專利名稱：用于儲能器件的電極折疊體的制作方法
技術領域：
本發明一般地涉及儲能器件(ESD)，并且更特別地，本發明涉及具有電極折疊體的層疊型ESD。
背景技術：
雙極性ESD與標準的卷繞式電池或方形電池相比可以提供增加的放電率以及在它們的外部連接器之間更高的電勢，并且因此為一些應用所高度需求。常規的ESD不是被制造成只有兩個電極的卷繞式電池結構，就是被制造成具有許多平行板組的標準方形電池結構。在這兩種類型中，電解質在ESD之內到處共用。卷繞式電池結構和方形電池結構兩者都由于它們的電通路而承受著高電阻之害，其中所述電通路必須穿過多個連接并且跨越相當長的距離以覆蓋串聯的布局中從一個電池到下一個電池的整個電路。另外，卷繞式電池結構和方形電池結構兩者都需要具有相對較高的機械穩定性的電極，以便組裝和處理該電極并將其封裝到電池之內。卷繞式電池的電極必須有足夠的彈性以避免與卷繞有關的應力相關型缺陷，因為該電極在卷繞和封裝過程期間被彎曲到某一曲率范圍，這可能會帶來結構性的破壞并且對ESD的性能造成不利影響。方形電極通常是扁平的并且一般不會受到由卷繞式電池結構的卷繞過程所帶來的應力。但是，方形電極在電池內具有相同極性的平板之間需要另加的連接元件。因此，所希望的是提供避免卷繞過程并從而避免卷繞的應力相關型缺陷的ESD。 此外，還希望提供具有沿著折疊的機械互補的共集電極的或者沿著電子傳遞路徑的電極的 ESD，以消除如同方形電池結構那樣對另加的連接元件的需要。隨著ESD在各種應用中的使用的增加，這些器件的容量已經成為了重要的因素。 ESD容量是關于ESD所存儲的電荷的測度并且是能夠從ESD取出的最大能量的一部分。ESD 的容量可以與ESD內所含有的活性材料的質量以及在ESD內的電極之間的界面數有關。在常規的卷繞式電池結構和方形電池結構中，容量通過添加更多的材料(例如，通過添加更多的電極或者增加電極的尺寸)來增加。這增加了 ESD的尺寸，并且相對于所產生的容量的增量，可能給ESD增添了相當大的質量。因此，所希望的是提供具有容量增加的電池的層疊型雙極性ESD而最小化ESD的質量和體積。此外，還希望提供具有在電極之間的界面數增加的電池的層疊型雙極性ESD。
發明內容
鑒于以上情況，本發明提供了用于具有增加的容量和折疊電極的層疊型ESD的裝置和方法。根據一種實施例，本發明提供了具有沿層疊方向設置的第一導電襯底和第二導電襯底的ESD。第一活性材料可以設置于第一導電襯底和第二導電襯底之間，以及第二活性材料可以設置于第一導電襯底和第二導電襯底之間。第一和第二活性材料每個都可以折疊并且可以具有正交于層疊方向的多個平面部分，其中每個平面部分都可以通過折疊部分耦接至鄰接的平面部分，并且其中第一活性材料的每個相應平面部分可以與第二活性材料的相應平面部分形成界面(interface)。在本發明的一些實施例中，可以提供用于儲能器件的粉末充填電極。活性粉末可以被干法充填到襯底之內，并且活性粉末可以用潤濕劑潤濕以確保襯底的均勻分布和表面梯度。可以用粘結劑層將活性粉末覆涂(over-coat)于襯底的表面上。粘結劑層的化學阻力(chemical resistance)可以使活性粉末保持于原地，而允許電解質離子輸運到襯底以及從襯底輸運來。在一些實施例中，襯底可以耦接至可以折疊以形成折疊電極的共集電極。
在結合附圖來考慮下面的詳細描述時，本發明的以上及其他目標和優點將是顯而易見的，在全部附圖中相同的參考符號指示相同的部件，以及在附圖中圖1示出了根據本發明的一種實施例的雙極性電極單元(BPU)的結構的示意性截面圖；圖2示出了根據本發明的一種實施例的圖1的BPU的疊層的結構的示意性截面圖；圖3示出了根據本發明的一種實施例的層疊型雙極性ESD的結構的示意性截面圖；圖4示出了根據本發明的一種實施例的具有加厚電極的BPU的疊層的結構的示意性截面圖；圖5示出了根據本發明的一種實施例的具有電極折疊體的BPU的疊層的結構的示意性截面圖；圖6示出了根據本發明的一種實施例的具有電極折疊體的BPU的疊層的結構的示意性截面圖；圖7示出了根據本發明的一種實施例的折紙型電極折疊體的立體圖；圖8示出了根據本發明的一種實施例的圖7的折紙型電極折疊體的側視圖；圖9A和9B分別示出了根據本發明的一種實施例的活性材料電極層的結構的頂視圖和側視圖；圖9C示出了根據本發明的一種實施例的已經折疊的圖9A-9B的活性材料電極層的側視圖；圖IOA和IOB分別示出了根據本發明的一種實施例的活性材料電極層的結構的頂視圖和側視圖；圖IOC示出了根據本發明的一種實施例的已經折疊的圖10A-10B的活性材料電極層的側視圖；以及圖11示出了根據本發明的一種實施例的用于粉末充填電極的示例性流程圖。
具體實施例方式本發明提供了用于具有增加的容量的層疊型儲能器件(ESD)的裝置和方法，并且所述裝置和方法在下面參照圖1-11來描述。本發明涉及ESD，例如，蓄電池、電容器，或者可以存儲和/或提供電能或電流的任意其他適合的電化學能量或電力存儲器件。應當理解， 雖然本發明在此針對層疊型雙極性ESD來描述，但是所討論的概念可應用于任何電池間電極的配置，包括但不限于平行板、方形的、折疊的、卷繞的和/或雙極性的配置，任意其他適合的配置，或者它們的任意組合。具有層疊形式的密封電池的各種類型的ESD已經被開發出，該ESD與標準的卷繞式或方形ESD相比，能夠提供更高的放電率以及在外部連接器之間更高的電勢，并且因此為一些應用所高度需求。這些具有層疊形式的密封電池的ESD的一些類型已經被開發出， 該類型的ESD —般包括單獨密封的單極性電極單元(MPU)對的疊層。這些MPU每個都設置有涂布于集流體的第一側上的正極活性材料電極層或負極活性材料電極層。具有正極活性材料電極層的MPU (即，正極MPU)和具有負極活性材料電極層的MPU (即，負極MPU)使電解質層位于它們之間，用于使這兩個MPU的集流體電絕緣。這對正極MPU和負極MPU的集流體，連同活性材料電極層以及它們之間的電解質一起，被密封為單個電池或電池段。包括此類電池(每個電池都具有正極MPU和負極MPU)的疊層的ESD在此將被稱為“層疊型單極性” ESD。正極MPU的集流體中在第一電池內的未涂有電極層的那一側與負極MPU的集流體中在第二電池內的未涂有電極層的那一側電耦接，使得第一和第二電池處于層疊形式。這些在疊層中的電池段的串聯配置可能導致電勢在集流體之間是不同的。但是，如果特定電池的集流體彼此接觸或者如果特定電池中的兩個MPU的共同電解質與疊層中的任意另加的MPU共用，則該ESD的電壓和能量將會快速地衰減(即，放電)到零。因此，層疊型單極性ESD將其每個電池的電解質與它的其他每個電池的電解質獨立地密封開來。具有層疊形式的密封電池的其他類型的ESD已經被開發出，此類ESD—般包括一系列層疊型雙極性電極單元(BPU)。這些BPU每個都設置有涂布于集流體的相對兩側上的正極活性材料電極層和負極活性材料電極層。任意兩個BPU都能夠層疊于彼此之上，電解質層被設置于一個BPU的正極活性材料電極層與另一個BPU的負極活性材料電極層之間， 用于使這兩個BPU的集流體電絕緣。任意兩個相鄰的BPU的集流體，連同活性材料電極層以及它們之間的電解質一起，同樣可以是密封的單個電池或電池段。包括此類電池(每個電池都具有第一 BPU的一部分和第二 BPU的一部分)的疊層的ESD在此將被稱為“層疊型雙極性” ESD。雖然第一 BPU的正極側和第二 BPU的負極側可以形成第一電池，但是第二 BPU的正極側同樣可以與例如第三BPU的負極側或者負極MPU的負極側一起形成第二電池。因此， 個體BPU可以包含于層疊型雙極性ESD的兩個不同的電池內。這些在疊層中的電池的串聯配置可能導致電勢在集流體之間是不同的。但是，如果特定電池的集流體彼此接觸或者如果在第一電池中的兩個BPU的共同電解質與疊層中的任意其他電池共用，則該ESD的電壓和能量將會快速地衰減(即，放電)到零。常規的層疊型雙極性ESD使用扁平電極板。通過使用扁平電極板并使用邊緣密封將它們隔離開，在層疊型電化學ESD中的電池可以基本上獨立地工作。在獨立的電池被充電和被放電時，在相鄰的電池之間可能出現微小的壓力差。如果在相鄰的電池之間的壓力差超過每平方英寸幾磅，則平板電極可以從第一電池向第二電池偏移。這種偏移可以使第二電池的隔膜材料產生應變，產生其中可能出現短路的“熱點”。因為個體電池的物理元件和化學成分通常會是彼此略微不同的，所以在電池之間的壓力差通常都會存在。圖1示出了根據本發明的一種實施例的例示性的“平板”雙極性電極單元或BPU 102。用于層疊型電池ESD的平板結構在Ogg等人的美國專利申請No. 11/417，489和Ogg 等人的美國專利申請No. 12/069，793中進行了更詳細的討論，在此通過援引加入這兩個專利申請的全部內容。BPU 102可以包括可以設置于防滲的導電襯底或集流體106的第一側上的正極活性材料電極層104，以及可以設置于防滲的導電襯底106的另一側上的負極活性材料電極層108(參見，例如，在2007年10月9日公告的Fukuzawa等人的美國專利 No. 7，279，M8，在此通過援引加入該專利的全部內容)。應當理解，雙極性電極可以具有任意適合的形狀或幾何圖形。例如，作為選擇或另外地，在本發明的一些實施例中，“平板” BPU可以是“盤形”電極。這可以降低在雙極性 ESD的工作期間可能出現的壓力。盤形的及壓力平衡的電極在West等人的美國專利申請 No. 12/258, 854中進行了更詳細的討論，在此通過援引加入該申請的全部內容。圖2示出了根據本發明的一種實施例的BPU(參見，例如，圖1的BPU 102)疊層的結構的示意性截面圖。例如，多個BPU 202可以基本上垂直地層疊成具有電解質層210的疊層220，該電解質層210可以設置于兩個相鄰的BPU 202之間，使得一個BPU 202的正電極層204可以經由電解質層210與相鄰BPU 202的負電極層208相對。每個電解質層210 可以包括可以保持住電解質的隔膜(沒有示出)。隔膜可以使正電極層204和與其相鄰的負電極層208電隔離，而允許離子在電極單元之間遷移，這將在下面更詳細地描述。繼續參照圖2中的BPU 202的層疊狀態，例如，包含于第一BPU202的正電極層204 和襯底206、與第一 BPU 202相鄰的第二 BPU 202的負電極層208和襯底206、以及在第一和第二 BPU 202之間的電解質層210中的組件在此將被稱為單個“電池”或“電池段” 222。 每個電池段222的每個防滲襯底206可以由可適用的相鄰電池段222所共用。如圖3所示，例如，可以設置正極端和負極端，使它們連同一個或更多個BPU 2a-d 的疊層20 —起構成根據本發明的一種實施例的層疊型雙極性ESD 50。可以包括設置于防滲導電襯底16的一側上的正極活性材料電極層14的正極單極性電極單元或MPU 12可以放置于疊層20的第一端，其設置有電解質層(即，電解質層10e)，使得正極MPU 12的正電極層14可以在疊層20的該第一端處經由電解質層IOe與BPU(即，BPU 2d)的負電極層 (即，層8d)相對。可以包括設置于防滲導電襯底36的一側上的負極活性材料電極層38的負極單極性電極單元或MPU 32可以放置于疊層20的第二端，其設置有電解質層(S卩，電解質層IOa)，使得負極MPU 32的負電極層38可以在疊層20的該第二端處經由電解質層IOa 與BPU(即，BPU 2a)的正電極層(即，層4a)相對。MPU 12和32可以分別設置有相應的正極和負極電極引線13和33。應當指出，每個MPU的襯底和電極層可以與其相鄰BPU 2a/2d的襯底和電極層，以及在該MPU和其相鄰BPU 2a/2d之間的電解質一起形成電池段，例如在圖3中所示出的(參見，例如，段2 和22e)。在疊層20中所層疊的BPU加-d的數量可以是一個或更多個，并且可以適當地確定以便與例如ESD 50的期望電壓對應。每個BPU加-d可以提供任意所期望的電勢，使得ESD 50的期望電壓可以通過有效地添加由每個元件BPU加-d所提供的電勢而達到。應當理解，每個BPU加-d不必提供相同的電勢。在一些實施例中，可以對雙極性ESD 50進行構造，使得BPU疊層20及其各個正極和負極MPU 12和32可以在降低的壓力之下至少部分封裝(例如，全密封)到ESD殼體或包裝器40之內。MPU導電襯底16和36 (或者至少它們各自的電極引線13和33)可以引出 ESD的殼體40，以便例如在使用時減輕來自外部的沖擊并且防止環境退化。為了防止第一電池段的電解質(參見，例如，電池段22a的電解質層IOa)與另一電池段的電解質(參見，例如，電池段22b的電解質層IOb)結合，墊片或密封劑可以與相鄰電極單元之間的電解質層一起層疊，以將電解質密封于其特定的電池段之內。例如，墊片或密封劑可以是任意適合的可壓縮的或不可壓縮的固體或粘性材料，任意其他適合的材料或者它們的組合，其中該材料可以與特定電池的相鄰電極單元相互作用，以將電解質密封于它們之間。在一種適合的布局中，例如在圖3中所示出的，本發明的雙極性ESD可以包括墊片或密封60a_e，其中該墊片或密封60a_e可以被放置作為每個電池段22a_e的電解質層 10a-e以及活性材料電極層4a_d/14和8a_d/38附近的阻擋體。墊片或密封劑可以是連續的及閉合的，并且可以將電解質密封于墊片和該電池的相鄰電極單元(即，與該墊片或密封相鄰的BPU或BPU和MPU)之間。例如，墊片和密封劑可以在該電池的相鄰電極單元之間提供適當的間距。在密封層疊型雙極性ESD 50的電池段以防止第一電池段的電解質(參見，例如， 電池段22a的電解質層IOa)與另一電池段的電解質(參見，例如，電池段22b的電解質層 IOb)結合的情況下，電池段在電池充電和放電時可能于相鄰的電池(例如，電池22a/22b) 之間產生壓力差。可以設置平衡閥以基本上降低這樣產生的壓力差。平衡閥可以不是以機械方式就是以化學方式來如同半滲透膜或防爆片那樣工作，允許氣體的遷移，并且基本上防止電解質的遷移。ESD可以包含具有任意平衡閥組合的BPU。壓力平衡閥在West等人的美國專利申請No. 12/258，邪4中進行了更詳細的討論，在此通過援引加入該申請的全部內容。圖4-6示出了本發明中可以用來例如提高ESD的容量的不同實施例。圖4示出了根據本發明的一種實施例的兩個電池段42 +的疊層420的結構的示意性截面圖。如圖4所示，例如，每個電池段42h-b都可以包括正極活性材料電極層404 和負極活性材料電極層408，在它們之間設置有電解質層。防滲的導電襯底或集流體406c 可以位于疊層420的第一端，以及導電襯底406a可以位于疊層420的第二端。可以使用導電襯底406c和406a將層疊方向定義為從疊層420的第一端到疊層420的第二端的方向。 繼續參照圖4的層疊狀態，例如，在導電襯底406a和導電襯底406b之間的以及包括導電襯底406a和導電襯底406b的元件可以包含于電池段42 之內。類似地，在導電襯底406b 和導電襯底406c之間的以及包括導電襯底406b和導電襯底406c的元件可以包含于電池段42 之內。在圖4的疊層中，例如，正電極層404和負電極層408可以由間隙距離415隔開。 間隙距離415可以是任意適合的距離。例如，間隙距離415可以是在限制電極表面間的電子傳遞時使內阻最小化的任意適合的距離。例如，適合的間隙距離可以具體設計，并且可以是0密耳(mil)、5密耳、10密耳或更大。例如，間隙距離可以與ESD組件的閉合力、電極厚度以及活性材料的電極負載有關。例如，可以優化間隙距離，以在沒有于充放電循環期間給電極或隔膜造成過大的力的情況下使電極間距最小化。合并了可變容積的容器的ESD可以獨立地調整電池以設置各個間隙距離，用于補償循環期間電極的容積變化。可變容積的容器在West等人于2010年1月27日提交的美國專利申請No. 12/694，638中進行了更詳細的描述，在此通過援引加入該申請的全部內容。在一些實施例中，例如，要增加疊層420的ESD容量，可以通過增加高度404h或高度40 或兩者來加厚正電極層404和負電極層408，使得例如與在圖2的正電極層204和負電極層208之間的間隙距離相比，間隙距離415可以是相對較小的。但是，加厚正電極層404和/或負電極層408可能造成電導率的損失，因為陽極和陰極的界面面積可能沒有實質上改變(即，正電極層404和負電極層408的界面表面積在任一或兩個電極層被加厚時并未實質上改變)，然而所加厚的電極可能導致離子和電子流過更長的路徑，從而增加了內阻。圖5示出了根據本發明的一種實施例的兩個電池段52 +疊層520的結構的示意性截面圖。圖5示出了另一種用于通過例如提供在此稱為“ζ折疊”電極的電極來增加 ESD的容量的方法。如圖5所示，例如，每個電池片段52h-b可以包括正極活性材料電極層504和負極活性材料電極層508，電解質層設置于活性材料的每個界面(參見，例如，界面517、518和519)之間。防滲導電襯底或集流體506c可以位于疊層520的第一端，以及導電襯底506a可以位于疊層520的第二端。可以使用導電襯底506c和506a將層疊方向定義為從疊層520的第一端到疊層520的第二端的方向。繼續參照圖5的層疊狀態，例如， 在導電襯底506a和導電襯底506b之間的以及包括導電襯底506a和導電襯底506b的元件可以包含于電池段52 之內。類似地，在導電襯底506b和導電襯底506c之間的以及包括導電襯底506b和導電襯底506c的元件可以包含于電池段522b之內。提供ζ折疊電極可以顯著地增加給定的電池段52h_b內的在正電極層504和負電極層508之間的界面(例如，界面518)的數量。例如，與圖4中的電池段內的界面數相比，在電池段52 中可以有數量更多的在正電極層504和負電極層508之間的界面，其中圖4在每個電池段內僅示出單個界面(參見，例如，電池段42 )。ζ折疊電極的界面可以增加電極彼此接觸的以及與集流體接觸的表面積，由此降低ESD的內阻，因為電阻與表面積成反比。如圖5所示，在電池段之內可以設置可能不平衡的或者可能不使用的在正電極層 504和負電極層508之間的界面。例如，界面517和界面519可以位于具有相同極性的電極層之間。特別地，界面517可以在正電極層504的兩個平表面之間，以及界面519可以在負電極層508的兩個平表面之間。個體電極的邊緣可以是相對較鋒利的并且如果沒有用絕緣材料來優選地密封則可能刺穿隔膜。電極的邊緣還可以由絕緣材料隔離，以便不接觸襯底的內緣。隨著折疊數增加，質量控制變得更為重要，因為個體電池優選要在例如重量、厚度和封裝均勻性方面相匹配，以便限制密集點。圖6示出了根據本發明的一種實施例的兩個電池段62 +的疊層620的結構的節段截面圖。圖6示出了另一種用于通過例如提供“折紙型”電極折疊體來增加ESD的容量的方法。如圖6所示，例如，電池片段62h-b可以包括正極活性材料電極層604和負極活性材料電極層608，電解質層設置于活性材料的每個界面之間(參見，例如，界面621)。防滲導電襯底或集流體606c可以位于疊層620的第一端，以及導電襯底606a可以位于疊層 620的第二端。可以使用導電襯底606c和606a將層疊方向定義為從疊層620的第一端到疊層620的第二端的方向。繼續參照圖6的層疊狀態，例如，在導電襯底606a和導電襯底 606b之間的以及包括導電襯底606a和導電襯底606b的元件可以包含于電池段62 之內。 類似地，在導電襯底606b和導電襯底606c之間的以及包括導電襯底606b和導電襯底606c 的元件可以包含于電池段622b之內。提供折紙型電極可以顯著地增加給定的電池段62h_b內的在正電極層604和負電極層608之間的界面(例如，界面621)的數量。例如，與圖4中的電池段內的界面數相比，在電池段62 中可以有數量更多的在正電極層604和負電極層608之間的界面，其中圖4在每個電池段內僅示出單個界面(參見，例如，圖4的電池段422a)。此外，與圖5的界面數相比，圖6在極性相反的電極層之間可以有數量更多的界面，至少因為圖5的一些界面在具有相同極性的電極層之間(參見，例如，圖5的界面517和519)。如圖6所示，例如，界面621可以在正電極層604和負電極層608之間。折紙型電極實施例的優點可以是，在電池之內的每一個界面都可以在極性相反的電極層之間(即， 可以沒有在極性相同的電極層之間的界面，與圖5的界面517和519不同)。例如，ESD容量和電化學輸運性質可以取決于在極性相反的電極之間的界面的數量。因為折紙型電極可以增加在給定的電池中在極性相反的電極之間的界面的數量，這種配置可以顯著地增加 ESD的容量。這可以允許折紙型電極折疊體通過在電池段中增大陽極與陰極的界面面積來增加ESD容量。圖7示出了根據本發明的一種實施例的折紙型電極折疊體700的立體圖。例如， 圖7可以是圖6的折紙型電極折疊體的各個階段的更詳細的立體圖。如圖7所示，例如，正極活性材料電極層704和負極活性材料電極層708可以包括多個平面部分和折疊部分。例如，可以將圖7的折紙型電極700設置于ESD的電池段中(例如，圖3的電池段22b)。圖8示出了根據本發明的一種實施例的圖7的折紙型電極折疊體的側視圖。負電極層708的第一平面部分71 可以包括上平表面742和下平表面744。第一平面部分751a 可以通過第一折疊部分75 耦接至第二平面部分751b。類似地，第二平面部分751b可以通過第二折疊部分752b耦接至第三平面部分751c。在對應的正電極層704中可以有相似數量的平面部分和折疊部分。雖然示出了正電極層704和負電極層708各自只有三個平面部分和兩個折疊部分，但是應當理解，可以提供與折疊部分耦接的任意適合數量的平面部分。例如，為了提供具有所期望容量的ESD，在該ESD的一些電池內可以有優選數量的界面。每個電極層的平面部分可以設置于與ESD的層疊方向基本上正交的平面內。例如，圖7的每個平面部分751a-c可以處于與由軸741所界定的ESD的層疊方向正交的平面內。在一些實施例中，平面部分可以沿任意其他適合的方向來設置。例如，平面部分可以設置于從由軸741所界定的層疊方向徑向地面向外的平面內(即，平面部分可以處于與層疊方向基本上平行的方向上)。應當理解，電極層704和708可以有任意適合數量的可能形狀，其中該電極層704和708被設置在每一個界面可以位于具有相反極性的電極層之間的位置。例如，雖然圖7和8的平面部分的截面區域被示出為基本上矩形的，但是平面部分可以是圓形的、三角形的、六邊形的或任意其他所期望的形狀或者它們的組合。負電極層708的上平表面742可以與位于電池段之內的第一導電襯底(參見，例如，圖6的導電襯底606a)耦接，以及正電極層704的下平表面748可以與位于同一電池段之內的第二導電襯底(參見，例如，圖6的導電襯底606b)耦接。電極可以使用各種方法來連接至導電襯底。在一種實施例中，電極層可以使用壓力接觸件來耦接至導電襯底。例如， 彈簧接觸可以允許沒有焊接的電接觸。通過避免焊料疲勞，彈簧接觸可以例如抵抗沖擊、振動和腐蝕，并且可以提供相對較高的溫度循環。通過省略焊料層，例如，與引線連接相比，可以有相對較低的電阻。在其他實施例中，電極層可以點焊或燒結于導電襯底。如以上結合圖6-8所討論的，折紙型電極可以在電池段內提供在正電極層和負電極層之間的多個界面。例如，負電極層708的下平表面744和正電極層704的上平表面746 可以是圖8的折紙型電極的五個界面之一。應當理解，可以有任意適合數量的提供于電池段之內的界面。在本發明的一種實施例中，正極活性材料電極層(參見，例如，正電極層704)和/ 或負極活性材料電極層(參見，例如，負電極層708)可以分別包括單個活性材料電極片， 該活性材料電極片在多個折疊部分折疊，以便制成折紙型電極的結構。可以使用類似的方法來制作ζ折疊電極的結構或任意其他適合的折疊電極配置。作為選擇，在一些實施例中，正電極層和/或負電極層可以包括沿著共集電極或者在此稱為“電子滾道(electronic raceway)”所設置的一個或更多個電極，其中所述共集電極或“電子滾道”可以提供電子傳遞路徑。圖9A和9B分別示出了根據本發明的一種實施例的活性材料電極層的結構的頂視圖和側視圖。如圖9A和9B所示，例如，活性材料電極層904可以包括與共集電極或電子滾道901耦接的電極段90fe-c，該共集電極或電子滾道901可以用作電子傳遞路徑。雖然圖中示出了三個示意性電極段(即，電極段，但是應當理解，可以沿著電子滾道901設置任意適合數量的電極段。例如，根據用于ESD的任何優選設計準則，活性材料電極層904 可以包括一個或更多個電極段。電子滾道901中沒有與電極段耦接的部分可以折疊成如圖9c所示的折疊部分95 和952b，以形成折疊電極。當活性材料電極被折疊成例如折紙型或ζ折疊的配置時，每個電極段可以對應于活性材料電極的各平面部分。例如，電極段90 可以對應于平面部分951a，電極段90 可以對應于平面部分951b，以及電極端905c可以對應于平面部分951c。在一些實施例中，隔膜可以設置于活性材料電極層之間的電解質層內。例如，隔膜可以使正極活性材料電極層(參見，例如，正電極層204)和與其相鄰的負極活性材料電極層(參見，例如，負電極層208)電隔離，而允許電極單元之間的離子遷移。在一些實施例中， 作為選擇或另外地，隔膜可以設置于每個電極段(例如，電極段周圍。例如，隔膜套筒(s印arator sleeve)可以超聲焊接于電極段90 周圍。可以使用任意其他適合的技術或技術的組合將隔膜套筒裝配和/或固定于電極段90 周圍。如圖所示，電極段每個都可以是相同極性的(即，正極或負極)，并且可以具有基本上矩形的截面。應當理解，設置于電子滾道901上的電極段可以擁有任意適合數量的可能形狀。例如，雖然圖9A-9C的電極段的截面區域被示出為基本上矩形的，但是電極段可以是圓形的、三角形的、六邊形的或任意其他所期望的形狀或者它們的組合。圖10A-10C示出了根據本發明的一種實施例的具有圓形電極段的活性材料電極層的結構。如圖10A-10C所示，例如，活性材料電極層1004可以包括與共集電極或電子滾道1001耦接的電極段1005a-c，該共集電極或電子滾道1001可以用作電子傳遞路徑。活性材料電極層1004可以被折疊，其中每個電極段1005a-c可以對應于折疊電極的相應平面部分1051a-c，以及電子滾道1001中沒有與電極段lOOfe-c耦接的部分可以折疊成如圖IOC 所示的折疊部分105 和1052b，以制成折疊電極。本發明的折紙型電極可以幫助維持ESD的電極間距。如同在此所定義的，“電極間距”是在層疊型雙極性ESD中的活性材料電極層之間的距離。例如，這可以應用于在只含有一個正電極和一個負電極的電池內的正電極和負電極之間的距離。在一些實施例中，這可以應用于在同一電池內具有多個電極組或電極段的電池。對于具有多個電極或電極段的電池，可以有多個電極間距。當具有折紙型電極的ESD沿著層疊方向或軸(參見，例如，圖8的軸741)膨脹或收縮時，給定的平面電極部分(例如，圖8的平面部分751b)的位移可以涉及除以總折疊數的總移動距離，使得ESD的電極間距的變化在電極于ESD的工作期間沿著層疊軸膨脹和/ 或收縮的情況下可以是相對最小的。使用可變容積的容器來維持ESD內的電極間距在West 等人于2010年1月27日提交的美國專利申請No. 12/694, 638中進行了更詳細的討論，在此通過援引加入該申請的全部內容。應當理解，本發明的給定ESD的電池段可以包括以上結合圖1-10所討論的任意配置的、或者任意其他適合的配置的、或者它們的組合的正極和負極活性材料電極層。例如， 圖3的電池段2 可以包括加厚的電極配置，電池段22b可以包括ζ折疊電極配置，以及電池段22c可以包括折紙型電極折疊配置。根據本發明的實施例，可以使用任何適用于生成以上結合圖1-10所討論的任意活性材料電極層的技術。圖11示出了根據本發明的一種實施例的一種用于粉末充填活性材料電極層的方法的示例性流程圖1100。這一般可以涉及以下步驟將活性粉末干法充填到襯底內，以潤濕劑潤濕干法充填的粉末，以及以粘結劑層覆涂干法充填的粉末。在干法充填步驟1102中，可以將活性材料電極粉末干法充填到襯底或導電基體之內。襯底可以是可以保持住活性材料的任何導電性基體。例如，襯底可以是泡沫鎳。在潤濕步驟1104中，干法充填的粉末可以用潤濕劑來潤濕，以降低粘性并確保基本上均勻的分布和表面梯度，這可以允許活性材料相對均勻地從導電基體的表面輸運到導電基體的塊體內。例如，該步驟可以降低表面梯度，以允許活性材料相對較容易地滲入導電基體內。應當理解，活性材料電極粉末可以在其被充電到導電基體內之前、之后或兩者用潤濕劑來潤濕。此外，還應當理解，活性材料電極粉末可以使用任意適合的潤濕劑來潤濕，例如蒸餾水、乙醇或任意其他適合的試劑或者它們的組合。在一些實施例中，可以使用可以從導電基體上基本上溶解掉的潤濕劑。這可以確保可能為非反應性的(例如，對ESD的電性能沒有幫助的)微粒，和/或可能降低ESD的性能的微粒，沒有被留下作為襯底混合物中的副產物。作為選擇或另外地，可以將潤濕劑焙燒掉。例如，可以將諸如水、異丙醇(ispropyl alcohol)、乙醇和N-甲基吡咯烷酮(NMP)的溶劑或任意其它適合的試劑或者它們的組合蒸發掉或焙燒掉，以便留下很少的或基本上沒有的殘留物。在一些實施例中，如果殘余元素提高了導電基體的性能，則在溶解或焙燒掉大部分的潤濕劑之后留下殘余元素可以是所希望的。這可以是有用的，例如，在使用漿料浸漬工藝來制備電極時，其中可以使用含有親水粘結劑(例如，PVA)的粘性相對較低的漿料來增加表面梯度并且幫助電極的浸漬。粘結劑可以主要含有水，水在浸漬之后被溶解或被焙燒掉時可以留下少量有助于提高電極基體中的活性材料的機械特性的粘結劑材料。例如，粘結劑材料可以幫助使電極基體內的活性材料保持于原地。在循環期間，活性材料的體積可能會改變，而粘結劑材料可以幫助防止活性材料被擠出電極基體，導致ESD的早期失效模式。在覆涂步驟1106中，可以用粘結劑層將干法充填的活性材料電極粉末覆涂于導電基體的表面上。粘結劑層的化學阻力可以使干法填充的粉末保持于原地，而基本上允許電解質離子輸運到導電基體的活性材料以及從導電基體的活性材料輸運來。例如，可以使用粘結劑來將分離的粒子粘接到一起或者促進與表面的粘合。如果在將粉末粘貼到襯底或導電基體上之前使粘結劑與活性材料電極粉末混合，活性表面則可以涂有基本上不導電的材料。這可能潛在性地降低電導率并且可能降低ESD的化學動力， 以及給定的電池段和/或ESD可能具有降低的電性能和化學性能。如果不使用粘結劑，則活性材料電極粉末可以自由地遷移到整個電池內以及穿過隔膜，并且可以形成可能妨礙ESD 的性能或者甚至破壞電池的硬短路和/或軟短路。在一些實施例中，泡沫鎳可以用作正電極層和負電極層(參見，例如，圖7的正電極層704和負電極層708)兩者的導電基體。傳統上，泡沫鎳已經被使用于金屬氫化物鎳 (NiMH)ESD的正極氫氧化鎳Ni (OH)2電極。這是由于正極材料的相對較低的電導率。但是， 正電極和負電極兩者都可以使用泡沫鎳。這可以提高各導電基體內的界面。應當理解，流程圖1100的步驟只是例示性的。在不脫離本發明的范圍的情況下， 可以修改、省略或重新排布流程圖1100的任何步驟，可以將兩個或更多的步驟組合起來， 或者可以添加任意另加的步驟。制作本發明的折紙型電極一般地可以涉及提供活性材料電極層以及折疊該層的步驟。當折紙型電極折疊體被采用時(例如，圖7和8的折紙型電極700)，正極和負極活性材料電極層可以包括作為活性材料的支撐結構的柔性襯底或導電基體。在一些實施例中，導電基體可以是泡沫鎳，但是，還可以將任意其他適合的柔性的和/或穿孔的金屬導電基體或其組合用作活性材料的主體材料。在注入和折疊泡沫之前可以先調整泡沫基體在折疊部分的尺寸。這可以基本上防止泡沫鎳由于泡沫鎳相對較脆的材料性質而斷裂。插入調整片(tab)和/或將電子滾道附接于電極段(參見，例如，圖9B的電極段 905a-c)可能造成相對較鋒利的邊緣，該邊緣進而可能刺穿絕緣隔膜，如前面所討論的。耐電池內的電解質的導電材料，例如包括鎳、鍍鎳的銅、不銹鋼、鍍鎳的鋼或任意其他適合的材料或者它們的組合，可以用來附接連續的電子滾道條帶的電極段，該連續的電子滾道條帶然后可以被折疊以組成折疊電極疊層。在個體電極段(例如，電子滾道901)之間的材料被調整尺寸以接觸分開的電極段和/或最小化電位相同的電極(即，正極或負極)之間的內阻。例如，連接相同電位的電極段的材料與電極段相比可以具有相對較大的機械強度，以便較不容易由于折疊而斷裂，從而基本上防止在材料邊緣處的潛在的蠕變應力。例如，用于形成本發明的電極單元的襯底(例如，襯底6a-d、16和36)可以由任意適合的導電的且防滲或基本上防滲的材料形成，該材料包括但不限于無穿孔金屬箔、鋁箔、 不銹鋼箔、包括鎳和鋁的覆層材料、包括銅和鋁的覆層材料、鍍鎳的鋼、鍍鎳的銅、鍍鎳的鋁、金、銀，任意其他適合的材料或者它們的組合。在一些實施例中，每個襯底可以由彼此粘合的兩片或更多片金屬箔形成。例如，每個BPU的襯底通常可以為0. 025 5毫米厚，而每個MPU的襯底可以為0. 025 10毫米厚并且充當ESD的末端。例如，金屬化泡沫可以與例如扁平的金屬膜或金屬箔中的任意適合的襯底材料結合，從而可以通過使導電基體膨脹貫穿整個電極來降低電池段的活性材料之間的電阻。設置于這些襯底上用于形成本發明的電極單元的正電極層(例如，正電極層如-d和14)可以由任意適合的活性材料形成，例如，該活性材料包括但不限于氫氧化鎳 (Ni(0H)2)、鋅(Si)，任意其他適合的材料或者它們的組合。正極活性材料可以被燒結并被浸漬，以水性粘結劑涂布并被擠壓，以有機粘結劑涂布并被擠壓，或者通過用于包含具有其他支撐化學品的正極活性材料的任意其他適合的技術包含于導電基體中。電極單元的正電極層可以具有注入其基體內以降低溶脹的粒子，例如，包括但不限于金屬氫化物(MH)、 鈀(Pd)、銀(Ag)，任意其他適合的材料或者它們的組合。例如，這可以增加循環壽命，提高復合，以及降低電池段內的壓力。這些粒子(例如，MH)還可以與活性材料漿體(例如， Ni (OH)2)鍵合，用于提高電極內的電導率以及用于支持復合。設置于這些襯底上用于形成本發明的電極單元的負電極層(例如，負電極層8a_d 和38)可以由任意適合的活性材料形成，例如，該活性材料包括但不限于MH、Cd、Mn、Ag，任意其他適合的材料或者它們的組合。例如，負極活性材料可以被燒結，以水性粘結劑涂布并被擠壓，以有機粘結劑涂布并被擠壓，或者通過用于包含具有其他支撐化學品的負極活性材料的任意其他適合的技術包含于導電基體中。例如，負電極側可以具有注入負電極材料基體之內用于穩定結構、減少氧化以及延長循環壽命的化學品，包括但不限于Ni、&i、Al、任意其他適合的材料或者它們的組合。各種適合的粘結劑，例如包括但不限于有機羧甲基纖維素(CMC)粘結劑、Creyton 橡膠、PTFE(聚四氟乙烯)，任意其他適合的材料或者它們的組合，可以與活性材料層混合， 用于使這些層保持于它們的襯底。還可以將超靜(ultra-still)粘結劑(例如，200ppi的泡沫金屬)用于本發明的層疊型ESD的構造。在本發明的一些實施中用于形成活性材料電極層的共集電極或電子滾道(例如， 電子滾道901a)可以由任意適合的導電的且防滲或基本上防滲的材料形成，該材料包括但不限于例如無穿孔金屬箔、鋁箔、不銹鋼箔、包括鎳和鋁的覆層材料、包括銅和鋁的覆層材料、鍍鎳的鋼、鍍鎳的銅、鍍鎳的鋁、金、銀，任意其他適合的導電的和/或機械耐用的材料或者它們的組合。在一些實施例中，每個電子滾道可以由彼此粘合的兩片或更多片金屬箔形成。如以上所討論的，電子滾道可以具有相對較高的機械強度，以便抵抗來自折疊的潛在負應力效應。
本發明的ESD的每個電解質層的隔膜可以由任意合適的材料形成，該隔膜使其兩個相鄰的電極單元電隔離，而允許在那些電極單元之間的離子遷移。例如，隔膜可以含有纖維素超吸收劑以提高填充并且充當電解質儲層以增加循環壽命，其中該隔膜可以由聚吸麻布材料(polyabsorb diaper material)制成。由此，隔膜可以在ESD進行充電時釋放之前所吸收的電解質。在一些實施例中，與常規的電池相比，該隔膜可以是密度較低的且較厚的，使得電極間距(IES)相對常規的電極間距在開始時可以更高并且連續降低以在其壽命內維持ESD的容量(或容量比)以及延長ESD的壽命。隔膜可以是與電極單元上的活性材料的表面鍵合的相對較薄的材料，以減少短路并提高復合。例如，該隔膜材料可以被噴射上，被涂布上，被擠壓上，或者它們的組合。在一些實施例中，隔膜可以具有附接于其上的復合劑。例如，可以將該試劑注入隔膜的結構內 (例如，這可以通過在濕法工藝中使用聚乙烯醇(PVA或PV0H)將試劑粘合于隔膜纖維來物理俘獲試劑的方式完成，或者可以通過電沉積將試劑置入其中)，或者可以通過汽相沉積使該試劑成層于表面之上。例如，隔膜可以由有效地支持復合的任意適合的材料或試劑制成， 該材料或試劑包括但不限于Pb、Ag、任意其他適合的材料或者它們的組合。雖然隔膜可以阻止電池的襯底向彼此移動，但是在可以使用足夠堅硬而不會偏移的襯底的本發明的一些實施例中可以不設置隔膜。本發明的ESD的每個電解質層的電解質可以由可以在溶解或熔化時離子化以產生導電介質的任意適合的化合物形成。電解質可以是任意適合的化學品的標準電解質，例如，該化學品包括但不限于NiMH。電解質可以含有另加的化學品，例如，包括但不限于氫氧化鋰(LiOH)、氫氧化鈉(NaOH)、氫氧化鈣(CaOH)、氫氧化鉀(KOH)，任意其他適合的材料或者它們的組合。電解質還可以含有添加劑以提高復合，例如，該添加劑包括但不限于 Ag(OH)20例如，電解質還可以含有氫氧化銣(RbOH)，以提高低溫性能。在本發明的一些實施例中，電解質可以被凍結于隔膜之內，并且然后在ESD完全組裝之后解凍。這可以允許在墊片已經形成與電極單元鄰接的基本上流體緊密的密封之前將特別有粘性的電解質引入ESD 的電極單元疊層之內。本發明的ESD的密封或墊片(例如，墊片60a_e)可以由任意適合的材料或材料組合形成，其中該材料或材料組合可以將電解質有效地密封于由墊片和與其相鄰的電極單元所界定的空間之內。在一些實施例中，墊片可以由固體密封阻擋體或環，或者由能夠形成固體密封環的多個環部分形成，所述固體密封阻擋體或環可以由任意適合的非導電性材料制成，例如，該材料包括但不限于尼龍、聚丙烯、電池隔膜(cell gard)、橡膠、PV0H，任意其他適合的材料或者它們的組合。由固體密封阻擋體形成的墊片可以與相鄰電極的一部分接觸，以形成它們之間的密封。 作為選擇，墊片可以由任意適合的粘性材料或漿料形成，例如，該粘性材料或漿料包括但不限于環氧物、焦油浙青、電解質(例如，Κ0Η)防滲膠、可壓縮的粘合劑(例如，雙組分聚合物，例如由Henkel公司供應的Loetite 牌的粘合劑，該粘合劑可以由硅、丙烯酸和/或纖維增強型塑料(FRP)形成并且可以防止電解質滲透)，任意其他適合的材料或者它們的組合。由粘性材料形成的墊片可以與相鄰電極的一部分接觸，以形成它們之間的密封。在其他一些實施例中，墊片可以通過固體密封環和粘性材料的組合來形成，使得粘性材料可以提高固體密封環與相鄰電極單元之間的密封。作為選擇或另外地，例如，在將固體密封環、以另加的粘性材料處理的固體密封環、相鄰電極單元或者以另加的粘性材料處理的相鄰電極單元密封于其上之前，電極單元自身可以先用粘性材料來處理。而且，在一些實施例中，在相鄰的電極單元之間的墊片或密封劑可以設置有一個或更多個薄弱點，其中該一個或更多個薄弱點可以允許一些類型的流體(即，一些液體或氣體)穿過它們排出(例如，如果在由該墊片所界定的電池段中的內壓增大超過某一閾值)。一旦一定量的流體排出了或者內壓降低了，薄弱點就可以再密封上。至少部分地由一些類型的適合的粘性材料或漿料(例如，編織物(brai))形成的墊片可以被配置或被制備以允許一些流體穿過它們，并且被配置或被制備以防止其他一些流體穿過它們。該墊片可以防止任意電解質在兩個電池段之間共用，其中此類共用可以導致ESD的電壓和能量快速地衰減(即，放電)到零。如上所述，使用被設計為具有層疊形式的密封電池的ESD(例如，雙極性ESD 50) 的一個優點可以是ESD的增加的放電率。該增加的放電率可以允許使用一些腐蝕性較低的電解質(例如，通過去除或減少電解質的研磨、電導率提高和/或化學活性的一種或更多種成分)，其中該腐蝕性較低的電解質在其它情況下在方形或卷繞式ESD的設計中可能是不可行的。這種可以由層疊型ESD的設計所提供用于使用腐蝕性較低的電解質的余地可以允許在以墊片形成密封時使用一些環氧物(例如，J-B焊縫環氧物(J-B Weld印oxy))，這些環氧物在其它情況下可能由腐蝕性較高的電解質腐蝕。本發明的ESD的殼體或包封器(例如，殼體40)可以由任意適合的非導電性材料形成，其中該非導電性材料可以密封于端電極單元(例如，MPU 12和32)，用于露出它們的導電襯底(例如，襯底16和36)或者它們的關聯引線(即，引線13和33)。還可以形成包封器以產生、支撐和/或維持在墊片和與其相鄰的電極單元之間的密封，用于隔離在它們各自的電池段內的電解質。包封器可以產生和/或維持為這些密封所需的支撐，使得該密封可以在電池段的內壓增加時抵抗ESD的膨脹。包封器可以由任意適合的材料制成，例如， 該材料包括但不限于尼龍，任意其他聚合物或彈性材料(包括增強型組成物、丁腈橡膠或聚砜)，或熱縮包裝材料(shrink wrap material)，或任意剛性材料(例如，瓷釉涂布的鋼或任意其他金屬)，或任意絕緣材料，任意其他適合的材料或者它們的組合。例如，在一些實施例中，包封器可以由張力夾的外骨架形成，這可以維持對層疊電池的密封的連續壓力。非導電性阻擋體可以設置于疊層和包封器之間，用于防止ESD短路。繼續參照圖3，例如，本發明的雙極性ESD 50可以包括由MPU 12和32以及它們之間一個或更多個BPU 2a-d的疊層形成的多個電池段(例如，電池段22a_e)。根據本發明的一種實施例，襯底(例如，襯底6a-d、16和36)、電極層(例如，正極層4a-d和14，以及負極層8a_d和38)、電解質層(例如，層10a-e)及墊片(例如，墊片60a-e)中的每一個的厚度和材料可以彼此不同，不僅在電池段與電池段之間，而且在特定的電池段之內。幾何形狀和化學性質的這種變化，不僅在疊層層次上，而且在個體電池層次上，都可能造成具有不同優點和性能特性的ESD。另外，襯底、電極層、電解質層及墊片的材料和幾何形狀可以沿著疊層的高度方向在電池段與電池段之間變化。進一步參照圖3，例如，在ESD 50的每個電解質層lOa-e內所使用的電解質可以基于其各自的電池段22a_e距離電池段疊層的中部的接近程度而變化。 例如，最里面的電池段22c(即，在ESD 50中的五(5)個段22的中間電池段)可以包括由第一電解質形成的電解質層(即，電解質層10c)，而中間電池段22b和22d( S卩，在ESD 50 中與端電池段相鄰的電池段)可以包括各自由第二電解質形成的電解質層(即，分別為電解質層IOb和IOd)，而最外面的電池段2 和2 ( S卩，在ESD 50中的最外面的電池段)可以包括各自由第三電解質形成的電解質層(即，分別為電解質層IOa和10e)。通過在內部疊層中使用較高電導率的電解質，電阻可以是較低的，使得所生成的熱量可以較少。這可以通過設計而不是通過外部冷卻技術來提供對ESD的熱量控制。作為另一個實例，用作ESD 50的每個電池段中的電極層的活性材料同樣可以基于其各自的電池段22a_e距離電池段疊層的中部的接近程度而變化。例如，最里面的電池段22c可以包括由具有第一溫度和/或倍率性能的第一種活性材料形成的電極層(即，層 8b和如)，而中間電池段22b和22d可以包括由具有第二溫度和/或倍率性能的第二種活性材料形成的電極層(即，層8a/4b和層8c/4d)，而最外面的電池段2 和2 可以包括由具有第三溫度和/或倍率性能的第三種活性材料形成的電極層(即，層38/ 和層8d/14)。 例如，作為實例，ESD疊層可以通過用可以更好地吸收熱量的鎘鎳電極來構造最里面的電池段而進行熱管理，而最外面的電池段可以設置可能需要作為冷卻器的鎳金屬氫化物的電極。作為選擇，ESD的化學性質或幾何形狀可以是非對稱的，其中在疊層的一端的電池段可以由第一活性材料制成并且具有第一高度，而在疊層的另一端處的電池段可以由第二活性材料制成并且具有第二高度。而且，ESD 50的每個電池段的幾何形狀同樣可以沿著電池段的疊層方向變化。除了改變在特定電池段之內的活性材料之間的距離之外，一些電池段22a_e可以具有在那些段的活性材料之間的第一距離，而其他電池段可以具有在那些段的活性材料之間的第二距離。在任何情況下，具有在活性材料電極層之間的較小距離的電池段或其部分可以具有例如較高的功率，而具有在活性材料電極層之間的較大距離的電池段或其部分可以具有例如較大的枝晶生長空間、較長的循環壽命和/或較多的電解質儲備。例如，這些具有在活性材料電極層之間的較大距離的部分可以調節ESD的充電接受能力，以確保具有在活性材料電極層之間的較小距離的部分可以首先充電。在一種實施例中，ESD 50的電極層(例如，圖3的正極層如-d和14，以及負極層 8a-8d和38)的幾何形狀可以沿著襯底6a-d的徑向長度方向變化。對于圖3，電極層是厚度均勻的并且是關于電極形狀對稱的。在一種實施例中，電極層可以是非均勻的。例如，正極活性材料電極層和負極活性材料電極層的厚度可以隨著在導電襯底的表面上的徑向位置而變化。非均勻的電極層在West等人的美國專利申請No. 12/258，邪4中進行了更詳細的討論，在此通過援引加入該申請的全部內容。雖然以上所描述并示出的層疊型ESD的實施例每個都示出了包括密封于第一和第二電極單元中的每一個以將電解質密封于其中的墊片的電池段，但是應當指出，電池段的每個電極單元可以密封于其自身的墊片，并且兩個相鄰電極的墊片然后可以彼此密封以產生密封的電池段。在一些實施例中，墊片可以被注入成型于電極單元或另一墊片，使得它們可以熔融到一起以產生密封。在一些實施例中，墊片可以被超聲焊接于電極單元或另一墊片，使得它們可以共同形成密封。在其他實施例中，墊片可以被熱熔融于電極單元或另一墊片，或者通過熱流，由此可以加熱墊片或電極單元以使之熔化到另一墊片或電極單元之內。而且，在一些實施例中，代替將凹槽形部分形成于墊片和/或電極單元的表面內以形成密封或者除此之外，墊片和/或電極單元可以被穿孔或者具有穿過其一個或更多個部分的一個或更多個孔。作為選擇，可以提供孔或通道或穿孔使之穿過墊片的一部分，使得電極單元的一部分 (例如，襯底)可以成型至并穿過墊片。例如，在又一種實施例中，可以使孔穿過墊片和電極單元兩者，使得該墊片和電極單元中的每一個都可以成型至并穿過該墊片和電極單元中的另一個。雖然以上所描述并示出的層疊型ESD的實施例每個都示出了通過將具有基本上圓形截面的襯底層疊于圓柱形ESD內而形成的ESD，但是應當指出，各種形狀中的任一種都可以用來形成本發明的層疊型ESD的襯底。例如，本發明的疊層ESD可以通過層疊具有為矩形的、三角形的、六邊形的或任意其他所期望的形狀或者它們的組合的截面區域的襯底的電極單元來形成。應當理解，上文只是關于本發明的原理的說明，并且在不脫離本發明的范圍和精神的情況下，本領域技術人員可以進行各種修改。還應當理解，各種方向性和取向性詞語， 例如“水平的”和“垂直的”，“頂部”和“底部”和“側面”，“長度”和“寬度”和“高度”和“厚度”，“內面”和“外面”、“內部”和“外部”等，在此只是出于方便起見而使用，而并非旨在通過這些詞的使用來規定固定的或絕對的方向或取向。例如，本發明的器件，以及它們的個體零件，可以具有任意所期望的取向。如果重新取向，在它們的描述中可能需要使用不同的方向性或取向性詞語，但是將不改變它們在本發明的范圍和精神之內的基礎性質。本領域技術人員應當意識到，本發明可以通過與所描述的實施方式不同的實施方式來實現，其中所描述的實施方式僅為了說明的目的而非限制的目的給出，并且本發明僅由后面的權利要求所限定。
權利要求
1.一種儲能器件(ESD)，包括: 第一導電襯底；沿層疊方向設置的第二導電襯底；設置于所述第一導電襯底和所述第二導電襯底之間的第一活性材料；以及設置于所述第一導電襯底和所述第二導電襯底之間的第二活性材料，其中所述第一和第二活性材料各自被折疊并且包括正交于所述層疊方向的多個平面部分，其中每個平面部分通過折疊部分與相鄰的平面部分耦接，以及其中所述第一活性材料的每一個相應平面部分與所述第二活性材料的相應平面部分形成界面。
2.根據權利要求1所述的ESD，其中所述第一活性材料帶正電，并且所述第二活性材料帶負電。
3.根據權利要求1所述的ESD，其中所述第一活性材料與所述第一導電襯底耦接，并且所述第二活性材料與所述第二導電襯底耦接。
4.根據權利要求1所述的ESD，其中所述第一活性材料和所述第二活性材料包括作為所述第一和第二活性材料各自的支撐結構的柔性導電基體。
5.根據權利要求4所述的ESD，其中所述柔性導電基體是泡沫金屬鎳。
6.根據權利要求1所述的ESD，還包括用于將所述第一活性材料連接至所述第一導電襯底的第一壓力接觸件以及用于將所述第二活性材料連接至所述第二導電襯底的第二壓力接觸件。
7.根據權利要求1所述的ESD，其中所述第一活性材料和所述第二活性材料中的至少一個在折疊之前被套入各自的隔膜之內。
8.根據權利要求1所述的ESD，還包括在所述第一活性材料和所述第二活性材料的每個界面處的電解質層，其中所述電解質層包括隔膜和電解質。
9.根據權利要求1所述的ESD，還包括設置于所述第一和第二活性材料的所述多個平面部分中的每個平面部分處的電極段。
10.根據權利要求9所述的ESD，其中所述電極段具有圓形截面區域。
11.根據權利要求9所述的ESD，其中所述電極段具有矩形截面區域。
12.根據權利要求1所述的ESD，其中所述第一和第二活性材料的各自的所述多個平面部分和折疊部分組合以形成用作電子傳遞路徑的各自的電子滾道。
13.一種用于粉末充填儲能器件的電極的方法，所述方法包括 將活性粉末干法充填到襯底之內；用潤濕劑潤濕所述活性粉末以確保所述襯底的均勻分布和表面梯度；以及用粘結劑層將所述活性粉末覆涂于所述襯底的表面上。
14.根據權利要求13所述的方法，其中所述粘結劑層的化學阻力使所述活性粉末保持于原地，而允許電解質離子輸運到所述襯底以及從所述襯底輸運來。
15.根據權利要求13所述的方法，其中潤濕所述干法充填的粉末允許活性材料從所述襯底的表面輸運到所述襯底的塊體內。
16.根據權利要求13所述的方法，還包括將所述潤濕劑從所述活性粉末上溶解掉，其中所述潤濕劑在所述活性粉末中沒有留下殘余物。
17.根據權利要求13所述的方法，還包括 將所述潤濕劑從所述活性粉末上溶解掉；以及在所述活性粉末中留下殘余元素，其中所述殘余元素有助于所述電極的電性質。
18.根據權利要求17所述的方法，其中所述殘余元素增加了所述ESD的容量。
19.根據權利要求13所述的方法，還包括提供共集電極并且將所述襯底耦接至所述共集電極。
20.根據權利要求19所述的方法，其中所述共集電極被折疊以形成折疊電極。
全文摘要
本發明公開了一種疊層性儲能器件(ESD)，具有至少兩個按疊層方式布置的導電襯底。每個電池段可以包含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，以及在這兩個活性材料電極之間的電解質層。每個活性材料電極可以具有多個折疊部分和平面部分，以通過例如增加每個電池段內的界面數來增加ESD容量。
文檔編號H01M10/04GK102341949SQ201080009850
公開日2012年2月1日 申請日期2010年1月27日 優先權日2009年1月27日
發明者A·喬治, A·邁克爾, B·帕特森, D·J·韋斯特, J·K·韋斯特, J·雷加拉多, K·切里索爾, M·P·黑金斯, M·西塔, N·西塔, 周昕 申請人:G4協同學公司