硅阳极电池1.相关申请的交叉引用2.本技术要求2021年2月18日提交的美国临时申请第63/150,880号、2021年6月17日提交的美国临时申请第63/211,864号以及2021年10月28日提交的美国临时申请第63/273,026号的权益，每个美国临时申请均通过该引用以其整体并入。
技术领域：
：3.本发明总体上涉及电池领域，并且更具体地涉及电池领域中新的且有用的系统和方法。4.附图简述5.图1是系统的示意图。6.图2a和图2b是示例性的电池系统的示意图。7.图3a、图3b、图3c和图3d是示例性的电池系统的示意图。8.图4是示例性的硅阳极的示意图。9.图5a和图5b是包覆有sei层的示例性的硅材料的示意图。10.图6是包括锂化的硅和非锂化的硅的示例性的硅阳极的示意图。11.图7是包括塑料焊缝和第二焊缝的示例性的电池的示意图。12.图8a和图8b是包括接片(tab)的示例性的电池的示意图。13.图8c是示例性的无接片电池(tablessbattery)的示意图。14.图9a-图9e是示例性的硅颗粒的示意图。15.优选地实施方案的描述16.对本发明的优选的实施方案的以下描述不意图将本发明限制于这些优选的实施方案，而是使得本领域的任何技术人员能够制造并且使用本发明。17.1.综述.18.如图1所示，系统10可以包括电极100(例如，阳极110、阴极120)和电解质200。该系统可以任选地包括隔板300、连接器、壳体400、和/或任何合适的部件。19.电池系统10优选地用于生成或产生电功率和/或向一个或更多个负载500提供或供应电功率(例如，一个或更多个负载500可以用于消耗电功率，诸如将电功率转换成另一种形式的能量)。电功率通常来源于存在于两个电极之间的电化学电势。电功率优选地由一个或更多个连接器提供。连接器的实例包括感应线圈(例如，以便于无线电传输(wirelesselectricaltransfer))、电线、金属垫(metalpads)、框架、球、销和/或任何合适的连接器。负载可以是电阻性负载、电容性负载、电感性负载和/或任何合适的负载。在一些实例中，特别地但是不排他地，当该系统是柔性的时，电池系统(和/或负载)可以被集成到iot装置、医疗装置、电动交通工具(例如，电动汽车、电动自行车、电动滑行车、电动卡车、电动飞机等)，和/或任何合适的应用中。20.2.益处.21.技术的变型可以赋予若干益处和/或优点。22.首先，技术的变型可以使包括硅材料的电池能够经历大量(例如，》10、》50、》100、》500、》1000、》5000、》10000、》50000、》100000等)的循环而没有显著劣化(例如，在已经进行多个充电和放电循环之后，在电池容量、开路电压、充电状态等的《0.1％、0.1％、0.5％、1％、2％、5％、10％、15％、20％、25％、30％、其间的值或范围等的变化)。该技术的实例可以通过在硅材料上形成稳定的sei层和/或使用具有小的外部膨胀体积的硅材料来实现大量循环，使得该sei层在硅材料的膨胀期间保持完整(例如，不破裂)。23.该技术的第二种变型可以实现高能量密度和快速再充电电池。在具体实例中，如图3a所示，该电池系统可以包括基于硅的阳极(例如，以促进高能量密度)和锂金属阳极(例如，以促进快速充电)。24.然而，该技术的变型可以赋予任何其他合适的益处和/或优点。25.如本文所使用的，“基本上”或近似(例如，“约”、“大约”等)的其他词语可以在度量、分量或其他参考值的预定的误差阈值或容差内(例如，在参考值的0.001％、0.01％、0.1％、1％、5％、10％、20％、30％等内)，或者可以以其他方式解释。26.3.系统.27.如图1中所示，系统10可以包括电极100(例如，阳极110、阴极120)和电解质200。该系统可以任选地包括隔板300、壳体400、连接器和/或任何合适的部件。电池系统10优选地用于生成或产生电功率和/或向一个或更多个负载提供或供应电功率(例如，所述一个或更多个负载可以用于消耗电功率，诸如将电功率转换成另一种形式的能量)。该电池系统优选地是二次电池(例如，可再充电电池系统，诸如其中每个电极可以作为阳极或阴极操作的可再充电电池系统)，但是可以另外地或可选择地形成原电池、双极电池和/或任何合适的电池。该电池系统优选地在约2.5v和5v之间(和/或其中包含的范围，诸如2.5v-4.2v、2.7v-4.2v、2.5v-4v、2.7v-3.8v、2.7v-4.3v等)操作(例如，循环)，但是可以在任何合适的电压之间(例如，小于2.5v或大于5v)循环。在一些变型中，限制操作电压的范围可以提高电池系统的稳定性和/或寿命(例如，在发生显著劣化之前的循环次数、在严重电池故障之前的循环次数等)。电池系统可以操作的电压范围可以取决于电极材料、电极容量、电极厚度、负载、程序化的(或另外指定的)电压范围、和/或任何合适的性质。28.该系统的组分可以是固态、流体状态(例如，液体、等离子体、气体等)、凝胶状态、状态的组合(例如，在临界点、混合状态、一种组分处于第一状态并且另一种组分处于第二状态等)，和/或具有任何合适的物质状态。所得到的电池可以具有固态构造、li金属构造(例如，锂离子电池或锂聚合物电池)、金属-空气构造(例如，硅-空气电池)和/或任何其他合适的构造。所得到的电池可以是刚性的、柔性的、和/或具有任何其他合适的刚度(例如，其中部件厚度、数量、柔性、刚性、物质状态、弹性等可以被选择以获得期望的刚度)。所得到的电池可以是袋状电池、圆柱形电池、棱柱形电池、和/或具有任何其他合适的形状因子。29.电极100优选地用于生成离子(例如，电子)并且与电路的其他部分(例如，负载)接触。该电池系统优选地包括至少两个电极(例如，阳极和阴极)，但是可以包括任何数量的电极。阴极和阳极的数量可以相等，与阴极相比，可以存在更多的阳极，或者与阳极相比，可以存在更多的阴极。例如，该电池可以包括1、2、3、4、5、6、10、20、50、100、其间的值或范围、和/或任何其他合适数量的阳极和/或阴极。阳极和/或阴极可以是单面的、双面的、和/或以其他方式被配置。当电池包括多个阳极和/或阴极时，阳极和阴极优选地交错(例如，在电极堆叠中交替)；可选择地，阴极和/或阳极可以被分组或堆叠在一起和/或可以以其他方式布置(例如，单个阴极可以被由电池几何形状决定的多个阳极包围)。多于一个阳极中的每个阳极可以是相同的(例如，相同的材料、在规格公差(specificationtolerance)内的相同的物理性质、相同的电性质等)或不同的(例如，不同的材料、不同的物理性质、不同的电性质等)。多于一个阴极中的每个阴极可以是相同的(例如，相同的材料、在规格公差内的相同物理性质、相同的电性质等)或不同的(例如，不同的材料、不同的物理性质、不同的电性质等)。在第一说明性实例中，如图2a中所示，电池系统可以包括跨过电解质与锂阴极相对的锂金属阳极，并且锂阴极可以跨过电解质与硅阳极相对(例如，在每个阳极和阴极对之间可以使用相同或不同的电解质)。在如图2b所示的第二说明性实例中，第一锂阴极可以跨过电解质与硅阳极相对，并且硅阳极可以跨过电解质与第二锂阴极相对。然而，该电极可以以其他方式布置。30.每个电极优选地与集电器接触，集电器用于收集和传输电子。对于每个电极，集电器可以不同或相同。集电器优选地是导电的，但是可以是半导体的和/或具有任何合适的传导率。集电器可以是线、板、箔、网状物、泡沫、蚀刻的材料、包覆的材料、和/或具有任何形态。示例性的集电器材料包括：铝、铜、镍、钛、不锈钢、碳质材料(例如，碳纳米管、石墨、石墨烯等)、黄铜、聚合物(例如，导电聚合物诸如ppy、pani、聚噻吩等)、其组合、和/或任何合适的材料。集电器可以被紧固到电极、被粘附到电极、被焊接到电极、与电极集成(例如，与电极的基底共延)，和/或可以以其他方式与电极接合。31.每个电极可以是层状材料、共延材料(例如，单晶或多晶)、薄膜(例如，1nm至100μm厚和/或其中的任何值或子范围)、厚膜(例如》100μm厚)和/或具有任何合适的形态。可以基于目标比能量、充电倍率、放电倍率、成本、重量、容量(例如，比容量)、厚度、电池温度(例如，靠近负载的环境温度、预期的操作温度、电池的局部温度、负载温度等)、电池变化和/或电极的其他性质来确定层的数量。例如，电极可以包括在1个和100个之间的层。然而，电极可以包括超过100个层。32.每个电极厚度可以是在约1μm和1cm之间的任何合适的值或其范围(诸如1μm、2μm、5μm、10μm、20μm、50μm、100μm、200μm、500μm、1mm、2mm、5mm、1cm)、小于1μm的厚度和/或大于1cm的厚度。每个层的厚度可以相同和/或不同。例如，阳极可以具有约等于阴极厚度的0.1x、0.2x、0.5x、0.8x、0.9x、1x、1.05x、1.1x、1.2x、1.5x、2x、2.1x、2.2x、2.5x、3x、5x、10x或其间值的厚度。在该实例的变型中，这些比率可以将阳极的容量与阴极的容量相关联(例如，阳极厚度可以被确定为具有将阳极容量与阴极容量的比率相匹配的厚度，诸如以mah/cm2为单位)。具有更厚的阳极(例如，比匹配阴极容量所需的厚度更厚)可能是有益的，例如，因为当阴极将材料转移到阳极时(例如，在放电期间)，阳极可能不会像阳极和阴极具有匹配容量时那样膨胀那么多。该益处可以例如通过使用具有大容量的阳极材料(诸如硅)来实现。然而，较厚的阳极可以在其他方面是有益的和/或能够实现的。33.n/p比率(例如，阳极与阴极的容量比率，诸如线性容量、面积容量、体积容量、总容量等)优选地在约0.5-2之间(例如，0.5、0.6、0.75、0.9、1、1.05、1.1、1.15、1.2、1.25、1.3、1.35、1.4、1.45、1.5、1.6、1.7、1.75、1.8、1.9、2，其间的值或范围等)，但是可以小于0.5或大于2。较大的n/p比率可以有利于增加阳极的稳定性(例如，因为与具有较小的n/p比率的电池相比，阳极将较少地被锂化并且经历较少的体积膨胀)。n/p比率(例如，最佳的n/p比率)可以基于阳极材料(或其性质，诸如颗粒或晶粒尺寸、外部膨胀系数等)、阴极材料(或其性质)、电池稳定性(例如，目标稳定性)、电池循环(例如，目标循环次数、最小循环次数等)、能量密度、电压范围、电极厚度、温度、电池变化、层的数量、电解质组成来选择，和/或可以以其他方式选择或调节。34.在说明性实例中，对于容量为约4.3mah/cm2的阴极(例如，nmc、lco、lmo等阴极)，阳极(例如，硅阳极)可以具有为约8.6mah/cm2的容量(例如，8.6±0.5mah/cm2、8.6±0.8mah/cm2等)。在第一说明性实例中，阳极的约一半(例如，在约40％-60％之间)可以被锂化(诸如在阴极放电之前；这使阳极容量约减半)。在第二说明性实例中，对于容量为约4.3mah/cm2的阴极，阳极可以具有为约6.4±0.5mah/cm2的容量。在第二说明性实例中，约20％-30％的阳极可以被锂化。然而，阳极和/或阴极可以以其他方式匹配。在第一说明性实例和/或第二说明性实例的变型中，阳极材料的未被锂化的部分优选地具有与阴极的容量匹配的容量(例如，以阻碍或最小化阳极被锂镀覆)。然而，阴极和/或阳极可以以其他方式匹配(例如，取决于阳极材料的容量、阳极制剂的负载量等)。35.每个电极可以具有单个活性表面、两个活性表面(例如，顶部表面和底部表面)，在暴露的表面的所有部分或任何部分周围可以是活性的，和/或可以具有任何合适数量的活性表面，其中活性表面可以指(例如，经由电解质)耦合到另一个电极、(例如，经由集电器)耦合到外部负载和/或以其他方式界定的表面。36.每个电极优选地具有约相同的容量(例如，在±1％、±2％、±5％、±10％、±20％内等)。然而，电极可以具有不同的容量。例如，阳极可以具有约等于阴极容量的0.1x、0.2x、0.5x、0.8x、0.9x、1x、1.05x、1.1x、1.2x、1.5x、2x、2.1x、2.2x、2.5x、3x、5x、10x和/或其间的值的容量(例如，以mah/cm2为单位)。然而，阳极的容量可以小于阴极容量的0.1x或大于阴极容量的10x。具有容量大于阴极的阳极可以有利于改变(例如，提高)阳极的稳定性，改变(例如，控制)阳极的膨胀，改变(例如，减少)从阴极镀覆阳极的量，和/或可以以其他方式是有益的。可以基于电极厚度、电极材料、电极掺杂、电解质、电极掺杂、电极形态(例如，孔隙率、孔隙体积、孔分布等)、电极基底和/或任何合适的性质来控制或修改每个电极容量。37.电极基底130(例如，集电器)优选地为金属(例如，铝、铜、银、金、镍、其合金或并入上述的元素等)，但是可以另外地或可选择地包括碳质基底和/或任何合适的基底。基底厚度优选地在约5μm-20μm之间。然而，基底厚度可以大于20μm，或小于5μm。在说明性实例中，阳极基底可以是9μm-16μm厚的铜箔。在第二说明性实例中，阴极基底可以是9μm-20μm厚的铝箔。然而，可以使用任何基底。38.在电池的放电期间，阳极110用于将电子释放到外部电路(例如，释放到负载)。阳极优选地通过电解质被离子耦合到阴极(其中阳极与电解质物理接触)，并且可以通过负载(例如，在闭路操作期间，经由连接器、引线等)被电耦合到阴极，但是可以以其他方式被电耦合到任何合适的部件。阳极可以被铸造、被生长、被沉积、被模制和/或以其他方式被制造。39.阳极材料优选地是多孔的，但是可以是实心的、中空的、和/或具有任何合适的结构。阳极材料的多孔性质优选地能够在阳极材料内实现内部膨胀，但是可以以其他方式起作用。在阳极材料内，颗粒可以在簇内协同地形成孔隙(例如，开放的内部体积、空隙空间等)(和/或二级颗粒可以由初级颗粒形成)，孔隙可以由在颗粒填充之后保留的空隙空间产生(例如，不完美的填充效率、次优的填充效率等)，由于颗粒的特征尺寸分布(例如，分布形状、分布尺寸等)，孔隙可以由颗粒熔合在一起(例如，以在熔合的颗粒内部捕获孔隙、开放的空间等)产生，和/或可以以其他方式产生。阳极材料的孔隙率优选地在约5％和90％之间，但是可以小于5％或大于90％。孔隙率可以取决于阳极形态(例如，颗粒尺寸、特征尺寸、形状等)、阳极材料源、阳极材料中的杂质和/或任何合适的性质。阳极材料的孔隙体积优选地在约0.02cm3g-1和2cm3g-1之间，但是可以小于0.02cm3g-1或大于2cm3g-1。阳极材料的孔径优选地在约0.5nm和200nm之间，但是孔径可以小于0.5nm或大于200nm。孔径分布(例如，在多孔颗粒内，在孔隙之间协同地界定的等)可以具有在约0.1nm和约5μm之间的孔径(诸如，平均尺寸(averagesize)、平均尺寸(meansize)等)，诸如0.2nm、0.5nm、1nm、2nm、5nm、10nm、20nm、25nm、30nm、40nm、50nm、75nm、100nm、150nm、200nm、300nm、400nm、500nm、750nm、1μm、1.5μm、2μm、3μm、4μm和/或5μm。然而，孔径可以小于0.1nm和/或大于5μm。孔径分布可以是单峰的(monomodal)或单峰的(unimodal)、双峰的、多峰的，和/或具有任何合适数量的模式。在具体实例中，孔径分布可以由以下项表示(例如，近似为以下项)：高斯分布、洛伦兹分布、voigt分布、均匀分布、平滑的均匀分布(mollifieduniformdistribution)、三角形分布、威布尔分布(weibulldistribution)、幂律分布(powerlawdistribution)、对数正态分布、对数双曲分布(log-hyperbolicdistribution)、偏斜对数拉普拉斯分布(skewlog-laplacedistribution)、非对称分布、偏斜分布(skeweddistribution)和/或任何合适的分布。40.阳极材料的外表面优选地基本上被密封(例如，阻碍或防止外部环境穿透外表面)。然而，外表面可以被部分地密封(例如，允许外部环境以预定的速率穿透表面，允许来自外部环境的一种或更多种物质穿透表面，等等)和/或可以是开放的(例如，多孔的，包括通孔等)。外表面可以由阳极材料的厚度或深度界定。厚度优选地在约1nm和10μm之间(诸如1nm、2nm、3nm、5nm、10nm、20nm、50nm、100nm、200nm、500nm、1μm、2μm、5μm、10μm、其间的值)，但是可以小于1nm或大于10μm。厚度可以是均匀的(例如，在外表面周围约相同)或不均匀的(例如，在外表面周围不同)。在具体实例中，外表面可以被焊接、熔合、熔化(和再固化)和/或具有任何形态。41.阳极和/或阳极材料的外表面(例如，颗粒的外表面、颗粒的簇的外表面、颗粒和/或簇的附聚物的外表面等)的表面积优选地是小的(例如，小于约0.01m2/g、0.5m2/g、1m2/g、2m2/g、3m2/g、5m2/g、10m2/g、15m2/g、20m2/g、25m2/g、30m2/g、50m2/g、其间的值或范围)，但是可以是大的(例如，大于50m2/g、75m2/g、100m2/g、110m2/g、125m2/g、150m2/g、175m2/g、200m2/g、300m2/g、400m2/g、500m2/g、750m2/g、1000m2/g、1250m2/g、1400m2/g、其间的范围或值、》1400m2/g)和/或任何合适的值。42.硅材料的内部的表面积(例如，暴露于内部环境的表面，该内部环境通过外表面与外部环境隔开；暴露于内部环境的表面，该内部环境跨过外表面、内表面等与外部环境流体连通，诸如在颗粒内、协同地界定在颗粒之间、在颗粒的簇之间、在团聚体之间等)优选地是大的(例如，大于10m2/g、15m2/g、20m2/g、25m2/g、30m2/g、50m2/g、75m2/g、100m2/g、110m2/g、125m2/g、150m2/g、175m2/g、200m2/g、300m2/g、400m2/g、500m2/g、750m2/g、1000m2/g、1250m2/g、1400m2/g、其间的范围或值、》1400m2/g)，但可以是小的(例如，小于约0.01m2/g、0.5m2/g、1m2/g、2m2/g、3m2/g、5m2/g、10m2/g，其间的值或范围)。然而，内部的表面积可以高于或低于上述值，和/或可以是任何合适的值。43.在一些变型中，表面积可以是指布鲁厄-埃米特-特勒(bet)表面积。然而，可以使用表面积的任何定义、理论和/或测量结果。44.阳极材料优选地经历至多40％(例如，至多0％、0.1％、0.5％、1％、2％、5％、10％、15％、20％、25％、30％、-40％、-30％、-25％、-20％、-15％、-10％、-5％、-2％、-1％、-0.5％、-0.1％等，或在其中限定的范围内)的外部膨胀(例如，外部线性膨胀、外部体积膨胀等)，其中任何其他膨胀为内部膨胀(例如，内部体积膨胀)。然而，阳极材料可以经历大于40％的外部膨胀。膨胀源的实例包括：热膨胀、溶胀(例如，由于溶剂或电解质的吸收引起的膨胀)、原子置换或离子置换、原子插层或离子插层(例如，金属化、锂化、钠化、钾化等)、静电效应(例如，静电排斥、静电吸引等)和/或任何合适的膨胀源。45.阳极材料可以包括颗粒114(例如，纳米颗粒、介观颗粒(mesoparticle)、微观颗粒、宏观颗粒等)、膜和/或任何合适的组分和/或形态。阳极材料的特征尺寸优选地在约1nm至约10000nm之间，诸如2nm、5nm、10nm、20nm、25nm、30nm、50nm、75nm、100nm、125nm、150nm、175nm、200nm、250nm、300nm、400nm、500nm、1000nm、1500nm、2000nm、5000nm、其间的值或范围，和/或其他尺寸。然而，特征尺寸可以另外地或可选择地小于约1nm和/或大于约10000nm。在具体实例中，特征尺寸可以包括颗粒的半径、直径、周长、最长尺寸、最短尺寸、长度、宽度、高度、孔径、壳厚度、膜厚度、和/或任何尺寸(size)或尺寸(dimension)。颗粒的特征尺寸优选地分布在尺寸分布上。尺寸分布可以是基本上均匀的分布(例如，盒式分布、平滑的均匀分布等，使得具有给定特征尺寸的颗粒的数量或颗粒的数量密度是近似恒定的)、威布尔分布、正态分布、对数正态分布、洛伦兹分布、voigt分布、对数双曲分布、三角形分布、对数拉普拉斯分布和/或任何合适的分布。46.粒度分布优选地是窄的(例如，小于约1nm、5nm、10nm、20nm、50nm、100nm、500nm、1μm、5μm、其间的值等的半峰全宽(fwhm)；小于约1nm、5nm、10nm、20nm、50nm、100nm、500nm、1μm、5μm、其间的值等的标准偏差；诸如小于分布的平均值的标准偏差的尺寸参数；诸如平均值的至多0.1％、0.5％、1％、2％、5％、10％、20％等的标准偏差、方差、分布的高阶矩、偏斜、峰度等，低阶矩、众数、中位数等的尺寸参数；等)，但可以是宽的和/或具有任何合适的尺寸分布。47.颗粒的形状可以是球形的(例如，圆球状的、椭球状的，如例如在图9a或图9c中所示，等等)；棒；薄片；星；柱；条；链；花；礁(reef)；须；纤维；盒；多面体(例如，立方体、矩形棱柱、三角形棱柱，如例如图9e中所示，等等)；具有蠕虫状形态(如例如图9b中所示，蛆型(verminform)等)；具有泡沫状形态；具有蛋壳形态；具有碎片状形态(例如，如例如图9d中所示)；和/或具有任何合适的形态。48.颗粒可以是独立的、成簇的、聚集的、团聚的、互连的(例如，熔融的、焊接的等)，和/或具有任何合适的关联或连接。例如，颗粒(例如，一级结构)可以协同地形成二级结构(例如，簇)，二级结构可以协同地形成三级结构(例如，团聚体)。一级结构的特征尺寸(例如，半径、直径、最小尺寸、最大尺寸、周长、纵向跨度(longitudinalextent)、横向跨度、高度等)可以在约2nm-150nm之间。二级结构的特征尺寸可以是100nm-10μm。三级结构的特征尺寸可以在约1μm和100μm之间。在说明性实例中，二级颗粒(例如，尺寸在约1微米-10微米之间)可以包括熔合在一起(例如，作为研磨初级颗粒的结果)的初级颗粒(例如，尺寸在约10nm和1μm之间、在10nm至100nm之间等)。在该说明性实例的变型中，二级颗粒可以团聚以形成团聚体(例如，三级颗粒)。然而，一级结构、二级结构和/或三级结构可以具有任何合适的跨度。49.阳极优选地包括硅材料112(例如，在2020年11月13日提交的标题为“poroussiliconmanufacturedfromfumedsilica”的美国专利申请第17/097,814号、2021年11月12日提交的标题为“siliconmaterialandmethodofmanufacture”的美国专利申请第17/525,769号、和/或2021年5月25日提交的标题为“siliconmaterialandmethodofmanufacture”的美国临时申请第63/192,688号中公开的硅材料，这些美国专利申请中的每一个都通过引用以其整体并入)。然而，阳极可以另外地或可选择地包括：石墨粉末(例如，人造石墨、天然石墨)、锂钛氧化物、活性炭、碳质材料(例如，纳米结构化的碳质材料)、金属氧化物、金属氮化物、金属硫化物、金属磷化物、硅、锗、锡、磷、锑、铟、锂金属111和/或任何合适的阳极材料。阳极优选地是至少约50％的硅(例如，按重量计、按体积计、按化学计量计等)，但是可以是小于50％的硅。50.阳极材料可以包括一种或更多种掺杂剂117。掺杂剂优选地为晶族元素(crystallogen)(还被称为第14族元素、金刚烷属元素(adamantogen)、iv族元素等，诸如碳、锗、锡、铅等)。然而，掺杂剂可以另外地或可选择地包括：硫属元素(例如，氧、硫、硒、碲等)、磷属元素(例如，氮、磷、砷、锑、铋等)、第13族元素(还被称为iii族元素，诸如硼、铝、镓、铟、铊等)、卤素(例如，氟、氯、溴、碘等)、碱金属(例如，锂、钠、钾、铷、铯等)、碱土金属、过渡金属、镧系元素、锕系元素和/或任何合适的材料。掺杂剂浓度(例如，质量浓度、纯度浓度、原子浓度、化学计量浓度、体积浓度等)优选地为至多约45％(例如，45％、40％、30％、25％、20％、15％、10％、5％、2％、1％、0.5％、0.1％、2％-10％、5％-15％、8％-12％、15％-25％、10％-30％，其间的值或范围等)，但是可以是大于阳极材料组成(例如，颗粒组成)的45％。51.阳极优选地负载有在0.1mg/cm2和50mg/cm2之间的阳极材料，但是可以负载有小于0.1mg/cm2，大于50mg/cm2和/或任何合适量的阳极材料。阳极材料的量可以取决于目标容量、目标输出功率、目标能量密度、阳极材料、负载、负载应用、充电倍率/放电倍率、电池温度、电池变化、循环寿命和/或可以以其他方式确定。52.阳极材料可以被包覆或可以不被包覆。包覆层118可以用于改变(例如，增加、减少)阳极的电子传导率，改变(例如，增加、减少)阳极的电子导电路径长度(例如，相对于天然阳极材料)，改变阳极的物理性质(例如，弹性、机械弹性、杨氏模量等)，改变阳极的化学性质(例如，重新活化成目标物质)，抑制(或促进)在阳极上形成界面层，和/或以其他方式起作用。包覆层可以是均匀的或不均匀的。包覆层可以包覆阳极材料的内表面(例如，孔隙体积)、外表面、其部分和/或阳极材料的任何合适范围。包覆层优选地是弹性的，但是可以是刚性的、脆性的和/或具有任何合适的机械性质。包覆层优选地是电绝缘的，但是可以是半导体的或电子导电的(electricallyconductive)。包覆层优选地是离子导电的(例如，允许或实现离子如氢离子、锂离子或其他活性离子通过)，但是可以是离子绝缘的，包括离子泵送结构，和/或具有任何合适的离子传导率。在具体实例中，阳极材料可以是被包覆的材料(和/或可以被包覆)，如在通过引用以其整体并入本文的2022年2月8日提交的标题为“siliconmaterialandmethodofmanufacture”的17/667,361中所公开的。53.例如，衍生自硅的阳极可以包覆有碳质材料(例如，有机分子、聚合物、无机碳、纳米碳、无定形碳等)、无机材料、增塑剂、生物聚合物膜、离子掺杂剂和/或任何合适的材料。聚合物包覆层的实例包括：聚丙烯腈(pan)、聚吡咯(ppy)、不饱和橡胶(例如，聚丁二烯、氯丁橡胶、丁基橡胶诸如异丁烯和异戊二烯的共聚物(iir)、苯乙烯-丁二烯橡胶诸如苯乙烯和丁二烯的共聚物(sbr)、丁腈橡胶诸如丁二烯和丙烯腈的共聚物(nbr)等)、饱和橡胶(例如，乙烯丙烯橡胶(epm)、乙烯和丙烯的共聚物；乙烯丙烯二烯橡胶(epdm)；环氧氯丙烷橡胶(eco)、聚丙烯酸橡胶诸如丙烯酸烷基酯共聚物(acm)、丙烯腈丁二烯橡胶(abr)等；有机硅橡胶诸如有机硅(si)、聚甲基有机硅(q)、乙烯基甲基有机硅(vmq)等；氟硅橡胶(fvmq)；等等)，和/或任何合适的聚合物。54.在具体实例中，如图4中所示，阳极可以包括设置在基底(例如，集电器)上的硅材料、粘结剂(其可以用于将包覆层结合到硅材料、将硅材料粘附到基底，等等)和导电材料。55.在说明性实例中，硅材料可以具有与针对2020年11月13日提交的标题为“poroussiliconmanufacturedfromfumedsilica”的美国专利申请第17/097,814号、2021年11月12日提交的标题为“siliconmaterialandmethodofmanufacture”的美国专利申请第17/525,769号、和/或2021年5月25日提交的标题为“siliconmaterialandmethodofmanufacture”的美国临时申请63/192,688中公开的硅材料描述的结构基本上相同的结构，这些美国专利申请中的每一个都通过引用以其整体并入。然而，硅材料可以具有任何合适的结构。56.在第二说明性实例中，硅材料可以是或者可以包括多孔碳注入的硅、多孔碳装饰的硅结构、多孔硅碳杂化物、多孔硅碳合金、多孔硅碳复合材料、硅碳合金、硅碳复合材料、碳装饰的硅结构、碳注入的硅、金刚砂、碳化硅，和/或硅、碳和/或氧的任何合适的同素异形体或混合物。例如，硅材料的元素组成可以包括sioc、sic、sixoxc、sixoxcy、sioxcy、sixcy、siox、sixoy、sio2c、sio2cx、siocz、sicz、sixoycz、sixoxcxzx、sixcxzy、sioxzx、sixoxzy、sio2cz、sio2cxzy，和/或具有任何合适的组成(例如，包括另外的元素)，其中z可以指周期表中的任何合适的元素，并且x和/或y可以相同或不同，并且可以各自在约0.001和2之间(例如，0.001、0.005、0.01、0.05、0.1、0.5、1、2、0.001-0.05、0.01-0.5、0.01-0.1、0.001-0.01、0.005-0.1、0.5-1、1-2，其间的值或范围等)，小于0.001，或大于2。57.在第三说明性实例中，阳极材料可以包括高纯度的硅材料(例如，具有至少90％si纯度，诸如95％、97％、98％、99％、99.5％、99.9％、99.99％、99.995％、99.999％、其间的值等的硅材料；具有至多约1％、0.5％、0.1％、0.05％、0.01％、0.005％、0.001％等的铝、钙、铁、钛、氧、碳和/或其他杂质或夹杂物的硅材料)。在第三具体实例的变型中，硅材料可以包括低于100nm的硅颗粒。在第三具体实例的第二变型中，硅材料可以包括100nm至100μm的硅颗粒(例如，0.3μm纳米颗粒、2μm-5μm颗粒、1μm-5μm颗粒、0-5μm颗粒、0-10μm颗粒、0-20μm颗粒、可以包含在其中的范围，等等；它们可以通过对较小的硅颗粒，诸如10nm至1μm颗粒进行碾磨、共焊接、熔化、退火等制造)。58.在第四具体实例中，该阳极材料可以包括具有窄的尺寸分布的硅颗粒(诸如，尺寸分布为±100nm、±200nm、±500nm、±1μm等的3μm颗粒；尺寸分布为±100nm、±200nm、±500nm、±750nm、±1μm等的3.5μm颗粒；尺寸分布为±100nm、±500nm、±1μm、±2μm、±3μm等的5μm颗粒；尺寸分布为±100nm、±500nm、±1μm、±3μm、±5μm、±7.5μm等的10μm颗粒；相对于颗粒的平均或其他特征尺寸，方差或偏差为±0.1％、±0.5％、±1％、±2％、±3％、±4％、±5％、±10％、20％、其间的值或范围、《0.1％等的颗粒；等等)。然而，硅颗粒可以具有大的尺寸分布(例如，其中在材料的操作或使用期间，随着更小的颗粒在使用期间聚集、成簇、团聚、降解等，该分布可以变得更小)和/或任何合适的尺寸分布。59.在阳极材料的第五具体实例中，阳极材料可以具有为约75％(例如，70％-80％)硅(例如，硅颗粒)、约10％(例如，5％-15％)导电材料(例如，石墨碳、导电碳、炭黑、超级-p炭黑、碳超级p等)和约15％(例如，10％-20％)粘结剂(例如，paa、cmc/sbr等)的组成。百分比可以指质量百分比、体积百分比、组成百分比和/或任何合适的百分比。在第五具体实例的变型中，阳极材料可以包括为约75％的硅、10％-15％的碳质材料(例如石墨碳)、2.5％-5％的聚合物(例如，pan、paa、cmc/sbr等)和2.5％-5％的导电添加剂(例如，c65炭黑、导电碳等)的组成。60.在阳极材料的第六具体实例中，阳极材料可以具有为约90％(例如，80％-95％)硅(例如，硅颗粒)和约10％(例如，5％-20％)pan(例如，其可以充当导电材料、粘结剂等)的组成。百分比可以指质量百分比、体积百分比、组成百分比和/或任何合适的百分比。61.在阳极材料的第七具体实例中，阳极材料可以具有为约5％-15％的碳、1％-10％的氧和75％-94％的硅(潜在地包括微量的其它元素物质)的组成。百分比可以指质量百分比、体积百分比、组成百分比(例如，阳极材料的元素分析)，和/或任何合适的百分比。在第七具体实例中，碳的组成可以包括：掺杂剂(例如，在硅内)、包覆层、粘结剂、硅与碳的合金、硅和碳的复合材料和/或任何合适的材料。在第七具体实例的变型中，至少90％的碳组成优选地为石墨碳(这可能是有益的，因为它有助于阳极的容量)。然而，少于90％的碳组成可以是石墨碳(例如，可以使用其他导电碳，可以存在另外的粘结剂等)。62.在一些变型中，前述具体实例的组合可以被组合。例如，第一阳极层可以包括第一类型的阳极，并且第二阳极层可以包括第二类型的阳极材料。类似地，阳极可以包括阳极材料的混合物。另外地，或者可选择地，阳极可以由具体实例中的两个或更多个同时描述。然而，具体实例可以以其他方式组合(和/或结合或单独使用)。63.在变型中，阳极和/或其材料可以被金属化(例如，锂化)，诸如预负载有阴极材料。这可能有利于在电池操作和/或循环(例如，充电和/或放电循环)期间减少(例如，防止、最小化、减缓、阻碍等)用阴极材料的镀覆(例如，阳极、容器壁等的镀覆)，减少(例如，最小化、防止、阻碍等)阴极的材料的损失，可以充当阴极材料的储器(例如，以在操作期间向阴极提供另外的阴极材料，诸如以补充耗尽的阴极材料)，可以形成(例如，预形成)sei层，和/或以其他方式可以是有益的。阳极材料可以被完全金属化(例如，负载有可能的最大的化学计量的量)和/或部分金属化(例如，负载有预定量的阴极材料，负载有目标量的阴极材料，负载有阴极材料的阳极材料的一部分和不包括阴极材料的第二部分，等等)。金属化的程度优选地被选择成使得非金属化的阳极材料的容量与阴极的容量相同或大于阴极的容量；然而，非金属化的阳极材料可以具有小于阴极容量的容量。另外地或可选择地，金属化的程度可以取决于阳极厚度、阳极膨胀(例如，在金属化期间的膨胀)、阳极材料、阳极容量、阴极厚度、阴极容量、电池充电/放电倍率、电池温度、负载应用、负载、电池变化和/或任何合适的阳极性质或阴极性质。例如，在约10％-100％之间的任何范围的阳极可以被金属化。然而，少于10％的阳极可以被锂化。64.在如图6所示的说明性实例中，约45％的阳极可以被锂化114”(例如，预锂化)，并且约55％的阳极可以被去锂化114’(例如，在先前已经负载有锂之后除去锂，未被锂化，等等)。在该说明性实例中，阳极的去锂化的部分的容量可以约与阴极的容量相同(例如，在阴极的容量的约10％以内)。在该说明性实例的变型中，阳极可以包括另外的硅材料(例如，先前未被锂化的硅材料)，该另外的硅材料可以占硅阳极的约5％-10％(补充或替代去锂化的硅材料和/或锂化的硅材料中的任一者或两者)。65.阳极材料可以被金属化，例如，通过以诸如c/50、c/20、c/5、c/2、1c的倍率和/或以任何合适的倍率使阳极循环(例如，对阳极进行充电和/或放电)而被金属化。例如，阳极材料可以在2.5-5v或其任何子集(例如，2.5v-4.2v、2.7v-4.2v、2.5v-4v、2.7v-3.8v、2.7v-4.3v等)之间循环。然而，阳极材料可以在任何合适的电压之间循环。在一些变型中，对阳极进行金属化可以包括对阳极进行去金属化(例如，通过放电到预定的金属化水平，持续预定的时间，等)，诸如以形成具有预定的金属化程度的结构。阳极材料优选地在形成电池堆叠之前被金属化(和/或被去金属化)，但是可以在形成电池堆叠之后被金属化。阳极材料可以以相同或不同的倍率被金属化和去金属化。在一些变型中，在金属化和/或去金属化之后，另外的(例如，原始的(pristine)、未经使用的(virgin)等)阳极材料可以被添加到阳极堆叠中(例如，通过沉积被添加到阳极堆叠中)。另外的阳极材料优选地在形成完整的电池之前添加，但是可以在电池形成期间或之后添加。66.阳极(例如，阳极材料)优选地不包括支架材料(例如，阳极材料优选地是独立的)。然而，阳极可以任选地包括支架材料(例如，其中阳极材料可以生长在支架材料上、被支架材料捕获、集成在支架材料中，等等，该支架材料诸如多孔碳、活性炭、聚合物支架等)。67.在电池系统的正常放电期间，阴极120用于从外部电路(例如，从负载)收集电子。阴极优选地通过电解质被电耦合到阳极(其中阴极与电解质物理接触)，并且可以被电耦合到负载(例如，经由连接器被电耦合到负载)，但是可以以其他方式被电耦合到任何合适的部件。阴极材料(例如，阴极的活性离子可以衍生自)优选地包括锂，但是可以另外或可选择地包括钠、钾、铷、铯、铍、镁、钙、锶、钡、铝、锌和/或任何合适的阴极材料。阴极可以被铸造、生长、沉积、模制和/或以其他方式被制造。68.阴极材料的实例包括：锂钴氧化物(lco)、锂镍锰钴氧化物(nmc)、锂镍锰氧化物(lnmo)、磷酸铁锂(lfp)、锂锰氧化物(lmo)、锂镍钴铝氧化物(nca)和/或任何合适的阴极材料。69.阴极优选地负载有在0.1mg/cm2和50mg/cm2之间的阴极材料，但是可以负载有小于0.1mg/cm2，大于50mg/cm2和/或任何合适量的阴极材料。阴极材料的量可以取决于目标容量、目标输出功率、目标能量密度、阴极材料和/或可以以其他方式确定。70.电极可以任选地包括一种或更多种添加剂，其中添加剂可以用于改变电极(和/或电池系统)的化学性质、电性质、机械性质和/或其他性质。添加剂的实例包括粘结剂、导电材料和/或其他添加剂。添加剂可以与电极材料混合，包覆电极或电极材料的一个或更多个表面(例如，宽面)，和/或以其他方式与电极材料集成或与电极材料接触。添加剂优选地是弹性的，但是可以是脆性的，和/或具有任何合适的机械性质。添加剂优选地是柔性的，但是可以是刚性的，和/或具有任何合适的机械性质。添加剂优选地是离子导电的，但是可以是离子绝缘的，促进(或阻碍)离子扩散，和/或具有任何合适的离子传导率。在一些变型中，添加剂(和/或包覆层材料)可以溶胀(例如，在吸收电解质和/或溶剂之后)，这可以改变它们的离子传导率。在约1％和80％(例如，按重量计、按体积计等)之间的添加剂优选地被添加到电极中。然而，小于1％或大于80％的添加剂可以被包含在电极中。71.粘结剂115用于将电极固定(例如，粘附)到电池系统的基底和/或壳体上。在一些变型中，粘结剂可以用作隔板。例如，粘结剂可以浇铸在阳极和/或阴极上(例如，至在1μm-50μm之间的厚度)。粘结剂优选地是电绝缘的，但是可以是电子导电的、半导体的和/或具有任何合适的电子传导率。粘结剂的实例包括：羧甲基纤维素(cmc)、苯乙烯-丁二烯橡胶(sbr)、聚(丙烯酸)(paa)、海藻酸钠(sa)、聚偏氟乙烯(pvdf)、聚苯胺(pani)、聚(9，9-二辛基芴-共芴酮-共-甲基苯甲酸酯)(pfm)、聚四氟乙烯(ptfe)、聚(环氧乙烷)(peo)、聚乙烯醇(pva)、聚丙烯腈(pan)、羧甲基壳聚糖钠(ccts)、聚(3，4-亚乙基二氧基噻吩)聚苯乙烯磺酸盐(pedot:pss)、3，4-亚丙基二氧基噻吩(prodot)、盐酸多巴胺、聚轮烷(polyrotaxane)、聚噻吩、其组合和/或任何合适的粘结剂。72.导电材料116用于改变电极的电子传导率(例如，以确保电极具有至少阈值电子传导率，以确保电极具有至多阈值电子传导率，等等)。导电材料的实例包括：碳超级p、乙炔黑、炭黑(例如，c45、c65等)、中间相碳微珠(mesocarbonmicrobead)(mcmb)、石墨烯、碳纳米管(cnt)(例如，单壁碳纳米管、多壁碳纳米管、半导体碳纳米管、金属碳纳米管等)、还原的氧化石墨烯、石墨、富勒烯、导电聚合物、其组合和/或任何合适的材料。73.每个电极可以被界面层(例如，固体电解质界面(sei)层119)钝化。界面层通常由在电池系统的使用(例如充电和放电)期间电解质的分解形成，但是可以在组装和/或以其他方式形成电池系统之前形成。界面层可以包围(例如，包覆)电极材料的包覆层(例如，如例如图5a中所示)，可以包覆电极材料(例如，如例如图5b中所示)，可以被集成或嵌入到电极材料或其包覆层中，可以被包覆(例如，通过包覆层)，和/或可以以其他方式布置。74.界面层优选地是稳定的(例如，在其形成之后在充电和放电期间保持基本上不变)，但是可以是不稳定的(例如，在一个或更多个循环期间降解和潜在地重新形成)和/或具有任何合适的稳定性。例如，界面层可以是弹性化合物或聚合物样化合物(诸如烷基碳酸锂、聚(环氧乙烷)等)，诸如有机化合物或有机金属化合物，弹性化合物或聚合物样化合物可以随着硅阳极膨胀和收缩而膨胀(基本上不断裂或破裂)或以其他方式适应变化。界面层材料的实例包括：乙基碳酸锂(lithiumethylcarbonate)(lec)、甲基碳酸锂(lithiummethylcarbonate)(lmc)、亚乙基二碳酸锂(lithiumethylenedicarbonate)(ledc)、亚丙基二碳酸锂(lithiumpropylenedicarbonate)(lpdc)、聚合的碳酸亚乙烯酯或聚(碳酸乙烯基酯)(pvca)、羧酸、氟化锂、氧化锂、硅酸锂、碳酸锂、其组合和/或其他材料。然而，电极可以由界面层活化，可以不包括界面层，和/或可以形成任何合适的界面层。75.电解质200优选地用于将阳极电连接到阴极，并且能够实现或促进离子(但优选地不是电子)在电极之间的运动。然而，电解质可以以其他方式起作用。电解质可以是固相、流体相(例如液相)和/或任何合适的相。例如，电解质可以是或包括：凝胶、粉末、溶解在溶剂中的盐、酸、碱、聚合物、陶瓷、盐(例如熔融盐)、等离子体、离子液体和/或具有任何合适的物质状态或其组合。电解质可以包括有机材料、无机材料和/或其组合。76.电解质(例如，电解质盐)的实例，特别地但是不排他地用于锂离子电池，包括：锂镧钛酸盐(例如，li0.34la0.51tio2.94、li0.75la0.5tio3、(li0.33la0.56)1.005ti0.99al0.01o3等)、锂铝磷酸盐(例如，li1.3al0.3ti1.7(po4)3、li1.5al0.5ge1.5(po4)3等)、锂锆酸盐(例如，li7la3zr2o12、li6.55la3zr2ga0.15o12、li6.4la3zr2al0.2o12等)、锂硅磷酸盐(例如，li3.25si0.25p0.75o4)、锂锗酸盐(例如，li2.8zn0.6geo4、li3.6ge0.8s0.2o4等)、锂磷氧氮化物(例如，li2.9po3.3n0.46)、锂磷硫化物(例如，li7p3s11、li10gep2s12、li3.25ge0.25p0.75s4、li3.4si0.4p0.6s4、li3ps4等)、锂硅磷酸盐(例如，li3.5si0.5p0.5o4)、锂银锗矿(lithiumargyrodite)(例如，li6ps5br、lips5cl、li7ps6、li6ps5i、li6po5cl等)、锂氮化物(例如，li3n、li7pn4、lisi2n3等)、锂酰亚胺(例如，li2nh)、锂硼氢化物(例如，libh4)、锂铝氢化物(例如，lialh4)、锂酰胺(例如，linh2、li3(nh2)2i等)、锂镉氯化物(例如，li2cdcl4)、锂镁氯化物(例如，li2mgcl4)、锂锌碘化物(例如li2zni4)、锂镉碘化物(例如，li2cdi4)、锂氯酸盐(例如，liclo4)、双(三氟甲磺酰基)酰亚胺锂(例如，lic2f6no4s2)、六氟砷酸锂(例如，liasf6)、六氟磷酸锂(例如，lipf6)，其组合，和/或任何合适的电解质(例如，电解质盐，例如用与电池的阴极相关的适当离子替代锂)。77.基质(例如，凝胶、水凝胶、聚合物、溶剂等)的实例可以包括：聚(环氧乙烷)(peo)、聚(偏氟乙烯)(pvdf)、聚丙烯腈(pan)、聚(甲基丙烯酸甲酯)(pmma)、碳酸亚乙酯(ec)、碳酸二乙酯(dec)、碳酸二甲酯(dmc)、碳酸亚丙酯(pc)、聚乙二醇(peg)、甘油、水、其组合，和/或可以使用任何合适的基质。通常，电解质盐溶解在基质中至在约0.1m和10m之间的浓度，但是电解质盐的浓度可以小于0.1m或大于10m。78.在一些实例中，可以使用无机电解质和有机电解质的混合物，诸如：在peo/litfsi中的li6.4la3zr2al0.2o12、在pvdf/liclo4中的li1.5al0.5ti1.5(po4)3或在pan/liclo4中的li0.33la0.557tio3。然而，可以使用任何纯的电解质或电解质的组合。79.在一些实施方案中，电解质可以包括一种或更多种添加剂，所述添加剂可以用于促进(或阻碍)界面层的形成。添加剂的实例包括：碳酸亚乙烯酯(vc)、氟代碳酸亚乙酯(fec)、碳酸亚丙酯(及其衍生物)、全氟辛酸铵(apc)、碳酸乙烯基亚乙酯(vec)、马来酰亚胺(例如，邻亚苯基二马来酰亚胺、对亚苯基二马来酰亚胺、间亚苯基二马来酰亚胺等)、乙交酯、四氧杂螺[5，5]十一烷(tos；诸如3，9-二乙烯基-2，4，8，10-四氧杂螺[5，5]十一烷)、聚醚改性的硅氧烷、其组合和/或其他添加剂。[0080]在第一说明性实例中，电解质可以包括：在1:1v/vfec/dmc溶剂中的1mlipf6。在第二说明性实例中，电解质可以包括：在含有2％体积vc的1:1v/vec/dec溶剂中的1mlipf6。在第三说明性实例中，电解质可以包括：在1:1v/vec/dmc中的1mlipf6。在第四说明性实例中，电解质可以包括：在含有3％体积vc的1:1v/vec/dmc溶剂中的1mlipf6。在第五说明性实例中，电解质可以包括：在含有5wt％vc的1:1:1v/v/vec/dec/dmc溶剂中的1mlipf6。在第六说明性实例中，电解质可以包括：在1:1v/vdec/fec溶剂中的1mlipf6。在第七说明性实例中，电解质可以包括：在1:1v/vec/dec溶剂中的1mlipf6。然而，可以使用任何合适的电解质。[0081]任选的隔板300优选地用于阻碍、减缓或防止阳极和阴极彼此电接触(从而阻碍、减缓或防止电池短路)，同时允许离子穿过隔板。隔板优选地是柔性的，但可以是刚性的和/或具有任何合适的机械性质。隔板优选地是离子导电的，但可以是离子绝缘的，促进(或阻碍)离子扩散，和/或具有任何合适的离子传导率。隔板对电解质可以是可渗透的(例如，可以是多孔的)，可以释放电解质，可以泵送电解质，可以是实心的，包括通孔，可以是网状的，具有单向路径，和/或可以以其他方式促进电解质从隔板的一侧到另一侧的(真实的、明显的、或有效的)转移。至少一个隔板优选地布置在每个阴极/阳极对之间。然而，隔板可以以其他方式布置。隔板可以在阴极和阳极之间是等距的，更靠近阳极(例如，在阳极的近端)，或者更靠近阴极(例如，在阴极的近端)。然而，隔板可以以其他方式布置。隔板优选地具有在约10μm和50μm之间的厚度，但是可以薄于10μm或厚于50μm。[0082]隔板可以由陶瓷、凝胶、聚合物、塑料、玻璃、木材和/或任何合适的材料制成或者包括陶瓷、凝胶、聚合物、塑料、玻璃、木材和/或任何合适的材料。在一些变型中，可以使用被称为“干电池隔板”的隔板。隔板材料的实例包括：聚烯烃、聚丙烯、聚乙烯、其组合(例如，pp和pe的混合物或共混物)，和/或任何合适的隔板材料。在一些变型中，隔板可以是多层隔板。例如，可以使用聚丙烯/聚乙烯/聚丙烯隔板或陶瓷包覆的隔膜(例如，陶瓷包覆的pp、陶瓷包覆的pe、陶瓷包覆的pp/pe混合物等)。然而，可以使用任何合适的隔板。[0083]在一些变型中，离子导电的聚合物可以用作隔板和/或用作离子导电的路径(例如，用作电解质、用作导电材料等)。离子导电的聚合物可以被混合在阳极和/或阴极中和/或包覆阳极和/或阴极，并在整个电池中形成离子导电的网络。然而，离子导电的聚合物可以以其他方式布置。[0084]在一些变型中，隔板和电解质可以相同和/或可以被集成在一起。例如，隔板和/或电解质可以包括锂离子导电的玻璃或陶瓷材料，诸如：锂镧钛酸盐(llto；例如，li3xla2/3-xtio3，0＜x＜2/3，例如x＝0.11)、锂镧锆酸盐(llzo；例如，li7la3zr2o12)、锂镧锆钽酸盐(llzto；例如，li6.75la3zr1.75ta0.25o12)、锂铝锗磷酸盐(lagp；例如，li1.5al0.5ge1.5p3o12)、锂铝硅磷钛氧化物(laspt；例如，li2al2sip2tio13)，其组合，和/或任何合适的材料。然而，可以使用任何合适的锂离子传导的玻璃或陶瓷材料。[0085]电池系统的变型可以是柔性的(例如，通过控制电极层的数量，通过使用柔性部件诸如柔性隔板等)、半柔性的、刚性的，和/或具有任何合适的机械性质。[0086]在一些实施方案中，电池可以任选地包括凝结剂或胶凝剂，所述凝结剂或胶凝剂用于使电池的一个或更多个部件固化(例如，干燥、胶凝等)，这可以提供减缓或减少电池起火的机会的益处。凝结剂可以响应于冲击(例如，阈值力、阈值压力等)、温度(例如，阈值温度)、湿度(例如，阈值水含量)、暴露于环境(例如，在预定物质的存在下的阈值氧含量、阈值氮含量、阈值有机物含量，等等)，和/或响应于任何刺激而固化。凝结剂可以：与电解质混合(例如，作为添加剂)，整合到电极(阳极、阴极)中，整合到电池壳体的主体中，包含在电池的单独的隔室中，和/或以其他方式布置。凝结剂的实例可以包括有机凝结剂(例如，聚胺、聚dadmac、三聚氰胺甲醛、单宁等)、无机凝结剂(例如，硫酸铝、氯化铝、聚合氯化铝、水合氯化铝、硫酸铁、硫酸亚铁、氯化铁、二氧化硅等)、聚合物凝胶凝结剂(例如，聚(丙烯腈-共-甲基丙烯酸酯)(p(an-共-ma))、聚乙二醇(peg)等)、其组合、和/或任何合适的凝结剂。然而，另外地或可选择地，电池可以包括阻燃添加剂(例如，有机磷酸盐化合物，诸如三苯基磷酸盐、三丁基磷酸盐等；矿物质，诸如氢氧化铝、氢氧化镁等；有机卤素化合物，诸如氯壬酸、十溴二苯醚等；等等)，和/或任何合适的电池添加剂。[0087]电池系统优选地包括壳体400(例如，容器)，壳体400用于封闭电极、电解质、隔板和/或集电器。壳体可以用于防止电极由于与外部环境中的物体接触而引起的短路。壳体可以由金属(例如，钢、不锈钢等)、陶瓷、塑料、木材、玻璃和/或任何合适的材料制成。壳体形状的实例包括圆形(例如，硬币、纽扣、圆柱形等)、非圆形、扁平(例如，分层构建体、袋450等)、棱柱形(例如，正方形、矩形等)，和/或任何合适的形状。[0088]壳体优选地包括两个端子(例如，一个正极和一个负极)，但是可以包括多于两个端子(例如，两个或更多个正极、两个或更多个负极)、单个端子和/或任何数量的端子。端子可以用于将电池的电极连接到负载。端子的实例包括盘绕端子、弹簧端子、板端子和/或任何合适的端子。[0089]壳体可以包括端帽。端帽可以用作集电器和/或以其他方式起作用。端帽可以是：带接片的端帽460、460’(例如，如例如图8a或图8b中所示，其可以伸出壳体，可以与壳体齐平，可以从壳体延伸目标厚度，可以沿着壳体的一个或更多个边缘延伸，等等)、无接片的端帽470、470’(例如，如例如图8c所示，诸如在壳体中具有孔或开口，孔或开口使得能够接近电极集电器、基底等)、板帽和/或具有任何合适的形态。端帽可以由铝、铜、镍、碳质材料和/或任何合适的导电材料(例如，金属)制成。端帽(例如，接片、壳体中的开口等)可以是对称的(例如，对于阳极和/或阴极，相同的尺寸、相同的形状等)和/或不对称的(例如，对于阳极和/或阴极，不同的尺寸、不同的形状等)。当使用接片时，接片可以被布置在壳体的短边、长边和/或任何合适的边上。作为说明性实例，接片可以从壳体的表面(例如，边缘、主体等)延伸约2mm(例如，其中壳体可以具有约40mm、100mm等的尺寸)并且可以具有从壳体尺寸(例如，长度、宽度、对角线尺寸等)的1％到100％的任何值的范围。然而，壳体可以包括以任何合适的布置的任何合适的帽或集电器。[0090]壳体可以使用粘合剂、紧固件、连接器、粘结剂、物理密封件、化学密封件、电磁密封件和/或任何合适的连接器或密封机构来密封。该壳体可以包括一个、两个、三个、四个、十个，其间的值和/或任何合适数量的密封件。在说明性实例中，如例如图7中所示，壳体可以使用第一焊缝453(例如，塑料超声波焊缝、热焊机、快速尖端焊接、挤压焊接、接触焊接、热板焊接、非接触焊接、ir焊接、高频焊接、感应焊接、注射焊接、摩擦焊接、旋转焊接、激光焊接等)，随后第二焊缝456(例如，金属焊缝、超声波金属焊缝、高温焊缝、弧焊缝、锻造焊缝、氧燃料焊缝、摩擦焊缝、磁脉冲焊缝、共挤压焊缝、冷焊缝、扩散结合、放热焊缝、高频焊缝、热压焊缝、感应焊缝、辊结合等)来密封。该说明性实例可以通过使焊缝能够被形成为更靠近电极(例如，减小内部壳体体积、减少加载壳体所需的电解质的量、减少过量壳体材料的量等)(例如，具有较低的损坏电极的风险)来提供减小壳体(例如，袋)的尺寸(例如，面积、体积、重量等)的技术优势。例如，塑料焊缝可以被形成为距离电极约0.5mm、1mm、2mm、3mm、4mm、5mm、7.5mm、10mm、其间的值或范围、》10mm。尽管少量的多余空间(例如，焊缝和电极之间的距离)是优选的以确保隔板将电极完全隔开，但是可以在电极的边缘上形成塑料焊缝(例如，距离电极约0mm)。在塑料焊缝之后，可以形成第二焊缝(例如，金属焊缝)以帮助确保壳体被密封(并且保持密封)。例如，超声波焊缝可以被形成为距离塑料焊缝约0.5mm、1mm、2mm、3mm、4mm、5mm、7.5mm、10mm、其间的值或范围、》10mm。该第二焊缝通常形成在塑料焊缝的外部，以增加第二焊缝和电极之间的距离(并且由此减少在焊接过程期间损坏电极的机会)。例如，第二焊缝可以为距离电极1mm、2mm、3mm、4mm、5mm、6mm、7mm、8mm、10mm和/或更近或更远。然而，该第二焊缝可以与第一焊缝(例如，塑料焊缝)重合，在第一焊缝(例如，塑料焊缝)内部，和/或可以以其他方式相对于第一焊缝(例如，塑料焊缝)布置。另外地或可选择地，焊缝中的一个或更多个可以用铜焊、钎焊和/或任何合适的紧固方法代替和/或增强。[0091]电池可以使用常规的组装方法、定制的组装方法和/或其他方法来组装。例如，一个或更多个电极(或其他部件)可以被印刷、沉积、干燥、铸造(例如，滴铸、旋转铸造等)、生长和/或以其他方式产生或接触。在说明性实例中，硅浆料可以印刷在基底上以形成硅阳极。然而，部件可以以其他方式制造。[0092]在说明性实例中，如在图3a中所示，多电极电池可以包括：基于硅的阳极、锂金属阳极和布置在两个阳极之间的阴极(例如，nmc、lco等)。在如图3b所示的该特定实例的变型中，基于硅的阳极(例如，双面阳极)可以布置在两个阴极(例如，双面阴极；lco阴极、nmc阴极等)之间。在该变型中，每个阴极可以与相应的第二阳极(例如，锂金属阳极、硅阳极，如例如在图3c中所示出的)相关联。在该实例和变型中，阳极和阴极可以跨过电解质电接触，其中电解质可以是固相或流体相。硅阳极和阴极之间的电解质和隔板可以与锂金属阳极和阴极之间的电解质和/或隔板相同或不同。在特定实例中，这种结构可以生产混合电池锂金属电池或固态电池。[0093]在如图3d所示的该特定实例的第二变型中，锂金属阳极(例如，双面阳极)可以布置在两个阴极(例如，双面阴极；lco阴极、nmc阴极等)之间。在该变型中，每个阴极可以与相应的第二阳极(例如，硅阳极)相关联。在这种变型中，阳极和阴极可以跨过电解质电接触，其中电解质可以是固相(例如，凝胶、陶瓷等)或流体相。硅阳极和阴极之间的电解质和隔板可以与锂金属阳极和阴极之间的电解质和/或隔板相同或不同。然而，电极可以以其他方式布置。[0094]系统和/或方法的实施方案可以包括多种系统部件和多种方法工艺的每种组合和排列，其中本文描述的方法和/或工艺的一个或更多个实例可以通过和/或使用本文描述的系统、元件和/或实体的一个或更多个实例来异步地(例如，依次地)、同时地(例如，平行地)或以任何其他合适的顺序进行。[0095]如本领域技术人员将从先前的详细描述以及从附图和权利要求中认识到的，可以在不偏离在所附权利要求中限定的本发明的范围的情况下对本发明的优选的实施方案进行修改和改变。当前第1页12当前第1页12
技术领域：
：3.本发明总体上涉及电池领域，并且更具体地涉及电池领域中新的且有用的系统和方法。4.附图简述5.图1是系统的示意图。6.图2a和图2b是示例性的电池系统的示意图。7.图3a、图3b、图3c和图3d是示例性的电池系统的示意图。8.图4是示例性的硅阳极的示意图。9.图5a和图5b是包覆有sei层的示例性的硅材料的示意图。10.图6是包括锂化的硅和非锂化的硅的示例性的硅阳极的示意图。11.图7是包括塑料焊缝和第二焊缝的示例性的电池的示意图。12.图8a和图8b是包括接片(tab)的示例性的电池的示意图。13.图8c是示例性的无接片电池(tablessbattery)的示意图。14.图9a-图9e是示例性的硅颗粒的示意图。15.优选地实施方案的描述16.对本发明的优选的实施方案的以下描述不意图将本发明限制于这些优选的实施方案，而是使得本领域的任何技术人员能够制造并且使用本发明。17.1.综述.18.如图1所示，系统10可以包括电极100(例如，阳极110、阴极120)和电解质200。该系统可以任选地包括隔板300、连接器、壳体400、和/或任何合适的部件。19.电池系统10优选地用于生成或产生电功率和/或向一个或更多个负载500提供或供应电功率(例如，一个或更多个负载500可以用于消耗电功率，诸如将电功率转换成另一种形式的能量)。电功率通常来源于存在于两个电极之间的电化学电势。电功率优选地由一个或更多个连接器提供。连接器的实例包括感应线圈(例如，以便于无线电传输(wirelesselectricaltransfer))、电线、金属垫(metalpads)、框架、球、销和/或任何合适的连接器。负载可以是电阻性负载、电容性负载、电感性负载和/或任何合适的负载。在一些实例中，特别地但是不排他地，当该系统是柔性的时，电池系统(和/或负载)可以被集成到iot装置、医疗装置、电动交通工具(例如，电动汽车、电动自行车、电动滑行车、电动卡车、电动飞机等)，和/或任何合适的应用中。20.2.益处.21.技术的变型可以赋予若干益处和/或优点。22.首先，技术的变型可以使包括硅材料的电池能够经历大量(例如，》10、》50、》100、》500、》1000、》5000、》10000、》50000、》100000等)的循环而没有显著劣化(例如，在已经进行多个充电和放电循环之后，在电池容量、开路电压、充电状态等的《0.1％、0.1％、0.5％、1％、2％、5％、10％、15％、20％、25％、30％、其间的值或范围等的变化)。该技术的实例可以通过在硅材料上形成稳定的sei层和/或使用具有小的外部膨胀体积的硅材料来实现大量循环，使得该sei层在硅材料的膨胀期间保持完整(例如，不破裂)。23.该技术的第二种变型可以实现高能量密度和快速再充电电池。在具体实例中，如图3a所示，该电池系统可以包括基于硅的阳极(例如，以促进高能量密度)和锂金属阳极(例如，以促进快速充电)。24.然而，该技术的变型可以赋予任何其他合适的益处和/或优点。25.如本文所使用的，“基本上”或近似(例如，“约”、“大约”等)的其他词语可以在度量、分量或其他参考值的预定的误差阈值或容差内(例如，在参考值的0.001％、0.01％、0.1％、1％、5％、10％、20％、30％等内)，或者可以以其他方式解释。26.3.系统.27.如图1中所示，系统10可以包括电极100(例如，阳极110、阴极120)和电解质200。该系统可以任选地包括隔板300、壳体400、连接器和/或任何合适的部件。电池系统10优选地用于生成或产生电功率和/或向一个或更多个负载提供或供应电功率(例如，所述一个或更多个负载可以用于消耗电功率，诸如将电功率转换成另一种形式的能量)。该电池系统优选地是二次电池(例如，可再充电电池系统，诸如其中每个电极可以作为阳极或阴极操作的可再充电电池系统)，但是可以另外地或可选择地形成原电池、双极电池和/或任何合适的电池。该电池系统优选地在约2.5v和5v之间(和/或其中包含的范围，诸如2.5v-4.2v、2.7v-4.2v、2.5v-4v、2.7v-3.8v、2.7v-4.3v等)操作(例如，循环)，但是可以在任何合适的电压之间(例如，小于2.5v或大于5v)循环。在一些变型中，限制操作电压的范围可以提高电池系统的稳定性和/或寿命(例如，在发生显著劣化之前的循环次数、在严重电池故障之前的循环次数等)。电池系统可以操作的电压范围可以取决于电极材料、电极容量、电极厚度、负载、程序化的(或另外指定的)电压范围、和/或任何合适的性质。28.该系统的组分可以是固态、流体状态(例如，液体、等离子体、气体等)、凝胶状态、状态的组合(例如，在临界点、混合状态、一种组分处于第一状态并且另一种组分处于第二状态等)，和/或具有任何合适的物质状态。所得到的电池可以具有固态构造、li金属构造(例如，锂离子电池或锂聚合物电池)、金属-空气构造(例如，硅-空气电池)和/或任何其他合适的构造。所得到的电池可以是刚性的、柔性的、和/或具有任何其他合适的刚度(例如，其中部件厚度、数量、柔性、刚性、物质状态、弹性等可以被选择以获得期望的刚度)。所得到的电池可以是袋状电池、圆柱形电池、棱柱形电池、和/或具有任何其他合适的形状因子。29.电极100优选地用于生成离子(例如，电子)并且与电路的其他部分(例如，负载)接触。该电池系统优选地包括至少两个电极(例如，阳极和阴极)，但是可以包括任何数量的电极。阴极和阳极的数量可以相等，与阴极相比，可以存在更多的阳极，或者与阳极相比，可以存在更多的阴极。例如，该电池可以包括1、2、3、4、5、6、10、20、50、100、其间的值或范围、和/或任何其他合适数量的阳极和/或阴极。阳极和/或阴极可以是单面的、双面的、和/或以其他方式被配置。当电池包括多个阳极和/或阴极时，阳极和阴极优选地交错(例如，在电极堆叠中交替)；可选择地，阴极和/或阳极可以被分组或堆叠在一起和/或可以以其他方式布置(例如，单个阴极可以被由电池几何形状决定的多个阳极包围)。多于一个阳极中的每个阳极可以是相同的(例如，相同的材料、在规格公差(specificationtolerance)内的相同的物理性质、相同的电性质等)或不同的(例如，不同的材料、不同的物理性质、不同的电性质等)。多于一个阴极中的每个阴极可以是相同的(例如，相同的材料、在规格公差内的相同物理性质、相同的电性质等)或不同的(例如，不同的材料、不同的物理性质、不同的电性质等)。在第一说明性实例中，如图2a中所示，电池系统可以包括跨过电解质与锂阴极相对的锂金属阳极，并且锂阴极可以跨过电解质与硅阳极相对(例如，在每个阳极和阴极对之间可以使用相同或不同的电解质)。在如图2b所示的第二说明性实例中，第一锂阴极可以跨过电解质与硅阳极相对，并且硅阳极可以跨过电解质与第二锂阴极相对。然而，该电极可以以其他方式布置。30.每个电极优选地与集电器接触，集电器用于收集和传输电子。对于每个电极，集电器可以不同或相同。集电器优选地是导电的，但是可以是半导体的和/或具有任何合适的传导率。集电器可以是线、板、箔、网状物、泡沫、蚀刻的材料、包覆的材料、和/或具有任何形态。示例性的集电器材料包括：铝、铜、镍、钛、不锈钢、碳质材料(例如，碳纳米管、石墨、石墨烯等)、黄铜、聚合物(例如，导电聚合物诸如ppy、pani、聚噻吩等)、其组合、和/或任何合适的材料。集电器可以被紧固到电极、被粘附到电极、被焊接到电极、与电极集成(例如，与电极的基底共延)，和/或可以以其他方式与电极接合。31.每个电极可以是层状材料、共延材料(例如，单晶或多晶)、薄膜(例如，1nm至100μm厚和/或其中的任何值或子范围)、厚膜(例如》100μm厚)和/或具有任何合适的形态。可以基于目标比能量、充电倍率、放电倍率、成本、重量、容量(例如，比容量)、厚度、电池温度(例如，靠近负载的环境温度、预期的操作温度、电池的局部温度、负载温度等)、电池变化和/或电极的其他性质来确定层的数量。例如，电极可以包括在1个和100个之间的层。然而，电极可以包括超过100个层。32.每个电极厚度可以是在约1μm和1cm之间的任何合适的值或其范围(诸如1μm、2μm、5μm、10μm、20μm、50μm、100μm、200μm、500μm、1mm、2mm、5mm、1cm)、小于1μm的厚度和/或大于1cm的厚度。每个层的厚度可以相同和/或不同。例如，阳极可以具有约等于阴极厚度的0.1x、0.2x、0.5x、0.8x、0.9x、1x、1.05x、1.1x、1.2x、1.5x、2x、2.1x、2.2x、2.5x、3x、5x、10x或其间值的厚度。在该实例的变型中，这些比率可以将阳极的容量与阴极的容量相关联(例如，阳极厚度可以被确定为具有将阳极容量与阴极容量的比率相匹配的厚度，诸如以mah/cm2为单位)。具有更厚的阳极(例如，比匹配阴极容量所需的厚度更厚)可能是有益的，例如，因为当阴极将材料转移到阳极时(例如，在放电期间)，阳极可能不会像阳极和阴极具有匹配容量时那样膨胀那么多。该益处可以例如通过使用具有大容量的阳极材料(诸如硅)来实现。然而，较厚的阳极可以在其他方面是有益的和/或能够实现的。33.n/p比率(例如，阳极与阴极的容量比率，诸如线性容量、面积容量、体积容量、总容量等)优选地在约0.5-2之间(例如，0.5、0.6、0.75、0.9、1、1.05、1.1、1.15、1.2、1.25、1.3、1.35、1.4、1.45、1.5、1.6、1.7、1.75、1.8、1.9、2，其间的值或范围等)，但是可以小于0.5或大于2。较大的n/p比率可以有利于增加阳极的稳定性(例如，因为与具有较小的n/p比率的电池相比，阳极将较少地被锂化并且经历较少的体积膨胀)。n/p比率(例如，最佳的n/p比率)可以基于阳极材料(或其性质，诸如颗粒或晶粒尺寸、外部膨胀系数等)、阴极材料(或其性质)、电池稳定性(例如，目标稳定性)、电池循环(例如，目标循环次数、最小循环次数等)、能量密度、电压范围、电极厚度、温度、电池变化、层的数量、电解质组成来选择，和/或可以以其他方式选择或调节。34.在说明性实例中，对于容量为约4.3mah/cm2的阴极(例如，nmc、lco、lmo等阴极)，阳极(例如，硅阳极)可以具有为约8.6mah/cm2的容量(例如，8.6±0.5mah/cm2、8.6±0.8mah/cm2等)。在第一说明性实例中，阳极的约一半(例如，在约40％-60％之间)可以被锂化(诸如在阴极放电之前；这使阳极容量约减半)。在第二说明性实例中，对于容量为约4.3mah/cm2的阴极，阳极可以具有为约6.4±0.5mah/cm2的容量。在第二说明性实例中，约20％-30％的阳极可以被锂化。然而，阳极和/或阴极可以以其他方式匹配。在第一说明性实例和/或第二说明性实例的变型中，阳极材料的未被锂化的部分优选地具有与阴极的容量匹配的容量(例如，以阻碍或最小化阳极被锂镀覆)。然而，阴极和/或阳极可以以其他方式匹配(例如，取决于阳极材料的容量、阳极制剂的负载量等)。35.每个电极可以具有单个活性表面、两个活性表面(例如，顶部表面和底部表面)，在暴露的表面的所有部分或任何部分周围可以是活性的，和/或可以具有任何合适数量的活性表面，其中活性表面可以指(例如，经由电解质)耦合到另一个电极、(例如，经由集电器)耦合到外部负载和/或以其他方式界定的表面。36.每个电极优选地具有约相同的容量(例如，在±1％、±2％、±5％、±10％、±20％内等)。然而，电极可以具有不同的容量。例如，阳极可以具有约等于阴极容量的0.1x、0.2x、0.5x、0.8x、0.9x、1x、1.05x、1.1x、1.2x、1.5x、2x、2.1x、2.2x、2.5x、3x、5x、10x和/或其间的值的容量(例如，以mah/cm2为单位)。然而，阳极的容量可以小于阴极容量的0.1x或大于阴极容量的10x。具有容量大于阴极的阳极可以有利于改变(例如，提高)阳极的稳定性，改变(例如，控制)阳极的膨胀，改变(例如，减少)从阴极镀覆阳极的量，和/或可以以其他方式是有益的。可以基于电极厚度、电极材料、电极掺杂、电解质、电极掺杂、电极形态(例如，孔隙率、孔隙体积、孔分布等)、电极基底和/或任何合适的性质来控制或修改每个电极容量。37.电极基底130(例如，集电器)优选地为金属(例如，铝、铜、银、金、镍、其合金或并入上述的元素等)，但是可以另外地或可选择地包括碳质基底和/或任何合适的基底。基底厚度优选地在约5μm-20μm之间。然而，基底厚度可以大于20μm，或小于5μm。在说明性实例中，阳极基底可以是9μm-16μm厚的铜箔。在第二说明性实例中，阴极基底可以是9μm-20μm厚的铝箔。然而，可以使用任何基底。38.在电池的放电期间，阳极110用于将电子释放到外部电路(例如，释放到负载)。阳极优选地通过电解质被离子耦合到阴极(其中阳极与电解质物理接触)，并且可以通过负载(例如，在闭路操作期间，经由连接器、引线等)被电耦合到阴极，但是可以以其他方式被电耦合到任何合适的部件。阳极可以被铸造、被生长、被沉积、被模制和/或以其他方式被制造。39.阳极材料优选地是多孔的，但是可以是实心的、中空的、和/或具有任何合适的结构。阳极材料的多孔性质优选地能够在阳极材料内实现内部膨胀，但是可以以其他方式起作用。在阳极材料内，颗粒可以在簇内协同地形成孔隙(例如，开放的内部体积、空隙空间等)(和/或二级颗粒可以由初级颗粒形成)，孔隙可以由在颗粒填充之后保留的空隙空间产生(例如，不完美的填充效率、次优的填充效率等)，由于颗粒的特征尺寸分布(例如，分布形状、分布尺寸等)，孔隙可以由颗粒熔合在一起(例如，以在熔合的颗粒内部捕获孔隙、开放的空间等)产生，和/或可以以其他方式产生。阳极材料的孔隙率优选地在约5％和90％之间，但是可以小于5％或大于90％。孔隙率可以取决于阳极形态(例如，颗粒尺寸、特征尺寸、形状等)、阳极材料源、阳极材料中的杂质和/或任何合适的性质。阳极材料的孔隙体积优选地在约0.02cm3g-1和2cm3g-1之间，但是可以小于0.02cm3g-1或大于2cm3g-1。阳极材料的孔径优选地在约0.5nm和200nm之间，但是孔径可以小于0.5nm或大于200nm。孔径分布(例如，在多孔颗粒内，在孔隙之间协同地界定的等)可以具有在约0.1nm和约5μm之间的孔径(诸如，平均尺寸(averagesize)、平均尺寸(meansize)等)，诸如0.2nm、0.5nm、1nm、2nm、5nm、10nm、20nm、25nm、30nm、40nm、50nm、75nm、100nm、150nm、200nm、300nm、400nm、500nm、750nm、1μm、1.5μm、2μm、3μm、4μm和/或5μm。然而，孔径可以小于0.1nm和/或大于5μm。孔径分布可以是单峰的(monomodal)或单峰的(unimodal)、双峰的、多峰的，和/或具有任何合适数量的模式。在具体实例中，孔径分布可以由以下项表示(例如，近似为以下项)：高斯分布、洛伦兹分布、voigt分布、均匀分布、平滑的均匀分布(mollifieduniformdistribution)、三角形分布、威布尔分布(weibulldistribution)、幂律分布(powerlawdistribution)、对数正态分布、对数双曲分布(log-hyperbolicdistribution)、偏斜对数拉普拉斯分布(skewlog-laplacedistribution)、非对称分布、偏斜分布(skeweddistribution)和/或任何合适的分布。40.阳极材料的外表面优选地基本上被密封(例如，阻碍或防止外部环境穿透外表面)。然而，外表面可以被部分地密封(例如，允许外部环境以预定的速率穿透表面，允许来自外部环境的一种或更多种物质穿透表面，等等)和/或可以是开放的(例如，多孔的，包括通孔等)。外表面可以由阳极材料的厚度或深度界定。厚度优选地在约1nm和10μm之间(诸如1nm、2nm、3nm、5nm、10nm、20nm、50nm、100nm、200nm、500nm、1μm、2μm、5μm、10μm、其间的值)，但是可以小于1nm或大于10μm。厚度可以是均匀的(例如，在外表面周围约相同)或不均匀的(例如，在外表面周围不同)。在具体实例中，外表面可以被焊接、熔合、熔化(和再固化)和/或具有任何形态。41.阳极和/或阳极材料的外表面(例如，颗粒的外表面、颗粒的簇的外表面、颗粒和/或簇的附聚物的外表面等)的表面积优选地是小的(例如，小于约0.01m2/g、0.5m2/g、1m2/g、2m2/g、3m2/g、5m2/g、10m2/g、15m2/g、20m2/g、25m2/g、30m2/g、50m2/g、其间的值或范围)，但是可以是大的(例如，大于50m2/g、75m2/g、100m2/g、110m2/g、125m2/g、150m2/g、175m2/g、200m2/g、300m2/g、400m2/g、500m2/g、750m2/g、1000m2/g、1250m2/g、1400m2/g、其间的范围或值、》1400m2/g)和/或任何合适的值。42.硅材料的内部的表面积(例如，暴露于内部环境的表面，该内部环境通过外表面与外部环境隔开；暴露于内部环境的表面，该内部环境跨过外表面、内表面等与外部环境流体连通，诸如在颗粒内、协同地界定在颗粒之间、在颗粒的簇之间、在团聚体之间等)优选地是大的(例如，大于10m2/g、15m2/g、20m2/g、25m2/g、30m2/g、50m2/g、75m2/g、100m2/g、110m2/g、125m2/g、150m2/g、175m2/g、200m2/g、300m2/g、400m2/g、500m2/g、750m2/g、1000m2/g、1250m2/g、1400m2/g、其间的范围或值、》1400m2/g)，但可以是小的(例如，小于约0.01m2/g、0.5m2/g、1m2/g、2m2/g、3m2/g、5m2/g、10m2/g，其间的值或范围)。然而，内部的表面积可以高于或低于上述值，和/或可以是任何合适的值。43.在一些变型中，表面积可以是指布鲁厄-埃米特-特勒(bet)表面积。然而，可以使用表面积的任何定义、理论和/或测量结果。44.阳极材料优选地经历至多40％(例如，至多0％、0.1％、0.5％、1％、2％、5％、10％、15％、20％、25％、30％、-40％、-30％、-25％、-20％、-15％、-10％、-5％、-2％、-1％、-0.5％、-0.1％等，或在其中限定的范围内)的外部膨胀(例如，外部线性膨胀、外部体积膨胀等)，其中任何其他膨胀为内部膨胀(例如，内部体积膨胀)。然而，阳极材料可以经历大于40％的外部膨胀。膨胀源的实例包括：热膨胀、溶胀(例如，由于溶剂或电解质的吸收引起的膨胀)、原子置换或离子置换、原子插层或离子插层(例如，金属化、锂化、钠化、钾化等)、静电效应(例如，静电排斥、静电吸引等)和/或任何合适的膨胀源。45.阳极材料可以包括颗粒114(例如，纳米颗粒、介观颗粒(mesoparticle)、微观颗粒、宏观颗粒等)、膜和/或任何合适的组分和/或形态。阳极材料的特征尺寸优选地在约1nm至约10000nm之间，诸如2nm、5nm、10nm、20nm、25nm、30nm、50nm、75nm、100nm、125nm、150nm、175nm、200nm、250nm、300nm、400nm、500nm、1000nm、1500nm、2000nm、5000nm、其间的值或范围，和/或其他尺寸。然而，特征尺寸可以另外地或可选择地小于约1nm和/或大于约10000nm。在具体实例中，特征尺寸可以包括颗粒的半径、直径、周长、最长尺寸、最短尺寸、长度、宽度、高度、孔径、壳厚度、膜厚度、和/或任何尺寸(size)或尺寸(dimension)。颗粒的特征尺寸优选地分布在尺寸分布上。尺寸分布可以是基本上均匀的分布(例如，盒式分布、平滑的均匀分布等，使得具有给定特征尺寸的颗粒的数量或颗粒的数量密度是近似恒定的)、威布尔分布、正态分布、对数正态分布、洛伦兹分布、voigt分布、对数双曲分布、三角形分布、对数拉普拉斯分布和/或任何合适的分布。46.粒度分布优选地是窄的(例如，小于约1nm、5nm、10nm、20nm、50nm、100nm、500nm、1μm、5μm、其间的值等的半峰全宽(fwhm)；小于约1nm、5nm、10nm、20nm、50nm、100nm、500nm、1μm、5μm、其间的值等的标准偏差；诸如小于分布的平均值的标准偏差的尺寸参数；诸如平均值的至多0.1％、0.5％、1％、2％、5％、10％、20％等的标准偏差、方差、分布的高阶矩、偏斜、峰度等，低阶矩、众数、中位数等的尺寸参数；等)，但可以是宽的和/或具有任何合适的尺寸分布。47.颗粒的形状可以是球形的(例如，圆球状的、椭球状的，如例如在图9a或图9c中所示，等等)；棒；薄片；星；柱；条；链；花；礁(reef)；须；纤维；盒；多面体(例如，立方体、矩形棱柱、三角形棱柱，如例如图9e中所示，等等)；具有蠕虫状形态(如例如图9b中所示，蛆型(verminform)等)；具有泡沫状形态；具有蛋壳形态；具有碎片状形态(例如，如例如图9d中所示)；和/或具有任何合适的形态。48.颗粒可以是独立的、成簇的、聚集的、团聚的、互连的(例如，熔融的、焊接的等)，和/或具有任何合适的关联或连接。例如，颗粒(例如，一级结构)可以协同地形成二级结构(例如，簇)，二级结构可以协同地形成三级结构(例如，团聚体)。一级结构的特征尺寸(例如，半径、直径、最小尺寸、最大尺寸、周长、纵向跨度(longitudinalextent)、横向跨度、高度等)可以在约2nm-150nm之间。二级结构的特征尺寸可以是100nm-10μm。三级结构的特征尺寸可以在约1μm和100μm之间。在说明性实例中，二级颗粒(例如，尺寸在约1微米-10微米之间)可以包括熔合在一起(例如，作为研磨初级颗粒的结果)的初级颗粒(例如，尺寸在约10nm和1μm之间、在10nm至100nm之间等)。在该说明性实例的变型中，二级颗粒可以团聚以形成团聚体(例如，三级颗粒)。然而，一级结构、二级结构和/或三级结构可以具有任何合适的跨度。49.阳极优选地包括硅材料112(例如，在2020年11月13日提交的标题为“poroussiliconmanufacturedfromfumedsilica”的美国专利申请第17/097,814号、2021年11月12日提交的标题为“siliconmaterialandmethodofmanufacture”的美国专利申请第17/525,769号、和/或2021年5月25日提交的标题为“siliconmaterialandmethodofmanufacture”的美国临时申请第63/192,688号中公开的硅材料，这些美国专利申请中的每一个都通过引用以其整体并入)。然而，阳极可以另外地或可选择地包括：石墨粉末(例如，人造石墨、天然石墨)、锂钛氧化物、活性炭、碳质材料(例如，纳米结构化的碳质材料)、金属氧化物、金属氮化物、金属硫化物、金属磷化物、硅、锗、锡、磷、锑、铟、锂金属111和/或任何合适的阳极材料。阳极优选地是至少约50％的硅(例如，按重量计、按体积计、按化学计量计等)，但是可以是小于50％的硅。50.阳极材料可以包括一种或更多种掺杂剂117。掺杂剂优选地为晶族元素(crystallogen)(还被称为第14族元素、金刚烷属元素(adamantogen)、iv族元素等，诸如碳、锗、锡、铅等)。然而，掺杂剂可以另外地或可选择地包括：硫属元素(例如，氧、硫、硒、碲等)、磷属元素(例如，氮、磷、砷、锑、铋等)、第13族元素(还被称为iii族元素，诸如硼、铝、镓、铟、铊等)、卤素(例如，氟、氯、溴、碘等)、碱金属(例如，锂、钠、钾、铷、铯等)、碱土金属、过渡金属、镧系元素、锕系元素和/或任何合适的材料。掺杂剂浓度(例如，质量浓度、纯度浓度、原子浓度、化学计量浓度、体积浓度等)优选地为至多约45％(例如，45％、40％、30％、25％、20％、15％、10％、5％、2％、1％、0.5％、0.1％、2％-10％、5％-15％、8％-12％、15％-25％、10％-30％，其间的值或范围等)，但是可以是大于阳极材料组成(例如，颗粒组成)的45％。51.阳极优选地负载有在0.1mg/cm2和50mg/cm2之间的阳极材料，但是可以负载有小于0.1mg/cm2，大于50mg/cm2和/或任何合适量的阳极材料。阳极材料的量可以取决于目标容量、目标输出功率、目标能量密度、阳极材料、负载、负载应用、充电倍率/放电倍率、电池温度、电池变化、循环寿命和/或可以以其他方式确定。52.阳极材料可以被包覆或可以不被包覆。包覆层118可以用于改变(例如，增加、减少)阳极的电子传导率，改变(例如，增加、减少)阳极的电子导电路径长度(例如，相对于天然阳极材料)，改变阳极的物理性质(例如，弹性、机械弹性、杨氏模量等)，改变阳极的化学性质(例如，重新活化成目标物质)，抑制(或促进)在阳极上形成界面层，和/或以其他方式起作用。包覆层可以是均匀的或不均匀的。包覆层可以包覆阳极材料的内表面(例如，孔隙体积)、外表面、其部分和/或阳极材料的任何合适范围。包覆层优选地是弹性的，但是可以是刚性的、脆性的和/或具有任何合适的机械性质。包覆层优选地是电绝缘的，但是可以是半导体的或电子导电的(electricallyconductive)。包覆层优选地是离子导电的(例如，允许或实现离子如氢离子、锂离子或其他活性离子通过)，但是可以是离子绝缘的，包括离子泵送结构，和/或具有任何合适的离子传导率。在具体实例中，阳极材料可以是被包覆的材料(和/或可以被包覆)，如在通过引用以其整体并入本文的2022年2月8日提交的标题为“siliconmaterialandmethodofmanufacture”的17/667,361中所公开的。53.例如，衍生自硅的阳极可以包覆有碳质材料(例如，有机分子、聚合物、无机碳、纳米碳、无定形碳等)、无机材料、增塑剂、生物聚合物膜、离子掺杂剂和/或任何合适的材料。聚合物包覆层的实例包括：聚丙烯腈(pan)、聚吡咯(ppy)、不饱和橡胶(例如，聚丁二烯、氯丁橡胶、丁基橡胶诸如异丁烯和异戊二烯的共聚物(iir)、苯乙烯-丁二烯橡胶诸如苯乙烯和丁二烯的共聚物(sbr)、丁腈橡胶诸如丁二烯和丙烯腈的共聚物(nbr)等)、饱和橡胶(例如，乙烯丙烯橡胶(epm)、乙烯和丙烯的共聚物；乙烯丙烯二烯橡胶(epdm)；环氧氯丙烷橡胶(eco)、聚丙烯酸橡胶诸如丙烯酸烷基酯共聚物(acm)、丙烯腈丁二烯橡胶(abr)等；有机硅橡胶诸如有机硅(si)、聚甲基有机硅(q)、乙烯基甲基有机硅(vmq)等；氟硅橡胶(fvmq)；等等)，和/或任何合适的聚合物。54.在具体实例中，如图4中所示，阳极可以包括设置在基底(例如，集电器)上的硅材料、粘结剂(其可以用于将包覆层结合到硅材料、将硅材料粘附到基底，等等)和导电材料。55.在说明性实例中，硅材料可以具有与针对2020年11月13日提交的标题为“poroussiliconmanufacturedfromfumedsilica”的美国专利申请第17/097,814号、2021年11月12日提交的标题为“siliconmaterialandmethodofmanufacture”的美国专利申请第17/525,769号、和/或2021年5月25日提交的标题为“siliconmaterialandmethodofmanufacture”的美国临时申请63/192,688中公开的硅材料描述的结构基本上相同的结构，这些美国专利申请中的每一个都通过引用以其整体并入。然而，硅材料可以具有任何合适的结构。56.在第二说明性实例中，硅材料可以是或者可以包括多孔碳注入的硅、多孔碳装饰的硅结构、多孔硅碳杂化物、多孔硅碳合金、多孔硅碳复合材料、硅碳合金、硅碳复合材料、碳装饰的硅结构、碳注入的硅、金刚砂、碳化硅，和/或硅、碳和/或氧的任何合适的同素异形体或混合物。例如，硅材料的元素组成可以包括sioc、sic、sixoxc、sixoxcy、sioxcy、sixcy、siox、sixoy、sio2c、sio2cx、siocz、sicz、sixoycz、sixoxcxzx、sixcxzy、sioxzx、sixoxzy、sio2cz、sio2cxzy，和/或具有任何合适的组成(例如，包括另外的元素)，其中z可以指周期表中的任何合适的元素，并且x和/或y可以相同或不同，并且可以各自在约0.001和2之间(例如，0.001、0.005、0.01、0.05、0.1、0.5、1、2、0.001-0.05、0.01-0.5、0.01-0.1、0.001-0.01、0.005-0.1、0.5-1、1-2，其间的值或范围等)，小于0.001，或大于2。57.在第三说明性实例中，阳极材料可以包括高纯度的硅材料(例如，具有至少90％si纯度，诸如95％、97％、98％、99％、99.5％、99.9％、99.99％、99.995％、99.999％、其间的值等的硅材料；具有至多约1％、0.5％、0.1％、0.05％、0.01％、0.005％、0.001％等的铝、钙、铁、钛、氧、碳和/或其他杂质或夹杂物的硅材料)。在第三具体实例的变型中，硅材料可以包括低于100nm的硅颗粒。在第三具体实例的第二变型中，硅材料可以包括100nm至100μm的硅颗粒(例如，0.3μm纳米颗粒、2μm-5μm颗粒、1μm-5μm颗粒、0-5μm颗粒、0-10μm颗粒、0-20μm颗粒、可以包含在其中的范围，等等；它们可以通过对较小的硅颗粒，诸如10nm至1μm颗粒进行碾磨、共焊接、熔化、退火等制造)。58.在第四具体实例中，该阳极材料可以包括具有窄的尺寸分布的硅颗粒(诸如，尺寸分布为±100nm、±200nm、±500nm、±1μm等的3μm颗粒；尺寸分布为±100nm、±200nm、±500nm、±750nm、±1μm等的3.5μm颗粒；尺寸分布为±100nm、±500nm、±1μm、±2μm、±3μm等的5μm颗粒；尺寸分布为±100nm、±500nm、±1μm、±3μm、±5μm、±7.5μm等的10μm颗粒；相对于颗粒的平均或其他特征尺寸，方差或偏差为±0.1％、±0.5％、±1％、±2％、±3％、±4％、±5％、±10％、20％、其间的值或范围、《0.1％等的颗粒；等等)。然而，硅颗粒可以具有大的尺寸分布(例如，其中在材料的操作或使用期间，随着更小的颗粒在使用期间聚集、成簇、团聚、降解等，该分布可以变得更小)和/或任何合适的尺寸分布。59.在阳极材料的第五具体实例中，阳极材料可以具有为约75％(例如，70％-80％)硅(例如，硅颗粒)、约10％(例如，5％-15％)导电材料(例如，石墨碳、导电碳、炭黑、超级-p炭黑、碳超级p等)和约15％(例如，10％-20％)粘结剂(例如，paa、cmc/sbr等)的组成。百分比可以指质量百分比、体积百分比、组成百分比和/或任何合适的百分比。在第五具体实例的变型中，阳极材料可以包括为约75％的硅、10％-15％的碳质材料(例如石墨碳)、2.5％-5％的聚合物(例如，pan、paa、cmc/sbr等)和2.5％-5％的导电添加剂(例如，c65炭黑、导电碳等)的组成。60.在阳极材料的第六具体实例中，阳极材料可以具有为约90％(例如，80％-95％)硅(例如，硅颗粒)和约10％(例如，5％-20％)pan(例如，其可以充当导电材料、粘结剂等)的组成。百分比可以指质量百分比、体积百分比、组成百分比和/或任何合适的百分比。61.在阳极材料的第七具体实例中，阳极材料可以具有为约5％-15％的碳、1％-10％的氧和75％-94％的硅(潜在地包括微量的其它元素物质)的组成。百分比可以指质量百分比、体积百分比、组成百分比(例如，阳极材料的元素分析)，和/或任何合适的百分比。在第七具体实例中，碳的组成可以包括：掺杂剂(例如，在硅内)、包覆层、粘结剂、硅与碳的合金、硅和碳的复合材料和/或任何合适的材料。在第七具体实例的变型中，至少90％的碳组成优选地为石墨碳(这可能是有益的，因为它有助于阳极的容量)。然而，少于90％的碳组成可以是石墨碳(例如，可以使用其他导电碳，可以存在另外的粘结剂等)。62.在一些变型中，前述具体实例的组合可以被组合。例如，第一阳极层可以包括第一类型的阳极，并且第二阳极层可以包括第二类型的阳极材料。类似地，阳极可以包括阳极材料的混合物。另外地，或者可选择地，阳极可以由具体实例中的两个或更多个同时描述。然而，具体实例可以以其他方式组合(和/或结合或单独使用)。63.在变型中，阳极和/或其材料可以被金属化(例如，锂化)，诸如预负载有阴极材料。这可能有利于在电池操作和/或循环(例如，充电和/或放电循环)期间减少(例如，防止、最小化、减缓、阻碍等)用阴极材料的镀覆(例如，阳极、容器壁等的镀覆)，减少(例如，最小化、防止、阻碍等)阴极的材料的损失，可以充当阴极材料的储器(例如，以在操作期间向阴极提供另外的阴极材料，诸如以补充耗尽的阴极材料)，可以形成(例如，预形成)sei层，和/或以其他方式可以是有益的。阳极材料可以被完全金属化(例如，负载有可能的最大的化学计量的量)和/或部分金属化(例如，负载有预定量的阴极材料，负载有目标量的阴极材料，负载有阴极材料的阳极材料的一部分和不包括阴极材料的第二部分，等等)。金属化的程度优选地被选择成使得非金属化的阳极材料的容量与阴极的容量相同或大于阴极的容量；然而，非金属化的阳极材料可以具有小于阴极容量的容量。另外地或可选择地，金属化的程度可以取决于阳极厚度、阳极膨胀(例如，在金属化期间的膨胀)、阳极材料、阳极容量、阴极厚度、阴极容量、电池充电/放电倍率、电池温度、负载应用、负载、电池变化和/或任何合适的阳极性质或阴极性质。例如，在约10％-100％之间的任何范围的阳极可以被金属化。然而，少于10％的阳极可以被锂化。64.在如图6所示的说明性实例中，约45％的阳极可以被锂化114”(例如，预锂化)，并且约55％的阳极可以被去锂化114’(例如，在先前已经负载有锂之后除去锂，未被锂化，等等)。在该说明性实例中，阳极的去锂化的部分的容量可以约与阴极的容量相同(例如，在阴极的容量的约10％以内)。在该说明性实例的变型中，阳极可以包括另外的硅材料(例如，先前未被锂化的硅材料)，该另外的硅材料可以占硅阳极的约5％-10％(补充或替代去锂化的硅材料和/或锂化的硅材料中的任一者或两者)。65.阳极材料可以被金属化，例如，通过以诸如c/50、c/20、c/5、c/2、1c的倍率和/或以任何合适的倍率使阳极循环(例如，对阳极进行充电和/或放电)而被金属化。例如，阳极材料可以在2.5-5v或其任何子集(例如，2.5v-4.2v、2.7v-4.2v、2.5v-4v、2.7v-3.8v、2.7v-4.3v等)之间循环。然而，阳极材料可以在任何合适的电压之间循环。在一些变型中，对阳极进行金属化可以包括对阳极进行去金属化(例如，通过放电到预定的金属化水平，持续预定的时间，等)，诸如以形成具有预定的金属化程度的结构。阳极材料优选地在形成电池堆叠之前被金属化(和/或被去金属化)，但是可以在形成电池堆叠之后被金属化。阳极材料可以以相同或不同的倍率被金属化和去金属化。在一些变型中，在金属化和/或去金属化之后，另外的(例如，原始的(pristine)、未经使用的(virgin)等)阳极材料可以被添加到阳极堆叠中(例如，通过沉积被添加到阳极堆叠中)。另外的阳极材料优选地在形成完整的电池之前添加，但是可以在电池形成期间或之后添加。66.阳极(例如，阳极材料)优选地不包括支架材料(例如，阳极材料优选地是独立的)。然而，阳极可以任选地包括支架材料(例如，其中阳极材料可以生长在支架材料上、被支架材料捕获、集成在支架材料中，等等，该支架材料诸如多孔碳、活性炭、聚合物支架等)。67.在电池系统的正常放电期间，阴极120用于从外部电路(例如，从负载)收集电子。阴极优选地通过电解质被电耦合到阳极(其中阴极与电解质物理接触)，并且可以被电耦合到负载(例如，经由连接器被电耦合到负载)，但是可以以其他方式被电耦合到任何合适的部件。阴极材料(例如，阴极的活性离子可以衍生自)优选地包括锂，但是可以另外或可选择地包括钠、钾、铷、铯、铍、镁、钙、锶、钡、铝、锌和/或任何合适的阴极材料。阴极可以被铸造、生长、沉积、模制和/或以其他方式被制造。68.阴极材料的实例包括：锂钴氧化物(lco)、锂镍锰钴氧化物(nmc)、锂镍锰氧化物(lnmo)、磷酸铁锂(lfp)、锂锰氧化物(lmo)、锂镍钴铝氧化物(nca)和/或任何合适的阴极材料。69.阴极优选地负载有在0.1mg/cm2和50mg/cm2之间的阴极材料，但是可以负载有小于0.1mg/cm2，大于50mg/cm2和/或任何合适量的阴极材料。阴极材料的量可以取决于目标容量、目标输出功率、目标能量密度、阴极材料和/或可以以其他方式确定。70.电极可以任选地包括一种或更多种添加剂，其中添加剂可以用于改变电极(和/或电池系统)的化学性质、电性质、机械性质和/或其他性质。添加剂的实例包括粘结剂、导电材料和/或其他添加剂。添加剂可以与电极材料混合，包覆电极或电极材料的一个或更多个表面(例如，宽面)，和/或以其他方式与电极材料集成或与电极材料接触。添加剂优选地是弹性的，但是可以是脆性的，和/或具有任何合适的机械性质。添加剂优选地是柔性的，但是可以是刚性的，和/或具有任何合适的机械性质。添加剂优选地是离子导电的，但是可以是离子绝缘的，促进(或阻碍)离子扩散，和/或具有任何合适的离子传导率。在一些变型中，添加剂(和/或包覆层材料)可以溶胀(例如，在吸收电解质和/或溶剂之后)，这可以改变它们的离子传导率。在约1％和80％(例如，按重量计、按体积计等)之间的添加剂优选地被添加到电极中。然而，小于1％或大于80％的添加剂可以被包含在电极中。71.粘结剂115用于将电极固定(例如，粘附)到电池系统的基底和/或壳体上。在一些变型中，粘结剂可以用作隔板。例如，粘结剂可以浇铸在阳极和/或阴极上(例如，至在1μm-50μm之间的厚度)。粘结剂优选地是电绝缘的，但是可以是电子导电的、半导体的和/或具有任何合适的电子传导率。粘结剂的实例包括：羧甲基纤维素(cmc)、苯乙烯-丁二烯橡胶(sbr)、聚(丙烯酸)(paa)、海藻酸钠(sa)、聚偏氟乙烯(pvdf)、聚苯胺(pani)、聚(9，9-二辛基芴-共芴酮-共-甲基苯甲酸酯)(pfm)、聚四氟乙烯(ptfe)、聚(环氧乙烷)(peo)、聚乙烯醇(pva)、聚丙烯腈(pan)、羧甲基壳聚糖钠(ccts)、聚(3，4-亚乙基二氧基噻吩)聚苯乙烯磺酸盐(pedot:pss)、3，4-亚丙基二氧基噻吩(prodot)、盐酸多巴胺、聚轮烷(polyrotaxane)、聚噻吩、其组合和/或任何合适的粘结剂。72.导电材料116用于改变电极的电子传导率(例如，以确保电极具有至少阈值电子传导率，以确保电极具有至多阈值电子传导率，等等)。导电材料的实例包括：碳超级p、乙炔黑、炭黑(例如，c45、c65等)、中间相碳微珠(mesocarbonmicrobead)(mcmb)、石墨烯、碳纳米管(cnt)(例如，单壁碳纳米管、多壁碳纳米管、半导体碳纳米管、金属碳纳米管等)、还原的氧化石墨烯、石墨、富勒烯、导电聚合物、其组合和/或任何合适的材料。73.每个电极可以被界面层(例如，固体电解质界面(sei)层119)钝化。界面层通常由在电池系统的使用(例如充电和放电)期间电解质的分解形成，但是可以在组装和/或以其他方式形成电池系统之前形成。界面层可以包围(例如，包覆)电极材料的包覆层(例如，如例如图5a中所示)，可以包覆电极材料(例如，如例如图5b中所示)，可以被集成或嵌入到电极材料或其包覆层中，可以被包覆(例如，通过包覆层)，和/或可以以其他方式布置。74.界面层优选地是稳定的(例如，在其形成之后在充电和放电期间保持基本上不变)，但是可以是不稳定的(例如，在一个或更多个循环期间降解和潜在地重新形成)和/或具有任何合适的稳定性。例如，界面层可以是弹性化合物或聚合物样化合物(诸如烷基碳酸锂、聚(环氧乙烷)等)，诸如有机化合物或有机金属化合物，弹性化合物或聚合物样化合物可以随着硅阳极膨胀和收缩而膨胀(基本上不断裂或破裂)或以其他方式适应变化。界面层材料的实例包括：乙基碳酸锂(lithiumethylcarbonate)(lec)、甲基碳酸锂(lithiummethylcarbonate)(lmc)、亚乙基二碳酸锂(lithiumethylenedicarbonate)(ledc)、亚丙基二碳酸锂(lithiumpropylenedicarbonate)(lpdc)、聚合的碳酸亚乙烯酯或聚(碳酸乙烯基酯)(pvca)、羧酸、氟化锂、氧化锂、硅酸锂、碳酸锂、其组合和/或其他材料。然而，电极可以由界面层活化，可以不包括界面层，和/或可以形成任何合适的界面层。75.电解质200优选地用于将阳极电连接到阴极，并且能够实现或促进离子(但优选地不是电子)在电极之间的运动。然而，电解质可以以其他方式起作用。电解质可以是固相、流体相(例如液相)和/或任何合适的相。例如，电解质可以是或包括：凝胶、粉末、溶解在溶剂中的盐、酸、碱、聚合物、陶瓷、盐(例如熔融盐)、等离子体、离子液体和/或具有任何合适的物质状态或其组合。电解质可以包括有机材料、无机材料和/或其组合。76.电解质(例如，电解质盐)的实例，特别地但是不排他地用于锂离子电池，包括：锂镧钛酸盐(例如，li0.34la0.51tio2.94、li0.75la0.5tio3、(li0.33la0.56)1.005ti0.99al0.01o3等)、锂铝磷酸盐(例如，li1.3al0.3ti1.7(po4)3、li1.5al0.5ge1.5(po4)3等)、锂锆酸盐(例如，li7la3zr2o12、li6.55la3zr2ga0.15o12、li6.4la3zr2al0.2o12等)、锂硅磷酸盐(例如，li3.25si0.25p0.75o4)、锂锗酸盐(例如，li2.8zn0.6geo4、li3.6ge0.8s0.2o4等)、锂磷氧氮化物(例如，li2.9po3.3n0.46)、锂磷硫化物(例如，li7p3s11、li10gep2s12、li3.25ge0.25p0.75s4、li3.4si0.4p0.6s4、li3ps4等)、锂硅磷酸盐(例如，li3.5si0.5p0.5o4)、锂银锗矿(lithiumargyrodite)(例如，li6ps5br、lips5cl、li7ps6、li6ps5i、li6po5cl等)、锂氮化物(例如，li3n、li7pn4、lisi2n3等)、锂酰亚胺(例如，li2nh)、锂硼氢化物(例如，libh4)、锂铝氢化物(例如，lialh4)、锂酰胺(例如，linh2、li3(nh2)2i等)、锂镉氯化物(例如，li2cdcl4)、锂镁氯化物(例如，li2mgcl4)、锂锌碘化物(例如li2zni4)、锂镉碘化物(例如，li2cdi4)、锂氯酸盐(例如，liclo4)、双(三氟甲磺酰基)酰亚胺锂(例如，lic2f6no4s2)、六氟砷酸锂(例如，liasf6)、六氟磷酸锂(例如，lipf6)，其组合，和/或任何合适的电解质(例如，电解质盐，例如用与电池的阴极相关的适当离子替代锂)。77.基质(例如，凝胶、水凝胶、聚合物、溶剂等)的实例可以包括：聚(环氧乙烷)(peo)、聚(偏氟乙烯)(pvdf)、聚丙烯腈(pan)、聚(甲基丙烯酸甲酯)(pmma)、碳酸亚乙酯(ec)、碳酸二乙酯(dec)、碳酸二甲酯(dmc)、碳酸亚丙酯(pc)、聚乙二醇(peg)、甘油、水、其组合，和/或可以使用任何合适的基质。通常，电解质盐溶解在基质中至在约0.1m和10m之间的浓度，但是电解质盐的浓度可以小于0.1m或大于10m。78.在一些实例中，可以使用无机电解质和有机电解质的混合物，诸如：在peo/litfsi中的li6.4la3zr2al0.2o12、在pvdf/liclo4中的li1.5al0.5ti1.5(po4)3或在pan/liclo4中的li0.33la0.557tio3。然而，可以使用任何纯的电解质或电解质的组合。79.在一些实施方案中，电解质可以包括一种或更多种添加剂，所述添加剂可以用于促进(或阻碍)界面层的形成。添加剂的实例包括：碳酸亚乙烯酯(vc)、氟代碳酸亚乙酯(fec)、碳酸亚丙酯(及其衍生物)、全氟辛酸铵(apc)、碳酸乙烯基亚乙酯(vec)、马来酰亚胺(例如，邻亚苯基二马来酰亚胺、对亚苯基二马来酰亚胺、间亚苯基二马来酰亚胺等)、乙交酯、四氧杂螺[5，5]十一烷(tos；诸如3，9-二乙烯基-2，4，8，10-四氧杂螺[5，5]十一烷)、聚醚改性的硅氧烷、其组合和/或其他添加剂。[0080]在第一说明性实例中，电解质可以包括：在1:1v/vfec/dmc溶剂中的1mlipf6。在第二说明性实例中，电解质可以包括：在含有2％体积vc的1:1v/vec/dec溶剂中的1mlipf6。在第三说明性实例中，电解质可以包括：在1:1v/vec/dmc中的1mlipf6。在第四说明性实例中，电解质可以包括：在含有3％体积vc的1:1v/vec/dmc溶剂中的1mlipf6。在第五说明性实例中，电解质可以包括：在含有5wt％vc的1:1:1v/v/vec/dec/dmc溶剂中的1mlipf6。在第六说明性实例中，电解质可以包括：在1:1v/vdec/fec溶剂中的1mlipf6。在第七说明性实例中，电解质可以包括：在1:1v/vec/dec溶剂中的1mlipf6。然而，可以使用任何合适的电解质。[0081]任选的隔板300优选地用于阻碍、减缓或防止阳极和阴极彼此电接触(从而阻碍、减缓或防止电池短路)，同时允许离子穿过隔板。隔板优选地是柔性的，但可以是刚性的和/或具有任何合适的机械性质。隔板优选地是离子导电的，但可以是离子绝缘的，促进(或阻碍)离子扩散，和/或具有任何合适的离子传导率。隔板对电解质可以是可渗透的(例如，可以是多孔的)，可以释放电解质，可以泵送电解质，可以是实心的，包括通孔，可以是网状的，具有单向路径，和/或可以以其他方式促进电解质从隔板的一侧到另一侧的(真实的、明显的、或有效的)转移。至少一个隔板优选地布置在每个阴极/阳极对之间。然而，隔板可以以其他方式布置。隔板可以在阴极和阳极之间是等距的，更靠近阳极(例如，在阳极的近端)，或者更靠近阴极(例如，在阴极的近端)。然而，隔板可以以其他方式布置。隔板优选地具有在约10μm和50μm之间的厚度，但是可以薄于10μm或厚于50μm。[0082]隔板可以由陶瓷、凝胶、聚合物、塑料、玻璃、木材和/或任何合适的材料制成或者包括陶瓷、凝胶、聚合物、塑料、玻璃、木材和/或任何合适的材料。在一些变型中，可以使用被称为“干电池隔板”的隔板。隔板材料的实例包括：聚烯烃、聚丙烯、聚乙烯、其组合(例如，pp和pe的混合物或共混物)，和/或任何合适的隔板材料。在一些变型中，隔板可以是多层隔板。例如，可以使用聚丙烯/聚乙烯/聚丙烯隔板或陶瓷包覆的隔膜(例如，陶瓷包覆的pp、陶瓷包覆的pe、陶瓷包覆的pp/pe混合物等)。然而，可以使用任何合适的隔板。[0083]在一些变型中，离子导电的聚合物可以用作隔板和/或用作离子导电的路径(例如，用作电解质、用作导电材料等)。离子导电的聚合物可以被混合在阳极和/或阴极中和/或包覆阳极和/或阴极，并在整个电池中形成离子导电的网络。然而，离子导电的聚合物可以以其他方式布置。[0084]在一些变型中，隔板和电解质可以相同和/或可以被集成在一起。例如，隔板和/或电解质可以包括锂离子导电的玻璃或陶瓷材料，诸如：锂镧钛酸盐(llto；例如，li3xla2/3-xtio3，0＜x＜2/3，例如x＝0.11)、锂镧锆酸盐(llzo；例如，li7la3zr2o12)、锂镧锆钽酸盐(llzto；例如，li6.75la3zr1.75ta0.25o12)、锂铝锗磷酸盐(lagp；例如，li1.5al0.5ge1.5p3o12)、锂铝硅磷钛氧化物(laspt；例如，li2al2sip2tio13)，其组合，和/或任何合适的材料。然而，可以使用任何合适的锂离子传导的玻璃或陶瓷材料。[0085]电池系统的变型可以是柔性的(例如，通过控制电极层的数量，通过使用柔性部件诸如柔性隔板等)、半柔性的、刚性的，和/或具有任何合适的机械性质。[0086]在一些实施方案中，电池可以任选地包括凝结剂或胶凝剂，所述凝结剂或胶凝剂用于使电池的一个或更多个部件固化(例如，干燥、胶凝等)，这可以提供减缓或减少电池起火的机会的益处。凝结剂可以响应于冲击(例如，阈值力、阈值压力等)、温度(例如，阈值温度)、湿度(例如，阈值水含量)、暴露于环境(例如，在预定物质的存在下的阈值氧含量、阈值氮含量、阈值有机物含量，等等)，和/或响应于任何刺激而固化。凝结剂可以：与电解质混合(例如，作为添加剂)，整合到电极(阳极、阴极)中，整合到电池壳体的主体中，包含在电池的单独的隔室中，和/或以其他方式布置。凝结剂的实例可以包括有机凝结剂(例如，聚胺、聚dadmac、三聚氰胺甲醛、单宁等)、无机凝结剂(例如，硫酸铝、氯化铝、聚合氯化铝、水合氯化铝、硫酸铁、硫酸亚铁、氯化铁、二氧化硅等)、聚合物凝胶凝结剂(例如，聚(丙烯腈-共-甲基丙烯酸酯)(p(an-共-ma))、聚乙二醇(peg)等)、其组合、和/或任何合适的凝结剂。然而，另外地或可选择地，电池可以包括阻燃添加剂(例如，有机磷酸盐化合物，诸如三苯基磷酸盐、三丁基磷酸盐等；矿物质，诸如氢氧化铝、氢氧化镁等；有机卤素化合物，诸如氯壬酸、十溴二苯醚等；等等)，和/或任何合适的电池添加剂。[0087]电池系统优选地包括壳体400(例如，容器)，壳体400用于封闭电极、电解质、隔板和/或集电器。壳体可以用于防止电极由于与外部环境中的物体接触而引起的短路。壳体可以由金属(例如，钢、不锈钢等)、陶瓷、塑料、木材、玻璃和/或任何合适的材料制成。壳体形状的实例包括圆形(例如，硬币、纽扣、圆柱形等)、非圆形、扁平(例如，分层构建体、袋450等)、棱柱形(例如，正方形、矩形等)，和/或任何合适的形状。[0088]壳体优选地包括两个端子(例如，一个正极和一个负极)，但是可以包括多于两个端子(例如，两个或更多个正极、两个或更多个负极)、单个端子和/或任何数量的端子。端子可以用于将电池的电极连接到负载。端子的实例包括盘绕端子、弹簧端子、板端子和/或任何合适的端子。[0089]壳体可以包括端帽。端帽可以用作集电器和/或以其他方式起作用。端帽可以是：带接片的端帽460、460’(例如，如例如图8a或图8b中所示，其可以伸出壳体，可以与壳体齐平，可以从壳体延伸目标厚度，可以沿着壳体的一个或更多个边缘延伸，等等)、无接片的端帽470、470’(例如，如例如图8c所示，诸如在壳体中具有孔或开口，孔或开口使得能够接近电极集电器、基底等)、板帽和/或具有任何合适的形态。端帽可以由铝、铜、镍、碳质材料和/或任何合适的导电材料(例如，金属)制成。端帽(例如，接片、壳体中的开口等)可以是对称的(例如，对于阳极和/或阴极，相同的尺寸、相同的形状等)和/或不对称的(例如，对于阳极和/或阴极，不同的尺寸、不同的形状等)。当使用接片时，接片可以被布置在壳体的短边、长边和/或任何合适的边上。作为说明性实例，接片可以从壳体的表面(例如，边缘、主体等)延伸约2mm(例如，其中壳体可以具有约40mm、100mm等的尺寸)并且可以具有从壳体尺寸(例如，长度、宽度、对角线尺寸等)的1％到100％的任何值的范围。然而，壳体可以包括以任何合适的布置的任何合适的帽或集电器。[0090]壳体可以使用粘合剂、紧固件、连接器、粘结剂、物理密封件、化学密封件、电磁密封件和/或任何合适的连接器或密封机构来密封。该壳体可以包括一个、两个、三个、四个、十个，其间的值和/或任何合适数量的密封件。在说明性实例中，如例如图7中所示，壳体可以使用第一焊缝453(例如，塑料超声波焊缝、热焊机、快速尖端焊接、挤压焊接、接触焊接、热板焊接、非接触焊接、ir焊接、高频焊接、感应焊接、注射焊接、摩擦焊接、旋转焊接、激光焊接等)，随后第二焊缝456(例如，金属焊缝、超声波金属焊缝、高温焊缝、弧焊缝、锻造焊缝、氧燃料焊缝、摩擦焊缝、磁脉冲焊缝、共挤压焊缝、冷焊缝、扩散结合、放热焊缝、高频焊缝、热压焊缝、感应焊缝、辊结合等)来密封。该说明性实例可以通过使焊缝能够被形成为更靠近电极(例如，减小内部壳体体积、减少加载壳体所需的电解质的量、减少过量壳体材料的量等)(例如，具有较低的损坏电极的风险)来提供减小壳体(例如，袋)的尺寸(例如，面积、体积、重量等)的技术优势。例如，塑料焊缝可以被形成为距离电极约0.5mm、1mm、2mm、3mm、4mm、5mm、7.5mm、10mm、其间的值或范围、》10mm。尽管少量的多余空间(例如，焊缝和电极之间的距离)是优选的以确保隔板将电极完全隔开，但是可以在电极的边缘上形成塑料焊缝(例如，距离电极约0mm)。在塑料焊缝之后，可以形成第二焊缝(例如，金属焊缝)以帮助确保壳体被密封(并且保持密封)。例如，超声波焊缝可以被形成为距离塑料焊缝约0.5mm、1mm、2mm、3mm、4mm、5mm、7.5mm、10mm、其间的值或范围、》10mm。该第二焊缝通常形成在塑料焊缝的外部，以增加第二焊缝和电极之间的距离(并且由此减少在焊接过程期间损坏电极的机会)。例如，第二焊缝可以为距离电极1mm、2mm、3mm、4mm、5mm、6mm、7mm、8mm、10mm和/或更近或更远。然而，该第二焊缝可以与第一焊缝(例如，塑料焊缝)重合，在第一焊缝(例如，塑料焊缝)内部，和/或可以以其他方式相对于第一焊缝(例如，塑料焊缝)布置。另外地或可选择地，焊缝中的一个或更多个可以用铜焊、钎焊和/或任何合适的紧固方法代替和/或增强。[0091]电池可以使用常规的组装方法、定制的组装方法和/或其他方法来组装。例如，一个或更多个电极(或其他部件)可以被印刷、沉积、干燥、铸造(例如，滴铸、旋转铸造等)、生长和/或以其他方式产生或接触。在说明性实例中，硅浆料可以印刷在基底上以形成硅阳极。然而，部件可以以其他方式制造。[0092]在说明性实例中，如在图3a中所示，多电极电池可以包括：基于硅的阳极、锂金属阳极和布置在两个阳极之间的阴极(例如，nmc、lco等)。在如图3b所示的该特定实例的变型中，基于硅的阳极(例如，双面阳极)可以布置在两个阴极(例如，双面阴极；lco阴极、nmc阴极等)之间。在该变型中，每个阴极可以与相应的第二阳极(例如，锂金属阳极、硅阳极，如例如在图3c中所示出的)相关联。在该实例和变型中，阳极和阴极可以跨过电解质电接触，其中电解质可以是固相或流体相。硅阳极和阴极之间的电解质和隔板可以与锂金属阳极和阴极之间的电解质和/或隔板相同或不同。在特定实例中，这种结构可以生产混合电池锂金属电池或固态电池。[0093]在如图3d所示的该特定实例的第二变型中，锂金属阳极(例如，双面阳极)可以布置在两个阴极(例如，双面阴极；lco阴极、nmc阴极等)之间。在该变型中，每个阴极可以与相应的第二阳极(例如，硅阳极)相关联。在这种变型中，阳极和阴极可以跨过电解质电接触，其中电解质可以是固相(例如，凝胶、陶瓷等)或流体相。硅阳极和阴极之间的电解质和隔板可以与锂金属阳极和阴极之间的电解质和/或隔板相同或不同。然而，电极可以以其他方式布置。[0094]系统和/或方法的实施方案可以包括多种系统部件和多种方法工艺的每种组合和排列，其中本文描述的方法和/或工艺的一个或更多个实例可以通过和/或使用本文描述的系统、元件和/或实体的一个或更多个实例来异步地(例如，依次地)、同时地(例如，平行地)或以任何其他合适的顺序进行。[0095]如本领域技术人员将从先前的详细描述以及从附图和权利要求中认识到的，可以在不偏离在所附权利要求中限定的本发明的范围的情况下对本发明的优选的实施方案进行修改和改变。当前第1页12当前第1页12
再多了解一些
本文用于创业者技术爱好者查询，仅供学习研究，如用于商业用途，请联系技术所有人。
