混合碳纳米管和石墨烯纳米结构体的制作方法

本文件总体上涉及混合碳纳米管和石墨烯纳米结构体，并且具体涉及用于在能量装置中使用的混合碳纳米管和石墨烯纳米结构体。

背景

能量装置的两个主要类型可以包括能量储存装置和能量生成装置。能量储存装置的实例可以包括电化学电容器和电池。电化学电容器的实例可以包括双电层电容器和氧化还原电容器。双电层电容器可以使用活性炭作为可极化电极并且可以使用在活性炭的孔表面和电解液之间的界面处形成的双电层。氧化还原电容器可以使用其化合价连续变化的过渡金属氧化物和可以掺杂的导电聚合物。此外，电池的两个主要类型可以包括二次电池，其可以通过利用活性材料的插层和化学反应来充电和放电，以及一次电池，其一旦放电之后就不可再充电。

概述

能量装置可以包含碳质材料，例如，作为电极的一部分。碳质材料可以展现出有利的物理和化学性质。例如，与其他材料相比，碳质材料可以展现出增加的导电性、电化学稳定性和增加的表面积。作为二维含碳材料的石墨烯可以提供有利电学和机械性质。

先前的方法已经将碳质材料结合至电极中。尤其是，先前的方法包括将碳质材料与粘合剂(例如，聚合物粘合剂)组合以形成混合物。可以将混合物浇铸至导电基板，如铜、镍和铝等上。然而，结合粘合剂可能会限制电极的性能。例如，归因于由活性材料和粘合剂之间的接触导致的相对差的电导率和热导率，包含粘合剂的电极可能会限制活性材料的性能。

本公开的各种实例可以提供基本不含粘合剂的混合碳纳米管和石墨烯纳米结构体。本公开提供了用于形成混合碳纳米管和石墨烯纳米结构体的方法。例如，所述方法可以包括两步化学气相沉积法。本公开提供了在沉积在导电基板上的石墨烯层上生长柱状(pillar)或柱状(columnar)碳纳米管。

本公开的混合碳纳米管和石墨烯纳米结构体可以提供许多超过其他包含碳质材料的能量装置的优点。混合碳纳米管和石墨烯纳米结构体可以具有增加的表面积并且具有可以用于各种用途如能量储存、生物化学感测和三维互联网络的独特电学性质。

本公开可以提供用于制备可以在例如锂离子电池中使用的包含混合碳纳米管和石墨烯纳米结构体的电极的无粘合剂技术。在一个实例中，可以将混合碳纳米管和石墨烯纳米结构体结合至例如锂离子电池的电极中。石墨烯层可以起阻挡层的作用，其可以防止或最小化导电基板的合金化。在一个实例中，石墨烯层可以起钝化层的作用，其可以防止或最小化导电基板的氧化和腐蚀。预防或最小化氧化和腐蚀可以提高电极的电化学稳定性。本公开的混合碳纳米管和石墨烯纳米结构体可以提供石墨烯和柱状碳纳米管之间的无缝连接并且提供具有增加的完整性的活性材料-集电器。增加活性材料-集电器的完整性可以促进电荷转移。

在一个实例中，本公开提供了用于形成混合碳纳米管和石墨烯纳米结构体的无粘合剂技术。例如，无粘合剂技术可以包括两步化学气相沉积法。第一步可以包括将石墨烯层形成至导电基板上并且第二步可以包括在石墨烯层的表面上生长柱状碳纳米管。

在一个实例中，本公开提供包含本公开的混合碳纳米管和石墨烯纳米结构体的锂离子电池，其可以展现出约900毫安时/克(mAh g^-1)的可逆容量。在一个实例中，包含本公开的混合碳纳米管和石墨烯纳米结构体的锂离子电池可以最小化容量衰退。例如，经过250次循环后在100％库伦效率下大约百分之99(％)的保持率。

此概述意在提供对本专利申请的主题的概述。其并非意在提供本发明的排他或穷举的解释。包括详细描述以提供关于本专利申请的另外信息。

附图简述

在并非必须按比例绘制的附图中，在不同的视图中相似标号可以描述相似的组件。具有不同字母后缀的相似的标号可以表示相似组件的不同实例。通过举例的方式，而不是通过限制的方式，附图概括地图示了在本文中讨论的多个实施方案。

图1概括地图示了混合纳米结构体的横截面。

图2概括地图示了包含混合纳米结构体的电池的横截面。

图3概括地图示了形成混合纳米结构体的方法的流程图。

图4A图示了铜箔。

图4B图示了混合纳米结构体。

图5A图示了图4B的混合纳米结构体的扫描电子显微照片(SEM)图像。

图5B图示了在已经沉积石墨烯层之后的导电基板的顶视图SEM图像。

图5C图示了混合纳米结构体的顶视图SEM图像。

图5D图示了图5C的横截面图SEM图像。

图5E图示了图5D中SEM图像的特写图。

图5F图示了混合纳米结构体的高分辨率透射电子显微照片(HRTEM)。

图6图示了混合纳米结构体的拉曼光谱。

图7图示了锂离子电池的电压分布。

图8图示了锂离子电池的电压分布。

图9图示了锂离子电池的循环性能和库伦效率。

图10图示了锂离子电池的倍率性能。

图11A图示了循环的混合纳米结构体的顶视图低放大倍数SEM图像。

图11B图示了循环的混合纳米结构体的顶视图高放大倍数SEM图像。

图12图示了对于混合纳米结构体循环之前和之后的拉曼光谱的比较。

详细描述

图1概括地图示了混合碳纳米管和石墨烯纳米结构体10(也可互换地被称为“混合纳米结构体10”和“无粘合剂混合碳纳米管和石墨烯纳米结构体”)的实例。在一个实例中，可以使用图1中图示的混合纳米结构体10作为锂离子电池中的电极，如阳极。混合纳米结构体10可以包含导电基板12、石墨烯层14和多个柱状碳纳米管16。混合纳米结构体10可以基本上不含粘合剂。如在本文中使用的术语“基本上”意指完全或几乎完全；例如，“基本不含”粘合剂的混合纳米结构体10不具有粘合剂或者含有痕量，所述痕量使得混合纳米结构体10的任何相关功能性质不受痕量的存在影响。

在一个实例中，导电基板10可以选自铜、镍、铝、铂、金、钛和不锈钢中的至少一种。在一个实例中，导电基板10可以是铜。导电基板10可以具有在约0.5微米(μm)至约1000μm范围内的厚度18。在一个实例中，厚度18可以是约20μm。

混合纳米结构体10可以包含包括一个以上石墨烯层的石墨烯层14。如在本文中讨论的，可以将石墨烯层14沉积至导电基板12上。在一个实例中，石墨烯层14可以包含二十个以下的石墨烯层。在另一个实例中，石墨烯层可以包含三个以下的石墨烯层。石墨烯层厚度20可以是单层、双层和高达二十层。石墨烯层厚度20越薄，电容越高。

混合纳米结构体10可以包含多个碳纳米管16。可以在石墨烯层14的上表面24上生长多个碳纳米管16。多个碳纳米管16可以具有约100μm至约10000μm的平均高度22。在一个实例中，多个碳纳米管16的高度22可以是约50μm。多个碳纳米管的平均高度22可以与在导电基板12上的活性材料的负载质量相关。可以通过控制生长时间来调节平均高度。对于电池用途，如锂离子电池来说，高度22可以在约10μm至约500μm的范围内。如果高度20大于500μm，电荷/离子转移可能会降低。

在一个实例中，多个碳纳米管16可以具有约8纳米(nm)至约15nm的平均外径28。在一个实例中，多个碳纳米管16可以具有约5nm至约50nm的平均内径30和约1层至约50层的壁厚度26。具有较小的壁厚度26可以增加混合纳米结构体的总表面积。

如在本文中讨论的，可以使用混合纳米结构体10作为电极。本公开的混合纳米结构体10可以提供超过其他电极、并且尤其是超过经由相对于在本文中所公开的两步化学气相沉积法的一步化学气相沉积法生长的柱状石墨烯纳米结构体的优点。在一个实例中，石墨烯层14可以起集电器的作用。在一个实例中，石墨烯层14可以起缓冲层的作用，所述缓冲层可以促进多个碳纳米管16与导电基板12之间的电连接。

此外，石墨烯层14可以通过最小化导电基板12的氧化和电化学降解来增加电极的化学-机械稳定性。例如，当使用铜作为导电基板12时，氧化铜可能会在铜基板的表面上形成。氧化铜在电解液中可能会是不稳定的并且可能会在集电器(例如，铜基板)和活性材料之间的界面之间劣化，这可能会降低系统中电极的总体稳定性。因此，石墨烯层14可以将氧化的形成最小化并且因此将导电基板12的降解最小化。

图2概括地图示了包含混合碳纳米管和石墨烯纳米结构体10的电池40的横截面。在一个实例中，电池40可以是锂离子电池。电池40可以包含阴极42、阳极48、电解液44和隔体46。阴极42可以选自锂、Li、磷酸铁锂(LiFePO₄)、氧化锰锂(LiMnO₂)、氧化钴锂(LiCoO₂)中的至少一种。在一个实例中，阴极42是锂。阳极48可以是如在图1中所示的混合碳纳米管和石墨烯纳米结构体10(例如，混合纳米结构体10)。如以上关于图1所讨论的，混合纳米结构体10可以包含导电基板12、沉积至导电基板的表面上的石墨烯层14和多个生长至石墨烯层的表面24上的碳纳米管16。

在一个实例中，通过将1摩尔六氟磷酸锂溶解在碳酸亚乙酯(EC)和碳酸二甲酯(DMC)的1∶1(体积)混合物中形成电解液44。然而，可以使用其他适合在锂离子电池中使用的电解液。隔体46可以是多孔膜，如聚乙烯(PE)膜、聚丙烯(PP)膜、阳极氧化铝(AAO)模板、嵌段共聚合物(BCP)和滤纸。可以使用其他适合在锂离子电池中使用的多孔膜。

图3概括地图示了用于形成混合纳米结构体10的方法100的流程图。如在本文中讨论的，可以通过两步化学气相沉积法形成混合纳米结构体10。第一步可以包括将石墨烯层形成至导电基板上并且第二步可以包括在石墨烯层的表面上生长柱状碳纳米管。

在一个实例中，方法100在步骤102可以包括使用化学气相沉积在第一温度下使用甲烷和氢的第一混合物将至少一个石墨烯层形成至导电基板的表面上。在一个实例中，第一温度可以是约950摄氏度，然而，可以使用约600摄氏度至约1080摄氏度的其他温度。在一个实例中，导电基板可以位于腔室内，其中所述腔室具有环境压力和氩/氢气的气氛。可以将甲烷引入至腔室中并且与氢混合从而将至少一个石墨烯层沉积至导电基板的表面上。例如，如在图1中图示的，可以将石墨烯层14沉积至导电基板12的表面上。在一个实例中，所述导电基板是铜箔。

在一个实例中，方法100可以包括将少于二十个石墨烯层形成至导电基板的表面上。在一个实例中，方法100可以包括将少于三个石墨烯层形成至导电基板的表面上。例如，可以将一个石墨烯层或两个石墨烯层形成至导电基板的表面上。方法100可以包括通过化学气相沉积，例如，环境压力化学气相沉积法，形成至少一个石墨烯层。

方法100还可以包括在将至少一个石墨烯层形成在导电基板的表面上之前将导电基板清洁并且退火。清洁可以移除任何污染并且退火可以释放导电基板中的任何剩余应力并且使平均粒度变粗且使表面平坦。

方法100在步骤104可以包括将催化剂粒子沉积至至少一个石墨烯层的表面上。在一个实例中，催化剂粒子可以选自铁(Fe)、镍(Ni)、钴(Co)和硅(Si)。在一个实例中，所述催化剂粒子包含多个铁粒子。催化剂粒子可以具有在约1nm至约5nm范围内的平均直径。方法100可以包括经由电子束蒸发沉积催化剂粒子。方法100可以包括将催化剂粒子选择性地图案化至一个或两个石墨烯层的表面上。

方法100在步骤106可以包括使用化学气相沉积在第二温度下使用乙烯和氢的第二混合物将多个碳纳米管生长到至少一个石墨烯层的表面上以形成无粘合剂混合碳纳米管和石墨烯纳米结构体。例如，如在图1中图示的，可以将柱状碳纳米管16生长至石墨烯层14的表面24上。在一个实例中，第二温度可以在约500摄氏度至约900摄氏度的范围内，如750摄氏度。然而，可以使用其他温度。在完成生长柱状碳纳米管之后，方法100可以包括将无粘合剂混合碳纳米管和石墨烯纳米结构体冷却至约20摄氏度。如在本文中讨论的，方法100可以提供直接在金属箔上的碳纳米管和石墨烯结构的优化生长，从而在没有粘合剂的情况下无缝连接石墨烯和碳纳米管。

实施例

给出以下实施例以说明但并非限制本公开的范围。

形成混合碳纳米管和石墨烯纳米结构体(“混合纳米结构体”)

通过环境压力化学气相沉积在950摄氏度下使用甲烷和氢的混合物将包含两层石墨烯的石墨烯层形成至20μm厚的铜箔上。通过电子束蒸发将铁粒子(例如，催化剂粒子)的薄层沉积至石墨烯层上。通过环境压力化学气相沉积在750摄氏度下使用乙烯和氢的混合物生长柱状碳纳米管。控制生长时间以使多个碳纳米管的高度为约50μm。

图4A图示了铜箔。铜箔具有20μm的厚度。图4B图示了混合纳米结构体。也就是说，将石墨烯层形成至铜箔上并且之后将柱状碳纳米管生长至石墨烯层的表面以形成混合纳米结构体。在图4A-B中使用的铜箔的直径是约1.5厘米。

混合纳米结构体的形态

在图5A-F中示出了扫描电子显微照片(SEM)图像以说明混合纳米结构体的形态。图5A图示了图4B的混合纳米结构体的SEM图像。图5A图示了铜箔以及生长至铜箔上的石墨烯层和柱状碳纳米管的相邻区域。可以通过在所需区域上选择性地图案化催化剂粒子来获得这种特征。如在图5A中图示的，在覆盖石墨烯的铜箔上生长垂直排列并且密集填充的柱状碳纳米管。图5B图示了在已经沉积石墨烯层之后的导电基板的顶视图SEM图像。图5B示出了在铜箔表面上的石墨烯的洁净、均匀的覆盖。图5C图示了混合纳米结构体的顶视图SEM图像。也就是说，将柱状碳纳米管生长至石墨烯层的表面上。如在图5C中所示的，柱状碳纳米管具有大的覆盖率并且柱状碳纳米管的上表面是基本平坦的。图5D图示了图5C的横截面图SEM图像。图5D示出了柱状碳纳米管的卷曲并且密集填充性质的低放大倍数。柱状碳纳米管的卷曲性质可以增加活性部位的数量并且当在能量储存和转换用途中使用混合纳米结构体时可以提高性能。图5E图示了图5D中SEM图像的特写图。图5E示出了柱状碳纳米管的直径分布。图5F图示了混合纳米结构体的高分辨率透射电子显微照片(HRTEM)。如在图5F中所示的，确定了柱状碳纳米管具有在约8nm至约15nm范围内的平均外径、约3层的壁厚度和约5nm的内径。

图6图示了混合纳米结构体的拉曼光谱。拉曼光谱还可以证实混合纳米结构体的品质。石墨烯的拉曼光谱显示1583cm^-1的G峰、在2679cm^-1的2D峰的存在，并且G/2D比率表现出双层石墨烯片的典型拉曼特征。在1335cm^-1观察到小D带，这证实了混合纳米结构体的高品质。由包含多个碳纳米管的铜箔的部分收集的拉曼光谱特征显示以大约1338cm^-1为中心的强D带的存在，其强度与以大约1571cm^-1为中心的G带相比相对较高。柱状碳纳米管的2D带以大约2660cm^-1为中心并且为单峰，其与石墨烯的2D带相似。光谱中强D带的存在可能与柱状碳纳米管的缺陷有关，如来自生长的杂质、在多个碳纳米管的表面上附着的水分、不饱和键、错位等。

锂离子电池组装

组装纽扣型(CR 2032)双电极半电池构造(也被称为“锂离子电池”)。在充有氩的手套箱中在低于1份/百万的水分和氧水平下组装锂离子电池。使用混合纳米结构体作为阳极并且使用纯锂金属作为锂离子电池的对电极。使用多孔膜(Celgard 3501)作为隔体。通过将1摩尔六氟磷酸锂溶解在碳酸亚乙酯和碳酸二甲酯的1∶1体积比混合物中形成电解液。以在0.01伏特(V)和3.0V之间的固定电压窗口利用Arbin电池测试仪进行恒电流充电-放电和循环性能测量。

锂离子电池测试

图7图示了锂离子电池的电压分布。图7图示了在利用Arbin电池测试仪在100毫安/克(mA g^-1)的电流密度和0.01V和3.0V之间的电压范围测试锂离子电池时最初五次循环的电压分布。混合纳米结构体(例如，阳极)在第1次循环中展现出904.52毫安时/克(mAh g^-1)的可逆容量。之后四次循环的可逆容量基本相同。例如，在第5次循环期间混合纳米结构体展现出897.83mAh g^-1的可逆容量。与其他碳质电极相比，本公开的锂离子电池的充电容量较高。尽管不受理论约束，但是第一放电的不可逆放电电容可能归因于柱状碳纳米管的表面上的固体电解液界面/界面(SEI)层的形成。

图8图示了锂离子电池的电压分布。图8图示了在一系列电流密度下测试锂离子电池时的电压分布。随着电流密度从100mA g^-1增加至900mA g^-1，可逆容量分别逐渐从900mAh g^-1降低至526.26mAh g^-1。可逆容量的降低可能归因于由于高电流密度而导致的锂化和去锂化的不完全。

为了说明使用混合纳米结构体作为阳极的锂离子电池的高循环稳定性，在600mA g^-1的电流密度下将锂离子电池循环250次循环。结果在图9中示出。图9图示了锂离子电池的循环性能和库伦效率。如在图9中图示的，在大约100％库伦效率下获得98.82％的可逆容量保持率。

图10图示了锂离子电池的倍率性能。随着充电-放电电流密度从100mA g^-1增加至1500mA g^-1，可逆容量分别从约900mAh g^-1降低至约370mA g^-1。在第二轮倍率性能循环测试中，观察到容量的略微增加(例如，约20％)，表明混合纳米结构体电极的非常良好的循环倍率性能和电化学稳定性。

在250次充电-放电循环之后在放电状态下将锂离子电池拆解。将混合纳米结构体移除并且在手套箱中用碳酸亚乙酯和碳酸二甲酯的混合物反复冲洗。图11A和11B图示了循环的混合纳米结构体的SEM图像。图11A图示了循环的混合纳米结构体的顶视图低放大倍数SEM并且图11B图示了循环的混合纳米结构体的顶视图高放大倍数SEM。如由图11A表明的，混合纳米结构体仍然具有完整性并且保持与铜表面的良好附着。混合纳米结构体的表面上的褶皱可以归因于柱状碳纳米管的润湿和在组装的纽扣型电池组电池中施加的压缩力。如在图11B中图示的，维持多孔网络形态，其中柱状碳纳米管仍然是可清楚辨别的。柱状碳纳米管在循环之后可以捆扎在一起，并且平均直径可以从10mm大幅增加至约20-30nm。柱状碳纳米管变大的原因归因于柱状碳纳米管表面上SEI层的形成。

图12图示了对于混合纳米结构体循环之前和之后的拉曼光谱的比较。在G峰标准化之后，没有观察到D和G峰的强度的明显变化，这进一步证实了用于可再充电锂离子电池中高稳定性阳极的本公开的混合纳米结构体的高稳定性。

如在本文中讨论的，在本文中所公开的方法可以提供用于形成可以在锂离子电池中使用的混合纳米结构体的无粘合剂技术。本公开的混合纳米结构体可以具有900mAh g^-1的可逆容量，其高于其他包含垂直排列碳纳米管的石墨体系。本公开的混合纳米结构体显示出高循环稳定性。例如，混合纳米结构体经过250次循环后在约100％库伦效率下展现出约99％容量保持率，同时混合纳米结构体在充电-放电循环之后维持多孔网络性质。

各种注释&实施例

为了进一步描述在本文中所公开的方法和混合碳纳米管和石墨烯纳米结构体，在这里提供非限制性的实施例清单：

在实施例1中，一种方法，其包括使用化学气相沉积在第一温度下使用甲烷和氢的第一混合物将至少一个石墨烯层形成至导电基板的表面上，将催化剂粒子沉积至所述至少一个石墨烯层的表面上，和使用化学气相沉积在第二温度下使用乙烯和氢的第二混合物将多个碳纳米管生长至所述至少一个石墨烯层的所述表面上，以形成无粘合剂的混合碳纳米管和石墨烯纳米结构体。

在实施例2中，实施例1的主题可以被任选配置成包括将少于三个石墨烯层形成至所述导电基板的所述表面上。

在实施例3中，实施例1或2中的任一项或任何组合的主题可以被任选配置成包括将两个石墨烯层形成至所述导电基板的所述表面上。

在实施例4中，实施例1至3中的任一项或任何组合的主题可以被任选配置成使得第一温度是950摄氏度。

在实施例5中，实施例1至4中的任一项或任何组合的主题可以被任选配置成使得第二温度是750摄氏度。

在实施例6中，实施例1至5中的任一项或任何组合的主题可以被任选配置成使得所述化学气相沉积是环境压力化学气相沉积法。

在实施例7中，实施例1至6中的任一项或任何组合的主题可以被任选配置成包括在将所述至少一个石墨烯层形成至所述导电基板的所述表面上之前将所述导电基板退火。

在实施例8中，实施例1至7中的任一项或任何组合的主题可以被任选配置成使得所述导电基板是铜箔。

在实施例9中，实施例1至8中的任一项或任何组合的主题可以被任选配置成使得所述催化剂粒子包含多个铁粒子。

在实施例10中，实施例1至9中的任一项或任何组合的主题可以被任选配置成使得所述多个铁粒子具有在约1纳米至约5纳米范围内的平均直径。

在实施例11中，实施例1至10中的任一项或任何组合的主题可以被任选配置成使得沉积所述催化剂粒子经由电子束蒸发完成。

在实施例12中，实施例1至11中的任一项或任何组合的主题可以被任选配置成使得沉积所述催化剂粒子包括将所述催化剂粒子选择性地图案化至所述至少一个石墨烯层的所述表面上。

在实施例13中，一种电池，其可以包含阴极和阳极，所述阳极包含导电基板，一个或两个沉积至所述导电基板的表面上的石墨烯层，和多个生长至所述石墨烯层的表面上的碳纳米管。所述电池可以包含电解液和位于所述阴极和阳极之间的隔体。

在实施例14中，实施例1至13中的任一项或任何组合的主题可以被任选配置成使得所述电池是锂离子电池。

在实施例15中，实施例1至14中的任一项或任何组合的主题可以被任选配置成使得所述阳极不含粘合剂。

在实施例16中，实施例1至15中的任一项或任何组合的主题可以被任选配置成使得所述导电基板选自铜、镍和铝中的至少一种。

在实施例17中，实施例1至16中的任一项或任何组合的主题可以被任选配置成使得所述导电基板是铜箔。

在实施例18中，一种能量装置，其包含导电基板，沉积至所述导电基板的表面上的至少一个石墨烯层，和生长至所述石墨烯层的表面上的多个碳纳米管，其中所述能量装置不包含粘合剂。

在实施例19中，实施例1至18中的任一项或任何组合的主题可以被任选配置成使得所述导电基板是铜箔。

在实施例20中，实施例1至19中的任一项或任何组合的主题可以被任选配置成使得所述至少一个石墨烯层是少于三个石墨烯层。

在实施例21中，实施例1至20中的任一项或任何组合的主题可以被任选配置成使得包含无粘合剂的混合碳纳米管和石墨烯纳米结构体的电池具有900mAh g^-1的可逆容量。

在实施例22中，实施例1至21中的任一项或任何组合的主题可以被任选配置成使得包含无粘合剂的混合碳纳米管和石墨烯纳米结构体的电池在经过250次循环之后具有约99％的容量保持率和约100％的库伦效率。

这些非限制性实例可以以任何排列或组合方式组合。以上详细描述意在是说明性的并不是限制性的。例如，上述实例(或其一个或多个要素)可以彼此结合使用。如由本领域普通技术人员基于回顾以上描述，可以使用其他实施方案。此外，可以将各种特征或要素集合在一起以简化本公开内容。这不应该被解释为意指未要求保护的公开特征对任何权利要求是必需的。相反，本发明的主题可以处于少于具体公开的实施方案的全部特征的状态。因此，以下权利要求在此结合至详细描述中，并且各权利要求作为单独的实施方案代表其本身。本发明的范围应该参照所附权利要求以及与这些权利要求授予的等价物的全部范围来确定。

在本申请中，术语“包含(including)”和“其中(in which)”用作各自的术语“包含(comprising)”和“其中(wherein)”的通俗英语等同物。此外，在以下权利要求中，术语“包括”和“包含”是开放性的，即，包括除在权利要求中在所述术语后列出的那些以外要素的方法、电池或能量装置仍然被认为落在所述权利要求的范围内。此外，在以下权利要求中，术语“第一”、“第二”和“第三”等仅被用作标记，并且并非意在对其目标赋予数字要求。

在本文中，如在专利文献中常见的，术语“一个”或“一种”用来包括一个或多于一个，独立于“至少一个”或“一个或多个”的任何其他实例。在本文中，除非另外说明，术语“或”用来指代非排他性的，因此“A或B”包括“A而不是B”、“B而不是A”以及“A和B”。在本文中，术语“包括(including)”和“其中(in which)”用作各自的术语“包括(comprising)”和“其中(wherein)”的通俗英语等同物。此外，在以下权利要求中，术语“包括”和“包含”是开放性的，即，包括除在权利要求中在所述术语后列出的那些以外要素的系统、器件、制品或过程仍然被认为落在所述权利要求的范围内。此外，在以下权利要求中，术语“第一”、“第二”和“第三”等仅被用作标记，并且并非意在对其目标赋予数字要求。

以范围形式表述的值应该以灵活的方式解释为不仅包括作为范围的界限而明确叙述的数值，而且也包括在那个范围内的所包含的所有单个数值或子范围，如同每个数值和子范围被明确地叙述一样。例如，“约0.1％至约5％”的范围应当被解释为：不仅包括0.1％至5％(包括端点)，而且也包括在指出的范围内的单个值(例如，1％、2％、3％和4％)和子范围(例如，0.1％至0.5％、1.1％至2.2％、3.3％至4.4％)。如在本文中所使用的，术语“约”可以定义为包括一定幅度的误差，例如，至少+/-10％。

以上描述意在是说明性的并不是限制性的。例如，上述实例(或其一个或多个方面)可以彼此结合使用。如由本领域普通技术人员基于回顾以上描述，可以使用其他实施方案。提供概要以符合37C.F.R.§1.72(b)，从而允许读者迅速确定技术公开内容的本质。摘要是在理解不会将其用于解释或限制权利要求的范围或含义的情况下提交的。而且，在以上详细描述中，可以将多种特征集合在一起，以简化公开内容。这不应该被解释为意指未要求保护的公开特征对任何权利要求是必需的。相反，本发明的主题可以处于少于具体公开的实施方案的全部特征的状态。因此，以下权利要求在此结合到详细说明中，并且每个权利要求作为单独的实施方案独立存在，并且预期的是，这种实施方案可以彼此以各种组合或排列进行组合。本发明的范围应该参照所附权利要求以及与这些权利要求授予的等价物的全部范围来确定。