组，其中，所述绝热可压缩固体制品部分包括聚氨酯。72.根据权利要求61至71中任一项所述的电池组，其中，所述绝热可压缩固体制品部分
为泡沫片的形式。73.根据权利要求37至72中任一项所述的电池组，其中，所述第一电化学电池和/或所述第二电化学电池包括锂金属和/或锂金属合金作为电极活性材料。74.一种多部件堆叠体，依次包括以下所列：第一电化学电池；第一导热固体制品部分；绝热可压缩固体制品部分；第二导热固体制品部分；以及第二电化学电池。75.一种电化学电池的堆叠体，包括：第一电化学电池；第二电化学电池；在所述第一电化学电池与所述第二电化学电池之间的绝热可压缩固体制品部分；以及在所述第一电化学电池与所述绝热可压缩固体制品部分之间的导热固体制品部分。76.根据权利要求74至75中任一项所述的多部件堆叠体或电化学电池的堆叠体，其中，所述多部件堆叠体或电化学电池的堆叠体是电池组的一部分。77.根据权利要求74至76中任一项所述的多部件堆叠体或电化学电池的堆叠体，其中，所述绝热可压缩固体制品部分包括泡沫。78.根据权利要求74至77中任一项所述的多部件堆叠体或电化学电池的堆叠体，其中，所述绝热可压缩固体制品部分为片的形式。79.根据权利要求74至78中任一项所述的多部件堆叠体或电化学电池的堆叠体，其中，在所述第一电化学电池与所述绝热可压缩固体制品之间的导热固体制品部分为第一导热固体制品部分，并且所述堆叠体还包括在所述绝热可压缩固体制品部分与所述第二电化学电池之间的第二导热固体制品部分。80.根据权利要求74至79中任一项所述的多部件堆叠体或电化学电池的堆叠体，其中，所述第一电化学电池与所述第一导热固体制品部分直接相邻，所述第一导热固体制品部分与所述绝热可压缩固体制品部分直接相邻，所述绝热可压缩固体制品部分与所述第二导热固体制品部分直接相邻，并且所述第二导热固体制品部分与所述第二电化学电池直接相邻。81.根据权利要求74至80中任一项所述的多部件堆叠体或电化学电池的堆叠体，其中，所述导热固体制品部分在25℃的温度下在横向方向上具有至少10W m
‑1K
‑1的有效热导率。82.根据权利要求74至81中任一项所述的多部件堆叠体或电化学电池的堆叠体，其中，所述绝热可压缩固体制品部分在25℃的温度下在厚度方向上具有小于或等于0.5W m
‑1K
‑1的有效热导率。83.根据权利要求74至82中任一项所述的多部件堆叠体或电化学电池的堆叠体，其中，所述导热固体制品部分包括金属和/或金属合金。84.根据任一权利要求83所述的多部件堆叠体或电化学电池的堆叠体，其中，所述金属和/或金属合金包括铝。85.根据权利要求74至84中任一项所述的多部件堆叠体或电化学电池的堆叠体，其中，
所述导热固体制品部分为翅片的形式。86.根据权利要求74至85中任一项所述的多部件堆叠体或电化学电池的堆叠体，其中，所述导热固体制品部分的至少一个横向边缘延伸超过所述第一电化学电池的横向边缘。87.根据权利要求74至86中任一项所述的多部件堆叠体或电化学电池的堆叠体，其中，所述导热固体制品部分具有面向所述第一电化学装置的表面的、具有小于或等于10微米的表面粗糙度的表面。88.根据权利要求74至87中任一项所述的多部件堆叠体或电化学电池的堆叠体，其中，所述导热固体制品部分具有面向所述第一电化学装置的表面的、具有小于或等于0.1微米的表面粗糙度的表面。89.一种电池组，包括：第一导热固体制品部分，其包括第一对准特征；耦接至所述第一导热固体制品部分的非平面部的第一电化学电池，所述第一电化学电池包括第一电化学活性区域；第二导热固体制品部分，其包括第二对准特征；以及耦接至所述第二导热固体制品部分的非平面部的第二电化学电池，所述第二电化学电池包括第二电化学活性区域；其中，所述第一对准特征和所述第二对准特征被定位成使得：在所述第一对准特征与所述第二对准特征基本对准的情况下，所述第一电化学活性区域与所述第二电化学活性区域基本对准。90.根据权利要求89所述的电池组，其中，所述第一导热固体制品部分的非平面部是所述第一导热固体制品部分中的凹陷部。91.根据权利要求89所述的电池组，其中，所述第一导热固体制品部分的非平面部是所述第一导热固体制品部分中的突起部。92.根据权利要求89所述的电池组，其中，所述第一导热固体制品部分的非平面部是所述第一导热固体制品部分中的凸缘。93.根据权利要求89至92中任一项所述的电池组，其中，所述第二导热固体制品部分的非平面部是所述第二导热固体制品部分中的凹陷部。94.根据权利要求89至92中任一项所述的电池组，其中，所述第二导热固体制品部分的非平面部是所述第二导热固体制品部分中的突起部。95.根据权利要求89至92中任一项所述的电池组，其中，所述第二导热固体制品部分的非平面部是所述第二导热固体制品部分中的凸缘。96.根据权利要求89至95中任一项所述的电池组，其中，所述第一对准特征是所述第一导热固体制品部分中的孔隙。97.根据权利要求89至95中任一项所述的电池组，其中，所述第一对准特征是所述第一导热固体制品部分的边缘。98.根据权利要求89至95中任一项所述的电池组，其中，所述第一对准特征是所述第一导热固体制品部分中的突起部。99.根据权利要求89至98中任一项所述的电池组，其中，所述第二对准特征是所述第二导热固体制品部分中的孔隙。
100.根据权利要求89至98中任一项所述的电池组，其中，所述第二对准特征是所述第二导热固体制品部分的边缘。101.根据权利要求89至98中任一项所述的电池组，其中，所述第二对准特征是所述第二导热固体制品部分中的突起部。102.根据权利要求89至101中任一项所述的电池组，其中，所述第一对准特征和所述第二对准特征的基本对准可以包括使物体穿过所述第一对准特征和所述第二对准特征两者。103.根据权利要求89至102中任一项所述的电池组，其中，所述第一导热固体制品部分和/或所述第二导热固体制品部分在25℃的温度下在面内方向上具有大于或等于10W m
‑1K
‑1的有效热导率。104.根据权利要求89至103中任一项所述的电池组，其中，所述第一导热固体制品部分和/或所述第二导热固体制品部分包括金属和/或金属合金。105.根据权利要求89至104中任一项所述的电池组，其中，所述第一导热固体制品部分和/或所述第二导热固体制品部分包括铝。106.根据权利要求89至105中任一项所述的电池组，其中，所述第一导热固体制品部分在所述第一电化学电池与所述第二电化学电池之间。107.根据权利要求89至106中任一项所述的电池组，其中，所述第二导热固体制品部分在所述第一导热固体制品部分与所述第二电化学电池之间。108.根据权利要求89至107中任一项所述的电池组，其中，所述第一电化学电池和/或所述第二电化学电池包括锂金属和/或锂金属合金作为电极活性材料。109.一种方法，包括：将第一导热固体制品部分的第一特征与第二导热固体制品部分的第二特征基本对准，使得第一电化学电池的第一电化学活性区域与第二电化学电池的第二电化学活性区域基本对准；其中：所述第一电化学电池耦接至所述第一导热固体制品部分的非平面部，并且所述第二电化学电池耦接至所述第二导热固体制品部分的非平面部。110.根据权利要求109所述的方法，其中，所述第一导热固体制品部分的非平面部是所述第一导热固体制品部分中的凹陷部。111.根据权利要求109所述的方法，其中，所述第一导热固体制品部分的非平面部是所述第一导热固体制品部分中的突起部。112.根据权利要求109所述的方法，其中，所述第一导热固体制品部分的非平面部是所述第一导热固体制品部分中的凸缘。113.根据权利要求109至112中任一项所述的方法，其中，所述第二导热固体制品部分的非平面部是所述第二导热固体制品部分中的凹陷部。114.根据权利要求109至112中任一项所述的方法，其中，所述第二导热固体制品部分的非平面部是所述第二导热固体制品部分中的突起部。115.根据权利要求109至112中任一项所述的方法，其中，所述第二导热固体制品部分的非平面部是所述第二导热固体制品部分中的凸缘。116.根据权利要求109至115中任一项所述的方法，其中，所述第一特征是所述第一导
热固体制品部分中的孔隙。117.根据权利要求109至115中任一项所述的方法，其中，所述第一特征是所述第一导热固体制品部分的边缘。118.根据权利要求109至115中任一项所述的方法，其中，所述第一特征是所述第一导热固体制品部分中的突起部。119.根据权利要求109至118中任一项所述的方法，其中，所述第二特征是所述第二导热固体制品部分中的孔隙。120.根据权利要求109至118中任一项所述的方法，其中，所述第二特征是所述第二导热固体制...
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