CN116529924A - 用于储能装置的非易燃电解质 - Google Patents

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Abstract

本文所提供的是具有较高的能量和功率密度、循环寿命和安全性的储能装置。在一些实施方案中，所述储能装置包括消除并且/或者减少火灾危险的非易燃电解质以提高电池安全性，同时提高电极与电极材料的相容性。

Description

用于储能装置的非易燃电解质
交叉引用
本申请要求于2020年9月10日提交的美国临时申请号63/076,902的权益，该申请通过引用整体并入本文。
背景技术
目前对具有高能量和功率密度的安全储能技术的需求尚未得到满足。虽然锂离子电池(Li-离子)目前被用于为个人电子设备和电动汽车提供动力，为工具甚至航天任务提供动力，但目前用于商用锂离子电池的碳酸盐电解质是易燃的，因此会造成重大的火灾危险。此类锂离子电池如果短路，可能会引燃，使用常规方法几乎不可能熄灭。
尽管许多溶剂，比如离子液体、氟代醚、有机硅化合物和有机磷酸盐化合物已经被测试为此类易燃碳酸盐电解质的非易燃替代品，但具有此类材料的储能装置的能量和功率密度较低，因为溶剂中的强催化活性导致其与电极材料如石墨烯不相容。
发明内容
在一方面，本文所公开的是锂离子储能装置，包括：阴极；阳极；和包括内酯的耐火电解质。本文所公开的储能装置具有耐火的优点，例如，如通过针刺穿透测试所证实的。此外，所述电极中使用的石墨烯或者还原氧化石墨烯材料与耐火电解质的组合既提供优异的性能，比如高能量和高功率密度，又提供耐燃性，在某些条件下易致过热和燃烧的锂离子电池的情况下，这非常有价值。这些特征使得所述储能装置特别适合在比如电动汽车的能量密集型实践中用作电池，而这些优点适用于各种储能情况。
在一些实施方案中，所述内酯是丁内酯。在一些实施方案中，所述丁内酯是γ-丁内酯。在一些实施方案中，所述耐火电解质进一步包括双(草酸)硼酸锂(LiBOB)、四氟硼酸锂(LiBF4)、1,3-二氧杂环戊烯-2-酮(VC)或者4-乙烯基-1,3-二氧戊环-2-酮(VEC)、或者1,1,2,2-四氟乙基-2,2,3,3-四氟丙基醚(FEP)中的一种或者多种。
在一些实施方案中，所述耐火电解质中的所述γ-丁内酯的重量百分比(w/w)为约30％至约90％。在一些实施方案中，所述耐火电解质中的所述1,1,2,2-四氟乙基-2,2,3,3-四氟丙基醚(FEP)的w/w百分比为约5％至约50％。在一些实施方案中，所述耐火电解质中的所述四氟硼酸锂(LiBF4)的w/w百分比为约1％至约20％。在一些实施方案中，所述耐火电解质中的所述1,3-二氧杂环戊烯-2-酮(VC)或者4-乙烯基-1,3-二氧戊环-2-酮(VEC)的w/w百分比为约0.1％至约10％。在一些实施方案中，所述耐火电解质中的所述双(草酸)硼酸锂(LiBOB)的w/w百分比为约0.1％至约10％。
在一些实施方案中，所述阳极包括由石墨粉末制备的石墨材料。在一些实施方案中，所述石墨粉末包括中碳微珠。在一些实施方案中，所述中碳微珠、天然石墨烯、合成石墨烯或者它们的任何组合具有约5微米至约50微米的直径。
在一些实施方案中，所述阳极包括石墨、炭黑、亲水性黏合剂、羧甲基纤维素或者它们的任何组合。在一些实施方案中，所述阳极包括约70％至约95％w/w的石墨、约1％至约5％w/w的炭黑、约1％至约5％w/w的亲水性黏合剂或者约0.1％至约5％w/w的羧甲基纤维素中的一种或者多种。
在一些实施方案中，所述阳极包括约70％至约95％w/w的石墨、约1％至约5％w/w的炭黑、约1％至约5％wt％的亲水性黏合剂或者约0.1％至约5％w/w的羧甲基纤维素中的一种或者多种。在一些实施方案中，所述阳极包括约70％至约95％w/w浓度的石墨。在一些实施方案中，所述阳极包括约1％至约5％w/w浓度的炭黑。在一些实施方案中，所述阳极包括约1％至约10％w/w浓度的亲水性黏合剂。在一些实施方案中，所述阳极包括约0.1％至约5％w/w浓度的羧甲基纤维素。
在一些实施方案中，所述亲水性黏合剂包括丁苯橡胶。在一些实施方案中，所述阴极包括锂钴氧化物。在一些实施方案中，所述阴极包括聚偏二氟乙烯(PVDF)、炭黑、石墨烯或者它们的任何组合。在一些实施方案中，所述阴极包括70％至99％w/w的锂钴氧化物、约0.5％至约5％w/w的聚偏二氟乙烯(PVDF)、约0.1％至约5％w/w的炭黑或者约0.001％至约5％w/w的石墨烯中的一种或者多种。
在一些实施方案中，所述阴极包括70％至99％w/w的锂钴氧化物、约0.5％至约5％w/w的聚偏二氟乙烯(PVDF)、约0.1％至约5％w/w的炭黑或者约0.001％至约5％w/w的石墨烯中的一种或者多种。在一些实施方案中，所述阴极包括约70％至约99％w/w浓度的锂钴氧化物。在一些实施方案中，所述阴极包括约0.5％至约5％w/w浓度的聚偏二氟乙烯(PVDF)。在一些实施方案中，所述阴极包括约0.1％至约5％w/w浓度的炭黑。在一些实施方案中，所述阴极包括约0.001％至约5％w/w浓度的石墨烯。在一些实施方案中，所述阴极具有从30％至90％w/w浓度的镍:钴:氧化铝和从约1％至15％w/w浓度的锂的锂镍钴铝氧化物。在一些实施方案中，所述阴极具有约30％至约90％w/w浓度的所述锂镍钴铝氧化物。在一些实施方案中，所述阴极具有约1％至约15％w/w浓度的锂。
在一些实施方案中，所述阴极包括约5:2:3比率的Ni:Co:Mn。在一些实施方案中，所述阴极包括约5:2:3、5:1:3、5:3:3、5:2:4、5:1:4、5:3:4、4:2:3、4:1:3、4:3:3、4:2:4、4:1:4、4:3:4、6:2:3、6:1:3、6:3:3、6:2:4、6:1:4或者6:3:4比率的Ni:Co:Mn。
在一些实施方案中，所述阴极具有至少约50、60、70、80、90、100、110、120、130、140或者150mAh/g的比容量。在一些实施方案中，所述阴极具有至少约1、2、3、4、5或者6mAh/cm2的面积容量。在一些实施方案中，所述阴极具有至少约10、15、20、25、30、35或者40mg/cm2的负载质量。
在一些实施方案中，所述阴极具有适合充电和放电的孔隙度。在一些实施方案中，所述阴极具有约2.0g/cm3至约5g/cm3的堆积密度。在一些实施方案中，所述阴极具有从约1至约5g/cm3、从约2至约4g/cm3、或者从约3.0至约3.6g/cm3的堆积密度。在一些实施方案中，约2.0g/cm3至约5g/cm3的所述阴极的所述堆积密度使其能够有足够的孔隙度用于充电和放电。
本文所提供的是形成中碳微珠电极的方法。在一些实施方案中，所述方法包括形成中碳微珠(MCMB)、炭黑、羧甲基纤维素(CMC)、亲水性黏合剂和水的混合物，以及将所述混合物涂覆到基底上。
在一些实施方案中，所述亲水性黏合剂包含丁苯橡胶(SBR)、聚偏二氟乙烯(PVDF)、藻酸钠、聚四氟乙烯(PTFE)、羧甲基壳聚糖钠(CCTS)、聚丙烯酸(PAA)、聚苯乙烯磺酸盐(PSS)、聚乙烯醇(PVA)、聚(芴)、聚苯乙烯、聚芘、聚薁、聚萘、聚(乙炔)、聚(对亚苯基亚乙烯)、聚(吡咯)(PPY)、聚咔唑、聚吲哚、聚氮杂聚(噻吩)(PT)、聚(3,4-乙烯二氧噻吩)(PEDOT)、聚(对苯硫醚)(PPS)、聚苯胺(PANI)或者它们的任何组合。在一些实施方案中，所述基底是铜箔、铝箔、镍、自支撑碳片、石墨、石墨烯、碳纳米管或者它们的任何组合。在一些实施方案中，所述混合物包含约85％至约99％w/w浓度的MCMB。在一些实施方案中，所述混合物包含约2％至约8％w/w浓度的所述炭黑。在一些实施方案中，所述混合物包含约0.1％至约0.8％w/w浓度的所述CMC。在一些实施方案中，所述混合物包括约1％至约10％w/w浓度的所述亲水性黏合剂。在一些实施方案中，所述混合物的至少一部分形成是在低于大气压的压力下进行的。在一些实施方案中，当将所述混合物涂覆到所述基底上时，所述混合物具有约1000mPa*s至约2000mPa*s的粘度。
另一方面，本文所提供的是形成锂钴氧化物电极的方法。在一些实施方案中，所述方法包括形成锂钴氧化物(LCO)、炭黑、还原氧化石墨烯分散体、亲水性黏合剂和溶剂的混合物，以及将所述混合物涂覆到基底上。
在一些实施方案中，所述亲水性黏合剂包括丁苯橡胶(SBR)、聚偏二氟乙烯(PVDF)、藻酸钠、聚四氟乙烯(PTFE)、羧甲基壳聚糖钠(CCTS)、聚丙烯酸(PAA)、聚苯乙烯磺酸盐(PSS)、聚乙烯醇(PVA)、聚(芴)、聚亚苯基、聚芘、聚薁、聚萘、聚(乙炔)、聚(对亚苯基亚乙烯)、聚(吡咯)(PPY)、聚咔唑、聚吲哚、聚氮杂聚(噻吩)(PT)、聚(3,4-乙烯二氧噻吩)(PEDOT)、聚(对苯硫醚)(PPS)、聚苯胺(PANI)或者它们的任何组合。在一些实施方案中，所述溶剂包括N-甲基-2-吡咯烷酮(NMP)、水、二甲基亚砜(DMSO)或者它们的任何组合。在一些实施方案中，所述锂钴氧化物的至少一部分是粉末的形式。在一些实施方案中，所述基底是铜箔、铝箔、镍、自支撑碳片、石墨、石墨烯、碳纳米管或者它们的任何组合。在一些实施方案中，所述混合物包括约85％至约99％w/w浓度的所述LCO。在一些实施方案中，所述混合物包括约0.5％至约4％w/w浓度的所述炭黑。在一些实施方案中，所述混合物包含约0.05％至约1％w/w浓度的所述还原氧化石墨烯分散体。在一些实施方案中，所述混合物包含约1％至约10％w/w浓度的所述亲水性黏合剂。在一些实施方案中，所述混合物的至少一部分形成是在低于大气压的压力下进行的。在一些实施方案中，当将所述混合物涂覆到所述基底上时，所述混合物具有约1000mPa*s至约2000mPa*s的粘度。
附图简介
本公开的新颖特征在所附的权利要求中特别阐述。通过参考以下详细描述以及附图将获得对本公开的所述特征和优点的更好理解，该详细描述阐述了利用了本公开的原理的说明性实施方案，附图中：
图1显示了根据本文的实施方案的示例性LCO储能装置的电压-电流-容量图；
图2显示了根据本文的实施方案的示例性LCO储能装置在不同放电倍率下的电压/放电容量图；
图3显示了根据本文的实施方案的本公开的LCO储能装置与当前可用的LCO储能装置的循环数/容量保持率图；
图4显示了根据本文的实施方案的本公开的LCO储能装置与当前可用的LCO储能装置的充-放电图；
图5显示了根据本文的实施方案的示例性LCO储能装置在不同温度下的放电容量/电压图；
图6A显示了根据本文的实施方案的示例性LCO储能装置的容量保持百分比/循环数图；以及
图6B显示了根据本文的实施方案的示例性LCO储能装置的阻抗保持百分比/循环数图。
具体实施方式
本文所提供的是具有较高的能量和功率密度、循环寿命和安全性的储能装置。在一些实施方案中，储能装置包括消除并且/或者减少火灾危险的非易燃电解质以提高电池安全性，同时提高电极与电极材料的相容性。
储能装置
在一方面，本所文公开的是锂离子储能装置，包括：阴极；阳极；和耐火电解质。在一些实施方案中，锂离子储能装置被配置为电动汽车电池。在一些实施方案中，锂离子储能装置具有高热稳定性。在一些实施方案中，电动车辆电池包括串联和/或者并联连接的多个储能装置。在一些实施方案中，储能装置包括具有串联和/或者并联连接的多个电池的电池组。在一些实施方案中，电池组包括串联和/或者并联连接的至少5、10、20、30、40、50、100或者200个电池。
在一些实施方案中，储能装置包括电极，该电极包括中碳微珠(MCMB)。在一些实施方案中，储能装置实施镍锰钴(NMC)锂离子电池化学。在一些实施方案中，储能装置包括锂钴氧化物电极。在一些实施方案中，本文中的储能装置的电极包括石墨烯。石墨烯是由石墨形成的单层碳，并且表现出高强度和灵活性，使其能够承受充电和放电期间的体积变化，从而降低内部短路的风险。此外，石墨烯在其大表面积上存储电荷的能力使其具有高容量和高导电性。石墨烯的高导电性提供低内阻，其防止充电和/或者放电期间的过热，消除热失控。
电解质为离子在储能装置的阳极和阴极之间的移动提供介质。在一些实施方案中，电解质包括盐(例如，锂盐)、溶剂和一种或者多种循环稳定性添加剂。本文中的盐、溶剂和添加剂形成电解质，该电解质在高温下起作用而不引燃，具有稳定的能量性能。电解质组分的可负担性和本文中用于形成此类电解质的有效方法提供了提高商业电子产品中储能装置的安全性的解决方案。在一些实施方案中，电解质包括g-丁内酯(gbl)，其在保持储能装置的寿命和性能的同时提供安全性。
在一些实施方案中，锂离子储能装置被配置成通过模拟内部短路的针刺穿透测试。当目前可用的储能装置由于过度充电或者渗透而短路时，存储在其中的能量突然释放，引发不可阻挡的链式反应(例如，热失控)，其中此类装置内的温度迅速升高(例如，每毫秒数百度)，导致引燃。相比之下，如果本文所描述的储能装置由于过度充电或者渗透而短路，本文所提供的电解质的热稳定性会防止点燃。此外，本文所描述的储能装置能够在广泛的温度范围内运行，并且能够在全天候条件下使用。
电解质
在一些实施方案中，耐火电解质包括内酯。在一些实施方案中，内酯是具有高闪点和高沸点的有机溶剂。相比之下，许多电解质表现出低闪点，因此在低温下是高度易燃的。在一些实施方案中，内酯是有机溶剂，其形成稳定的固体电解质中间相(SEI)层以减少重复循环期间的电容性的变化，从而增加稳定性。
内酯是丁内酯、戊内酯、羧酸酯或者它们的任何组合。在一些实施方案中，丁内酯是γ-丁内酯。在一些实施方案中，丁内酯是γ-丁内酯、α-甲基-γ-丁内酯、α-溴-γ-丁内酯、δ-戊内酯或者它们的任何组合。在一些实施方案中，戊内酯是γ-戊内酯。γ-丁内酯是一种具有低闪点的有机溶剂，可形成稳定的SEI，使其能够用于锂离子电池。此外，γ-丁内酯的独特性质在阴极和阳极上均形成稳定的SEI，即使有添加剂的存在。
在一些实施方案中，耐火电解质进一步包括锂盐。在一些实施方案中，锂盐包括双(草酸)硼酸锂(LiBOB)、四氟硼酸锂(LiBF4)、四氟硼酸锂(LiBF4)、1,3-二氧杂环戊烯-2-酮(VC)或者4-乙烯基-1,3-二氧戊环-2-酮(VEC)、或者1,1,2,2-四氟乙基-2,2,3,3-四氟丙基醚(FEP)、LiPF6、LiFDOB、LiClO4、LiTf、LiTFSi、LiAsF6、碳酸亚乙酯(EC)、碳酸二乙酯(DEC)、碳酸二甲酯(DMC)和碳酸甲乙酯(EMC)或者它们的任何组合。在一些实施方案中，耐火电解质进一步包括SEI稳定剂添加剂。在一些实施方案中，SEI稳定剂添加剂包括碳酸亚乙烯酯、碳酸乙烯亚乙酯、碳酸亚乙酯、碳酸苯乙烯酯、碳酸丙烯酯、丙烷磺内酯、丙烯磺内酯、TMSPi、TMSB或者它们的任何组合。在一些实施方案中，耐火电解质进一步包括氟化液体溶剂。在一些实施方案中，氟化液体溶剂包括PVF(聚氟乙烯)、PVDF(聚偏二氟乙烯)、PTFE(聚四氟乙烯)、PCTFE(聚三氟氯乙烯)、PFA、MFA(全氟烷氧基聚合物)、FEP(氟化乙烯丙烯)、ETFE(聚乙烯四氟乙烯)、ECTFE(聚乙烯氯三氟乙烯)、FFPM/FFKM(全氟化弹性体[全氟弹性体])、FPM/FKM(氟碳[氯三氟乙烯偏二氟乙烯])、FEPM(氟弹性体[四氟乙烯丙烯])、PFPE(全氟聚醚)、PFSA(全氟磺酸)、全氟聚氧杂环丁烷或者它们的任何组合。
在一些实施方案中，耐火电解质中γ-丁内酯的w/w百分比是约30％至约90％。在一些实施方案中，耐火电解质中γ-丁内酯的w/w百分比是约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30％至约80％、约30％至约90％、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35％至约80％、约35％至约90％、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40％至约80％、约40％至约90％、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45％至约80％、约45％至约90％、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50％至约80％、约50％至约90％、约55％至约60％、约55％至约65％、约55％至约70％、约55％至约75％、约55％至约80％、约55％至约90％、约60％至约65％、约60％至约70％、约60％至约75％、约60％至约80％、约60％至约90％、约65％至约70％、约65％至约75％、约65％至约80％、约65％至约90％、约70％至约75％、约70％至约80％、约70％至约90％、约75％至约80％、约75％至约90％或者约80％至约90％，包括其中的增量。在一些实施方案中，耐火电解质中γ-丁内酯的w/w百分比是约30％、约35％、约40％、约45％、约50％、约55％、约60％、约65％、约70％、约75％、约80％或者约90％。在一些实施方案中，耐火电解质中γ-丁内酯的w/w百分比是至少约30％、约35％、约40％、约45％、约50％、约55％、约60％、约65％、约70％、约75％或者约80％。在一些实施方案中，耐火电解质中γ-丁内酯的w/w百分比是至多约35％、约40％、约45％、约50％、约55％、约60％、约65％、约70％、约75％、约80％或者约90％。
在一些实施方案中，耐火电解质中1,1,2,2-四氟乙基-2,2,3,3-四氟丙基醚(FEP)的w/w百分比是约5％至约50％。在一些实施方案中，耐火电解质中1,1,2,2-四氟乙基-2,2,3,3-四氟丙基醚(FEP)的w/w百分比是约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45％、约5％至约50％、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45％、约10％至约50％、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45％、约15％至约50％、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30％至约35％、约30％至约40％、约30％至约45％、约30％至约50％、约35％至约40％、约35％至约45％、约35％至约50％、约40％至约45％、约40％至约50％或者约45％至约50％，包括其中的增量。在一些实施方案中，耐火电解质中1,1,2,2-四氟乙基-2,2,3,3-四氟丙基醚(FEP)的w/w百分比是约5％、约10％、约15％、约20％、约25％、约30％、约35％、约40％、约45％或者约50％。在一些实施方案中，耐火电解质中1,1,2,2-四氟乙基-2,2,3,3-四氟丙基醚(FEP)的w/w百分比是至少约5％、约10％、约15％、约20％、约25％、约30％、约35％、约40％或者约45％。在一些实施方案中，耐火电解质中1,1,2,2-四氟乙基-2,2,3,3-四氟丙基醚(FEP)的w/w百分比是至多约10％、约15％、约20％、约25％、约30％、约35％、约40％、约45％或者约50％。
在一些实施方案中，耐火电解质中四氟硼酸锂(LiBF4)的w/w百分比是约1％至约20％。在一些实施方案中，耐火电解质中四氟硼酸锂(LiBF4)的w/w百分比是约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8％、约1％至约10％、约1％至约12％、约1％至约14％、约1％至约16％、约1％至约20％、约2％至约3％、约2％至约4％、约2％至约5％、约2％至约6％、约2％至约8％、约2％至约10％、约2％至约12％、约2％至约14％、约2％至约16％、约2％至约20％、约3％至约4％、约3％至约5％、约3％至约6％、约3％至约8％、约3％至约10％、约3％至约12％、约3％至约14％、约3％至约16％、约3％至约20％、约4％至约5％、约4％至约6％、约4％至约8％、约4％至约10％、约4％至约12％、约4％至约14％、约4％至约16％、约4％至约20％、约5％至约6％、约5％至约8％、约5％至约10％、约5％至约12％、约5％至约14％、约5％至约16％、约5％至约20％、约6％至约8％、约6％至约10％、约6％至约12％、约6％至约14％、约6％至约16％、约6％至约20％、约8％至约10％、约8％至约12％、约8％至约14％、约8％至约16％、约8％至约20％、约10％至约12％、约10％至约14％、约10％至约16％、约10％至约20％、约12％至约14％、约12％至约16％、约12％至约20％、约14％至约16％、约14％至约20％或者约16％至约20％，包括其中的增量。在一些实施方案中，耐火电解质中四氟硼酸锂(LiBF4)的w/w百分比是约1％、约2％、约3％、约4％、约5％、约6％、约8％、约10％、约12％、约14％、约16％或者约20％。在一些实施方案中，耐火电解质中四氟硼酸锂(LiBF4)的w/w百分比是至少约1％、约2％、约3％、约4％、约5％、约6％、约8％、约10％、约12％、约14％或者约16％。在一些实施方案中，耐火电解质中四氟硼酸锂(LiBF4)的w/w百分比是至多约2％、约3％、约4％、约5％、约6％、约8％、约10％、约12％、约14％、约16％或者约20％。
在一些实施方案中，耐火电解质中的1,3-二氧杂环戊烯-2-酮(VC)或者4-乙烯基-1,3-二氧戊环-2-酮(VEC)的w/w百分比是约0.1％至约10％。在一些实施方案中，耐火电解质中的1,3-二氧杂环戊烯-2-酮(VC)或者4-乙烯基-1,3-二氧戊环-2-酮(VEC)的w/w百分比是约0.1％至约0.2％、约0.1％至约0.5％、约0.1％至约1％、约0.1％至约2％、约0.1％至约3％、约0.1％至约4％、约0.1％至约5％、约0.1％至约6％、约0.1％至约7％、约0.1％至约8％、约0.1％至约10％、约0.2％至约0.5％、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％或者约8％至约10％，包括其中的增量。在一些实施方案中，耐火电解质中的1,3-二氧杂环戊烯-2-酮(VC)或者4-乙烯基-1,3-二氧戊环-2-酮(VEC)的w/w百分比是约0.1％、约0.2％、约0.5％、约1％、约2％、约3％、约4％、约5％、约6％、约7％、约8％或者约10％。在一些实施方案中，耐火电解质中的1,3-二氧杂环戊烯-2-酮(VC)或者4-乙烯基-1,3-二氧戊环-2-酮(VEC)的w/w百分比是至少约0.1％、约0.2％、约0.5％、约1％、约2％、约3％、约4％、约5％、约6％、约7％或者约8％。在一些实施方案中，耐火电解质中的1,3-二氧杂环戊烯-2-酮(VC)或者4-乙烯基-1,3-二氧戊环-2-酮(VEC)的w/w百分比是至多约0.2％、约0.5％、约1％、约2％、约3％、约4％、约5％、约6％、约7％、约8％或者约10％。
在一些实施方案中，耐火电解质中双(草酸)硼酸锂(LiBOB)的w/w百分比是约0.1％至约10％。在一些实施方案中，耐火电解质中双(草酸)硼酸锂(LiBOB)的w/w百分比是约0.1％至约0.2％、约0.1％至约0.5％、约0.1％至约1％、约0.1％至约2％、约0.1％至约3％、约0.1％至约4％、约0.1％至约5％、约0.1％至约6％、约0.1％至约7％、约0.1％至约8％、约0.1％至约10％、约0.2％至约0.5％、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％或者约8％至约10％，包括其中的增量。在一些实施方案中，耐火电解质中双(草酸)硼酸锂(LiBOB)的w/w百分比是约0.1％、约0.2％、约0.5％、约1％、约2％、约3％、约4％、约5％、约6％、约7％、约8％或者约10％。在一些实施方案中，耐火电解质中双(草酸)硼酸锂(LiBOB)的w/w百分比是至少约0.1％、约0.2％、约0.5％、约1％、约2％、约3％、约4％、约5％、约6％、约7％或者约8％。在一些实施方案中，耐火电解质中双(草酸)硼酸锂(LiBOB)的w/w百分比是至多约0.2％、约0.5％、约1％、约2％、约3％、约4％、约5％、约6％、约7％、约8％或者约10％。
阳极
在一些实施方案中，阳极包括由石墨粉末制备的石墨材料。在一些实施方案中，石墨粉末包括中碳微珠、天然石墨烯、合成石墨烯或者它们的任何组合。
在一些实施方案中，中碳微珠、天然石墨烯、合成石墨烯或者它们的任何组合具有约5微米至约50微米的直径。在一些实施方案中，中碳微珠、天然石墨烯、合成石墨烯或者它们的任何组合具有约5微米至约10微米、约5微米至约15微米、约5微米至约20微米、约5微米至约25微米、约5微米至约30微米、约5微米至约35微米、约5微米至约40微米、约5微米至约45微米、约5微米至约50微米、约10微米至约15微米、约10微米至约20微米、约10微米至约25微米、约10微米至约30微米、约10微米至约35微米、约10微米至约40微米、约10微米至约45微米、约10微米至约50微米、约15微米至约20微米、约15微米至约25微米、约15微米至约30微米、约15微米至约35微米、约15微米至约40微米、约15微米至约45微米、约15微米至约50微米、约20微米至约25微米、约20微米至约30微米、约20微米至约35微米、约20微米至约40微米、约20微米至约45微米、约20微米至约50微米、约25微米至约30微米、约25微米至约35微米、约25微米至约40微米、约25微米至约45微米、约25微米至约50微米、约30微米至约35微米、约30微米至约40微米、约30微米至约45微米、约30微米至约50微米、约35微米至约40微米、约35微米至约45微米、约35微米至约50微米、约40微米至约45微米、约40微米至约50微米或者约45微米至约50微米的直径，包括其中的增量。在一些实施方案中，中碳微珠、天然石墨烯、合成石墨烯或者它们的任何组合具有约5微米、约10微米、约15微米、约20微米、约25微米、约30微米、约35微米、约40微米、约45微米或者约50微米的直径。在一些实施方案中，中碳微珠、天然石墨烯、合成石墨烯或者它们的任何组合具有至少约5微米、约10微米、约15微米、约20微米、约25微米、约30微米、约35微米、约40微米或者约45微米的直径。在一些实施方案中，中碳微珠、天然石墨烯、合成石墨烯或者它们的任何组合具有至多约10微米、约15微米、约20微米、约25微米、约30微米、约35微米、约40微米、约45微米或者约50微米的直径。
在一些实施方案中，MCBM的低表面积使与电解质的副反应最小化，以稳定锂离子电池。在一些实施方案中，MCMB的球形结构和高电子导电性提供低内阻和高功率容量。
在一些实施方案中，阳极包括石墨、炭黑、亲水性黏合剂、羧甲基纤维素或者它们的任何组合。在一些实施方案中，亲水性黏合剂包括丁苯乙烯(SBR)、聚偏二氟乙烯(PVDF)、藻酸钠、聚四氟乙烯(PTFE)、羧甲基壳聚糖钠(CCTS)、聚丙烯酸(PAA)、聚苯乙烯磺酸盐(PSS)、聚乙烯醇(PVA)、聚(芴)、聚亚苯基、聚芘、聚薁、聚萘、聚(乙炔)、聚(对亚苯基亚乙烯)、聚(吡咯)(PPY)、聚咔唑、聚吲哚、聚氮杂聚(噻吩)(PT)、聚(3,4-乙烯二氧噻吩)(PEDOT)、聚(对苯硫醚)(PPS)、聚苯胺(PANI)或者它们的任何组合。
在一些实施方案中，阳极包括约70％至约95％w/w浓度的石墨。在一些实施方案中，阳极包括约70％至约75％、约70％至约80％、约70％至约85％、约70％至约90％、约70％至约95％、约75％至约80％、约75％至约85％、约75％至约90％、约75％至约95％、约80％至约85％、约80％至约90％、约80％至约95％、约85％至约90％、约85％至约95％或者约90％至约95％w/w浓度的石墨，包括其中的增量。在一些实施方案中，阳极包括约70％、约75％、约80％、约85％、约90％或者约95％w/w浓度的石墨。在一些实施方案中，阳极包括至少约70％、约75％、约80％、约85％或者约90％w/w浓度的石墨。在一些实施方案中，阳极包括至多约75％、约80％、约85％、约90％或者约95％w/w浓度的石墨。
在一些实施方案中，阳极包括约1％至约5％w/w浓度的炭黑。在一些实施方案中，阳极包括约1％至约1.5％、约1％至约2％、约1％至约2.5％、约1％至约3％、约1％至约3.5％、约1％至约4％、约1％至约4.5％、约1％至约5％、约1.5％至约2％、约1.5％至约2.5％、约1.5％至约3％、约1.5％至约3.5％、约1.5％至约4％、约1.5％至约4.5％、约1.5％至约5％、约2％至约2.5％、约2％至约3％、约2％至约3.5％、约2％至约4％、约2％至约4.5％、约2％至约5％、约2.5％至约3％、约2.5％至约3.5％、约2.5％至约4％、约2.5％至约4.5％、约2.5％至约5％、约3％至约3.5％、约3％至约4％、约3％至约4.5％、约3％至约5％、约3.5％至约4％、约3.5％至约4.5％、约3.5％至约5％、约4％至约4.5％、约4％至约5％或者约4.5％至约5％w/w浓度的炭黑，包括其中的增量。在一些实施方案中，阳极包括约1％、约1.5％、约2％、约2.5％、约3％、约3.5％、约4％、约4.5％或者约5％w/w浓度的炭黑。在一些实施方案中，阳极包括至少约1％、约1.5％、约2％、约2.5％、约3％、约3.5％、约4％或者约4.5％w/w浓度的炭黑。在一些实施方案中，阳极包括至多约1.5％、约2％、约2.5％、约3％、约3.5％、约4％、约4.5％或者约5％w/w浓度的炭黑。
在一些实施方案中，阳极包括约1％至约10％w/w浓度的亲水性黏合剂。在一些实施方案中，阳极包括约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9％、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9％、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9％、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9％、约4％至约10％、约5％至约6％、约5％至约7％、约5％至约8％、约5％至约9％、约5％至约10％、约6％至约7％、约6％至约8％、约6％至约9％、约6％至约10％、约7％至约8％、约7％至约9％、约7％至约10％、约8％至约9％、约8％至约10％或者约9％至约10％w/w浓度的亲水性黏合剂，包括其中的增量。在一些实施方案中，阳极包括约1％、约2％、约3％、约4％、约5％、约6％、约7％、约8％、约9％或者约10％w/w浓度的亲水性黏合剂。在一些实施方案中，阳极包括至少约1％、约2％、约3％、约4％、约5％、约6％、约7％、约8％或者约9％w/w浓度的亲水性黏合剂。在一些实施方案中，阳极包括至多约2％、约3％、约4％、约5％、约6％、约7％、约8％、约9％或者约10％w/w浓度的亲水性黏合剂。
在一些实施方案中，阳极包括约0.1％至约5％w/w浓度的羧甲基纤维素。在一些实施方案中，阳极包括约0.1％至约0.2％、约0.1％至约0.5％、约0.1％至约1％、约0.1％至约1.5％、约0.1％至约2％、约0.1％至约2.5％、约0.1％至约3％、约0.1％至约3.5％、约0.1％至约4％、约0.1％至约4.5％、约0.1％至约5％、约0.2％至约0.5％、约0.2％至约1％、约0.2％至约1.5％、约0.2％至约2％、约0.2％至约2.5％、约0.2％至约3％、约0.2％至约3.5％、约0.2％至约4％、约0.2％至约4.5％、约0.2％至约5％、约0.5％至约1％、约0.5％至约1.5％、约0.5％至约2％、约0.5％至约2.5％、约0.5％至约3％、约0.5％至约3.5％、约0.5％至约4％、约0.5％至约4.5％、约0.5％至约5％、约1％至约1.5％、约1％至约2％、约1％至约2.5％、约1％至约3％、约1％至约3.5％、约1％至约4％、约1％至约4.5％、约1％至约5％、约1.5％至约2％、约1.5％至约2.5％、约1.5％至约3％、约1.5％至约3.5％、约1.5％至约4％、约1.5％至约4.5％、约1.5％至约5％、约2％至约2.5％、约2％至约3％、约2％至约3.5％、约2％至约4％、约2％至约4.5％、约2％至约5％、约2.5％至约3％、约2.5％至约3.5％、约2.5％至约4％、约2.5％至约4.5％、约2.5％至约5％、约3％至约3.5％、约3％至约4％、约3％至约4.5％、约3％至约5％、约3.5％至约4％、约3.5％至约4.5％、约3.5％至约5％、约4％至约4.5％、约4％至约5％或者约4.5％至约5％w/w浓度的羧甲基纤维素，包括其中的增量。在一些实施方案中，阳极包括约0.1％、约0.2％、约0.5％、约1％、约1.5％、约2％、约2.5％、约3％、约3.5％、约4％、约4.5％或者约5％w/w浓度的羧甲基纤维素。在一些实施方案中，阳极包括至少约0.1％、约0.2％、约0.5％、约1％、约1.5％、约2％、约2.5％、约3％、约3.5％、约4％或者约4.5％w/w浓度的羧甲基纤维素。在一些实施方案中，阳极包括至多约0.2％、约0.5％、约1％、约1.5％、约2％、约2.5％、约3％、约3.5％、约4％、约4.5％或者约5％w/w浓度的羧甲基纤维素。
在一些实施方案中，阳极具有至少约100、150、200、250、300或者340mAh/g的比容量。在一些实施方案中，阳极具有至少约1、2、3、4、5、6或者7mAh/cm2的面积容量。在一些实施方案中，阳极具有至少约5、10、15或者20mg/cm2的负载质量。在一些实施方案中，阳极具有约从0.5至约3g/cm3、从约1至约3g/cm3、从约1至约2g/cm3或者从约1.5至约1.7g/cm3的堆积密度。
阴极
在一些实施方案中，本文所公开的储能装置包括阴极。在一些实施方案中，阴极是锂镍钴铝氧化物(NCA)阴极。在一些实施方案中，阴极是镍:钴:锰(NMC)阴极。在一些实施方案中，阴极包括锂钴氧化物。在一些实施方案中，阴极包括聚偏二氟乙烯(PVDF)、炭黑、石墨烯或者它们的任何组合。在一些实施方案中，聚偏二氟乙烯(PVDF)在N-甲基-2-吡咯烷酮溶剂中。在一些实施方案中，石墨烯包括还原氧化石墨烯分散体。
在一些实施方案中，rGO在充电和放电期间增加电极的导电性和机械强度。在一些实施方案中，rGO通过在运行的体积变化期间防止破裂来保持电极的结构完整性。在一些实施方案中，rGO以粉末形式生产，然后在溶液中处理以产生三维网络。在一些实施方案中，rGO粉末通过热还原、微波、还原或者两者来生产。
在一些实施方案中，阴极包括约70％至约99％w/w浓度的锂钴氧化物。在一些实施方案中，阴极包括约70％至约75％、约70％至约80％、约70％至约85％、约70％至约90％、约70％至约95％、约70％至约99％、约75％至约80％、约75％至约85％、约75％至约90％、约75％至约95％、约75％至约99％、约80％至约85％、约80％至约90％、约80％至约95％、约80％至约99％、约85％至约90％、约85％至约95％、约85％至约99％、约90％至约95％、约90％至约99％或者约95％至约99％w/w浓度的锂钴氧化物，包括其中的增量。在一些实施方案中，阴极包括约70％、约75％、约80％、约85％、约90％、约95％或者约99％w/w浓度的锂钴氧化物。在一些实施方案中，阴极包括至少约70％、约75％、约80％、约85％、约90％或者约95％w/w浓度的锂钴氧化物。在一些实施方案中，阴极包括至多约75％、约80％、约85％、约90％、约95％或者约99％w/w浓度的锂钴氧化物。
在一些实施方案中，阴极包括约0.5％至约5％w/w浓度的聚偏二氟乙烯(PVDF)。在一些实施方案中，阴极包括约0.5％至约1％、约0.5％至约1.5％、约0.5％至约2％、约0.5％至约2.5％、约0.5％至约3％、约0.5％至约3.5％、约0.5％至约4％、约0.5％至约4.5％、约0.5％至约5％、约1％至约1.5％、约1％至约2％、约1％至约2.5％、约1％至约3％、约1％至约3.5％、约1％至约4％、约1％至约4.5％、约1％至约5％、约1.5％至约2％、约1.5％至约2.5％、约1.5％至约3％、约1.5％至约3.5％、约1.5％至约4％、约1.5％至约4.5％、约1.5％至约5％、约2％至约2.5％、约2％至约3％、约2％至约3.5％、约2％至约4％、约2％至约4.5％、约2％至约5％、约2.5％至约3％、约2.5％至约3.5％、约2.5％至约4％、约2.5％至约4.5％、约2.5％至约5％、约3％至约3.5％、约3％至约4％、约3％至约4.5％、约3％至约5％、约3.5％至约4％、约3.5％至约4.5％、约3.5％至约5％、约4％至约4.5％、约4％至约5％或者约4.5％至约5％w/w浓度的聚偏二氟乙烯(PVDF)，包括其中的增量。在一些实施方案中，阴极包括约0.5％、约1％、约1.5％、约2％、约2.5％、约3％、约3.5％、约4％、约4.5％或者约5％w/w浓度的聚偏二氟乙烯(PVDF)。在一些实施方案中，阴极包括至少约0.5％、约1％、约1.5％、约2％、约2.5％、约3％、约3.5％、约4％或者约4.5％w/w浓度的聚偏二氟乙烯(PVDF)。在一些实施方案中，阴极包括至多约1％、约1.5％、约2％、约2.5％、约3％、约3.5％、约4％、约4.5％或者约5％w/w浓度的聚偏二氟乙烯(PVDF)。
在一些实施方案中，阴极包括约0.1％至约5％w/w浓度的炭黑。在一些实施方案中，阴极包括约0.5％至约1％、约0.5％至约1.5％、约0.5％至约2％、约0.5％至约2.5％、约0.5％至约3％、约0.5％至约3.5％、约0.5％至约4％、约0.5％至约4.5％、约0.5％至约5％、约0.5％至约0.1％、约1％至约1.5％、约1％至约2％、约1％至约2.5％、约1％至约3％、约1％至约3.5％、约1％至约4％、约1％至约4.5％、约1％至约5％、约1％至约0.1％、约1.5％至约2％、约1.5％至约2.5％、约1.5％至约3％、约1.5％至约3.5％、约1.5％至约4％、约1.5％至约4.5％、约1.5％至约5％、约1.5％至约0.1％、约2％至约2.5％、约2％至约3％、约2％至约3.5％、约2％至约4％、约2％至约4.5％、约2％至约5％、约2％至约0.1％、约2.5％至约3％、约2.5％至约3.5％、约2.5％至约4％、约2.5％至约4.5％、约2.5％至约5％、约2.5％至约0.1％、约3％至约3.5％、约3％至约4％、约3％至约4.5％、约3％至约5％、约3％至约0.1％、约3.5％至约4％、约3.5％至约4.5％、约3.5％至约5％、约3.5％至约0.1％、约4％至约4.5％、约4％至约5％、约4％至约0.1％、约4.5％至约5％、约4.5％至约0.1％或者约5％至约0.1％w/w浓度的炭黑，包括其中的增量。在一些实施方案中，阴极包括约0.5％、约1％、约1.5％、约2％、约2.5％、约3％、约3.5％、约4％、约4.5％、约5％或者约0.1％w/w浓度的炭黑。在一些实施方案中，阴极包括至少约0.5％、约1％、约1.5％、约2％、约2.5％、约3％、约3.5％、约4％、约4.5％或者约5％w/w浓度的炭黑。在一些实施方案中，阴极包括至多约1％、约1.5％、约2％、约2.5％、约3％、约3.5％、约4％、约4.5％、约5％或者约0.1％w/w浓度的炭黑。
在一些实施方案中，阴极包括约0.001％至约5％w/w浓度的石墨烯。在一些实施方案中，阴极包括约0.001％至约0.005％、约0.001％至约0.01％、约0.001％至约0.05％、约0.001％至约0.1％、约0.001％至约0.5％、约0.001％至约1％、约0.001％至约2％、约0.001％至约3％、约0.001％至约4％、约0.001％至约5％、约0.005％至约0.01％、约0.005％至约0.05％、约0.005％至约0.1％、约0.005％至约0.5％、约0.005％至约1％、约0.005％至约2％、约0.005％至约3％、约0.005％至约4％、约0.005％至约5％、约0.01％至约0.05％、约0.01％至约0.1％、约0.01％至约0.5％、约0.01％至约1％、约0.01％至约2％、约0.01％至约3％、约0.01％至约4％、约0.01％至约5％、约0.05％至约0.1％、约0.05％至约0.5％、约0.05％至约1％、约0.05％至约2％、约0.05％至约3％、约0.05％至约4％、约0.05％至约5％、约0.1％至约0.5％、约0.1％至约1％、约0.1％至约2％、约0.1％至约3％、约0.1％至约4％、约0.1％至约5％、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1％至约2％、约1％至约3％、约1％至约4％、约1％至约5％、约2％至约3％、约2％至约4％、约2％至约5％、约3％至约4％、约3％至约5％或者约4％至约5％w/w浓度的石墨烯，包括其中的增量。在一些实施方案中，阴极包括约0.001％、约0.005％、约0.01％、约0.05％、约0.1％、约0.5％、约1％、约2％、约3％、约4％或者约5％w/w浓度的石墨烯。在一些实施方案中，阴极包括至少约0.001％、约0.005％、约0.01％、约0.05％、约0.1％、约0.5％、约1％、约2％、约3％或者约4％w/w浓度的石墨烯。在一些实施方案中，阴极包括至多约0.005％、约0.01％、约0.05％、约0.1％、约0.5％、约1％、约2％、约3％、约4％或者约5％w/w浓度的石墨烯。
在一些实施方案中，聚偏二氟乙烯(PVDF)在N-甲基-2-吡咯烷酮溶剂中。在一些实施方案中，石墨烯包括还原氧化石墨烯分散体。在一些实施方案中，阴极是镍:钴:锰阴极。
在一些实施方案中，阴极包括约5:2:3比率的Ni:Co:Mn。在一些实施方案中，阴极包括约5:2:3、5:1:3、5:3:3、5:2:4、5:1:4、5:3:4、4:2:3、4:1:3、4:3:3、4:2:4、4:1:4、4:3:4、6:2:3、6:1:3、6:3:3、6:2:4、6:1:4或者6:3:4比率的Ni:Co:Mn。
在一些实施方案中，将锂离子储能装置配置为电动汽车电池。在一些实施方案中，阴极是锂镍钴铝氧化物(NCA)阴极。在一些实施方案中，阴极具有从30％至90％w/w浓度的镍:钴:氧化铝和从约1％至15％w/w浓度的锂的锂镍钴铝氧化物。
在一些实施方案中，阴极具有约30％至约90％w/w浓度的锂镍钴铝氧化物。在一些实施方案中，阴极具有约30％至约90％w/w浓度的锂镍钴铝氧化物。在一些实施方案中，阴极具有约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80％、约30％至约90％、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80％、约35％至约90％、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80％、约40％至约90％、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80％、约45％至约90％、约50％至约55％、约50％至约60％、约50％至约65％、约50％至约70％、约50％至约80％、约50％至约90％、约55％至约60％、约55％至约65％、约55％至约70％、约55％至约80％、约55％至约90％、约60％至约65％、约60％至约70％、约60％至约80％、约60％至约90％、约65％至约70％、约65％至约80％、约65％至约90％、约70％至约80％、约70％至约90％或者约80％至约90％w/w浓度的锂镍钴铝氧化物，包括其中的增量。在一些实施方案中，阴极具有约30％、约35％、约40％、约45％、约50％、约55％、约60％、约65％、约70％、约80％或者约90％w/w浓度的锂镍钴铝氧化物。在一些实施方案中，阴极具有至少约30％、约35％、约40％、约45％、约50％、约55％、约60％、约65％、约70％或者约80％w/w浓度的锂镍钴铝氧化物。在一些实施方案中，阴极具有至多约35％、约40％、约45％、约50％、约55％、约60％、约65％、约70％、约80％或者约90％w/w浓度的锂镍钴铝氧化物。
在一些实施方案中，阴极具有约1％至约15％w/w浓度的锂。在一些实施方案中，阴极具有约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8％、约1％至约10％、约1％至约12％、约1％至约15％、约2％至约3％、约2％至约4％、约2％至约5％、约2％至约6％、约2％至约8％、约2％至约10％、约2％至约12％、约2％至约15％、约3％至约4％、约3％至约5％、约3％至约6％、约3％至约8％、约3％至约10％、约3％至约12％、约3％至约15％、约4％至约5％、约4％至约6％、约4％至约8％、约4％至约10％、约4％至约12％、约4％至约15％、约5％至约6％、约5％至约8％、约5％至约10％、约5％至约12％、约5％至约15％、约6％至约8％、约6％至约10％、约6％至约12％、约6％至约15％、约8％至约10％、约8％至约12％、约8％至约15％、约10％至约12％、约10％至约15％或者约12％至约15％w/w浓度的锂，包括其中的增量。在一些实施方案中，阴极具有约1％、约2％、约3％、约4％、约5％、约6％、约8％、约10％、约12％或者约15％w/w浓度的锂。在一些实施方案中，阴极具有至少约1％、约2％、约3％、约4％、约5％、约6％、约8％、约10％或者约12％w/w浓度的锂。在一些实施方案中，阴极具有至多约2％、约3％、约4％、约5％、约6％、约8％、约10％、约12％或者约15％w/w浓度的锂。
在一些实施方案中，锂离子储能装置具有至少约1500、1600、1700、1800、1900、2000、2100、2200或者2400mAh的额定容量。在一些实施方案中，锂离子储能装置具有至少约2000、2100、2200、2400、2500、2600、2700或者2800mAh的容量。在一些实施方案中，锂离子储能装置具有至少约2.5、2.6、2.7、2.8、2.9、3.0、3.1、3.2、3.3、3.4、3.5、3.6、3.7或者3.8V的标称电压。在一些实施方案中，锂离子储能装置具有至多约26、30、40、50、60、70、80、90或者100mΩ的内阻。在一些实施方案中，在至少约650、700、750、800、850、900、950或者1000个循环后，锂离子储能装置保持至少约60％、65％、70％、75％、80％、85％或者90％的容量。在一些实施方案中，锂离子储能装置具有至少约100、110、120、130、140、150、160、170、180、190、200或者210Wh/kg的能量密度。在一些实施方案中，锂离子储能装置具有至少约300、350、400、450、500或者550Wh/L的能量密度。
在一些实施方案中，在约0℃和约-20℃的温度下的运行之间，锂离子储能装置的放电容量降低至多约30％、28％、26％、24％、22％或者20％。在一些实施方案中，在约20℃和约0℃的温度下的运行之间，锂离子储能装置的放电容量降低至多约10％、9％、8％、7％、6％、5％、4％或者3％。在一些实施方案中，将锂离子储能装置配置为通过针刺穿透测试。
在一些实施方案中，将锂离子储能装置配置用于在约0℃至约45℃的温度下充电。在一些实施方案中，锂离子储能装置配置用于在约0℃至约5℃、约0℃至约10℃、约0℃至约15℃、约0℃至约20℃、约0℃至约25℃、约0℃至约30℃、约0℃至约35℃、约0℃至约40℃、约0℃至约45℃、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45℃、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45℃、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45℃、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25℃至约30℃、约25℃至约35℃、约25℃至约40℃、约25℃至约45℃、约30℃至约35℃、约30℃至约40℃、约30℃至约45℃、约35℃至约40℃、约35℃至约45℃或者约40℃至约45℃的温度下充电，包括其中的增量。
在一些实施方案中，将锂离子储能装置配置用于在约0℃至约65℃的温度下放电。在一些实施方案中，将锂离子储能装置配置用于在约0℃至约5℃、约0℃至约10℃、约0℃至约15℃、约0℃至约20℃、约0℃至约25℃、约0℃至约30℃、约0℃至约40℃、约0℃至约50℃、约0℃至约65℃、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40℃、约5℃至约50℃、约5℃至约65℃、约10℃至约15℃、约10℃至约20℃、约10℃至约25℃、约10℃至约30℃、约10℃至约40℃、约10℃至约50℃、约10℃至约65℃、约15℃至约20℃、约15℃至约25℃、约15℃至约30℃、约15℃至约40℃、约15℃至约50℃、约15℃至约65℃、约20℃至约25℃、约20℃至约30℃、约20℃至约40℃、约20℃至约50℃、约20℃至约65℃、约25℃至约30℃、约25℃至约40℃、约25℃至约50℃、约25℃至约65℃、约30℃至约40℃、约30℃至约50℃、约30℃至约65℃、约40℃至约50℃、约40℃至约65℃或者约50℃至约65℃的温度下放电，包括其中的增量。
在一些实施方案中，将锂离子储能装置配置用于在约-20℃至约50℃的温度下储存。在一些实施方案中，将锂离子储能装置配置用于在约-20℃至约-10℃、约-20℃至约0℃、约-20℃至约10℃、约-20℃至约20℃、约-20℃至约30℃、约-20℃至约40℃、约-20℃至约50℃、约-10℃至约0℃、约-10℃至约10℃、约-10℃至约20℃、约-10℃至约30℃、约-10℃至约40℃、约-10℃至约50℃、约0℃至约10℃、约0℃至约20℃、约0℃至约30℃、约0℃至约40℃、约0℃至约50℃、约10℃至约20℃、约10℃至约30℃、约10℃至约40℃、约10℃至约50℃、约20℃至约30℃、约20℃至约40℃、约20℃至约50℃、约30℃至约40℃、约30℃至约50℃或者约40℃至约50℃的温度下储存，包括其中的增量。
在一些实施方案中，阴极具有至少约50、60、70、80、90、100、110、120、130、140或者150mAh/g的比容量。在一些实施方案中，阴极具有至少约1、2、3、4、5或者6mAh/cm2的面积容量。在一些实施方案中，阴极具有至少约10、15、20、25、30、35或者40mg/cm2的负载质量。在一些实施方案中，阴极具有从约1至约5g/cm3、从约2至约4g/cm3或者从约3.0至约3.6g/cm3的堆积密度。在一些实施方案中，阴极具有适合于充电和放电的孔隙度。在一些实施方案中，阴极具有至少约100、150、200、250、300或者340mAh/g的比容量。在一些实施方案中，阴极具有至少约1、2、3、4、5、6或者7mAh/cm2的面积容量。在一些实施方案中，阴极具有至少约5、10、15或者20mg/cm2的负载质量。在一些实施方案中，阴极具有从约0.5至约3g/cm3、从约1至约3g/cm3、从约1至约2g/cm3或者从约1.5至约1.7g/cm3的堆积密度。在一些实施方案中，约2.0g/cm3至约5g/cm3的阴极的堆积密度使其能够有足够的孔隙度用于充电和放电。
形成电极的方法
本文所提供的是形成中碳微珠电极的方法。在一些实施方案中，方法包括形成中碳微珠(MCMB)、炭黑、羧甲基纤维素(CMC)、亲水性黏合剂和水的混合物，以及将混合物涂覆到基底上。
在一些实施方案中，亲水性黏合剂是聚合物黏合剂。在一些实施方案中，亲水性黏合剂包含丁苯橡胶(SBR)、聚偏二氟乙烯(PVDF)、藻酸钠、聚四氟乙烯(PTFE)、羧甲基壳聚糖钠(CCTS)、聚丙烯酸(PAA)、聚苯乙烯磺酸盐(PSS)、聚乙烯醇(PVA)、聚(芴)、聚苯乙烯、聚芘、聚薁、聚萘、聚(乙炔)、聚(对亚苯基亚乙烯)、聚(吡咯)(PPY)、聚咔唑、聚吲哚、聚氮杂聚(噻吩)(PT)、聚(3,4-乙烯二氧噻吩)(PEDOT)、聚(对苯硫醚)(PPS)、聚苯胺(PANI)或者它们的任何组合。在一些实施方案中，基底是铜箔、铝箔、镍、自支撑碳片、石墨、石墨烯、碳纳米管或者它们的任何组合。在一些实施方案中，基底包括纯金属。在一些实施方案中，基底涂覆有一层碳。
在一些实施方案中，混合物包括约85％至约99％w/w浓度的MCMB。在一些实施方案中，混合物包括约85％至约87％、约85％至约89％、约85％至约91％、约85％至约93％、约85％至约95％、约85％至约97％、约85％至约99％、约87％至约89％、约87％至约91％、约87％至约93％、约87％至约95％、约87％至约97％、约87％至约99％、约89％至约91％、约89％至约93％、约89％至约95％、约89％至约97％、约89％至约99％、约91％至约93％、约91％至约95％、约91％至约97％、约91％至约99％、约93％至约95％、约93％至约97％、约93％至约99％、约95％至约97％、约95％至约99％或者约97％至约99％w/w浓度的MCMB，包括其中的增量。在一些实施方案中，混合物包括约85％、约87％、约89％、约91％、约93％、约95％、约97％或者约99％w/w浓度的MCMB。在一些实施方案中，混合物包括至少约85％、约87％、约89％、约91％、约93％、约95％或者约97％w/w浓度的MCMB。在一些实施方案中，混合物包括至多约87％、约89％、约91％、约93％、约95％、约97％或者约99％w/w浓度的MCMB。
在一些实施方案中，混合物包括约2％至约8％w/w浓度的炭黑。在一些实施方案中，混合物包括约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4％至约5％、约4％至约6％、约4％至约7％、约4％至约8％、约5％至约6％、约5％至约7％、约5％至约8％、约6％至约7％、约6％至约8％或者约7％至约8％w/w浓度的炭黑，包括其中的增量。在一些实施方案中，混合物包括约2％、约3％、约4％、约5％、约6％、约7％或者约8％w/w浓度的炭黑。在一些实施方案中，混合物包括至少约2％、约3％、约4％、约5％、约6％或者约7％w/w浓度的炭黑。在一些实施方案中，混合物包括至多约3％、约4％、约5％、约6％、约7％或者约8％w/w浓度的炭黑。
在一些实施方案中，混合物包括约0.1％至约0.8％w/w浓度的CMC。在一些实施方案中，混合物包括约0.1％至约0.2％、约0.1％至约0.3％、约0.1％至约0.4％、约0.1％至约0.5％、约0.1％至约0.6％、约0.1％至约0.7％、约0.1％至约0.8％、约0.2％至约0.3％、约0.2％至约0.4％、约0.2％至约0.5％、约0.2％至约0.6％、约0.2％至约0.7％、约0.2％至约0.8％、约0.3％至约0.4％、约0.3％至约0.5％、约0.3％至约0.6％、约0.3％至约0.7％、约0.3％至约0.8％、约0.4％至约0.5％、约0.4％至约0.6％、约0.4％至约0.7％、约0.4％至约0.8％、约0.5％至约0.6％、约0.5％至约0.7％、约0.5％至约0.8％、约0.6％至约0.7％、约0.6％至约0.8％或者约0.7％至约0.8％w/w浓度的CMC，包括其中的增量。在一些实施方案中，混合物包括约0.1％、约0.2％、约0.3％、约0.4％、约0.5％、约0.6％、约0.7％或者约0.8％w/w浓度的CMC。在一些实施方案中，混合物包括至少约0.1％、约0.2％、约0.3％、约0.4％、约0.5％、约0.6％或者约0.7％w/w浓度的CMC。在一些实施方案中，混合物包括至多约0.2％、约0.3％、约0.4％、约0.5％、约0.6％、约0.7％或者约0.8％w/w浓度的CMC。
在一些实施方案中，混合物包括约1％至约10％w/w浓度的亲水性黏合剂。在一些实施方案中，混合物包括约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9％、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9％、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9％、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9％、约4％至约10％、约5％至约6％、约5％至约7％、约5％至约8％、约5％至约9％、约5％至约10％、约6％至约7％、约6％至约8％、约6％至约9％、约6％至约10％、约7％至约8％、约7％至约9％、约7％至约10％、约8％至约9％、约8％至约10％或者约9％至约10％w/w浓度的亲水性黏合剂，包括其中的增量。在一些实施方案中，混合物包括约1％、约2％、约3％、约4％、约5％、约6％、约7％、约8％、约9％或者约10％w/w浓度的亲水性黏合剂。在一些实施方案中，混合物包括至少约1％、约2％、约3％、约4％、约5％、约6％、约7％、约8％或者约9％w/w浓度的亲水性黏合剂。在一些实施方案中，混合物包括至多约2％、约3％、约4％、约5％、约6％、约7％、约8％、约9％或者约10％w/w浓度的亲水性黏合剂。
在一些实施方案中，当将混合物涂覆到基底上时，该混合物具有约1000mPa*s至约2000mPa*s的粘度。在一些实施方案中，当将混合物涂覆到基底上时，该混合物具有约1000mPa*s至约1100mPa*s、约1000mPa*s至约1200mPa*s、约1000mPa*s至约1300mPa*s、约1000mPa*s至约1400mPa*s、约1000mPa*s至约1500mPa*s、约1000mPa*s至约1600mPa*s、约1000mPa*s至约1700mPa*s、约1000mPa*s至约1800mPa*s、约1000mPa*s至约1900mPa*s、约1000mPa*s至约2000mPa*s、约1100mPa*s至约1200mPa*s、约1100mPa*s至约1300mPa*s、约1100mPa*s至约1400mPa*s、约1100mPa*s至约1500mPa*s、约1100mPa*s至约1600mPa*s、约1100mPa*s至约1700mPa*s、约1100mPa*s至约1800mPa*s、约1100mPa*s至约1900mPa*s、约1100mPa*s至约2000mPa*s、约1200mPa*s至约1300mPa*s、约1200mPa*s至约1400mPa*s、约1200mPa*s至约1500mPa*s、约1200mPa*s至约1600mPa*s、约1200mPa*s至约1700mPa*s、约1200mPa*s至约1800mPa*s、约1200mPa*s至约1900mPa*s、约1200mPa*s至约2000mPa*s、约1300mPa*s至约1400mPa*s、约1300mPa*s至约1500mPa*s、约1300mPa*s至约1600mPa*s、约1300mPa*s至约1700mPa*s、约1300mPa*s至约1800mPa*s、约1300mPa*s至约1900mPa*s、约1300mPa*s至约2000mPa*s、约1400mPa*s至约1500mPa*s、约1400mPa*s至约1600mPa*s、约1400mPa*s至约1700mPa*s、约1400mPa*s至约1800mPa*s、约1400mPa*s至约1900mPa*s、约1400mPa*s至约2000mPa*s、约1500mPa*s至约1600mPa*s、约1500mPa*s至约1700mPa*s、约1500mPa*s至约1800mPa*s、约1500mPa*s至约1900mPa*s、约1500mPa*s至约2000mPa*s、约1600mPa*s至约1700mPa*s、约1600mPa*s至约1800mPa*s、约1600mPa*s至约1900mPa*s、约1600mPa*s至约2000mPa*s、约1700mPa*s至约1800mPa*s、约1700mPa*s至约1900mPa*s、约1700mPa*s至约2000mPa*s、约1800mPa*s至约1900mPa*s、约1800mPa*s至约2000mPa*s或者约1900mPa*s至约2000mPa*s的粘度，包括其中的增量。在一些实施方案中，当将混合物涂覆到基底上时，该混合物具有约1000mPa*s、约1100mPa*s、约1200mPa*s、约1300mPa*s、约1400mPa*s、约1500mPa*s、约1600mPa*s、约1700mPa*s、约1800mPa*s、约1900mPa*s或者约2000mPa*s的粘度。在一些实施方案中，当将混合物涂覆到基底上时，该混合物具有至少约1000mPa*s、约1100mPa*s、约1200mPa*s、约1300mPa*s、约1400mPa*s、约1500mPa*s、约1600mPa*s、约1700mPa*s、约1800mPa*s或者约1900mPa*s的粘度。在一些实施方案中，当将混合物涂覆到基底上时，该混合物具有至多约1100mPa*s、约1200mPa*s、约1300mPa*s、约1400mPa*s、约1500mPa*s、约1600mPa*s、约1700mPa*s、约1800mPa*s、约1900mPa*s或者约2000mPa*s的粘度。
在另一方面，本文所提供的是形成锂钴氧化物电极的方法。在一些实施方案中，该方法包括形成锂钴氧化物(LCO)、炭黑、还原氧化石墨烯分散体、亲水性黏合剂和溶剂的混合物，以及将该混合物涂覆到基底上。
在一些实施方案中，亲水性黏合剂包括丁苯橡胶(SBR)、聚偏二氟乙烯(PVDF)、藻酸钠、聚四氟乙烯(PTFE)、羧甲基壳聚糖钠(CCTS)、聚丙烯酸(PAA)、聚苯乙烯磺酸盐(PSS)、聚乙烯醇(PVA)、聚(芴)、聚亚苯基、聚芘、聚薁、聚萘、聚(乙炔)、聚(对亚苯基亚乙烯)、聚(吡咯)(PPY)、聚咔唑、聚吲哚、聚氮杂聚(噻吩)(PT)、聚(3,4-乙烯二氧噻吩)(PEDOT)、聚(对苯硫醚)(PPS)、聚苯胺(PANI)或者它们的任何组合。在一些实施方案中，溶剂包括N-甲基-2-吡咯烷酮(NMP)、水、二甲基亚砜(DMSO)或者它们的任何组合。在一些实施方案中，锂钴氧化物的至少一部分是粉末的形式。在一些实施方案中，基底是铜箔、铝箔、镍、自支撑碳片、石墨、石墨烯、碳纳米管或者它们的任何组合。
在一些实施方案中，混合物包括约85％至约99％w/w浓度的MCMB。在一些实施方案中，混合物包括约85％至约87％、约85％至约89％、约85％至约91％、约85％至约93％、约85％至约95％、约85％至约97％、约85％至约99％、约87％至约89％、约87％至约91％、约87％至约93％、约87％至约95％、约87％至约97％、约87％至约99％、约89％至约91％、约89％至约93％、约89％至约95％、约89％至约97％、约89％至约99％、约91％至约93％、约91％至约95％、约91％至约97％、约91％至约99％、约93％至约95％、约93％至约97％、约93％至约99％、约95％至约97％、约95％至约99％或者约97％至约99％w/w浓度的MCMB，包括其中的增量。在一些实施方案中，混合物包括约85％、约87％、约89％、约91％、约93％、约95％、约97％或者约99％w/w浓度的MCMB。在一些实施方案中，混合物包括至少约85％、约87％、约89％、约91％、约93％、约95％或者约97％w/w浓度的MCMB。在一些实施方案中，混合物包括至多约87％、约89％、约91％、约93％、约95％、约97％或者约99％w/w浓度的MCMB。
在一些实施方案中，混合物包括约2％至约8％w/w浓度的炭黑。在一些实施方案中，混合物包括约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4％至约5％、约4％至约6％、约4％至约7％、约4％至约8％、约5％至约6％、约5％至约7％、约5％至约8％、约6％至约7％、约6％至约8％或者约7％至约8％w/w浓度的炭黑，包括其中的增量。在一些实施方案中，混合物包括约2％、约3％、约4％、约5％、约6％、约7％或者约8％w/w浓度的炭黑。在一些实施方案中，混合物包括至少约2％、约3％、约4％、约5％、约6％或者约7％w/w浓度的炭黑。在一些实施方案中，混合物包括至多约3％、约4％、约5％、约6％、约7％或者约8％w/w浓度的炭黑。
在一些实施方案中，混合物包括约0.1％至约0.8％w/w浓度的CMC。在一些实施方案中，混合物包括约0.1％至约0.2％、约0.1％至约0.3％、约0.1％至约0.4％、约0.1％至约0.5％、约0.1％至约0.6％、约0.1％至约0.7％、约0.1％至约0.8％、约0.2％至约0.3％、约0.2％至约0.4％、约0.2％至约0.5％、约0.2％至约0.6％、约0.2％至约0.7％、约0.2％至约0.8％、约0.3％至约0.4％、约0.3％至约0.5％、约0.3％至约0.6％、约0.3％至约0.7％、约0.3％至约0.8％、约0.4％至约0.5％、约0.4％至约0.6％、约0.4％至约0.7％、约0.4％至约0.8％、约0.5％至约0.6％、约0.5％至约0.7％、约0.5％至约0.8％、约0.6％至约0.7％、约0.6％至约0.8％或者约0.7％至约0.8％w/w浓度的CMC，包括其中的增量。在一些实施方案中，混合物包括约0.1％、约0.2％、约0.3％、约0.4％、约0.5％、约0.6％、约0.7％或者约0.8％w/w浓度的CMC。在一些实施方案中，混合物包括至少约0.1％、约0.2％、约0.3％、约0.4％、约0.5％、约0.6％或者约0.7％w/w浓度的CMC。在一些实施方案中，混合物包括至多约0.2％、约0.3％、约0.4％、约0.5％、约0.6％、约0.7％或者约0.8％w/w浓度的CMC。
在一些实施方案中，混合物包括约1％至约10％w/w浓度的亲水性黏合剂。在一些实施方案中，混合物包括约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9％、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9％、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9％、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9％、约4％至约10％、约5％至约6％、约5％至约7％、约5％至约8％、约5％至约9％、约5％至约10％、约6％至约7％、约6％至约8％、约6％至约9％、约6％至约10％、约7％至约8％、约7％至约9％、约7％至约10％、约8％至约9％、约8％至约10％或者约9％至约10％w/w浓度的亲水性黏合剂，包括其中的增量。在一些实施方案中，混合物包括约1％、约2％、约3％、约4％、约5％、约6％、约7％、约8％、约9％或者约10％w/w浓度的亲水性黏合剂。在一些实施方案中，混合物包括至少约1％、约2％、约3％、约4％、约5％、约6％、约7％、约8％或者约9％w/w浓度的亲水性黏合剂。在一些实施方案中，混合物包括至多约2％、约3％、约4％、约5％、约6％、约7％、约8％、约9％或者约10％w/w浓度的亲水性黏合剂。
在一些实施方案中，当将混合物涂覆到基底上时，该混合物具有约1000mPa*s至约2000mPa*s的粘度。在一些实施方案中，当将混合物涂覆到基底上时，该混合物具有约1000mPa*s至约1100mPa*s、约1000mPa*s至约1200mPa*s、约1000mPa*s至约1300mPa*s、约1000mPa*s至约1400mPa*s、约1000mPa*s至约1500mPa*s、约1000mPa*s至约1600mPa*s、约1000mPa*s至约1700mPa*s、约1000mPa*s至约1800mPa*s、约1000mPa*s至约1900mPa*s、约1000mPa*s至约2000mPa*s、约1100mPa*s至约1200mPa*s、约1100mPa*s至约1300mPa*s、约1100mPa*s至约1400mPa*s、约1100mPa*s至约1500mPa*s、约1100mPa*s至约1600mPa*s、约1100mPa*s至约1700mPa*s、约1100mPa*s至约1800mPa*s、约1100mPa*s至约1900mPa*s、约1100mPa*s至约2000mPa*s、约1200mPa*s至约1300mPa*s、约1200mPa*s至约1400mPa*s、约1200mPa*s至约1500mPa*s、约1200mPa*s至约1600mPa*s、约1200mPa*s至约1700mPa*s、约1200mPa*s至约1800mPa*s、约1200mPa*s至约1900mPa*s、约1200mPa*s至约2000mPa*s、约1300mPa*s至约1400mPa*s、约1300mPa*s至约1500mPa*s、约1300mPa*s至约1600mPa*s、约1300mPa*s至约1700mPa*s、约1300mPa*s至约1800mPa*s、约1300mPa*s至约1900mPa*s、约1300mPa*s至约2000mPa*s、约1400mPa*s至约1500mPa*s、约1400mPa*s至约1600mPa*s、约1400mPa*s至约1700mPa*s、约1400mPa*s至约1800mPa*s、约1400mPa*s至约1900mPa*s、约1400mPa*s至约2000mPa*s、约1500mPa*s至约1600mPa*s、约1500mPa*s至约1700mPa*s、约1500mPa*s至约1800mPa*s、约1500mPa*s至约1900mPa*s、约1500mPa*s至约2000mPa*s、约1600mPa*s至约1700mPa*s、约1600mPa*s至约1800mPa*s、约1600mPa*s至约1900mPa*s、约1600mPa*s至约2000mPa*s、约1700mPa*s至约1800mPa*s、约1700mPa*s至约1900mPa*s、约1700mPa*s至约2000mPa*s、约1800mPa*s至约1900mPa*s、约1800mPa*s至约2000mPa*s或者约1900mPa*s至约2000mPa*s的黏度，包括其中的增量。在一些实施方案中，当将混合物涂覆到基底上时，该混合物具有约1000mPa*s、约1100mPa*s、约1200mPa*s、约1300mPa*s、约1400mPa*s、约1500mPa*s、约1600mPa*s、约1700mPa*s、约1800mPa*s、约1900mPa*s或者约2000mPa*s的黏度。在一些实施方案中，当将混合物涂覆到基底上时，该混合物具有至少约1000mPa*s、约1100mPa*s、约1200mPa*s、约1300mPa*s、约1400mPa*s、约1500mPa*s、约1600mPa*s、约1700mPa*s、约1800mPa*s或者约1900mPa*s的黏度。在一些实施方案中，当将混合物涂覆到基底上时，该混合物具有至多约1100mPa*s、约1200mPa*s、约1300mPa*s、约1400mPa*s、约1500mPa*s、约1600mPa*s、约1700mPa*s、约1800mPa*s、约1900mPa*s或者约2000mPa*s的黏度。
储能装置特性
在一些实施方案中，锂离子储能装置具有高热稳定性。在一些实施方案中，在约0℃和约-20℃的温度下的运行之间，锂离子储能装置的放电容量降低至多约30％、28％、26％、24％、22％或者20％。在一些实施方案中，在约20℃和约0℃的温度下的运行之间，锂离子储能装置的放电容量降低至多约10％、9％、8％、7％、6％、5％、4％或者3％。在一些实施方案中，将锂离子储能装置配置用于在约0℃至约45℃的温度下充电。在一些实施方案中，将锂离子储能装置配置用于在约0℃至约65℃的温度下放电。在一些实施方案中，将锂离子储能装置配置为在约-20℃至约50℃的温度下储存。
在一些实施方案中，将锂离子储能装置配置成在模拟内部短路的针刺穿透测试期间不爆炸。针刺穿透测试是用于测试电池安全性的一种众所周知的标准技术。在一些实施方案中，将锂离子储能装置配置成通过针刺穿透测试。在一些实施方案中，如果储能装置在被钉子刺穿时没有爆炸或者引燃，则储能装置通过针刺穿透测试。在一些实施方案中，以约100mm至约500mm的行程距离来进行针刺穿透测试。在一些实施方案中，以约5kN至约40kN的载荷来进行针刺穿透测试。在一些方案中，以约0.01mm/min至约1000mm/min的速度来进行针刺穿透测试。
图1显示了示例性LCO储能装置的电压-电流-容量图。在一些具体实施方式中，锂离子储能装置具有至少约2.5、2.6、2.7、2.8、2.9、3.0、3.1、3.2、3.3、3.4、3.5、3.6、3.7或者3.8V的标称电压。
图2显示了示例性LCO储能装置在不同放电倍率下的电压/放电容量图。在一些实施方案中，锂离子储能装置具有至少约1500、1600、1700、1800、1900、2000、2100、2200或者2400mAh的额定容量。在一些实施方案中，锂离子储能装置具有至少约2000、2100、2200、2400、2500、2600、2700或者2800mAh的容量。
图3显示了本公开的LCO储能装置与当前可用的LCO储能装置的循环数/容量保持率图。当前可用的LCO储能装置的容量在300个循环内下降至约80％截止，而本文所公开的LCO储能装置的一些实施方案在640个循环后保持约83.5％的初始容量。在一些实施方案中，锂离子储能装置在至少约650、700、750、800、850、900、950、1000、1200、1300或者1400个循环后，保持至少约60％、65％、70％、75％、80％、85％或者90％的容量。
图4显示了本文所公开的新型LCO储能装置和常规LCO储能装置的充-放电图。如图所示，本文所提供的LCO储能装置表现出比传统LCO电池增强的阻抗特性、更快的离子传输特性、更低的电荷转移电阻和更高的功率密度。
图5显示了示例性LCO储能装置在不同温度下的放电容量/电压图。如图所示，LCO储能装置可以在-20℃至+40℃的广泛的温度范围内使用。相比之下，目前可用的LCO储能装置仅在20℃以上的温度下工作，排除或者减少其在寒冷天气运行中的使用。
图6A和6B分别显示了示例性LCO储能装置在约40℃的温度下执行C/5CCCV充电协议和C/2放电协议时，按照2.8V至4.2V的循环的容量保持百分比和阻抗保持百分比。如图所示，示例性LCO储能装置在900个循环后以高稳定性保持其性能。
在一些实施方案中，锂离子储能装置具有至多约26、30、40、50、60、70、80、90或者100mΩ的内阻。在一些实施方案中，锂离子储能装置具有至少约100、110、120、130、140、150、160、170、180、190、200或者210Wh/kg的能量密度。在一些实施方案中，锂离子储能装置具有至少约300、350、400、450、500或者550Wh/L的能量密度。
术语与定义
除非另有定义，本文所使用的所有技术术语具有与本公开所属领域的普通技术人员的普遍理解相同的含义。
如本文所用，除非上下文另有明确规定，单数形式“一个”、“一种”和“该”包括复数引用。除非另有说明，本文中对“或者”的任何引用旨在包含“和/或者”。
如本文所用，术语“约”在一些情况下是指近似所陈述的量的量。
如本文所用，术语“约”是指与所陈述量相差10％、5％或者1％(包括其中的增量)的量。
本文所用的术语“约”是指比所陈述的百分比大或者小10％、5％或者1％(包括其中的增量)的量。
如本文所用，短语“至少一个”、“一个或者多个”以及“和/或者”是开放性表达，在实施中既是连接词也是反义连接词。例如，每个用语“A、B和C中的至少一个”、“A、B或者C中的至少一个”、“A、B和C中的一个或者多个”、“A、B或者C中的一个或者多个”和“A、B和/或者C”，意为单独的A、单独的B、单独的C、A和B一起、A和C一起、B和C一起或者A、B和C一起。
如本文所用，“w/w”是指干重重量比。
如本文所用，术语“易燃”是指能够被引燃、引起火灾或者燃烧爆炸的物质。在一些实施方案中，将易燃材料根据美国政府的危险材料识别系统(HMIS)分为等级1(引燃前必须预热的材料)、等级2(引燃前必须适度加热或者暴露于相对高的环境温度的材料)、等级3(在几乎所有温度条件下都能引燃的材料)或者等级4(在大气压和常温下迅速蒸发的材料，或者易分散于空气中并且容易自然燃烧的材料)。
如本文所用，术语“非易燃”是指不能被引燃的或者只能在一定条件下被引燃的物质。在一些实施方案中，将易燃材料根据美国政府的危险材料识别系统(HMIS)分为等级0(不燃烧的材料)，等级1(引燃前必须预热的材料)或者等级2(引燃前必须适度加热或者暴露于相对高的环境温度下的材料)。
实施例
以下说明性实施例是本文所描述的软件应用、系统和方法的实施方案的代表，并且不意味着以任何方式进行限制。
实施例1-形成喷射LCO电解质的方法
在一个实例中，将116.62g的g-丁内酯(GBl)倒入干净的烧瓶中，该烧瓶已彻底清洗并且在烘箱中烘干过夜，以去除所有水分。将5g的VC、5g的LiBOB和15g的LiBF4与搅拌棒一起加入烧瓶中。然后用隔膜将烧瓶盖上，并且使其搅拌过夜。第二天，将49.98g的FEP加入烧瓶中，并且在喷射前使其搅拌至少一小时。然后，将连接到氩气管线的长套管穿过隔膜向下插入至烧瓶底部，同时将排气针留在顶部空间中。在烧瓶继续搅拌的同时，使氩气通过溶液一小时，使得观察到持续的鼓泡。然后去除套管和针，并且在运输前使溶液再次搅拌过夜。
实施例2-形成非喷射LCO电解质的方法
在一个实例中，将g-丁内酯(GBl)、FEP和VC的单独溶液置于已经过彻底清洗和烘干的单独Schlenk烧瓶中。然后将烧瓶关闭并且连接到Schlenk管线，并且置于液氮中直至完全冷冻。一旦冷冻，将Schlenk管线的真空端口打开至一个烧瓶，直到压力计读数为<150mmHg，然后将该烧瓶关闭并且放入温水浴中解冻，同时打开至下一个烧瓶的端口。一旦所有烧瓶解冻，然后将其重新冷冻，并且重复该过程两次。使所有烧瓶上的压力在第二和第三个循环分别达到<100mmHg和<75mmHg。一旦所有烧瓶第三次解冻，将它们用kim擦纸干燥，并且将其与干净的烧瓶和足量的LiBOB和LiBF4一起放置在含有<20ppm O2的手套箱的前室中至少12小时。一旦进入手套箱，将15g的LiBF4，5g的LiBOB和5g的VC加入至166.62g的GBl中，并且使其搅拌过夜。第二天，将49.98g的FEP加入溶液中，并且再次使其搅拌过夜。
实施例3-形成NCA电解质的方法
在一个实例中，将g-丁内酯(GBl)、FEP和VC的单独溶液置于已经过彻底清洗和烘干的单独Schlenk烧瓶中。然后将烧瓶关闭并且连接到Schlenk管线，并且置于液氮中直至完全冷冻。一旦冷冻，将Schlenk管线的真空端口打开至一个烧瓶，直到压力计读数为<150mmHg，然后将该烧瓶关闭并且放入温水浴中解冻，同时打开至下一个烧瓶的端口。一旦所有烧瓶解冻，然后将其重新冷冻，并且重复该过程两次。使所有烧瓶上的压力在第二和第三个循环分别达到<100mmHg和<75mmHg。一旦所有烧瓶第三次解冻，将它们用kim擦纸干燥，并且将其与干净的烧瓶和足量的LiBOB和LiBF4一起放置在含有<20ppm O2的手套箱的前室中至少12小时。一旦进入手套箱，将15g的LiBF4，5g的LiBOB和5g的VC加入至120g的GBl中，并且使其搅拌过夜。第二天，将52g的FEP加入溶液中，并且再次使其搅拌过夜。
实施例4-形成中碳微珠电极浆料的方法
制备1870g的MCMB石墨、70g的碳C45、353g的亲水性黏合剂和CMC黏合剂的浆料。将混合速度设定为5m/s，并且将泵速设定为30Hz。增加或者降低混合速度以使浆料的粘度保持在大约1200mPa*s，并且施加真空20分钟。
将铜卷插入到退绕辊上，然后铜通过涂布机的辊进送，并且连接到卷绕辊上的辊芯上。在距离机器边缘到辊芯内侧边缘8.5cm处，将辊芯在卷绕辊上对齐。在距离机器边缘和基底内侧边缘9.6cm处，将基底连接到铜卷。然后将边缘位置控制(EPC)传感器设置为约2100，将涂层速率设置为300mm/min，并且启用压力辊、自动运行和对齐功能。将浆料容器阀打开，并将进料泵以100rpm的速度开启，来将浆料沉积在基底上，然后接合槽模，并且使用塞尺设置距离涂布辊约190um的间隙。可以增加或者减少进料泵速率，以达到一定的负载质量、厚度或者两者兼而有之。
实施例6-18650形态因子LCO储能装置
根据18650形态因子制备储能装置，其包括LCO阴极、MCMB阳极和γ-丁内酯电解质。确定的装置规格如表1所示。
表1-18650形态因子LCO储能装置规格
尽管本文已经显示和描述了本公开的优选实施方案，但对本领域技术人员是显而易见的是，此类实施方案仅通过实施例的方式提供。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、改变和替换。应当理解，在实践本公开时可能采用本文所描述的本公开的实施方案的各种替代方案。

Claims (49)

1.一种锂离子储能装置，包括：
a)阴极；
b)阳极；以及
c)包括内酯的耐火电解质。
2.根据权利要求1所述的锂离子储能装置，其中所述内酯是丁内酯、戊内酯或者它们的任何组合。
3.根据权利要求2所述的锂离子储能装置，其中所述丁内酯是γ-丁内酯、α-甲基--丁内酯、α-溴-/>-丁内酯、δ-戊内酯或者它们的任何组合。
4.根据权利要求2所述的锂离子储能装置，其中所述戊内酯是γ-戊内酯。
5.根据权利要求2所述的锂离子储能装置，其中所述耐火电解质进一步包括双(草酸)硼酸锂(LiBOB)、四氟硼酸锂(LiBF4)、1,3-二氧杂环戊烯-2-酮(VC)或者4-乙烯基-1,3-二氧戊环-2-酮(VEC)、或者1,1,2,2-四氟乙基-2,2,3,3-四氟丙基醚(FEP)、碳酸亚乙酯(EC)、碳酸二乙酯(DEC)、碳酸二甲酯(DMC)、碳酸甲乙酯(EMC)和甲酸丁酯中的一种或者多种。
6.根据权利要求5所述的锂离子储能装置，其中所述耐火电解质包括约30％至约90％w/w的γ-丁内酯。
7.根据权利要求1至6中任一项所述的锂离子储能装置，其中所述耐火电解质包括约5％至约50％w/w的1,1,2,2-四氟乙基-2,2,3,3-四氟丙基醚(FEP)。
8.根据权利要求1至7中任一项所述的锂离子储能装置，其中所述耐火电解质包括约1％至约20％w/w的四氟硼酸锂(LiBF4)。
9.根据权利要求1至8中任一项所述的锂离子储能装置，其中所述耐火电解质包括约0.1％至约10％w/w的1,3-二氧杂环戊烯-2-酮(VC)或者4-乙烯基-1,3-二氧戊环-2-酮(VEC)。
10.根据权利要求1至9中任一项所述的锂离子储能装置，其中所述耐火电解质包括约0.1％至约10％w/w的双(草酸)硼酸锂(LiBOB)。
11.根据权利要求1至10中任一项所述的锂离子储能装置，其中所述阳极包括由石墨粉末制备的石墨材料。
12.根据权利要求11所述的锂离子储能装置，其中所述石墨粉末包括中碳微珠、天然石墨烯、合成石墨烯或者它们的任何组合。
13.根据权利要求12所述的锂离子储能装置，其中所述中碳微珠、天然石墨烯、合成石墨烯或者它们的任何组合具有约5微米至约50微米的直径。
14.根据权利要求1至10中任一项所述的锂离子储能装置，其中所述阳极包括石墨、炭黑、亲水性黏合剂、羧甲基纤维素或者它们的任何组合。
15.根据权利要求14所述的锂离子储能装置，其中所述阳极包括约70％至约95％w/w的石墨、约1％至约5％w/w的炭黑、约1％至5约％w/w的亲水性黏合剂或者约0.1％至约5％w/w的羧甲基纤维素中的一种或者多种。
16.根据权利要求14或者15所述的锂离子储能装置，其中所述亲水性黏合剂包括丁苯橡胶。
17.根据权利要求1至16中任一项所述的锂离子储能装置，其中所述阴极包括锂钴氧化物。
18.根据权利要求17所述的锂离子储能装置，其中所述阴极包括聚偏二氟乙烯(PVDF)、炭黑、石墨烯或者它们的任何组合。
19.根据权利要求18所述的锂离子储能装置，其中所述阴极包括70％至99％w/w的锂钴氧化物、约0.5％至约5％w/w的聚偏二氟乙烯(PVDF)、约0.1％至约5％w/w的炭黑或者约0.001％至约5％w/w的石墨烯中的一种或者多种。
20.根据权利要求18所述的锂离子储能装置，其中所述聚偏二氟乙烯(PVDF)在N-甲基-2-吡咯烷酮溶剂中。
21.根据权利要求18所述的锂离子储能装置，其中所述石墨烯包括还原氧化石墨烯分散体。
22.根据权利要求1至16中任一项所述的锂离子储能装置，其中所述阴极是镍:钴:锰阴极。
23.根据权利要求22所述的锂离子储能装置，其中所述阴极包括约5:2:3比率的Ni:Co:Mn。
24.根据权利要求22所述的锂离子储能装置，其中所述锂离子储能装置被配置为电动汽车电池。
25.根据权利要求1至16中任一项所述的锂离子储能装置，其中所述阴极是锂镍钴铝氧化物(NCA)阴极。
26.根据权利要求25所述的锂离子储能装置，其中所述阴极包括从30％至90％w/w的所述镍钴铝氧化物和从约1％至约15％的锂。
27.根据权利要求1至26中任一项所述的锂离子储能装置，其中所述锂离子储能装置具有至少约1500mAh的额定容量。
28.根据权利要求1至27中任一项所述的锂离子储能装置，其中所述锂离子储能装置具有至少约2000mAh的容量。
29.根据权利要求1至28中任一项所述的锂离子储能装置，其中所述锂离子储能装置具有至少约2.5V的标称电压。
30.根据权利要求1至29中任一项所述的锂离子储能装置，其中所述锂离子储能装置具有至多约100mΩ的内阻。
31.根据权利要求1至30中任一项所述的锂离子储能装置，其中所述锂离子储能装置在至少约650个循环后保持至少约60％的容量。
32.根据权利要求1至31中任一项所述的锂离子储能装置，其中所述锂离子储能装置具有至少约100Wh/kg的能量密度。
33.根据权利要求1至32中任一项所述的锂离子储能装置，其中所述锂离子储能装置具有至少约300Wh/L的能量密度。
34.根据权利要求1至33中任一项所述的锂离子储能装置，其中在约0℃和约-20℃的温度下的运行之间，所述锂离子储能装置的放电容量降低至多约30％。
35.根据权利要求1至34中任一项所述的锂离子储能装置，其中在约20℃和约0℃的温度下的运行之间，所述锂离子储能装置的放电容量降低至多约10％。
36.根据权利要求1至35中任一项所述的锂离子储能装置，其中所述锂离子储能装置被配置用于在约0℃至约45℃的温度下充电。
37.根据权利要求1至36中任一项所述的锂离子储能装置，其中所述锂离子储能装置被配置用于在约0℃至约65℃的温度下放电。
38.根据权利要求1至37中任一项所述的锂离子储能装置，其中所述锂离子储能装置被配置用于在约-20℃至约50℃的温度下储存。
39.根据权利要求1至38中任一项所述的锂离子储能装置，其中所述锂离子储能装置被配置成通过针刺穿透测试。
40.根据权利要求1至39中任一项所述的锂离子储能装置，其中所述阴极具有至少约50mAh/g的比容量。
41.根据权利要求1至40中任一项所述的锂离子储能装置，其中所述阴极具有至少约1mAh/cm2的面积容量。
42.根据权利要求1至41中任一项所述的锂离子储能装置，其中所述阴极具有至少约10mg/cm2的负载质量。
43.根据权利要求1至42中任一项所述的锂离子储能装置，其中所述阴极具有至少约1g/cm3的堆积密度。
44.根据权利要求1至43中任一项所述的锂离子储能装置，其中所述阳极具有至少约100mAh/g的比容量。
45.根据权利要求1至44中任一项所述的锂离子储能装置，其中所述阳极具有至少约1mAh/cm2的面积容量。
46.根据权利要求1至45中任一项所述的锂离子储能装置，其中所述阳极具有至少约5mg/cm2的负载质量。
47.根据权利要求1至46中任一项所述的锂离子储能装置，其中所述阳极具有至少约0.5g/cm3的堆积密度。
48.一种形成中碳微珠电极的方法，所述方法包括：
a)形成以下项的混合物：
i)中碳微珠(MCMB)；
ii)炭黑；
iii)羧甲基纤维素(CMC)；
iv)亲水性黏合剂；和
v)水；以及
b)将所述混合物涂覆到基底上。
49.一种形成锂钴氧化物电极的方法，所述方法包括：a)形成以下项的混合物：
i)锂钴氧化物(LCO)；
ii)炭黑；
iii)还原氧化石墨烯分散体；
iv)亲水性黏合剂；以及
v)溶剂
b)将所述混合物涂覆到基底上。
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