同時(shí)將各向異性力施加到電化學(xué)電池（例如，在電池的充電和/ 或放電期間）。在特定實(shí)施例中，被施加到多孔支撐結(jié)構(gòu)、電極和/或包含電極（例如，在 電池的充電和/或放電期間的至少一個(gè)周期的時(shí)間期間）的電化學(xué)電池的各向異性力可W 包括垂直于電極（例如，諸如裡金屬的陽(yáng)極和/或在電化學(xué)電池和/或包括多個(gè)多孔支撐 結(jié)構(gòu)的多孔電極內(nèi)的裡合金陽(yáng)極）的活性表面的分量。在特定實(shí)施例中，各向異性力的垂 直于電極的活性表面的分量限定了至少大約20、至少大約25、至少大約35、至少大約40、至 少大約50、至少大約75、至少大約90、至少大約100、至少大約125、或至少大約150牛頓每 平方厘米的壓力，同時(shí)存在預(yù)期的電極特性。在特定實(shí)施例中，各向異性力的垂直于活性表 面的分量可W，例如，限定小于大約200、小于大約190、小于大約175、小于大約150、小于大 約125、小于大約115、或小于大約110牛頓每平方厘米的壓力，同時(shí)存在預(yù)期的電極特性。 盡管此處描述的力和壓力通常分別W牛頓和牛頓每單位面積為單位，力和壓力也可W分別 W千克力和千克力每單位面積為單位。在本領(lǐng)域中的普通技術(shù)人員將熟悉基于千克力的單 位，并且將理解1千克力等于大約9. 8牛頓。
[0089] 在特定實(shí)施例中，可W獲得此處描述的空隙體積和/或孔分布，同時(shí)將各向異性 力（例如，具有垂直于電極的活性表面的分量，其限定在大約20牛頓/cm2與大約200牛頓 /cm2之間的壓力，或在上文概述的任何范圍內(nèi)）施加到電極（例如，通過到包含電極的電化 學(xué)電池的各向異性力的施加）。如上文所描述，運(yùn)可W通過制造在電極內(nèi)的多孔支撐結(jié)構(gòu)而 實(shí)現(xiàn)，其能夠在施加的力下維持它的孔隙度。在施加的力下抵抗變形的多孔支撐結(jié)構(gòu)可W 允許包含多孔支撐結(jié)構(gòu)的電極在壓力下維持其滲透率，并且可W允許電極維持此處描述的 提高的速率能力。在一些實(shí)施例中，多孔支撐結(jié)構(gòu)（例如，大規(guī)模多孔支撐結(jié)構(gòu)）的屈服強(qiáng) 度和/或從多孔支撐結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的電極的屈服強(qiáng)度可W為至少大約200牛頓/cm2、至少大約 350牛頓/cm2、或至少大約500牛頓/cm2。
[0090] 使用在本領(lǐng)域中已知的任何方法施加此處描述的各向異性力。在一些實(shí)施例 中，使用壓縮彈黃施加力。也可使用其它元件（或在外殼結(jié)構(gòu)之內(nèi)或在外殼結(jié)構(gòu)之外） 施加力，包括但不限于：貝氏墊圈、機(jī)械螺絲、氣動(dòng)裝置和/或重量物，等等。在一些情況 下，在將電池插入到外殼結(jié)構(gòu)之前，可W預(yù)壓縮電池，并且當(dāng)被插入到外殼結(jié)構(gòu)時(shí)，電池 可W擴(kuò)展W產(chǎn)生在電池上的凈力。用于施加運(yùn)樣的力的適合的方法被詳細(xì)描述，例如， 在Scordilis-Kell巧等人于2009年8月4日提交的標(biāo)題為"ApplicationofForcein ElectrochemicalCells"的美國(guó)專利申請(qǐng)?zhí)?2/535, 328中，其通過引用它們的整個(gè)內(nèi)容并 入到此處。
[0091] 盡管此處已經(jīng)描述并示出本發(fā)明的若干實(shí)施例，在本領(lǐng)域中的那些普通技術(shù)人員 將容易地想象用于執(zhí)行功能和/或獲得此處描述的結(jié)果和/或一個(gè)或多個(gè)優(yōu)勢(shì)的各種其它 方法和/或結(jié)構(gòu)，并且每個(gè)的運(yùn)樣的變化和/或修改被認(rèn)為是在本發(fā)明的范圍內(nèi)。更普遍 地，在本領(lǐng)域中的那些技術(shù)人員將容易地理解此處描述的所有的參數(shù)、尺寸、材料W及配置 旨在示例性，并且實(shí)際的參數(shù)、尺寸、材料和/或配置將依賴特定應(yīng)用或用于本發(fā)明的教導(dǎo) 的應(yīng)用被使用。在本領(lǐng)域中的那些技術(shù)人員將認(rèn)識(shí)到或能夠確定使用此處描述的本發(fā)明的 僅僅常規(guī)實(shí)驗(yàn)、特定實(shí)施例的許多等效物。因此，應(yīng)當(dāng)理解，僅通過實(shí)例的方式提出前述實(shí) 施例，并且其在所附權(quán)利要求書和于此的等效物的范圍之內(nèi)，本發(fā)明可W被實(shí)踐不同于具 體的描述和要求保護(hù)的。本發(fā)明旨在此處描述的每個(gè)個(gè)別的特征、系統(tǒng)、物品、材料、套件和 /或方法。此外，如果運(yùn)樣的特征、系統(tǒng)、物品、材料、套件和/或方法并不是互相不一致的， 兩個(gè)或更多的運(yùn)樣的特征、系統(tǒng)、物品、材料、套件和/或方法的任何組合被包括在本發(fā)明 的范圍內(nèi)。
[0092] 不定冠詞"一"和"一個(gè)"，如在此處的說明書和權(quán)利要求書中所使用的，除非清楚 地標(biāo)注相反面，應(yīng)該被理解為是指"至少一個(gè)"。短語(yǔ)"和/或"，如在此處的說明書和權(quán)利要 求書中所使用的，應(yīng)該被理解為是指結(jié)合的元素的"任一或兩者"，即，元素結(jié)合地出現(xiàn)在一 些情況下并且分離地出現(xiàn)在其它情況下。其它元素可選地存在，不同于通過"和/或"從句 具體識(shí)別的元素，是否相關(guān)或不相關(guān)具體識(shí)別的那些元素，除非清楚地標(biāo)注相反面。因此， 作為非限制性實(shí)例，參考"A和/或B"，當(dāng)結(jié)合諸如"包括"的開放式語(yǔ)言使用時(shí)，在一個(gè)實(shí) 施例中，可W設(shè)及到A而沒有B(可選地包括不同于B的元素）；在另一實(shí)施例中，可W設(shè)及 到B而沒有A(可選地包括不同于A的元素）；在另一實(shí)施例中，可W設(shè)及到A和B(可選地 包括元素其它元素）；等等。
[0093] 如在此處的說明書和權(quán)利要求書中所使用，"或"應(yīng)該被理解W具有如上文定義的 "和/或"的相同意義。例如，當(dāng)在列表中分離項(xiàng)目，"或"或"和/或"應(yīng)被解釋為被包括的， 良P，包含至少一個(gè)，但也包括多于一個(gè)的元素，或若干的元素，或元素的列表，并且，可選地， 附加未列出的項(xiàng)目。僅清楚地標(biāo)注相反的術(shù)語(yǔ)，諸如"僅一個(gè)"，或"恰好地一個(gè)"，或者，當(dāng)在 權(quán)利要求中使用時(shí)，"由......組成"，將設(shè)及若干元素或元素列表中的恰好一個(gè)元素的包 含。通常，當(dāng)使用諸如"或"、"……中的一個(gè)"、"……中的僅一個(gè)"、或"……中的恰好一個(gè)" 的獨(dú)占性的術(shù)語(yǔ)時(shí)，如在此處所使用的術(shù)語(yǔ)"或"將僅被解釋為指示獨(dú)占性的備選（即，"一 個(gè)或其它但不是指兩者")。當(dāng)被用在權(quán)利要求書中時(shí)，"基本上由……組成"，將具有如在專 利法的領(lǐng)域中所使用的其普通意義。
[0094] 如在此處的說明書和權(quán)利要求書中所使用的，短語(yǔ)"至少一個(gè)"，參考一個(gè)或更多 元素的列表，應(yīng)該被理解為是指選自在元素的列表中的任何一個(gè)或更多的元素的至少一個(gè) 元素，但是沒有必要包括在元素列表內(nèi)具體列出的每個(gè)元素的至少一個(gè)并且不排除在元素 的列表中的元素的任何組合。該限定也允許不同于在元素的列表內(nèi)具體識(shí)別的元素的元素 可選地存在，對(duì)于短語(yǔ)"至少一個(gè)"設(shè)及是否相關(guān)或不相關(guān)具體識(shí)別的那些元素。因此，作 為非限制性實(shí)例，"A和B中的至少一個(gè)"（或，等效地，"A或B中的至少一個(gè)"，或，等效地， "A和/或B中的至少一個(gè)"），在一個(gè)實(shí)施例中，可W設(shè)及至少一個(gè)，可選地包括多于一個(gè)， A而沒有B存在（并且可選地包括不同于B的元素）；在另一實(shí)施例中，可W設(shè)及至少一個(gè)， 可選地包括多于一個(gè)，B，而沒有A存在（并且可選地包括不同于A的元素）；在另一實(shí)施例 中，可W設(shè)及至少一個(gè)，可選地包括多于一個(gè)，A，并且至少一個(gè)，可選地包括多于一個(gè)，B(并 且可選地包括其它元素）；等等。
[0095] 在權(quán)利要求書中，W及在上文的說明書中，所有諸如"包括"、"包含"、"攜帶"、"具 有"、"包含有"、"設(shè)及"、"持有"等等的過渡短語(yǔ)，將被理解為開放式的，即，是指包括但不限 于。僅過渡短語(yǔ)"由……組成"和"基本上由……組成"將分別是封閉的或半封閉的過渡短 語(yǔ)，如在專利審查程序的美國(guó)專利局手冊(cè)的章節(jié)2111. 03中所提出的。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種用于在電化學(xué)電池中使用的電極，包括： 限定多孔支撐結(jié)構(gòu)的顆粒的組裝，其中： 在所述顆粒的組裝中的每個(gè)顆粒具有幾何顆粒體積， 所述顆粒的組裝具有通過每個(gè)單個(gè)幾何顆粒體積的總和而限定的總幾何顆粒體積， 在所述顆粒的組裝中的每個(gè)顆粒具有限定凸殼體積的凸殼，以及 至少大約50%的總幾何顆粒體積由具有至少一個(gè)凹陷的顆粒構(gòu)成，以使得對(duì)于每個(gè)這 樣的顆粒，所述幾何顆粒體積小于大約75%的所述顆粒的所述凸殼體積；以及 基本上包含在所述多孔支撐結(jié)構(gòu)的孔內(nèi)的電極活性材料。2. 根據(jù)先前任一項(xiàng)權(quán)利要求所述的電極，其中，當(dāng)將至少大約20牛頓/cm2、至少大約 45牛頓/cm2、至少大約70牛頓/cm2、或至少大約95牛頓/cm2的壓力限定的壓縮力施加到所 述電極時(shí)，相對(duì)在將所述力施加之前而在其它基本上相同條件下的所述多孔支撐結(jié)構(gòu)的所 述空隙體積，所述多孔支撐結(jié)構(gòu)的所述空隙體積改變不多于大約25%、不多于大約10%、 不多于大約5%、或不多于大約1%。3. 根據(jù)先前任一項(xiàng)權(quán)利要求所述的電極，其中，至少大約75%、至少大約90%、至少大 約95%或者至少大約99%的所述總幾何顆粒體積由被成形的顆粒構(gòu)成，以使得對(duì)于每個(gè) 顆粒，所述幾何顆粒體積小于大約75%的所述凸殼體積。4. 根據(jù)先前任一項(xiàng)權(quán)利要求所述的電極，其中，所述電極活性材料包含硫。5. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的電極，其中，所述硫包含元素硫、聚合物硫、無機(jī)硫化物、無機(jī) 多硫化物、有機(jī)硫化物、有機(jī)多硫化物和/或硫有機(jī)化合物。6. 根據(jù)先前任一項(xiàng)權(quán)利要求所述的電極，其中，所述顆粒的至少部分包含導(dǎo)電材料。7. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的電極，其中，所述導(dǎo)電材料包含碳和/或金屬。8. 根據(jù)先前任一項(xiàng)權(quán)利要求所述的電極，其中： 所述多個(gè)孔的每個(gè)孔具有孔體積，并且所述多個(gè)孔具有通過每個(gè)所述單個(gè)孔體積的總 和而限定的總孔體積；以及 至少大約50 %、至少大約70 %、至少大約80 %、至少大約90 %、至少大約95 %，或至少 大約99 %的所述總孔體積被通過具有在大約0. 1微米與大約10微米之間、或在大約1微米 與大約3微米之間的橫截面直徑的孔而限定。9. 根據(jù)先前任一項(xiàng)權(quán)利要求所述的電極，其中，在所述組裝內(nèi)的所述顆粒的至少部分 被通過結(jié)合劑而粘合到另一顆粒，和/或在所述組裝內(nèi)的所述顆粒的至少部分被融合到另 一顆粒。10. 根據(jù)先前任一項(xiàng)權(quán)利要求所述的電極，其中，所述顆粒的至少部分基本上為球形帽 的形狀。11. 根據(jù)權(quán)利要求1-9中任一項(xiàng)所述的電極，其中，所述顆粒的至少部分包含至少三個(gè) 價(jià)點(diǎn)。12. 根據(jù)先前任一項(xiàng)權(quán)利要求所述的電極，其中，所述多孔支撐結(jié)構(gòu)具有至少大約 50%的總孔隙度百分比。13. -種包括任一項(xiàng)先前權(quán)利要求所述的電極的電化學(xué)電池。14. 根據(jù)權(quán)利要求13所述的電化學(xué)電池，其中，所述電化學(xué)電池包含包括鋰的第二電 極。15.根據(jù)權(quán)利要求14所述的電化學(xué)電池，其中，所述第二電極包含鋰金屬和/或鋰合 金。
【專利摘要】通常地描述了電極結(jié)構(gòu)及其制造方法。在特定實(shí)施例中，所述電極結(jié)構(gòu)可以包括多個(gè)顆粒，其中所述顆粒包含相對(duì)它們的凸殼的凹陷。隨著將所述顆粒移動(dòng)彼此靠近或接觸，所述顆粒的所述凹陷可以限定在所述顆粒之間的孔。此外，當(dāng)包括相對(duì)它們的凸殼的凹陷的顆粒相對(duì)彼此移動(dòng)時(shí)，所述凹陷的所述存在可以確保在所述顆粒之間未導(dǎo)致完全的接觸(即，在所述顆粒之間保留一些空間)，以便在所述組裝的體內(nèi)維持空隙體積。因此，可以將包括具有相對(duì)它們的凸殼的凹陷的顆粒的電極配置以經(jīng)受到所述電極的力的應(yīng)用，同時(shí)基本上維持電極空隙體積(并且，因此，性能)。相比于球體或包括基本上填充所有的它們的凸殼的邊界的其它顆粒，具有相對(duì)它們的凸殼的凹陷的顆粒也占相對(duì)小的體積，允許引入預(yù)期的量的孔隙體積，同時(shí)降低由顆粒材料占的在所述電極內(nèi)的體積的百分比。
【IPC分類】H01M4/62, H01M4/78, H01M10/052, H01M4/70, H01M4/66, H01M4/58
【公開號(hào)】CN105190966
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201380066364
【發(fā)明人】R·施密特, H·佐默, J·湯姆弗爾德, A·潘琴科, H·施奈德, K·萊特納, C·斯考爾迪里斯-凱利, T·凱利, S·伯恩賽德
【申請(qǐng)人】巴斯夫歐洲公司, 錫安能量公司
【公開日】2015年12月23日
【申請(qǐng)日】2013年12月10日
【公告號(hào)】EP2936594A1, US20150287998, WO2014095483A1