(57)【要約】チャージ状態とディスチャージ状態との間でサイクルするためのエネルギ貯蔵デバイスであって、エネルギ貯蔵デバイスは、エンクロージャ、エンクロージャ内の電極アセンブリ及び非水性液体電解質、及びエネルギ貯蔵デバイスがチャージ状態とディスチャージ状態との間でサイクルするとき、電極アセンブリへの圧力を保持する拘束とを備えるエネルギ貯蔵デバイス。
2018523259.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
チャージ状態とディスチャージ状態との間でサイクルするためのエネルギ貯蔵デバイスであって、前記エネルギ貯蔵デバイスは、エンクロージャ、前記エンクロージャ内の電極アセンブリ及び非水性液体電解質、及び前記エネルギ貯蔵デバイスがチャージ状態とディスチャージ状態との間でサイクルするとき、前記電極アセンブリへの圧力を保持する拘束とを備え、前記電極アセンブリは、電極構造の集合体と、対電極構造の集合体、及び電極集合体と対電極集合体の部材間の電気絶縁性微小孔性セパレータ材料とを含み、
前記電極アセンブリは、縦軸に沿って分離された対向する第１及び第２の縦方向端面と、前記縦軸を取り囲み、前記第１及び第２の縦方向端面を接続する外側面とを有し、前記第１及び第２の縦方向端面の組み合わされた表面積は、前記外側面と前記第１及び第２の縦方向端面との組み合わされた表面積の３３％未満であり、
前記電極集合体の部材及び前記対電極集合体の部材は、前記電極アセンブリ内で前記縦軸に平行なスタック方向に交互に配置され、
前記拘束は、圧縮部材を互いに向かって引っ張る少なくとも１つの引張部材によって接続された第１及び第２の圧縮部材を備え、
前記拘束は、相互に直交する且つ電極スタック方向と直交する二つの方向のそれぞれにおいて、前記電極アセンブリに保持された圧力を超えるスタック方向の電極アセンブリへの圧力を保持する、エネルギ貯蔵デバイス。
【請求項２】
前記エネルギ貯蔵デバイスは二次電池である、請求項１に記載のエネルギ貯蔵デバイス。
【請求項３】
前記拘束は、前記電極アセンブリの縦方向端面の上に重なる第１及び第２の圧縮部材を含む、請求項１に記載のエネルギ貯蔵デバイス。
【請求項４】
前記拘束は、前記縦方向端面の内部にある少なくとも１つの圧縮部材を含む、請求項１〜請求項３のいずれか１項に記載のエネルギ貯蔵デバイス。
【請求項５】
前記電極集合体及び前記対電極集合体の部材の前記第１の縦方向面上への投射は、第１の投射領域を囲み、前記電極集合体及び前記対電極集合体の部材の前記第２の縦方向面上への投射は、第２の投射領域を囲み、前記第１及び第２の投射領域は、それぞれ、前記第１及び第２の縦方向端面の表面積の少なくとも５０％をそれぞれ含む、請求項１〜請求項４のいずれか１項に記載のエネルギ貯蔵デバイス。
【請求項６】
前記電極集合体及び前記対電極集合体の部材の前記第１の縦方向面上への投射は、第１の投射領域を囲み、前記電極集合体及び前記対電極集合体の部材の前記第２の縦方向面上への投射は、第２の投射領域を囲み、前記拘束は、前記第１及び第２の投射領域のそれぞれに対して、前記第１及び第２の投射領域の表面積にわたって平均化された少なくとも０．７ｋＰａの平均圧縮力をそれぞれ課す、請求項１〜請求項５のいずれか１項に記載のエネルギ貯蔵デバイス。
【請求項７】
前記拘束は、前記第１及び第２の投射領域のそれぞれに対して、前記第１及び第２の投射領域の表面積にわたって平均化された少なくとも１．７５ｋＰａの平均圧縮力をそれぞれ課す、請求項１〜請求項６のいずれか１項に記載のエネルギ貯蔵デバイス。
【請求項８】
前記拘束は、前記第１及び第２の投射領域のそれぞれに対して、前記第１及び第２の投射領域の表面積にわたって平均化された少なくとも２．８ｋＰａの平均圧縮力をそれぞれ課す、請求項１〜請求項７のいずれか１項に記載のエネルギ貯蔵デバイス。
【請求項９】
前記拘束は、前記第１及び第２の投射領域のそれぞれに対して、前記第１及び第２の投射領域の表面積にわたって平均化された少なくとも３．５ｋＰａの平均圧縮力をそれぞれ課す、請求項１〜請求項８のいずれか１項に記載のエネルギ貯蔵デバイス。
【請求項１０】
前記拘束は、前記第１及び第２の投射領域のそれぞれに対して、前記第１及び第２の投射領域の表面積にわたって平均化された少なくとも５．２５ｋＰａの平均圧縮力をそれぞれ課す、請求項１〜請求項９のいずれか１項に記載のエネルギ貯蔵デバイス。
【請求項１１】
前記拘束は、前記第１及び第２の投射領域のそれぞれに対して、前記第１及び第２の投射領域の表面積にわたって平均化された少なくとも７ｋＰａの平均圧縮力をそれぞれ課す、請求項１〜請求項１０のいずれか１項に記載のエネルギ貯蔵デバイス。
【請求項１２】
前記拘束は、前記第１及び第２の投射領域のそれぞれに対して、前記第１及び第２の投射領域の表面積にわたって平均化された少なくとも８．７５ｋＰａの平均圧縮力をそれぞれ課す、請求項１〜請求項１１のいずれか１項に記載のエネルギ貯蔵デバイス。
【請求項１３】
前記拘束は、前記第１及び第２の投射領域のそれぞれに対して、前記第１及び第２の投射領域の表面積にわたって平均化された少なくとも１０ｋＰａの平均圧縮力をそれぞれ課す、請求項１〜請求項１２のいずれか１項に記載のエネルギ貯蔵デバイス。
【請求項１４】
前記第１及び第２の縦方向端面の前記組み合わされた表面積は、前記電極アセンブリの前記表面積の２５％未満である、請求項１〜請求項１３のいずれか１項に記載のエネルギ貯蔵デバイス。
【請求項１５】
前記第１及び第２の縦方向端面の前記組み合わされた表面積は、前記電極アセンブリの前記表面積の２０％未満である、請求項１〜請求項１４のいずれか１項に記載のエネルギ貯蔵デバイス。
【請求項１６】
前記第１及び第２の縦方向端面の前記組み合わされた表面積は、前記電極アセンブリの前記表面積の１５％未満である、請求項１〜請求項１５のいずれか１項に記載のエネルギ貯蔵デバイス。
【請求項１７】
前記第１及び第２の縦方向端面の前記組み合わされた表面積は、前記電極アセンブリの前記表面積の１０％未満である、請求項１〜請求項１６のいずれか１項に記載のエネルギ貯蔵デバイス。
【請求項１８】
前記拘束及びエンクロージャは、前記エンクロージャによって囲まれた容積の６０％未満の組み合わされた容積を有する、請求項１〜請求項１７のいずれか１項に記載のエネルギ貯蔵デバイス。
【請求項１９】
前記拘束及びエンクロージャは、前記エンクロージャによって囲まれた容積の４５％未満の組み合わされた容積を有する、請求項１〜請求項１８のいずれか１項に記載のエネルギ貯蔵デバイス。
【請求項２０】
前記拘束及びエンクロージャは、前記エンクロージャによって囲まれた容積の３０％未満の組み合わされた容積を有する、請求項１〜請求項１９のいずれか１項に記載のエネルギ貯蔵デバイス。
【請求項２１】
前記拘束及びエンクロージャは、前記エンクロージャによって囲まれた容積の２０％未満の組み合わされた容積を有する、請求項１〜請求項２０のいずれか１項に記載のエネルギ貯蔵デバイス。
【請求項２２】
前記電極集合体の各部材は、底部、頂部、長さＬＥ、幅ＷＥ、高さＨＥ、及び各部材の前記底部から前記頂部まで、前記スタック方向に対して略横方向である方向に延びる中心縦軸ＡＥを有し、前記電極集合体の各部材の長さＬＥは、その中心縦軸ＡＥの方向に測定され、前記電極集合体の各部材の幅ＷＥは、前記スタック方向に測定され、前記電極集合体の各部材の高さＨＥは、各部材の中心縦軸ＡＥ及び前記スタック方向に直交する方向に測定され、前記電極集合体の各部材のＷＥ及びＨＥのそれぞれに対するＬＥの比は、それぞれ少なくとも５：１であり、前記電極集合体の各部材のＷＥのＨＥに対する比は、それぞれ０．４：１〜１０００：１である、請求項１〜請求項２１のいずれか１項に記載のエネルギ貯蔵デバイス。
【請求項２３】
前記微小孔性セパレータ材料は、粒状材料及びバインダを含み、少なくとも２０体積％の空孔率を有し、前記非水性液体電解質によって浸透されている、請求項１〜請求項２２のいずれか１項に記載のエネルギ貯蔵デバイス。
【請求項２４】
前記エネルギ貯蔵デバイスがチャージ状態とディスチャージ状態との間でサイクルされるときに、前記電極アセンブリの座屈を抑制するために、前記引張部材は前記外側面に十分に近接している、請求項１〜請求項２３のいずれか１項に記載のエネルギ貯蔵デバイス。
【請求項２５】
前記引張部材と前記外側面との間の距離は、前記電極アセンブリの最小フェレット直径の５０％未満であり、前記フェレット直径は、前記引張部材と前記電極アセンブリの前記外側面との間の距離と同じ方向に測定される、請求項１〜請求項２４のいずれか１項に記載のエネルギ貯蔵デバイス。
【請求項２６】
前記引張部材と前記外側面との間の距離は、前記電極アセンブリの最小フェレット直径の４０％未満であり、前記フェレット直径は、前記引張部材と前記電極アセンブリの前記外側面との間の距離と同じ方向に測定される、請求項１〜請求項２５のいずれか１項に記載のエネルギ貯蔵デバイス。
【請求項２７】
前記引張部材と前記外側面との間の距離は、前記電極アセンブリの最小フェレット直径の３０％未満であり、前記フェレット直径は、前記引張部材と前記電極アセンブリの前記外側面との間の距離と同じ方向に測定される、請求項１〜請求項２６のいずれか１項に記載のエネルギ貯蔵デバイス。
【請求項２８】
前記引張部材と前記外側面との間の距離は、前記電極アセンブリの最小フェレット直径の２０％未満であり、前記フェレット直径は、前記引張部材と前記電極アセンブリの前記外側面との間の距離と同じ方向に測定される、請求項１〜請求項２７のいずれか１項に記載のエネルギ貯蔵デバイス。
【請求項２９】
前記引張部材と前記外側面との間の距離は、前記電極アセンブリの最小フェレット直径の１０％未満であり、前記フェレット直径は、前記引張部材と前記電極アセンブリの前記外側面との間の距離と同じ方向に測定される、請求項１〜請求項２８のいずれか１項に記載のエネルギ貯蔵デバイス。
【請求項３０】
前記引張部材と前記外側面との間の距離は、前記電極アセンブリの最小フェレット直径の５％未満であり、前記フェレット直径は、前記引張部材と前記電極アセンブリの前記外側面との間の距離と同じ方向に測定される、請求項１〜請求項２９のいずれか１項に記載のエネルギ貯蔵デバイス。
【請求項３１】
前記第１及び第２の縦方向端面の各々は、少なくとも１００ｐｓｉの圧縮荷重下にある、請求項１〜請求項３０のいずれか１項に記載のエネルギ貯蔵デバイス。
【請求項３２】
前記第１及び第２の縦方向端面の各々は、少なくとも２００ｐｓｉの圧縮荷重下にある、請求項１〜請求項３１のいずれか１項に記載のエネルギ貯蔵デバイス。
【請求項３３】
前記第１及び第２の縦方向端面の各々は、少なくとも３００ｐｓｉの圧縮荷重下にある、請求項１〜請求項３２のいずれか１項に記載のエネルギ貯蔵デバイス。
【請求項３４】
前記第１及び第２の縦方向端面の各々は、少なくとも４００ｐｓｉの圧縮荷重下にある、請求項１〜請求項３３のいずれか１項に記載のエネルギ貯蔵デバイス。
【請求項３５】
前記第１及び第２の縦方向端面の各々は、少なくとも５００ｐｓｉの圧縮荷重下にある、請求項１〜請求項３４のいずれか１項に記載のエネルギ貯蔵デバイス。
【請求項３６】
前記第１及び第２の縦方向端面の各々は、少なくとも６００ｐｓｉの圧縮荷重下にある、請求項１〜請求項３５のいずれか１項に記載のエネルギ貯蔵デバイス。
【請求項３７】
前記第１及び第２の縦方向端面の各々は、少なくとも７００ｐｓｉの圧縮荷重下にある、請求項１〜請求項３６のいずれか１項に記載のエネルギ貯蔵デバイス。
【請求項３８】
前記第１及び第２の縦方向端面の各々は、少なくとも８００ｐｓｉの圧縮荷重下にある、請求項１〜請求項３７のいずれか１項に記載のエネルギ貯蔵デバイス。
【請求項３９】
前記第１及び第２の縦方向端面の各々は、少なくとも９００ｐｓｉの圧縮荷重下にある、請求項１〜請求項３８のいずれか１項に記載のエネルギ貯蔵デバイス。
【請求項４０】
前記第１及び第２の縦方向端面の各々は、少なくとも１０００ｐｓｉの圧縮荷重下にある、請求項１〜請求項３９のいずれか１項に記載のエネルギ貯蔵デバイス。
【請求項４１】
前記エネルギ貯蔵デバイスは定格容量を有し、前記エネルギ貯蔵デバイスがその定格容量の少なくとも８０％にチャージされているときに、前記第１及び第２の縦方向端面は、そのような圧縮荷重下にある、請求項１〜請求項４０のいずれか１項に記載のエネルギ貯蔵デバイス。
【請求項４２】
前記電極構造は、陽極活性な電気活物質を含み、前記対電極構造は、陰極活性な電気活物質を含む、請求項１〜請求項４１のいずれか１項に記載のエネルギ貯蔵デバイス。
【請求項４３】
前記電極構造は、シリコンを含む陽極活性な電気活物質を含み、前記対電極構造は、陰極活性な電気活物質を含む、請求項１〜請求項４２のいずれか１項に記載のエネルギ貯蔵デバイス。
【請求項４４】
前記エネルギ貯蔵デバイスは、少なくとも２つの電極アセンブリを含む一組の電極アセンブリを含む、請求項１〜請求項４３のいずれか１項に記載のエネルギ貯蔵デバイス。
【請求項４５】
前記エネルギ貯蔵デバイスは、少なくとも２つの電極アセンブリの組を備え、前記エネルギ貯蔵デバイスがチャージ状態とディスチャージ状態との間をサイクルされるとき、前記拘束は、前記組内の前記電極アセンブリに圧力を保持する、請求項１〜４４のいずれか１項に記載のエネルギ貯蔵デバイス。
【請求項４６】
前記エネルギ貯蔵デバイスは、少なくとも２つの電極アセンブリの組を備え、前記エネルギ貯蔵デバイスは、対応する数の拘束を含み、前記拘束のそれぞれは、前記エネルギ貯蔵デバイスがチャージ状態とディスチャージ状態との間をサイクルされるとき、前記組内の前記電極アセンブリのうちの１つに圧力を保持する、請求項１〜４４のいずれか１項に記載のエネルギ貯蔵デバイス。
【請求項４７】
前記電極アセンブリは、少なくとも５つの電極構造と、少なくとも５つの対電極構造とを含む、請求項１〜請求項４６のいずれか１項に記載のエネルギ貯蔵デバイス。
【請求項４８】
前記電極アセンブリは、少なくとも１０個の電極構造と、少なくとも１０個の対電極構造とを含む、請求項１〜請求項４７のいずれか１項に記載のエネルギ貯蔵デバイス。
【請求項４９】
前記電極アセンブリは、少なくとも５０個の電極構造と、少なくとも５０個の対電極構造とを含む、請求項１〜請求項４８のいずれか１項に記載のエネルギ貯蔵デバイス。
【請求項５０】
前記電極アセンブリは、少なくとも１００個の電極構造と、少なくとも１００個の対電極構造とを含む、請求項１〜請求項４９のいずれか１項に記載のエネルギ貯蔵デバイス。
【請求項５１】
前記電極アセンブリは、少なくとも５００個の電極構造と、少なくとも５００個の対電極構造とを含む、請求項１〜請求項５０のいずれか１項に記載のエネルギ貯蔵デバイス。
【請求項５２】
前記拘束は、少なくとも１００００ｐｓｉ（＞７０ＭＰａ）の極限引張強度を有する材料を含む、請求項１〜請求項５１のいずれか１項に記載のエネルギ貯蔵デバイス。
【請求項５３】
前記拘束は、前記電解質と適合性のある材料を含む、請求項１〜請求項５２のいずれか１項に記載のエネルギ貯蔵デバイス。
【請求項５４】
前記拘束は、前記エネルギ貯蔵デバイスの前記浮遊電位又は前記陽極電位において著しく腐食しない材料を含む、請求項１〜請求項５３のいずれか１項に記載のエネルギ貯蔵デバイス。
【請求項５５】
前記拘束は、４５℃で著しく反応しないか又は機械的強度を失わない材料を含む、請求項１〜請求項５４のいずれか１項に記載のエネルギ貯蔵デバイス。
【請求項５６】
前記拘束は、金属、金属合金、セラミックス、ガラス、プラスチック、又はそれらの組み合わせを含む、請求項１〜請求項５５のいずれか１項に記載のエネルギ貯蔵デバイス。
【請求項５７】
前記拘束は、約１０〜約１００マイクロメートルの範囲内の厚さを有する材料のシートを含む、請求項１〜請求項５６のいずれか１項に記載のエネルギ貯蔵デバイス。
【請求項５８】
前記拘束は、約３０〜約７５マイクロメートルの範囲内の厚さを有する材料のシートを含む、請求項１〜請求項５７のいずれか１項に記載のエネルギ貯蔵デバイス。
【請求項５９】
前記拘束は、＞５０％の充填密度の炭素繊維を含む、請求項１〜請求項５８のいずれか１項に記載のエネルギ貯蔵デバイス。
【請求項６０】
前記圧縮部材は、相互に直交する且つ前記スタック方向と直交する二つの方向のそれぞれに、前記電極アセンブリに保持された圧力の、少なくとも３倍超の圧力を前記第１及び第２の縦方向端面にかける、請求項１〜請求項５９のいずれか１項に記載のエネルギ貯蔵デバイス。
【請求項６１】
前記圧縮部材は、相互に直交する且つ前記スタック方向と直交する二つの方向のそれぞれに、前記電極アセンブリに保持された圧力の、少なくとも３倍超の圧力を前記第１及び第２の縦方向端面にかける、請求項１〜請求項６０のいずれか１項に記載のエネルギ貯蔵デバイス。
【請求項６２】
前記圧縮部材は、相互に直交する且つ前記スタック方向と直交する二つの方向のそれぞれに、前記電極アセンブリに保持された圧力の、少なくとも４倍超の圧力を前記第１及び第２の縦方向端面にかける、請求項１〜請求項６１のいずれか１項に記載のエネルギ貯蔵デバイス。
【請求項６３】
前記圧縮部材は、相互に直交する且つ前記スタック方向と直交する二つの方向のそれぞれに、前記電極アセンブリに保持された圧力の、少なくとも５倍超の圧力を前記第１及び第２の縦方向端面にかける、請求項１〜請求項６２のいずれか１項に記載のエネルギ貯蔵デバイス。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、概略、エネルギ貯蔵デバイスに使用するための構造、該構造を組み込んだエネルギ貯蔵デバイス、及び、該構造及びエネルギデバイスを作成する方法に、関する。
【背景技術】
【０００２】
ロッキングチェア又は挿入二次電池は、リチウム、ナトリウム、カリウム、カルシウム、マグネシウム、若しくはアルミニウムイオンなどの、キャリアイオンが正電極と負電極の間を電解質を介して移動する、一種のエネルギ貯蔵デバイスである。二次電池は、単独のバッテリセル、若しくは、電気的に結合してバッテリを形成する二つ以上のバッテリセルを含み、夫々のバッテリセルは、正電極、負電極、微小孔性セパレータ、及び電解質を含む。
【０００３】
ロッキングチェアのバッテリセルでは、正及び負の電極構造はどちらも、キャリアイオンが入り込み出て行く材料を含む。セルがディスチャージされると、キャリアイオンが負電極から抽出され、正電極に挿入される。セルがチャージされると、逆のプロセスが起こる。つまり、キャリアイオンが正電極から抽出され、負電極内に挿入される。
【０００４】
図１は、非水二次電池などの、現存のエネルギ貯蔵デバイスの電気化学スタックの断面図を示す。電気化学スタック１は、積み重ね構成内に、正電極集合体３と、正電極活物質層５と、微小孔性セパレータ７と、負電極活物質層９と、負電極集合体１１とを含む。層の各々は、相互に直交する、及び電極スタック方向に直交する方向に測定された層の各々の長さ及び幅よりもそれぞれ著しく小さい（例えば、少なくとも１０倍小さい）電極スタック方向（すなわち、図１に示すような正電極集合体３から負電極集合体１１への方向）で測定された高さを有する。ここで図２を参照すると、頂部１５及び底部１７を有するロール１３（「ゼリーロール」と称されることもある）が、電気化学スタックを中心軸１９の周りに巻くことによって形成され、その後、ロール１３は缶（図示せず）に詰められ、非水電解質を充填して二次電池を組み立てる。図２に示すように、層の電極スタック方向は、中心軸１９と直交している。
【０００５】
バッテリ、燃料セル、及び電気化学キャパシタなどの、現存のエネルギ貯蔵デバイスは、典型的には、図１及び図２に示されるような２次元の薄層アーキテクチャ（例えば、平面又は渦巻き型積層）を有し、個々の積層の表面積は、（多孔性及び表面粗さを無視する）幾何学的フットプリントに概略等しい。３次元バッテリは、バッテリ容量及び活物質利用を改良する方法として、文献で提案されてきた。２次元の薄層バッテリアーキテクチャと対比して、より広い表面積及びより高いエネルギを提供するために、３次元アーキテクチャが利用され得ることが、提案されてきた。小さな幾何学的エリアから取得されるエネルギ量の増加により、３次元エネルギ貯蔵デバイスを作製することには利点がある。例えば、ＲｕｓｔらによるＷＯ２００８／０８９１１０（特許文献１）、及び、Ｌｏｎｇらによる“３次元バッテリアーキテクチャ”Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｒｅｖｉｅｗｓ、（２００４）、１０４、４４６３−４４９２（非特許文献１）を参照されたい。
【０００６】
従来の巻きバッテリ（例えば、米国特許第６０９０５０５号（特許文献２）及び第６２３５４２７号（特許文献３）及び図２、参照）は、典型的には、シングルホイル上にコートされ、セルアセンブリに先立って圧縮される、電極材料（活物質、バインダ、導電助剤）を有する。電極がコートされているホイルは、典型的には、電流収集経路の一部である。１８６５０又はプリズムセルなどの単独のゼリーロールバッテリでは、電流コレクタホイルは、活物質から電流コレクタホイル及びタブを通ってバッテリの外部まで電流を運ぶ、電極バス、タブ、タグなどに、超音波溶接される。デザインによっては、単独のゼリーロールに沿って複数の場所にタブが存在してもよく、又は電流コレクタホイルの片端又は両端の一つの場所に沿ってタブが存在してもよい。従来の積層バッテリポーチセルは、個々のホイルの上部にエリアを伴う、順次集められタブに溶接された、活物質の複数のプレート（若しくはホイル）を有する。該プレートは続いて、電流をバッテリポーチの外部に運ぶ（例えば、米国特許出願公開第２００５／０００８９３９号（特許文献４）参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】ＷＯ２００８／０８９１１０
【特許文献２】米国特許第６０９０５０５号
【特許文献３】米国特許第６２３５４２７号
【特許文献４】米国特許出願公開第２００５／０００８９３９号
【非特許文献】
【０００８】
【非特許文献１】Ｌｏｎｇらによる“３次元バッテリアーキテクチャ”Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｒｅｖｉｅｗｓ、（２００４）、１０４、４４６３−４４９２
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかしながら、二次電池に関する課題の一つは、バッテリの信頼性及びサイクル寿命である。例えば、リチウムイオンバッテリの電極構造は、バッテリのチャージ及びディスチャージが繰り返されると拡張（膨張）して収縮する傾向があり、これにより電気的短絡及び機器の故障を招くおそれがある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本開示の様々な態様の中において、バッテリ、燃料セル、及び電気化学キャパシタなどの、エネルギ貯蔵デバイスで使用するための３次元構造が提供される。有利には、また、本開示の一態様によれば、エネルギ貯蔵デバイスの他のコンポーネント（すなわち、エネルギ貯蔵デバイスの非活物質のコンポーネント）に対する電極活物質の割合を増加させることができる。結果として、本開示の三次元構造を含むエネルギ貯蔵デバイスは、より高いエネルギ密度を有することができる。それらは、例えば、正電極と負電極との間の電子及びイオン移動のための輸送距離を最小限にするか、又は減少させることによって、貯蔵された特定量のエネルギに対して、２次元エネルギ貯蔵デバイスよりも高いエネルギ回収率を提供することもできる。これらの装置は、小型化に対して、及び装置に利用可能な幾何学的領域が制限されている、及び／又はエネルギ密度要件が薄層装置で達成され得るものよりも高いアプリケーションに対して、より適している可能性がある。
【００１１】
したがって、簡潔には、本開示の一態様によれば、チャージ状態とディスチャージ状態との間でサイクルするためのエネルギ貯蔵デバイスが提供される。エネルギ貯蔵デバイスは、エンクロージャ、エンクロージャ内の電極アセンブリ及び非水性液体電解質、及びエネルギ貯蔵デバイスがチャージ状態とディスチャージ状態との間でサイクルするとき、電極アセンブリへの圧力を保持する拘束とを含む。電極アセンブリは、電極構造の集合体と、対電極構造の集合体、及び電極集合体と対電極集合体の部材間の電気絶縁性微小孔性セパレータ材料とを有する。電極アセンブリは、縦軸に沿って分離された対向する第１及び第２の縦方向端面と、縦軸を取り囲み、第１及び第２の縦方向端面を接続する外側面とを有し、第１及び第２の縦方向端面の組み合わされた表面積は、外側面と第１及び第２の縦方向端面との組み合わされた表面積の３３％未満である。電極集合体の部材及び対電極集合体の部材は、電極アセンブリ内で縦軸に平行なスタック方向に交互に配置される。拘束は、圧縮部材を互いに向かって引っ張る少なくとも１つの引張部材によって接続された第１及び第２の圧縮部材を有し、拘束は、相互に直交する且つ電極スタック方向と直交する二つの方向のそれぞれにおいて、電極アセンブリに保持された圧力を超えるスタック方向の電極アセンブリへの圧力を保持する。
【００１２】
本開示の更に別の一態様によれば、チャージ状態とディスチャージ状態との間でサイクルするための二次電池が提供され、二次電池は、バッテリエンクロージャ、バッテリエンクロージャ内の電極アセンブリ及び非水性液体電解質、及び二次電池がチャージ状態とディスチャージ状態との間でサイクルするとき、電極アセンブリへの圧力を保持する拘束とを有する。電極アセンブリは、電極構造の集合体と、対電極構造の集合体、及び電極集合体と対電極集合体の部材間の電気絶縁性微小孔性セパレータ材料とを有する。電極アセンブリは、縦軸に沿って分離された対向する第１及び第２の縦方向端面と、縦軸を取り囲み、第１及び第２の縦方向端面を接続する外側面とを有し、第１及び第２の縦方向端面の表面積は、電極アセンブリの表面積の３３％未満である。電極集合体の部材及び対電極集合体の部材は、電極アセンブリ内で縦軸に平行なスタック方向に交互に配置される。電極集合体及び対電極集合体の部材の第１の縦方向面上への投射は、第１の投射領域を囲み、電極集合体及び対電極集合体の部材の第２の縦方向面上への投射は、第２の投射領域を囲む。拘束は、第１及び第２の投射領域の上にそれぞれ重なる第１及び第２の圧縮部材を有し、圧縮部材は、電極アセンブリの外側面の上に重なり、圧縮部材を互いに向かって引っ張る引張部材によって接続され、拘束は、相互に直交する且つ電極スタック方向と直交する二つの方向のそれぞれにおいて、電極アセンブリに保持された圧力を超えるスタック方向の電極アセンブリへの圧力を保持する。
【００１３】
その他の目的及び構成は、以下において部分的に明らかとなり、部分的に指摘されるであろう。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】リチウムイオンバッテリなどの、従来技術の２次元エネルギ貯蔵デバイスの電気化学スタックのセルの断面図である。
【図２】リチウムイオンバッテリなどの、従来技術の２次元エネルギ貯蔵デバイスの巻き電気化学スタックのセルの断面図である。
【図３Ａ】三角プリズム形状を有する、本開示の電極アセンブリの一つの実施形態の模式図である。
【図３Ｂ】並列パイプ形状を有する、本開示の電極アセンブリの一つの実施形態の模式図である。
【図３Ｃ】矩形プリズム形状を有する、本開示の電極アセンブリの一つの実施形態の模式図である。
【図３Ｄ】五角形プリズム形状を有する、本開示の電極アセンブリの一つの実施形態の模式図である。
【図３Ｅ】六角プリズム形状を有する、本開示の電極アセンブリの一つの実施形態の模式図である。
【図４】本開示の二次電池の一つの実施形態の概略分解図である。
【図５Ａ】図４の二次電池の電極アセンブリの一端の概略端図である。
【図５Ｂ】図５Ａの電極アセンブリの対向端の概略端図である。
【図５Ｃ】図５Ａの電極アセンブリの外側面の概略上面図である。
【図５Ｄ】図５Ａの電極アセンブリの反対側の外側面の概略底面図である。
【図６Ａ】図４の二次電池の拘束の概略斜視図である。
【図６Ｂ】内部圧縮部材を伴う拘束を有する電極アセンブリの断面の一つの実施形態を示す。
【図６Ｃ】複数の内部圧縮部材を伴う拘束を有する電極アセンブリの断面の一つの実施形態を示す。
【図７】本開示の二次電池の別の実施形態の概略分解図である。
【図８】本開示の二次電池の電極アセンブリのための、展開した拘束の別の実施形態の模式図である。
【図９】図８の拘束を畳んだ後の模式図である。
【図１０Ａ】本開示の二次電池の拘束及び電極アセンブリの別の実施形態の模式図である。
【図１０Ｂ】図１０Ａの拘束及び電極アセンブリの拡大図である。
【図１１Ａ】本開示の二次電池の電極アセンブリのための、拘束の別の実施形態の模式図である。
【図１１Ｂ】図１１Ａの拘束の拡大図である。
【図１２Ａ】内部構造を示すために一部を取り除いた、本開示の二次電池の電極アセンブリの一つの実施形態の斜視図である。
【図１２Ｂ】図１２Ａの電極アセンブリの一端の端面図である。
【図１２Ｃ】図１２Ａの電極アセンブリの対向端の端面図である。
【図１３】内部構造を示すために一部を取り除いた、本開示の二次電池の別の実施形態の斜視図である。
【図１４】内部構造を示すために一部を取り除いた、本開示の二次電池の別の実施形態の斜視図である。
【図１５】内部構造を示すために一部を取り除いた、本開示の二次電池の別の実施形態の斜視図である。
【図１６】本開示の拘束及び電極アセンブリの別の実施形態の断面図である。
【００１５】
図面を通して、対応する符号は対応する部分を示す。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
定義
【００１７】
本明細書で使用される単数形での記載は、文脈上、他に明確に記載されない限り、複数の指示対象を指す。例えば、１つの例では、「電極」への言及は、単数の電極と複数の同様の電極の両方を含む。
【００１８】
本明細書で使用される「約」及び「およそ」は、記載された値の±１０％、５％、又は１％を意味する。例えば、１つの例では、約２５０μｍは、２２５μｍ〜２７５μｍを含む。更なる例として、１つの例では、約１０００μｍは、９００μｍ〜１１００μｍを含む。特に記載されない限り、本明細書及び特許請求の範囲で使用される量（例えば、測定値など）などを表すすべての数字は、すべての場合において、「約」によって修飾されると理解されるべきである。従って、逆を示さない限り、以下の明細書及び添付の特許請求の範囲に示される数値パラメータは近似値である。個々の数値パラメータは少なくとも、計上された有効数字の数に照らして、及び、通常の丸めテクニックを適用することによって、解釈されるべきである。
【００１９】
二次電池の状態を述べる文脈において本明細書内で使用されるとき、「チャージ状態」とは、二次電池がその定格容量の少なくとも７５％までチャージされた状態を指す。例えば、バッテリは、その定格容量の少なくとも８０％、その定格容量の少なくとも９０％、更にはその定格容量の少なくとも９５％（例えば、その定格容量の１００％）までチャージすることができる。
【００２０】
二次電池の状態を述べる文脈において本明細書内で使用されるとき、「ディスチャージ状態」とは、二次電池がその定格容量の２５％未満にディスチャージされた状態を指す。例えば、電池は、その定格容量の２０％未満（例えば、その定格容量の１０％未満）、更にはその定格容量の５％未満（例えば、その定格容量の０％））までディスチャージすることができる。
【００２１】
チャージ状態とディスチャージ状態との間の二次電池のサイクルを述べる文脈において本明細書で使用される場合、「サイクル」とは、バッテリをチャージ及び／又はディスチャージして、チャージ状態又はディスチャージ状態のいずれかである第１の状態から、第１の状態とは反対の第２の状態（すなわち、第１の状態がディスチャージ状態の場合にはチャージ状態、又は第１の状態がチャージ状態の場合にはディスチャージ状態）にサイクル内でバッテリを変え、その後、バッテリを第１の状態に戻して、サイクルを完了することを指す。例えば、チャージ状態とディスチャージ状態との間の二次電池の単一のサイクルは、ディスチャージ状態からチャージ状態にチャージし、その後、ディスチャージ状態にディスチャージしてサイクルを完了することを含むことができる。単一サイクルはまた、バッテリをチャージ状態からディスチャージ状態にディスチャージし、その後、チャージ状態にチャージしてサイクルを完了することを含むことができる。
【００２２】
電極アセンブリに関して本明細書で言及される場合、「フェレット直径」は、２つの平行な平面に直交する方向に測定した電極アセンブリを拘束する、２つの平面間の距離として定義される。
【００２３】
本明細書で使用される「縦軸」、「横軸」及び「垂直軸」は、相互に直交する軸を指す（すなわち、各々は互いに直交する）。例えば、本明細書で使用する場合、「縦軸」、「横軸」及び「垂直軸」は、３次元の形態又は方向を定義するために使用されるデカルト座標系と類似するものである。よって、本発明の発明特定事項の要素の記述は、要素の３次元的な方向を記述するために使用される特定の１又は複数の座標軸に限定されない。言い換えると、座標軸は、本発明の発明特定事項の３次元的形態を参照するときに交換可能とすることができる。
【００２４】
本明細書で使用する場合、「縦方向」、「横方向」及び「垂直方向」は、相互に直交する方向を指す（すなわち、各々は互いに直交している）。例えば、本明細書で使用される場合、「縦方向」、「横方向」及び「垂直方向」は、３次元の形態又は方向を定義するために使用されるデカルト座標系の縦軸、横軸、及び垂直軸と、それぞれ略平行とすることができる。
【００２５】
二次電池のチャージ状態とディスチャージ状態との間のサイクルを述べる文脈において本明細書で使用される場合、「繰り返しサイクル」は、ディスチャージ状態からチャージ状態に、又はチャージ状態からディスチャージ状態に２回以上サイクルすることを指す。チャージ状態とディスチャージ状態との間の繰り返しサイクルは、ディスチャージ状態からチャージ状態へ少なくとも２回サイクルする（例えば、ディスチャージ状態からチャージ状態へチャージし、ディスチャージ状態へディスチャージして戻り、チャージ状態へ再びチャージし、最終的にディスチャージ状態にディスチャージして戻る）ことを含むことができる。更に別の一例として、チャージ状態とディスチャージ状態との間の少なくとも２回の繰り返しサイクルは、チャージ状態からディスチャージ状態へディスチャージし、チャージ状態へチャージして戻り、ディスチャージ状態へ再びディスチャージし、最終的にチャージ状態にチャージして戻ることを含むことができる。更なる例として、チャージ状態とディスチャージ状態との間の繰り返しサイクルは、ディスチャージ状態からチャージ状態への少なくとも５回のサイクル、更には少なくとも１０回のサイクルを含むことができる。更なる例として、チャージ状態とディスチャージ状態との間の繰り返しサイクルは、ディスチャージ状態からチャージ状態への少なくとも２５回、５０回、１００回、３００回、５００回、更には１０００回のサイクルを含むことができる。
【００２６】
二次電池を述べる文脈で本明細書にて用いられる「定格出力」は、標準温度状態（２５℃）で計測される、ある一定期間に電流を供給する二次電池のキャパシティを示す。例えば、定格出力は、特定の期間の電流出力を決定することにより、若しくは、特定の電流に対して電流が出力され得る時間を決定して電流と時間の積を求めることにより、アンペア時の単位で計測され得る。例えば、バッテリ定格の２０アンペア時に対して、電流が定格に対して２アンペアと特定されれば、バッテリは、その電流出力を１０時間供給するものであると理解され得、また逆に、時間が定格に対して１０時間で特定されれば、バッテリは、１０時間の間に２アンペアを出力するものであると理解され得る。
【００２７】
詳細な説明
【００２８】
一般的に、本開示の二次電池は、バッテリエンクロージャ、バッテリエンクロージャ内の電極アセンブリ及び非水性液体電解質、及び二次電池がチャージ状態とディスチャージ状態との間でサイクルするとき、電極アセンブリへの圧力を保持する拘束とを備える。前述したように、二次電池の形成及び／又はその後の二次電池のチャージ状態とディスチャージ状態との間のサイクル中に、電極アセンブリ内の電極及び／又は対電極は、電極と対電極の積み重なる方向（電極のスタック方向）に拡張する可能性がある。このような拡張は、電極アセンブリが数十（又はそれ以上）の積み重ねられた電極及び対電極を含む場合に課題となる。有利には、本開示の拘束は、バッテリの形成中及び／又はチャージ状態とディスチャージ状態との間のバッテリのその後のサイクル中に（スタック方向における）電極アセンブリの拡張を抑制する電極アセンブリに対する圧力を保持する。また、拘束は、拘束によって電極アセンブリの異なる表面に及ぼされる圧力の差から潜在的に生じる可能性がある電極アセンブリの座屈を更に抑制する。
【００２９】
本開示の拘束は、例えば、バッテリエンクロージャ自身を含む構造、バッテリエンクロージャ外部の構造、バッテリエンクロージャ内部の構造、又は、バッテリエンクロージャと、バッテリエンクロージャ内部の構造、及び／若しくは、バッテリエンクロージャ外部の構造との組み合わせの、いずれかでも具体化され得る。一つのそのような実施形態では、バッテリエンクロージャは、拘束の部品であり、言い換えると、この実施形態では、バッテリエンクロージャは、それだけで、又は（バッテリエンクロージャ内部の、及び／若しくは、外部の）一つ若しくはそれ以上の他の構造との組み合わせで、相互に直交する且つ電極スタック方向と直交する方向で、電極構造にかかる圧力よりも大きい圧力を、電極スタック方向に、電極構造にかける。別の実施形態では、相互に直交する且つ電極スタック方向と直交する方向で、電極構造にかかる圧力よりも大きい圧力を、電極スタック方向に電極構造にかけるバッテリエンクロージャ以外の、バッテリエンクロージャ及び（バッテリエンクロージャ内部の、及び／若しくは、外部の）一つ若しくはそれ以上の個別の構造を、拘束は、含まない。
【００３０】
一つの例示の実施形態では、拘束は、電極スタック方向と直交する且つ相互に直交する二つの方向で、電極構造にかかる圧力を超える圧力を、電極スタック方向に電極構造にかける、バッテリエンクロージャ内部の一つ若しくはそれ以上の個別の構造を、含む。
【００３１】
一つの例示の実施形態では、拘束はバッテリエンクロージャ内部に存在し、電極スタック方向と直交する且つ相互に直交する二つの方向で、電極構造にかかる圧力を超える圧力を、電極スタック方向に電極構造にかける。
【００３２】
一つの例示の実施形態では、拘束は、電極スタック方向と直交する且つ相互に直交する二つの方向で、電極構造にかかる圧力を超える圧力を、電極スタック方向に電極構造へ、組み合わせでかける、バッテリエンクロージャ及び該バッテリエンクロージャ内部の一つ若しくはそれ以上の個別の構造の外部の、一つ若しくはそれ以上の個別の構造を、含む。
【００３３】
拘束の位置（例えば、バッテリエンクロージャの内部か又は外部か、及び／又は、エンクロージャに含まれるか）とは無関係に、拘束及びバッテリエンクロージャは、組み合わせて、バッテリエンクロージャの外面により囲まれる体積の７５％（即ち、バッテリの排水容積）しか占めないのが好ましい。例えば、一つのそのような実施形態では、拘束及びバッテリエンクロージャは、組み合わせて、バッテリエンクロージャの外面により囲まれる体積の６０％しか占めない。更なる例として、一つのそのような実施形態では、拘束及びバッテリエンクロージャは、組み合わせて、バッテリエンクロージャの外面により囲まれる体積の４５％しか占めない。更なる例として、一つのそのような実施形態では、拘束及びバッテリエンクロージャは、組み合わせて、バッテリエンクロージャの外面により囲まれる体積の３０％しか占めない。更なる例として、一つのそのような実施形態では、拘束及びバッテリエンクロージャは、組み合わせて、バッテリエンクロージャの外面により囲まれる体積の２０％しか占めない。
【００３４】
本開示の電極アセンブリは、一般的に、（電極アセンブリの縦軸に沿って分離される）対向する２つの縦方向端面と、２つの対向する縦方向端面の間に延びる（縦軸を取り囲む）外側面とを備える。一般的に、縦方向端面は、平面であっても非平面であってもよい。例えば、一つの実施形態では、対向する縦方向端面は凸状である。更なる例として、一つの実施形態では、対向する縦方向端面は凹状である。更なる例として、一つの実施形態では、対向する縦方向端面は実質的に平面である。
【００３５】
対向する縦方向端面はまた、平面上に投射されたときに、任意の範囲の２次元形状を有してもよい。例えば、縦方向端面は、滑らかな湾曲形状（例えば、円形、楕円形、双曲線又は放物線）を独立して有することができ、一連の線及び頂点（例えば、多角形）を独立に含むことができ、又は滑らかな湾曲形状を独立して含み、且つ１以上の線及び頂点を含むことができる。同様に、電極アセンブリの外側面は、滑らかな湾曲形状（例えば、電極アセンブリが円形、楕円形、双曲線又は放物線断面形状を有する）であってもよく、又は外側面は、頂点で接続された２以上の面を含んでもよい（例えば、電極アセンブリは、多角形の断面を有してもよい）。例えば、一つの実施形態では、電極アセンブリは、円筒形、楕円形状円筒形、放物線状円筒形、又は双曲線状円筒形を有する。更なる例として、一つのそのような実施形態では、電極アセンブリは、同じサイズ及び形状の対向する縦方向端面と、平行四辺形の外側面（すなわち、対向する縦方向端面の間に延在する面）とを有することができる。更なる例として、一つのそのような実施形態では、電極アセンブリは、三角柱に対応する形状を有し、電極アセンブリは、２つの対向する三角形の縦方向端面と、２つの縦方向端面の間に延びる３つの平行四辺形（例えば、矩形）からなる外側面を有する。更なる例として、一つのそのような実施形態では、電極アセンブリは、矩形プリズムに対応する形状を有し、電極アセンブリは、２つの対向する矩形の縦方向端面と、４つの平行四辺形（例えば、矩形）面を含む外側面を有する。更なる例として、一つのそのような実施形態では、電極アセンブリは、五角形プリズム、六角形プリズムなどに対応する形状を有し、電極アセンブリは、それぞれ五角形、六角形などの２つの対向する縦方向端面と、それぞれ５つ、６つなどの平行四辺形（例えば、矩形）の面を含む外側面とを有する。
【００３６】
ここで図３Ａ〜図３Ｅを参照すると、いくつかの例示的な幾何学的形状が、電極アセンブリ１２０に対して概略的に示されている。図３Ａでは、電極アセンブリ１２０は、縦軸Ａに沿って分離された対向する第１及び第２の縦方向端面１２２、１２４と、縦方向端面を接続し、縦軸Ａを取り囲む３つの矩形面を含む外側面（符号なし）を有する三角形プリズム形状を有する。図３Ｂでは、電極アセンブリ１２０は、縦軸線Ａに沿って分離された対向する第１及び第２の平行四辺形の縦方向端面１２２、１２４と、２つの縦方向端面を接続し、縦軸Ａを取り囲む４つの平行四辺形面を含む外側面（符号なし）を有する平行六面体形状を有する。図３Ｃでは、電極アセンブリ１２０は、縦軸Ａに沿って分離された対向する第１及び第２の矩形の縦方向端面１２２、１２４と、２つの縦方向端面を接続し、縦軸Ａを取り囲む４つの矩形面を含む外側面（符号なし）を有する矩形プリズム形状を有する。図３Ｄでは、電極アセンブリ１２０は、縦軸Ａに沿って分離された対向する第１及び第２の五角形の縦方向端面１２２、１２４と、２つの縦方向端面を接続し、縦軸Ａを取り囲む５つの矩形面を含む外側面（符号なし）を有する五角形プリズム形状を有する。図３Ｅでは、電極アセンブリ１２０は、縦軸Ａに沿って分離された対向する第１及び第２の六角形の縦方向端面１２２、１２４と、２つの縦方向端面を接続し、縦軸Ａを取り囲む６つの矩形面を含む外側面（符号なし）を有する六角形プリズム形状を有する。
【００３７】
電極アセンブリの全体的な幾何学的形状とは無関係に、電極アセンブリの対向する第１及び第２の縦方向端面は、電極アセンブリの全表面積（すなわち、全表面積は、第１及び第２の縦方向端面の表面積と電極アセンブリの外側面の表面積との合計である）の５０％未満の組み合わされた表面積を有する。例えば、図３Ａ〜図３Ｅの各々の電極アセンブリ１２０の第１及び第２の対向する縦方向端面１２２、１２４は、それぞれ三角形プリズム（図３Ａ）、平行六面体（図３Ｂ）、矩形プリズム（図３Ｃ）、五角形プリズム（図３Ｄ）又は六角形プリズム（図３Ｅ）の全表面積の５０％未満である組み合わされた表面積（すなわち、第１及び第２の縦方向端面の表面積の合計）を有する。例えば、一つのそのような実施形態では、電極アセンブリの対向する第１及び第２の縦方向端面は、電極アセンブリの全表面の３３％未満の表面積を有する。更なる例として、一つのそのような実施形態では、電極アセンブリの対向する第１及び第２の縦方向端面は、電極アセンブリの全表面の２５％未満の表面積を有する。更なる例として、一つのそのような実施形態では、電極アセンブリの対向する第１及び第２の縦方向端面は、電極アセンブリの全表面の２０％未満の表面積を有する。更なる例として、一つのそのような実施形態では、電極アセンブリの対向する第１及び第２の縦方向端面は、電極アセンブリの全表面の１５％未満の表面積を有する。更なる例として、一つのそのような実施形態では、電極アセンブリの対向する第１及び第２の縦方向端面は、電極アセンブリの全表面の１０％未満の表面積を有する。
【００３８】
いくつかの実施形態では、電極アセンブリは矩形プリズムであり、第１及び第２の対向する縦方向端面は、外側面の少なくとも２つの対向する面の組み合わされた表面積よりも小さい組み合わされた表面積（すなわち、対向する縦方向端面を接続する２つの対向する矩形の外側面の表面積の合計）を有する。いくつかの実施形態では、電極アセンブリは矩形プリズムであり、矩形プリズムは、第１及び第２の対向する縦方向端面と、２対の対向する表面（面）を含む外側面とを有し、２つの対向する縦方向端面は、外側面に含まれる２対の対向する面の少なくとも１対の組み合わされた表面積よりも小さい組み合わされた表面積を有する。いくつかの実施形態では、電極アセンブリは矩形プリズムであり、矩形プリズムは２つの対向する第１及び第２の縦方向端面と、２対の対向する表面（面）を含む外側面とを有し、２つの対向する縦方向端面は、外側面に含まれる２対の対向する面の各対の組み合わされた表面積よりも小さい組み合わされた表面積を有する。
【００３９】
一般的に、電極アセンブリは、電極集合体と、電極アセンブリの縦軸と一致する方向（すなわち、電極スタック方向）に積み重ねられた対電極集合体とを含む（例えば、図３Ａ〜図３Ｅを参照）。言い換えれば、電極及び対電極は、電極アセンブリの第１の対向する縦方向端面から第２の対向する縦方向端面に延びる方向に積み重ねられる。一つの実施形態では、電極集合体の部材及び／又は対電極集合体の部材は、事実上、薄層である（例えば、図１及び図２を参照）。別の一つの実施形態において、電極集合体の部材及び／又は対電極集合体の部材は、事実上、非薄層であり、言い換えると、一つの実施形態では、電極集合体及び／又は対電極集合体の部材は、バックプレーン内の部材の幾何学的フットプリント（すなわち、投射）の２倍よりも大きい表面積（多孔性を無視する）を有するように、仮想バックプレーン（例えば、電極アセンブリの表面と実質的に一致する平面）から十分に延在する。特定の実施形態では、仮想バックプレーンにおけるその非幾何学的なフットプリントに対する非薄層（すなわち、３次元）の電極及び／又は対電極構造の表面積の比は、少なくとも約５、少なくとも約１０、少なくとも約５０、少なくとも約１００、又は更には少なくとも約５００とすることができる。しかしながら、一般的に、この比は約２〜約１０００である。一つのそのような実施形態では、電極集合体の部材は事実上、非薄層である。更なる例として、一つのそのような実施形態では、対電極集合体の部材は、事実上、非薄層である。更なる例として、一つのそのような実施形態では、電極集合体の部材及び対電極集合体の部材は、事実上、非薄層である。
【００４０】
電極アセンブリを組み込んだ二次電池の形成中及び／又はサイクル中に、縦方向（例えば、図３Ａ〜図３Ｅのそれぞれにおいて縦軸Ａに平行な方向）の電極アセンブリの拡張は、本開示の拘束によって抑制することができる。一般的に、拘束は、（電極アセンブリの外側面の上に重なるように適合された）引張部材によって接続された（それぞれ第１及び第２の投射領域の上に重なるように適合された）圧縮部材を備える。引張部材は、圧縮部材を互いに向かって引っ張り、それによって、電極アセンブリの対向する第１及び第２の縦方向端面に圧縮力を印加し、それによって、縦方向（これは、本明細書で更に説明されるような電極スタック方向と一致する）における電極アセンブリの拡張を抑制する。また、バッテリが形成された後、拘束は、相互に直交する且つ縦方向と直交する二つの方向のそれぞれにおいて、電極アセンブリに保持された圧力を超える圧力を縦方向（すなわち、電極のスタック方向）に電極アセンブリに対して掛ける。
【００４１】
ここで図４を参照すると、全体的に１００で示される、本開示の二次電池の一つの実施形態の分解図を示すことができる。二次電池は、バッテリエンクロージャ１０２と、バッテリエンクロージャ１０２内の電極アセンブリ１２０の組１１０とを含み、電極アセンブリの各々は、第１の縦方向端面１２２と、（図４の仮想デカルト座標系の「Ｙ軸」に平行な縦軸（図示せず）に沿って第１の縦方向端面１２２から分離された）対向する第２の縦方向端面１２４と、外側面１２３、１２５、１２６、１２７を含む外側面を有する（図１２Ａを参照）。各電極アセンブリは、電極構造の集合体と、電極スタック方向Ｄにおいて、電極アセンブリ（例えば、図１２Ａを参照）の各々の中で互いに積み重ねられた対電極構造の集合体とを含み、言い換えると、電極構造及び対電極構造の集合体は、第１の縦方向端面１２２と第２の縦方向端面１２４との間で方向Ｄに進行する交互の一連の電極及び対電極に配置されている（例えば、図１２Ａ参照。図４に示すように、電極スタック方向Ｄは、図４の仮想デカルト座標系のＹ軸と平行である）。また、個々の電極アセンブリ１２０内の電極のスタック方向Ｄは、組１１０内の電極アセンブリ１２０の集合体のスタック方向（すなわち、電極アセンブリのスタック方向）に対して直交する。言い換えると、電極アセンブリは、個々の電極アセンブリ内で電極スタック方向Ｄに直交する組１１０内の方向に相互配置される（例えば、電極アセンブリのスタック方向は、仮想デカルト座標系のＺ軸に対応する方向にある一方、個々の電極アセンブリ内の電極スタック方向Ｄは、仮想デカルト座標系のＹ軸に対応する方向にある）。
【００４２】
タブ１４１、１４２は、バッテリエンクロージャから突出して、組１１０の電極アセンブリとエネルギ供給装置又は消費装置（図示せず）との間の電気的接続を提供する。より具体的には、この実施形態では、タブ１４１は、（例えば、導電性接着剤を使用して）タブ延長部１４３に電気的に接続され、タブ延長部１４３は、電極アセンブリ１２０の各々に含まれる電極に電気的に接続される。同様に、タブ１４２は、（例えば、導電性接着剤を使用して）タブ延長部１４４に電気的に接続され、タブ延長部１４４は、電極アセンブリ１２０の各々に含まれる対電極に電気的に接続される。
【００４３】
図４に示す実施形態の各電極アセンブリ１２０は、縦方向（すなわち、電極スタック方向Ｄ）の拡張を抑制するための関連する拘束１３０を有する。各拘束１３０は、第１及び第２の縦方向端面１２２、１２４の上にそれぞれ重なる圧縮部材１３２、１３４（図５Ａ及び図５Ｂ参照）と、外側面１２３、１２５の上にそれぞれ重なる引張部材１３３、１３５（図５Ｃ及び図５Ｄ参照）を含む。引張部材１３３、１３５は、圧縮部材１３２、１３４を互いに向かって引っ張り、圧縮部材１３２、１３４は、対向する第１及び第２の縦方向端面１２２、１２４に圧縮力を印加する。その結果、バッテリの形成及び／又はバッテリのチャージ状態とディスチャージ状態とのサイクル中の、縦方向における電極アセンブリの拡張が、抑制される。また、拘束１３０は、相互に直交する且つ縦方向と直交する二つの方向のいずれかにおいて、電極アセンブリ上で保持された圧力を超える圧力を電極アセンブリに対して縦方向（すなわち、電極スタック方向Ｄ）にかける。（図示のように、縦方向が「Ｙ」軸の方向に対応し、相互に直交する且つ縦方向と直交する二つの方向が、図示された仮想デカルト座標系のＸ軸及びＺ軸の方向にそれぞれ対応している。）
【００４４】
ここで図５Ａ、図５Ｂ、図５Ｃ及び図５Ｄを参照すると、図４の実施形態における各電極アセンブリ１２０は、寸法Ｘ１×Ｚ１を有する第１及び第２の縦方向端面１２２、１２４と、寸法Ｘ１×Ｙ１を有する外側面１２３、１２５と、寸法Ｙ１×Ｚ１を有する外側面１２６、１２７とを有する矩形プリズムの形状に対応する幾何学的形状を有する。（ただし、Ｘ１、Ｙ１、Ｚ１は、それぞれデカルト座標系のＸ、Ｙ、Ｚ軸に対応する方向で測定される寸法である。）したがって、第１及び第２の縦方向端面１２２、１２４は、Ｘ１とＺ１の乗算積に対応する表面積を有し、外側面１２３、１２５はそれぞれ、Ｘ１とＹ１の乗算積に対応する表面積を有し、外側面１２６、１２７はそれぞれ、Ｙ１とＺ１の乗算積に対応する表面積を有する。本開示の一態様によれば、第１及び第２の縦方向端面の表面積の合計は、電極アセンブリの全表面の表面積の３３％未満であり、電極アセンブリは矩形プリズムであり、第１及び第２の縦方向端面の組み合わされた表面積は（Ｘ１×Ｚ１）＋（Ｘ１×Ｚ１）と等しく、外側面の表面積は（Ｘ１×Ｙ１）＋（Ｘ１×Ｙ１）＋（Ｙ１×Ｚ１）＋（Ｙ１×Ｚ１）と等しい。例えば、一つのそのような実施形態では、第１及び第２の縦方向端面の表面積の合計は、電極アセンブリの全表面の表面積の２５％未満であり、第１及び第２の縦方向端面の組み合わされた表面積は（Ｘ１×Ｚ１）＋（Ｘ１×Ｚ１）と等しく、電極アセンブリの全表面積は（Ｘ１×Ｙ１）＋（Ｘ１×Ｙ１）＋（Ｙ１×Ｚ１）＋（Ｙ１×Ｚ１）＋（Ｘ１×Ｚ１）＋（Ｘ１×Ｚ１）と等しい。
【００４５】
この実施形態の各拘束１３０は、第１及び第２の縦方向端面１２２、１２４の上にそれぞれ重なる圧縮部材１３２、１３４と、圧縮部材を互いに向かって引っ張る少なくとも１つの引張部材とを含む。例えば、拘束は、外側面のそれぞれの外側面１２３、１２５の上に重なる引張部材１３３、１３５を備えることができる。一般的に、圧縮部材１３２、１３４は、電極アセンブリの外側面１２３、１２５及び外側面１２６、１２７に対して（すなわち、相互に直交する且つ電極のスタック方向と直交する二つの方向のそれぞれに）保持される圧力を超える圧力を第１及び第２の縦方向端面１２２、１２４に対して（すなわち、電極スタック方向Ｄに）かける。例えば、一つのそのような実施形態では、拘束は、電極のスタック方向に直交する且つ相互に直交する二つの方向のうちの少なくとも一方又は更には両方に）電極アセンブリに保持される圧力の、少なくとも３倍超の圧力を第１及び第２の縦方向端面１２２、１２４に対して（すなわち、電極スタック方向Ｄに）かける。更なる例として、一つのそのような実施形態では、拘束は、電極のスタック方向に直交する且つ相互に直交する二つの方向のうちの少なくとも一方又は更には両方に、電極アセンブリに保持される圧力の、少なくとも４倍超の圧力を第１及び第２の縦方向端面１２２、１２４に対して（すなわち、電極スタック方向Ｄに）かける。更なる例として、一つのそのような実施形態では、拘束は、電極のスタック方向に対して直交する且つ相互に直交する二つの方向のうちの少なくとも一方又は更には両方に、電極アセンブリに保持される圧力を少なくとも５倍超の圧力を、第１及び第２の縦方向端面１２２、１２４に対して（すなわち、電極スタック方向Ｄに）かける。
【００４６】
ここで図６Ａを参照すると、一つの実施形態では、拘束１３０は、長さＬ１、幅Ｗ１、及び厚さｔ１を有するシート１０７に由来してもよい。拘束を形成するために、シート１０７は単に電極構造１２０の周りに巻き付けられ（図４及び図５Ａ〜図５Ｄ参照）、折り曲げ線１１３で折り曲げられて電極構造を囲む。縁部１１５、１１７は互いに重なり、互いに溶接、接着、又は他の方法で固定されて、圧縮部材１３２、１３４（互いに固定された重複縁部１１５、１１７を含む圧縮部材１３４）及び引張部材１３３、１３５を含む拘束を形成する。この実施形態では、拘束は、シート１０７の排水容積に対応する容積（すなわち、Ｌ１、Ｗ１、及びｔ１の乗算積）を有する。
【００４７】
シート１０７は、電極構造に所望の力を加えることができる広範囲の相性の良い材料のいずれかを含むことができる。一般的に、拘束は、典型的には、少なくとも１００００ｐｓｉ（＞７０ＭＰａ）の極限引張強さを有し、バッテリの電解液と相性が良く、バッテリの浮遊電位又は陽極電位で著しく腐食せず、且つ４５℃で著しく反応しないか又は機械的強度を失わない材料を含む。例えば、拘束は、広範囲の金属、合金、セラミックス、ガラス、プラスチック、又はそれらの組み合わせ（すなわち、複合材料）のいずれかを含むことができる。１つの例示的な実施形態では、拘束は、金属（例えば、ステンレス鋼（例えば、ＳＳ３１６、４４０Ｃ、又は４４０Ｃ硬質）、アルミニウム（例えば、アルミニウム７０７５−Ｔ６、硬質Ｈ１８）、チタン（例えば、６Ａｌ−４Ｖ）、ベリリウム、ベリリウム銅（硬質）、銅（Ｏ２フリー、硬質）、ニッケル）を含む。しかしながら、一般的に、拘束が金属を含む場合、腐食を制限し、電極と対電極との間の電気的短絡を生成するのを制限するような形で組み込まれることが一般的に好ましい。別の例示的な一つの実施形態では、拘束は、セラミックス（例えば、アルミナ（例えば、焼結又はＣｏｏｒｓｔｅｋ  ＡＤ９６）、ジルコニア（例えば、Ｃｏｏｒｓｔｅｋ  ＹＺＴＰ）、イットリア安定化ジルコニア（例えば、ＥＮｒＧ  Ｅ−Ｓｔｒａｔｅ（登録商標）））を含む。別の例示的な一つの実施形態では、拘束は、ガラス（例えば、Ｓｃｈｏｔｔ  Ｄ２６３強化ガラス）を含む。別の例示的な一つの実施形態では、拘束は、プラスチック（例えば、ポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）（例えば、Ａｐｔｉｖ  １１０２）、炭素を有するＰＥＥＫ（例えば、Ｖｉｃｔｒｅｘ  ９０ＨＭＦ４０又はＸｙｃｏｍｐ  １０００−０４）、炭素を有するポリフェニレンスルフィド（ＰＰＳ）（例えば、Ｔｅｐｅｘ  Ｄｙｎａｌｉｔｅ  ２０７）、３０％ガラスを有するポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）（例えば、Ｖｉｃｔｒｅｘ  ９０ＨＭＦ４０又はＸｙｃｏｍｐ  １０００−０４）、ポリイミド（例えば、Ｋａｐｔｏｎ（登録商標）））を含む。別の例示的な一つの実施形態では、拘束は、複合材料（例えば、Ｅガラス標準Ｆａｂｒｉｃ／エポキシ、０度、ＥガラスＵＤ／エポキシ、０度、ケブラー標準Ｆａｂｒｉｃ／エポキシ、０度、ケブラーＵＤ／エポキシ、０度、炭素標準Ｆａｂｒｉｃ／エポキシ、０度、炭素ＵＤ／エポキシ、０度、東洋紡ザイロン（登録商標）ＨＭ繊維／エポキシ）を含む。別の例示的な一つの実施形態では、拘束は、繊維（例えば、ケブラー４９アラミド繊維、Ｓガラス繊維、炭素繊維、ベクトランＵＭ  ＬＣＰ繊維、ダイニーマ、ザイロン）を含む。
【００４８】
拘束の厚さ（ｔ１）は、例えば、拘束の構成材料、電極アセンブリの全体的な寸法、及びバッテリの陽極及び陰極の組成を含む要因の範囲に依存する。いくつかの実施形態では、例えば、拘束は、約１０〜約１００マイクロメートルの範囲の厚さを有するシートを含む。例えば、一つのそのような実施形態では、拘束は、約３０μｍの厚さを有するステンレス鋼シート（例えば、ＳＳ３１６）を含む。更なる例として、別の一つのそのような実施形態では、拘束は、約４０μｍの厚さを有するアルミニウムシート（例えば、７０７５−Ｔ６）を含む。更なる例として、別の一つのそのような実施形態では、拘束は、約３０μｍの厚さを有するジルコニアシート（例えば、Ｃｏｏｒｓｔｅｋ  ＹＺＴＰ）を含む。更なる例として、別の一つのそのような実施形態では、拘束は、約７５μｍの厚さを有するＥガラスＵＤ／エポキシ０度シートを含む。更なる例として、別の一つのそのような実施形態では、拘束は、＞５０％の充填密度で１２μｍの炭素繊維を含む。
【００４９】
特定の実施形態では、拘束の圧縮部材及び／又は引張部材は、多孔質材料を含む。一般的に、多孔質材料により、電解質の電極アセンブリへのアクセスが容易になる。例えば、いくつかの実施形態では、圧縮部材及び／又は引張部材は、少なくとも０．２５の空孔率を有することができる。更なる例として、いくつかの実施形態では、圧縮部材及び／又は引張部材は、少なくとも０．３７５の空孔率を有することができる。更なる例として、いくつかの実施形態では、圧縮部材及び／又は引張部材は、少なくとも０．５の空孔率を有することができる。更なる例として、いくつかの実施形態では、圧縮部材及び／又は引張部材は、少なくとも０．６２５の空孔率を有することができる。更なる例として、いくつかの実施形態では、圧縮部材及び／又は引張部材は、少なくとも０．７５の空孔率を有することができる。
【００５０】
更に別の一つの実施形態では、拘束１３０は、電極アセンブリ１２０の内部にある１以上の圧縮部材を含む。例えば、ここで図６Ｂを参照すると、内部圧縮部材１３２ａを有する拘束１３０を有する電極アセンブリ１２０の一つの実施形態の断面図が示されている。図６Ｂに示す実施形態では、拘束１３０は、電極アセンブリ１２０の縦方向端面１２２、１２４にそれぞれ第１及び第２の圧縮部材１３２、１３４を備えることができる。しかしながら、追加的及び／又は代替的に、拘束１３０は、電極アセンブリの縦方向端面１２２、１２４以外の内部領域に配置された少なくとも１つの内部圧縮部材１３２ａを更に含むことができる。内部圧縮部材１３２ａは、引張部材１３３、１３５に接続され、内部圧縮部材１３２ａと、別の圧縮部材（例えば、電極アセンブリ１２０の縦方向端面１２２、１２４における１以上の圧縮部材１３２、１３４）との間の、及び／又は１以上の他の内部圧縮部材１３２を有する電極アセンブリ１２０の一部に圧縮圧力を課す。図６Ｂに示す実施形態を参照すると、電極アセンブリ１２０の第１及び第２の縦方向端面１２２、１２４から（例えば、電極アセンブリ１２０の中央領域に向かって）それぞれ離れて縦軸に沿って（スタック方向Ｄに）離間している内部圧縮部材１３２ａを提供することができる。内部圧縮部材１３２ａは、電極アセンブリ端面１２２、１２４より内部の位置で引張部材１３３、１３５に接続することができる。１つの実施形態では、端面１２２、１２４より内部の位置にある少なくとも１つの内部圧縮部材１３２ａが、電極アセンブリ端面１２２、１２４に提供される圧縮部材１３２、１３４に加えて提供される。別の一つの実施形態では、拘束１３０は、縦方向端面１２２、１２４から内側に離間して配置された、電極アセンブリ１２０の内部位置にある内部圧縮部材１３２ａを、縦方向端面１２２、１２４に、圧縮部材１３２、１３４を有して又は有さずに含む。更に別の一つの実施形態では、拘束１３０は、縦方向端面１２２、１２４に圧縮部材１３２、１３４を有さずに、縦方向端面１２２、１２４から内部に離間した電極アセンブリの内部位置に内部圧縮部材１３２ａを含む。一つの実施形態では、内部圧縮部材１３２ａは、１以上の圧縮部材１３２、１３４及び／又は他の内部圧縮部材１３２ａと協働して、内部圧縮部材１３２ａと電極アセンブリ１２０の縦方向表面１２２、１２４との間に縦方向に存在する、圧縮部材１３２、１３４を配置することができる電極アセンブリ１２０の各部分に圧縮圧力をかける、及び／又は内部圧縮部材１３２ａと別の内部圧縮部材１３２ａとの間に縦方向に存在する電極アセンブリ１２０の一部に圧縮圧力をかけるものとして理解することができる。１つのバージョンでは、内部圧縮部材１３２ａの少なくとも１つは、以下で更に詳細に説明するように、電極構造１５１又は対電極構造１５２の少なくとも一部を含む。例えば、内部圧縮部材１３２ａは、対電極活物質、セパレータ、電極電流コレクタ、対電極電流コレクタ、電極バックボーン、及び対電極バックボーンのうちの少なくとも一部を含むことができる。
【００５１】
一つの実施形態によれば、上述のように、拘束１３０は、電極アセンブリ１０６の内部構造の一部（例えば、電極１５１及び／又は対電極構造１５２の一部）である内部圧縮部材１３２ａを含むことができる。一つの実施形態では、電極アセンブリ１２０内の構造間に圧縮を提供することによって、電極構造１２０の伸びによって生成される歪みを適切に補償する緊密に拘束された構造を実現することができる。例えば、一つの実施形態では、１以上の内部圧縮部材１３２は、接続する引張部材１３３、１３４を介して互いに張力をかけて配置されることによって、電極アセンブリ１２０の縦方向端面１２２、１２４における圧縮部材１３２、１３４と協働して、縦方向に平行な方向の伸びを抑制するように作用することができる。更に別の一つの実施形態では、電極構造１５１（例えば、陽極構造）の伸びは、引張部材１３３、１３５を介して互いに張力をかけて配置された対電極構造１５２（例えば、陰極）の部分に対応する１以上の内部圧縮部材１３２ａを介した圧縮によって無効にすることができる。
【００５２】
一般的に、特定の実施形態では、拘束１３０のコンポーネントは、電極アセンブリ１２０内の電極１５１及び／又は対電極構造１５２としてそれぞれ具体化することができ、効果的な拘束を提供するだけでなく、電極アセンブリ１２０を有する二次電池の大きさを過度に増加させることなく、より効率的に電極アセンブリ１２０の容積を利用することができる。例えば、一つの実施形態では、拘束１３０は、１以上の電極構造１５１及び／又は対電極構造１５２に取り付けられた内部圧縮部材１３２ａとして機能する引張部材１３３、１３５を含むことができる。更なる例として、特定の実施形態では、少なくとも１つの内部圧縮部材１３２ａは、電極構造１５１の集合体として具体化されてもよい。更なる例として、特定の実施形態では、少なくとも１つの内部圧縮部材１３２ａは、対電極構造１５２の集合体として具体化されてもよい。
【００５３】
ここで図６Ｃを参照すると、垂直軸（Ｚ軸）、縦軸（Ｙ軸）、及び横軸（Ｘ軸）を有する基準用のデカルト座標系が示されており、Ｘ軸は、ページの平面から出るように配向されており、上述したようなスタック方向Ｄの記号表示は、Ｙ軸と平行である。より具体的には、図７は、その縦方向表面に圧縮部材１３２、１３４を有する拘束１３０と、少なくとも１つの内部圧縮部材１３２ａとを有する電極アセンブリ１２０の断面図を示す。拘束１３０は、圧縮部材１３２、１３４、ならびに電極構造１５１の集合体及び／又は対電極構造１５２の集合体として具体化された内部圧縮部材を含む。したがって、この実施形態では、少なくとも１つの内部圧縮部材１３２ａ、電極構造１５１、及び／又は対電極構造１５２は、交換可能であると理解することができる。更に、セパレータ１５０はまた、内部圧縮部材１３２ａの一部を形成することができる。より具体的には、図６Ｃには、電極１５１又は対電極構造１５２に対応する内部圧縮部材１３２ａの面一接続の一つの実施形態が示されている。面一接続は、引張部材１３３、１３５と内部圧縮部材１３２ａとの間の他の接着手段の接着剤の層１８２を更に含むことができる。接着剤の層１８２は、内部圧縮部材１３２ａを引張部材１３３、１３５に固定するので、内部圧縮部材１３２ａは、他の圧縮部材（例えば、電極アセンブリ１２０の縦方向端面にある他の内部圧縮部材又は圧縮部材）と、張力を掛けて保持することができる。
【００５４】
一つの実施形態では、電極活物質層１６０と、電極電流コレクタ１６３（例えば、イオン性多孔質電極電流コレクタ）と、電極活物質層１６０及び電極電流コレクタ１６３を支持する電極バックボーン１６５とを有する電極集合体１５１の部材が更に図６Ｃに示されている。同様に、一つの実施形態では、対電極活物質層１６７と、対電極電流コレクタ１６９と、対電極活物質層１６７及び対電極電流コレクタ１６９を支持する対電極バックボーン１７１とを有する対電極集合体１５２の部材が図６Ｃに示されている。
【００５５】
（例えば、図６Ｃにあるような）特定の理論に縛られることなく、特定の実施形態では、電極集合体１５１の部材は、電極活物質層１６０と、電極電流コレクタ１６３と、電極活物質層１６０及び電極電流コレクタ１６３を支持する電極バックボーン１６５を含む。同様に、ある実施形態では、対電極集合体１５２の部材は、対電極活物質層１６７と、対電極電流コレクタ１６９と、対電極活物質層１６７及び対電極電流コレクタ１６９を支持する対電極バックボーン１７１を含む。一つの実施形態では、電極構造及び対電極構造１５１、１５２のいずれかの少なくとも一部（例えば、電流コレクタ１６３、１６９、バックボーン１６５、１７１、対電極活物質層１６７、ならびにセパレータ１３０）は、（例えば、引張部材１３３、１３５に接続されることによって、又は他の方法で１以上の他の内部又は外部圧縮部材１３２、１３４と張力を掛けて配置されることによって）内部圧縮部材１３２ａの一部又は全体として機能することができる。一つの実施形態では、内部圧縮部材１３２ａは、接着、溶接、接合、付着、又は同様の接続手段のうちの少なくとも１つによって、引張部材１３３、１３５に接続することができる。図６Ｃに示される実施形態は、電極構造及び対電極構造１５１、１５２の両方に対応する（すなわち、電極構造及び対電極構造の両方が引張部材１３３、１３５に接続されることによって互いに張力を掛けて配置される）内部圧縮部材１３２ａを示しているが、別途の実施形態では、（例えば、引張部材１３３、１３５に接着されることによって、）電極及び／又は対電極構造の１つのみが、内部圧縮部材１３２ａとして機能する、及び／又は電極又は対電極構造１５１、１５２の一部のみが、内部圧縮部材１３２ａとして機能することができる。例えば、一つの実施形態では、電流コレクタ（例えば、電極電流コレクタ１６３及び／又は対電極電流コレクタ１５２のうちの少なくとも１つ）は、（例えば、引張部材１３３、１３５に接着されることによって）内部圧縮部材１３２として機能することができる。
【００５６】
再び図４を参照すると、二次電池１００の製造を完了するために、バッテリエンクロージャ１０２が非水電解質（図示せず）で満たされ、蓋１０４が（折り目１０６に沿って）折り畳まれ、上面１０８に密閉される。密閉された二次電池は、完全に組み立てられたとき、その外面によって境界付けられた容積（すなわち、排水容積）を占有し、二次バッテリエンクロージャ１０２は、その内部容積（すなわち、内面１０３Ａ、１０３Ｂ、１０３Ｃ、１０３Ｄ、１０３Ｅ、及び蓋１０４によって境界付けられた柱状の容積）よりも小さい（蓋１０４を含む）バッテリの排水容積に対応する容積を占有し、組１１０の各拘束１３０は、そのそれぞれの排水容積に対応する容積を占有する。したがって、組み合わせて、バッテリエンクロージャ及び拘束は、バッテリエンクロージャの外面によって境界付けられた容積（すなわち、バッテリの排水容積）の７５％しか占有しない。例えば、一つのそのような実施形態では、拘束とバッテリエンクロージャは組み合わされて、バッテリエンクロージャの外面によって境界付けられた容積の６０％しか占有しない。更なる例として、一つのそのような実施形態では、拘束とバッテリエンクロージャは組み合わされて、バッテリエンクロージャの外面によって境界付けられた容積の４５％しか占有しない。更なる例として、一つのそのような実施形態では、拘束とバッテリエンクロージャは組み合わされて、バッテリエンクロージャの外面によって境界付けられた容積の３０％しか占有しない。更なる例として、一つのそのような実施形態では、拘束とバッテリエンクロージャは組み合わされて、バッテリエンクロージャの外面によって境界付けられた容積の２０％しか占有しない。
【００５７】
図４の説明を容易にするために、二次電池１００は、電極アセンブリの１つの組１１０のみを含み、組は、６つの電極アセンブリ１２０のみを含む。実際には、二次電池は、２以上の組の電極アセンブリを含み、組の各々は互いに横方向（例えば、図４のデカルト座標系のＸＹ平面内にある相対的な方向）又は垂直方向（例えば、図４のデカルト座標系のＺ軸に実質的に平行な方向）に配置することができる。また、これらの実施形態の各々において、電極アセンブリの組の各々は、１以上の電極アセンブリを備えることができる。例えば、特定の実施形態では、二次電池は、１つ、２つ、又はそれ以上の電極アセンブリの組を備えることができ、各々のそのような組は、１以上の電極アセンブリ（例えば、各々のそのような組内に、１、２、３、４、５、６、１０、１５又はそれ以上の電極アセンブリ）を備え、バッテリが２以上のそのような組を含む場合、組は、二次電池を構成する他の組の電極アセンブリに対して横方向又は垂直方向に配置されてもよい。これらの様々な実施形態の各々において、各々の個別の電極アセンブリは、それ自体の拘束（すなわち、電極アセンブリと拘束との間に１対１の関係）を有することができ、２以上の電極アセンブリが共通の拘束（すなわち、２以上の電極アセンブリに対して１つの拘束）を有してもよく、又は２以上の電極アセンブリは、拘束のコンポーネントを共有してもよい（すなわち、２以上の電極アセンブリが共通の圧縮部材及び／又は引張部材を有してもよい）。
【００５８】
ここで図１２Ａを参照すると、例示的な一つの実施形態では、電極アセンブリ１２０は、第１及び第２の縦方向端面１２１、１２２と、外側面１２３、１２４、１２５、１２６を含む外側面を備える。電極アセンブリ１２０は、対向する第１及び第２の縦方向端面１２１、１２２との間に延在する縦軸Ａに平行な電極スタック方向Ｄに積み重ねられた電極構造１５１の集合体及び対電極構造１５２の集合体を更に備える。電極構造及び対電極構造１５１、１５２は交互に（例えば、交錯されて）積み重ねられ、電極集合体の各部材が実質的に対電極集合体の２つの部材の間にあり、対電極集合体の各部材が実質的に電極集合体の２つの部材の間にある。例えば、交互の連なり内の最初と最後の電極又は対電極構造を除いて、一つの実施形態では、交互の連なり内の各電極構造は、２つの対電極構造の間にあり、連なり内の各対電極構造は２つの電極構造の間にある。また、仮想バックプレーン（例えば、それぞれ外側面１２６、１２７）におけるそれぞれの幾何学的フットプリントに対する非薄層の電極及び対電極構造の表面積の比は、少なくとも約５、少なくとも約１０、少なくとも約５０、少なくとも約１００、更には少なくとも約５００とすることができる。
【００５９】
図１２Ａに図示されるように、１つの例外を除いて、電極構造の集合体の各部材１５１は、対電極集合体の２つの部材１５２の間にあり、１つの例外を除いて、対電極構造の集合体の各部材１５２は、電極構造の集合体の２つの部材１５１の間にある。より一般的に言えば、１つの実施形態では、電極及び対電極集合体は、それぞれＮ個の部材を有し、Ｎ−１個の電極集合体部材の各々は、２個の対電極構造の間にあり、Ｎ−１個の対電極集合体部材の各々は、電極構造の間にあり、Ｎは、少なくとも２である。例えば、一つの実施形態では、Ｎは、（図４に図示されるように）少なくとも４、少なくとも５、少なくとも１０、少なくとも２５、少なくとも５０、更には少なくとも１００である。
【００６０】
ここで図１２Ｂ及び１２Ｃを参照すると、電極及び対電極集合体の部材の、第１の縦方向端面１２２上への投射は、第１の投射領域１６２を囲み、電極及び対電極集合体の部材の、第２の縦方向端面１２４上への投射は、第２の投射領域１６４を囲む。一般的に、第１及び第２の投射領域１６２、１６４は、典型的には、それぞれ、第１及び第２の縦方向端面１２２、１２４の表面積のかなりの部分を含む。例えば、一つの実施形態では、第１及び第２の投射領域はそれぞれ、第１及び第２の縦方向端面の表面積の少なくとも５０％を含む。更なる例として、一つのそのような実施形態では、第１及び第２の投射領域はそれぞれ、第１及び第２の縦方向端面の表面積の少なくとも７５％をそれぞれ含む。更なる例として、一つのそのような実施形態では、第１及び第２の投射領域はそれぞれ、第１及び第２の縦方向端面の表面積の少なくとも９０％をそれぞれ含む。
【００６１】
電極及び対電極集合体の部材は、キャリアイオン（例えば、リチウムイオン、ナトリウムイオン、カリウムイオン、カルシウムイオン、マグネシウムイオン又はアルミニウムイオン）を吸収及び放出することができる電気活物質を含む。いくつかの実施形態では、電極構造集合体の部材１５１は、陽極活性な電気活物質（負電極と呼ばれることもある）を含み、対電極構造集合体の部材１５２は、陰極活性な電気活物質（正電極と呼ばれることもある）を含む。他の実施形態では、電極構造集合体の部材１５１は、陰極活性な電気活物質を含み、対電極構造集合体の部材１５２は、陽極活性の電気活物質を含む。この段落に記載された実施形態及び実施例の各々において、負電極活物質は、粒状凝集体電極又はモノリシック電極とすることができる。
【００６２】
例示的な陽極活性な電気活物質は、炭素材料（例えば、黒鉛、及び軟質又は硬質炭素）、又はリチウムと合金を形成することができる範囲にある金属、半金属、合金、酸化物及び化合物のいずれかを含む。陽極材料を構成することができる金属又は半金属の具体的な例としては、スズ、鉛、マグネシウム、アルミニウム、ホウ素、ガリウム、ケイ素、インジウム、ジルコニウム、ゲルマニウム、ビスマス、カドミウム、アンチモン、銀、亜鉛、砒素、ハフニウム、イットリウム、及びパラジウムが含まれる。例示的な一つの実施形態では、陽極活物質は、アルミニウム、スズ、又はケイ素、又はそれらの酸化物、それらの窒化物、それらのフッ化物、又はそれらの他の合金を含む。別の例示的な一つの実施形態では、陽極活物質は、ケイ素又はその合金を含む。
【００６３】
例示的な陰極活物質は、広範囲の陰極活物質のいずれかを含む。例えば、リチウムイオンバッテリでは、陰極活物質は、遷移金属酸化物、遷移金属硫化物、遷移金属窒化物、リチウム遷移金属酸化物、リチウム遷移金属硫化物、及びリチウム遷移金属窒化物から選択される陰極材料を含むことができる。これらの遷移金属酸化物、遷移金属硫化物、及び遷移金属窒化物の遷移金属元素は、ｄ殻又はｆ殻を有する金属元素を含むことができる。そのような金属元素の具体的な例は、Ｓｃ、Ｙ、ランタノイド、アクチノイド、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｈｆ、Ｖ、Ｎｂ、Ｔａ、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｗ、Ｍｎ、Ｔｃ、Ｒｅ、Ｆｅ、Ｒｕ、Ｏｓ、Ｃｏ、Ｒｈ、Ｉｒ、Ｎｉ、Ｐｂ、Ｐｔ、Ｃｕ、Ａｇ、及びＡｕである。追加の陰極活物質は、ＬｉＣｏＯ２、ＬｉＮｉ０．５Ｍｎ１．５Ｏ４、Ｌｉ（ＮｉｘＣｏｙＡｌ２）Ｏ２、ＬｉＦｅＰＯ４、Ｌｉ２ＭｎＯ４、Ｖ２Ｏ５、オキシ硫化モリブデン、リン酸塩、ケイ酸塩、バナジウム酸塩、及びそれらの組み合わせを含む。
【００６４】
一つの実施形態では、チャージ及びディスチャージプロセスの間にリチウムイオン（又は他のキャリアイオン）が負電極活物質に組み込まれるか、又は負電極活物質から離れる際に、容積拡張及び収縮に対応するために、陽極活物質を微細構造化して、大きな空孔率を提供する。一般的に、負電極活物質の空孔率は少なくとも０．１である。しかしながら、典型的には、負電極活物質の空孔率は０．８以下である。例えば、一つの実施形態では、負電極活物質の空孔率は約０．１５〜約０．７５である。更なる例として、一つの実施形態では、負電極活物質の空孔率は約０．２〜約０．７である。更なる例として、一つの実施形態では、負電極活物質の空孔率は約０．２５〜約０．６である。
【００６５】
微細構造化負電極活物質の組成及びその形成方法により、微細構造化負電極活物質は、マクロポーラス、マイクロポーラス（微小孔性）、又はメソポーラス材料層、又はそれらの組み合わせ（例えば、マイクロポーラスとメソポーラスの組み合わせ、又はメソポーラスとマクロポーラスの組み合わせ）を含むことができる。マイクロポーラス材料は、典型的には、１０ｎｍ未満の細孔寸法、１０ｎｍ未満の壁寸法、１〜５０マイクロメートルの細孔深さ、及び一般的に「海綿状」の不規則な外観（滑らかで分枝した細孔ではない壁）によって特徴付けられる細孔形態によって特徴付けられる。メソポーラス材料は、典型的には、１０〜５０ｎｍの細孔寸法、１０〜５０ｎｍの壁寸法、１〜１００マイクロメートルの細孔深さ、及び幾分明確に定義された分枝した細孔又は樹枝状の細孔によって概して特徴付けられる細孔形態によって特徴付けられる。マクロポーラス材料は、典型的には、５０ｎｍより大きい細孔寸法、５０ｎｍより大きい壁寸法、１〜５００マイクロメートルの細孔深さ、及び様々な、直鎖状、分枝状、又は樹枝状、及び滑らかな又は粗い壁とすることができる細孔形態によって特徴付けられる。また、空隙容積は、開いた又は閉じた空隙、又はそれらの組み合わせを含むことができる。一つの実施形態では、空隙容積は、開いた空隙を含む。すなわち、負電極活物質は、負電極活物質の外側面に開口部を有する空隙を含み、それを通してリチウムイオン（又は他のキャリアイオン）が負電極活物質に出入りすることができ、例えば、リチウムイオンは、正電極活物質を離れた後に空隙開口部を通して負電極活物質に入ることができる。別の一つの実施形態では、空隙容積は閉じた空隙を含む。すなわち、負電極活物質は、負電極活物質によって囲まれた空隙を含む。一般的に、開いた空隙は、キャリアイオンのためのより大きな界面表面積を提供することができるが、閉じた空隙は固体電解質界面の影響を受けにくく、同時に、キャリアイオンの侵入時に、負電極活物質を拡張させる空間を提供する。したがって、特定の実施形態では、負電極活物質は、開いた空隙と閉じた空隙の組み合わせを含むことが好ましい。
【００６６】
一つの実施形態では、負電極活物質は、多孔質のアルミニウム、スズ、又はシリコン、又はそれらの合金を含む。多孔質シリコン層は、例えば、陽極酸化、エッチング（例えば、貴金属（例えば、金、白金、銀、又は金／パラジウム）を単結晶シリコンの（１００）面に堆積させ、その表面をフッ化水素酸と過酸化水素との混合物でエッチングする）、又は当該技術分野で公知の他の方法（例えば、パターニングされた化学エッチング）によって、形成することができる。また、多孔質負電極活物質は、一般的に、少なくとも約０．１且つ０．８未満の空孔率を有し、約１〜約１００マイクロメートルの厚さを有する。例えば、一つの実施形態において、負電極活物質は、多孔質シリコンを含み、約５〜約１００マイクロメートルの厚さを有し、約０．１５〜約０．７５の空孔率を有する。更なる例として、一つの実施形態において、負電極活物質は、多孔質シリコンを含み、約１０〜約８０マイクロメートルの厚さを有し、約０．１５〜約０．７の空孔率を有する。更なる例として、一つのそのような実施形態では、負電極活物質は、多孔質シリコンを含み、約２０〜約５０マイクロメートルの厚さを有し、約０．２５〜約０．６の空孔率を有する。更なる例として、一つの実施形態では、負電極活物質は、多孔質ケイ素合金（例えば、ニッケルケイ化物）を含み、約５〜約１００マイクロメートルの厚さを有し、約０．１５〜約０．７５の空孔率を有する。
【００６７】
別の一つの実施形態では、負電極活物質は、アルミニウム、スズ、又はシリコン、又はそれらの合金の繊維を含む。個々の繊維は、約５ｎｍ〜約１００００ｎｍの直径（厚さ寸法）及び負電極活物質の厚さにほぼ対応する長さを有することができる。シリコンの繊維（ナノワイヤ）は、当技術分野で公知の化学気相成長又は他の技術（例えば、ＶＬＳ（Ｖａｐｏｒ  Ｌｉｑｕｉｄ  Ｓｏｌｉｄ）成長及びＳＬＳ（Ｓｏｌｉｄ  Ｌｉｑｕｉｄ  Ｓｏｌｉｄ）成長）によって形成することができる。また、負電極活物質は、一般的に、少なくとも約０．１且つ０．８未満の空孔率を有し、約１〜約２００マイクロメートルの厚さを有する。例えば、一つの実施形態において、負電極活物質は、シリコンナノワイヤを含み、約５〜約１００マイクロメートルの厚さを有し、約０．１５〜約０．７５の空孔率を有する。更なる例として、一つの実施形態では、負電極活物質は、シリコンナノワイヤを含み、約１０〜約８０マイクロメートルの厚さを有し、約０．１５〜約０．７の空孔率を有する。更なる例として、一つのそのような実施形態では、負電極活物質は、シリコンナノワイヤを含み、約２０〜約５０マイクロメートルの厚さを有し、約０．２５〜約０．６の空孔率を有する。更なる例として、一つの実施形態では、負電極活物質は、ケイ素合金（例えば、ニッケルシリサイド）のナノワイヤを含み、約５〜約１００マイクロメートルの厚さを有し、約０．１５〜約０．７５の空孔率を有する。
【００６８】
一つの実施形態では、電極集合体の部材は、電極活物質層、電極電流コレクタ、及び電極活物質層及び電極電流コレクタを支持する電極バックボーンを含む。同様に、一つの実施形態では、対電極集合体の部材は、対電極活物質層、対電極電流コレクタ、及び対電極活物質層及び対電極電流コレクタを支持する対電極バックボーンを含む。
【００６９】
一つの実施形態では、電極集合体の各部材は、底部、頂部、及びその底部から頂部に向かって、且つ電極構造及び対電極構造の交互配列が進行する方向に略垂直な方向に延在する縦軸（ＡＥ）を有する。また、電極集合体の各部材は、縦軸（ＡＥ）に沿って測定された長さ（ＬＥ）、電極構造及び対電極構造の交互配列が進行する方向に測定された幅（ＷＥ）、及び長さ（ＬＥ）及び幅（ＷＥ）の測定方向のそれぞれに垂直な方向に測定された高さ（ＨＥ）を有する。電極集合体の各部材はまた、その縦軸に垂直な平面内の電極の投射の辺の長さの合計に対応する周囲（ＰＥ）を有する。
【００７０】
電極集合体の部材の長さ（ＬＥ）は、エネルギ貯蔵デバイス及びその使用目的により変化する。しかしながら、一般的に、電極集合体の部材は、典型的には、約５ｍｍ〜約５００ｍｍの範囲の長さ（ＬＥ）を有する。例えば、一つのそのような実施形態では、電極集合体の部材は、約１０ｍｍ〜約２５０ｍｍの長さ（ＬＥ）を有する。更なる例として、一つのそのような実施形態では、電極集合体の部材は、約２５ｍｍ〜約１００ｍｍの長さ（ＬＥ）を有する。
【００７１】
電極集合体の部材の幅（ＷＥ）もまた、エネルギ貯蔵デバイス及びその使用目的により変化する。しかしながら、一般的に、電極集合体の各部材は、典型的には、約０．０１ｍｍ〜２．５ｍｍの範囲内の幅（ＷＥ）を有する。例えば、一つの実施形態では、電極集合体の各部材の幅（ＷＥ）は、約０．０２５ｍｍ〜約２ｍｍの範囲内にある。更なる例として、一つの実施形態では、電極集合体の各部材の幅（ＷＥ）は、約０．０５ｍｍ〜約１ｍｍの範囲内にある。
【００７２】
電極集合体の部材の高さ（ＨＥ）もまた、エネルギ貯蔵デバイス及びその使用目的により変化する。しかしながら、一般的に、電極集合体の部材は、典型的には、約０．０５ｍｍ〜約１０ｍｍの範囲内の高さ（ＨＥ）を有する。例えば、一つの実施形態では、電極集合体の各部材の高さ（ＨＥ）は、約０．０５ｍｍ〜約５ｍｍの範囲内にある。更なる例として、一つの実施形態では、電極集合体の各部材の高さ（ＨＥ）は、約０．１ｍｍ〜約１ｍｍの範囲内にある。
【００７３】
電極集合体の部材の周囲（ＰＥ）も同様に、エネルギ貯蔵デバイス及びその使用目的により変化する。しかしながら、一般的に、電極集合体の部材は、典型的には、約０．０２５ｍｍ〜約２５ｍｍの範囲内の周囲（ＰＥ）を有する。例えば、一つの実施形態では、電極集合体の各部材の周囲（ＰＥ）は、約０．１ｍｍ〜約１５ｍｍの範囲内にある。更なる例として、一つの実施形態では、電極集合体の各部材の周囲（ＰＥ）は、約０．５ｍｍ〜約１０ｍｍの範囲内にある。
【００７４】
一般的に、電極集合体の部材は、その幅（ＷＥ）及びその高さ（ＨＥ）のそれぞれよりも実質的に大きい長さ（ＬＥ）を有する。例えば、一つの実施形態では、ＬＥのＷＥ及びＨＥのそれぞれに対する比は、電極集合体の各部材に対して、それぞれ少なくとも５：１である（すなわち、ＬＥのＷＥに対する比は、それぞれ少なくとも５：１であり、ＬＥのＨＥに対する比は、それぞれ少なくとも５：１である）。更なる例として、一つの実施形態では、ＬＥのＷＥ及びＨＥのそれぞれに対する比は、少なくとも１０：１である。更なる例として、一つの実施形態では、ＬＥのＷＥ及びＨＥのそれぞれに対する比は、少なくとも１５：１である。更なる例として、一つの実施形態では、ＬＥのＷＥ及びＨＥのそれぞれに対する比は、電極集合体の各部材に対して、少なくとも２０：１である。
【００７５】
また、電極集合体の部材が、その周囲（ＰＥ）よりも実質的に大きい長さ（ＬＥ）を有することが一般的に好ましい。例えば、一つの実施形態では、ＬＥのＰＥに対する比は、電極集合体の各部材に対して、それぞれ少なくとも１．２５：１である。更なる例として、一つの実施形態では、ＬＥのＰＥに対する比は、電極集合体の各部材に対して、それぞれ少なくとも２．５：１である。更なる例として、一つの実施形態では、ＬＥのＰＥに対する比は、電極集合体の各部材に対して、少なくともそれぞれ３．７５：１である。
【００７６】
一つの実施形態では、電極集合体の部材の高さ（ＨＥ）の幅（ＷＥ）に対する比は、それぞれ少なくとも０．４：１である。例えば、一つの実施形態では、ＨＥのＷＥに対する比は、電極集合体の各部材に対して、少なくとも２：１となる。更なる例として、一つの実施形態では、ＨＥのＷＥに対する比は、それぞれ少なくとも１０：１となる。更なる例として、一つの実施形態では、ＨＥのＷＥに対する比は、それぞれ少なくとも２０：１となる。しかしながら、典型的には、ＨＥのＷＥに対する比は、概してそれぞれ１０００：１未満となる。例えば、一つの実施形態では、ＨＥのＷＥに対する比は、それぞれ５００：１未満となる。更なる例として、一つの実施形態では、ＨＥのＷＥに対する比は、それぞれ１００：１未満となる。更なる例として、一つの実施形態では、ＨＥのＷＥに対する比は、それぞれ１０：１未満となる。更なる例として、一つの実施形態では、ＨＥのＷＥに対する比は、電極集合体の各部材に対して、それぞれ約２：１〜約１００：１の範囲内となる。
【００７７】
対電極集合体の各部材は、底部、頂部、及びその底部から頂部に向かって、且つ電極構造及び対電極構造の交互配列が進行する方向に略垂直な方向に延在する縦軸（ＡＣＥ）を有する。また、対電極集合体の各部材は、縦軸（ＡＣＥ）に沿って測定された長さ（ＬＣＥ）、電極構造及び対電極構造の交互配列が進行する方向に測定された幅（ＷＣＥ）、及び長さ（ＬＣＥ）及び幅（ＷＣＥ）の測定方向のそれぞれに垂直な方向に測定された高さ（ＨＣＥ）を有する。対電極集合体の各部材はまた、その縦軸に垂直な平面内の電極の投射の辺の長さの合計に対応する周囲（ＰＣＥ）を有する。
【００７８】
対電極集合体の部材の長さ（ＬＣＥ）は、エネルギ貯蔵デバイス及びその使用目的により変化する。しかしながら、一般的に、対電極集合体の部材は、典型的には、約５ｍｍ〜約５００ｍｍの範囲の長さ（ＬＣＥ）を有する。例えば、一つのそのような実施形態では、対電極集合体の各部材は、約１０ｍｍ〜約２５０ｍｍの長さ（ＬＣＥ）を有する。更なる例として、一つのそのような実施形態では、対電極集合体の各部材は、約２５ｍｍ〜約１００ｍｍの長さ（ＬＣＥ）を有する。
【００７９】
対電極集合体の部材の幅（ＷＣＥ）もまた、エネルギ貯蔵デバイス及びその使用目的により変化する。しかしながら、一般的に、対電極集合体の各部材は、典型的には、約０．０１ｍｍ〜２．５ｍｍの範囲内の幅（ＷＣＥ）を有する。例えば、一つの実施形態では、対電極集合体の各部材の幅（ＷＣＥ）は、約０．０２５ｍｍ〜約２ｍｍの範囲内にある。更なる例として、一つの実施形態では、対電極集合体の各部材の幅（ＷＣＥ）は、約０．０５ｍｍ〜約１ｍｍの範囲内にある。
【００８０】
対電極集合体の部材の高さ（ＨＣＥ）もまた、エネルギ貯蔵デバイス及びその使用目的により変化する。しかしながら、一般的に、対電極集合体の部材は、典型的には、約０．０５ｍｍ〜約１０ｍｍの範囲内の高さ（ＨＣＥ）を有する。例えば、一つの実施形態では、対電極集合体の各部材の高さ（ＨＣＥ）は、約０．０５ｍｍ〜約５ｍｍの範囲内にある。更なる例として、一つの実施形態では、対電極集合体の各部材の高さ（ＨＣＥ）は、約０．１ｍｍ〜約１ｍｍの範囲内にある。
【００８１】
対電極集合体の部材の周囲（ＰＣＥ）もまた、エネルギ貯蔵デバイス及びその使用目的により変化する。しかしながら、一般的に、対電極集合体の部材は、典型的には、約０．０２５ｍｍ〜約２５ｍｍの範囲内の周囲（ＰＣＥ）を有する。例えば、一つの実施形態では、対電極集合体の各部材の周囲（ＰＣＥ）は、約０．１ｍｍ〜約１５ｍｍの範囲内にある。更なる例として、一つの実施形態では、対電極集合体の各部材の周囲（ＰＣＥ）は、約０．５ｍｍ〜約１０ｍｍの範囲内にある。
【００８２】
一般的に、対電極集合体の各部材は、その幅（ＷＣＥ）及びその高さ（ＨＣＥ）のそれぞれよりも実質的に大きい長さ（ＬＣＥ）を有する。例えば、一つの実施形態では、ＬＣＥのＷＣＥ及びＨＣＥのそれぞれに対する比は、対電極集合体の各部材に対して、それぞれ少なくとも５：１である（すなわち、ＬＣＥのＷＣＥに対する比は、それぞれ少なくとも５：１であり、ＬＣＥのＨＣＥに対する比は、それぞれ少なくとも５：１である）。更なる例として、一つの実施形態では、ＬＣＥのＷＣＥ及びＨＣＥのそれぞれに対する比は、対電極集合体の各部材に対して、少なくとも１０：１である。更なる例として、一つの実施形態では、ＬＣＥのＷＣＥ及びＨＣＥのそれぞれに対する比は、対電極集合体の各部材に対して、少なくとも１５：１である。更なる例として、一つの実施形態では、ＬＣＥのＷＣＥ及びＨＣＥのそれぞれに対する比は、電極集合体の各部材に対して、少なくとも２０：１である。
【００８３】
また、対電極集合体の部材が、その周囲（ＰＣＥ）よりも実質的に大きい長さ（ＬＣＥ）を有することが一般的に好ましい。例えば、一つの実施形態では、ＬＣＥのＰＣＥに対する比は、対電極集合体の各部材に対して、それぞれ少なくとも１．２５：１である。更なる例として、一つの実施形態では、ＬＣＥのＰＣＥに対する比は、対電極集合体の各部材に対して、それぞれ少なくとも２．５：１である。更なる例として、一つの実施形態では、ＬＣＥのＰＣＥに対する比は、対電極集合体の各部材に対して、少なくともそれぞれ３．７５：１である。
【００８４】
一つの実施形態では、対電極集合体の部材の高さ（ＨＣＥ）の幅（ＷＣＥ）に対する比は、それぞれ少なくとも０．４：１である。例えば、一つの実施形態では、ＨＣＥのＷＣＥに対する比は、対電極集合体の各部材に対して、少なくとも２：１となる。更なる例として、一つの実施形態では、ＨＣＥのＷＣＥに対する比は、対電極集合体の各部材に対して、それぞれ少なくとも１０：１となる。更なる例として、一つの実施形態では、ＨＣＥのＷＣＥに対する比は、対電極集合体の各部材に対して、それぞれ少なくとも２０：１となる。しかしながら、典型的には、ＨＣＥのＷＣＥに対する比は、電極集合体の各部材に対して、概してそれぞれ１０００：１未満となる。例えば、一つの実施形態では、ＨＣＥのＷＣＥに対する比は、対電極集合体の各部材に対して、それぞれ５００：１未満となる。更なる例として、一つの実施形態では、ＨＣＥのＷＣＥに対する比は、それぞれ１００：１未満となる。更なる例として、一つの実施形態では、ＨＣＥのＷＣＥに対する比は、それぞれ１０：１未満となる。更なる例として、一つの実施形態では、ＨＣＥのＷＣＥに対する比は、対電極集合体の各部材に対して、それぞれ約２：１〜約１００：１の範囲内となる。
【００８５】
再び図１２Ａを参照すると、電気絶縁セパレータ層１５３は、電極構造集合体の各部材１５１を取り囲んで、対電極構造集合体の各部材１５２から電気的に絶縁する。電気絶縁セパレータ層１５３は、典型的には、非水性電解質を浸透させることができる微小孔性（マイクロポーラス）セパレータ材料を含む。例えば、一つの実施形態では、微小孔性セパレータ材料は、少なくとも５０Å、より典型的には約２５００Åの範囲内の直径、及び約２５％〜約７５％の範囲内、より典型的には約３５〜５５％の範囲内の空孔率を有する細孔を含む。また、微小孔性セパレータ材料は、非水性電解質を浸透させて、電極及び対電極集合体の隣接する部材の間でキャリアイオンの伝導を可能にする。一つの実施形態では、例えば、微小孔性セパレータ材料の多孔性を無視すると、チャージ又はディスチャージ中における、イオン交換のための電極構造集合体の部材１５１と対電極構造の最も近い部材１５２（すなわち、「隣接対」）の間の電気絶縁セパレータ材料層１５３の少なくとも７０体積％は、微小孔性セパレータ材料である。言い換えると、微小孔性セパレータ材料は、電極構造集合体の部材１５１と対電極構造集合体の最も近い部材１５２との間の電気絶縁材料の少なくとも７０体積％を構成する。更なる例として、一つの実施形態では、微小孔性セパレータ材料の多孔性を無視すると、微小孔性セパレータ材料は、電極構造集合体と対電極構造集合体のそれぞれの部材１５１と部材１５２の隣接する対の間の電気絶縁セパレータ材料層の少なくとも７５体積％を構成する。更なる例として、一つの実施形態では、微小孔性セパレータ材料の多孔性を無視すると、微小孔性セパレータ材料は、電極構造集合体と対電極構造集合体のそれぞれの部材１５１と部材１５２の隣接する対の間の電気絶縁セパレータ材料層の少なくとも８０体積％を構成する。更なる例として、一つの実施形態では、微小孔性セパレータ材料の多孔性を無視すると、微小孔性セパレータ材料は、電極構造集合体と対電極構造集合体のそれぞれの部材１５１と部材１５２の隣接する対の間の電気絶縁セパレータ材料層の少なくとも８５体積％を構成する。更なる例として、一つの実施形態では、微小孔性セパレータ材料の多孔性を無視すると、微小孔性セパレータ材料は、電極構造集合体と対電極構造集合体のそれぞれの部材１５１と部材１５２の隣接する対の間の電気絶縁セパレータ材料層の少なくとも９０体積％を構成する。更なる例として、一つの実施形態では、微小孔性セパレータ材料の多孔性を無視すると、微小孔性セパレータ材料は、電極構造集合体と対電極構造集合体のそれぞれの部材１５１と部材１５２の隣接する対の間の電気絶縁セパレータ材料層の少なくとも９５体積％を構成する。更なる例として、一つの実施形態では、微小孔性セパレータ材料の多孔性を無視すると、微小孔性セパレータ材料は、電極構造集合体と対電極構造集合体のそれぞれの部材１５１と部材１５２の隣接する対の間の電気絶縁セパレータ材料層の少なくとも９９体積％を構成する。
【００８６】
一つの実施形態では、微小孔性セパレータ材料は、粒状材料及びバインダを含み、少なくとも約２０体積％の空孔度（ボイド率）を有する。微孔質セパレータ材料の細孔は、少なくとも５０Åの直径を有し、典型的には約２５０〜２５００Åの範囲内にある。微小孔性セパレータ材料は、典型的には、約７５％未満の空孔度を有する。一つの実施形態では、微小孔性セパレータ材料は、少なくとも約２５体積％の空孔度（ボイド率）を有する。一つの実施形態では、微小孔性セパレータ材料は、約３５〜５５％の空孔度を有する。
【００８７】
微小孔性セパレータ材料用のバインダは、広範囲の無機又はポリマー材料から選択することができる。例えば、一つの実施形態では、バインダは、ケイ酸塩、リン酸塩、アルミン酸塩、アルミノケイ酸塩、及び水酸化物（例えば、水酸化マグネシウム、水酸化カルシウムなど）からなる群から選択される有機材料である。例えば、一つの実施形態では、バインダは、フッ化ビニリデン、ヘキサフルオロプロピレン、テトラフルオロプロペン等を含むモノマーから派生したフッ化ポリマーである。別の一つの実施形態では、バインダは、様々な分子量及び密度の任意の範囲を有するポリオレフィン（例えば、ポリエチレン、ポリプロピレン、又はポリブテン）である。別の一つの実施形態では、バインダは、エチレン−ジエン−プロペンターポリマー、ポリスチレン、ポリメチルメタクリレート、ポリエチレングリコール、ポリビニルアセテート、ポリビニルブチラール、ポリアセタール、及びポリエチレングリコールジアクリレートからなる群から選択される。別の一つの実施形態では、バインダは、メチルセルロース、カルボキシメチルセルロース、スチレンゴム、ブタジエンゴム、スチレン−ブタジエンゴム、イソプレンゴム、ポリアクリルアミド、ポリビニルエーテル、ポリアクリル酸、ポリメタクリル酸、及びポリエチレンオキシドからなる群から選択される。別の一つの実施形態では、バインダは、アクリレート、スチレン、エポキシ、及びシリコーンからなる群から選択される。別の一つの実施形態では、バインダは、上述のポリマーの２以上のコポリマー又はブレンドである。
【００８８】
微小孔性セパレータ材料に含まれる粒状材料はまた、広範囲の材料から選択することができる。一般的に、このような材料は、動作温度において比較的低い電子伝導度及びイオン伝導度を有し、微小孔性セパレータ材料と接触するバッテリ電極又は電流コレクタの動作電圧下では腐食しない。例えば、一つの実施形態では、粒状材料は、１×１０−４Ｓ／ｃｍ未満のキャリアイオン（例えば、リチウム）に対する伝導度を有する。更なる例として、一つの実施形態では、粒状材料は、１×１０−５Ｓ／ｃｍ未満のキャリアイオンに対する伝導度を有する。更なる例として、一つの実施形態では、粒状材料は、１×１０−６Ｓ／ｃｍ未満のキャリアイオンに対する伝導度を有する。例示的な粒状材料は、粒状ポリエチレン、ポリプロピレン、ＴｉＯ２−ポリマー複合材料、シリカエーロゲル、ヒュームドシリカ、シリカゲル、シリカヒドロゲル、シリカキセロゲル、シリカゾル、コロイドシリカ、アルミナ、チタニア、マグネシア、カオリン、タルク、珪藻土、ケイ酸カルシウム、ケイ酸アルミニウム、炭酸カルシウム、炭酸マグネシウム、又はそれらの組み合わせを含む。例えば、一つの実施形態では、粒状材料は、微粒子酸化物又は窒化物（例えば、ＴｉＯ２、ＳｉＯ２、Ａｌ２Ｏ３、ＧｅＯ２、Ｂ２Ｏ３、Ｂｉ２Ｏ３、ＢａＯ、ＺｎＯ、ＺｒＯ２、ＢＮ、Ｓｉ３Ｎ４、Ｇｅ３Ｎ４）を含む。（例えば、Ｐ．  Ａｒｏｒａ  ａｎｄ  Ｊ．  Ｚｈａｎｇ、  “Ｂａｔｔｅｒｙ  Ｓｅｐａｒａｔｏｒｓ”  Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｒｅｖｉｅｗ  ２００４、１０４、４４１９−４４６２を参照されたい）。一つの実施形態では、粒状材料は、約２０ｎｍ〜２マイクロメートル、より典型的には２００ｎｍ〜１．５マイクロメートルの平均粒径を有する。一つの実施形態では、粒状材料は、約５００ｎｍ〜１マイクロメートルの平均粒径を有する。
【００８９】
別の実施形態では、微小孔性セパレータ材料に含まれる粒状材料は、バッテリの機能のためにイオン伝導性を提供するための電解質侵入に対して望ましい空孔率を保持しながら、焼結、結合、硬化などの技術によって結合されてもよい。
【００９０】
微小孔性セパレータ材料は、例えば、粒子が表面エネルギ（例えば、静電引力又はファンデルワールス力）によって内部で合体された粒子セパレータ材料の電気泳動堆積、粒子セパレータ材料の（スピン又はスプレーコーティングを含む）スラリー堆積、スクリーン印刷、浸漬コーティング、及び静電スプレー堆積によって堆積させることができる。バインダは、堆積プロセスに含まれてもよく、例えば、粒子材料は、溶媒蒸発により沈殿する溶解したバインダによってスラリー堆積される、溶解したバインダ材料の存在下で電気泳動堆積される、又はバインダ及び絶縁粒子などによって同時電気泳動堆積されることができる。代替的又は追加的に、バインダは、粒子が電極構造の中又は上に堆積した後に添加してもよい。例えば、粒子材料を有機バインダ溶液中に分散させ、浸漬被覆又は噴霧被覆した後に、バインダ材料を乾燥、溶解、又は架橋結合させて接着強度を提供することができる。
【００９１】
組み立てられたエネルギ貯蔵デバイスでは、微小孔性セパレータ材料は、二次電池電解質としての使用に適した非水性電解質で浸透される。典型的には、非水性電解質は、有機溶媒に溶解されたリチウム塩を含む。例示的なリチウム塩としては、無機リチウム塩（例えば、ＬｉＣｌＯ４、ＬｉＢＦ４、ＬｉＰＦ６、ＬｉＡｓＦ６、ＬｉＣｌ、及びＬｉＢｒ）及び有機リチウム塩（例えば、ＬｉＢ（Ｃ６Ｈ５）４、ＬｉＮ（ＳＯ２ＣＦ３）２、ＬｉＮ（ＳＯ２ＣＦ３）３、ＬｉＮＳＯ２ＣＦ３、ＬｉＮＳＯ２ＣＦ５、ＬｉＮＳＯ２Ｃ４Ｆ９、ＬｉＮＳＯ２Ｃ５Ｆ１１、ＬｉＮＳＯ２Ｃ６Ｆ１３、及びＬｉＮＳＯ２Ｃ７Ｆ１５）が含まれる。リチウム塩を溶解するための例示的な有機溶媒には、環状エステル、鎖状エステル、環状エーテル、及び鎖状エーテルが含まれる。環状エステルの具体例としては、プロピレンカーボネート、ブチレンカーボネート、γ−ブチロラクトン、ビニレンカーボネート、２−メチル−γ−ブチロラクトン、アセチル−γ−ブチロラクトン、及びγ−バレロラクトンが含まれる。鎖状エステルの具体例としては、ジメチルカーボネート、ジエチルカーボネート、ジブチルカーボネート、ジプロピルカーボネート、メチルエチルカーボネート、メチルブチルカーボネート、メチルプロピルカーボネート、エチルブチルカーボネート、エチルプロピルカーボネート、ブチルプロピルカーボネート、アルキルプロピオネート、マロン酸ジアルキル、及びアルキルアセテートが含まれる。環状エーテルの具体例としては、テトラヒドロフラン、アルキルテトラヒドロフラン、ジアルキルテトラヒドロフラン、アルコキシテトラヒドロフラン、ジアルコキシテトラヒドロフラン、１，３−ジオキソラン、アルキル−１，３−ジオキソラン、及び１，４−ジオキソランが含まれる。鎖状エーテルの具体例としては、１，２−ジメトキシエタン、１，２−ジエトキシエタン、ジエチルエーテル、エチレングリコールジアルキルエーテル、ジエチレングリコールジアルキルエーテル、トリエチレングリコールジアルキルエーテル、及びテトラエチレングリコールジアルキルエーテルが含まれる。
【００９２】
再び図１２Ａ、図１２Ｂ、及び図１２Ｃを参照すると、電極及び対電極集合体の部材の縦方向端面１６２、１６４上への投射と一致する電極アセンブリの縦方向端面１２２、１２４の領域は、（すなわち、「投射された表面領域」）はそれぞれ、拘束１３０によって課せられるかなりの圧縮荷重を受けることになる（図４参照）。例えば、一つの実施形態では、電極及び対電極集合体の部材の縦方向端面上への投射と一致する電極アセンブリの縦方向端面の領域は、それぞれ少なくとも０．７ｋＰａの（それぞれ、第１及び第２の投射表面領域のそれぞれの表面積にわたって平均化された）圧縮荷重下にある。更なる例として、一つのそのような実施形態では、電極及び対電極集合体の部材の縦方向端面上への投射と一致する電極アセンブリの縦方向端面の領域は、それぞれ少なくとも１．７５ｋＰａの（それぞれ、第１及び第２の投射表面領域のそれぞれの表面積にわたって平均化された）圧縮荷重下にある。更なる例として、一つのそのような実施形態では、電極及び対電極集合体の部材の縦方向端面上への投射と一致する電極アセンブリの縦方向端面の領域は、それぞれ少なくとも２．８ｋＰａの（それぞれ第１及び第２の投射表面領域のそれぞれの表面積にわたって平均化された）圧縮荷重下にある。更なる例として、一つのそのような実施形態では、電極及び対電極集合体の部材の縦方向端面上への投射と一致する電極アセンブリの縦方向端面の領域は、それぞれ少なくとも３．５ｋＰａの（第１及び第２の投射表面領域のそれぞれの表面積にわたって平均化した）圧縮荷重下にある。更なる例として、一つのそのような実施形態では、電極及び対電極集合体の部材の縦方向端面上への投射と一致する電極アセンブリの縦方向端面の領域は、それぞれ少なくとも５．２５ｋＰａの（それぞれ第１及び第２の投射された表面領域のそれぞれの表面積にわたって平均化された）圧縮荷重下にある。更なる例として、一つのそのような実施形態では、電極及び対電極集合体の部材の縦方向端面上への投射と一致する電極アセンブリの縦方向端面の領域は、それぞれ少なくとも７ｋＰａの（第１及び第２の投射された表面領域のそれぞれの表面積にわたって平均化された）圧縮荷重下にある。更なる例として、一つのそのような実施形態では、電極及び対電極集合体の部材の縦方向端面上への投射と一致する電極アセンブリの縦方向端面の領域は、それぞれ少なくとも８．７５ｋＰａの（第１及び第２の投射表面領域それぞれの表面積にわたって平均化された）圧縮荷重下にある。しかしながら、一般的に、電極及び対電極集合体の部材の縦方向端面への投射と一致する電極アセンブリの縦方向端面の領域は、それぞれ約１０ｋＰａの（第１及び第２の投射表面領域それぞれの表面積にわたって平均化された）圧縮荷重しか受けない。前述の例示的な実施形態のそれぞれにおいて、本開示の二次電池の縦方向端面は、バッテリがその定格容量の少なくとも約８０％にチャージされるとき、そのような圧縮荷重下にある。
【００９３】
特定の実施形態では、電極アセンブリの実質的に縦方向端面の全体がかなりの圧縮荷重下にある（必ずしも単に第１及び第２の投射された表面領域ではない）。例えば、いくつかの実施形態では、一般的に、電極アセンブリの縦方向端面のそれぞれは、少なくとも０．７ｋＰａの（縦方向端面のそれぞれの全表面積にわたってそれぞれ平均化された）圧縮荷重下にある。例えば、一つの実施形態では、電極アセンブリの縦方向端面のそれぞれは、少なくとも１．７５ｋＰａの（縦方向端面のそれぞれの全表面積にわたってそれぞれ平均化された）圧縮荷重下にある。更なる例として、一つのそのような実施形態では、電極アセンブリの縦方向端面のそれぞれは、少なくとも２．８ｋＰａの（縦方向端面のそれぞれの全表面積にわたってそれぞれ平均化された）圧縮荷重下にある。更なる例として、一つのそのような実施形態では、電極アセンブリの縦方向端面のそれぞれは、少なくとも３．５ｋＰａの（縦方向端面のそれぞれの全表面積にわたってそれぞれ平均化された）圧縮荷重下にある。更なる例として、一つのそのような実施形態では、電極アセンブリの縦方向端面のそれぞれは、少なくとも５．２５ｋＰａの（縦方向端面のそれぞれの全表面積にわたってそれぞれ平均化された）圧縮荷重下にある。更なる例として、一つのそのような実施形態では、電極アセンブリの縦方向端面のそれぞれは、少なくとも７ｋＰａの（縦方向端面のそれぞれの全表面積にわたってそれぞれ平均化された）圧縮荷重下にある。更なる例として、一つのそのような実施形態では、電極アセンブリの縦方向端面のそれぞれは、少なくとも８．７５ｋＰａの（縦方向端面のそれぞれの全表面積にわたってそれぞれ平均化された）圧縮荷重下にある。しかしながら、一般的に、電極アセンブリの縦方向端面は、約１０ｋＰａしか（縦方向端面のそれぞれの全表面積にわたってそれぞれ平均化された）圧縮荷重を受けない。上述の例示的な実施形態のそれぞれにおいて、バッテリがその定格容量の少なくとも約８０％にチャージされるとき、電極アセンブリの縦方向端面は、このような圧縮荷重下にある。
【００９４】
一つの実施形態では、電極アセンブリの第１及び第２の縦方向端面のそれぞれは、少なくとも１００ｐｓｉの圧縮荷重下にある。例えば、一つの実施形態では、第１及び第２の縦方向端面のそれぞれは、少なくとも２００ｐｓｉの圧縮荷重下にある。更なる例として、一つの実施形態では、第１及び第２の縦方向端面のそれぞれは、少なくとも３００ｐｓｉの圧縮荷重下にある。更なる例として、一つの実施形態では、第１及び第２の縦方向端面のそれぞれは、少なくとも４００ｐｓｉの圧縮荷重下にある。更に別の例として、一つの実施形態では、第１及び第２の縦方向端面のそれぞれは、少なくとも５００ｐｓｉの圧縮荷重下にある。更なる例として、一つの実施形態では、第１及び第２の縦方向端面のそれぞれは、少なくとも６００ｐｓｉの圧縮荷重下にある。更に別の例として、一つの実施形態では、第１の縦方向端面及び第２の縦方向端面のそれぞれは、少なくとも７００ｐｓｉの圧縮荷重下にある。更に別の例として、一つの実施形態では、第１及び第２の縦方向端面のそれぞれは、少なくとも８００ｐｓｉの圧縮荷重下にある。更なる例として、一つの実施形態では、第１及び第２の縦方向端面のそれぞれは、少なくとも９００ｐｓｉの圧縮荷重下にある。更に別の例では、第１及び第２の縦方向端面のそれぞれは、少なくとも１０００ｐｓｉの圧縮荷重下にある。
【００９５】
図４及び図５Ａ、図５Ｂ、図５Ｃ及び図５Ｄを再び参照すると、本開示の一態様によれば、引張部材１３３、１３５は、縦方向端面に印加された圧縮力に応じて電極アセンブリの座屈を抑制するために、外側面に比較的近いことが好ましい。図５Ａ〜図５Ｄに示す実施形態では、例えば、引張部材１３３、１３５は、それぞれ外側面１２３、１２５に接触する。しかしながら、他の実施形態では、引張部材と外側面との間に隙間が存在してもよい。しかしながら、一般的に、引張部材と電極アセンブリの外側面との間の距離は、電極アセンブリの最小フェレット直径の５０％未満であり、フェレット直径は、引張部材と電極アセンブリの外側面との間の距離と同じ方向に測定される。更なる例として、一つのそのような実施形態では、引張部材と電極アセンブリの外側面との間の距離は、電極アセンブリの最小フェレット直径の４０％未満であり、フェレット直径は、引張部材と電極アセンブリの外側面との間の距離と同じ方向に測定される。更なる例として、一つのそのような実施形態では、引張部材と電極アセンブリの外側面との間の距離は、電極アセンブリの最小フェレット直径の３０％未満であり、フェレット直径は、引張部材と電極アセンブリの外側面との間の距離と同じ方向に測定される。更なる例として、一つのそのような実施形態では、引張部材と電極アセンブリの外側面との間の距離は、電極アセンブリの最小フェレット直径の２０％未満であり、フェレット直径は、引張部材と電極アセンブリの外側面との間の距離と同じ方向に測定される。更なる例として、一つのそのような実施形態では、引張部材と電極アセンブリの外側面との間の距離は、電極アセンブリの最小フェレット直径の１０％未満であり、フェレット直径は、引張部材と電極アセンブリの外側面との間の距離と同じ方向に測定される。更なる例として、一つのそのような実施形態では、引張部材と電極アセンブリの外側面との間の距離は、電極アセンブリの最小フェレット直径の５％未満であり、フェレット直径は、引張部材と電極アセンブリの外側面との間の距離と同じ方向に測定される。
【００９６】
ここで図７を参照すると、全体が１００で示される、本開示の別の実施形態の二次電池の分解図が見られる。二次電池は、バッテリエンクロージャ１０２と、バッテリエンクロージャ１０２内の電極アセンブリ１２０の組１１０とを含み、電極アセンブリの各々は、第１の縦方向端面１２２と、（図７の仮想デカルト座標系の「Ｙ軸」に平行な縦軸（図示せず）に沿って第１の縦方向端面１２２から分離された）対向する第２の縦方向端面１２４と、外側面１２３、１２５、１２６、１２７（図４参照）を含む外側面とを有する。図４に示す実施形態とは対照的に、この実施形態では、個々の拘束１３０が、組１１０の電極アセンブリの各々の第１及び第２の縦方向表面に圧縮力を課す。前述したように、組１１０内の各電極アセンブリの対向する第１及び第２の縦方向端面の組み合わされた表面積は、組内の電極アセンブリのそれぞれの全表面積のそれぞれ５０％未満である。拘束１３０の引張部材は、圧縮部材を互いに向かって引っ張り、これによって組１１０内の各電極アセンブリの対向する第１及び第２の縦方向端面のそれぞれに圧縮力を印加し、これは次いで、（本明細書で前述したように各電極アセンブリの電極スタック方向と一致する）組１１０内の各電極アセンブリの縦方向の拡張を抑制する。更に、バッテリを形成した後、拘束は、相互に直交する且つ縦方向と直交する二つの方向のいずれかにおいて、それぞれの電極アセンブリに保持される圧力を超える縦方向（すなわち、電極スタック方向）に組１１０内の各電極アセンブリに対して圧力をかける。
【００９７】
ここで図８、図９、図１０Ａ、及び図１０Ｂを参照すると、別の実施形態では、拘束１３０は、スロット１０９、接続領域１１１、及び折り畳み領域１１３を含むシート１０７から形成される。拘束を形成するために、シート１０７は、折り畳み領域１１３に沿って折り畳まれた（電極構造１２０の無い図９に示される）電極構造１２０の周囲に単に巻かれ、重複縁部１１５、１１７は、溶接、接着、又は他の方法で互いに固定されて、圧縮部材１３２、１３４（互いに固定されると、重複縁部１１５、１１７を含む圧縮部材１３４）と引張部材１３３、１３５とを含む拘束を形成する。一つのそのような実施形態では、拘束１３０は、スタック方向Ｄに引き伸ばされ、接続領域１１１に張力を掛け、その結果、圧縮力を縦方向端面１２２、１２４に印加させる。別の実施形態では、接続領域１１１を引き伸ばして、それらに張力を掛ける代わりに、電極アセンブリ上に取り付ける前に接続領域に予め張力を掛ける。別の代替的な一つの実施形態では、接続領域１１１は、最初に電極アセンブリ上に設置されたときに張力を受けていないが、むしろ、バッテリの形成によって、電極アセンブリが拡張して接続引張部材内で張力を誘発（すなわち、自己張力印加）する。
【００９８】
ここで図１１Ａ及び図１１Ｂを参照すると、別の実施形態では、拘束１３０は、スロット１０９及び接続領域１１１に加えて、１以上の蛇行引張部材１２１を備える。蛇行引張部材１２１は、サイクルの間よりも形成時に力がより大きい実施形態において、二次的な引張力を提供する。そのような実施形態では、直線状部材は、形成中により大きな抵抗と収率を提供する一方、蛇行引張部材は、サイクル中により小さな張力を印加する。前に説明したように、電極構造１２０の周りにシート１０７を巻き付け、折り畳み領域１１３に沿って折り曲げ、（電極構造２０の無い図１１Ａ及び１１Ｂに示される）重複縁部１１５、１１７を固定することによって、拘束１３０を形成することができる。シート１０７が電極構造の周りに巻き付けられると、拘束１３０はスタック方向Ｄに引き伸ばされて接続領域１１１及び蛇行引張部材１２１に張力が掛けられ、次いで電極構造１２０にスタック方向Ｄの圧縮力が作用する。
【００９９】
一般的に、高い強度及び剛性を有する拘束は、バッテリの形成中の電極アセンブリの急速な成長を抑制することができるが、はるかに低い強度及び剛性を有する拘束は、異なるチャージ状態で生じるリチウム化の変化による電極アセンブリの体積の変化を可能にする。また、低剛性と高予荷（又は始動荷重）を有する拘束は、陰極と陽極との間に最小の力を保持することによってセルインピーダンスを制御するのに役立つ。本開示の一つの実施形態に係るこれらの矛盾する要件に対処する１つのアプローチは、２つのコンポーネントから拘束を構築することである。これらのコンポーネントは、（ｉ）異なる幾何学的形状を有する同様の材料、又は（ｉｉ）異なる弾性率及び同じ幾何学的形状を有する材料、（ｉｉｉ）所望の剛性を達成するための弾性率及び幾何学的特性の組み合わせのいずれかから作ることができる。何れの場合においても、第１のコンポーネント（「要素１」）は、第２のコンポーネント（「要素２」）よりも高い剛性設計（材料又は幾何学形状駆動）を利用し、弾性的に塑性変形するが、バッテリ形成中に受ける負荷の下で砕けない。要素２は、好ましくは弾性的に変形するだけである。何れの場合においても、第１の要素は、第２の要素を内含することによって、又は他の方法で支持することによって、第２の要素がそれ自身よりも大きく変位するのを防止するべきである。
【０１００】
一つの実施形態では、拘束は、電極アセンブリの縦方向表面と圧縮部材との間に位置する弾性変形可能な材料を含む。この実施形態では、弾性変形可能な材料は、電極の拡張に適応するように弾性的に変形し、電極が収縮すると弾性的に元の厚さ及び形状に戻る。その結果、電極及び／又は対電極が二次電池のサイクル中に拡張及び収縮するときに、最小の力を電極アセンブリ上で縦方向に保持することができる。
【０１０１】
ここで図１６を参照すると、１つの例示的実施形態では、拘束１３０は、第１及び第２の要素１３６、１３７を含む。この実施形態では、圧縮部材１３２は、第１及び第２の要素１３６、１３７の圧縮領域１３２Ａ、１３２Ｂをそれぞれ含み、それらは、縦方向端面１２２の上に重なり、圧縮部材１３４は、第１及び第２の要素１３６、１３７の圧縮領域１３４Ａ及び１３４Ｂをそれぞれ含み、それらは、縦方向端面１２４の上に重なる。また、引張部材１３３は、第１及び第２の要素１３６、１３７の引張部材領域１３３Ａ、１３３Ｂをそれぞれ含み、それらは、外側面１２３の上に重なり、引張部材１３５は、第１及び第２の要素１３６、１３７の引張部材領域１３５Ａ及び１３５Ｂをそれぞれ含み、それらは、外側面１２５の上に重なる。この例示的な実施形態では、第１の要素１３６は、セル形成又はセルサイクル中に電極アセンブリの最大成長を制限するために使用され、一方、要素１３７は、ディスチャージ状態の間、電極スタック方向Ｄの方向の予荷重を保持するために使用される。この例示的な実施形態では、要素１３６は、形成前に予荷重を有さない（電極アセンブリに力を加えない）。要素１３７は、第１及び第２の縦方向端面１２２、１２４に圧縮力を課すために、電極アセンブリに対して予荷重を加えられる。電極アセンブリが拡張するとき（例えば、チャージ工程中のキャリアイオンの取り込みの際にシリコン含有陽極が拡張するとき）、要素１３６上の力は、その高い剛性のため急速に成長する一方、より低い剛性要素１３７上の力は、その変位が要素１３６によって制限されるので、ゆっくりと上昇する。ある力を超えると、要素１３６は、弾性から塑性（永久的）へと降伏又は移行する一方、要素１３７は、弾性範囲内にとどまる。力が上昇し続けると、要素１３６の長さは永久的に増加する。その後、力が小さい値に減少すると（例えば、ディスチャージステップ中にキャリアイオンの挿入が解除されてシリコン含有陽極が収縮すると）、要素１３６は永久的に変形され、もはや電極アセンブリ１２０に接触する可能性はなくなり、その初期の予荷レベル近くに戻ることができる。
【０１０２】
ここで図１３を参照すると、別の実施形態では、二次電池１００は、バッテリエンクロージャ１０２と、バッテリエンクロージャ１０２内の一組の電極アセンブリ１２０とを含む。前述のように、電極アセンブリの各々は、第１の縦方向端面及び縦軸に沿って分離された対向する第２の縦方向端面と、縦軸を囲む横方向表面とを有する（図４及び１２Ａ参照）。更に、組は、組内の電極アセンブリの各々の電極スタック方向Ｄの拡張を抑制するために、上部拘束部材１３０Ｔ及び底部拘束部材１３０Ｂを含む関連する拘束１３０を有する。上部拘束部材１３０Ｔ及び底部拘束部材１３０Ｂは、組み合わせて圧縮部材１３２を構成する連動タブ１３２Ｄ、１３２Ｃをそれぞれ備える。上部拘束部材１３０Ｔ及び底部拘束部材１３０Ｂは、組み合わせて圧縮部材１３４（図示せず）を構成する連動タブをそれぞれ備える。他の実施形態と同様に、圧縮部材の各々は、対向する第１及び第２の縦方向端面に圧縮力を印加し、引張部材は、前述のようにスロット１０９及び接続領域１１１を備える。
【０１０３】
ここで図１４を参照すると、別の実施形態では、二次電池１００は、バッテリエンクロージャ１０２、バッテリエンクロージャ１０２内の電極アセンブリの組（図示せず）、及び組内の電極アセンブリの各々の電極スタック方向への拡張を防ぐ関連する拘束１３０を備える。拘束１３０は、電極アセンブリの組のそれぞれ第１及び第２の縦方向半体をそれぞれ包む第１及び第２のシェル１３０Ｒ、１３０Ｌを備える。他の実施形態と同様に、要素１３２Ｅ及び１３２Ｆを備える第１の圧縮部材１３２は、組内の電極アセンブリの第１の縦方向端面（図示せず）の上に重なり、第２の圧縮部材（図示せず）は、組内の電極アセンブリの第２の縦方向端面（図示せず）の上に重なり、引張部材は、電極アセンブリの外側面の上に重なる。他の実施形態と同様に、圧縮部材の各々は、対向する第１及び第２の縦方向端面に圧縮力を印加し、引張部材は、前述のようにスロット１０９及び接続領域１１１を備える。
【０１０４】
ここで図１５を参照すると、別の実施形態では、二次電池１００は、バッテリエンクロージャ１０２、バッテリエンクロージャ１０２内の電極アセンブリ１２０の組、及び組内の電極アセンブリの各々の電極スタック方向への拡張を防ぐ関連する拘束１３０を備える。拘束１３０は、一連のバンド１５１を備え、バンド１５１は、電極アセンブリの各々、及びバンド１５１と組内の各電極アセンブリ１２０の第１及び第２の縦方向端面（図示せず）との間に挿入されたキャップ１５３を取り囲む。この実施形態では、縦方向端面及びキャップの上にあるバンドの部分が、本開示の圧縮部材を構成し、電極アセンブリの外側面を覆うバンド部分が、引張部材を構成する。他の実施形態と同様に、圧縮部材の各々は、前述したように、対向する第１及び第２の縦方向端面に圧縮力を印加する。
【０１０５】
以下の１〜１２２の番号付けされた更なる実施形態において、本開示の態様は、以下を含む。
【０１０６】
実施形態１
チャージ状態とディスチャージ状態との間でサイクルするための二次電池であって、二次電池は、バッテリエンクロージャ、バッテリエンクロージャ内の電極アセンブリ及び非水性液体電解質、及び二次電池がチャージ状態とディスチャージ状態との間でサイクルするとき、電極アセンブリへの圧力を保持する拘束とを備え、電極アセンブリは、電極構造の集合体と、対電極構造の集合体、及び電極集合体と対電極集合体の部材間の電気絶縁性微小孔性セパレータ材料とを含み、
【０１０７】
電極アセンブリは、縦軸に沿って分離された対向する第１及び第２の縦方向端面と、縦軸を取り囲み、第１及び第２の縦方向端面を接続する外側面とを有し、第１及び第２の縦方向端面の表面積は、電極アセンブリの表面積の３３％未満であり、
【０１０８】
電極集合体の部材及び対電極集合体の部材は、電極アセンブリ内で縦軸に平行なスタック方向に交互に配置され、
【０１０９】
電極集合体及び対電極集合体の部材の第１の縦方向面上への投射は、第１の投射領域を囲み、電極集合体及び対電極集合体の部材の第２の縦方向面上への投射は、第２の投射領域を囲み、
【０１１０】
拘束は、第１及び第２の投射領域の上にそれぞれ重なる第１及び第２の圧縮部材を備え、圧縮部材は、電極アセンブリの外側面の上に重なり、圧縮部材を互いに向かって引っ張る引張部材によって接続され、
【０１１１】
拘束は、相互に直交する且つ電極スタック方向と直交する二つの方向のそれぞれにおける電極アセンブリに保持された圧力を超えるスタック方向の電極アセンブリへの圧力を保持する。
【０１１２】
実施形態２
拘束は、第１及び第２の投射領域のそれぞれに対して、第１及び第２の投射領域の表面積にわたって平均化された少なくとも０．７ｋＰａの平均圧縮力をそれぞれ課す、実施形態１に記載の二次電池。
【０１１３】
実施形態３
拘束は、第１及び第２の投射領域のそれぞれに対して、第１及び第２の投射領域の表面積にわたって平均化された少なくとも１．７５ｋＰａの平均圧縮力をそれぞれ課す、実施形態１に記載の二次電池。
【０１１４】
実施形態４
拘束は、第１及び第２の投射領域のそれぞれに対して、第１及び第２の投射領域の表面積にわたって平均化された少なくとも２．８ｋＰａの平均圧縮力をそれぞれ課す、実施形態１に記載の二次電池。
【０１１５】
実施形態５
拘束は、第１及び第２の投射領域のそれぞれに対して、第１及び第２の投射領域の表面積にわたって平均化された少なくとも３．５ｋＰａの平均圧縮力をそれぞれ課す、実施形態１に記載の二次電池。
【０１１６】
実施形態６
拘束は、第１及び第２の投射領域のそれぞれに対して、第１及び第２の投射領域の表面積にわたって平均化された少なくとも５．２５ｋＰａの平均圧縮力をそれぞれ課す、実施形態１に記載の二次電池。
【０１１７】
実施形態７
拘束は、第１及び第２の投射領域のそれぞれに対して、第１及び第２の投射領域の表面積にわたって平均化された少なくとも７ｋＰａの平均圧縮力をそれぞれ課す、実施形態１に記載の二次電池。
【０１１８】
実施形態８
拘束は、第１及び第２の投射領域のそれぞれに対して、第１及び第２の投射領域の表面積にわたって平均化された少なくとも８．７５ｋＰａの平均圧縮力を課す、実施形態１に記載の二次電池。
【０１１９】
実施形態９
拘束は、第１及び第２の投射領域のそれぞれに対して、第１及び第２の投射領域の表面積にわたって平均化された少なくとも１０ｋＰａの平均圧縮力をそれぞれ課す、実施形態１に記載の二次電池。
【０１２０】
実施形態１０
第１及び第２の縦方向端面の表面積は、電極アセンブリの表面積の２５％未満である、前述の実施形態のいずれかに記載の二次電池。
【０１２１】
実施形態１１
第１及び第２の縦方向端面の表面積は、電極アセンブリの表面積の２０％未満である、前述の実施形態のいずれかに記載の二次電池。
【０１２２】
実施形態１２
第１及び第２の縦方向端面の表面積は、電極アセンブリの表面積の１５％未満である、前述の実施形態のいずれかに記載の二次電池。
【０１２３】
実施形態１３
第１及び第２の縦方向端面の表面積は、電極アセンブリの表面積の１０％未満である、前述の実施形態のいずれかに記載の二次電池。
【０１２４】
実施形態１４
拘束及びエンクロージャは、バッテリエンクロージャによって囲まれた容積の６０％未満の組み合わされた容積を有する、前述の実施形態のいずれかに記載の二次電池。
【０１２５】
実施形態１５
拘束及びエンクロージャは、バッテリエンクロージャによって囲まれた容積の４５％未満の組み合わされた容積を有する、前述の実施形態のいずれかに記載の二次電池。
【０１２６】
実施形態１６
拘束及びエンクロージャは、バッテリエンクロージャによって囲まれた容積の３０％未満の組み合わされた容積を有する、前述の実施形態のいずれかに記載の二次電池。
【０１２７】
実施形態１７
拘束及びエンクロージャは、バッテリエンクロージャによって囲まれた容積の２０％未満の組み合わされた容積を有する、前述の実施形態のいずれかに記載の二次電池。
【０１２８】
実施形態１８
電極集合体の各部材は、底部、頂部、長さＬＥ、幅ＷＥ、高さＨＥ、及び各部材の底部から頂部まで、スタック方向に対して略横方向である方向に延びる中心縦軸ＡＥを有し、電極集合体の各部材の長さＬＥは、その中心縦軸ＡＥの方向に測定され、電極集合体の各部材の幅ＷＥは、スタック方向に測定され、電極集合体の各部材の高さＨＥは、各部材の中心縦軸ＡＥ及びスタック方向に直交する方向に測定され、電極集合体の各部材のＷＥ及びＨＥのそれぞれに対するＬＥの比は、それぞれ少なくとも５：１であり、電極集合体の各部材のＨＥとＷＥの比は、それぞれ０．４：１〜１０００：１である、前述の実施形態のいずれかに記載の二次電池。
【０１２９】
実施形態１９
微小孔性セパレータ材料は、粒状材料及びバインダを含み、少なくとも２０体積％の空孔率を有し、非水性液体電解質によって浸透されている、前述の実施形態のいずれかに記載の二次電池。
【０１３０】
実施形態２０
二次電池がチャージ状態とディスチャージ状態との間でサイクルされるときに、電極アセンブリの座屈を抑制するために、引張部材は外側面に十分に近接している、前述の実施形態のいずれかに記載の二次電池。
【０１３１】
実施形態２１
引張部材と外側面との間の距離は、電極アセンブリの最小フェレット直径の５０％未満であり、フェレット直径は、引張部材と電極アセンブリの外側面との間の距離と同じ方向に測定される、前述の実施形態のいずれかに記載の二次電池。
【０１３２】
実施形態２２
引張部材と外側面との間の距離は、電極アセンブリの最小フェレット直径の４０％未満であり、フェレット直径は、引張部材と電極アセンブリの外側面との間の距離と同じ方向に測定される、前述の実施形態のいずれかに記載の二次電池。
【０１３３】
実施形態２３
引張部材と外側面との間の距離は、電極アセンブリの最小フェレット直径の３０％未満であり、フェレット直径は、引張部材と電極アセンブリの外側面との間の距離と同じ方向に測定される、前述の実施形態のいずれかに記載の二次電池。
【０１３４】
実施形態２４
引張部材と外側面との間の距離は、電極アセンブリの最小フェレット直径の２０％未満であり、フェレット直径は、引張部材と電極アセンブリの外側面との間の距離と同じ方向に測定される、前述の実施形態のいずれかに記載の二次電池。
【０１３５】
実施形態２５
引張部材と外側面との間の距離は、電極アセンブリの最小フェレット直径の１０％未満であり、フェレット直径は、引張部材と電極アセンブリの外側面との間の距離と同じ方向に測定される、前述の実施形態のいずれかに記載の二次電池。
【０１３６】
実施形態２６
引張部材と外側面との間の距離は、電極アセンブリの最小フェレット直径の５％未満であり、フェレット直径は、引張部材と電極アセンブリの外側面との間の距離と同じ方向に測定される、前述の実施形態のいずれかに記載の二次電池。
【０１３７】
実施形態２７
第１及び第２の縦方向端面の各々は、少なくとも１００ｐｓｉの圧縮荷重下にある、前述の実施形態のいずれかに記載の二次電池。
【０１３８】
実施形態２８
第１及び第２の縦方向端面の各々は、少なくとも２００ｐｓｉの圧縮荷重下にある、前述の実施形態のいずれかに記載の二次電池。
【０１３９】
実施形態２９
第１及び第２の縦方向端面の各々は、少なくとも３００ｐｓｉの圧縮荷重下にある、前述の実施形態のいずれかに記載の二次電池。
【０１４０】
実施形態３０
第１及び第２の縦方向端面の各々は、少なくとも４００ｐｓｉの圧縮荷重下にある、前述の実施形態のいずれかに記載の二次電池。
【０１４１】
実施形態３１
第１及び第２の縦方向端面の各々は、少なくとも５００ｐｓｉの圧縮荷重下にある、前述の実施形態のいずれかに記載の二次電池。
【０１４２】
実施形態３２
第１及び第２の縦方向端面の各々は、少なくとも６００ｐｓｉの圧縮荷重下にある、前述の実施形態のいずれかに記載の二次電池。
【０１４３】
実施形態３３
第１及び第２の縦方向端面の各々は、少なくとも７００ｐｓｉの圧縮荷重下にある、前述の実施形態のいずれかに記載の二次電池。
【０１４４】
実施形態３４
第１及び第２の縦方向端面の各々は、少なくとも８００ｐｓｉの圧縮荷重下にある、前述の実施形態のいずれかに記載の二次電池。
【０１４５】
実施形態３５
第１及び第２の縦方向端面の各々は、少なくとも９００ｐｓｉの圧縮荷重下にある、前述の実施形態のいずれかに記載の二次電池。
【０１４６】
実施形態３６
第１及び第２の縦方向端面の各々は、少なくとも１０００ｐｓｉの圧縮荷重下にある、前述の実施形態のいずれかに記載の二次電池。
【０１４７】
実施形態３７
二次電池は定格容量を有し、二次電池がその定格容量の少なくとも８０％にチャージされているときに、第１及び第２の縦方向端面は、そのような圧縮荷重下にある、前述の実施形態のいずれかに記載の二次電池。
【０１４８】
実施形態３８
電極構造は、陽極活性な電気活物質を含み、対電極構造は、陰極活性な電気活物質を含む、前述の実施形態のいずれかに記載の二次電池。
【０１４９】
実施形態３９
電極構造は、シリコンを含む陽極活性な電気活物質を含み、対電極構造は、陰極活性な電気活物質を含む、前述の実施形態のいずれかに記載の二次電池。
【０１５０】
実施形態４０
二次電池は、少なくとも２つの電極アセンブリを含む一組の電極アセンブリを含む、前述の実施形態のいずれかに記載の二次電池。
【０１５１】
実施形態４１
二次電池は、少なくとも２つの電極アセンブリの組を備え、二次電池がチャージ状態とディスチャージ状態との間をサイクルされるとき、拘束は、組内の電極アセンブリに圧力を保持する、実施形態１〜３９のいずれかに記載の二次電池。
【０１５２】
実施形態４２
二次電池は、少なくとも２つの電極アセンブリの組を備え、二次電池は、対応する数の拘束を含み、拘束のそれぞれは、二次電池がチャージ状態とディスチャージ状態との間をサイクルされるとき、組内の電極アセンブリのうちの１つに圧力を保持する、実施形態１〜３９のいずれかに記載の二次電池。
【０１５３】
実施形態４３
電極アセンブリは、少なくとも５つの電極構造と、少なくとも５つの対電極構造とを含む、前述の実施形態のいずれかに記載の二次電池。
【０１５４】
実施形態４４
電極アセンブリは、少なくとも１０個の電極構造と、少なくとも１０個の対電極構造とを含む、前述の実施形態のいずれかに記載の二次電池。
【０１５５】
実施形態４５
電極アセンブリは、少なくとも５０個の電極構造と、少なくとも５０個の対電極構造とを含む、前述の実施形態のいずれかに記載の二次電池。
【０１５６】
実施形態４６
電極アセンブリは、少なくとも１００個の電極構造と、少なくとも１００個の対電極構造とを含む、前述の実施形態のいずれかに記載の二次電池。
【０１５７】
実施形態４７
電極アセンブリは、少なくとも５００個の電極構造と、少なくとも５００個の対電極構造とを含む、前述の実施形態のいずれかに記載の二次電池。
【０１５８】
実施形態４８
拘束は、少なくとも１００００ｐｓｉ（＞７０ＭＰａ）の極限引張強度を有する材料を含む、前述の実施形態のいずれかに記載の二次電池。
【０１５９】
実施形態４９
拘束は、電池の電解質と適合性のある材料を含む、前述の実施形態のいずれかに記載の二次電池。
【０１６０】
実施形態５０
拘束は、電池の浮遊電位又は陽極電位において著しく腐食しない材料を含む、前述の実施形態のいずれかに記載の二次電池。
【０１６１】
実施形態５１
拘束は、４５℃で著しく反応しないか又は機械的強度を失わない材料を含む、前述の実施形態のいずれかに記載の二次電池。
【０１６２】
実施形態５２
拘束は、金属、金属合金、セラミックス、ガラス、プラスチック、又はそれらの組み合わせを含む、前述の実施形態のいずれかに記載の二次電池。
【０１６３】
実施形態５３
拘束は、約１０〜約１００マイクロメートルの範囲内の厚さを有する材料のシートを含む、前述の実施形態のいずれかに記載の二次電池。
【０１６４】
実施形態５４
拘束は、約３０〜約７５マイクロメートルの範囲内の厚さを有する材料のシートを含む、前述の実施形態のいずれかに記載の二次電池。
【０１６５】
実施形態５５
拘束は、＞５０％の充填密度の炭素繊維を含む、前述の実施形態のいずれかに記載の二次電池。
【０１６６】
実施形態５６
圧縮部材は、相互に直交する且つスタック方向と直交する二つの方向のそれぞれに、電極アセンブリに保持された圧力の、少なくとも３倍超の圧力を第１及び第２の縦方向端面にかける、前述の実施形態のいずれかに記載の二次電池。
【０１６７】
実施形態５７
圧縮部材は、相互に直交する且つスタック方向と直交する二つの方向のそれぞれに、電極アセンブリに保持された圧力の、少なくとも３倍超の圧力を第１及び第２の縦方向端面にかける、前述の実施形態のいずれかに記載の二次電池。
【０１６８】
実施形態５８
圧縮部材は、相互に直交する且つスタック方向と直交する二つの方向のそれぞれに、電極アセンブリに保持された圧力の、少なくとも４倍超の圧力を第１及び第２の縦方向端面にかける、前述の実施形態のいずれかに記載の二次電池。
【０１６９】
実施形態５９
圧縮部材は、相互に直交する且つスタック方向と直交する二つの方向のそれぞれに、電極アセンブリに保持された圧力の、少なくとも５倍超の圧力を第１及び第２の縦方向端面にかける、前述の実施形態のいずれかに記載の二次電池。
【０１７０】
実施形態６０
チャージ状態とディスチャージ状態との間でサイクルするためのエネルギ貯蔵デバイスであって、エネルギ貯蔵デバイスは、エンクロージャ、エンクロージャ内の電極アセンブリ及び非水性液体電解質、及びエネルギ貯蔵デバイスがチャージ状態とディスチャージ状態との間でサイクルするとき、電極アセンブリへの圧力を保持する拘束とを備え、電極アセンブリは、電極構造の集合体と、対電極構造の集合体、及び電極集合体と対電極集合体の部材間の電気絶縁性微小孔性セパレータ材料とを含み、
【０１７１】
電極アセンブリは、縦軸に沿って分離された対向する第１及び第２の縦方向端面と、縦軸を取り囲み、第１及び第２の縦方向端面を接続する外側面とを有し、第１及び第２の縦方向端面の組み合わされた表面積は、外側面と第１及び第２の縦方向端面との組み合わされた表面積の３３％未満であり、
【０１７２】
電極集合体の部材及び対電極集合体の部材は、電極アセンブリ内で縦軸に平行なスタック方向に交互に配置され、
【０１７３】
拘束は、圧縮部材を互いに向かって引っ張る少なくとも１つの引張部材によって接続された第１及び第２の圧縮部材を備え、
【０１７４】
拘束は、相互に直交する且つ電極スタック方向と直交する二つの方向のそれぞれにおいて、電極アセンブリに保持された圧力を超えるスタック方向の電極アセンブリへの圧力を保持する。
【０１７５】
実施形態６１
エネルギ貯蔵デバイスは二次電池である、実施形態６０に記載のエネルギ貯蔵デバイス。
【０１７６】
実施形態６２
拘束は、電極アセンブリの縦方向端面の上に重なる第１及び第２の圧縮部材を含む、実施形態６０に記載のエネルギ貯蔵デバイス。
【０１７７】
実施形態６３
拘束は、縦方向端面の内部にある少なくとも１つの圧縮部材を含む、 前述の実施形態のいずれかに記載のエネルギ貯蔵デバイス。
【０１７８】
実施形態６４
電極集合体及び対電極集合体の部材の第１の縦方向面上への投射は、第１の投射領域を囲み、電極集合体及び対電極集合体の部材の第２の縦方向面上への投射は、第２の投射領域を囲み、第１及び第２の投射領域は、それぞれ、第１及び第２の縦方向端面の表面積の少なくとも５０％をそれぞれ含む、前述の実施形態のいずれかに記載のエネルギ貯蔵デバイス。
【０１７９】
実施形態６５
電極集合体及び対電極集合体の部材の第１の縦方向面上への投射は、第１の投射領域を囲み、電極集合体及び対電極集合体の部材の第２の縦方向面上への投射は、第２の投射領域を囲み、拘束は、第１及び第２の投射領域のそれぞれに対して、少なくとも０．７ｋＰａの平均圧縮力をそれぞれ課す、前述の実施形態のいずれかに記載のエネルギ貯蔵デバイス。
【０１８０】
実施形態６６
拘束は、第１及び第２の投射領域のそれぞれに対して、第１及び第２の投射領域の表面積にわたって平均化された少なくとも１．７５ｋＰａの平均圧縮力をそれぞれ課す、前述の実施形態のいずれかに記載のエネルギ貯蔵デバイス。
【０１８１】
実施形態６７
拘束は、第１及び第２の投射領域のそれぞれに対して、第１及び第２の投射領域の表面積にわたって平均化された少なくとも２．８ｋＰａの平均圧縮力をそれぞれ課す、前述の実施形態のいずれかに記載のエネルギ貯蔵デバイス。
【０１８２】
実施形態６８
拘束は、第１及び第２の投射領域のそれぞれに対して、第１及び第２の投射領域の表面積にわたって平均化された少なくとも３．５ｋＰａの平均圧縮力をそれぞれ課す、前述の実施形態のいずれかに記載のエネルギ貯蔵デバイス。
【０１８３】
実施形態６９
拘束は、第１及び第２の投射領域のそれぞれに対して、第１及び第２の投射領域の表面積にわたって平均化された少なくとも５．２５ｋＰａの平均圧縮力をそれぞれ課す、前述の実施形態のいずれかに記載のエネルギ貯蔵デバイス。
【０１８４】
実施形態７０
拘束は、第１及び第２の投射領域のそれぞれに対して、第１及び第２の投射領域の表面積にわたって平均化された少なくとも７ｋＰａの平均圧縮力をそれぞれ課す、前述の実施形態のいずれかに記載のエネルギ貯蔵デバイス。
【０１８５】
実施形態７１
拘束は、第１及び第２の投射領域のそれぞれに対して、第１及び第２の投射領域の表面積にわたって平均化された少なくとも８．７５ｋＰａの平均圧縮力を課す、前述の実施形態のいずれかに記載のエネルギ貯蔵デバイス。
【０１８６】
実施形態７２
拘束は、第１及び第２の投射領域のそれぞれに対して、第１及び第２の投射領域の表面積にわたって平均化された少なくとも１０ｋＰａの平均圧縮力をそれぞれ課す、前述の実施形態のいずれかに記載のエネルギ貯蔵デバイス。
【０１８７】
実施形態７３
第１及び第２の縦方向端面の組み合わされた表面積は、電極アセンブリの表面積の２５％未満である、前述の実施形態のいずれかに記載のエネルギ貯蔵デバイス。
【０１８８】
実施形態７４
第１及び第２の縦方向端面の組み合わされた表面積は、電極アセンブリの表面積の２０％未満である、前述の実施形態のいずれかに記載のエネルギ貯蔵デバイス。
【０１８９】
実施形態７５
第１及び第２の縦方向端面の組み合わされた表面積は、電極アセンブリの表面積の１５％未満である、前述の実施形態のいずれかに記載のエネルギ貯蔵デバイス。
【０１９０】
実施形態７６
第１及び第２の縦方向端面の組み合わされた表面積は、電極アセンブリの表面積の１０％未満である、前述の実施形態のいずれかに記載のエネルギ貯蔵デバイス。
【０１９１】
実施形態７７
拘束及びエンクロージャは、エンクロージャによって囲まれた容積の６０％未満の組み合わされた容積を有する、前述の実施形態のいずれかに記載のエネルギ貯蔵デバイス。
【０１９２】
実施形態７８
拘束及びエンクロージャは、エンクロージャによって囲まれた容積の４５％未満の組み合わされた容積を有する、前述の実施形態のいずれかに記載のエネルギ貯蔵デバイス。
【０１９３】
実施形態７９
拘束及びエンクロージャは、エンクロージャによって囲まれた容積の３０％未満の組み合わされた容積を有する、前述の実施形態のいずれかに記載のエネルギ貯蔵デバイス。
【０１９４】
実施形態８０
拘束及びエンクロージャは、エンクロージャによって囲まれた容積の２０％未満の組み合わされた容積を有する、前述の実施形態のいずれかに記載のエネルギ貯蔵デバイス。
【０１９５】
実施形態８１
電極集合体の各部材は、底部、頂部、長さＬＥ、幅ＷＥ、高さＨＥ、及び各部材の底部から頂部まで、スタック方向に対して略横方向である方向に延びる中心縦軸ＡＥを有し、電極集合体の各部材の長さＬＥは、その中心縦軸ＡＥの方向に測定され、電極集合体の各部材の幅ＷＥは、スタック方向に測定され、電極集合体の各部材の高さＨＥは、各部材の中心縦軸ＡＥ及びスタック方向に直交する方向に測定され、電極集合体の各部材のＷＥ及びＨＥのそれぞれに対するＬＥの比は、それぞれ少なくとも５：１であり、電極集合体の各部材のＷＥのＨＥに対する比は、それぞれ０．４：１〜１０００：１である、前述の実施形態のいずれかに記載のエネルギ貯蔵デバイス。
【０１９６】
実施形態８２
微小孔性セパレータ材料は、粒状材料及びバインダを含み、少なくとも２０体積％の空孔率を有し、非水性液体電解質によって浸透されている、前述の実施形態のいずれかに記載のエネルギ貯蔵デバイス。
【０１９７】
実施形態８３
エネルギ貯蔵デバイスがチャージ状態とディスチャージ状態との間でサイクルされるときに、電極アセンブリの座屈を抑制するために、引張部材は外側面に十分に近接している、前述の実施形態のいずれかに記載のエネルギ貯蔵デバイス。
【０１９８】
実施形態８４
引張部材と外側面との間の距離は、電極アセンブリの最小フェレット直径の５０％未満である、前述の実施形態のいずれかに記載のエネルギ貯蔵デバイス。
【０１９９】
実施形態８５
引張部材と外側面との間の距離は、電極アセンブリの最小フェレット直径の４０％未満である、前述の実施形態のいずれかに記載のエネルギ貯蔵デバイス。
【０２００】
実施形態８６
引張部材と外側面との間の距離は、電極アセンブリの最小フェレット直径の３０％未満である、前述の実施形態のいずれかに記載のエネルギ貯蔵デバイス。
【０２０１】
実施形態８７
引張部材と外側面との間の距離は、電極アセンブリの最小フェレット直径の２０％未満である、前述の実施形態のいずれかに記載のエネルギ貯蔵デバイス。
【０２０２】
実施形態８８
引張部材と外側面との間の距離は、電極アセンブリの最小フェレット直径の１０％未満である、前述の実施形態のいずれかに記載のエネルギ貯蔵デバイス。
【０２０３】
実施形態８９
引張部材と外側面との間の距離は、電極アセンブリの最小フェレット直径の５％未満である、前述の実施形態のいずれかに記載のエネルギ貯蔵デバイス。
【０２０４】
実施形態９０
第１及び第２の縦方向端面の各々は、少なくとも１００ｐｓｉの圧縮荷重下にある、前述の実施形態のいずれかに記載のエネルギ貯蔵デバイス。
【０２０５】
実施形態９１
第１及び第２の縦方向端面の各々は、少なくとも２００ｐｓｉの圧縮荷重下にある、前述の実施形態のいずれかに記載のエネルギ貯蔵デバイス。
【０２０６】
実施形態９２
第１及び第２の縦方向端面の各々は、少なくとも３００ｐｓｉの圧縮荷重下にある、前述の実施形態のいずれかに記載のエネルギ貯蔵デバイス。
【０２０７】
実施形態９３
第１及び第２の縦方向端面の各々は、少なくとも４００ｐｓｉの圧縮荷重下にある、前述の実施形態のいずれかに記載のエネルギ貯蔵デバイス。
【０２０８】
実施形態９４
第１及び第２の縦方向端面の各々は、少なくとも５００ｐｓｉの圧縮荷重下にある、前述の実施形態のいずれかに記載のエネルギ貯蔵デバイス。
【０２０９】
実施形態９５
第１及び第２の縦方向端面の各々は、少なくとも６００ｐｓｉの圧縮荷重下にある、前述の実施形態のいずれかに記載のエネルギ貯蔵デバイス。
【０２１０】
実施形態９６
第１及び第２の縦方向端面の各々は、少なくとも７００ｐｓｉの圧縮荷重下にある、前述の実施形態のいずれかに記載のエネルギ貯蔵デバイス。
【０２１１】
実施形態９７
第１及び第２の縦方向端面の各々は、少なくとも８００ｐｓｉの圧縮荷重下にある、前述の実施形態のいずれかに記載のエネルギ貯蔵デバイス。
【０２１２】
実施形態９８
第１及び第２の縦方向端面の各々は、少なくとも９００ｐｓｉの圧縮荷重下にある、前述の実施形態のいずれかに記載のエネルギ貯蔵デバイス。
【０２１３】
実施形態９９
第１及び第２の縦方向端面の各々は、少なくとも１０００ｐｓｉの圧縮荷重下にある、前述の実施形態のいずれかに記載のエネルギ貯蔵デバイス。
【０２１４】
実施形態１００
エネルギ貯蔵デバイスは定格容量を有し、エネルギ貯蔵デバイスがその定格容量の少なくとも８０％にチャージされているときに、第１及び第２の縦方向端面は、そのような圧縮荷重下にある、前述の実施形態のいずれかに記載のエネルギ貯蔵デバイス。
【０２１５】
実施形態１０１
電極構造は、陽極活性な電気活物質を含み、対電極構造は、陰極活性な電気活物質を含む、前述の実施形態のいずれかに記載のエネルギ貯蔵デバイス。
【０２１６】
実施形態１０２
電極構造は、シリコンを含む陽極活性な電気活物質を含み、対電極構造は、陰極活性な電気活物質を含む、前述の実施形態のいずれかに記載のエネルギ貯蔵デバイス。
【０２１７】
実施形態１０３
エネルギ貯蔵デバイスは、少なくとも２つの電極アセンブリを含む一組の電極アセンブリを含む、前述の実施形態のいずれかに記載のエネルギ貯蔵デバイス。
【０２１８】
実施形態１０４
エネルギ貯蔵デバイスは、少なくとも２つの電極アセンブリの組を備え、エネルギ貯蔵デバイスがチャージ状態とディスチャージ状態との間をサイクルされるとき、拘束は、組内の電極アセンブリに圧力を保持する、実施形態６０〜１０３のいずれかに記載のエネルギ貯蔵デバイス。
【０２１９】
実施形態１０５
エネルギ貯蔵デバイスは、少なくとも２つの電極アセンブリの組を備え、エネルギ貯蔵デバイスは、対応する数の拘束を含み、拘束のそれぞれは、エネルギ貯蔵デバイスがチャージ状態とディスチャージ状態との間をサイクルされるとき、組内の電極アセンブリのうちの１つに圧力を保持する、実施形態６０〜１０３のいずれかに記載のエネルギ貯蔵デバイス。
【０２２０】
実施形態１０６
電極アセンブリは、少なくとも５つの電極構造と、少なくとも５つの対電極構造とを含む、前述の実施形態のいずれかに記載のエネルギ貯蔵デバイス。
【０２２１】
実施形態１０７
電極アセンブリは、少なくとも１０個の電極構造と、少なくとも１０個の対電極構造とを含む、前述の実施形態のいずれかに記載のエネルギ貯蔵デバイス。
【０２２２】
実施形態１０８
電極アセンブリは、少なくとも５０個の電極構造と、少なくとも５０個の対電極構造とを含む、前述の実施形態のいずれかに記載のエネルギ貯蔵デバイス。
【０２２３】
実施形態１０９
電極アセンブリは、少なくとも１００個の電極構造と、少なくとも１００個の対電極構造とを含む、前述の実施形態のいずれかに記載のエネルギ貯蔵デバイス。
【０２２４】
実施形態１１０
電極アセンブリは、少なくとも５００個の電極構造と、少なくとも５００個の対電極構造とを含む、前述の実施形態のいずれかに記載のエネルギ貯蔵デバイス。
【０２２５】
実施形態１１１
拘束は、少なくとも１００００ｐｓｉ（＞７０ＭＰａ）の極限引張強度を有する材料を含む、前述の実施形態のいずれかに記載のエネルギ貯蔵デバイス。
【０２２６】
実施形態１１２
拘束は、電解質と適合性のある材料を含む、前述の実施形態のいずれかに記載のエネルギ貯蔵デバイス。
【０２２７】
実施形態１１３
拘束は、エネルギ貯蔵デバイスの浮遊電位又は陽極電位において著しく腐食しない材料を含む、前述の実施形態のいずれかに記載のエネルギ貯蔵デバイス。
【０２２８】
実施形態１１４
拘束は、４５℃で著しく反応しないか又は機械的強度を失わない材料を含む、前述の実施形態のいずれかに記載のエネルギ貯蔵デバイス。
【０２２９】
実施形態１１５
拘束は、金属、金属合金、セラミックス、ガラス、プラスチック、又はそれらの組み合わせを含む、前述の実施形態のいずれかに記載のエネルギ貯蔵デバイス。
【０２３０】
実施形態１１６
拘束は、約１０〜約１００マイクロメートルの範囲内の厚さを有する材料のシートを含む、前述の実施形態のいずれかに記載のエネルギ貯蔵デバイス。
【０２３１】
実施形態１１７
拘束は、約３０〜約７５マイクロメートルの範囲内の厚さを有する材料のシートを含む、前述の実施形態のいずれかに記載のエネルギ貯蔵デバイス。
【０２３２】
実施形態１１８
拘束は、＞５０％の充填密度の炭素繊維を含む、前述の実施形態のいずれかに記載のエネルギ貯蔵デバイス。
【０２３３】
実施形態１１９
圧縮部材は、相互に直交する且つスタック方向と直交する二つの方向のそれぞれに、電極アセンブリに保持された圧力の、少なくとも３倍超の圧力を第１及び第２の縦方向端面にかける、前述の実施形態のいずれかに記載のエネルギ貯蔵デバイス。
【０２３４】
実施形態１２０
圧縮部材は、相互に直交する且つスタック方向と直交する二つの方向のそれぞれに、電極アセンブリに保持された圧力の、少なくとも３倍超の圧力を第１及び第２の縦方向端面にかける、前述の実施形態のいずれかに記載のエネルギ貯蔵デバイス。
【０２３５】
実施形態１２１
圧縮部材は、相互に直交する且つスタック方向と直交する二つの方向のそれぞれに、電極アセンブリに保持された圧力の、少なくとも４倍超の圧力を第１及び第２の縦方向端面にかける、前述の実施形態のいずれかに記載のエネルギ貯蔵デバイス。
【０２３６】
実施形態１２２
圧縮部材は、相互に直交する且つスタック方向と直交する二つの方向のそれぞれに、電極アセンブリに保持された圧力の、少なくとも５倍超の圧力を第１及び第２の縦方向端面にかける、前述の実施形態のいずれかに記載のエネルギ貯蔵デバイス。
【０２３７】
本開示の範囲から逸脱することなく、上記の物品、組成物、及び方法において様々な変更を行うことができるので、上記の説明及び添付の図面に示されるすべての事項は、例示的なものであり、限定的なものではないと解釈されることが意図される。
【０２３８】
すべての方向性記述子（例えば、上、下、左、右など）は、図面に関する参照を容易にするためにのみ使用されており、限定として意味されるものではない。
【図１】
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【図２】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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【図３Ｃ】
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【図３Ｄ】
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【図３Ｅ】
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【図４】
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【図５Ａ−５Ｂ】
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【図５Ｃ−５Ｄ】
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【図６Ａ】
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【図６Ｂ】
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【図６Ｃ】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０Ａ】
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【図１０Ｂ】
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【図１１Ａ】
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【図１１Ｂ】
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【図１２Ａ】
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【図１２Ｂ】
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【図１２Ｃ】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【国際調査報告】
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