用于電化學(xué)系統(tǒng)的新穎分隔物相關(guān)申請的交叉引用本申請要求2011年7月11日提交的美國臨時申請?zhí)?1/506,489和2012年4月10日提交的美國臨時申請?zhí)?1/622,371的益處和優(yōu)先權(quán)，每個臨時申請據(jù)此通過引用被全部并入。背景在過去幾十年中，在電化學(xué)存儲和轉(zhuǎn)換設(shè)備中取得了革命性的進(jìn)步，擴(kuò)展了這些系統(tǒng)在各種領(lǐng)域——包括便攜式電子設(shè)備、航空和航天飛船技術(shù)、客運(yùn)車輛和生物醫(yī)學(xué)儀器——中的能力。當(dāng)前最新型的電化學(xué)存儲和轉(zhuǎn)換設(shè)備具有被特別設(shè)計成提供與不同范圍的應(yīng)用要求和操作環(huán)境的兼容性的設(shè)計和性能屬性。例如，發(fā)展了跨越從用于植入式醫(yī)療設(shè)備的展示非常低的自放電率和高放電可靠性的高能密度電池到為各種便攜式電子設(shè)備提供長運(yùn)行時間的廉價的重量輕的可再充電電池到用于能夠在短時間段內(nèi)提供非常高的放電率的軍事和航天應(yīng)用的高容量電池的范圍的高級電化學(xué)存儲系統(tǒng)。盡管有該不同系列的高級電化學(xué)存儲和轉(zhuǎn)換系統(tǒng)的發(fā)展和廣泛采用，但相當(dāng)大的壓力繼續(xù)刺激研究以擴(kuò)展這些系統(tǒng)的功能，從而實(shí)現(xiàn)更寬范圍的設(shè)備應(yīng)用。在對高功率便攜式電子產(chǎn)品的要求中的大的增長例如在發(fā)展提供較高的能量密度的安全、重量輕的一次電池和二次電池中產(chǎn)生極大的利益。此外，對消費(fèi)電子設(shè)備和儀器的領(lǐng)域中的小型化的要求繼續(xù)刺激對用于減小高性能電池的尺寸、質(zhì)量和形狀因子的新穎設(shè)計和材料策略的研究。此外，在電動車輛和航空航天設(shè)計的領(lǐng)域中的繼續(xù)發(fā)展也產(chǎn)生對能夠具有在操作環(huán)境的有用范圍內(nèi)的良好設(shè)備性能的機(jī)械堅固的高可靠性高能密度和高功率密度電池的需要。在電化學(xué)存儲和轉(zhuǎn)換技術(shù)中的很多最近的進(jìn)步直接歸因于用于電池部件的新材料的發(fā)現(xiàn)和集成。鋰電池技術(shù)例如至少部分地由于用于這些系統(tǒng)的新穎電極和電解質(zhì)材料的發(fā)現(xiàn)而繼續(xù)快速發(fā)展。元素鋰具有使它對用在電化學(xué)電池中有吸引力的特性的獨(dú)特組合。首先，它是周期表中具有6.94AMU的原子質(zhì)量的最輕金屬。其次，鋰具有非常低的電化學(xué)氧化/還原電勢(即，-3.045V相對于NHE(標(biāo)準(zhǔn)氫參考電極))。特性的這個獨(dú)特的組合使基于鋰的電化學(xué)電池具有非常高的比容量。最新型的鋰離子二次電池提供優(yōu)良的充電-放電特性，且因此也作為便攜式電子設(shè)備例如手機(jī)和便攜式計算機(jī)中的電源而被廣泛采用。據(jù)此通過引用被全部并入的美國專利號6,852,446、6,306,540、6,489,055以及由Gholam-AbbasNazri和GianfranceoPistoia編輯的“LithiumBatteriesScienceandTechnology”，KluerAcademicPublishers,2004，涉及鋰和鋰離子電池系統(tǒng)。電極材料、電解質(zhì)組成和設(shè)備幾何結(jié)構(gòu)中的進(jìn)步繼續(xù)支持基于Li的電化學(xué)系統(tǒng)的進(jìn)一步發(fā)展。例如，在2012年3月29日公布的美國專利申請公布US2012/0077095和在2012年3月15日公布的國際專利申請公布WO2012/034042公開了用于包括鋰電池的電化學(xué)系統(tǒng)的三維電極陣列結(jié)構(gòu)。盡管有相當(dāng)大的進(jìn)步，但依然存在與基于Li的電化學(xué)系統(tǒng)的繼續(xù)發(fā)展有關(guān)的實(shí)際挑戰(zhàn)。相當(dāng)大的問題例如涉及一次和二次鋰和鋰離子電池中的枝狀晶體形成。通常已知在很多電解質(zhì)中的Li沉積是高度枝狀的，這使這些系統(tǒng)易受到涉及短路、機(jī)械故障和熱逸散的問題的影響。涉及枝狀晶體形成的安全憂慮目前是實(shí)現(xiàn)可再充電系統(tǒng)中的金屬Li陽極的障礙。很多策略被實(shí)行以解決與枝狀晶體形成有關(guān)的安全性，特別是在二次電池的背景中，包括非鋰陽極和能夠?qū)崟r監(jiān)控與枝狀晶體形成相關(guān)的問題的內(nèi)部安全系統(tǒng)的發(fā)展。如通常從前述內(nèi)容認(rèn)識到的，目前存在對展示對各種應(yīng)用有用的電化學(xué)特性的基于鋰的電化學(xué)系統(tǒng)的需要。具體地，需要能夠有良好的電化學(xué)性能和對一次基于鋰的電池和二次基于鋰的電池的高度通用性的鋰電化學(xué)系統(tǒng)。概述在一個方面中，本發(fā)明提供了用于電化學(xué)系統(tǒng)的分隔物系統(tǒng)，其提供對各種電化學(xué)存儲和轉(zhuǎn)換應(yīng)用有用的電子、機(jī)械和化學(xué)特性。一些實(shí)施方式的分隔物系統(tǒng)例如提供對防止電化學(xué)電池中的災(zāi)難性故障有用和對提高性能例如循環(huán)壽命和能量以及功率有用的結(jié)構(gòu)、物理和靜電特性。一個系列的例子是用于管理和控制基于金屬的電池例如基于鋰、基于堿、基于鋅和基于鉛的電池中的枝狀晶體形成的分隔物。在實(shí)施方式中，例如本發(fā)明的分隔物系統(tǒng)具有支持優(yōu)良的離子轉(zhuǎn)移特性而同時提供對防止枝狀晶體引起的機(jī)械故障、電子內(nèi)部短路和/或熱逸散有效的屏障的多層、多孔幾何結(jié)構(gòu)。另一系列的例子是由幾個多孔/穿孔層和不能透過的然而離子選擇性的傳導(dǎo)膜組成的多層分隔物，其中多孔層提供對防止內(nèi)部短路故障例如枝狀晶體短路故障和/或熱逸散有效的屏障；且膜層提供對分隔緊鄰陽極的電解質(zhì)與緊鄰陰極的電解質(zhì)有效的屏障，其可防止電極及其表面和其電解質(zhì)中的任一個的污染，并因此提高電池的性能例如能量、功率和壽命周期；這在金屬空氣和液流電池及半固體電池中特別有用，一些例子是鋰-空氣、鋰水和鋅-空氣電池。在實(shí)施方式中，本發(fā)明提供了用于電化學(xué)系統(tǒng)的分隔物系統(tǒng)，其包括：(i)第一高機(jī)械強(qiáng)度層，其具有完全穿過第一高機(jī)械強(qiáng)度層延伸并以第一圖案設(shè)置的多個孔；以及(ii)第二高機(jī)械強(qiáng)度層，其具有完全穿過第二高機(jī)械強(qiáng)度層延伸并以第二圖案設(shè)置的多個孔；第二圖案具有相對于第一圖案的偏移對準(zhǔn)，使得第一高機(jī)械強(qiáng)度層的孔和第二高機(jī)械強(qiáng)度層的孔沿著從第一高機(jī)械強(qiáng)度層垂直地延伸到第二高機(jī)械強(qiáng)度層的軸的重疊小于或等于20％；其中第一高機(jī)械強(qiáng)度層和第二高機(jī)械強(qiáng)度層定位成使得設(shè)置成與第一高機(jī)械強(qiáng)度層和第二高機(jī)械強(qiáng)度層接觸的電解質(zhì)的離子能夠通過第一高機(jī)械強(qiáng)度層和第二高機(jī)械強(qiáng)度層轉(zhuǎn)移。在實(shí)施方式中，例如第一高機(jī)械強(qiáng)度層和第二高機(jī)械強(qiáng)度層彼此不直接物理接觸。在這個方面的實(shí)施方式中，第一高機(jī)械強(qiáng)度層的孔和第二高機(jī)械強(qiáng)度層的孔沿著從第一高機(jī)械強(qiáng)度層垂直地延伸到第二高機(jī)械強(qiáng)度層的軸的重疊小于或等于10％。在實(shí)施方式中，例如本發(fā)明的分隔物系統(tǒng)還包括設(shè)置在第一高機(jī)械強(qiáng)度層和第二高機(jī)械強(qiáng)度層之間并可選地與第一高機(jī)械強(qiáng)度層、第二高機(jī)械強(qiáng)度層或兩者接觸的一種或多種電解質(zhì)，其中第一高機(jī)械強(qiáng)度層和第二高機(jī)械強(qiáng)度層是離子傳導(dǎo)的，并可選地允許電化學(xué)系統(tǒng)的電解質(zhì)的轉(zhuǎn)移。在實(shí)施方式中，本發(fā)明提供了用于電化學(xué)系統(tǒng)的分隔物系統(tǒng)，其包括：(i)第一高機(jī)械強(qiáng)度層，其具有完全穿過第一高機(jī)械強(qiáng)度層延伸并以第一圖案設(shè)置的多個孔；(ii)第二高機(jī)械強(qiáng)度層，其具有完全穿過第二高機(jī)械強(qiáng)度層延伸并以第二圖案設(shè)置的多個孔；第二圖案具有相對于第一圖案的偏移對準(zhǔn)，使得第一高機(jī)械強(qiáng)度層的孔和第二高機(jī)械強(qiáng)度層的孔沿著從第一高機(jī)械強(qiáng)度層垂直地延伸到第二高機(jī)械強(qiáng)度層的軸的重疊小于或等于20％；以及(iii)第三高機(jī)械強(qiáng)度層，其具有完全穿過第三高機(jī)械強(qiáng)度層延伸并以第三圖案設(shè)置的多個孔，第三圖案具有與第一圖案的孔空間布置相同的孔空間布置，其中第一高機(jī)械強(qiáng)度層、第二高機(jī)械強(qiáng)度層和第三高機(jī)械強(qiáng)度層定位成使得設(shè)置成與第一高機(jī)械強(qiáng)度層、第二高機(jī)械強(qiáng)度層和第三高機(jī)械強(qiáng)度層接觸的電解質(zhì)的離子能夠通過第一高機(jī)械強(qiáng)度層、第二高機(jī)械強(qiáng)度層和第三高機(jī)械強(qiáng)度層轉(zhuǎn)移。在這個方面的實(shí)施方式中，第一高機(jī)械強(qiáng)度層的孔和第二高機(jī)械強(qiáng)度層的孔沿著從第一高機(jī)械強(qiáng)度層垂直地延伸到第二高機(jī)械強(qiáng)度層的軸的重疊小于或等于10％。如在整個本描述中使用的，“相同的孔空間布置”指兩個或更多個高機(jī)械強(qiáng)度層的孔的位置使得它們沿著在高機(jī)械強(qiáng)度層之間垂直延伸的軸對準(zhǔn)。在實(shí)施方式中，例如“相同的孔空間布置”指兩個或更多個高機(jī)械強(qiáng)度層的孔的位置使得它們沿著在高機(jī)械強(qiáng)度層之間垂直延伸的軸重疊90％或更大的因子。在實(shí)施方式中，本發(fā)明提供了用于電化學(xué)系統(tǒng)的分隔物系統(tǒng)，其包括：(i)第一高機(jī)械強(qiáng)度層，其具有完全穿過第一高機(jī)械強(qiáng)度層延伸并以第一圖案設(shè)置的多個孔；(ii)第二高機(jī)械強(qiáng)度層，其具有完全穿過第二高機(jī)械強(qiáng)度層延伸并以第二圖案設(shè)置的多個孔；第二圖案具有相對于第一圖案的偏移對準(zhǔn)，使得第一高機(jī)械強(qiáng)度層的孔和第二高機(jī)械強(qiáng)度層的孔沿著從第一高機(jī)械強(qiáng)度層垂直地延伸到第二高機(jī)械強(qiáng)度層的軸的重疊小于或等于20％；(iii)第三高機(jī)械強(qiáng)度層，其具有完全穿過第三高機(jī)械強(qiáng)度層延伸并以第三圖案設(shè)置的多個孔，第三圖案具有與第一圖案的孔空間布置相同的孔空間布置，以及(iv)第四高機(jī)械強(qiáng)度層，其具有完全穿過第四高機(jī)械強(qiáng)度層延伸并以第四圖案設(shè)置的多個孔，第四圖案具有與第二圖案的孔空間布置相同的孔空間布置；其中第一高機(jī)械強(qiáng)度層、第二高機(jī)械強(qiáng)度層、第三高機(jī)械強(qiáng)度層和第四高機(jī)械強(qiáng)度層定位成使得設(shè)置成與第一高機(jī)械強(qiáng)度層、第二高機(jī)械強(qiáng)度層、第三高機(jī)械強(qiáng)度層和第四高機(jī)械強(qiáng)度層接觸的電解質(zhì)的離子能夠通過第一高機(jī)械強(qiáng)度層、第二高機(jī)械強(qiáng)度層、第三高機(jī)械強(qiáng)度層和第四高機(jī)械強(qiáng)度層轉(zhuǎn)移。在這個方面的實(shí)施方式中，第一高機(jī)械強(qiáng)度層的孔和第二高機(jī)械強(qiáng)度層的孔沿著從第一高機(jī)械強(qiáng)度層垂直地延伸到第二高機(jī)械強(qiáng)度層的軸的重疊小于或等于10％。在實(shí)施方式中，本發(fā)明提供了用于電化學(xué)系統(tǒng)的分隔物系統(tǒng)，其包括：(i)第一高機(jī)械強(qiáng)度層，其具有完全穿過第一高機(jī)械強(qiáng)度層延伸并以第一圖案設(shè)置的多個孔；(ii)第二高機(jī)械強(qiáng)度層，其具有完全穿過第二高機(jī)械強(qiáng)度層延伸并以第二圖案設(shè)置的多個孔，第二圖案具有相對于第一圖案的偏移對準(zhǔn)，使得第一高機(jī)械強(qiáng)度層的孔和第二高機(jī)械強(qiáng)度層的孔沿著從第一高機(jī)械強(qiáng)度層垂直地延伸到第二高機(jī)械強(qiáng)度層的軸的重疊小于或等于40％；以及(iii)第三高機(jī)械強(qiáng)度層，其具有完全穿過第三高機(jī)械強(qiáng)度層延伸并以第三圖案設(shè)置的多個孔；第三圖案具有相對于第一圖案和第二圖案的偏移對準(zhǔn)，使得第一高機(jī)械強(qiáng)度層的孔、第二高機(jī)械強(qiáng)度層的孔和第三高機(jī)械強(qiáng)度層的孔沿著從第一層或第二層垂直地延伸到第三層的軸的重疊小于或等于20％；其中第一高機(jī)械強(qiáng)度層、第二高機(jī)械強(qiáng)度層和第三高機(jī)械強(qiáng)度層定位成使得設(shè)置成與第一高機(jī)械強(qiáng)度層、第二高機(jī)械強(qiáng)度層和第三高機(jī)械強(qiáng)度層接觸的電解質(zhì)的離子能夠通過第一高機(jī)械強(qiáng)度層、第二高機(jī)械強(qiáng)度層和第三高機(jī)械強(qiáng)度層轉(zhuǎn)移。在這個方面的實(shí)施方式中，第一高機(jī)械強(qiáng)度層的孔和第二高機(jī)械強(qiáng)度層的孔沿著從第一高機(jī)械強(qiáng)度層垂直地延伸到第二高機(jī)械強(qiáng)度層的軸的重疊小于或等于20％，且第一高機(jī)械強(qiáng)度層的孔、第二高機(jī)械強(qiáng)度層的孔和第三高機(jī)械強(qiáng)度層的孔沿著從第一高機(jī)械強(qiáng)度層或第二高機(jī)械強(qiáng)度層垂直地延伸到第三高機(jī)械強(qiáng)度層的軸的重疊小于或等于10％。在實(shí)施方式中，本發(fā)明提供了用于電化學(xué)系統(tǒng)的分隔物系統(tǒng)，其包括：(i)第一高機(jī)械強(qiáng)度層，其具有完全穿過第一高機(jī)械強(qiáng)度層延伸并以第一圖案設(shè)置的多個孔；(ii)第二高機(jī)械強(qiáng)度層，其具有完全穿過第二高機(jī)械強(qiáng)度層延伸并以第二圖案設(shè)置的多個孔，第二圖案具有相對于第一圖案的偏移對準(zhǔn)，使得第一高機(jī)械強(qiáng)度層的孔和第二高機(jī)械強(qiáng)度層的孔沿著從第一高機(jī)械強(qiáng)度層垂直地延伸到第二高機(jī)械強(qiáng)度層的軸的重疊小于或等于50％；(iii)第三高機(jī)械強(qiáng)度層，其具有完全穿過第三高機(jī)械強(qiáng)度層延伸并以第三圖案設(shè)置的多個孔，第三圖案具有相對于第一圖案和第二圖案的偏移對準(zhǔn)，使得第一高機(jī)械強(qiáng)度層的孔、第二高機(jī)械強(qiáng)度層的孔和第三高機(jī)械強(qiáng)度層的孔沿著從第一高機(jī)械強(qiáng)度層或第二高機(jī)械強(qiáng)度層垂直地延伸到第三高機(jī)械強(qiáng)度層的軸的重疊小于或等于30％，以及(iv)第四高機(jī)械強(qiáng)度層，其具有完全穿過第四高機(jī)械強(qiáng)度層延伸并以第四圖案設(shè)置的多個孔，第四圖案具有相對于第一圖案、第二圖案和第三圖案的偏移對準(zhǔn)，使得第一高機(jī)械強(qiáng)度層的孔、第二高機(jī)械強(qiáng)度層的孔、第三高機(jī)械強(qiáng)度層的孔和第四高機(jī)械強(qiáng)度層的孔沿著從第一高機(jī)械強(qiáng)度層或第二高機(jī)械強(qiáng)度層垂直地延伸到第四高機(jī)械強(qiáng)度層的軸的重疊小于或等于20％；其中第一高機(jī)械強(qiáng)度層、第二高機(jī)械強(qiáng)度層、第三高機(jī)械強(qiáng)度層和第四高機(jī)械強(qiáng)度層定位成使得設(shè)置成與第一高機(jī)械強(qiáng)度層、第二高機(jī)械強(qiáng)度層、第三高機(jī)械強(qiáng)度層和第四高機(jī)械強(qiáng)度層接觸的電解質(zhì)的離子能夠通過第一高機(jī)械強(qiáng)度層、第二高機(jī)械強(qiáng)度層、第三高機(jī)械強(qiáng)度層和第四高機(jī)械強(qiáng)度層轉(zhuǎn)移。在這個方面的實(shí)施方式中，第一高機(jī)械強(qiáng)度層的孔和第二高機(jī)械強(qiáng)度層的孔沿著從第一高機(jī)械強(qiáng)度層垂直地延伸到第二高機(jī)械強(qiáng)度層的軸的重疊小于或等于30％，且相對于第一圖案和第二圖案的偏移對準(zhǔn)使得第一高機(jī)械強(qiáng)度層的孔、第二高機(jī)械強(qiáng)度層的孔和第三高機(jī)械強(qiáng)度層的孔沿著從第一層或第二層垂直地延伸到第三層的軸的重疊小于或等于20％，且相對于第一圖案、第二圖案和第三圖案的偏移對準(zhǔn)使得第一高機(jī)械強(qiáng)度層的孔、第二高機(jī)械強(qiáng)度層的孔、第三高機(jī)械強(qiáng)度層的孔和第四高機(jī)械強(qiáng)度層的孔沿著從第一高機(jī)械強(qiáng)度層或第二高機(jī)械強(qiáng)度層垂直地延伸到第三層的軸的重疊小于或等于10％。在一些實(shí)施方式中，例如第二高機(jī)械強(qiáng)度層設(shè)置在第一高機(jī)械強(qiáng)度層和第三高機(jī)械強(qiáng)度層之間。在一些實(shí)施方式中，例如第一高機(jī)械強(qiáng)度層設(shè)置在第二高機(jī)械強(qiáng)度層和第四高機(jī)械強(qiáng)度層之間，或其中第三高機(jī)械強(qiáng)度層設(shè)置在第二高機(jī)械強(qiáng)度層和第四高機(jī)械強(qiáng)度層之間。在實(shí)施方式中，第一機(jī)械強(qiáng)度層和第二機(jī)械強(qiáng)度層未設(shè)置成物理接觸，或第一機(jī)械強(qiáng)度層、第二機(jī)械強(qiáng)度層和第三機(jī)械強(qiáng)度層未設(shè)置成物理接觸，或第一機(jī)械強(qiáng)度層、第二機(jī)械強(qiáng)度層、第三機(jī)械強(qiáng)度層和第四機(jī)械強(qiáng)度層未設(shè)置成物理接觸。這個方面的一些分隔物例如提供用于管理電化學(xué)系統(tǒng)中的枝狀晶體形成的多層結(jié)構(gòu)，其中多層分隔物層(例如，第一、第二、第三、第四高機(jī)械強(qiáng)度層等)具有孔的互補(bǔ)圖案，例如微通道或納米通道，其以在正電極和負(fù)電極之間的枝狀晶體生長是在動力學(xué)上和/或在熱力學(xué)上不利的方式來建立正電極和負(fù)電極之間的離子電導(dǎo)率。這個方面的一些分隔物例如提供具有多層幾何結(jié)構(gòu)的屏障和例如通過提供多層結(jié)構(gòu)來防止正電極和負(fù)電極之間的枝狀晶體生長的直接線性通路的物理特性，其中在正電極和負(fù)電極之間的離子轉(zhuǎn)移的唯一通路需要在動力學(xué)上和/或在熱力學(xué)上對枝狀晶體生長不利的彎曲軌跡。在實(shí)施方式中，第一高機(jī)械強(qiáng)度層、第二高機(jī)械強(qiáng)度層、第三高機(jī)械強(qiáng)度層和/或第四高機(jī)械強(qiáng)度層是平面的，并設(shè)置在相對于彼此基本上平行的方向上，例如，其中第一高機(jī)械強(qiáng)度層、第二高機(jī)械強(qiáng)度層、第三高機(jī)械強(qiáng)度層和/或第四高機(jī)械強(qiáng)度層的平表面設(shè)置在平行的平面中。在實(shí)施方式中，第一高機(jī)械強(qiáng)度層、第二高機(jī)械強(qiáng)度層、第三高機(jī)械強(qiáng)度層和/或第四高機(jī)械強(qiáng)度層是中空的圓柱形結(jié)構(gòu)，并設(shè)置在基本上同心的方向上，例如其中圓柱形的第一層和第二層的彎曲表面設(shè)置在同心的方向上。如本文使用的，從同心方向垂直地延伸的軸垂直于中心軸并從中心軸徑向延伸。本發(fā)明的一些分隔物系統(tǒng)的多層幾何結(jié)構(gòu)提供偏移對準(zhǔn)，這提供了第一圖案的孔和第二圖案的孔沿著從第一層垂直地延伸到第二層的軸的選定重疊。本發(fā)明的這個方面對獲取有用的離子轉(zhuǎn)移特性，而同時防止在電化學(xué)電池的正電極和負(fù)電極之間的枝狀晶體形成是有用的。在一些實(shí)施方式中，術(shù)語“偏移”指一種配置，其中分隔物的一個高機(jī)械強(qiáng)度層的孔沿著從一層延伸到另一層的軸例如從第一高機(jī)械強(qiáng)度層垂直地延伸到第二高機(jī)械強(qiáng)度層的軸相對于另一高機(jī)械強(qiáng)度層的孔的位置偏移。在一些實(shí)施方式中，術(shù)語“偏移”指在高機(jī)械強(qiáng)度層中的孔的圖案的相對配置，例如其中第一高機(jī)械強(qiáng)度層的第一圖案的孔相對于第二高機(jī)械強(qiáng)度層的第二圖案的孔的位置偏移，使得第一高機(jī)械強(qiáng)度層的孔沿著從第一高機(jī)械強(qiáng)度層垂直地延伸到第二高機(jī)械強(qiáng)度層的軸不完全疊加在第二高機(jī)械強(qiáng)度層的孔上。在實(shí)施方式中，例如第一高機(jī)械強(qiáng)度層和第二高機(jī)械強(qiáng)度層是納米和/或微米多孔的并對準(zhǔn)，使得第一高機(jī)械強(qiáng)度層的孔根本不沿著從第一高機(jī)械強(qiáng)度層垂直地延伸到第二高機(jī)械強(qiáng)度層的軸疊加在第二高機(jī)械強(qiáng)度層的孔上。在實(shí)施方式中，例如第一圖案、第二圖案、第三圖案和第四圖案中的兩個或更多個的孔沿著從第一高機(jī)械強(qiáng)度層垂直地延伸到第二高機(jī)械強(qiáng)度層的軸的重疊小于或等于10％，且可選地對于一些應(yīng)用小于或等于1％。在實(shí)施方式中，例如第一圖案、第二圖案、第三圖案和第四圖案中的兩個或更多個的孔沿著從第一高機(jī)械強(qiáng)度層垂直地延伸到第二高機(jī)械強(qiáng)度層的軸的重疊選自0到5％的范圍，且可選地對于一些應(yīng)用選自從0到1％的范圍。在實(shí)施方式中，例如第一圖案、第二圖案、第三圖案和第四圖案中的兩個或更多個的孔沿著從第一高機(jī)械強(qiáng)度層垂直地延伸到第二高機(jī)械強(qiáng)度層的軸的重疊等于0，例如按良好的精確度等于0。在實(shí)施方式中，例如第一圖案、第二圖案和第三圖案的孔沿著從第一高機(jī)械強(qiáng)度層垂直地延伸到第二高機(jī)械強(qiáng)度層的軸的重疊小于或等于10％。在實(shí)施方式中，例如第一圖案、第二圖案和第三圖案的孔沿著從第一高機(jī)械強(qiáng)度層垂直地延伸到第二高機(jī)械強(qiáng)度層的軸的重疊選自0到5％的范圍。在實(shí)施方式中，例如第一圖案、第二圖案、第三圖案和第四圖案的孔沿著從第一高機(jī)械強(qiáng)度層垂直地延伸到第二高機(jī)械強(qiáng)度層的軸的重疊小于或等于10％。在實(shí)施方式中，例如第一圖案、第二圖案、第三圖案和第四圖案的孔沿著從第一高機(jī)械強(qiáng)度層垂直地延伸到第二高機(jī)械強(qiáng)度層的軸的重疊選自0到5％的范圍。在實(shí)施方式中，例如第一圖案、第二圖案、第三圖案和第四圖案中的兩個或更多個包括基本上互補(bǔ)的圖案。在實(shí)施方式中，例如基本上互補(bǔ)的圖案相應(yīng)于基本上彼此的負(fù)像(negativeimage)。如本文使用的，互補(bǔ)的圖案指一種配置，其中高機(jī)械強(qiáng)度層的一種圖案的孔和一個或多個其它圖案或一個或多個其它高機(jī)械強(qiáng)度層的孔的相對位置被選擇成防止電化學(xué)電池的正電極和負(fù)電極之間的枝狀晶體生長。在實(shí)施方式中，例如第一圖案和第二圖案的基本上互補(bǔ)的圖案是彼此的負(fù)圖像，例如其中第一圖案的孔的位置相應(yīng)于沒有孔的第二層的區(qū)域。作為本發(fā)明的互補(bǔ)圖案的例子，第一層可以以相應(yīng)于棋盤的黑方格的孔的圖案為特征，而第二層可以以相應(yīng)于棋盤的紅方格的孔的圖案為特征。作為本發(fā)明的互補(bǔ)圖案的例子，第一高機(jī)械強(qiáng)度層可具有以第一節(jié)距和孔間距為特征的孔的第一周期性圖案，其中第二高機(jī)械強(qiáng)度層可具有以相同的節(jié)距和孔間距為特征但從第一圖案的孔的位置偏移或平移的孔的第二周期性圖案，使得第一高機(jī)械強(qiáng)度層的孔不沿著從第一高機(jī)械強(qiáng)度層和第二高機(jī)械強(qiáng)度層垂直延伸的軸疊加在第二高機(jī)械強(qiáng)度層的孔上。在實(shí)施方式中，具有三個或更多個高機(jī)械強(qiáng)度層的分隔物系統(tǒng)可包括具有相同的圖案(即，非互補(bǔ)圖案)的一些高機(jī)械強(qiáng)度層，只要具有互補(bǔ)圖案的至少一層位于具有相同的圖案的高機(jī)械強(qiáng)度層之間。例如，分隔物系統(tǒng)可以以具有圖案A的一個或多個高機(jī)械強(qiáng)度層和具有圖案B的一個或多個高機(jī)械強(qiáng)度層為特征，其中A和B是根據(jù)ABA的重復(fù)序列布置的互補(bǔ)圖案，且較長序列對包含四個或更多個高機(jī)械強(qiáng)度層的多層系統(tǒng)是可能的，例如ABABAB。在另一實(shí)施方式中，具有三個或更多個高機(jī)械強(qiáng)度層的分隔物系統(tǒng)可只包括具有互補(bǔ)圖案的高機(jī)械強(qiáng)度層。例如，分隔物系統(tǒng)可以以具有圖案A的一個或多個高機(jī)械強(qiáng)度層、具有圖案B的一個或多個高機(jī)械強(qiáng)度層和具有圖案C的一個或多個高機(jī)械強(qiáng)度層為特征，其中A、B和C各自對其它兩個圖案是互補(bǔ)的，根據(jù)ABC的重復(fù)序列布置，且較長序列(例如，ABCABC)和變化的序列(例如，ABCBA、ABCA)對包含四個或更多個高機(jī)械強(qiáng)度層的多層系統(tǒng)是可能的。在另一方面中，本發(fā)明提供了分隔物系統(tǒng)，其還包括設(shè)置在第一高機(jī)械強(qiáng)度層、第二高機(jī)械強(qiáng)度層、第三高機(jī)械強(qiáng)度層和第四高機(jī)械強(qiáng)度層中的至少一個的側(cè)面上的一個或多個低離子電阻層。在實(shí)施方式中，例如一個或多個低離子電阻層中的每個是電化學(xué)電池的提供例如電解質(zhì)的儲器的含電解質(zhì)層。在實(shí)施方式中，例如一個或多個低離子電阻層中的每個獨(dú)立地具有小于或等于20ohm-cm2的離子電阻，且優(yōu)選地對于一些實(shí)施方式小于或等于2ohm-cm2，且優(yōu)選地對于一些實(shí)施方式小于或等于1ohm-cm2。在實(shí)施方式中，例如所述一個或多個低離子電阻層中的至少一個是為設(shè)置在第一高機(jī)械強(qiáng)度層、第二高機(jī)械強(qiáng)度層、第三高機(jī)械強(qiáng)度層和第四高機(jī)械強(qiáng)度層中的至少兩個之間的電解質(zhì)提供空間的壓力緩沖層。在實(shí)施方式中，例如高機(jī)械強(qiáng)度層和一個或多個低離子電阻層中的至少一個是沉積在高機(jī)械強(qiáng)度層和一個或多個低離子電阻層中的至少一個上的沉積層。在實(shí)施方式中，例如高機(jī)械強(qiáng)度層和一個或多個低離子電阻層中的至少一個是沉積電化學(xué)電池的電極上的沉積層，例如直接沉積在呈現(xiàn)給電化學(xué)電池的電解質(zhì)的正或負(fù)電極的表面上的一層。在實(shí)施方式中，例如一個或多個低離子電阻層和可選地所有低離子電阻層中的至少一個通過壓力、熱或化學(xué)附著而附著到第一高機(jī)械強(qiáng)度層、第二高機(jī)械強(qiáng)度層、第三高機(jī)械強(qiáng)度層和第四高機(jī)械強(qiáng)度層中的任一個的至少一側(cè)。在實(shí)施方式中，例如一個或多個低離子電阻層和可選地所有低離子電阻層中的至少一個通過樹脂聚合物附著到第一高機(jī)械強(qiáng)度層、第二高機(jī)械強(qiáng)度層、第三高機(jī)械強(qiáng)度層和第四高機(jī)械強(qiáng)度層中的任一個的至少一側(cè)。在實(shí)施方式中，例如一個或多個低離子電阻層和可選地所有低離子電阻層中的至少一個包括微孔材料、紡織材料或非紡織材料。在實(shí)施方式中，例如一個或多個低離子電阻層和可選地所有低離子電阻層中的至少一個包括陶瓷或玻璃電解質(zhì)、聚合物電解質(zhì)或另一固體電解質(zhì)。在實(shí)施方式中，例如低離子電阻層包括玻璃電解質(zhì)，例如LISICON或LIPON或聚合物電解質(zhì)例如PEO。在實(shí)施方式中，例如一個或多個低離子電阻層和可選地所有低離子電阻層中的至少一個包括穿孔陶瓷分隔物、多孔陶瓷分隔物、穿孔玻璃分隔物、多孔玻璃分隔物或穿孔金屬或穿孔合金分隔物或穿孔橡膠或橡膠網(wǎng)或金屬網(wǎng)或合金網(wǎng)。在實(shí)施方式中，例如一個或多個低離子電阻層中的至少一個包括具有中心孔的環(huán)或框架，例如提供在電化學(xué)電池中的機(jī)械支持結(jié)構(gòu)、電解質(zhì)儲器結(jié)構(gòu)和/或隔板結(jié)構(gòu)的環(huán)或框架結(jié)構(gòu)。在實(shí)施方式中，例如一個或多個低離子電阻層包括與第一高機(jī)械強(qiáng)度層、第二高機(jī)械強(qiáng)度層、第三高機(jī)械強(qiáng)度層和第四高機(jī)械強(qiáng)度層中的至少一個接觸的一個或多個框架層。在實(shí)施方式中，例如第一高機(jī)械強(qiáng)度層設(shè)置在第一框架層和第二框架層之間且其中第二高機(jī)械強(qiáng)度層設(shè)置在第三框架層和第四框架層之間，或第一高機(jī)械強(qiáng)度層設(shè)置在第一框架層和第二框架層之間且其中第二高機(jī)械強(qiáng)度層設(shè)置在第二框架層和第三框架層之間。在實(shí)施方式中，例如一個或多個低離子電阻層包括與電化學(xué)系統(tǒng)的至少一個電極例如電化學(xué)電池的正電極和/或負(fù)電極物理接觸的一個或多個框架層。在實(shí)施方式中，例如一個或多個低離子電阻層包括設(shè)置在第一層和第二層之間的隔板，隔板將第一層和第二層分開選自10nm到1000μm的范圍且可選地對于一些應(yīng)用選自1μm到1000μm的范圍的選定距離。在實(shí)施方式中，例如這個方面的隔板包括：用于建立在第一高機(jī)械強(qiáng)度層和第二高機(jī)械強(qiáng)度層之間的選定距離的環(huán)；具有多孔壁構(gòu)件(porouswallcomponent)的框架結(jié)構(gòu)，材料層或分立材料元件的布置(arrangementofdiscretematerialelement)。在實(shí)施方式中，例如低離子電阻層和可選地所有低離子電阻層中的每個獨(dú)立地是聚合物、陶瓷、木材、玻璃、礦物、金屬、合金、紡織材料、非紡織材料、纖維素、木纖維、海綿或其組合。在實(shí)施方式中，例如一個或多個低離子電阻層各自獨(dú)立地具有大于或等于50％、和優(yōu)選地對于一些應(yīng)用大于70％、和優(yōu)選地對于一些應(yīng)用大于90％的孔隙率。在實(shí)施方式中，例如一個或多個低離子電阻層各自獨(dú)立地具有選自50％到95％的范圍的孔隙率，優(yōu)選地對于一些應(yīng)用選自70％到95％的范圍的孔隙率。在實(shí)施方式中，例如高機(jī)械強(qiáng)度層之一的至少一側(cè)是可潤濕的，例如可以用電化學(xué)電池的電解質(zhì)潤濕。在實(shí)施方式中，例如分隔物配置以緊鄰另一高機(jī)械強(qiáng)度層放置的高機(jī)械強(qiáng)度層的可潤濕側(cè)為特征，在它們之間沒有設(shè)置低離子電阻層。在實(shí)施方式中，例如分隔物配置以緊鄰電極放置的高機(jī)械強(qiáng)度層的可潤濕側(cè)為特征，在它們之間沒有低離子電阻層。在實(shí)施方式中，例如分隔物包括涂覆在另一低離子電阻層或高機(jī)械強(qiáng)度層上或涂覆在化學(xué)電池中的電極上例如電化學(xué)系統(tǒng)的正電極或負(fù)電極上的一個或多個低離子電阻層或高機(jī)械強(qiáng)度層。在另一方面中，本發(fā)明提供了分隔物，其還包括設(shè)置在第一高機(jī)械強(qiáng)度層、第二高機(jī)械強(qiáng)度層、第三高機(jī)械強(qiáng)度層、第四高機(jī)械強(qiáng)度層或一個或多個低離子電阻層中的至少一個的側(cè)面上的一個或多個化學(xué)屏障層。具有一個或多個化學(xué)屏障的分隔物在電化學(xué)系統(tǒng)中是有用的，其中正電極和負(fù)電極設(shè)置成與不同的電解質(zhì)接觸，且因此化學(xué)屏障允許電荷載體的轉(zhuǎn)移，但防止電解質(zhì)的轉(zhuǎn)移。在這樣的配置中，化學(xué)屏障對保護(hù)電極免受劣化和/或使得能夠?qū)﹄娀瘜W(xué)電池的正電極和負(fù)電極使用不同電解質(zhì)是有用的。在實(shí)施方式中，例如一個或多個化學(xué)屏障層獨(dú)立地防止不需要的化學(xué)組分通過一個或多個化學(xué)屏障層轉(zhuǎn)移到電化學(xué)電池的正電極或負(fù)電極。在實(shí)施方式中，例如一個或多個化學(xué)屏障層防止電解質(zhì)溶劑通過一個或多個化學(xué)屏障層轉(zhuǎn)移到電化學(xué)電池的正電極或負(fù)電極。在實(shí)施方式中，例如一個或多個化學(xué)屏障層包括布置在電化學(xué)電池的電極的至少一側(cè)上的固體電解質(zhì)或固體聚合物電解質(zhì)。在實(shí)施方式中，例如一個或多個化學(xué)屏障層包括來自LISICON或NASICON的固體電解質(zhì)或包括聚氧化乙烯(PEO)的聚合物電解質(zhì)。在實(shí)施方式中，例如分隔物系統(tǒng)是具有負(fù)電極和正電極的電化學(xué)電池的部件，其中一個或多個化學(xué)屏障層包括離子傳導(dǎo)保護(hù)膜，其中保護(hù)膜提供與正電極接觸的第一電解質(zhì)和與負(fù)電極接觸的第二電解質(zhì)之間的屏障，其中離子傳導(dǎo)保護(hù)膜防止負(fù)電極和第一電解質(zhì)之間的接觸。在實(shí)施方式中，例如負(fù)電極是鋰金屬電極，其中離子傳導(dǎo)保護(hù)膜傳導(dǎo)鋰離子電荷載體并防止鋰金屬電極和第一電解質(zhì)之間的接觸。在實(shí)施方式中，例如離子傳導(dǎo)保護(hù)膜包括選自由玻璃狀或無定形活性金屬離子導(dǎo)體、陶瓷活性金屬離子導(dǎo)體和玻璃-陶瓷活性金屬離子導(dǎo)體組成的組的材料。在實(shí)施方式中，例如一個或多個化學(xué)屏障層還包括布置在保護(hù)膜的表面和正電極或負(fù)電極之間的固體聚合物電解質(zhì)。在實(shí)施方式中，例如高機(jī)械強(qiáng)度層、一個或多個低離子電阻層和一個或多個化學(xué)屏障層中的至少一個是沉積在高機(jī)械強(qiáng)度層、一個或多個低離子電阻層和一個或多個化學(xué)屏障層中的至少一個上的沉積層。在實(shí)施方式中，例如高機(jī)械強(qiáng)度層、一個或多個低離子電阻層和一個或多個化學(xué)屏障層中的至少一個是沉積在電化學(xué)電池的電極上的沉積層。在實(shí)施方式中，例如分隔物包括第一高機(jī)械強(qiáng)度層、第二高機(jī)械強(qiáng)度層、第三高機(jī)械強(qiáng)度層和第四高機(jī)械強(qiáng)度層中的至少兩個與一個或多個化學(xué)屏障層的組合，而沒有任何低離子電阻層。在一個方面中，分隔物還包括第三高機(jī)械強(qiáng)度層，其具有完全穿過第三高機(jī)械強(qiáng)度層延伸并以第三圖案設(shè)置的多個孔；第三高機(jī)械強(qiáng)度層位于第一高機(jī)械強(qiáng)度層和第二高機(jī)械強(qiáng)度層之間；第三圖案具有相對于第一圖案或第二圖案的偏移對準(zhǔn)，使得第一圖案或第二圖案的孔和第三圖案的孔沿著從第一高機(jī)械強(qiáng)度層或第二高機(jī)械強(qiáng)度層垂直地延伸到第三高機(jī)械強(qiáng)度層的軸的重疊小于或等于20％。在一個方面中，分隔物還包括第四高機(jī)械強(qiáng)度層，其具有完全穿過第四高機(jī)械強(qiáng)度層延伸并以第四圖案設(shè)置的多個孔；第四高機(jī)械強(qiáng)度層位于第一高機(jī)械強(qiáng)度層和第二高機(jī)械強(qiáng)度層之間，第四圖案具有相對于第一圖案、第二圖案或第三圖案的偏移對準(zhǔn)，使得第一圖案、第二圖案或第三圖案的孔和第四圖案的孔沿著從第一高機(jī)械強(qiáng)度層或第二高機(jī)械強(qiáng)度層垂直地延伸到所述第四高機(jī)械強(qiáng)度層的軸的重疊小于或等于20％。本發(fā)明的多層分隔物系統(tǒng)的層可經(jīng)由各種機(jī)制和設(shè)備布置來配置并連接以提供對特定的應(yīng)用有用的機(jī)械特性。在實(shí)施方式中，例如第一高機(jī)械強(qiáng)度層、第二高機(jī)械強(qiáng)度層、第三高機(jī)械強(qiáng)度層、第四高機(jī)械強(qiáng)度層、低離子電阻層、框架層、隔板、化學(xué)屏障層中的至少一部分和可選地全部或這些的任何組合通過經(jīng)由壓力、加熱、粘合劑涂覆、化學(xué)附著、等離子體處理或這些的任何組合至少部分地連接到彼此。在實(shí)施方式中，例如第一高機(jī)械強(qiáng)度層、第二高機(jī)械強(qiáng)度層、第三高機(jī)械強(qiáng)度層、第四高機(jī)械強(qiáng)度層、低離子電阻層、框架層、隔板、化學(xué)屏障層中的至少一部分和可選地全部或這些的任何組合經(jīng)由膠水、環(huán)氧樹脂、粘固劑、PTFE、固體電解質(zhì)、凝膠電解質(zhì)、聚合物電解質(zhì)、有機(jī)硅粘合劑、丙烯酸粘合劑、氰基丙烯酸酯、stycast1266、deltabond151、PVDF、PVA、LIPON、LISICON、PE-PP-PVDF、四甲基氫氧化銨五水合物(CH3)4NOH·5H2O、聚(氧化乙烯)(PEO)、環(huán)氧氯丙烷和環(huán)氧乙烷的共聚物P(ECH-共-EO)和聚(乙烯醇)、玻璃纖維聚合物電解質(zhì)、硫化鋅、二氧化硅、Kapton膠帶、聚氧化乙烯或聚氧化丙烯或共聚物PVDF-共-HFPBi2O3、不含氟粘結(jié)劑或芳族粘結(jié)劑、聚丙烯酸鋰或其組合至少部分地連接到彼此。在實(shí)施方式中，本發(fā)明提供了分隔物系統(tǒng)，其還包括防止例如水分子、CO2、O2或空氣通過所述分隔物系統(tǒng)轉(zhuǎn)移的一個或多個固體電解質(zhì)層，其中所述一個或多個固體電解質(zhì)層包括LISICON或NASICON。在一個方面中，本發(fā)明的分隔物還包括一種或多種電解質(zhì)，例如電化學(xué)電池的電解質(zhì)，其可選地與第一高機(jī)械強(qiáng)度層、第二高機(jī)械強(qiáng)度層、第三高機(jī)械強(qiáng)度層、第四高機(jī)械強(qiáng)度層、低離子電阻層、框架層、隔板、化學(xué)屏障層的至少一部分或這些的任何組合物理接觸。在實(shí)施方式中，例如分隔物系統(tǒng)是具有正電極和負(fù)電極的電化學(xué)電池的部件，分隔物還包括設(shè)置在正電極和負(fù)電極之間的電解質(zhì)；其中電解質(zhì)與第一高機(jī)械強(qiáng)度層、第二高機(jī)械強(qiáng)度層、第三高機(jī)械強(qiáng)度層和第四高機(jī)械強(qiáng)度層中的任一個接觸。在實(shí)施方式中，例如分隔物系統(tǒng)是具有正電極和負(fù)電極的電化學(xué)電池的部件，分隔物還包括設(shè)置在正電極和負(fù)電極之間的第一電解質(zhì)和第二電解質(zhì)；其中第一電解質(zhì)具有與第二電解質(zhì)不同的組成；其中第一電解質(zhì)與第一高機(jī)械強(qiáng)度層、第二高機(jī)械強(qiáng)度層、第三高機(jī)械強(qiáng)度層和第四高機(jī)械強(qiáng)度層中的任一個接觸，且其中第二電解質(zhì)與第一高機(jī)械強(qiáng)度層、第二高機(jī)械強(qiáng)度層、第三高機(jī)械強(qiáng)度層和第四高機(jī)械強(qiáng)度層中的任一個接觸，其中第一電解質(zhì)和第二電解質(zhì)由于在它們之間的不可滲透的離子傳導(dǎo)層的存在或由于不同的化學(xué)性質(zhì)和物理性質(zhì)例如親水或疏水行為或密度而彼此不混合。分隔物系統(tǒng)的部件例如第一高機(jī)械強(qiáng)度層、第二高機(jī)械強(qiáng)度層、第三高機(jī)械強(qiáng)度層和第四高機(jī)械強(qiáng)度層的物理、化學(xué)和電子特性的選擇被選擇為提供對電化學(xué)電池中的應(yīng)用有用的凈分隔物特性，例如提供高電阻、高離子電導(dǎo)率和有用的機(jī)械屬性的組合。在實(shí)施方式中，例如孔的第一圖案提供大于或等于30％且優(yōu)選地對于一些應(yīng)用大于40％的第一高機(jī)械強(qiáng)度層的第一孔隙率，和/或其中孔的第二圖案提供大于或等于30％且優(yōu)選地對于一些應(yīng)用大于40％的第二高機(jī)械強(qiáng)度層的第二孔隙率。在實(shí)施方式中，例如孔的第一圖案提供大于或等于30％且優(yōu)選地對于一些應(yīng)用大于40％的第一高機(jī)械強(qiáng)度層的第一孔隙率，或其中孔的第二圖案提供大于或等于30％且優(yōu)選地對于一些應(yīng)用大于40％的第二高機(jī)械強(qiáng)度層的第二孔隙率；或其中孔的第三圖案提供大于或等于30％且優(yōu)選地對于一些應(yīng)用大于40％的第三高機(jī)械強(qiáng)度層的第三孔隙率；或其中孔的第四圖案提供大于或等于30％且優(yōu)選地對于一些應(yīng)用大于40％的第四高機(jī)械強(qiáng)度層的第四孔隙率。在實(shí)施方式中，例如孔的第一圖案提供選自30％到70％的范圍且優(yōu)選地對于一些應(yīng)用40％到70％的第一高機(jī)械強(qiáng)度層的孔隙率；且其中孔的第二圖案提供選自30％到70％的范圍且優(yōu)選地對于一些應(yīng)用40％到70％的第二高機(jī)械強(qiáng)度層的孔隙率。在實(shí)施方式中，例如孔的第一圖案提供選自30％到70％的范圍且優(yōu)選地對于一些應(yīng)用40％到70％的第一高機(jī)械強(qiáng)度層的孔隙率；或其中孔的第二圖案提供選自30％到70％的范圍且優(yōu)選地對于一些應(yīng)用40％到70％的第二高機(jī)械強(qiáng)度層的孔隙率；或其中孔的第三圖案提供選自30％到70％的范圍且優(yōu)選地對于一些應(yīng)用40％到70％的第三高機(jī)械強(qiáng)度層的孔隙率；或其中孔的第四圖案提供選自30％到70％的范圍且優(yōu)選地對于一些應(yīng)用40％到70％的第四高機(jī)械強(qiáng)度層的孔隙率。高機(jī)械強(qiáng)度層的孔的各種幾何結(jié)構(gòu)、形狀、方向和圖案在本發(fā)明的分隔物系統(tǒng)中是有用的。在實(shí)施方式中，例如第一高機(jī)械強(qiáng)度層、第二高機(jī)械強(qiáng)度層、第三高機(jī)械強(qiáng)度層或第四高機(jī)械強(qiáng)度層中的任一個的孔獨(dú)立地具有選自由圓形、平行四邊形、矩形、正方形、三角形、橢圓形、四邊形、五邊形、六邊形和其任何組合組成的組的橫截面形狀。在實(shí)施方式中，例如高機(jī)械強(qiáng)度層的孔具有大于或等于20μm、可選地對于一些實(shí)施方式大于或等于50μm、可選地對于一些實(shí)施方式大于或等于200μm、可選地對于一些實(shí)施方式大于或等于500μm的至少一個橫向尺寸(例如，長度、寬度、直徑等)。在實(shí)施方式中，例如高機(jī)械強(qiáng)度層的孔具有在1μm和1mm且可選地對于一些應(yīng)用在200μm和1mm之間的至少一個橫向尺寸。在實(shí)施方式中，例如高機(jī)械強(qiáng)度層的孔具有小于或等于200μm和可選地對于一些應(yīng)用小于或等于10μm和可選地對于一些應(yīng)用小于或等于1μm的至少一個橫向尺寸。在實(shí)施方式中，例如第一圖案、第二圖案、第三圖案或第四圖案中的任一個獨(dú)立地是孔的對稱圖案或孔的非對稱圖案。在實(shí)施方式中，例如第一圖案、第二圖案、第三圖案或第四圖案中的任一個獨(dú)立地包括不是無規(guī)則的孔的圖案。在實(shí)施方式中，例如孔的第一圖案、孔的第二圖案、孔的第三圖案或孔的第四圖案中的任一個獨(dú)立地通過選自由激光切割、光刻、蝕刻、鑄造、鉆孔、模制、沖壓、圖案化、涂覆和這些的任何組合組成的組的工藝來制造。在實(shí)施方式中，第一高機(jī)械強(qiáng)度層、和/或第二高機(jī)械強(qiáng)度層、和/或第三高機(jī)械強(qiáng)度層、和/或第四高機(jī)械強(qiáng)度層是非導(dǎo)電的，例如這些層中的一個或多個包括電絕緣材料，以便防止電化學(xué)系統(tǒng)例如電化學(xué)電池的正電極和負(fù)電極之間的直接電接觸。電絕緣高機(jī)械強(qiáng)度層可包括各種電絕緣材料例如Kapton、聚乙烯、聚丙烯、纖維狀纖維素和/或涂有電絕緣體例如PE和PP涂層的金屬層。在實(shí)施方式中，第一高機(jī)械強(qiáng)度層、和/或第二高機(jī)械強(qiáng)度層、和/或第三高機(jī)械強(qiáng)度層、和/或第四高機(jī)械強(qiáng)度層中的至少一個是導(dǎo)電的，例如其中這些層中的一個或多個包括電絕緣材料且這些層中的一個或多個包括導(dǎo)電材料。第一高機(jī)械強(qiáng)度層、和/或第二高機(jī)械強(qiáng)度層、和/或第三高機(jī)械強(qiáng)度層、和/或第四高機(jī)械強(qiáng)度層包括以形狀記憶特性為特征的材料例如形狀記憶聚合物或以超彈性的特性為特征的材料。在實(shí)施方式中，例如第一高機(jī)械強(qiáng)度層和第二高機(jī)械強(qiáng)度層彼此不完全物理接觸，例如以一種配置設(shè)置，其中在第一高機(jī)械強(qiáng)度層和第二高機(jī)械強(qiáng)度層之間有至少一些空間以使電解質(zhì)有例如由具有彼此接觸的粗糙表面的第一高機(jī)械強(qiáng)度層和第二高機(jī)械強(qiáng)度層提供的離子轉(zhuǎn)移，使得在一些點(diǎn)處它們物理地連接，但在一些其它點(diǎn)處在它們之間有一些空間。在實(shí)施方式中，第一高機(jī)械強(qiáng)度層和第二高機(jī)械強(qiáng)度層不物理接觸。在實(shí)施方式中，例如第一高機(jī)械強(qiáng)度層和第二高機(jī)械強(qiáng)度層分隔開選自20nm到2mm的范圍的一段距離。在實(shí)施方式中，例如第一高機(jī)械強(qiáng)度層或第二高機(jī)械強(qiáng)度層與第三高機(jī)械強(qiáng)度層或第四高機(jī)械強(qiáng)度層分隔開選自20nm到2mm的范圍的一段距離。在實(shí)施方式中，例如第一高機(jī)械強(qiáng)度層、第二高機(jī)械強(qiáng)度層、第三高機(jī)械強(qiáng)度層、第四高機(jī)械強(qiáng)度層、一個或多個低離子電阻層和一個或多個化學(xué)屏障層中的任一個和可選地全部獨(dú)立地具有在10nm到1mm的范圍上選擇、且可選地對于一些應(yīng)用在1μm到500μm的范圍上選擇、且可選地對于一些應(yīng)用在10nm到50μm的范圍上選擇的平均厚度。在實(shí)施方式中，例如第一高機(jī)械強(qiáng)度層、第二高機(jī)械強(qiáng)度層、第三高機(jī)械強(qiáng)度層、第四高機(jī)械強(qiáng)度層、一個或多個低離子電阻層和一個或多個化學(xué)屏障層中的任一個和可選地全部獨(dú)立地具有在5μm到1mm的范圍上選擇、且可選地對于一些應(yīng)用在25μm到5mm的范圍上選擇、且可選地對于一些應(yīng)用在100μm到2mm的范圍上選擇、且可選地對于一些應(yīng)用在500μm到1mm的范圍上選擇的平均厚度。在實(shí)施方式中，例如第一高機(jī)械強(qiáng)度層、第二高機(jī)械強(qiáng)度層、第三高機(jī)械強(qiáng)度層、第四高機(jī)械強(qiáng)度層、一個或多個低離子電阻層和一個或多個化學(xué)屏障層中的任一個和可選地全部獨(dú)立地具有在10nm到2μm的范圍上選擇或在2μm到50μm的范圍上選擇的平均厚度。在實(shí)施方式中，例如第一高機(jī)械強(qiáng)度層、第二高機(jī)械強(qiáng)度層、第三高機(jī)械強(qiáng)度層和第四高機(jī)械強(qiáng)度層中的任一個和可選地全部獨(dú)立地具有在500MPa到500GPa的范圍上選擇的楊氏模量。在實(shí)施方式中，例如第一高機(jī)械強(qiáng)度層、第二高機(jī)械強(qiáng)度層、第三高機(jī)械強(qiáng)度層和第四高機(jī)械強(qiáng)度層中的任一個和可選地全部獨(dú)立地具有在5MPa到1000MPa的范圍上選擇的屈服強(qiáng)度。在實(shí)施方式中，例如第一高機(jī)械強(qiáng)度層、第二高機(jī)械強(qiáng)度層、第三高機(jī)械強(qiáng)度層和第四高機(jī)械強(qiáng)度層中的任一個和可選地全部獨(dú)立地具有在0.005N到10N的范圍上選擇的傳播撕裂強(qiáng)度(propagatingtearstrength)、優(yōu)選地對于一些應(yīng)用大于0.01N的傳播撕裂強(qiáng)度。在實(shí)施方式中，例如第一高機(jī)械強(qiáng)度層、第二高機(jī)械強(qiáng)度層、第三高機(jī)械強(qiáng)度層和第四高機(jī)械強(qiáng)度層中的任一個和可選地全部獨(dú)立地具有在10N到500N的范圍上選擇的引發(fā)撕裂強(qiáng)度(initiatingtearstrength)、優(yōu)選地對于一些應(yīng)用大于50N的引發(fā)撕裂強(qiáng)度。在實(shí)施方式中，例如第一高機(jī)械強(qiáng)度層、第二高機(jī)械強(qiáng)度層、第三高機(jī)械強(qiáng)度層和第四高機(jī)械強(qiáng)度層中的任一個和可選地全部獨(dú)立地具有在50MPa到2GPa的范圍上選擇的抗拉強(qiáng)度。在實(shí)施方式中，例如第一高機(jī)械強(qiáng)度層、第二高機(jī)械強(qiáng)度層、第三高機(jī)械強(qiáng)度層和第四高機(jī)械強(qiáng)度層中的任一個和可選地全部獨(dú)立地具有在10Ncm到1000Ncm的范圍上選擇的沖擊強(qiáng)度。在實(shí)施方式中，例如第一高機(jī)械強(qiáng)度層、第二高機(jī)械強(qiáng)度層、第三高機(jī)械強(qiáng)度層和第四高機(jī)械強(qiáng)度層中的任一個和可選地全部獨(dú)立地包括以平行配置設(shè)置的平面層。在實(shí)施方式中，例如第一高機(jī)械強(qiáng)度層、第二高機(jī)械強(qiáng)度層、第三高機(jī)械強(qiáng)度層和第四高機(jī)械強(qiáng)度層中的任一個和可選地全部獨(dú)立地包括以同心配置設(shè)置的中空圓柱形層。在實(shí)施方式中，例如第一高機(jī)械強(qiáng)度層、第二高機(jī)械強(qiáng)度層、第三高機(jī)械強(qiáng)度層、第四高機(jī)械強(qiáng)度層、一個或多個低離子電阻層和一個或多個化學(xué)屏障層中的任一個和可選地全部獨(dú)立地包括化學(xué)上抗性的材料(chemicallyresistantmaterial)。在實(shí)施方式中，例如第一高機(jī)械強(qiáng)度層、第二高機(jī)械強(qiáng)度層、第三高機(jī)械強(qiáng)度層、第四高機(jī)械強(qiáng)度層、一個或多個低離子電阻層和一個或多個化學(xué)屏障層獨(dú)立地與設(shè)置成與它接觸的電解質(zhì)化學(xué)上相容和/或獨(dú)立地與設(shè)置成與它接觸的電極化學(xué)上相容。在實(shí)施方式中，例如第一高機(jī)械強(qiáng)度層、第二高機(jī)械強(qiáng)度層、第三高機(jī)械強(qiáng)度層和第四高機(jī)械強(qiáng)度層中的任一個和可選地全部獨(dú)立地包括具有大于或等于100攝氏度的熔點(diǎn)的材料。在實(shí)施方式中，例如高機(jī)械強(qiáng)度層中的至少兩個具有相差至少30攝氏度的不同的熔化溫度，可選地，其中高機(jī)械強(qiáng)度層的熔化溫度的差異提供關(guān)閉機(jī)制，所述關(guān)閉機(jī)制是通過熔化所述層中的一個，電化學(xué)電池的兩個電極之間的離子路徑閉合；或可選地，其中高機(jī)械強(qiáng)度層的熔化溫度的差異結(jié)果不提供關(guān)閉機(jī)制，所述關(guān)閉機(jī)制是通過熔化所述層中的一個，電化學(xué)電池的兩個電極之間的離子路徑閉合。在實(shí)施方式中，例如第一高機(jī)械強(qiáng)度層、第二高機(jī)械強(qiáng)度層、第三高機(jī)械強(qiáng)度層和第四高機(jī)械強(qiáng)度層中的任一個和可選地全部獨(dú)立地包括具有小于或等于50ppm/℃的熱膨脹導(dǎo)熱系數(shù)的材料。本發(fā)明的分隔物系統(tǒng)的第一高機(jī)械強(qiáng)度層、第二高機(jī)械強(qiáng)度層、第三高機(jī)械強(qiáng)度層和第四高機(jī)械強(qiáng)度層可包括針對特定的應(yīng)用例如電化學(xué)電池的類型而選擇的各種材料。在實(shí)施方式中，例如第一高機(jī)械強(qiáng)度層、第二高機(jī)械強(qiáng)度層、第三高機(jī)械強(qiáng)度層和第四高機(jī)械強(qiáng)度層獨(dú)立地包括化學(xué)上抗性的材料。在實(shí)施方式中，例如第一高機(jī)械強(qiáng)度層、第二高機(jī)械強(qiáng)度層、第三高機(jī)械強(qiáng)度層和第四高機(jī)械強(qiáng)度層獨(dú)立地包括熱穩(wěn)定的材料。在實(shí)施方式中，例如第一高機(jī)械強(qiáng)度層、第二高機(jī)械強(qiáng)度層、第三高機(jī)械強(qiáng)度層和第四高機(jī)械強(qiáng)度層中的任一個和可選地全部獨(dú)立地包括選自由聚合物、金屬、合金、陶瓷、木材、玻璃、半導(dǎo)體、紡織材料和非紡織材料組成的組的一種或多種材料。在實(shí)施方式中，例如第一高機(jī)械強(qiáng)度層、第二高機(jī)械強(qiáng)度層、第三高機(jī)械強(qiáng)度層和第四高機(jī)械強(qiáng)度層中的任一個和可選地全部獨(dú)立地包括具有大于或等于50的介電常數(shù)的材料。在實(shí)施方式中，例如第一高機(jī)械強(qiáng)度層、第二高機(jī)械強(qiáng)度層、第三高機(jī)械強(qiáng)度層和第四高機(jī)械強(qiáng)度層中的任一個和可選地全部獨(dú)立地包括導(dǎo)電材料。在實(shí)施方式中，例如第一高機(jī)械強(qiáng)度層、第二高機(jī)械強(qiáng)度層、第三高機(jī)械強(qiáng)度層和第四高機(jī)械強(qiáng)度層中的任一個和可選地全部獨(dú)立地包括選自由凝膠電解質(zhì)、固體電解質(zhì)和聚合物電解質(zhì)組成的組的一種或多種材料。在實(shí)施方式中，例如第一高機(jī)械強(qiáng)度層、第二高機(jī)械強(qiáng)度層、第三高機(jī)械強(qiáng)度層和第四高機(jī)械強(qiáng)度層中的任一個和可選地全部獨(dú)立地包括選自由聚丙烯酸(PAA)、交聯(lián)聚乙烯(PEX、XLPE)、聚乙烯(PE)、聚對苯二甲酸乙二酯(PET、PETE)、聚苯醚(PPE)、聚氯乙烯(PVC)、聚偏二氯乙烯(PVDC)、聚乳酸(PLA)、聚丙烯(PP)、聚丁烯(PB)、聚對苯二甲酸丁二酯(PBT)、聚酰胺(PA)、聚酰亞胺(PI)、聚碳酸酯(PC)、聚四氟乙烯(PTFE)、聚苯乙烯(PS)、聚氨酯(PU)、聚酯(PE)、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯(ABS)、聚(甲基丙烯酸甲酯)(PMMA)、聚甲醛(POM)、聚砜(PES)、苯乙烯-丙烯腈(SAN)、乙烯-醋酸乙烯酯(EVA)、苯乙烯-順丁烯二酸酐(SMA)、PVDF、PEOPVDF、LIPONPVDF、LISICONPVDF、四甲基氫氧化銨五水合物(CH3)4NOH·5H2O、聚(氧化乙烯)(PEO)、環(huán)氧氯丙烷和環(huán)氧乙烷的共聚物P(ECH-共-EO)和聚(乙烯醇)、PEO–PVA–玻璃纖維聚合物電解質(zhì)、硫化鋅、二氧化硅、PVA和PSA、PVA/V6/PSS；PVAN6/(PSS+PAA)；V6/PVA/(PSS+PAA)；PVMPSS+PAA(35％))/(PSS+PAA(35％))；(PSS+PAA(35％))/PVA/(PSS+PAA(35％))；或(PSS+PAA(35％))/(PVA(10％)+PSS(20％相對于PVA))/(PSS+PAA(35％))、聚乙二醇、聚丙二醇、聚丁二醇、烷基-聚乙二醇、烷基-聚丙二醇、烷基-聚丁二醇、其共聚物、PEO材料或PVA材料和其任何組合組成的組的一種或多種材料。在實(shí)施方式中，例如第一高機(jī)械強(qiáng)度層、第二高機(jī)械強(qiáng)度層、第三高機(jī)械強(qiáng)度層和第四高機(jī)械強(qiáng)度層中的任一個的表面能夠以電解質(zhì)潤濕。在實(shí)施方式中，例如第一高機(jī)械強(qiáng)度層、第二高機(jī)械強(qiáng)度層、第三高機(jī)械強(qiáng)度層和第四高機(jī)械強(qiáng)度層中的任一個的表面涂覆有能夠以電解質(zhì)潤濕的涂層。在實(shí)施方式中，例如第一高機(jī)械強(qiáng)度層、第二高機(jī)械強(qiáng)度層、第三高機(jī)械強(qiáng)度層和第四高機(jī)械強(qiáng)度層中的任一個的表面的至少一部分涂覆有粘合劑涂層，可選地覆蓋表面的至少10％。在實(shí)施方式中，例如第一高機(jī)械強(qiáng)度層、第二高機(jī)械強(qiáng)度層、第三高機(jī)械強(qiáng)度層和第四高機(jī)械強(qiáng)度層中的任一個的表面的至少一部分涂覆有具有小于5μm的厚度的粘合劑涂層。在實(shí)施方式中，例如第一高機(jī)械強(qiáng)度層、第二高機(jī)械強(qiáng)度層、第三高機(jī)械強(qiáng)度層和第四高機(jī)械強(qiáng)度層中的任一個的至少一個表面具有表面粗糙度，例如以選自1nm到1000nm的范圍的rms(均方根)為特征的表面粗糙度，這為在第一高機(jī)械強(qiáng)度層、第二高機(jī)械強(qiáng)度層、第三高機(jī)械強(qiáng)度層或第四高機(jī)械強(qiáng)度層的至少一部分之間的電解質(zhì)提供空間。在實(shí)施方式中，例如分隔物系統(tǒng)是具有正電極和負(fù)電極的電化學(xué)電池中的部件；其中第一高機(jī)械強(qiáng)度層、第二高機(jī)械強(qiáng)度層、第三高機(jī)械強(qiáng)度層和第四高機(jī)械強(qiáng)度層中的任一個的至少一個表面具有表面粗糙度，例如以選自1nm到1000nm的范圍的rms為特征的表面粗糙度，這為在第一高機(jī)械強(qiáng)度層、第二高機(jī)械強(qiáng)度層、第三高機(jī)械強(qiáng)度層或第四高機(jī)械強(qiáng)度層和電化學(xué)電池的正電極或負(fù)電極之間的電解質(zhì)提供空間。在實(shí)施方式中，例如表面粗糙度提供在高機(jī)械強(qiáng)度層中的兩個的至少一部分之間或在高機(jī)械強(qiáng)度層和正電極或負(fù)電極的至少一部分之間的從5nm和5微米的范圍選擇的距離。在一個方面中，本發(fā)明提供分隔物系統(tǒng)，其中第一高機(jī)械強(qiáng)度層、第二高機(jī)械強(qiáng)度層、第三高機(jī)械強(qiáng)度層、第四高機(jī)械強(qiáng)度層、低離子電阻層、框架層、隔板、化學(xué)屏障層中的至少一些或這些的任何組合具有高表面能，優(yōu)選地對于一些應(yīng)用大于或等于10mJ/m2的表面能。在實(shí)施方式中，例如這些部件中的任一個的表面能利于層對于電解質(zhì)的可潤濕性。在實(shí)施方式中，例如這些部件中的任一個的表面能幫助層連接到彼此或連接到電化學(xué)電池的電極。在一個方面中，分隔物還包括設(shè)置在第一高機(jī)械強(qiáng)度層、第二高機(jī)械強(qiáng)度層、第三高機(jī)械強(qiáng)度層和第四高機(jī)械強(qiáng)度層中的任一個上的一個或多個涂層。在實(shí)施方式中，例如一個或多個涂層獨(dú)立地包括一個或多個非導(dǎo)電涂層。在實(shí)施方式中，例如一個或多個涂層獨(dú)立地包括一個或多個疏水涂層和/或親水涂層。在實(shí)施方式中，例如一個或多個涂層獨(dú)立地包括聚乙二醇。實(shí)施方式中，例如一個或多個涂層防止材料從正電極轉(zhuǎn)移到電化學(xué)電池的負(fù)電極。在實(shí)施方式中，例如一個或多個涂層獨(dú)立地具有從10nm到2μm的范圍選擇的厚度。在實(shí)施方式中，例如分隔物用于具有基于硫的陰極的電化學(xué)電池，其中一個或多個涂層排斥疏水聚硫化物并增加電化學(xué)電池的性能和循環(huán)壽命。在實(shí)施方式中，為基于硫的陰極Li電池提供親水或疏水涂層?；诹虻年帢OLi電池的現(xiàn)有技術(shù)的問題是，電化學(xué)反應(yīng)可溶解在電解質(zhì)中，且因此可能有由于材料(中間聚硫化物)從硫電極穿過電解質(zhì)傳遞到Li電極引起的明顯的容量損失。為了防止這個問題，特定的實(shí)施方式的分隔物涂有聚乙二醇材料(親水的)，其排斥疏水聚硫化物，并因此阻礙材料通過和容量損失。在本發(fā)明的實(shí)施方式中的涂層的使用在保護(hù)Li陽極免受潮濕中也是有用的，比如通過例如在鋰-空氣和鋰水電化學(xué)電池中的分隔物上的疏水涂層。在實(shí)施方式中，例如第一高機(jī)械強(qiáng)度層、第二高機(jī)械強(qiáng)度層、第三高機(jī)械強(qiáng)度層和第四高機(jī)械強(qiáng)度層中的任一個獨(dú)立地是可選地選自由Al、Ni、Cu和不銹鋼組成的組的金屬層。在實(shí)施方式中，例如涂層是可選地包括PTFE、PE、PP、PVC或聚酰亞胺的非導(dǎo)電涂層。本發(fā)明包括對各種電化學(xué)系統(tǒng)有用的分隔物系統(tǒng)。在實(shí)施方式中，例如本發(fā)明提供用于一次電化學(xué)電池或二次電化學(xué)電池的分隔物系統(tǒng)。在實(shí)施方式中，例如本發(fā)明提供用于鋰電池、堿性電池、鋅電池或鉛酸電池的分隔物系統(tǒng)。在實(shí)施方式中，例如本發(fā)明提供用于鋰金屬-空氣電池、鋰離子電池、鋰-空氣電池、Fe-空氣電池、Al-空氣電池或鋅-空氣電池的分隔物系統(tǒng)。在實(shí)施方式中，例如本發(fā)明提供用于燃料電池、液流電池系統(tǒng)、半固體電池、3D電池、納米電池、微電池或電化學(xué)電容器的分隔物系統(tǒng)。在另一方面中，本發(fā)明提供電化學(xué)電池，其包括：(i)負(fù)電極；(ii)正電極；(iii)設(shè)置在正電極和負(fù)電極之間的第一電解質(zhì)；以及(iv)設(shè)置成與電解質(zhì)接觸并在負(fù)電極和正電極之間的本發(fā)明的分隔物系統(tǒng)；其中分隔物系統(tǒng)定位成使得電解質(zhì)的離子能夠在正電極和負(fù)電極之間轉(zhuǎn)移。在一個方面中，分隔物系統(tǒng)防止正電極和負(fù)電極之間的電接觸。如本領(lǐng)域中的技術(shù)人員將理解的，本文描述的任何分隔物系統(tǒng)可用于本發(fā)明的電化學(xué)系統(tǒng)，例如電化學(xué)電池。在實(shí)施方式中，例如分隔物系統(tǒng)設(shè)置成與正電極和負(fù)電極物理接觸。在實(shí)施方式中，例如分隔物系統(tǒng)提供等于或大于1x10-3S/cm、可選地對于一些應(yīng)用優(yōu)選地大于1x10-2S/cm的在正電極和負(fù)電極之間的離子電導(dǎo)率。在實(shí)施方式中，例如分隔物系統(tǒng)提供在0.5ohmcm2到25ohmcm2的范圍上選擇的且優(yōu)選地對于一些應(yīng)用小于5ohmcm2的從正電極到負(fù)電極的凈離子電阻。在實(shí)施方式中，電化學(xué)電池還包括設(shè)置在正電極和負(fù)電極之間的化學(xué)屏障層；電化學(xué)電池還包括設(shè)置在正電極和負(fù)電極之間的第二電解質(zhì)，其中化學(xué)屏障層防止第一電解質(zhì)和第二電解質(zhì)的混合。在實(shí)施方式中，例如高機(jī)械強(qiáng)度層的偏移對準(zhǔn)不提供在正電極和負(fù)電極之間的直接線性路徑。在實(shí)施方式中，例如偏移對準(zhǔn)防止通過在正電極或負(fù)電極上制造缺陷、外部物體或形成枝狀晶體而經(jīng)由正電極和負(fù)電極之間的電接觸的短路。這個方面的實(shí)施方式例如對最小化或防止由枝狀晶體的形成產(chǎn)生的從正電極到負(fù)電極的電短路或熱逸散問題是有益的。這個方面的實(shí)施方式例如對提供能夠增強(qiáng)循環(huán)和/或高放電率性能的電化學(xué)電池是有益的。在實(shí)施方式中，例如第一高機(jī)械強(qiáng)度層、第二高機(jī)械強(qiáng)度層、第三高機(jī)械強(qiáng)度層、第四高機(jī)械強(qiáng)度層、低離子電阻層、框架層、隔板、化學(xué)屏障層中的至少一個或這些的任何組合通過經(jīng)由壓力、加熱、粘合劑涂覆、化學(xué)附著、等離子體處理或通過將一層沉積或涂覆在另一層上或電極上或這些的任何組合而至少部分地連接到正電極或負(fù)電極。在實(shí)施方式中，例如第一高機(jī)械強(qiáng)度層、第二高機(jī)械強(qiáng)度層、第三高機(jī)械強(qiáng)度層、第四高機(jī)械強(qiáng)度層、低離子電阻層、框架層、隔板、化學(xué)屏障層中的至少一個或這些的任何組合通過經(jīng)由膠水、環(huán)氧樹脂、粘固劑、特氟隆涂層、固體電解質(zhì)、凝膠電解質(zhì)或聚合物電解質(zhì)而至少部分地連接到正電極或負(fù)電極。在實(shí)施方式中，例如第一高機(jī)械強(qiáng)度層、第二高機(jī)械強(qiáng)度層、第三高機(jī)械強(qiáng)度層、第四高機(jī)械強(qiáng)度層、低離子電阻層、框架層、隔板、化學(xué)屏障層中的至少一個或這些的任何組合包括沉積在正電極或負(fù)電極的表面上的涂層。在實(shí)施方式中，例如本發(fā)明提供合并具有至少300次循環(huán)且優(yōu)選地對于一些應(yīng)用至少500次循環(huán)的循環(huán)容量的當(dāng)前分隔物系統(tǒng)的電化學(xué)電池。在實(shí)施方式中，例如本發(fā)明提供合并具有在等于或大于C/5的放電率下等于或大于100mAhg-1的比容量的當(dāng)前分隔物系統(tǒng)的電化學(xué)電池。在實(shí)施方式中，例如本發(fā)明提供電化學(xué)電池。本發(fā)明的電化學(xué)電池和分隔物系統(tǒng)與各種電解質(zhì)——包括液體電解質(zhì)、固體電解質(zhì)、凝膠電解質(zhì)、非質(zhì)子電解質(zhì)、含水電解質(zhì)和非水電解質(zhì)——相容。在實(shí)施方式中，例如電解質(zhì)包括固體帶電介質(zhì)或凝膠電極。在實(shí)施方式中，例如電解質(zhì)包括聚合介質(zhì)。在實(shí)施方式中，例如電解質(zhì)包括聚氧化乙烯、聚四氟乙烯、聚偏二氟乙烯、含氟共聚物、聚丙烯腈和其任何組合。在實(shí)施方式中，例如電解質(zhì)包括至少部分地溶解在一種或多種非水溶劑中的堿金屬鹽。在實(shí)施方式中，例如電解質(zhì)包括溶劑和支持鹽；其中溶劑選自由有機(jī)碳酸鹽、醚、酯、甲酸鹽、內(nèi)酯、砜、環(huán)丁砜、1,3-二氧戊環(huán)、碳酸乙烯酯、碳酸丙烯酯、碳酸二甲酯、碳酸二乙酯、碳酸甲乙酯、碳酸丁烯酯、碳酸亞乙烯酯、氟代碳酸乙烯酯、氟代碳酸丙烯酯、y-丁內(nèi)酯、二氟乙酸甲酯、二氟乙酸乙酯、二甲氧基乙烷、二甘醇二甲醚(雙(2-甲氧基乙基)醚)、四氫呋喃、二氧戊環(huán)、2MeTHF、1,2-DME或高級甘醇二甲醚、環(huán)丁砜、甲酸甲酯、乙酸甲酯和其任何組合組成的組；且其中支持鹽選自由LiPF6、LiBF4、LiAsF6、LiClO4、LiSO3CF3、LiN(CF3SO2)2、LiN(SO2C2F5)2和其任何組合組成的組。在實(shí)施方式中，例如電解質(zhì)包括選自由PVdF、PVdF—HFP共聚物、PAN和PEO及其混合物組成的組的高爾夫劑(golfingagent)；選自由EC、PC、DEC、DMC、EMC、THE、2MeTHF、1,2-DME及其混合物組成的組的增塑劑；以及選自由LiPF6、LiBF4、LiAsF6、LiClO4、LiSO3CF3、LiN(CF3SO2)2和LiN(SO2C2F5)2組成的組的Li鹽。在一個方面中，本發(fā)明提供了具有在包括正電極的電池的第一側(cè)上的第一電解質(zhì)和在包括負(fù)電極的電池的第二側(cè)上的第二電解質(zhì)的電化學(xué)電池，其中第一電解質(zhì)具有與第二電解質(zhì)不同的組成，且其中電化學(xué)電池還包括一個或多個化學(xué)屏障層，其包括定位在正電極和負(fù)電極之間的離子傳導(dǎo)保護(hù)膜。在這個方面的實(shí)施方式中，第一電解質(zhì)是含水電解質(zhì)，而第二電解質(zhì)是非質(zhì)子電解質(zhì)。在這個方面的實(shí)施方式中，第一電解質(zhì)和第二電解質(zhì)中的至少一種是固體電解質(zhì)。本發(fā)明的電化學(xué)電池和分隔物系統(tǒng)與具有各種組成、形狀因子和設(shè)備幾何結(jié)構(gòu)的電極相容。在實(shí)施方式中，例如負(fù)電極、正電極或兩者包括微米尺寸材料或納米尺寸材料。如本文所使用的，納米尺寸指具有在1nm到1000nm的范圍上選擇的至少一個物理尺寸(例如，長度、高度、寬度、直徑等)的結(jié)構(gòu)例如微?；虮∧?。如本文所使用的，微米尺寸指具有在1μm到1000μm的范圍上選擇的至少一個物理尺寸(例如，長度、高度、寬度、直徑等)的結(jié)構(gòu)例如微?；虮∧?。在實(shí)施方式中，例如負(fù)電極或正電極是以粉末的形式，例如活性電極微粒和導(dǎo)電微粒的混合物。在實(shí)施方式中，例如負(fù)電極或正電極是以薄膜的形式。在實(shí)施方式中，例如本發(fā)明提供電化學(xué)電池，其中正電極或負(fù)電極中的至少一個是以溶劑化金屬例如溶劑化鋰或溶劑化鋰合金的形式。實(shí)施方式中，例如本發(fā)明提供了電化學(xué)電池，其中正電極或負(fù)電極中的至少一個是以熔融金屬的形式。在實(shí)施方式中，例如本發(fā)明提供電化學(xué)電池，其中負(fù)電極包括選自由鋰、鋅、鋁、硅、錫、銻、鉛、鍺、鎂、鎘、鉍、銦、鉬、鈮、鎢、鉭、鐵、鎳、錳、銅、過渡金屬磷酸鈉、混合金屬磷酸鈉、Li4/3Ti5/3O4、石墨、錫的合金、鈷、碳、LiVO2、Li4Ti5O12、Li4/3Ti5/3O4、TiO2、WO2和MoO2組成的組的材料。實(shí)施方式中，例如本發(fā)明提供電化學(xué)電池，其中正電極包括選自由石墨、LiCoO_2NiO_8O2、LiNiO2、LiFePO4、LiMnPO4、LiCoPO4、LiMn2O4、LiCoO2、LiNiO_5Mnl.5O4、LiVPO4F、氧化銀、氧化鎳、氧化鈷、氧化錳、AgO、Ag2O3、Zn、ZnOAgO、Ag2O、Ag2O3、HgO、Hg2O、CuO、CdO、NiOOH、Pb2O4、PbO2、LiFePO4、Li3V2(PO4)3、V6O13、V2O5、Fe3O4、Fe2O3、MnO2、LiCoO2、LiNiO2、LiMn2O4、LiVO2、Li4Ti5O12、TiO2、WO2和MoO2組成的組的材料。實(shí)施方式中，例如本發(fā)明提供電化學(xué)電池，其中正電極包括選自由下列項(xiàng)組成的組的材料：(i)選自由LixCoO2、LixNiO2、LixMn2O4和LiFePO4組成的組的基于鋰化的金屬氧化物的陰極；(ii)選自由AgxV2O5、CuxV2O5、V2O5、V6O13、MnO2、CuO、Ag2CrO4和MoO3組成的組的基于未鋰化的金屬氧化物的陰極，其中x的范圍從0到2；(iii)選自由FeS2、TiS2、FeS和CuS組成的組的基于鋰化的金屬氧化物的陰極；(iv)選自由元素硫、聚硫化物及其組合組成的組的活性硫陰極；以及(v)PEO/碳/金屬氧化物型陰極結(jié)構(gòu)，其包括選自由氣態(tài)、液態(tài)和固態(tài)氧化劑及其組合例如過氧化物、過氧化氫、O2、SO2和NO2組成的組的含水電化學(xué)活性組分例如水或水溶性氧化劑，且水溶性固體氧化劑選自由NaNO2、KNO2、Na2SO3和K2SO3組成的組，其中陰極結(jié)構(gòu)導(dǎo)電組分是多孔催化載體例如鎳，且其中所述陰極結(jié)構(gòu)電化學(xué)活性材料包括空氣。本發(fā)明的電化學(xué)電池包括一次電化學(xué)電池和二次電化學(xué)電池。在實(shí)施方式中，例如本發(fā)明提供包括鋰電池、堿性電池、鋅電池、鉛酸電池、鋰金屬-空氣電池、鋰離子電池、鋰-空氣電池、Fe-空氣電池、Al-空氣電池或鋅-空氣電池的電化學(xué)電池。在實(shí)施方式中，例如本發(fā)明提供包括燃料電池、液流電池系統(tǒng)、半固體電池、3D電池、納米電池、微電池或電化學(xué)電容器的電化學(xué)電池。在實(shí)施方式中，例如本發(fā)明提供包括薄膜電池的電化學(xué)電池。在實(shí)施方式中，例如本發(fā)明提供作為堿金屬離子電池的電化學(xué)電池。在實(shí)施方式中，例如本發(fā)明提供包括一個或多個電化學(xué)電池例如一個或多個鋰離子電化學(xué)電池的電池組。如本領(lǐng)域中的技術(shù)人員將理解的，本文描述的分隔物系統(tǒng)和電化學(xué)電池中的任一個可用于本發(fā)明的堿金屬燃料電池。在一個方面中，本發(fā)明提供堿金屬燃料電池，其包括：(i)可再生陽極，其包括固體堿金屬和溶解在溶劑中作為燃料的堿金屬；(ii)陰極結(jié)構(gòu)，其包括靜態(tài)導(dǎo)電組分(staticelectronicallyconductivecomponent)、包括堿金屬的離子的電解質(zhì)的離子傳導(dǎo)組分和從電池的操作環(huán)境獲得的流體氧化劑；以及(iii)設(shè)置在陽極和陰極結(jié)構(gòu)之間的本發(fā)明的分隔物系統(tǒng)。如本領(lǐng)域的技術(shù)人員將理解的，本文描述的任何分隔物系統(tǒng)可用于本發(fā)明的堿金屬燃料電池。在一個方面中，本發(fā)明提供制造電化學(xué)電池的方法，該方法包括下列步驟：(i)提供負(fù)電極；(ii)提供正電極；(iii)提供在正電極和負(fù)電極之間的電解質(zhì)；以及(iv)提供位于正電極和負(fù)電極之間的分隔物系統(tǒng)，其中分隔物系統(tǒng)包括(i)第一高機(jī)械強(qiáng)度層，其具有完全穿過第一高機(jī)械強(qiáng)度層延伸并以第一圖案設(shè)置的多個孔；以及(ii)第二高機(jī)械強(qiáng)度層，其具有完全穿過第二高機(jī)械強(qiáng)度層延伸并以第二圖案設(shè)置的多個孔；第二圖案具有相對于第一圖案的偏移對準(zhǔn)，使得第一高機(jī)械強(qiáng)度層的孔和第二高機(jī)械強(qiáng)度層的孔沿著從第一高機(jī)械強(qiáng)度層垂直地延伸到第二高機(jī)械強(qiáng)度層的軸的重疊小于或等于20％；其中第一高機(jī)械強(qiáng)度層和第二高機(jī)械強(qiáng)度層定位成使得設(shè)置成與第一高機(jī)械強(qiáng)度層和第二高機(jī)械強(qiáng)度層接觸的電解質(zhì)的離子能夠通過第一高機(jī)械強(qiáng)度層和第二高機(jī)械強(qiáng)度層轉(zhuǎn)移。在實(shí)施方式中，分隔物系統(tǒng)與電解質(zhì)至少部分地物理接觸。在實(shí)施方式中，該方法還包括在正電極和負(fù)電極之間設(shè)置離子傳導(dǎo)化學(xué)屏障；其中離子傳導(dǎo)化學(xué)屏障將與正電極接觸的第一電解質(zhì)和與負(fù)電極接觸的第二電解質(zhì)分隔；其中第一電解質(zhì)具有與第二電解質(zhì)不同的組成；且其中離子傳導(dǎo)化學(xué)屏障防止第一電解質(zhì)和第二電解質(zhì)的混合。如本領(lǐng)域中的技術(shù)人員將通常理解的，當(dāng)前分隔物系統(tǒng)和本發(fā)明的系統(tǒng)中的任一個——包括所有特定的實(shí)施方式和本文描述的部件、材料和特性的組合——可在制造電化學(xué)電池的當(dāng)前方法中被使用。在一個方面中，本發(fā)明提供產(chǎn)生電流的方法，該方法包括下列步驟：(i)提供電化學(xué)電池，其中電化學(xué)電池包括：(1)第一高機(jī)械強(qiáng)度層，其具有完全穿過第一高機(jī)械強(qiáng)度層延伸并以第一圖案設(shè)置的多個孔；以及(2)第二高機(jī)械強(qiáng)度層，其具有完全穿過第二高機(jī)械強(qiáng)度層延伸并以第二圖案設(shè)置的多個孔；第二圖案具有相對于第一圖案的偏移對準(zhǔn)，使得第一高機(jī)械強(qiáng)度層的孔和第二高機(jī)械強(qiáng)度層的孔沿著從第一高機(jī)械強(qiáng)度層垂直地延伸到第二高機(jī)械強(qiáng)度層的軸的重疊小于或等于20％；其中第一高機(jī)械強(qiáng)度層和第二高機(jī)械強(qiáng)度層定位成使得設(shè)置成與第一高機(jī)械強(qiáng)度層和第二高機(jī)械強(qiáng)度層接觸的電解質(zhì)的離子能夠通過第一高機(jī)械強(qiáng)度層和第二高機(jī)械強(qiáng)度層轉(zhuǎn)移；以及(ii)使電化學(xué)電池放電。在實(shí)施方式中，這個方面的方法還包括給電化學(xué)電池充電的步驟。在實(shí)施方式中，這個方面的方法還包括使電化學(xué)電池在多個充電和放電循環(huán)中循環(huán)的步驟。如本領(lǐng)域的技術(shù)人員將通常理解的，當(dāng)前分隔物系統(tǒng)和本發(fā)明的系統(tǒng)中的任一個——包括所有特定的實(shí)施方式和本文描述的部件、材料和特性的組合——可在產(chǎn)生電流的當(dāng)前方法中被使用。不希望被任何特定的理論束縛，在本文可能有與本發(fā)明有關(guān)的基本原理或機(jī)制的信念或理解的討論。應(yīng)認(rèn)識到，不考慮任何解釋或假設(shè)的最終正確性，本發(fā)明的實(shí)施方式可仍然是有效和有用的。附圖的簡要說明圖1提供用于電化學(xué)系統(tǒng)的多層分隔物系統(tǒng)的側(cè)透視圖，多層分隔物系統(tǒng)包括具有孔的互補(bǔ)圖案的平行的第一高機(jī)械強(qiáng)度層和第二高機(jī)械強(qiáng)度層，其中孔的第二圖案具有相對于第一圖案的偏移對準(zhǔn)，使得第一圖案的孔和第二圖案的孔沿著從第一高機(jī)械強(qiáng)度層垂直地延伸到第二高機(jī)械強(qiáng)度層的軸沒有重疊。圖2提供用于電化學(xué)系統(tǒng)的多層分隔物系統(tǒng)的側(cè)透視圖，多層分隔物系統(tǒng)包括具有孔的互補(bǔ)圖案的平行的第一高機(jī)械強(qiáng)度層和第二高機(jī)械強(qiáng)度層，其中孔的第二圖案具有相對于第一圖案的偏移對準(zhǔn)，使得第一圖案的孔和第二圖案的孔沿著從第一高機(jī)械強(qiáng)度層垂直地延伸到第二高機(jī)械強(qiáng)度層的軸存在選定程度的重疊，例如選定程度的重疊最小化或避免穿過分隔物系統(tǒng)的枝狀晶體生長。圖3提供示出具有由含電解質(zhì)層分隔的第一圖案化高機(jī)械強(qiáng)度層和第二圖案化高機(jī)械強(qiáng)度層的本發(fā)明的多層分隔物系統(tǒng)的橫截面圖的示意圖。圖4提供示出具有由含電解質(zhì)層分隔的第一圖案化高機(jī)械強(qiáng)度層、第二圖案化高機(jī)械強(qiáng)度層和第三圖案化高機(jī)械強(qiáng)度層的本發(fā)明的多層分隔物系統(tǒng)的橫截面圖的示意圖。圖5提供示出本發(fā)明的多層分隔物系統(tǒng)的橫截面圖的示意圖，其示出由含電解質(zhì)層分隔的第一圖案化高機(jī)械強(qiáng)度層和第二圖案化高機(jī)械強(qiáng)度層的孔和實(shí)心區(qū)域的方位。圖6提供示出本發(fā)明的多層分隔物系統(tǒng)的橫截面圖的示意圖，其示出由含電解質(zhì)層分隔的第一圖案化高機(jī)械強(qiáng)度層、第二圖案化高機(jī)械強(qiáng)度層和第三圖案化高機(jī)械強(qiáng)度層的孔和實(shí)心區(qū)域的方位。圖7提供了提供本發(fā)明的鋰電池的橫截面圖的示意圖，鋰電池包括帶有具有孔的互補(bǔ)圖案的兩個圖案化高機(jī)械強(qiáng)度層的分隔物系統(tǒng)。圖8提供了提供本發(fā)明的鋰電池的橫截面圖的示意圖，鋰電池包括帶有具有孔的互補(bǔ)圖案的四個圖案化高機(jī)械強(qiáng)度層的分隔物系統(tǒng)。圖9提供了提供本發(fā)明的電化學(xué)電池的橫截面圖的示意圖，電化學(xué)電池包括帶有具有孔的互補(bǔ)圖案的三個圖案化高機(jī)械強(qiáng)度層的分隔物系統(tǒng)。圖10A提供了提供本發(fā)明的電化學(xué)電池的橫截面圖的示意圖，電化學(xué)電池包括鋰金屬陽極、陰極和包括具有孔的互補(bǔ)圖案的三個高機(jī)械強(qiáng)度層、兩個低離子電阻層、兩個含電解質(zhì)孔隙和框架部件的分隔物系統(tǒng)。圖10B提供了提供電化學(xué)電池(例如，對鋰-空氣、鋰-水電池有用)的橫截面圖的示意圖，電化學(xué)電池具有帶有保護(hù)性固體電解質(zhì)的分隔物，其中固體電解質(zhì)傳導(dǎo)期望的離子(例如Li+)，但不可滲透水、空氣、CO2、污染物和使電化學(xué)電池的性能惡化的材料。圖10C提供了提供電化學(xué)電池(例如，對鋰-空氣、鋰-水電池有用)的橫截面圖的示意圖，電化學(xué)電池具有帶有保護(hù)性固體電解質(zhì)的分隔物，其中固體電解質(zhì)傳導(dǎo)期望的離子(例如Li+)，但不可滲透水、空氣、CO2、污染物和使電化學(xué)電池的性能惡化的材料。圖10D提供了提供電化學(xué)電池(例如，對鋰-硫電池有用)的橫截面圖的示意圖，電化學(xué)電池具有帶有保護(hù)性固體電解質(zhì)的分隔物，其中固體電解質(zhì)傳導(dǎo)期望的離子(例如Li+)，但對使電化學(xué)電池的性能惡化的在陰極和陽極之間的微粒通過是不可滲透的。圖10E提供了提供具有分隔物的電化學(xué)電池的橫截面圖的示意圖，其中緊鄰陽極的分隔物的導(dǎo)電側(cè)減小陽極損耗；例如通過阻止枝狀晶體生長，在循環(huán)時減少例如在苔狀沉積中的陽極損耗并阻止陰極材料到陽極的通過，這中斷陽極微粒和電流收集器之間的電接觸并使電化學(xué)電池的性能惡化。圖10F提供了提供具有分隔物的電化學(xué)電池的橫截面圖的示意圖，其中穿孔分隔物板和多孔層通過提供電極之間的電絕緣，然而經(jīng)由流體電解質(zhì)(含水或非質(zhì)子的)提供電極之間的離子連接而充當(dāng)分隔物。圖10G提供了提供具有分隔物的電化學(xué)電池的橫截面圖的示意圖，其中兩個高機(jī)械強(qiáng)度層的形狀記憶效應(yīng)導(dǎo)致分隔物和電極之間的非常好的機(jī)械接觸。圖10H提供了提供具有分隔物的電化學(xué)電池的橫截面圖的示意圖，其中兩個高機(jī)械強(qiáng)度層的超彈性和/或形狀記憶效應(yīng)導(dǎo)致分隔物和電極之間的非常好的機(jī)械接觸。圖10I提供了提供具有分隔物的電化學(xué)電池的橫截面圖的示意圖，其中兩個高機(jī)械強(qiáng)度層的超彈性和/或形狀記憶效應(yīng)導(dǎo)致分隔物和電極之間的非常好的機(jī)械接觸。圖10J提供了提供具有分隔物的電化學(xué)電池的橫截面圖的示意圖，其中在循環(huán)時分隔物的導(dǎo)電側(cè)減少例如在硅的大變形中的陽極損耗，這中斷陽極微粒和電流收集器之間的電接觸并使電化學(xué)電池的性能惡化。圖10K提供了提供具有分隔物的電化學(xué)電池的橫截面圖的示意圖，其中在循環(huán)時靠近陽極的分隔物的導(dǎo)電側(cè)減少例如在硅的大變形中的陽極損耗，這中斷陽極微粒和電流收集器之間的電接觸并使電化學(xué)電池的性能惡化。圖11A和圖11B提供本發(fā)明的一些分隔物系統(tǒng)的多孔圖案化層的設(shè)計的例子。圖12提供包括本發(fā)明的分隔物系統(tǒng)的電化學(xué)電池的橫截面圖的示意圖。圖13提供示出本發(fā)明的電化學(xué)系統(tǒng)中的枝狀晶體生長的可能軌跡的示意圖。圖14(面板A-M)提供在本發(fā)明的分隔物系統(tǒng)的圖案化高機(jī)械強(qiáng)度層中有用的孔的互補(bǔ)圖案的例子。圖15提供電化學(xué)電池的充電和放電容量(mAh/g)隨循環(huán)的數(shù)量而變化的曲線圖，電化學(xué)電池具有：(A)具有125微米的總厚度的本發(fā)明的多層分隔物系統(tǒng)，以及(B)具有25微米的厚度的Celgard分隔物。圖16提供與具有常規(guī)分隔物的電化學(xué)電池(B，線2和3)比較的、具有本發(fā)明的多層分隔物系統(tǒng)、鋰金屬陽極和LiCoO2陰極的電化學(xué)電池(A，線1、5和6)的充電和放電容量(mAh/g)隨循環(huán)的數(shù)量而變化的曲線圖。圖17提供與示出被制造有在兩個Celgard層之間的穿孔Kapton的參考電極的(線F和D)和具有25微米的厚度的Celgard分隔物(線H和I)比較的、具有本發(fā)明的多層分隔物系統(tǒng)、鋰金屬陽極和LiCoO2陰極的電化學(xué)電池(線A、B和C)的充電和放電容量(mAh/g)隨循環(huán)的數(shù)量而變化的曲線圖。圖18提供了示出具有多層分隔物的本發(fā)明的電化學(xué)電池的示意圖，多層分隔物包括具有孔的互補(bǔ)圖案的三個高機(jī)械強(qiáng)度層。圖19提供示出穿過圖18所示的多層分隔物的Li+離子的軌跡的示意圖。圖20提供從兩個對稱的(5/9)”鋰芯片剝離的靜電鋰的電池電壓(V相對于Li)相對于循環(huán)時間(h)的曲線圖。圖21提供電流[毫安培]相對于時間[h]以及電壓[v]相對于時間[h]的曲線圖。圖22提供在制造有Li金屬、LiFePO4陰極的CR2032電池中的電流[A](在頂部上)和電壓[v](在底部上)隨時間[s]而變化的曲線圖。圖23和圖24提供在一些實(shí)施方式的分隔物系統(tǒng)中有用的穿孔層的照片。圖25、圖26、圖27、圖28、圖29和圖30提供在一些實(shí)施方式的分隔物系統(tǒng)中有用的穿孔層的照片。詳細(xì)描述通常，本文使用的術(shù)語和短語具有其領(lǐng)域公認(rèn)的意義，其可通過參考本領(lǐng)域中的技術(shù)人員已知的標(biāo)準(zhǔn)文本、期刊參考文獻(xiàn)和上下文來找到。下面的定義被提供以闡明其在本發(fā)明的上下文中的特定使用。參考附圖，相同的數(shù)字指示相同的元件，且在多于一個附圖中出現(xiàn)的相同的數(shù)字指相同的元件。此外，在下文中，下面的定義適用：術(shù)語“電化學(xué)電池”指將化學(xué)能轉(zhuǎn)換成電能或?qū)㈦娔苻D(zhuǎn)換成化學(xué)能的設(shè)備和/或設(shè)備部件。電化學(xué)電池具有兩個或更多個電極(例如，正電極和負(fù)電極)和電解質(zhì)，其中出現(xiàn)在電極表面處的電極反應(yīng)導(dǎo)致電荷轉(zhuǎn)移過程。電化學(xué)電池包括但不限于一次電池、二次電池和電解系統(tǒng)。在某些實(shí)施方式中，術(shù)語電化學(xué)電池包括燃料電池、超電容器、電容器、液流電池、金屬-空氣電池和半固體電池。一般電池和/或電池組結(jié)構(gòu)在本領(lǐng)域中是已知的，見例如美國專利號6,489,055、4,052,539、6,306,540，Seel和DahnJ.Electrochem.Soc.147(3)892-898(2000)。術(shù)語“容量”是電化學(xué)電池的特征，其指電化學(xué)電池例如電池組能夠保持的電荷的總量。容量一般以安培-小時的單位表示。術(shù)語“比容量”指電化學(xué)電池例如電池組每單位重量的容量輸出。比容量一般以安培-小時kg-1的單位表示。術(shù)語“放電率”指電化學(xué)電池被放電時的電流。放電率可以以安培的單位表示?？蛇x地，放電率可被歸一化為電化學(xué)電池的額定容量，并被表示為C/(Xt)，其中C是電化學(xué)電池的容量，X是變量，且t是等于1小時的如本文使用的規(guī)定的時間單位?！半娏髅芏取敝该繂挝浑姌O面積流動的電流。電極指電導(dǎo)體，其中離子和電子與電解質(zhì)和外部電路交換?！罢姌O”和“陰極”在本描述中被同義地使用，并指具有在電化學(xué)電池中的較高電極電勢(即，比負(fù)電極高)的電極。“負(fù)電極”和“陽極”在本描述中被同義地使用，并指具有在電化學(xué)電池中的較低電極電勢(即，比正電極低)的電極。陰極還原指化學(xué)物質(zhì)的電子的獲得，而陽極氧化指化學(xué)物質(zhì)的電子的損失。當(dāng)前電化學(xué)電池的正電極和負(fù)電極還可包括導(dǎo)電稀釋劑，例如乙炔黑、炭黑、粉狀石墨、焦炭、碳纖維、石墨烯和金屬粉末，和/或還可包括粘結(jié)劑，例如聚合物粘結(jié)劑。在一些實(shí)施方式中用于正電極的有用的粘結(jié)劑包括含氟聚合物，例如聚偏二氟乙烯(PVDF)。本發(fā)明的正電極和負(fù)電極可以如在電化學(xué)和電池科學(xué)的領(lǐng)域中已知的各種有用的配置和形狀因子——包括薄電極設(shè)計例如薄膜電極配置——被提供。電極如在本文公開的和如在本領(lǐng)域中已知的被制造，包括如在例如美國專利號4,052,539、6,306,540和6,852,446中公開的。對于一些實(shí)施方式，一般通過將電極材料、導(dǎo)電惰性材料、粘結(jié)劑和液體載體的漿料沉積在電極電流收集器上并接著使載體蒸發(fā)以留下與電流收集器電接觸的附著物來制造電極?！半姌O電勢”指由于在不同的氧化(化合價)狀態(tài)下在化學(xué)物質(zhì)的電極內(nèi)的存在或與化學(xué)物質(zhì)的電極接觸而通常對照參考電極測量的電壓。“電解質(zhì)”指可以以固體狀態(tài)、液體狀態(tài)(最常見)或更罕見地氣體(例如，等離子體)的離子導(dǎo)體?！皹?biāo)準(zhǔn)電極電勢”(E°)指當(dāng)溶質(zhì)的濃度為1M、氣體壓力是1atm且溫度是25攝氏度時的電極電勢。如本文所使用的，標(biāo)準(zhǔn)電極電勢相對于標(biāo)準(zhǔn)氫電極被測量?！盎钚圆牧稀敝竻⑴c電化學(xué)反應(yīng)的電極中的材料，電化學(xué)反應(yīng)存儲和/或輸送電化學(xué)電池中的能量。“陽離子”指帶正電的離子，而“陰離子”指帶負(fù)電的離子?！半娊佑|”和“電連通”指一個或多個物體的布置，使得電流有效地從一個物體流到另一物體。例如，在一些實(shí)施方式中，具有小于100Ω的在它們之間的電阻的兩個物體被考慮為彼此電連通。電接觸也可以指用于建立與外部設(shè)備或電路電連通例如電連接的設(shè)備或物體的部件。“電連通”也指兩種或更多種材料和/或結(jié)構(gòu)能夠例如以電子的轉(zhuǎn)移的形式在它們之間轉(zhuǎn)移電荷的能力。在一些實(shí)施方式中，電連通中的部件處于直接電連通中，其中電信號或電荷載體從一個部件直接傳輸?shù)搅硪徊考?。在一些?shí)施方式中，在電連通中的部件處于間接電連通中，其中電信號或電荷載體從一個部件經(jīng)由一個或多個中間結(jié)構(gòu)例如分隔部件的電路元件間接地傳輸?shù)搅硪徊考??！盁峤佑|”和“熱連通”被同義地使用，且指元件或材料例如電流收集器或傳熱棒和散熱器或熱源的方位或位置，使得相比于如果這兩個元件被熱隔離或熱絕緣，在這兩個元件之間有更有效的熱傳遞。相比于如果元件或材料被熱隔離或熱絕緣，如果熱在它們之間傳輸?shù)每斓枚?，則元件或材料可被認(rèn)為處于熱連通或接觸中。處于熱連通或接觸的兩個元件可達(dá)到熱平衡或熱穩(wěn)定狀態(tài)，且在一些實(shí)施方式中可被認(rèn)為不變地處于與彼此的熱平衡或熱穩(wěn)定狀態(tài)下。在一些實(shí)施方式中，彼此處于熱連通的元件由熱傳導(dǎo)材料或中間熱傳導(dǎo)材料或設(shè)備部件彼此分隔。在一些實(shí)施方式中，彼此處于熱連通的元件分隔開1μm或更小的距離。在一些實(shí)施方式中，彼此處于熱連通的元件設(shè)置成物理接觸。“高機(jī)械強(qiáng)度”指本發(fā)明的分隔物系統(tǒng)的部件的特性，例如第一高機(jī)械強(qiáng)度層、第二高機(jī)械強(qiáng)度層、第三高機(jī)械強(qiáng)度層和第四高機(jī)械強(qiáng)度層具有足以防止例如在二次電化學(xué)電池的充電和放電循環(huán)期間在電化學(xué)電池的正電極和負(fù)電極之間的枝狀晶體生長的機(jī)械強(qiáng)度。在實(shí)施方式中，例如由于電極之間的枝狀晶體的生長，高機(jī)械強(qiáng)度層具有足以防止刺穿的機(jī)械強(qiáng)度。在實(shí)施方式中，例如由于電極之間的枝狀晶體的生長，高機(jī)械強(qiáng)度層具有足以防止電化學(xué)電池的正電極和負(fù)電極之間的短路的機(jī)械強(qiáng)度。在實(shí)施方式中，例如高機(jī)械強(qiáng)度層以大于或等于500MPa的楊氏模量、和可選地對于一些應(yīng)用大于或等于1GPa的楊氏模量、和可選地對于一些應(yīng)用大于或等于10GPa的楊氏模量、和可選地對于一些應(yīng)用大于或等于100GPa的楊氏模量為特征。在實(shí)施方式中，例如高機(jī)械強(qiáng)度層以大于或等于5MPa的屈服強(qiáng)度、和可選地對于一些應(yīng)用大于或等于50MPa的屈服強(qiáng)度、和可選地對于一些應(yīng)用大于或等于100MPa的屈服強(qiáng)度、和可選地對于一些應(yīng)用大于或等于500MPa的屈服強(qiáng)度為特征。在實(shí)施方式中，例如高機(jī)械強(qiáng)度層以大于或等于0.005N的傳播撕裂強(qiáng)度、和可選地對于一些應(yīng)用大于或等于0.05N的傳播撕裂強(qiáng)度、大于或等于0.5N的傳播撕裂強(qiáng)度、大于或等于1N的傳播撕裂強(qiáng)度為特征。在實(shí)施方式中，例如高機(jī)械強(qiáng)度層以大于或等于10N的引發(fā)撕裂強(qiáng)度、和可選地對于一些應(yīng)用大于或等于100N的引發(fā)撕裂強(qiáng)度為特征。在實(shí)施方式中，例如高機(jī)械強(qiáng)度層以大于或等于50MPa的抗拉強(qiáng)度、和可選地對于一些應(yīng)用大于或等于100MPa的抗拉強(qiáng)度、和可選地對于一些應(yīng)用大于或等于500MPa的抗拉強(qiáng)度、和可選地對于一些應(yīng)用大于或等于1GPa的抗拉強(qiáng)度為特征。在實(shí)施方式中，例如高機(jī)械強(qiáng)度層以大于或等于10Ncm的沖擊強(qiáng)度、和可選地對于一些應(yīng)用大于或等于50Ncm的沖擊強(qiáng)度、和可選地對于一些應(yīng)用大于或等于100Ncm的沖擊強(qiáng)度、和可選地對于一些應(yīng)用大于或等于500Ncm的沖擊強(qiáng)度為特征?！盎瘜W(xué)上抗性的”指本發(fā)明的分隔物和電化學(xué)系統(tǒng)的部件例如層的特性，其中拉伸保留率和伸長保留率在電化學(xué)系統(tǒng)例如電化學(xué)電池的工作環(huán)境中為至少90％?！盁岱€(wěn)定的”指本發(fā)明的分隔物和電化學(xué)系統(tǒng)的部件例如層的特性，其中熔點(diǎn)大于100攝氏度，且優(yōu)選地對于一些實(shí)施方式大于300攝氏度，以及可選地?zé)崤蛎浵禂?shù)小于50ppm/攝氏度。在實(shí)施方式中，熱穩(wěn)定指分隔物系統(tǒng)的部件的特性，使得它可在可再充電的電化學(xué)電池中執(zhí)行，而在明顯降低電化學(xué)電池的性能的溫度下不經(jīng)歷尺寸或形狀變化?！翱紫堵省敝赶鄳?yīng)于微孔例如孔、通道、孔隙等的材料或部件例如高機(jī)械強(qiáng)度層的量?？紫堵士杀槐硎緸橄鄳?yīng)于微孔例如孔、通道、孔隙等的材料、結(jié)構(gòu)或設(shè)備部件例如高機(jī)械強(qiáng)度層的體積相對于材料、結(jié)構(gòu)或設(shè)備部件所占據(jù)的總體積的百分比。圖1提供用于電化學(xué)系統(tǒng)的多層分隔物系統(tǒng)100(1)的側(cè)透視圖，多層分隔物系統(tǒng)100(1)包括具有孔的互補(bǔ)圖案的平行的第一高機(jī)械強(qiáng)度層和第二高機(jī)械強(qiáng)度層，其中孔的第二圖案具有相對于第一圖案的偏移對準(zhǔn)，使得第一圖案的孔和第二圖案的孔沿著從第一高機(jī)械強(qiáng)度層垂直地延伸到第二高機(jī)械強(qiáng)度層的軸沒有重疊。如圖1所示，分隔物系統(tǒng)100(1)包括：第一高機(jī)械強(qiáng)度層102(1)，其具有包括多個孔例如104(1)和104(4)的第一圖案；以及第二高機(jī)械強(qiáng)度層102(2)，其具有包括第二多個孔例如104(2)和104(3)的第二圖案。第一層和第二層以平面幾何結(jié)構(gòu)和橫向尺寸例如高度H、長度L和寬度或厚度W為特征。如圖1所示，孔104完全穿過第一高機(jī)械強(qiáng)度層102(1)或第二高機(jī)械強(qiáng)度層102(2)的厚度延伸。每個孔104還以橫向尺寸例如高度h、長度l和寬度或厚度(未示出)為特征。第一高機(jī)械強(qiáng)度層102(1)的圖案到第二高機(jī)械強(qiáng)度層102(2)的疊加被示意性地示為在第二高機(jī)械強(qiáng)度層102(2)上的多個偏移虛線區(qū)域106(1)，而第二高機(jī)械強(qiáng)度層102(2)的圖案到第一高機(jī)械強(qiáng)度層102(1)的疊加被示意性地示為在第一高機(jī)械強(qiáng)度層102(1)上的多個偏移虛線區(qū)域106(2)。在圖1所示的實(shí)施方式中，第一圖案和第二圖案類似于棋盤圖案，例如其中第一圖案相應(yīng)于黑方格而第二圖案相應(yīng)于棋盤的紅方格。然而如對本領(lǐng)域中的技術(shù)人員明顯的，其它圖案例如蜂巢狀圖案、密集的圓圖案、磚圖案、三角形圖案以及類似圖案也是可能的，只要第一圖案和第二圖案具有相對于彼此的偏移對準(zhǔn)，例如使得孔104沿著從第一高機(jī)械強(qiáng)度層102(1)垂直地延伸到第二高機(jī)械強(qiáng)度層102(2)的軸的重疊小于或等于50％、40％、30％、20％、10％、5％、2％或0％。在圖1所示的實(shí)施方式中，第一圖案的孔和第二圖案的孔沿著從第一高機(jī)械強(qiáng)度層垂直地延伸到第二高機(jī)械強(qiáng)度層的軸沒有重疊。圖1所示的箭頭108(1)和108(2)被提供，以便示出沿著從第一高機(jī)械強(qiáng)度層102(1)垂直地延伸到第二高機(jī)械強(qiáng)度層102(2)的軸不重疊的孔的區(qū)域。第一高機(jī)械強(qiáng)度層的孔的第一圖案和第二高機(jī)械強(qiáng)度層的孔的第二圖案的偏移對準(zhǔn)例如通過機(jī)械地阻止枝狀晶體生長和/或需要涉及在熱力學(xué)上和/或動力學(xué)上不利的彎曲軌跡的通路來防止穿過第一高機(jī)械強(qiáng)度層和第二高機(jī)械強(qiáng)度層的組合的枝狀晶體生長。例如，枝狀晶體可只穿過第二高機(jī)械強(qiáng)度層102(2)的孔104(3)，如箭頭A所示，因?yàn)樗邳c(diǎn)110(1)處被第一高機(jī)械強(qiáng)度層102(1)物理地阻擋。類似地，枝狀晶體可只穿過第一高機(jī)械強(qiáng)度層102(1)的孔104(4)，如箭頭B所示，因?yàn)樗邳c(diǎn)110(2)處被第二高機(jī)械強(qiáng)度層102(2)物理地阻擋。圖2提供用于電化學(xué)系統(tǒng)的多層分隔物系統(tǒng)100(2)的側(cè)透視圖，多層分隔物系統(tǒng)100(2)包括具有孔的互補(bǔ)圖案的平行的第一高機(jī)械強(qiáng)度層和第二高機(jī)械強(qiáng)度層，其中孔的第二圖案具有相對于第一圖案的偏移對準(zhǔn)，使得第一圖案的孔和第二圖案的孔沿著從第一高機(jī)械強(qiáng)度層垂直地延伸到第二高機(jī)械強(qiáng)度層的軸存在選定程度的重疊。如圖2所示，分隔物系統(tǒng)100(2)包括：第一高機(jī)械強(qiáng)度層102(3)，其具有包括多個孔例如104(5)和104(9)的第一圖案；以及第二高機(jī)械強(qiáng)度層102(4)，其具有包括第二多個孔例如104(6)、104(7)和104(8)的第二圖案。第一高機(jī)械強(qiáng)度層和第二高機(jī)械強(qiáng)度層102以橫向尺寸例如高度H、長度L和寬度或厚度W為特征。如圖1所示，孔104完全穿過第一高機(jī)械強(qiáng)度層102(3)或第二高機(jī)械強(qiáng)度層102(4)的厚度延伸。每個孔104還以橫向尺寸例如高度h、長度l和寬度或厚度(未示出)為特征。第一高機(jī)械強(qiáng)度層102(3)的第一圖案到第二高機(jī)械強(qiáng)度層102(4)的疊加被示意性地示為在第二高機(jī)械強(qiáng)度層102(4)上的多個虛線區(qū)域106(3)，而第二高機(jī)械強(qiáng)度層102(4)的第二圖案到第一高機(jī)械強(qiáng)度層102(3)的疊加被示意性地示為在第一層102(3)上的多個虛線區(qū)域106(4)。在圖2所示的實(shí)施方式中，第一圖案和第二圖案具有相對于彼此的偏移對準(zhǔn)，使得孔104沿著從第一高機(jī)械強(qiáng)度層102(3)垂直地延伸到第二高機(jī)械強(qiáng)度層102(4)的軸具有選定重疊。在實(shí)施方式中，例如選定重疊小于或等于50％、40％、30％、20％、10％、5％或2％。在圖2所示的實(shí)施方式中，第一圖案的孔和第二圖案的孔沿著從第一高機(jī)械強(qiáng)度層垂直地延伸到第二高機(jī)械強(qiáng)度層的軸的重疊大于零。圖2所示的箭頭被提供，以便示出孔的重疊區(qū)域112和沿著從第一高機(jī)械強(qiáng)度層102(3)垂直地延伸到第二高機(jī)械強(qiáng)度層102(4)的軸不重疊的孔的區(qū)域。第一高機(jī)械強(qiáng)度層的孔的圖案和第二高機(jī)械強(qiáng)度層的孔的圖案的偏移對準(zhǔn)例如通過阻止枝狀晶體生長和/或需要涉及在熱力學(xué)上和/或動力學(xué)上不利的彎曲軌跡的通路來防止穿過第一高機(jī)械強(qiáng)度層和第二高機(jī)械強(qiáng)度層的組合的枝狀晶體生長?？赏ㄟ^下面的非限制性實(shí)施例來進(jìn)一步理解本發(fā)明。實(shí)施例1：用于電化學(xué)和化學(xué)系統(tǒng)例如用于電池組如用于可再充電鋰電池且特別是防止Li金屬電池中的枝狀晶體短路的新穎分隔物圖3提供示出具有第一高機(jī)械強(qiáng)度層和第二高機(jī)械強(qiáng)度層(層R和F)的本發(fā)明的多層分隔物系統(tǒng)的橫截面圖的示意圖，第一高機(jī)械強(qiáng)度層和第二高機(jī)械強(qiáng)度層具有由含電解質(zhì)層(層M)分隔的孔的互補(bǔ)圖案。圖4提供示出具有第一高機(jī)械強(qiáng)度層、第二高機(jī)械強(qiáng)度層和第三高機(jī)械強(qiáng)度層(層R和F)的本發(fā)明的多層分隔物系統(tǒng)的橫截面圖的示意圖，第一高機(jī)械強(qiáng)度層、第二高機(jī)械強(qiáng)度層和第三高機(jī)械強(qiáng)度層具有由含電解質(zhì)層(層M)分隔的孔的互補(bǔ)圖案。在圖3和4中，層(R)和層(F)是具有孔的圖案的高機(jī)械強(qiáng)度層，孔的圖案在被組合地提供時防止穿過分隔物系統(tǒng)的枝狀晶體生長，例如當(dāng)合并到電化學(xué)系統(tǒng)例如電化學(xué)電池中時。在圖3和4中，含電解質(zhì)層M設(shè)置在層F和R之間，且在一些實(shí)施方式中，含電解質(zhì)層M優(yōu)選地比層F和R厚。在電化學(xué)系統(tǒng)中，例如層M充當(dāng)電解質(zhì)的儲器。在電化學(xué)系統(tǒng)中，例如層M充當(dāng)分隔物，因此，防止正電極和負(fù)電極之間的電和/或物理接觸同時允許正電極和負(fù)電極之間的離子轉(zhuǎn)移，使得電化學(xué)電池可經(jīng)歷有效的放電和充電特性。在實(shí)施方式中，例如層M是低離子電阻層，例如導(dǎo)電微孔膜。在實(shí)施方式中，例如層M是聚乙烯(PE)膜或聚丙烯(PP)膜或兩者的組合。在一些實(shí)施方式中，高機(jī)械強(qiáng)度層F和R起作用來防止電化學(xué)電池中的枝狀晶體生長，以防止電池的電短路、熱逸散和/或機(jī)械故障。作為例子，高機(jī)械強(qiáng)度層F和R可配置成通過防止在正電極和負(fù)電極之間的枝狀晶體生長來防止鋰金屬電池中的短路和容量損失。在一些實(shí)施方式中，高機(jī)械強(qiáng)度層F和R提供互補(bǔ)屏障，每個屏障具有當(dāng)與生長的枝狀晶體接觸時足以防止屏障的刺穿或機(jī)械故障的機(jī)械強(qiáng)度。在一些實(shí)施方式中，高機(jī)械強(qiáng)度層F和R設(shè)置有穿過層的整個厚度延伸的孔的互補(bǔ)圖案。圖5提供示出本發(fā)明的多層分隔物系統(tǒng)的橫截面圖的示意圖，其示出由一個或多個低離子電阻層例如含電解質(zhì)層M分隔的第一高機(jī)械強(qiáng)度層和第二高機(jī)械強(qiáng)度層的孔，例如通道(被示意性示為虛線區(qū)域)和實(shí)心的、不可滲透的區(qū)域(被示意性示為填充的區(qū)域)。圖6提供示出本發(fā)明的多層分隔物系統(tǒng)的橫截面圖的示意圖，其示出由一個或多個低離子電阻層例如含電解質(zhì)層M分隔的第一高機(jī)械強(qiáng)度層、第二高機(jī)械強(qiáng)度層和第三高機(jī)械強(qiáng)度層的孔，例如通道和實(shí)心區(qū)域，例如不可滲透的。作為例子，高機(jī)械強(qiáng)度層F可以以孔和實(shí)心區(qū)域的第一預(yù)選圖案為特征，且高機(jī)械強(qiáng)度層R可以以與高機(jī)械強(qiáng)度層F的預(yù)選圖案不同的孔和實(shí)心區(qū)域的第二預(yù)選圖案為特征。在實(shí)施方式中，例如這兩種圖案是互補(bǔ)的，使得高機(jī)械強(qiáng)度層F和R中的每個具有允許離子和電解質(zhì)從高機(jī)械強(qiáng)度層的任一側(cè)轉(zhuǎn)移的孔(例如，通孔、納米孔、微孔、通道等)，但在多層分隔物系統(tǒng)幾何結(jié)構(gòu)中的高機(jī)械強(qiáng)度層F和R的對準(zhǔn)提供例如沿著從所述高機(jī)械強(qiáng)度層R垂直地延伸到高機(jī)械強(qiáng)度層F的軸與高機(jī)械強(qiáng)度層R的實(shí)心區(qū)域匹配的高機(jī)械強(qiáng)度層F的孔和與高機(jī)械強(qiáng)度層R的孔匹配的高機(jī)械強(qiáng)度層F的實(shí)心區(qū)域。在實(shí)施方式中，例如高機(jī)械強(qiáng)度層F和R的孔相對于彼此偏移，使得當(dāng)它們組合地例如以平行或同心方向設(shè)置時，沒有直線可通過這兩個層F和R的孔。可例如通過考慮周期性圖案例如具有白和黑方格的棋盤來視覺化這種空間布置，其中白方格相應(yīng)于孔，且其中黑方格相應(yīng)于高機(jī)械強(qiáng)度層的實(shí)心區(qū)域。在例子中，高機(jī)械強(qiáng)度層F可以以一般棋盤的形式，而高機(jī)械強(qiáng)度層R可以以反轉(zhuǎn)棋盤、錯位棋盤的形式，其中白塊(相應(yīng)于孔)在黑方格(層F的實(shí)心部分)的位置上，而黑塊(相應(yīng)于實(shí)心區(qū)域)在白方格(層F的孔)的位置上。這個偏移對準(zhǔn)導(dǎo)致至少兩個高機(jī)械強(qiáng)度層，其中當(dāng)設(shè)置在多層幾何結(jié)構(gòu)中時，所有孔被鄰近層的實(shí)心區(qū)域阻擋。在高機(jī)械強(qiáng)度層F和R之間放置低離子電阻層M(典型分隔物)提供防止穿過分隔物系統(tǒng)延伸的枝狀晶體的不需要的生長的分隔物系統(tǒng)。然而為了最小化分隔物系統(tǒng)對電池的電阻的影響，一些實(shí)施方式最小化高機(jī)械強(qiáng)度層F和R的厚度同時至少維持提供足以提供阻擋生長的枝狀晶體的機(jī)械強(qiáng)度所必需的厚度是合乎需要的。在實(shí)施方式中，例如高機(jī)械強(qiáng)度層F和R非常薄(例如，小于或等于100μm的厚度和可選地對于一些實(shí)施方式小于或等于20μm的厚度)，且因此可以可選地以在層M的前側(cè)和/或后側(cè)上的一個或多個涂層的形式。為給定的應(yīng)用選擇高機(jī)械強(qiáng)度層F和R中的孔的體積分?jǐn)?shù)和表面分?jǐn)?shù)，且對于一些應(yīng)用，優(yōu)選地，表面-體積的至少四分之一和可選地一半包括孔和包括不可滲透的實(shí)心區(qū)域的其余部分。在實(shí)施方式中，高機(jī)械強(qiáng)度層F和R包括不與電化學(xué)電池的其它部件起反應(yīng)并且是化學(xué)上抗性的和熱穩(wěn)定的材料。在實(shí)施方式中，高機(jī)械強(qiáng)度層F和R包括電絕緣體。在對鋰金屬電池有用的特定實(shí)施方式中，高機(jī)械強(qiáng)度層F和R包括聚乙烯膜或聚丙烯膜或特氟隆或這些材料的混合物，其具有允許離子和電解質(zhì)通過但防止電流直接在電化學(xué)電池的正電極和負(fù)電極之間通過的互補(bǔ)圖案。在實(shí)施方式中，例如低離子電阻層M是多孔聚乙烯膜或多孔聚丙烯膜或這些的混合物。在實(shí)施方式中，低離子電阻層M具有選自10-200微米的范圍、優(yōu)選地對于一些應(yīng)用等于80-120微米的厚度，且高機(jī)械強(qiáng)度層F和R各自獨(dú)立地具有選自5-200微米的范圍、優(yōu)選地對于一些應(yīng)用等于10-30微米的厚度。在實(shí)施方式中，高機(jī)械強(qiáng)度層L和M具有孔和實(shí)心區(qū)域的互補(bǔ)周期性圖案，其中單元電池的表征孔和/或?qū)嵭膮^(qū)域的一個或多個橫向尺寸例如在1微米和1毫米、優(yōu)選地對于一些應(yīng)用10-30微米的范圍上選擇。與層M的平均孔尺寸的10倍一樣小的孔的單元電池的橫向尺寸的較小尺寸對一些實(shí)施方式是優(yōu)選的；但承認(rèn)關(guān)于制造可以有大孔的實(shí)際優(yōu)點(diǎn)，所以在孔的物理尺寸的選擇中可以有折衷。如對本領(lǐng)域中的技術(shù)人員明顯的，分隔物系統(tǒng)的部件的組成、物理尺寸(例如，厚度)和機(jī)械特性(例如，孔隙率)可取決于電化學(xué)或化學(xué)電池和/或應(yīng)用的類型。在實(shí)施方式中，例如用于鉛酸電池的分隔物系統(tǒng)可使用具有比用于鋰金屬電池的分隔物系統(tǒng)中的更大的孔尺寸的更厚的高機(jī)械強(qiáng)度層。除了圖3和5中所示的所述R-M-F和F-M-R-M-F系統(tǒng)以外，其它分隔物幾何結(jié)構(gòu)對一些應(yīng)用也是有用的。作為例子，本發(fā)明包括具有3、4、5、6、7、8個高機(jī)械強(qiáng)度層等的多層系統(tǒng)，這些高機(jī)械強(qiáng)度層具有被選擇成防止枝狀晶體生長的孔的圖案。例如相應(yīng)于圖4和6所示的F-M-R-M-F系統(tǒng)的具有多于兩個高機(jī)械強(qiáng)度層的多層系統(tǒng)對一些應(yīng)用是優(yōu)選的，因?yàn)樗鼈兛膳渲贸捎行У胤乐怪罹w從正電極到負(fù)電極的生長，且然而對電池的增加的電阻可仍然維持足夠低以提供有用的放電和充電性能。作為例子，本發(fā)明的高能可再充電鋰電池包括：(1)包括鋰金屬或鋰合金、或鋰金屬和/或鋰合金和另一材料的混合物的陽極；(2)陰極；(3)布置在陽極和陰極之間的本發(fā)明的分隔物系統(tǒng)；以及(4)經(jīng)由分隔物與陽極和陰極處于離子連通、可選地物理接觸的一種或多種電解質(zhì)。在實(shí)施方式中，例如電解質(zhì)是固體、凝膠或液體(例如流體)。在一些實(shí)施方式中，電極是固體材料或半固體微粒(例如液體中的小固體微粒)，例如在半固體電池中或在液流電池組中或在液流電池中使用的東西。分隔物系統(tǒng)的橫截面幾何形狀可以是包括矩形、圓形、正方形等的各種形狀。圖7提供了提供本發(fā)明的鋰電池的橫截面圖的示意圖，鋰電池包括帶有具有孔的互補(bǔ)圖案的兩個高機(jī)械強(qiáng)度層的分隔物系統(tǒng)。電化學(xué)電池包括由包括電解質(zhì)儲器的多層分隔物系統(tǒng)分隔的陽極(例如，鋰金屬)和陰極。多層分隔物包括由低離子電阻層(例如多孔分隔物)例如含電解質(zhì)分隔物和/或隔板分隔的、具有孔的互補(bǔ)圖案的兩個高機(jī)械強(qiáng)度層。此外，非常多孔的介質(zhì)設(shè)置在高機(jī)械強(qiáng)度層與陽極和陰極部件之間。如圖7所示，高機(jī)械強(qiáng)度層具有包括交替的孔和實(shí)心區(qū)域的圖案(例如，在圖7中，填充的區(qū)域相應(yīng)于高機(jī)械強(qiáng)度層的實(shí)心區(qū)域，而虛線區(qū)域相應(yīng)于穿過高機(jī)械強(qiáng)度層延伸的孔)。在所示實(shí)施方式中，高機(jī)械強(qiáng)度層具有能夠防止陰極和陽極之間的枝狀晶體的生長的孔的互補(bǔ)圖案，其中第一高機(jī)械強(qiáng)度層的開口區(qū)域(例如，孔)相應(yīng)于沿著從層垂直延伸的軸的第二高機(jī)械強(qiáng)度層的實(shí)心區(qū)域，如圖7所示。圖8-10提供了示出本發(fā)明的額外的設(shè)備配置和設(shè)備部件的鋰電池的其它實(shí)施方式的例子。圖8提供了提供本發(fā)明的鋰電池的橫截面圖的示意圖，鋰電池包括帶有具有孔的互補(bǔ)圖案的四個高機(jī)械強(qiáng)度層的分隔物系統(tǒng)。在圖8所示的設(shè)備中，高機(jī)械強(qiáng)度層R設(shè)置成與陽極直接物理接觸，且高機(jī)械強(qiáng)度層L設(shè)置成與陰極直接物理接觸。在圖8所示的實(shí)施方式中，兩個層R具有孔的相同圖案，且兩個層F具有孔的相同圖案。層R和F中的圖案共同包括消除沿著從陰極垂直延伸到陽極的軸的在陽極和陰極之間的任何直接線性通路的互補(bǔ)圖案，從而防止枝狀晶體生長相關(guān)的短路。在圖8所示的實(shí)施方式中，高機(jī)械強(qiáng)度層R設(shè)置成與例如鋰金屬的陽極物理接觸，以便允許離子穿過層R并與陽極表面相互作用；且高機(jī)械強(qiáng)度層F設(shè)置成與陰極物理接觸，以便允許離子穿過層F并與陰極表面相互作用。圖9提供了提供本發(fā)明的電化學(xué)電池的橫截面圖的示意圖，電化學(xué)電池包括帶有具有孔的互補(bǔ)圖案的三個高機(jī)械強(qiáng)度層的分隔物系統(tǒng)。在圖9所示的設(shè)備中，非常多孔的層(例如，孔隙率≥80％)設(shè)置在高機(jī)械強(qiáng)度層F和陽極之間，且非常多孔的層(例如，孔隙率≥80％)設(shè)置在高機(jī)械強(qiáng)度層F和陰極之間。在圖9所示的設(shè)備中，高機(jī)械強(qiáng)度層R具有與高機(jī)械強(qiáng)度層F的孔的圖案互補(bǔ)的孔的圖案，且多孔層(例如，通?？紫堵省?0％)設(shè)置在高機(jī)械強(qiáng)度層R和高機(jī)械強(qiáng)度層F之間。在實(shí)施方式中，例如兩個高機(jī)械強(qiáng)度層F以孔的相同圖案為特征。在圖9所示的實(shí)施方式中，兩個層F具有孔的相同圖案。層R和兩個層F中的圖案共同包括消除沿著從陰極垂直延伸到陽極的軸的在陽極，例如鋰金屬，和陰極之間的任何直接線性通路的互補(bǔ)圖案，從而防止枝狀晶體生長相關(guān)的短路。在圖9所示的實(shí)施方式中，非常多孔的層(例如，孔隙率為約80％或更高)設(shè)置成與陽極物理接觸，以便允許離子穿過該多孔層并與陽極表面相互作用；且非常多孔的層(例如，孔隙率為約80％或更高)設(shè)置成與陰極物理接觸，以便允許離子穿過該多孔層并與陰極表面相互作用。圖10A提供了提供本發(fā)明的電化學(xué)電池的橫截面圖的示意圖，電化學(xué)電池包括鋰金屬陽極、陰極和包括具有孔的互補(bǔ)圖案的三個高機(jī)械強(qiáng)度層、兩個低離子電阻層、兩個含電解質(zhì)孔隙(例如以避免可能在層F上發(fā)生的減小電極表面積)和框架部件的分隔物系統(tǒng)。在一些實(shí)施方式中，例如框架層提供物理地集成、連接和/或機(jī)械地支撐總多層布置的部件的手段。在圖10所示的鋰電池中，含電解質(zhì)孔隙設(shè)置在陽極(鋰金屬)和具有孔的圖案的第一高機(jī)械強(qiáng)度層之間，且含電解質(zhì)孔隙設(shè)置在陰極和具有孔的圖案的第二高機(jī)械強(qiáng)度層之間。在一些實(shí)施方式中，例如在電極和高機(jī)械強(qiáng)度層之間的含電解質(zhì)孔隙的合并對避免減小電極表面積是有用的，以便利用電池的有用的放電和充電特性。在圖10所示的設(shè)備中，高機(jī)械強(qiáng)度層R具有與高機(jī)械強(qiáng)度層F的孔圖案互補(bǔ)的孔圖案，且低離子電阻層(例如，孔隙率≥50％)設(shè)置在高機(jī)械強(qiáng)度層R和高機(jī)械強(qiáng)度層F之間。圖10B提供了提供電化學(xué)電池(例如，對鋰-空氣、鋰-水電池有用)的橫截面圖的示意圖，電化學(xué)電池具有帶有保護(hù)性固體電解質(zhì)的分隔物，其中固體電解質(zhì)傳導(dǎo)期望的離子(例如Li+)，但不可滲透水、空氣、CO2、污染物和使電化學(xué)電池的性能惡化的材料。電化學(xué)電池包括陽極例如鋰陽極；陰極例如碳-水陰極或碳-空氣陰極；包括具有孔的互補(bǔ)圖案的兩個高機(jī)械強(qiáng)度層(可選地，化學(xué)上抗性的和熱穩(wěn)定的非導(dǎo)電穿孔層(例如Kapton)以阻止枝狀晶體生長)、三個低離子電阻層(例如，非常多孔的層，大于或等于80％的孔隙率(例如PE))和固體電解質(zhì)層例如LISICON層的分隔物系統(tǒng)。在圖10B所示的設(shè)備中，高機(jī)械強(qiáng)度層是還電絕緣的(非導(dǎo)電的)可選地化學(xué)上抗性的和熱穩(wěn)定的穿孔層，例如穿孔Kapton層。包括Kapton的互補(bǔ)高機(jī)械強(qiáng)度層的使用在一些實(shí)施方式中對防止枝狀晶體生長是有用的。如圖10B所示，第一低離子電阻層例如非常多孔的層(例如，≥80％)設(shè)置在陽極和第一高機(jī)械強(qiáng)度層之間，且第二低離子電阻層例如非常多孔的層(例如，≥80％)設(shè)置在第一高機(jī)械強(qiáng)度層和第二高機(jī)械強(qiáng)度層之間，且第三低離子電阻層例如非常多孔的層(例如，≥80％)設(shè)置在第二高機(jī)械強(qiáng)度層和陰極之間。如圖10B所示，固體電解質(zhì)層例如LISICON層設(shè)置在第三低離子電阻層和陰極之間，使得離子能夠轉(zhuǎn)移到陰極表面。在實(shí)施方式中，例如固體電解質(zhì)層設(shè)置成與陰極的表面物理接觸。在一些實(shí)施方式中，固體電解質(zhì)層(例如，LISICON層)的合并對保護(hù)陰極例如防止與陰極表面和電化學(xué)電池的部件例如除了固體電解質(zhì)以外的電解質(zhì)組分的不需要的化學(xué)反應(yīng)是有用的。在一些實(shí)施方式中，固體電解質(zhì)層(例如，LISICON層)提供分隔具有第一電解質(zhì)的電化學(xué)電池的第一側(cè)與具有不同于第一電解質(zhì)的第二電解質(zhì)的電化學(xué)電池的第二側(cè)的化學(xué)屏障層。這個方面的實(shí)施方式因此可提供用于結(jié)合兩種分開的電解質(zhì)的手段，每種電解質(zhì)特別適合于選定的陽極和陰極組成。圖10C提供了提供電化學(xué)電池(例如，對鋰-空氣、鋰-水電池有用)的橫截面圖的示意圖，電化學(xué)電池具有帶有保護(hù)性固體電解質(zhì)的分隔物，其中固體電解質(zhì)傳導(dǎo)期望的離子(例如Li+)，但不可滲透水、空氣、CO2、污染物和使電化學(xué)電池的性能惡化的材料。電化學(xué)電池包括鋰陽極；陰極例如碳-水陰極或碳-空氣陰極；包括具有孔的互補(bǔ)圖案的兩個高機(jī)械強(qiáng)度層(可選地，化學(xué)上抗性的和熱穩(wěn)定的金屬層以阻止枝狀晶體生長和減少例如在苔狀沉積中的陽極損耗)、三個低離子電阻層(例如，非常多孔的層，大于或等于80％的孔隙率(例如PE))以及固體電解質(zhì)層例如LISICON層的分隔物系統(tǒng)。圖10C中的總電化學(xué)電池幾何結(jié)構(gòu)類似于圖10B所示的總電化學(xué)電池幾何結(jié)構(gòu)，其中第一低離子電阻層例如非常多孔的層(例如，≥80％)設(shè)置在陽極和第一高機(jī)械強(qiáng)度層之間，且第二低離子電阻層例如非常多孔的層(例如，≥80％)設(shè)置在第一高機(jī)械強(qiáng)度層和第二高機(jī)械強(qiáng)度層之間，且第三低離子電阻層例如非常多孔的層(例如，≥80％)設(shè)置在第二高機(jī)械強(qiáng)度層和陰極之間，且其中固體電解質(zhì)層例如LISICON層設(shè)置在第三低離子電阻層和陰極之間，使得離子能夠轉(zhuǎn)移到陰極表面。然而在圖10C的電化學(xué)電池中，高機(jī)械強(qiáng)度層是具有在一些實(shí)施方式中對防止枝狀晶體生長和減少例如在苔狀沉積中的陽極損耗有用的孔的互補(bǔ)圖案的穿孔金屬層。類似于結(jié)合圖10B的討論，固體電解質(zhì)層(例如，LISICON層)的合并對保護(hù)陰極例如防止與陰極表面和電化學(xué)電池的部件例如除了固體電解質(zhì)以外的電解質(zhì)組分的不需要的化學(xué)反應(yīng)是有用的。在一些實(shí)施方式中，固體電解質(zhì)層(例如，LISICON層)提供分隔具有第一電解質(zhì)的電化學(xué)電池的第一側(cè)與具有不同于第一電解質(zhì)的第二電解質(zhì)的電化學(xué)電池的第二側(cè)的化學(xué)屏障層，且因此可提供用于結(jié)合兩種分開的電解質(zhì)的手段，每種電解質(zhì)特別適合于選定的陽極和陰極組成。圖10D提供了提供電化學(xué)電池(例如，對鋰-硫電池有用)的橫截面圖的示意圖，電化學(xué)電池具有帶有保護(hù)性固體電解質(zhì)的分隔物，其中固體電解質(zhì)傳導(dǎo)期望的離子(例如Li+)，但對使電化學(xué)電池的性能惡化的在陰極和陽極之間的微粒通過是不可滲透的。電化學(xué)電池包括陽極例如鋰陽極；陰極例如基于硫的陰極；包括具有孔的互補(bǔ)圖案的兩個高機(jī)械強(qiáng)度層(可選地，化學(xué)上抗性的和熱穩(wěn)定的金屬層以阻止枝狀晶體生長、減少例如在苔狀沉積中的陽極損耗并阻止陰極材料到陽極的通過)、三個低離子電阻層(例如，非常多孔的層(大于或等于80％的孔隙率(例如PE)))和固體電解質(zhì)層例如LISICON層的分隔物系統(tǒng)。圖10C中的總電化學(xué)電池幾何結(jié)構(gòu)類似于圖10B和10C所示的總電化學(xué)電池幾何結(jié)構(gòu)，其中第一低離子電阻層例如非常多孔的層(例如，≥80％)設(shè)置在陽極和第一高機(jī)械強(qiáng)度層之間，且第二低離子電阻層例如非常多孔的層(例如，≥80％)設(shè)置在第一高機(jī)械強(qiáng)度層和第二高機(jī)械強(qiáng)度層之間，且第三低離子電阻層例如非常多孔的層(例如，≥80％)設(shè)置在第二高機(jī)械強(qiáng)度層和陰極之間，且其中固體電解質(zhì)層例如LISICON層設(shè)置在第三低離子電阻層和陰極之間，使得離子能夠轉(zhuǎn)移到陰極表面。然而在圖10D的電化學(xué)電池中，高機(jī)械強(qiáng)度層是具有孔的互補(bǔ)圖案的穿孔金屬層，且陰極可選地是基于硫的陰極。在當(dāng)前分隔物中的高機(jī)械強(qiáng)度金屬層的合并在一些實(shí)施方式中對防止枝狀晶體生長、減少例如在苔狀沉積中的陽極損耗并阻止陰極微粒到陽極的通過是有用的。類似于結(jié)合圖10B的討論，固體電解質(zhì)層(例如，LISICON層)的合并對保護(hù)陰極例如防止與陰極表面和電化學(xué)電池的部件例如除了固體電解質(zhì)以外的電解質(zhì)組分的不需要的化學(xué)反應(yīng)是有用的。在一些實(shí)施方式中，固體電解質(zhì)層(例如，LISICON層)提供分隔具有第一電解質(zhì)的電化學(xué)電池的第一側(cè)與具有不同于第一電解質(zhì)的第二電解質(zhì)的電化學(xué)電池的第二側(cè)的化學(xué)屏障層，且因此可提供用于結(jié)合兩種分開的電解質(zhì)的手段，每種電解質(zhì)特別適合于選定的陽極和陰極組成。圖10E提供了提供具有分隔物的電化學(xué)電池的橫截面圖的示意圖，其中緊鄰陽極的分隔物的導(dǎo)電側(cè)減小陽極損耗；例如通過阻止枝狀晶體生長，在循環(huán)時減少例如在苔狀沉積中的陽極損耗并阻止陰極材料到陽極的通過，這中斷陽極微粒和電流收集器之間的電接觸并使電化學(xué)電池的性能惡化。例如，緊鄰陰極的導(dǎo)電側(cè)增加陰極的導(dǎo)電性，其可導(dǎo)致較長的壽命周期、較高的功率和較厚的陰極和較高能量的陰極和因而較好的電化學(xué)電池。電化學(xué)電池包括陽極例如鋰陽極；陰極例如LiFePO4、LiCoO2陰極；包括具有孔的互補(bǔ)圖案的兩個高機(jī)械強(qiáng)度層(第一高機(jī)械強(qiáng)度層(可選地，化學(xué)上抗性的和熱穩(wěn)定的穿孔電子和離子導(dǎo)電層)以及第二高機(jī)械強(qiáng)度層(可選地，化學(xué)上抗性的和熱穩(wěn)定的離子導(dǎo)電的電絕緣穿孔層))、三個低離子電阻層(例如，非常多孔的層(大于或等于80％的孔隙率(例如PE)))和機(jī)械上、化學(xué)上和熱抗性的離子傳導(dǎo)層例如炭黑層的分隔物系統(tǒng)。圖10C中的總電化學(xué)電池幾何結(jié)構(gòu)類似于圖10B、10C和10D所示的總電化學(xué)電池幾何結(jié)構(gòu)，其中第一低離子電阻層例如非常多孔的層(例如，≥80％)設(shè)置在陽極和第一高機(jī)械強(qiáng)度層(可選地，化學(xué)上抗性的和熱穩(wěn)定的穿孔電子和離子導(dǎo)電層(例如穿孔金屬))之間，且第二低離子電阻層例如非常多孔的層(例如，≥80％)設(shè)置在第一高機(jī)械強(qiáng)度層和第二高機(jī)械強(qiáng)度層(可選地，化學(xué)上抗性的和熱穩(wěn)定的離子導(dǎo)電的電絕緣穿孔層(例如Kapton))之間，且第三低離子電阻層例如非常多孔的層(例如，≥80％)設(shè)置在第二高機(jī)械強(qiáng)度層和陰極之間。然而在圖10D的電化學(xué)電池中，第一高機(jī)械強(qiáng)度層包括穿孔金屬層，而第二高機(jī)械強(qiáng)度層包括穿孔電絕緣層例如穿孔Kapton層。在該實(shí)施方式中，穿孔金屬層和穿孔Kapton層具有孔的互補(bǔ)圖案以防止晶體生長。此外，機(jī)械上、化學(xué)上和熱抗性的離子傳導(dǎo)炭黑層設(shè)置成相鄰于陰極且可選地與陰極，可選地化學(xué)上抗性的和熱穩(wěn)定的離子導(dǎo)電的電絕緣穿孔層(例如Kapton)，電接觸和/或物理接觸。圖10F提供了提供具有分隔物的電化學(xué)電池的橫截面圖的示意圖，其中穿孔分隔物板和多孔層通過提供電極之間的電絕緣，然而經(jīng)由流體電解質(zhì)(含水或非質(zhì)子的)提供電極之間的離子連接而充當(dāng)分隔物。電化學(xué)電池包括陽極例如硅、Li、Zn、ZnO、石墨或LTO陽極；陰極例如LiFePO4、LiCoO2、硫或Ag陰極；以及包括具有孔的互補(bǔ)圖案的兩個高機(jī)械強(qiáng)度層(可選地，化學(xué)上抗性的和熱穩(wěn)定的電絕緣(例如也可被涂有PE或PP的穿孔金屬))和三個低離子電阻層(例如，非常多孔的層(大于或等于80％的孔隙率(例如PE)))的分隔物系統(tǒng)。如圖10F所示，第一低離子電阻層例如非常多孔的層(例如，≥80％)設(shè)置在陽極和第一高機(jī)械強(qiáng)度層之間，且第二低離子電阻層例如非常多孔的層(例如，≥80％)設(shè)置在第一高機(jī)械強(qiáng)度層和第二高機(jī)械強(qiáng)度層之間，且第三低離子電阻層例如非常多孔的層(例如，≥80％)設(shè)置在第二高機(jī)械強(qiáng)度層和陰極之間。然而在圖10F的電化學(xué)電池中，第一高機(jī)械強(qiáng)度層和第二高機(jī)械強(qiáng)度層獨(dú)立地包括機(jī)械上、化學(xué)上和熱抗性的電絕緣層，例如具有一個或多個絕緣涂層例如PE或PP涂層的穿孔金屬層。圖10G提供了提供具有分隔物的電化學(xué)電池的橫截面圖的示意圖，其中兩個高機(jī)械強(qiáng)度層的形狀記憶效應(yīng)導(dǎo)致分隔物和電極之間的非常好的機(jī)械接觸。電化學(xué)電池包括陽極例如硅、Li、Zn、ZnO、石墨或LTO陽極；陰極例如LiFePO4、LiCoO2、硫或Ag陰極；以及包括具有孔的互補(bǔ)圖案的兩個高機(jī)械強(qiáng)度層(可選地，具有形狀記憶效應(yīng)的化學(xué)上抗性的和熱穩(wěn)定的電絕緣(例如可被涂有PE或PP的穿孔Nitonol))和三個低離子電阻層(例如，非常多孔的層(大于或等于80％的孔隙率(例如PE)))的分隔物系統(tǒng)。圖10G中的總電化學(xué)電池幾何結(jié)構(gòu)類似于圖10F所示的總電化學(xué)電池幾何結(jié)構(gòu)，其中第一低離子電阻層例如非常多孔的層(例如，≥80％)設(shè)置在陽極和第一高機(jī)械強(qiáng)度層之間，且第二低離子電阻層例如非常多孔的層(例如，≥80％)設(shè)置在第一高機(jī)械強(qiáng)度層和第二高機(jī)械強(qiáng)度層之間，且第三低離子電阻層例如非常多孔的層(例如，≥80％)設(shè)置在第二高機(jī)械強(qiáng)度層和陰極之間。然而在圖10G的電化學(xué)電池中，第一高機(jī)械強(qiáng)度層和第二高機(jī)械強(qiáng)度層獨(dú)立地包括展示形狀記憶效應(yīng)的機(jī)械上、化學(xué)上和熱抗性的電絕緣層，例如可選地涂有PE或PP的穿孔Nitnonol層。圖10H提供了提供具有分隔物的電化學(xué)電池的橫截面圖的示意圖，其中兩個高機(jī)械強(qiáng)度層的超彈性和/或形狀記憶效應(yīng)導(dǎo)致分隔物和電極之間的非常好的機(jī)械接觸。例如在這個方面的實(shí)施方式中，在固體電解質(zhì)和陰極之間提供增強(qiáng)的電接觸。電化學(xué)電池包括陽極例如硅、Li、Zn、ZnO、石墨或LTO陽極；陰極例如LiFePO4、LiCoO2、硫、Ag、碳-空氣、碳-水陰極；包括具有孔的互補(bǔ)圖案的兩個高機(jī)械強(qiáng)度層(可選地，具有超彈性或形狀記憶效應(yīng)的化學(xué)上抗性的和熱穩(wěn)定的電絕緣(例如可被涂有PE或PP的穿孔Nitonol))、三個低離子電阻層(例如，非常多孔的層(大于或等于80％的孔隙率(例如PE)))以及固體電解質(zhì)層例如LISICON或PEO(聚氧化乙烯)層的分隔物系統(tǒng)。圖10H中的總電化學(xué)電池幾何結(jié)構(gòu)類似于圖10B、10C和10D所示的總電化學(xué)電池幾何結(jié)構(gòu)，其中第一低離子電阻層例如非常多孔的層(例如，≥80％)設(shè)置在陽極和第一高機(jī)械強(qiáng)度層之間，且第二低離子電阻層例如非常多孔的層(例如，≥80％)設(shè)置在第一高機(jī)械強(qiáng)度層和第二高機(jī)械強(qiáng)度層之間，且第三低離子電阻層例如非常多孔的層(例如，≥80％)設(shè)置在第二高機(jī)械強(qiáng)度層和陰極之間，且其中固體電解質(zhì)層例如LISICON或PEO層設(shè)置在第三低離子電阻層和陰極之間，使得離子能夠轉(zhuǎn)移到陰極表面。然而在圖10H的電化學(xué)電池中，高機(jī)械強(qiáng)度層是具有超彈性或形狀記憶效應(yīng)的機(jī)械上、化學(xué)上和熱抗性的電絕緣層，例如可選地涂有PE或PP的穿孔Nitonol層。類似于結(jié)合圖10B的討論，固體電解質(zhì)層(例如，LISICON或PEO層)的合并對保護(hù)陰極例如防止與陰極表面和電化學(xué)電池的部件例如除了固體電解質(zhì)以外的電解質(zhì)組分的不需要的化學(xué)反應(yīng)是有用的。在一些實(shí)施方式中，固體電解質(zhì)層(例如，LISICON層)提供分隔具有第一電解質(zhì)的電化學(xué)電池的第一側(cè)與具有不同于第一電解質(zhì)的第二電解質(zhì)的電化學(xué)電池的第二側(cè)的化學(xué)屏障層，且因此可提供用于結(jié)合兩種分開的電解質(zhì)的手段，每種電解質(zhì)特別適合于選定的陽極和陰極組成。圖10I提供了提供具有分隔物的電化學(xué)電池的橫截面圖的示意圖，其中兩個高機(jī)械強(qiáng)度層的超彈性和/或形狀記憶效應(yīng)導(dǎo)致分隔物和電極之間的非常好的機(jī)械接觸。例如在這個方面的實(shí)施方式中，在固體電解質(zhì)和陰極之間提供增強(qiáng)的電接觸。電化學(xué)電池包括陽極例如硅、Li、Zn、ZnO、石墨或LTO陽極；陰極例如LiFePO4、LiCoO2、硫、Ag、碳-空氣、碳-水陰極；包括具有孔的互補(bǔ)圖案的兩個高機(jī)械強(qiáng)度層(可選地，具有超彈性或形狀記憶效應(yīng)的化學(xué)上抗性的和熱穩(wěn)定的電絕緣(例如穿孔形狀記憶聚合物)、三個低離子電阻層(例如，非常多孔的層(大于或等于80％的孔隙率(例如PE)))以及固體電解質(zhì)層例如LISICON或PEO層的分隔物系統(tǒng)。圖10I中的總電化學(xué)電池幾何結(jié)構(gòu)類似于圖10B、10C和10D所示的總電化學(xué)電池幾何結(jié)構(gòu)，其中第一低離子電阻層例如非常多孔的層(例如，≥80％)設(shè)置在陽極和第一高機(jī)械強(qiáng)度層之間，且第二低離子電阻層例如非常多孔的層(例如，≥80％)設(shè)置在第一高機(jī)械強(qiáng)度層和第二高機(jī)械強(qiáng)度層之間，且第三低離子電阻層例如非常多孔的層(例如，≥80％)設(shè)置在第二高機(jī)械強(qiáng)度層和陰極之間，且其中固體電解質(zhì)層例如LISICON層設(shè)置在第三低離子電阻層和陰極之間，使得離子能夠轉(zhuǎn)移到陰極表面。然而在圖10I的電化學(xué)電池中，高機(jī)械強(qiáng)度層是展示超彈性和/或形狀記憶效應(yīng)的機(jī)械上、化學(xué)上和熱抗性的電絕緣層，例如穿孔形狀記憶聚合物層。類似于結(jié)合圖10B的討論，固體電解質(zhì)層(例如，LISICON或PEO層)的合并對保護(hù)陰極例如防止與陰極表面和電化學(xué)電池的部件例如除了固體電解質(zhì)以外的電解質(zhì)組分的不需要的化學(xué)反應(yīng)是有用的。在一些實(shí)施方式中，固體電解質(zhì)層(例如，LISICON或PEO層)提供分隔具有第一電解質(zhì)的電化學(xué)電池的第一側(cè)與具有不同于第一電解質(zhì)的第二電解質(zhì)的電化學(xué)電池的第二側(cè)的化學(xué)屏障層，且因此可提供用于結(jié)合兩種分開的電解質(zhì)的手段，每種電解質(zhì)特別適合于選定的陽極和陰極組成。圖10J提供了提供具有分隔物的電化學(xué)電池的橫截面圖的示意圖，其中在循環(huán)時分隔物的導(dǎo)電側(cè)減少例如在硅的大變形中的陽極損耗，這中斷陽極微粒和電流收集器之間的電接觸并使電化學(xué)電池的性能惡化。電化學(xué)電池包括陽極例如硅陽極；陰極例如LiFePO4或LiCoO2陰極；以及包括具有孔的互補(bǔ)圖案的兩個高機(jī)械強(qiáng)度層和三個低離子電阻層(例如，非常多孔的層(大于或等于80％的孔隙率(例如PE)))的分隔物系統(tǒng)。圖10J中的總電化學(xué)電池幾何結(jié)構(gòu)類似于圖10F所示的總電化學(xué)電池幾何結(jié)構(gòu)，其中第一低離子電阻層例如非常多孔的層(例如，≥80％)設(shè)置在陽極和第一高機(jī)械強(qiáng)度層(可選地，化學(xué)上抗性的和熱穩(wěn)定的電子地和離子地導(dǎo)電(例如穿孔金屬))之間，且第二低離子電阻層例如非常多孔的層(例如，≥80％)設(shè)置在第一高機(jī)械強(qiáng)度層和第二高機(jī)械強(qiáng)度層(可選地，化學(xué)上抗性的和熱穩(wěn)定的離子導(dǎo)電的電絕緣穿孔層(例如Kapton))之間，且第三低離子電阻層例如非常多孔的層(例如，≥80％)設(shè)置在第二高機(jī)械強(qiáng)度層和陰極之間。然而在圖10J的電化學(xué)電池中，第一高機(jī)械強(qiáng)度層包括定位成接近陽極的機(jī)械上、化學(xué)上和熱抗性的離子傳導(dǎo)和電子傳導(dǎo)層，例如穿孔金屬層；而第二高機(jī)械強(qiáng)度層包括定位成接近陰極的機(jī)械上、化學(xué)上和熱抗性的非導(dǎo)電穿孔層，例如穿孔Kapton層。圖10K提供了提供具有分隔物的電化學(xué)電池的橫截面圖的示意圖，其中在循環(huán)時靠近陽極的分隔物的導(dǎo)電側(cè)減少例如在硅的大變形中的陽極損耗，這中斷陽極微粒和電流收集器之間的電接觸并使電化學(xué)電池的性能惡化。在這個方面的實(shí)施方式中，緊鄰陰極的導(dǎo)電側(cè)增加陰極的導(dǎo)電性，其可導(dǎo)致較長的壽命周期、較高的功率和較厚的陰極和較高能量的陰極和因而較好的電化學(xué)電池。電化學(xué)電池包括陽極例如硅陽極；陰極例如LiFePO4或LiCoO2陰極；以及包括具有孔的互補(bǔ)圖案的三個高機(jī)械強(qiáng)度層和三個低離子電阻層的分隔物系統(tǒng)。如圖10K所示的，第一低離子電阻層(例如，非常多孔的層(大于或等于80％的孔隙率(例如PE)))例如非常多孔的層(例如，≥80％)設(shè)置在陽極和第一高機(jī)械強(qiáng)度層(可選地，化學(xué)上抗性的和熱穩(wěn)定的(例如穿孔金屬))之間，第二低離子電阻層(例如，非常多孔的層(大于或等于80％的孔隙率(例如PE)))例如非常多孔的層(例如，≥80％)設(shè)置在第一高機(jī)械強(qiáng)度層和第二高機(jī)械強(qiáng)度層(可選地，化學(xué)上抗性的和熱穩(wěn)定的離子導(dǎo)電的電絕緣穿孔層(例如Kapton))之間，第三低離子電阻層(例如，非常多孔的層(大于或等于80％的孔隙率(例如PE)))例如非常多孔的層(例如，≥80％)設(shè)置在第二高機(jī)械強(qiáng)度層和第三高機(jī)械強(qiáng)度層(可選地，化學(xué)上抗性的和熱穩(wěn)定的(例如穿孔金屬))之間。在圖10K的電化學(xué)電池中，定位成分別接近陽極和陰極的第一高機(jī)械強(qiáng)度層和第三高機(jī)械強(qiáng)度層包括機(jī)械上、化學(xué)上和熱抗性的層，例如穿孔金屬層；且設(shè)置在所述第一高機(jī)械強(qiáng)度層和第二高機(jī)械強(qiáng)度層之間的第二高機(jī)械強(qiáng)度層包括機(jī)械上、化學(xué)上和熱抗性的電絕緣和離子傳導(dǎo)層，例如穿孔Kapton層。圖11A(層F、層R的設(shè)計的例子是這個設(shè)計的反轉(zhuǎn)(孔和實(shí)心部分彼此互換)。穿過分隔物的層F切割電池)和11B(層F、層R的設(shè)計的例子是這個設(shè)計的反轉(zhuǎn)(孔和實(shí)心部分彼此互換)。穿過分隔物的層F切割電池)提供本發(fā)明的一些分隔物系統(tǒng)的多孔圖案化層例如圖2-10中的層F的設(shè)計的例子。例如在圖11A和11B所示的實(shí)施方式中，有交替的多孔區(qū)域(被示意性地示為虛線區(qū)域)和實(shí)心區(qū)域(被示意性地示為填充區(qū)域)。在這些實(shí)施方式中，層R可提供層F的設(shè)計的孔的反轉(zhuǎn)圖案。在圖11A和11B中，圖案以交替的矩形多孔區(qū)域和實(shí)心區(qū)域?yàn)樘卣?。?shí)施例2：高性能廉價可再充電鋰電池：設(shè)計分隔物和電極已知的最高能量電池到目前為止使用諸如鋅和鋰的金屬，鋅和鋰是廉價的，并具有非常高的能量/功率密度。同時，給這些電池再充電造成主要的安全危險。對減輕安全問題的要求是可抵抗枝狀晶體形成、事故和熱逸散的非常強(qiáng)的然而高度導(dǎo)電的分隔物。在構(gòu)造分隔物和電極中使用工程方法，本實(shí)施例的分隔物系統(tǒng)在各種電池化學(xué)結(jié)構(gòu)中提供安全性、耐久性、功率和能量性能的明顯提高。本發(fā)明的一種方法是將工程知識和方法應(yīng)用于在電池工業(yè)中使用的最有效的化學(xué)結(jié)構(gòu)。如在本實(shí)施例中示出的，本發(fā)明提供了制造友好的方法以制造超安全的高容量分隔物。由商業(yè)鋰金屬、LiFePO4和當(dāng)前的分隔物系統(tǒng)制成的紐扣電池展示與常規(guī)Celgard分隔物可比較的電導(dǎo)率、固體的機(jī)械強(qiáng)度和-40到200攝氏度的工作溫度范圍。本實(shí)施例的分隔物系統(tǒng)可以是Li-硫、Li-空氣、Zn-猛或Zn-空氣電池的必需部分。本發(fā)明的某些方面的目標(biāo)是提高現(xiàn)有的不可再充電高能化學(xué)結(jié)構(gòu)例如鋰金屬和鋅電池的可再充電性、安全性和循環(huán)壽命，并提供用于高能可再充電金屬-空氣電池的高級電化學(xué)系統(tǒng)，其提供對能量存儲挑戰(zhàn)的經(jīng)濟(jì)解決方案，特別是在效用級電池中。主要由于可導(dǎo)致內(nèi)部短路和導(dǎo)致火災(zāi)和爆炸的枝狀晶體形成，當(dāng)前最新型的鋰金屬電池不是可再充電的。同時，硅作為潛在的高能陽極經(jīng)歷非常大的形狀變化，并失去其與電流收集器的電接觸，除非使用謹(jǐn)慎地在優(yōu)選方向(不可縮放的)上生長的非常昂貴的納米有機(jī)硅。很多不同的電解質(zhì)和添加劑已被測試，且不能在工業(yè)級系統(tǒng)中是有用的。最近，各種固體電解質(zhì)被引入以增強(qiáng)安全性，但它們具有比液體電解質(zhì)-分隔物系統(tǒng)低幾個數(shù)量級的電導(dǎo)率，且由于疲勞、裂縫和失去的電極-電解質(zhì)接觸而在非常少的循環(huán)之后失去其性能。使用新穎和可縮放的過程，本發(fā)明的方面提供具有抵抗枝狀晶體生長的機(jī)械上剛硬的材料(例如大于1GPa的彈性模量和-200到400攝氏度的溫度范圍)的高度多孔的分隔物系統(tǒng)(例如在室溫下對于液體電解質(zhì)大于或等于10-2S/cm的電導(dǎo)率)。當(dāng)前分隔物系統(tǒng)的實(shí)施方式提供為各種化學(xué)結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)高能量低成本效用級電池的新設(shè)備結(jié)構(gòu)。當(dāng)前分隔物系統(tǒng)的實(shí)施方式還提供事故安全輸送電池。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，例如集成當(dāng)前的分隔物系統(tǒng)的電池可在沒有容量損失或有最少的容量損失的情況下實(shí)現(xiàn)多于5,000次循環(huán)。此外，一些分隔物系統(tǒng)能夠被容易實(shí)現(xiàn)為已經(jīng)在當(dāng)前的鋰電池制造中使用的鑄造和卷對卷處理方法。本發(fā)明的某些實(shí)施方式的重要特征是同時提供高電導(dǎo)率和高安全性的多層分隔物系統(tǒng)。圖12提供包括本發(fā)明的分隔物系統(tǒng)的電化學(xué)電池的橫截面圖的示意圖。如圖12所示，電化學(xué)電池包括彼此由分隔物系統(tǒng)(5)分隔的陽極(例如Li、Zn、Si)(3)和陰極(4)。在該實(shí)施方式中，分隔物系統(tǒng)(5)包括多個層，其包括包含堅實(shí)的材料并具有孔的圖案和框架的穿孔層(1和1’)和/或非常多孔的層(2)。分隔物材料的穿孔層的高彈性模量防止枝狀晶體直接刺穿屏障。圖14提供在本發(fā)明的分隔物系統(tǒng)的穿孔層中有用的孔的圖案的例子。如圖14所示，分隔物系統(tǒng)的穿孔層可具有帶有圓形形狀的孔。圖14還示出對防止枝狀晶體生長、短路和機(jī)械故障有用的穿孔層的互補(bǔ)圖案。例如，面板A和B提供當(dāng)設(shè)置在某些分隔物系統(tǒng)的偏移對準(zhǔn)中時不重疊的孔的互補(bǔ)圖案。面板C提供示出面板A和B中的圖案的疊加的示意圖，表明偏移對準(zhǔn)導(dǎo)致沒有孔的重疊。類似地，面板F和G提供當(dāng)設(shè)置在某些分隔物系統(tǒng)的偏移對準(zhǔn)中時不重疊的孔的互補(bǔ)圖案。類似地，面板H和I提供當(dāng)設(shè)置在某些分隔物系統(tǒng)的偏移對準(zhǔn)中時不重疊的孔的互補(bǔ)圖案。類似地，面板J和K提供當(dāng)設(shè)置在某些分隔物系統(tǒng)的偏移對準(zhǔn)中時不重疊的孔的互補(bǔ)圖案。類似地，面板L和M提供當(dāng)設(shè)置在某些分隔物系統(tǒng)的偏移對準(zhǔn)中時不重疊的矩形孔的互補(bǔ)圖案。在穿孔層中的大量孔確保分隔物的高電導(dǎo)率，且在連續(xù)層中的孔的偏移對準(zhǔn)確保在電極之間沒有直接路徑。來自在枝狀晶體上的高機(jī)械強(qiáng)度層的力使枝狀晶體生長慢下來或停止。在電化學(xué)電池中，這明顯提高了電池的性能。圖13提供示出本發(fā)明的電化學(xué)系統(tǒng)中的枝狀晶體生長的可能軌跡的示意圖。如圖13所示，1,1’是作為分隔物的芯的穿孔堅實(shí)材料，2是作為電解質(zhì)儲器的框架或非常多孔的層，3是陽極，4是陰極。在本圖中，枝狀晶體被示為從陽極(例如Li、Zn、Si)延伸到陰極的彎曲線。如圖13所示，枝狀晶體將必須產(chǎn)生幾個彎曲以穿過穿孔層并產(chǎn)生短路。從嚴(yán)格機(jī)械的觀點(diǎn)看，鋰的彈性模量(5GPa)是太高的數(shù)量級，以致不能允許枝狀晶體以小長度(小于0.1mm)的連續(xù)彎曲；使直線束彎曲的所需能量是其中E是彈性模量，l是慣性矩，且R(x)是在每個點(diǎn)處的曲率半徑，最后，L是元件的長度。從化學(xué)工程觀點(diǎn)看，枝狀晶體具有太多的運(yùn)動挫折以致不能克服這樣的盤旋狀生長路徑。包括具有孔的互補(bǔ)圖案的穿孔層的分層的分隔物系統(tǒng)有效地防止枝狀晶體形成并因此防止短路。枝狀晶體可短路的唯一方法是通過產(chǎn)生多個連續(xù)的曲線。對這樣的復(fù)合分隔物系統(tǒng)必要的材料和制造方法與當(dāng)前的電池制造基礎(chǔ)設(shè)施相容，允許低成本實(shí)現(xiàn)為當(dāng)前電池制造。本發(fā)明提供具有非常慢的充電(例如，C/10)和非常快的放電(例如，4C)的非常適合于電網(wǎng)中的負(fù)載均衡的成本有效的、安全的和高能鋰電池。本發(fā)明還提供制造分層分隔物的過程，導(dǎo)致以液體電解質(zhì)的電導(dǎo)率、固體電解質(zhì)的安全性、高循環(huán)壽命和低成本為特征的工業(yè)友好的電池。本發(fā)明的電化學(xué)系統(tǒng)也與工程電極例如預(yù)加壓的電極的使用兼容。鋰金屬在平面外方向上被壓縮時通過使其表面均衡(較少的苔狀和較少的枝狀晶體)而執(zhí)行得明顯更好。此外，在硅陽極中的平面外壓縮導(dǎo)致與電流收集器的好得多的接觸和高得多的壽命循環(huán)。本發(fā)明的這個方面通過維持電極和固體電解質(zhì)之間的良好接觸并增加循環(huán)壽命和性能在固態(tài)電池中也可以是有幫助的。為了進(jìn)一步展示本發(fā)明的有益屬性，合并復(fù)合層分隔物系統(tǒng)的超過100個紐扣電池被制造并評估。與0.025mmCelgard比較，一些被測試的分隔物目前是0.125mm厚并在C/2時保持75％容量。包括鈍針(bluntnail)和高電流循環(huán)的安全性測試，55mA/cm2達(dá)300次循環(huán)，表明了，分隔物系統(tǒng)是堅固的，且電池在內(nèi)部不短路。此外，在幾百次循環(huán)之后沒有可測量的劣化或容量損失，與被完全毀壞的5層Celgard分隔物(0.125mm厚)大不相同。本發(fā)明包括具有0.075mm的總厚度的分隔物系統(tǒng)。本發(fā)明包括對具有400Wh/kg能量和5000次循環(huán)的10kWh圓柱形18650鋰金屬電池組有用的分隔物系統(tǒng)的0.025mm厚滾筒。電網(wǎng)級能量存儲目前由泵水電站支配，只在非常少的有限地點(diǎn)和應(yīng)用處可能的當(dāng)前存儲的超過99％不適合于社會的增長的存儲需要。其它解決方案具有明顯的缺點(diǎn)。壓縮空氣技術(shù)遭受小于20％的非常低的往返效率。電化學(xué)電容器和飛輪具有非常低的能量/成本比。用作高功率和高能的組合的液流電池非常復(fù)雜和昂貴。當(dāng)前電池還遭受高成本/能量和成本/功率比(大約$1/Wh)。最新型的高能鋰-金屬、鋰-空氣和納米硅化學(xué)結(jié)構(gòu)具有如早些時候提到的主要安全性/成本問題。在一些實(shí)施方式中，本發(fā)明的分隔物-電極設(shè)計實(shí)現(xiàn)當(dāng)前不被認(rèn)為是安全的和/或具有短循環(huán)壽命的各種可再充電高能化學(xué)結(jié)構(gòu)。使用工業(yè)制造方法(例如，CNC、模制、鑄造)，本發(fā)明組合電化學(xué)與工程以解決最新電池技術(shù)的安全問題。與高能電極組合的當(dāng)前的分隔物系統(tǒng)為電網(wǎng)存儲以及還有電動車輛以工業(yè)規(guī)模提供安全的長循環(huán)壽命高能電池。當(dāng)前的系統(tǒng)和方法是可縮放的和在工業(yè)上友好的。增強(qiáng)分隔物性能可經(jīng)由服從當(dāng)前系統(tǒng)和方法的幾種途徑來實(shí)現(xiàn)。通過制造較小的孔(0.010到0.100mm)并使用較薄的層(0.005mm)來提高導(dǎo)電性是用于獲得高性能系統(tǒng)的有用方法。此外，維持所需的偏移對準(zhǔn)并通過在邊界和其它選定的區(qū)域處加熱來連接層可用于獲得提供增強(qiáng)的安全性的分隔物系統(tǒng)。圖15提供電化學(xué)電池的充電和放電容量(mAh/g)隨循環(huán)的數(shù)量而變化的曲線圖，電化學(xué)電池具有：(A)具有125微米的總厚度的本發(fā)明的多層分隔物系統(tǒng)，以及(B)具有25微米的厚度的Celgard分隔物。所評估的CR2032紐扣電池由Li箔0.5mm厚的陽極、LiFePO4(0.0142g)陰極、以EC:DEC:DMC(1:1:1)的1MLiPF6制成。電壓極限是3v(放電)和4v(充電)。形成物、以C/24的3次循環(huán)和C/2循環(huán)與容量的急劇下降可區(qū)分開。頂部線示出制造有作為機(jī)械堅實(shí)層的兩個穿孔Kapton層和作為低電阻層的3個穿孔Celgard2325層的分隔物。底部線示出制造有作為機(jī)械堅實(shí)層的兩個穿孔Kapton層和作為低電阻層的3個穿孔Celgard2325層的分隔物。電池在室溫下被測試。在40-50次循環(huán)之后沒有觀察到可測量的容量下降。圖15所示的實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明當(dāng)前的分隔物提供低電阻，且因此與各種電化學(xué)系統(tǒng)兼容。圖16提供與具有常規(guī)分隔物的電化學(xué)電池(B)比較的、具有本發(fā)明的多層分隔物系統(tǒng)、鋰金屬陽極和LiCoO2陰極的電化學(xué)電池(A)的充電和放電容量(mAh/g)隨循環(huán)的數(shù)量而變化的曲線圖。電化學(xué)電池是紐扣電池并以C/2的放電率被評估。所評估的CR2032紐扣電池由Li箔0.5mm厚的陽極、LiCoO20.1mm厚的陰極、以EC:DEC:DMC(1:1:1)的1MLiPF6制成。電壓極限是3v(放電)和4v(充電)。形成物、以C/24的5次循環(huán)和C/2循環(huán)與容量的急劇下降可區(qū)分開。紅線(由字母B指示)1、5、6示出制造有分隔物的電池，分隔物制造有作為機(jī)械堅實(shí)層的兩個穿孔Kapton層(2mm直徑孔)和作為低電阻層的3個Celgard2325層。藍(lán)線(由字母A指示)2、3示出制造有兩個Celgard層之間的穿孔Kapton的參考電極。電池在室溫下被測試。電池以C/2循環(huán)，并接著以C/24循環(huán)幾次循環(huán)，且然后再次以C/2循環(huán)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，容量損失不是由于電池中的任何化學(xué)反應(yīng)，且可能是由于所評估的電化學(xué)電池中的穿孔Kapton層的電阻。圖16示出孔的均勻分布，且因此較小的孔對在一些實(shí)驗(yàn)條件下達(dá)到電池中的良好容量是必要的。圖17提供與帶有具有75微米的厚度的常規(guī)分隔物的電化學(xué)電池(B)和具有25微米的厚度的Celgard分隔物(c)比較的、具有本發(fā)明的多層分隔物系統(tǒng)、鋰金屬陽極和LiFePO4陰極的電化學(xué)電池(A)的充電和放電容量(mAh/g)隨循環(huán)的數(shù)量而變化的曲線圖。電化學(xué)電池是紐扣電池并以C/2的放電率被評估。所評估的CR2032紐扣電池由Li箔0.5mm厚的陽極、LiFePO40.1mm厚的陰極、以EC:DEC:DMC(1:1:1)的1MLiPF6制成。電壓極限是3v(放電)和4v(充電)。形成物、以C/24的5次循環(huán)和C/2循環(huán)與容量的急劇下降可區(qū)分開。線I、H示出制造有單個Celgard層的電池。線A、B、C示出具有制造有作為機(jī)械堅實(shí)層的兩個穿孔Kapton層和作為低電阻層的3個Celgard2325層的分隔物的電池。線F和D示出制造有兩個Celgard層之間的穿孔Kapton的參考電極。電池在室溫下被測試。測試證明具有薄分隔物以達(dá)到電池中的高容量的重要性。圖18提供了示出具有多層分隔物、陽極和陰極的本發(fā)明的電化學(xué)電池的示意圖，多層分隔物包括具有孔的互補(bǔ)圖案的三個高機(jī)械強(qiáng)度層。圖19提供示出穿過圖18所示的多層分隔物的Li+離子的軌跡的示意圖。雖然Li+離子能夠有效地穿過如圖19所示的多層分隔物，但枝狀晶體不能產(chǎn)生相同的軌跡，且因此在本發(fā)明的某些實(shí)施方式中被防止。此外，來自高機(jī)械強(qiáng)度層的力使枝狀晶體生長慢下來或甚至停止。圖20提供從兩個對稱的(5/9)”鋰芯片剝離的靜電鋰的電池電壓(V相對于Li)相對于循環(huán)時間(h)的曲線圖。圖22示出圖15的實(shí)驗(yàn)的電流[安培]相對于時間[s](頂部曲線)和電壓[v]相對于時間[s](底部曲線)。這顯示頂部紅線。圖23-30提供在一些實(shí)施方式的分隔物系統(tǒng)中有用的穿孔層的照片。圖23例如提供在高電流下循環(huán)幾天之后不同的分隔物材料(5-Celgard分隔物：a)和新分隔物b)-d)的圖片：a)5-Celgard分隔物(從左上方到右下方：Li+Celgard、Li+Celgard、不銹鋼電流收集器；b)在兩個穿孔Kapton層之間的Celgard層；c)與鋰電極接觸的Celgard；d)穿孔Kapton。圖24例如提供下列圖片：頂部)由鋰枝狀晶體刺穿并毀壞的典型分隔物(Celgard)。如可看到的，分隔物不再是可識別的。底部)鋰枝狀晶體不能穿透新分隔物。這里所示的新分隔物的Kapton層是完好無缺的，雖然Kapton層的右側(cè)上的Celgard被毀壞。圖25和26例如是以在本發(fā)明的分隔物系統(tǒng)中使用的激光切割制備的1密爾Kapton膜的圖片。圖23示出與作為殼體中的具有1/2”直徑的制成的電池的參考分隔物的5個Celgard層(0.125mm厚)比較的、制造有作為高強(qiáng)度層的2個Kapton層和緊靠它們的作為低電阻層的3個Celgard層的新穎分隔物(0.125mm厚)的層。Celgard2325被使用。電池制造有作為電極的0.75mmLi箔和作為電解質(zhì)的來自Novolte的以EC:DEC:DMC(1:1:1)的1MLiPF6。Kapton孔每個為2mm直徑。電池在室溫下被測試并在填充氬的干燥箱(H2O<0.5ppm)中在55mA下循環(huán)了45分鐘充電-放電循環(huán)：(a)參考分隔物：示出5-Celgard參考分隔物：電池被短路；(b)示出新分隔物。電池未被短路。(b1)新分隔物：與鋰電極接觸的Celgard顯示嚴(yán)重的損壞；(b2)新分隔物：在兩個穿孔Kapton層之間的Celgard層是完好無缺的；(b3)新分隔物：穿孔Kapton是完好無缺的并維持其結(jié)構(gòu)整體性，防止任何短路。該圖示出多層分隔物可安全地阻止枝狀晶體短路并防止甚至在非常高的電流下的災(zāi)難性故障。圖24(放大)與圖23(縮小)相同。頂部和底部圖示出在每種設(shè)計中的兩個相鄰層。圖25-30示出由Kapton制成的堅實(shí)層設(shè)計的幾個例子。使用激光切割來制造孔。每個層的尺寸是1/2英寸。孔是1mm直徑和2mm直徑。圖21提供電流[毫安培]相對于時間[h]以及相對于Li的電壓[v]相對于時間[h]的曲線圖。實(shí)施例3：具有多層分隔物系統(tǒng)的鋰電池該實(shí)施例提供包括本發(fā)明的多層分隔物系統(tǒng)的鋰電池的例子的描述。實(shí)施例A：在本實(shí)施例中，兩層Kapton膜(每個25微米厚)用于分隔物系統(tǒng)。每層被穿孔有笛卡爾(Cartesian)(垂直-水平)周期性孔，每個孔直徑為1mm，且在壁之間有1mm距離。25微米的Celgard層放置在兩個Kapton層之間。25微米的Celgard層放置在每個Kapton層和相鄰的電極之間。電極是LiCoO2和鋰金屬膜。電解質(zhì)是以EC-DMC-PC-DME的組合的LiPF6。實(shí)施例B：在本實(shí)施例中，兩層Kapton膜(每個25微米厚)用于分隔物系統(tǒng)。每層被穿孔有用于分隔物系統(tǒng)的笛卡爾(垂直-水平)周期性孔，每個孔直徑為1mm，且在壁之間有1mm距離。25微米的Celgard層放置在兩個Kapton層之間。25微米的Celgard層放置在每個Kapton層和相鄰的電極之間。電極是LiFePO4和鋰金屬膜。電解質(zhì)是以EC-DMC-PC-DME的組合的LiPF6。實(shí)施例C：在本實(shí)施例中，兩層Kapton膜(每個25微米厚)用于分隔物系統(tǒng)。每層被穿孔有用于分隔物系統(tǒng)的笛卡爾(垂直-水平)周期性孔，每個孔直徑為1mm，且在壁之間有1mm距離。具有3個孔(每個孔1/8英寸)的25微米厚的穿孔Celgard層放置在兩個Kapton層之間。具有3個孔(每個孔1/8英寸)的25微米厚的穿孔Celgard層放置在每個Kapton層和相鄰的電極之間。電極是LiFePO4和鋰金屬膜。電解質(zhì)是以EC-DMC-PC-DME的組合的LiPF6。實(shí)施例D：在本實(shí)施例中，兩層Kapton膜(每個25微米厚和3/4英寸直徑)用于分隔物系統(tǒng)。每層被穿孔有笛卡爾(垂直-水平)周期性孔，每個孔直徑為1mm，且在壁之間有1mm距離。25微米厚的Celgard的環(huán)放置在兩個Kapton層之間。25微米厚和外徑3/4英寸及內(nèi)徑1/2英寸的Celgard的環(huán)放置在每個Kapton層和相鄰的電極之間。電極是LiFePO4和鋰金屬膜。電解質(zhì)是以EC-DMC-PC-DME的組合的LiPF6。實(shí)施例E：在本實(shí)施例中，兩層Kapton膜(每個25微米厚和3/4英寸直徑)用于分隔物系統(tǒng)。每層被穿孔有笛卡爾(垂直-水平)周期性孔，每個孔直徑為1mm，且在壁之間有1mm距離。5微米厚的Celgard的環(huán)放置在兩個Kapton層之間。5微米厚和外徑3/4英寸及內(nèi)徑1/2英寸的Celgard的環(huán)放置在每個Kapton層和相鄰的電極之間。電極是LiFePO4和鋰金屬膜。電解質(zhì)是以EC-DMC-PC-DME的組合的LiPF6。實(shí)施例F：在本實(shí)施例中，兩個不銹鋼層(每個25微米厚)被使用。鋼層被涂有非常薄的電絕緣層(在這里是1微米厚的特氟隆。也可使用Kapton)。每層被穿孔有笛卡爾(垂直-水平)周期性孔，每個孔直徑為0.5mm，且在壁之間有0.5mm距離。5微米的Celgard層放置在兩個不銹鋼層之間。5微米的Celgard層放置在每個不銹鋼層和相鄰的電極之間。電極是LiFePO4和鋰金屬膜。電解質(zhì)是以EC-DMC-PC-DME的組合的LiPF6。實(shí)施例G：在本實(shí)施例中，兩層Kapton膜(每個5微米厚和3/4英寸直徑)用于分隔物系統(tǒng)。每層被穿孔有笛卡爾(垂直-水平)周期性孔，每個孔直徑為1mm，且在壁之間有1mm距離。5微米厚的Celgard的環(huán)放置在兩個Kapton層之間。5微米厚和外徑3/4英寸及內(nèi)徑1/2英寸的Celgard的環(huán)放置在緊靠鋰金屬膜陽極的Kapton層和Li電極之間。25微米厚和直徑3/4英寸的LISICON層放置在第二Kapton和空氣碳-陰極之間。LISICON的Li側(cè)上的電解質(zhì)是以EC-DMC-PC-DME的組合的LiClO4。LISICON的空氣陰極側(cè)上的電解質(zhì)是含水電解質(zhì)。實(shí)施例H：在本實(shí)施例中，兩層PE膜(每個5微米厚和3/4英寸直徑)用于分隔物系統(tǒng)。每層被穿孔有笛卡爾(垂直-水平)周期性孔，每個孔直徑為0.1mm，且在壁之間有0.1mm距離。25微米厚和直徑3/4英寸的LISICON層放置在第二PE和空氣碳-陰極之間。LISICON的Li側(cè)上的電解質(zhì)是以EC-DMC-PC-DME的組合的LiPF6。LISICON的空氣陰極側(cè)上的電解質(zhì)是含水電解質(zhì)。實(shí)施例I：在本實(shí)施例中，兩個不銹鋼層(每個5微米厚)被使用。鋼層在內(nèi)表面(逆著較靠近的電極的側(cè)面)上被涂有非常薄的電絕緣層(在這里是1微米厚的特氟隆)。每層被穿孔有笛卡爾(垂直-水平)周期性孔，每個孔直徑為0.1mm，且在壁之間有0.1mm距離。5微米的Celgard層放置在兩個不銹鋼層之間。5微米的Celgard層放置在每個不銹鋼層和相鄰的電極之間。電極是部分鋰化的Si和部分鋰化的硫。具有這個分隔物的電池被預(yù)期顯示較高的循環(huán)壽命和充電-放電(功率)速率。實(shí)施例J：在本實(shí)施例中，兩個不銹鋼層(每個5微米厚)被使用。鋼層在內(nèi)表面(逆著較靠近的電極的側(cè)面)上被涂有1微米厚特氟隆的非常薄的電絕緣層和在外表面(面向較靠近的電極的側(cè)面)上被涂有1微米厚的聚乙二醇。每層被穿孔有笛卡爾(垂直-水平)周期性孔，每個孔直徑為0.1mm，且在壁之間有0.1mm距離。5微米的纖維素分隔物層放置在兩個不銹鋼層之間。5微米的纖維素分隔物層放置在每個不銹鋼層和相鄰的電極之間。電極是Li金屬和硫。預(yù)期聚乙二醇涂層增加電池的循環(huán)壽命。實(shí)施例K：在本實(shí)施例中，兩層Kapton膜(每個5微米厚和3/4英寸直徑)用于分隔物系統(tǒng)。每層被穿孔有笛卡爾(垂直-水平)周期性孔，每個孔直徑為0.1mm，且在壁之間有0.1mm距離。5微米厚的Celgard的環(huán)放置在兩個Kapton層之間。5微米厚和外徑3/4英寸及內(nèi)徑1/2英寸的Celgard的環(huán)放置在每個Kapton層和相鄰的電極之間。電極是鋅陽極和基于碳的空氣陰極。電解質(zhì)是含水6MKOH。實(shí)施例L：在本實(shí)施例中，兩層PP膜(每個5微米厚和3/4英寸直徑)用于分隔物系統(tǒng)。每層被穿孔有笛卡爾(垂直-水平)周期性孔，每個孔直徑為0.1mm，且在壁之間有0.1mm距離。電極是鋅陽極和基于碳的空氣陰極。電解質(zhì)是含水6MKOH。實(shí)施例M：在本實(shí)施例中，兩層Kapton膜(每個5微米厚和3/4英寸直徑)用于分隔物系統(tǒng)。每層被穿孔有任意圖案的孔，每個孔是40％多孔的，且當(dāng)放置在每個其它孔的頂部上時，給出孔圖案的小于5％的重疊，每個孔直徑為0.1mm，且在壁之間有0.1mm距離。5微米厚的Celgard的環(huán)放置在兩個Kapton層之間。5微米厚和外徑3/4英寸及內(nèi)徑1/2英寸的Celgard的環(huán)放置在每個Kapton層和相鄰的電極之間。電極是鋅陽極和基于碳的空氣陰極。電解質(zhì)是含水6MKOH。實(shí)施例N：在本實(shí)施例中，兩層Kapton膜(每個25微米厚和3/4英寸直徑)用于分隔物系統(tǒng)。每層被穿孔有任意圖案的孔，每個孔是40％多孔的，且當(dāng)放置在每個其它孔的頂部上時，給出孔圖案的小于5％的重疊，每個孔直徑為1mm，且在壁之間有1mm距離。25微米厚的Celgard的環(huán)放置在兩個Kapton層之間。25微米厚和外徑3/4英寸及內(nèi)徑1/2英寸的Celgard的環(huán)放置在每個Kapton層和相鄰的電極之間。電極是LiFePO4和鋰金屬膜。電解質(zhì)是以EC-DMC-PC-DME的組合的LiPF6。實(shí)施例O：在本實(shí)施例中，兩層Kapton膜(每個5微米厚和3/4英寸直徑)用于分隔物系統(tǒng)。每層被穿孔有笛卡爾(垂直-水平)周期性孔，每個孔直徑為0.01mm，且在壁之間有0.01mm距離。5微米厚的Celgard的環(huán)放置在兩個Kapton層之間。5微米厚和外徑3/4英寸及內(nèi)徑1/2英寸的Celgard的環(huán)放置在每個Kapton層和相鄰的電極之間。電極是LiFePO4和鋰金屬膜。電解質(zhì)是以EC-DMC-PC-DME的組合的LiPF6。實(shí)施例P：在本實(shí)施例中，兩層Kapton膜(每個5微米厚和3/4英寸直徑)用于分隔物系統(tǒng)。每層被穿孔有笛卡爾(垂直-水平)周期性孔，每個孔直徑為0.001mm，且在壁之間有0.001mm距離。5微米厚的Celgard的環(huán)放置在兩個Kapton層之間。5微米厚和外徑3/4英寸及內(nèi)徑1/2英寸的Celgard的環(huán)放置在每個Kapton層和相鄰的電極之間。電極是LiFePO4和鋰金屬膜。電解質(zhì)是以EC-DMC-PC-DME的組合的LiPF6。實(shí)施例Q：當(dāng)層在某些區(qū)域例如每側(cè)的外部處通過PEO和PvDF連接到彼此時，與上述實(shí)施例中的任一個相同。實(shí)施例R相應(yīng)于當(dāng)LISICON為5微米時的實(shí)施例G，并沉積在鋰-空氣電池的空氣陰極側(cè)上的Kapton層上。在另一實(shí)施例中，多孔圖案化層具有下面的物理尺寸、組成和機(jī)械特性：●厚度：125微米、75微米、50微米或25微米?！窨估瓘?qiáng)度：150MPa各向同性(Celgard：15MPaTD；150MPAMD)●孔隙率：45％●彈性模量：2GPa●屈服強(qiáng)度：50MPa●密度：～1.3g/cm3●MIT耐折度：10000次循環(huán)●埃爾曼多夫撕裂強(qiáng)度：0.1N●格雷夫斯撕裂強(qiáng)度：15N●沖擊強(qiáng)度：50N.cm●在150攝氏度下30分鐘收縮率：0.2(Celgard:5-10％)●介電強(qiáng)度ASTMD-149-91:250V/m●介電常數(shù)：3.5●熱膨脹系數(shù)：20ppm/攝氏度。包括帶有具有這些特性的多孔圖案化層的多層分隔物的電化學(xué)電池展示有用的性能特性。當(dāng)測試半電池[紐扣電池]：LiFePO4|LP71|Li時，例如在200次循環(huán)之后：以C/5，容量是～140mAh/g；以C/2，～120mAh/g。使用外部壓力的力偏移測試表明，電池不短路但停止起作用。以C/2在300次循環(huán)之后的分隔物系統(tǒng)的分析顯示很少的劣化或沒有劣化，且分隔物系統(tǒng)能夠用在另一電池中。表1和2提供了本發(fā)明的某些實(shí)施方式的高機(jī)械強(qiáng)度層和分隔物系統(tǒng)的物理尺寸和特性的總結(jié)。表1：高機(jī)械強(qiáng)度層的物理尺寸和特性實(shí)施方式1實(shí)施方式2過程干燥干燥組成PE&PP&KaptonPE&PP&Kapton厚度(μm)125125孔隙率(％)4040離子電阻率(Ω.cm)1800400離子電阻率(Ω.cm2)22.55熔化溫度(℃)135/165/300135/165/300抗拉強(qiáng)度,MD(Kg/cm2)20002000抗拉強(qiáng)度,TD(Kg/cm2)20002000MIT耐折度(循環(huán))1000010000沖擊強(qiáng)度(N.cm)5050熱收縮率％0.20.2表2：分隔物系統(tǒng)的物理尺寸和特性分隔物的電阻率在1MLiPF6EC:EMC(按體積計30:70)中被測量。對于電化學(xué)評估，具有Al-Al電極的1/2”紐扣電池電化學(xué)電池用于表征分隔物。分隔物被制造為celgard/穿孔Kapton/celgard/穿孔kapton/celgard，每個25μm厚。實(shí)施例4：包括涂覆的金屬網(wǎng)的分隔物在一些方面中，本發(fā)明的分隔物系統(tǒng)包括一個或多個多孔圖案化層，其為涂覆的金屬層，例如具有外部絕緣涂層的金屬網(wǎng)。這個方面的實(shí)施方式對于明顯增加電池的壽命是有益的。在實(shí)施方式中，例如金屬網(wǎng)(Al、鎳、銅、不銹鋼)具有在非常寬的溫度范圍上的非常高的機(jī)械強(qiáng)度；金屬分隔物是使電池的溫度均勻并明顯提高電池的安全性和壽命的導(dǎo)熱材料。在實(shí)施方式中，分隔物的微孔層是PTFE涂覆的鋁網(wǎng)層(例如，Al網(wǎng)，40％開口：3層，每層5微米，或2層，每層1/3密爾；在一個實(shí)施方式中，Al層涂覆有PTFE，例如在每側(cè)上2微米厚。在另一實(shí)施方式中，只有緊靠陽極的Al層被涂覆。在另一實(shí)施方式中，Al層被涂覆，且側(cè)面設(shè)置成與電極接觸。關(guān)于通過引用的合并的陳述和變化形式在整個這個申請中的所有參考文獻(xiàn)，例如專利文件——包括發(fā)布或授予的專利或等效文件；專利申請公布和非專利文獻(xiàn)文件或其它源材料——據(jù)此通過引用被全部并入本文，好像單獨(dú)地通過引用被并入一樣，到每個參考文獻(xiàn)至少部分地不與本申請中的公開不一致的程度上(例如，部分地不一致的參考文獻(xiàn)通過引用被并入，除了參考文獻(xiàn)的部分地不一致的部分以外)。這里使用的術(shù)語和措辭用作描述的而不是限制的術(shù)語，且在這樣的術(shù)語和措辭的使用中沒有意圖排除所示和所述的特征的任何等效形式及其部分，但應(yīng)認(rèn)識到，各種修改在所主張的本發(fā)明的范圍內(nèi)是可能的。因此，應(yīng)理解，雖然特別通過優(yōu)選實(shí)施方式、示例性實(shí)施方式和可選的特征公開了本發(fā)明，但本領(lǐng)域中的技術(shù)人員可采取本文公開的概念的修改和變化形式，且這樣的修改和變化形式被考慮為在如由所附權(quán)利要求界定的本發(fā)明的范圍內(nèi)。本文提供的特定實(shí)施方式是本發(fā)明的有用實(shí)施方式的例子，且對本領(lǐng)域中的技術(shù)人員將明顯的是，本發(fā)明可使用在本描述中闡述的設(shè)備、設(shè)備部件、方法步驟的大量變化形式來實(shí)現(xiàn)。如對本領(lǐng)域中的技術(shù)人員明顯的，對當(dāng)前方法有用的方法和設(shè)備可包括大量可選的組成和處理元件及步驟。在說明書中提到的所有專利和出版物指示本發(fā)明所屬的領(lǐng)域中的技術(shù)人員的技能水平。在本文引用的參考文獻(xiàn)通過引用被全部并入本文以指示在一些情況下到其申請日時為止的技術(shù)狀態(tài)，且意圖是如果需要，該信息可在本文中用于排除(例如，否認(rèn))在現(xiàn)有技術(shù)中的特定實(shí)施方式。例如，當(dāng)化合物被主張時，應(yīng)理解，在現(xiàn)有技術(shù)中已知的化合物——包括在本文公開的參考文獻(xiàn)中(特別是在所引用的專利文件中)公開的某些化合物——不被預(yù)期包括在權(quán)利要求中。當(dāng)一組替代物在本文中被公開時，應(yīng)理解，可使用替代物形成的那些組的所有單獨(dú)成員和所有子組以及類被單獨(dú)地公開。當(dāng)在本文中使用Markush組或其它分組時，組的所有單獨(dú)成員和所有組合以及組的可能子組合被預(yù)期單獨(dú)地包括在本公開中。如本文中使用的，“和/或”意味著在由“和/或”分開的列表中的項(xiàng)目中的一個、全部或任何組合被包括在列表中；例如“1、2和/或3”等效于“1”或“2”或“3”或“1和2”或“1和3”或“2和3”或“1、2和3”。除非另外說明，否則所描述或例示的組分的每種配方或組合可用于實(shí)踐本發(fā)明。材料的特定名稱預(yù)期是示例性的，如已知的，本領(lǐng)域中的普通技術(shù)人員可不同地命名相同的材料。本領(lǐng)域中的普通技術(shù)人員將理解，除了特別例示的那些以外的方法、設(shè)備元件、起始材料和合成方法可在本發(fā)明的實(shí)踐中使用，而不需采取過度的實(shí)驗(yàn)。任何這樣的方法、設(shè)備元件、起始材料和合成方法的所有本領(lǐng)域中已知的功能等效形式預(yù)期包括在本發(fā)明中。每當(dāng)范圍例如溫度范圍、時間范圍或組成范圍在說明書中被給出時，所有中間范圍和子范圍以及包括在給定范圍內(nèi)的所有單獨(dú)的值預(yù)期包括在本公開中。必須注意，除非上下文另外清楚地規(guī)定，否則如在本文中和所附權(quán)利要求中使用的，單數(shù)形式“一(a)”、“一(an)”和“該(the)”包括復(fù)數(shù)指示物。因此，例如對“一個電池”的提及包括本領(lǐng)域中的技術(shù)人員已知的多個這樣的電池及其等效形式，等等。術(shù)語“一(a)”(或“一(an)”)、“一個或多個”和“至少一個”也可在本文互換地使用。還應(yīng)注意，術(shù)語“包括(comprising)”、“包括(including)”和“具有”可互換地使用。措辭“權(quán)利要求XX-YY中任一項(xiàng)”(其中XX和YY指權(quán)利要求號)預(yù)期提供以可選的形式的多個從屬權(quán)利要求，且在一些實(shí)施方式中與措辭“如在權(quán)利要求XX-YY中任一項(xiàng)”可互換。除非另有規(guī)定，否則在本文使用的所有技術(shù)和科學(xué)術(shù)語具有與本發(fā)明所屬的領(lǐng)域中的普通技術(shù)人員所通常理解的相同的意義。雖然類似或等效于本文描述的那些方法和材料的任何方法和材料可在本發(fā)明的實(shí)踐或測試中使用，但現(xiàn)在描述優(yōu)選的方法和材料。在本文沒有任何東西應(yīng)被解釋為承認(rèn)：本發(fā)明沒有資格由于在先發(fā)明而先于這樣的公開。每當(dāng)在說明書中給出范圍例如整數(shù)范圍、溫度范圍、時間范圍、組成范圍或濃度范圍時，所有中間范圍和子范圍以及包括在給定范圍內(nèi)的所有單獨(dú)的值預(yù)期包括在本公開中。如在本文使用的，范圍特別包括被提供為范圍的端點(diǎn)值的值。如在本文使用的，范圍特別包括范圍的所有整數(shù)值。例如，1到100的范圍特別包括1和100的端點(diǎn)值。將理解，包括在本文的描述中的任何子范圍、或范圍或子范圍中的單獨(dú)值可從本文的權(quán)利要求排除。如在本文使用的，“包括(comprising)”與“包括(including)”、“包含”或“特征在于”同義，且是包括端點(diǎn)的或開端的，且不排除額外的未列舉出的元件或方法步驟。如在本文使用的，“由…組成”不包括未在權(quán)利要求要素中指定的任何元件、步驟或成分。如在本文使用的，“本質(zhì)上由…組成”不排除不本質(zhì)上影響權(quán)利要求的基本和新穎特征的材料或步驟。術(shù)語“包括”在本文的任何敘述——特別是在組成部件的描述中或在設(shè)備的元件的描述中——被理解為包括本質(zhì)上由列舉出的部件或元件組成和由列舉出的部件或元件組成的那些組成和方法。在本文例證性地描述的本發(fā)明適當(dāng)?shù)乜稍跊]有在本文未特別公開的任一個或多個元件、任一個或多個限制時被實(shí)踐。所采用的術(shù)語和措辭用作描述的而不是限制的術(shù)語，且在這樣的術(shù)語和措辭的使用中沒有意圖排除所示和所述的特征的任何等效形式或其部分，但應(yīng)認(rèn)識到，各種修改在所主張的本發(fā)明的范圍內(nèi)是可能的。因此，應(yīng)理解，雖然通過優(yōu)選實(shí)施方式和可選的特征特別公開了本發(fā)明，但本領(lǐng)域中的技術(shù)人員可采用在本文公開的概念的修改和變化形式，且這樣的修改和變化形式被考慮為在如由所附權(quán)利要求界定的本發(fā)明的范圍內(nèi)。