專利名稱：電化學(xué)電池組的堆疊結(jié)構(gòu)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明總體上涉及電池組，更確切地說，涉及用于改進(jìn)電化學(xué)電池組的堆疊結(jié)構(gòu) 的裝置和方法。
背景技術(shù)：
傳統(tǒng)的電池組被制造成只有兩個電極的巻繞式電池，或者具有很多平行的極板組 (plate sets)的標(biāo)準(zhǔn)方形電池。在這兩種類型中，電解質(zhì)可在電池內(nèi)的各處共享。巻繞式 電池和方形電池結(jié)構(gòu)由于它們的電通路必須跨越多個連接并且橫跨相當(dāng)長距離以按照串 聯(lián)配置方式用逐個電池覆蓋整個電路，所以存在高電阻值的問題。 近來，各種具有堆疊結(jié)構(gòu)的密封電池單元的電池組已被開發(fā)成能夠在外部連接器 之間提供比標(biāo)準(zhǔn)巻繞式或方形電池組更高的放電率和更高的電勢，因此在某些應(yīng)用中有很 高的需要。這些具有堆疊形式的密封電池單元的電池組中的某些類型已被開發(fā)為包括單極 電極單元(MPU)的獨立密封對的堆疊體。這些MPU中的每一個都可以設(shè)置有被涂敷于集流 器(current collector)的第一側(cè)上的正活性材料電極層或者負(fù)活性材料電極層(例如參 見Klein于1995年2月28日提交的第5， 393， 617號美國專利，其全部內(nèi)容通過引用被包 含于此文中)。在具有正活性材料電極層的MPU(即，正極MPU)和具有負(fù)活性材料電極層 (艮卩，負(fù)極MPU)之間可以具有電解質(zhì)層用于將所述兩種MPU的集流器電隔離開。這對正極 和負(fù)極MPU的集流器，與活性材料電極層以及其間的電解質(zhì)一起，可以被密封成單個電池 單元即電池節(jié)(cell segment)。包括這種每個都具有正極MPU和負(fù)極MPU的電池單元的堆 疊體的電池組在此處應(yīng)被稱為"堆疊單極"電池組。 第一電池單元中正極MPU集流器的未涂敷電極層的那一側(cè)可以被電耦接到第二 電池單元中負(fù)極MPU集流器的未涂敷電極層的那一側(cè)，使得第一和第二電池單元為堆疊形 式。堆疊形式的電池節(jié)的串聯(lián)構(gòu)造可以使集流器之間的電勢不同。然而，如果特定電池單 元的集流器相互接觸，或者如果特定電池單元中的兩個MPU的共用電解質(zhì)與堆疊體中的任 何其它MPU共享，那么電池組的電壓和能量會迅速衰退(即放電)至零。因此，要求堆疊單 極電池組將其電池單元中的每一個電池單元的電解質(zhì)與其它電池單元的電解質(zhì)相互獨立 地密封起來。因此，能夠提供相鄰的電池單元之間的電解質(zhì)密封性得到了改善的堆疊單極 電池組是有益的。 這些具有堆疊形式的密封電池單元的電池組的其它類型已被開發(fā)為通常包括一 系列的堆疊雙極電極單元(BPU)。這些BPU中的每一個可以具備涂敷于集流器的相反兩 側(cè)上的正活性材料電極層和負(fù)活性材料電極層(例如見2004年8月19日公開的申請人 為Fukuzawa等的第2004/0161667A1號美國專利公開，其全部內(nèi)容通過引用被包含于此文 中)。任意兩個BPU可以以一個頂著另一個的方式被堆疊起來，其中，在BPU中一個的正活性材料電極層與BPU中另一個的負(fù)活性材料電極層之間配置電解質(zhì)層，用于將這兩個BPU 的集流器電隔離。任意兩個相鄰BPU的集流器、與活性材料電極層以及其間的電解質(zhì)一起， 也可以是密封的單個電池單元或電池節(jié)。包含每個都具有第一 BPU的一部分和第二 BPU的 一部分的這類電池單元的堆疊體的電池組在此處應(yīng)被稱為"堆疊雙極"電池組。
例如，第一 BPU的正極側(cè)和第二 BPU的負(fù)極側(cè)可以組成第一電池單元，而第二 BPU 的正極側(cè)也可以同樣地與第三BPU的負(fù)極側(cè)或負(fù)極MPU的負(fù)極側(cè)組成第二電池單元。因此， 單個BPU可以被包括在堆疊雙極電池組的兩個不同的電池單元中。堆疊形式的這些電池單 元的串聯(lián)構(gòu)造可以使集流器之間的電勢不同。然而，如果特定電池單元的集流器相互接觸， 或者如果第一電池單元中的兩個BPU的共用電解質(zhì)與堆疊體中的任何其它電池單元共享， 那么電池組的電壓和能量會迅速衰退(即放電)至零。因此，要求堆疊雙極電池將其電池 單元中的每一個電池單元的電解質(zhì)與其它電池單元的電解質(zhì)相互獨立地密封起來。因此， 能夠提供相鄰的電池單元之間的電解質(zhì)密封性得到了改善的堆疊雙極電池組是有益的。

發(fā)明內(nèi)容
因此，本發(fā)明的一個目標(biāo)是提供一種相鄰的電池單元之間的電解質(zhì)密封性得到了 改善的堆疊電池。 本發(fā)明的一個實施方式提供一種電池組，其包括在堆疊方向上的多個電極單元的 堆疊體。所述堆疊體包括第一電極單元、在堆疊方向上堆疊于第一電極單元頂部的第二電 極單元，以及配置于第一電極單元和第二電極單元之間的第一電解質(zhì)層。所述電池組還包 括具有內(nèi)表面和外表面的第一墊片，其中第一墊片位于第一電解質(zhì)層周圍，第一電解質(zhì)層 被第一墊片的內(nèi)表面和第一以及第二電極單元所密封，并且至少第一電極單元的第一部分 沿著第一墊片的外表面的一部分延伸。 本發(fā)明的另一個實施方式提供一種電池組，其包括在堆疊方向上的多個電極單元
的堆疊體。所述堆疊體包括第一電極單元、在堆疊方向上堆疊于第一電極單元頂部的第二
電極單元，以及配置在第一電極單元和第二電極單元之間的第一電解質(zhì)層。第一電極單元
包括第一電極襯底，和第一電極襯底的第一側(cè)上的第一活性層。第一活性層至少包括第一
側(cè)的第一部分上的第一活性部分和第一側(cè)的第二部分上的第二活性部分，其中第一活性層
的第一活性部分延伸至第一電極襯底的第一側(cè)上方的第一高度，第一活性層的第二活性部
分延伸至第一電極襯底的第一側(cè)上方的第二高度，并且第一高度不同于第二高度。 本發(fā)明的另一個實施方式提供一種電池組，其包括在堆疊方向上的多個電極單元
的堆疊體。所述堆疊體包括第一電極單元、在堆疊方向上堆疊于第一電極單元頂部的第二
電極單元、配置于第一電極單元和第二電極單元之間的第一電解質(zhì)層、在堆疊方向上堆疊
于第二電極單元頂部的第三電極單元，以及配置于第二電極單元和第三電極單元之間的第
二電解質(zhì)層。第一電極單元在堆疊方向上與第二電極單元分開第一距離，第二電極單元在
堆疊方向上與第三電極單元分開第二距離，并且第一距離不同于第二距離。 本發(fā)明的另一個實施方式提供一種電池組，其包括在堆疊方向上的多個電極單元
的堆疊體。所述堆疊體包括第一電極單元、在堆疊方向上堆疊于第一電極單元頂部的第二
電極單元，以及配置在第一電極單元和第二電極單元之間的第一電解質(zhì)層。所述電池組還
包括位于第一 電解質(zhì)層周圍的第一墊片。第一 電解質(zhì)層被第一墊片和第一 以及第二電極單
7元所密封。第一墊片包括第一墊片構(gòu)件和第二墊片構(gòu)件，并且第二墊片構(gòu)件是可壓縮的。
本發(fā)明的另一個實施方式提供一種電池組，其包括在堆疊方向上的多個電極單元 的堆疊體。所述堆疊體包括第一電極單元、在堆疊方向上堆疊于第一電極單元頂部的第二 電極單元，以及配置在第一電極單元和第二電極單元之間的第一電解質(zhì)層。所述電池組還 包括位于第一電極單元周圍的第一墊片和位于第二電極單元周圍的第二墊片。第一墊片部 分在電解質(zhì)層周圍聯(lián)結(jié)到第二墊片部分，并且第一電解質(zhì)層被第一墊片、第二墊片、第一電 極單元、和第二電極單元所密封。 本發(fā)明的另一個實施方式提供一種電池組，其包括在堆疊方向上的多個電極單元 的堆疊體。所述堆疊體包括第一電極單元、在堆疊方向上堆疊于第一電極單元頂部的第二 電極單元，以及配置在第一電極單元和第二電極單元之間的第一電解質(zhì)層。所述電池組還 包括位于第一電解質(zhì)層周圍的第一墊片。第一墊片通過熱熔合和超聲焊接中的至少一種與 第一電極單元相結(jié)合。 本發(fā)明的另一個實施方式提供一種電池組，其包括在堆疊方向上的多個電極單元 的堆疊體。所述堆疊體包括第一電極單元、在堆疊方向上堆疊于第一電極單元頂部的第二 電極單元，以及配置在第一電極單元和第二電極單元之間的第一電解質(zhì)層。所述電池組還 包括位于第一 電解質(zhì)層放置的第一墊片。第一 電解質(zhì)層被第一墊片和第一 以及第二電極單 元所密封。第一電極單元為單極電極單元，第二電極單元為單極電極單元。


本發(fā)明的上述及其它優(yōu)點通過下列結(jié)合附圖的詳細(xì)描述會更顯而易見，在附圖中 相同的附圖標(biāo)記指的是相同部分，其中 圖1為截面示意圖，表示了本發(fā)明所述的雙極電極單元(BPU)的基本結(jié)構(gòu)；
圖2為截面示意圖，表示了本發(fā)明所述的圖1中BPU的堆疊體的基本結(jié)構(gòu)；
圖3為截面示意圖，表示了實現(xiàn)本發(fā)明所述的圖2中的BPU堆疊體的堆疊雙極電 池組的基本結(jié)構(gòu)； 圖3A為電路示意圖，表示了圖3的雙極電池組的基本構(gòu)成； 圖4為圖3的雙極電池組的俯視示意圖，是沿圖3的IV-IV線截取的； 圖4A為圖3和4的雙極電池組的俯視示意圖，是沿圖3的IVA-IVA線截取的； 圖4B為圖3到4A的雙極電池組的截面示意圖，是沿圖4A的IVB-IVB線截取的； 圖5為橫截面細(xì)節(jié)示意圖，表示了圖3到4B的雙極電池組的特定部分； 圖5A為圖3到5的雙極電池組的仰視示意圖，是沿圖5的VA-VA線截取的； 圖5B為圖3到5A的雙極電池組的俯視示意圖，是沿圖5的VB-VB線截取的； 圖5C為圖3到5B的雙極電池組的俯視示意圖，是沿圖5的VC-VC線截取的； 圖6為橫截面細(xì)節(jié)示意圖，表示了圖3到5C的雙極電池組的特定部分； 圖7為圖3到6的雙極電池組的俯視示意圖，是沿圖6的VII-VII線截取的； 圖8為圖3到7的雙極電池組的俯視示意圖，是沿圖6的VIII-VIII線截取的； 圖9為圖3到8的雙極電池組的俯視示意圖，是沿圖6的IX-IX線截取的； 圖IO為截面示意圖，表示了用于形成本發(fā)明實施方式的堆疊雙極電池組的方法
的第一階段中的某些要素；
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圖11為圖10的電池組的俯視示意圖，是沿圖10的XI-XI線截取的； 圖12為截面示意圖，表示了用于形成本發(fā)明實施方式的圖10和11的堆疊雙極電
池組的方法的第二階段中的某些要素； 圖13為圖10到12的電池組的俯視示意圖，是沿圖12的XIII-XIII線截取的；
圖14為截面示意圖，表示了用于形成本發(fā)明實施方式的圖10到13的堆疊雙極電 池組的方法的第三階段中的某些要素； 圖15為圖10到14的電池組的俯視示意圖，是沿圖14的XV-XV線截取的；
圖16為截面示意圖，表示了用于形成本發(fā)明實施方式的圖10到15的堆疊雙極電 池組的方法的第四階段中的某些要素； 圖17為圖10到16的電池組的俯視示意圖，是沿圖16的XVII-XVII線截取的；
圖18為截面示意圖，表示了用于形成本發(fā)明實施方式的圖10到17的堆疊雙極電 池組的方法的第五階段中的某些要素； 圖19為截面示意圖，表示了用于形成本發(fā)明實施方式的圖10到18的堆疊雙極電 池組的方法的第六階段中的某些要素； 圖20為圖10到19的電池的俯視示意圖，是沿圖19的XX-XX線截取的； 圖21為截面示意圖，與圖19類似，表示了用于形成本發(fā)明的替代實施方式的堆疊
雙極電池組的方法的第六階段中的某些要素； 圖22為圖21的電池的俯視示意圖，是沿圖21的XXII-XXII線截取的； 圖23為截面示意圖，與圖14類似，表示了用于形成本發(fā)明的另一個替代實施方式
的堆疊雙極電池中的方法的第三階段中的某些要素； 圖24為截面示意圖，與圖16類似，表示了用于形成本發(fā)明的另一個替代實施方式 的圖23的堆疊雙極電池組的方法的第四階段中的某些要素； 圖25為截面示意圖，與圖19類似，表示了用于形成本發(fā)明的另一個替代實施方式 的圖23和24的堆疊雙極電池組的方法的第六階段中的某些要素； 圖26為截面示意圖，與圖16和24類似，表示了用于形成本發(fā)明的又一個替代實 施方式的圖16和24的堆疊雙極電池組的方法的第四階段中的某些要素；
圖27為截面示意圖，與圖19和25類似，表示了用于形成本發(fā)明的又一個替代實 施方式的圖26的堆疊雙極電池組的方法的第六階段中的某些要素； 圖28為截面示意圖，與圖16、24和26類似，表示了用于形成本發(fā)明的再一個替代
實施方式的堆疊雙極電池組的方法的第四階段中的某些要素； 圖29為俯視示意圖，表示了本發(fā)明的替代實施方式的堆疊雙極電池組； 圖30為圖29的雙極電池的截面示意圖，是沿圖29的XXX-XXX線截取的； 圖31為俯視示意圖，表示了本發(fā)明的另一個替代實施方式的堆疊雙極電池組； 圖32為圖31的雙極電池組的截面示意圖，是沿圖31的XXXII-XXXII線截取的； 圖33為截面示意圖，表示了本發(fā)明所述的堆疊單極電池組的基本結(jié)構(gòu)； 圖34A為示意圖，表示了本發(fā)明實施方式的由單個化學(xué)電池單元鏈接而成的基本
結(jié)構(gòu)；以及 圖34B為示意圖，表示了本發(fā)明另一個實施方式的由單個化學(xué)電池單元鏈接而成 的基本結(jié)構(gòu)；
具體實施例方式
本發(fā)明提供了相鄰的電池單元之間的電解質(zhì)密封性得到了改善的堆疊電池的裝 置和方法，并且在下文中結(jié)合圖1到34B進(jìn)行說明。 圖1表示了根據(jù)本發(fā)明一個實施方式所述的示意性的雙極單元或BPU 2。 BPU 2 可以包括正活性材料電極層4，其可以設(shè)置于防滲導(dǎo)電襯底或集流器6的第一側(cè)上；以及 負(fù)活性材料電極層8，其可以配置于防滲導(dǎo)電襯底6的另一側(cè)上。 如圖2所示，例如，可以將多個BPU 2大致垂直地堆疊成具有電解質(zhì)層10的堆疊 體20，其中電解質(zhì)層IO可以設(shè)置在兩個相鄰的BPU 2之間，使得一個BPU 2的正電極層4 可通過電解質(zhì)層IO與相鄰的BPU 2的負(fù)電極層對置。每個電解質(zhì)層IO可以包括可以保持 電解質(zhì)ll的隔離件9(例如參見圖6)。隔離件9可以將正電極層4和與其相鄰的負(fù)電極層 8電隔離開，而允許電極單元之間的離子傳輸，如下文所詳述。 接下來例如參考圖2中BPU 2的堆疊狀態(tài)，在此處，應(yīng)將在第一BPU 2的正電極層 4和襯底6、與第一BPU 2相鄰的第二BPU 2的負(fù)電極層8和襯底6，以及位于第一BPU 2和 第二BPU 2之間的電解質(zhì)層10中所包含的部件稱為單個"電池單元"或"電池節(jié)"22。每 個電池節(jié)22的每個防滲襯底6可被適用的相鄰電池節(jié)22所共享。 如圖3和4所示，例如，根據(jù)本發(fā)明的一個實施方式所述，正極端子和負(fù)極端子可 以隨同一個或多個BPU 2的堆疊體20 —起設(shè)置正極端子和負(fù)極端子以組成堆疊雙極電池 組50。正極單極電極單元或MPU 12可以包括設(shè)置于防滲導(dǎo)電襯底16的一側(cè)上的正活性 材料電極層14，該MPU 12可以以其間夾著電解質(zhì)層(即電解質(zhì)層10e)的方式被放置于堆 疊體20的第一端部，使得正極MPU 12的正電極層14可以通過電解質(zhì)層10e與位于堆疊體 20的第一端部處的BPU(即BPU 2d)的負(fù)電極層(即層8d)相對置。負(fù)極單極電極單元或 MPU 32可以包括設(shè)置于防滲導(dǎo)電襯底36的一側(cè)上的負(fù)活性材料電極層38，該MPU 32可以 以在其間夾著電解質(zhì)層(即電解質(zhì)層10a)的方式被放置于堆疊體20的第二端部，使得負(fù) 極MPU 32的負(fù)電極層38可以通過電解質(zhì)層10a與位于堆疊體20第二端部處的BPU(即 BPU 2a)的正電極層(即層4a)相對置。MPU 12和32可以分別設(shè)置相應(yīng)的正極和負(fù)極引 線(lead)13和33。 應(yīng)注意的是，每個MPU的襯底和電極層可以和相鄰的BPU 2的襯底和電極層以及 其間的電解質(zhì)層10 —起構(gòu)成電池節(jié)22，例如圖3所示(例如參見電池節(jié)22a和22e)。堆 疊體20中所堆疊的BPU 2的數(shù)量可以為一個或更多，并且為了符合電池組50所需的電壓 可以適當(dāng)?shù)卮_定。每個BPU 2可以提供任意所需電勢，使得電池50的所需電壓可以通過有 效地增加每個BPU 2所提供的電勢來實現(xiàn)。能夠理解的是，每個BPU 2不必提供相同的電 勢。 在一個合適的實施方式中，雙極電池組50可以被構(gòu)造為使得BPU堆疊體20及其 相應(yīng)的正極和負(fù)極MPU 12和32可以在減壓下至少被部分密封(例如，氣密密封)到電池 外殼或包裝40中。例如，MPU導(dǎo)電襯底16和36(或者至少它們各自的電極引線13和33) 可以被引出到電池外殼40外，以減輕在使用時來自外部的影響并防止因環(huán)境退化。可以在 MPU 12和32中提供凹部(indentation) 42用于薄型外殼(low-profile casing)和平坦表 面。
為了防止第一電池節(jié)的電解質(zhì)(例如參見圖6中電池節(jié)22a的電解質(zhì)lla)與另一 個電池節(jié)的電解質(zhì)(例如參見圖6A中的電池節(jié)22b的電解質(zhì)llb)結(jié)合，可以將墊片或密封 裝置與電解質(zhì)層在相鄰的電極單元之間堆疊在一起以將電解質(zhì)密封在其特定的電池節(jié)內(nèi) 部。墊片或密封裝置例如可以是可壓縮或不可壓縮的、能夠與特定的電池單元的相鄰電極 單元相互作用以將其間的電解質(zhì)密封的任意合適的固體或粘性材料，或者它們的組合。在 一個合適的配置中，例如圖3到4B所示，本發(fā)明的雙極電池組可以包括墊片或密封裝置60， 該墊片或密封裝置60可以作為圍繞每個電池節(jié)22的電解質(zhì)層10和活性材料電極層1/14 和8/38的擋板(barrier)來放置。墊片或密封裝置可以是連續(xù)的和緊密的并且可以將墊片 和所述電池單元的相鄰的電極單元之間(即與所述墊片或密封裝置相鄰的BPU之間或BPU 與MPU之間)的電解質(zhì)密封起來。例如，墊片或密封裝置可以在所述電池單元的相鄰電極 單元之間提供合適的間距。 如下所詳述，例如，在一個合適的發(fā)方案中，可以沿箭頭P1和P2的方向在外殼40 的頂部和底部施加壓力，以將電池節(jié)22和墊片60壓縮并保持在圖3到4B所示的密封構(gòu)造 中。例如，在另一個合適的方案中，可以沿箭頭P3和P4的方向在外殼40的側(cè)部施加壓力， 以將電池節(jié)22和墊片60壓縮并保持在圖3到4B所示的密封構(gòu)造中。例如，在又一個合適 的方案中，壓力可以被施加于外殼40的頂部和底部并且壓力還可以被施加于外殼40的側(cè) 部，以將電池節(jié)22和墊片60壓縮并保持于圖3到4B中所示的密封構(gòu)造中。這種雙極電池 組50可以包括堆疊并串聯(lián)的多個電池節(jié)22，如圖3A中所示，以提供所需電壓。
現(xiàn)在參考圖6 ，表示了根據(jù)本發(fā)明實施方式所述的電池組50的兩個特定電池節(jié)22 的分解視圖。電池節(jié)22a可以包括MPU 32的襯底36和負(fù)電極層38、電解質(zhì)層10a、以及 BPU 2a的正電極層4a和襯底6a。電池節(jié)22b可以包括BPU 2a的襯底6a和負(fù)電極層8a、 電解質(zhì)層10b、以及BPU 2b的正電極層4b和襯底6b。如上所述，每個電解質(zhì)層10可以包 括隔離件9和電解質(zhì)11?？梢試@每個電池節(jié)22的電解質(zhì)層10設(shè)置密封裝置或墊片60， 使得該電池節(jié)的隔離件9和電解質(zhì)11可以被密封于由該特定電池節(jié)的墊片60和相鄰的電 極單元所限定的空間內(nèi)。 例如圖6到8所示，墊片60a可以包圍電解質(zhì)層10a使得其隔離件9a和電解質(zhì)層 11a可以被完全密封于由電池節(jié)22a的墊片60a、MPU 32、和BPU 2a所限定的空間內(nèi)。同 樣，例如圖6、8、和9所示，墊片60b可以圍繞電解質(zhì)層10b使得其隔離件9b和電解質(zhì)lib 可以被完全密封于由電池節(jié)22b的墊片60b、BPU 2a、和BPU2b所限定的空間內(nèi)。
每個電池節(jié)的密封裝置或墊片可以與電池單元的電極單元的各個部分一起形成 密封以密封其電解質(zhì)。如圖6到9所示，例如，墊片可以與襯底的頂部或底部的一部分一起 形成密封(例如參見與襯底36的底側(cè)和襯底6a的頂側(cè)接觸的墊片60a)。另外，墊片可以 與襯底的外部表面或邊緣的一部分一起形成密封(例如參見墊片60a的與襯底6a的外部 邊緣接觸的部分60aa)。類似地，墊片的外部表面或邊緣可以與襯底的一部分一起形成密封 (例如參見墊片60b的與襯底6b的6bb部分接觸的外部邊緣，以及墊片60c的與襯底6b的 6bc部分接觸的外部邊緣)。另外，墊片可以與活性材料電極層的一部分一起形成密封(例 如參見與電極層38的一部分以及電極層4a的一部分相接觸的墊片60a)。
在襯底的一部分延伸超出墊片和由襯底所限定的電池節(jié)中的至少一個的密封部 分(例如，電池節(jié)22b和22c的襯底部分6bb和6bc，以及襯底36的部分延伸超出電池節(jié)22a的墊片60a的外部邊緣)的實施方式中，襯底的所述一部分可以是用于相鄰的一個或 更多電池節(jié)的散熱鰭片。例如，在相鄰的一個或更多電池節(jié)的密封部分外部的這種襯底部 分可以被暴露于電池單元堆疊體的外部環(huán)境中、或者可以與電池單元堆疊體的包裝或外殼 相接觸(例如圖6所示)。外部環(huán)境和/或包裝可以被認(rèn)為比電池節(jié)的密封部分的冷度更 低。這種冷度(coolness)可以從襯底在相鄰的電池節(jié)的密封部分外部的部分經(jīng)過該襯底 傳遞到這些密封部分自身。 在本發(fā)明的某些實施方式中，為了產(chǎn)生更好的密封，墊片的表面區(qū)域和相互接觸 的相鄰的電極單元的表面的一個或更多部分中的每個可以被互補(bǔ)地(reciprocally)或者 相應(yīng)地(correspondingly)開槽、倒角(chamfer)、或成形。例如，墊片表面的至少一部分可 以與電極單元表面的至少一部分相對應(yīng)地成形，使得兩個表面可以配合(mate)到一起以 限制兩個表面之間的某些類型的相對移動和在電池組制造期間使墊片和電極單元自對準(zhǔn)。 例如圖6到9所示，可以沿著墊片與襯底的對應(yīng)地互補(bǔ)地成形的部分或者由墊片與襯底的 對應(yīng)地互補(bǔ)地成形的部分，在它們彼此配合接觸(matedcontact)的各個區(qū)域處，形成制動 裝置(detent means)或凹槽裝置70。例如，由墊片和相鄰襯底的互補(bǔ)成形部分的配合所形 成的這種凹槽裝置或制動裝置可以由此增加它們的配合接觸區(qū)域的尺寸，并且可以由此對 試圖破壞在墊片與襯底的配合接觸區(qū)域之間所建立的密封的任何流體(例如電解質(zhì))提供 更大的阻力路徑(path of resistance)。 墊片與相鄰襯底的相應(yīng)地成形的表面之間的凹槽裝置的垂直截面形狀(例如，墊 片和襯底的與垂直堆疊體20的方向大致一致的配合起來的表面部分的形狀)可以是任意 合適的形狀。例如，凹槽裝置的垂直截面形狀可以是——但不只限于——例如，正弦形(例 如參見圖6中襯底36和墊片60a之間的凹槽裝置70a) 、V形(例如參見圖6中墊片60a和 襯底6a之間的凹槽裝置70b)、矩形(例如參見圖6中墊片60b和襯底6b之間的凹槽裝置 70c)、或者其組合。與垂直堆疊方向一致的凹槽裝置的這些垂直截面形狀可以為密封提供 更大的表面積。另外，凹槽裝置的這些垂直截面形狀可以為密封提供垂直因素(vertical aspect)，使得當(dāng)電池節(jié)內(nèi)部的壓力增大而對墊片施加力時，墊片的成形為凹槽的部分與相 鄰的電極之間的密封力也可以增大。 另外，在墊片的相應(yīng)地成形了的表面部分與相鄰的襯底之間的、在與之相關(guān)聯(lián)的 襯底的層的周圍的凹槽的橫截面形狀或路徑(例如，與垂直堆疊體20的方向大致垂直的、 配合起來的墊片與襯底的表面部分的形狀或路徑)可以是任意合適的設(shè)計。例如，凹槽的 橫截面路徑在與其相關(guān)聯(lián)的襯底的電極層周圍可以是連續(xù)的，并且可以是距離所述相關(guān)聯(lián) 的襯底的電極層大致等距離的(例如圖6和7所示，在墊片60a與襯底36的相配合的表面 部分中的所有點處，凹槽裝置70a在電極層38周圍可以是連續(xù)的，并且從電極層38均勻地 分隔開)。替代地，凹槽的橫截面路徑可以在與其相關(guān)聯(lián)的襯底的電極層周圍是連續(xù)的，但 是距離該電極層等并非距離的(例如參見圖6和8所示，在墊片60a與襯底6a的相配合的 表面部分中的所有點處，凹槽70b可以在電極層4a和8a的周圍是連續(xù)的，但非均勻地從該 電極層4a和8a分隔開)。在又一個實施方式中，例如，凹槽的橫截面路徑可以在與其相關(guān) 聯(lián)的襯底的電極層的周圍是非連續(xù)的或者分段的(例如圖6和9所示，在墊片60b與襯底 6b的相配合的表面部分中，凹槽70c可以只在電極層4b和8b的一部分周圍延伸)。
要理解的是，此處所述的由相鄰墊片和電極單元的相對應(yīng)地成形了的表面部分所
12提供的凹槽的形狀、尺寸、路徑只是示例，可以使用任意各種合適的尺寸、形狀和路徑設(shè)計 來創(chuàng)建這種凹槽。另外，根據(jù)本發(fā)明的某些實施方式所述，可以在墊片和相鄰電極單元之間 不創(chuàng)建凹槽，使得彼此接觸的墊片的表面區(qū)域與相鄰電極單元的表面區(qū)域都是大致平坦的 或平面的。 用于形成本發(fā)明電極單元的襯底(例如襯底6、16、以及36)可以由任意合適的導(dǎo) 電和防滲材料形成，其包括但不只限于，例如，無孔的金屬箔、鋁箔、不銹鋼箔、包含鎳和鋁 的覆層材料(claddingmaterial)、包含銅和鋁的覆層材料、鍍鎳鋼、鍍鎳銅、鍍鎳鋁、金、銀、 或它們的組合。在某些實施方式中，每個襯底都可以由相互粘合的兩片或更多片金屬箔制 成。例如，每個BPU的襯底可以典型地為1到5毫米厚，而每個MPU的襯底可以為5到10毫 米厚并且作為電池的端子。例如，金屬化泡沫(metalized foam)可以與任意合適的襯底材 料結(jié)合成平坦的金屬膜或箔的形式，使得可以通過遍及電極地延展導(dǎo)電基體(conductive matrix)來降低電池節(jié)的活性材料之間的電阻。 設(shè)置在這些襯底上以形成本發(fā)明的電極單元的正電極層(例如正電極層4和14) 可以由任意合適的活性材料形成，包括但不只限于例如氫氧化鎳(Ni(0H)》、鋅(Zn)、或它 們的組合。正活性材料可以被燒結(jié)(sintered)和浸漬(impregnated)，用水性粘合劑涂敷 并按壓，用有機(jī)粘合劑涂敷并按壓，或者利用將所述正活性材料與其他支持性化學(xué)物質(zhì)一 起包含在導(dǎo)電基體中的任何合適的方法而被包含。電極單元的正電極層可以具有被注入該 正電極層的基體中以減少膨脹的顆粒，所述顆粒包括但不只限于例如金屬氫化物(MH) 、Pd、 Ag、或它們的組合。這可以例如增加循環(huán)壽命、改善復(fù)合(recombination)，并減少電池節(jié)內(nèi) 的壓力。這些顆粒，諸如MH，也可以是在大量的活性材料膏諸如(Ni(0H)2)中，以改善電極 內(nèi)部的導(dǎo)電性并支持復(fù)合。 設(shè)置在這些襯底上以形成本發(fā)明的電極單元的負(fù)電極層(例如負(fù)電極層8和38) 可以由任意合適的活性材料形成，包括但不限于例如MH、Cd、Mn、Ag、或它們的組合。負(fù)活性 材料可以被燒結(jié)和浸漬，用水性粘合劑涂敷并按壓，用有機(jī)粘合劑涂敷并按壓，或者利用將 所述正活性材料與其他支持性化學(xué)物質(zhì)一起包含在導(dǎo)電基體中的任何合適的方法而被包 含。例如，負(fù)電極側(cè)可以具有被注入負(fù)電極材料的基體內(nèi)以穩(wěn)定結(jié)構(gòu)、減少氧化、以及延長 循環(huán)壽命的化學(xué)物質(zhì)，包括但不限于Ni、Zn、Al、或它們的組合。 可以將各種合適的粘合劑——包括但只限于例如有機(jī)CMC粘合劑、克雷頓橡膠 (Crayton rubber) 、 PTFE(特富龍)、或它們的組合——與活性材料層混合以將所述層保持 在它們的襯底上。超安定(ultra-still)粘合劑，諸如200ppi泡沫鎳，也可以與本發(fā)明的
堆疊電池組構(gòu)造一起使用。 本發(fā)明的電池組的每個電解質(zhì)層的隔離件(例如，每個電解質(zhì)層10的隔離件9) 可以由將與該隔離件相鄰的兩個電極單元電隔離同時允許這些電極單元之間的離子傳 輸?shù)娜我夂线m材料來形成。例如，隔離件可以包含纖維素類超吸收體(cellulose super absorber)以改善填充并用作電解質(zhì)貯存器以增加循環(huán)壽命，其中隔離件可以由聚合吸收 襯墊材料(polyabsorb diaper material)制成。這樣，在對電池組施加電荷時，隔離件可 以釋放以前吸收的電解質(zhì)。在某些實施方式中，隔離件可以比常規(guī)電池單元的密度更低并 且更厚，使得電極間距(IES)可以從比常規(guī)的電池單元的電極間距高的值開始并且持續(xù)減 少以在電池組的壽命期間維持電池的充電速率(C-rate)和容量并延長電池的壽命。
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隔離件可以比粘結(jié)在電極單元上的活性材料的表面的常規(guī)材料更薄以減少短路 并改善復(fù)合。例如，該隔離件材料可以是噴涂上的、涂敷上的、或按壓上的。在某些實施方 式中，隔離件可以具有附著于其上的復(fù)合劑(recombination agent)。例如，該復(fù)合劑可以 被注入到隔離件的結(jié)構(gòu)內(nèi)(例如，這可以通過在使用PVA的濕法工藝中物理地捕獲復(fù)合劑 以將所述復(fù)合劑粘結(jié)于隔離件纖維(s印aratorfiber)上來完成，或者可以通過電沉積將 復(fù)合劑放置于其中)；或者可以通過氣相沉積將該復(fù)合劑層敷于表面上。隔離件可以由有 效地支持復(fù)合的任意合適材料或制劑(agent)制成，包括但不限于例如Pb、Ag、或它們的組 合。如果電池單元的襯底彼此相向移動則隔離件可以呈現(xiàn)阻力；而在本發(fā)明的某些實施方 式中可以不設(shè)置隔離件，這些實施方式可以使用足夠剛性而不會彎曲的襯底。
本發(fā)明的電池組的每個電解質(zhì)層的電解質(zhì)(例如，每個電解質(zhì)層10的電解質(zhì)11) 可以由能在溶解或熔化時離子化以產(chǎn)生導(dǎo)電介質(zhì)的任意合適化合物形成。電解質(zhì)可以是任 意合適化合物制成的標(biāo)準(zhǔn)電解質(zhì)，諸如但不限于例如NiMH。電解質(zhì)可以包含其它的化合物， 包括但不限于例如氫氧化鋰(LiOH)、氫氧化鈉(NaOH)、氫氧化^ (CaOH)、氫氧化鉀(KOH)、 或它們的組合。電解質(zhì)還可以包含改善復(fù)合的添加劑，諸如但不限于例如Ag(OH^。電解質(zhì) 還可以包含例如RbOH，以改善低溫性能。在本發(fā)明的一些實施方式中，可以將電解質(zhì)(例如 電解質(zhì)ll)冷凍在隔離件(例如，隔離件9)中然后在電池完全組裝之后解凍。這可以允許 在墊片與相鄰電極單元一起形成實質(zhì)上流密(fluid tight)密封之前將特別粘稠的電解質(zhì) 插入到電池組的電極單元堆疊體中。 本發(fā)明的電池組的密封裝置或墊片(例如墊片60)可以由可以有效地將電解質(zhì)密
封于由墊片和與其相的鄰電極單元所限定的空間內(nèi)的任意合適材料或材料的組合形成。在
某些實施方式中，墊片可以由固體的密封擋板或密封環(huán)、或能夠形成固體的密封環(huán)的多個
環(huán)狀部分形成，所述密封擋板或密封環(huán)可以由任意合適的非導(dǎo)電材料制成，包括但不限于
例如尼龍、聚丙烯、電池隔膜(cell gard)、橡膠、PVOH(聚乙烯醇)、或它們的組合。由固體
的密封擋板形成的墊片可以與相鄰的電極的一部分相接觸以在它們之間創(chuàng)建密封。 替代地，墊片可以由任意合適的粘性材料或膏形成，包括但不限于例如環(huán)氧樹脂、
瀝青焦油(brea tar)、電解質(zhì)(例如KOH)防滲膠、可壓縮的膠合劑(例如，可以由硅、丙烯
酸、與/或纖維強(qiáng)化塑料(FRP)形成并且可以是防止電解質(zhì)滲透的雙組分聚合物，諸如由
Henkel公司制造的Loctite⑧牌膠合劑)、或它們的組合。由粘性材料形成的墊片可以與
相鄰的電極相接觸以在其間創(chuàng)建密封。在又一個實施方式中，墊片可以由固體密封環(huán)與粘
性材料的組合形成，使得粘性材料可以改善固體密封環(huán)與相鄰的電極單元之間的密封。替
代地或者額外地，例如，電極單元自身可以在將固體密封環(huán)、用額外的粘性材料處理過的固
體密封環(huán)、相鄰電極的單元、或用額外的粘性材料處理過的相鄰的電極單元密封于其上之
前先用粘性材料進(jìn)行處理。 在某些實施方式中，如下詳述，由固體密封環(huán)和/或粘性膏形成的墊片可以是可 壓縮的以改善密封。在某些實施方式中，壓縮度可以為約5%，但無論彈性如何都需要確保 良好的密封。 另外，在某些實施方式中，相鄰的電極單元之間的墊片或密封裝置可以設(shè)置有一 個或更多薄弱點，所述薄弱點可以允許某些類型的流體(即某些液體或氣體)通過所述薄 弱點逸出(即，如果由墊片所限定的電池節(jié)中的內(nèi)部壓力增加超過某個閾值的話)。一旦一定量的流體逸出或者內(nèi)部壓力減小，所述薄弱點可以再密封?？梢耘渲没蛑苽渲辽俨糠值乩媚承╊愋偷暮线m的粘性材料或膏——諸如瀝青(brai)——形成的墊片以允許某些流體通過并且被配置或制備以防止某些其它流體的通過。這種墊片可以防止任何電解質(zhì)在兩個電池節(jié)之間的共享，這種共享可能引起電池的電壓和能量迅速衰退(即放電)至零。
如上所述，使用具有堆疊形式的密封電池單元設(shè)計的電池組(例如雙極電池組50)的一個好處可以是增加電池組的放電速率。這個增大的放電速率可以允許使用某些較輕腐蝕性的電解質(zhì)(例如，通過移除或減少電解質(zhì)中的研磨性的(whetting)、強(qiáng)化導(dǎo)電性的、和/或化學(xué)反應(yīng)性的成分)，此類電解質(zhì)不適合在方形電池組或巻繞式電池組設(shè)計中使用?？梢杂啥询B電池組設(shè)計提供以使用較輕腐蝕性的電解質(zhì)的這種余量可以允許在使用墊片形成密封時使用某些環(huán)氧樹脂(例如，J-B Weld環(huán)氧樹脂)，否則這些樹脂會被較重腐蝕性的電解質(zhì)所腐蝕。 本發(fā)明的電池組的外殼或包裝(例如外殼40)可以由可以密封至端子電極單元(例如MPU 12和32)以暴露它們的導(dǎo)電襯底(例如襯底16和36)或它們的關(guān)聯(lián)引線(例如，引線13和33)的任意合適的非導(dǎo)電材料形成。包裝還可以被形成以創(chuàng)建、支持、和/或維持墊片與相鄰的電極之間的密封以隔離它們相應(yīng)的電池節(jié)內(nèi)部的電解質(zhì)。包裝可以創(chuàng)建和/或維持這些密封所需的支持，使得包裝可以抵抗在電池節(jié)內(nèi)部壓力增加時電池的膨脹。包裝可以由任意合適材料制成，包括但不限于例如尼龍、包括強(qiáng)化成分或者收縮包裝(shrinkwrap)在內(nèi)的任意其它聚合物或彈性材料、或者諸如搪瓷或任意其它金屬的任意剛性材料、或者它們的組合。在某些實施方式中，例如，包裝可以由可以維持對堆疊電池單元的密封的持續(xù)壓力的張力夾(tension clips)的外骨架形成。可以在堆疊體和包裝之間設(shè)置非導(dǎo)電擋板以防止電池短路。 繼續(xù)參考圖3，例如，本發(fā)明的雙極電池組50可以包括由MPU 12和32形成的多個電池節(jié)(例如電池節(jié)22a-22e)、以及在它們之間的一個或更多個BPU 2 (例如BPU 2a-2d)的堆疊體。根據(jù)本發(fā)明某些實施方式所述，襯底(例如襯底6a-6d、16、和36)、電極層(例如正電極層4a-d和14，以及負(fù)電極層8a-8d和38)、電解質(zhì)層(例如層10a-10e)、和墊片(例如墊片60a-60e)中的每個的厚度和材料都可以彼此不同，不僅是電池節(jié)與電池節(jié)之間不同，而且在特定的電池節(jié)內(nèi)也可以不同。這種幾何和化學(xué)上的變化——不僅在堆疊體的層面上，而且在單個電池單元的層面上——可以創(chuàng)建具有眾多不同優(yōu)點和性能特征的電池組。 例如，特定電極單元的特定襯底的特定側(cè)可以用各種活性材料沿著其不同部分涂敷，用于形成正活性材料電極層。例如圖4A和4B所示，BPU 2a的襯底6a的一個側(cè)面可以包括最外部分4a'、中間部分4a"、和最內(nèi)部分4a'"，用于形成正活性材料電極層4a。例如，4a' 4a'"部分中的每個都可以由不同活性材料涂敷、可以為不同厚度(例如，厚度4at'、4at "、和4at'")，和/或可以為不同高度(例如，高度4ah' 、4ah"、和4ah'")。
當(dāng)要求電池組系統(tǒng)對于各種操作參數(shù)提供優(yōu)化性能時，可以優(yōu)選地同時操作和控制具有各自的強(qiáng)項和弱點的獨立的兩個電池組的使用。例如，在電動汽車(EV)和混合電動汽車(HEV)的情況下，要求電池組系統(tǒng)不僅要提供特別充足的能量儲存能力用于長距離行駛，而且還要提供特別充足的充電和放電速率用于在道路上安全地加速和減速。例如，以其充沛的能量儲存能力著稱的鋅錳電池組可以與以其高充/放電速率能力著稱的鎳氫電池
15協(xié)同地被控制，以提供足以用于任何電動汽車的電池組系統(tǒng)。根據(jù)本發(fā)明的某些實施方式，可以在電池組的特定電池節(jié)內(nèi)使用各種化學(xué)成分和幾何形態(tài)以優(yōu)化所述電池的各種功能，諸如能量儲存、用于長保存期限的自放電調(diào)控、以及高的充/放電速率，如將在下文中對于電池節(jié)22b和圖5到5C的描述那樣。 如圖所示，BPU 2a的襯底6a的一個側(cè)面可以包括最外部分8a'和最內(nèi)部分8a"，用于形成負(fù)活性材料電極層8a。例如，最外部分8a'可以由最外側(cè)負(fù)極材料制成，可以具有最外側(cè)厚度(例如最外側(cè)厚度8at')，以及可以具有最外側(cè)高度(例如最外側(cè)高度8ah');而最內(nèi)部分8a"可以由最內(nèi)側(cè)負(fù)極材料制成，可以具有最內(nèi)側(cè)厚度(例如最內(nèi)側(cè)厚度8at")，以及可以具有最內(nèi)側(cè)高度(例如最內(nèi)側(cè)高度8ah")。例如，最外部分8a'的幾何形態(tài)(例如高度8ah'和厚度8at')可以占負(fù)電極層8a的負(fù)活性材料的80%，而最內(nèi)部分8a"的幾何形態(tài)(例如高度8ah"和厚度8at")可以占負(fù)電極層8a的負(fù)活性材料的20% 。
類似地，BPU 2b的襯底6b的一個側(cè)面可以包括最外部分4b'和最內(nèi)部分4b"，用于形成正活性材料電極層4b。例如，最外部分4b'可以由最外側(cè)正極材料制成，可以具有最外側(cè)厚度(例如最外側(cè)厚度4bt')，以及可以具有最外側(cè)高度(例如最外側(cè)高度4bh');而最內(nèi)部分4b"可以由最內(nèi)側(cè)正極材料制成，可以具有最內(nèi)側(cè)厚度(例如最內(nèi)側(cè)厚度4bt")，以及可以具有最內(nèi)側(cè)高度(例如最內(nèi)側(cè)高度4bh")。例如，最外部分4b'的幾何形態(tài)(例如高度4bh'和厚度4bt')可以占正電極層4b的正活性材料的80%，而最內(nèi)部分4b"的幾何形態(tài)(例如高度4bh"和厚度4bt")可以占正電極層4b的正活性材料的20%。
另外，可以沿著電極2a和電極2b的各個部分用各種幾何形態(tài)和各種隔離件材料將電極2a和電極2b分隔開。例如， 一旦電池被堆疊、密封，并且被包裝40所支持，那么最外部分8a'和最外部分4b'由于其幾何形態(tài)(例如，高度8ah'和高度4bh')可以被分離開最外側(cè)距離od，而最內(nèi)部分8a"和最內(nèi)部分4b"可以只被分離開最內(nèi)側(cè)距離id。
隔離件9b的兩個隔離件部分(例如最外側(cè)隔離件部分9b'和最內(nèi)側(cè)隔離件部分9b")可以被設(shè)置于電池節(jié)22b的電解質(zhì)層10b中。這些最外側(cè)和最內(nèi)側(cè)隔離件部分可以具有不同高度(例如最外側(cè)隔離件高度9bh'和最內(nèi)側(cè)隔離件高度9bh")。根據(jù)本發(fā)明不同實施方式，這些高度可以或可以不分別地對應(yīng)于最外側(cè)電極部分8a'和4b'之間的不同距離(例如最外側(cè)距離od)以及最內(nèi)側(cè)電極部分8a"和4b"之間的不同距離(例如最內(nèi)側(cè)距離id)。例如，在某些實施方式中，電極層的某些部分之間的距離可以大于電極層的某些其它部分之間的距離。例如，最外側(cè)電極部分8a'和4b'之間的最外側(cè)距離od可以為約5毫米，而最內(nèi)側(cè)電極部分8a"和4b "之間的最內(nèi)側(cè)距離id可以為約1毫米。
另外，最外側(cè)和最內(nèi)側(cè)隔離件部分9b'和9b"中的每個都可以由不同的隔離件材料制成，使得每個隔離件部分可以被設(shè)計為對可以在其相應(yīng)的電極部分(例如最外部分8a'/4b'和最內(nèi)部分8a"/4b")上創(chuàng)建的特定的樹枝狀結(jié)晶(dendrite)進(jìn)行控制，這種樹枝狀結(jié)晶其自身可以具有不同的化學(xué)成分。電池單元的各個部分中的每個的活性材料可以具有不同的樹枝狀結(jié)晶。例如，電池單元的各個部分中的每個可以由不同材料制成，和/或每個都可以被設(shè)置為具其自身唯一的表面處理、孔隙率(porosity)、拉伸特性、和/或壓縮特性。另外，在某些實施方式中，例如，電池節(jié)可以通過在隔離件上使用不同的研磨性的(whetting)藥劑或處理來使電解質(zhì)的分散(dispersion)和集中(concentration)有區(qū)別。因此，可以在隔離件的某些部分(例如，9b'或9b"部分)中創(chuàng)造一個或更多的集中
16區(qū)，以經(jīng)由這種集中區(qū)進(jìn)行更好的離子傳輸(例如為了在電池單元內(nèi)部的更好的功率或熱傳輸或者更好的電化學(xué)效率或更好的氣體復(fù)合)。類似地，各種粘合劑系統(tǒng)，例如諸如CMC、Crayton橡膠、金屬泡沫、PTFE、和PV0H，可以被用于將各個活性材料電極部分的每個涂敷在多個化學(xué)電池節(jié)的襯底上，以實現(xiàn)例如電池單元的功率、能量密度、和/或循環(huán)壽命的平衡。 如上所述，對于電動汽車領(lǐng)域，例如，當(dāng)需要能提供特別充足的能量儲存能力以及特別充足的充放電速率的電池組時，負(fù)活性材料電極層8a和正活性材料電極層4b中每個的幾何形態(tài)和化學(xué)成分可以在電池節(jié)22b內(nèi)有所不同。例如，最外部分4b'和最外部分8a'——其每個的幾何形態(tài)都可以占其相應(yīng)的電極層的活性材料的80%——可以實質(zhì)上由鋅錳(ZnMn)制成并且可用作電池單元22b的第一部件，主要適合于能量儲存。另一方面，例如，最內(nèi)部分4b"和最內(nèi)部分8a"——其每個的幾何形態(tài)都可以占其相應(yīng)的電極層的活性材料的20%——可以實質(zhì)上由鎳氫化金屬(NiMH)制成并且可用作電池單元22b的第二部件，主要適合于高的充/放電速率。 由于這些合成化學(xué)成分的行為，它們可以在單個電池節(jié)內(nèi)彼此取長補(bǔ)短。例如，電池單元的NiMH部分可以限制ZnMn部分在脈沖放電下的過放電，并且可以因此而延長ZnMn部分的循環(huán)壽命，因為ZnMn部分可以不被驅(qū)動至形成樹枝狀晶體的低電壓。同樣，電池單元的ZnMn部分可以延長保存期限，并且可以通過將NiMH部分保持在高電荷態(tài)(high stateof charge)來減少電池單元的NiMH部分的自放電。這與NiMH電池單元的自放電的天然趨勢相反，這種自放電的天然趨勢使得MH電極在低電荷態(tài)(low state of charge)被腐蝕并且降低N預(yù)H的壽命。因此，電池節(jié)內(nèi)提供的兩種或更多的不同化學(xué)成分可以用作各種化學(xué)成分的功能之間的控制器。 作為另一個例子，在同一個電池單元中的多種電化學(xué)物質(zhì)的組合可以利用各種電化學(xué)的加熱和冷卻特性來調(diào)節(jié)電池單元的溫度。在一個實施方式中，例如，電池節(jié)的活性材料的第一部分可以由鎳鎘(NiCad)制成，第二部分可以由鋅錳制成。在這種電池單元放電時，NiCad部分可以發(fā)熱并可以將電池單元的處于寒冷條件下的另一部分(例如，ZnMn部分)加熱。在重新充電時，電池單元的NiCad部分可以吸熱并可以通過吸收熱量來冷卻電池單元的另一個部分。這樣，NiCad化學(xué)成分部分可以幫助冷卻另一個化學(xué)成分部分——該另一個化學(xué)成分部分通常在放電結(jié)束時是熱的——由此通過減少熱應(yīng)力來提高重充電速率并延長電池的循環(huán)壽命。電池單元的各種化學(xué)成分可以被放置為使得冷卻化學(xué)成分(例如，NiCad)可以處于電池單元的中央或者至少關(guān)于電池單元的需要冷卻的另一種化學(xué)成分來說位于內(nèi)部，這與將冷卻化學(xué)成分部分放置于可能更易于移除熱量的電池單元邊緣的作法不同。 另外，除了如上所述(例如參見圖4到5C)的改變特定電池節(jié)內(nèi)的襯底、電極層、電解質(zhì)層、或墊片的材料和幾何形態(tài)之外，襯底、電極層、電解質(zhì)層、和墊片的材料和幾何形態(tài)還可以沿著堆疊高度方向上逐個電池節(jié)地變化。再參考圖3，例如，電池組50的每個電解質(zhì)層10中所使用的電解質(zhì)11可以基于其相應(yīng)的電池節(jié)22距離電池節(jié)堆疊體的中間的接近程度來變化。例如，最內(nèi)側(cè)電池節(jié)22c(即電池組50中的5個電池節(jié)22中的居中的電池節(jié))可以包括由第一 電解質(zhì)形成的電解質(zhì)層(即電解質(zhì)層10c)，中間電池節(jié)22b和22d (即電池組50中與終端電池節(jié)相鄰的電池節(jié))可以包括每個都由第二電解質(zhì)形成的電解質(zhì)層(即分別為電解質(zhì)層10b和10d)，而最外側(cè)電池節(jié)22a和22e(即電池組50中最外側(cè)的電池節(jié))可以包括每層都由第三電解質(zhì)形成的電解質(zhì)層(即分別為電解質(zhì)層10a和10e)。通過在內(nèi)部堆疊體中使用更高導(dǎo)電率的電解質(zhì)，可以降低電阻以減少所產(chǎn)生的熱量。這可以通過設(shè)計而非外部冷卻方法，來對電池組提供熱控制。 作為另一個例子，電池組50的每個電池節(jié)中被用作電極層的活性材料也可以基于其相應(yīng)的電池節(jié)22距離電池節(jié)堆疊體的中間的接近程度來變化。例如，最內(nèi)側(cè)電池節(jié)22c可以包括由具有第一溫度和/或速率性能的第一類型活性材料形成的電極層(即8b和4c層)，中間電池節(jié)22b和22b可以包括由具有第二溫度和/或速率性能的第二類型活性材料形成的電極層(即8a/4b層和8c/4d層)，而最外側(cè)電池節(jié)22a和22e可以包括由具有第三溫度和/或速率性能的第三類型活性材料形成的電極層(即38/4a層和8d/14層)。作為一個例子，電池組堆疊體可以通過構(gòu)造具有更擅長吸熱的鎳鎘電極的最內(nèi)側(cè)電池節(jié)，而最外側(cè)電池節(jié)可以設(shè)置可能需要更低溫度的鎳氫電極。替代地，電池組的化學(xué)成分或幾何形態(tài)可以是非對稱的，其中位于堆疊體的一端處的電池節(jié)可以由第一活性材料以第一高度制成，而位于堆疊體的另一端處的電池節(jié)可以由第二活性材料以第二高度制成。
另外，電池組50的每個電池節(jié)的幾何形態(tài)還可以沿著電池節(jié)的堆疊體變化。除了改變特定電池節(jié)內(nèi)部的活性材料之間的距離(例如參見圖5的距離id和od)之外，某些電池節(jié)22可以在這些電池節(jié)的活性材料之間具有第一距離(例如參見圖5的距離id或od)，而其它電池節(jié)可以在這些電池節(jié)的活性材料之間具有第二距離。無論如何，例如，在活性材料電極層之間具有更小距離的電池節(jié)或它們的一部分可以具有更高的功率，而例如，在活性材料電極層之間具有更大距離的電池節(jié)或它們的一部分可以具有用于樹枝狀晶體生長的更大的空間、更長的循環(huán)壽命、和/或更多的電解質(zhì)貯藏量。例如，在活性材料電極層之間具有更大距離的這些部分可以調(diào)節(jié)電池的電荷接受能力以確保在活性材料電極層之間具有更小距離的部分可以先充電。 在某些實施方式中，當(dāng)?shù)谝缓偷诙瘜W(xué)成分要在特定電池節(jié)中被組合和平衡以共享公用電解質(zhì)時，第一化學(xué)成分的電壓范圍可以在第二化學(xué)成分的電壓范圍內(nèi)電操作(electrically operate)。例如，NiMH可以具有在約1. 50VDC與約0. 80VDC之間的電壓范圍，而ZnMn可以具有在約1.75VDC與約0. 60VDC之間的電壓范圍。這樣，可以通過匹配容量來平衡單個電池單元內(nèi)部的多種電化學(xué)成分。例如，混合的化學(xué)成分還可以通過用控制電子裝置執(zhí)行電化學(xué)平衡來電匹配，類似于通常在單一電池化學(xué)成分包(batterychemistrypack)內(nèi)完成電池單元平衡的方式。例如，兩個或更多種電化學(xué)成分之間的電壓差別可以在它們的完全放電和再充電曲線(profile)之上被連續(xù)地或脈沖式地調(diào)整。
然而，當(dāng)一個個電池單元使用不同的設(shè)計時，電池單元之間的電阻值可以不同并且可能還需要電壓平衡。當(dāng)平衡不同設(shè)計的各種電池單元時，外部的容量平衡可以通過并聯(lián)放置某個數(shù)量的單個電池單元來完成，而外部的電壓平衡可以通過串聯(lián)放置某個數(shù)量的單個電池單元來完成。例如，任何類型的電池單元都可以與由不同電化學(xué)成分制成的任何其它類型的電池單元組合以組成混合電化學(xué)成分電池包(electrochemistry batterypack)。例如圖34A和34B所示，許多由第一 電化學(xué)成分制成的第一 電池單元850可以以各種方式連接許多由第二電化學(xué)成分制成的第二電池單元950，以組成混合電化學(xué)成分電池包。電池單元850和950的每個都可以是各種類型的電池單元中的任意一種，其包括——但不只限于——方形電池單元、巻繞式電池單元、MPU電池單元、或BPU電池單元。在圖34A中，例如，電池包900可以通過利用連接件875將三節(jié)1. 2V NiMH五號(AA)電池單元850和兩節(jié)1. 5V ZnMn五號(AA)電池單元950外部串聯(lián)來組成和平衡。然而，在圖34B中，例如，電池包900'可以通過利用連接件875將三節(jié)1. 2V NiMH五號(AA)電池單元850和兩節(jié)1. 5VZnMn五號(AA)電池單元950外部并聯(lián)來組成和平衡。 將多種電化學(xué)成分組合到電池中——如上所述對于單個電池單元內(nèi)的多種化學(xué)成分(例如參見圖1到9)、或者如上所述關(guān)于連接著其它多個單個化學(xué)成分電池的多個單個化學(xué)成分電池(例如參見圖34A和34B)——的眾多好處之一，是可以省略電池的形成或充電步驟。例如，對于圖5到5C所示的、其中活性材料電極的第一部分可以為ZnMn而另一部分可以為NiMH的電池節(jié)22b，處于自然狀態(tài)的ZnMn部分在被設(shè)置于電池節(jié)的襯底上時可以是已充電的，而NiMH部分在被設(shè)置于襯底上時可能需要被形成或充電。由于這類電池單元的所述混合化學(xué)成分，電池節(jié)的ZnMn部分可以作為自然充電器并且可以形成所述電池單元的NiMH部分，使得其可以為標(biāo)準(zhǔn)的充/放電使用做好準(zhǔn)備而不需要傳統(tǒng)的充電步驟。這樣，通過提供并混合某些電化學(xué)成分和其它電化學(xué)成分，在電池的電池單元內(nèi)或不同的電池單元之間，所述多種電化學(xué)成分中的一種或更多種能對電池中的其它電化學(xué)成分中的一種或多種充電從而可以被略過電池制造中的傳統(tǒng)的和復(fù)雜的電池單元的形成/充電步驟。 如上所述，制造本發(fā)明的雙極電池組的方法可以一般包括如下步驟提供MPU ;和在最終用另一個相反極性的MPU完成堆疊體之前，在所述MPU上堆疊一個或更多個BPU，在這些MPU之間具有電解質(zhì)層和墊片。例如，結(jié)合圖10 20說明本發(fā)明所述的制造堆疊雙極電池組1050的方法。例如，對于圖10和ll，可以首先與防滲導(dǎo)電襯底1036和被涂敷于其上的負(fù)活性材料電極層1038 —起設(shè)置負(fù)極MPU 1032?？梢栽O(shè)置具有至少部分地圍繞負(fù)電極層1038的凹槽形部分1071的襯底1036。 接下來，可以在襯底1036上在電極層1038周圍堆疊墊片1060(例如參見圖12和13)。凹槽形部分1061可以被倒角進(jìn)墊片1060的與襯底1036相接觸的那一側(cè)中，使得凹槽形部分1061和1071可以對準(zhǔn)以在墊片和襯底之間創(chuàng)建槽形接觸表面區(qū)域或凹槽1070。這些互補(bǔ)的凹槽形部分可以幫助墊片在它被堆疊于MPU上時關(guān)于MPU自對準(zhǔn)，由此簡化該生產(chǎn)步驟。這些在墊片和MPU的表面中的互補(bǔ)的凹槽形部分還可以配合到一起以限制兩個表面之間的某些類型的相對移動。例如，凹槽形部分1061和1071的配合的相互作用(matedinteraction)、以及由此產(chǎn)生的槽形接觸表面區(qū)域或凹槽1070，可以限制墊片1060和MPU1032在大致垂直于垂直堆疊體20方向的方向上的相對移動(即凹槽1070可以防止墊片1060和MPU1032在被垂直堆疊時不成直線地相對水平移動)。 —旦墊片1060被堆疊在了MPU 1032的頂部上，就可以由墊片1060的內(nèi)側(cè)壁和該內(nèi)側(cè)壁之間的MPU 1032的一部分限定實質(zhì)上流密的杯形容器(例如參見空間1080)。墊片的內(nèi)側(cè)壁和該內(nèi)側(cè)壁間的電極單元的一部分之間所形成的角度(例如，圖13中，墊片1060的內(nèi)側(cè)壁和內(nèi)側(cè)壁間的MPU 1032的一部分之間的角度1078)可以是任何合適的角度，包括直角、鈍角、或銳角。 接下來，可以在負(fù)電極層1038的頂上在墊片1060的內(nèi)壁內(nèi)放置隔離件1009和電解質(zhì)1011，以在空間1080內(nèi)限定電解質(zhì)層IOIO(例如參見圖14和15)。當(dāng)所要使用的電
19解質(zhì)非常粘時，墊片和MPU之間所創(chuàng)建的密封可以允許電解質(zhì)容易被注入到空間1080中而不會泄漏。要理解的是，如果電解質(zhì)在注入到堆疊體中時不是粘性的(例如，在電解質(zhì)被冰凍于隔離件內(nèi)的實施方式中)，電解質(zhì)層可以在墊片被固定于MPU上之前被堆疊于MPU上。
—旦電解質(zhì)層1010的隔離件1009和電解質(zhì)1011被放置于由墊片1060和MPU1032所限定的空間1080內(nèi)，就可以在其上堆疊第一BPU 1102(例如參見圖16和17)。如圖16所示，BPU 1102可以包括具有正電極層1104和涂敷于相反一側(cè)上的負(fù)電極層1108的防滲導(dǎo)電襯底1106。可以在襯底1106的兩側(cè)中的一側(cè)上設(shè)置凹槽形部分1171，該凹槽形部分1171至少部分地圍繞BPU 1102的正電極層1104和/或電極層1108。以使BPU 1102的正電極層1104面朝下對著MPU 1032的負(fù)電極層1038的方式，BPU 1102可以被堆疊于墊片1060上，使得設(shè)置在墊片1060的頂部上的凹槽形部分1161和襯底1106的凹槽形部分1171可以對準(zhǔn)并在墊片和襯底之間創(chuàng)建槽形接觸表面區(qū)域或凹槽1170。這些互補(bǔ)的凹槽形部分可以幫助BPU在其被堆疊于墊片上時關(guān)于墊片和MPU自對準(zhǔn)，由此簡化該生產(chǎn)步驟。一旦BPU 1102被堆疊于墊片1060頂上，也就是MPU 1032之上，就可以形成第一電池節(jié)1022。另外，據(jù)此可以由襯底1106、襯底1036、和圍繞著電解質(zhì)層1010 (以及電解質(zhì)1011)的墊片1060限定實質(zhì)上流密的密封。 應(yīng)注意的是，墊片1060頂部上的凹槽形部分1161(以及襯底1106底部上的凹槽形部分1171)可以具有與墊片1160底部上的凹槽形部分1061相同的尺寸、形狀、和形式(例如，在它們的橫截面和垂直截面方面)，但墊片的頂部和底部上的凹槽形部分可以彼此不同，例如圖16所示。類似地，在電極單元的每個襯底的頂部和底部上所設(shè)置的凹槽形部分可以彼此不同(例如參見圖16中BPU 1102的凹槽形部分1171和1271)。
—旦由墊片1060、電解質(zhì)層1010、和堆疊于MPU 1032的頂部上的BPU 1102創(chuàng)建了該第一電池節(jié)1022，如上關(guān)于圖10到17所述，那么如果需要的話，可以以相似方式在其上堆疊其它的BPU。 一旦為雙極電池組堆疊了所需數(shù)量的BPU，就可以在其上堆疊第二MPU。參考圖18，正極MPU 1012可以被堆疊于最頂部的BPU的頂上(在本實施方式中，只提供了一個BPU，因此BPU 1102就是所述最頂部的BPU)。然而，在MPU 1012被堆疊于BPU 1102上之前，可以像上述關(guān)于墊片1060和電解質(zhì)層IOIO那樣設(shè)置另外的墊片(即具有底部凹槽形部分1261和頂部凹槽形部分1361的墊片1160)和電解質(zhì)層(即具有隔離件1109和電解質(zhì)llll的電解質(zhì)層1110)。例如，凹槽形部分1261和1271可以對準(zhǔn)以在墊片1160和襯底1106之間創(chuàng)建槽形接觸表面區(qū)域或凹槽1270。這些互補(bǔ)的凹槽置形部分可以幫助墊片1160在它被堆疊于BPU 1102上時關(guān)于BPU 1102自對準(zhǔn)，由此簡化該生產(chǎn)步驟。
可以對正極MPU 1012設(shè)置防滲導(dǎo)電襯底1016和涂敷于其上的正活性材料電極層1014?？梢詫σr底1016設(shè)置至少部分地圍繞正電極層1014的凹槽形部分1371。 MPU 1012可以以使MPU 1012的正電極層1014面朝下對著BPU 1102的負(fù)電極層1108方式被堆疊于墊片1160上，使得設(shè)置在墊片1160的頂部上的凹槽形部分1361和襯底1016的凹槽形部分1371可以對準(zhǔn)并在墊片和襯底之間創(chuàng)建槽形接觸表面區(qū)域或凹槽裝置1370。這些互補(bǔ)的凹槽形部分可以幫助正極MPU 1012在其被堆疊于墊片1160上時關(guān)于墊片1160以及BPU1102、墊片1060、和負(fù)極MPU 1032自對準(zhǔn)。本發(fā)明的雙極電池組的所述自對準(zhǔn)特征可以顯著簡化該生產(chǎn)步驟。 一旦MPU 1012被牢固地堆疊于墊片1160頂部上，也就是BPU 1102之上，就可以形成第二電池節(jié)(即，電池節(jié)1122)。另外，據(jù)此可以由襯底1016、襯底1106、和圍繞著電解質(zhì)層lllO(以及電解質(zhì)1111)的墊片1160限定實質(zhì)上流密的密封。
—旦堆疊體被制造成包括正極MPU、負(fù)極MPU、和位于它們之間的至少一個BPU，由此形成電池節(jié)的堆疊體，如上關(guān)于圖10到18所述，例如，就可以提供外殼或包裝以密封堆疊體的內(nèi)容物用于形成本發(fā)明的有效的堆疊雙極電池組。在第一實施方式中，如圖19和20所示，包裝1040可以以圍繞電池節(jié)(即電池節(jié)1022和1122)的堆疊體的方式來設(shè)置，使得終端電極層(即正電極層1014和負(fù)電極層1038)可以被暴露出來(例如分別經(jīng)由導(dǎo)電襯底1016和1036的至少一部分)，并且使得可由圍繞著堆疊體的內(nèi)容物的包裝提供C形夾緊裝置(C-shaped clamping arrangement)以提供堆疊雙極電池組1050。
例如，可以由包裝沿箭頭P。方向向下在MPU 1012的襯底1016上以及沿箭頭Pu方向向上在MPU 1032的襯底1036上都施加壓力。在本發(fā)明的某些實施方式中，由包裝在箭頭Pu和P。中每一個的方向上所施加的壓力可以大致與電池組的電池節(jié)之垂直堆疊方向成一直線或平行。另外，包裝所施加的夾緊壓力可以大致在堆疊電極單元的每層活性材料(例如電極層1014U104、1108、和1038)的邊緣或外圍，而不是與任何活性材料成一直線，使得箭頭Pu和PD方向上的夾緊壓力不會將電池節(jié)的負(fù)活性材料電極層和正活性材料電極層朝著彼此強(qiáng)推，否則可能潛在地使電池短路。 另外，例如，包裝所施加的夾緊壓力可以與堆疊體中的至少一個墊片的一部分大致成一直線(例如圖19所示)。該壓力可以維持堆疊體中每個墊片和相鄰電極單元之間的密封關(guān)系用以創(chuàng)建圍繞著每個電解質(zhì)層的實質(zhì)上流密的擋板。應(yīng)注意的是，如以上根據(jù)本發(fā)明某些實施方式所述，墊片和在與其對應(yīng)的相鄰的電極單元中所形成的凹槽形部分的配合可以減少為了創(chuàng)建實質(zhì)上流密的密封而在箭頭Pu和PD每個的方向上所需施加的夾緊壓力的量。如果沒有這類凹槽形部分，墊片和相鄰的電極單元之間的密封部分將會是平坦的，并且例如會由于內(nèi)部電池單元壓力而易滑動(例如在平行或垂直于垂直堆疊的方向上)，由此需要增加夾緊壓力以抵消任何滑動趨勢。 在另一個實施方式中，如圖21和22所示，可以圍繞電池節(jié)(即電池節(jié)1022和1122)的堆疊體來設(shè)置包裝1040'，該包裝1040'可以由密封包裝(seal wr即)、收縮包裝、密封帶、或其它合適的可變形材料制成?？梢試@堆疊體來設(shè)置包裝1040'，使得終端電極層(即正電極層1014和負(fù)電極層1038)可以被暴露出來(例如分別經(jīng)由導(dǎo)電襯底1016和1036的至少一部分)，并且使得可由圍繞著堆疊體內(nèi)容物的包裝提供單外緣(solelyouter-edge)夾緊裝置以提供堆疊雙極電池組1050'。 由包裝1040'所包裝的電池節(jié)堆疊體可以被放置于容器1060'中，該容器1060'的截面區(qū)域可以與被包裝的堆疊體的形狀類似但更大。 一旦被包裝的堆疊體被放置于容器1060'中，任何合適的可以在受壓時展開的流體1070'，例如，諸如空氣、水、或泡沫，可以圍繞包裝1040'被填充到容器1060'中。然后容器可以被密封，并且其所封入的流體1070'可以被加壓使其可以展開以圍繞包裝1040'表面區(qū)域以在箭頭Ps方向上提供向內(nèi)的壓力，該箭頭Ps可以大致垂直于電池節(jié)堆疊體的垂直方向，以圍繞電池節(jié)堆疊體緊固包裝1040'。
該壓力可以維持堆疊體中每個墊片和與之相鄰的電極單元之間的密封關(guān)系用以創(chuàng)建圍繞著電池組1050'的每個電解質(zhì)層的實質(zhì)上流密的擋板，該電池組1050'可以在隨后從容器1060'中移除。應(yīng)注意的是，如以上根據(jù)本發(fā)明某些實施方式所述，墊片和與其對應(yīng)的相鄰的電極單元中所形成的凹槽形部分的配合可以減少為了創(chuàng)建實質(zhì)上流密的密封而在箭頭Ps方向上所需施加的側(cè)向壓力的量。側(cè)向壓力可以在箭頭&方向上強(qiáng)迫第一凹槽形部分的至少一部分緊靠相應(yīng)的第二凹槽形部分的至少一部分以進(jìn)一步增加在這些凹槽形部分之間所創(chuàng)建的槽形接觸表面區(qū)域或凹槽(例如凹槽1070、1170、1270、或1370)處的密封的密封性。 例如，當(dāng)墊片正被側(cè)向壓力在箭頭Ps方向上(例如，被包裝或壓力向內(nèi)朝電池單元)橫向地或水平地按壓時，墊片的凹槽形部分的幾何形態(tài)可以與墊片頂上的電極單元的互補(bǔ)的凹槽形部分的幾何形態(tài)相互作用，以將至少一些側(cè)向壓力轉(zhuǎn)變成垂直壓力，由此將墊片強(qiáng)推到電極單元中并由此在更大的表面區(qū)域之上消散側(cè)向壓力。在另外的實施方式中，可以圍繞堆疊體提供包裝以在堆疊體的頂部和底部上(例如，在圖19和20的箭頭P。和Pu方向上)提供夾緊壓力以及在堆疊體的側(cè)部上(例如，在圖21和22的箭頭Ps方向上)提供側(cè)向壓力。 無論在隔離件內(nèi)的電解質(zhì)是否十分粘稠、十分稀薄、或甚至是凍結(jié)的，可被沉積到特定電池單元中的電解質(zhì)的量可以受由墊片高度和其間的電極單元的尺寸所限定的空間限制。例如，如以上關(guān)于圖12到16所述，可以注意到，可被沉積到負(fù)電極層1038頂上的墊片1060的內(nèi)壁中的電解質(zhì)的量可以受空間1080以及墊片1060的高度限制。當(dāng)一些電解質(zhì)被電池節(jié)的電極單元的活性材料(例如活性材料電極層1038和1104)吸收時，在電極層之間的空間中與隔離件一起存在的電解質(zhì)可能更少。可能希望在電池組的制造期間增加沉積到電池組的電池節(jié)內(nèi)的電解質(zhì)的量，使得一旦充入電解質(zhì)而形成電池組，每個電池節(jié)可以由電解質(zhì)大致填充?，F(xiàn)在結(jié)合圖23到26來說明制造與圖10到20的電池1050類似的電池組的方法
的另一個實施方式，例如，使得可以在電池節(jié)形成期間在電池節(jié)中沉積更大量的電解質(zhì)。例如，如圖23所示，可以首先對負(fù)極MPU 2032設(shè)置防滲導(dǎo)電襯底2036和涂敷于其上的負(fù)活性材料電極層2038?？梢詫σr底2036設(shè)置至少部分地圍繞負(fù)電極層2038的凹槽形部分2071。實質(zhì)上不可壓縮的墊片2060可以圍繞著電極層2038堆疊于襯底2036上。凹槽形部分2061可以被倒角進(jìn)墊片的與襯底2036相接觸的一側(cè)中，使得凹槽形部分2061和2071可以對準(zhǔn)以在墊片和襯底之間創(chuàng)建槽形接觸表面區(qū)域或凹槽2070。這些互補(bǔ)的凹槽形部分可以幫助墊片在它被堆疊于MPU上時關(guān)于MPU自對準(zhǔn)，由此簡化該生產(chǎn)步驟。這些位于墊片和MPU表面中的互補(bǔ)的凹槽形部分還可以配合到一起以限制兩個表面之間某些類型的相對移動。 另外，也可以和具有高度H的實質(zhì)上不可壓縮的墊片2060 —起，在墊片2060內(nèi)部或外部，在襯底2036上圍繞著電極層2038堆疊體具有高度H'的可壓縮墊片2060'。 一旦在MPU 2032頂部上堆疊了可壓縮墊片2060'，就可以由墊片2060'的內(nèi)側(cè)壁和其間的MPU2032的一部分限定實質(zhì)上流密的杯形容器(例如參見空間2080')?；パa(bǔ)的凹槽形部分，類似于電極單元2032的凹槽形部分2071和墊片2060的凹槽形部分2061，可以被倒角進(jìn)襯底2036和可壓縮墊片2060'中，使得凹槽形部分可以對準(zhǔn)以在可壓縮墊片2060'和襯底2036之間創(chuàng)建槽形接觸表面區(qū)域或凹槽2070'。這些互補(bǔ)的凹槽形部分可以幫助可壓縮墊片2060'在它被堆疊于MPU 2032上時關(guān)于MPU2032自對準(zhǔn)。 接下來，可以在墊片2060的內(nèi)側(cè)壁內(nèi)在負(fù)電極層2038的頂上放置隔離件2009和電解質(zhì)2011，以在空間2080'內(nèi)限定電解質(zhì)層2010。當(dāng)所要使用的電解質(zhì)非常粘稠時，在
22墊片和MPU之間所創(chuàng)建的密封可以允許電解質(zhì)容易被注入到空間2080'中而不會泄漏。要理解的是，如果電解質(zhì)在注入到堆疊體中時不是粘性的(例如，在電解質(zhì)被凍結(jié)于隔離件內(nèi)的實施方式中)，電解質(zhì)層可以在墊片被固定于MPU上之前被堆疊于MPU上。
例如，可壓縮墊片2060'在圖23中的其原始未壓縮構(gòu)造中可以具有高度H'?？蓧嚎s墊片2060'的所述未壓縮高度H'可以大于不可壓縮的墊片2060的高度H，使得由可壓縮墊片2060'和MPU 2032所限定的空間2080"(參見，例如圖23)可以大于由不可壓縮的墊片2060和MPU 2032所限定的空間2080(參見，例如圖25)。通過為電解質(zhì)提供比空間2080大的空間2080'，可壓縮墊片2060'可以允許更大量的電解質(zhì)2011在電池節(jié)的制造期間被沉積到電池節(jié)(例如，圖24的電池節(jié)2022)中。 —旦在由可壓縮墊片2060'和MPU 2032所限定的空間2080'內(nèi)沉積了電解質(zhì)層2010的隔離件2009和電解質(zhì)2011，就可以在上面堆疊BPU 2102 (例如參見圖24)。如圖24所示，例如，BPU2102可以包括具有正電極層2104和涂敷于相反一側(cè)上的負(fù)電極層2108的防滲導(dǎo)電襯底2106?？梢栽贐PU 2102的正電極層2104面朝下對著MPU 2032的負(fù)電極層2038的狀態(tài)下，將BPU 2102堆疊于可壓縮墊片2060'上?；パa(bǔ)的凹槽形部分可以被形成于襯底2106和可壓縮墊片2060'中，使得凹槽形部分可以對準(zhǔn)并在可壓縮墊片2060'和襯底2106之間創(chuàng)造槽形接觸表面區(qū)域或凹槽2170'。這些互補(bǔ)的凹槽形部分可以幫助BPU2102在其被堆疊于墊片上時關(guān)于可壓縮墊片2060'和MPU 2032自對準(zhǔn)，由此簡化該生產(chǎn)步驟。 —旦將BPU 2102堆疊于可壓縮墊片2060'頂上，也就是MPU 2032之上，就可以形成第一電池節(jié)2022。另外，實質(zhì)上流密的密封可以由此被襯底2106、襯底2036、和圍繞著電解質(zhì)層2010 (以及電解質(zhì)2011)的可壓縮墊片2060'限定。電極層2038和2104的活性材料以及電池節(jié)2022的隔離件2009可以能夠攝取或吸收電解質(zhì)2011而可以將電池節(jié)充電。然而，如上所述，在某些實施方式中電池節(jié)可以不需要充電(例如，其中電池節(jié)的ZnMn部分可以作為電池節(jié)的NiMH部分的自然充電器)。 —旦電極層和隔離件吸收了任何電解質(zhì)并且電池節(jié)2022被自然地或非自然地充電了 ，就可以形成其它電池節(jié)以完成電池節(jié)堆疊體，然后可以設(shè)置外殼或包裝以密封堆疊體的內(nèi)容物用于形成本發(fā)明的功能的堆疊雙極電池組，如上關(guān)于電池組1050所述。例如，類似于圖19的包裝1040，包裝(未圖示)可以沿箭頭Pu和P。方向在包括電池節(jié)2022的電池節(jié)堆疊體頂部上和底部上施加夾緊壓力(例如參見圖25)以形成電池組2050。
包裝或外殼在箭頭Pu和PD方向上的夾緊壓力可以壓縮電池節(jié)2022的可壓縮墊片2060'，使得可壓縮墊片2060'縮減成高度為H"的壓縮構(gòu)造，該高度H"與不可壓縮的墊片2060的高度H大致相等。因此，不可壓縮的墊片2060的高度H可以限定電池節(jié)2022的高度，于是限定電池節(jié)的活性材料電極層(即層2038和2104)之間的密封距離D。因此在電池組2050的最終形式中，電池節(jié)2022內(nèi)由墊片2060和2060'以及電極單元2032和2102對電解質(zhì)2011的密封可以為實質(zhì)上不可壓縮的。 如圖25所示，例如，襯底2106可以在其兩側(cè)中的一側(cè)上設(shè)置至少部分地圍繞BPU2102的正電極層2104和/或電極層2108的凹槽形部分2171。因為包裝的在箭頭Pu和PD方向上的夾緊壓力可以壓縮可壓縮墊片2060'，所以可以強(qiáng)迫BPU 2102緊靠實質(zhì)上不可壓縮的墊片2060，使得設(shè)置在墊片2060的頂部上的凹槽形部分2161和襯底2106的凹槽形部分2171可以對準(zhǔn)并在墊片2060和襯底2106之間創(chuàng)建槽形接觸表面區(qū)域或凹槽2170。這些互補(bǔ)的凹槽形部分可以幫助BPU 2102在包裝壓縮和密封電池2050的電池節(jié)2022的內(nèi)容物時關(guān)于墊片2060和MPU 2032自對準(zhǔn)，由此簡化該生產(chǎn)步驟。 將可壓縮墊片2060'從圖23和24的原始未壓縮高度H'壓縮到圖25的壓縮高度H"可以類似地將電池節(jié)2022內(nèi)用于電解質(zhì)2011的空間從圖23和24的未壓縮空間2080'的未壓縮尺寸縮減到圖25的壓縮空間2080的壓縮尺寸。因此，未壓縮空間2080'中的可通過電極單元2032和2102以及隔離件2009吸收一些電解質(zhì)而騰出空間的任何部分可以通過將未壓縮空間2080'縮減成壓縮空間2080來消除，使得所有的壓縮空間2080都可以用電解質(zhì)2011或隔離件2009填充。這樣，本發(fā)明的電池組的電池節(jié)可以在電池節(jié)形成期間被設(shè)置更大量的電解質(zhì)，使得當(dāng)電池組被完全壓縮和密封時，已充電的電池節(jié)可以在形成之后被電解質(zhì)完全填充。 在一些實施方式中，可壓縮墊片2060'可以至少部分地由可以阻攔(dam up)或吸收電解質(zhì)2011的材料制成。在一些實施方式中，可壓縮墊片2060'可以至少部分地由可以保護(hù)電池節(jié)的一個或全部兩個電極單元的活性材料的材料制成?？蓧嚎s墊片可以由例如聚合物制成，所述聚合物可以包含隨著時間推移從所述聚合物中瀝濾出來(leach out of thepolymer)(例如通過電循環(huán)或熱循環(huán))并進(jìn)入到電解質(zhì)中以在電池單元的正活性材料或負(fù)活性材料上提供微涂層和/或減慢電池單元的活性材料氧化的材料(例如金屬和/或氧化物)。例如，瀝濾材料可以以比活性材料更低的反應(yīng)態(tài)氧化以保護(hù)電池單元免于氧化和損失容量。此類具有瀝濾材料的可壓縮墊片可以被配置為適合于極端條件，諸如過充電或過放電，并且可以被用于阻擋會允許樹枝狀晶體生長從而引起電池短路的通路。在另一些實施方式中，可壓縮墊片2060'可以由襯底2036的一部分形成并被作為該襯底2036的擴(kuò)展部分與襯底2036 —體化，使得它們之間不存在流體通道。這類可壓縮墊片可以由例如可壓縮金屬形成。此外，可以對襯底設(shè)置這類被一體化于其上的擴(kuò)展物，但是該擴(kuò)展物不是可壓縮的。作為替代，這類襯底擴(kuò)展物可以等于或短于電池單元的墊片，使得襯底的擴(kuò)展物可以即使在墊片被設(shè)置之前為所要沉積的電解質(zhì)創(chuàng)建固有的密封空間。 在一個替代實施方式中，與上述關(guān)于電池組2050的電池節(jié)2022所述的提供并排的可壓縮墊片和不可壓縮的墊片相反，可以提供一個具有至少一個可壓縮部分的墊片用于制造可以在電池單元形成期間被過量填充了電解質(zhì)的電池節(jié)。如圖26和27所示，例如，墊片2060可以被設(shè)置于BPU 3102和MPU 3032之間用于密封電池節(jié)3022中的電解質(zhì)3011。墊片3060可以包括具有原始未壓縮高度H'的可壓縮墊片部分3060"、和具有高度H的實質(zhì)上不可壓縮的墊片部分3060"。 在電解質(zhì)3011被沉積于電池節(jié)3022的未壓縮空間3080'中之后，包裝或外殼(未圖示)在箭頭Pu和PD方向上的夾緊壓力可以壓縮電池節(jié)3022的可壓縮墊片部分3060'，使得可壓縮墊片部分3060'縮減成高度為H"的壓縮構(gòu)造，該高度H"小于高度H'。因此，不可壓縮的墊片部分3060"的高度H和壓縮了的高度H"—起可以限定電池節(jié)3022的高度H'"，于是限定電池節(jié)的活性材料電極層(即層3038和32104)之間的密封距離D。因此在電池組3050的最終形式中，電池節(jié)3022內(nèi)由墊片部分3060'和3060"以及電極單元3032和3102所構(gòu)成的電解質(zhì)3011的密封可以為實質(zhì)上不可壓縮的。 將可壓縮墊片部分3060'從圖26的原始未壓縮高度H'壓縮到圖27的壓縮高度
24H"可以類似地將電池節(jié)3022內(nèi)用于電解質(zhì)3011的空間從圖26的未壓縮空間3080'的未壓縮尺寸縮減到圖27的壓縮空間3080的壓縮尺寸。因此，可以通過將未壓縮空間3080'縮減成壓縮空間3080來消除未壓縮空間3080'的可通過電極單元3032和3102吸收的一些電解質(zhì)所騰出空間的任何部分，使得所有的壓縮空間3080都可以用電解質(zhì)3011或隔離件3009填充。 例如，如圖26和27所示，墊片3060可以包括一個或更多個不同的可壓縮部分和不可壓縮部分。替代地，墊片3060可以是在其整體上實質(zhì)上可壓縮的，能夠從具有未壓縮高度(例如高度H加H')的原始未壓縮構(gòu)造壓縮到具有壓縮高度(例如高度H'")的壓縮構(gòu)造。實質(zhì)上可壓縮的墊片3060的壓縮高度可以由電池包裝所施加的壓力的大小和/或墊片3060的成分決定。當(dāng)電池3050被其包裝完全密封并壓縮，墊片3060的壓縮高度可以限定電池節(jié)的活性材料電極層之間的密封距離D。 如上所述，為了創(chuàng)建更好的密封，墊片的表面區(qū)域和相鄰的電極單元的表面區(qū)域的相互接觸的一個或更多個部分可以每個都被互補(bǔ)地或者相應(yīng)地開槽、倒角、或成形(例如形成凹槽(例如參見圖6的凹槽70))?？梢匝刂蛘甙凑赵陔姵毓?jié)中創(chuàng)建密封的各種元件的相應(yīng)地成形地或互補(bǔ)地成形地部分——其包括但不限于例如固體密封環(huán)和粘性材料的互補(bǔ)成形部分、固體密封環(huán)和電極層的互補(bǔ)成形部分、第一粘性材料和第二粘性材料的互補(bǔ)成形部分、第一固體密封環(huán)和第二固體密封環(huán)的互補(bǔ)成形部分、以及它們的組合一一來形成這些凹槽裝置。 雖然以上說明和闡釋的堆疊電池組的每個實施方式都表示了包括被密封在每個第一和第二電極單元上以將電解質(zhì)密封于其中的墊片電池節(jié)，但是應(yīng)注意的是，電池節(jié)的每個電極單元可以被密封到它自己的墊片上，然后相鄰的兩個電極的墊片可以被相互密封以創(chuàng)建密封的電池節(jié)。例如圖28所示，電池組4050的電池節(jié)4022可以包括MPU 4032和BPU 4102。 第一墊片4060可以被設(shè)置成完全包圍MPU 4032的襯底4036的外邊緣，圍繞著MPU 4032的負(fù)活性材料電極層4038。凹槽4070可以被設(shè)置于圍繞著電極層4038的襯底4036的頂部和墊片4060的一部分之間以對襯底和墊片的接觸表面的密封提供幫助。類似地，第二墊片4160可以被設(shè)置成完全包圍BPU 4102的襯底4106的外邊緣，圍繞著BPU4102的正活性材料電極層4104及其負(fù)活性材料電極層4108。第一凹槽4170可以被設(shè)置于圍繞著電極層4104的襯底4106的底部和墊片4160的第一部分之間，而第二凹槽4270可以被設(shè)置于圍繞著電極層4108的襯底4106的頂部和墊片4160的第二部分之間。每個凹槽4170和4270可以對襯底4106和墊片4160的接觸表面的密封提供幫助。另外，凹槽4370可以被設(shè)置于墊片4060的頂部和墊片4160的底部，圍繞著電極層4038和4104，以對墊片4060和墊片4160的接觸表面的密封提供幫助。要注意的是，這種密封可以將每個電池單元內(nèi)的密封表面的數(shù)量從兩個減少到一個，并可以依靠墊片的材料在電池單元的每個襯底的邊緣處形成密封。 在某些實施方式中，墊片可以被注塑到電極單元或另一個墊片上，使得它們可以融合在一起以創(chuàng)建密封。在某些實施方式中，墊片可以被超聲焊接到電極單元或另一個墊片上，使得它們可以一起形成密封。在另外的實施方式中，墊片可以被熱熔合到電極單元或另一個墊片上，或者通過熱流由此墊片或電極單元可以被加熱熔融到另一個墊片或電極單
25元中。另外，在某些實施方式中，替代在墊片和/或電極單元的表面上創(chuàng)建凹槽成形部分地、或者除在墊片和/或電極單元的表面上創(chuàng)建凹槽成形部分外，墊片和/或電極單元可以被穿孔或者具有穿透其一個或更多個部分的一個或更多個孔。例如圖21所示，孔或通道或穿孔1175可以穿過BPU 1102的襯底1106的一部分來設(shè)置，使得墊片1060和/或墊片1160的一部分可以塑造到襯底1106上并穿過襯底1106。這可以允許墊片的材料流過襯底并更好地抓緊它以更好地應(yīng)對高壓。替代地，孔或通道或穿孔可以穿過墊片的一部分來設(shè)置使得電極單元(例如襯底)的一部分可以塑造到墊片上并穿過墊片。在另外的實施方式中，例如，孔可以被制造為穿過墊片和電極單元兩者，使得墊片和電極單元中的每個都可以塑造到墊片和電極單元中的另一個上并穿過墊片和電極單元中的另一個上。
雖然以上說明和闡釋的堆疊電池組的每個實施方式表示了通過將圓形的襯底堆疊到圓柱形電池組中形成的電池組，但是應(yīng)注意的是很多種形狀中的任何形狀都可以被用于形成本發(fā)明的堆疊電池組的襯底。例如，可以通過堆疊具有截面區(qū)域為矩形(例如參見圖29和30的方形電池5050，具有包裝5040'、BPU 5102、和MPU 5012和5032，其適合被放置于移動膝上型電腦的顯示屏的背后)、三角形、六邊形、或其它可以想象到的任何形狀或者它們的組合的襯底的電極單元來形成本發(fā)明的堆疊電池組。另外，這種形狀可以包括在平面內(nèi)具有一個或更多個空白空間的形狀，諸如"8字形"(例如參見圖31和32中的電池6050，具有包裝6040'、BPU 6102、和MPU 6012和6032)。例如，這種具有兩個不同的環(huán)形部分的"8字形"設(shè)計可以適用于雙化學(xué)成分電池單元，其中不同的區(qū)域需要不同的活性材料化學(xué)成分，使得所述區(qū)域之間能有一些物理隔離以防止來自樹枝狀晶體的交叉污染但是可以跨越公用襯底被連接起來。同樣，例如，這種具有中空部分的"8字形"設(shè)計可以允許其它裝置，諸如電動機(jī)，被放置于電池結(jié)構(gòu)的中空部分中。 另外，雖然以上說明和闡釋的堆疊電池組的每個實施方式表示了通過堆疊由兩個相鄰的BPU或一個BPU和一個相鄰的MPU制成的電池節(jié)形成堆疊雙極電池組，但是應(yīng)注意的是，其它類型的堆疊電池組，諸如堆疊單極電池組，可以由本發(fā)明的任意方法形成或者可以包括本發(fā)明的任意裝置。例如，如圖33所示，本發(fā)明的堆疊單極電池組750可以由如上關(guān)于圖1到32所述的本發(fā)明的任意方法形成或者可以包括如上關(guān)于圖1到32所述的本發(fā)明的任意裝置。 例如，圖33表示了堆疊形式的多個電池節(jié)722。每個電池節(jié)722可以包括正極單極電極單元即MPU 712、負(fù)極單極電極單元即MPU 732、和位于其間的電解質(zhì)層710。每個電池節(jié)722的正極MPU 712的正電極層714可以通過所述電池節(jié)的電解質(zhì)層710與所述電池節(jié)的負(fù)極MPU 732的負(fù)電極層738相對置。除了具有形成于其第一表面上的正活性材料電極層712之外，第一電池節(jié)722的正極MPU 712的襯底716還可以具有第二表面，該第二表面可被電耦接到相鄰的電池節(jié)722的相鄰的負(fù)極MPU 732的襯底的第二表面。
繼續(xù)參考圖33，例如，在由兩個或更多個電池節(jié)722的堆疊體的相應(yīng)的端部處可以包括負(fù)極端子和正極端子(例如，負(fù)極MPU 732a和正極MPU 712e)，以組成根據(jù)本發(fā)明所述的堆疊單極電池750。 MPU 712e和732a可以被分別設(shè)置相應(yīng)的正極和負(fù)極引線713和733。 堆疊的電池節(jié)722的數(shù)量可以為兩個或更多個，并且可以適當(dāng)?shù)貨Q定以符合電池組750的所需電壓。每個電池節(jié)722可以提供任意所需電勢，使得電池750所需電壓可以通過有效地增加每個電池節(jié)722所提供的電勢來實現(xiàn)?？梢岳斫獾氖?，每個電池單元722 不必提供相同的電勢。 在一種合適的實施方式中，堆疊的單極電池750可以被構(gòu)造使得電池節(jié)722的堆 疊體可以在減壓下至少被部分地封裝(例如氣密密封)到電池外殼或包裝740中。例如， MPU導(dǎo)電襯底716e和736a(或者至少它們各自的電極引線713和733)可以被拉出到電池 外殼740夕卜，以減輕在使用時來自外部的影響并防止因環(huán)境的退化?？梢栽贛PU 712e和 732a中提供凹陷742用于薄型外殼和平坦表面。 為了防止第一電池節(jié)的電解質(zhì)與另一個電池節(jié)的電解質(zhì)結(jié)合，墊片或密封裝置可 以在相鄰電極單元之間與電解質(zhì)層堆疊在一起以將電解質(zhì)密封在其特定的電池節(jié)內(nèi)部。例 如，如圖33所示，本發(fā)明的堆疊單極電池組可以包括可以被放置作為圍繞每個電池節(jié)722 的電解質(zhì)層710和活性材料電極層714和738的擋板的墊片或密封裝置760。例如，墊片或 密封裝置可以類似于以上關(guān)于圖1到32所述的任意墊片或密封裝置，并且可以將所述電池 單元的墊片和相鄰的電極單元之間的電解質(zhì)密封起來。例如，墊片或密封裝置還可以在所 述電池單元的相鄰電極單元之間提供合適的間距。 如以上關(guān)于圖1到32所述，例如，在一種合適的方法中，壓力可以在箭頭P1和P2 的方向上被施加于外殼740的頂部和底部，以將電池節(jié)722和墊片760壓縮并保持于圖33 所示的密封構(gòu)造中。例如，在另一種合適的方法中，壓力可以在箭頭P3和P4的方向上被施 加于外殼740的側(cè)部，以將電池節(jié)722和墊片760壓縮并保持于圖33所示的密封構(gòu)造中。 例如，在又一種合適的方法中，壓力可以被施加于外殼740的頂部和底部并且壓力還可以 被施加于外殼740的側(cè)部，以將電池節(jié)722和墊片760壓縮并保持于圖33所示的密封構(gòu)造 中。 雖然，例如，已經(jīng)說明了具有改進(jìn)的相鄰電池單元之間的電解質(zhì)的密封性的堆疊 電池組，但是要理解的是，可以在不偏離本發(fā)明精神和范圍的前提下對其作出很多種改變。 還能夠理解的是，這里所用的各種方向和定向術(shù)語諸如"水平的"和"垂直的"，"頂部"和"底 部"和"側(cè)部"，"長度"和"寬度"和"高度"和"厚度"，"內(nèi)側(cè)"和"外側(cè)"，"內(nèi)部的"和"外部 的"，以及其他諸如此類只是為了方便，使用這些詞語不是為了固定的或絕對的方向或定向 限制。例如，本發(fā)明的裝置、以及它們的單獨的部件，可以具有任意所需定向。如果被重定 向，那么不同的方向或定向術(shù)語可能需要被用在它們的說明中，但因為在本發(fā)明的范圍和 精神內(nèi)所以這不會改動它們的基本屬性。本領(lǐng)域技術(shù)人員會意識到本發(fā)明可以由所述實施 方式之外的其它實施方式實現(xiàn)，所述的實施方式是為了說明而給出的而并非為了限制，并 且本發(fā)明只受所附的權(quán)利要求的限制。
2權(quán)利要求
一種電池組，包括在堆疊方向上的多個電極單元的堆疊體，所述堆疊體包括第一電極單元；第二電極單元，其在所述堆疊方向上堆疊于所述第一電極單元的頂部；以及第一電解質(zhì)層，其設(shè)置于所述第一電極單元和所述第二電極單元之間，所述電池組還包括第一墊片，其具有內(nèi)表面和外表面，其中所述第一墊片位于所述第一電解質(zhì)層周圍，其中所述第一電解質(zhì)層被所述第一墊片的內(nèi)表面和所述第一與第二電極單元所密封，并且其中所述第一電極單元的至少第一部分沿著所述第一墊片的外表面的一部分延伸。
2. 如權(quán)利要求1所述的電池組，其中所述第一電極單元的所述第一部分被配置以冷卻 所述第一電極單元的第二部分。
3. 如權(quán)利要求2所述的電池組，其中所述第二部分被暴露于所述第一電解質(zhì)層。
4. 如權(quán)利要求2所述的電池組，其中所述第一電極單元包含 第一電極層，其具有第一側(cè)和第二側(cè)；以及所述第一電極層的所述第一側(cè)上的第一活性材料，其中所述第一電極單元的所述第一 部分被配置以冷卻所述第一活性材料的至少一部分。
5. 如權(quán)利要求1所述的電池組，其中所述第一電極單元是單極電極單元，并且其中所 述第二電極單元是單極電極單元。
6. —種電池組，包括在堆疊方向上的多個電極單元的堆疊體，所述堆疊體包括 第一電極單元；第二電極單元，其在所述堆疊方向上堆疊于所述第一電極單元的頂部；以及 第一電解質(zhì)層，其被設(shè)置于所述第一電極單元和所述第二電極單元之間，其中所述第 一電極單元包括第一電極襯底；禾口所述第一電極襯底的第一側(cè)上的第一活性層，其中所述第一活性層至少包括所述第一 側(cè)的第一部分上的第一活性部分和所述第一側(cè)的第二部分上的第二活性部分，其中所述第 一活性層的所述第一活性部分延伸至所述第一電極襯底的所述第一側(cè)上方的第一高度，其 中所述第一活性層的所述第二活性部分延伸至所述第一電極襯底的所述第一側(cè)上方的第 二高度，并且其中第一高度不同于第二高度。
7. 如權(quán)利要求6所述的電池組，其中，所述第二電極單元包含 第二電極襯底；禾口所述第二電極襯底的第二側(cè)上的第二活性層，其中所述第二活性層至少包括位于所述 第二側(cè)的第一部分上的第三活性部分和位于所述第二側(cè)的第二部分上的第四活性部分。
8. 如權(quán)利要求7所述的電池組，其中所述第二活性層的所述第三活性部分延伸至所 述第二電極襯底的所述第二側(cè)下方的第三高度，其中所述第二活性層的所述第四活性部分 延伸至所述第二電極襯底的所述第二側(cè)下方的第四高度，并且其中第三高度不同于第四高 度。
9. 如權(quán)利要求8所述的電池組，其中所述第一高度與所述第三高度相同。
10. 如權(quán)利要求9所述的電池組，其中所述第二高度與所述第四高度相同。
11. 如權(quán)利要求9所述的電池組，其中所述第二高度與所述第四高度不同。
12. 如權(quán)利要求8所述的電池組，其中所述第一活性層的所述第一活性部分在所述堆 疊方向上與所述第二活性層的所述第三活性部分分開第一距離，其中所述第一活性層的所 述第二活性部分在所述堆疊方向上與所述第二活性層的所述第四活性部分分開第二距離。
13. 如權(quán)利要求12所述的電池組，其中所述第一距離與所述第二距離相同。
14. 如權(quán)利要求12所述的電池組，其中所述第一距離與所述第二距離不同。
15. 如權(quán)利要求12所述的電池組，其中所述第一電解質(zhì)層包含 電解質(zhì)材料；以及擋板，其位于所述第一電極單元的所述第一活性層和所述第二電極單元的所述第二活 性層之間。
16. 如權(quán)利要求15所述的電池組，其中所述擋板包含具有第一擋板高度的第一擋板 部分和具有第二擋板高度的第二擋板部分，其中所述第一擋板高度與所述第二擋板高度不 同。
17. 如權(quán)利要求6所述的電池組，其中所述第一活性層的所述第一活性部分至少包含 第一活性材料，其中所述第一活性層的所述第二活性部分至少包含第二活性材料，并且所 述第一活性材料與所述第二活性材料不同。
18. 如權(quán)利要求17所述的電池組，其中所述第一活性材料具有第一電壓范圍，其中所述第二活性材料具有第二電壓范圍，并且其中所述第一電壓范圍在所述第二電壓范圍內(nèi)電 操作。
19. 如權(quán)利要求6所述的電池組，其中所述第一活性層的所述第一活性部分沿著所述 第一電極襯底的所述第一側(cè)具有第一厚度，其中所述第一活性層的所述第二活性部分沿著 所述第一電極襯底的所述第一側(cè)具有第二厚度，并且其中所述第一厚度與所述第二厚度不 同。
20. 如權(quán)利要求6所述的電池組，還包含第一墊片，其位于所述第一電解質(zhì)層周圍，其中所述第一電解質(zhì)層被所述第一墊片和 所述第一與第二電極單元密封。
21. 如權(quán)利要求6所述的電池組，其中所述第一電極單元為單極電極單元，并且其中所 述第二電極單元為單極電極單元。
22. —種電池組，包括在堆疊方向上的多個電極單元的堆疊體，所述堆疊體包括 第一電極單元；第二電極單元，其在所述堆疊方向上堆疊于所述第一電極單元的頂部； 第一電解質(zhì)層，其被設(shè)置于所述第一電極單元和所述第二電極單元之間； 第三電極單元，其在所述堆疊方向上堆疊于所述第二電極單元的頂部；以及 第二電解質(zhì)層，其被設(shè)置于所述第二電極單元和所述第三電極單元之間，其中所述第 一電極單元在所述堆疊方向上與所述第二電極單元分開第一距離，其中所述第二電極單元 在所述堆疊方向上與所述第三電極單元分開第二距離，并且其中所述第一距離不同于所述 第二距離。
23. 如權(quán)利要求22所述的電池組，其中所述第一電極單元為單極電極單元，并且其中 所述第二電極單元為單極電極單元。
24. 如權(quán)利要求23所述的電池組，其中所述第三電極單元為單極電極單元。
25. 如權(quán)利要求23所述的電池組，其中所述第三電極單元為雙極電極單元。
26. —種電池組，包括在堆疊方向上的多個電極單元的堆疊體，所述堆疊體包括 第一電極單元；第二電極單元，其在所述堆疊方向上堆疊于所述第一電極單元的頂部；以及 第一電解質(zhì)層，其被設(shè)置于所述第一電極單元和所述第二電極單元之間，所述電池組 還包括第一墊片，其位于所述第一電解質(zhì)層周圍，其中所述第一電解質(zhì)層被所述第一墊片和 所述第一與第二電極單元密封，其中所述第一墊片包括第一墊片構(gòu)件和第二墊片構(gòu)件，并 且其中所述第二墊片構(gòu)件是可壓縮的。
27. 如權(quán)利要求26所述的電池組，其中所述第二墊片構(gòu)件在所述堆疊方向上被堆疊于 所述第一墊片構(gòu)件的頂部。
28. 如權(quán)利要求26所述的電池組，其中所述第二墊片構(gòu)件位于所述第一電解質(zhì)層周 圍，并且其中所述第一墊片構(gòu)件位于所述第二墊片構(gòu)件周圍。
29. 如權(quán)利要求26所述的電池組，其中所述第二墊片構(gòu)件的高度被配置以在所述電解 質(zhì)層被所述第一墊片和所述第一與第二電極單元密封時從第一長度減少到第二長度。
30. 如權(quán)利要求26所述的電池組，其中由所述第一墊片和所述第一與第二電極單元限 定的空間被配置以在所述電解質(zhì)層被所述第一墊片和所述第一與第二電極單元密封時從 第一體積減少到第二體積。
31. 如權(quán)利要求30所述的電池組，其中所述第一電解質(zhì)層包含電解質(zhì)材料，該電解質(zhì) 材料的體積等于所述第一體積。
32. 如權(quán)利要求30所述的電池組，其中所述第一電解質(zhì)層包含電解質(zhì)材料，該電解質(zhì) 材料的體積大于所述第二體積。
33. 如權(quán)利要求26所述的電池組，其中所述第一電極單元為單極電極單元，并且其中 所述第二電極單元為單極電極單元。
34. —種電池組，包括在堆疊方向上的多個電極單元的堆疊體，所述堆疊體包括 第一電極單元；第二電極單元，其在所述堆疊方向上堆疊于所述第一電極單元的頂部；以及 第一電解質(zhì)層，其被設(shè)置于所述第一電極單元和所述第二電極單元之間，所述電池組 還包括第一墊片，其位于所述第一電極單元周圍；禾口第二墊片，其位于所述第二電極單元周圍，其中所述第一墊片部分在所述電解質(zhì)層周 圍聯(lián)結(jié)到所述第二墊片部分，并且其中所述第一電解質(zhì)層被所述第一墊片、所述第二墊片、 所述第一電極單元、和所述第二電極單元密封。
35. 如權(quán)利要求34所述的電池組，其中所述第一墊片包含具有頂面的第一本體部分，其中第二墊片包含具有底面的第二本體部分，其中所述第一本體部分在所述頂面上具有頂 部凹槽，其中所述第二本體部分在所述底面上具有底部凹槽，并且其中所述底部凹槽與所 述頂部凹槽配合以密封所述第一 電解質(zhì)層。
36. 如權(quán)利要求34所述的電池組，其中所述第一墊片被熱融合到所述第二墊片。
37. 如權(quán)利要求34所述的電池組，其中所述第一墊片被超聲焊接到所述第二墊片。
38. 如權(quán)利要求34所述的電池組，其中所述第一電極單元為單極電極單元，并且其中 所述第二電極單元為單極電極單元。
39. —種電池組，包括在堆疊方向上的多個電極單元的堆疊體，所述堆疊體包括 第一電極單元；第二電極單元，其在所述堆疊方向上堆疊于所述第一電極單元的頂部；以及 第一電解質(zhì)層，其被設(shè)置于所述第一電極單元和所述第二電極單元之間，所述電池組 還包括第一墊片，其位于所述第一電解質(zhì)層周圍，其中所述第一墊片由熱融合和/或超聲焊 接到所述第一電極單元。
40. 如權(quán)利要求39所述的電池組，其中所述第一電解質(zhì)層被所述第一墊片和所述第一 與第二電極單元密封。
41. 如權(quán)利要求39所述的電池組，其中所述第一電極單元為單極電極單元，并且其中 所述第二電極單元為單極電極單元。
42. —種電池組，包括在堆疊方向上的多個電極單元的堆疊體，所述堆疊體包括 第一電極單元；第二電極單元，其在所述堆疊方向上堆疊于所述第一電極單元的頂部；以及 第一電解質(zhì)層，其被設(shè)置于所述第一電極單元和所述第二電極單元之間，所述電池組 還包括第一墊片，其位于所述第一電解質(zhì)層周圍，其中所述第一電解質(zhì)層被所述第一墊片和 所述第一與第二電極單元密封，其中所述第一電極單元為單極電極單元，并且其中第二電 極單元為單極電極單元。
全文摘要
本發(fā)明提供一種堆疊電池(20)具有以堆疊方式排列的至少兩個電池節(jié)(2)。每個電池節(jié)(2)可以包括具有第一活性材料電極的第一電極單元；具有第二活性材料電極的第二電極單元；和活性材料電極之間的電解質(zhì)層(10)。在每個電池節(jié)(2)中可以包括一個或多個墊片(60)以將電解質(zhì)(10)密封于電池節(jié)內(nèi)。
文檔編號H01M10/04GK101743653SQ200880009505
公開日2010年6月16日 申請日期2008年2月12日 優(yōu)先權(quán)日2007年2月12日
發(fā)明者蘭迪·奧格, 馬丁·帕特里克·黑金斯 申請人:蘭迪·奧格;馬丁·帕特里克·黑金斯