具有抗枝状晶体和界面附着力受控的功能层的无阳极的固态电池单元的制作方法

具有抗枝状晶体和界面附着力受控的功能层的无阳极的固态电池单元
相关申请的交叉引用
1.本技术要求2018年12月4日提交的美国专利申请no.16/209,828的优先权，其内容通过引用其以整体结合于此以用于所有目的。


背景技术：

2.电池可以包括电化学电池，以向与其连接的各种电气组件提供电能。


技术实现要素：

3.本公开内容涉及用于电池组的电池单元。电池单元可以是具有抗枝状晶体功能层和支架层的无阳极的可再充电的电池单元。抗枝状晶体功能层和支架层可以都位于电池单元中的电解质层和导电层之间。相比于导电层，抗枝状晶体功能层可以具有对于电解质层更高的界面附着力。在电池单元的运转期间，抗枝状晶体功能层可以与从阴极层通过电解质层转移的锂离子结合而与锂材料形成合金。包含抗枝状晶体功能层可以通过防止锂枝状生长到电解质层中而改善电池单元的运转和耐性。与电解质层的较高的界面附着力可以引导锂沉积(lithium plating)到与导电层的界面，由此空间限制由电解质层和阴极层的枝状锂生长。
4.至少一个方面涉及用于为电动交通工具供电的装置。该装置可以包括电池组。电池组可以被配置在电动交通工具中而用于为电动交通工具供电。该装置可以包括电池单元。电池单元排列在电池组中。电池单元可以具有外壳，该外壳限定了在电池单元的外壳中的空腔。电池单元可以具有固体电解质。固体电解质可以具有第一侧面和第二侧面，用于在第一侧面和第二侧面之间转移离子。固体电解质可以被排列在空腔中。电池单元可以具有阴极。阴极可以沿固体电解质的第一侧面配置在空腔中。阴极可以与正端子电耦合。电池单元可以具有抗枝状晶体功能层。抗枝状晶体功能层可以沿固体电解质的第二侧面配置在空腔中。抗枝状晶体功能层可以具有第一侧面和第二侧面。抗枝状晶体功能层的第一侧面可以与固体电解质的第二侧面接触。抗枝状晶体功能层可以与经由固体电解质接收的锂材料形成合金。电池单元可以具有支架层。支架层可以沿抗枝状晶体功能层的第二侧面配置在空腔中。支架层可以与负端子电耦合。
5.至少一个方面涉及提供电池单元而用于为电动交通工具供电的方法。该方法可以包括将电池组配置在电动交通工具中而用于为电动交通工具供电。该方法可以包括在电池组中排列电池单元，该电池单元具有外壳，该外壳限定了在电池单元的外壳中的空腔。该方法可以包括在空腔中排列具有第一侧面和第二侧面的固体电解质而用于在第一侧面和第二侧面之间转移离子。该方法可以包括在空腔中沿固体电解质的第一侧面配置与正端子电耦合的阴极。该方法可以包括在空腔中沿固体电解质的第二侧面，配置具有第一侧面和第二侧面的抗枝状晶体功能层。抗枝状晶体功能层的第一侧面可以与固体电解质的第二侧面接触。抗枝状晶体功能层可以与经由固体电解质接收的锂材料形成合金。该方法可以包括
在空腔中沿抗枝状晶体功能层的第二侧面，配置与负端子电耦合的支架层。
6.至少一个方面涉及电动交通工具。该电动交通工具可以包括一个或多个组件。该电动交通工具可以包括电池组。电池组可以被配置在电动交通工具中而用于为一个或多个组件供电。该电动交通工具可以包括电池单元。电池单元排列在电池组中。电池单元可以具有外壳，该外壳限定了在电池单元的外壳中的空腔。电池单元可以具有固体电解质。固体电解质可以具有第一侧面和第二侧面，用于在第一侧面和第二侧面之间转移离子。固体电解质可以被排列在空腔中。电池单元可以具有阴极。阴极可以沿固体电解质的第一侧面配置在空腔中。阴极可以与正端子电耦合。电池单元可以具有抗枝状晶体功能层。抗枝状晶体功能层可以沿固体电解质的第二侧面配置在空腔中。抗枝状晶体功能层可以具有第一侧面和第二侧面。抗枝状晶体功能层的第一侧面可以与固体电解质的第二侧面接触。抗枝状晶体功能层可以与经由固体电解质接收的锂材料形成合金。电池单元可以具有支架层。支架层可以沿抗枝状晶体功能层的第二侧面配置在空腔中。支架层可以与负端子电耦合。
7.至少一个方面涉及方法。该方法可以包括提供一种装置。该装置可以被包括在电动交通工具中。该装置可以包括电池组。电池组可以被配置在电动交通工具中而用于为电动交通工具供电。该装置可以包括电池单元。电池单元排列在电池组中。电池单元可以具有外壳，该外壳限定了在电池单元的外壳中的空腔。电池单元可以具有固体电解质。固体电解质可以具有第一侧面和第二侧面，用于在第一侧面和第二侧面之间转移离子。固体电解质可以被排列在空腔中。电池单元可以具有阴极。阴极可以沿固体电解质的第一侧面配置在空腔中。阴极可以与正端子电耦合。电池单元可以具有抗枝状晶体功能层。抗枝状晶体功能层可以沿固体电解质的第二侧面配置在空腔中。抗枝状晶体功能层可以具有第一侧面和第二侧面。抗枝状晶体功能层的第一侧面可以与固体电解质的第二侧面接触。抗枝状晶体功能层可以与经由固体电解质接收的锂材料形成合金。电池单元可以具有支架层。支架层可以沿抗枝状晶体功能层的第二侧面配置在空腔中。支架层可以与负端子电耦合。
8.至少一个方面涉及用于为电动交通工具供电的电池单元。电池单元可以被配置在电池组中。电池组可以被配置在电动交通工具中而用于为电动交通工具供电。电池单元可以具有外壳，该外壳限定了在电池单元的外壳中的空腔。电池单元可以具有固体电解质。固体电解质可以具有第一侧面和第二侧面，用于在第一侧面和第二侧面之间转移离子。固体电解质可以被排列在空腔中。电池单元可以具有阴极。阴极可以沿固体电解质的第一侧面配置在空腔中。阴极可以与正端子电耦合。电池单元可以具有抗枝状晶体功能层。抗枝状晶体功能层可以沿固体电解质的第二侧面配置在空腔中。抗枝状晶体功能层可以具有第一侧面和第二侧面。抗枝状晶体功能层的第一侧面可以与固体电解质的第二侧面接触。抗枝状晶体功能层可以与经由固体电解质接收的锂材料形成合金。电池单元可以具有支架层。支架层可以沿抗枝状晶体功能层的第二侧面配置在空腔中。支架层可以与负端子电耦合。
9.这些和其他方面以及实现将在下面详细讨论。前述信息和以下详细描述包括各个方面和实施方式的说明性示例，并且提供用于理解所要求保护的方面和实施方式的性质和特征的概述或框架。附图提供了对各个方面和实施方式的例证和进一步的理解，并且被并入本说明书中并构成本说明书的一部分。
附图说明
10.附图无意按比例绘制。在各个附图中，相同的附图标记和符号指示相同的要素。为了清楚起见，并非每个组件都可以在每个附图中标记。在附图中：
11.图1是用于为电动交通工具供电的示例性电池单元的等比例的截面透视图；
12.图2是用于为电动交通工具供电的示例性电池单元的截面图；
13.图3是用于为电动交通工具供电的电池单元的示例性层图案的截面图；
14.图4是用于为电动交通工具供电的电池单元的示例性层图案的截面图；
15.图5是用于为电动交通工具供电的电池单元的示例性层图案的截面图；
16.图6是用于在充电周期期间为电动交通工具供电的示例性电池单元的截面图；
17.图7是用于在放电周期期间为电动交通工具供电的示例性电池单元的截面图；
18.图8是描绘用于在电动交通工具中容纳电池单元的示例性电池模块的截面图的简图(block diagram)；
19.图9是描绘用于在电动交通工具中容纳电池单元的示例性电池组的自顶向下的视图的简图；
20.图10是描绘安装有电池组的示例性电动交通工具的截面图的简图；
21.图11是描绘组装用于电动交通工具的电池组的电池单元的示例性方法的流程图；和
22.图12是描绘提供用于电动交通工具的电池组的电池单元的方法的实例的流程图。
具体实施方式
23.以下是与电动交通工具中的电池组的电池单元有关的各种概念及其实施方式的更详细说明。电池单元可以是具有抗枝状晶体和界面附着力受控的功能层的无阳极固态锂离子电池。可以以多种方式中的任何一种来实现上面介绍的和下面更详细讨论的各种概念。
24.本文描述了在对于机动车组态的电动交通工具中的电池组的电池单元。机动车组态包括任何类型的交通工具内的电气、电子、机械或机电设备的组态、排列或网络。机动车组态可以包括用于电动交通工具(ev)中的电池组的电池单元。ev可以包括电动机动车、小汽车、摩托车、踏板车、客运交通工具、客运或商用卡车、以及其他交通工具，例如海上或航空运输交通工具、飞机、直升机、潜艇、船只或无人机。ev可以是完全自主的，部分自主的或无人的。
25.锂离子电池单元可以用于电动交通工具中而用于为其中的组件供电。在锂离子电池单元中，锂离子可以在电池单元的充电期间从正电极移动到负电极，并在电池单元的放电期间从负电极移动回到正电极。锂离子电池单元的每个组件可以至少部分地包含在锂材料中。锂离子电池单元的阴极可以由锂基氧化物材料构成。锂离子电池单元的电解质可以是包含锂材料的固体电解质。锂离子电池单元的阳极可以由锂或石墨构成。阴极和阳极可以沿电池单元中的电解质的相对两侧排列。随着电池单元的反复充电和放电，通过电解质转移的锂材料可以变成积聚在电池单元的阳极中，并且随着锂材料分布不均匀可以导致枝状生长到电解质中。最终，锂材料从阳极的枝状生长可以穿进与阴极接触的电解质，从而导致电池单元的短路和灾难性故障。
26.减轻锂材料的枝状生长的一种方法可以包括在电解质和阳极之间排列有机缓冲层或无机缓冲层。有机缓冲层和无机缓冲层可以将锂离子从电解质转移到阳极，同时保持通过电池单元的相似水平的电阻抗。缓冲层可以物理上阻止锂材料的积聚，以将锂材料保留在阳极中。然而，通过缓冲层提供的阻碍锂生长可以最终失败。有机或无机缓冲层仍可能不会防止枝状生长，因为这样的缓冲层可能没有考虑或抵消锂转移通过电解质和沉积到阳极上的不均一性(inhomogeneity)。锂的不均一或不均匀分布可以变得更加成问题，尤其是在更快的充电速率下。因此，可能难以使用阳极和电解质之间的有机或无机阻挡层抑制锂向电解质中的枝状生长。
27.为解决锂离子电池中的锂材料的枝状生长的技术挑战，可以使用具有抗枝状晶体和界面附着力受控的功能层和支架层的无阳极的固态锂离子电池单元。抗枝状晶体功能层和支架层两者都可以被配置在并且位于电池单元的负电极侧。抗枝状晶体功能层可以沿与阴极相对的电解质侧排列在电池单元中。支架层可以排列在固态电解质和导电触头之间，以将电流输送进出电池单元。抗枝状晶体功能层可以由各种元素，如铋(bi)、锡(sn)、硅(si)、银(ag)、金(au)、锗(ge)、锑(sb)、硒(se)、铅(pb)、砷(as)、磷(p)、硫(s)、或铂(pt)的任何化学计量组合构成。抗枝状晶体功能层可以与经由电解质接收的锂材料形成键或合金。抗枝状晶体功能层也可以形成支架层结构的一部分，其中缓冲层的材料至少部分地分散到支架层结构中。抗枝状晶体功能层可以与支架层结构分开并且与支架层结构接合，并且可以是单层或多层结构。
28.在初始充电过程期间，来自阴极的锂离子可以迁移穿过电解质，并且可以到达在对侧的抗枝状晶体功能层和支架层结构。当锂材料到达抗枝状晶体功能层时，抗枝状晶体功能层可以与锂材料形成合金以将锂材料保留在其中。借助于锂材料与缓冲层的结合，相互扩散的缓冲层(buffer lay)可起阻挡层的作用，以降低锂以及促进剂(accelerator)的枝状生长的可能性，所述促进剂促进锂离子通过电解质的扩散。另外，穿过抗枝状晶体功能层的任何锂材料都可以被导向支架层结构和导电触头之间的界面。绝缘体(例如，有机或无机缓冲层)与支架层结构之间的界面附着力可以强于支架层结构与导电触头之间的界面附着力。同样地，经由电解质接收的锂材料可以沉积(plate)在支架层结构和导电触头之间的界面上。而且，即使在支架层结构和导电层之间的界面上锂材料的不均一的分布和浓度，可以通过抗枝状晶体功能层防止任何枝状生长到电解质中。
29.各图中，图1是描绘了用于为电动交通工具供电的电池单元105的等比例的截面图。电池单元105可以是系统或装置100的一部分，所述体系或装置可以包括至少一个电池组，该电池组包括电池单元105，其用于为电动交通工具的组件供电。电池单元105可以是用于为电气组件供电的无阳极的锂离子电池单元。电气组件可以是电动交通工具的一部分。由电池单元105供电的电气组件可以是电动交通工具装置(electric vehicle settings)之外的那些。电池单元105可以包括外壳110。外壳110可以被包含在安装于电动交通工具中的电池模块、电池组或电池阵列中。外壳110可以是任何形状的。外壳110的形状可以是尤其具有圆形(例如如所描绘的)、椭圆形或卵形基底的圆柱体。外壳110的形状也可以是具有多边形基底，尤其如三角形、正方形、矩形、五边形和六边形的棱柱。外壳110可以具有65mm至125mm的长度(或高度)。外壳110可以具有18mm至45mm的宽度(或如所描绘的圆柱体实例中的直径)。外壳110可以具有100mm至200mm的厚度。
30.电池单元105的外壳110可以包括一种或多种具有各种电导率或热导率、或其组合的材料。用于电池单元105的外壳110的导电和导热材料可以包括金属材料，尤其如铝、具有铜、硅、锡、镁、锰或锌的铝合金(例如，铝1000、4000、或5000系列的铝合金)、铁、铁碳合金(例如，钢)、银、镍、铜、和铜合金。用于电池单元105的外壳110的电绝缘和导热材料可以包括陶瓷材料(尤其例如，氮化硅、碳化硅、碳化钛、二氧化锆、氧化铍)和热塑性材料(尤其例如，聚乙烯、聚丙烯、聚苯乙烯、聚氯乙烯、或尼龙)。
31.电池单元105的外壳110可以具有至少一个横向表面，如顶表面115和底表面120。顶表面115可以相当于外壳110的顶横向侧面。顶表面115可以是外壳110的整体部分。顶表面115可以与外壳110分开并且被添加到外壳110的顶横向侧面上。底表面120可以相当于外壳110的底横向侧面，并且可以在顶表面115的相对侧面上。底表面120可以相当于外壳110的顶横向侧面。底表面120可以是外壳110的整体部分。顶表面115可以与外壳110分开并且被添加到外壳110的顶横向侧面上。电池单元105的外壳110可以具有至少一个纵表面，如侧壁125。侧壁125可以在外壳110的顶表面115和底表面120之间延伸。侧壁125可以在其上具有缩进部分(在本文中有时称为颈或波纹状区域)。顶表面115、底表面120、和侧壁125可以限定外壳110中的空腔130。空腔130可以相当于外壳110中的空的空间、区域或体积而容纳电池单元105的内容物。空腔130可以在外壳110中的顶表面115、底表面120、和侧壁125之间跨越。
32.电池单元105可以包括至少一个阴极层135(有时在本文中一般称为阴极)。阴极层135可以位于、排列、或者以其他方式配置在由外壳110限定的空腔130中。至少一部分的阴极层135可以接触或齐平于侧壁125的内侧。至少一部分的阴极层135可以接触或齐平于底表面120的内侧。阴极层135可以将常规电流从电池单元105输出并且可以在电池单元105放电期间接收电子。阴极层135还可以在电池单元105的放电期间释放锂离子。相反，阴极层135可以将常规电流接收到电池单元105中并且可以在电池单元105的充电期间输出电子。阴极层135可以在电池单元105的充电期间释放锂离子。阴极层135可以由锂基氧化物材料或磷酸盐材料构成。阴极层135可以由以下构成：锂钴氧化物(licoo2)、锂铁磷酸盐(lifepo4)、锂锰氧化物(limn2o4)、锂镍锰钴氧化物(linixmnycozo2)、和锂镍钴铝氧化物(linicoalo2)、连同其他的锂基材料。阴极层135可以具有50mm至120mm的长度(或高度)。阴极层135可以具有50mm至2000mm的宽度。阴极层135可以具有1μm至200μm的厚度。阴极层135的面积载荷可以为0.3gm/cm2至60mg/cm2。
33.电池单元105可以是无阳极的并且可以缺乏活性的(或反应性的)阳极层(有时在本文中一般称为阳极)。在具有阳极的电池单元中，阳极层可以由以下构成：活性物质，如石墨(例如，活性碳或灌以导电材料的)，锂钛酸盐(li4ti5o12)、或硅，连同其他的材料。在这样的电池单元的放电期间，阳极层可以经历氧化，并且可以将常规电流接收到电池单元中并且从电池单元输出电子。同时，在这样的电池单元中的阴极层可以经历还原并且可以从电池单元输出常规电流并且将电子接收到电池单元中。相反，在这样的电池单元的充电期间，阳极层可以经历还原，并且可以从电池单元输出常规电流并且将电子接收到电池单元中。另外，在这样的电池单元中的阴极层可以经历氧化，并且可以将常规电流接收到电池单元中并且从电池单元输出电子。
34.电池单元105可以包括至少一个复合结构140(有时在文本中称为被动层、非活性
层、非反应性层、或相互扩散层)代替活性阳极层。复合结构140可以位于、排列、或者以其他方式配置在由外壳110限定的空腔130中。至少一部分的复合结构140可以接触或齐平于侧壁125的内侧。至少一部分的复合结构140可以接触或齐平于底表面120的内侧。复合结构140可以提供在电池单元105的放电期间将常规电流输送到电池单元105中并且在电池单元105的充电期间将常规电流从电池单元105输送出来。与具有阳极的电池单元的阳极层相反，在电池单元105的运转期间，电池单元105的复合结构140可能不经历氧化或还原。复合结构140可以具有50mm至120mm的长度(或高度)。复合结构140可以具有50mm至2000mm的宽度。复合结构140可以具有1μm至40μm的厚度。
35.电池单元105可以包括固体电解质层145(有时在本文中一般称为电解质或固体电解质)。固体电解质层145可以位于、配置、或者以其他方式排列在由外壳110限定的空腔130中。至少一部分的固体电解质层145可以接触或齐平于侧壁125的内侧。至少一部分的固体电解质层145可以接触或齐平于底表面120的内侧。固体电解质层145可以排列在复合结构140和阴极层135之间，以将复合结构140和阴极层135分开。固体电解质层145可以在复合结构140和阴极层135之间转移离子。在电池单元105的运转期间，固体电解质层145可以将阳离子从复合结构140转移到阴极层135。在电池单元105的运转期间，固体电解质层145可以将阴离子(例如，锂离子)从阴极层135转移到复合结构140。固体电解质层145可以具有50mm至120mm的长度(或高度)。固体电解质层145可以具有50mm至2000mm的宽度。固体电解质层145可以具有1μm至200μm的厚度。
36.固体电解质层145可以由固体电解质材料构成。固体电解质层145可以由陶器电解质材料，尤其如锂磷氧化
‑
氮化物(li
x
po
y
n
z
)、锂锗磷酸盐硫(li
10
gep2s
12
)、氧化钇
‑
稳定的氧化锆(ysz)、nasicon(na3zr2si2po
12
)、β
‑
氧化铝固体电解质(base)、钙钛矿陶瓷(例如，钛酸锶(srtio3))构成。固体电解质层145可以由高分子电解质材料(在本文中有时称为混杂或伪固态电解质)，尤其如聚丙烯腈(pan)、聚环氧乙烷(peo)、聚甲基丙烯酸甲酯(pmma)、和聚偏二氟乙烯(pvdf)构成。固体电解质层145可以由玻璃电解质材料，如硫化锂
‑
五硫化磷(li2s
‑
p2s5)、硫化锂
‑
三硫化二硼(li2s
‑
b2s3)、和硫化锡
‑
五硫化磷(sns
‑
p2s5)构成。电解质材料145可以尤其包括陶器电解质材料、高分子电解质材料、和玻璃电解质材料的任何组合。
37.电池单元105可以包括至少一个中心载体150。中心载体150可以位于、排列或配置在由外壳130限定的空腔130中。至少一部分的中心载体150可以接触或齐平于侧壁125的内侧。至少一部分的中心载体150可以接触或齐平于底表面120的内侧。中心载体150可以位置在由复合结构140、阴极层135、或固体电解质层145限定的空心中。空心中的中心载体150可以是任何结构或构件从而在堆形成中围绕阴极层135、被动层140、和电解质层145缠绕。中心载体150可以包括电绝缘材料，并且既不能用作电池单元105的正端子，也不能用作电池单元105的负端子。电池单元105还可以缺乏或不包括中心载体150。
38.各图中，图2是描绘了用于为电动车辆供电的电池单元105的截面图。如所举例说明的，至少一个阴极层135、至少一个复合结构140、和至少一个固体电解质层145可以被排列在电池单元105的外壳110中的空腔130中。至少一个阴极层135、至少一个复合结构140、和至少一个固体电解质层145可以顺次地或交替地被排列。在没有固体电解质145的情况下，阴极层135中的至少一个和阳极层140中的至少一个可以被分开。阴极层135中的至少一
个和阳极层140中的至少一个可以是互相相邻的。该组的阴极层135和该组的阳极层140可以彼此顺次地电耦合。各个阴极层135可以与阳极层140中的一个电耦合。各个复合结构140可以与阴极层135中的一个电耦合。各个阴极层135、各个复合结构140、各个固体电解质层145可以在空腔130中纵向排列。各个阴极层135、各个复合结构140、和各个固体电解质层145可以至少部分地从底表面120延伸到顶表面115。各个阴极层135、各个复合结构140、各个固体电解质层145可以在空腔130中横向地排列。各个阴极层135、各个复合结构140、和各个固体电解质层145可以至少部分地从一个侧壁125延伸到另一个侧壁125。
39.固体电解质层145可以包括至少一个第一侧面200。第一侧面200可以相当于固体电解质层145的一个表面(例如，纵向的或横向的)。第一侧面200可以相当于面对阴极层135的固体电解质层145的表面。至少部分地沿固体电解质层145的第一侧面200，阴极层135可以被配置在空腔130中。固体电解质层145的第一侧面200的至少一部分可以接触或齐平于阴极层135的至少一个侧面。固体电解质层145可以经由第一侧面200与阴极层135电耦合。在电池单元105的运转(例如，充电或放电)期间，固体电解质层145可以经由第一侧面200接收来自阴极层135的锂材料。由阴极层135释放的锂材料可以以阳离子的形式朝在固体电解质层145的另一侧面上的复合结构140移动通过固体电解质层145。
40.固体电解质层145可以包括至少一个第二侧面205。第二侧面205可以相当于固体电解质层145的一个表面(例如，纵向的或横向的)。第二侧面205可以在与第一侧面200的相对侧面上。第二侧面205可以相当于面对复合结构140的表面。复合结构140可以至少部分地沿固体电解质层145的第二侧面205被配置在空腔130中。固体电解质层145的第二侧面205的至少一部分可以接触或齐平于复合结构140的至少一个侧面。在电池单元105的运转(例如，充电或放电)期间，固体电解质层145可以将来自阴极层135的锂材料经由第二侧面205转移到复合结构140。在没有任何缓冲层的电池单元中，由于随着电池单元的重复操作越来越多的锂材料被收集，阳极层可以经历锂材料的枝状生长。来自阳极层的锂材料的枝状晶体形成可以最终穿进电解质层并到达阴极层，导致电池单元的短路。
41.阴极层135可以包括至少一个第一侧面210。第一侧面210可以相当于阴极层135的一个表面(例如，纵向的或横向的)。阴极层135的第一侧面210可以面对固体电解质层145的第一侧面200。阴极层135的第一侧面210的至少一部分可以接触或齐平于固体电解质层145的第一侧面200的至少一部分。阴极层135的第一侧面210可以与固体电解质层145的第一侧面200接合。阴极层135可以经由第一侧面210与固体电解质层145电耦合。在电池单元105的运转(例如，充电或放电)期间，阴极层135可以释放锂材料经由第一侧面210到固体电解质层145中。另外，阴极层135可以包括至少一个第二侧面215。第二侧面215可以相当于阴极层135的一个表面(例如，纵向的或横向的)。第二侧面215可以与在阴极层135上的第一侧面210相对。在电池单元105的放电期间，阴极层135可以通过第二侧面215接收电子并且经由第二侧面215释放常规电流。在电池单元105的充电期间，阴极层135可以通过第二侧面215释放电子并且可以经由第二侧面215接收常规电流。
42.复合结构140可以包括至少一个第一侧面220。第一侧面220可以相当于复合结构140的一个表面(例如，纵向的或横向的)。复合结构140的第一侧面220可以面对固体电解质层145的第二侧面205。复合结构140的第一侧面220的至少一部分可以接触或齐平于固体电解质层145的第二侧面205的至少一部分。复合结构140的第一侧面220可以与固体电解质层
145的第二侧面205接合。复合结构140可以经由第一侧面220与固体电解质层145电耦合。在电池单元105的运转(例如，充电或放电)期间，复合结构140可以经由第一侧面220接收来自固体电解质层145的由阴极层135释放的锂材料。此外，复合结构140可以包括至少一个第二侧面225。第二侧面225可以与在复合结构140上的第一侧面220相对。在电池单元105的放电期间，复合结构140可以通过第二侧面225释放电子并且经由第二侧面225接收常规电流。相反地，在电池单元105的充电期间，复合结构140可以接收来自第二侧面225的电子并且经由第二侧面225释放常规电流。
43.电池单元105可以包括至少一个正导电层230(在本文中有时称为正导电板或片)。正导电层230可以相当于或限定用于电池单元105的正端子。正导电层230可以沿阴极层135的第二侧面215配置或排列在电池单元105的外壳110中的空腔130中。正导电层230的至少一部分可以接触或齐平于阴极层135的第二侧面215的至少一部分。正导电层230可以沿第二侧面215与阴极层135接合。正导电层230可以经由第二侧面215与阴极层135电耦合。通过正导电层230，阴极层135可以与用于电池单元105的正端子电耦合。正导电层230可以由导电材料构成。用于正导电层230的导电材料可以包括金属材料，尤其如镍、铜、具有铜、硅、锡、镁、锰或锌的铝合金(例如，铝1000、4000、或5000系列的铝合金)、铁、铁碳合金(例如，钢)、银、和铜合金。用于正导电层230的导电材料还可以包括碳基材料，尤其如石墨和碳纤维。在电池单元105的放电期间，正导电层230可以接收电子到电池单元105中并且释放来自电池单元105的常规电流。相反地，在电池单元105的充电期间，正导电层230可以释放来自电池单元105的电子并且接收常规电流到电池单元105中。正导电层230可以具有50mm至120mm的长度(或高度)。正导电层230可以具有50mm至2000mm的宽度。正导电层230可以具有1
‑
30μm的厚度。
44.电池单元105可以包括至少一个负导电层235(在本文中有时称为负导电板或片)。负导电层235可以相当于或限定用于电池单元105的负端子。负导电层235可以是与正导电层230极性(polarity)相对的。负导电层235可以沿复合结构140的第二侧面225配置或排列在电池单元105的外壳110中的空腔130中。负导电层235的至少一部分可以接触或齐平于复合结构140的第二侧面225的至少一部分。负导电层235可以沿第二侧面225与复合结构140接合。负导电层235可以经由第二侧面225与复合结构140电耦合。通过负导电层235，复合结构140可以与电池单元105的负端子电耦合。负导电层235可以由导电材料构成。用于负导电层235的导电材料可以包括金属材料，尤其如镍、铜、具有铜、硅、锡、镁、锰或锌的铝合金(例如，铝1000、4000、或5000系列的铝合金)、铁、铁碳合金(例如，钢)、银、和铜合金。用于负导电层235的导电材料还可以包括碳基材料，尤其如石墨和碳纤维。在电池单元105的放电期间，负导电层235可以释放来自电池单元105的电子并且接收来自电池单元105的常规电流。相反地，在电池单元105的充电期间，负导电层235可以接收来自电池单元105的电子并且释放常规电流到电池单元105中。负导电层235可以具有50mm至120mm的长度(或高度)。负导电层235可以具有50mm至2000mm的宽度。负导电层235可以具有1
‑
30μm的厚度。
45.各图中，图3是描绘了用于为电动交通工具供电的电池单元105的层图案300的截面图。如所示，在用于电池单元105的层图案300中，复合结构140可以包括至少一个抗枝状晶体功能层305(在本文中有时称为电解质
‑
接合的相互扩散缓冲层或抗枝状晶体和界面附着力控制者层)。在层图案300中，抗枝状晶体功能层305可以沿固体电解质层145的第二侧
面205配置或排列在电池单元105的外壳110的空腔130中。抗枝状晶体功能层305可以沿复合结构140的第一侧面220形成或相当于复合结构140的至少一部分。抗枝状晶体功能层305的至少一个侧面可以包括或可以相当于复合结构140的第一侧面220。相当于复合结构140的第一侧面220的抗枝状晶体功能层305的侧面可以面对固体电解质层145的第二侧面205。沿第一侧面220的抗枝状晶体功能层305的至少一部分可以接触或齐平于固体电解质层145的第二侧面205的至少一部分。抗枝状晶体功能层305可以通过第一侧面220与固体电解质层145接合。抗枝状晶体功能层305可以经由第一侧面220与固体电解质层145结合。抗枝状晶体功能层305可以通过第一侧面220与固体电解质层145电耦合。另外，抗枝状晶体功能层305可以具有至少一个第二侧面315(有时在本文中称为中间侧面)。第二侧面315可以相当于固体电解质层145的一个表面(例如，纵向的或横向的)。抗枝状晶体功能层305的第二侧面315可以是与固体电解质层145接触的第一侧面220相对的。抗枝状晶体功能层305可以具有50mm至120mm的长度(或高度)。抗枝状晶体功能层305可以具有50mm至2000mm的宽度。抗枝状晶体功能层305可以具有0.01μm至10μm的厚度。抗枝状晶体功能层305的厚度可以相当于第一侧面220和第二侧面315之间的距离。
46.抗枝状晶体功能层305可以由以下构成：金属、半导体或非金属材料，尤其如铋(bi)、锡(sn)、硅(si)、银(ag)、金(au)、锗(ge)、锑(sb)、硒(se)、铅(pb)、砷(as)、磷(p)、硫(s)、或铂(pt)、或其任意组合。抗枝状晶体功能层305的材料的密度可以为0.1g/cc至30g/cc。抗枝状晶体功能层305还可以由无机或有机物质构成。在电池单元105的第一次充电周期之前，抗枝状晶体功能层305可以最初不含任何锂材料。在电池单元105的运转(例如，放电或充电)期间，抗枝状晶体功能层305可以接收通过固体电解质层145的第二侧面205从阴极层135转移的锂材料。抗枝状晶体功能层305可以与从固体电解质层145接收的锂材料结合或形成合金。经由与所接收的锂材料形成合金，抗枝状晶体功能层305可以沿第一侧面220与固体电解质层145结合。锂材料与抗枝状晶体功能层305的结合可以独立于锂材料通过固体电解质层145的分散的不均一性。由抗枝状晶体功能层305形成的合金可以包括，例如，二元合金(例如，锂
‑
铋(li
‑
bi)、锂
‑
锡(li
‑
sn)、或锂
‑
硅(li
‑
si))，三元合金(例如，锂
‑
铋
‑
硅(li
‑
bi
‑
sn)或锂
‑
磷
‑
铂(li
‑
p
‑
pt))，或四元合金(例如，锂
‑
硅
‑
锗
‑
锑(antinomy)(li
‑
si
‑
ge
‑
se))，连同任何其他的组合。通过与从固体电解质层145接收的锂材料形成合金，抗枝状晶体功能层305可以防止锂向固体电解质层145中的枝状生长。另外，由于抗枝状晶体功能层305的性质，抗枝状晶体功能层305可以促进通过固体电解质层145转移的锂材料的扩散。
47.在用于电池单元105的层图案300中，复合结构140可以包括至少一个支架层310(在本文中有时称为碳基体结构、石墨基体结构、或骨架结构)。支架层310可以被配置或排列在电池单元105的外壳110的空腔130中。支架层310可以沿第二侧面225形成或相当于复合结构140的一部分。支架层310的至少一个侧面可以包括或可以相当于复合结构140的第二侧面225。相当于复合结构140的第二侧面225的支架层310的侧面可以面对负导电层235的一个侧面。沿第二侧面225的支架层310的至少一部分可以接触或齐平于负导电层235的一个侧面的至少一部分。支架层310可以经由第二侧面225与负导电层235机械地耦合。支架层310可以通过第二侧面225与负导电层235接合。支架层310可以通过第二侧面225与负导电层235电耦合。
48.另外，支架层310可以具有至少一个第一侧面320(有时在本文中称为中间侧面)。第一侧面320可以相当于固体电解质层145的一个表面(例如，纵向的或横向的)。支架层310的第一侧面320可以是与固体电解质层145接触的第一侧面220相对的。沿第一侧面320的支架层310的至少一部分可以接触或齐平于抗枝状晶体功能层305的第二侧面315的至少一部分。支架层310的第一侧面320可以通过第二侧面315与抗枝状晶体功能层305机械地耦合。支架层310的第一侧面320可以经由第二侧面315与抗枝状晶体功能层305接合。支架层310的第一侧面320可以与抗枝状晶体功能层305的第二侧面315机械地耦合(例如，啮合、粘合、或连接)。啮合或粘合的，支架层310的第一侧面320可以与抗枝状晶体功能层305的第二侧面315重叠，并且反之亦然。支架层310可以经由支架层310的第一侧面320与抗枝状晶体功能层305电耦合。支架层310可以具有50mm至120mm的长度(或高度)。支架层310可以具有50mm至2000mm的宽度。支架层310可以具有1μm至30μm的厚度。支架层310的厚度可以相当于第一侧面320和第二侧面225之间的距离。支架层310的厚度可以大于抗枝状晶体功能层305的厚度。支架层310的厚度与抗枝状晶体功能层305的厚度之间的比值可以为0
‑
1000。
49.支架层310可以由有机材料构成。支架层310可以由以下构成：碳基复合材料，尤其如碳纤维、玻璃碳、热解碳、石墨烯、石墨插层化合物(gic)。碳基复合材料可以由碳和接合剂构成，尤其如聚偏二氟乙烯(pvdf)、羧甲基纤维素(cmc)、苯乙烯
‑
丁二烯橡胶(sbr)、和聚酰亚胺(polymide)(pi)。支架层310的碳基复合材料的孔隙度可以为1％至99％。支架层310可以由金属
‑
有机骨架(mof)或共价有机骨架(cof)构成。支架层310可以由无机材料，如金属氧化物或金属
‑
无机骨架(mif)构成。用于支架层310的无机材料的孔隙度可以为数纳米至数微米。在电池单元105的第一次充电周期之前，支架层310可以最初不含任何锂材料。支架层310的材料可以与抗枝状晶体功能层305的材料结合。例如，沿第二侧面315的抗枝状晶体功能层305的材料的至少一部分可以沿第二侧面320啮合或插入以支架层310的碳基复合材料。因而，抗枝状晶体功能层305的第二侧面315和支架层310的第二侧面320之间的边界可以是阶梯的。
50.在电池单元105的充电期间，通过固体电解质层145从阴极层135接收的锂材料可以与抗枝状晶体功能层305结合或者可以横越支架层310。由于材料的不同，抗枝状晶体功能层305的第一侧面220与电解质层145的第二侧面205之间的界面附着力可强于支架层310的第二侧面225和负导电层235的侧面之间的界面附着力。由于抗枝状晶体功能层305与电解质145之间的界面附着力更强，锂材料沿第二侧面205附着的可能性可能是较低的。反而，锂材料沿支架层310的第二侧面225附着的可能性可能是较高的。因而，而非积聚在抗枝状晶体功能层305的第一侧面220上，锂材料可以被引导通过支架层310朝向负导电层235。支架层310可以在电池单元105的充电期间允许锂材料沿第二侧面225积聚。由于锂材料被置于远离固体电解质层145，可以降低锂材料渗透到固体电解质层145中的生长的可能性。相反，在使电池单元105放电时，锂材料可以移动远离负导电层235，而朝抗枝状晶体功能层305返回。支架层310可以允许在电池单元105的放电期间沿复合结构140的第二侧面225积聚的锂材料的分散或剥离。以这种方式，可以通过朝向第二侧面225的支架层310限制在复合结构140处接收的锂材料的沉积(plating)。
51.各图中，图4是描绘了用于为电动交通工具供电的电池单元105的层图案400的截面图。如图所示，在用于电池单元105的层图案400中的复合结构140可以包括抗枝状晶体功
能层305和支架层310。另外，在用于电池单元105的层图案400中，支架层310可以具有至少一个与复合结构140的第二侧面225分开的第二侧面405(在本文中有时称为中间侧面)。支架层310可以形成或相当于至少在层图案400中的复合结构140的中间部分。第二侧面405可以不同于并且物理上远离复合结构140的第二侧面225。因而，支架层310的第二侧面405可以不与负导电层235直接物理接触。支架层310的第二侧面405可以不与负导电层235直接接合。支架层310的第二侧面405可以通过复合结构140的另一个子层与负导电层235电耦合。另一方面，在层图案400中，支架层310的第一侧面320的至少一部分可以接触或齐平于抗枝状晶体功能层305的第二侧面315。支架层310的第一侧面320可以与抗枝状晶体功能层305的第二侧面315接合。
52.在用于电池单元105的层图案400中，复合结构140可以包括至少一个另外的抗枝状晶体功能层410(在本文中有时称为导电层
‑
接合的抗枝状晶体功能层)。抗枝状晶体功能层410可以沿碳
‑
基体结构310的第二侧面405被配置或排列在电池单元105的外壳110的空腔130中。在碳
‑
基体结构310的第二侧面405和负导电层235之间，抗枝状晶体功能层410可以位于在外壳110的空腔130中。抗枝状晶体功能层410可以沿第二侧面225形成或相当于复合结构140的至少一部分。抗枝状晶体功能层410的至少一个侧面可以包括或相当于复合结构140的第二侧面225。相当于复合结构140的第二侧面225的抗枝状晶体功能层410的侧面可以面对负导电层235的一个侧面。抗枝状晶体功能层410沿第二侧面225的至少一部分可以接触或齐平于负导电层235的一个侧面的至少一部分。抗枝状晶体功能层410可以经由第二侧面225与负导电层235机械地耦合。抗枝状晶体功能层410可以通过第二侧面225与负导电层235接合。抗枝状晶体功能层410可以经由第二侧面225与负导电层235电耦合。
53.另外，抗枝状晶体功能层410可以具有至少一个第一侧面415(在本文中有时称为中间侧面)。第一侧面415可以相当于抗枝状晶体功能层410的一个表面(例如，纵向的或横向的)。抗枝状晶体功能层410的第一侧面415可以与和负导电层235接触的第二侧面225相对。抗枝状晶体功能层410沿第一侧面415的至少一部分可以接触或齐平于支架层310的第二侧面405的至少一部分。抗枝状晶体功能层410的第一侧面415可以通过第二侧面405与支架层310机械地耦合。抗枝状晶体功能层410的第一侧面415可以经由第二侧面405与支架层310接合。抗枝状晶体功能层410的第一侧面415可以与支架层310的第二侧面405机械地耦合(例如，啮合、粘合、或连接)。抗枝状晶体功能层410可以经由支架层310的第一侧面405与支架层310电耦合。抗枝状晶体功能层410可以具有50mm至120mm的长度(或高度)。抗枝状晶体功能层410可以具有50mm至120mm的宽度。抗枝状晶体功能层410可以具有0.01μm至10μm的厚度。抗枝状晶体功能层410的厚度可以相同于或可以不同于抗枝状晶体功能层305的厚度。抗枝状晶体功能层410的厚度可以相当于第一侧面415和第二侧面225之间的距离。抗枝状晶体功能层410的厚度可以小于支架层310的厚度。抗枝状晶体功能层405的厚度与支架层310的厚度之间的比值可以为0
‑
1000。
54.抗枝状晶体功能层410可以由以下构成：金属、半导体或非金属材料，尤其如铋(bi)、锡(sn)、硅(si)、银(ag)、金(au)、锗(ge)、锑(sb)、硒(se)、铅(pb)、砷(as)、磷(p)、硫(s)、或铂(pt)、或其任意组合。抗枝状晶体功能层410的材料的密度可以为0.1g/cc至30g/cc。抗枝状晶体功能层410可以由无机或有机物质构成。在电池单元105的第一次充电周期之前，抗枝状晶体功能层410可以最初不含任何锂材料。支架层310的碳基复合材料可以与
抗枝状晶体功能层410的材料结合。例如，沿第一侧面415的抗枝状晶体功能层410的材料的至少一部分可以沿第二侧面405啮合或插入以支架层310的碳基复合材料。因而，抗枝状晶体功能层305的第一侧面415和支架层310的第二侧面405之间的边界可以是阶梯的。
55.在电池单元105的充电期间，抗枝状晶体功能层410可以接收发源于阴极层135并且横越通过抗枝状晶体功能层305和支架层310的锂材料。抗枝状晶体功能层410可以与接收的锂材料结合或形成合金。锂材料与抗枝状晶体功能层410的结合可以独立于锂材料通过固体电解质层145的分散的不均一性。由抗枝状晶体功能层305形成的合金可以包括，例如，二元合金(例如，锂
‑
铋(li
‑
bi)、锂
‑
锡(li
‑
sn)、或锂
‑
硅(li
‑
si))，三元合金(例如，锂
‑
铋
‑
硅(li
‑
bi
‑
sn)或锂
‑
磷
‑
铂(li
‑
p
‑
pt))，或四元合金(例如，锂
‑
硅
‑
锗
‑
锑(antinomy)(li
‑
si
‑
ge
‑
se))，连同任何其他的组合。通过与从固体电解质层145接收的锂材料形成合金，抗枝状晶体功能层305可以防止锂向固体电解质层145中的枝状生长。另外，由于抗枝状晶体功能层305的性质，抗枝状晶体功能层305可以促进通过固体电解质层145转移的锂材料的扩散。
56.在电池单元105的充电期间，通过固体电解质层145从阴极层135接收的锂材料可以与抗枝状晶体功能层305结合或者可以横越通过抗枝状晶体功能层410。由于材料的不同，抗枝状晶体功能层305的第一侧面220与电解质层145的第二侧面205之间的界面附着力可强于抗枝状晶体功能层410的第二侧面225和负导电层235的侧面之间的界面附着力。由于抗枝状晶体功能层305与电解质145之间的界面附着力更强，锂材料沿第二侧面205附着的可能性可能是较低的。反而，锂材料沿抗枝状晶体功能层410的第二侧面225附着的可能性可能是较高的。因而，而非积聚在抗枝状晶体功能层305的第一侧面220上，锂材料可以被引导通过支架层310和抗枝状晶体功能层410，朝向负导电层235。支架层310和抗枝状晶体功能层410可以在电池单元105的充电期间允许锂材料沿第二侧面225积聚。由于锂材料被置于远离固体电解质层145，可以降低锂材料渗透到固体电解质层145中的生长的可能性。相反，在使电池单元105放电时，锂材料可以移动远离负导电层235，而朝抗枝状晶体功能层305返回。支架层310和抗枝状晶体功能层410可以允许在电池单元105的放电期间沿复合结构140的第二侧面225积聚的锂材料的分散或剥离。以这种方式，可以通过朝向第二侧面225的支架层310和抗枝状晶体功能层410限制在复合结构140处接收的锂材料的沉积。
57.各图中，图5是描绘了用于为电动交通工具供电的电池单元105的层图案500的截面图。在用于电池单元105的层图案500中，复合结构140可以包括支架层310和散布在支架层310中的抗枝状晶体功能层305。支架层310可以沿固体电解质层145的第二侧面205被配置或排列在电池单元105的外壳110中的空腔130中。支架层310可以形成或相当于电池单元105的层图案500中的全部或基本上全部(例如，大于85％)的复合结构140。支架层310可以至少部分地从复合结构140的第一侧面220跨越到第二侧面225。抗枝状晶体功能层305可以在支架层310中部分地跨越，从第一侧面220开始，朝复合结构140的第二侧面225。
58.支架层310的至少一个侧面(例如，纵向的或横向的)可以包括或相当于复合结构140的第一侧面220。支架层310沿第一侧面220的至少一部分可以接触或齐平于固体电解质层145的第二侧面205的至少一部分。支架层310可以通过第一侧面220与固体电解质层145机械地耦合。支架层310可以通过第一侧面220与固体电解质层145接合。支架层310可以通过第一侧面220与固体电解质层145电耦合。支架层310的至少一个侧面(例如，纵向的或横
向的)可以包括或相当于复合结构140的第二侧面225。沿第二侧面225的支架层310的至少一部分可以接触或齐平于负导电层235的一个侧面的至少一部分。支架层310可以通过第二侧面225与负导电层235机械地耦合。支架层310可以经由第二侧面225与负导电层235接合。支架层310可以通过第二侧面225与负导电层235电耦合。在层图案500中，支架层310可以具有50mm至120mm的长度(或高度)。支架层310可以具有50mm至2000mm的宽度。支架层310可以具有0.02μm至30μm的厚度。支架层310的厚度可以相当于复合结构140的第一侧面220和第二侧面225之间的距离。
59.抗枝状晶体功能层305可以扩散、分布或散布在支架层310中。抗枝状晶体功能层305可以由以下构成：金属、半导体或非金属材料，尤其如铋(bi)、锡(sn)、硅(si)、银(ag)、金(au)、锗(ge)、锑(sb)、硒(se)、铅(pb)、砷(as)、磷(p)、硫(s)、或铂(pt)、或其任意组合。抗枝状晶体功能层305可以由无机或有机物质构成。抗枝状晶体功能层305的材料可以被注入、啮合、或散布于支架层310的有机或无机材料中。抗枝状晶体功能层305的材料的密度或浓度可以在支架层310中改变或不同，并且可以为0.1g/cc至30g/cc。
60.抗枝状晶体功能层305可以在支架层310中形成梯度分散。在支架层310中用于抗枝状晶体功能层305的材料的梯度分散可以是线性的(例如，如图5中用阴影所描绘的)。沿第一侧面220的抗枝状晶体功能层305的材料的密度可以大于沿第二侧面225的抗枝状晶体功能层305的材料的密度。例如，用于抗枝状晶体功能层305的材料的密度可以是沿第一侧面220的最大值并且可以为25g/cc至30g/cc。对于抗枝状晶体功能层305的材料的密度可以是沿第二侧面225最小的并且可以为0.1g/cc至5g/cc。相反地，沿第一侧面220的抗枝状晶体功能层305的材料的密度可以小于沿第二侧面225的抗枝状晶体功能层305的材料的密度。例如，用于抗枝状晶体功能层305的材料的密度可以是沿第一侧面220的最大值并且可以为10g/cc至15g/cc。对于抗枝状晶体功能层305的材料的密度可以是沿第二侧面225最小的并且可以为25g/cc至30g/cc。在支架层310中对于抗枝状晶体功能层305的材料的梯度分散可以是凸的或凹的。沿第一侧面220和第二侧面225的抗枝状晶体功能层305的材料的密度可以大于通常沿碳
‑
基体结构310的中线505的抗枝状晶体功能层305的材料的密度。例如，对于抗枝状晶体功能层305的材料的密度可以为：朝第一侧面220，25g/cc至30g/cc，朝第二侧面225，20g/cc至25g/cc，和沿中线505，0.1g/cc至5g/cc。
61.在电池单元105的运转期间，抗枝状晶体功能层305和支架层310可以通过固体电解质层145的第二侧面205接收来源于阴极层135的锂材料。抗枝状晶体功能层305可以与从固体电解质层145接收的锂材料结合或形成合金。锂材料与抗枝状晶体功能层305的结合可以独立于锂材料通过固体电解质层145的分散的不均一性。由抗枝状晶体功能层305形成的合金可以包括，例如，二元合金(例如，锂
‑
铋(li
‑
bi)、锂
‑
锡(li
‑
sn)、或锂
‑
硅(li
‑
si))，三元合金(例如，锂
‑
铋
‑
硅(li
‑
bi
‑
sn)或锂
‑
磷
‑
铂(li
‑
p
‑
pt))，或四元合金(例如，锂
‑
硅
‑
锗
‑
锑(antinomy)(li
‑
si
‑
ge
‑
se))，连同任何其他的组合。通过与从固体电解质层145接收的锂材料形成合金，抗枝状晶体功能层305可以防止锂向固体电解质层145中的枝状生长。另外，由于抗枝状晶体功能层305的性质，抗枝状晶体功能层305可以促进通过固体电解质层145转移的锂材料的扩散。
62.可以通过在支架层310中的抗枝状晶体功能层305来维持锂材料的积聚。另外，由于抗枝状晶体功能层305的性质，抗枝状晶体功能层305可以促进通过固体电解质层145转
移的锂材料的扩散。此外，散布在支架层310中，在抗枝状晶体功能层305的材料与所接收的锂材料之间形成的合金可以驻留在支架层310中。在抗枝状晶体功能层305的材料与所接收的锂材料之间形成的合金的密度可以取决于在支架层310中的抗枝状晶体功能层305的密度。
63.此外，由于材料的不同，第一侧面220与电解质层145的第二侧面205之间的界面附着力可强于第二侧面225和负导电层235的侧面之间的界面附着力。由于抗枝状晶体功能层305与电解质145之间的界面附着力更强，锂材料沿第二侧面205附着的可能性可能是较低的。反而，锂材料沿支架层310的第二侧面225附着的可能性可能是较高的。因而，而非积聚在第一侧面220上，锂材料可以被引导通过支架层310朝向负导电层235。支架层310可以在电池单元105的充电期间允许锂材料沿第二侧面225积聚。由于锂材料被置于远离固体电解质层145，可以降低锂材料渗透到固体电解质层145中的生长的可能性。相反，在使电池单元105放电时，锂材料可以通过电解质层145移动远离负导电层235。支架层310可以允许在电池单元105的放电期间沿第二侧面225积聚的锂材料的分散或剥离。以这种方式，可以通过朝向第二侧面225的碳基体结构300限制在复合结构140处接收的锂材料的沉积。
64.各图中，图6是描绘在充电周期600期间的用于为电动交通工具供电的电池单元105的截面图。在电池单元105的充电之前，复合结构140可以最初缺乏锂材料的任何积聚或沉积(605)。反而，电池单元105中的锂材料可以驻留在阴极层135或固体电解质层145中。当电池单元105被充电时，锂材料可以沿负导电层235以板615的形式积聚在复合结构140中(610)。因为抗枝状晶体功能层305沿固体电解质层145排列，通过固体电解质层145接收的锂材料可以被引导通过支架层310朝向负导电层235。在朝负导电层235到达时，支架层310可以积聚锂材料以经历对支架层310和负导电层235之间的界面进行锂沉积615。锂沉积615可以具有0.01μm至100μm的厚度620。随着电池单元105的进一步充电，越来越多的锂材料可以沿与负导电层235的界面积聚在支架层310中(625)。随着通过固体电解质层145接收的越来越多的锂，锂沉积615可以具有大于厚度620的厚度630。锂沉积615的厚度630可以为0.01μm至100μm。任何另外的积聚的锂材料都可以与复合结构140的抗枝状晶体功能层305结合或形成合金，从而防止锂向固态电解质层145的枝状生长。
65.各图中，图7是描绘了在充电周期700期间的用于为电动交通工具供电的具有层图案300的电池单元105的截面图。在充电周期600后，复合结构140可以沿与负导电层325的界面在支架层310中具有锂沉积615(705)。锂沉积615可以具有厚度630。随着放电，锂材料的沉积可以被反转。随着电池单元105的放电，锂材料可以从被动层140移动回到固体电解质层145和阴极层135(710)。结果，锂沉积615可以具有厚度715，其可以小于充电后的厚度630。锂沉积615的厚度715可以为0.01μm至100μm。随着电池单元105的进一步放电，越来越多的锂材料可以朝固体电解质层145和阴极层145移回，并且锂沉积615最终可以被剥离(720)。
66.通过重复使用电池单元105(例如，充电周期600和放电周期700)，锂材料的传递可以不均匀地分布。这可以导致沿界面在一个区域中锂的结块，而在另一个区域中锂的不存在。在复合结构140中没有抗枝状晶体功能层305的情况下，电池单元105可以遭受锂枝状生长，其最终可以刺穿固体电解质层145，从而导致短路。然而，利用沿固体电解质层145配置的抗枝状晶体功能层305，可以防止锂材料向固体电解质层145中的枝状生长。随着锂材料
向固体电解质层145和阴极层135移回，锂材料可以变成结合的并且可以与抗枝状晶体功能层305形成合金。
67.各图中，图8是描绘了用于将一组电池单元105容纳在电动交通工具中的电池模块800的截面图。电池模块800可以是系统或装置100的一部分。电池模块800可以是任何形状的。电池模块800的形状可以是尤其具有圆形、椭圆形或卵形基底的圆柱体。电池模块800的形状也可以是具有多边形基底，尤其如三角形、正方形、矩形(例如，如所描绘的)、五边形和六边形的棱柱。电池模块800可以具有10cm至200cm的长度。电池模块800可以具有10cm至200cm的宽度。电池模块800可以具有65mm至100cm的高度。
68.电池模块800可以包括至少一个电池盒805和盖元件815。电池盒805可以与盖元件815分离。电池盒805可以包括或限定一组夹持器810。每个夹持器810可以是或包括由电池盒805限定的空心或空心部分。每个夹持器810可以收容、包含、存储或容纳电池单元105。电池盒805可以包括至少一种导电或导热材料，或其组合。在电池盒805和盖元件815之间，电池模块800可以包括至少一个正电流集电极820、至少一个负电流集电极825、和至少一个电绝缘层830。正电流集电极820和负电流集电极825可以各自包括导电材料以向电动交通工具中的其他电气组件提供电力。正电流集电极820(在本文中有时称为正母线)可以经由结合元件835与在所述的一组夹持器810中收容的各个电池单元105的正导电层230连接或以其他方式与之电耦合。结合元件835的一端可以被结合、焊接、连接、附着、或以其他方式电耦合至电池单元105的正导电层230。负电流集电极825(在本文中有时称为负母线)可以经由结合元件840与在所述的一组夹持器810中收容的各个电池单元105的负导电层235连接或以其他方式与之电耦合。结合元件840可以被结合、焊接、连接、附着、或以其他方式电耦合至电池单元105的负导电层235。
69.正电流集电极820和负电流集电极825可以通过电绝缘层830彼此分离。电绝缘层830可以包括空隙以便使连接到正电流集电极820的正结合元件835和连接到负电流集电极825的负结合元件825通过或对其进行装配。电绝缘层830可以部分地或完全地跨越由电池盒805和盖元件815限定的体积。电绝缘层830的顶平面可以接触或齐平于盖元件815的底平面。电绝缘层830的底平面可以接触或齐平于电池盒805的顶平面。电绝缘层830可以包括任何电绝缘材料或电介质材料，尤其如空气、氮气、六氟化硫(sf6)、陶瓷、玻璃和塑料(例如，聚硅氧烷)以将正电流集电极820与负电流集电极825分开。
70.各图中，图9是描绘了用于在电动交通工具中容纳多个电池单元105的电池模块800的自顶向下的视图。电池模块800可以限定或包括一组夹持器810。每个夹持器810的形状可以匹配电池单元105的壳体105的形状。各个夹持器810的形状可以是尤其具有圆形(例如如所描绘的)、椭圆形或卵形基底的圆柱体。各个夹持器810的形状也可以是具有多边形基底，尤其如三角形、正方形、矩形、五边形和六边形的棱柱。各个夹持器810的形状在整个电池模块800的范围内可以改变或可以是均匀的。例如，一些夹持器810的形状可以是六角形，而另外的夹持器的形状可以是圆形。各个夹持器810的尺寸可以大于收容在其中的电池单元105的尺寸。各个夹持器810可以具有10mm至300mm的长度。各个夹持器810可以具有10mm至300mm的宽度。各个夹持器810可以具有65mm至100cm的高度(或深度)。
71.各图中，图10是描绘了安装有电池组1005的电动交通工具1000的截面图。用于为电动交通工具1000供电的装置可以包括至少一个电池单元105、至少一个电池模块800、和
至少一个电池组1005，包括其组件。例如，电池组1005可以包括一个或多于一个电池模块。电动交通工具1000可以是电动机动车(例如，如所描绘的)、混合动力机动车、摩托车、踏板车、客运交通工具、客运或商用卡车、以及另一种类型的交通工具，尤其如海上或航空运输交通工具、飞机、直升机、潜艇、船只或无人机。电动交通工具1000可以包括至少一个电池组1005。电池组1005可以是系统或装置100的一部分。电池组1005可以收容、包含或以其他方式包括一组电池模块700。电池组1005可以是任何形状的。电池组1005的形状可以是尤其具有圆形、椭圆形或卵形基底的圆柱体。电池组1005的形状也可以是具有多边形基底，尤其如三角形、正方形、矩形(例如，如所描绘的)、五边形和六边形的棱柱。电池组905可以具有100cm至600cm的长度。电池组905可以具有50cm至400cm的宽度。电池组905可以具有70mm至1000mm的高度。
72.电动交通工具1000可以包括至少一个底盘1010(例如，框架，内部框架或支撑结构)。底盘1010可以支撑电动交通工具1000的各种组件。底盘1010可以跨越电动交通工具1000的前部1015(例如，引擎罩或发动机罩部分)，主体部分1020和后部1025(例如，行李箱部分)。电池组1005可以被安装或放置在电动交通工具1000内。电池组1005可以被安装在前部1015、主体部分1020(如图10中所描绘的)或后部1025中的电动交通工具1000的底盘1010上。
73.电动交通工具1000可以包括一种或多种组件1030。一种或多种组件1030可以尤其包括电机、娱乐系统(例如，收音机、显示屏和音响系统)，车载诊断系统和电子控制单元(ecus)(例如，发动机控制模块、传动控制模块，制动控制模块和车身控制模块)。一种或多种组件1030可以被安装在电动交通工具1000的前部1015、主体部分1020或后部1025中。安装在电动交通工具1000中的电池组1005可以经由至少一个正电流集电极1035和至少一个负电流集电极1040向一种或多种组件1030提供电力。正电流集电极1035和负电流集电极1040可以被连接或以其他方式电耦合至电动交通工具1000的其它的电气组件来提供电力。正电流集电极1035(例如，正母线)可以与在电池组1005中的各个电池模块800的各个正电流集电极1035连接或以其他方式与之电耦合。负电流集电极1040(例如，负母线)可以与在电池组1005中的各个电池模块800的各个负电流集电极825连接或以其他方式与之电耦合。
74.各图中，图11描绘了装配用于为电动交通工具供电的电池单元的方法1100。使用以上结合图1至图10详细描述的系统、装置或电池单元中的任一种，可以实施或进行方法1100的功能。方法1000可以包括配置电池组1005(动作1105)。电池组905可以被安装、排列或以其他方式配置在电动交通工具1000中。电池组905可以收容、包含或包括一组电池模块700。电池组905可以为电动交通工具1000的一种或多种组件1030来存储电力。电池组1005可以经由正电流集电极1035和负电流集电极1040向一种或多种组件1030提供电力。
75.方法1100可以包括排列电池单元105(动作1110)。电池单元105可以是锂离子电池单元。电池单元105可以被存储或包含在电池组1005中所包括的电池模块800的夹持器820中。电池单元105可以包括外壳110。外壳110可以由具有圆形、椭圆形或卵形基底的圆柱壳体或具有多边形基底的棱柱壳体形成。外壳110可以包括顶表面115、底表面120和侧壁125。外壳110可以具有空腔130，以容纳电池单元105的内容物。外壳110中的空腔130可以由顶表面115、底表面120、和侧壁125限定。
76.方法1100可以包括排列固体电解质层145(动作1115)。固体电解质层145可以由固
体或液体电解质材料构成。可以使用沉积技术如化学沉积(例如，化学气相沉积(cvd)或原子层沉积(ald))或物理沉积(例如，分子束外延(mbe)或物理气相沉积(pvd))来形成用于固体电解质层145的材料。对于液体电解质，可以将用于固体电解质层145的材料浸入或溶解在有机溶剂中。可以将固体电解质层145进料、插入或以其他方式放置到用于电池单元105的外壳110的空腔130中。固体电解质层145可以至少部分地跨越在用于电池单元105的外壳110的顶表面115、底表面120、和侧壁125之间。
77.方法1100可以包括配置阴极层140(动作1120)。可以使用沉积技术如化学沉积(例如，化学气相沉积(cvd)或原子层沉积(ald))或物理沉积(例如，分子束外延(mbe)或物理气相沉积(pvd))来形成阴极层135。阴极层135可以由固体阴极材料如锂基氧化物材料或磷酸盐构成。可以将阴极层135置于或插入用于电池单元105的外壳110的空腔130中。阴极层135可以至少部分地位于沿固体电解质层145的第一侧面200。阴极层135可以将常规电流输出到电池单元100中。阴极层135可以与也被插入在电池单元105的外壳110中的空腔130内的正导电层230电耦合。
78.方法1100可以包括配置抗枝状晶体功能层305(动作1125)。可以使用尤其与金属前体、溶剂(例如，无机或有机溶剂)或碳材料混合的浆料涂覆处理技术来形成抗枝状晶体功能层305。此外使用沉积技术如化学沉积(例如，化学气相沉积(cvd)或原子层沉积(ald))或物理沉积(例如，分子束外延(mbe)或物理气相沉积(pvd))，可以形成抗枝状晶体功能层305。使用模制、铸造、和熔炼一种或多种用于抗枝状晶体功能层305的材料，尤其如如铋(bi)、锡(sn)、硅(si)、银(ag)、金(au)、锗(ge)、锑(sb)、硒(se)、铅(pb)、砷(as)、磷(p)、硫(s)、和铂(pt)，可以形成抗枝状晶体功能层305。可以使用电镀技术形成抗枝状晶体功能层305。可以将抗枝状晶体功能层305置于或插入用于电池单元105的外壳110的空腔130中，作为复合结构140的一部分。抗枝状晶体功能层305可以至少部分地位于沿固体电解质层145的第二侧面205。抗枝状晶体功能层305可以经由另一个组件与也被插入在电池单元105的外壳110中的空腔130内的负导电层235电耦合。
79.方法1100可以包括配置支架层310(动作1130)。可以使用尤其与前体材料、溶剂(例如，无机或有机溶剂)或碳材料混合的浆料涂覆处理技术来形成抗枝状晶体功能层305。可以使用沉积技术如化学沉积(例如，化学气相沉积(cvd)或原子层沉积(ald))或物理沉积(例如，分子束外延(mbe)或物理气相沉积(pvd))来形成支架层310。支架层310可以由碳基复合材料构成。可以将支架层310置于或插入用于电池单元105的外壳110的空腔130中，作为复合结构140的一部分。支架层310可以至少部分地位于沿抗枝状晶体功能层305的第二侧面315。支架层310可以与也被插入在电池单元105的外壳110中的空腔130内的负导电层235电耦合。
80.各图中，图12描绘了提供用于为电动交通工具供电的电池单元的方法1200。使用以上结合图1至图10详细描述的系统、装置或电池单元中的任一种，可以实施或进行方法1200的功能。方法1200可以包括提供装置100(动作1205)。装置100可以安装在电动交通工具1000中。装置100可以包括配置在电动交通工具1000中的电池组1005，用于为电动交通工具1000的一种或多种组件930供电。电池组1005可以包括一个或多个电池模块800。装置100可以包括一组电池单元105。各个电池单元105可以排列在电池模块800中。电池单元105可以包括外壳110。外壳110可以包括顶表面115、底表面120和侧壁125。顶表面115、底表面
120、和侧壁125可以限定空腔130。
81.在由外壳110限定的空腔130中，电池单元105可以具有固体电解质层145。固体电解质层145可以具有第一侧面200和第二侧面205，并且可以在第一侧面200和第二侧面205之间转移离子。电池单元105可以具有阴极层135，其沿固体电解质层145的第一侧面200配置在外壳110的空腔130中。阴极层135可以经由正导电层230与电池单元的正端子电耦合。电池单元105可以具有抗枝状晶体功能层305，其沿第二侧面205配置在外壳110的空腔130中。抗枝状晶体功能层305可以是复合结构140的一部分，所述复合结构140沿第二侧面205配置在外壳110中的空腔130中。抗枝状晶体功能层305可以具有第一侧面220和第二侧面315。抗枝状晶体功能层305可以通过第一侧面220与固体电解质层145的第二侧面205接触。抗枝状晶体功能层305可以与经由固体电解质层145接收的锂材料形成合金。电池单元105可以具有支架层310，其沿抗枝状晶体功能层305的第二侧面315配置在外壳110的空腔130中。支架层310可以通过负导电层235与电池单元105的负端子电耦合。
82.尽管在附图中以特定顺序描绘了操作，但是这样的操作不需要以所示的特定顺序或以顺序执行，并且不需要执行所有示出的操作。可以以不同的顺序执行这里描述的动作。
83.现在已经描述了一些说明性的实施方式，很明显，前述内容是说明性的而非限制性的，已经通过实例的方式呈现。特别地，尽管本文呈现的许多实例涉及方法动作或系统元素的特定组合，但是那些动作和那些元素可以以其他方式组合以实现相同的目的。结合一个实施方式讨论的动作、要素和特征不旨在将其他实施方式或实施方案中的类似角色排斥在外。
84.本文中使用的措辞和术语是为了描述的目的，而不应被认为是限制性的。本文中使用的“包括”、“包含”、“具有”、“含有”、“涉及”、“特征在于”、“其特征在于”及其变化，意味着包括其后列出的项目、其等价物和附加项目，以及由其后专门列出的项目组成的替代实施方案。在一个实施方式中，本文描述的系统和方法由所描述的要素、动作或组件中的一个、多于一个的各个组合、或全部组成。
85.对本文以单数形式提及的系统和方法的实施方式或要素或动作的任何引用也可以涵盖包括多个这些要素的实施方式，并且对本文的任何实施方式或要素或动作的任何复数引用也可以涵盖仅包括单个要素的实施方式。单数或复数形式的引用不旨在将本文所公开的系统或方法、其组件、动作或要素限制为单个或复数个配置方式。对基于任何信息、动作或要素的任何动作或要素的引用可以包括其中动作或要素至少部分地基于任何信息、动作或要素的实施方式。
86.本文公开的任何实施方式可以与任何其他实施方式或实施方案组合，并且对“实施方式”、“一些实施方式”、“一个实施方式”等的引用不一定是相互排斥的，并且旨在指出结合实施方式描述的特定特征、结构或特性可以被包括在至少一个实施方式或实施方案中。如本文中所用的这些术语不一定全部指相同的实施方式。任何实施方式可以以与本文公开的方面和实施方式一致的任何方式与任何其他实施方式包容性地或排他性地组合。
87.对“或”的引用可以被解释为包容性的，使得使用“或”描述的任何术语可以指示所描述的术语中的单个、多于一个以及全部中的任何一种。例如，对
“‘
a’和
‘
b’中的至少一个”的引用可以仅包括“a”、仅包括“b”、以及包括“a”和“b”两者。结合“包括”或其它开放性术语使用的这些引用可包括额外项目。
88.在附图、详细说明或任何权利要求中的技术特征之后跟随有附图标记的情况下，包括附图标记以增加附图、详细说明和权利要求的可理解性。因此，附图标记或它们的不存在对任何权利要求要素的范围都没有任何限制作用。
89.在本质上不脱离本文公开的主题的教导和优点的情况下，可以发生所述要素和动作的修改，例如各种要素的大小、尺寸、结构、形状和比例、参数值、安装布置、材料的使用、颜色、取向的变化。例如，显示为整体形成的要素可由多个部分或要素构成，要素的位置可颠倒或以其它方式改变，且离散要素或位置的性质或数目可改变或变化。在不脱离本公开的范围的情况下，还可以在所公开的要素和操作的设计、操作条件和布置中进行其它替换、修改、改变和省略。
90.在不脱离本发明的特征的情况下，本文描述的系统和方法可以以其它特定形式来体现。例如，可以颠倒对正负电特性的描述。例如，描述为负要素的元件可以替代地配置为正要素，并且描述为正要素的元件可以替代地配置为负要素。进一步的相对平行、垂直、竖直或其它定位或取向描述包括在纯竖直、平行或垂直定位的 /
‑
10％或 /
‑
10度内的变化。除非另外明确指出，否则提及“大约”、“约”、“基本上”或其它程度术语包括相对于给定测量、单位或范围的 /
‑
10％的变化。耦合要素可以彼此直接或通过中间要素彼此电耦合、机械耦合或物理耦合。因此，本文所述的系统和方法的范围由所附权利要求而不是前述说明书来指出，并且在权利要求的等同方案的含义和范围内的变化被包含在其中。