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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公表特許公報(A)
(11)【公表番号】
(43)【公表日】2023-09-26
(54)【発明の名称】エネルギー貯蔵デバイス用の不燃性電解液
(51)【国際特許分類】
H01M 10/0569 20100101AFI20230919BHJP
H01M 4/587 20100101ALI20230919BHJP
H01M 4/133 20100101ALI20230919BHJP
H01M 4/62 20060101ALI20230919BHJP
H01M 4/131 20100101ALI20230919BHJP
H01M 4/525 20100101ALI20230919BHJP
H01M 4/505 20100101ALI20230919BHJP
H01M 10/0525 20100101ALI20230919BHJP
H01M 10/0568 20100101ALI20230919BHJP
H01M 10/0567 20100101ALI20230919BHJP
H01M 4/1393 20100101ALI20230919BHJP
H01M 4/1391 20100101ALI20230919BHJP
H01M 10/44 20060101ALI20230919BHJP
H01M 10/42 20060101ALI20230919BHJP
【ＦＩ】
H01M10/0569
H01M4/587
H01M4/133
H01M4/62 Z
H01M4/131
H01M4/525
H01M4/505
H01M10/0525
H01M10/0568
H01M10/0567
H01M4/1393
H01M4/1391
H01M10/44 A
H01M10/44 P
H01M10/42 Z
【審査請求】未請求
【予備審査請求】未請求
(21)【出願番号】P 2023516128
(86)(22)【出願日】2021-09-10
(85)【翻訳文提出日】2023-05-08
(86)【国際出願番号】 US2021049837
(87)【国際公開番号】W WO2022056245
(87)【国際公開日】2022-03-17
(31)【優先権主張番号】63/076,902
(32)【優先日】2020-09-10
(33)【優先権主張国・地域又は機関】US
(81)【指定国・地域】
(71)【出願人】
【識別番号】523086781
【氏名又は名称】シルク テクノロジーズ コーポレーション
(71)【出願人】
【識別番号】523086644
【氏名又は名称】ザ リージェンツ オブ ザ ユニバーシティ オブ カリフォルニア
(74)【代理人】
【識別番号】110003797
【氏名又は名称】弁理士法人清原国際特許事務所
(72)【発明者】
【氏名】エル－カディ，マー エフ．
(72)【発明者】
【氏名】マクベリー，ブライアン ティー．
(72)【発明者】
【氏名】ラオ，イーサン
(72)【発明者】
【氏名】ケイナー，リチャード ビー．
【テーマコード（参考）】
5H029
5H030
5H050
【Ｆターム（参考）】
5H029AJ02
5H029AJ05
5H029AJ12
5H029AK03
5H029AL07
5H029AM03
5H029AM04
5H029AM05
5H029AM07
5H029BJ27
5H029CJ08
5H029CJ16
5H029CJ22
5H029DJ08
5H029HJ01
5H029HJ02
5H029HJ05
5H029HJ08
5H029HJ14
5H029HJ16
5H029HJ18
5H029HJ19
5H029HJ20
5H030AA06
5H030AS08
5H030AS12
5H030BB01
5H030BB21
5H030FF22
5H050AA02
5H050AA07
5H050AA15
5H050CA08
5H050CA09
5H050CB08
5H050DA10
5H050DA11
5H050EA10
5H050EA28
5H050GA10
5H050GA18
5H050GA22
5H050HA01
5H050HA02
5H050HA05
5H050HA14
5H050HA16
5H050HA17
5H050HA18
5H050HA19
(57)【要約】
【解決手段】本明細書で提供されるのは、エネルギー密度および電力密度、サイクル寿命、ならびに安全性が高いエネルギー貯蔵デバイスである。いくつかの実施形態では、このエネルギー貯蔵デバイスは、電池安全性の改善のために火災の危険性を排除および／または低減する不燃性電解液を含んでおり、電極材料との電極適合性が改善されている。
【選択図】図１
【選択図】図１
【特許請求の範囲】
【請求項1】
ａ）正極と、ｂ）負極と、
ｃ）ラクトンを含む耐火性電解液と
を備える、リチウムイオンエネルギー貯蔵デバイス。
【請求項2】
前記ラクトンは、ブチロラクトン、バレロラクトン、またはそれらの任意の組み合わせである、請求項１に記載のリチウムイオンエネルギー貯蔵デバイス。
【請求項3】
前記ブチロラクトンは、ガンマ－ブチロラクトン、α－メチル－γ－ブチロラクトン、α－ブロモ－γ－ブチロラクトン、デルタ－バレロラクトン、またはそれらの任意の組み合わせである、請求項２に記載のリチウムイオンエネルギー貯蔵デバイス。
【請求項4】
前記バレロラクトンは、ガンマ－バレロラクトンである、請求項２に記載のリチウムイオンエネルギー貯蔵デバイス。
【請求項5】
前記耐火性電解液は、リチウムビス（オキサラト）ボレート（ＬｉＢＯＢ）、リチウムテトラフルオロボレート（ＬｉＢＦ４）、１，３－ジオキソール－２－オン（ＶＣ）または４－ビニル－１，３－ジオキソラン－２－オン（ＶＥＣ）、あるいは１，１，２，２－テトラフルオロエチル－２，２，３，３－テトラフルオロプロピールエーテル（ＦＥＰ）、エチレンカーボネート（ＥＣ）、炭酸ジエチル（ＤＥＣ）、炭酸ジメチル（ＤＭＣ）、エチルメチルカーボネート（ＥＭＣ）および酪酸メチルのうち１つ以上をさらに含む、請求項２に記載のリチウムイオンエネルギー貯蔵デバイス。
【請求項6】
前記耐火性電解液は、約３０％ｗ／ｗ～約９０％ｗ／ｗのガンマ－ブチロラクトンを含む、請求項５に記載のリチウムイオンエネルギー貯蔵デバイス。
【請求項7】
前記耐火性電解液は、約５％ｗ／ｗ～約５０％ｗ／ｗの１，１，２，２－テトラフルオロエチル－２，２，３，３－テトラフルオロプロピールエーテル（ＦＥＰ）を含む、請求項１～６のいずれか１つに記載のリチウムイオンエネルギー貯蔵デバイス。
【請求項8】
前記耐火性電解液は、約１％ｗ／ｗ～約２０％ｗ／ｗのテトラフルオロボレート（ＬｉＢＦ４）を含む、請求項１～７のいずれか１つに記載のリチウムイオンエネルギー貯蔵デバイス。
【請求項9】
前記耐火性電解液は、約０．１％ｗ／ｗ～約１０％ｗ／ｗの１，３－ジオキソール－２－オン（ＶＣ）または４－ビニル－１，３－ジオキソラン－２－オン（ＶＥＣ）を含む、請求項１～８のいずれか１つに記載のリチウムイオンエネルギー貯蔵デバイス。
【請求項10】
前記耐火性電解液は、約０．１％ｗ／ｗ～約１０％ｗ／ｗのリチウムビス（オキサラト）ボレート（ＬｉＢＯＢ）を含む、請求項１～９のいずれか１つに記載のリチウムイオンエネルギー貯蔵デバイス。
【請求項11】
前記負極は、黒鉛粉末から調製された黒鉛材料を含む、請求項１～１０のいずれか１つに記載のリチウムイオンエネルギー貯蔵デバイス。
【請求項12】
前記黒鉛粉末は、メソカーボンマイクロビーズ、天然グラフェン、合成グラフェン、またはそれらの任意の組み合わせを含む、請求項１１に記載のリチウムイオンエネルギー貯蔵デバイス。
【請求項13】
前記メソカーボンマイクロビーズ、天然グラフェン、合成グラフェン、またはそれらの任意の組み合わせの直径は、約５ミクロン～約５０ミクロンである、請求項１２に記載のリチウムイオンエネルギー貯蔵デバイス。
【請求項14】
前記負極は、黒鉛、カーボンブラック、親水性結合剤、カルボキシメチルセルロース、またはそれらの任意の組み合わせを含む、請求項１～１０のいずれか１つに記載のリチウムイオンエネルギー貯蔵デバイス。
【請求項15】
前記負極は、約７０％ｗ／ｗ～約９５％ｗ／ｗの黒鉛、約１％ｗ／ｗ～約５％ｗ／ｗのカーボンブラック、約１％ｗ／ｗ～約５％ｗ／ｗの親水性結合剤、または約０．１％ｗ／ｗ～約５％ｗ／ｗのカルボキシメチルセルロースのうち１つ以上を含む、請求項１４に記載のリチウムイオンエネルギー貯蔵デバイス。
【請求項16】
前記親水性結合剤は、スチレン－ブタジエンゴムを含む、請求項１４または１５に記載のリチウムイオンエネルギー貯蔵デバイス。
【請求項17】
前記正極は、コバルト酸リチウムを含む、請求項１～１６のいずれか１つのリチウムイオンエネルギー貯蔵デバイス。
【請求項18】
前記正極は、ポリフッ化ビニリデン（ＰＶＤＦ）、カーボンブラック、グラフェン、またはそれらの任意の組み合わせを含む、請求項１７に記載のリチウムイオンエネルギー貯蔵デバイス。
【請求項19】
前記正極は、７０％ｗ／ｗ～９９％ｗ／ｗのコバルト酸リチウム、約０．５％ｗ／ｗ～約５％ｗ／ｗのポリフッ化ビニリデン（ＰＶＤＦ）、約０．１％ｗ／ｗ～約５％ｗ／ｗのカーボンブラック、または約０．００１％ｗ／ｗ～約５％ｗ／ｗのグラフェンのうち１つ以上を含む、請求項１８に記載のリチウムイオンエネルギー貯蔵デバイス。
【請求項20】
前記ポリフッ化ビニリデン（ＰＶＤＦ）は、Ｎ－メチル－２－ピロリドン溶剤中に存在する、請求項１８に記載のリチウムイオンエネルギー貯蔵デバイス。
【請求項21】
前記グラフェンは、還元型酸化グラフェン分散液を含む、請求項１８に記載のリチウムイオンエネルギー貯蔵デバイス。
【請求項22】
前記正極は、ニッケル：コバルト：マンガンの正極である、請求項１～１６のいずれか１つに記載のリチウムイオンエネルギー貯蔵デバイス。
【請求項23】
前記正極は、Ｎｉ：Ｃｏ：Ｍｎを約５：２：３の比で含む、請求項２２に記載のリチウムイオンエネルギー貯蔵デバイス。
【請求項24】
電気自動車バッテリーとして構成される、請求項２２に記載のリチウムイオンエネルギー貯蔵デバイス。
【請求項25】
前記正極は、リチウム・ニッケルコバルト酸化アルミニウム（ＮＣＡ）正極である、請求項１～１６のいずれか１つのリチウムイオンエネルギー貯蔵デバイス。
【請求項26】
前記正極は、３０％ｗ／ｗ～９０％ｗ／ｗのニッケルコバルト酸化アルミニウム、および約１％～約１５％のリチウムを含む、請求項２５に記載のリチウムイオンエネルギー貯蔵デバイス。
【請求項27】
少なくとも約１５００ｍＡｈのレート容量を有する、請求項１～２６のいずれか１つに記載のリチウムイオンエネルギー貯蔵デバイス。
【請求項28】
少なくとも約２０００ｍＡｈの容量を有する、請求項１～２７のいずれか１つに記載のリチウムイオンエネルギー貯蔵デバイス。
【請求項29】
少なくとも約２．５Ｖの公称電圧を有する、請求項１～２８のいずれか１つに記載のリチウムイオンエネルギー貯蔵デバイス。
【請求項30】
最大で約１００ｍΩの内部抵抗を有する、請求項１～２９のいずれか１つに記載のリチウムイオンエネルギー貯蔵デバイス。
【請求項31】
少なくとも約６５０サイクル後に、少なくとも約６０％の容量を保持する、請求項１～３０のいずれか１つに記載のリチウムイオンエネルギー貯蔵デバイス。
【請求項32】
少なくとも約１００Ｗｈ／ｋｇのエネルギー密度を有する、請求項１～３１のいずれか１つに記載のリチウムイオンエネルギー貯蔵デバイス。
【請求項33】
少なくとも約３００Ｗｈ／Ｌのエネルギー密度を有する、請求項１～３２のいずれか１つに記載のリチウムイオンエネルギー貯蔵デバイス。
【請求項34】
前記リチウムイオンエネルギー貯蔵デバイスの放電容量は、約０℃の温度での動作と約－２０℃の温度での動作との間で、最大で約３０％減少する、請求項１～３３のいずれか１つに記載のリチウムイオンエネルギー貯蔵デバイス。
【請求項35】
前記リチウムイオンエネルギー貯蔵デバイスの放電容量は、約２０℃の温度での動作と約０℃の温度での動作との間で、最大で約１０％減少する、請求項１～３４のいずれか１つに記載のリチウムイオンエネルギー貯蔵デバイス。
【請求項36】
約０℃～約４５℃の温度で充電するように構成されている、請求項１～３５のいずれか１つに記載のリチウムイオンエネルギー貯蔵デバイス。
【請求項37】
約０℃～約６５℃の温度で放電するように構成されている、請求項１～３６のいずれか１つに記載のリチウムイオンエネルギー貯蔵デバイス。
【請求項38】
約－２０℃～約５０℃の温度で保存されるように構成されている、請求項１～３７のいずれか１つに記載のリチウムイオンエネルギー貯蔵デバイス。
【請求項39】
釘刺し試験を通過するように構成されている、請求項１～３８のいずれか１つに記載のリチウムイオンエネルギー貯蔵デバイス。
【請求項40】
前記正極は、少なくとも約５０ｍＡｈ／ｇの比容量を有する、請求項１～３９のいずれか１つに記載のリチウムイオンエネルギー貯蔵デバイス。
【請求項41】
前記正極は、少なくとも約１ｍＡｈ／ｃｍ２の面容量を有する、請求項１～４０のいずれか１つに記載のリチウムイオンエネルギー貯蔵デバイス。
【請求項42】
前記正極は、少なくとも約１０ｍｇ／ｃｍ２の負荷質量を有する、請求項１～４１のいずれか１つのリチウムイオンエネルギー貯蔵デバイス。
【請求項43】
前記正極は、少なくとも約１ｇ／ｃｍ３の記録密度を有する、請求項１～４２のいずれか１つに記載のリチウムイオンエネルギー貯蔵デバイス。
【請求項44】
前記負極は、少なくとも約１００ｍＡｈ／ｇの比容量を有する、請求項１～４３のいずれか１つのリチウムイオンエネルギー貯蔵デバイス。
【請求項45】
前記負極は、少なくとも約１ｍＡｈ／ｃｍ２の面容量を有する、請求項１～４４のいずれか１つに記載のリチウムイオンエネルギー貯蔵デバイス。
【請求項46】
前記負極は、少なくとも約５ｍｇ／ｃｍ２の負荷質量を有する、請求項１～４５のいずれか１つのリチウムイオンエネルギー貯蔵デバイス。
【請求項47】
前記負極は、少なくとも約０．５ｇ／ｃｍ３の記録密度を有する、請求項１～４６のいずれか１つに記載のリチウムイオンエネルギー貯蔵デバイス。
【請求項48】
メソカーボンマイクロビーズ電極を形成する方法であって、ａ）ｉ）メソカーボンマイクロビーズ（ＭＣＭＢ）、
ｉｉ）カーボンブラック、
ｉｉｉ）カルボキシメチルセルロース（ＣＭＣ）、
ｉｖ）親水性結合剤、および
ｖ）水
の混合物を形成する工程と、
ｂ）前記混合物を基板上に被覆する工程と
を含む方法。
【請求項49】
コバルト酸リチウム電極を形成する方法であって、ａ）ｉ）コバルト酸リチウム（ＬＣＯ）、
ｉｉ）カーボンブラック、
ｉｉｉ）還元型酸化グラフェン分散液、
ｉｖ）親水性結合剤、および
ｖ）溶剤
の混合物を形成する工程と、
ｂ）前記混合物を基板上に被覆する工程と
を含む方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
相互参照
本出願は、２０２０年９月１０日に出願された米国仮出願第６３／０７６，９０２号の利益を主張するものであり、この文献は参照によって全体として本明細書に組み込まれる。
本出願は、２０２０年９月１０日に出願された米国仮出願第６３／０７６，９０２号の利益を主張するものであり、この文献は参照によって全体として本明細書に組み込まれる。
【背景技術】
【0002】
現在、エネルギー密度および電力密度が高い、安全なエネルギー貯蔵技術に対するニーズが満たされていない。リチウムイオン（Ｌｉ－ｉｏｎ）バッテリーは、現在、個人用電子機器および電気自動車、電動工具、さらには宇宙ミッションに電力供給するのに採用されているが、現在市販のＬｉイオンバッテリーに使用されているカーボネート電解液は可燃性であり、重大な火災の危険性をもたらす。そのようなリチウムイオンバッテリーは、短絡すると、発火する可能性があり、従来の技術を使用して消火がほぼ不可能な場合がある。
【0003】
そのような可燃性カーボネート電解液の不燃性代替物として、イオン液体、フルオロエーテル、有機ケイ素化合物、および有機リン酸化合物などの多数の溶媒和物がテストされているが、溶媒和物は強い触媒活性を有するためグラフェンなどの電極材料と不適合であり、そのような材料を備えたエネルギー貯蔵デバイスはエネルギー密度や電力密度が低くなる。
【発明の概要】
【0004】
一態様では、本明細書に開示されるのは、リチウムイオンエネルギー貯蔵デバイスであって、該デバイスは、正極、負極、およびラクトンを含む耐火性電解液を含む。本明細書に開示されるエネルギー貯蔵デバイスは、例えば、釘刺し試験（ｎａｉｌ ｐｅｎｅｔｒａｔｉｏｎ ｔｅｓｔ）を通じて確認されたように、耐火性を有するという利点を有する。加えて、電極に使用されるグラフェンまたは還元型酸化グラフェン材料と耐火性電解液との組み合わせにより、高いエネルギー密度および電力密度などの優れた性能と耐発火性の両方が得られ、特定の条件下で過熱および燃焼を起こしやすいリチウムイオンバッテリーの場合に特に価値がある。これらの特徴により、エネルギー貯蔵デバイスは、電気自動車などのエネルギー集約型の実施におけるバッテリーとしての使用に特に適しているが、その利点は様々なエネルギー貯蔵の場面で適用可能である。
【0005】
いくつかの実施形態では、ラクトンはブチロラクトンである。いくつかの実施形態では、ブチロラクトンはガンマ－ブチロラクトンである。いくつかの実施形態では、耐火性電解液は、ビス（オキサラト）ボレート（ＬｉＢＯＢ）、リチウムテトラフルオロボレート（ＬｉＢＦ４）、１，３－ジオキソール－２－オン（ＶＣ）、または４－ビニル－１，３－ジオキソラン－２－オン（ＶＥＣ）、あるいは１，１，２，２－テトラフルオロエチル－２，２，３，３－テトラフルオロプロピールエーテル（ＦＥＰ）の一つ以上をさらに含む。
【0006】
いくつかの実施形態では、耐火性電解液中のガンマ－ブチロラクトンの重量（ｗ／ｗ）割合は、約３０％～約９０％である。いくつかの実施形態では、耐火性電解液中の１，１，２，２－テトラフルオロエチル－２，２，３，３－テトラフルオロプロピールエーテル（ＦＥＰ）のｗ／ｗ割合は、約５％～約５０％である。いくつかの実施形態では、耐火性電解液中のリチウムテトラフルオロボレート（ＬｉＢＦ４）のｗ／ｗ割合は、約１％～約２０％である。いくつかの実施形態では、耐火性電解液中の１，３－ジオキソール－２－オン（ＶＣ）、または４－ビニル－１，３－ジオキソラン－２－オン（ＶＥＣ）のｗ／ｗ割合は、約０．１％～約１０％である。いくつかの実施形態では、耐火性電解液中のビス（オキサラト）ボレート（ＬｉＢＯＢ）のｗ／ｗ割合は、約０．１％～約１０％である。
【0007】
いくつかの実施形態では、負極は、黒鉛粉末から調製された黒鉛材料を含む。いくつかの実施形態では、黒鉛粉末はメソカーボンマイクロビーズを含む。いくつかの実施形態では、メソカーボンマイクロビーズ、天然グラフェン、合成グラフェン、またはそれらの任意の組み合わせの直径は、約５ミクロン～約５０ミクロンである。
【0008】
いくつかの実施形態では、負極は黒鉛、カーボンブラック、親水性結合剤、カルボキシメチルセルロース、またはそれらの任意の組み合わせを含む。いくつかの実施形態では、負極は、約７０％ｗ／ｗ～約９５％ｗ／ｗの黒鉛、約１％ｗ／ｗ～約５％ｗ／ｗのカーボンブラック、約１％ｗ／ｗ～約５％ｗ／ｗの親水性結合剤、または約０．１％ｗ／ｗ～約５％ｗ／ｗのカルボキシメチルセルロースの１つ以上を含む。
【0009】
いくつかの実施形態では、負極は、約７０％ｗ／ｗ～約９５％ｗ／ｗの黒鉛、約１％ｗ／ｗ～約５％ｗ／ｗのカーボンブラック、約１％ｗ／ｗ～約５％ｗ／ｗの親水性結合剤、または約０．１％ｗ／ｗ～約５％ｗ／ｗのカルボキシメチルセルロースの１つ以上を含む。いくつかの実施形態では、負極は、約７０％～約９５％のｗ／ｗ濃度の黒鉛を含む。いくつかの実施形態では、負極は、約１％～約５％のｗ／ｗ濃度のカーボンブラックを含む。いくつかの実施形態では、負極は、約１％～約１０％のｗ／ｗ濃度の親水性結合剤を含む。いくつかの実施形態では、負極は、約０．１％～約５％のｗ／ｗ濃度のカルボキシメチルセルロースを含む。
【0010】
いくつかの実施形態では、親水性結合剤はスチレンブタジエンゴムを含む。いくつかの実施形態では、正極はコバルト酸リチウムを含む。いくつかの実施形態では、正極は、ポリフッ化ビニリデン（ｐｏｌｙｖｉｎｙｌｉｄｉｎｅ ｆｌｕｏｒｉｄｅ）（ＰＶＤＦ）、カーボンブラック、グラフェン、またはそれらの任意の組み合わせを含む。いくつかの実施形態では、正極は、７０％ｗ／ｗ～９９％ｗ／ｗのコバルト酸リチウム、約０．５％ｗ／ｗ～約５％ｗ／ｗのポリフッ化ビニリデン（ＰＶＤＦ）、約０．１％ｗ／ｗ～約５％ｗ／ｗのカーボンブラック、または約０．００１％ｗ／ｗ～約５％ｗ／ｗのグラフェンの１つ以上を含む。
【0011】
いくつかの実施形態では、正極は、７０％ｗ／ｗ～９９％ｗ／ｗのコバルト酸リチウム、約０．５％ｗ／ｗ～約５％ｗ／ｗのポリフッ化ビニリデン（ＰＶＤＦ）、約０．１％ｗ／ｗ～約５％ｗ／ｗのカーボンブラック、または約０．００１％ｗ／ｗ～約５％ｗ／ｗのグラフェンの１つ以上を含む。いくつかの実施形態では、正極は、約７０％～約９９％のｗ／ｗ濃度のコバルト酸リチウムを含む。いくつかの実施形態では、正極は、約０．５％～約５％ｗ／ｗのｗ／ｗ濃度のポリフッ化ビニリデン（ＰＶＤＦ）を含む。いくつかの実施形態では、正極は、約０．１％～約５％のｗ／ｗ濃度のカーボンブラックを含む。いくつかの実施形態では、正極は、約０．００１％～約５％のｗ／ｗ濃度のグラフェンを含む。いくつかの実施形態では、正極は、リチウム・ニッケルコバルト酸化アルミニウムのｗ／ｗ濃度が３０％～９０％ｗ／ｗのニッケル：コバルト：酸化アルミニウム、および約１％～約１５％のリチウムを含む。いくつかの実施形態では、正極は、約３０％～約９０％のｗ／ｗ濃度のリチウム・ニッケルコバルト酸化アルミニウムを有する。いくつかの実施形態では、正極は、約１％～約１５％のｗ／ｗ濃度のリチウムを有する。
【0012】
いくつかの実施形態では、正極は、Ｎｉ：Ｃｏ：Ｍｎを約５：２：３の比で含む
いくつかの実施形態では、正極はＮｉ：Ｃｏ：Ｍｎを約５：２：３、５：１：３、５：３：３、５：２：４、５：１：４、５：３：４、４：２：３、４：１：３、４：３：３、４：２：４、４：１：４、４：３：４、６：２：３、６：１：３、６：３：３、６：２：４、６：１：４、またはは６：３：４の比で含む。
いくつかの実施形態では、正極はＮｉ：Ｃｏ：Ｍｎを約５：２：３、５：１：３、５：３：３、５：２：４、５：１：４、５：３：４、４：２：３、４：１：３、４：３：３、４：２：４、４：１：４、４：３：４、６：２：３、６：１：３、６：３：３、６：２：４、６：１：４、またはは６：３：４の比で含む。
【0013】
いくつかの実施形態では、正極は、少なくとも約５０、６０、７０、８０、９０、１００、１１０、１２０、１３０、１４０、または１５０ｍＡｈ／ｇの比容量を有する。いくつかの実施形態では、正極は、少なくとも約１、２、３、４、５、または６ｍＡｈ／ｃｍ２の面容量を有する。いくつかの実施形態では、正極は、少なくとも約１０、１５、２０、２５、３０、３５、または４０ｍｇ／ｃｍ２の負荷質量を有する。
【0014】
いくつかの実施形態では、正極は充電および放電に適する多孔性を有する。いくつかの実施形態では、正極は、約２．０ｇ／ｃｍ３～約５ｇ／ｃｍ３の記録密度を有する。いくつかの実施形態では、正極は、約１～約５ｇ／ｃｍ３、約２～約４ｇ／ｃｍ３、または約３．０および約３．６ｇ／ｃｍ３からの記録密度を有する。いくつかの実施形態では、約２．０ｇ／ｃｍ３～約５ｇ／ｃｍ３の正極の記録密度は、充放電に十分な多孔性を可能にする。
【0015】
本明細書には、メソカーボンマイクロビーズ電極を形成する方法が提供される。いくつかの実施形態では、本方法は、メソカーボンマイクロビーズ（ＭＣＭＢ）、カーボンブラック、カルボキシメチルセルロース（ＣＭＣ）、親水性結合剤および水の混合物を形成する工程、および混合物を基板上に被覆する工程を含む。
【0016】
いくつかの実施形態では、親水性結合剤は、スチレンブタジエンゴム（ＳＢＲ）、ポリフッ化ビニリデン（ＰＶＤＦ）、アルギン酸ナトリウム、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）、カルボキシメチルキトサンナトリウム（ＣＣＴＳ）、ポリアクリル酸（ＰＡＡ）、ポリスチレンスルホン酸（ＰＳＳ）、ポリビニルアルコール（ＰＶＡ）、ポリ（フルオレン）、ポリフェニレン、ポリピレン、ポリアズレン、ポリナフタレン、ポリ（アセチレン）、ポリ（ｐ－フェニレンビニレン）、ポリ（ピロール）（ＰＰＹ）、ポリカルバゾール、ポリインドール、ポリアゼピン、ポリ（チオフェン）（ＰＴ）、ポリ（３，４－エチレンジオキシチオフェン）（ＰＥＤＯＴ）、ポリ（ｐ－フェニレンサルファイド）（ＰＰＳ）、ポリアニリン（ＰＡＮＩ）、またはそれらの任意の組み合わせを含む。いくつかの実施形態では、基板は、銅箔、アルミニウム箔、ニッケル、自立型カーボンシート、黒鉛、グラフェン、カーボンナノチューブ、またはこれらの組み合わせである。いくつかの実施形態では、混合物は、約８５％～約９９％のｗ／ｗ濃度のＭＣＭＢを含む。いくつかの実施形態では、混合物は、約２％～約８％のｗ／ｗ濃度のカーボンブラックを含む。いくつかの実施形態では、混合物は、約０．１％～約０．８％のｗ／ｗ濃度のＣＭＣを含む。いくつかの実施形態では、混合物は、約１％～約１０％のｗ／ｗ濃度の親水性結合剤を含む。いくつかの実施形態では、混合物の形成の少なくとも一部は、大気圧以下の圧力下で実行される。いくつかの実施形態では、混合物は、基板上に被覆されたときの粘度が約１，０００ｍＰａ＊ｓ～約２，０００ｍＰａ＊ｓである。
【0017】
本明細書に提供される別の態様は、コバルト酸リチウム電極を形成する方法である。いくつかの実施形態では、本方法は、コバルト酸リチウム（ＬＣＯ）、カーボンブラック、還元型酸化グラフェン分散液、親水性結合剤および溶剤の混合物を形成工程、および混合物を基板上に被覆する工程を含む。
【0018】
いくつかの実施形態では、親水性結合剤は、スチレンブタジエンゴム（ＳＢＲ）、ポリフッ化ビニリデン（ＰＶＤＦ）、アルギン酸ナトリウム、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）、カルボキシメチルキトサンナトリウム（ＣＣＴＳ）、ポリアクリル酸（ＰＡＡ）、ポリスチレンスルホン酸（ＰＳＳ）、ポリビニルアルコール（ＰＶＡ）、ポリ（フルオレン）、ポリフェニレン、ポリピレン、ポリアズレン、ポリナフタレン、ポリ（アセチレン）、ポリ（ｐ－フェニレンビニレン）、ポリ（ピロール）（ＰＰＹ）、ポリカルバゾール、ポリインドール、ポリアゼピン、ポリ（チオフェン）（ＰＴ）、ポリ（３，４－エチレンジオキシチオフェン）（ＰＥＤＯＴ）、ポリ（ｐ－フェニレンサルファイド）（ＰＰＳ）、ポリアニリン（ＰＡＮＩ）、またはそれらの任意の組み合わせを含む。いくつかの実施形態では、溶剤は、Ｎ－メチル－２－ピロリドン（ＮＭＰ）、水、ジメチルスルホキシド（ＤＭＳＯ）、またはそれらの任意の組み合わせを含む。いくつかの実施形態では、コバルト酸リチウムの少なくとも一部は粉体の形態である。いくつかの実施形態では、基板は、銅箔、アルミニウム箔、ニッケル、自立型カーボンシート、黒鉛、グラフェン、カーボンナノチューブ、またはこれらの組み合わせである。いくつかの実施形態では、混合物は、約８５％～約９９％のｗ／ｗ濃度のＬＣＯを含む。いくつかの実施形態では、混合物は、約０．５％～約４％のｗ／ｗ濃度のカーボンブラックを含む。いくつかの実施形態では、混合物は、約０．０５％～約１％のｗ／ｗ濃度の還元型酸化グラフェン分散液を含む。いくつかの実施形態では、混合物は、約１％～約１０％のｗ／ｗ濃度の親水性結合剤を含む。いくつかの実施形態では、混合物の形成の少なくとも一部は、大気圧以下の圧力下で実行される。いくつかの実施形態では、混合物は、基板上に被覆されたときの粘度が約１，０００ｍＰａ＊ｓ～約２，０００ｍＰａ＊ｓである。
【図面の簡単な説明】
【0019】
本開示の新規な特徴は、とりわけ添付の請求項で説明される。本開示の特徴と利点についてのよりよい理解は、本開示の原則が用いられている例証的な実施形態と添付の図面を説明する以下の詳細な記載とを参照することによって得られる。
【図1】本明細書の実施形態につき、例示的なＬＣＯエネルギー貯蔵デバイスの電圧電流容量グラフを示す。
【図2】本明細書の実施形態につき、例示的なＬＣＯエネルギー貯蔵デバイスの様々なレートでの放電容量あたりの電圧のグラフを示す。
【図3】本明細書の実施形態につき、開示されるＬＣＯエネルギー貯蔵デバイスおよび現在利用可能なＬＣＯエネルギー貯蔵デバイスの容量保持あたりのサイクル数のグラフを示す。
【図4】本明細書の実施形態につき、開示されるＬＣＯエネルギー貯蔵デバイスおよび現在利用可能なＬＣＯエネルギー貯蔵デバイスの充放電グラフを示す。
【図5】本明細書の実施形態につき、様々な温度で例示的なＬＣＯエネルギー貯蔵デバイスの電圧グラフあたりに放電容量を示す。
【図6A】本明細書の実施形態につき、例示的なＬＣＯエネルギー貯蔵デバイスのサイクルチャートあたりの容量保持率を示す。
【図6B】本明細書の実施形態につき、例示的なＬＣＯエネルギー貯蔵デバイスのサイクルチャートあたりのインピーダンス保持率を示す。
【発明を実施するための形態】
【0020】
本明細書に提供されるのは、エネルギー密度および電力密度、サイクル寿命、ならびに安全性が高いエネルギー貯蔵デバイスである。いくつかの実施形態では、エネルギー貯蔵デバイスは、電極材料との電極適合性が改善された、バッテリー安全性の改善のために火災の危険性を排除および／または低減する不燃性電解液を含む。
【0021】
エネルギー貯蔵デバイス
一態様では、本明細書に開示されるのはリチウムイオンエネルギー貯蔵デバイスであって、該デバイスは、正極、負極、および耐火性電解液を含む。いくつかの実施形態では、リチウムイオンエネルギー貯蔵デバイスは、電気自動車用バッテリーとして構成される。いくつかの実施形態では、リチウムイオンエネルギー貯蔵デバイスは高熱安定性を有する。いくつかの実施形態では、電気自動車用バッテリーは、直列および／または並列に接続された複数のエネルギー貯蔵デバイスを含む。いくつかの実施形態では、エネルギー貯蔵デバイスは、直列および／または並列に接続された複数のセルを備えるバッテリーパックを含む。いくつかの実施形態では、バッテリーパックは、直列および／または並列に接続された少なくとも５、１０、２０、３０、４０、５０、１００、または２００のセルを含む。
一態様では、本明細書に開示されるのはリチウムイオンエネルギー貯蔵デバイスであって、該デバイスは、正極、負極、および耐火性電解液を含む。いくつかの実施形態では、リチウムイオンエネルギー貯蔵デバイスは、電気自動車用バッテリーとして構成される。いくつかの実施形態では、リチウムイオンエネルギー貯蔵デバイスは高熱安定性を有する。いくつかの実施形態では、電気自動車用バッテリーは、直列および／または並列に接続された複数のエネルギー貯蔵デバイスを含む。いくつかの実施形態では、エネルギー貯蔵デバイスは、直列および／または並列に接続された複数のセルを備えるバッテリーパックを含む。いくつかの実施形態では、バッテリーパックは、直列および／または並列に接続された少なくとも５、１０、２０、３０、４０、５０、１００、または２００のセルを含む。
【0022】
いくつかの実施形態では、エネルギー貯蔵デバイスは、メソカーボンマイクロビーズ（ＭＣＭＢ）を含む電極を含む。いくつかの実施形態では、エネルギー貯蔵デバイスは、ニッケルマンガンコバルト（ＮＭＣ）リチウムイオンバッテリーの化学反応を実施する。いくつかの実施形態では、エネルギー貯蔵デバイスはコバルト酸リチウム電極を含む。いくつかの実施形態では、本明細書のエネルギー貯蔵デバイスの電極はグラフェンを含む。グラフェンは、黒鉛から形成されるカーボンの単層であり、高強度および柔軟性を有するため、充放電中の体積変化に耐えることが可能になり、これによって内部短絡の危険性を低減し得る。さらに、グラフェンはその膨大な表面積に電荷を貯蔵することができるため、高容量と高導電性を実現することができる。グラフェンの高導電性により、内部抵抗が低く、充電中および／または放電中の過熱を防ぎ、熱暴走を排除することができる。
【0023】
電解液は、エネルギー貯蔵デバイスの負極と正極との間でイオンを移動させるための媒体を提供する。いくつかの実施形態では、電解液は塩（例えば、リチウム塩）、溶剤、および１つ以上のサイクル安定性添加剤を含む。本明細書の塩、溶剤および添加剤は、高温でも発火せずに機能し、安定したエネルギー性能を発揮する電解液を形成する。本明細書のそのような電解液を形成するための電解質成分の経済性および効率的な方法は、商業用電子機器のエネルギー貯蔵デバイスの安全性を向上させるための解決策を提供する。いくつかの実施形態では、電解液は、エネルギー貯蔵デバイスの寿命および性能を維持しつつ安全性を提供するｇ－ブチロラクトン（ｇｂｌ）を含む。
【0024】
いくつかの実施形態では、リチウムイオンエネルギー貯蔵デバイスは、内部短絡をシミュレートする釘刺し試験を通過するように構成される。現在利用可能なエネルギー貯蔵デバイスが、過充電または貫通によって短絡すると、そこに貯蔵されたエネルギーが突然放出され、止められない連鎖反応（例えば、熱暴走）が開始し、そのようなデバイス内の温度が急速に（例えば、ミリ秒あたり数百度）上昇して発火を引き起こすことがある。対照的に、本明細書に記載されるエネルギー貯蔵デバイスが、過充電または貫通により、短絡された場合、本明細書に提供される電解液の熱安定性は、発火を防止する。さらに、本明細書に記載のエネルギー貯蔵デバイスは、広温度範囲での作動することができ、全天候型の状態で使用可能である。
【0025】
電解液
いくつかの実施形態では、耐火性電解液はラクトンを含む。いくつかの実施形態では、ラクトンは、引火点が高く、沸点が高い有機溶剤である。対照的に、多くの電解液、は低い引火点を示し、したがって低温で可燃性が高い。いくつかの実施形態では、ラクトンは、安定した固体電解質相間（ＳＥＩ）層を形成して、繰り返しサイクル中の容量変化を低減して安定性を高める有機溶剤である。
いくつかの実施形態では、耐火性電解液はラクトンを含む。いくつかの実施形態では、ラクトンは、引火点が高く、沸点が高い有機溶剤である。対照的に、多くの電解液、は低い引火点を示し、したがって低温で可燃性が高い。いくつかの実施形態では、ラクトンは、安定した固体電解質相間（ＳＥＩ）層を形成して、繰り返しサイクル中の容量変化を低減して安定性を高める有機溶剤である。
【0026】
ラクトンは、ブチロラクトン、バレロラクトン、カルボン酸エステル、またはそれらの任意の組み合わせである。いくつかの実施形態では、ブチロラクトンはガンマ－ブチロラクトンである。いくつかの実施形態では、ブチロラクトンは、ガンマ－ブチロラクトン、α－メチル－γ－ブチロラクトン、α－ブロモ－γ－ブチロラクトン、デルタ－バレロラクトン、またはそれらの任意の組み合わせである。いくつかの実施形態では、バレロラクトンはガンマ－バレロラクトンである。ガンマ－ブチロラクトンは、引火点が低く、安定したＳＥＩを形成する有機溶剤であり、リチウムイオンバッテリーに使用することが可能である。さらに、ガンマ－ブチロラクトンの特有の特性により、添加剤の存在下でも正極と負極の両方で安定したＳＥＩを形成する。
【0027】
いくつかの実施形態では、耐火性電解液は、リチウム塩をさらに含む。いくつかの実施形態では、リチウム塩は、リチウムビス（オキサラト）ボレート（ＬｉＢＯＢ）、リチウムテトラフルオロボレート（ＬｉＢＦ４）、１，３－ジオキソール－２－オン（ＶＣ）または４－ビニル－１，３－ジオキソラン－２－オン（ＶＥＣ）、あるいは１，１，２，２－テトラフルオロエチル－２，２，３，３－テトラフルオロプロピールエーテル（ＦＥＰ）、ＬｉＰＦ６、ＬｉＦＤＯＢ、ＬｉＣｌＯ４、ＬｉＴｆ、ＬｉＴＦＳｉ、ＬｉＡｓＦ６、エチレンカーボネート（ＥＣ）、炭酸ジエチル（ＤＥＣ）、炭酸ジメチル（ＤＭＣ）、およびエチルメチルカーボネート（ＥＭＣ）、またはそれらの任意の組み合わせを含む。いくつかの実施形態では、耐火性電解液は、ＳＥＩ安定化剤添加剤をさらに含む。いくつかの実施形態では、ＳＥＩ安定化剤添加剤は、ビニレンカーボネート、ビニルエチレンカーボネート、エチレンカーボネート、フェニルエチレンカーボネート、プロピレンカーボネート、プロパンスルトン、プロペンスルトン、ＴＭＳＰｉ、ＴＭＳＢ、またはそれらの任意の組み合わせを含む。いくつかの実施形態では、耐火性電解液はフッ素化液体溶剤をさらに含む。いくつかの実施形態では、フッ素化液体溶剤は、ＰＶＦ（ポリフッ化ビニル）、ＰＶＤＦ（ポリフッ化ビニリデン）、ＰＴＦＥ（ポリテトラフルオロエチレン）、ＰＣＴＦＥ（ポリクロロトリフルオロエチレン）、ＰＦＡ、ＭＦＡ（パーフルオロアルコキシポリマー）、ＦＥＰ（フッ化エチレン－プロピレン）、ＥＴＦＥ（ポリエチレンテトラフルオロエチレン）、ＥＣＴＦＥ（ポリエチレンクロロトリフルオロエチレン）、ＦＦＰＭ／ＦＦＫＭ（過フッ素化エラストマー［パーフルオロエラストマー］）、ＦＰＭ／ＦＫＭ（フルオロカーボン［クロロトリフルオロエチレンビニリデンフロライド］）、ＦＥＰＭ（フルオロエラストマー［テトラフルオロエチレン－プロピレン］）、ＰＦＰＥ（パーフルオロポリエーテル）、ＰＦＳＡ（パーフルオロスルホン酸）、パーフルオロポリオキサン、またはそれらの任意の組み合わせを含む。
【0028】
いくつかの実施形態では、耐火性電解液中のガンマ－ブチロラクトンのｗ／ｗ割合は、約３０％～約９０％である。いくつかの実施形態では、耐火性電解液中のガンマ－ブチロラクトンのｗ／ｗ割合は、その増分を含む、約３０％～約３５％、約３０％～約４０％、約３０％～約４５％、約３０％～約５０％、約３０％～約５５％、約３０％～約６０％、約３０％～約６５％、約３０％～約７０％、約３０％～約７５％、約３０％～約８０％、約３０％～約９０％、約３５％～約４０％、約３５％～約４５％、約３５％～約５０％、約３５％～約５５％、約３５％～約６０％、約３５％～約６５％、約３５％～約７０％、約３５％～約７５％、約３５％～約８０％、約３５％～約９０％、約４０％～約４５％、約４０％～約５０％、約４０％～約５５％、約４０％～約６０％、約４０％～約６５％、約４０％～約７０％、約４０％～約７５％、約４０％～約８０％、約４０％～約９０％、約４５％～約５０％、約４５％～約５５％、約４５％～約６０％、約４５％～約６５％、約４５％～約７０％、約４５％～約７５％、約４５％～約８０％、約４５％～約９０％、約５０％～約５５％、約５０％～約６０％、約５０％～約６５％、約５０％～約７０％、約５０％～約７５％、約５０％～約８０％、約５０％～約９０％、約５５％～約６０％、約５５％～約６５％、約５５％～約７０％、約５５％～約７５％、約５５％～約８０％、約５５％～約９０％、約６０％～約６５％、約６０％～約７０％、約６０％～約７５％、約６０％～約８０％、約６０％～約９０％、約６５％～約７０％、約６５％～約７５％、約６５％～約８０％、約６５％～約９０％、約７０％～約７５％、約７０％～約８０％、約７０％～約９０％、約７５％～約８０％、約７５％～約９０％、または約８０％～９０％である。いくつかの実施形態では、耐火性電解液中のガンマ－ブチロラクトンのｗ／ｗ割合は、約３０％、約３５％、約４０％、約４５％、約５０％、約５５％、約６０％、約６５％、約７０％、約７５％、約８０％、または約９０％である。いくつかの実施形態では、耐火性電解液中のガンマ－ブチロラクトンのｗ／ｗ割合は、少なくとも約３０％、約３５％、約４０％、約４５％、約５０％、約５５％、約６０％、約６５％、約７０％、約７５％、、または約８０％である。いくつかの実施形態では、耐火性電解液中のガンマ－ブチロラクトンのｗ／ｗ割合は、最大で約３５％、約４０％、約４５％、約５０％、約５５％、約６０％、約６５％、約７０％、約７５％、約８０％、または約９０％である。
【0029】
いくつかの実施形態では、耐火性電解液中の１，１，２，２－テトラフルオロエチル－２，２，３，３－テトラフルオロプロピールエーテル（ＦＥＰ）のｗ／ｗ割合は、約５％～約５０％である。いくつかの実施形態では耐火性電解液中の１，１，２，２－テトラフルオロエチル－２，２，３，３－テトラフルオロプロピールエーテル（ＦＥＰ）のｗ／ｗ割合は、その増分を含む、約５％～約１０％、約５％～約１５％、約５％～約２０％、約５％～約２５％、約５％～約３０％、約５％～約３５％、約５％～約４０％、約５％～約４５％、約５％～約５０％、約１０％～約１５％、約１０％～約２０％、約１０％～約２５％、約１０％～約３０％、約１０％～約３５％、約１０％～約４０％、約１０％～約４５％、約１０％～約５０％、約１５％～約２０％、約１５％～約２５％、約１５％～約３０％、約１５％～約３５％、約１５％～約４０％、約１５％～約４５％、約１５％～約５０％、約２０％～約２５％、約２０％～約３０％、約２０％～約３５％、約２０％～約４０％、約２０％～約４５％、約２０％～約５０％、約２５％～約３０％、約２５％～約３５％、約２５％～約４０％、約２５％～約４５％、約２５％～約５０％、約３０％～約３５％、約３０％～約４０％、約３０％～約４５％、約３０％～約５０％、約３５％～約４０％、約３５％～約４５％、約３５％～約５０％、約４０％～約４５％、約４０％～約５０％、約４５％～約５０％である。いくつかの実施形態では、耐火性電解液中の１，１，２，２－テトラフルオロエチル－２，２，３，３－テトラフルオロプロピールエーテル（ＦＥＰ）のｗ／ｗ割合は、約５％、約１０％、約１５％、約２０％、約２５％、約３０％、約３５％、約４０％、約４５％、または約５０％である。いくつかの実施形態では、耐火性電解液中の１，１，２，２－テトラフルオロエチル－２，２，３，３－テトラフルオロプロピールエーテル（ＦＥＰ）のｗ／ｗ割合は、約５％、約１０％、約１５％、約２０％、約２５％、約３０％、約３５％、約４０％、または約４５％である。いくつかの実施形態では、耐火性電解液中の１，１，２，２－テトラフルオロエチル－２，２，３，３－テトラフルオロプロピールエーテル（ＦＥＰ）のｗ／ｗ割合は、最大で約１０％、約１５％、約２０％、約２５％、約３０％、約３５％、約４０％、約４５％、または約５０％である。
【0030】
いくつかの実施形態では、耐火性電解液中のリチウムテトラフルオロボレート（ＬｉＢＦ４）のｗ／ｗ割合は、約１％～約２０％である。いくつかの実施形態では、耐火性電解液中のリチウムテトラフルオロボレート（ＬｉＢＦ４）のｗ／ｗ割合は、その増分を含む、約１％～約２％、約１％～約３％、約１％～約４％、約１％～約５％、約１％～約６％、約１％～約８％、約１％～約１０％、約１％～約１２％、約１％～約１４％、約１％～約１６％、約１％～約２０％、約２％～約３％、約２％～約４％、約２％～約５％、約２％～約６％、約２％～約８％、約２％～約１０％、約２％～約１２％、約２％～約１４％、約２％～約１６％、約２％～約２０％、約３％～約４％、約３％～約５％、約３％～約６％、約３％～約８％、約３％～約１０％、約３％～約１２％、約３％～約１４％、約３％～約１６％、約３％～約２０％、約４％～約５％、約４％～約６％、約４％～約８％、約４％～約１０％、約４％～約１２％、約４％～約１４％、約４％～約１６％、約４％～約２０％、約５％～約６％、約５％～約８％、約５％～約１０％、約５％～約１２％、約５％～約１４％、約５％～約１６％、約５％～約２０％、約６％～約８％、約６％～約１０％、約６％～約１２％、約６％～約１４％、約６％～約１６％、約６％～約２０％、約８％～約１０％、約８％～約１２％、約８％～約１４％、約８％～約１６％、約８％～約２０％、約１０％～約１２％、約１０％～約１４％、約１０％～約１６％、約１０％～約２０％、約１２％～約１４％、約１２％～約１６％、約１２％～約２０％、約１４％～約１６％、約１４％～約２０％、または約１６％～約２０％である。いくつかの実施形態では、耐火性電解液中のリチウムテトラフルオロボレート（ＬｉＢＦ４）のｗ／ｗ割合は、約１％、約２％、約３％、約４％、約５％、約６％、約８％、約１０％、約１２％、約１４％、約１６％、または約２０％である。いくつかの実施形態では、耐火性電解液中のリチウムテトラフルオロボレート（ＬｉＢＦ４）のｗ／ｗ割合は、少なくとも約１％、約２％、約３％、約４％、約５％、約６％、約８％、約１０％、約１２％、約１４％、または約１６％である。いくつかの実施形態では、耐火性電解液中のリチウムテトラフルオロボレート（ＬｉＢＦ４）のｗ／ｗ割合は、最大で約２％、約３％、約４％、約５％、約６％、約８％、約１０％、約１２％、約１４％、約１６％、または約２０％である。
【0031】
いくつかの実施形態では、耐火性電解液中の１，３－ジオキソール－２－オン（ＶＣ）または４－ビニル－１，３－ジオキソラン－２－オン（ＶＥＣ）のｗ／ｗ割合は、約０．１％～約１０％である。いくつかの実施形態では、耐火性電解液中の１，３－ジオキソール－２－オン（ＶＣ）または４－ビニル－１，３－ジオキソラン－２－オン（ＶＥＣ）のｗ／ｗ割合は、その増分を含む、約０．１％～約０．２％、約０．１％～約０．５％、約０．１％～約１％、約０．１％～約２％、約０．１％～約３％、約０．１％～約４％、約０．１％～約５％、約０．１％～約６％、約０．１％～約７％、約０．１％～約８％、約０．１％～約１０％、約０．２％～約０．５％、約０．２％～約１％、約０．２％～約２％、約０．２％～約３％、約０．２％～約４％、約０．２％～約５％、約０．２％～約６％、約０．２％～約７％、約０．２％～約８％、約０．２％～約１０％、約０．５％～約１％、約０．５％～約２％、約０．５％～約３％、約０．５％～約４％、約０．５％～約５％、約０．５％～約６％、約０．５％～約７％、約０．５％～約８％、約０．５％～約１０％、約１％～約２％、約１％～約３％、約１％～約４％、約１％～約５％、約１％～約６％、約１％～約７％、約１％～約８％、約１％～約１０％、約２％～約３％、約２％～約４％、約２％～約５％、約２％～約６％、約２％～約７％、約２％～約８％、約２％～約１０％、約３％～約４％、約３％～約５％、約３％～約６％、約３％～約７％、約３％～約８％、約３％～約１０％、約４％～約５％、約４％～約６％、約４％～約７％、約４％～約８％、約４％～約１０％、約５％～約６％、約５％～約７％、約５％～約８％、約５％～約１０％、約６％～約７％、約６％～約８％、約６％～約１０％、約７％～約８％、約７％～約１０％、または約８％～約１０％である。いくつかの実施形態では、耐火性電解液中の１，３－ジオキソール－２－オン（ＶＣ）または４－ビニル－１，３－ジオキソラン－２－オン（ＶＥＣ）のｗ／ｗ割合は、約０．１％、約０．２％、約０．５％、約１％、約２％、約３％、約４％、約５％、約６％、約７％、約８％、または約１０％である。いくつかの実施形態では、耐火性電解液中の１，３－ジオキソール－２－オン（ＶＣ）または４－ビニル－１，３－ジオキソラン－２－オン（ＶＥＣ）のｗ／ｗ割合は、少なくとも約０．１％、約０．２％、約０．５％、約１％、約２％、約３％、約４％、約５％、約６％、約７％、または約８％である。いくつかの実施形態では、耐火性電解液中の１，３－ジオキソール－２－オン（ＶＣ）または４－ビニル－１，３－ジオキソラン－２－オン（ＶＥＣ）のｗ／ｗ割合は、最大で約０．２％、約０．５％、約１％、約２％、約３％、約４％、約５％、約６％、約７％、約８％、または約１０％である。
【0032】
いくつかの実施形態では、割合耐火性電解液中のリチウムビス（オキサラト）ボレート（ＬｉＢＯＢ）のｗ／ｗ割合は、約０．１％～約１０％である。いくつかの実施形態では、割合耐火性電解液中のリチウムビス（オキサラト）ボレート（ＬｉＢＯＢ）のｗ／ｗ割合は、その増分を含む、約０．１％～約０．２％、約０．１％～約０．５％、約０．１％～約１％、約０．１％～約２％、約０．１％～約３％、約０．１％～約４％、約０．１％～約５％、約０．１％～約６％、約０．１％～約７％、約０．１％～約８％、約０．１％～約１０％、約０．２％～約０．５％、約０．２％～約１％、約０．２％～約２％、約０．２％～約３％、約０．２％～約４％、約０．２％～約５％、約０．２％～約６％、約０．２％～約７％、約０．２％～約８％、約０．２％～約１０％、約０．５％～約１％、約０．５％～約２％、約０．５％～約３％、約０．５％～約４％、約０．５％～約５％、約０．５％～約６％、約０．５％～約７％、約０．５％～約８％、約０．５％～約１０％、約１％～約２％、約１％～約３％、約１％～約４％、約１％～約５％、約１％～約６％、約１％～約７％、約１％～約８％、約１％～約１０％、約２％～約３％、約２％～約４％、約２％～約５％、約２％～約６％、約２％～約７％、約２％～約８％、約２％～約１０％、約３％～約４％、約３％～約５％、約３％～約６％、約３％～約７％、約３％～約８％、約３％～約１０％、約４％～約５％、約４％～約６％、約４％～約７％、約４％～約８％、約４％～約１０％、約５％～約６％、約５％～約７％、約５％～約８％、約５％～約１０％、約６％～約７％、約６％～約８％、約６％～約１０％、約７％～約８％、約７％～約１０％、または約８％～約１０％である。いくつかの実施形態では、割合耐火性電解液中のリチウムビス（オキサラト）ボレート（ＬｉＢＯＢ）のｗ／ｗ割合は、約０．１％、約０．２％、約０．５％、約１％、約２％、約３％、約４％、約５％、約６％、約７％、約８％、または約１０％である。いくつかの実施形態では、割合耐火性電解液中のリチウムビス（オキサラト）ボレート（ＬｉＢＯＢ）のｗ／ｗ割合は、少なくとも約０．１％、約０．２％、約０．５％、約１％、約２％、約３％、約４％、約５％、約６％、約７％、または約８％である。いくつかの実施形態では、割合耐火性電解液中のリチウムビス（オキサラト）ボレート（ＬｉＢＯＢ）のｗ／ｗ割合は、最大で約０．２％、約０．５％、約１％、約２％、約３％、約４％、約５％、約６％、約７％、約８％、または約１０％である。
【0033】
負極
いくつかの実施形態では、負極は、黒鉛粉末から調製された黒鉛材料を含む。いくつかの実施形態では、黒鉛粉末は、メソカーボンマイクロビーズ、天然グラフェン、合成グラフェン、またはそれらの任意の組み合わせを含む。
いくつかの実施形態では、負極は、黒鉛粉末から調製された黒鉛材料を含む。いくつかの実施形態では、黒鉛粉末は、メソカーボンマイクロビーズ、天然グラフェン、合成グラフェン、またはそれらの任意の組み合わせを含む。
【0034】
いくつかの実施形態では、メソカーボンマイクロビーズ、天然グラフェン、合成グラフェン、またはそれらの任意の組み合わせの直径は、約５ミクロン～約５０ミクロンである。いくつかの実施形態では、メソカーボンマイクロビーズ、天然グラフェン、合成グラフェン、またはそれらの任意の組み合わせの直径は、その増分を含む、約５ミクロン～約１０ミクロン、約５ミクロン～約１５ミクロン、約５ミクロン～約２０ミクロン、約５ミクロン～約２５ミクロン、約５ミクロン～約３０ミクロン、約５ミクロン～約３５ミクロン、約５ミクロン～約４０ミクロン、約５ミクロン～約４５ミクロン、約５ミクロン～約５０ミクロン、約１０ミクロン～約１５ミクロン、約１０ミクロン～約２０ミクロン、約１０ミクロン～約２５ミクロン、約１０ミクロン～約３０ミクロン、約１０ミクロン～約３５ミクロン、約１０ミクロン～約４０ミクロン、約１０ミクロン～約４５ミクロン、約１０ミクロン～約５０ミクロン、約１５ミクロン～約２０ミクロン、約１５ミクロン～約２５ミクロン、約１５ミクロン～約３０ミクロン、約１５ミクロン～約３５ミクロン、約１５ミクロン～約４０ミクロン、約１５ミクロン～約４５ミクロン、約１５ミクロン～約５０ミクロン、約２０ミクロン～約２５ミクロン、約２０ミクロン～約３０ミクロン、約２０ミクロン～約３５ミクロン、約２０ミクロン～約４０ミクロン、約２０ミクロン～約４５ミクロン、約２０ミクロン～約５０ミクロン、約２５ミクロン～約３０ミクロン、約２５ミクロン～約３５ミクロン、約２５ミクロン～約４０ミクロン、約２５ミクロン～約４５ミクロン、約２５ミクロン～約５０ミクロン、約３０ミクロン～約３５ミクロン、約３０ミクロン～約４０ミクロン、約３０ミクロン～約４５ミクロン、約３０ミクロン～約５０ミクロン、約３５ミクロン～約４０ミクロン、約３５ミクロン～約４５ミクロン、約３５ミクロン～約５０ミクロン、約４０ミクロン～約４５ミクロン、約４０ミクロン～約５０ミクロン、または約４５ミクロン～約５０ミクロンである。いくつかの実施形態では、メソカーボンマイクロビーズ、天然グラフェン、合成グラフェン、またはそれらの任意の組み合わせの直径は、約５ミクロン、約１０ミクロン、約１５ミクロン、約２０ミクロン、約２５ミクロン、約３０ミクロン、約３５ミクロン、約４０ミクロン、約４５ミクロン、または約５０ミクロンである。いくつかの実施形態では、メソカーボンマイクロビーズ、天然グラフェン、合成グラフェン、またはそれらの任意の組み合わせの直径は、少なくとも約５ミクロン、約１０ミクロン、約１５ミクロン、約２０ミクロン、約２５ミクロン、約３０ミクロン、約３５ミクロン、約４０ミクロン、または約４５ミクロンである。いくつかの実施形態では、メソカーボンマイクロビーズ、天然グラフェン、合成グラフェン、またはそれらの任意の組み合わせの直径は、最大で約１０ミクロン、約１５ミクロン、約２０ミクロン、約２５ミクロン、約３０ミクロン、約３５ミクロン、約４０ミクロン、約４５ミクロン、または約５０ミクロンである。
【0035】
いくつかの実施形態では、ＭＣＢＭは表面積が小さいため、電解液との副反応は最小限に抑えられ、リチウムイオンバッテリーは安定化させられる。いくつかの実施形態では、ＭＣＭＢの球状構造および高い電子導電率によって、低内部抵抗および高出力能力がもたらされる。
【0036】
いくつかの実施形態では、負極は黒鉛、カーボンブラック、親水性結合剤、カルボキシメチルセルロース、またはそれらの任意の組み合わせを含む。いくつかの実施形態では、親水性結合剤は、スチレンブタジエン（ＳＢＲ）、ポリフッ化ビニリデン（ＰＶＤＦ）、アルギン酸ナトリウム、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）、カルボキシメチルキトサンナトリウム（ＣＣＴＳ）、ポリアクリル酸（ＰＡＡ）、ポリスチレンスルホン酸（ＰＳＳ）、ポリビニルアルコール（ＰＶＡ）、ポリ（フルオレン）、ポリフェニレン、ポリピレン、ポリアズレン、ポリナフタレン、ポリ（アセチレン）、ポリ（ｐ－フェニレンビニレン）、ポリ（ピロール）（ＰＰＹ）、ポリカルバゾール、ポリインドール、ポリアゼピン、ポリ（チオフェン）（ＰＴ）、ポリ（３，４－エチレンジオキシチオフェン）（ＰＥＤＯＴ）、ポリ（ｐ－フェニレンサルファイド）（ＰＰＳ）、ポリアニリン（ＰＡＮＩ）、またはそれらの任意の組み合わせを含む。
【0037】
いくつかの実施形態では、負極は、約７０％～約９５％のｗ／ｗ濃度の黒鉛を含む。いくつかの実施形態では、負極は、その増分を含む、約７０％～約７５％、約７０％～約８０％、約７０％～約８５％、約７０％～約９０％、約７０％～約９５％、約７５％～約８０％、約７５％～約８５％、約７５％～約９０％、約７５％～約９５％、約８０％～約８５％、約８０％～約９０％、約８０％～約９５％、約８５％～約９０％、約８５％～約９５％、または約９０％～約９５％のｗ／ｗ濃度の黒鉛を含む。いくつかの実施形態では、負極は、約７０％、約７５％、約８０％、約８５％、約９０％、または約９５％のｗ／ｗ濃度の黒鉛を含む。いくつかの実施形態では、負極は、少なくとも約７０％、約７５％、約８０％、約８５％、または約９０％のｗ／ｗ濃度の黒鉛を含む。いくつかの実施形態では、負極は、最大で約７５％、約８０％、約８５％、約９０％、または約９５％のｗ／ｗ濃度の黒鉛を含む。
【0038】
いくつかの実施形態では、負極は、約１％～約５％のｗ／ｗ濃度のカーボンブラックを含む。いくつかの実施形態では、負極は、その増分を含む、約１％～約１．５％、約１％～約２％、約１％～約２．５％、約１％～約３％、約１％～約３．５％、約１％～約４％、約１％～約４．５％、約１％～約５％、約１．５％～約２％、約１．５％～約２．５％、約１．５％～約３％、約１．５％～約３．５％、約１．５％～約４％、約１．５％～約４．５％、約１．５％～約５％、約２％～約２．５％、約２％～約３％、約２％～約３．５％、約２％～約４％、約２％～約４．５％、約２％～約５％、約２．５％～約３％、約２．５％～約３．５％、約２．５％～約４％、約２．５％～約４．５％、約２．５％～約５％、約３％～約３．５％、約３％～約４％、約３％～約４．５％、約３％～約５％、約３．５％～約４％、約３．５％～約４．５％、約３．５％～約５％、約４％～約４．５％、約４％～約５％、または約４．５％～約５％のｗ／ｗ濃度のカーボンブラックを含む。いくつかの実施形態において、負極は、約１％、約１．５％、約２％、約２．５％、約３％、約３．５％、約４％、約４．５％、または約５％のｗ／ｗ濃度のカーボンブラックを含む。いくつかの実施形態において、負極は、少なくとも約１％、約１．５％、約２％、約２．５％、約３％、約３．５％、約４％、または約４．５％のｗ／ｗ濃度のカーボンブラックを含む。いくつかの実施形態において、負極は、最大で約１．５％、約２％、約２．５％、約３％、約３．５％、約４％、約４．５％、または約５％のｗ／ｗ濃度のカーボンブラックを含む。
【0039】
いくつかの実施形態では、負極は、約１％～約１０％のｗ／ｗ濃度の親水性結合剤を含む。いくつかの実施形態では、負極は、その増分を含む、約１％～約２％、約１％～約３％、約１％～約４％、約１％～約５％、約１％～約６％、約１％～約７％、約１％～約８％、約１％～約９％、約１％～約１０％、約２％～約３％、約２％～約４％、約２％～約５％、約２％～約６％、約２％～約７％、約２％～約８％、約２％～約９％、約２％～約１０％、約３％～約４％、約３％～約５％、約３％～約６％、約３％～約７％、約３％～約８％、約３％～約９％、約３％～約１０％、約４％～約５％、約４％～約６％、約４％～約７％、約４％～約８％、約４％～約９％、約４％～約１０％、約５％～約６％、約５％～約７％、約５％～約８％、約５％～約９％、約５％～約１０％、約６％～約７％、約６％～約８％、約６％～約９％、約６％～約１０％、約７％～約８％、約７％～約９％、約７％～約１０％、約８％～約９％、約８％～約１０％、または約９％～約１０％のｗ／ｗ濃度の親水性結合剤を含む。いくつかの実施形態では、負極は、約１％、約２％、約３％、約４％、約５％、約６％、約７％、約８％、約９％、または約１０％のｗ／ｗ濃度の親水性結合剤を含む。いくつかの実施形態において、負極は、少なくとも約１％、約２％、約３％、約４％、約５％、約６％、約７％、約８％、または約９％のｗ／ｗ濃度の親水性結合剤を含む。いくつかの実施形態において、負極は、最大で約２％、約３％、約４％、約５％、約６％、約７％、約８％、約９％、または約１０％のｗ／ｗ濃度の親水性結合剤を含む。
【0040】
いくつかの実施形態では、負極は、約０．１％～約５％のｗ／ｗ濃度のカルボキシメチルセルロースを含む。いくつかの実施形態では、負極は、その増分を含む、約０．１％～約０．２％、約０．１％～約０．５％、約０．１％～約１％、約０．１％～約１．５％、約０．１％～約２％、約０．１％～約２．５％、約０．１％～約３％、約０．１％～約３．５％、約０．１％～約４％、約０．１％～約４．５％、約０．１％～約５％、約０．２％～約０．５％、約０．２％～約１％、約０．２％～約１．５％、約０．２％～約２％、約０．２％～約２．５％、約０．２％～約３％、約０．２％～約３．５％、約０．２％～約４％、約０．２％～約４．５％、約０．２％～約５％、約０．５％～約１％、約０．５％～約１．５％、約０．５％～約２％、約０．５％～約２．５％、約０．５％～約３％、約０．５％～約３．５％、約０．５％～約４％、約０．５％～約４．５％、約０．５％～約５％、約１％～約１．５％、約１％～約２％、約１％～約２．５％、約１％～約３％、約１％～約３．５％、約１％～約４％、約１％～約４．５％、約１％～約５％、約１．５％～約２％、約１．５％～約２．５％、約１．５％～約３％、約１．５％～約３．５％、約１．５％～約４％、約１．５％～約４．５％、約１．５％～約５％、約２％～約２．５％、約２％～約３％、約２％～約３．５％、約２％～約４％、約２％～約４．５％、約２％～約５％、約２．５％～約３％、約２．５％～約３．５％、約２．５％～約４％、約２．５％～約４．５％、約２．５％～約５％、約３％～約３．５％、約３％～約４％、約３％～約４．５％、約３％～約５％、約３．５％～約４％、約３．５％～約４．５％、約３．５％～約５％、約４％～約４．５％、約４％～約５％、または約４．５％～５％のｗ／ｗ濃度のカルボキシメチルセルロースを含む。いくつかの実施形態では、負極は、約０．１％、約０．２％、約０．５％、約１％、約１．５％、約２％、約２．５％、約３％、約３．５％、約４％、約４．５％、または約５％のｗ／ｗ濃度のカルボキシメチルセルロースを含む。いくつかの実施形態では、負極は、少なくとも約０．１％、約０．２％、約０．５％、約１％、約１．５％、約２％、約２．５％、約３％、約３．５％、約４％、または約４．５％のｗ／ｗ濃度のカルボキシメチルセルロースを含む。いくつかの実施形態では、負極は、最大で約０．２％、約０．５％、約１％、約１．５％、約２％、約２．５％、約３％、約３．５％、約４％、約４．５％、または約５％のｗ／ｗ濃度のカルボキシメチルセルロースを含む。
【0041】
いくつかの実施形態では、負極は、少なくとも約１００、１５０、２００、２５０、３００、または３４０ｍＡｈ／ｇの比容量を有する。いくつかの実施形態では、負極は、少なくとも約１、２、３、４、５、６、または７ｍＡｈ／ｃｍ２の面容量を有する。いくつかの実施形態では、負極は、少なくとも約５、１０、１５、または２０ｍｇ／ｃｍ２の負荷質量を有する。いくつかの実施形態では、負極は、約０．５～約３ｇ／ｃｍ３、約１～約３ｇ／ｃｍ３、約１～約２ｇ／ｃｍ３、または約１．５～約１．７ｇ／ｃｍ３の記録密度を有する。
【0042】
正極
いくつかの実施形態では、本明細書に開示されるエネルギー貯蔵デバイスは正極を含む。いくつかの実施形態では、正極は、リチウム・ニッケルコバルト酸化アルミニウム（ＮＣＡ）正極である。いくつかの実施形態では、正極は、ニッケル：コバルト：マンガン（ＮＭＣ）正極である。いくつかの実施形態では、正極はコバルト酸リチウムを含む。いくつかの実施形態では、正極は、ポリフッ化ビニリデン（ＰＶＤＦ）、カーボンブラック、グラフェン、またはそれらの任意の組み合わせを含む。いくつかの実施形態では、ポリフッ化ビニリデン（ＰＶＤＦ）は、Ｎ－メチル－２－ピロリドン溶剤中に存在する。いくつかの実施形態では、グラフェンは、還元型酸化グラフェン分散液を含む。
いくつかの実施形態では、本明細書に開示されるエネルギー貯蔵デバイスは正極を含む。いくつかの実施形態では、正極は、リチウム・ニッケルコバルト酸化アルミニウム（ＮＣＡ）正極である。いくつかの実施形態では、正極は、ニッケル：コバルト：マンガン（ＮＭＣ）正極である。いくつかの実施形態では、正極はコバルト酸リチウムを含む。いくつかの実施形態では、正極は、ポリフッ化ビニリデン（ＰＶＤＦ）、カーボンブラック、グラフェン、またはそれらの任意の組み合わせを含む。いくつかの実施形態では、ポリフッ化ビニリデン（ＰＶＤＦ）は、Ｎ－メチル－２－ピロリドン溶剤中に存在する。いくつかの実施形態では、グラフェンは、還元型酸化グラフェン分散液を含む。
【0043】
いくつかの実施形態では、ｒＧＯは、充放電中に電極の導電性および機械的強度を向上させる。いくつかの実施形態では、ｒＧＯは、操作時の体積変化中のクラックを防止することによって、電極の構造的完全性を保持する。いくつかの実施形態では、ｒＧＯは、粉末形態で製造され、その後、三次元ネットワークを生成するために溶液中で処理される。いくつかの実施形態では、ｒＧＯ粉末は、熱還元、マイクロウェーブ、還元、またはその両方によって製造される。
【0044】
いくつかの実施形態では、正極は、約７０％～約９９％のｗ／ｗ濃度のコバルト酸リチウムを含む。いくつかの実施形態では、正極は、その増分を含む、約７０％～約７５％、約７０％～約８０％、約７０％～約８５％、約７０％～約９０％、約７０％～約９５％、約７０％～約９９％、約７５％～約８０％、約７５％～約８５％、約７５％～約９０％、約７５％～約９５％、約７５％～約９９％、約８０％～約８５％、約８０％～約９０％、約８０％～約９５％、約８０％～約９９％、約８５％～約９０％、約８５％～約９５％、約８５％～約９９％、約９０％～約９５％、約９０％～約９９％、または約９５％～約９９％のｗ／ｗ濃度のコバルト酸リチウムを含む。いくつかの実施形態では、正極は、約７０％、約７５％、約８０％、約８５％、約９０％、約９５％、または約９９％のｗ／ｗ濃度のコバルト酸リチウムを含む。いくつかの実施形態では、正極は、少なくとも約７０％、約７５％、約８０％、約８５％、約９０％、または約９５％のｗ／ｗ濃度のコバルト酸リチウムを含む。いくつかの実施形態では、正極は、最大で約７５％、約８０％、約８５％、約９０％、約９５％、または約９９％のｗ／ｗ濃度のコバルト酸リチウムを含む。
【0045】
いくつかの実施形態では、正極は、約０．５％～約５％のｗ／ｗ濃度のポリフッ化ビニリデン（ＰＶＤＦ）を含む。いくつかの実施形態では、正極は、その増分を含む、約０．５％～約１％、約０．５％～約１．５％、約０．５％～約２％、約０．５％～約２．５％、約０．５％～約３％、約０．５％～約３．５％、約０．５％～約４％、約０．５％～約４．５％、約０．５％～約５％、約１％～約１．５％、約１％～約２％、約１％～約２．５％、約１％～約３％、約１％～約３．５％、約１％～約４％、約１％～約４．５％、約１％～約５％、約１．５％～約２％、約１．５％～約２．５％、約１．５％～約３％、約１．５％～約３．５％、約１．５％～約４％、約１．５％～約４．５％、約１．５％～約５％、約２％～約２．５％、約２％～約３％、約２％～約３．５％、約２％～約４％、約２％～約４．５％、約２％～約５％、約２．５％～約３％、約２．５％～約３．５％、約２．５％～約４％、約２．５％～約４．５％、約２．５％～約５％、約３％～約３．５％、約３％～約４％、約３％～約４．５％、約３％～約５％、約３．５％～約４％、約３．５％～約４．５％、約３．５％～約５％、約４％～約４．５％、約４％～約５％、または約４．５％～約５％のｗ／ｗ濃度のポリフッ化ビニリデン（ＰＶＤＦ）を含む。いくつかの実施形態では、正極は、約０．５％、約１％、約１．５％、約２％、約２．５％、約３％、約３．５％、約４％、約４．５％、または約５％のｗ／ｗ濃度のポリフッ化ビニリデン（ＰＶＤＦ）を含む。いくつかの実施形態では、正極は、少なくとも約０．５％、約１％、約１．５％、約２％、約２．５％、約３％、約３．５％、約４％、または約４．５％のｗ／ｗ濃度のポリフッ化ビニリデン（ＰＶＤＦ）を含む。いくつかの実施形態では、正極は、最大で約１％、約１．５％、約２％、約２．５％、約３％、約３．５％、約４％、約４．５％、または約５％のｗ／ｗ濃度のポリフッ化ビニリデン（ＰＶＤＦ）を含む。
【0046】
いくつかの実施形態では、正極は、約０．１％～約５％のｗ／ｗ濃度のカーボンブラックを含む。いくつかの実施形態では、正極は、その増分を含む、約０．５％～約１％、約０．５％～約１．５％、約０．５％～約２％、約０．５％～約２．５％、約０．５％～約３％、約０．５％～約３．５％、約０．５％～約４％、約０．５％～約４．５％、約０．５％～約５％、約０．５％～約０．１％、約１％～約１．５％、約１％～約２％、約１％～約２．５％、約１％～約３％、約１％～約３．５％、約１％～約４％、約１％～約４．５％、約１％～約５％、約１％～約０．１％、約１．５％～約２％、約１．５％～約２．５％、約１．５％～約３％、約１．５％～約３．５％、約１．５％～約４％、約１．５％～約４．５％、約１．５％～約５％、約１．５％～約０．１％、約２％～約２．５％、約２％～約３％、約２％～約３．５％、約２％～約４％、約２％～約４．５％、約２％～約５％、約２％～約０．１％、約２．５％～約３％、約２．５％～約３．５％、約２．５％～約４％、約２．５％～約４．５％、約２．５％～約５％、約２．５％～約０．１％、約３％～約３．５％、約３％～約４％、約３％～約４．５％、約３％～約５％、約３％～約０．１％、約３．５％～約４％、約３．５％～約４．５％約３．５％～約５％、約３．５％～約０．１％、約４％～約４．５％、約４％～約５％、約４％～約０．１％、約４．５％～約５％、約４．５％～約０．１％、または約５％～約０．１％のｗ／ｗ濃度のカーボンブラックを含む。いくつかの実施形態では、正極は、約０．５％、約１％、約１．５％、約２％、約２．５％、約３％、約３．５％、約４％、約４．５％、約５％、または約０．１％のｗ／ｗ濃度のカーボンブラックを含む。いくつかの実施形態では、正極は、少なくとも約０．５％、約１％、約１．５％、約２％、約２．５％、約３％、約３．５％、約４％、約４．５％、または約５％のｗ／ｗ濃度のカーボンブラックを含む。いくつかの実施形態では、正極は、最大で約１％、約１．５％、約２％、約２．５％、約３％、約３．５％、約４％、約４．５％、約５％、または約０．１％のｗ／ｗ濃度のカーボンブラックを含む。
【0047】
いくつかの実施形態では、正極は、約０．００１％～約５％のｗ／ｗ濃度のグラフェンを含む。いくつかの実施形態では、正極は、その増分を含む、約０．００１％～約０．００５％、約０．００１％～約０．０１％、約０．００１％～約０．０５％、約０．００１％～約０．１％、約０．００１％～約０．５％、約０．００１％～約１％、約０．００１％～約２％、約０．００１％～約３％、約０．００１％～約４％、約０．００１％～約５％、約０．００５％～約０．０１％、約０．００５％～約０．０５％、約０．００５％～約０．１％、約０．００５％～約０．５％、約０．００５％～約１％、約０．００５％～約２％、約０．００５％～約３％、約０．００５％～約４％、約０．００５％～約５％、約０．０１％～約０．０５％、約０．０１％～約０．１％、約０．０１％～約０．５％、約０．０１％～約１％、約０．０１％～約２％、約０．０１％～約３％、約０．０１％～約４％、約０．０１％～約５％、約０．０５％～約０．１％、約０．０５％～約０．５％、約０．０５％～約１％、約０．０５％～約２％、約０．０５％～約３％、約０．０５％～約４％、約０．０５％～約５％、約０．１％～約０．５％、約０．１％～約１％、約０．１％～約２％、約０．１％～約３％、約０．１％～約４％、約０．１％～約５％、約０．５％～約１％、約０．５％～約２％、約０．５％～約３％、約０．５％～約４％、約０．５％～約５％、約１％～約２％、約１％～約３％、約１％～約４％、約１％～約５％、約２％～約３％、約２％～約４％、約２％～約５％、約３％～約４％、約３％～約５％、または、４％～約５％のｗ／ｗ濃度のグラフェンを含む。いくつかの実施形態では、正極は、約０．００１％、約０．００５％、約０．０１％、約０．０５％、約０．１％、約０．５％、約１％、約２％、約３％、約４％、または約５％のｗ／ｗ濃度のグラフェンを含む。いくつかの実施形態では、正極は、少なくとも約０．００１％、約０．００５％、約０．０１％、約０．０５％、約０．１％、約０．５％、約１％、約２％、約３％、または約４％のｗ／ｗ濃度のグラフェンを含む。いくつかの実施形態では、正極は、最大で約０．００５％、約０．０１％、約０．０５％、約０．１％、約０．５％、約１％、約２％、約３％、約４％、または約５％のｗ／ｗ濃度のグラフェンを含む。
【0048】
いくつかの実施形態では、ポリフッ化ビニリデン（ＰＶＤＦ）はＮ－メチル－２－ピロリドン溶剤中に存在する。いくつかの実施形態では、グラフェンは、還元型酸化グラフェン分散液を含む。いくつかの実施形態では、正極はニッケル：コバルト：マンガン正極である。
【0049】
いくつかの実施形態では、正極は、Ｎｉ：Ｃｏ：Ｍｎを約５：２：３の比で含む。いくつかの実施形態では、正極はＮｉ：Ｃｏ：Ｍｎを、約５：２：３、５：１：３、５：３：３、５：２：４、５：１：４、５：３：４、４：２：３、４：１：３、４：３：３、４：２：４、４：１：４、４：３：４、６：２：３、６：１：３、６：３：３、６：２：４、６：１：４、または６：３：４の比で含む。
【0050】
いくつかの実施形態では、リチウムイオンエネルギー貯蔵デバイスは電気自動車バッテリーとして構成される。いくつかの実施形態では、正極はリチウム・ニッケルコバルト酸化アルミニウム（ＮＣＡ）正極である。いくつかの実施形態では、正極は、ニッケル：コバルト：酸化アルミニウムのｗ／ｗ濃度が、リチウム・ニッケルコバルト酸化アルミニウムの３０％ｗ／ｗ～９０％ｗ／ｗであり、およびリチウムのｗ／ｗ濃度が約１％～約１５％である。
【0051】
いくつかの実施形態では、正極は、リチウム・ニッケルコバルト酸化アルミニウムのｗ／ｗ濃度が約３０％～約９０％である。いくつかの実施形態では、正極は、リチウム・ニッケルコバルト酸化アルミニウムのｗ／ｗ濃度が、その増分を含む、約３０％～約３５％、約３０％～約４０％、約３０％～約４５％、約３０％～約５０％、約３０％～約５５％、約３０％～約６０％、約３０％～約６５％、約３０％～約７０％、約３０％～約８０％、約３０％～約９０％、約３５％～約４０％、約３５％～約４５％、約３５％～約５０％、約３５％～約５５％、約３５％～約６０％、約３５％～約６５％、約３５％～約７０％、約３５％～約８０％、約３５％～約９０％、約４０％～約４５％、約４０％～約５０％、約４０％～約５５％、約４０％～約６０％、約４０％～約６５％、約４０％～約７０％、約４０％～約８０％、約４０％～約９０％、約４５％～約５０％、約４５％～約５５％、約４５％～約６０％、約４５％～約６５％、約４５％～約７０％、約４５％～約８０％、約４５％～約９０％、約５０％～約５５％、約５０％～約６０％、約５０％～約６５％、約５０％～約７０％、約５０％～約８０％、約５０％～約９０％、約５５％～約６０％、約５５％～約６５％、約５５％～約７０％、約５５％～約８０％、約５５％～約９０％、約６０％～約６５％、約６０％～約７０％、約６０％～約８０％、約６０～約９０％、約６５％～約７０％、約６５％～約８０％、約６５％～約９０％、約７０％～約８０％、約７０％～約９０％、または、８０％～約９０％である。いくつかの実施形態では、正極は、リチウム・ニッケルコバルト酸化アルミニウムのｗ／ｗ濃度が約３０％、約３５％、約４０％、約４５％、約５０％、約５５％、約６０％、約６５％、約７０％、約８０％、または約９０％である。いくつかの実施形態では、正極は、リチウム・ニッケルコバルト酸化アルミニウムのｗ／ｗ濃度が少なくとも約３０％、約３５％、約４０％、約４５％、約５０％、約５５％、約６０％、約６５％、約７０％、または約８０％である。いくつかの実施形態では、正極は、リチウム・ニッケルコバルト酸化アルミニウムのｗ／ｗ濃度が最大で約３５％、約４０％、約４５％、約５０％、約５５％、約６０％、約６５％、約７０％、約８０％、または約９０％である。
【0052】
いくつかの実施形態では、正極は、リチウムのｗ／ｗ濃度が約１％～約１５％である。いくつかの実施形態では、正極は、リチウムのｗ／ｗ濃度が、その増分を含む、約１％～約２％、約１％～約３％、約１％～約４％、約１％～約５％、約１％～約６％、約１％～約８％、約１％～約１０％、約１％～約１２％、約１％～約１５％、約２％～約３％、約２％～約４％、約２％～約５％、約２％～約６％、約２％～約８％、約２％～約１０％、約２％～約１２％、約２％～約１５％、約３％～約４％、約３％～約５％、約３％～約６％、約３％～約８％、約３％～約１０％、約３％～約１２％、約３％～約１５％、約４％～約５％、約４％～約６％、約４％～約８％、約４％～約１０％、約４％～約１２％、約４％～約１５％、約５％～約６％、約５％～約８％、約５％～約１０％、約５％～約１２％、約５％～約１５％、約６％～約８％、約６％～約１０％、約６％～約１２％、約６％～約１５％、約８％～約１０％、約８％～約１２％、約８％～約１５％、約１０％～約１２％、約１０％～約１５％、または約１２％～約１５％である。いくつかの実施形態では、正極は、リチウムのｗ／ｗ濃度が約１％、約２％、約３％、約４％、約５％、約６％、約８％、約１０％、約１２％、または約１５％である。いくつかの実施形態では、正極は、リチウムのｗ／ｗ濃度が少なくとも約１％、約２％、約３％、４％、約５％、約６％、約８％、約１０％、約、または約１２％である。いくつかの実施形態では、正極は、リチウムのｗ／ｗ濃度が最大で約２％、約３％、約４％、約５％、約６％、約８％、約１０％、約１２％、または約１５％である。
【0053】
いくつかの実施形態では、リチウムイオンエネルギー貯蔵デバイスは、少なくとも約１５００、１６００、１７００、１８００、１９００、２０００、２１００、２２００、または２４００ｍＡｈのレート容量を有する。いくつかの実施形態では、リチウムイオンエネルギー貯蔵デバイスは、少なくとも約２０００、２１００、２２００、２４００、２５００、２６００、２７００、または２８００ｍＡｈの容量を有する。いくつかの実施形態では、リチウムイオンエネルギー貯蔵デバイスには、少なくとも約２．５、２．６、２．７、２．８、２．９、３．０、３．１、３．２、３．３、３．４、３．５、３．６、３．７、または３．８Ｖの公称電圧を有する。いくつかの実施形態では、リチウムイオンエネルギー貯蔵デバイスは、最大で約２６、３０、４０、５０、６０、７０、８０、９０、または１００ｍΩの内部抵抗を有する。いくつかの実施形態では、リチウムイオンエネルギー貯蔵デバイスは、少なくとも約６５０、７００、７５０、８００、８５０、９００、９５０、または１０００のサイクル後に、少なくとも約６０％、６５％、７０％、７５％、８０％、８５％、または９０％の容量を保持する。いくつかの実施形態では、リチウムイオンエネルギー貯蔵デバイスは、少なくとも約１００、１１０、１２０、１３０、１４０、１５０、１６０、１７０、１８０、１９０、２００、または２１０のＷｈ／ｋｇのエネルギー密度を有する。いくつかの実施形態では、リチウムイオンエネルギー貯蔵デバイスは、少なくとも約３００、３５０、４００、４５０、５００、または５５０Ｗｈ／Ｌのエネルギー密度を有する。
【0054】
いくつかの実施形態では、リチウムイオンエネルギー貯蔵デバイスの放電容量は、約０℃の温度での動作と約－２０℃の温度での動作との間で、最大で約３０％、２８％、２６％、２４％、２２％、または２０％減少する。いくつかの実施形態では、リチウムイオンエネルギー貯蔵デバイスの放電容量は、約２０℃の温度での動作と約０℃の温度での動作との間で、最大で約１０％、９％、８％、７％、６％、５％、４％、または３％減少する。いくつかの実施形態では、リチウムイオンエネルギー貯蔵デバイスは、釘刺し試験を通過するように構成されている。
【0055】
いくつかの実施形態では、リチウムイオンエネルギー貯蔵デバイスは、約０℃～約４５℃の温度で充電するように構成されている。いくつかの実施形態では、リチウムイオンエネルギー貯蔵デバイスは、その増分を含む、約０℃～約５℃、約０℃～約１０℃、約０℃～約１５℃、約０℃～約２０℃、約０℃～約２５℃、約０℃～約３０℃、約０℃～約３５℃、約０℃～約４０℃、約０℃～約４５℃、約５℃～約１０℃、約５℃～約１５℃、約５℃～約２０℃、約５℃～約２５℃、約５℃～約３０℃、約５℃～約３５℃、約５℃～約４０℃、約５℃～約４５℃、約１０℃～約１５℃、約１０℃～約２０℃、約１０℃～約２５℃、約１０℃～約３０℃、約１０℃～約３５℃、約１０℃～約４０℃、約１０℃～約４５℃、約１５℃～約２０℃、約１５℃～約２５℃、約１５℃～約３０℃、約１５℃～約３５℃、約１５℃～約４０℃、約１５℃～約４５℃、約２０℃～約２５℃、約２０℃～約３０℃、約２０℃～約３５℃、約２０℃～約４０℃、約２０℃～約４５℃、約２５℃～約３０℃、約２５℃～約３５℃、約２５℃～約４０℃、約２５℃～約４５℃、約３０℃～約３５℃、約３０℃～約４０℃、約３０℃～約４５℃、約３５℃～約４０℃、約３５℃～約４５℃、または約４０℃～約４５℃の温度で充電するように構成されている。
【0056】
いくつかの実施形態では、リチウムイオンエネルギー貯蔵デバイスは、約０℃～約６５℃の温度で放電するように構成されている。いくつかの実施形態では、リチウムイオンエネルギー貯蔵デバイスは、その増分を含む、約０℃～約５℃、約０℃～約１０℃、約０℃～約１５℃、約０℃～約２０℃、約０℃～約２５℃、約０℃～約３０℃、約０℃～約４０℃、約０℃～約５０℃、約０℃～約６５℃、約５℃～約１０℃、約５℃～約１５℃、約５℃～約２０℃、約５℃～約２５℃、約５℃～約３０℃、約５℃～約４０℃、約５℃～約５０℃、約５℃～約６５℃、約１０℃～約１５℃、約１０℃～約２０℃、約１０℃～約２５℃、約１０℃～約３０℃、約１０℃～約４０℃、約１０℃～約５０℃、約１０℃～約６５℃、約１５℃～約２０℃、約１５℃～約２５℃、約１５℃～約３０℃、約１５℃～約４０℃、約１５℃～約５０℃、約１５℃～約６５℃、約２０℃～約２５℃、約２０℃～約３０℃、約２０℃～約４０℃、約２０℃～約５０℃、約２０℃～約６５℃、約２５℃～約３０℃、約２５℃～約４０℃、約２５℃～約５０℃、約２５℃～約６５℃、約３０℃～約４０℃、約３０℃～約５０℃、約３０℃～約６５℃、約４０℃～約５０℃、約４０℃～約６５℃、または約５０℃～約６５℃の温度で放電するように構成されている。
【0057】
いくつかの実施形態では、リチウムイオンエネルギー貯蔵デバイスは、約－２０℃～約５０℃の温度で保存されるように構成されている。いくつかの実施形態では、リチウムイオンエネルギー貯蔵デバイスは、その増分を含む、約－２０℃～約－１０℃、約－２０℃～約０℃、約－２０℃～約１０℃、約－２０℃～約２０℃、約－２０℃～約３０℃、約－２０℃～約４０℃、約－２０℃～約５０℃、約－１０℃～約０℃、約－１０℃～約１０℃、約－１０℃～約２０℃、約－１０℃～約３０℃、約－１０℃～約４０℃、約－１０℃～約５０℃、約０℃～約１０℃、約０℃～約２０℃、約０℃～約３０℃、約０℃～約４０℃、約０℃～約５０℃、約１０℃～約２０℃、約１０℃～約３０℃、約１０℃～約４０℃、約１０℃～約５０℃、約２０℃～約３０℃、約２０℃～約４０℃、約２０℃～約５０℃、約３０℃～約４０℃、約３０℃～約５０℃、または約４０℃～約５０℃の温度で保存されるように構成されている。
【0058】
いくつかの実施形態では、正極は、少なくとも約５０、６０、７０、８０、９０、１００、１１０、１２０、１３０、１４０、または１５０ｍＡｈ／ｇの比容量を有する。いくつかの実施形態では、正極は、少なくとも約１、２、３、４、５、または６ｍＡｈ／ｃｍ２の面容量を有する。いくつかの実施形態では、正極は、少なくとも約１０、１５、２０、２５、３０、３５、または４０ｍｇ／ｃｍ２の負荷質量を有する。いくつかの実施形態では、正極は、約１～約５ｇ／ｃｍ３、約２～約４ｇ／ｃｍ３、または約３．０および約３．６ｇ／ｃｍ３からの記録密度を有する。いくつかの実施形態では、正極は充電および放電に適する多孔性を有する。いくつかの実施形態では、負極は、少なくとも約１００、１５０、２００、２５０、３００、または３４０ｍＡｈ／ｃｍ２の比容量を有する。いくつかの実施形態では、負極は、少なくとも約１、２、３、４、５、６または７ｍＡｈ／ｃｍ２の面容量を有する。いくつかの実施形態では、負極は、少なくとも約５、１０、１５、または２０ｍｇ／ｃｍ２の負荷質量を有する。いくつかの実施形態では、負極は、約０．５～約３ｇ／ｃｍ３、約１～約３ｇ／ｃｍ３、約１～約２ｇ／ｃｍ３、または約１．５～約１．７ｇ／ｃｍ３の記録密度を有する。いくつかの実施形態では、約２．０ｇ／ｃｍ３～約５ｇ／ｃｍ３の正極の記録密度は、充放電に十分な多孔性を可能にする。
【0059】
電極を形成する方法
本明細書に提供されるのは、メソカーボンマイクロビーズ電極を形成する方法である。いくつかの実施形態では、方法は、メソカーボンマイクロビーズ（ＭＣＭＢ）、カーボンブラック、カルボキシメチルセルロース（ＣＭＣ）、親水性結合剤および水の混合物を形成進工程、およびその混合物を基板上に被覆する工程を含む。
本明細書に提供されるのは、メソカーボンマイクロビーズ電極を形成する方法である。いくつかの実施形態では、方法は、メソカーボンマイクロビーズ（ＭＣＭＢ）、カーボンブラック、カルボキシメチルセルロース（ＣＭＣ）、親水性結合剤および水の混合物を形成進工程、およびその混合物を基板上に被覆する工程を含む。
【0060】
いくつかの実施形態では、親水性結合剤は高分子結合剤である。いくつかの実施形態では、親水性結合剤は、スチレンブタジエンゴム（ＳＢＲ）、ポリフッ化ビニリデン（ＰＶＤＦ）、アルギン酸ナトリウム、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）、カルボキシメチルキトサンナトリウム（ＣＣＴＳ）、ポリアクリル酸（ＰＡＡ）、ポリスチレンスルホン酸（ＰＳＳ）、ポリビニルアルコール（ＰＶＡ）、ポリ（フルオレン）、ポリフェニレン、ポリピレン、ポリアズレン、ポリナフタレン、ポリ（アセチレン）、ポリ（ｐ－フェニレンビニレン）、ポリピロール（ＰＰＹ）、ポリカルバゾール、ポリインドール、ポリアゼピン、ポリ（チオフェン）（ＰＴ）、ポリ（３，４－エチレンジオキシチオフェン）（ＰＥＤＯＴ）、ポリ（ｐ－フェニレンサルファイド）（ＰＰＳ）、ポリアニリン（ＰＡＮＩ）、またはそれらの任意の組み合わせを含む。いくつかの実施形態では、基板は、銅箔、アルミニウム箔、ニッケル、自立型カーボンシート、黒鉛、グラフェン、カーボンナノチューブ、またはこれらの組み合わせである。いくつかの実施形態では、基板は純金属を含む。いくつかの実施形態では、基板はカーボンの層で被覆される。
【0061】
いくつかの実施形態では、混合物は、約８５％～約９９％のｗ／ｗ濃度のＭＣＭＢを含む。いくつかの実施形態では、混合物は、その増分を含む、約８５％～約８７％、約８５％～約８９％、約８５％～約９１％、約８５％～約９３％、約８５％～約９５％、約８５％～約９７％、約８５％～約９９％、約８７％～約８９％、約８７％～約９１％、約８７％～約９３％、約８７％～約９５％、約８７％～約９７％、約８７％～約９９％、約８９％～約９１％、約８９％～約９３％、約８９％～約９５％、約８９％～約９７％、約８９％～約９９％、約９１％～約９３％、約９１％～約９５％、約９１％～約９７％、約９１％～約９９％、約９３％～約９５％、約９３％～約９７％、約９３％～約９９％、約９５％～約９７％、約９５％～約９９％、または約９７％～約９９％のｗ／ｗ濃度のＭＣＭＢを含む。いくつかの実施形態では、混合物は、約８５％、約８７％、約８９％、約９１％、約９３％、約９５％、約９７％、または約９９％のｗ／ｗ濃度のＭＣＭＢを含む。いくつかの実施形態では、混合物は、少なくとも約８５％、約８７％、約８９％、９１％、約９３％、約９５％、または約９７％のｗ／ｗ濃度のＭＣＭＢを含む。いくつかの実施形態では、混合物は、最大で約８７％、約８９％、約９１％、約９３％、約９５％、約９７％、または約９９％のｗ／ｗ濃度のＭＣＭＢを含む。
【0062】
いくつかの実施形態では、混合物は、約２％～約８％のｗ／ｗ濃度のカーボンブラックを含む。いくつかの実施形態では、混合物は、その増分を含む、約２％～約３％、約２％～約４％、約２％～約５％、約２％～約６％、約２％～約７％、約２％～約８％、約３％～約４％、約３％～約５％、約３％～約６％、約３％～約７％、約３％～約８％、約４％～約５％、約４％～約６％、約４％～約７％、約４％～約８％、約５％～約６％、約５％～約７％、約５％～約８％、約６％～約７％、約６％～約８％、または約７％～約８％のｗ／ｗ濃度のカーボンブラックを含む。いくつかの実施形態では、混合物は、約２％、約３％、約４％、５％、約６％、約７％、または約８％のｗ／ｗ濃度のカーボンブラックを含む。いくつかの実施形態では、混合物は、少なくとも約２％、約３％、約４％、約５％、約６％、または約７％のｗ／ｗ濃度のカーボンブラックを含む。いくつかの実施形態では、混合物は、最大で約３％、約４％、約５％、約６％、約７％、または約８％のｗ／ｗ濃度のカーボンブラックを含む。
【0063】
いくつかの実施形態では、混合物は、約０．１％～約０．８％のｗ／ｗ濃度のＣＭＣを含む。いくつかの実施形態では、混合物は、その増分を含む、約０．１％～約０．２％、約０．１％～約０．３％、約０．１％～約０．４％、約０．１％～約０．５％、約０．１％～約０．６％、約０．１％～約０．７％、約０．１％～約０．８％、約０．２％～約０．３％、約０．２％～約０．４％、約０．２％～約０．５％、約０．２％～約０．６％、約０．２％～約０．７％、約０．２％～約０．８％、約０．３％～約０．４％、約０．３％～約０．５％、約０．３％～約０．６％、約０．３％～約０．７％、約０．３％～約０．８％、約０．４％～約０．５％、約０．４％～約０．６％、約０．４％～約０．７％、約０．４％～約０．８％、約０．５％～約０．６％、約０．５％～約０．７％、約０．５％～約０．８％、約０．６％～約０．７％、約０．６％～約０．８％、または約０．７％～約０．８％のｗ／ｗ濃度のＣＭＣを含む。いくつかの実施形態では、混合物は、約０．１％、約０．２％、約０．３％、約０．４％、約０．５％、約０．６％、約０．７％、または約０．８％のｗ／ｗ濃度のＣＭＣを含む。いくつかの実施形態では、混合物は、少なくとも約０．１％、約０．２％、約０．３％、約０．４％、約０．５％、約０．６％、または約０．７％のｗ／ｗ濃度のＣＭＣを含む。いくつかの実施形態では、混合物は、最大で約０．２％、約０．３％、約０．４％、約０．５％、約０．６％、約０．７％、または約０．８％のｗ／ｗ濃度のＣＭＣを含む。
【0064】
いくつかの実施形態では、混合物は、約１％～約１０％のｗ／ｗ濃度の親水性結合剤を含む。いくつかの実施形態では、混合物は、その増分を含む、約１％～約２％、約１％～約３％、約１％～約４％、約１％～約５％、約１％～約６％、約１％～約７％、約１％～約８％、約１％～約９％、約１％～約１０％、約２％～約３％、約２％～約４％、約２％～約５％、約２％～約６％、約２％～約７％、約２％～約８％、約２％～約９％、約２％～約１０％、約３％～約４％、約３％～約５％、約３％～約６％、約３％～約７％、約３％～約８％、約３％～約９％、約３％～約１０％、約４％～約５％、約４％～約６％、約４％～約７％、約４％～約８％、約４％～約９％、約４％～約１０％、約５％～約６％、約５％～約７％、約５％～約８％、約５％～約９％、約５％～約１０％、約６％～約７％、約６％～約８％、約６％～約９％、約６％～約１０％、約７％～約８％、約７％～約９％、約７％～約１０％、約８％～約９％、約８％～約１０％、または約９％～約１０％のｗ／ｗ濃度の親水性結合剤を含む。いくつかの実施形態では、混合物は、約１％、約２％、約３％、約４％、約５％、約６％、約７％、約８％、約９％、または約１０％のｗ／ｗ濃度の親水性結合剤を含む。いくつかの実施形態では、混合物は含む、少なくとも約１％、約２％、約３％、約４％、約５％、約６％、約７％、約８％、または約９％のｗ／ｗ濃度の親水性結合剤を含む。いくつかの実施形態では、混合物は、最大で約２％、約３％、約４％、約５％、約６％、約７％、約８％、約９％、または約１０％のｗ／ｗ濃度の親水性結合剤を含む。
【0065】
いくつかの実施形態では、混合物は、基板上に被覆されたときの粘度が約１，０００ｍＰａ＊ｓ～約２，０００ｍＰａ＊ｓである。いくつかの実施形態では、混合物は、基板上に被覆されたときの粘度が、その増分を含む、約１，０００ｍＰａ＊ｓ～約１，１００ｍＰａ＊ｓ、約１，０００ｍＰａ＊ｓ～約１，２００ｍＰａ＊ｓ、約１，０００ｍＰａ＊ｓ～約１，３００ｍＰａ＊ｓ、約１，０００ｍＰａ＊ｓ～約１，４００ｍＰａ＊ｓ、約１，０００ｍＰａ＊ｓ～約１，５００ｍＰａ＊ｓ、約１，０００ｍＰａ＊ｓ～約１，６００ｍＰａ＊ｓ、約１，０００ｍＰａ＊ｓ～約１，７００ｍＰａ＊ｓ、約１，０００ｍＰａ＊ｓ～約１，８００ｍＰａ＊ｓ、約１，０００ｍＰａ＊ｓ～約１，９００ｍＰａ＊ｓ、約１，０００ｍＰａ＊ｓ～約２，０００ｍＰａ＊ｓ、約１，１００ｍＰａ＊ｓ～約１，２００ｍＰａ＊ｓ、約１，１００ｍＰａ＊ｓ～約１，３００ｍＰａ＊ｓ、約１，１００ｍＰａ＊ｓ～約１，４００ｍＰａ＊ｓ、約１，１００ｍＰａ＊ｓ～約１，５００ｍＰａ＊ｓ、約１，１００ｍＰａ＊ｓ～約１，６００ｍＰａ＊ｓ、約１，１００ｍＰａ＊ｓ～約１，７００ｍＰａ＊ｓ、約１，１００ｍＰａ＊ｓ～約１，８００ｍＰａ＊ｓ、約１，１００ｍＰａ＊ｓ～約１，９００ｍＰａ＊ｓ、約１，１００ｍＰａ＊ｓ～約２，０００ｍＰａ＊ｓ、約１，２００ｍＰａ＊ｓ～約１，３００ｍＰａ＊ｓ、約１，２００ｍＰａ＊ｓ～約１，４００ｍＰａ＊ｓ、約１，２００ｍＰａ＊ｓ～約１，５００ｍＰａ＊ｓ、約１，２００ｍＰａ＊ｓ～約１，６００ｍＰａ＊ｓ、約１，２００ｍＰａ＊ｓ～約１，７００ｍＰａ＊ｓ、約１，２００ｍＰａ＊ｓ～約１，８００ｍＰａ＊ｓ、約１，２００ｍＰａ＊ｓ～約１，９００ｍＰａ＊ｓ、約１，２００ｍＰａ＊ｓ～約２，０００ｍＰａ＊ｓ、約１，３００ｍＰａ＊ｓ～約１，４００ｍＰａ＊ｓ、約１，３００ｍＰａ＊ｓ～約１，５００ｍＰａ＊ｓ、約１，３００ｍＰａ＊ｓ～約１，６００ｍＰａ＊ｓ、約１，３００ｍＰａ＊ｓ～約１，７００ｍＰａ＊ｓ、約１，３００ｍＰａ＊ｓ～約１，８００ｍＰａ＊ｓ、約１，３００ｍＰａ＊ｓ～約１，９００ｍＰａ＊ｓ、約１，３００ｍＰａ＊ｓ～約２，０００ｍＰａ＊ｓ、約１，４００ｍＰａ＊ｓ～約１，５００ｍＰａ＊ｓ、約１，４００ｍＰａ＊ｓ～約１，６００ｍＰａ＊ｓ、約１，４００ｍＰａ＊ｓ～約１，７００ｍＰａ＊ｓ、約１，４００ｍＰａ＊ｓ～約１，８００ｍＰａ＊ｓ、約１，４００ｍＰａ＊ｓ～約１，９００ｍＰａ＊ｓ、約１，４００ｍＰａ＊ｓ～約２，０００ｍＰａ＊ｓ、約１，５００ｍＰａ＊ｓ～約１，６００ｍＰａ＊ｓ、約１，５００ｍＰａ＊ｓ～約１，７００ｍＰａ＊ｓ、約１，５００ｍＰａ＊ｓ～約１，８００ｍＰａ＊ｓ、約１，５００ｍＰａ＊ｓ～約１，９００ｍＰａ＊ｓ、約１，５００ｍＰａ＊ｓ～約２，０００ｍＰａ＊ｓ、約１，６００ｍＰａ＊ｓ～約１，７００ｍＰａ＊ｓ、約１，６００ｍＰａ＊ｓ～約１，８００ｍＰａ＊ｓ、約１，６００ｍＰａ＊ｓ～約１，９００ｍＰａ＊ｓ、約１，６００ｍＰａ＊ｓ～約２，０００ｍＰａ＊ｓ、約１，７００ｍＰａ＊ｓ～約１，８００ｍＰａ＊ｓ、約１，７００ｍＰａ＊ｓ～約１，９００ｍＰａ＊ｓ、約１，７００ｍＰａ＊ｓ～約２，０００ｍＰａ＊ｓ、約１，８００ｍＰａ＊ｓ～約１，９００ｍＰａ＊ｓ、約１，８００ｍＰａ＊ｓ～約２，０００ｍＰａ＊ｓ、または約１，９００ｍＰａ＊ｓ～約２，０００ｍＰａ＊ｓである。いくつかの実施形態では、混合物は、基板上に被覆されたときの粘度が約１，０００ｍＰａ＊ｓ、約１，１００ｍＰａ＊ｓ、約１，２００ｍＰａ＊ｓ、約１，３００ｍＰａ＊ｓ、約１，４００ｍＰａ＊ｓ、約１，５００ｍＰａ＊ｓ、約１，６００ｍＰａ＊ｓ、約１，７００ｍＰａ＊ｓ、約１，８００ｍＰａ＊ｓ、約１，９００ｍＰａ＊ｓ、または２，０００ｍＰａ＊ｓである。いくつかの実施形態では、混合物は、基板上に被覆されたときの粘度が少なくとも約１，０００ｍＰａ＊ｓ、約１，１００ｍＰａ＊ｓ、約１，２００ｍＰａ＊ｓ、約１，３００ｍＰａ＊ｓ、約１，４００ｍＰａ＊ｓ、約１，５００ｍＰａ＊ｓ、約１，６００ｍＰａ＊ｓ、約１，７００ｍＰａ＊ｓ、約１，８００ｍＰａ＊ｓ、または１，９００ｍＰａ＊ｓである。いくつかの実施形態では、混合物は、基板上に被覆されたときの粘度が最大で約１，１００ｍＰａ＊ｓ、約１，２００ｍＰａ＊ｓ、約１，３００ｍＰａ＊ｓ、約１，４００ｍＰａ＊ｓ、約１，５００ｍＰａ＊ｓ、約１，６００ｍＰａ＊ｓ、約１，７００ｍＰａ＊ｓ、約１，８００ｍＰａ＊ｓ、約１，９００ｍＰａ＊ｓ、または２，０００ｍＰａ＊ｓである。
【0066】
本明細書に提供される別の態様は、コバルト酸リチウム電極を形成する方法である。いくつかの実施形態では、本方法は、コバルト酸リチウム（ＬＣＯ）、カーボンブラック、還元型酸化グラフェン分散液、親水性結合剤および溶媒の混合物を形成工程、および混合物を基板上に被覆する工程を含む。
【0067】
いくつかの実施形態では、親水性結合剤は、スチレンブタジエンゴム（ＳＢＲ）、ポリフッ化ビニリデン（ＰＶＤＦ）、アルギン酸ナトリウム、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）、カルボキシメチルキトサンナトリウム（ＣＣＴＳ）、ポリアクリル酸（ＰＡＡ）、ポリスチレンスルホン酸（ＰＳＳ）、ポリビニルアルコール（ＰＶＡ）、ポリ（フルオレン）、ポリフェニレン、ポリピレン、ポリアズレン、ポリナフタレン、ポリ（アセチレン）、ポリ（ｐ－フェニレンビニレン）、ポリ（ピロール）（ＰＰＹ）、ポリカルバゾール、ポリインドール、ポリアゼピン、ポリ（チオフェン）（ＰＴ）、ポリ（３，４－エチレンジオキシチオフェン）（ＰＥＤＯＴ）、ポリ（ｐ－フェニレンサルファイド）（ＰＰＳ）、ポリアニリン（ＰＡＮＩ）、またはそれらの任意の組み合わせを含む。いくつかの実施形態では、溶剤は、Ｎ－メチル－２－ピロリドン（ＮＭＰ）、水、ジメチルスルホキシド（ＤＭＳＯ）、またはそれらの任意の組み合わせを含む。いくつかの実施形態では、コバルト酸リチウムの少なくとも一部は粉体の形態である。いくつかの実施形態では、基板は、銅箔、アルミニウム箔、ニッケル、自立型カーボンシート、黒鉛、グラフェン、カーボンナノチューブ、またはこれらの組み合わせである。
【0068】
いくつかの実施形態では、混合物は、約８５％～約９９％のｗ／ｗ濃度のＭＣＭＢを含む。いくつかの実施形態では、混合物は、その増分を含む、約８５％～約８７％、約８５％～約８９％、約８５％～約９１％、約８５％～約９３％、約８５％～約９５％、約８５％～約９７％、約８５％～約９９％、約８７％～約８９％、約８７％～約９１％、約８７％～約９３％、約８７％～約９５％、約８７％～約９７％、約８７％～約９９％、約８９％～約９１％、約８９％～約９３％、約８９％～約９５％、約８９％～約９７％、約８９％～約９９％、約９１％～約９３％、約９１％～約９５％、約９１％～約９７％、約９１％～約９９％、約９３％～約９５％、約９３％～約９７％、約９３％～約９９％、約９５％～約９７％、約９５％～約９９％、または約９７％～約９９％のｗ／ｗ濃度のＭＣＭＢを含む。いくつかの実施形態では、混合物は、約８５％、約８７％、約８９％、約９１％、約９３％、約９５％、約９７％、または約９９％のｗ／ｗ濃度のＭＣＭＢを含む。いくつかの実施形態では、混合物は、少なくとも約８５％、約８７％、約８９％、９１％、約９３％、約９５％、または約９７％のｗ／ｗ濃度のＭＣＭＢを含む。いくつかの実施形態では、混合物は、最大で約８７％、約８９％、約９１％、約９３％、約９５％、約９７％、または約９９％のｗ／ｗ濃度のＭＣＭＢを含む。
【0069】
いくつかの実施形態では、混合物は、約２％～約８％のｗ／ｗ濃度のカーボンブラックを含む。いくつかの実施形態では、混合物は、その増分を含む、約２％～約３％、約２％～約４％、約２％～約５％、約２％～約６％、約２％～約７％、約２％～約８％、約３％～約４％、約３％～約５％、約３％～約６％、約３％～約７％、約３％～約８％、約４％～約５％、約４％～約６％、約４％～約７％、約４％～約８％、約５％～約６％、約５％～約７％、約５％～約８％、約６％～約７％、約６％～約８％、または約７％～約８％のｗ／ｗ濃度のカーボンブラックを含む。いくつかの実施形態では、混合物は、約２％、約３％、約４％、５％、約６％、約７％、または約８％のｗ／ｗ濃度のカーボンブラックを含む。いくつかの実施形態では、混合物は、少なくとも約２％、約３％、約４％、約５％、約６％、または約７％のｗ／ｗ濃度のカーボンブラックを含む。いくつかの実施形態では、混合物は、最大で約３％、約４％、約５％、約６％、約７％、または約８％のｗ／ｗ濃度のカーボンブラックを含む。
【0070】
いくつかの実施形態では、混合物は、約０．１％～約０．８％のｗ／ｗ濃度のＣＭＣを含む。いくつかの実施形態では、混合物は、その増分を含む、約０．１％～約０．２％、約０．１％～約０．３％、約０．１％～約０．４％、約０．１％～約０．５％、約０．１％～約０．６％、約０．１％～約０．７％、約０．１％～約０．８％、約０．２％～約０．３％、約０．２％～約０．４％、約０．２％～約０．５％、約０．２％～約０．６％、約０．２％～約０．７％、約０．２％～約０．８％、約０．３％～約０．４％、約０．３％～約０．５％、約０．３％～約０．６％、約０．３％～約０．７％、約０．３％～約０．８％、約０．４％～約０．５％、約０．４％～約０．６％、約０．４％～約０．７％、約０．４％～約０．８％、約０．５％～約０．６％、約０．５％～約０．７％、約０．５％～約０．８％、約０．６％～約０．７％、約０．６％～約０．８％、または約０．７％～約０．８％のｗ／ｗ濃度のＣＭＣを含む。いくつかの実施形態では、混合物は、約０．１％、約０．２％、約０．３％、約０．４％、約０．５％、約０．６％、約０．７％、または約０．８％のｗ／ｗ濃度のＣＭＣを含む。いくつかの実施形態では、混合物は、少なくとも約０．１％、約０．２％、約０．３％、約０．４％、約０．５％、約０．６％、または約０．７％のｗ／ｗ濃度のＣＭＣを含む。いくつかの実施形態では、混合物は、最大で約０．２％、約０．３％、約０．４％、約０．５％、約０．６％、約０．７％、または約０．８％のｗ／ｗ濃度のＣＭＣを含む。
【0071】
いくつかの実施形態では、混合物は、約１％～約１０％のｗ／ｗ濃度の親水性結合剤を含む。いくつかの実施形態では、混合物は、その増分を含む、約１％～約２％、約１％～約３％、約１％～約４％、約１％～約５％、約１％～約６％、約１％～約７％、約１％～約８％、約１％～約９％、約１％～約１０％、約２％～約３％、約２％～約４％、約２％～約５％、約２％～約６％、約２％～約７％、約２％～約８％、約２％～約９％、約２％～約１０％、約３％～約４％、約３％～約５％、約３％～約６％、約３％～約７％、約３％～約８％、約３％～約９％、約３％～約１０％、約４％～約５％、約４％～約６％、約４％～約７％、約４％～約８％、約４％～約９％、約４％～約１０％、約５％～約６％、約５％～約７％、約５％～約８％、約５％～約９％、約５％～約１０％、約６％～約７％、約６％～約８％、約６％～約９％、約６％～約１０％、約７％～約８％、約７％～約９％、約７％～約１０％、約８％～約９％、約８％～約１０％、または約９％～約１０％のｗ／ｗ濃度の親水性結合剤を含む。いくつかの実施形態では、混合物は、約１％、約２％、約３％、約４％、約５％、約６％、約７％、約８％、約９％、または約１０％のｗ／ｗ濃度の親水性結合剤を含む。いくつかの実施形態では、混合物は含む、少なくとも約１％、約２％、約３％、約４％、約５％、約６％、約７％、約８％、または約９％のｗ／ｗ濃度の親水性結合剤を含む。いくつかの実施形態では、混合物は、最大で約２％、約３％、約４％、約５％、約６％、約７％、約８％、約９％、または約１０％のｗ／ｗ濃度の親水性結合剤を含む。
【0072】
いくつかの実施形態では、混合物は、基板上に被覆されたときの粘度が約１，０００ｍＰａ＊ｓ～約２，０００ｍＰａ＊ｓである。いくつかの実施形態では、混合物は、基板上に被覆されたときの粘度が、その増分を含む、約１，０００ｍＰａ＊ｓ～約１，１００ｍＰａ＊ｓ、約１，０００ｍＰａ＊ｓ～約１，２００ｍＰａ＊ｓ、約１，０００ｍＰａ＊ｓ～約１，３００ｍＰａ＊ｓ、約１，０００ｍＰａ＊ｓ～約１，４００ｍＰａ＊ｓ、約１，０００ｍＰａ＊ｓ～約１，５００ｍＰａ＊ｓ、約１，０００ｍＰａ＊ｓ～約１，６００ｍＰａ＊ｓ、約１，０００ｍＰａ＊ｓ～約１，７００ｍＰａ＊ｓ、約１，０００ｍＰａ＊ｓ～約１，８００ｍＰａ＊ｓ、約１，０００ｍＰａ＊ｓ～約１，９００ｍＰａ＊ｓ、約１，０００ｍＰａ＊ｓ～約２，０００ｍＰａ＊ｓ、約１，１００ｍＰａ＊ｓ～約１，２００ｍＰａ＊ｓ、約１，１００ｍＰａ＊ｓ～約１，３００ｍＰａ＊ｓ、約１，１００ｍＰａ＊ｓ～約１，４００ｍＰａ＊ｓ、約１，１００ｍＰａ＊ｓ～約１，５００ｍＰａ＊ｓ、約１，１００ｍＰａ＊ｓ～約１，６００ｍＰａ＊ｓ、約１，１００ｍＰａ＊ｓ～約１，７００ｍＰａ＊ｓ、約１，１００ｍＰａ＊ｓ～約１，８００ｍＰａ＊ｓ、約１，１００ｍＰａ＊ｓ～約１，９００ｍＰａ＊ｓ、約１，１００ｍＰａ＊ｓ～約２，０００ｍＰａ＊ｓ、約１，２００ｍＰａ＊ｓ～約１，３００ｍＰａ＊ｓ、約１，２００ｍＰａ＊ｓ～約１，４００ｍＰａ＊ｓ、約１，２００ｍＰａ＊ｓ～約１，５００ｍＰａ＊ｓ、約１，２００ｍＰａ＊ｓ～約１，６００ｍＰａ＊ｓ、約１，２００ｍＰａ＊ｓ～約１，７００ｍＰａ＊ｓ、約１，２００ｍＰａ＊ｓ～約１，８００ｍＰａ＊ｓ、約１，２００ｍＰａ＊ｓ～約１，９００ｍＰａ＊ｓ、、約１，２００ｍＰａ＊ｓ～約２，０００ｍＰａ＊ｓ、約１，３００ｍＰａ＊ｓ～約１，４００ｍＰａ＊ｓ、約１，３００ｍＰａ＊ｓ～約１，５００ｍＰａ＊ｓ、約１，３００ｍＰａ＊ｓ～約１，６００ｍＰａ＊ｓ、約１，３００ｍＰａ＊ｓ～約１，７００ｍＰａ＊ｓ、約１，３００ｍＰａ＊ｓ～約１，８００ｍＰａ＊ｓ、約１，３００ｍＰａ＊ｓ～約１，９００ｍＰａ＊ｓ、約１，３００ｍＰａ＊ｓ～約２，０００ｍＰａ＊ｓ、約１，４００ｍＰａ＊ｓ～約１，５００ｍＰａ＊ｓ、約１，４００ｍＰａ＊ｓ～約１，６００ｍＰａ＊ｓ、約１，４００ｍＰａ＊ｓ～約１，７００ｍＰａ＊ｓ、約１，４００ｍＰａ＊ｓ～約１，８００ｍＰａ＊ｓ、約１，４００ｍＰａ＊ｓ～約１，９００ｍＰａ＊ｓ、約１，４００ｍＰａ＊ｓ～約２，０００ｍＰａ＊ｓ、約１，５００ｍＰａ＊ｓ～約１，６００ｍＰａ＊ｓ、約１，５００ｍＰａ＊ｓ～約１，７００ｍＰａ＊ｓ、約１，５００ｍＰａ＊ｓ～約１，８００ｍＰａ＊ｓ、約１，５００ｍＰａ＊ｓ～約１，９００ｍＰａ＊ｓ、約１，５００ｍＰａ＊ｓ～約２，０００ｍＰａ＊ｓ、約１，６００ｍＰａ＊ｓ～約１，７００ｍＰａ＊ｓ、約１，６００ｍＰａ＊ｓ～約１，８００ｍＰａ＊ｓ、約１，６００ｍＰａ＊ｓ～約１，９００ｍＰａ＊ｓ、約１，６００ｍＰａ＊ｓ～約２，０００ｍＰａ＊ｓ、約１，７００ｍＰａ＊ｓ～約１，８００ｍＰａ＊ｓ、約１，７００ｍＰａ＊ｓ～約１，９００ｍＰａ＊ｓ、約１，７００ｍＰａ＊ｓ～約２，０００ｍＰａ＊ｓ、約１，８００ｍＰａ＊ｓ～約１，９００ｍＰａ＊ｓ、約１，８００ｍＰａ＊ｓ～約２，０００ｍＰａ＊ｓ、または約１，９００ｍＰａ＊ｓ～約２，０００ｍＰａ＊ｓである。いくつかの実施形態では、混合物は、基板上に被覆されたときの粘度が約１，０００ｍＰａ＊ｓ、約１，１００ｍＰａ＊ｓ、約１，２００ｍＰａ＊ｓ、約１，３００ｍＰａ＊ｓ、約１，４００ｍＰａ＊ｓ、約１，５００ｍＰａ＊ｓ、約１，６００ｍＰａ＊ｓ、約１，７００ｍＰａ＊ｓ、約１，８００ｍＰａ＊ｓ、約１，９００ｍＰａ＊ｓ、または２，０００ｍＰａ＊ｓである。いくつかの実施形態では、混合物は、基板上に被覆されたときの粘度が少なくとも約１，０００ｍＰａ＊ｓ、約１，１００ｍＰａ＊ｓ、約１，２００ｍＰａ＊ｓ、約１，３００ｍＰａ＊ｓ、約１，４００ｍＰａ＊ｓ、約１，５００ｍＰａ＊ｓ、約１，６００ｍＰａ＊ｓ、約１，７００ｍＰａ＊ｓ、約１，８００ｍＰａ＊ｓ、または１，９００ｍＰａ＊ｓである。いくつかの実施形態では、混合物は、基板上に被覆されたときの粘度が最大で約１，１００ｍＰａ＊ｓ、約１，２００ｍＰａ＊ｓ、約１，３００ｍＰａ＊ｓ、約１，４００ｍＰａ＊ｓ、約１，５００ｍＰａ＊ｓ、約１，６００ｍＰａ＊ｓ、約１，７００ｍＰａ＊ｓ、約１，８００ｍＰａ＊ｓ、約１，９００ｍＰａ＊ｓ、または２，０００ｍＰａ＊ｓである。
【0073】
エネルギー貯蔵デバイスの特性評価
いくつかの実施形態では、リチウムイオンエネルギー貯蔵デバイスは高耐熱性を有する。いくつかの実施形態では、リチウムイオンエネルギー貯蔵デバイスの放電容量は、約０℃の温度での動作と約－２０℃の温度での動作との間で、最大で約３０％、２８％、２６％、２４％、２２％、または２０％減少する。いくつかの実施形態では、リチウムイオンエネルギー貯蔵デバイスの放電容量は、約２０℃の温度での動作と約０℃の温度での動作との間で、最大で約１０％、９％、８％、７％、６％、５％、４％、または３％減少する。いくつかの実施形態では、リチウムイオンエネルギー貯蔵デバイスは、約０℃～約４５℃の温度で充電するように構成されている。いくつかの実施形態では、リチウムイオンエネルギー貯蔵デバイスは、約０℃～約６５℃の温度で放電するように構成されている。いくつかの実施形態では、リチウムイオンエネルギー貯蔵デバイスは、約－２０℃～約５０℃の温度で保存するように構成されている。
いくつかの実施形態では、リチウムイオンエネルギー貯蔵デバイスは高耐熱性を有する。いくつかの実施形態では、リチウムイオンエネルギー貯蔵デバイスの放電容量は、約０℃の温度での動作と約－２０℃の温度での動作との間で、最大で約３０％、２８％、２６％、２４％、２２％、または２０％減少する。いくつかの実施形態では、リチウムイオンエネルギー貯蔵デバイスの放電容量は、約２０℃の温度での動作と約０℃の温度での動作との間で、最大で約１０％、９％、８％、７％、６％、５％、４％、または３％減少する。いくつかの実施形態では、リチウムイオンエネルギー貯蔵デバイスは、約０℃～約４５℃の温度で充電するように構成されている。いくつかの実施形態では、リチウムイオンエネルギー貯蔵デバイスは、約０℃～約６５℃の温度で放電するように構成されている。いくつかの実施形態では、リチウムイオンエネルギー貯蔵デバイスは、約－２０℃～約５０℃の温度で保存するように構成されている。
【0074】
いくつかの実施形態では、リチウムイオンエネルギー貯蔵デバイスは、内部短絡をシミュレートする釘刺し試験中に爆発しないように構成されている。釘刺し試験は、バッテリー安全性をテストするための公知の標準的手法である。いくつかの実施形態では、リチウムイオンエネルギー貯蔵デバイスは、釘刺し試験を通過するように構成されている。いくつかの実施形態では、エネルギー貯蔵デバイスは、釘を刺しても爆発または発火しない場合、釘刺し試験を通過する。いくつかの実施形態では、釘刺し試験は、約１００ｍｍ～約５００ｍｍのストローク距離で実行される。いくつかの実施形態では、釘刺し試験は、約５ｋＮ～約４０ｋＮの荷重で実行される。いくつかの実施形態では、釘刺し試験は、約０．０１ｍｍ／分～約１，０００ｍｍ／分の速度で実行される。
【0075】
図１は、例示的なＬＣＯエネルギー貯蔵デバイスの電圧電流容量グラフを示す。いくつかの実施形態では、リチウムイオンエネルギー貯蔵デバイスは、少なくとも約２．５、２．６、２．７、２．８、２．９、３．０、３．１、３．２、３．３、３．４、３．５、３．６、３．７、または３．８Ｖの公称電圧を有する。
【0076】
図２は、例示的なＬＣＯエネルギー貯蔵デバイスの様々なレートでの放電容量当たりの電圧のグラフを示す。いくつかの実施形態では、リチウムイオンエネルギー貯蔵デバイスは、少なくとも約１５００、１６００、１７００、１８００、１９００、２０００、２１００、２２００、または２４００ｍＡｈのレート容量を有する。いくつかの実施形態では、リチウムイオンエネルギー貯蔵デバイスは、少なくとも約２０００、２１００、２２００、２４００、２５００、２６００、２７００、または２８００ｍＡｈの容量を有する。
【0077】
図３は、開示されるＬＣＯエネルギー貯蔵デバイスおよび現在利用可能なＬＣＯエネルギー貯蔵デバイスの容量保持あたりのサイクル数のグラフを示す。現在利用可能なＬＣＯエネルギー貯蔵デバイスの容量は、３００サイクル以内に約８０％カットオフまで低下するが、本明細書に開示されるＬＣＯエネルギー貯蔵デバイスのいくつかの実施形態は、６４０サイクル後に初期容量の約８３．５％を維持する。いくつかの実施形態では、リチウムイオンエネルギー貯蔵デバイスは、少なくとも約６５０、７００、７５０、８００、８５０、９００、９５０、１０００、１２００、１３００、または１４００のサイクル後に、少なくとも約６０％、６５％、７０％、７５％、８０％、８５％、または９０％の容量を保持する。
【0078】
図４は、本明細書に開示される新規なＬＣＯエネルギー貯蔵デバイスおよび従来のＬＣＯエネルギー貯蔵デバイスの充放電グラフを示す。示されるように、本明細書に提供されるＬＣＯエネルギー貯蔵デバイスは、従来のＬＣＯバッテリーよりもインピーダンス特性が向上し、イオン輸送特性が速く、電荷移動抵抗が低く、およびより高い電力密度を示す。
【0079】
図５は、様々な温度で例示的なＬＣＯエネルギー貯蔵デバイスの電圧あたりの放電容量のグラフを示す。そこに示されているように、ＬＣＯエネルギー貯蔵デバイスは、－２０℃～＋４０℃の温度の広範囲で使用され得る。対照的に、現在利用可能なＬＣＯエネルギー貯蔵デバイスは、２０℃以上の温度でしか機能せず、寒い天候下での使用から除外または減少させる。
【0080】
図６Ａおよび図６Ｂは、約４０℃の温度でＣ／５ＣＣＣＶ充電プロトコルおよびＣ／２放電プロトコルで実行された、例示的なＬＣＯエネルギー貯蔵デバイスの２．８Ｖから４．２Ｖまでのサイクルあたりの容量保持率およびインピーダンス保持率それぞれを示す。示されるように、例示的なＬＣＯエネルギー貯蔵デバイスは、高安定性で９００サイクル後にその性能を保持する。
【0081】
いくつかの実施形態では、リチウムイオンエネルギー貯蔵デバイスは、最大で約２６、３０、４０、５０、６０、７０、８０、９０、または１００ｍΩの内部抵抗を有する。いくつかの実施形態では、リチウムイオンエネルギー貯蔵デバイスは、少なくとも約１００、１１０、１２０、１３０、１４０、１５０、１６０、１７０、１８０、１９０、２００、または２１０のＷｈ／ｋｇのエネルギー密度を有する。いくつかの実施形態では、リチウムイオンエネルギー貯蔵デバイスは、少なくとも約３００、３５０、４００、４５０、５００、または５５０Ｗｈ／Ｌのエネルギー密度を有する。
【0082】
用語および定義
他に定義されない限り、本明細書で使用される技術用語はすべて、本開示が属する分野における当業者により一般に理解されるものと同じ意味を有する。
他に定義されない限り、本明細書で使用される技術用語はすべて、本開示が属する分野における当業者により一般に理解されるものと同じ意味を有する。
【0083】
本明細書で使用されるように、単数形「ａ」、「ａｎ」、および「ｔｈｅ」は、文脈が明確に指定していない限り、複数の基準を含む。「または」への任意の言及は、別段の定めがない限り、「および／または」を包含することを意図している。
【0084】
本明細書で使用されるように、場合によっては用語「約」は、記載された量とほぼ同じである量を指す。
【0085】
本明細書で使用されるように、「約」との用語は、その増分を含む、１０％、５％、または１％によって明示される量に近い量を指す。
【0086】
本明細書で使用されるように、パーセンテージに関する用語「約」は、記載されたパーセンテージを、その増分を含む、１０％、５％、または１％だけ大きくまたは小さくした量を指す。
【0087】
本明細書で使用されるように、「少なくとも１つ」、「１つ以上」、および「および／または」という表現は、運用において接合的および離接的の両方であるオープンエンドの表現である。例えば、表現「Ａ、ＢおよびＣの少なくとも１つ」、「Ａ、ＢまたはＣの少なくとも１つ」、「Ａ、ＢおよびＣの１つ以上」、「Ａ、ＢまたはＣの１つ以上」および「Ａ、Ｂおよび／またはＣ」のそれぞれは、Ａ単独、Ｂ単独、Ｃ単独、ＡおよびＢともに、ＡおよびＣともに、ＢおよびＣともに、またはＡ、ＢおよびＣともに、を意味する。
【0088】
本明細書で使用されるように、「ｗ／ｗ」は、重量比による乾燥重量を指す。
【0089】
本明細書で使用されるように、用語「可燃性」は、着火して火災または燃焼爆発を引き起こすことがある物質を指す。いくつかの実施形態では、可燃性材料は、米国政府の危険物識別システム（ＨＭＩＳ）の下で、評価１（発火前に予熱する必要がある材料）、評価２（発火前に適度に加熱するか比較的高い周囲温度にさらす必要がある材料）、評価３（ほぼすべての温度条件で発火できる材料）または評価４（大気圧および常温で急速に気化するか空気中で容易に分散して容易に燃える材料）のように分類される。
【0090】
本明細書で使用されるように、用語「不燃性」は、着火できない物質、または特定の条件下でのみ着火できる物質を指す。いくつかの実施形態では、可燃性物質は、米国政府の危険物識別システム（ＨＭＩＳ）の下で、評価０（燃焼しない物質）、評価１（発火前に予熱する必要がある物質）、または評価２（発火前に適度に加熱するか、比較的高い周囲温度さらす必要がある物質）として分類される。
【実施例】
【0091】
以下の実例となる実施例は、本明細書に記載されるソフトウェアアプリケーション、システム、および方法の実施形態の代表であり、いかなる方法でも限定する目的ではない。
【0092】
実施例１―散布されたＬＣＯ電解液を形成する方法
一実施例では、１１６．６２グラムのｇ－ブチロラクトン（ＧＢｌ）を、十分に洗浄した清潔なフラスコに注ぎ、水分をすべて除去するためにオーブンで一晩焼いてた。５グラムのＶＣ、５グラムのＬｉＢＯＢ、および１５グラムのＬｉＢＦ４を、撹拌棒と共にフラスコに添加する。その後、フラスコをセプタムでキャップし、一晩攪拌させる。翌日、４９．９８グラムのＦＥＰをフラスコに添加し、スパージ前に少なくとも１時間攪拌させる。その後、アルゴンラインに付けられた長いカニューレをセプタムからフラスコの底まで挿入し、ヘッドスペースに残っているガス抜き用の針もともに挿入する。フラスコを攪拌しながら、アルゴンを１時間かけて溶液に通過し、一定の気泡を観察する。その後、カニューレと針を外し、出荷する前に溶液を再び一晩撹拌させる。
一実施例では、１１６．６２グラムのｇ－ブチロラクトン（ＧＢｌ）を、十分に洗浄した清潔なフラスコに注ぎ、水分をすべて除去するためにオーブンで一晩焼いてた。５グラムのＶＣ、５グラムのＬｉＢＯＢ、および１５グラムのＬｉＢＦ４を、撹拌棒と共にフラスコに添加する。その後、フラスコをセプタムでキャップし、一晩攪拌させる。翌日、４９．９８グラムのＦＥＰをフラスコに添加し、スパージ前に少なくとも１時間攪拌させる。その後、アルゴンラインに付けられた長いカニューレをセプタムからフラスコの底まで挿入し、ヘッドスペースに残っているガス抜き用の針もともに挿入する。フラスコを攪拌しながら、アルゴンを１時間かけて溶液に通過し、一定の気泡を観察する。その後、カニューレと針を外し、出荷する前に溶液を再び一晩撹拌させる。
【0093】
実施例２―散布されないＬＣＯ電解液を形成する方法
一実施例では、ｇ－ブチロラクトン（ＧＢｌ）、ＦＥＰ、ＶＣの別々の溶液を、十分に洗浄し焼いた別々のシュレンクフラスコに入れる。その後、フラスコを閉じてシュレンクラインに取り付け、完全に凍結するまで液体窒素中に置く。凍結後、シュレンクラインの真空ポートを圧力計が１５０ｍｍＨｇ未満になるまで１つのフラスコに開け、そのフラスコを閉じ、解凍するために温水浴に入れ、次のフラスコのポートを開ける。すべてのフラスコが一旦解凍したら、それらを再凍結し、このプロセスをさらに２回繰り返す。圧力は、すべてのフラスコ上で２回目と３回目のサイクルそれぞれで＜１００ｍｍＨｇおよび＜７５ｍｍＨｇに到達するようにする。一旦、すべてのフラスコを３回解凍したら、キムワイプ（ｋｉｍ ｗｉｐｅ）で乾燥させ、清潔なフラスコ、および十分な量のＬｉＢＯＢとＬｉＢＦ４とともに、＜２０ｐｐｍ Ｏ２を含むグローブボックスの副室に入れて、少なくとも１２時間置く。グローブボックス内に入ると、１５グラムのＬｉＢＦ４、５グラムのＬｉＢＯＢ、および５グラムのＶＣを１６６．６２グラムのＧＢｌに添加し、一晩攪拌させる。翌日、４９．９８グラムのＦＥＰをこの溶液に添加し、再び一晩攪拌させる。
一実施例では、ｇ－ブチロラクトン（ＧＢｌ）、ＦＥＰ、ＶＣの別々の溶液を、十分に洗浄し焼いた別々のシュレンクフラスコに入れる。その後、フラスコを閉じてシュレンクラインに取り付け、完全に凍結するまで液体窒素中に置く。凍結後、シュレンクラインの真空ポートを圧力計が１５０ｍｍＨｇ未満になるまで１つのフラスコに開け、そのフラスコを閉じ、解凍するために温水浴に入れ、次のフラスコのポートを開ける。すべてのフラスコが一旦解凍したら、それらを再凍結し、このプロセスをさらに２回繰り返す。圧力は、すべてのフラスコ上で２回目と３回目のサイクルそれぞれで＜１００ｍｍＨｇおよび＜７５ｍｍＨｇに到達するようにする。一旦、すべてのフラスコを３回解凍したら、キムワイプ（ｋｉｍ ｗｉｐｅ）で乾燥させ、清潔なフラスコ、および十分な量のＬｉＢＯＢとＬｉＢＦ４とともに、＜２０ｐｐｍ Ｏ２を含むグローブボックスの副室に入れて、少なくとも１２時間置く。グローブボックス内に入ると、１５グラムのＬｉＢＦ４、５グラムのＬｉＢＯＢ、および５グラムのＶＣを１６６．６２グラムのＧＢｌに添加し、一晩攪拌させる。翌日、４９．９８グラムのＦＥＰをこの溶液に添加し、再び一晩攪拌させる。
【0094】
実施例３―ＮＣＡ電解液を形成する方法
一実施例では、ｇ－ブチロラクトン（ＧＢｌ）、ＦＥＰ、ＶＣの別々の溶液を、十分に洗浄し焼いた別々のシュレンクフラスコに入れる。その後、フラスコを閉じてシュレンクラインに取り付け、完全に凍結するまで液体窒素中に置く。凍結後、シュレンクラインの真空ポートを圧力計が１５０ｍｍＨｇ未満になるまで１つのフラスコに開け、そのフラスコを閉じ、解凍するために温水浴に入れ、次のフラスコのポートを開ける。すべてのフラスコが一旦解凍したら、それらを再凍結し、このプロセスをさらに２回繰り返す。圧力は、すべてのフラスコ上で２回目と３回目のサイクルそれぞれで＜１００ｍｍＨｇおよび＜７５ｍｍＨｇに到達するようにする。一旦、すべてのフラスコを３回解凍したら、キムワイプ（ｋｉｍ ｗｉｐｅ）で乾燥させ、清潔なフラスコ、および十分な量のＬｉＢＯＢとＬｉＢＦ４とともに、＜２０ｐｐｍ Ｏ２を含むグローブボックスの副室に入れて、少なくとも１２時間置く。グローブボックス内に入ると、１５グラムのＬｉＢＦ４、５グラムのＬｉＢＯＢ、および５グラムのＶＣを１２０グラムのＧＢｌに添加し、一晩攪拌させる。翌日、５２グラムのＦＥＰをこの溶液に添加し、再び一晩攪拌させる。
一実施例では、ｇ－ブチロラクトン（ＧＢｌ）、ＦＥＰ、ＶＣの別々の溶液を、十分に洗浄し焼いた別々のシュレンクフラスコに入れる。その後、フラスコを閉じてシュレンクラインに取り付け、完全に凍結するまで液体窒素中に置く。凍結後、シュレンクラインの真空ポートを圧力計が１５０ｍｍＨｇ未満になるまで１つのフラスコに開け、そのフラスコを閉じ、解凍するために温水浴に入れ、次のフラスコのポートを開ける。すべてのフラスコが一旦解凍したら、それらを再凍結し、このプロセスをさらに２回繰り返す。圧力は、すべてのフラスコ上で２回目と３回目のサイクルそれぞれで＜１００ｍｍＨｇおよび＜７５ｍｍＨｇに到達するようにする。一旦、すべてのフラスコを３回解凍したら、キムワイプ（ｋｉｍ ｗｉｐｅ）で乾燥させ、清潔なフラスコ、および十分な量のＬｉＢＯＢとＬｉＢＦ４とともに、＜２０ｐｐｍ Ｏ２を含むグローブボックスの副室に入れて、少なくとも１２時間置く。グローブボックス内に入ると、１５グラムのＬｉＢＦ４、５グラムのＬｉＢＯＢ、および５グラムのＶＣを１２０グラムのＧＢｌに添加し、一晩攪拌させる。翌日、５２グラムのＦＥＰをこの溶液に添加し、再び一晩攪拌させる。
【0095】
実施例４―メソカーボンマイクロビーズ電極スラリーを形成する方法
１８７０グラムのＭＣＭＢ黒鉛、７０グラムの炭素Ｃ４５、３５３グラムの親水性結合剤およびＣＭＣ結合剤のスラリーを調製する。攪拌速度を５ｍ／ｓ、ポンプ回転数を３０Ｈｚに設定する。スラリーの粘度が１，２００ｍＰａ＊ｓ程度に維持するために混合速度を増減し、２０分間真空にする。
１８７０グラムのＭＣＭＢ黒鉛、７０グラムの炭素Ｃ４５、３５３グラムの親水性結合剤およびＣＭＣ結合剤のスラリーを調製する。攪拌速度を５ｍ／ｓ、ポンプ回転数を３０Ｈｚに設定する。スラリーの粘度が１，２００ｍＰａ＊ｓ程度に維持するために混合速度を増減し、２０分間真空にする。
【0096】
銅ロールを巻き出しローラーに挿入し、その後、銅は被覆機のローラーを通り、巻取りローラー上のロールコアに装着される。ロールコアは、巻取りローラー上で、機械の端からロールコアの内側の端まで８．５ｃｍの位置に配置される。基板を、機械の端から基板の内側まで９．６ｃｍの位置で銅ロールに取り付ける。その後、ＥＰＣ（Ｅｄｇｅ Ｐｏｓｉｔｉｏｎ Ｃｏｎｔｒｏｌ）センサーを約２１００に設定し、被覆速度を３００ｍｍ／ｍｉｎに設定し、加圧ローラー、オートラン、アライメントの機能を作動させる。スラリーコンテナーバルブを開き、フィードポンプを１００ｒｐｍで作動させてスラリーを基板に付着させ、スロットダイを作動させてフィーラーゲージで被覆ローラーから約１９０ｕｍのギャップを設定する。供給ポンプの速度は、一定の負荷質量、厚さ、またはその両方を達成するために増減することができる。
【0097】
実施例６―１８６５０規格ＬＣＯエネルギー貯蔵デバイス
１８６５０規格に従って、ＬＣＯ正極、ＭＣＭＢ負極、ガンマ－ブチロラクトン電解液を含むエネルギー貯蔵デバイスを調製する。本デバイスの仕様は、表１に示されるように決定された。
１８６５０規格に従って、ＬＣＯ正極、ＭＣＭＢ負極、ガンマ－ブチロラクトン電解液を含むエネルギー貯蔵デバイスを調製する。本デバイスの仕様は、表１に示されるように決定された。
【0098】
【表1】
【0099】
本開示の好ましい実施形態が本明細書中で示され、記載されてきたが、このような実施形態はほんの一例として提供されているに過ぎないということは、当業者に明らかであろう。多くの変形、変更、および置き換えは、本開示から逸脱することなく、当業者によって想到されるものである。本明細書に記載される本開示の実施形態の様々な代案が、本開示の実施に際して利用され得ることを理解されたい。
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6A】
【図6B】
【国際調査報告】