用于能量存储装置的离子透过结构的制作方法

本发明一般涉及用于能量存储装置的结构，涉及并入这样的结构的能量存储装置，并涉及用于制造这样的结构和能量装置的方法。

背景技术：
摇椅或插入式二次电池是一种能量存储装置，其中诸如锂、钠或钾离子的载流子离子通过电解质在阳极和阴极之间移动。二次电池可包括单个电池单元，或多于两个被电耦合以形成电池的电池单元，每个电池单元包括阳极单极、阴极电极和电解质。在摇椅电池单元中，阳极和阴极都包括其中插入和提取载流子离子的材料。随着单元被放电，载流子离子从阳极被提取并被插入到阴极中。随着单元被充电，发生相反的过程：载流子离子从阴极被提取并被插入到阳极中。图1示出了诸如非水性锂离子电池的现有的能量存储装置的电化学叠层的横截面图。电化学叠层1包括阴极集电体2，其上组装有阴极层3。该层覆盖有微孔隔离体4，其上放置有阳极集电体5和阳极层6的组合。该叠层有时候被阳极集电体5之上的另一隔离体层(未示出)覆盖，被轧制并填塞为罐，并用非水电解质填充以组装成二次电池。阳极和阴极集电体汇聚来自各个活性电化学电极的电流，并将电流传输到电池以外的环境。阳极集电体的一部分与阳极活性材料物理接触，而阴极集电体的一部分与阴极活性材料接触。集电体不参与电化学反应，且因此被限制为用于阳极和阴极的各个电化学电位范围中电化学性稳定的材料。为了使得集电体能将电流带到电池以外的环境，其被典型地连接到接头(tab)、端头(tag)、封装馈通或外壳馈通，典型地被统称为接触。接触的一端连接到一个或多个集电体，而另一端穿过电池封装，以电连接到电池外部的环境。通过焊接、压接卷曲(crimping)或超声波接合或经由导电胶粘合、阳极接触连接到阳极集电体，而阴极接触连接到阴极集电体。在充电过程中，随着锂离子进入到阳极层6，锂离开阴极层3并穿过隔离体4。根据使用的阳极材料，锂离子嵌入(例如，位于阳极材料的基体中而没有形成合金)或形成合金。在放电过程中，锂离开阳极层6并穿过隔离体4，并进入到阴极层3。集电体将来自电池接触(未示出)的电子传导到电极，或反之亦然。现有的能量存储装置，诸如电池、燃料电池和电化学电容器，典型地具有如图1所示的二维分层结构(例如平面或螺旋缠绕积层)，每个积层的表面区域大致等于其几何足迹(忽略孔隙率和表面粗糙度)。已在文献中提出了三维电池，作为改善电池容量和活性材料利用率的方法。已提出相比于二维分层电池结构，三维结构可被用来提供更多的表面面积和更高的能量。由于从较小的几何区域可获得的增加的能量，制造三维能量存储装置有益处，参见例如Rust等人的WO2008/089110以及Long等人的“Three-DimensionalBatteryArchitectures”，ChemicalReviews,(2004),104,4463-4492。已提出了新的阳极和阴极材料，作为改善能量密度、安全性、充电/放电率以及二次电池生命周期的方法。一些这样的新的高容量材料，诸如锂电池中的硅、锂或锡阳极具有显著的容量扩展，其在锂插入和提取期间引起现有电流的解体和剥落。例如，已展示了硅阳极用作碳电极的替代物，因为硅阳极具有提供锂电池应用的每单位体积主体材料的更多能量的能力，参见Konishiike等人的美国专利公开号2009/0068567，以及Kasavajjula等人的“Nano-andBulk-Silicon-BasedInsertionAnodesforLithium-IonSecondaryCells,”JournalofPowerSources163(2007)1003-1039。当锂被插入到阳极时，锂硅化物的形成导致了明显的体积变化，这会导致开裂形成和阳极的粉碎。结果，随着电池被反复充放电，电池容量可被减少。已提出了单片电极，即，包括大量电极材料、不使用粘合剂而能保持其形状的电极，作为替换为以改善相对于颗粒电极的性能(重量和体积能量密度、速率等)，其中颗粒电极被模制成形或以其他方式成形并取决于导电剂或接合剂以保持颗粒材料的聚集体的几何形状。单片阳极，例如可包括大量的硅(例如单晶硅、多晶硅、非晶硅或其组合等)，或其可包括结块的颗粒堆，其被烧结或以其方式被处理以将阳极材料熔合在一起，并移除任何接合剂。在一个这样的示例性实施例中，硅晶片可被用作用于锂离子电池的单片阳极材料，晶片的一侧通过隔离体与第一阴极元件耦合，而另一侧与相对的第二阴极元件耦合。在这样的布置中，一个重要的技术挑战是在有效利用电池内部的可用空间的同时从单片电极收集电流并携带到电池外部的能力。也可通过减少非活性部件重量和体积来增加传统电池的能量密度，以更有效地组装电池。由于组成集电体的箔片是最小的厚度以便能足够强壮来存活于活性材料应用处理中，当前的电池使用相对厚的集电体。如果做出一件发明是为了将电流收集从处理限制中分隔开来，可预料到性能优势。尽管存在各种方法，仍然需要一种改善的电池容量和活性材料利用。

技术实现要素：
在本发明的各方面，提供了一种离子透过的导电结构，在此被称为离子透过导电体层，或更简单地，IPC或IPC层，用于能量存储装置，诸如电池、燃料电池和电化学电容器。在特定实施例中，例如，这样的层可能在电极活性材料的表面更均匀地分布电流，减少非活性部件的电池和其他能量存储装置的重量和容量，以更有效地组装装置，使得电接触系统的厚度能被改变，而不受处理条件的限制，和/或在电池操作期间，当结合颗粒电极(即，颗粒电极活性材料和导电剂或其他接合剂的已被模制或以其他方式成形且依赖于导电剂或其他接合剂来维持其形状的复合物)和单片式电极使用时提供其他显著优势。因此，简言之，本发明的一方面是一种电化学叠层，包括载流子离子、包含阳极活性材料层的阳极、包括阴极活性材料层的阴极、位于阳极和阴极之间并包括多空介电材料和非水电解质的隔离体，以及位于隔离体和电极活性材料层之间的离子透过导体层，电极活性材料是阳极活性材料层或阴极活性材料层。一旦施加电流以在电化学叠层中存储能量或施加负载以给电化学叠层放电：(i)载流子离子在阳极和阴极活性材料层之间移动，且当它们在阳极和阴极活性材料层之间移动时穿过离子透过导体层和隔离体；(ii)阳极活性材料层、阴极活性材料层以及离子透过导体层，每个具有电气电导(electricalconductance)；(iii)阳极活性材料层、阴极活性材料层、离子透过导体层和隔离体每个具有用于载流子离子的离子电导(ionicconductance)；(iv)离子透过导体层的离子电导与隔离体的离子电导的比例是至少0.5:1；(v)离子透过导体层的电气电导对电极活性材料层的电气电导的比例是至少100:1；以及(vi)离子透过导体层的电气电导对离子电导的比例是至少1000:1。本发明的另一方面是一种能量存储装置。该能量存储装置，例如二次电池，包括电化学叠层，其包含载流子离子、含有阳极活性材料层的阳极、含有阴极活性材料层的阴极、位于阳极和阴极之间且含有多孔介电材料和非水电解质的隔离体、以及位于隔离体和电极活性材料层之间的离子透过导体层，电极活性材料是阳极活性材料层或阴极活性材料层。一旦施加电流以在所述电化学叠层中存储能量或施加负载以给所述电化学叠层放电：(i)载流子离子在阳极和阴极活性材料层之间移动，且当其在阳极和阴极活性材料层之间移动时穿过离子透过导体层和隔离体；(ii)阳极活性材料层、阴极活性材料层和离子透过导体层每个具有电气电导；(iii)阳极活性材料层、阴极活性材料层、离子透过导体层和隔离体每个都具有用于载流子离子的离子电导；(iv)离子透过导体层的离子电导对隔离体的离子电导的比例至少是0.5:1；(v)离子透过导体层的电气电导对电极活性材料层的电气电导的比例是至少100:1；以及(vi)离子透过导体层的电气电导对离子电导的比例是至少1000:1。其他目标和特点将从以下变得明显并被部分指出。附图说明图1是诸如锂离子电池的现有的二维能量存储装置的电化学叠层的一般横截面。图2是根据本发明的第一示例性实施例的能量存储装置的电化学叠层的示意性横截面图。图3是根据本发明的替代实施例的能量存储装置的一部分电化学叠层的示意性放大图。图4是根据本发明的替代实施例的能量存储装置的一部分电化学叠层的示意性放大图。图5是根据本发明的替代实施例的能量存储装置的二维电化学叠层的示意图。图6是根据本发明的替代实施例的能量存储装置的三维电化学叠层的示意图。图7是根据本发明的替代实施例的能量存储装置的三维电化学叠层的示意图。图8是根据本发明的替代实施例的能量存储装置的交指型三维电化学叠层的示意图。图9A-9E是根据本发明的特定实施例的其中阳极和阴极结构可被组装的某些形状的示意性表示。在全部附图中，对应的参考标号指示对应的部件。具体实施方式在本发明的各方面，注意到当离子透过导体层被并入到在诸如电池、电容器和燃料电池的能量存储装置中使用的电化学叠层中时，可提供特定优势。离子透过导体层可被放置在例如诸如二次电池的能量存储装置的电化学叠层中的隔离体和阳极活性材料层之间，在诸如二次电池的能量存储装置的电化学叠层中的隔离体和阴极活性材料层之间，或是诸如二次电池的能量存储装置的电化学叠层中的隔离体和阳极活性材料层之间以及隔体和阴极活性材料之间。因此随着载流子离子在电化学叠层中的阳极活性材料和阴极活性材料之间移动，其穿过放置在隔离体和阳极活性材料层之间的离子透过导体层，穿过放置在隔离体和阴极活性材料层之间离子透过导体层，或穿过两个离子透过导体层，其中一个离子透过导体层放置在隔离体和阳极活性材料之间，而另一个放置在隔离体和阴极活性材料层之间。根据离子透过导体层的结构的材料，其可具有吸收并释放诸如锂离子的载流子离子的能力；但总的来说，优选地是该能力是相对有限的。有益地，当离子透过导体层位于电极的活性材料的表面上且位于电极和隔离体之间时，通过将来自集电体的电流跨面向隔离体的电极的表面分布，离子透过导体层可有助于更均匀的载流子离子传输。这进而有助于载流子离子更均匀的插入和提取，且由此减少了循环时活性电极材料(即，阳极活性材料和/或阴极活性材料)中的应力；由于离子透过导体将电流分布给面向隔离体的电极的表面，用于载流子离子的电极材料的反应性将是最大的，其中载流子离子浓度也是最大。离子透过导体层优选地具有足够的电导使得其能用作集电体。在一个实施例中，例如，离子透过导体层夹在电化学叠层的直接相邻的阳极材料层和直接相邻的隔离体之间，并且是用于该阳极材料层的阳极集电体。通过进一步举例的方式，在另一个实施例中，离子透过导体层夹在电化学叠层的直接相邻的阴极极材料层和直接相邻的隔离体层之间，并且是用于该阴极材料层的阴极集电体。通过进一步举例，在另一个实施例中，电化学叠层包括至少两个离子透过导体层，(i)其中一个夹在直接相邻的阳极材料层和直接相邻的隔离体之间，并且是用于直接相邻的阳极材料层的阳极集电体层；以及(ii)另一个夹在直接相邻的阴极材料层和直接相邻的隔离体之间，并且是用于直接相邻的阴极材料层的阴极集电体层。通常，离子通过导体层是离子和电性导电的。换句话说，离子透过导体层具有厚度和电导性，以及用于载流子离子的离子电导性，这有助于载流子离子在电化学叠层的离子透过导体层的一侧的直接相邻的活性电极材料层和离子透过导体层的另一侧的直接相邻的隔离体层之间的移动。相对来说，一旦施加电流以在电化学叠层中存储能量，或施加负载以便电化学叠层放电，离子透过导体层具有大于其离子电导的电气电导。例如，一旦施加电流以在装置中存储能量或施加负载以给装置放电，离子透过导体层的电气电导对离子电导(用于载流子离子)的比例将典型地是至少1000:1。通过再次举例，在这样的实施例中，一旦分别施加电流以在装置中存储能量或施加负载以给装置放电，离子透过导体层的电气电导对离子电导(用于载流子离子)的比例至少是5000:1。通过再次举例，在这样的实施例中，一旦施加电流以在装置中存储能量或施加负载以给装置放电，离子透过导体层的电导性对离子电导(用于载流子离子)的比例是至少10000:1。通过再次举例，在这样的实施例中，一旦分别施加电流以在装置中存储能量或施加负载以给装置放电，离子透过导体层的电气电导对离子电导(用于载流子离子)的比例至少是50000:1。通过再次举例，在这样的实施例中，一旦分别施加电流以在装置中存储能量或施加负载以给装置放电，离子透过导体层的电气电导对离子电导(用于载流子离子)的比例是至少100000:1。一但施加电流以在电化学叠层中存储能量或施加负载以给能量存储装置的电化学叠层放电，例如当二次电池正在被充电或放电时，离子透过导体层具有与相邻的隔离体层的离子电导比得上的离子电导。例如，在一个实施例中，一旦施加电流以在装置中存储能量或施加负载以给装置放电，离子透过导体层具有隔离体层的离子电导的至少50％的离子电导(用于载流子离子)(即，分别是0.5:1)。通过进一步举例，在一些实施例中，一旦施加电流以在装置中存储能量或施加负载以给装置放电，离子透过导体层的离子电导(用于载流子离子)与隔离体层的离子电导(用于载流子离子)的比例是至少1:1。通过进一步举例，在一些实施例中，一旦施加电流以在装置中存储能量或施加负载以给装置放电，离子透过导体层的离子电导(用于载流子离子)与隔离体层的离子电导(用于载流子离子)的比例是至少1.25:1。通过进一步举例，在一些实施例中，一旦施加电流以在装置中存储能量或施加负载以给装置放电，离子透过导体层的离子电导(用于载流子离子)与隔离体层的离子电导(用于载流子离子)的比例是至少1.5:1。通过进一步举例，在一些实施例中，一旦施加电流以在装置中存储能量或施加负载以给装置放电，离子透过导体层的离子电导(用于载流子离子)与隔离体层的离子电导(用于载流子离子)的比例是至少2:1。离子透过导体层也具有基本上比相邻的电极活性材料(即，阳极活性材料或阴极活性材料)的电气电导更大的电气电导。例如，在一个实施例中，一旦施加电流以在能量存储装置的电化学叠层中存储能量或施加负载以给能量存储装置的电化学叠层放电，离子透过导体层的电气电导对电极活性材料层的电气电导的比例至少是100:1。通过进一步举例，在一些实施例中，一旦施加电流以在装置中存储能量或施加负载以给装置放电，离子透过导体层的电气电导对电极活性材料层的电气电导的比例至少是500:1。通过进一步举例，在一些实施例中，一旦施加电流以在装置中存储能量或施加负载以给装置放电，离子透过导体层的电气电导对电极活性材料层的电气电导的比例至少是1000:1。通过进一步举例，在一些实施例中，一旦施加电流以在装置中存储能量或施加负载以给装置放电，离子透过导体层的电气电导对电极活性材料层的电气电导的比例至少是5000:1。通过进一步举例，在一些实施例中，一旦施加电流以在装置中存储能量或施加负载以给装置放电，离子透过导体层的电气电导对电极活性材料层的电气电导的比例至少是10000:1。离子透过导体层的厚度(即，其中夹有离子透过导体层的隔离体和电极活性材料之间的最短距离)将取决于层的组成以及用于电化学叠层的性能规定。通常，离子透过导体层将具有至少300埃的厚度。例如，在一些实施例中，其将具有范围大约为300-800埃的厚度。但是更典型地，其将具有大于大约0.1微米的厚度。通常，离子透过导体层将具有不大于100微米的厚度。因此例如，在一个实施例中，离子透过导体层将具有大约0.1到大约10微米的厚度。通过进一步举例，在一些实施例中，离子透过导体层将具有大约0.1到大约5微米的厚度。通过进一步举例，在一些实施例中，离子透过导体层将具有范围大约为0.5到3微米的厚度。通常，优选地，离子透过导体层的厚度是近似均匀的。例如，在一个实施例中，优选地，离子透过导体层具有小于大约25％的厚度不均匀性，其中厚度不均匀性被定义为层的最大厚度减去层的最小厚度的量除以平均层厚度。在特定实施例中，厚度变化更小。例如，在一些实施例中，离子透过导体层具有小于大约20％的厚度不均匀性。通过进一步举例，在一些实施例中，离子透过导体层具有小于大约15％的厚度不均匀性。在一些实施例中，离子透过导体层具有小于大约10％的厚度不均匀性。在优选实施例中，离子透过导体层包括有助于离子透过和导电性的电气导电部件和离子电导部件。典型地，电气导电部件将包括连续的导电材料(诸如连续金属或金属合金)，是以网格或图案化的表面、膜的形式，或包括连续导电材料(诸如连续金属或金属合金)的复合材料。此外，离子电导部件将典型地包括孔，例如网格空隙、含有材料层的图案化金属或金属合金之间的空间、金属薄膜中的孔或具有载流子离子的充分扩散率的固体离子导体。在特定实施例中，离子透过导体层包括沉积的多孔材料、传输离子的材料、离子反应材料、复合材料或物理多孔材料。例如如果是多孔的，离子透过导体层可具有至少大约0.25的空隙率。但是通常，空隙率将典型地不超过大约0.95。更典型地，当离子透过导体层是多孔的，空隙率可能位于大约0.25到大约0.85的范围。在一些实施例中，例如，当离子透过导体层是多孔的，空隙率可能位于大约0.35到大约0.65的范围。现在参考图2，在一个实施例中，本发明的电化学叠层10具有阳极活性材料层12、离子透过导体层14、隔离体层16、阴极活性材料层18和阴极集电体层20。阳极活性材料层12可包括能吸收和释放诸如锂、钾或钠的载流子离子的阳极活性材料。这样的材料包括石墨烯和软碳或硬碳的碳材料，或能与锂形成合金的任何范围的金属、半金属、合金、氧化物和化合物。能组成阳极材料的金属或半金属的特定例子包括锡、铅、镁、铝、硼、镓、硅、铟、锆、锗、铋、镉、锑、银、锌、砷、铪、钇和钯。在一个示例性实施例中，阳极活性材料层12包括铝、锡或硅，或其氧化物、氮化物、氟化物或其他合金。在另一个示例性实施例中，阳极活性材料层12包括硅或其合金。在本段中示出的每个实施例和例子中，阳极活性材料层可能是单片或颗粒块。离子透过导体层14允许离子电导和电气电导，且在优选实施例中，离子透过导体层也用作阳极活性材料层12的集电体。在一个这样的实施例中，离子透过导体层是用于阳极活性材料层12的唯一的阳极集电体。此外，或者可替代地，在一个这样的优选实施例中，离子透过导体层具有超过阳极活性材料层或与阳极活性材料层接触的任意层(除了阳极活性材料层的表面上的另一个离子透过导体层之外)的电气导电性的电气导电性。因此，通常，优选地，一旦施加电流以在装置中存储能量或施加负载以给装置放电，离子透过导体层14的离子电导对隔离体层16的离子电导(用于载流子离子)的比率是至少0.5:1，而在一些实施例中是至少1:1，或至少是1.25:1或甚至1.5:1。此外，通常优选地，一旦施加电流以在装置中存储能量或施加负载以给装置放电，离子透过导体层14的电气电导对阳极活性材料层12的电气电导的比率是至少100:1，而在一些实施例中是至少500:1，至少是1000:1，至少是5000:1或甚至10000:1。通常也优选地是，一旦施加电流以在装置中存储能量或施加负载以给装置放电，离子透过导体层14的电气电导对离子透过导体层14的离子电导(用于载流子离子，例如锂离子)的比率是至少1000:1，而在一些实施例中是至少5000:1，或至少是10000:1，至少50000:1，或甚至是100000:1。隔离体层16被放置在离子透过导体层14和阴极活性材料层18之间。隔离体层16可包括通常被用作二次电池隔离体的任意材料，例如包括微孔聚乙烯、聚丙烯、TiO2、SiO2、Al2O3等(P.Arora和J.Zhang的“BatterySeparators”ChemicalReviews2004,104,4419-4462)。这样的材料可被例如颗粒隔离体材料的电泳沉积、颗粒隔离体材料的浆沉积(包括旋涂或喷涂)或离子导电颗粒隔离体材料的溅射涂敷而沉积。隔离体层38可具有例如大约为5到100微米的厚度(间隔开相邻阳极结构和相邻阴极结构的距离)和大约为0.25到大约0.75的空隙率。在操作中，隔离体可被非水电解质渗透，该非水电解质包含通常用于非水电解质二次电池的非水电解质。典型地，非水电解质包括溶解在有机溶剂中的锂盐。示例性锂盐包括无机锂盐，诸如LiClO4、LiBF4、LiPF6、LiAsF6、LiCl和LiBr；而有机锂盐包，例如LiB(C6H5)4、LiN(SO2CF3)2、LiN(SO2CF3)3、LiNSO2CF3、LiNSO2CF5、LiNSO2C4F9、LiNSO2C5F11、LiNSO2C6F13、LiNSO2C7F15。溶解锂盐的示例性有机溶剂包括环酯、链酯、环状醚以及链醚。链醚的特定例子包括碳酸丙烯酯、碳酸亚丁酯、γ-丁内酯、碳酸亚乙烯酯、2-甲基-γ-丁内酯、乙酰基-γ-丁内酯以及γ-戊内酯等。链酯的具体例子包括碳酸二甲酯、碳酸二乙酯、碳酸二丁酯、碳酸二丙酯、碳酸甲乙酯、碳酸甲丁基酯、碳酸甲基丙基酯、碳酸乙基丁基酯、碳酸乙基丙基酯、碳酸丁基丙基酯、丙酸烷基酯、丙二酸二烷酯和乙酸烷基酯。环醚的特定例子包括四氢呋喃、烷基四氢呋喃(alkyltetrahydrofurans)、二烷基四氢呋喃(dialkyltetrahydrofurans)、烷氧基四氢呋喃(alkoxytetrahydrofurans)、二烷氧基四氢呋喃(dialkoxytetrahydrofurans)、1,3-二氧戊环、烷基-1,3-二氧戊环、1,4-二氧戊环。链醚的具体例子包括1,2-二甲氧基乙烷、1,2–二乙氧基甲烷(diethoxythane)、二乙醚、乙二醇二烷基醚、二乙二醇二烷基醚、三乙二醇二烷基醚和四乙二醇二烷基醚。阴极活性材料层18包括通常在二次电池和其他能量存储装置中使用的任意范围的阴极活性材料，包括阴极活性材料的混合物。例如，阴极材料诸如LiCoO2、LiNi0.5Mn1.5O4、Li(NixCoyAl2)O2、LiFePO4、Li2MnO4、V2O5，且氧硫化钼被典型地用于锂离子电池。阴极活性材料被沉积以通过包括例如电泳沉积、电沉积、共沉积或浆沉积的任意范围的技术形成阴极结构。在一个示例性实施例中，颗粒形式的前述阴极活性材料或其组合中的一种被电泳沉积。在另一个示例性实施例中，诸如V2O5的阴极活性材料被电沉积。在另一个示例性实施例中，颗粒形式的前述阴极活性材料或其组合中的一种被共沉积在诸如聚苯胺的导电基体中。在另一个示例性实施例中，颗粒形式的前述阴极活性材料或其组合中的一种被浆沉积。独立于沉积方法，阴极活性材料层将典型地具有1微米到1mm之间的厚度。在特定实施例中，层厚度在5微米到200微米之间。在特定实施例中，层厚度在10微米到150微米之间。阴极集电体层20可包括通常用于集电体的金属。例如在一个实施例中，阴极集电体层20包括铝、碳、铬、金、镍、NiP、钯、铂、铑、钌、硅和镍的合金、钛，或以上一个或多个的任意合金(参见A.H.Whitehead和M.Schreiber在JournaloftheElectrochemicalSociety上发表的“Currentcollectorsforpositiveelectrodesoflithium-basedbatteries”，152(11)A5105-A2113(2005))。通过进一步举例，在一个实施例中，阴极集电体层20包括金或其合金，诸如硅化金。通过进一步举例，在一个实施例中，阴极集电体层20包括镍或其合金，诸如硅化镍。在一个替代实施例中，阴极集电体层和阴极活性材料层的位置与图2中示出的位置相反。换句话说，在一些实施例中，阴极集电体层被放置在隔离体层和阴极活性材料层之间。在这样的实施例中，用于直接相邻阴极活性材料层的阴极集电体也是离子透过导体层。在这样的实施例中，离子透过导体层(阴极集电体)是用于阴极活性材料层的唯一的阴极集电体。此外，或可替代地，在一个这样的优选实施例中，离子透过导体层(阴极集电体)具有超过阴极活性材料层或与阴极活性材料层接触的任意层(除了阴极活性材料层的表面上的另一个离子透过导体层)的电气导电性的电气导电性。现在参考图3，在一个实施例中，离子透过导体层包括放置在隔离体层316和电极活性材料层318之间的网孔314。网孔具有由导电材料的网丝319限定的空隙317。例如，当电极活性材料层318是阴极活性材料层时，网孔可包括碳、钴、铬、铜、镍、钛或其一种或多种的合金的网丝319。通过进一步举例，当电极活性材料层318是阴极活性材料层，网孔可包括铝、碳、铬、金、NiP、钯、铑、钌、钛或其一种或多种的合金的网丝319。通常，网孔将具有至少为大约2微米的厚度(即，网孔的丝具有直径)。在一个示例性实施例中，网孔具有至少为大约4微米的厚度。在另一个示例性实施例中，网孔具有至少为大约6微米的厚度。在另一个示例性实施例中，网孔具有至少为大约8微米的厚度。在前述每个实施例中，网孔的开放区域分数(fraction)(即，组成网丝319之间的间隙317的网孔的分数)优选地是至少0.5。例如，在前述每个实施例中，网孔的开放区域的分数是至少0.75。通过进一步举例，在前述每个实施例中，网孔的开放区域分数至少是0.8。但是通常，在前述每个实施例中，网孔的丝之间的平均距离与电极活性材料层的厚度的比率不超过100:1。例如，在前述每个实施例中，网孔丝之间的平均距离与电极活性材料层的厚度之间的比率不超过50:1。通过进一步举例，在前述每个实施例中，网孔丝之间的平均距离与电极活性材料层的厚度之间的比率不超过25:1。有益地，网孔的一端或两端可被焊接或以其他方式连接到金属接头(tab)或其他连接器，以使得收集的电流能被运送到电池外部的环境。如图3所示，网孔包括两组平行的丝，一组是垂直取向的，并与另一组位于不同的高度；在其他实施例中，网孔的所有丝基本上是共面的。在这些实施例中，其中离子透过导体层包括前述的金属或其合金的网孔，网孔的丝之间的空隙可能是开放的，其可被用电解质渗透的多孔材料填充，或其可包含无孔材料，离子电子通过该无孔材料可扩散。当被填充有多孔材料时，有孔材料将典型地具有至少为大约0.5的空隙率，而在一些实施例中，空隙率是至少0.6、0.7或甚至是0.8。示例性多孔材料包括颗粒陶瓷块，诸如SiO2、Al2O3、SiC或Si3N4，以及颗粒聚合物块，诸如聚乙烯，聚丙烯，聚甲基丙烯酸甲酯及其共聚物。可被放置在网孔的空隙中的示例性无孔材料包括固态离子导体，诸如Na3Zr2Si2PO12(NASICON)、Li2+2xZn1-xGeO4(LISICON)以及氧氮化锂磷(LiPON)。现在参考图4，在一个替代实施例中，离子透过导体层包括压入到隔离体材料中的导电材料的网孔314。例如，当电极活性材料318是阳离子活性材料层，网孔可包括碳、钴、铬、铜、镍、钛或其一种或多种的合金的丝319。通过进一步举例，当电极活性材料层318是阴极活性材料层时，网孔可包括铝、碳、铬、金、NiP、钯、铑、钌、钛或其一种或多种的合金的丝319。在这样的实施例中，离子透过导体层将具有厚度(即，网孔的丝具有直径)、开放区域分数(即，网孔纤维之间的空隙)、网孔的丝之间的平均距离与电极活性材料层的厚度之间的比率，如之前针对网孔所描述的。但是在该实施例中，空隙11将含有隔离体材料，离子透过导体层将具有对应于网孔被压入到隔离体材料的深度的厚度X，且隔离体层136将具有厚度Y。例如，在这样的实施例中，离子透过导体层将具有大约1到100微米的厚度X，且隔离体层316将具有大约1到100微米的厚度Y。在一个实施例中，离子透过导体层包括沉积在或以其他方式形成在隔离体层的表面上或电极活性材料层上的导线。在这样的实施例中，导线可包括之间关于网孔部件识别的任意金属(或其合金)。例如，当离子透过导体层被放置在隔离体层和阳极活性材料层之间时，导线可包括碳、钴、铬、铜、镍、钛或其一种或多种的合金。当离子透过导体层被放置在隔离体层和阴极活性材料层之间时，导线可包括铝、碳、铬、金、NiP、钯、铑、钌、硅和镍的合金、钛、或其一种或多种的合金。通常，导线将具有至少为2微米的厚度。在一个示例性实施例中，导线具有大约至少为4微米的厚度。在一个示例性实施例中，导线具有大约至少为6微米的厚度。在另一个示例性实施例中，导线具有大约至少为8微米的厚度。在前述每个实施例中，导线间的平均距离与电极活性材料层的厚度的比率不超过100:1。例如，在前述每个实施例中，导线间的平均距离与电极活性材料层的厚度的比率不超过50:1。通过进一步举例，在前述每个实施例中，导线间的平均距离与电极活性材料层的厚度的比率不超过25:1。有益地，导线的一端或多端将被焊接，或以其他方式连接到金属接头或其他连接器，以使得收集的电流能被传送到电池外部环境。在其中离子透过导体层包括之前描述的金属或其合金的导线的实施例中，涂敷的材料的表面上的空间可以是开放的，其可被渗透有电解质的多孔材料填充，或其可包含无孔材料，穿过该无孔材料载流子离子可扩散。当被多孔材料填充时，多孔材料典型地具有至少为0.5的空隙率，而在一些实施例中，空隙率将至少是0.6、0.7或甚至是至少0.8。示例性多孔材料包括诸如SiO2、Al2O3、SiC或Si3N4的颗粒陶瓷的块以及诸如聚乙烯、聚丙烯、聚甲基丙烯酸甲酯及其共聚物的颗粒聚合物的块。可被放置在导线之间的示例性无孔材料包括固态离子导体，诸如Na3Zr2Si2PO12(NASICON)、Li2+2xZn1-xGeO4(LISICON)以及氧氮锂磷(LiPON)。在一个替换实施例中，离子透过导体层包括多孔层或膜，诸如多孔金属层。例如，当电极活性材料层是阳极活性材料层时，多孔层可包括碳、钴、铬、铜、镍、钛或其一种或多种的合金的多孔层。通过进一步举例，当电极活性材料层是阴极活性材料层时，多孔层可包括铝、碳、铬、金、NiP、钯、铑、钌、钛或其一种或多种的合金的多孔层。用于形成这样的多孔层的示例性沉积技术包括无电沉积，电沉积，诸如溅射化学沉积，置换镀敷(displacementplating)的真空沉积技术。之后为选择性蚀刻的诸如化学气相沉积和物理气相沉积、共沉积的气相沉积技术，以及采用接合剂的金属颗粒的浆涂布。通常，优选地，这样的多孔层的空隙率至少是0.25。例如在一个实施例中，多孔金属层的空隙率至少是0.4、0.5、0.6、0.7甚至高达0.75。为了提供想要的电气电导，层典型地具有至少1微米的厚度。在一些实施例中，层具有至少2微米的厚度。在一些实施例中，层具有至5微米的厚度。但是通常，层典型地具有不超过20微米的厚度，以及更典型地不超过约10微米。可选地，这样的金属层或膜包含接合剂，诸如聚偏二氟乙烯(PVDF)或其它聚合物或陶瓷材料。在又一个替代实施例中，离子透过导体层包括金属填充的离子导电聚合物复合膜。例如，离子透过导体层可包括离子导电膜，诸如含有导电性元素，如铝、碳、金、钛、铑、钯、铬、NiP、硅和镍的合金、钌或其合金的聚环氧乙烷或凝胶聚合物电解质。但是典型地，固体离子导体具有相对低的离子导电性以及由此，该层需要相对薄以提供希望的离子电导。这样的层可具有范围从大约0.5到大约10微米的厚度。再次参考图2，在一个实施例中，离子透过导体层14包括金属或金属合金的多孔层，优选地是不与锂形成金属间互化物的金属或金属合金。在该实施例中，例如，离子透过导体层14可包括从由铜、镍和铬或其合金组成的组中选择的至少一种金属。例如在这样的实施例中，离子透过导体层14包括多孔铜、多孔镍、铜或镍的多孔合金或其组合。通过进一步举例，在这样的实施例中，离子透过导体层14包括多孔铜或其合金，诸如多孔硅化铜。通过进一步举例，在一个这样的实施例中，离子透过导体层14包括多孔镍或其多孔合金，诸如多孔硅化镍。在该段每个前述实施例中，离子透过导体层14的厚度(即，阳极活性材料层12和隔离体层16之间的最短距离，如图所示)通常至少是大约0.1微米，且典型地位于0.1到10微米的范围。在该段论述的每个前述实施例中，离子透过导体层14是多孔的，具有范围为大约0.25到0.85的空隙率，且在特定实施例中，位于大约0.35到0.65的范围。在一个优选实施例中，离子透过导体层14是通过包括置换镀敷步骤的处理而形成的。在该实施例中，阳极活性材料层12是硅，且层与包括金属离子和用于部分溶解硅的溶解成分的溶液接触。硅被溶解，溶液中的金属由于硅溶解所提供的电子而减少，且金属被沉积在阳极活性材料层上，并退火以形成金属硅合金层。“溶解成分”是指有助于半导体材料溶解的成分。溶解成分包括氟化物、氯化物、过氧化物、氢氧化物、高锰酸盐等。优选的溶解成分是氟化物和氢氧化物。更优选的溶解成分是氟化物。金属可以是任何前述金属，优选地是镍和铜。有益地，产生的层是多孔的，具有大约0.15到0.85的空隙率。此外，产生的离子透过导体层的厚度可被控制在位于100纳米到3微米之间；如想要，可形成更厚的层。阳极活性材料层12可包括能吸收和释放诸如锂、钾或钠的载流子离子的阳极活性材料。这样的材料包括碳材料，诸如石墨和碳化物，或任何范围的能与锂形成合金的金属、半金属、合金、氧化物和化合物。能组成阳极材料的金属或半金属的特定例子包括锡、铅、镁、铝、硼、镓、硅、铟、锆、锗、铋、镉、锑、银、锌、砷、铪、钇和钯。在一个示例性实施例中，阳极活性材料层12包括铝、锡或硅，或其氧化物、氮化物、氟化物，或其其他合金。在另一个示例性实施例中，阳极活性材料层12包括硅或其合金。现在参考图5，在一个实施例中，电化学叠层510包括以二维形式布置的电化学阴极集电体层520、阴极层518、隔离体层516、离子透过导体层514和阳极层51。阴极集电体层520电连接到阴极接触(未示出)，而离子透过导体层514电连接到阳极接触(未示出)。为了方便描述，图5仅示出两个阳极层512和三个阴极层518；但是实际上，电化学叠层典型地包括交替的阳极和阴极层系列，每个叠层的阳极和阴极层的数量取决于应用。现在参考图6，在一个实施例中，电化学叠层610包括参考平面601和通常从参考平面601垂直突出的主干610。电化学叠层610的阴极元件包括阴极集电体层612和阴极活性材料618。电化学叠层610的阳极元件包括阳极活性材料层612和用作阳极集电体层的离子透过导体层614。优选地，离子透过导体层614具有的在主干603的顶部(即，相对于参考平面601的末梢主干表面)处的厚度大于在主干603的侧面(顶部和参考面601之间的表面)上的离子透过层的厚度；例如在一个实施例中，离子透过导体在主干的顶部处的厚度是在侧表面上的离子透过导体的厚度的110％到2000％。通过进一步举例，在一个实施例中，离子透过导体在主干的顶部处的厚度是在侧表面上的离子透过导体的厚度的200％到1000％。隔离体层616位于离子透过导体层614和阴极活性材料层618之间。阴极集电体层620电连接到阴极接触(未示出)，且离子透过导体层614电连接到阳极接触(未示出)。为了便于描述，图6仅示出一个阳极主干和两个阴极主干；但是在实际中，电化学叠层将典型地包括交替的阳极和阴极主干系列，每个叠层的数量是取决于应用。主干603为阳极活性材料层612和阴极活性材料层618提供机械稳定性。通常，主干具有至少为1微米的厚度(沿与参考平面601平行的方向测量)，但通常不超过100微米。例如在一个实施例中，主干603将具有大约1到50微米的厚度。通常，主干603将具有至少为大约50微米的高度(沿与参考平面601垂直的方向测量)，且更典型地是至少大约100微米。但是通常，主干603将典型地具有不超过大约10000微米的高度，且更典型地不超过5000微米。通过举例，在一个实施例中，主干603将具有大约5到50微米的厚度以及大约50到5000微米的高度。通过进一步举例，在一个实施例中，主干603将具有大约5到20微米的厚度，以及大约100到1000的高度。通过进一步举例，在一个实施例中，主干603将具有大约5到20微米的厚度，以及大约100到2000微米的高度。主干603包括可被成形的任何材料，诸如金属、半导体、有机物、陶瓷和玻璃。目前优选的材料包括半导体材料，诸如硅和锗。但是或者，基于碳的有机材料或诸如铝、铜、镍、钴、钛和钨的金属，也可被并入到阳极主干结构。在一个示例性实施例中，主干603包括硅。例如，硅可以是单晶硅、多晶硅或非晶硅。在一个实施例中，阳极活性材料层612被微结构化，以提供显著的空隙率，以适应体积膨胀和收缩，因为在充电和放电过程中锂离子(或其他载流子离子)被并入到或离开阳极活性材料层612。通常，阳极活性材料层的空隙率是至少0.1。但是典型地，阳极活性材料层的空隙率不大于0.8。例如在一个实施例中，阳极活性材料层的空隙体积分数是大约0.15到0.75。通过进一步举例，在一个实施例中，阳极活性材料层的空隙体积分数是大约0.2到0.7。通过进一步举例，在一个实施例中，阳极活性材料层的空隙体积分数是大约0.25到0.6。根据微结构化阳极活性材料层的组成和其形成方法，微结构化的阳极活性材料层可包括大孔(macroporous)、微孔或介孔材料层或其组合，诸如微孔和介孔的组合或介孔和大孔的组合。典型地，微孔材料的特征在于，孔尺寸小于10nm、壁尺寸小于10nm、孔深度是1-50微米，而孔形态通常特征为是“海绵状的”且不规则的外观，壁是不光滑且具有分支孔。介孔材料典型地特征在于，孔尺寸为10-50nm，壁尺寸是10-50nm，孔深度是1-100微米，以及孔形态的特征在于通常明确界定的分支孔或树枝状孔。大孔材料典型地特征在于，孔尺寸大于50nm，壁尺寸大于50nm，孔深度是1-500微米，且孔形态是可变的、直的、分支或树枝状的，以及具有光滑或粗糙的壁。此外，空隙体积可包括开放或闭合的空隙，或其组合。在一个实施例中，空隙体积包括开放空隙，即，阳极活性材料层包含在阳极活性材料层的表面上具有开口的空隙，该空隙面向隔离体和阴极活性材料，且锂离子(或其他载流子离子)可通过该空隙开口进入或离开阳极活性材料层；例如，锂离子可在离开阴极活性材料层并到达阳极活性材料后通过空隙开口进入阳极活性材料层。在另一个实施例中，空隙体积关闭，意味着阳极活性材料层含有被阳极活性材料包围的空隙。通常，开口空隙可为锂离子提供更大的界面表面面积，而闭合空隙更加不易受到固体电解质界面(“SEI”)的影响，一旦载流子离子进入，每个更容易为阳极活性材料层提供扩张空间。因此在特定实施例中，优选地阳极活性材料层包括开口和闭合空隙的组合。阳极活性材料层612包括之前描述的能吸收和释放诸如锂的载流子离子的任何阳极活性材料。这样的材料包括碳材料，诸如石墨和碳化物，或任何范围的能与锂形成合金的金属、半金属、合金、氧化物和化合物。能构成阳极材料的金属或半金属的例子包括锡、铅、镁、铝、硼、镓、硅、铟、锆、锗、铋、镉、锑、金、银、锌、砷、铪、钇和钯。在一个示例性实施例中，阳极活性材料层612包括铝、锡或硅，或其氧化物、氮化物、氟化物或其其他合金。在另一个示例性实施例中，阳极活性材料层612包括微结构化硅或其合金。在一个特别优选的实施例中，阳极活性材料层612包括多孔硅或其合金、硅或硅合金的纤维(例如纳米线)、多孔硅或其合金和硅或其合金的纤维(例如纳米线)的组合，或具有至少0.1的空隙率的其他形式的微结构化硅或其合金。在该段及本专利申请中引用的每个实施例和例子中，阳极活性材料层可以是单片或颗粒块。通常，阳极活性材料层612将具有至少1微米的厚度(沿平行于参考平面601的表面的方向测量)。但是典型地，每个阳极活性材料层612将具有不超过200微米的厚度。例如，在一个实施例中，阳极活性材料层612将具有大约1到100微米的厚度。通过进一步举例，在一个实施例中，阳极活性材料层612具有大约2到75微米的厚度。通过进一步举例，在一个实施例中，阳极活性材料层612将具有大约10到100微米的厚度。通过进一步举例，在一个实施例中，阳极活性材料层612具有大约5到50微米的厚度。通过进一步举例，在一个这样的实施例中，阳极活性材料层612具有大约20到50微米的厚度，并包含微结构化的硅和/或其合金，诸如硅化镍。通过进一步举例，在一个这样的实施例中，阳极活性材料层612具有大约1到100微米的厚度，并包含微结构化的硅和/或其合金，诸如硅化镍。现在参考图7，在一个实施例中，电化学叠层610包括参考平面601和通常从参考平面601垂直突出的主干603。电化学叠层610的阴极材料包括阴极集电体层620和阴极活性材料层618。电化学叠层610的阳极元件包括阳极活性材料层612和用作阳极集电体层的离子透过导体层614。隔离体层616位于离子透过导体层614和阴极活性材料层618之间。在该实施例中，阳极活性材料层612位于主干603的顶部和侧表面，且阴极活性材料618接近主干603的顶部和侧表面。结果，在包括电化学叠层610的能量存储装置的充电和放电期间，载流子离子沿着相对于参考平面601的两个方向同时移动：载流子离子沿着通常与参考平面601平行的方向移动(以进入或离开主干603的侧表面上的阳极活性材料612)和沿通常正交于参考平面601的方向移动(以进入和离开主干顶表面处的阳极活性材料612)。阴极集电体层620电连接到阴极接触(未示出)，而离子透过导体层614电连接到阳极接触(未示出)。为了便于描述，图7仅示出了一个阳极主干和两个阴极主干；但是在实际中，电化学叠层典型地包括交替的阳极主干和阴极主干系列，每个叠层的主干数量取决于应用。现在参考图8，在一个实施例中，电化学叠层710包括交指型阳极活性材料层712和阴极材料层718。电化学叠层710的阴极元件还包括阴极集电体层720，而电化学叠层阳极元件包括用作阳极集电体的离子透过导体层714。隔离体716位于离子透过导体层714和阴极活性材料层718之间。支撑层705、707为交指型阳极活性材料层712提供机械支撑。尽管未在图8中示出，但如结合图6所描述的，在一个实施例中，阳极活性材料层712和阴极活性材料层718可被主干支撑。图9A-9E示出了一些利用本发明的特定实施例能被使用的三维结构的一些例子。阳极结构24和阴极结构26从参考平面突出，在该实施例中，从基底22的平面表面突出，并以周期性的方式交替。例如，当阳极结构24为柱形时(图9A)，微结构化的阳极活性材料层至少部分且优选地完全地围绕侧表面的圆周延伸。通过进一步举例，当如图所示阳极结构24具有两个(或更多个)侧表面时，例如，在图9B-9E中，阳极活性材料层至少部分覆盖且优选地完全覆盖侧表面中的至少一个。附加地，全部微结构化的阳极活性材料层中每个具有高度(沿垂直于基底22的方向测量)且层被设置以便沿基本上平行于基底22的平面表面的方向被测量的全部层中的至少两个层(例如层30A和30B)之间的距离大于全部层中的任一层的最大高度。例如，在一个实施例中，全部层中的至少两个层(例如层30A和30B)之间的距离为大于全部层中的任一层的最大高度的至少2倍，而在一些实施例中基本上是更多，例如是至少5倍或甚至10倍。通过进一步举例，在一个实施例，全部层中的大多数层之间的距离为全部层中的任一层的最大高度的至少2倍，而在一些实施例中基本上是更大，例如为至少5倍或甚至10倍。图9A示出了具有柱形的阳极结构24和阴极结构26的三维组件。每个柱包括主干，其具有从基底22垂直突出的侧表面(未示出)。每个主干的侧表面支撑阳极活性材料层30，且层30被设置为使得，全部层中的至少两个层，例如层30A和30B，之间的距离大于全部层中的任意层的最大高度。图9B示出了具有板形的阴极结构26和阳极结构24的三维组件。每个板包括主干，具有从基底22的垂直伸出的侧表面(未示出)。每个主干的侧表面支撑阳极活性材料层30，且层30被设置为使得，全部层中的至少两个层，例如层30A和30B，之间的距离大于全部层中的任一层的最大高度。图9C示出了具有同心圆形状的阴极结构26和阳极结构24的三维组件。每个同心圆包括主干，具有从基底22的垂直伸出的侧表面(未示出)。每个主干的侧表面支撑阳极活性材料层30，且层30被设置为使得，全部层中的至少两个层，例如层30A和30B，之间的距离大于全部层中的任一层的最大高度。图9D示出了具有波浪形状的阳极结构26和阴极结构24的三维组件。每个波浪包括主干，具有从基底22的垂直伸出的侧表面(未示出)。每个主干的侧表面支撑阳极活性材料层30，且层30被设置为使得，全部层中的至少两个层，例如层30A和30B，之间的距离大于全部层中的任一层的最大高度。图9E示出了具有蜂窝图形的阴极结构26和阳极结构24的三维组件。阴极结构26是在蜂窝结构的每个单元基元的中心的柱形，且蜂窝结构的每个单元基元的壁包括互连的主干网络(系统)，其具有从基底22垂直伸出的侧表面(未示出)。主干网络(系统)的侧表面支撑阳极活性材料层30，且层30被设置为使得，全部层中的至少两个层，例如层30A和30B，之间的距离大于全部层中的任一层的最大高度。在替换实施例中，三维组件是蜂窝结构，但阳极结构和阴极结构的相对位置相对于图9E中示出的实施例被反转，即，在替换实施例中，阳极结构是柱形(具有支撑阳极活性材料层的侧表面)，且每个单元基元的壁包括阴极活性材料。在一个实施例中，三维二次电池包括一个或多个三维电化学叠层，诸如图6-8中示出的一个三维结构、电池包封以及用于将电化学叠层连接到外部功能或消耗的接头。对于用于便携式电子产品的锂离子电池，诸如移动电话或计算机，电池包封可以是袋式的或其他传统的电池包封。提供了以下非限制性例子以进一步描述本发明。例子例子1：单片阳极上的IPC层的形成500μm的厚硅基板被用作初始材料。硅基板在65C在20％的KOH溶液中被清洁并抛光3分钟，以清洁硅表面。该样本被浸在500毫升含有0.1M的NiSO4·6H2O和5M的NH4F的溶液中。溶液的PH值被维持在8.5，且操作温度是85C。样本的沉积时间是3分钟。样本随后在DI水中被冲洗5分钟，并在80C在空气中被干燥。随后，样本被退火到550℃的温度20分钟(包括加热和冷却时间)，以形成含有IPC层的硅化物。例子1A：单片阳极上的IPC层的形成500μm厚的硅基板被用作初始材料。硅基板在65C在20％的KOH溶液中被清洁并抛光3分钟，以清洁硅表面。该样本被浸在500毫升含有0.1M的NiSO4·6H2O和5M的NH4F的溶液中。溶液的PH值被维持在8.5，且操作温度是85℃。样本的沉积时间是3分钟。样本随后在DI水中被冲洗5分钟，并在80℃在空气中被干燥。随后，样本被退火到550℃的温度20分钟(包括加热和冷却时间)，以形成含有IPC层的硅化物。在75℃，使用10％H2O2和10％H2SO4的溶液对不形成硅化物的过量的Ni选择性地蚀刻10分钟。例子1B：单片阳极上的IPC层的形成500μm厚的硅基板被用作初始材料。硅基板在65℃在20％的KOH溶液中被清洁并抛光3分钟，以清洁硅表面。该样本被浸在500毫升含有0.1M的NiSO4·6H2O和5M的NH4F的溶液中。溶液的PH值被维持在8.5，且操作温度是85℃。样本的沉积时间是3分钟。样本随后在DI水中被冲洗5分钟，并在80℃在空气中被干燥。随后，样本被退火到300℃的温度5分钟(包括加热和冷却时间)，以增加沉积Ni对硅的粘合性。由于沉积是基于置换镍沉积，Ni层是多孔的并当被组装为锂电池中的阳极时，允许锂转移。例子2：从例子1的IPC层形成电池例子1的具有Ni+NiSiIPC层的硅基板将被用作锂离子电池中的阳极材料。硅件的悬垂边缘与Cu线进行线接合，以便提供用于电连接到电池封装的外部的装置，通常被称为接头。这种情况中的线接合是在阳极表面的任一面完成的；但是，如果IPC层被涂覆在阳极件的侧面上，有可能仅从一侧收集电流。该线接合的Si件在样本上被用25μm厚的隔离体包裹，且传统的单侧涂覆和压延的(calendared)阳极箔被用在阳极/隔离体组合的任一侧。利用铝接头来为每个阴极箔形成结构。组件随后被传统的锂电池袋(pouch)材料涂覆，用电解质填充，并被密封，其中来自阴极和阳极的接头连接突出穿过密封，以形成正电极和负电极连接以给电池充电/放电。例子3：从例子1的IPC层形成电池例子1的具有Ni+NiSiIPC层的硅基板将被用作锂离子电池中的阳极材料。25μm厚的铜网孔被浸入到2wt％PVDF和4wt％碳黑的溶液中。一个网孔被放置在每个阳极表面上并被按压，并在按压状态中被加热到120℃达10分钟，以形成例子1中的阳极上的网孔和多孔Ni层之间的电连接。使用网孔切割器来切割网孔的三侧上垂悬，留下一侧继续垂悬。该网孔随后被焊接到Ni接头，其被用作到装置外部的环境的连接。阳极+IPC集电体在样本上被25μm厚的隔离体包裹，以及传统的单侧涂覆和压延的阴极箔被用在阳极/隔离体组合的任一侧。利用铝接头来为每个阴极箔形成结构。组件随后被传统的锂电池袋材料涂覆，用电解质填充，并被密封，其中来自阴极和阳极的接头连接突出穿过密封，以形成正电极和负电极连接以给电池充电/放电例子4：在颗粒阳极和颗粒阴极上形成IPC层10μm厚的聚酯箔被用作基板。在N-甲基吡咯烷酮中混合重量比为90:5:5的MCMB石墨颗粒(10μm的平均粒子尺寸)、碳黑和聚偏氟乙烯(PVDF)的溶液以形成浆液。该浆液被涂覆在聚酯箔上，并在通过20吨的压延辊发送以得到120μm的目标厚度前被强制对流干燥。利用重量比为90:2.5:2.5:5的LiCoO2、石墨、碳黑和聚偏氟乙烯(PVDF)溶液进行类似的处理。该浆液被涂覆在聚酯箔上，并在通过20吨的压延辊发送以得到100μm的目标厚度前被强制对流干燥。25μm厚的铜网孔被浸入到2wt％PVDF和4wt％的碳黑的溶液中。网孔被放置在阳极的表面上，并被按压，并在按压状态中被加热到120℃达10分钟，以形成网孔和阳极材料涂敷的聚酯膜之间的电连接。使用网孔切割器来切割网孔的三侧上的悬垂，留下一侧悬垂。该网孔随后被焊接到Ni接头，其被用作到装置外部的环境的连接。20μm厚的铝网孔被浸入到2wt％PVDF和4wt％碳黑的溶液中。网孔被放置在阴极表面上，被按压，并在按压状态中加热达10分钟，以形成网孔和阴极材料涂敷的聚酯膜之间的电连接。使用网孔切割器来切割网孔的三侧上的悬垂，留下一侧悬垂。该网孔随后被焊接到Al接头，其被用作到装置外部的环境的连接。阳极+IPC和阴极+IPC层被组装到一起，其间的具有25μm的聚烯烃隔离体材料用作隔离体。组件随后被传统的锂电池袋材料覆盖，并被电解质填充，并被密封，其中来自阴极和阳极的接头连接突出穿过密封，以形成正电极和负电极连接以给电池充电/放电。例子5：在颗粒阳极上形成IPC层10μm厚的聚酯箔被用作基板。重量比为90:5:5的MCMB石墨颗粒(10μm的平均粒子尺寸)、碳黑和聚偏氟乙烯(PVDF)溶液被混合在N-甲基吡咯烷酮中以形成浆液。该浆液被涂在聚酯箔上，并在通过20吨压延辊发送以得到120μm厚的目标厚度前被强制对流干燥。利用重量比为90:2.5:2.5:5的LiCoO2、石墨、碳黑和聚偏氟乙烯(PVDF)溶液进行类似的处理。该浆液被涂在聚酯箔上，并在通过20吨压延辊发送以得到100μm的目标厚度前被强制对流干燥。由NMP中90％重量、直径为2-5μm的铜颗粒、8％的石墨和2％的PVDF组成的浆液被涂覆在阳极顶部，并使用强制对流方方法被干燥。产生的膜再次被通过20吨压延辊传输，以达到130μm的目标厚度，这占据了IPC层10μm的厚度。用基于石墨的导电环氧树脂将镍接头附加到电极的一个边缘，以提供到装置外部的环境的电连接。该阳极+IPC层被与具有铝接头连接的传统阴极材料组装到一起，其间的25μm聚烯烃隔离体材料用作隔离体。该组件随后被传统的锂电池袋材料覆盖，用电解质填充，并被密封，用来自阴极和阳极的接头连接突出穿过密封，以形成正电极和负电极连接以便给电池充电/放电。例子6：具有IPC层的烧结颗粒电极的形成粉末形式的2克的硅颗粒样本(-325筛目)被浸入到50毫升的0.1MNiSO4·6H2O和5MNH4F溶液中30秒。溶液的PH值被维持在8.5，且操作温度是85℃。利用被组装为布氏漏斗(Buchnerfunnel)的滤纸顶部上的粉末进行沉积。在沉积期间观察到有力的气泡，指示镍置换反应。通过在布氏漏斗中施加真空而排出溶液。样本用Dl水清洗10分钟以移除微量的盐污染。粉末被获取并在空气中以80℃被干燥12小时。另外，25μm厚的镍网孔在150℃被热按压到聚酯箔，以便25μm的网孔的大约5-10μm被嵌入到聚酯箔中。置换镍涂敷的粒子被分散在含有羧甲基纤维素的水溶液中，并被涂在网孔/聚酯基板上。涂覆的网孔被干燥以移除水分。一旦干燥，聚酯膜从后端被剥离，留下网孔和涂覆的阳极浆液。该混合物在氩气气氛中被加热到850℃，以将硅化镍涂覆的颗粒彼此烧结，并将硅化镍涂覆的颗粒烧结到镍网孔。产生的烧结电极随后被用作阳极材料，镍网孔表面被布置为最接近隔离体界面。例子7：离子导体层+作为IPC的图案化的金属25μm厚的聚酯箔被用作基板，其顶上溅射沉积有1μm厚的非晶硅阳极材料。样本随后被涂有10μm厚的光致抗蚀剂，其随后被用落着衬垫(landingpad)线图案化。该样本随后用2μm的铜沉积，在沟槽中和在光致抗蚀剂上沉积，以形成完全的膜。随后，抗蚀剂在热NMP溶液中被剥除以在光致抗蚀剂图案上移除并底切Cu金属，留下线图案化的样本。样本随后在存在氮气时的从磷酸锂靶的溅射涂覆，被溅射沉积有0.25μm厚的氧氮化锂磷(LIPON)膜。这种组合被用作锂离子电池中的阳极。鉴于上述情况，可见达到了本发明的一些目标，并获得了其他有益结果。当介绍本发明或其一个或多个优选实施例的元件时，冠词“一”、“一个”、“该”和“所述”旨在存在一个或多个元件。术语“包含”、“包括”和“具有”旨在是开放式的，意味着除了列出的元件，可能还有其他元件。可对上述冠词、组成和方法进行各种修改而不脱离本发明的范围，将理解在上述描述中包含的和在附图中示出的所有情况是示例性的，而不是限制性的。