具有多个隔膜的电化学电池及其生产方法

相关申请的交叉引用

本申请要求2021年4月29日提交的、标题为“Electrochemical cells withMultiple Separators and Methods of Producing the Same”的美国临时申请第63/181,721号的优先权和权益，其全部公开内容通过引用并入本文。

技术领域

本文描述的实施例涉及具有多个隔膜的电化学电池及其生产方法。

背景技术

在电化学电池的生产期间，将电解质添加到电极。电解质通常是以电解质溶剂的形式存在，电解质溶剂中溶解有电解质盐。常规电化学电池生产过程包括：形成固体电极；将固体电极放置在容器中；以及将电解质添加到容器。然而，半固体电极的形成可以包括：将电解质溶液添加到活性材料和导电材料以形成浆料。在生产过程期间，浆料可以从一个位置移动到另一位置，并且电解质溶剂可以从浆料蒸发。更换这种溶剂的成本可能很高。防止溶剂蒸发而不是更换蒸发的溶剂可以显著降低与电化学电池的生产相关的成本。

发明内容

本文描述的实施例涉及具有多个隔膜的电化学电池及其生产方法。生产电化学电池的方法可以包括：将阳极材料设置到阳极集流器上；将第一隔膜设置在阳极材料上；将阴极材料设置到阴极集流器上；将第二隔膜设置到阴极材料上；以及将第一隔膜设置在第二隔膜上以形成电化学电池。阳极材料和/或阴极材料可以是包括活性材料、导电材料和一定体积的液体电解质的半固体电极材料。在一些实施例中，按体积计小于约10％的液体电解质在电化学电池的形成期间蒸发。在一些实施例中，该方法可以进一步包括：在将第一隔膜耦接到第二隔膜之前，用电解质溶液润湿第一隔膜和/或第二隔膜。在一些实施例中，润湿是经由喷施进行的。在一些实施例中，按体积计小于约10％的电解质溶液在电化学电池的形成期间蒸发。在一些实施例中，电解质溶液和液体电解质的组合的总体积的小于约10％可以在电化学电池的形成期间蒸发。在一些实施例中，第一隔膜和/或第二隔膜可以由孔隙率小于约1％的材料构成。在一些实施例中，阴极集流器、阴极材料和第二隔膜可以共同形成阴极，并且该方法进一步包括沿着阴极传送带传送阴极。在一些实施例中，阳极集流器、阳极材料和第一隔膜可以共同形成阳极，并且该方法进一步包括沿着阳极传送带传送阳极。在一些实施例中，阳极传送带可以是与阴极传送带相同的传送带。在一些实施例中，阳极传送带可以是与阴极传送带不同的传送带。

附图说明

图1是根据一实施例的具有多个隔膜的电化学电池的框图。

图2是根据一实施例的具有多个隔膜的电化学电池的图示。

图3是根据一实施例的制造具有多个隔膜的电化学电池的方法的框图。

图4A至图4C示出根据各种实施例的传送电极的方法。

图5是根据一实施例的具有多个隔膜的电化学电池的图示。

图6是根据一实施例的具有多个隔膜的电化学电池的图示。

图7是根据一实施例的具有多个隔膜的电化学电池的图示。

图8A至图8B示出具有单个隔膜的对照电化学电池与具有两个隔膜以及设置在其间的硬碳层的电化学电池之间的比较。

图9A至图9B示出具有单个隔膜的对照电化学电池与具有两个隔膜以及设置在其间的硬碳层的电化学电池之间的比较。

具体实施方式

本文描述的实施例涉及多个隔膜电化学电池和系统及其制造方法。电化学电池中的隔膜将阳极与阴极物理隔离，以防止短路并且维持阳极与阴极之间的电压差。隔膜中的孔允许电活性物质经由其通过。隔膜可以具有在生产期间屏蔽电解质溶液的蒸发的额外好处。

在一些实施例中，本文描述的电极可以是半固体电极。与常规电极相比，半固体电极可以制造得：(i)由于半固体电极的降低的曲折度和较高的电子导电性而更厚(例如，大于约250μm至高达约2,000μm或甚至更大)；(ii)具有较高的活性材料负载量，(iii)具有使用较少设备的简化的制造工艺；以及(iv)可以在广泛的C-倍率范围内运行，同时维持其理论充电容量的很大一部分。这些相对厚的半固体电极减小了非活性部件相对于活性部件的体积、质量和成本贡献，从而增强了由半固体电极制成的电池的商业吸引力。在一些实施例中，本文描述的半固体电极是无粘合剂的和/或不使用常规电池制造中使用的粘合剂。代替地，在常规电极中通常由粘合剂占据的电极的体积现在由以下占据：1)电解质，其具有降低曲折度和增加可用于离子扩散的总盐的作用，从而抵消当以高倍率使用时厚常规电极的典型盐耗尽效应，2)活性材料，其具有增加电池的充电容量的作用，或3)导电添加剂，其具有增加电极的电子导电性，从而抵消厚常规电极的高内阻抗的作用。本文所描述的半固体电极的减小的曲折度和更高的电子导电性导致由半固体电极形成的电化学电池的优异的倍率性能和充电容量。

由于本文描述的半固体电极可以制的比常规电极厚得多，因此相对于由包括常规电极的电化学电池堆形成的类似电池，由包括半固体电极的电化学电池堆形成的电池中活性材料(即，半固体阴极和/或阳极)与非活性材料(即，集流器和隔膜)的比率可能高得多。这显著增加了包括本文所描述的半固体电极的电池的总充电容量和能量密度。使用半固体、无粘合剂电极也可以有利于过充电保护机制的并入，因为产生的气体可以迁移到电极/集流器界面，而粘合剂颗粒不会抑制气体在电极内的移动。

在一些实施例中，本文所描述的电极材料可以为可流动的半固体或冷凝液体组合物。可流动的半固体电极可以包括电化学活性材料(阳极或阴极粒子或微粒)和任选的导电材料(例如，碳)于非水性液体电解质中的悬浮液。换言之，将活性电极粒子和导电粒子共悬浮在液体电解质中以产生半固体电极。包括半固体和/或无粘合剂电极材料的电化学电池的示例描述于2013年4月29日提交的、标题为“Semi-solid Electrodes Having High RateCapability”的美国专利第8,993,159号(“专利‘159”)中，其公开内容通过引用以其整体并入本文。

在一些实施例中，本文所描述的电极材料可以为可流动的半固体或冷凝液体组合物。在一些实施例中，可流动的半固体电极可以包括电化学活性材料(阳极或阴极粒子或微粒)和任选的导电材料(例如，碳)于非水性液体电解质中的悬浮液。在一些实施例中，将活性电极粒子和导电粒子共悬浮在电解质中以产生半固体电极。在一些实施例中，本文描述的电极材料可以包括常规电极材料(例如，包括锂金属)。

半固体电极在比常规电极更长的制造过程期间使液体电解质融入其中，常规电极在电极完全形成之后添加电解质溶液。换句话说，将液体电解质添加到导电材料和/或活性材料中以形成半固体电极材料。在半固体电极材料经历进一步加工时，液体电解质溶剂可以从半固体电极材料蒸发。这种蒸发可以提高电解质溶液中电解质盐的摩尔浓度，可能导致盐积聚。积聚的盐可以阻止电活性物质通过半固体电极材料。换句话说，当盐离子积聚并且阻塞流动路径时，电活性物质通过半固体电极材料的孔的移动可能更加困难。另外，电解质溶液的蒸发可以使半固体电极材料的流动性较差和/或延展性较差。半固体电极材料内的液体流动路径可能会变干，增加电活性物质的移动的曲折度。

虽然在生产期间添加电解质溶剂可以解决这些问题中的一些问题，但补充电解质溶剂会显著增加生产过程的成本。在电化学电池的生产期间将隔膜耦接到阳极和/或阴极可以有助于减少在生产期间电解质溶剂的蒸发。在一些实施例中，本文描述的隔膜可以具有与2020年11月2日提交的、标题为“Electrochemical Cells with Separator Seals,andMethods of Manufacturing the Same”的PCT申请US2020/058564(“申请‘564”)中描述的那些相同或基本上相似的几何形状和一般性质，其公开内容通过引用以其整体并入本文。

图1是根据一实施例的具有多个隔膜的电化学电池100的框图。如图所示，电化学电池100包括设置在阳极集流器120上的阳极材料110和设置在阴极集流器140上的阴极材料130，其中第一隔膜150a和第二隔膜150b(统称为“隔膜150”)设置于其间。在一些实施例中，阳极材料110和/或阴极材料130可以包括半固体电极材料。在一些实施例中，阳极材料110和/或阴极材料130可以包括专利‘159中描述的半固体电极的性质中的任何性质。

在一些实施例中，阳极材料110和/或阴极材料130可以包含按体积计至少约0.1％、至少约0.2％、至少约0.3％、至少约0.4％、至少约0.5％、至少约0.6％、至少约0.7％、至少约0.8％、至少约0.9％、至少约1％、至少约2％、至少约3％、至少约4％、至少约5％、至少约6％、至少约7％、至少约8％、至少约9％、至少约10％、至少约11％、至少约12％、至少约13％、至少约14％、至少约15％、至少约16％、至少约17％、至少约18％、至少约19％、至少约20％、至少约21％、至少约22％、至少约23％或至少约24％的液体电解质溶液。在一些实施例中，阳极材料110和/或阴极材料130可以包含按体积计不超过约25％、不超过约24％、不超过约23％、不超过约22％、不超过约21％、不超过约20％、不超过约19％、不超过约18％、不超过约17％、不超过约16％、不超过约15％、不超过约14％、不超过约13％、不超过约12％、不超过约11％、不超过约10％、不超过约9％、不超过约8％、不超过约7％、不超过约6％、不超过约5％、不超过约4％、不超过约3％、不超过约2％、不超过约1％、不超过约0.9％、不超过约0.8％、不超过约0.7％、不超过约0.6％、不超过约0.5％、不超过约0.4％、不超过约0.3％或不超过约0.2％的液体电解质溶液。

阳极材料110和/或阴极材料130中的液体电解质溶液的上述体积百分比的组合也是可能的(例如，至少约0.1％且不超过约25％或至少约5％且不超过约10％)，包含其间的所有值和范围。在一些实施例中，阳极材料110和/或阴极材料130可以包含按体积计约0.1％、约0.2％、约0.3％、约0.4％、约0.5％、约0.6％、约0.7％、约0.8％、约0.9％、约1％、约2％、约3％、约4％、约5％、约6％、约7％、约8％、约9％、约10％、约11％、约12％、约13％、约14％、约15％、约16％、约17％、约18％、约19％、约20％、约21％、约22％、约23％、约24％或约25％的液体电解质溶液。

在一些实施例中，阳极集流器120和/或阴极集流器140可以由铜、铝、钛或不与锂、碳形成合金或金属间化合物的其他金属和/或包括设置在另一导体上的此类材料的涂层构成。在一些实施例中，阳极集流器120和/或阴极集流器140可以具有至少约1μm、至少约5μm、至少约10μm、至少约15μm、至少约20μm、至少约25μm、至少约30μm、至少约35μm、至少约40μm或至少约45μm的厚度。在一些实施例中，阳极集流器120和/或阴极集流器140可以具有不超过约50μm、不超过约45μm、不超过约40μm、不超过约35μm、不超过约30μm、不超过约25μm、不超过约20μm、不超过约15μm、不超过约10μm或不超过约5μm的厚度。阳极集流器120和/或阴极集流器140的上述厚度的组合也是可能的(例如，至少约1μm且不超过约50μm或至少约10μm且不超过约30μm)，包含其间的所有值和范围。在一些实施例中，阳极集流器120和/或阴极集流器140可以具有约1μm、约5μm、约10μm、约15μm、约20μm、约25μm、约30μm、约35μm、约40μm、约45μm或约50μm的厚度。

在一些实施例中，阳极材料110可以包括第一电解质，并且阴极材料130可以包括第二电解质。换句话说，阳极材料110可以包含阳极电解液，并且阴极材料130可以包含阴极电解液。在一些实施例中，电化学电池100可以包括设置在隔膜150的阳极侧上的阳极电解液。在一些实施例中，电化学电池100可以包括设置在隔膜150的阴极侧上的阴极电解液。在一些实施例中，电化学电池100可以包括选择性渗透膜。在一些实施例中，选择性渗透膜可以设置在第一隔膜150a与第二隔膜150b之间。具有阳极电解液、阴极电解液和/或选择性渗透膜的电化学电池描述于2019年1月8日提交的、标题为“Electrochemical CellsIncluding Selectively Permeable Membranes,Systems and Methods ofManufacturing the Same”的美国专利第10,734,672号(“专利‘672”)中，其公开内容通过引用以其整体并入本文。

如图所示，第一隔膜150a设置在阳极材料110上，而第二隔膜150b设置在阴极材料130上。在一些实施例中，隔膜150可以在电化学电池100的生产期间设置在它们各自的电极上。在一些实施例中，第一隔膜150a和/或第二隔膜150b可以由聚乙烯、聚丙烯、高密度聚乙烯、聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚苯乙烯、热固性聚合物、硬碳、热固性树脂、聚酰亚胺、陶瓷涂覆的隔膜、无机隔膜、纤维素、玻璃纤维、聚环氧乙烷(PEO)聚合物(其中锂盐络合以提供锂传导性)、Nation

在一些实施例中，第一隔膜150a和/或第二隔膜150b可以具有至少约5％、至少约10％、至少约15％、至少约20％、至少约25％、至少约30％、至少约35％、至少约40％、至少约45％、至少约50％、至少约55％、至少约60％、至少约65％、至少约70％、至少约75％、至少约80％或至少约85％的孔隙率。在一些实施例中，第一隔膜150a和/或第二隔膜150b可以具有不超过约90％、不超过约85％、不超过约80％、不超过约75％、不超过约70％、不超过约65％、不超过约60％、不超过约55％、不超过约50％、不超过约45％、不超过约40％、不超过约35％、不超过约30％、不超过约25％、不超过约20％、不超过约15％或不超过约10％的孔隙率。

第一隔膜150a和/或第二隔膜150b的上述孔隙率百分比的组合也是可能的(例如，至少约5％且不超过约90％或至少约20％且不超过约40％)，包含其间的所有值和范围。在一些实施例中，第一隔膜150a和/或第二隔膜150b可以具有约5％、约10％、约15％、约20％、约25％、约30％、约35％、约40％、约45％、约50％、约55％、约60％、约65％、约70％、约75％、约80％、约85％或约90％的孔隙率。

在一些实施例中，第一隔膜150a可以具有与第二隔膜150b不同的孔隙率。在一些实施例中，第一隔膜150a和第二隔膜150b的孔隙率可以基于阳极电解液和阴极电解液之间的差异来选择。例如，如果阴极电解液具有比阳极电解液更高的蒸气压和更快的蒸发特性，则第二隔膜150b可以具有比第一隔膜150a更低的孔隙率。第二隔膜150b的较低孔隙率可以至少部分地防止阴极电解液在生产期间蒸发。

在一些实施例中，第一隔膜150a可以由与第二隔膜150b不同的材料构成。在一些实施例中，可以选择第一隔膜150a和第二隔膜150b的材料以促进阳极电解液对第一隔膜150a的润湿性和阴极电解液150对第二隔膜150b的润湿性。例如，基于材料的分子特性，基于碳酸乙烯酯/碳酸丙烯酯的阴极电解液可以比聚酰亚胺隔膜更好地润湿聚乙烯隔膜。基于碳酸乙烯酯/碳酸二甲酯的阳极电解液可以比聚乙烯隔膜更好地润湿聚酰亚胺隔膜。第一隔膜150a和第二隔膜150b的完全润湿可以使电活性物质经由隔膜150更好地传输。当第一隔膜150a物理地接触第二隔膜150b时，可以特别好地促进这种传输。

在一些实施例中，第一隔膜150a和/或第二隔膜150b可以不存在隔膜密封件(例如，申请‘564中描述的隔膜密封件)。如图所示，电化学电池100包括两个隔膜150。在一些实施例中，电化学电池100可以包括3个、4个、5个、6个、7个、8个、9个、10个或多于约10个隔膜150。在一些实施例中，液体电解质层(未示出)可以设置在第一隔膜150a与第二隔膜150b之间。液体电解质层可以促进隔膜150之间更好的粘附。

在一些实施例中，第一隔膜150a和/或第二隔膜150b可以具有至少约1μm、至少约2μm、至少约3μm、至少约4μm、至少约5μm的厚度，至少约6μm、至少约7μm、至少约8μm、至少约9μm、至少约10μm、至少约20μm、至少约30μm、至少约40μm、至少约50μm、至少约60μm、至少约70μm、至少约80μm、至少约90μm、至少约100μm、至少约110μm、至少约120μm、至少约130μm、至少约140μm、至少约150μm、至少约160μm、至少约170μm、至少约180μm或至少约190μm的厚度。在一些实施例中，第一隔膜150a和/或第二隔膜150b可以具有不超过约200μm、不超过约190μm、不超过约180μm、不超过约170μm、不超过约160μm、不超过约150μm、不超过约140μm、不超过约130μm、不超过约120μm、不超过约110μm、不超过约100μm、不超过约90μm、不超过约80μm、不超过约70μm、不超过约60μm、不超过约50μm、不超过约40μm、不超过约30μm、不超过约20μm、不超过约10μm、不超过约9μm、不超过约8μm、不超过约7μm、不超过约6μm、不超过约5μm、不超过约4μm、不超过约3μm或不超过约2μm的厚度。第一隔膜150a和/或第二隔膜150b的上述厚度的组合也是可能的(例如，至少约1μm且不超过约200μm或至少约50μm且不超过约100μm)，包含其间的所有值和范围。在一些实施例中，第一隔膜150a和/或第二隔膜150b可以具有约1μm、约2μm、约3μm、约4μm、约5μm、约6μm、约7μm、约8μm、约9μm、约10μm、约20μm、约30μm、约40μm、约50μm、约60μm、约70μm、约80μm、约90μm、约100μm、约110μm、约120μm、约130μm、约140μm、约150μm、约160μm、约170μm、约180μm、约190μm或约200μm的厚度。在一些实施例中，第一隔膜150a可以具有与第二隔膜150b的厚度相同或基本上相似的厚度。在一些实施例中，第一隔膜150a可以具有大于或小于第二隔膜150b的厚度的厚度。

在一些实施例中，第一隔膜150a可以耦接到第二隔膜150b。在一些实施例中，可以使第一隔膜150a和/或第二隔膜150b润湿，以促进第一隔膜150a与第二隔膜150b之间的粘附。换言之，第一隔膜150a可以经由表面张力和/或毛细管力保持至第二隔膜150b。

在一些实施例中，在组装之前，阳极材料110、阳极集流器120和第一隔膜150a可以封装在第一容器中，而阴极材料130、阴极集流器140和第二隔膜150b可以封装在第二容器中。换句话说，电化学电池100可以经由阳极套件(包括阳极材料110、阳极集流器120和第一隔膜150a)和阴极套件(包括阴极材料130、阴极集流器140和第二隔膜150b)来进行组装。可以从第一容器移除阳极材料110、阳极集流器120和第一隔膜150a，并且可以从第二容器移除阴极材料130、阴极集流器140和第二隔膜150b。然后可以将第一隔膜150a设置在第二隔膜150b上以形成电化学电池100。

图2示出根据一实施例的电化学电池200的图示。如图所示，电化学电池200包括：设置在阳极集流器220上的阳极材料210；设置在阴极集流器240上的阴极材料230；设置在阳极材料210上的第一隔膜250a；设置在阴极材料230上的第二隔膜250b；以及设置在第一隔膜250a与第二隔膜250b之间的夹层260。在一些实施例中，阳极材料210、阳极集流器220、阴极材料230、阴极集流器240、第一隔膜250a和第二隔膜250b可以与阳极材料110、阳极集流器120、阴极材料130、阴极集流器140、第一隔膜150a和第二隔膜150b相同或基本上相似，如上面参照图1所描述。因此，本文未更详细地描述阳极材料210、阳极集流器220、阴极材料230、阴极集流器240、第一隔膜250a和第二隔膜250b的某些方面。

在一些实施例中，夹层260可以包括电解质层。在一些实施例中，电解质层可以包括液体电解质。在一些实施例中，电解质层可以包括例如固态电解质以防止枝晶生长。在一些实施例中，电解质层可以包括聚丙烯腈(PAN)。在一些实施例中，电解质层可以部分地或完全地使第一隔膜250a和/或第二隔膜250b(统称为隔膜250)饱和。在一些实施例中，电解质层可以有助于将第一隔膜250a粘合至第二隔膜250b。在一些实施例中，电解质层可以产生表面张力以将第一隔膜250a粘合至第二隔膜250b。在一些实施例中，电解质层可以促进电活性物质在阳极材料210与阴极材料230之间的移动。

在一些实施例中，夹层260可以具有至少约500nm、至少约1μm、至少约2μm、至少约3μm、至少约4μm、至少约5μm、至少约6μm、至少约7μm、至少约8μm、至少约9μm、至少约10μm、至少约20μm、至少约30μm、至少约40μm、至少约50μm、至少约60μm、至少约70μm、至少约80μm或至少约90μm的厚度。在一些实施例中，夹层260可以具有不超过约100μm、不超过约90μm、不超过约80μm、不超过约70μm、不超过约60μm、不超过约50μm、不超过约40μm、不超过约30μm、不超过约20μm、不超过约10μm、不超过约9μm、不超过约8μm、不超过约7μm、不超过约6μm、不超过约5μm、不超过约4μm、不超过约3μm、不超过约2μm或不超过约1μm的厚度。夹层260的上述厚度的组合也是可能的(例如，至少约500nm且不超过约100μm或至少约2μm且不超过约30μm)，包含其间的所有值和范围。在一些实施例中，夹层260可以具有约500nm、约1μm、约2μm、约3μm、约4μm、约5μm、约6μm、约7μm、约8μm、约9μm、约10μm、约20μm、约30μm、约40μm、约50μm、约60μm、约70μm、约80μm、约90μm或约100μm的厚度。

在一些实施例中，夹层260可以包括设置在第一隔膜250a与第二隔膜250b之间的半固体电极层。在一些实施例中，除了电解质层之外，还可以包括半固体电极材料层。在一些实施例中，第一隔膜250a与第二隔膜250b之间的半固体电极层可以包括与金属锂反应的材料。在一些实施例中，第一隔膜250a与第二隔膜250b之间的半固体电极层可以包括硬碳、石墨或任何其他合适的电极材料或其组合。在一些实施例中，如果阳极材料210开始形成穿透第一隔膜250a的枝晶，则枝晶材料可以与第一隔膜250a与第二隔膜250b之间的半固体电极层反应，使得枝晶消散，从而防止短路。在一些实施例中，夹层260可以包括单层。在一些实施例中，夹层260可以包括双层结构，例如，包括第一层和第二层，第一层包括半固体电极层(例如，无粘合剂碳浆料)，第二层包括固态电解质(例如，LLZO、LLTO、LATP、硫化物、聚合物凝胶电解质等)。

在一些实施例中，第一隔膜250a与第二隔膜250b之间的半固体电极层可以有助于跨隔膜250传输电活性物质。与常规电极材料相比，第一隔膜250a与第二隔膜250b之间的半固体电极层可以提供减小的曲折度和更好的锂离子扩散。可以微调第一隔膜250a与第二隔膜250b之间的半固体电极层的构成以促进经由其的离子运动。

在一些实施例中，第一隔膜250a与第二隔膜250b之间的半固体电极层可以具有催化作用以移除、溶解和/或腐蚀污染金属粉末(例如，铁、铬、镍、铝、铜)。在此类情况下，第一隔膜250a与第二隔膜250b之间的半固体电极层可以用作金属污染物去除缓冲层。在一些实施例中，第一隔膜250a与第二隔膜250b之间的半固体电极层可以包括具有对齐孔结构、高表面积和/或与电解质相结合的扩散结构的非锂离子半固体浆料。此类材料可以包括金属有机框架(MOF)、炭黑、阳极氧化铝(AAO)模板和/或二氧化硅。在此类情况下，第一隔膜250a与第二隔膜250b之间的半固体电极层可以用作用于枝晶去除催化剂的电解质储存器和/或嵌入基底。此类材料也可以改善电化学电池200中的电流分布。在一些实施例中，枝晶去除催化剂可以包括用于促进氧化还原反应的金属碱和/或聚合物碱。在一些实施例中，枝晶去除催化剂可以包括氟、硫化物或任何其他合适的催化剂或其组合。在一些实施例中，催化剂可以包括基础聚合物涂层混合物或碳混合物。

在一些实施例中，夹层260可以包括可以设置在第一隔膜250a与第二隔膜250b之间的常规(即，固体)电极层。在一些实施例中，第一隔膜250a与第二隔膜250b之间的常规电极层可以包括粘合剂(例如，固体粘合剂或凝胶粘合剂)。

在一些实施例中，夹层260可以包括聚烯烃、固态电解质片和/或聚合物电解质片。在一些实施例中，夹层260可以包括聚丙烯腈(PAN)、聚(偏二氟乙烯-六氟丙烯)(PVDF-HFP)、聚(甲基丙烯酸甲酯)(PMMA)、聚丙烯酸(PAA)、聚氧化乙烯(PEO)或其任意组合。

在一些实施例中，夹层260可以包括阴极。在一些实施例中，夹层260中的阴极可以包括钛酸锂(LTO)、硬碳(HC)和/或具有高阻抗连接的任何其他材料。在一些实施例中，LTO可以包括电子传导LTO，例如Li

测量夹层260与阳极集流器220和/或阴极集流器240之间的电压可以是比跨整个电化学电池200(即，阳极集流器220与阴极集流器240之间)进行测量更有效的检测电化学电池200中的缺陷的方法，特别是在具有多个电池的模块中。在一些实施例中，多个电化学电池可以并联和/或串联连接以产生电池模块。例如，如果电池的容量为3Ah，则可以并联50个此类电池，以产生150Ah的容量。在一些实施例中，模块可以包括约1个、约2个、约3个、约4个、约5个、约6个、约7个、约8个、约9个、约10个、约11个、约12个、约13个、约14个、约15个、约16个、约17个、约18个、约19个、约20个、约25个、约30个、约35个、约40个、约45个、约50个、约55个、约60个、约65个、约70个、约75个、约80个、约85个、约90个、约95个或约100个串联和/或并联连接的电化学电池，包含其间的所有值和范围。在监测跨夹层260和阳极集流器220和/或阴极集流器240的电压时，夹层260可以用作参考电极。

在一些实施例中，模块中的各个电化学电池可以具有约0.5Ah、约1Ah、约2Ah、约3Ah、约4Ah、约5Ah、约6Ah、约7Ah、约8Ah、约9Ah或约10Ah的容量，包含其间的所有值和范围。在一些实施例中，本文描述的模块可以具有约10Ah、约20Ah、约30Ah、约40Ah、约50Ah、约60Ah、约70Ah、约80Ah、约90Ah、约100Ah、约110Ah、约120Ah、约130Ah、约140Ah、约150Ah、约160Ah、约170Ah、约180Ah、约190Ah、约200Ah、约210Ah、约220Ah、约230Ah、约240Ah、约250Ah、约260Ah、约270Ah、约280Ah、约290Ah或约300Ah的容量，包含其间的所有值和范围。

在现有的电池管理系统(BMS)和电池模块中，诊断每个电化学电池的健康状况的能力是有限的。为了监测每个电池的健康状况，使用本地电压和/或电流测量来辨别电池电压中的微小变化。跨单个电池的电压测量与单个电池的健康状况几乎没有直接相关性。在模块中添加差分电流测量不利地影响整个系统的复杂性和测量系统的成本。相反，如果针对每个并联电化学电池测量夹层260与集流器之间的电压，则该电压的相对差是阳极材料210和/或阴极材料230的相对健康状况(即，阻抗)以及电化学电池200本身内的相对阻抗的直接测量。在此类布置中，确定(通过直接测量)电化学电池200相对于并联串或电池组系统中的其他电化学电池是否表现正常是可能的。通过大量数据收集，来自大量电化学电池的趋势数据可以用于协调对组或批次或相对于较大电池群的单个电池序列号的分析。

对于超大型电池，测量额外2-3个差分电压所增加的复杂性低于添加等效高增益电流测量通道或例如添加霍尔效应型传感器所增加的复杂性。通过这种方式，可以直接测量并联电池分组的单个电池的健康状况。可以根据充电状态(SOC)和健康状态(SOH)算法评估对剩余串联电池的额外诊断。这允许在正常检测到故障之前就尽早通知系统故障。这种精度也允许预测故障日期并进行提前规划。例如，在预期发生故障时，可以将材料正确地放置在电化学电池模块中。此外，在原始设备制造商(OEM)车队或个人消费者收到故障通知之前，可以考虑供应链问题。当夹层260与阳极集流器220和/或阴极集流器240之间的电压测量检测到软短路之后，可以触发电池模块的外部短路以进行放电。

在一些实施例中，夹层260可以防止经由金属污染(例如，铁污染、锌污染、铜污染)的枝晶生长和由缓冲层的穿梭引起的危险的短路事件。在此类情况下，铁枝晶可以生长并且接触夹层260中的硬碳、石墨和/或其他含碳材料，其中夹层260具有阴极电势。一旦铁枝晶接触夹层260中的硬碳、石墨和/或其他含碳材料，铁就会在阴极电势下溶解，但穿过电化学电池200的高电流经由通过二极管的连接或高电阻而继续存在。当使用金属污染来防止危险的短路事件时，可以监测夹层260与阳极集流器220和/或阴极集流器240之间(或夹层260与阳极材料210和/或阴极材料230之间)的电压。在一些实施例中，如果检测到显著的电压降(例如，至少约0.5V、至少约1V、至少约1.5V、至少约2V、至少约2.5V、至少约3V、至少约3.5V、至少约4V、至少约4.5V、至少约5V，包含其间的所有值和范围)，可以由BMS触发额外的安全动作。在一些实施例中，夹层260可以包括使得能够与电化学电池200外部的电连接或感测系统耦接的极耳。在一些实施例中，多个电化学电池可以与连接到夹层260的极耳并联连接。二极管或高阻电阻器可以连接到许多阴极(例如，连接到阴极集流器240的许多极耳)和许多夹层(例如，连接到夹层260的许多极耳)。

在一些实施例中，夹层260可以防止经由锂嵌入的锂枝晶引起的危险的短路事件。例如，锂枝晶可以生长并穿透第一隔膜250a或第二隔膜250b，并且接触夹层260中的硬碳、石墨和/或含碳材料。一旦锂枝晶接触夹层260中的硬碳、石墨和/或含碳材料，锂就会嵌入到碳、石墨和/或含碳材料中。虽然硬碳、石墨和/或任何含碳材料可以促进锂嵌入，但与锂反应的任何材料都可以实现这种锂嵌入功能。在一些实施例中，夹层260可以包括硅、铝、银、钨、锡或其任意组合。

图3示出根据一实施例的形成电化学电池的方法10的框图。如图所示，方法10包括：在步骤11处，将阳极材料设置到阳极集流器上；以及在步骤12处，将第一隔膜设置到阳极材料上。方法10可选地包括：在步骤13中，传送阳极集流器、阳极材料和第一隔膜(统称为“阳极”)。方法10还包括：在步骤14处，将阴极材料设置到阴极集流器上；以及在步骤15处，将第二隔膜设置到阴极材料上。方法10任选地包括：在步骤16处，传送阴极集流器、阴极材料和第二隔膜(统称为“阴极”)；以及在步骤17处，润湿第一隔膜和/或第二隔膜。方法10包括：在步骤18处将第一隔膜耦接到第二隔膜以形成电化学电池。

步骤11包括：将阳极材料设置到阳极集流器上。阳极材料和阳极集流器可以具有如上面参照图1所述的阳极材料110和阳极集流器120的性质中的任何性质(例如，厚度、构成)。在一些实施例中，阳极材料可以被挤出(例如，经由双螺杆挤出机)到阳极集流器上。在一些实施例中，可以经由喷嘴分配阳极材料。在一些实施例中，阳极材料的分配可以经由于2020年11月18日提交、标题为“Methods of Continuous and Semi-ContinuousProduction of Electrochemical Cells”的美国临时申请63/115,293(下文中称为“申请‘293”)中描述的方法中的任何方法进行，该申请的全部内容通过引用并入本文。在一些实施例中，阳极材料的分配可以经由于2019年7月9日提交、标题为“Continuous and Semi-Continuous Methods of Semi-Solid Electrode and Battery Manufacturing”的美国专利公开第2020/0014025号(下文中称为“公开‘025”)中描述的方法中的任何方法进行，该公开的全部内容通过引用并入本文。

步骤12包括：将第一隔膜设置到阳极材料上。在一些实施例中，第一隔膜可以在设置之前用电解质溶液预浸泡或预涂覆。在一些实施例中，可以通过机器将第一隔膜放置到阳极材料上。在一些实施例中，第一隔膜可以经由一个或多个辊放置到阳极材料上，传送隔膜材料。在一些实施例中，可以经由申请‘293和/或公开‘025中描述的方法中的任何方法将隔膜放置到阳极材料上。

步骤13任选地包括：传送阳极。在一些实施例中，传送可以在传送装置(例如传送带)上进行。在一些实施例中，传送可以通过隧道以限制电解质溶液从阳极蒸发。在一些实施例中，阳极可以在传送装置上持续至少约1秒、至少约5秒、至少约10秒、至少约20秒、至少约30秒、至少约40秒、至少约50秒、至少约1分钟、至少约5分钟、至少约10分钟、至少约20分钟、至少约30分钟、至少约40分钟、至少约50分钟、至少约1小时、至少约2小时、至少约3小时、至少约4小时、至少约5小时、至少约10小时、至少约15小时或至少约20小时。在一些实施例中，阳极可在传送装置上持续不超过约1天、不超过约20小时、不超过约15小时、不超过约10小时、不超过约5小时、不超过约4小时、不超过约3小时、不超过约2小时、不超过约1小时、不超过约50分钟、不超过约40分钟、不超过约30分钟、不超过约20分钟、不超过约10分钟、不超过约5分钟、不超过约4分钟、不超过约3分钟、不超过约2分钟、不超过约1分钟、不超过约50秒、不超过约40秒、不超过约30秒、不超过约20秒、不超过约10秒或不超过约5秒。

阳极在传送装置上保持的上述时间段的组合也是可能的(例如，至少约1秒且不超过约1天或至少约5分钟且不超过约2小时)，包含其间的所有值和范围。在一些实施例中，阳极可以在传送装置上持续约1秒、约5秒、约10秒、约20秒、约30秒、约40秒、约50秒、约1分钟、约5分钟、约10分钟、约20分钟、约30分钟、约40分钟、约50分钟、约1小时、约2小时、约3小时、约4小时、约5小时、约10小时、约15小时、约20小时或约1天。

在一些实施例中，阳极可以被传送至少约1cm、至少约2cm、至少约3cm、至少约4cm、至少约5cm、至少约10cm、至少约20cm、至少约30cm、至少约40cm、至少约50cm、至少约60cm、至少约70cm、至少约80cm、至少约90cm、至少约1m、至少约2m、至少约3m、至少约4m、至少约5m、至少约6m、至少约7m、至少约8m、至少约9m、至少约10m、至少约20m、至少约30m、至少约40m、至少约50m、至少约60m、至少约70m、至少约80m或至少约90m的距离。在一些实施例中，阳极可以被传送不超过约100m、不超过约90m、不超过约80m、不超过约70m、不超过约60m、不超过约50m、不超过约40m、不超过约30m、不超过约20m、不超过约10m、不超过约9m、不超过约8m、不超过约7m、不超过约6m、不超过约5m、不超过约4m、不超过约3m、不超过约2m、不超过约1m、不超过约90cm、不超过约80cm、不超过约70cm、不超过约60cm、不超过约50cm、不超过约40cm、不超过约30cm、不超过约20cm、不超过约10cm、不超过约9cm、不超过约8cm、不超过约7cm、不超过约6cm、不超过约5cm、不超过约4cm、不超过约3cm或不超过约2cm的距离。上述传送距离的组合也是可能的(例如，至少约1cm且不超过约100m或至少约50cm且不超过约20m)，包含其间的所有值和范围。在一些实施例中，阳极可以被传送约1cm、约2cm、约3cm、约4cm、约5cm、约10cm、约20cm、约30cm、约40cm、约50cm、60cm、约70cm、约80cm、约90cm、约1m、约2m、约3m、约4m、约5m、约6m、约7m、约8m、约9m、约10m、约20m、约30m、约40m、约50m、约60m、约70m、约80m、约90m或约100m。

涂覆阳极材料的隔膜可以防止电解质在传送期间或生产过程的其他部分蒸发。通过覆盖在阳极集流器远端的阳极材料的表面，显著百分比(例如，90-95％)的阳极材料的表面不暴露于周围环境。因此，很大一部分的蒸发的途径受到限制。

步骤14包括：将阴极材料设置到阴极集流器上。在一些实施例中，阴极材料的分配可以具有与上面参考步骤11中的阳极材料描述的那些相同或基本上相似的性质。步骤15包括：将第二隔膜设置到阴极材料上。在一些实施例中，将第二隔膜设置到阴极材料上可以具有与上面参考步骤12中的第一隔膜描述的那些相同或基本上相似的性质。

步骤16任选地包括：传送阴极。在一些实施例中，阴极的传送的持续时间和距离可以与参照步骤13的阳极的传送的持续时间和距离相同或基本上相似。在一些实施例中，阴极可以在与阳极相同的传送带上传送。在一些实施例中，阳极可以在第一传送带上传送，并且阴极可以在第二传送带上传送，第二传送带不同于第一传送带。

步骤17可选地包括：润湿第一隔膜和/或第二隔膜。润湿可以经由润湿剂进行。在一些实施例中，润湿剂可以包括不含电解质盐的电解质溶剂。在一些实施例中，润湿剂可以包括电解质溶液。在一些实施例中，润湿剂可以包括稀释的电解质溶液(即，盐浓度低于成品电化学电池中的目标盐浓度的电解质溶液)。在一些实施例中，润湿剂可以具有至少约0.1M、至少约0.2M、至少约0.3M、至少约0.4M、至少约0.5M、至少约0.6M、至少约0.7M、至少约0.8M或至少约0.9M的电解质盐浓度。在一些实施例中，润湿剂可以具有不超过约1M、不超过约0.9M、不超过约0.8M、不超过约0.7M、不超过约0.6M、不超过约0.5M、不超过约0.4M、不超过约0.3M、不超过约0.2M的电解质盐浓度。润湿剂中的电解质盐的上述浓度的组合也是可能的(例如，至少约0.1M且不超过约1M或至少约0.4M且不超过约0.6M)，包含其间的所有值和范围。在一些实施例中，润湿剂可以具有约0.1M、约0.2M、约0.3M、约0.4M、约0.5M、约0.6M、约0.7M、约0.8M、约0.9M或约1M的电解质盐浓度。

在一些实施例中，电解质溶剂可以包括碳酸甲乙酯(EMC)、碳酸乙烯酯(EC)、碳酸丙烯酯(PC)、碳酸二甲酯(DMC)、碳酸亚丁酯以及它们的氯化或氟化衍生物，和/或无环碳酸二烷基酯的家族，诸如碳酸二甲酯、碳酸二乙酯、碳酸甲乙酯、碳酸二丙酯、碳酸甲基丙基酯、碳酸乙基丙基酯、碳酸二丁酯、碳酸丁基甲基酯、碳酸丁基乙基酯和碳酸丁基丙基酯。在一些实施例中，电解质溶剂可以包括γ-丁内酯(GBL)、二甲氧基乙烷、四氢呋喃、2-甲基四氢呋喃、1,3-二氧戊环、1,4-二噁烷、4-甲基-1,3-二氧戊环、二乙醚、环丁砜、甲基环丁砜、乙腈、丙腈、乙酸乙酯、丙酸甲酯、丙酸乙酯、碳酸二甲酯、四甘醇二甲醚、单甘醇二甲醚、二噁烷或任何其它合适的电解质溶剂。在一些实施例中，电解质盐可以包括LiClO

在一些实施例中，可以将润湿剂喷施到第一隔膜和/或第二隔膜上。在一些实施例中，可以将润湿剂刷到第一隔膜和/或隔膜上。在一些实施例中，可以经由第一方法将润湿剂施加到第一隔膜并且经由第二方法将润湿剂施加到第二隔膜，第二方法不同于第一方法。在一些实施例中，润湿剂可有助于将隔膜粘附至其各自的电极材料。

在一些实施例中，按体积计小于约20％、小于约19％、小于约18％、小于约17％、小于约16％、小于约15％、小于约14％、小于约13％、小于约12％、小于约11％、小于约10％、小于约9％、小于约8％、小于约7％、小于约6％、小于约5％、小于约4％、小于约3％、小于约2％或小于约1％的润湿剂可能在方法10的执行期间因蒸发而损失。

在一些实施例中，按体积计小于约20％、小于约19％、小于约18％、小于约17％、小于约16％、小于约15％、小于约14％、小于约13％、小于约12％、小于约11％、小于约10％、小于约9％、小于约8％、小于约7％、小于约6％、小于约5％、小于约4％、小于约3％、小于约2％或小于约1％的阳极材料中的电解质溶液可能在方法的执行期间因蒸发而损失。

在一些实施例中，按体积计小于约20％、小于约19％、小于约18％、小于约17％、小于约16％、小于约15％、小于约14％、小于约13％、小于约12％、小于约11％、小于约10％、小于约9％、小于约8％、小于约7％、小于约6％、小于约5％、小于约4％、小于约3％、小于约2％或小于约1％的阴极材料中的电解质溶液可能在方法的执行期间因蒸发而损失。

在一些实施例中，按体积计阳极材料中的电解质溶液、阴极材料中的电解质溶液和润湿剂的组合的小于约20％、小于约19％、小于约18％、小于约17％、小于约16％、小于约15％、小于约14％、小于约13％、小于约12％、小于约11％、小于约10％、小于约9％、小于约8％、小于约7％、小于约6％、小于约5％、小于约4％、小于约3％、小于约2％或小于约1％可能在方法的执行期间因蒸发而损失。

在一些实施例中，阳极材料、阳极集流器和第一隔膜可以设置在作为阳极套件的第一包装中。在一些实施例中，阴极材料、阴极集流器和第二隔膜可以设置在作为阴极套件的第二包装中。在一些实施例中，第一隔膜可以在设置在第一包装中之前被润湿。在一些实施例中，第二隔膜可以在设置在第二包装中之前被润湿。

步骤18包括：将第一隔膜耦接到第二隔膜以形成电化学电池。在一些实施例中，耦接可以包括将第一隔膜粘附至第二隔膜。在一些实施例中，第一隔膜和/或第二隔膜可以被润湿以促进第一隔膜粘附至第二隔膜。在一些实施例中，在将第一隔膜耦接到第二隔膜以形成电化学电池之前，可以将阳极材料、阳极集流器和第一隔膜从第一包装中移除。在一些实施例中，在将第一隔膜耦接到第二隔膜之前，可以将阴极材料、阴极集流器和第二隔膜从第二包装中移除。在一些实施例中，可以在将第一隔膜耦接到第二隔膜之前将半固体电极材料施加到第一隔膜和/或第二隔膜，使得半固体电极材料设置在电化学电池中的第一隔膜与第二隔膜之间。在一些实施例中，可以在将第一隔膜耦接到第二隔膜之前将常规电极材料施加到第一隔膜和/或第二隔膜，使得常规电极材料设置在电化学电池中的第一隔膜与第二隔膜之间。在一些实施例中，可以在将第一隔膜耦接到第二隔膜之前将固态电解质材料施加到第一隔膜和/或第二隔膜，使得固态电解质材料设置在电化学电池中的第一隔膜和第二隔膜之间。

图4A至图4C示出根据各种实施例的电极的传送。图4A至图4C示出设置在阳极集流器420上并且由第一传送带90a传送的阳极材料410以及设置在阴极集流器440上并且由第二传送带90b传送的阴极材料430。图4A示出在其上没有设置任何隔膜的电极。如图4A所示，电解质溶剂ES从两个电极蒸发。图4B示出设置在阳极材料410上的第一隔膜450a。如图4B所示，电解质溶剂ES从阴极材料430蒸发，但是电解质溶剂ES从阳极材料410的蒸发被消除或显著减少。图4B示出设置在阳极材料410上的第一隔膜450a和设置在阴极材料430上的第二隔膜450b。如图4C所示，电解质溶剂ES从阳极材料410和阴极材料430两者的蒸发被消除或显著减少。如图所示，第一传送带90a是与第二传送带90b分开的传送带。在一些实施例中，阳极材料410、阳极集流器420、阴极材料430和阴极集流器440都可以在同一传送带上传送。

图5示出根据一实施例的电化学电池500的图示。电化学电池500基本上类似于电化学电池200，并且包括：设置在阳极集流器520上的阳极材料510；设置在阴极集流器540上的阴极材料530；设置在阳极材料510上的第一隔膜550a；以及设置在阴极材料530上的第二隔膜550b；它们可以分别与如本文之前关于电化学电池200所述的阳极材料210、负极集流器220、阴极材料230、阴极集流器240、第一隔膜250a和第二隔膜250b基本上相似。

然而，不同于电化学电池200，电化学电池500还包括设置在第一隔膜550a与第二隔膜550b之间的第三隔膜550c。第一夹层560a设置在第一隔膜550a与第三隔膜550c之间，第二夹层560b设置在第二隔膜550b与第三隔膜550c之间。第三隔膜550c可基本上类似于如关于电化学电池200详细描述的第一隔膜250a和/或第二隔膜250b。

在一些实施例中，第一夹层560a和/或第二夹层560b可以包括如关于图2详细描述的电解质层。在一些实施例中，电解质层可以部分或完全饱和第一隔膜550a、第二隔膜550b和/或第三隔膜550(统称为隔膜550)。在一些实施例中，电解质层可以有助于将第一隔膜550a和第二隔膜550b粘合至第三隔膜550c。在一些实施例中，电解质层可以产生表面张力以将第一隔膜550a和第二隔膜550b粘合至第三隔膜550c。在一些实施例中，电解质层可以促进电活性物质在阳极材料510与阴极材料530之间的移动。

在一些实施例中，第一夹层560a和/或第二夹层560b可以具有如关于电化学电池200的夹层260所详细描述的任何厚度。在一些实施例中，第一夹层560a和第二夹层可以包括分别设置在第一隔膜550a与第三隔膜550c以及第二隔膜550b与第三隔膜550c之间的半固体电极层。在一些实施例中，除了电解质层之外，还可以包括半固体电极材料层。在一些实施例中，第一隔膜550a与第三隔膜550c之间和/或第二隔膜550b与第三隔膜550c之间的半固体电极层可以包括与金属锂反应的材料。在一些实施例中，第一隔膜550a与第三隔膜550c之间和/或第二隔膜550b与第三隔膜550c之间的半固体电极层可以包括硬碳、石墨或任何其他合适的电极材料或其组合。在一些实施例中，如果阳极材料510开始形成穿透第一隔膜550a的枝晶，则枝晶材料可以与第一隔膜550a与第三隔膜550b之间的半固体电极层反应，使得枝晶消散，从而防止短路。在一些实施例中，第一隔膜550a、第二隔膜550b和第三隔膜550c中的一个或多个可包括固态电解质片。

在一些实施例中，半固体电极层可以有助于跨隔膜550传输电活性物质，和/或与提供与常规电极材料相比降低的曲折度和更好的锂离子扩散。可以微调半固体电极层的构成以促进经由其的离子移动。在一些实施例中，第一隔膜550a与第三隔膜550c之间和/或第二隔膜550b与第三隔膜550c之间的半固体电极层可以具有催化作用以移除、溶解和/或腐蚀污染金属粉末(例如，铁、铬、镍、铝、铜)。在此类情况下，半固体电极层可以用作金属污染物移除缓冲层。在一些实施例中，半固体电极层可以包括具有对齐孔结构、高表面积和/或与电解质组合的扩散结构的非锂离子半固体浆料。此类材料可以包括金属有机框架(MOF)、炭黑、阳极氧化铝(AAO)模板和/或二氧化硅。在此类情况下，半固体电极层可以用作电解质储存器和/或用于枝晶移除催化剂的嵌入基底。此类材料也可以改善电化学电池250中的电流分布。在一些实施例中，枝晶去除催化剂可以包括用于促进氧化还原反应的金属碱和/或聚合物碱。在一些实施例中，枝晶去除催化剂可以包括氟、硫化物或任何其他合适的催化剂或其组合。在一些实施例中，催化剂可以包括基础聚合物涂层混合物或碳混合物。

在一些实施例中，夹层560a和/或560b可以包括分别设置在第一隔膜550a与第三隔膜550c和/或第二隔膜550b与第三隔膜550c之间的常规(即，固体)电极层。在一些实施例中，各个隔膜550之间的常规电极层可以包括粘合剂(例如，固体粘合剂或凝胶粘合剂)。

在一些实施例中，夹层560a和/或560b可以包括聚烯烃、固态电解质片和/或聚合物电解质片。在一些实施例中，夹层560a和/或560b可以包括聚丙烯腈(PAN)、聚(偏二氟乙烯-六氟丙烯)(PVDF-HFP)、聚(甲基丙烯酸甲酯)(PMMA)、聚丙烯酸(PAA)、聚氧化乙烯(PEO)或其任意组合。

在一些实施例中，夹层560a和/或560b可以包括阴极。在一些实施例中，夹层560a和/或560b中的阴极可以包括钛酸锂(LTO)、硬碳(HC)和/或具有高阻抗连接的任何其他材料。在一些实施例中，LTO可以包括电子传导LTO，例如Li

测量第一夹层560a与阳极集流器520和/或第二夹层560b与阴极集流器540之间的电压可以是比跨整个电化学电池500(即，在阳极集流器520与阴极集流器540之间)进行测量更有效的检测电化学电池500中的缺陷的方法，特别是在具有多个电池的模块中。在一些实施例中，多个电化学电池可以并联和/或串联连接以产生电池模块。例如，如果电池的容量为3Ah，则可以并联50个此类电池，以产生150Ah的容量。在一些实施例中，模块可以包括约1个、约2个、约3个、约4个、约5个、约6个、约7个、约8个、约9个、约10个、约11个、约12个、约13个、约14个、约15个、约16个、约17个、约18个、约19个、约20个、约25个、约30个、约35个、约40个、约45个、约50个、约55个、约60个、约65个、约70个、约75个、约80个、约85个、约90个、约95个或约100个串联和/或并联连接的电化学电池，包含其间的所有值和范围。在监测跨第一夹层560a和阳极集流器520和/或第二夹层560b和阴极集流器540的电压中，第一夹层560a和/或第二夹层560b可以用作参考电极。

在一些实施例中，模块中的各个电化学电池可以具有约0.5Ah、约1Ah、约2Ah、约3Ah、约4Ah、约5Ah、约6Ah、约7Ah、约8Ah、约9Ah或约10Ah的容量，包含其间的所有值和范围。在一些实施例中，本文描述的模块可以具有约10Ah、约20Ah、约30Ah、约40Ah、约50Ah、约60Ah、约70Ah、约80Ah、约90Ah、约100Ah、约110Ah、约120Ah、约130Ah、约140Ah、约150Ah、约160Ah、约170Ah、约180Ah、约190Ah、约200Ah、约210Ah、约220Ah、约230Ah、约240Ah、约250Ah、约260Ah、约270Ah、约280Ah、约290Ah或约300Ah的容量，包含其间的所有值和范围。

在一些实施例中，第一夹层560a和第二夹层560b中的仅一者可以连接或耦接到电源或接收器。例如，在一些实施例中，第一夹层560a(例如，石墨层、硬碳层或本文描述的任何其他材料)可以不与阴极、中性点或地连接，而第二夹层560b(例如，石墨层、硬碳层或本文描述的任何其他材料)可以耦接或连接到阴极或中性点(例如，经由二极管或高电阻)。在一些实施例中，任何其他层的集流器可以在第一隔膜550a与第二隔膜550b之间延伸以用作第三隔膜550c，任一者可以用作关闭隔膜。在一些实施例中，另一层的集流器可以由铝、金、铂、不锈钢、钛箔、导电油墨等形成。在一些实施例中，集流器可以通过层压、印刷(例如，喷墨印刷、凹版印刷、丝网印刷等)、溅射、喷涂或沉积或在隔膜上的任何其他合适的方法或任何其他合适的方法来形成或加工。在一些实施例中，极耳可以耦接到形成夹层560a/b中的一者的集流器，或者直接耦接到确实包括集流器(例如，石墨或硬碳层)的夹层560a或560b。在其它实施例中，极耳可以与集流器或其它夹层560一体地形成，夹层的一部分设置在电化学电池500外部。

图6示出根据一实施例的电化学电池600的图示。电化学电池600基本上类似于电化学电池200，并且包括：设置在阳极集流器620上的阳极材料610；设置在阴极集流器640上的阴极材料630；设置在阳极材料610上的第一隔膜650a；设置在阴极材料630上的第二隔膜650b；以及设置在第一隔膜650a与第二隔膜650b之间的夹层660。在一些实施例中，阳极材料610、阳极集流器620、阴极材料630、阴极集流器640和夹层660可以与如上面参照图2所述的阳极材料210、阳极集流器220、阴极材料230、阴极集流器240和夹层260相同或基本上类似。因此，本文未更详细地描述阳极材料610、阳极集流器620、阴极材料630、阴极集流器640和夹层660的某些方面。

不同于与电化学电池200，第一隔膜650a和/或第二隔膜650b可以包括多层。例如，如图6所示，第一隔膜650a包括由不同材料(例如，关于隔膜260a和260b描述的材料中的任何材料)形成的第一隔膜第一层650a1和第一隔膜第二层650a2。类似地，第二隔膜650b包括由不同材料(例如，关于隔膜260a和260b描述的材料中的任何材料)形成的第二隔膜第一层650b1和第二隔膜第二层650b2。第一隔膜第二层650a2和第二隔膜第二层650b2邻近于夹层660设置，使得夹层660插入在第一隔膜第二层650a2和第二隔膜第二层650b2之间。夹层660可以包括半固体夹层，可以包括粘合剂，或者可以包括如关于夹层260所描述的任何其他夹层。在一些实施例中，第一隔膜第一层650a1和第二隔膜第一层650b1可以由聚丙烯形成。在一些实施例中，第一隔膜第二层650a2和第二隔膜第二层650b2可由聚乙烯形成。在其他实施例中，第一隔膜第一层650a1和/或第二层650a2和/或第二隔膜第一层650b1和/或第二层650b2可以由本文所述的任何其他材料形成。在一些实施例中，延伸超出夹层660的轴向范围的第一隔膜650a和/或第二隔膜650b的轴向端部区域670可以被粘合、粘附、焊接或以其他方式彼此耦接，以便形成夹层660设置于其内的密封袋或腔。这可以有利地防止基于半固体或浆料的夹层660从第一隔膜650a与第二隔膜650b之间泄漏。

图7示出根据一实施例的电化学电池700的图示。电化学电池700基本上类似于电化学电池200，并且包括：设置在阳极集流器720上的阳极材料710；设置在阴极集流器740上的阴极材料730；设置在阳极材料710上的第一隔膜750a；设置在阴极材料730上的第二隔膜750b；以及设置在第一隔膜750a与第二隔膜750b之间的夹层760。在一些实施例中，阳极材料710、阳极集流器720、阴极材料730、阴极集流器740、第一隔膜750a和第二隔膜750b可以与如上面参照图2所述的阳极材料210、阳极集流器220、阴极材料230、阴极集流器240、第一集流器250a和第二集流器250b相同或基本上相似。因此，本文未更详细地描述阳极材料710、阳极集流器720、阴极材料730、阴极集流器740、第一隔膜750a和第二隔膜750b的某些方面。

在一些实施例中，夹层760是多层结构。例如，如图7所示，夹层760包括第一层760a，第一层可包括固态电解质(例如，如关于图2描述的固态电解质中的任何固态电解质)。可选地，夹层760也可以包括设置在第一层760a与第一隔膜750a之间的第二层760b以及设置在第一层760a与第二隔膜750b之间的第三层760c。在一些实施例中，第二层760b和/或第三层760c可包括如关于图2详细描述的阴极(例如,LTO、硬碳、LFP和/或具有高阻抗连接的任何其他材料)。例如，第二层760b可包括硬碳，并且第三层760c可包括LFP。第二层760b可经由第一放电保护部件780a(例如，二极管、高阻电阻器或任何其他合适的结构)耦接到阳极集流器720，并且第三层760c可经由第二放电保护部件780b(例如，二极管、高阻电阻器或任何其他合适的结构)耦接到阴极集流器740。如前所述，铁枝晶可以生长并接触夹层760中的硬碳、石墨和/或其他含碳材料，其中夹层760在第二层760b中具有阳极电势并且在第三层中具有阴极电势760c。一旦铁枝晶接触夹层760中的硬碳、石墨和/或其他含碳材料，铁就会在阴极电势下溶解，但是移动通过电化学电池700的高电流通过放电保护部件780a和780b经由连接而继续存在。当使用金属污染来防止危险的短路事件时，可以监测夹层760与阳极集流器720和/或阴极集流器740之间的电压，如关于图2所描述的。

实例

比较例1：构造锂-铜电池(本文称为“比较例1”)。将锂电镀到铜箔上。电池在25℃、200psig的压力下以1mA/cm

实例1：构造锂-铜电池(本文称为“实例1”)。将锂电镀到铜箔上。电池在25℃、200psig的压力下以1mA/cm

比较例1和实例1两者在解构前均经过32个循环，其中锂从铜箔剥离，允许锂与实例1电池中的硬碳络合。锂的活性区域中的硬碳看起来有光泽，表明硬碳的锂化。锂箔接触区域外部的硬碳颜色暗淡，暗示它没有锂化。循环过的锂箔阳极在本质上也看起来是崭新的，表明锂被电镀在硬碳上。在箔上没有观察到苔藓状或枝晶状锂。图8A至图8B示出突出了比较例1(图8A)与实例1(图8B)的过电势的差异的支持电压分布。如图所示，在两个隔膜之间具有硬碳层的实例1的显著过电势损失小于比较例1。

比较例2：构造锂铜电池(本文称为“比较例2”)，并且操作类似于比较例1，除了比较例2以7.5mA/cm

实例2：构造了锂铜电池(本文称为“实例2”)，并且操作类似于实例1，除了实例2以7.5mA/cm

如本说明书中使用的，单数形式“一个(a)”、“一个(an)”和“该(the)”包括复数指示物，除非上下文另有明确指示。因此，例如，术语“构件”旨在表示单个构件或构件的组合，“材料”旨在表示一种或多种材料或其组合。

当与“圆柱形”、“线性”和/或其它几何关系结合使用时，术语“基本上”旨在表达如此限定的结构名义上为圆柱形、线性等。作为一个实例，被描述为“基本上线性”的支撑构件的一部分旨在表达虽然该部分的线性是期望的，但是在“基本上线性”部分中可能出现一些非线性。此类非线性可以由制造公差或其它实际考虑(诸如，例如施加到支撑构件的压力或力)产生。因此，由术语“基本上”修饰的几何构造包括在所述几何构造的加或减5％的公差内的此类几何特性。例如，“基本上线性”部分是限定在线性的加或减5％内的轴线或中心线的部分。

如本文所使用的，术语“组”和“多个”可以指多个特征或具有多个部分的单一特征。例如，当提及一组电极时，该组电极可以被认为是具有多个部分的一个电极，或者该组电极可以被认为是多个不同的电极。附加地，例如，当提及多个电化学电池时，多个电化学电池可以被认为是多个不同的电化学电池或具有多个部分的一个电化学电池。因此，一组部分或多个部分可以包括彼此连续或不连续的多个部分。多个粒子或多个材料还可以由多个单独生产，并且随后再联接在一起(例如，经由混合、粘合剂或任何合适的方法)的物品制造。

如本文所使用，术语“半固体”是指作为液相和固相的混合物的材料，例如如颗粒悬浮液、浆料、胶体悬浮液、乳液、凝胶或胶束。

各种概念可以实现为一种或多种方法，其中提供了至少一个实例。作为方法的一部分进行的动作可以以任何适当的方式排序。因此，可以构成实施例，其中以不同于所绘示的顺序进行动作，这可以包括同时进行一些动作，即使在说明性实施例中示出为连续动作。换言之，应理解，此类特征不一定限于特定的执行顺序，而是可以以与本公开一致的方式连串地、异步地、并发地、并行地、同时地、同步地等执行的任何数量的线程、进程、服务、服务器等。因此，这些特征中的一些可能相互矛盾，因为它们不能同时存在于单个实施例中。类似地，一些特征适用于创新的一个方面，并且不适用于其它方面。

此外，本公开可以包括目前未描述的其它创新。申请人保留此类创新的所有权利，包括体现此类创新、提交附加申请、延续、部分延续、分案等的权利。因此，应理解，本公开的优点、实施例、实例、功能、特征、逻辑、操作、组织、结构、拓扑和/或其它方面不应被认为是对如由实施例所定义的本公开的限制或对实施例的等同物的限制。取决于个体和/或企业用户、数据库配置和/或关系模型、数据类型、数据传输和/或网络架构、语法结构等的特定期望和/或特性，本文所公开的技术的各种实施例可以以实现本文所描述的大量灵活性和定制化的方式来实施。

应理解，如本文中限定和使用的所有定义优先于字典定义、以引用的方式并入的文档中的定义和/或限定的术语的普通含义。

如本文中所用，在特定实施例中，术语“约”或“大约”当在数值之前时表示该值加上或减去10％的范围。在提供了值范围的情况下，应当理解的是，介于所述范围的上限与下限之间的每个中间值(到下限的单位的十分之一，除非另外明确说明)以及所述范围中的任何其他所陈述或中间值均涵盖于本公开内。这些较小范围的上限和下限可以独立地包含在更小范围中也涵盖在本公开内，服从所陈述范围中的任何专门排除的限制。在所陈述的范围包含限值中的一个或两个限值的情况下，排除被包含在内的限值中的任一个或两个限值的范围也包含在本公开内。

在本文在说明书和实施例中所使用的短语“和/或”应理解为意指如此结合的要素中的“任一者或两者”，即在一些情况下联合存在而在其它情况下分离存在的要素。用“和/或”列出的多个要素应以相同的方式解释，即如此结合的要素中的“一个或多个”。除了由“和/或”条款具体标识的要素之外，可以任选地存在其它要素，无论与具体标识的那些要素相关还是不相关。因此，作为非限制性实例，当联合开放式语言诸如“包含”使用时，对“A和/或B”的引用在一个实施例中可以仅指A(任选地包括除了B之外的要素)；在另一实施例中，仅指B(任选地包括除了A之外的元素)；在又一实施例中，指A和B两者(任选地包括其他元素)；等。

如本文在说明书和实施例中所使用的，“或”应理解为具有与如上定义的“和/或”相同的含义。例如，当在列表中分列项目时，“或”或“和/或”应被解释为包括性的，即，包括若干要素或要素列表中的至少一个，但也包括多于一个，并且任选地包括附加的未列出的项目。仅有清楚指示相反含义的术语，诸如“仅……中的一个”或“……中的恰好一个”，或当在实施例中使用时，“由……组成”，将是指包括若干要素或要素列表中的恰好一个要素。一般而言，当在其之前是排他性术语时，诸如“任一者”、“……中的一个”、“……中的仅一个”或“……中的恰好一个”，如本文中使用的术语“或”应仅被解释为指示排他性替代(即，“一个或另一个但不是两者”)。当在实施例中使用时，“基本上由......组成”应具有其在专利法领域中所使用的普通含义。

如本文在说明书和实施例中所使用的，关于一个或多个要素列表的短语“至少一个”应理解为意指选自要素列表中的任何一个或多个要素的至少一个要素，但不一定包括要素列表内具体列出的每个要素中的至少一个，并且不排除要素列表中的要素的任何组合。该定义还允许除了在短语“至少一个”所指的要素列表内具体标识的要素之外的要素可以任选地存在，无论与具体标识的那些要素相关还是不相关。因此，作为非限制性实例，“A和B中的至少一种”(或等效地，“A或B中的至少一种”或等效地“A和/或B中的至少一种”)在一个实施例中可以指至少一种，任选地包括多于一种A，不存在B(并且任选地包括除了B之外的要素)；在另一实施例中，指至少一种，任选地包括多于一种B，不存在A(并且任选地包括除了A之外的要素)；在又一实施例中，指至少一种，任选地包括多于一种A，和至少一种，任选地包括多于一种B(和任选地包括其它要素)；等。

在实施例中以及在以上说明书中，所有过渡性短语诸如“包含”、“包括”、“携带”、“具有”、“含有”、“涉及”、“持有”、“构成”等应理解为开放式的，即意指包括但不限于。如美国专利局专利审查程序手册第2111.03节所阐述的，仅过渡性短语“由……组成”和“基本上由……组成”分别为封闭式或半封闭式过渡性短语。

虽然以上已经概述了本公开的特定实施例，但是许多替代、修改和变化对于本领域技术人员来说是显而易见的。因此，在本文中所阐述的实施例旨在是说明性的而非限制性的。在不脱离本公开的精神和范围的情况下，可以进行各种改变。在上述方法和步骤指示以特定顺序发生的特定事件的情况下，受益于本公开的本领域普通技术人员将认识到，可以修改特定步骤的顺序，并且此类修改是根据本发明的变型。附加地，当可能时，某些步骤可以在并行过程中同时进行，以及如上所述顺序进行。已经具体示出和描述了实施例，但是应理解，可以进行形式和细节上的各种改变。