用于高溫反應(yīng)性材料裝置的密封件
閱讀：315發(fā)布：2022-01-11
專利匯可以提供用于高溫反應(yīng)性材料裝置的密封件專利檢索，專利查詢，專利分析的服務(wù)。并且本公開內(nèi)容提供了用于在升高的 溫度 下操作并且具有諸如鋰、鈉或鎂等 反應(yīng)性 金屬蒸氣的裝置的 密封件 。在一些示例中，這樣的裝置包括可以在 電網(wǎng) 內(nèi)或作為獨立系統(tǒng)的一部分使用的儲能裝置。所述儲能裝置可以從電 力 生產(chǎn)源充電以備后期放電，諸如在有 電能 消耗需求時放電。，下面是用于高溫反應(yīng)性材料裝置的密封件專利的具體信息內(nèi)容。
1.一種高溫裝置，包括：
a.容器，其包含反應(yīng)性金屬和/或熔鹽；以及
b.密封件，其將所述容器密封以隔開所述容器外部的環(huán)境，所述密封件包括：
i.陶瓷材料，其暴露于所述反應(yīng)性金屬和/或熔鹽，其中所述陶瓷材料在至少100℃的溫度下對所述反應(yīng)性金屬和/或熔鹽有化學(xué)抗性；
ii.金屬套環(huán)，其與所述陶瓷材料相鄰；以及
iii.活性金屬釬焊接頭，其安置在所述陶瓷材料與所述金屬套環(huán)和所述容器中的至少一個之間，其中所述活性金屬釬焊接頭包含至少一種將所述陶瓷材料化學(xué)還原的金屬。
2.如權(quán)利要求1所述的裝置，其中所述陶瓷材料包括氮化鋁(AlN)。
3.如權(quán)利要求1所述的裝置，其中所述金屬套環(huán)由不銹鋼或鋯形成。
4.如權(quán)利要求1所述的裝置，其中所述活性金屬釬焊接頭是合金并且所述將所述陶瓷材料化學(xué)還原的金屬是鈦(Ti)或鋯(Zr)。
5.如權(quán)利要求1所述的裝置，其中所述裝置是液態(tài)金屬電池。
6.如權(quán)利要求1所述的裝置，其中所述裝置是核反應(yīng)器。
7.如權(quán)利要求1所述的裝置，其中所述裝置被用于反應(yīng)性金屬或反應(yīng)性氣體的生產(chǎn)和/或處理或者用于半導(dǎo)體制造。
8.如權(quán)利要求1所述的裝置，其中所述反應(yīng)性金屬是堿金屬或堿土金屬。
9.如權(quán)利要求1所述的裝置，其中所述反應(yīng)性金屬是鎂(Mg)、鈣(Ca)、鈉(Na)、鉀(K)、鋰(Li)或它們的任何組合。
10.如權(quán)利要求1所述的裝置，其中所述反應(yīng)性金屬是金屬蒸氣或液態(tài)金屬。
11.如權(quán)利要求1所述的裝置，其中所述熔鹽是蒸氣或液體。
12.如權(quán)利要求1所述的裝置，其中所述密封件能夠在至少約350℃的溫度下抵抗鋰蒸氣至少一年。
13.如權(quán)利要求1所述的裝置，其中所述密封件環(huán)繞導(dǎo)電饋通體、熱電偶或耦合至所述容器的電壓傳感器。
14.如權(quán)利要求1所述的裝置，其中跨所述密封件的阻抗在所述溫度下至少約為1千歐姆。
15.如權(quán)利要求1所述的裝置，還包括與所述密封件相鄰的電導(dǎo)體，其中所述密封件使所述電導(dǎo)體與所述容器電隔離。
16.如權(quán)利要求15所述的裝置，其中所述密封件的熱膨脹系數(shù)(CTE)與所述容器和/或所述電導(dǎo)體的CTE的差異小于10％。
17.一種電化學(xué)單體，包括：
a.導(dǎo)電外殼，其包括在至少約200℃的操作溫度下是液體的液態(tài)金屬，其中所述液態(tài)金屬被配置用于在所述電化學(xué)單體的充電/放電過程中儲存/釋放電荷；
b.導(dǎo)體，其與所述液態(tài)金屬電接觸，其中所述導(dǎo)體經(jīng)所述導(dǎo)電外殼中的孔徑穿過所述導(dǎo)電外殼突出；以及
c.密封件，其使所述導(dǎo)體與所述導(dǎo)電外殼電隔離，其中所述密封件包括陶瓷材料、釬焊材料和套管。
18.如權(quán)利要求17所述的電化學(xué)單體，其中所述陶瓷材料包括氮化鋁(AlN)、氮化鈹(Be3N2)、氮化硼(BN)、氮化鈣(Ca3N2)、氮化硅(Si3N4)、氧化鋁(Al2O3)、氧化鈹(BeO)、氧化鈣(CaO)、氧化鈰(Ce2O3)、氧化鉺(Er2O3)、氧化鑭(La2O3)、氧化鎂(MgO)、氧化釹(Nd2O3)、氧化釤(Sm2O3)、氧化鈧(Sc2O3)、氧化鐿(Yb2O3)、氧化釔(Y2O3)、氧化鋯(ZrO2)、氧化釔部分穩(wěn)定的氧化鋯(YPSZ)、碳化硼(B4C)、碳化硅(SiC)、碳化鈦(TiC)、碳化鋯(ZrC)、二硼化鈦(TiB2)、硫?qū)倩铩?a href='/zhuanli/list-22884-1.html' target='_blank'>石英、玻璃或它們的任何組合。
19.如權(quán)利要求17所述的電化學(xué)單體，其中所述釬焊材料包括鐵(Fe)、鎳(Ni)、鈦(Ti)、鉻(Cr)、鋯(Zr)、磷(P)、硼(B)、碳(C)、硅(Si)、鈣(Ca)、鈹(Be)、鎂(Mg)、釩(V)或者它們的任何組合。
20.如權(quán)利要求17所述的電化學(xué)單體，其中所述套管由430SS不銹鋼、304SS不銹鋼、鎢(W)、碳化鎢(WC)、鋯(Zr)、鐵鎳合金或它們的任何組合形成。
21.如權(quán)利要求17所述的電化學(xué)單體，其中所述陶瓷材料包括氮化鋁(AlN)而所述釬焊材料包括鈦(Ti)。
22.如權(quán)利要求17所述的電化學(xué)單體，其中所述密封件氣密地密封所述電化學(xué)單體。
23.如權(quán)利要求17所述的電化學(xué)單體，其中所述密封件對于接觸所述電化學(xué)電池的大氣是惰性的。
24.如權(quán)利要求23所述的電化學(xué)單體，其中所述接觸所述電化學(xué)單體的大氣包含氧氣(O2)、水、氮氣(N2)、氬氣(Ar)、氫氣(H2)、二氧化碳(CO2)、氖氣(Ne)或它們的組合。
25.如權(quán)利要求23所述的電化學(xué)單體，其中所述陶瓷材料和/或所述釬焊材料涂覆有涂層，所述涂層提供了對接觸所述電化學(xué)單體的大氣的抗性。
26.如權(quán)利要求25所述的電化學(xué)單體，其中所述涂層包含二氧化硅(SiO2)、氧化鋁(Al2O3)或氧化釔(Y2O3)。
27.如權(quán)利要求17所述的電化學(xué)單體，其中所述密封件對于金屬蒸氣和金屬鹽是惰性的。
28.如權(quán)利要求27所述的電化學(xué)單體，其中所述金屬蒸氣包含鋰、鈉、鉀、鎂、鈣或它們的任何組合。
29.如權(quán)利要求27所述的電化學(xué)單體，其中所述陶瓷材料和/或所述釬焊材料涂覆有涂層，所述涂層提供了對金屬蒸氣和金屬鹽的抗性。
30.如權(quán)利要求29所述的電化學(xué)單體，其中所述涂層是氧化釔(Y2O3)、氧化鉺(Er2O3)、氮化硼(BN)、氮化鋁(AlN)或它們的任何組合。
31.如權(quán)利要求17所述的電化學(xué)單體，其中所述密封件接合至所述導(dǎo)電外殼和/或所述導(dǎo)體。
32.如權(quán)利要求17所述的電化學(xué)單體，其中所述陶瓷材料和所述釬焊材料的熱膨脹系數(shù)與所述導(dǎo)電外殼和/或所述導(dǎo)體的熱膨脹系數(shù)匹配至約5％之內(nèi)。
33.如權(quán)利要求17所述的電化學(xué)單體，其中所述導(dǎo)電外殼和/或所述導(dǎo)體包括400系列鋼、300系列鋼、鎳、鈦、鋯或它們的任何組合。
34.如權(quán)利要求17所述的電化學(xué)單體，其中所述液態(tài)金屬包括一種或多種12族元素。
35.如權(quán)利要求34所述的電化學(xué)單體，其中所述12族元素是鋅、鎘或汞。
36.如權(quán)利要求34所述的電化學(xué)單體，其中所述液態(tài)金屬還包括錫、鉛、鉍、銻、碲和硒中的一種或多種。
37.如權(quán)利要求17所述的電化學(xué)單體，其中所述液態(tài)金屬包括一種或多種堿金屬。
38.如權(quán)利要求17所述的電化學(xué)單體，其中所述液態(tài)金屬包括一種或多種堿土金屬。
39.如權(quán)利要求17所述的電化學(xué)單體，其中所述液態(tài)金屬包括鋰、鈉、鉀、鎂或它們的任何組合。
40.如權(quán)利要求17所述的電化學(xué)單體，其中所述操作溫度至少為200℃。
41.如權(quán)利要求17所述的電化學(xué)單體，其中所述電化學(xué)單體能夠儲存至少約50瓦時的能量。
42.一種電化學(xué)單體，包括：
a.導(dǎo)電外殼，其包括在至少約200℃的操作溫度下是液體的液態(tài)金屬，其中所述液態(tài)金屬被配置用于在所述電化學(xué)單體的充電/放電過程中儲存/釋放電荷；
b.導(dǎo)體，其與所述液態(tài)金屬電接觸，其中所述導(dǎo)體經(jīng)所述導(dǎo)電外殼中的孔徑穿過所述導(dǎo)電外殼突出；以及
c.密封件，其將所述導(dǎo)體密封到所述導(dǎo)電外殼，其中所述密封件提供了在至少約25℃的溫度下不超過約1×10-6大氣壓-立方厘米每秒(atm-cc/s)的氦氣泄露率。
43.如權(quán)利要求42所述的電化學(xué)單體，其中所述液態(tài)金屬包括一種或多種12族元素。
44.如權(quán)利要求43所述的電化學(xué)單體，其中所述12族元素是鋅、鎘或汞。
45.如權(quán)利要求43所述的電化學(xué)單體，其中所述液態(tài)金屬還包括錫、鉛、鉍、銻、碲和硒中的一種或多種。
46.如權(quán)利要求42所述的電化學(xué)單體，其中所述液態(tài)金屬包括一種或多種堿金屬。
47.如權(quán)利要求42所述的電化學(xué)單體，其中所述液態(tài)金屬包括一種或多種堿土金屬。
48.如權(quán)利要求42所述的電化學(xué)單體，其中所述液態(tài)金屬包括鋰、鈉、鉀、鎂或它們的任何組合。
49.如權(quán)利要求42所述的電化學(xué)單體，其中所述操作溫度至少約為200℃。
50.如權(quán)利要求42所述的電化學(xué)單體，其中所述電化學(xué)單體能夠儲存至少約50瓦時的能量。
51.如權(quán)利要求42所述的電化學(xué)單體，其中當所述電化學(xué)單體已經(jīng)操作了至少約1年的時段時，所述密封件提供不超過約1×10-6atm-cc的氦氣泄露率。
52.如權(quán)利要求42所述的電化學(xué)單體，其中當所述電化學(xué)單體已經(jīng)操作了約350個充電/放電循環(huán)時，所述密封件提供了不超過約1x10-6atm-cc/s的氦氣泄露率。
53.如權(quán)利要求42所述的電化學(xué)單體，其中所述密封件在約50℃的溫度下提供不超過約1×10-6atm-cc/s的氦氣泄露率。
54.如權(quán)利要求42所述的電化學(xué)單體，其中所述密封件在約200℃的溫度下提供不超過-6
約1×10 atm-cc/s的氦氣泄露率。
55.如權(quán)利要求42所述的電化學(xué)單體，其中所述密封件在約350℃的溫度下提供不超過約1×10-6atm-cc/s的氦氣泄露率。
56.如權(quán)利要求42所述的電化學(xué)單體，其中所述密封件在約450℃的溫度下提供不超過-6
約1×10 atm-cc/s的氦氣泄露率。
57.如權(quán)利要求42所述的電化學(xué)單體，其中所述密封件在約550℃的溫度下提供不超過約1×10-6atm-cc/s的氦氣泄露率。
58.如權(quán)利要求42所述的電化學(xué)單體，其中所述密封件在約750℃的溫度下提供不超過約1×10-6atm-cc/s的氦氣泄露率。
59.一種電化學(xué)單體，包括：
a.導(dǎo)電外殼，其包括在至少約200℃的操作溫度下是液體的液態(tài)金屬，其中所述液態(tài)金屬被配置用于在所述電化學(xué)單體的充電/放電過程中儲存/釋放電荷；
b.導(dǎo)體，其與所述液態(tài)金屬電接觸，其中所述導(dǎo)體經(jīng)所述導(dǎo)電外殼中的孔徑穿過所述導(dǎo)電外殼突出；以及
c.密封件，其使所述導(dǎo)體與所述導(dǎo)電外殼電隔離，其中跨所述密封件的阻抗在所述操作溫度下至少約為1千歐姆。
60.如權(quán)利要求59所述的電化學(xué)單體，其中跨所述密封件的阻抗至少為100千歐姆。
61.如權(quán)利要求59所述的電化學(xué)單體，其中所述液態(tài)金屬包括一種或多種12族元素。
62.如權(quán)利要求61所述的電化學(xué)單體，其中所述12族元素是鋅、鎘或汞。
63.如權(quán)利要求61所述的電化學(xué)單體，其中所述液態(tài)金屬還包括錫、鉛、鉍、銻、碲和硒中的一種或多種。
64.如權(quán)利要求59所述的電化學(xué)單體，其中所述液態(tài)金屬包括一種或多種堿金屬。
65.如權(quán)利要求59所述的電化學(xué)單體，其中所述液態(tài)金屬包括一種或多種堿土金屬。
66.如權(quán)利要求59所述的電化學(xué)單體，其中所述液態(tài)金屬包括鋰、鈉、鉀、鎂或它們的任何組合。
67.如權(quán)利要求59所述的電化學(xué)單體，其中所述操作溫度至少為200℃。
68.如權(quán)利要求59所述的電化學(xué)單體，其中所述電化學(xué)單體能夠儲存至少約50瓦時的能量。
69.如權(quán)利要求59所述的電化學(xué)單體，其中在所述電化學(xué)單體已經(jīng)操作了至少1年的時段后，跨所述密封件的阻抗至少為1千歐姆。
70.一種電化學(xué)單體，包括：
a.導(dǎo)電外殼，其包括在至少約200℃的操作溫度下是液體的液態(tài)金屬，其中所述液態(tài)金屬被配置用于在所述電化學(xué)單體的充電/放電過程中儲存/釋放電荷；
b.導(dǎo)體，其與所述液態(tài)金屬電接觸，其中所述導(dǎo)體經(jīng)所述導(dǎo)電外殼中的孔徑穿過所述導(dǎo)電外殼突出；以及
c.密封件，其包括結(jié)合至金屬套環(huán)并且連接至所述導(dǎo)體和所述導(dǎo)電外殼的電絕緣陶瓷，其中所述密封件使所述導(dǎo)體與所述導(dǎo)電外殼電隔離，其中所述電絕緣陶瓷具有小于6μm/m/℃的熱膨脹系數(shù)(CTE)，并且其中所述金屬套環(huán)的CTE與所述電絕緣陶瓷的CTE的差異小于60％。
71.如權(quán)利要求70所述的電化學(xué)單體，其中在操作所述電化學(xué)單體的溫度下，所述金屬套環(huán)的熱膨脹系數(shù)(CTE)與所述導(dǎo)電外殼和/或所述導(dǎo)體的CTE的差異小于50％。
72.如權(quán)利要求71所述的電化學(xué)單體，其中所述操作溫度至少約為200℃。
73.如權(quán)利要求70所述的電化學(xué)單體，其中在-10℃與所述操作溫度之間的所有溫度下，所述陶瓷的熱膨脹系數(shù)(CTE)與所述金屬套環(huán)、所述導(dǎo)體和/或所述導(dǎo)電外殼的CTE的差異小于50％。
74.如權(quán)利要求73所述的電化學(xué)單體，其中所述操作溫度至少約為350℃。
75.如權(quán)利要求70所述的電化學(xué)單體，其中所述電絕緣陶瓷的熱膨脹系數(shù)(CTE)與所述金屬套環(huán)的CTE的差異小于30％。
76.如權(quán)利要求70所述的電化學(xué)單體，其中所述液態(tài)金屬包括一種或多種12族元素。
77.如權(quán)利要求76所述的電化學(xué)單體，其中所述12族元素是鋅、鎘或汞。
78.如權(quán)利要求76所述的電化學(xué)單體，其中所述液態(tài)金屬還包括錫、鉛、鉍、銻、碲和硒中的一種或多種。
79.如權(quán)利要求70所述的電化學(xué)單體，其中所述液態(tài)金屬包括一種或多種堿金屬。
80.如權(quán)利要求70所述的電化學(xué)單體，其中所述液態(tài)金屬包括一種或多種堿土金屬。
81.如權(quán)利要求70所述的電化學(xué)單體，其中所述液態(tài)金屬包括鋰、鈉、鉀、鎂或它們的任何組合。
82.如權(quán)利要求70所述的電化學(xué)單體，其中所述電化學(xué)單體能夠儲存至少約50瓦時的能量。
83.一種電化學(xué)單體，包括：
a.導(dǎo)電外殼，其包括在至少約200℃的操作溫度下是液體的液態(tài)金屬，其中所述液態(tài)金屬被配置用于在所述電化學(xué)單體的充電/放電過程中儲存/釋放電荷；
b.導(dǎo)體，其與所述液態(tài)金屬電接觸，其中所述導(dǎo)體經(jīng)所述導(dǎo)電外殼中的孔徑穿過所述導(dǎo)電外殼突出；以及
c.密封件，其使所述導(dǎo)體與所述導(dǎo)電外殼電隔離，其中所述密封件包括具有與所述導(dǎo)電外殼和/或所述導(dǎo)體的熱膨脹系數(shù)(CTE)的差異為至少10％的CTE的材料，并且其中所述密封件具有幾何形狀以使得所述電化學(xué)單體氣密地密封。
84.如權(quán)利要求83所述的電化學(xué)單體，其中構(gòu)成所述密封件的所述材料的熱膨脹系數(shù)(CTE)與所述導(dǎo)電外殼和/或所述導(dǎo)體的CTE的差異是至少30％。
85.如權(quán)利要求83所述的電化學(xué)單體，其中構(gòu)成所述密封件的所述材料的熱膨脹系數(shù)(CTE)與所述導(dǎo)電外殼和/或所述導(dǎo)體的CTE的差異是至少40％。
86.如權(quán)利要求83所述的電化學(xué)單體，其中構(gòu)成所述密封件的所述材料的熱膨脹系數(shù)(CTE)與所述導(dǎo)電外殼和/或所述導(dǎo)體的CTE的差異是至少60％。
87.如權(quán)利要求83所述的電化學(xué)單體，當所述電化學(xué)單體已經(jīng)操作了至少1年的時段時，所述密封件提供不超過約1×10-6atm-cc的氦氣泄露率。
88.如權(quán)利要求83所述的電化學(xué)單體，其中當所述電化學(xué)單體已經(jīng)操作了約1,000個充電/放電循環(huán)時，所述密封件提供不超過約1×10-6atm-cc/s的氦氣泄露率。
89.如權(quán)利要求83所述的電化學(xué)單體，其中所述密封件在所述操作溫度下氣密地密封所述電化學(xué)單體。
90.如權(quán)利要求89所述的電化學(xué)單體，其中所述操作溫度至少約為200℃。
91.如權(quán)利要求83所述的電化學(xué)單體，其中所述密封件被配置用于在已經(jīng)將所述電化學(xué)單體加熱到至少約200℃的溫度然后冷卻到低于約30℃的溫度至少40次之后，氣密地密封所述電化學(xué)單體。
92.如權(quán)利要求83所述的電化學(xué)單體，其中所述幾何形狀的密封件包括結(jié)合至柔性金屬組件的陶瓷材料。
93.如權(quán)利要求92所述的電化學(xué)單體，其中所述柔性金屬組件焊接至所述導(dǎo)電外殼和/或所述導(dǎo)體。
94.如權(quán)利要求83所述的電化學(xué)單體，其中所述液態(tài)金屬包括一種或多種12族元素。
95.如權(quán)利要求94所述的電化學(xué)單體，其中所述12族元素是鋅、鎘或汞。
96.如權(quán)利要求94所述的電化學(xué)單體，其中所述液態(tài)金屬還包括錫、鉛、鉍、銻、鋅、碲和硒中的一種或多種。
97.如權(quán)利要求83所述的電化學(xué)單體，其中所述液態(tài)金屬包括一種或多種堿金屬。
98.如權(quán)利要求83所述的電化學(xué)單體，其中所述液態(tài)金屬包括一種或多種堿土金屬。
99.如權(quán)利要求83所述的電化學(xué)單體，其中所述液態(tài)金屬包括鋰、鈉、鉀、鎂或它們的任何組合。
100.如權(quán)利要求83所述的電化學(xué)單體，其中所述電化學(xué)單體能夠儲存至少約50瓦時的能量。
101.一種高溫裝置，包括：
a.容器，其包含反應(yīng)性金屬和/或熔鹽；以及
b.密封件，其將所述容器密封以隔開所述容器外部的環(huán)境，所述密封件包括：
i.陶瓷材料，其暴露于所述反應(yīng)性金屬和/或熔鹽，其中所述陶瓷材料在至少100℃的溫度下對所述反應(yīng)性金屬和/或熔鹽是有化學(xué)抗性的；以及
ii.第一金屬套環(huán)，其接合至所述陶瓷材料，其中所述第一金屬套環(huán)具有小于8ppm/℃的熱膨脹系數(shù)(CTE)。
102.如權(quán)利要求101所述的裝置，其中所述第一金屬套環(huán)具有小于100GPa的楊氏模量。
103.如權(quán)利要求101所述的裝置，其中所述陶瓷材料具有小于5μm/m/℃的CTE。
104.如權(quán)利要求103所述的裝置，其中所述陶瓷材料包含氮化鋁(AlN)。
105.如權(quán)利要求102所述的裝置，其中所述第一金屬套環(huán)包含鋯(Zr)或鎢(W)。
106.如權(quán)利要求101所述的裝置，還包括接合至所述第一金屬套環(huán)的第二金屬套環(huán)。
107.如權(quán)利要求106所述的裝置，其中所述第二金屬套環(huán)經(jīng)由焊接點或釬焊接頭接合至所述容器的蓋。
108.如權(quán)利要求106所述的裝置，其中所述第二金屬套環(huán)是鐵合金。
109.如權(quán)利要求101所述的裝置，其中所述第一金屬套環(huán)為小于約1000微米厚。
110.如權(quán)利要求101所述的裝置，還包括接合至所述陶瓷材料的第三金屬套環(huán)。
111.如權(quán)利要求110所述的裝置，其中所述第三金屬套環(huán)接合至導(dǎo)體，從而在所述導(dǎo)體與所述容器之間形成了密閉且電絕緣的密封。
112.如權(quán)利要求106所述的裝置，其中所述第一金屬套環(huán)或所述第二金屬套環(huán)包括用于減輕由于接合的材料中CTE不匹配而造成的應(yīng)變的結(jié)構(gòu)特征。
113.如權(quán)利要求112所述的裝置，其中所述結(jié)構(gòu)特征包括彎頭。
114.如權(quán)利要求101所述的裝置，其中所述第一金屬套環(huán)經(jīng)由釬焊接頭接合至所述陶瓷。
115.如權(quán)利要求114所述的裝置，其中所述釬焊材料包括鈦、鋯和/或鎳。
116.一種用于選擇材料以形成用于包含反應(yīng)性材料的高溫裝置的密封件的方法，所述方法包括：
基于所述材料中的每一個的增加或減少的生成吉布斯自由能(ΔGr)對材料集進行等級排序；
選擇等級排序的材料的子集，其中所選擇的材料保持等級排序；以及
基于所選擇的等級排序的材料選擇密封材料集，從而當提供在所述密封件中時消除了所選擇的等級排序的材料劣化的驅(qū)動力。
117.如權(quán)利要求116所述的方法，其中所述材料集包括與所述密封材料集和/或所述反應(yīng)性材料相關(guān)聯(lián)的化合物。
118.如權(quán)利要求117所述的方法，其中所述化合物包括共有元素。
119.如權(quán)利要求118所述的方法，其中所述共有元素與所述反應(yīng)材料形成化合物。
120.如權(quán)利要求119所述的方法，其中所述共有元素是氮、氧或硫。
121.如權(quán)利要求118所述的方法，其中所述等級排序是基于所述材料中每一個的增加或減少的歸一化的生成吉布斯自由能(ΔGr,n)。
122.如權(quán)利要求121所述的方法，其中涉及所述共有元素的一個或多個反應(yīng)有助于所選擇的等級排序的材料之間的結(jié)合。
123.如權(quán)利要求121所述的方法，其中所選擇的密封材料集包括陶瓷材料和活性釬焊材料。
124.如權(quán)利要求123所述的方法，其中所選擇的等級排序的材料按次序為氮化鋰(Li3N)、氮化鋁(AlN)和氮化鈦(TiN)。
125.如權(quán)利要求124所述的方法，其中包含于所述高溫裝置中的所述反應(yīng)性材料包括鋰(Li)，所選擇的陶瓷材料包括氮化鋁(AlN)并且所選擇的活性釬焊材料包括鈦(Ti)。
126.如權(quán)利要求123所述的方法，其中選擇所述密封材料集包括選擇帶有相關(guān)聯(lián)化合物的密封材料，所述相關(guān)聯(lián)化合物具有比與所述反應(yīng)性材料相關(guān)聯(lián)的化合物更為負的ΔGr,n。
127.如權(quán)利要求123所述的方法，其中選擇所述密封材料集包括選擇電絕緣并且具有比與所述反應(yīng)性材料相關(guān)聯(lián)的化合物更為負的ΔGr,n的陶瓷材料。
128.如權(quán)利要求127所述的方法，其中選擇所述密封材料集還包括選擇帶有相關(guān)聯(lián)化合物的活性釬焊材料，所述相關(guān)聯(lián)化合物具有比所述陶瓷材料更為負的ΔGr,n。
129.如權(quán)利要求116所述的方法，還包括選擇套管或套環(huán)以接合至所述密封件，其中所述套管或套環(huán)包括與所述密封件化學(xué)相容的材料。
130.如權(quán)利要求129所述的方法，還包括選擇所述裝置的容器以接合至所述套管或套環(huán)，其中所述容器包括與所述套管或套環(huán)化學(xué)相容的材料。
131.如權(quán)利要求116所述的方法，其中所述高溫裝置是電池。
132.如權(quán)利要求116所述的方法，其中至少一對所選擇的等級排序的材料是CTE匹配的。
133.一種電化學(xué)單體，包括：
a.容器，其包含維持在至少約200℃的溫度下的反應(yīng)性材料；以及
b.密封件，其穿過所述容器并且將所述容器密封以隔開所述容器外部的環(huán)境，所述密封件包括暴露于所述反應(yīng)材料的陶瓷組件和接合至所述陶瓷組件的金屬套環(huán)，其中所述密封件以圓周配置進行布置，所述圓周配置導(dǎo)致所述金屬套環(huán)到所述陶瓷導(dǎo)體上的徑向壓縮力，并且其中所述密封件被配置有相對于垂直朝向約20度的錐角。
134.如權(quán)利要求133所述的電化學(xué)單體，其中所述密封件是密閉的。
135.如權(quán)利要求133所述的電化學(xué)單體，其中所述密封件在小于約1％的故障的情況下具有至少約20年的壽命。
136.如權(quán)利要求133所述的電化學(xué)單體，其中所述密封件具有至少約300個循環(huán)的循環(huán)壽命。
137.如權(quán)利要求133所述的電化學(xué)單體，其中所述陶瓷組件包括氮化硅(Si3N4)或氮化鋁(AlN)。
138.如權(quán)利要求133所述的電化學(xué)單體，其中所述金屬套環(huán)包括不銹鋼。
139.一種電化學(xué)單體，包括：
a.容器，其包含維持在至少約200℃的溫度下的反應(yīng)性材料；以及
b.所述容器中的密封件，其將所述容器密封以隔開所述容器外部的環(huán)境，所述密封件包括暴露于所述反應(yīng)性材料的陶瓷組件和接合至所述陶瓷組件的金屬套環(huán)，其中所述密封件以帶有一個或多個密封交界面的堆疊配置進行布置，所述一個或多個密封交界面垂直于與穿過所述密封件的導(dǎo)體平行的方向。
140.如權(quán)利要求139所述的電化學(xué)單體，其中所述密封件是密閉的。
141.如權(quán)利要求139所述的電化學(xué)單體，其中所述密封件在小于約1％的故障的情況下具有至少約20年的壽命。
142.如權(quán)利要求139所述的電化學(xué)單體，其中所述密封件具有至少約300個循環(huán)的循環(huán)壽命。
143.如權(quán)利要求139所述的電化學(xué)單體，其中所述密封件還包括陶瓷材料和與所述陶瓷材料相鄰的金屬套環(huán)。
144.如權(quán)利要求143所述的電化學(xué)單體，其中所述陶瓷材料包括氮化鋁(AlN)。
145.如權(quán)利要求143所述的電化學(xué)單體，其中所述金屬套環(huán)包括鋯(Zr)。
146.如權(quán)利要求139所述的電化學(xué)單體，其中所述密封件的溫度至少約為200℃。
147.如權(quán)利要求139所述的電化學(xué)單體，其中所述密封件的高度在所述容器的頂板之上小于約2英寸。
148.如權(quán)利要求147所述的電化學(xué)單體，其中所述密封件的高度在所述容器的頂板之上小于約0.5英寸。
149.一種電化學(xué)單體，包括：
a.容器，其包含一種或多種包含維持在至少約100℃的溫度下的液體組分和氣體組分的材料，其中至少一種所述材料是反應(yīng)性材料；和
b.所述容器中的密封件，所述密封件將所述容器密封以隔開所述容器外部的環(huán)境，其中所述密封件被配置為在臨界壓力之上或在臨界溫度之上的壓力減輕組件，其中所述密封件被提供在靠近所述容器內(nèi)部的頂部空間處，其中所述頂部空間包含所述氣體組分，并且其中所述頂部空間在所述液體組分之上。
150.如權(quán)利要求149所述的電化學(xué)單體，還包括穿過所述容器突出的導(dǎo)體，其中所述密封件還將所述導(dǎo)體密封至所述容器。
151.如權(quán)利要求149所述的電化學(xué)單體，其中所述容器內(nèi)部的臨界壓力至少約為2個大氣壓。
152.如權(quán)利要求149所述的電化學(xué)單體，其中所述容器中或所述密封件的臨界溫度至少約為300℃。
153.如權(quán)利要求149所述的電化學(xué)單體，其中所述密封件包括陶瓷材料。
154.如權(quán)利要求153所述的電化學(xué)單體，其中所述陶瓷材料包括氮化鋁(AlN)。
155.如權(quán)利要求149所述的電化學(xué)單體，其中所述密封件釬焊至所述容器。
156.一種電化學(xué)單體，包括：
a.容器，其包含維持在至少約200℃的溫度下的反應(yīng)性材料；以及
b.密封件，其將所述容器密封以隔開所述容器外部的環(huán)境，所述密封件包括暴露于所述反應(yīng)性材料的陶瓷材料和接合至所述陶瓷材料的金屬套環(huán)，其中所述金屬套環(huán)的熱膨脹系數(shù)(CTE)與所述陶瓷材料的CTE的差異小于30％，并且其中所述金屬套環(huán)是鐵合金。
157.如權(quán)利要求156所述的電化學(xué)單體，其中所述陶瓷材料在空氣中是穩(wěn)定的。
158.如權(quán)利要求156所述的電化學(xué)單體，其中所述陶瓷材料與鋰是穩(wěn)定的。
159.如權(quán)利要求156所述的電化學(xué)單體，其中所述陶瓷材料具有至少約10μm/m/℃的CTE。
160.如權(quán)利要求156所述的電化學(xué)單體，其中所述陶瓷材料包括氧化釔(Y2O3)或氧化鑭(La2O3)。
161.如權(quán)利要求160所述的電化學(xué)單體，其中所述陶瓷材料還包括氧化鎂(MgO)。
162.如權(quán)利要求161所述的電化學(xué)單體，其中所述陶瓷材料包括約12.5％的MgO。
163.如權(quán)利要求156所述的電化學(xué)單體，其中所述鐵合金能夠接合至所述容器。
164.一種用于使反應(yīng)性材料包含于高溫裝置中的密封件，所述密封件包括：
陶瓷材料，其是電隔離的且具有比與所述反應(yīng)性材料和共有元素相關(guān)聯(lián)的第一化合物的生成吉布斯自由能(ΔGr,n)更為負的歸一化的ΔGr,n；以及
活性釬焊材料，其與所述反應(yīng)材料是化學(xué)穩(wěn)定的，其中與所述活性釬焊材料和所述共有元素相關(guān)聯(lián)的第二化合物的ΔGr,n比所述陶瓷材料的ΔGr,n更為負。
165.如權(quán)利要求164所述的密封件，其中所述活性釬焊材料將所述陶瓷材料還原。
用于高溫反應(yīng)性材料裝置的密封件
交叉引用
[0001] 本申請要求提交于2013年10月16日的美國臨時申請?zhí)?1/891,784、提交于2013年10月16日的美國臨時申請?zhí)?1/891,789以及提交于2014年1月22日的美國臨時申請?zhí)?1/
930,298的權(quán)益，上述每個申請均通過引用而全文并入于此。
發(fā)明背景
930,298的權(quán)益，上述每個申請均通過引用而全文并入于此。
發(fā)明背景
[0002] 各種裝置被配置用于在升高的溫度(或高溫)下使用。這類裝置的示例包括升高溫度的電池，所述電池是能夠?qū)Υ娴?a href='/zhuanli/list-23388-1.html' target='_blank'>化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能的裝置。電池可用于許多家庭應(yīng)用
和工業(yè)應(yīng)用。高溫裝置的另一示例是諸如那些在半導(dǎo)體裝置的制造中所使用的化學(xué)氣相沉
積室。高溫裝置的另一示例是設(shè)計用于加工、運輸、包含和/或儲存反應(yīng)性金屬的化工器皿、
輸送管或儲存器皿。這些裝置通?？梢栽?00℃或超過300℃的溫度下操作。
和工業(yè)應(yīng)用。高溫裝置的另一示例是諸如那些在半導(dǎo)體裝置的制造中所使用的化學(xué)氣相沉
積室。高溫裝置的另一示例是設(shè)計用于加工、運輸、包含和/或儲存反應(yīng)性金屬的化工器皿、
輸送管或儲存器皿。這些裝置通?？梢栽?00℃或超過300℃的溫度下操作。
發(fā)明內(nèi)容
[0003] 本文認識到與溫度升高的裝置(或高溫裝置)相關(guān)聯(lián)的各種限制。例如，一些電池在高溫(例如，至少約100℃或300℃)下操作并且具有可能需要充分包含于所述裝置內(nèi)的反
應(yīng)性材料蒸氣(例如反應(yīng)性金屬蒸氣，舉例而言諸如鋰、鈉、鉀、鎂或鈣的蒸氣)。高溫反應(yīng)性
材料裝置的其他示例包括使用熔融的鹽或金屬(例如，熔融的鈉或鋰或者熔融的含鈉或鋰
的合金)作為冷卻劑的核(例如，聚變)反應(yīng)堆、用于制造半導(dǎo)體的裝置、非均勻反應(yīng)堆和用
于生產(chǎn)(例如，加工)和/或處理(例如，運輸或儲存)反應(yīng)性材料(例如，舉例而言諸如具有強
化學(xué)還原能力的化學(xué)制品等反應(yīng)性化學(xué)制品，或者舉例而言諸如鋰或鈉等反應(yīng)性金屬)的
裝置。這樣的裝置在使用過程中可能需要被充分地密封以隔開外部環(huán)境，舉例而言諸如用
以防止裝置故障、延長裝置使用或避免對這樣的裝置的用戶或操作者的健康造成不利影
響。
應(yīng)性材料蒸氣(例如反應(yīng)性金屬蒸氣，舉例而言諸如鋰、鈉、鉀、鎂或鈣的蒸氣)。高溫反應(yīng)性
材料裝置的其他示例包括使用熔融的鹽或金屬(例如，熔融的鈉或鋰或者熔融的含鈉或鋰
的合金)作為冷卻劑的核(例如，聚變)反應(yīng)堆、用于制造半導(dǎo)體的裝置、非均勻反應(yīng)堆和用
于生產(chǎn)(例如，加工)和/或處理(例如，運輸或儲存)反應(yīng)性材料(例如，舉例而言諸如具有強
化學(xué)還原能力的化學(xué)制品等反應(yīng)性化學(xué)制品，或者舉例而言諸如鋰或鈉等反應(yīng)性金屬)的
裝置。這樣的裝置在使用過程中可能需要被充分地密封以隔開外部環(huán)境，舉例而言諸如用
以防止裝置故障、延長裝置使用或避免對這樣的裝置的用戶或操作者的健康造成不利影
響。
[0004] 本公開內(nèi)容為具有(例如，包含或包括)反應(yīng)性材料(例如，反應(yīng)性金屬)并且在高溫下(例如，至少約100℃或300℃)操作的儲能裝置和其他裝置提供密封件。所述儲能裝置
(例如，電池)可以在電網(wǎng)內(nèi)或作為獨立系統(tǒng)的一部分使用。所述電池可以從電力生產(chǎn)源充
電，以備后期在有電能消耗需求時放電。
(例如，電池)可以在電網(wǎng)內(nèi)或作為獨立系統(tǒng)的一部分使用。所述電池可以從電力生產(chǎn)源充
電，以備后期在有電能消耗需求時放電。
[0005] 本公開內(nèi)容的一方面針對一種高溫裝置，所述高溫裝置包括：(a)容器，其包含反應(yīng)性金屬和/或熔鹽；以及(b)密封件，其將所述容器密封以隔開所述容器外部的環(huán)境。所述
密封件包括(i)暴露于所述反應(yīng)性金屬和/或熔鹽的陶瓷材料，其中所述陶瓷材料在至少
100℃的溫度下對所述反應(yīng)性金屬和/或熔鹽有化學(xué)抗性；(ii)與所述陶瓷材料相鄰的金屬
套環(huán)；以及安置在所述陶瓷材料與所述金屬套環(huán)和所述容器中的至少一個之間的活性金屬
釬焊接頭，其中所述活性金屬釬焊接頭包括將所述陶瓷材料化學(xué)還原(“chemically?
reduce”)的至少一種金屬。
密封件包括(i)暴露于所述反應(yīng)性金屬和/或熔鹽的陶瓷材料，其中所述陶瓷材料在至少
100℃的溫度下對所述反應(yīng)性金屬和/或熔鹽有化學(xué)抗性；(ii)與所述陶瓷材料相鄰的金屬
套環(huán)；以及安置在所述陶瓷材料與所述金屬套環(huán)和所述容器中的至少一個之間的活性金屬
釬焊接頭，其中所述活性金屬釬焊接頭包括將所述陶瓷材料化學(xué)還原(“chemically?
reduce”)的至少一種金屬。
[0006] 本公開內(nèi)容的另一方面涉及一種電化學(xué)單體，所述電化學(xué)單體包括：(a)導(dǎo)電外殼，其包括在至少約200℃的操作溫度下是液體的液態(tài)金屬，其中所述液態(tài)金屬被配置用于
在所述電化學(xué)單體的充電/放電過程中儲存/釋放電荷；(b)與所述液態(tài)金屬電接觸的導(dǎo)體，
其中所述導(dǎo)體經(jīng)所述導(dǎo)電外殼中的孔徑穿過所述導(dǎo)電外殼突出；以及(c)密封件，其使所述
導(dǎo)體與所述導(dǎo)電外殼電隔離，其中所述密封件包括陶瓷材料、釬焊材料和套管。
在所述電化學(xué)單體的充電/放電過程中儲存/釋放電荷；(b)與所述液態(tài)金屬電接觸的導(dǎo)體，
其中所述導(dǎo)體經(jīng)所述導(dǎo)電外殼中的孔徑穿過所述導(dǎo)電外殼突出；以及(c)密封件，其使所述
導(dǎo)體與所述導(dǎo)電外殼電隔離，其中所述密封件包括陶瓷材料、釬焊材料和套管。
[0007] 本公開內(nèi)容的另一方面涉及一種電化學(xué)單體，所述電化學(xué)單體包括：(a)導(dǎo)電外殼，其包括在至少約200℃的操作溫度下是液體的液態(tài)金屬，其中所述液態(tài)金屬組合物被配
置用于在所述電化學(xué)單體的充電/放電過程中儲存/釋放電荷；(b)與所述液態(tài)金屬電接觸
的導(dǎo)體，其中所述導(dǎo)體經(jīng)所述導(dǎo)電外殼中的孔徑穿過所述導(dǎo)電外殼突出；以及(c)密封件，
其將所述導(dǎo)體密封至所述導(dǎo)電外殼，其中所述密封件提供了在至少約25℃的溫度下不超過
-6
約1×10 大氣壓-立方厘米每秒(atm-cc/s)的氦氣泄露率。
置用于在所述電化學(xué)單體的充電/放電過程中儲存/釋放電荷；(b)與所述液態(tài)金屬電接觸
的導(dǎo)體，其中所述導(dǎo)體經(jīng)所述導(dǎo)電外殼中的孔徑穿過所述導(dǎo)電外殼突出；以及(c)密封件，
其將所述導(dǎo)體密封至所述導(dǎo)電外殼，其中所述密封件提供了在至少約25℃的溫度下不超過
-6
約1×10 大氣壓-立方厘米每秒(atm-cc/s)的氦氣泄露率。
[0008] 本公開內(nèi)容的另一方面針對一種電化學(xué)單體，所述電化學(xué)單體包括：(a)導(dǎo)電外殼，其包括在至少約200℃的操作溫度下是液體的液態(tài)金屬，其中所述液態(tài)金屬組合物被配
置用于在所述電化學(xué)單體的充電/放電過程中儲存/釋放電荷；(b)與所述液態(tài)金屬電接觸
的導(dǎo)體，其中所述導(dǎo)體經(jīng)所述導(dǎo)電外殼中的孔徑穿過所述導(dǎo)電外殼突出；以及(c)密封件，
其使所述導(dǎo)體與所述導(dǎo)電外殼電隔離，其中跨所述密封件的阻抗在所述操作溫度下至少約
為1千歐姆。
置用于在所述電化學(xué)單體的充電/放電過程中儲存/釋放電荷；(b)與所述液態(tài)金屬電接觸
的導(dǎo)體，其中所述導(dǎo)體經(jīng)所述導(dǎo)電外殼中的孔徑穿過所述導(dǎo)電外殼突出；以及(c)密封件，
其使所述導(dǎo)體與所述導(dǎo)電外殼電隔離，其中跨所述密封件的阻抗在所述操作溫度下至少約
為1千歐姆。
[0009] 本公開內(nèi)容的另一方面針對一種電化學(xué)單體，所述電化學(xué)單體包括：(a)導(dǎo)電外殼，其包括在至少約200℃的操作溫度下是液體的液態(tài)金屬，其中所述液態(tài)金屬被配置用于
在所述電化學(xué)單體的充電/放電過程中儲存/釋放電荷；(b)與所述液態(tài)金屬電接觸的導(dǎo)體，
其中所述導(dǎo)體經(jīng)所述導(dǎo)電外殼中的孔徑穿過所述導(dǎo)電外殼突出；以及(c)密封件，其包括結(jié)
合至金屬套環(huán)并且連接至所述導(dǎo)體和所述導(dǎo)電外殼的電絕緣陶瓷，其中所述密封件使所述
導(dǎo)體與所述導(dǎo)電外殼電隔離，其中所述電絕緣陶瓷具有小于6μm/m/℃的熱膨脹系數(shù)(CTE)，
并且其中所述金屬套環(huán)的CTE與所述電絕緣陶瓷的CTE的差異小于60％。
在所述電化學(xué)單體的充電/放電過程中儲存/釋放電荷；(b)與所述液態(tài)金屬電接觸的導(dǎo)體，
其中所述導(dǎo)體經(jīng)所述導(dǎo)電外殼中的孔徑穿過所述導(dǎo)電外殼突出；以及(c)密封件，其包括結(jié)
合至金屬套環(huán)并且連接至所述導(dǎo)體和所述導(dǎo)電外殼的電絕緣陶瓷，其中所述密封件使所述
導(dǎo)體與所述導(dǎo)電外殼電隔離，其中所述電絕緣陶瓷具有小于6μm/m/℃的熱膨脹系數(shù)(CTE)，
并且其中所述金屬套環(huán)的CTE與所述電絕緣陶瓷的CTE的差異小于60％。
[0010] 本公開內(nèi)容的另一個方面提供了一種電化學(xué)單體，所述電化學(xué)單體包括：(a)導(dǎo)電外殼，其包括在至少約200℃的操作溫度下是液體的液態(tài)金屬，其中所述液態(tài)金屬被配置用
于在所述電化學(xué)單體的充電/放電過程中儲存/釋放電荷；(b)與所述液態(tài)金屬電接觸的導(dǎo)
體，其中所述導(dǎo)體經(jīng)所述導(dǎo)電外殼中的孔徑穿過所述導(dǎo)電外殼突出；以及(c)密封件，其使
所述導(dǎo)體與所述導(dǎo)電外殼電隔離，其中所述密封件包括熱膨脹系數(shù)(CTE)與所述導(dǎo)電外殼
和/或所述導(dǎo)體的CTE的差異為至少10％的材料，并且其中所述密封件具有幾何形狀以使得
所述電化學(xué)單體被氣密地密封。
于在所述電化學(xué)單體的充電/放電過程中儲存/釋放電荷；(b)與所述液態(tài)金屬電接觸的導(dǎo)
體，其中所述導(dǎo)體經(jīng)所述導(dǎo)電外殼中的孔徑穿過所述導(dǎo)電外殼突出；以及(c)密封件，其使
所述導(dǎo)體與所述導(dǎo)電外殼電隔離，其中所述密封件包括熱膨脹系數(shù)(CTE)與所述導(dǎo)電外殼
和/或所述導(dǎo)體的CTE的差異為至少10％的材料，并且其中所述密封件具有幾何形狀以使得
所述電化學(xué)單體被氣密地密封。
[0011] 在本公開內(nèi)容的另一方面中，提供了一種高溫裝置。所述裝置包括：(a)容器，其包含反應(yīng)性金屬和/或熔鹽；以及(b)密封件，其將所述容器密封以隔開所述容器外部的環(huán)境。
所述密封件包括：(i)暴露于所述反應(yīng)性金屬和/或熔鹽的陶瓷材料，其中所述陶瓷材料在
至少100℃的溫度下對所述反應(yīng)性金屬和/或熔鹽具有化學(xué)抗性；以及(ii)接合至所述陶瓷
材料的第一金屬套環(huán)，其中所述第一金屬套環(huán)具有小于8ppm/℃的熱膨脹系數(shù)(CTE)。
所述密封件包括：(i)暴露于所述反應(yīng)性金屬和/或熔鹽的陶瓷材料，其中所述陶瓷材料在
至少100℃的溫度下對所述反應(yīng)性金屬和/或熔鹽具有化學(xué)抗性；以及(ii)接合至所述陶瓷
材料的第一金屬套環(huán)，其中所述第一金屬套環(huán)具有小于8ppm/℃的熱膨脹系數(shù)(CTE)。
[0012] 本公開內(nèi)容的另一方面提供了一種用于選擇材料以形成用于包含反應(yīng)性材料的高溫裝置的密封件的方法。所述方法包括基于每一種所述材料的增加或減少的生成吉布斯
自由能(ΔGr)對材料集進行等級排序；選擇等級排序的材料的子集，其中所選擇的材料保
持等級排序的；以及基于選擇的等級排序的材料選擇密封材料集，從而當提供在所述密封
件中時消除了所選擇的等級排序的材料劣化的驅(qū)動力。
自由能(ΔGr)對材料集進行等級排序；選擇等級排序的材料的子集，其中所選擇的材料保
持等級排序的；以及基于選擇的等級排序的材料選擇密封材料集，從而當提供在所述密封
件中時消除了所選擇的等級排序的材料劣化的驅(qū)動力。
[0013] 本公開內(nèi)容的另一方面提供了一種電化學(xué)單體，所述電化學(xué)單體包括容器，所述容器包含維持在至少約200℃的溫度下的反應(yīng)性材料。所述電化學(xué)單體還包括密封件，所述
密封件穿過所述容器并且將所述容器密封以隔開所述容器外部的環(huán)境。所述密封件包括暴
露于所述反應(yīng)性材料的陶瓷組件和接合至所述陶瓷組件的金屬套環(huán)。所述密封件是以圓周
配置布置的，所述圓周配置導(dǎo)致所述金屬套環(huán)到所述陶瓷導(dǎo)體上的徑向壓縮力，并且所述
密封件被配置為具有相對于垂直定向約20度的錐角。
密封件穿過所述容器并且將所述容器密封以隔開所述容器外部的環(huán)境。所述密封件包括暴
露于所述反應(yīng)性材料的陶瓷組件和接合至所述陶瓷組件的金屬套環(huán)。所述密封件是以圓周
配置布置的，所述圓周配置導(dǎo)致所述金屬套環(huán)到所述陶瓷導(dǎo)體上的徑向壓縮力，并且所述
密封件被配置為具有相對于垂直定向約20度的錐角。
[0014] 本公開內(nèi)容的另一方面提供了一種電化學(xué)單體，所述電化學(xué)單體包括：(a)容器，其包含維持在至少約200℃的溫度下的反應(yīng)性材料；以及(b)所述容器中的密封件，其將所
述容器密封以隔開所述容器外部的環(huán)境。所述密封件包括暴露于所述反應(yīng)性材料的陶瓷組
件和接合至所述陶瓷組件的金屬套環(huán)，其中所述密封件以帶有一個或多個密封交界面的堆
疊配置進行布置，所述一個或多個密封交界面垂直于與穿過所述密封件的導(dǎo)體平行的方
向。
述容器密封以隔開所述容器外部的環(huán)境。所述密封件包括暴露于所述反應(yīng)性材料的陶瓷組
件和接合至所述陶瓷組件的金屬套環(huán)，其中所述密封件以帶有一個或多個密封交界面的堆
疊配置進行布置，所述一個或多個密封交界面垂直于與穿過所述密封件的導(dǎo)體平行的方
向。
[0015] 本公開內(nèi)容的另一方面提供了一種電化學(xué)單體，所述電化學(xué)單體包括：(a)容器，其包含一種或多種包括維持在至少約100℃的溫度下的液體組分和氣體組分的材料，其中
至少一種所述材料是反應(yīng)性材料；以及(b)所述容器中的密封件，其將所述容器密封以隔開
所述容器外部的環(huán)境。所述密封件被配置為在臨界壓力之上或在臨界溫度之上的壓力減輕
組件。所述密封件被提供在鄰近于所述容器內(nèi)部的頂部空間，其中所述頂部空間包含所述
氣體組分，并且其中所述頂部空間在所述液體組分之上。
至少一種所述材料是反應(yīng)性材料；以及(b)所述容器中的密封件，其將所述容器密封以隔開
所述容器外部的環(huán)境。所述密封件被配置為在臨界壓力之上或在臨界溫度之上的壓力減輕
組件。所述密封件被提供在鄰近于所述容器內(nèi)部的頂部空間，其中所述頂部空間包含所述
氣體組分，并且其中所述頂部空間在所述液體組分之上。
[0016] 本公開內(nèi)容的又一方面針對一種電化學(xué)單體，所述電化學(xué)單體包括：(a)容器，其包含維持在至少約200℃的溫度下的反應(yīng)性材料；以及(b)密封件，其將所述容器密封以隔
開所述容器外部的環(huán)境。所述密封件包括暴露于所述反應(yīng)性材料的陶瓷材料和接合至所述
陶瓷材料的金屬套環(huán)，其中所述金屬套環(huán)的熱膨脹系數(shù)(CTE)與所述陶瓷材料的CTE的差異
小于30％，并且其中所述金屬套環(huán)是鐵合金。
開所述容器外部的環(huán)境。所述密封件包括暴露于所述反應(yīng)性材料的陶瓷材料和接合至所述
陶瓷材料的金屬套環(huán)，其中所述金屬套環(huán)的熱膨脹系數(shù)(CTE)與所述陶瓷材料的CTE的差異
小于30％，并且其中所述金屬套環(huán)是鐵合金。
[0017] 本公開內(nèi)容的再一方面涉及用于將反應(yīng)性材料包含于高溫裝置中的密封件。所述密封件包括陶瓷材料，所述陶瓷材料是電隔離的，并且具有比與所述反應(yīng)性材料和共有元
素(“common?element”)相關(guān)聯(lián)的第一化合物的生成吉布斯自由能(ΔGr,n)更為負的(“more?
negative”)的歸一化的ΔGr,n；以及活性釬焊材料，其與所述反應(yīng)性材料是化學(xué)穩(wěn)定的，其
中與所述活性釬焊材料和所述共有元素相關(guān)聯(lián)的第二化合物的ΔGr,n比所述陶瓷材料的Δ
Gr,n更為負。
素(“common?element”)相關(guān)聯(lián)的第一化合物的生成吉布斯自由能(ΔGr,n)更為負的(“more?
negative”)的歸一化的ΔGr,n；以及活性釬焊材料，其與所述反應(yīng)性材料是化學(xué)穩(wěn)定的，其
中與所述活性釬焊材料和所述共有元素相關(guān)聯(lián)的第二化合物的ΔGr,n比所述陶瓷材料的Δ
Gr,n更為負。
[0018] 通過以下詳細描述，本公開內(nèi)容的附加方面和優(yōu)點將會對于本領(lǐng)域技術(shù)人員變得顯而易見，其中僅僅示出和描述了本公開內(nèi)容的說明性實施方式。如將會意識到的，本公開
內(nèi)容能夠具有其他和不同的實施方式，并且在各個顯而易見的方面中其若干細節(jié)都能夠進
行修改，所有這些都不偏離本公開內(nèi)容。因此，附圖和說明書要被認為實際上是說明性的而
非限制性的。
援引并入
內(nèi)容能夠具有其他和不同的實施方式，并且在各個顯而易見的方面中其若干細節(jié)都能夠進
行修改，所有這些都不偏離本公開內(nèi)容。因此，附圖和說明書要被認為實際上是說明性的而
非限制性的。
援引并入
附圖說明
[0020] 所附權(quán)利要求書中具體闡述了本發(fā)明的新穎特征。通過參考對在其中利用到本發(fā)明原理的說明性實施方式加以闡述的以下詳細描述和附圖(本文中也稱為“附圖”或“圖”)，
將會獲得對本發(fā)明的特征和優(yōu)點的更好的理解，在附圖中：
將會獲得對本發(fā)明的特征和優(yōu)點的更好的理解，在附圖中：
[0021] 圖1是電化學(xué)單體(A)和電化學(xué)單體(B和C)的編組(例如，電池)的示意圖；
[0022] 圖2是外殼的截面示意圖，所述外殼具有導(dǎo)體，該導(dǎo)體穿過外殼中的孔徑與集流體電連通；
[0023] 圖3是電化學(xué)單體或電池的截面?zhèn)纫晥D；
[0024] 圖4是具有中間金屬層的電化學(xué)單體或電池的截面?zhèn)纫晥D；
[0025] 圖5是具有用介電密封組件與外殼電絕緣的饋通體(“feed-through”)的電化學(xué)單體的截面示意圖；
[0026] 圖6示出了結(jié)合至共用的蓋組裝件中的集流體的示例(A和B)；
[0028] 圖8示出了對于各種類型的套管或套環(huán)材料、釬焊材料和絕緣陶瓷以分率(p)每攝氏度為單位的熱膨脹系數(shù)；
[0030] 圖10示出了可以補償熱膨脹系數(shù)不匹配的特征的示例；
[0031] 圖11示出了具有釬焊的陶瓷密封件的電化學(xué)單體；
[0032] 圖12示出了釬焊的陶瓷密封件的示意繪圖，其中材料關(guān)于單體的內(nèi)部和外部環(huán)境是熱力學(xué)穩(wěn)定；
[0033] 圖13示出了密封件，其中陶瓷材料和/或釬焊材料關(guān)于內(nèi)部和外部環(huán)境并非熱力學(xué)穩(wěn)定的；
[0034] 圖14示出了釬焊的陶瓷密封件的示例；
[0035] 圖15示出了釬焊的陶瓷密封件的示例；
[0036] 圖16示出了釬焊的陶瓷密封件的示例；
[0037] 圖17示出了釬焊的陶瓷密封件的示例；
[0039] 圖19示出了子組裝件的示例；
[0040] 圖20示出了子組裝件的形狀能夠如何適應(yīng)熱膨脹系數(shù)不匹配；
[0041] 圖21示出了具有安置于一個或多個金屬套管之間的多個陶瓷絕緣體的密封件設(shè)計；
[0042] 圖22示出了密封件上的力的示例；
[0043] 圖23示出了具有安置于一個或多個金屬套管之間的單一陶瓷絕緣體的密封件設(shè)計；
[0044] 圖24示出了單體帽組裝件；
[0045] 圖25示出了密封件的示例和特征；
[0046] 圖26示出了密封件的示例和特征；
[0047] 圖27示出了密封件的示例和特征；
[0048] 圖28示出了單體封裝包(“cell?pack”)的示例；
[0049] 圖29示出了導(dǎo)電饋通體的頂部和單體的底部之間的釬焊連接的示例；
[0050] 圖30示出了基于熱膨脹系數(shù)的差異在電池的操作溫度下使用形成的部件之間的壓縮連接來接合兩個單體的示例；
[0051] 圖31示出了一疊單體封裝包的示例，也稱作芯體(“core”)；以及
[0052] 圖32示出了用于選擇材料以基于等級排序的生成自由能選擇過程形成密封件的方法的示例。
具體實施方式
[0053] 雖然本文已經(jīng)示出和描述了本發(fā)明的各個實施方式，但對于本領(lǐng)域技術(shù)人員將顯而易見的是，這樣的實施方式只是以示例的方式提供的。本領(lǐng)域技術(shù)人員在不偏離本發(fā)明
的情況下可想到許多變體、改變和替代。應(yīng)當理解，可以采用對本文所描述的本發(fā)明實施方
式的各種替代方案。應(yīng)當理解，本發(fā)明的不同方面可以單獨地、共同地或彼此組合地理解。
的情況下可想到許多變體、改變和替代。應(yīng)當理解，可以采用對本文所描述的本發(fā)明實施方
式的各種替代方案。應(yīng)當理解，本發(fā)明的不同方面可以單獨地、共同地或彼此組合地理解。
[0054] 本文所使用的術(shù)語“單體”一般是指電化學(xué)單體(“cell”)。單體可以包括材料‘A’制成的負電極和材料‘B’制成的正電極，表示成A||B。正電極和負電極可以由電解質(zhì)分隔
開。單體還可以包括外殼、一個或多個集流體和高溫電隔離密封件。在一些情況下，單體可
以為約4英寸寬、約4英寸深且約2.5英寸高。在一些情況下，單體可以為約8英寸寬、約8英寸
深且約2.5英寸高。在一些示例中，電化學(xué)單體的任何給定尺寸(例如，高度、寬度或深度)可
以至少約為1、2、2.5、3、3.5、4、4.5、5、5.5、6、6.5、7、7.5、8、8.5、9、9.5、10、12、14、16、18或
20英寸。在一個示例中，單體(例如，每個單體)可以具有約4英寸×4英寸×2.5英寸的尺寸。
在另一示例中，單體(例如，每個單體)可以具有約8英寸×8英寸×2.5英寸的尺寸。在一些
情況下，單體可以具有約至少約70瓦時(Watt-hour)的儲能容量。在一些情況下，單體可以
具有至少約300瓦時的儲能容量。
開。單體還可以包括外殼、一個或多個集流體和高溫電隔離密封件。在一些情況下，單體可
以為約4英寸寬、約4英寸深且約2.5英寸高。在一些情況下，單體可以為約8英寸寬、約8英寸
深且約2.5英寸高。在一些示例中，電化學(xué)單體的任何給定尺寸(例如，高度、寬度或深度)可
以至少約為1、2、2.5、3、3.5、4、4.5、5、5.5、6、6.5、7、7.5、8、8.5、9、9.5、10、12、14、16、18或
20英寸。在一個示例中，單體(例如，每個單體)可以具有約4英寸×4英寸×2.5英寸的尺寸。
在另一示例中，單體(例如，每個單體)可以具有約8英寸×8英寸×2.5英寸的尺寸。在一些
情況下，單體可以具有約至少約70瓦時(Watt-hour)的儲能容量。在一些情況下，單體可以
具有至少約300瓦時的儲能容量。
[0055] 本文所使用的術(shù)語“模塊”一般是指例如通過將一個單體的單體外殼與相鄰單體的單體外殼機械地連接起來而并聯(lián)地附接在一起的單體(例如，在大致水平的封裝平面上
連接在一起的單體)。在一些情況下，單體是通過接合特征彼此連接的，所述接合特征是單
體本體的一部分和/或連接至單體本體(例如，從單體本體的主要部分突出的耳片
(“tab”))。模塊可以包括多個并聯(lián)的單體。模塊可以包括任何數(shù)目個單體，例如，至少約2、
3、4、5、6、7、8、9、10、11、12、13、14、15、16、17、18、19、20或更多個單體。在一些情況下，模塊包括至少約4、9、12或16個單體。在一些情況下，模塊能夠儲存約700瓦時的能量并且/或者
遞送至少約175瓦(Watt)的功率。在一些情況下，模塊能夠儲存至少約1080瓦時的能量并
且/或者遞送至少約500瓦的功率。在一些情況下，模塊能夠儲存至少約1080瓦時的能量并
且/或者遞送至少約200瓦(例如，約500瓦)的功率。在一些情況下，模塊可以包括單一單體。
連接在一起的單體)。在一些情況下，單體是通過接合特征彼此連接的，所述接合特征是單
體本體的一部分和/或連接至單體本體(例如，從單體本體的主要部分突出的耳片
(“tab”))。模塊可以包括多個并聯(lián)的單體。模塊可以包括任何數(shù)目個單體，例如，至少約2、
3、4、5、6、7、8、9、10、11、12、13、14、15、16、17、18、19、20或更多個單體。在一些情況下，模塊包括至少約4、9、12或16個單體。在一些情況下，模塊能夠儲存約700瓦時的能量并且/或者
遞送至少約175瓦(Watt)的功率。在一些情況下，模塊能夠儲存至少約1080瓦時的能量并
且/或者遞送至少約500瓦的功率。在一些情況下，模塊能夠儲存至少約1080瓦時的能量并
且/或者遞送至少約200瓦(例如，約500瓦)的功率。在一些情況下，模塊可以包括單一單體。
[0056] 本文所使用的術(shù)語“封裝包”一般是指通過不同的電連接(例如，垂直地)附接的模塊。封裝包可以包括任何數(shù)目個模塊，例如，至少約1、2、3、4、5、6、7、8、9、10、11、12、13、14、
15、16、17、18、19、20或更多個模塊。在一些情況下，一個封裝包包括至少約3個模塊。在一些情況下，一個封裝包能夠儲存至少約2千瓦時的能量并且/或者遞送至少約0.4千瓦(例如，
至少約0.5千瓦或1.0千瓦)的功率。在一些情況下，一個封裝包能夠儲存至少約3千瓦時的
能量并且/或者遞送至少約0.75千瓦(例如，至少約1.5千瓦)的功率。在一些情況下，一個封
裝包包括至少約6個模塊。在一些情況下，一個封裝包能夠儲存約6千瓦時的能量并且/或者
遞送至少約1.5千瓦(例如，約3千瓦)的功率。
15、16、17、18、19、20或更多個模塊。在一些情況下，一個封裝包包括至少約3個模塊。在一些情況下，一個封裝包能夠儲存至少約2千瓦時的能量并且/或者遞送至少約0.4千瓦(例如，
至少約0.5千瓦或1.0千瓦)的功率。在一些情況下，一個封裝包能夠儲存至少約3千瓦時的
能量并且/或者遞送至少約0.75千瓦(例如，至少約1.5千瓦)的功率。在一些情況下，一個封
裝包包括至少約6個模塊。在一些情況下，一個封裝包能夠儲存約6千瓦時的能量并且/或者
遞送至少約1.5千瓦(例如，約3千瓦)的功率。
[0057] 本文所使用的術(shù)語“芯體”一般是指通過不同的電連接(例如，通過串聯(lián)和/或并聯(lián))附接的多個模塊或封裝包。芯體可以包括任何數(shù)目個模塊或封裝包，例如，至少約1、2、
3、4、5、6、7、8、9、10、11、12、13、14、15、16、17、18、19、20、21、22、23、24、25、26、27、28、29、30、
31、32、33、34、35、36、37、38、39、40、45、50或更多個封裝包。在一些情況下，芯體還包括允許該芯體以受控的方式高效率地儲存并返回電能的機械系統(tǒng)、電氣系統(tǒng)和熱系統(tǒng)。在一些情
況下，芯體包括至少約12個封裝包。在一些情況下，芯體能夠儲存至少約25千瓦時的能量并
且/或者遞送至少約6.25千瓦的功率。在一些情況下，芯體包括至少約36個封裝包。在一些
情況下，芯體能夠儲存至少約200千瓦時的能量并且/或者遞送至少約40、50、60、70、80、90
或100千瓦或者更多的功率。
3、4、5、6、7、8、9、10、11、12、13、14、15、16、17、18、19、20、21、22、23、24、25、26、27、28、29、30、
31、32、33、34、35、36、37、38、39、40、45、50或更多個封裝包。在一些情況下，芯體還包括允許該芯體以受控的方式高效率地儲存并返回電能的機械系統(tǒng)、電氣系統(tǒng)和熱系統(tǒng)。在一些情
況下，芯體包括至少約12個封裝包。在一些情況下，芯體能夠儲存至少約25千瓦時的能量并
且/或者遞送至少約6.25千瓦的功率。在一些情況下，芯體包括至少約36個封裝包。在一些
情況下，芯體能夠儲存至少約200千瓦時的能量并且/或者遞送至少約40、50、60、70、80、90
或100千瓦或者更多的功率。
[0058] 本文所使用的術(shù)語“芯體包裹體”或“CE”一般是指通過不同的電連接(例如，通過串聯(lián)和/或并聯(lián))附接的多個芯體。CE可以包括任何數(shù)目個芯體，例如，至少約1、2、3、4、5、6、
7、8、9、10、11、12、13、14、15、16、17、18、19、20或更多個芯體。在一些情況下，CE包含與適當?shù)呐酝?a href='/zhuanli/list-23037-1.html' target='_blank'>電子電路并聯(lián)連接的芯體，從而使得一個芯體能夠被斷開，同時繼續(xù)允許其他芯體
儲存和返回能量。在一些情況下，CE包括至少4個芯體。在一些情況下，CE能夠儲存至少約
100千瓦時的能量并且/或者遞送約25千瓦的功率。在一些情況下，CE包括4個芯體。在一些
情況下，CE能夠儲存約100千瓦時的能量并且/或者遞送約25千瓦的功率。在一些情況下，CE
能夠儲存約400千瓦時的能量并且/或者遞送至少約80千瓦的功率，例如至少或約80、100、
120、140、160、180或200千瓦或者更多的功率。
7、8、9、10、11、12、13、14、15、16、17、18、19、20或更多個芯體。在一些情況下，CE包含與適當?shù)呐酝?a href='/zhuanli/list-23037-1.html' target='_blank'>電子電路并聯(lián)連接的芯體，從而使得一個芯體能夠被斷開，同時繼續(xù)允許其他芯體
儲存和返回能量。在一些情況下，CE包括至少4個芯體。在一些情況下，CE能夠儲存至少約
100千瓦時的能量并且/或者遞送約25千瓦的功率。在一些情況下，CE包括4個芯體。在一些
情況下，CE能夠儲存約100千瓦時的能量并且/或者遞送約25千瓦的功率。在一些情況下，CE
能夠儲存約400千瓦時的能量并且/或者遞送至少約80千瓦的功率，例如至少或約80、100、
120、140、160、180或200千瓦或者更多的功率。
[0059] 本文所使用的術(shù)語“系統(tǒng)”一般是指通過不同的電連接(例如，通過串聯(lián)和/或并聯(lián))附接的多個芯體或CE。系統(tǒng)可以包括任何數(shù)目個芯體或CE，例如，至少約2、3、4、5、6、7、
8、9、10、11、12、13、14、15、16、17、18、19、20或更多個芯體。在一些情況下，系統(tǒng)包括20個CE。
在一些情況下，系統(tǒng)能夠儲存約2兆瓦時(mega-Watt-hour)的能量并且/或者遞送至少約
400千瓦(例如，約500千瓦或約1000千瓦)的功率。在一些情況下，系統(tǒng)包括5個CE。在一些情
況下，系統(tǒng)能夠儲存約2兆瓦時的能量并且/或者遞送至少約400千瓦的功率，例如至少約
400、500、600、700、800、900、1000千瓦或者更多的功率。
8、9、10、11、12、13、14、15、16、17、18、19、20或更多個芯體。在一些情況下，系統(tǒng)包括20個CE。
在一些情況下，系統(tǒng)能夠儲存約2兆瓦時(mega-Watt-hour)的能量并且/或者遞送至少約
400千瓦(例如，約500千瓦或約1000千瓦)的功率。在一些情況下，系統(tǒng)包括5個CE。在一些情
況下，系統(tǒng)能夠儲存約2兆瓦時的能量并且/或者遞送至少約400千瓦的功率，例如至少約
400、500、600、700、800、900、1000千瓦或者更多的功率。
[0060] 具有給定的能量容量和功率容量的單體(例如，芯體、CE、系統(tǒng)等)組(例如，能夠儲存給定量的能量的CE或系統(tǒng))可以被配置用于遞送至少約10％、至少約20％、至少約30％、
至少約40％、至少約50％、至少約60％、至少約70％、至少約80％、至少約90％、至少約95％
或約100％的給定(例如，額定)功率水平。例如，雖然1000kW系統(tǒng)可能也能夠以500kW操作，
但是500kW系統(tǒng)可能不能夠以1000kW操作。在一些情況下，具有給定的能量容量和功率容量
的系統(tǒng)(例如，能夠儲存給定量的能量的CE或系統(tǒng))可以被配置用于遞送少于約100％、少于
約110％、少于約125％、少于約150％、少于約175％或少于約200％的給定(例如，額定)功率
水平，等等。例如，系統(tǒng)可以被配置用于在一段時間內(nèi)提供多于其額定功率容量，該段時間
小于在正提供的功率水平下消耗其能量容量可能花費的時間(例如，在一段時間內(nèi)提供大
于系統(tǒng)的額定功率的功率，該功率對應(yīng)于小于約1％、小于約10％或小于約50％的其額定能
量容量)。
至少約40％、至少約50％、至少約60％、至少約70％、至少約80％、至少約90％、至少約95％
或約100％的給定(例如，額定)功率水平。例如，雖然1000kW系統(tǒng)可能也能夠以500kW操作，
但是500kW系統(tǒng)可能不能夠以1000kW操作。在一些情況下，具有給定的能量容量和功率容量
的系統(tǒng)(例如，能夠儲存給定量的能量的CE或系統(tǒng))可以被配置用于遞送少于約100％、少于
約110％、少于約125％、少于約150％、少于約175％或少于約200％的給定(例如，額定)功率
水平，等等。例如，系統(tǒng)可以被配置用于在一段時間內(nèi)提供多于其額定功率容量，該段時間
小于在正提供的功率水平下消耗其能量容量可能花費的時間(例如，在一段時間內(nèi)提供大
于系統(tǒng)的額定功率的功率，該功率對應(yīng)于小于約1％、小于約10％或小于約50％的其額定能
量容量)。
[0061] 本文所使用的術(shù)語“電池”一般是指串聯(lián)和/或并聯(lián)連接的一個或多個電化學(xué)單體。電池可以包括任何數(shù)目個電化學(xué)單體、模塊、封裝包、芯體、CE或系統(tǒng)。電池可以經(jīng)歷至
少一次充電/放電或放電/充電循環(huán)(“循環(huán)”)。
少一次充電/放電或放電/充電循環(huán)(“循環(huán)”)。
[0062] 本文所使用的術(shù)語“金屬至金屬直接接合”或“金屬至金屬直接接合點”一般是指使兩個金屬表面接觸(例如，通過形成釬焊接頭或焊接點)的電連接。在一些示例中，金屬至
金屬直接接合點不包括導(dǎo)線。
金屬直接接合點不包括導(dǎo)線。
[0063] 本文所使用的術(shù)語“互連體(interconnect)”一般是指除金屬至金屬直接接合點之外的任何電連接?；ミB體可以包括導(dǎo)線或者被設(shè)計用于傳遞電流的彎曲的金屬片組件。
互連體可以是順從性的(例如，柔性的)。
互連體可以是順從性的(例如，柔性的)。
[0064] 本文所使用的術(shù)語“導(dǎo)線”一般是指任何電繩、帶或細長的電纜管。導(dǎo)線可以是柔性的。如本文所使用的，編織的金屬帶是導(dǎo)線。在一些情況下，母線是導(dǎo)線。
[0066] 本文所使用的術(shù)語“垂直的”一般是指平行于重力的方向。
[0068] 本文所使用的術(shù)語“開路電壓”或“OCV”一般是指當單體(例如，完全地或部分地充電)從任何電路或外部負荷斷開時(即，當沒有電流流過該單體時)該單體的電壓。
[0069] 本文所使用的術(shù)語“電壓”或“單體電壓”一般是指單體的電壓(例如，在充電狀況或充/放電狀況中的任何狀態(tài)下)。在一些情況下，電壓或單體電壓可以是開路電壓。在一些
情況下，電壓或單體電壓可以是充電過程中或放電過程中的電壓。
情況下，電壓或單體電壓可以是充電過程中或放電過程中的電壓。
[0070] 本公開內(nèi)容的電壓可以相對于參考電壓而采用或表示的，所述參考電壓諸如為地面電壓(0伏特(V))或電化學(xué)單體中相反電極的電壓。
[0071] 本文所使用的、用于描述材料的術(shù)語“穩(wěn)定的”一般是指熱力學(xué)穩(wěn)定的、化學(xué)穩(wěn)定的、熱化學(xué)穩(wěn)定的、電化學(xué)穩(wěn)定的或其任何組合的材料。穩(wěn)定的材料可以不被化學(xué)地或電化
學(xué)地還原、侵蝕或腐蝕。本公開內(nèi)容中關(guān)于穩(wěn)定的、熱力學(xué)穩(wěn)定的或化學(xué)穩(wěn)定的材料所描述
的任何方面至少在一些配置下可以同樣適用于熱力學(xué)穩(wěn)定的、化學(xué)穩(wěn)定的、熱化學(xué)穩(wěn)定的
和/或電化學(xué)穩(wěn)定的材料。
用于高溫裝置的密封件
學(xué)地還原、侵蝕或腐蝕。本公開內(nèi)容中關(guān)于穩(wěn)定的、熱力學(xué)穩(wěn)定的或化學(xué)穩(wěn)定的材料所描述
的任何方面至少在一些配置下可以同樣適用于熱力學(xué)穩(wěn)定的、化學(xué)穩(wěn)定的、熱化學(xué)穩(wěn)定的
和/或電化學(xué)穩(wěn)定的材料。
用于高溫裝置的密封件
[0072] 本公開內(nèi)容的一個方面提供了一種用于高溫裝置的密封件。該裝置可以是包含/包括一種或多種反應(yīng)性材料的高溫反應(yīng)性材料裝置。例如，該高溫裝置可以包含反應(yīng)性材
料。在一些情況下，該裝置可以是高溫反應(yīng)性金屬裝置。該裝置可以但不限于用于舉例而言
諸如反應(yīng)性金屬(例如，鋰或鈉)和/或具有強化學(xué)還原能力的化學(xué)制品(例如，反應(yīng)性化學(xué)
制品)等反應(yīng)性材料的生產(chǎn)和/或處理、用于半導(dǎo)體制造、用于核反應(yīng)堆(例如，核聚變反應(yīng)
堆、使用舉例而言諸如熔融的鈉或鋰或者熔融的含鈉或含鋰的合金等熔融的鹽或金屬作為
冷卻劑的核反應(yīng)堆)、用于非均勻反應(yīng)堆、用于化學(xué)加工裝置、用于化學(xué)運輸裝置、用于化學(xué)
儲存裝置或用于電池(例如，液態(tài)金屬電池)。例如，一些電池在高溫(例如，至少約100℃或
300℃)下操作并且具有可能需要充分地包含在該電池內(nèi)的反應(yīng)性金屬蒸氣(例如，鋰、鈉、
鉀、鎂或鈣等的蒸氣)。在一些示例中，這樣的高溫裝置在下列溫度下操作、被加熱到和/或
保持在：至少約100℃、150℃、200℃、250℃、300℃、350℃、400℃、450℃、500℃、550℃、600℃、650℃、700℃、750℃、800℃、850℃、900℃或更高的溫度。在這樣的溫度下，該裝置的一個或多個組件可能處于液態(tài)(或熔融)或蒸氣狀態(tài)。
料。在一些情況下，該裝置可以是高溫反應(yīng)性金屬裝置。該裝置可以但不限于用于舉例而言
諸如反應(yīng)性金屬(例如，鋰或鈉)和/或具有強化學(xué)還原能力的化學(xué)制品(例如，反應(yīng)性化學(xué)
制品)等反應(yīng)性材料的生產(chǎn)和/或處理、用于半導(dǎo)體制造、用于核反應(yīng)堆(例如，核聚變反應(yīng)
堆、使用舉例而言諸如熔融的鈉或鋰或者熔融的含鈉或含鋰的合金等熔融的鹽或金屬作為
冷卻劑的核反應(yīng)堆)、用于非均勻反應(yīng)堆、用于化學(xué)加工裝置、用于化學(xué)運輸裝置、用于化學(xué)
儲存裝置或用于電池(例如，液態(tài)金屬電池)。例如，一些電池在高溫(例如，至少約100℃或
300℃)下操作并且具有可能需要充分地包含在該電池內(nèi)的反應(yīng)性金屬蒸氣(例如，鋰、鈉、
鉀、鎂或鈣等的蒸氣)。在一些示例中，這樣的高溫裝置在下列溫度下操作、被加熱到和/或
保持在：至少約100℃、150℃、200℃、250℃、300℃、350℃、400℃、450℃、500℃、550℃、600℃、650℃、700℃、750℃、800℃、850℃、900℃或更高的溫度。在這樣的溫度下，該裝置的一個或多個組件可能處于液態(tài)(或熔融)或蒸氣狀態(tài)。
[0073] 密封件可以包括與裝置中所包含的反應(yīng)性材料(例如，反應(yīng)性金屬或熔鹽)相接觸的陶瓷材料(例如，氮化鋁(AlN))。陶瓷材料可以能夠?qū)Ψ磻?yīng)性材料(例如，裝置中所包含的
反應(yīng)性材料，舉例而言諸如反應(yīng)性金屬或熔鹽)有化學(xué)抗性。當裝置在高溫(例如，至少約
100℃、至少約150℃、至少約200℃、至少約250℃、至少約300℃、至少約350℃、至少約400
℃、至少約500℃、至少約600℃、至少約700℃、至少約800℃或至少約900℃)下操作時陶瓷
材料可以能夠?qū)Ψ磻?yīng)性材料有化學(xué)抗性。
反應(yīng)性材料，舉例而言諸如反應(yīng)性金屬或熔鹽)有化學(xué)抗性。當裝置在高溫(例如，至少約
100℃、至少約150℃、至少約200℃、至少約250℃、至少約300℃、至少約350℃、至少約400
℃、至少約500℃、至少約600℃、至少約700℃、至少約800℃或至少約900℃)下操作時陶瓷
材料可以能夠?qū)Ψ磻?yīng)性材料有化學(xué)抗性。
[0074] 密封件可以包括金屬套環(huán)或套管(例如，由不銹鋼(SS)或鋯制成)。套管和/或套環(huán)設(shè)計可以是適應(yīng)熱膨脹系數(shù)(CTE)的(例如，可以適應(yīng)CTE的差異(本文也指“CTE不匹配”))。
在一些情況下，套管可以是套環(huán)。在一些情況下，套環(huán)可以是圓錐形的。例如，套環(huán)可以是圓
錐形的金屬(例如，鋯)套環(huán)。本公開內(nèi)容中關(guān)于套環(huán)所描述的任何方面至少在一些配置下
可以同樣適用于套管，且反之亦然。
在一些情況下，套管可以是套環(huán)。在一些情況下，套環(huán)可以是圓錐形的。例如，套環(huán)可以是圓
錐形的金屬(例如，鋯)套環(huán)。本公開內(nèi)容中關(guān)于套環(huán)所描述的任何方面至少在一些配置下
可以同樣適用于套管，且反之亦然。
[0075] 密封件可以包括安置在陶瓷材料與金屬套環(huán)/套管和裝置中的至少一個之間的活性金屬釬焊接頭(“braze”)。該活性金屬釬焊接頭可以包括化學(xué)地還原陶瓷材料(例如，鈦
(Ti)或鋯(Zr))的金屬種類。
(Ti)或鋯(Zr))的金屬種類。
[0077] 在一些示例中，在至少約100℃、至少約150℃、至少約200℃、至少約250℃、至少約300℃、至少約350℃、至少約400℃、至少約500℃、至少約600℃、至少約700℃、至少約800℃或至少約900℃的溫度下，密封件可以能夠?qū)ρb置中的反應(yīng)性材料有化學(xué)抗性。在一些示例
中，在至少約6個月、1年、2年、5年、10年或更久的時間內(nèi)，密封件可以能夠在這樣的溫度下
對反應(yīng)性材料有化學(xué)抗性。在一些示例中，裝置可以是高溫反應(yīng)性金屬裝置，并且密封件可
以能夠?qū)Π磻?yīng)性金屬的裝置中的材料有化學(xué)抗性。在一個示例中，在至少約一年內(nèi)，密
封件能夠在至少約350℃的溫度下耐鋰蒸氣。密封件可以使裝置中的反應(yīng)性材料(例如，反
應(yīng)性材料的蒸氣)保留。例如，密封件可以使裝置中的反應(yīng)性金屬蒸氣和/或熔鹽蒸氣保留。
電化學(xué)單體、裝置和系統(tǒng)
中，在至少約6個月、1年、2年、5年、10年或更久的時間內(nèi)，密封件可以能夠在這樣的溫度下
對反應(yīng)性材料有化學(xué)抗性。在一些示例中，裝置可以是高溫反應(yīng)性金屬裝置，并且密封件可
以能夠?qū)Π磻?yīng)性金屬的裝置中的材料有化學(xué)抗性。在一個示例中，在至少約一年內(nèi)，密
封件能夠在至少約350℃的溫度下耐鋰蒸氣。密封件可以使裝置中的反應(yīng)性材料(例如，反
應(yīng)性材料的蒸氣)保留。例如，密封件可以使裝置中的反應(yīng)性金屬蒸氣和/或熔鹽蒸氣保留。
電化學(xué)單體、裝置和系統(tǒng)
[0078] 本公開內(nèi)容提供了電化學(xué)儲能裝置(例如，電池)和系統(tǒng)。電化學(xué)儲能裝置通常包括密封(例如，氣密密封)在外殼內(nèi)的至少一個電化學(xué)單體，本文中亦稱“單體”和“電池單
體”。單體可以被配置用于向舉例而言諸如電子裝置、另一儲能裝置或電網(wǎng)等負荷遞送電能
(例如，在電勢下的電子)。
體”。單體可以被配置用于向舉例而言諸如電子裝置、另一儲能裝置或電網(wǎng)等負荷遞送電能
(例如，在電勢下的電子)。
[0079] 本公開內(nèi)容的電化學(xué)單體可以包括負電極、相鄰于該負電極的電解質(zhì)以及相鄰于該電解質(zhì)的正電極。負電極與正電極可由電解質(zhì)分隔開。負電極在放電期間可以是陽極。正
電極在放電期間可以是陰極。
電極在放電期間可以是陰極。
[0080] 在一些示例中，電化學(xué)單體是液態(tài)金屬電池單體。在一些示例中，液態(tài)金屬電池單體可以包括布置在液態(tài)(例如，熔融的)金屬負電極與液態(tài)(例如，熔融的)金屬、準金屬和/
或非金屬正電極之間的液態(tài)電解質(zhì)。在一些情況下，液態(tài)金屬電池單體具有熔融的堿土金
屬(例如，鎂、鈣)或堿金屬(例如，鋰、鈉、鉀)負電極、電解質(zhì)和熔融的金屬正電極。熔融的金屬正電極例如可以包括錫、鉛、鉍、銻、碲和硒中的一個或多個。例如，正電極可以包括Pb或
Pb-Sb合金。正電極還可以包括單獨地或與其他金屬、準金屬或非金屬結(jié)合地包括一種或多
種過渡金屬或d區(qū)元素(例如，Zn、Cd、Hg)，舉例而言諸如Zn-Sn合金或Cd-Sn合金。在一些示
例中，正電極可以包括僅具有一種穩(wěn)定的氧化態(tài)的金屬或準金屬(例如，具有單個或單一氧
化態(tài)的金屬)。本文對金屬或熔融金屬正電極的任何描述，或者對正電極的任何描述均可指
包含金屬、準金屬和非金屬中的一種或多種的電極。正電極可以包含所列材料示例中的一
種或多種。在一個示例中，熔融金屬正電極可包含鉛和銻。在一些示例中，熔融金屬正電極
可包含正電極中所合金化的堿金屬或堿土金屬。
或非金屬正電極之間的液態(tài)電解質(zhì)。在一些情況下，液態(tài)金屬電池單體具有熔融的堿土金
屬(例如，鎂、鈣)或堿金屬(例如，鋰、鈉、鉀)負電極、電解質(zhì)和熔融的金屬正電極。熔融的金屬正電極例如可以包括錫、鉛、鉍、銻、碲和硒中的一個或多個。例如，正電極可以包括Pb或
Pb-Sb合金。正電極還可以包括單獨地或與其他金屬、準金屬或非金屬結(jié)合地包括一種或多
種過渡金屬或d區(qū)元素(例如，Zn、Cd、Hg)，舉例而言諸如Zn-Sn合金或Cd-Sn合金。在一些示
例中，正電極可以包括僅具有一種穩(wěn)定的氧化態(tài)的金屬或準金屬(例如，具有單個或單一氧
化態(tài)的金屬)。本文對金屬或熔融金屬正電極的任何描述，或者對正電極的任何描述均可指
包含金屬、準金屬和非金屬中的一種或多種的電極。正電極可以包含所列材料示例中的一
種或多種。在一個示例中，熔融金屬正電極可包含鉛和銻。在一些示例中，熔融金屬正電極
可包含正電極中所合金化的堿金屬或堿土金屬。
[0081] 在一些示例中，電化學(xué)儲能裝置包括液態(tài)金屬負電極、液態(tài)金屬正電極以及將液態(tài)金屬負電極與液態(tài)金屬正電極分隔開的液態(tài)鹽電解質(zhì)。負電極可以包括堿金屬或堿土金
屬，諸如鋰、鈉、鉀、銣、銫、鎂、鋇、鈣、鈉或其組合。正電極可以包括從元素周期表的過渡金屬或d區(qū)元素(例如，12族元素)、IIIA、IVA、VA和VIA族選取的元素，諸如鋅、鎘、汞、鋁、鎵、銦、硅、鍺、錫、鉛、磷屬元素(例如，砷、鉍和銻)、硫?qū)僭?例如，硫、碲和硒)或其組合。在一些示例中，正電極包括元素周期表的12族元素，諸如鋅(Zn)、鎘(Cd)和汞(Hg)中的一個或多
個。在一些情況下，正電極可以形成低共熔混合物或過低共熔混合物(例如，在一些情況下
能夠?qū)崿F(xiàn)單體的較低的操作溫度)。在一些示例中，正電極包含第一正電極物質(zhì)
(“species”)和第二正電極物質(zhì)，其中所述第一正電極物質(zhì)與所述第二正電極物質(zhì)的配比
(mol-％)約為20:80、40:60、50:50或80:20。在一些示例中，正電極包含Sb和Pb，其中Sb與Pb
的配比(mol-％)約為20:80、40:60、50:50或80:20。在一些示例中，正電極包含與第二正電
極物質(zhì)混合的、在約20mol％與80mol-％之間的第一正電極物質(zhì)。在一些情況下，正電極包
含約20mol-％與80mol-％之間的Sb(例如，與Pb混合)。在一些情況下，正電極包含約
20mol-％與80mol-％之間的Pb(例如，與Sb混合)。在一些示例中，正電極包含Zn、Cd或Hg中
的一個或多個，或者(一種或多種)這樣的與其他金屬、準金屬或非金屬相組合的材料，舉例
而言諸如，Zn-Sn合金、Zn-Sn合金、Cd-Sn合金、Zn-Pb合金、Zn-Sb合金或Bi。在一個示例中，正電極可以包含15:85、50:50、75:25或85:15mol-％的Zn:Sn。
屬，諸如鋰、鈉、鉀、銣、銫、鎂、鋇、鈣、鈉或其組合。正電極可以包括從元素周期表的過渡金屬或d區(qū)元素(例如，12族元素)、IIIA、IVA、VA和VIA族選取的元素，諸如鋅、鎘、汞、鋁、鎵、銦、硅、鍺、錫、鉛、磷屬元素(例如，砷、鉍和銻)、硫?qū)僭?例如，硫、碲和硒)或其組合。在一些示例中，正電極包括元素周期表的12族元素，諸如鋅(Zn)、鎘(Cd)和汞(Hg)中的一個或多
個。在一些情況下，正電極可以形成低共熔混合物或過低共熔混合物(例如，在一些情況下
能夠?qū)崿F(xiàn)單體的較低的操作溫度)。在一些示例中，正電極包含第一正電極物質(zhì)
(“species”)和第二正電極物質(zhì)，其中所述第一正電極物質(zhì)與所述第二正電極物質(zhì)的配比
(mol-％)約為20:80、40:60、50:50或80:20。在一些示例中，正電極包含Sb和Pb，其中Sb與Pb
的配比(mol-％)約為20:80、40:60、50:50或80:20。在一些示例中，正電極包含與第二正電
極物質(zhì)混合的、在約20mol％與80mol-％之間的第一正電極物質(zhì)。在一些情況下，正電極包
含約20mol-％與80mol-％之間的Sb(例如，與Pb混合)。在一些情況下，正電極包含約
20mol-％與80mol-％之間的Pb(例如，與Sb混合)。在一些示例中，正電極包含Zn、Cd或Hg中
的一個或多個，或者(一種或多種)這樣的與其他金屬、準金屬或非金屬相組合的材料，舉例
而言諸如，Zn-Sn合金、Zn-Sn合金、Cd-Sn合金、Zn-Pb合金、Zn-Sb合金或Bi。在一個示例中，正電極可以包含15:85、50:50、75:25或85:15mol-％的Zn:Sn。
[0082] 電解質(zhì)可以包括諸如堿金屬鹽或堿土金屬鹽等鹽(例如，熔鹽)。堿金屬鹽或堿土金屬鹽可以是鹵化物，諸如活性堿金屬或堿土金屬的氟化物、氯化物、溴化物或碘化物，或
者它們的組合。在一個示例中，電解質(zhì)(例如，在類型1或類型2的化學(xué)過程中)包括氯化鋰。
在一些示例中，電解質(zhì)可以包括氟化鈉(NaF)、氯化鈉(NaCl)、溴化鈉(NaBr)、碘化鈉(NaI)、
氟化鋰(LiF)、氯化鋰(LiCl)、溴化鋰(LiBr)、碘化鋰(LiI)、氟化鉀(KF)、氯化鉀(KCl)、溴化鉀(KBr)、碘化鉀(KI)、氟化鈣(CaF2)、氯化鈣(CaCl2)、溴化鈣(CaBr2)、碘化鈣(CaI2)，或者它們的任何組合。在另一示例中，電解質(zhì)包括氯化鎂(MgCl2)。作為備選，活性堿金屬的鹽例
如可以是非氯鹵化物、雙亞胺鹽、氟磺?；?胺鹽、高氯酸鹽、六氟磷酸鹽、四氟硼酸鹽、碳酸鹽、氫氧化物、硝酸鹽、亞硝酸鹽、硫酸鹽、亞硫酸鹽，或者它們的組合。在一些情況下，電解質(zhì)可以包括鹽的混合物(例如，25:55:20mol-％的LiF:LiCl:LiBr、50:37:14mol-％的LiCl:
LiF:LiBr等)。電解質(zhì)可以表現(xiàn)出低(例如，最小的)電子電導(dǎo)(例如，經(jīng)由
的化合價反應(yīng)通過電解質(zhì)可能發(fā)生電子短路，其增加了電子電導(dǎo))。例如，電解質(zhì)可以具有
小于或等于約0.03％或0.3％的電子遷移數(shù)(即，歸因于電子的遷移的電荷(電子和離子)的
百分比)。
者它們的組合。在一個示例中，電解質(zhì)(例如，在類型1或類型2的化學(xué)過程中)包括氯化鋰。
在一些示例中，電解質(zhì)可以包括氟化鈉(NaF)、氯化鈉(NaCl)、溴化鈉(NaBr)、碘化鈉(NaI)、
氟化鋰(LiF)、氯化鋰(LiCl)、溴化鋰(LiBr)、碘化鋰(LiI)、氟化鉀(KF)、氯化鉀(KCl)、溴化鉀(KBr)、碘化鉀(KI)、氟化鈣(CaF2)、氯化鈣(CaCl2)、溴化鈣(CaBr2)、碘化鈣(CaI2)，或者它們的任何組合。在另一示例中，電解質(zhì)包括氯化鎂(MgCl2)。作為備選，活性堿金屬的鹽例
如可以是非氯鹵化物、雙亞胺鹽、氟磺?；?胺鹽、高氯酸鹽、六氟磷酸鹽、四氟硼酸鹽、碳酸鹽、氫氧化物、硝酸鹽、亞硝酸鹽、硫酸鹽、亞硫酸鹽，或者它們的組合。在一些情況下，電解質(zhì)可以包括鹽的混合物(例如，25:55:20mol-％的LiF:LiCl:LiBr、50:37:14mol-％的LiCl:
LiF:LiBr等)。電解質(zhì)可以表現(xiàn)出低(例如，最小的)電子電導(dǎo)(例如，經(jīng)由
的化合價反應(yīng)通過電解質(zhì)可能發(fā)生電子短路，其增加了電子電導(dǎo))。例如，電解質(zhì)可以具有
小于或等于約0.03％或0.3％的電子遷移數(shù)(即，歸因于電子的遷移的電荷(電子和離子)的
百分比)。
[0083] 在一些情況下，電化學(xué)儲能裝置的負電極和正電極在該儲能裝置的操作溫度下處于液態(tài)。為了將電極維持在液態(tài)，可以將電池單體加熱到任何合適的溫度。在一些示例中，
將電池單體加熱到和/或維持在約100℃、約150℃、約200℃、約250℃、約300℃、約350℃、約
400℃、約450℃、約500℃、約550℃、600℃、約650℃或約700℃的溫度?？梢詫⒃撾姵貑误w加熱到和/或維持在至少約100℃、至少約150℃、至少約200℃、至少約250℃、至少約300℃、至
少約350℃、至少約400℃、至少約450℃、至少約500℃、至少約550℃、至少約600℃、至少約
650℃、至少約700℃、至少約800℃或者至少約900℃的溫度。在這樣的情況下，負電極、電解
質(zhì)和正電極可以處于液態(tài)(或熔融狀態(tài))。在一些情況下，將電池單體加熱至約200℃與約
600℃之間、約500℃與約550℃之間或者約450℃與約575℃之間。
將電池單體加熱到和/或維持在約100℃、約150℃、約200℃、約250℃、約300℃、約350℃、約
400℃、約450℃、約500℃、約550℃、600℃、約650℃或約700℃的溫度?？梢詫⒃撾姵貑误w加熱到和/或維持在至少約100℃、至少約150℃、至少約200℃、至少約250℃、至少約300℃、至
少約350℃、至少約400℃、至少約450℃、至少約500℃、至少約550℃、至少約600℃、至少約
650℃、至少約700℃、至少約800℃或者至少約900℃的溫度。在這樣的情況下，負電極、電解
質(zhì)和正電極可以處于液態(tài)(或熔融狀態(tài))。在一些情況下，將電池單體加熱至約200℃與約
600℃之間、約500℃與約550℃之間或者約450℃與約575℃之間。
[0084] 在一些實現(xiàn)方式中，電化學(xué)單體或儲能裝置可以至少部分地或完全地自加熱。例如，電池可以充分地絕緣、充電、放電和/或處于足夠的速率的條件下，以及/或者以足夠的
時間百分比進行循環(huán)以允許系統(tǒng)通過循環(huán)操作的低效率而生成足夠的熱，所述循環(huán)操作是
在不需要向系統(tǒng)供應(yīng)附加能量來維持給定操作溫度的情況下將單體維持在該操作溫度下
(例如，液體組分中的至少一個的凝固點之上的單體操作溫度)。
時間百分比進行循環(huán)以允許系統(tǒng)通過循環(huán)操作的低效率而生成足夠的熱，所述循環(huán)操作是
在不需要向系統(tǒng)供應(yīng)附加能量來維持給定操作溫度的情況下將單體維持在該操作溫度下
(例如，液體組分中的至少一個的凝固點之上的單體操作溫度)。
[0085] 本公開內(nèi)容中的電化學(xué)單體可以適于在充電(或儲能)模式與放電模式之間循環(huán)。在一些示例中，電化學(xué)單體可以是完全充電的、部分充電的或者部分放電的或完全放電的。
[0086] 在一些實現(xiàn)方式中，在電化學(xué)儲能裝置的充電模式期間，從外部功率源(例如，發(fā)電機或電網(wǎng))接收的電流可以致使金屬正電極中的金屬原子放出一個或多個電子，從而溶
解到電解質(zhì)中成為帶正電的離子(即，陽離子)。同時，同種陽離子可以遷移穿過電解質(zhì)，并
且可以在負電極接受電子，致使陽離子轉(zhuǎn)變成中性的金屬種類，從而增加該負電極的質(zhì)量。
活性金屬種類從正電極的移除和活性金屬向負電極的添加儲存了電化學(xué)能。在一些情況
下，金屬從正電極的移除和其陽離子向電解質(zhì)的添加可以儲存電化學(xué)能。在一些情況下，電
化學(xué)能量可以通過活性金屬種類從正電極的移除和其向負電極的添加，以及一種或多種金
屬(例如，不同的金屬)從正電極的移除和其向電解質(zhì)的添加(例如，成為陽離子)的組合來
儲存。在能量釋放模式期間，電負荷耦合至電極，并且先前在負電極中添加的金屬種類可以
從金屬負電極釋放，作為離子而穿過電解質(zhì)，并作為中性種類沉積在正電極中(并且在一些
情況下與正電極材料發(fā)生合金化)，伴隨著通過電子經(jīng)過外部電路/負荷的外部和匹配的流
動而實現(xiàn)的離子流動。在一些情況下，正電極材料先前釋放到電解質(zhì)中的一個或多個陽離
子可以作為中性種類沉積在正電極中(并且在一些情況下與正電極材料發(fā)生合金化反應(yīng))，
伴隨著通過電子經(jīng)過外部電路/負荷的外部和匹配的流動而實現(xiàn)的離子流動。這一電化學(xué)
促進的金屬合金化反應(yīng)將先前儲存的電化學(xué)能釋放至電負荷。
解到電解質(zhì)中成為帶正電的離子(即，陽離子)。同時，同種陽離子可以遷移穿過電解質(zhì)，并
且可以在負電極接受電子，致使陽離子轉(zhuǎn)變成中性的金屬種類，從而增加該負電極的質(zhì)量。
活性金屬種類從正電極的移除和活性金屬向負電極的添加儲存了電化學(xué)能。在一些情況
下，金屬從正電極的移除和其陽離子向電解質(zhì)的添加可以儲存電化學(xué)能。在一些情況下，電
化學(xué)能量可以通過活性金屬種類從正電極的移除和其向負電極的添加，以及一種或多種金
屬(例如，不同的金屬)從正電極的移除和其向電解質(zhì)的添加(例如，成為陽離子)的組合來
儲存。在能量釋放模式期間，電負荷耦合至電極，并且先前在負電極中添加的金屬種類可以
從金屬負電極釋放，作為離子而穿過電解質(zhì)，并作為中性種類沉積在正電極中(并且在一些
情況下與正電極材料發(fā)生合金化)，伴隨著通過電子經(jīng)過外部電路/負荷的外部和匹配的流
動而實現(xiàn)的離子流動。在一些情況下，正電極材料先前釋放到電解質(zhì)中的一個或多個陽離
子可以作為中性種類沉積在正電極中(并且在一些情況下與正電極材料發(fā)生合金化反應(yīng))，
伴隨著通過電子經(jīng)過外部電路/負荷的外部和匹配的流動而實現(xiàn)的離子流動。這一電化學(xué)
促進的金屬合金化反應(yīng)將先前儲存的電化學(xué)能釋放至電負荷。
[0087] 在充電狀態(tài)中，負電極可以包括負電極材料而正電極可以包括正電極材料。在放電期間(例如，當電池耦合至負荷時)，負電極材料產(chǎn)生一個或多個電子以及負電極材料的
陽離子。在一些實現(xiàn)方式中，陽離子穿過電解質(zhì)遷移至正電極材料并與正電極材料反應(yīng)(例
如，以形成合金)。在一些實現(xiàn)方式中，正金屬種類的離子(例如，正電極材料的陽離子)在正
電極處接受電子并且沉積成為正電極上的金屬。在充電期間，在一些實現(xiàn)方式中，正電極上
的合金分解以產(chǎn)生負電極材料的陽離子，所述陽離子穿過電解質(zhì)遷移至負電極。在一些實
現(xiàn)方式中，正電極上的一種或多種金屬種類分解以在電解質(zhì)中產(chǎn)生負電極材料的陽離子。
在一些示例中，離子可以穿過電解質(zhì)從陽極遷移到陰極，或者反之亦然。在一些情況下，離
子可以以壓彈(push-pop)的方式穿過電解質(zhì)遷移，在壓彈中一種類型的進入的離子可以從
電解質(zhì)出射同一類型的離子。例如，在放電期間，在陽極處形成的堿金屬陽離子與電解質(zhì)相
互作用以將堿金屬陽離子從電解質(zhì)射入陰極，通過這樣的過程，堿金屬陽極和氯化堿金屬
電解質(zhì)可以向陰極貢獻堿金屬陽離子。在這樣的情況下，在陽極處形成的堿金屬陽離子可
以不必穿過電解質(zhì)遷移至陰極。陽離子可以在陽極與電解質(zhì)的交界面處形成，并在陰極與
電解質(zhì)的交界面處被接受。
陽離子。在一些實現(xiàn)方式中，陽離子穿過電解質(zhì)遷移至正電極材料并與正電極材料反應(yīng)(例
如，以形成合金)。在一些實現(xiàn)方式中，正金屬種類的離子(例如，正電極材料的陽離子)在正
電極處接受電子并且沉積成為正電極上的金屬。在充電期間，在一些實現(xiàn)方式中，正電極上
的合金分解以產(chǎn)生負電極材料的陽離子，所述陽離子穿過電解質(zhì)遷移至負電極。在一些實
現(xiàn)方式中，正電極上的一種或多種金屬種類分解以在電解質(zhì)中產(chǎn)生負電極材料的陽離子。
在一些示例中，離子可以穿過電解質(zhì)從陽極遷移到陰極，或者反之亦然。在一些情況下，離
子可以以壓彈(push-pop)的方式穿過電解質(zhì)遷移，在壓彈中一種類型的進入的離子可以從
電解質(zhì)出射同一類型的離子。例如，在放電期間，在陽極處形成的堿金屬陽離子與電解質(zhì)相
互作用以將堿金屬陽離子從電解質(zhì)射入陰極，通過這樣的過程，堿金屬陽極和氯化堿金屬
電解質(zhì)可以向陰極貢獻堿金屬陽離子。在這樣的情況下，在陽極處形成的堿金屬陽離子可
以不必穿過電解質(zhì)遷移至陰極。陽離子可以在陽極與電解質(zhì)的交界面處形成，并在陰極與
電解質(zhì)的交界面處被接受。
[0088] 本公開內(nèi)容提供了類型1和類型2的單體，它們可以基于活性組件(例如，負電極、電解質(zhì)和正電極)的組成而變化并且由其所限定，以及可以基于單體的操作模式(例如，低
電壓模式與高電壓模式)而變化。單體可以包括被配置用于在類型2操作模式中使用的材
料。單體可以包括被配置用于在類型1操作模式中使用的材料。在一些情況下，單體可以在
高電壓(類型2)操作模式和低電壓(類型1)操作模式這兩者中操作。例如，具有一般被配置
用于在類型1模式下使用的正電極材料和負電極材料的單體可以在類型2操作模式下操作。
單體可以在類型1操作模式和類型2操作模式之間循環(huán)。單體可以在類型1模式下初始充電
(或放電)至給定的電壓(例如，0.5V至1V)，而隨后在類型2模式下充電(繼而放電)至更高的
電壓(例如，1.5V至2.5V或1.5V至3V)。在一些情況下，在類型2模式下操作的單體可以在電
極之間的、可能超過在類型1模式下操作的單體的電壓的電壓下操作。在一些情況下，類型2
單體化學(xué)過程可以在電極之間的、可能超過在類型1模式下操作的類型1單體化學(xué)過程的電
壓的電壓下操作。類型2單體可以在類型2模式中操作。
電壓模式與高電壓模式)而變化。單體可以包括被配置用于在類型2操作模式中使用的材
料。單體可以包括被配置用于在類型1操作模式中使用的材料。在一些情況下，單體可以在
高電壓(類型2)操作模式和低電壓(類型1)操作模式這兩者中操作。例如，具有一般被配置
用于在類型1模式下使用的正電極材料和負電極材料的單體可以在類型2操作模式下操作。
單體可以在類型1操作模式和類型2操作模式之間循環(huán)。單體可以在類型1模式下初始充電
(或放電)至給定的電壓(例如，0.5V至1V)，而隨后在類型2模式下充電(繼而放電)至更高的
電壓(例如，1.5V至2.5V或1.5V至3V)。在一些情況下，在類型2模式下操作的單體可以在電
極之間的、可能超過在類型1模式下操作的單體的電壓的電壓下操作。在一些情況下，類型2
單體化學(xué)過程可以在電極之間的、可能超過在類型1模式下操作的類型1單體化學(xué)過程的電
壓的電壓下操作。類型2單體可以在類型2模式中操作。
[0089] 在類型1單體的一個示例中，在放電時在負電極處形成的陽離子可以遷移到電解質(zhì)中。同時，電解質(zhì)可以向正電極提供同種陽離子(例如，負電極材料的陽離子)，其可以將
陽離子還原為不帶電荷的金屬種類，并且與正電極發(fā)生合金化反應(yīng)。在放電狀態(tài)下，負電極
材料(例如，Li、Na、K、Mg、Ca)的負電極可以被(例如，部分地或完全地)耗盡。在充電過程中，正電極上的合金可以分解以產(chǎn)生負電極材料的遷移到電解質(zhì)中的陽離子(例如，Li+、Na+、K
+、Mg2+、Ca2+)。電解質(zhì)繼而可以向負電極提供陽離子(例如，負電極材料的陽離子)，在負電極處陽離子接受一個或多個來自外部電路的電子并且轉(zhuǎn)化回中性金屬種類，這使負電極再充
滿以提供處于充電狀態(tài)的單體。類型1單體可以以壓彈的方式操作，在壓彈的方式中陽離子
進入電解質(zhì)導(dǎo)致從電解質(zhì)釋放相同的陽離子。
陽離子還原為不帶電荷的金屬種類，并且與正電極發(fā)生合金化反應(yīng)。在放電狀態(tài)下，負電極
材料(例如，Li、Na、K、Mg、Ca)的負電極可以被(例如，部分地或完全地)耗盡。在充電過程中，正電極上的合金可以分解以產(chǎn)生負電極材料的遷移到電解質(zhì)中的陽離子(例如，Li+、Na+、K
+、Mg2+、Ca2+)。電解質(zhì)繼而可以向負電極提供陽離子(例如，負電極材料的陽離子)，在負電極處陽離子接受一個或多個來自外部電路的電子并且轉(zhuǎn)化回中性金屬種類，這使負電極再充
滿以提供處于充電狀態(tài)的單體。類型1單體可以以壓彈的方式操作，在壓彈的方式中陽離子
進入電解質(zhì)導(dǎo)致從電解質(zhì)釋放相同的陽離子。
[0090] 在類型2單體的一個示例中，在放電狀態(tài)下電解質(zhì)包含負電極材料的陽離子(例如，Li+、Na+、K+、Mg2+、Ca2+)，并且正電極包含正電極材料(例如，Sb、Pb、Sn、Zn、Hg)。在放電過程中，來自電解質(zhì)的負電極材料的陽離子接受一個或多個電子(例如，來自負集流體)以形
成包含負電極材料的負電極。在一些示例中，負電極材料是液體且濕潤進入負集流體的泡
沫(或多孔)結(jié)構(gòu)。在一些示例中，負集流體可以不包括泡沫(或多孔)結(jié)構(gòu)。在一些示例中，
負集流體可以包括金屬，舉例而言諸如鎢(例如，以避免Zn的腐蝕)，碳化鎢或鉬的負集流體
不包含F(xiàn)e-Ni泡沫。同時，來自正電極的正電極材料放出電子(例如，向正集流體)并且溶解
到電解質(zhì)中作為正電極材料的陽離子(例如，Sb3+、Pb2+、Sn2+、Zn2+、Hg2+)。正電極材料的陽離子的濃度可以基于電解質(zhì)中陽離子材料的原子量和擴散動力學(xué)而隨在電解質(zhì)內(nèi)的垂直接
近度而變化(例如，作為正電極材料之上的距離的函數(shù))。在一些示例中，正電極材料的陽離
子在正電極附近的電解質(zhì)中富集。
成包含負電極材料的負電極。在一些示例中，負電極材料是液體且濕潤進入負集流體的泡
沫(或多孔)結(jié)構(gòu)。在一些示例中，負集流體可以不包括泡沫(或多孔)結(jié)構(gòu)。在一些示例中，
負集流體可以包括金屬，舉例而言諸如鎢(例如，以避免Zn的腐蝕)，碳化鎢或鉬的負集流體
不包含F(xiàn)e-Ni泡沫。同時，來自正電極的正電極材料放出電子(例如，向正集流體)并且溶解
到電解質(zhì)中作為正電極材料的陽離子(例如，Sb3+、Pb2+、Sn2+、Zn2+、Hg2+)。正電極材料的陽離子的濃度可以基于電解質(zhì)中陽離子材料的原子量和擴散動力學(xué)而隨在電解質(zhì)內(nèi)的垂直接
近度而變化(例如，作為正電極材料之上的距離的函數(shù))。在一些示例中，正電極材料的陽離
子在正電極附近的電解質(zhì)中富集。
[0091] 在一些實現(xiàn)方式中，在組裝可在類型2模式中操作的單體的時候可能不需要提供負電極材料。例如，Li||Pb單體或包括(一個或多個)這樣的單體的儲能裝置可以在放電狀
態(tài)下組裝，該單體或儲能裝置僅具有Li鹽電解質(zhì)和Pb或Pb合金(例如，Pb-Sb)正電極(即，在
組裝過程中可能不需要Li金屬)。
態(tài)下組裝，該單體或儲能裝置僅具有Li鹽電解質(zhì)和Pb或Pb合金(例如，Pb-Sb)正電極(即，在
組裝過程中可能不需要Li金屬)。
[0092] 雖然已經(jīng)描述了本公開內(nèi)容的電化學(xué)單體，但是在一些示例中，當在類型1模式或類型2模式中操作時，有可能有其他操作模式。類型1模式或類型2模式作為示例而提供并且
不旨在限制本文所公開的電化學(xué)單體的各種操作模式。
不旨在限制本文所公開的電化學(xué)單體的各種操作模式。
[0093] 在一些情況下，電化學(xué)單體是利用液態(tài)金屬負電極(例如，Na、Li)和固體離子傳導(dǎo)(例如β”-氧化鋁陶瓷)電解質(zhì)的高溫電池。在一些情況下，固體離子傳導(dǎo)電解質(zhì)在約100℃
之上、在約150℃之上、在約200℃之上、在約250℃之上、在約300℃之上或在約350℃之上操
作。電解質(zhì)可以包括熔融的硫?qū)倩?例如，S、Se、Te)以及/或者包括過渡金屬鹵化物(例
如，NiCl3、FeCl3)在內(nèi)的熔鹽。電解質(zhì)可以包括其他支持電解質(zhì)化合物(例如，NaCl、NaF、
NaBr、NaI)。
電池和外殼
之上、在約150℃之上、在約200℃之上、在約250℃之上、在約300℃之上或在約350℃之上操
作。電解質(zhì)可以包括熔融的硫?qū)倩?例如，S、Se、Te)以及/或者包括過渡金屬鹵化物(例
如，NiCl3、FeCl3)在內(nèi)的熔鹽。電解質(zhì)可以包括其他支持電解質(zhì)化合物(例如，NaCl、NaF、
NaBr、NaI)。
電池和外殼
[0094] 本公開內(nèi)容的電化學(xué)單體可以包括可適于各種用途和操作的外殼。外殼可以包括一個單體或多個單體。外殼可被配置用于將電極電耦合至開關(guān)，該開關(guān)可以連接至外部功
率源和電負荷。單體外殼例如可以包括電耦合至開關(guān)的第一極和/或另一單體外殼的導(dǎo)電
容器，以及電耦合至開關(guān)的第二極和/或另一單體外殼的導(dǎo)電容器蓋。所述單體可以布置于
所述容器的空腔內(nèi)。所述單體的電極中的第一個(例如，正電極)可以接觸所述容器的端壁
并與其電耦合。所述單體的電極的第二個(例如，負電極)可以接觸容器蓋(本文統(tǒng)稱為“單
體蓋組裝件”、“蓋組裝件”或“帽組裝件”)上的導(dǎo)電饋通體或?qū)w(例如，負電流引線)并與其電耦合。電絕緣密封件(例如，結(jié)合的陶瓷環(huán))可以使單體的負電勢部分與容器的正電部
分電隔離(例如，使負電流引線與正電流引線電絕緣)。在一個示例中，負電流引線與容器蓋
(例如，單體帽)可以彼此電隔離，其中可以在負電流引線與單體帽之間放置介電密封劑材
料。作為備選，外殼包括電絕緣鞘套(例如，氧化鋁鞘套)或耐腐蝕且導(dǎo)電的鞘套或坩堝(例
如，石墨鞘套或坩堝)。在一些情況下，外殼和/或容器可以是電池外殼和/或容器。
率源和電負荷。單體外殼例如可以包括電耦合至開關(guān)的第一極和/或另一單體外殼的導(dǎo)電
容器，以及電耦合至開關(guān)的第二極和/或另一單體外殼的導(dǎo)電容器蓋。所述單體可以布置于
所述容器的空腔內(nèi)。所述單體的電極中的第一個(例如，正電極)可以接觸所述容器的端壁
并與其電耦合。所述單體的電極的第二個(例如，負電極)可以接觸容器蓋(本文統(tǒng)稱為“單
體蓋組裝件”、“蓋組裝件”或“帽組裝件”)上的導(dǎo)電饋通體或?qū)w(例如，負電流引線)并與其電耦合。電絕緣密封件(例如，結(jié)合的陶瓷環(huán))可以使單體的負電勢部分與容器的正電部
分電隔離(例如，使負電流引線與正電流引線電絕緣)。在一個示例中，負電流引線與容器蓋
(例如，單體帽)可以彼此電隔離，其中可以在負電流引線與單體帽之間放置介電密封劑材
料。作為備選，外殼包括電絕緣鞘套(例如，氧化鋁鞘套)或耐腐蝕且導(dǎo)電的鞘套或坩堝(例
如，石墨鞘套或坩堝)。在一些情況下，外殼和/或容器可以是電池外殼和/或容器。
[0095] 單體可以具有本文所公開的任何單體和密封件配置。例如，活性單體材料可被保持在單體蓋上具有高溫密封件的密封鋼/不銹鋼的容器內(nèi)。負電流引線可以穿過單體蓋(且
通過介電高溫密封件密封至單體蓋)，并且與懸浮于電解質(zhì)中的多孔負集流體(例如，金屬
泡沫)連接。在一些情況下，單體可以使用在單體坩堝的內(nèi)壁上的石墨鞘套、涂層、坩堝、表
面包覆層或襯里(或它們的任何組合)。在其他情況下，單體可以不使用在單體坩堝的內(nèi)壁
上的石墨鞘套、涂層、坩堝、表面包覆層或襯里。
通過介電高溫密封件密封至單體蓋)，并且與懸浮于電解質(zhì)中的多孔負集流體(例如，金屬
泡沫)連接。在一些情況下，單體可以使用在單體坩堝的內(nèi)壁上的石墨鞘套、涂層、坩堝、表
面包覆層或襯里(或它們的任何組合)。在其他情況下，單體可以不使用在單體坩堝的內(nèi)壁
上的石墨鞘套、涂層、坩堝、表面包覆層或襯里。
[0096] 在單體操作過程中，來自單體壁的材料(例如，F(xiàn)e)可以在更高的電壓電勢(例如，類型2模式)下發(fā)生反應(yīng)，并且在電解質(zhì)中電離為可溶性種類。因此，壁材料可以溶解到電解
質(zhì)中，并隨后干擾單體的電化學(xué)過程。例如，溶解的材料可以沉積在負電極上，在一些情況
下其可以如同樹突一樣生長并且橫跨電解質(zhì)伸展到單體的一個或多個壁，或朝著正電極伸
展，這可導(dǎo)致短路故障。本公開內(nèi)容提供了用于抑制或以其他方式幫助使固體(惰性)單體
材料(諸如Fe)的溶解及其例如由樹突的形成和單體短路而造成的對單體性能的潛在負面
影響最小化的各種方案。在一些情況下，單體可被設(shè)計成使得在負電極與單體壁之間間隔
增大，這樣抑制或以其他方式幫助最小化樹突形成和使該壁至內(nèi)壁短路的能力。單體可以
包括在該單體的一個或多個壁與負電極、電解質(zhì)和/或正電極之間的電絕緣且化學(xué)穩(wěn)定的
鞘套或涂層以最小化或防止至該單體的一個或多個壁的短路。在一些情況下，單體可以由
非鐵容器或容器襯里形成，諸如含碳材料(例如，石墨)、或碳化物(例如，SiC、TiC)或氮化物
(例如，TiN、BN)或化學(xué)穩(wěn)定的金屬(例如，Ti、Ni、B)。容器或容器襯里材料可以是導(dǎo)電的。這樣的非限制性方案可以單獨地或組合地使用，以用于抑制或以其他方式幫助最小化與Fe或
其他單體壁材料的化學(xué)相互作用以及任何隨后對單體性能的負面影響。
質(zhì)中，并隨后干擾單體的電化學(xué)過程。例如，溶解的材料可以沉積在負電極上，在一些情況
下其可以如同樹突一樣生長并且橫跨電解質(zhì)伸展到單體的一個或多個壁，或朝著正電極伸
展，這可導(dǎo)致短路故障。本公開內(nèi)容提供了用于抑制或以其他方式幫助使固體(惰性)單體
材料(諸如Fe)的溶解及其例如由樹突的形成和單體短路而造成的對單體性能的潛在負面
影響最小化的各種方案。在一些情況下，單體可被設(shè)計成使得在負電極與單體壁之間間隔
增大，這樣抑制或以其他方式幫助最小化樹突形成和使該壁至內(nèi)壁短路的能力。單體可以
包括在該單體的一個或多個壁與負電極、電解質(zhì)和/或正電極之間的電絕緣且化學(xué)穩(wěn)定的
鞘套或涂層以最小化或防止至該單體的一個或多個壁的短路。在一些情況下，單體可以由
非鐵容器或容器襯里形成，諸如含碳材料(例如，石墨)、或碳化物(例如，SiC、TiC)或氮化物
(例如，TiN、BN)或化學(xué)穩(wěn)定的金屬(例如，Ti、Ni、B)。容器或容器襯里材料可以是導(dǎo)電的。這樣的非限制性方案可以單獨地或組合地使用，以用于抑制或以其他方式幫助最小化與Fe或
其他單體壁材料的化學(xué)相互作用以及任何隨后對單體性能的負面影響。
[0097] 本文中所使用的電池可以包括多個電化學(xué)單體。(一個或多個)單體可以包括外殼。單個單體可以彼此串聯(lián)和/或并聯(lián)地電耦合。在串聯(lián)連接中，第一單體的正端子連接至
第二單體的負端子。在并聯(lián)連接中，第一單體的正端子可以連接至第二單體和/或(一個或
多個)附加的單體的正端子。類似地，單體模塊、封裝包、芯體、CE和系統(tǒng)可以以如針對單體
所描述的相同的方式串聯(lián)和/或并聯(lián)地連接。
第二單體的負端子。在并聯(lián)連接中，第一單體的正端子可以連接至第二單體和/或(一個或
多個)附加的單體的正端子。類似地，單體模塊、封裝包、芯體、CE和系統(tǒng)可以以如針對單體
所描述的相同的方式串聯(lián)和/或并聯(lián)地連接。
[0098] 現(xiàn)將參考附圖，其中自始至終相似的附圖標記指代相似的部件。應(yīng)當理解其中的附圖和特征未必按比例繪制。
[0099] 參考圖1，電化學(xué)單體(A)是包括陽極和陰極的單元。所述單體可以包括電解質(zhì)并被密封在本文所描述的外殼中。在一些情況下，電化學(xué)單體可以堆疊(B)以形成電池(即，一
個或多個電化學(xué)單體的編組)?？梢詫误w并聯(lián)地、串聯(lián)地或者既并聯(lián)又串聯(lián)(C)地進行布
置。
個或多個電化學(xué)單體的編組)?？梢詫误w并聯(lián)地、串聯(lián)地或者既并聯(lián)又串聯(lián)(C)地進行布
置。
[0100] 此外，如本文在別處更詳細地描述那樣，可以將單體布置成組(例如，模塊、封裝包、芯體、CE、系統(tǒng)或包括一個或多個電化學(xué)單體的任何其他的組)。在一些情況下，這樣的
電化學(xué)單體的組可以允許對給定數(shù)目個單體以組級別一起進行控制或調(diào)控(例如，配合或
取代對單個單體的調(diào)控/控制)。
電化學(xué)單體的組可以允許對給定數(shù)目個單體以組級別一起進行控制或調(diào)控(例如，配合或
取代對單個單體的調(diào)控/控制)。
[0101] 本公開內(nèi)容中的電化學(xué)單體(例如，在類型2模式中操作的類型1單體、在類型1模式中操作的類型1單體、或者類型2單體)可以能夠儲存和/或接收(“吸收”)適當大量的能量
(例如，相當大量的能量)的輸入。在一些情況下，單體能夠儲存和/或吸收和/或釋放約1瓦
時(Wh)、約5Wh、25Wh、約50Wh、約100Wh、約250Wh、約500Wh、約1千瓦時(kWh)、約1.5kWh、約
2kWh、約3kWh、約5kWh、約10kWh、約15kWh、約20kWh、約30kWh、約40kWh或約50kWh。在一些情況下，所述電池能夠儲存和/或吸收和/或釋放至少約1Wh、至少約5Wh、至少約25Wh、至少約
50Wh、至少約100Wh、至少約250Wh、至少約500Wh、至少約1kWh、至少約1.5kWh、至少約2kWh、至少約3kWh、至少約5kWh、至少約10kWh、至少約15kWh、至少約20kWh、至少約30kWh、至少約
40kWh或至少約50kWh。應(yīng)當認識到，儲存于電化學(xué)單體和/或電池中的能量的量可能少于吸
收到該電化學(xué)單體和/或電池中的能量的量(例如，由于低效率和損耗)。單體在以本文的任
何電流密度進行操作時可以具有這樣的儲能容量。
(例如，相當大量的能量)的輸入。在一些情況下，單體能夠儲存和/或吸收和/或釋放約1瓦
時(Wh)、約5Wh、25Wh、約50Wh、約100Wh、約250Wh、約500Wh、約1千瓦時(kWh)、約1.5kWh、約
2kWh、約3kWh、約5kWh、約10kWh、約15kWh、約20kWh、約30kWh、約40kWh或約50kWh。在一些情況下，所述電池能夠儲存和/或吸收和/或釋放至少約1Wh、至少約5Wh、至少約25Wh、至少約
50Wh、至少約100Wh、至少約250Wh、至少約500Wh、至少約1kWh、至少約1.5kWh、至少約2kWh、至少約3kWh、至少約5kWh、至少約10kWh、至少約15kWh、至少約20kWh、至少約30kWh、至少約
40kWh或至少約50kWh。應(yīng)當認識到，儲存于電化學(xué)單體和/或電池中的能量的量可能少于吸
收到該電化學(xué)單體和/或電池中的能量的量(例如，由于低效率和損耗)。單體在以本文的任
何電流密度進行操作時可以具有這樣的儲能容量。
[0102] 單體可以能夠以至少約10毫安每平方厘米(mA/cm2)、20mA/cm2、30mA/cm2、40mA/2 2 2 2 2 2 2 2 2
cm、50mA/cm、60mA/cm、70mA/cm、80mA/cm、90mA/cm、100mA/cm 、200mA/cm 、300mA/cm 、
400mA/cm2、500mA/cm2、600mA/cm2、700mA/cm2、800mA/cm2、900mA/cm2、1A/cm2、2A/cm2、3A/cm2、4A/cm2、5A/cm2或10A/cm2的電流密度提供電流，其中電流密度基于電解質(zhì)的有效截面
面積來確定并且其中所述截面面積是正交于在充電或放電過程期間離子穿過電解質(zhì)的凈
流動方向的面積。在一些情況下，單體可以能夠以至少約10％、20％、30％、35％、40％、
45％、50％、55％、60％、65％、70％、75％、80％、90％、95％等的直流(DC)效率操作。在一些情況下，單體可以能夠以至少約10％、20％、30％、40％、50％、60％、70％、80％、85％、90％、
95％、98％、99％、99.5％、99.9％、99.95％、99.99％等的充電效率(例如，庫倫充電效率
(Coulombic?charge?efficiency))操作。
cm、50mA/cm、60mA/cm、70mA/cm、80mA/cm、90mA/cm、100mA/cm 、200mA/cm 、300mA/cm 、
400mA/cm2、500mA/cm2、600mA/cm2、700mA/cm2、800mA/cm2、900mA/cm2、1A/cm2、2A/cm2、3A/cm2、4A/cm2、5A/cm2或10A/cm2的電流密度提供電流，其中電流密度基于電解質(zhì)的有效截面
面積來確定并且其中所述截面面積是正交于在充電或放電過程期間離子穿過電解質(zhì)的凈
流動方向的面積。在一些情況下，單體可以能夠以至少約10％、20％、30％、35％、40％、
45％、50％、55％、60％、65％、70％、75％、80％、90％、95％等的直流(DC)效率操作。在一些情況下，單體可以能夠以至少約10％、20％、30％、40％、50％、60％、70％、80％、85％、90％、
95％、98％、99％、99.5％、99.9％、99.95％、99.99％等的充電效率(例如，庫倫充電效率
(Coulombic?charge?efficiency))操作。
[0103] 在充電狀態(tài)下，本公開內(nèi)容的電化學(xué)單體(例如，在類型2模式中操作的類型1單體、在類型1模式中操作的類型1單體、或者類型2單體)可以具有(或可以操作在)至少約
0.5V、0.6V、0.7V、0.8V、0.9V、1.0V、1.1V、1.2V、1.3V、1.4V、1.5V、1.6V、1.7V、1.8V、1.9V、
2.0V、2.1V、2.2V、2.3V、2.4V、2.5V、2.6V、2.7V、2.8V、2.9V或3.0V的電壓。在一些情況下，單體可以具有至少約0.5V、0.6V、0.7V、0.8V、0.9V、1.0V、1.1V、1.2V、1.3V、1.4V、1.5V、1.6V、
1.7V、1.8V、1.9V、2.0V、2.1V、2.2V、2.3V、2.4V、2.5V、2.6V、2.7V、2.8V、2.9V或3.0V的開路電壓(OCV)。在一個示例中，單體具有大于約0.5V、大于約1V、大于約2V或大于約3V的開路電
壓。在一些情況下，充電狀態(tài)下單體的充電截止電壓(CCV)為從約0.5V至1.5V、1V至3V、1.5V
至2.5V、1.5V至3V或2V至3V。在一些情況下，單體的充電截止電壓(CCV)為至少約0.5V、
0.6V、0.7V、0.8V、0.9V、1.0V、1.1V、1.2V、1.3V、1.4V、1.5V、1.6V、1.7V、1.8V、1.9V、2.0V、
2.1V、2.2V、2.3V、2.4V、2.5V、2.6V、2.7V、2.8V、2.9V或3.0V。在一些情況下，充電狀態(tài)下單體的電壓(例如，操作電壓)在約0.5V與1.5V、1V與2V、1V與2.5V、1.5V與2.0V、1V與3V、1.5V
與2.5V、1.5V與3V或者2V與3V之間。單體在以多達和超過約10個循環(huán)、20個循環(huán)、30個循環(huán)、
40個循環(huán)、50個循環(huán)、100個循環(huán)、200個循環(huán)、300個循環(huán)、400個循環(huán)、500個循環(huán)、600個循
環(huán)、700個循環(huán)、800個循環(huán)、900個循環(huán)、1,000個循環(huán)、2,000個循環(huán)、3,000個循環(huán)、4,000個循環(huán)、5,000個循環(huán)、10,000個循環(huán)、20,000個循環(huán)、50,000個循環(huán)、100,000個循環(huán)或1,000,
000個或更多個循環(huán)(本文也稱“充電/放電循環(huán)”)操作時可以提供這樣的(一個或多個)電
壓(例如，電壓、OCV和/或CCV)。
0.5V、0.6V、0.7V、0.8V、0.9V、1.0V、1.1V、1.2V、1.3V、1.4V、1.5V、1.6V、1.7V、1.8V、1.9V、
2.0V、2.1V、2.2V、2.3V、2.4V、2.5V、2.6V、2.7V、2.8V、2.9V或3.0V的電壓。在一些情況下，單體可以具有至少約0.5V、0.6V、0.7V、0.8V、0.9V、1.0V、1.1V、1.2V、1.3V、1.4V、1.5V、1.6V、
1.7V、1.8V、1.9V、2.0V、2.1V、2.2V、2.3V、2.4V、2.5V、2.6V、2.7V、2.8V、2.9V或3.0V的開路電壓(OCV)。在一個示例中，單體具有大于約0.5V、大于約1V、大于約2V或大于約3V的開路電
壓。在一些情況下，充電狀態(tài)下單體的充電截止電壓(CCV)為從約0.5V至1.5V、1V至3V、1.5V
至2.5V、1.5V至3V或2V至3V。在一些情況下，單體的充電截止電壓(CCV)為至少約0.5V、
0.6V、0.7V、0.8V、0.9V、1.0V、1.1V、1.2V、1.3V、1.4V、1.5V、1.6V、1.7V、1.8V、1.9V、2.0V、
2.1V、2.2V、2.3V、2.4V、2.5V、2.6V、2.7V、2.8V、2.9V或3.0V。在一些情況下，充電狀態(tài)下單體的電壓(例如，操作電壓)在約0.5V與1.5V、1V與2V、1V與2.5V、1.5V與2.0V、1V與3V、1.5V
與2.5V、1.5V與3V或者2V與3V之間。單體在以多達和超過約10個循環(huán)、20個循環(huán)、30個循環(huán)、
40個循環(huán)、50個循環(huán)、100個循環(huán)、200個循環(huán)、300個循環(huán)、400個循環(huán)、500個循環(huán)、600個循
環(huán)、700個循環(huán)、800個循環(huán)、900個循環(huán)、1,000個循環(huán)、2,000個循環(huán)、3,000個循環(huán)、4,000個循環(huán)、5,000個循環(huán)、10,000個循環(huán)、20,000個循環(huán)、50,000個循環(huán)、100,000個循環(huán)或1,000,
000個或更多個循環(huán)(本文也稱“充電/放電循環(huán)”)操作時可以提供這樣的(一個或多個)電
壓(例如，電壓、OCV和/或CCV)。
[0104] 在一些情況下，與負電極、電解質(zhì)和/或正電極的化學(xué)過程不同，循環(huán)數(shù)的限制因素例如可取決于外殼和/或密封件。循環(huán)中的限制可以不由電化學(xué)過程決定，而是由單體的
非活性組件(諸如容器或密封件)的降解所決定?？梢栽诓伙@著降低容量的情況下操作單
體。在一些情況下，單體的操作使用壽命可受單體的容器、密封件和/或帽的壽命限制。在單
體在操作溫度下操作期間，單體可以具有處于液態(tài)(或熔融狀態(tài))的負電極、電解質(zhì)和正電
極。
非活性組件(諸如容器或密封件)的降解所決定?？梢栽诓伙@著降低容量的情況下操作單
體。在一些情況下，單體的操作使用壽命可受單體的容器、密封件和/或帽的壽命限制。在單
體在操作溫度下操作期間，單體可以具有處于液態(tài)(或熔融狀態(tài))的負電極、電解質(zhì)和正電
極。
[0105] 本公開內(nèi)容的電化學(xué)單體可以具有任何合適數(shù)值的響應(yīng)時間(例如，適合于響應(yīng)電網(wǎng)中的擾動)。在一些情況下，所述響應(yīng)時間為約100毫秒(ms)、約50ms、約10ms、約1ms等。
在一些情況下，所述響應(yīng)時間為至多約100毫秒(ms)、至多約50ms、至多約10ms、至多約1ms
等。
在一些情況下，所述響應(yīng)時間為至多約100毫秒(ms)、至多約50ms、至多約10ms、至多約1ms
等。
[0106] 單體的編組或陣列(例如，電池)可以包括任何合適數(shù)目的單體，諸如至少約2個、至少約5個、至少約10個、至少約50個、至少約100個、至少約500個、至少約1000個、至少約
5000個、至少約10000個等。在一些示例中，電池包括1個、2個、3個、4個、5個、6個、7個、8個、9個、10個、15個、20個、30個、40個、50個、60個、70個、80個、90個、100個、200個、300個、400個、
500個、600個、700個、800個、900個、1000個、2000個、5000個、10,000個、20,000個、50,000個、100,000個、500,000個或1,000,000個單體。
5000個、至少約10000個等。在一些示例中，電池包括1個、2個、3個、4個、5個、6個、7個、8個、9個、10個、15個、20個、30個、40個、50個、60個、70個、80個、90個、100個、200個、300個、400個、
500個、600個、700個、800個、900個、1000個、2000個、5000個、10,000個、20,000個、50,000個、100,000個、500,000個或1,000,000個單體。
[0107] 在一些實現(xiàn)方式中，在本公開內(nèi)容的儲能系統(tǒng)中可以包括一種或多種類型的單體。例如，儲能裝置可以包括類型2單體或類型1單體與類型2單體的組合(例如，50％的類型
1單體和50％的類型2單體)。這樣的單體可以在類型2模式下操作。在一些情況下，單體的第
一部分可以在類型1模式中操作，而單體的第二部分可以在類型2模式中操作。
1單體和50％的類型2單體)。這樣的單體可以在類型2模式下操作。在一些情況下，單體的第
一部分可以在類型1模式中操作，而單體的第二部分可以在類型2模式中操作。
[0108] 本公開內(nèi)容的電池可以能夠儲存和/或吸收適當大量的能量(例如，相當大量的能量)以用于電網(wǎng)(即，電網(wǎng)規(guī)模電池)或者其他負荷或用途。在一些情況下，電池能夠儲存和/
或吸收和/或釋放約5千瓦時(kWh)、約25kWh、約50kWh、約100kWh、約500kWh、約1兆瓦時
(MWh)、約1.5MWh、約2MWh、約3MWh、約5MWh、約10MWh、約25MWh、約50MWh或約100MWh。在一些情況下，所述電池能夠儲存和/或吸收至少約1kWh、至少約5kWh、至少約25kWh、至少約
50kWh、至少約100kWh、至少約500kWh、至少約1MWh、至少約1.5MWh、至少約2MWh、至少約
3MWh、至少約4MWh、至少約5MWh、至少約10MWh、至少約25MWh、至少約50MWh或至少約100MWh。
或吸收和/或釋放約5千瓦時(kWh)、約25kWh、約50kWh、約100kWh、約500kWh、約1兆瓦時
(MWh)、約1.5MWh、約2MWh、約3MWh、約5MWh、約10MWh、約25MWh、約50MWh或約100MWh。在一些情況下，所述電池能夠儲存和/或吸收至少約1kWh、至少約5kWh、至少約25kWh、至少約
50kWh、至少約100kWh、至少約500kWh、至少約1MWh、至少約1.5MWh、至少約2MWh、至少約
3MWh、至少約4MWh、至少約5MWh、至少約10MWh、至少約25MWh、至少約50MWh或至少約100MWh。
[0109] 在一些情況下，單體和單體外殼是可堆疊的?？梢远询B任何數(shù)目的單體。單體可以并排堆疊、堆疊于彼此之上，或者同時以這兩種方式堆疊。在一些情況下，堆疊至少約3個、6
個、10個、50個、100個或500個單體。在一些情況下，100個單體的堆能夠儲存和/或吸收至少
50kWh的能量。第一堆單體(例如，10個單體)可以電連接至第二堆單體(例如，另外10個單
體)，以增加電連通的單體的數(shù)目(例如，在這種情況下為20個)。在一些情況下，所述儲能裝
置包括一疊1個到10個、一疊11個到50個、一疊51個到100個或更多個電化學(xué)單體。
個、10個、50個、100個或500個單體。在一些情況下，100個單體的堆能夠儲存和/或吸收至少
50kWh的能量。第一堆單體(例如，10個單體)可以電連接至第二堆單體(例如，另外10個單
體)，以增加電連通的單體的數(shù)目(例如，在這種情況下為20個)。在一些情況下，所述儲能裝
置包括一疊1個到10個、一疊11個到50個、一疊51個到100個或更多個電化學(xué)單體。
[0110] 電化學(xué)儲能裝置可以包括一個或多個的單個電化學(xué)單體。電化學(xué)單體可被容納于容器內(nèi)，該容器可以包括容器蓋(例如，單體帽)和密封組件。所述裝置可以包括至少1、2、3、
4、5、6、7、8、9、10、20、30、40、50、100、200、300、400、500、1000、10,000、100,000或1,000,000個單體。容器蓋例如可以利用密封件(例如，環(huán)狀介電墊圈)將容器與容器蓋電隔離。這樣的
組件可以由電絕緣材料構(gòu)造而成，舉例而言，所述組件諸如為玻璃、氧化物陶瓷、氮化物陶
瓷、硫?qū)倩锘蚱浣M合(例如，陶瓷、二氧化硅、氧化鋁、包括氮化硼、氮化鋁、氮化鋯、氮化鈦在內(nèi)的氮化物、包括碳化硅、碳化鈦在內(nèi)的碳化物或者包括氧化鋰、氧化鈣、氧化鋇、氧化
釔、氧化硅、氧化鋁在內(nèi)的其它氧化物，或者氮化鋰、氧化鑭，或者它們的任何組合)。可以通過一種或多種方法將密封件做成密閉的。例如，密封件可以經(jīng)受容器蓋與容器之間的相對
較高的壓縮力(例如，大于約1,000psi或大于約10,000psi)以便除了電隔離之外提供密封。
或者，密封件可以通過焊接點、釬焊接頭或其他將相關(guān)單體組件接合至絕緣密封劑材料的
化學(xué)粘結(jié)材料而結(jié)合。
4、5、6、7、8、9、10、20、30、40、50、100、200、300、400、500、1000、10,000、100,000或1,000,000個單體。容器蓋例如可以利用密封件(例如，環(huán)狀介電墊圈)將容器與容器蓋電隔離。這樣的
組件可以由電絕緣材料構(gòu)造而成，舉例而言，所述組件諸如為玻璃、氧化物陶瓷、氮化物陶
瓷、硫?qū)倩锘蚱浣M合(例如，陶瓷、二氧化硅、氧化鋁、包括氮化硼、氮化鋁、氮化鋯、氮化鈦在內(nèi)的氮化物、包括碳化硅、碳化鈦在內(nèi)的碳化物或者包括氧化鋰、氧化鈣、氧化鋇、氧化
釔、氧化硅、氧化鋁在內(nèi)的其它氧化物，或者氮化鋰、氧化鑭，或者它們的任何組合)。可以通過一種或多種方法將密封件做成密閉的。例如，密封件可以經(jīng)受容器蓋與容器之間的相對
較高的壓縮力(例如，大于約1,000psi或大于約10,000psi)以便除了電隔離之外提供密封。
或者，密封件可以通過焊接點、釬焊接頭或其他將相關(guān)單體組件接合至絕緣密封劑材料的
化學(xué)粘結(jié)材料而結(jié)合。
[0111] 圖2示意性地圖示了包括導(dǎo)電外殼201以及與集流體203電連通的導(dǎo)體202的電池。圖2的電池可以是儲能裝置的單體。導(dǎo)體可以與外殼電隔離并且可以經(jīng)外殼中的孔徑穿過
外殼突出，以使得當?shù)谝粏误w與第二單體堆疊起來時，第一單體的導(dǎo)體與第二單體的外殼
電連通。
外殼突出，以使得當?shù)谝粏误w與第二單體堆疊起來時，第一單體的導(dǎo)體與第二單體的外殼
電連通。
[0112] 在一些情況下，單體包括負集流體、負電極、電解質(zhì)、正電極和正集流體。負電極可以是負集流體的一部分。作為備選，負電極與負集流體分隔開，但是以其他方式與該負集流
體保持電連通。正電極可以是正集流體的一部分。作為備選，正電極可以與正集流體分隔
開，但是以其他方式與該正集流體保持電連通。
體保持電連通。正電極可以是正集流體的一部分。作為備選，正電極可以與正集流體分隔
開，但是以其他方式與該正集流體保持電連通。
[0113] 單體外殼可以包括導(dǎo)電容器和與集流體電連通的導(dǎo)體。導(dǎo)體可以經(jīng)容器中的孔徑穿過外殼突出，并且可以與該容器電隔離。當?shù)谝煌鈿ず偷诙鈿ざ询B起來時，第一外殼的
導(dǎo)體可以接觸第二外殼的容器。
導(dǎo)體可以接觸第二外殼的容器。
[0114] 在一些情況下，所述導(dǎo)體從外殼和/或容器突出所經(jīng)過的孔徑的面積相對于外殼和/或容器的面積較小。在一些情況下，孔徑的面積與外殼的面積之比為約0.001、約0.005、
約0.01、約0.05、約0.1、約0.15、約0.2、約0.3、約0.4或約0.5。在一些情況下，孔徑的面積與外殼的面積之比小于或等于約0.001、小于或等于約0.005、小于或等于約0.01、小于或等于
約0.05、小于或等于約0.1、小于或等于約0.15、小于或等于約0.2、或小于或等于約0.3、小
于或等于約0.4或者小于或等于約0.5。
約0.01、約0.05、約0.1、約0.15、約0.2、約0.3、約0.4或約0.5。在一些情況下，孔徑的面積與外殼的面積之比小于或等于約0.001、小于或等于約0.005、小于或等于約0.01、小于或等于
約0.05、小于或等于約0.1、小于或等于約0.15、小于或等于約0.2、或小于或等于約0.3、小
于或等于約0.4或者小于或等于約0.5。
[0115] 單體可以包括導(dǎo)電外殼和與集流體電連通的導(dǎo)體。導(dǎo)體經(jīng)外殼中的孔徑穿過外殼突出并且可以與外殼電隔離。孔徑的面積與外殼的面積之比可以小于約0.3、0.2、0.15、
0.1、0.05、0.01、0.005或0.001(例如，小于約0.1)。
0.1、0.05、0.01、0.005或0.001(例如，小于約0.1)。
[0116] 單體外殼可以包括導(dǎo)電容器和與集流體電連通的導(dǎo)體。導(dǎo)體可以經(jīng)容器中的孔徑穿過外殼突出并且與容器電隔離。孔徑的面積與容器的面積之比可以小于約0.3、0.2、
0.15、0.1、0.05、0.01、0.005或0.001(例如，小于約0.1)。所述外殼可以能夠封閉能夠儲存
和/或吸收少于約100Wh的能量、約100Wh的能量或者多于約100瓦時的能量的單體。所述外
殼可以能夠封閉能夠儲存和/或吸收至少約25瓦時的能量的單體。所述單體可以能夠儲存
和/或吸收至少約1Wh、5Wh、25Wh、50Wh、100Wh、500Wh、1kWh、1.5kWh、2kWh、3kWh、5kWh、
10kWh、15kWh、20kWh、30kWh、40kWh或50kWh的能量。
0.15、0.1、0.05、0.01、0.005或0.001(例如，小于約0.1)。所述外殼可以能夠封閉能夠儲存
和/或吸收少于約100Wh的能量、約100Wh的能量或者多于約100瓦時的能量的單體。所述外
殼可以能夠封閉能夠儲存和/或吸收至少約25瓦時的能量的單體。所述單體可以能夠儲存
和/或吸收至少約1Wh、5Wh、25Wh、50Wh、100Wh、500Wh、1kWh、1.5kWh、2kWh、3kWh、5kWh、
10kWh、15kWh、20kWh、30kWh、40kWh或50kWh的能量。
[0117] 圖3是電化學(xué)單體或電池300的截面?zhèn)纫晥D，該電化學(xué)單體或電池300包括外殼301、從外殼中的孔徑穿過并與液態(tài)金屬負電極303電連通的導(dǎo)電饋通體(即，諸如導(dǎo)體棒等
導(dǎo)體)302、液態(tài)金屬正電極305以及液態(tài)金屬電極303與305之間的液態(tài)鹽電解質(zhì)304。如本
文在別處所公開的，單體或電池300可以被配置用于在低電壓模式(“類型1模式”)或高電壓
模式(“類型2模式”)下操作的單體化學(xué)過程。導(dǎo)體302可以與外殼301電隔離(例如，使用電
絕緣的密封件)。負集流體307可以包括表現(xiàn)像海綿的泡沫材料303，并且負電極液態(tài)金屬滲
透于泡沫中。液態(tài)金屬負電極303與熔鹽電解質(zhì)304相接觸。該液態(tài)鹽電解質(zhì)還與液態(tài)金屬
正電極305相接觸。液態(tài)金屬正電極305可以沿著外殼301的側(cè)壁和/或沿著外殼的底部端壁
與該外殼電連通。
導(dǎo)體)302、液態(tài)金屬正電極305以及液態(tài)金屬電極303與305之間的液態(tài)鹽電解質(zhì)304。如本
文在別處所公開的，單體或電池300可以被配置用于在低電壓模式(“類型1模式”)或高電壓
模式(“類型2模式”)下操作的單體化學(xué)過程。導(dǎo)體302可以與外殼301電隔離(例如，使用電
絕緣的密封件)。負集流體307可以包括表現(xiàn)像海綿的泡沫材料303，并且負電極液態(tài)金屬滲
透于泡沫中。液態(tài)金屬負電極303與熔鹽電解質(zhì)304相接觸。該液態(tài)鹽電解質(zhì)還與液態(tài)金屬
正電極305相接觸。液態(tài)金屬正電極305可以沿著外殼301的側(cè)壁和/或沿著外殼的底部端壁
與該外殼電連通。
[0118] 外殼可以包括容器和容器蓋(例如，單體帽)?？梢詫⑷萜骱腿萜魃w機械地連接(例如，焊接)。在一些情況下，機械連接可以包括化學(xué)連接。在一些情況下，容器蓋與容器電隔
離。在這樣的情況下單體蓋可以或可以不與負電流引線電隔離。在一些情況下，容器蓋電連
接至容器(例如，單體本體)。單體蓋可以繼而與負電流引線電隔離。在操作期間(例如，當處
于熔融狀態(tài)時)，容器蓋與容器可以電子連接(例如，通過直接的電連接，舉例而言，諸如經(jīng)
由焊接的蓋至單體主體接合點，或者離子穿過電解質(zhì)和電極)。負電流引線例如可以通過使
用電絕緣的氣密密封件而與容器和/或容器蓋(例如，單體帽)電隔離。在一些示例中，可以
在負電流引線與容器蓋之間提供電絕緣的屏障(例如，密封件)。作為備選，密封件可以采用
例如墊圈的形式，并且放置在容器蓋與容器之間。在一些示例中，電化學(xué)單體或電池300可
以包括兩個或更多個導(dǎo)體，所述導(dǎo)體穿過一個或多個孔徑并且與液態(tài)金屬負電極303電連
通。在一些情況下，可以在液態(tài)負電極303與(液態(tài))正電極305之間的電解質(zhì)304內(nèi)布置隔膜
結(jié)構(gòu)(未示出)。
離。在這樣的情況下單體蓋可以或可以不與負電流引線電隔離。在一些情況下，容器蓋電連
接至容器(例如，單體本體)。單體蓋可以繼而與負電流引線電隔離。在操作期間(例如，當處
于熔融狀態(tài)時)，容器蓋與容器可以電子連接(例如，通過直接的電連接，舉例而言，諸如經(jīng)
由焊接的蓋至單體主體接合點，或者離子穿過電解質(zhì)和電極)。負電流引線例如可以通過使
用電絕緣的氣密密封件而與容器和/或容器蓋(例如，單體帽)電隔離。在一些示例中，可以
在負電流引線與容器蓋之間提供電絕緣的屏障(例如，密封件)。作為備選，密封件可以采用
例如墊圈的形式，并且放置在容器蓋與容器之間。在一些示例中，電化學(xué)單體或電池300可
以包括兩個或更多個導(dǎo)體，所述導(dǎo)體穿過一個或多個孔徑并且與液態(tài)金屬負電極303電連
通。在一些情況下，可以在液態(tài)負電極303與(液態(tài))正電極305之間的電解質(zhì)304內(nèi)布置隔膜
結(jié)構(gòu)(未示出)。
[0119] 外殼301可以由導(dǎo)電材料構(gòu)造而成，舉例而言，該導(dǎo)電材料諸如為鋼、鐵、不銹鋼、低碳鋼、石墨、鎳、鎳基合金、鈦、鋁、鉬、鎢或諸如氮化物(例如，碳化硅或碳化鈦)等導(dǎo)電化合物，或者它們的組合(例如，合金)。
[0120] 外殼301可以包括外殼內(nèi)部306。外殼內(nèi)部306可以包括但不限于，鞘套(例如，石墨鞘套)、涂層、坩堝(例如，石墨坩堝)、表面包覆層、襯里或它們的任何組合。在一個示例中，外殼內(nèi)部306是鞘套。在另一示例中，外殼內(nèi)部306是坩堝。在又一示例中，外殼內(nèi)部306是涂
層或表面包覆層。外殼內(nèi)部306可以是導(dǎo)熱的、熱絕緣的、導(dǎo)電的、電絕緣的或它們的任何組
合。在一些情況下，外殼內(nèi)部306可被提供用于外殼的保護(例如，用于保護外殼的不銹鋼材
料免受腐蝕)。在一些情況下，外殼內(nèi)部可以抵抗液態(tài)金屬正電極的潤濕。在一些情況下，外
殼內(nèi)部可以抵抗液態(tài)電解質(zhì)的潤濕。
層或表面包覆層。外殼內(nèi)部306可以是導(dǎo)熱的、熱絕緣的、導(dǎo)電的、電絕緣的或它們的任何組
合。在一些情況下，外殼內(nèi)部306可被提供用于外殼的保護(例如，用于保護外殼的不銹鋼材
料免受腐蝕)。在一些情況下，外殼內(nèi)部可以抵抗液態(tài)金屬正電極的潤濕。在一些情況下，外
殼內(nèi)部可以抵抗液態(tài)電解質(zhì)的潤濕。
[0121] 外殼可以包括單獨的金屬或化合物的襯里組件(例如，比單體本體更薄的襯里組件)，或者涂層(例如，電絕緣涂層)，舉例而言，諸如帶有石墨襯里的鋼外殼，或者帶有氮化
物涂層或襯里(例如，氮化硼、氮化鋁)的鋼外殼，帶有鈦涂層或襯里的鋼外殼，或者帶有碳
化物涂層或襯里(例如，碳化硅、碳化鈦)的鋼外殼。該涂層可以表現(xiàn)出良好的性能和功能，
包括抵抗正電極液態(tài)金屬的潤濕的表面。在一些情況下，襯里(例如，石墨襯里)可以在放置
于單體外殼內(nèi)部之前或之后通過在空氣中加熱超過室溫來進行干燥或在真空爐中干燥。干
燥或加熱襯里可以在將電解質(zhì)、正電極或負電極添加到單體外殼之前從襯里移除水分。
物涂層或襯里(例如，氮化硼、氮化鋁)的鋼外殼，帶有鈦涂層或襯里的鋼外殼，或者帶有碳
化物涂層或襯里(例如，碳化硅、碳化鈦)的鋼外殼。該涂層可以表現(xiàn)出良好的性能和功能，
包括抵抗正電極液態(tài)金屬的潤濕的表面。在一些情況下，襯里(例如，石墨襯里)可以在放置
于單體外殼內(nèi)部之前或之后通過在空氣中加熱超過室溫來進行干燥或在真空爐中干燥。干
燥或加熱襯里可以在將電解質(zhì)、正電極或負電極添加到單體外殼之前從襯里移除水分。
[0122] 外殼301可以包括熱絕緣和/或電絕緣的鞘套或坩堝306。在這一配置中，負電極303在不與正電極305電連接(即，短路)的情況下，可以在外殼301的由鞘套或坩堝所限定的
側(cè)壁之間橫向延伸?；蛘?，負電極303可以在第一負電極端303a與第二負電極端303b之間橫
向延伸。當沒有提供鞘套或坩堝306時，負電極303可以具有的直徑(或其他特性尺寸，在圖3
中如從303a到303b的距離所示)小于由外殼301所限定的空腔的直徑(或者諸如長方體容器
的寬度等其他特性尺寸，在圖3中如距離D所示)。
側(cè)壁之間橫向延伸?；蛘?，負電極303可以在第一負電極端303a與第二負電極端303b之間橫
向延伸。當沒有提供鞘套或坩堝306時，負電極303可以具有的直徑(或其他特性尺寸，在圖3
中如從303a到303b的距離所示)小于由外殼301所限定的空腔的直徑(或者諸如長方體容器
的寬度等其他特性尺寸，在圖3中如距離D所示)。
[0123] 坩堝可以制造成借助于位于坩堝與單體外殼之間的導(dǎo)電液態(tài)金屬或半固態(tài)金屬合金的薄層而與單體外殼電子接觸，諸如元素Pb、Sn、Sb、Bi、Ga、In、Te或它們的組合。
[0124] 外殼內(nèi)部(例如，鞘套、坩堝和/或涂層)306可以使用熱絕緣的、導(dǎo)熱的以及/或者電絕緣的或?qū)щ姷牟牧蠘?gòu)造而成，舉例而言，諸如石墨、碳化物(例如，SiC、TiC)、氮化物(例如，BN)、氧化鋁、二氧化鈦、二氧化硅、氧化鎂、氮化硼或混合氧化物，舉例而言，所述混合氧化物諸如為氧化鈣、氧化鋁、氧化硅、氧化鋰、氧化鎂等。例如，如圖3中所示，鞘套(或其他)外殼內(nèi)部306具有環(huán)形的截面幾何形狀，該環(huán)形的截面幾何形狀可以在第一鞘套端306a與
第二鞘套端306b之間橫向延伸?？梢詫⑺銮侍椎某叽?在圖3中如從306a至306b的距離所
示)限定成使得鞘套接觸并壓靠由外殼空腔301所限定的空腔的側(cè)壁。作為備選，外殼內(nèi)部
306可以用于防止容器的腐蝕以及/或者防止陰極材料潤濕側(cè)壁，并且可以由電子導(dǎo)電材料
構(gòu)造而成，所述材料諸如鋼、不銹鋼、鎢、鉬、鎳、鎳基合金、石墨、鈦或氮化鈦。例如，所述鞘套可以很薄并可以是涂層。該涂層可能僅覆蓋壁的內(nèi)側(cè)，并且/或者還可能覆蓋容器內(nèi)側(cè)的
底部。在一些情況下，鞘套(例如，石墨鞘套)可以在放置于單體外殼內(nèi)部之前或之后通過在
空氣中加熱超過室溫來進行干燥或在真空爐中干燥。干燥或加熱襯里可以在將電解質(zhì)、正
電極或負電極添加到單體外殼之前從襯里移除水分。
第二鞘套端306b之間橫向延伸?？梢詫⑺銮侍椎某叽?在圖3中如從306a至306b的距離所
示)限定成使得鞘套接觸并壓靠由外殼空腔301所限定的空腔的側(cè)壁。作為備選，外殼內(nèi)部
306可以用于防止容器的腐蝕以及/或者防止陰極材料潤濕側(cè)壁，并且可以由電子導(dǎo)電材料
構(gòu)造而成，所述材料諸如鋼、不銹鋼、鎢、鉬、鎳、鎳基合金、石墨、鈦或氮化鈦。例如，所述鞘套可以很薄并可以是涂層。該涂層可能僅覆蓋壁的內(nèi)側(cè)，并且/或者還可能覆蓋容器內(nèi)側(cè)的
底部。在一些情況下，鞘套(例如，石墨鞘套)可以在放置于單體外殼內(nèi)部之前或之后通過在
空氣中加熱超過室溫來進行干燥或在真空爐中干燥。干燥或加熱襯里可以在將電解質(zhì)、正
電極或負電極添加到單體外殼之前從襯里移除水分。
[0125] 單體可以包括導(dǎo)電坩堝或涂層來代替鞘套，該導(dǎo)電坩堝或涂層用作單體外殼的側(cè)壁和底部內(nèi)表面的襯里，其被稱為單體外殼襯里，防止了正電極與單體外殼直接接觸。單體
外殼襯里可以防止單體外殼與單體外殼襯里或鞘套之間的正電極的潤濕，并且可以防止單
體外殼的底部表面上的正電極的直接接觸。鞘套可以很薄并且可以是涂層。所述涂層可能
僅覆蓋所述壁的內(nèi)側(cè)，并且/或者還可能覆蓋容器內(nèi)側(cè)的底部。鞘套可能不與外殼301完美
地配合，這可能阻礙單體襯里與單體外殼之間的電流流動。為確保單體外殼與單體襯里之
間充足的電子傳導(dǎo)，可以使用具有低熔點的金屬(例如，Pb、Sn、Bi)的液體在鞘套/涂層與單
體外殼之間提供強的電連接。該層可以允許更容易制造和組裝單體。
外殼襯里可以防止單體外殼與單體外殼襯里或鞘套之間的正電極的潤濕，并且可以防止單
體外殼的底部表面上的正電極的直接接觸。鞘套可以很薄并且可以是涂層。所述涂層可能
僅覆蓋所述壁的內(nèi)側(cè)，并且/或者還可能覆蓋容器內(nèi)側(cè)的底部。鞘套可能不與外殼301完美
地配合，這可能阻礙單體襯里與單體外殼之間的電流流動。為確保單體外殼與單體襯里之
間充足的電子傳導(dǎo)，可以使用具有低熔點的金屬(例如，Pb、Sn、Bi)的液體在鞘套/涂層與單
體外殼之間提供強的電連接。該層可以允許更容易制造和組裝單體。
[0126] 外殼301還可以包括第一(例如，負)集流體或引線307和第二(例如，正)集流體308。負集流體307可以由導(dǎo)電材料構(gòu)造而成，舉例而言，該導(dǎo)電材料諸如為鎳-鐵(Ni-Fe)泡
沫、有孔鋼盤、多片波紋鋼、多片延展金屬網(wǎng)等。負集流體307可以被配置成可以在第一集流
體端307a與第二集流體端307b之間橫向延伸的板或泡沫。負集流體307可以具有的集流體
直徑小于或類似于由外殼301所限定的空腔的直徑。在一些情況下，負集流體307可以具有
的集流體直徑(或其他特性尺寸，在圖3中如從307a至307b的距離所示)小于或類似于負電
極303的直徑(或其他特性尺寸，在圖3中如從303a至303b的距離所示)。正集流體308可以被
配置成外殼301的一部分；例如，外殼的底部端壁可以被配置作為正集流體308，如圖3中所
示?；蛘?，集流體可以與外殼分立，并且可以與外殼電連接。在一些情況下，正集流體可以不
與外殼電連接。本公開內(nèi)容并不限于負集流體配置和/或正集流體配置的任何特定配置。
沫、有孔鋼盤、多片波紋鋼、多片延展金屬網(wǎng)等。負集流體307可以被配置成可以在第一集流
體端307a與第二集流體端307b之間橫向延伸的板或泡沫。負集流體307可以具有的集流體
直徑小于或類似于由外殼301所限定的空腔的直徑。在一些情況下，負集流體307可以具有
的集流體直徑(或其他特性尺寸，在圖3中如從307a至307b的距離所示)小于或類似于負電
極303的直徑(或其他特性尺寸，在圖3中如從303a至303b的距離所示)。正集流體308可以被
配置成外殼301的一部分；例如，外殼的底部端壁可以被配置作為正集流體308，如圖3中所
示?；蛘?，集流體可以與外殼分立，并且可以與外殼電連接。在一些情況下，正集流體可以不
與外殼電連接。本公開內(nèi)容并不限于負集流體配置和/或正集流體配置的任何特定配置。
[0127] 負電極303可以被包含在負集流體(例如，泡沫)307內(nèi)。在這一配置中，電解質(zhì)層與泡沫307的底部、側(cè)面和/或頂部發(fā)生接觸。包含在泡沫(即，負電極材料)中的金屬可被保持
遠離外殼301的側(cè)壁，舉例而言，諸如通過液態(tài)金屬負電極的吸收和保留到泡沫中，從而允
許單體在沒有絕緣鞘套306的情況下運行。在一些情況下，可以使用石墨鞘套或石墨單體外
殼襯里(例如，石墨坩堝)來防止正電極以免沿側(cè)壁潤濕，這可以防止單體的短路。
遠離外殼301的側(cè)壁，舉例而言，諸如通過液態(tài)金屬負電極的吸收和保留到泡沫中，從而允
許單體在沒有絕緣鞘套306的情況下運行。在一些情況下，可以使用石墨鞘套或石墨單體外
殼襯里(例如，石墨坩堝)來防止正電極以免沿側(cè)壁潤濕，這可以防止單體的短路。
[0128] 電流可以沿著一個表面跨與電解質(zhì)相接觸的液態(tài)金屬正電極和/或液態(tài)金屬負電極基本上均勻地分布(即，跨該表面流過的電流可以是均勻的，以使得流過該表面的任何部
分的電流基本上都不偏離平均電流密度)。在一些示例中，跨該表面的一個區(qū)域流過的電流
的最大密度小于約105％、或者小于或等于約115％、小于或等于約125％、小于或等于約
150％、小于或等于約175％、小于或等于約200％、小于約或等于250％或者小于或等于約
300％的跨該表面流過的電流的平均密度。在一些示例中，跨該表面的一個區(qū)域流過的電流
的最小密度大于或等于約50％、大于或等于約60％、大于或等于約70％、大于或等于約
80％、大于或等于約90％或者大于或等于約95％的跨該表面流過的電流的平均密度。
分的電流基本上都不偏離平均電流密度)。在一些示例中，跨該表面的一個區(qū)域流過的電流
的最大密度小于約105％、或者小于或等于約115％、小于或等于約125％、小于或等于約
150％、小于或等于約175％、小于或等于約200％、小于約或等于250％或者小于或等于約
300％的跨該表面流過的電流的平均密度。在一些示例中，跨該表面的一個區(qū)域流過的電流
的最小密度大于或等于約50％、大于或等于約60％、大于或等于約70％、大于或等于約
80％、大于或等于約90％或者大于或等于約95％的跨該表面流過的電流的平均密度。
[0129] 從頂部或底部方向觀看，如在圖3中分別由“俯視圖”和“仰視圖”所指示的，單體或電池300的截面幾何形狀可以是環(huán)形的、橢圓形的、正方形的、矩形的、多邊形的、彎曲的、對稱的、非對稱的或任何基于針對電池單體的設(shè)計需求的其他復(fù)合形狀。在一個示例中，單體
或電池300是軸對稱的，具有圓形或正方形截面。單體或電池300的組件(例如，圖3中的組
件)可以在單體或電池內(nèi)按軸對稱的方式布置。在一些情況下，一個或多個組件可以非對稱
地布置，舉例而言，諸如偏離軸309的中心。
或電池300是軸對稱的，具有圓形或正方形截面。單體或電池300的組件(例如，圖3中的組
件)可以在單體或電池內(nèi)按軸對稱的方式布置。在一些情況下，一個或多個組件可以非對稱
地布置，舉例而言，諸如偏離軸309的中心。
[0130] 正電極和負電極材料的合成體積可能是電池體積(例如，如該電池最外層外殼所限定，諸如運送容器所限定)的至少約5％、10％、20％、30％、40％、50％、60％、70％、80％、
90％或95％。在一些情況下，陽極和陰極材料的合成體積為單體的體積的至少約5％、至少
約10％、至少約20％、至少約30％、至少約40％、至少約60％、至少約75％。正電極和負電極
材料的合成體積在操作期間由于正電極或負電極分別生長或擴張或者縮小或收縮而增加
或減少(例如，在高度上)。在一個示例中，在放電期間，負電極(放電期間為陽極)的體積可
能由于負電極材料向正電極(放電期間為陰極)的轉(zhuǎn)移而減少，其中該正電極的體積增加
(例如，作為合金化反應(yīng)的結(jié)果)。負電極減少的體積可能或可能不等于正電極增加的體積。
正電極材料和負電極材料可以彼此反應(yīng)以形成固體或半固體的相互反應(yīng)化合物(本文中亦
稱“相互反應(yīng)產(chǎn)物”)，所述相互反應(yīng)化合物可以具有的密度等于、低于或高于所述正電極材
料和/或負電極材料的密度。盡管電化學(xué)單體或電池300中材料的質(zhì)量可以是恒定的，可能
存在一種或兩種或更多種相(例如，液體或固體)，并且每種這樣的相可以包括某一材料組
合物(例如，堿金屬可能以不同濃度存在于單體的材料和相中：液態(tài)金屬負電極可能包含高
濃度的堿金屬，液態(tài)金屬正電極可能包含該堿金屬的合金并且該堿金屬的濃度在操作期間
可能改變，以及液態(tài)金屬正電極和液態(tài)金屬負電極的相互反應(yīng)產(chǎn)物可能包含化學(xué)計量固定
或可變的該堿金屬)。所述相和/或材料可以具有不同密度。當材料在電極的相和/或材料之
間轉(zhuǎn)移時，可能導(dǎo)致合成的電極體積發(fā)生改變。
90％或95％。在一些情況下，陽極和陰極材料的合成體積為單體的體積的至少約5％、至少
約10％、至少約20％、至少約30％、至少約40％、至少約60％、至少約75％。正電極和負電極
材料的合成體積在操作期間由于正電極或負電極分別生長或擴張或者縮小或收縮而增加
或減少(例如，在高度上)。在一個示例中，在放電期間，負電極(放電期間為陽極)的體積可
能由于負電極材料向正電極(放電期間為陰極)的轉(zhuǎn)移而減少，其中該正電極的體積增加
(例如，作為合金化反應(yīng)的結(jié)果)。負電極減少的體積可能或可能不等于正電極增加的體積。
正電極材料和負電極材料可以彼此反應(yīng)以形成固體或半固體的相互反應(yīng)化合物(本文中亦
稱“相互反應(yīng)產(chǎn)物”)，所述相互反應(yīng)化合物可以具有的密度等于、低于或高于所述正電極材
料和/或負電極材料的密度。盡管電化學(xué)單體或電池300中材料的質(zhì)量可以是恒定的，可能
存在一種或兩種或更多種相(例如，液體或固體)，并且每種這樣的相可以包括某一材料組
合物(例如，堿金屬可能以不同濃度存在于單體的材料和相中：液態(tài)金屬負電極可能包含高
濃度的堿金屬，液態(tài)金屬正電極可能包含該堿金屬的合金并且該堿金屬的濃度在操作期間
可能改變，以及液態(tài)金屬正電極和液態(tài)金屬負電極的相互反應(yīng)產(chǎn)物可能包含化學(xué)計量固定
或可變的該堿金屬)。所述相和/或材料可以具有不同密度。當材料在電極的相和/或材料之
間轉(zhuǎn)移時，可能導(dǎo)致合成的電極體積發(fā)生改變。
[0131] 在一些情況下，單體可以包括一個或多個合金產(chǎn)物，所述合金產(chǎn)物是液態(tài)的、半液態(tài)的(或半固態(tài)的)或固態(tài)的。所述合金產(chǎn)物與負電極、正電極和/或電解質(zhì)可以是不混溶的
(或者，在一些情況下，可溶解的)。所述合金產(chǎn)物可以形成于單體的充電或放電期間的電化
過程。
(或者，在一些情況下，可溶解的)。所述合金產(chǎn)物可以形成于單體的充電或放電期間的電化
過程。
[0132] 合金產(chǎn)物可以包含構(gòu)成負電極、正電極和/或電解質(zhì)的元素。合金產(chǎn)物可以具有與負電極、正電極或電解質(zhì)不同的密度或者類似的或基本上相同的密度。與負電極、電解質(zhì)和
正電極的密度相比，合金產(chǎn)物的位置可能是合金產(chǎn)物的密度的函數(shù)。合金產(chǎn)物可以位于負
電極、正電極或電解質(zhì)中，或者負電極與電解質(zhì)之間的位置處(例如，交界面)或正電極與電
解質(zhì)之間的位置處，或者它們的任何組合。在一個示例中，合金產(chǎn)物是正電極與電解質(zhì)之間
的金屬間化合物(例如，見圖4)。在一些情況下，一些電解質(zhì)可以滲入于所述金屬間化合物
與所述正電極之間。在其他示例中，根據(jù)單體的化學(xué)過程、溫度和/或充電狀態(tài)，合金產(chǎn)物可
以處于單體內(nèi)其他位置并且由不同的化學(xué)計量/組成的材料形成。
正電極的密度相比，合金產(chǎn)物的位置可能是合金產(chǎn)物的密度的函數(shù)。合金產(chǎn)物可以位于負
電極、正電極或電解質(zhì)中，或者負電極與電解質(zhì)之間的位置處(例如，交界面)或正電極與電
解質(zhì)之間的位置處，或者它們的任何組合。在一個示例中，合金產(chǎn)物是正電極與電解質(zhì)之間
的金屬間化合物(例如，見圖4)。在一些情況下，一些電解質(zhì)可以滲入于所述金屬間化合物
與所述正電極之間。在其他示例中，根據(jù)單體的化學(xué)過程、溫度和/或充電狀態(tài)，合金產(chǎn)物可
以處于單體內(nèi)其他位置并且由不同的化學(xué)計量/組成的材料形成。
[0133] 圖4是具有中間金屬層410的電化學(xué)單體或電池400的截面?zhèn)纫晥D。中間金屬層410可以包括源自于負電極403的材料和正電極材料405的相互反應(yīng)化合物。例如，液態(tài)金屬負
電極403可以包含堿金屬或堿土金屬(例如，Na、Li、K、Mg或Ca)，液態(tài)金屬正電極405可以包
含過渡金屬，d區(qū)元素(例如，12族)，IIIA、IVA、VA或VIA族元素(例如，鉛和/或銻和/或鉍)中的一種或多種，而中間金屬層410可以包括它們的相互反應(yīng)化合物或產(chǎn)物(例如，堿的鉛酸
鹽(“alkali?plumbide”)、銻化物或鉍化物，例如，Na3Pb、Li3Sb、K3Sb、Mg3Sb2、Ca3Sb2或Ca3Bi2)。中間金屬層410的上交界面410a與電解質(zhì)404相接觸，而中間金屬層410的下交界面
410b與正電極405相接觸。所述相互反應(yīng)化合物在放電期間形成于液態(tài)金屬正電極(在此配
置中為液態(tài)金屬陰極)405與液態(tài)鹽電解質(zhì)404之間的交界面處。該相互反應(yīng)化合物(或產(chǎn)
物)可以是固體或半固體的。在一個示例中，中間金屬層410可以在液態(tài)金屬陰極405與液態(tài)
鹽電解質(zhì)404之間的交界面處形成。在一些情況下，中間金屬層410可以顯示出液體性質(zhì)(例
如，中間金屬層可能是半固體的，或者它可以比一種或多種相鄰的相/材料具有更高的粘度
或密度)。
電極403可以包含堿金屬或堿土金屬(例如，Na、Li、K、Mg或Ca)，液態(tài)金屬正電極405可以包
含過渡金屬，d區(qū)元素(例如，12族)，IIIA、IVA、VA或VIA族元素(例如，鉛和/或銻和/或鉍)中的一種或多種，而中間金屬層410可以包括它們的相互反應(yīng)化合物或產(chǎn)物(例如，堿的鉛酸
鹽(“alkali?plumbide”)、銻化物或鉍化物，例如，Na3Pb、Li3Sb、K3Sb、Mg3Sb2、Ca3Sb2或Ca3Bi2)。中間金屬層410的上交界面410a與電解質(zhì)404相接觸，而中間金屬層410的下交界面
410b與正電極405相接觸。所述相互反應(yīng)化合物在放電期間形成于液態(tài)金屬正電極(在此配
置中為液態(tài)金屬陰極)405與液態(tài)鹽電解質(zhì)404之間的交界面處。該相互反應(yīng)化合物(或產(chǎn)
物)可以是固體或半固體的。在一個示例中，中間金屬層410可以在液態(tài)金屬陰極405與液態(tài)
鹽電解質(zhì)404之間的交界面處形成。在一些情況下，中間金屬層410可以顯示出液體性質(zhì)(例
如，中間金屬層可能是半固體的，或者它可以比一種或多種相鄰的相/材料具有更高的粘度
或密度)。
[0134] 單體400包括第一集流體407和第二集流體408。第一集流體407與負電極403相接觸，而第二集流體408與正電極405相接觸。第一集流體407與導(dǎo)電饋通體402相接觸。單體
400的外殼401可以包括熱絕緣和/或電絕緣的鞘套406。在一個示例中，液態(tài)金屬負電極403
包含鎂(Mg)，液態(tài)金屬正電極405包含銻(Sb)，而中間金屬層410包含鎂和銻(MgxSb，其中
‘x’是大于0的數(shù))，舉例而言，諸如二銻化三鎂(Mg3Sb2)。帶有Mg||Sb化學(xué)過程的單體可以包含電解質(zhì)內(nèi)的鎂離子以及其他鹽(例如，MgCl2、NaCl、KCl或它們的組合)。在一些情況下，在
放電狀態(tài)下，單體的負電極缺少鎂而正電極包含Mg-Sb的合金。在這樣的情況下，在充電過
程中，Mg從正電極供給，作為正離子穿過電解質(zhì)，并到負集流體上沉積為Mg。在一些示例中，
單體具有至少約550℃、600℃、650℃、700℃或750℃的操作溫度，并且在一些情況下處于約
650℃與約750℃之間。在充電狀態(tài)下，單體的全部或基本上全部的組件可以處于液態(tài)。存在
備選的化學(xué)過程，包括含有電解質(zhì)中的鹵化鈣成分(例如，CaF2、KF、LiF、CaCl2、KCl、LiCl、CaBr2、KBr、LiBr或它們的組合)且在約500℃溫度之上操作的Ca-Mg||Bi、含有電解質(zhì)中的
鹵化鈣成分(例如，CaF2、KF、LiF、CaCl2、KCl、LiCl、CaBr2、KBr、LiBr或它們的組合)且在約
500℃溫度之上操作的Ca-Mg||Sb-Pb、Li||Pb-Sb單體以及Na||Pb單體，其中Li||Pb-Sb單體
包括含有鋰離子的鹵化物電解質(zhì)(例如，LiF、LiCl、LiBr或它們的組合)且在約350℃和約
550℃之間操作，Na||Pb單體包括作為電解質(zhì)的一部分的鹵化鈉(例如，NaCl、NaBr、NaI、
NaF、LiCl、LiF、LiBr、LiI、KCl、KBr、KF、KI、CaCl2、CaF2、CaBr2、CaI2或它們的組合)且在約
300℃之上操作。在一些情況下，放電反應(yīng)的產(chǎn)物可以是金屬間化合物(例如，對于Mg||Sb單
體化學(xué)過程為Mg3Sb2、對于Li||Pb-Sb化學(xué)過程為Li3Sb、對于Ca-Mg||Bi化學(xué)過程為Ca3Bi2或
對于Ca-Mg||Pb-Sb化學(xué)過程為Ca3Sb2)，其中中間金屬層可以發(fā)展為獨特的固相，例如通過
在正電極與電解質(zhì)之間的交界面處沿著x方向水平地生長和擴張和/或沿著y方向垂直地生
長或者擴張而發(fā)展。該生長關(guān)于位于單體或電池400的中心處的對稱軸409可以是軸向?qū)ΨQ
的或不對稱的。在一些情況下，是在類型1操作模式下而不是類型2操作模式下觀察到中間
金屬層的。例如，在類型2單體的操作過程中可能未形成中間金屬層(圖4中的中間金屬層)。
單體蓋組裝件和粘合密封件
400的外殼401可以包括熱絕緣和/或電絕緣的鞘套406。在一個示例中，液態(tài)金屬負電極403
包含鎂(Mg)，液態(tài)金屬正電極405包含銻(Sb)，而中間金屬層410包含鎂和銻(MgxSb，其中
‘x’是大于0的數(shù))，舉例而言，諸如二銻化三鎂(Mg3Sb2)。帶有Mg||Sb化學(xué)過程的單體可以包含電解質(zhì)內(nèi)的鎂離子以及其他鹽(例如，MgCl2、NaCl、KCl或它們的組合)。在一些情況下，在
放電狀態(tài)下，單體的負電極缺少鎂而正電極包含Mg-Sb的合金。在這樣的情況下，在充電過
程中，Mg從正電極供給，作為正離子穿過電解質(zhì)，并到負集流體上沉積為Mg。在一些示例中，
單體具有至少約550℃、600℃、650℃、700℃或750℃的操作溫度，并且在一些情況下處于約
650℃與約750℃之間。在充電狀態(tài)下，單體的全部或基本上全部的組件可以處于液態(tài)。存在
備選的化學(xué)過程，包括含有電解質(zhì)中的鹵化鈣成分(例如，CaF2、KF、LiF、CaCl2、KCl、LiCl、CaBr2、KBr、LiBr或它們的組合)且在約500℃溫度之上操作的Ca-Mg||Bi、含有電解質(zhì)中的
鹵化鈣成分(例如，CaF2、KF、LiF、CaCl2、KCl、LiCl、CaBr2、KBr、LiBr或它們的組合)且在約
500℃溫度之上操作的Ca-Mg||Sb-Pb、Li||Pb-Sb單體以及Na||Pb單體，其中Li||Pb-Sb單體
包括含有鋰離子的鹵化物電解質(zhì)(例如，LiF、LiCl、LiBr或它們的組合)且在約350℃和約
550℃之間操作，Na||Pb單體包括作為電解質(zhì)的一部分的鹵化鈉(例如，NaCl、NaBr、NaI、
NaF、LiCl、LiF、LiBr、LiI、KCl、KBr、KF、KI、CaCl2、CaF2、CaBr2、CaI2或它們的組合)且在約
300℃之上操作。在一些情況下，放電反應(yīng)的產(chǎn)物可以是金屬間化合物(例如，對于Mg||Sb單
體化學(xué)過程為Mg3Sb2、對于Li||Pb-Sb化學(xué)過程為Li3Sb、對于Ca-Mg||Bi化學(xué)過程為Ca3Bi2或
對于Ca-Mg||Pb-Sb化學(xué)過程為Ca3Sb2)，其中中間金屬層可以發(fā)展為獨特的固相，例如通過
在正電極與電解質(zhì)之間的交界面處沿著x方向水平地生長和擴張和/或沿著y方向垂直地生
長或者擴張而發(fā)展。該生長關(guān)于位于單體或電池400的中心處的對稱軸409可以是軸向?qū)ΨQ
的或不對稱的。在一些情況下，是在類型1操作模式下而不是類型2操作模式下觀察到中間
金屬層的。例如，在類型2單體的操作過程中可能未形成中間金屬層(圖4中的中間金屬層)。
單體蓋組裝件和粘合密封件
[0135] 單體蓋組裝件可以使用粘合密封件來實現(xiàn)氣密且電絕緣的密封。如圖5中所見，導(dǎo)電饋通體501可以與外殼電隔離，并且外殼可由安置于饋通體與外殼之間的粘合密封材料
502來密封。所述粘合密封材料可以包括任何能夠粘附至要密封的單體蓋組裝件的組件的
密封劑材料。
502來密封。所述粘合密封材料可以包括任何能夠粘附至要密封的單體蓋組裝件的組件的
密封劑材料。
[0136] 在一些情況下，對于用粘合介電密封件密封的單體，小于1psi的壓力可以足以維持氣密密封。在一些情況下，至少一部分壓力可以由電池中堆疊于彼此之上的一個或多個
電化學(xué)單體的重量來供應(yīng)。所述粘合密封材料可以包括玻璃密封件或釬焊陶瓷，舉例而言，
諸如帶有Cu-Ag釬焊合金的氧化鋁或其他陶瓷釬焊的組合。
電化學(xué)單體的重量來供應(yīng)。所述粘合密封材料可以包括玻璃密封件或釬焊陶瓷，舉例而言，
諸如帶有Cu-Ag釬焊合金的氧化鋁或其他陶瓷釬焊的組合。
[0137] 在堆疊的電池配置下，可以期望減小頂部空間(例如，在單體室或空腔內(nèi)部)，以使得相對更多的單體體積可以包含陽極和陰極材料(例如，使得單體可以具有更高的每單位
體積的儲能容量)。在一些情況下，頂部空間的高度(例如，如從饋通體的頂部至陽極的頂面
所測量到的)是電池高度(例如，如從饋通體的頂部至外殼的底面所測量到的)的一小部分。
在一些示例中，頂部空間是電池高度的約5％、約10％、約15％、約20％或約25％。在一些示
例中，頂部空間是電池高度的至多約5％、至多約10％、至多約15％、至多約20％或至多約
25％。
體積的儲能容量)。在一些情況下，頂部空間的高度(例如，如從饋通體的頂部至陽極的頂面
所測量到的)是電池高度(例如，如從饋通體的頂部至外殼的底面所測量到的)的一小部分。
在一些示例中，頂部空間是電池高度的約5％、約10％、約15％、約20％或約25％。在一些示
例中，頂部空間是電池高度的至多約5％、至多約10％、至多約15％、至多約20％或至多約
25％。
[0138] 在一些示例中，陽極和陰極材料的合成體積是電池體積(例如，如由電池的最外面的外殼所限定的，諸如運輸容器所限定的)的約20％、約30％、約40％、約50％、約60％或約
70％。在一些示例中，陽極和陰極材料的合成體積為電池的體積的至少約50％、至少約
60％、至少約70％、至少約80％、至少約90％或至少約95％。
70％。在一些示例中，陽極和陰極材料的合成體積為電池的體積的至少約50％、至少約
60％、至少約70％、至少約80％、至少約90％或至少約95％。
[0139] 在一些示例中，對于具有至少約1cm、2cm、3cm、4cm、5cm、6cm、7cm、8cm、9cm、10cm或更大的厚度的單體，電解質(zhì)可以具有至少約0.01cm、0.05cm、0.1cm、0.5cm、0.8cm、1.0cm、1.3cm、1.5cm、2cm、3cm、4cm、5cm、6cm、7cm、8cm、9cm、10cm的厚度(以負電極/電解質(zhì)與正電極/電解質(zhì)交界面之間的距離所測量的)。在一些示例中，單體具有至多約3cm或4cm的厚度，
而電解質(zhì)厚度至多約1cm或2cm。
而電解質(zhì)厚度至多約1cm或2cm。
[0140] 在一些情況下，使用少量導(dǎo)電饋通體或僅使用單一導(dǎo)電饋通體可能導(dǎo)致在電極上(例如，在負電極上)電流分布不均勻。多個導(dǎo)電饋通體(本文也指“導(dǎo)體”)可以在電極上更
均勻地分布電流。在一些實現(xiàn)方式中，電化學(xué)儲能裝置包括外殼、液態(tài)金屬電極、與液態(tài)金
屬電極接觸的集流體和多個導(dǎo)體，所述導(dǎo)體與集流體電連通并且經(jīng)外殼中的孔徑穿過外殼
突出。在一些示例中，電流可以跨液態(tài)金屬電極基本上均勻地分布。
均勻地分布電流。在一些實現(xiàn)方式中，電化學(xué)儲能裝置包括外殼、液態(tài)金屬電極、與液態(tài)金
屬電極接觸的集流體和多個導(dǎo)體，所述導(dǎo)體與集流體電連通并且經(jīng)外殼中的孔徑穿過外殼
突出。在一些示例中，電流可以跨液態(tài)金屬電極基本上均勻地分布。
[0141] 在一些示例中，液態(tài)金屬電極沿著一個表面(和/或交界面)與電解質(zhì)相接觸，并且跨該表面(和/或交界面)流過的電流是均勻的?？缭摫砻?和/或交界面)的任何部分流過的
電流可能基本上不偏離穿過該表面的平均電流。在一些示例中，跨該表面(和/或交界面)的
一個區(qū)域流過的電流的最大密度小于約105％、小于約115％、小于約125％、小于約150％、
小于約175％、小于約200％、小于約250％或小于約300％的跨該表面(和/或交界面)流過的
電流的平均密度。在一些示例中，跨該表面(和/或交界面)的一個區(qū)域流過的電流的最大密
度大于約50％、大于約60％、大于約70％、大于約80％、大于約90％或大于約95％的跨該表
面(和/或交界面)流過的電流的平均密度。
電流可能基本上不偏離穿過該表面的平均電流。在一些示例中，跨該表面(和/或交界面)的
一個區(qū)域流過的電流的最大密度小于約105％、小于約115％、小于約125％、小于約150％、
小于約175％、小于約200％、小于約250％或小于約300％的跨該表面(和/或交界面)流過的
電流的平均密度。在一些示例中，跨該表面(和/或交界面)的一個區(qū)域流過的電流的最大密
度大于約50％、大于約60％、大于約70％、大于約80％、大于約90％或大于約95％的跨該表
面(和/或交界面)流過的電流的平均密度。
[0142] 圖6示出了具有多個導(dǎo)電饋通體的單體的示例。在這些配置中，集流體可以結(jié)合至每個單體的共用的蓋組裝件中。這樣的單體蓋組裝件可以與任何大小的單體一起使用。電
化學(xué)儲存裝置和/或外殼可以包括任何數(shù)目的導(dǎo)電饋通體(例如，至少約1、2、3、4、5、6、7、8、
9、10、11、12、13、14、15、16、17、18、19、20或更多個)。在一些情況下，導(dǎo)電饋通體是分隔開的(A)。在一些情況下，導(dǎo)電饋通體共用公共上部(B)。
密封件的特征和性質(zhì)
化學(xué)儲存裝置和/或外殼可以包括任何數(shù)目的導(dǎo)電饋通體(例如，至少約1、2、3、4、5、6、7、8、
9、10、11、12、13、14、15、16、17、18、19、20或更多個)。在一些情況下，導(dǎo)電饋通體是分隔開的(A)。在一些情況下，導(dǎo)電饋通體共用公共上部(B)。
密封件的特征和性質(zhì)
[0143] 密封件可以是含有反應(yīng)性材料的高溫系統(tǒng)(例如，液態(tài)金屬電池)的重要部件。本文所提供的是一種用于選擇適合于形成密封件的材料的方法以及用于為含有反應(yīng)性液態(tài)
金屬或液態(tài)金屬蒸氣和/或(一種或多種)反應(yīng)性熔鹽或反應(yīng)性熔鹽蒸氣的系統(tǒng)(舉例而言，
諸如液態(tài)金屬電池)設(shè)計合適的密封件的方法(例如，基于這些材料的選擇以及對熱性質(zhì)、
機械性質(zhì)和電性質(zhì)的考慮)。所述密封件還可以用作與包含反應(yīng)性液態(tài)金屬或反應(yīng)性金屬
蒸氣的器皿連接的電隔離饋通體的一部分，以用于除了儲能之外的諸如包含熔融或高壓Li
蒸氣的聚變反應(yīng)堆等應(yīng)用或者涉及液態(tài)鈉、鉀和/或鋰的其他應(yīng)用。使用穩(wěn)定的陶瓷和導(dǎo)電
材料還可以適合于帶有反應(yīng)性氣體的應(yīng)用，所述反應(yīng)性氣體諸如在半導(dǎo)體材料加工或裝置
制造中所使用的那些。
金屬或液態(tài)金屬蒸氣和/或(一種或多種)反應(yīng)性熔鹽或反應(yīng)性熔鹽蒸氣的系統(tǒng)(舉例而言，
諸如液態(tài)金屬電池)設(shè)計合適的密封件的方法(例如，基于這些材料的選擇以及對熱性質(zhì)、
機械性質(zhì)和電性質(zhì)的考慮)。所述密封件還可以用作與包含反應(yīng)性液態(tài)金屬或反應(yīng)性金屬
蒸氣的器皿連接的電隔離饋通體的一部分，以用于除了儲能之外的諸如包含熔融或高壓Li
蒸氣的聚變反應(yīng)堆等應(yīng)用或者涉及液態(tài)鈉、鉀和/或鋰的其他應(yīng)用。使用穩(wěn)定的陶瓷和導(dǎo)電
材料還可以適合于帶有反應(yīng)性氣體的應(yīng)用，所述反應(yīng)性氣體諸如在半導(dǎo)體材料加工或裝置
制造中所使用的那些。
[0144] 密封件可以是電絕緣且氣密的(例如，密閉的)。密封件可以由不被系統(tǒng)/器皿組分的液相和蒸氣相(例如，單體組分)所侵蝕的材料制成，舉例而言所述組分諸如為熔融鈉
(Na)、熔融鉀(K)、熔融鎂(Mg)、熔融鈣(Ca)、熔融鋰(Li)、Na蒸氣、K蒸氣、Mg蒸氣、Ca蒸氣、Li蒸氣或它們的任何組合。該方法將包括氮化鋁(AlN)或氮化硅(Si3N4)陶瓷和活性合金釬焊
接頭(例如，Ti、Fe、Ni、B、Si或Zr合金基)的密封件識別為與最多的反應(yīng)性金屬蒸氣是熱力
學(xué)穩(wěn)定的，從而允許用于不被金屬或金屬蒸氣明顯地侵蝕的密封件的設(shè)計。
(Na)、熔融鉀(K)、熔融鎂(Mg)、熔融鈣(Ca)、熔融鋰(Li)、Na蒸氣、K蒸氣、Mg蒸氣、Ca蒸氣、Li蒸氣或它們的任何組合。該方法將包括氮化鋁(AlN)或氮化硅(Si3N4)陶瓷和活性合金釬焊
接頭(例如，Ti、Fe、Ni、B、Si或Zr合金基)的密封件識別為與最多的反應(yīng)性金屬蒸氣是熱力
學(xué)穩(wěn)定的，從而允許用于不被金屬或金屬蒸氣明顯地侵蝕的密封件的設(shè)計。
[0145] 在一些實現(xiàn)方式中，密封件可以將負電流引線(例如，延伸到單體空腔中的金屬棒)與帶正電荷的單體本體(例如，單體罐(本文也指“容器”)和蓋)在物理上分隔開。密封件
可以充當在這些單體組件之間的電絕緣體，并且將這些活性單體組件(例如，液態(tài)金屬電
極、液態(tài)電解質(zhì)和這些液體的蒸氣)氣密地隔離。在一些情況下，密封件防止了外部元素進
入單體(例如，水分、氧氣、氮氣以及其他可能對單體的性能產(chǎn)生不利影響的污染物)。在表1
中列出了一般密封件規(guī)格的一些示例。這樣的規(guī)格(例如，性質(zhì)和/或度量)可以包括但不限
于，氣密性、電絕緣、耐久性、庫倫效率(例如，充電效率或往返(“round-trip”)效率)、DC-DC效率、放電時間和容量衰減率。
表1:一般密封件規(guī)格的示例
可以充當在這些單體組件之間的電絕緣體，并且將這些活性單體組件(例如，液態(tài)金屬電
極、液態(tài)電解質(zhì)和這些液體的蒸氣)氣密地隔離。在一些情況下，密封件防止了外部元素進
入單體(例如，水分、氧氣、氮氣以及其他可能對單體的性能產(chǎn)生不利影響的污染物)。在表1
中列出了一般密封件規(guī)格的一些示例。這樣的規(guī)格(例如，性質(zhì)和/或度量)可以包括但不限
于，氣密性、電絕緣、耐久性、庫倫效率(例如，充電效率或往返(“round-trip”)效率)、DC-DC效率、放電時間和容量衰減率。
表1:一般密封件規(guī)格的示例
[0146] 密封件可以是密閉的，例如，密閉至由氦氣(He)泄漏率來量化的程度(例如，來自在操作條件下(例如，在操作溫度、操作壓強等下)充滿He的裝置的泄漏率)。在一些示例中，
氦氣(He)泄漏率可以是小于約1×10-6大氣壓立方厘米每秒(atm?cc/s)、小于約5×10-7atm?
-7 -8 -8
cc/s、小于約1×10 atm?cc/s、小于約5×10 atm?cc/s或小于約1×10 atm?cc/s。在一些
情況下，He泄漏率相當于離開系統(tǒng)(例如，單體、密封件)的He的總泄漏率。在其他情況下，如
果跨密封的交界面施加一個大氣壓的He壓強，那么He泄漏率相當于He的總泄漏率，如由跨
密封的交界面的實際He壓強/濃度差和測量到的He泄漏率所確定的那樣。密封件可以是電
絕緣的。例如，跨密封件的阻抗可以是至少約50歐姆、至少約100歐姆、至少約500歐姆、至少
約1kOhm(千歐姆)、至少約1.5kOhm、至少約2kOhm、至少約3kOhm、至少約5kOhm、至少約
10kOhm、至少約100kOhm、至少約1兆歐姆(MOhm)、至少約10MOhm、至少約100MOhm或至少約1,
000MOhm。密封件可以是耐久的。在一些示例中，密封件可以維持其完整性長達至少約1個
月、至少約2個月、至少約6個月、至少約1年、至少約2年、至少約5年、至少約10年、至少約15年、至少約20年或更久。密封件在操作條件下可以具有這樣的性質(zhì)和/或度量。
氦氣(He)泄漏率可以是小于約1×10-6大氣壓立方厘米每秒(atm?cc/s)、小于約5×10-7atm?
-7 -8 -8
cc/s、小于約1×10 atm?cc/s、小于約5×10 atm?cc/s或小于約1×10 atm?cc/s。在一些
情況下，He泄漏率相當于離開系統(tǒng)(例如，單體、密封件)的He的總泄漏率。在其他情況下，如
果跨密封的交界面施加一個大氣壓的He壓強，那么He泄漏率相當于He的總泄漏率，如由跨
密封的交界面的實際He壓強/濃度差和測量到的He泄漏率所確定的那樣。密封件可以是電
絕緣的。例如，跨密封件的阻抗可以是至少約50歐姆、至少約100歐姆、至少約500歐姆、至少
約1kOhm(千歐姆)、至少約1.5kOhm、至少約2kOhm、至少約3kOhm、至少約5kOhm、至少約
10kOhm、至少約100kOhm、至少約1兆歐姆(MOhm)、至少約10MOhm、至少約100MOhm或至少約1,
000MOhm。密封件可以是耐久的。在一些示例中，密封件可以維持其完整性長達至少約1個
月、至少約2個月、至少約6個月、至少約1年、至少約2年、至少約5年、至少約10年、至少約15年、至少約20年或更久。密封件在操作條件下可以具有這樣的性質(zhì)和/或度量。
[0147] 在一些示例中，包括密封件在內(nèi)的電池或裝置可以具有至少約50％、至少約55％、至少約60％、至少約65％、至少約70％、至少約75％、至少約80％、至少約85％、至少約90％、至少約95％、至少約96％、至少約97％、至少約98％、至少約99％、至少約99.5％、至少約
99.8％、至少約99.9％或更大的庫倫效率(例如，在約200mA/cm2或約220mA/cm2的電流密度
下測量的)。在一些示例中，包括密封件在內(nèi)的電池或裝置可以具有至少約50％、至少約
55％、至少約60％、至少約65％、至少約70％、至少約75％、至少約80％、至少約85％、至少約
90％、至少約95％或更大的DC-DC效率(例如，在約200mA/cm2或約220mA/cm2的電流密度下測
量的)。在一些示例中，包括密封件在內(nèi)的電池或裝置可以具有至少約1小時、至少約2小時、
至少約3小時、至少約4小時、至少約5小時、至少約6小時、至少約7小時、至少約8小時、至少
約9小時、至少約10小時或更久的放電時間(例如，在約200mA/cm2或約220mA/cm2的電流密度
下測量的)。在一些示例中，包括密封件在內(nèi)的電池或裝置可以具有在約4小時與約6小時之
間、在約2小時與約6小時之間、在約4小時與約8小時之間或在約1小時與約10小時之間的放
電時間(例如，在約200mA/cm2或約220mA/cm2的電流密度下測量的)。在一些示例中，包括密
封件在內(nèi)的電池或裝置可以具有小于約10％/循環(huán)、小于約5％/循環(huán)、小于約1％/循環(huán)、小
于約0.5％/循環(huán)、小于約0.1％/循環(huán)、小于約0.08％/循環(huán)、小于約0.06％/循環(huán)、小于約
0.04％/循環(huán)、小于約0.02％/循環(huán)、小于約0.01％/循環(huán)、小于約0.005％/循環(huán)、小于約
0.001％/循環(huán)、小于約0.0005％/循環(huán)、小于約0.0002％/循環(huán)、小于約0.0001％/循環(huán)、小于
約0.00001％/循環(huán)或更小的容量衰減率(例如，放電容量衰減率)。容量衰減率可以以“％每
循環(huán)”(例如，以％每充電/放電循環(huán))提供對放電容量的變化(減少)的量度。
99.8％、至少約99.9％或更大的庫倫效率(例如，在約200mA/cm2或約220mA/cm2的電流密度
下測量的)。在一些示例中，包括密封件在內(nèi)的電池或裝置可以具有至少約50％、至少約
55％、至少約60％、至少約65％、至少約70％、至少約75％、至少約80％、至少約85％、至少約
90％、至少約95％或更大的DC-DC效率(例如，在約200mA/cm2或約220mA/cm2的電流密度下測
量的)。在一些示例中，包括密封件在內(nèi)的電池或裝置可以具有至少約1小時、至少約2小時、
至少約3小時、至少約4小時、至少約5小時、至少約6小時、至少約7小時、至少約8小時、至少
約9小時、至少約10小時或更久的放電時間(例如，在約200mA/cm2或約220mA/cm2的電流密度
下測量的)。在一些示例中，包括密封件在內(nèi)的電池或裝置可以具有在約4小時與約6小時之
間、在約2小時與約6小時之間、在約4小時與約8小時之間或在約1小時與約10小時之間的放
電時間(例如，在約200mA/cm2或約220mA/cm2的電流密度下測量的)。在一些示例中，包括密
封件在內(nèi)的電池或裝置可以具有小于約10％/循環(huán)、小于約5％/循環(huán)、小于約1％/循環(huán)、小
于約0.5％/循環(huán)、小于約0.1％/循環(huán)、小于約0.08％/循環(huán)、小于約0.06％/循環(huán)、小于約
0.04％/循環(huán)、小于約0.02％/循環(huán)、小于約0.01％/循環(huán)、小于約0.005％/循環(huán)、小于約
0.001％/循環(huán)、小于約0.0005％/循環(huán)、小于約0.0002％/循環(huán)、小于約0.0001％/循環(huán)、小于
約0.00001％/循環(huán)或更小的容量衰減率(例如，放電容量衰減率)。容量衰減率可以以“％每
循環(huán)”(例如，以％每充電/放電循環(huán))提供對放電容量的變化(減少)的量度。
[0148] 在一些情況下，密封件允許在一個或多個給定的操作條件(例如，操作溫度、溫度循環(huán)、電壓、電流、內(nèi)部氣壓、內(nèi)部壓強、振動等)實現(xiàn)電化學(xué)單體。在表2中描述了操作條件
的一些示例。這樣的操作條件可以包括但不限于舉例而言諸如操作溫度、閑置溫度、溫度循
環(huán)變化、電壓、電流、內(nèi)部氣壓、外部氣壓、內(nèi)部壓強、振動和使用壽命等度量。
表2：單體的操作條件的示例
的一些示例。這樣的操作條件可以包括但不限于舉例而言諸如操作溫度、閑置溫度、溫度循
環(huán)變化、電壓、電流、內(nèi)部氣壓、外部氣壓、內(nèi)部壓強、振動和使用壽命等度量。
表2：單體的操作條件的示例
[0149] 在一些示例中，操作溫度(例如，操作過程中密封件所經(jīng)受的溫度)是至少約100℃、200℃、300℃、400℃、500℃、600℃、700℃、800℃、900℃或更高。在一些示例中，操作過程中密封件所經(jīng)受的溫度是在約440℃與約550℃之間、約475℃與約550℃之間、約350℃與
約600℃之間或者約250℃與約650℃之間。在一個示例中，可以達到約400℃至約500℃、約
450℃至約550℃、約450℃至約500℃或約500℃至約600℃的操作溫度或者約200℃或更高
的操作溫度(例如，適合于可以在低至200℃進行操作的單體化學(xué)過程)。在一些情況下，密
封件所經(jīng)受的溫度可以是約等于電化學(xué)單體或高溫裝置(例如，儲能裝置)的操作溫度。在
一些情況下，密封件所經(jīng)受的溫度可以與電化學(xué)單體或高溫裝置的操作溫度不同(例如，相
差至少約或小于約1℃、5℃、10℃、20℃、50℃、100℃、150℃、200℃等)。在一個示例中，電化學(xué)單體包括維持在至少約200℃的溫度(例如，單體的操作溫度)下的反應(yīng)性材料，而密封件
的溫度是至少約200℃(例如，與單體的操作溫度相同或與單體的操作溫度不同)。在一些情
況下，密封件的操作溫度可以低于或高于電化學(xué)單體或高溫裝置的操作溫度。
約600℃之間或者約250℃與約650℃之間。在一個示例中，可以達到約400℃至約500℃、約
450℃至約550℃、約450℃至約500℃或約500℃至約600℃的操作溫度或者約200℃或更高
的操作溫度(例如，適合于可以在低至200℃進行操作的單體化學(xué)過程)。在一些情況下，密
封件所經(jīng)受的溫度可以是約等于電化學(xué)單體或高溫裝置(例如，儲能裝置)的操作溫度。在
一些情況下，密封件所經(jīng)受的溫度可以與電化學(xué)單體或高溫裝置的操作溫度不同(例如，相
差至少約或小于約1℃、5℃、10℃、20℃、50℃、100℃、150℃、200℃等)。在一個示例中，電化學(xué)單體包括維持在至少約200℃的溫度(例如，單體的操作溫度)下的反應(yīng)性材料，而密封件
的溫度是至少約200℃(例如，與單體的操作溫度相同或與單體的操作溫度不同)。在一些情
況下，密封件的操作溫度可以低于或高于電化學(xué)單體或高溫裝置的操作溫度。
[0150] 在一些示例中，閑置溫度(例如，當裝置(例如，電池)閑置時密封件所經(jīng)受的溫度，舉例而言，諸如在制造時、在運輸過程中、裝置(例如，電池)在關(guān)閉模式下時的溫度)大于
約-25℃、大于約-10℃、大于約0℃、大于約15℃、大于約20℃或大于約30℃。在一些示例中，閑置溫度小于約30℃、小于約20℃、小于約15℃、小于約0℃、小于約-10℃、小于約-25℃或
更低。在一些示例中，當裝置閑置時密封件所經(jīng)受的溫度是在約-25℃與約50℃之間。
約-25℃、大于約-10℃、大于約0℃、大于約15℃、大于約20℃或大于約30℃。在一些示例中，閑置溫度小于約30℃、小于約20℃、小于約15℃、小于約0℃、小于約-10℃、小于約-25℃或
更低。在一些示例中，當裝置閑置時密封件所經(jīng)受的溫度是在約-25℃與約50℃之間。
[0151] 在一些示例中，溫度循環(huán)變化(例如，裝置(例如，電池)操作使用壽命內(nèi)的過程中密封件可以經(jīng)受的不頻繁但大幅度的熱循環(huán))是在至少約100℃、至少約200℃、至少約300
℃、至少約400℃、至少約500℃、至少約600℃、至少約700℃、至少約800℃或至少約900℃的
范圍上。在一些示例中，所述溫度循環(huán)變化是在小于約100℃、小于約200℃、小于約300℃、
小于約400℃、小于約500℃、小于約600℃、小于約700℃、小于約800℃或小于約900℃的范
圍上。在一個示例中，所述溫度循環(huán)變化是在約-25℃與約700℃之間。所述密封件可以在至
少約1個熱循環(huán)、至少約5個熱循環(huán)、至少約10個熱循環(huán)、至少約20個熱循環(huán)、至少約40個熱
循環(huán)、至少約80個熱循環(huán)、至少約100個熱循環(huán)或至少約1000個熱循環(huán)之后經(jīng)得起(例如，繼
續(xù)滿足所有需要的規(guī)格)這樣的溫度循環(huán)變化。在一些情況下，所述單體和密封件可以每年
進行熱循環(huán)至少約1、2、3、4、5、6、7、8、9、10、11、12、13、14、15、16、17、18、19、20、25、30、35、
40、45、50、55、60、65、70、75、80、85、90、95、100或更多次(例如，從室溫上升到操作溫度)。所述密封件可以能夠經(jīng)得起高于或低于典型的操作溫度范圍極限的短暫的溫度偏移。例如，
所述密封件可以能夠經(jīng)得起溫度偏移長達約1小時、2小時、3小時、4小時、5小時、6小時、7小時、8小時、9小時、10小時、12小時、14小時、16小時、18小時、20小時、22小時、24小時或更久。
在一些情況下，這樣的溫度偏移不可以超過700℃。
℃、至少約400℃、至少約500℃、至少約600℃、至少約700℃、至少約800℃或至少約900℃的
范圍上。在一些示例中，所述溫度循環(huán)變化是在小于約100℃、小于約200℃、小于約300℃、
小于約400℃、小于約500℃、小于約600℃、小于約700℃、小于約800℃或小于約900℃的范
圍上。在一個示例中，所述溫度循環(huán)變化是在約-25℃與約700℃之間。所述密封件可以在至
少約1個熱循環(huán)、至少約5個熱循環(huán)、至少約10個熱循環(huán)、至少約20個熱循環(huán)、至少約40個熱
循環(huán)、至少約80個熱循環(huán)、至少約100個熱循環(huán)或至少約1000個熱循環(huán)之后經(jīng)得起(例如，繼
續(xù)滿足所有需要的規(guī)格)這樣的溫度循環(huán)變化。在一些情況下，所述單體和密封件可以每年
進行熱循環(huán)至少約1、2、3、4、5、6、7、8、9、10、11、12、13、14、15、16、17、18、19、20、25、30、35、
40、45、50、55、60、65、70、75、80、85、90、95、100或更多次(例如，從室溫上升到操作溫度)。所述密封件可以能夠經(jīng)得起高于或低于典型的操作溫度范圍極限的短暫的溫度偏移。例如，
所述密封件可以能夠經(jīng)得起溫度偏移長達約1小時、2小時、3小時、4小時、5小時、6小時、7小時、8小時、9小時、10小時、12小時、14小時、16小時、18小時、20小時、22小時、24小時或更久。
在一些情況下，這樣的溫度偏移不可以超過700℃。
[0152] 在一些示例中，電壓(例如，跨密封件的電壓降)為至少約0.1V、至少約0.5伏特(V)、至少約1V、至少約1.5V、至少約2V、至少約2.5V、至少約3V、至少約4V、至少約5V、至少約
6V、至少約7V、至少約8V、至少約9V或至少約10V。在一些示例中，所述電壓小于約0.1V、小于約0.5V、小于約1V、小于約1.5V、小于約2V、小于約2.5V、小于約3V、小于約4V、小于約5V、小于約6V、小于約7V、小于約8V、小于約9V或小于約10V。在一些示例中，所述跨密封件的電壓
降在約0V與約3V之間或在約0V與約10V之間。
6V、至少約7V、至少約8V、至少約9V或至少約10V。在一些示例中，所述電壓小于約0.1V、小于約0.5V、小于約1V、小于約1.5V、小于約2V、小于約2.5V、小于約3V、小于約4V、小于約5V、小于約6V、小于約7V、小于約8V、小于約9V或小于約10V。在一些示例中，所述跨密封件的電壓
降在約0V與約3V之間或在約0V與約10V之間。
[0153] 在一些示例中，電流(例如，流過與密封件交界的材料的電流)為至少約0安培(A)、至少約5A、至少約10A、至少約25A、至少約50A、至少約100A、至少約150A、至少約200A、至少約250A、至少約300A、至少約350A、至少約400A、至少約450A或至少約500A。在一些示例中，
所述電流小于約0A、小于約5A、小于約10A、小于約25A、小于約50A、小于約100A、小于約
150A、小于約200A、小于約250A、小于約300A、小于約350A、小于約400A、小于約450A或小于
約500A。在一些示例中，所述流過與密封件交界的材料的電流在約0A與約500A之間。
所述電流小于約0A、小于約5A、小于約10A、小于約25A、小于約50A、小于約100A、小于約
150A、小于約200A、小于約250A、小于約300A、小于約350A、小于約400A、小于約450A或小于
約500A。在一些示例中，所述流過與密封件交界的材料的電流在約0A與約500A之間。
[0154] 在一些示例中，內(nèi)部氣壓(例如，反應(yīng)性材料的蒸氣，舉例而言，諸如來自密封件所暴露于的裝置(例如，電池)內(nèi)的堿金屬或反應(yīng)性堿土金屬和鹵化鹽)包括堿金屬或堿土金
屬和鹵化鹽的至少約1×10-5托、至少約5×10-5托、至少約1×10-4托、至少約5×10-4托、至少
約1×10-3托、至少約5×10-3托、至少約1×10-2托、至少約5×10-2托、至少約1×10-1托、至少
約5×10-1托或至少約1托的蒸氣壓強。在一些示例中，所述內(nèi)部氣壓包括堿金屬或堿土金屬
-5 -5 -4 -4
和鹵化鹽的小于約1×10 托、小于約5×10 托、小于約1×10 托、小于約5×10 托、小于約
1×10-3托、小于約5×10-3托、小于約1×10-2托、小于約5×10-2托、小于約1×10-1托、小于約
5×10-1托或小于約1托的蒸氣壓強。在一些示例中，密封件所暴露于的內(nèi)部氣壓包括堿金屬
或堿土金屬和鹵化鹽的至少約0.001托(約0.133Pa)或至少約0.01托(約1.33Pa)的蒸氣壓
強。在一些示例中，密封件所暴露于的內(nèi)部氣壓包括堿金屬或堿土金屬和鹵化鹽的小于約
0.001托(約0.133Pa)或小于約0.01托(約1.33Pa)的蒸氣壓強。
屬和鹵化鹽的至少約1×10-5托、至少約5×10-5托、至少約1×10-4托、至少約5×10-4托、至少
約1×10-3托、至少約5×10-3托、至少約1×10-2托、至少約5×10-2托、至少約1×10-1托、至少
約5×10-1托或至少約1托的蒸氣壓強。在一些示例中，所述內(nèi)部氣壓包括堿金屬或堿土金屬
-5 -5 -4 -4
和鹵化鹽的小于約1×10 托、小于約5×10 托、小于約1×10 托、小于約5×10 托、小于約
1×10-3托、小于約5×10-3托、小于約1×10-2托、小于約5×10-2托、小于約1×10-1托、小于約
5×10-1托或小于約1托的蒸氣壓強。在一些示例中，密封件所暴露于的內(nèi)部氣壓包括堿金屬
或堿土金屬和鹵化鹽的至少約0.001托(約0.133Pa)或至少約0.01托(約1.33Pa)的蒸氣壓
強。在一些示例中，密封件所暴露于的內(nèi)部氣壓包括堿金屬或堿土金屬和鹵化鹽的小于約
0.001托(約0.133Pa)或小于約0.01托(約1.33Pa)的蒸氣壓強。
[0155] 單體和密封件的外表面可以暴露于大氣(例如，包含O2、N2、Ar、CO2、H2O的周圍環(huán)境)。在一些示例中，外部大氣(例如，來自裝置(例如，電池)外部的、密封件所暴露于的大
氣，舉例而言，諸如周圍空氣、高水分等)處于至少約0℃、至少約50℃、至少約100℃、至少約
150℃、至少約200℃、至少約250℃、至少約300℃、至少約350℃、至少約400℃、至少約450
℃、至少約500℃、至少約550℃、至少約600℃、至少約700℃、至少約750℃、至少約800℃、至少約850℃或至少約900℃的溫度下。在一些示例中，所述外部大氣處于小于約0℃、小于約
50℃、小于約100℃、小于約150℃、小于約200℃、小于約250℃、小于約300℃、小于約350℃、小于約400℃、小于約450℃、小于約500℃、小于約550℃、小于約600℃、小于約700℃、小于
約750℃、小于約800℃、小于約850℃或小于約900℃的溫度下。在一些示例中，所述密封件
所暴露于的、來自裝置的外部的大氣處于約0℃與550℃之間、約350℃與約600℃之間或約
250℃與約650℃之間的溫度下(例如，伴隨以100％的相對濕度)。這樣的溫度可以伴隨以至
少約10％、至少約20％、至少約30％、至少約40％、至少約50％、至少約60％、至少約70％、至少約80％、至少約90％或100％的相對濕度。例如，這樣的溫度伴隨以100％的相對濕度。
氣，舉例而言，諸如周圍空氣、高水分等)處于至少約0℃、至少約50℃、至少約100℃、至少約
150℃、至少約200℃、至少約250℃、至少約300℃、至少約350℃、至少約400℃、至少約450
℃、至少約500℃、至少約550℃、至少約600℃、至少約700℃、至少約750℃、至少約800℃、至少約850℃或至少約900℃的溫度下。在一些示例中，所述外部大氣處于小于約0℃、小于約
50℃、小于約100℃、小于約150℃、小于約200℃、小于約250℃、小于約300℃、小于約350℃、小于約400℃、小于約450℃、小于約500℃、小于約550℃、小于約600℃、小于約700℃、小于
約750℃、小于約800℃、小于約850℃或小于約900℃的溫度下。在一些示例中，所述密封件
所暴露于的、來自裝置的外部的大氣處于約0℃與550℃之間、約350℃與約600℃之間或約
250℃與約650℃之間的溫度下(例如，伴隨以100％的相對濕度)。這樣的溫度可以伴隨以至
少約10％、至少約20％、至少約30％、至少約40％、至少約50％、至少約60％、至少約70％、至少約80％、至少約90％或100％的相對濕度。例如，這樣的溫度伴隨以100％的相對濕度。
[0156] 在一些示例中，內(nèi)部壓強(例如，跨密封件的真空梯度或正壓強)可以為至少約0atm、至少約0.1atm、至少約0.2atm、至少約0.4atm、至少約0.6atm、至少約0.8atm、至少約
1atm、至少約1.5atm、至少約2atm、至少約2.5atm、至少約3atm、至少約3.5atm、至少約4atm
或至少約5atm。在一些示例中，所述內(nèi)部壓強可以小于約0atm、小于約0.1atm、小于約
0.2atm、小于約0.4atm、小于約0.6atm、小于約0.8atm、小于約1atm、小于約1.5atm、小于約
2atm、小于約2.5atm、小于約3atm、小于約3.5atm、小于約4atm或小于約5atm。在一些示例
中，跨密封件的真空梯度或正壓強在約0.5atm與約4.0atm之間。
1atm、至少約1.5atm、至少約2atm、至少約2.5atm、至少約3atm、至少約3.5atm、至少約4atm
或至少約5atm。在一些示例中，所述內(nèi)部壓強可以小于約0atm、小于約0.1atm、小于約
0.2atm、小于約0.4atm、小于約0.6atm、小于約0.8atm、小于約1atm、小于約1.5atm、小于約
2atm、小于約2.5atm、小于約3atm、小于約3.5atm、小于約4atm或小于約5atm。在一些示例
中，跨密封件的真空梯度或正壓強在約0.5atm與約4.0atm之間。
[0157] 密封件可以能夠處理振動(例如，在制造、運輸、安裝、操作和罕見事件(舉例而言，諸如密封件可能暴露于的掉落或震動沖擊)期間所引起的振動)。在一個示例中，密封件能
夠處理類似于運輸?shù)恼駝迂摵?例如，當在單體或系統(tǒng)應(yīng)用中使用時)。
夠處理類似于運輸?shù)恼駝迂摵?例如，當在單體或系統(tǒng)應(yīng)用中使用時)。
[0158] 密封件可以具有給定的使用壽命(在完全操作中密封件的期望使用壽命)。在一些示例中，密封件的使用壽命為至少約1個月、至少約2個月、至少約6個月、至少約1年、至少約
2年、至少約5年、至少約10年、至少約15年、至少約20年或更久。密封件可以在至少約20％、
至少約40％、至少約60％、至少約80％、至少約90％或完全操作的操作(例如，利用率)下具
有這樣的使用壽命。密封件可以在小于約75％、小于約50％、小于約40％、小于約30％、小于
約20％、小于約15％、小于約10％、小于約5％或小于約1％的故障率下具有這樣的使用壽
命。在一個示例中，密封件具有20年的使用壽命并伴隨著小于約1％的故障，或者20年的使
用壽命并伴隨著小于約10％的故障。
2年、至少約5年、至少約10年、至少約15年、至少約20年或更久。密封件可以在至少約20％、
至少約40％、至少約60％、至少約80％、至少約90％或完全操作的操作(例如，利用率)下具
有這樣的使用壽命。密封件可以在小于約75％、小于約50％、小于約40％、小于約30％、小于
約20％、小于約15％、小于約10％、小于約5％或小于約1％的故障率下具有這樣的使用壽
命。在一個示例中，密封件具有20年的使用壽命并伴隨著小于約1％的故障，或者20年的使
用壽命并伴隨著小于約10％的故障。
[0159] 密封件可以具有至少約10、50、100、150、200、250、300、350、400、450、500、600、700、800、900、1,000、1,500或2,000個循環(huán)的循環(huán)壽命(例如，在單體的性能劣化之前和/或
在電化學(xué)單體/電池/儲能裝置的容量下降到例如低于其初始容量的80％之前，該密封件能
夠支撐的單體的完全充電/放電循環(huán)的數(shù)目)。
在電化學(xué)單體/電池/儲能裝置的容量下降到例如低于其初始容量的80％之前，該密封件能
夠支撐的單體的完全充電/放電循環(huán)的數(shù)目)。
[0160] 單體外部尺寸可影響系統(tǒng)設(shè)計和性能。例如，可以將密封件高度限制為在單體頂板(例如，單體容器蓋的頂面)之上的給定距離。在一些情況下，密封件高度可以為小于單體
頂板之上約2英寸、小于單體頂板之上約1英寸、小于單體頂板之上約1/2英寸(例如，由于單
體之間的間隔可以改變堆疊單體室內(nèi)的熱環(huán)境)、小于單體頂板之上約1/4英寸或者至小于
單體頂板之上約1/8英寸。在一些情況下，通過單體蓋中的孔徑從單體外部傳導(dǎo)電流的導(dǎo)體
(例如，負電流引線)的電阻是足夠低的。例如，導(dǎo)體的電阻足夠低以達到給定的系統(tǒng)效率
(例如，約40％、約50％、約60％、約75％、約80％、約90％、約95％或約99％的能量效率)。在一些情況下，雖然減小導(dǎo)體的直徑或徑向圓周可以允許在該導(dǎo)體周圍形成更牢固的密封，
但導(dǎo)致導(dǎo)體的電阻增加。在這樣的情況下，導(dǎo)體的電阻可以減小或最小化到足以形成牢固
的密封的值(例如，在該密封中導(dǎo)體的電阻可以盡可能低，只要可以制造出牢固的密封即
可，并且該導(dǎo)體可以足夠大以達到低的電阻但是足夠小以在該導(dǎo)體周圍實現(xiàn)牢固的密封)。
所述電阻可以小于約200毫歐姆(mOhm)、小于約100mOhm、小于約80mOhm、小于約50mOhm、小
于約30mOhm、小于約10mOhm、小于約3mOhm、小于約1mOhm、小于約0.75mOhm、小于約0.5mOhm、小于約0.3mOhm、小于約0.1mOhm、小于約0.075mOhm、小于約0.05mOhm、小于約0.03mOhm或小
于約0.01mOhm。
頂板之上約2英寸、小于單體頂板之上約1英寸、小于單體頂板之上約1/2英寸(例如，由于單
體之間的間隔可以改變堆疊單體室內(nèi)的熱環(huán)境)、小于單體頂板之上約1/4英寸或者至小于
單體頂板之上約1/8英寸。在一些情況下，通過單體蓋中的孔徑從單體外部傳導(dǎo)電流的導(dǎo)體
(例如，負電流引線)的電阻是足夠低的。例如，導(dǎo)體的電阻足夠低以達到給定的系統(tǒng)效率
(例如，約40％、約50％、約60％、約75％、約80％、約90％、約95％或約99％的能量效率)。在一些情況下，雖然減小導(dǎo)體的直徑或徑向圓周可以允許在該導(dǎo)體周圍形成更牢固的密封，
但導(dǎo)致導(dǎo)體的電阻增加。在這樣的情況下，導(dǎo)體的電阻可以減小或最小化到足以形成牢固
的密封的值(例如，在該密封中導(dǎo)體的電阻可以盡可能低，只要可以制造出牢固的密封即
可，并且該導(dǎo)體可以足夠大以達到低的電阻但是足夠小以在該導(dǎo)體周圍實現(xiàn)牢固的密封)。
所述電阻可以小于約200毫歐姆(mOhm)、小于約100mOhm、小于約80mOhm、小于約50mOhm、小
于約30mOhm、小于約10mOhm、小于約3mOhm、小于約1mOhm、小于約0.75mOhm、小于約0.5mOhm、小于約0.3mOhm、小于約0.1mOhm、小于約0.075mOhm、小于約0.05mOhm、小于約0.03mOhm或小
于約0.01mOhm。
[0161] 可以考慮材料(例如，單體蓋組裝件材料、一種或多種粘合密封材料等)的化學(xué)穩(wěn)定性(例如，以確保密封件在系統(tǒng)可能達到的所有可能的溫度期間的耐久性)。密封件可能
暴露于一種或多種不同的大氣，包括單體內(nèi)部(內(nèi)部大氣)和露天(外部大氣)。例如，密封件
可能暴露于包含水分的典型的空氣成分，以及暴露于單體中潛在的腐蝕性活性材料。在一
些實現(xiàn)方式中，提供了密閉的密封件。氣密密封的電池或電池外殼可以防止不適當量的空
氣、氧氣和/或水進入該電池。在一些情況下，氣密密封的單體或單體外殼可以防止氣體或
金屬/鹽蒸氣(例如，氦氣、氬氣、負電極蒸氣、電解質(zhì)蒸氣)從單體泄漏。
暴露于一種或多種不同的大氣，包括單體內(nèi)部(內(nèi)部大氣)和露天(外部大氣)。例如，密封件
可能暴露于包含水分的典型的空氣成分，以及暴露于單體中潛在的腐蝕性活性材料。在一
些實現(xiàn)方式中，提供了密閉的密封件。氣密密封的電池或電池外殼可以防止不適當量的空
氣、氧氣和/或水進入該電池。在一些情況下，氣密密封的單體或單體外殼可以防止氣體或
金屬/鹽蒸氣(例如，氦氣、氬氣、負電極蒸氣、電解質(zhì)蒸氣)從單體泄漏。
[0162] 密封件可以滿足一種或多種規(guī)格，包括但不限于：電絕緣和密閉的、在操作溫度下在使用壽命期間持續(xù)運轉(zhuǎn)的能力、熱循環(huán)能力、導(dǎo)體(例如，負電流引線)的足夠高的導(dǎo)電
性、不過度地從單體本體突出的配置、與活性組分的液體和蒸氣化學(xué)穩(wěn)定的內(nèi)表面、在空氣
中穩(wěn)定的外表面、避免在高電勢下形成電弧的能力等。
性、不過度地從單體本體突出的配置、與活性組分的液體和蒸氣化學(xué)穩(wěn)定的內(nèi)表面、在空氣
中穩(wěn)定的外表面、避免在高電勢下形成電弧的能力等。
[0163] 在一些實現(xiàn)方式中，電化學(xué)單體包括導(dǎo)電外殼，該導(dǎo)電外殼包括在至少約200℃的操作溫度下是液體的液態(tài)金屬(包含液態(tài)金屬合金)。在一些情況下，操作溫度至少為約350
℃。在一些情況下，電化學(xué)單體能夠儲存至少約50瓦時(Wh)的能量。在其他情況下，電化學(xué)
單體能夠儲存至少約270瓦時(Wh)的能量。液態(tài)金屬可以被配置為電化學(xué)單體的一部分，該
電化學(xué)單體在電化學(xué)單體的充電和/或放電過程中可以儲存/釋放電荷。電化學(xué)單體可以包
括與液態(tài)金屬電接觸的導(dǎo)體，其中所述導(dǎo)體經(jīng)導(dǎo)電外殼中的孔徑穿過該導(dǎo)電外殼突出。電
化學(xué)單體可以包括將導(dǎo)體密封至導(dǎo)電外殼的密封件。
℃。在一些情況下，電化學(xué)單體能夠儲存至少約50瓦時(Wh)的能量。在其他情況下，電化學(xué)
單體能夠儲存至少約270瓦時(Wh)的能量。液態(tài)金屬可以被配置為電化學(xué)單體的一部分，該
電化學(xué)單體在電化學(xué)單體的充電和/或放電過程中可以儲存/釋放電荷。電化學(xué)單體可以包
括與液態(tài)金屬電接觸的導(dǎo)體，其中所述導(dǎo)體經(jīng)導(dǎo)電外殼中的孔徑穿過該導(dǎo)電外殼突出。電
化學(xué)單體可以包括將導(dǎo)體密封至導(dǎo)電外殼的密封件。
[0164] 該密封件可以提供任何合適的低氦氣泄漏率。在一些情況下，該密封件在約25℃下提供約1×10-10、約1×10-9、約1×10-8、約1×10-7、約5×10-7、約1×10-6、約5×10-6、約1×
10-5或約5×10-5大氣壓-立方厘米每秒(atm-cc/s)的氦氣泄漏率。在一些情況下，該密封件
在至少約-25℃、至少約0℃、至少約25℃、至少約50℃、至少約200℃、至少約350℃、至少約
450℃、至少約550℃或至少約750℃的溫度(例如，單體的操作溫度或密封件的溫度)下提供
不超過約1×10-10、不超過約1×10-9、不超過約1×10-8、不超過約1×10-7、不超過約5×10-7、
不超過約1×10-6、不超過約5×10-6、不超過約1×10-5或不超過約5×10-5大氣壓-立方厘米
每秒(atm-cc/s)的氦氣泄漏率。該密封件可以在電化學(xué)單體已經(jīng)操作(例如，在額定容量
下)例如長達至少約1個月、至少約6個月、至少約1年、至少約5年、至少約10年、至少約20年
或更久的時段時提供這樣的氦氣泄漏率。在一些情況下，該密封件可以在電化學(xué)單體已經(jīng)
操作了至少約350個充電/放電循環(huán)、至少約500個循環(huán)、至少約1,000個循環(huán)、至少約3,000
個循環(huán)、至少約10,000個循環(huán)、至少約50,000個循環(huán)、至少約75,000個循環(huán)或至少約150,
000個循環(huán)時提供這樣的氦氣泄漏率。
10-5或約5×10-5大氣壓-立方厘米每秒(atm-cc/s)的氦氣泄漏率。在一些情況下，該密封件
在至少約-25℃、至少約0℃、至少約25℃、至少約50℃、至少約200℃、至少約350℃、至少約
450℃、至少約550℃或至少約750℃的溫度(例如，單體的操作溫度或密封件的溫度)下提供
不超過約1×10-10、不超過約1×10-9、不超過約1×10-8、不超過約1×10-7、不超過約5×10-7、
不超過約1×10-6、不超過約5×10-6、不超過約1×10-5或不超過約5×10-5大氣壓-立方厘米
每秒(atm-cc/s)的氦氣泄漏率。該密封件可以在電化學(xué)單體已經(jīng)操作(例如，在額定容量
下)例如長達至少約1個月、至少約6個月、至少約1年、至少約5年、至少約10年、至少約20年
或更久的時段時提供這樣的氦氣泄漏率。在一些情況下，該密封件可以在電化學(xué)單體已經(jīng)
操作了至少約350個充電/放電循環(huán)、至少約500個循環(huán)、至少約1,000個循環(huán)、至少約3,000
個循環(huán)、至少約10,000個循環(huán)、至少約50,000個循環(huán)、至少約75,000個循環(huán)或至少約150,
000個循環(huán)時提供這樣的氦氣泄漏率。
[0165] 該密封件可以將導(dǎo)體與導(dǎo)電外殼電隔離。電隔離的程度可以通過測量跨該密封件的阻抗來量化。在一些情況下，在任何操作、靜止或儲存溫度下跨密封件的阻抗為約0.1千
歐姆(kOhm)、約1kOhm、約5kOhm、約10kOhm、約50kOhm、約100kOhm、約500kOhm、約1,000kOhm、約5,000kOhm、約10,000kOhm、約50,000kOhm、約100,000kOhm或約1,000,000kOhm。在一些情
況下，在任何操作、靜止或儲存溫度下，跨密封件的阻抗為至少約0.1kOhm、至少約1kOhm、至
少約5kOhm、至少約10kOhm、至少約50kOhm、至少約100kOhm、至少約500kOhm、至少約1,
000kOhm、至少約5,000kOhm、至少約10,000kOhm、至少約50,000kOhm、至少約100,000kOhm或
至少約1,000,000kOhm。在一些情況下，在任何操作、靜止或儲存溫度下，跨密封件的阻抗為
小于約0.1kOhm、小于約1kOhm、小于約5kOhm、小于約10kOhm、小于約50kOhm、小于約
100kOhm、小于約500kOhm、小于約1,000kOhm、小于約5,000kOhm、小于約10,000kOhm、小于約
50,000kOhm、小于約100,000kOhm或小于約1,000,000kOhm。密封件可以在電化學(xué)單體已經(jīng)
操作(例如，在額定容量下)例如長達至少約1個月、至少約6個月、至少約1年或更久的時段
時提供電隔離。在一些情況下，該密封件在電化學(xué)單體已經(jīng)操作了至少約350個充電/放電
循環(huán)、至少約500個循環(huán)、至少約1,000個循環(huán)、至少約3,000個循環(huán)、至少約10,000個循環(huán)、
至少約50,000個循環(huán)、至少約75,000個循環(huán)、至少約150,000個循環(huán)時提供電隔離。
歐姆(kOhm)、約1kOhm、約5kOhm、約10kOhm、約50kOhm、約100kOhm、約500kOhm、約1,000kOhm、約5,000kOhm、約10,000kOhm、約50,000kOhm、約100,000kOhm或約1,000,000kOhm。在一些情
況下，在任何操作、靜止或儲存溫度下，跨密封件的阻抗為至少約0.1kOhm、至少約1kOhm、至
少約5kOhm、至少約10kOhm、至少約50kOhm、至少約100kOhm、至少約500kOhm、至少約1,
000kOhm、至少約5,000kOhm、至少約10,000kOhm、至少約50,000kOhm、至少約100,000kOhm或
至少約1,000,000kOhm。在一些情況下，在任何操作、靜止或儲存溫度下，跨密封件的阻抗為
小于約0.1kOhm、小于約1kOhm、小于約5kOhm、小于約10kOhm、小于約50kOhm、小于約
100kOhm、小于約500kOhm、小于約1,000kOhm、小于約5,000kOhm、小于約10,000kOhm、小于約
50,000kOhm、小于約100,000kOhm或小于約1,000,000kOhm。密封件可以在電化學(xué)單體已經(jīng)
操作(例如，在額定容量下)例如長達至少約1個月、至少約6個月、至少約1年或更久的時段
時提供電隔離。在一些情況下，該密封件在電化學(xué)單體已經(jīng)操作了至少約350個充電/放電
循環(huán)、至少約500個循環(huán)、至少約1,000個循環(huán)、至少約3,000個循環(huán)、至少約10,000個循環(huán)、
至少約50,000個循環(huán)、至少約75,000個循環(huán)、至少約150,000個循環(huán)時提供電隔離。
[0166] 密封件可以在電化學(xué)單體已經(jīng)操作長達至少約1年、至少約5年、至少約10年、至少約20年、至少約50年或至少約100年的時段時提供電隔離。在一些情況下，密封件在電化學(xué)
單體已經(jīng)操作了約350個充電/放電循環(huán)時提供電隔離。
單體已經(jīng)操作了約350個充電/放電循環(huán)時提供電隔離。
[0167] 氣密密封的電池或電池外殼可以防止不適當量的空氣、氧氣和/或水進入該電池(例如，某一量，所述量在電池在至少約1年、至少約2年、至少約5年、至少約10年或至少約20
2
年內(nèi)以至少約100mA/cm 充電和放電時使得該電池維持其儲能容量的至少約80％和/或維
持至少約90％每循環(huán)的往返庫倫效率)。在一些情況下，當電池與在高于或至少約(或小于
約)0.1atm、0.2atm、0.5atm、1atm或低于電池內(nèi)部壓強的至少約(或小于約)0大氣壓(atm)、
0.1atm、0.2atm、0.3atm、0.4atm、0.5atm、0.6atm、0.7atm、0.8atm、0.9atm或0.99atm的壓強下且在約400℃至約700℃的溫度下的空氣接觸時，氧氣、氮氣和/或水蒸氣轉(zhuǎn)移進該電池的
速率小于約0.25毫升(mL)每小時、小于約0.21mL每小時或小于約0.02mL每小時。在一些情
況下，當電池與在小于電池內(nèi)部壓強的約0.5atm、1atm、1.5atm、2atm、2.5atm、3atm、3.5atm或4atm的壓強下且在約400℃至約700℃的溫度下的空氣接觸時，金屬蒸氣、熔鹽蒸氣或惰
性氣體轉(zhuǎn)移到該電池外的速率小于約0.25mL每小時、小于約0.21mL每小時或小于約0.02mL
每小時。在一些示例中，在給定時段(例如，1個月時段、6個月時段、1年時段、2年時段、5年時段、10年時段或更久)內(nèi)泄漏進入單體的氧氣、氮氣或水蒸氣的摩爾數(shù)小于單體中活性材料
(例如，活性金屬材料)的摩爾數(shù)的約10％、小于約5％、小于約3％、小于約1％、小于約
0.5％、小于約0.1％、小于約0.05％或小于約0.5％。
2
年內(nèi)以至少約100mA/cm 充電和放電時使得該電池維持其儲能容量的至少約80％和/或維
持至少約90％每循環(huán)的往返庫倫效率)。在一些情況下，當電池與在高于或至少約(或小于
約)0.1atm、0.2atm、0.5atm、1atm或低于電池內(nèi)部壓強的至少約(或小于約)0大氣壓(atm)、
0.1atm、0.2atm、0.3atm、0.4atm、0.5atm、0.6atm、0.7atm、0.8atm、0.9atm或0.99atm的壓強下且在約400℃至約700℃的溫度下的空氣接觸時，氧氣、氮氣和/或水蒸氣轉(zhuǎn)移進該電池的
速率小于約0.25毫升(mL)每小時、小于約0.21mL每小時或小于約0.02mL每小時。在一些情
況下，當電池與在小于電池內(nèi)部壓強的約0.5atm、1atm、1.5atm、2atm、2.5atm、3atm、3.5atm或4atm的壓強下且在約400℃至約700℃的溫度下的空氣接觸時，金屬蒸氣、熔鹽蒸氣或惰
性氣體轉(zhuǎn)移到該電池外的速率小于約0.25mL每小時、小于約0.21mL每小時或小于約0.02mL
每小時。在一些示例中，在給定時段(例如，1個月時段、6個月時段、1年時段、2年時段、5年時段、10年時段或更久)內(nèi)泄漏進入單體的氧氣、氮氣或水蒸氣的摩爾數(shù)小于單體中活性材料
(例如，活性金屬材料)的摩爾數(shù)的約10％、小于約5％、小于約3％、小于約1％、小于約
0.5％、小于約0.1％、小于約0.05％或小于約0.5％。
[0168] 含有反應(yīng)性材料的密封高溫裝置在一些情況下可以經(jīng)受增加的內(nèi)部壓強(例如，如果裝置的溫度增加高于該裝置內(nèi)的材料中的一種或多種材料的沸點)。所述裝置可以包
括接合(例如，釬焊或焊接)在一起的金屬外殼(例如，不銹鋼單體本體)和金屬外殼蓋(例
如，不銹鋼單體蓋)。該單體蓋可以包括高溫密封件。在裝置內(nèi)部壓強累增的情況下，該裝置
可能破裂。在一些情況下，所述裝置可能破裂、出射材料并且導(dǎo)致危險事件?？梢云谕撗b
置包括在其達到危險水平之前使壓強減輕的組件。還可以期望減壓組件處于該裝置的氣體
頂部空間中以使得壓強經(jīng)由氣體組分而非液體組分的逃逸而釋放。
括接合(例如，釬焊或焊接)在一起的金屬外殼(例如，不銹鋼單體本體)和金屬外殼蓋(例
如，不銹鋼單體蓋)。該單體蓋可以包括高溫密封件。在裝置內(nèi)部壓強累增的情況下，該裝置
可能破裂。在一些情況下，所述裝置可能破裂、出射材料并且導(dǎo)致危險事件?？梢云谕撗b
置包括在其達到危險水平之前使壓強減輕的組件。還可以期望減壓組件處于該裝置的氣體
頂部空間中以使得壓強經(jīng)由氣體組分而非液體組分的逃逸而釋放。
[0169] 在一些實現(xiàn)方式中，密封件可被設(shè)計用于在臨界壓強之上和/或在臨界溫度之上充當減壓組件(例如，作為該裝置的最弱部分，其將會允許可以在該裝置內(nèi)部累增的壓強通
過密封件釋放)?？梢栽谘b置上提供一個或多個密封件(例如，導(dǎo)體周圍的密封件、專用的減
壓密封件、導(dǎo)體周圍的也提供減壓的密封件等)。在一些情況下，當裝置和/或密封件被加熱
高于用于創(chuàng)造金屬至陶瓷的密封的交界面的釬焊材料的熔點時，密封件釋放壓強。在一些
情況下，密封件中陶瓷至金屬接合點的強度和/或幾何形狀被設(shè)計用于在裝置外殼和/或蓋
的金屬至金屬接合點之前(和/或在密封件的金屬至金屬接合點之前)發(fā)生故障(例如，泄
漏)。例如，密封件中的一個或多個陶瓷至金屬釬焊接頭可以比裝置外殼和/或蓋的金屬至
金屬焊接點更弱。在一些示例中，裝置內(nèi)部的臨界壓強可以是大于約1atm、2atm、3atm、
4atm、5atm、10atm、20atm、50atm或100atm。在一些示例中，臨界溫度(例如，裝置的和/或密封件的)可以為大于約300℃、400℃、500℃、600℃、700℃、800℃、900℃、1000℃、1100℃、
1200℃、1300℃或1400℃。
過密封件釋放)?？梢栽谘b置上提供一個或多個密封件(例如，導(dǎo)體周圍的密封件、專用的減
壓密封件、導(dǎo)體周圍的也提供減壓的密封件等)。在一些情況下，當裝置和/或密封件被加熱
高于用于創(chuàng)造金屬至陶瓷的密封的交界面的釬焊材料的熔點時，密封件釋放壓強。在一些
情況下，密封件中陶瓷至金屬接合點的強度和/或幾何形狀被設(shè)計用于在裝置外殼和/或蓋
的金屬至金屬接合點之前(和/或在密封件的金屬至金屬接合點之前)發(fā)生故障(例如，泄
漏)。例如，密封件中的一個或多個陶瓷至金屬釬焊接頭可以比裝置外殼和/或蓋的金屬至
金屬焊接點更弱。在一些示例中，裝置內(nèi)部的臨界壓強可以是大于約1atm、2atm、3atm、
4atm、5atm、10atm、20atm、50atm或100atm。在一些示例中，臨界溫度(例如，裝置的和/或密封件的)可以為大于約300℃、400℃、500℃、600℃、700℃、800℃、900℃、1000℃、1100℃、
1200℃、1300℃或1400℃。
[0170] 在一些實現(xiàn)方式中，單體包括陽極和陰極。該單體可以能夠儲存至少約10Wh的能量并且可以氣密地或非氣密地密封。陽極和陰極中的至少一個可以是液態(tài)金屬。
[0171] 在一些實現(xiàn)方式中，一組單體能夠儲存至少約10kWh的能量并且每個單體是氣密地或非氣密地密封的。如果單體不是氣密地密封的，那么電池(例如，串聯(lián)或并聯(lián)的若干單
體)可以是氣密地密封的。
體)可以是氣密地密封的。
[0172] 在一些實現(xiàn)方式中，單體外殼包括導(dǎo)電容器、容器孔徑和與集流體電連通的導(dǎo)體。導(dǎo)體可以穿過容器孔徑并且可以與導(dǎo)電容器電隔離。外殼可以能夠氣密地封閉能夠儲存至
少約10Wh的能量的單體。
密封材料、化學(xué)相容性和熱膨脹系數(shù)
少約10Wh的能量的單體。
密封材料、化學(xué)相容性和熱膨脹系數(shù)
[0173] 密封件可以由任何合適的材料制成(例如，使得該密封件形成密閉的密封和電隔離)。在一些情況下，密封件由陶瓷材料和釬焊材料制成。陶瓷材料和釬焊材料可以具有彼
此匹配和/或與外殼材料相匹配的熱膨脹系數(shù)(CTE)以使得電化學(xué)單體在電池的操作和/或
啟動過程中維持合適的密封。陶瓷材料可以具有與釬焊材料和單體頂部(例如，蓋或帽或者
單體蓋組裝件的任何組件)或主體或者它們的組合的熱膨脹系數(shù)相匹配的熱膨脹系數(shù)。
此匹配和/或與外殼材料相匹配的熱膨脹系數(shù)(CTE)以使得電化學(xué)單體在電池的操作和/或
啟動過程中維持合適的密封。陶瓷材料可以具有與釬焊材料和單體頂部(例如，蓋或帽或者
單體蓋組裝件的任何組件)或主體或者它們的組合的熱膨脹系數(shù)相匹配的熱膨脹系數(shù)。
[0174] 在一些情況下，雖然陶瓷材料、釬焊材料和單體頂部或主體的熱膨脹系數(shù)并非完全等同地匹配，但是足夠接近以便最小化釬焊操作過程中以及隨后的操作中的熱循環(huán)過程
中的應(yīng)力。在一些情況下，陶瓷的CTE為至少約3微米每米每攝氏度(μm/m/℃)、至少約4μm/
m/℃、至少約5μm/m/℃、至少約6μm/m/℃、至少約7μm/m/℃、至少約8μm/m/℃、至少約9μm/m/℃、至少約10μm/m/℃、至少約11μm/m/℃、至少約12μm/m/℃、至少約13μm/m/℃或至少約14μm/m/℃。在一些情況下，陶瓷的CTE為小于約3μm/m/℃、小于約4μm/m/℃、小于約5μm/m/℃、小于約6μm/m/℃、小于約7μm/m/℃、小于約8μm/m/℃、小于約9μm/m/℃、小于約10μm/m/℃、小于約11μm/m/℃、小于約12μm/m/℃、小于約13μm/m/℃或小于約14μm/m/℃。在一些情況
下，金屬套環(huán)或套管的CTE為至少約5μm/m/℃、至少約6μm/m/℃、至少約7μm/m/℃、至少約8μm/m/℃、至少約9μm/m/℃、至少約10μm/m/℃、至少約11μm/m/℃、至少約12μm/m/℃、至少約
13μm/m/℃或至少約14μm/m/℃。在一些情況下，金屬套環(huán)或套管的CTE為小于約5μm/m/℃、
小于約6μm/m/℃、小于約7μm/m/℃、小于約8μm/m/℃、小于約9μm/m/℃、小于約10μm/m/℃、小于約11μm/m/℃、小于約12μm/m/℃、小于約13μm/m/℃或小于約14μm/m/℃。在一些情況
下，陶瓷材料包含至少約50％的AlN并且具有小于約5μm/m/℃的CTE。在一些情況下，金屬套
環(huán)或套管包含Zr并且具有約或小于約7μm/m/℃的CTE。在一些情況下，(例如，陶瓷材料、釬
焊材料和單體頂部或本體中的任何兩個之間的)熱膨脹系數(shù)的最大差異可能為小于約0.1
微米每米每攝氏度(μm/m/℃)、小于約0.5μm/m/℃、小于約1μm/m/℃、小于約2μm/m/℃、小于約3μm/m/℃、小于約5μm/m/℃、小于約7μm/m/℃、小于約10μm/m/℃或小于約15μm/m/℃。
中的應(yīng)力。在一些情況下，陶瓷的CTE為至少約3微米每米每攝氏度(μm/m/℃)、至少約4μm/
m/℃、至少約5μm/m/℃、至少約6μm/m/℃、至少約7μm/m/℃、至少約8μm/m/℃、至少約9μm/m/℃、至少約10μm/m/℃、至少約11μm/m/℃、至少約12μm/m/℃、至少約13μm/m/℃或至少約14μm/m/℃。在一些情況下，陶瓷的CTE為小于約3μm/m/℃、小于約4μm/m/℃、小于約5μm/m/℃、小于約6μm/m/℃、小于約7μm/m/℃、小于約8μm/m/℃、小于約9μm/m/℃、小于約10μm/m/℃、小于約11μm/m/℃、小于約12μm/m/℃、小于約13μm/m/℃或小于約14μm/m/℃。在一些情況
下，金屬套環(huán)或套管的CTE為至少約5μm/m/℃、至少約6μm/m/℃、至少約7μm/m/℃、至少約8μm/m/℃、至少約9μm/m/℃、至少約10μm/m/℃、至少約11μm/m/℃、至少約12μm/m/℃、至少約
13μm/m/℃或至少約14μm/m/℃。在一些情況下，金屬套環(huán)或套管的CTE為小于約5μm/m/℃、
小于約6μm/m/℃、小于約7μm/m/℃、小于約8μm/m/℃、小于約9μm/m/℃、小于約10μm/m/℃、小于約11μm/m/℃、小于約12μm/m/℃、小于約13μm/m/℃或小于約14μm/m/℃。在一些情況
下，陶瓷材料包含至少約50％的AlN并且具有小于約5μm/m/℃的CTE。在一些情況下，金屬套
環(huán)或套管包含Zr并且具有約或小于約7μm/m/℃的CTE。在一些情況下，(例如，陶瓷材料、釬
焊材料和單體頂部或本體中的任何兩個之間的)熱膨脹系數(shù)的最大差異可能為小于約0.1
微米每米每攝氏度(μm/m/℃)、小于約0.5μm/m/℃、小于約1μm/m/℃、小于約2μm/m/℃、小于約3μm/m/℃、小于約5μm/m/℃、小于約7μm/m/℃、小于約10μm/m/℃或小于約15μm/m/℃。
[0175] 在一些情況下，密封件包括金屬套環(huán)(例如，薄金屬套環(huán))或套管。套環(huán)或套管可以釬焊至陶瓷(例如，經(jīng)由釬焊材料)并且接合至單體蓋和/或負電流引線，該負電流引線穿過
單體蓋突出并進入單體空腔。密封件可以包括減小陶瓷與單體蓋和/或負電流引線之間的
CTE不匹配的特征。
單體蓋突出并進入單體空腔。密封件可以包括減小陶瓷與單體蓋和/或負電流引線之間的
CTE不匹配的特征。
[0176] 在一些實現(xiàn)方式中，電化學(xué)單體包括導(dǎo)電外殼，該導(dǎo)電外殼包括在至少約200℃的操作溫度下是液體的液態(tài)金屬。在一些情況下，操作溫度至少約為350℃。在一些情況下，電
化學(xué)單體能夠儲存至少約50瓦時(Wh)的能量。液態(tài)金屬(包括液態(tài)金屬合金)可以被配置用
于在電化學(xué)單體的充電/放電過程中儲存/釋放電荷。電化學(xué)單體可以包括與液態(tài)金屬電接
觸的導(dǎo)體，其中所述導(dǎo)體經(jīng)導(dǎo)電外殼中的孔徑穿過該導(dǎo)電外殼突出。電化學(xué)單體可以包括
將導(dǎo)體密封至導(dǎo)電外殼的密封件。
化學(xué)單體能夠儲存至少約50瓦時(Wh)的能量。液態(tài)金屬(包括液態(tài)金屬合金)可以被配置用
于在電化學(xué)單體的充電/放電過程中儲存/釋放電荷。電化學(xué)單體可以包括與液態(tài)金屬電接
觸的導(dǎo)體，其中所述導(dǎo)體經(jīng)導(dǎo)電外殼中的孔徑穿過該導(dǎo)電外殼突出。電化學(xué)單體可以包括
將導(dǎo)體密封至導(dǎo)電外殼的密封件。
[0177] 在一些情況下，密封件包括陶瓷材料和釬焊材料。在一些情況下，陶瓷材料與反應(yīng)性材料(例如，反應(yīng)性液態(tài)金屬或反應(yīng)性液態(tài)金屬蒸氣)是熱力學(xué)穩(wěn)定的(例如，不發(fā)生化學(xué)
反應(yīng))。在一些情況下，陶瓷材料與熔鹽是熱力學(xué)穩(wěn)定的、不被熔鹽侵蝕且不會溶解至熔鹽
中。陶瓷材料的示例包括但不限于，氮化鋁(AlN)、氮化鈹(Be3N2)、氮化硼(BN)、氮化鈣
(Ca3N2)、氮化硅(Si3N4)、氧化鋁(Al2O3)、氧化鈹(BeO)、氧化鈣(CaO)、氧化鈰(Ce2O3)、氧化鉺(Er2O3)、氧化鑭(La2O3)、氧化鎂(MgO)、氧化釹(Nd2O3)、氧化釤(Sm2O3)、氧化鈧(Sc2O3)、氧化鐿(Yb2O3)、氧化釔(Y2O3)、氧化鋯(ZrO2)、氧化釔部分穩(wěn)定的氧化鋯(YPSZ，“yttria?
partially?stabilized?zirconia”)、碳化硼(B4C)、碳化硅(SiC)、碳化鈦(TiC)、碳化鋯
(ZrC)、二硼化鈦(TiB2)、硫?qū)倩铩?a href='/zhuanli/list-22884-1.html' target='_blank'>石英、玻璃或它們的任何組合。
反應(yīng))。在一些情況下，陶瓷材料與熔鹽是熱力學(xué)穩(wěn)定的、不被熔鹽侵蝕且不會溶解至熔鹽
中。陶瓷材料的示例包括但不限于，氮化鋁(AlN)、氮化鈹(Be3N2)、氮化硼(BN)、氮化鈣
(Ca3N2)、氮化硅(Si3N4)、氧化鋁(Al2O3)、氧化鈹(BeO)、氧化鈣(CaO)、氧化鈰(Ce2O3)、氧化鉺(Er2O3)、氧化鑭(La2O3)、氧化鎂(MgO)、氧化釹(Nd2O3)、氧化釤(Sm2O3)、氧化鈧(Sc2O3)、氧化鐿(Yb2O3)、氧化釔(Y2O3)、氧化鋯(ZrO2)、氧化釔部分穩(wěn)定的氧化鋯(YPSZ，“yttria?
partially?stabilized?zirconia”)、碳化硼(B4C)、碳化硅(SiC)、碳化鈦(TiC)、碳化鋯
(ZrC)、二硼化鈦(TiB2)、硫?qū)倩铩?a href='/zhuanli/list-22884-1.html' target='_blank'>石英、玻璃或它們的任何組合。
[0178] 在一些情況下，釬焊材料包括至少一種在反應(yīng)性材料中具有低溶解度的釬焊成分，其中該反應(yīng)性材料具有低溶解度，該釬焊成分在裝置的操作溫度下不與反應(yīng)性材料反
應(yīng)(例如，不與之形成金屬間合金)以及/或者在裝置的操作溫度之上熔化。反應(yīng)性材料可以
是反應(yīng)性金屬。在一些示例中，釬焊材料包括至少一種在反應(yīng)性金屬中具有低溶解度的釬
焊成分。在一些示例中，反應(yīng)性金屬在釬焊成分中具有低溶解度。在一些示例中，釬焊成分
在裝置的操作溫度下不會與反應(yīng)性金屬形成金屬間合金。在一些示例中，釬焊成分在裝置
的操作溫度之上熔化。釬焊成分材料的示例包括但不限于，鋁(Al)、鈹(Be)、銅(Cu)、鉻
(Cr)、鐵(Fe)、錳(Mn)、鉬(Mo)、鎳(Ni)、鈮(Nb)、銣(Rb)、鈧(Sc)、銀(Ag)、鉭(Ta)、鈦(Ti)、釩(V)、釔(Y)、鋯(Zr)、磷(P)、硼(B)、碳(C)、硅(Si)或它們的任何組合。在一些情況下，陶瓷材料包括氮化鋁(AlN)，而釬焊材料包括鈦(Ti)。在一些情況下，釬焊材料包括兩種或更多種
材料(例如，3種材料)的混合物。材料可以以任何比例提供。例如，釬焊接頭可以包括比率約
為30：30：40或40：40：20的(例如，以重量-％、原子-％、摩爾-％或體積-％)的3種材料。在一些情況下，釬焊材料包括Ti-Ni-Zr的混合物。在一些情況下，釬焊接頭包括至少約20、30或
40重量-％的鈦、至少約20、30或40重量-％的鎳和至少約20、30或40重量-％的鋯。在一些情
況下，釬焊接頭包括小于約20、30或40-重量％的鈦、小于約20、30或40重量-％的鎳和小于
約20、30或40重量-％的鋯。在一些情況下，釬焊接頭包括約18％Ti、約60％Zr、約22％Ni(例
如，在重量-％、原子-％、摩爾-％或體積-％的基礎(chǔ)上)。在一些情況下，釬焊接頭包括約7％
Ti、約67％Zr和約26％Ni(例如，在重量-％、原子-％、摩爾-％或體積-％的基礎(chǔ)上)。在一些
情況下，釬焊接頭可以包括至少約或小于約5、10、15、20、25、30、35、40、45、50、55、60、65、
70、75、80、85、90、95或更多的重量-％、原子-％、摩爾-％或體積-％的鈦、鎳或鋯(或本文的任何其他釬焊材料)。在一些情況下，其他合適的(一種或多種)釬焊材料可以添加到釬焊接
頭以改善化學(xué)穩(wěn)定性、改變?nèi)刍瘻囟然蚋淖儥C械性質(zhì)(例如，改變釬焊接頭的CTE、改變釬焊
接頭的延展性等)。
應(yīng)(例如，不與之形成金屬間合金)以及/或者在裝置的操作溫度之上熔化。反應(yīng)性材料可以
是反應(yīng)性金屬。在一些示例中，釬焊材料包括至少一種在反應(yīng)性金屬中具有低溶解度的釬
焊成分。在一些示例中，反應(yīng)性金屬在釬焊成分中具有低溶解度。在一些示例中，釬焊成分
在裝置的操作溫度下不會與反應(yīng)性金屬形成金屬間合金。在一些示例中，釬焊成分在裝置
的操作溫度之上熔化。釬焊成分材料的示例包括但不限于，鋁(Al)、鈹(Be)、銅(Cu)、鉻
(Cr)、鐵(Fe)、錳(Mn)、鉬(Mo)、鎳(Ni)、鈮(Nb)、銣(Rb)、鈧(Sc)、銀(Ag)、鉭(Ta)、鈦(Ti)、釩(V)、釔(Y)、鋯(Zr)、磷(P)、硼(B)、碳(C)、硅(Si)或它們的任何組合。在一些情況下，陶瓷材料包括氮化鋁(AlN)，而釬焊材料包括鈦(Ti)。在一些情況下，釬焊材料包括兩種或更多種
材料(例如，3種材料)的混合物。材料可以以任何比例提供。例如，釬焊接頭可以包括比率約
為30：30：40或40：40：20的(例如，以重量-％、原子-％、摩爾-％或體積-％)的3種材料。在一些情況下，釬焊材料包括Ti-Ni-Zr的混合物。在一些情況下，釬焊接頭包括至少約20、30或
40重量-％的鈦、至少約20、30或40重量-％的鎳和至少約20、30或40重量-％的鋯。在一些情
況下，釬焊接頭包括小于約20、30或40-重量％的鈦、小于約20、30或40重量-％的鎳和小于
約20、30或40重量-％的鋯。在一些情況下，釬焊接頭包括約18％Ti、約60％Zr、約22％Ni(例
如，在重量-％、原子-％、摩爾-％或體積-％的基礎(chǔ)上)。在一些情況下，釬焊接頭包括約7％
Ti、約67％Zr和約26％Ni(例如，在重量-％、原子-％、摩爾-％或體積-％的基礎(chǔ)上)。在一些
情況下，釬焊接頭可以包括至少約或小于約5、10、15、20、25、30、35、40、45、50、55、60、65、
70、75、80、85、90、95或更多的重量-％、原子-％、摩爾-％或體積-％的鈦、鎳或鋯(或本文的任何其他釬焊材料)。在一些情況下，其他合適的(一種或多種)釬焊材料可以添加到釬焊接
頭以改善化學(xué)穩(wěn)定性、改變?nèi)刍瘻囟然蚋淖儥C械性質(zhì)(例如，改變釬焊接頭的CTE、改變釬焊
接頭的延展性等)。
[0179] 在一些情況下，陶瓷材料包括主要陶瓷材料(例如，AlN)和次要陶瓷材料，所述次要陶瓷材料也是熱力學(xué)穩(wěn)定的，舉例而言，諸如Y2O3、La2O3和/或本文所描述的任何其他陶
瓷材料(例如，AlN、Be3N2、BN、Ca3N2、Si3N4、Al2O3、BeO、CaO、Ce2O3、Er2O3、MgO、Nd2O3、Sm2O3、Sc2O3、Yb2O3、ZrO2、YPSZ、B4C、SiC、TiC、ZrC、TiB2、硫?qū)倩?、石英、玻璃或它們的任何組合)。
在一些示例中，主要陶瓷材料(例如，AlN陶瓷)包括按重量計次要陶瓷材料(或次要陶瓷材
料的組合)的至少約0.1％、至少約0.5％、至少約1％、至少約2％、至少約3％、至少約4％、至少約5％、至少約6％、至少約7％、至少約8％、至少約9％、至少約10％、至少約15％或至少約
20％。在一些情況下，次要陶瓷材料通過降低陶瓷的燒結(jié)溫度從而減小晶粒尺寸、通過在主
要陶瓷材料的晶粒之間形成玻璃相以促進曲折裂紋生長路徑或者通過其他(一種或多種)
用于陶瓷增韌的強化機制，來起到增加陶瓷強度的作用。在一些情況下，陶瓷包括與單體的
內(nèi)容物(例如，反應(yīng)性金屬和熔鹽)熱力學(xué)穩(wěn)定的主要陶瓷材料(例如，大于約50、60、70、80、
90、95或更多的重量-％)，以及足夠低的數(shù)量(例如，在重量、原子、摩爾或體積的基礎(chǔ)上小
于約20％或小于約15％)的、非熱力學(xué)穩(wěn)定的(例如，與單體的內(nèi)容物是不穩(wěn)定的和/或與單
體外部的大氣是不穩(wěn)定的)次要陶瓷材料(例如，MgO)。次要陶瓷材料可以作為顆粒存在，所
述顆粒散布遍及大部分主要陶瓷材料(例如，以使得大多數(shù)次要陶瓷顆粒不與其他次要陶
瓷顆粒直接接觸的方式散布)。在一些情況下，次要陶瓷材料顆粒通過建立應(yīng)力集中的局部
區(qū)域以促進裂紋尖端偏轉(zhuǎn)和裂紋尖端釘扎(“crack?tip?pinning”)而強化整體陶瓷材料。
在一些情況下，可以將次要陶瓷材料添加到主要陶瓷材料以將整體陶瓷材料的CTE調(diào)整為
與金屬套環(huán)或套管或者單體蓋的CTE更緊密地匹配。當暴露于(一種或多種)反應(yīng)性金屬和/
或(一種或多種)熔鹽和/或空氣時，表面上的次要陶瓷顆?？赡鼙磺治g，但是散布遍及大部
分主要陶瓷材料的次要陶瓷顆?？赡懿槐磺治g，從而使陶瓷材料在暴露于(一種或多種)反
應(yīng)性金屬和/或(一種或多種)熔鹽時能夠是化學(xué)穩(wěn)定的。
瓷材料(例如，AlN、Be3N2、BN、Ca3N2、Si3N4、Al2O3、BeO、CaO、Ce2O3、Er2O3、MgO、Nd2O3、Sm2O3、Sc2O3、Yb2O3、ZrO2、YPSZ、B4C、SiC、TiC、ZrC、TiB2、硫?qū)倩?、石英、玻璃或它們的任何組合)。
在一些示例中，主要陶瓷材料(例如，AlN陶瓷)包括按重量計次要陶瓷材料(或次要陶瓷材
料的組合)的至少約0.1％、至少約0.5％、至少約1％、至少約2％、至少約3％、至少約4％、至少約5％、至少約6％、至少約7％、至少約8％、至少約9％、至少約10％、至少約15％或至少約
20％。在一些情況下，次要陶瓷材料通過降低陶瓷的燒結(jié)溫度從而減小晶粒尺寸、通過在主
要陶瓷材料的晶粒之間形成玻璃相以促進曲折裂紋生長路徑或者通過其他(一種或多種)
用于陶瓷增韌的強化機制，來起到增加陶瓷強度的作用。在一些情況下，陶瓷包括與單體的
內(nèi)容物(例如，反應(yīng)性金屬和熔鹽)熱力學(xué)穩(wěn)定的主要陶瓷材料(例如，大于約50、60、70、80、
90、95或更多的重量-％)，以及足夠低的數(shù)量(例如，在重量、原子、摩爾或體積的基礎(chǔ)上小
于約20％或小于約15％)的、非熱力學(xué)穩(wěn)定的(例如，與單體的內(nèi)容物是不穩(wěn)定的和/或與單
體外部的大氣是不穩(wěn)定的)次要陶瓷材料(例如，MgO)。次要陶瓷材料可以作為顆粒存在，所
述顆粒散布遍及大部分主要陶瓷材料(例如，以使得大多數(shù)次要陶瓷顆粒不與其他次要陶
瓷顆粒直接接觸的方式散布)。在一些情況下，次要陶瓷材料顆粒通過建立應(yīng)力集中的局部
區(qū)域以促進裂紋尖端偏轉(zhuǎn)和裂紋尖端釘扎(“crack?tip?pinning”)而強化整體陶瓷材料。
在一些情況下，可以將次要陶瓷材料添加到主要陶瓷材料以將整體陶瓷材料的CTE調(diào)整為
與金屬套環(huán)或套管或者單體蓋的CTE更緊密地匹配。當暴露于(一種或多種)反應(yīng)性金屬和/
或(一種或多種)熔鹽和/或空氣時，表面上的次要陶瓷顆?？赡鼙磺治g，但是散布遍及大部
分主要陶瓷材料的次要陶瓷顆?？赡懿槐磺治g，從而使陶瓷材料在暴露于(一種或多種)反
應(yīng)性金屬和/或(一種或多種)熔鹽時能夠是化學(xué)穩(wěn)定的。
[0180] 在一些示例中，這樣的陶瓷包括主要陶瓷材料(例如，Y2O3)和按重量計至少約2％、至少約4％、至少約6％、至少約8％、至少約10％、至少約12％或至少約15％的次要陶瓷材料
(例如，AlN、Be3N2、BN、Ca3N2、Si3N4、Al2O3、BeO、CaO、Ce2O3、Er2O3、La2O3、MgO、Nd2O3、Sm2O3、Sc2O3、Yb2O3、ZrO2、YPSZ、B4C、SiC、TiC、ZrC、TiB2、硫?qū)倩?、石英、玻璃或它們的任何組合)。
在一些示例中，陶瓷主要包括帶有按重量計小于約2％、小于約4％、小于約6％、小于約8％、
小于約10％、小于約12％或小于約15％的次要陶瓷材料(或次要陶瓷材料的組合)的主要陶
瓷材料(例如，Y2O3)。在一些示例中，主要陶瓷材料是Y2O3。在一些示例中，次要陶瓷材料是
MgO。在一個示例中，陶瓷主要包括帶有約12.5重量-％的MgO顆粒的Y2O3。在一些情況下，包
含Y2O3和例如約12.5重量％的MgO的陶瓷可以在單體和/或系統(tǒng)的操作溫度下具有與鋼或不
銹鋼合金(例如，430不銹鋼)的CTE緊密地匹配(例如，在約10％或更小的范圍內(nèi))的CTE。
(例如，AlN、Be3N2、BN、Ca3N2、Si3N4、Al2O3、BeO、CaO、Ce2O3、Er2O3、La2O3、MgO、Nd2O3、Sm2O3、Sc2O3、Yb2O3、ZrO2、YPSZ、B4C、SiC、TiC、ZrC、TiB2、硫?qū)倩?、石英、玻璃或它們的任何組合)。
在一些示例中，陶瓷主要包括帶有按重量計小于約2％、小于約4％、小于約6％、小于約8％、
小于約10％、小于約12％或小于約15％的次要陶瓷材料(或次要陶瓷材料的組合)的主要陶
瓷材料(例如，Y2O3)。在一些示例中，主要陶瓷材料是Y2O3。在一些示例中，次要陶瓷材料是
MgO。在一個示例中，陶瓷主要包括帶有約12.5重量-％的MgO顆粒的Y2O3。在一些情況下，包
含Y2O3和例如約12.5重量％的MgO的陶瓷可以在單體和/或系統(tǒng)的操作溫度下具有與鋼或不
銹鋼合金(例如，430不銹鋼)的CTE緊密地匹配(例如，在約10％或更小的范圍內(nèi))的CTE。
[0181] 因此主要陶瓷材料和次要材料的示例包括本公開內(nèi)容的任何陶瓷材料，舉例而言，諸如氮化鋁(AlN)、氮化鈹(Be3N2)、氮化硼(BN)、氮化鈣(Ca3N2)、氮化硅(Si3N4)、氧化鋁(Al2O3)、氧化鈹(BeO)、氧化鈣(CaO)、氧化鈰(Ce2O3)、氧化鉺(Er2O3)、氧化鑭(La2O3)、氧化鎂(MgO)、氧化釹(Nd2O3)、氧化釤(Sm2O3)、氧化鈧(Sc2O3)、氧化鐿(Yb2O3)、氧化釔(Y2O3)、氧化鋯(ZrO2)、氧化釔部分穩(wěn)定的氧化鋯(YPSZ)、碳化硼(B4C)、碳化硅(SiC)、碳化鈦(TiC)、碳化鋯(ZrC)、二硼化鈦(TiB2)、硫?qū)倩铩⑹?、玻璃或它們的任何組合。
[0182] 釬焊接頭可以是惰性釬焊接頭或活性釬焊接頭。惰性釬焊接頭可以使陶瓷材料熔化和濕潤或者使具有沉積于其上的金屬化層的陶瓷材料濕潤。銅和銀是惰性釬焊接頭的示
例?；钚遭F焊接頭可以與陶瓷發(fā)生反應(yīng)(例如，化學(xué)地還原陶瓷的金屬組分(例如，從AlN中
還原Al))。在一些情況下，活性釬焊接頭可以包含具有諸如鈦(Ti)或鋯(Zr)等與陶瓷材料
發(fā)生反應(yīng)的活性金屬種類(例如，AlN+Ti→Al+TiN或AlN+Zr→Al+ZrN)的金屬合金?；钚遭F
焊接頭還可以包含一種或多種惰性組分(例如，Ni)。(一種或多種)惰性組分例如可以降低
釬焊接頭的熔點和/或改善釬焊接頭的化學(xué)穩(wěn)定性。在一些情況下，活性金屬釬焊接頭在陶
瓷上成珠狀立起和/或不濕潤陶瓷。
例?；钚遭F焊接頭可以與陶瓷發(fā)生反應(yīng)(例如，化學(xué)地還原陶瓷的金屬組分(例如，從AlN中
還原Al))。在一些情況下，活性釬焊接頭可以包含具有諸如鈦(Ti)或鋯(Zr)等與陶瓷材料
發(fā)生反應(yīng)的活性金屬種類(例如，AlN+Ti→Al+TiN或AlN+Zr→Al+ZrN)的金屬合金?；钚遭F
焊接頭還可以包含一種或多種惰性組分(例如，Ni)。(一種或多種)惰性組分例如可以降低
釬焊接頭的熔點和/或改善釬焊接頭的化學(xué)穩(wěn)定性。在一些情況下，活性金屬釬焊接頭在陶
瓷上成珠狀立起和/或不濕潤陶瓷。
[0183] 密封件可以氣密地密封電化學(xué)單體。在一些情況下，密封件對于與電化學(xué)單體接觸的大氣是惰性的。與電化學(xué)單體接觸的大氣可以包含氧氣(O2)、氮氣(N2)、水(H2O)或它們
的組合。在一些情況下，陶瓷材料和/或釬焊材料經(jīng)涂覆以提供對接觸電化學(xué)單體的大氣的
抗性。例如，涂層可以包括二氧化硅(SiO2)、氧化釔(Y2O3)、氧化鋁(Al2O3)或它們的任何組
合。
的組合。在一些情況下，陶瓷材料和/或釬焊材料經(jīng)涂覆以提供對接觸電化學(xué)單體的大氣的
抗性。例如，涂層可以包括二氧化硅(SiO2)、氧化釔(Y2O3)、氧化鋁(Al2O3)或它們的任何組
合。
[0184] 密封件對于金屬蒸氣和熔鹽可以至少部分是惰性的。在一些情況下，金屬蒸氣包含鋰、鈉、鉀、鎂、鈣或它們的任何組合。陶瓷材料和/或釬焊材料可以經(jīng)涂覆以提供對金屬
蒸氣和熔鹽的抗性。例如，涂層可以是氧化釔(Y2O3)、氧化鉺(Er2O3)、氮化硼(BN)、氮化鋁
(AlN)、氮化硅(Si3N4)、碳化硅(SiC)或它們的任何組合。
蒸氣和熔鹽的抗性。例如，涂層可以是氧化釔(Y2O3)、氧化鉺(Er2O3)、氮化硼(BN)、氮化鋁
(AlN)、氮化硅(Si3N4)、碳化硅(SiC)或它們的任何組合。
[0185] 在一些情況下，陶瓷材料和釬焊材料的熱膨脹系數(shù)與導(dǎo)電外殼和/或?qū)w的熱膨脹系數(shù)匹配(例如，至約1％以內(nèi)、至約5％以內(nèi)、至約10％以內(nèi)、至約15％以內(nèi)、至約20％以
內(nèi)或至約30％以內(nèi))。在一些情況下，如果釬焊接頭相比于陶瓷和/或密封件的其他組件或
子組裝件(例如，金屬套管)的CTE不是相似的CTE，那么可以形成密閉的接合點。
內(nèi)或至約30％以內(nèi))。在一些情況下，如果釬焊接頭相比于陶瓷和/或密封件的其他組件或
子組裝件(例如，金屬套管)的CTE不是相似的CTE，那么可以形成密閉的接合點。
[0186] 密封件可以焊接或釬焊至導(dǎo)電外殼、單體(外殼)蓋和/或?qū)w。在一些情況下，導(dǎo)電外殼和/或?qū)w包括400系列不銹鋼、300系列不銹鋼、鎳或它們的任何組合。
[0187] 圖7示出了各種類型的鋼和絕緣陶瓷的以百萬分率(ppm，parts?per?million)每℃為單位的CTE。在250℃與800℃之間430不銹鋼705的CTE在約10ppm/℃至約12ppm/℃的范
圍內(nèi)可近似線性地變化。在250℃與800℃之間鎳鈷鐵合金710的CTE在約5ppm/℃至約
10ppm/℃的范圍內(nèi)可非線性地變化。在250℃與800℃之間氮化鋁陶瓷715的CTE可以相對恒
定在約4.5ppm/℃。
圍內(nèi)可近似線性地變化。在250℃與800℃之間鎳鈷鐵合金710的CTE在約5ppm/℃至約
10ppm/℃的范圍內(nèi)可非線性地變化。在250℃與800℃之間氮化鋁陶瓷715的CTE可以相對恒
定在約4.5ppm/℃。
[0188] 圖8示出了各種類型的套管或套環(huán)材料(例如，鋼)、釬焊材料和絕緣陶瓷的以分率(p,parts)每℃為單位的CTE。套管或套環(huán)材料例如可以包含304不銹鋼805、430不銹鋼810、
410不銹鋼815和鎳鈷鐵合金820。釬焊材料例如可以包含鎳-100?825、鉬(Mo)830和鎢(W)
835。陶瓷材料例如可以包含氮化鋁(AlN)840、氧化鋁(Al2O3)845、方向平行于晶粒取向的氮
化硼(BN)850、方向垂直于晶粒取向的氮化硼(BN)855、氧化釔(Y2O3)860和氧化釔部分穩(wěn)定
的氧化鋯(YPSZ)865。
410不銹鋼815和鎳鈷鐵合金820。釬焊材料例如可以包含鎳-100?825、鉬(Mo)830和鎢(W)
835。陶瓷材料例如可以包含氮化鋁(AlN)840、氧化鋁(Al2O3)845、方向平行于晶粒取向的氮
化硼(BN)850、方向垂直于晶粒取向的氮化硼(BN)855、氧化釔(Y2O3)860和氧化釔部分穩(wěn)定
的氧化鋯(YPSZ)865。
[0189] 密封件的CTE可以以任何合適的容差與外殼和/或?qū)w的CTE相匹配。在一些情況下，密封件使導(dǎo)體與導(dǎo)電外殼電隔離，其中密封件的CTE至少約1％、至少約5％、至少約
10％、至少約15％、至少約20％、至少約30％、至少約50％、至少約60％、至少約70％或至少
約80％不同于和/或小于導(dǎo)電外殼和/或?qū)w的CTE。在一些情況下，密封件使導(dǎo)體與導(dǎo)電外
殼電隔離，其中密封件的CTE小于約1％、小于約5％、小于約10％、或小于約15％、或小于約
20％、或小于約30％、小于約50％、小于約60％、小于約70％或小于約80％不同于和/或小于
導(dǎo)電外殼和/或?qū)w的CTE。
10％、至少約15％、至少約20％、至少約30％、至少約50％、至少約60％、至少約70％或至少
約80％不同于和/或小于導(dǎo)電外殼和/或?qū)w的CTE。在一些情況下，密封件使導(dǎo)體與導(dǎo)電外
殼電隔離，其中密封件的CTE小于約1％、小于約5％、小于約10％、或小于約15％、或小于約
20％、或小于約30％、小于約50％、小于約60％、小于約70％或小于約80％不同于和/或小于
導(dǎo)電外殼和/或?qū)w的CTE。
[0190] 在操作溫度下和/或在單體的啟動(例如，從非熔融金屬電極開始)期間密封件的CTE可以與導(dǎo)電外殼或?qū)w的CTE相匹配。在一些情況下，在操作電化學(xué)單體的溫度下密封
件的CTE與導(dǎo)電外殼和/或?qū)w的CTE的差異小于約5％、小于約10％、小于約15％或小于約
20％。在一些情況下，在約-10℃與操作溫度之間的所有溫度下密封件的CTE與導(dǎo)電外殼和/
或?qū)w的CTE的差異小于約5％、小于約10％、小于約15％或小于約20％。
件的CTE與導(dǎo)電外殼和/或?qū)w的CTE的差異小于約5％、小于約10％、小于約15％或小于約
20％。在一些情況下，在約-10℃與操作溫度之間的所有溫度下密封件的CTE與導(dǎo)電外殼和/
或?qū)w的CTE的差異小于約5％、小于約10％、小于約15％或小于約20％。
[0191] 可以將構(gòu)成密封件(例如，陶瓷絕緣體、釬焊合金和套管/套環(huán))的材料選擇為與單體的內(nèi)部和/或外部環(huán)境是化學(xué)相容的(例如，與其接觸是穩(wěn)定的)。
[0192] 圖9示出了在一個溫度范圍內(nèi)各種材料的生成吉布斯(Gibbs?free?energy?of?formation)自由能(ΔGr)，其中負數(shù)在熱力學(xué)上更為穩(wěn)定905。示例包括氮化鋰(Li3N)910、
氮化鋁(AlN)915和氮化鈦(TiN)920的ΔGr曲線。不同絕緣陶瓷材料的熱力學(xué)評估可以表明
在存在鋰的情況下氮化鋁(電絕緣陶瓷)能夠是穩(wěn)定的(例如，由于AlN的N的每摩爾ΔGr比
Li3N的更為負)。另外，TiN的N的每摩爾ΔGr比Li3N的更為負并且也比AlN的更為負。因此，鈦
合金釬焊接頭可以將AlN化學(xué)還原并且形成TiN(例如，通過反應(yīng)
AlN+Ti→TiN+Al)，其進而可以與鈦合金釬焊接頭良好地結(jié)合。可以選擇反應(yīng)性材料
(例如，反應(yīng)性金屬)、陶瓷和釬焊材料以使得反應(yīng)性金屬-、陶瓷-和釬焊料-氮化合物的穩(wěn)
定性(例如，歸一化的生成吉布斯自由能(ΔGr,n)，舉例而言，諸如用每個化合物化學(xué)式中氮
原子的數(shù)目所歸一化的氮化合物的生成吉布斯自由能)按等級次序而存在。在對氮化合物
按等級排序的示例中，反應(yīng)性金屬氮化物(例如，Li3N)的ΔGr,n比陶瓷氮化物(例如，AlN)的
ΔGr,n更少為負(“l(fā)ess?negative”)(即，更為正(“more?positive”))，所述陶瓷氮化物的ΔGr,n比釬焊氮化物(例如，TiN)的ΔGr,n更少為負。以這種方式對材料進行等級排序可以減少
或消除等級排序的化合物劣化的驅(qū)動力。在一些情況下，釬焊材料還包括在反應(yīng)性材料(例
如，反應(yīng)性金屬或熔鹽)中顯示出低互溶性并且/或者不與反應(yīng)性材料反應(yīng)(例如，不與反應(yīng)
性金屬形成金屬間化合物)的材料。這樣的對材料的選擇可以確保反應(yīng)性材料(例如，反應(yīng)
性金屬)、陶瓷和釬焊材料的熱力學(xué)穩(wěn)定性。在一些情況下可以基于這樣的等級排序添加附
加材料。例如，一個組件(例如，陶瓷)可以用具有更多合適的等級排序的特性的兩個或更多
個組件來替代。
氮化鋁(AlN)915和氮化鈦(TiN)920的ΔGr曲線。不同絕緣陶瓷材料的熱力學(xué)評估可以表明
在存在鋰的情況下氮化鋁(電絕緣陶瓷)能夠是穩(wěn)定的(例如，由于AlN的N的每摩爾ΔGr比
Li3N的更為負)。另外，TiN的N的每摩爾ΔGr比Li3N的更為負并且也比AlN的更為負。因此，鈦
合金釬焊接頭可以將AlN化學(xué)還原并且形成TiN(例如，通過反應(yīng)
AlN+Ti→TiN+Al)，其進而可以與鈦合金釬焊接頭良好地結(jié)合。可以選擇反應(yīng)性材料
(例如，反應(yīng)性金屬)、陶瓷和釬焊材料以使得反應(yīng)性金屬-、陶瓷-和釬焊料-氮化合物的穩(wěn)
定性(例如，歸一化的生成吉布斯自由能(ΔGr,n)，舉例而言，諸如用每個化合物化學(xué)式中氮
原子的數(shù)目所歸一化的氮化合物的生成吉布斯自由能)按等級次序而存在。在對氮化合物
按等級排序的示例中，反應(yīng)性金屬氮化物(例如，Li3N)的ΔGr,n比陶瓷氮化物(例如，AlN)的
ΔGr,n更少為負(“l(fā)ess?negative”)(即，更為正(“more?positive”))，所述陶瓷氮化物的ΔGr,n比釬焊氮化物(例如，TiN)的ΔGr,n更少為負。以這種方式對材料進行等級排序可以減少
或消除等級排序的化合物劣化的驅(qū)動力。在一些情況下，釬焊材料還包括在反應(yīng)性材料(例
如，反應(yīng)性金屬或熔鹽)中顯示出低互溶性并且/或者不與反應(yīng)性材料反應(yīng)(例如，不與反應(yīng)
性金屬形成金屬間化合物)的材料。這樣的對材料的選擇可以確保反應(yīng)性材料(例如，反應(yīng)
性金屬)、陶瓷和釬焊材料的熱力學(xué)穩(wěn)定性。在一些情況下可以基于這樣的等級排序添加附
加材料。例如，一個組件(例如，陶瓷)可以用具有更多合適的等級排序的特性的兩個或更多
個組件來替代。
[0193] 鎳鈷鐵合金、鈦(Ti)、鎳(Ni)、鋯(Zr)和430不銹鋼(430SS)可在存在熔融的鋰(Li)的情況下是穩(wěn)定的，例如由相圖所指示的，所述相圖顯示出鋰和鎳-鈷鐵合金以及430SS的
金屬組分(例如，F(xiàn)e、Ni、Cr、Co)不與Li形成金屬間化合物并且它們各自至Li中(或與Li)的
溶解度相對較低(例如，小于約1mol-％)。鈦合金釬焊接頭可以結(jié)合至鐵合金，舉例而言，諸
如鎳鈷鐵合金和/或430SS。在一些情況下，在升高的溫度下AlN、鈦合金和鎳鈷鐵合金/
430SS在存在空氣的情況下都是穩(wěn)定的。因此，在一個示例中，本文所描述的用于選擇密封
材料的方法顯示出包括包含AlN的絕緣陶瓷的密封件、包含Ti合金的釬焊接頭以及包含鎳
鈷鐵合金、430SS和鋯中的一種或多種的套管或套環(huán)構(gòu)成了合適的密封材料組。
金屬組分(例如，F(xiàn)e、Ni、Cr、Co)不與Li形成金屬間化合物并且它們各自至Li中(或與Li)的
溶解度相對較低(例如，小于約1mol-％)。鈦合金釬焊接頭可以結(jié)合至鐵合金，舉例而言，諸
如鎳鈷鐵合金和/或430SS。在一些情況下，在升高的溫度下AlN、鈦合金和鎳鈷鐵合金/
430SS在存在空氣的情況下都是穩(wěn)定的。因此，在一個示例中，本文所描述的用于選擇密封
材料的方法顯示出包括包含AlN的絕緣陶瓷的密封件、包含Ti合金的釬焊接頭以及包含鎳
鈷鐵合金、430SS和鋯中的一種或多種的套管或套環(huán)構(gòu)成了合適的密封材料組。
[0194] 圖32是用于選擇材料以形成用于高溫裝置的密封件的方法3200的示例。所述裝置可以包括反應(yīng)性材料。所述方法可以包括等級排序的生成自由能的選擇過程。這樣的選擇
過程可以提供通向具有長期穩(wěn)定性的密封件的途徑。這樣的密封件可以包括熱力學(xué)穩(wěn)定的
材料(例如，穩(wěn)定的陶瓷、穩(wěn)定(活性)的釬焊材料、可以使陶瓷還原的釬焊料)。所述方法可
以包括基于每一種材料的增加或減少的生成吉布斯自由能(ΔGr)對材料集進行等級排序
(3205)。在一些情況下，在吉布斯自由能比較中進行比較的材料(即，該材料組)包括與一種
或多種密封材料相關(guān)聯(lián)的化合物(例如，與密封材料組相關(guān)聯(lián)的化合物，例如，與陶瓷材料
和釬焊材料相關(guān)聯(lián)的化合物，舉例而言，諸如活性釬焊材料)和/或與要包含的反應(yīng)性材料
相關(guān)聯(lián)的化合物。相關(guān)聯(lián)的化合物可以按照它們的ΔGr進行等級排定(例如，Li3N作為與反
應(yīng)性材料Li相關(guān)聯(lián)的化合物，TiN作為與活性釬焊材料Ti相關(guān)聯(lián)的化合物)。在一些情況下，
化合物包括共有元素(例如，Li3N、AlN和TiN中的氮)。在這樣的情況下，等級排序可以基于
每種材料(例如，相關(guān)聯(lián)的化合物)的增加或減少的歸一化的生成吉布斯自由能(ΔGr,n,其
中ΔGr,n等于ΔGr除以化合物的化學(xué)式中共有元素的原子化學(xué)計量數(shù)，舉例而言，諸如，對
于Li3N而言ΔGr＝ΔGr,n/1而對于Ca3N2而言ΔGr＝ΔGr,n/2，其中氮被認為是共有元素)。共
有元素可以能夠與反應(yīng)性材料形成化合物(例如，Li3N)。共有元素例如可以是氮、氧或硫
(例如，化合物是氮化物、氧化物或硫化物)。如前文所述，涉及共有元素的(一種或多種)反
應(yīng)可以有助于所選擇的等級排序的材料之間的結(jié)合(例如，AlN+Ti→TiN+Al)。
過程可以提供通向具有長期穩(wěn)定性的密封件的途徑。這樣的密封件可以包括熱力學(xué)穩(wěn)定的
材料(例如，穩(wěn)定的陶瓷、穩(wěn)定(活性)的釬焊材料、可以使陶瓷還原的釬焊料)。所述方法可
以包括基于每一種材料的增加或減少的生成吉布斯自由能(ΔGr)對材料集進行等級排序
(3205)。在一些情況下，在吉布斯自由能比較中進行比較的材料(即，該材料組)包括與一種
或多種密封材料相關(guān)聯(lián)的化合物(例如，與密封材料組相關(guān)聯(lián)的化合物，例如，與陶瓷材料
和釬焊材料相關(guān)聯(lián)的化合物，舉例而言，諸如活性釬焊材料)和/或與要包含的反應(yīng)性材料
相關(guān)聯(lián)的化合物。相關(guān)聯(lián)的化合物可以按照它們的ΔGr進行等級排定(例如，Li3N作為與反
應(yīng)性材料Li相關(guān)聯(lián)的化合物，TiN作為與活性釬焊材料Ti相關(guān)聯(lián)的化合物)。在一些情況下，
化合物包括共有元素(例如，Li3N、AlN和TiN中的氮)。在這樣的情況下，等級排序可以基于
每種材料(例如，相關(guān)聯(lián)的化合物)的增加或減少的歸一化的生成吉布斯自由能(ΔGr,n,其
中ΔGr,n等于ΔGr除以化合物的化學(xué)式中共有元素的原子化學(xué)計量數(shù)，舉例而言，諸如，對
于Li3N而言ΔGr＝ΔGr,n/1而對于Ca3N2而言ΔGr＝ΔGr,n/2，其中氮被認為是共有元素)。共
有元素可以能夠與反應(yīng)性材料形成化合物(例如，Li3N)。共有元素例如可以是氮、氧或硫
(例如，化合物是氮化物、氧化物或硫化物)。如前文所述，涉及共有元素的(一種或多種)反
應(yīng)可以有助于所選擇的等級排序的材料之間的結(jié)合(例如，AlN+Ti→TiN+Al)。
[0195] 所述方法還可以包括選擇等級排序的材料的子集(3210)(例如，使得所選擇的材料仍然是等級排序的)。下一步，在步驟3215中，所述方法可以包括基于所選擇的等級排序
的材料選擇密封材料集(例如，陶瓷材料和活性釬焊材料)。這在所選擇的等級排序的材料
提供于密封件中并且/或者暴露于反應(yīng)性材料(例如，Li)時可以消除所選擇的等級排序的
材料劣化的驅(qū)動力，所選擇的密封材料集可以包括陶瓷材料和活性釬焊材料。選擇密封材
料集可以包括選擇一種或多種帶有相關(guān)聯(lián)化合物的密封材料(例如，首先是陶瓷然后是釬
焊料)，所述相關(guān)聯(lián)化合物具有比與反應(yīng)性材料相關(guān)聯(lián)的化合物更為負的ΔGr,n。所述選擇
(例如，所述選擇的第一步驟)可以包括對陶瓷材料(例如，AlN)的選擇，所述陶瓷材料是電
絕緣的并且具有比與反應(yīng)性材料相關(guān)聯(lián)的化合物(例如，Li3N)更為負的ΔGr,n。所述選擇
(例如，所述選擇的第二步驟)可以包括對具有相關(guān)聯(lián)化合物(例如，TiN)的活性釬焊材料
(例如，Ti合金)的選擇，所述相關(guān)聯(lián)化合物具有等于或比陶瓷材料的更為負的ΔGr,n。在一
個示例中，包含于高溫裝置中的反應(yīng)性材料包括鋰(Li)。在該示例中，所選擇的等級排序的
材料按順序可以是氮化鋰(Li3N)、氮化鋁(AlN)和氮化鈦(TiN)；選擇的陶瓷材料可以包含
氮化鋁(AlN)，而選擇的活性釬焊材料可以包含鈦(Ti)。在一些情況下，活性釬焊材料也基
于其與反應(yīng)性金屬的穩(wěn)定性而選擇的(例如，穩(wěn)定的活性釬焊材料可以具有與反應(yīng)性材料
和/或活性釬焊材料的低(例如，<1％、<0.1％)互溶性，而且反應(yīng)性材料可以在彼此存在的
情況下是穩(wěn)定的并且/或者不形成金屬間化合物)。在一些情況下，選擇的AlN陶瓷和Ti活性
釬焊材料與Li是熱力學(xué)穩(wěn)定的。在一些示例中，密封件可以包括在存在反應(yīng)性材料的情況
下熱力學(xué)穩(wěn)定的陶瓷材料、與反應(yīng)性材料化學(xué)穩(wěn)定的活性釬焊材料，并且其中活性釬焊材
料與陶瓷材料發(fā)生化學(xué)反應(yīng)(例如，Ti+AlN→TiN+Al)而且該反應(yīng)的化合物產(chǎn)物(例如，TiN)
在反應(yīng)性材料存在的情況下是穩(wěn)定的。
的材料選擇密封材料集(例如，陶瓷材料和活性釬焊材料)。這在所選擇的等級排序的材料
提供于密封件中并且/或者暴露于反應(yīng)性材料(例如，Li)時可以消除所選擇的等級排序的
材料劣化的驅(qū)動力，所選擇的密封材料集可以包括陶瓷材料和活性釬焊材料。選擇密封材
料集可以包括選擇一種或多種帶有相關(guān)聯(lián)化合物的密封材料(例如，首先是陶瓷然后是釬
焊料)，所述相關(guān)聯(lián)化合物具有比與反應(yīng)性材料相關(guān)聯(lián)的化合物更為負的ΔGr,n。所述選擇
(例如，所述選擇的第一步驟)可以包括對陶瓷材料(例如，AlN)的選擇，所述陶瓷材料是電
絕緣的并且具有比與反應(yīng)性材料相關(guān)聯(lián)的化合物(例如，Li3N)更為負的ΔGr,n。所述選擇
(例如，所述選擇的第二步驟)可以包括對具有相關(guān)聯(lián)化合物(例如，TiN)的活性釬焊材料
(例如，Ti合金)的選擇，所述相關(guān)聯(lián)化合物具有等于或比陶瓷材料的更為負的ΔGr,n。在一
個示例中，包含于高溫裝置中的反應(yīng)性材料包括鋰(Li)。在該示例中，所選擇的等級排序的
材料按順序可以是氮化鋰(Li3N)、氮化鋁(AlN)和氮化鈦(TiN)；選擇的陶瓷材料可以包含
氮化鋁(AlN)，而選擇的活性釬焊材料可以包含鈦(Ti)。在一些情況下，活性釬焊材料也基
于其與反應(yīng)性金屬的穩(wěn)定性而選擇的(例如，穩(wěn)定的活性釬焊材料可以具有與反應(yīng)性材料
和/或活性釬焊材料的低(例如，<1％、<0.1％)互溶性，而且反應(yīng)性材料可以在彼此存在的
情況下是穩(wěn)定的并且/或者不形成金屬間化合物)。在一些情況下，選擇的AlN陶瓷和Ti活性
釬焊材料與Li是熱力學(xué)穩(wěn)定的。在一些示例中，密封件可以包括在存在反應(yīng)性材料的情況
下熱力學(xué)穩(wěn)定的陶瓷材料、與反應(yīng)性材料化學(xué)穩(wěn)定的活性釬焊材料，并且其中活性釬焊材
料與陶瓷材料發(fā)生化學(xué)反應(yīng)(例如，Ti+AlN→TiN+Al)而且該反應(yīng)的化合物產(chǎn)物(例如，TiN)
在反應(yīng)性材料存在的情況下是穩(wěn)定的。
[0196] 方法3200還可以包括選擇套管或套環(huán)以接合至密封件(3220)以及/或者選擇裝置的容器以接合至套管或套環(huán)(3220)。如在本文別處更詳細地描述，套管或套環(huán)可以包括與
密封件和/或與裝置的一種或多種其他材料化學(xué)相容的材料，并且容器可以包括與套管或
套環(huán)以及/或者與裝置或密封件的一種或多種其他材料化學(xué)相容的材料。在一些情況下，一
對或多對所選擇的等級排序的材料可以是CTE相匹配的。方法3200的步驟可以按不同的次
序執(zhí)行，或者可以省略一個或多個步驟。此外，在一些情況下方法3200可以包括(一個或多
個)附加的或不同的步驟。
可以補償CTE不匹配的結(jié)構(gòu)特征
密封件和/或與裝置的一種或多種其他材料化學(xué)相容的材料，并且容器可以包括與套管或
套環(huán)以及/或者與裝置或密封件的一種或多種其他材料化學(xué)相容的材料。在一些情況下，一
對或多對所選擇的等級排序的材料可以是CTE相匹配的。方法3200的步驟可以按不同的次
序執(zhí)行，或者可以省略一個或多個步驟。此外，在一些情況下方法3200可以包括(一個或多
個)附加的或不同的步驟。
可以補償CTE不匹配的結(jié)構(gòu)特征
[0197] 當設(shè)計密封件時可以考慮熱膨脹系數(shù)(CTE)。在高溫密封件的初始制造加熱和釬焊過程期間，各種材料之間的熱膨脹系數(shù)不匹配(CTE不匹配)可能不是主要關(guān)注點(例如，
由于可能未將組件結(jié)合，這允許滑動的交界面)。在一些情況下，在冷卻期間(例如，在釬焊
接材料已經(jīng)融化、結(jié)合和固化之后)，材料可能以不同的速率收縮(例如，絕緣體和金屬套管
可能暴露于較大的應(yīng)力)。因此，可以添加一個或多個過渡零件。過渡零件可以具有介于絕
緣體和單體頂部的CTE值中間的CTE值并且/或者可以具有彈簧狀設(shè)計特征(例如，鎳鈷鐵合
金或430SS或者鋯套管)。在一些情況下，過渡零件相對于絕緣體是薄的(例如，過渡零件可
以具有小于絕緣體的厚度的約50％或小于約10％的厚度)。在一些情況下，釬焊材料與預(yù)期
的焊接接合點是分隔開(例如，遠離)的。在一些情況下，密封件包括化學(xué)穩(wěn)定的材料組(例
如，氮化鋁陶瓷、鈦合金釬焊接頭和鎳鈷鐵合金或430不銹鋼套管)，并且可以是CTE相匹配
的或者具有可以適應(yīng)CTE差異的設(shè)計。
由于可能未將組件結(jié)合，這允許滑動的交界面)。在一些情況下，在冷卻期間(例如，在釬焊
接材料已經(jīng)融化、結(jié)合和固化之后)，材料可能以不同的速率收縮(例如，絕緣體和金屬套管
可能暴露于較大的應(yīng)力)。因此，可以添加一個或多個過渡零件。過渡零件可以具有介于絕
緣體和單體頂部的CTE值中間的CTE值并且/或者可以具有彈簧狀設(shè)計特征(例如，鎳鈷鐵合
金或430SS或者鋯套管)。在一些情況下，過渡零件相對于絕緣體是薄的(例如，過渡零件可
以具有小于絕緣體的厚度的約50％或小于約10％的厚度)。在一些情況下，釬焊材料與預(yù)期
的焊接接合點是分隔開(例如，遠離)的。在一些情況下，密封件包括化學(xué)穩(wěn)定的材料組(例
如，氮化鋁陶瓷、鈦合金釬焊接頭和鎳鈷鐵合金或430不銹鋼套管)，并且可以是CTE相匹配
的或者具有可以適應(yīng)CTE差異的設(shè)計。
[0198] 在一些情況下，密封件不包括在CTE方面完全匹配和/或與外殼和/或?qū)w的CTE完全匹配的材料。在CTE方面不匹配可以通過結(jié)構(gòu)特征和/或幾何形狀補償，以使得密封件保
持氣密密封的并且/或者形成合適的電絕緣(例如，在電池的操作溫度下)和/或隨后的電池
的一個或多個啟動(例如，液態(tài)金屬電極的熔化)。
持氣密密封的并且/或者形成合適的電絕緣(例如，在電池的操作溫度下)和/或隨后的電池
的一個或多個啟動(例如，液態(tài)金屬電極的熔化)。
[0199] 在一些實現(xiàn)方式中，電化學(xué)單體包括導(dǎo)電外殼，該導(dǎo)電外殼包括在至少約200℃的操作溫度下是液體的液態(tài)金屬。在一些情況下，操作溫度至少約為350℃。在一些情況下，電
化學(xué)單體能夠儲存至少約50瓦時(Wh)的能量。液態(tài)金屬可以被配置用于在電化學(xué)單體的充
電/放電過程中儲存/釋放電荷。電化學(xué)單體可以包括與液態(tài)金屬電接觸的導(dǎo)體，其中所述
導(dǎo)體經(jīng)導(dǎo)電外殼中的孔徑穿過該導(dǎo)電外殼突出。電化學(xué)單體可以包括將導(dǎo)體密封至導(dǎo)電外
殼的密封件。在一些情況下，密封件使導(dǎo)體與導(dǎo)電外殼電隔離，其中構(gòu)成密封件的材料的
CTE與導(dǎo)電外殼和/或?qū)w不相同。密封件可以具有某一形狀(即，合適的幾何形狀)以使得
電化學(xué)單體被氣密密封。
化學(xué)單體能夠儲存至少約50瓦時(Wh)的能量。液態(tài)金屬可以被配置用于在電化學(xué)單體的充
電/放電過程中儲存/釋放電荷。電化學(xué)單體可以包括與液態(tài)金屬電接觸的導(dǎo)體，其中所述
導(dǎo)體經(jīng)導(dǎo)電外殼中的孔徑穿過該導(dǎo)電外殼突出。電化學(xué)單體可以包括將導(dǎo)體密封至導(dǎo)電外
殼的密封件。在一些情況下，密封件使導(dǎo)體與導(dǎo)電外殼電隔離，其中構(gòu)成密封件的材料的
CTE與導(dǎo)電外殼和/或?qū)w不相同。密封件可以具有某一形狀(即，合適的幾何形狀)以使得
電化學(xué)單體被氣密密封。
[0200] 密封件、導(dǎo)電外殼和/或?qū)w的材料可以具有任何量的CTE不匹配。在一些情況下，密封材料(或其一部分)的CTE與導(dǎo)電外殼和/或?qū)w的CTE的差異為約1％、約5％、約10％、
約15％、約20％、約25％、約30％、約40％、約50％、約60％、約70％、約80％、約90％、約
100％、約125％、約150％、約300％、約400％、約500％、約600％或約700％。在一些情況下，密封件(或其一部分)的CTE與導(dǎo)電外殼和/或?qū)w的CTE的差異為至少約1％、至少約5％、至
少約10％、至少約15％、至少約20％、至少約25％、至少約30％、至少約40％、至少約50％、至少約60％、至少約70％、至少約80％、至少約90％、至少約100％、至少約125％、至少約
150％、至少約300％、至少約400％、至少約500％、至少約600％或至少約700％。在一些情況
下，第一密封材料(例如，金屬套環(huán))的CTE與第二密封材料(例如，電隔離陶瓷)的CTE的差異
小于約1％、小于約5％、小于約10％、小于約15％、小于約20％、小于約25％、小于約30％、小于約40％、小于約50％、小于約60％、小于約70％、小于約80％、小于約90％、小于約100％、小于約125％、小于約150％、小于約300％、小于約400％、小于約500％、小于約600％或小于
約700％。在一些情況下，第一密封材料(例如，金屬套環(huán))的CTE與第二密封材料(例如，電隔
離陶瓷)的CTE的差異為至少約1％、至少約5％、至少約10％、至少約15％、至少約20％、至少
約25％、至少約30％、至少約40％、至少約50％、至少約60％、至少約70％、至少約80％、至少約90％、至少約100％、至少約125％、至少約150％、至少約300％、至少約400％、至少約
500％、至少約600％或至少約700％。
約15％、約20％、約25％、約30％、約40％、約50％、約60％、約70％、約80％、約90％、約
100％、約125％、約150％、約300％、約400％、約500％、約600％或約700％。在一些情況下，密封件(或其一部分)的CTE與導(dǎo)電外殼和/或?qū)w的CTE的差異為至少約1％、至少約5％、至
少約10％、至少約15％、至少約20％、至少約25％、至少約30％、至少約40％、至少約50％、至少約60％、至少約70％、至少約80％、至少約90％、至少約100％、至少約125％、至少約
150％、至少約300％、至少約400％、至少約500％、至少約600％或至少約700％。在一些情況
下，第一密封材料(例如，金屬套環(huán))的CTE與第二密封材料(例如，電隔離陶瓷)的CTE的差異
小于約1％、小于約5％、小于約10％、小于約15％、小于約20％、小于約25％、小于約30％、小于約40％、小于約50％、小于約60％、小于約70％、小于約80％、小于約90％、小于約100％、小于約125％、小于約150％、小于約300％、小于約400％、小于約500％、小于約600％或小于
約700％。在一些情況下，第一密封材料(例如，金屬套環(huán))的CTE與第二密封材料(例如，電隔
離陶瓷)的CTE的差異為至少約1％、至少約5％、至少約10％、至少約15％、至少約20％、至少
約25％、至少約30％、至少約40％、至少約50％、至少約60％、至少約70％、至少約80％、至少約90％、至少約100％、至少約125％、至少約150％、至少約300％、至少約400％、至少約
500％、至少約600％或至少約700％。
[0201] 在操作溫度下和/或在單體的啟動(例如，從非熔融金屬電極開始)期間密封件的CTE可能與導(dǎo)電外殼和/或?qū)w的CTE不匹配(例如，有意地或故意地不匹配)。在一些情況
下，在操作電化學(xué)單體的溫度下密封件的CTE與導(dǎo)電外殼和/或?qū)w的CTE的差異至少約為
10％。在一些情況下，在約-10℃與操作溫度之間的任何或所有溫度(例如，至少約200℃、
250℃、300℃、350℃、400℃、450℃或500℃)下，密封件的CTE與導(dǎo)電外殼和/或?qū)w的CTE的
差異為至少約1％、5％、10％、15％、20％、25％、30％、40％、50％、75％、100％、125％、150％或300％。
下，在操作電化學(xué)單體的溫度下密封件的CTE與導(dǎo)電外殼和/或?qū)w的CTE的差異至少約為
10％。在一些情況下，在約-10℃與操作溫度之間的任何或所有溫度(例如，至少約200℃、
250℃、300℃、350℃、400℃、450℃或500℃)下，密封件的CTE與導(dǎo)電外殼和/或?qū)w的CTE的
差異為至少約1％、5％、10％、15％、20％、25％、30％、40％、50％、75％、100％、125％、150％或300％。
[0202] 在一些情況下，密封件的幾何形狀包括結(jié)合至柔性金屬組件的陶瓷材料。該柔性金屬組件可以接合(例如，焊接或釬焊)至導(dǎo)電外殼和/或?qū)w。
[0203] 圖10示出了可以補償CTE不匹配的特征的示例。示例包括處于可以適應(yīng)CTE不匹配(例如，通過空間順從性)的任何配置下的翼片、切口或彎頭。例如，彎頭可以是正弦曲線的
(水平正弦曲線的1005或垂直正弦曲線的1010)、橢圓形的或管狀的1015、突轉(zhuǎn)彎頭1020等。
該特征可以附接在單體和/或集流體的頂部的上方、下方或與其在一條線上的點處。該特征
可以接合至單體外殼和/或?qū)щ婐佂w，可以是單體外殼和/或?qū)щ婐佂w的一部分或可以
從單體外殼和/或?qū)щ婐佂w切掉。該特征可以被涂覆(例如，以改善對單體的內(nèi)部或外部
環(huán)境的化學(xué)穩(wěn)定性)?？梢詢?yōu)化朝向、厚度和/或形狀以增加穩(wěn)定性和對振動和機械力所造
成的故障的抗性。
低CTE不匹配的材料選擇
(水平正弦曲線的1005或垂直正弦曲線的1010)、橢圓形的或管狀的1015、突轉(zhuǎn)彎頭1020等。
該特征可以附接在單體和/或集流體的頂部的上方、下方或與其在一條線上的點處。該特征
可以接合至單體外殼和/或?qū)щ婐佂w，可以是單體外殼和/或?qū)щ婐佂w的一部分或可以
從單體外殼和/或?qū)щ婐佂w切掉。該特征可以被涂覆(例如，以改善對單體的內(nèi)部或外部
環(huán)境的化學(xué)穩(wěn)定性)?？梢詢?yōu)化朝向、厚度和/或形狀以增加穩(wěn)定性和對振動和機械力所造
成的故障的抗性。
低CTE不匹配的材料選擇
[0204] 在一些情況下，密封件的一個或多個導(dǎo)電組件包括導(dǎo)電陶瓷(例如，碳化鎢)，所述導(dǎo)電陶瓷具有與電絕緣陶瓷相匹配的或是在電絕緣陶瓷的約1％、2％、5％、10％或20％之
內(nèi)的CTE。導(dǎo)電(CTE相配的)陶瓷可以既接合至絕緣陶瓷組件又接合至金屬套環(huán)。接合過程
可以涉及釬焊、擴散結(jié)合和/或焊接。導(dǎo)電陶瓷例如可以包括碳化鎢(WC)、碳化鈦(TiC)和/
或其他碳化物。導(dǎo)電陶瓷可以與可以允許釬焊接頭直接濕潤該導(dǎo)電陶瓷的一部分(例如，按
重量、原子、摩爾或體積組成計約2％-10％、至少約2％、至少約3％、至少約4％、至少約5％、至少約6％、至少約7％、至少約8％、至少約9％或至少約10％)金屬(例如，Co或Ni)進行燒
結(jié)。
內(nèi)的CTE。導(dǎo)電(CTE相配的)陶瓷可以既接合至絕緣陶瓷組件又接合至金屬套環(huán)。接合過程
可以涉及釬焊、擴散結(jié)合和/或焊接。導(dǎo)電陶瓷例如可以包括碳化鎢(WC)、碳化鈦(TiC)和/
或其他碳化物。導(dǎo)電陶瓷可以與可以允許釬焊接頭直接濕潤該導(dǎo)電陶瓷的一部分(例如，按
重量、原子、摩爾或體積組成計約2％-10％、至少約2％、至少約3％、至少約4％、至少約5％、至少約6％、至少約7％、至少約8％、至少約9％或至少約10％)金屬(例如，Co或Ni)進行燒
結(jié)。
[0205] 在一些情況下，密封件的導(dǎo)電組件包括這樣的金屬，該金屬具有低CTE(例如，小于約1ppm/℃、小于約2ppm/℃、小于約3ppm/℃、小于約4ppm/℃、小于約5ppm/℃、小于約6ppm/
℃、小于約7ppm/℃、小于約8ppm/℃、小于約9ppm/℃、小于約10ppm/℃或小于約15ppm/℃)、
低楊氏模量(例如，小于約0.1GPa、小于約0.5GPa、小于約1GPa、小于約10GPa、小于約50GPa、小于約100GPa、小于約150GPa、小于約200GPa或小于約500GPa)、高延展性(例如，極限強度
大于約100％、大于約200％、大于約300％、大于約400％或大于約500％的屈服強度)或它們
的任何組合。在一些情況下，材料的極限強度可以大于其屈服強度的約50％、大于其屈服強
度的約100％或大于其屈服強度的約200％，以便其具有充分的延展性。在一些情況下，導(dǎo)電
組件不包括導(dǎo)電陶瓷。低CTE、低楊氏模量和/或高延展性的組件特性可導(dǎo)致陶瓷中的低的
應(yīng)力集中并且降低故障的可能性。滿足這些規(guī)格(除了對內(nèi)部和外部單體環(huán)境的耐蝕性)的
金屬例如可以包括鋯(Zr)、高鋯含量的合金、鎢(W)、鈦(Ti)或鉬(Mo)。
℃、小于約7ppm/℃、小于約8ppm/℃、小于約9ppm/℃、小于約10ppm/℃或小于約15ppm/℃)、
低楊氏模量(例如，小于約0.1GPa、小于約0.5GPa、小于約1GPa、小于約10GPa、小于約50GPa、小于約100GPa、小于約150GPa、小于約200GPa或小于約500GPa)、高延展性(例如，極限強度
大于約100％、大于約200％、大于約300％、大于約400％或大于約500％的屈服強度)或它們
的任何組合。在一些情況下，材料的極限強度可以大于其屈服強度的約50％、大于其屈服強
度的約100％或大于其屈服強度的約200％，以便其具有充分的延展性。在一些情況下，導(dǎo)電
組件不包括導(dǎo)電陶瓷。低CTE、低楊氏模量和/或高延展性的組件特性可導(dǎo)致陶瓷中的低的
應(yīng)力集中并且降低故障的可能性。滿足這些規(guī)格(除了對內(nèi)部和外部單體環(huán)境的耐蝕性)的
金屬例如可以包括鋯(Zr)、高鋯含量的合金、鎢(W)、鈦(Ti)或鉬(Mo)。
[0206] 在一些實現(xiàn)方式中，密封件包括陶瓷、一種或多種釬焊材料和一個或多個金屬套環(huán)。例如，兩個金屬套環(huán)可以接合至陶瓷，陶瓷的每一側(cè)各接合一個。每個這樣的金屬套環(huán)
還可以接合至(一個或多個)附加的金屬套環(huán)。因此，可以創(chuàng)造出包括兩個或更多個金屬套
環(huán)的復(fù)合金屬套環(huán)。在一些示例中，復(fù)合金屬套環(huán)包括至少兩個金屬套環(huán)，其中至少一個金
屬套環(huán)包括適合接合(例如，使用一種類型的釬焊料)至陶瓷的材料并且至少一個金屬套環(huán)
包括適于接合至密封件或單體的另一組件(例如，使用另一種類型的釬焊料)的材料。這兩
個金屬套環(huán)也可以進行接合(例如，使用又一種類型的釬焊料)。在一些情況下，用于將密封
件的金屬套環(huán)彼此接合和/或接合至單體的其他部分的釬焊料的至少一部分(例如，全部)
可以是相同類型的。在其他情況下，全部的釬焊料可以是不同類型的。此外，可以對一個或
多個金屬套環(huán)進行焊接而非釬焊，或者進行焊接和釬焊。密封件可以包括一個或多個復(fù)合
金屬套環(huán)。在一些示例中，密封件包括至少約1、2、3、4、5、6、7、8、9、10、12、14、16、18、20、25、
30、40或更多個的單個金屬套環(huán)。在一個示例中，密封件包括形成兩個復(fù)合金屬套環(huán)的4個
單個金屬套環(huán)。在一些示例中，所述單個金屬套環(huán)的至少一部分可以包含相同的材料。例
如，包含相同材料的金屬套環(huán)可以用于將金屬套環(huán)接合至相似的材料(例如，相似的單體外
殼或?qū)w材料)。
還可以接合至(一個或多個)附加的金屬套環(huán)。因此，可以創(chuàng)造出包括兩個或更多個金屬套
環(huán)的復(fù)合金屬套環(huán)。在一些示例中，復(fù)合金屬套環(huán)包括至少兩個金屬套環(huán)，其中至少一個金
屬套環(huán)包括適合接合(例如，使用一種類型的釬焊料)至陶瓷的材料并且至少一個金屬套環(huán)
包括適于接合至密封件或單體的另一組件(例如，使用另一種類型的釬焊料)的材料。這兩
個金屬套環(huán)也可以進行接合(例如，使用又一種類型的釬焊料)。在一些情況下，用于將密封
件的金屬套環(huán)彼此接合和/或接合至單體的其他部分的釬焊料的至少一部分(例如，全部)
可以是相同類型的。在其他情況下，全部的釬焊料可以是不同類型的。此外，可以對一個或
多個金屬套環(huán)進行焊接而非釬焊，或者進行焊接和釬焊。密封件可以包括一個或多個復(fù)合
金屬套環(huán)。在一些示例中，密封件包括至少約1、2、3、4、5、6、7、8、9、10、12、14、16、18、20、25、
30、40或更多個的單個金屬套環(huán)。在一個示例中，密封件包括形成兩個復(fù)合金屬套環(huán)的4個
單個金屬套環(huán)。在一些示例中，所述單個金屬套環(huán)的至少一部分可以包含相同的材料。例
如，包含相同材料的金屬套環(huán)可以用于將金屬套環(huán)接合至相似的材料(例如，相似的單體外
殼或?qū)w材料)。
[0207] 在一些情況下，密封件包括陶瓷、釬焊材料、第一(例如，薄)金屬套環(huán)和/或第二金屬套環(huán)。第一金屬套環(huán)可以釬焊至陶瓷，而第二金屬套環(huán)可以釬焊至第一金屬套環(huán)。在一些
情況下，第一金屬套環(huán)是諸如鋯(Zr)或鎢(W)等低CTE材料而第二金屬套環(huán)是諸如鋼、不銹
鋼或400系列不銹鋼(例如，430不銹鋼)等鐵合金。在一些示例中，第一金屬套環(huán)為小于約10
微米(μm或微米)厚、小于約20μm厚、小于約50μm厚、小于約100μm厚、小于約150μm厚、小于約
250μm厚、小于約500μm厚、小于約1,000μm厚、小于約1,500μm厚或小于約2,000μm厚。
情況下，第一金屬套環(huán)是諸如鋯(Zr)或鎢(W)等低CTE材料而第二金屬套環(huán)是諸如鋼、不銹
鋼或400系列不銹鋼(例如，430不銹鋼)等鐵合金。在一些示例中，第一金屬套環(huán)為小于約10
微米(μm或微米)厚、小于約20μm厚、小于約50μm厚、小于約100μm厚、小于約150μm厚、小于約
250μm厚、小于約500μm厚、小于約1,000μm厚、小于約1,500μm厚或小于約2,000μm厚。
[0208] 在一些情況下，密封件包括陶瓷、釬焊料、第一金屬套環(huán)、第二金屬套環(huán)和第三金屬套環(huán)。第一金屬套環(huán)可以接合至陶瓷的一部分，而第二金屬套環(huán)可以接合至第一金屬套
環(huán)。第三金屬套環(huán)可以接合至陶瓷的不同的部分，以使得第一金屬套環(huán)與第三金屬套環(huán)由
電絕緣的陶瓷材料分隔開。在第一金屬套環(huán)與陶瓷之間以及在第三金屬套環(huán)與陶瓷之間的
接合點可以都是密閉的。在一些情況下，密封件還包括接合至第三金屬套環(huán)的第四金屬套
環(huán)(例如，第一金屬套環(huán)接合至陶瓷的一部分，第二金屬套環(huán)接合至第一金屬套環(huán)，第三金
屬套環(huán)接合至陶瓷的另一部分而第四金屬套環(huán)接合至第三金屬套環(huán))。用于將第一金屬套
環(huán)接合至第二金屬套環(huán)的釬焊材料可以包括或類似于本文描述的任何釬焊料組成。第一金
屬套環(huán)或第二金屬套環(huán)可以接合(例如，使用與本文所描述的任何釬焊組成類似的釬焊組
成接合，或者焊接)至單體蓋。第三金屬套環(huán)可以接合至第四金屬套環(huán)或直接接合至負電流
引線(例如，使用本公開內(nèi)容的任何釬焊組成進行釬焊)。
環(huán)。第三金屬套環(huán)可以接合至陶瓷的不同的部分，以使得第一金屬套環(huán)與第三金屬套環(huán)由
電絕緣的陶瓷材料分隔開。在第一金屬套環(huán)與陶瓷之間以及在第三金屬套環(huán)與陶瓷之間的
接合點可以都是密閉的。在一些情況下，密封件還包括接合至第三金屬套環(huán)的第四金屬套
環(huán)(例如，第一金屬套環(huán)接合至陶瓷的一部分，第二金屬套環(huán)接合至第一金屬套環(huán)，第三金
屬套環(huán)接合至陶瓷的另一部分而第四金屬套環(huán)接合至第三金屬套環(huán))。用于將第一金屬套
環(huán)接合至第二金屬套環(huán)的釬焊材料可以包括或類似于本文描述的任何釬焊料組成。第一金
屬套環(huán)或第二金屬套環(huán)可以接合(例如，使用與本文所描述的任何釬焊組成類似的釬焊組
成接合，或者焊接)至單體蓋。第三金屬套環(huán)可以接合至第四金屬套環(huán)或直接接合至負電流
引線(例如，使用本公開內(nèi)容的任何釬焊組成進行釬焊)。
[0209] 圖23是包括一個陶瓷組件(例如，AlN)2305的密封件2300的示例。陶瓷組件可以是墊片。陶瓷組件可以是電絕緣的。陶瓷組件2305經(jīng)由第一金屬至陶瓷接合點(例如，釬焊接
頭)2315與第一金屬套環(huán)(例如，Zr)2310接合。第一金屬套環(huán)2310經(jīng)由第一金屬至金屬接合
點(例如，焊接點、釬焊接頭)2325與第二金屬套環(huán)(例如，430SS)2320接合。第二金屬套環(huán)
2320是經(jīng)由第二金屬至金屬接合點(例如，焊接點、釬焊接頭)2335與單體蓋(例如，430SS)
2330接合。密封件還包括經(jīng)由第二金屬至陶瓷接合點(例如，釬焊接頭)2345接合至陶瓷組
件2305的第三金屬套環(huán)(例如，Zr)2340。第三金屬套環(huán)2340經(jīng)由第三金屬至金屬接合點(例
如，焊接點、釬焊接頭)2355與導(dǎo)體(例如，負電流引線)2350接合。密封件2300可以包括一個
或多個間隙(例如，空氣間隙)2360。
頭)2315與第一金屬套環(huán)(例如，Zr)2310接合。第一金屬套環(huán)2310經(jīng)由第一金屬至金屬接合
點(例如，焊接點、釬焊接頭)2325與第二金屬套環(huán)(例如，430SS)2320接合。第二金屬套環(huán)
2320是經(jīng)由第二金屬至金屬接合點(例如，焊接點、釬焊接頭)2335與單體蓋(例如，430SS)
2330接合。密封件還包括經(jīng)由第二金屬至陶瓷接合點(例如，釬焊接頭)2345接合至陶瓷組
件2305的第三金屬套環(huán)(例如，Zr)2340。第三金屬套環(huán)2340經(jīng)由第三金屬至金屬接合點(例
如，焊接點、釬焊接頭)2355與導(dǎo)體(例如，負電流引線)2350接合。密封件2300可以包括一個
或多個間隙(例如，空氣間隙)2360。
[0210] 在一些情況下，如本文別處更詳細地描述的，第一金屬套環(huán)、第二金屬套環(huán)、第三金屬套環(huán)和/或第四金屬套環(huán)包括用以減輕所接合的材料的CTE不匹配的結(jié)構(gòu)特征。這樣的
配置可以通過簡單的焊接(例如，TIG焊接或激光焊接)或釬焊而使得陶瓷能夠機械地牢固
接合至一個或多個金屬套環(huán)(例如，第一金屬套環(huán)或第三金屬套環(huán))以及使得一個或多個金
屬套環(huán)(例如，第二金屬套環(huán)或者第三金屬套環(huán)或第四金屬套環(huán))能夠接合至單體蓋或電流
傳導(dǎo)棒(本文也稱為“導(dǎo)體”)。
釬焊的陶瓷密封件
配置可以通過簡單的焊接(例如，TIG焊接或激光焊接)或釬焊而使得陶瓷能夠機械地牢固
接合至一個或多個金屬套環(huán)(例如，第一金屬套環(huán)或第三金屬套環(huán))以及使得一個或多個金
屬套環(huán)(例如，第二金屬套環(huán)或者第三金屬套環(huán)或第四金屬套環(huán))能夠接合至單體蓋或電流
傳導(dǎo)棒(本文也稱為“導(dǎo)體”)。
釬焊的陶瓷密封件
[0211] 釬焊的陶瓷密封件可以用于氣密地密封并且/或者電密封包含反應(yīng)性材料的系統(tǒng)或器皿(例如，具有液態(tài)金屬的電化學(xué)單體)。圖11示出了具有釬焊的陶瓷密封件的電化學(xué)
單體。單體外殼1105可以具有空的頂部空間1110、熔融的負電極(例如，放電過程中為陽極)
1115、熔融的正電極(例如，放電過程中為陰極)1120和安置于它們之間的熔融的電解質(zhì)
1125。液態(tài)金屬陽極可以與導(dǎo)電饋通體1130相接觸，所述導(dǎo)電饋通體1130穿過外殼并且充
當負端子。導(dǎo)電饋通體可以通過密封件1135與外殼電隔離。液態(tài)金屬陰極可以與外殼相接
觸，所述外殼可以充當正端子。
單體。單體外殼1105可以具有空的頂部空間1110、熔融的負電極(例如，放電過程中為陽極)
1115、熔融的正電極(例如，放電過程中為陰極)1120和安置于它們之間的熔融的電解質(zhì)
1125。液態(tài)金屬陽極可以與導(dǎo)電饋通體1130相接觸，所述導(dǎo)電饋通體1130穿過外殼并且充
當負端子。導(dǎo)電饋通體可以通過密封件1135與外殼電隔離。液態(tài)金屬陰極可以與外殼相接
觸，所述外殼可以充當正端子。
[0212] 在一些情況下，釬焊的陶瓷密封件包括子組裝件。子組裝件可以包括結(jié)合至一個或多個(例如，兩個)柔性的彈簧狀組件(本文指的是金屬套管)的絕緣陶瓷。在子組裝件制
造好之后，可以將套管釬焊或焊接至諸如單體蓋和/或負電流引線等其他單體組件?；蛘?，
可以通過釬焊在完整的帽組裝件上創(chuàng)造所有的接合點(例如，如果容差限度足夠緊的話)。
在子組裝件的設(shè)計過程中可以評估釬焊材料與所述材料會暴露于的大氣之間的化學(xué)相容
性以及在高溫操作和熱循環(huán)期間的熱魯棒性。在一些情況下，陶瓷材料是氮化鋁(AlN)或氮
化硅(Si3N4)，而釬焊料是鈦合金、摻雜鈦的鎳合金、鋯合金或摻雜鋯的鎳合金。
造好之后，可以將套管釬焊或焊接至諸如單體蓋和/或負電流引線等其他單體組件?；蛘?，
可以通過釬焊在完整的帽組裝件上創(chuàng)造所有的接合點(例如，如果容差限度足夠緊的話)。
在子組裝件的設(shè)計過程中可以評估釬焊材料與所述材料會暴露于的大氣之間的化學(xué)相容
性以及在高溫操作和熱循環(huán)期間的熱魯棒性。在一些情況下，陶瓷材料是氮化鋁(AlN)或氮
化硅(Si3N4)，而釬焊料是鈦合金、摻雜鈦的鎳合金、鋯合金或摻雜鋯的鎳合金。
[0213] 圖12示出了具有關(guān)于單體的內(nèi)部1205和/或外部1210環(huán)境熱力學(xué)穩(wěn)定的材料的釬焊陶瓷密封件的示意圖。這樣的材料可以不需要涂層。各種材料可以具有不匹配的CTE，可
以利用一個或多個幾何特征或結(jié)構(gòu)特征1215(例如，柔性金屬彎頭、翼片或折疊件)而適應(yīng)
所述不匹配的CTE?？梢詫⑦m應(yīng)CTE的特征1215的一端焊接至單體外殼1220(例如，400系列
不銹鋼)而另一端釬焊1225至陶瓷材料1235的第一金屬化表面1230。陶瓷材料1235例如可
以是如本文所描述的氮化鋁(AlN)、氮化硼(BN)或氧化釔(Y2O3)。陶瓷材料可以通過釬焊接
頭1245釬焊至集流體(導(dǎo)電饋通體)1240。釬焊接頭1245例如可以包含鐵(Fe)、鎳(Ni)、鈦
(Ti)或鋯(Zr)。釬焊接頭1245可以與陶瓷1250(例如，鈦或氮化鈦)的第二金屬化表面相接
觸。彼此相鄰放置的若干層材料可以導(dǎo)致CTE梯度，所述CTE梯度可以使不匹配減弱。
以利用一個或多個幾何特征或結(jié)構(gòu)特征1215(例如，柔性金屬彎頭、翼片或折疊件)而適應(yīng)
所述不匹配的CTE?？梢詫⑦m應(yīng)CTE的特征1215的一端焊接至單體外殼1220(例如，400系列
不銹鋼)而另一端釬焊1225至陶瓷材料1235的第一金屬化表面1230。陶瓷材料1235例如可
以是如本文所描述的氮化鋁(AlN)、氮化硼(BN)或氧化釔(Y2O3)。陶瓷材料可以通過釬焊接
頭1245釬焊至集流體(導(dǎo)電饋通體)1240。釬焊接頭1245例如可以包含鐵(Fe)、鎳(Ni)、鈦
(Ti)或鋯(Zr)。釬焊接頭1245可以與陶瓷1250(例如，鈦或氮化鈦)的第二金屬化表面相接
觸。彼此相鄰放置的若干層材料可以導(dǎo)致CTE梯度，所述CTE梯度可以使不匹配減弱。
[0214] 圖13示出了一種密封件，其中陶瓷和/或釬焊材料關(guān)于內(nèi)部1205和外部1210環(huán)境是熱力學(xué)穩(wěn)定的。在一些情況下，可以向密封件或包裹體組件的外部1305和/或內(nèi)部1310施
加涂層。
加涂層。
[0215] 圖14、圖15、圖16和圖17示出了釬焊的陶瓷密封件的更多示例。在一些情況下，密封件在外殼上延伸較大的距離。圖14示出了單體上密封件的示例，有利的是其可能無需涂
層、無需CTE不匹配的適應(yīng)特征和/或提供增強的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性以抵抗在操作、制造或運輸過
程中的振動和機械力。在這一示例中，可以將外殼1405密封以隔開集流體1410。這一布置可
以將單體的內(nèi)部1415氣密地密封以隔開單體的外部1420。密封件的組件可以垂直地布置并
且可以包括第一釬焊接頭1425、陶瓷1435、陶瓷的第一金屬化表面1430、第二釬焊接頭1440
和陶瓷的第二金屬化表面1445。
層、無需CTE不匹配的適應(yīng)特征和/或提供增強的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性以抵抗在操作、制造或運輸過
程中的振動和機械力。在這一示例中，可以將外殼1405密封以隔開集流體1410。這一布置可
以將單體的內(nèi)部1415氣密地密封以隔開單體的外部1420。密封件的組件可以垂直地布置并
且可以包括第一釬焊接頭1425、陶瓷1435、陶瓷的第一金屬化表面1430、第二釬焊接頭1440
和陶瓷的第二金屬化表面1445。
[0216] 圖15示出了一種密封件1520，該密封件1520可以提供結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性以抵抗在操作、制造和運輸過程中的振動和機械力。在這一示例中，在外殼1510與集流體1515之間安置了
CTE適應(yīng)特征1505。密封件1520可以包括陶瓷和與陶瓷的金屬化表面相接觸的兩個釬焊接
頭。在一些情況下，在內(nèi)側(cè)1525和/或外側(cè)1530上對密封件進行了涂覆。在一些情況下，(一
個或多個)涂層可以包括氧化釔(Y2O3)。
CTE適應(yīng)特征1505。密封件1520可以包括陶瓷和與陶瓷的金屬化表面相接觸的兩個釬焊接
頭。在一些情況下，在內(nèi)側(cè)1525和/或外側(cè)1530上對密封件進行了涂覆。在一些情況下，(一
個或多個)涂層可以包括氧化釔(Y2O3)。
[0217] 圖16示出了帶有次要機械負荷承載組件1605的密封件1610。在一些情況下負荷承載組件是電絕緣的。在一些情況下，負荷承載組件不形成密閉的密封。密封件1610(例如，包
括陶瓷、兩個與陶瓷的金屬化表面相接觸的釬焊接頭等)可以將單體外殼1615氣密地密封
以隔開集流體1620。
括陶瓷、兩個與陶瓷的金屬化表面相接觸的釬焊接頭等)可以將單體外殼1615氣密地密封
以隔開集流體1620。
[0218] 圖17示出了次要輔助密封件1705(例如，在主要密封件1710發(fā)生故障的情況下)的示例。次要密封件可以在主要密封件發(fā)生故障的情況下落到和/或結(jié)合在主要密封件上。在
一些情況下，次要密封件包括在主要密封件發(fā)生故障的情況下熔化并變?yōu)榭闪鲃拥牟ＡА?br>熔化的次要密封件可以向下傾瀉到發(fā)生故障的主要密封件上并且阻塞泄漏。在一些情況
下，密封件1705和/或密封件1710可以是軸對稱的(例如，圍繞穿過單體蓋中孔徑的垂直軸
線的環(huán)形)。
一些情況下，次要密封件包括在主要密封件發(fā)生故障的情況下熔化并變?yōu)榭闪鲃拥牟ＡА?br>熔化的次要密封件可以向下傾瀉到發(fā)生故障的主要密封件上并且阻塞泄漏。在一些情況
下，密封件1705和/或密封件1710可以是軸對稱的(例如，圍繞穿過單體蓋中孔徑的垂直軸
線的環(huán)形)。
[0219] 圖18示出了密封件配置或子組裝件(例如，具有氧化釔(Y2O3)涂層和鐵基或鈦基釬焊接頭的氧化鋁或氧化鋯密封件)的另一示例。密封件可以包括套環(huán)1805。套環(huán)可以提供機
械支撐。套環(huán)可以包括焊接至棒的鐵素體不銹鋼。密封件配置可以包括導(dǎo)體1810。導(dǎo)體可以
由鐵素體不銹鋼(例如，具有約為12的CTE)制成。導(dǎo)體可以耐受一種或多種反應(yīng)性材料(例
如，耐受液態(tài)鋰)。導(dǎo)體可以不太可能改變因相變而造成的機械性質(zhì)或形態(tài)。導(dǎo)體可以具有
比304不銹鋼高約40％的導(dǎo)電性。密封件可以包括釬焊接頭1815。釬焊接頭可以安置在陶瓷
墊圈1820的上方和下方。釬焊接頭可以是鐵基的。釬焊接頭可以具有約12的CTE并且經(jīng)得起
高溫(例如，850℃或更高)。陶瓷墊圈1820可以由氧化鋁(例如，具有約為7的CTE)或氧化鋯
(例如，四方的，具有約為11的CTE)制成。氧化鋯墊圈的低CTE不匹配可以在沒有破裂的情況
下允許更高的釬焊溫度。單體外殼1825可以由鐵素體鋼制成并且通過陶瓷(例如，陶瓷墊
圈)向套環(huán)提供機械支撐。密封件配置可以包括涂層(例如，噴涂)1830(例如，包括氧化釔
(Y2O3))。涂層可以提供在單體外殼(例如，蓋)上。涂層可以能夠?qū)Ψ磻?yīng)性材料(例如，鋰(Li)
蒸氣)有抗性、廉價和/或減弱陶瓷相容性。
械支撐。套環(huán)可以包括焊接至棒的鐵素體不銹鋼。密封件配置可以包括導(dǎo)體1810。導(dǎo)體可以
由鐵素體不銹鋼(例如，具有約為12的CTE)制成。導(dǎo)體可以耐受一種或多種反應(yīng)性材料(例
如，耐受液態(tài)鋰)。導(dǎo)體可以不太可能改變因相變而造成的機械性質(zhì)或形態(tài)。導(dǎo)體可以具有
比304不銹鋼高約40％的導(dǎo)電性。密封件可以包括釬焊接頭1815。釬焊接頭可以安置在陶瓷
墊圈1820的上方和下方。釬焊接頭可以是鐵基的。釬焊接頭可以具有約12的CTE并且經(jīng)得起
高溫(例如，850℃或更高)。陶瓷墊圈1820可以由氧化鋁(例如，具有約為7的CTE)或氧化鋯
(例如，四方的，具有約為11的CTE)制成。氧化鋯墊圈的低CTE不匹配可以在沒有破裂的情況
下允許更高的釬焊溫度。單體外殼1825可以由鐵素體鋼制成并且通過陶瓷(例如，陶瓷墊
圈)向套環(huán)提供機械支撐。密封件配置可以包括涂層(例如，噴涂)1830(例如，包括氧化釔
(Y2O3))。涂層可以提供在單體外殼(例如，蓋)上。涂層可以能夠?qū)Ψ磻?yīng)性材料(例如，鋰(Li)
蒸氣)有抗性、廉價和/或減弱陶瓷相容性。
[0220] 釬焊交界面的長度(例如，水平范圍)可以約為正被釬焊的最薄組件的厚度的三到六倍。如果釬焊交界面長度與厚度的比率太低(例如，小于約三)，那么密封區(qū)域在機械上可
能太弱以至于不能將釬焊的接合點保持在一起。如果比率太高(例如，大于約六)，那么由于
CTE不匹配而造成對套管的應(yīng)力可能導(dǎo)致套管裂開或從陶瓷脫離。在一些情況下，釬焊交界
面吸收在制造之后在高溫下形成接合點然后冷卻至室溫而造成的套管、釬焊和陶瓷的CTE
不匹配所引起的應(yīng)力。
能太弱以至于不能將釬焊的接合點保持在一起。如果比率太高(例如，大于約六)，那么由于
CTE不匹配而造成對套管的應(yīng)力可能導(dǎo)致套管裂開或從陶瓷脫離。在一些情況下，釬焊交界
面吸收在制造之后在高溫下形成接合點然后冷卻至室溫而造成的套管、釬焊和陶瓷的CTE
不匹配所引起的應(yīng)力。
[0221] 圖19示出了具有等于金屬套管厚度的約3至6倍的釬焊長度的子組裝件的示例。金屬套管(例如，鎳鈷鐵合金、鋯合金)可以具有約0.01英寸、約0.0080英寸、約0.0060英寸、約
0.0030英寸或約0.0015英寸的厚度。子組裝件可以包括釬焊接頭1905、一個或多個(例如，
鎳鈷鐵合金或不銹鋼)套管(例如，1910和1915)和絕緣體1920。
0.0030英寸或約0.0015英寸的厚度。子組裝件可以包括釬焊接頭1905、一個或多個(例如，
鎳鈷鐵合金或不銹鋼)套管(例如，1910和1915)和絕緣體1920。
[0222] 圖20示出了可以適應(yīng)CTE不匹配的子組裝件的形狀的示例。子組裝件(即，密封件)可以具有套管(例如，鎳鈷鐵合金套管)2005和絕緣體(例如，陶瓷)2010。壓縮力可以作用在
指示箭頭2015的方向上。陶瓷材料可以能夠經(jīng)得起高水平的壓縮。在一些情況下，密封件設(shè)
計可以利用陶瓷的這一特性以提供可靠的密封。為了生產(chǎn)壓縮密封件，密封件的外部材料
可以具有比密封件的內(nèi)部材料更高的CTE值。在加工和制造過程中，可以加熱子組裝件，從
而促使材料膨脹。在達到釬焊熔化溫度之后，可以形成釬焊接合點，并且在冷卻時CTE更高
的材料可以以比內(nèi)部材料更高的速率收縮以創(chuàng)建壓縮密封件。由于高溫釬焊操作和隨后的
冷卻，套管(例如，鎳鈷鐵合金或不銹鋼套管)可以向密封的結(jié)合交界面(例如，鎳鈷鐵合金
或不銹鋼/絕緣體交界面)施加壓縮力，這是由于中心的絕緣體收縮更小。圖20中的示例利
用Ti合金釬焊來形成密封接合點，并且利用在冷卻過程中形成的壓縮力2015以將套管2005
(例如，鎳鈷鐵合金套管)壓到絕緣體(例如，陶瓷)2010上，從而提供穩(wěn)定且牢固的密封。圖
20中的密封件是圓周密封件的示例。
指示箭頭2015的方向上。陶瓷材料可以能夠經(jīng)得起高水平的壓縮。在一些情況下，密封件設(shè)
計可以利用陶瓷的這一特性以提供可靠的密封。為了生產(chǎn)壓縮密封件，密封件的外部材料
可以具有比密封件的內(nèi)部材料更高的CTE值。在加工和制造過程中，可以加熱子組裝件，從
而促使材料膨脹。在達到釬焊熔化溫度之后，可以形成釬焊接合點，并且在冷卻時CTE更高
的材料可以以比內(nèi)部材料更高的速率收縮以創(chuàng)建壓縮密封件。由于高溫釬焊操作和隨后的
冷卻，套管(例如，鎳鈷鐵合金或不銹鋼套管)可以向密封的結(jié)合交界面(例如，鎳鈷鐵合金
或不銹鋼/絕緣體交界面)施加壓縮力，這是由于中心的絕緣體收縮更小。圖20中的示例利
用Ti合金釬焊來形成密封接合點，并且利用在冷卻過程中形成的壓縮力2015以將套管2005
(例如，鎳鈷鐵合金套管)壓到絕緣體(例如，陶瓷)2010上，從而提供穩(wěn)定且牢固的密封。圖
20中的密封件是圓周密封件的示例。
[0223] 圖21是包括多個陶瓷組件的密封件2100的示例。陶瓷組件可以是墊圈。陶瓷組件可以電絕緣的。密封件可以使導(dǎo)體(例如，負電流引線)2120與單體外殼(例如，單體蓋)2125
電隔離(例如，通過密閉的密封)。圖21中的密封件是堆疊型密封件設(shè)計的示例。在這一密封
件設(shè)計中，三個單獨的陶瓷組件(例如，AlN)2105a、2105b和2105c垂直地定位于彼此之上。
陶瓷組件(例如，絕緣體)安置在一個或多個金屬套管或套環(huán)2110、2115和2130(例如，鋯金
屬、鋯合金或形成柔性接合點的鎳鈷鐵合金)之間。在一些情況下，可以不使用套環(huán)2130并
且可以將套環(huán)2115直接接合至單體外殼2125。陶瓷2105b可以提供密封。陶瓷組件2105a和
2105c可以為密封件提供應(yīng)力和/或支撐。陶瓷組件2105a和2105c可以提供密封或者可以不
提供密封。在一些情況下，陶瓷組件2105a和2105c可能破裂(例如，破裂和脫落)。在這樣的
情況下，可能不影響由中心(在該情況下為中間)陶瓷組件所提供的密封件。
電隔離(例如，通過密閉的密封)。圖21中的密封件是堆疊型密封件設(shè)計的示例。在這一密封
件設(shè)計中，三個單獨的陶瓷組件(例如，AlN)2105a、2105b和2105c垂直地定位于彼此之上。
陶瓷組件(例如，絕緣體)安置在一個或多個金屬套管或套環(huán)2110、2115和2130(例如，鋯金
屬、鋯合金或形成柔性接合點的鎳鈷鐵合金)之間。在一些情況下，可以不使用套環(huán)2130并
且可以將套環(huán)2115直接接合至單體外殼2125。陶瓷2105b可以提供密封。陶瓷組件2105a和
2105c可以為密封件提供應(yīng)力和/或支撐。陶瓷組件2105a和2105c可以提供密封或者可以不
提供密封。在一些情況下，陶瓷組件2105a和2105c可能破裂(例如，破裂和脫落)。在這樣的
情況下，可能不影響由中心(在該情況下為中間)陶瓷組件所提供的密封件。
[0224] 陶瓷組件2105b經(jīng)由第一金屬至陶瓷接合點(例如，釬焊接頭)2135與第一金屬套環(huán)(例如，Zr)2115接合。第一金屬套環(huán)2115還可以經(jīng)由第四金屬至陶瓷接合點2170接合至
陶瓷組件2105a。在一些情況下，第一金屬至陶瓷接合點2135和第四金屬至陶瓷接合點2170
是相同類型的接合點(例如，包含相同的釬焊材料)。第一金屬套環(huán)2115經(jīng)由第一金屬至金
屬接合點(例如，焊接點、釬焊接頭)2140與第二金屬套環(huán)2130接合。第二金屬套環(huán)2130經(jīng)由
第二金屬至金屬接合點(例如，焊接點、釬焊接頭)2145與單體蓋(例如，430SS)2125接合。密
封件還包括經(jīng)由第二金屬至陶瓷接合點(例如，釬焊接頭)2150接合至陶瓷組件2105b的第
三金屬套環(huán)(例如，Zr)2110。第三金屬套環(huán)2110還可以經(jīng)由第三金屬至陶瓷接合點(例如，
釬焊接頭)2165接合至陶瓷組件2105c。在一些情況下，第二金屬至陶瓷接合點(例如，釬焊
接頭)2150和第三金屬至陶瓷接合點2165是相同類型的接合點(例如，包含相同的釬焊材
料)。第三金屬套環(huán)2110經(jīng)由第三金屬至金屬接合點(例如，焊接點、釬焊接頭)2155與導(dǎo)體
(例如，負電流引線)2120接合。密封件2100可以包括一個或多個間隙(例如，空氣間隙)
2160。
陶瓷組件2105a。在一些情況下，第一金屬至陶瓷接合點2135和第四金屬至陶瓷接合點2170
是相同類型的接合點(例如，包含相同的釬焊材料)。第一金屬套環(huán)2115經(jīng)由第一金屬至金
屬接合點(例如，焊接點、釬焊接頭)2140與第二金屬套環(huán)2130接合。第二金屬套環(huán)2130經(jīng)由
第二金屬至金屬接合點(例如，焊接點、釬焊接頭)2145與單體蓋(例如，430SS)2125接合。密
封件還包括經(jīng)由第二金屬至陶瓷接合點(例如，釬焊接頭)2150接合至陶瓷組件2105b的第
三金屬套環(huán)(例如，Zr)2110。第三金屬套環(huán)2110還可以經(jīng)由第三金屬至陶瓷接合點(例如，
釬焊接頭)2165接合至陶瓷組件2105c。在一些情況下，第二金屬至陶瓷接合點(例如，釬焊
接頭)2150和第三金屬至陶瓷接合點2165是相同類型的接合點(例如，包含相同的釬焊材
料)。第三金屬套環(huán)2110經(jīng)由第三金屬至金屬接合點(例如，焊接點、釬焊接頭)2155與導(dǎo)體
(例如，負電流引線)2120接合。密封件2100可以包括一個或多個間隙(例如，空氣間隙)
2160。
[0225] 在一些情況下，密封是由中心陶瓷(例如，圖21中的中間陶瓷2105b)提供的，所述中心陶瓷在呈堆疊樣式的陶瓷的平行面的相對側(cè)(例如，沿著圖21中的交界面/接合點2150
和2135)上接合至金屬套環(huán)(例如，圖21中的金屬套環(huán)2110和2115)。在該設(shè)計中包括兩個附
加的陶瓷組件(例如，圖21中的頂部陶瓷2105a和底部陶瓷2105c)并且它們接合在每個金屬
套環(huán)的與結(jié)合至中心陶瓷的面相對的(例如，沿著圖21中的釬焊交界面/接合點2170和
2165)面上。具有三個陶瓷組件的堆疊配置可以在金屬套環(huán)的任一側(cè)上創(chuàng)造對稱的釬焊長
度。在金屬套環(huán)的任一側(cè)上包括對稱的釬焊長度的釬焊接合點可以在所述金屬套環(huán)上創(chuàng)造
對稱的力。這可以增強釬焊接合點的總體強度(例如，通過使應(yīng)力集中最小化并且使金屬受
到拉伸且陶瓷組件受到壓縮)。在一些情況下，將包括結(jié)合至平整金屬表面的平整陶瓷表面
的接合點視為是面密封。
和2135)上接合至金屬套環(huán)(例如，圖21中的金屬套環(huán)2110和2115)。在該設(shè)計中包括兩個附
加的陶瓷組件(例如，圖21中的頂部陶瓷2105a和底部陶瓷2105c)并且它們接合在每個金屬
套環(huán)的與結(jié)合至中心陶瓷的面相對的(例如，沿著圖21中的釬焊交界面/接合點2170和
2165)面上。具有三個陶瓷組件的堆疊配置可以在金屬套環(huán)的任一側(cè)上創(chuàng)造對稱的釬焊長
度。在金屬套環(huán)的任一側(cè)上包括對稱的釬焊長度的釬焊接合點可以在所述金屬套環(huán)上創(chuàng)造
對稱的力。這可以增強釬焊接合點的總體強度(例如，通過使應(yīng)力集中最小化并且使金屬受
到拉伸且陶瓷組件受到壓縮)。在一些情況下，將包括結(jié)合至平整金屬表面的平整陶瓷表面
的接合點視為是面密封。
[0226] 不同的應(yīng)用可能受益于不同的密封件設(shè)計。圓周(例如，圓錐形)的密封件設(shè)計(例如，參見圖20)可以用單一陶瓷組件提供牢固的密封件設(shè)計。陶瓷上成角度的圓周表面可以
使得能夠更簡單的裝配(例如，部件可以遵從恰當?shù)呐渲枚恍枰獛в芯o容差的夾具或不
需要在釬焊之前仔細的裝配)。在一些情況下，圓周設(shè)計可以能夠經(jīng)得起金屬套環(huán)與陶瓷之
間的較大的CTE不匹配，這是因為在從釬焊溫度冷卻后金屬施加到陶瓷上的主要力可能是
徑向?qū)ΨQ的壓縮力(例如，由于陶瓷通常在受壓上比在拉伸上更強)?；趯μ沾傻捻敳亢?br>底部上的平整平行表面的較簡單的機加工，而不是將陶瓷的外直徑機加工和/或?qū)⑻沾傻?br>側(cè)面機加工成如圓周密封件可能需要的那樣的特定的錐角(例如，相對于垂直朝向約為、小
于約或至少約為5、10、15、20、25、30、35、40、50或75度的錐角)，堆疊的密封件設(shè)計(例如，參見圖21或圖23，圖23可以被認為是僅具有一個陶瓷的堆疊設(shè)計的特例)可以允許組件成本
較低。堆疊的設(shè)計還可以使得能夠?qū)崿F(xiàn)具有較低密封件高度的設(shè)計(例如，這是因為密封交
界面垂直于所述設(shè)計的高度)。本公開內(nèi)容的密封件(例如，圖20、圖21和圖23中的密封件)
可以是軸對稱的，以便輔助平衡密封件上的力。在一些配置中，堆疊的配置可以包含1個、2
個、3個、4個、5個、6個、7個、8個、9個、10個、12個、14個、16個、18個、20個或更多個陶瓷組件。
陶瓷組件的數(shù)目可以被配置用于平衡給定密封件配置中的力。在一些情況下，陶瓷組件可
以對稱地分布在中心(例如，中間)陶瓷組件的兩側(cè)上。在一些情況下，陶瓷組件可以非對稱
地分布在中心(例如，中間)陶瓷組件的兩側(cè)上。在一些情況下，陶瓷組件可以以任何配置分
布在提供密封的一個或多個陶瓷組件周圍(例如，在其兩側(cè)上)。此外，可以選擇陶瓷組件
和/或金屬套環(huán)的厚度來平衡給定密封件配置中的力。例如，接合或結(jié)合至陶瓷的金屬套環(huán)
(例如，第一金屬套環(huán)或第三金屬套環(huán))可以具有第一厚度，僅接合或結(jié)合至其他金屬套環(huán)
的金屬套環(huán)(例如，在復(fù)合金屬套環(huán)中)可以具有第二厚度，而接合或結(jié)合至導(dǎo)體、單體外殼
蓋和/或外殼的其他部分的金屬套環(huán)可以具有第三厚度(例如，如果該金屬套環(huán)也直接接合
到陶瓷，則第三厚度可以等于第一厚度)。
使得能夠更簡單的裝配(例如，部件可以遵從恰當?shù)呐渲枚恍枰獛в芯o容差的夾具或不
需要在釬焊之前仔細的裝配)。在一些情況下，圓周設(shè)計可以能夠經(jīng)得起金屬套環(huán)與陶瓷之
間的較大的CTE不匹配，這是因為在從釬焊溫度冷卻后金屬施加到陶瓷上的主要力可能是
徑向?qū)ΨQ的壓縮力(例如，由于陶瓷通常在受壓上比在拉伸上更強)?；趯μ沾傻捻敳亢?br>底部上的平整平行表面的較簡單的機加工，而不是將陶瓷的外直徑機加工和/或?qū)⑻沾傻?br>側(cè)面機加工成如圓周密封件可能需要的那樣的特定的錐角(例如，相對于垂直朝向約為、小
于約或至少約為5、10、15、20、25、30、35、40、50或75度的錐角)，堆疊的密封件設(shè)計(例如，參見圖21或圖23，圖23可以被認為是僅具有一個陶瓷的堆疊設(shè)計的特例)可以允許組件成本
較低。堆疊的設(shè)計還可以使得能夠?qū)崿F(xiàn)具有較低密封件高度的設(shè)計(例如，這是因為密封交
界面垂直于所述設(shè)計的高度)。本公開內(nèi)容的密封件(例如，圖20、圖21和圖23中的密封件)
可以是軸對稱的，以便輔助平衡密封件上的力。在一些配置中，堆疊的配置可以包含1個、2
個、3個、4個、5個、6個、7個、8個、9個、10個、12個、14個、16個、18個、20個或更多個陶瓷組件。
陶瓷組件的數(shù)目可以被配置用于平衡給定密封件配置中的力。在一些情況下，陶瓷組件可
以對稱地分布在中心(例如，中間)陶瓷組件的兩側(cè)上。在一些情況下，陶瓷組件可以非對稱
地分布在中心(例如，中間)陶瓷組件的兩側(cè)上。在一些情況下，陶瓷組件可以以任何配置分
布在提供密封的一個或多個陶瓷組件周圍(例如，在其兩側(cè)上)。此外，可以選擇陶瓷組件
和/或金屬套環(huán)的厚度來平衡給定密封件配置中的力。例如，接合或結(jié)合至陶瓷的金屬套環(huán)
(例如，第一金屬套環(huán)或第三金屬套環(huán))可以具有第一厚度，僅接合或結(jié)合至其他金屬套環(huán)
的金屬套環(huán)(例如，在復(fù)合金屬套環(huán)中)可以具有第二厚度，而接合或結(jié)合至導(dǎo)體、單體外殼
蓋和/或外殼的其他部分的金屬套環(huán)可以具有第三厚度(例如，如果該金屬套環(huán)也直接接合
到陶瓷，則第三厚度可以等于第一厚度)。
[0227] 可以在套管或柔性接合點的任一側(cè)上(例如，如圖21中所示的平衡的密封件)或僅在該接合點的一側(cè)上(例如，圖23中所示的不平衡的密封件)提供釬焊。對每個金屬套管的
任一側(cè)上進行釬焊可以平衡密封交界面所經(jīng)受的力。平衡的密封件設(shè)計的優(yōu)點可能是在系
統(tǒng)的冷卻期間施加至陶瓷的力可能是有限的并且存在最小的扭矩。這樣的配置可以使套管
(例如，鎳鈷鐵合金套管)受到拉伸而陶瓷受到壓縮。在一個示例中，密封件的平衡可以使得
應(yīng)力(例如，在制造后的冷卻過程期間所產(chǎn)生的應(yīng)力)能夠小于陶瓷的抗拉強度。在另一示
例中，密封件的平衡可以使得應(yīng)變(例如，在制造后的冷卻過程期間所產(chǎn)生的應(yīng)變)能夠小
于陶瓷的應(yīng)變強度(例如，陶瓷在破裂之前可以經(jīng)得起的最大應(yīng)變)。陶瓷可以具有給定的
強度。在一些示例中，陶瓷材料(舉例而言，諸如AlN、BN、Al2O3、La2O3、Y2O3、MgO、SiC、TiC或Si3N4)的強度值(例如，抗拉強度、極限強度、屈服強度)可以大于約10兆帕斯卡(MPa)、
50MPa、100MPa、150MPa、200MPa、250MPa、300MPa、350MPa、400MPa、450MPa、500MPa、550MPa、
600MPa、650MPa、700MPa、750MPa、800MPa、900MPa、1,000MPa、1,500MPa、2,000MPa、3,000MPa或5,000MPa。
任一側(cè)上進行釬焊可以平衡密封交界面所經(jīng)受的力。平衡的密封件設(shè)計的優(yōu)點可能是在系
統(tǒng)的冷卻期間施加至陶瓷的力可能是有限的并且存在最小的扭矩。這樣的配置可以使套管
(例如，鎳鈷鐵合金套管)受到拉伸而陶瓷受到壓縮。在一個示例中，密封件的平衡可以使得
應(yīng)力(例如，在制造后的冷卻過程期間所產(chǎn)生的應(yīng)力)能夠小于陶瓷的抗拉強度。在另一示
例中，密封件的平衡可以使得應(yīng)變(例如，在制造后的冷卻過程期間所產(chǎn)生的應(yīng)變)能夠小
于陶瓷的應(yīng)變強度(例如，陶瓷在破裂之前可以經(jīng)得起的最大應(yīng)變)。陶瓷可以具有給定的
強度。在一些示例中，陶瓷材料(舉例而言，諸如AlN、BN、Al2O3、La2O3、Y2O3、MgO、SiC、TiC或Si3N4)的強度值(例如，抗拉強度、極限強度、屈服強度)可以大于約10兆帕斯卡(MPa)、
50MPa、100MPa、150MPa、200MPa、250MPa、300MPa、350MPa、400MPa、450MPa、500MPa、550MPa、
600MPa、650MPa、700MPa、750MPa、800MPa、900MPa、1,000MPa、1,500MPa、2,000MPa、3,000MPa或5,000MPa。
[0228] 圖22通過提供來自計算模型的結(jié)果的圖像示出了密封件上的力的示例，所述計算模型針對密封件預(yù)測在制造后的冷卻過程期間由于CTE不匹配所產(chǎn)生的應(yīng)力和應(yīng)變(在不
包含塑性變形的情況下)。所述模型示出了對于涉及850℃下將陶瓷和金屬組件在接觸交界
面處接合在一起并且將系統(tǒng)冷卻至25℃的過程而言使用線性彈性模型所生成的馮·米塞
斯(von?Mises)應(yīng)力分布(例如，基于在三個空間維度上所施加的力的計算出的應(yīng)力分布，
所述應(yīng)力分布提供了對應(yīng)力引起的機械故障的可能性的深入理解，例如，如果計算出的
馮·米塞斯應(yīng)力超過材料的強度，那么材料被預(yù)測為出故障)。在圖22中左邊的示例圖像
中，密封件僅包括一個陶瓷絕緣體(例如，如圖23中所示)。在圖22中右邊的示例圖像中，密
封件包括三個陶瓷絕緣體(例如，如圖21中所示)。如這些示例中所示，圖22中左邊的單一陶
瓷密封件可以比圖22中右邊的三個陶瓷密封件經(jīng)歷更大的馮·米塞斯應(yīng)力和/或應(yīng)變。圖
22中的陰影表示不同水平的馮·米塞斯應(yīng)力，其中，如在應(yīng)力增加的方向上的箭頭2205所
指示，在刻度上白色為零應(yīng)力而黑色為最大應(yīng)力。
包含塑性變形的情況下)。所述模型示出了對于涉及850℃下將陶瓷和金屬組件在接觸交界
面處接合在一起并且將系統(tǒng)冷卻至25℃的過程而言使用線性彈性模型所生成的馮·米塞
斯(von?Mises)應(yīng)力分布(例如，基于在三個空間維度上所施加的力的計算出的應(yīng)力分布，
所述應(yīng)力分布提供了對應(yīng)力引起的機械故障的可能性的深入理解，例如，如果計算出的
馮·米塞斯應(yīng)力超過材料的強度，那么材料被預(yù)測為出故障)。在圖22中左邊的示例圖像
中，密封件僅包括一個陶瓷絕緣體(例如，如圖23中所示)。在圖22中右邊的示例圖像中，密
封件包括三個陶瓷絕緣體(例如，如圖21中所示)。如這些示例中所示，圖22中左邊的單一陶
瓷密封件可以比圖22中右邊的三個陶瓷密封件經(jīng)歷更大的馮·米塞斯應(yīng)力和/或應(yīng)變。圖
22中的陰影表示不同水平的馮·米塞斯應(yīng)力，其中，如在應(yīng)力增加的方向上的箭頭2205所
指示，在刻度上白色為零應(yīng)力而黑色為最大應(yīng)力。
[0229] 在冷卻子組裝件時，應(yīng)力可能積聚，從而導(dǎo)致立即發(fā)生故障或者在密封件與單體頂部組裝件的其余組件接合時發(fā)生故障。由于鎳鈷鐵合金可以在425℃左右經(jīng)歷相變(例
如，如由圖7和圖8中作為溫度的函數(shù)的CTE的突變所表明的)，它可以保持較高的應(yīng)力水平
除非在該溫度以下退火。在一些情況下，鎳鈷鐵合金的退火通過在850℃下30分鐘的浸泡來
完成，這最終可以在子組裝件中產(chǎn)生高應(yīng)力。較高溫度的釬焊材料可以使用430不銹鋼套
管，這是因為它們在相變后不經(jīng)歷導(dǎo)致形狀或性質(zhì)變化的晶粒生長，所述晶粒生長可能在
裝置的(例如，液態(tài)金屬電池的)操作溫度下在很長的時間段內(nèi)發(fā)生。
如，如由圖7和圖8中作為溫度的函數(shù)的CTE的突變所表明的)，它可以保持較高的應(yīng)力水平
除非在該溫度以下退火。在一些情況下，鎳鈷鐵合金的退火通過在850℃下30分鐘的浸泡來
完成，這最終可以在子組裝件中產(chǎn)生高應(yīng)力。較高溫度的釬焊材料可以使用430不銹鋼套
管，這是因為它們在相變后不經(jīng)歷導(dǎo)致形狀或性質(zhì)變化的晶粒生長，所述晶粒生長可能在
裝置的(例如，液態(tài)金屬電池的)操作溫度下在很長的時間段內(nèi)發(fā)生。
[0230] 圖24示出了單體帽組裝件的分解圖，所述單體帽組裝件具有單體頂部2405、子組裝件2410和導(dǎo)體2415。單體頂部可以具有任何合適的幾何形狀(例如，只要它與單體本體相
接并且允許這樣的特征，舉例而言，所述特征諸如為氣體管理(如果必要的話)和用于子組
裝件所焊接至的孔洞)。例如，單體頂部可以包括用于導(dǎo)體/子組裝件的第一孔徑和用于氣
體管理連接的第二孔徑。每個孔徑可以用本公開內(nèi)容的密封件密封。在一些情況下，導(dǎo)體具
有低CTE(例如，使部件不短路或使陶瓷破裂或者發(fā)生故障)。
接并且允許這樣的特征，舉例而言，所述特征諸如為氣體管理(如果必要的話)和用于子組
裝件所焊接至的孔洞)。例如，單體頂部可以包括用于導(dǎo)體/子組裝件的第一孔徑和用于氣
體管理連接的第二孔徑。每個孔徑可以用本公開內(nèi)容的密封件密封。在一些情況下，導(dǎo)體具
有低CTE(例如，使部件不短路或使陶瓷破裂或者發(fā)生故障)。
[0231] 圖25、圖26和圖27示出了密封件的各種特征的示例。圖25中的密封件利用諸如鉬、鎢、630SS或430SS?2505等耐蝕性金屬(例如，具有小于約4ppm/℃或小于約10ppm/℃的低
CTE)和陶瓷2510(例如，氮化鋁(AlN))。密封件包括CTE匹配的組件2515(例如，在約5.5ppm/
℃)以允許減少的或最小的應(yīng)力積聚(例如，在金屬2505與陶瓷2510之間)。CTE匹配的組件
2515例如可以包括鉬或者鎢和/或鉬的合金。實施例1中提供了這樣的材料的示例。密封件
具有用于機械負荷的牢固的設(shè)計并且耐電橋短路。密封件具有低輪廓設(shè)計2520(例如，約
0.25英寸)，并且可以以商業(yè)上可擴展的方式2525(例如，通過激光或在子組裝件釬焊期間)
焊接或釬焊。
CTE)和陶瓷2510(例如，氮化鋁(AlN))。密封件包括CTE匹配的組件2515(例如，在約5.5ppm/
℃)以允許減少的或最小的應(yīng)力積聚(例如，在金屬2505與陶瓷2510之間)。CTE匹配的組件
2515例如可以包括鉬或者鎢和/或鉬的合金。實施例1中提供了這樣的材料的示例。密封件
具有用于機械負荷的牢固的設(shè)計并且耐電橋短路。密封件具有低輪廓設(shè)計2520(例如，約
0.25英寸)，并且可以以商業(yè)上可擴展的方式2525(例如，通過激光或在子組裝件釬焊期間)
焊接或釬焊。
[0232] 在圖26中，將密封件的部件浸入單體中以使得密封件不向上延伸超出單體蓋的表面。密封件可以包括氣體管理端口和代替鉬的鎳鈷鐵合金。轉(zhuǎn)動的金屬套環(huán)2605可以減少
或消除對碎片的捕捉。在一些情況下，內(nèi)徑釬焊接頭(例如，在鎳鈷鐵合金與氮化鋁(AlN)之
間)2610可能導(dǎo)致不期望的應(yīng)力量。
或消除對碎片的捕捉。在一些情況下，內(nèi)徑釬焊接頭(例如，在鎳鈷鐵合金與氮化鋁(AlN)之
間)2610可能導(dǎo)致不期望的應(yīng)力量。
[0233] 圖27中示出的單體可以通過真空釬焊過程密封。密封件可以進入單體頂部下面約3/8英寸，伴隨著約0.05英寸的延伸部在單體頂部之上。當與圖26中的單體相比時單體可以
具有增加的結(jié)構(gòu)能力。所述設(shè)計可以允許在釬焊之后添加中心銷，從而允許在裝配過程中
更多的控制和靈活性。在一些情況下，金屬零件之間較小的間隙可能通過對陶瓷2705的潤
濕而導(dǎo)致短路。
具有增加的結(jié)構(gòu)能力。所述設(shè)計可以允許在釬焊之后添加中心銷，從而允許在裝配過程中
更多的控制和靈活性。在一些情況下，金屬零件之間較小的間隙可能通過對陶瓷2705的潤
濕而導(dǎo)致短路。
[0234] 在一些實現(xiàn)方式中，密封件、子組裝件、導(dǎo)體和/或外殼可以包括結(jié)構(gòu)特征(例如，配合特征)或者可以與結(jié)構(gòu)構(gòu)件(舉例而言，諸如法蘭、掛鉤、壁架、互鎖特征、可焊接的耳
片、可釬焊的耳片、滑入配合、螺釘配合、螺釘、螺母、螺栓和/或其他結(jié)構(gòu)構(gòu)件)相組合以促
進本文的密封布置的安全連接。在一些情況下，這樣的配合特征可以與焊接、釬焊、涂層、金
屬化表面、針對CTE不匹配的結(jié)構(gòu)特征等配合使用。此外，密封件、子組裝件、導(dǎo)體和/或外殼
可以包括用以促進單體與單體組之間的互連的結(jié)構(gòu)特征。在一些情況下，這樣的特征可以
針對減少或最小化由于互連而作用于密封件上的應(yīng)力和力。此外，本文的密封件可以被配
置用于與各種互連特征(例如，電流傳輸板)配合使用。在這樣的情況下，密封件的配置例如
可以包括材料考慮因素(例如，密封件的材料相容性以及互連)、期望的系統(tǒng)電阻(例如，影
響具有給定電阻的密封件的選擇)、空間和操作條件考慮因素(例如，影響與空間約束相容
的密封件的選擇，所述空間約束是由給定的互連布置和/或操作條件強加的)等等。
互連
片、可釬焊的耳片、滑入配合、螺釘配合、螺釘、螺母、螺栓和/或其他結(jié)構(gòu)構(gòu)件)相組合以促
進本文的密封布置的安全連接。在一些情況下，這樣的配合特征可以與焊接、釬焊、涂層、金
屬化表面、針對CTE不匹配的結(jié)構(gòu)特征等配合使用。此外，密封件、子組裝件、導(dǎo)體和/或外殼
可以包括用以促進單體與單體組之間的互連的結(jié)構(gòu)特征。在一些情況下，這樣的特征可以
針對減少或最小化由于互連而作用于密封件上的應(yīng)力和力。此外，本文的密封件可以被配
置用于與各種互連特征(例如，電流傳輸板)配合使用。在這樣的情況下，密封件的配置例如
可以包括材料考慮因素(例如，密封件的材料相容性以及互連)、期望的系統(tǒng)電阻(例如，影
響具有給定電阻的密封件的選擇)、空間和操作條件考慮因素(例如，影響與空間約束相容
的密封件的選擇，所述空間約束是由給定的互連布置和/或操作條件強加的)等等。
互連
[0235] 可以在單個電化學(xué)單體之間和/或在電化學(xué)單體組(例如，模塊、封裝包、芯體、CE、系統(tǒng)或包括一個或多個電化學(xué)單體的任何其他組)之間形成有線或無線(例如，直接金屬至
金屬)的互連。在一些情況下，單體組可以經(jīng)由一個或多個單體至單體的互連而接合。在一
些情況下，單體的組可以經(jīng)由組級別的互連而接合。組級別的互連還可以包括一個或多個
與所述組的一個或多個單個單體的互連?；ミB可以是結(jié)構(gòu)的和/或電的。單體和/或單體組
可以水平地或垂直地裝配(或堆疊)。這樣裝配的單體和/或單體組可以以串聯(lián)配置或并聯(lián)
配置進行布置。此外，單體組可以由各種框架支撐?？蚣芸梢蕴峁┙Y(jié)構(gòu)支撐并且/或者參與
或幫助形成互連(例如，單體組上的框架可以配合或連接)。
金屬)的互連。在一些情況下，單體組可以經(jīng)由一個或多個單體至單體的互連而接合。在一
些情況下，單體的組可以經(jīng)由組級別的互連而接合。組級別的互連還可以包括一個或多個
與所述組的一個或多個單個單體的互連?；ミB可以是結(jié)構(gòu)的和/或電的。單體和/或單體組
可以水平地或垂直地裝配(或堆疊)。這樣裝配的單體和/或單體組可以以串聯(lián)配置或并聯(lián)
配置進行布置。此外，單體組可以由各種框架支撐?？蚣芸梢蕴峁┙Y(jié)構(gòu)支撐并且/或者參與
或幫助形成互連(例如，單體組上的框架可以配合或連接)。
[0236] 在一些實現(xiàn)方式中，互連可以被配置用于減少系統(tǒng)(例如，電池)中的電阻(例如，內(nèi)部電阻)。在一些情況下具有低系統(tǒng)電阻的電池(例如，使得電池能夠有效地儲存能量并
且遞送功率)可能是期望的。系統(tǒng)電阻可以由沿著諸如在電化學(xué)單體之間、在電化學(xué)單體內(nèi)
和在電化學(xué)單體組之間等的電流流動路徑的多個電阻的聯(lián)合作用決定。在一些情況下，電
化學(xué)單體或其組使用互連體進行連接。在一些情況下，互連體是導(dǎo)線。然而，最短的可能的
電連接通?？梢詫?dǎo)致最低的系統(tǒng)電阻。因此，本公開內(nèi)容描述了單體的彼此直接連接(例
如，通過釬焊)，這在一些情況下減少或摒棄了使用導(dǎo)線來連接電化學(xué)單體。
且遞送功率)可能是期望的。系統(tǒng)電阻可以由沿著諸如在電化學(xué)單體之間、在電化學(xué)單體內(nèi)
和在電化學(xué)單體組之間等的電流流動路徑的多個電阻的聯(lián)合作用決定。在一些情況下，電
化學(xué)單體或其組使用互連體進行連接。在一些情況下，互連體是導(dǎo)線。然而，最短的可能的
電連接通?？梢詫?dǎo)致最低的系統(tǒng)電阻。因此，本公開內(nèi)容描述了單體的彼此直接連接(例
如，通過釬焊)，這在一些情況下減少或摒棄了使用導(dǎo)線來連接電化學(xué)單體。
[0237] 在一些實現(xiàn)方式中，電池包括多個串聯(lián)連接的電化學(xué)單體，其中電池能夠儲存至少約10kWh的能量，電池具有至少約250℃的操作溫度，并且每個電化學(xué)單體具有至少一個
液態(tài)金屬電極。電池可以是任何合適的大小。在其他情況下，電池能夠儲存至少約10千瓦時
的能量。在其他情況下，電池能夠儲存至少約30千瓦時的能量。在其他情況下，電池能夠儲
存至少約100千瓦時的能量。
液態(tài)金屬電極。電池可以是任何合適的大小。在其他情況下，電池能夠儲存至少約10千瓦時
的能量。在其他情況下，電池能夠儲存至少約30千瓦時的能量。在其他情況下，電池能夠儲
存至少約100千瓦時的能量。
[0238] 電池的內(nèi)部電阻可以是任何適當?shù)牡碗娮?。在一些情況下，電池的內(nèi)部電阻(例如，在操作溫度下)為約2.5*n*R，其中“n”是電池的串聯(lián)連接的模塊的數(shù)目，而“R”(本文也稱為“R模塊”)是每一單個模塊或并聯(lián)連接的模塊的電阻。在一些示例中，R的倒數(shù)是給定模塊中每個電化學(xué)單體的電阻的倒數(shù)的總和，例如由 給出，其中
“m”是一個模塊中單體的數(shù)目。每個模塊可以包括處于并聯(lián)配置的多個電化學(xué)單體。相鄰模
塊中的電化學(xué)單體可以按串聯(lián)配置布置(例如，模塊中的單個單體可以與相鄰模塊中對應(yīng)
的單個單體串聯(lián)連接，舉例而言，諸如按其中第一模塊的單個單體與位于第一模塊上方的
第二模塊的單個單體串聯(lián)連接的配置)。在一些情況下，電池的內(nèi)部電阻(例如，在操作溫度
下)為約2*n*R、約1.5*n*R、約1.25*n*R或約1.05*n*R。在一些情況下，電池的內(nèi)部電阻(例
如，在操作溫度下)為小于約2.5*n*R、小于約2*n*R、小于約1.5*n*R、小于約1.25*n*R或小
于約1.05*n*R。在一些情況下，系統(tǒng)總電阻(例如，在操作溫度下)由于互連體、母線、連接交
界面處的表面接觸電阻等的電阻貢獻的原因而大于約1.0*n*R。電池可以包括串聯(lián)和并聯(lián)
連接的電化學(xué)單體。串聯(lián)連接的電化學(xué)單體模塊(或并聯(lián)連接的模塊)的數(shù)目(即，n)可以是
任何合適的數(shù)目。在一些示例中，n為至少3、至少5、至少6、至少10、至少12、至少15、至少16、至少20、至少32、至少48、至少54、至少64、至少108、至少128、至少216或至少256。在一個示例中，n為3(例如，對于包括封裝包的電池)、6(例如，對于包括封裝包的電池)或216(例如，
對于包括芯體的電池)。
“m”是一個模塊中單體的數(shù)目。每個模塊可以包括處于并聯(lián)配置的多個電化學(xué)單體。相鄰模
塊中的電化學(xué)單體可以按串聯(lián)配置布置(例如，模塊中的單個單體可以與相鄰模塊中對應(yīng)
的單個單體串聯(lián)連接，舉例而言，諸如按其中第一模塊的單個單體與位于第一模塊上方的
第二模塊的單個單體串聯(lián)連接的配置)。在一些情況下，電池的內(nèi)部電阻(例如，在操作溫度
下)為約2*n*R、約1.5*n*R、約1.25*n*R或約1.05*n*R。在一些情況下，電池的內(nèi)部電阻(例
如，在操作溫度下)為小于約2.5*n*R、小于約2*n*R、小于約1.5*n*R、小于約1.25*n*R或小
于約1.05*n*R。在一些情況下，系統(tǒng)總電阻(例如，在操作溫度下)由于互連體、母線、連接交
界面處的表面接觸電阻等的電阻貢獻的原因而大于約1.0*n*R。電池可以包括串聯(lián)和并聯(lián)
連接的電化學(xué)單體。串聯(lián)連接的電化學(xué)單體模塊(或并聯(lián)連接的模塊)的數(shù)目(即，n)可以是
任何合適的數(shù)目。在一些示例中，n為至少3、至少5、至少6、至少10、至少12、至少15、至少16、至少20、至少32、至少48、至少54、至少64、至少108、至少128、至少216或至少256。在一個示例中，n為3(例如，對于包括封裝包的電池)、6(例如，對于包括封裝包的電池)或216(例如，
對于包括芯體的電池)。
[0239] 在單個電化學(xué)單體之間和/或在電化學(xué)單體組之間的有線或無線的(例如，直接金屬至金屬)互連可以具有給定的內(nèi)部電阻。在一些情況下，電化學(xué)單體不用導(dǎo)線連接。在一
些示例中，串聯(lián)連接(例如，無線的單體至單體連接或電流傳輸板連接)是用在大于250℃的
操作溫度下具有約0.05毫歐姆(mOhm)、約0.1mOhm、0.5mOhm、約1mOhm、約2mOhm、約5mOhm、約
10mOhm、約50mOhm、約100mOhm或約500mOhm的內(nèi)部電阻的連接創(chuàng)建的。在一些示例中，串聯(lián)
連接是用在大于250℃的操作溫度下具有小于約0.05mOhm、小于約0.1mOhm、小于約
0.5mOhm、小于約1mOhm、小于約2mOhm、小于約5mOhm、小于約10mOhm、小于約50mOhm、小于約
100mOhm或小于約500mOhm的內(nèi)部電阻的連接創(chuàng)建的。在一些情況下，電阻通過第一電化學(xué)
單體的導(dǎo)體與第二單體的導(dǎo)電外殼之間的直接電連接來測量。在一些情況下，一個或多個
母線和/或互連體可以用于在任何兩個單體組之間創(chuàng)建連接。在一些示例中，這樣的連接具
有約0.01mOhm、約0.05mOhm、約0.1mOhm、約0.2mOhm、約0.5mOhm、約1mOhm、約5mOhm、約
10mOhm、約50mOhm或約100mOhm的內(nèi)部電阻。在一些示例中，這樣的連接具有小于約
0.01mOhm、小于約0.05mOhm、小于約0.1mOhm、小于約0.2mOhm、小于約0.5mOhm、小于約
1mOhm、小于約5mOhm、小于約10mOhm、小于約50mOhm或小于約100mOhm的內(nèi)部電阻。在一些情
況下，根據(jù)以下公式，電阻通過在電流流過母線(和/或互連體)時跨該母線的電壓降而測
量：R母線＝V/I，其中“R母線”是母線(和/或互連體)的電阻，“V”是測量的跨母線(和/或互連體)的電壓降，而“I”是流過母線(和/或互連體)的電流。本公開內(nèi)容關(guān)于單體至單體連接的內(nèi)
部電阻所描述的任何方面至少在一些配置下可以同樣適用于在單體組之間的連接，且反之
亦然。此外，本公開內(nèi)容關(guān)于串聯(lián)連接的內(nèi)部電阻所描述的任何方面至少在一些配置下可
以同樣適用于并聯(lián)連接，且反之亦然。
些示例中，串聯(lián)連接(例如，無線的單體至單體連接或電流傳輸板連接)是用在大于250℃的
操作溫度下具有約0.05毫歐姆(mOhm)、約0.1mOhm、0.5mOhm、約1mOhm、約2mOhm、約5mOhm、約
10mOhm、約50mOhm、約100mOhm或約500mOhm的內(nèi)部電阻的連接創(chuàng)建的。在一些示例中，串聯(lián)
連接是用在大于250℃的操作溫度下具有小于約0.05mOhm、小于約0.1mOhm、小于約
0.5mOhm、小于約1mOhm、小于約2mOhm、小于約5mOhm、小于約10mOhm、小于約50mOhm、小于約
100mOhm或小于約500mOhm的內(nèi)部電阻的連接創(chuàng)建的。在一些情況下，電阻通過第一電化學(xué)
單體的導(dǎo)體與第二單體的導(dǎo)電外殼之間的直接電連接來測量。在一些情況下，一個或多個
母線和/或互連體可以用于在任何兩個單體組之間創(chuàng)建連接。在一些示例中，這樣的連接具
有約0.01mOhm、約0.05mOhm、約0.1mOhm、約0.2mOhm、約0.5mOhm、約1mOhm、約5mOhm、約
10mOhm、約50mOhm或約100mOhm的內(nèi)部電阻。在一些示例中，這樣的連接具有小于約
0.01mOhm、小于約0.05mOhm、小于約0.1mOhm、小于約0.2mOhm、小于約0.5mOhm、小于約
1mOhm、小于約5mOhm、小于約10mOhm、小于約50mOhm或小于約100mOhm的內(nèi)部電阻。在一些情
況下，根據(jù)以下公式，電阻通過在電流流過母線(和/或互連體)時跨該母線的電壓降而測
量：R母線＝V/I，其中“R母線”是母線(和/或互連體)的電阻，“V”是測量的跨母線(和/或互連體)的電壓降，而“I”是流過母線(和/或互連體)的電流。本公開內(nèi)容關(guān)于單體至單體連接的內(nèi)
部電阻所描述的任何方面至少在一些配置下可以同樣適用于在單體組之間的連接，且反之
亦然。此外，本公開內(nèi)容關(guān)于串聯(lián)連接的內(nèi)部電阻所描述的任何方面至少在一些配置下可
以同樣適用于并聯(lián)連接，且反之亦然。
[0240] 在一些實現(xiàn)方式中，電化學(xué)儲能系統(tǒng)至少包括與第二電化學(xué)單體相鄰的第一電化學(xué)單體。第一電化學(xué)單體和第二電化學(xué)單體中的每一個可以包括負集流體、負電極、電解
質(zhì)、正電極和正集流體。負電極、電解質(zhì)和正電極中的至少一個可以在第一電化學(xué)單體或第
二電化學(xué)單體的操作溫度下處于液態(tài)。第一電化學(xué)單體的正集流體可以直接金屬至金屬接
合(例如，釬焊或焊接)至第二電化學(xué)單體的負集流體。在一些示例中，負集流體包括負電流
引線。
質(zhì)、正電極和正集流體。負電極、電解質(zhì)和正電極中的至少一個可以在第一電化學(xué)單體或第
二電化學(xué)單體的操作溫度下處于液態(tài)。第一電化學(xué)單體的正集流體可以直接金屬至金屬接
合(例如，釬焊或焊接)至第二電化學(xué)單體的負集流體。在一些示例中，負集流體包括負電流
引線。
[0241] 在一些情況下，第一電化學(xué)單體和第二電化學(xué)單體不通過導(dǎo)線連接。在一些情況下，電化學(xué)儲能系統(tǒng)包括用于每2、3、4、5、6、7、8、9、10、11、12、13、14、15、16、17、18、19、20、
21、22、23、24、25、26、27、28、29、30或更多個電化學(xué)單體的一個或較少的互連體。在一些情況下，電化學(xué)儲能系統(tǒng)(例如，電池)包括用于至少每1、2、3、4、5、6、7、8、9、10、15、20、25、30、
40、50、75、100、150、200或更多個電化學(xué)單體的一個互連體。
21、22、23、24、25、26、27、28、29、30或更多個電化學(xué)單體的一個或較少的互連體。在一些情況下，電化學(xué)儲能系統(tǒng)(例如，電池)包括用于至少每1、2、3、4、5、6、7、8、9、10、15、20、25、30、
40、50、75、100、150、200或更多個電化學(xué)單體的一個互連體。
[0242] 圖28示出了包括3個模塊2805的單體封裝包2800的示例。每個模塊包括12個并聯(lián)連接2810的單體2830。用單體封裝包定框(本文也稱“框架”)2815將模塊保持就位，所述單
體封裝包定框2815包括框架2820的頂部組件。將單體直接堆疊在彼此之上，伴隨著一個單
體2825的負電流端子直接與另一單體(例如，其上方的單體)的外殼接觸。由于頂層的單體
的負電流端子會沒有另一單體的外殼直接在其上方，因此反而可以接觸(例如，釬焊至)負
母線2835。
體封裝包定框2815包括框架2820的頂部組件。將單體直接堆疊在彼此之上，伴隨著一個單
體2825的負電流端子直接與另一單體(例如，其上方的單體)的外殼接觸。由于頂層的單體
的負電流端子會沒有另一單體的外殼直接在其上方，因此反而可以接觸(例如，釬焊至)負
母線2835。
[0243] 在一些配置中，模塊中所形成的并聯(lián)連接2810可以使用具有多個單體材料的袋的單一零件(或組件)創(chuàng)建。這一零件可以是允許單體之間的直接電連接的沖壓組件。在一些
示例中，沖壓的有袋的導(dǎo)電外殼不在單體之間創(chuàng)建屏障。在一些情況下，有袋的導(dǎo)電外殼使
袋與彼此密封。這一導(dǎo)電外殼可以比單個導(dǎo)電單體外殼更容易制造和裝配。在一些配置下，
模塊中所形成的并聯(lián)連接2810可以通過模塊中的單體的外殼的直接接觸而創(chuàng)建。
示例中，沖壓的有袋的導(dǎo)電外殼不在單體之間創(chuàng)建屏障。在一些情況下，有袋的導(dǎo)電外殼使
袋與彼此密封。這一導(dǎo)電外殼可以比單個導(dǎo)電單體外殼更容易制造和裝配。在一些配置下，
模塊中所形成的并聯(lián)連接2810可以通過模塊中的單體的外殼的直接接觸而創(chuàng)建。
[0244] 當垂直地堆疊時，電化學(xué)單體承受堆疊于上方的單體的重量。單體可以被構(gòu)造用于支撐這一重量。在一些情況下，單體至單體間隔物640放置在單體層之間。這些間隔物可
以分散上方單體的重量并且/或者減輕施加至負電流端子的一些重量。在一些情況下，用密
封件將負電流端子與外殼電隔離。由于這一密封件可能是電化學(xué)單體的最弱的結(jié)構(gòu)組件，
因此間隔物可以使施加至密封件的力的大小減少。
以分散上方單體的重量并且/或者減輕施加至負電流端子的一些重量。在一些情況下，用密
封件將負電流端子與外殼電隔離。由于這一密封件可能是電化學(xué)單體的最弱的結(jié)構(gòu)組件，
因此間隔物可以使施加至密封件的力的大小減少。
[0245] 在一些實現(xiàn)方式中，液態(tài)金屬電池包括多個電化學(xué)單體，每個電化學(xué)單體均包括導(dǎo)電外殼和與集流體電連通的導(dǎo)體。導(dǎo)電外殼可以包括在單體的操作溫度下為液態(tài)的負電
極、電解質(zhì)和正電極。導(dǎo)體可以經(jīng)導(dǎo)電外殼中的孔徑穿過導(dǎo)電外殼突出，并且可以利用密封
件而與導(dǎo)電外殼電隔離。多個電化學(xué)單體可以串聯(lián)堆疊，伴隨著第一單體的導(dǎo)體與第二單
體的導(dǎo)電外殼電接觸。液態(tài)金屬電池還可以包括安置在電化學(xué)單體之間的多個非氣態(tài)間隔
物。在一些情況下，電化學(xué)單體是垂直地堆疊的。例如，至少2、3、4、5、6、7、8、9、10、15、20、
25、30、36、40、48、50、60、70、80、90、100、120、140、160、180、200、216、250、256、300、350、
400、450、500、750、1000、1500、2000或更多個電化學(xué)單體可以串聯(lián)堆疊。在一些情況下，電池還包括與串聯(lián)堆疊的多個電化學(xué)單體中的每一個并聯(lián)連接的至少一個附加電化學(xué)單體。
例如，每個垂直堆疊的單體可以與至少1、2、3、4、5、6、7、8、9、10、15、16、20、25、30、40、50、
60、70、80、90、100、120、140、160、180、200、250、300、350、400、450、500、750、1000、1500、
2000或更多個附加電化學(xué)單體并聯(lián)連接。在一些情況下，導(dǎo)電外殼是電流傳導(dǎo)通路的一部
分。
極、電解質(zhì)和正電極。導(dǎo)體可以經(jīng)導(dǎo)電外殼中的孔徑穿過導(dǎo)電外殼突出，并且可以利用密封
件而與導(dǎo)電外殼電隔離。多個電化學(xué)單體可以串聯(lián)堆疊，伴隨著第一單體的導(dǎo)體與第二單
體的導(dǎo)電外殼電接觸。液態(tài)金屬電池還可以包括安置在電化學(xué)單體之間的多個非氣態(tài)間隔
物。在一些情況下，電化學(xué)單體是垂直地堆疊的。例如，至少2、3、4、5、6、7、8、9、10、15、20、
25、30、36、40、48、50、60、70、80、90、100、120、140、160、180、200、216、250、256、300、350、
400、450、500、750、1000、1500、2000或更多個電化學(xué)單體可以串聯(lián)堆疊。在一些情況下，電池還包括與串聯(lián)堆疊的多個電化學(xué)單體中的每一個并聯(lián)連接的至少一個附加電化學(xué)單體。
例如，每個垂直堆疊的單體可以與至少1、2、3、4、5、6、7、8、9、10、15、16、20、25、30、40、50、
60、70、80、90、100、120、140、160、180、200、250、300、350、400、450、500、750、1000、1500、
2000或更多個附加電化學(xué)單體并聯(lián)連接。在一些情況下，導(dǎo)電外殼是電流傳導(dǎo)通路的一部
分。
[0246] 非氣態(tài)間隔物(本文也稱為“間隔物”)可以是固體材料。在一些情況下，間隔物包括陶瓷材料。陶瓷材料的非限制性示例包括氮化鋁(AlN)、氮化硼(BN)、氧化釔(Y2O3)、氧化
鋯(ZrO2)、氧化釔部分穩(wěn)定的氧化鋯(YPSZ)、氧化鋁(Al2O3)、硫?qū)倩铩⒀趸s(Er2O3)、二氧化硅(SiO2)、石英、玻璃或它們的任何組合。在一些情況下，間隔物是電絕緣的。
鋯(ZrO2)、氧化釔部分穩(wěn)定的氧化鋯(YPSZ)、氧化鋁(Al2O3)、硫?qū)倩铩⒀趸s(Er2O3)、二氧化硅(SiO2)、石英、玻璃或它們的任何組合。在一些情況下，間隔物是電絕緣的。
[0247] 間隔物可以具有任何合適的厚度。在一些情況下，間隔物的厚度近似地等于導(dǎo)體突出導(dǎo)電外殼之外的距離(例如，間隔物的厚度可以處于導(dǎo)體突出導(dǎo)電外殼之外的距離的
約0.005％、約0.01％、約0.05％、0.1％或0.5％以內(nèi))。
約0.005％、約0.01％、約0.05％、0.1％或0.5％以內(nèi))。
[0248] 大部分的力(例如，垂直地堆疊在單體上方的電化學(xué)單體的重量)一般是由間隔物和/或外殼而非密封件來承受。非氣態(tài)間隔物和/或?qū)щ娡鈿た梢灾嗡┘拥牧Φ娜魏芜m
當高的百分比。在一些情況下，約70％、約80％、約90％或約95％的力施加于非氣態(tài)間隔物
和/或?qū)щ娡鈿?。在一些情況下，至少約70％、至少約80％、至少約90％、或至少約95％的力
施加于非氣態(tài)間隔物和/或?qū)щ娡鈿ぁ?br>
當高的百分比。在一些情況下，約70％、約80％、約90％或約95％的力施加于非氣態(tài)間隔物
和/或?qū)щ娡鈿?。在一些情況下，至少約70％、至少約80％、至少約90％、或至少約95％的力
施加于非氣態(tài)間隔物和/或?qū)щ娡鈿ぁ?br>
[0249] 可以有任何合適量的力施加于導(dǎo)電外殼和/或密封件。在一些情況下，施加于密封件的力不超過該密封件可以支撐的力。在一些情況下，施加于密封件的力為約10、約15、約
20、約25、約30、約35、約40、約45、約50、約60、約70、約80、約100、約120、約150或約200牛頓。
在一些情況中，施加于密封件的力小于約10、小于約15、小于約20、小于約25、小于約30、小
于約35、小于約40、小于約45、小于約50、小于約60、小于約70、小于約80、小于約100、小于約
120、小于約150或小于約200牛頓。在一些情況下，施加于外殼的力為約100、約500、約1000、約5000或約10000牛頓。在一些情況下，施加于外殼的力為至少約100、至少約500、至少約
1000、至少約5000或至少約10000牛頓。
20、約25、約30、約35、約40、約45、約50、約60、約70、約80、約100、約120、約150或約200牛頓。
在一些情況中，施加于密封件的力小于約10、小于約15、小于約20、小于約25、小于約30、小
于約35、小于約40、小于約45、小于約50、小于約60、小于約70、小于約80、小于約100、小于約
120、小于約150或小于約200牛頓。在一些情況下，施加于外殼的力為約100、約500、約1000、約5000或約10000牛頓。在一些情況下，施加于外殼的力為至少約100、至少約500、至少約
1000、至少約5000或至少約10000牛頓。
[0250] 可以有任何合適量的壓力施加于導(dǎo)電外殼和/或密封件。在一些情況下，施加于密封件的壓力不超過該密封件可以支撐的力。在一些情況下，施加于密封件的壓力為約1、約
10、約50、約100、約200、約300或約500磅每平方英寸(psi)。在一些情況下，施加于密封件的壓力小于約1、小于約10、小于約50、小于約100、小于約200、小于約300或小于約500磅每平
方英寸(psi)。在一些情況下，施加于外殼的壓力為約500、約1000、約2000、約2500、約3000、約5000或約10000磅每平方英寸(psi)。在一些情況下，施加于外殼的壓力為至少約500、至
少約1000、至少約2000、至少約2500、至少約3000、至少約5000或至少約10000磅每平方英寸
(psi)。
10、約50、約100、約200、約300或約500磅每平方英寸(psi)。在一些情況下，施加于密封件的壓力小于約1、小于約10、小于約50、小于約100、小于約200、小于約300或小于約500磅每平
方英寸(psi)。在一些情況下，施加于外殼的壓力為約500、約1000、約2000、約2500、約3000、約5000或約10000磅每平方英寸(psi)。在一些情況下，施加于外殼的壓力為至少約500、至
少約1000、至少約2000、至少約2500、至少約3000、至少約5000或至少約10000磅每平方英寸
(psi)。
[0251] 可以基于容差和最佳導(dǎo)電路徑用各種方式配置單體至單體連接。在一個配置中，一個單體中的負電流引線的頂面可以直接金屬至金屬接合(例如，釬焊、焊接)至在其上方
的單體的底部(例如參見圖29)。其他配置例如可以包括備選的直接金屬至金屬接合的(例
如，備選的釬焊接合的)配置，諸如通過內(nèi)部棒和外部夾具的熱膨脹系數(shù)(CTE)的差異所增
強的外徑釬焊接頭(例如參見圖30)。
的單體的底部(例如參見圖29)。其他配置例如可以包括備選的直接金屬至金屬接合的(例
如，備選的釬焊接合的)配置，諸如通過內(nèi)部棒和外部夾具的熱膨脹系數(shù)(CTE)的差異所增
強的外徑釬焊接頭(例如參見圖30)。
[0252] 在一些情況下，如圖29中所示，將第一單體2910的導(dǎo)體2905釬焊至第二單體2925的導(dǎo)電外殼2920。釬焊材料可以是任何合適的材料。釬焊材料的一些非限制性示例包括包
含鐵(Fe)、鎳(Ni)、鈦(Ti)、鉻(Cr)、鋯(Zr)、磷(P)、硼(B)、碳(C)、硅(Si)或它們的任何組合的材料。單體可以包括連接至集流體和導(dǎo)體2905的陰極2930、電解質(zhì)2935和陽極2940。導(dǎo)體
可以通過單體蓋2950饋入。在一些情況下，單體具有某種空的頂部空間2945。
含鐵(Fe)、鎳(Ni)、鈦(Ti)、鉻(Cr)、鋯(Zr)、磷(P)、硼(B)、碳(C)、硅(Si)或它們的任何組合的材料。單體可以包括連接至集流體和導(dǎo)體2905的陰極2930、電解質(zhì)2935和陽極2940。導(dǎo)體
可以通過單體蓋2950饋入。在一些情況下，單體具有某種空的頂部空間2945。
[0253] 在一些實現(xiàn)方式中，導(dǎo)體2905可以穿過單體蓋2950中的密封件2960饋入。導(dǎo)體(例如，負電流引線)2905可以是剛性的。密封件2960可以不是剛性的。由于在裝配期間添加了
附加的單體，增加的重量可以通過頂部單體2925的外殼2920施加于底部單體2910的導(dǎo)體上
(例如，在位置2915處)。在一些情況下，如果由于壓縮力密封件2960(伴隨著導(dǎo)體2905和陽
極2940)向下移動到單體2910中，那么單體2910與2925之間的垂直間隔可能減小。為確保模
塊彼此電隔離，間隔物(例如，陶瓷)2955可以跨單體的表面放置以支撐它們上方的單體。在
這一配置下，單體外殼可以用作系統(tǒng)的主要結(jié)構(gòu)支撐。陶瓷間隔物2955可以使密封件2960
從不得不支撐頂部單體2925(和在裝配期間所添加的任何附加的單體)的重量中釋放。在一
些配置中，在間隔物2955的頂部與頂部單體2925的外殼2920的底部之間最初可以有間隙
(例如，間隔物的厚度可以稍微小于導(dǎo)體最初穿過導(dǎo)電外殼突出的距離)，并且在裝配過程
中由于添加了附加的(一個或多個)單體因此間隔物(例如，陶瓷)能夠受到壓縮(例如，由于
底部單體2910的外殼的頂部與頂部單體2925的外殼的底部之間的間隔減小)。結(jié)果，在一些
情況下陽極與陰極之間的位移(本文也稱為“陽極-陰極位移”)(例如，單體2910中的陽極
2940與陰極2930之間的裝配后的最終位移)可以由非氣態(tài)間隔物確定。在一些配置中，間隔
物可能立刻受到壓縮(例如，如果間隔物的厚度稍微大于導(dǎo)體穿過導(dǎo)電外殼最初突出的距
離的話)。
附加的單體，增加的重量可以通過頂部單體2925的外殼2920施加于底部單體2910的導(dǎo)體上
(例如，在位置2915處)。在一些情況下，如果由于壓縮力密封件2960(伴隨著導(dǎo)體2905和陽
極2940)向下移動到單體2910中，那么單體2910與2925之間的垂直間隔可能減小。為確保模
塊彼此電隔離，間隔物(例如，陶瓷)2955可以跨單體的表面放置以支撐它們上方的單體。在
這一配置下，單體外殼可以用作系統(tǒng)的主要結(jié)構(gòu)支撐。陶瓷間隔物2955可以使密封件2960
從不得不支撐頂部單體2925(和在裝配期間所添加的任何附加的單體)的重量中釋放。在一
些配置中，在間隔物2955的頂部與頂部單體2925的外殼2920的底部之間最初可以有間隙
(例如，間隔物的厚度可以稍微小于導(dǎo)體最初穿過導(dǎo)電外殼突出的距離)，并且在裝配過程
中由于添加了附加的(一個或多個)單體因此間隔物(例如，陶瓷)能夠受到壓縮(例如，由于
底部單體2910的外殼的頂部與頂部單體2925的外殼的底部之間的間隔減小)。結(jié)果，在一些
情況下陽極與陰極之間的位移(本文也稱為“陽極-陰極位移”)(例如，單體2910中的陽極
2940與陰極2930之間的裝配后的最終位移)可以由非氣態(tài)間隔物確定。在一些配置中，間隔
物可能立刻受到壓縮(例如，如果間隔物的厚度稍微大于導(dǎo)體穿過導(dǎo)電外殼最初突出的距
離的話)。
[0254] 在一些情況下，熱膨脹系數(shù)(CTE)的差異可以用于連接兩個單體。如圖30中所示，第一單體3005的導(dǎo)體位于第二單體3010的導(dǎo)電外殼的凹陷部分中，并且導(dǎo)體3015的熱膨脹
系數(shù)(CTE)大于導(dǎo)電外殼3020的CTE。
系數(shù)(CTE)大于導(dǎo)電外殼3020的CTE。
[0255] 導(dǎo)體的CTE可以比導(dǎo)電外殼的CTE大任何的量。在一些情況下，導(dǎo)體的CTE比導(dǎo)電外殼的CTE大約2％、約5％、約10％、約15％、約20％、約30％、約40％、約50％、約60％、約70％、約80％、約90％或約100％。在一些情況下，導(dǎo)體的CTE比導(dǎo)電外殼的CTE大至少約2％、至少
約5％、至少約10％、至少約15％、至少約20％、至少約30％、至少約40％、至少約50％、至少約60％、至少約70％、至少約80％、至少約90％或至少約100％。
約5％、至少約10％、至少約15％、至少約20％、至少約30％、至少約40％、至少約50％、至少約60％、至少約70％、至少約80％、至少約90％或至少約100％。
[0256] 垂直地串聯(lián)堆疊的單體可以通過直接電連接或硬電連接來附接，以使得從2950到2940的高度和/或陽極-陰極位移(ACD)可以由2955的尺寸容差確定。在一些示例中，從2950
到2940的高度可以為至少約3毫米(mm)、至少約5mm、至少約7mm、至少約10mm、至少約15mm
等。在一些示例中，ACD可以為約3mm、約5mm、約7mm、約10mm、約15mm或更大。圖29是可以如何配置這樣的連接的示例。
到2940的高度可以為至少約3毫米(mm)、至少約5mm、至少約7mm、至少約10mm、至少約15mm
等。在一些示例中，ACD可以為約3mm、約5mm、約7mm、約10mm、約15mm或更大。圖29是可以如何配置這樣的連接的示例。
[0257] 可以使用直接(例如，金屬至金屬)電連接對垂直地串聯(lián)堆疊的單體進行連接，以使得每個單體連接的電阻降低，例如，在約100兆歐姆(或本文別處所描述的另一內(nèi)部電阻
值)以下。圖29是這樣的連接可以如何配置的示例。圖29還提供CTE不匹配的密封件連接的
示例。
值)以下。圖29是這樣的連接可以如何配置的示例。圖29還提供CTE不匹配的密封件連接的
示例。
[0258] 在一些實現(xiàn)方式中，可以通過電流傳輸板的方式將單體垂直地接合，所述電流傳輸板可以連接(例如，焊接)至底部單體上的負電流引線或?qū)w以及頂部單體上的單體本體
(例如，導(dǎo)電外殼)。負電流引線可以通過密封件，穿過底部單體的外殼突出。例如，多個單體
可以并聯(lián)連接到單體模塊或部分單體模塊中，繼而經(jīng)由垂直堆疊與其他單體模塊或部分單
體模塊串聯(lián)連接?？梢酝ㄟ^將來自一個單體的電流傳輸板連接到其上的單體的單體本體或
單體本體上的特征來實現(xiàn)垂直堆疊(例如，以形成單體封裝包的基礎(chǔ))。電流傳輸板可以由
導(dǎo)電材料形成，諸如本文所描述的任何導(dǎo)電材料。電流傳輸板可以包括一個或多個表面(例
如，平整表面)，所述表面可以與另一表面(例如，相鄰單體的單體主體或單體主體上的特
征)焊接或以其他方式直接金屬至金屬接合。電流傳輸板可以從負電流引線朝著包括負電
流引線的單體表面的周邊延伸。這樣的配置可以使得在單體之間或單體組裝件中的密集空
間內(nèi)能夠更方便地進行電連接(例如，在單體的垂直堆疊過程中更方便接近)。
(例如，導(dǎo)電外殼)。負電流引線可以通過密封件，穿過底部單體的外殼突出。例如，多個單體
可以并聯(lián)連接到單體模塊或部分單體模塊中，繼而經(jīng)由垂直堆疊與其他單體模塊或部分單
體模塊串聯(lián)連接?？梢酝ㄟ^將來自一個單體的電流傳輸板連接到其上的單體的單體本體或
單體本體上的特征來實現(xiàn)垂直堆疊(例如，以形成單體封裝包的基礎(chǔ))。電流傳輸板可以由
導(dǎo)電材料形成，諸如本文所描述的任何導(dǎo)電材料。電流傳輸板可以包括一個或多個表面(例
如，平整表面)，所述表面可以與另一表面(例如，相鄰單體的單體主體或單體主體上的特
征)焊接或以其他方式直接金屬至金屬接合。電流傳輸板可以從負電流引線朝著包括負電
流引線的單體表面的周邊延伸。這樣的配置可以使得在單體之間或單體組裝件中的密集空
間內(nèi)能夠更方便地進行電連接(例如，在單體的垂直堆疊過程中更方便接近)。
[0259] 電流傳輸板可以與應(yīng)變減輕功能結(jié)合或包括應(yīng)變減輕功能以減少密封件(例如，負電流引線周圍的密封件)上的應(yīng)力和/或在單體和/或封裝包垂直地堆疊在彼此之上時所
產(chǎn)生的應(yīng)力，所述對密封件的應(yīng)力可能由焊接/接合過程以及/或者在加熱和/或冷卻期間
熱膨脹差異而產(chǎn)生。在一些情況下，密封件上的應(yīng)力可以通過包括電絕緣非氣態(tài)(例如，陶
瓷)間隔物而減少。非氣態(tài)間隔物可以支撐來自電流傳輸板和/或堆疊到電流傳輸板上的單
體的重量并且將該重量引導(dǎo)到外殼(例如，單體帽)上，從而減少通過密封件傳遞的那部分
施加的重量。在一些情況下，應(yīng)變減輕功能可以包括螺旋圖樣(例如，單一螺旋臂或多個螺
旋臂)或電流傳輸板上的其他特征以便使電流傳輸板有順從性，并且可以減少在單體堆疊
在彼此之上時或在加熱期間由于CTE不匹配引起的密封件所經(jīng)受的應(yīng)力。螺旋圖樣可以包
括一個或多個螺旋臂。螺旋臂例如可以是約0.5mm厚、約1mm厚、約2mm厚或約4mm厚。螺旋臂
可以具有圓形或橢圓形的外部形狀的螺旋，所述外部形狀的直徑為約1cm、約2cm、約3cm或
約4cm或更大。在一些情況下，電流傳輸板可以是足夠順從性的而不需要應(yīng)變減輕特征。
產(chǎn)生的應(yīng)力，所述對密封件的應(yīng)力可能由焊接/接合過程以及/或者在加熱和/或冷卻期間
熱膨脹差異而產(chǎn)生。在一些情況下，密封件上的應(yīng)力可以通過包括電絕緣非氣態(tài)(例如，陶
瓷)間隔物而減少。非氣態(tài)間隔物可以支撐來自電流傳輸板和/或堆疊到電流傳輸板上的單
體的重量并且將該重量引導(dǎo)到外殼(例如，單體帽)上，從而減少通過密封件傳遞的那部分
施加的重量。在一些情況下，應(yīng)變減輕功能可以包括螺旋圖樣(例如，單一螺旋臂或多個螺
旋臂)或電流傳輸板上的其他特征以便使電流傳輸板有順從性，并且可以減少在單體堆疊
在彼此之上時或在加熱期間由于CTE不匹配引起的密封件所經(jīng)受的應(yīng)力。螺旋圖樣可以包
括一個或多個螺旋臂。螺旋臂例如可以是約0.5mm厚、約1mm厚、約2mm厚或約4mm厚。螺旋臂
可以具有圓形或橢圓形的外部形狀的螺旋，所述外部形狀的直徑為約1cm、約2cm、約3cm或
約4cm或更大。在一些情況下，電流傳輸板可以是足夠順從性的而不需要應(yīng)變減輕特征。
[0260] 可以按各種配置對單體封裝包進行串聯(lián)和并聯(lián)地附接以生產(chǎn)芯體、CE或系統(tǒng)?？梢赃x擇各種電化學(xué)單體組的數(shù)目和布置以用于創(chuàng)造期望的系統(tǒng)電壓和儲能容量。封裝包、
芯體、CE或系統(tǒng)繼而可以在高溫絕緣下封閉在一起以創(chuàng)造這樣的系統(tǒng)，該系統(tǒng)可以使用由
單體充電和放電所創(chuàng)造的能量來對自身進行加熱。例如，圖31是封裝包可以如何配置的示
例，表明了給定平面中的單體封裝包彼此并聯(lián)連接3105，同時在彼此頂上直接連接的封裝
包是串聯(lián)連接的3110。
芯體、CE或系統(tǒng)繼而可以在高溫絕緣下封閉在一起以創(chuàng)造這樣的系統(tǒng)，該系統(tǒng)可以使用由
單體充電和放電所創(chuàng)造的能量來對自身進行加熱。例如，圖31是封裝包可以如何配置的示
例，表明了給定平面中的單體封裝包彼此并聯(lián)連接3105，同時在彼此頂上直接連接的封裝
包是串聯(lián)連接的3110。
[0261] 封裝包自身可以通過母線彼此垂直地和水平地連接(例如，不同于在封裝包內(nèi)的單體至單體連接，所述單體至單體連接一般可以是諸如釬焊或焊接等直接連接)。在一些情
況下，母線是柔性的或者包括柔性部分(例如，用以適應(yīng)在整個受熱和操作中系統(tǒng)的非等溫
膨脹)。
況下，母線是柔性的或者包括柔性部分(例如，用以適應(yīng)在整個受熱和操作中系統(tǒng)的非等溫
膨脹)。
[0262] 母線可以用于與采用并聯(lián)串的形式的單體形成電連接(例如，一并聯(lián)串的單體，一并聯(lián)串的封裝包等)。在一些示例中，母線可以用于通過與所有的單體或單體模塊上的相同
端子電連接(例如，所有的單體或單體模塊的負端子或所有的單體或單體模塊的正端子)而
將單體集或單體模塊集配置成并聯(lián)串配置。例如，可以使用正母線和/或負母線。正母線可
以連接至外殼并且可能需要或可能無需是柔性的。在一些情況下，可以不使用正母線。負母
線可以接合至一個或多個單體本體(例如，封裝包中的單個單體的單體本體)中(或上)的特
征以提供強的電連接。在一些情況下，負母線可以附接至導(dǎo)電饋通體(例如，負電流引線)，
該導(dǎo)電饋通體可能需要一些對于熱膨脹的順從性。例如，可以使用饋通體與母線之間的順
從性特征來實現(xiàn)相對剛性的母線核心與饋通體之間的柔性連接。順從性特征可以涉及螺旋
圖樣(spiral?pattern)(例如，單個螺旋臂或多個螺旋臂)，所述螺旋圖樣可以通過以期望
圖樣從扁平母線切掉和/或移除材料而創(chuàng)建。螺旋圖樣可以涉及一個或多個螺旋臂。螺旋臂
例如可以為約0.5mm厚、約1mm厚、約2mm厚或約4mm厚。螺旋臂可以創(chuàng)造具有圓形或橢圓形的
外部形狀的螺旋，所述外部形狀的直徑是約1cm、約2cm、約3cm或約4cm或更大。在一些情況
下，母線可以足夠順從以使得無需順從性特征。
端子電連接(例如，所有的單體或單體模塊的負端子或所有的單體或單體模塊的正端子)而
將單體集或單體模塊集配置成并聯(lián)串配置。例如，可以使用正母線和/或負母線。正母線可
以連接至外殼并且可能需要或可能無需是柔性的。在一些情況下，可以不使用正母線。負母
線可以接合至一個或多個單體本體(例如，封裝包中的單個單體的單體本體)中(或上)的特
征以提供強的電連接。在一些情況下，負母線可以附接至導(dǎo)電饋通體(例如，負電流引線)，
該導(dǎo)電饋通體可能需要一些對于熱膨脹的順從性。例如，可以使用饋通體與母線之間的順
從性特征來實現(xiàn)相對剛性的母線核心與饋通體之間的柔性連接。順從性特征可以涉及螺旋
圖樣(spiral?pattern)(例如，單個螺旋臂或多個螺旋臂)，所述螺旋圖樣可以通過以期望
圖樣從扁平母線切掉和/或移除材料而創(chuàng)建。螺旋圖樣可以涉及一個或多個螺旋臂。螺旋臂
例如可以為約0.5mm厚、約1mm厚、約2mm厚或約4mm厚。螺旋臂可以創(chuàng)造具有圓形或橢圓形的
外部形狀的螺旋，所述外部形狀的直徑是約1cm、約2cm、約3cm或約4cm或更大。在一些情況
下，母線可以足夠順從以使得無需順從性特征。
[0263] 可以使用一個或多個互連體將一個封裝包的母線連接至另一個單體封裝包的母線，從而并聯(lián)或串聯(lián)地放置單體封裝包。在一些情況下，使用順從互連組件(本文也稱為“互
連體”)將一個單體封裝包的負母線連接至另一個單體封裝包的正母線。在一些情況下，互
連體可以是編織狀的金屬或金屬合金。在一些情況下，互連體可以由金屬片制成并且采取
彎曲板的形式，所述彎曲板為約1/32英寸厚、約1/16英寸厚、約1/8英寸厚或約1/4英寸厚。
在一些情況下，互連體可以包含與母線相同的導(dǎo)電材料。在一些情況下，正母線和互連體是
同一組件。
連體”)將一個單體封裝包的負母線連接至另一個單體封裝包的正母線。在一些情況下，互
連體可以是編織狀的金屬或金屬合金。在一些情況下，互連體可以由金屬片制成并且采取
彎曲板的形式，所述彎曲板為約1/32英寸厚、約1/16英寸厚、約1/8英寸厚或約1/4英寸厚。
在一些情況下，互連體可以包含與母線相同的導(dǎo)電材料。在一些情況下，正母線和互連體是
同一組件。
[0264] 母線和/或互連體組件可以包含導(dǎo)電材料。例如，母線和/或互連體組件可以包含(例如，由其制成)不銹鋼、鎳、銅、鋁銅基合金和它們的任何組合。
[0265] 封裝包還可以包括或形成其他互連(例如，用以允許封裝包與附加的封裝包互連)，包括但不限于附加的互連體、附加的母線和/或附加的連接交界面。在一些實現(xiàn)方式
中，母線可以用于提供封裝包級的電連接/互連(例如，僅母線可以用于封裝包級的電連接/
互連)。
中，母線可以用于提供封裝包級的電連接/互連(例如，僅母線可以用于封裝包級的電連接/
互連)。
[0266] 在單體垂直地堆疊在彼此頂上的配置中，單體堆疊(例如，單體封裝包堆疊)的頂部處的母線可以僅包括負母線(例如，由于該堆疊的正端子可以在該堆疊中的底部單體
上)。
上)。
[0267] 熱絕緣和/或框架可以被設(shè)計用于允許冷卻芯體(和/或本文公開的任何系統(tǒng))、移除絕緣、從芯體斷連和移除單個封裝包或封裝包集以允許將單一封裝包斷連、移除和替換
或者它們的任何組合。繼而可以將芯體再裝配并且加熱回到操作溫度以允許恢復(fù)操作。
或者它們的任何組合。繼而可以將芯體再裝配并且加熱回到操作溫度以允許恢復(fù)操作。
[0268] 本文關(guān)于單個單體或給定的單體組所描述的各種互連配置至少在一些配置中可以同樣適用于其他單體組(或其部分)。在一個示例中，舉例而言，諸如釬焊的單體的正負集
流體、通過熱膨脹系數(shù)差異所增強的釬焊接頭、連接(例如，焊接)單體主體或單體主體中的
特征等互連可以適用于(或適于)舉例而言諸如模塊、封裝包等單體組。在另一示例中，舉例
而言諸如單體和/或模塊中沖壓的有袋的導(dǎo)電外殼等互連可以適用于(或適于)舉例而言諸
如模塊、封裝包等單體組。在又一示例中，舉例而言，諸如封裝包之間的母線/互連體等互連
在一些情況下可以適用于(或適于)舉例而言諸如芯體等單體組。此外，應(yīng)變減輕配置(例
如，單體之間的電流傳輸板、間隔物、螺旋減輕或順從性特征/結(jié)構(gòu)/圖樣等)和電氣特征/結(jié)
構(gòu)特征(例如，端蓋等)在一些情況下可以適用于(或適于)本文的任何單體組。各種互連配
置可以適用于組級別或單個單體。因此，在一個示例中，單體之間所使用的間隔物可以被配
置用作封裝包之間的間隔物，單體之間的電流傳輸板可以被配置用于用在模塊之間，包括
單體本體上用于連接模塊內(nèi)的單體本體的特征的互連交界面可以被配置用于連接在相鄰
封裝包上的外部單體的單體本體等。此外，關(guān)于形成串聯(lián)連接所描述的互連在一些情況下
可以適用于形成并聯(lián)連接，且反之亦然。
流體、通過熱膨脹系數(shù)差異所增強的釬焊接頭、連接(例如，焊接)單體主體或單體主體中的
特征等互連可以適用于(或適于)舉例而言諸如模塊、封裝包等單體組。在另一示例中，舉例
而言諸如單體和/或模塊中沖壓的有袋的導(dǎo)電外殼等互連可以適用于(或適于)舉例而言諸
如模塊、封裝包等單體組。在又一示例中，舉例而言，諸如封裝包之間的母線/互連體等互連
在一些情況下可以適用于(或適于)舉例而言諸如芯體等單體組。此外，應(yīng)變減輕配置(例
如，單體之間的電流傳輸板、間隔物、螺旋減輕或順從性特征/結(jié)構(gòu)/圖樣等)和電氣特征/結(jié)
構(gòu)特征(例如，端蓋等)在一些情況下可以適用于(或適于)本文的任何單體組。各種互連配
置可以適用于組級別或單個單體。因此，在一個示例中，單體之間所使用的間隔物可以被配
置用作封裝包之間的間隔物，單體之間的電流傳輸板可以被配置用于用在模塊之間，包括
單體本體上用于連接模塊內(nèi)的單體本體的特征的互連交界面可以被配置用于連接在相鄰
封裝包上的外部單體的單體本體等。此外，關(guān)于形成串聯(lián)連接所描述的互連在一些情況下
可以適用于形成并聯(lián)連接，且反之亦然。
[0269] 本公開內(nèi)容的裝置、系統(tǒng)和方法可以與其他裝置、系統(tǒng)和/或方法結(jié)合或者由其修改，舉例而言，諸如美國專利號3,663,295(“STORAGE?BATTERY?ELECTROLYTE”)、美國專利號
3,775,181(“LITHIUM?STORAGE?CELLS?WITH?A?FUSED?ELECTROLYTE”)、美國專利號8,268,
471(“HIGH-AMPERAGE?ENERGY?STORAGE?DEVICE?WITH?LIQUID?METAL?NEGATIVE?ELECTRODE?
AND?METHODS”)、美國專利公開號2011/0014503(“ALKALINE?EARTH?METAL?ION?BATTERY”)、
美國專利公開號2011/0014505(“LIQUID?ELECTRODE?BATTERY”)、美國專利公開號2012/
0104990(“ALKALI?METAL?ION?BATTERY?WITH?BIMETALLIC?ELECTRODE”)和美國專利公開號
2014/0099522(“LOW-TEMPERATURE?LIQUID?METAL?BATTERIES?FOR?GRID-SCALED?
STORAGE”)中所描述的電池和電池組件，上述每一件專利和專利公開文獻均通過引用而全
文并入于此。
3,775,181(“LITHIUM?STORAGE?CELLS?WITH?A?FUSED?ELECTROLYTE”)、美國專利號8,268,
471(“HIGH-AMPERAGE?ENERGY?STORAGE?DEVICE?WITH?LIQUID?METAL?NEGATIVE?ELECTRODE?
AND?METHODS”)、美國專利公開號2011/0014503(“ALKALINE?EARTH?METAL?ION?BATTERY”)、
美國專利公開號2011/0014505(“LIQUID?ELECTRODE?BATTERY”)、美國專利公開號2012/
0104990(“ALKALI?METAL?ION?BATTERY?WITH?BIMETALLIC?ELECTRODE”)和美國專利公開號
2014/0099522(“LOW-TEMPERATURE?LIQUID?METAL?BATTERIES?FOR?GRID-SCALED?
STORAGE”)中所描述的電池和電池組件，上述每一件專利和專利公開文獻均通過引用而全
文并入于此。
[0270] 本公開內(nèi)容的儲能裝置可以用于電網(wǎng)規(guī)模場景或獨立使用場景。本公開內(nèi)容的儲能裝置可以在一些情況下用于為諸如踏板車、摩托車、轎車、卡車、火車、直升機、飛機等載
具供能，以及為諸如機器人等其他機械設(shè)備供能。
具供能，以及為諸如機器人等其他機械設(shè)備供能。
[0271] 本領(lǐng)域技術(shù)人員將會認識到，所述電池外殼組件可以由除了上文提供的示例之外的材料構(gòu)建而成。所述導(dǎo)電電池外殼組件中的一個或多個例如可以由除了鋼之外的金屬
和/或由一種或多種導(dǎo)電復(fù)合材料構(gòu)建而成。在另一示例中，一種或多種電絕緣組件可以由
除了上述的玻璃、云母和蛭石之外的電介質(zhì)構(gòu)建而成。本發(fā)明因此并不限于任何特定的電
池外殼材料。
和/或由一種或多種導(dǎo)電復(fù)合材料構(gòu)建而成。在另一示例中，一種或多種電絕緣組件可以由
除了上述的玻璃、云母和蛭石之外的電介質(zhì)構(gòu)建而成。本發(fā)明因此并不限于任何特定的電
池外殼材料。
[0272] 本公開內(nèi)容關(guān)于陰極所描述的任何方面至少在一些配置下可以同樣適用于陽極。類似地，在替代配置中一個或多個電池電極和/或電解質(zhì)可以不是液體。在一個示例中，電
解質(zhì)可以是聚合物或凝膠。在又一示例中，至少一個電池電極可以是固體或凝膠。此外，在
一些示例中，電極和/或電解質(zhì)可以不包含金屬。本公開內(nèi)容的各方面適用于各種儲能裝
置/能量轉(zhuǎn)換裝置而不局限于液態(tài)金屬電池。
實施例
實施例1：構(gòu)造的材料
解質(zhì)可以是聚合物或凝膠。在又一示例中，至少一個電池電極可以是固體或凝膠。此外，在
一些示例中，電極和/或電解質(zhì)可以不包含金屬。本公開內(nèi)容的各方面適用于各種儲能裝
置/能量轉(zhuǎn)換裝置而不局限于液態(tài)金屬電池。
實施例
實施例1：構(gòu)造的材料
[0273] 鎢(W)和鉬(Mo)的合金，舉例而言，諸如表3中列出的那些，可以用在本公開內(nèi)容的密封件中。所述合金可以用作釬焊至電絕緣陶瓷(例如，氮化鋁)的組分(例如，W或Mo)。在一
些情況下，鎢和/或鉬合金具有與陶瓷相匹配(例如，在陶瓷的CTE的約1％內(nèi)、約5％內(nèi)或約
10％內(nèi))的熱膨脹系數(shù)(CTE)、是抗氧化的并且/或者對來自負電極的金屬蒸氣(例如，鋰、
鈉、鉀、鎂或鈣蒸氣)或熔鹽的侵蝕、合金化和/或腐蝕有抗性。
表3:鎢和鉬的合金的示例
些情況下，鎢和/或鉬合金具有與陶瓷相匹配(例如，在陶瓷的CTE的約1％內(nèi)、約5％內(nèi)或約
10％內(nèi))的熱膨脹系數(shù)(CTE)、是抗氧化的并且/或者對來自負電極的金屬蒸氣(例如，鋰、
鈉、鉀、鎂或鈣蒸氣)或熔鹽的侵蝕、合金化和/或腐蝕有抗性。
表3:鎢和鉬的合金的示例
[0274] 應(yīng)當理解，本文所使用的術(shù)語是為了描述特定實施方式而使用的，并且不旨在限制本發(fā)明的范圍。應(yīng)當注意，本文所使用的單數(shù)形式“一個”、“一種”和“該”等包括復(fù)數(shù)指代，除非上下文另有明確規(guī)定。此外，除非另有定義，本文使用的所有技術(shù)和科學(xué)術(shù)語均具
有與本發(fā)明所屬領(lǐng)域普通技術(shù)人員的通常理解相同的含義。
有與本發(fā)明所屬領(lǐng)域普通技術(shù)人員的通常理解相同的含義。
[0275] 雖然本文已經(jīng)示出和描述了本發(fā)明的優(yōu)選實施方式，但對于本領(lǐng)域技術(shù)人員顯而易見的是，這樣的實施方式只是以示例的方式提供的。本領(lǐng)域技術(shù)人員現(xiàn)將在不偏離本發(fā)
明的情況下想到許多更改、改變和替代。應(yīng)當理解，在實踐本發(fā)明的過程中可以采用對本文
所描述的本發(fā)明實施方式的各種替代方案。以下權(quán)利要求旨在限定本發(fā)明的范圍，并因此
覆蓋這些權(quán)利要求范圍內(nèi)的方法和結(jié)構(gòu)及其等效項。
明的情況下想到許多更改、改變和替代。應(yīng)當理解，在實踐本發(fā)明的過程中可以采用對本文
所描述的本發(fā)明實施方式的各種替代方案。以下權(quán)利要求旨在限定本發(fā)明的范圍，并因此
覆蓋這些權(quán)利要求范圍內(nèi)的方法和結(jié)構(gòu)及其等效項。
| 標題 | 發(fā)布/更新時間 | 閱讀量 |
|---|---|---|
| 火炸藥熱爆炸臨界溫度試驗系統(tǒng) | 2020-05-11 | 220 |
| 受彎鋼構(gòu)件的臨界溫度計算方法 | 2020-05-11 | 272 |
| 高臨界溫度超導(dǎo)厚膜磁場梯度計 | 2020-05-12 | 462 |
| 高臨界溫度超導(dǎo)薄膜制備方法 | 2020-05-12 | 242 |
| 一種具有初始側(cè)移鋼柱構(gòu)件的臨界溫度的獲取方法 | 2020-05-13 | 872 |
| 測鉆頭磨損程度和臨界溫度的方法及鉆頭發(fā)射率確定裝置 | 2020-05-13 | 311 |
| 臨界溫度典型值為95K的釹鋇銅氧高溫超導(dǎo)外延薄膜的制備方法 | 2020-05-13 | 901 |
| 軸心受壓鋼構(gòu)件的臨界溫度計算方法 | 2020-05-11 | 305 |
| 下臨界溫度指示設(shè)備 | 2020-05-11 | 486 |
| 高臨界溫度超導(dǎo)厚膜磁通變換器 | 2020-05-13 | 155 |
高效檢索全球?qū)＠?/div>專利匯是專利免費檢索,專利查詢,專利分析-國家發(fā)明專利查詢檢索分析平臺，是提供專利分析，專利查詢，專利檢索等數(shù)據(jù)服務(wù)功能的知識產(chǎn)權(quán)數(shù)據(jù)服務(wù)商。
我們的產(chǎn)品包含105個國家的1.26億組數(shù)據(jù)，免費查、免費專利分析。
分析報告專利匯分析報告產(chǎn)品可以對行業(yè)情報數(shù)據(jù)進行梳理分析，涉及維度包括行業(yè)專利基本狀況分析、地域分析、技術(shù)分析、發(fā)明人分析、申請人分析、專利權(quán)人分析、失效分析、核心專利分析、法律分析、研發(fā)重點分析、企業(yè)專利處境分析、技術(shù)處境分析、專利壽命分析、企業(yè)定位分析、引證分析等超過60個分析角度，系統(tǒng)通過AI智能系統(tǒng)對圖表進行解讀，只需1分鐘，一鍵生成行業(yè)專利分析報告。
QQ群二維碼
意見反饋
意見反饋