电压改变的混合型电化学电池设计

技术领域

引言

本部分涉及本公开的背景信息，其不一定是现有技术。

本公开涉及具有高能量容量和高功率容量的混合型锂离子电化学电池。混合型锂离子电化学电池包括具有第一极性和可逆地循环锂离子的第一电活性材料的第一电极和具有第一极性和不同于第一电活性材料的第二电活性材料的第二电极。在某些其中电极具有不同的电活性材料的某些情况中，它们可能在运行中受到预定电压差的限制。电压改变部件（例如二极管）与所述第一和第二电极电通信并提供对应于第一电极和第二电极之间的预定电压差的电压降。

背景技术

高能量密度的电化学电池，例如锂离子电池组可以用于各种消费产品和车辆，例如混合动力或电动车辆中。典型的锂离子电池组包括至少一个正电极或阴极、至少一个负电极或阳极、电解质材料和分隔体。锂离子电池组电池的堆叠可以在电化学装置中电连接以增加总输出。锂离子电池组通过使锂离子在负电极和正电极之间可逆地通过而运行。分隔体和电解质布置在负电极和正电极之间。电解质适合于传导锂离子并且可以是固体或液体形式。锂离子在电池组充电期间从阴极（正电极）移动到阳极（负电极），且在电池组放电时以相反的方向移动。堆叠中的每个负电极和正电极都与集流体（通常为金属，例如铜用于阳极和铝用于阴极）连接。在电池组使用期间，与两个电极相关联的集流体通过外部电路连接，该外部电路允许由电子产生的电流在电极之间通过，以补偿锂离子的传输。

电池组电池的电势差或电压由电极之间的化学势（例如费米能级）差来决定。在正常运行条件下，当电池组电池完全充电时，电极之间的电势差达到最大可达到值，而当电池组电池完全放电时，电极之间的电势差达到最小可达到值。当电极经由外部电路与执行所需功能的载荷（例如电动机）连接时，电池组电池将放电并且将获得最小可达到值。电池组电池中的每个负电极和正电极都与集流体（通常为金属，例如铜用于阳极和铝用于阴极）连接。与两个电极关联的集流体通过外部电路连接，该外部电路允许由电子产生的电流在电极之间通过，以补偿锂离子跨电池组电池的传输。例如，在电池放电期间，从负电极到正电极的内部Li

可以使用许多不同的材料来制造锂离子电池组用部件。例如，用于锂电池组的正电极材料通常包含可嵌入或与锂离子反应的电活性材料，例如锂-过渡金属氧化物或混合氧化物，例如包括LiMn

一种增加锂离子电化学电池功率的方法是产生如下体系，其包括具有高能量容量电活性材料和高功率容量电活性材料两者的电极（例如包含高能量容量电活性材料的第一正电极和包含高功率容量电活性材料的第二正电极）。能量容量或密度是电池组相对于其质量可以存储的能量的量（瓦特小时每千克（Wh/kg））。功率容量或密度是电池组相对于其质量可以产生的功率的量（瓦特每千克（W/kg））。然而，在某些情况下，不同的电极活性材料化学性质的混合已受到各种阴极或阳极电活性材料之间的电压范围失配的限制。

因此，希望开发能够成功使用两种不同电活性材料而不管电压失配如何的混合型锂离子电化学电池，其特别是用于运输应用。另外，希望这种材料和方法增强锂离子电池组的能量容量和快速充电能力。

发明内容

概述

此部分提供了本公开的一般性概述，且不是其全部范围或其所有特征的全面公开。

本公开涉及混合型锂离子电化学电池，其包括第一电极，该第一电极具有第一极性并包含可逆地循环锂离子的第一电活性材料。所述电化学电池还包括第二电极，该第二电极具有第一极性并包含不同于第一电活性材料的可逆地循环锂离子的第二电活性材料。至少一个第三电极包含可逆地循环锂离子的第三电活性材料并具有与第一极性相反的第二极性。所述电化学电池包括至少一个电压改变部件，其与第一电极和第二电极电通信。所述混合型锂离子电化学电池具有对应于充电的第一运行状态和对应于放电的第二运行状态。配置所述至少一个电压改变部件，以在第一运行状态或第二运行状态下诱发电压降。

在一个方面中，所述至少一个电压改变部件选自：二极管、p-n结二极管、肖特基二极管、三极管、晶体管、晶闸管、场效应晶体管、包含p-n结的电子装置及其组合。

在一个方面中，所述电化学电池进一步包括至少两个电压改变部件，它们与第一电极和第二电极电通信。配置第一电压改变部件，以在第一或第二运行状态下诱发第一电压降，并且配置第二电压改变部件，以允许在第一或第二运行状态的另一个下通过电流。

在一个方面中，所述第一电极和第二电极并联或串联连接。

在一个方面中，所述至少一个电压改变部件进一步包括多个串联连接的电压改变部件，以使得所述电压降是由所述多个电压改变部件产生的累积电压降。

在一个方面中，所述至少一个电压改变部件进一步包括多个并联的电压改变部件，以降低电阻。

在一个方面中，所述电压降大于0 V且小于或等于约5 V。

在一个方面中，所述第一电极是第一正电极且所述第二电极是第二正电极。所述第一电活性材料选自： LiNiMnCoO

在一个方面中，所述至少一个第三电极是负电极，且所述第三电活性材料选自：锂金属、锂合金、硅（Si）、硅合金、硅氧化物活性碳、硬碳、软碳、石墨、石墨烯、碳纳米管、氧化锂钛（Li

在一个方面中，所述第二电活性材料选自：硅氧化物活性碳、硬碳、软碳、多孔碳材料、石墨、石墨烯、碳纳米管、碳干凝胶、介孔碳、模板碳、碳化物衍生碳（CDC）、石墨烯、多孔碳球、杂原子掺杂碳材料、贵金属的金属氧化物、RuO

在一个方面中，所述第一电活性材料具有第一电化学势，且所述第二电活性材料具有第二电化学势。第二电化学势与第一电化学势之间的差定义第一预定电压差。电压降对应于预定电压差。

在一个方面中，所述第一电极是第一负电极且所述第二电极是第二负电极。所述第一电活性材料选自：锂金属、锂合金、硅（Si）、硅合金、硅氧化物活性碳、硬碳、软碳、石墨、石墨烯、碳纳米管、氧化锂钛（Li

在一个方面中，所述第三电极是正电极且所述第三电活性材料选自：LiNiMnCoO

本公开还涉及电化学装置，其包括多个电化学电池，所述电化学电池包括至少一个第一电极，所述第一电极具有第一极性并且包含可逆地循环锂离子的第一电活性材料。所述多个电化学电池还包括至少一个第二电极，所述第二电极具有第一极性并包含不同于第一电活性材料的可逆地循环锂离子的第二电活性材料。所述多个电化学电池还包括至少一个第三电极，所述第三电极包含可逆地循环锂离子的第三电活性材料并具有与第一极性相反的第二极性。还提供了与第一电极和第二电极电通信的至少两个二极管。所述电化学装置具有对应于充电的第一运行状态和对应于放电的第二运行状态。将所述至少两个二极管中的第一个配置成在第一运行状态下诱发第一电压降，且所述至少两个二极管中的第二个配置成允许电流在第二运行状态下流动。所述电化学装置还包括包封所述多个电化学电池的壳体。

在一个方面中，所述多个电化学电池定义：(i) 堆叠，且所述至少两个二极管布置在堆叠内部；或(ii) 堆叠或电池芯，且所述至少两个二极管布置在该堆叠或电池芯的外部、但在壳体内部。

在一个方面中，所述第一电极和第二电极并联或串联连接。

在一个方面中，所述第一电极是第一正电极且第二电极是第二正电极。所述第一电活性材料选自：LiNiMnCoO

在一个方面中，所述第一电极是第一负电极且所述第二电极是第二负电极。所述第一电活性材料和第二电活性材料独立地选自：锂金属、锂合金、硅（Si）、硅合金、硅氧化物活性碳、硬碳、软碳、石墨、石墨烯、碳纳米管、氧化锂钛（Li

本公开还涉及电化学装置 ，其包括第一电池芯，所述第一电池芯包括至少一个第一电极，该第一电极具有第一极性并包含可逆地循环锂离子的第一电活性材料。第一电端子与所述至少一个第一电极连接。所述第一芯电池还具有至少一个第二电极，该第二电极包含可逆地循环锂离子的第二电活性材料并具有与第一极性相反的第二极性。第二电端子与所述至少一个第二电极连接。所述电化学装置还包括第二电池芯，该第二电池芯包括至少一个第三电极，该第三电极具有第一极性并包含可逆地循环锂离子的第三电活性材料。第三电端子与所述至少一个第三电极连接。至少一个第四电极具有第二极性并包含第四电活性材料。第四电端子与所述至少一个第四电极连接。第一电端子和第三电端子电连接，且第二电端子和第四电端子电连接。至少两个电压改变部件与第一电端子和第三电端子电通信。所述电化学装置具有对应于充电的第一运行状态和对应于放电的第二运行状态。将所述至少两个电压改变部件中的第一个配置成在第一运行状态下诱发电压降，且所述电压改变部件中的第二个配置成允许电流在第二运行状态下流动。

在一个方面中，第二电活性材料和第四电活性材料是不同的，且所述电化学装置还包括：第三电压改变部件和第四电压改变部件，其与第二电端子和第四电端子电通信。将第三电压改变部件配置成在第一运行状态下诱发电压降，且第四电压改变部件配置成允许电流在第二运行状态下流动。

由本文提供的描述，其它应用领域将变得显而易见。此概述中的描述和具体实施例仅旨在用于说明的目的，并不旨在限制本公开的范围。

附图说明

附图

本文描述的附图仅用于所选实施方案的说明性目的，而不是所有可能的实现方式，并且不旨在限制本公开的范围。

图1显示了混合型锂离子电化学电池中电压失配的示意图，该电池包括具有第一电活性材料的第一正电极、具有不同的第二电活性材料的第二正电极和具有负极电活性材料的负电极。

图2A–2C显示了混合型锂离子电化学电池的简化示意图设计，该电池包括具有第一电活性材料的第一正电极、具有不同的第二电活性材料的第二正电极和具有负极电活性材料的负电极，该负电极具有图1中描述的电势窗口。图2A显示了混合型锂离子电化学电池的构型，图2B显示了在充电的第一运行状态期间的混合型锂离子电化学电池，和图2C显示了在放电的第二状态期间的混合型锂离子电化学电池。

图3A-3C显示了根据本公开的某些方面制造的混合型锂离子电化学电池，其循环锂离子，包括具有第一电活性材料的第一正电极、具有不同的第二电活性材料的第二正电极、具有负极电活性材料的负电极和与第一和第二正电极电通信的两个电压改变部件（例如二极管）。图3A显示了混合型锂离子电化学电池的构型，图3B显示了在充电的第一运行状态期间的混合型锂离子电化学电池，和图3C显示了在放电的第二状态期间的混合型锂离子电化学电池。

图4是p-n异质结半导体型二极管的简化示意图，其附带的符号一般性地说明二极管装置的运行原理。

图5A–5B。图5A显示了对比混合型锂离子电化学电池的示意图，该电池包括具有第一电活性材料的第一正电极、具有不同的第二电活性材料的第二正电极和具有负极电活性材料的负电极。图5B显示了图5A中的对比混合型锂离子电化学电池的电压vs.性能。

图6A–6B。图6A显示了根据本公开的某些方面制造的混合型锂离子电化学电池。该混合型锂离子电化学电池包括具有第一电活性材料的第一正电极、具有不同的第二电活性材料的第二正电极、具有负极电活性材料的负电极和与第一和第二正电极电通信的两个电压改变部件（例如二极管）。图6B显示了图6A中的混合型锂离子电化学电池的电压vs.性能。

图7A–7B。图7A显示了根据本公开的某些方面的循环锂离子的混合型锂离子电化学电池的一个变体，其中两个不同的正电极并联并且与两个电压改变部件电通信。图7B显示了包括多个如图7A中的那些的混合型锂离子电化学电池的电化学电池堆叠。

图8A–8B。图8A显示了根据本公开的某些方面的循环锂离子的混合型锂离子电化学电池的一个变体，其中两个不同的正电极并联并且与两个电压改变部件电通信，且两个不同的负电极并联并且与两个电压改变部件电通信。图8B显示了包括多个如图8A中的那些的混合型锂离子电化学电池的电化学电池堆叠。

图9A–9B。图9A显示了根据本公开的某些方面的循环锂离子的混合型锂离子电化学电池的一个变体，其中两个不同的正电极串联连接并且与两个电压改变部件电通信。图9B显示了包括多个如图9A中的那些的混合型锂离子电化学电池的电化学电池堆叠。

图10A–10B。图10A显示了根据本公开的某些方面的循环锂离子的混合型锂离子电化学电池的一个变体，其中两个不同的正电极串联连接并且与两个电压改变部件电通信，且两个不同的负电极串联连接并且与两个电压改变部件电通信。图10B显示了包括多个如图10A中的那些的混合型锂离子电化学电池的电化学电池堆叠。

图11显示了电化学装置，该电化学装置包括根据本公开的某些变体制造的混合型锂离子电化学芯电池组装件，其并入了两个不同的具有不同的正电极和电压改变部件的电池芯。

图12又显示了另一电化学装置，该电化学装置包括根据本公开的某些变体制造的混合型锂离子电化学芯电池组装件，其并入了两个不同的具有不同的正和负电极和电压改变部件的电池芯。

贯穿附图的若干视图，对应的附图标记指示对应的部份。

具体实施方式

详述

提供了实例实施方案，以使得本公开将是全面的并将给本领域技术人员完全地传达所述范围。阐述了许多具体细节，例如具体组分、部件、装置和方法的实例，以提供对本公开的实施方案的全面理解。对于本领域技术人员来说将显而易见的是，不需要采用具体细节，实例实施方案可以以许多不同的形式来体现，并且不应被解读为限制本公开的范围。在一些实例实施方案中，没有详细描述公知的工艺、公知的装置结构和公知的技术。

本文所使用的术语仅用于描述特定实例实施方案的目的，而非旨在限制。如本文所使用的，单数形式的“一个”、“一种”和“该/所述”也可以旨在包括复数形式，除非上下文另外明确指出。术语“包含”、“含有”、“包括”和“具有”是包含性的，并因此说明存在所述特征、元件（elements）、组分（compositions）、步骤、整体（integers）、操作和/或部件（components），但不排除存在或增加一个或多个其它特征、整体、步骤、操作、元件、部件和/或其组合。尽管开放式术语“包含”应理解为用于描述和要求保护本文所阐述的各种实施方案的非限制性术语，但是在某些方面中，该术语可以替代地反而被理解为是更制约和限制性的术语，例如“由…构成”或“基本上由…构成”。因此，对于任何列举组分、材料、部件、元件、特征、整体、操作和/或工艺步骤的给定实施方案，本公开还具体包括由这些列举的组分、材料、部件、元件、特征、整体、操作和/或工艺步骤构成或基本上由其构成的实施方案。在“由...构成”的情况中，替代性实施方案不包括任何额外的组分、材料、部件、元件、特征、整体、操作和/或工艺步骤，而在“基本上由…构成”的情况中，实质上影响基本和新颖特性的任何额外的组分、材料、部件、元件、特征、整体、操作和/或工艺步骤从这样的实施方案中被排除，但是实质上不影响基本和新颖特性的任何组分、材料、部件、元件、特征、整体、操作和/或工艺步骤可以包括在该实施方案中。

本文描述的任何方法步骤、工艺和操作都不应被解读为必须要求它们以所讨论或示出的特定顺序来执行，除非被具体标识为执行顺序。还应理解的是，除非另外指出，否则可以采用额外的或替代的步骤。

当部件、元件或层被提及为“在”另一元件或层“上”、与其“接合”、“连接”或“耦合”时，它可以直接在所述另一部件、元件或层上、与其接合、连接或耦合，或者可以存在介于中间的元件或层。相反，当元件被提及为“直接在”另一元件或层“上”、与其“直接接合”、“直接连接”或“直接耦合”时，可以不存在介于中间的元件或层。应当以类似的方式来解释用于描述元件之间的关系的其它词语（例如“在... ...之间”与“直接在... ...之间”、“相邻”与“直接相邻”等）。如本文所使用的，术语“和/或”包括相关的所列项目中的一个或多个的任何和所有组合。

尽管在本文中可以使用术语第一、第二、第三等来描述各种步骤、元件、部件、区域、层和/或部分，但是除非另有说明，否则这些步骤、元件、部件、区域、层和/或部分不应受这些术语限制。这些术语仅可用于区分一个步骤、元素、部件、区域、层或部分与另一步骤、元素、部件、区域、层或部分。除非上下文明确指出，否则当在本文中使用时，术语例如“第一”、“第二”和其它数字术语不暗含顺序或次序。因此，在不脱离实例实施方案的教导的情况下，下面讨论的第一步骤、元件、部件、区域、层或部分可以被称作第二步骤、元件、部件、区域、层或部分。

在空间或时间上相对的术语，例如“在... ...之前”、“在... ...之后”、“在......内”、“在... ...之外”、“在... ...之下”、“在... ...下面”、“在... ...下部”、“在......上方”、“在... ...上部”等可以在本文中用于简化描述，以描述如在图中所示的一个元件或特征与另外（一个或多个）元件或（一个或多个）特征的关系。在空间或时间上相对的术语可以旨在包含除了附图中描述的方位之外在使用或运行时的装置或系统中的不同方位。

贯穿本公开，数值代表对范围的近似测量或限制，以包括与给定值的微小偏差和大约具有所提及的值以及精确具有所提及的值的实施方案。除了在详述的结尾处提供的工作实施例外，在本说明书包括所附权利要求中的所有参数（例如数量或条件）的数值均应理解为在所有情况下被术语“约”修饰，无论在该数值之前是否实际出现“约”。“约”表示所述数值允许一些轻微的不精确（接近精确值；近似或合理地接近该值；几乎）。如果由“约”提供的不精确性没有被理解为该普通含义方式以外的其它方式，则本文中使用的“约”至少表示可由测量和使用这类参数的普通方法引起的变化。例如，“约”可以包括小于或等于5％，任选小于或等于4％，任选小于或等于3％，任选小于或等于2％，任选小于或等于1％，任选小于或等于0.5％，和在某些方面中任选小于或等于0.1％的变化。

此外，范围的公开包括所有值和整个范围内进一步划分的范围（包括对该范围给出的端点和子范围）的公开。

现在将参考附图更全面地描述实例实施方案。

本技术涉及改进的电化学电池，所述电化学电池可以并入能量存储装置如锂离子电池组中，所述能量存储装置可以用于各种应用，例如车辆或其它运输应用中。然而，本技术还可以用于其它电化学装置中，特别是循环锂离子的那些，包括消费产品。电池组将电能存储在具有不同电化学势的电极中的化学组分或电活性材料内。负电极中的负极电活性材料的第一电化学势与正电极中的正极电活性材料的第二电化学势之间的差决定了电池组电压。

许多锂离子电化学电池已被设计具有高能量容量，因此包括高能量容量电活性材料。但是，可能希望不仅表现出高能量容量(其扩大电池容量以提供充电之间的延长的电池组寿命)，而且表现出高功率容量的电池组。高功率容量可以提供快速放电或充电容量。因此，可以通过包括具有不同电活性材料的电极用于具有相同极性的电极，例如高能量容量电活性材料和高功率容量电活性材料，来增加锂离子电化学电池的功率。

在某些方面中，混合型锂离子电化学电池可以被认为是电容器辅助电池（“CAB”）（例如在单个电池芯中与锂离子电池组混合的锂离子电容器）。这类混合型电化学电池可以提供若干优点，例如与锂离子电池组相比增强的功率性能（power capability）。例如，可以在发动机启动期间使用集成电容器或超级电容器来提供电流，由此限制启动期间从锂离子电池组得到的电流。但是，电容器辅助系统可能经历相对低的能量密度和因此低的能量容量。如上所述，在某些方面中，包括不同电极活性材料化学性质的能力受到各种阴极或阳极电活性材料之间的电压范围失配的限制。

图1显示了说明混合型锂离子电化学电池中的电压失配的示意图，该电池包括具有第一电活性材料的第一正电极、具有不同的第二电活性材料的第二正电极和具有负极电活性材料的负电极。特别地，第一电活性材料和不同的电活性材料可以被提供为电池内的不同电极，或者可以在单个电极内被组合在一起，例如作为不同的层。

在图1中，显示了用于第一正极电活性材料的第一电压窗口20，显示了用于第二正极电活性材料的第二电压窗口22，和显示了用于负极电活性材料的第三电压窗口24。图1中的y轴30表示电压，而x轴32表示功率。第一正极电活性材料的第一电压窗口20具有比第二正极电活性材料的第二电压窗口22的第二最大电压36高得多的第一最大电压34。一般来说，第一正极电活性材料可以产生显著量的能量，而第二正极电活性材料可以产生显著量的功率。

因此，电压差38被定义在第一最大电压34和第二最大电压36之间。在某些方面中，第二最大电压36可以对应于第二电活性材料的电化学势。在其它方面中，第二最大电压36归因于在高于某些电压下运行时第二电活性材料可能出现的不利条件。例如，如果第二正极电活性材料在充电期间超过其第二最大电压36的上限，则它可能潜在地遭受结构不稳定性、与电解质的可能的（potential）相互作用和副反应和固体电解质中间层（SEI）的不希望的生长。因此，常规地在包括具有第一最大电压34的第一正极电活性材料和具有第二最大电压36的第二正极电活性材料两者的混合型电池的充电期间，最大电压被限制为第二最大电压36，其限制了实现第一正极电活性材料的完全运行可能性（potential）并且通常限制了混合型电化学电池设计，其中电化学势的匹配成为设计考虑因素。

图2A–2C显示了具有图1中描述的电压电势窗口的锂离子电化学电池50的简化示意图设计。图2A显示了包括第一正电极52和第二正电极54的电化学电池50的基本构型。第一正电极52是双层结构，其包括形成在第一正极集流体56的每一侧上的在层中的第一正极电活性材料。第二正电极54包括布置在第二正极集流体58的一侧上的第二正极电活性材料。如前所述，第一正电极52中的第一正极电活性材料不同于第二正电极54中的第二正极电活性材料。第一正电极52和第二正电极54 并联电连接。包含相同负极电活性材料的两个负电极60形成在负极集流体62上，例如，一个作为双层电极和一个作为单层电极。同样地，两个负电极60彼此并联。

锂离子电化学电池50还包括分隔体64，其保持电极之间的电绝缘，但是允许离子从中流过。因此，由于被夹在相反极性的电极之间以防止物理接触和因此防止发生短路，分隔体64充当电绝缘体和机械支撑件两者。分隔体64被布置在相反极性的电极之间（例如在第一正电极52与相应的负电极60之间或在第二正电极54与相应的负电极60之间）。此外，电化学电池50还包括至少一种电解质66，无论以固体或液体形式，以确保电极之间离子的传导。在电解质66是液体电解质的情况下，它可以被吸收在聚合物或陶瓷分隔体64的膜的孔内。在电解质66是包含多个电解质颗粒的固体电解质的情况下，可以将其与分隔体颗粒组合以提供具有所需电绝缘性质的多孔层。为简单起见，图2B–2C未显示电解质66。

此外，锂离子电化学电池50可以包括各种其它部件，所述其它部件尽管在此未示出，但对于本领域技术人员而言是已知的。例如，锂离子电化学电池50可以包括壳体、垫圈、端子盖、电池组端子和可以位于电化学电池50内（作为非限制性实例包括在负电极60、第一正电极52和/或第二正电极54之间或周围）的任何其它常规部件或材料。如前所述，锂离子电化学电池50的尺寸和形状可以根据其被设计用于的特定应用而变化。

图2B显示了锂离子电化学电池50的充电过程。通过将外部电源（例如充电装置）施加到电化学电池 50 上以逆转在电池组放电期间发生的电化学反应（如下所述），可以随时给锂离子电化学电池50充电或重新提供动力（re-powered）。因此，锂离子从第一正电极52和第二正电极54流向负电极60。可用于给锂离子电化学电池50充电的外部电源（未示出）可以根据电化学电池50的尺寸、构造和特定最终用途而变化。一些合适的外部电源包括、但不限于交流壁装电源插座和机动车交流发电机。外部电源与锂离子电化学电池50的连接迫使锂在第一正电极52和/或第二正电极54处进行否则非自发的氧化，以产生电子和锂离子。因此，电子经由外部电路（未示出）流回负电极60，而锂离子在内部通过电化学电池50（例如通过跨多孔分隔体的电解质）被输送回负电极60，其中使它们重新结合以向负极60中的电活性材料补充锂，用于在下一个电池组放电循环期间的消耗。因此，如图2B中的箭头70所示，在电池充电期间，锂离子和电子从第一正电极52和第二正电极54移动到负电极60。

在图2B中，在充电过程期间，第一正电极52的第一电压（V

图2C显示了锂离子电化学电池50的放电过程，在此期间锂离子电化学电池50产生电流。锂离子电化学电池50通过在外部电路闭合（以将负电极60与第一和第二正电极52、54连接）时发生的可逆电化学反应产生电流。在这种状态下，负电极60包含相对更大量的可循环锂。第一正电极52和/或第二正电极54与负电极60之间的化学势差将由负电极60处的锂（例如嵌入的锂）的氧化而产生的电子通过外部电路朝向正电极52、54驱动。同时，也在负极电极60处产生的锂离子通过电解质和分隔体64朝向正电极52、54转移。电子流过外部电路，且锂离子跨过电解质中的多孔分隔体64迁移以在正电极52、54处形成嵌入的或合金化的锂。经过外部电路的电流可以被利用并引导通过载荷装置，直到负电极60中的嵌入的锂被耗尽并且锂离子电化学电池50的容量减小。

因此，锂离子电化学电池50可以产生用于载荷装置的电流，该载荷装置可以可操作地与外部电路连接。尽管所述载荷装置可以是任何数量的已知电动装置，但耗电载荷装置的一些特定实例包括用于混合动力车辆或全电动车辆的电动机、笔记本电脑、平板电脑、移动电话和无绳电动工具或器具作为非限制性实例。所述载荷装置也可以是为了存储能量的目的而对锂离子电化学电池50充电的发电设备。在某些其它变体中，所述电化学电池可以存储来自发电载荷的能量。

在图2C中，在放电过程期间，第一正电极52的第三电压（V

根据本公开的某些方面，提供了混合型电化学电池，例如像电容器辅助锂离子电池组的混合型锂离子电化学电池，其包括第一电极和第二电极，每个电极均具有相同的极性，和具有与第一极性相反的极性的第三电极。该电池还包括分隔体和电解质。所述第一电极包含第一电活性材料，和所述第二电极包含第二电活性材料。在各个方面中，第一电极可能在运行中受到相对于第二电极出现的电压差的限制。在某些方面中，所述第一电活性材料可具有第一电化学势，所述第二电活性材料可具有不同的第二电化学势。在其它方面中，第二电活性材料可能被限制到某一运行电压，例如，由于例如在高电压下与电解质的不希望的副反应。以这种方式，在这种混合型电化学电池的运行期间，最大电压可能受到限制。在第一电极和第二电极是正电极的某些变体中，第一电极的第一最大运行电压和第二电极的第二最大运行电压之间的差可以被认为是预定电压差。第三电极还包含第三电活性材料。在第一电极和第二电极是负电极的其它变体中，第一电极的第一最小运行电压和第二电极的第二最小运行电压之间的差可以被认为是预定电压差。

所述混合型锂离子电化学电池还包括至少一个电压改变部件。所述第一电极、第二电极和电压改变部件彼此电连接。所述至少一个电压改变部件产生电压变化（例如电压降），其补偿在充电或放电期间与第一电极相关的第一最大或最小电压相对于与第二电极相关的第二最大或最小电压之间的电压失配。在某些方面中，所述电化学电池包括至少两个电电压改变部件，它们与第一电极和第二电极电连接，一个配置成提供电压降低（或者在充电或放电期间诱发电压变化），和另一个配置成允许电流朝另一方向流动（充电或放电的另一个）。

例如，图3A-3C显示了循环锂离子的混合型锂离子电化学电池100。该混合型锂离子电化学电池100包括具有第一极性的第一电极110，例如第一正电极。第一电极110包括集流体112。第一电极110还包括至少一个第一电活性材料层114，该第一电活性材料层包含可逆地循环锂离子的第一电活性材料。第一电极可以具有可由电压（V

电化学电池100还包括第二电极120。第二电极120具有与第一电极110相同的第一极性。第二电极120包括集流体122。第二电极120还包括第二电活性材料层124，该第二电活性材料层包含可逆地循环锂离子的第二电活性材料，该第二电活性材料层具有可由电压（V

电化学电池100还包括一个或多个第三电极130。如图3A–3C中所示，电化学电池100具有两个不同的第三电极130。每个第三电极130具有与第一电极110和第二电极120的第一极性相反的第二极性。例如，在第一电极110和第二电极120是正电极的地方，第三电极130是负电极。如本文中进一步所述，在其它变体中，第一电极110和第二电极120可以是负电极，因此第三电极130是正电极。每个第三电极130包括集流体132。第三电极130还包括至少一个第三电活性材料层134，该第三电活性材料层包含可逆地循环锂离子的第三电活性材料。所述第三电活性材料可以具有第三电化学势。如已显示，第三电极130是具有布置在集流体132的相反侧上的两个不同的第三电活性材料层134的双层结构，或是第三电活性材料层134布置在集流体132的仅一侧上的单层结构。

混合型锂离子电化学电池100还包括一个或多个分隔体140，其布置在相反极性的电极之间。如图3A-3C中所示，作为非限制性实例，包括三个分隔体140。一个分隔体140布置在第三电极130和第一电极110之间。另一分隔体140布置在所述第一电极110和另一第三电极130之间。最后，还有另一分隔体140布置在该第三电极130和第二电极120之间。该电化学电池100还包括电解质142，其布置在分隔体140内或与其相邻，并因此在彼此面对的电极之间。

在混合型锂离子电化学电池100中，提供至少一个电压改变部件，其与第一电极110和第二电极120电通信。如图3A-3C中所示，第一电压改变部件150与第一电极110和第二电极120电连接，例如以在电化学电池100的第一运行状态下，例如在充电期间，电流将流动的第一方向。第二电压改变部件152也与第一电极110和第二电极120以在电化学电池100的第二运行状态下，例如在放电期间，电流将流动的第二方向电连接。如本文中将进一步描述的，将第一电压改变部件150配置成在第一运行状态下，例如在充电期间，诱发对应于预定电压差（ΔV = V1 – V2）的电压降（ΔV′）。

电压改变部件或装置，例如第一电压改变部件150和第二电压改变部件152，可以是以希望的电流方向促进电压降低的任何电路部件。在某些方面中，所述至少一个电压改变部件可以是二极管。图4是p-n异质结半导体型二极管170的简化示意图，其具有通常示出二极管装置的工作原理的附带的标记。通常，作为背景，p-n结二极管由半导体材料制成，该半导体材料可以是硅、锗、砷化镓等。将掺杂剂添加到半导体材料中，以在一侧上产生包含负电荷载流子（电子）的区域（通常称为n型半导体），和在相反侧上产生包含正电荷载流子（空穴）的区域（通常称为p型半导体）。当将n型和p型材料接合并电连接时，产生从n型侧向p型侧的电子流，这产生在n型侧和p型侧之间的第三区域，在该区域中没有电荷载流子。这被称为耗尽区域，因为不存在电荷载流子（没有电子和空穴）。端子与n型区域和p型区域附接。n型区域和p型区域之间的边界称为p-n结，其是发生二极管作用的地方。当给p型侧（阳极）施加比给n型侧（阴极）足够更高的电势时，电子经过耗尽区域从n型侧流到p型侧。但是，当反向施加电势时，p-n结不允许电子朝着相反方向流动。

再次参考图4，二极管170因此包括定义第一金属触点174的阳极172。该二极管还包括掺杂的p型区域176，在该区域中存在大多数的空穴（+），而掺杂的n型区域178具有大多数的电子（–）。n型区域与定义阴极182的第二金属触点180相邻。通常，高于二极管170的阈值电压，如果以给定方向施加电流，则可以一个方向产生电压降。取决于在掺杂的p型区域176和掺杂的n型区域178中使用的半导体材料和掺杂剂以及所施加的电流，由二极管170提供的电压降（ΔV′）的量可以变化。如图4中所示，可以将点184处的第一电压（V

二极管是合适的电压改变部件的一个实例。在某些变体中，所述至少一个电压改变部件选自：二极管、p-n结二极管、肖特基二极管、三极管、晶体管、晶闸管、场效应晶体管、包含p-n结的电子装置及其组合。

特别地，虽然未示出，但是电压改变部件或装置，例如第一电压改变部件150和第二电压改变部件152，可以彼此串联连接，以提供累加或累积的电压降。例如，如果包含硅（Si）的单个二极管的平均电压降（ΔV′）为约0.5V，则两个串联的这种二极管提供约1V的平均电压降（ΔV′），三个串联的这种二极管提供约1.5V等的平均电压降（ΔV′）等。因此，当电化学电池中包括多个电压改变部件，它们彼此串联电连接并与第一电极和第二电极电连接时，可以将它们配置成诱发成累积电压降，所述累积电压降对应于每个装置的平均电压降乘以连接在一起的装置总数（a cumulative voltage drop corresponding an averagevoltage drop for each device by the number of total devices connectedtogether）。在其它方面中，尽管未示出，但是电压改变部件或装置，例如第一电压改变部件150和第二电压改变部件152，可以彼此并联，以提供累加或累积的电阻降。

如上所述，第二电极的第二最大运行电压和第一电极的第一最大运行电压之间的预定电压差可以大于0V且小于或等于约5V，任选地大于或等于约1V至小于或等于约4.5V，在某些方面中，任选地大于或等于约1.5V至小于或等于约4V。在提供与第一电极和第二电极电通信的多个电压改变部件的情况下，将这些电压改变部件配置成在混合型锂离子电化学电池的第一或第二运行状态下诱发对应于预定电压差的累积电压降（取决于哪种运行状态需要电压降）。

再次参考图3B，混合型锂离子电化学电池100在对应于充电的第一运行状态下。第一电极110和第二电极120并联电连接。在充电期间，电流以箭头188的方向从第一电极110和第二电极120（正电极）向第三电极130（负电极）流动。在电压超过第一电压改变部件150的阈值电压时，电流流经其中并且产生电压降（ΔV′）。如图3B中所示，可以将点190处的第一电压（V

在图3C中，混合型锂离子电化学电池100在对应于放电的第二运行状态下。在放电期间，电流以箭头194的方向从第三电极130（负电极）向第一电极110和第二电极120（正电极）流动。在施加的电压超过第二电压改变部件152的阈值电压时，电流流经其中。在某些方面中，第二电压改变部件152可以与第一电压改变部件150不同，并且具有最小电压阈值，以确保电流以所需方向流动。如图3C中所示，可以将点190处的第三电压（V

图5A-5B和6A-6B进一步说明了根据本公开的某些方面制造的混合型锂离子电化学电池的优点。在图5A中，锂离子电化学电池200具有第一正电极210，该第一正电极包含氧化锂锰镍LiMn

图6A显示了根据本公开的某些方面制造的对比混合型锂离子电化学电池，其包括两个电压改变部件。如同图5A中的电化学电池，图6A中的锂离子电化学电池220具有相同的电极、电活性材料和电连接构型。因此，第一正电极230包含氧化锂锰镍LiMn

图5B显示了图5A中的缺少任何电压改变部件的全电池（full cell）锂离子电化学电池200的电压（标为250的y轴，以伏特（V）为单位）随时间（标为252的x轴 ，以秒为单位）的性能。因此，仅测量单个电压迹线（voltage trace）254。如上所述，当充电至相对于Li大于4.3V的电势时，活性碳可能遭遇与电解质的副反应。由于LMNO和AC电活性材料之间的电压失配，在充电和放电期间在第一正电极210和第二正电极212之间的总电压相同。图6B类似地显示了图6A中的锂离子电化学电池220的电压（标为270的y轴，以伏特（V）为单位）随时间（标为272的x轴，以秒为单位）的性能。在图6B中，对于第一正电极230（LNMO相对于LTO）测量了第一电压迹线274，对于第二正电极232（活性炭相对于LTO）测量了第二电压迹线276。还显示了第二正电极232的第二电化学势和第一正电极230的第一电化学势之间的电压差278。

在图5B中，所测量的电压迹线254包括标为260的第一区域、标为262的第二区域、标为264的第三区域和标为266的第四区域。电池组可以通过恒定电流（CC）和恒定电压（CV）过程两者来充电。因此，第一区域260是恒定电流（CC）充电之一，而第二区域262是恒定电压（CV）充电之一。第三区域264标示休息期，而第四区域266显示锂离子电化学电池200的放电。在第一区域260中，该电池组通过高恒定电流来充电至其截止电压，例如对于LNMO/LTO对为3.25V，但锂离子电化学电池/电池组200仅充满至其总容量的约80至90％。在第二区域262中，然后通过使用恒定电压充电，使用较低电流给该电池组充电。通过在恒定电压阶段向LNMO/LTO施加3.25V，其电流将越来越小，直至电流符合其为恒定电流的约0.05倍的要求。然而，如上所述，包括活性碳的第二正电极与电解质反应，因此其将总是具有高于电流要求的电流。因此，第二区域262中的恒定电压（CV）充电过程直到其达到保护时间才停止。

图6B类似地显示了第一电压迹线274和第二电压迹线276两者的标为280的第一区域、标为282的第二区域、标为284的第三区域和标为286的第四区域。再一次，第一区域280是恒定电流（CC）充电之一，而第二区域282是恒定电压（CV）充电之一。第三区域284标示休息期，而第四区域286显示包括第一电压改变部件240和第二电压改变部件242两者的锂离子电化学电池220的放电。第四区域286的初始部分对应于LMNO/LTO第一正电极230的放电，而显示区域288处的电压差的第四区域286的随后部分对应于放电期间活性碳/LTO的容量。特别地，图6B中的根据本公开的某些方面制造的锂离子电化学电池220的总循环时间比图5B中的对比锂离子电化学电池200的总循环时间少约5500秒。这是归因于以下事实，即图6B中的锂离子电化学电池220的第二区域282比图5B中的锂离子电化学电池200的第二区域262相对更短。除了更短的充电时间和更短的总循环时间之外，更短的恒定电压（CV）有利地意味着在第二正电极232中的活性碳和电解质之间的可用反应时间更少。

图7A-7B显示了循环锂离子的混合型锂离子电化学电池的一个变体。图7A显示了单个混合型锂离子电化学电池300，其包括根据本公开的某些方面制造的并联连接的两个不同的正电极以及两个电压改变部件。图7B显示了堆叠350，其包括多个像图7A中的那些的混合型锂离子电化学电池，具有多个并联连接的不同的正电极和电压改变部件。在图7A中，混合型锂离子电化学电池300具有第一正电极310，所述第一正电极具有第一极性（例如正极性或阴极）。第一正电极310包括集流体312。第一正电极310是双层设计，其包括在集流体312的相反侧上的两个第一正极电活性材料层314。每个第一正极电活性材料层314包含可逆地循环锂离子的第一正极电活性材料。在某些方面中，第一正极电活性材料层314可以具有第一电化学势。

电化学电池300还包括第二正电极320。第二正电极320具有如同第一正电极310的第一极性。第二正电极320包括集流体322。第二正电极320还包括第二正极电活性材料层324，该第二正极电活性材料层包含可逆地循环锂离子的第二正极电活性材料。第二正电极320可以具有第二最大运行电压，该第二最大运行电压可小于第一正电极310的最大运行电压。在某些方面中，第二最大运行电压可对应于具有与第一正电极310中的第一正极电化学势的电化学势不同的第二电化学势的第二正极电活性材料。尽管图7A中的第二正电极320的设计仅具有单个第二正极电活性材料层324，但是应当注意，虽然未示出，但是该电极同样可以被修改为双层设计，其中两个不同的第二正极电活性材料层324布置在集电体322的相反侧上。

电化学电池300还包括两个具有负极性的第三负电极330（例如阳极）。 每个第三负电极330包括集流体332。第三负电极330是双层设计，其包括两个负极电活性材料层334，它们分别包含可逆循环锂离子并具有第三电化学势的第三负极电活性材料。 每个不同的第三负极电活性材料层334布置在集流体332的相反面上。

混合型锂离子电化学电池300还包括布置在相反极性的电极之间的多个分隔体340。 如图7A-7B中所示，作为非限制性实例，包括三个分隔体340。一个分隔体340布置在一个第三负电极330和第一正电极310之间。另一分隔体340布置在所述第一正电极310和另一个第三负电极330之间。最后，还有另一个分隔体340布置在该第三负电极330和第二正电极320之间。电化学电池300还包括电解质342，该电解质布置在分隔体340内或与其相邻并因此在彼此面对的电极之间。

在混合型锂离子电化学电池300中，提供了两个电压改变部件，它们与第一正电极310和第二正电极320电通信。如图7A-7B中所示，第一二极管342形式的第一电压改变部件与第一正电极310和第二正电极320电连接，其促进电流在电化学电池300的第一运行状态下以第一方向流动，例如，在充电期间。第二二极管344形式的第二电压改变部件也与第一正电极310和第二正电极320电连接。第二二极管344允许电流以电化学电池300的第二运行状态下以第二方向（例如与第一方向相反）流动，例如，在放电期间。第一正电极310和第二正电极320彼此并联电连接。此外，第一二极管342和第二二极管344与第一正电极310和第二正电极320电连接。第一正电极310、第二正电极320、第一二极管342和第二二极管344与正极端子346电连接。每个第三负电极330也彼此并联连接，它们与负极端子348连接。

如上所述，在对应于充电的所述混合型锂离子电化学电池的第一运行状态下，所述第一二极管342配置为诱发对应于第一运行状态下的预定电压差的电压降，其通常对应于第一正电极310中第一正极电活性材料的第一最大运行电压和第二正电极320中第二正极电活性材料的第二最大运行电压之间的预定电压差。在对应于放电的第二运行状态下，所述第二二极管344允许电流以与第一方向相反或颠倒的方向流动。在某些方面中，第二二极管344选择为具有小于第一二极管342的电压降的最小电压降。

图7B示出了多个组装的如同图7A中的混合型锂离子电化学电池300的混合型锂离子电化学电池的堆叠350，其中正电极并联连接并且负电极同样并联连接。为了简洁起见，对于图7A中示出的共同部件，在图7B中使用相同的附图标记，并且除非另有讨论，否则以相同方式发挥功能。此外，为了容易观察，图7B省略了堆叠350中在相反极性的各电极之间存在的分隔体和电解质。

堆叠350包括多个第一正电极310和多个第二正电极，它们通过第一和第二集流体312、322与第一电缆352的电连接全部并联电连接在一起，该第一电缆352可包括焊接在一起的导电端子和导线。所述多个第一正电极310和所述多个第二正电极320进一步与第一二极管342和第二二极管344电通信和接线，所述第一二极管342和第二二极管344都电连接至正端子346。如本领域技术人员所理解，所述第一二极管342和所述第二二极管344可以包含在堆叠350内部或在堆叠350外部，但与合适的电极和端子电连接。

所述堆叠350还包括多个第三负电极330，其通过第三集流体332全部并联电连接在一起至第二电缆354，该第二电缆354可包括焊接在一起的端子和导电导线。虽然堆叠350中所述多个第三负电极330中的大部分是双层电极，但是存在两个末端负电极356，所述末端负电极包括仅在面对相反电极(第一正电极310或第二正电极320)的一侧具有单个负极电活性材料层334的集流体332。

虽然没有具体示出，但是将会理解的是如图7A-7B中的混合型锂离子电化学电池设计可以改变从而为两个不同的负电极而不是两个不同的正电极(如所示出的混合型锂离子电化学电池300的情况中)提供一对电压改变装置。因此，第一二极管和第二二极管可以与第一负电极电通信，所述第一负电极具有定义预定电压差的具有第一最小运行电压的第一负极电活性材料和具有不同的第二最小运行电压的不同的第二负极电活性材料，从而在电化学电池的对应于充电的第一运行状态和/或对应于放电的第二运行状态下第一二极管提供对应于预定电压差的电压降。

图8A示出了根据本公开的某些方面制备的循环锂离子的混合型锂离子电化学电池400的另一个变体，类似于图7A中的变体。但是，除了连接到两个不同的并联正电极的两个二极管(如同图7A中的设计)之外，图8A中的电化学电池400还具有两个额外的电连接到负电极的电压改变部件或二极管。图8B示出了包括多个如图8A中的那些的混合型锂离子电化学电池的堆叠460，其具有并联连接的多个不同的正电极和电压改变部件以及并联连接的多个不同的负电极和电压改变部件。为了简明起见，如本领域技术人员所理解，图8A-8B省略了将布置在相反极性的电极之间的分隔体和电解质。

在图8A中，混合型锂离子电化学电池400具有第一正电极410，该第一正电极410具有第一极性(例如正极性或阴极)。第一正电极410包括集流体412。第一正电极410是双层设计，其包括在集流体412的相反侧上的两个第一正极电活性材料层414。每个第一正极电活性材料层414包含可逆地循环锂离子的第一正极电活性材料。

所述电化学电池400还包括第二正电极420。所述第二正电极420具有如同所述第一正电极410的第一极性。所述第二正电极420包括集流体422。所述第二正电极420还包括第二正极电活性材料层424，该第二正极电活性材料层424含有可逆地循环锂离子并具有小于第一正电极410中的第一正极电活性材料的第一最大运行电压的第二最大运行电压的第二正极电活性材料。

所述电化学电池400还包括具有负极性的第三负电极430(例如阳极)。所述第三负电极430包括第三集流体432。所述第三负电极430是包括两个第一负极电活性材料层434的双层设计，所述两个第一负极电活性材料层434分别包含可逆地循环锂离子并具有第三电化学势的第一负极电活性材料。所述第三负极电活性材料层434布置在集流体432的相反侧上。

在该变体中，所述电化学电池400包括具有不同的负极电活性材料的两个不同的负电极。因此，所述电化学电池400还包括第四负电极440。所述第四负电极440具有如同第三负电极430的第二极性。所述第四负电极440包括第四集流体442。所述第四负电极440还包括第二负极电活性材料层444，所述第二负极电活性材料层444包含可逆地循环锂离子的第二负极电活性材料。在某些方面中，所述第四电活性材料具有不同于第三负电极330中的第一负极电活性材料的第三电化学势的第四电化学势。

在所述混合型锂离子电化学电池400中，提供了四个不同的电压改变部件，第一对与第一正电极410和第二正电极420电通信并且第二对与第三负电极430和第四负电极440电通信。如图8A-8B中所示，第一二极管446形式的第一电压改变部件电连接到第一正电极410和第二正电极420，其促进在电化学电池400的第一运行状态下，例如在充电期间，电流以第一方向流动。第二二极管448形式的第二电压改变部件也电连接到第一正电极410和第二正电极420。所述第二二极管448允许在电化学电池400的第二运行状态下，例如在放电期间，电流以第二方向(例如与第一方向相反)流动。所述第一正电极410和第二正电极420彼此并联电连接。此外，所述第一二极管446和第二二极管448与所述第一正电极410和第二正电极420电连接。所述第一正电极410、第二正电极420、第一二极管446和第二二极管448电连接到正端子450。

在第一正电极410的第一正极电活性材料的第一最大运行电压和第二正电极420的第二正极电活性材料的第二最大运行电压之间定义了第一预定电压差。如上所述，在对应于充电的混合型锂离子电化学电池400的第一运行状态下，第一二极管446配置成诱发对应于第一预定电压差的电压降。在对应于放电的第二运行状态下，第二二极管448允许电流以与第一方向相反或颠倒的方向流动。

所述第三负电极430和第四负电极440也彼此并联电连接并且电连接到负端子452。第三二极管454形式的第三电压改变部件电连接到第三负电极430和第四负电极440，其促进在电化学电池400的第二运行状态下，例如在放电期间，电流以第一方向流动。第四二极管456形式的第三电压改变部件也电连接到第三负电极430和第四负电极440。所述第四二极管456允许在电化学电池400的第一运行状态下，例如在充电期间，电流以第二方向(例如与第一方向相反)流动。所述第三二极管454和第四二极管456与所述第三负电极430和第四负电极440电连接。所述第三负电极430、第四负电极440、第三二极管454和第四二极管456电连接到负端子452。

在第三负电极430的第一负极电活性材料的第一最小运行电压和第四负电极440的第二负极电活性材料的第二最小运行电压之间定义了第二预定电压差。如上所述，在对应于放电的混合型锂离子电化学电池400的第二运行状态下，第三二极管454配置成允许电流流动。在对应于充电的第一运行状态下，第四二极管456允许电流以与第一方向相反或颠倒的方向流动并诱发对应于第二预定电压差的电压降。

图8B示出了多个组装的如同图8A中的混合型锂离子电化学电池400的混合型锂离子电化学电池的堆叠460，其中正电极彼此不同并且并联连接并且负电极同样彼此不同并且并联连接。为了简洁起见，对于图8A中示出的共同元件，在图8B中使用相同的附图标记，并且除非另有讨论，否则以相同方式发挥功能。堆叠460包括多个第一正电极410和多个第二正电极420，其通过第一和第二集流体412、422全部并联电连接在一起至第一电缆442，该第一电缆442可包括焊接在一起的导电端子和导线。此外，所述多个第一正电极410和所述多个第二正电极420与第一二极管446和第二二极管448电通信和接线，其又与正端子450电通信。如本领域技术人员所理解，所述第一二极管446和所述第二二极管448可以包括在堆叠460内部或在堆叠460外部，但与合适的电极和端子电连接。

堆叠460还包括多个第三负电极430和多个第四负电极440，其通过第三和第四集流体432、442与第二电缆462全部并联电连接在一起，该第二电缆462可以是焊接在一起的导电导线。此外，所述多个第三负电极430和所述多个第四负电极440与第三二极管454和第四二极管456电通信和接线，其全部与负端子452电通信。如本领域技术人员所理解，所述第一二极管446和所述第二二极管448可以包括在堆叠460内部或在堆叠460外部，但与合适的电极和端子电连接。如本领域技术人员所理解，所述第三二极管454和所述第四二极管456可以包括在堆叠460内部或在堆叠460外部，但与合适的电极和端子电连接。虽然堆叠460中所述多个第三负电极430中的大部分都是双层电极，但是存在末端第三负电极470，所述末端第三负电极470包括仅在面对相反电极(第二正电极420)的一侧具有单个第一负极电活性材料层474的集流体472。还存在末端第四负电极480，所述末端第四负电极480包括仅在面对相反电极(第一正电极410)的一侧具有单个第二负极电活性材料层484的集流体482。堆叠460具有多个组装的混合型锂离子电化学电池，该电池具有并联的正电极和并联的负电极。以这种方式，堆叠460还包括电压改变部件，所述电压改变部件不仅补偿对应于不同正电极中不同正极电活性材料的最大运行电压差的第一预定电压差，而且补偿对应于不同负电极中不同负极电活性材料的最小运行电压差的第二预定电压差。

图9A-9B示出了循环锂离子的混合型锂离子电化学电池的另一变体。图9A示出了根据本公开的某些方面制备的单个混合型锂离子电化学电池500，其包括两个串联连接的不同的正电极和两个电压改变部件。图9B示出了包括多个如图9A中的那些的混合型锂离子电化学电池的堆叠550，具有串联连接的多个不同的正电极和电压改变部件。在图9A中，所述混合型锂离子电化学电池500具有第一正电极510，所述第一正电极510具有第一极性(例如正极性或阴极)。所述第一正电极510包括集流体512。第一正电极510是双层设计，其包括在集流体512的相反侧上的两个第一正极电活性材料层514。每个第一正极电活性材料层514包含可逆地循环锂离子并具有第一最大运行电压的第一正极电活性材料。

所述电化学电池500还包括第二正电极520。所述第二正电极520具有如同所述第一正电极510的第一极性。所述第二正电极520包括集流体522。所述第二正电极520还包括第二正极电活性材料层524，该第二正极电活性材料层524包含可逆地循环锂离子并具有不同于第一正电极510中的第一正极电活性材料的第二最大运行电压的第二正极电活性材料。虽然图9A中的设计只具有单个第二正极电活性材料层524，但是应该注意的是虽然没有示出，但是该电极同样可以被改变为双层设计，其中在集流体522的相反侧上布置两个不同的第二正极电活性材料层524。

所述电化学电池500还包括两个具有负极性的第三负电极530(例如阳极)。每个第三负电极530包括集流体532。所述第三负电极530可以是包括两个负极电活性材料层534的双层设计，所述两个负极电活性材料层534分别包含可逆地循环锂离子并具有第三电化学势的第三负极电活性材料。每个不同的第三负极电活性材料层534布置在集流体532的单侧或相反侧上。在电化学电池500中，每个第三负电极530并联连接。此外，为了容易观察，图9A-9B省略了，如例如之前在图3A和7A中所显示，堆叠550中存在于相反极性的各电极之间的分隔体和电解质。

在所述混合型锂离子电化学电池500中，提供了与第一正电极510和第二正电极520电通信的两个电压改变部件。如图9A-9B中所示，第一二极管542形式的第一电压改变部件电连接到第一正电极510和第二正电极520，其促进在电化学电池500的第二运行状态下，例如放电期间，电流以第一方向流动。第二二极管544形式的第二电压改变部件也电连接到第一正电极510和第二正电极520。所述第二二极管544允许在电化学电池500的第一运行状态下，例如在充电期间，电流以第二方向(例如与第一方向相反)流动。

所述第一正电极510和第二正电极520彼此串联电连接。此外，所述第一二极管542和第二二极管544与所述第一正电极510和第二正电极520电连接。更具体地，第一二极管542布置在串联连接的第一正电极510和第二正电极520之间。同样地，第二二极管544布置在彼此串联连接的第一正电极510和第二正电极520之间。第一正电极510、第二正电极520、第一二极管542和第二二极管544电连接到正端子546。每个第三负电极530也彼此并联电连接并进一步连接到负端子548。

如上所述，在对应于充电的所述混合型锂离子电化学电池的第一运行状态下，所述第二二极管544配置成诱发对应于第二运行状态下的预定电压差的电压降，其通常对应于第一正电极510中第一正极电活性材料的第一最大运行电压和第二正电极520中第二正极电活性材料的第二最大运行电压之间的预定电压差。在对应于放电的第二运行状态下，所述第一二极管542允许电流以与第一方向相反或颠倒的方向流动。

图9B示出了多个组装的如同图9A中的混合型锂离子电化学电池300的混合型锂离子电化学电池的堆叠550，其中正电极串联连接并且负电极并联连接。为了简洁起见，对于图9A中示出的共同元件，在图9B中使用相同的附图标记，并且除非另有讨论，否则以相同方式发挥功能。此外，为了容易观察，图9B省略了堆叠550中在相反极性的各电极之间存在的分隔体和电解质。

堆叠550包括多个第一正电极510和多个第二正电极520，其通过第一和第二集流体512、522与第一电缆552的电连接全部串联电连接在一起，该第一电缆552可包括焊接在一起的导电端子和导线。所述多个第一正电极510和所述多个第二正电极520进一步与第一二极管542和第二二极管544电通信和接线，其都电连接到正端子546。如本领域技术人员所理解，所述第一二极管542和所述第二二极管544可以包括在堆叠550内部或在堆叠550外部，但与合适的电极和端子电连接。

堆叠550还包括多个第三负电极530，其通过第三集流体532全部串联电连接在一起至第二电缆554，该第二电缆554可包括焊接在一起的端子和导电导线。虽然堆叠550中所述多个第三负电极530中的大部分是双层电极，但是存在两个末端负电极556，所述末端负电极包括仅在面对相反电极(第一正电极510或第二正电极520)的一侧具有单个负极电活性材料层534的集流体532。

虽然没有具体示出，但是将会理解的是如图9A-9B中的混合型锂离子电化学电池的设计可以改变从而为两个不同的负电极而不是两个不同的正电极(如在所示出的混合型锂离子电化学电池500的情况中)提供一对电压改变装置。因此，第一二极管和第二二极管可以与第一负电极电通信，所述第一负电极具有定义预定电压差的具有第一最小运行电压的第一负极电活性材料和具有第二最小运行电压的第二负极电活性材料，从而在电化学电池的对应于充电的第一运行状态和/或对应于放电的第二运行状态下第一二极管和/或第二二极管提供对应于预定电压差的电压降。所述第一负电极和所述第二负电极可以串联电连接。

图10A示出了根据本公开的某些方面制备的循环锂离子的混合型锂离子电化学电池600的另一个变体，类似于图9A中的变体。但是，除了连接到两个不同的串联正电极的两个二极管(如同图9A中的设计)之外，图10A中的电化学电池600还具有两个额外的电连接到也串联连接的负电极的电压改变部件或二极管。因此，图10B示出了包括多个如图10A中的那些的混合型锂离子电化学电池的堆叠660，具有串联连接的多个不同的正电极和电压改变部件以及串联连接的多个不同的负电极和电压改变部件。为了简明起见，如本领域技术人员所理解，图10A-10B省略了将布置在相反极性的电极之间的分隔体和电解质。

在图10A中，混合型锂离子电化学电池600具有第一正电极610，该第一正电极610具有第一极性(例如正极性或阴极)。第一正电极610包括集流体612。第一正电极610是双层设计，其包括在集流体612的相反侧上的两个第一正极电活性材料层614。每个第一正极电活性材料层614包含可逆地循环锂离子并具有第一最大运行电压的第一正极电活性材料。

所述电化学电池600还包括第二正电极620。所述第二正电极620具有如同所述第一正电极610的第一极性。所述第二正电极620包括集流体622。所述第二正电极620还包括第二正极电活性材料层624，该第二正极电活性材料层624包含可逆地循环锂离子并具有与第一正电极610中的第一正极电活性材料的第一最大运行电压不同的第二最大运行电压的第二正极电活性材料。

所述电化学电池600还包括具有相反或负极性的第三负电极630(例如阳极)。所述第三负电极630包括第三集流体632。所述第三负电极630是包括两个第一负极电活性材料层634的双层设计，所述两个第一负极电活性材料层634分别包含可逆地循环锂离子并具有第一最小运行电压的第一负极电活性材料。所述第三负极电活性材料层634布置在集流体632的相反侧上。

在该变体中，所述电化学电池600包括具有不同的负极电活性材料的两个不同的负电极，所述不同的负极电活性材料具有不同的最小运行电压。因此，所述电化学电池600还包括第四负电极640。所述第四负电极640具有如同第三负电极630的第二极性。所述第四负电极640包括第四集流体642。所述第四负电极640还包括第二负极电活性材料层644，所述第二负极电活性材料层644包含可逆地循环锂离子并具有与第三负电极630中的第一负极电活性材料的第一最小运行电压不同的第二最小运行电压的第二负极电活性材料。

在所述混合型锂离子电化学电池600中，提供了四个不同的电压改变部件，第一对与第一正电极610和第二正电极620电通信并且第二对与第三负电极630和第四负电极640电通信。如图10A-10B中所示，第一二极管646形式的第一电压改变部件电连接到第一正电极610和第二正电极620，其促进在电化学电池600的第二运行状态下，例如放电期间，电流以第一方向流动。第二二极管648形式的第二电压改变部件也电连接到第一正电极610和第二正电极620。所述第二二极管648允许在电化学电池600的第一运行状态下，例如在充电期间，电流以第二方向(例如与第一方向颠倒)流动。所述第一正电极610和第二正电极620彼此串联电连接。此外，所述第一二极管646和第二二极管648与所述第一正电极610和第二正电极620电连接。更具体地，第一二极管646布置在串联连接的第一正电极610和第二正电极620之间。同样地，第二二极管648布置在彼此串联连接的第一正电极610和第二正电极620之间。所述第一正电极610、第二正电极620、第一二极管646和第二二极管648电连接到正端子650。

在第一正电极610的第一正极电活性材料的第一最大运行电压和第二正电极620的第二正极电活性材料的第二最大运行电压之间定义了第一预定电压差。如上所述，在对应于充电的混合型锂离子电化学电池600的第一运行状态下，第二二极管648配置成诱发对应于第一预定电压差的电压降。在对应于放电的第二运行状态下，第一二极管646允许电流以与第一方向相反或颠倒的方向流动。

所述第三负电极630和第四负电极640也彼此串联电连接并且电连接到负端子652。第三二极管654形式的第三电压改变部件电连接到第三负电极630和第四负电极640，促进在电化学电池600的第二运行状态下，例如在放电期间，电流以第一方向流动。第四二极管656形式的第四电压改变部件也电连接到第三负电极630和第四负电极640。所述第四二极管656允许在电化学电池600的第一运行状态下，例如在充电期间，电流以第二方向(例如与第一方向颠倒)流动。所述第三二极管654和第四二极管656与所述第三负电极630和第四负电极640电连接。更具体地，第三二极管654布置在串联连接的第一正电极610和第二正电极620之间。同样地，第四二极管656布置在彼此串联连接的第一正电极610和第二正电极620之间。所述第三负电极630、第四负电极640、第三二极管654和第四二极管656电连接到负端子652。

在第三负电极630的第一负极电活性材料的第一最小运行电压和第四负电极640的第二负极电活性材料的第二最小运行电压之间定义了第二预定电压差。如上所述，在对应于充电的混合型锂离子电化学电池600的第一运行状态下，第四二极管656配置成诱发对应于第二预定电压差的电压降。在对应于放电的混合型锂离子电化学电池600的第二运行状态下，第三二极管654允许电流流动。

图10B示出了多个组装的如同图10A中的混合型锂离子电化学电池600的混合型锂离子电化学电池的堆叠660，其中正电极彼此不同并且串联连接并且负电极同样彼此不同并且串联连接。为了简洁起见，对于图10A中示出的共同元件，在图10B中使用相同的附图标记，并且除非另有讨论，否则以相同方式发挥功能。堆叠660包括多个第一正电极610和多个第二正电极620，其通过第一和第二集流体612、622全部串联电连接在一起至第一电缆642，该第一电缆642可包括焊接在一起的导电端子和导线。此外，所述多个第一正电极610和所述多个第二正电极620与第一二极管646和第二二极管648电通信和接线，其又与正端子650电通信。如本领域技术人员所理解，所述第一二极管646和所述第二二极管648可以包括在堆叠660内部或在堆叠660外部，但与合适的电极和端子电连接。

堆叠660还包括多个第三负电极630和多个第四负电极640，其通过第三和第四集流体632、642与第二电缆662全部串联电连接在一起，该第二电缆662可以是焊接在一起的导电导线。此外，所述多个第三负电极630和所述多个第四负电极640与第三二极管654和第四二极管656电通信和接线，其全部与负端子652电通信。如本领域技术人员所理解，所述第三二极管654和所述第四二极管656可以包括在堆叠660内部或在堆叠660外部，但与合适的电极和端子电连接。虽然堆叠660中所述多个第三负电极630中的大部分是双层电极，但是存在末端第三负电极670，所述末端第三负电极670包括仅在面对相反电极(第二正电极620)的一侧具有单个第一负极电活性材料层674的集流体672。末端第四负电极680包括仅在面对相反电极(第一正电极610)的一侧具有单个第二负极电活性材料层684的集流体682。堆叠660具有多个组装的混合型锂离子电化学电池，所述电池具有串联的正电极和串联的负电极。以这种方式，堆叠660还包括电压改变部件，所述电压改变部件不仅补偿对应于不同正电极中不同正极电活性材料的最大运行电压差的第一预定电压差，而且补偿对应于不同负电极中不同负极电活性材料的电化学势差的最小运行电压。

图11示出了电化学装置700的又另一个变体，其包括并入具有不同正电极的两个不同电池芯的根据本公开某些变体制备的混合型锂离子电化学芯电池组装件。第一电池芯710包括限定了多个负电极、多个第一正电极、分隔体并具有电解质等的多个锂离子电化学电池。如图所示，所述电池芯710具有卷芯(jellyroll)构型，尽管所述电池芯也可以通过堆叠(如之前所述，卷绕堆叠等)制造。在这种设计中，第一电池芯710具有第一正电极，该第一正电极带有具有第一最大运行电压的第一正极电化学材料。所述多个内部正电极电连接到第一正端子720。第一电池芯710还具有含有负极电活性材料的负电极。所述多个内部负电极电连接到第一负端子722。

第二电池芯730包括限定了多个负电极、多个第二正电极、分隔体并具有电解质等的多个锂离子电化学电池。如图所示，所述电池芯730具有卷芯构型，尽管同样可具有其它构型。第二电池芯730具有第二正电极，该第二正电极带有具有第二最大运行电压的第二正极电化学材料。所述第一正极电活性材料的第一最大运行电压和所述第二正极电活性材料的第二最大运行电压定义预定电压差。所述多个内部第二正电极电连接到第二正端子740。所述第二电池芯730还具有负电极，其包含与第一电池芯710中的负电极相同的负极电活性材料。所述多个内部负电极电连接到第二负端子742。所述第一正端子720和第二正端子740彼此电连接。此外，所述第一负端子722和第二负端子742彼此电连接。

在第一电池芯710和第二电池芯730外部是第一二极管744形式的第一电压改变部件。所述第一二极管744电连接到第一阴极端子720和第二阴极端子740。所述第一二极管744在电化学装置700的第二运行状态下，例如在放电期间，促进电流以第一方向流动。第二二极管746形式的第二电压改变部件也电连接到所述第一阴极端子720和第二阴极端子740。所述第二二极管746在电化学装置700的第一运行状态下，例如在充电期间，允许电流以第二方向(例如与第一方向颠倒)流动。如上所述，在对应于充电的电化学装置700的第一运行状态下，第二二极管746配置成诱发对应于正极电化学材料之间的预定电压差的电压降。在对应于放电的第二运行状态下，第一二极管744允许电流以与第一方向相反或颠倒的方向流动。

图12示出了电化学装置800的又另一个变体，其包括并入具有不同正电极和不同负电极的两个不同电池芯的根据本公开某些变体制备的混合型锂离子电化学芯电池组装件。第一电池芯810包括限定了多个第一正电极、多个第一负电极、分隔体并具有电解质等的多个锂离子电化学电池。如图所示，所述电池芯810具有卷芯构型，尽管所述电池芯也可以通过堆叠、卷绕堆叠等制造。第一电池芯810具有第一正电极，该第一正电极带有具有第一最大运行电压的第一正极电化学材料。所述多个内部正电极电连接到第一正端子820。所述第一电池芯810还具有包含第一负极电活性材料的第一负电极。所述第一负极电活性材料具有第一最小运行电压。所述多个内部第一负电极电连接到第二负端子822。

第二电池芯830包括限定了多个第二负电极、多个第二正电极、分隔体并具有电解质等的多个锂离子电化学电池。再一次，所述电池芯830具有代表性的卷芯构型，尽管可具有其它设计。第二电池芯830具有第二正电极，该第二正电极带有具有第二最大运行电压的第二正极电化学材料。所述第一正极电活性材料的第一最大运行电压和所述第二正极电活性材料的第二最大运行电压定义第一预定电压差。所述多个内部第二正电极电连接到第二正端子840。所述第二电池芯830还具有第二负电极，其包含具有第二最小运行电压的第二负极电活性材料。所述第一负极电活性材料的第一最小运行电压和所述第二负极电活性材料的第二最小运行电压定义第二预定电压差。所述多个内部第二负电极电连接到第二负端子842。所述第一正端子820和第二正端子840彼此电连接。此外，所述第一负端子822和第二负端子842彼此电连接。

在第一电池芯810和第二电池芯830外部是第一二极管844形式的第一电压改变部件。所述第一二极管844电连接到所述第一正端子820和第二正端子840。所述第一二极管844在电化学装置800的第一运行状态下，例如在充电期间，促进电流以第一方向流动。第二二极管846形式的第二电压改变部件也电连接到所述第一阴极端子820和第二阴极端子840。所述第二二极管846在电化学装置800的第二运行状态下，例如在放电期间，允许电流以第二方向(例如与第一方向颠倒)流动。如上所述，在对应于充电的电化学装置800的第一运行状态下，第一二极管844配置成诱发对应于正极电化学材料之间的第一预定电压差的电压降。在对应于放电的第二运行状态下，第二二极管846允许电流以与第一方向相反或颠倒的方向流动。

还包括的是第三二极管848形式的第三电压改变部件。所述第三二极管848电连接到所述第一阳极端子822和第二阳极端子842。所述第三二极管848在电化学装置800的第一运行状态下，例如在充电期间，促进电流以第一方向流动。第四二极管850形式的第二电压改变部件也电连接到所述第一阳极端子822和第二阳极端子842。所述第四二极管850在电化学装置800的第二运行状态下，例如在放电期间，允许电流以第二方向(例如与第一方向颠倒)流动。如上所述，在对应于放电的电化学装置800的第一运行状态下，第三二极管848配置成诱发对应于负极电化学材料之间的第二预定电压差的电压降。在对应于放电的第二运行状态下，第四二极管850允许电流以与第一方向相反或颠倒的方向流动。

以这种方式，提供了尤其是用于运输应用的锂离子电化学装置，其不考虑电压失配，并入具有至少两种不同电活性材料的混合型锂离子电化学电池。

本文进一步描述所述锂离子电化学电池的各种部件。如上所述，典型的锂离子电池组包括负电极、正电极和置于所述两个电极之间的多孔分隔体(例如微孔或纳孔聚合物分隔体)。负电极集流体可以布置在所述负电极处或靠近负电极布置，并且正电极集流体可以布置在所述正电极处或靠近正电极布置。如本领域中已知的那样，所述负电极集流体和正电极集流体可以在一侧或两侧涂覆。在某些方面中，所述集流体可以在两侧上都涂覆有活性材料/电极层。如之前所描述，所述负电极集流体和正电极集流体分别收集和移动自由电子到可中断的外部电路或从外部电路收集和移动自由电子，所述外部电路将载荷连接到所述负电极(通过其集流体)和正电极(通过其集流体)。

所述多孔分隔体包含电解质，所述电解质也可以存在于所述负电极和正电极中。能够在所述负电极和正电极之间传导锂离子的任何合适电解质，不论是固体形式或溶液，都可以用于所述锂离子电池组中。在某些方面中，所述电解质可以是非水液体电解质溶液，其包含溶解在有机溶剂或有机溶剂混合物中的锂盐。在所述锂离子电池组中可以使用众多常规非水液体电解质溶液。可以溶解在有机溶剂中以形成所述非水液体电解质溶液的锂盐的非限制性列表包括： 六氟磷酸锂(LiPF

这些锂盐可以溶解在多种有机溶剂中，包括但不限于各种碳酸烷基酯，例如环状碳酸酯(例如，碳酸亚乙酯(EC)，碳酸亚丙酯(PC)，碳酸亚丁酯(BC))、线型碳酸酯(例如碳酸二甲酯(DMC)，碳酸二乙酯(DEC)，碳酸乙基甲基酯(EMC))、脂肪族羧酸酯(例如甲酸甲酯，乙酸甲酯，丙酸甲酯)、γ-内酯(例如γ-丁内酯，γ-戊内酯)、链结构醚(例如1,2-二甲氧基乙烷，1,2-二乙氧基乙烷，乙氧基甲氧基乙烷)、环状醚(例如四氢呋喃，2-甲基四氢呋喃)、和它们的组合。

在其它变体中，可以使用固体电解质。这包括传导锂离子的固体聚合物电解质以及固体陶瓷基电解质。在某些固体电解质设计中，在电化学电池中可能不需要独立的分隔体部件或粘合剂。在具有液体电解质的设计中，所述电化学电池包括分隔体结构。

通过被置于各负电极和正电极之间以防止物理接触并因此防止发生短路，所述多孔分隔体作为电绝缘体和机械支撑体两者起作用。除了提供电极之间的物理屏障，所述多孔分隔体可以在锂离子循环期间提供用于锂离子(和相关阴离子)的内部通道的最小电阻路径以有利于锂离子电池组发挥功能。

在某些情况下，所述多孔分隔体可以包括包含聚烯烃的微孔聚合物分隔体(包括由均聚物(衍生自单一单体成分)或杂聚物(衍生自多于一种单体成分)制成的那些)，所述聚烯烃可以是直链的或支化的。在某些方面中，所述聚烯烃可以是聚乙烯(PE)、聚丙烯(PP)或PE和PP的共混物、或PE和/或PP的多层结构的多孔膜。可商业得到的聚烯烃多孔分隔体膜包括可从Celgard LLC.获得的CELGARD

当所述多孔分隔体是微孔聚合物分隔体时，其可以是单个层或是多层层合物。例如，在一个实施方案中，所述聚烯烃的单个层可以形成整个微孔聚合物分隔体。在其他方面中，所述分隔体可以是具有在相对表面之间延伸的大量孔并可以具有例如小于1毫米的厚度的纤维膜。然而，作为另一个例子，可以组装相似或不相似聚烯烃的多个离散层以形成所述微孔聚合物分隔体。替代所述聚烯烃或除了所述聚烯烃之外，所述微孔聚合物分隔体还可以包含其它聚合物，例如但不限于聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)、聚偏二氟乙烯(PVdF)、聚酰胺(尼龙)、聚氨酯、聚碳酸酯、聚酯、聚醚醚酮(PEEK)、聚醚砜(PES)、聚酰亚胺(PI)、聚酰胺-酰亚胺、聚醚、聚甲醛(例如缩醛)、聚对苯二甲酸丁二醇酯、聚环烷酸亚乙酯、聚丁烯、聚甲基戊烯、聚烯烃共聚物、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物(ABS)、聚苯乙烯共聚物、聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)、聚硅氧烷聚合物(例如聚二甲基硅氧烷(PDMS))、聚苯并咪唑(PBI)、聚苯并噁唑(PBO)、聚苯撑、聚亚芳基醚酮、聚全氟环丁烷、聚偏二氟乙烯共聚物(例如PVdF-六氟丙烯或(PVdF-HFP))和聚偏二氟乙烯三元共聚物、聚氟乙烯、液晶聚合物(例如VECTRAN

此外，可以将所述多孔分隔体与陶瓷材料混合或者多孔分隔体的表面可以涂覆以陶瓷材料。例如，陶瓷涂层可以包括氧化铝(Al

在某些方面中，所述正电极可以由锂基活性材料形成，所述锂基活性材料可以充分地进行锂嵌入和脱嵌、吸收和解吸、或合金化和脱合金，同时充当所述锂离子电池组的正端子。所述正电极可包含聚合物粘合剂材料以在结构上增强所述锂基活性材料。所述正电极电活性材料可包含一种或多种过渡金属，例如锰(Mn)、镍(Ni)、钴(Co)、铬(Cr)、铁(Fe)、钒(V)及它们的组合。

在某些变体中，一个或多个正电极可包含是高能量容量电活性材料的正极电活性材料。所述一个或多个第二正电极可任选地包含高功率容量电活性材料。在其他变体中，所述第二正电极可包含不同的高能量容量电活性材料层。每个电活性层可包含聚合物粘合剂和任选多个导电颗粒。

高能量容量电活性正极材料可具有大于或等于约90 mAh/g，任选地大于或等于约120 mAh/g，任选地大于或等于约140 mAh/g，任选地大于或等于约160mAh/g，任选地大于或等于约180mAh/g，任选地大于或等于约200mAh/g，任选地大于或等于约220mAh/g，和在某些变体中，任选地大于或等于约250mAh/g的比容量。

高功率容量电活性正极材料在锂离子插入和/或吸收期间，可具有相对于Li/Li+大于或等于约1V的电势，任选地在锂离子插入和/或吸收期间相对于Li/Li+大于或等于约1.5V的电势。

可用于形成所述正电极的两种示例性、非限制性常见类别的已知高能量密度电活性材料是具有层状结构的锂过渡金属氧化物和具有尖晶石相的锂过渡金属氧化物。例如，在某些情况中，所述正电极可包含尖晶石型过渡金属氧化物，例如锂锰氧化物(Li

在某些方面中，所述混合型锂离子电化学电池包括具有第一电活性材料的第一正电极和/或具有第二电活性材料的第二正电极，所述电活性材料独立地选自：LiNiMnCoO

这些活性材料可以与任选的导电材料(例如，颗粒)和至少一种聚合物粘合剂混合，例如，通过将活性材料和任选的导电材料颗粒与此类粘合剂进行浆料浇铸，此类粘合剂如聚偏二氟乙烯(PVdF)、聚(偏二氯乙烯)(PVC)、聚((二氯-1,4-亚苯基)乙烯)、羧甲氧基纤维素(CMC)、丁腈橡胶(NBR)、氟化氨基甲酸酯、氟化环氧化物、氟化丙烯酸类、卤代烃聚合物的共聚物、环氧化物、乙烯丙烯二胺三元共聚单体橡胶(EPDM)、六氟丙烯(HFP)、乙烯丙烯酸共聚物(EAA)、乙烯乙酸乙烯酯共聚物(EVA)、EAA/EVA共聚物、PVDF/HFP共聚物、聚偏二氟乙烯(PVdF)、聚丙烯酸锂(LiPAA)、聚丙烯酸钠(NaPAA)、藻酸钠、藻酸锂和它们的组合。

在某些变体中，高功率容量电活性材料可以在所述正电极之一中并且可以包含活性材料，例如含碳化合物，例如无序碳和石墨碳/石墨，包括活性碳(AC)的多孔碳材料，碳干凝胶，碳纳米管(CNT)，介孔碳，模板碳，碳化物衍生碳(CDC)，石墨烯，多孔碳球和杂原子掺杂碳材料。还可包括法拉第电容器材料，例如贵金属氧化物，例如RuO

在某些变体中，所述高功率容量电活性材料可以包含选自以下的电活性材料：活性碳、硬碳、软碳、多孔碳材料、石墨、石墨烯、碳纳米管、碳干凝胶、介孔碳、模板碳、碳化物衍生碳（CDC）、石墨烯、多孔碳球、杂原子掺杂碳材料、贵金属的金属氧化物例如RuO

导电材料可以包括石墨、其它碳基材料、导电金属或导电聚合物颗粒。作为非限制性的例子，碳基材料可包括KETCHEN

正极集流体可以由铝或本领域技术人员已知的任何其它合适的导电材料形成。如上所述，所述正极集流体可以在一侧或更多侧上被涂覆。

在各个方面中，所述负电极包含电活性材料作为能够充当锂离子电池组的负端子的锂主体材料。所述负电极因此可包含所述电活性锂主体材料和任选其它的导电材料，以及一种或多种聚合物粘合剂材料以在结构上将所述锂主体材料保持在一起。

例如，在一个实施方案中，所述负电极可包含电活性材料，该电活性材料包括含碳化合物，如石墨、硅氧化物活性碳(AC)、硬碳(HC)、软碳(SC)、石墨、石墨烯、碳纳米管等。石墨是高能量容量负极电活性材料。石墨和其它石墨烯材料的商业形式可用作电活性材料。其他材料包括，例如，硅(Si)、锡(Sn)和锂(Li)，包括锂-硅和含硅的二元和三元合金和/或含锡的合金，例如Si-Sn、SiSnFe、SiSnAl、SiFeCo、SnO

在某些方面中，所述混合型锂离子电活性电池可包括具有选自以下的负极电活性材料的负电极：锂金属、锂合金、硅（Si）、硅合金、硅氧化物活性碳、硬碳、软碳、石墨、石墨烯、碳纳米管、氧化锂钛（Li

所述负极电活性材料可以与选自以下的粘合剂材料混合：作为非限制性的例子，聚偏二氟乙烯(PVdF)、聚（四氟乙烯）(PTFE)、乙烯丙烯二烯单体(EPDM)橡胶、或羧甲氧基纤维素(CMC)、丁腈橡胶(NBR)、苯乙烯乙烯丁烯苯乙烯共聚物(SEBS)、苯乙烯丁二烯苯乙烯共聚物(SBS)、聚丙烯酸锂(LiPAA)、聚丙烯酸钠(NaPAA)、藻酸钠、藻酸锂和它们的组合。

合适的另外的导电颗粒可以包括选自以下的材料：碳基材料、导电金属、导电聚合物和它们的组合。碳基材料可包括，作为非限制性的例子，炭黑、KETCHEN

所述负电极集流体可以是铜收集器箔，其可以是开口网格或薄膜形式的。所述集流体可以连接到外部集流体极耳(tab)。

如上所述，电池组可具有层合电池结构，包含阳极或负电极层、阴极或正电极层、和置于所述负电极和正电极层之间的电解质/分隔体。所述负极和正极集流体可以分别在两侧上都涂覆有阴极和阳极层(双侧涂层)。

可以通过将所述电极活性材料混合在具有聚合物粘合剂化合物、非水溶剂、任选增塑剂和，任选如果需要的话，导电颗粒的浆料中来制备电极。可以混合或搅拌所述浆料，然后通过刮刀薄薄地施加在基材上。所述基材可以是可移除的基材，或者作为选择可以是功能性基材，例如附着到所述电极膜的一侧的集流体（例如金属格栅或网层）。在一种变体中，可以施加热或辐射以从电极膜蒸发所述溶剂，留下固体残余物。可以进一步固结电极膜，其中将热和压力施加到所述膜以对其进行烧结和压延。在其他变体中，可以在中等温度下空气干燥所述膜以形成自支撑膜。如果所述基材是可移除的，然后将其从电极膜移除，电极膜然后被进一步层压到集流体上。对于任一种类型的基材，在并入电池组电池中之前，可能都需要提取或除去剩余的增塑剂。

当形成包括聚合物粘合剂基质的复合电极时，所述电极中可存在大于或等于约50wt. %至小于或等于约97 wt. %的所述负极电活性材料，任选地大于或等于约0 wt. %至小于或等于约30 wt. %的一种或多种导电添加剂；和任选地大于或等于约0 wt. %至小于或等于约20 wt. %的一种或多种粘合剂。

作为选择，活性材料例如锂金属可以例如通过涂层形成方法沉积，所述涂层形成方法例如原子层沉积(ALD)或物理气相沉积或化学气相渗透，或者作为预先形成的膜与集流体结合。

因此，可以将单个电池组装在层合电池结构中，其包含阳极层、阴极层和在所述阳极和阴极层之间的电解质/分隔体。通常，电化学电池可以是指可以连接到其他单元的单元。多个电连接的电池，例如堆叠在一起的那些，可以被认为是模块。包通常是指多个可运行地连接的模块，所述模块可以以串联或并联连接的各种组合电连接。电池组模块因此可以被封装在袋结构、壳体中，或者与多个其它电池组模块一起安置以形成电池组包。在某些方面中，所述电池组模块可以是方形混合型电池电池组的一部分。

在一个例子中，可以将具有分散在聚合物粘合剂基质中的电极活性材料和任选的导电颗粒的负电极层设置在所述负极集流体上。然后可以将分隔体放置在所述负电极元件上，该分隔体覆盖有正电极膜，所述正电极膜包含分散在聚合物粘合剂基质中的电活性材料、任选的导电颗粒。正极集流体，例如铝收集器箔或格栅，完成了组装。如上所述，所述负极和正极集流体可以进一步在一侧或更多侧上被涂覆。集流体元件的极耳可形成所述电池组的各端子。以这种方式，可以形成多个电池以产生包含电池堆叠、卷芯、或不同电池的卷绕的电池芯。保护性装袋材料覆盖电池并防止空气和水分渗入。向该袋中，可以将适合于锂离子传输的液体电解质注入所述分隔体中（并且可以吸收到正和/或负电极中）。在某些方面中，所述层合电池组在使用前进一步被气密密封。

为了说明和描述的目的，提供实施方案的上述描述。其并非意在穷举或限制本公开。一个特定实施方案的单个要素或特征通常不限于该具体实施方案，而是在适用时可互换并可用于所选实施方案，即使没有明确展示或描述。其也可以以许多方式改变。此类变动不应被视为背离本公开，所有这样的修改意在包括在本公开的范围内。