TW201841422A

TW201841422A - 包含碳基材料之裝置及其製造方法

Info

Publication number: TW201841422A
Application number: TW106129539A
Authority: TW
Inventors: 卡迪馬赫Ｆ艾爾; 理查Ｂ卡納; 馬修卡威爾
Original assignee: 雷根斯加州大學
Priority date: 2016-08-31
Filing date: 2017-08-30
Publication date: 2018-11-16
Also published as: US10938021B2; AU2017321294A1; CN109845004A; EP3507846A4; CA3033140A1; KR20190043157A; US20240162413A1; IL264868A; WO2018044786A1; US11791453B2; US20180062159A1; JP7109790B2; MX2019001891A; JP2019526901A; EA201990587A1; US20210111392A1; KR102535218B1; EP3507846A1; AU2017321294B2; BR112019004128A2

Abstract

本發明揭示儲能裝置。在一些實施例中，該等儲能裝置包含正電極，該正電極包含碳基材料，該碳基材料包含多孔碳片。本發明揭示用於製造該等儲能裝置之製造方法。

Description

包含碳基材料之裝置及其製造方法

本申請案主張2016年8月31日申請之美國臨時申請案第62/381,859號之權益，該申請案以引用之方式併入本文中。

本發明係關於儲能裝置，且特定而言係關於碳基電能儲存裝置。

由於現代生活快速增長之能量需求，對高效儲能裝置之研發已獲得顯著關注。

鋰離子電池(LIB)由於其高能量密度及小記憶效應而在可攜式電子裝置中極受歡迎。其在電動汽車、電力工具及軍事與航空航天應用之發展中具有重要作用。LIB在某些情形下佔據儲能市場之支配地位。然而，如同任何其他儲能系統，LIB仍存在多種不足。儘管標準電子裝置已根據莫耳定律(Moore's law)可見極快速之發展，但電池僅有些微進步，主要係由於缺少具有高電荷儲存能量之新材料。

本文中意識到需要更高效能之儲能裝置(本文中亦為「裝置」)。本文中提供碳基材料、製造方法及具有改良效能之裝置。

在一些實施例中，本發明提供可避免目前電池技術不足之電池(例如可充電電池)。本文中提供該等電池之材料及製造方法。在一些實施例中，揭示可避免目前LIB技術不足之碳基鋰離子電池(LIB)。本文揭示之原型碳基電池可提供與市售LIB相比改良之效能。在某些實施例中，本文所述之電池與市售LIB相比可保留兩倍之多的電荷。本文所述之電池可具有市售電池兩倍之容量、提供市售電池兩倍之電力、具有週期壽命且使用兩倍長之時間、或其任何組合。在某些實施例中，本文所述之電池不僅可具有市售電池兩倍之容量，而且可提供兩倍電力且使用兩倍長之時間。

本文所述之電池在例如可攜式電子裝置(例如手機、電腦及相機)、醫學裝置(例如維持生命及提高生活質量之醫學裝置，包括人工節律器、除顫器、助聽器、疼痛管理裝置及藥物泵)、電動汽車(例如，需要具有長壽命之電池來改良電動汽車工業)、太空(例如，在太空中可使用電池來為空間系統提供電力，該等空間系統包括探測車、著陸器、太空服及電子裝置)、軍用電池(例如，軍事上使用為大量電子裝置及設備提供電力之專用電池；本文所述之質量及體積減小之電池高度較佳)、電動飛行器(例如，依賴於電動馬達而非內燃機運行之飛行器，其電力來自於太陽能電池或電池)、電網級儲能(例如，當來自發電廠之產量超過消耗時可使用電池來儲存電能，且在消耗超過產量時可使用所儲存之能量)、可再生能源(例如，由於太陽夜間不發光且並非一直吹風，因此，離網電力系統中之電池可儲存來自可再生能源之多餘電力以供在日落後之數小時期間及不吹風時使用；高功率電池可以比目前最先進電池更高之效率自太陽能電池收集能量)、電動工具(例如，本文所述之電池可使無線電動工具快速充電，諸如電鑽、螺絲刀、鋸、扳手及研磨機；目前之電池具有長再充電時間)或其任何組合之一或多種應用或領域中具有重要作用。

結合以下描述及附圖考慮時，將進一步瞭解及理解本發明之裝置的其他目標及優勢。儘管以下描述可含有描述本發明之裝置之特定實施例的具體細節，但此不應解釋為對本發明裝置之範疇的限制，而應作為較佳實施例之例示。對於本發明之裝置的每一態樣而言，如本文中一般熟習此項技術者已知所建議，可能進行多種變化。在不偏離本發明之精神下，可對其範疇進行各種改變及修改。

101‧‧‧石墨

102‧‧‧氧化石墨烯

103‧‧‧多孔碳片(PCS)

104‧‧‧微孔

201‧‧‧黏合劑

202‧‧‧溶劑

203‧‧‧反應器

204‧‧‧鋰化金屬化合物

205‧‧‧碳基材料

206‧‧‧混合器

207‧‧‧漿料

208‧‧‧輥塗及乾燥

210‧‧‧輥壓機

211‧‧‧切割

212‧‧‧塗覆金屬耳片

213‧‧‧捲繞

214‧‧‧頸縮

215‧‧‧電解質添加

216‧‧‧電池捲邊

805‧‧‧碳形式

810‧‧‧碳形式

815‧‧‧碳形式

820‧‧‧碳形式

825‧‧‧碳形式

830‧‧‧羥基及/或環氧基官能基

835‧‧‧羧酸官能基

840‧‧‧碳片

845‧‧‧碳片

850‧‧‧碳片

855‧‧‧碳片

860‧‧‧碳片或層

901‧‧‧正極端子

902‧‧‧氣體釋放通風口

903‧‧‧密封墊

904‧‧‧正極耳片

905‧‧‧負電極

906‧‧‧分離器

907‧‧‧正電極

1001‧‧‧陰極

1002‧‧‧混合

1003‧‧‧鋁箔

1004‧‧‧塗佈及乾燥

1005‧‧‧切割

1006‧‧‧輥壓機

1011‧‧‧陽極

1012‧‧‧混合

1013‧‧‧銅箔

1014‧‧‧塗佈及乾燥

1015‧‧‧切割

1016‧‧‧輥壓機

1021‧‧‧分離器

1022‧‧‧捲繞

1023‧‧‧焊接及頸縮

1024‧‧‧殼

1031‧‧‧乾燥室

1032‧‧‧真空乾燥

1033‧‧‧填充

1034‧‧‧電解質

1035‧‧‧頂部殼

1036‧‧‧密封

1041‧‧‧貼標籤及測試

1301‧‧‧側視圖

1302‧‧‧俯視圖

1311‧‧‧陽極

1312‧‧‧分離器

1313‧‧‧陰極

1401‧‧‧陰極

1402‧‧‧混合

1403‧‧‧鋁箔

1404‧‧‧塗佈及乾燥

1405‧‧‧切割

1406‧‧‧輥壓機

1411‧‧‧陽極

1412‧‧‧混合

1413‧‧‧銅箔

1414‧‧‧塗佈及乾燥

1415‧‧‧切割

1416‧‧‧輥壓機

1421‧‧‧分離器

1422‧‧‧捲繞

1423‧‧‧捲繞及頸縮

1424‧‧‧殼

1431‧‧‧乾燥室

1432‧‧‧真空乾燥

1433‧‧‧填充

1434‧‧‧電解質

1435‧‧‧頂部殼

1436‧‧‧密封

1441‧‧‧準備貼標籤及測試

1701‧‧‧正電極

1702‧‧‧分離器

1703‧‧‧負電極

1704‧‧‧正極耳片

1705‧‧‧負極耳片

1706‧‧‧預成型之鋁層壓材料

1800‧‧‧基材

1801‧‧‧金屬桿

1802‧‧‧正電極

1803‧‧‧鋁箔或集電器

1804‧‧‧分離器

1805‧‧‧負電極

1806‧‧‧銅箔或集電器

1807‧‧‧夾具

1900‧‧‧基材

1901‧‧‧分離器

1902‧‧‧正電極

1907‧‧‧夾具

1911‧‧‧分離器

1912‧‧‧負電極

2000‧‧‧軸

2001‧‧‧分離器

2002‧‧‧正電極

2003‧‧‧分離器

2004‧‧‧負電極

2501‧‧‧槽模

2502‧‧‧漿料

2503‧‧‧薄膜

2504‧‧‧捲筒

陳述本發明之裝置特徵，其特性列於隨附之申請專利範圍中。藉由參考陳述說明性實施例之以下實施方式(其中使用本發明裝置之原則)及附圖(本文中亦為「圖」)將獲得對本發明之裝置之特徵及優勢的更佳理解，其中：圖1示意性地說明一種製造多孔碳片之實例。

圖2示意性地說明一種根據本發明製造包含碳基材料之電池之製造方法的實例。

圖3展示一種使用大規模捲對捲處理塗佈漿料之實例。

圖4展示一種方法之實例，其中使用鋁箔作為基材且該方法由解繞鋁箔以供塗佈漿料開始。

圖5展示一種漿料在塗佈至鋁箔/集電器上時之近視圖的實例(漿料係黑色的)。

圖6展示一種電極/塗膜在120℃下使用內嵌式加熱爐乾燥後之實例。

圖7展示一種鋁箔在經塗佈後進行重繞之實例。

圖8示意性地說明各種碳形式之實例。

圖9係對一種電池結構實例之示意性說明。

圖10展示一種電池製造方法之實例。

圖11展示成品電池之實例。

圖12展示一種磷酸鋰鐵(LFP)基電池之效能實例。

圖13係對一種電池結構實例之示意性說明。

圖14展示一種電池製造方法之實例。

圖15展示成品電池之實例。

圖16展示一種鋰鎳鈷鋁氧化物(NCA)基電池之效能的實例。

圖17係對一種電池結構實例之示意性說明。

圖18係一種電池組裝方法實例之鳥瞰圖。

圖19係一種電池組裝方法實例之橫截面圖。

圖20展示一種電池組裝方法之實例。

圖21展示一種成品電池之實例。

圖22展示一種鋰鎳錳鈷氧化物(NMC)基電池之效能的實例。

圖23係展示一種生產氧化石墨之哈默基方法(Hummers'-based method)(例如，經改良之哈默法)實例的圖解。

圖24係展示一種產生氧化石墨之方法實例的圖解。

圖25展示一種以漿料塗佈薄膜之例示性方法。

圖26展示例示性儲能裝置之容量量測。

圖27展示例示性儲能裝置之等效串聯電阻(ESR)量測。

圖28展示例示性儲能裝置之例示性動態ESR量測。

本文中提供碳基材料、製造方法及具有改良效能之裝置。在一些實施例中，本發明提供包含碳基材料之電池(例如鋰離子電池(LIB))及其製造方法。該等電池可避免目前電池(例如LIB)技術之不足。本發明之電池可包含一或多個電池單元。電池單元可包含由包含電解質之分離器分隔開之正電極與負電極。正電極在放電期間可為陰極。負電極在放電期間可為陽極。

在一些實施例中，電池組中可排列(例如互連)複數個電池單元。大的電池組(例如鋰離子電池組)可儲存來自屋頂太陽能電池板之電荷從而為家用電器提供電力。大的電池組可有助於穩定電力網。大的電池組可導致可完全脫離網格運作之獨立電力系統。

碳基材料

圖8示意性地說明各種碳形式805、810、815、820及825之實例。該等碳形式可形成各種碳基材料。碳形式可包含官能基。給定碳形式可包含例如一或多個羥基及/或環氧基官能基830、一或多個羧酸官能基835、一或多個其他官能基(例如羰基官能基)或其任何組合。碳形式805例如可為石墨。石墨可包含複數個各自一個原子厚之碳片840(例如大於或等於約100、1,000、10,000、100,000、1百萬、1千萬、1億或1億個以上)。複數個碳片840可彼此堆疊(例如由於強烈的凡得瓦爾力(van der Waals force))。碳片840可黏附在一起以使得不可到達堆疊內部(例如，僅可到達頂部及底部薄片，而內部薄片由於凡得瓦爾力相互作用黏附在一起而使得不存在孔)。碳形式805可實質上不包括官能基。碳形式810例如可為石墨烯。石墨烯可包含一個原子厚之碳片845。碳形式810可實質上不包括官能基。碳形式815例如可為氧化石墨烯(例如，溶液形式之單一氧化石墨)。氧化石墨烯可包含一個原子厚之碳片850。在一些實施例中，一或多個碳形式815可聚結。在該等情形下，個別碳片815可分隔開。碳片由於凡得瓦爾力相互作用而不可聚結。碳形式815可包括一或多個羥基及/或環氧基官能基830及一或多個羧酸官能基835。羥基及/或環氧基官能基830可連接或另外締合/黏結至碳片850之表面。羧酸官能基835可連接或另外締合/黏結至碳片850之邊緣。碳形式825例如可為少層氧化石墨烯(例如，溶液形式之雙層或三層氧化石墨)。少層氧化石墨烯可包含各自一個原子厚之兩個或兩個以上碳片或層860。兩個或兩個以上碳片或層860可藉由凡得瓦爾力相互作用固持在一起。在一些實施例中，少層氧化石墨烯可包含大於或等於2個、3個、4個、5個、6個、7個、8個、9個或10個碳片或層860。在一實施例中，少層氧化石墨烯可包含小於或等於10個碳片或層860(例如至多10個碳片或層)。在一些實施例中，少層氧化石墨烯可包含2個與3個之間、2個與4個之間、2個與5個之間、2個與6個之間、2個與7個之間、2個與8個之間、2個與9個之間、2個與10個之間、3個與4個之間、3個與5個之間、3個與6個之間、3個與7個之間、3個與8個之間、3個與9個之間、3個與10個之間、4個與5個之間、4個與6個之間、4個與7個之間、4個與8個之間、4個與9個之間、4個與10個之間、5個與6個之間、5個與7個之間、5個與8個之間、5個與9個之間、5個與10個之間、6個與7個之間、6個與8個之間、6個與9個之間、6個與10個之間、7個與8個之間、7個與9個之間、7個與10個之間、8個與9個之間、8個與10個之間或9個與10個之間碳片或層860。在一些實施例中，少層氧化石墨烯可包含2個與4個之間或2個與3個之間碳片或層860。在一實施例中，少層氧化石墨烯包含至多4個碳片或層860。在另一實施例中，少層氧化石墨烯包含至多4個碳片或層860。碳形式825可包括一或多個羧酸官能基835。羧酸官能基835可連接或另外締合/黏結至一或多個碳片860之邊緣。在一些實施例中，羧酸官能基835可主要或僅連接或另外締合/黏結至碳片或層860堆疊中之頂部及底部碳片860之邊緣。在一些實施例中，羧酸官能基835可連接或另外締合/黏結至任何(例如，每一個或至少2個、3個、4個或4個以上)碳片860之邊緣。碳形式820例如可為還原型氧化石墨烯(例如，在溶液中形成之多孔碳片(PCS))。還原型氧化石墨烯可包含一個原子厚之碳片855。碳形式820可包括一或多個羧酸官能基835。羧酸官能基835可連接或另外締合/黏結至碳片855之邊緣。

官能基之存在及其量可影響圖8中碳形式之總體碳氧(C：O)原子比。例如，碳形式825與815在氧官能基之量及/或類型方面可不同。該等差異可影響其各自之C：O原子比。在另一實例中，碳形式825可由碳形式805之氧化作用產生，且碳形式825又可進一步氧化為碳形式815。應瞭解，圖8中之每種碳形式可經由一或多種路徑產生，及/或圖8中之至少一些碳形式至少在一些實施例中可由一種形式轉型為另一種形式。例如，碳形式815可經由替代路徑形成。

在一些實施例中，單層氧化石墨及氧化石墨烯(GO)可包含約 93%與96%之間(例如，以重量計)之單一氧化石墨烯(例如，圖8中之碳形式815)。在一些實施例中，多層GO可包含給定分佈(例如，以重量計)之多個層(例如，具有不同層數之碳形式825分佈)。例如，多層GO可包含大於或等於約5%、10%、15%、25%、50%、75%、85%、90%或95%(例如，以重量計)之具有給定層數(例如3層或4層)之碳形式825。多層GO可包含該等百分比之碳形式825以及小於或等於約95%、90%、75%、50%、25%、15%、10%或5%(例如，以重量計)之具有不同層數之另一種碳形式825。多層GO可包含小於約95%、90%、85%、75%、50%、25%、15%、10%或5%(例如，以重量計)之具有給定層數之碳形式825。

在一些情形下，僅石墨之邊緣可經氧化，而材料仍保持石墨烯之一大部分導電特性(例如，參見圖8中之碳形式825)。來自第一次反應之GO可具有一或多種特性(例如，導電性)，即至多在GO之給定反應時間內實質上與還原型GO之特性相同或類似之特性。例如，GO與還原型GO在GO之給定氧化程度下就一或多種特性而言可實質上相同或類似。在一實例中，當經氧化(例如，由碳形式805)為碳形式825時，GO可具有與由圖8中之一或多種氧化碳形式產生之還原型GO實質上相同或類似(例如，與由碳形式825產生之還原型GO實質上相同或類似)之一或多種特性。GO在經進一步氧化之後可保持或不保持一或多種該等特性。例如，若碳形式825經進一步氧化為碳形式815，則一或多種該等特性可不同於(例如，可開始不同於)還原型GO。

在一些實施例中，本發明之碳基材料包含一或多個PCS。碳基材料可分散於溶液中。例如，PCS可經由在溶液中之化學還原作用而形成(例如，如本文其它處更詳細描述)。PCS可具有小於或等於約10%、9%、8%、7%、6%、5%、4.5%、4%、3.5%、3%、2.5%、2%、1.5%、1%或0.5%之氧含量。PCS可具有小於或等於約10奈米(nm)、9nm、8nm、7nm、6nm、5nm、4nm、3nm、2nm或1nm之微孔尺寸。PCS可具有大於或等於約1nm之微孔尺寸。PCS可具有約1nm與2nm之間、1nm與3nm之間、1nm與4nm之間、1nm與5nm之間、1nm與6nm之間、1nm與7nm之間、1nm與8nm之間、1nm與9nm之間、1nm與10nm之間、2nm與3nm之間、2nm與4nm之間、2nm與5nm之間、2nm與6nm之間、2nm與7nm之間、2nm與8nm之間、2nm與9nm之間、2nm與10nm之間、3nm與4nm之間、3nm與5nm之間、3nm與6nm之間、3nm與7nm之間、3nm與8nm之間、3nm與9nm之間、3nm與10nm之間、4nm與5nm之間、4nm與6nm之間、4nm與7nm之間、4nm與8nm之間、4nm與9nm之間、4nm與10nm之間、5nm與6nm之間、5nm與7nm之間、5nm與8nm之間、5nm與9nm之間、5nm與10nm之間、6nm與7nm之間、6nm與8nm之間、6nm與9nm之間、6nm與10nm之間、7nm與8nm之間、7nm與9nm之間、7nm與10nm之間、8nm與9nm之間、8nm與10nm或9nm與10nm。例如，PCS可具有微孔尺寸之間約1nm與4nm或1nm與10nm之間之微孔尺寸。PCS可具有一或多個微孔尺寸(例如，PCS可具有一定分佈之該等微孔尺寸)。

形成碳基材料之方法

圖1示意性地說明一種製造PCS之實例。石墨101可經化學氧化且片狀剝離為氧化石墨或氧化石墨烯102。對於本發明之目的而言，術語氧化石墨與氧化石墨烯可互換使用。在一些情形下，氧化石墨與氧化石墨烯在本文中總稱為「GO」。

可使用哈默法及經改良之哈默法(及其各種改良形式，例如來源於經改良哈默法之各種方法，包括來源於經改良哈默法之更名方法，在本文中總稱為哈默基方法)，將石墨101化學氧化且片狀剝離為GO。

在某些實施例中，哈默基方法(例如，經改良之哈默法)可能需要數週純化、昂貴之鹽酸(HCl)洗滌、留給個別科學家判斷之適當技術及/或有時產生可接受結果且有時不產生可接受結果之最終產品。

圖23展示一種產生氧化石墨之哈默基方法(例如，經改良之哈默法)之實例。該方法包括在第一步驟中，在0℃下使用冰浴向750毫升(mL)濃硫酸(H₂SO₄)中添加15公克(g)石墨。該方法進一步包括在第二步驟中添加90g高錳酸鉀(KMnO₄)(放熱)。第三步驟包括自冰浴移除反應燒瓶且等待2小時。第四步驟包括將反應燒瓶放回冰浴中。在第五步驟中，經約1至1.5小時時間逐滴添加1.5公升(L)水(H₂O)，同時將溫度維持在45℃(藉由水之添加速率及藉由向融化冰浴中添加冰來控制溫度)。在某些實施例中，來自第一及/或第二步驟之冰浴可保持及/或經再填充以供用於第四及/或第五步驟中。第六步驟包括自冰浴移除反應燒瓶且等待2小時。第七步驟包括以4.2L H₂O，且隨後以75mL 30%過氧化氫(H₂O₂)中止反應。第八步驟包括純化。純化包括五次HCl洗滌、繼而為九次H₂O洗滌、繼而使溶液風乾約2週且隨後以已知量之水使經乾燥之氧化石墨再水合且對其進行透析歷時約2週。在一實例中，總處理時間為約2個月，且總成本為$93/kg。

或者，可使用非哈默基方法將石墨101化學氧化且片狀剝離為GO(例如，第一次反應在本文其他處更詳細描述)。GO可為不同形式(例如單層GO或多層GO)。GO 102可經化學還原且活化以產生PCS 103。PCS 103可包含微孔104。PCS可為二維材料。

在非哈默基方法中，石墨101可在第一次反應中經化學氧化且片狀剝離為GO 102。第一次反應後繼而可為第一次純化。GO 102可在第二次反應中經化學還原為PCS 103。第二次反應後繼而可為第二次純化。在一些實施例中，第一次反應及/或第二次反應可分別使得大規模產生GO及PCS(例如以噸計)。在一些實施例中，第二次反應可獨立於第一次反應來進行。例如，第二次反應(在某些情形下緊接進行第二次過濾)可使用具有合適規格之任何氧化石墨原料來進行。

第一次反應可包括用於產生GO之低溫方法，每天(包括純化時間)產生至少約1磅。經由第一次反應合成GO在控制氧化特徵及片狀剝離之量方面可調節、由於程序及工程化溫度控制而比其他方法更為安全、有效最低程度地使用試劑、經配置為可完全擴展或其任何組合。如本文其他處更詳細描述，在本文所述非哈默基方法之某些實施例中，第一次反應可產生比哈默基方法更受控形式之GO。在一些實施例中，此低溫方法減少使用化學品之量且因此有希望降低成本。另外，該方法之較低反應溫度可減小爆炸風險。

由第一次反應產生之GO可適當片狀剝離(例如，經充分片狀剝離，但並非多至吸收太大量之水)。GO可具有使得可吸收小於給定量之水的氧官能基量及/或類型。氧官能基之量及類型可隨氧化程度而變化。如本文其他處所述，使用本文所述之第一次反應產生之GO可包含可重複 (例如，一致)量及/或類型之氧官能基。至少一部分氧官能基使得可吸收水。GO可經實質上(例如，完全)片狀剝離，但未經過度氧化。GO可經氧化至低於允許吸收適當低量水之程度(例如，經過度氧化之氧化石墨可包含過量及/或不合適類型之使得可吸收過量水之氧官能基)。

另外，可調節氧化石墨在第一次反應中之氧化程度以便良好控制最終產品中氧化石墨烯薄片之電導率及層數。例如，可調節反應條件以形成單層氧化石墨或多層氧化石墨。兩種類型之氧化石墨可具有不同特性。該等特性例如可包括給定之物理化學特性及/或效能特徵(例如，導電性或純度)。例如，單層氧化石墨或多層氧化石墨可具有不同之導電特性。在一些實施例中，所得氧化石墨合成產物可受反應條件及/或石墨原料之類型或品質的影響。

石墨原料可包括各種等級或純度，例如以例如重量%石墨碳(C_g)量測之碳含量、類型(例如非晶形石墨，例如60%至85%碳)、片狀石墨(例如，大於85%碳)或脈石墨(例如大於90%碳)、尺寸(例如，篩孔尺寸)、形狀(例如大薄片、中等薄片、粉末或球形石墨)及來源(例如，合成或天然，例如天然片狀石墨)。該等特徵(例如物理及化學特性)可影響氧化石墨之類型或品質。例如，石墨之篩孔尺寸可影響得到之氧化石墨。石墨可具有大於或等於約1%、2%、5%、10%、15%、20%、30%、40%、50%、60%、70%、80%、90%、91%、92%、93%、94%、95%、96%、97%、98%或99%(例如，以重量計)之等級或碳含量。石墨可具有小於約100%、99%、98%、97%、96%、95%、94%、93%、92%、91%、90%、85%、80%、70%、60%、50%、40%、30%、20%、15%、10%、5%、2%或1%(例如，以重量計)之等級或碳含量。石墨在大於或等於約-200、-150、-100、-80、-50、-48、+48、+80、+100、+150或+200篩孔尺寸之篩孔尺寸下可具有該等等級或碳含量。篩孔尺寸可轉化為其他維度之尺寸(例如微米)。本文其他處提供石墨原料之其他實例。

本發明之非哈默基GO合成方法可用於形成具有給定純度或等級(例如，最小純度或等級)之GO。在一些實施例中，可根據在純化結束時量測之離子電導率來提供GO之純度或等級。離子電導率可對氧化石墨含有多少雜質提供度量。在一些實施例中，離子電導率(例如，對於圖24中之方法而言)可在約10微西門子每公分(μS/cm)與20μS/cm之間、10μS/cm與30μS/cm之間、10μS/cm與40μS/cm之間、10μS/cm與50μS/cm之間、20μS/cm與30μS/cm之間、20μS/cm與40μS/cm之間、20μS/cm與50μS/cm之間、30μS/cm與40μS/cm之間、30μS/cm與50μS/cm之間或40μS/cm與50μS/cm之間。在一些實施例中，離子電導率(例如，對於圖24中之方法而言)可小於及等於約50μS/cm、40μS/cm、30μS/cm、20μS/cm或10μS/cm。在本文所述之非哈默基方法之某些實施例中，可比哈默基方法快至少約2、3、4、5、6、7、8、9或10倍地達成給定之純度或等級。在本文所述之非哈默基方法之某些實施例中，可比哈默基方法快約2倍與5倍之間、2倍與8倍之間或5倍與8倍之間地達成給定之純度或等級。在本文所述之非哈默基方法之某些實施例中，可以前述較快速率達到純度或等級，因為哈默基方法需要洗除鹽酸且因此達成給定純度或等級較慢。第二次反應可用於形成(例如，由經由第一次反應產生之GO)具有給定純度或等級(例如，最小純度或等級)之PCS。在一些實施例中，一定純度或等級之PCS可為至少約90%、95%、96%、97%、98%、99%、99.5%或99.9%之碳(例如，以重量計)。

在本文所述之非哈默基方法之某些實施例中，非哈默基方法(例如參見圖24)可比哈默基方法更快、更安全且更廉價，而且可產生更多可重複之結果。在一些實施例中，改良之重複性可至少部分係由於比哈默基方法更低之反應溫度。在一些實施例中，本文所述之非哈默基方法產生具有一定組成(例如，C：O原子比及氧官能基之量)及/或在約1%、2%、3%、4%、5%、6%、7%、8%、9%或10%以內可重複之形態的GO。例如，該方法可產生具有在約1%、2%、3%、4%、5%、6%、7%、8%、9%或10%以內可重複之C：O原子比的GO。在本文所述之非哈默基方法之某些實施例中，非哈默基方法可包括例如不使用昂貴之HCl進行加快純化及減小爆炸風險之較低反應溫度。

在本文所述之非哈默基方法之某些實施例中，非哈默基方法可提供優於哈默基方法之若干種優勢或益處。例如，在某些實施例中，本文所述之非哈默基方法可更廉價(例如，每單位質量氧化石墨之成本比哈默基方法至少少約4倍；每單位質量氧化石墨比哈默基方法產生較少之廢料)、更快速(例如，移除HCl洗滌液及/或更快速純化；比(i)哈默基方法或(ii)具有HCl及/或不具有風乾快至少約2、5或8倍；在小於或等於約1週內)、更可靠(例如，移除人為誤差/判斷)、更安全(例如，反應在較低溫度下運行，例如在(i)小於約45℃或(ii)比哈默基方法中所用之最大溫度小至少約30℃之最大溫度下)或其任何組合。

圖24係展示一種產生氧化石墨之方法實例的圖解。圖24中之方法提供第一次反應及第一次純化之實例。該方法在第一步驟中包括在約0℃下使用冰浴或冷卻循環水槽向約750mL濃H₂SO₄中添加約15g石墨。在第二步驟中，該方法包括添加約90g KMnO₄(放熱)，同時使用冰浴或冷卻循環水槽使溫度保持在低於約15℃。第三步驟(本文中亦為「步驟3」)包括將反應攪拌約45分鐘。第四步驟(本文中亦為「步驟4」)包括藉由向約2.6kg冰中添加反應混合物且隨後添加約75mL 30% H₂O₂中止反應。該方法可進一步包括包含純化之第五步驟。在此實例中，純化包括五次H₂O洗滌、繼而為小於或等於約1週在連續流動透析配置中。在一實例中，總處理時間為約1週且總成本為$21/kg。

步驟3中之反應條件(時間/持續時間及溫度)可變化。在此實例中，藉由冰浴冷卻步驟3中之反應，且選擇約45分鐘之時間。在其他實例中，持續時間可如本文其他處更詳細描述，且反應溫度可根據特定冷卻條件(例如，是否存在冰浴冷卻)而隨時間(持續時間)變化。

步驟5中之純化可包括至少1次、2次、3次、4次或5次或5次以上H₂O洗滌。步驟5中之純化可包括5次或5次以下H₂O洗滌。純化可進一步包括其他水純化步驟，例如透析。例如，透析可包括將材料置於多孔管中且經由管壁自材料移除(例如，析出)離子至連續或分批更新之水浴中。該方法可包括使用一或多種除透析以外之過濾方法(例如在H₂O洗滌之後，可應用另一種過濾方法來代替透析)。過濾可耗時少於1週。過濾之持續時間可取決於批量大小。例如，對於上文之15g石墨批量而言，過濾可耗時小於或等於約1或2天。總過濾(例如透析)時間可小於或等於約7天、6天、5天、4天、3天、2天、1天或½天。較短之過濾時間可使總處理時間減少至小於或等於約7天、6天、5天、4天、3天、2天、1天或½天。

在步驟4中，可將反應混合物添加至大於或等於約2.6kg冰中。在一些情形下，本文所述之冰量可為最小量。步驟4可包括添加大於或等於約75mL 30% H₂O₂。在一些情形下，本文所述之H₂O₂量可為最小量。

假定本文所述之方法(例如圖24中之方法)可擴展，氧化劑(oxidizing agent)(本文中亦為「氧化劑(oxidizer)」)之量可根據氧化劑(KMnO₄)與石墨之比率(本文中亦為「Ox：Gr」)來提供。例如，每15g石墨可使用約90g KMnO₄，對應於約6x質量比之Ox：Gr。在另一實例中，(i)每90g KMnO₄可使用約75mL 30% H₂O₂(例如約30重量%在水溶液中，對應於約0.66莫耳H₂O₂)，對應於基於重量計每單位KMnO₄約0.25單位之H₂O₂或基於莫耳濃度計每單位KMnO₄約1.16單位之H₂O₂，或(ii)每750mL濃度在約96% H₂SO₄與98% H₂SO₄之間(例如在水溶液中以重量計)之濃H₂SO₄可使用約75mL 30% H₂O₂(例如約30重量%在水溶液中，對應於約0.66莫耳H₂O₂)，對應於30% H₂O₂與濃硫酸之體積比為約10：1(例如，每10L濃H₂SO₄約1L具有約30% H₂O₂之水溶液)。在又一實例中，每1kg石墨可消耗約50L濃H₂SO₄。本文其他處提供例如關於產生單層GO及多層GO之方法的量與比率之進一步實例(例如，基於每公斤氧化石墨計)。

在一些實施例中，可按約1g石墨：10mL H₂SO₄與約1g石墨：50mL H₂SO₄之間之量提供H₂SO₄(例如，濃度在約96% H₂SO₄與98% H₂SO₄之間)。該方法可包括每1g石墨提供約10mL H₂SO₄與20mL H₂SO₄之間、10mL H₂SO₄與30mL H₂SO₄之間、10mL H₂SO₄與40mL H₂SO₄之間、10mL H₂SO₄與50mL H₂SO₄之間、20mL H₂SO₄與30mL H₂SO₄之間、20mL H₂SO₄與40mL H₂SO₄之間、20mL H₂SO₄與50mL H₂SO₄之間、30mL H₂SO₄與40mL H₂SO₄之間、30mL H₂SO₄與50mL H₂SO₄之間或40mL H₂SO₄與50mL H₂SO₄之間。該方法可包括每1g石墨提供大於或等於約10mL H₂SO₄、20mL H₂SO₄、30mL H₂SO₄、40mL H₂SO₄或50mL H₂SO₄。該方法可包括每1g石墨提供小於約75mL H₂SO₄、70mL H₂SO₄、60mL H₂SO₄、50mL H₂SO₄、40mL H₂SO₄、30mL H₂SO₄、20mL H₂SO₄或15mL H₂SO₄。

在一些實施例中，可按約1g石墨：18.4g H₂SO₄與約1g石墨：92.0g H₂SO₄之間之量提供H₂SO₄(例如濃度在約96% H₂SO₄與98% H₂SO₄之間)。該方法可包括每1g石墨提供約18.4g H₂SO₄與30g H₂SO₄之間、18.4g H₂SO₄與40g H₂SO₄之間、18.4g H₂SO₄與50g H₂SO₄之間、18.4g H₂SO₄與60g H₂SO₄之間、18.4g H₂SO₄與70g H₂SO₄之間、18.4g H₂SO₄與80g H₂SO₄之間、18.4g H₂SO₄與92.0g H₂SO₄之間、30g H₂SO₄與40g H₂SO₄之間、30g H₂SO₄與50g H₂SO₄之間、30g H₂SO₄與60g H₂SO₄之間、30g H₂SO₄與70g H₂SO₄之間、30g H₂SO₄與80g H₂SO₄之間、30g H₂SO₄與92.0g H₂SO₄之間、40g H₂SO₄與50g H₂SO₄之間、30g H₂SO₄與60g H₂SO₄之間、30g H₂SO₄與70g H₂SO₄之間、30g H₂SO₄與80g H₂SO₄之間、30g H₂SO₄與92.0g H₂SO₄之間、40g H₂SO₄與50g H₂SO₄之間、40g H₂SO₄與60g H₂SO₄之間、40g H₂SO₄與70g H₂SO₄之間、40g H₂SO₄與80g H₂SO₄之間、40g H₂SO₄與92.0g H₂SO₄之間、50g H₂SO₄與60g H₂SO₄之間、50g H₂SO₄與70g H₂SO₄之間、50g H₂SO₄與80g H₂SO₄之間、50g H₂SO₄與92.0g H₂SO₄之間、60g H₂SO₄與70g H₂SO₄之間、60g H₂SO₄與80g H₂SO₄之間、60g H₂SO₄與92.0g H₂SO₄之間、70g H₂SO₄與80g H₂SO₄之間、70g H₂SO₄與92.0g H₂SO₄之間、80g H₂SO₄與92.0g H₂SO₄之間。該方法可包括每1g石墨提供大於或等於約18.4g H₂SO₄、20g H₂SO₄、25g H₂SO₄、 30g H₂SO₄、35g H₂SO₄、40g H₂SO₄、45g H₂SO₄、50g H₂SO₄、55g H₂SO₄、60g H₂SO₄、65g H₂SO₄、70g H₂SO₄、75g H₂SO₄、80g H₂SO₄、85g H₂SO₄、90g H₂SO₄或92.0g H₂SO₄。該方法可H包括每1g石墨提供小於約140g H₂SO₄、130g H₂SO₄、120g H₂SO₄、110g H₂SO₄、100g H₂SO₄、95g H₂SO₄、90g H₂SO₄、80g H₂SO₄、70g H₂SO₄、60g H₂SO₄、50g H₂SO₄、40g H₂SO₄、30g H₂SO₄或20g H₂SO₄。

在一些實施例中，可按約1g石墨：2g KMnO₄與約1g石墨：6g KMnO₄之間之量提供KMnO₄。該方法可包括每1g石墨提供約1g KMnO₄與2g KMnO₄之間、1g KMnO₄與3g KMnO₄之間、1g KMnO₄與4g KMnO₄之間、1g KMnO₄與5g KMnO₄之間、1g KMnO₄與6g KMnO₄之間、2g KMnO₄與3g KMnO₄之間、2g KMnO₄與4g KMnO₄之間、2g KMnO₄與5g KMnO₄之間、2g KMnO₄與6g KMnO₄之間、3g KMnO₄與4g KMnO₄之間、3g KMnO₄與5g KMnO₄之間、3g KMnO₄與6g KMnO₄之間、4g KMnO₄與5g KMnO₄之間、4g KMnO₄與6g KMnO₄或5g KMnO₄與6g KMnO₄。該方法可包括每1g石墨提供大於或等於約1g KMnO₄、2g KMnO₄、3g KMnO₄、4g KMnO₄、5g KMnO₄或6g KMnO₄。該方法可包括每1g石墨提供小於約9g KMnO₄、8g KMnO₄、7g KMnO₄、6g KMnO₄、5g KMnO₄、4g KMnO₄、3g KMnO₄或2g KMnO₄。

在一些實施例中，可按每1mol KMnO₄至少約1mol H₂O₂之量提供H₂O₂。該方法可包括每1mol KMnO₄提供約1mol H₂O₂與1.1mol H₂O₂之間、1mol H₂O₂與1.2mol H₂O₂之間、1mol H₂O₂與1.3mol H₂O₂之間、1mol H₂O₂與1.4mol H₂O₂之間或1mol H₂O₂與1.5mol H₂O₂之間。該方法可包括每1mol KMnO₄提供大於或等於約1mol H₂O₂、1.1mol H₂O₂、1.2mol H₂O₂、1.3mol H₂O₂、1.4mol H₂O₂或1.5mol H₂O₂。該方法可包括每1mol KMnO₄提供小於約1.5mol H₂O₂、1.4mol H₂O₂、1.3mol H₂O₂、1.2mol H₂O₂或1.1mol H₂O₂。

在一些實施例中，可按約1g H₂SO₄：0g冰與約1g H₂SO₄：1.09g冰之間、約1g H₂SO₄：1.09g冰與約1g H₂SO₄：1.63g冰之間或約1g H₂SO₄：0g冰與約1g H₂SO₄：1.63g冰之間之量提供冰。該方法可包括每1g H₂SO₄提供約0g冰與0.4g冰之間、0g冰與0.8g冰之間、0g冰與1.2g冰之間、0g冰與1.63g冰之間、0.4g冰與0.8g冰之間、0.4g冰與1.2g冰之間、0.4g冰與1.63g冰之間、0.8g冰與1.2g冰之間、0.8g冰與1.63g冰之間或1.2g冰與1.63g冰之間。該方法可包括每1g H₂SO₄提供大於或等於約0g冰、0.2g冰、0.4g冰、0.6g冰、0.8g冰、1.09g冰、1.2g冰、1.4g冰或1.63g冰。該方法可包括每1g H₂SO₄提供小於約2.4g冰、2.2g冰、2.0g冰、1.8g冰、1.63g冰、1.4g冰、1.2g冰、1.09g冰、0.8g冰、0.6g冰、0.4g冰、0.2g冰或0.1g冰。

在一些實施例中，可按約1mL H₂SO₄：0g冰與約1mL H₂SO₄：2g冰之間、約1mL H₂SO₄：2g冰與約1mL H₂SO₄：3g冰之間或約1mL H₂SO₄：0g冰與約1mL H₂SO₄：3g冰之間之量提供冰。該方法可包括每1mL H₂SO₄提供約0g冰與1g冰之間、0g冰與2g冰之間、0g冰與3g冰之間、1g冰與2g冰之間、1g冰與3g冰之間或2g冰與3g冰之間。該方法可包括每1mL H₂SO₄提供大於或等於約0g冰、0.2g冰、0.4g冰、0.6g冰、0.8g冰、1g冰、1.2g冰、1.4g冰、1.6g冰、1.8g冰、2g冰、2.2g冰、2.4g冰、2.6g冰、2.8g冰或3g冰。該方法可包括每1mL H₂SO₄提供小於約4.5g冰、4g冰、3.5g冰、3g冰、2.5g冰、2g冰、1.5g冰、1g冰、0.5g冰、0.25g 冰或0.1g冰。

在某些實施例中，可提供粉末形式之石墨。應瞭解，反應物之量可適當擴展以供大規模生產。實質上全部石墨均可經轉化。每單位石墨產生之GO之量可取決於GO之氧含量。在一些實施例中，GO之C：O原子比例如可在約4：1與5：1之間，且所產生之GO之量基於重量計可為每單位石墨約1.27與1.33單位之間之GO(例如，每15g石墨約19g與20g之間GO)。GO之C：O原子比對於單層及多層GO而言可不同(例如，如關於圖8所述)。因此，每單位石墨產生之GO之量對於單層GO及多層GO而言可不同。亦應瞭解，一或多種反應物之濃度在某些情形下可變化。在一實例中，可提供濃度在約96% H₂SO₄與98% H₂SO₄之間之硫酸(例如，以水溶液中之重量計)。在另一實例中，在某些情形下，H₂O₂之絕對濃度並不實質上影響反應條件；相反，反應條件可取決於H₂O₂與KMnO₄之比率(例如，影響較少之錳物種)。在該等情形下，可適當調整反應物混合物之體積及/或質量以便提供給定(例如，預定)總質量或莫耳量之反應物。進一步應瞭解，在某些情形下可能需要最小或最大濃度以確保合適之反應條件。例如，實質上比約96%至98%(例如以水溶液中之重量計)更低之硫酸濃度可導致不同形態之GO(例如，較低濃度可影響含氧基團)。

本發明之用於產生氧化石墨之非哈默基方法可包含以下步驟：提供石墨粉末與H₂SO₄混合物，同時將石墨粉末與H₂SO₄混合物冷卻至第一預定溫度；向石墨粉末與H₂SO₄混合物中添加預定量之KMnO₄以產生石墨氧化混合物；攪動(例如，在完成添加預定量之KMnO₄之後)石墨氧化混合物歷時預定量之時間；將石墨氧化混合物冷卻至第二預定溫度；且向石墨氧化混合物中添加預定量之H₂O₂以產生氧化石墨。在某些實施例中，可提供石墨粉末與H₂SO₄混合物，且隨後冷卻至第一預定溫度。

本文所述之非哈默基方法可進一步包括藉由以水(例如，去離子水)沖洗氧化石墨來純化氧化石墨、藉由化學透析純化氧化石墨或其組合(例如，沖洗後繼而透析)。

冷卻石墨粉末與H₂SO₄混合物之第一預定溫度可為約0℃。冷卻石墨粉末與H₂SO₄混合物之第一預定溫度可在約-10℃至約15℃之範圍內。第一預定溫度可大於或等於約-10℃、-9℃、-8℃、-7℃、-6℃、-5℃、-4℃、-3℃、-2℃、-1℃或0℃，但小於或等於約1℃、2℃、3℃、4℃、5℃、6℃、7℃、8℃、9℃、10℃、11℃、12℃、13℃、14℃或15℃。

可防止石墨氧化混合物之反應溫度上升至約15℃以上，同時向石墨粉末與H₂SO₄混合物中添加預定量之KMnO₄。向石墨粉末與H₂SO₄混合物中添加KMnO₄可引發放熱(例如，自加熱)反應。石墨氧化混合物之反應溫度可小於或等於約15℃、14℃、13℃、12℃、11℃、10℃、9℃、8℃、7℃、6℃、5℃、4℃、3℃、2℃或1℃，同時向石墨粉末與H₂SO₄混合物中添加預定量之KMnO₄。在某些實施例中，石墨氧化混合物之反應溫度可小於約15℃，同時向石墨粉末與H₂SO₄混合物中添加預定量之KMnO₄。

攪動可包括以每分鐘約50轉(rpm)至約150rpm範圍內之速率攪拌。在一些實施例中，攪動可包括以至少約50rpm、60rpm、70rpm、80rpm、90rpm、100rpm、110rpm、120rpm、130rpm、140rpm或150rpm之速率攪拌。在一些實施例中，攪動可包括以該等速率攪拌(本文中亦為「攪拌速率」)，同時維持攪拌速率小於或等於約150rpm。攪動石墨氧化混合物之預定時間可在約45分鐘至約300分鐘之範圍內。攪動石墨氧化混合物之預定時間可為至少約45分鐘、50分鐘、60分鐘、70分鐘、80分鐘、90分鐘、100分鐘、120分鐘、140分鐘、160分鐘、180分鐘、200分鐘、220分鐘、240分鐘、260分鐘、280分鐘或300分鐘。預定時間可取決於或不取決於攪拌速率。在某些實例中，預定時間與超出給定閾值(例如，最小攪拌速率)及/或在攪拌速率之給定範圍內之攪拌速率無關。在一些實施例中，石墨氧化混合物在攪動期間之反應溫度可維持在低於約45℃下。在一些實施例中，石墨氧化混合物在攪動期間之反應溫度可維持在小於或等於約15℃。

將石墨氧化混合物冷卻至第二預定溫度可藉由以水及/或冰中止石墨氧化混合物來達成。第二預定溫度可為約0℃。第二預定溫度可在約0℃至約10℃之範圍內。第二預定溫度可大於或等於約0℃，但小於或等於約1℃、2℃、3℃、4℃、5℃、6℃、7℃、8℃、9℃或10℃。

在一些實施例中，產生單層GO。第一次反應可包括每公斤石墨使用約32L 98% H₂SO₄。每公斤石墨可使用約4.8kg KMnO₄粉末。該方法可包括或不包括蒸煮時間。該方法可包括給定溫度及方法。該方法自反應開始起可包括約1.5小時添加KMnO₄(反應溫度小於約15℃)、約2小時之反應時間(反應溫度範圍為約20至30℃)、約1小時添加約32kg冰(反應溫度為約50℃)及約1小時反應時間(反應溫度為約50℃)。每公斤石墨可使用約72kg冰來中止反應及/或對於冰而言用於反應冷卻。每公斤石墨可使用約2L 30% H₂O₂來中止反應及/或用於中和。石墨可為給定類型。石墨可為325sh天然片狀石墨。混合速度(例如，在一或多個反應過程期間)可為約100rpm。該方法可包括給定時間混合成分。硫酸與石墨可預先混合以使石墨粉塵最少化並快速添加至反應器中。添加高錳酸鉀可為放熱的。可以足夠慢之速率添加KMnO₄以使反應溫度保持在低於約15℃(例如，可經約1.5小時添加KMnO₄)。

在氧化為單層GO期間，可將石墨(約1kg)與98% H₂SO₄(約32L)混合且冷卻至約-10℃。GO反應器冷卻線圈可經冷卻至-2℃。隨後可將石墨/H₂SO₄混合物小心傾入反應器中。可經約1.5小時時間向反應器中緩慢添加高錳酸鉀(約4.8kg)粉末，小心使反應溫度保持在低於約15℃。在完成添加KMnO₄之後，反應器冷卻線圈之溫度可上升至約12℃且反應可經約1.5小時加熱至高達約30℃。隨後，可將反應器冷卻線圈冷卻至約-2℃且反應溫度可在約30℃下再保持約30分鐘。可經約1小時時間添加碎冰(約32kg)。反應溫度在此期間可攀升至約50℃。冰添加完成後，可使反應攪拌約1小時。隨後可由碎冰(約72kg)中止反應。冰在此中止期間可融化，且隨後可添加30%過氧化氫(約2L)來終止反應。

在一些實施例中，產生多層GO。第一次反應可包括每公斤石墨使用約25L 98% H₂SO₄。每公斤氧化石墨可使用約2kg KMnO₄。該方法可包括或不包括蒸煮時間。該方法可包括給定溫度及方法。該方法可包括45分鐘添加KMnO₄(反應溫度小於約15℃)及30分鐘反應時間(反應溫度為約15℃)。每公斤石墨可使用約125kg冰來中止反應及/或對於冰而言用於反應冷卻。每公斤石墨可使用約1L 30%過氧化氫來中止反應及/或用於中和。石墨可為給定類型。石墨可為經高度片狀剝離且研磨、小薄片、大表面積石墨、9微米薄片或其任何組合。混合速度(例如，在一或多個反應過程期間)可為約100rpm。該方法可包括給定時間混合成分。硫酸與石墨可預先混合以使石墨粉塵最少化並快速添加至反應器中。添加高錳酸鉀可為放熱的。可以足夠慢之速率添加KMnO₄以使反應溫度保持在低於約15℃(例如，可經約1.5小時添加KMnO₄)。

在氧化為多層GO期間，可將石墨(約1kg)與98% H₂SO₄(約32L)混合且冷卻至約-10℃。氧化石墨/氧化石墨烯反應器冷卻線圈可經冷卻至約-2℃。隨後可將石墨/H₂SO₄混合物小心傾入反應器中。可經約45分鐘時間向反應器中緩慢添加高錳酸鉀(約2kg)粉末，小心使反應溫度保持在低於約15℃。隨後可在約15℃之反應溫度下將反應攪拌約30分鐘。隨後可由碎冰(約125kg)中止反應。冰在此中止期間可融化，且隨後可添加30% H₂O₂(約1L)來終止反應。

第一次純化可包括過濾(本文中亦為「第一次過濾」)。第一次過濾可在第一次反應後進行。第一次過濾可包括氧化後純化。第一次過濾可自粗產物移除雜質且使pH達到至少約5。氧化之後，粗產物可含有GO以及一或多種(例如若干種)雜質，例如H₂SO₄、氧化錳及硫酸錳。完成純化後，隨後可將GO濃縮至例如約1重量%之溶液。過濾期間可移除來自第一次反應之水及/或酸。第一次反應後，酸濃度可為約30%(單層)或約16%(多層)H₂SO₄，對應於約0之pH。當pH達到約5時，可完成過濾，對應於約0.00005%之酸濃度。可能需要給定量或程度之濃度(例如，若用作第二次反應之原料)。在一些實施例中，GO可為乾燥粉末形式及/或約2%(以重量計)之水溶液。

純化可使用切向流過濾方法來進行。過濾器類型可為具有約0.02微米微孔尺寸之經改質聚醚碸中空過濾膜。當產物之pH達到約5時，可完成純化。隨後可將經純化之GO濃縮至約1重量%之溶液。在第一次純化之後，產物之H₂SO₄濃度可為約0.00005%，pH為約5。

第二次反應可包括還原GO(在溶液中)以形成還原型GO(例如PCS)。在一些實施例中，來自第一次反應之GO可用於第二次反應之輸入。例如，來自第一次反應之單層GO可用作第二次反應之輸入。在一些實施例中，由哈默基方法產生之GO可用作第二次反應之輸入。例如，來自哈默基方法之單層GO可用作第二次反應之輸入。在一些實施例中，可使用單層GO代替多層GO作為第二次反應之輸入以產生PCS。當在第二次反應中產生PCS(例如，以產生薄片)時，使用單層在某些情形下相對於多層GO而言可減少廢料。例如，與使用單層GO時相比，可能需要更高量之多層GO來產生PCS。

第二次反應可包括經約一小時時間將反應加熱至約90℃且添加H₂O₂。反應可在約90℃下再繼續加熱約3小時。可經約30分鐘時間添加抗壞血酸鈉(例如C₆H₇NaO₆)。反應可在約90℃下再繼續加熱約1.5小時。在約90℃下之總時間可為約6小時。混合速度(本文中亦為「攪拌速率」)可如本文其他處所述(例如關於GO之合成)。在一些實施例中，混合速度(例如，在一或多個反應過程期間)可為至少約100rpm、110rpm、120rpm、130rpm、140rpm、150rpm、160rpm、170rpm、180rpm、190rpm或200rpm。

如前文所述，反應溫度可為約90℃。或者，可在約60℃與180℃之間之溫度下進行一或多個前述步驟。該等步驟可在相同溫度或溫度範圍內，或在一或多個不同溫度或溫度範圍內(例如，在約60℃與180℃之間之一或多個不同溫度下)進行。例如，所有步驟可在相同溫度(或溫度範圍) 下進行，每個步驟可在不同溫度(或溫度範圍)下進行，或步驟子集可在相同溫度(或溫度範圍)下進行。在一些實施例中，溫度可在約60℃與80℃之間、60℃與90℃之間、60℃與100℃之間、60℃與120℃之間、60℃與140℃之間、60℃與160℃之間、60℃與180℃之間、80℃與90℃之間、80℃與100℃之間、80℃與120℃之間、80℃與140℃之間、80℃與160℃之間、80℃與180℃之間、90℃與100℃之間、90℃與120℃之間、90℃與140℃之間、90℃與160℃之間、90℃與180℃之間、100℃與120℃之間、100℃與140℃之間、100℃與160℃之間、100℃與180℃之間、120℃與140℃之間、120℃與160℃之間、120℃與180℃之間、140℃與160℃之間、140℃與180℃之間或160℃與180℃之間。可使溫度在給定範圍內變化或波動或不使其變化或波動(例如，給定步驟之溫度可在給定範圍內之給定溫度下保持恆定，或可使其在給定範圍內波動)。在某些情形下(例如，在大於約100℃之溫度下)，反應腔可能需要密封。

在第二次反應之前，溶液中之GO濃度可例如在約0質量%與2質量%之間(例如0至2kg/100L水溶液)之範圍內。例如，GO之濃度以質量計可在約0%與0.5%之間、0%與1%之間、0%與1.5%之間、0%與2%之間、0.5%與1%之間、0.5%與1.5%之間、0.5%與2%之間、1%與1.5%之間、1%與2%之間或1.5%與2%之間。GO之濃度以質量計可小於或等於約2%、1.5%、1%、0.5%、0.25%、0.1%(或0.1%以下)。例如，溶液中之GO濃度(例如，來自第一次反應)可為約1質量%(100L水溶液中1kg GO)。在一些實施例中，濃度可受有多少GO可溶解於水中同時維持其流動性之限制。在一些實施例中，溶液可具有黏性(例如，在2%或2%以上之濃度下，亦即100L 水中2kg或2kg以上之GO)。在一些實施例中，溶液黏度可小於反應蒸煮變得困難時之黏度。較高之濃度(例如，1質量%)可使得反應中使用之水量減少(例如，儘可能高之濃度可使得反應中使用之水量最小化)。水可在第二次反應結束時經過濾。減少第二次反應中使用之水量可減少過濾時間(例如，溶液體積愈大，則過濾耗時愈長)。

在一些實施例中，可按每1kg GO約10L與100L之間之量提供H₂O₂(例如，濃度為約30重量%)。例如，每1kg GO可提供約10L與20L之間、10L與30L之間、10L與40L之間、10L與50L之間、10L與60L之間、10L與70L之間、10L與80L之間、10L與90L之間、10L與100L之間、20L與30L之間、20L與40L之間、20L與50L之間、20L與60L之間、20L與70L之間、20L與80L之間、20L與90L之間、20L與100L之間、30L與40L之間、30L與50L之間、30L與60L之間、30L與70L之間、30L與80L之間、30L與90L之間、30L與100L之間、40L與50L之間、40L與60L之間、40L與70L之間、40L與80L之間、40L與90L之間、40L與100L之間、50L與60L之間、50L與70L之間、50L與80L之間、50L與90L之間、50L與100L之間、60L與70L之間、60L與80L之間、60L與90L之間、60L與100L之間、70L與80L之間、70L與90L之間、70L與100L之間、80L與90L之間、80L與100L之間或90L與100L之間之H₂O₂(例如，濃度為約30重量%)。在一些實施例中，每1kg GO可提供大於或等於約10L、20L、30L、40L、50L、60L、70L、80L、90L或100L H₂O₂(例如，濃度為約30重量%)。在一些實施例中，每1kg GO可提供小於約100L、90L、80L、70L、60L、50L、40L、 30L、20L或15L H₂O₂(例如，濃度為約30重量%)。可添加等同於任何前述量之30%溶液的H₂O₂量作為具有不同濃度或呈濃縮或純形式之溶液(例如90重量%至100重量%)。等同於任何前述量之30%溶液的H₂O₂之量可根據基於100%(或純)溶液之體積來表述。等同於任何前述量之30%溶液的H₂O₂之量可根據H₂O₂之莫耳數或根據H₂O₂之重量來表述。例如，每1kg GO可提供約3kg(或88莫耳)與30kg(或882莫耳)之間之(純)H₂O₂。基於重量表述，每1kg GO可添加約3kg與6kg之間、3kg與9kg之間、3kg與12kg之間、3kg與15kg之間、3kg與18kg之間、3kg與21kg之間、3kg與24kg之間、3kg與27kg之間、3kg與30kg之間、6kg與9kg之間、6kg與12kg之間、6kg與15kg之間、6kg與18kg之間、6kg與21kg之間、6kg與24kg之間、6kg與27kg之間、6kg與30kg之間、9kg與12kg之間、9kg與15kg之間、9kg與18kg之間、9kg與21kg之間、9kg與24kg之間、9kg與30kg之間、12kg與15kg之間、12kg與18kg之間、12kg與21kg之間、12kg與24kg之間、12kg與27kg之間、12kg與30kg之間、15kg與18kg之間、15kg與21kg之間、15kg與24kg之間、15kg與30kg之間、18kg與21kg之間、18kg與24kg之間、18kg與27kg之間、18kg與30kg之間、21kg與24地之間、21kg與27kg之間、21kg與30kg之間、24kg與27kg之間、24kg與30kg之間或27kg與30kg之間之純H₂O₂。基於重量表述，每1kg GO可提供大於或等於約3kg、6kg、9kg、12kg、15kg、18kg、21kg、24kg或30kg之純H₂O₂。基於重量表述，每1kg GO可提供小於約30kg、24kg、21kg、18kg、15kg、12kg、9kg、6kg或4.5kg之純H₂O₂。

在一些實施例中，可按每1kg GO約1kg與10kg之間之量提供抗壞血酸鈉。例如，每1kg GO可提供約1kg與2kg之間、1kg與3kg之間、1kg與4kg之間、1kg與5kg之間、1kg與6kg之間、1kg與7kg之間、1kg與8kg之間、1kg與9kg之間、1kg與10kg之間、2kg與3kg之間、2kg與4kg之間、2kg與5kg之間、2kg與6kg之間、2kg與7kg之間、2kg與8kg之間、2kg與9kg之間、2kg與10kg之間、3kg與4kg之間、3kg與5kg之間、3kg與6kg之間、3kg與7kg之間、3kg與8kg之間、3kg與9kg之間、3kg與10kg之間、4kg與5kg之間、4kg與6kg之間、4kg與7kg之間、4kg與8kg之間、4kg與9kg之間、4kg與10kg之間、5kg與6kg之間、5kg與7kg之間、5kg與8kg之間、5kg與9kg之間、5kg與10kg之間、6kg與7kg之間、6kg與8kg之間、6kg與9kg之間、6kg與10kg之間、7kg與8kg之間、7kg與9kg之間、7kg與10kg之間、8kg與9kg之間、8kg與10kg之間或9kg與10kg之間之抗壞血酸鈉。在一些實施例中，每1kg GO可提供大於或等於約1kg、2kg、3kg、4kg、5kg、6kg、7kg、8kg、9kg或10kg之抗壞血酸鈉。在一些實施例中，每1kg GO可提供小於約15kg、14kg、13kg、12kg、11kg、10kg、9kg、8kg、7kg、6kg、5kg、4kg、3kg、2kg或1.5kg之抗壞血酸鈉。

在一些實施例中，對於1kg之GO而言，可使用約10L與100L之間之30% H₂O₂及約1kg與10kg之間之抗壞血酸鈉。

在一些實施例中，可轉化至少約y=90%、95%、98%、99%或99.5%或實質上全部之GO。每單位GO產生之PCS之量可取決於GO之氧含量及PCS之氧含量。在一些實施例中，GO之C：O原子比例如可在約 4：1與5：1之間，且PCS之氧含量例如可小於或等於約5原子%。在該等情形下，所產生PCS之量基於重量計可為每單位GO約0.75y與0.84單位之間之PCS。在一些實施例中，GO之C：O原子比例如可在約7：3與5：1之間，且PCS之氧含量例如可小於或等於約5原子%。在該等情形下，所產生PCS之量基於重量計可為每單位GO約0.64y與0.84單位之間之PCS。在一些實施例中，GO之C：O原子比例如可為至少約7：3，且PCS之氧含量例如可小於或等於約5原子%。在該等情形下，所產生PCS之量基於重量計可為每單位GO至少約0.64y單位之PCS。在一些實施例中，所產生PCS之量基於重量計可為每單位GO至少約0.5、0.55、0.6、0.65、0.7、0.75或0.8單位之PCS。在一些實施例中，所產生PCS之量基於重量計可為每單位GO約0.5與0.85之間、0.6與0.8之間或0.7與0.8單位之間之PCS。

第二次純化可包括經由經例如2微米之316不鏽鋼篩網過濾器真空過濾純化PCS。過濾(本文中亦為「第二次過濾」)可在第二次反應後進行。第二次反應之後，可能存在若干種雜質，諸如抗壞血酸鈉外加小量H₂SO₄、氧化錳及錳鹽。過濾可自溶液移除至少一部分雜質。第二次反應可留下水、酸及/或鹽。例如，在來自第二次反應之溶液中可留下每公斤GO約4.95kg抗壞血酸鈉。亦可能存在來自GO之雜質。例如，可能保留來自初始氧化作用(例如，第一次反應)之小量H₂SO₄、氧化錳及錳鹽。

水可沖洗PCS以移除鹽。溶液在還原作用後之電導率可大於約200毫西門子/公分(mS/cm)。PCS溶液可經去離子水洗滌(例如，以大量去離子水)直至PCS溶液之電導率達到約50微西門子/公分(μS/cm)或50微西門子/公分以下。當PCS溶液具有約50μS/cm或50μS/cm以下之電導率時，純化可為完全的。對於直接PCS使用而言，可能需要給定量或程度之濃度。例如，可能需要約2重量%或2重量%以上之濃度。

儲能裝置

本發明之儲能裝置可包含至少一個電極(例如，正電極及負電極)。可在正電極(在放電期間為陰極)、負電極(在放電期間為陽極)或兩者中提供本發明之碳基材料。在某些實施例中，儲能裝置可為鋰離子電池。在某些實施例中，儲能裝置可為鋰金屬電池。在某些實施例中，儲能裝置可為超級電容器。

電池可包含至少一個單元，其包含包含石墨之負電極(在放電期間為陽極)及包含PCS/磷酸鋰鐵(LFP)之正電極(在放電期間為陰極)。電池之構造/形狀因數可如本文其他處所述(例如，各種尺寸之圓柱形、軟包、方形或鈕扣電池)。在某些實施例中，電池可具有圓柱形構造/形狀因數(例如，18650封裝)。應瞭解，儘管此實例中之正電極及電池主要描述為包含PCS，但該等正電極及電池可包含根據本發明之任何碳基材料。

圖9係對一種電池結構實例(例如，LFP基電池)之示意性說明。電池包含正極端子901、與正極端子901相鄰之氣體釋放通風口902及密封電池內部之密封墊903。正極耳片904將正極端子901連接至正電極907。分離器906將正電極與負電極905分隔開。在一些實施例中，電池依次包含分離器906、正電極907、分離器906及負電極905之層狀薄片，其捲成具有圓形橫截面之圓柱形。在此構造中，電池之至少一部分外表面(例如，電池殼之底表面)可充當負極端子。圖11展示成品LFP基電池之實例。在此情形下，電池經構造為具有圓柱形構造/形狀因數。

電池可包含至少一個單元，其包含包含石墨之負電極(在放電期間為陽極)及包含PCS/鋰鎳鈷鋁氧化物(NCA)之正電極(在放電期間為陰極)。電池之構造/形狀因數可如本文其他處所述(例如，各種尺寸之圓柱形、軟包、方形或鈕扣電池)。在某些實施例中，電池可具有圓柱形構造/形狀因數(例如，18650封裝)。圖16展示NCA基電池之實例效能。應瞭解，儘管此實例中之正電極及電池主要描述為包含PCS，但該等正電極及電池可包含根據本發明之任何碳基材料。

圖13係對一種電池結構實例(例如，NCA基電池)之示意性說明。展示電池之側視圖1301及俯視圖1302。在一些實施例中，電池具有約65mm之高度及約18mm之直徑。分離器1312將陰極(正電極)1313與陽極(負電極)1311分隔開。在一些實施例中，電池包含陽極1311、分離器1312及陰極1313之層狀薄片，其捲成具有圓形橫截面之圓柱形。圖15展示成品NCA基電池之實例。在此情形下，電池經構造為具有圓柱形構造/形狀因數。

電池可包含至少一個單元，其包含包含石墨之負電極(在放電期間為陽極)及包含PCS/鋰鎳錳鈷氧化物(NMC)之正電極(在放電期間為陰極)。電池之構造/形狀因數可如本文其他處所述(例如，各種尺寸之圓柱形、軟包、方形或鈕扣電池)。在某些實施例中，電池可具有軟包構造/形狀因數(例如LiPoly封裝)。應瞭解，儘管此實例中之正電極及電池主要描述為包含PCS，但該等正電極及電池可包含根據本發明之任何碳基材料。

圖17係對一種電池結構實例(例如，NMC基電池)之示意性說明。分離器1702將正電極1701與負電極1703分隔開。在一些實施例中，電池包含負電極1703、分離器1702及正電極1701之層狀薄片，其捲成具有長方形橫截面之圓柱形。正電極及負電極分別由正極耳片1704及負極耳片1705連接。電池可囊封在預成型之鋁層壓材料1706中。圖21展示一種成品NMC基電池之實例。在此情形下，電池經構造為具有軟包構造/形狀因數。

本發明之儲能裝置可具有不同構造及/或形狀因數(例如參見圖9、圖11、圖13、圖15、圖17及圖20至21)。與關於包含給定材料或材料集之儲能裝置所述之給定構造及/或形狀因數相關所描述之本發明之任何態樣可同樣適用於至少以某些構造包含本文所述之不同材料或材料集的儲能裝置。本發明之儲能裝置可封裝為任何形式。封裝可受最終應用驅動。

給定之構造及/或形狀因數可包括給定封裝。可基於應用來選擇構造及/或形狀因數(例如，可選擇軟包電池應用於手機，而可選擇圓柱形電池用於某些其他消費裝置)。例如，本文所述儲能裝置之電池可經構造為圓柱形電池、軟包電池、長方形電池、方形電池、鈕扣電池或另一種構造。每種該構造可具有給定之尺寸及最終形狀因數。形狀因數可對應於給定封裝。封裝可為硬質或非硬質的。封裝可氣密性密封電池或可不氣密性密封電池。

圓柱形、方形及鈕扣電池可使用金屬外殼。圓柱形電池可具有外部不鏽鋼殼作為其封裝。在一些實施例中，電池可包含18mm×65mm圓柱形電池封裝(本文中亦為「18650封裝」)、26mm×65mm圓柱形電池封裝(本文中亦為「26650封裝」)或32mm×65mm圓柱形電池封裝(本文中亦為「32650封裝」)。該封裝可包括例如外部金屬封裝及負極端子(例如，電池殼)、密封墊、絕緣器、分離器(例如陽極分離器)、金屬篩網及/或其他組件中之一或多個(例如參見圖9及圖13)。密封殼外部可承受高內部壓力。在一些實施例中，圓柱形電池封裝可包括減壓機構(例如在內部壓力過度時破裂之膜密封件)及/或可再密封之通風口以釋放內部壓力。

鈕扣電池可不具有安全通風口。鈕扣電池可包含由密封墊密封至蓋子(例如，與負電極電連通)之電池殼(例如，與正電極電連通)。

方形電池可包含在長方形殼中。方形電池可封裝在例如焊接之鋁外殼中。方形電池容器可使用較重型之金屬(例如，對於方形電池而言可使用略微較厚之壁尺寸以補償圓柱形構造減小之機械穩定性)。在一些實施例中，方形電池之電極可堆疊。在一些實施例中，方形電池之電極可呈平面螺旋形式。方形電池可構造為各種格式及/或尺寸。該等格式及/或尺寸例如可基於電荷儲存容量來構造(例如，對於行動電話、平板電腦、低輪廓膝上型電腦及其他可攜式消費性電子設備而言為800毫安培小時(mAh)至4,000mAh格式，或對於混合動力及電動汽車中之發電車而言為20至50Ah)。

軟質包/組或軟包電池可包含薄鍍鋁塑料袋中之層狀架構，其經不同類型之聚合物膠合以用於緊固。軟包電池可包含可熱密封之多層箔封裝(例如，參見圖17)。該封裝可充當軟包。軟包電池中之電觸頭可包含與電極焊接且密封至軟包材料之導電箔耳片(例如，以完全密封之方式帶至外部)。軟包電池例如可使用鋰聚合物電池封裝來封裝(例如，用於具有固體電解質之鋰聚合物電池的封裝，本文中亦為「LiPoly封裝」)。該封裝例如可包括具有外部塑料層壓材料之箔袋。軟包電池可具有不同尺寸。在一些實施例中，軟包電池可經構造或尺寸化以用於特定應用(例如，軟包電池可置於定製電子設備封裝之間之小區域中)。在一些實施例中，軟包電池之尺寸可對應於給定之電荷儲存容量(例如，用於儲能系統中之40Ah範圍內之電荷儲存容量或適合手機及可攜式消費性電子設備應用(諸如無人機及愛好小配件)之電荷儲存容量)。

儲能裝置之組成

鋰離子電池(LIB)可包含負電極。在一些實施例中，LIB可包含碳基負電極(例如，包含石墨或碳奈米管)。在一些實施例中，LIB可包含矽(Si)負電極。在一些實施例中，LIB可包含合金基負電極(例如，包含錫合金)。在一些實施例中，LIB可包含氧化物或硫化物基負電極(例如包含氧化錳(II)(MnO)或硫化錳(MgS))。LIB可包含包含氧化物之正電極，例如層狀氧化物(例如LiCoO₂)、尖晶石(例如LiMn₂O₄)或橄欖石(例如LiFePO₄)。LIB可包含導電性添加劑。可在正電極、負電極或兩者中均提供導電性添加劑。導電性添加劑例如可包括碳黑或碳奈米管。LIB可包含黏合劑，其中黏合劑包含第一黏合劑與第二黏合劑中之至少一種。在一些實施例中，第一黏合劑與第二黏合劑相同。在一些實施例中，第一黏合劑與第二黏合劑不同。LIB可包含電解質。電解質例如可包括在有機溶液(例如，碳酸乙烯酯、碳酸二甲酯或碳酸二乙酯)中之鋰鹽(例如，六氟磷酸鋰(LiPF₆)、四氟硼酸鋰(LiBF₄)或高氯酸鋰(LiClO₄))。

在一些實施例中，可在鋰離子電池之正電極中提供本發明之碳基材料。碳基材料可用作導電性添加劑(例如，用以替代碳黑)。碳基材料可用作正電極中之活性材料。

在一些實施例中，可在鋰離子電池之負電極中提供本發明之碳基材料。碳基材料可用作負電極中之活性材料。碳基材料可用作其他活性材料(例如Si)上之塗層及/或可與負電極之其他活性材料(例如Si)形成複合物。

在一些實施例中，可在鋰金屬電池之負電極中提供本發明之碳基材料。碳基材料可用作鋰負電極上之塗料(例如用以抑制枝晶生長)。

在一些實施例中，可在鋰離子電池之正電極及負電極中提供本發明之碳基材料。碳基材料可用作正電極中之導電性添加劑且同時用作負電極中之活性材料。碳基材料可用作正電極中之活性材料(例如，當在負電極中使用GO時)。

在一些實施例中，可在對稱之超級電容器中提供本發明之碳基材料作為活性材料。碳基材料可用在兩個電極中(例如，以碳基氣凝膠之形式)。

在一些實施例中，可在非對稱之超級電容器中提供本發明之碳基材料作為活性材料。碳基材料可用作一個電極且與由其他材料(例如MnO₂)製成之另一電極耦接。碳基材料亦可用在兩個電極中，此時其與兩個電極中之不同材料形成複合物。

本文所述之儲能裝置可包含電解質。本文所述之電解質例如可包括含水、有機及/或離子液體基電解質。電解質可為液體、固體或凝膠。離子液體可與另一種固體組分(例如，聚合物或二氧化矽(例如煙霧狀二氧化矽))混合以形成凝膠狀電解質(本文中亦為「離子凝膠(ionogel)」)。含水電解質例如可與聚合物混合以形成凝膠狀電解質本文中亦為「水凝膠」及「水凝膠-聚合物」)。有機電解質例如可與聚合物混合以形成凝膠狀電解質。在一些實施例中，電解質亦可包括鋰鹽(例如，LiPF₆、LiBF₄或LiClO₄)。例如，電解質可包括在有機溶液(例如，碳酸乙烯酯(EC)、碳酸二甲酯(DMC)或碳酸二乙酯(DEC))中之鋰鹽(例如，LiPF₆、LiBF₄或LiClO₄)。電解質可包含一或多種其他組分(例如，一或多種添加劑)。在一些實施例中，電解質組合物(例如，軟包聚合物LIB電解質)可包括EC、碳酸甲乙酯(EMC)、DEC、LiPF₆及添加劑中之一或多者。在一些實施例中，電解質組合物(例如，高容量LIB電解質)可包括EC、DEC、碳酸丙烯酯(PC)、LiPF₆及添加劑中之一或多者。

儲能裝置可包含聚合物。在一些實施例中，儲能裝置可包含分離器。例如，儲能裝置可包含聚乙烯分離器(例如，超高分子量聚乙烯分離器)。分離器可具有小於或等於約16μm、15μm、14μm、13μm、12μm、11μm、10μm、9μm或8μm(例如約12±2.0μm)之厚度。分離器可具有給定滲透率。分離器可具有大於或等於約150sec/100mL、160sec/100mL、170sec/100mL、180sec/100mL、190sec/100mL、200sec/100mL、210sec/100mL、220sec/100mL、230sec/100mL、240sec/100mL、250sec/100mL、260sec/100mL、270sec/100mL、280sec/100mL、290sec/100mL或300sec/100mL(例如180±50sec/100mL)之滲透率(例如Gurley類型)。或者，分離器可具有小於約150sec/100mL、160sec/100mL、170sec/100mL、180sec/100mL、190sec/100mL、200sec/100mL、210sec/100mL、220sec/100mL、230sec/100mL、240sec/100mL、250sec/100mL、260sec/100mL、270sec/100mL、280sec/100mL、290sec/100mL或300sec/100mL之滲透率(例如Gurley類型)。分離器可具有給定之孔隙率。分離器可具有大於或等於約35%、40%、45%或50%(例如40%±5%)之孔隙率。或者，分離器可具有小於約35%、40%、45%或50%之孔隙率。分離器可具有給定之停機溫度(例如，高於停機溫度時，分離器可能無法正常運作)。在一些實施例中，分離器可具有小於或等於約150℃、140℃、130℃、120℃、110℃或100℃之停機溫度(實際)。在一些實施例中，分離器可具有約130℃與150℃之間、130℃與140℃之間或136℃與140℃之間之停機溫度(DSC)。

電極(例如，LIB之正電極)之活性材料例如可包括石墨烯、磷酸鋰鐵(LFP；LiFePO₄)、鋰鎳鈷鋁氧化物(NCA；LiNiCoAlO₂)、鋰鎳錳鈷氧化物(NMC；LiNiMnCoO₂)、鋰鈷氧化物(LCO；LiCoO₂)、鋰錳氧化物(LMO；LiMn₂O₄)、鈦酸鋰(LTO；Li₄Ti₅O₁₂)、鋰硫或其任何組合。一或多種該等活性材料可以約0.25%與0.5%之間、0.25%與0.75%之間、0.25%與1%之間、0.25%與2%之間、0.25%與5%之間、0.25%與10%之間、0.25%與20%之間、0.25%與30%之間、0.25%與40%之間、0.25%與50%之間、0.5%與0.75%之間、0.5%與1%之間、0.5%與2%之間、0.5%與5%之間、0.5%與10%之間、0.5%與20%之間、0.5%與30%之間、0.5%與40%之間、0.5%與50%之間、0.75%與1%之間、0.75%與2%之間、0.75%與5%之間、0.75%與10%之間、0.75%與20%之間、0.75%與30%之間、0.75%與40%之間、0.75%與50%之間、1%與2%之間、1%與5%之間、1%與10%之間、1%與20%之間、1%與30%之間、1%與40%之間、1%與50%之間、2%與5%之間、2%與10%之間、2%與20%之間、2%與30%之間、2%與40%之間、2%與50%之間、5%與10%之間、5%與20%之間、5%與30%之間、5%與40%之間、5%與50%之間、10%與20%之間、10%與30%之間、10%與40%之間、10%與50%之間、20%與30%之間、20%與40%之間、20%與50%之間、30%與40%之間、30%與50%之間、40%與50%之間、50%與55%之間、50%與60%之間、50%與65%之間、50%與67% 之間、50%與69%之間、50%與71%之間、50%與73%之間、50%與75%之間、50%與77%之間、50%與79%之間、50%與81%之間、50%與83%之間、50%與85%之間、50%與87%之間、50%與89%之間、50%與91%之間、50%與93%之間、50%與95%之間、50%與97%之間、50%與99%之間、55%與60%之間、55%與65%之間、55%與67%之間、55%與69%之間、55%與71%之間、55%與73%之間、55%與75%之間、55%與77%之間、55%與79%之間、55%與81%之間、55%與83%之間、55%與85%之間、55%與87%之間、55%與89%之間、55%與91%之間、55%與93%之間、55%與95%之間、55%與97%之間、55%與99%之間、60%與65%之間、60%與67%之間、60%與69%之間、60%與71%之間、60%與73%之間、60%與75%之間、60%與77%之間、60%與79%之間、60%與81%之間、60%與83%之間、60%與85%之間、60%與87%之間、60%與89%之間、60%與91%之間、60%與93%之間、60%與95%之間、60%與97%之間、60%與99%之間、65%與67%之間、65%與69%之間、65%與71%之間、65%與73%之間、65%與75%之間、65%與77%之間、65%與79%之間、65%與81%之間、65%與83%之間、65%與85%之間、65%與87%之間、65%與89%之間、65%與91%之間、65%與93%之間、65%與95%之間、65%與97%之間、65%與99%之間、67%與69%之間、67%與71%之間、67%與73%之間、67%與75%之間、67%與77%之間、67%與79%之間、67%與81%之間、67%與83%之間、67%與85%之間、67%與87%之間、67%與89%之間、67%與91%之間、67%與93%之間、67%與95%之間、67%與97%之間、67%與99%之間、69%與71%之間、69%與73%之間、69%與75%之間、69%與77%之間、69%與79%之間、69%與81%之間、69%與83%之間、69% 與85%之間、69%與87%之間、69%與89%之間、69%與91%之間、69%與93%之間、69%與95%之間、69%與97%之間、69%與99%之間、71%與73%之間、71%與75%之間、71%與77%之間、71%與79%之間、71%與81%之間、71%與83%之間、71%與85%之間、71%與87%之間、71%與89%之間、71%與91%之間、71%與93%之間、71%與95%之間、71%與97%之間、71%與99%之間、73%與75%之間、73%與77%之間、73%與79%之間、73%與81%之間、73%與83%之間、73%與85%之間、73%與87%之間、73%與89%之間、73%與91%之間、73%與93%之間、73%與95%之間、73%與97%之間、73%與99%之間、75%與77%之間、75%與79%之間、75%與81%之間、75%與83%之間、75%與85%之間、75%與87%之間、75%與89%之間、75%與91%之間、75%與93%之間、75%與95%之間、75%與97%之間、75%與99%之間、77%與79%之間、77%與81%之間、77%與83%之間、77%與85%之間、77%與87%之間、77%與89%之間、77%與91%之間、77%與93%之間、77%與95%之間、77%與97%之間、77%與99%之間、79%與81%之間、79%與83%之間、79%與85%之間、79%與87%之間、79%與89%之間、79%與91%之間、79%與93%之間、79%與95%之間、79%與97%之間、79%與99%之間、81%與83%之間、81%與85%之間、81%與87%之間、81%與89%之間、81%與91%之間、81%與93%之間、81%與95%之間、81%與97%之間、81%與99%之間、83%與85%之間、83%與87%之間、83%與89%之間、83%與91%之間、83%與93%之間、83%與95%之間、83%與97%之間、83%與99%之間、85%與87%之間、85%與89%之間、85%與91%之間、85%與93%之間、85%與95%之間、85%與97%之間、85%與99%之間、87%與89%之間、87%與91% 之間、87%與93%之間、87%與95%之間、87%與97%之間、87%與99%之間、89%與91%之間、89%與93%之間、89%與95%之間、89%與97%之間、89%與99%之間、90%與90.5%之間、90%與91%之間、90%與91.5%之間、90%與92%之間、90%與92.5%之間、90%與93%之間、90%與93.5%之間、90%與94%之間、90%與94.5%之間、90%與95%之間、90%與95.5%之間、90%與96%之間、90%與96.5%之間、90%與97%之間、90%與97.5%之間、90%與98%之間、90%與98.5%之間、90%與99%之間、90%與99.5%之間、90.5%與91%之間、90.5%與91.5%之間、90.5%與92%之間、90.5%與92.5%之間、90.5%與93%之間、90.5%與93.5%之間、90.5%與94%之間、90.5%與94.5%之間、90.5%與95%之間、90.5%與95.5%之間、90.5%與96%之間、90.5%與96.5%之間、90.5%與97%之間、90.5%與97.5%之間、90.5%與98%之間、90.5%與98.5%之間、90.5%與99%之間、90.5%與99.5%之間、91%與91.5%之間、91%與92%之間、91%與92.5%之間、91%與93%之間、91%與93.5%之間、91%與94%之間、91%與94.5%之間、91%與95%之間、91%與95.5%之間、91%與96%之間、91%與96.5%之間、91%與97%之間、91%與97.5%之間、91%與98%之間、91%與98.5%之間、91%與99%之間、91%與99.5%之間、91.5%與92%之間、91.5%與92.5%之間、91.5%與93%之間、91.5%與93.5%之間、91.5%與94%之間、91.5%與94.5%之間、91.5%與95%之間、91.5%與95.5%之間、91.5%與96%之間、91.5%與96.5%之間、91.5%與97%之間、91.5%與97.5%之間、91.5%與98%之間、91.5%與98.5%之間、91.5%與99%之間、91.5%與99.5%之間、92%與92.5%之間、92%與93%之間、92%與93.5%之間、92%與94%之間、92%與94.5%之間、92%與95%之間、92%與95.5%之間、 92%與96%之間、92%與96.5%之間、92%與97%之間、92%與97.5%之間、92%與98%之間、92%與98.5%之間、92%與99%之間、92%與99.5%之間、92.5%與93%之間、92.5%與93.5%之間、92.5%與94%之間、92.5%與94.5%之間、92.5%與95%之間、92.5%與95.5%之間、92.5%與96%之間、92.5%與96.5%之間、92.5%與97%之間、92.5%與97.5%之間、92.5%與98%之間、92.5%與98.5%之間、92.5%與99%之間、92.5%與99.5%之間、93%與93.5%之間、93%與94%之間、93%與94.5%之間、93%與95%之間、93%與95.5%之間、93%與96%之間、93%與96.5%之間、93%與97%之間、93%與97.5%之間、93%與98%之間、93%與98.5%之間、93%與99%之間、93%與99.5%之間、93.5%與94%之間、93.5%與94.5%之間、93.5%與95%之間、93.5%與95.5%之間、93.5%與96%之間、93.5%與96.5%之間、93.5%與97%之間、93.5%與97.5%之間、93.5%與98%之間、93.5%與98.5%之間、93.5%與99%之間、93.5%與99.5%之間、94%與94.5%之間、94%與95%之間、94%與95.5%之間、94%與96%之間、94%與96.5%之間、94%與97%之間、94%與97.5%之間、94%與98%之間、94%與98.5%之間、94%與99%之間、94%與99.5%之間、94.5%與95%之間、94.5%與95.5%之間、94.5%與96%之間、94.5%與96.5%之間、94.5%與97%之間、94.5%與97.5%之間、94.5%與98%之間、94.5%與98.5%之間、94.5%與99%之間、94.5%與99.5%之間、95%與95.5%之間、95%與96%之間、95%與96.5%之間、95%與97%之間、95%與97.5%之間、95%與98%之間、95%與98.5%之間、95%與99%之間、95%與99.5%之間、95.5%與96%之間、95.5%與96.5%之間、95.5%與97%之間、95.5%與97.5%之間、95.5%與98%之間、95.5%與98.5%之間、95.5%與99%之間、95.5%與99.5%之間、 96%與96.5%之間、96%與97%之間、96%與97.5%之間、96%與98%之間、96%與98.5%之間、96%與99%之間、96%與99.5%之間、96.5%與97%之間、96.5%與97.5%之間、96.5%與98%之間、96.5%與98.5%之間、96.5%與99%之間、96.5%與99.5%之間、97%與97.5%之間、97%與98%之間、97%與98.5%之間、97%與99%之間、97%與99.5%之間、97.5%與98%之間、97.5%與98.5%之間、97.5%與99%之間、97.5%與99.5%之間、98%與98.5%之間、98%與99%之間、98%與99.5%之間、98.5%與99%之間、98.5%與99.5%之間或99%與99.5%之間之個別或組合濃度(例如，基於乾重量計，不含溶劑)存在於電極中。一或多種該等活性材料可以大於或等於約50%、51%、52%、53%、54%、55%、56%、57%、58%、59%、60%、61%、62%、63%、64%、65%、65.5%、66%、66.5%、67%、67.5%、68%、68.5%、69%、69.5%、70%、70.5%、71%、71.5%、72%、72.5%、73%、73.5%、74%、74.5%、75%、75.5%、76%、76.5%、77%、77.5%、78%、78.5%、79%、79.5%、80%、80.5%、81%、81.5%、82%、82.5%、83%、83.5%、84%、84.5%、85%、85.5%、86%、86.5%、87%、87.5%、88%、88.5%、89%、89.5%、90%、90.5%、91%、91.5%、92%、92.5%、93%、93.5%、94%、94.5%、95%、95.5%、96%、96.5%、97%、97.5%、98%、98.5%、99%、99.5%或99.9%之個別或組合濃度(例如，基於乾重量計，不含溶劑)存在於電極中。另外或作為替代，一或多種該等活性材料可以小於或等於約99.9%、99.5%、99%、98.5%、98%、97.5%、97%、96.5%、96%、95.5%、95%、94.5%、94%、93.5%、93%、92.5%、92%、91.5%、91%、90.5%、90%、89.5%、89%、88.5%、88%、87.5%、87%、86.5%、86%、85.5%、85%、84.5%、84%、83.5%、83%、82.5%、82%、81.5%、81%、80.5%、80%、79.5%、79%、78.5%、 78%、77.5%、77%、76.5%、76%、75.5%、75%、74.5%、74%、73.5%、73%、72.5%、72%、71.5%、71%、70.5%、70%、69.5%、69%、68.5%、68%、67.5%、67%、66.5%、66%、65.5%、65%、64%、63%、62%、61%、60%、59%、58%、57%、56%、55%、54%、53%、52%、51%或50%之個別或組合濃度存在於電極中。一或多種該等活性材料可與一或多種其他材料組合以該等濃度(例如，本文所述之一或多種其他電極材料及其濃度)存在於電極中。

前述活性材料可包含給定比率之非鋰金屬。例如，活性材料可包含給定比率之鎳、鈷及鋁(例如，對於NCA而言為約0.815：0.15：0.035)或給定比率之鎳、鈷及錳(例如，對於NMC而言為約6：2：2)。活性材料可包含至少1種、2種、3種、4種、5種或5種以上非鋰金屬。非鋰金屬例如可選自鎳、鈷、鋁、錳、鐵及鈦。在一些實施例中，活性材料可包含相對於第二種非鋰金屬至少約1、2、3、4、5、6、7、8、9、10或15之比率(例如，以重量計或以莫耳數計)的第一種非鋰金屬。在一些實施例中，活性材料可包含相對於第三種非鋰金屬至少約1、2、3、4、5、6、8、10、12、14、16、18、20、22、24、26、28、30或35之比率(例如，以重量計或以莫耳數計)的第一種非鋰金屬。在一些實施例中，活性材料可包含相對於第三種非鋰金屬至少約1、2、3、4、5、6、7、8、9、10或15之比率(例如，以重量計或以莫耳數計)的第二種非鋰金屬。活性材料可包含個別或組合濃度(例如，以重量計)大於或等於約1%、2%、4%、6%、8%、10%、15%、20%、25%、30%、35%、40%、45%、50%、55%、60%、65%、70%、75%、80%、85%、90%、95%或99%之非鋰金屬及/或一或多種非金屬。另外或作為替代，活性材料可包含個別或組合濃度(例如，以重量計)小於或等於約99.5%、99%、 95%、90%、85%、80%、75%、70%、65%、60%、55%、50%、45%、40%、35%、30%、25%、20%、15%、10%、5%或2%之非鋰金屬及/或一或多種非金屬。在某些實施例中，活性材料可包含濃度(例如，以總重量計)為至少約50%、51%、52%、53%、54%、55%、56%、57%、58%、59%或60%(例如，對於NCA而言為約59±1.0%)之鎳、鈷及鋁。在某些實施例中，活性材料可包含濃度(例如，以重量計)在約33%與36%之間之鐵及濃度(例如，以重量計)在約19%與21%之間(例如，對於NMC而言大於或等於約58.5%)之磷。在某些實施例中，活性材料可包含濃度(例如，以總重量計)為至少約50%、51%、52%、53%、54%、55%、56%、57%、58%、59%或60%(例如，對於NCA而言為約59±1.0%)之鎳、鈷及鋁。活性材料可包含濃度(例如，以重量計)大於或等於約1%、1.5%、2%、2.5%、3%、3.5%、4%、4.5%、5%、5.5%、6%、6.5%、7%、7.5%、8%、8.5%、9%、9.5%或10%之鋰。另外或作為替代，活性材料可包含濃度(例如，以重量計)小於或等於約15%、10%、8%、6%、5%、4%、3%、2%或1.5%之鋰。例如，活性材料可包含濃度(例如，以重量計)對於NCA而言為約7.2±0.4%、對於NMC而言為7.1%或對於LFP而言在約3.9%與4.9%之間之鋰。除前述濃度之非鋰金屬(例如，鎳、鈷及鋁或鎳、鈷及錳)以外，活性材料可包含該等鋰濃度。活性材料可具有給定之比表面積。活性材料可具有大於或等於約0.1平方公尺/公克(m²/g)、0.2m²/g、0.3m²/g、0.4m²/g、0.5m²/g、0.6m²/g、0.7m²/g、0.8m²/g、0.9m²/g、1m²/g、2m²/g、3m²/g、4m²/g、5m²/g、6m²/g、7m²/g、8m²/g、9m²/g、10m²/g、11m²/g、12m²/g、13m²/g、14m²/g、15m²/g、16m²/g、17m²/g、18m²/g、19m²/g、20m²/g或25m²/g之比表面積。另外或作為替代，活性材料可具有小於或等於約30m²/g、25 m²/g、20m²/g、19m²/g、18m²/g、17m²/g、16m²/g、15m²/g、14m²/g、13m²/g、12m²/g、11m²/g、10m²/g、9m²/g、8m²/g、7m²/g、6m²/g、5m²/g、4m²/g、3m²/g、2m²/g、1m²/g、0.9m²/g、0.8m²/g、0.7m²/g、0.6m²/g、0.5m²/g、0.4m²/g、0.3m²/g或0.2m²/g之比表面積。在一些實施例中，活性材料(例如NCA)可具有約0.3m²/g與0.7m²/g之間之比表面積。在一些實施例中，活性材料(例如NMC)可具有約0.2m²/g與0.5m²/g之間之比表面積。在一些實施例中，活性材料(例如LFP)可具有約9m²/g與13m²/g之間或8m²/g與12m²/g之間之比表面積。活性材料可具有給定之第一放電容量。活性材料可具有大於或等於約100毫安培小時/公克(mAh/g)、105mAh/g、110mAh/g、115mAh/g、120mAh/g、125mAh/g、130mAh/g、135mAh/g、140mAh/g、145mAh/g、150mAh/g、155mAh/g、160mAh/g、165mAh/g、170mAh/g、175mAh/g、180mAh/g、185mAh/g、190mAh/g、195mAh/g、200mAh/g、205mAh/g、210mAh/g、215mAh/g或220mAh之第一放電容量。另外或作為替代，活性材料可具有小於或等於約230mAh/g、225mAh/g、220mAh/g、215mAh/g、210mAh/g、205mAh/g、200mAh/g、195mAh/g、190mAh/g、185mAh/g、180mAh/g、175mAh/g、170mAh/g、165mAh/g、160mAh/g、155mAh/g或150mAh/g之第一放電容量。在一些實施例中，活性材料(例如NCA)可具有大於或等於約195mAh/g(例如，在0.1C/0.1C之充電/放電速率及4.3至3.0伏特(V)之電壓窗下)之第一放電容量。在一些實施例中，活性材料(例如NMC)可具有大於或等於約178mAh/g(例如，對於扣式電池(例如CR2032)而言，在0.1C/0.1C之充電/放電速率及相對於鋰3.0V至4.3V之電壓窗下)之第一放電容量。在一些實施例中，活性材料(例如LFP)可具有大於或等於約150mAh/g(例如在0.2C下)之第一放電容量。活性材料可具有給定之容量。活性材料可具有大於或等於約80mAh/g、85mAh/g、90mAh/g、95mAh/g、100mAh/g、105mAh/g、110mAh/g、115mAh/g、120mAh/g、125mAh/g、130mAh/g、135mAh/g、140mAh/g、145mAh/g、150mAh/g、155mAh/g、160mAh/g、165mAh/g、170mAh/g、175mAh/g、180mAh/g、185mAh/g、190mAh/g、195mAh/g、200mAh/g、220mAh/g、240mAh/g、260mAh/g、280mAh/g、300mAh/g、400mAh/g、500mAh/g、600mAh/g、700mAh/g、800mAh/g或900mAh/g之容量。另外或作為替代，活性材料可具有大於或等於約600mAh/g、500mAh/g、400mAh/g、300mAh/g、250mAh/g、210mAh/g、205mAh/g、200mAh/g、195mAh/g、190mAh/g、185mAh/g、180mAh/g、175mAh/g、170mAh/g、165mAh/g、160mAh/g、155mAh/g、150mAh/g、145mAh/g、140mAh/g、135mAh/g或130mAh/g之容量。在一些實施例中，活性材料(例如NMC)可具有約162mAh/g與168mAh/g之間(例如，對於完整電池而言，在0.5C之充電/放電速率下)之容量。活性材料可具有給定之第一放電效率(例如，大於或等於約75%、81%、82%、83%、84%、85%(例如NMC)、86%、87%、88%、89%(例如NCA)、90%、91%、92%、93%、94%或95%)。活性材料可具有前述粒度組成、比表面積、第一放電容量、容量、第一放電效率及其他特性中一或多者之任意組合。

電極(例如，LIB之正電極或負電極)可包括黏合劑。在一些實施例中，黏合劑包含第一黏合劑與第二黏合劑中之至少一者。在一些實施例中，第一黏合劑與第二黏合劑相同。在一些實施例中，第一黏合劑與第二黏合劑不同。黏合劑(例如，第一黏合劑或第二黏合劑)例如可包含一或多種氟聚合物(例如，非反應性熱塑性氟聚合物)、共聚物及/或其他聚合物類型。黏合劑之實例可包括(但不限於)聚氟乙烯(PVF)、聚偏二氟乙烯(PVDF)、聚四氟乙烯(PTFE)、聚氯三氟乙烯(PCTFE)、全氟烷氧基聚合物(PFA、MFA)、氟化乙烯-丙烯(FEP)、聚乙烯四氟乙烯(ETFE)、聚乙烯氯三氟乙烯(ECTFE)、全氟化塑性體(FFPM/FFKM)、氟碳化物或(本文申請專利範圍中亦為「氯三氟乙烯偏二氟乙烯」；FPM/FKM)、氟彈性體(本文申請專利範圍中亦為「四氟乙烯-丙烯」；FEPM)、全氟聚醚(PFPE)、全氟磺酸(PFSA)、全氟聚氧雜環丁烷、P(VDF-三氟乙烯)、P(VDF-四氟乙烯)或其任何組合。一或多種該等黏合劑材料可以約0.5%與1%之間、0.5%與2%之間、0.5%與3%之間、0.5%與4%之間、0.5%與5%之間、0.5%與6%之間、0.5%與7%之間、0.5%與8%之間、0.5%與9%之間、0.5%與10%之間、0.5%與11%之間、0.5%與12%之間、0.5%與13%之間、0.5%與14%之間、0.5%與15%之間、0.5%與16%之間、0.5%與17%之間、0.5%與18%之間、0.5%與19%之間、0.5%與20%之間、1%與2%之間、1%與3%之間、1%與4%之間、1%與5%之間、1%與6%之間、1%與7%之間、1%與8%之間、1%與9%之間、1%與10%之間、1%與11%之間、1%與12%之間、1%與13%之間、1%與14%之間、1%與15%之間、1%與16%之間、1%與17%之間、1%與18%之間、1%與19%之間、1%與20%之間、2%與3%之間、2%與4%之間、2%與5%之間、2%與6%之間、2%與7%之間、2%與8%之間、2%與9%之間、2%與10%之間、2%與11%之間、2%與12%之間、2%與13%之間、2%與14%之間、2%與15%之間、2%與16%之間、2%與17%之間、2%與18%之間、2%與19%之間、2%與20%之間、3%與4%之間、3%與5%之間、3%與6%之間、3%與7%之間、3%與8%之間、3%與9%之間、3%與10%之間、3%與11%之間、3%與12%之間、3%與13%之間、3% 與14%之間、3%與15%之間、3%與16%之間、3%與17%之間、3%與18%之間、3%與19%之間、3%與20%之間、4%與5%之間、4%與6%之間、4%與7%之間、4%與8%之間、4%與9%之間、4%與10%之間、4%與11%之間、4%與12%之間、4%與13%之間、4%與14%之間、4%與15%之間、4%與16%之間、4%與17%之間、4%與18%之間、4%與19%之間、4%與20%之間、5%與6%之間、5%與7%之間、5%與8%之間、5%與9%之間、5%與10%之間、5%與11%之間、5%與12%之間、5%與13%之間、5%與14%之間、5%與15%之間、5%與16%之間、5%與17%之間、5%與18%之間、5%與19%之間、5%與20%之間、6%與7%之間、6%與8%之間、6%與9%之間、6%與10%之間、6%與11%之間、6%與12%之間、6%與13%之間、6%與14%之間、6%與15%之間、6%與16%之間、6%與17%之間、6%與18%之間、6%與19%之間、6%與20%之間、7%與8%之間、7%與9%之間、7%與10%之間、7%與11%之間、7%與12%之間、7%與13%之間、7%與14%之間、7%與15%之間、7%與16%之間、7%與17%之間、7%與18%之間、7%與19%之間、7%與20%之間、8%與9%之間、8%與10%之間、8%與11%之間、8%與12%之間、8%與13%之間、8%與14%之間、8%與15%之間、8%與16%之間、8%與17%之間、8%與18%之間、8%與19%之間、8%與20%之間、9%與10%之間、9%與11%之間、9%與12%之間、9%與13%之間、9%與14%之間、9%與15%之間、9%與16%之間、9%與17%之間、9%與18%之間、9%與19%之間、9%與20%之間、10%與11%之間、10%與12%之間、10%與13%之間、10%與14%之間、10%與15%之間、10%與16%之間、10%與17%之間、10%與18%之間、10%與19%之間、10%與20%之間、11%與12%之間、11%與13%之間、 11%與14%之間、11%與15%之間、11%與16%之間、11%與17%之間、11%與18%之間、11%與19%之間、11%與20%之間、12%與13%之間、12%與14%之間、12%與15%之間、12%與16%之間、12%與17%之間、12%與18%之間、12%與19%之間、12%與20%之間、13%與14%之間、13%與15%之間、13%與16%之間、13%與17%之間、13%與18%之間、13%與19%之間、13%與20%之間、14%與15%之間、14%與16%之間、14%與17%之間、14%與18%之間、14%與19%之間、14%與20%之間、15%與16%之間、15%與17%之間、15%與18%之間、15%與19%之間、15%與20%之間、16%與17%之間、16%與18%之間、16%與19%之間、16%與20%之間、17%與18%之間、17%與19%之間、17%與20%之間、18%與19%之間、18%與20%之間或19%與20%之間之個別或組合濃度(例如，基於乾重量計，不含溶劑)存在於電極中(例如，存在於正電極及/或負電極中)。一或多種該等黏合劑材料可以大於或等於約0.5%、1%、1.5%、2%、2.5%、3%、3.5%、4%、4.5%、5%、5.5%、6%、6.5%、7%、7.5%、8%、8.5%、9%、9.5%、10%、10.5%、11%、11.5%、12%、12.5%、13%、13.5%、14%、14.5%、15%、15.5%、16%、16.5%、17%、17.5%、18%、18.5%、19%、19.5%或20%之個別或組合濃度(例如，基於乾重量計，不含溶劑)存在於電極中(例如，存在於正電極及/或負電極中)。另外或作為替代，一或多種該等黏合劑材料可以小於或等於約20%、19.5%、19%、18.5%、18%、17.5%、17%、16.5%、16%、15.5%、15%、14.5%、14%、13.5%、13%、12.5%、12%、11.5%、11%、10.5%、10%、9.5%、9%、8.5%、8%、7.5%、7%、6.5%、6%、5.5%、5%、4.5%、4%、3.5%、3%、2.5%、2%、1.5%、1%或0.5%之個別或組合濃度存在於電極中(例如，存在於正電極及/ 或負電極中)。一或多個該等黏合劑材料可與一或多種其他材料組合以該等濃度(例如，本文所述之一或多種其他電極材料及其濃度)存在於電極中。

電極(例如，LIB之正電極或負電極)可藉助於溶劑來製備。配方可包括各種水平之溶劑。至少一部分或全部溶劑可自電極蒸發。溶劑之實例可包括(但不限於)2-吡咯啶酮(2-Py)、N-乙烯基吡咯啶酮(NVP)、N-甲基-2-吡咯啶酮(NMP)、甲基乙基酮或其任何組合。一或多種該等溶劑化合物可以約20%與25%之間、20%與30%之間、20%與35%之間、20%與40%之間、20%與45%之間、20%與50%之間、20%與55%之間、20%與60%之間、20%與65%之間、20%與70%之間、20%與75%之間、25%與30%之間、25%與35%之間、25%與40%之間、25%與45%之間、25%與50%之間、25%與55%之間、25%與60%之間、25%與65%之間、25%與70%之間、25%與75%之間、30%與35%之間、30%與40%之間、30%與45%之間、30%與50%之間、30%與55%之間、30%與60%之間、30%與65%之間、30%與70%之間、30%與75%之間、35%與40%之間、35%與45%之間、35%與50%之間、35%與55%之間、35%與60%之間、35%與65%之間、35%與70%之間、35%與75%之間、40%與45%之間、40%與50%之間、40%與55%之間、40%與60%之間、40%與65%之間、40%與70%之間、40%與75%之間、45%與50%之間、45%與55%之間、45%與60%之間、45%與65%之間、45%與70%之間、45%與75%之間、50%與55%之間、50%與60%之間、50%與65%之間、50%與70%之間、50%與75%之間、55%與60%之間、55%與65%之間、55%與70%之間、55%與75%之間、60%與65%之間、60%與70%之間、60%與75%之間、65%與70%之間、65%與75%之間或70%與75%之間之個別或組合濃度(例如，基於濕重量計)存在於電極中(例如，存在於正電極及/或負電極中)。一或多種該等溶劑化合物可以大於或等於約20%、21%、22%、23%、24%、25%、26%、27%、28%、29%、30%、31%、32%、33%、34%、35%、36%、37%、38%、39%、40%、41%、42%、43%、44%、45%、46%、47%、48%、49%、50%、51%、52%、53%、54%、55%、56%、57%、58%、59%、60%、61%、62%、63%、64%、65%、66%、67%、68%、69%、70%、71%、72%、73%、74%或75%之個別或組合濃度(例如，基於濕重量計)存在於電極中(例如，存在於正電極及/或負電極中)。另外或作為替代，一或多種該等溶劑化合物可以小於或等於約75%、74%、73%、72%、71%、70%、69%、68%、67%、66%、65%、64%、63%、62%、61%、60%、59%、58%、57%、56%、55%、54%、53%、52%、51%、50%、49%、48%、47%、46%、45%、44%、43%、42%、41%、40%、39%、38%、37%、36%、35%、34%、33%、32%、31%、30%、29%、28%、27%、26%、25%、24%、23%、22%、21%或20%之個別或組合濃度(例如，基於濕重量計)存在於電極中(例如，存在於正電極及/或負電極中)。一或多種該等溶劑化合物可與一或多種其他材料組合以該等濃度(例如，本文所述之一或多種其他電極材料及其濃度)存在於電極中。

電極(例如，LIB之負電極)之活性材料例如可包括聚乙炔、石墨(例如，天然石墨或人工石墨)、氣相成長碳纖維、軟碳(可石墨化碳)、硬碳(不可石墨化碳)、碳奈米管或其任何組合。一或多種該等活性材料可以約0.25%與0.5%之間、0.25%與0.75%之間、0.25%與1%之間、0.25%與2%之間、0.25%與5%之間、0.25%與10%之間、0.25%與20%之間、0.25%與30%之間、0.25%與40%之間、0.25%與50%之間、0.5%與0.75%之間、0.5%與1% 之間、0.5%與2%之間、0.5%與5%之間、0.5%與10%之間、0.5%與20%之間、0.5%與30%之間、0.5%與40%之間、0.5%與50%之間、0.75%與1%之間、0.75%與2%之間、0.75%與5%之間、0.75%與10%之間、0.75%與20%之間、0.75%與30%之間、0.75%與40%之間、0.75%與50%之間、1%與2%之間、1%與5%之間、1%與10%之間、1%與20%之間、1%與30%之間、1%與40%之間、1%與50%之間、2%與5%之間、2%與10%之間、2%與20%之間、2%與30%之間、2%與40%之間、2%與50%之間、5%與10%之間、5%與20%之間、5%與30%之間、5%與40%之間、5%與50%之間、10%與20%之間、10%與30%之間、10%與40%之間、10%與50%之間、20%與30%之間、20%與40%之間、20%與50%之間、30%與40%之間、30%與50%之間、40%與50%之間、50%與55%之間、50%與60%之間、50%與65%之間、50%與70%之間、50%與72%之間、50%與74%之間、50%與76%之間、50%與78%之間、50%與80%之間、50%與82%之間、50%與84%之間、50%與86%之間、50%與88%之間、50%與90%之間、50%與91%之間、50%與92%之間、50%與93%之間、50%與94%之間、50%與95%之間、50%與96%之間、50%與97%之間、50%與98%之間、50%與99%之間、55%與60%之間、55%與65%之間、55%與70%之間、55%與72%之間、55%與74%之間、55%與76%之間、55%與78%之間、55%與80%之間、55%與82%之間、55%與84%之間、55%與86%之間、55%與88%之間、55%與90%之間、55%與91%之間、55%與92%之間、55%與93%之間、55%與94%之間、55%與95%之間、55%與96%之間、55%與97%之間、55%與98%之間、55%與99%之間、60%與65%之間、60%與70%之間、60%與72%之間、60%與74%之間、60%與76%之間、60%與78%之間、60% 與80%之間、60%與82%之間、60%與84%之間、60%與86%之間、60%與88%之間、60%與90%之間、60%與91%之間、60%與92%之間、60%與93%之間、60%與94%之間、60%與95%之間、60%與96%之間、60%與97%之間、60%與98%之間、60%與99%之間、65%與70%之間、65%與72%之間、65%與74%之間、65%與76%之間、65%與78%之間、65%與80%之間、65%與82%之間、65%與84%之間、65%與86%之間、65%與88%之間、65%與90%之間、65%與91%之間、65%與92%之間、65%與93%之間、65%與94%之間、65%與95%之間、65%與96%之間、65%與97%之間、65%與98%之間、65%與99%之間、70%與72%之間、70%與74%之間、70%與76%之間、70%與78%之間、70%與80%之間、70%與82%之間、70%與84%之間、70%與86%之間、70%與88%之間、70%與90%之間、70%與91%之間、70%與92%之間、70%與93%之間、70%與94%之間、70%與95%之間、70%與96%之間、70%與97%之間、70%與98%之間、70%與99%之間、72%與74%之間、72%與76%之間、72%與78%之間、72%與80%之間、72%與82%之間、72%與84%之間、72%與86%之間、72%與88%之間、72%與90%之間、72%與91%之間、72%與92%之間、72%與93%之間、72%與94%之間、72%與95%之間、72%與96%之間、72%與97%之間、72%與98%之間、72%與99%之間、74%與76%之間、74%與78%之間、74%與80%之間、74%與82%之間、74%與84%之間、74%與86%之間、74%與88%之間、74%與90%之間、74%與91%之間、74%與92%之間、74%與93%之間、74%與94%之間、74%與95%之間、74%與96%之間、74%與97%之間、74%與98%之間、74%與99%之間、76%與78%之間、76%與80%之間、76%與82%之間、76%與84%之間、76%與86% 之間、76%與88%之間、76%與90%之間、76%與91%之間、76%與92%之間、76%與93%之間、76%與94%之間、76%與95%之間、76%與96%之間、76%與97%之間、76%與98%之間、76%與99%之間、78%與80%之間、78%與82%之間、78%與84%之間、78%與86%之間、78%與88%之間、78%與90%之間、78%與91%之間、78%與92%之間、78%與93%之間、78%與94%之間、78%與95%之間、78%與96%之間、78%與97%之間、78%與98%之間、78%與99%之間、80%與82%之間、80%與84%之間、80%與86%之間、80%與88%之間、80%與90%之間、80%與91%之間、80%與92%之間、80%與93%之間、80%與94%之間、80%與95%之間、80%與96%之間、80%與97%之間、80%與98%之間、80%與99%之間、82%與84%之間、82%與86%之間、82%與88%之間、82%與90%之間、82%與91%之間、82%與92%之間、82%與93%之間、82%與94%之間、82%與95%之間、82%與96%之間、82%與97%之間、82%與98%之間、82%與99%之間、84%與86%之間、84%與88%之間、84%與90%之間、84%與91%之間、84%與92%之間、84%與93%之間、84%與94%之間、84%與95%之間、84%與96%之間、84%與97%之間、84%與98%之間、84%與99%之間、86%與88%之間、86%與90%之間、86%與91%之間、86%與92%之間、86%與93%之間、86%與94%之間、86%與95%之間、86%與96%之間、86%與97%之間、86%與98%之間、86%與99%之間、88%與90%之間、88%與91%之間、88%與92%之間、88%與93%之間、88%與94%之間、88%與95%之間、88%與96%之間、88%與97%之間、88%與98%之間、88%與99%之間、90%與91%之間、90%與92%之間、90%與93%之間、90%與94%之間、90%與95%之間、90%與96%之間、90%與97%之間、90% 與98%之間、90%與99%之間、91%與92%之間、91%與93%之間、91%與94%之間、91%與95%之間、91%與96%之間、91%與97%之間、91%與98%之間、91%與99%之間、92%與93%之間、92%與94%之間、92%與95%之間、92%與96%之間、92%與97%之間、92%與98%之間、92%與99%之間、93%與94%之間、93%與95%之間、93%與96%之間、93%與97%之間、93%與98%之間、93%與99%之間、94%與95%之間、94%與96%之間、94%與97%之間、94%與98%之間、94%與99%之間、95%與96%之間、95%與97%之間、95%與98%之間、95%與99%之間、96%與97%之間、96%與98%之間、96%與99%之間、97%與98%之間、97%與99%或98%與99%之個別或組合濃度(例如，基於乾重量計，不含溶劑)存在於電極中。一或多種該等活性材料可以大於或等於約50%、51%、52%、53%、54%、55%、56%、57%、58%、59%、60%、61%、62%、63%、64%、65%、66%、67%、68%、69%、70%、70.5%、71%、71.5%、72%、72.5%、73%、73.5%、74%、74.5%、75%、75.5%、76%、76.5%、77%、77.5%、78%、78.5%、79%、79.5%、80%、80.5%、81%、81.5%、82%、82.5%、83%、83.5%、84%、84.5%、85%、85.5%、86%、86.5%、87%、87.5%、88%、88.5%、89%、89.5%、90%、90.5%、91%、91.5%、92%、92.5%、93%、93.5%、94%、94.5%、95%、95.5%、96%、96.5%、97%、97.5%、98%、98.5%、99%或99.5%之個別或組合濃度(例如，基於乾重量計，不含溶劑)存在於電極中。另外或作為替代，一或多種該等活性材料可以小於或等於約99.5%、99%、98.5%、98%、97.5%、97%、96.5%、96%、95.5%、95%、94.5%、94%、93.5%、93%、92.5%、92%、91.5%、91%、90.5%、90%、89.5%、89%、88.5%、88%、87.5%、87%、86.5%、86%、85.5%、85%、84.5%、84%、83.5%、 83%、82.5%、82%、81.5%、81%、80.5%、80%、79.5%、79%、78.5%、78%、77.5%、77%、76.5%、76%、75.5%、75%、74.5%、74%、73.5%、73%、72.5%、72%、71.5%、71%、70.5%、70%、69%、68%、67%、66%、65%、64%、63%、62%、61%、60%、59%、58%、57%、56%、55%、54%、53%、52%、51%或50%之個別或組合濃度(例如，基於乾重量計，不含溶劑)存在於電極中。一或多種該等活性材料可與一或多種其他材料組合以該等濃度(例如，本文所述之一或多種其他電極材料及其濃度)存在於電極中。

前述活性材料可具有使得例如10%之粒子小於約11μm、10μm、9μm、8μm、7μm、6μm、5μm或4μm之粒度分佈。活性材料可具有例如與50%之粒子小於約16μm、15μm、14μm、13μm、12μm、11μm、10μm或9μm組合之粒度分佈。活性材料可具有例如與90%之粒子小於約31μm、30μm、29μm、28μm、27μm、26μm、25μm、24μm、23μm、22μm、21μm、20μm、19μm、18μm、17μm、16μm、15μm或14μm組合之粒度分佈。在一實施例中，活性材料可具有特徵在於10%之粒子小於約6.8μm、50%之粒子小於約11.6μm和90%之粒子小於約19.3μm的粒度分佈。活性材料可具有給定之振實密度，(例如，振實密度小於或等於約1.5公克/立方公分(g/cm³)、1.4g/cm³、1.3g/cm³、1.2g/cm³、1.1g/cm³、1g/cm³、0.9g/cm³、0.8g/cm³、0.7g/cm³、0.6g/cm³或0.5g/cm³)。在一實施例中，活性材料可具有小於或等於約0.99g/cm³之振實密度。活性材料可具有給定之比表面積(例如，大於或等於約1m²/g、1.5m²/g、2m²/g、2.5m²/g、3m²/g、3.5m²/g、4m²/g、4.5m²/g、5m²/g、5.5m²/g、6m²/g、6.5m²/g或7m²/g)。在一實施例中，活性材料可具有至少約3.8m²/g 之比表面積。活性材料可具有給定之第一容量或第一放電容量。活性材料可具有至少約320mAh/g、325mAh/g、330mAh/g、335mAh/g、340mAh/g、345mAh/g、350mAh/g、351mAh/g、352mAh/g、353mAh/g、354mAh/g、355mAh/g、356mAh/g、357mAh/g、358mAh/g、359mAh/g、360mAh/g、361mAh/g、362mAh/g、363mAh/g、364mAh/g、365mAh/g、366mAh/g、367mAh/g、368mAh/g、369mAh/g、370mAh/g、371mAh/g、372mAh/g、373mAh/g、374mAh/g、375mAh/g、376mAh/g、377mAh/g、378mAh/g、379mAh/g、380mAh/g、385mAh/g、390mAh/g、395mAh/g或400mAh/g之第一容量或第一放電容量。在一實施例中，活性材料可具有至少約364.9mAh/g之第一容量。活性材料可具有給定之效率或第一放電效率。活性材料可具有至少約80%、81%、82%、83%、84%、85%、86%、87%、88%、89%、90%、91%、91.5%、92%、92.5%、93%、93.5%、94%、94.5%、95%、95.5%、96%、96.5%、97%、97.5%、98%、98.5%或99%之效率或第一放電效率。在一實施例中，活性材料可具有至少約94.5%之效率。活性材料可具有給定之潤濕性(例如，潤濕表面之時間為至少約80秒鐘(s)、82s、84s、86s、88s、90s、92s、94s、96s、98s、100s、105s、110s或115s)。在一實施例中，活性材料可具有至少約92s之潤濕性。活性材料可具有給定之粉末電導率(例如，至少約250西門子/公分(S/cm)、255S/cm、260S/cm、265S/cm、270S/cm、275S/cm、280S/cm、285S/cm、290S/cm、295S/cm、300S/cm、305S/cm、310S/cm、315S/cm、320S/cm、325S/cm、330S/cm、335S/cm、340S/cm、345S/cm、350S/cm、355S/cm、360S/cm、365S/cm或370S/cm)。在一實施例中，活性材料可具有至少約340S/cm之粉末電導率。活性材料可具有給定之晶體取向。活性材料可具有前述粒度分佈、振實密度、比表面積、顆粒密度、第一容量、效率或第一放電效率、潤濕性、粉末電導率及其他特性(例如晶體取向)中一或多者之任意組合。

電極(例如，LIB之負電極)可包括導電性添加劑。導電性添加劑例如可包含導電碳。導電性添加劑之實例可包括(但不限於)碳黑(例如乙炔黑、爐黑或其他碳類型)、氣相成長碳纖維、碳奈米管或其任何組合。一或多種該等導電性添加劑可以約0.1%與0.5%之間、0.1%與1%之間、0.1%與1.5%之間、0.1%與2%之間、0.1%與2.5%之間、0.1%與3%之間、0.1%與3.5%之間、0.1%與4%之間、0.1%與4.5%之間、0.1%與5%之間、0.1%與5.5%之間、0.1%與6%之間、0.1%與6.5%之間、0.1%與7%之間、0.1%與7.5%之間、0.1%與8%之間、0.1%與8.5%之間、0.1%與9%之間、0.1%與9.5%之間、0.1%與10%之間、0.5%與1%之間、0.5%與1.5%之間、0.5%與2%之間、0.5%與2.5%之間、0.5%與3%之間、0.5%與3.5%之間、0.5%與4%之間、0.5%與4.5%之間、0.5%與5%之間、0.5%與5.5%之間、0.5%與6%之間、0.5%與6.5%之間、0.5%與7%之間、0.5%與7.5%之間、0.5%與8%之間、0.5%與8.5%之間、0.5%與9%之間、0.5%與9.5%之間、0.5%與10%之間、1%與1.5%之間、1%與2%之間、1%與2.5%之間、1%與3%之間、1%與3.5%之間、1%與4%之間、1%與4.5%之間、1%與5%之間、1%與5.5%之間、1%與6%之間、1%與6.5%之間、1%與7%之間、1%與7.5%之間、1%與8%之間、1%與8.5%之間、1%與9%之間、1%與9.5%之間、1%與10%之間、1.5%與2%之間、1.5%與2.5%之間、1.5%與3%之間、1.5%與3.5%之間、1.5%與4%之間、1.5%與4.5%之間、1.5%與5%之間、1.5%與5.5%之間、1.5%與6%之間、1.5%與6.5% 之間、1.5%與7%之間、1.5%與7.5%之間、1.5%與8%之間、1.5%與8.5%之間、1.5%與9%之間、1.5%與9.5%之間、1.5%與10%之間、2%與2.5%之間、2%與3%之間、2%與3.5%之間、2%與4%之間、2%與4.5%之間、2%與5%之間、2%與5.5%之間、2%與6%之間、2%與6.5%之間、2%與7%之間、2%與7.5%之間、2%與8%之間、2%與8.5%之間、2%與9%之間、2%與9.5%之間、2%與10%之間、2.5%與3%之間、2.5%與3.5%之間、2.5%與4%之間、2.5%與4.5%之間、2.5%與5%之間、2.5%與5.5%之間、2.5%與6%之間、2.5%與6.5%之間、2.5%與7%之間、2.5%與7.5%之間、2.5%與8%之間、2.5%與8.5%之間、2.5%與9%之間、2.5%與9.5%之間、2.5%與10%之間、3%與3.5%之間、3%與4%之間、3%與4.5%之間、3%與5%之間、3%與5.5%之間、3%與6%之間、3%與6.5%之間、3%與7%之間、3%與7.5%之間、3%與8%之間、3%與8.5%之間、3%與9%之間、3%與9.5%之間、3%與10%之間、3.5%與4%之間、3.5%與4.5%之間、3.5%與5%之間、3.5%與5.5%之間、3.5%與6%之間、3.5%與6.5%之間、3.5%與7%之間、3.5%與7.5%之間、3.5%與8%之間、3.5%與8.5%之間、3.5%與9%之間、3.5%與9.5%之間、3.5%與10%之間、4%與4.5%之間、4%與5%之間、4%與5.5%之間、4%與6%之間、4%與6.5%之間、4%與7%之間、4%與7.5%之間、4%與8%之間、4%與8.5%之間、4%與9%之間、4%與9.5%之間、4%與10%之間、4.5%與5%之間、4.5%與5.5%之間、4.5%與6%之間、4.5%與6.5%之間、4.5%與7%之間、4.5%與7.5%之間、4.5%與8%之間、4.5%與8.5%之間、4.5%與9%之間、4.5%與9.5%之間、4.5%與10%之間、5%與5.5%之間、5%與6%之間、5%與6.5%之間、5%與7%之間、5%與7.5%之間、5%與8%之間、5%與8.5%之間、5%與9%之間、5%與9.5%之間、5%與10%之間、5.5%與6%之間、5.5%與6.5%之間、5.5%與7%之間、5.5%與7.5%之間、5.5%與8%之間、5.5%與8.5%之間、5.5%與9%之間、5.5%與9.5%之間、5.5%與10%之間、6%與6.5%之間、6%與7%之間、6%與7.5%之間、6%與8%之間、6%與8.5%之間、6%與9%之間、6%與9.5%之間、6%與10%之間、6.5%與7%之間、6.5%與7.5%之間、6.5%與8%之間、6.5%與8.5%之間、6.5%與9%之間、6.5%與9.5%之間、6.5%與10%之間、7%與7.5%之間、7%與8%之間、7%與8.5%之間、7%與9%之間、7%與9.5%之間、7%與10%之間、7.5%與8%之間、7.5%與8.5%之間、7.5%與9%之間、7.5%與9.5%之間、7.5%與10%之間、8%與8.5%之間、8%與9%之間、8%與9.5%之間、8%與10%之間、8.5%與9%之間、8.5%與9.5%之間、8.5%與10%之間、9%與9.5%之間、9%與10%之間或9.5%與10%之間之個別或組合濃度(例如，基於乾重量計，不含溶劑)存在於電極中。一或多種該等導電性添加劑可以大於或等於約0.1%、0.5%、1%、1.5%、2%、2.5%、3%、3.5%、4%、4.5%、5%、5.5%、6%、6.5%、7%、7.5%、8%、8.5%、9%、9.5%或10%之個別或組合濃度(例如，基於乾重量計，不含溶劑)存在於電極中。另外或作為替代，一或多種該等導電性添加劑可以小於或等於約10%、9.5%、9%、8.5%、8%、7.5%、7%、6.5%、6%、5.5%、5%、4.5%、4%、3.5%、3%、2.5%、2%、1.5%、1%、0.5%或0.1%之個別或組合濃度(例如，基於乾重量計，不含溶劑)存在於電極中。一或多種該等導電性添加劑可與一或多種其他材料組合以該等濃度(例如，本文所述之一或多種其他電極材料及其濃度)存在於電極中。

前述導電性添加劑可具有給定之電導率。導電性添加劑可具有至少約5S/cm、6S/cm、7S/cm、8S/cm、9S/cm、10S/cm、15S/cm、20S/cm、30S/cm、35S/cm、40S/cm、45S/cm、50S/cm、55S/cm、60S/cm或65S/cm之電導率。導電性添加劑可為粉末。在一些實施例中，粉末初始可經壓縮(例如，壓縮50%或100%)。導電性添加劑可具有給定之表面積。導電性添加劑可具有至少約10m²/g、15m²/g、20m²/g、25m²/g、30m²/g、35m²/g、40m²/g、45m²/g、50m²/g、55m²/g、60m²/g、65m²/g或70m²/g之表面積(例如布魯諾而(Brunauer)、艾米特(Emmett)及泰勒(Teller)(BET)氮表面積，例如由ASTM D3037-89測試方法所量測)。導電性添加劑可具有給定之密度。導電性添加劑可具有至少約100公斤/立方公尺(kg/m³)、110kg/m³、120kg/m³、130kg/m³、140kg/m³、150kg/m³、160kg/m³、170kg/m³、180kg/m³、200kg/m³、210kg/m³、220kg/m³、230kg/m³、240kg/m³或250kg/m³之密度(例如，在袋中如藉由合適測試方法所量測)。

本發明之碳基材料可在電極中用作活性材料、用作導電性添加劑及/或用作黏合劑。在某些實施例中，在電極中使用本發明之碳基材料使得可改良活性材料在電極中之使用。例如，在習知LIB中，顯著部分之電極可不具活性，因為可能需要添加大量導電性添加劑(例如，碳黑)以使得可達到滲濾閾值。在一實例中，鋰離子電池(例如，在LFP中)之正電極中之碳黑滲濾閾值為約10至15wt%。因此可能需要向電極中添加大量導電性添加劑(例如，約10至15wt%碳黑)以達到滲濾閾值，由此減少可提供之活性材料之量。閾值可取決於正電極之活性材料中的粒子尺寸及縱橫比(例如，金屬氧化物可形成直徑在約2微米與10微米之間之球形粒子)。當使用本發明之碳基材料代替碳黑(或其他導電性添加劑)時，滲濾閾值可顯著降低(例如，以至少約2、3、4、5或5以上之因數)。當碳基材料單獨使用或與一或多種其他導電性添加劑組合使用(例如，與其替代之一些導電性添加劑組合使用)時，可達到滲濾閾值之該等減小。可使用本發明之碳基材料完全替代其他導電性添加劑。在該情形下，滲濾閾值可存在或不存在。使用本發明之碳基材料(單獨或與一或多種其他導電性添加劑組合)使得與不包含本發明之碳基材料之具有實質上相同電導率之電極相比，可在電極中併入多出至少約5%、10%、15%、20%或25%(例如，以重量計)之活性材料。本文所述之碳基網路之改良效能可源於其組成、形態及/或分佈。例如，碳基材料每單位重量可具有更高之電導率。碳基材料用作黏合劑之每單位重量可具有更高之電導率。在一些實施例中，如本文其他處所述，本文所述之碳基材料可形成PCS。本發明之碳基材料中之碳可形成多孔網路。至少一部分本發明之碳基材料可包含非-sp2碳。

本發明之碳基材料(例如PCS)可以約0.01%與0.05%之間、0.01%與0.1%之間、0.01%與0.5%之間、0.01%與1%之間、0.01%與2%之間、0.01%與3%之間、0.01%與4%之間、0.01%與5%之間、0.01%與6%之間、0.01%與7%之間、0.01%與8%之間、0.01%與9%之間、0.01%與10%之間、0.01%與11%之間、0.01%與12%之間、0.01%與13%之間、0.01%與14%之間、0.01%與15%之間、0.01%與16%之間、0.01%與17%之間、0.01%與18%之間、0.01%與19%之間、0.01%與20%之間、0.01%與25%之間、0.01%與30%之間、0.01%與35%之間、0.01%與40%之間、0.05%與0.1%之間、0.05%與0.5%之間、0.05%與1%之間、0.05%與2%之間、0.05%與3%之間、0.05%與4%之間、0.05%與5%之間、0.05%與6%之間、0.05%與7%之間、0.05%與8%之間、0.05%與9% 之間、0.05%與10%之間、0.05%與11%之間、0.05%與12%之間、0.05%與13%之間、0.05%與14%之間、0.05%與15%之間、0.05%與16%之間、0.05%與17%之間、0.05%與18%之間、0.05%與19%之間、0.05%與20%之間、0.05%與25%之間、0.05%與30%之間、0.05%與35%之間、0.05%與40%之間、0.1%與0.5%之間、0.1%與1%之間、0.1%與2%之間、0.1%與3%之間、0.1%與4%之間、0.1%與5%之間、0.1%與6%之間、0.1%與7%之間、0.1%與8%之間、0.1%與9%之間、0.1%與10%之間、0.1%與11%之間、0.1%與12%之間、0.1%與13%之間、0.1%與14%之間、0.1%與15%之間、0.1%與16%之間、0.1%與17%之間、0.1%與18%之間、0.1%與19%之間、0.1%與20%之間、0.1%與25%之間、0.1%與30%之間、0.1%與35%之間、0.1%與40%之間、0.5%與1%之間、0.5%與2%之間、0.5%與3%之間、0.5%與4%之間、0.5%與5%之間、0.5%與6%之間、0.5%與7%之間、0.5%與8%之間、0.5%與9%之間、0.5%與10%之間、0.5%與11%之間、0.5%與12%之間、0.5%與13%之間、0.5%與14%之間、0.5%與15%之間、0.5%與16%之間、0.5%與17%之間、0.5%與18%之間、0.5%與19%之間、0.5%與20%之間、0.5%與25%之間、0.5%與30%之間、0.5%與35%之間、0.5%與40%之間、1%與2%之間、1%與3%之間、1%與4%之間、1%與5%之間、1%與6%之間、1%與7%之間、1%與8%之間、1%與9%之間、1%與10%之間、1%與11%之間、1%與12%之間、1%與13%之間、1%與14%之間、1%與15%之間、1%與16%之間、1%與17%之間、1%與18%之間、1%與19%之間、1%與20%之間、1%與25%之間、1%與30%之間、1%與35%之間、1%與40%之間、2%與3%之間、2%與4%之間、2%與5%之間、2%與6%之間、2%與7%之間、2%與8%之間、2%與9%之間、2%與10%之間、2%與11%之間、2%與12%之間、2%與13%之間、2%與14%之間、2%與15%之間、2%與16%之間、2%與17%之間、2%與18%之間、2%與19%之間、2%與20%之間、2%與25%之間、2%與30%之間、2%與35%之間、2%與40%之間、3%與4%之間、3%與5%之間、3%與6%之間、3%與7%之間、3%與8%之間、3%與9%之間、3%與10%之間、3%與11%之間、3%與12%之間、3%與13%之間、3%與14%之間、3%與15%之間、3%與16%之間、3%與17%之間、3%與18%之間、3%與19%之間、3%與20%之間、3%與25%之間、3%與30%之間、3%與35%之間、3%與40%之間、4%與5%之間、4%與6%之間、4%與7%之間、4%與8%之間、4%與9%之間、4%與10%之間、4%與11%之間、4%與12%之間、4%與13%之間、4%與14%之間、4%與15%之間、4%與16%之間、4%與17%之間、4%與18%之間、4%與19%之間、4%與20%之間、4%與25%之間、4%與30%之間、4%與35%之間、4%與40%之間、5%與6%之間、5%與7%之間、5%與8%之間、5%與9%之間、5%與10%之間、5%與11%之間、5%與12%之間、5%與13%之間、5%與14%之間、5%與15%之間、5%與16%之間、5%與17%之間、5%與18%之間、5%與19%之間、5%與20%之間、5%與25%之間、5%與30%之間、5%與35%之間、5%與40%之間、6%與7%之間、6%與8%之間、6%與9%之間、6%與10%之間、6%與11%之間、6%與12%之間、6%與13%之間、6%與14%之間、6%與15%之間、6%與16%之間、6%與17%之間、6%與18%之間、6%與19%之間、6%與20%之間、6%與25%之間、6%與30%之間、6%與35%之間、6%與40%之間、7%與8%之間、7%與9%之間、7%與10%之間、7%與11%之間、7%與12%之間、7%與13%之間、7%與14%之間、7%與15%之間、7%與16% 之間、7%與17%之間、7%與18%之間、7%與19%之間、7%與20%之間、7%與25%之間、7%與30%之間、7%與35%之間、7%與40%之間、8%與9%之間、8%與10%之間、8%與11%之間、8%與12%之間、8%與13%之間、8%與14%之間、8%與15%之間、8%與16%之間、8%與17%之間、8%與18%之間、8%與19%之間、8%與20%之間、8%與25%之間、8%與30%之間、8%與35%之間、8%與40%之間、9%與10%之間、9%與11%之間、9%與12%之間、9%與13%之間、9%與14%之間、9%與15%之間、9%與16%之間、9%與17%之間、9%與18%之間、9%與19%之間、9%與20%之間、9%與25%之間、9%與30%之間、9%與35%之間、9%與40%之間、10%與11%之間、10%與12%之間、10%與13%之間、10%與14%之間、10%與15%之間、10%與16%之間、10%與17%之間、10%與18%之間、10%與19%之間、10%與20%之間、10%與25%之間、10%與30%之間、10%與35%之間、10%與40%之間、11%與12%之間、11%與13%之間、11%與14%之間、11%與15%之間、11%與16%之間、11%與17%之間、11%與18%之間、11%與19%之間、11%與20%之間、11%與25%之間、11%與30%之間、11%與35%之間、11%與40%之間、12%與13%之間、12%與14%之間、12%與15%之間、12%與16%之間、12%與17%之間、12%與18%之間、12%與19%之間、12%與20%之間、12%與25%之間、12%與30%之間、12%與35%之間、12%與40%之間、13%與14%之間、13%與15%之間、13%與16%之間、13%與17%之間、13%與18%之間、13%與19%之間、13%與20%之間、13%與25%之間、13%與30%之間、13%與35%之間、13%與40%之間、14%與15%之間、14%與16%之間、14%與17%之間、14%與18%之間、14%與19%之間、14%與20%之間、14% 與25%之間、14%與30%之間、14%與35%之間、14%與40%之間、15%與16%之間、15%與17%之間、15%與18%之間、15%與19%之間、15%與20%之間、15%與25%之間、15%與30%之間、15%與35%之間、15%與40%之間、16%與17%之間、16%與18%之間、16%與19%之間、16%與20%之間、16%與25%之間、16%與30%之間、16%與35%之間、16%與40%之間、17%與18%之間、17%與19%之間、17%與20%之間、17%與25%之間、17%與30%之間、17%與35%之間、17%與40%之間、18%與19%之間、18%與20%之間、18%與25%之間、18%與30%之間、18%與35%之間、18%與40%之間、19%與20%之間、19%與25%之間、19%與30%之間、19%與35%之間、19%與40%之間、20%與25%之間、20%與30%之間、20%與35%之間、20%與40%之間、25%與30%之間、25%與35%之間、25%與40%之間、30%與35%之間、30%與40%之間或35%與40%之間之濃度(例如，基於乾重量計，不含溶劑)存在於電極(例如，LIB之正電極)中。碳基材料可以大於或等於約0.01%、0.05%、0.1%、0.5%、1%、1.5%、2%、2.5%、3%、3.5%、4%、4.5%、5%、5.5%、6%、6.5%、7%、7.5%、8%、8.5%、9%、9.5%、10%、10.5%、11%、11.5%、12%、12.5%、13%、13.5%、14%、14.5%、15%、15.5%、16%、16.5%、17%、17.5%、18%、18.5%、19%、19.5%、20%、21%、22%、23%、24%、25%、26%、27%、28%、29%、30%、31%、32%、33%、34%、35%、36%、37%、38%、39%或40%之濃度(例如，基於乾重量計，不含溶劑)存在於電極中。另外或作為替代，碳基材料可以小於或等於約40%、39%、38%、37%、36%、35%、34%、33%、32%、31%、30%、29%、28%、27%、26%、25%、24%、23%、22%、21%、20%、19.5%、19%、18.5%、18%、17.5%、17%、 16.5%、16%、15.5%、15%、14.5%、14%、13.5%、13%、12.5%、12%、11.5%、11%、10.5%、10%、9.5%、9%、8.5%、8%、7.5%、7%、6.5%、6%、5.5%、5%、4.5%、4%、3.5%、3%、2.5%、2%、1.5%、1%、0.5%、0.1%、0.05%或0.01%之濃度(例如，基於乾重量計，不含溶劑)存在於電極中。碳基材料可與一或多種其他材料組合以該等濃度(例如，本文所述之一或多種其他電極材料及其濃度)存在於電極中。

在某些實施例中，本發明之碳基材料(例如PCS)可以大於或等於約0.01%、0.05%、0.1%、0.5%、1%、1.5%、2%、2.5%、3%、3.5%、4%、4.5%、5%、5.5%、6%、6.5%、7%、7.5%、8%、8.5%、9%、9.5%、10%、10.5%、11%、11.5%、12%、12.5%、13%、13.5%、14%、14.5%、15%、15.5%、16%、16.5%、17%、17.5%、18%、18.5%、19%、19.5%、20%、25%、30%、35%、40%、45%、50%、60%、65%、70%、75%、80%、85%、90%或95%之濃度(例如，以重量計)存在於電極(例如，超級電容器之電極)中。

形成儲能裝置之方法

本發明之儲能裝置可包含電極、分離器、電解質及封裝。該等組件可經不同方式製造及組裝。在某些實施例中，個別組件可經製造且後期進行組裝。在一些實施例中，組件可經捲繞或輥軋來組裝(例如，參見圖9及圖20)。例如，一種製造電池單元之方法可包括提供分離器之第一薄片、在分離器第一薄片上放置正電極薄片(例如，包含本發明之碳基材料)、在正電極薄片上放置分離器之第二薄片、在分離器第二薄片上放置負電極薄片(例如，包含石墨)及輥軋該等薄片以形成電池單元(輥軋電池)。在一些實施例中，組件可經堆疊來組裝(例如，參見圖18及圖19)。

圖2示意性地說明一種獲得配方且處理包含本發明之碳基材料之電池的方法實例。該配方可包括至少一部分電極混合物(例如，陰極混合物)。在某些實施例中，配方可包括電極混合物之所有組分(例如，整個陰極混合物)。在某些實施例中，配方可為漿料或可形成漿料。該方法可包括提供黏合劑201及溶劑202。黏合劑201與溶劑202可在反應器203中合併。反應器203可經加熱至給定溫度(例如，至少約90℃)。該方法可包括提供鋰化金屬化合物(例如鋰化金屬氧化物或磷酸鹽)204及碳基材料(例如PCS)205。混合器206可接收來自反應器203之至少一部分材料(例如，經加熱之黏合劑及經加熱之溶劑)、鋰化金屬化合物(例如，鋰化金屬氧化物或磷酸鹽)204及碳基材料(例如PCS)205。混合器206可輸出漿料207(例如，包含混合器中各組分之混合物)。漿料207可經輥塗及乾燥208處理，繼而經輥壓機210處理。隨後，該方法可包括切割211及塗覆金屬耳片212。該方法可進一步包括捲繞213，繼而進行頸縮214。該方法可進一步包括電解質添加215。最後，該方法可包括電池捲邊216。

或者，在一些實施例中，至少一部分黏合劑201、溶劑202、鋰化金屬化合物204、碳基材料205及/或任何其他電極組件可另外合併。例如，該等組件或其子集可全部直接提供至混合器206(例如，其可經加熱)。

圖25說明性地描繪一種用於輥塗之例示性設備，其中當薄膜2503經過捲筒2504時，槽模2501將漿料2502沈積在薄膜2503上。

圖3至7展示處理電池電極之實例。該處理可包括一或多個處理步驟(例如，圖2中之步驟208)。處理可包括使用如圖3中所示之大規模捲對捲處理，以漿料(例如，包含碳基材料之漿料，例如PCS)塗佈基材。基材(例如，若導電)可充當電極集電器。在一些實施例中，處理可包括使用鋁箔作為基材。鋁箔可形成集電器。

在一些實施例中，活性材料以約20%至約75%之濃度存在於漿料中。在一些實施例中，活性材料以至少約20%之濃度存在於漿料中。在一些實施例中，活性材料以至多約75%之濃度存在於漿料中。在一些實施例中，活性材料以約20%至約25%、約20%至約30%、約20%至約35%、約20%至約40%、約20%至約45%、約20%至約50%、約20%至約55%、約20%至約60%、約20%至約65%、約20%至約70%、約20%至約75%、約25%至約30%、約25%至約35%、約25%至約40%、約25%至約45%、約25%至約50%、約25%至約55%、約25%至約60%、約25%至約65%、約25%至約70%、約25%至約75%、約30%至約35%、約30%至約40%、約30%至約45%、約30%至約50%、約30%至約55%、約30%至約60%、約30%至約65%、約30%至約70%、約30%至約75%、約35%至約40%、約35%至約45%、約35%至約50%、約35%至約55%、約35%至約60%、約35%至約65%、約35%至約70%、約35%至約75%、約40%至約45%、約40%至約50%、約40%至約55%、約40%至約60%、約40%至約65%、約40%至約70%、約40%至約75%、約45%至約50%、約45%至約55%、約45%至約60%、約45%至約65%、約45%至約70%、約45%至約75%、約50%至約55%、約50%至約60%、約50%至約65%、約50%至約70%、約50%至約75%、約55%至約60%、約55%至約65%、約55%至約70%、約55%至約75%、約60%至約65%、約60%至約70%、約60%至約75%、約65%至約70%、約65%至約75%或約70%至約75%之濃度存在於漿料中。在一些實施例中，活性材料以約20%、約25%、約 30%、約35%、約40%、約45%、約50%、約55%、約60%、約65%、約70%或約75%之濃度存在於漿料中。

在一些實施例中，黏合劑以約0.2%至約10%之濃度存在於漿料中。在一些實施例中，黏合劑以至少約0.2%之濃度存在於漿料中。在一些實施例中，黏合劑以至多約10%之濃度存在於漿料中。在一些實施例中，黏合劑以約0.2%至約0.5%、約0.2%至約0.75%、約0.2%至約1%、約0.2%至約2%、約0.2%至約3%、約0.2%至約4%、約0.2%至約5%、約0.2%至約6%、約0.2%至約7%、約0.2%至約8%、約0.2%至約10%、約0.5%至約0.75%、約0.5%至約1%、約0.5%至約2%、約0.5%至約3%、約0.5%至約4%、約0.5%至約5%、約0.5%至約6%、約0.5%至約7%、約0.5%至約8%、約0.5%至約10%、約0.75%至約1%、約0.75%至約2%、約0.75%至約3%、約0.75%至約4%、約0.75%至約5%、約0.75%至約6%、約0.75%至約7%、約0.75%至約8%、約0.75%至約10%、約1%至約2%、約1%至約3%、約1%至約4%、約1%至約5%、約1%至約6%、約1%至約7%、約1%至約8%、約1%至約10%、約2%至約3%、約2%至約4%、約2%至約5%、約2%至約6%、約2%至約7%、約2%至約8%、約2%至約10%、約3%至約4%、約3%至約5%、約3%至約6%、約3%至約7%、約3%至約8%、約3%至約10%、約4%至約5%、約4%至約6%、約4%至約7%、約4%至約8%、約4%至約10%、約5%至約6%、約5%至約7%、約5%至約8%、約5%至約10%、約6%至約7%、約6%至約8%、約6%至約10%、約7%至約8%、約7%至約10%或約8%至約10%之濃度存在於漿料中。在一些實施例中，黏合劑以約0.2%、約0.5%、約0.75%、約1%、約2%、約3%、約4%、約 5%、約6%、約7%、約8%或約10%之濃度存在於漿料中。

在一些實施例中，溶劑以約5%至約80%之濃度存在於漿料中。在一些實施例中，溶劑以至少約5%之濃度存在於漿料中。在一些實施例中，溶劑以至多約80%之濃度存在於漿料中。在一些實施例中，溶劑以約5%至約10%、約5%至約15%、約5%至約20%、約5%至約25%、約5%至約30%、約5%至約35%、約5%至約40%、約5%至約50%、約5%至約60%、約5%至約70%、約5%至約80%、約10%至約15%、約10%至約20%、約10%至約25%、約10%至約30%、約10%至約35%、約10%至約40%、約10%至約50%、約10%至約60%、約10%至約70%、約10%至約80%、約15%至約20%、約15%至約25%、約15%至約30%、約15%至約35%、約15%至約40%、約15%至約50%、約15%至約60%、約15%至約70%、約15%至約80%、約20%至約25%、約20%至約30%、約20%至約35%、約20%至約40%、約20%至約50%、約20%至約60%、約20%至約70%、約20%至約80%、約25%至約30%、約25%至約35%、約25%至約40%、約25%至約50%、約25%至約60%、約25%至約70%、約25%至約80%、約30%至約35%、約30%至約40%、約30%至約50%、約30%至約60%、約30%至約70%、約30%至約80%、約35%至約40%、約35%至約50%、約35%至約60%、約35%至約70%、約35%至約80%、約40%至約50%、約40%至約60%、約40%至約70%、約40%至約80%、約50%至約60%、約50%至約70%、約50%至約80%、約60%至約70%、約60%至約80%或約70%至約80%之濃度存在於漿料中。在一些實施例中，溶劑以約5%、約10%、約15%、約20%、約25%、約30%、約35%、約40%、約50%、約60%、約70%或約80%之濃度存在於漿料中。

處理可如圖4中所示，由解繞鋁箔以供塗佈漿料(例如，具有配方)開始。圖5展示漿料在塗佈至鋁箔上時之近視圖的一種實例(漿料係黑色的)。塗佈之漿料可形成薄膜。處理可包括乾燥塗膜。圖6展示電極之塗膜(例如，包含碳基材料之薄膜，例如PCS)在120℃下使用內嵌式加熱爐乾燥後之一種實例。處理可包括鋁箔在經塗佈後進行重繞。圖7展示鋁箔在經碳基材料(例如PCS)塗佈後進行重繞之一種實例。

電池(例如，LFP基電池)之製造方法可如圖10中所說明。正電極(在放電期間為陰極)可由包含PCS/LFP之陰極材料1001來製備。混合1002陰極材料1001後繼而可在鋁箔1003上塗佈並乾燥1004。經塗佈之箔可藉由切割1005且在輥壓機1006中進行處理。負電極(在放電期間為陽極)可由包含石墨之陽極材料1011來製備。混合1012陽極材料1011後繼而可在銅箔1013上塗佈並乾燥1014。經塗佈之箔可藉由切割1015且在輥壓機1016中進行處理。

分離器1021隨後可與正電極及負電極整合(例如，安置於正電極與負電極之間)。接著，處理可包括捲繞1022正電極、負電極及分離器。捲筒可置於殼1024中，繼而進行捲繞及頸縮1023。接著可進行真空乾燥1032，繼而填充1033以電解質1034。頂部殼1035可用於密封1036。步驟1032、1033及1036可在乾燥室1031中進行。在一些實施例中，電解質1034及頂蓋1035可在乾燥室環境中製備或儲存。最後，可將電池送去貼標籤及測試1041。

電池(例如，NCA基電池)之製造方法可如圖14中所說明。正電極(在放電期間為陰極)可由包含PCS/NCA之陰極材料1401來製備。混合1402正電極材料後繼而可在鋁箔1403上塗佈並乾燥1404。經塗佈之箔可藉由切割1405且在輥壓機1406中進行處理。負電極(在放電期間為陽極)可由包含石墨之陽極材料1411來製備。混合1412陽極材料1411後繼而可在銅箔1413上塗佈並乾燥1414。經塗佈之箔可藉由切割1415且在輥壓機1416中進行處理。

分離器1421隨後可與正電極及負電極整合(例如，安置於正電極與負電極之間)。接著，處理可包括捲繞1422正電極、負電極及分離器。捲筒可置於殼1424中，繼而進行捲繞及頸縮1423。接著可進行真空乾燥1432，繼而填充1433以電解質1434。頂部殼1435可用於密封1436。步驟1432、1433及1436可在乾燥室1431中進行。在一些實施例中，電解質1434及頂蓋1435可在乾燥室環境中製備或儲存。最後，可將電池送去貼標籤及測試1441。

在一些實施例中，電池(例如，NMC基電池)之組裝方法可如圖18至20中所說明。該方法可包括堆疊(圖18至19)及/或捲繞或輥軋(圖20)。例如，電池可經堆疊或捲繞來組裝。

圖18係電池(例如，NMC基電池)堆疊之鳥瞰圖。組裝可在夾具1807上進行。組裝可在基材1800(例如，木制基材)上進行。金屬桿1801可限制組裝具有鋁箔集電器1803之正電極1802、分離器1804及具有銅箔集電器1806之負電極1805。可如本文其他處所述(例如，關於圖2至7、圖10及圖14)(至少部分地)形成正電極1802與鋁箔集電器1803。可如本文其他處所述(例如，關於圖2至7、圖10及圖14)(至少部分地)形成負電極1805與銅箔集電器1806。

圖19係電池(例如，NMC基電池)堆疊之橫截面圖。組裝可在夾具1907上進行。組裝可在基材1900(例如，木製基材)上進行。分離器1901可首先放置，由此產生第一層分離器。分離器可如圖19中所示解繞且由夾具固持就位。正電極(例如，包含充當正電極集電器之鋁箔或與鋁箔耦接之正電極)1902可置放於第一層分離器1901之頂部上(左圖)。接著，分離器可摺疊於正電極1902上以產生第二層分離器，且負電極(例如，包含充當負電極集電器之銅箔或與銅箔耦接之負電極)1912可置放於第二層分離器1911之頂部上(右圖)。可如本文其他處所述(例如，關於圖2至7、圖10及圖14)(至少部分地)形成負電極及正電極(例如，包括集電器)。

圖20係一種電池(例如，NMC基電池)捲繞之實例。包括第一薄片分離器2001、正電極2002、第二薄片分離器2003及負電極2004之層狀薄片可沿軸2000旋轉以形成電池。可如本文其他處所述(例如，關於圖2至7、圖10及圖14)(至少部分地)形成負電極及正電極(例如，包括集電器)。

諸如圖11、圖15及圖21中所示，可使用圖2製造方法之一或多個步驟及/或圖3至7中之一或多個處理步驟來生產成品(電池)。

儲能裝置之效能

市場上可得之儲能裝置可提供約1000mAh之電荷儲存容量、500至1500瓦特/公斤(W/kg)之功率密度及500次循環之循環穩定性。然而，有必要對該等圖進行進一步改良以供廣泛採用此技術，尤其用於諸如電動汽車及電網級儲能之大規模應用(例如，用以降低電動汽車之價格且為清潔環保之環境作出貢獻)。

相反，本文提供之儲能裝置(例如電池)在某些實施例中可提供大於2200或3400mAh之容量(例如，電荷儲存容量)及約3000W/kg之功率密度，且使用1000次循環以上。例如可藉由本文所述碳基材料之傑出電學及機械特性、本文所述碳基材料之格外高之表面積或其組合而具備該等特徵。本文所述之碳基材料可使得儲能裝置(例如電池)更輕、更強大、更有效或其任何組合。

圖12展示LFP基電池之實例效能。圖22展示NMC基電池之實例效能。

根據圖26，本發明之儲能裝置(例如電池或電池單元)可具有比市場上可得之LIB(例如，電荷儲存容量為1000或3400mAh之LIB)大出至少約1.5、2、2.1、2.2、2.3、2.4、2.5、2.6、2.7、2.8、2.9或3倍之電荷儲存容量。根據圖26，市場上目前可得之例示性LIB包含由Panasonic製造之NCR-18650A、NCR-18650B及NCR-18650PF LIB以及由Samsung製造之INR-18650-25R LIB。本發明之儲能裝置(例如電池或電池單元)可具有比市場上可得之LIB(例如，功率密度為500至1500W/kg之LIB)大出至少約1.5、2、2.5、3、3.5、4、4.5、5、5.5、6、6.5、7、7.5或8倍之功率密度。本發明之儲能裝置(例如電池或電池單元)可具有比市場上可得之LIB(例如，循環穩定性或週期壽命為500或1000次循環之LIB)大出至少約1.5、2或2.5倍之循環穩定性或週期壽命。例如，本發明之儲能裝置(例如電池或電池單元)可使電子裝置運行兩倍長時間且與競爭技術之僅500次循環相比可使用1000次循環以上。在一些實施例中，本發明之電池不僅可比市售電池具有高得多之容量，而且可提供高功率並持續更長時間。本發明之儲能裝置(例如電池或電池單元)可具有比市場上可得之LIB(例如，能量密度為90至150 瓦特小時/公斤(Wh/kg)之LIB)大出至少約1.5、2或2.5倍之能量密度。本發明之儲能裝置(例如電池或電池單元)可比市售(例如LIB)電池更強大至少約2倍(例如，大至少2倍之電荷儲存容量、大至少2倍之功率密度及/或大至少2倍之循環穩定性/週期壽命)。

本發明之儲能裝置(例如電池或電池單元)可具有大於或等於約750mAh、800mAh、850mAh、950mAh、1000mAh、1100mAh、1200mAh、1300mAh、1400mAh、1500mAh、1600mAh、1700mAh、1800mAh、1900mAh、2000mAh、2100mAh、2200mAh、2300mAh、2400mAh、2500mAh、2600mAh、2700mAh、2800mAh、2900mAh、3000mAh、3100mAh、3200mAh、3300mAh、3400mAh、3500mAh、3600mAh、3700mAh、3800mAh、3900mAh、4000mAh、4200mAh、4600mAh、4800mAh、5000mAh之電荷儲存容量。本發明之儲能裝置(例如電池或電池單元)可具有約1000mAh與2500mAh之間、1000mAh與3000mAh之間、1000mAh與3500mAh之間、1000mAh與4000mAh之間、1100mAh與2500mAh之間、1100mAh與3000mAh之間、1100mAh與3500mAh之間、1100mAh與4000mAh之間、1200mAh與2500mAh之間、1200mAh與3000mAh之間、1200mAh與3500mAh之間、1200mAh與4000mAh之間、1300mAh與2500mAh之間、1300mAh與3000mAh之間、1300mAh與3500mAh之間、1300mAh與4000mAh之間、1400mAh與2500mAh之間、1400mAh與3000mAh之間、1400mAh與3500mAh之間、1400mAh與4000mAh之間、1500mAh與2500mAh之間、1500mAh與3000mAh之間、1500mAh與3500mAh之間、1500mAh與4000mAh之間、1600mAh與2500mAh之間、1600mAh與3000mAh之間、1600mAh 與3500mAh之間、1600mAh與4000mAh之間、1700mAh與2500mAh之間、1700mAh與3000mAh之間、1700mAh與3500mAh之間、1700mAh與4000mAh之間、1800mAh與2500mAh之間、1800mAh與3000mAh之間、1800mAh與3500mAh之間、1800mAh與4000mAh之間、1900mAh與2500mAh之間、1900mAh與3000mAh之間、1900mAh與3500mAh之間、1900mAh與4000mAh之間、2000mAh與2500mAh之間、2000mAh與3000mAh之間、2000mAh與3500mAh之間、2000mAh與4000mAh之間、2500mAh與3000mAh之間、2500mAh與3500mAh之間、2500mAh與4000mAh之間、3000mAh與3500mAh之間、3000mAh與4000mAh或3500mAh與4000mAh之電荷儲存容量。本發明之儲能裝置(例如電池或電池單元)可具有與本文所述之一或多種功率密度、能量密度及/或循環穩定性/週期壽命組合之該等電荷儲存容量。在一些實施例中，本發明之儲能裝置(例如電池或電池單元)具有約800mAh至約4,000mAh之儲存容量。在一些實施例中，本發明之儲能裝置(例如電池或電池單元)具有之至少約1,000mAh儲存容量。

本發明之儲能裝置(例如電池或電池單元)可具有約80mAh/g至約800mAh/g之電荷儲存容量。本發明之儲能裝置(例如電池或電池單元)可具有至少約80mAh/g之電荷儲存容量。本發明之儲能裝置(例如電池或電池單元)可具有至多約800mAh/g之電荷儲存容量。本發明之儲能裝置(例如電池或電池單元)可具有約80mAh/g至約100mAh/g、約80mAh/g至約150mAh/g、約80mAh/g至約200mAh/g、約80mAh/g至約300mAh/g、約80mAh/g至約400mAh/g、約80mAh/g至約500mAh/g、約80mAh/g至約600mAh/g、約80mAh/g至約700mAh/g、約80mAh/g至約800mAh/g、約100mAh/g至約150mAh/g、約100mAh/g至約200mAh/g、約100mAh/g至約300mAh/g、約100mAh/g至約400mAh/g、約100mAh/g至約500mAh/g、約100mAh/g至約600mAh/g、約100mAh/g至約700mAh/g、約100mAh/g至約800mAh/g、約150mAh/g至約200mAh/g、約150mAh/g至約300mAh/g、約150mAh/g至約400mAh/g、約150mAh/g至約500mAh/g、約150mAh/g至約600mAh/g、約150mAh/g至約700mAh/g、約150mAh/g至約800mAh/g、約200mAh/g至約300mAh/g、約200mAh/g至約400mAh/g、約200mAh/g至約500mAh/g、約200mAh/g至約600mAh/g、約200mAh/g至約700mAh/g、約200mAh/g至約800mAh/g、約300mAh/g至約400mAh/g、約300mAh/g至約500mAh/g、約300mAh/g至約600mAh/g、約300mAh/g至約700mAh/g、約300mAh/g至約800mAh/g、約400mAh/g至約500mAh/g、約400mAh/g至約600mAh/g、約400mAh/g至約700mAh/g、約400mAh/g至約800mAh/g、約500mAh/g至約600mAh/g、約500mAh/g至約700mAh/g、約500mAh/g至約800mAh/g、約600mAh/g至約700mAh/g、約600mAh/g至約800mAh/g或約700mAh/g至約800mAh/g之電荷儲存容量。本發明之儲能裝置(例如電池或電池單元)可具有約80mAh/g、約100mAh/g、約150mAh/g、約200mAh/g、約300mAh/g、約400mAh/g、約500mAh/g、約600mAh/g、約700mAh/g、約800mAh/g或約80mAh/g之電荷儲存容量。

本發明之儲能裝置(例如電池或電池單元)可具有與本文所述之一或多種功率密度、能量密度及/或循環穩定性/週期壽命組合之該等電荷儲存容量。在一些實施例中，本發明之儲能裝置(例如電池或電池單元) 具有約80mAh/g至約800mAh/g之儲存容量。在一些實施例中，本發明之儲能裝置(例如電池或電池單元)具有至少約1,000mAh/g之儲存容量。

本發明之儲能裝置(例如電池或電池單元)可具有大於或等於約500W/kg、600W/kg、700W/kg、800W/kg、900W/kg、1000W/kg、1100W/kg、1200W/kg、1300W/kg、1400W/kg、1500W/kg、1600W/kg、1700W/kg、1800W/kg、1900W/kg、2000W/kg、2100W/kg、2200W/kg、2300W/kg、2400W/kg、2500W/kg、2600W/kg、2700W/kg、2800W/kg、2900W/kg、3000W/kg、3100W/kg、3200W/kg、3300W/kg、3400W/kg或3500W/kg之功率密度。本發明之儲能裝置(例如電池或電池單元)可具有約500W/kg與3000W/kg之間、500W/kg與3500W/kg之間、1000W/kg與3000W/kg之間、1000W/kg與3500W/kg之間、1500W/kg與3000W/kg之間、1500W/kg與3500W/kg之間、1600W/kg與3000W/kg之間、1600W/kg與3500W/kg之間、1700W/kg與3000W/kg之間、1700W/kg與3500W/kg之間、1800W/kg與3000W/kg之間、1800W/kg與3500W/kg之間、1900W/kg與3000W/kg之間、1900W/kg與3500W/kg之間、2000W/kg與3000W/kg之間、2000W/kg與3500W/kg之間、2100W/kg與3000W/kg之間、2100W/kg與3500W/kg之間、2200W/kg與3000W/kg之間、2200W/kg與3500W/kg之間、2300W/kg與3000W/kg之間、2300W/kg與3500W/kg之間、2400W/kg與3000W/kg之間、2400W/kg與3500W/kg之間、2500W/kg與3000W/kg之間、2500W/kg與3500W/kg之間、2600W/kg與3000W/kg之間、2600W/kg與3500W/kg之間、2700W/kg與3000W/kg之間、2700W/kg與3500W/kg之間、2800W/kg與3000W/kg之間、2800W/kg與3500W/kg之間、2900W/kg與3000W/kg之間、2900W/kg 與3500W/kg之間或3000W/kg與3500W/kg之間之功率密度。本發明之儲能裝置(例如電池或電池單元)可具有與本文所述之一或多種電荷儲存容量、能量密度及/或循環穩定性/週期壽命組合之該等功率密度。

本發明之儲能裝置(例如電池或電池單元)可具有大於或等於約500次循環、600次循環、700次循環、800次循環、900次循環、1000次循環、1100次循環、1200次循環、1300次循環、1400次循環、1500次循環或2000次循環之循環穩定性或週期壽命。本發明之儲能裝置(例如電池或電池單元)可具有約500次循環與1000次循環之間、500次循環與1500次循環之間、600次循環與1000次循環之間、600次循環與1500次循環之間、700次循環與1000次循環之間、700次循環與1500次循環之間、800次循環與1000次循環之間、800次循環與1500次循環之間、800次循環與1000次循環之間、800次循環與1500次循環之間、900次循環與1000次循環之間、900次循環與1500次循環之間、1000次循環與1500次循環之間或1500次循環與2000次循環之間之循環穩定性或週期壽命。本發明之儲能裝置(例如電池或電池單元)可具有與本文所述之一或多種電荷儲存容量、功率密度及/或能量密度組合之該等循環穩定性/週期壽命。

本發明之儲能裝置(例如電池或電池單元)可具有大於或等於約50Wh/kg、75Wh/kg、90Wh/kg、100Wh/kg、110Wh/kg、120Wh/kg、130Wh/kg、140Wh/kg、150Wh/kg、160Wh/kg、170Wh/kg、180Wh/kg、190Wh/kg、200Wh/kg、210Wh/kg、220Wh/kg、230Wh/kg、240Wh/kg、250Wh/kg、260Wh/kg、270Wh/kg、280Wh/kg、290Wh/kg、300Wh/kg、310Wh/kg、320Wh/kg、330Wh/kg、340Wh/kg、350Wh/kg、360Wh/kg、370Wh/kg、380Wh/kg、 390Wh/kg或400Wh/kg之能量密度。本發明之儲能裝置(例如電池或電池單元)可具有約90Wh/kg與250Wh/kg之間、90Wh/kg與300Wh/kg之間、90Wh/kg與350Wh/kg之間、90Wh/kg與400Wh/kg之間、150Wh/kg與250Wh/kg之間、150Wh/kg與300Wh/kg之間、150Wh/kg與350Wh/kg之間、150Wh/kg與400Wh/kg之間、200Wh/kg與250Wh/kg之間、200Wh/kg與300Wh/kg之間、200Wh/kg與350Wh/kg之間、200Wh/kg與400Wh/kg之間、250Wh/kg與300Wh/kg之間、250Wh/kg與350Wh/kg之間、250Wh/kg與400Wh/kg之間、300Wh/kg與350Wh/kg之間、300Wh/kg與400Wh/kg之間或350Wh/kg與400Wh/kg之間之能量密度。本發明之儲能裝置(例如電池或電池單元)可具有與本文所述之一或多種電荷儲存容量、功率密度及/或循環穩定性/週期壽命組合之該等能量密度。

本發明之儲能裝置(例如電池或電池單元)可具有大於或等於約2V、2.1V、2.2V、2.3V、2.4V、2.5V、2.6V、2.7V、2.8V、2.9V、3V、3.1V、3.2V、3.3V、3.4V、3.5V、3.6V、3.7V、3.8V、3.9V、4V、4.1V、4.2V、4.3V、4.4V或4.5V之充電電壓。本發明之儲能裝置(例如電池或電池單元)可具有約2V與2.5V之間、2V與3V之間、2V與3.5V之間、2V與4V之間、2V與4.5V之間、2.5V與3V之間、2.5V與3.5V之間、2.5V與4V之間、2.5V與4.5V之間、3V與3.5V之間、3V與4V之間、3V與4.5V之間、3.5V與4V之間、3.5V與4.5V之間或4V與4.5V之間之充電電壓。本發明之儲能裝置(例如電池或電池單元)可具有大於或等於約2V、2.5V、3V、3.5V、4V或4.5V之放電電壓。本發明之儲能裝置(例如電池或電池單元)可具有約2V與2.5V之間、2V與3V之間、2V 與3.5V之間、2V與4V之間、2V與4.5V之間、2.5V與3V之間、2.5V與3.5V之間、2.5V與4V之間、2.5V與4.5V之間、3V與3.5V之間、3V與4V之間、3V與4.5V之間、3.5V與4V之間、3.5V與4.5V之間或4V與4.5V之間之放電電壓。在一些實施例中，充電與放電電壓之差異可小於或等於約25%、20%、15%、10%或5%(例如參見圖12)。充電與放電電壓在給定之容量範圍(例如，高達約1000mAh、1100mAh、1200mAh、1300mAh、1400mAh、1600mAh、1700mAh、1800mAh、1900mAh、2000mAh、2200mAh、2400mAh、2600mAh、2800mAh、3000mAh、3200mAh、3400mAh、3600mAh、3800mAh或4000mAh)可具有該等類似性。

根據圖27，市場上可得之展現約40Ω至約70Ω之等效串聯電阻(ESR)。然而，有必要對該等圖進行進一步改良以供廣泛採用此技術，尤其用於諸如電動汽車及電網級儲能之大規模應用(例如，用以降低電動汽車之價格且為清潔環保之環境作出貢獻)。

相反，如圖28中之電位-時間曲線所計算，本文提供之儲能裝置(例如電池)在某些實施例中可展現小於30Ω之ESR。例如可藉由本文所述碳基材料之傑出電學及機械特性、本文所述碳基材料之格外高之表面積或其組合而具備該等特徵。

本發明之儲能裝置(例如電池或電池單元)在1千赫茲(kHz)下可具有14毫歐姆至80毫歐姆之ESR。本發明之儲能裝置(例如電池或電池單元)在1kHz下可具有至少14毫歐姆之ESR。本發明之儲能裝置(例如電池或電池單元)在1kHz下可具有至多80毫歐姆之ESR。本發明之儲能裝置(例如電池或電池單元)在1kHz下可具有14毫歐姆至20毫歐姆、14毫歐姆至25毫歐姆、14毫歐姆至30毫歐姆、14毫歐姆至35毫歐姆、14毫歐姆至40毫歐姆、14毫歐姆至45毫歐姆、14毫歐姆至50毫歐姆、14毫歐姆至55毫歐姆、14毫歐姆至60毫歐姆、14毫歐姆至70毫歐姆、14毫歐姆至80毫歐姆、20毫歐姆至25毫歐姆、20毫歐姆至30毫歐姆、20毫歐姆至35毫歐姆、20毫歐姆至40毫歐姆、20毫歐姆至45毫歐姆、20毫歐姆至50毫歐姆、20毫歐姆至55毫歐姆、20毫歐姆至60毫歐姆、20毫歐姆至70毫歐姆、20毫歐姆至80毫歐姆、25毫歐姆至30毫歐姆、25毫歐姆至35毫歐姆、25毫歐姆至40毫歐姆、25毫歐姆至45毫歐姆、25毫歐姆至50毫歐姆、25毫歐姆至55毫歐姆、25毫歐姆至60毫歐姆、25毫歐姆至70毫歐姆、25毫歐姆至80毫歐姆、30毫歐姆至35毫歐姆、30毫歐姆至40毫歐姆、30毫歐姆至45毫歐姆、30毫歐姆至50毫歐姆、30毫歐姆至55毫歐姆、30毫歐姆至60毫歐姆、30毫歐姆至70毫歐姆、30毫歐姆至80毫歐姆、35毫歐姆至40毫歐姆、35毫歐姆至45毫歐姆、35毫歐姆至50毫歐姆、35毫歐姆至55毫歐姆、35毫歐姆至60毫歐姆、35毫歐姆至70毫歐姆、35毫歐姆至80毫歐姆、40毫歐姆至45毫歐姆、40毫歐姆至50毫歐姆、40毫歐姆至55毫歐姆、40毫歐姆至60毫歐姆、40毫歐姆至70毫歐姆、40毫歐姆至80毫歐姆、45毫歐姆至50毫歐姆、45毫歐姆至55毫歐姆、45毫歐姆至60毫歐姆、45毫歐姆至70毫歐姆、45毫歐姆至80毫歐姆、50毫歐姆至55毫歐姆、50毫歐姆至60毫歐姆、50毫歐姆至70毫歐姆、50毫歐姆至80毫歐姆、55毫歐姆至60毫歐姆、55毫歐姆至70毫歐姆、55毫歐姆至80毫歐姆、60毫歐姆至70毫歐姆、60毫歐姆至80毫歐姆或70毫歐姆至80毫歐姆之ESR。本發明之儲能裝置(例如電池或電池單元)在1kHz下可具有14毫歐姆、20毫歐姆、25毫歐姆、30毫歐姆、35毫歐姆、40毫歐姆、45毫歐姆、50毫歐姆、55毫歐姆、60毫歐姆、70毫歐姆或80毫歐姆之ESR。本發明之儲能裝置(例如電池或電池單元)在1kHz下可具有約5毫歐姆至約100毫歐姆之ESR。本發明之儲能裝置(例如電池或電池單元)在1kHz下可具有至少約5毫歐姆之ESR。本發明之儲能裝置(例如電池或電池單元)在1kHz下可具有至多約100毫歐姆之ESR。本發明之儲能裝置(例如電池或電池單元)在1kHz下可具有約5毫歐姆至約10毫歐姆、約5毫歐姆至約20毫歐姆、約5毫歐姆至約30毫歐姆、約5毫歐姆至約40毫歐姆、約5毫歐姆至約50毫歐姆、約5毫歐姆至約60毫歐姆、約5毫歐姆至約70毫歐姆、約5毫歐姆至約80毫歐姆、約5毫歐姆至約90毫歐姆、約5毫歐姆至約100毫歐姆、約10毫歐姆至約20毫歐姆、約10毫歐姆至約30毫歐姆、約10毫歐姆至約40毫歐姆、約10毫歐姆至約50毫歐姆、約10毫歐姆至約60毫歐姆、約10毫歐姆至約70毫歐姆、約10毫歐姆至約80毫歐姆、約10毫歐姆至約90毫歐姆、約10毫歐姆至約100毫歐姆、約20毫歐姆至約30毫歐姆、約20毫歐姆至約40毫歐姆、約20毫歐姆至約50毫歐姆、約20毫歐姆至約60毫歐姆、約20毫歐姆至約70毫歐姆、約20毫歐姆至約80毫歐姆、約20毫歐姆至約90毫歐姆、約20毫歐姆至約100毫歐姆、約30毫歐姆至約40毫歐姆、約30毫歐姆至約50毫歐姆、約30毫歐姆至約60毫歐姆、約30毫歐姆至約70毫歐姆、約30毫歐姆至約80毫歐姆、約30毫歐姆至約90毫歐姆、約30毫歐姆至約100毫歐姆、約40毫歐姆至約50毫歐姆、約40毫歐姆至約60毫歐姆、約40毫歐姆至約70毫歐姆、約40毫歐姆至約80毫歐姆、約40毫歐姆至約90毫歐姆、約40毫歐姆至約100毫歐姆、約50毫歐姆至約60毫歐姆、約50毫歐姆至約70毫歐姆、約50毫歐姆至約80毫歐姆、約50毫歐姆至約90毫歐姆、約50毫歐姆至約100毫歐姆、約60毫歐姆至約70毫歐姆、約60毫歐姆至約80毫歐姆、約60毫歐姆至約90毫歐姆、約60毫歐姆至約100毫歐姆、約70毫歐姆至約80毫歐姆、約70毫歐姆至約90毫歐姆、約70毫歐姆至約100毫歐姆、約80毫歐姆至約90毫歐姆、約80毫歐姆至約100毫歐姆或約90毫歐姆至約100毫歐姆之ESR。本發明之儲能裝置(例如電池或電池單元)在1kHz下可具有約5毫歐姆、約10毫歐姆、約20毫歐姆、約30毫歐姆、約40毫歐姆、約50毫歐姆、約60毫歐姆、約70毫歐姆、約80毫歐姆、約90毫歐姆或約100毫歐姆之ESR。

術語及定義

除非另外定義，否則本文所用之所有技術術語均具有與一般熟習本發明所屬技術者通常所理解之相同含義。除非上下文中另外明確指示，否則如本說明書及隨附申請專利範圍中所用，單數形式「一(a/an)」及「該(the)」包括複數提及物。除非另外說明，否則本文中任何提及「或」欲涵蓋「及/或」。

儘管本文中已展示及描述本發明之較佳實施例，但熟習此項技術者將顯而易見該等實施例僅藉由實例來提供。在不偏離本發明之情況下，熟習此項技術者現將瞭解多種改變、變化及取代形式。應瞭解，在實踐本發明中可採用對本文所述之本發明裝置之實施例的各種替代形式。預期以下申請專利範圍定義本發明之範疇且因此涵蓋在該等申請專利範圍範疇內之方法及結構及其等效物。

在本發明之上下文中，以範圍格式呈現數值特徵。應瞭解，範圍格式之描述僅為方便及簡單起見且不應理解為對任何實施例之固定限制。因此，除非上下文中另外明確指示，否則應認為範圍描述明確地揭示彼範圍內之所有可能子範圍以及在下限單位十分位內之個別數值。例如，諸如1至6之範圍描述應認為明確地揭示諸如1至3、1至4、1至5、2至4、2至6及3至6之子範圍以及彼範圍內之個別值，例如1.1、2、2.3、5及5.9。無論範圍寬度如何均適用於此。該等介入範圍之上限及下限可獨立地包括在較小範圍內且亦涵蓋在本發明中，受制於所述範圍內任何特定排除之極限值。當所述範圍包括一或兩個極限值時，除非上下文中另外明確指示，否則本發明中亦包括排除彼等所包括之極限值之一或兩者的範圍。

除非明確描述或由上下文顯而易見，如本文所用，關於數值或數值範圍之術語「約」應理解為意謂所述數值及其±10%之數值，或對於某一範圍所列之值而言低於所列下限10%及高於所列上限10%。

實例

實例1-NCA電池

如表1中所示，例示性電池包含至少一個單元，其包含包含石墨之負電極(在放電期間為陽極)及包含PCS/鋰鎳鈷鋁氧化物(NCA)之正電極(在放電期間為陰極)。

實例2-NMC電池

如表2中所示，例示性電池包含至少一個單元，其包含包含石墨之負電極(在放電期間為陽極)及包含PCS/鋰鎳錳鈷氧化物(NMC)之正電極(在放電期間為陰極)。

實例3-LFP電池

如表3中所示，例示性電池包含至少一個單元，其包含包含石墨之負電極(在放電期間為陽極)及包含PCS/磷酸鋰鐵(LFP)之正電極(在放電期間為陰極)。

Claims

一種儲能裝置，其包含：a)負電極，其包含：i)石墨烯；ii)第一黏合劑；及iii)導電性添加劑；b)正電極，其包含：i)活性材料；及ii)第二黏合劑；及c)分離器，其位於該負電極與該正電極之間。
如申請專利範圍第1項之裝置，其中該第一黏合劑與該第二黏合劑中至少一者包含聚氟乙烯、聚偏二氟乙烯、聚四氟乙烯、聚氯三氟乙烯、全氟烷氧基聚合物、氟化乙烯-丙烯、聚乙烯四氟乙烯、聚乙烯氯三氟乙烯、全氟化塑性體、氟碳化物、氯三氟乙烯偏二氟乙烯、氟彈性體、四氟乙烯-丙烯、全氟聚醚、全氟磺酸、全氟聚氧雜環丁烷、P(VDF-三氟乙烯)、P(VDF-四氟乙烯)或其任何組合。
如申請專利範圍第1項之裝置，其中該導電性添加劑包含碳黑、乙炔黑、爐黑、氣相成長碳纖維、碳奈米管、多孔碳片或其任何組合。
如申請專利範圍第1項之裝置，其中該活性材料包含磷酸鋰鐵、鋰鎳鈷鋁氧化物、鋰鎳錳鈷氧化物、鋰鈷氧化物、鋰錳氧化物、鈦酸鋰、鋰硫或其任何組合。
如申請專利範圍第1項之裝置，其具有約800毫安培小時(mAh)至約4,000mAh之儲存容量。
如申請專利範圍第1項之裝置，其具有至少約800mAh之儲存容量。
如申請專利範圍第1項之裝置，其具有約80mAh/g至約800mAh/g之儲存容量。
如申請專利範圍第1項之裝置，其具有至少約80mAh/g之儲存容量。
如申請專利範圍第1項之裝置，其具有約500次循環至約1500次循環之週期壽命。
如申請專利範圍第1項之裝置，其具有至少約500次循環之週期壽命。
如申請專利範圍第1項之裝置，其具有約5毫歐姆至約100毫歐姆之等效串聯電阻。
如申請專利範圍第1項之裝置，其具有至多約100毫歐姆之等效串聯電阻。
一種製造電極之方法，其包含：a)合併黏合劑與溶劑；b)加熱該黏合劑與該溶劑；c)將活性材料混合至該黏合劑及該溶劑中以形成漿料；d)將該漿料輥塗至箔上；e)乾燥該箔上之該漿料；f)輥壓該箔上之該漿料；g)切割該箔上之該漿料。
如申請專利範圍第13項之方法，其中該黏合劑包含聚氟乙烯、聚偏二氟乙烯、聚四氟乙烯、聚氯三氟乙烯、全氟烷氧基聚合物、氟化乙烯-丙烯、聚乙烯四氟乙烯、聚乙烯氯三氟乙烯、全氟化塑性體、氟碳化物、氯三氟乙烯偏二氟乙烯、氟彈性體、四氟乙烯-丙烯、全氟聚醚、全氟磺酸、全氟聚氧雜環丁烷、P(VDF-三氟乙烯)、P(VDF-四氟乙烯)或其任何組合。
如申請專利範圍第13項之方法，其中該溶劑包含2-吡咯啶酮、N-乙烯基吡咯啶酮、N-甲基-2-吡咯啶酮、甲基乙基酮或其任何組合。
如申請專利範圍第13項之方法，其中該活性材料包含鋰化金屬化合物及碳基材料。
如申請專利範圍第16項之方法，其中該鋰化金屬化合物包含鋰鎳鈷鋁氧化物、鋰鎳錳鈷氧化物、磷酸鋰鐵或其任何組合。
如申請專利範圍第16項之方法，其中該碳基材料包含多孔碳片、石墨或其任何組合。
如申請專利範圍第13項之方法，其中該活性材料以40%至60%之濃度存在於該漿料中。
如申請專利範圍第13項之方法，其中該活性材料以50%至90%之濃度存在於該電極中。
如申請專利範圍第13項之方法，其中該黏合劑以約0.5%至約10%之濃度存在於該漿料中。
如申請專利範圍第13項之方法，其中該黏合劑以約1%至約15%之濃度存在於該電極中。
如申請專利範圍第13項之方法，其中該溶劑以約10%至60%之濃度存在於該漿料中。