变化的耐受性，所述体积变化伴随在电池的放电和充电循环 期间锂从电活性材料层的前后迀移。
[0116] 现在转向电活性材料，参考图2,电活性材料层8可由用于所需应用的任何合适材 料制成。因此，尽管本文所述许多实施方案涉及锂作为电活性材料，其它电活性材料也是可 能的。在一些实施方案中，电活性材料为金属合金，例如掺杂有Al、Mg、Zn或Si的锂金属。 合金的其它实例更详细地描述于2010年8约24日提交，作为美国公开No. 2011/0177398 公开，标题为"电化学电池"的美国专利申请序列号：12/862, 528中，通过引用将其关于所 有目的的全部内容并入本文中。在其它实施方案中，合适的电活性材料包括含碳材料（例 如对于锂离子电化学电池）。其它材料也是可能的。
[0117] 电活性材料层可使用物理蒸气沉积、溅射、化学沉积、电化学沉积、热蒸发、喷射蒸 气沉积、激光消融或者任何其它合适的方法沉积。在可选实施方案中，电活性材料层通过 将电活性材料层粘合在保护层上而沉积在保护层。在该实施方案中，在粘合电活性材料层 以前可将临时粘合层沉积在保护层上，或者可将电活性材料层直接粘合在保护层上。在一 些实施方案中，临时粘合层可在电极结构在电化学电池中随后循环时与电活性材料形成合 金。例如，在一些实施方案中，可使用可与锂成合金的银和/或其它材料。在其中已形成 或沉积保护层的实施方案中，可能不需要保持电活性材料层的未暴露表面上的低表面粗糙 度。然而，还预期其中控制电活性材料的表面粗糙度的实施方案。
[0118] 在某些实施方案中，电活性材料层的厚度可以为例如约2-200 μ m。例如，电活性 材料层可具有小于或等于约200 μ m、小于或等于约100 μ m、小于或等于约75 μ m、小于或等 于约50 μ m、小于或等于约25 μ m、小于或等于约10 μ m或者小于或等于约5 μ m的厚度。在 一些实施方案中，电活性材料层可具有大于或等于约1 μ m、大于或等于约5 μ m、大于或等 于约15 μ m、大于或等于约25 μ m、大于或等于约50 μ m、大于或等于约75 μ m、大于或等于约 100μπι，或者大于或等于约150μηι的厚度。上述范围的组合也是可能的（例如大于或等于 约25 μπι且小于或等于约50 μπι)。其它范围也是可能的。厚度的选择可取决于电池设计参 数，例如所需循环寿命、电池容量和阴极的厚度。
[0119] 在一些实施方案中，例如如图2Α中所述，电活性材料层充当电活性材料和集电 器。作为选择，在一些实施方案中，例如用于高倍率电化学电池的电极结构，理想的是包含 集电器10,如图2D中所述。在该实施方案中，集电器用于收集来自电活性材料的电荷，并将 该电荷传导至引线和外部接触。在一些实施方案中，集电器还可充当支撑电极结构的结构 元素。
[0120] 用于集电器的合适材料包括但不限于：金属（例如铜、镍、铝、钝化金属和其它合 适的金属）；金属化聚合物；导电聚合物；包含分散在其中的导电颗粒的聚合物；和其它合 适的材料。在一些实施方案中，集电器使用物理蒸气沉积、化学蒸气沉积、电化学沉积、溅 射、刮涂、闪蒸或者用于所选择材料的任何其它合适沉积技术沉积在电活性材料层上。作为 选择，集电器可分开地形成并粘合在电极结构上。
[0121] 如本文所述，剥离层可位于载体基质上以促进电极的制造。任何合适的材料可用 作载体基质。在一些实施方案中，载体基质的材料（和厚度）可至少部分地由于其经得起 某些加工条件如高温的能力而选择。基质材料也可至少部分地基于其对剥离层的粘合亲合 力选择。在一些情况下，载体基质为聚合物材料。可用于形成所有或一部分载体基质的合 适材料的实例包括本文所述适用作剥离层的那些中的某些，任选具有改进的分子量、交联 密度，和/或加入添加剂或其它组分。在某些实施方案中，载体基质包含聚酯，例如聚对苯 二甲酸乙二醇酯（PET)(例如光学级聚对苯二甲酸乙二醇酯）、聚烯烃、聚丙烯、尼龙、聚氯 乙烯和聚乙烯（其可任选金属化）。在一些情况下，载体基质包含金属或陶瓷材料。在一些 实施方案中，载体基质包含可任选置于较厚基质材料上的膜。例如，在某些实施方案中，载 体基质包含聚合物膜或金属化聚合物膜（使用各种金属如铝和铜）。载体基质还可包含其 它组分，例如填料、粘合剂和/或表面活性剂。
[0122] 另外，载体基质可具有任何合适的厚度。例如，载体基质的厚度可以为大于或等 于约5 μ m、大于或等于约15 μ m、大于或等于约25 μ m、大于或等于约50 μ m、大于或等于约 75 μπκ大于或等于约100 μπκ大于或等于约200 μπκ大于或等于约500 μπι，或者大于或等 于约1_。在一些实施方案中，载体基质可具有小于或等于约10_、小于或等于约5_、小于 或等于约3_或者小于或等于约Imm的厚度。上述范围的组合也是可能的（例如大于或等 于约IOOym且小于或等于约Imm)。其它范围也是可能的。在一些情况下，载体基质具有等 于或大于剥离层的厚度的厚度。
[0123] 在一组实施方案中，载体基质显示出小于或等于剥离层的所需表面粗糙度的表面 粗糙度。不愿受理论束缚，较光滑载体基质的使用可理想地赋予较薄剥离层的使用以确保 在载体基质沉积表面上基本连续的覆盖。在一些实施方案中，载体基质的表面可具有小于 或等于约2 μ m、小于或等于约1. 5 μ m、小于或等于约1 μ m、小于或等于约0. 9 μ m、小于或等 于约0. 8 μ m、小于或等于约0. 7 μ m、小于或等于约0. 6 μ m、小于或等于约0. 5 μ m、小于或 等于约0. 4 μ m、小于或等于约0. 3 μ m、小于或等于约0. 2 μ m、小于或等于约0. 1 μ m的平均 峰-谷粗糙度（Rz)，或者任何其它合适的粗糙度。相应地，载体基质的表面可具有大于或等 于约50nm、大于或等于约0. 1 μ m、大于或等于约0. 2 μ m、大于或等于约0. 4 μ m、大于或等于 约0. 6 μπκ大于或等于约0. 8 μπκ大于或等于约1 μπι的Rz，或者任何其它合适的粗糙度。上 述范围的组合是可能的（例如大于或等于约〇. 1 μπι且小于或等于约1 μπι的Rz)。其它范 围也是可能的。
[0124] 在另一组实施方案中，载体基质可显示出大于剥离层的所需表面粗糙度的表面粗 糙度。为得到剥离层的所需表面粗糙度，可选择剥离层的厚度为足够厚的以容许剥离层的 表面粗糙度与下面载体基质表面粗糙度基本去耦。该去耦可容许剥离层具有小于下面基质 的平均峰-谷粗糙度的平均峰-谷粗糙度。在一些实施方案中，剥离层厚度可以为载体基质 的艮的小于或等于约20倍、小于或等于约15倍、小于或等于约10倍、小于或等于约5倍、 小于或等于约4倍、小于或等于约3倍或者小于或等于约2倍。相应地，剥离层厚度可以为 载体基质的1^的大于或等于约1倍、大于或等于约2倍、大于或等于约3倍、大于或等于约 4倍、大于或等于约5倍或者大于或等于约10倍。以上范围的组合是可能的（例如为载体 基质的&的大于或等于约2倍且为载体基质的R 2的小于或等于约10倍的剥离层厚度）。 其它范围也是可能的。
[0125] 图3-5描述了将两个分开的电极结构层压形成单一组合电极结构的层压方法。该 实施方案的有利之处在于它产生排列在电极结构的相对侧上的两个电活性表面以参与电 化学电池的电化学反应，如板和果冻卷排列中出现的。在所述实施方案中，第一部分12和 第二部分14包含置于保护层6上的电活性材料层8,保护层6置于剥离层4上，剥离层4置 于载体基质2上。第一和第二部分12和14定向使得两个电活性材料层彼此相邻。如图4 中所述，然后将压力16施加在第一和第二部分上。在一些实施方案中，压力足以导致锂表 面变形和第一与第二部分之间的粘附。在两个部分层压以后，可将载体基质2分层或者从 所得组合电极结构上除去以形成图5中所述最终电极结构。如图6-8中所述，在一些实施 方案中，第一和第二部分12和14中的至少一个包含集电器10。然后使组合电极结构经受 相同的层压方法以形成具有嵌入组合电极结构中心的集电器的电极结构。如本文所述，在 其某些实施方案中，其它中间层也可存在于图3-5中所示层之间。
[0126] 在一些实施方案中，当电极部分在最终电化学电池中时，在两个电极部分的层压 期间，和/或在电池的使用期间施加压力。压力可以为外部施加（例如在一些实施方案中， 单轴）的压力。在一些实施方案中，可选择外部施加的压力类似于或大于形成电活性材料 层的材料的屈服应力。例如，锂具有约5kg/cm 2的屈服强度。因此，在其中电活性材料层包 含锂的某些实施方案中，施加的压力可以为大于或等于约5kg/cm 2。在一些实施方案中，施 加压力可以为大于或等于约2. 5kg/cm2、大于或等于约5kg/cm2、大于或等于约6kg/cm2、大 于或等于约7kg/cm 2、大于或等于约8kg/cm2、大于或等于约9kg/cm2,或者任何其它合适的 压力。相应地，施加压力可以为小于或等于约20kg/cm 2、小于或等于约10kg/cm2、小于或等 于约9kg/cm2、小于或等于约8kg/cm 2、小于或等于约7kg/cm2、小于或等于约6kg/cm2,或者 任何其它合适的压力。以上的组合是可能的（例如大于或等于约5kg/cm 2且小于或等于约 lOkg/cm2的施加压力）。其它范围也是可能的。在其中使用剥离层的实施方案中，剥离层 可设计经得起这类施加压力。
[0127] 还可设计剥离层，使得它的屈服强度大于特定值。在某些实施方案中，剥离层的屈 服强度为随剥离层使用的电活性材料的屈服强度的至少约〇. 8倍，且在一些实施方案中， 大于施加在制品上的压力（例如施加的各向异性力的法向分量）。在一些实施方案中，剥离 层的屈服强度为电活性材料的屈服强度的大于或等于约1倍、大于或等于约1. 2倍、大于或 等于约1. 5倍、大于或等于约2倍、大于或等于约3倍、大于或等于约4倍、大于或等于约5 倍。相应地，剥离层的屈服强度可以为电活性材料的屈服强度的小于或等于约10倍、小于 或等于约8倍、小于或等于约6倍、小于或等于约4倍或者小于或等于约2倍。上述范围的 组合也是可能的（例如为电活性材料的屈服强度的大于或等于约I. 2倍且小于或等于约10 倍的屈服强度）。其它范围也是可能的。
[0128] 在一些实施方案中，剥离层的屈服强度为施加在制品上（例如在制造和/或使用 期间）的压力的法向分量的大于或等于约1倍、大于或等于约1. 2倍、大于或等于约1. 5倍、 大于或等于约2倍、大于或等于约3倍、大于或等于约4倍、大于或等于约5倍。相应地，剥 离层的屈服强度可以为施加在制品上（例如在制造和/或使用期间）的压力的法向分量的 小于或等于约10倍、小于或等于约8倍、小于或等于约6倍、小于或等于约4倍或者小于或 等于约2倍。上述范围的组合也是可能的（例如为施加在制品上的压力的法向分量的大于 或等于约1. 2倍且小于或等于约10倍的屈服强度）。其它范围也是可能的。
[0129] 在一些实施方案中，施加的压力可与升高的温度组合以进一步促进两个电活性材 料层相互的结合。为防止层压期间对电极的可能损害，应选择温度，使得它在层压方法期间 不损害电极结构内的任何组件。在一个实施方案中，温度可以为大于或等于约50°C、大于 或等于约60 °C、大于或等于约70 °C、大于或等于约80 °C、大于或等于约90 °C、大于或等于约 100°C、大于或等于约110°C、大于或等于约120°C、大于或等于约130°C，或者任何其它合适 范围。相应地，温度可以为小于或等于约150°C、小于或等于约140°C、小于或等于约130°C、 小于或等于约120°C、小于或等于约110°C、小于或等于约100°C、小于或等于约90°C、小于 或等于约80°C、小于或等于约70°C，或者任何其它合适范围。以上的组合是可能的（例如 大于或等于约70°C且小于或等于约130°C )。其它范围也是可能的。
[0130] 生产电极结构的一个实施方案的代表性流程图显示于图9中。载体基质以100提 供。随后，使用任何上述材料和沉积方法将剥离层以102沉积在载体基质的表面上。然后 将保护层以104沉积在具有较低平均峰-谷粗糙度的剥离层表面上。如先前所述，将保护 层沉积在剥离层的表面上产生基本连续保护层，其具有显示出可基本类似于下面剥离层表 面的粗糙度的粗糙度值的表面。任选，一个或多个其它保护层可沉积于基本连续保护层上 (未显示）。在形成保护层以后，电活性材料层以106沉积于保护层上。取决于实施方案， 任选集电器以108沉积于电活性材料层上。另外，在其中想要两个相对电活性表面的实施 方案中，例如对于板式和果冻卷电化学电池构型，所得电极结构可与另一电极结构层压以 形成在110处的具有两个相对电活性表面的组合电极结构。在形成所需电极结构以后，载 体基质可在112处分层。取决于实施方案，剥离层可与或者不与载体基质分层，或者从电极 结构（例如从保护层的表面）上除去。尽管上文描述了具体材料层和排列，应当理解其它 可能的步骤，例如将其它材料层沉积于上述层之间也是可能的。
[0131] 从电极结构（例如从保护层的表面）上除去剥离层的不同方法是可能的。如本文 所述，在一些实施方案中，可将剥离层与电极结构分层。在其它实施方案中，可将所有或一 部分剥离层溶于溶剂中以促进其从电极结构和/或载体基质上脱除。在一个特定实施方案 中，剥离层由可溶于待随电极结构使用的电解质溶剂中的材料形成。在一些这类实施方案 中，剥离层可并入电化学电池中，随后可通过使剥离层与待随电池使用的电解质接触而将 剥离层除去。
[0132] 例如，在一个特定实施方案中，方法可涉及提供包含本文所述电极结构的电化学 电池或电池前体。电极结构可包含例如至少一个包含聚合物的第一剥离层、至少一个置于 第一剥离层上的第一保护层和置于第一保护层上的第一电活性材料层。电化学电池或电池 前体可进一步包含电解质（例如液体电解质）。该方法可涉及将至少一部分聚合物溶于电 解质中以将至少一部分剥离层从第一保护层上除去。可选择用于形成剥离层的聚合物以便 不干涉电化学电池的操作。其它除去剥离层的方法也是可能的。
[0133] 在某些实施方案中，一种或多种载体基质可在制造电极以后保持与电极结构完 整，但在将电极并入电化学电池中以前可分层。例如，可将电极结构包装并运送至生产商， 生产商然后可将电极并入电化学电池中。在这类实施方案中，可将电极结构插入气密和/ 或防水包装中以防止或者抑制电极结构的一种或多种组分劣化和/或污染。使一种或多种 载体基质保持附着在电极上可促进电极的处理和运输。例如，载体基质可以为较厚的并且 具有较高的刚度或硬度，这可防止或抑制电极以防在处理期间畸变。在这类实施方案中，载 体基质可在电化学电池的组装以前、期间或以后由生产商除去。
[0134] 用于本文所述电化学电池的阴极中的合适阴极活性材料包括但不限于电活性过 渡金属硫属元素化物、金属氧化物、电活性导电聚合物和电活性含硫材料及其组合。如本文 所用术语"硫属元素化物"涉及包含氧、硫和硒元素中的一种或多种的化合物。合适过渡金 属硫属元素化物的实例包括但不限于选自Mn、V、Cr、Ti、Fe、Co、Ni、Cu、Y、Zr、Nb、Mo、Ru、 Rh、Pd、Ag、Hf、Ta、W、Re、Os和Ir的过渡金属的电活性氧化物、硫化物和硒化物。在一个 实施方案中，过渡金属硫属元素化物选自镍、锰、钴和钒的电活性氧化物和铁的电活性硫化 物。在一个实施方案中，阴极活性层包含电活性导电聚合物。合适电活性导电聚合物的实 例包括但不限于选自聚吡略、聚苯胺、聚苯撑、聚噻吩和聚乙炔的电活性和导电聚合物。
[0135] 如本文所用"电活性含硫材料"涉及包含任何形式的元素硫的阴极活性材料，其中 电化学活性涉及硫-硫共价键的断裂或形成。合适的电活性含硫材料包括但不限于元素硫 以及包含硫原子和碳原子的有机材料，其可以为聚合物或非聚合物。合适的有机材料包括 进一步包含杂原子的那些、导电聚合物链段、复合物和导电聚合物。
[0136] 在涉及Li/S体系的一些实施方案中，氧化形式的含硫材料包含聚硫化物结构部 分Sm，其选自共价一 Sm 一结构部分、尚子一 Sm-结构部分和尚子Sm2_结构部分，其中m为 等于或大于3的整数。在一个实施方案中，含硫聚合物的聚硫化物结构部分Sm的m为等于 或大于6的整数。在另一实施方案中，含硫聚合物的聚硫化物结构部分Sm的m为等于或大 于8的整数。在另一实施方案中，含硫材料为含硫聚合物。在另一实施方案中，含硫聚合物 具有聚合物主链，且聚硫化物结构部分Sm通过一个或两个其末端硫原子作为侧基共价结 合在聚合物主链上。在又一实施方案中，含硫聚合物具有聚合物主链，且聚硫化物结构部分 Sm通过聚硫化物结构部分的末端硫原子的共价键合而并入聚合物主链中。
[0137] 在一个实施方案中，电活性含硫材料包含大于50重量％硫。在另一实施方案中， 电活性含硫材料包含大于75重量％硫。在又一实施方案中，电活性含硫材料包含大于90 重量％硫。
[0138] 用于本发明实践中的电活性含硫材料的性质可如本领域中所知宽泛地变化。在一 个实施方案中，电活性含硫材料包含元素硫。在另一实施方案中，电活性含硫材料包含元素 硫和含硫聚合物的混合物。
[0139] 在其它实施方案中，本文所述电化学电池包含复合阴极。复合阴极可包含例如（a) 电活性含硫阴极材料，其中氧化态的所述电活性含硫阴极材料包含式一 Sm-的聚硫化物 结构部分，其中m为等于或大于3的整数，如本文所述；和（b)电活性过渡金属硫属元素化 物组合物。电活性过渡金属硫属元素化物组合物可包封电活性含硫阴极材料。在一些情 况下，它可减缓电活性含硫阴极材料的阴离子还原产物的输送。电活性过渡金属硫属元素 化物组合物可包含具有式M Jk (OR) i的电活性过渡金属硫属元素化物，其中M为过渡金属；Y 每次出现时为相同或不同的且为氧、硫或硒；R为有机基团且每次出现时为相同或不同的； j为1-12的整数；k为0-72的数；且1为0-72的数。在一些实施方案中，k和1不能都为 0〇
[0140] 为减缓阴离子还原产物从电池中的阴极室中扩散出来，可通过一层电活性过渡金 属硫属元素化物组合物有效地将含硫阴极材料与电解质或者电池的其它层或部分分离。该 层可以为致密或多孔的。
[0141] 在一个实施方案中，阴极包含电活性含硫阴极材料、电活性过渡金属硫属元素化 物和任选粘合剂、电解质和导电添加剂的混合物，其沉积于集电器上。在另一实施方案中， 电活性含硫阴极材料的涂层被输送阳离子、减缓阴离子还原产物输送的过渡金属硫属元素 化物组合物的薄粘附膜涂层包封或浸渍。在又一实施方案中，阴极包含单独地用输送阳离 子、减缓阴离子还原产物输送的过渡金属硫属元素化物组合物的包封层涂覆的颗粒电活性 含硫阴极材料。其它构型也是可能的。
[0142] 在一个实施方案中，复合阴极包含直径通常小于10 μπι，单独地用输送碱金属阳离 子，又减缓阴离子还原产物输送的电活性过渡金属硫属元素化物组合物的颗粒含硫阴极材 料。颗粒可具有"芯-壳"构型，例如电活性含硫阴极材料芯和包含电活性过渡金属硫属元 素化物的阻滞屏障层的外壳。任选，复合阴极可包含含有各类粘合剂、电解质和导电材料如 本文所述那些的填料。
[0143] 在某些实施方案中，复合阴极为任选包含非电活性金属氧化物如二氧化硅、氧化 铝和硅酸盐且进一步用可溶性电活性含硫阴极材料浸渍的颗粒多孔电活性过渡金属硫属 元素化物组合物。这在与仅包含电活性含硫阴极材料（例如电活性有机-硫和碳-硫阴极 材料）的阴极相比在提高能量密度和容量方面可以是有利的。
[0144] 在一组实施方案中，复合阴极包含电活性含硫材料（例如碳-硫聚合物或元素 硫）；v205;导电碳；和PEO粘合剂。
[0145] 复合阴极的其它排列、组分和优点更详细地描述于2006年1月13日提交的 标题为"新复合阴极，包含新复合阴极的电化学电池及其制造方法"的美国公开No.: 2006/0115579中，通过引用将其全部并入本文中。
[0146] 阴极可进一步包含一种或多种导电填料以提供增强的电子传导性。导电填料可提 高材料的导电性能并且可包括例