【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本公开总体上涉及用于能量储存装置的方法和结构，涉及采用此类结构的能量储存装置并且涉及用于产生此类结构和能量装置的方法。
技术介绍
1、摇椅或插入式二次电池是如锂、钠、钾、钙或镁离子等载体离子通过如固体或液体电解质等电解质在正极与负极之间移动的一种能量储存装置。二次电池可以包括单个电池单元或者已经电耦接以形成电池的两个或更多个电池单元，其中每个电池单元包括正极、负极、电绝缘隔膜和电解质。在固态二次电池中，单一固态材料可以用作电绝缘隔膜和电解质两者。
2、在摇椅电池单元中，正极和负极两者均包括载体离子插入和抽出的材料。在电池单元放电时，载体离子从负极中被抽出并且插入到正极中。在电池单元充电时，发生相反过程：载体离子从正极中被抽出并且插入到负极中。
3、然而，作为在二次电池充电和/或放电期间发生的这种载体离子提取和插入过程的一部分，载体离子的至少一部分可能会不可逆地损失到电化学反应中。例如，包括锂(或其它载体离子)和电解质组分的分解产物(被称为固体电解质界面相(sei))可以形成在负极的表面上。此sei层的形成捕获载体离子并且将所述载体离子从二次电池的循环操作中去除，并且导致不可逆的容量损失。电极组合件中的其它化学和电化学过程也可能导致载体离子的损失。此类损失通常在作为二次电池的形成过程的一部分执行的初始充电步骤期间发生，例如由于在初始充电步骤中形成sei层，从而导致与包含在二次电池预形成中的载体离子的量相比显著更低的容量。
4、已经描述了用于补充二次电池的电极的方法(参见例如，授予castledi
5、在本公开的各个方面中，提供了如二次电池、燃料电池单元和电化学电容器等能量储存装置，其中可以恢复由于sei形成和/或负极和/或正极的机械或电气退化而损失的容量。有利地，本公开的能量储存装置提供了增加的循环寿命、更高的能量密度和/或增加的放电速率。
技术实现思路
1、因此，简言之，本公开的一个方面涉及一种用于将载体离子从包括载体离子源的辅助电极穿过约束系统转移到电极组合件的方法，其中所述电极组合件包含在堆叠方向上串联堆叠的单位电池单元群，并且其中(i)每个单位电池单元包含电极结构、对电极结构以及位于所述电极结构与所述对电极结构之间的电绝缘隔膜，(ii)每个单位电池单元内的所述电极结构、所述对电极结构和所述电绝缘隔膜具有在竖直方向上分离的相对的上端面和下端面，并且(iii)所述竖直方向正交于所述堆叠方向。所述电极组合件被围封在由所述约束系统限定的体积内，所述约束系统具有(i)在所述堆叠方向上分离的第一主生长约束件和第二主生长约束件；以及(ii)在所述竖直方向上分离并连接所述第一主生长约束件和所述第二主生长约束件的第一次生长约束件和第二次生长约束件，其中(iii)所述第一次生长约束件进一步连接到所述单位电池单元群中的成员的子集的所述电极结构或所述对电极结构的所述上端面，(iv)所述第二次生长约束件进一步连接到所述单位电池单元群中的成员的子集的所述电极结构或所述对电极结构的所述下端面，并且(v)所述第一次生长约束件或所述第二次生长约束件包含穿过其竖直厚度的多个孔隙。多孔电绝缘材料安置在所述多个孔隙内，所述多孔电绝缘材料提供载体离子穿过所述孔隙的路径，所述多孔电绝缘材料的孔隙率在20％至60％的范围内，并且所述辅助电极位于由所述约束系统围封的所述体积之外。所述方法包括将载体离子从所述辅助电极穿过所述孔隙内的所述多孔电绝缘材料转移到所述单位电池单元群中的成员。
2、本公开的另一个方面涉及一种具有用于二次电池的约束系统的电极组合件，所述电极组合件包含在堆叠方向上串联堆叠的单位电池单元群，其中(i)每个单位电池单元包括电极结构、对电极结构以及位于所述电极结构与所述对电极结构之间的电绝缘隔膜，(ii)每个单位电池单元内的所述电极结构、所述对电极结构和所述电绝缘隔膜具有在竖直方向上分离的相对的上端面和下端面，并且(iii)所述竖直方向正交于所述堆叠方向。所述电极组合件被围封在由所述约束系统限定的体积内，所述约束系统包括：(i)在所述纵向方向上分离的第一主生长约束件和第二主生长约束件；以及(ii)在所述竖直方向上分离并连接所述第一主生长约束件和所述第二主生长约束件的第一次生长约束件和第二次生长约束件，其中(iii)所述第一次生长约束件进一步连接到所述单位电池单元群的子集的所述电极结构或所述对电极结构的所述上端面，(iv)所述第二次生长约束件进一步连接到所述单位电池单元群的子集的所述电极结构或所述对电极结构的所述下端面，并且(v)所述第一次生长约束件或所述第二次生长约束件包括穿过其竖直厚度的多个孔隙。多孔电绝缘材料安置在所述多个孔隙内，所述多孔电绝缘材料提供载体离子穿过所述孔隙的路径，所述电绝缘材料的孔隙率在20％至60％的范围内。本公开的另一个方面涉及一种二次电池，其包括电极组合件。
3、本公开的另一个方面涉及一种制造电极组合件或二次电池的方法，所述方法包含(1)在所述堆叠方向上堆叠串联堆叠的所述单位电池单元群，其中(i)每个单位电池单元包含电极结构、对电极结构以及位于所述电极结构与所述对电极结构之间的电绝缘隔膜，(ii)每个单位电池单元内的所述电极结构、所述对电极结构和所述电绝缘隔膜具有在竖直方向上分离的相对的上端面和下端面，并且(iii)所述竖直方向正交于所述堆叠方向。所述方法进一步包含(2)将所述单位电池单元群围封在由所述约束系统限定的所述体积内，所述约束系统包含：(i)在纵向方向上分离的第一主生长约束件和第二主生长约束件；以及(ii)在所述竖直方向上分离并连接所述第一主生长约束件和所述第二主生长约束件的第一次生长约束件和第二次生长约束件，其中(iii)所述第一次生长约束件进一步连接到所述单位电池单元群的子集的所述电极结构或所述对电极结构的所述上端面，(iv)所述第二次生长约束件进一步连接到所述单位电池单元群的所述子集的所述电极结构或所述对电极结构的所述下端面，并且(v)所述第一次生长约束件或所述第二次生长约束件包括穿过其竖直厚度的所述多个孔隙。所述方法进一步包含(3)在所述多个孔隙内提供多孔电绝缘材料，所述多孔电绝缘材料提供载体离子穿过所述孔隙的路径，所述电绝缘材料的孔隙率在20％至60％的范围内。
4、在以下描述和附图中，本公开的其它方面、特征和实施例将部分地讨论并且部分地显而易见。
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1.一种用于将载体离子从包括载体离子源的辅助电极穿过约束系统转移到电极组合件的方法，其中
2.一种电极组合件，其包括用于二次电池的约束系统，所述电极组合件包括：
3.一种二次电池，其包括根据权利要求2所述的电极组合件。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的方法、电极组合件或二次电池，其中所述第一次生长约束件和所述第二次生长约束件两者均包括所述多个孔隙。
5.根据权利要求1和4中任一项所述的方法，其包括：将所述辅助电极在所述第一次生长约束件或所述第二次生长约束件中的孔隙之上对齐；以及施加在大于0psi至不超过20psi的范围内的压力，以将所述辅助电极与所述第一次生长约束件或所述第二次生长约束件彼此压靠。
6.根据权利要求1和4至5中任一项所述的方法，其包括施加在大于5psi至不超过20psi的范围内的压力，以将所述辅助电极与所述第一次生长约束件或所述第二次生长约束件彼此压靠。
7.根据权利要求1和4至6中任一项所述的方法，其中施加所述压力以使所述辅助电极与安置在所述孔隙中的多孔电绝缘材料接触。
8.
9.根据权利要求1和4至8中任一项所述的方法，其中所述载体离子被转移以补充由于SEI形成而损失的载体离子。
10.根据权利要求1和4至9中任一项所述的方法，其中所述载体离子被转移以补偿在所述电极组合件的初始或后续充电循环期间载体离子的损失。
11.根据权利要求1和4至10中任一项所述的方法，其中所述方法包括：(i)在初始或后续充电循环期间，将载体离子从对电极结构转移到所述单位电池单元群中的电极结构，以至少部分地对所述电极组合件进行充电；以及(ii)将载体离子从所述辅助电极穿过所述多孔电绝缘材料转移到对电极结构和/或电极结构，所述辅助电极通过所述隔膜电解地耦接到所述单位电池单元群中的成员的所述对电极结构和/或所述电极结构，以向所述电极组合件提供所述预定对电极结构放电结束电压Vcos,eod和所述预定电极结构放电结束电压Ves,eod。
12.根据权利要求11所述的方法，其中所述方法进一步包括(iii)在(ii)之后将载体离子从所述对电极结构转移到所述单位电池单元群中的成员的所述电极结构，以对所述电极组合件进行充电。
13.根据权利要求12所述的方法，其中(ii)与(i)同时执行。
14.根据实施例11至13中任一项所述的方法，其包括：在(ii)中，在所述辅助电极与所述单位电池单元群中的成员的所述电极结构或所述对电极结构之间施加偏置电压以提供穿过所述多孔电绝缘材料的载体离子流。
15.根据前述权利要求中任一项所述的方法、电极组合件或二次电池，其中所述单位电池单元群中的所述成员的所述电极结构包括电极活性材料层和电极集电器层，并且所述单位电池单元群中的成员的所述对电极结构包括对电极活性材料层和对电极集电器层。
16.根据前述权利要求中任一项所述的方法、电极组合件或二次电池，其中所述多孔电绝缘材料的孔隙率为至少25％、至少30％、至少35％、至少40％、至少45％、至少50％或至少55％。
17.根据前述权利要求中任一项所述的方法、电极组合件或二次电池，其中所述多孔电绝缘材料的孔隙率不超过55％、不超过50％、不超过45％、不超过40％或不超过35％。
18.根据前述权利要求中任一项所述的方法、电极组合件或二次电池，其中所述电绝缘隔膜是微孔的，并且所述多孔电绝缘材料的所述孔隙率与所述电绝缘隔膜的孔隙率的比率在1:0.75至1:1.5的范围内。
19.根据前述权利要求中任一项所述的方法、电极组合件或二次电池，其中所述多孔电绝缘材料包括分散在粘结剂材料中的微粒材料。
20.根据权利要求19所述的方法、电极组合件或二次电池，其中所述粘结剂材料包括选自由以下组成的组中的任一种的聚合物材料：聚偏二氟乙烯(PVDF)、聚乙烯、聚丙烯、乙烯丙烯酸(EAA)、乙烯甲基丙烯酸(EMAA)以及其共聚物。
21.根据前述权利要求中任一项所述的方法、电极组合件或二次电池，其中所述电极组合件具有分别对应于假想的三维笛卡尔坐标系的x轴、y轴和z轴的相互垂直的横轴、纵轴和竖轴、在所述纵向方向上彼此分离的第一纵向端面和第二纵向端面以及围绕电极组合件纵轴AEA并连接所述第一纵向端面和所述第二纵向端面的侧向表面，所述侧向表面具有在所述纵轴的相对侧上并且在正交于所述纵轴的第一方向上分...
【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】
1.一种用于将载体离子从包括载体离子源的辅助电极穿过约束系统转移到电极组合件的方法，其中
2.一种电极组合件，其包括用于二次电池的约束系统，所述电极组合件包括：
3.一种二次电池，其包括根据权利要求2所述的电极组合件。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的方法、电极组合件或二次电池，其中所述第一次生长约束件和所述第二次生长约束件两者均包括所述多个孔隙。
5.根据权利要求1和4中任一项所述的方法，其包括：将所述辅助电极在所述第一次生长约束件或所述第二次生长约束件中的孔隙之上对齐；以及施加在大于0psi至不超过20psi的范围内的压力，以将所述辅助电极与所述第一次生长约束件或所述第二次生长约束件彼此压靠。
6.根据权利要求1和4至5中任一项所述的方法，其包括施加在大于5psi至不超过20psi的范围内的压力，以将所述辅助电极与所述第一次生长约束件或所述第二次生长约束件彼此压靠。
7.根据权利要求1和4至6中任一项所述的方法，其中施加所述压力以使所述辅助电极与安置在所述孔隙中的多孔电绝缘材料接触。
8.根据权利要求1和4至7中任一项所述的方法，其中载体离子被转移以实现和/或恢复预定对电极结构放电结束电压vceseod和预定电极结构放电结束电压ves,eod。
9.根据权利要求1和4至8中任一项所述的方法，其中所述载体离子被转移以补充由于sei形成而损失的载体离子。
10.根据权利要求1和4至9中任一项所述的方法，其中所述载体离子被转移以补偿在所述电极组合件的初始或后续充电循环期间载体离子的损失。
11.根据权利要求1和4至10中任一项所述的方法，其中所述方法包括：(i)在初始或后续充电循环期间，将载体离子从对电极结构转移到所述单位电池单元群中的电极结构，以至少部分地对所述电极组合件进行充电；以及(ii)将载体离子从所述辅助电极穿过所述多孔电绝缘材料转移到对电极结构和/或电极结构，所述辅助电极通过所述隔膜电解地耦接到所述单位电池单元群中的成员的所述对电极结构和/或所述电极结构，以向所述电极组合件提供所述预定对电极结构放电结束电压vcos,eod和所述预定电极结构放电结束电压ves,eod。
12.根据权利要求11所述的方法，其中所述方法进一步包括(iii)在(ii)之后将载体离子从所述对电极结构转移到所述单位电池单元群中的成员的所述电极结构，以对所述电极组合件进行充电。
13.根据权利要求12所述的方法，其中(ii)与(i)同时执行。
14.根据实施例11至13中任一项所述的方法，其包括：在(ii)中，在所述辅助电极与所述单位电池单元群中的成员的所述电极结构或所述对电极结构之间施加偏置电压以提供穿过所述多孔电绝缘材料的载体离子流。
15.根据前述权利要求中任一项所述的方法、电极组合件或二次电池，其中所述单位电池单元群中的所述成员的所述电极结构包括电极活性材料层和电极集电器层，并且所述单位电池单元群中的成员的所述对电极结构包括对电极活性材料层和对电极集电器层。
16.根据前述权利要求中任一项所述的方法、电极组合件或二次电池，其中所述多孔电绝缘材料的孔隙率为至少25％、至少30％、至少35％、至少40％、至少45％、至少50％或至少55％。
17.根据前述权利要求中任一项所述的方法、电极组合件或二次电池，其中所述多孔电绝缘材料的孔隙率不超过55％、不超过50％、不超过45％、不超过40％或不超过35％。
<...【专利技术属性】
技术研发人员：N·辛格，R·S·布萨卡，J·C·多恩，M·拉马苏布拉马尼安，R·K·罗森，
申请(专利权)人：艾诺维克斯公司，
类型：发明
国别省市：
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