相關(guān)專利申請的交叉引用

本申請要求下述五個(gè)臨時(shí)申請的優(yōu)先權(quán)：2014年11月25日提交的題為“batterysafetydevice”的美國臨時(shí)申請62/084,454；2015年2月9日提交的題為“rechargeablebatterywithresistivelayerforenhancedsafety”的美國臨時(shí)申請62/114,001；2015年2月9日提交的題為“rechargeablebatterywithtemperatureactivatedcurrentinterrupter”的美國臨時(shí)申請62/114,006；2015年2月9日提交的題為“rechargeablebatterywithvoltagecurrentinterrupter”的美國臨時(shí)申請62/114,007；以及2015年2月10日提交的題為“rechargeablebatterywithinternalcurrentlimiterandinterrupter”美國臨時(shí)申請62/114,508；還要求2015年5月15日提交的題為“rechargeablebatterywithinternalcurrentlimiterandinterrupter”的美國專利申請14/714,160的優(yōu)先權(quán)，通過引用將上述申請的全文并入本文中。

本公開涉及用于在發(fā)生內(nèi)部短路或過度充電而導(dǎo)致熱失控時(shí)保護(hù)電池的內(nèi)部限流器和斷流器。具體地，本公開涉及具有更高安全性的高能量密度可充電(hedr)電池。

背景技術(shù)：

存在對具有增強(qiáng)的安全性的可充電電池系統(tǒng)的需求，所述系統(tǒng)具有高能量密度，并且因此能夠以每單位體積和/或重量存儲和遞送大量的電能。這樣的穩(wěn)定的高能量電池系統(tǒng)在許多應(yīng)用中具有顯著的實(shí)用性，這些應(yīng)用包括軍事設(shè)備、通信設(shè)備和機(jī)器人。

常用的高能量密度可充電(hedr)電池的實(shí)例是鋰離子電池。

鋰離子電池是一種可充電電池，其中，鋰離子在放電期間從負(fù)極遷移到正極，而在充電時(shí)反過來。鋰離子電池在一些狀況下可能是危險(xiǎn)的，并且可能造成安全隱患。鋰鈷氧化物電池的火能量(fireenergy)含量(電+化學(xué))大約為每a-h150kj，其大部分為化學(xué)能。如果過度充電或者過熱，鋰離子電池可能會遭受熱失控和電池破裂。在極端情況下，這可能導(dǎo)致燃燒。同樣，無論是在外部還是在內(nèi)部使電池短路，都會使得電池過熱，并且有可能著火。

過度充電:

在鋰離子電池中，當(dāng)電子流過閉合外部電路時(shí)執(zhí)行有用功。然而，為了維持電荷中性，對于流過外部電路的每個(gè)電子而言，必然存在從一個(gè)電極遷移到另一個(gè)電極的相應(yīng)鋰離子。通過氧化過渡金屬來實(shí)現(xiàn)驅(qū)動這種遷移的電勢。例如，鈷(co)在充電期間從co³⁺氧化為co⁴⁺，而在放電期間從co⁴⁺還原為co³⁺。一般地，可以使用li1-χcoo2，其中，系數(shù)χ表示li離子和coo2的氧化態(tài)，即co³⁺或co⁴⁺的摩爾分?jǐn)?shù)。使用這些慣例，鋰鈷電池的正極半反應(yīng)表示如下：

負(fù)極半反應(yīng)表示如下：

限于x<0.5，鈷電極反應(yīng)是可逆的，由于循環(huán)壽命考量和licoo2的穩(wěn)定性，限制了可允許的放電深度。

過充導(dǎo)致鈷(iv)氧化物的合成，如下式所示：

licoo2→li⁺+coo2+o2+e^-

licoo2將分解成coo2，并且釋放大量的熱和氧氣。釋放的氧隨后將氧化電解質(zhì)，這將導(dǎo)致熱失控。該過程是不可逆的。因此，需要能夠在正分解之下或之前分解的某種設(shè)備和設(shè)計(jì)。該設(shè)備將保護(hù)電池免遭熱失控。

熱失控：

如果鋰離子電池生成的熱量超出了其散熱能力，則電池可能變得易于遭受熱失控，導(dǎo)致過熱，并且在一些情況下，遭受破壞性結(jié)果，例如起火或劇烈爆炸。熱失控是一種正反饋環(huán)，其中，溫度的增加改變了系統(tǒng)以使得溫度進(jìn)一步增加。過多熱量可能是由于電池管理不當(dāng)、電池缺陷、事故或其他原因引起。然而，過多熱量生成通常是由于下述引起：由過大的內(nèi)部電流而導(dǎo)致的增加的焦耳發(fā)熱，或者正負(fù)極之間的放熱反應(yīng)。過大的內(nèi)部電流可能是由于多種原因引起，但是一種可能的原因在于：由諸如導(dǎo)電顆粒穿透分離器的因素所導(dǎo)致的分離器短路而引起的內(nèi)部電阻的降低。由于分離器短路而產(chǎn)生的熱量可能引起分離器內(nèi)的進(jìn)一步破壞，導(dǎo)致負(fù)極和正極的反應(yīng)物的混合，并且由于作為結(jié)果的放熱反應(yīng)而進(jìn)一步生成熱量。

內(nèi)部短路：

鋰離子電池使用正負(fù)極之間的分離器來將這兩個(gè)電極彼此電分離，同時(shí)允許鋰離子穿過。當(dāng)電池通過使電子經(jīng)過外部電路來做功時(shí)，分離器對鋰離子的可透性使得電池能夠閉合電路。通過跨越分離器提供導(dǎo)電路徑而使分離器短路允許電池快速放電?？缭椒蛛x器的短路可能是由于不當(dāng)?shù)某潆姾头烹娀蛘唠姵刂圃烊毕荩缭陔姌O生產(chǎn)過程中的金屬雜質(zhì)和金屬碎片形成而引起。更具體地，不當(dāng)充電可能導(dǎo)致金屬鋰枝晶沉積在負(fù)極的表面上，并且這些枝晶生長以通過納米孔穿透分離器，從而為電子提供從一個(gè)電極至另一個(gè)電極的導(dǎo)電路徑。此外，在1.5v或者1.5v以下的不當(dāng)放電將導(dǎo)致銅溶解，這可能最終導(dǎo)致金屬銅枝晶形成在負(fù)極的表面上，其也可能生長以通過納米孔穿透分離器。這些導(dǎo)電路徑的較低電阻允許快速放電并且生成大量的焦耳熱。這可能導(dǎo)致過熱和熱失控。

需要一種內(nèi)部限流器和斷流器的組合，其首先能夠限制由內(nèi)部短路導(dǎo)致的內(nèi)部放電的速率，以降低焦耳熱的生成，如果未能足夠地限制內(nèi)部放電的速率，則無論溫度是否增加，其也能夠中斷內(nèi)部短路以進(jìn)一步縮減內(nèi)部放電的速率，從而避免起火和/或爆炸。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

在第一方面，本文的一些實(shí)現(xiàn)方式提供了一種改進(jìn)的高能量密度可充電(hedr)電池，其包括極性相反的兩個(gè)電極，每個(gè)電極的特征在于其電阻率、其安全操作溫度范圍以及其安全充電電壓；以及分離器，用于分離所述兩個(gè)電極和防止其間的內(nèi)部放電。hedr電池包括使用集電器以轉(zhuǎn)移電子的至少一個(gè)電極，其中，該分離器具有形成短路的風(fēng)險(xiǎn)，短路潛在地允許這兩個(gè)電極之間的快速內(nèi)部放電，兩個(gè)電極之間的快速內(nèi)部放電允許焦耳熱由此快速生成，焦耳熱的快速生成潛在地允許熱失控。在hedr電池中，所述兩個(gè)電極可能具有在安全充電電壓之上過充以及由此形成短路的風(fēng)險(xiǎn)，并且所述兩個(gè)電極可能具有在安全操作溫度范圍之上熱失控的風(fēng)險(xiǎn)。hedr電池可以包括用于減慢由短路導(dǎo)致的內(nèi)部放電的速率、減慢由此的焦耳熱的產(chǎn)生以及降低熱失控的風(fēng)險(xiǎn)的改進(jìn)，所述改進(jìn)包括：限流器，其在一個(gè)電極和其相應(yīng)的集電器之間形成電耦接，該限流器具有用于以電阻的方式阻止電流從其通過的電阻率，并且在分離器形成短路時(shí)，該限流器用于從其耦接到的電極集電器分流電流，并且用于降低兩個(gè)電極之間的內(nèi)部放電的速率；以及斷流器，其具有接合配置、脫離配置和氣體生成部件，該氣體生成部件用于將斷流器從接合配置轉(zhuǎn)變?yōu)槊撾x配置。氣體生成部件可以具有用于生成氣體的觸發(fā)器，該觸發(fā)器選自由溫度觸發(fā)器和電壓觸發(fā)器所組成的群組，并且能夠在安全操作溫度范圍之上激活溫度觸發(fā)器。在接合配置中，能夠在安全充電電壓之上激活電壓觸發(fā)器，斷流器利用層壓連接將一個(gè)電極和其相應(yīng)的集電器耦接，并且在脫離配置中，層壓連接變成分層，并且斷流器形成非導(dǎo)電間隙，從而中斷電極和其相應(yīng)的集電器之間的電耦接。通過響應(yīng)于觸發(fā)器而觸發(fā)氣體生成部件使得斷流器從接合配置轉(zhuǎn)變?yōu)槊撾x配置，生成的氣體使層壓連接分層，從而中斷電極和其相應(yīng)的集電器之間的電耦接。限流器和斷流器組合起來一起減小了由分離器短路、電極過充和電極過熱所導(dǎo)致的熱失控的風(fēng)險(xiǎn)。

下述特征可以以任何合適的組合出現(xiàn)在改進(jìn)的高能量密度可充電(hedr)電池中。限流器和斷流器可以被同時(shí)結(jié)合到保護(hù)層中，該保護(hù)層通過層壓插入在相同電極和集電器之間。hedr電池可以包括兩個(gè)集電器，這兩個(gè)集電器包括第一集電器和第二集電器，兩個(gè)電極包括第一電極和第二電極，并且第一電極包括第一部分和第二部分，第一電極的第二部分插入到第一電極的第一部分和第一集電器之間，改進(jìn)的特征還在于，其中：限流器層疊在第一電極的第一部分和第一電極的第二部分之間；并且斷流器層疊在第一電極的第二部分和第一集電器之間。限流器可以層疊在第一電極的第二部分和第一集電器之間，并且斷流器可以層疊在第一電極的第一部分和第一電極的第二部分之間。hedr電池可以具有兩個(gè)集電器，這兩個(gè)集電器包括第一集電器和第二集電器，并且兩個(gè)電極包括第一電極和第二電極，并且，限流器可以層疊在第一電極和第一集電器之間；并且斷流器可以層疊在第二電極和第二集電器之間。在hedr電池中，每個(gè)電極可以具有安全操作的溫度范圍和其中的內(nèi)部電阻率，并且，限流器的電阻率可以大于在安全操作的溫度范圍內(nèi)與限流器一起層疊的電極的內(nèi)部電阻率。在安全操作的溫度范圍內(nèi)的溫度時(shí)，限流器可能沒有電阻率轉(zhuǎn)變切換。hedr電池可以使得每個(gè)電極具有標(biāo)準(zhǔn)操作的溫度范圍，并且限流器可以具有電阻率轉(zhuǎn)變，其中，其在標(biāo)準(zhǔn)操作的溫度范圍內(nèi)具有小于電極的內(nèi)部電阻率的電阻率，并且在標(biāo)準(zhǔn)操作的溫度范圍之上具有大于電極的內(nèi)部電阻率的電阻率。hedr電池可以使得每個(gè)電極具有標(biāo)準(zhǔn)操作的溫度范圍，并且可以通過標(biāo)準(zhǔn)操作的溫度范圍之上的溫度來激活斷流器。在一些實(shí)現(xiàn)方式中，hedr電池可以是這樣的類型：其中每個(gè)電極具有標(biāo)準(zhǔn)操作的溫度范圍和安全操作的溫度范圍，并且，其中，斷流器可以由標(biāo)準(zhǔn)操作的溫度范圍之上并且安全操作的溫度范圍之內(nèi)的溫度激活。在一些實(shí)現(xiàn)方式中，hedr電池可以使得每個(gè)電極均具有安全操作的溫度范圍內(nèi)的內(nèi)部電阻率，其中，限流器的電阻率可以大于在安全操作的溫度范圍內(nèi)與限流器一起層疊的電極的內(nèi)部電阻率。限流器和斷流器可以被同時(shí)結(jié)合到保護(hù)層中，該保護(hù)層通過層壓插入在相同電極和集電器之間。hedr電池可以是這種類型：其中每個(gè)電極具有標(biāo)準(zhǔn)操作的電壓范圍，并且其中可以通過標(biāo)準(zhǔn)操作的電壓范圍之上的電壓來激活斷流器。hedr電池可以是這樣的類型：其中每個(gè)電極具有標(biāo)準(zhǔn)操作的電壓范圍和安全操作的電壓范圍，并且，其中，斷流器可以由標(biāo)準(zhǔn)操作的電壓范圍之上并且安全操作的電壓范圍之內(nèi)的電壓激活。限流器和斷流器可以被同時(shí)結(jié)合到保護(hù)層中，該保護(hù)層通過層壓插入在相同電極和集電器之間。

在相關(guān)方面，本文提供了一種改進(jìn)的高能量密度可充電電池，其包括極性相反的兩個(gè)電極，分離兩個(gè)電極的分離器，以及電耦接至一個(gè)電極的至少一個(gè)集電器，分離器防止兩個(gè)電極之間的內(nèi)部放電，分離器的故障潛在地導(dǎo)致兩個(gè)電極之間的內(nèi)部放電，內(nèi)部放電導(dǎo)致潛在危險(xiǎn)的焦耳熱的生成，電池包括可熱激活的斷流器和可電壓激活的斷流器。可熱激活的斷流器可以通過層壓而層疊在一個(gè)集電器和一個(gè)電極之間，可熱激活的斷流器在未激活時(shí)將集電器電耦接到與之一起層疊的電極上，斷流器在激活時(shí)從集電器分層以形成非導(dǎo)電間隙，從而將集電器從與之一起層疊的電極上電脫離，電脫離減慢了在分離器故障時(shí)兩個(gè)電極之間的內(nèi)部放電的速率?？呻妷杭せ畹臄嗔髌骺梢酝ㄟ^層壓而層疊在一個(gè)集電器和一個(gè)電極之間，可電壓激活的斷流器在未激活時(shí)將集電器電耦接到與之一起層疊的電極上，斷流器在激活時(shí)從集電器分層以形成非導(dǎo)電間隙，從而將集電器從與之一起層疊的電極上電脫離，電脫離減慢了在分離器故障時(shí)兩個(gè)電極之間的內(nèi)部放電的速率；在hedr電池中，熱激活的斷流器或電壓激活的斷流器在分離器故障時(shí)的激活，可以減慢焦耳熱的生成，從而減小了潛在的危險(xiǎn)。

在另一相關(guān)方面，本公開的一些實(shí)施方式提供了一種避免遭受由于分離器故障的內(nèi)部放電的高能量密度可充電電池內(nèi)的熱失控的方法，該方法包括通過從插入在電極和集電器之間的斷流層內(nèi)的熱敏氣體生成材料生成氣體而將電池內(nèi)的電極從其集電器分層，該分層將電極從其集電器上電脫離，從而減慢了內(nèi)部放電的速率。

在第一方面，本文提供了一種高能量密度可充電(hedr)電池，其包括陽極能量層，陰極能量層，陽極能量層和陰極能量層之間的用于防止其內(nèi)部放電的分離器，用于將電子在陽極能量層或陰極能量層與其之間遷移的至少一個(gè)集電器，陽極能量層和陰極能量層均具有內(nèi)部電阻率，hedr具有用于釋放電流的優(yōu)選溫度和溫度安全上限；以及插入在分離器和一個(gè)集電器之間的電阻層，該電阻層配置成在分離器故障時(shí)限制通過分離器的內(nèi)部放電的速率以及由此引起的焦耳熱的生成，電阻層在優(yōu)選溫度范圍和溫度安全上限之間的溫度時(shí)具有固定電阻率，電阻層的固定電阻率大于任一能量層的內(nèi)部電阻率，電阻層用于在分離器故障時(shí)避免溫度超出溫度安全上限。

下述特征可以以任何合適的組合包括在hedr電池中。在一些實(shí)現(xiàn)方式中，hedr電池的電阻層可以是多孔的，并且包括：限定了間隙空間的陶瓷粉末，用于部分地填充間隙空間以粘結(jié)陶瓷粉末的粘合劑；以及分散在粘合劑中以對電阻層賦予電阻率的導(dǎo)電組分，間隙空間仍然有部分未被填充，以對電阻層賦予多孔性和穿透性。電阻層可以被壓縮，以減小未填充的間隙空間，并且增加陶瓷粉末通過粘合劑的粘結(jié)。電阻層可以包括按重量計(jì)大于30％的陶瓷粉末。電阻層可以包括按重量計(jì)大于50％的陶瓷粉末。電阻層可以包括按重量計(jì)大于70％的陶瓷粉末。電阻層可以包括按重量計(jì)大于75％的陶瓷粉末。電阻層可以包括按重量計(jì)大于80％的陶瓷粉末。hedr電池的電阻層可以是可穿透的，以傳輸離子載流子(chargecarrier)。電阻層可以是無孔的，并且具有復(fù)合物，該復(fù)合物包括非導(dǎo)電填充物、用于粘結(jié)非導(dǎo)電填充物的粘合劑以及分散在粘合劑中以對電阻層賦予電阻率的導(dǎo)電組分。電阻層可以是不可穿透的，以傳輸離子載流子。hedr電池的電阻層的固定電阻率可以是任一能量層的內(nèi)部電阻率的至少兩倍。電阻層的固定電阻率可以是任一能量層的內(nèi)部電阻率的至少五倍。電阻層的固定電阻率可以是任一能量層的內(nèi)部電阻率的至少十倍。電阻層可以缺少從固相到非固相的轉(zhuǎn)變，以在最大操作溫度和溫度安全上限之間的溫度時(shí)，電阻層的電阻率從低電阻率轉(zhuǎn)變到高電阻率。在低于溫度安全上限的溫度時(shí)，電阻層可以是非犧牲的。在高于溫度安全上限的溫度時(shí)，電阻層可以是犧牲的。電阻層可以包括陶瓷粉末，該陶瓷粉末在高于溫度安全上限時(shí)化學(xué)分解以釋放阻燃?xì)怏w。電阻層可以包括陶瓷粉末，該陶瓷粉末在高于溫度安全上限時(shí)化學(xué)分解以釋放使集電器從電阻層上分層的氣體。集電器可以包括陽極集電器，以將電子遷移到陽極能量層和從陽極能量層遷移電子，其中，電阻層插入在分離器和陽極集電器之間。電阻層可以插入在陽極集電器和陽極能量層之間。電阻層可以插入在陽極能量層和分離器之間。在一些實(shí)現(xiàn)方式中，hedr電池的陽極能量層可以包括第一陽極能量層，以及插入在第一陽極能量層和分離器之間的第二陽極能量層，其中，電阻層插入在第一陽極能量層和第二陽極能量層之間。集電器可以包括陰極集電器，以將電子遷移到陰極能量層和從陰極能量層遷移電子，其中，電阻層插入在分離器和陰極集電器之間。電阻層可以插入在陰極集電器和陰極能量層之間。電阻層可以插入在陰極能量層和分離器之間。陰極能量層可以包括第一陰極能量層，以及插入在第一陰極能量層和分離器之間的第二陰極能量層，其中，電阻層插入在第一陰極能量層和第二陰極能量層之間。在一些實(shí)現(xiàn)方式中，hedr電池可以包括兩個(gè)集電器，包括用于將電子遷移到陽極能量層和從陽極能量層遷移電子的陽極集電器，以及將電子遷移到陰極能量層和從陰極能量層遷移電子的陰極集電器，其中，電阻層包括陽極電阻層和陰極電阻層，陽極電阻層插入到分離器和陽極集電器之間，陰極電阻層插入到分離器和陰極集電器之間。

在相關(guān)方面，本文提供了一種用于限制高能量密度可充電(hedr)電池內(nèi)的由于分離器故障而導(dǎo)致的能量層的內(nèi)部放電的速率的方法，該方法包括利用電阻層阻止內(nèi)部放電，該電阻層插入在hedr電池內(nèi)的分離器和集電器之間，該電阻層在用于使能量層放電的優(yōu)選溫度范圍和溫度安全上限之間的溫度時(shí)具有固定電阻率，電阻層的固定電阻率大于能量層的內(nèi)部電阻率。

在本文的一些實(shí)施方式中，提供了一種高能量密度可充電(hedr)金屬離子電池，其包括陽極能量層，陰極能量層，用于分離陽極能量層和陰極能量層的分離器，用于將電子在陽極能量層或陰極能量層與其之間遷移的至少一個(gè)集電器，所述高能量密度可充電金屬離子電池具有用于避免熱失控的溫度安全上限，以及斷流層，該斷流層可激活以在暴露于溫度安全上限或高于溫度安全上限的溫度時(shí)，中斷高能量密度可充電金屬離子電池內(nèi)的電流，該斷流層插入在分離器和一個(gè)集電器之間，當(dāng)未激活時(shí)，該斷流層層壓在分離器和一個(gè)集電器之間以通過其導(dǎo)通電流，當(dāng)激活時(shí)，該斷流層分層以中斷通過高能量密度可充電金屬離子電池的電流，該斷流層包括溫度敏感的可分解組分，以在暴露于溫度安全上限或高于溫度安全上限的溫度時(shí)分解，溫度敏感的可分解組分用于在分解時(shí)釋放氣體，釋放的氣體用于使斷流層分層，從而中斷通過高能量密度金屬離子電池的電流，其中，通過在在暴露于溫度安全上限或高于溫度安全上限的溫度時(shí)激活斷流層以中斷高能量密度可充電金屬離子電池中的電流，高能量密度可充電金屬離子電池避免了熱失控。

下述特征可以以任何合適的組合出現(xiàn)在hedr金屬離子電池中。斷流層可以是多孔的。溫度敏感的可分解組分可以包括陶瓷粉末。斷流層可以具有復(fù)合物，該復(fù)合物包括陶瓷粉末、粘合劑以及導(dǎo)電組分。陶瓷粉末可以限定間隙空間。粘合劑可以部分地填充間隙空間以粘結(jié)陶瓷粉末。導(dǎo)電組分可以分散在粘合劑中以對斷流層賦予電阻率。間隙空間可以仍然有一部分未被填充，以對斷流層賦予多孔性和穿透性。斷流層可以包括按重量計(jì)大于30％的陶瓷粉末。斷流層可以包括按重量計(jì)大于50％的陶瓷粉末。斷流層可以包括按重量計(jì)大于70％的陶瓷粉末。斷流層可以包括按重量計(jì)大于75％的陶瓷粉末。斷流層可以包括按重量計(jì)大于80％的陶瓷粉末。斷流層可以是可穿透的，以傳輸離子載流子。斷流層可以是無孔的，并且具有復(fù)合物，該復(fù)合物包括非導(dǎo)電填充物、用于粘結(jié)非導(dǎo)電填充物的粘合劑以及分散在粘合劑中以對斷流層賦予導(dǎo)電性的導(dǎo)電組分。斷流層可以是不可穿透的，以傳輸離子載流子。在高于溫度安全上限的溫度時(shí)，斷流層可以是犧牲的。斷流層可以包括陶瓷粉末，該陶瓷粉末在高于溫度安全上限時(shí)化學(xué)分解以釋放阻燃?xì)怏w。集電器可以包括陽極集電器，以將電子遷移到陽極能量層和從陽極能量層遷移電子，其中，斷流層插入在分離器和陽極集電器之間。斷流層可以插入在陽極集電器和陽極能量層之間。斷流層可以插入在陽極能量層和分離器之間。hedr電池的陽極能量層可以包括第一陽極能量層；以及插入在第一陽極能量層和分離器之間的第二陽極能量層，其中，斷流層插入在第一陽極能量層和第二陽極能量層之間。集電器可以包括陰極集電器，以將電子遷移到陰極能量層和從陰極能量層遷移電子，其中，斷流層插入在分離器和陰極集電器之間。斷流層可以插入在陰極集電器和陰極能量層之間。斷流層可以插入在陰極能量層和分離器之間。陰極能量層可以包括第一陰極能量層，以及插入在第一陰極能量層和分離器之間的第二陰極能量層，其中，斷流層插入在第一陰極能量層和第二陰極能量層之間。hedr電池還可以包括兩個(gè)集電器，包括用于將電子遷移到陽極能量層和從陽極能量層遷移電子的陽極集電器，以及將電子遷移到陰極能量層和從陰極能量層遷移電子的陰極集電器，其中，斷流層包括陽極斷流層和陰極斷流層，陽極斷流層插入到分離器和陽極集電器之間，陰極斷流層插入到分離器和陰極集電器之間。

在相關(guān)方面，提出了一種方法，該方法用于在暴露于溫度安全上限或高于溫度安全上限的溫度時(shí)中斷高能量密度可充電金屬離子電池內(nèi)的電流以避免熱失控，該方法包括，使高能量密度可充電金屬離子電池的溫度上升到溫度安全上限之上，并且激活斷流層以中斷通過高能量密度金屬離子電池的電流。所述高能量密度可充電金屬離子電池可以包括：陽極能量層；陰極能量層；用于分離陽極能量層和陰極能量層的分離器；用于將電子在陽極能量層或陰極能量層與其之間遷移的集電器；以及斷流層，該斷流層插入在分離器和一個(gè)集電器之間，當(dāng)未激活時(shí)，該斷流層層壓在分離器和一個(gè)集電器之間以通過其導(dǎo)通電流，當(dāng)激活時(shí)，該斷流層分層以中斷通過鋰離子電池的電流，該斷流層包括溫度敏感的可分解組分，以在暴露于溫度安全上限或高于溫度安全上限的溫度時(shí)分解，溫度敏感的可分解組分用于在分解時(shí)釋放氣體，釋放的氣體用于使斷流層分層，從而中斷通過高能量密度金屬離子電池的電流；由此，通過中斷通過其中的電流而避免了高能量密度可充電金屬離子電池的熱失控。

在本文的一些實(shí)現(xiàn)方式中，提供了一種高能量密度可充電(hedr)金屬離子電池，其包括陽極能量層，陰極能量層，用于分離陽極能量層和陰極能量層的分離器，用于將電子遷移到陽極能量層和從陽極能量層遷移電子的陽極集電器，該高能量密度可充電金屬離子電池是可充電的，并且其特征在于用于避免過充的最大安全電壓；以及斷流層，該斷流層在暴露于超出最大安全電壓的電壓時(shí)可激活，以中斷高能量密度可充電電池內(nèi)的電流，該斷流層夾在陰極能量層和陰極集電器之間，當(dāng)未激活時(shí)，該斷流層層壓到陽極集電器上以通過其導(dǎo)通電流，當(dāng)激活時(shí)，該斷流層與陽極集電器分層以中斷通過其中的電流，該斷流層包括電壓敏感的可分解組分，以在暴露于超過最大安全電壓的電壓時(shí)分解，電壓敏感的可分解組分用于在分解時(shí)釋放氣體，釋放的氣體用于使斷流層與陽極集電器分層，從而中斷通過其中的電流，由此，通過在在暴露于超過最大安全電壓的電壓時(shí)激活斷流層以中斷通過其中的電流，高能量密度可充電金屬離子電池避免了過充。

下述特征可以以任何合適的組合出現(xiàn)在高能量密度可充電金屬離子電池中。hedr電池的斷流層可以是多孔的，并且具有復(fù)合物，該復(fù)合物包括：限定了間隙空間的陶瓷粉末；用于部分地填充間隙空間以粘結(jié)陶瓷粉末的粘合劑；以及分散在粘合劑中以對斷流層賦予導(dǎo)電性的導(dǎo)電組分，間隙空間仍然有部分未被填充，以對斷流層賦予多孔性和穿透性。斷流層可以被壓緊，以減小未填充的間隙空間，并且增加陶瓷粉末通過粘合劑的粘結(jié)。斷流層可以包括按重量計(jì)大于30％的陶瓷粉末。斷流層可以包括按重量計(jì)大于50％的陶瓷粉末。斷流層可以包括按重量計(jì)大于70％的陶瓷粉末。斷流層可以包括按重量計(jì)大于75％的陶瓷粉末。斷流層可以包括按重量計(jì)大于80％的陶瓷粉末。斷流層可以是可穿透的，以傳輸離子載流子。hedr電池的斷流層可以是無孔的，并且具有復(fù)合物，該復(fù)合物包括非導(dǎo)電填充物；用于粘結(jié)非導(dǎo)電填充物的粘合劑；以及分散在粘合劑中以對斷流層賦予導(dǎo)電性的導(dǎo)電組分。斷流層可以是不可穿透的，以傳輸離子載流子。在高于再充電的最大安全電壓之上的電壓時(shí)，斷流層可以是犧牲的。斷流層可以包括陶瓷粉末，該陶瓷粉末在高于最大安全電壓時(shí)化學(xué)分解，以釋放氣體。氣體可以是阻燃劑。

在相關(guān)方面，本文提供了一種用于在暴露于最大安全電壓或高于最大安全電壓的電壓時(shí)中斷高能量密度可充電金屬離子電池的再充電過程從而避免過充的方法，該高能量密度可充電金屬離子電池包括陽極能量層，陰極能量層，陽極能量層和陰極能量層之間的分離器，以及用于將電子遷移到陽極能量層和從陽極能量層遷移電子的陽極集電器。該方法包括：使高能量密度可充電金屬離子電池過充，以使電壓增加到高于用于再充電的最大安全電壓；以及通過層壓到陽極集電器的斷流層內(nèi)的電壓敏感的可分解組分的分解釋放氣體來中斷過充，釋放的氣體使斷流層與陽極集電器分層，由此，通過在斷流層內(nèi)釋放氣體以使斷流層與陽極集電器分層，中斷了高能量密度可充電金屬離子電池的過充。

本公開的第一方面涉及一種改進(jìn)的高能量密度可充電(hedr)電池，其包括極性相反的兩個(gè)電極(12和14)。每個(gè)電極的特征在于其電阻率、其安全操作溫度范圍以及其安全充電電壓。hedr還是這樣的類型：具有分離器2，用于分離兩個(gè)電極(12和14)，并且防止其間的內(nèi)部放電，并且至少一個(gè)電極(12或14)利用集電器4來轉(zhuǎn)移電子。分離器2具有形成短路的風(fēng)險(xiǎn)。短路可能潛在地允許這兩個(gè)電極(12和14)之間的快速內(nèi)部放電，潛在地允許由此快速生成焦耳熱，焦耳熱的快速生成潛在地允許熱失控。兩個(gè)電極(12和14)在安全充電電壓之上具有過充以及由此形成短路的風(fēng)險(xiǎn)。兩個(gè)電極(12和14)在安全操作溫度范圍之上具有熱失控的風(fēng)險(xiǎn)。

本公開的該第一方面的改進(jìn)可以用于減慢由短路導(dǎo)致的內(nèi)部放電的速率、減慢由其的焦耳熱的生成以及降低熱失控的風(fēng)險(xiǎn)。

改進(jìn)包括向hedr電池添加限流器6連同斷流器8。

限流器6在一個(gè)電極(12或14)和其相應(yīng)的集電器4之間形成電耦接。限流器6具有用于以電阻的方式阻止電流從其通過的電阻率，并且在分離器2形成短路時(shí)，該限流器用于從其耦接到的電極集電器4分流電流，并且用于降低兩個(gè)電極(12和14)之間的內(nèi)部放電的速率。

斷流器8具有接合配置、脫離配置和氣體生成部件，該氣體生成部件用于將斷流器8從接合配置轉(zhuǎn)變?yōu)槊撾x配置。氣體生成部件還具有用于生成氣體的觸發(fā)器。觸發(fā)器選自由溫度觸發(fā)器和電壓觸發(fā)器所組成的群組。

能夠在安全操作溫度范圍之上激活溫度觸發(fā)器。

能夠在安全充電電壓之上激活電壓觸發(fā)器。

在其接合配置中，斷流器8利用層壓連接將一個(gè)電極(12或14)和其相應(yīng)的集電器4電耦接。

在脫離配置中，層壓連接變成分層，并且斷流器8形成非導(dǎo)電間隙，從而中斷電極(12或14)和其相應(yīng)的集電器4之間的電耦接。

通過響應(yīng)于觸發(fā)器觸發(fā)氣體生成部件，斷流器8從其接合配置轉(zhuǎn)變成脫離配置。作為結(jié)果的生成的氣體使層壓連接分層，從而中斷電極(12或14)和其相應(yīng)的集電器4之間的電耦接。

在本公開的該第一方面，限流器6和斷流器8一起減小了由分離器短路、電極過充和電極過熱所導(dǎo)致的熱失控的風(fēng)險(xiǎn)。

本公開的該第一方面的一種實(shí)施方式中，在限流器6和斷流器8被同時(shí)結(jié)合到保護(hù)層中，該保護(hù)層通過層壓插入在相同電極(12或14)和集電器4之間。

本公開的該第一方面的另一種實(shí)施方式中，電池是這樣的類型：具有兩個(gè)集電器4，包括第一集電器4和第二集電器4。兩個(gè)電極(12和14)包括第一電極和第二電極。第一電極包括第一部分和第二部分。第一電極的第二部分插入在在第一電極的第一部分和第一集電器4之間。本公開的該實(shí)施方式的改進(jìn)的特征還在于：限流器6層疊在第一電極的第一部分和第一電極的第二部分之間；并且斷流器8層疊在第一電極的第二部分和第一集電器4之間。在本公開的該第一方面的子實(shí)施方式中，限流器6層疊在第一電極的第二部分和第一集電器4之間，并且斷流器8層疊在第一電極的第一部分和第一電極的第二部分之間。

在本公開的該第一方面的另一實(shí)施方式中，電池6是這樣的類型：具有兩個(gè)集電器4，包括第一集電器4和第二集電器4，并且兩個(gè)電極(12和14)包括第一電極和第二電極，改進(jìn)的特征在于，其中。在該實(shí)施方式中，限流器6層疊在第一電極和第一集電器4之間；并且斷流器8層疊在第二電極和第二集電器4之間。

在本公開的該第一方面的另一種實(shí)施方式中，電池是這樣一種類型：其中每個(gè)電極(12或14)具有安全操作的溫度范圍以及其中的內(nèi)部電阻率。在該實(shí)施方式中，限流器6的電阻率大于在安全操作的溫度范圍內(nèi)與限流器6一起被層疊的電極(12或14)的內(nèi)部電阻率。

本公開的該第一方面的另一實(shí)施方式中，改進(jìn)的特征還在于，限流器6在安全操作的溫度范圍內(nèi)的溫度時(shí)沒有電阻率轉(zhuǎn)變切換。

在本公開的該第一方面的另一種實(shí)施方式中，電池是這樣一種類型：其中每個(gè)電極(12和14)具有標(biāo)準(zhǔn)操作的溫度范圍。在該實(shí)施方式中，限流器6具有電阻率轉(zhuǎn)變，在標(biāo)準(zhǔn)操作的溫度范圍內(nèi)時(shí)，限流器的電阻率小于電極(12和/或14)的內(nèi)部電阻率，并且在標(biāo)準(zhǔn)操作的溫度范圍之上時(shí)，限流器的電阻率大于電極(12和/或14)的內(nèi)部電阻率。

在本公開的該第一方面的另一種實(shí)施方式中，電池是這樣一種類型：其中每個(gè)電極(12和14)具有標(biāo)準(zhǔn)操作的溫度范圍。在該實(shí)施方式中，通過標(biāo)準(zhǔn)操作的溫度范圍之上的溫度激活斷流器8。

在本公開的該第一方面的另一種實(shí)施方式中，電池是這樣一種類型：其中每個(gè)電極(12和14)具有標(biāo)準(zhǔn)操作的溫度范圍和安全操作的溫度范圍。在該實(shí)施方式中，通過標(biāo)準(zhǔn)操作的溫度范圍之上并且在安全操作的溫度范圍內(nèi)的溫度激活斷流器8。

在本公開的該第一方面的另一種實(shí)施方式中，電池是這樣一種類型：其中每個(gè)電極(12和14)具有在安全操作的溫度范圍內(nèi)的內(nèi)部電阻率。在該實(shí)施方式中，限流器6的電阻率大于在安全操作的溫度范圍內(nèi)與限流器6一起被層疊的電極(12或14)的內(nèi)部電阻率。在該實(shí)施方式的替代方式中，限流器6和斷流器8被同時(shí)結(jié)合到保護(hù)層中，該保護(hù)層通過層壓插入在相同電極(12或14)和集電器4之間。

在本公開的該第一方面的另一種實(shí)施方式中，電池是這樣一種類型：其中每個(gè)電極(12和14)具有標(biāo)準(zhǔn)操作的電壓范圍。在該實(shí)施方式中，通過標(biāo)準(zhǔn)操作的電壓范圍之上的電壓激活斷流器8。

在本公開的該第一方面的另一種實(shí)施方式中，電池是這樣一種類型：其中每個(gè)電極(12和14)具有標(biāo)準(zhǔn)操作的電壓范圍和安全操作的電壓范圍。在該實(shí)施方式中，通過標(biāo)準(zhǔn)操作的溫度范圍之上并且在安全操作的電壓范圍內(nèi)的電壓激活斷流器8。在該實(shí)施方式的替代方式中，限流器6和斷流器8被同時(shí)結(jié)合到保護(hù)層中，該保護(hù)層通過層壓插入在相同電極(12或14)和集電器4之間。

本公開的第二方面涉及另一種改進(jìn)的高能量密度可充電電池，其包括極性相反的兩個(gè)電極(12和14)，分離這兩個(gè)電極(12和14)的分離器2，以及電耦接到一個(gè)電極(12或14)的至少一個(gè)集電器4。分離器2防止兩個(gè)電極(12和14)之間的內(nèi)部放電。分離器2的故障可能導(dǎo)致兩個(gè)電極(12和14)之間的內(nèi)部放電。內(nèi)部放電導(dǎo)致具有潛在危險(xiǎn)的焦耳熱的生成。

本公開的該第二方面的改進(jìn)包括可熱激活的斷流器8和可電壓激活的斷流器8。

可熱激活的斷流器8通過層壓而層疊在一個(gè)集電器4和一個(gè)電極(12或14)之間。當(dāng)未激活時(shí)，可熱激活的斷流器8將集電器4電耦接到與之一起層疊的電極(12或14)，斷流器8。當(dāng)激活時(shí)，可熱激活的斷流器8與集電器4分層，以形成非導(dǎo)電間隙，從而將集電器4從與之一起被層疊的電極(12或14)電脫離。電脫離用于在分離器故障時(shí)減緩兩個(gè)電極(12和14)之間的內(nèi)部放電的速率。

可電壓激活的斷流器8通過層壓而層疊在一個(gè)集電器4和一個(gè)電極(12或14)之間。當(dāng)未激活時(shí)，可電壓激活的斷流器8將集電器4電耦接到與之一起層疊的電極(12或14)。當(dāng)激活時(shí)，斷流器8通過形成非導(dǎo)電間隙而與集電器4分層，以將集電器4從與之一起被層疊的電極(12或14)電脫離。最終的電脫離用于在分離器故障時(shí)減緩兩個(gè)電極(12和14)之間的內(nèi)部放電的速率。在本公開的該第二方面中，熱激活的斷流器8或電壓激活的斷流器8在分離器故障時(shí)的激活減慢了焦耳熱的生成，從而減小了潛在的危險(xiǎn)。

本公開的該第二方面涉及避免遭受由于分離器故障的內(nèi)部放電的高能量密度可充電電池內(nèi)的熱失控的方法。該方法包括下述步驟：通過從斷流層內(nèi)的熱敏感的氣體生成材料生成氣體，將電池內(nèi)的電極(12或14)從其集電器4分層，該斷流層插入在電極(12或14)和集電器4之間。分層使電極(12或14)從其集電器4電脫離，從而減緩了內(nèi)部放電的速率。

本公開的第三方面涉及用于避免處于遭受由于電壓過充而導(dǎo)致的分離器故障風(fēng)險(xiǎn)的高能量密度可充電電池內(nèi)的熱失控的方法。該方法包括下述步驟：通過從斷流層內(nèi)的電壓敏感的氣體生成材料生成氣體，將電池內(nèi)的電極(12或14)從其集電器4分層，該斷流層插入在電極(12或14)和集電器4之間。分層使電極(12或14)從其集電器4電脫離，從而中斷了電壓過充。

本公開的第四方面涉及用于避免處于遭受由于電壓過充而導(dǎo)致的分離器故障風(fēng)險(xiǎn)的高能量密度可充電電池內(nèi)的熱失控的方法。該方法包括下述步驟：通過從電壓敏感或溫度敏感的材料生成氣體，將電池內(nèi)的電極(12或14)從其集電器4分層，電壓敏感或溫度敏感的材料將通過其分解化合物(在高壓下)間接形成氣體，化合物將與諸如電解質(zhì)和電極(12和14)的電池部件反應(yīng)。仍將電壓或溫度敏感的材料稱為氣體發(fā)生器，并且其可以在斷流層內(nèi)，該斷流層插入在電極(12或14)和集電器4之間。分層使電極(12或14)從其集電器4電脫離，從而中斷了電壓過充。

附圖說明

結(jié)合附圖更詳細(xì)地描述了本公開，其中，示出了本公開的一些示例性實(shí)施方式。如本領(lǐng)域技術(shù)人員將認(rèn)識到的，可以以不同的方式改進(jìn)所述的實(shí)施方式，所有的改進(jìn)都不背離本公開的精神或范圍。相應(yīng)地，附圖和說明書應(yīng)該被視為在本質(zhì)上是示例性的，而不是限制性的。在附圖中，為清楚起見，層和區(qū)域的厚度可能被夸大。

圖1a-1g示出了薄膜型鋰離子電池的示例性配置的示意性圖示，該薄膜型鋰離子電池具有一個(gè)或多個(gè)用作限流器6的電阻層，以在內(nèi)部短路的情況下保護(hù)電池免于過熱，電池組合有斷流器8，其可能由溫度的增加而被熱激活，以在電池過熱或者達(dá)到一溫度或者達(dá)到不安全溫度時(shí)，不可逆地中斷自放電過程。

圖2a和2b示出了薄膜型鋰離子電池的示例性配置的示意性圖示，該薄膜型鋰離子電池具有用作組合的限流器6和斷流器8的一個(gè)或多個(gè)層，以在內(nèi)部短路的情況下保護(hù)電池免于過熱，電池結(jié)合有斷流器8，其能夠由電壓的增加而被伏打激活，以在電池被過充時(shí)不可逆地中斷自放電過程。

圖3a和3b示出了薄膜型鋰離子電池的示例性配置的示意性圖示，該薄膜型鋰離子電池具有一個(gè)或多個(gè)用作限流器6的電阻層，以在內(nèi)部短路的情況下保護(hù)電池免于過熱，電池組合有斷流器8，其能夠由溫度的增加而被熱激活，以在電池過熱或者達(dá)到一溫度或者達(dá)到不安全溫度時(shí)，不可逆地中斷自放電過程，該電池還組合有能夠由電壓的增加而被激活以在電池被過充時(shí)不可逆地中斷自放電過程的斷流器8。

圖4a-4d示出了現(xiàn)有技術(shù)的薄膜型鋰離子電池(圖4a和b)以及本公開的薄膜型鋰離子電池(圖4c和d)的橫截面視圖。

圖5a-5d示出了現(xiàn)有技術(shù)的薄膜型鋰離子電池(圖5a和b)以及本公開的薄膜型鋰離子電池(圖5c和d)的橫截面視圖。

圖6a-6d示出了現(xiàn)有技術(shù)的薄膜型鋰離子電池(圖6a和b)以及本公開的薄膜型鋰離子電池(圖6c和d)的橫截面視圖。

圖7a-7d示出了現(xiàn)有技術(shù)的薄膜型鋰離子電池(圖7a和b)以及本公開的薄膜型鋰離子電池(圖7c和d)的橫截面視圖。

圖8a-8d示出了現(xiàn)有技術(shù)的薄膜型鋰離子電池(圖8a和b)以及本公開的薄膜型鋰離子電池(圖8c和d)的橫截面視圖。

圖9a-9d示出了現(xiàn)有技術(shù)的薄膜型鋰離子電池(圖9a和b)以及本公開的薄膜型鋰離子電池(圖9c和d)的橫截面視圖。

圖10a-10d示出了現(xiàn)有技術(shù)的薄膜型鋰離子電池(圖10a和b)以及本公開的薄膜型鋰離子電池(圖10c和d)的橫截面視圖。

圖11a-11d示出了現(xiàn)有技術(shù)的薄膜型鋰離子電池(圖11a和b)以及本公開的薄膜型鋰離子電池(圖11c和d)的橫截面視圖。

圖12a-12c示出了組合的限流器6和斷流器8的示例性結(jié)構(gòu)。

圖13a和13b示出了示例性電芯(cell)組分。

圖14示出了用于化學(xué)分解電壓測量中的各種正極14的配方。

圖15示出了基線電芯#2在3.6v時(shí)對石墨的電阻與溫度增加的關(guān)系。電阻隨溫度增加降低大約十倍。

圖16示出了電芯#3(正極14具有caco3陶瓷層)分別在0、3.646和4.11的電壓下對石墨的電阻與溫度增加的關(guān)系。對于零電壓，電阻略微增加，而對于3.646和4.11v，電阻急劇增加。

圖17示出了電芯#4(正極14具有al2o3和caco3陶瓷層)分別在0和3.655v的電壓下對石墨的電阻與溫度增加的關(guān)系。對于零電壓，電阻略微增加，而對于3.655v，電阻急劇增加。

圖18示出了在1a、3a、6a和10a時(shí)基線電芯#1(無電阻層)的放電容量對電芯電壓的關(guān)系。

圖19示出了在1a、3a、6a和10a時(shí)電芯#3(基于85.2％的caco3的電阻層6)的放電容量對電芯電壓的關(guān)系。在這種特定的電阻層6的情況下，隨著電芯放電電流的增加，電芯放電容量顯著下降。

圖20小結(jié)了電芯#1(基線)、#3、#4、#5和#6的電芯阻抗和在1a、3a、6a和10a時(shí)的放電容量，以及在3a、6a或10a時(shí)的容量與在1a時(shí)的容量的其相應(yīng)的比率。在1khz時(shí)的電芯阻抗由于電阻和氣體發(fā)生器層而上升。電阻層6導(dǎo)致電芯阻抗的增加，這是因?yàn)樗芯哂须娮鑼?的電芯具有較高的阻抗，而電芯放電容量取決于各種情況。

圖21示出了沖擊測試。

圖22示出了沖擊測試期間電芯#1(基線)、#3、#5和#6的電芯溫度曲線。鋼棒一沖擊電芯，則所有被測電芯的電壓就降至零。具有電阻和氣體發(fā)生器層的所有電芯都通過的測試，而不具有任何電阻層6的電芯未能通過測試(著火)。在沖擊測試期間的最大電芯溫度小結(jié)在圖23中。

圖23小結(jié)了沖擊測試期間電芯#1(基線)、#3、#4、#5和#6的電芯最大溫度。

圖24示出了電芯#6的電芯電壓和溫度對沖擊測試時(shí)間的關(guān)系。沖擊起始時(shí)間被設(shè)置為2分鐘。電芯一被沖擊，電芯電壓就降至零。電芯溫度被示出為快速增加。

圖25示出了電芯#1(無任何保護(hù)層)的電芯電壓和溫度對過充時(shí)間的關(guān)系。電芯電壓逐漸增加直到40分鐘，并且隨后略微下降并在大約56分鐘快速跳至最大充電電壓，而在相同時(shí)間，電芯溫度急劇增加到大約600℃。由于在電芯著火時(shí)連接丟失，電芯電壓和溫度隨后下降至非常低的值。過充電流為2a，直到電芯著火，并且隨后降低大約0.2a持續(xù)一或兩分鐘，并且隨后由于電芯被短路而返回至2a。電芯燃燒。

圖26利用電芯#3(caco3層)示出了電芯的電芯電壓和溫度對過充時(shí)間的關(guān)系。電芯電壓逐漸增加直到40分鐘，并且隨后在大約55分鐘時(shí)快速增加到12v的最大充電電壓。從大約40分鐘開始，電芯溫度快速增加到大約80℃，并且隨后快速下降。過充電流在55℃明顯降低，并且在余下的測試時(shí)間內(nèi)保持為0.2a。在測試之后，電芯明顯鼓包。

圖27示出了電芯#5(na2o7si3+al2o3層)的電芯電壓和溫度對過充時(shí)間的關(guān)系。電芯電壓逐漸增加直到40分鐘，并且隨后在大約75分鐘時(shí)快速增加到12v的最大充電電壓。電芯過充電壓曲線與基于caco3的電阻層6極為不同，這體現(xiàn)了na2o7si3的分解與caco3的分解的差異。電芯溫度在大約40分鐘時(shí)顯著增加到大約75℃，并且隨后逐漸下降。過充電流在75分鐘時(shí)明顯降低，并且在余下的測試時(shí)間內(nèi)保持為1a。在測試之后，電芯明顯鼓包。

圖28小結(jié)了過充測試(2a/12v)中的電芯#1(基線)、#3、#4、#5和#6的電芯最大溫度。

圖29示出了電芯#3(caco3電阻層6)的循環(huán)壽命。在100次循環(huán)之后，電芯損失大約1.8％，這比不具有任何電阻層的電芯的損失(平均為～2.5％，未示出)要低。

圖30示出了電芯#4(caco3和al2o3電阻層6)的循環(huán)壽命。在100次循環(huán)之后，電芯損失大約1.3％，這比不具有任何電阻層的電芯的損失(平均為～2.5％，未示出)要低。

圖31示出了在室溫下，對于包含不同負(fù)離子以潛在地用在具有不同操作電壓的可充電電池中的化合物(氣體發(fā)生器)的電流曲線對電壓的關(guān)系。峰值電流和電壓在圖32中列出。cu(no3)2的峰值電流是最高的，而caco3的峰值電流是最低的。cu(no3)2的峰值電壓是最低的，而caco3的峰值電壓是最高的。因此，cu(no3)2可用在具有相對低的操作電壓的鋰離子電池中，例如使用磷酸鐵鋰正極的鋰離子電芯(典型的最大充電電壓為3.7v)。caco3可用在具有高操作電壓的鋰離子電池中，如使用高電壓正極的鋰離子電芯，高電壓正極例如鋰鈷氧化物(典型的最大充電電壓為4.2v)或者鋰鎳鈷錳氧化物(最大充電電壓為4.3或4.4v)。

圖32小結(jié)了包含不同負(fù)離子的化合物的峰值電流和電壓。

圖33示出了對于具有或不具有用于潛在地用在具有不同操作電壓的可充電電池中的不同負(fù)離子的聚合物(有機(jī)氣體發(fā)生器)的電流曲線對電壓的關(guān)系。包括了pvdf作為參考。峰值電流和電壓在圖34中列出。carbopol(卡波普)、ai-50和pvdf的峰值電流十分類似，而cmc為最低。carbopol的峰值電壓最低，而cmc峰值電壓最高。因此，包含co3^2-負(fù)離子的carbopol可用在具有相對低的操作電壓的鋰離子電池中，例如使用磷酸鐵鋰正極的鋰離子電芯(典型的最大充電電壓為3.7v)。cmc可用在具有高操作電壓的鋰離子電池中，如使用高電壓正極的鋰離子電芯，高電壓正極例如鋰鈷氧化物(典型的最大充電電壓為4.2v)或者鋰鎳鈷錳氧化物(典型的最大充電電壓為4.3或4.4v)。水是cmc分解化合物中的一種并且將與電解質(zhì)和負(fù)石墨電極中的夾層鋰反應(yīng)，以除了在100℃之上變?yōu)檎羝驓怏w之外生成諸如氟化氫(hf)和氧氣(o2)的氣體。

圖34小結(jié)了具有或不具有不同負(fù)離子的聚合物的峰值電流和電壓。

圖35示出了室溫下在2a/12v過充測試期間的電芯溫度和過充電壓曲線。

圖36示出了在下文的實(shí)例9-12中描述的電芯1、3、4、5和6在不同電流時(shí)的電芯阻抗和容量。

圖37示出了電芯2(基線，無電阻層)在3.6v時(shí)對石墨的電阻與溫度增加的關(guān)系。隨著溫度增加電阻降低大約十倍。

圖38示出了電芯3在4.09v時(shí)的對石墨的電阻與溫度增加的關(guān)系。電阻略微下降，并且增加大約三倍，并且隨后隨著溫度的增加而降低大約3倍。

圖39示出了在1a、3a、6a和10a時(shí)電芯4的放電容量對電芯電壓的關(guān)系。在這種特定的電阻層的情況下，隨著電芯放電電流的增加，電芯放電能力急劇下降。

圖40示出了沖擊測試期間電芯1、3、4、5和6的電芯溫度曲線，如實(shí)例9-12中所述。具有電阻層的所有電芯都通過的測試，而不具有任何電阻層的電芯未能通過測試(著火)。在沖擊測試期間的最大電芯溫度小結(jié)在圖41中。

圖41示出了沖擊測試期間電芯1、3、4、5和6獲得的最大溫度，如實(shí)例9-12中所述。

圖42示出了電芯3的循環(huán)壽命。在100次循環(huán)之后，電芯損失大約2％，這類似于不具有任何電阻層的電芯的損失(平均為～2.5％，未示出)。

具體實(shí)施方式

高能量密度的可充電電池(包括鋰離子電池)的安全、長期操作是電池制造商的目標(biāo)。安全電池操作的一個(gè)方面是控制可充電電池產(chǎn)生的熱量。如上所述，許多因素可能導(dǎo)致可充電電池產(chǎn)生的熱量超出其散熱能力，例如電池缺陷、事故或者過大內(nèi)部電流。當(dāng)電池產(chǎn)生的熱量超出其散熱能力時(shí)，可充電電池變得易于遭受熱失控、過熱并且甚至有可能著火或猛烈爆炸。下文描述了與熱激活的內(nèi)部斷流器相關(guān)的裝置和方法，該內(nèi)部斷流器可以中斷可充電電池的內(nèi)部電路，防止熱失控。

安全電池操作的另一方面是控制這些可充電電池的電極在電池充電和放電期間的反應(yīng)。如上所述，經(jīng)過使用中的外部電路，電流流到電池之外，而離子從電池內(nèi)的一個(gè)電極移到另一個(gè)電極。在一些情況下，發(fā)生過充，其可能導(dǎo)致電池內(nèi)的熱失控。下文描述了與內(nèi)部限流器相關(guān)的裝置和方法，當(dāng)存在內(nèi)部短路時(shí)，該內(nèi)部限流器限制可充電電池中的內(nèi)部放電的速率。

安全電池操作的另一方面是控制可充電電池的放電。如上所述，分離器或者屏障層用于在可充電電池中分離負(fù)極和正極，其中，離子可以移動通過電池，但電流被迫使為流到電池外，經(jīng)過外部電路。許多因素可能導(dǎo)致分離器被破壞，并且可能導(dǎo)致在可充電電池發(fā)生短路。短路導(dǎo)致快速放電，以及可能的過熱和熱失控。下文描述了與內(nèi)部限流器相關(guān)的裝置和方法，當(dāng)存在內(nèi)部短路時(shí)，該內(nèi)部限流器限制可充電電池中的內(nèi)部放電的速率。

本文所使用的術(shù)語僅僅是為了描述一些特定的示例性實(shí)施方式，而不是意圖限制本公開。如本文所使用的，單數(shù)形式也用于包括復(fù)數(shù)形式，除非上下文明確地另有說明。還應(yīng)該理解，當(dāng)在本文中使用時(shí)，術(shù)語“包括”指所述的特征、整體、步驟、操作、元件和/或部件的存在，但并不排除一個(gè)或多個(gè)其他特征、整體、步驟、操作、元件、部件和/或其群組的存在或添加。

應(yīng)該理解，盡管術(shù)語“第一”、“第二”等可以在本文中用于描述各種構(gòu)件、元件、區(qū)域、層和/或部分，但這些構(gòu)件、元件、區(qū)域、層和/或部分不應(yīng)該由這些術(shù)語限制。這些術(shù)語可以僅用于將一個(gè)構(gòu)件、元件、區(qū)域、層和/或部分與另一個(gè)構(gòu)件、元件、區(qū)域、層和/或部分區(qū)分開。因此，例如，下文所述的第一構(gòu)件、元件、區(qū)域、層和/或部分可以被稱為第二構(gòu)件、元件、區(qū)域、層和/或部分，而不脫離本公開的教導(dǎo)。

圖1a-1g示出了薄膜型鋰離子電池的示例性配置的示意性圖示，該薄膜型鋰離子電池具有一個(gè)或多個(gè)用作限流器(圖4a-4d中的6)的電阻層，以在內(nèi)部短路的情況下保護(hù)電池免于過熱，電池組合有斷流器8，其能夠由溫度的增加而被熱激活，以在電池過熱或者達(dá)到一溫度或者達(dá)到不安全溫度時(shí)，不可逆地中斷自放電過程。圖1a和1c示出了電池的配置，其具有陰極集電器101、陰極能量層102、分離器103、陽極能量層104、電阻限流器和熱斷流層105以及陽極集電器106。圖1b所示出的配置具有陰極集電器101、陰極能量層102、分離器103、第一陽極能量層107、電阻限流器和熱斷流層105、第二陽極能量層108以及陽極集電器106。圖1d示出了一種配置，其具有陰極集電器101、第一陰極能量層109、分離器103、第二陰極能量層110、電阻限流器和熱斷流層105、陽極能量層104以及陽極集電器106。圖1e-1g示出了電池的配置，其具有陰極集電器101、陰極能量層102、分離器103、陽極能量層104、第一電阻限流器和熱斷流層111、第二電阻限流器和熱斷流層112、陽極能量層104以及陽極集電器106。

圖2a和2b示出了薄膜型鋰離子電池的示例性配置的示意性圖示，該薄膜型鋰離子電池具有用作組合的限流器6和斷流器8的一個(gè)或多個(gè)層，以在內(nèi)部短路的情況下保護(hù)電池免于過熱，電池結(jié)合有斷流器8，其能夠由電壓的增加而被伏打激活，以在電池被過充時(shí)不可逆地中斷自放電過程。圖2a示出了電池的配置，其具有陽極集電器201、陽極能量層202、分離器203、陰極能量層204、電阻限流器和熱斷流層205以及陰極集電器206。圖2b所示出的配置具有陽極集電器201、陽極能量層202、分離器203、第一陰極能量層207、電阻限流器和熱斷流層205、第二陰極能量層208以及陰極集電器206。

圖3a和3b示出了薄膜型鋰離子電池的示例性配置的示意性圖示，該薄膜型鋰離子電池具有一個(gè)或多個(gè)用作限流器6的電阻層，以在內(nèi)部短路的情況下保護(hù)電池免于過熱，電池組合有斷流器8，其能夠由溫度的增加而被熱激活，以在電池過熱或者達(dá)到一溫度或者達(dá)到不安全溫度時(shí)，不可逆地中斷自放電過程，該電池還組合有能夠由電壓的增加而被激活以在電池被過充時(shí)不可逆地中斷自放電過程的斷流器8。圖3a示出了電池的配置，其具有陽極集電器301，陽極能量層302，分離器303，陰極能量層304，電阻限流器、熱斷流和伏打斷流層305，以及陰極集電器306。圖3b所示出的配置具有陽極集電器301，陽極能量層302，分離器303，第一陰極能量層307，電阻限流器、熱斷流和伏打斷流層305，第二陰極能量層308，以及陰極集電器306。

圖4c和d示出了圖1a、2a或3a的薄膜型鋰離子電池。更具體地，圖4a-4d示出了通過經(jīng)受放電以驅(qū)動負(fù)載(l)的薄膜型鋰離子電池的電流。圖4a和c示出了具有完好的完全操作的分離器2(未短路)的薄膜型鋰離子電池的電流。圖4b和d示出了具有作為限流器6的電阻層的薄膜型鋰離子電池的電流，其中，分離器2被從其中穿透的導(dǎo)電枝晶10短路。在圖4b和d中，電芯由于枝晶10穿透分離器2而遭受內(nèi)部放電。注意到，具有未短路的分離器2(圖4a和c)設(shè)備以及具有短路分離器2(圖4b)的現(xiàn)有技術(shù)設(shè)備，電流從一個(gè)集電器4流到另一個(gè)集電器。然而，在具有短路的分離器2和電阻層6的本公開的示例性設(shè)備(圖4d)中，電流從集電器4分流，并且被極大的降低。在圖4d中，斷流器8未被觸發(fā)。

圖5c和d示出了圖1a、2a或3a的薄膜型鋰離子電池。更具體地，圖5a-5d示出了電流經(jīng)過正通過智能電源(ps)充電的薄膜型鋰離子電池，該智能電源在檢測到任何異常充電電壓時(shí)會停止充電。圖5a和c示出了具有完好的完全操作的分離器2(未短路)的薄膜型鋰離子電池的電流。圖5b和d示出了具有被導(dǎo)電枝晶10短路的分離器2的薄膜型鋰離子電池的電流。注意到，具有未短路的分離器2(圖5a和c)設(shè)備以及具有短路分離器2(圖5b)的現(xiàn)有技術(shù)設(shè)備，電流從一個(gè)集電器4流到另一個(gè)集電器。然而，在具有短路的分離器2和電阻層6的本公開的示例性設(shè)備(圖5d)中，電流從集電器4分流，并且被極大的降低。在圖5d中，斷流器8未被觸發(fā)。

圖6c和d示出了在斷流器8被過高溫度或電壓觸發(fā)后的圖1a、2a或3a的薄膜型鋰離子電池。更具體地，圖6a-6d示出了通過經(jīng)受放電以驅(qū)動負(fù)載(l)的薄膜型鋰離子電池的電流。圖6a和c示出了具有完好的完全操作的分離器2(未短路)的薄膜型鋰離子電池的電流。圖6b和d示出了具有被穿透分離器2的導(dǎo)電枝晶10導(dǎo)致的短路的薄膜型鋰離子電池的電流。注意到，具有未短路的分離器2(圖6a和c)設(shè)備以及具有短路分離器2(圖6b)的現(xiàn)有技術(shù)設(shè)備，電流從一個(gè)集電器4流到另一個(gè)集電器。然而，在具有短路的分離器2以及電阻層(限流器6)和斷流器8的本公開的示例性設(shè)備(圖6d)中，電流從集電器4分流，并且被極大的降低。在圖6d中，斷流器8已被觸發(fā)。

圖7c和d示出了在斷流器8被過高溫度或電壓觸發(fā)后的圖1a、2a或3a的薄膜型鋰離子電池。更具體地，圖7示出了經(jīng)過正通過智能電源(ps)充電的薄膜型鋰離子電池的電流，該智能電源在檢測到任何異常充電電壓時(shí)會停止充電。圖7a和c示出了具有完好的完全操作的分離器2(未短路)的薄膜型鋰離子電池的電流。圖7b和d示出了具有由被枝晶10短路的分離器2所導(dǎo)致的短路的薄膜型鋰離子電池的電流。注意到，具有未短路的分離器2(圖7a和c)設(shè)備以及具有短路的分離器2(圖7b)的現(xiàn)有技術(shù)設(shè)備，電流從一個(gè)集電器4流到另一個(gè)集電器。然而，在具有短路的分離器2和電阻層6(限流器6)的本公開的示例性設(shè)備(圖7d)中，電流從集電器4分流，并且被極大的降低。在圖7d中，斷流器8已被觸發(fā)。

圖8c和d示出了圖1a、2a或3a的薄膜型鋰離子電池。更具體地，圖8a-8d示出了通過經(jīng)受放電以驅(qū)動負(fù)載(l)的薄膜型鋰離子電池的電流。圖8a和c示出了具有完好的完全操作的分離器2(未短路)的薄膜型鋰離子電池的電流。圖8b和d示出了具有作為限流器6的電阻層的薄膜型鋰離子電池的電流，其中，分離器2由破裂(disruption)16短路。在圖8b和d中，電芯由于裂口16穿透分離器2而遭受內(nèi)部放電。注意到，具有未短路的分離器2(圖8a和c)的設(shè)備以及具有短路的分離器2(圖8b)的現(xiàn)有技術(shù)設(shè)備，電流從一個(gè)集電器4流到另一個(gè)集電器。然而，在具有短路的分離器2和電阻層6的本公開的示例性設(shè)備(圖8d)中，電流從集電器4分流，并且被極大的降低。在圖8d中，斷流器8未被觸發(fā)。

圖9c和d示出了圖1a、2a或3a的薄膜型鋰離子電池。更具體地，圖9a-9d示出了經(jīng)過正通過智能電源(ps)充電的薄膜型鋰離子電池的電流，該智能電源在檢測到任何異常充電電壓時(shí)會停止充電。圖9a和c示出了具有完好的完全操作的分離器2(未短路)的薄膜型鋰離子電池的電流。圖9b和d示出了具有被破裂16短路的分離器2的薄膜型鋰離子電池的電流。注意到，具有未短路的分離器2(圖9a和c)的設(shè)備以及具有短路分離器2(圖9b)的現(xiàn)有技術(shù)設(shè)備，電流從一個(gè)集電器4流到另一個(gè)集電器。然而，在具有短路的分離器2和電阻層6的本公開的示例性設(shè)備(圖9d)中，電流從集電器4分流，并且被極大的降低。在圖9d中，斷流器8未被觸發(fā)。

圖10c和d示出了在斷流器8被過高溫度或電壓觸發(fā)后的圖1a、2a或3a的薄膜型鋰離子電池。更具體地，圖10a-10d示出了經(jīng)過正在放電以驅(qū)動負(fù)載(l)的薄膜型鋰離子電池的電流。圖10a和c示出了具有完好的完全操作的分離器2(未短路)的薄膜型鋰離子電池的電流。圖10b和d示出了具有被破裂16導(dǎo)致的短路的薄膜型鋰離子電池的電流。注意到，具有未短路的分離器2(圖10a和c)設(shè)備以及具有短路分離器2(圖10b)的現(xiàn)有技術(shù)設(shè)備，電流從一個(gè)集電器4流到另一個(gè)集電器。然而，在具有短路的分離器2以及電阻層(限流器6)和斷流器8的本公開的示例性設(shè)備(圖6d)中，電流從集電器4分流，并且被極大的降低。在圖10d中，斷流器8已被觸發(fā)。

圖11c和d示出了在斷流器8被過高溫度或電壓觸發(fā)后的圖1a、2a或3a的薄膜型鋰離子電池。更具體地，圖11a-11d示出了經(jīng)過正通過智能電源(ps)充電的薄膜型鋰離子電池的電流，該智能電源在檢測到任何異常充電電壓時(shí)會停止充電。圖11a和c示出了具有完好的完全操作的分離器2(未短路)的薄膜型鋰離子電池的電流。圖11b和d示出了具有由被破裂16短路的分離器2所導(dǎo)致的短路的薄膜型鋰離子電池的電流。注意到，具有未短路的分離器2(圖11a和c)設(shè)備以及具有短路分離器2(圖11b)的現(xiàn)有技術(shù)設(shè)備，電流從一個(gè)集電器4流到另一個(gè)集電器。然而，在具有短路的分離器2和電阻層6(限流器6)的本公開的示例性設(shè)備(圖11d)中，電流從集電器4分流，并且被極大的降低。在圖11d中，斷流器8已被觸發(fā)。

圖12a示出了電阻層6，其具有利用粘合劑涂覆的高比例的陶瓷顆粒。涂覆的陶瓷顆粒之間的間隙空位使得電阻層6多孔。圖12b示出了電阻層6，其具有通過粘合劑的顆粒粘結(jié)在一起的高比例的陶瓷顆粒。涂覆的陶瓷顆粒之間的間隙空位使得電阻層6多孔。圖12c示出了電阻層6，其具有利用粘合劑保持在一起的中等比例的陶瓷顆粒(小于80％)。電阻層6缺少涂覆的陶瓷顆粒之間的間隙空位，并且是無孔的。

限流器

本公開的第一方面涉及一種類型的改進(jìn)hedr電池，其包括陽極能量層12、陰極能量層14、陽極能量層12和陰極能量層14之間的用于防止電池其內(nèi)部放電的分離器2、以及用于將電子在陽極能量層12或陰極能量層14與其之間轉(zhuǎn)移的至少一個(gè)集電器4。陰極和陰極能量層均具有內(nèi)部電阻率。hedr電池具有用于放電流的優(yōu)選溫度范圍以及溫度安全上限。在分離器故障時(shí)，可以使用改進(jìn)以限制通過故障的分離器的內(nèi)部放電的速率以及由此造成的焦耳熱的生成。更具體地，所述改進(jìn)包括插入在分離器和一個(gè)集電器4之間的電阻層6，用于在分離器故障時(shí)限制通過故障的分離器的內(nèi)部放電的速率。電阻層6在優(yōu)選溫度范圍和溫度安全上限之間的溫度時(shí)具有固定電阻率。電阻層6的固定電阻率大于任一能量層的內(nèi)部電阻率。電阻層6在分離器故障時(shí)幫助電池避免溫度超出溫度安全上限。

本公開的一些實(shí)施方式包括一種類型的改進(jìn)的高能量密度可充電電池，其包括：

1.極性相反的兩個(gè)電極(12和14)，每個(gè)電極的特征在于：其電阻率、其安全操作溫度范圍以及其安全充電電壓；這兩個(gè)電極具有安全充電電壓之上過充以及由此形成短路的風(fēng)險(xiǎn)；所述兩個(gè)電極具有安全操作溫度范圍之上熱失控的風(fēng)險(xiǎn)。

2.分離器2，用于分離所述兩個(gè)電極并且防止其間的內(nèi)部放電；該分離器具有形成短路的風(fēng)險(xiǎn)，短路潛在地允許這兩個(gè)電極之間的快速內(nèi)部放電，兩個(gè)電極之間的快速內(nèi)部放電潛在地允許由此造成的焦耳熱的快速生成，焦耳熱的快速生成潛在地允許熱失控。

3.使用集電器4以轉(zhuǎn)移電子的至少一個(gè)電極。

4.限流器6，其在一個(gè)電極和其相應(yīng)的集電器之間形成電耦接，該限流器具有用于以電阻的方式阻止電流通過的電阻率，并且在分離器形成短路時(shí)，該限流器用于從其耦接到的電極集電器分流電流，并且用于降低兩個(gè)電極之間的內(nèi)部放電的速率。

5.斷流器8，其具有接合配置、脫離配置以及將斷流器從接合配置轉(zhuǎn)變成脫離配置的氣體生成部件，氣體生成部件具有用于生成氣體的觸發(fā)器，該觸發(fā)器選自由溫度觸發(fā)器和電壓觸發(fā)器所組成的群組，能夠安全操作溫度范圍之上激活溫度觸發(fā)器；能夠在安全充電電壓之上激活電壓觸發(fā)器；在接合配置中，斷流器利用層壓連接將一個(gè)電極和其相應(yīng)的集電器電耦接，在脫離配置中，層壓連接變得分層，并且斷流器形成非導(dǎo)電間隙以中斷電極和其相應(yīng)的集電器之間的電耦接，斷流器響應(yīng)于觸發(fā)器通過觸發(fā)氣體生成部件而從接合轉(zhuǎn)變?yōu)槊撾x配置，生成的氣體使層壓連接分層以中斷電極和其相應(yīng)的集電器之間的電耦接，由此限流器和斷流器組合在一起，減小了由分離器短路、電極過充和電極過熱導(dǎo)致的熱失控的風(fēng)險(xiǎn)。

在一些實(shí)施方式中，斷流器由溫度觸發(fā)。

在一些實(shí)施方式中，斷流器包括包含有由溫度觸發(fā)的單個(gè)氣體生成部件的層。

在一些實(shí)施方式中，斷流器由電壓觸發(fā)。

在一些實(shí)施方式中，斷流器包括包含有由電壓觸發(fā)的單個(gè)氣體生成部件的層。

在一些實(shí)施方式中，斷流器由溫度和電壓觸發(fā)。

在一些實(shí)施方式中，斷流器包括包含有由溫度和電壓觸發(fā)的單個(gè)氣體生成部件的層。

在一些實(shí)施方式中，斷流器包括包含有兩個(gè)氣體生成部件的層，其中一個(gè)氣體生成部件由溫度觸發(fā)，而另一個(gè)氣體生成部件由電壓觸發(fā)。

在一些實(shí)施方式中，斷流器可包括包含一個(gè)或多個(gè)無機(jī)氣體生成化合物的層，無機(jī)氣體生成化合物在特定溫度或電壓下產(chǎn)生氣體。

在一些實(shí)施方式中，如圖32中所公開的，無機(jī)氣體生成化合物選自下述物質(zhì)構(gòu)成的群組：caco3、la2(co3)3、na2so3、znco3zn(oh)2、cuco3cu(oh)2和cu(no3)2。

在一些實(shí)施方式中，斷流器可包括包含一個(gè)或多個(gè)有機(jī)氣體生成化合物的層，有機(jī)氣體生成化合物在特定溫度或電壓下產(chǎn)生氣體。

在一些實(shí)施方式中，如圖34中所公開的，有機(jī)氣體生成化合物選自下述物質(zhì)構(gòu)成的群組：carbopol、ai-50、cmc和pvdf。

在一些實(shí)施方式中，斷流器可包括包含無機(jī)和有機(jī)氣體生成化合物的組合的層，無機(jī)和有機(jī)氣體生成化合物在特定溫度或電壓下產(chǎn)生氣體。

在改進(jìn)的高能量密度可充電電池的一些實(shí)施方式中，限流器和斷流器被同時(shí)結(jié)合到保護(hù)層中，該保護(hù)層通過層壓被插入到相同電極和集電器之間，如圖1a、1c和2a所公開的。

在改進(jìn)的高能量密度可充電電池的一些實(shí)施方式中，限流器和由溫度和電壓觸發(fā)的斷流器被同時(shí)結(jié)合到保護(hù)層中，該保護(hù)層通過層壓被插入到相同電極和集電器之間，如圖3a所公開的。

在一些實(shí)施方式中，改進(jìn)的高能量密度可充電電池是這樣的類型：具有兩個(gè)集電器，包括第一集電器和第二集電器，兩個(gè)電極包括第一電極和第二電極，所述改進(jìn)的特征在于，其中：

限流器和斷流器被同時(shí)結(jié)合到第一保護(hù)層中，該第一保護(hù)層通過層壓插入在第一電極和第一集電器之間；及

限流器和斷流器被同時(shí)結(jié)合到第二保護(hù)層中，該第二保護(hù)層通過層壓插入在第二電極和第二集電器之間，

如圖1e所公開。

在一些實(shí)施方式中，改進(jìn)的高能量密度可充電電池是這樣的類型：具有兩個(gè)集電器，包括第一集電器和第二集電器，兩個(gè)電極包括第一電極和第二電極，所述改進(jìn)的特征在于，其中：

限流器和斷流器被同時(shí)結(jié)合到第一保護(hù)層中，該第一保護(hù)層通過層壓插入在第一電極和第一集電器之間；及

限流器和斷流器被同時(shí)結(jié)合到第二保護(hù)層中，該第二保護(hù)層通過層壓插入在第二電極和分離器之間，

如圖1f所公開。

在一些實(shí)施方式中，改進(jìn)的高能量密度可充電電池是這樣的類型：具有兩個(gè)集電器，包括第一集電器和第二集電器，兩個(gè)電極包括第一電極和第二電極，所述改進(jìn)的特征在于，其中：

限流器和斷流器被同時(shí)結(jié)合到第一保護(hù)層中，該第一保護(hù)層通過層壓插入在第一電極和分離器之間；及

限流器和斷流器被同時(shí)結(jié)合到第二保護(hù)層中，該第二保護(hù)層通過層壓插入在第二電極和第二集電器之間，

如圖1g所公開。

在一些實(shí)施方式中，改進(jìn)的高能量密度可充電電池是這樣的類型：具有兩個(gè)集電器，包括第一集電器和第二集電器，兩個(gè)電極包括第一電極和第二電極，并且第一電極包括第一部分和第二部分，第一電極的第二部分插入到第一電極的第一部分和第一集電器之間，所述改進(jìn)的特征還在于，其中：

1.限流器層疊在第一電極的第一部分和第一電極的第二部分之間；并且

2.斷流器層疊在第一電極的第二部分和第一集電器之間。

在一些實(shí)施方式中，改進(jìn)的高能量密度可充電電池是這樣的類型：具有兩個(gè)集電器，包括第一集電器和第二集電器，兩個(gè)電極包括第一電極和第二電極，并且第一電極包括第一部分和第二部分，第一電極的第二部分插入到第一電極的第一部分和第一集電器之間，所述改進(jìn)的特征還在于，其中：限流器和斷流器被同時(shí)結(jié)合到保護(hù)層中，該保護(hù)層通過層壓而被插入到第一電極的第一部分和第二部分之間，如圖1b和2b所公開。

在一些實(shí)施方式中，改進(jìn)的高能量密度可充電電池是這樣的類型：具有兩個(gè)集電器，包括第一集電器和第二集電器，兩個(gè)電極包括第一電極和第二電極，并且第一電極包括第一部分和第二部分，第一電極的第二部分插入到第一電極的第一部分和第一集電器之間，所述改進(jìn)的特征還在于，其中：限流器和由溫度和電壓觸發(fā)的斷流器被同時(shí)結(jié)合到保護(hù)層中，該保護(hù)層通過層壓而被插入到第一電極的第一部分和第二部分之間，如圖3b所公開。

在一些實(shí)施方式中，改進(jìn)的高能量密度可充電電池是這樣的類型：具有兩個(gè)集電器，包括第一集電器和第二集電器，兩個(gè)電極包括第一電極和第二電極，并且第二電極包括第一部分和第二部分，第二電極的第一部分插入到第二電極的第二部分和第二集電器之間，所述改進(jìn)的特征還在于，其中：

1.限流器層疊在第二電極的第一部分和第二電極的第二部分之間；并且

2.斷流器層疊在第二電極的第二部分和第二集電器之間。

在一些實(shí)施方式中，改進(jìn)的高能量密度可充電電池是這樣的類型：具有兩個(gè)集電器，包括第一集電器和第二集電器，兩個(gè)電極包括第一電極和第二電極，并且第二電極包括第一部分和第二部分，第二電極的第一部分插入到第二電極的第二部分和第二集電器之間，所述改進(jìn)的特征還在于，其中：

1.斷流器層疊在第二電極的第一部分和第二電極的第二部分之間；并且

2.限流器層疊在第二電極的第二部分和第二集電器之間。

在一些實(shí)施方式中，改進(jìn)的高能量密度可充電電池是這樣的類型：具有兩個(gè)集電器，包括第一集電器和第二集電器，兩個(gè)電極包括第一電極和第二電極，并且第一電極包括第一部分和第二部分，第二電極的第一部分插入到第二電極的第二部分和第二集電器之間，所述改進(jìn)的特征還在于，其中：限流器和斷流器被同時(shí)結(jié)合到保護(hù)層中，該保護(hù)層通過層壓而被插入到第二電極的第一部分和第二部分之間，如圖1d所公開。

在一些實(shí)施方式中，改進(jìn)的高能量密度可充電電池是這樣的類型：具有兩個(gè)集電器，包括第一集電器和第二集電器，兩個(gè)電極包括第一電極和第二電極，并且第一電極包括第一部分和第二部分，第一電極的第二部分插入到第一電極的第一部分和第一集電器之間，所述改進(jìn)的特征還在于，其中：

1.限流器層疊在第一電極的第二部分和第一集電器之間；并且

2.斷流器層疊在第一電極的第一部分和第一電極的第二部分之間。

在一些實(shí)施方式中，改進(jìn)的高能量密度可充電電池是這樣的類型：具有兩個(gè)集電器，包括第一集電器和第二集電器，并且兩個(gè)電極包括第一電極和第二電極，所述改進(jìn)的特征在于，其中：

1.限流器層疊在第一電極和第一集電器之間；并且

2.斷流器層疊在第二電極和第二集電器之間。

在一些實(shí)施方式中，改進(jìn)的高能量密度可充電電池是這樣一種類型：其中每個(gè)電極均具有安全操作的溫度范圍和其中的內(nèi)部電阻率，所述改進(jìn)的特征還在于，其中，限流器的電阻率大于在安全操作的溫度范圍內(nèi)與限流器一起層疊的電極的內(nèi)部電阻率。

在高能量密度可充電電池的一些實(shí)施方式中，所述改進(jìn)的特征還在于，其中限流器在安全操作的溫度范圍內(nèi)的溫度時(shí)沒有電阻率轉(zhuǎn)變切換。

在一些實(shí)施方式中，改進(jìn)的高能量密度可充電電池是這樣的類型：其中每個(gè)電極具有標(biāo)準(zhǔn)操作的溫度范圍，所述改進(jìn)的特征還在于，其中，限流器具有電阻率轉(zhuǎn)變，其中，其在標(biāo)準(zhǔn)操作的溫度范圍內(nèi)具有小于電極的內(nèi)部電阻率的電阻率，并且在標(biāo)準(zhǔn)操作的溫度范圍之上具有大于電極的內(nèi)部電阻率的電阻率。

在一些實(shí)施方式中，改進(jìn)的高能量密度可充電電池是這樣的類型：其中每個(gè)電極具有標(biāo)準(zhǔn)操作的溫度范圍，所述改進(jìn)的特征還在于，其中，斷流器由標(biāo)準(zhǔn)操作的溫度范圍之上的溫度激活。

在一些實(shí)施方式中，改進(jìn)的高能量密度可充電電池是這樣的類型：其中每個(gè)電極具有標(biāo)準(zhǔn)操作的溫度范圍和安全操作的溫度范圍，所述改進(jìn)的特征還在于，其中，斷流器由標(biāo)準(zhǔn)操作的溫度范圍之上并且安全操作的溫度范圍之內(nèi)的溫度激活。

在一些實(shí)施方式中，改進(jìn)的高能量密度可充電電池是這樣一種類型：其中每個(gè)電極均具有安全操作的溫度范圍內(nèi)的內(nèi)部電阻率，所述改進(jìn)的特征還在于，其中，限流器的電阻率大于在安全操作的溫度范圍內(nèi)與限流器一起層疊的電極的內(nèi)部電阻率。

在改進(jìn)的高能量密度可充電電池的一些實(shí)施方式中，所述改進(jìn)的特征還在于，其中，限流器和斷流器被同時(shí)結(jié)合到保護(hù)層中，該保護(hù)層通過層壓被插入到相同電極和集電器之間。

在一些實(shí)施方式中，改進(jìn)的高能量密度可充電電池是這樣的類型：其中每個(gè)電極具有標(biāo)準(zhǔn)操作的電壓范圍，所述改進(jìn)的特征還在于，其中，斷流器由標(biāo)準(zhǔn)操作的電壓范圍之上的電壓激活。

在一些實(shí)施方式中，改進(jìn)的高能量密度可充電電池是這樣的類型：其中每個(gè)電極具有標(biāo)準(zhǔn)操作的電壓范圍和安全操作的電壓范圍，所述改進(jìn)的特征還在于，其中，斷流器由標(biāo)準(zhǔn)操作的溫度范圍之上并且安全操作的電壓范圍之內(nèi)的電壓激活。

在改進(jìn)的高能量密度可充電電池的一些實(shí)施方式中，所述改進(jìn)的特征還在于，其中，限流器和斷流器被同時(shí)結(jié)合到保護(hù)層中，該保護(hù)層通過層壓被插入到相同電極和集電器之間。

本公開的其他實(shí)施方式包括改進(jìn)類型的高能量密度可充電電池，其包括極性相反的兩個(gè)電極，分離兩個(gè)電極的分離器，以及電耦接至一個(gè)電極的至少一個(gè)集電器，分離器防止兩個(gè)電極之間的內(nèi)部放電，分離器的故障潛在地導(dǎo)致兩個(gè)電極之間的內(nèi)部放電(如圖6a-b和圖7a-b所示)，內(nèi)部放電導(dǎo)致潛在危險(xiǎn)的焦耳熱的生成，所述改進(jìn)包括：

1.可熱激活的斷流器以及可電壓激活的斷流器，其中，可熱激活的斷流器通過層壓而層疊在一個(gè)集電器和一個(gè)電極之間，可熱激活的斷流器在未激活時(shí)將集電器電耦接到與之一起層疊的電極上，斷流器在激活時(shí)從集電器分層以形成非導(dǎo)電間隙，從而將集電器從與之一起層疊的電極電脫離(如圖6c-d和圖7c-d所示)，電脫離減慢了在分離器故障時(shí)兩個(gè)電極之間的內(nèi)部放電的速率；

2.可電壓激活的斷流器通過層壓而層疊在一個(gè)集電器和一個(gè)電極之間，可電壓激活的斷流器在未激活時(shí)將集電器電耦接到與之一起層疊的電極上，斷流器在激活時(shí)從集電器分層以形成非導(dǎo)電間隙，從而將集電器從與之一起層疊的電極電脫離，電脫離減慢了在分離器故障時(shí)兩個(gè)電極之間的內(nèi)部放電的速率(如圖6c-d和圖7c-d所示)；

由此，熱激活的斷流器或電壓激活的斷流器在分離器故障時(shí)的激活減慢了焦耳熱的生成，從而減小了潛在的危險(xiǎn)。

本公開的一些實(shí)施方式包括避免遭受由于分離器故障的內(nèi)部放電的高能量密度可充電電池內(nèi)的熱失控的方法，該方法包括通過從插入在電極和集電器之間的斷流層內(nèi)的熱敏氣體生成材料生成氣體而將電池內(nèi)的電極從其集電器分層，該分層將電極從其集電器電脫離，從而減慢了內(nèi)部放電的速率。

本公開的一些實(shí)施方式包括用于避免處于遭受由于電壓過充而導(dǎo)致的分離器故障的風(fēng)險(xiǎn)(如圖7a-b所示)的高能量密度可充電電池內(nèi)的熱失控的方法，該方法包括通過從插入在電極和集電器之間的斷流層內(nèi)的電壓敏感氣體生成材料生成氣體而將電池內(nèi)的電極從其集電器分層，該分層將電極從其集電器電脫離，從而中斷了電壓過充(如圖7c-d所示)。

下述縮寫具有所表示的含義：

-934＝lubrizoladvancedmaterials公司所供應(yīng)的交聯(lián)聚丙烯酸酯聚合物；

cmc＝羧甲基纖維素

cmc-dn-800h＝羧甲基基團(tuán)的鈉鹽由銨基取代的cmc(由daicelfinechem有限公司供應(yīng))

mcmb＝中間相炭微球

nmc＝鎳錳鈷

nmp＝n-甲基吡咯烷酮

ptc＝正溫度系數(shù)

pvdf＝聚偏二氟乙烯

sbr＝丁苯橡膠

＝timcal供應(yīng)的導(dǎo)電碳黑

4000tf的水溶性類似物

4000tf＝純樹脂聚酰胺-酰亞胺(pai)精細(xì)粉末

電阻層和電極活性層的制備與電池電芯組件一起在下文中描述。

下文是制備電阻層(第一層)的一般程：。

i.將粘合劑溶解在適當(dāng)?shù)娜軇┲小?/p>

ii.將導(dǎo)電添加劑和陶瓷粉末添加到粘合劑溶液中以形成漿液。

iii.將步驟ii中獲得的懸浮液涂覆在金屬箔的表面，并且隨后使其干燥以在箔的表面上形成電阻層。

下文是電極制備的一般程序(在第一層的頂上):

i.將粘合劑溶解在適當(dāng)?shù)娜軇┲小?/p>

ii.將導(dǎo)電添加劑添加到粘合劑溶液中以形成懸浮液。

iii.將陰極或陽極材料放入步驟v中獲得的懸浮液中，并且使其混合以形成用于電極涂層的懸浮液。

iv.將步驟vi中獲得的電極懸浮液涂覆在步驟

iii中獲得的層的表面上。

v.將電極壓縮到設(shè)計(jì)厚度。

下文是電芯組件的一般程序：

i.將正極以125℃干燥10小時(shí)，并且將負(fù)極以140℃干燥10小時(shí)。

ii.將電極沖壓成具有電極片(electrodetab)的零件。

iii.層壓正極和負(fù)極，其中分離器作為中間層。

iv.將步驟xi中獲得的平的凝膠卷放入鋁復(fù)合材料袋中。

下文是對如本文所述的電池電芯進(jìn)行如圖21所示的沖擊測試的一般步驟。

i.以2a和4.2v對電芯充電3小時(shí)。

ii.將電芯放置到硬質(zhì)平坦表面(例如混凝土)上。

iii.利用高溫膠帶將熱電耦附接到電芯的表面，并且將正電極片和負(fù)電極片連接到電壓計(jì)。

iv.將鋼棒(直徑為15.8mm±0.1mm，長度為大約70mm)放置在其側(cè)部，跨越過電芯的中心。

v.將9.1±0.46kg的鋼塊(直徑為75mm，高度為290mm)懸吊在電芯上方610±25mm的高度。

vi.使用容納管(內(nèi)部直徑為8cm)引導(dǎo)鋼塊，釋放鋼塊穿過管，并且允許其自由地落在位于電芯表面上的鋼棒上，從而導(dǎo)致分離器被破壞，同時(shí)記錄溫度。

vii.使鋼棒和鋼塊留在電芯的表面上，直到電芯溫度穩(wěn)定到接近室溫。

viii.終止測試。

下文是執(zhí)行過充測試的一般步驟。

i.以2a和4.2v對電芯充電3小時(shí)。

ii.將充電的電芯放置到室溫溫控箱中。

iii.將電芯連接到(hewlett-packard制造的)電源。

iv.將電源上的電壓和電流設(shè)置為12v和2a。

v.打開電源以啟動過充測試，同時(shí)記錄溫度和電壓。

vi.當(dāng)電芯溫度下降并且穩(wěn)定成接近室溫時(shí)，測試終止。

下文是執(zhí)行電阻測量測試的一般步驟。

i.將具有耳片的一個(gè)方形銅箔(4.2x2.8cm)放置到金屬板(～12x～8cm)。隨后切一片熱膠帶，并且小心地覆蓋方形銅箔。

ii.以略微大于銅紙的尺寸切割一片電極。將電極放置在銅箔上。

iii.將具有耳片的另一銅箔(4.2x2.8cm)放置在電極表面上，以之重復(fù)步驟i-ii。

iv.在此時(shí)，將它們小心的放到一起，并且使用高溫膠帶覆蓋它們，并且除去任何氣泡。

v.在兩個(gè)耳片上切出“v”形金屬片。

vi.將完成的條帶附接到金屬夾，并且擰緊螺絲。確定螺絲擰緊。

vii.將耳片附接到batteryhitester(hiokiusa公司生產(chǎn))的連接器，以測量電阻，從而確保已經(jīng)為測量進(jìn)行了良好的采樣。

viii.將金屬夾放在溫控箱內(nèi)，將“v”形耳片連接到連接器，并且隨后擰緊螺絲。將熱電偶粘到金屬夾上。

ix.將batteryhitester附接到來自溫控箱的線上。不要混淆了正極引線和負(fù)極引線。

x.關(guān)閉溫控箱，并且將溫度以每分鐘4℃的速率設(shè)置到200℃，并且開始測試。每15秒記錄一次數(shù)據(jù)。

xi.當(dāng)金屬夾和溫控箱剛好達(dá)到200℃之上時(shí)，停止記錄數(shù)據(jù)。

xii.關(guān)閉溫控箱以及batteryhitester。

xiii.終止測試。

下文是執(zhí)行循環(huán)壽命程序的一般步驟。

i.靜置5分鐘。

ii.以1a放電至2.8v。

iii.靜置20分鐘。

iv.以0.7a充電至4.2v，持續(xù)270分鐘。

v.靜置10分鐘。

vi.以0.7a放電至2.8v。

vii.靜置10分鐘。

viii.重復(fù)步驟iii至vii100次。

ix.終止測試。

下文是測試以1a、3a、6a和10a放電的具有電阻層的電池電芯的一般步驟。在每個(gè)測試中，在具有受控、恒定的溫度(例如50℃)的室中測試電池電芯。

i.靜置5分鐘。

ii.以1a放電至2.8v。

iii.靜置20分鐘。

iv.以0.7a充電至4.2v，持續(xù)270分鐘。

v.靜置10分鐘。

vi.以1a放電至2.8v。

vii.靜置10分鐘。

viii.以0.7a充電至4.2v，持續(xù)270分鐘。

ix.靜置10分鐘。

x.以3a放電至2.8v。

xi.以0.7a充電至4.2v，持續(xù)270分鐘。

xii.靜置10分鐘。

xiii.以6a放電至2.8v。

xiv.以0.7a充電至4.2v，持續(xù)270分鐘。

xv.靜置10分鐘。

xvi.以10a放電至2.8v。

xvii.靜置10分鐘。

xviii.終止測試。

定義

除非另有限定，本文所使用的所有技術(shù)和科學(xué)術(shù)語具有本公開所屬領(lǐng)域的技術(shù)人員一般理解的相同含義。如果對于本文的術(shù)語有多個(gè)定義，除非另有說明，以本部分中的定義為準(zhǔn)。

如本文所使用的，“高能量密度可充電(hedr)電池”是指每單位重量能夠存儲相對大量的電能(大約50w-hr/kg或更大)、被設(shè)計(jì)為再使用、并且能夠在重復(fù)使用后被再充電的電池。hedr電池的非限制性實(shí)例包括金屬離子電池和金屬電池。

如本文所使用的，“金屬離子電池”意指金屬離子在放電期間從負(fù)極遷移到正極而在充電時(shí)返回的任何種類的可充電電池。金屬離子電池的非限制性實(shí)例包括鋰離子、鋁離子、鉀離子、鈉離子、鎂離子以及其他離子。

如本文所使用的，“金屬電池”意指陽極為金屬或金屬合金的任何可充電電池類型。陽極可以是固體或液體。金屬離子在放電期間從負(fù)極遷移到正極，而在充電時(shí)返回。金屬電池的非限制性實(shí)例包括：m-s，m-nicl2，m-v2o5，m-ag2vp2o8，m-tis2，m-tio2，m-mno2，m-mo3s4，m-mos6se2，m-mos2，m-mgcosio4，m-mg1.03mn0.97sio4以及其他，其中m＝li，na，k，mg，al或zn。

如本文所使用的，“鋰離子電池”意指鋰離子在放電期間從負(fù)極遷移到正極而在充電時(shí)返回的任何種類的可充電電池。鋰離子電池的非限制性實(shí)例包括鋰鈷氧化物(licoo2)，磷酸鐵鋰(lifepo4)，磷酸鋰鈷(licopo4)，諸如(limno3)x(limo2)(m＝ni，co，mn)的富鋰層狀氧化物，橄欖石，limsio4(m＝鐵，鈷，鎳和釩)；鋰錳氧化物(limn2o4)，鋰鎳氧化物(linio2)，鋰鎳錳鈷氧化物(linimncoo2)，鋰鎳鈷鋁氧化物(linicoalo2)，鈦酸鋰(li4ti5o12)，鋰二氧化鈦，鋰/石墨烯，鋰氧化物涂層的硫化物，鋰硫化物，鋰-羥基茜草素等。鋰離子電池也可以具有各種陽極，包括硅碳納米復(fù)合材料等。鋰離子電池可以是各種形狀，包括小圓柱形(不具有端子的固體主體)、大圓柱形(具有大螺紋端子的固體主體)、棱柱形(具有大螺紋端子的半硬質(zhì)塑料殼)以及袋狀(軟、平的主體)。鋰聚合物電池可以位于軟的包裝或袋中。這些電池中的電解質(zhì)可以是液態(tài)電解質(zhì)(例如基于碳酸鹽的或離子的)、固態(tài)電解質(zhì)、基于聚合物的電解質(zhì)或這些電解質(zhì)的混合物。

如如本文所使用的，“鋁離子電池”意指鋁離子在放電期間從負(fù)極遷移到正極而在充電時(shí)返回的任何種類的可充電電池。鋁離子電池的非限制性實(shí)例包括alnm2(xo4)3，其中，x＝si，p，s，mo，as等等；并且m＝fe，ca，mg，v，cr等；鋁過渡金屬氧化物(alxmo2其中m＝fe，mn，ni，mo，co，cr，ti，v等)，例如alx(v4o8)，alxnis2，alxfes2，alxvs2和alxws2等等。

如如本文所使用的，“鉀離子電池”意指鉀離子在放電期間從負(fù)極遷移到正極而在充電時(shí)返回的任何種類的可充電電池。鉀離子電池的非限制性實(shí)例包括knm2(xo4)3，其中，x＝si，p，s，mo，as等；并且m＝fe，ca，mg，v，cr等；鉀過渡金屬氧化物(kmo2，其中m＝fe，mn，ni，mo，co，cr，ti，v等)等等。

如如本文所使用的，“鈉離子電池”意指鈉離子在放電期間從負(fù)極遷移到正極而在充電時(shí)返回的任何種類的可充電電池。鈉離子電池的非限制性實(shí)例包括nanm2(xo4)3，其中x＝si，p，s，mo，as等；并且m＝fe，ca，mg，v，cr等；nav1-xcrxpo4f，navpo4f，na4fe3(po4)2(p2o7)，na2fepo4f，na2fep2o7，na2/3[fe1/2mn1/2]o2，na(ni1/3fe1/3mn1/3)o2，natis2，nafef3；鈉過渡金屬氧化物(namo2，其中m＝fe，mn，ni，mo，co，cr，ti，v等)，例如na2/3[fe1/2mn1/2]o2，na(ni1/3fe1/3mn1/3)o2，naxmo2o4，nafeo2，na0.7coo2，nacro2，namno2，na0.44mno2，na0.7mno2，na0.7mno2.25，na2/3mn2/3ni1/3o2，na0.61ti0.48mn0.52o2；釩氧化物，例如na1+xv3o8，naxv2o5，以及naxvo2(x＝0.7，1)；等等。

如如本文所使用的，“鎂離子電池”意指鎂離子在放電期間從負(fù)極遷移到正極而在充電時(shí)返回的任何種類的可充電電池。鎂離子電池的非限制性實(shí)例包括mgnm2(xo4)3，其中x＝si，p，s，mo，as等；并且m＝fe，ca，mg，v，cr等等；鎂過渡金屬氧化物(mgmo2，其中m＝fe，mn，ni，mo，co，cr，ti，v等)等等。

如如本文所使用的，“硅離子電池”意指硅離子在放電期間從負(fù)極遷移到正極而在充電時(shí)返回的任何種類的可充電電池。硅離子電池的非限制性實(shí)例包括sinm2(xo4)3，其中x＝si，p，s，mo，as等；并且m＝fe，ca，mg，v，cr等等；硅過渡金屬氧化物(simo2，其中m＝fe，mn，ni，mo，co，cr，ti，v等)等等。

如本文所使用的，“粘合劑”意指給機(jī)械粘合和延展性提供對大體積改變的無盡耐受性的任何材料。粘合劑的非限制性實(shí)例包括：苯乙烯丁二烯橡膠(sbr)基粘合劑，聚偏二氟乙烯(pvdf)基粘合劑，羧甲基纖維素(cmc)基粘合劑，聚(丙烯酸)(paa)基粘合劑，聚乙烯酸(pva)基粘合劑，聚(乙烯基吡咯烷酮)(pvp)基粘合劑等等。

如本文所使用的，“導(dǎo)電添加劑”意指增加材料的導(dǎo)電性的任何物質(zhì)。導(dǎo)電添加劑的非限制性實(shí)例包括：碳黑添加劑，石墨非水超細(xì)碳(ufc)懸浮液，碳納米管復(fù)合材料(cnt)添加劑(單壁和多壁)，碳納米洋蔥(cno)添加劑，基于石墨烯的添加劑，還原型氧化石墨烯(rgo)，導(dǎo)電乙炔黑(ab)，導(dǎo)電聚(3-甲基噻吩)(pmt)，單纖維鎳粉添加劑，鋁粉，電化學(xué)活性氧化物(如鋰鎳錳鈷氧化物)等等。

如本文所使用的，“金屬箔”意指在高電壓下穩(wěn)定的任何金屬箔。金屬箔的非限制性實(shí)例包括：鋁箔，銅箔，鈦箔，鋼箔，納碳碳紙，石墨烯紙，碳纖維板等等。

如本文所使用的，“陶瓷粉末”意指未燒結(jié)的(fired)任何電絕緣體或電導(dǎo)體。陶瓷粉末的非限制性實(shí)例包括：鈦酸鋇(batio3)，鈦酸鋇鋯，鈦酸鍶(srtio3)，鈦酸鈣(catio3)，鈦酸鎂(mgtio3)，鈦酸鈣鎂，鈦酸鋅(zntio3)，鈦酸鑭(latio3)和鈦酸釹(nd2ti2o7)，鋯酸鋇(bazro3)，鋯酸鈣(cazro3)，鈮酸鉛鎂，鈮酸鉛鋅，鈮酸鋰(linbo3)，錫酸鋇(basno3)，錫酸鈣(casno3)，硅酸鎂鋁，硅酸鈉(nasio3)，鎂硅酸鹽(mgsio3)，鉭酸鋇(bata2o6)，氧化鈮，鈦酸鋯錫，二氧化硅(sio2)，氧化鋁(al2o3)，二氧化鈦(tio2)等等。

如本文所使用的，“氣體發(fā)生器材料”是指在高溫度或高壓下分解以產(chǎn)生氣體的任何材料，氣體要么源自氣體生成器材料，要么間接來源于氣體生成器材料所產(chǎn)生的分解產(chǎn)物與包含在電池內(nèi)的其他材料的反應(yīng)(例如，電解質(zhì)和電極)。氣體發(fā)生器材料的非限制性實(shí)例包括：無機(jī)碳酸鹽，例如mn(co3)m，mn(so3)m，mn(no3)m，¹mn²mn(co3)m，nasio3*h2o，cuco3cu(oh)2等；以及有機(jī)碳酸鹽，例如聚甲基丙烯酸類[-ch2-c(ch3)(coom)-]p和聚丙烯酸酯鹽[-ch2-ch(coom)-]p等，其中，m，¹m，²m獨(dú)立地選自下述元素組成的群組：ba，ca，cd，co，cu，fe，k，li，mg，mn，na，ni，pb，sr和zn；n為1-3，而m為1-4。在一些實(shí)施方式中，m獨(dú)立地選自由銨離子、吡啶離子和季銨離子。在一些實(shí)施方式中，氣體生成器材料可以分解以產(chǎn)生液體(例如水)。液體可以與電池內(nèi)含有的其他材料反應(yīng)以形成氣體，并且該氣體將使電極分層(例如，水與電解質(zhì)[lifp6]反應(yīng)以形成氣態(tài)hf，并且與負(fù)極的鋰反應(yīng)以形成氫氣(h2))。如果電芯的溫度超過液體的汽化溫度，則液體也可能經(jīng)歷相態(tài)轉(zhuǎn)變，以形成氣體，并且該氣體也可以使電極分層。

通過thank-metal有限公司生產(chǎn)的自動涂覆機(jī)器(小型涂覆機(jī)，型號3r250w-2d)將層涂覆在金屬箔上。隨后使用北京七星華創(chuàng)電子有限公司生產(chǎn)的壓光機(jī)(型號x15-300-1-dz)將層壓縮到期望厚度。

實(shí)例

下文將利用實(shí)例更詳細(xì)地描述本公開，但本公開不限下文示出的實(shí)例。

實(shí)例1

下文描述了基線電極、正負(fù)電極以及完成的電芯#1的制備，以在電阻測量，50℃時(shí)的放電能力測試，沖擊測試以及循環(huán)壽命測試中進(jìn)行評估。

a)pos1a的制備，其作為正極制備的實(shí)例。

i)將pvdf(21.6g)溶解到nmp(250g)；ii)添加碳黑(18g)并以6500rpm混合15分鐘；iii)將lini0.5mn0.3co0.2o2(nmc)(560.4g)添加到步驟ii獲得的漿液中，并且以6500rpm混合30分鐘以形成可流動漿液；iv)添加一些nmp以進(jìn)行粘度調(diào)節(jié)；v)使用自動涂覆機(jī)器將該漿液涂覆到15pm鋁箔上，其中，第一加熱區(qū)被設(shè)置到大約80℃，并且第二加熱區(qū)被設(shè)置到大約130℃以蒸發(fā)掉nmp。最終干燥的干固體負(fù)載(loading)大約為15.55mg/cm²。正極層隨后被壓縮到大約117μm的厚度。此處制得的電極被視為針對標(biāo)準(zhǔn)石墨電極的零電壓，并且被用于0v情況下和溫度相關(guān)的阻抗測量，并且是用于電芯組件的干電極。

b)neg2a的制備，其作為負(fù)極制備的實(shí)例。

i)將cmc(5.2g)溶解到去離子水(～300g)中；ii)添加碳黑(8.4g)并以6500rpm混合15分鐘；iii)將負(fù)極活性石墨(jfe化學(xué)公司；石墨化中微相碳微珠(mcmb))和合成石墨(timcal)(總計(jì)378.4g)添加到步驟ii獲得的漿液中，并且以6500rpm混合30分鐘以形成可流動漿液；iv)將sbr(懸浮在水中的固體含量為50％)(16.8g)添加到步驟iii中形成的漿液中，并且以6500rpm混合5分鐘；v)粘度被調(diào)節(jié)成用于順滑的涂覆；vi)使用自動涂覆機(jī)器將該漿液涂覆到9μm厚的銅箔上，其中，第一加熱區(qū)被設(shè)置到大約70℃，并且第二加熱區(qū)被設(shè)置到大約100℃以蒸發(fā)掉水。最終干燥的干固體負(fù)載大約為9.14mg/cm²。負(fù)極層隨后被壓縮到大約117μm的厚度。制得的負(fù)極被用于電芯組件的干電極。

c)用于評估的電芯的制備。

i)電極被沖壓成具有電極片的零件；ii)以125℃干燥正電極10小時(shí)，并且以140℃干燥負(fù)電極10小時(shí)；iii)層壓正負(fù)電極，其中分離器作為中間層；iv)步驟iii中制得的凝膠卷被平鋪到鋁復(fù)合袋上；v)在70℃的真空箱中干燥步驟iv中獲得的袋；vi)用包含有機(jī)碳酸鹽基的電解質(zhì)lipf6填充步驟v獲得的袋；vii)密封步驟vi中獲得的袋；ix)靜置16小時(shí)；ix)以c/20的速率將電芯充電到4.2v，持續(xù)5小時(shí)，并且隨后以0.5c的速率將其充電至4.2v，持續(xù)2小時(shí)，隨后靜置20分鐘，隨后以0.5c的速率放電至2.8v。在真空下，刺穿電芯以釋放任何氣體，并且隨后重新密封。此處制得的電芯用于評級和其他測試，例如50℃時(shí)的放電能力測試，沖擊測試，循環(huán)壽命測試等等。

圖15呈現(xiàn)了通過利用3.6v檢驗(yàn)電芯而獲得的正極電阻與溫度增加的關(guān)系。阻值下降了大約十倍。圖18示出了在1、3、6、10a的放電電流時(shí)的放電容量。圖20列出了在1khz時(shí)的電芯阻抗，以及在1a、3a、6a和10a時(shí)的容量，以及在3、6、10a時(shí)的容量與在1a時(shí)的容量的比。圖22示出了在沖擊測試期間的電芯溫度曲線。圖23小結(jié)了在沖擊測試中的電芯最大溫度。在沖擊測試期間，電芯著火。圖25示出了在12v/2a過充測試期間的電芯的電壓和溫度曲線。在過充測試期間(圖28)，電芯著火。

實(shí)例2

下文描述了基于caco3的氣體發(fā)生器和電阻層、正負(fù)電極以及完成的電芯#3的制備，以在電阻測量，50℃時(shí)的放電能力測試，沖擊測試，過充以及循環(huán)壽命測試中進(jìn)行評估。

a)作為氣體發(fā)生器和電阻層(第一層)的實(shí)例的正pos3b的制備。

i)將(0.8g)溶解到nmp(10g)；ii)將pvdf(4.8g)溶解到nmp(～70g))中；iii)混合步驟i和ii中制備的溶液，并且隨后添加碳黑(0.32g)，并以6500rpm混合10分鐘；iv)將納米caco3粉末(34.08g)添加到步驟iii獲得的溶液中，并且以6500rpm混合20分鐘以形成可流動漿液；v)使用自動涂覆機(jī)器將該漿液涂覆到15μm厚的鋁箔上，其中，第一加熱區(qū)被設(shè)置到大約135℃，并且第二加熱區(qū)被設(shè)置到大約165℃以蒸發(fā)掉nmp。最終干燥的干固體負(fù)載大約為1mg/cm²。

b)pos3a的制備，其作為正極制備(第二層)的實(shí)例。

i)將pvdf(21.6g)溶解到nmp(250g)；ii)添加碳黑(18g)并以6500rpm混合15分鐘；iii)將lini1/3co1/3mn1/3o2(nmc)(560.4g)添加到步驟ii獲得的漿液中，并且以6500rpm混合30分鐘以形成可流動漿液；iv)添加一些nmp以進(jìn)行粘度調(diào)節(jié)；v)使用自動涂覆機(jī)器將該漿液涂覆到pos3b(實(shí)例2a)上，其中，第一加熱區(qū)被設(shè)置到大約85℃，并且第二加熱區(qū)被設(shè)置到大約135℃以蒸發(fā)掉nmp。最終干燥的干固體負(fù)載大約為19.4mg/cm²。正極層隨后被壓縮到大約153μm的厚度。此處制得的電極被視為針對標(biāo)準(zhǔn)石墨電極的零電壓，并且被用于0v時(shí)和溫度相關(guān)的阻抗測量。

c)neg3a的制備，其作為負(fù)極制備的實(shí)例。

i)將cmc(13g)溶解到去離子水(～1000g)中；ii)添加碳黑(20g)并以大約6500rpm的速率混合15分鐘；iii)將負(fù)極活性石墨(jfe化學(xué)公司；石墨化中微相碳微珠(mcmb))和合成石墨(timcal)(總計(jì)945.92g)添加到步驟ii獲得的漿液中，并且以6500rpm混合30分鐘以形成可流動漿液；iv)將sbr(懸浮在水中的固體含量為50％)(42g)添加到步驟iii中形成的漿液中，并且以6500rpm混合5分鐘；v)粘度被調(diào)節(jié)成用于順滑的涂覆；vi)使用自動涂覆機(jī)器將該漿液涂覆到9μm厚的銅箔上，其中，第一加熱區(qū)被設(shè)置到大約100℃，并且第二加熱區(qū)被設(shè)置到大約130℃以蒸發(fā)掉水。最終干燥的干固體負(fù)載大約為11.8mg/cm²。負(fù)極層隨后被壓縮到大約159μm的厚度。制得的負(fù)極被用于電芯組件的干電極。

d)用于評估的電芯的制備。

i)電極被沖壓成具有電極片的零件；ii)以125℃干燥正電極10小時(shí)，并且以140℃干燥負(fù)電極10小時(shí)；iii)層壓正負(fù)電極，其中分離器作為中間層；iv)步驟iii中制得的凝膠卷被平鋪到鋁復(fù)合袋中；v)在70℃的真空箱中干燥步驟iv中獲得的袋；vi)用包含有機(jī)碳酸鹽基的電解質(zhì)lipf6填充步驟v獲得的袋；vii)密封步驟vi中獲得的袋；viii)靜置16小時(shí)；ix)以c/50的速率將電芯充電到4.2v，持續(xù)8小時(shí)，并且隨后以0.5c的速率將其充電至4.2v，持續(xù)2小時(shí)，隨后靜置20分鐘，隨后以0.5c的速率放電至2.8v；x)在真空下，刺穿電芯以釋放任何氣體并且隨后重新密封。此處制得的電芯用于評級和其他測試，例如50℃時(shí)的放電能力測試，沖擊測試，循環(huán)壽命測試等等。

圖16呈現(xiàn)了通過利用0、3.6和4.09v檢驗(yàn)電芯而獲得的正極電阻與溫度增加的關(guān)系。阻值隨著溫度的增加而增加，尤其是對于從具有3.66和4v電壓的電芯獲得的正極而言。圖19示出了在1、3和6a的電流并且在50℃時(shí)的放電容量。隨著電流增加，電芯容量大幅下降，這表明電阻層的強(qiáng)大效應(yīng)。圖20列出了在1khz時(shí)的電芯阻抗，以及在1a、3a、6a和10a時(shí)的容量，以及在3、6、10a時(shí)的容量與在1a時(shí)的容量的比。圖26示出了在過充測試期間的過充曲線。圖28概述了在過充測試期間的電芯最大溫度以及在過充測試結(jié)束時(shí)的殘余電流。圖29示出了放電容量與循環(huán)次數(shù)。電芯損耗大約1％的容量，這比基線電芯(2.5％)好大約100％。圖22示出了在沖擊測試期間的電芯溫度曲線。圖23概述了在沖擊測試中的電芯最大溫度。

實(shí)例3

下文描述了基于50％a12o3和50％caco3的氣體發(fā)生器和電阻層、正負(fù)電極以及完成的電芯#4的制備，以在電阻測量，50℃時(shí)的放電能力測試，沖擊測試，過充以及循環(huán)壽命測試中進(jìn)行評估。

a)作為氣體發(fā)生器和電阻層(第一層)的實(shí)例的正pos4b的制備。

i)將(0.8g)溶解到nmp(10g)；ii)將pvdf(4.8g)溶解到nmp(～70g))中；iii)混合步驟i和ii中制備的溶液，并且隨后添加碳黑(0.32g)，并以6500rpm混合10分鐘；iv)將納米caco3粉末(17.04g)和a12o3粉末(17.04g)添加到步驟iii獲得的溶液中，并且以6500rpm混合20分鐘以形成可流動漿液；v)使用自動涂覆機(jī)器將該漿液涂覆到15μm厚的鋁箔上，其中，第一加熱區(qū)被設(shè)置到大約135℃，并且第二加熱區(qū)被設(shè)置到大約165℃以蒸發(fā)掉nmp。最終干燥的干固體負(fù)載大約為1mg/cm²。

b)pos4a的制備，其作為正極制備(第二層)的實(shí)例。

i)將pvdf(21.6g)溶解到nmp(250g)；ii)添加碳黑(18g)并以大約6500rpm的速度混合15分鐘；iii)將lini1/3co1/3mn1/3o2(nmc)(560.4g)添加到步驟ii獲得的漿液中，并且以6500rpm混合30分鐘以形成可流動漿液；iv)添加一些nmp以進(jìn)行粘度調(diào)節(jié)；v)使用自動涂覆機(jī)器將該漿液涂覆到pos4b(實(shí)例3a)上，其中，第一加熱區(qū)被設(shè)置到大約85℃，并且第二加熱區(qū)被設(shè)置到大約135℃以蒸發(fā)掉nmp。最終干燥的干固體負(fù)載大約為19.4mg/cm²。正極層隨后被壓縮到大約153μm的厚度。此處制得的電極被視為針對標(biāo)準(zhǔn)石墨電極的零電壓，并且被用于0v時(shí)和溫度相關(guān)的阻抗測量。

c)neg4a的制備，其作為負(fù)極制備的實(shí)例。

i)將cmc(13g)溶解到去離子水(～1000g)中；ii)添加碳黑(20g)并以6500rpm混合15分鐘；iii)將負(fù)極活性石墨(jfe化學(xué)公司；石墨化中微相碳微珠(mcmb))和合成石墨(timcal))(總計(jì)945.92g)添加到步驟ii獲得的漿液中，并且以6500rpm混合30分鐘以形成可流動漿液；iv)將sbr(懸浮在水中的固體含量為50％)(42g)添加到步驟iii中形成的漿液中，并且以大約6500rpm混合5分鐘；v)粘度被調(diào)節(jié)成用于順滑的涂覆；vi)使用自動涂覆機(jī)器將該漿液涂覆到9μm厚的銅箔上，其中，第一加熱區(qū)被設(shè)置到大約100℃，并且第二加熱區(qū)被設(shè)置到大約130℃以蒸發(fā)掉水。最終干燥的干固體負(fù)載大約為11.8mg/cm²。負(fù)極層隨后被壓縮到大約159μm的厚度。制得的負(fù)極被用于電芯組件的干電極。

d)用于評估的電芯的制備。

i)電極被沖壓成具有電極片的零件；ii)以125℃干燥正電極10小時(shí)，并且以140℃干燥負(fù)電極10小時(shí)；iii)層壓正負(fù)電極，其中分離器作為中間層；iv)步驟iii中制得的凝膠卷被平鋪到鋁復(fù)合袋中；v)在70℃的真空箱中干燥步驟iv中獲得的袋；vi)用包含有機(jī)碳酸鹽基的電解質(zhì)lipf6填充步驟v獲得的袋；vii)密封步驟vi中獲得的袋；viii)靜置16小時(shí)；ix)以c/50的速率將電芯充電到4.2v，持續(xù)8小時(shí)，并且隨后以0.5c的速率將其充電至4.2v，持續(xù)2小時(shí)，隨后靜置20分鐘，隨后以0.5c的速率放電至2.8v；x)在真空下，刺穿電芯以釋放任何氣體并且隨后重新密封。此處制得的電芯用于評級和其他測試，例如50℃時(shí)的放電能力測試，沖擊測試，循環(huán)壽命測試等等。

圖20列出了在1khz時(shí)的電芯阻抗，以及在1a、3a、6a和10a時(shí)的容量，以及在3a、6a和10a時(shí)的容量與在1a時(shí)的容量的比。圖22示出了在沖擊測試期間的電芯溫度曲線。圖23小結(jié)了在沖擊測試中的電芯最大溫度。圖26示出了在12v/2a過充測試期間的電芯電壓的電壓曲線和溫度。圖28小結(jié)了在過充測試中的電芯最大電芯溫度。

實(shí)例4

下文描述了基于a12o3和三硅酸鈉(nasio3)的氣體發(fā)生器和電阻層、正負(fù)電極以及完成的電芯#5的制備，以在電阻測量，50℃時(shí)的放電能力測試，沖擊測試，過充以及循環(huán)壽命測試中進(jìn)行評估。

a)作為氣體發(fā)生器和電阻層(第一層)的實(shí)例的正pos5b的制備。

i)將(0.8g)溶解到nmp(10g)；ii)將pvdf(4.8g)溶解到nmp(60g))中；iii)混合步驟i和ii中制備的溶液，并且隨后添加碳黑(0.32g)，并以6500rpm混合10分鐘；iv)將納米a12o3粉末(17.04g)和nasio3(17.04g)添加到步驟iii獲得的溶液中，并且以6500rpm混合20分鐘以形成可流動漿液；v)使用自動涂覆機(jī)器將該漿液涂覆到15μm厚的鋁箔上，其中，第一加熱區(qū)被設(shè)置到大約135℃，并且第二加熱區(qū)被設(shè)置到大約165℃以蒸發(fā)掉nmp。最終干燥的干固體負(fù)載大約為0.7mg/cm²。

b)pos5a的制備，其作為正極制備(第二層)的實(shí)例。

i)將pvdf(21.6g)溶解到nmp(270g)；ii)添加碳黑(18g)并以大約6500rpm的速度混合15分鐘；iii)將lini1/3co1/3mn1/3o2(nmc)(560.4g)添加到步驟ii獲得的漿液中，并且以大約6500rpm的速度混合30分鐘以形成可流動漿液；iv)添加一些nmp以進(jìn)行粘度調(diào)節(jié)；v)使用自動涂覆機(jī)器將該漿液涂覆到pos5b(實(shí)例4a)上，其中，第一加熱區(qū)被設(shè)置到大約85℃，并且第二加熱區(qū)被設(shè)置到大約135℃以蒸發(fā)掉nmp。最終干燥的干固體負(fù)載大約為19.4mg/cm²。正極層隨后被壓縮到大約153μm的厚度。此處制得的電極被視為針對標(biāo)準(zhǔn)石墨電極的零電壓，并且被用于0v時(shí)和溫度相關(guān)的阻抗測量。

c)neg5a的制備，其作為負(fù)極制備的實(shí)例。

i)將cmc(13g)溶解到去離子水(～1000g)中；ii)添加碳黑(20g)并以大約6500rpm的速率混合15分鐘；iii)將負(fù)極活性石墨(jfe化學(xué)公司；石墨化中微相碳微珠(mcmb))和合成石墨(timcal)(總計(jì)945.92g)添加到步驟ii獲得的漿液中，并且以6500rpm混合30分鐘以形成可流動漿液；iv)將sbr(懸浮在水中的固體含量為50％)(42g)添加到步驟iii中形成的漿液中，并且以6500rpm混合5分鐘；v)粘度被調(diào)節(jié)成用于順滑的涂覆；vi)使用自動涂覆機(jī)器將該漿液涂覆到9μm厚的銅箔上，其中，第一加熱區(qū)被設(shè)置到大約100℃，并且第二加熱區(qū)被設(shè)置到大約130℃以蒸發(fā)掉水。最終干燥的干固體負(fù)載大約為11.8mg/cm²。負(fù)極層隨后被壓縮到大約159μm的厚度。制得的負(fù)極準(zhǔn)備好用于電芯組件的干電極。

d)用于評估的電芯的制備。

i)電極被沖壓成具有電極片的零件；ii)以125℃干燥正電極10小時(shí)，并且以140℃干燥負(fù)電極10小時(shí)；iii)層壓正負(fù)電極，其中分離器作為中間層；iv)步驟iii中制得的凝膠卷被平鋪到鋁復(fù)合袋中；v)在70℃的真空箱中干燥步驟iv中獲得的袋；vi)用包含有機(jī)碳酸鹽基的電解質(zhì)lipf6填充步驟v獲得的袋；vii)密封步驟vi中獲得的袋；viii)靜置16小時(shí)；ix)以c/50的速率將電芯充電到4.2v，持續(xù)8小時(shí)，并且隨后以0.5c的速率將其充電至4.2v，持續(xù)2小時(shí)，隨后靜置20分鐘，隨后以0.5c的速率放電至2.8v。x)在真空下，刺穿電芯以釋放任何氣體并且隨后重新密封。此處制得的電芯用于評級和其他測試，例如50℃時(shí)的放電能力測試，沖擊測試，循環(huán)壽命測試等等。

圖18列出了在1khz時(shí)的電芯阻抗，以及在1a、3a、6a和10a時(shí)的容量，以及在3、6和10a時(shí)的容量與在1a時(shí)的容量的比。圖22示出了在沖擊測試期間的電芯溫度曲線。圖23概述了在沖擊測試中的電芯最大溫度。圖28概述了在12v/2a過充測試中的電芯最大溫度。

實(shí)例5

下文討論了基于52％的caco3和48％的pvdf的氣體發(fā)生器和電阻層、正負(fù)電極以及完成的電芯#6的制備，以在電阻測量，50℃時(shí)的放電能力測試，沖擊測試，過充以及循環(huán)壽命測試中進(jìn)行評估。

a)作為氣體發(fā)生器和電阻層(第一層)的實(shí)例的正pos6b的制備。

i)將pvdf(23.25g)溶解到nmp(～250g))中；ii)混合步驟i中制備的溶液，并且隨后添加碳黑(1.85g)，并以大約6500rpm的速度混合10分鐘；iv)將納米caco3粉末(24.9g)添加到步驟iii獲得的溶液中，并且以6500rpm混合20分鐘以形成可流動漿液；v)使用自動涂覆機(jī)器將該漿液涂覆到15μm厚的鋁箔上，其中，第一加熱區(qū)被設(shè)置到大約135℃，并且第二加熱區(qū)被設(shè)置到大約165℃以蒸發(fā)掉nmp。最終干燥的干固體負(fù)載大約為1mg/cm²。

b)pos6a的制備，其作為正極制備(第二層)的實(shí)例。

i)將pvdf(24g)溶解到nmp(300g)；ii)添加碳黑(12g)并以6500rpm混合15分鐘；iii)將lini0.4co0.3mn0.4co0.3o2(nmc)(558g)添加到步驟ii獲得的漿液中，并且以6500rpm混合30分鐘以形成可流動漿液；iv)添加一些nmp以進(jìn)行粘度調(diào)節(jié)；v)使用自動涂覆機(jī)器將該漿液涂覆到pos6b(實(shí)例5a)上，其中，第一加熱區(qū)被設(shè)置到大約85℃，并且第二加熱區(qū)被設(shè)置到大約135℃以蒸發(fā)掉nmp。最終干燥的干固體負(fù)載大約為22mg/cm²。正極層隨后被壓縮到大約167μm的厚度。此處制得的電極被視為針對標(biāo)準(zhǔn)石墨電極的零電壓，并且被用于0v時(shí)和溫度相關(guān)的阻抗測量。

c)neg6a的制備，其作為負(fù)極制備的實(shí)例。

i)將cmc(9g)溶解到去離子水(～530g)中；ii)添加碳黑(12g)并以6500rpm混合15分鐘；iii)將負(fù)極活性石(jfe化學(xué)公司；石墨化中微相碳微珠(mcmb))(564g)添加到步驟ii獲得的漿液中，并且以6500rpm混合30分鐘以形成可流動漿液；iv)將sbr(懸浮在水中的固體含量為50％)(30g)添加到步驟iii中形成的漿液中，并且以6500rpm混合5分鐘；v)添加一些水以調(diào)節(jié)粘度以用于順滑的涂覆；vi)使用自動涂覆機(jī)器將該漿液涂覆到9μm厚的銅箔上，其中，第一加熱區(qū)被設(shè)置到大約95℃，并且第二加熱區(qū)被設(shè)置到大約125℃以蒸發(fā)掉水。最終干燥的干固體負(fù)載大約為12mg/cm²。負(fù)極層隨后被壓縮到大約170μm的厚度。制得的負(fù)極被用于電芯組件的干電極。

d)用于評估的電芯的制備。

i)電極被沖壓成具有電極片的零件；ii)以125℃干燥正電極10小時(shí)，并且以140℃干燥負(fù)電極10小時(shí)；iii)層壓正負(fù)電極，其中分離器作為中間層；iv)步驟iii中制得的凝膠卷被平鋪到鋁復(fù)合袋中；v)在70℃的真空箱中干燥步驟iv中獲得的袋；vi)用包含有機(jī)碳酸鹽基的電解質(zhì)lipf6填充步驟v獲得的袋；vii)密封步驟vi中獲得的袋；viii)靜置16小時(shí)；ix)以c/50的速率將電芯充電到4.2v，持續(xù)8小時(shí)，并且隨后以0.5c的速率將其充電至4.2v，持續(xù)2小時(shí)，隨后靜置20分鐘，隨后以0.5c的速率放電至2.8v。x)在真空下，刺穿電芯以釋放任何氣體，并且隨后重新密封。此處制得的電芯用于評級和其他測試，例如50℃時(shí)的放電能力測試，沖擊測試，循環(huán)壽命測試等等。

圖20列出了在1khz時(shí)的電芯阻抗，以及在1a、3a、6a和10a時(shí)的容量，以及在3、6、10a時(shí)的容量與在1a時(shí)的容量的比。圖22示出了在沖擊測試期間的電芯溫度曲線。圖23小結(jié)了在沖擊測試中的電芯最大溫度。圖28小結(jié)了在過充測試中的電芯最大電芯溫度。

實(shí)例6

下文描述了用于化學(xué)分解電壓測量的正極的制備。

pos7b的制備如下所述：(i)將去離子水(～300g)混合到-934(19.64g)中；(ii)將(160mg)和lioh(200mg)添加到步驟(i)制得的漿液中，并且以5000rpm混合30分鐘；(iii)添加適當(dāng)量的去離子水以調(diào)節(jié)漿液，從而形成可涂覆的漿液。(iv)使用自動涂覆機(jī)器將漿液涂覆到15μm鋁箔上，其中區(qū)1的干燥溫度被設(shè)置為135℃，區(qū)2的干燥溫度被設(shè)置為165℃。最終干燥的干固體負(fù)載大約為0.7mg/cm²。

pos8b的制備如下所述：(i)將去離子水(～-100g)混合到ai-50(19.85g)中；(ii)將(160mg)添加到步驟(i)制得的漿液中，并且以5000rpm混合30分鐘；(iii)添加適當(dāng)量的去離子水以調(diào)節(jié)漿液，從而形成可涂覆的漿液。(iv)使用自動涂覆機(jī)器將漿液涂覆到15μm鋁箔上，其中區(qū)1的干燥溫度被設(shè)置為135度，區(qū)2的干燥溫度被設(shè)置為165℃。最終干燥的干固體負(fù)載大約為0.7mg/cm²。

pos9b的制備如下所述：(i)將去離子水(～322g)混合到19.85g的cmc-dn-800h中；(ii)將(160mg)添加到步驟(i)制得的漿液中，并且以5000rpm混合30分鐘；(iii)添加適當(dāng)量的去離子水以調(diào)節(jié)漿液，從而形成可涂覆的漿液。(iv)使用自動涂覆機(jī)器將漿液涂覆到15μm鋁箔上，其中區(qū)1的干燥溫度被設(shè)置為135度，區(qū)2的干燥溫度被設(shè)置為165℃。最終干燥的干固體負(fù)載大約為0.7mg/cm²。

pos13b的制備如下所述：(i)將4000tf(400mg)溶解到nmp(4g)中。(i)將pvdf-a(2.4g)溶解到nmp(30g)中。(iii)混合兩種溶液，并且添加(160mg)，隨后以5000rpm混合30分鐘。(iv)將la2(co3)3(17.04g)或圖8中列出的鹽添加到上述漿液中，并且以5000rpm混合30分鐘。(v)使用自動涂覆機(jī)器將漿液涂覆到15μm鋁箔上，其中，第一加熱區(qū)被設(shè)置到13℃，并且第二加熱區(qū)被設(shè)置到16℃以蒸發(fā)掉nmp。最終干燥的干固體負(fù)載大約為0.7mg/cm²。

實(shí)例7

下文描述了涂覆有氣體發(fā)生器層的正極的電化學(xué)測試。

在室溫下使用vmp2多通道恒電位器，通過線性掃描伏安法技術(shù)利用三電極配置(電阻層作為工作電極，鋰金屬作為參考電極和計(jì)算電極)來測量所有電阻層的分解電壓。0.3cmx2.0cm的電阻層零件是工作電極，而0.3cmx2.0cm的鋰金屬零件是參考電極和反電極。這些電極被放入包含基于lipf6碳酸亞乙酯的電解質(zhì)(5g)的玻璃杯中。在0至6v的電壓范圍內(nèi)的掃描速率為5mv/秒。圖31和33示出了這些化合物的分解電壓曲線。圖32和34小結(jié)了測試的每種化合物的峰值電流和峰值電壓。

實(shí)例8

下文描述了基于caco3的氣體發(fā)生器層、正負(fù)電極以及電芯(#7)的制備，以在過充測試中進(jìn)行評估。如果導(dǎo)電添加劑含量處于特定范圍以使得氣體發(fā)生器層的電阻率比能量層或提供大部分電池放電能量(>50％)的層的電阻率更大(至少大50％)，則該氣體發(fā)生器層可以成為電阻層。氣體發(fā)生器含量可以是2％至99％。

a)作為氣體發(fā)生器層(第一層)的實(shí)例的正pos071a的制備。

i)將4000tf(0.9g)溶解到nmp(10g)；ii)將pvdf(5.25g)溶解到nmp(～68g))中；iii)混合步驟i和ii中制備的溶液，并且隨后添加碳黑(1.8g)，并以大約6500rpm的速度混合10分鐘；iv)將納米caco3粉末(7.11g)和134.94g的lini0.33al0.33co0.33o2添加到步驟iii獲得的溶液中，并且以大約6500rpm的速度混合20分鐘以形成可流動漿液；v)使用自動涂覆機(jī)器將該漿液涂覆到15μm厚的鋁箔上，其中，第一加熱區(qū)被設(shè)置到大約90℃，并且第二加熱區(qū)被設(shè)置到大約140℃以蒸發(fā)掉nmp。最終干燥的干固體負(fù)載大約為4mg/cm²。

b)pos071b的制備，其作為正極制備(第二層)的實(shí)例。

i)將pvdf(25.2g)溶解到nmp(327g)；ii)添加碳黑(21g)并以大約6500rpm的速度混合15分鐘；iii)將lini0.82al0.03co0.15o2(nca)(649g)添加到步驟ii獲得的漿液中，并且以大約6500rpm的速度混合30分鐘以形成可流動漿液；iv)添加一些nmp以進(jìn)行粘度調(diào)節(jié)；v)使用自動涂覆機(jī)器將該漿液涂覆到pos071a上，其中，第一加熱區(qū)被設(shè)置到大約85℃，并且第二加熱區(qū)被設(shè)置到大約135℃以蒸發(fā)掉nmp。最終干燥的干固體負(fù)載大約為20.4mg/cm²。正極層隨后被壓縮到大約155μm的厚度。

c)neg015b的制備，其作為負(fù)極制備的實(shí)例。

i)將cmc(15g)溶解到去離子水(～951g)中；ii)添加碳黑(15g)并以大約6500rpm的速率混合15分鐘；iii)將負(fù)極活性石墨(jfe化學(xué)公司；石墨化中微相碳微珠(mcmb))(945g)添加到步驟ii獲得的漿液中，并且以大約6500rpm的速度混合30分鐘以形成可流動漿液；iv)將sbr(懸浮在水中的固體含量為50％)(50g)添加到步驟iii中形成的漿液中，并且以大約6500rpm混合5分鐘；v)粘度被調(diào)節(jié)成用于順滑的涂覆；vi)使用自動涂覆機(jī)器將該漿液涂覆到9μm厚的銅箔上，其中，第一加熱區(qū)被設(shè)置到大約100℃，并且第二加熱區(qū)被設(shè)置到大約130℃以蒸發(fā)掉水。最終干燥的干固體負(fù)載大約為11mg/cm²。負(fù)極層隨后被壓縮到大約155μm的厚度。制得的負(fù)極準(zhǔn)備好用于電芯組件的干電極。

d)用于評估的電芯的制備。

i)電極被沖壓成具有電極片的零件；ii)以125℃干燥正電極10小時(shí)，并且以140℃干燥負(fù)電極10小時(shí)；iii)層壓正負(fù)電極，其中分離器作為中間層；iv)步驟iii中制得的凝膠卷被平鋪到鋁復(fù)合袋中；v)在70℃的真空箱中干燥步驟iv中獲得的袋；vi)用碳酸鹽基的電解質(zhì)填充步驟v獲得的袋；vii)密封步驟vi中獲得的袋；viii)靜置16小時(shí)；ix)以c/50的速率將電芯充電到4.2v，持續(xù)8小時(shí)，并且隨后以0.5c的速率將其充電至4.2v，持續(xù)2小時(shí)，隨后靜置20分鐘，隨后以0.5c的速率放電至2.8v。此處制得的電芯用于評級和其他測試，例如過充測試。

圖35呈現(xiàn)了在過充測試(2a和12v)期間的過充電壓、電芯溫度和箱的腔室溫度。由于在過充測試期間的電芯最大溫度為大約83℃，電芯令人滿意地通過了過充測試。當(dāng)前主題的實(shí)現(xiàn)方式可以包括但不限于：制品(例如，裝置、系統(tǒng)等)，制造或使用的方法，合成物質(zhì)，或者與本文提供的說明一致的類似物。

實(shí)例9

下文描述了基于al2o3電阻層、正負(fù)電極以及完成的電芯#3的制備，以在電阻測量，50℃時(shí)的放電能力測試，沖擊測試以及循環(huán)壽命測試中進(jìn)行評估。

a)作為電阻層(第一層)的實(shí)例的正pos3b的制備。

i)將(1g)溶解到nmp(10g)；將pvdf(6g)溶解到nmp(70g))中；iii)混合步驟i和ii中制備的溶液，并且隨后添加碳黑(0.4g)，并以6500rpm混合10分鐘；iv)將納米a12o3粉末(42g)和nasio³(17.04g)添加到步驟iii獲得的溶液中，并且以6500rpm的速度混合20分鐘以形成可流動漿液；v)使用自動涂覆機(jī)器將該漿液涂覆到15μm厚的鋁箔上，其中，第一加熱區(qū)被設(shè)置到大約130℃，并且第二加熱區(qū)被設(shè)置到大約160℃以蒸發(fā)掉nmp。最終干燥的干固體負(fù)載大約為1mg/cm²。

b)pos3a的制備，其作為正極制備(第二層)的實(shí)例。

i)將pvdf(21.6g)溶解到nmp(250g)；添加碳黑(18g)并以6500rpm混合15分鐘；iii)將lini1/3co1/3mn1/3o2(nmc)(560.4g)添加到步驟ii獲得的漿液中，并且以6500rpm混合30分鐘以形成可流動漿液；iv)添加一些nmp以進(jìn)行粘度調(diào)節(jié)；v)使用自動涂覆機(jī)器將該漿液涂覆到pos3b上，其中，第一加熱區(qū)被設(shè)置到大約85℃，并且第二加熱區(qū)被設(shè)置到大約135℃以蒸發(fā)掉nmp。最終干燥的干固體負(fù)載大約為19.4mg/cm²。正極層隨后被壓縮到大約153μm的厚度。此處制得的電極被稱為針對標(biāo)準(zhǔn)石墨電極的零電壓，并且被用于0v時(shí)和溫度相關(guān)的阻抗測量。

c)neg3a的制備，其作為負(fù)極制備的實(shí)例。

i)將cmc(13g)溶解到去離子水(～1000g)中；ii)添加碳黑(20g)并以6500rpm混合15分鐘；iii)將負(fù)極活性石墨(jfe化學(xué)公司；石墨化中微相碳微珠(mcmb))和合成石墨(timcal)(總計(jì)945.92g)添加到步驟ii獲得的漿液中，并且以6500rpm混合30分鐘以形成可流動漿液；iv)將sbr(懸浮在水中的固體含量為50％)(42g)添加到步驟iii中形成的漿液中，并且以大約6500rpm混合5分鐘；v)粘度被調(diào)節(jié)成用于順滑的涂覆；vi)使用自動涂覆機(jī)器將該漿液涂覆到9μm厚的銅箔上，其中，第一加熱區(qū)被設(shè)置到大約100℃，并且第二加熱區(qū)被設(shè)置到大約130℃以蒸發(fā)掉水。最終干燥的干固體負(fù)載大約為11.8mg/cm²。負(fù)極層隨后被壓縮到大約159μm的厚度。制得的負(fù)極被用于電芯組件的干電極。

d)用于評估的電芯的制備

i)電極被沖壓成具有電極片的零件；ii)以125℃干燥正電極10小時(shí)，并且以140℃干燥負(fù)電極10小時(shí)；iii)層壓正負(fù)電極，其中分離器作為中間層；iv)步驟iii中制得的平凝膠卷被平鋪到鋁復(fù)合袋中；v)在70℃的真空箱中干燥步驟iv中獲得的袋；vi)用包含有機(jī)碳酸鹽基的電解質(zhì)lipf6填充步驟v獲得的袋；vii)密封步驟vi中獲得的袋；viii)靜置16小時(shí)；ix)以c/50的速率將電芯充電到4.2v，持續(xù)8小時(shí)，并且隨后以0.5c的速率將其充電至4.2v，持續(xù)2小時(shí)，隨后靜置20分鐘，隨后以0.5c的速率放電至2.8v。在真空下，刺穿電芯以釋放任何氣體，并且隨后重新密封。此處制得的電芯用于評級和其他測試，例如50℃時(shí)的放電能力測試，沖擊測試，循環(huán)壽命測試等等。

圖38呈現(xiàn)了通過利用4.09v檢驗(yàn)電芯而獲得的正極電阻與溫度增加的關(guān)系。與基線電芯(圖37)相比，阻值變化微乎其微。圖42示出了放電容量與循環(huán)次數(shù)。電芯損耗大約2％的容量，這與基線電芯(2.5％)類似。圖36列出了在1khz時(shí)的電芯阻抗，以及在1a、3a、6a和10a時(shí)的容量，以及在3a、6a、10a時(shí)的容量與在1a時(shí)的容量的比。圖40示出了在沖擊測試期間的電芯溫度曲線。圖41小結(jié)了在沖擊測試中的電芯最大溫度。

實(shí)例10

下文描述了基于50％的聚丙烯酸乳液和50％的鈦酸鋇(batio2)的電阻層、正負(fù)電極以及完成的電芯4的制備，以在電阻測量，50℃時(shí)的放電能力測試，沖擊測試以及循環(huán)壽命測試中進(jìn)行評估。

a)作為電阻層(第一層)的實(shí)例的正pos4b的制備。

i)將cmc(0.375g)溶解到去離子水(～30g))中；ii)混合步驟i中制備的溶液，并且隨后添加碳黑(1.75g)，并混合數(shù)分鐘；iii)將納米batio2粉末(25g)添加到步驟ii獲得的溶液中，并且以6500rpm混合20分鐘以形成可流動漿液；v)使用自動涂覆機(jī)器將該漿液涂覆到15μm厚的鋁箔上，其中，第一加熱區(qū)被設(shè)置到大約90℃，并且第二加熱區(qū)被設(shè)置到大約140℃以蒸發(fā)掉水。最終干燥的干固體負(fù)載大約為0.7mg/cm²。

b)pos4a的制備，其作為正極制備(第二層)的實(shí)例。

i)將pvdf(14.4g)溶解到nmp(160g)；ii)添加碳黑(12g)并以6500rpm混合15分鐘；iii)將lini0.5mn0.3co0.2o2(nmc)(373.6g)添加到步驟ii獲得的漿液中，并且以6500rpm混合30分鐘以形成可流動漿液；iv)添加一些nmp以進(jìn)行粘度調(diào)節(jié)；v)使用自動涂覆機(jī)器將該漿液涂覆到pos4b(實(shí)例2a)上，其中，第一加熱區(qū)被設(shè)置到大約80℃，并且第二加熱區(qū)被設(shè)置到大約130℃以蒸發(fā)掉nmp。最終干燥的干固體負(fù)載大約為15.2mg/cm²。正極層隨后被壓縮到大約113μm的厚度。此處制得的電極被稱為針對標(biāo)準(zhǔn)石墨電極的零電壓，并且被用于0v時(shí)和溫度相關(guān)的阻抗測量。

c)neg3a的制備，其作為負(fù)極制備的實(shí)例。

i)將cmc(7.8g)溶解到去離子水(～800g)中；ii)添加碳黑(12g)并以6500rpm混合15分鐘；iii)將負(fù)極活性石墨(jfe化學(xué)公司；石墨化中微相碳微珠(mcmb))和合成石墨(timcal)(總計(jì)568.6g)添加到步驟ii獲得的漿液中，并且以6500rpm混合30分鐘以形成可流動漿液；iv)將sbr(懸浮在水中的固體含量為50％)(25.2g)添加到步驟iii中形成的漿液中，并且以6500rpm混合5分鐘；v)粘度被調(diào)節(jié)成用于順滑的涂覆；vi)使用自動涂覆機(jī)器將該漿液涂覆到9μm厚的銅箔上，其中，第一加熱區(qū)被設(shè)置到大約70℃，并且第二加熱區(qū)被設(shè)置到大約100℃以蒸發(fā)掉水。最終干燥的干固體負(fù)載大約為8.99mg/cm²。負(fù)極層隨后被壓縮到大約123μm的厚度。制得的負(fù)極被用于電芯組件的干電極。

d)用于評估的電芯的制備

i)電極被沖壓成具有電極片的零件；ii)以125℃干燥正電極10小時(shí)，并且以140℃干燥負(fù)電極10小時(shí)；iii)層壓正負(fù)電極，其中分離器作為中間層；iv)步驟iii中制得的平凝膠卷被平鋪到鋁復(fù)合袋中；v)在70℃的真空箱中干燥步驟iv中獲得的袋；vi)用包含有機(jī)碳酸鹽基的電解質(zhì)lipf6填充步驟v獲得的袋；vii)密封步驟vi中獲得的袋；viii)靜置16小時(shí)；ix)以c/50的速率將電芯充電到4.2v，持續(xù)8小時(shí)，并且隨后以0.5c的速率將其充電至4.2v，持續(xù)2小時(shí)，隨后靜置20分鐘，隨后以0.5c的速率放電至2.8v。在真空下，刺穿電芯以釋放任何氣體，并且隨后重新密封。此處制得的電芯用于評級和其他測試，例如50℃時(shí)的放電能力測試，沖擊測試，循環(huán)壽命測試等等。

圖39示出了在1a、3a和6a的電流并且在50℃時(shí)的放電容量。隨著電流增加，電芯容量非常迅速地下降，這表明電阻層的強(qiáng)大效應(yīng)。圖36列出了在1khz時(shí)的電芯阻抗，以及在1a、3a、6a和10a時(shí)的容量，以及在3a、6a、10a時(shí)的容量與在1a時(shí)的容量的比。圖40示出了在沖擊測試期間的電芯溫度曲線。圖41小結(jié)了在沖擊測試中的電芯最大溫度。

實(shí)例11

下文描述了負(fù)電極中的電阻層、正負(fù)電極以及完成的電芯5的制備，以在電阻測量，50℃時(shí)的放電能力測試，沖擊測試以及循環(huán)壽命測試中進(jìn)行評估。

a)pos5a的制備，其作為正極制備的實(shí)例。

i)將pvdf(31.5g)溶解到nmp(340g)；ii)添加碳黑(13.5g)并以6500rpm混合15分鐘；iii)將lini0.33mn0.33co0.33o2(nmc)(855g)添加到步驟ii獲得的漿液中，并且以6500rpm混合30分鐘以形成可流動漿液；iv)添加一些nmp以進(jìn)行粘度調(diào)節(jié)；v)使用自動涂覆機(jī)器將該漿液添加到15μm鋁箔上，其中，第一加熱區(qū)被設(shè)置到大約80℃，并且第二加熱區(qū)被設(shè)置到大約130℃以蒸發(fā)掉nmp。最終干燥的干固體負(fù)載大約為14.8mg/cm²。正極層隨后被壓縮到大約113μm的厚度。此處制得的電極被指定為針對標(biāo)準(zhǔn)石墨電極的零電壓，并且被用于0v情況下和溫度相關(guān)的阻抗測量，以及用于電芯組件的干電極。

b)neg5b的制備，其作為負(fù)極制備(第一層)的實(shí)例。

將cmc(0.375g)溶解到去離子水(～90g)中；ii)添加碳黑(1.75g)并混合15分鐘；將batio2(總計(jì)25g)添加到步驟ii獲得的漿液中，并且以6500rpm混合30分鐘以形成可流動漿液；iv)將sbr(懸浮在水中的固體含量為50％)(45.6g)添加到步驟iii中形成的漿液中，并且以大約6500rpm混合5分鐘；v)粘度被調(diào)節(jié)成用于順滑的涂覆；vi)使用自動涂覆機(jī)器將該漿液涂覆到9μm厚的銅箔上，其中，第一加熱區(qū)被設(shè)置到大約90℃，并且第二加熱區(qū)被設(shè)置到大約140℃以蒸發(fā)掉水。

c)neg5a的制備，其作為負(fù)極制備(第二層)的實(shí)例。

i)將cmc(3.9g)溶解到去離子水(～350g)中；ii)添加碳黑(6g)并以6500rpm混合15分鐘；iii)將負(fù)極活性石墨(jfe化學(xué)公司；石墨化中微相碳微珠(mcmb))和合成石墨(timcal)(總計(jì)283.8g)添加到步驟ii獲得的漿液中，并且以6500rpm混合30分鐘以形成可流動漿液；iv)將sbr(懸浮在水中的固體含量為50％)(25.2g)添加到步驟iii中形成的漿液中，并且以6500rpm混合5分鐘；v)粘度被調(diào)節(jié)成用于順滑的涂覆；vi)使用自動涂覆機(jī)器將該漿液涂覆到neg5b(實(shí)例4b)上，其中，第一加熱區(qū)被設(shè)置到大約70℃，并且第二加熱區(qū)被設(shè)置到大約100℃以蒸發(fā)掉水。最終干燥的干固體負(fù)載大約為9.8mg/cm²。負(fù)極層隨后被壓縮到大約114μm的厚度。制得的負(fù)極被用于電芯組件的干電極。

d)用于評估的電芯的制備

i)電極被沖壓成具有電極片的零件；ii)以125℃干燥正電極10小時(shí)，并且以140℃干燥負(fù)電極10小時(shí)；iii)層壓正負(fù)電極，其中分離器作為中間層；iv)步驟iii中制得的凝膠卷被平鋪到鋁復(fù)合袋上；v)在70℃的真空箱中干燥步驟iv中獲得的袋；vi)用包含有機(jī)碳酸鹽基的電解質(zhì)lipf6填充步驟v獲得的袋；vii)密封步驟vi中獲得的袋；vii)靜置16小時(shí)；ix)以c/20的速率將電芯充電到4.2v，持續(xù)5小時(shí)，并且隨后以0.5c的速率將其充電至4.2v，持續(xù)2小時(shí)，隨后靜置20分鐘，隨后以0.5c的速率放電至2.8v。在真空下，刺穿電芯以釋放任何氣體，并且隨后重新密封。此處制得的電芯用于評級和其他測試，例如50℃時(shí)的放電能力測試，沖擊測試，循環(huán)壽命測試等等。

圖36列出了在1khz時(shí)的電芯阻抗，以及在1a、3a、6a和10a時(shí)的容量，以及在3a、6a、10a時(shí)的容量與在1a時(shí)的容量的比。圖40示出了在沖擊測試期間的電芯溫度曲線。圖41小結(jié)了在沖擊測試中的電芯最大溫度。

實(shí)例12

下文描述了基于a12o3和三硅酸鈉(nasio3)混合物的電阻層、正負(fù)電極以及完成的電芯6的制備，以在電阻測量，50℃時(shí)的放電能力測試，沖擊測試、以及循環(huán)壽命測試中進(jìn)行評估。

a)作為電阻層(第一層)的實(shí)例的正pos6b的制備。

i)將(0.8g)溶解到nmp(10g)；ii)將pvdf(4.8g)溶解到nmp(60g))中；iii)混合步驟i和ii中制備的溶液，并且隨后添加碳黑(0.32g)，并以6500rpm混合10分鐘；iv)將納米a12o3粉末(17.04g)和nasio3(17.04g)添加到步驟iii獲得的溶液中，并且以6500rpm混合20分鐘以形成可流動漿液；v)使用自動涂覆機(jī)器將該漿液涂覆到15μm厚的鋁箔上，其中，第一加熱區(qū)被設(shè)置到大約135℃，并且第二加熱區(qū)被設(shè)置到大約165℃以蒸發(fā)掉nmp。最終干燥的干固體負(fù)載大約為0.7mg/cm²。

b)pos6a的制備，其作為正極制備(第二層)的實(shí)例。

i)將pvdf(21.6g)溶解到nmp(270g)；添加碳黑(18g)并以6500rpm混合15分鐘；iii)將lini1/3co1/3mn1/3o2(nmc)(560.4g)添加到步驟ii獲得的漿液中，并且以6500rpm混合30分鐘以形成可流動漿液；iv)添加一些nmp以進(jìn)行粘度調(diào)節(jié)；v)使用自動涂覆機(jī)器將該漿液涂覆到pos6b(實(shí)例1a)上，其中，第一加熱區(qū)被設(shè)置到大約85℃，并且第二加熱區(qū)被設(shè)置到大約135℃以蒸發(fā)掉nmp。最終干燥的干固體負(fù)載大約為19.4mg/cm²。正極層隨后被壓縮到大約153μm的厚度。此處制得的電極被稱為針對標(biāo)準(zhǔn)石墨電極的零電壓，并且被用于0v時(shí)和溫度相關(guān)的阻抗測量。

c)neg6a的制備，其作為負(fù)極制備的實(shí)例。

i)將cmc(13g)溶解到去離子水(～1000g)中；ii)添加碳黑(20g)并以6500rpm混合15分鐘；iii)將負(fù)極活性石墨(jfe化學(xué)公司；石墨化中微相碳微珠(mcmb))和合成石墨(timcal)(總計(jì)945.92g)添加到步驟ii獲得的漿液中，并且以6500rpm混合30分鐘以形成可流動漿液；iv)將sbr(懸浮在水中的固體含量為50％)(42g)添加到步驟iii中形成的漿液中，并且以6500rpm混合5分鐘；v)粘度被調(diào)節(jié)成用于順滑的涂覆；vi)使用自動涂覆機(jī)器將該漿液涂覆到9μm厚的銅箔上，其中，第一加熱區(qū)被設(shè)置到大約100℃，并且第二加熱區(qū)被設(shè)置到大約130℃以蒸發(fā)掉水。最終干燥的干固體負(fù)載大約為11.8mg/cm²。負(fù)極層隨后被壓縮到大約159μm的厚度。制得的負(fù)極準(zhǔn)備好用于電芯組件的干電極。

d)用于評估的電芯的制備。

i)電極被沖壓成具有電極片的零件；ii)以125℃干燥正電極10小時(shí)，并且以140℃干燥負(fù)電極10小時(shí)；iii)層壓正負(fù)電極，其中分離器作為中間層；iv)步驟iii中制得的平凝膠卷被放到鋁復(fù)合袋中；v)在70℃的真空箱中干燥步驟iv中獲得的袋；vi)用包含有機(jī)碳酸鹽基的電解質(zhì)lipf6填充步驟v獲得的袋；vii)密封步驟vi中獲得的袋；viii)靜置16小時(shí)；ix)以c/50的速率將電芯充電到4.2v，持續(xù)8小時(shí)，并且隨后以0.5c的速率將其充電至4.2v，持續(xù)2小時(shí)，隨后靜置20分鐘，隨后以0.5c的速率放電至2.8v。在真空下，刺穿電芯以釋放任何氣體，并且隨后重新密封。此處制得的電芯用于評級和其他測試，例如50℃時(shí)的放電能力測試，沖擊測試，循環(huán)壽命測試等等。

圖36列出了在1khz時(shí)的電芯阻抗，以及在1a、3a、6a和10a時(shí)的容量，以及在3a、6a、10a時(shí)的容量與在1a時(shí)的容量的比。圖40示出了在沖擊測試期間的電芯溫度曲線。圖41小結(jié)了在沖擊測試中的電芯最大溫度。

在上述說明書以及權(quán)利要求中，諸如“至少一個(gè)”或“一個(gè)或多個(gè)”的詞組后面可以跟隨元件或特征的連接詞列表。術(shù)語“和/或”也可以出現(xiàn)在兩個(gè)或多個(gè)元件或特征的列表中。隊(duì)非與其使用的上下文暗示地或明確地矛盾，這種詞組用于指獨(dú)立列出的元件或特征中的任意一個(gè)，或者引述的元件或特征中的任意一個(gè)以及其他引述的元件或特征中的任何一個(gè)。例如，詞組“a和b中的至少一個(gè)”，“a和b中的一個(gè)或多個(gè)”以及“a和/或b”均指“單指a、單指b或a和b一起”。類似地解釋也適用于包括三個(gè)或多個(gè)項(xiàng)的列表。例如，詞組“a、b和c中的至少一個(gè)”，“a、b和c中的一個(gè)或多個(gè)”以及“a、b和/或c”均指“單指a、單指b、單指c、a和b一起、a和c一起、b和c一起或者a和b和c一起”。上文和權(quán)利要求中的術(shù)語“基于”的使用旨在指“至少部分基于”，從而未引述的特征或元件也是可允許的。

根據(jù)期望的配置，本文描述的主題可以實(shí)施在系統(tǒng)、裝置、方法和/或物品中。前述說明書中列出的實(shí)施不代表與本文描述的主題一致的所有實(shí)施。相反，它們僅僅是與描述的主題相關(guān)的方面一致的一些實(shí)例。盡管上文詳細(xì)描述了一些變化，但其他改進(jìn)或添加是可能的。具體地，除了本文列出的特征和變化，可以提供其他特征和/或變化。例如，上文描述的實(shí)施可以涉及公開的特征的各種組合和子組合和/或上文公開的若干其他特征的組合和子組合。此外，附圖中描繪的和/或本文描述的邏輯流程不一定需要所示出的特定順序或者連續(xù)順序來實(shí)現(xiàn)期望的結(jié)果。其他實(shí)現(xiàn)可以落入下述權(quán)利要求書的范圍內(nèi)。