KR101833663B1 - High performance electrodes, materials, and precursors thereof - Google Patents

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Abstract

고성능 전극, 전극 재료 및 이의 전구체가 본원에 제공된다. 또한, 이의 제조 방법도 본원에 제공된다.High performance electrodes, electrode materials and precursors thereof are provided herein. Methods for their preparation are also provided herein.

Description

고성능 전극, 재료 및 이의 전구체{HIGH PERFORMANCE ELECTRODES, MATERIALS, AND PRECURSORS THEREOF}[0001] HIGH PERFORMANCE ELECTRODES, MATERIALS, AND PRECURSORS THEREOF [0002]

[상호 참조][Cross reference]

본 출원은 2015년 11월 12일에 출원된 미국 가특허 출원 제62/254,418호, 및 2016년 3월 24일에 출원된 미국 가특허 출원 제62/312,871호, 및 2016년 6월 24일에 출원된 미국 가특허 출원 제62/354,366호의 이익을 주장하며, 이들 각 출원은 전체가 본원에 참고 인용된다.This application claims the benefit of US Provisional Patent Application No. 62 / 254,418, filed November 12, 2015, and US Provisional Patent Application No. 62 / 312,871, filed March 24, 2016, U.S. Provisional Patent Application No. 62 / 354,366, filed in the name of the applicant, each of which is incorporated herein by reference in its entirety.

[발명의 분야][0001]

본 발명의 분야는 전극, 특히 리튬 이온 배터리의 음극, 그 전극을 포함하는 전지 및 배터리, 및 이들의 제조에 관한 것이다.Field of the Invention The present invention relates to an electrode, particularly to a cathode of a lithium ion battery, a battery and a battery including the electrode, and to their manufacture.

배터리는 하나 이상의 전기화학 전지, 예컨대 일반적으로 캐소드, 애노드 및 전해질을 포함하는 전지를 포함한다. 리튬 이온 배터리는 소비자 전자제품 및 전기 자동차에서 상당히 일반적으로 사용되는 고 에너지 밀도 배터리이다. 리튬 이온 배터리에서, 리튬 이온은 일반적으로 방전 동안 음극에서 양극으로 이동하고, 충전 시 그 반대로 일어난다. 제조된 상태 및 방전된 상태에서, 리튬 이온 배터리는 종종 캐소드(양극)에서 리튬 화합물(예컨대, 리튬 금속 산화물) 및 애노드(음극)에서 또다른 재료, 일반적으로 탄소를 포함한다.The battery includes one or more electrochemical cells, e.g., a cell generally comprising a cathode, an anode and an electrolyte. Lithium-ion batteries are high energy density batteries that are quite commonly used in consumer electronics and electric vehicles. In a lithium ion battery, lithium ions generally migrate from the cathode to the anode during discharging and vice versa during charging. In the as-manufactured and discharged state, the lithium ion battery often contains a lithium compound (e.g., lithium metal oxide) at the cathode (anode) and another material, typically carbon, at the anode (cathode).

특정 실시양태에서, 본원에는 박층 전극, 예컨대 배터리 전극 및/또는 전극 재료(예를 들어, 리튬 이온 배터리 음극 재료 및/또는 전극)(예를 들어, 탄소 및 규소를 포함하는 박층 전극)를 비롯한 전극 재료 및/또는 전극을 제조하기 위한 시스템 및 공정이 제공된다. 일부 예에서, 그러한 재료 및/또는 전극은 매우 우수한 커패시티, 우수한 커패시티 보유력, 고 부피 에너지 밀도(및 고 전체 밀도), 및/또는 본원에서 논의되어 있는 다른 이점을 갖는다. 보다 높은 성능 재료 및 전극을 달성하는 것에 대한 대안적인 접근법은, 재해적인 고장 및/또는 극복 불가능하고 상업화 불가능한 제품 및 공정의 발생을 결과로 초래하는 일부 시도들로 인하여, 극히 제한적이고 점진적인 성공이 되어 오고 있다. 일부 실시양태에서, 본원에는 본원의 보다 상세히 설명에 기술된 것과 같은, 롤-투-롤 처리(roll-to-roll processing)를 비롯한, 고성능 재료 및 전극의 고처리율 제조 및 생산에 적합한 생성물 및 공정이 제공된다. In certain embodiments, it is contemplated herein to provide a thin layer electrode, e.g., a thin layer electrode including a battery electrode and / or an electrode material (e.g., a lithium ion battery cathode material and / or an electrode) Systems and processes for producing materials and / or electrodes are provided. In some instances, such materials and / or electrodes have very good capacity, good capacity retention, high volume energy density (and high total density), and / or other advantages discussed herein. An alternative approach to achieving higher performance materials and electrodes is to achieve a very limited and gradual success due to some attempts to result in catastrophic failures and / or incompatible and incommensurable products and processes It is coming. In some embodiments, the present disclosure provides products and processes suitable for high throughput fabrication and production of high performance materials and electrodes, including roll-to-roll processing, such as those described in more detail herein. / RTI >

특정 실시양태에서, 본원에는 전극 재료의 제조 공정이 제공되며, 이 공정은 유체 저장물(fluid stock)로부터 플룸(plume) 또는 에어로졸을 발생시키는 단계로서, 유체 저장물은 전도성(예를 들어, 탄소) 인클루전(inclusion)(예를 들어, 그래핀 인클루전 성분) 및 전극 활물질(예를 들어, SiOX) 인클루전을 포함하는 것인 단계를 포함한다. 특정 실시양태에서, 플룸 또는 에어로졸은 적합한 기법, 예컨대 전기분무 기법을 이용하여 발생된다. 일부 실시양태에서, 그 공정은 고속 기체의 존재 하에 플룸 또는 에어로졸을 발생시키는 단계를 추가로 포함한다. 특정한 예에서, 그 고속 기체는 플룸 또는 에어로졸 미립자의 미세 분산을 용이하게 하며, 이는 결국 기재 표면 상에서의 그 인클루전 부분들의 제어된 균일한 침적을 용이하게 한다. 일부 예에서, 기체 및 플룸/에어로졸의 흐름 방향은 (예를 들어, 서로 15°, 10°, 5° 등 내에 있는 방향 평균을 갖는) 동일한 일반 방향으로 존재한다. 또한, 본원에는 본원에 기술된 유체 조성물, 본원에 기술된 에어로졸 및 플룸, 및 본원에 기술된 다른 시스템, 공정 단계, 중간체 등이 제공된다.In certain embodiments, a process is provided herein for producing an electrode material, the process comprising generating a plume or aerosol from a fluid stock, wherein the fluid reservoir is conductive (e.g., carbon ) Inclusion (e. G., Graphene inclusion component) and an electrode active (e. G., SiO x ) inclusions. In certain embodiments, the plume or aerosol is generated using a suitable technique, such as an electrospray technique. In some embodiments, the process further comprises generating a plume or aerosol in the presence of a high velocity gas. In certain instances, the high velocity gas facilitates fine dispersion of the plume or aerosol particulates, which in turn facilitates controlled, uniform deposition of the inclusion portions on the substrate surface. In some instances, the flow direction of the gas and the plume / aerosol is in the same general direction (e.g., with a directional average within 15 degrees, 10 degrees, 5 degrees, etc., relative to each other). Also provided herein are the fluid compositions described herein, the aerosols and plumes described herein, and other systems, process steps, intermediates, and the like described herein.

일부 실시양태에서, 그러한 시스템 및 공정은 단일 또는 뱅크드(banked) 노즐 시스템을 이용하여 고처리율 전기분무를 용이하게 하도록 구성된다. 특정 실시양태에서, 그 시스템 및 공정은 직류 전압(VDC) 또는 교류 전압(VAC) 전기분무, 예컨대 기체-제어된 직류 전압(VDC) 또는 교류 전압(VAC) 전기분무를 위해 구성된다. 일부 실시양태에서, 본원에 제공된 공정 및 시스템은 전극 전구체 재료, 전극 재료, (예를 들어, 집전체 상에서의) 균일 전극, 예컨대 균일 두께, 커패시터, 성분 분포 등을 갖는 균일 전극 등을 제조하기에 적합하고/하거나 제조하도록 구성된다. In some embodiments, such systems and processes are configured to facilitate high throughput electrospray using a single or banked nozzle system. In certain embodiments, the system and process are configured for DC voltage (V DC ) or AC voltage (V AC ) electrospray, such as gas-controlled DC voltage (V DC ) or AC voltage (V AC ) electrospray . In some embodiments, the processes and systems provided herein may be used to produce electrode precursor materials, electrode materials, uniform electrodes (e.g., on a current collector), such as uniform electrodes having uniform thickness, capacitors, component distribution, / RTI > and / or < / RTI >

일부 예에서, 전기분무 노즐로부터 대전된 유체 저장물을 분출하는 것은 유체 제트를 생성하고, 이것은 분열되어 복수의 소적(또는 플룸 미립자)를 포함하는 플룸을 형성하게 된다. 특정 실시양태에서, 그러한 소적은 이것이 집전체를 향해 이동함에 따라, 집전체에 가까운 소적이 노즐에 가까운 소적보다 더 건조되도록(즉, 보다 적은 유체 매질을 포함하도록)(또는 심지어는 완전 건조되도록), 다양한 상태의 건조(예를 들어, 보다 많은 건조 소적이 고체 인클루전 물질에 비하여 더 적은 유체 매질을 포함하는 경우)로 존재한다. 일부 예에서, 플룸은 (예를 들어, 특히 집전체 기재 표면에 대하여 최고 근접하게) 소적을 포함하고, 여기서 모든 유체 매질은 증발된다. 다양한 실시양태에서, 본원에 제공된 플룸(또는 이의 부분)은 약 80 중량% 이하의 유체, 약 60 중량% 이하의 유체, 약 40 중량% 이하의 유체, 약 20 중량% 이하의 유체, 약 10 중량% 이하의 유체, 또는 약 5 중량% 이하의 유체를 포함한다. 바람직한 실시양태에서, (특히, 집전체 기재 표면에 근접하게) 플룸 소적은 분열되어 각 소적 내에 포함된 인클루전의 수를 감소 또는 최소화하기에 충분할 정도로 작아진다. 특정한 예에서, 각 소적 내의 인클루전의 수를 감소 및/또는 최소화하는 것은 플룸 전반에 인클루전의 우수한 분포를, 특히 집전체에 근접하게, 용이하게 한다. 일부 예에서, 플룸 내에서 인클루전의 우수한 분포는 집전체 기재 상에서 집전된 인클루전의 우수한 분포를 용이하게 한다. 특히, 규소 함유 전극 재료는 불량한 성능 특징, 예컨대 순환시 불량한 커패시터 보유력, 예컨대 고체 전해질 계면(SEL) 층의 형성, 미분쇄 등으로 기인한 것으로부터 곤란을 겪고 있다. 규소 재료가 전해질 및 미분쇄 작용으로부터 보호되어야 하는 제어된 균일 시스템(예를 들어, 전극 활물질(예를 들어, 규소 및/또는 산화규소 함유) 입자를 엔벨로프하고, 예컨대 분해 동안 SEI 형성을 최소화하고 활물질 입자를 포획하고/하거나, 또는 리튬화/탈리튬화 순환 동안 분해하는 탄소(예를 들어, 그래핀) 성분을 지닌 것)이 바람직하다. 특정 실시양태에서, 본원에는 그러한 결과들을 제공하기에 적합한 조성물 및 공정이 제공된다.In some instances, ejecting a charged fluid reservoir from an electrospray nozzle produces a fluid jet that is split to form a plume containing a plurality of droplets (or plume particulates). In certain embodiments, such a droplet is such that as it moves toward the current collector, droplets close to the current collector are made to dry (i.e., contain less fluid medium) (or even completely dry) than droplets close to the nozzle, , And drying of the various states (e.g., where more drying droplets contain less fluid medium than solid inert materials). In some instances, the plume includes droplets (e.g., closest to the collector surface, in particular), wherein all of the fluid medium is evaporated. In various embodiments, the plume (or portion thereof) provided herein comprises less than or equal to about 80 weight percent fluid, less than or equal to about 60 weight percent fluid, less than or equal to about 40 weight percent fluid, less than or equal to about 20 weight percent fluid, % Or less, or about 5% or less by weight of the fluid. In a preferred embodiment, the plume droplets are broken down to a sufficient size to reduce or minimize the number of inclusions contained within each droplet (especially near the collector surface). In a particular example, reducing and / or minimizing the number of inclusions in each droplet facilitates an excellent distribution of inclusions throughout the plume, particularly close to the current collector. In some instances, an excellent distribution of inclusions in the plume facilitates an excellent distribution of the inclusions collected on the current collector. In particular, silicon-containing electrode materials suffer from poor performance characteristics, such as poor capacitor retention during cycling, such as formation of a solid electrolyte interface (SEL) layer, milling, and the like. (E. G., Silicon and / or silicon oxide containing) particles in which the silicon material is to be protected from the electrolyte and the grinding action, for example, by minimizing SEI formation during degradation, (E. G., Graphene) components that capture and / or degrade particles during lithiation / de-lithization cycles. In certain embodiments, compositions and processes suitable for providing such results are provided herein.

다른 분무 기법은 일반적으로 플룸의 소적을 적당히 분열 및 분해하기에 불충분하고, 우수한 균일성을 지닌 분산액을 제공하기 위해서, 특히 복수의 인클루전 유형, 예컨대 전극 활물질 인클루전 유형 및 탄소(예를 들어, 그래핀 성분(본원에서는 "그래핀 성분"과 상호 교환 가능하게 사용됨)) 인클루전 유형을 포함하는 시스템에서, 플룸 내에서 그리고 집전체 기재 상에서 인클루전 재료의 우수한 분포를 제공하기에 불충분하다. 대신, 전형적인 분무 기법은 불량한 분산 균일성 및 제어에 의한 공동 응집(co-agglomeration)을 비롯한 입자 응집을 생성하는 것으로 관찰되는데, 그러한 응집 없더라도, 특히 규소 활물질을 포함하는 활성 전극/탄소 시스템은 불량하거나 불충분하거나 또는 존재하지 않은 성능 특징을 나타낸다.Other atomization techniques are generally insufficient to adequately divide and decompose the droplets of the plume and, in order to provide a dispersion with good uniformity, in particular a plurality of inclusion types, such as the electrode active species, For example, in a system comprising a clathron type (e.g., used interchangeably with a graphene component herein), to provide an excellent distribution of the encapsulant material in the plume and on the collector body It is insufficient. Instead, a typical atomization technique is observed to produce particle agglomeration, including co-agglomeration by poor dispersion uniformity and control, and even without such agglomeration, the active electrode / carbon system, especially including the silicon active material, Exhibit insufficient or nonexistent performance characteristics.

특정 실시양태에서, 본원에서의 공정은 플룸 또는 에어로졸을 고속 기체(예를 들어, ≥ 0.1 m/s, ≥ 0.5 m/s, ≥ 1 m/s, ≥ 5 m/s, ≥ 10 m/s, ≥ 20 m/s, ≥ 25 m/s, ≥ 50 m/s, 또는 본원에서 제공된 다른 속도)로 발생시키는 단계(예를 들어, 유체 저장물을 전기분무하는 단계)를 포함한다. 일부 예에서, 정전하로 대전된 유체 저장물이 고속 기체의 스트림 내로 주입된다. 특정 실시양태에서, 고속 기체는 유체 저장물의 전기분무 동안 형성된 소적의 분열(예를 들어, 분해)를 추가로 용이하게 한다. 일부 실시양태에서, 플룸의 소적은 (예를 들어, 평균적으로) 100개 미만의 인클루전(예를 들어, 소적 내에서의 전극 활물질 성분 인클루전(들)과 그래핀 성분 인클루전(들)의 합), 50개 미만의 인클루전, 20개 미만의 인클루전, 10개 미만의 인클루전 등을 포함한다. 특정 실시양태에서, 집전체는 전기분무 노즐로부터 거리 d로 떨어져 있고, 집전체로부터 d/2, d/3 또는 d/4 내로 떨어져 있는 플룸의 소적은 (예를 들어, 평균적으로) 약 100개 이하의 인클루전, 약 50개 이하의 인클루전, 약 20개 이하의 인클루전, 약 10개 이하의 인클루전, 약 5개 이하의 인클루전 등을 포함한다. 특정 예에서, d는 노즐의 제1 유출구와 기재 표면 사이의 평균 거리이다. 일부 예에서, 소적의 우수한 분산 및 소적당 낮은 농도의 인클루전은 잘 분산되고 잘 제어된 다성분 시스템, 예컨대 본원에 기술된 것의 형성을 용이하게 한다. In certain embodiments, the process herein may be used to separate plumes or aerosols into high velocity gases (e.g., ≥0.1 m / s, ≥0.5 m / s, ≥1 m / s, ≥5 m / s, (E. G., Electrospraying a fluid storage) at a rate of at least < / RTI > 20 m / s, ≥20 m / s, ≥25 m / s, ≥50 m / s, or other speeds as provided herein. In some instances, the electrostatically charged fluid reservoir is injected into the stream of high velocity gas. In certain embodiments, the high velocity gas further facilitates fragmentation (e.g., decomposition) of droplets formed during electrospray of the fluid reservoir. In some embodiments, droplets of the plume may contain less than 100 inclusions (e. G., On average) of less than 100 inclusions (e. G., Clusters (s) ), Less than 50 inclusions, less than 20 inclusions, less than 10 inclusions, and the like. In certain embodiments, the current collector is spaced a distance d from the atomizing nozzle, and droplets of the plume away from the current collector into d / 2, d / 3, or d / 4 may have (e.g., on average) About 50 inclusive inclusions, about 20 incusions, up to about 10 inclusions, up to about 5 inclusions, and the like. In a particular example, d is the average distance between the first outlet of the nozzle and the substrate surface. In some instances, good dispersions of droplets and low concentrations of encapsulant facilitate the formation of well dispersed and well-controlled multicomponent systems, such as those described herein.

특정 실시양태에서, 본원에는 전극 재료(예를 들어, 규소-탄소 전극 재료), 전극(예를 들어, 규소-탄소 전극), 또는 전극 재료 또는 전극의 전구체를 제조하는 공정이 제공된다. 특정 실시양태에서, 전극 재료, 전극 또는 이들의 전구체는 전극 활물질(예를 들어, 규소, 산화규소, 또는 이들의 조합), 예컨대 그 활물질을 포함하는 입자(예를 들어, 나노 크기 또는 마이크로 크기의 입자)의 형태로 존재하는 것을 포함한다. 특정 실시양태에서, 공정은 유체 저장물을 전기분무하는 단계, 또는 (예를 들어, 그 유체 저장물을 전기분무함으로써) 유체 저장물로부터 정전하로 대전된 플룸을 생성하는 단계를 포함한다. In certain embodiments, a process is provided herein for making an electrode material (e.g., a silicon-carbon electrode material), an electrode (e.g., a silicon-carbon electrode), or a precursor of an electrode material or electrode. In certain embodiments, the electrode material, the electrode, or a precursor thereof may be an electrode active material (e.g., silicon, silicon oxide, or a combination thereof), such as particles comprising the active material Particles). ≪ / RTI > In certain embodiments, the process includes electrospraying a fluid storage, or creating an electrostatically charged plume from a fluid storage (e.g., by electrospraying the fluid storage).

특정 실시양태에서, 유체 저장물을 전기분무하는 단계 또는 유체 저장물의 정전하로 대전된 플룸을 생성하는 단계는 (i) 유체 저장물을 전기분무 노즐의 제1 도관의 제1 유입구에 제공하는 단계로서, 제1 도관은 그 도관의 길이를 따라 내표면 및 외표면을 갖는 벽에 의해 둘러 싸이고, 제1 도관은 제1 유출구를 갖는 것인 단계, 및 (ii) 전압을 전기분무 노즐에 제공하는 단계(예를 들어, 이로써 전기장을 제공하는 단계)를 포함한다. 일부 실시양태에서, 유체 저장물은 복수(즉, 1종 초과)의 전극 활물질(예를 들어, 규소) 함유 입자, 복수의 탄소 인클루전(예를 들어, (제1) 그래핀 성분), 및 유체 매질(예를 들어, 수성 매질, 예컨대 물을 포함하는 것)을 포함한다. 특정 실시양태에서, 복수의 전극 활물질(예를 들어, 규소) 함유 입자는 100 마이크론(㎛) 미만(예를 들어, 약 0.5 마이크론 내지 약 20 마이크론, 예컨대 약 1 마이크론 내지 약 10 마이크론)(예를 들어, 50 마이크론 미만, 20 마이크론 미만, 10 마이크론 미만, 0.2 마이크론 내지 10 마이크론, 또는 0.2 마이크론(200 nm) 미만)(예를 들어, 최소 치수)의 하나 이상의 평균 치수(예를 들어, 전체 평균 치수 또는 평균 최저 치수)를 갖는다. 일부 실시양태에서, 유체 저장물 및/또는 집전된 (제1) 조성물의 탄소 인클루전은 산화 그래핀 성분(예를 들어, 그래핀 옥사이드)이다. 특정 실시양태에서, 탄소 인클루전(예를 들어, (제1) 그래핀 성분)은 (예를 들어, 평균적으로) 50 중량% 이상의 탄소(예를 들어, 약 60 중량% 내지 약 80 중량%의 탄소)를 포함한다. 추가 또는 대안 실시양태에서, 탄소 인클루전(예를 들어, (제1) 그래핀 성분))은 (예를 들어, 평균적으로) 약 5 중량% 내지 약 50 중량%의 산소(예를 들어, 약 10 중량% 내지 약 40 중량%의 산소)를 포함한다. 일반적으로, 본원에서 사용된 바와 같이 탄소 인클루전의 중량%는 원소 기준으로 탄소 인클루전내 원소(예를 들어, 탄소, 산소, 수소 등)의 중량 백분율이다.In certain embodiments, the step of electrospraying the fluid storage or creating the electrostatically charged plume of the fluid storage comprises the steps of (i) providing a fluid stock to the first inlet of the first conduit of the electrospray nozzle , Wherein the first conduit is surrounded by a wall having an inner surface and an outer surface along the length of the conduit and the first conduit has a first outlet, and (ii) providing a voltage to the electrospray nozzle (E. G., Thereby providing an electric field). In some embodiments, the fluid reservoir comprises a plurality (i. E., More than one) of electrode active material (e.g., silicon) containing particles, a plurality of carbon inclusions (e.g., And fluid media (including, for example, an aqueous medium, such as water). In certain embodiments, the plurality of electrode active material (e.g., silicon) containing particles is less than 100 microns (e.g., from about 0.5 microns to about 20 microns, such as from about 1 microns to about 10 microns) One or more average dimensions (e. G., A minimum dimension) of less than 50 microns, less than 20 microns, less than 10 microns, 0.2 microns to 10 microns, or less than 0.2 microns Or an average minimum dimension). In some embodiments, the carbon inclusions of the fluid stock and / or the aggregated (first) composition are oxidative graphene components (e. G., Graphene oxide). In certain embodiments, the carbon inclusions (e.g., the (first) graphene component) comprise at least 50 wt% carbon (e.g., from about 60 wt% to about 80 wt% Of carbon). In a further or alternative embodiment, the carbon inclusions (e.g., the (first) graphene component)) comprise from about 5 wt% to about 50 wt% oxygen (e.g., About 10% to about 40% oxygen by weight). Generally, as used herein, the wt% of the carbon inclusions is the weight percentage of the carbon element (e.g., carbon, oxygen, hydrogen, etc.) that is carbon based on the element.

특정 실시양태에서, 본원에 기술된 공정 및 시스템은 과도하게 로딩된 유체 저장물의 고처리율에 적합하다. 게다가, 일부 실시양태에서, 탄소(예를 들어, 그래핀) 성분의 고농도가 전극 활물질의 우수한 도포력, 필름의 우수한 균일성(예를 들어, 두께, 분산 등) 등을 용이하게 하는데 바람직하다. 특정 실시양태에서, 본원에서 제공된 유체 저장물은 0.1 중량% 이상의 그래핀 성분, 0.5 중량% 이상의 그래핀 성분, 또는 1 중량% 이상의 그래핀 성분, 예를 들어 2 중량% 이상의 그래핀 성분, 2.5 중량% 이상의 그래핀 성분, 3 중량% 이상의 그래핀 성분, 5 중량% 이상의 그래핀 성분 등(예를 들어, 약 10 중량% 내지 약 20 중량%, 20 중량% 이하, 15 중량% 이하, 약 10 중량% 등)을 포함한다. 특정 실시양태에서, 유체 저장물은 약 2 중량% 내지 약 15 중량%(예를 들어, 약 10 중량% 내지 약 15 중량%)의 그래핀 성분을 포함한다.In certain embodiments, the processes and systems described herein are suitable for high throughput of overloaded fluid storage. In addition, in some embodiments, a high concentration of carbon (e.g., graphene) components is desirable to facilitate good coverage of the electrode active material, good uniformity of the film (e.g., thickness, dispersion, etc.), and the like. In certain embodiments, the fluid reservoir provided herein comprises at least 0.1 weight percent graphene, at least 0.5 weight percent graphene, or at least 1 weight percent graphene, such as at least 2 weight percent graphene, (For example, from about 10% to about 20% by weight, up to about 20% by weight, up to about 15% by weight, up to about 10% by weight) of graphene, %, Etc.). In certain embodiments, the fluid reservoir comprises from about 2% to about 15% (e.g., from about 10% to about 15%) graphene components.

특정 실시양태에서, 유체 저장물은 30 중량% 미만의 전극 활물질(예를 들어, 규소) 함유 입자를 포함한다. 보다 특정 실시양태에서, 유체 저장물은 20 중량% 미만의 전극 활물질(예를 들어, 규소) 함유 입자를 포함한다. 또다른 보다 특정 실시양태에서, 유체 저장물은 약 0.2 중량% 내지 약 10 중량%의 전극 활물질(예를 들어, 규소) 함유 입자를 포함한다. 일부 예에서, 예컨대 전기분무 공정이 기체 스트림에 의해 수행되는 경우, 보다 높은 로딩의 입자 및/또는 탄소 인클루전이 가능하다. 특정 실시양태에서, 유체 저장물은 약 1 중량% 이상(예를 들어, 약 2.0 중량% 이상)의 전극 활물질(예를 들어, 규소) 함유 입자를 포함한다. 특정 실시양태에서, 유체 저장물은 약 5 중량% 이상의 전극 활물질(예를 들어, 규소) 함유 입자를 포함한다. 보다 특정 실시양태에서, 유체 저장물은 약 5 중량% 내지 약 20 중량%의 전극 활물질(예를 들어, 규소) 함유 입자를 포함한다. 추가 또는 대안 실시양태에서, 본원의 유체 저장물 또는 다른 조성물(예를 들어, 집전되고/되거나 열 처리된 조성물) 내에서 전극 활물질(예를 들어, 규소) 함유 입자 대 탄소 인클루전(예를 들어, 그래핀 성분)의 중량비는 적어도 1:10, 예를 들어 적어도 1:5, 적어도 1:3, 또는 적어도 1:2(예를 들어, 10:1 이하)이다. 특정 실시양태에서, 전극 활물질(예를 들어, 규소) 함유 입자 대 탄소 인클루전(예를 들어, 그래핀 성분)의 중량비는 (예를 들어, 본원의 유체 저장물 및/또는 조성물 내에서) 약 1:10 내지 1O:1, 약 1:3 내지 약 5:1, 약 1:2 내지 약 3:1, 약 2:3 내지 약 2:1 등이다. 보다 특정 실시양태에서, 그 중량비는 적어도 1:3, 적어도 1:1 등이다. 특정 실시양태에서, 유체 저장물 내에 포함된 50 중량% 이상의 고체 미립자는 전극 활물질 미립자 인클루전 및 그래핀성 인클루전(그래핀 성분)을 포함한다. 특정 실시양태에서, 유체 저장물 내에 포함된 70 중량% 이상, 80 중량% 이상, 90 중량% 이상 등의 고체 미립자는 전극 활물질 미립자 인클루전 및 그래핀성 인클루전을 포함한다. 바람직한 실시양태에서, 유체 저장물 내에 포함된 95 중량% 이상의 고체 미립자는 전극 활물질 미립자 인클루전 및 그래핀성 인클루전(그래핀 성분)을 포함한다. In certain embodiments, the fluid reservoir comprises less than 30% by weight of electrode active material (e.g., silicon) containing particles. In a more specific embodiment, the fluid reservoir comprises less than 20% by weight of electrode active material (e.g., silicon) containing particles. In yet another more particular embodiment, the fluid reservoir comprises about 0.2% to about 10% by weight of electrode active material (e.g., silicon) -containing particles. In some instances, higher loading particles and / or carbon inclusions are possible, for example, when the electrospray process is performed by a gas stream. In certain embodiments, the fluid reservoir comprises particles containing at least about 1% by weight (e.g., about 2.0% by weight or more) of electrode active material (e.g., silicon). In certain embodiments, the fluid stock comprises particles containing at least about 5% by weight of electrode active material (e.g., silicon). In a more particular embodiment, the fluid reservoir comprises about 5 wt% to about 20 wt% of the electrode active material (e.g., silicon) containing particles. In a further or alternative embodiment, a particle-to-carbon inclusion containing an electrode active material (e.g., silicon) in a fluid storage or other composition (e.g., a collector and / or heat treated composition) For example, at least 1: 5, at least 1: 3, or at least 1: 2 (e.g., up to 10: 1). In certain embodiments, the weight ratio of the electrode active material (e.g., silicon) -containing particles to the carbon inclusions (e.g., graphene component) (eg, within the fluid storage and / or composition herein) From about 1: 10 to about 10: 1, from about 1: 3 to about 5: 1, from about 1: 2 to about 3: 1, from about 2: 3 to about 2: In a more specific embodiment, the weight ratio is at least 1: 3, at least 1: 1, and the like. In certain embodiments, at least 50% by weight of the solid particulate contained in the fluid reservoir comprises a clathrate and graphene inclusions (graphene components) that are electrode active material particulates. In certain embodiments, the solid particulates contained in the fluid reservoir, such as at least 70 wt%, at least 80 wt%, at least 90 wt%, and the like, include clathrates and graphene inclusions, which are electrode active material particulates. In a preferred embodiment, at least 95% by weight of the solid particulate contained in the fluid reservoir comprises clathrate and graphene inclusions (graphene component), which are electrode active material particulates.

특정 실시양태에서, 본원에서 제공된 공정은 기재(예를 들어, 금속 호일) 상에서 조성물(예를 들어, 본원에 기술된 바와 같은 유체 저장물의 전기분무로부터 결과로 얻어지는 침적물 또는 필름(예를 들어, 본원에 기술된 침적 기법에 의해 제조된 바와 같은 물질의 층인 필름)을 집전하는 단계를 추가로 포함한다. 특정 실시양태에서, 조성물 또는 침적물(예를 들어, 본원에 기술된 전극 또는 전극 재료에 대한 전구체)는 복수의 전극 활물질(예를 들어, 규소) 함유 입자 및 복수의 탄소 인클루전(예를 들어, (제1) 그래핀 성분), 예컨대 본원에서 유체 저장물 내에서 기술된 것을 포함한다. 특정 실시양태에서, 유체 저장물의 유체는 (예를 들어, 전기분무 공정 동안 증발에 의해) 일부 또는 전부 제거된다. 특정 실시양태에서, 조성물 또는 침적물은 탄소질 웹, 예컨대 복수의 그래핀성 인클루전 성분을 포함하는 그래핀성 웹 내에 고정된 복수의 전극 활물질 함유 인클루전(예를 들어, Si0x 입자, 예컨대 본원에 기술된 마이크로입자)을 포함한다. In certain embodiments, the processes provided herein may be performed on a substrate (e.g., a metal foil) using a composition (e. G., A deposit or film resulting from electrospray of a fluid storage as described herein (E.g., a film that is a layer of a material such as that produced by the deposition technique described in U.S. Patent Application Serial No. 10 / ) Includes a plurality of electrode active material (e.g., silicon) -containing particles and a plurality of carbon inclusions (e.g., (first) graphene component) such as those described herein in a fluid reservoir. In certain embodiments, the fluid of the fluid reservoir is partially or completely removed (e.g., by evaporation during an electrospray process). In certain embodiments, the composition or deposit is a carbonaceous web, I pray comprises Yes inclusions containing a plurality of electrode active material secured within pinseong web (e.g., Si0x particles, such as micro-particles described herein) including a plurality of yes pinseong Inclusion component.

임의의 적합한 기재가 임의로 이용된다. 일부 예에서, 기재는 접지된 기재이거나, 또는 플룸 발생 노즐과 접지된 기재 사이에 위치한다. 특정 실시양태에서, 기재는 플룸 발생 노즐 유출구에 대하여 대향 관계로 위치하는 표면을 갖는다(예를 들어, 노즐 유출구와 기재 표면 사이에는 "조준선"이 존재한다). 특정 실시양태에서, 그 대향 기재는 노즐과 직접 대향된다(예를 들어, 노즐 도관 구성, 예컨대 도 2에서 예시된 것에 대하여 직교로 구성된다). 다른 특정 실시양태에서, 대향 기재는 노즐에 직접 대향하는 것으로부터 각 형성되거나 상쇄된다. 일부 실시양태에서, 기재는 컨베이어 시스템에 고정되거나 그 시스템의 부분이다. 특정 실시양태에서, 기재는 컨베이어 벨트에 부착되거나, 또는 컨베이어 벨트의 부분이다. 일부 예에서, 기재는 금속(예를 들어, 호일, 예컨대 구리, 알루미늄 등의 호일) 또는 다른 집전체 유형 재료(예를 들어, 본원에서 공정이 집전체 상에서 애노드 재료를 직접 제조하는데 이용되는 경우)이거나, 또는 전극 재료가 용이하게 제거되는 기재(예를 들어, 본원에서 공정이 애노드 분말 재료를 제조하는데 이용되는 경우)이다. Any suitable substrate is optionally used. In some examples, the substrate is a grounded substrate or is positioned between a plume generating nozzle and a grounded substrate. In certain embodiments, the substrate has a surface that lies in an opposing relationship to the plume generating nozzle outlet (e.g., there is a "line of sight " between the nozzle outlet and the substrate surface). In certain embodiments, the opposing substrate is directly opposite the nozzle (e.g., configured in a nozzle conduit, e.g., orthogonal to that illustrated in FIG. 2). In another particular embodiment, the opposing substrate is angled or offset from directly facing the nozzle. In some embodiments, the substrate is fixed to the conveyor system or is part of the system. In certain embodiments, the substrate is attached to, or is part of, a conveyor belt. In some instances, the substrate may be a metal (e.g., a foil such as a foil such as copper, aluminum, etc.) or other collector type material (e.g., where the process is used to make the anode material directly on the current collector) , Or a substrate on which the electrode material is easily removed (e.g., where the process is used to make the anode powder material).

일부 실시양태에서, 본원에 제공된 공정은 집전된 조성물(예를 들어, 고도로 산소화된 제1 그래핀 성분(예를 들어, 그래핀 옥사이드)을 적어도 부분적으로 탈산소화하기 위해)을 화학적 및/또는 열적 처리하는 단계를 추가로 포함한다. 특정 실시양태에서, 본원에 기술된 공정은 집전된 조성물을 (예를 들어, 100℃ 이상으로) 열 처리하여 제2 (예를 들어, 열적 처리된) 조성물을 제공하는 단계를 포함한다. 특정 실시양태에서, 그 제2 조성물은 복수의 전극 활물질(예를 들어, 규소) 함유 입자 및 복수의 탄소 인클루전(예를 들어, (제2) 그래핀 성분)을 포함하고, 여기서 제2 (열 처리된) 조성물의 탄소 인클루전은 유체 저장물의 탄소 인클루전보다 더 큰 중량 백분율의 탄소 및 더 낮은 중량 백분율의 산소를 포함한다. 특정 실시양태에서, 그 처리된 (제2) 조성물의 탄소 인클루전은 환원되어 있는 산화 그래핀 성분이다. 특정 실시양태에서, (예를 들어, 열적) 처리된 조성물의 탄소 인클루전(예를 들어, (제2) 그래핀 성분)은 약 90 중량% 이상의 탄소 및 약 0.1 중량% 내지 약 10 중량%의 산소를 포함한다. 특정 실시양태에서, 화학적 및/또는 열적 처리는 집전된 조성물이 기재 상에서 이루어지는 동안 또는 집전된 조성물이 기재로부터 제거된 후에 임의로 수행된다. In some embodiments, the process provided herein can be used to chemically and / or thermally (for example, at least partially deoxidize a highly-oxygenated first graphene component, e.g., graphene oxide) And < / RTI > In certain embodiments, the process described herein comprises heat treating the current collector composition (e.g., above 100 DEG C) to provide a second (e.g., thermally treated) composition. In certain embodiments, the second composition comprises a plurality of electrode active material (e.g., silicon) containing particles and a plurality of carbon inclusions (e.g., (second) graphene component) The carbon inclusions of the (heat treated) composition comprise a greater weight percentage of carbon and a lower weight percentage of oxygen than the carbon enclosure of the fluid reservoir. In certain embodiments, the carbon inclusion of the treated (second) composition is a reduced graphene graphene component. In certain embodiments, the carbon inclusions (e.g., (second) graphene component) of the treated composition (e.g., thermally) comprise at least about 90 wt% carbon and at least about 0.1 wt% Of oxygen. In certain embodiments, the chemical and / or thermal treatment is optionally performed while the current collector is being formed on the substrate or after the current collector is removed from the substrate.

특정 실시양태에서, 본원에서 기술된 전기분무 공정은 기체 보조 또는 기체 제어 전기분무 공정이다. 일부 실시양태에서, 본원에서 제공된 유체 저장물이 기체 스트림에 의해 전기분무된다. 특정 실시양태에서, 본원에 기술된 유체 저장물이 전기분무 동안 기체 스트림 내로 주입된다. 일부 실시양태에서, 유체 저장물로부터 정전하로 대전된 플룸을 생성하는 공정은 가압된 기체를 본원에 기술된 노즐의 제2 도관의 제2 유입구에 제공하는 단계를 추가로 포함한다. 특정 실시양태에서, 제2 도관은 제2 유입구 및 제2 유출구를 가지며, 제1 도관의 적어도 일부는 제2 도관의 내부에 위치한다(즉, 제2 도관의 적어도 일부는 제1 도관에 대하여 둘러 싸고 있는 관계로 위치한다). 특정 실시양태에서, 내부 도관의 외벽과 외부 도관의 내벽 사이의 갭은, 노즐(예를 들어, 본원에 기술된 플룸 또는 에어로졸 분산액을 제공하기 위해)으로부터 분출되는 대전된 유체(제트)의 충분한 분열을 용이하게 하기 위해서, 노즐에서 고속 기체를 용이하게 할 정도로 충분히 적다. 일부 실시양태에서, 도관 갭은 약 0.01 mm 내지 약 30 mm, 예컨대 약 0.05 mm 내지 약 20 mm, 약 0.1 mm 내지 약 10 mm 등이다. 특정 실시양태에서, (예를 들어, 제2 유출구에서) 기체 스트림은 고속, 예컨대 1 m/s 이상의 속도, 예를 들어 5 m/s 이상, 10 m/s 이상, 20 m/s 이상, 또는 그 이상의 속도를 갖는다. In certain embodiments, the electrospray process described herein is a gas-assisted or gas-controlled electrospray process. In some embodiments, the fluid reservoir provided herein is electrosprayed by a gas stream. In certain embodiments, the fluid reservoir described herein is injected into the gas stream during electrospray. In some embodiments, the process of producing an electrostatically charged plume from a fluid storage further comprises providing a pressurized gas to a second inlet of a second conduit of the nozzle described herein. In certain embodiments, the second conduit has a second inlet and a second outlet, wherein at least a portion of the first conduit is located within the second conduit (i.e., at least a portion of the second conduit It is located in a cheap relationship). In certain embodiments, the gap between the outer wall of the inner conduit and the inner wall of the outer conduit is sufficient for sufficient dissociation of the charged fluid (jet) ejected from the nozzle (e.g., to provide the plume or aerosol dispersion described herein) So as to facilitate the high velocity gas at the nozzle. In some embodiments, the conduit gap is from about 0.01 mm to about 30 mm, such as from about 0.05 mm to about 20 mm, from about 0.1 mm to about 10 mm, and the like. In certain embodiments, the gas stream (at the second outlet, for example) is at a high velocity, such as at least 1 m / s, such as greater than 5 m / s, greater than 10 m / s, greater than 20 m / And has a speed higher than that.

일부 예에서, 본원에 제공된 공정은 본원에 기술된, 집전되고/되거나 열 처리된 조성물을 압축하는 단계를 포함한다. 특정 실시양태에서, 그 집전되고/되거나 열 처리된 조성물은, 입방 cm당 약 0.5 g(g/cc) 또는 이상의 밀도, 예컨대 약 0.5 g/cc 내지 2 g/cc(예를 들어, 0.7 g/cc 내지 2 g/cc)의 밀도를 갖는 압축된 조성물을 제공하기 위해서, 압축된다. 다양한 실시양태에서, 집전되고/되거나, 열 처리되고/되거나, 압축된 조성물은 (예를 들어, 기재 상에서) 약 1 mm 이하, 또는 약 200 마이크론 이하의 두께를 갖는다. In some examples, the process provided herein comprises compressing the pooled and / or heat treated compositions described herein. In certain embodiments, the aggregated and / or heat treated composition has a density of about 0.5 g / cc or greater per cubic centimeter, such as from about 0.5 g / cc to 2 g / cc (e.g., 0.7 g / cc to 2 g / cc). < / RTI > In various embodiments, the composition that is collected and / or heat treated and / or compressed has a thickness (e.g., on the substrate) of about 1 mm or less, or about 200 microns or less.

일부 실시양태에서, 집전된(제1) 조성물은 복수의 전극 활물질 함유(예를 들어, 규소 함유) 입자 및 복수의 탄소 인클루전(예를 들어, (제1 및/또는 산화) 그래핀 성분)을 포함한다. 특정 실시양태에서, 본원에 제공된 조성물(예를 들어, 사전 및/또는 사후 열 처리된 조성물)은 탄소질 웹(예를 들어, 그래핀성 웹) 내에 고정된 전극 활물질 함유 입자를 포함한다. 일부 실시양태에서, 웹은 하나 이상의 포켓(예를 들어, 그래핀 포켓)을 확정하고, 그 포켓 내에는 하나 이상의 전극 활물질 함유 입자가 구성된다. 특정 실시양태에서, 집전된 (제1) 조성물은 복수의 그래핀 엔벨로프를 포함하고, 그래핀 엔벨로프는 내표면 및 외표면을 포함하며, 내표면은 그래핀 포켓을 확정한다. 보다 특정 실시양태에서, 하나 이상의 전극 활물질 함유(예를 들어, 규소 함유) 입자가 그래핀 포켓 내에 구성된다. 특정 실시양태에서, 그래핀 엔벨로프는 집전된 (제1) 조성물(예를 들어, 산화 그래핀 성분(들))의 탄소 인클루전을 하나 이상으로 포함한다. 특정 실시양태에서, 그래핀 포켓(들)은 (예를 들어, 평균적으로) 내부에 구성된 하나 이상의 전극 활물질 함유 입자를 포함한다. 보다 특정 실시양태에서, 그래핀 포켓은 평균적으로 내부에 구성된 1개 초과(예를 들어, 1.05개 이상)의 활성 전극 함유 입자를 포함한다. 일부 실시양태에서, 그래핀 포켓은 (예를 들어, 평균적으로) 내부에 구성된 1 내지 200개 또는 1 내지 100개의 전극 활물질 함유(예를 들어, 규소 함유) 입자를 포함한다(예를 들어, 1 < n ≤ 100, 1.01 < n ≤ 200, 1.05 < n ≤ 100 등, 여기서 n은 엔벨로프 내에 구성된 전극 활물질 함유 입자의 수이다). 보다 특정 실시양태에서, 그래핀 포켓(들)은 (예를 들어, 평균적으로) 내부에 구성된 1-50개(예를 들어, 1-5개 또는 2-5개)(예를 들어, 1 < n ≤ 50, 1 < n ≤ 5, 2 ≤ n ≤ 5)의 전극 활물질 함유(예를 들어, 규소 함유) 입자를 포함한다. In some embodiments, the collected (first) composition comprises a plurality of electrode active material containing (e.g., silicon containing) particles and a plurality of carbon inclusions (e.g., (first and / or oxidized) ). In certain embodiments, the compositions provided herein (e.g., pre- and / or post-heat treated compositions) comprise an electrode active material-containing particle immobilized within a carbonaceous web (e.g., a graphene web). In some embodiments, the web defines one or more pockets (e.g., graphene pockets), and one or more electrode active material-containing particles are formed in the pockets. In certain embodiments, the collected (first) composition comprises a plurality of graphene envelopes, wherein the graphene envelope comprises an inner surface and an outer surface, wherein the inner surface defines a graphene pocket. In a more specific embodiment, one or more electrode active material containing (e.g., silicon containing) particles are configured in the graphene pocket. In certain embodiments, the graphene envelope comprises at least one carbon occlusion of the aggregated (first) composition (e.g., the oxidized graphene component (s)). In certain embodiments, the graphene pocket (s) comprise (e. G., On average) one or more electrode active material-containing particles constructed therein. In a more specific embodiment, the graphene pocket comprises more than one (e.g., 1.05 or more) active electrode-containing particles configured on an average. In some embodiments, the graphene pocket comprises 1 to 200 or 1 to 100 electrode active material-containing (e.g., silicon-containing) particles constructed therein (e.g., on average) 100, 1.01 < n? 200, 1.05 < n? 100, etc. where n is the number of electrode active material-containing particles constituted in the envelope. In a more specific embodiment, the graphene pocket (s) may comprise 1-50 (e.g., 1-5 or 2-5) internal (e.g., 1 < (for example, silicon-containing) particles of an electrode active material of n? 50, 1? n? 5, 2? n? 5.

일부 실시양태에서, (예를 들어, 열적) 처리된 (제2) 조성물(예를 들어, 필름)은 복수의 전극 활물질 함유(예를 들어, 규소 함유) 입자 및 복수의 탄소 인클루전(예를 들어, (예를 들어, 열적으로) 환원되어 있는 산화 그래핀 성분)을 포함한다. 특정 실시양태에서, 본워에 제공된 조성물(예를 들어, 사전 및/또는 사후 열 처리된 조성물)은 탄소질 웹(예를 들어, 그래핀 웹) 내에 고정된 전극 활물질 함유 입자를 포함한다. 일부 실시양태에서, 웹은 하나 이상의 포켓(예를 들어, 그래핀 포켓)을 확정하고, 그 포켓 내에는 하나 이상의 전극 활물질 함유 입자가 구성된다. 특정 실시양태에서, (열적으로) 처리된 (제2) 조성물은 복수의 그래핀 엔벨로프를 포함하고, 그래핀 엔벨로프는 외표면 및 내표면을 포함하며, 내표면은 그래핀 포켓을 확정한다. 보다 특정 실시양태에서, 하나 이상의 전극 활물질 함유(예를 들어, 규소 함유) 입자가 그래핀 포켓 내에 구성된다. 특정 실시양태에서, 그래핀 엔벨로프 또는 포켓 벽은 처리된 (제2) 조성물의 의 탄소 인클루전(예를 들어, 열적으로) 환원되어 있는 산화 그래핀 성분(들))을 하나 이상으로 포함한다. 특정 실시양태에서, 그래핀 포켓은 (예를 들어, 평균적으로) 내부에 구성된 1-100개의 전극 활물질 함유(예를 들어, 규소 함유) 입자를 포함한다. 보다 특정 실시양태에서, 그래핀 포켓(들)은 (예를 들어, 평균적으로) 내부에 구성된 1-50개(예를 들어, 1-5개 또는 2-5개)의 전극 활물질 함유(예를 들어, 규소 함유) 입자를 포함한다.In some embodiments, the (second) composition (e.g., film) treated (e.g., thermally) comprises a plurality of electrode active material containing (e.g., silicon containing) particles and a plurality of carbon inclusions (E.g., thermally) reduced oxide graphene component). In certain embodiments, the composition provided herein (e.g., pre- and / or post-heat treated composition) comprises an electrode active material-containing particle immobilized within a carbonaceous web (e.g., a graphene web). In some embodiments, the web defines one or more pockets (e.g., graphene pockets), and one or more electrode active material-containing particles are formed in the pockets. In certain embodiments, the (thermally) treated (second) composition comprises a plurality of graphene envelopes, wherein the graphene envelope comprises an outer surface and an inner surface, wherein the inner surface defines a graphene pocket. In a more specific embodiment, one or more electrode active material containing (e.g., silicon containing) particles are configured in the graphene pocket. In certain embodiments, the graphene envelope or pocket wall comprises at least one oxidized graphene component (s) that is reduced (e. G., Thermally) to a carbon occlusion of the treated (second) composition . In certain embodiments, the graphene pocket comprises 1-100 electrode active material-containing (e.g., silicon-containing) particles constructed therein (e.g., on average). In a more particular embodiment, the graphene pocket (s) may contain from 1 to 50 (e.g., 1-5 or 2-5) electrode active materials configured internally (e.g., on average) Containing silicon) particles.

특정 실시양태에서, 전극 활물질 함유(예를 들어, 규소 함유) 입자는 1 내지 약 100, 예컨대 1 내지 약 10의 평균 종횡비를 갖는다. 추가 또는 대안 실시양태에서, 전극 활물질 함유(예를 들어, 규소 함유) 입자는 약 10 마이크론 이하, 예를 들어 약 200 nm 내지 약 10 마이크론, 또는 약 1 마이크론 내지 약 5 마이크론의 평균 치수(또는 평균 최소 치수)를 갖는다. In certain embodiments, the electrode active material-containing (e.g., silicon-containing) particles have an average aspect ratio of from 1 to about 100, such as from 1 to about 10. In additional or alternative embodiments, the electrode active material containing (e.g., silicon containing) particles may have an average dimension (or average) of about 10 microns or less, such as about 200 nm to about 10 microns, or about 1 micron to about 5 microns Minimum dimension).

일부 실시양태에서, 본원에 제공된 탄소 인클루전(예를 들어, 2차원 탄소 인클루전, 예컨대 그래핀 성분)은 전극 활물질 함유(예를 들어, 규소 함유) 입자의 평균 치수(또는 평균 최소 치수 - 특히 보다 높은 종횡비(예를 들어, > 2, > 5, > 10 등)의 전극 활물질 함유 입자가 이용되는 경우인 예에서)와 적어도 동일한 적어도 하나의 평균 치수(예를 들어, 측면 치수(가장 긴 사이드 길이), 폭 및/또는 길이)(즉, 본원에 제공된 공정 또는 조성물의 탄소 인클루전 내에서, 평균적으로 치수의 측정치)를 갖는다. 특정 실시양태에서, 본원에 제공된 탄소 인클루전은 전극 활물질 함유 입자의 평균 치수(또는 평균 최소 치수)의 > 1x(예를 들어, >1.1x, > 1.2x, > 1.5x, > 2x, > 3x, > 4x 등)인 하나 이상의 평균 치수를 갖는다. 특정 실시양태에서, 본원에 제공된 탄소 인클루전(예를 들어, 그래핀 성분)은 전극 활물질 함유(예를 들어, 규소 함유) 입자의 평균 치수(또는 평균 최소 치수)의 5배 이상(예를 들어, 10배 이상, 또는 약 100배 이상)인 하나 이상의 평균 치수(예를 들어, 폭 및/또는 길이)를 갖는다. 특정 실시양태에서, 탄소 인클루전(예를 들어, 그래핀 성분)은 약 100 nm(나노미터) 이하, 예컨대 약 50 nm 이하, 약 20 nm 이하, 약 10 nm 이하 등의 평균 두께를 갖는다. 특정 실시양태에서, 탄소 인클루전의 두께는 약 1 nm 또는 약 1 nm 내지 약 10 nm, 또는 약 3-5 nm이다. 특정 실시양태에서, 본원에 제공된 탄소 인클루전 또는 그래핀 성분은 그의 하나 이상의 층(예를 들어, 그래핀 성분 층)을 포함한다(예를 들어, 각 그래핀 층은 그래핀, 그래핀 옥사이드, 환원된 그래핀 옥사이드 등을 포함한다). 특정 실시양태에서, 본원에 제공된 그래핀 성분은 평균 그의 약 1개 내지 약 25개의 층을 포함한다. 유사하게도, 일부 실시양태에서, 그러한 탄소 인클루전 또는 그래핀 성분을 포함하고 있는 본원에 기술된 그래핀 엔벨로프는 그러한 두께 및/또는 내부의 층의 수를 포함한다. 일부 실시양태에서, 탄소 인클루전(예를 들어, 2차원 탄소 인클루전, 예컨대 그래핀 성분)은 약 0.5 마이크론 이상, 약 1 마이크론 이상, 약 5 마이크론 이상, 약 1 마이크론 내지 약 100 마이크론, 약 5 마이크론 내지 약 50 마이크론 등의 평균 치수(예를 들어, 측부 치수, 폭 및/또는 길이)를 갖는다.In some embodiments, the carbon inclusions provided herein (e. G., Two-dimensional carbon inclusions such as graphene components) provide an average dimension of the electrode active material containing (e.g., silicon containing) At least one average dimension at least equal to (e.g., in the example where electrode active material-containing particles of higher aspect ratio (e.g.,> 2,> 5,> 10, etc.) Long side length), width and / or length) (i. E., A measure of the average dimension within the carbon inclusions of the process or composition provided herein). In certain embodiments, the carbon inclusions provided herein have an average size (or average minimum dimension) of the electrode active material-containing particles of > 1x (e.g.,> 1.1x,> 1.2x,> 1.5x,> 2x, 3x, > 4x, etc.). In certain embodiments, the carbon inclusions (e. G., Graphene components) provided herein can be at least 5 times the average dimension (or average minimum dimension) of the electrode active material containing (e.g., silicon containing) (E. G., Width and / or length) of at least about 10 times, or at least about 100 times greater. In certain embodiments, the carbon inclusions (e.g., graphene components) have an average thickness of about 100 nm (nanometers) or less, such as about 50 nm or less, about 20 nm or less, about 10 nm or less and the like. In certain embodiments, the thickness of the carbon inclusions is about 1 nm or about 1 nm to about 10 nm, or about 3-5 nm. In certain embodiments, the carbon inclusion or graphene component provided herein comprises at least one layer thereof (e.g., a graphene component layer) (e.g., each graphene layer comprises graphene, graphene oxide , Reduced graphene oxide, and the like). In certain embodiments, the graphene component provided herein comprises from about 1 to about 25 layers thereof on average. Similarly, in some embodiments, the graphene envelope described herein comprising such a carbon inclusion or graphene component includes such thickness and / or number of layers therein. In some embodiments, the carbon inclusions (e.g., two-dimensional carbon encapsulants, such as graphene components) can be at least about 0.5 microns, at least about 1 micron, at least about 5 microns, from about 1 micron to about 100 microns, (E.g., side dimensions, width, and / or length) of about 5 microns to about 50 microns.

일부 실시양태에서는, (a) 활물질(예컨대, 규소와 같은 전극 활물질)을 포함하는 (예컨대, 마이크로구조화 및/또는 나노구조화된) 인클루전 및 (b) (예컨대, 본원에서 탄소 인클루전과 상호대체적으로 지칭되는) 탄소 성분을 포함하는 전극 (또는 전극 재료)의 제조 방법이 제공된다. 특별한 실시양태에서, 본 방법은 복수의 (예컨대, 마이크로 및/또는 나노 스케일) 입자 및/또는 유체 저장물로부터의 액적을 포함하는 정전하로 대전된 플룸을 생성하는 것을 포함한다. 더 특별한 실시양태에서, 이러한 플룸은 전기분무 노즐의 제1 도관의 제1 유입구에 유체 저장물을 제공하는 것(예컨대, 그리고 전기분무 노즐에 전압을 인가하는 것)에 의해 제조된다. 특별한 실시양태에서, 본 공정은 노즐(예컨대, 제1 도관의 벽)에 전압을 인가하는 것을 포함한다. 더 특별한 실시양태에서, 전압은 (예컨대, 제1 유출구에서, 유체 저장물이 노즐, 예컨대, 이의 제1 유출구로부터 제트 및/또는 플룸으로서 방출되도록) 전기장을 제공한다. 일부 실시양태에서, 제1 유출구를 갖는 제1 도관은 내표면 및 외표면을 갖는 벽에 의해 도관의 길이에 걸쳐 둘러싸인다. 일부 실시양태에서, 유체 저장물은 활물질(예컨대, 전극 활물질)을 포함하는 나노구조화된 인클루전 및 액체 매질(예컨대, 물)을 포함한다. 더 특별한 실시양태에서, 유체 저장물은 (예컨대, 전극 및/또는 전극 재료의 탄소 성분과 동일하거나 상이한) 탄소 인클루전을 더 포함한다. 일부 실시양태에서, 본 방법은 기재(예컨대, 본원에 개시된 집전체와 같은 도전성 기재)에 침적물(예컨대, 필름)을 수집하는 것을 더 포함한다. 특정 실시양태에서, 침적물은 (a) 활물질을 포함하는 나노구조화된 인클루전 및 (b) 탄소 성분(예컨대, 활물질을 내포하는 인클루전 재료(예컨대, 나노구조화된 인클루전 재료)를 고정(예컨대, 랩핑, 트랩핑 및/또는 엔벨로핑)시키는 것과 같은 탄소 웹)을 포함한다.In some embodiments, (a) an inclusion (e.g., microstructured and / or nanostructured) containing an active material (e.g., an electrode active material such as silicon) and (b) There is provided a method of manufacturing an electrode (or electrode material) comprising a carbon component (generally referred to as an electrode material). In a particular embodiment, the method comprises generating electrostatically charged plumes comprising droplets from a plurality (e.g., micro and / or nanoscale) particles and / or fluid reservoirs. In a more particular embodiment, such a plume is produced by providing a fluid reservoir to a first inlet of the first conduit of the electrospray nozzle (e.g., by applying a voltage to the electrospray nozzle). In a particular embodiment, the process includes applying a voltage to a nozzle (e.g., a wall of a first conduit). In a more particular embodiment, the voltage provides an electric field (e.g., at the first outlet, such that the fluid storage is ejected as a jet and / or a plume from a nozzle, e.g., a first outlet thereof). In some embodiments, the first conduit having the first outlet is surrounded by a wall having an inner surface and an outer surface over the length of the conduit. In some embodiments, the fluid reservoir comprises a nanostructured inclusion containing liquid (e. G., Electrode active material) and a liquid medium (e. G., Water). In a more particular embodiment, the fluid reservoir further comprises a carbon inclusion (e. G., The same or different from the carbon content of the electrode and / or the electrode material). In some embodiments, the method further comprises collecting the deposit (e.g., film) onto a substrate (e.g., a conductive substrate such as the current collector disclosed herein). In certain embodiments, the deposit comprises a nanostructured inclusion containing (a) an active material and (b) a carbon component, such as an anchoring material (E.g., carbon webs such as lapping, trapping, and / or enveloping).

일부 실시양태에서는, 탄소 인클루전으로 코팅된 (또는 랩핑된) (예컨대, 전극 활물질을 포함하는) 인클루전을 포함하는 (예컨대, 본원에 개시된 방법에 의해 제조된 또는 제조가능한) 전극 및/또는 전극 재료가 제공된다. 즉, 일부 실시양태에서는, 탄소 웹(예컨대, 본원에 개시된 것들, 예컨대, 그래핀 및/또는 이의 유사체와 같은 탄소 인클루전을 포함하는 탄소 웹)내에 고정된 (예컨대, 전극 활물질을 포함하는) 나노구조화된 인클루전을 포함하는 전극, 전극 재료, 또는 이의 전구체가 제공된다. In some embodiments, an electrode comprising (e.g., made or prepared by the method disclosed herein) and / or an electrode comprising an inclusion (e.g., including electrode active material) coated (or wrapped) Or electrode material is provided. That is, in some embodiments, a carbon web (e.g., comprising an electrode active material) immobilized within a carbon web (e.g., a carbon web comprising a carbon such as those disclosed herein, such as graphene and / An electrode, an electrode material, or precursor thereof, comprising a nanostructured inclusion is provided.

특정 실시양태에서, 본원에 제공되는 조성물(예컨대, 전 및/또는 후 열처리된 조성물)은 탄소질 웹(예컨대, 그래핀 웹) 내에 고정되는 전극 활물질 함유 입자를 포함한다. 일부 실시양태에서, 웹은 하나 이상의 포켓(예컨대, 그래핀 포켓)을 획정하고, 이 안에 하나 이상의 전극 활물질 함유 입자가 배치된다. 일부 실시양태에서, 그래핀 웹은, 모여서 단일 시트의 표면적보다 큰 표면적을 갖는 층을 형성하는 복수의 그래핀 성분 시트(예컨대, 그래핀 시트, 그래핀 옥사이드 시트, 환원된 그래핀 옥사이드 시트, 또는 이의 조합)의 집합체이다. 일부 경우, 그래핀 성분은 (예컨대, 비공유결합력을 통해) 서로 중첩, 인접, 연접 또는 상호작용하거나 상호 영향을 준다. 특정 실시양태에서, 탄소질 (예컨대, 그래핀) 필름은 그 내부에서 다수의 탄소질 포켓을 획정하는 연속 웹을 포함한다. 일부 실시양태에서, 연속 웹은 조성물 전체를 통해 연장되어, 연속적인 자립형 필름을 제공한다. 다른 실시양태에서, 탄소질 웹은, 예컨대 제2 그래핀 포켓 구조와 상호연결을 갖지 않고, 단일 그래핀 포켓내 하나 이상의 전극 활물질 함유 입자들 주위에 코팅 또는 랩을 형성한다. 도 5 및 도 19는 그래핀 포켓간 고도의 상호연결을 갖는 그래핀 웹을 나타낸 것이고, 반면에 도 20은 그래핀 포켓간 상호연결이 많지 않은 보다 단절된 그래핀 웹을 나타낸 것이다. In certain embodiments, compositions provided herein (e.g., pre- and / or post-heat treated compositions) comprise an electrode active material-containing particle immobilized within a carbonaceous web (e.g., a graphene web). In some embodiments, the web defines one or more pockets (e.g., graphene pockets) within which one or more electrode active material-containing particles are disposed. In some embodiments, the graphene web comprises a plurality of graphene component sheets (e.g., a graphene sheet, a graphene oxide sheet, a reduced graphene oxide sheet, or a graphene component sheet) that form a layer having a surface area larger than the surface area of a single sheet, A combination thereof). In some cases, the graphene moieties overlap, overlap, adjoin, interact or interact with each other (e.g., through non-covalent bonding forces). In certain embodiments, the carbonaceous (e.g., graphene) film comprises a continuous web defining therein a plurality of carbonaceous pockets. In some embodiments, the continuous web extends throughout the composition to provide a continuous self-supporting film. In another embodiment, the carbonaceous web does not have interconnects with, for example, a second graphene pocket structure and forms a coating or a wrap around one or more electrode active material containing particles in a single graphene pocket. Figures 5 and 19 show a graphene web with high interconnections between graphene pockets, while Figure 20 shows a more disconnected graphene web with few interconnections between graphene pockets.

도면(예컨대, 도 5, 도 19 등)에 도시된 바와 같이, 그래핀 웹에 의해 전극 활물질의 양호한 피복률이 제공된다. 일부 실시양태에서, 본원에 제공되는 필름 또는 조성물은 외부에 노출된 표면(예컨대, 본원 도면에 예시된 재료의 최상 표면 및 다른 노출된 표면 포함)을 가지며, 외부에 노출된 표면은 주로 탄소질 재료로 구성된다. 특별한 경우에, 전극 활물질(예컨대, SiOx)은 필름 또는 조성물에서 외부 노출이 거의 없다. 일부 경우에, 이것은 예컨대 분쇄 및/또는 SEI 형성을 최소화하는 것에 의해 전극 성능 특성을 최대화하는 데 중요하다. 일부 실시양태에서, 본원에서 제공되는 조성물, 필름, 또는 (코팅된) 입자는 표면적 기준으로 전극 활물질 또는 SiOx를 20% 미만 포함한다. 바람직한 실시양태에서, 본원에서 제공되는 조성물, 필름, 또는 (코팅된) 입자는 표면적 기준으로 전극 활물질 또는 SiOx를 10% 미만 포함한다. 더 바람직한 실시양태에서, 본원에서 제공되는 조성물, 필름, 또는 (코팅된) 입자는 표면적 기준으로 전극 활물질 또는 SiOx를 5% 미만 포함한다. 일부 실시양태에서, 본원에서 제공되는 조성물, 필름, 또는 (코팅된) 입자는 표면적 기준으로 80% 이상이 그래핀이다(예컨대, 본원에 개시된 그래핀 성분의 특징을 나타냄). 바람직한 실시양태에서, 본원에서 제공되는 조성물, 필름, 또는 (코팅된) 입자는 표면적 기준으로 90% 이상이 그래핀이다. 더 바람직한 실시양태에서, 본원에서 제공되는 조성물, 필름, 또는 (코팅된) 입자는 표면적 기준으로 95% 이상이 그래핀이다.As shown in the drawings (e.g., Figs. 5, 19, etc.), a good covering ratio of the electrode active material is provided by the graphene web. In some embodiments, the film or composition provided herein has an externally exposed surface (e.g., including the top surface and the other exposed surface of the material illustrated herein), and the externally exposed surface is primarily a carbonaceous material . In a particular case, the electrode active material (e.g., SiOx) has little external exposure in the film or composition. In some cases, this is important to maximize electrode performance characteristics, for example by minimizing grinding and / or SEI formation. In some embodiments, the compositions, films, or (coated) particles provided herein contain less than 20% of the electrode active material or SiOx on a surface area basis. In a preferred embodiment, the compositions, films, or (coated) particles provided herein contain less than 10% of the electrode active material or SiOx on a surface area basis. In a more preferred embodiment, the compositions, films, or (coated) particles provided herein contain less than 5% of the electrode active material or SiOx on a surface area basis. In some embodiments, the compositions, films, or (coated) particles provided herein are graphene based on surface area of at least 80% (e.g., characterizing the graphene component disclosed herein). In a preferred embodiment, the compositions, films, or (coated) particles provided herein are at least 90% graphene based on surface area. In a more preferred embodiment, the compositions, films, or (coated) particles provided herein are at least 95% graphene on a surface area basis.

또한, 본원의 방법에서 개시된 바와 같은 조성물이 제공된다. 이러한 조성물은 본원에 개시된 바와 같은 임의의 적합한 방법에 의해 제조된다. 특별한 실시양태에서는, 애노드 재료, 애노드 및 이의 전구체가 제공된다.Also provided are compositions as disclosed in the methods herein. Such compositions are prepared by any suitable method as disclosed herein. In a particular embodiment, an anode material, an anode and precursors thereof are provided.

특정 실시양태에서, 복수의 전극 활물질(예컨대, 규소) 함유 입자 및 복수의 탄소 인클루전(예컨대, 애노드 및 애노드 재료를 위한 환원된 산화 그래핀 성분, 또는 애노드 및 애노드 재료의 전구체를 위한 그래핀 옥사이드 성분)을 포함하는 조성물이 제공된다.In certain embodiments, a plurality of electrode active material (e.g., silicon) -containing particles and a plurality of carbon inclusions (e.g., reduced oxide graphene components for the anode and anode materials, or graphene for the precursors of the anode and anode materials, Oxide component) is provided.

본원의 특별한 실시양태에서는 복수의 전극 활물질(예컨대, 규소) 함유 입자 및 복수의 탄소 인클루전(예컨대, 그래핀 성분, 산화 그래핀 성분, 환원된 산화 그래핀 성분 등)을 포함하는 조성물이 제공된다. 특별한 실시양태에서, 탄소 인클루전은 산화 그래핀 성분이다. 다른 특별한 실시양태에서, 탄소 인클루전은 그래핀 성분(예컨대, 환원된 산화 그래핀 성분)이다. 일부 실시양태에서, 조성물은 복수의 규소-탄소 복합체 도메인을 포함한다. 특별한 실시양태에서, 규소-탄소 복합체 도메인은 (예컨대, 그래핀) 엔벨로프를 포함하며, 엔벨로프는 외표면 및 내표면을 포함하고, 내표면은 엔벨로프 포켓을 획정한다. 일부 실시양태에서, 복수의 전극 활물질(예컨대, 규소) 함유 입자 중 하나 이상은 엔벨로프 포켓 내에 배치된다. 일부 실시양태에서, 엔벨로프는 복수의 탄소 인클루전(예컨대, 그래핀 성분, 산화 그래핀 성분 등) 중 하나 이상을 포함한다. 일부 실시양태에서는, 그래핀 옥사이드 및 복수의 규소 함유 입자를 포함하는 조성물이 제공되며, 그래핀 옥사이드는 복수의 그래핀 옥사이드 엔벨로프를 형성하도록 배치되고, 복수의 규소 함유 입자는 복수의 그래핀 옥사이드 엔벨로프 내에 배치된다. 일부 실시양태에서는, 환원된 그래핀 옥사이드 및 복수의 규소 함유 입자를 포함하는 조성물이 제공되며, 환원된 그래핀 옥사이드는 복수의 환원된 그래핀 옥사이드 엔벨로프를 형성하도록 배치되고, 복수의 규소 함유 입자는 복수의 환원된 그래핀 옥사이드 엔벨로프 내에 배치된다. 또한, (예컨대, 규소와 같은 전극 활물질을 포함하는) 복수의 입자를 내포하는 이러한 엔벨로프(예컨대, 그래핀 엔벨로프)가 제공된다. In a particular embodiment herein, a composition comprising a plurality of electrode active material (e.g., silicon) containing particles and a plurality of carbon inclusions (e.g., graphene component, oxidized graphene component, reduced oxidized graphene component, etc.) do. In a particular embodiment, the carbon inclusion is an oxidative graphene component. In another particular embodiment, the carbon inclusion is a graphene component (e. G., A reduced graphene graphene component). In some embodiments, the composition comprises a plurality of silicon-carbon composite domains. In a particular embodiment, the silicon-carbon composite domain comprises an envelope (e.g., graphene) envelope, wherein the envelope comprises an outer surface and an inner surface, and the inner surface defines an envelope pocket. In some embodiments, at least one of the plurality of electrode active material (e.g., silicon) -containing particles is disposed within the envelope pocket. In some embodiments, the envelope comprises at least one of a plurality of carbon inclusions (e.g., graphene component, oxidized graphene component, etc.). In some embodiments, there is provided a composition comprising graphene oxide and a plurality of silicon-containing particles, wherein the graphene oxide is arranged to form a plurality of graphene oxide envelopes, wherein the plurality of silicon-containing particles comprise a plurality of graphene oxide envelopes . In some embodiments, there is provided a composition comprising reduced graphene oxide and a plurality of silicon-containing particles, wherein the reduced graphene oxide is arranged to form a plurality of reduced graphene oxide envelopes, wherein the plurality of silicon- Are disposed in a plurality of reduced graphene oxide envelopes. Also provided is such an envelope (e. G., A graphene envelope) containing a plurality of particles (e.g. comprising an electrode active material such as silicon).

특별한 실시양태에서, 탄소 인클루전은 산화 그래핀 성분이다. 더 특별한 실시양태에서, 산화 그래핀 성분은 (예컨대, 인클루전 입자당 약 1층 내지 약 25층의 그래핀 옥사이드를 포함하는) 그래핀 옥사이드이다. 특정 실시양태에서, 산화 그래핀 성분은 10 중량% 이상의 산소(예컨대, 약 10 중량% 내지 약 50 중량%의 산소)를 포함한다. 특정 실시양태에서, 산화 그래핀은 약 40 중량% 이상의 탄소, 예컨대, 약 50 중량% 이상의 탄소(예컨대, 약 60 중량% 내지 약 90 중량%의 탄소)를 포함한다. 특정 실시양태에서, 산화 그래핀 성분 또는 그래핀 성분(예컨대, 환원된 그래핀 옥사이드)은 약 10 중량% 이하의 산소, 예컨대 약 0.1 중량% 내지 약 10 중량%의 산소를 포함한다.In a particular embodiment, the carbon inclusion is an oxidative graphene component. In a more particular embodiment, the oxidized graphene component is a graphene oxide (e.g., comprising from about 1 to about 25 layers of graphene oxide per inclusion particle). In certain embodiments, the oxidized graphene component comprises at least 10 wt% oxygen (e.g., from about 10 wt% to about 50 wt% oxygen). In certain embodiments, the oxidized graphene comprises at least about 40 weight percent carbon, such as at least about 50 weight percent carbon (e.g., from about 60 weight percent to about 90 weight percent carbon). In certain embodiments, the graphene oxide component or the graphene component (e.g., reduced graphene oxide) comprises less than about 10 weight percent oxygen, such as from about 0.1 weight percent to about 10 weight percent oxygen.

일부 실시양태에서, 본원의 조성물 및 방법에 사용되는 전극 활물질 함유 입자는 규소 및/또는 산화규소(SiOx, 여기서 0 < x ≤ 2)를 포함한다. 특별한 실시양태에서, 규소 함유 입자는 준화학양론적인 산화규소(즉, SiOx, 여기서 0 < x < 2)를 포함한다. 일부 실시양태에서, SiOx를 포함하는 것과 같은 본원에 개시된 입자는 Si 및 산화규소(SiOa (0 < a ≤ 2), 0 < x < 2, 바람직하게는 0 < x ≤ 0.5의 전체 x 값에 대하여)를 둘 다 포함할 수 있다. SiOx를 포함하는 인클루전에 대한 본원의 기재는 달리 언급하지 않는 한 인클루전(예컨대, 인클루전은 원소 규소(Si) 및 준화학양론적 및/또는 완전 산화된 산화규소를 포함할 수 있음)의 전체 x 값에 대한 언급을 포함한다. 특별한 실시양태에서, 규소 함유 입자는 (예컨대, 평균) 약 50 중량% 이상의 규소(예컨대, 원소 규소(Si))를 포함한다. 일부 실시양태에서, 이러한 입자는 또한 SiOx(예컨대, 여기서 0 < x ≤ 2)를 포함한다. 특별한 실시양태에서 이러한 입자는 Si 및 SiOx를 둘 다 포함한다(예컨대, SiOx는 입자의 표면에 존재함). 특정 실시양태에서, 규소 함유 입자는 (예컨대, 평균) 약 0.1 중량% 내지 약 25 중량%(예컨대, 약 1 중량% 내지 약 10 중량%)의 SiOx를 포함한다. 특정 실시양태에서, 입자의 평균 치수(예컨대, 전체 평균 치수)는 약 10 nm 이상, 예컨대, 약 200 nm 이상이다. 특별한 실시양태에서 평균 치수는 약 200 nm(0.2 마이크론) 내지 약 20 마이크론, 예컨대, 약 1 내지 약 10 마이크론, 약 0.5 마이크론 내지 약 5 마이크론, 또는 약 1 마이크론 내지 약 5 마이크론이다. 특정 실시양태에서, 입자는 약 10 nm 이상, 예컨대, 약 200 nm 이상의 평균 크기를 갖는 하나 이상의 치수(예컨대, 길이, 폭, 직경, 길이, 최소 치수 등)를 가진다. 특별한 실시양태에서 평균 치수는 약 200 nm(0.2 마이크론) 내지 약 20 마이크론, 예컨대, 약 1 내지 약 10 마이크론, 약 0.5 마이크론 내지 약 5 마이크론, 또는 약 1 마이크론 내지 약 5 마이크론이다. 일부 실시양태에서, 입자의 평균 종횡비는 1 이상, 예컨대 1 내지 약 100, 1 내지 약 10 등이다.In some embodiments, the electrode active material-containing particles used in the compositions and methods herein comprise silicon and / or silicon oxide (SiOx, where 0 < x < 2). In a particular embodiment, the silicon-containing particles comprise semi-stoichiometric silicon oxide (i.e., SiOx, where 0 <x <2). In some embodiments, the particles disclosed herein, such as those comprising SiOx, have a thickness of less than or equal to about < RTI ID = 0.0 &gt; 0% < ). &Lt; / RTI &gt; The description herein of inclusions comprising SiOx, unless otherwise stated, includes inclusions (e.g., inclusions may include elemental silicon (Si) and quasi-stoichiometric and / or fully oxidized silicon oxides 0.0 &gt; x) &lt; / RTI &gt; In a particular embodiment, the silicon-containing particles comprise at least about 50 weight percent silicon (e.g., elemental silicon (Si)) (e.g., average). In some embodiments, such particles also include SiOx (e.g., where 0 &lt; x &lt; 2). In a particular embodiment, such particles include both Si and SiOx (e.g., SiOx is present on the surface of the particle). In certain embodiments, the silicon-containing particles comprise from about 0.1 wt% to about 25 wt% (e.g., from about 1 wt% to about 10 wt%) of SiOx (e.g., average). In certain embodiments, the average dimension (e.g., total average dimension) of the particles is at least about 10 nm, such as at least about 200 nm. In a particular embodiment, the average dimension is from about 200 nm (0.2 micron) to about 20 microns, such as from about 1 to about 10 microns, from about 0.5 microns to about 5 microns, or from about 1 micron to about 5 microns. In certain embodiments, the particles have at least one dimension (e.g., length, width, diameter, length, minimum dimension, etc.) having an average size of at least about 10 nm, such as at least about 200 nm. In a particular embodiment, the average dimension is from about 200 nm (0.2 micron) to about 20 microns, such as from about 1 to about 10 microns, from about 0.5 microns to about 5 microns, or from about 1 micron to about 5 microns. In some embodiments, the average aspect ratio of the particles is at least 1, such as from 1 to about 100, from 1 to about 10, and the like.

특정 실시양태에서, 탄소 인클루전(예컨대, 그래핀 성분 또는 산화 그래핀 성분)의 (예컨대, 평균) 크기(예컨대, 길이, 폭, 또는 길이 및 폭)는 적어도 (예컨대, 전극 활물질(예컨대, 규소)을 포함하는) 입자의 최소 치수(예컨대, 높이, 폭, 길이, 두께 등)의 (예컨대, 평균) 크기와 같다. 특별한 실시양태에서, 탄소 인클루전(들)(예컨대, 그래핀 성분(들) 또는 산화 그래핀 성분(들))의 (예컨대, 평균) 크기는 입자(들)의 최소 치수의 평균 크기보다 약 2배 내지 약 20배 더 크다. (E. G., Average) size (e.g., length, width, or length and width) of the carbon inclusions (e. G., Graphene component or graphene component) (E.g., average) size of the minimum dimensions (e.g., height, width, length, thickness, etc.) of the particles In a particular embodiment, the (e.g., average) size of the carbon inclusion (s) (e.g., graphene component (s) or oxide graphene component (s)) is less than the average size of the minimum dimension of the particle 2 to about 20 times greater.

여러 실시양태에서, 조성물(예컨대, 필름), 웹, (예컨대, 본원에 제공된 조성물의) 엔벨로프 등은 탄소 인클루전(예컨대, 그래핀 성분 또는 산화 그래핀 성분) 및 입자(예컨대, 규소와 같은 전극 활물질)를 1:5 이상, 예컨대, 1:3 이상, 또는 1:2 이상의 입자 대 탄소 인클루전 중량비로 포함한다. 특별한 실시양태에서, 탄소 인클루전은 산화 그래핀 성분이고 입자(예컨대, 규소 포함) 대 산화 그래핀 성분(예컨대, 그래핀 옥사이드)의 중량비는 약 1:5 내지 약 5:1, 예컨대, 약 1:1 내지 약 5:1, 또는 약 1:1 내지 약 3:1이다. 특별한 실시양태에서, 입자(예컨대, 규소 포함) 대 산화 그래핀 성분(예컨대, 그래핀 옥사이드)의 비는 약 3:2 내지 약 5:1이다. 특정 실시양태에서, 본원에 제공된 조성물은 20 중량% 이상, 약 30 중량% 이상, 약 40 중량% 이상, 약 50 중량% 이상 등의 전극 활물질을 포함한다. 특정의 경우에, 전 열처리 조성물은 후 열처리 조성물보다 낮은 중량%를 가진다(예컨대, 열처리시 그래핀 옥사이드와 같은 탄소질 인클루전이 감소되므로, 산소 및 분자량과 질량이 손실됨). 특정 실시양태에서, 약 80 중량% 이하, 약 85 중량% 이하, 약 90 중량% 이하, 약 95 중량% 이하 등의 활물질이 임의로 포함된다. 특별한 실시양태에서, 전 열처리 조성물은 약 30 중량% 내지 약 80 중량%의 전극 활물질(예컨대, SiOx)을 포함한다. 추가의 또는 대안적인 실시양태에서, 후 열처리 조성물은 약 50 중량% 내지 약 95 중량%의 전극 활물질(예컨대, SiOx)을 포함한다. 특정 실시양태에서, 본원에 제공된 조성물은 5 중량% 이상, 약 10 중량% 이상, 약 30 중량% 이상 등의 탄소 인클루전 재료(예컨대, 그래핀 성분)를 포함한다. 일부 실시양태에서, 약 80 중량% 이하, 약 70 중량% 이하, 약 50 중량% 이하, 약 30 중량% 이하 등의 탄소 인클루전 재료(예컨대, 그래핀 성분)가 임의로 포함된다. 특별한 실시양태에서, 전 열처리 조성물은 약 20 중량% 내지 약 80 중량%의 탄소 인클루전 재료(예컨대, 그래핀 성분)를 포함한다. 추가의 또는 대안적인 실시양태에서, 후 열처리 조성물은 약 10 중량% 내지 약 50 중량%의 탄소 인클루전 재료(예컨대, 그래핀 성분)를 포함한다.(E. G., A graphene component or an oxidized graphene component) and particles (e. G., Silicon, e. G. Electrode active material) in a particle weight ratio of 1: 5 or more, for example, 1: 3 or more, or 1: 2 or more. In a particular embodiment, the carbon inclusion is an oxidative graphene component and the weight ratio of the particles (e.g., silicon) to the oxidized graphene component (e.g., graphene oxide) is from about 1: 5 to about 5: 1, 1: 1 to about 5: 1, or from about 1: 1 to about 3: 1. In a particular embodiment, the ratio of particles (including silicon, for example) to oxide graphene components (e.g., graphene oxide) is from about 3: 2 to about 5: 1. In certain embodiments, the compositions provided herein comprise an electrode active material such as at least 20 wt%, at least about 30 wt%, at least about 40 wt%, at least about 50 wt%, and the like. In certain instances, the pre-heat treatment composition has a lower weight percent than the post-heat treatment composition (e.g., heat treatment results in loss of oxygen and molecular weight and mass as the carbonaceous inclusions such as graphene oxide are reduced). In certain embodiments, no more than about 80 wt.%, No more than about 85 wt.%, No more than about 90 wt.%, No more than about 95 wt.% Active material is optionally included. In a particular embodiment, the pre-heat treatment composition comprises about 30% to about 80% by weight of the electrode active material (e.g., SiOx). In a further or alternative embodiment, the post-heat treatment composition comprises about 50% to about 95% by weight of the electrode active material (e.g., SiOx). In certain embodiments, the compositions provided herein comprise a clathrate material (such as a graphene component) having a carbon content of at least 5 wt%, at least about 10 wt%, at least about 30 wt%, and the like. In some embodiments, a clathrate material (e.g., a graphene component) is included that comprises about 80 wt% or less, about 70 wt% or less, about 50 wt% or less, about 30 wt% or less of carbon, and the like. In a particular embodiment, the pre-heat treatment composition comprises a clathrate material (e.g., graphene component) that comprises from about 20 wt% to about 80 wt% carbon. In a further or alternative embodiment, the post-heat treatment composition comprises a clinking material (e.g., a graphene component) that comprises from about 10% to about 50% by weight of carbon.

특정 실시양태에서, 엔벨로프(예컨대, 그래핀 엔벨로프)는 (예컨대, 평균) 약 1 내지 약 10개의 입자(예컨대, 규소 및/또는 다른 전극 활물질 포함)를 포함한다. 특별한 실시양태에서, 엔벨로프(예컨대, 그래핀 엔벨로프)는 (예컨대, 평균) 약 2 내지 약 5개의 입자(예컨대, 규소 및/또는 다른 전극 활물질 포함)를 포함한다.In certain embodiments, the envelope (e.g., graphene envelope) comprises about 1 to about 10 particles (e.g., including silicon and / or other electrode active material) (e.g., average). In particular embodiments, the envelope (e.g., graphene envelope) comprises from about 2 to about 5 particles (e.g., including silicon and / or other electrode active material) (e.g., average).

또한, 본원의 방법에 의해 제조된, 본원의 방법에 의해 제조가능한, 또는 그렇지 않으면 본원의 방법에 개시된 여러 조성물이 본원에서 제공된다. 일부 경우에, 본원에 개시되는 필름, 플룸 또는 에어로졸, 유체 저장물, 코팅된 입자 등이 본원에서 제공된다. 특히, 특정 실시양태에서는 본원에서 침적물로서 개시된 필름 및/또는 이러한 필름에서 개시된 코팅된 입자가 제공된다. 일부 실시양태에서는, 본원에 개시된 침적물 또는 필름을 임의로 기재로부터 제거하여, 본원에 개시된 바와 같은 탄소질 웹(예컨대, 그래핀 웹)으로 코팅된 전극 활물질 입자를 포함하는, 자유 유동 분말과 같은 분말을 형성한다. 탄소질 웹이 이에 의해 획정된 포켓간에 고도의 상호연결을 갖는 것과 같은 일부 실시양태에서, 기재로부터 제거된 조성물을 더 가공하여, 예컨대, (예컨대, 탄소질 웹 내에 획정되는 여러 포켓들을 상호연결하는 상기 웹을 분해함으로써) 분말내 입자 크기를 감소시키고/감소시키거나 본원에 개시된 재료를 밀링 또는 분쇄 또는 파쇄함으로써 그 유동 특성을 향상시킨다.Also provided herein are various compositions prepared by the methods herein, which can be prepared by the methods herein, or otherwise disclosed in the methods herein. In some cases, films, plumes or aerosols, fluid reservoirs, coated particles, and the like described herein are provided herein. In particular, in certain embodiments, films disclosed herein as deposits and / or coated particles disclosed in such films are provided herein. In some embodiments, the deposit or film disclosed herein is optionally removed from the substrate to provide a powder, such as a free flowing powder, comprising electrode active material particles coated with a carbonaceous web (e.g., a graphene web) as disclosed herein . In some embodiments, such as where the carbonaceous web has a high degree of interconnection between the pockets defined thereby, the composition removed from the substrate may be further processed to form a plurality of pockets (e.g., Reducing the particle size in the powder by disassembling the web) or by milling, crushing or crushing the materials disclosed herein.

특정 실시양태에서는, (예컨대, 본원의 방법에 따라 제조된 필름을 이것이 침적된 기재로부터 제거함으로써 제조되는 것과 같은) 본원에서 제공되는 애노드 분말 재료를 가공하여 전극(예컨대, 리튬 이온 배터리 음극(애노드))을 형성한다. 특별한 실시양태에서, 분말은 바인더와 조합되어 (예컨대, 도전성 기재(예컨대, 집전체) 상에) 전극으로 제조된다. 폴리불화비닐리덴(PVDF), 스티렌 부타디엔 고무(SBR), 에틸렌 프로필렌 디엔 단량체(EPDM) 고무, 아크릴로니트릴-부타디엔 고무(NBR) 등과 같은 임의의 적합한 바인더가 임의로 사용된다. 추가의 또는 대안적인 실시양태에서, 애노드 재료는 그래파이트와 같은 다른 전극 활물질과 조합된다. 일부 실시양태에서, 전극은 5 중량% 이상(예컨대, 5 중량% 이상, 10 중량% 이상, 15 중량% 이상, 20 중량% 이상, 30 중량% 이상, 50 중량% 이상 등)의 본원에 제공된 애노드 재료를 포함한다. 임의의 적합한 양의 바인더 및/또는 다른 활물질(예컨대, 그래파이트)은 본원에 제공된 활물질(예컨대, 이의 분말)과 임의로 조합된다. 특별한 실시양태에서, 바인더는 전극 중에 약 0.1 중량% 내지 약 10 중량%의 양으로 존재한다. 일부 실시양태에서, 다른 전극 활물질(예컨대, 그래파이트)은 전극 중에 약 1 중량% 내지 약 99 중량%(예컨대, 약 5 중량% 내지 약 95 중량%, 약 10 중량% 내지 약 90 중량% 등)의 양으로 존재한다.In certain embodiments, the anode powder material provided herein may be processed to form an electrode (e. G., A lithium ion battery anode (anode)) by processing the anode powder material provided herein (e. G., By removing a film produced according to the method herein, ). In a particular embodiment, the powder is made into an electrode in combination with a binder (e.g., on a conductive substrate (e.g., collector)). Any suitable binder such as polyvinylidene fluoride (PVDF), styrene butadiene rubber (SBR), ethylene propylene diene monomer (EPDM) rubber, acrylonitrile-butadiene rubber (NBR) In a further or alternative embodiment, the anode material is combined with other electrode active materials such as graphite. In some embodiments, the electrode may comprise at least 5 wt% (e.g., at least 5 wt%, at least 10 wt%, at least 15 wt%, at least 20 wt%, at least 30 wt%, at least 50 wt% Material. Any suitable amount of binder and / or other active material (e.g., graphite) is optionally combined with the active material (e.g., powder thereof) provided herein. In a particular embodiment, the binder is present in the electrode in an amount from about 0.1% to about 10% by weight. In some embodiments, the other electrode active material (e.g., graphite) may be present in the electrode in an amount of from about 1% to about 99%, such as from about 5% to about 95%, from about 10% to about 90% Lt; / RTI &gt;

특별한 실시양태에서는, 전극 활물질 함유 입자(예컨대, 규소 함유 입자) 및 탄소질 웹(예컨대, 그래핀 웹)을 포함하는 복합체 입자(예컨대, 규소-탄소 복합체 입자)가 제공된다. 특정 실시양태에서, 웹은 (예컨대, 50 중량% 이상의 탄소 및 약 0.1 중량% 내지 약 50 중량%의 산소를 포함하는) 본원에 개시된 바와 같은 그래핀 성분을 포함한다. 본원에 개시된 필름과 같이, 일부 실시양태에서, 웹은 하나 이상의 포켓(포켓(들)은 웹 내부에 배치됨)을 획정한다. 바람직한 실시양태에서, 웹은 전극 활물질 함유 입자를 잘 피복하여, 예컨대 복합체 입자의 외표면의 10% 미만(예컨대, 5% 미만, 3% 미만 등)이 전극 활물질 함유 입자(예컨대, SiOx)의 재료의 특징을 나타낸다. 추가의 또는 대안적인 바람직한 실시양태에서, 복합체 입자의 외표면의 80% 이상(예컨대, 90% 이상, 95% 이상, 97% 이상 등)이 그래핀 웹을 포함한다. 추가의 또는 대안적인 실시양태에서는, 전극 성능 특성(예컨대, 용량)을 최대화하거나 향상시키기 위해서 입자가 다량의 활물질을 포함한다. 일부 실시양태에서, 복합체 입자는 30 중량% 이상의 전극 활물질(또는 30 중량% 이상의 이것을 포함하는 입자)(예컨대, 50 중량% 이상, 70 중량% 이상 등, 예컨대 약 95 중량% 이하)을 포함한다. 특정 실시양태에서는, 전극 활물질(예컨대, SiOx)을 코팅 및 보호하고 복합체 입자(들)를 포함하는 조성물에 대해 양호한 도전성을 제공하기 위하여 소량의 탄소질 웹 성분(예컨대, 그래핀 웹)이 이용될 수 있다. 일부 실시양태에서, 복합체 입자는 약 70 중량% 이하의 탄소질 (예컨대, 그래핀) 웹을 포함한다(예컨대, 약 50 중량% 이하, 약 40 중량% 이하, 약 25 중량% 이하 등, 예컨대 아래로는 약 10 중량%까지). 일부 실시양태에서, 본원에 개시된 복합체 입자는 그 안에 배치된 정확히 하나의 포켓을 포함한다. 다른 실시양태에서, 복합체 입자는 임의로 그 안에 배치된 1 초과의 포켓을 포함한다(예컨대, 여기서 탄소질 웹은 다수의 포켓을 획정하고 연결함). 특정 실시양태에서, 복합체 입자의 직경, 길이, 종횡비 등과 같은 구조적 특성은, 특히 복합체 입자가 단일 활성 입자 및 단일 포켓을 포함하는 경우, 랩핑된 활성 입자들의 특성을 밀접하게 매칭시킨다. 따라서, 일부 실시양태에서, 복합체 입자의 특징은 임의로 활성 입자에 대하여 본원에 개시된 바와 같다. 예컨대, 일부 실시양태에서, 본원에 개시된 복합체 입자의 종횡비는 (예컨대, 이의 탄소질 웹 내에 배치된 활성 입자(들)의 종횡비에 따라) 1 내지 약 100이다. 일부 실시양태에서, 복합체 입자에 다수의 포켓 및/또는 활성 입자들이 존재하는 것과 같은 더 큰 복합체 입자도 고려된다. 입자 및 이의 성분 부분들의 다른 특성들은 본원에서 제공되는 필름 및/또는 침적물에 대하여 본원에서 개시된 것과 같으며 그 반대도 마찬가지이다.In particular embodiments, composite particles (e.g., silicon-carbon composite particles) comprising an electrode active material-containing particle (e.g., silicon-containing particle) and a carbonaceous web (e.g., graphene web) are provided. In certain embodiments, the web comprises a graphene component as disclosed herein (e.g., comprising greater than 50 wt% carbon and between about 0.1 wt% and about 50 wt% oxygen). As in the films disclosed herein, in some embodiments, the web defines one or more pockets (the pocket (s) are disposed within the web). In a preferred embodiment, the web is well coated with the electrode active material-containing particles such that less than 10% (e.g., less than 5%, less than 3%, etc.) of the outer surface of the composite particle is the material of the electrode active material- Fig. In a further or alternative preferred embodiment, at least 80% (e.g., at least 90%, at least 95%, at least 97%, etc.) of the outer surface of the composite particle comprises a graphene web. In a further or alternative embodiment, the particles include large amounts of active material to maximize or improve electrode performance characteristics (e.g., capacity). In some embodiments, the composite particles comprise at least 30 wt% of the electrode active material (or at least 30 wt% of the particles) (e.g., at least 50 wt%, at least 70 wt%, such as at most about 95 wt%). In certain embodiments, a small amount of carbonaceous web component (e. G., Graphene web) is utilized to coat and protect the electrode active (e. G., SiOx) and provide good conductivity for compositions comprising the composite particle . In some embodiments, the composite particles comprise less than about 70 weight percent carbonaceous (e.g., graphene) web (e.g., less than about 50 weight percent, less than about 40 weight percent, less than about 25 weight percent, By weight to about 10% by weight). In some embodiments, the composite particles disclosed herein comprise exactly one pocket disposed therein. In another embodiment, the composite particles optionally include more than one pocket disposed therein (e.g., wherein the carbonaceous web defines and connects a plurality of pockets). In certain embodiments, the structural characteristics, such as diameter, length, aspect ratio, etc., of the composite particles closely match the characteristics of the wrapped active particles, particularly when the composite particle comprises single active particles and a single pocket. Thus, in some embodiments, the characteristics of the composite particles are optionally as set forth herein for active particles. For example, in some embodiments, the aspect ratio of the composite particles disclosed herein is from 1 to about 100 (depending, for example, on the aspect ratio of the active particle (s) disposed in the carbonaceous web thereof). In some embodiments, larger composite particles are also contemplated, such as the presence of multiple pockets and / or active particles in the composite particles. Other characteristics of the particles and their component parts are as described herein for the films and / or deposits provided herein and vice versa.

일부 실시양태에서, 본원에 개시된 포켓의 부피는 그 내부에 배치되는 입자(들)의 부피보다 크다. 특정의 경우, 특히 Si 및/또는 SiOx와 같이 전극 활물질이 리튬 치환 반응 동안 팽창하는 경우, 포켓 부피 과잉이 바람직하다. 일부 경우에, 팽창 동안, 과잉 부피는, 웹 코팅이 전위될 가능성을 감소 및/또는 전극 재료의 전체적인 부피 팽창을 감소시키면서, 입자가 팽창할 수 있게 한다. 특정 실시양태에서, 포켓 내의 공극 공간은 그 내부에 배치된 전극 활물질 함유 입자(들)의 부피보다 3% 이상 (예컨대, 5% 이상, 10% 이상, 20% 이상 등) 더 크다.In some embodiments, the volume of the pocket disclosed herein is greater than the volume of particle (s) disposed therein. In certain cases, particularly when Si and / or SiOx expands during the lithium substitution reaction, an excess of pocket volume is desirable. In some cases, during expansion, the excess volume allows the particles to expand, reducing the likelihood of the web coating becoming dislocated and / or reducing the overall volume expansion of the electrode material. In certain embodiments, the void space in the pocket is greater than 3% (e.g., greater than 5%, greater than 10%, greater than 20%, etc.) by volume of the electrode active material containing particle (s) disposed therein.

본원에 개시된 시스템 및/또는 방법의 이들 및 다른 대상, 특징, 및 특성, 그리고 구조의 관련 요소들의 기능 및 동작 방법 및 부품의 조합과 제조 경제성은 첨부 도면을 참조하면서 이하의 설명과 첨부된 청구범위를 고려하면 더 명백해질 것이며, 이들은 모두 본 명세서의 일부를 형성한다. 그러나, 도면은 단지 예시 및 설명의 목적을 위한 것이고 본 발명의 한계의 규정으로서 해석되어서는 안된다는 것을 분명히 이해하여야 한다. 본 명세서 및 청구범위에서 사용될 때, 단수 형태는 문맥상 명백히 달리 지시되어 있지 않는 한 복수의 지시 대상을 포함한다. 또한, 달리 언급하지 않는 한, 본원에서 개개의 성분에 대해 기재된 값 및 특성은 또한 이러한 복수의 (즉, 1 초과의) 성분의 평균으로서의 값 및 특성의 기재를 포함한다. 마찬가지로, 본원에서 평균 값 및 특성의 기재는 또한 본원에서 단일 성분에 적용되는 것과 같은 개개의 값 및 특성의 기재를 포함한다. BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS These and other objects, features, and characteristics of the systems and / or methods disclosed herein, as well as the function and method of operation of the related elements of the structure, as well as combinations of parts and manufacturing economics will become more apparent from the following description and appended claims , All of which form part of this disclosure. It should be clearly understood, however, that the drawings are for the purpose of illustration and description only and are not to be construed as limiting the present invention. As used in this specification and the appended claims, the singular forms "a", "an" and "the" include plural referents unless the context clearly dictates otherwise. In addition, unless stated otherwise, the values and characteristics described for the individual components herein also include a description of the values and properties as an average of such plurality (i. Likewise, the description of average values and properties herein also includes the description of individual values and characteristics such as those applied to a single component herein.

도 1은 기재에 나노구조를 고정하는 탄소 웹을 포함하는 전극을 나타낸 것이다.
도 2는 본원에서 제공되는 기체 제어된 전기분무 시스템 및 프로세스의 예시적 도해를 나타낸 것이다.
도 3은 그래핀 성분이 기재에 나노구조를 고정하는 프로세스의 예시적 도해를 나타낸 것이다.
도 4는 기재에 나노구조를 고정하는 탄소 웹을 집합적으로 형성하는 복수의 탄소 인클루전(그래핀 성분)의 예시적 도해를 나타낸 것이다.
도 5는 기재에 전극 활물질을 고정하는 예시적 탄소 웹의 현미경 화상을 예시적으로 나타낸 것이다.
도 6은 그래핀 성분을 포함하는 탄소 웹에 의한 (예컨대, 전극 활물질이 포매되어 있는 탄소 매트릭스를 포함하는) 복합 나노섬유의 예시적 고정 프로세스를 나타낸 것이다.
도 7은 그래핀 성분을 포함하는 탄소 웹과 집전체 상에 고정된 (규소 나노입자가 포매되어 있는 탄소 매트릭스를 포함하는) 복합 나노섬유를 포함하는 예시적 전극에 대한 예시적 비용량 데이터를 나타낸 것이다.
도 8은 본원에 제공된 특정 전극 및 전극 재료의 제조에 사용되는 예시적 전기분무 노즐 장치를 나타낸 것이다.
도 9는 그래핀 성분을 포함하는 탄소 웹과 집전체 상에 고정된 규소 나노입자를 포함하는 예시적 전극에 대한 예시적 비용량 데이터를 나타낸 것이다.
도 10은 그래핀 성분을 포함하는 탄소 웹과 집전체 상에 고정된 규소 나노입자를 포함하는 여러 예시적 전극에 대한 예시적 쿨롱 효율 데이터를 나타낸 것이다.
도 11은 그래핀 성분을 포함하는 탄소 웹과 집전체 상에 고정된 (주석이 포매되어 있는 탄소 매트릭스를 포함하는) 복합 나노섬유를 포함하는 본원에서 제공되는 여러 예시적 전극에 대한 예시적 비용량 데이터를 나타낸 것이다.
도 12는 그래핀 성분을 포함하는 탄소 웹과 집전체 상에 고정된 규소 나노입자를 포함하는 여러 예시적 전극에 대한 예시적 순환 전압전류(CV) 곡선을 나타낸 것이다.
도 13은 본원에 개시된 예시적 기술을 포함하는 여러 기술을 이용하여 활물질 및 탄소 인클루전으로 코팅된 기재의 화상을 나타낸 것이다.
도 14는 본원에 개시된 예시적 기술을 이용하여 활물질 및 탄소 인클루전으로 코팅된 기재의 화상 및 이러한 코팅된 기재를 접은 실례적인 효과를 나타낸 것이다.
도 15는 규소 나노입자 및 그래핀 성분을 포함하는 다른 리튬 이온 배터리 음극과 비교한, 그래핀 성분을 포함하는 탄소 웹과 집전체 상에 고정된 규소 나노입자를 포함하는 리튬 이온 배터리 음극에 대한 예시적 비용량 데이터를 나타낸 것이다.
도 16은 여러 전극에 대한 예시적 임피던스 데이터를 나타낸 것이다.
도 17은 그래핀 성분을 포함하는 탄소 웹과 집전체 상에 고정된 (규소 나노입자가 포매되어 있는 탄소 매트릭스를 포함하는) 복합 나노섬유를 포함하는 본원에서 제공되는 여러 예시적 전극에 대한 예시적 비용량 데이터를 나타낸 것이다.
도 18은 그래핀 성분을 포함하는 탄소 웹과 집전체 상에 고정된 SiOx를 포함하는 나노구조를 포함하는 예시적 전극에 대한 예시적 비용량 데이터를 나타낸 것이다.
도 19는 활물질을 포함하는 예시적 마이크로스케일 입자들을 (a) 원래 형태, 및 (여러 줌 레벨에서의) 탄소로 피복된 (b) 및 (c)로 나타낸 것이다.
도 20은 본원에서 제공되는 탄소와 조합하여 마이크로구조화된 활물질을 사용하는 본원에서 제공되는 예시적 침적물(전극)을 나타낸 것이다(상부 좌측: 압축되지 않은 침적물의 더 확대된 뷰; 상부 우측: 압축된 침적물의 더 확대된 뷰; 하부 좌측: 압축되지 않은 침적물의 덜 확대된 뷰; 하부 우측: 압축된 침적물의 덜 확대된 뷰).
도 21은, 침적물의 압축이 전극 침적물의 두께를 크게 감소시킬 수 있음(예를 들어, 침적물의 두께를 2 배 이상까지 감소시킬 수 있음)을 증명한다.
도 22는 본원에 제공된 예시적인 전극의 비용량을 도시한다.
도 23은 본원에 기재된 예시적인 애노드 재료를 사용하여 제조된 반전지(half cell)의 용량 보유를 도시한다.
도 24는 본원에 기재된 예시적인 애노드 재료를 사용하여 제조된 반전지의 사이클링 효율을 도시한다.
도 25는 사이클링 동안 애노드에 SiOx 인클루전을 사용하는 예시적인 반전지의 용량을 도시한다.
도 26은 본원에 기재된 고부하(high loaded)의 예시적인 애노드 재료를 사용하여 제조된 완전 전지(full cell)의 용량 보유 및 사이클링 효율을 도시한다.
도 27은 탄소 나노 섬유로 코팅된 산화규소 마이크로입자의 다양한 SEM 상을 도시한다.
도 28은 (변동하는 줌 레벨에서) 더 큰 그래핀 성분을 사용하는 규소 마이크로입자의 양호한 덮임율을 보여주는 SEM 상을 도시한다.
도 29는 (변동하는 줌 레벨에서) 더 작은 그래핀 성분을 사용하는 규소 마이크로입자의 불량한 덮임율을 보여주는 SEM 상을 도시한다.
도 30은 예시적인 그래핀 옥사이드(GO) 구조를 도시한다.
도 31은 예시적인 환원 그래핀 옥사이드(rGO) 구조를 도시한다.
도 32는 그래핀 옥사이드 저장물의 기체 제어 전기분무 30 초 후에 형성된 침적물의 상(패널 A), 및 공기 없는 그래핀 저장물의 전기 분무 30 초 후에 형성된 침적물의 상(패널 B)을 도시한다.
도 33은 그래핀 옥사이드 저장물의 기체 제어 전기분무 1 분 후에 형성된 침적물의 상(패널 A), 및 공기 없는 그래핀 저장물의 전기 분무 1 분 후에 형성된 침적물의 상(패널 B)을 도시한다.
도 34는 그래핀 포켓 내의 탄소 및 규소 섬유를 트랩하는 그래핀 웹의 예시적인 단면(마이크로톰) SEM 상(하부 패널이 상부 패널보다 더 줌인되어 있음)을 도시한다.
BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS Figure 1 shows an electrode comprising a carbon web for fixing nanostructures to a substrate.
Figure 2 illustrates an exemplary illustration of a gas controlled electrospray system and process provided herein.
Figure 3 shows an illustrative illustration of a process in which the graphene component fixes the nanostructures to a substrate.
Figure 4 shows an exemplary illustration of a plurality of carbon inclusions (graphene components) collectively forming a carbon web that fixes the nanostructures to the substrate.
5 is an exemplary illustration of a microscopic image of an exemplary carbon web securing an electrode active material to a substrate.
Figure 6 shows an exemplary fixation process of a composite nanofiber with a carbon web comprising a graphene component (e.g. comprising a carbon matrix in which an electrode active material is embedded).
Figure 7 shows exemplary non-capacitive data for an exemplary electrode comprising a carbon web comprising a graphene component and a composite nanofiber (including a carbon matrix in which the silicon nanoparticles are embedded) immobilized on a current collector will be.
Figure 8 shows an exemplary electrospray nozzle arrangement used in the manufacture of the specific electrodes and electrode materials provided herein.
Figure 9 shows exemplary non-capacitive data for an exemplary electrode comprising a carbon web comprising a graphene component and silicon nanoparticles immobilized on a current collector.
10 shows exemplary coulombic efficiency data for several exemplary electrodes comprising a carbon web comprising a graphene component and silicon nanoparticles immobilized on a current collector.
Figure 11 shows an exemplary non-capacitive electrode for several exemplary electrodes provided herein comprising a carbon web comprising a graphene component and a composite nanofiber (including a tin-embedded carbon matrix) fixed on the current collector Data.
Figure 12 shows an exemplary cyclic voltammetric (CV) curve for several exemplary electrodes comprising a carbon web comprising a graphene component and a silicon nanoparticle immobilized on a current collector.
Figure 13 shows an image of a substrate coated with active material and carbon inclusion using several techniques including the exemplary techniques disclosed herein.
Figure 14 shows an example effect of folding an image of a substrate coated with an active material and a carbon inclusion, and such a coated substrate using the exemplary techniques disclosed herein.
15 illustrates an example of a lithium ion battery cathode comprising a carbon web containing a graphene component and silicon nanoparticles immobilized on a collector, as compared to other lithium ion battery cathodes comprising silicon nanoparticles and graphene components And non-capacity data.
Figure 16 shows exemplary impedance data for various electrodes.
Figure 17 is a graphical illustration of an exemplary electrode for several exemplary electrodes provided herein comprising a carbon web comprising a graphene component and a composite nanofiber (including a carbon matrix with silicon nanoparticles embedded therein) Non-capacity data.
FIG. 18 illustrates exemplary, non-capacitive data for an exemplary electrode comprising a carbon web comprising a graphene component and a nanostructure comprising SiOx immobilized on the current collector.
Figure 19 shows exemplary microscale particles comprising the active material in (a) original form and (b) and (c) coated with carbon (at various zoom levels).
Figure 20 shows an exemplary deposit (electrode) provided herein using microstructured active materials in combination with the carbon provided herein (upper left: a larger view of the uncompressed deposit; upper right: compressed Lower left: less magnified view of uncompressed deposit; lower right: less magnified view of condensed deposit).
Fig. 21 demonstrates that compression of deposits can greatly reduce the thickness of the electrode deposit (e. G., Can reduce the thickness of deposit by more than two times).
Figure 22 shows the specific capacitance of the exemplary electrode provided herein.
Figure 23 illustrates the capacity retention of a half cell fabricated using the exemplary anode material described herein.
Figure 24 illustrates the cycling efficiency of a semi-conductor fabricated using the exemplary anode material described herein.
Figure 25 illustrates the capacity of an exemplary half-cell using an SiOx inclusion on the anode during cycling.
Figure 26 shows the capacity retention and cycling efficiency of a full cell fabricated using the high loaded exemplary anode material described herein.
27 shows various SEM images of silicon oxide microparticles coated with carbon nanofibers.
Figure 28 shows a SEM image showing good coverage of silicon microparticles using larger graphene components (at varying zoom levels).
Figure 29 shows a SEM image showing poor coverage of silicon microparticles using smaller graphene components (at varying zoom levels).
Figure 30 illustrates an exemplary graphene oxide (GO) structure.
31 illustrates an exemplary reduced graphene oxide (rGO) structure.
32 shows the phase of the deposit (panel A) formed after 30 seconds of gas-controlled electrospraying of the graphene oxide stock and the phase of the deposit formed after 30 seconds of electro-spraying of the airless graphene storage (panel B).
33 shows the phase of the deposit (panel A) formed after one minute of gas-controlled electrospray of the graphene oxide storage and the phase of deposition (panel B) formed after one minute of electrospray of airless graphene storage.
Figure 34 illustrates an exemplary cross-sectional (microtome) SEM of a graphene web trapping carbon and silicon fibers in a graphene pocket (the lower panel is zoomed in more than the upper panel).

본원의 특정 실시양태에서, 전극 재료 및/또는 전극(예를 들어, 예컨대 집전체 위의 박막 전극 침적물), 및 본원에 기재된 성분을 포함하는 다른 침적물의 제조를 위한 시스템 및 방법이 제공된다. 일부 실시양태에서, 전극은 전극 활물질(예를 들어, 규소 함유 재료) 및 탄소질 재료(예를 들어, 나노 구조 탄소)(예를 들어, 환원 그래핀 옥사이드와 같은 그래핀 성분)를 포함한다.In certain embodiments of the present disclosure, systems and methods are provided for the production of electrode materials and / or electrodes (e.g., thin film electrode deposits, for example, on a current collector), and other deposits comprising the components described herein. In some embodiments, the electrode comprises an electrode active material (e.g., silicon containing material) and a carbonaceous material (e.g., nanostructured carbon) (e.g., a graphene component such as reduced graphene oxide).

규소-탄소 전극 재료의 제조 방법으로서, 전극 활물질 및 본원에 기재된 것과 같은 탄소 재료를 포함하는 유체 저장물을 전기분무하는 것을 포함하는 제조 방법이 제공된다. 특정 실시양태에서, 상기 방법(예를 들어, 전기 분무)은 유체 저장물로부터 정전하로 대전된 플룸을 제조하는 것을 포함한다.A method of making a silicon-carbon electrode material is provided that comprises electrospraying a fluid reservoir comprising an electrode active material and a carbonaceous material such as those described herein. In certain embodiments, the method (e. G., Electrospray) comprises preparing an electrostatically charged plume from a fluid storage.

일부 실시양태에서, 본원에는 전극, 전극 재료 또는 전극 전구체 재료의 제조 방법이 제공된다. 일반적으로, 상기 방법은 유체 저장물(예를 들어, 수성 매질, 예를 들어 물과 같은 액체 매질 중에 탄소 재료 및 전극 활물질을 포함함)을 전기분무하는 것을 포함한다. 일부 실시양태에서, 유체 저장물을 전기분무하는 것은, 거기에 전압을 인가하는 것(예를 들어, 본원에 제공된 것과 같은 전기분무 노즐에 직류 전압(VDC) 또는 교류 전압(VAC)을 인가하는 것)을 포함한다. 구체적인 실시양태에서, 노즐에 전압을 인가하면 (예를 들어, 노즐에 인가되는 유체 저장물로부터 제트 또는 플룸의 형성을 유도하는) 전기장이 생성된다. 다양한 실시양태에서, 약 0.01 mL/분 이상, 약 0.05 mL/분 이상, 약 0.1 mL/분 이상, 약 0.2 mL/분 이상, 또는 약 0.01 mL/분 내지 약 10 mL/분과 같은 임의의 적절한 유속으로 유체 저장물이 노즐에 제공된다.In some embodiments, provided herein are methods of making an electrode, an electrode material, or an electrode precursor material. Generally, the method includes electrospraying a fluid stock (e.g., including a carbon material and an electrode active material in a liquid medium such as an aqueous medium, e.g., water). In some embodiments, electrospraying a fluid reservoir may be accomplished by applying a voltage thereto (e.g., applying a direct current voltage (V DC ) or alternating voltage (V AC ) to an electrospray nozzle such as that provided herein ). In a specific embodiment, application of a voltage to the nozzle (e.g., inducing the formation of a jet or plume from a fluid reservoir applied to the nozzle) is created. Such as at least about 0.01 mL / min, at least about 0.05 mL / min, at least about 0.1 mL / min, at least about 0.2 mL / min, or at least about 0.01 mL / min to about 10 mL / min, A fluid reservoir is provided in the nozzle.

구체적인 실시양태에서, 유체 저장물은 기체(예를 들어, 제어 기체 흐름)와 함께 전기분무된다. 특정 실시양태에서, 유체 저장물 및 기체는 동일한 방향으로 전기분무 노즐로부터 배출된다. 일부 경우, 전기분무 노즐로부터 유체 저장물 및 기체가 배출되는 방향은 서로에 대해 약 30 도 내, 또는 더욱 바람직하게는 서로에 대해 약 15 도 내(예를 들어, 서로에 대해 약 10 도 내 또는 약 5 도 내)이다. 특정 실시양태에서, 유체 저장물 및 기체는 동축으로 노즐로부터 배출되도록 배치되거나, 또는 실질적으로 동축 배치이다. 일부 경우, 본원에 기재된 배치 및 방법으로 전기장 구배의 구동력을 고속 기체와 조합한, 전기분무의 구동력 향상이 가능해진다. 일부 경우, 본원에 기재된 배치로 간단한 전기분무 제조보다 수십 또는 수백 배까지 더 많은 공정 처리량이 가능해지고, 고점도 및/또는 (예를 들어, 본원에 기재된 탄소 및 규소 인클루전 재료로의) 고부하의 유체의 전기분무가 가능해진다. 또한, 일부 경우, 본원에 제공된 이러한 전기분무 기술 및 시스템으로 균일성이 높은 재료(예를 들어, 전극, 전극 재료 및 전극 전구체 재료)의 제조가 가능해진다. 반대로, 다른 또는 종래의 전기분무는, 예를 들어 특히 고부하 시스템에 대해서는 액적 내 그리고 액적간 충전제의 불균일한 분산 및 방울의 불균일한 침적으로 인해, 일반적으로 다수의 용도에 상업적으로 이용되지 않는다. 또한, 일부 경우, 다른 또는 종래의 전기분무 시스템의 처리 능력은 일부 용도에서 상업적으로 유용할 정도로 충분하지 않다. 그러나, 적용 가능한 경우, 본원에 기재된 전극 또는 침적물의 제조에 다른 적절한 기술(예를 들어, 본원에 제공된 유체 저장물 및/또는 인클루전을 이용하는 전기분무 기술)이 임의로 이용된다.In a specific embodiment, the fluid reservoir is electrosprayed with a gas (e. G., A control gas flow). In certain embodiments, the fluid reservoir and the gas exit the atomizing nozzle in the same direction. In some cases, the direction in which the fluid reservoir and the gas are ejected from the electrospray nozzle is within about 30 degrees relative to each other, or more preferably within about 15 degrees relative to each other (e.g., within about 10 degrees relative to each other, or Within about 5 degrees). In certain embodiments, the fluid reservoir and the gas are arranged to be coaxially discharged from the nozzle, or are substantially coaxial. In some cases, the driving force of the electrospray can be improved by combining the driving force of the electric field gradient with the high velocity gas by the arrangement and method described herein. In some cases, the batches described herein allow for throughputs of up to tens or even hundreds of times greater than simple electrospray fabrication, and can be used for high viscosity and / or high load (e.g., to the carbon and silicon inclusion materials described herein) The fluid can be atomized. In addition, in some cases, such electrospray techniques and systems provided herein enable the production of materials (e.g., electrodes, electrode materials, and electrode precursor materials) that are highly uniform. Conversely, other or conventional electrospray is generally not commercially available for many applications, for example due to non-uniform dispersion of droplet and droplet filler and non-uniform deposition of droplets, especially for high load systems. Also, in some cases, the throughput of other or conventional electrospray systems is not sufficient to be commercially useful in some applications. However, where applicable, other suitable techniques (e. G., Electrospray techniques utilizing fluid storage and / or inclusions provided herein) are optionally employed in the manufacture of the electrodes or deposits described herein.

일부 경우, 유체 저장물의 (예를 들어, 본원에 제공된 방법 및/또는 시스템을 이용하는) 전기분무로 복수의 액적을 포함하는 플룸(본원에서는 예를 들어, 전기분무 플룸 중 액적 용액, 액적 현탁액 및/또는 고체 입자를 포괄하는 것으로 총칭됨), 또는 이어서 복수의 액적을 포함하는 플룸으로 변형되는 제트가 형성된다. 특정 경우, 본원에 제공된 것과 같은 유체 저장물의 (예를 들어, 본원에 제공된 방법 및/또는 시스템을 이용하는) 전기분무로 복수의 액적을 포함하는 플룸이 형성된다. 일부 경우, 본원에 기재된 방법으로 (예를 들어, 특히 표준 전기분무 기술에 비해) 균일성이 높은 크기 분포를 갖는 소액적(예를 들어, 마이크론 또는 나노 스케일 액적)이 형성된다. 특정 경우, 이 균일성으로 두께, 두께 균일성, (예를 들어, 복합체 내) 조성 균일성 등과 같은 침적물 형성의 더 큰 제어가 가능해진다. 특정 실시양태에서, 본원에 제공된 필름은 평균 두께(df)가 약 10 mm 이하, 예컨대 약 5 mm 이하, 약 2 mm 이하, 또는 약 1 mm 이하이다. 필름이 직접 침적 전극으로서 사용되는 것과 같은 특정 실시양태에서, 필름의 두께는 약 500 마이크론(마이크로미터, μm) 이하, 예컨대 약 250 마이크론 이하, 약 200 마이크론 이하, 약 100 마이크론 이하 등(예를 들어, 약 1 마이크론, 약 5 마이크론, 약 10 마이크론, 25 마이크론, 50 마이크론, 100 마이크론 등까지)이다. 특정 실시양태에서, 본원에 제공된 필름은 필름의 가장 얇은 부분이 > df/10, > df/5, > df/4, > df/3, > df/2 등인 것과 같이 두께 균일성이 양호하다. 추가의 또는 대안적인 실시양태에서, 필름의 가장 두꺼운 부분은 < 10 x df, <5 x df, <3 x df, <2 x df, <1.5 x df, <1.2 x df 등이다. 바람직한 실시양태에서, 필름의 최소 두께는 0.9 df 초과(더욱 바람직하게는 0.95 df 초과)이고, 필름의 최대 두께는 1.1 df 미만(더욱 바람직하게는 1.05 df 미만)이다.In some cases, a plume containing a plurality of droplets (e. G., A droplet solution, droplet suspension, and / or droplet in an electrospray plume herein) of the fluid reservoir (e.g., using the method and / Or solid particles), or a jet that is subsequently transformed into a plume containing a plurality of droplets is formed. In certain instances, a plume containing a plurality of droplets is formed by electrospray (e.g., using the methods and / or systems provided herein) of a fluid reservoir as provided herein. In some cases, microfluidic (e. G., Micron or nanoscale droplets) with a uniform size distribution is formed in the manner described herein (e. G., Especially compared to standard electrospray techniques). In certain cases, this uniformity allows for greater control of deposit formation, such as thickness, thickness uniformity, compositional uniformity (e.g., within a composite), and the like. In certain embodiments, the films provided herein have an average thickness d f of about 10 mm or less, such as about 5 mm or less, about 2 mm or less, or about 1 mm or less. In certain embodiments, such as where the film is used as a direct immersion electrode, the thickness of the film may be less than about 500 microns (micrometers), such as less than about 250 microns, less than about 200 microns, less than about 100 microns, , About 1 micron, about 5 microns, about 10 microns, 25 microns, 50 microns, 100 microns, etc.). In certain embodiments, the films provided in the present application is the thinnest portion of the film> d f / 10,> d f / 5,> d f / 4,> d f / 3,> uniform thickness as d f / 2 or the like Good sex. In a further or alternative embodiment, the thickest portion of the film is <10 xd f , <5 xd f , <3 xd f , <2 xd f , <1.5 xd f , <1.2 xd f , In a preferred embodiment, the minimum thickness of the film is d f greater than 0.9 (more preferably greater than 0.95 f d) and the maximum thickness is less than 1.1 d f of the film (and more preferably less than 1.05 d f).

일부 경우, (예를 들어 본원에 제공된) 전기분무 기술은 본원에 기재된 것들과 같은 고용량 전극의 형성을 촉진한다. 도 2는 본원에 제공된 기체 제어 전기분무 시스템(200)의 예시적인 실례를 도시한다.In some cases, electrospray techniques (e. G., Provided herein) facilitate the formation of high-capacity electrodes such as those described herein. FIG. 2 illustrates an illustrative example of a gas control electrospray system 200 provided herein.

일부 실시양태에서, 본원에 제공된 기체 제어 시스템(및 방법)은 (예를 들어, 도 2에 도시된 바와 같이 동축으로 배열된) 노즐(202)로부터, (예를 들어, 분배되는 유체 저장물의 둘레에 배치되는 것과 같은 제어된 흐름을 갖는) (하향 화살표로 도시된) 기체와 함께 유체 저장물의 (예를 들어, VDC 또는 VAC를 이용하는) 전기분무를 제공한다. 일부 실시양태에서, 공기의 흐름과 함께, 노즐에 근위인 액적(203)은 (예를 들어, 일부 경우, 노즐 말단(204)에서의 제어된 공기 흐름으로 인해) 기체 제어가 없는 기술에 비해 더 작으며, 액적(205)(노즐(206)에 원위이고 및/또는 집전체(207)에 근위인 액적)이 집전체를 향해 노즐로부터 멀리 이동하면서 훨씬 더 작아진다. 일부 실시양태에서, 소액적의 이러한 분산 균일성(예를 들어, 크기, 수평 분포 등의 균일성)은 인클루전의 분산, 두께 등의 균일성이 크게 개선된 침적물(208)을 제공한다. 도 3에 도시된 바와 같이, 유체 저장물 및 결과로 나온 전기분무 플룸 중 활물질 및 탄소 재료의 균일한 분산은 복수의 활물질 나노 구조(303) 상의 탄소 재료(예를 들어, 그래핀, GO, rGO 시트)의 침적을 촉진하여, 활물질 나노 구조(303)의 래핑을 촉진한다. 도 4에 도시된 바와 같이, 탄소 재료(402) 및 활물질 나노 구조(403)의 추가의 침적이, 탄소 재료(402)의 웹 내에 래핑 및/또는 고정된 복수의 활물질 나노 구조(405)를 포함하는 층상 전극 구조(405)를 제공한다. 또한, 도 4는 외표면 및 내표면을 포함하는 복수의 그래핀 엔벨로프를 도시한다. 그래핀 엔벨로프는 임의로 도 4에 도시된 것과 같은 하나 이상의 그래핀 성분을 포함한다. 또한, 본원에 기재된 조성의 다양한 그래핀 성분은 본원에 기재된 하나 이상의 그래핀 엔벨로프의 일부이다. 또한, 도시된 바와 같이, 일부 경우, 하나의 그래핀 엔벨로프 또는 이의 일부의 외표면은 임의로 인접한 그래핀 엔벨로프의 내표면의 일부를 형성한다. 또한, 일부 실시양태에서, 그래핀 엔벨로프의 내표면은 도 4에 도시된 바와 같이 그래핀 엔벨로프 포켓을 획정한다. 특정 실시양태에서, 그래핀 엔벨로프 내에는, 전극 활물질을 포함하는 하나 이상의 입자가 그래핀 엔벨로프 포켓 내에 배치된다. 도 5는 탄소 웹 내에 래핑된 전극 활물질, 또는 (도 4의 도시에 의해 나타나는 바와 같은) 전극 활물질이 그 안에 배치된 복수의 그래핀 엔벨로프를 포함하는, 본원에 제공된 예시적인 전극의 상을 도시한다.In some embodiments, the gas control system (and method) provided herein may be used to control the flow of fluid from a nozzle 202 (e.g., coaxially arranged as shown in Figure 2) (E.g., using V DC or V AC ) with a gas (shown with a downward arrow) having a controlled flow such as that shown in FIG. In some embodiments, along with the flow of air, the droplet 203 proximal to the nozzle may have more (e.g., in some cases, due to controlled airflow at the nozzle end 204) And is much smaller as the droplet 205 (droplet that is distal to nozzle 206 and / or proximal to current collector 207) moves away from the nozzle toward the current collector. In some embodiments, such a small dispersion uniformity (e.g., uniformity in size, horizontal distribution, etc.) provides a deposit 208 with significantly improved uniformity in dispersion, thickness, etc. of inclusions. 3, a uniform dispersion of the active material and the carbon material in the fluid reservoir and the resultant electrospray plume can be achieved using a carbon material (e.g., graphene, GO, rGO Sheet), thereby promoting the lapping of the active material nano structure 303. 4, additional deposition of the carbon material 402 and the active nanostructure 403 includes a plurality of active material nanostructures 405 that are wrapped and / or secured in the web of carbon material 402 Gt; 405 &lt; / RTI &gt; Figure 4 also shows a plurality of graphene envelopes comprising an outer surface and an inner surface. The graphene envelope optionally comprises at least one graphene component as shown in Fig. In addition, the various graphene components of the compositions described herein are part of one or more of the graphene envelopes described herein. Also, as shown, in some cases, the outer surface of one graphene envelope or portion thereof optionally forms a portion of the inner surface of the adjacent graphene envelope. Also, in some embodiments, the inner surface of the graphene envelope defines a graphene envelope pocket as shown in Fig. In certain embodiments, within the graphene envelope, at least one particle comprising an electrode active material is disposed within the graphene envelope pocket. Figure 5 shows an image of an exemplary electrode provided herein, comprising an electrode active material wrapped in a carbon web, or a plurality of graphene envelopes in which an electrode active material (as shown by Figure 4) is disposed .

본원에 제공된 (예를 들어, 전기분무를 위한) 유체 저장물은 임의의 적절한 성분을 포함한다. 구체적인 실시양태에서, 유체 저장물은 액체 매질 및 전극 활물질 또는 이의 전구체를 포함한다. 구체적인 실시양태에서, 유체 저장물은 액체 매질, 전극 활물질 또는 이의 전구체, 및 탄소 재료(예를 들어, 본원에 기재된 그래핀 성분과 같은 탄소 인클루전)를 포함한다.The fluid reservoir provided herein (e.g., for electrospray) includes any suitable components. In a specific embodiment, the fluid reservoir comprises a liquid medium and an electrode active material or precursor thereof. In a specific embodiment, the fluid reservoir comprises a liquid medium, an electrode active material or precursor thereof, and a carbon material (e.g., a carbon that is a carbon such as the graphene component described herein).

구체적으로, 특정 실시양태에서, 본원에 기재된 방법에서 전기분무 노즐의 제1 도관의 제1 유입구에 유체 저장물이 제공된다. 일부 실시양태에서, 제1 도관은 유입구 및 유출구를 가지며, 도관의 길이 방향을 따라 내표면 및 외표면을 갖는 벽에 의해 둘러싸인다.Specifically, in certain embodiments, a fluid reservoir is provided in a first inlet of a first conduit of an electrospray nozzle in the method described herein. In some embodiments, the first conduit has an inlet and an outlet, and is surrounded by a wall having an inner surface and an outer surface along the length of the conduit.

일부 실시양태에서, 유체 저장물은 탄소 인클루전 재료 및 규소 인클루전 재료를 포함한다. 다른 추가의 인클루전 재료가 임의로 포함된다.In some embodiments, the fluid reservoir comprises a carbon inclusion material and a silicon inclusion material. Other additional inclusion materials are optionally included.

임의의 적절한 규소 인클루전 재료가 임의로 사용된다. 일반적으로, 규소 인클루전 재료는 규소 전극 활물질(예를 들어, Si, SiOx 등) 또는 이의 전구체를 포함한다. 특정 실시양태에서, 규소 재료는 규소 재료를 포함하는 복수의 구조를 포함한다. 구체적인 실시양태에서, 규소 재료는 리튬 이온 배터리 내 음극과 같은 전극에서 활성인 규소 재료이다. 더욱 구체적인 실시양태에서, 규소 재료는 비한정적인 예로서 규소 원소 및/또는 산화규소(예를 들어, 식 SiOx를 가지며, 식 중, 0 ≤ x < 2, 예를 들어, 0 ≤ x ≤ 1.5, 또는 0 < x < 1임)이다. 구체적인 실시양태에서, x는 0 내지 약 1.5이다. 섬유, 입자, 시트, 막대 등과 같은 임의의 적절한 인클루전 구조가 임의로 이용된다.Any suitable silicon-containing clustering material is optionally used. In general, the silicon inclusion material comprises a silicon electrode active material (e.g., Si, SiOx, etc.) or a precursor thereof. In certain embodiments, the silicon material comprises a plurality of structures comprising a silicon material. In a specific embodiment, the silicon material is a silicon material that is active at an electrode, such as a cathode in a lithium ion battery. In a more specific embodiment, the silicon material comprises, by way of non-limiting example, silicon elements and / or silicon oxides (e.g. having the formula SiOx, where 0? X <2, Or 0 < x < 1). In a specific embodiment, x is from 0 to about 1.5. Any suitable encapsulation structure, such as fibers, particles, sheets, rods, and the like, is optionally employed.

일반적으로, 규소 함유 인클루전 구조는 나노 스케일 구조와 같이 크기가 마이크론 또는 1 마이크론 미만이다. 특정 실시양태에서, 본원에 제공된 규소 함유 인클루전은 평균 치수가 100 마이크론 미만, 예컨대 50 마이크론 미만, 또는 30 마이크론 미만이다. 더욱 구체적인 실시양태에서, 규소 함유 인클루전은 평균 치수가 25 마이크론 미만, 2 마이크론 미만, 15 마이크론 미만, 10 마이크론 미만 등이다. 특정 실시양태에서, 규소 함유 인클루전은 평균 치수가 적어도 200 nm, 예를 들어, 약 200 nm 내지 약 10 마이크론이다. 다른 실시양태에서, 평균 치수가 약 200 nm 이하, 예컨대 약 10 nm 내지 약 200 nm인 것과 같은 나노 구조 인클루전이 바람직하다. 특정 실시양태에서, 규소 함유 인클루전은 예컨대 섬유 또는 막대 형태로 존재하는 것과 같은 높은 종횡비(폭으로 나눈 길이), 또는 구 형태로 존재하는 것과 같은 낮은 종횡비를 갖는다. 일부 실시양태에서, 규소 함유 인클루전은 평균 종횡비가 약 1 내지 약 100 또는 그 이상이다. 구체적인 실시양태에서, 규소 함유 인클루전은 평균 종횡비가 1 내지 약 50, 또는 1 내지 약 20, 또는 1 내지 약 10이다. 규소 함유 인클루전이 약 10 이상의 종횡비를 갖는 것과 같은 일부 실시양태에서, 본원에 제공된 규소 함유 인클루전은 적어도 하나의 평균 치수가 100 마이크론 미만, 예컨대 50 마이크론 미만, 또는 30 마이크론 미만이다. 더욱 구체적인 실시양태에서, 규소 함유 인클루전은 평균 치수가 25 마이크론 미만, 2 마이크론 미만, 15 마이크론 미만, 10 마이크론 미만 등이다. 특정 실시양태에서, 규소 함유 인클루전은 적어도 하나의 평균 치수가 적어도 200 nm, 예를 들어, 약 200 nm 내지 약 10 마이크론이다. 다른 실시양태에서, 규소 함유 인클루전은 적어도 하나의 평균 치수가 약 200 nm 이하, 예컨대 약 10 nm 내지 약 200 nm(예를 들어, 평균 직경이 약 10 nm 내지 약 200 nm이고 길이가 직경의 10 배까지, 100 배까지 또는 그 이상인 고종횡비 나노 섬유 또는 나노 막대)이다. 더 큰 구조가 이용되는 일부 경우, 본원에 기재된 방법에 따라 전기분무시 필연적으로 더 큰 액적이 형성된다.Generally, the silicon containing inclusion structure is micron or less than 1 micron in size, such as a nanoscale structure. In certain embodiments, the silicon-containing inclusions provided herein have an average dimension of less than 100 microns, such as less than 50 microns, or less than 30 microns. In more specific embodiments, the silicon containing inclusions have an average dimension of less than 25 microns, less than 2 microns, less than 15 microns, less than 10 microns, and the like. In certain embodiments, the silicon containing inclusions have an average dimension of at least 200 nm, for example, from about 200 nm to about 10 microns. In another embodiment, clusters that are nanostructured, such as those having an average dimension of about 200 nm or less, such as about 10 nm to about 200 nm, are preferred. In certain embodiments, the silicon-containing inclusions have a high aspect ratio (length divided by width), such as being present in the form of fibers or rods, or a low aspect ratio, such as being present in spherical form. In some embodiments, the silicon containing inclusions have an average aspect ratio of from about 1 to about 100 or more. In specific embodiments, the silicon containing inclusions have an average aspect ratio of from 1 to about 50, or from 1 to about 20, or from 1 to about 10. In some embodiments, where the silicon containing inclusions have an aspect ratio of at least about 10, the silicon containing inclusions provided herein have at least one average dimension less than 100 microns, such as less than 50 microns, or less than 30 microns. In more specific embodiments, the silicon containing inclusions have an average dimension of less than 25 microns, less than 2 microns, less than 15 microns, less than 10 microns, and the like. In certain embodiments, the silicon containing inclusions have an average dimension of at least one of at least 200 nm, for example, from about 200 nm to about 10 microns. In other embodiments, the silicon-containing inclusions may have an average dimension of at least about 200 nm, such as from about 10 nm to about 200 nm (e.g., an average diameter of from about 10 nm to about 200 nm, High aspect ratio nanofibers or nanorods up to 10 times, up to 100 times, or more). In some cases where a larger structure is used, a larger droplet is necessarily formed upon electrospray in accordance with the method described herein.

특정 실시양태에서, 본원에서 이용되는 규소 함유 인클루전은 탄소(예를 들어, 비정질 및/또는 결정질 탄소)와 같은 추가의 재료를 (예를 들어, 복합체로서) 더 포함한다. 예를 들어, 도 6 및 도 7은 전극 규소 활물질이 그 안에 함침된 탄소 매트릭스를 포함하는 규소 함유 인클루전을 도시한다. 본원에 기재된 규소 함유 인클루전은 임의로 (예를 들어, 평균하여) 약 30 중량% 이상의 전극 규소 활물질, 약 50 중량% 이상의 전극 규소 활물질, 약 70 중량% 이상의 전극 규소 활물질 등과 같은 임의의 적절량의 전극 규소 활물질(예를 들어, Si 및/또는 SiOx)을 포함한다.In certain embodiments, the silicon containing inclusions used herein further comprise additional materials (e.g., as a composite) such as carbon (e.g., amorphous and / or crystalline carbon). For example, Figures 6 and 7 illustrate a silicon containing inclusion containing a carbon matrix impregnated therein with an electrode silicon active material. The silicon-containing inclusions described herein may optionally comprise any suitable amount (e. G., On average) of at least about 30 weight percent electrode silicon active, at least about 50 weight percent electrode silicon active, at least about 70 weight percent electrode silicon active, (E. G., Si and / or &lt; RTI ID = 0.0 &gt; SiOx). &Lt; / RTI &gt;

임의의 적절한 탄소 인클루전 재료가 유체 저장물에 임의로 이용된다. 특정 실시양태에서, 탄소 재료는 나노 구조 탄소 재료와 같은 임의의 적절한 탄소 재료이다. 일부 경우, 탄소 재료는 탄소 시트, 탄소 리본 등이다. 구체적인 실시양태에서, 탄소 인클루전 재료는 그래핀 성분, 예를 들어, 그래핀, 또는 그의 하나 이상의 탄소 원자가 산소, 할라이드, 수소 등과 같은 하나 이상의 추가의 원자로 치환된 그래핀과 같은 이의 유사체이다. 일반적으로, 본원에서의 그래핀 또는 그래핀 성분은 허니콤 격자 구조(비프리스틴(non-pristine) 그래핀과 같은 일부 경우에는, 그래핀 옥사이드, 환원 그래핀 옥사이드 등이 본원에 기재되고 도시된 것과 같은 특정 결함을 그 안에 포함할 수 있음)를 갖는 일반적인 2 차원 구조(예를 들어, 1-25개 층을 가짐)를 갖는다. 구체적인 실시양태에서, 그래핀 성분은 산화 그래핀 성분이다. 일부 경우, 탄소 재료는 그래핀, 그래핀 옥사이드, 환원 그래핀 옥사이드 또는 이들의 조합과 같은 그래핀 성분이거나 또는 이를 포함한다. 구체적인 실시양태에서, 산화 그래핀 성분은 산소로, 예컨대 카보닐(C=O)기, 카복실기(예를 들어, 카복실산기, 카복실레이트기, COOR기, 예컨대 R이 C1-C6 알킬기인 것 등), -OH기, 에폭시드기, 에테르(-O-)기 등으로 작용화된 그래핀 성분이다. 도 30은 COOH, OH, 에폭시드, 에테르 및 카보닐 기를 포함하는 예시적인 산화 그래핀 성분(그래핀 옥사이드) 구조를 도시한다. 다른 그래핀 옥사이드 구조도 본원에서 고려된다. 특정 실시양태에서, 산화 그래핀 성분(또는 그래핀 옥사이드)은 약 60% 이상(예를 들어, 60% 내지 99%)의 탄소를 포함한다. 더욱 구체적인 실시양태에서, 산화 그래핀 성분은 약 60 중량% 내지 약 90 중량%의 탄소, 또는 약 60 중량% 내지 약 80 중량%의 탄소를 포함한다. 추가의 또는 대안적인 구체적인 실시양태에서, 산화 그래핀 성분은 약 40 중량% 이하의 산소, 예컨대 약 10 중량%의 산소 내지 약 40 중량%의 산소, 약 35 중량% 이하의 산소, 약 1 중량% 내지 35 중량%의 산소 등을 포함한다. 일부 바람직한 실시양태에서, 산화 그래핀 성분은 수성 매질 중에서의 그래핀 시트의 분산 및 개구를 촉진하기 위한 충분한 산소를 포함한다. 일부 실시양태에서, 탄소 및 산소의 총 %는 그래핀 성분 또는 유사체의 100%를 구성하지 않으며, 나머지 질량은 수소(및/또는 예를 들어, (예를 들어, 아민, 알킬 아민 등의 형태의) 질소)와 같은 임의의 적절한 원자를 포함한다. 또한, 본원에서 이용되는 방법 및 재료에 이용되는 그래핀 성분은 임의로 프리스틴 그래핀 시트, 또는 하나 이상의 내부 및/또는 외부 환이 산화 및/또는 개구 등 되어 있는 것과 같은 결함있는 그래핀 시트를 포함한다.Any suitable carbon encapsulant material is optionally employed in the fluid reservoir. In certain embodiments, the carbon material is any suitable carbon material, such as a nanostructured carbon material. In some cases, the carbon material is a carbon sheet, a carbon ribbon, or the like. In a specific embodiment, the carbon inclusion material is a graphene component, such as graphene, or an analogue thereof, such as graphene, or graphene in which one or more carbon atoms thereof are replaced by one or more additional atoms such as oxygen, halide, hydrogen, Generally, the graphene or graphene component herein may be used in combination with other components, such as those described and illustrated herein, such as honeycomb grating structures (in some cases, such as non-pristine graphene, graphene oxide, reduced graphene oxide, (E. G., Having 1-25 layers) with the same specific defect (which may contain the same specific defect therein). In a specific embodiment, the graphene component is a graphene oxide component. In some cases, the carbon material is or comprises a graphene component such as graphene, graphene oxide, reduced graphene oxide, or combinations thereof. In a specific embodiment, the oxidized graphene component is replaced by oxygen such as a carbonyl (C = O) group, a carboxyl group (e.g., a carboxylic acid group, a carboxylate group, a COOR group such as R being a C1- ), An OH group, an epoxy group, an ether (-O-) group or the like. Figure 30 shows an exemplary oxidized graphene component (graphene oxide) structure comprising COOH, OH, epoxide, ether, and carbonyl groups. Other graphene oxide structures are also contemplated herein. In certain embodiments, the oxidized graphene component (or graphene oxide) comprises greater than about 60% (e. G., 60% to 99%) carbon. In a more specific embodiment, the oxidized graphene component comprises about 60 wt% to about 90 wt% carbon, or about 60 wt% to about 80 wt% carbon. In further or alternative specific embodiments, the oxidized graphene component comprises less than or equal to about 40 weight percent oxygen, such as from about 10 weight percent oxygen to about 40 weight percent oxygen, less than or equal to about 35 weight percent oxygen, less than about 1 weight percent, To 35% by weight of oxygen and the like. In some preferred embodiments, the oxidized graphene component comprises sufficient dispersion of the graphene sheet in the aqueous medium and sufficient oxygen to promote the opening. In some embodiments, the total% of carbon and oxygen does not constitute 100% of the graphene component or analog and the remaining mass is hydrogen (and / or, for example, ) Nitrogen). &Lt; / RTI &gt; In addition, the graphene component used in the methods and materials used herein optionally includes a pristine graphene sheet, or a defective graphene sheet such as one or more internal and / or external rings that are oxidized and / or apertured.

특정 실시양태에서, 유체 저장물(및/또는 본원에 기재된 전극 및 재료)은 전극 활물질(예를 들어, 규소 함유 입자) 및 탄소 인클루전(예를 들어, 그래핀 성분)을, 약 1:10 이상, 예컨대 약 1:5 이상, 약 1:2 이상, 약 1:1 이상 등의 전극 활물질 대 탄소 인클루전의 중량비로 포함한다. 바람직한 실시양태에서, (예를 들어, SEI 형성, 분쇄 등으로부터와 같이 전극 활물질을 충분히 보호하기 위해 불충분한 양의 탄소 인클루전 재료를 제공함으로써) 전지 사이클링 성능을 너무 약화시키지 않을 정도로 결과로 나온 전극 재료의 용량을 증가시키지 않으면서, 이를 개선하기 위해서는, 활물질 대 탄소 재료의 비는 더 높은 것이 바람직하다. 일부 실시양태에서, 유체 저장물 중 활물질 포함 인클루전 대 탄소 인클루전의 중량비는 약 1:1 내지 약 1000:1, 예를 들어, 약 2:1이다. 일부 실시양태에서, 전극 활물질 대 탄소 인클루전의 중량비는 약 1:10 내지 약 20:1이다. 특정 실시양태에서, 전극 활물질 대 탄소 인클루전의 중량비는 약 1:2 내지 약 10:1, 예컨대 약 1:1 내지 약 5:1, 또는 약 2:1 내지 약 4:1이다. 특정 실시양태에서, 본원에 기재된 재료 및 전극에 대해서는 유사한 비의 활물질 대 탄소 인클루전이 제공되지만, 탄소 인클루전 재료(예를 들어, 그래핀 성분)가 환원되는 일부 경우는, (예를 들어, 탄소 인클루전 재료로부터의 산소의 제거로 인한) 환원 공정으로부터 생기는 중량 손실로 인해 본원의 재료 및 전극에 대해 더 높은 비도 고려된다.In certain embodiments, the fluid reservoir (and / or the electrodes and materials described herein) is coated with an electrode active material (e.g., silicon containing particles) and a carbon inclusion (e.g., graphene) 10 or more, such as about 1: 5 or more, about 1: 2 or more, about 1: 1 or more, and the like. In a preferred embodiment, the resulting &lt; RTI ID = 0.0 &gt; (e. G., &Lt; / RTI &gt; In order to improve this without increasing the capacity of the electrode material, it is preferable that the ratio of the active material to the carbon material is higher. In some embodiments, the weight ratio of active to inclusive inclusions in the fluid stock is from about 1: 1 to about 1000: 1, for example, about 2: 1. In some embodiments, the weight ratio of electrode active material to carbon inclusion is from about 1:10 to about 20: 1. In certain embodiments, the weight ratio of the electrode active material to the carbon inclusion is from about 1: 2 to about 10: 1, such as from about 1: 1 to about 5: 1, or from about 2: 1 to about 4: In certain embodiments, in some instances where a similar ratio of active material to carbon inclusions is provided for the materials and electrodes described herein, but the carbon inclusion material (e.g., graphene) is reduced (for example, Higher ratios for the materials and electrodes herein are also contemplated due to the weight loss resulting from the reduction process (due to the removal of oxygen from the carbon inclusion material).

본원에 제공되는 유체 저장물에는 임의의 적절한 양의 전극 활물질이 포함된다. 구체적인 실시양태에서, 유체 저장물에 제공되는 전극 활물질 및/또는 전극 활물질을 포함하는 인클루전의 농도는 약 0.05 중량% 이상, 예를 들어, 약 0.1 중량% 내지 약 25 중량%, 약 0.2 중량% 내지 약 10 중량%, 약 0.5 중량% 내지 약 5 중량%, 약 1 중량% 내지 약 3 중량%, 약 2 중량% 등이다.The fluid reservoirs provided herein include any suitable amount of electrode active material. In a specific embodiment, the concentration of the inclusion containing the electrode active material and / or the electrode active material provided in the fluid reservoir is at least about 0.05% by weight, such as from about 0.1% to about 25% by weight, at least about 0.2% About 10 wt%, about 0.5 wt% to about 5 wt%, about 1 wt% to about 3 wt%, about 2 wt%, and the like.

탄소 인클루전(예를 들어, 그래핀 성분) 및 활물질(또는 이의 전구체)은 임의의 적절한 농도로 유체 저장물에 포함된다. 일반적으로, 노즐 시스템의 막힘 및/또는 인클루전 재료의 원하지 않는 응집, 응괴의 초래 등을 회피하면서, 처리 능력을 증가시키거나 최대화하기 위한 농도가 바람직하다. 일부 실시양태에서, 그래핀 성분은 (예를 들어, 서로의 위에 그래핀 시트가 접히는 것을 감소시키거나 최소화하기 위해) 그래핀 시트의 양호한 분산 및 언패킹을 가능하게 하기 위한 충분히 적은 양으로 유체 저장물에 포함된다. 특정 실시양태에서, 유체 저장물은 약 0.01 중량% 이상의 탄소 인클루전(예를 들어, GO와 같은 그래핀 성분)을 포함한다. 특정 실시양태에서, 유체 저장물은 약 0.01 중량% 이상의 활물질(예를 들어, 규소 함유 입자)을 포함한다. 더욱 구체적인 실시양태에서, 유체 저장물은 약 0.1 중량% 내지 약 10 중량%의 탄소 인클루전(예를 들어, GO와 같은 그래핀 성분)을 포함한다. 일부 실시양태에서, 유체 저장물은 약 1 중량% 내지 약 5 중량%의 탄소 인클루전(예를 들어, GO와 같은 그래핀 성분)을 포함한다. 더욱 구체적인 실시양태에서, 유체 저장물은 약 0.1 중량% 내지 약 30 중량%의 활물질(예를 들어, 규소 함유 입자)을 포함한다. 일부 실시양태에서, 유체 저장물은 약 0.2 중량% 내지 약 20 중량%(예를 들어, 약 0.2 중량% 내지 약 10 중량%)의 활물질(예를 들어, 규소 함유 입자)을 포함한다. 일부 실시양태에서, 유체 저장물은 약 1 중량% 내지 약 15 중량%(예를 들어, 약 5 중량% 내지 약 10 중량%)의 활물질(예를 들어, 규소 함유 입자)을 포함한다.The carbon inclusions (e.g., graphene components) and the active material (or precursor thereof) are included in the fluid reservoir at any suitable concentration. Generally, concentrations are desired to increase or maximize the throughput while avoiding clogging of the nozzle system and / or unwanted aggregation of the inclusion material, resulting in clogging. In some embodiments, the graphene component may be stored in a fluid storage (e.g., in an amount that is small enough to allow for good dispersion and unpacking of the graphene sheet (e.g., to reduce or minimize folding of the graphene sheet on top of each other) It is included in water. In certain embodiments, the fluid reservoir contains a clutane (e.g., a graphene component such as GO) that is at least about 0.01 weight percent carbon. In certain embodiments, the fluid stock comprises at least about 0.01% by weight of active material (e.g., silicon-containing particles). In a more specific embodiment, the fluid reservoir comprises a clutane (e.g., a graphene component such as GO) having from about 0.1 wt% to about 10 wt% carbon. In some embodiments, the fluid reservoir comprises a clutane (e.g., a graphene component such as GO) that is from about 1 wt% to about 5 wt% carbon. In a more specific embodiment, the fluid stock comprises from about 0.1% to about 30% by weight of active material (e.g., silicon-containing particles). In some embodiments, the fluid stock comprises from about 0.2 wt% to about 20 wt% (e.g., from about 0.2 wt% to about 10 wt%) of active material (e.g., silicon-containing particles). In some embodiments, the fluid reservoir comprises about 1 wt% to about 15 wt% (e.g., about 5 wt% to about 10 wt%) of active material (e.g., silicon-containing particles).

특정 실시양태에서, 본원의 방법은 그래핀 성분을 환원시키는(예를 들어, 이의 산소 함량을 감소시키는) 단계를 더 포함한다. 일부 실시양태에서, 본원의 방법은 그래핀 성분을 열로 또는 화학적으로 환원시키는 것을 포함한다. 특정 실시양태에서, 환원 그래핀 성분은 환원 그래핀 옥사이드이다. 일부 실시양태에서, 환원 그래핀 성분 또는 환원 그래핀 옥사이드는 (예를 들어, 산소 중량%가 유체 저장물의 그래핀 성분의 산소 중량% 미만인) 그래핀 옥사이드에 대해 기재된 것과 같이 임의로 산소로 작용화된 (프리스틴, 또는 하나 이상의 개구 내부 환 등을 포함하는 것과 같은 결함있는) 그래핀이다. 일반적으로, 환원 그래핀 성분(예를 들어, 환원 그래핀 옥사이드(rGO))은 예컨대 열에 의해(예를 들어 예컨대 불활성(예를 들어, 질소, 아르곤 등) 분위기 또는 환원 조건(예를 들어, 불활성 기체 및 수소 기체 등과 혼합된 수소 기체) 하에서, 200℃ 이상으로 가열), 조사에 의해, (예를 들어, 히드라진, 수소 플라즈마, 우레아 등으로 처리하여) 화학적으로, 또는 (예를 들어, 강한 펄스광을 이용하는) 다른 기전에 의해 부분적으로 또는 완전히 환원된 그래핀 옥사이드 재료로 인식된다. 도 31은 다양한 예시적인 환원 그래핀 옥사이드(rGO) 구조를 도시한다. 도시된 바와 같이, 상기 구조는 결함이 있고(또는 없고) 다른 존재 원자(예를 들어, 수소 및/또는 예를 들어, 본원에서 논의 및 예시된 것과 같은 산화 구조를 비롯한 산소)가 있는(또는 없는), 그래핀의 기본적인 2차원 허니컴 격자 구조이다. 다양한 실시양태에서, 환원 그래핀 성분 또는 환원 그래핀 옥사이드는 약 60% 이상(예를 들어, 60% 내지 99%), 예컨대 약 70 중량% 이상, 약 75 중량% 이상, 약 80 중량% 이상, 약 85 중량% 이상, 약 90 중량% 이상, 또는 약 95 중량% 이상(예를 들어, 약 99 중량%까지 또는 그 이상)의 탄소를 포함한다. 특정 실시양태에서, 환원 그래핀 성분(예를 들어, rGO)은 약 35 중량% 이하(예를 들어, 0.1 중량% 내지 35 중량%)의 산소, 예를 들어, 약 25 중량% 이하(예를 들어, 0.1 중량% 내지 25 중량%)의 산소, 또는 대략 약 20 중량% 이하, 약 15 중량% 이하, 약 10 중량% 이하(예를 들어, 약 0.01 중량%까지, 약 0.1 중량%까지, 약 1 중량%까지 등)의 산소를 포함한다. 구체적인 실시양태에서, 환원 그래핀 성분(예를 들어, rGO)은 약 0.1 중량% 내지 약 10 중량%, 예를 들어, 약 4 중량% 내지 약 9 중량%, 약 5 중량% 내지 약 8 중량% 등의 산소를 포함한다. 일부 실시양태에서, 탄소 및 산소의 총 %는 환원 그래핀 성분의 100%를 구성하지 않으며, 나머지 질량은 수소, 또는 본원에 비환원 그래핀 성분에 대해 논의된 바의 다른 물질과 같은 임의의 적절한 원자를 포함한다.In certain embodiments, the method further comprises reducing the graphene component (e. G., Reducing its oxygen content). In some embodiments, the methods herein involve heat or chemically reducing the graphene component. In certain embodiments, the reduced graphene component is reduced graphene oxide. In some embodiments, the reduced graphene component or the reduced graphene oxide is optionally modified with oxygen (e.g., as described for graphene oxide wherein the weight percent of oxygen is less than the% oxygen by weight of the graphene component of the fluid stock) (Pristine, or defective, such as containing one or more open internal rings, etc.). Generally, the reduced graphene component (e. G., Reduced graphene oxide (rGO)) can be removed by, for example, heat (e. G., In an inert (e. G., Nitrogen, argon, (For example, by treating with hydrazine, hydrogen plasma, urea or the like) by irradiation (for example, by heating at a temperature of 200 ° C or higher under a hydrogen gas mixed with a gas, a hydrogen gas and the like) Lt; RTI ID = 0.0 &gt; partially &lt; / RTI &gt; or completely reduced by other mechanisms (e. 31 illustrates various exemplary reduced graphene oxide (rGO) structures. As can be seen, the structure is defective (or absent) with (or without) other existing atoms (e.g., hydrogen and / or oxygen including oxidized structures such as those discussed and illustrated herein) ), Is the basic two-dimensional honeycomb lattice structure of graphene. In various embodiments, the reduced graphene component or the reduced graphene oxide is present in an amount of at least about 60% (e.g., 60% to 99%), such as at least about 70%, at least about 75% , At least about 85 wt%, at least about 90 wt%, or at least about 95 wt% (e.g., up to about 99 wt%) carbon. In certain embodiments, the reduced graphene component (e. G., RGO) is less than or equal to about 35 weight percent (e.g., from 0.1 weight percent to 35 weight percent) (For example, from about 0.1 wt% to about 25 wt%), or up to about 20 wt%, up to about 15 wt%, up to about 10 wt% (e.g., up to about 0.01 wt% Up to 1% by weight of oxygen). In a specific embodiment, the reduced graphene component (e. G., RGO) comprises from about 0.1% to about 10%, such as from about 4% to about 9%, from about 5% to about 8% And the like. In some embodiments, the total% of carbon and oxygen does not constitute 100% of the reduced graphene component and the remaining mass is any suitable amount, such as hydrogen, or other materials discussed herein for the non- Atoms.

특정 실시양태에서, 본원에서 유체 저장물 및 재료에 이용되는 탄소 인클루전(예를 들어, 그래핀 성분)은 임의의 적절한 치수를 갖는다. 일부 실시양태에서, 탄소 인클루전은 그래핀 성분(예를 들어, 그래핀 옥사이드, 환원 그래핀 옥사이드, 그래핀 등)과 같은 2차원 재료이다. 특정 실시양태에서, 2차원 재료(예를 들어, 그래핀 성분)는 제1 치수 및 제2 치수(예를 들어, 길이 및 폭)를 가지며, 이의 평균 치수가 재료의 평균 치수이다. 일부 실시양태에서, 활물질 인클루전은 평균 치수를 갖는 3차원(예를 들어, 입자에 대해서는 길이, 폭, 높이, 또는 막대/섬유에 대해서는 직경 및 길이)을 갖는다. 일부 실시양태에서, 이용되는 탄소 인클루전은 엔벨로프 또는 웹에서와 같이 전기분무 침적시 활물질 인클루전을 코팅 또는 래핑하기에 충분한 크기의 것이다. 구체적인 실시양태에서, (예를 들어, 2차원) 탄소 인클루전의 평균 치수는 활물질 인클루전의 평균 치수와 동등하거나 이보다 크다. 특정 실시양태에서, 더 큰 탄소 인클루전은 다수의 활물질 인클루전을 래핑하거나 감싸는 능력을 제공한다. 일부 실시양태에서, 탄소 인클루전의 평균 치수는 활물질 인클루전의 평균 치수의 약 0.1 배 내지 약 500 배이다. 구체적인 실시양태에서, 탄소 인클루전의 평균 치수는 활물질 인클루전의 평균 치수의 약 1 배 내지 약 200 배이다. 더욱 구체적인 실시양태에서, 탄소 인클루전의 치수는 (예를 들어, 전극 활물질 인클루전이 약 200 nm 이상의 평균 치수를 갖는) 활물질 인클루전의 평균 치수의 약 5 배 내지 약 25 배, 예컨대 약 10 배이다. 다른 구체적인 실시양태에서, 탄소 인클루전의 치수는 (예를 들어, 전극 활물질 인클루전이 약 200 nm 이하의 평균 치수를 갖는) 활물질 인클루전의 평균 치수의 약 50 배 내지 약 250 배, 예컨대 약 100 배이다. 일부 실시양태에서, 2차원 탄소 인클루전의 평균 치수는 약 1 마이크론 내지 약 20 마이크론(예를 들어, 약 5 마이크론 내지 약 10 마이크론)이다.In certain embodiments, the carbon inclusions (e.g., graphene components) utilized in the fluid reservoir and materials herein have any suitable dimensions. In some embodiments, the carbon inclusions are two-dimensional materials such as graphene components (e.g., graphene oxide, reduced graphene oxide, graphene, etc.). In certain embodiments, the two-dimensional material (e.g., graphene component) has a first dimension and a second dimension (e.g., length and width), the average dimension of which is the average dimension of the material. In some embodiments, the active inductance has a three-dimensional (e. G., Length, width, height, or diameter and length for rods / fibers for particles) with an average dimension. In some embodiments, the carbon inclusions utilized are of sufficient size to coat or wrap the active material, such as an envelope or web, during electro-spray deposition. In a specific embodiment, the average dimension of the (e. G., Two-dimensional) carbon inclusions is equal to or greater than the average dimension of the active quartz. In certain embodiments, larger carbon inclusions provide the ability to wrap or encapsulate multiple active materials, such as Cluj. In some embodiments, the average dimension of the carbon inclusions is from about 0.1 to about 500 times the average dimension of the active quartz. In a specific embodiment, the average dimension of the carbon inclusions is from about 1 to about 200 times the average dimension of the active quartz. In a more specific embodiment, the dimensions of the carbon inclusions may range from about 5 times to about 25 times, for example, about 10 times (for example, about 10 times) the average size of the active material, to be. In other specific embodiments, the dimensions of the carbon inclusions may range from about 50 to about 250 times the average dimension of the active material (e.g., the electrode active material clut is an average dimension of about 200 nm or less), such as about 100 It is a ship. In some embodiments, the average dimension of the two-dimensional carbon inclusions is from about 1 micron to about 20 microns (e.g., from about 5 microns to about 10 microns).

특정 실시양태들에서는, 그래핀 성분(예를 들어, 그래핀 옥사이드)이 유체 저장물에 이용되고, 유체 저장물의 전기분무 이후에, 모아진 침적물이 (예를 들어, 약 100℃ 이상의 온도, 예를 들어, 약 150℃ 내지 약 350℃, 약 200℃ 내지 약 300℃, 약 200℃, 약 250℃, 또는 임의의 적합한 온도로) 열처리되어, 그래핀 옥사이드를 적어도 부분적으로 환원시킨다 (즉, 그래핀 옥사이드 내 탄소에 비해 산소의 퍼센티지를 감소시킨다). 일부 실시양태들에서는, 그래핀 웹의 열처리가 그래핀 포켓 내에 둘러싸인 입자 주변에서 그래핀 웹을 수축시킨다. 일부 실시양태들에서, 수축된 웹은 (예를 들어, 입자와 전해질 상호작용을 더욱 최소화함으로써), 예컨대 전해질이 트랩핑될 수 있는 엔벨로프 내의 공간을 감소시키거나 최소화함으로써 그 내부의 입자를 추가 보호한다. 특정 실시양태들에서, 포켓, 예컨대 수축된 포켓은 자신의 유연성을 보유하며, 이는 입자가 예컨대 포켓 내에서 (예를 들어, 본래 부피의 최대 적어도 200%, 본래 부피의 적어도 300%, 본래 부피의 적어도 400%, 등) 팽창하도록 해준다 (예를 들어, 규소와 반응하여 규소가 리튬화될 때 치명적인 SEI 층을 형성할 수 있는 전해질로의 불필요한 노출 없이 입자가 팽창하도록 해준다). 일부 실시양태들에서는, 수축된 포켓 내부의 보이드 공간 부피(내부의 입자에 의해 점유되지 않은 엔벨로프 내 부피)가 웹의 열처리 이후에 (예를 들어, 열처리 전 엔벨로프에 비해) 적어도 10%, 적어도 20%, 적어도 30%, 적어도 50%, 등으로 감소된다. 특정 실시양태들에서, 포켓 내부의 보이드 공간 부피는 임의의 적합한 부피, 예컨대 내부 입자의 부피의 100% 미만, 50% 미만, 25% 미만, 10% 미만, 등이다. 다양한 다른 실시양태들에서는, 침적 이후에 그래핀 옥사이드를 환원시키기 위해 경우에 따라 임의의 다른 적합한 기법이 사용된다. 어떤 경우에는, 침적 이후에 그래핀 옥사이드의 환원이 (예를 들어, 어떤 경우에는, 탄소 인클루전의 전도성을 증가시킴으로써) 재료의 성능 특성을 개선한다. 예를 들어, 본원에서 제공되는 다양한 도면은 어떤 경우에는, 본원에서 제공되는 재료가 그래핀 옥사이드(GO)에 비해 환원된 그래핀 옥사이드(rGO)의 경우 개선된 성능(예를 들어, 비용량) 특성을 나타내는 것을 설명한다. 그러나, 물이 유체 저장물의 액체 매질로서 사용되는 것과 같은 어떤 경우에는, 예를 들어, 개선된 용해도/분산성 및 처리 시설을 위해 그래핀 옥사이드(GO)를 사용하는 것이 바람직하다. 일부 실시양태들에서, 본원의 방법은 환원 단계를 생략하며, 예컨대 전극 재료에 적합한 그래핀 성분이 유체 저장물에 직접 사용된다. In certain embodiments, a graphene component (e. G., Graphene oxide) is used in the fluid storage, and after the electrospray of the fluid storage, the collected deposit is heated to a temperature of, for example, (E.g., from about 150 ° C to about 350 ° C, from about 200 ° C to about 300 ° C, to about 200 ° C, to about 250 ° C, or to any suitable temperature) to at least partially reduce the graphene oxide Reducing the percentage of oxygen relative to carbon in the oxide. In some embodiments, the heat treatment of the graphene web retracts the graphene web around the grains enclosed within the graphene pocket. In some embodiments, the shrunk web further protects the particles therein by reducing or minimizing, for example, the space in the envelope through which the electrolyte can be trapped (e. G., By further minimizing electrolyte interactions with the particles) do. In certain embodiments, the pocket, e.g., the retracted pocket, has its own flexibility, which allows the particle to have its own flexibility, for example in a pocket (e.g., at least 200% of its original volume, at least 300% (E.g., at least 400%, etc.) (e.g., reacting with silicon to allow the particles to expand without unnecessary exposure to electrolyte that can form a fatal SEI layer when silicon is lithiated). In some embodiments, void volume in the interior of the retracted pocket (volume in the envelope not occupied by the internal particles) is at least 10%, at least 20% (e.g., %, At least 30%, at least 50%, and so on. In certain embodiments, the volume void volume inside the pocket is in any suitable volume, such as less than 100%, less than 50%, less than 25%, less than 10%, etc., of the volume of the internal particles. In various other embodiments, any other suitable technique is used, as the case may be, to reduce graphene oxide after deposition. In some cases, the reduction of graphene oxide after deposition (e. G., In some cases, by increasing the conductivity of the carbon inclusions) improves the performance characteristics of the material. For example, the various figures provided herein show that in some cases, the materials provided herein exhibit improved performance (e.g., non-capacity) in the case of graphene oxide (rGO) reduced compared to graphene oxide (GO) Characteristics are described. However, in some cases, such as where water is used as the liquid medium of the fluid reservoir, it is desirable to use graphene oxide (GO), for example, for improved solubility / dispersibility and processing facilities. In some embodiments, the method of the present invention omits the reducing step, e.g., a graphene component suitable for the electrode material is used directly in the fluid storage.

특정 실시양태들에서, 액체 매질은 임의의 적합한 용매 또는 현탁제를 포함한다. 일부 실시양태들에서, 액체 매질은 단지 비히클로서 이용되며 예를 들어, 전기분무 공정 동안 및/또는 침적물의 건조시에 증발에 의해 최종적으로 제거된다. 일부 실시양태들에서, 액체 매질은 수성 매질이다. 특정 실시양태들에서, 액체 매질은 물, 알콜((예를 들어, n-, tert-, sec-, 또는 이소-) 부탄올, (예를 들어, n-, 또는 이소-) 프로판올, 에탄올, 메탄올, 또는 이들의 조합), 테트라히드로푸란(THF), 디메틸포름아미드(DMF), N-메틸-2-피롤리돈(NMP), 디메틸아세트아미드(DMAc), 또는 이들의 조합을 포함한다. 보다 구체적인 실시양태들에서, 액체 매질은 물을 포함한다.In certain embodiments, the liquid medium comprises any suitable solvent or suspending agent. In some embodiments, the liquid medium is only used as a vehicle and is eventually removed, for example, by evaporation during the electrospray process and / or drying of the deposit. In some embodiments, the liquid medium is an aqueous medium. In certain embodiments, the liquid medium is selected from the group consisting of water, alcohols (e.g., n-, tert-, sec- or iso-butanol), (e.g. n- or iso-) propanol, ethanol, , Or a combination thereof), tetrahydrofuran (THF), dimethylformamide (DMF), N-methyl-2-pyrrolidone (NMP), dimethylacetamide (DMAc), or combinations thereof. In more specific embodiments, the liquid medium comprises water.

본 발명의 일 실시양태에 따른 재료 또는 전극을 제조하는 방법에서, 나노 구조의 인클루전, 탄소 인클루전, 및 물을 포함하는 유체 저장물은 탄소 인클루전과 물을 포함하는 (분산된) 용액을 규소 활물질을 포함하는 나노 구조의 인클루전과 혼합함으로써 형성될 수 있다. In a method of manufacturing a material or electrode according to an embodiment of the present invention, the fluid reservoir containing the inclusions of the nanostructures, the carbon inclusions, and the water comprises (dispersed) The solution may be formed by mixing the solution with an encapsulant of a nanostructure containing a silicon active material.

어떤 경우에, (분산된) 용액 중 그래핀 성분의 양이 너무 적으면, 나노 구조의 인클루전(예를 들어, 규소 활물질)이 전극 또는 전극 재료 중 그래핀 성분을 포함하는 탄소 웹으로 효과적으로 랩핑될 수 없다. 이에, 이러한 경우들 중 일부에서, 전극의 성질이 열화될 수 있다. 어떤 경우에는, 본원에 기재된 기체-구동 시스템 및 방법이 충분한 탄소(예를 들어, 그래핀) 성분을 가진 에어로졸 또는 플룸의 생성을 허용하여 보호된 전극 재료(예를 들어, SiOx)의 우수한 형성을 촉진하는데, 이는 통상적인 기법을 사용해서는 불가능할 수 있다. 특정 실시양태들에서, 유체 저장물의 점도는 적어도 200 센티푸아즈(cP), 예컨대 적어도 500 cP, 적어도 1000 cP, 적어도 2000 cP, 적어도 2,500 cP, 적어도 3,000 cP, 적어도 4,000 cP, 등 (예를 들어, 최대 20,000 cP, 최대 약 10,000 cP, 등)이다. 바람직한 실시양태들에서, 유체 저장물의 점도는 약 2,000 cP 내지 약 10,000 cP이다.In some cases, if the amount of graphene component in the (dispersed) solution is too low, the inclusion of the nanostructure (e.g., silicon active) can be effectively applied to the carbon web including the graphene component of the electrode or electrode material Can not be wrapped. Thus, in some of these cases, the properties of the electrode may deteriorate. In some cases, the gas-driven systems and methods described herein allow for the formation of an aerosol or plume having sufficient carbon (e.g., graphene) components to provide excellent formation of a protected electrode material (e.g., SiOx) Which may not be possible using conventional techniques. In certain embodiments, the viscosity of the fluid reservoir is at least 200 centipoise (cP), such as at least 500 cP, at least 1000 cP, at least 2000 cP, at least 2,500 cP, at least 3,000 cP, at least 4,000 cP, , Up to 20,000 cP, up to about 10,000 cP, etc.). In preferred embodiments, the viscosity of the fluid reservoir is from about 2,000 cP to about 10,000 cP.

일부 실시양태들에서는, 본원에서 제공된 재료 및 전극(예를 들어, 이의 박층 침적물)을 제조하는 방법이 본원에 제공되며, 이 방법은 본원에서 제공된 유체 저장물을 기체(예를 들어, 제어된 기체 흐름)로 전기분무하는 단계를 포함한다. 특정 실시양태들에서, 유체 및 기체는 유사한 방향으로 전기분무 노즐로부터 토출된다. 어떤 경우에는, 전기분무 노즐로부터 유체 저장물과 기체의 토출 방향이 서로의 약 30도 이내, 또는 더 바람직하게는 서로의 약 15도 이내이다 (예를 들어, 서로의 약 10도 이내 또는 약 5도 이내). 특정 실시양태들에서, 유체 저장물과 기체는 동축 구성으로 노즐로부터 토출되도록 구성된다. 어떤 경우에, 본원에 기재된 구성 및 방법은 고속 기체를 이용한 전기장 구배의 구동력들을 합하여 전기분무의 향상된 구동력을 허용한다. 어떤 경우에, 본원에 기재된 구성 및 방법은 예컨대 도면에서 설명하는 바와 같이 본원에 기재된 재료 특성에 있어 몇가지 개선을 제공했다. In some embodiments, a method is provided herein for producing materials and electrodes (e.g., a thin layer deposit thereof) provided herein, which method comprises contacting the fluid storage provided herein with a gas (e.g., a controlled gas RTI ID = 0.0 &gt; flow). &Lt; / RTI &gt; In certain embodiments, the fluid and gas are ejected from the atomizing nozzle in a similar direction. In some cases, the discharge directions of the fluid reservoir and the gas from the atomizing nozzle are within about 30 degrees of each other, or more preferably within about 15 degrees of each other (e.g., within about 10 degrees of each other or about 5 degrees Within. In certain embodiments, the fluid reservoir and the gas are configured to be dispensed from the nozzle in a coaxial configuration. In some instances, the configurations and methods described herein allow for improved driving force of the electrospray by summing the driving forces of the electric field gradient with high velocity gas. In some instances, the compositions and methods described herein have provided some improvement in the material properties described herein, for example, as described in the Figures.

어떤 경우에는, (예를 들어, 본원에서 제공되는 방법 및/또는 시스템을 사용하여) 유체 저장물의 전기분무가 제트의 형성을 유도하며, 그 결과 복수의 비말을 포함하는 플룸으로 변형된다. 어떤 경우에는, (예를 들어, 본원에서 제공되는 방법 및/또는 시스템을 사용하여) 본원에서 제공된 바와 같은 유체 저장물의 전기분무가 복수의 비말을 포함하는 플룸의 형성을 유도한다 (예를 들어, 전기분무 플룸 내 비말 용액, 비말 현탁물, 및/또는 고체 입자를 포괄하기 위해 본원에서 총괄적으로 언급됨). 어떤 경우에, 본원에 기재된 방법은 매우 균일한 크기 분포를 갖는 작은 비말(예를 들어, 나노 크기의 비말)의 형성을 유도한다. In some cases, electrospraying of the fluid reservoir (e.g., using the method and / or system provided herein) induces the formation of a jet, resulting in a plume containing a plurality of droplets. In some cases, electrospraying of a fluid reservoir as provided herein (e.g., using methods and / or systems provided herein) leads to the formation of a plume containing a plurality of droplets (e.g., (Collectively referred to herein to include droplet solutions, droplet suspensions, and / or solid particles in electrospray plumes). In some cases, the methods described herein lead to the formation of small droplets (e.g., nanoscale droplets) with a very uniform size distribution.

특정 실시양태들에서, 본원에 제공되는 방법은 복수의 입자 및/또는 비말을 포함하는 정전하로 대전된 플룸(예를 들어, 내부에 분산된 복수의 입자 및/또는 비말을 포함하는 공기의 영역 또는 구간)을 제조하는 단계를 포함한다. 특정 실시양태들에서, 복수의 입자 및/또는 비말은 나노 크기의 입자 및/또는 비말이다. 보다 구체적인 실시양태들에서, 복수의 입자 및/또는 비말은 평균 직경이 약 100 마이크론 이하, 약 50 마이크론 이하, 30 마이크론 미만, 약 20 마이크론 이하, 15 마이크론 미만, 또는 약 10 마이크론 이하이다. 보다 구체적인 실시양태들에서, 복수의 입자 및/또는 비말은 평균 직경이 약 5 마이크론 이하, 예를 들어, 약 1 마이크론 이하이다. 특정 실시양태들에서, 입자 및/또는 비말의 크기는 매우 균일하며, 이때 입자 및/또는 비말 크기의 표준 편차는 입자 및/또는 비말의 평균 크기의 약 50%, 또는 그 미만이다 (예를 들어, 약 40% 이하, 약 30% 이하, 약 20% 이하, 약 10% 이하, 등) (예를 들어, 노즐로부터 임의의 정해진 거리에서, 예를 들어, 노즐로부터 약 10 cm 이상, 약 15 cm 이상, 약 20 cm 이상, 약 25 cm 이상에서).In certain embodiments, the methods provided herein include electrostatically charged plumes comprising a plurality of particles and / or droplets (e. G., A region of air comprising a plurality of particles and / or droplets dispersed therein) Section). &Lt; / RTI &gt; In certain embodiments, the plurality of particles and / or droplets are nanoscale particles and / or non-particles. In more specific embodiments, the plurality of particles and / or droplets have an average diameter of about 100 microns or less, about 50 microns or less, about 30 microns, about 20 microns or less, about 15 microns, or about 10 microns or less. In more specific embodiments, the plurality of particles and / or droplets have an average diameter of about 5 microns or less, for example, about 1 micron or less. In certain embodiments, the size of the particles and / or droplets is very uniform, wherein the standard deviation of the particle and / or droplet size is about 50% or less of the average size of the particle and / or droplet (e.g., , About 40% or less, about 30% or less, about 20% or less, about 10% or less (e.g., about 10 cm or more from the nozzle, At least about 20 cm, at least about 25 cm).

일부 실시양태들에서, 유체 저장물, 제트, 및/또는 플룸은 유체(예를 들어, 물), 활물질을 포함하는 (예를 들어, 마이크로 또는 나노-구조의) 인클루전, 및 탄소 인클루전을 포함한다. 특정 실시양태들에서, 본원에 제공되는 조성물은 유체(예를 들어, 물), 활물질을 포함하는 (예를 들어, 마이크로 또는 나노-구조의) 인클루전, 및 탄소 인클루전을 포함하는 복수의 비말, 제트, 또는 유체 저장물을 포함한다. 다양한 실시양태들에서, 개개 비말은 경우에 따라 활물질 및/또는 탄소 인클루전 중 어느 하나 또는 둘다를 포함한다. 추가로, 비말의 (플룸의) 유체의 일부 또는 전부가 전기분무 공정 동안 (예를 들어, 침적 이전에) 증발될 수 있다. 다양한 실시양태들에서, 본원에 기재된 비말, 또는 이를 포함하는 조성물 내 인클루전 재료의 농도는 유체 저장물에서, 또는 심지어 제트에서 (유체의 증발이 개시되는 경우에) 그러한 재료의 농도보다 일반적으로 더 높다. 특정 실시양태들에서, 비말 또는 비말을 포함하는 조성물은 비말 또는 이를 포함하는 조성물/플룸의 농도의 적어도 1.5x, 적어도 2x, 적어도 3x, 적어도 5x, 적어도 10x, 등의 인클루전 농도를 갖는다 (예를 들어, 인클루전은 비말 또는 이를 포함하는 조성물/플룸의 최대 70 중량% 이상, 80 중량% 이상, 90 중량% 이상, 또는 심지어 100 중량%를 구성함).In some embodiments, the fluid reservoir, jet, and / or plume may include a fluid (e.g., water), an inclusion (e.g., of a micro or nano-structure) Includes. In certain embodiments, the compositions provided herein include a fluid (e.g., water), an inclusion (e.g., of a micro or nano-structure) comprising an active material, and a plurality Jet, or fluid reservoir. In various embodiments, the individual droplets optionally include either or both of the active material and / or the carbon inclusions. In addition, some or all of the droplet fluid (s) may be evaporated during the electrospray process (e.g., prior to deposition). In various embodiments, the concentration of the inclusion described herein, or the inclusion material in the composition comprising it, is generally greater than the concentration of such material in the fluid storage, or even in a jet (if evaporation of the fluid is initiated) Higher. In certain embodiments, the composition comprising a droplet or droplet has an inclusion concentration of at least 1.5x, at least 2x, at least 3x, at least 5x, at least 10x, etc. of the concentration of the droplet or composition / plume containing it For example, the inclusions comprise at least 70 wt%, at least 80 wt%, at least 90 wt%, or even 100 wt% of the droplet or composition / plume containing it.

특정 실시양태들에서, 플룸, 및/또는 이의 입자 및/또는 비말은 탄소 인클루전(예를 들어, 그래핀 성분) 및/또는 복수의 전극 활물질을 함유하는 입자(예를 들어, 마이크로- 및/또는 나노-입자)를 포함한다. 일부 실시양태들에서, 비말은 탄소 인클루전 및 전극 활물질 함유 인클루전 둘다를 포함한다. 특정 실시양태들에서, 비말은 탄소 인클루전 또는 전극 활물질 함유 인클루전 중 하나를 포함한다. 다양한 실시양태들에서, 본원에서 제공되는 플룸은 경우에 따라 비말의 두 타입 중 어느 하나 또는 두 타입 모두를 포함한다. 특정 실시양태들에서, 플룸(예를 들어, 이의 입자 및/또는 비말)은 액체 매질을 더 포함한다 (예를 들어, 유체 저장물의 액체 매질이 완전히 증발되지 않은 경우). 어떤 경우에는, 제어된 공기 흐름이 침적물 균일성 및 성능 특성을 증가시키면서도 제트 및 플룸의 분산 및 분해에 있어 증가율 및 균일성을 허용하고, 이는 증가된 유체 저장물 유속을 허용한다. 특정 실시양태들에서, 유체 저장물은 약 0.01 내지 약 10 mL/min, 예를 들어, 약 0.05 mL/min 내지 약 5 mL/min, 또는 약 0.5 mL/min 내지 약 5 mL/min의 비율로 제1 유입구에 제공된다 (예를 들어, 직류 전압(VDC)이 전기분무 시스템에 인가되는 경우). 어떤 경우에는, 교류 구성의 사용이 (예를 들어, 교류 전압(VAC)이 전기분무 시스템에 인가되는 경우) 보다 높은 처리량을 허용한다. 특정 실시양태들에서, 유체 저장물은 약 0.1 mL/min 이상, 예를 들어, 약 0.1 mL/min 내지 약 25 mL/min, 약 0.3 mL/min 이상, 약 0.5 mL/min 이상, 약 1 mL/min 이상, 약 2.5 mL/min, 또는 약 5 mL/min 이상의 비율로 제1 유입구에 제공된다.In certain embodiments, the plume, and / or the particles and / or droplets thereof, may comprise particles (e.g., micro-and / or nanoparticles) containing a carbon inclusion (e.g., graphene component) and / / Or nano-particles). In some embodiments, the droplet includes both carbon-containing clusters and electrode active material-containing inclusions. In certain embodiments, the droplet comprises one of carbon-containing clusters or electrode active-material containing encuvings. In various embodiments, the plumes provided herein include either or both types of two types of droplets, as the case may be. In certain embodiments, the plume (e.g., particles and / or droplets thereof) further comprises a liquid medium (e.g., if the liquid medium of the fluid storage is not completely evaporated). In some cases, controlled airflow allows for increased rate and uniformity in dispersion and decomposition of jets and plumes, while increasing deposition uniformity and performance characteristics, which allows increased fluid storage rate. In certain embodiments, the fluid reservoir is maintained at a rate of from about 0.01 to about 10 mL / min, such as from about 0.05 mL / min to about 5 mL / min, or from about 0.5 mL / min to about 5 mL / min (For example, when a DC voltage V DC is applied to the electrospray system). In some cases, use of an alternating current configuration allows higher throughput (e.g., when an alternating voltage (V AC ) is applied to the electrospray system). In certain embodiments, the fluid reservoir is at least about 0.1 mL / min, such as from about 0.1 mL / min to about 25 mL / min, at least about 0.3 mL / min, at least about 0.5 mL / min, / min, at least about 2.5 mL / min, or at least about 5 mL / min.

특정 실시양태들에서, 본원에 기재되는 방법은 유체 저장물을 전기분무 노즐의 제1 도관의 제1 유입구에 제공하는 단계를 포함하고, 제1 도관은 내표면과 외표면을 갖는 벽에 의해 도관의 길이를 따라 둘러싸이며, 제1 도관은 제1 배출구를 갖는다. 특정의 경우에, 제1 도관의 벽은 모세관 또는 다른 구조를 형성한다. 어떤 경우에, 제1 도관은 원통형이지만, 본원의 실시양태들은 이러한 구성에 한정되지 않는다.In certain embodiments, a method as described herein includes providing a fluid reservoir to a first inlet of a first conduit of an electrospray nozzle, wherein the first conduit is connected to the conduit by a wall having an inner surface and an outer surface, And the first conduit has a first outlet. In certain cases, the walls of the first conduit form a capillary or other structure. In some cases, the first conduit is cylindrical, but the embodiments herein are not limited to this configuration.

도 8은 본원에서 제공되는 전형적인 전기분무 노즐 장치(800 및 830)를 설명한다. 두 노즐 컴포넌트(800 및 830)에 의해 예시된 일부 실시양태들에서, 노즐 장치는 제1 (내부) 도관을 포함하는 노즐 컴포넌트를 포함하며, 제1 도관은 내표면과 외표면을 가진 제1 벽(801 및 831)에 의해 도관의 길이를 따라 둘러싸이고, 제1 도관은 (예를 들어, 제1 공급 챔버에 유체 연결되고 유체 저장물을 수용하도록 구성된) 제1 유입구 (또는 공급) 단부(802 및 832) 및 제1 배출구 단부(803 및 833)를 갖는다. 일반적으로, 제1 도관은 제1 직경(804 및 834)(예를 들어, 도관을 둘러싸는 벽의 내표면까지 측정된 평균 직경)을 갖는다. 추가의 경우에, 노즐 컴포넌트는 제2 (외부) 도관을 포함하고, 제2 도관은 내표면과 외표면을 가진 제2 벽(805 및 835)에 의해 도관의 길이를 따라 둘러싸이며, 제2 도관은 (예를 들어, 제2 공급 챔버에 유체 연결되고 기체 - 예컨대 고속 또는 가압된 기체(예를 들어, 공기)를 수용하도록 구성된) 제2 유입구 (또는 공급) 단부(806 및 836) 및 제2 배출구 단부(807 및 837)를 갖는다. 어떤 경우에는, 제2 유입구 (공급) 단부(806 및 836)는 공급 챔버에 연결된다. 어떤 경우에는, 제2 유입구 (공급) 단부(806 및 836)는 공급 컴포넌트를 통해 제2 공급 챔버에 연결된다. 도 8은 도관의 유입구 단부에 유체 연결되는, 유입구 공급 컴포넌트(815 및 845)에 (814 및 844) 공급 챔버(미도시)를 유체 연결하는 연결 공급 컴포넌트(예를 들어, 튜브)(813 및 843)를 포함하는 전형적인 공급 컴포넌트를 도시한다. 이 도면은 외부 도관을 위한 그러한 구성을 설명하지만, 이러한 구성은 또한 내부 및 임의의 중간 도관에도 고려된다. 일반적으로, 제1 도관은 제1 직경(808 및 838)(예를 들어, 도관을 둘러싸는 벽의 내표면까지 측정된 평균 직경)을 갖는다. 제1 및 제2 도관은 임의의 적합한 형상을 갖는다. 일부 실시양태들에서, 도관은 원통형(예를 들어, 원형 또는 타원형), 프리즘형(예를 들어, 팔각형 프리즘), 원뿔형(예를 들어, 절두된 원뿔 - 예를 들어, 외부 도관(835)에 의해 도시된 바와 같음) (예를 들어, 원형 또는 타원형), 피라미드형(예를 들어, 절두된 피라미드, 예컨대 절두된 팔각형 프리즘), 등이다. 특정 실시양태들에서, 도관은 원통형이다 (예를 들어, 도관과 상기 도관을 둘러싸는 벽이 니들을 형성하는 경우). 어떤 경우에, 도관의 벽들은 평행하거나, 또는 평행의 약 1 또는 2도 이내이다 (예를 들어, 도관이 원통 또는 프리즘을 형성하는 경우). 예를 들어, 노즐 장치(800)는 평행 벽(801 및 805)을 가진 (예를 들어, (801a/801b) 및 (805a/805b)에 의해 도시된 바와 같이, 도관의 맞은 편 상의 벽에 대해, 또는 중심 종축(809)에 대해 평행) 제1 및 제2 도관을 포함한다. 다른 실시양태들에서, 도관의 벽은 평행하지 않다 (예를 들어, 도관이 원뿔(예를 들어, 절두된 원뿔) 또는 피라미드(예를 들어, 절두된 피라미드)를 형성할 때와 같이, 직경이 배출구 단부보다 유입구 단부에서 더 넓은 경우). 예를 들어, 노즐 장치(830)는 평행 벽(831)을 가진 제1 도관(예를 들어, (831a)/(831b)에 의해 도시된 바와 같이, 도관의 맞은 편 상의 벽에 대해, 또는 중심 종축(809)에 대해 평행) 및 비-평행 벽(835)을 가진 제2 도관(예를 들어, (835a)/(835b)에 의해 도시된 바와 같이, 도관의 맞은 편 상의 벽에 대해, 또는 중심 종축(809)에 대해 평행이 아니거나 각을 이룸)을 포함한다. 특정 실시양태들에서, 도관의 벽은 평행의 약 15도 이내 (예를 들어, 중심 종축에 대해 측정된 바와 같이, 또는 벽의 맞은 편들 사이의 각의 절반), 또는 평행의 약 10도 이내이다. 특정 실시양태들에서, 도관의 벽은 평행의 약 5도 이내이다 (예를 들어, 평행의 약 3도 또는 2도 이내). 어떤 경우에는, 원뿔형 또는 피라미드형 도관이 이용된다. 이러한 실시양태들에서, 평행한 벽을 갖지 않은 도관에 대한 직경은 상기 도관의 평균 폭 또는 직경을 지칭한다. 특정 실시양태들에서, 원뿔 또는 피라미드의 각은 약 15도 이하 (예를 들어, 중심 종축에 대해 또는 마주하는 도관 측면/벽에 대해 측정된 도관 측면/벽의 평균 각), 또는 약 10도 이하이다. 특정 실시양태들에서, 원뿔 또는 피라미드의 각은 약 5도 이하(예를 들어, 약 3도 이하)이다. 일반적으로, 제1 도관(801 및 831) 및 제2 도관(805 및 835)은 도관 오버랩 길이(810 및 840)를 가지며, 여기서 제1 도관은 제2 도관 내에 위치한다 (제1 및/또는 제2 도관의 길이의 적어도 일부에 대해). 어떤 경우에는, 제1 벽의 외표면과 제2 벽의 내표면이 도관 갭(811 및 841)에 의해 분리된다. 어떤 경우에는, 제1 배출구 단부가 돌출 길이(812 및 842) 만큼 제2 배출구 단부를 넘어 돌출된다. 어떤 경우에, 도관 오버랩 길이-대-제2 직경의 비는 본원에 기재된 양과 같은 임의의 적합한 양이다. 추가의 또는 대안적인 경우에, 돌출 길이 대 제2 직경의 비는 본원에 기재된 양과 같은 임의의 적합한 양, 예를 들어, 약 1 이하이다.Figure 8 illustrates a typical atomizing nozzle arrangement 800 and 830 provided herein. In some embodiments illustrated by two nozzle components 800 and 830, the nozzle device includes a nozzle component including a first (inner) conduit, the first conduit having a first wall having an inner surface and an outer surface, (Or supply) end 802 (e.g., fluidly connected to the first supply chamber and configured to receive a fluid storage), and the first conduit (e.g., And 832 and first outlet ends 803 and 833, respectively. Generally, the first conduit has first diameters 804 and 834 (e.g., an average diameter measured to the inner surface of the wall surrounding the conduit). In a further case, the nozzle component includes a second (outer) conduit, the second conduit is surrounded by a second wall (805 and 835) having an inner surface and an outer surface along the length of the conduit, (Or supply) ends 806 and 836 fluidly connected to a second supply chamber and configured to receive a gas, e.g., high velocity or pressurized gas (e.g., air), and a second inlet And outlet ends 807 and 837. In some cases, the second inlet (supply) ends 806 and 836 are connected to the supply chamber. In some cases, the second inlet (supply) ends 806 and 836 are connected to the second supply chamber via a supply component. 8 depicts connection supply components (e.g., tubes) 813 and 843 (not shown) for fluidly connecting supply chambers (not shown) to inlet supply components 815 and 845, which are fluidly connected to the inlet ends of the conduits ). &Lt; / RTI &gt; While this figure illustrates such a configuration for an external conduit, such configuration is also contemplated for the interior and any intermediate conduits. Generally, the first conduit has first diameters 808 and 838 (e.g., an average diameter measured to the inner surface of the wall surrounding the conduit). The first and second conduits have any suitable shape. In some embodiments, the conduit may be of a cylindrical (e.g., circular or elliptical), prismatic (e.g., octagonal prism), conical (e.g., truncated cone- (E.g., circular or elliptical), pyramidal (e.g., truncated pyramids, such as truncated octagonal prisms), and the like. In certain embodiments, the conduit is cylindrical (e.g., when the conduit and the wall surrounding the conduit form a needle). In some cases, the walls of the conduit are parallel, or within about one or two degrees parallel (e.g., when the conduit forms a cylinder or a prism). For example, the nozzle arrangement 800 may include a plurality of nozzles (not shown) for walls on opposite sides of the conduit, as shown by (e.g., 801a / 801b) and (805a / 805b) with parallel walls 801 and 805 Or parallel to the central longitudinal axis 809). In other embodiments, the wall of the conduit is not parallel (e.g., as when the conduit forms a cone (e.g., a truncated cone) or a pyramid (e.g., a truncated pyramid) Wider at the inlet end than at the outlet end). For example, the nozzle arrangement 830 may be configured for a wall on the opposite side of the conduit, as shown by a first conduit (e. G., 831a / 831b) with a parallel wall 831, (E.g., parallel to the longitudinal axis 809) and a second conduit (e. G., 835a / 835b) having a non-parallel wall 835, And is not parallel or angled with respect to the central longitudinal axis 809). In certain embodiments, the walls of the conduit are within about 15 degrees of parallel (e.g., as measured relative to the central longitudinal axis, or half of the angle between the opposites of the wall), or within about 10 degrees of parallelism . In certain embodiments, the walls of the conduit are within about 5 degrees of parallel (e.g., within about 3 degrees or less than about 2 degrees of parallelism). In some cases, conical or pyramidal conduits are used. In these embodiments, the diameter for the conduit without parallel walls refers to the average width or diameter of the conduit. In certain embodiments, the angle of the cone or pyramid is less than or equal to about 15 degrees (e.g., the average angle of the conduit side / wall measured relative to the central longitudinal axis or the facing conduit side / wall), or less than or equal to about 10 degrees to be. In certain embodiments, the angle of the cone or pyramid is less than or equal to about 5 degrees (e.g., less than or equal to about 3 degrees). In general, the first conduits 801 and 831 and the second conduits 805 and 835 have conduit overlap lengths 810 and 840, wherein the first conduit is located within the second conduit (the first and / 2 for at least a portion of the length of the conduit). In some cases, the outer surface of the first wall and the inner surface of the second wall are separated by conduit gaps 811 and 841. In some cases, the first outlet end protrudes beyond the second outlet end by a projection length 812 and 842. In some cases, the ratio of the conduit overlap length to the second diameter is any suitable amount, such as the amount described herein. In a further or alternative case, the ratio of the projecting length to the second diameter is any suitable amount, such as, for example, about 1 or less, such as the amount described herein.

도 8은 또한 본원에서 제공되는 다양한 노즐 컴포넌트의 단면(850, 860 및 870)을 도시한다. 각각은 제1 도관(851, 861 및 871) 및 제2 도관(854, 864, 및 874)을 포함한다. 본원에서 논의된 바와 같이, 어떤 경우에, 제1 도관은 내표면과 외표면을 가진 제1 벽(852, 862 및 872)에 의해 도관의 길이를 따라 둘러싸이고 제2 도관은 내표면과 외표면을 가진 제2 벽(855, 865 및 875)에 의해 도관의 길이를 따라 둘러싸인다. 일반적으로, 제1 도관은 임의의 적합한 제1 직경(853, 863 및 864) 및 임의의 적합한 제2 직경(856, 866, 및 876)을 갖는다. 도관의 단면 형상은 임의의 적합한 형상이며, 경우에 따라 도관을 따라 다른 지점들에서 상이하다. 어떤 경우에, 도관의 단면 형상은 원형(851/854 및 871/874), 타원형, 다각형(861/864), 등이다.8 also shows cross-sections 850, 860, and 870 of the various nozzle components provided herein. Each includes a first conduit 851, 861 and 871 and a second conduit 854, 864, and 874. As discussed herein, in some cases, the first conduit is surrounded by a first wall 852, 862, and 872 having an inner surface and an outer surface along the length of the conduit, Along the length of the conduit by means of the second walls 855, 865 and 875, In general, the first conduit has any suitable first diameters 853, 863, and 864 and any suitable second diameters 856, 866, and 876. The cross-sectional shape of the conduit may be any suitable shape and, in some cases, at different points along the conduit. In some cases, the cross-sectional shapes of the conduits are circular (851/854 and 871/874), elliptical, polygonal (861/864), and the like.

어떤 경우에, 본원에서 제공되는 동축으로 구성된 노즐과 본원에서 제공되는 동축 기체 제어된 전기분무는 제1 종축을 따라 제1 도관 또는 유체 저장물의 제공, 및 제2 종축 주위에 제2 도관 또는 기체(예를 들어, 가압된 또는 고속 기체)의 제공(예를 들어, 그리고 이의 공정에서 유체 저장물의 전기분무)을 포함한다. 특정 실시양태들에서, 제1 및 제2 종축은 동일하다. 다른 실시양태들에서, 제1 및 제2 종축은 상이하다. 특정 실시양태들에서, 제1 및 제2 종축은 서로의 500 마이크론 이내, 100 마이크론 이내, 50 마이크론 이내, 등이다. 일부 실시양태들에서, 제1 및 제2 종축은 서로의 15도 이내, 10도 이내, 5도 이내, 3도 이내, 1도 이내, 등으로 정렬된다. 예를 들어, 도 8은 외부 도관(874)과 중심에서 벗어난 (또는 중심 종축을 공유하지 않는) 내부 도관(871)을 가진 노즐 컴포넌트(870)의 단면을 도시한다. 어떤 경우에, 도관 갭(예를 들어, 내부 벽의 외표면과 외부 벽의 내표면 간의 측정치)은 경우에 따라 평균되며 - 예를 들어, 외부 벽(876)의 내표면의 직경과 내부 벽(872)의 외표면의 직경 간의 차이를 이등분함으로써 결정된다. 어떤 경우에는, 외부 벽(876)의 내표면과 내부 벽(872)의 외표면의 직경 사이의 최단 거리가 외부 벽(876)의 내표면과 내부 벽(872)의 외표면의 직경 사이의 최장 거리의 적어도 10%(예를 들어, 적어도 25%, 적어도 50%, 또는 임의의 적합한 퍼센티지)이다.In some instances, the coaxial gas-controlled electrospray provided herein with coaxially configured nozzles provided herein may include providing a first conduit or fluid storage along a first longitudinal axis, and providing a second conduit or gas For example, a pressurized or high velocity gas) (e. G., And an electrospray of fluid storage in the process). In certain embodiments, the first and second longitudinal axes are the same. In other embodiments, the first and second longitudinal axes are different. In certain embodiments, the first and second longitudinal axes are within 500 microns of each other, within 100 microns, within 50 microns, and so on. In some embodiments, the first and second longitudinal axes are aligned within 15 degrees, within 10 degrees, within 5 degrees, within 3 degrees, within 1 degree, etc. of each other. 8 illustrates a cross-section of a nozzle component 870 having an inner conduit 871 that is off-center (or does not share a central longitudinal axis) with the outer conduit 874. As shown in FIG. In some cases, the conduit gap (e. G., The measurement between the outer surface of the inner wall and the inner surface of the outer wall) is averaged in some cases - the diameter of the inner surface of the outer wall 876, 872 by the bisection of the difference. In some cases, the shortest distance between the inner surface of outer wall 876 and the outer surface of inner wall 872 is the longest distance between the inner surface of outer wall 876 and the outer surface of inner wall 872 At least 10% (e.g., at least 25%, at least 50%, or any suitable percentage) of the distance.

일부 실시양태들에서, 유체 저장물은 임의의 적합한 속도를 갖는다. 부가적으로, 본원에 기재되는 방법 및 시스템은 원한다면 매우 점성인 (그리고, 예를 들어, 고도 로딩된) 유체 저장물을 사용하여 침적물의 전기분무 제조를 허용한다. 예를 들어, 일부 실시양태들에서, 본원의 시스템 및 방법에 이용되는 유체 저장물은 약 0.5 센티푸아즈(cP) 이상, 예를 들어, 약 5 cP 이상, 또는 약 1 cP 내지 약 10 푸아즈의 점도를 갖는다. 보다 구체적인 실시양태들에서, 점도는 약 10 cP 내지 약 10 푸아즈이다.In some embodiments, the fluid reservoir has any suitable rate. Additionally, the methods and systems described herein allow for the manufacture of electrospray deposits using highly viscous (and, for example, highly loaded) fluid reservoirs, if desired. For example, in some embodiments, the fluid reservoir used in the systems and methods of the present invention has a viscosity of at least about 0.5 centipoise (cP), such as at least about 5 cP, or from about 1 cP to about 10 poise Lt; / RTI &gt; In more specific embodiments, the viscosity is from about 10 cP to about 10 poise.

일부 실시양태들에서, 본원의 방법은 전기분무 노즐에, 예컨대 본원에 제공된 전기분무 노즐에 전압(예를 들어, VDC 또는 VAC)을 제공하는 것을 포함하거나 본원에 제공되는 시스템은 상기를 제공하도록 구성된다. 특정 실시양태들에서, 전압은 내부 도관(예를 들어, 이의 벽)에 제공된다. 특정 실시양태들에서, 노즐에 전압의 인가는 노즐에 (예를 들어, 이의 내부 도관의 배출구에) 전기장을 제공한다. 어떤 경우에, 전기장은 노즐에 (예를 들어, 이의 내부 도관의 배출구에) "원뿔" (예를 들어, 테일러(Taylor) 원뿔), 및 궁극적으로 제트 및/또는 플룸의 형성을 유도한다. 어떤 경우에는, 원뿔의 형성 후, 제트 및/또는 플룸이 작고 고도로 대전된 액체 비말(또는 입자)로 분해되어, 예를 들어, 쿨롱 반발력으로 인해 분산된다. 본원에서 사용시, 비말과 입자는 상호교환적으로 지칭되며, 여기서 입자는 비말(예를 들어, 유체 저장물의 액체 매질을 포함함) 또는 건조된 입자(예를 들어, 유체 저장물의 액체 매질이 전기분무 공정 동안 증발되어진 경우)를 포함한다. In some embodiments, the method may include providing a voltage (e.g., V DC or V AC ) to the electrospray nozzle, such as the electrospray nozzle provided herein, or the system provided herein may provide . In certain embodiments, a voltage is provided to an inner conduit (e.g., a wall thereof). In certain embodiments, application of a voltage to the nozzle provides an electric field to the nozzle (e.g., at the outlet of its internal conduit). In some cases, the electric field induces the formation of a "cone" (e.g., a Taylor cone), and ultimately a jet and / or plume, at the nozzle (e.g., at the outlet of its internal conduit). In some cases, after formation of the cone, the jets and / or plumes are broken down into small and highly charged liquid droplets (or particles) and are dispersed, for example, due to coulombic repulsion. As used herein, droplets and particles are interchangeably referred to herein as particles in which droplets (including, for example, a liquid medium of a fluid reservoir) or dried particles (e.g., If evaporated during the process).

일부 실시양태들에서, 임의의 적합한 전압(예를 들어, 직류 또는 교류 전압)이 (예를 들어, 노즐에) 인가된다. 특정 실시양태들에서, 인가되는 전압은 약 8kVDC 내지 약 30 kVDC, 예를 들어, 약 10 kVDC 내지 약 25 kVDC이다. 다른 구체적인 실시양태들에서, 인가되는 전압은 약 10 kVAC 이상이다 (예를 들어, 전압은 평균 제곱근 전압(Vrms)을 의미한다). 보다 구체적인 실시양태들에서, 인가되는 전압은 약 20 kVAC 이상, 예를 들어, 약 30 kVAC 이상이다. 일부 구체적인 실시양태들에서, 인가되는 전압은 약 10 kVAC 내지 약 25 kVAC이다. 특정 실시양태들에서는, 전원 공급 시스템이 전압을 노즐에 제공하도록 구성된다. 일부 실시양태들에서는, 교류 전압(VAC)이 임의의 적합한 주파수, 예컨대 약 25 Hz 이상, 예를 들어, 약 50 Hz 내지 약 500 Hz를 갖는다. 보다 구체적인 실시양태들에서, 주파수는 약 60 Hz 내지 약 400 Hz, 예를 들어, 약 60 Hz 내지 약 120 Hz, 또는 약 60 Hz 내지 약 250 Hz 이다.In some embodiments, any suitable voltage (e. G., Direct current or alternating voltage) is applied (e. G., To the nozzle). In certain embodiments, the applied voltage is from about 8 kV DC to about 30 kV DC , for example from about 10 kV DC to about 25 kV DC . In other specific embodiments, the applied voltage is greater than about 10 kV AC (e.g., the voltage means the mean square root voltage (V rms )). In more specific embodiments, the applied voltage is greater than about 20 kV AC , e.g., greater than about 30 kV AC . In some specific embodiments, the applied voltage is from about 10 kV AC to about 25 kV AC . In certain embodiments, the power supply system is configured to provide a voltage to the nozzle. In some embodiments, the alternating voltage (V AC ) has any suitable frequency, such as greater than about 25 Hz, for example, from about 50 Hz to about 500 Hz. In more specific embodiments, the frequency is from about 60 Hz to about 400 Hz, for example, from about 60 Hz to about 120 Hz, or from about 60 Hz to about 250 Hz.

일부 실시양태들에서, 노즐에 인가되는 전압은 약 8 kVDC 내지 약 30 kVDC이다. 특정 실시양태들에서, 노즐에 인가되는 전압은 약 10 kVDC 내지 약 25 kVDC이다. 다른 실시양태들에서, 노즐에 인가되는 전압은 약 10 kVAC 이상이다 (예를 들어, 약 15 kVAC 이상, 또는 약 20 kVAC 내지 약 25 kVAC). 일부 실시양태들에서, 교류 전압(VAC)은 약 50 Hz 내지 약 350 Hz의 주파수를 갖는다. In some embodiments, the voltage applied to the nozzle is from about 8 kV DC to about 30 kV DC . In certain embodiments, the voltage applied to the nozzle is from about 10 kV DC to about 25 kV DC . In other embodiments, the voltage applied to the nozzle is greater than about 10 kV AC (e.g., greater than about 15 kV AC , or about 20 kV AC to about 25 kV AC ). In some embodiments, the ac voltage (V AC ) has a frequency from about 50 Hz to about 350 Hz.

특정 실시양태들에서, 본원의 방법은 전기분무 노즐의 외부 도관의 외부 유입구에 가압된 기체를 제공한다. 일부 실시양태들에서, 외부 도관은 내표면을 가진 외부 벽에 의해 도관의 길이를 따라 둘러싸이며, 외부 도관은 외부 도관 유입구 및 외부 도관 유출구를 갖는다. 어떤 경우에, 가압된 기체는 가압식 캐니스터로부터, 펌프에 의해, 또는 임의의 다른 적합한 메카니즘에 의해 제공된다. 일반적으로, 외부 채널의 유입구에 가압된 기체의 제공의 결과, 고속 기체가 전기분무 노즐의 외부 채널의 배출구로부터 배출되어진다. In certain embodiments, the method provides pressurized gas to an external inlet of an external conduit of an electrospray nozzle. In some embodiments, the outer conduit is surrounded by an outer wall having an inner surface along the length of the conduit, and the outer conduit has an outer conduit inlet and an outer conduit outlet. In some cases, the pressurized gas is provided from a pressurized canister, by a pump, or by any other suitable mechanism. Generally, as a result of the provision of the pressurized gas to the inlet of the outer channel, the high velocity gas is discharged from the outlet of the outer channel of the atomizing nozzle.

임의의 적합한 기체 압력 또는 기체 속도가 경우에 따라 본원의 방법 및/또는 시스템에서 이용된다. 특정 실시양태들에서, (예를 들어, 외부 채널의 유입구에) 인가되는 기체 압력은 약 15 psi 이상이다. 보다 구체적인 실시양태들에서, 기체 압력은 약 20 psi 이상, 약 25 psi 이상, 약 35 psi 이상, 약 45 psi 이상, 또는 임의의 다른 적합한 압력이다. 특정 실시양태들에서는, 노즐에서 (예를 들어, 이의 외부 채널의 배출구) 기체의 속도가 약 0.5 m/s 이상, 약 1 m/s 이상, 약 5 m/s 이상, 약 10 m/s 이상, 약 25 m/s 이상이다. 보다 구체적인 실시양태들에서, 속도는 약 50 m/s 이상이다. 보다 구체적인 실시양태들에서, 속도는 약 100 m/s 이상, 예를 들어, 약 200 m/s 이상, 또는 약 300 m/s이다. 특정 실시양태들에서, 기체는 예컨대 공기, 산소, 질소, 아르곤, 수소, 또는 이들의 조합을 포함하는 임의의 적합한 기체이다.Any suitable gas pressure or gas velocity is optionally employed in the method and / or system of the present disclosure. In certain embodiments, the gas pressure applied (e.g., at the inlet of the outer channel) is greater than about 15 psi. In more specific embodiments, the gas pressure is at least about 20 psi, at least about 25 psi, at least about 35 psi, at least about 45 psi, or any other suitable pressure. In certain embodiments, the velocity of the gas in the nozzle (e.g., the outlet of its outer channel) is greater than about 0.5 m / s, greater than about 1 m / s, greater than about 5 m / s, greater than about 10 m / , At least about 25 m / s. In more specific embodiments, the velocity is greater than or equal to about 50 m / s. In more specific embodiments, the velocity is greater than about 100 m / s, such as greater than about 200 m / s, or greater than about 300 m / s. In certain embodiments, the gas is any suitable gas including, for example, air, oxygen, nitrogen, argon, hydrogen, or combinations thereof.

특정 실시양태들에서, 내부 및 외부 도관은 임의의 적합한 직경을 갖는다. 일부 실시양태들에서, 외부 도관의 직경은 약 0.1 mm 내지 약 10 mm, 예를 들어, 약 1 mm 내지 약 10 mm이다. 보다 구체적인 실시양태들에서, 외부 도관의 직경은 약 0.1 mm 내지 약 5 mm, 예를 들어, 약 1 mm 내지 약 3 mm이다. 특정 실시양태들에서, 내부 도관의 직경은 약 0.01 mm 내지 약 8 mm, 예를 들어, 약 0.5 mm 내지 약 5 mm, 예를 들어, 약 1 mm 내지 약 4 mm이다. VAC를 사용하는 시스템에서는, 심지어 보다 큰 직경이 (예를 들어, 내부 직경이 최대 2.5 cm 이상, 외부 직경이 내부 직경의 약 1.05배 이상, 내부 직경의 약 1.1배 이상, 등) 경우에 따라 이용된다. 일반적으로, 본원에서 논의된 바와 같이, 내부 도관은 외부 도관 내에, 바람직하게는 동일한 축을 따라 배치되지만, 약간의 오프셋 구성이 또한 본 개시의 범위 내인 것으로 간주된다. 일부 실시양태들에서, 외부 벽은 외부 도관을 둘러싸고, 외부 벽은 (예를 들어, 외부 도관을 획정하는) 내표면을 갖는다. 일부 실시양태들에서, 내부 벽의 외표면과 외부 벽의 내표면 사이의 평균 거리(본원에서 도관 갭으로 지칭됨)는 임의의 적합한 거리이다. 특정의 경우에, 도관 갭은 약 0.1 mm 이상, 예를 들어, 약 0.5 mm 이상, 또는 약 1 mm 이상이다. 특정 실시양태들에서, 갭은 노즐에서 고속 기체를 촉진하고 노즐로부터 토출되는 대전된 유체(제트)의 충분한 붕괴를 촉진하기에 충분히 작다 (예를 들어, 플룸에서 그리고 수집 기재 상에서 충분히 작은 비말 크기 및 충분히 균일한 인클루전 분산을 제공하기 위해). 일부 실시양태들에서, 도관 갭은 약 0.01 mm 내지 약 30 mm, 예컨대 약 0.05 mm 내지 약 20 mm, 약 0.1 mm 내지 약 10 mm, 등이다. 보다 구체적인 실시양태들에서, 도관 갭은 약 0.5 mm 내지 약 5 mm이다. 일부 실시양태들에서, 내부 도관 및 외부 도관은 동일하거나 유사한 종축을 따라 뻗어있고, 그 축을 따라 뻗어있는 내부 및 외부 도관 둘다의 길이가 도관 오버랩 길이이다. 일부 실시양태들에서, 내부 도관 길이, 외부 도관 길이, 및 도관 오버랩 길이는 약 0.1 mm 이상, 예를 들어, 약 0.1 mm 내지 약 100 mm, 또는 그 이상이다. 특정 실시양태들에서, 내부 도관 길이, 외부 도관 길이, 및 도관 오버랩 길이는 약 0.5 mm 내지 약 100 mm, 예를 들어, 약 1 mm 내지 약 100 mm, 약 1 mm 내지 약 50 mm, 약 1 mm 내지 약 20 mm, 등이다. 특정 실시양태들에서, 도관 오버랩 길이 대 제1 직경의 비는 약 1 내지 약 100 (예를 들어, 약 10), 또는 약 0.1 내지 약 10, 예를 들어, 약 0.1 내지 약 5 또는 약 1 내지 약 10이다. 일부 실시양태들에서, 내부 도관은 외부 도관보다 더 길고, 내부 도관은 예를 들어, 도 8에 도시된 바와 같이 외부 도관을 넘어 돌출한다. 일부 실시양태들에서, 돌출 길이는 약 -0.5 mm 내지 약 1.5 mm, 예를 들어, 약 0 mm 내지 약 1.5 mm, 또는 약 0 mm이다. In certain embodiments, the inner and outer conduits have any suitable diameter. In some embodiments, the diameter of the outer conduit is from about 0.1 mm to about 10 mm, for example, from about 1 mm to about 10 mm. In more specific embodiments, the diameter of the outer conduit is from about 0.1 mm to about 5 mm, for example, from about 1 mm to about 3 mm. In certain embodiments, the diameter of the inner conduit is from about 0.01 mm to about 8 mm, such as from about 0.5 mm to about 5 mm, such as from about 1 mm to about 4 mm. In systems using V AC , even larger diameters (for example, an inner diameter of at least 2.5 cm, an outer diameter of about 1.05 times the inner diameter, at least about 1.1 times the inner diameter, etc.) . Generally, as discussed herein, the inner conduit is disposed within the outer conduit, preferably along the same axis, although some offset configuration is also considered to be within the scope of this disclosure. In some embodiments, the outer wall surrounds the outer conduit, and the outer wall has an inner surface (e.g., defining an outer conduit). In some embodiments, the average distance between the outer surface of the inner wall and the inner surface of the outer wall (referred to herein as the conduit gap) is any suitable distance. In certain instances, the conduit gap is at least about 0.1 mm, such as at least about 0.5 mm, or at least about 1 mm. In certain embodiments, the gap is small enough to promote high velocity gas in the nozzle and facilitate sufficient collapse of the charged fluid (jet) ejected from the nozzle (e.g., small enough droplet size in the plume and on the collection substrate and To provide sufficiently uniform inclusion dispersion). In some embodiments, the conduit gap is from about 0.01 mm to about 30 mm, such as from about 0.05 mm to about 20 mm, from about 0.1 mm to about 10 mm, and the like. In more specific embodiments, the conduit gap is from about 0.5 mm to about 5 mm. In some embodiments, the inner conduit and the outer conduit extend along the same or similar longitudinal axis, and the length of both the inner and outer conduits extending along the axis is the conduit overlap length. In some embodiments, the inner conduit length, outer conduit length, and conduit overlap length are greater than about 0.1 mm, such as from about 0.1 mm to about 100 mm, or greater. In certain embodiments, the inner conduit length, outer conduit length, and conduit overlap length are from about 0.5 mm to about 100 mm, such as from about 1 mm to about 100 mm, from about 1 mm to about 50 mm, from about 1 mm To about 20 mm, and the like. In certain embodiments, the ratio of the conduit overlap length to the first diameter is from about 1 to about 100 (e.g., about 10), or from about 0.1 to about 10, such as from about 0.1 to about 5, It is about 10. In some embodiments, the inner conduit is longer than the outer conduit, and the inner conduit projects beyond the outer conduit, for example, as shown in FIG. In some embodiments, the protrusion length is from about -0.5 mm to about 1.5 mm, for example, from about 0 mm to about 1.5 mm, or about 0 mm.

특정 실시양태들에서, 본원의 방법은 플룸의 나노 크기의 입자 및/또는 비말을 기재 상에 수집하는 것을 포함하고/거나 본원의 시스템은 상기의 수집이 이루어지도록 구성된다. 특정 실시양태들에서, 이러한 작은 입자/비말의 수집은 기재 상에 균일한 침적물의 형성을 허용한다. 추가로, 본원에 기재된 시스템 및 방법에 의해 형성되는 입자 및/또는 비말의 작은 크기가 제공된다면, 얇은 및/또는 균일한 층을 가진 침적물을 형성하고, 이의 두께의 우수한 제어를 달성할 수 있다. 일부 실시양태들에서, 기재는 노즐의 배출구 맞은 편에 위치한다. In certain embodiments, the methods of the present invention comprise collecting nano sized particles and / or droplets of the plume on a substrate and / or the system of the present invention is configured to perform the collection as described above. In certain embodiments, the collection of such small particles / droplets allows the formation of a uniform deposit on the substrate. In addition, if a small size of particles and / or droplets formed by the systems and methods described herein are provided, deposits with thin and / or uniform layers can be formed and excellent control of their thickness can be achieved. In some embodiments, the substrate is located opposite the outlet of the nozzle.

본원에서 논의된 바와 같이, 본원에 기재된 방법 및 시스템은 본원에 제공되고 기재된 필름 또는 침적물의 두께의 우수한 제어를 허용한다. 일부 실시양태들에서, 본원에 제공되는 필름 또는 침적물은 예를 들어, 약 1 mm 이하, 예를 들어, 약 1 마이크론 내지 약 1 mm의 평균 두께를 갖는 박층 필름 또는 침적물이다. 특정 실시양태들에서, 침적물은 약 500 마이크론 이하, 예를 들어, 약 1 마이크론 내지 약 500 마이크론, 약 1 마이크론 내지 약 250 마이크론, 또는 약 10 마이크론 내지 약 200 마이크론, 약 20 마이크론 이하, 약 0.5 마이크론 내지 약 20 마이크론, 등의 두께를 갖는다. 추가로, 본원에 기재된 방법 및 시스템은 박층 침적물의 제조를 허용할 뿐만 아니라, 매우 균일한 박층 필름 또는 침적물의 제조를 허용한다. 일부 실시양태들에서, 본원에서 제공되는 필름 또는 침적물은 평균 두께를 가지며, 여기서 두께 편차는 평균 두께의 50% 미만이고, 예를 들어, 평균 두께의 30% 미만이거나, 또는 평균 두께의 20% 미만이다.As discussed herein, the methods and systems described herein permit excellent control of the thickness of the films or deposits provided and described herein. In some embodiments, the film or deposit provided herein is a thin film or deposit, for example, having an average thickness of less than about 1 mm, for example, from about 1 micron to about 1 mm. In certain embodiments, the deposit has a thickness of less than or equal to about 500 microns, for example, from about 1 micron to about 500 microns, from about 1 micron to about 250 microns, or from about 10 microns to about 200 microns, To about 20 microns, and the like. In addition, the methods and systems described herein permit not only the production of thin layer deposits, but also the production of highly uniform thin layer films or deposits. In some embodiments, the film or deposit provided herein has an average thickness, wherein the thickness deviation is less than 50% of the average thickness, for example less than 30% of the average thickness, or less than 20% to be.

특정 실시양태에서, 본원에 제공되는 공정은 본원에 제공되는 필름 또는 침적물(전기분무된 침적물)의 압착(예를 들어, 캘린더링 또는 그렇지 않으면 압착) 단계를 더 포함한다. 특정 실시양태에서, 침적물의 압착은 증가된 전극 밀도 및/또는 박형 전극을 제공하고, 이는 일부 경우에서, 전극의 개선된 부피당 에너지 밀도를 제공한다. 특정 실시양태에서, 전극의 부피당 에너지 밀도는 1.1 배 이상, 예를 들어, 약 1.2배 이상, 약 1.25배 이상, 또는 1.5배 이상, 예컨대 최대 약 2배 이상까지 개선된다. 특정 실시양태에서, 본원에 제공되는 (애노드의) 부피당 에너지 밀도는 약 500 mAh/입방cm(cc) 이상, 예컨대 약 750 mAh/cc 이상, 약 1000 mAh/cc 이상 등이다. 특정 실시양태에서, 이러한 압착 단계는 전극 활물질(예를 들어, SiOx를 포함함) 구조가 마이크로 규모(예를 들어, 약 1 마이크로 이상, 예컨대 약 2 마이크로 이상, 또는 약 2 마이크로 내지 약 100 마이크로, 또는 본원에 기재된 것임) 치수 (또는, 예를 들어, 평균 치수)이다. 특정 경우에서, 마이크로 규모의 전극 활물질을 포함하는 전극 재료의 압착은 마이크로 규모 구조가 침적 과정에서 (예를 들어, 나노규모 구조에 비해) 더 큰 보이드를 남겨둘 수 있기 때문에 물질의 밀도를 증가시키는데 특히 유용하다. 일부 실시양태에서, 필름 또는 침적물은 사전 압착된 침적물의 두께의 약 90% 이하, 약 80% 이하, 약 70% 이하, 약 60% 이하, 또는 약 50% 이하의 두께로 압착된다. 도 20은 본원에 제공되는 탄소와 조합하여 마이크로구조화된 활물질을 사용하는 본원에 제공된 예시적인 침적물을 예시한다. 도 19에 유사하게 예시된 바와 같이, 탄소 성분은 도 20에 예시된 입자의 양호한 피복을 제공한다. 도 20에서 알 수 있는 바와 같이, 일부 경우에서, 그래핀 성분이 크기에 있어서 입자의 평균 치수에 근접한 평균 치수(예를 들어, 길이 및/또는 폭의 평균)을 가지는 경우, 탄소 엔벨로프 내에 둘러싸인 입자의 평균 수는 (예를 들어, 도 19의 상대적으로 더 큰 그래핀 성분과 비교하여) 감소된다. 좌측 상부 관점에서 확대되어 예시되는 바와 같이, 제조된 바와 같은 침적물이 최적으로 팩킹되지 않아 다수의 보이드가 남겨진다. 압착 침적물(우측 상부)의 확대된 도시는 압착시 침적물의 증가된 밀도 및 소수의 보이드를 나타낸다. 마찬가지로, 압착된 침적물(우측 하부)는 제조된 바와 같은 침적물(좌측 하부)에 비해 증가된 밀도를 가지는 것을 알 수 있다. 도 21은 침적물의 압착이 전극 침적물의 두께를 상당하게 감소시키는 것을 나타낸다(예를 들어, 최대 2배 이상으로 침적물의 두께를 감소시킴).In certain embodiments, the process provided herein further comprises the step of compressing (e.g., calendering or otherwise compressing) the film or deposit (electrosprayed deposit) provided herein. In certain embodiments, the pressing of the deposit provides increased electrode density and / or a thin electrode, which, in some cases, provides an improved energy density per unit volume of the electrode. In certain embodiments, the energy density per unit volume of the electrode is improved by at least 1.1 times, for example, at least about 1.2 times, at least about 1.25 times, or at least 1.5 times, e.g., up to at least about two times. In certain embodiments, the energy density per volume (of the anode) provided herein is at least about 500 mAh / cubic centimeter (cc), such as at least about 750 mAh / cc, at least about 1000 mAh / cc, In certain embodiments, such a compacting step may be performed at a microstructure (e.g., about 1 micron or more, such as about 2 microns or more, or about 2 micro to about 100 microns, for example) Or &lt; / RTI &gt; herein), and the dimensions (or, for example, the average dimensions). In certain cases, the squeezing of an electrode material comprising a micro-scale electrode active material increases the density of the material because the micro-scale structure may leave a larger void (e.g., compared to the nanoscale structure) in the deposition process Especially useful. In some embodiments, the film or deposit is squeezed to a thickness of about 90% or less, about 80% or less, about 70% or less, about 60% or less, or about 50% or less of the thickness of the pre-squeezed deposit. Figure 20 illustrates exemplary deposits provided herein using microstructured active materials in combination with the carbon provided herein. As similarly illustrated in Fig. 19, the carbon component provides a good coating of the particles illustrated in Fig. As can be seen in Figure 20, in some cases, when the graphene component has an average dimension (e. G., An average of length and / or width) close to the average dimension of the particles in size, the particles enclosed within the carbon envelope (E. G., Relative to the relatively larger graphene component of Figure 19). As illustrated enlarged in the upper left perspective, deposits as produced are not optimally packed and leave a large number of voids. The enlarged view of the compression set (upper right) shows the increased density and fewer voids of deposit during compression. Similarly, it can be seen that the pressed deposits (lower right) have increased density compared to deposits (lower left) as produced. Figure 21 shows that pressing of the deposit significantly reduces the thickness of the electrode deposit (e.g., reduces the thickness of the deposit to a maximum of two times or more).

또한, 일부 실시양태에서, 유체 저장물에서의 임의의 첨가제는 예를 들어 전기분무 노즐(및/또는 다른 시스템 구성성분)의 막힘을 최소화하고, 생성된 침적물에서의 임의의 인클루전의 분포의 양호한 균일성을 보장하고, 및/또는 기타 다른 목적을 위해 전기분무 이전에 용해되고 및/또는 잘 분산되는 것이 바람직하다. 특정 실시양태에서, 유체 저장물은 노즐(예를 들어, 이의 내부 도관 유입구)에 제공되기 이전에 교반되거나, 또는 시스템은 (예를 들어, 본원에 제공된 전기분무 노즐의 내부 도관의 유입구와 유체적으로 연결되는 유체 저장물 저장소와 연계되는 기계적 교반기 또는 음파 시스템가 구비되어) 노즐에 제공되기 이전에 유체 저장물을 교반하도록 구성된다. Further, in some embodiments, any additive in the fluid reservoir can be used to minimize clogging, for example, of an electrospray nozzle (and / or other system components) and to provide a good distribution of any inclusions in the resulting deposit To ensure uniformity, and / or to be dissolved and / or well dispersed prior to electrospray for other purposes. In certain embodiments, the fluid reservoir is agitated prior to being provided to the nozzle (e.g., its internal conduit inlet), or the system may be agitated (e.g., through an inlet of the internal conduit of the electrospray nozzle provided herein, Such as a mechanical stirrer or sonic system in conjunction with a fluid storage reservoir connected to the fluid reservoir (not shown).

다른 실시양태에서, 예컨대 본원에 기재된 구성요소 부품을 포함하는 전극 및/또는 전극 재료는 경우에 따라 액체 매질 및 전극 활물질을 포함하는 나노구조화된 인클루전을 포함하는 유체 저장물을 전기분무하고, 이후 액체 매질 및 탄소 인클루전(예를 들어, 나노구조화된 탄소 인클루전, 예컨대 본원에 기재된 그래핀 성분)을 포함하는 제2 유체 저장물을 전기분무하는 것을 포함하는 단계에 의해 제조된다. 일부 실시양태에서, 본 공정은, 경우에 따라 원하는 장입량 및/또는 두께가 달성될 때까지 반복된다. 또한, 일부 실시양태에서, 예컨대 본원에 제공되는 전극 및/또는 전극 재료는, 경우에 따라 액체 매질, 전극 활물질을 포함하는 나노구조화된 인클루전, 및 탄소 인클루전(예를 들어, 나노구조화된 탄소 인클루전, 예컨대 본원에 기재된 그래핀 성분)을 포함하는 유체 저장물을 전기분무하고, 이후 액체 매질 및 탄소 인클루전(예를 들어, 나노구조화된 탄소 인클루전, 예컨대 본원에 기재된 그래핀 성분)을 포함하는 제2 유체 저장물을 전기분무하는 것을 포함하는 단계에 의해 제조된다. 일부 경우에서, 제2 유체 저장물을 전기분무하는 후속 공정은 기재(예를 들어, 집전체) 상에 증가된 양의 전극 활물질을 결속시키는 것으로 용이하게 하고, 이는 일부의 경우에서, 예컨대 사이클링시 용량 손실을 감소시킴으로써 전극 및/또는 전극 재료의 성능을 개선할 수 있다. 이러한 유체 저장물은 예컨대 본원에 기재된 다양한 유체 저장물에 대해 기재된 것과 같은 임의의 적합한 성분, 농도 등을 포함한다.In other embodiments, electrodes and / or electrode materials, including, for example, the component parts described herein, can be prepared by electrospraying a fluid storage, optionally including a nanostructured inclusion containing a liquid medium and an electrode active material, Followed by electrospraying a second fluid stock comprising a liquid medium and a carbon inclusion (e.g., a nanostructured carbon inclusion, such as the graphene component described herein). In some embodiments, the process is repeated until the desired loading amount and / or thickness is achieved, as the case may be. Further, in some embodiments, for example, the electrodes and / or electrode materials provided herein may optionally include a liquid medium, a nanostructured inclusion containing an electrode active material, and a carbon inclusion (e.g., nanostructured (E. G., A carbonaceous inclusion, such as the graphene component described herein), followed by a liquid medium and a carbon inclusion (e. G., A nanostructured carbon inclusion, e. Graphene component) of the second fluid stock. In some cases, the subsequent process of electrospraying the second fluid reservoir facilitates binding an increased amount of electrode active material on a substrate (e.g., a current collector), which in some cases can lead to, for example, By reducing the capacitance loss, the performance of the electrode and / or the electrode material can be improved. Such fluid reservoirs include any suitable components, concentrations, and the like, such as those described for the various fluid reservoirs described herein.

특정 실시양태에서, 기재는 임의의 적합한 기재(예를 들어, 연마된 기재, 또는 전기분무 노즐 및 연마된 플레이트 사이에 위치된 기재)이다. 일부 실시양태에서, 수집된 침적물은 경우에 따라 기재로부터 제거되어 분말화된 물질을 제공한다. 특정 실시양태에서, 침적물은 경우에 따라 하기 환원적(예를 들어, 열적 환원) 처리(예를 들어, 이 이후에 분말화된 전극 재료가 제공됨) 이전에 또는 이후에 제거된다. 일부 실시양태에서, 전극 재료가 집전체 상에 직접 제조되는 경우, 기재는 집전체 물질(예를 들어, 금속, 예컨대 구리 또는 알루미늄, 호일 또는 시트)이다. 이러한 경우, 임의의 환원적(예를 들어, 열적 환원) 처리는 경우에 따라 기재로부터 침적된 물질을 제거하지 않고 실시된다.In certain embodiments, the substrate is any suitable substrate (e.g., a polished substrate, or a substrate positioned between an electrospray nozzle and a polished plate). In some embodiments, the collected deposits are optionally removed from the substrate to provide a powdered material. In certain embodiments, the deposit is optionally removed before or after a subsequent (e. G., Thermal reduction) treatment (e. G., Thereafter the powdered electrode material is provided). In some embodiments, when the electrode material is produced directly on the current collector, the substrate is a current collector material (e.g., a metal, such as copper or aluminum, foil or sheet). In this case, any reductive (e.g., thermal reduction) treatment is optionally performed without removing the deposited material from the substrate.

본원의 특정 실시양태에서, 탄소 인클루전 및 활물질 인클루전을 포함하는 전극 또는 전극 재료가 제공된다. 특정 실시양태에서, 탄소 인클루전은 예컨대 본원에 기재된 바와 같은 2차원적 탄소 인클루전 또는 그래핀이다. 특정 실시양태에서, 활물질 인클루전은 전극 활물질을 포함하는 구조, 예컨대 본원에 기재된 바와 같은 규소 및/또는 산화규소(SiOx)를 포함하는 마이크로- 또는 나노-구조이다.In certain embodiments herein, there is provided an electrode or electrode material comprising a carbon inclusion and a clut that is an active material. In certain embodiments, the carbon inclusion is a two-dimensional carbon-containing clathrate or graphene, for example, as described herein. In certain embodiments, the active inductance is a micro-or nano-structure comprising a structure comprising an electrode active material, such as silicon and / or silicon oxide (SiOx) as described herein.

특정 실시양태에서, 탄소 인클루전은 본원에 기재된 바와 같은 치수를 가진다. 특정 실시양태에서, 탄소 인클루전은 임의의 하나 이상의 치수로의 나노규모(예를 들어, 2 마이크로 미만, 1 마이크로 미만, 또는 200 nm 미만) 구조, 예컨대 나노구조화된 섬유, 입자, 시트, 로드, 및/또는 기타)를 갖는 나노구조화된 탄소이다. 특정 실시양태에서, 전극 활물질은 규소 물질(예를 들어, 활성 전극, 예컨대 리튬 이온 배터리에서의 음극 전극 물질)이다. In certain embodiments, the carbon inclusions have dimensions as described herein. In certain embodiments, the carbon inclusions may have a nanoscale (e.g., less than 2 microns, less than 1 micron, or less than 200 nanometers) structure to any one or more dimensions, such as nanostructured fibers, , And / or the like). In certain embodiments, the electrode active material is a silicon material (e. G., An active electrode, e. G., A cathode electrode material in a lithium ion battery).

일부 경우에서, 본원에 제공되는 물질 또는 필름/침적물(예를 들어, 집전체 상에 침적된 전극 재료)은 고밀도(예를 들어, 약 0.4 g/cm3 이상, 약 0.5 g/cm3 이상, 예컨대 약 0.7 g/cm3 내지 약 2 g/cm3) (예를 들어, 약 1 g/cm3 이상, 약 1.5 g/cm3 이상, 등), 가요성, 및/또는 박막형 필름 또는 침적물이다. 본원에 논의된 바와 같이, 일부 실시양태에서, 캘린더링된 필름이 이용되어 필름의 추가의 증가된 밀도를 제공한다. 특정 실시양태에서, 이러한 물질 또는 필름/침적물은 예를 들어 리튬 이온 배터리에서의 음극 전극과 같은 것을 비롯한 임의의 수의 에너지 저장 분야에 적합하다.In some cases, the materials or film / deposits provided herein (e. G., Electrode material deposited on the current collector) may have a high density (e.g., greater than about 0.4 g / cm 3, greater than about 0.5 g / cm 3 , (E.g., from about 0.7 g / cm 3 to about 2 g / cm 3 ) (e.g., greater than about 1 g / cm 3, greater than about 1.5 g / cm 3 , etc.), flexible, and / . As discussed herein, in some embodiments, calendared films are used to provide additional increased density of the film. In certain embodiments, such materials or films / deposits are suitable for any number of energy storage applications, such as, for example, cathode electrodes in lithium ion batteries.

다양한 실시양태에서, 전극(예를 들어, 전극 침적물)은 탄소 물질 및 규소 물질을 포함한다. 특정 실시양태에서, (예를 들어, 나노구조화된) 탄소 물질은 그래핀 성분, 구조체 또는 유사체(예를 들어, 그래핀(예를 들어, 그래핀 시트 및/또는 그래핀 나노리본), 그래핀 옥사이드, 환원된 그래핀 옥사이드, 등)를 포함한다.In various embodiments, the electrode (e. G., Electrode deposit) comprises a carbon material and a silicon material. In certain embodiments, the carbon material (e.g., nanostructured) may include a graphene component, a structure or an analog (e.g., graphene (e.g., graphene sheet and / or graphene nanoribbon) Oxide, reduced graphene oxide, etc.).

일부 실시양태에서, (예를 들어, 마이크로- 또는 나노-구조화된) 규소 물질은 탄소(예를 들어, 그래핀) 매트릭스, 웹(예를 들어, 그래핀 매트릭스 또는 웹이 본원에 기재된 그래핀 구조체 또는 유사체를 포함하는 경우), 및/또는 엔벨로프 내에 그리고/또는 그 위에 분포된다. 특정 실시양태에서, 탄소 웹(예를 들어, 이의 엔벨로프를 포함함)은 약 25 중량% 이상 (예를 들어, 약 50 중량% 이상, 약 60 중량% 이상, 약 75 중량% 이상, 약 85 중량% 이상, 약 90 중량% 이상, 또는 약 95 중량% 이상)의 그래핀 성분이다. 특정 실시양태에서, 규소 물질은 임의의 하나 이상의 치수로의 규소 물질을 포함하는 복수의 나노구조체(예를 들어, 이러한 나노규모 (예를 들어, 2 마이크로 미만, 1 마이크로 미만의 평균 치수를 가짐) 구조를 포함하는 나노구조체, 예컨대, 나노구조화된 섬유, 입자, 시트, 로드, 및/또는 기타)를 포함한다. 일부 실시양태에서, 규소 물질은 복수의 더 큰 구조체, 예컨대 마이크로구조체(예를 들어, 100 마이크로 미만, 50 마이크로 미만, 30 마이크론 미만, 바람직하게는 25 마이크론 미만, 20 마이크론 미만, 15 마이크론 미만, 10 마이크론 미만, 등 예컨대 약 200 nm 까지의 평균 치수를 가짐)를 포함한다. 적합한 전극 활물질 및/또는 규소 함유 또는 기저 물질, 인클루전, 또는 구조체의 기타 설명은 본원에 기재된 바와 같다. 또한, 일부 경우에서, 예컨대 더 큰 구조체가 이용되는 경우, 더 큰 액적 또는 입자가 본원에 기재된 공정에 따라 전기분무시 필수적으로 형성된다.In some embodiments, the silicon material (e.g., micro- or nano-structured) may be a carbon (e.g., graphene) matrix, a web (e.g., a graphene matrix or web, Or analogs), and / or are distributed within and / or on the envelope. In certain embodiments, the carbon web (including, for example, its envelope) comprises at least about 25 weight percent (e.g., at least about 50 weight percent, at least about 60 weight percent, at least about 75 weight percent, %, At least about 90 wt%, or at least about 95 wt%) graphene component. In certain embodiments, the silicon material comprises a plurality of nanostructures (e.g., having such nanoscale dimensions (e.g., less than 2 microns, with an average dimension of less than 1 micron) comprising silicon material in any one or more dimensions, Structures, such as nanostructured fibers, particles, sheets, rods, and / or the like). In some embodiments, the silicon material comprises a plurality of larger structures, such as microstructures (e.g., less than 100 microns, less than 50 microns, less than 30 microns, preferably less than 25 microns, less than 20 microns, less than 15 microns, Micron, etc., e.g., with an average dimension of up to about 200 nm). Other descriptions of suitable electrode active materials and / or silicon containing or base materials, inclusions, or structures are set forth herein. Also, in some instances, larger structures, such as larger droplets or particles, are essentially formed upon electrospray in accordance with the process described herein.

특정 실시양태에서, 본원에 포함되는 규소 물질은 전극, 예컨대 리튬 이온 배터리에서의 음극에서 활성인 규소 물질, 예컨대 규소 원소, 및/또는 산화규소(예를 들어, 하기 화학식을 가짐: SiOx, 상기 식에서 0 ≤ x < 2, 예를 들어, 0 ≤ x ≤ 1.5, 0 < x < 1, 또는 x

Figure 112016129579059-pct00001
0임)를 포함한다. 특정 실시양태에서, 본원에 기재된 조성물, 물질, 및 전극에 포함된 규소 물질 및/또는 인클루전은 규소(규소 원소), 예컨대 결정질 규소를 포함한다. 일부 실시양태에서, 본원에 제공되는 규소 함유 입자는 40 중량% 이상의 규소 전극 활물질(예를 들어, SiOx, 예를 들어, 상기 식에서, 0 ≤ x < 2 임)을 포함한다. 특정 실시양태에서, 본원에 제공되는 규소 함유 물질은 50 중량% 이상(예를 들어, 60 중량% 이상, 70 중량% 이상, 80 중량% 이상 등)의 규소 전극 활물질(예를 들어, SiOx)를 포함한다. 일부 실시양태에서, 본원에 제공되는 규소 함유 입자는 40 중량% 이상의 전극 활성 규소(Si)를 포함한다. 특정 실시양태에서, 본원에 제공되는 규소 함유 입자는 50 중량% 이상(예를 들어, 60 중량% 이상, 70 중량% 이상, 약 70 중량% 내지 약 80 중량%, 80 중량% 이상 등)의 규소(Si)를 포함한다. 특정 실시양태에서, 규소(Si)의 양이 많을수록, 리튬화의 지연을 최소화하기 위해 더 적은 양의 SiOx(상기 식에서 0 < x ≤ 2임)가 바람직하다. 도 25는 사이클링 동안 애노드에서의 SiOx 인클루전을 사용한 예시적인 반전지의 용량을 예시하고 있다.In certain embodiments, the silicon material contained herein comprises an active material at the cathode in an electrode, e.g., a lithium ion battery, such as a silicon element, and / or silicon oxide (e.g., having the formula: SiOx, 0? X <2, for example, 0? X? 1.5, 0 <x <1, or x
Figure 112016129579059-pct00001
0). In certain embodiments, the compositions, materials, and silicon materials and / or encapsulants included in the electrodes described herein comprise silicon (silicon elements), such as crystalline silicon. In some embodiments, the silicon-containing particles provided herein comprise at least 40% by weight of silicon electrode active material (e.g., SiOx, e.g., where 0? X <2). In certain embodiments, the silicon-containing material provided herein comprises a silicon electrode active material (e.g., SiOx) in an amount of at least 50 wt% (e.g., at least 60 wt%, at least 70 wt%, at least 80 wt% . In some embodiments, the silicon-containing particles provided herein comprise at least 40% by weight of electroactive silicon (Si). In certain embodiments, the silicon-containing particles provided herein may comprise at least 50 wt% (e.g., at least 60 wt%, at least 70 wt%, at least about 70 wt% to about 80 wt%, at least 80 wt% (Si). In certain embodiments, the greater the amount of silicon (Si), the lesser amount of SiOx (where 0 < x &lt; 2) is preferred to minimize the delay of lithiation. Figure 25 illustrates the capacity of an exemplary half-cell using SiOx inclusions at the anode during cycling.

본원의 특정 양태에서, 복수의 활성 전극 인클루전(예를 들어, 규소 함유 입자) 및 복수의 탄소 인클루전(예를 들어, 그래핀 성분, 예컨대 환원된 그래핀 옥사이드 성분, 예컨대 rGO)을 포함하는 조성물 (또는 물질)이 제공된다. 특정 실시양태에서, 탄소 인클루전 (예를 들어, 그래핀 성분) 집합체는 웹, 복수의 탄소 엔벨로프(예를 들어, 그래핀 엔벨로프), 또는 복수의 탄소 엔벨로프를 포함하는 웹을 형성한다. 특정 실시양태에서, 각각의 엔벨로프는 1개 이상(예를 들어, 2개 이상)의 탄소 인클루전(예를 들어, 그래핀 성분, 예컨대 환원된 그래핀 옥사이드 성분, 예컨대 rGO)을 포함한다. 일반적으로, 각각의 엔벨로프는 내표면 및 외표면을 포함하고, 상기 내표면은 엔벨로프 포켓을 획정한다. 일부 경우에서, 각각의 탄소 인클루전은 경우에 따라 예컨대 도 4에 예시된 바와 같은 모든 또는 일부의 하나 이상의 엔벨로프를 형성한다. 특정 경우에서, 하나의 엔벨로프의 외표면은 제2 엔벨로프의 내표면의 모두 또는 일부이다. 다양한 실시양태에서, 전극 활물질과 함께 취해진 웹 및/또는 엔벨로프는 조성물 또는 물질 내의 복수의 복합 도메인을 포함한다. 특정 실시양태에서, 복합 도메인은 엔벨로프 및 활물질(예를 들어, 인클루전, 예컨대 이의 입자)를 포함한다.In certain embodiments herein, a plurality of active electrode clusters (e.g., silicon-containing particles) and a plurality of carbon inclusions (e.g., graphene components such as reduced graphene oxide components, such as rGO) (Or substance) is provided. In certain embodiments, aggregates of carbon inclusions (e.g., graphene components) form a web comprising a web, a plurality of carbon envelopes (e.g., graphene envelope), or a plurality of carbon envelopes. In certain embodiments, each envelope comprises at least one (e.g., two or more) carbon in clusters (e.g., a graphene component, such as a reduced graphene oxide component, such as rGO). Generally, each envelope includes an inner surface and an outer surface, and the inner surface defines an envelope pocket. In some cases, each carbon inclusion forms, as the case may be, all or part of one or more envelopes, for example as illustrated in Fig. In certain cases, the outer surface of one envelope is all or part of the inner surface of the second envelope. In various embodiments, the web and / or envelope taken with the electrode active material comprises a plurality of complex domains in the composition or material. In certain embodiments, the complex domain comprises an envelope and an active material (e.g., an inclusion, such as a particle thereof).

특정 실시양태에서, 그래핀 성분, 예컨대 산화 그래핀 성분(예를 들어, 그래핀 옥사이드)를 포함하는 조성물 또는 물질이 제공된다. 특정 실시양태에서, 본원에서의 조성물 또는 물질은 복수의 그래핀 엔벨로프를 포함하고, 상기 그래핀 엔벨로프는 하나 이상의 산화 그래핀 성분(예를 들어, 그래핀 옥사이드)를 포함한다. 일부 실시양태에서, 이러한 조성물 또는 물질은 본원에 기재된 전극 재료에 대한 전구체 물질이다. 특정 실시양태에서, 이러한 전구체 물질은 환원 반응 조건, 예컨대 열적, 화학적, 또는 다른 본원에 기재된 공정을 통해 전극 재료로 전환된다. 특정 실시양태에서, 산화 그래핀 성분은 산소, 예컨대 카보닐기, 카복실기(예를 들어, 카복실산기, 카복실레이트기, COOR기, 예컨대 상기 식에서 R은 C1-C6 알킬임 등), -OH기, 에폭사이드기, 및/또는 기타로 작용화된 그래핀 성분이다. 특정 실시양태에서, 산화 그래핀 성분(또는 그래핀 옥사이드)은 약 60% 이상 탄소(예를 들어, 60% 내지 99%)를 포함한다. 보다 특정 실시양태에서, 산화 그래핀 성분은 약 60 중량% 내지 약 90 중량% 탄소, 또는 약 60 중량% 내지 약 80 중량% 탄소를 포함한다. 추가의 또는 대안적인 실시양태에서, 산화 그래핀 성분은 약 40 중량% 이하의 산소, 예컨대 약 10 중량% 산소 내지 약 40 중량%의 산소, 약 35 중량% 이하의 산소, 약 1 중량% 내지 35 중량%의 산소 등을 포함한다.In certain embodiments, compositions or materials are provided that comprise a graphene component, such as an oxidized graphene component (e.g., graphene oxide). In certain embodiments, the compositions or materials herein comprise a plurality of graphene envelopes, wherein the graphene envelope comprises at least one oxidizing graphene component (e.g., graphene oxide). In some embodiments, such compositions or materials are precursor materials for the electrode materials described herein. In certain embodiments, such precursor materials are converted to electrode materials through reduction reaction conditions such as thermal, chemical, or other processes described herein. In certain embodiments, the oxidized graphene component comprises an oxygen such as a carbonyl group, a carboxyl group (e.g., a carboxylic acid group, a carboxylate group, a COOR group such as wherein R is C1-C6 alkyl, Epoxide groups, and / or other functionalized graphene components. In certain embodiments, the oxidized graphene component (or graphene oxide) comprises about 60% or more carbon (e.g., 60% to 99%). In a more specific embodiment, the oxidized graphene component comprises about 60 wt% to about 90 wt% carbon, or about 60 wt% to about 80 wt% carbon. In a further or alternative embodiment, the oxidized graphene component comprises less than or equal to about 40 weight percent oxygen, such as from about 10 weight percent oxygen to about 40 weight percent oxygen, less than or equal to about 35 weight percent oxygen, % By weight oxygen, and the like.

일부 실시양태에서, 조성물 또는 물질(예를 들어, 예컨대 그래핀 옥사이드 포함하는 전구체 물질)의 탄소 인클루전에 대한 전극 활물질 또는 규소 함유 입자의 중량비는 약 1:10 내지 약 20:1이다. 특정 실시양태에서, 탄소 인클루전에 대한 전극 활물질 또는 규소 함유 입자의 중량비는 약 1:4 내지 약 10:1, 예컨대 약 1:2 내지 약 5:1, 또는 약 1:1 내지 약 3:1이다.In some embodiments, the weight ratio of the electrode active material or silicon-containing particles to the carbon inlets of the composition or material (e.g., precursor material comprising, for example, graphene oxide) is from about 1:10 to about 20: 1. In certain embodiments, the weight ratio of the electrode active material or silicon containing particles to the carbon inclusions is from about 1: 4 to about 10: 1, such as from about 1: 2 to about 5: 1, or from about 1: to be.

본원의 다른 특정 실시양태에서, 그래핀 성분, 예컨대 환원된 산화 그래핀 성분(예를 들어, 환원된 그래핀 옥사이드)를 포함하는 조성물 또는 물질이 제공된다. 특정 실시양태에서, 본원의 조성물 또는 물질은 복수의 그래핀 엔벨로프를 포함하고, 상기 그래핀 엔벨로프는 하나 이상(산화된 또는 환원된 산화된) 그래핀 성분(예를 들어, 환원된 그래핀 옥사이드)를 포함한다. 일부 실시양태에서, 이러한 조성물 또는 물질은 본원에 기재된 전구체 물질로부터 제조되는 전극 재료이다. 특정 실시양태에서, 이러한 전극 재료는 환원 반응 조건을 통해, 예컨대 열적, 화학적, 또는 본원에 기재된 공정을 통해 전구체 물질로부터 전환된다. 특정 실시양태에서, (예를 들어, 환원된 산화된) 그래핀 성분은 산소, 예컨대 카보닐기, 카복실기(예를 들어, 카복실산기, 카복실레이트기, COOR기, 예컨대 상기 식에서 R은 C1-C6 알킬임, 등), -OH기, 에폭사이드기, 및/또는 기타로 작용화된 그래핀 성분이다. 산화된 그래핀 성분은 일반적으로 더 적은 산화를 포함하는 한편, 일부 경우에서 산화된 그래핀 성분, 잔류 산화 및 결함이 존재한다. 특정 실시양태에서, 그래핀 성분(예를 들어, 환원된 그래핀 옥사이드)은 약 60% 이상(예를 들어, 60% 내지 99%), 예컨대 약 70 중량% 이상, 약 75 중량% 이상, 약 80 중량% 이상, 약 85 중량% 이상, 약 90 중량% 이상, 또는 약 95 중량% 이상(예를 들어, 최대 약 99 중량% 이상)의 탄소를 포함한다. 특정 실시양태에서, 그래핀 성분(예를 들어, rGO)은 약 35 중량% 이하(예를 들어, 0.1 중량% 내지 35 중량%)의 산소, 예를 들어, 약 25 중량% 이하 (예를 들어, 0.1 중량% 내지 25 중량%)의 산소, 또는 약 20 중량% 이하, 약 15 중량% 이하, 약 10 중량% 이하 (예를 들어, 최소 약 0.01 중량%, 최소 약 0.1 중량%, 최소 약 1 중량% 등)의 산소를 포함한다. 특정 실시양태에서, 그래핀 성분(예를 들어, rGO)은 약 0.1 중량% 내지 약 10 중량%, 예를 들어, 약 4 중량% 내지 약 9 중량%, 약 5 중량% 내지 약 8 중량% 등의 산소를 포함한다.In another particular embodiment of the invention, there is provided a composition or material comprising a graphene component, such as a reduced graphene oxide component (e. G., Reduced graphene oxide). In certain embodiments, the compositions or materials herein comprise a plurality of graphene envelopes, wherein the graphene envelope comprises at least one (oxidized or reduced oxidized) graphene component (e. G., Reduced graphene oxide) . In some embodiments, such compositions or materials are electrode materials made from the precursor materials described herein. In certain embodiments, such electrode materials are converted from precursor materials through reduction reaction conditions, e.g., thermal, chemical, or through the processes described herein. In certain embodiments, the (e. G., Reduced oxidized) graphene moiety comprises an oxygen such as a carbonyl group, a carboxyl group (e. G., A carboxylic acid group, a carboxylate group, a COOR group, Alkyl, etc.), -OH groups, epoxide groups, and / or other functionalized graphene moieties. The oxidized graphene component generally contains less oxidation, while in some cases there are oxidized graphene components, residual oxidation and defects. In certain embodiments, the graphene component (e. G., Reduced graphene oxide) comprises at least about 60% (e.g., 60% to 99%), such as at least about 70% At least about 80 weight percent, at least about 85 weight percent, at least about 90 weight percent, or at least about 95 weight percent (e.g., up to about 99 weight percent or more) carbon. In certain embodiments, the graphene component (e.g., rGO) is less than or equal to about 35 weight percent (e.g., 0.1 weight percent to 35 weight percent) oxygen, such as less than or equal to about 25 weight percent , From about 0.1 wt% to about 25 wt%), or up to about 20 wt%, up to about 15 wt%, up to about 10 wt% (e.g., at least about 0.01 wt%, at least about 0.1 wt% Weight percent, etc.) of oxygen. In certain embodiments, the graphene component (e.g., rGO) comprises from about 0.1 wt% to about 10 wt%, such as from about 4 wt% to about 9 wt%, from about 5 wt% to about 8 wt% Of oxygen.

특정 실시양태에서, 예를 들어, 탄소 인클루전 물질(예를 들어, 그래핀 성분)이 환원되는 경우, 탄소 인클루전에 대한 전극 활물질 또는 규소 함유 입자의 더 높은 비가 본원에 기재된 조성물, 물질, 및 전극에 대해 고려된다. 일부 실시양태에서, 조성물 또는 물질(예를 들어, 예컨대 환원된 그래핀 옥사이드를 포함하는 전극 재료)의 탄소 인클루전에 대한 전극 활물질 또는 규소 함유 입자의 중량비는 약 1:5 내지 약 20:1이다. 특정 실시양태에서, 탄소 인클루전에 대한 전극 활물질 또는 규소 함유 입자의 중량비는 약 1:2 내지 약 20:1, 예컨대 약 1:1 내지 약 10:1, 또는 약 2:1 내지 약 9:1이다.In certain embodiments, when a carbon inclusion material (e.g., a graphene component) is reduced, for example, a higher ratio of electrode active material or silicon-containing particles to the carbon inclusions may be used for the compositions, materials, And electrodes. In some embodiments, the weight ratio of the electrode active material or silicon-containing particles to the carbon inlets of the composition or material (e.g., electrode material comprising reduced graphene oxide, for example) is from about 1: 5 to about 20: 1 . In certain embodiments, the weight ratio of the electrode active material or silicon containing particles to the carbon inclusions is from about 1: 2 to about 20: 1, such as from about 1: 1 to about 10: 1, or from about 2: 1 to about 9: to be.

특정 실시양태에서, 본원에 기재된 조성물, 물질, 및 전극의 엔벨로프는 이의 포켓에 임의의 적합한 수의 활물질 인클루전(또는 이의 전구체)을 포함한다. 일부 실시양태에서, 개개의 엔벨로프는 그 내부에 하나 이상의 인클루전을 포함한다. 특정 실시양태에서, 개개의 엔벨로프는 그 내부에 2개 이상(예를 들어, 2-10개, 2-5개 등)의 인클루전을 포함한다. 특정 경우에서, 예컨대 더 큰 인클루전(예를 들어, 예컨대 평균 약 200 nm 초과, 약 1 마이크로 내지 약 10 마이크로 등의 입자 치수 (또는 평균 치수)를 갖는 마이크로-구조화된 인클루전)이 이용되는 경우, 소수의 인클루전, 예컨대 개개의 엔벨로프 내의 평균 약 1 내지 약 10개, 또는 약 2 내지 약 5개, 또는 1 내지 10개, 예를 들어, 2 내지 5개의 의 인클루전이 엔벨로프 포켓에서 발견된다. 일부 경우에서, 예컨대 더 작은 인클루전(예를 들어, 예컨대 하나 이상을 갖거나 200 nm 미만의 평균 치수인 나노-구조화된 인클루전)의 경우, 더 많은 인클루젼, 예컨대 개개의 엔벨로프 내에서의 평균 약 1 내지 약 1000개(예를 들어, 약 50 내지 약 200개, 예컨대 약 100개), 또는 1 내지 1000개(예를 들어, 50 내지 20개, 예컨대 약 100개)가 엔벨로프 포켓 내에서 발견될 수 있다. In certain embodiments, the compositions, materials, and electrodes of the electrodes described herein comprise a clathrate (or a precursor thereof) in any suitable number of active materials in the pockets thereof. In some embodiments, the individual envelopes include one or more inclusions therein. In certain embodiments, the individual envelopes include two or more (e.g., 2-10, 2-5, etc.) inclusions therein. In certain instances, for example, larger inclusions (e.g., micro-structured inclusions having a particle size (or average size), such as an average of greater than about 200 nm, such as from about 1 micro to about 10 microns) , There may be a small number of inclusions, such as from about 1 to about 10, or from about 2 to about 5, or from 1 to 10, such as from 2 to 5, inclusions in the individual envelope, &Lt; / RTI &gt; In some cases, for example, in the case of smaller enculphinations (e.g., for example, one or more nanostructured inclusions having an average dimension of less than 200 nm), more encapsulations, (E.g., about 50 to about 200, e.g., about 100), or 1 to 1000 (e.g., 50 to 20, e.g., about 100) Lt; / RTI &gt;

또한, 일부 실시양태에서, 본원에서는 본원에 기재된 규소/탄소 침적물을 포함하는 제조품, 예를 들어, 본원에 기재된 공정에 따라 제조되거나 제조될 수 있는 박막형 침적물이 제공된다. 특정 실시양태에서, 본원에서는 기재, 예컨대 이의 표면 상에 본원에 기재된 전극 또는 침적물을 포함하는 전도성 기재(예를 들어, 집전체)가 제공된다. 또한, 본원에서는 장치, 예컨대, 예를 들어, 배터리를 비롯한 에너지 저장 장치, 예컨대 본원에 기재된 이러한 물질을 포함하는 리튬 이온 배터리가 제공된다. Further, in some embodiments, there are provided herein an article of manufacture comprising a silicon / carbon deposit as described herein, for example a thin film deposit, which may be made or prepared according to the process described herein. In certain embodiments, a conductive substrate (e.g., a current collector) is provided herein that includes a substrate, such as an electrode or deposit described herein, on the surface thereof. Also provided herein is an apparatus, for example, an energy storage device including a battery, such as a lithium ion battery containing such a material as described herein.

특정 실시양태에서, 본원에서는 복수의 나노구조화된 인클루전을 결속하는 탄소 웹을 포함하는 전극(또는, 예를 들어, 이러한 전극을 포함하는 리튬 이온 배터리)을 제공하고, 상기 나노구조화된 인클루전은 전극 활물질(예를 들어, 음극 활물질, 예컨대 본원에 기재된 규소 물질)을 포함한다. 도 1은 집전체(104) 상의 전극 침적물(101)을 예시하고 있다. 예시된 바와 같이, 전극은 복수의 전극 활성 나노구조체(103)를 결속하는 탄소 웹(102)을 포함할 수 있다. 도 1에 예시된 바와 같이, 일부 경우에서, 탄소 물질(102), 예컨대 탄소 시트 또는 리본(예를 들어, 그래핀, 그래핀 옥사이드(GO), 환원된 그래핀 옥사이드(rGO), 또는 기타 그래핀 유사체)은 전극 활성 나노구조체(103)를 감싸 결속시킨다. 일부 경우에서, 전극 활물질(103)을 결속하는 탄소 물질(102)은 전극 활물질(103)이 전해질과 상호작용하는 것을 방지하고, 분쇄되는 것을 방지하는 등의 역할을 한다. 또한, 일부 경우에서, 예컨대 낮은 전자 전도성 전극 활물질이 이용되는 경우, 탄소 물질(102)은 전극에서의 전자 전도성을 촉진한다.In certain embodiments, there is provided herein an electrode (or, for example, a lithium ion battery comprising such an electrode) comprising a carbon web binding a plurality of nanostructured inclusions, wherein the nanostructured encapsulant The electrode material includes an electrode active material (e.g., a negative electrode active material such as the silicon material described herein). Fig. 1 illustrates an electrode deposit 101 on the current collector 104. Fig. As illustrated, the electrode may comprise a carbon web 102 that binds a plurality of electrode active nanostructures 103. As illustrated in Figure 1, in some cases, a carbon material 102, such as a carbon sheet or ribbon (e.g., graphene, graphene oxide (GO), reduced graphene oxide (rGO) Pin analogue) surrounds and binds the electrode active nanostructure 103. In some cases, the carbon material 102 binding the electrode active material 103 prevents the electrode active material 103 from interacting with the electrolyte, and prevents the electrode active material 103 from being crushed. Also, in some cases, for example, when a low electron conductive electrode active material is used, the carbon material 102 promotes electronic conductivity at the electrode.

일부 실시양태에서, 전극 활물질은 미립자 인클루전(예를 들어, 나노규모의 - 예컨대 하나 이상의 치수에 있어서 약 2 마이크로 미만 - 미립자(예를 들어, 모든 치수에서 약 2 마이크로 미만인 나노입자, 및 직경에 있어서 약 2 마이크로 미만이고 2차원에서 약 2 마이크로보다 크거나 작은 나노로드 및 나노섬유); 또는 예컨대 30 마이크로 미만, 20 마이크로 미만, 15 마이크로 미만 등의 본원에 기재된 바와 같은 평균 치수를 갖는 다른 작은 구조 입자(예를 들어, 입자, 로드 또는 다른 구조 구성요소)의 형태로 또는 이의 일부로서 포함된다. 특정 실시양태에서, 나노-인클루전(예를 들어, 나노입자)는 약 1 마이크로 이하, 약 500 nm 이하, 약 250 nm 이하, 또는 약 100 nm 이하인 나노규모 형태를 가진다. 보다 특정 실시양태에서, 하나 이상의 치수(예를 들어, 나노입자에 대한 모든 치수)는 약 50 nm 이하, 또는 약 25 nm 이하 또는 약 10 nm 이하, 또는 약 5 nm 내지 약 10 nm, 또는 다른 임의의 적합한 크기이다. 일부 특정 실시양태에서, 미립자 인클루전은 고종횡비 구조체, 예컨대 나노로드 또는 나노섬유의 형태의 것이다. 특정 실시양태에서, 고종횡비 구조체는 약 2 마이크로 이하, 예컨대 약 1 마이크로 이하, 약 0.5 마이크로 이하, 또는 약 0.1 마이크로 내지 약 0.2 마이크로인 제1 치수를 가진다. 특정 실시양태에서, 이러한 고종횡비 구조체는 약 10 이상, 약 20 이상, 약 25 이상, 또는 약 50 이상, 예컨대 최대 약 250의 종횡비를 가진다. 특정 실시양태에서, 고종횡비 구조체의 제2 치수는 약 50 마이크로 이하, 예컨대 약 1 마이크로 내지 약 50 마이크로, 약 2 마이크로 내지 약 25 마이크로 등이다. 도 19는 (a) 순물질 형태뿐 아니라 탄소(예를 들어, 그래핀 옥사이드)(다양한 확대 수준에서의 것)에 의해 피복된 (b) 및 (c)로의 활물질(예를 들어, SiOx)을 포함하는 마이크로규모 입자를 예시하고 있다. 이미지에서 알 수 있는 바와 같이, 탄소를 사용한 입자의 매우 양호한 피복이 달성되었다. 또한, 도 19에서 알 수 있는 바와 같이, 입자의 평균 또는 최소 치수(예를 들어, 직경 또는 길이, 폭, 높이)보다 큰 평균 치수(길이 및/또는 폭)를 갖는 그래핀 성분의 사용은 다수의 입자에 대해 양호한 피복을 제공한다(예를 들어, 다수의 입자를 감싸는 탄소 엔벨로프를 제공한다). 또한, 도 28은 더 큰 그래핀 성분(변화되는 확대 수준에서의 것)을 사용한 규소 마이크로입자의 양호한 피복을 예시하고 있고, 반면, 도 29는 더 작은 그래핀 성분(변화되는 확대 수준에서의 것)을 사용하는 규소 마이크로입자의 좋지 않은 피복을 예시하고 있다. 도 29에 예시된 바와 같이, 더 작은 그래핀 성분이 이용되는 경우, 다수의 규소 마이크로입자 성분은 그래핀 성분(이의 일부는 원형 구간 내에 보여짐)에 의해 미보호된 채로 잔류한다.In some embodiments, the electrode active material can be a particulate encapsulant (e. G., Nanoscale - e.g., less than about 2 microns in one or more dimensions - microparticles (e.g., nanoparticles of less than about 2 microns in all dimensions, And nanofibers and nanofibers that are less than about 2 microns in size and less than about 2 microns in two dimensions), or other small dimensions having an average dimension, such as less than 30 microns, less than 20 microns, less than 15 microns, Nano-particles (e. G., Nanoparticles) are included in the form of or in the form of structural particles (e. G., Particles, rods or other structural components) Less than about 500 nm, less than about 250 nm, or less than about 100 nm. In more specific embodiments, one or more dimensions (e.g., Is about 50 nm or less, or about 25 nm or less, or about 10 nm or less, or about 5 nm to about 10 nm, or any other suitable size. In some specific embodiments, High aspect ratio structures are in the form of high aspect ratio structures, such as nanorods or nanofibers. In certain embodiments, the high aspect ratio structures are in the range of about 2 microns or less, such as about 1 micron, about 0.5 micron, or about 0.1 micro to about 0.2 micron High aspect ratio structures have an aspect ratio of at least about 10, at least about 20, at least about 25, or at least about 50, such as at most about 250. In certain embodiments, the high aspect ratio structure The second dimension is about 50 microns or less, such as about 1 micron to about 50 microns, about 2 micro to about 25 microns, etc. Figure 19 shows a cross- (E. G., SiOx) coated with (e. G., Graphene oxide) (at various magnification levels) coated with (b) and (c). As can be seen from the image, very good coverage of the particles with carbon was achieved. 19, the use of graphene components having average dimensions (length and / or width) greater than the average or minimum dimensions (e.g., diameter or length, width, height) (E. G., Provides a carbon envelope surrounding multiple particles). &Lt; / RTI &gt; Also, Figure 28 illustrates good coverage of silicon microparticles using larger graphene components (at varying magnification levels), while Figure 29 illustrates the use of smaller graphene components ) &Lt; / RTI &gt; in the case of a silicon microparticle. As illustrated in FIG. 29, when a smaller graphene component is used, many of the silicon microparticle components remain unprotected by the graphene component (some of which are visible in the rounded section).

특정 실시양태에서, 전극 활물질은 고에너지 용량 물질(예를 들어, 흑연보다 더 높은 용량, 예컨대 > 400 mAh/g, > 500 mAh/g, > 750 mAh/g, > 1,000 mAh/g, 또는 그 이상을 가짐)을 포함한다. 특정 실시양태에서, 전극 활물질은 흑연이 아니다(비-흑연). 일부 실시양태에서, 전극 활물질은 리튬화시 높은 부피 팽창(예를 들어, > 150%, 또는 > 200%)을 갖는 물질을 포함한다. 일부 경우에서, 전극 활물질은 Si, Ge, Sn, Co, Cu, Fe, 이의 임의의 산화 상태, 또는 이의 임의의 조합을 포함한다. 특정 실시양태에서, 애노드 또는 고에너지 용량 물질은 Si, Ge, Sn, Al, 이의 옥사이드, 이의 카바이드, 또는 이의 합금을 포함한다. 특정 실시양태에서, 애노드 또는 고에너지 용량 물질은 SiOx (예를 들어, 상기 식에서 0 ≤ x ≤ 2, 또는 0 < x < 1.5임), SiOaNbCc (예를 들어, 상기 식에서 0 ≤ a ≤ 2, 0 ≤ b ≤ 4/3, 그리고 0 ≤ c ≤ 1, 그리고, 예를 들어, 여기서 a/2 + 3b/4 + c는 약 1 이하임), Sn, SnOx (예를 들어, 상기 식에서 0 ≤ x ≤ 2, 또는 0 < x < 1.5임), Si, Al, Ge, 또는 Si 합금을 포함한다.In certain embodiments, the electrode active material can be a high energy capacity material (e.g., a higher capacity than graphite, e.g.,> 400 mAh / g,> 500 mAh / g,> 750 mAh / g,> 1000 mAh / Or more). In certain embodiments, the electrode active material is not graphite (non-graphite). In some embodiments, the electrode active material comprises a material having a high volumetric expansion upon lithiumation (e.g.,> 150%, or> 200%). In some cases, the electrode active material includes Si, Ge, Sn, Co, Cu, Fe, any oxidation state thereof, or any combination thereof. In certain embodiments, the anode or high energy capacity material comprises Si, Ge, Sn, Al, oxides thereof, carbides thereof, or alloys thereof. In certain embodiments, the anode or high energy capacity material is selected from the group consisting of SiOx (e.g., 0? X? 2 or 0 <x <1.5 in the above formula), SiO a N b C c (for example, where a / 2 + 3b / 4 + c is less than or equal to about 1), Sn, SnOx (e.g., 0 < x < 2 or 0 &lt; x &lt; 1.5), Si, Al, Ge, or Si alloys.

특정 실시양태에서, 탄소 물질은 임의의 적합한 탄소 물질, 예컨대 나노구조화된 탄소 물질이다. 일부 경우에서, 탄소 물질은 탄소 시트, 탄소 리본 등이다. 특정 경우에서, 탄소 물질은 그래핀 성분, 예컨대 그래핀, 그래핀 옥사이드, 환원된 그래핀 옥사이드, 또는 이의 조합이거나 또는 이를 포함한다. 특정 실시양태에서, 그래핀 옥사이드는 산소, 예컨대 카보닐기, 카복실기(예를 들어, 카복실산기, 카복실레이트기, COOR기, 예컨대 상기 식에서 R은 C1-C6 알킬임 등), -OH기, 에폭사이드기, 및/또는 기타로 작용화된 그래핀이다. 일부 실시양태에서, 환원된 그래핀 옥사이드는 경우에 따라 예컨대 그래핀 옥사이드에 대해 기술된 바와 같이 산소로 작용화된 그래핀(순물질 또는 결함보유, 예컨대 하나 이상의 개방된 내부 고리 등을 포함함)이다. 일반적으로, 환원된 그래핀 옥사이드 rGO는 예컨대 열적으로(예를 들어, 예컨대 200℃ 이상으로 가열함), 화학적으로(예를 들어, 하이드라진, 수소 플라즈마, 우레아 등으로 처리함), 또는 기타 매커니즘(예를 들어, 강한 펄스 광을 사용함)에 의해 부분적으로 또는 전체적으로 환원된 그래핀 옥사이드 물질로서 인식된다. 다양한 실시양태에서, 본원에 제공되는 그래핀 옥사이드, 또는 환원된 그래핀 옥사이드는, 예를 들어, 약 60% 이상(예를 들어, 60% 내지 99%)의 탄소 및 약 35% 이하(예를 들어, 1% 내지 35%)의 산소, 예를 들어, 약 75% 이상(예를 들어, 75% 내지 99%)의 탄소 및 약 25% 이하(예를 들어, 1% 내지 25%)의 산소(예를 들어, 중량%로의 것)를 포함한다. 일부 실시양태에서, 탄소 및 산소의 총 백분율은 임의의 적합한 원자, 예컨대 수소(및/또는, 예를 들어 질소)를 포함하는 추가의 질량과 함께 그래핀 유사체의 100%를 구성하지 않는다. 특정 실시양태에서, 그래핀 옥사이드는 유체 저장물에서 이용되고, 유체 저장물의 전기분무 이후, 수집된 침적물은 (예를 들어, 약 100℃ 이상, 예를 들어, 150℃ 내지 400℃, 약 150℃ 내지 약 350℃, 약 200℃ 내지 약 300℃, 약 200℃, 약 250℃의 온도 또는 임의의 적합한 온도)로 열처리되어 그래핀 옥사이드를 적어도 부분적으로 환원시킨다(즉, 그래핀 옥사이드 내에서 탄소에 비해 산소의 백분율을 감소시킨다). 다양한 다른 실시양태에서, 임의의 다른 적합한 기술은 경우에 따라 침적 이후 그래핀 옥사이드를 환원시키기 위해 이용된다. 일부 경우에서, 침적 이후 그래핀 옥사이드의 환원은 물질의 성능 특성(예를 들어, 일부 경우에서, 탄소 인클루전의 전도성을 증가시키는 것)을 개선한다. 예를 들어, 본원에 제공된 다양한 도면은, 일부 경우에서, 본원에 제공된 물질이 그래핀 옥사이드(GO)에 비해 환원된 그래핀 옥사이드(rGO)를 사용하여 개선된 성능(예를 들어, 비용량) 특성을 입증하는 것을 예시하고 있다. 그러나, 일부 경우에서, 예컨대 물이 유체 저장물의 액체 매질로서 이용되는 경우, 그의 개선된 용해도/분산성 및 가공에 있어서의 용이성을 위해 그래핀 옥사이드(GO)을 이용하는 것이 바람직하다.In certain embodiments, the carbon material is any suitable carbon material, such as a nanostructured carbon material. In some cases, the carbon material is a carbon sheet, a carbon ribbon, or the like. In certain instances, the carbon material is or comprises a graphene component, such as graphene, graphene oxide, reduced graphene oxide, or combinations thereof. In certain embodiments, the graphene oxide comprises an oxygen such as a carbonyl group, a carboxyl group (e.g., a carboxylic acid group, a carboxylate group, a COOR group such as wherein R is C1-C6 alkyl, Side groups, and / or other functionalized graphenes. In some embodiments, the reduced graphene oxide is optionally graphene (including, for example, one or more open inner rings, etc.) functionalized with oxygen as described for graphene oxide . In general, the reduced graphene oxide rGO can be removed, for example, by thermally (e.g., heating to a temperature above 200 C), chemically (e.g., with hydrazine, hydrogen plasma, urea, etc.) For example, by using a strong pulse light), as a graphene oxide material that is partially or totally reduced. In various embodiments, the graphene oxide, or reduced graphene oxide, provided herein can have, for example, at least about 60% (e.g., 60% to 99%) carbon and up to about 35% (E.g., 1% to 35%) oxygen, for example, about 75% or more (e.g., 75% to 99%) carbon and up to about 25% (e.g., 1% to 25% (E. G., In weight percent). In some embodiments, the total percentage of carbon and oxygen does not constitute 100% of the graphene analogue with an additional mass comprising any suitable atom, such as hydrogen (and / or nitrogen, for example). In certain embodiments, graphene oxide is used in a fluid storage, and after electrospraying of the fluid storage, the collected deposits are heated to a temperature of about &lt; RTI ID = 0.0 &gt; 100 C & (E.g., at a temperature in the range of about 200 to about 350, about 200 to about 300, about 200, about 250, or any suitable temperature) Reducing the percentage of oxygen). In various other embodiments, any other suitable technique is used to reduce the graphene oxide after deposition, as the case may be. In some cases, the reduction of graphene oxide after deposition improves the performance characteristics of the material (e.g., in some cases, increasing the conductivity of the carbon inclusions). For example, the various figures provided herein show that, in some cases, materials provided herein exhibit improved performance (e. G., No capacity) using graphene oxide (rGO) reduced relative to graphene oxide (GO) To demonstrate the characteristics of the product. In some cases, however, it is preferred to use graphene oxide (GO) for its improved solubility / dispersibility and ease in processing when, for example, water is used as the liquid medium of the fluid reservoir.

일부 실시양태에서, 인클루전(예컨대, 유체 저장물, 액적 및/또는 전극 또는 침적물 중의 인클루전)은 전극 활물질의 복합체를 포함한다. 특정 실시양태에서, 인클루전은 제2 재료(예컨대, 카본, 세라믹 등)를 더 포함한다. 일부 실시양태에서, 인클루전은 나노 크기의 인클루전, 예컨대 나노 섬유, 나노 로드 또는 나노 입자이다. 특정 실시양태에서, 인클루전은 탄소 및 규소 재료(예컨대, 화학식 SiOx를 가지며, 상기 화학식에서 0 ≤ x ≤ 2인 재료, 또는 본원에 기술된 바와 같은 그 외의 활성 규소 재료)를 포함하는 복합체(예컨대, 나노 섬유)이다. 특정 실시양태에서, 이러한 재료들은 임의의 적합한 기술에 따라 임의로 제조되고, 그 예시적인 기술이 "Silicon Nanocomposite Nanofibers"로 표제된 미국 특허 출원 제14/382,423호, "Carbon and Carbon Precursors in Nanofibers"로 표제된 미국 특허 출원 제14/457,994호, 및 "Silicon-Carbon Nanostructured Composites"로 표제된 미국 특허 출원 제62/111,908호에 기술되어 있으며, 상기 특허 출원 모두는 상기 재료 및 상기 재료의 제조 방법을 개시하기 위해 본원에 인용되어 있다. 예를 들어, 특정 실시양태에서, 본원에서 제공된 전극 활물질을 포함하는 나노 구조는, 규소 나노 입자(즉, 규소 및 일부 경우에는 이의 산화물을 포함하는 나노 입자)를 유체 저장물(예컨대, 폴리머 및 액체 매질을 갖는 유체 저장물)에 분산시키고, 그 유체 저장물을 전기방사(예컨대, 기체 보조식 전기방사)하고, 그 생성물(예컨대, 나노 섬유)를 탄화시킴으로서 제조한다. 일부 실시양태에서, 인클루전은 본원에 기술된 규소 재료(예컨대, 규소 또는 본원에 기술된 SiOx 재료)가 주입된 카본 나노 구조(예컨대, 카본 나노 튜브 또는 중공 카본 나노 섬유)이다. 도 23은 용량 유지율을 도시하고, 도 24는 본원에 기술된 애노드 물질 중 인클루전 재료를 함유하는 활성 전극으로서의 예시적인 규소-탄소 복합체 섬유 재료를 이용하여 제조된 반전지의 사이클링 효율을 도시한다.In some embodiments, inclusions (e.g., fluid reservoirs, droplets, and / or inclusions in electrodes or deposits) comprise complexes of electrode active materials. In certain embodiments, the inclusions further comprise a second material (e.g., carbon, ceramic, etc.). In some embodiments, the inclusions are nanoscale inclusions, such as nanofibers, nanorods, or nanoparticles. In certain embodiments, the encapsulant comprises a composite comprising a carbon and a silicon material (e.g., a material having the formula SiOx, wherein 0 &lt; x &lt; = 2, or other active silicon material as described herein) For example, nanofibers). In certain embodiments, these materials are optionally prepared according to any suitable technique, and exemplary techniques thereof are described in U.S. Patent Application No. 14 / 382,423 entitled "Silicon Nanocomposite Nanofibers", entitled "Carbon and Carbon Precursors in Nanofibers" U.S. Patent Application No. 14 / 457,994, entitled &quot; Silicon-Carbon Nanostructured Composites &quot;, and U.S. Patent Application No. 62 / 111,908, entitled &quot; Which is incorporated herein by reference. For example, in certain embodiments, nanostructures comprising an electrode active material provided herein can be prepared by dispersing silicon nanoparticles (i.e., silicon and, in some cases, nanoparticles comprising the oxide thereof) (E. G., Gas-assisted electrospinning) the fluid stock and carbonizing the product (e. G., Nanofibers). In some embodiments, the inclusion is a carbon nanostructure (e.g., a carbon nanotube or a hollow carbon nanofiber) into which the silicon material described herein (e.g., silicon or the SiOx material described herein) is implanted. Figure 23 shows capacity retention and Figure 24 shows the cycling efficiency of a semi-conductor fabricated using an exemplary silicon-carbon composite fiber material as an active electrode containing an incultual material among the anode materials described herein.

도 6은 본원에서 제공된 전극/침적물(601) 및 공정에서의, 규소 인클루전(예컨대, 나노 입자)(607)이 내재된 탄소 매트릭스(606)를 포함하는 복합체 나노 구조의 인클루전(예컨대, 나노 섬유)(603)을 도시한다. 도시된 바와 같이, 탄소 웹(예컨대, 카본 시트를 포함하는 탄소 웹)(602)은 나노 구조의 인클루전(예컨대, 나노 섬유)(603)를, 예컨대 집전체(604)에 고정시킨다. 도 7은 이러한 예시적 재료[예컨대, SiOx 도메인이 내재된 나노 구조의 (나노 섬유) 복합체(예컨대, 규소 나노 입자)]의 비용량 데이터를 도시한다. 도 17은 그래핀 옥사이드(GO) 및 환원된 그래핀 옥사이드(rGO)를 포함하는, 카본 인클루전을 지닌 나노 구조의 (나노 섬유) 복합체(예컨대, 탄소 매트릭스에 내재된, 규소 나노 입자와 같은, SiOx 도메인을 포함하는 것)를 포함하는, 본원에서 제공된 예시적 재료에 대한 추가적인 비용량 데이터를 도시한다.Figure 6 illustrates an electrode / deposit 601 provided herein and an inclusion of a composite nanostructure (e.g., nanoparticles) comprising a carbon matrix 606 in which silicon inclusions (e.g., nanoparticles) 607 in the process are embedded , Nanofibers) 603 are shown. As shown, a carbon web (e.g., a carbon web including a carbon sheet) 602 fixes the encapsulant (e.g., nanofibers) 603 of the nanostructure to, for example, the current collector 604. FIG. 7 shows non-capacity data of this exemplary material (e.g., nanofiber composite (nanofibers) (e.g., silicon nanoparticles) in which the SiOx domain is embedded). Figure 17 shows a nanocomposite (nanofiber) composite with a carbon inclusion, including graphene oxide (GO) and reduced graphene oxide (rGO), such as silicon nanocrystals embedded in a carbon matrix , &Lt; / RTI &gt; including the SiOx domain). &Lt; RTI ID = 0.0 &gt;

도 11은 또 다른 예시적 재료(예컨대, 탄소 매트릭스 내에 개재된 Sn을 포함하는 나노 구조의 복합체)의 비용량 데이터를 도시한다. 도시된 바와 같이, 높은 용량 및 우수한 사이클링 특성이 입증된다.Figure 11 shows non-capacity data of another exemplary material (e.g., a composite of nanostructures comprising Sn intercalated within a carbon matrix). As shown, high capacity and excellent cycling properties are demonstrated.

다른 예시적 실시양태에서, 본원에서 제공된 전극 활물질을 포함하는 나노 구조는, 유체 저장물(예컨대, 폴리머 및 액체 매질/용매를 갖는 유체 저장물)에 규소 전구체를 분산시키고, 그 유체 저장물을 전기방사(예컨대, 기체 보조식 전기방사)하고, 그 생성물(예컨대, 나노 섬유)을 탄화시킴(예를 들어, 이는 일부 경우에서는, 예컨대 본원에 기술된 SiOx 또는 SiOaNbCc의 화학식을 갖는 활성 규소 물질로 규소 전구체를 하소하는 역할도 함)으로써 제조한다. 도 18은, 예를 들어 상기 기술에 따라 제조된 또는 제조 가능한 예시적 재료(예컨대, 탄소 매트릭스 내에 개재된 SiOx를 포함하는 나노 구조의 복합체)의 완전 전지 중 비용량 데이터를 도시한다. 도시된 바와 같이, 매우 우수한 사이클링 특성과 함께 높은 용량이 입증된다.In another exemplary embodiment, the nanostructures comprising the electrode active material provided herein can be prepared by dispersing a silicon precursor in a fluid storage (e.g., a fluid storage having a polymer and a liquid medium / solvent) radiation (e. g., gas-assisted electrospinning) and Sikkim carbonizing the product (e.g., nano-fiber) (e.g., which in some case, for example, having the formula of SiOx or SiO a N b c c described herein Which also serves to calcine the silicon precursor with an active silicon material). FIG. 18 illustrates non-capacity data in a full cell of, for example, an exemplary material made or prepared according to the above technique (e.g., a composite of nanostructures comprising SiOx intercalated within a carbon matrix). As shown, a high capacity is demonstrated with very good cycling properties.

또 다른 예시적 실시양태에서, 본원에서 제공된 전극 활물질을 포함하는 인클루전(예컨대, 나노 구조)은 전극 활물질을 포함하는 인클루전(예컨대, 나노 구조) 또는 전극 활물질의 인클루전을 포함한다. 다양한 사례에서, 상기 재료들은 상기 전극 또는 침적물 중에 포함시킬 목적으로 제조되거나, 상업적 공급원으로부터 입수되어 사용된다.In another exemplary embodiment, an inclusion (e.g., nanostructure) comprising an electrode active material provided herein comprises an inclusion of the inclusion of an electrode active material (e.g., nanostructure) or an electrode active material . In various instances, the materials are prepared for inclusion in the electrode or deposit, or are obtained and used from commercial sources.

특정 실시양태에서, 본원에서 제공된 전극 활물질을 포함하는 인클루전(예컨대, 마이크로 또는 나노 구조)은 SiOx과 같은 활성 규소 물질(예컨대, 본원에 기술된 것)을 포함하는 입자(예컨대, 마이크로 입자 또는 나노 입자)이다. 특정 실시양태에서, 활성 규소 물질은 규소(Si)이다. 일부 실시양태에서, 인클루전(예컨대, 나노 구조)은 규소 나노 입자이다. 도 9는 (전극 활물질을 포함하는 나노 구조로서의) 규소 나노 입자 및 (카본 인클루전 물질로서의) 그래핀 옥사이드를 이용하는 완전 전지에서의 비용량 데이터를 도시한다. 도시된 바와 같이, 우수한 사이클링 특성과 함께 높은 용량이 입증된다. 도 15는 전극 활물질(예컨대, 규소 나노 입자) 및 카본 인클루전(예컨대, 그래핀 옥사이드 시트)을 포함하는 나노 구조를 포함하는 예시적 재료 및 비교 재료(드롭 캐스팅으로 제조된 전극)의 비용량 데이터를 도시한다. 도시된 바와 같이, 보다 높은 충전율에서도, 본원에 기술된 방법에 따라 제조된 음극 재료는 드롭 캐스트 기술을 이용하여 제조된 전극 재료보다 훨씬 높은 비용량을 가지나, 그 외에는 유사한 구성 부분을 포함한다. 또한, 도시된 바와 같이, 보다 높은 충전율에서도, 본원에 기술된 방법에 따라 제조된 음극 재료는 비-가스 제어식 전기분무 기술을 이용하여 제조된 전극 재료보다 훨씬 높은 비용량을 가지나, 그 외에는 유사한 구성 부분을 포함한다. 또한 일부 사례에서, 도시된 바와 같이, 본원에서 제공된 재료들은 드롭 캐스트 및 비-가스 제어식 전기분무 기술을 이용하여 제조된 전극 재료보다 크게 개선된 용량 유지율을 갖는다. 도 16은, 유사한 구성요소를 이용하여 제조된 다른 애노드에 비해서, 본 기술(예컨대, 기체 제어식 전기분무)에 따라 제조된 애노드의 향상된 임피던스 값을 도시한다.In certain embodiments, an inclusion (e. G., Micro- or nanostructured) comprising an electrode active material provided herein may comprise particles (e. G., Microparticles or nanoparticles) comprising an active silicon material such as SiOx Nanoparticles). In certain embodiments, the active silicon material is silicon (Si). In some embodiments, the inclusions (e.g., nanostructures) are silicon nanoparticles. Figure 9 shows non-capacity data in a full cell using silicon nanoparticles (as nanostructures containing the electrode active material) and graphene oxide (as a carbon inclusion material). As shown, high capacity with excellent cycling properties is demonstrated. Figure 15 is a plot of the specific capacity of an exemplary material comprising a nanostructure including an electrode active material (e.g., silicon nanoparticles) and a carbon inclusion (e.g., graphene oxide sheet) and a comparative material (electrode made by drop casting) Lt; / RTI &gt; As can be seen, even at higher fill rates, the negative electrode material prepared according to the methods described herein has a much higher specific capacity than electrode materials made using drop cast techniques, but otherwise includes similar components. Also, as shown, even at higher charge rates, the negative electrode material produced according to the methods described herein has a much higher specific capacity than electrode materials made using non-gas controlled electrospray techniques, &Lt; / RTI &gt; Also, in some cases, as shown, the materials provided herein have significantly improved capacity retention rates than electrode materials made using drop cast and non-gas controlled electrospray techniques. Figure 16 shows the improved impedance values of the anode made according to the technique (e.g., gas-controlled electrospray), as compared to other anodes made with similar components.

도 10은 규소 나노 입자 및 다양한 카본 인클루전(예컨대, 그래핀 옥사이드 및 환원된 그래핀 옥사이드)을 이용하는, 본원에서 제공된 예시적 리튬 이온 배터리 음극(애노드)의 쿨롱 효율 값을 도시한다. 도시된 바와 같이, 본원에서 제공된 재료들은 우수한 쿨롱 효율을 나타낸다. 도 12는 전극 상의, 직접 침적된 규소 나노 입자 및 그래핀 옥사이드 또는 환원된 그래핀 옥사이드의 순환 전압전류법(CV) 곡선을 도시한다. 특정 사례에서, 높은 쿨롱 효율(ηc) 값, 특히 제1 사이클 쿨롱 효율에 있어서의 그 값은 시판의 배터리 적용에 있어 중요하다(ηc = Q out/Q in, 여기서 Q out은 방전 사이클 동안에 배터리를 떠나는 전하의 양이고, Q in은 충전 사이클 동안에 배터리에 유입되는 전하의 양임). 일부 사례에서, 애노드의 불량한 제1 사이클 쿨롱 효율은 용량 손실 및/또는 애노드와 캐소드 간의 용량 부정합을 초래한다. 예를 들어, 애노드가 제1 사이클 동안에 자신의 용량의 15% 초과를 비가역적으로 손실하는 경우, 애노드와 캐소드 사이에 큰 용량 부정합이 있을 수 있다. 일부 사례에서는 부정합을 만회하기 위해서 과량의 전극 재료가 임의로 이용되지만, 일반적인 시판의 배터리 적용에서는 리튬 이온 배터리 애노드 물질에 대해서 약 85% 이상의 제1 사이클 쿨롱 효율이 요구된다. 특정 실시양태에서, 본원에서 제공된 전극 및/또는 전극 재료(예컨대, 필름)는 약 80% 이상, 더 바람직하게는 약 85% 이상의 제1 사이클 쿨롱 효율을 갖는다. 더 바람직한 실시양태에서, 본원에서 제공된 전극 및/또는 전극 재료(예컨대, 필름)는 약 88% 이상, 더 바람직하게는 약 90% 이상의 제1 사이클 쿨롱 효율을 갖는다.Figure 10 shows the coulombic efficiency values of the exemplary lithium ion battery cathodes (anodes) provided herein using silicon nanoparticles and various carbon inclusions (e.g., graphene oxide and reduced graphene oxide). As shown, the materials provided herein exhibit excellent coulombic efficiency. Figure 12 shows a cyclic voltammetry (CV) curve of directly deposited silicon nanoparticles and graphene oxide or reduced graphene oxide on an electrode. In certain cases, high coulombic efficiency c) value, particularly the value of the first cycle coulombic efficiency while it is important for battery application of commercially available c = Q out / Q in, where Q out is a discharge cycle The amount of charge leaving the battery, and Q in is the amount of charge entering the battery during the charge cycle). In some instances, the poor first cycle Coulomb efficiency of the anode results in a capacitance loss and / or capacity mismatch between the anode and the cathode. For example, if the anode irreversibly loses over 15% of its capacity during the first cycle, there may be a large capacity mismatch between the anode and the cathode. In some cases, an excess of electrode material is optionally used to make up for mismatch, but a typical commercial battery application requires a first cycle Coulomb efficiency of about 85% or more for a lithium ion battery anode material. In certain embodiments, the electrode and / or electrode material (e.g., film) provided herein has a first cycle Coulomb efficiency of at least about 80%, more preferably at least about 85%. In a more preferred embodiment, the electrode and / or electrode material (e.g., film) provided herein has a first cycle Coulomb efficiency of at least about 88%, more preferably at least about 90%.

특정 실시양태에서, 집전체 상에 침적된 박층 전극(예컨대, 본원에서 제공된 전극 재료를 포함하는 것)이 본원에 제공된다. 일부 실시양태에서, 상기 전극은 집전체에 양호하게 부착된다. 특정 실시양태에서, 상기 전극은, 전극/집전체를 90도 이상(예컨대, 135도 이상)의 각도로 2회 이상(예컨대 3회 이상, 4회 이상 등) 폴딩한 후에, 전극 박리율(예를 들어 여기서 박리율은, 예컨대 면적을 기준으로 한, 집전체로부터의 전극의 분리 %임)이 10% 미만(예컨대, 5% 미만, 3% 미만, 1% 미만 등)이도록 집전체에 부착된다. 도 13은 나노 구조 전극 활물질 및 카본 인클루전, 예컨대 본원에 기술된 것들로 코팅된 다양한 집전체들의 화상을 도시한다. 드롭 캐스트 기술을 이용하여 집전체 상에 침적된 전극(1301), 슬러리 코팅/닥터 블레이드 기술을 이용하여 집전체 상에 침적된 전극(1302) 및 본원에 기술된 전기분무 기술을 이용하여 집전체 상에 침적된 전극(1303)이 도시되어 있으며, 이들 전극 각각은 폴딩된 전극(1304, 1305 및 1306)이다. 도시된 바와 같이, 일부 사례에서, 도 14에 도시된 바와 같이, 예컨대 폴딩시에 불량한 피복률 및 박리율을 갖는 드롭 캐스팅의 전극에 비해 피복률이 우수한, 매끄러운 및/또는 균일한 표면을 갖는 전극이 본원에서 제공된다. 도 14는, 전기분무 기술을 이용하여 집전체 상에 침적된 전극(1401)으로서, 반복적으로 폴딩되고(1402) 펼쳐지는 전극의 화상과, 그의 전면(1403) 및 이면(1404) 화상을 도시한다. 도시된 바와 같이, 일부 실시양태에서, 심한 폴딩에도 불구하고, 전극은 최소한의 박리로, 또는 박리 없이, 그의 구조를 양호하게 유지한다.In certain embodiments, a thin layer electrode (e.g., including the electrode material provided herein) deposited on a current collector is provided herein. In some embodiments, the electrode is preferably attached to the current collector. In a specific embodiment, the electrode is formed by folding the electrode / current collector two or more times (e.g., three times or more, four times or more) at an angle of 90 degrees or more (For example, the percentage of separation of the electrode from the current collector based on the area) is less than 10% (for example, less than 5%, less than 3%, less than 1%, etc.) . Figure 13 shows images of various nanostructured electrode active materials and carbon housings, such as those coated with those described herein. Electrodes 1301 deposited on the current collector using a drop cast technique, electrodes 1302 deposited on the current collector using slurry coating / doctor blade technology, and electrospray techniques described herein, And electrodes 1304, 1305 and 1306, respectively, which are folded electrodes. As shown, in some cases, as shown in Fig. 14, an electrode having a smooth and / or uniform surface having an excellent covering ratio as compared with an electrode of drop casting, for example, having a poor covering ratio and a separation ratio at the time of folding Are provided herein. 14 shows an image of an electrode folded repeatedly (1402) and an image of its front side 1403 and back side 1404 as an electrode 1401 deposited on a current collector using an electrospray technique . As shown, in some embodiments, despite severe folding, the electrode maintains its structure well, with minimal peeling, or without peeling.

일부 실시양태에서, 전극 재료 및/또는 전극의 활물질을 고정시키는 탄소 웹의 형성에, 비교적 적은 양의 카본 인클루전이 필요하다. 특정 사례에서, 이러한 낮은 카본 로딩 요건은, 단지 전극의 활물질의 높은 용량뿐만 아니라, 전체 전극의 매우 높은 용량이 가능하게 한다. 또한, 활물질을 (예컨대, 집전체에) 고정시키도록 구성된 카본 인클루전을 포함하면, 전극은 매우 높은 농도의 활물질을 포함하게 되어, 예를 들어 추가적인 바인더의 사용이 필요 없고(예컨대, 바인더 무함유 전극을 형성함), 충전제 등의 사용이 필요 없다. 일부 사례에서, 본원에서 제공된 전극 및/또는 전극 재료 내의 이러한 높은 농도의 전극 활물질은, 재료를 매우 소량 사용하면서도 원하는 용량을 갖는 전극을 제조할 수 있게 한다. 일부 사례에서, 본원에서 제공된 방법들은, 높은 용량의 재료를 제조하는 것뿐만 아니라, 매우 우수한 균일성 및 매우 낮은 결함 특성(예컨대, 결함은 사이클링 동안에 용량 감소를 초래할 수 있음)을 갖는 얇은 전극 재료도 제조하도록 잘 설계된 것이다.In some embodiments, a relatively small amount of carbon inclusion is needed to form a carbon web that fixes the electrode material and / or the electrode active material. In certain instances, this low carbon loading requirement enables not only a high capacity of the electrode active material, but also a very high capacity of the entire electrode. In addition, if a carbon inclusion configured to fix the active material (e.g., to the current collector) is included, the electrode will contain a very high concentration of active material, e.g., no need to use additional binder (e.g., Containing electrode is formed), a filler and the like need not be used. In some instances, such high concentrations of electrode active material in the electrodes and / or electrode materials provided herein enable the production of electrodes with the desired capacity while using very small amounts of material. In some cases, the methods provided herein may not only produce a high capacity material, but also provide a thin electrode material having very good uniformity and very low defect properties (e.g., defects may result in reduced capacity during cycling) It is well designed to manufacture.

일부 실시양태에서, 카본 인클루전은 약 20 중량% 이하(예컨대, 약 10 중량% 이하, 약 5 중량% 이하, 또는 약 0.5 중량% 내지 약 3 중량%)의 침적물, 또는 약 20 중량% 이하(예컨대, 약 10 중량% 이하, 약 5 중량% 이하, 또는 약 0.5 중량% 내지 약 3 중량%)의, 유체 저장물의 첨가제(즉, 유체 저장물의 비-액체 매질 성분의 첨가제)를 포함한다.In some embodiments, the carbon inclusion comprises less than about 20 weight percent (e.g., less than about 10 weight percent, less than about 5 weight percent, or about 0.5 weight percent to about 3 weight percent) of deposits, or less than about 20 weight percent (I. E., An additive of the non-liquid medium component of the fluid storage) of the fluid storage (e. G., Up to about 10%, up to about 5%, or from about 0.5% to about 3%).

일부 실시양태에서, 활물질을 포함하는 인클루전(예컨대, 마이크로 구조 및/또는 나노 구조) 대 카본 인클루전(예컨대, 유체 저장물 중, 침적물, 및/또는 본원에서 제공된 물질)의 중량비는 약 8:2 ∼ 약 999:1, 예컨대 약 85:15 ∼ 약 995:5, 약 9:1 ∼ 약 99:1이다. 특정 실시양태에서, 전극 또는 전극 재료 중 활물질을 포함하는 인클루전(예컨대, 마이크로 구조 및/또는 나노 구조)의 백분율은 약 25 중량% 이상, 예컨대 약 50 중량% 이상, 약 75 중량% 이상, 약 80 중량% 이상, 약 85 중량% 이상, 약 90 중량% 이상, 약 95 중량% 이상 등이다. 또한, 일부 실시양태에서, 전극 또는 전극 재료 중 활물질의 양은 약 20 중량% 이상, 예컨대 약 40 중량% 이상, 약 50 중량% 이상, 약 60 중량% 이상, 약 70 중량% 이상, 약 80 중량% 이상, 약 90 중량% 이상 등이다.In some embodiments, the weight ratio of inclusions (e.g., microstructures and / or nanostructures) to carbon inclusions (e.g., in fluid reservoirs, deposits, and / or materials provided herein) 8: 2 to about 999: 1, such as about 85:15 to about 995: 5, about 9: 1 to about 99: 1. In certain embodiments, the percentage of inclusions (e.g., microstructures and / or nanostructures) comprising an active material in an electrode or electrode material is greater than or equal to about 25 weight percent, such as greater than or equal to about 50 weight percent, greater than or equal to about 75 weight percent, About 80 wt% or more, about 85 wt% or more, about 90 wt% or more, about 95 wt% or more, and the like. Also, in some embodiments, the amount of active material in the electrode or electrode material may be greater than or equal to about 20 wt%, such as greater than about 40 wt%, greater than about 50 wt%, greater than about 60 wt%, greater than about 70 wt% Or more, about 90 wt% or more, and the like.

특정 실시양태에서, 전극은 박층 전극(예컨대, 집전체 상에 침적된 것)이다. 특정 실시양태에서, 전극은 약 500 마이크론 이하, 예컨대 약 250 마이크론 이하, 약 200 마이크론 이하, 약 25 마이크론 내지 약 500 마이크론, 약 50 마이크론 내지 약 200 마이크론 등의 두께를 갖는다. 일부 실시양태에서, 전극은 약 10 mg/cm2 이하, 예컨대 약 0.1 mg/cm2 내지 약 10 mg/cm2, 약 5 mg/cm2 이하, 약 4 mg/cm2 이하, 약 3 mg/cm2 이하, 약 1 mg/cm2 내지 약 2 mg/cm2의 기재상 질량 로딩을 갖는다. 특정 실시양태에서, 얇은 필름이 사용됨에도 불구하고, 높은 면적 밀도의 재료, 예컨대 약 0.1 mg/cm2 이상, 약 0.5 mg/cm2 이상, 또는 약 1 mg/cm2 이상(예컨대 약 0.5 mg/cm2 ∼ 약 5 mg/cm2, 예컨대 약 1 mg/cm2 ∼ 약 5 mg/cm2)의 재료가 사용된다. 특정 실시양태에서, 본원에서 제공된 전극 및/또는 재료는 우수한 전극 면적당 용량을 갖는다. 예를 들어, 일부 실시양태에서, 본원에서 제공된 전극 및 재료는 1 mAh/cm2 이상, 예컨대 약 2 mAh/cm2 이상, 약 3 mAh/cm2 이상, 또는 약 2 mAh/cm2 내지 약 5 mAh/cm2의 면적 용량을 갖는다. 도 26은 용량이 약 3 mAh/cm2인 애노드를 갖는 예시적 완전 전지의 용량 및 용량 유지율을 도시하며, 이는 종래의 리튬 이온 배터리 완전 전지에서 나타나는 것보다 약 2배까지 크다.In certain embodiments, the electrode is a thin layer electrode (e. G., Deposited on a current collector). In certain embodiments, the electrode has a thickness of about 500 microns or less, such as about 250 microns or less, about 200 microns or less, about 25 microns to about 500 microns, such as about 50 microns to about 200 microns. In some embodiments, the electrode has a conductivity of less than about 10 mg / cm 2 , such as from about 0.1 mg / cm 2 to about 10 mg / cm 2 , less than about 5 mg / cm 2, less than about 4 mg / cm 2 , cm 2 , and a mass loading on the substrate of from about 1 mg / cm 2 to about 2 mg / cm 2 . In certain embodiments, a material having a high areal density, such as greater than about 0.1 mg / cm 2, greater than about 0.5 mg / cm 2 , or greater than about 1 mg / cm 2 , such as greater than about 0.5 mg / cm 2 to about 5 mg / cm 2 , such as about 1 mg / cm 2 to about 5 mg / cm 2 ) is used. In certain embodiments, the electrodes and / or materials provided herein have a good capacity per electrode area. For example, in some embodiments, the electrodes and materials provided herein have a conductivity of at least 1 mAh / cm 2 , such as at least about 2 mAh / cm 2, at least about 3 mAh / cm 2 , or from about 2 mAh / cm 2 to about 5 and an area capacity of mAh / cm 2 . Figure 26 shows the capacity and capacity retention of an exemplary full battery with an anode having a capacity of about 3 mAh / cm 2 , which is about twice as large as that seen in a conventional lithium ion battery full battery.

다양한 실시양태에서, 집전체는 임의의 적합한 재료, 예컨대 금속(예컨대, 알루미늄, 구리 등)(예컨대 금속박) 또는 카본 기재(예컨대, 카본 클로스, 카본지 등)이다. 특정 실시양태에서, 카본 기재는 조합된 전극과 집전체 제품에 개선된 가요성을 제공한다.In various embodiments, the current collector is any suitable material such as a metal (e.g., aluminum, copper, etc.) (e.g., metal foil) or a carbon substrate (e.g., carbon cloth, carbon paper, etc.). In certain embodiments, the carbon substrate provides improved flexibility to the combined electrode and current collector product.

다양한 실시양태에서, 본원에서 제공된 전극 재료 및 전극은 높은 용량(예컨대, 리튬 이온 전지, 예컨대 반전지 또는 완전 전지에서의 비용량)을 갖는다. 특정 실시양태에서, 전극 재료 및/또는 전극은 약 1 A/g의 충전율에서 약 500 mAh/g 이상의 비용량을 갖는다. 보다 특정 실시양태에서, 전극 재료 및/또는 전극은 약 1 A/g의 충전율에서 약 600 mAh/g 이상의 비용량을 갖는다. 더욱더 특정 실시양태에서, 전극 재료 및/또는 전극은 약 1 A/g의 충전율에서 약 700 mAh/g 이상의 비용량을 갖는다. 더욱더 특정 실시양태에서, 전극 재료 및/또는 전극은 약 1 A/g의 충전율에서 약 800 mAh/g 이상의 비용량을 갖는다. 보다 특정 실시양태에서, 전극 재료 및/또는 전극은 약 1 A/g의 충전율에서 약 1000 mAh/g 이상(예컨대, 약 1100 mAh/g 이상, 또는 약 1200 mAh/g 이상)의 비용량을 갖는다. 일부 실시양태에서, 전극 재료 및/또는 전극은 약 2 A/g의 충전율에서 약 500 mAh/g 이상의 비용량을 갖는다. 보다 특정 실시양태에서, 전극 재료 및/또는 전극은 약 2 A/g의 충전율에서 약 600 mAh/g 이상의 비용량을 갖는다. 더욱더 특정 실시양태에서, 전극 재료 및/또는 전극은 약 2 A/g의 충전율에서 약 700 mAh/g 이상의 비용량을 갖는다. 더욱더 특정 실시양태에서, 전극 재료 및/또는 전극은 약 2 A/g의 충전율에서 약 800 mAh/g 이상의 비용량을 갖는다. 보다 특정 실시양태에서, 전극 재료 및/또는 전극은 약 2 A/g의 충전율에서 약 1000 mAh/g 이상(예컨대, 약 1100 mAh/g 이상, 또는 약 1200 mAh/g 이상)의 비용량을 갖는다. 특정 실시양태에서, 이러한 용량은 초기 사이클(충전 및/또는 방전 사이클)에서, 2번째 사이클에서 또는 그 후에, 5번째 사이클에서 또는 그 후에, 10번째 사이클에서 또는 그 후에, 50번째 사이클에서 또는 그 후에, 100번째 사이클에서 또는 그 후에, 150번째 사이클에서 또는 그 후에, 200번째 사이클에서 또는 그 후에, 250번째 사이클에서 또는 그 후에, 또는 이들의 조합에서 관찰된다. 특정 실시양태에서, 200번째 및/또는 250번째 사이클(예컨대, 충전 및/또는 방전 사이클)에서 또는 그 후에서의 전극 재료 및/또는 전극의 비용량은 1번째 사이클, 5번째 사이클 및/또는 10번째 사이클에서의 전극 재료 및/또는 전극의 비용량의 약 80% 이상(예컨대, 85% 이상)이다.In various embodiments, the electrode materials and electrodes provided herein have a high capacity (e.g., a lithium ion battery, such as a non-capacitive battery or a full capacity battery). In certain embodiments, the electrode material and / or the electrode have a specific capacity of at least about 500 mAh / g at a fill rate of about 1 A / g. In a more particular embodiment, the electrode material and / or the electrode has a specific capacity of at least about 600 mAh / g at a fill rate of about 1 A / g. In a still further particular embodiment, the electrode material and / or the electrode has a specific capacity of at least about 700 mAh / g at a fill rate of about 1 A / g. In a more particular embodiment, the electrode material and / or the electrode has a specific capacity of at least about 800 mAh / g at a fill rate of about 1 A / g. In a more particular embodiment, the electrode material and / or electrode has a specific capacity of at least about 1000 mAh / g (e.g., at least about 1100 mAh / g, or at least about 1200 mAh / g) at a fill rate of about 1 A / g . In some embodiments, the electrode material and / or the electrode have a specific capacity of at least about 500 mAh / g at a fill rate of about 2 A / g. In a more particular embodiment, the electrode material and / or the electrode has a specific capacity of at least about 600 mAh / g at a fill rate of about 2 A / g. In a more particular embodiment, the electrode material and / or the electrode has a specific capacity of at least about 700 mAh / g at a fill rate of about 2 A / g. In a more particular embodiment, the electrode material and / or electrode has a specific capacity of at least about 800 mAh / g at a fill rate of about 2 A / g. In a more specific embodiment, the electrode material and / or electrode has a specific capacity of at least about 1000 mAh / g (e.g., at least about 1100 mAh / g, or at least about 1200 mAh / g) at a fill rate of about 2 A / g . In certain embodiments, such a capacity may be used in an initial cycle (charge and / or discharge cycle), at or after the second cycle, at or after the fifth cycle, at or after the tenth cycle, At or after the 150th cycle, then at or after the 100th cycle, at or after the 150th cycle, at or after the 200th cycle, then at or after the 250th cycle, or a combination thereof. In certain embodiments, the specific capacity of the electrode material and / or electrode at or after the 200th and / or 250th cycle (e.g., a charge and / or discharge cycle) may be a first cycle, a fifth cycle, and / (For example, 85% or more) of the specific capacity of the electrode material and / or electrode in the first cycle.

일부 실시양태에서, 본원에 기술된 전극 또는 전극 재료를 포함하는 배터리(예를 들어 리튬 배터리, 예컨대 리튬 이온 배터리)가 본원에서 제공된다. 특정 실시양태에서, 본원에서 제공된 배터리는 양극 및 음극을 포함하며, 이들 중 1 이상의 전극이 본원에 기술된 전극이다. 일부 실시양태에서, 본원에 기술된 직접 침적 전극을 포함하는 음극, 본원에 기술된 전극 재료, 및/또는 본원에 기술된 카본-규소 웹 및/또는 엔벨로프를 포함하는 배터리가 본원에 제공된다. 보다 특정 실시양태에서, 음극, 양극, 세퍼레이터 및 전해질을 포함하는 리튬 이온 배터리가 본원에서 제공되며, 상기 음극은 본원에 기술된 전극을 포함한다(예컨대, 복수의 나노 구조 인클루전을 그 내부에 고정시키는 탄소 웹이며, 상기 나노 구조 인클루전이 (전극) 활물질을 포함함).In some embodiments, a battery (e. G., A lithium battery, e. G., A lithium ion battery) comprising the electrode or electrode material described herein is provided herein. In certain embodiments, the batteries provided herein comprise an anode and a cathode, of which at least one electrode is the electrode described herein. In some embodiments, batteries are provided herein that include a negative electrode comprising a direct-immersion electrode as described herein, an electrode material described herein, and / or a carbon-silicon web and / or an envelope as described herein. In a more particular embodiment, a lithium ion battery is provided herein that includes a cathode, an anode, a separator, and an electrolyte, wherein the cathode comprises an electrode as described herein (e.g., a plurality of nanostructures, (Electrode active material), which is the nanostructure.

일부 실시양태에서, 바인더 무함유 전극, 예컨대 본원에 기술된 제조 공정에 의해 제조 가능한 바인더 무함유 전극이 본원에서 제공된다. 본원의 일부 실시양태에서는, 임의의 적합한 재료들을 사용하여 상기 전극을 제조하는 일반적인 방법이 제공된다. 일부 사례에서는, 매우 균일한 전극을 매우 효율적인 방식으로 제조하는 일반적인 접근법이 제공된다. 특정 사례에서, 본원에 기술된 공정은 다운스트림 공정, 예컨대 드롭 캐스팅, 슬러리 코팅, 장시간 또는 고온의 건조 단계 수행 등의 필요가 없는, 도전성 기재(예컨대, 집전체) 상의 전극의 직접 침적을 제공한다.In some embodiments, a binder-free electrode, such as a binder-free electrode that is manufacturable by the manufacturing process described herein, is provided herein. In some embodiments herein, a general method of making the electrode using any suitable materials is provided. In some instances, a general approach is provided to fabricate highly uniform electrodes in a highly efficient manner. In certain instances, the process described herein provides direct deposition of an electrode on a conductive substrate (e.g., a current collector) without the need for downstream processes such as drop casting, slurry coating, long term or high temperature drying steps, .

본원의 다양한 실시양태에서, 인클루전 및 재료들은 특유의 성질을 갖는 것으로 기술되어 있다. 그러한 개시 내용은 확인된 그 특유의 성질과 동등한 평균을 갖는 복수의 인클루전에 대한 개시 내용을 포함하며, 그 반대도 마찬가지인 것으로 이해되어야 한다.In various embodiments of the disclosure, inclusions and materials are described as having unique properties. It is to be understood that the disclosure includes disclosure for a plurality of enclosures having an average equivalent to that of the identified proprietary nature and vice versa.

다양한 실시양태에서, 특정한 성질, 기능성 및/또는 구성 부분을 갖는 것으로 본원에서 언급되는 "전극"은 동일한 성질, 기능성 및/또는 구성 부분을 갖는 전극 재료에 대한 개시 내용을 포함하는 것이다. 또한, 본원에서 용액에 대한 언급은, 인클루전 부분이 용해 및/또는 분산되어 있는 액체 조성물을 포함하는 것이다.In various embodiments, the term "electrode" as used herein to have a particular nature, functionality, and / or configuration includes the disclosure for electrode materials having the same properties, functionality, and / Also, reference to a solution herein is meant to include a liquid composition in which the inclusion portion is dissolved and / or dispersed.

실시예Example

실시예 1Example 1

유체 저장물을, 규소 나노입자, 그래핀 옥사이드 및 물을 Si NP(7.5%) : GO(2.5%) : 물(90%)의 중량비로 조합하여 제조하였다. 이후, 2 kV/cm 하의 0.2 mL/분의 유량에서 기재(예를 들어, 금속 집전체)의 방향으로, 예를 들어 본원에 기술된 기체 제어 전기분무 노즐을 이용하여, 유체 저장물을 기체 스트림 내로 주입함으로써 유체 저장물을 전기분무하였다. 약 1-2 mg/cm2의 매스 로딩을 갖는 침적물(전극)을, 바인더를 첨가할 필요나 추가 가공할 필요 없이, 기재 상에 수집하였다.Fluid stocks were prepared by combining silicon nanoparticles, graphene oxide and water in a weight ratio of Si NP (7.5%): GO (2.5%): water (90%). Thereafter, in the direction of the substrate (e.g., a metal current collector) at a flow rate of 0.2 mL / min at 2 kV / cm, the fluid reservoir is introduced into the gas stream The fluid reservoir was electrosprayed. Deposits (electrodes) with mass loading of about 1-2 mg / cm 2 were collected on a substrate without the need to add binders or further processing.

슬러리를 제조하기 위해, 수퍼 P(Super P)(Timcal) 및 폴리(아크릴산)(PAA, MW = 3,000,000)을 N-메틸-2-피롤리돈(NMP) 중 80(활물질) : 10(수퍼 P) : 10 PAA의 중량비로 블렌딩함으로써, 다른 전극/집전체 시스템을 또한 규소 나노입자 및 그래핀 옥사이드를 이용하여 제조하였다. 한 실시예에서, 슬러리는 집전체 상에 드롭 캐스팅되고; 또 다른 실시예에서, 슬러리는 닥터 블레이드를 이용하여 집전체 상에 캐스팅되었다.(Active material) in N-methyl-2-pyrrolidone (NMP): 10 (super P (polytetrafluoroethylene) ): 10 PAA, another electrode / collector system was also prepared using silicon nanoparticles and graphene oxide. In one embodiment, the slurry is drop cast on a current collector; In another embodiment, the slurry was cast on a current collector using a doctor blade.

도 13에는 상기 기술된 것과 같은 공정에 따라 제조된 전극/집전체 조성물의 이미지, 및 또한 폴딩 후 이러한 조성물의 이미지를 도시한다. 전기분무 조성물이 즉시 또는 거의 즉시 건조되는 한편, 드롭 캐스트 및 닥터 블레이드 조성물은 120℃로 오븐에서 건조되기 위해 최대 6 시간 또는 그 이상이 필요하다. 추가로, 전기분무 조성물이 폴딩시 아주 우수한 균일성 및 접착 특성(즉, 전극이 집전체로의 우수한 접착)을 나타내는 것이 관찰되었다. 그러나 드롭 캐스트 조성물은, 매우 열악한 균일성을 가지며, 가운데에서 집전체의 부분적인 커버리지(coverage)를 갖지만, 폴딩시 전극의 집전체로의 적절한 접착을 나타냈다. 슬러리(닥터 블레이드) 조성물은 도 13에 도시된 것과 같은 우수한 균일성을 나타내지만, 또한 매우 열악한 접착을 나타냈다(즉, 이는 폴딩시 집전체로부터 박리(exfoliate)되거나 층간분리(delaminate)된다).Figure 13 shows an image of the electrode / current collector composition made according to the process as described above, and also an image of such a composition after folding. While the electrospray composition is being dried immediately or almost instantaneously, the drop cast and doctor blade compositions require up to 6 hours or more to dry in the oven at 120 ° C. In addition, it has been observed that the electrospray composition exhibits very good uniformity and adhesion properties (i.e., good adhesion of the electrode to the current collector) upon folding. The drop cast composition, however, has very poor uniformity and has partial coverage of the current collector in the middle, but exhibits adequate adhesion of the electrode to the current collector at folding. The slurry (doctor blade) composition exhibited excellent uniformity as shown in FIG. 13, but also exhibited very poor adhesion (i. E., It exfoliates or delaminates from the current collector when folded).

추가로, 이러한 조성물은 제작 중에 훨씬 많은 양의 비활성(또는 보다 저활성)인 전극 재료를 이용하고 훨씬 적은 비용량을 나타냈다. 2032 코인 셀형 Li 이온 배터리는 본원에 기술된 다양한 음극/집전체 시스템을 이용하여 제작되었다. 반전지를 제작하기 위해, Li 금속은 상대 전극으로서 사용되고 폴리에틸렌(약 25 ㎛ 두께)은 작업 전극과 상대 전극 사이에 세퍼레이터로서 삽입되었다. 코인 셀형 Li 이온 배터리를 Ar 충전된 글로브 박스에서 전해질과 조립하였다. 디메틸 카보네이트 및 플루오로에틸렌 카보네이트(50:50 wt/wt%)와 함께 홈 메이드(home-made) 1M 헥사플루오로포스페이트(LiPF6) 용액을 전해질로서 이용하였다. 반전지를 정전류식으로(galvanostatically) 충전하고 0.01-1.5 V 대 Li/Li+의 전압 창에서 방전시키고, 한편 완전 전지를 2.5-4.2 V에서 작동시켰다.In addition, these compositions utilized much higher amounts of inert (or less active) electrode material during fabrication and exhibited much less specific capacity. The 2032 coin cell Li ion battery was fabricated using the various cathode / collector systems described herein. To fabricate the half-cell, Li metal was used as a counter electrode, and polyethylene (about 25 占 퐉 thickness) was inserted as a separator between the working electrode and the counter electrode. A coin cell Li ion battery was assembled with the electrolyte in an Ar filled glove box. A homomixed 1M hexafluorophosphate (LiPF 6 ) solution with dimethyl carbonate and fluoroethylene carbonate (50:50 wt / wt%) was used as the electrolyte. The half-cells were galvanostatically charged and discharged in a voltage window of 0.01-1.5 V vs. Li / Li +, while the full cell was operated at 2.5-4.2 V.

도 15에서는, 상기 기술된 바와 같은, 드롭 캐스트 및 전기분무 기법을 이용하여 제조된 전극 재료의 비용량을 도시한다. 도시된 것과 같이, 본원에 기술된 전기분무 기법을 이용하여 제조된 전극은, 심지어 보다 높은 충/방전율에서도, 드롭 캐스트 기법을 이용하여 제조된 전극보다 현저히 높은 비용량을 입증하였다. 더욱이, 도 16에서는 전기분무 제작된 전극의 향상된 임피던스 특성을 도시한다.Figure 15 shows the specific capacity of the electrode material made using drop cast and electrospray techniques, as described above. As shown, the electrodes fabricated using the electrospray techniques described herein demonstrated significantly higher capacities than the electrodes made using the drop cast technique, even at higher charge / discharge ratios. Further, Fig. 16 shows the improved impedance characteristics of the electrode produced by electrospray.

실시예 2Example 2

완전 전지를 실시예 1의 혼합된 리튬 코발트 옥사이드(LCO) 캐소드 및 애노드를 이용하여 제조하였다. 도 9에서는 0.1 C의 충/방전율에서 이에 대한 완전 전지 데이타를 도시한다. 도시된 것과 같이, 애노드의 초기 비용량은 약 1600 mAh/g이며, 우수한 사이클링 보존율을 가졌다.A complete cell was prepared using the mixed lithium cobalt oxide (LCO) cathode and anode of Example 1. FIG. 9 shows full cell data at a charging / discharging rate of 0.1 C. As shown, the initial specific capacity of the anode was about 1600 mAh / g and had excellent cycling retention.

실시예 3Example 3

전극을 실시예 1에 기술된 전기분무 기법에 따라 제조하였다. 이후 전극을 (예를 들어, 이의 그래핀 옥사이드의 결함을 적어도 부분적으로 감소 및/또는 제거함으로써 그래핀 옥사이드를 본원에서 감소된 그래핀 옥사이드로 지칭되는 것으로 전환하기 위해) 약 200℃의 온도에서 열처리하였다. 도 5에서는 다양한 배율로 전기분무된 전극의 이미지, 및 또한 비 열처리된 전극 및 열처리된 전극의 이미지를 나타낸다. 도 10에서는 열처리된 및 비 열처리된 전극 양쪽에 대한 다양한 로딩의 쿨롱 효율을 도시한다. 도시된 것과 같이, 양 로딩에 대해, 열처리된 샘플(도면에서 "RGO"로 지칭)은 비 열처리된 유사체에 비해, 특히 제1 사이클에서, 향상된 쿨롱 효율을 입증하였다. 도 12에서는 열처리된 및 비 열처리된 전극 양쪽에 대한 CV 커브를 도시한다.Electrodes were prepared according to the electrospray technique described in Example 1. (For example, to convert graphene oxide to what is referred to herein as reduced graphene oxide by at least partially reducing and / or removing defects of the graphene oxide thereof) Respectively. Figure 5 shows images of electrodes electrosprayed at various magnifications and also images of non-heat treated and heat treated electrodes. Figure 10 shows the coulombic efficiency of various loading for both heat treated and non-heat treated electrodes. As shown, for both loading, the heat-treated sample (referred to as "RGO" in the figure) demonstrated improved Coulomb efficiency compared to the non-heat treated analogue, especially in the first cycle. Figure 12 shows CV curves for both heat treated and non-heat treated electrodes.

실시예 4Example 4

실시예 1에 기술된 공정과 유사한 공정을 이용하여, 나노섬유 및 탄소 및 규소를 포함하는 복합체(예를 들어, 내부에 규소 나노입자가 매립된 탄소 매트릭스)를 이용하여 전극을 제조하였다. 실시예 3에 기술된 것과 같이, 열처리된 및 비 열처리된 애노드 둘 모두를 제조하였다. 추가로, 실시예 1에 기술된 공정과 유사한 공정에 따라 반전지를 제조하였다. 도 34에서는 예시적인 그래핀질 웹의 횡단 (마이크로톰) SEM 이미지로서 이의 그래핀질 포켓 내에 탄소 및 규소 섬유를 트랩핑한 그래핀질 웹의 이미지를 도시한다.Using a process similar to the process described in Example 1, electrodes were prepared using nanofibers and composites comprising carbon and silicon (e.g., a carbon matrix with embedded silicon nanoparticles therein). As described in Example 3, both heat treated and non-heat treated anodes were prepared. In addition, a semi-conductive paper was produced according to a process similar to the process described in Example 1. Figure 34 shows an image of a graphene web with carbon and silicon fibers trapped in its graphene pocket as a cross-sectional (microtome) SEM image of an exemplary graphene web.

도 17에서는 이러한 전극에 대한 비용량 데이타가 도시된다. 도시된 것과 같이, 우수한 비용량 및 우수한 보존율이 얻어지며, 열처리된("RGO"로 표기함) 샘플이 심지어 더 높은 비용량을 입증하였다.In Fig. 17, the non-capacity data for such electrodes is shown. As shown, good specific capacity and excellent retention were obtained, and the heat treated (labeled "RGO") sample demonstrated even higher specific capacity.

추가로, 실시예 2에 기술된 것과 같은 방법을 이용한 전극을 이용하여 완전 전지를 제조하였다. 도 7에서는 이의 전극의 비용량을 도시하며, 우수한 용량 및 보존율이 관찰되었다.In addition, a full cell was prepared using an electrode using the same method as described in Example 2. Fig. 7 shows the specific capacity of the electrode, and excellent capacity and storage ratio were observed.

실시예 5Example 5

실시예 1에 기술된 공정과 유사한 공정을 이용하여, 나노섬유 및 탄소 및 주석 재료를 포함하는 복합체(예를 들어, 내부에 주석이 매립된 탄소 매트릭스)를 이용하여 전극을 제조하였다. 실시예 3에 기술된 것과 같이, 열처리된 및 비 열처리된 애노드 둘 모두를 제조하였다. 추가로, 실시예 1에 기술된 것과 유사한 공정에 따라 반전지를 제조하였다.Using a process similar to the process described in Example 1, the electrode was fabricated using nanofibers and a composite comprising carbon and tin material (e.g., a tin-embedded carbon matrix inside). As described in Example 3, both heat treated and non-heat treated anodes were prepared. In addition, a semi-conductive paper was produced according to a process similar to that described in Example 1.

도 11에서는 이러한 전극에 대한 비용량 데이타를 도시한다. 도시된 것과 같이, 우수한 비용량 및 우수한 보존율이 얻어지며, 열처리된("RGO"로 표기함) 샘플이 심지어 더 높은 비용량을 입증하였다.Fig. 11 shows the non-capacity data for these electrodes. As shown, good specific capacity and excellent retention were obtained, and the heat treated (labeled "RGO") sample demonstrated even higher specific capacity.

실시예 6Example 6

실시예 1에 기술된 공정과 유사한 공정을 이용하여, 마이크로구조화된 규소 및 그래핀 옥사이드를 이용하여 집전체 상에 침적물을 형성시켜 전극을 제조하였다. 제조된 침적물을 제1 전극으로, 및 리튬 금속을 상대 전극으로 사용하여 반전지를 제조하였다. 도 22에 도시된 것과 같이, 1 A/g에서 약 1,400 mAh/g의 비용량을 달성하였다. 용량 보존율은 우수하며, 제1 사이클 쿨롱 효율은 약 89%였다.Using a process similar to that described in Example 1, microstructured silicon and graphene oxide were used to form deposits on the current collector to produce electrodes. The prepared deposit was used as a first electrode, and a lithium metal was used as a counter electrode to prepare a half-cell. As shown in Fig. 22, a specific capacity of about 1,400 mAh / g at 1 A / g was achieved. The capacity retention was excellent and the first cycle Coulomb efficiency was about 89%.

실시예 7Example 7

다양한 전극 및 전극 재료를 활물질(규소 또는 산화규소(SiOx))을 이용하여 제조하였다. 3.0 g의 GO 수성 현탁액을 5.0 g의 DI 수에 희석시켰다. 1시간 동안 현탁액을 초음파처리한 후, 60 mg 또는 120 mg 활물질(그래핀 옥사이드와 1:1 또는 2:1 중량비)을 첨가하였다. 별도의 실시예에서 규소 나노입자(70-100 nm), SiOx 마이크로 크기 입자(3-10 ㎛), 규소 마이크로 입자(1-3 마이크론, 다결정질, 99.99% 순도)를 활물질로서 이용하였다. 이후 활물질 및 그래핀 옥사이드의 혼합물을 1시간 더 초음파처리하고 밤새(overnight) 교반한 후 분무하였다. 공기 제어 전기분무를 전극 재료의 제조에 적용하고, 이는 무바인더 전극의 직접 침적을 포함하였다. 전기분무는 동축 니들 세트와 함께 Harvard Apparatus PHD 2000 인퓨전 시린지 펌프를 이용하여 주위 조건 하에 수행하였다. 용액은 내측 17G 니들을 통해 공급하고 기체는 외측 12G 니들을 통해 공급하였다. 동작 전압은 20kV로, 작업 거리는 20 cm로, 용액 공급 속도는 0.05 mL 분-1-0.1 mL 분-1로 및 기체 압력은 28 psi로 설정하였다. 활물질/RGO 전극을 수득하기 위해, 분무된 활물질/GO 그대로를 400℃로 N2 분위기(관형 노(tube furnace))에서 1시간 동안 어닐링시켜 GO를 감소시키고, 5℃/분 램프(ramp)시켰다. 직접 침적 전극을 구리 호일 상에 침적시켰다.Various electrodes and electrode materials were prepared using an active material (silicon or silicon oxide (SiOx)). 3.0 g of the GO aqueous suspension was diluted to 5.0 g DI water. After suspending the suspension for 1 hour, 60 mg or 120 mg of active material (1: 1 or 2: 1 weight ratio with graphene oxide) was added. In another embodiment, silicon nanoparticles (70-100 nm), SiOx microsized particles (3-10 mu m), silicon microparticles (1-3 microns, polycrystalline, 99.99% purity) were used as active materials. Thereafter, the mixture of the active material and the graphene oxide was ultrasonicated for one hour and stirred overnight and then sprayed. Air-controlled electrospray was applied to the preparation of electrode material, which involved direct deposition of the binderless electrode. Electrospray was performed under ambient conditions using a Harvard Apparatus PHD 2000 Infusion Syringe Pump with a set of coaxial needles. The solution was fed through the inner 17G needle and the gas was fed through the outer 12G needle. The operating voltage was 20 kV, the working distance was 20 cm, the solution feed rate was set at 0.05 mL min -1 -0.1 mL min -1 and the gas pressure was 28 psi. In order to obtain an active material / RGO electrode, the sprayed active / GO is annealed in an N 2 atmosphere (tube furnace) at 400 ° C for 1 hour to reduce the GO and ramp at 5 ° C / min . A direct immersion electrode was immersed on the copper foil.

샘플의 구조 및 형태를 주사 전자 현미경(SEM, LEO 1550) 및 투과 전자 현미경(TEM, FEI T12 Spirit)으로 특성화하였다. 활물질 및 탄소 비율은 열중량 분석(TA instruments Q500)으로 결정하였다. 전기화학적 측정은 CR-2032 코인 셀을 이용하여 수행하였다. 상기 제조된 전극을 임의 추가 처리 없이 직접 사용하였다. 10 wt% 플루오로에틸렌 카보네이트의 첨가제와 함께 에틸렌 카보네이트, 디에틸 카보네이트 및 디메틸 카보네이트(vol%로 2:1:2)의 혼합물 중 1 M LiPF6를 규소 관련 재료에 대한 전극으로서 사용하였다. 반전지에서, 리튬 호일을 상대 전극으로서 사용하였다. LiCoO2 전극(MTI.)을 완전 전지에서 캐소드로서 사용하였다. 전지 조립을 아르곤 충전된 글로브 박스에서 수행하였다. 정전류(galvanostatic) 충/방전 측정을 랜드(Land) 배터리 시험 시스템을 이용하여 반전지에 대해 0.01-1.5V 및 완전 전지에 대해 2.5-4.2V의 전압 차단 창에서 수행하였다. 전류 밀도 및 비용량은 전극 재료의 총 질량을 기준으로 하였다. 순환전압전류법을 PARSTAT 4000(Princeton Applied Research) 전기화학 워크 스테이션을 이용하여 측정하였다. 일부 경우에서, 전지는 3-10 프리-사이클(pre-cycle)(즉, 최초 사이클 이전의 사이클; 그러나, 제1 사이클 쿨롱 효율은 이것이 프리-사이클이든 아니든 완전한 제1 사이클을 지칭함)로 안정화되었다. 달리 명시되지 않은 한, 사이클링 속도는 통상적으로 1C이다. The structure and morphology of the samples were characterized by scanning electron microscopy (SEM, LEO 1550) and transmission electron microscopy (TEM, FEI T12 Spirit). The active material and carbon ratio were determined by thermogravimetric analysis (TA instruments Q500). Electrochemical measurements were performed using a CR-2032 coin cell. The prepared electrode was used directly without any further treatment. 1 M LiPF 6 in a mixture of ethylene carbonate, diethyl carbonate and dimethyl carbonate (2: 1: 2 by vol%) together with the additive of 10 wt% fluoroethylene carbonate was used as the electrode for the silicon-related material. In a half cell, a lithium foil was used as a counter electrode. A LiCoO 2 electrode (MTI.) Was used as the cathode in the full cell. Battery assembly was performed in an argon filled glove box. The galvanostatic charge / discharge measurements were performed in a voltage cut-off window of 0.01-1.5V for the half-cell and 2.5-4.2V for the full cell using a Land battery test system. The current density and the non-capacity were based on the total mass of the electrode material. Cyclic voltammetry was measured using a PARSTAT 4000 (Princeton Applied Research) electrochemical workstation. In some cases, the cell was stabilized to a pre-cycle of 3-10 (i.e., the cycle before the first cycle; however, the first cycle Coulomb efficiency refers to the complete first cycle, whether it is a pre-cycle or not) . Unless otherwise specified, the cycling speed is typically 1C.

실시예 8 Example 8

실시예 7에 개시된 것과 유사한 공정을 이용하여, 직접 침적 애노드를 내부에 규소 나노입자가 매립된 탄소 매트릭스 백본을 갖는 나노섬유를 이용하여 제조하였다. 직접 침적 애노드는 로딩이 1.93 mg/cm2이고, 용량 로딩이 4.52 mAh/cm2이고, 중량 용량이 2,338 mAh/g이고, 제1 사이클 쿨롱 효율이 80%이고, 전극 밀도가 0.46 g/cc이며, 부피 에너지 밀도가 1061 mAh/cc였다. 제조된 반전지는 도 23에 개시된 용량 보존율 및 도 24에 기재된 사이클링 효율이 제공되었다. 도면에 도시된 것과 같이, 2,000 mAh/g을 훨씬 넘는 중량 용량을 가짐에도 불구하고, 재료는 매우 우수한 용량 보존율을 나타내면서 우수한 제1사이클 쿨롱 효율을 나타내었다. Using a process similar to that described in Example 7, a direct-immersion anode was prepared using nanofibers having a carbon matrix backbone with silicon nanoparticles embedded therein. The direct-immersed anode had a loading of 1.93 mg / cm 2 , a capacity loading of 4.52 mAh / cm 2 , a weight capacity of 2,338 mAh / g, a first cycle Coulomb efficiency of 80%, an electrode density of 0.46 g / cc , And a volume energy density of 1061 mAh / cc. The prepared half cell was provided with the capacity retention rate disclosed in Fig. 23 and the cycling efficiency described in Fig. As shown in the figure, despite having a weight capacity well in excess of 2,000 mAh / g, the material exhibited excellent first cycle Coulomb efficiency with very good capacity retention.

실시예 9 Example 9

실시예 7에 기술된 공정을 이용하여, 직접 침적된 애노드를 산화규소(SiOx) 마이크로입자를 이용하여 제조하였다. 반전지를 제조하고 도 25에 도시된 것과 같이 3 프리-사이클 후 약 1,200 mAh/g의 초기 용량을 나타냈으며 100 사이클 후 우수한 용량 보존율(약 1,000 mAh/g)을 가졌다. Using the process described in Example 7, a direct-deposited anode was prepared using silicon oxide (SiOx) microparticles. A half-cell was fabricated and showed an initial capacity of about 1,200 mAh / g after three pre-cycles as shown in Figure 25 and a good capacity retention rate (about 1,000 mAh / g) after 100 cycles.

실시예 10 Example 10

실시예 7에 기술된 공정을 이용하여, 직접 침적된 애노드를 2:1의 초기 Si MP:GO 중량비의 규소(Si) 마이크로입자를 이용하고 약 4:1의 최종 SiMP:rGO 중량비를 갖도록 제조하였다. 반전지를 제조하였고 이는 약 1,600 mAh/g의 초기 용량(몇 프리-사이클 후)을 나타내고 100 사이클(1A/g에서) 후 우수한 용량 보존율(>85%)을 나타내었다. 추가로, 극히 높은 제1 사이클 쿨롱 효율이 달성되었으며(>88%), 이는 규소 나노입자를 이용하는 그 외에는 유사한 시스템에 대해 달성되는 제1 사이클 쿨롱 효율보다 훨씬 높다(Si NP에 대해 약 80%, 산업 분야에 대해 통상적으로 > 85%가 요구됨). Using the process described in Example 7, a directly deposited anode was prepared with silicon (Si) microparticles at an initial SiMP: GO weight ratio of 2: 1 and a final SiMP: rGO weight ratio of about 4: 1 . , Which showed an initial capacity of about 1,600 mAh / g (after some pre-cycles) and a good capacity retention (> 85%) after 100 cycles (at 1 A / g). In addition, an extremely high first cycle Coulomb efficiency was achieved (> 88%), which is much higher than the first cycle Coulomb efficiency achieved for similar systems using silicon nanoparticles (about 80% for Si NP, Typically> 85% is required for industry).

완전 전지를 또한 직접 침적 애노드를 이용하여, 40 mg 리튬 코발트 옥사이드(약 20 mg/cm2) 및 애노드 재료(3.16 mg)의 매우 높은 로딩을 이용하여 제조하였다. 제조된 전지 중 애노드 대 캐소드의 용량은 100:95였다. 도 26에 도시된 것과 같이, 결과로 얻어진 전지는 약 1300 mAh/g의 초기 용량 및 0.5 C에서 65 사이클 후 1,000 mAh/g 이상을 나타내었다. 추가로, 이러한 전지는 종래 리튬 이온 배터리 완전 전지에서 나타나는 것보다 최대 약 2배 큰 약 3 mAh/cm2의 용량을 나타내었다. The complete cell was also prepared using a direct immersion anode, with very high loading of 40 mg lithium cobalt oxide (about 20 mg / cm 2 ) and anode material (3.16 mg). The capacity of the anode to cathode in the prepared battery was 100: 95. As shown in Figure 26, the resultant cell exhibited an initial capacity of about 1300 mAh / g and more than 1,000 mAh / g after 65 cycles at 0.5 C. In addition, this battery exhibited a capacity of about 3 mAh / cm 2, which is about twice as large as that exhibited in a conventional lithium ion battery full battery.

실시예 11 Example 11

실시예 10에 기술된 공정을 이용하여, 직접 침적된 애노드를 8:1의 초기 Si MP:GO 중량비의 규소(Si) 마이크로입자를 이용하고 약 16:1의 최종 SiMP:rGO 중량비를 갖도록 제조하였다. 반전지를 제조하였고 이는 약 1,600 mAh/g의 초기 용량을 나타내었다. 추가로, 극히 높은 제1 사이클 쿨롱 효율이 달성되었다(91%). Using the process described in Example 10, a directly deposited anode was prepared with silicon (Si) microparticles at an initial SiMP: GO weight ratio of 8: 1 and a final SiMP: rGO weight ratio of about 16: 1 . A half cell was fabricated and showed an initial capacity of about 1,600 mAh / g. In addition, an extremely high first cycle Coulomb efficiency was achieved (91%).

실시예 12 Example 12

실시예 7에 기술된 공정을 이용하여, 전극 재료를 약 1:1의 중량비의 산화규소(SiOx) 마이크로입자 및 그래핀 옥사이드를 이용하여 제조하였다. 그러나, 직접 침적 애노드를 제조하는 대신에, 애노드 재료를 기재로부터 제거하고 애노드를 페이스트 공정을 이용하여 제조하였다(약 5 wt% 바인더, 예컨대 폴리비닐리덴 플루오라이드(PVDF) 사용). 반전지를 실시예 7에 기술된 것과 유사하게 제조하여, 1 A/g에서 200 사이클 후 약 800 mAh/g의 용량 및 매우 우수한 용량 보존율을 갖는 애노드를 갖는 배터리를 얻었다. Using the process described in Example 7, an electrode material was prepared using silicon oxide (SiOx) microparticles and graphene oxide in a weight ratio of about 1: 1. However, instead of fabricating the direct immersion anode, the anode material was removed from the substrate and the anode was prepared using a paste process (using about 5 wt% binder such as polyvinylidene fluoride (PVDF)). A half cell was prepared similar to that described in Example 7 to obtain a battery having an anode with a capacity of about 800 mAh / g and a very good capacity retention after 200 cycles at 1 A / g.

전극 재료는 약 2:1 및 4:1의 중량비로 산화규소(SiOx) 마이크로입자 및 그래핀 옥사이드를 이용하여 유사하게 제조하였다. 열 처리에 이어, 이러한 애노드 재료는 각각 약 4:1 및 8:1의 중량비로 산화규소(SiOx) 마이크로입자 및 그래핀 옥사이드를 가졌다. 우수한 사이클링 보존율과 함께, 약 1250 mAh/g의 초기 용량(프리-사이클 후)이 두 재료 모두에 대해 관찰되었다. The electrode material was similarly prepared using silicon oxide (SiOx) microparticles and graphene oxide in a weight ratio of about 2: 1 and 4: 1. Following thermal treatment, these anode materials had silicon oxide (SiOx) microparticles and graphene oxide at a weight ratio of about 4: 1 and 8: 1, respectively. With an excellent cycling retention rate, an initial capacity of about 1250 mAh / g (after pre-cycle) was observed for both materials.

실시예 13 Example 13

실시예 12에 기술된 것과 같은 유사한 애노드 재료, 애노드 및 배터리를 또한 그래핀 옥사이드 대신 탄소 나노섬유를 이용하여 제조하였다. 도 27에서는 이에 따른 탄소 나노섬유로 코팅된 산화규소 마이크로입자를 도시한다. 탄소 NF로 코팅된 SiOx MP를 포함하는 분말을 이용한 바인더의 가공으로 제조된 애노드를 이용한 결과로 얻어진 반전지는 1:1의 MP:NF 중량비에 대해 200 사이클 후 약 500 mAh/g, 및 약 4:1의 MP:NF 중량비에 대해 200 사이클 후 약 400 mAh/g의 용량을 갖는 애노드를 입증하였다. Similar anode materials, such as those described in Example 12, anodes and batteries were also prepared using carbon nanofibers instead of graphene oxide. Fig. 27 shows the silicon oxide microparticles coated with carbon nanofibers according to the method. The resultant reversed cell using an anode made by processing a binder using powder comprising SiOx MP coated with carbon NF was about 500 mAh / g after 200 cycles for a MP: NF weight ratio of 1: 1, and about 4: RTI ID = 0.0 &gt; 400 mAh / g &lt; / RTI &gt; after 200 cycles for the MP: NF weight ratio of 1: 1.

실시예 14 Example 14

실시예 7에 기술된 공정을 이용하여, 필름 재료를 약 5 마이크론 내지 약 25 마이크론의 횡방향 크기, 및 약 0.5 마이크론 내지 약 5 마이크론의 횡방향 크기를 갖는 규소(Si) 마이크로입자 및 그래핀 옥사이드를 이용하여 제조하였다. 도 28에서는 (다양한 확대 수준에서) 보다 큰 그래핀 성분을 이용한 규소 마이크로입자의 우수한 커버리지를 도시하며, 반면 도 29에서는 (다양한 확대 수준에서) 보다 작은 그래핀 성분을 이용한 규소 마이크로입자의 열악한 커버리지를 도시한다. 도 29에 도시된 것과 같이, 몇가지 규소 마이크로입자 성분은 보다 작은 그래핀 성분을 이용한 경우 그래핀 성분에 의해 보호되지 않은 채 남는다. Using the process described in Example 7, the film material was coated with silicon (Si) microparticles and graphene oxide having a lateral size of about 5 microns to about 25 microns and a lateral size of about 0.5 microns to about 5 microns . Figure 28 shows the excellent coverage of silicon microparticles with larger graphene components (at various magnification levels), while Figure 29 shows the poor coverage of silicon microparticles with smaller graphene components (at various magnification levels) Respectively. As shown in Figure 29, some silicon microparticle components remain unprotected by the graphene component when smaller graphene components are used.

양 필름 모두가 우수한 용량을 입증하지만, 우수한 규소 커버리지를 갖는 애노드 재료(보다 큰 그래핀 성분 이용)는 우수한 용량 보존율을 갖는 반면(예를 들어, 75 사이클에 걸쳐 거의 용량 감쇠(fade)가 없음), 덜 이상적인 규소 커버리지를 갖는 애노드 재료(보다 작은 그래핀 성분 이용)은 용량 감쇠를 입증하였다(예를 들어, 75 사이클에 걸쳐 약 50% 용량 감쇠).While both films demonstrate good capacity, an anode material with excellent silicon coverage (using a larger graphene component) has excellent capacity retention (for example, there is little capacity fade over 75 cycles) , An anode material with less ideal silicon coverage (using a smaller graphene component) proved capacity damping (e.g., about 50% capacity decay over 75 cycles).

실시예 15 Example 15

실시예 7에 기술된 것과 유사한 공정을 이용하여, 기체가 노즐의 외측 니들에 적용되지 않으면서, 규소(Si) 마이크로입자 및 그래핀 옥사이드(약 2:1 및 약 1:1의 도입(input) Si:GO 중량비 포함)를 이용하여 필름 재료를 제조하는 것을 시도하였다. 결과로 얻어진 침적물은 규소 및 그래핀 성분의 불연속 공동 응집(non-continuous co-aggregation)으로 특성화하였으며, 열악한 침적물 균일성, 열악한 규소 커버리지 및 열악한 그래핀질 포켓 형성을 가졌다. 전극으로서 이용되어, 침적물은 용량을 생성하지 못하거나 거의 생성하지 못했으며, 사이클링 능력(cycling capability)이 없거나 거의 없었다. (Si) microparticles and graphene oxide (about 2: 1 and about 1: 1 input), without the gas being applied to the outer needle of the nozzle, using a process similar to that described in Example 7. [ Si: GO weight ratio). The resulting deposits were characterized by non-continuous co-aggregation of silicon and graphene components and had poor deposit uniformity, poor silicon coverage, and poor graffiti pocket formation. As an electrode, the deposit did not or did not generate enough capacity, and had little or no cycling capability.

비교를 위해, 수중 그래핀 옥사이드(0.75 wt%)를 이용한 시스템을 고속 기체 스트림을 이용하여 및 이용하지 않고 전기분무하였다. 유사한 조건을 이용하였으며, 동작 전압이 25 kV이고, 노즐로부터 수집기로의 거리가 20 cm이고, 유량이 0.07 mL/분이었다. 도 32(패널 A)에 도시된 것과 같이 저장물의 기체 제어 전기분무 30초 후, 그래핀 옥사이드의 미세 필름 형성의 시작이 관찰되었다. 대조적으로 도 32(패널 B)에 도시된 것과 같이, 공기 없이 저장물을 전기분무한지 단지 30초 후에, 그래핀 옥사이드의 큰 액적 및 수집물(collection)이 기재 상에서 관찰되었다. 도 33(패널 B)에 도시된 것과 같이, 단 1 분 후에, 액적은 합쳐져 흐르기 시작하였고, 한편 도 33(패널 A)에 도시된 것과 같이 우수한 필름 형성은 저장물을 고속 기체를 이용하여 분무할 때 계속 관찰되었다.For comparison, the system using graphene oxide in water (0.75 wt%) was electrosprayed with and without a high velocity gas stream. Similar conditions were used, the operating voltage was 25 kV, the distance from the nozzle to the collector was 20 cm, and the flow rate was 0.07 mL / min. After 30 seconds of gas-controlled electrospray of the stock, as shown in Figure 32 (panel A), the onset of microfilm formation of graphene oxide was observed. In contrast, large droplets and collection of graphene oxide were observed on the substrate, only 30 seconds after spraying the stock without air, as shown in Figure 32 (panel B). As shown in Figure 33 (panel B), after only one minute, the droplets started to flow together, while the good film formation, as shown in Figure 33 (panel A), caused the spray to be sprayed And was observed continuously.

Claims (177)

a. i. 전기분무 노즐의 제1 도관의 제1 유입구에 유체 저장물(fluid stock)을 제공하는 단계,
ii. 상기 전기분무 노즐에 전압을 제공함으로써, 정전하로 대전된 유체 저장물을 제공하는 단계, 및
iii. 적어도 0.5 m/s의 속도를 가지는 고속 기체에 정전하로 대전된 유체 저장물을 주입하는 단계
에 의해 유체 저장물로부터 정전하로 대전된 플룸을 생성하는 단계로서,
상기 제1 도관은, 도관의 길이를 따라, 내표면과 외표면을 갖는 제1 벽으로 둘러싸이고, 상기 제1 도관은 제1 유출구를 가지며,
상기 유체 저장물은 복수의 인클루전(inclusion) 입자와 액체 매질을 포함하고, 상기 인클루전 입자는 복수의 규소 함유 입자와 복수의 탄소 인클루전을 포함하며,
상기 복수의 규소 함유 입자는 SiOx(여기서, 0 ≤ x ≤ 0.5)를 포함하고 평균 최소 치수가 20 마이크론 미만이며,
상기 복수의 탄소 인클루전은 복수의 제1 그래핀 성분을 포함하고, 제1 그래핀 성분은 50 중량%~90 중량% 탄소 및 10 중량%~50 중량%의 산소를 포함하는 산화 그래핀이고,
상기 유체 저장물 중에 존재하는 규소 함유 입자 대 제1 그래핀 성분의 중량비는 적어도 1:2이고,
상기 유체 저장물의 점도가 적어도 200 cP인 단계; 및
b. 기재 상에 제1 조성물을 수집하는 단계로서, 상기 제1 조성물은 하나 이상의 제1 그래핀 웹 내에 고정된 복수의 규소 함유 입자를 포함하는 제1 필름이고, 상기 하나 이상의 제1 그래핀 웹은 복수의 제1 그래핀 성분을 포함하는 것인 단계
를 포함하는, 규소-탄소 전극의 제조 방법.
ai providing a fluid stock to the first inlet of the first conduit of the atomizing nozzle,
ii. Providing a voltage to the electrospray nozzle, thereby providing an electrostatically charged fluid reservoir; and
iii. Injecting an electrostatically charged fluid reservoir into a high velocity gas having a velocity of at least 0.5 m / s
Generating a electrostatically charged plume from the fluid storage by the fluid storage,
The first conduit is surrounded by a first wall having an inner surface and an outer surface along the length of the conduit, the first conduit having a first outlet,
Wherein the fluid storage comprises a plurality of inclusion particles and a liquid medium, wherein the inclusion particles comprise a plurality of silicon-containing particles and a plurality of carbon inclusions,
Wherein the plurality of silicon-containing particles comprise SiOx, wherein 0 &lt; = x &lt; = 0.5, with an average minimum dimension of less than 20 microns,
Wherein the plurality of carbon inclusions comprises a plurality of first graphene components, wherein the first graphene component is graphene oxide comprising 50 wt% to 90 wt% carbon and 10 wt% to 50 wt% oxygen ,
Wherein the weight ratio of the silicon-containing particles to the first graphene component present in the fluid reservoir is at least 1: 2,
The fluid reservoir having a viscosity of at least 200 cP; And
b. Collecting a first composition on a substrate, wherein the first composition is a first film comprising a plurality of silicon-containing particles immobilized within at least one first graphene web, wherein the at least one first graphene web is a plurality Of the first graphene component
And a second electrode.
제1항에 있어서, 노즐의 제2 도관의 제2 유입구에 가압 기체를 제공하는 단계를 더 포함하며, 상기 제2 도관은 제2 유입구와 제2 유출구를 가지고, 상기 제2 도관의 적어도 일부는 제1 도관의 둘레에 위치하는 것인 제조 방법.The method of claim 1, further comprising providing a pressurized gas to a second inlet of the second conduit of the nozzle, wherein the second conduit has a second inlet and a second outlet, at least a portion of the second conduit Wherein the first conduit is located around the first conduit. 제2항에 있어서, 상기 제2 도관은, 내표면을 갖는 제2 벽으로 둘러싸이고, 상기 제1 벽의 외표면과 상기 제2 벽의 내표면 사이의 평균 거리가 0.01 mm∼ 30 mm인 제조 방법.3. The method of claim 2, wherein the second conduit is surrounded by a second wall having an inner surface, wherein the average distance between the outer surface of the first wall and the inner surface of the second wall is from 0.01 mm to 30 mm Way. 제2항에 있어서, 제2 유출구에서의 기체 속도가 0.5 m/s 이상인 제조 방법.3. The process according to claim 2, wherein the gas velocity at the second outlet is at least 0.5 m / s. 제1항에 있어서, 전기분무 노즐에 대향하여 기재 표면을 갖는 기재 상에 제1 조성물을 수집하는 단계를 포함하는 제조 방법. The method of claim 1, comprising collecting the first composition on a substrate having a substrate surface opposite the atomizing nozzle. 제1항에 있어서, 유체 저장물의 점도가 적어도 1000 cP인 제조 방법.The process according to claim 1, wherein the viscosity of the fluid stock is at least 1000 cP. 제1항에 있어서, 정전하로 대전된 플룸은 복수의 플룸 입자를 포함하며, 기재의 d/4 내의 복수의 플룸 입자는 총 50개 이하의 인클루전 입자를 포함하고, 여기서 d는 노즐의 제1 유출구와 기재 표면 사이의 평균 거리인 제조 방법.The method of claim 1, wherein the electrostatic downward, and the charged flume comprises a plurality of flume particles, and a plurality of plumes particles in the base material d / 4 contains inclusions particles of less than a total of 50, where d is the nozzle Lt; RTI ID = 0.0 &gt; 1 &lt; / RTI &gt; 제1항에 있어서, 상기 기재가 컨베이어 시스템 또는 그 일부에 부착되는 것인 제조 방법.The method of claim 1, wherein the substrate is attached to a conveyor system or a portion thereof. 제1항에 있어서, 상기 제1 조성물을 열 처리하여 제2 조성물을 제공하는 단계를 더 포함하며, 상기 제2 조성물은 하나 이상의 제2 그래핀 웹 내에 고정된 복수의 열 처리된 규소 함유 입자를 포함하고, 상기 하나 이상의 제2 그래핀 웹은 복수의 제2 그래핀 성분을 포함하며, 상기 복수의 제2 그래핀 성분은 85 중량%~99.9 중량%의 탄소 및 0.1 중량%∼15 중량%의 산소를 포함하는 것인 제조 방법.The method of claim 1, further comprising heat treating the first composition to provide a second composition, wherein the second composition comprises a plurality of heat treated silicon-containing particles anchored in the at least one second graphene web Wherein the at least one second graphene web comprises a plurality of second graphene components and wherein the plurality of second graphene components comprise 85 wt% to 99.9 wt% carbon and 0.1 wt% to 15 wt% Oxygen. &Lt; / RTI &gt; 제9항에 있어서, 제2 조성물이 50 중량%∼95 중량%의 SiOx를 포함하는 것인 제조 방법.The process according to claim 9, wherein the second composition comprises 50 wt% to 95 wt% of SiOx. 제10항에 있어서, 제2 그래핀 성분이 제2 조성물의 5 중량%∼50 중량%를 구성하는 것인 제조 방법. The process according to claim 10, wherein the second graphene component comprises from 5% to 50% by weight of the second composition. 제9항에 있어서, 제1 및/또는 제2 조성물(들)을 압축시키는 단계를 더 포함하는 제조 방법.10. The method of claim 9, further comprising compressing the first and / or second composition (s). 제2항에 있어서, 제1 조성물은 두께가 1 mm 이하인 제조 방법.3. The method of claim 2, wherein the first composition has a thickness of 1 mm or less. 제12항에 있어서, 제1 조성물은 부피 밀도가 0.5 g/cm3 이상인 제조 방법.13. The method of claim 12, wherein the first composition has a bulk density of at least 0.5 g / cm &lt; 3 &gt;. 제1항에 있어서, 규소 함유 입자 및 복수의 제1 그래핀 성분이, 유체 저장물의 인클루전 입자의 총 함량의 80 중량% 이상을 구성하는 것인 제조 방법.The process according to claim 1, wherein the silicon-containing particles and the plurality of first graphene constitutes at least 80 wt.% Of the total content of incluent particles of the fluid stock. 제1항에 있어서, 제1 필름 및/또는 그 구성 부분은 외부에 노출된 표면을 가지고, 상기 외부에 노출된 표면은 표면적 기준으로 20% 미만이 SiOx인 제조 방법.The method according to claim 1, wherein the first film and / or its component parts have a surface exposed to the outside, and the surface exposed to the outside is less than 20% SiOx on a surface area basis. 제1항에 있어서, 제1 필름 및/또는 그 구성 부분은 외부에 노출된 표면을 가지고, 상기 외부에 노출된 표면은 표면적 기준으로 80% 이상이 그래핀인 제조 방법.The method according to claim 1, wherein the first film and / or its constituent parts have a surface exposed to the outside, and the surface exposed to the outside is graphene of 80% or more on a surface area basis. 제1항에 있어서, 하나 이상의 제1 그래핀 웹은 복수의 제1 그래핀 엔벨로프를 포함하고, 상기 제1 그래핀 엔벨로프는 외표면과 내표면을 포함하며, 상기 내표면은 그래핀 포켓을 획정하고, 규소 함유 입자 중 하나 이상은 상기 그래핀 포켓 내에 배치되며, 상기 그래핀 엔벨로프는 제1 그래핀 성분(들) 중 하나 이상을 포함하는 것인 제조 방법.The method of claim 1, wherein the at least one first graphene web comprises a plurality of first graphene envelopes, wherein the first graphene envelope comprises an outer surface and an inner surface, And wherein at least one of the silicon-containing particles is disposed within the graphene pocket, and wherein the graphene envelope comprises at least one of the first graphene component (s). 제18항에 있어서, 1 < b ≤ 5이고, 여기서 b는 그래핀 포켓(들) 내에 배치된 규소 함유 입자의 평균수인 제조 방법.19. The method of claim 18 wherein 1 < b & amp ; le; 5, wherein b is the average number of silicon-containing particles disposed in the graphene pocket (s). 제1항에 있어서, 제1 그래핀 성분의 평균 측면 치수가, 규소 함유 입자의 최소 치수의 평균과 같거나 그보다 큰 것인 제조 방법.3. The method of claim 1, wherein the average lateral dimension of the first graphene component is equal to or greater than the average of the minimum dimensions of the silicon-containing particles. 제1항에 있어서, 정전하로 대전된 플룸은 복수의 플룸 입자를 포함하며, 기재의 d/4 내의 복수의 플룸 입자는, 규소 함유 입자의 평균 치수의 50배 미만의 평균 치수를 가지며, 여기서 d는 노즐의 제1 유출구와 기재 표면 사이의 평균 거리인 제조 방법.The method of claim 1, wherein the electrostatically charged plume comprises a plurality of plume particles, wherein the plurality of plume particles in d / 4 of the substrate have an average dimension less than 50 times the average dimension of the silicon containing particles, wherein d Is the average distance between the first outlet of the nozzle and the substrate surface. 제1항에 있어서, 규소 함유 입자는 1 마이크론 내지 10 마이크론의 평균 치수를 가지는 것인 제조 방법.2. The method of claim 1, wherein the silicon-containing particles have an average dimension of from 1 micron to 10 microns. 제1항에 있어서, 규소 함유 입자는 0.5 마이크론 내지 5 마이크론의 평균 최초 치수를 가지는 것인 제조 방법.5. The method of claim 1, wherein the silicon-containing particles have an average initial dimension of between 0.5 microns and 5 microns. 제1항 내지 제23항의 어느 한 항의 방법에 따라 제조되는 전극.An electrode produced according to the method of any one of claims 1 to 23. 제9항에 있어서, 제1 및/또는 제2 조성물은 두께가 1 mm 이하인 제조 방법.10. The method of claim 9, wherein the first and / or second composition has a thickness of 1 mm or less. 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete
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