电化学电池的厚电极的制作方法

1.本发明涉及用于电化学电池的电极。


背景技术：

2.本部分提供与本公开相关的背景信息，其不一定是现有技术。
3.需要先进的储能装置和系统以满足多种产品的能量和/或动力要求，包括汽车产品，如启停系统（例如12v启停系统）、电池组辅助系统、混合动力电动车（“hevs”）和电动车（“evs”）。典型的锂离子电池组包括至少两个电极和电解质和/或隔离件。两个电极之一可充当正电极或阴极，且另一个电极可充当负电极或阳极。隔离件和/或电解质可设置在负电极与正电极之间。电解质适合用于在电极之间传导锂离子，并且与两个电极一般，可为固体和/或液体形式和/或其混合物。液体电解质可包括溶解在有机溶剂或有机溶剂混合物中的一种或多种锂盐。液体电解质填充隔离件和在某些方面的负电极和/或正电极中的空隙和孔隙。在固态电池组（其包括固态电极和固态电解质）的情况下，固态电解质可物理分隔电极，从而不需要明确的隔离件。
4.常规的可再充电锂离子电池组通过在负电极与正电极之间可逆地来回传递锂离子来运行。例如，在电池组充电过程中，锂离子可从正电极移动至负电极，并且当电池组放电时在相反的方向上移动。此类锂离子电池组可以按需向相关负载装置可逆地供电。更具体地，可以通过锂离子电池组向负载装置提供电力，直到负电极的锂含量被有效耗尽。随后可通过在电极之间以相反方向传递合适的直流电流来对电池组进行再充电。
5.在放电过程中，负电极可含有相当高的嵌入锂浓度（例如在含石墨阳极的情况下），其被氧化成锂离子和电子。锂离子可例如通过插入的多孔隔离件的孔隙中所含有的离子导电电解质溶液由负电极向正电极行进。同时，电子经过外部电路由负电极传送至正电极。此类锂离子可通过电化学还原反应并入正电极材料中。在电池组的可用容量部分或完全放电后，可通过外部电源将该电池组再充电或再生，其逆转放电过程中发生的电化学反应。
6.许多不同的材料可用于形成锂离子电池组的组件。例如，用于锂电池组的正电极材料通常包括可以嵌入锂离子的电活性材料，如锂-过渡金属氧化物或混合氧化物，例如包括limn2o4、licoo2、linio2、limn
1.5
ni
0.5
o4、lini
(1-x-y)
co
xmy
o2（其中0《x《1，y《1，并且m可以是al、mn等等）或一种或多种磷酸盐化合物，例如包括磷酸铁锂或混合的磷酸锂锰铁。负电极通常包括锂插入材料或合金基质材料（alloy host material）。例如，用于形成阳极的典型的电活性材料包括石墨和其它形式的碳、硅和二氧化硅、锡和锡合金。
7.某些阴极材料具有特殊的优点。例如，一些电活性材料，如磷酸锂锰铁（limnfepo4）（lmfp），能够具有高能量密度（例如大约700 wh/kg）和长寿命。但是，这些材料可具有诸如大比表面积、高粒子间孔隙率和低振实密度的性质，所述性质带来了某些挑战，尤其在产生具有足够的负载容量的电极和/或厚电极时。例如，在传统湿法涂布工艺中低振实密度的材料可为难以并入的，因为电活性材料粒子倾向于彼此铺展开，生成例如具有低
能量密度和有限的容量负载（例如《 4 mah/cm2，任选大约1.1 mah/cm2）的薄电极（例如40 μm
ꢀ–ꢀ
100 μm）。此外，在湿法涂布工艺中制得的包括低振实密度材料的电极在干燥后可易于开裂。因此，开发克服和/或适应此类材料性质并同时允许厚电极设计的电极材料和制备此类电极材料的方法以及包含该电极材料的电化学电池将是令人合意的。


技术实现要素：

8.本部分提供本公开的概括性总结，并且并非对其全部范围或其所有特征的全面公开。
9.本公开涉及用于电化学电池的高容量电极。该电极包括磷酸锂锰铁（limn
x
fe
1-x
po4，其中0 ≤ x ≤ 1）（lmfp）并具有大于大约150
ꢀµ
m至小于或等于大约5 mm的厚度。电极可以具有大于大约4 mah/cm2至小于或等于大约50 mah/cm2的面积比容量。
10.在各个方面，本公开提供了用于电化学电池的电极。该电极包括集流体和与集流体的一个或多个暴露表面相邻设置的一个或多个电活性材料层。所述一个或多个电活性材料层可各自包括磷酸锂锰铁（limn
x
fe
1-x
po4，其中0 ≤ x ≤ 1）（lmfp）并可具有大于大约150
ꢀµ
m至小于或等于大约5 mm的厚度。电极可具有大于大约4 mah/cm2至小于或等于大约50 mah/cm2的面积比容量。
11.在一个方面，电极可进一步包括设置在集流体与一个或多个电活性材料层之间的一个或多个电子导电粘合剂层。
12.在一个方面，一个或多个电子导电粘合剂层各自可具有大于或等于大约0.5 μm至小于或等于大约20 μm的厚度。
13.在一个方面，一个或多个电子导电粘合剂层各自可包含大于或等于大约0.1重量%至小于或等于大约50重量%的一种或多种聚合物组分，和大于或等于大约0.1重量%至小于或等于大约50重量%的一种或多种导电填料。
14.在一个方面，一种或多种聚合物组分可选自聚丙烯酸（paa）、环氧树脂、聚酰亚胺、聚酯、聚丙烯酸酯、乙烯基酯、聚偏二氟乙烯（pvdf）、聚酰胺、硅酮、丙烯酸类树脂及其组合。一种或多种导电填料可以选自：炭黑、石墨烯、碳纳米管、碳纳米纤维、金属粉末、导电聚合物及其组合。
15.在一个方面，集流体可为具有大于或等于大约0.01体积%至小于或等于大约50体积%的孔隙率和大于或等于大约5 nm至小于或等于大约500
ꢀµ
m的平均孔隙尺寸的网状集流体。
16.在一个方面，一个或多个电活性材料层可在制造过程中压入网状集流体的孔隙中。
17.在一个方面，一个或多个电活性材料层中的至少一个可包括具有不同的粒子间孔隙率的一个或多个子层。所述一个或多个子层中具有较低粒子间孔隙率的子层可更靠近集流体设置，并且所述一个或多个子层中具有较高粒子间孔隙率的子层可更远离集流体设置。
18.在一个方面，一个或多个子层可包括具有第一粒子间孔隙率的第一子层和具有第二粒子间孔隙率的第二子层。第二粒子间孔隙率可大于第一粒子间孔隙率。第一子层可与集流体相邻设置，并且第二子层可与第一子层的暴露表面相邻设置。
19.在一个方面，一个或多个电活性材料层中的至少一个可具有大于大约150
ꢀµ
m至小于或等于大约500
ꢀµ
m的厚度。电极的面积比容量可为大于或等于大约4.5 mah/cm2至小于或等于大约7.5 mah/cm2。
20.在一个方面，一个或多个电活性材料层中的至少一个包括limn
0.7
fe
0.3
po4、limn
0.6
fe
0.4
po4、limn
0.8
fe
0.2
po4和limn
0.75
fe
0.25
po4中的一种或多种。
21.在一个方面，一个或多个电活性材料层掺杂有一种或多种掺杂剂，所述掺杂剂选自镁（mg）、铝（al）、钇（y）、钪（sc）及其组合。
22.在一个方面，电极可具有大于或等于大约1.0 g/cc至小于或等于大约3.0 g/cc的压实密度（press density）和大于或等于大约25体积%至小于或等于大约60体积%的粒子间孔隙率。
23.在一个方面，一个或多个电活性材料层中的至少一个包括大于或等于大约80重量%至小于或等于大约98重量%的磷酸锂锰铁（limn
x
fe
1-x
po4，其中0 ≤ x ≤ 1）（lmfp）。一个或多个电活性材料层中的至少一个可进一步包括大于或等于大约0.5重量%至小于或等于大约10重量%的一种或多种粘结剂；和大于或等于大约0.5重量%至小于或等于大约15重量%的一种或多种导电填料。
24.在各个方面，本公开提供了用于电化学电池的示例性电极。该电极包括集流体、电活性材料层、和设置在集流体与电活性材料层之间的电子导电粘合剂层。电活性材料层包括磷酸锂锰铁（limn
x
fe
1-x
po4，其中0 ≤ x ≤ 1）（lmfp）并具有大于大约150
ꢀµ
m至小于或等于大约500
ꢀµ
m的厚度。电子导电粘合剂层可包括大于或等于大约0.1重量%至小于或等于大约50重量%的一种或多种聚合物组分，和大于或等于大约0.1重量%至小于或等于大约50重量%的一种或多种导电填料。电子导电粘合剂层可具有大于或等于大约0.5 μm至小于或等于大约20 μm的厚度。
25.在一个方面，集流体可为具有大于或等于大约0.01体积%至小于或等于大约50体积%的孔隙率和大于或等于大约5 nm至小于或等于大约500
ꢀµ
m的平均孔隙尺寸的网状集流体。
26.在一个方面，电活性材料层包括具有第一粒子间孔隙率的第一子层和具有第二粒子间孔隙率的第二子层。第二粒子间孔隙率可大于第一粒子间孔隙率，并且第一子层可与集流体相邻设置。第二子层与第一子层的暴露表面相邻设置。
27.在各个方面，本公开提供了用于电化学电池的示例性电极。该电极包括集流体和与集流体的暴露表面相邻设置的电活性材料层。该电活性材料层可具有大于大约150
ꢀµ
m至小于或等于大约500
ꢀµ
m的厚度。电活性材料层可包括具有第一粒子间孔隙率的第一子层和具有第二粒子间孔隙率的第二子层。第二粒子间孔隙率可大于第一粒子间孔隙率。第一子层可与集流体相邻设置。第二子层可与第一子层的暴露表面相邻设置。第一子层和第二子层可各自包含磷酸锂锰铁（limn
x
fe
1-x
po4，其中0 ≤ x ≤ 1）（lmfp）。
28.在一个方面，集流体可为具有大于或等于大约0.01体积%至小于或等于大约50体积%的孔隙率和大于或等于大约5 nm至小于或等于大约500
ꢀµ
m的平均孔隙尺寸的网状集流体。
29.在一个方面，电极可进一步包括设置在集流体和第一子层之间的电子导电粘合剂层。该电子导电粘合剂层可具有大于或等于大约0.5 μm至小于或等于大约20 μm的厚度。
30.由本文中提供的描述使得其它适用领域变得显而易见。本发明内容的描述和具体实例仅意在为了举例说明的目的而无意限制本公开的范围。
附图说明
31.本文中描述的附图仅为了对所选实施方案进行举例说明的目的，并且并非所有可能的实施方式，并且无意限制本公开的范围。
32.图1是示例性电化学电池组电池的示意图；图2示出了根据本技术的各个方面的包括一个或多个厚度大于大约150
ꢀµ
m的电活性材料层的示例性电极；图3示出了根据本技术的各个方面的包括一个或多个厚度大于大约150
ꢀµ
m的电活性材料层与电子导电粘合剂层的示例性电极；图4示出了根据本技术的各个方面的包括与网状集流体的一个或多个表面相邻设置的一个或多个厚度大于大约150
ꢀµ
m的电活性层的示例性电极；图5示出了根据本技术的各个方面的包括一个或多个电活性层的示例性电极，所述电活性层包括具有第一粒子间孔隙率的第一子层和具有第二粒子间孔隙率的第二子层；图6是包括根据特定技术的各个方面制备的示例性电极的半纽扣电化学电池的面积比容量（mah/cm2）与电压（v）的图示说明；图7是包括根据特定技术的各个方面制备的示例性电极的半纽扣电化学电池的面积比容量（mah/cm2）与电压（v）的图示说明；图8是包括根据特定技术的各个方面制备的示例性电极的半纽扣电化学电池的面积比容量（mah/cm2）与电压（v）的图示说明；图9a是包括根据特定技术的各个方面制备的示例性电极的袋式电池的容量（ah）与电压（v）的图示说明；图9b是包括根据特定技术的各个方面制备的示例性电极的示例性袋式电池的容量（ah）与电压（v）的另一图示说明；图9c是包括根据特定技术的各个方面制备的示例性电极的示例性袋式电池的容量（ah）与电压（v）的另一图示说明；和图9d是在c/3的包括根据特定技术的各个方面制备的示例性电极的示例性袋式电池的容量保持率（%）的图示说明。
33.在附图的几个视图中，相应的附图标记指示相应的部件。
34.详细描述提供示例性实施方案从而使得本公开为完全的，并使本公开向本领域技术人员充分传达范围。阐述了许多具体细节，例如具体组成、组分、装置和方法的实例，以提供对本公开的实施方案的充分理解。对本领域技术人员显而易见的是，不需要采用具体细节，示例性实施方案可具体体现为许多不同的形式，并且它们都不应被视为限制本公开的范围。在一些示例性实施方案中，没有详细描述公知的方法、公知的装置结构和公知的技术。
35.本文中所用的术语仅为了描述特定的示例性实施方案，并且无意作为限制。除非上下文清楚地另行指明，如本文所用，单数形式“一”、“一个”和“该”可旨在也包括复数形式。术语“包含”、“包括”、“涵盖”和“具有”是可兼的，并且因此指定了所述特征、元件、组合
物、步骤、整数、操作和/或组分的存在，但不排除一种或多种其它特征、整数、步骤、操作、元件、组分和/或其群组的存在或加入。尽管开放式术语“包括”应被理解为用于描述和要求保护本文中所述的各种实施方案的非限制性术语，但在某些方面，该术语或可被理解成替代性地为更具限制性和局限性的术语，如“由
……
组成”或“基本由
……
组成”。由此，对叙述组合物、材料、组分、元件、特征、整数、操作和/或方法步骤的任意给定实施方案，本公开还具体包括由或基本由此类所叙述组合物、材料、组分、元件、特征、整数、操作和/或方法步骤组成的实施方案。在“由
……
组成”的情况下，替代实施方案排除任何附加的组合物、材料、组分、元件、特征、整数、操作和/或方法步骤，而在“基本由
……
组成”的情况下，从此类实施方案中排除了实质上影响基本和新颖特性的任何附加的组合物、材料、组分、元件、特征、整数、操作和/或方法步骤，但是不在实质上影响基本和新颖特性的任何组合物、材料、组分、元件、特征、整数、操作和/或方法步骤可以包括在实施方案中。
36.本文中描述的任何方法步骤、工艺和操作不应解释为必定要求它们以所论述或举例说明的特定次序履行，除非明确确定以一履行次序的形式进行。还要理解的是，除非另行说明，可采用附加或替代的步骤。
37.当组件、元件或层被提到在另一元件或层“上”，“啮合”、“连接”或“耦合”到另一元件或层上时，其可直接在另一组件、元件或层上，啮合、连接或耦合到另一组件、元件或层上，或可存在居间元件或层。相较之下，当元件被提到直接在另一元件或层上，“直接啮合”、“直接连接”或“直接耦合”到另一元件或层上时，可不存在居间元件或层。用于描述元件之间关系的其它词语应以类似方式解释（例如“之间”相对“直接在...之间”，“相邻”相对“直接相邻”等）。如本文所用，术语“和/或”包括一个或多个相关罗列项的任何和所有组合。
38.尽管术语第一、第二、第三等在本文中可用于描述各种步骤、元件、组件、区域、层和/或区段，但除非另有说明，这些步骤、元件、组件、区域、层和/或区段不应受这些术语限制。这些术语可仅用于将一个步骤、元件、组件、区域、层或区段与另一步骤、元件、组件、区域、层或区段进行区分。除非上下文清楚表明，术语如“第一”、“第二”和其它数值术语在本文中使用时并不暗示次序或顺序。因此，下文论述的第一步骤、元件、组件、区域、层或区段可以被称作第二步骤、元件、组件、区域、层或区段而不背离示例性实施方案的教导。
39.为了易于描述，在本文中可使用空间或时间上相对的术语，如“之前”、“之后”、“内”、“外”、“下”、“下方”、“下部”、“上”、“上部”等描述如附图中所示的一个元件或特征与其他（一个或多个）元件或（一个或多个）特征的关系。空间或时间上相对的术语可旨在涵盖装置或系统在使用或操作中在附图中所示的取向之外的不同取向。
40.在本公开通篇中，数值代表近似测量值或范围界限以涵盖与给定值的轻微偏差和大致具有所提及值的实施方案以及确切具有所提及值的实施方案。除了在详细描述最后提供的工作实例中之外，本说明书（包括所附权利要求）中的参数（例如量或条件）的所有数值应被理解为在所有情况中被术语“大约”修饰，无论在该数值前是否实际出现“大约”。“大约”是指所述数值允许一定的轻微不精确（在一定程度上接近该值的精确值；大致或合理地近似该值；几乎是）。如果在本领域中不以这种普通含义理解由“大约”提供的不精确性，那么本文所用的“大约”是指可由测量和使用此类参数的普通方法造成的至少偏差。例如，“大约”可包括小于或等于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%，和在某些方面任选小于或等于0.1%的偏差。
41.此外，范围的公开包括在整个范围内的所有值和进一步细分范围的公开，包括对这些范围给出的端点和子范围。
42.现在将参照附图更充分地描述示例性实施方案。
43.本公开涉及电化学电池的高容量电极。该电极包括磷酸锂锰铁（limn
x
fe
1-x
po4，其中0 ≤ x ≤ 1）（lmfp）并具有大于大约150
ꢀµ
m至小于或等于大约5 mm，且在某些方面大于大约150
ꢀµ
m至小于或等于大约2 mm的厚度。电极可以具有大于大约4 mah/cm2至小于或等于大约50 mah/cm2的面积比容量。
44.典型的锂离子电池组（例如循环锂离子的电化学电池）包括与第二电极（如负电极或阳极）相对的第一电极（如正电极或阴极）和设置在二者之间的隔离件和/或电解质。通常，在锂离子电池组包（battery pack）中，电池组或电池可以堆叠或卷绕配置进行电连接以提高总输出。锂离子电池组通过在第一电极与第二电极之间可逆地传送锂离子来运行。例如，在电池组充电过程中，锂离子可从正电极移动至负电极，并且当电池组放电时在相反的方向上移动。电解质适合用于传导锂离子（或在钠离子电池组的情况下为钠离子，等等），并可为液体、凝胶或固体形式。例如，图1中显示的电化学电池（也称为电池组）20的示例性与示意性图示说明。
45.此类电池用于车辆或汽车运输应用（例如摩托车、轮船、拖拉机、公共汽车、摩托车、活动房屋、露营车和坦克）。但是，本技术还可在广泛种类的其它行业和应用中采用，所述其它行业和应用以非限制性实例的方式包括航空航天部件、消费品、装置、建筑物（例如房屋、办公室、棚屋和仓库）、办公设备和家具、以及工业设备机械、农业或农场设备、或重型机械。此外，尽管所示实例包括单个阴极和单个阳极，本领域技术人员将认识到，本教导可以扩展至各种其它配置，包括具有一个或多个阴极和一个或多个阳极以及各种集流体与设置在所述集流体的一个或多个表面上或与所述集流体的一个或多个表面相邻设置的电活性层的那些。
46.如图1中所示，电池组20包括负电极22（例如阳极）、正电极24（例如阴极）和设置在两个电极22、24之间的隔离件26。隔离件26在电极22、24之间提供电隔离——防止物理接触。隔离件26还在锂离子循环过程中为锂离子和在某些情况下的相关阴离子的内部通行提供了最小电阻路径。在各个方面，隔离件26包括电解质30，其在某些方面也可存在于负电极22和正电极24中。在某些变体中，隔离件26可由固态电解质30形成。例如，隔离件26可由诸多固态电解质粒子（未显示）限定。
47.负电极集流体32可位于负电极22处或附近，并且正电极集流体34可位于正电极24处或附近。负电极集流体32可为包含铝或本领域技术人员已知的任何其它合适的导电材料的金属箔（例如实心或网状或覆盖箔）、金属格栅或筛网、或多孔金属。在某些变体中，负电极集流体32的表面可包括经表面处理（例如碳涂布和/或蚀刻）的金属箔。在每种情况下，负电极集流体32可具有大于或等于大约4 μm至小于或等于大约50 μm且在某些方面任选大约6 μm的厚度。正电极集流体34可为包含铝或本领域技术人员已知的任何其它合适的导电材料的金属箔（例如实心或网状或覆盖箔）、金属格栅或筛网、或多孔金属。在某些变体中，正电极集流体34的表面可包含经表面处理（例如碳涂布和/或蚀刻）的金属箔。在每种情况下，正电极集流体34可具有大于或等于大约5 μm至小于或等于大约50 μm且在某些方面任选大约12 μm的厚度。
48.负电极集流体32与正电极集流体34分别将自由电子收集并移动至外部电路40和从外部电路40收集并移动自由电子。例如，可中断外部电路40和负载装置42可连接负电极22（通过负电极集流体32）和正电极24（通过正电极集流体34）。
49.电池组20可以通过在外部电路40闭合（以连接负电极22和正电极24）且负电极22的电势低于正电极时发生的可逆电化学反应在放电过程中产生电流。正电极24与负电极22之间的化学势差驱动通过在负电极22处的反应（例如嵌入锂的氧化）所产生的电子穿过外电路40朝向正电极24。同样在负电极22处产生的锂离子同时经由隔离件26中所含的电解质30朝向正电极24转移。电子流动经过外部电路40，且锂离子穿过含有电解质30的隔离件26迁移，从而在正电极24处形成嵌入锂。如上所述，电解质30通常也存在于负电极22和正电极24中。穿过外部电路40的电流可以被利用并被引导通过负载装置42，直到负电极22中的锂耗尽，且电池组20的容量减小。
50.电池组20可以随时通过将外部电源（例如充电装置）连接到锂离子电池组20上以逆转在电池组放电过程中发生的电化学反应来充电或重新供能。将外部电源连接到电池组20上促进了在正电极24处的反应（例如嵌入锂的非自发氧化），以便产生电子和锂离子。锂离子通过电解质30穿过隔离件26朝负电极22流回，从而用锂（例如嵌入锂）补充负电极22以便在下一次电池组放电事件中使用。由此，认为完整的放电事件随后完整的充电事件是一个循环，其中锂离子在正电极24与负电极22之间循环。可用于将电池组20充电的外部电源可根据电池组20的尺寸、结构和特定的最终用途而不同。一些值得注意和示例性的外部电源包括但不限于通过壁装插座连接到ac电网上的ac-dc转换器和机动车辆交流发电机。
51.在许多锂离子电池组配置中，负电极集流体32、负电极22、隔离件26、正电极24和正电极集流体34中的每一个被制备为相对薄的层（例如几微米至几分之一毫米或更小的厚度），并且以电并联布置连接地层进行组装，以提供合适的电能和功率组。在各个方面，电池组20还可包括多种其它组件，所述组件尽管并未在本文中描绘，但为本领域技术人员所已知。例如，电池组20可包括外壳、垫圈、端子盖（terminal caps）、极耳、电池组端子以及可位于电池组20内（包括在负电极22、正电极24和/或隔离件26之间或周边）的任何其它常规组件或材料。图1中显示的电池组20包括液体电解质30，并显示了电池组运行的代表性概念。但是，如本领域技术人员已知的那样，本技术也应用于可具有不同设计的包括固态电解质（和固态电活性粒子）的固态电池组。
52.如上所述，电池组20的尺寸和形状可根据设计其的特定应用而改变。电池组供电的车辆和手持式消费电子装置例如是两个实例，其中电池组20将最有可能被设计为不同的尺寸、容量和功率输出规格。电池组20还可与其它类似的锂离子电池或电池组串联或并联连接，以便在负载装置42需要的情况下产生更大的电压输出、能量和功率。因此，电池组20可以生成向着负载装置42的电流，该负载装置42是外部电路40的一部分。在电池组20放电时，负载装置42可完全或部分由通过外部电路40的电流来供电。虽然电负载装置42可为任何数量的已知电动装置，一些具体实例包括用于电气化车辆的电动机、膝上型计算机、平板计算机、蜂窝电话和无绳电动工具或器具。负载装置42还可以是为了存储电能而对电池组20充电的发电设备。
53.重新参照图1，正电极24、负电极22和隔离件26可各自在其孔隙内部包括电解质溶液或体系30，能够在负电极22与正电极24之间传导锂离子。能够在负电极22与正电极24之
间传导锂离子的任何合适的电解质30，无论是固体、液体或凝胶形式，均可用于锂离子电池组20。例如，电解质30可为非水性液体电解质溶液（例如》 1m），其包含溶解在有机溶剂或有机溶剂的混合物中的锂盐。在某些情况下，电解质30还可包含一种或多种添加剂，如碳酸亚乙烯酯（vc）、碳酸亚丁酯（bc）、氟代碳酸亚乙酯（fec）等等。许多常规的非水性液体电解质溶液可在锂离子电池组20中采用。
54.在某些方面，电解质30可为包括溶解在有机溶剂或有机溶剂的混合物中的一种或多种锂盐的非水性液体电解质溶液。锂盐可包括与一种或多种阴离子耦合的一种或多种阳离子。该阳离子可选自li

、na

、k

、al
3
、mg
2
等等。阴离子可选自pf
6-、bf
4-、tfsi-、fsi-、cf3so
3-、(c2f5s2o2)n-等等。例如，可溶解在有机溶剂中以形成非水性液体电解质溶液的锂盐的非限制性列举包括六氟磷酸锂（lipf6）、高氯酸锂（liclo4）、四氯铝酸锂（lialcl4）、碘化锂（lii）、溴化锂（libr）、硫氰酸锂（liscn）、四氟硼酸锂（libf4）、四苯基硼酸锂（lib(c6h5)4）、双(草酸)硼酸锂（lib(c2o4)2）（libob）、二氟草酸硼酸锂（libf2(c2o4)）、六氟砷酸锂（liasf6）、三氟甲烷磺酸锂（licf3so3）、双(三氟甲烷)磺酰亚胺锂（lin(cf3so2)2）双(氟代磺酰)亚胺锂（lin(fso2)2）（lisfi）及其组合。
55.这些和其它类似的锂盐可溶解在各种非水性非质子有机溶剂中，所述有机溶剂包括但不限于各种碳酸烷基酯（arbonates），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)、氟代碳酸亚乙酯(fec)）、直链碳酸酯（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）、环醚（例如四氢呋喃、2-甲基四氢呋喃、1,3-二氧戊环）、硫化合物（例如环丁砜）及其组合。
56.在某些情况下，多孔隔离件26可包括包含聚烯烃的微孔聚合物隔离件。聚烯烃可为均聚物（衍生自单一单体成分）或杂聚物（衍生自超过一种的单体成分），其可为直链或支链的。如果杂聚物衍生自两种单体成分，聚烯烃可采用任何共聚物链排列，包括嵌段共聚物或无规共聚物的那些。类似地，如果聚烯烃是衍生自超过两种单体成分的杂聚物，其同样可为嵌段共聚物或无规共聚物。在某些方面，聚烯烃可为聚乙烯（pe）、聚丙烯（pp）、或聚乙烯（pe）和聚丙烯（pp）的共混物，或pe和/或pp的多层结构化多孔膜。市售聚烯烃多孔隔离件膜26包括可获自celgard llc的celgard
®ꢀ
2500（单层聚丙烯隔离件）和celgard
®ꢀ
2320（三层聚丙烯/聚乙烯/聚丙烯隔离件）。
57.在某些方面，隔离件26可进一步包括陶瓷涂层和耐热材料涂层中的一种或多种。陶瓷涂层和/或耐热材料涂层可设置在隔离件26的一个或多个侧面上。形成陶瓷层的材料可选自：氧化铝（al2o3）、二氧化硅（sio2）及其组合。耐热材料可选自：诺梅克斯（nomex）、芳族聚酰胺（aramid）及其组合。
58.当隔离件26是微孔聚合物隔离件时，其可为单层或多层层合材料，其可以由干法或湿法工艺制造。例如，在某些情况下，单个聚烯烃层可形成整个隔离件26。在其它方面，隔离件26可为纤维膜，其具有在相对表面之间延伸的大量孔隙，并可具有例如小于1毫米的平均厚度。但是，作为另一实例，可组装多个相似或不相似聚烯烃的离散层以形成微孔聚合物隔离件26。除了聚烯烃之外，隔离件26还可包含其它聚合物，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、聚酰亚胺、聚(酰胺-酰亚胺)共聚物、聚醚酰亚
胺和/或纤维素，或适合用于生成所需多孔结构的任何其它材料。聚烯烃层和任何其它任选的聚合物层可以纤维层的形式进一步包括在隔离件26中，以帮助为隔离件26提供适当的结构和孔隙率特性。在某些方面，隔离件26还可与陶瓷材料混合，或其表面可涂布有陶瓷材料。例如，陶瓷涂层可包含氧化铝（al2o3）、二氧化硅（sio2）、二氧化钛（tio2）或其组合。考虑用于形成隔离件26的各种常规可用的聚合物和商业产品，以及可用于制造此类微孔聚合物隔离件26的许多制造方法。隔离件26可具有大于或等于大约1 μm至小于或等于大约50 μm，并在某些情况下任选大于或等于大约1 μm至小于或等于大约20 μm的厚度。
59.在各个方面，可用同时充当电解质和隔离件的固态电解质（“sse”）（未显示）取代图1中的多孔隔离件26和电解质30。固态电解质可设置在正电极24和负电极22之间。固态电解质有助于锂离子的传递，同时机械隔离负电极与正电极22、24，并在负电极与正电极22、24之间提供电绝缘。作为非限制性实例，固态电解质可包括诸多固态电解质粒子，如liti2(po4)3、lige2(po4)3、li7la3zr2o
12
、li
3x
la
2/3-x
tio3、li3po4、li3n、li4ges4、li
10
gep2s
12
、li2s-p2s5、li6ps5cl、li6ps5br、li6ps5i、li3ocl、li
2.99
ba
0.005
clo或其组合。固态电解质粒子可为纳米尺寸的氧化物基固态电解质粒子。在再其它变体中，图1中的多孔隔离件26与电解质30可为凝胶电解质。
60.负电极22包含能够充当锂离子电池组的负极端子的锂基质材料。例如，负电极22可包含能够充当电池组20的负极端子的锂基质材料（例如负电活性材料）。在各个方面，负电极22可由诸多负电活性材料粒子（未显示）来限定。此类负电活性材料粒子可设置在一个或多个层中以限定负电极22的三维结构。电解质30可在例如电池组装后引入，并含有在负电极22的孔隙（未显示）中。例如，负电极22可包含诸多电解质粒子（未显示）。负电极22（包括一个或多个层）可具有大于或等于大约1 μm至小于或等于大约2000 μm、和，并且在某些方面任选大于或等于大约10 μm至小于或等于大约1000 μm的厚度。
61.负电极22可包括包含锂的负电活性材料，如例如锂金属。在某些变体中，负电极22是锂金属或锂合金形成的膜或层。其它材料也可以用于形成负电极22，包括例如碳质材料（如石墨、硬碳、软碳）、锂-硅和含硅的二元与三元合金和/或含锡合金（如si、li-si、sio
x si-sn、sisnfe、sisnal、sifeco、sno2等等），和/或金属氧化物（如fe3o4）。在某些替代实施方案中，考虑锂-钛阳极材料，如li
4 x
ti5o
12
，其中0 ≤ x ≤ 3，包括钛酸锂（li4ti5o
12
）（lto）。
62.负电活性材料可任选与提供电子传导路径的一种或多种导电材料和/或至少一种改善负电极22的结构完整性的聚合物粘结剂材料掺和。例如，负电极22中的负电活性材料可任选与粘结剂掺和，所述粘结剂例如裸藻酸盐、聚(四氟乙烯)（ptfe）、羧甲基纤维素钠（cmc）、苯乙烯-丁二烯橡胶（sbr）、聚(偏二氟乙烯)（pvdf）、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）、聚丙烯酸酯（paa）、聚丙烯酸锂（lipaa）、聚丙烯酸钠（napaa）、藻酸钠、藻酸锂、乙烯丙烯二烯单体（epdm）及其组合。导电材料可包括碳基材料、粉末镍或其它金属粒子，或导电聚合物。碳基材料可包括例如炭黑（例如super-p）、石墨、乙炔黑（如ketchen
tm
黑或denka
tm
黑），碳纤维和纳米管（例如气相生长的碳纤维(vgcf)）、石墨烯、氧化石墨烯等等的粒子。导电聚合物的实例包括聚苯胺、聚噻吩、聚乙炔、聚吡咯等等。
63.例如，负电极22可包括大于或等于大约30重量%至小于或等于大约99.5重量%，并且在某些方面任选大于或等于大约50重量%至小于或等于大约95重量%的负电活性材料；大
于或等于大约0重量%至小于或等于大约30重量%，并且在某些方面任选大于或等于大约0.5重量%至小于或等于大约15重量%的一种或多种导电材料；和大于或等于大约0重量%至小于或等于大约20重量%，并且在某些方面任选大于或等于大约0.5重量%至小于或等于大约10重量%的一种或多种粘结剂。
64.正电极24可由锂基正电活性材料形成，其能够进行锂的嵌入和脱嵌、合金化和脱合金化、或镀敷（plating）和剥离（stripping），同时充当电池组20的正极端子。例如，正电极24可以由诸多电活性材料粒子（未显示）限定，该电活性材料粒子以一个或多个层设置以限定正电极24的三维结构。电解质30可在例如电池组装后引入，并含有在正电极24的孔隙（未显示）中。例如，正电极24可包含诸多电解质粒子（未显示）。正电极24（包括一个或多个层）可具有大于大约150 μm的厚度。
65.正电极24可包含具有低振实密度材料（例如小于或等于大约2 g/cc）和/或具有大比表面积（例如大于或等于大约20 m2/g）和/或具有小的次级粒度（例如d
50
小于或等于大约3
ꢀµ
m）的正电活性材料。例如，作为非限制性实例，正电活性材料可包含一种或多种磷酸锂锰铁（limn
x
fe
1-x
po4，其中0 ≤ x ≤ 1）（lmfp），如limn
0.7
fe
0.3
po4、limn
0.6
fe
0.4
po4、limn
0.8
fe
0.2
po4、limn
0.75
fe
0.25
po4。在某些方面，一种或多种磷酸锂锰铁（limn
x
fe
1-x
po4，其中0 ≤ x ≤ 1）（lmfp）可掺杂有一种或多种掺杂剂，如镁（mg）、铝（al）、钇（y）、钪（sc）等等。例如，正电活性材料可包括以下的一种或多种：limn
0.7
mg
0.05
fe
0.25
po4、limn
0.75
al
0.05
fe
0.2
po4、limn
0.75
al
0.03
fe
0.22
po4、limn
0.75
al
0.03
fe
0.22
po4、limn
0.7y0.02
fe
0.28
po4、limn
0.7
mg
0.02
al
0.03
fe
0.25
po4等等。一种或多种磷酸锂锰铁（limn
x
fe
1-x
po4，其中0 ≤ x ≤ 1）（lmfp）可掺杂有大约10重量%的一种或多种掺杂剂。
66.在每种情况下，此类磷酸锂锰铁（limn
x
fe
1-x
po4，其中0 ≤ x ≤ 1）（lmfp）电活性材料粒子可具有大于或等于大约10 nm至小于或等于大约250 nm的平均一次粒度；大于或等于大约0.4 g/cc至小于或等于大约2.0 g/cc、任选大约0.4 g/cc至小于或等于大约1 g/cc、任选大约0.8 g/cc、并且在某些方面任选大约0.5 g/cc的振实密度；和大于或等于大约3 m2/g至小于或等于大约50 m2/g、且在某些方面任选大约34.3 m2/g的比表面积。
67.正电活性材料可任选与提供电子传导路径的电子导电材料和/或改善电极的结构完整性的至少一种聚合物粘结剂材料掺和。例如，正电活性材料与电子导电材料或导电材料可与此类粘结剂一起浆料浇注，所述粘结剂如聚偏二氟乙烯（pvdf）、聚四氟乙烯（ptfe）、乙烯丙烯二烯单体（epdm）橡胶、或羧甲基纤维素（cmc）、丁腈橡胶（nbr）、苯乙烯-丁二烯橡胶（sbr）、聚丙烯酸酯（paa）、聚丙烯酸锂（lipaa）、聚丙烯酸钠（napaa）、藻酸钠或藻酸锂。导电材料可包括碳基材料、粉末镍或其它金属粒子（例如金属丝和/或金属氧化物），或导电聚合物。碳基材料可包括例如石墨、炭黑（如super-p）、乙炔黑（如ketchen
tm
黑或denka
tm
黑），碳纤维和纳米管（例如气相生长的碳纤维(vgcf)）、石墨烯、氧化石墨烯等等的粒子。导电聚合物的实例包括聚苯胺、聚噻吩、聚乙炔、聚吡咯等等。在某些方面，可使用导电材料的混合物。
68.例如，正电极24可包括大于或等于大约30重量%至小于或等于大约98重量%、且在某些方面任选大于或等于大约80重量%至小于或等于大约95重量%的正电活性材料；大于或等于大约0重量%至小于或等于大约30重量%、且在某些方面任选大于或等于大约0.5重量%至小于或等于大约15重量%的一种或多种导电材料；和大于或等于大约0重量%至小于或等
于大约20重量%、且在某些方面任选大于或等于大约0.5重量%至小于或等于大约10重量%的一种或多种粘结剂。
69.某些阴极材料，如磷酸锂锰铁（limn
x
fe
1-x
po4，其中0 ≤ x ≤ 1）（lmfp）正电活性材料，具有特殊的优点。例如，磷酸锂锰铁（limn
x
fe
1-x
po4，其中0 ≤ x ≤ 1）（lmfp）正电活性材料能够具有高能量密度和长寿命。但是，如上所述，此类磷酸锂锰铁（limn
x
fe
1-x
po4，其中0 ≤ x ≤ 1）（lmfp）正电活性材料可具有特定的性质，如大比表面积和低振实密度，这可能提出某些挑战，尤其在具有充足负载容量（例如》 4 mah/cm2）的电极的生成和维护中。在各个方面，本公开提供了具有大于大约150 μm的厚度和大于大约4 mah/cm2的面积比容量的正电极。例如，图2示出了具有大于大约4 mah/cm2至小于或等于大约50 mah/cm2、且在某些方面任选大于或等于大约4.5 mah/cm2至小于或等于大约7.5 mah/cm2的面积比容量以及
±
3%的面积比容量变化的示例性电极200。
70.电极200可包括正电极集流体234和设置在正电极集流体234附近或与正电极集流体234相邻设置的一个或多个电活性材料层224、226。例如，如图示说明，电极200可包括设置在正电极集流体234的第一侧附近或与正电极集流体234的第一侧相邻设置的第一电活性材料层224，和设置在正电极集流体234的第二侧附近或与正电极集流体234的第二侧相邻设置的第二电活性材料层226。尽管图示说明了两个电活性材料层224、226，但本领域技术人员将认识到，本教导也适用于仅包括一个电活性材料层的电极。
71.类似图1中图示说明的正电极集流体34，正电极集流体234可为包含铝或本领域技术人员已知的任何其它合适的导电材料的金属箔（例如实心或网状或覆盖箔）、金属格栅或筛网、或多孔金属。在某些变体中，正电极集流体234的表面可包括经表面处理（例如碳涂布和/或蚀刻）的金属箔。在每种情况下，正电极集流体234可具有大于或等于大约5 μm至小于或等于大约50 μm、且在某些方面任选大约20 μm的厚度。
72.第一电活性材料层224和第二电活性材料层226可相同或不同。例如，各电活性层224、226可具有大于或等于大约150 μm至小于或等于大约5 mm、且在某些方面任选大于或等于大约150 μm至小于或等于大约500 μm的厚度以及
±
5%的厚度变化。类似图1中图示说明的正电极24，各电活性层224、226可包含正电活性材料，作为非限制性实例，所述正电活性材料包括一种或多种磷酸锂锰铁（limn
x
fe
1-x
po4，其中0 ≤ x ≤ 1）（lmfp），如limn
0.7
fe
0.3
po4、limn
0.6
fe
0.4
po4、limn
0.8
fe
0.2
po4、limn
0.75
fe
0.25
po4。在某些方面，一种或多种磷酸锂锰铁（limn
x
fe
1-x
po4，其中0 ≤ x ≤ 1）（lmfp）可掺杂有一种或多种掺杂剂，如镁（mg）、铝（al）、钇（y）、钪（sc）等等。例如，正电活性材料可包括以下的一种或多种：limn
0.7
mg
0.05
fe
0.25
po4、limn
0.75
al
0.05
fe
0.2
po4、limn
0.75
al
0.03
fe
0.22
po4、limn
0.75
al
0.03
fe
0.22
po4、limn
0.7y0.02
fe
0.28
po4、limn
0.7
mg
0.02
al
0.03
fe
0.25
po4等等。一种或多种磷酸锂锰铁（limn
x
fe
1-x
po4，其中0 ≤ x ≤ 1）（lmfp）可掺杂有大约10重量%的一种或多种掺杂剂。
73.再进一步地，类似正电极24，各电活性层224、226还可包括提供电子传导路径的电子导电材料（如炭黑和/或气相生长的碳纤维(vgcf)）和/或改善电极的结构完整性的至少一种聚合物粘结剂材料（如聚(四氟乙烯)(ptfe)）。例如，在某些变体中，电活性层224、226可各自包括大约89重量%的一种或多种磷酸锂锰铁（limn
x
fe
1-x
po4，其中0 ≤ x ≤ 1）（lmfp）、大约6重量%的一种或多种导电材料和大约5重量%的一种或多种粘结剂。
74.第一和第二电活性材料层224、226可为基本均匀的层，其具有大于或等于大约25
体积%至小于或等于大约60体积%、任选大于或等于大约25体积%至小于或等于大约35体积%、且在某些方面任选大于或等于大约28体积%至小于或等于大约32体积%的粒子间孔隙率。在某些变体中，第一和第二电活性材料层224、226可具有以下孔隙率分布，所述孔隙率分布使得大于或等于大约68%（例如1 σ）的粒子间孔隙率为大于或等于大约25体积%至小于或等于大约35体积%，且大于或等于大约95%（例如2 σ）的粒子间孔隙率为大于或等于大约28体积%至小于或等于大约32体积%。第一和第二电活性材料层224、226可具有大于或等于大约1.0 g/cc至小于或等于大约3.0 g/cc、且在某些方面任选大于或等于大约1.7 g/cc至小于或等于大约2.7 g/cc的电极压实密度以及
±
3%的压实密度变化。
75.图3图示说明了另一示例性电极300，其具有大于大约4 mah/cm2至小于或等于大约50 mah/cm2、且在某些方面任选大于或等于大约4.5 mah/cm2至小于或等于大约7.5 mah/cm2的面积比容量以及
±
3%的面积比容量变化。电极300可包括正电极集流体334和设置在正电极集流体334附近或与正电极集流体334相邻设置的一个或多个电活性材料层324、326。电极300可进一步包括设置在正电极集流体334与一个或多个电活性材料层324、326之间的一个或多个电子导电粘合剂层336、338。例如，如图示说明，电极300可包括与正电极集流体334的第一表面相邻设置的第一电子导电粘合剂层336，和与正电极集流体334的第二表面相邻设置的第二电子导电粘合剂层336。第一电活性材料层324可与第一电子导电粘合剂层336的暴露表面相邻设置，并且第二电活性材料层326可与第二电子导电粘合剂层338的暴露表面相邻设置。第一电子导电粘合剂层336可设置在正电极集流体334与第一电活性材料层324之间。第二电子导电粘合剂层338可设置在正电极集流体334与第二电活性材料层326之间。虽然举例说明了两个电活性材料层324、326和两个粘合剂层336、338，但本领域技术人员将认识到，本教导也应用于仅包括一个电活性材料层和一个粘合剂层的电极。
76.类似图1中图示说明的正电极集流体34，正电极集流体334可为包含铝或本领域技术人员已知的任何其它合适的导电材料的金属箔（例如实心或网状或覆盖箔）、金属格栅或筛网、或多孔金属。在某些变体中，正电极集流体334的表面可包括经表面处理（例如碳涂布和/或蚀刻）的金属箔。在每种情况下，正电极集流体334可具有大于或等于大约5 μm至小于或等于大约50 μm、且在某些方面任选大约20 μm的厚度。
77.第一电活性材料层324和第二电活性材料层326可为相同或不同的。例如，各电活性层324、326可具有大于或等于大约150 μm至小于或等于大约2 mm、且在某些方面任选大于或等于大约150 μm至小于或等于大约500 μm的厚度，以及
±
5%的厚度变化。类似图1中图示说明的正电极24，各电活性层324、326可包含正电活性材料，作为非限制性实例，所述正电活性材料包括一种或多种磷酸锂锰铁（limn
x
fe
1-x
po4，其中0 ≤ x ≤ 1）（lmfp），如limn
0.7
fe
0.3
po4、limn
0.6
fe
0.4
po4、limn
0.8
fe
0.2
po4、limn
0.75
fe
0.25
po4。在某些方面，一种或多种磷酸锂锰铁（limn
x
fe
1-x
po4，其中0 ≤ x ≤ 1）（lmfp）可掺杂有一种或多种掺杂剂，如镁（mg）、铝（al）、钇（y）、钪（sc）等等。例如，正电活性材料可包括以下的一种或多种：limn
0.7
mg
0.05
fe
0.25
po4、limn
0.75
al
0.05
fe
0.2
po4、limn
0.75
al
0.03
fe
0.22
po4、limn
0.75
al
0.03
fe
0.22
po4、limn
0.7y0.02
fe
0.28
po4、limn
0.7
mg
0.02
al
0.03
fe
0.25
po4等等。一种或多种磷酸锂锰铁（limn
x
fe
1-x
po4，其中0 ≤ x ≤ 1）（lmfp）可掺杂有大约10重量%的一种或多种掺杂剂。
78.再进一步地，类似正电极24，各电活性层324、326还可包括提供电子传导路径的电子导电材料（如炭黑和/或气相生长的碳纤维(vgcf)）和/或改善电极的结构完整性的至少
一种聚合物粘结剂材料（如聚(四氟乙烯)(ptfe)）。例如，电活性层324、326可各自包括大约89重量%的一种或多种磷酸锂锰铁（limn
x
fe
1-x
po4，其中0 ≤ x ≤ 1）（lmfp）、大约6重量%的一种或多种导电材料和大约5重量%的一种或多种粘结剂。
79.第一和第二电活性材料层324、326可为基本均匀的层，其具有大于或等于大约25体积%至小于或等于大约60体积%、任选大于或等于大约25体积%至小于或等于大约35体积%、且在某些方面任选大于或等于大约28体积%至小于或等于大约32体积%的粒子间孔隙率。在某些变体中，第一和第二电活性材料层324、326可具有以下孔隙率分布，所述孔隙率分布使得大于或等于大约68%（例如1 σ）的粒子间孔隙率为大于或等于大约25体积%至小于或等于大约35体积%，且大于或等于大约95%（例如2 σ）的粒子间孔隙率为大于或等于大约28体积%至小于或等于大约32体积%。第一和第二电活性材料层324、326可具有大于或等于大约1.0 g/cc至小于或等于大约3.0 g/cc、且在某些方面任选大于或等于大约1.7 g/cc至小于或等于大约2.7 g/cc的电极压实密度，以及
±
3%的压实密度变化。
80.类似第一和第二电活性材料层324、326，第一电子导电粘合剂层336和第二电子导电粘合剂层338可相同或不同。例如，各电子导电粘合剂层336、338可具有大于或等于大约0.5 μm至小于或等于大约20 μm的厚度。各电子导电粘合剂层336、338可包括一种或多种聚合物组分和一种或多种导电填料。例如，各电子导电粘合剂层336、338可包括大于或等于大约0.1重量%至小于或等于大约50重量%、且在某些方面任选大于或等于大约20重量%至小于或等于大约40重量%的质量比的一种或多种导电填料:一种或多种聚合物组分。
81.一种或多种聚合物组分包括耐溶剂并在正电极集流体334与第一电活性材料层324和/或第二电活性材料层326之间提供良好粘合的聚合物。例如，一种或多种聚合物组分可包括聚丙烯酸（paa）、环氧树脂、聚酰亚胺、聚酯、聚丙烯酸酯和乙烯基酯，以及较不耐溶剂的热塑性聚合物，如聚偏二氟乙烯（pvdf）、聚酰胺、硅酮和丙烯酸类树脂。一种或多种导电填料可为碳基材料。例如，一种或多种导电填料可选自炭黑、石墨烯、碳纳米管、碳纳米纤维、金属粉末（如银(ag)、镍(ni)、铝(al)和/或ruo2）和导电聚合物。在某些变体中，当一种或多种导电填料包括炭黑，且一种或多种聚合物组分包括聚丙烯酸酯（paa）时，电子导电粘合剂层336、338可具有大约1:3的质量比（sp:paa）。在再进一步的变体中，如当一种或多种导电填料包括碳纳米管，且一种或多种聚合物组分包括聚偏二氟乙烯（pvdf）时，电子导电粘合剂层336、338可具有大约0.2%的质量比（swcnt:pvdf）。
82.图4图示说明了另一示例性电极400，其具有大于大约4 mah/cm2至小于或等于大约50 mah/cm2、且在某些方面任选大于或等于大约4.5 mah/cm2至小于或等于大约7.5 mah/cm2的面积比容量，以及
±
3%的面积比容量变化。电极400可包括正电极集流体434和设置在正电极集流体434附近或与正电极集流体434相邻设置的一个或多个电活性材料层424、426。例如，如图示说明，电极400可包括设置在正电极集流体434的第一侧附近或与正电极集流体434的第一侧相邻设置的第一电活性材料层424，和设置在正电极集流体434的第二侧附近或与正电极集流体434的第二侧相邻设置的第二电活性材料层426。虽然举例说明了两个电活性材料层424、426，但本领域技术人员将认识到，本教导也适用于仅包括一个电活性材料层的电极。
83.正电极集流体434可为网状集流体，其具有大于或等于大约5 μm至小于或等于大约50 μm、且在某些方面任选大约23 μm的厚度。例如，在某些变体中，网状集流体434可包括
使用已知方法制备的铝箔，如冲孔和/或激光和钉扎。网状集流体434可具有大于或等于大约0.01体积%至小于或等于大约50体积%的孔隙率和大于或等于大约5 nm至小于或等于大约500
ꢀµ
m平均孔隙尺寸。网状集流体，如网状集流体434，在包括电极400的电池组的li-预锂化或于包括电极400的电池组内li-预锂化的情况下，可为有利的。再进一步地，网状集流体，如网状集流体434，在以下情况下可为有利的：例如第一电活性材料层424和/或第二电活性材料层426的正电活性材料可以通过热压制造方法压入网状集流体434的孔隙中。
84.第一电活性材料层424和第二电活性材料层426可相同或不同。例如，各电活性层424、426可具有大于或等于大约150 μm至小于或等于大约2 mm、且在某些方面任选大于或等于大约150 μm至小于或等于大约500 μm的厚度，以及
±
5%的厚度变化。类似图1中图示说明的正电极24，各电活性层424、426可包含正电活性材料，作为非限制性实例，所述正电活性材料包括一种或多种磷酸锂锰铁（limn
x
fe
1-x
po4，其中0 ≤ x ≤ 1）（lmfp），如limn
0.7
fe
0.3
po4、limn
0.6
fe
0.4
po4、limn
0.8
fe
0.2
po4、limn
0.75
fe
0.25
po4。在某些方面，一种或多种磷酸锂锰铁（limn
x
fe
1-x
po4，其中0 ≤ x ≤ 1）（lmfp）可掺杂有一种或多种掺杂剂，如镁（mg）、铝（al）、钇（y）、钪（sc）等等。例如，正电活性材料可包括以下的一种或多种：limn
0.7
mg
0.05
fe
0.25
po4、limn
0.75
al
0.05
fe
0.2
po4、limn
0.75
al
0.03
fe
0.22
po4、limn
0.75
al
0.03
fe
0.22
po4、limn
0.7y0.02
fe
0.28
po4、limn
0.7
mg
0.02
al
0.03
fe
0.25
po4等等。一种或多种磷酸锂锰铁（limn
x
fe
1-x
po4，其中0 ≤ x ≤ 1）（lmfp）可掺杂有大约10重量%的一种或多种掺杂剂。
85.再进一步地，类似正电极24，各电活性层424、426还可包括提供电子传导路径的电子导电材料（如炭黑和/或气相生长的碳纤维(vgcf)）和/或改善电极的结构完整性的至少一种聚合物粘结剂材料（如聚(四氟乙烯)(ptfe)）。例如，在某些变体中，电活性层424、426可各自包括大约89重量%的一种或多种磷酸锂锰铁（limn
x
fe
1-x
po4，其中0 ≤ x ≤ 1）（lmfp）、大约6重量%的一种或多种导电材料和大约5重量%的一种或多种粘结剂。在其它变体中，电活性层424、426可各自包括大约95重量%的一种或多种磷酸锂锰铁（limn
x
fe
1-x
po4，其中0 ≤ x ≤ 1）（lmfp）、大约2重量%的一种或多种导电材料和大约3重量%的一种或多种粘结剂。
86.第一和第二电活性材料层424、426可为基本均匀的层，其具有大于或等于大约25体积%至小于或等于大约60体积%、任选大于或等于大约25体积%至小于或等于大约35体积%、且在某些方面任选大于或等于大约28体积%至小于或等于大约32体积%的粒子间孔隙率。在某些变体中，第一和第二电活性材料层424、426可具有以下孔隙率分布，所述孔隙率分布使得大于或等于大约68%（例如1 σ）的粒子间孔隙率为大于或等于大约25体积%至小于或等于大约35体积%，且大于或等于大约95%（例如2 σ）的粒子间孔隙率为大于或等于大约28体积%至小于或等于大约32体积%。第一和第二电活性材料层424、426可具有大于或等于大约1.0 g/cc至小于或等于大约3.0 g/cc、且在某些方面任选大于或等于大约1.7 g/cc至小于或等于大约2.7 g/cc的电极压实密度，以及
±
3%的压实密度变化。
87.图5图示说明了另一示例性电极500，其具有大于大约4 mah/cm2至小于或等于大约50 mah/cm2、且在某些方面任选大于或等于大约4.5 mah/cm2至小于或等于大约7.5 mah/cm2的面积比容量，以及
±
3%的面积比容量变化。电极500可包括正电极集流体534和设置在正电极集流体534附近或与正电极集流体534相邻设置的一个或多个电活性材料层524、526。例如，如图示说明，电极500可包括设置在正电极集流体534的第一侧附近或与正电极
集流体534的第一侧相邻设置的第一电活性材料层524，和设置在正电极集流体534的第二侧附近或与正电极集流体534的第二侧相邻设置的第二电活性材料层526。虽然举例说明了两个电活性材料层524、526，但本领域技术人员将认识到，本教导也适用于仅包括一个电活性材料层的电极。
88.第一电活性材料层524和第二电活性材料层526可各自包括一个或多个子层542、544、552、554。可设置所述一个或多个子层542、544、552、554，使得较靠近正电极集流体534设置的子层544、554的粒子间孔隙率小于较远离正电极集流体534设置的子层542、552的粒子间孔隙率。例如，第一和第二电活性材料层524、526可各自包括具有第一粒子间孔隙率的第一子层544、554和具有第二粒子间孔隙率的第二子层542、552。第二粒子间孔隙率大于第一粒子间孔隙率。尽管举例说明的实例仅包括设置在集流体534各侧上或与集流体534各侧相邻设置的两个子层，但本领域技术人员将认识到，本教导扩展至各种其它配置，包括具有设置在集流体534各侧上或与集流体534各侧相邻设置的三个或更多个子层的那些。
89.如图示说明，第一电活性材料层524可具有设置在正电极集流体534第一侧附近或与正电极集流体534第一侧相邻设置的具有第一粒子间孔隙率的第一子层544和设置在第一子层544的暴露表面附近或与第一子层544的暴露表面相邻设置的具有第二粒子间孔隙率的第二子层542。第二电活性材料层526可具有设置在正电极集流体534第二侧附近或与正电极集流体534第二侧相邻设置的具有第一粒子间孔隙率的第一子层554和设置在第一子层554的暴露表面附近或与第一子层554的暴露表面相邻设置的具有第二粒子间孔隙率的第二子层552。在每种情况下，第一粒子间孔隙率可为大于或等于大约20体积%至小于或等于大约45体积%、且在某些方面任选大约32体积%。第二粒子间孔隙率可为大于或等于大约20体积%至小于或等于大约45体积%、且在某些方面任选大约35体积%。
90.第一电活性材料层524和第二电活性材料层526可相同或不同。同样，在每种情况下，第一和第二子层542、544、522、554可相同或不同。例如，各电活性层524、526可具有大于或等于大约150 μm至小于或等于大约5 mm、且在某些方面任选大于或等于大约150 μm至小于或等于大约500 μm的总厚度，以及
±
5%的厚度变化。在各个方面，第一子层544、554可具有基本等于第二子层542、552的第二厚度的第一厚度。第一子层544、554（在每种情况下）可具有大于或等于大约20
ꢀµ
m至小于或等于大约2000
ꢀµ
m、且在某些方面任选大约150
ꢀµ
m的厚度。同样，第二子层542、552（在每种情况下）可具有大于或等于大约20
ꢀµ
m至小于或等于大约2000
ꢀµ
m、且在某些方面任选大约150
ꢀµ
m的厚度。
91.类似图1中图示说明的正电极24，作为非限制性实例，各子层542、544、522、554可包含正电活性材料，所述正电活性材料包括一种或多种磷酸锂锰铁（limn
x
fe
1-x
po4，其中0 ≤ x ≤ 1）（lmfp），如limn
0.7
fe
0.3
po4、limn
0.6
fe
0.4
po4、limn
0.8
fe
0.2
po4、limn
0.75
fe
0.25
po4。在某些方面，一种或多种磷酸锂锰铁（limn
x
fe
1-x
po4，其中0 ≤ x ≤ 1）（lmfp）可掺杂有一种或多种掺杂剂，如镁（mg）、铝（al）、钇（y）、钪（sc）等等。例如，正电活性材料可包括以下的一种或多种：limn
0.7
mg
0.05
fe
0.25
po4、limn
0.75
al
0.05
fe
0.2
po4、limn
0.75
al
0.03
fe
0.22
po4、limn
0.75
al
0.03
fe
0.22
po4、limn
0.7y0.02
fe
0.28
po4、limn
0.7
mg
0.02
al
0.03
fe
0.25
po4等等。一种或多种磷酸锂锰铁（limn
x
fe
1-x
po4，其中0 ≤ x ≤ 1）（lmfp）可掺杂有大约10重量%的一种或多种掺杂剂。
92.再进一步地，类似正电极24，各子层542、544、522、554还可包括提供电子传导路径
的电子导电材料（如炭黑和/或气相生长的碳纤维(vgcf)）和/或改善电极的结构完整性的至少一种聚合物粘结剂材料（如聚(四氟乙烯)(ptfe)）。例如，在某些变体中，第一子层544、554可包含limn
0.7
fe
0.3
po4且第二子层542、552可包含limn
0.6
fe
0.4
po4。第一子层544、554可包含89重量%的一种或多种磷酸锂锰铁（limn
x
fe
1-x
po4，其中0 ≤ x ≤ 1）（lmfp）、大约6重量%的一种或多种导电材料和大约5重量%的一种或多种粘结剂。第二子层542、552可包括93.5重量%的一种或多种磷酸锂锰铁（limn
x
fe
1-x
po4，其中0 ≤ x ≤ 1）（lmfp）、大约1.5重量%的一种或多种导电材料和大约5重量%的一种或多种粘结剂。第二子层542、552的平均粒度可小于第一子层544、554的平均粒度。例如，第二子层542、552可具有大约2
ꢀµ
m的平均二级粒度（d50），且第一子层544、554可具有大约3
ꢀµ
m的平均二级粒度（d50）。
93.类似图1中所示图示说明的正电极集流体34，正电极集流体534可为包含铝或本领域技术人员已知的任何其它合适的导电材料的金属箔（例如实心或网状或覆盖箔）、金属格栅或筛网、或多孔金属。在某些变体中，正电极集流体534的表面可包含经表面处理（例如碳涂布和/或蚀刻）的金属箔。在每种情况下，正电极集流体534可具有大于或等于大约5 μm至小于或等于大约50 μm、且在某些方面任选大约20 μm的厚度。
94.本文中详述的厚电极，例如正如图1-5中详细说明的，可使用题目为“fabrication process to make electrodes by rolling”的同时提交的申请中详述的一种或多种方法来制备，其全部公开内容通过引用并入本文。
95.在以下非限制性实施例中进一步举例说明了本技术的某些特征。
实施例
96.实施例1可以根据本公开的各个方面制备示例性半纽扣电池。示例性电池可以包括根据本公开的各个方面的厚电极。例如，示例性电池可以包括厚度为大约290
ꢀµ
m的电极。该电极可包括一个或多个电活性材料层，所述电活性材料层包含大约89重量%的一种或多种磷酸锂锰铁（limn
x
fe
1-x
po4，其中0 ≤ x ≤ 1）（lmfp）、大约6重量%的一种或多种导电材料（例如vgcf）和大约5重量%的一种或多种粘结剂（例如聚(四氟乙烯)(ptfe)）。电极可以具有大约1.5386 cm2的表面积。
97.图6图示说明了示例性电池的面积比容量（mah/cm2）和电压（v）。例如，线620代表lmfp电极在c/10的放电曲线，并且线630代表lmfp电极在c/10的包括恒压充电的充电曲线。x轴600代表面积比容量（mah/cm2）。y轴610代表电压（v）。
98.实施例2可以根据本公开的各个方面制备示例性半纽扣电池。示例性电池可以包括根据本公开的各个方面的厚电极。例如，示例性电池可以包括厚度为大约220
ꢀµ
m的电极。该电极可包括一个或多个电活性材料层，所述电活性材料层包括大约93.5重量%的一种或多种磷酸锂锰铁（limn
x
fe
1-x
po4，其中0 ≤ x ≤ 1(例如x = 0.6)）（lmfp）、大约1.5重量%的一种或多种导电材料（例如ketjenblack
®
(kb)）和大约5重量%的一种或多种粘结剂（例如聚(四氟乙烯)(ptfe)）。电极可具有大约1.5386 cm2的表面积。
99.图7图示说明了示例性电池的面积比容量（mah/cm2）和电压（v）。例如，线720代表lmfp电极在c/10的放电曲线，并且线730代表lmfp电极在c/10的包括恒压充电的充电曲线。
x轴700代表面积比容量（mah/cm2）。y轴710代表电压（v）。
100.实施例3可以根据本公开的各个方面制备示例性半纽扣电池。示例性电池可以包括根据本公开的各个方面的厚电极。例如，示例性电池可以包括厚度为大约330
ꢀµ
m的电极。该电极可包括一个或多个电活性材料层，所述电活性材料层包括大约78重量%的一种或多种磷酸锂锰铁（limn
x
fe
1-x
po4，其中0 ≤ x ≤ 1(例如x = 0.7)）（lmfp）、大约12重量%的一种或多种导电材料（例如10重量%的super-p和2重量%的石墨(例如ks6)）和大约10重量%的一种或多种粘结剂（例如聚(四氟乙烯)(ptfe)）。电极可具有大约1.5386 cm2的表面积。
101.图8图示说明了示例性电池的面积比容量（mah/cm2）和电压（v）。例如，线820代表lmfp电极在c/10的放电曲线，并且线830代表lmfp电极在c/10的包括恒压充电的充电曲线。x轴800代表面积比容量（mah/cm2）。y轴810代表电压（v）。
102.实施例4可以根据本公开的各个方面制备示例性袋式电池。示例性电池可以包括根据本公开的各个方面的厚电极。例如，示例性电池可以包括厚度为大约240
ꢀµ
m的正电极。该正电极可包括一个或多个电活性材料层，所述电活性材料层包含大约89重量%的一种或多种磷酸锂锰铁（limn
x
fe
1-x
po4，其中0 ≤ x ≤ 1(例如x = 0.6)）（lmfp）、大约6重量%的一种或多种导电材料（例如4重量%的super-p和2重量%的vgcf）和大约5重量%的一种或多种粘结剂（例如聚(四氟乙烯)(ptfe)）。电极可具有大约27.5 cm2的表面积。负电极可包括石墨。例如，负电极可包括一个或多个电活性材料层，所述电活性材料层包含大约97.5重量%的石墨、大约1重量%的一种或多种导电材料（例如super p）和大约1.5重量%的一种或多种粘结剂（例如cmc sbr）。
103.图9a图示说明了示例性lmfp-石墨袋式电池的化成循环的容量（ah）和电压（v）。例如，线920代表lmfp电极在c/10的放电曲线，并且线930代表lmfp电极在c/20的包括恒压充电的充电曲线。x轴900代表容量（ah）。y轴910代表电压（v）。第一库伦效率为92.4%。
104.图9b图示说明了示例性lmfp-石墨袋式电池在c/10的容量（ah）和电压（v）。例如，线1020代表lmfp电极在c/10的放电曲线，并且线1030代表lmfp电极在c/10的包括恒压充电的充电曲线。x轴1000代表容量（ah）。y轴1010代表电压（v）。
105.图9c图示说明了示例性lmfp-石墨袋式电池在c/3的容量（ah）和电压（v）。例如，线1070代表lmfp电极在c/3的放电曲线，并且线1080代表lmfp电极在c/3的包括恒压充电的充电曲线。x轴1050代表容量（ah）。y轴1060代表电压（v）。
106.图9d图示说明了示例性lmfp-石墨袋式电池在25℃下的容量保持率（%）。例如，x轴950代表循环数，并且y轴960代表容量保持率（%）。
107.为了举例说明和描述的目的而提供了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，而是在适用时可替换，并可用于所选实施方案，即使没有明确示出或描述。同样的也可以许多方式变化。这样的变化不应被视为背离本公开，并且所有这样的修改意在包括在本公开的范围内。