控制炉气氛来改善硅占主导的阳极电池的容量保持率的制作方法

控制炉气氛来改善硅占主导的阳极电池的容量保持率
1.相关申请的交叉引用/援引并入
2.本技术要求于2019年11月7日提交的第16/677,027号美国专利申请的优先权，所述美国专利申请通过援引据此并入。
技术领域
3.本公开内容的方面涉及能量产生和存储。更具体地，本公开内容的某些实施方式涉及用于控制炉气氛来改善硅占主导的阳极电池的容量保持率的方法和系统。


背景技术：

4.常规电池技术可能存在各种问题。就此而言，用于实施电池电极的常规系统和方法(如果存在)可能是昂贵的、笨重的和/或低效的，例如，它们可能实施起来复杂和/或耗时，并且可能限制电池使用寿命。
5.通过将这种系统与如本技术的其余部分中参考附图所阐述的本公开内容的一些方面进行比较，常规和传统方法的其它限制和缺点对于本领域技术人员而言将变得显而易见。


技术实现要素：

6.提供了用于控制炉气氛来改善硅占主导的阳极电池的容量保持率的系统和方法，大体上如至少一个图所示和/或如关于至少一个图所述，如权利要求中更完整地阐述。
7.根据以下描述和附图，将更全面地理解本公开内容的这些和其它优点、方面和新特征，以及其所示实施方案的细节。
附图说明
8.图1是根据本公开内容的示例性实施方案的具有用受控的炉气氛加工的电极的电池的图。
9.图2例示出根据本公开内容的示例性实施方案的示例性硅占主导的阳极。
10.图3是根据本公开内容的示例性实施方案的用于直接涂覆电极的方法的流程图。
11.图4是根据本公开内容的示例性实施方案的用于转移层压电极的替代方法的流程图。
12.图5例示出根据本公开内容的示例性实施方案的配置成用受控的炉气氛加工硅占主导的电极的示例性间歇式炉。
13.图6例示出根据本公开内容的示例性实施方案的配置成用受控的炉气氛加工硅占主导的电极的示例性连续的间歇式炉。
14.图7是例示出根据本公开内容的示例性实施方案的使用不同气氛条件加工阳极的放电容量性能的绘图。
15.图8是例示出根据本公开内容的示例性实施方案的在不同测试条件下使用不同气
氛条件加工阳极的放电容量性能的绘图。
16.图9是例示出根据本公开内容的示例性实施方案的使用不同气氛条件加工阳极的电阻性能的绘图。
具体实施方式
17.图1是根据本公开内容的示例性实施方案的具有用受控的炉气氛加工的电极的电池的图。参考图1，示出了电池100，所述电池100包括夹置在阳极101与阴极105之间的隔板103，以及集流器107a和107b。还示出了联接至电池100的负载109，例示出当电池100处于放电模式时的情况。在本公开内容中，术语“电池”可以用于指示单个电化学电池，形成为模块的多个电化学电池和/或形成为组件的多个模块。
18.便携式电子装置的发展和运输的电气化驱动了对高性能电化学能量存储的需求。相对于其它可充电电池化学品，小规模(《100wh)至大规模(》10kwh)装置由于锂离子(li离子)电池的高性能而主要使用锂离子电池。
19.阳极101和阴极105，连同集流器107a和107b，可以包括电极，所述电极可以包括在电解质材料内或容纳电解质材料的板或膜，其中板可以提供用于容纳电解质的物理屏障以及与外部结构的导电接触。在其它实施方案中，阳极/阴极板浸没在电解质中，同时外壳提供电解质容纳。阳极101和阴极电联接至集流器107a和107b，集流器107a和107b包含金属或其它导电材料用于提供与电极的电接触以及在形成电极时对活性材料的物理支撑。
20.图1中所示的配置例示出处于放电模式的电池100，而在充电配置中，可以用充电器代替负载107以逆转该过程。在一类电池中，隔板103通常是由例如电绝缘聚合物制成的膜材料，这防止电子从阳极101流到阴极105，或者反之亦然，同时是足够多孔的以允许离子穿过隔板103。通常，隔板103、阴极105和阳极101材料分别形成为片、膜或活性材料涂覆的箔。将阴极、隔板和阳极的片依次堆叠或轧制，使隔板103将阴极105与阳极101分隔，以形成电池100。在一些实施方案中，隔板103是片并且通常在其制造中采用卷绕方法和堆叠。在这些方法中，阳极、阴极和集流器(例如，电极)可以包括膜。
21.在示例性情形中，电池100可以包含固体、液体或凝胶电解质。隔板103优选不溶于典型的电池电解质，例如可以包含以下的组合物：碳酸亚乙酯(ec)、氟代碳酸亚乙酯(fec)、碳酸亚丙酯(pc)、碳酸二甲酯(dmc)、碳酸甲乙酯(emc)、碳酸二乙酯(dec)等以及溶解的libf4、liasf6、lipf6和liclo4等。隔板103可以用液体或凝胶电解质润湿或浸泡。此外，在示例性实施方案中，隔板103在低于约100℃至120℃不熔化，并且表现出足够的机械性质用于电池应用。在操作中，电池可以经历阳极和/或阴极的膨胀和收缩。在示例性实施方案中，隔板103可以膨胀和收缩至少约5％至10％而不失效，并且还可以是柔性的。
22.隔板103可以是足够多孔的，使得一旦用例如液体或凝胶电解质润湿，离子就可以穿过隔板。替代地(或额外地)，即便没有显著的孔隙度，隔板也可以通过胶凝或其它方法吸收电解质。隔板103的孔隙度通常也不会太多孔以致允许阳极101和阴极105通过隔板103传递电子。
23.阳极101和阴极105包括用于电池100的电极，提供与用于在充电和放电状态下传递电荷的装置的电连接。例如，阳极101可以包含硅、碳或这些材料的组合。典型的阳极电极包含碳材料，其包括诸如铜片的集流器。碳是常用的，因为碳具有优异的电化学性质并且还
是导电的。目前在可充电锂离子电池中使用的阳极通常具有约200毫安小时/克的比容量。用于大多数锂离子电池阳极的活性材料石墨具有372毫安小时每克(mah/g)的理论能量密度。相比之下，硅具有4200mah/g的高的理论容量。为了增加锂离子电池的体积能量密度和重量能量密度，硅可以用作阴极或阳极的活性材料。硅阳极可以由例如具有超过50％的硅的硅复合物形成。
24.在示例性情况下，阳极101和阴极105存储用于分离电荷的离子，例如锂。在该实例中，电解质在放电模式下将带正电的锂离子从阳极101携带到阴极105，例如如图1中所示，并且反之亦然，在充电模式下穿过隔板105。锂离子的运动在阳极101中产生自由电子，这在正集流器107b处产生电荷。然后电流从所述集流器通过负载109流到负集流器107a。隔板103阻挡电池100内的电子流，允许锂离子流，并且防止电极之间的直接接触。
25.当电池100放电并且提供电流时，阳极101释放锂离子经由隔板103到达阴极105，从而产生从一侧经由联接的负载109到另一侧的电子流动。当对电池充电时，发生相反的情况，其中锂离子被阴极105释放并且由阳极101接收。
26.为阳极101和阴极105选择的材料对于电池100可能的可靠性和能量密度是重要的。当前锂离子电池的能量、功率、成本和安全性需要改善，以便例如与内燃机(ice)技术竞争并且允许电动车辆(ev)的广泛采用。随着高容量且高电压阴极、高容量阳极以及具有高电压稳定性和与电极的界面兼容性的功能性不可燃电解质的开发，实现了高能量密度、高功率密度和改善的安全性的锂离子电池。此外，将具有低毒性的材料作为电池材料对降低工艺成本和促进消费者安全性是有利的。
27.电化学电极的性能虽然取决于许多因素，但很大程度上取决于电极颗粒之间以及集流器与电极颗粒之间的电接触的稳健性。硅阳极电极的导电性可以通过掺入具有不同形态性质的导电添加剂来控制。炭黑(super p)、气相生长碳纤维(vgcf)以及两者的混合物先前已经单独地掺入到阳极电极中，导致阳极性能的改善。两种碳材料之间的协同相互作用可以促进在充电和放电期间硅阳极的大体积变化中的电接触。
28.现有技术的锂离子电池通常采用石墨占主导的阳极作为锂的插层材料。然而，与石墨占主导的锂离子电池相比，硅占主导的阳极提供了改善。硅表现出高重量容量(3579mah/g相对于石墨的372mah/g)和体积容量(2194mah/l相对于石墨的890mah/l)。此外，基于硅的阳极相对于li/li
+
具有在约0.3v至0.4v的低的锂化/去锂化电压平台，这使其保持开路电势，避免了不希望的li析出和枝晶形成。虽然硅显示出优异的电化学活性，但由于硅在锂化和去锂化期间的大体积变化，实现基于硅的阳极的稳定循环寿命具有挑战性。硅区域可能失去与阳极的电接触，因为大的体积变化与其低电导率相结合将硅与阳极中的周围材料分开。
29.此外，大的硅体积变化加剧了固体电解质中间相(sei)的形成，这可以进一步导致电绝缘，从而导致容量损失。在充电-放电循环时硅颗粒的膨胀和收缩引起硅颗粒的粉碎，这增加了其比表面积。随着循环间期硅表面积变化和增加，sei反复地解体和重组。因此，sei在循环期间不断地积聚在粉碎的硅区域周围，变成厚的电子和离子绝缘层。这种累积的sei增加了电极的阻抗并且降低了电极电化学反应性，这对循环寿命是有害的。
30.例如通过结合使用可以产生电池的组件(以及因此电池本身)的性能的改善的某些技术，可以改善电池的性能。例如，与电极加工相关的控制条件可以导致电极的各种属性
(例如，容量保持率)的改善，这将进而改善电池的性能。在根据本公开内容的各种实施方式中，控制与电极加工相关的气氛条件可以用于改善电极的性能。这将参考图5至图8进一步描述。
31.图2例示出根据本公开内容的示例性实施方案的示例性硅占主导的阳极。参考图2，示出了阳极200、集流器201、粘合剂203和活性材料205。然而，应注意，粘合剂203可以存在或不存在，取决于使用的阳极制造工艺的类型，因为粘合剂不是必须存在于其中活性材料直接形成在集电器上的直接涂覆工艺中。
32.在示例性情况下，活性材料205包括在粘结剂材料和溶剂中的硅颗粒，活性材料205被热解以将粘结剂转变成玻璃碳，所述玻璃碳提供在硅颗粒周围的结构框架并且还提供导电性。可以使用任选的粘合剂203将活性材料联接至集流器201。集流器201可以包括金属膜，例如铜、镍或钛，但根据所需的拉伸强度可以使用其它导电箔。
33.图2还例示出接枝到并且锂化活性材料205的锂颗粒。此外，如图2中所示，集流器201具有厚度t，厚度t可以基于具体实施方式而变化。就此而言，在一些实施方式中可以使用较厚的箔，而在其它实施方式中使用较薄的箔。例如，对于铜，示例性较厚的箔的厚度可以大于6μm，例如10μm或20μm，而对于铜，较薄的箔的厚度可以小于6μm。
34.在示例性情况下，当使用粘合剂时，粘合剂203包括诸如聚酰亚胺(pi)或聚酰胺-酰亚胺(pai)的聚合物，其提供活性材料膜205与集流器201的粘合强度，同时还提供与集流器201的电接触。根据所需的强度，可以使用其它粘合剂，只要它们可以在加工后提供具有足够导电性的粘合强度即可。
35.图3是根据本公开内容的示例性实施方案的用于直接涂覆电极的方法的流程图。该方法包括将活性材料、导电添加剂和粘结剂物理地混合在一起，并且将其直接涂覆在集流器上。该示例性方法包括直接涂覆方法，其中使用诸如cmc、sbr、藻酸钠、pai、paa、pi及其混合物和组合的粘结剂将阳极浆料直接涂覆在铜箔上。另一个示例性方法包括在基板上形成活性材料，然后转移至集流器，如关于图4所述。
36.在步骤301中，可以使用粘结剂/树脂(例如pi、pai)、溶剂和导电碳来混合原始电极活性材料。例如，石墨烯/vgcf(按重量计1:1)可以在超声处理下分散在n-甲基吡咯烷酮(nmp)中，持续例如1小时，随后添加super p(与vgcf和石墨烯为1:1:1)并且进行额外的超声处理，持续例如45至75分钟。然后可以在球磨机中在例如1000rpm下持续指定时间，将具有所需颗粒尺寸的硅粉分散在聚酰胺酸树脂(在nmp中的15％固体)中，然后可以添加共轭碳/nmp浆料并且在例如2000rpm下持续另一预定时间进行分散，以实现2000至4000cp的浆料粘度和约30％的总固体含量。可以改变颗粒尺寸和混合时间以配置活性材料的密度和/或粗糙度。
37.在步骤303中，浆料可以以例如3至4mg/cm2的负载量涂覆在箔上，其可以在步骤305中进行干燥，产生小于15％的残留溶剂含量。在步骤307中，可以使用任选的压延过程，其中可以使用一系列硬压辊来将膜/基板修整成更平滑且更致密的材料片。
38.在步骤309中，活性材料可以通过加热至500至800℃来热解，使得碳前驱体部分或完全转化为玻璃碳。在使阳极在400摄氏度或高于400摄氏度进行加热的情况下，热解步骤可以产生具有大于或等于50重量％的硅含量的阳极活性材料。热解可以以辊的形式进行，或者在步骤311中的冲压之后进行。如果以辊的形式进行，则在热解过程之后进行冲压。然
后可以用隔板和阴极与电解质一起夹置经冲压的电极以形成电池。
39.在步骤313中，电池可以进行包括初始充电和放电步骤的化成过程，以锂化阳极，其中剩余一些残留的锂。
40.根据本公开内容，与加工电极相关的气氛条件(特别是在热解步骤之前和/或在热解步骤期间)可以改善电极的性能。这将参考图5至图8进一步描述。
41.图4是根据本公开内容的示例性实施方案的用于转移层压电极的替代方法的流程图。虽然先前制造复合阳极的方法采用了直接涂覆过程，但该方法将活性材料、导电添加剂和粘结剂物理地混合在一起，并与剥离和层压过程相结合。
42.该方法在图4的流程图中示出，以步骤401开始，其中活性材料可以与粘结剂/树脂(例如聚酰亚胺(pi)或聚酰胺-酰亚胺(pai))、溶剂、硅氮烷(silosilazane)添加剂和任选的导电碳混合。正如图4中所述的方法，石墨烯/vgcf(按重量计1:1)可以在超声处理下分散在nmp中，持续例如45至75分钟，随后添加super p(与vgcf和石墨烯为1:1:1)并且进行额外的超声处理，持续例如45至75分钟。然后可以在球磨机中在例如800至1200rpm下持续指定时间，将具有所需颗粒尺寸的硅粉分散在聚酰胺酸树脂(在n-甲基吡咯烷酮(nmp)中的10至20％固体)中，然后可以添加共轭碳/nmp浆料并且在例如1800至2200rpm下持续例如另一预定时间进行分散，以实现2000至4000cp的浆料粘度和约30％的总固体含量。可以改变颗粒尺寸和混合时间以配置活性材料的密度和/或粗糙度。
43.在步骤403中，浆料可以涂覆在聚合物基板上，例如聚对苯二甲酸乙二醇酯(pet)、聚丙烯(pp)或mylar。浆料可以以3至4mg/cm2的负载量(具有15％溶剂含量)涂覆在pet/pp/mylar膜上，然后在步骤405中干燥以去除一部分溶剂。可以使用任选的压延过程，其中可以使用一系列硬压辊来将膜/基板修整成平滑且致密的材料片。
44.在步骤407中，然后可以从pet中去除生膜，其中可以将活性材料从聚合物基板上剥离，剥离过程对于聚丙烯(pp)基板是任选的，因为pp在热解时可以留下约2％的炭残留物。剥离之后可以进行固化和热解步骤409，其中可以将膜切割成片，并且使用两阶段方法(100至140℃持续15小时，200至240℃持续5小时)进行真空干燥。干膜可以在1000至1300℃进行热处理以将聚合物基质转化成碳。在使阳极在400摄氏度或高于400摄氏度进行加热的情况下，热解步骤可以产生具有大于或等于50重量％的硅含量的阳极活性材料。
45.在步骤411中，可以将热解的材料平压或辊压层压在集流器上，其中可以用标称负载量为0.35至0.75mg/cm2的聚酰胺-酰亚胺(作为在nmp中的5至7wt％清漆施用，在100至140℃下真空干燥10至20小时)涂覆铜箔。在平压层压中，可以使用加热的液压机(30至70秒，250至350℃，并且3000至5000psi)将硅-碳复合膜层压到涂覆的铜上，从而形成最终的硅复合电极。在另一个实施方案中，热解的材料可以被辊压层压至集流器。
46.在步骤413中，然后可以用隔板和阴极与电解质一起夹置电极以形成电池。电池可以进行包括初始充电和放电步骤的化成过程，以锂化阳极，其中剩余一些残留的锂。
47.根据本公开内容，与加工电极相关的气氛条件(特别是在热解步骤之前和/或在热解步骤期间)可以改善电极的性能。这将参考图5至图8进一步描述。
48.图5例示出根据本公开内容的示例性实施方案的配置成用受控的炉气氛加工硅占主导的电极的示例性间歇式炉。图5中示出了可以用于加工电极，特别是硅占主导的阳极的间歇式炉500。
49.炉500可以在加工电极期间使用，特别是用于进行热解。炉500可以支持以各种方式布置的电极，例如卷、片等。例如，炉500可以被配置用于加工电极卷(例如，图5中所示的电极卷510)。在这点上，电极卷510可以包括包含施加在集流器(例如，铜)上的电极材料的长片，所述长片卷绕在圆柱形芯上。然而，本发明不限于特定类型的电极布置(例如，卷)，并且可以与任何合适的电极布置一起使用。如图5中所示，炉500可以用于单个批次加工(例如，单个电极卷)。
50.根据本公开内容，炉500可以被配置成用受控的炉气氛进行电极加工。在这点上，可以使用各种措施来设定和/或调节炉气氛，特别是以优化和/或增强其中进行的电极加工(例如，热解)的受控方式。例如，可以在电极的热解期间调节或控制诸如压力、炉气氛的组成(其中包含的气体)等和/或其组合的属性(例如，用于还原性气氛)，这可以导致电极性能的改善，例如，关于容量保持率。在这点上，受控的炉气氛可以用于不同的加工技术。例如，热解期间的还原性气氛可以用于直接涂覆和基于层压的加工。在这点上，在直接涂覆的硅占主导的阳极的热解期间和/或在层压的硅占主导的阳极中使用的硅占主导的硅-碳复合试样(coupons)的热解期间的还原性气氛可以类似地导致改善的容量保持率。
51.控制气氛可以被配置用于确保可以被确定为对电极加工具有积极影响的条件。例如，对于硅占主导的电极，如果在无氧环境中进行加工(例如，热解)，则可以改善电极加工的性能。因此，控制炉气氛可以包括调节或产生可以确保减少或消除氧气的气氛条件(例如，通过在炉气氛中包含可以确保减少或消除氧气的气体，例如氢气)。
52.在各种实施方式中，受控的炉气氛可以包括控制和/或调节压力。例如，热解可以在低压条件下(例如，在真空室中，容器压力基本上低于大气压力)进行。在受控的炉气氛期间也可以使用正压(例如，高于大气压力)。可以这样做，例如以维持所产生的气氛条件(例如，通过阻止污染物进入)。
53.控制炉气氛还可以包括控制和/或调节炉气氛的组成，例如，其中包含的气体。在这点上，炉通常可以填充惰性气体，例如氩气(ar)。然而，对于硅占主导的电极，可以通过使用包括其它非惰性气体的组合来增强加工。可以例如通过产生含有氢气、一氧化碳(co)、二氧化碳/一氧化碳(co2/co)共混物(例如，来自各种燃料的燃烧产物)、离解的氨(合成气体)等或上述的混合物的气氛来使用还原性气氛。
54.在间歇式过程中，如在间歇式炉(例如，图5的间歇式炉500)中进行的，在此描述的功能可以在产生真空(和注入惰性气体)之后执行。因此，在将电极卷510放置在炉500中之后，首先产生真空，然后将惰性气体(例如，氩气)注入炉中。然后可以产生还原性气氛，例如通过调节炉中的压力，添加特别选择的气体等，选择和/或配置这些措施中的至少一些来增强电极加工的性能(例如，通过确保无氧环境)。然后可以进行热解步骤。在示例性实施方式中，可以使用氢火焰(经由炉内合适的火焰源提供)以进一步确保炉内氧气的去除。
55.在一些情况下，受控的炉气氛可以以多步过程准备，其可以包括在进行热解步骤之前使电极相继经受真空和还原性气氛。可以这样做，以例如确保无氧环境。在这点上，对于现有的解决方案，其中产生导致热解过程的真空条件，仍然可能发生一些氧化，这可能不利地影响性能。因此，使电极经受真空和还原性气氛(特别是当这些步骤重复多次时)可以通过确保在热解步骤之前清除所有的氧气来增强性能。
56.虽然在图5中未示出，但炉500可以包括组件(例如，传感器、控制电路等，未示出)
以提供与本文所述的受控炉气氛相关的必要的传感和控制功能。
57.图6例示出根据本公开内容的示例性实施方案的配置成用受控的炉气氛加工硅占主导的电极的示例性连续的间歇式炉。图6中示出了可以用于加工电极，特别是硅占主导的阳极的连续的间歇式炉600。
58.连续的间歇式炉600可以类似于关于图5所述的炉500。然而，连续的间歇式炉600可以被配置用于支持连续分批加工。如此，连续的间歇式炉600可以包括多个室(或端口)610。
59.连续的间歇式炉600可以类似地配置成支持受控的炉气氛，如关于图5所述。然而，连续的间歇式炉600可以特别适用于以多步方式提供用受控炉气氛进行电极加工。
60.例如，通过在室610之间结合联锁620，上述功能(例如，真空、用惰性气体填充空间、应用还原性气氛措施(其可以包括用于去除和/或清除氧气的措施，例如注入去除氧气的气体，使用氢火焰)等的步骤)可以在整个链的不同点处，在不同的室610中依次施加，因为联锁620允许在相邻的室610中施加不同的动作(以及相应的条件)，而不会相互影响。
61.图7是例示出根据本公开内容的示例性实施方案的使用不同气氛条件加工阳极的放电容量性能的绘图。
62.图7中示出的绘图比较了对应于两个不同组的阳极的放电容量：第1组(g1)和第2组(g2)。在这点上，两个组都包括直接涂覆的硅占主导的阳极，在对应于图7的示例性实施方式中，所述阳极通过用含有硅、super p(碳)、聚酰胺-酰亚胺(pai)和n-甲基吡咯烷酮(nmp)的浆料涂覆铜集流器来制备。第g1组的阳极在100％氩气(ar)的气氛中在600℃下进行热处理；第g2组的阳极类似地在600℃下但在氩气(ar)中有5％氢气(h2)的气氛中进行热处理。
63.在热处理之后，将阳极组装成电池，例如组装成5层电池，与92％nca(锂镍钴铝氧化物(linicoalo2))阴极配对。使用不同的测试方案循环电池。在这点上，如图7中的绘图所示，在4c充电至4.2v和0.5c放电至3.1v(4c(4.2v)/0.5c(3.1v))测试条件下测量所形成的电池的放电容量。如图7中的图表所示，使用在含氢气的气氛中制备的阳极制造的电池表现出更好的容量保持率。
64.图8是例示出根据本公开内容的示例性实施方案的在不同测试条件下使用不同气氛条件加工阳极的放电容量性能的绘图。图8中示出的绘图比较了对应于关于图7所述的两个组(即，第1组(g1)和第2组(g2))的阳极的放电容量。
65.在这点上，如上所述，两组都包括直接涂覆的硅占主导的阳极，所述阳极通过用含有硅、super p(碳)、聚酰胺-酰亚胺(pai)和n-甲基吡咯烷酮(nmp)的浆料涂覆铜集流器，然后在600℃下，对于第1组(g1)在100％氩气的气氛中以及对于第2组(g2)在氩气中有5％氢气的气氛中进行热处理来制备。此外，如上所述，两组的阳极以类似的方式组装成电池，例如组装成与92％nca阴极配对的5层电池。然而，如图8中的绘图所示，在2c充电至4.2v和0.5c放电至2.75v(2c(4.2v)/0.5c(2.75v))测试条件下循环电池并且测量放电容量。如图8中的图表所示，使用在含氢气的气氛中制备的阳极制造的电池再次表现出更好的容量保持率。
66.如图7和图8所示，控制炉气氛(例如，通过包含氢气)导致改善的容量保持性能。例如，如图7和图8中所示，在使用还原性气氛的情况下，与较低还原性气氛相比，可以实现在
100次循环之后容量保持率的》5％的增加，或者可以实现在100次循环之后容量保持率》90％。此外，当使用较高还原性气氛时，容量的突然下降(斜率变化)可以进一步移后(例如，在循环中大于50次循环)。
67.图9是例示出根据本公开内容的示例性实施方案的使用不同气氛条件加工阳极的电阻性能的绘图。图9中示出的绘图比较了对应于关于图7所述的两个组(即，第1组(g1)和第2组(g2))的阳极的电阻性能。
68.在这点上，如上所述，两组都包括直接涂覆的硅占主导的阳极，所述阳极通过用含有硅、super p(碳)、聚酰胺-酰亚胺(pai)和n-甲基吡咯烷酮(nmp)的浆料涂覆铜集流器，然后在600℃下，对于第1组(g1)在100％氩气的气氛中以及对于第2组(g2)在氩气中有5％氢气的气氛中进行热处理来制备。此外，如上所述，两组的阳极以类似的方式组装成电池，例如组装成与92％nca阴极配对的5层电池。
69.如图9中的绘图所示，与并入在100％氩气气氛中制备的阳极(g1阳极)的电池相比，并入在含氢气的气氛中制备的阳极(g2阳极)的电池表现出更好的电阻性能，因为g2阳极(或含有这些阳极的电池)的电阻随着循环的增加以较低的速率增加。换而言之，使用更高还原性气氛减缓了循环期间dc电池电阻的增加。例如，如图9中所示，还原性较高的热解环境在100次循环之后可以导致10％的电阻增加，而还原性较低的热解环境在100次循环之后可以导致20％的电阻增加。
70.根据本公开内容，用于电极加工的示例性方法包括控制在炉中加工硅占主导的电极期间的炉气氛，其中所述加工包括硅占主导的电极的热解，并且所述控制包括设置或调节以下中的一个或多个：炉气氛的压力，以及炉气氛的组成。
71.在示例性实施方案中，所述方法还包括基于至少一个环境条件来配置炉气氛的控制。所述至少一个环境条件可以包括无氧环境。
72.在示例性实施方案中，所述方法还包括在硅占主导的电极热解之前配置炉气氛的控制以去除和/或清除炉中的氧气。
73.在示例性实施方案中，所述控制包括在硅占主导的电极热解之前应用一个或多个用于去除或清除炉中的氧气的调节。
74.在示例性实施方案中，所述方法还包括设定或调节炉气氛的组成，使得其包含惰性气体和至少一种附加气体。惰性气体可以包括氩气(ar)。
75.在示例性实施方案中，所述方法还包括基于至少一个性能标准选择所述至少一种附加气体，所述至少一个性能标准包括氧气的去除。所述至少一种附加气体可以包括氢气(h2)、一氧化碳(co)、二氧化碳/一氧化碳(co2/co)共混物和合成气体中的一种或多种。
76.在示例性实施方案中，所述至少一种附加气体占炉气氛的5体积％。
77.在示例性实施方案中，所述至少一种附加气体占炉气氛的至多10体积％。
78.在示例性实施方案中，设定或调节炉气氛的压力包括降低压力。
79.在示例性实施方案中，设定或调节炉气氛的压力包括在炉中产生正压。
80.在示例性实施方案中，控制炉气氛包括在炉中产生真空环境；以及随后用惰性气体填充炉。惰性气体可以包括氩气(ar)。
81.在示例性实施方案中，控制炉气氛包括重复以下：在炉中产生真空环境，以及随后用惰性气体填充炉。
82.在示例性实施方案中，控制炉气氛还包括，在用惰性气体填充炉之后，将至少一种附加气体添加到炉中。
83.在示例性实施方案中，所述方法还包括基于至少一个性能标准选择所述至少一种附加气体，所述至少一个性能标准包括氧气的去除。所述至少一种附加气体可以包括氢气(h2)、一氧化碳(co)、二氧化碳/一氧化碳(co2/co)共混物和合成气体中的一种或多种。
84.在示例性实施方案中，所述方法还包括基于一个或多个电池性能参数来配置炉气氛的控制。
85.在示例性实施方案中，所述一个或多个电池性能参数包括容量保持率。
86.在示例性实施方案中，所述方法还包括配置炉气氛的控制以增加预定循环数的容量保持率。
87.在示例性实施方案中，一个或多个电池性能参数包括电阻。
88.在示例性实施方案中，所述方法还包括配置炉气氛的控制，以减少预定循环数的电阻的增加。
89.如本文所用，“和/或”意指列表中由“和/或”连接的任何一个或多个项目。作为实例，“x和/或y”意指三个要素集合{(x),(y),(x,y)}中的任何要素。换而言之，“x和/或y”意指“x和y中的一个或两个”。作为另一个实例，“x、y和/或z”意指七个要素集合{(x),(y),(z),(x,y),(x,z),(y,z),(x,y,z)}中的任何要素。换而言之，“x、y和/或z”意指“x、y和z中的一个或多个”。如本文所用，术语“示例性”意指用作非限制性实例、例子或示例。如本文所用，术语“例如(for example)”和“例如(e.g.)”引出一个或多个非限制性实例、例子或示例的列表。
90.如本文所用，术语“电路(circuits)”和“电路(circuitry)”是指物理电子组件(例如，硬件)，以及可以配置硬件、由硬件执行和/或以其它方式与硬件相关联的任何软件和/或固件(“代码”)。如本文所用，例如，特定处理器和存储器(例如，易失性或非易失性存储器装置、通用计算机可读介质等)可以包括在执行第一一行或多行代码时的第一“电路”，并且可以包括在执行第二一行或多行代码时的第二“电路”。另外，电路可以包括模拟电路和/或数字电路。这种电路可以例如对模拟信号和/或数字信号进行操作。应理解，电路可以在单个装置或芯片中，在单个主板上，在单个机箱中，在单个地理位置处的多个外壳中，在分布在多个地理位置上的多个外壳中等。类似地，术语“模块”可以例如是指物理电子组件(例如，硬件)，以及可以配置硬件、由硬件执行和/或以其它方式与硬件相关联的任何软件和/或固件(“代码”)。
91.如本文所用，每当电路或模块包括执行功能所必需的硬件和代码(如果需要的话)时电路或模块“可操作”地执行该功能，而不管该功能的执行是否被禁用或未启用(例如，通过用户可配置的设置、工厂修整等)。
92.本发明的其它实施方案可以提供其上存储有具有可由机器和/或计算机执行的至少一个代码段的机器代码和/或计算机程序的非暂时性计算机可读介质和/或存储介质，和/或非暂时性机器可读介质和/或存储介质，从而使机器和/或计算机执行如本文所述的方法。
93.因此，根据本发明的各种实施方案可以实现成硬件、软件或硬件和软件的组合。本发明可以以集中的方式实现在至少一个计算系统中，或者以其中不同的元件分布在几个互
连的计算系统中的分布的方式实现。适于执行本文所述的方法的任何类型的计算系统或其它设备均是合适的。硬件和软件的典型组合可以是具有程序或其它代码的通用计算系统，所述程序或其它代码在被加载和执行时控制计算系统，使得其实施本文所述的方法。另一个典型的实现方式可以包括专用集成电路或芯片。
94.根据本发明的各种实施方案也可以被嵌入到计算机程序产品中，所述计算机程序产品包括能够实现本文所述的方法的所有特征，并且当被加载到计算机系统中时能够实施这些方法。本文中的计算机程序意指旨在引起具有信息处理能力的系统直接或在以下任一项或两项之后执行特定功能的任何语言、代码或符号的一组指令的任何表达：a)转换成另一种语言、代码或符号；b)以不同的材料形式再现。
95.尽管已经参考某些实施方案描述了本发明，但本领域技术人员应理解，在不背离本发明的范围的情况下，可以进行各种改变并且可以替换等同物。此外，在不背离本发明的范围的情况下，可以进行许多修改以使特定的情况或材料适应本发明的教导。因此，本发明不旨在局限于公开的具体实施方案，而是本发明将包括落入所附权利要求的范围内的所有实施方案。