CN109845004A - 包括碳基材料的装置以及其制造 - Google Patents

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Abstract

公开了储能装置。在一些实施方案中，所述储能装置包括正电极，所述正电极包括碳基材料，所述碳基材料包括多孔碳片。公开了用于制造所述储能装置的制造方法。

Description

包括碳基材料的装置以及其制造
交叉引用
本申请要求2016年8月31日提交的美国临时申请第62/381,859号的权益，所述申请以引用的方式并入本文中。
背景技术
随着现代生活的能量需要快速增长，高性能储能装置的开发已经获得重大关注。
锂离子电池(LIB)因为其高能量密度和小记忆效果而在便携式电子装置中非常普遍。它们在电动车辆、动力工具以及军事和航天应用的进展中起到重要作用。在一些情况下，LIB主导能量存储器的市场。然而，类似于任何其他任何存储系统，LIB仍然有许多缺点。尽管普通的电子装置已经见证了遵循摩尔定律的非常快速的进展，但是电池仅稍有进步，这主要是因为缺乏具有高电荷存储容量的新材料。
发明内容
本文中认识到了对较高性能的储能装置(本文中也为“装置”)的需要。本文中提供了碳基材料、制造方法以及具有改进的性能的装置。
在一些实施方案中，本公开提供可以避免当前电池技术的缺点的电池(例如，可再充电电池)。本文中提供了这类电池的材料和制造方法。在一些实施方案中，公开了可以避免当前LIB技术的缺点的碳基锂离子电池(LIB)。本文中公开的原型碳基电池与商业LIB相比可以提供改进的性能。在某些实施方案中，本文中描述的电池与商业LIB相比可以容纳两倍的电荷。本文中描述的电池可以具有商业电池双倍的容量，提供商业电池两倍的功率，具有两倍长的循环寿命并使用达两倍之久或其任何组合。在某些实施方案中，本文中描述的电池不仅可以具有商业电池双倍的容量，而且可以提供两倍的功率并使用达两倍之久。
本文中描述的电池可以在一个或多个应用或领域中起到重要作用，所述应用或领域例如便携式电子装置(例如，手机、计算机和相机)、医疗装置(例如，维持生命和增强生命的医疗装置，包括起搏器、除纤颤器、助听器、疼痛管理装置和药泵)、电动车辆(例如，需要具有长寿命的电池来改进电动车辆行业)、太空(例如，电池可以用于太空中以对包括飞行器、着陆器、太空服和电子设备的太空系统供电)、军用电池(例如，军队使用特殊电池来对大量电子装置和设备供电；本文中描述的电池的减小的质量和体积是高度优选的)、电动飞机(例如，依靠电动马达而不是内燃机运转的飞机，其中电力来自太阳能电池)、电网规模能量存储(例如，电池可以用于在来自发电站的生产超过消耗时存储电能，并且所存储的能量可以在消耗超过生产时使用)、可再生能量(例如，因为太阳夜晚不会照耀并且风并不始终在吹，所以脱离电网的电力系统中的电池可以存储来自可再生能源的过量电力以在日落之后的时间和风不在吹之时使用；高功率电池可以以比现有技术高的效率从太阳能电池收获能量)、动力工具(例如，本文中描述的电池可以实现快速充电的无绳动力工具，诸如钻孔器、螺丝起子、锯子、扳手，和研磨机；当前电池具有长的再充电时间)或其任何组合。
当结合以下描述和附图考虑时，将进一步了解和理解本公开的装置的其他目标和优点。尽管以下描述可能含有描述本公开的装置的特定实施方案的具体细节，但这不应解释为限制本公开的装置的范围，而是应解释为优选实施方案的范例。对于本公开的装置的每个方面，如本文中所建议的本领域技术人员已知的许多变化是可能的。在不脱离本公开的精神的情况下，可以在本公开的范围内进行多种改变和修改。
附图说明
在所附权利要求书中具体地阐述了本公开的装置的特征。将通过参考其中利用了本公开的装置的原理的阐述说明性实施方案的以下详细描述和附图(本文中也为“图式”)获得对本公开的装置的特征和优点的较好理解，附图中：
图1示意性地示出了制造多孔碳片的示例。
图2示意性地示出了用于制造包括根据本公开的碳基材料的电池的制造方法的示例。
图3示出了使用大型卷式处理的浆料涂布的示例。
图4示出了将铝箔用作基板的方法的示例并且该方法以展开铝箔以涂布浆料开始。
图5示出了在将浆料涂布至铝箔/集电器上时浆料的近视图的示例(浆料是黑色的)。
图6示出了使用管线内加热炉在120℃下干燥之后的电极/已涂布薄膜的示例。
图7示出了在已经涂布铝箔之后重绕铝箔的示例。
图8示意性地示出了各种碳形式的示例。
图9是电池结构的示例的示意图。
图10示出了电池的制造方法的示例。
图11示出了完成的电池的示例。
图12示出了基于磷酸锂铁(LFP)的电池的性能的示例。
图13是电池结构的示例的示意图。
图14示出了电池的制造方法的示例。
图15示出了完成的电池的示例。
图16示出了基于锂镍钴铝氧化物(NCA)的电池的性能的示例。
图17是电池结构的示例的示意图。
图18是电池的组装过程的示例的鸟瞰图。
图19是电池的组装过程的示例的横截面视图。
图20示出了电池的组装过程的示例。
图21示出了完成的电池的示例。
图22示出了基于锂镍锰钴氧化物(NMC)的电池的性能的示例。
图23是示出了产生氧化石墨的基于Hummers的方法(例如，改进的Hummers方法)的示例的图。
图24是示出了产生氧化石墨的方法的示例的图。
图25示出了用浆料涂布薄膜的示例性方法。
图26示出了示例性储能装置的容量测量。
图27示出了示例性储能装置的等效串联电阻(ESR)测量。
图28示出了示例性储能装置的示例性动态ESR测量。
具体实施方式
本文中提供了碳基材料、制造方法以及具有改进的性能的装置。在一些实施方案中，本公开提供了包括碳基材料的电池(例如，锂离子电池(LIB))以及其制造方法。这类电池可以避免当前电池(例如，LIB)技术的缺点。本公开的电池可以包括一个或多个电池单元。电池单元可以包括由隔板分隔开的正电极和负电极，隔板包含电解质。正电极在放电期间可以是阴极。负电极在放电期间可以是阳极。
在一些实施方案中，多个电池单元可以布置(例如，互连)在电池组中。大型电池组(例如，锂离子电池组)可以存储来自屋顶太阳能电池板的电荷以为家用电器提供电力。大型电池组可以有助于稳定电网。大型电池组可以产生可以完全脱离电网工作的独立的电力系统。
碳基材料
图8示意性地示出了各种碳形式805、810、815、820和825的示例。这类碳形式可以形成各种基于碳的材料。碳形式可以包含官能团。给定碳形式可以包含例如一个或多个羟基和/或环氧官能团830、一个或多个羧基官能团835、一个或多个其他官能团(例如，羰基官能团)或其任何组合。碳形式805可以是例如石墨。石墨可以包括各自一个原子厚的多个碳片840(例如，大于或等于约100、1,000、10,000、100,000、1百万、1千万、1亿或更多)。多个碳片840可以堆叠在彼此之上(例如，因为强范德华力)。碳片840可以堆叠在一起使得堆叠内部不可接近(例如，仅顶部和底部片可以接近，而内部片因为范德华相互作用堆叠在一起使得不存在孔隙)。碳形式805可以基本上不包括官能团。碳形式810可以是例如石墨烯。石墨烯可以包括一个原子厚的碳片845。碳形式810可以基本上不包括官能团。碳形式815可以是例如氧化石墨烯(例如，溶液中的单一氧化石墨)。氧化石墨烯可以包括一个原子厚的碳片850。在一些实施方案中，一个或多个碳形式815可以聚结。在这类情况下，个别碳片815可以分开。碳片可能不因为范德华相互作用而聚结。碳形式815可以包括一个或多个羟基和/或环氧官能团830，以及一个或多个羧基官能团835。羟基和/或环氧官能团830可以附着至碳片850的表面或以其他方式与其缔合/结合。羧基官能团835可以附着至碳片850的边缘或以其他方式与其缔合/结合。碳形式825可以是例如几层氧化石墨烯(例如，溶液中的双层或三层氧化石墨)。几层氧化石墨烯可以包括各自一个原子厚的两个或更多个碳片或层860。两个或更多个碳片或层860可以通过范德华相互作用保持在一起。在一些实施方案中，几层氧化石墨烯可以包括大于或等于2、3、4、5、6、7、8、9或10个碳片或层860。在一些实施方案中，几层氧化石墨烯可以包括少于或等于10个碳片或层860(例如，多达10个碳片或层)。在一些实施方案中，几层氧化石墨烯可以包括2个与3个之间、2个与4个之间、2个与5个之间、2个与6个之间、2个与7个之间、2个与8个之间、2个与9个之间、2个与10个之间、3个与4个之间、3个与5个之间、3个与6个之间、3个与7个之间、3个与8个之间、3个与9个之间、3个与10个之间、4个与5个之间、4个与6个之间、4个与7个之间、4个与8个之间、4个与9个之间、4个与10个之间、5个与6个之间、5个与7个之间、5个与8个之间、5个与9个之间、5个与10个之间、6个与7个之间、6个与8个之间、6个与9个之间、6个与10个之间、7个与8个之间、7个与9个之间、7个与10个之间、8个与9个之间、8个与10个之间或9个与10个之间的碳片或层860。在一些实施方案中，几层氧化石墨烯可以包括2个与4个之间或2个与3个之间的碳片或层860。在一个实施方案中，几层氧化石墨烯包括多达4个碳片或层860。在另一实施方案中，几层氧化石墨烯包括多达4个碳片或层860。碳形式825可以包括一个或多个羧基官能团835。羧基官能团835可以附着至碳片860中的一个或多个的边缘或以其他方式与其缔合/结合。在一些实施方案中，羧基官能团835可以主要或仅仅附着至碳片或层860的堆叠中的顶部和底部碳片860的边缘或以其他方式与其缔合/结合。在一些实施方案中，羧基官能团835可以附着至碳片860中的任一个(例如，每一个或至少2、3、4或更多个)的边缘或以其他方式与其缔合/结合。碳形式820可以是例如还原的氧化石墨烯(例如，形成在溶液中的多孔碳片(PCS))。还原的氧化石墨烯可以包括一个原子厚的碳片855。碳形式820可以包括一个或多个羧基官能团835。羧基官能团835可以附着至碳片855的边缘或以其他方式与其缔合/结合。
官能团的存在和数量可能影响图8中的碳形式的整体碳与氧(C:O)原子比。例如，碳形式825和815在氧官能度的数量和/或类型方面可能有所不同。这类差异可能影响其相应的C:O原子比。在另一示例中，碳形式825可以在碳形式805氧化后产生，并且碳形式825又可以进一步氧化为碳形式815。将了解，图8中的碳形式中的每一者可以经由一个或多个路径产生，和/或至少在一些实现方式中图8中的碳形式中的至少一些可以从一种形式转变为另一种形式。例如，碳形式815可以经由替代路径形成。
在一些实施方案中，单层氧化石墨和氧化石墨烯(GO)可以包括约93％与96％(例如，按重量)之间的单一氧化石墨烯(例如，图8中的碳形式815)。在一些实施方案中，多层GO可以包括多个层的给定分布(例如，按重量)(例如，具有不同层数的碳形式825的分布)。例如，多层GO可以包括大于或等于约5％、10％、15％、25％、50％、75％、85％、90％或95％(例如，按重量)的具有给定层数(例如，3或4)的碳形式825。多层GO可以包括这类百分比的碳形式825以及少于或等于约95％、90％、75％、50％、25％、15％、10％或5％(例如，按重量)的具有不同层数的另一碳形式825。多层GO可以包括少于约95％、90％、85％、75％、50％、25％、15％、10％或5％(例如，按重量)的具有给定层数的碳形式825。
在一些情况下，仅石墨的边缘可被氧化，而材料保持石墨烯的大部分导电性质(例如，见图8中的碳形式825)。来自第一反应的GO可以具有一个或多个性质(例如，电导率)，所述性质在直到GO的给定反应时间时与还原的GO的性质基本上相同或类似。例如，GO和还原的GO在GO的给定氧化程度以下在一个或多个性质方面可以基本上相同或类似。在示例中，当(例如，从碳形式805)氧化为碳形式825时，GO的一个或多个性质可以与从图8中的氧化的碳形式中的一个或多个产生的还原的GO基本上相同或类似(例如，与从碳形式825产生的还原的GO基本上相同或类似)。GO在进一步氧化后可以维持或可以不维持这类性质中的一个或多个。例如，如果碳形式825进一步氧化为碳形式815，则这类性质中的一个或多个与还原的GO可能有所不同(例如，可能开始有所不同)。
在一些实施方案中，本公开的碳基材料包括一个或多个PCS。碳基材料可以分散在溶液中。例如，PCS可以经由溶液中的化学还原而形成(例如，如本文中其他地方更详细地描述)。PCS的氧含量可以小于或等于约10％、9％、8％、7％、6％、5％、4.5％、4％、3.5％、3％、2.5％、2％、1.5％、1％或0.5％。PCS的孔隙尺寸可以小于或等于约10纳米(nm)、9nm、8nm、7nm、6nm、5nm、4nm、3nm、2nm或1nm。PCS的孔隙尺寸可以大于或等于约1nm。PCS的孔隙尺寸可以在约1nm与2nm之间、1nm与3nm之间、1nm与4nm之间、1nm与5nm之间、1nm与6nm之间、1nm与7nm之间、1nm与8nm之间、1nm与9nm之间、1nm与10nm之间、2nm与3nm之间、2nm与4nm之间、2nm与5nm之间、2nm与6nm之间、2nm与7nm之间、2nm与8nm之间、2nm与9nm之间、2nm与10nm之间、3nm与4nm之间、3nm与5nm之间、3nm与6nm之间、3nm与7nm之间、3nm与8nm之间、3nm与9nm之间、3nm与10nm之间、4nm与5nm之间、4nm与6nm之间、4nm与7nm之间、4nm与8nm之间、4nm与9nm之间、4nm与10nm之间、5nm与6nm之间、5nm与7nm之间、5nm与8nm之间、5nm与9nm之间、5nm与10nm之间、6nm与7nm之间、6nm与8nm之间、6nm与9nm之间、6nm与10nm之间、7nm与8nm之间、7nm与9nm之间、7nm与10nm之间、8nm与9nm之间、8nm与10nm之间或9nm与10nm之间。例如，PCS的孔隙尺寸可以在约1nm与4nm之间或1nm与10nm之间。PCS可以具有一个或多个孔隙尺寸(例如，PCS可以具有这类孔隙尺寸的分布)。
形成碳基材料的方法
图1示意性地示出了制造PCS的示例。石墨101可以化学氧化和剥离为氧化石墨或氧化石墨烯102。出于本公开的目的，术语氧化石墨和氧化石墨烯可互换地使用。在一些情况下，氧化石墨和氧化石墨烯在本文中统称为“GO”。
石墨101可以使用Hummers方法和改进的Hummers方法(以及其各种修改，例如从修改的Hummers方法衍生的各种方法，包括从修改的Hummers方法衍生的重新命名的方法)化学氧化和剥离为GO，所述方法在本文中统称为基于Hummers的方法。
在某些实施方案中，基于Hummers的方法(例如，改进的Hummers方法)可能需要几周的纯化，昂贵的盐酸(HCl)洗涤，留给个别科学家判断的适当技术，和/或有时给出可接受的结果并且有时不给出可接受的结果的所得产品。
图23示出了产生氧化石墨的基于Hummers的方法(例如，改进的Hummers方法)的示例。所述方法包括在第一步骤中将15克(g)石墨添加到使用冰浴的处于0℃的750毫升(mL)浓硫酸(H2SO4)中。所述方法还包括在第二步骤中添加90g高锰酸钾(KMnO4)(放热的)。第三步骤包括将反应烧瓶从冰浴中移除以及等待2小时。第四步骤包括将反应烧瓶放回到冰浴中。在第五步骤中，在约1-1.5小时的过程内逐滴地添加1.5升(L)水(H2O)，同时将温度维持在45℃(通过添加水的速率以及通过向溶化的冰浴中添加冰来控制温度)。在某些实施方案中，第一和/或第二步骤中的冰浴可以保留和/或再装满以在第四和/或第五步骤中使用。第六步骤包括将反应烧瓶从冰浴中移除以及等待2小时。第七步骤包括用4.2L H2O且接着用75mL 30％的过氧化氢(H2O2)淬灭反应。第八步骤包括纯化。纯化涉及五次HCl洗涤，随后是九次H2O洗涤，随后允许溶液风干约2周并且接着用已知量的水再水化干燥的氧化石墨并将其进行渗析持续约2周。在示例中，总处理时间为约2个月，且总成本为$93/kg。
替代地，石墨101可以使用基于非Hummers的方法(例如，本文中其他地方更详细地描述的第一反应)化学氧化并剥离为GO。GO可以具有不同形式(例如，单层GO或多层GO)。GO102可以化学还原并活化以产生PCS 103。PCS 103可以包括孔隙104。PCS可以是二维材料。
在基于非Hummers的方法中，石墨101可以在第一反应中化学氧化并剥离为GO102。第一反应之后可以是第一纯化。GO 102可以在第二反应中化学还原为PCS 103。第二反应之后可以是第二纯化。在一些实施方案中，第一反应和/或第二反应可以分别允许大规模地(例如，按吨)产生GO和PCS。在一些实施方案中，第二反应可以与第一反应分开进行。例如，在一些情况下后面跟着第二过滤的第二反应可以使用具有合适规格的任何氧化石墨原料进行。
第一反应可以包括用于产生GO的低温方法，其中产量为每天至少约1磅，包括纯化的时间。经由第一反应的GO合成在氧化特性和剥离数量的控制方面可以是可调的，因为程序上的和设计的温度控制而比其他方法更安全，在其试剂的最小使用方面是高效的，被配置为完全可扩展的或其任何组合。在本文中描述的基于非Hummers的方法的某些实施方案中，第一反应与基于Hummers的方法相比可以产生GO的更受控的形式，如本文中其他地方更详细地描述的。在一些实施方案中，这个低温方法减少所使用的化学品的数量并且因此保证较低的成本。另外，所述方法的较低反应温度可以降低爆炸的风险。
由第一反应产生的GO可以合适地剥离(例如，充分地剥离但不会多得以致吸收太大量的水)。GO可以具有允许少于给定量的水被吸收的数量和/或类型的氧官能度。氧官能度的数量和类型可以随氧化程度而变。如本文中其他地方所描述，使用本文中描述的第一反应产生的GO可以包括可重复的(例如，一致的)数量和/或类型的氧官能度。氧官能度的至少一部分可以允许水被吸收。GO可以基本上(例如，完全)剥离但不会过度氧化。GO可以氧化至小于允许水以合适地低的量被吸收的程度(例如，过度氧化的氧化石墨可以包括允许过量水被吸收的过量和/或不合适类型的氧官能度)。
另外，可以调节第一反应中的氧化石墨的氧化程度以实现对最终产物中的氧化石墨烯片的电导率和层数的良好控制。例如，可以调节反应条件以形成单层氧化石墨或多层氧化石墨。两种类型的氧化石墨可以具有不同的性质。所述性质可以包括例如给定物理化学性质和/或性能性质(例如，电导率或纯度)。例如，单层氧化石墨或多层氧化石墨可以具有不同的导电性质。在一些实施方案中，所得氧化石墨合成产物可以受反应条件和/或受石墨原料的类型或品质所影响。
石墨原料可以包括各种等级或纯度，例如作为例如重量％石墨碳(Cg)测量的碳含量、类型(例如，无定形石墨，例如60％-85％的碳)、片状石墨(例如，大于85％的碳)或脉石墨(例如，大于90％的碳)、尺寸(例如，网目尺寸)、形状(例如，大片、中等片、粉末或球形石墨)，和来源(例如，合成的或天然的，例如天然片状石墨)。这类特性(例如，物理和化学性质)可能影响氧化石墨的类型或品质。例如，石墨的网目尺寸可能影响所得氧化石墨。石墨的等级或碳含量可以大于或等于约1％、2％、5％、10％、15％、20％、30％、40％、50％、60％、70％、80％、90％、91％、92％、93％、94％、95％、96％、97％、98％或99％(例如，按重量)。石墨的等级或碳含量可以小于约100％、99％、98％、97％、96％、95％、94％、93％、92％、91％、90％、85％、80％、70％、60％、50％、40％、30％、20％、15％、10％、5％、2％或1％(例如，按重量)。石墨在大于或等于约-200、-150、-100、-80、-50、-48、+48、+80、+100、+150或+200网目尺寸的网目尺寸下可以具有这类等级或碳含量。网目尺寸可以转化为其他尺寸的尺寸(例如，微米)。本文中其他地方提供了石墨原料的其他示例。
本公开的基于非Hummers的GO合成方法可以用来形成具有给定纯度或等级(例如，最小纯度或等级)的GO。在一些实施方案中，可以按照在纯化结束时测量的离子导电率提供GO的纯度或等级。离子电导率可以对氧化石墨含有多少杂质提供度量。在一些实施方案中，离子电导率(例如，针对图24中的方法)可以在约10微西门子每厘米(μS/cm)与20μS/cm之间、10μS/cm与30μS/cm之间、10μS/cm与40μS/cm之间、10μS/cm与50μS/cm之间、20μS/cm与30μS/cm之间、20μS/cm与40μS/cm之间、20μS/cm与50μS/cm之间、30μS/cm与40μS/cm之间、30μS/cm与50μS/cm之间或40μS/cm与50μS/cm之间。在一些实施方案中，离子电导率(例如，针对图24中的方法)可以小于和等于约50μS/cm、40μS/cm、30μS/cm、20μS/cm或10μS/cm。在本文中描述的基于非Hummers的方法的某些实施方案中，与基于Hummers的方法相比可以快至少约2、3、4、5、6、7、8、9或10倍实现给定纯度或等级。在本文中描述的基于非Hummers的方法的某些实施方案中，与基于Hummers的方法相比可以快约2倍与5倍之间，2倍与8倍之间或5倍与8倍之间实现给定纯度或等级。在本文中描述的基于非Hummers的方法的某些实施方案中，可以以上述较快速率达到纯度或等级，这是因为基于Hummers的方法需要洗出盐酸并且因此达到给定纯度或等级较慢。第二反应可以用来形成(例如，从经由第一反应产生的GO)具有给定纯度或等级(例如，最小纯度或等级)的PCS。在一些实施方案中，PCS的纯度或等级可以是至少约90％、95％、96％、97％、98％、99％、99.5％或99.9％的碳(例如，按重量)。
在本文中描述的基于非Hummers的方法的某些实施方案中，基于非Hummers的方法(例如，见图24)与基于Hummers的方法相比可以更快、更安全且更便宜并且可以产生更可重复的结果。在一些实施方案中，改进的可重复性可以至少部分是因为比基于Hummers的方法更低的反应温度。在一些实施方案中，本文中描述的基于非Hummers的方法产生组成(例如，C:O原子比和氧官能度的数量)和/或形态在约1％、2％、3％、4％、5％、6％、7％、8％、9％或10％内可重复的GO。例如，所述方法可以产生C:O原子比在约1％、2％、3％、4％、5％、6％、7％、8％、9％或10％内可重复的GO。在本文中描述的基于非Hummers的方法的某些实施方案中，基于非Hummers的方法可以包括例如加速的纯化而不使用昂贵的HCl以及降低爆炸风险的较低反应温度。
在本文中描述的基于非Hummers的方法的某些实施方案中，基于非Hummers的方法可以提供优于基于Hummers的方法的若干优点或益处。例如，在某些实施方案中，本文中描述的基于非Hummers的方法可以更便宜(例如，氧化石墨的每质量成本比基于Hummers的方法少至少约4倍；所产生的每质量氧化石墨的废物比基于Hummers的方法少)、更快(例如，去除的HCl洗涤和/或更快的纯化；比(i)基于Hummers的方法或(ii)有HCl和/或无风干快至少约2倍、5倍或8倍；少于或等于约1周)、更可靠(例如，去除人类误差/判断)、更安全(例如，反应在较低温度下，例如在(i)小于约45℃或(ii)比基于Hummers的方法中使用的最大温度小至少约30℃的最大温度下进行)或其任何组合。
图24是示出了产生氧化石墨的方法的示例的图。图24中的方法提供第一反应和第一纯化的示例。所述方法包括在第一步骤中将约15g石墨添加到处于约0℃的使用冰浴或再循环激冷器的约750mL浓H2SO4中。在第二步骤中，所述方法包括在使用冰浴或再循环激冷器将温度保持低于约15℃的同时添加约90g KMnO4(放热的)。第三步骤(本文中也是“步骤3”)包括搅拌反应持续约45分钟。第四步骤(本文中也是“步骤4”)包括通过将反应混合物添加至约2.6kg冰中且接着添加约75mL 30％的H2O2来淬灭反应。所述方法还可以包括第五步骤，第五步骤包括纯化。在这个示例中，纯化涉及五次H2O洗涤，随后是连续流渗析设置少于或等于约1周。在示例中，总处理时间为约1周，且总成本为$21/kg。
步骤3中的反应条件(时间/持续时间和温度)可以变化。在这个示例中，通过冰浴来冷却步骤3中的反应，且选择约45分钟的时间。在其他示例中，持续时间可以如本文中其他地方更详细地所描述，并且反应温度可以根据特定冷却条件(例如，通过冰浴进行的冷却的存在或不存在)随时间(持续时间)而变化。
步骤5中的纯化可以包括至少1次、2次、3次、4次或5次或更多次H2O洗涤。步骤5中的纯化可以包括5次或更少次H2O洗涤。纯化还可以包括其他水纯化步骤，例如渗析。例如，渗析可以包括将材料放置在多孔管中并通过管壁将离子从材料中移除(例如，浸出)到连续或分批地更新的水浴中。所述方法可以包括使用除了渗析之外的一个或多个过滤方法(例如，在H2O洗涤之后，可以应用另一过滤方法以代替渗析)。过滤可以花少于1周的时间。过滤的持续时间可以取决于批量大小。例如，对于上述15g石墨的批量，过滤可以花少于或等于约1天或2天的时间。总过滤(例如，渗析)时间可以少于或等于约7天、6天、5天、4天、3天、2天、1天或1/2天。较短过滤时间可以将总处理时间减少至少于或等于约7天、6天、5天、4天、3天、2天、1天或1/2天。
在步骤4中，可以将反应混合物添加至大于或等于约2.6kg的冰中。在一些情况下，本文中描述的冰的量可以是最小量。步骤4可以包括添加大于或等于约75mL 30％的H2O2。在一些情况下，本文中描述的H2O2的量可以是最小量。
考虑到本文中描述的方法(例如，图24中的方法)的可扩展性，则可以按照氧化剂(KMnO4)与石墨的比(本文中也是“Ox:Gr”)来提供氧化剂(oxidizing agent/oxidizer)的量。例如，每15g石墨可以使用约90g KMnO4，这对应于约6x质量比Ox:Gr。在另一示例中，约75mL 30％的H2O2(例如，水溶液中按重量约30％，对应于约0.66摩尔H2O2)可以供(i)每90gKMnO4使用，这对应于在重量基础上每单位KMnO4约0.25单位的H2O2，或在摩尔基础上每单位KMnO4约1.16单位的H2O2，或(ii)供浓度在约96％的H2SO4与98％的H2SO4(例如，水溶液中按重量)之间的每750mL浓H2SO4使用，这对应于30％的H2O2与浓硫酸的体积比为约10:1(例如，每10L浓H2SO4约1L具有约30％的H2O2的水溶液)。在又一示例中，每1kg石墨可以消耗约50L浓H2SO4。本文中其他地方提供了例如与产生单层GO和多层GO的方法相关的数量和比的其他示例(例如，在每公斤氧化石墨的基础上)。
在一些实施方案中，可以按约1g石墨:10mL H2SO4与约1g石墨:50mL H2SO4之间的量提供H2SO4(例如，浓度在约96％的H2SO4与98％的H2SO4之间)。所述方法可以包括每1g石墨提供约10mL H2SO4与20mL H2SO4之间、10mL H2SO4与30mL H2SO4之间、10mL H2SO4与40mLH2SO4之间、10mL H2SO4与50mL H2SO4之间、20mL H2SO4与30mL H2SO4之间、20mL H2SO4与40mLH2SO4之间、20mL H2SO4与50mL H2SO4之间、30mL H2SO4与40mL H2SO4之间、30mL H2SO4与50mLH2SO4之间或40mL H2SO4与50mL H2SO4之间。所述方法可以包括每1g石墨提供大于或等于约10mL H2SO4、20mL H2SO4、30mL H2SO4、40mL H2SO4或50mL H2SO4。所述方法可以包括每1g石墨提供少于约75mL H2SO4、70mL H2SO4、60mL H2SO4、50mL H2SO4、40mL H2SO4、30mL H2SO4、20mLH2SO4或15mL H2SO4。
在一些实施方案中，可以按约1g石墨:18.4g H2SO4与约1g石墨:92.0g H2SO4之间的量提供H2SO4(例如，浓度在约96％的H2SO4与98％的H2SO4之间)。所述方法可以包括每1g石墨提供约18.4g H2SO4与30g H2SO4之间、18.4g H2SO4与40g H2SO4之间、18.4g H2SO4与50gH2SO4之间、18.4g H2SO4与60g H2SO4之间、18.4g H2SO4与70g H2SO4之间、18.4g H2SO4与80gH2SO4之间、18.4g H2SO4与92.0g H2SO4之间、30g H2SO4与40g H2SO4之间、30g H2SO4与50gH2SO4之间、30g H2SO4与60g H2SO4之间、30g H2SO4与70g H2SO4之间、30g H2SO4与80g H2SO4之间、30g H2SO4与92.0g H2SO4之间、40g H2SO4与50g H2SO4之间、30g H2SO4与60g H2SO4之间、30g H2SO4与70g H2SO4之间、30g H2SO4与80g H2SO4之间、30g H2SO4与92.0g H2SO4之间、40gH2SO4与50g H2SO4之间、40g H2SO4与60g H2SO4之间、40g H2SO4与70g H2SO4之间、40g H2SO4与80g H2SO4之间、40g H2SO4与92.0g H2SO4之间、50g H2SO4与60g H2SO4之间、50g H2SO4与70gH2SO4之间、50g H2SO4与80g H2SO4之间、50g H2SO4与92.0g H2SO4之间、60g H2SO4与70g H2SO4之间、60g H2SO4与80g H2SO4之间、60g H2SO4与92.0g H2SO4之间、70g H2SO4与80g H2SO4之间、70g H2SO4与92.0g H2SO4之间、80g H2SO4与92.0g H2SO4与之间。所述方法可以包括每1g石墨提供大于或等于约18.4g H2SO4、20g H2SO4、25g H2SO4、30g H2SO4、35g H2SO4、40gH2SO4、45g H2SO4、50g H2SO4、55g H2SO4、60g H2SO4、65g H2SO4、70g H2SO4、75g H2SO4、80gH2SO4、85g H2SO4、90g H2SO4或92.0g H2SO4。所述方法可以包括每1g石墨提供少于约140gH2SO4、130g H2SO4、120g H2SO4、110g H2SO4、100g H2SO4、95g H2SO4、90g H2SO4、80g H2SO4、70g H2SO4、60g H2SO4、50g H2SO4、40g H2SO4、30g H2SO4或20g H2SO4。
在一些实施方案中，可以按约1g石墨:2g KMnO4与约1g石墨:6g KMnO4之间的量提供KMnO4。所述方法可以包括每1g石墨提供约1g KMnO4与2g KMnO4之间、1g KMnO4与3g KMnO4之间、1g KMnO4与4g KMnO4之间、1g KMnO4与5g KMnO4之间、1g KMnO4与6g KMnO4之间、2gKMnO4与3g KMnO4之间、2g KMnO4与4g KMnO4之间、2g KMnO4与5g KMnO4之间、2g KMnO4与6gKMnO4之间、3g KMnO4与4g KMnO4之间、3g KMnO4与5g KMnO4之间、3g KMnO4与6g KMnO4之间、4g KMnO4与5g KMnO4之间、4g KMnO4与6g KMnO4之间或5g KMnO4与6g KMnO4之间。所述方法可以包括每1g石墨提供大于或等于约1g KMnO4、2g KMnO4、3g KMnO4、4g KMnO4、5g KMnO4或6g KMnO4。所述方法可以包括每1g石墨提供少于约9g KMnO4、8g KMnO4、7g KMnO4、6g KMnO4、5g KMnO4、4g KMnO4、3g KMnO4或2g KMnO4。
在一些实施方案中，可以按每1摩尔KMnO4至少约1摩尔H2O2的量提供H2O2。所述方法可以包括每1摩尔KMnO4提供约1摩尔H2O2与1.1摩尔H2O2之间、1摩尔H2O2与1.2摩尔H2O2之间、1摩尔H2O2与1.3摩尔H2O2之间、1摩尔H2O2与1.4摩尔H2O2之间或1摩尔H2O2与1.5摩尔H2O2之间。所述方法可以包括每1摩尔KMnO4提供大于或等于约1摩尔H2O2、1.1摩尔H2O2、1.2摩尔H2O2、1.3摩尔H2O2、1.4摩尔H2O2或1.5摩尔H2O2。所述方法可以包括每1摩尔KMnO4提供少于约1.5摩尔H2O2、1.4摩尔H2O2、1.3摩尔H2O2、1.2摩尔H2O2或1.1摩尔H2O2。
在一些实施方案中，可以按约1g H2SO4:0g冰与约1gH2SO4:1.09g冰之间、约1gH2SO4:1.09g冰与约1g H2SO4:1.63g冰之间或约1g H2SO4:0g冰与约1g H2SO4:1.63g冰之间的量提供冰。所述方法可以包括每1g H2SO4提供约0g冰与0.4g冰之间、0g冰与0.8g冰之间、0g冰与1.2g冰之间、0g冰与1.63g冰之间、0.4g冰与0.8g冰之间、0.4g冰与1.2g冰之间、0.4g冰与1.63g冰之间、0.8g冰与1.2g冰之间、0.8g冰与1.63g冰之间或1.2g冰与1.63g冰之间。所述方法可以包括每1g H2SO4提供大于或等于约0g冰、0.2g冰、0.4g冰、0.6g冰、0.8g冰、1.09g冰、1.2g冰、1.4g冰或1.63g冰。所述方法可以包括每1g H2SO4提供少于约2.4g冰、2.2g冰、2.0g冰、1.8g冰、1.63g冰、1.4g冰、1.2g冰、1.09g冰、0.8g冰、0.6g冰、0.4g冰、0.2g冰或0.1g冰。
在一些实施方案中，可以按约1mL H2SO4:0g冰与约1mL H2SO4:2g冰之间、约1mLH2SO4:2g冰与约1mL H2SO4:3g冰之间或约1mL H2SO4:0g冰与约1mL H2SO4:3g冰之间的量提供冰。所述方法可以包括每1mL H2SO4提供约0g冰与1g冰之间、0g冰与2g冰之间、0g冰与3g冰之间、1g冰与2g冰之间、1g冰与3g冰之间或2g冰与3g冰之间。所述方法可以包括每1mL H2SO4提供大于或等于约0g冰、0.2g冰、0.4g冰、0.6g冰、0.8g冰、1g冰、1.2g冰、1.4g冰、1.6g冰、1.8g冰、2g冰、2.2g冰、2.4g冰、2.6g冰、2.8g冰或3g冰。所述方法可以包括每1mL H2SO4提供少于约4.5g冰、4g冰、3.5g冰、3g冰、2.5g冰、2g冰、1.5g冰、1g冰、0.5g冰、0.25g冰或0.1g冰。
在某些实施方案中，可以以粉末形式提供石墨。将了解，可以合适地按比例缩放反应物量以用于大规模地生产。基本上所有石墨都可以转化。每单位石墨产生的GO的量可以取决于GO的氧含量。在一些实施方案中，GO的C:O原子比可以例如在约4:1与5:1之间，并且所产生的GO的量可以在重量基础上每单位石墨约1.27与1.33单位的GO之间(例如，每15g石墨约19g与20g GO之间)。GO的C:O原子比对于单层和多层GO(例如，如关于图8所描述)可以有所不同)。因此，每单位石墨产生的GO的量对于单层GO和多层GO可以不同。还将了解，反应物中的一个或多个的浓度在一些情况下可以变化。在示例中，可以按约96％的H2SO4与98％的H2SO4(例如，水溶液中按重量)之间的浓度提供硫酸。在另一示例中，在一些情况下，H2O2的绝对浓度可能基本上不影响反应条件；而是，反应条件可能取决于H2O2与KMnO4的比(例如，影响较少锰的物质)。在这类情况下，可以合适地调节反应物混合物的体积和/或质量，使得提供给定(例如，预定)总质量或摩尔量的反应物。将进一步了解，在一些情况下，可能需要最小或最大浓度确保合适的反应条件。例如，浓度基本上低于约96％-98％(例如，水溶液中按重量)的硫酸可能导致GO的不同形态(例如，较低浓度可能影响含氧基团)。
用于产生氧化石墨的本基于非Hummers的方法可以包括以下步骤：提供石墨粉末和H2SO4混合物同时将石墨粉末和H2SO4混合物冷却至第一预定温度；将预定量的KMnO4添加至石墨粉末和H2SO4混合物以制造石墨氧化混合物；搅动(例如，在预定量的KMnO4的添加已经完成之后)石墨氧化混合物持续预定时间量；将石墨氧化混合物冷却至第二预定温度；以及将预定量的H2O2添加至石墨氧化混合物以产生氧化石墨。在一些实现方式中，可以提供石墨粉末和H2SO4混合物，且接着将其冷却至第一预定温度。
本文中描述的基于非Hummers的方法还可以包括通过用水(例如，去离子水)漂洗氧化石墨来纯化氧化石墨，通过化学渗析来纯化氧化石墨或其组合(例如，漂洗后加渗析)。
由冷却石墨粉末和H2SO4混合物得到的第一预定温度可以是约0℃。由冷却石墨粉末和H2SO4混合物得到的第一预定温度的范围可以是约-10℃至约15℃。第一预定温度可以大于或等于约-10℃、-9℃、-8℃、-7℃、-6℃、-5℃、-4℃、-3℃、-2℃、-1℃或0℃，但小于或等于约1℃、2℃、3℃、4℃、5℃、6℃、7℃、8℃、9℃、10℃、11℃、12℃、13℃、14℃或15℃。
可以在将预定量的KMnO4添加至石墨粉末和H2SO4混合物的同时防止石墨氧化混合物的反应温度上升到约15℃以上。将KMnO4添加至石墨粉末和H2SO4混合物可以起始放热(例如，自加热)反应。当将预定量的KMnO4添加至石墨粉末和H2SO4混合物时，石墨氧化混合物的反应温度可以小于或等于约15℃、14℃、13℃、12℃、11℃、10℃、9℃、8℃、7℃、6℃、5℃、4℃、3℃、2℃或1℃。在某些实施方案中，当将预定量的KMnO4添加至石墨粉末和H2SO4混合物时，石墨氧化混合物的反应温度可以小于约15℃。
搅动可以包括以范围从约50转每分钟(rpm)至约150rpm的速率进行搅拌。在一些实施方案中，搅动可以包括以至少约50rpm、60rpm、70rpm、80rpm、90rpm、100rpm、110rpm、120rpm、130rpm、140rpm或150rpm的速率进行搅拌。在一些实施方案中，搅动可以包括以这类速率进行搅拌(本文中也为“搅拌速率”)，同时将搅拌速率维持为小于或等于约150rpm。搅动石墨氧化混合物的预定时间的范围可以从约45分钟至约300分钟。搅动石墨氧化混合物的预定时间可以是至少约45分钟、50分钟、60分钟、70分钟、80分钟、90分钟、100分钟、120分钟、140分钟、160分钟、180分钟、200分钟、220分钟、240分钟、260分钟、280分钟或300分钟。预定时间可以取决于或可以不取决于搅拌速率。在一些示例中，预定时间可以与超出给定阈值(例如，最小搅拌速率)和/或在给定搅拌速率范围内的搅拌速率无关。在一些实施方案中，在搅动期间石墨氧化混合物的反应温度可以维持在约45℃以下。在一些实施方案中，在搅动期间石墨氧化混合物的反应温度可以维持为小于或等于约15℃。
可以通过用水和/或冰使石墨氧化混合物淬灭来实现石墨氧化混合物冷却至第二预定温度。第二预定温度可以是约0℃。第二预定温度的范围可以从约0℃至约10℃。第二预定温度可以大于或等于约0℃但小于或等于约1℃、2℃、3℃、4℃、5℃、6℃、7℃、8℃、9℃或10℃。
在一些实施方案中，产生单层GO。第一反应可以包括每千克石墨使用约32L 98％的H2SO4。每千克石墨可以使用约4.8kg KMnO4粉末。所述方法可以包括或可以不包括蒸煮时间。所述方法可以包括给定温度和过程。所述方法可以包括从反应开始添加KMnO4的约1.5小时(反应温度小于约15℃)，约2小时的反应时间(反应温度范围为约20-30℃)，添加约32kg冰的约1小时(反应温度为约50℃)以及约1小时的反应时间(反应温度为约50℃)。每千克石墨可以使用约72kg冰来淬灭反应和/或用于冰以用于反应冷却。每千克石墨可以使用约2L 30％的H2O2来淬灭反应和/或用于中和。石墨可以是给定类型。石墨可以是325sh的天然片状石墨。混合速度(例如，在一个或多个反应过程期间)可以是约100rpm。所述方法可以包括混合成分的给定时序。可以预先混合硫酸和石墨以最小化石墨粉尘并迅速将其添加至反应器中。高锰酸钾添加可能是放热的。可以以足够慢的速率添加KMnO4以将反应温度保持为约15℃以下(例如，可以在约1.5小时内添加KMnO4)。
在氧化为单层GO期间，石墨(约1kg)可以与98％的H2SO4(约32L)混合并激冷至约-10℃。GO反应器冷却盘管可以激冷至-2℃。接着可以小心地将石墨/H2SO4混合物倒入反应器中。可以在约1.5小时的过程内缓慢地将高锰酸钾(约4.8kg)粉末添加至反应器中，从而小心地将反应温度保持在约15℃以下。在KMnO4的添加完成之后，反应器冷却盘管温度可以上升至约12℃且反应可以在约1.5小时内加热至约30℃。接着，反应器冷却盘管可以冷却至约-2℃且反应温度可以保持在约30℃持续大约额外的30分钟。可以在约1小时的过程内添加碎冰(约32kg)。反应温度在这个时间内可以爬升至约50℃。在冰添加之后，可以允许搅拌反应持续约1小时。接着可以用碎冰(约72kg)淬灭反应。冰在这个淬灭期间可以融化，且接着可以添加30％的过氧化氢(约2L)以阻止反应。
在一些实施方案中，产生多层GO。第一反应可以包括每千克石墨使用约25L 98％的H2SO4。每千克氧化石墨可以使用约2kg KMnO4。所述方法可以包括或可以不包括蒸煮时间。所述方法可以包括给定温度和过程。所述方法可以包括添加KMnO4的45分钟(反应温度小于约15℃)以及30分钟的反应时间(反应温度为约15℃)。每千克石墨可以使用约125kg冰来淬灭反应和/或用于冰以用于反应冷却。每千克石墨可以使用约1L 30％的过氧化氢来淬灭反应和/或用于中和。石墨可以是给定类型。石墨可以是高度剥离和研磨的、小片、大表面积的石墨、9微米片或其任何组合。混合速度(例如，在一个或多个反应过程期间)可以是约100rpm。所述方法可以包括混合成分的给定时序。可以预先混合硫酸和石墨以最小化石墨粉尘并迅速将其添加至反应器中。高锰酸钾添加可能是放热的。可以以足够慢的速率添加KMnO4以将反应温度保持为约15℃以下(例如，可以在约1.5小时内添加KMnO4)。
在氧化为多层GO期间，石墨(约1kg)可以与98％的H2SO4(约32L)混合并激冷至约-10℃。氧化石墨/氧化石墨烯反应器冷却盘管可以激冷至-2℃。接着可以小心地将石墨/H2SO4混合物倒入反应器中。可以在约45分钟的过程内缓慢地将高锰酸钾(约2kg)粉末添加至反应器中，从而小心地将反应温度保持在约15℃以下。接着可以允许在约15℃的反应温度下搅拌反应持续约30分钟。接着可以用碎冰(约125kg)淬灭反应。冰在这个淬灭期间可以融化，且接着可以添加30％的H2O2(约1L)以阻止反应。
第一纯化可以包括过滤(本文中也为“第一过滤”)。可以在第一反应之后进行第一过滤。第一过滤可以包括氧化后纯化。第一过滤可以将杂质从粗产物中去除并使pH上升至至少约5。在氧化之后，粗产物可以含有GO以及一种或多种(例如，若干种)杂质，例如H2SO4、锰氧化物和硫酸锰。在纯化完成之后，GO接着可以浓缩为例如按重量为约1％的溶液。可以在过滤期间去除来自第一反应的水和/或酸。在第一反应之后，酸浓度可以是约30％(单层)或约16％(多层)的H2SO4，这对应于约0的pH。当pH达到5，对应于约0.00005％的酸浓度时，过滤可以完成。可能需要给定量或浓度程度(例如，如果用作第二反应的原料的话)。在一些实施方案中，GO可以呈干粉末形式和/或约2％的水溶液(按重量)。
可以使用切向流过滤过程来进行纯化。过滤器类型可以是具有约0.02微米的孔径的改性聚醚砜中空过滤膜。当产物的pH达到约5时，纯化可以完成。纯化的GO接着可以浓缩为按重量为约1％的溶液。在第一纯化之后，产物的H2SO4浓度可以是约0.00005％，其中pH为约5。
第二反应可以包括GO(在溶液中)还原以形成还原的GO(例如，PCS)。在一些实施方案中，来自第一反应的GO可以用作第二反应的输入。例如，来自第一反应的单层GO可以用作第二反应的输入。在一些实施方案中，由基于Hummers的方法产生的GO可以用作第二反应的输入。例如，来自基于Hummers的方法的单层GO可以用作第二反应的输入。在一些实施方案中，可以使用单层GO以代替多层GO作为第二反应的输入来产生PCS。当在第二反应中产生PCS(例如以产生薄片)时，在一些情况下使用单层相对于多层GO可以减少浪费的材料。例如，与使用单层GO时相比，产生PCS所需的多层GO的量可能较高。
第二反应可以包括将反应加热至约90℃以及在约一小时的过程内添加H2O2。反应可以在约90℃下继续加热再持续约3个小时。可以在约30分钟的过程内添加抗坏血酸钠(例如，C6H7NaO6)。反应可以在约90℃下继续加热持续约额外的1.5个小时。约90℃下的总时间可以是约6小时。混合速度(本文中也是“搅拌速率”)可以如本文中其他地方所描述(例如，关于GO的合成)。在一些实施方案中，混合速度(例如，在一个或多个反应过程期间)可以是至少约100rpm、110rpm、120rpm、130rpm、140rpm、150rpm、160rpm、170rpm、180rpm、190rpm或200rpm。
如先前所描述，反应温度可以是约90℃。可选地，上述步骤中的一个或多个可以在约60℃与180℃之间的温度下进行。所述步骤可以在相同的温度或温度范围下进行或在一个或多个不同的温度或温度范围下(例如，在约60℃与180℃之间的一个或多个不同的温度下)进行。例如，所有步骤可以在相同的温度(或温度范围)下进行，每个步骤可以在不同的温度(或温度范围)下进行或步骤的子集可以在相同的温度(或温度范围)下进行。在一些实施方案中，温度可以在约60℃与80℃之间、60℃与90℃之间、60℃与100℃之间、60℃与120℃之间、60℃与140℃之间、60℃与160℃之间、60℃与180℃之间、80℃与90℃之间、80℃与100℃之间、80℃与120℃之间、80℃与140℃之间、80℃与160℃之间、80℃与180℃之间、90℃与100℃之间、90℃与120℃之间、90℃与140℃之间、90℃与160℃之间、90℃与180℃之间、100℃与120℃之间、100℃与140℃之间、100℃与160℃之间、100℃与180℃之间、120℃与140℃之间、120℃与160℃之间、120℃与180℃之间、140℃与160℃之间、140℃与180℃之间或160℃与180℃之间。可以允许或可以不允许温度在给定范围内变化或波动(例如，给定步骤的温度可以保持恒定在给定范围内的给定温度或可以允许所述温度在给定范围内波动)。在一些情况下(例如，在温度高于约100℃时)，反应室可能需要密封。
在第二反应之前溶液中的GO的浓度的范围可以例如在按质量约0％与2％之间(例如，0-2kg/100L水溶液)。例如，GO的浓度按质量可以在约0％与0.5％之间、0％与1％之间、0％与1.5％之间、0％与2％之间、0.5％与1％之间、0.5％与1.5％之间、0.5％与2％之间、1％与1.5％之间、1％与2％之间或1.5％与2％之间。GO的浓度按质量可以小于或等于约2％、1.5％、1％、0.5％、0.25％、0.1％(或更小)。例如，(例如，来自第一反应的)溶液中的GO的浓度可以是按质量约1％(100L水溶液中1kg GO)。在一些实施方案中，浓度可以受在维持水的流体性的同时多少GO溶解在水中所限制。在一些实施方案中，溶液可能变得粘稠(例如，在约2％或更大的浓度下，即100L水中2kg或更多GO)。在一些实施方案中，溶液粘度可以小于反应蒸煮变得困难时的粘度。较高浓度(例如，按质量1％)可以允许反应中所使用的水的量减少(例如，尽可能高的浓度可以最小化反应中所使用的水的量)。可以在第二反应结束时将水过滤。第二反应中所使用的水的量减少可以减少过滤时间(例如，溶液体积越大，过滤所花时间可能越长)。
在一些实施方案中，可以按每1kg GO约10L与100L之间的量提供H2O2(例如，其中浓度为按重量约30％)。例如，每1kg GO可以提供约10L与20L之间、10L与30L之间、10L与40L之间、10L与50L之间、10L与60L之间、10L与70L之间、10L与80L之间、10L与90L之间、10L与100L之间、20L与30L之间、20L与40L之间、20L与50L之间、20L与60L之间、20L与70L之间、20L与80L之间、20L与90L之间、20L与100L之间、30L与40L之间、30L与50L之间、30L与60L之间、30L与70L之间、30L与80L之间、30L与90L之间、30L与100L之间、40L与50L之间、40L与60L之间、40L与70L之间、40L与80L之间、40L与90L之间、40L与100L之间、50L与60L之间、50L与70L之间、50L与80L之间、50L与90L之间、50L与100L之间、60L与70L之间、60L与80L之间、60L与90L之间、60L与100L之间、70L与80L之间、70L与90L之间、70L与100L之间、80L与90L之间、80L与100L之间或90L与100L之间的H2O2(例如，其中浓度为按重量约30％)。在一些实施方案中，每1kg GO可以提供大于或等于约10L、20L、30L、40L、50L、60L、70L、80L、90L或100L H2O2(例如，其中浓度为按重量约30％)。在一些实施方案中，每1kg GO可以提供小于约100L、90L、80L、70L、60L、50L、40L、30L、20L或15L H2O2(例如，其中浓度为按重量约30％)。可以添加等效于30％的溶液的上述量中的任一者的H2O2量作为具有不同浓度或浓缩或纯的形式(例如，按重量90％-100％)的溶液。可以按照体积基于100％(或纯的)溶液表示等效于30％的溶液的上述量中的任一者的H2O2量。可以按照摩尔或按照H2O2的重量表示等效于30％的溶液的上述量中的任一者的H2O2量。例如，每1kg GO可以提供约3kg(或88摩尔)与30kg(或882摩尔)之间的(纯的)H2O2。以重量为基础表示，每1kg GO可以添加约3kg与6kg之间、3kg与9kg之间、3kg与12kg之间、3kg与15kg之间、3kg与18kg之间、3kg与21kg之间、3kg与24kg之间、3kg与27kg之间、3kg与30kg之间、6kg与9kg之间、6kg与12kg之间、6kg与15kg之间、6kg与18kg之间、6kg与21kg之间、6kg与24kg之间、6kg与27kg之间、6kg与30kg之间、9kg与12kg之间、9kg与15kg之间、9kg与18kg之间、9kg与21kg之间、9kg与24kg之间、9kg与30kg之间、12kg与15kg之间、12kg与18kg之间、12kg与21kg之间、12kg与24kg之间、12kg与27kg之间、12kg与30kg之间、15kg与18kg之间、15kg与21kg之间、15kg与24kg之间、15kg与30kg之间、18kg与21kg之间、18kg与24kg之间、18kg与27kg之间、18kg与30kg之间、21kg与24kg之间、21kg与27kg之间、21kg与30kg之间、24kg与27kg之间、24kg与30kg之间或27kg与30kg之间的纯的H2O2。以重量为基础表示，每1kg GO可以提供大于或等于约3kg、6kg、9kg、12kg、15kg、18kg、21kg、24kg或30kg纯的H2O2。以重量为基础表示，每1kg GO可以提供小于约30kg、24kg、21kg、18kg、15kg、12kg、9kg、6kg或4.5kg纯的H2O2。
在一些实施方案中，可以按每1kg GO约1kg与10kg之间的量提供抗坏血酸钠。例如，每1kg GO可以提供约1kg与2kg之间、1kg与3kg之间、1kg与4kg之间、1kg与5kg之间、1kg与6kg之间、1kg与7kg之间、1kg与8kg之间、1kg与9kg之间、1kg与10kg之间、2kg与3kg之间、2kg与4kg之间、2kg与5kg之间、2kg与6kg之间、2kg与7kg之间、2kg与8kg之间、2kg与9kg之间、2kg与10kg之间、3kg与4kg之间、3kg与5kg之间、3kg与6kg之间、3kg与7kg之间、3kg与8kg之间、3kg与9kg之间、3kg与10kg之间、4kg与5kg之间、4kg与6kg之间、4kg与7kg之间、4kg与8kg之间、4kg与9kg之间、4kg与10kg之间、5kg与6kg之间、5kg与7kg之间、5kg与8kg之间、5kg与9kg之间、5kg与10kg之间、6kg与7kg之间、6kg与8kg之间、6kg与9kg之间、6kg与10kg之间、7kg与8kg之间、7kg与9kg之间、7kg与10kg之间、8kg与9kg之间、8kg与10kg之间或9kg与10kg之间的抗坏血酸钠。在一些实施方案中，每1kg GO可以提供大于或等于约1kg、2kg、3kg、4kg、5kg、6kg、7kg、8kg、9kg或10kg抗坏血酸钠。在一些实施方案中，每1kg GO可以提供小于约15kg、14kg、13kg、12kg、11kg、10kg、9kg、8kg、7kg、6kg、5kg、4kg、3kg、2kg或1.5kg抗坏血酸钠。
在一些实施方案中，对于1kg GO，可以使用约10L与100L之间30％的H2O2以及约1kg与10kg之间的抗坏血酸钠。
在一些实施方案中，可以转化至少约y＝90％、95％、98％、99％或99.5％或基本上所有GO。每单位GO产生的PCS的量可以取决于GO的氧含量以及PCS的氧含量。在一些实施方案中，GO的C:O原子比可以在例如约4:1与5:1之间，且PCS的氧含量可以例如小于或等于约5原子百分比。在这类情况下，所产生的PCS的量可以是以重量为基础每单位GO约0.75y与0.84单位PCS之间。在一些实施方案中，GO的C:O原子比可以在例如约7:3与5:1之间，且PCS的氧含量可以例如小于或等于约5原子百分比。在这类情况下，所产生的PCS的量可以是以重量为基础每单位GO约0.64y与0.84单位PCS之间。在一些实施方案中，GO的C:O原子比可以是例如至少约7:3，且PCS的氧含量可以例如小于或等于约5原子百分比。在这类情况下，所产生的PCS的量可以是以重量为基础每单位GO至少约0.64y单位PCS。在一些实施方案中，所产生的PCS的量可以是以重量为基础每单位GO至少约0.5、0.55、0.6、0.65、0.7、0.75或0.8单位PCS。在一些实施方案中，所产生的PCS的量可以是以重量为基础每单位GO约0.5单位与0.85单位之间、0.6单位与0.8单位之间或0.7单位与0.8单位之间的PCS。
第二纯化可以包括经由真空过滤通过例如2微米的316不锈钢筛网过滤器来纯化PCS。可以在第二反应之后进行过滤(本文中也是“第二过滤”)。在第二反应之后，可能存在若干杂质，诸如例如抗坏血酸钠，加上少量H2SO4、锰氧化物和锰盐。过滤可以从溶液中去除杂质的至少一部分。从第二反应可以留下水、酸和/或盐。例如，来自第二反应的溶液中可能每千克GO留下约4.95kg抗坏血酸钠。还可能存在来自GO的杂质。例如，可能保留来自初始氧化(例如，第一反应)的少量H2SO4、锰氧化物和锰盐。
水可以冲洗PCS以去除盐。还原之后的溶液的电导率可以大于约200毫西门子每厘米(mS/cm)。可以用去离子水(例如，用大量去离子水)洗涤PCS溶液直到PCS溶液的电导率达到约50微西门子每厘米(μS/cm)或更小为止。当PCS溶液具有约50μS/cm或更小的电导率时，纯化可以完成。可能需要给定量或浓度程度以供PCS直接使用。例如，可能需要按重量约2％或更大的浓度。
储能装置
本公开的储能装置可以包括至少一个电极(例如，正电极和负电极)。本公开的碳基材料可以提供在正电极(在放电期间为阴极)、负电极(在放电期间为阳极)或两者中。在某些实施方案中，储能装置可以是锂离子电池。在某些实施方案中，储能装置可以是锂金属电池。在某些实施方案中，储能装置可以是超级电容器。
电池可以包括至少一个电池单元，所述至少一个电池单元包括：包括石墨的负电极(在放电期间为阳极)，以及包括PCS/磷酸锂铁(LFP)的正电极(在放电期间为阴极)。电池的构造/形状因子可以如本文中其他地方所描述(例如，圆筒形的、袋状、棱柱形或各种尺寸的纽扣电池)。在某些实施方案中，电池可以具有圆筒形构造/形状因子(例如，18650封装)。将了解，尽管正电极和电池在这个示例中主要被描述为包括PCS，但是这类正电极和电池可以包括根据本公开的任何碳基材料。
图9是(电池)电池单元(例如，基于LFP的电池单元)的结构的示例的示意图。电池包括正端子901、邻近正端子901的气体释放口902，以及密封电池内部的垫圈903。正舌片904将正端子901连接至正电极907。隔板906将正电极与负电极905分隔开。在一些实施方案中，电池包括卷成具有圆形横截面的圆筒的按顺序为隔板906、正电极907、隔板906和负电极905的层状薄片。在这种构造中，电池的外表面的至少一部分(例如，电池壳体的底表面)可以用作负端子。图11示出了完成的基于LFP的电池的示例。在这个例子中，电池构造为具有圆筒形构造/形状因子。
电池可以包括至少一个电池单元，所述至少一个电池单元包括：包括石墨的负电极(在放电期间为阳极)，以及包括PCS/锂镍钴铝氧化物(NCA)的正电极(在放电期间为阴极)。电池的构造/形状因子可以如本文中其他地方所描述(例如，圆筒形的、袋状、棱柱形或各种尺寸的纽扣电池单元)。在某些实施方案中，电池可以具有圆筒形构造/形状因子(例如，18650封装)。图16示出了基于NCA的电池的示例性能。将了解，尽管正电极和电池在这个示例中主要被描述为包括PCS，但是这类正电极和电池可以包括根据本公开的任何碳基材料。
图13是(电池)电池单元(例如，基于NCA的电池单元)的结构的示例的示意图。示出了电池的侧视图1301和俯视图1302。在一些实施方案中，电池的高度为约65mm，且直径为约18mm。隔板1312将阴极(正电极)1313与阳极(负电极)1311分隔开。在一些实施方案中，电池包括卷成具有圆形横截面的圆筒的阳极1311、隔板1312和阴极1313的层状薄片。图15示出了完成的基于NCA的电池的示例。在这个例子中，电池构造为具有圆筒形构造/形状因子。
电池可以包括至少一个电池单元，所述至少一个电池单元包括：包括石墨的负电极(在放电期间为阳极)，以及包括PCS/锂镍锰钴氧化物(NMC)的正电极(在放电期间为阴极)。电池的构造/形状因子可以如本文中其他地方所描述(例如，圆筒形的、袋状、棱柱形或各种尺寸的纽扣电池单元)。在某些实施方案中，电池可以具有袋状构造/形状因子(例如，锂聚合物封装)。将了解，尽管正电极和电池在这个示例中主要被描述为包括PCS，但是这类正电极和电池可以包括根据本公开的任何碳基材料。
图17是(电池)电池单元(例如，基于NMC的电池单元)的结构的示例的示意图。隔板1702将正电极1701与负电极1703分隔开。在一些实施方案中，电池包括卷成具有矩形横截面的圆筒的负电极1703、隔板1702和正电极1701的层状薄片。正电极和负电极分别与正舌片1704和负舌片1705连接。电池可以包封在预先形成的铝层压件1706中。图21示出了完成的基于NMC的电池的示例。在这个例子中，电池构造为具有袋状构造/形状因子。
本公开的储能装置可以具有不同的构造和/或形状因子(例如，见图9、图11、图13、图15、图17和图20-21)。本公开关于给定构造和/或形状因子描述的关于包括给定材料或材料集合的储能装置描述的任何方面可以同样适用于本文中至少在一些配置中描述的包括不同材料或材料集合的储能装置。本公开的储能装置可以以任何形式封装。封装可以由最终应用驱动。
给定构造和/或形状因子可以包括给定封装。可以基于应用来选择构造和/或形状因子(例如，袋状电池单元可以被选择以用于手机中的应用，而圆筒形电池单元可以被选择以用于某些其他消费者装置)。例如，本文中描述的储能装置的电池单元可以被配置为圆筒形电池单元、袋状电池单元、矩形电池单元、棱柱形电池单元、纽扣电池单元或另一构造。每个这种构造可以具有给定尺寸和最终形状因子。形状因子可以对应于给定封装。封装可以是刚性的或非刚性的。封装可以或可以不气密地密封电池单元。
圆筒形、棱柱形和纽扣电池单元可以使用金属封装。圆筒形电池单元可以具有外部不锈钢壳体作为其封装。在一些实施方案中，电池单元可以包括18mm乘65mm圆筒形电池单元封装(本文中也是“18650封装”)、26mm乘65mm圆筒形电池单元封装(本文中也是“26650封装”)或32mm乘65mm圆筒形电池单元封装(本文中也是“32650封装”)。这类封装可以包括例如以下各项中的一个或多个：外部金属封装以及负端子(例如，电池单元壳体)、垫圈、绝缘体、隔板(例如，阳极隔板)、金属网和/或其他组件(例如，见图9和图13)。密封的壳体外部可以耐受高内部压力。在一些实施方案中，圆筒形电池单元封装可以包括压力释放机构，例如在过量内部压力时破裂的膜密封件，和/或用以释放内部压力的可再密封口。
纽扣电池单元可能没有安全口。纽扣电池单元可以包括用垫圈密封至盖(例如，与负电极电连通)的电池单元壳体(例如，与正电极电连通)。
棱柱形电池单元可以容纳在矩形壳体中。棱柱形电池单元可以封装在例如焊接的铝外壳中。较厚规格的金属可以用于棱柱形电池单元容器(例如，稍微较厚的壁尺寸可以用于棱柱形电池单元以补偿圆筒形构造的减小的机械不稳定性)。在一些实施方案中，棱柱形电池单元的电极可以堆叠。在一些实施方案中，棱柱形电池单元的电极可以呈变平的螺旋形式。棱柱形电池单元可以构造成各种格式和/或尺寸。可以例如基于电荷存储容量来配置这类格式和/或尺寸(例如，针对移动电话、平板电脑、低轮廓膝上型计算机以及其他便携式消费者电子装置的800毫安小时(mAh)到4,000mAh格式或针对混合动力和电动车辆中的电气动力传动系统的20-50Ah)。
软壳/包或袋状电池单元可以包括为了紧密性而胶合有不同类型的聚合物的薄的铝塑料袋中的层压架构。袋状电池单元可以包括可热密封的多层箔封装(例如，见图17)。这种封装可以用作软包。袋状电池单元中的电接点可以包括焊接至电极并密封至袋材料(例如，以完全密封的方式被带到外部)的导电箔舌片。袋状电池单元可以使用例如锂聚合物电池封装(例如，用于具有固体电解质的锂聚合物电池单元的封装，本文中也是“锂聚合物封装”)来封装。这类封装可以包括例如具有外部塑料层压件的箔袋。袋状电池单元可以具有不同尺寸。在一些实施方案中，袋状电池单元可以被构造或设计尺寸以用于特殊应用(例如，袋状电池单元可以放到定制电子装置封装之间的小区域中)。在一些实施方案中，袋状电池单元的尺寸可以对应于给定电荷存储容量(例如，用于能量存储系统中的40Ah范围内的电荷存储容量或适合于手机和诸如无线电遥控飞机和爱好小配件的便携式消费者电子装置应用的电荷存储容量)。
储能装置的组成
锂离子电池(LIB)可以包括负电极。在一些实施方案中，LIB可以包括碳基负电极(例如，包括石墨或碳纳米管)。在一些实施方案中，LIB可以包括硅(Si)负电极。在一些实施方案中，LIB可以包括基于合金的负电极(例如，包括锡合金)。在一些实施方案中，LIB可以包括基于氧化物或硫化物的负电极(例如，包括氧化锰(II)(MnO)或硫化锰(MgS))。LIB可以包括正电极，正电极包括氧化物，例如层状氧化物(例如，LiCoO2)、尖晶石(例如，LiMn2O4)或橄榄石(例如，LiFePO4)。LIB可以包括导电添加剂。导电添加剂可以提供在正电极、负电极或两者中。导电添加剂可以包括例如碳黑或碳纳米管。LIB可以包括粘结剂，其中粘结剂包括第一粘结剂和第二粘结剂中的至少一者。在一些实施方案中，第一粘结剂与第二粘结剂相同。在一些实施方案中，第一粘结剂与第二粘结剂不同。LIB可以包括电解质。电解质可以包括有机溶液(例如，碳酸亚乙酯、碳酸二甲酯或碳酸二乙酯)中的例如锂盐(例如，六氟磷酸锂(LiPF6)、四氟硼酸锂(LiBF4)或高氯酸锂(LiClO4))。
在一些实施方案中，本公开的碳基材料可以提供在锂离子电池的正电极中。碳基材料可以用作导电添加剂(例如，以取代碳黑)。碳基材料可以用作正电极中的活性材料。
在一些实施方案中，本公开的碳基材料可以提供在锂离子电池的负电极中。碳基材料可以用作负电极中的活性材料。碳基材料可以用作其他活性材料(例如，Si)上的涂层和/或可以与其他活性材料(例如，Si)形成复合物以用于负电极。
在一些实施方案中，本公开的碳基材料可以提供在锂金属电池的负电极中。碳基材料可以用作锂负电极上的涂层(例如，以抑制树枝状晶体生长)。
在一些实施方案中，本公开的碳基材料可以提供在锂离子电池的正电极和负电极中。碳基材料可以用作正电极中的导电添加剂并且同时用作负电极中的活性材料。碳基材料可以用作正电极中的活性材料(例如，当GO用于负电极中时)。
在一些实施方案中，本公开的碳基材料可以提供作为对称超级电容器中的活性材料。碳基材料可以用于两个电极中(例如，作为碳基气凝胶)。
在一些实施方案中，本公开的碳基材料可以提供作为非对称超级电容器中的活性材料。碳基材料可以用作一个电极并且与由其他材料(例如，MnO2)制成的另一电极耦合。碳基材料在与两个电极中的不同材料形成复合物时也可以用于两个电极中。
本文中描述的储能装置可以包括电解质。本文中描述的电解质可以包括例如水性的、有机的和/或基于离子液体的电解质。电解质可以是液体、固体或凝胶。离子液体可以与另一固体成分，例如聚合物或二氧化硅(例如气相二氧化硅)混杂以形成凝胶状电解质(本文中也是“离子凝胶”)。水性电解质可以与例如聚合物混杂以形成凝胶状电解质(本文中也是“水凝胶”和“水凝胶聚合物”)。有机电解质可以与例如聚合物混杂以形成凝胶状电解质。在一些实施方案中，电解质还可以包括锂盐(例如，LiPF6、LiBF4或LiClO4)。例如，电解质可以包括有机溶液(例如，碳酸亚乙酯(EC)、碳酸二甲酯(DMC)或碳酸二乙酯(DEC))中的锂盐(例如，LiPF6、LiBF4或LiClO4)。电解质可以包括一种或多种额外成分(例如，一种或多种添加剂)。在一些实施方案中，电解质组成(例如，软包聚合物LIB电解质)可以包括EC、碳酸甲乙酯(EMC)、DEC、LiPF6和添加剂中的一者或多者。在一些实施方案中，电解质组成(例如，高容量LIB电解质)可以包括EC、DEC、碳酸亚丙酯(PC)、LiPF6和添加剂中的一者或多者。
储能装置可以包括聚合物。在一些实施方案中，储能装置可以包括隔板。例如，储能装置可以包括聚乙烯隔板(例如，超高分子量聚乙烯隔板)。隔板的厚度可以小于或等于约16μm、15μm、14μm、13μm、12μm、11μm、10μm、9μm或8μm(例如，约12±2.0μm)。隔板可以具有给定渗透率。隔板的渗透率(例如，Gurley型)可以大于或等于约150秒/100mL、160秒/100mL、170秒/100mL、180秒/100mL、190秒/100mL、200秒/100mL、210秒/100mL、220秒/100mL、230秒/100mL、240秒/100mL、250秒/100mL、260秒/100mL、270秒/100mL、280秒/100mL、290秒/100mL或300秒/100mL(例如，180±50秒/100mL)。可选地，隔板的渗透率(例如，Gurley型)可以小于约150秒/100mL、160秒/100mL、170秒/100mL、180秒/100mL、190秒/100mL、200秒/100mL、210秒/100mL、220秒/100mL、230秒/100mL、240秒/100mL、250秒/100mL、260秒/100mL、270秒/100mL、280秒/100mL、290秒/100mL或300秒/100mL。隔板可以具有给定孔隙度。隔板的孔隙度可以大于或等于约35％、40％、45％或50％(例如，40％±5％)。可选地，隔板的孔隙度可以小于约35％、40％、45％或50％。隔板可以具有给定关闭温度(例如，高于关闭温度，隔板可能无法正常地起作用)。在一些实施方案中，隔板的关闭温度(实际的)可以小于或等于约150℃、140℃、130℃、120℃、110℃或100℃。在一些实施方案中，隔板的关闭温度(DSC)可以在约130℃与150℃之间，130℃与140℃之间或136℃与140℃之间。
电极(例如，LIB的正电极)的活性材料可以包括例如石墨烯、磷酸锂铁(LFP；LiFePO4)、锂镍钴铝氧化物(NCA；LiNiCoAlO2)、锂镍锰钴氧化物(NMC；LiNiMnCoO2)、锂钴氧化物(LCO；LiCoO2)、锂锰氧化物(LMO；LiMn2O4)、钛酸锂(LTO；Li4Ti5O12)、锂硫或其任何组合。这类活性材料中的一者或多者可以以个别或组合浓度(例如，按照干的基础上无溶剂的重量)存在于电极中，所述浓度在约0.25％与0.5％之间、0.25％与0.75％之间、0.25％与1％之间、0.25％与2％之间、0.25％与5％之间、0.25％与10％之间、0.25％与20％之间、0.25％与30％之间、0.25％与40％之间、0.25％与50％之间、0.5％与0.75％之间、0.5％与1％之间、0.5％与2％之间、0.5％与5％之间、0.5％与10％之间、0.5％与20％之间、0.5％与30％之间、0.5％与40％之间、0.5％与50％之间、0.75％与1％之间、0.75％与2％之间、0.75％与5％之间、0.75％与10％之间、0.75％与20％之间、0.75％与30％之间、0.75％与40％之间、0.75％与50％之间、1％与2％之间、1％与5％之间、1％与10％之间、1％与20％之间、1％与30％之间、1％与40％之间、1％与50％之间、2％与5％之间、2％与10％之间、2％与20％之间、2％与30％之间、2％与40％之间、2％与50％之间、5％与10％之间、5％与20％之间、5％与30％之间、5％与40％之间、5％与50％之间、10％与20％之间、10％与30％之间、10％与40％之间、10％与50％之间、20％与30％之间、20％与40％之间、20％与50％之间、30％与40％之间、30％与50％之间、40％与50％之间、50％与55％之间、50％与60％之间、50％与65％之间、50％与67％之间、50％与69％之间、50％与71％之间、50％与73％之间、50％与75％之间、50％与77％之间、50％与79％之间、50％与81％之间、50％与83％之间、50％与85％之间、50％与87％之间、50％与89％之间、50％与91％之间、50％与93％之间、50％与95％之间、50％与97％之间、50％与99％之间、55％与60％之间、55％与65％之间、55％与67％之间、55％与69％之间、55％与71％之间、55％与73％之间、55％与75％之间、55％与77％之间、55％与79％之间、55％与81％之间、55％与83％之间、55％与85％之间、55％与87％之间、55％与89％之间、55％与91％之间、55％与93％之间、55％与95％之间、55％与97％之间、55％与99％之间、60％与65％之间、60％与67％之间、60％与69％之间、60％与71％之间、60％与73％之间、60％与75％之间、60％与77％之间、60％与79％之间、60％与81％之间、60％与83％之间、60％与85％之间、60％与87％之间、60％与89％之间、60％与91％之间、60％与93％之间、60％与95％之间、60％与97％之间、60％与99％之间、65％与67％之间、65％与69％之间、65％与71％之间、65％与73％之间、65％与75％之间、65％与77％之间、65％与79％之间、65％与81％之间、65％与83％之间、65％与85％之间、65％与87％之间、65％与89％之间、65％与91％之间、65％与93％之间、65％与95％之间、65％与97％之间、65％与99％之间、67％与69％之间、67％与71％之间、67％与73％之间、67％与75％之间、67％与77％之间、67％与79％之间、67％与81％之间、67％与83％之间、67％与85％之间、67％与87％之间、67％与89％之间、67％与91％之间、67％与93％之间、67％与95％之间、67％与97％之间、67％与99％之间、69％与71％之间、69％与73％之间、69％与75％之间、69％与77％之间、69％与79％之间、69％与81％之间、69％与83％之间、69％与85％之间、69％与87％之间、69％与89％之间、69％与91％之间、69％与93％之间、69％与95％之间、69％与97％之间、69％与99％之间、71％与73％之间、71％与75％之间、71％与77％之间、71％与79％之间、71％与81％之间、71％与83％之间、71％与85％之间、71％与87％之间、71％与89％之间、71％与91％之间、71％与93％之间、71％与95％之间、71％与97％之间、71％与99％之间、73％与75％之间、73％与77％之间、73％与79％之间、73％与81％之间、73％与83％之间、73％与85％之间、73％与87％之间、73％与89％之间、73％与91％之间、73％与93％之间、73％与95％之间、73％与97％之间、73％与99％之间、75％与77％之间、75％与79％之间、75％与81％之间、75％与83％之间、75％与85％之间、75％与87％之间、75％与89％之间、75％与91％之间、75％与93％之间、75％与95％之间、75％与97％之间、75％与99％之间、77％与79％之间、77％与81％之间、77％与83％之间、77％与85％之间、77％与87％之间、77％与89％之间、77％与91％之间、77％与93％之间、77％与95％之间、77％与97％之间、77％与99％之间、79％与81％之间、79％与83％之间、79％与85％之间、79％与87％之间、79％与89％之间、79％与91％之间、79％与93％之间、79％与95％之间、79％与97％之间、79％与99％之间、81％与83％之间、81％与85％之间、81％与87％之间、81％与89％之间、81％与91％之间、81％与93％之间、81％与95％之间、81％与97％之间、81％与99％之间、83％与85％之间、83％与87％之间、83％与89％之间、83％与91％之间、83％与93％之间、83％与95％之间、83％与97％之间、83％与99％之间、85％与87％之间、85％与89％之间、85％与91％之间、85％与93％之间、85％与95％之间、85％与97％之间、85％与99％之间、87％与89％之间、87％与91％之间、87％与93％之间、87％与95％之间、87％与97％之间、87％与99％之间、89％与91％之间、89％与93％之间、89％与95％之间、89％与97％之间、89％与99％之间、90％与90.5％之间、90％与91％之间、90％与91.5％之间、90％与92％之间、90％与92.5％之间、90％与93％之间、90％与93.5％之间、90％与94％之间、90％与94.5％之间、90％与95％之间、90％与95.5％之间、90％与96％之间、90％与96.5％之间、90％与97％之间、90％与97.5％之间、90％与98％之间、90％与98.5％之间、90％与99％之间、90％与99.5％之间、90.5％与91％之间、90.5％与91.5％之间、90.5％与92％之间、90.5％与92.5％之间、90.5％与93％之间、90.5％与93.5％之间、90.5％与94％之间、90.5％与94.5％之间、90.5％与95％之间、90.5％与95.5％之间、90.5％与96％之间、90.5％与96.5％之间、90.5％与97％之间、90.5％与97.5％之间、90.5％与98％之间、90.5％与98.5％之间、90.5％与99％之间、90.5％与99.5％之间、91％与91.5％之间、91％与92％之间、91％与92.5％之间、91％与93％之间、91％与93.5％之间、91％与94％之间、91％与94.5％之间、91％与95％之间、91％与95.5％之间、91％与96％之间、91％与96.5％之间、91％与97％之间、91％与97.5％之间、91％与98％之间、91％与98.5％之间、91％与99％之间、91％与99.5％之间、91.5％与92％之间、91.5％与92.5％之间、91.5％与93％之间、91.5％与93.5％之间、91.5％与94％之间、91.5％与94.5％之间、91.5％与95％之间、91.5％与95.5％之间、91.5％与96％之间、91.5％与96.5％之间、91.5％与97％之间、91.5％与97.5％之间、91.5％与98％之间、91.5％与98.5％之间、91.5％与99％之间、91.5％与99.5％之间、92％与92.5％之间、92％与93％之间、92％与93.5％之间、92％与94％之间、92％与94.5％之间、92％与95％之间、92％与95.5％之间、92％与96％之间、92％与96.5％之间、92％与97％之间、92％与97.5％之间、92％与98％之间、92％与98.5％之间、92％与99％之间、92％与99.5％之间、92.5％与93％之间、92.5％与93.5％之间、92.5％与94％之间、92.5％与94.5％之间、92.5％与95％之间、92.5％与95.5％之间、92.5％与96％之间、92.5％与96.5％之间、92.5％与97％之间、92.5％与97.5％之间、92.5％与98％之间、92.5％与98.5％之间、92.5％与99％之间、92.5％与99.5％之间、93％与93.5％之间、93％与94％之间、93％与94.5％之间、93％与95％之间、93％与95.5％之间、93％与96％之间、93％与96.5％之间、93％与97％之间、93％与97.5％之间、93％与98％之间、93％与98.5％之间、93％与99％之间、93％与99.5％之间、93.5％与94％之间、93.5％与94.5％之间、93.5％与95％之间、93.5％与95.5％之间、93.5％与96％之间、93.5％与96.5％之间、93.5％与97％之间、93.5％与97.5％之间、93.5％与98％之间、93.5％与98.5％之间、93.5％与99％之间、93.5％与99.5％之间、94％与94.5％之间、94％与95％之间、94％与95.5％之间、94％与96％之间、94％与96.5％之间、94％与97％之间、94％与97.5％之间、94％与98％之间、94％与98.5％之间、94％与99％之间、94％与99.5％之间、94.5％与95％之间、94.5％与95.5％之间、94.5％与96％之间、94.5％与96.5％之间、94.5％与97％之间、94.5％与97.5％之间、94.5％与98％之间、94.5％与98.5％之间、94.5％与99％之间、94.5％与99.5％之间、95％与95.5％之间、95％与96％之间、95％与96.5％之间、95％与97％之间、95％与97.5％之间、95％与98％之间、95％与98.5％之间、95％与99％之间、95％与99.5％之间、95.5％与96％之间、95.5％与96.5％之间、95.5％与97％之间、95.5％与97.5％之间、95.5％与98％之间、95.5％与98.5％之间、95.5％与99％之间、95.5％与99.5％之间、96％与96.5％之间、96％与97％之间、96％与97.5％之间、96％与98％之间、96％与98.5％之间、96％与99％之间、96％与99.5％之间、96.5％与97％之间、96.5％与97.5％之间、96.5％与98％之间、96.5％与98.5％之间、96.5％与99％之间、96.5％与99.5％之间、97％与97.5％之间、97％与98％之间、97％与98.5％之间、97％与99％之间、97％与99.5％之间、97.5％与98％之间、97.5％与98.5％之间、97.5％与99％之间、97.5％与99.5％之间、98％与98.5％之间、98％与99％之间、98％与99.5％之间、98.5％与99％之间、98.5％与99.5％之间或99％与99.5％之间。这类活性材料中的一者或多者可以个别或组合浓度(例如，按照干的基础上无溶剂的重量)存在于电极中，所述浓度大于或等于约50％、51％、52％、53％、54％、55％、56％、57％、58％、59％、60％、61％、62％、63％、64％、65％、65.5％、66％、66.5％、67％、67.5％、68％、68.5％、69％、69.5％、70％、70.5％、71％、71.5％、72％、72.5％、73％、73.5％、74％、74.5％、75％、75.5％、76％、76.5％、77％、77.5％、78％、78.5％、79％、79.5％、80％、80.5％、81％、81.5％、82％、82.5％、83％、83.5％、84％、84.5％、85％、85.5％、86％、86.5％、87％、87.5％、88％、88.5％、89％、89.5％、90％、90.5％、91％、91.5％、92％、92.5％、93％、93.5％、94％、94.5％、95％、95.5％、96％、96.5％、97％、97.5％、98％、98.5％、99％、99.5％或99.9％。另外或作为替代方案，这类活性材料中的一者或多者可以个别或组合浓度存在于电极中，所述浓度小于或等于约99.9％、99.5％、99％、98.5％、98％、97.5％、97％、96.5％、96％、95.5％、95％、94.5％、94％、93.5％、93％、92.5％、92％、91.5％、91％、90.5％、90％、89.5％、89％、88.5％、88％、87.5％、87％、86.5％、86％、85.5％、85％、84.5％、84％、83.5％、83％、82.5％、82％、81.5％、81％、80.5％、80％、79.5％、79％、78.5％、78％、77.5％、77％、76.5％、76％、75.5％、75％、74.5％、74％、73.5％、73％、72.5％、72％、71.5％、71％、70.5％、70％、69.5％、69％、68.5％、68％、67.5％、67％、66.5％、66％、65.5％、65％、64％、63％、62％、61％、60％、59％、58％、57％、56％、55％、54％、53％、52％、51％或50％。这类活性材料中的一者或多者可以这些浓度与一种或多种其他材料(例如，本文中描述的一种或多种其他电极材料和其浓度)组合地存在于电极中。
上述活性材料可以包括给定比例的非锂金属。例如，活性材料可以包括给定比例的镍、钴和铝(例如，对于NCA是约0.815:0.15:0.035)或给定比例的镍、钴和锰(例如，对于NMC是约6:2:2)。活性材料可以包括至少1种、2种、3种、4种、5种或更多种非锂金属。非锂金属可以例如在镍、钴、铝、锰、铁和钛中选择。在一些实施方案中，活性材料可以包括相对于第二非锂金属为至少约1、2、3、4、5、6、7、8、9、10或15的比例(例如，按重量或按摩尔)的第一非锂金属，该比为。在一些实施方案中，活性材料可以包括相对于第三非锂金属为至少约1、2、3、4、5、6、8、10、12、14、16、18、20、22、24、26、28、30或35的比例(例如，按重量或按摩尔)的第一非锂金属。在一些实施方案中，活性材料可以包括相对于第三非锂金属为至少约1、2、3、4、5、6、7、8、9、10或15的比例(例如，按重量或按摩尔)的第二非锂金属。活性材料可以包括个别或组合浓度(例如，按重量)的非锂金属和/或一种或多种非金属，所述浓度大于或等于约1％、2％、4％、6％、8％、10％、15％、20％、25％、30％、35％、40％、45％、50％、55％、60％、65％、70％、75％、80％、85％、90％、95％或99％。另外或作为替代方案，活性材料可以包括个别或组合浓度(例如，按重量)的非锂金属和/或一种或多种非金属，所述浓度小于或等于约99.5％、99％、95％、90％、85％、80％、75％、70％、65％、60％、55％、50％、45％、40％、35％、30％、25％、20％、15％、10％、5％或2％。在某些实施方案中，活性材料可以包括给定浓度(例如，按总重量)的镍、钴和铝，所述浓度为至少约50％、51％、52％、53％、54％、55％、56％、57％、58％、59％或60％(例如，对于NCA为约59±1.0％)。在某些实施方案中，活性材料可以包括在约33％与36％之间的某一浓度(例如，按重量)的铁，以及在约19％与21％之间(例如，对于NMC大于或等于约58.5％)的某一浓度(例如，按重量)的磷。在某些实施方案中，活性材料可以包括某一浓度(例如，按总重量)的镍、钴和铝，所述浓度为至少约50％、51％、52％、53％、54％、55％、56％、57％、58％、59％或60％(例如，对于NCA为约59±1.0％)。活性材料可以包括某一浓度(例如，按重量)的锂，所述浓度大于或等于约1％、1.5％、2％、2.5％、3％、3.5％、4％、4.5％、5％、5.5％、6％、6.5％、7％、7.5％、8％、8.5％、9％、9.5％或10％。另外或作为替代方案，活性材料可以包括某一浓度(例如，按重量)的锂，所述浓度小于或等于约15％、10％、8％、6％、5％、4％、3％、2％或1.5％。例如，活性材料可以包括某一浓度(例如，按重量)的锂，所述浓度对于NCA为约7.2±0.4％，对于NMC为7.1％或对于LFP在约3.9％与4.9％之间。除了上述非锂金属的(例如，镍、钴和铝或镍、钴和锰的)浓度之外，活性材料可以包括这些锂浓度。活性材料可以具有给定比表面积。活性材料的比表面积可以大于或等于约0.1平方米每克(m2/g)、0.2m2/g、0.3m2/g、0.4m2/g、0.5m2/g、0.6m2/g、0.7m2/g、0.8m2/g、0.9m2/g、1m2/g、2m2/g、3m2/g、4m2/g、5m2/g、6m2/g、7m2/g、8m2/g、9m2/g、10m2/g、11m2/g、12m2/g、13m2/g、14m2/g、15m2/g、16m2/g、17m2/g、18m2/g、19m2/g、20m2/g或25m2/g。另外或作为替代方案，活性材料的比表面积可以小于或等于约30m2/g、25m2/g、20m2/g、19m2/g、18m2/g、17m2/g之间，16m2/g、15m2/g、14m2/g、13m2/g、12m2/g、11m2/g、10m2/g、9m2/g、8m2/g、7m2/g、6m2/g、5m2/g、4m2/g、3m2/g、2m2/g、1m2/g、0.9m2/g、0.8m2/g、0.7m2/g、0.6m2/g、0.5m2/g、0.4m2/g、0.3m2/g或0.2m2/g。在一些实施方案中，活性材料(例如，NCA)的比表面积可以在约0.3m2/g与0.7m2/g之间。在一些实施方案中，活性材料(例如，NMC)的比表面积可以在约0.2m2/g与0.5m2/g之间。在一些实施方案中，活性材料(例如，LFP)的比表面积可以在约9m2/g与13m2/g之间或8m2/g与12m2/g之间。活性材料可以具有给定第一放电容量。活性材料的第一放电容量可以大于或等于约100毫安小时每克(mAh/g)、105mAh/g、110mAh/g、115mAh/g、120mAh/g、125mAh/g、130mAh/g、135mAh/g、140mAh/g、145mAh/g、150mAh/g、155mAh/g、160mAh/g、165mAh/g、170mAh/g、175mAh/g、180mAh/g、185mAh/g、190mAh/g、195mAh/g、200mAh/g、205mAh/g、210mAh/g、215mAh/g或220mAh。另外或作为替代方案，活性材料的第一放电容量可以小于或等于约230mAh/g、225mAh/g、220mAh/g、215mAh/g、210mAh/g、205mAh/g、200mAh/g、195mAh/g、190mAh/g、185mAh/g、180mAh/g、175mAh/g、170mAh/g、165mAh/g、160mAh/g、155mAh/g或150mAh/g。在一些实施方案中，活性材料(例如，NCA)的第一放电容量可以大于或等于约195mAh/g(例如，在0.1C/0.1C的充电/放电率下且在4.3～3.0伏(V)的电压窗下)。在一些实施方案中，活性材料(例如，NMC)的第一放电容量可以大于或等于约178mAh/g(例如，对于在0.1C/0.1C的充电/放电率下且在3.0V～4.3V的电压窗下的硬币电池单元(例如，CR2032)与锂)。在一些实施方案中，活性材料(例如，LFP)的第一放电容量可以大于或等于约150mAh/g(例如，在0.2C下)。活性材料可以具有给定容量。活性材料的容量可以大于或等于约80mAh/g、85mAh/g、90mAh/g、95mAh/g、100mAh/g、105mAh/g、110mAh/g、115mAh/g、120mAh/g、125mAh/g、130mAh/g、135mAh/g、140mAh/g、145mAh/g、150mAh/g、155mAh/g、160mAh/g、165mAh/g、170mAh/g、175mAh/g、180mAh/g、185mAh/g、190mAh/g、195mAh/g、200mAh/g、220mAh/g、240mAh/g、260mAh/g、280mAh/g、300mAh/g、400mAh/g、500mAh/g、600mAh/g、700mAh/g、800mAh/g或900mAh/g。另外或作为替代方案，活性材料的容量可以大于或等于约600mAh/g、500mAh/g、400mAh/g、300mAh/g、250mAh/g、210mAh/g、205mAh/g、200mAh/g、195mAh/g、190mAh/g、185mAh/g、180mAh/g、175mAh/g、170mAh/g、165mAh/g、160mAh/g、155mAh/g、150mAh/g、145mAh/g、140mAh/g、135mAh/g或130mAh/g。在一些实施方案中，活性材料(例如，NMC)的容量可以在约162mAh/g与168mAh/g之间(例如，对于0.5C的充电/放电率下的满电池单元)。活性材料可以具有给定第一放电效率(例如，大于或等于约75％、81％、82％、83％、84％、85％(例如，NMC)、86％、87％、88％、89％(例如，NCA)、90％、91％、92％、93％、94％或95％)。活性材料可以具有上述粒度组成、比表面积、第一放电容量、容量、第一放电效率和其他性质中的一者或多者的任何组合。
电极(例如，LIB的正电极或负电极)可以包括粘结剂。在一些实施方案中，粘结剂包括第一粘结剂和第二粘结剂中的至少一者。在一些实施方案中，第一粘结剂与第二粘结剂相同。在一些实施方案中，第一粘结剂与第二粘结剂不同。粘结剂(例如，第一粘结剂或第二粘结剂)可以包括例如一种或多种含氟聚合物(例如，非反应性热塑性含氟聚合物)、共聚物和/或其他聚合物类型。粘结剂的示例可以包括但不限于聚氟乙烯(PVF)、聚偏二氟乙烯(PVDF)、聚四氟乙烯(PTFE)、聚三氟氯乙烯(PCTFE)、全氟烷氧基聚合物(PFA、MFA)、氟化乙烯-丙烯(FEP)、聚乙烯四氟乙烯(ETFE)、聚乙烯三氟氯乙烯(ECTFE)、全氟化塑性体(FFPM/FFKM)、氟碳化合物或(在本文中的权利要求书中也是“三氟氯乙烯偏二氟乙烯”；FPM/FKM)、含氟弹性体(在本文中的权利要求书中也是“四氟乙烯-丙烯”；FEPM)、全氟聚醚(PFPE)、全氟磺酸(PFSA)、全氟聚氧杂环丁烷、P(VDF-三氟乙烯)、P(VDF-四氟乙烯)或其任何组合。这类粘结剂材料中的一者或多者可以以个别或组合浓度(例如，按照干的基础上无溶剂的重量)存在于电极中(例如，正电极和/或负电极中)，所述浓度在约0.5％与1％之间、0.5％与2％之间、0.5％与3％之间、0.5％与4％之间、0.5％与5％之间、0.5％与6％之间、0.5％与7％之间、0.5％与8％之间、0.5％与9％之间、0.5％与10％之间、0.5％与11％之间、0.5％与12％之间、0.5％与13％之间、0.5％与14％之间、0.5％与15％之间、0.5％与16％之间、0.5％与17％之间、0.5％与18％之间、0.5％与19％之间、0.5％与20％之间、1％与2％之间、1％与3％之间、1％与4％之间、1％与5％之间、1％与6％之间、1％与7％之间、1％与8％之间、1％与9％之间、1％与10％之间、1％与11％之间、1％与12％之间、1％与13％之间、1％与14％之间、1％与15％之间、1％与16％之间、1％与17％之间、1％与18％之间、1％与19％之间、1％与20％之间、2％与3％之间、2％与4％之间、2％与5％之间、2％与6％之间、2％与7％之间、2％与8％之间、2％与9％之间、2％与10％之间、2％与11％之间、2％与12％之间、2％与13％之间、2％与14％之间、2％与15％之间、2％与16％之间、2％与17％之间、2％与18％之间、2％与19％之间、2％与20％之间、3％与4％之间、3％与5％之间、3％与6％之间、3％与7％之间、3％与8％之间、3％与9％之间、3％与10％之间、3％与11％之间、3％与12％之间、3％与13％之间、3％与14％之间、3％与15％之间、3％与16％之间、3％与17％之间、3％与18％之间、3％与19％之间、3％与20％之间、4％与5％之间、4％与6％之间、4％与7％之间、4％与8％之间、4％与9％之间、4％与10％之间、4％与11％之间、4％与12％之间、4％与13％之间、4％与14％之间、4％与15％之间、4％与16％之间、4％与17％之间、4％与18％之间、4％与19％之间、4％与20％之间、5％与6％之间、5％与7％之间、5％与8％之间、5％与9％之间、5％与10％之间、5％与11％之间、5％与12％之间、5％与13％之间、5％与14％之间、5％与15％之间、5％与16％之间、5％与17％之间、5％与18％之间、5％与19％之间、5％与20％之间、6％与7％之间、6％与8％之间、6％与9％之间、6％与10％之间、6％与11％之间、6％与12％之间、6％与13％之间、6％与14％之间、6％与15％之间、6％与16％之间、6％与17％之间、6％与18％之间、6％与19％之间、6％与20％之间、7％与8％之间、7％与9％之间、7％与10％之间、7％与11％之间、7％与12％之间、7％与13％之间、7％与14％之间、7％与15％之间、7％与16％之间、7％与17％之间、7％与18％之间、7％与19％之间、7％与20％之间、8％与9％之间、8％与10％之间、8％与11％之间、8％与12％之间、8％与13％之间、8％与14％之间、8％与15％之间、8％与16％之间、8％与17％之间、8％与18％之间、8％与19％之间、8％与20％之间、9％与10％之间、9％与11％之间、9％与12％之间、9％与13％之间、9％与14％之间、9％与15％之间、9％与16％之间、9％与17％之间、9％与18％之间、9％与19％之间、9％与20％之间、10％与11％之间、10％与12％之间、10％与13％之间、10％与14％之间、10％与15％之间、10％与16％之间、10％与17％之间、10％与18％之间、10％与19％之间、10％与20％之间、11％与12％之间、11％与13％之间、11％与14％之间、11％与15％之间、11％与16％之间、11％与17％之间、11％与18％之间、11％与19％之间、11％与20％之间、12％与13％之间、12％与14％之间、12％与15％之间、12％与16％之间、12％与17％之间、12％与18％之间、12％与19％之间、12％与20％之间、13％与14％之间、13％与15％之间、13％与16％之间、13％与17％之间、13％与18％之间、13％与19％之间、13％与20％之间、14％与15％之间、14％与16％之间、14％与17％之间、14％与18％之间、14％与19％之间、14％与20％之间、15％与16％之间、15％与17％之间、15％与18％之间、15％与19％之间、15％与20％之间、16％与17％之间、16％与18％之间、16％与19％之间、16％与20％之间、17％与18％之间、17％与19％之间、17％与20％之间、18％与19％之间、18％与20％之间个别或组合浓或19％与20％之间。这类粘结剂材料中的一者或多者可以以个别或组合浓度(例如，按照干的基础上无溶剂的重量)存在于电极中(例如，正电极和/或负电极中)，所述浓度大于或等于约0.5％、1％、1.5％、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％、10.5％、11％、11.5％、12％、12.5％、13％、13.5％、14％、14.5％、15％、15.5％、16％、16.5％、17％、17.5％、18％、18.5％、19％、19.5％或20％。另外或作为替代方案，这类粘结剂材料中的一者或多者可以以个别或组合浓度存在于电极中(例如，正电极和/或负电极中)，所述浓度小于或等于约20％、19.5％、19％、18.5％、18％、17.5％、17％、16.5％、16％、15.5％、15％、14.5％、14％、13.5％、13％、12.5％、12％、11.5％、11％、10.5％、10％、9.5％、9％、8.5％、8％、7.5％、7％、6.5％、6％、5.5％、5％、4.5％、4％、3.5％、3％、2.5％、2％、1.5％、1％或0.5％。这类粘结剂材料中的一者或多者可以这些浓度与一种或多种其他材料(例如，本文中描述的一种或多种其他电极材料和其浓度)组合地存在于电极中。
电极(例如，LIB的正电极或负电极)可以借助溶剂来制备。配方可以包括各种级别的溶剂。溶剂的至少一部分或全部可以从电极蒸发。溶剂的示例可以包括但不限于2-吡咯烷酮(2-Py)、N-乙烯基吡咯烷酮(NVP)、N-甲基-2-吡咯烷酮(NMP)、甲乙酮或其任何组合。这类溶剂化合物中的一者或多者可以以个别或组合浓度(例如，按照湿的基础上的重量)存在于电极中(例如，正电极和/或负电极中)，所述浓度在约20％与25％之间、20％与30％之间、20％与35％之间、20％与40％之间、20％与45％之间、20％与50％之间、20％与55％之间、20％与60％之间、20％与65％之间、20％与70％之间、20％与75％之间、25％与30％之间、25％与35％之间、25％与40％之间、25％与45％之间、25％与50％之间、25％与55％之间、25％与60％之间、25％与65％之间、25％与70％之间、25％与75％之间、30％与35％之间、30％与40％之间、30％与45％之间、30％与50％之间、30％与55％之间、30％与60％之间、30％与65％之间、30％与70％之间、30％与75％之间、35％与40％之间、35％与45％之间、35％与50％之间、35％与55％之间、35％与60％之间、35％与65％之间、35％与70％之间、35％与75％之间、40％与45％之间、40％与50％之间、40％与55％之间、40％与60％之间、40％与65％之间、40％与70％之间、40％与75％之间、45％与50％之间、45％与55％之间、45％与60％之间、45％与65％之间、45％与70％之间、45％与75％之间、50％与55％之间、50％与60％之间、50％与65％之间、50％与70％之间、50％与75％之间、55％与60％之间、55％与65％之间、55％与70％之间、55％与75％之间、60％与65％之间、60％与70％之间、60％与75％之间、65％与70％之间、65％与75％之间或70％与75％之间。这类溶剂化合物中的一者或多者可以以个别或组合浓度(例如，按照湿的基础上的重量)存在于电极中(例如，正电极和/或负电极中)，所述浓度大于或等于约20％、21％、22％、23％、24％、25％、26％、27％、28％、29％、30％、31％、32％、33％、34％、35％、36％、37％、38％、39％、40％、41％、42％、43％、44％、45％、46％、47％、48％、49％、50％、51％、52％、53％、54％、55％、56％、57％、58％、59％、60％、61％、62％、63％、64％、65％、66％、67％、68％、69％、70％、71％、72％、73％、74％或75％。另外或作为替代方案，这类溶剂化合物中的一者或多者可以以个别或组合浓度(例如，按照湿的基础上的重量)存在于电极中(例如，正电极和/或负电极中)，所述浓度小于或等于约75％、74％、73％、72％、71％、70％、69％、68％、67％、66％、65％、64％、63％、62％、61％、60％、59％、58％、57％、56％、55％、54％、53％、52％、51％、50％、49％、48％、47％、46％、45％、44％、43％、42％、41％、40％、39％、38％、37％、36％、35％、34％、33％、32％、31％、30％、29％、28％、27％、26％、25％、24％、23％、22％、21％或20％。这类溶剂化合物中的一者或多者可以这些浓度与一种或多种其他材料(例如，本文中描述的一种或多种其他电极材料和其浓度)组合地存在于电极中。
电极(例如，LIB的负电极)的活性材料可以包括例如聚乙炔、石墨(例如，天然石墨或人造石墨)、气相生长的碳纤维、软碳(可石墨化碳)、硬碳(不可石墨化碳)、碳纳米管或其任何组合。这类活性材料中的一者或多者可以个别或组合浓度(例如，按照干的基础上无溶剂的重量)存在于电极中，所述浓度在约0.25％与0.5％之间、0.25％与0.75％之间、0.25％与1％之间、0.25％与2％之间、0.25％与5％之间、0.25％与10％之间、0.25％与20％之间、0.25％与30％之间、0.25％与40％之间、0.25％与50％之间、0.5％与0.75％之间、0.5％与1％之间、0.5％与2％之间、0.5％与5％之间、0.5％与10％之间、0.5％与20％之间、0.5％与30％之间、0.5％与40％之间、0.5％与50％之间、0.75％与1％之间、0.75％与2％之间、0.75％与5％之间、0.75％与10％之间、0.75％与20％之间、0.75％与30％之间、0.75％与40％之间、0.75％与50％之间、1％与2％之间、1％与5％之间、1％与10％之间、1％与20％之间、1％与30％之间、1％与40％之间、1％与50％之间、2％与5％之间、2％与10％之间、2％与20％之间、2％与30％之间、2％与40％之间、2％与50％之间、5％与10％之间、5％与20％之间、5％与30％之间、5％与40％之间、5％与50％之间、10％与20％之间、10％与30％之间、10％与40％之间、10％与50％之间、20％与30％之间、20％与40％之间、20％与50％之间、30％与40％之间、30％与50％之间、40％与50％之间、50％与55％之间、50％与60％之间、50％与65％之间、50％与70％之间、50％与72％之间、50％与74％之间、50％与76％之间、50％与78％之间、50％与80％之间、50％与82％之间、50％与84％之间、50％与86％之间、50％与88％之间、50％与90％之间、50％与91％之间、50％与92％之间、50％与93％之间、50％与94％之间、50％与95％之间、50％与96％之间、50％与97％之间、50％与98％之间、50％与99％之间、55％与60％之间、55％与65％之间、55％与70％之间、55％与72％之间、55％与74％之间、55％与76％之间、55％与78％之间、55％与80％之间、55％与82％之间、55％与84％之间、55％与86％之间、55％与88％之间、55％与90％之间、55％与91％之间、55％与92％之间、55％与93％之间、55％与94％之间、55％与95％之间、55％与96％之间、55％与97％之间、55％与98％之间、55％与99％之间、60％与65％之间、60％与70％之间、60％与72％之间、60％与74％之间、60％与76％之间、60％与78％之间、60％与80％之间、60％与82％之间、60％与84％之间、60％与86％之间、60％与88％之间、60％与90％之间、60％与91％之间、60％与92％之间、60％与93％之间、60％与94％之间、60％与95％之间、60％与96％之间、60％与97％之间、60％与98％之间、60％与99％之间、65％与70％之间、65％与72％之间、65％与74％之间、65％与76％之间、65％与78％之间、65％与80％之间、65％与82％之间、65％与84％之间、65％与86％之间、65％与88％之间、65％与90％之间、65％与91％之间、65％与92％之间、65％与93％之间、65％与94％之间、65％与95％之间、65％与96％之间、65％与97％之间、65％与98％之间、65％与99％之间、70％与72％之间、70％与74％之间、70％与76％之间、70％与78％之间、70％与80％之间、70％与82％之间、70％与84％之间、70％与86％之间、70％与88％之间、70％与90％之间、70％与91％之间、70％与92％之间、70％与93％之间、70％与94％之间、70％与95％之间、70％与96％之间、70％与97％之间、70％与98％之间、70％与99％之间、72％与74％之间、72％与76％之间、72％与78％之间、72％与80％之间、72％与82％之间、72％与84％之间、72％与86％之间、72％与88％之间、72％与90％之间、72％与91％之间、72％与92％之间、72％与93％之间、72％与94％之间、72％与95％之间、72％与96％之间、72％与97％之间、72％与98％之间、72％与99％之间、74％与76％之间、74％与78％之间、74％与80％之间、74％与82％之间、74％与84％之间、74％与86％之间、74％与88％之间、74％与90％之间、74％与91％之间、74％与92％之间、74％与93％之间、74％与94％之间、74％与95％之间、74％与96％之间、74％与97％之间、74％与98％之间、74％与99％之间、76％与78％之间、76％与80％之间、76％与82％之间、76％与84％之间、76％与86％之间、76％与88％之间、76％与90％之间、76％与91％之间、76％与92％之间、76％与93％之间、76％与94％之间、76％与95％之间、76％与96％之间、76％与97％之间、76％与98％之间、76％与99％之间、78％与80％之间、78％与82％之间、78％与84％之间、78％与86％之间、78％与88％之间、78％与90％之间、78％与91％之间、78％与92％之间、78％与93％之间、78％与94％之间、78％与95％之间、78％与96％之间、78％与97％之间、78％与98％之间、78％与99％之间、80％与82％之间、80％与84％之间、80％与86％之间、80％与88％之间、80％与90％之间、80％与91％之间、80％与92％之间、80％与93％之间、80％与94％之间、80％与95％之间、80％与96％之间、80％与97％之间、80％与98％之间、80％与99％之间、82％与84％之间、82％与86％之间、82％与88％之间、82％与90％之间、82％与91％之间、82％与92％之间、82％与93％之间、82％与94％之间、82％与95％之间、82％与96％之间、82％与97％之间、82％与98％之间、82％与99％之间、84％与86％之间、84％与88％之间、84％与90％之间、84％与91％之间、84％与92％之间、84％与93％之间、84％与94％之间、84％与95％之间、84％与96％之间、84％与97％之间、84％与98％之间、84％与99％之间、86％与88％之间、86％与90％之间、86％与91％之间、86％与92％之间、86％与93％之间、86％与94％之间、86％与95％之间、86％与96％之间、86％与97％之间、86％与98％之间、86％与99％之间、88％与90％之间、88％与91％之间、88％与92％之间、88％与93％之间、88％与94％之间、88％与95％之间、88％与96％之间、88％与97％之间、88％与98％之间、88％与99％之间、90％与91％之间、90％与92％之间、90％与93％之间、90％与94％之间、90％与95％之间、90％与96％之间、90％与97％之间、90％与98％之间、90％与99％之间、91％与92％之间、91％与93％之间、91％与94％之间、91％与95％之间、91％与96％之间、91％与97％之间、91％与98％之间、91％与99％之间、92％与93％之间、92％与94％之间、92％与95％之间、92％与96％之间、92％与97％之间、92％与98％之间、92％与99％之间、93％与94％之间、93％与95％之间、93％与96％之间、93％与97％之间、93％与98％之间、93％与99％之间、94％与95％之间、94％与96％之间、94％与97％之间、94％与98％之间、94％与99％之间、95％与96％之间、95％与97％之间、95％与98％之间、95％与99％之间、96％与97％之间、96％与98％之间、96％与99％之间、97％与98％之间、97％与99％之间或98％与99％之间。这类活性材料中的一者或多者可以以个别或组合浓度(例如，按照干的基础上无溶剂的重量)存在于电极中，所述浓度大于或等于约50％、51％、52％、53％、54％、55％、56％、57％、58％、59％、60％、61％、62％、63％、64％、65％、66％、67％、68％、69％、70％、70.5％、71％、71.5％、72％、72.5％、73％、73.5％、74％、74.5％、75％、75.5％、76％、76.5％、77％、77.5％、78％、78.5％、79％、79.5％、80％、80.5％、81％、81.5％、82％、82.5％、83％、83.5％、84％、84.5％、85％、85.5％、86％、86.5％、87％、87.5％、88％、88.5％、89％、89.5％、90％、90.5％、91％、91.5％、92％、92.5％、93％、93.5％、94％、94.5％、95％、95.5％、96％、96.5％、97％、97.5％、98％、98.5％、99％或99.5％。另外或作为替代方案，这类活性材料中的一者或多者可以以个别或组合浓度(例如，按照干的基础上无溶剂的重量)存在于电极中，所述浓度小于或等于约99.5％、99％、98.5％、98％、97.5％、97％、96.5％、96％、95.5％、95％、94.5％、94％、93.5％、93％、92.5％、92％、91.5％、91％、90.5％、90％、89.5％、89％、88.5％、88％、87.5％、87％、86.5％、86％、85.5％、85％、84.5％、84％、83.5％、83％、82.5％、82％、81.5％、81％、80.5％、80％、79.5％、79％、78.5％、78％、77.5％、77％、76.5％、76％、75.5％、75％、74.5％、74％、73.5％、73％、72.5％、72％、71.5％、71％、70.5％、70％、69％、68％、67％、66％、65％、64％、63％、62％、61％、60％、59％、58％、57％、56％、55％、54％、53％、52％、51％或50％。这类活性材料中的一者或多者可以这些浓度与一种或多种其他材料(例如，本文中描述的一种或多种其他电极材料和其浓度)组合地存在于电极中。
上述活性材料可以具有某一粒度分布，使得例如粒子中的10％小于约11μm、10μm、9μm、8μm、7μm、6μm、5μm或4μm。所述活性材料可以具有这种粒度分布与例如粒子中的50％小于约16μm、15μm、14μm、13μm、12μm、11μm、10μm或9μm组合。所述活性材料可以具有这种粒度分布与例如粒子中的90％小于约31μm、30μm、29μm、28μm、27μm、26μm、25μm、24μm、23μm、22μm、21μm、20μm、19μm、18μm、17μm、16μm、15μm或14μm组合。在一个实施方案中，活性材料可以具有某一粒度分布，其特征在于粒子中的10％小于约6.8μm，粒子中的50％小于约11.6μm，并且粒子中的90％小于约19.3μm。活性材料可以具有给定振实密度(例如，振实密度小于或等于约1.5克每立方厘米(g/cm3)、1.4g/cm3、1.3g/cm3、1.2g/cm3、1.1g/cm3、1g/cm3、0.9g/cm3、0.8g/cm3、0.7g/cm3、0.6g/cm3或0.5g/cm3)。在一个实施方案中，活性材料的振实密度可以小于或等于约0.99g/cm3。活性材料可以具有给定比表面积(例如，大于或等于约1m2/g、1.5m2/g、2m2/g、2.5m2/g、3m2/g、3.5m2/g、4m2/g、4.5m2/g、5m2/g、5.5m2/g、6m2/g、6.5m2/g或7m2/g)。在一个实施方案中，活性材料的比表面积可以是至少约3.8m2/g。活性材料可以具有给定第一容量或第一放电容量。活性材料的第一容量或第一放电容量可以是至少约320mAh/g、325mAh/g、330mAh/g、335mAh/g、340mAh/g、345mAh/g、350mAh/g、351mAh/g、352mAh/g、353mAh/g、354mAh/g、355mAh/g、356mAh/g、357mAh/g、358mAh/g、359mAh/g、360mAh/g、361mAh/g、362mAh/g、363mAh/g、364mAh/g、365mAh/g、366mAh/g、367mAh/g、368mAh/g、369mAh/g、370mAh/g、371mAh/g、372mAh/g、373mAh/g、374mAh/g、375mAh/g、376mAh/g、377mAh/g、378mAh/g、379mAh/g、380mAh/g、385mAh/g、390mAh/g、395mAh/g或400mAh/g。在一个实施方案中，活性材料的第一容量可以是至少约364.9mAh/g。活性材料可以具有给定效率或第一放电效率。活性材料的效率或第一放电效率可以是至少约80％、81％、82％、83％、84％、85％、86％、87％、88％、89％、90％、91％、91.5％、92％、92.5％、93％、93.5％、94％、94.5％、95％、95.5％、96％、96.5％、97％、97.5％、98％、98.5％或99％。在一个实施方案中，活性材料的效率可以是至少约94.5％。活性材料可以具有给定可湿性(例如，使表面湿润的时间为至少约80秒(s)、82s、84s、86s、88s、90s、92s、94s、96s、98s、100s、105s、110s或115s)。在一个实施方案中，活性材料的可湿性可以是至少约92s。活性材料可以具有给定粉末电导率(例如，至少约250西门子每厘米(S/cm)、255S/cm、260S/cm、265S/cm、270S/cm、275S/cm、280S/cm、285S/cm、290S/cm、295S/cm、300S/cm、305S/cm、310S/cm、315S/cm、320S/cm、325S/cm、330S/cm、335S/cm、340S/cm、345S/cm、350S/cm、355S/cm、360S/cm、365S/cm或370S/cm)。在一个实施方案中，活性材料的粉末电导率可以是至少约340S/cm。活性材料可以具有给定晶体取向。活性材料可以具有上述粒度分布、振实密度、比表面积、颗粒密度、第一容量、效率或第一放电效率、可湿性、粉末电导率和其他性质(例如，晶体取向)中的一者或多者的任何组合。
电极(例如，LIB的负电极)可以包括导电添加剂。导电添加剂可以包括例如导电碳。导电添加剂的示例可以包括但不限于碳黑(例如，乙炔黑、炉黑或其他碳类型)、气相生长的碳纤维、碳纳米管或其任何组合。这类导电添加剂中的一者或多者可以以个别或组合浓度(例如，按照干的基础上无溶剂的重量)存在于电极中，所述浓度在约0.1％与0.5％之间、0.1％与1％之间、0.1％与1.5％之间、0.1％与2％之间、0.1％与2.5％之间、0.1％与3％之间、0.1％与3.5％之间、0.1％与4％之间、0.1％与4.5％之间、0.1％与5％之间、0.1％与5.5％之间、0.1％与6％之间、0.1％与6.5％之间、0.1％与7％之间、0.1％与7.5％之间、0.1％与8％之间、0.1％与8.5％之间、0.1％与9％之间、0.1％与9.5％之间、0.1％与10％之间、0.5％与1％之间、0.5％与1.5％之间、0.5％与2％之间、0.5％与2.5％之间、0.5％与3％之间、0.5％与3.5％之间、0.5％与4％之间、0.5％与4.5％之间、0.5％与5％之间、0.5％与5.5％之间、0.5％与6％之间、0.5％与6.5％之间、0.5％与7％之间、0.5％与7.5％之间、0.5％与8％之间、0.5％与8.5％之间、0.5％与9％之间、0.5％与9.5％之间、0.5％与10％之间、1％与1.5％之间、1％与2％之间、1％与2.5％之间、1％与3％之间、1％与3.5％之间、1％与4％之间、1％与4.5％之间、1％与5％之间、1％与5.5％之间、1％与6％之间、1％与6.5％之间、1％与7％之间、1％与7.5％之间、1％与8％之间、1％与8.5％之间、1％与9％之间、1％与9.5％之间、1％与10％之间、1.5％与2％之间、1.5％与2.5％之间、1.5％与3％之间、1.5％与3.5％之间、1.5％与4％之间、1.5％与4.5％之间、1.5％与5％之间、1.5％与5.5％之间、1.5％与6％之间、1.5％与6.5％之间、1.5％与7％之间、1.5％与7.5％之间、1.5％与8％之间、1.5％与8.5％之间、1.5％与9％之间、1.5％与9.5％之间、1.5％与10％之间、2％与2.5％之间、2％与3％之间、2％与3.5％之间、2％与4％之间、2％与4.5％之间、2％与5％之间、2％与5.5％之间、2％与6％之间、2％与6.5％之间、2％与7％之间、2％与7.5％之间、2％与8％之间、2％与8.5％之间、2％与9％之间、2％与9.5％之间、2％与10％之间、2.5％与3％之间、2.5％与3.5％之间、2.5％与4％之间、2.5％与4.5％之间、2.5％与5％之间、2.5％与5.5％之间、2.5％与6％之间、2.5％与6.5％之间、2.5％与7％之间、2.5％与7.5％之间、2.5％与8％之间、2.5％与8.5％之间、2.5％与9％之间、2.5％与9.5％之间、2.5％与10％之间、3％与3.5％之间、3％与4％之间、3％与4.5％之间、3％与5％之间、3％与5.5％之间、3％与6％之间、3％与6.5％之间、3％与7％之间、3％与7.5％之间、3％与8％之间、3％与8.5％之间、3％与9％之间、3％与9.5％之间、3％与10％之间、3.5％与4％之间、3.5％与4.5％之间、3.5％与5％之间、3.5％与5.5％之间、3.5％与6％之间、3.5％与6.5％之间、3.5％与7％之间、3.5％与7.5％之间、3.5％与8％之间、3.5％与8.5％之间、3.5％与9％之间、3.5％与9.5％之间、3.5％与10％之间、4％与4.5％之间、4％与5％之间、4％与5.5％之间、4％与6％之间、4％与6.5％之间、4％与7％之间、4％与7.5％之间、4％与8％之间、4％与8.5％之间、4％与9％之间、4％与9.5％之间、4％与10％之间、4.5％与5％之间、4.5％与5.5％之间、4.5％与6％之间、4.5％与6.5％之间、4.5％与7％之间、4.5％与7.5％之间、4.5％与8％之间、4.5％与8.5％之间、4.5％与9％之间、4.5％与9.5％之间、4.5％与10％之间、5％与5.5％之间、5％与6％之间、5％与6.5％之间、5％与7％之间、5％与7.5％之间、5％与8％之间、5％与8.5％之间、5％与9％之间、5％与9.5％之间、5％与10％之间、5.5％与6％之间、5.5％与6.5％之间、5.5％与7％之间、5.5％与7.5％之间、5.5％与8％之间、5.5％与8.5％之间、5.5％与9％之间、5.5％与9.5％之间、5.5％与10％之间、6％与6.5％之间、6％与7％之间、6％与7.5％之间、6％与8％之间、6％与8.5％之间、6％与9％之间、6％与9.5％之间、6％与10％之间、6.5％与7％之间、6.5％与7.5％之间、6.5％与8％之间、6.5％与8.5％之间、6.5％与9％之间、6.5％与9.5％之间、6.5％与10％之间、7％与7.5％之间、7％与8％之间、7％与8.5％之间、7％与9％之间、7％与9.5％之间、7％与10％之间、7.5％与8％之间、7.5％与8.5％之间、7.5％与9％之间、7.5％与9.5％之间、7.5％与10％之间、8％与8.5％之间、8％与9％之间、8％与9.5％之间、8％与10％之间、8.5％与9％之间、8.5％与9.5％之间、8.5％与10％之间、9％与9.5％之间、9％与10％之间或9.5％与10％之间。这类导电添加剂中的一者或多者可以以个别或组合浓度(例如，按照干的基础上无溶剂的重量)存在于电极中，所述浓度大于或等于约0.1％、0.5％、1％、1.5％、2％、2.5％、3％、3.5％、4％、4.5％、5％、5.5％、6％、6.5％、7％、7.5％、8％、8.5％、9％、9.5％或10％。另外或作为替代方案，这类导电添加剂中的一者或多者可以以个别或组合浓度(例如，按照干的基础上无溶剂的重量)存在于电极中，所述浓度小于或等于约10％、9.5％、9％、8.5％、8％、7.5％、7％、6.5％、6％、5.5％、5％、4.5％、4％、3.5％、3％、2.5％、2％、1.5％、1％、0.5％或0.1％。这类导电添加剂中的一者或多者可以这些浓度与一种或多种其他材料(例如，本文中描述的一种或多种其他电极材料和其浓度)组合地存在于电极中。
上述导电添加剂可以具有给定电导率。导电添加剂的电导率可以是至少约5S/cm、6S/cm、7S/cm、8S/cm、9S/cm、10S/cm、15S/cm、20S/cm、30S/cm、35S/cm、40S/cm、45S/cm、50S/cm、55S/cm、60S/cm或65S/cm。导电添加剂可以是粉末。在一些实施方案中，粉末最初可以被压缩(例如，压缩50％或100％)。导电添加剂可以具有给定表面积。导电添加剂的表面积(例如，如例如通过ASTM D3037-89测试方法测量的Brunauer、Emmett和Teller(BET)氮表面积)可以是至少约10m2/g、15m2/g、20m2/g、25m2/g、30m2/g、35m2/g、40m2/g、45m2/g、50m2/g、55m2/g、60m2/g、65m2/g或70m2/g。导电添加剂可以具有给定密度。导电添加剂的密度(例如，在袋中，如通过合适的测试方法所测量)可以是至少约100千克每立方米(kg/m3)、110kg/m3、120kg/m3、130kg/m3、140kg/m3、150kg/m3、160kg/m3、170kg/m3、180kg/m3、200kg/m3、210kg/m3、220kg/m3、230kg/m3、240kg/m3或250kg/m3。
本公开的碳基材料可以作为活性材料、导电添加剂和/或粘结剂用于电极中。在某些实施方案中，将本公开的碳基材料用于电极中可以允许电极中的活性材料的改进的利用。例如，在常规LIB中，电极的大部分可能不是活性的，因为可能需要添加大量导电添加剂(例如，碳黑)来允许达到渗流阈值。在示例中，锂离子电池(例如，LFP中)的正电极中的碳黑的渗流阈值是约10-15重量％。因此可能需要将大量导电添加剂(例如，约10-15重量％的碳黑)添加至电极以达到渗流阈值，从而减少可以提供的活性材料的量。阈值可以取决于正电极的活性材料中的粒子的尺寸和长径比(例如，金属氧化物可以形成直径在约2微米与10微米之间的球形粒子)。当本公开的碳基材料替代碳黑(或其他导电添加剂)使用时，渗流阈值可以显著减小(例如，达至少约2倍、3倍、4倍、5倍或更多倍)。当将碳基材料单独使用或结合一种或多种其他导电添加剂(例如，结合其所取代的导电添加剂中的一些)使用时，可以实现渗流阈值的这种减小。本公开的碳基材料可以用来完全取代其他导电添加剂。在这种情况下，渗流阈值可能存在或可能不存在。当与具有基本上相同传导率(例如，电导率)的不包括本碳基材料的电极相比时，使用本公开的碳基材料(单独地或结合一种或多种其他导电添加剂)可以允许将多至少约5％、10％、15％、20％或25％(按重量)的活性材料并入在电极中。本文中描述的碳基网络的改进的性能可能由其组成、形态和/或分布引起。例如，碳基材料每单位重量可以具有较高电导率。碳基材料用作粘结剂的每单位重量可以具有较高电导率。在一些实施方案中，如本文中其他地方所描述，本文中描述的碳基材料可以形成PCS。本公开的碳基材料中的碳可以形成多孔网络。本公开的碳基材料的至少一部分可以包括非sp2碳。
本公开的碳基材料(例如，PCS)可以以某一浓度(例如，按照干的基础上无溶剂的重量)存在于电极(例如，LIB的正电极)中，所述浓度在约0.01％与0.05％之间、0.01％与0.1％之间、0.01％与0.5％之间、0.01％与1％之间、0.01％与2％之间、0.01％与3％之间、0.01％与4％之间、0.01％与5％之间、0.01％与6％之间、0.01％与7％之间、0.01％与8％之间、0.01％与9％之间、0.01％与10％之间、0.01％与11％之间、0.01％与12％之间、0.01％与13％之间、0.01％与14％之间、0.01％与15％之间、0.01％与16％之间、0.01％与17％之间、0.01％与18％之间、0.01％与19％之间、0.01％与20％之间、0.01％与25％之间、0.01％与30％之间、0.01％与35％之间、0.01％与40％之间、0.05％与0.1％之间、0.05％与0.5％之间、0.05％与1％之间、0.05％与2％之间、0.05％与3％之间、0.05％与4％之间、0.05％与5％之间、0.05％与6％之间、0.05％与7％之间、0.05％与8％之间、0.05％与9％之间、0.05％与10％之间、0.05％与11％之间、0.05％与12％之间、0.05％与13％之间、0.05％与14％之间、0.05％与15％之间、0.05％与16％之间、0.05％与17％之间、0.05％与18％之间、0.05％与19％之间、0.05％与20％之间、0.05％与25％之间、0.05％与30％之间、0.05％与35％之间、0.05％与40％之间、0.1％与0.5％之间、0.1％与1％之间、0.1％与2％之间、0.1％与3％之间、0.1％与4％之间、0.1％与5％之间、0.1％与6％之间、0.1％与7％之间、0.1％与8％之间、0.1％与9％之间、0.1％与10％之间、0.1％与11％之间、0.1％与12％之间、0.1％与13％之间、0.1％与14％之间、0.1％与15％之间、0.1％与16％之间、0.1％与17％之间、0.1％与18％之间、0.1％与19％之间、0.1％与20％之间、0.1％与25％之间、0.1％与30％之间、0.1％与35％之间、0.1％与40％之间、0.5％与1％之间、0.5％与2％之间、0.5％与3％之间、0.5％与4％之间、0.5％与5％之间、0.5％与6％之间、0.5％与7％之间、0.5％与8％之间、0.5％与9％之间、0.5％与10％之间、0.5％与11％之间、0.5％与12％之间、0.5％与13％之间、0.5％与14％之间、0.5％与15％之间、0.5％与16％之间、0.5％与17％之间、0.5％与18％之间、0.5％与19％之间、0.5％与20％之间、0.5％与25％之间、0.5％与30％之间、0.5％与35％之间、0.5％与40％之间、1％与2％之间、1％与3％之间、1％与4％之间、1％与5％之间、1％与6％之间、1％与7％之间、1％与8％之间、1％与9％之间、1％与10％之间、1％与11％之间、1％与12％之间、1％与13％之间、1％与14％之间、1％与15％之间、1％与16％之间、1％与17％之间、1％与18％之间、1％与19％之间、1％与20％之间、1％与25％之间、1％与30％之间、1％与35％之间、1％与40％之间、2％与3％之间、2％与4％之间、2％与5％之间、2％与6％之间、2％与7％之间、2％与8％之间、2％与9％之间、2％与10％之间、2％与11％之间、2％与12％之间、2％与13％之间、2％与14％之间、2％与15％之间、2％与16％之间、2％与17％之间、2％与18％之间、2％与19％之间、2％与20％之间、2％与25％之间、2％与30％之间、2％与35％之间、2％与40％之间、3％与4％之间、3％与5％之间、3％与6％之间、3％与7％之间、3％与8％之间、3％与9％之间、3％与10％之间、3％与11％之间、3％与12％之间、3％与13％之间、3％与14％之间、3％与15％之间、3％与16％之间、3％与17％之间、3％与18％之间、3％与19％之间、3％与20％之间、3％与25％之间、3％与30％之间、3％与35％之间、3％与40％之间、4％与5％之间、4％与6％之间、4％与7％之间、4％与8％之间、4％与9％之间、4％与10％之间、4％与11％之间、4％与12％之间、4％与13％之间、4％与14％之间、4％与15％之间、4％与16％之间、4％与17％之间、4％与18％之间、4％与19％之间、4％与20％之间、4％与25％之间、4％与30％之间、4％与35％之间、4％与40％之间、5％与6％之间、5％与7％之间、5％与8％之间、5％与9％之间、5％与10％之间、5％与11％之间、5％与12％之间、5％与13％之间、5％与14％之间、5％与15％之间、5％与16％之间、5％与17％之间、5％与18％之间、5％与19％之间、5％与20％之间、5％与25％之间、5％与30％之间、5％与35％之间、5％与40％之间、6％与7％之间、6％与8％之间、6％与9％之间、6％与10％之间、6％与11％之间、6％与12％之间、6％与13％之间、6％与14％之间、6％与15％之间、6％与16％之间、6％与17％之间、6％与18％之间、6％与19％之间、6％与20％之间、6％与25％之间、6％与30％之间、6％与35％之间、6％与40％之间、7％与8％之间、7％与9％之间、7％与10％之间、7％与11％之间、7％与12％之间、7％与13％之间、7％与14％之间、7％与15％之间、7％与16％之间、7％与17％之间、7％与18％之间、7％与19％之间、7％与20％之间、7％与25％之间、7％与30％之间、7％与35％之间、7％与40％之间、8％与9％之间、8％与10％之间、8％与11％之间、8％与12％之间、8％与13％之间、8％与14％之间、8％与15％之间、8％与16％之间、8％与17％之间、8％与18％之间、8％与19％之间、8％与20％之间、8％与25％之间、8％与30％之间、8％与35％之间、8％与40％之间、9％与10％之间、9％与11％之间、9％与12％之间、9％与13％之间、9％与14％之间、9％与15％之间、9％与16％之间、9％与17％之间、9％与18％之间、9％与19％之间、9％与20％之间、9％与25％之间、9％与30％之间、9％与35％之间、9％与40％之间、10％与11％之间、10％与12％之间、10％与13％之间、10％与14％之间、10％与15％之间、10％与16％之间、10％与17％之间、10％与18％之间、10％与19％之间、10％与20％之间、10％与25％之间、10％与30％之间、10％与35％之间、10％与40％之间、11％与12％之间、11％与13％之间、11％与14％之间、11％与15％之间、11％与16％之间、11％与17％之间、11％与18％之间、11％与19％之间、11％与20％之间、11％与25％之间、11％与30％之间、11％与35％之间、11％与40％之间、12％与13％之间、12％与14％之间、12％与15％之间、12％与16％之间、12％与17％之间、12％与18％之间、12％与19％之间、12％与20％之间、12％与25％之间、12％与30％之间、12％与35％之间、12％与40％之间、13％与14％之间、13％与15％之间、13％与16％之间、13％与17％之间、13％与18％之间、13％与19％之间、13％与20％之间、13％与25％之间、13％与30％之间、13％与35％之间、13％与40％之间、14％与15％之间、14％与16％之间、14％与17％之间、14％与18％之间、14％与19％之间、14％与20％之间、14％与25％之间、14％与30％之间、14％与35％之间、14％与40％之间、15％与16％之间、15％与17％之间、15％与18％之间、15％与19％之间、15％与20％之间、15％与25％之间、15％与30％之间、15％与35％之间、15％与40％之间、16％与17％之间、16％与18％之间、16％与19％之间、16％与20％之间、16％与25％之间、16％与30％之间、16％与35％之间、16％与40％之间、17％与18％之间、17％与19％之间、17％与20％之间、17％与25％之间、17％与30％之间、17％与35％之间、17％与40％之间、18％与19％之间、18％与20％之间、18％与25％之间、18％与30％之间、18％与35％之间、18％与40％之间、19％与20％之间、19％与25％之间、19％与30％之间、19％与35％之间、19％与40％之间、20％与25％之间、20％与30％之间、20％与35％之间、20％与40％之间、25％与30％之间、25％与35％之间、25％与40％之间、30％与35％之间、30％与40％之间或35％与40％之间。碳基材料可以以某一浓度(例如，按照干的基础上无溶剂的重量)存在于电极中，所述浓度大于或等于约0.01％、0.05％、0.1％、0.5％、1％、1.5％、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％、10.5％、11％、11.5％、12％、12.5％、13％、13.5％、14％、14.5％、15％、15.5％、16％、16.5％、17％、17.5％、18％、18.5％、19％、19.5％、20％、21％、22％、23％、24％、25％、26％、27％、28％、29％、30％、31％、32％、33％、34％、35％、36％、37％、38％、39％或40％。另外或作为替代方案，碳基材料可以以某一浓度(例如，按照干的基础上无溶剂的重量)存在于电极中，所述浓度小于或等于约40％、39％、38％、37％、36％、35％、34％、33％、32％、31％、30％、29％、28％、27％、26％、25％、24％、23％、22％、21％、20％、19.5％、19％、18.5％、18％、17.5％、17％、16.5％、16％、15.5％、15％、14.5％、14％、13.5％、13％、12.5％、12％、11.5％、11％、10.5％、10％、9.5％、9％、8.5％、8％、7.5％、7％、6.5％、6％、5.5％、5％、4.5％、4％、3.5％、3％、2.5％、2％、1.5％、1％、0.5％、0.1％、0.05％或0.01％。碳基材料可以这些浓度与一种或多种其他材料(例如，本文中描述的一种或多种其他电极材料和其浓度)组合地存在于电极中。
在某些实施方案中，本公开的碳基材料(例如，PCS)可以以某一浓度(例如，按重量)存在于电极(例如，超级电容器的电极)中，所述浓度大于或等于约0.01％、0.05％、0.1％、0.5％、1％、1.5％、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％、10.5％、11％、11.5％、12％、12.5％、13％、13.5％、14％、14.5％、15％、15.5％、16％、16.5％、17％、17.5％、18％、18.5％、19％、19.5％、20％、25％、30％、35％、40％、45％、50％、60％、65％、70％、75％、80％、85％、90％或95％。
形成储能装置的方法
本公开的储能装置可以包括电极、隔板、电解质和封装。这些组件可以以不同的方式制造和组装。在某些实施方案中，个别组件可以被制造并稍后组装。在一些实施方案中，组件可以经由缠绕或卷动(例如，见图9和图20)来组装。例如，制造电池单元的方法可以包括提供第一片隔板，将正电极片(例如，包括本公开的碳基材料)放置在第一片隔板上，将第二片隔板放置在正电极片上，将负电极薄片(例如，包括石墨)放置在第二片隔板上，以及卷动薄片以形成电池单元(卷压电池单元)。在一些实施方案中，组件可以经由堆叠(例如，见图18和图19)组装。
图2示意性地示出了获得配方并处理包括本公开的碳基材料的电池的过程的示例。配方可以包括电极混合物(例如，阴极混合物)的至少一部分。在某些实施方案中，配方可以包括电极混合物(例如，整个阴极混合物)的所有成分。在某些实施方案中，配方可以是或可以形成浆料。过程可以包括提供粘结剂201和溶剂202。粘结剂201和溶剂202可以在反应器203中组合。反应器203可以加热至给定温度(例如，至少约90℃)。过程可以包括提供锂化金属化合物(例如，锂化金属氧化物或磷酸盐)204和碳基材料(例如，PCS)205。混合器206可以接收来自反应器203的材料(例如，加热的粘结剂和加热的溶剂)的至少一部分、锂化金属化合物(例如，锂化金属氧化物或磷酸盐)204和碳基材料(例如，PCS)205。混合器206可以输出浆料207(例如，包括混合器中的成分的混合物)。可以经由滚涂和干燥208，随后用滚压机210来处理浆料207。接着，过程可以包括切开211和应用金属舌片212。过程还可以包括缠绕213，随后是颈缩214。过程还可以包括电解质添加215。最后，过程可以包括电池单元卷边216。
可选地，在一些实施方案中，粘结剂201、溶剂202、锂化金属化合物204、碳基材料205和/或任何其他电极成分中的至少一部分可以另外组合。例如，这些成分或其子集都可以直接提供到混合器206(例如，其可以是加热的)。
图25说明性地示出了用于滚涂的示例性设备，其中当薄膜2503经过滚筒2504时，槽模2501将浆料2502沉积在薄膜2503上。
图3-7示出了电池电极的处理的示例。这种处理可以包括一个或多个处理步骤(例如，图2中的步骤208)。处理可以包括使用如图3所示的大型卷式处理用浆料(例如，包括碳基材料，例如PCS的浆料)来涂布基板。基板(例如，如果导电的话)可以用作电极集电器。在一些实施方案中，处理可以包括使用铝箔作为基板。铝箔可以形成集电器。
在一些实施方案中，活性材料以约20％至约75％的浓度存在于浆料中。在一些实施方案中，活性材料以至少约20％的浓度存在于浆料中。在一些实施方案中，活性材料以至多约75％的浓度存在于浆料中。在一些实施方案中，活性材料以约20％至约25％、约20％至约30％、约20％至约35％、约20％至约40％、约20％至约45％、约20％至约50％、约20％至约55％、约20％至约60％、约20％至约65％、约20％至约70％、约20％至约75％、约25％至约30％、约25％至约35％、约25％至约40％、约25％至约45％、约25％至约50％、约25％至约55％、约25％至约60％、约25％至约65％、约25％至约70％、约25％至约75％、约30％至约35％、约30％至约40％、约30％至约45％、约30％至约50％、约30％至约55％、约30％至约60％、约30％至约65％、约30％至约70％、约30％至约75％、约35％至约40％、约35％至约45％、约35％至约50％、约35％至约55％、约35％至约60％、约35％至约65％、约35％至约70％、约35％至约75％、约40％至约45％、约40％至约50％、约40％至约55％、约40％至约60％、约40％至约65％、约40％至约70％、约40％至约75％、约45％至约50％、约45％至约55％、约45％至约60％、约45％至约65％、约45％至约70％、约45％至约75％、约50％至约55％、约50％至约60％、约50％至约65％、约50％至约70％、约50％至约75％、约55％至约60％、约55％至约65％、约55％至约70％、约55％至约75％、约60％至约65％、约60％至约70％、约60％至约75％、约65％至约70％、约65％至约75％或约70％至约75％的浓度存在于浆料中。在一些实施方案中，活性材料以约20％、约25％、约30％、约35％、约40％、约45％、约50％、约55％、约60％、约65％、约70％或约75％的浓度存在于浆料中。
在一些实施方案中，粘结剂以约0.2％至约10％的浓度存在于浆料中。在一些实施方案中，粘结剂以至少约0.2％的浓度存在于浆料中。在一些实施方案中，粘结剂以至多约10％的浓度存在于浆料中。在一些实施方案中，粘结剂以约0.2％至约0.5％、约0.2％至约0.75％、约0.2％至约1％、约0.2％至约2％、约0.2％至约3％、约0.2％至约4％、约0.2％至约5％、约0.2％至约6％、约0.2％至约7％、约0.2％至约8％、约0.2％至约10％、约0.5％至约0.75％、约0.5％至约1％、约0.5％至约2％、约0.5％至约3％、约0.5％至约4％、约0.5％至约5％、约0.5％至约6％、约0.5％至约7％、约0.5％至约8％、约0.5％至约10％、约0.75％至约1％、约0.75％至约2％、约0.75％至约3％、约0.75％至约4％、约0.75％至约5％、约0.75％至约6％、约0.75％至约7％、约0.75％至约8％、约0.75％至约10％、约1％至约2％、约1％至约3％、约1％至约4％、约1％至约5％、约1％至约6％、约1％至约7％、约1％至约8％、约1％至约10％、约2％至约3％、约2％至约4％、约2％至约5％、约2％至约6％、约2％至约7％、约2％至约8％、约2％至约10％、约3％至约4％、约3％至约5％、约3％至约6％、约3％至约7％、约3％至约8％、约3％至约10％、约4％至约5％、约4％至约6％、约4％至约7％、约4％至约8％、约4％至约10％、约5％至约6％、约5％至约7％、约5％至约8％、约5％至约10％、约6％至约7％、约6％至约8％、约6％至约10％、约7％至约8％、约7％至约10％或约8％至约10％的浓度存在于浆料中。在一些实施方案中，粘结剂以约0.2％、约0.5％、约0.75％、约1％、约2％、约3％、约4％、约5％、约6％、约7％、约8％或约10％的浓度存在于浆料中。
在一些实施方案中，溶剂以约5％至约80％的浓度存在于浆料中。在一些实施方案中，溶剂以至少约5％的浓度存在于浆料中。在一些实施方案中，溶剂以至多约80％的浓度存在于浆料中。在一些实施方案中，溶剂以约5％至约10％、约5％至约15％、约5％至约20％、约5％至约25％、约5％至约30％、约5％至约35％、约5％至约40％、约5％至约50％、约5％至约60％、约5％至约70％、约5％至约80％、约10％至约15％、约10％至约20％、约10％至约25％、约10％至约30％、约10％至约35％、约10％至约40％、约10％至约50％、约10％至约60％、约10％至约70％、约10％至约80％、约15％至约20％、约15％至约25％、约15％至约30％、约15％至约35％、约15％至约40％、约15％至约50％、约15％至约60％、约15％至约70％、约15％至约80％、约20％至约25％、约20％至约30％、约20％至约35％、约20％至约40％、约20％至约50％、约20％至约60％、约20％至约70％、约20％至约80％、约25％至约30％、约25％至约35％、约25％至约40％、约25％至约50％、约25％至约60％、约25％至约70％、约25％至约80％、约30％至约35％、约30％至约40％、约30％至约50％、约30％至约60％、约30％至约70％、约30％至约80％、约35％至约40％、约35％至约50％、约35％至约60％、约35％至约70％、约35％至约80％、约40％至约50％、约40％至约60％、约40％至约70％、约40％至约80％、约50％至约60％、约50％至约70％、约50％至约80％、约60％至约70％、约60％至约80％或约70％至约80％的浓度存在于浆料中。在一些实施方案中，溶剂以约5％、约10％、约15％、约20％、约25％、约30％、约35％、约40％、约50％、约60％、约70％或约80％的浓度存在于浆料中。
处理可以展开铝箔以用于涂布(例如，配方的)浆料开始，如图4所示。图5示出了在将浆料涂布至铝箔上时浆料的近视图的示例(浆料的颜色是黑色的)。涂布的浆料可以形成薄膜。处理可以包括已涂布薄膜的干燥。图6示出了使用管线内加热炉在120℃下干燥之后的电极的已涂布薄膜(例如，包括碳基材料，例如PCS的薄膜)的示例。处理可以包括在已经涂布铝箔之后重绕铝箔。图7示出了在已经用碳基材料(例如，PCS)涂布铝箔之后重绕铝箔的示例。
电池(例如，基于LFP的电池单元)的制造方法可以如图10所示。正电极(在放电期间为阴极)可以从包括PCS/LFP的阴极材料1001制备。阴极材料1001的混合1002之后可以是对铝箔1003进行涂布和干燥1004。已涂布的箔可以通过切开1005和在滚压机1006中进行处理。负电极(在放电期间为阳极)可以从包括石墨的阳极材料1011制备。阳极材料1011的混合1012之后可以是对铜箔1013进行涂布和干燥1014。已涂布的箔可以通过切开1015和在滚压机1016中进行处理。
隔板1021接着可以与正电极和负电极集成(例如，安置在其之间)。接下来，过程可以包括正电极、负电极和隔板的缠绕1022。缠绕的卷可以放置在壳体1024中，随后进行缠绕和颈缩1023。接下来，可以进行真空干燥1032，随后用电解质1034进行填充1033。顶部壳体1035可以用于密封1036。步骤1032、1033和1036可以在干燥室1031中进行。在一些实施方案中，电解质1034和顶盖1035可以在干燥室环境中制备或存储。最后，可以发送电池以贴标签和测试1041。
电池(例如，基于NCA的电池单元)的制造方法可以如图14所示。正电极(在放电期间为阴极)可以从包括PCS/NCA的阴极材料1401制备。正电极材料的混合1402之后可以是对铝箔1403进行涂布和干燥1404。已涂布的箔可以通过切开1405和在滚压机1406中进行处理。负电极(在放电期间为阳极)可以从包括石墨的阳极材料1411制备。阳极材料1411的混合1412之后可以是对铜箔1413进行涂布和干燥1414。已涂布的箔可以通过切开1415和在滚压机1416中进行处理。
隔板1421接着可以与正电极和负电极集成(例如，安置在其之间)。接下来，过程可以包括正电极、负电极和隔板的缠绕1422。缠绕的卷可以放置在壳体1424中，随后进行缠绕和颈缩1423。接下来，可以进行真空干燥1432，随后用电解质1434进行填充1433。顶部壳体1435可以用于密封1436。步骤1432、1433和1436可以在干燥室1431中进行。在一些实施方案中，电解质1434和顶盖1435可以在干燥室环境中制备或存储。最后，可以发送电池以贴标签和测试1441。
在一些实施方案中，电池(例如，基于NMC的电池单元)的组装过程可以如图18-20所示。过程可以包括堆叠(图18-19)，和/或缠绕或卷动(图20)。例如，电池可以经由堆叠或缠绕而组装。
图18是电池单元(例如，基于NMC的电池单元)的堆叠的鸟瞰图。可以在夹具1807上进行组装。可以在基板1800(例如，木质基板)上进行组装。金属杆1801可以限制具有铝箔集电器1803的正电极1802、隔板1804以及具有铜箔集电器1806的负电极1805的组装。正电极1802和铝箔集电器1803可以如本文中其他地方(例如，关于图2-7，图10和图14)所描述而形成(至少部分地)。负电极1805和铜箔集电器1806可以如本文中其他地方(例如，关于图2-7，图10和图14)所描述而形成(至少部分地)。
图19是电池单元(例如，基于NMC的电池单元)的堆叠的横截面视图。可以在夹具1907上进行组装。可以在基板1900(例如，木质基板)上进行组装。隔板1901可以首先放置，从而形成第一层隔板。隔板可以如图19所示而展开并且由夹具保持在适当位置。正电极(例如，包括或耦合至用作正集电器的铝箔的正电极)1902可以放置在第一层隔板1901顶部(左侧)。接下来，隔板可以在正电极1902上方折叠以形成第二层隔板，并且负电极(例如，包括或耦合至用作负集电器的铜箔的负电极)1912可以放置在第二层隔板1911顶部(右侧)。负电极和正电极(例如，包括集电器)可以如本文中其他地方(例如，关于图2-7，图10和图14)所描述而形成(至少部分地)。
图20是电池单元(例如，基于NMC的电池单元)的缠绕的示例。包括第一片隔板2001、正电极2002、第二片隔板2003以及负电极2004的层状薄片可以沿着轴2000旋转以形成电池单元。负电极和正电极(例如，包括集电器)可以如本文中其他地方(例如，关于图2-7，图10和图14)所描述而形成(至少部分地)。
可以使用图2中的制造方法的一个或多个步骤和/或图3-7中的处理步骤中的一者或多者来产生完成的产物(电池)，诸如图11、图15和图21所示。
储能装置的性能
市场上可获得的储能装置可以提供约1000mAh的电荷存储容量，500-1500瓦每千克(W/kg)的功率密度，以及500个循环的循环稳定性。然而，这些图式的其他改进对于本技术的广泛接纳，尤其对于诸如电动车辆和电网规模能量存储的大型应用是必要的(例如，以降低电动车辆的价格并促成干净且绿色的环境)。
相比之下，本文中提供的储能装置(例如，电池)在一些实施方案中可以提供超过2200或3400mAh的容量(例如，电荷存储容量)以及约3000W/kg的功率密度并且使用超过1000个循环。可以例如通过突出本文中描述的碳基材料的电性质和机械性质、本文中描述的碳基材料的格外高的表面积或其组合来实现这类特征。本文中描述的碳基材料可以使储能装置(例如，电池)更轻、更有力、更高效或其任何组合。
图12示出了基于LFP的电池的示例性能。图22示出了基于NMC的电池的示例性能。
根据图26，本公开的储能装置(例如，电池或电池单元)可以具有比市场上可获得的LIB(例如，电荷存储容量为1000或3400mAh的LIB)大至少约1.5倍、2倍、2.1倍、2.2倍、2.3倍、2.4倍、2.5倍、2.6倍、2.7倍、2.8倍、2.9倍或3倍的电荷存储容量。根据图26，市场上当前可获得的示例性LIB包括索尼制造的NCR-18650A、NCR-18650B和NCR-18650PF LIB，以及三星制造的INR-18650-25R LIB。本公开的储能装置(例如，电池或电池单元)可以具有比市场上可获得的LIB(例如，功率密度为500-1500W/kg的LIB)大至少约1.5倍、2倍、2.5倍、3倍、3.5倍、4倍、4.5倍、5倍、5.5倍、6倍、6.5倍、7倍、7.5倍或8倍的功率密度。本公开的储能装置(例如，电池或电池单元)可以具有比市场上可获得的LIB(例如，循环稳定性或循环寿命为500或1000个循环的LIB)大至少约1.5倍、2倍或2.5倍的循环稳定性或循环寿命。例如，与仅500个循环的竞争性技术相比，本公开的储能装置(例如，电池或电池单元)可以使电子装置运转达两倍之久并且可以使用超过1000个循环。在一些实施方案中，本公开的电池与商业电池相比不仅可以具有高得多的容量而且可以提供高功率并持续更久。本公开的储能装置(例如，电池或电池单元)可以具有比市场上可获得的LIB(例如，能量密度为90-150瓦小时每千克(Wh/kg)的LIB)大至少约1.5倍、2倍或2.5倍的能量密度。本公开的储能装置(例如，电池或电池单元)可以比商业(例如，LIB)电池单元有力至少约2倍(例如，电荷存储容量大至少2倍，功率密度大至少2倍，和/或循环稳定性/循环寿命大至少2倍)。
本公开的储能装置(例如，电池或电池单元)的电荷存储容量可以大于或等于约750mAh、800mAh、850mAh、950mAh、1000mAh、1100mAh、1200mAh、1300mAh、1400mAh、1500mAh、1600mAh、1700mAh、1800mAh、1900mAh、2000mAh、2100mAh、2200mAh、2300mAh、2400mAh、2500mAh、2600mAh、2700mAh、2800mAh、2900mAh、3000mAh、3100mAh、3200mAh、3300mAh、3400mAh、3500mAh、3600mAh、3700mAh、3800mAh、3900mAh、4000mAh、4200mAh、4600mAh、4800mAh、5000mAh。本公开的储能装置(例如，电池或电池单元)的电荷存储容量可以在约1000mAh与2500mAh之间、1000mAh与3000mAh之间、1000mAh与3500mAh之间、1000mAh与4000mAh之间、1100mAh与2500mAh之间、1100mAh与3000mAh之间、1100mAh与3500mAh之间、1100mAh与4000mAh之间、1200mAh与2500mAh之间、1200mAh与3000mAh之间、1200mAh与3500mAh之间、1200mAh与4000mAh之间、1300mAh与2500mAh之间、1300mAh与3000mAh之间、1300mAh与3500mAh之间、1300mAh与4000mAh之间、1400mAh与2500mAh之间、1400mAh与3000mAh之间、1400mAh与3500mAh之间、1400mAh与4000mAh之间、1500mAh与2500mAh之间、1500mAh与3000mAh之间、1500mAh与3500mAh之间、1500mAh与4000mAh之间、1600mAh与2500mAh之间、1600mAh与3000mAh之间、1600mAh与3500mAh之间、1600mAh与4000mAh之间、1700mAh与2500mAh之间、1700mAh与3000mAh之间、1700mAh与3500mAh之间、1700mAh与4000mAh之间、1800mAh与2500mAh之间、1800mAh与3000mAh之间、1800mAh与3500mAh之间、1800mAh与4000mAh之间、1900mAh与2500mAh之间、1900mAh与3000mAh之间、1900mAh与3500mAh之间、1900mAh与4000mAh之间、2000mAh与2500mAh之间、2000mAh与3000mAh之间、2000mAh与3500mAh之间、2000mAh与4000mAh之间、2500mAh与3000mAh之间、2500mAh与3500mAh之间、2500mAh与4000mAh之间、3000mAh与3500mAh之间、3000mAh与4000mAh之间或3500mAh与4000mAh之间。本公开的储能装置(例如，电池或电池单元)可以具有这些电荷存储容量与本文中描述的一个或多个功率密度、能量密度和/或循环稳定性/循环寿命相结合。在一些实施方案中，本公开的储能装置(例如，电池或电池单元)的存储容量为约800mAh至约4,000mAh。在一些实施方案中，本公开的储能装置(例如，电池或电池单元)的存储容量为至少约1,000mAh。
本公开的储能装置(例如，电池或电池单元)的电荷存储容量可以是约80mAh/g至约800mAh/g。本公开的储能装置(例如，电池或电池单元)的电荷存储容量可以是至少约80mAh/g。本公开的储能装置(例如，电池或电池单元)的电荷存储容量可以是至多约800mAh/g。本公开的储能装置(例如，电池或电池单元)的电荷存储容量可以是约80mAh/g至约100mAh/g、约80mAh/g至约150mAh/g、约80mAh/g至约200mAh/g、约80mAh/g至约300mAh/g、约80mAh/g至约400mAh/g、约80mAh/g至约500mAh/g、约80mAh/g至约600mAh/g、约80mAh/g至约700mAh/g、约80mAh/g至约800mAh/g、约100mAh/g至约150mAh/g、约100mAh/g至约200mAh/g、约100mAh/g至约300mAh/g、约100mAh/g至约400mAh/g、约100mAh/g至约500mAh/g、约100mAh/g至约600mAh/g、约100mAh/g至约700mAh/g、约100mAh/g至约800mAh/g、约150mAh/g至约200mAh/g、约150mAh/g至约300mAh/g、约150mAh/g至约400mAh/g、约150mAh/g至约500mAh/g、约150mAh/g至约600mAh/g、约150mAh/g至约700mAh/g、约150mAh/g至约800mAh/g、约200mAh/g至约300mAh/g、约200mAh/g至约400mAh/g、约200mAh/g至约500mAh/g、约200mAh/g至约600mAh/g、约200mAh/g至约700mAh/g、约200mAh/g至约800mAh/g、约300mAh/g至约400mAh/g、约300mAh/g至约500mAh/g、约300mAh/g至约600mAh/g、约300mAh/g至约700mAh/g、约300mAh/g至约800mAh/g、约400mAh/g至约500mAh/g、约400mAh/g至约600mAh/g、约400mAh/g至约700mAh/g、约400mAh/g至约800mAh/g、约500mAh/g至约600mAh/g、约500mAh/g至约700mAh/g、约500mAh/g至约800mAh/g、约600mAh/g至约700mAh/g、约600mAh/g至约800mAh/g或约700mAh/g至约800mAh/g。本公开的储能装置(例如，电池或电池单元)的电荷存储容量可以是约80mAh/g、约100mAh/g、约150mAh/g、约200mAh/g、约300mAh/g、约400mAh/g、约500mAh/g、约600mAh/g、约700mAh/g、约800mAh/g或约80mAh/g。
本公开的储能装置(例如，电池或电池单元)可以具有这些电荷存储容量与本文中描述的一个或多个功率密度、能量密度和/或循环稳定性/循环寿命相结合。在一些实施方案中，本公开的储能装置(例如，电池或电池单元)的存储容量为约80mAh/g至约800mAh/g。在一些实施方案中，本公开的储能装置(例如，电池或电池单元)的存储容量为至少约1,000mAh/g。
本公开的储能装置(例如，电池或电池单元)的功率密度可以大于或等于约500W/kg、600W/kg、700W/kg、800W/kg、900W/kg、1000W/kg、1100W/kg、1200W/kg、1300W/kg、1400W/kg、1500W/kg、1600W/kg、1700W/kg、1800W/kg、1900W/kg、2000W/kg、2100W/kg、2200W/kg、2300W/kg、2400W/kg、2500W/kg、2600W/kg、2700W/kg、2800W/kg、2900W/kg、3000W/kg、3100W/kg、3200W/kg、3300W/kg、3400W/kg或3500W/kg。本公开的储能装置(例如，电池或电池单元)的功率密度可以在约500W/kg与3000W/kg之间、500W/kg与3500W/kg之间、1000W/kg与3000W/kg之间、1000W/kg与3500W/kg之间、1500W/kg与3000W/kg之间、1500W/kg与3500W/kg之间、1600W/kg与3000W/kg之间、1600W/kg与3500W/kg之间、1700W/kg与3000W/kg之间、1700W/kg与3500W/kg之间、1800W/kg与3000W/kg之间、1800W/kg与3500W/kg之间、1900W/kg与3000W/kg之间、1900W/kg与3500W/kg之间、2000W/kg与3000W/kg之间、2000W/kg与3500W/kg之间、2100W/kg与3000W/kg之间、2100W/kg与3500W/kg之间、2200W/kg与3000W/kg之间、2200W/kg与3500W/kg之间、2300W/kg与3000W/kg之间、2300W/kg与3500W/kg之间、2400W/kg与3000W/kg之间、2400W/kg与3500W/kg之间、2500W/kg与3000W/kg之间、2500W/kg与3500W/kg之间、2600W/kg与3000W/kg之间、2600W/kg与3500W/kg之间、2700W/kg与3000W/kg之间、2700W/kg与3500W/kg之间、2800W/kg与3000W/kg之间、2800W/kg与3500W/kg之间、2900W/kg与3000W/kg之间、2900W/kg与3500W/kg之间或3000W/kg与3500W/kg之间。本公开的储能装置(例如，电池或电池单元)可以具有这些功率密度与本文中描述的一个或多个电荷存储容量、能量密度和/或循环稳定性/循环寿命相结合。
本公开的储能装置(例如，电池或电池单元)的循环稳定性或循环寿命可以大于或等于约500个循环、600个循环、700个循环、800个循环、900个循环、1000个循环、1100个循环、1200个循环、1300个循环、1400个循环、1500个循环或2000个循环。本公开的储能装置(例如，电池或电池单元)的循环稳定性或循环寿命可以在约500个循环与1000个循环之间、500个循环与1500个循环之间、600个循环与1000个循环之间、600个循环与1500个循环之间、700个循环与1000个循环之间、700个循环与1500个循环之间、800个循环与1000个循环之间、800个循环与1500个循环之间、800个循环与1000个循环之间、800个循环与1500个循环之间、900个循环与1000个循环之间、900个循环与1500个循环之间、1000个循环与1500个循环之间或1500个循环与2000个循环之间。本公开的储能装置(例如，电池或电池单元)可以具有这些循环稳定性/循环寿命与本文中描述的一个或多个电荷存储容量、功率密度和/或能量密度相结合。
本公开的储能装置(例如，电池或电池单元)的能量密度可以大于或等于约50Wh/kg、75Wh/kg、90Wh/kg、100Wh/kg、110Wh/kg、120Wh/kg、130Wh/kg、140Wh/kg、150Wh/kg、160Wh/kg、170Wh/kg、180Wh/kg、190Wh/kg、200Wh/kg、210Wh/kg、220Wh/kg、230Wh/kg、240Wh/kg、250Wh/kg、260Wh/kg、270Wh/kg、280Wh/kg、290Wh/kg、300Wh/kg、310Wh/kg、320Wh/kg、330Wh/kg、340Wh/kg、350Wh/kg、360Wh/kg、370Wh/kg、380Wh/kg、390Wh/kg或400Wh/kg。本公开的储能装置(例如，电池或电池单元)的能量密度可以在约90Wh/kg与250Wh/kg之间、90Wh/kg与300Wh/kg之间、90Wh/kg与350Wh/kg之间、90Wh/kg与400Wh/kg之间、150Wh/kg与250Wh/kg之间、150Wh/kg与300Wh/kg之间、150Wh/kg与350Wh/kg之间、150Wh/kg与400Wh/kg之间、200Wh/kg与250Wh/kg之间、200Wh/kg与300Wh/kg之间、200Wh/kg与350Wh/kg之间、200Wh/kg与400Wh/kg之间、250Wh/kg与300Wh/kg之间、250Wh/kg与350Wh/kg之间、250Wh/kg与400Wh/kg之间、300Wh/kg与350Wh/kg之间、300Wh/kg与400Wh/kg之间或350Wh/kg与400Wh/kg之间。本公开的储能装置(例如，电池或电池单元)可以具有这些能量密度与本文中描述的一个或多个电荷存储容量、功率密度和/或循环稳定性/循环寿命相结合。
本公开的储能装置(例如，电池或电池单元)的充电电压可以大于或等于约2V、2.1V、2.2V、2.3V、2.4V、2.5V、2.6V、2.7V、2.8V、2.9V、3V、3.1V、3.2V、3.3V、3.4V、3.5V、3.6V、3.7V、3.8V、3.9V、4V、4.1V、4.2V、4.3V、4.4V或4.5V。本公开的储能装置(例如，电池或电池单元)的充电电压可以在约2V与2.5V之间、2V与3V之间、2V与3.5V之间、2V与4V之间、2V与4.5V之间、2.5V与3V之间、2.5V与3.5V之间、2.5V与4V之间、2.5V与4.5V之间、3V与3.5V之间、3V与4V之间、3V与4.5V之间、3.5V与4V之间、3.5V与4.5V之间或4V与4.5V之间。本公开的储能装置(例如、电池或电池单元)的放电电压可以大于或等于约2V、2.5V、3V、3.5V、4V或4.5V。本公开的储能装置(例如、电池或电池单元)的放电电压可以在约2V与2.5V之间、2V与3V之间、2V与3.5V之间、2V与4V之间、2V与4.5V之间、2.5V与3V之间、2.5V与3.5V之间、2.5V与4V之间、2.5V与4.5V之间、3V与3.5V之间、3V与4V之间、3V与4.5V之间、3.5V与4V之间、3.5V与4.5V之间或4V与4.5V之间。在一些实施方案中，充电电压与放电电压可以相差小于或等于约25％、20％、15％、10％或5％(例如，见图12)。充电电压和放电电压在给定容量范围内(例如，高达约1000mAh、1100mAh、1200mAh、1300mAh、1400mAh、1600mAh、1700mAh、1800mAh、1900mAh、2000mAh、2200mAh、2400mAh、2600mAh、2800mAh、3000mAh、3200mAh、3400mAh、3600mAh、3800mAh或4000mAh)可以具有这种相似性。
根据图27，市场上可获得的储能装置展现约40Ω至约70Ω的等效串联电阻(ESR)。然而，这些图式的其他改进对于本技术的广泛接纳，尤其对于诸如电动车辆和电网规模能量存储的大型应用是必要的(例如，以降低电动车辆的价格并促成干净且绿色的环境)。
相比之下，本文中提供的储能装置(例如，电池)在一些实施方案中可以展现小于30Ω的ESR，如通过图28中的电位-时间曲线图所计算。可以例如通过突出本文中描述的碳基材料的电性质和机械性质、本文中描述的碳基材料的格外高的表面积或其组合来实现这类特征。
本公开的储能装置(例如，电池或电池单元)在1千赫兹(kHz)下的ESR可以是14毫欧至80毫欧。本公开的储能装置(例如，电池或电池单元)在1kHz下的ESR可以是至少14毫欧。本公开的储能装置(例如，电池或电池单元)在1kHz下的ESR可以是至多80毫欧。本公开的储能装置(例如，电池或电池单元)在1kHz下的ESR可以是14毫欧至20毫欧、14毫欧至25毫欧、14毫欧至30毫欧、14毫欧至35毫欧、14毫欧至40毫欧、14毫欧至45毫欧、14毫欧至50毫欧、14毫欧至55毫欧、14毫欧至60毫欧、14毫欧至70毫欧、14毫欧至80毫欧、20毫欧至25毫欧、20毫欧至30毫欧、20毫欧至35毫欧、20毫欧至40毫欧、20毫欧至45毫欧、20毫欧至50毫欧、20毫欧至55毫欧、20毫欧至60毫欧、20毫欧至70毫欧、20毫欧至80毫欧、25毫欧至30毫欧、25毫欧至35毫欧、25毫欧至40毫欧、25毫欧至45毫欧、25毫欧至50毫欧、25毫欧至55毫欧、25毫欧至60毫欧、25毫欧至70毫欧、25毫欧至80毫欧、30毫欧至35毫欧、30毫欧至40毫欧、30毫欧至45毫欧、30毫欧至50毫欧、30毫欧至55毫欧、30毫欧至60毫欧、30毫欧至70毫欧、30毫欧至80毫欧、35毫欧至40毫欧、35毫欧至45毫欧、35毫欧至50毫欧、35毫欧至55毫欧、35毫欧至60毫欧、35毫欧至70毫欧、35毫欧至80毫欧、40毫欧至45毫欧、40毫欧至50毫欧、40毫欧至55毫欧、40毫欧至60毫欧、40毫欧至70毫欧、40毫欧至80毫欧、45毫欧至50毫欧、45毫欧至55毫欧、45毫欧至60毫欧、45毫欧至70毫欧、45毫欧至80毫欧、50毫欧至55毫欧、50毫欧至60毫欧、50毫欧至70毫欧、50毫欧至80毫欧、55毫欧至60毫欧、55毫欧至70毫欧、55毫欧至80毫欧、60毫欧至70毫欧、60毫欧至80毫欧或70毫欧至80毫欧。本公开的储能装置(例如，电池或电池单元)在1kHz下的ESR可以是14毫欧、20毫欧、25毫欧、30毫欧、35毫欧、40毫欧、45毫欧、50毫欧、55毫欧、60毫欧、70毫欧或80毫欧。本公开的储能装置(例如，电池或电池单元)在1kHz下的ESR可以是约5毫欧至约100毫欧。本公开的储能装置(例如，电池或电池单元)在1kHz下的ESR可以是至少约5毫欧。本公开的储能装置(例如，电池或电池单元)在1kHz下的ESR可以是至多约100毫欧。本公开的储能装置(例如，电池或电池单元)在1kHz下的ESR可以是约5毫欧至约10毫欧、约5毫欧至约20毫欧、约5毫欧至约30毫欧、约5毫欧至约40毫欧、约5毫欧至约50毫欧、约5毫欧至约60毫欧、约5毫欧至约70毫欧、约5毫欧至约80毫欧、约5毫欧至约90毫欧、约5毫欧至约100毫欧、约10毫欧至约20毫欧、约10毫欧至约30毫欧、约10毫欧至约40毫欧、约10毫欧至约50毫欧、约10毫欧至约60毫欧、约10毫欧至约70毫欧、约10毫欧至约80毫欧、约10毫欧至约90毫欧、约10毫欧至约100毫欧、约20毫欧至约30毫欧、约20毫欧至约40毫欧、约20毫欧至约50毫欧、约20毫欧至约60毫欧、约20毫欧至约70毫欧、约20毫欧至约80毫欧、约20毫欧至约90毫欧、约20毫欧至约100毫欧、约30毫欧至约40毫欧、约30毫欧至约50毫欧、约30毫欧至约60毫欧、约30毫欧至约70毫欧、约30毫欧至约80毫欧、约30毫欧至约90毫欧、约30毫欧至约100毫欧、约40毫欧至约50毫欧、约40毫欧至约60毫欧、约40毫欧至约70毫欧、约40毫欧至约80毫欧、约40毫欧至约90毫欧、约40毫欧至100毫欧、约50毫欧至约60毫欧、约50毫欧至约70毫欧、约50毫欧至约80毫欧、约50毫欧至约90毫欧、约50毫欧至约100毫欧、约60毫欧至约70毫欧、约60毫欧至约80毫欧、约60毫欧至约90毫欧、约60毫欧至约100毫欧、约70毫欧至约80毫欧、约70毫欧至约90毫欧、约70毫欧至约100毫欧、约80毫欧至约90毫欧、约80毫欧至约100毫欧或约90毫欧至约100毫欧。本公开的储能装置(例如，电池或电池单元)在1kHz下的ESR可以是约5毫欧、约10毫欧、约20毫欧、约30毫欧、约40毫欧、约50毫欧、约60毫欧、约70毫欧、约80毫欧、约90毫欧或约100毫欧。
术语和定义
除非另外定义，否则本文中使用的所有技术术语具有与本公开所属的领域的技术人员通常所理解的相同的含义。如本说明书和所附权利要求书中所使用，除非上下文另外清楚指示，否则单数形式“一个”、“一种”和“所述”包括复数形式。除非另外陈述，否则本文中对“或”的任何提及旨在涵盖“和/或”。
尽管本文中已经示出和描述了本公开的优选实施方案，但是对于本领域技术人员将明显的是，这些实施方案仅仅作为示例提供。在不脱离本公开的情况下，本领域技术人员现在将想到许多变化、改变和取代。应理解，本文中描述的本公开的装置的实施方案的各种替代方案可以用于实践本公开。以下权利要求旨在定义本公开的范围并且这些权利要求及其等效物的范围内的方法和结构旨在由其涵盖。
在本公开全文中，以范围形式呈现了数值特征。应理解，范围形式的描述仅仅是为了方便性和简洁性并且不应解释为对任何实施方案的范围的不灵活的限制。因此，除非上下文另外清楚指示，否则范围的描述应视为具有特殊地公开的所有可能的子范围以及该范围内的个别数值到下限单位的十分之一。例如，诸如从1到6的范围的描述应视为具有特殊地公开的子范围，诸如从1到3，从1到4，从1到5，从2到4，从2到6，和从3到6，以及该范围内的个别值，例如1.1、2、2.3、5和5.9。不管范围宽度如何这都适用。这些中间范围的上限和下限可以独立地包括在较小范围中，并且也涵盖在本公开内，经受所述范围的任何特殊地排除的限制。除非上下文另外清楚指示，否则在所述范围包括极限中的一个或两个的情况下，排除那些包括的极限中的任一个或两个的范围也包括在本公开内。
除非具体陈述或从上下文显而易见，否则如本文中所使用，提到数字或数字范围时的术语“约”应理解为意指所述数字和数字±其10％或比范围的所列值的所列下限低10％和比所列上限高10％。
示例
示例1-NCA电池单元
示例性电池包括至少一个电池单元，所述至少一个电池单元包括：包括石墨的负电极(在放电期间为阳极)，以及包括PCS/锂镍钴铝氧化物(NCA)的正电极(在放电期间为阴极)，如表1所示。
表1-NCA电池单元
示例2-NMC电池单元
示例性电池包括至少一个电池单元，所述至少一个电池单元包括：包括石墨的负电极(在放电期间为阳极)，以及包括PCS/锂镍锰钴氧化物(NMC)的正电极(在放电期间为阴极)，如表2所示。
表2-NMC电池
示例3-LFP电池单元
示例性电池包括至少一个电池单元，所述至少一个电池单元包括：包括石墨的负电极(在放电期间为阳极)，以及包括PCS/磷酸锂铁(LFP)的正电极(在放电期间为阴极)，如表3所示。
表3-LFP电池

Claims (23)

1.一种储能装置，所述储能装置包括：
a)负电极，所述负电极包括：
i)石墨烯；
ii)第一粘结剂；以及
iii)导电添加剂；
b)正电极，所述正电极包括：
i)活性材料；以及
ii)第二粘结剂；以及
c)隔板，所述隔板在所述负电极与所述正电极之间。
2.如权利要求1所述的装置，其中所述第一粘结剂和所述第二粘结剂中的至少一者包括聚氟乙烯、聚偏二氟乙烯、聚四氟乙烯、聚三氟氯乙烯、全氟烷氧基聚合物、氟化乙烯-丙烯、聚乙烯四氟乙烯、聚乙烯三氟氯乙烯、全氟化塑性体、碳氟化合物、三氟氯乙烯偏二氟乙烯、含氟弹性体、四氟乙烯-丙烯、全氟聚醚、全氟磺酸、全氟聚氧杂环丁烷、P(VDF-三氟乙烯)、P(VDF-四氟乙烯)或其任何组合。
3.如权利要求1所述的装置，其中所述导电添加剂包括碳黑、乙炔黑、炉黑、气相生长的碳纤维、碳纳米管、多孔碳片或其任何组合。
4.如权利要求1所述的装置，其中所述活性材料包括磷酸锂铁、锂镍钴铝氧化物、锂镍锰钴氧化物、锂钴氧化物、锂锰氧化物、钛酸锂、锂硫或其任何组合。
5.如权利要求1所述的装置，所述装置的存储容量为约800毫安小时(mAh)至约4,000mAh。
6.如权利要求1所述的装置，所述装置的存储容量为至少约800mAh。
7.如权利要求1所述的装置，所述装置的存储容量为约80mAh/g至约800mAh/g。
8.如权利要求1所述的装置，所述装置的存储容量为至少约80mAh/g。
9.如权利要求1所述的装置，所述装置的循环寿命为约500个循环至约1500个循环。
10.如权利要求1所述的装置，所述装置的循环寿命为至少约500个循环。
11.如权利要求1所述的装置，所述装置的等效串联电阻为约5毫欧至约100毫欧。
12.如权利要求1所述的装置，所述装置的等效串联电阻为至多约100毫欧。
13.一种制造电极的方法，所述方法包括：
a)合并粘结剂与溶剂；
b)加热所述粘结剂和所述溶剂；
c)将活性材料混合到所述粘结剂和所述溶剂中以形成浆料；
d)将所述浆料滚涂到箔上；
e)干燥所述箔上的所述浆料；
f)滚压所述箔上的所述浆料；
g)切开所述箔上的所述浆料。
14.如权利要求13所述的方法，其中所述粘结剂包括聚氟乙烯、聚偏二氟乙烯、聚四氟乙烯、聚三氟氯乙烯、全氟烷氧基聚合物、氟化乙烯-丙烯、聚乙烯四氟乙烯、聚乙烯三氟氯乙烯、全氟化塑性体、碳氟化合物、三氟氯乙烯偏二氟乙烯、含氟弹性体、四氟乙烯-丙烯、全氟聚醚、全氟磺酸、全氟聚氧杂环丁烷、P(VDF-三氟乙烯)、P(VDF-四氟乙烯)或其任何组合。
15.如权利要求13所述的方法，其中所述溶剂包括2-吡咯烷酮、N-乙烯基吡咯烷酮、N-甲基-2-吡咯烷酮、甲乙酮或其任何组合。
16.如权利要求13所述的方法，其中所述活性材料包括锂化金属化合物和碳基材料。
17.如权利要求16所述的方法，其中所述锂化金属化合物包括锂镍钴铝氧化物、锂镍锰钴氧化物、磷酸锂铁或其任何组合。
18.如权利要求16所述的方法，其中所述碳基材料包括多孔碳片、石墨或其任何组合。
19.如权利要求13所述的方法，其中所述活性材料以40％至60％的浓度存在于所述浆料中。
20.如权利要求13所述的方法，其中所述活性材料以50％至90％的浓度存在于所述电极中。
21.如权利要求13所述的方法，其中所述粘结剂以约0.5％至约10％的浓度存在于所述浆料中。
22.如权利要求13所述的方法，其中所述粘结剂以约1％至约15％的浓度存在于所述电极中。
23.如权利要求13所述的方法，其中所述溶剂以约10％至60％的浓度存在于所述浆料中。
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