CN103109398A - 石墨烯-二氧化钛电极 - Google Patents

石墨烯-二氧化钛电极 Download PDF

Info

Publication number
CN103109398A
CN103109398A CN201180037135XA CN201180037135A CN103109398A CN 103109398 A CN103109398 A CN 103109398A CN 201180037135X A CN201180037135X A CN 201180037135XA CN 201180037135 A CN201180037135 A CN 201180037135A CN 103109398 A CN103109398 A CN 103109398A
Authority
CN
China
Prior art keywords
electrode
graphene
titanium dioxide
cement
lithium
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
CN201180037135XA
Other languages
English (en)
Other versions
CN103109398B (zh
Inventor
魏迪
C·鲍尔
T·T·吕海宁
P·安德鲁
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Origin Asset Group Co., Ltd.
Original Assignee
Nokia Oyj
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Nokia Oyj filed Critical Nokia Oyj
Publication of CN103109398A publication Critical patent/CN103109398A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN103109398B publication Critical patent/CN103109398B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01G—CAPACITORS; CAPACITORS, RECTIFIERS, DETECTORS, SWITCHING DEVICES OR LIGHT-SENSITIVE DEVICES, OF THE ELECTROLYTIC TYPE
    • H01G11/00—Hybrid capacitors, i.e. capacitors having different positive and negative electrodes; Electric double-layer [EDL] capacitors; Processes for the manufacture thereof or of parts thereof
    • H01G11/22—Electrodes
    • H01G11/30—Electrodes characterised by their material
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B82—NANOTECHNOLOGY
    • B82Y—SPECIFIC USES OR APPLICATIONS OF NANOSTRUCTURES; MEASUREMENT OR ANALYSIS OF NANOSTRUCTURES; MANUFACTURE OR TREATMENT OF NANOSTRUCTURES
    • B82Y30/00—Nanotechnology for materials or surface science, e.g. nanocomposites
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01B—CABLES; CONDUCTORS; INSULATORS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR CONDUCTIVE, INSULATING OR DIELECTRIC PROPERTIES
    • H01B1/00—Conductors or conductive bodies characterised by the conductive materials; Selection of materials as conductors
    • H01B1/20—Conductive material dispersed in non-conductive organic material
    • H01B1/24—Conductive material dispersed in non-conductive organic material the conductive material comprising carbon-silicon compounds, carbon or silicon
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01G—CAPACITORS; CAPACITORS, RECTIFIERS, DETECTORS, SWITCHING DEVICES OR LIGHT-SENSITIVE DEVICES, OF THE ELECTROLYTIC TYPE
    • H01G11/00—Hybrid capacitors, i.e. capacitors having different positive and negative electrodes; Electric double-layer [EDL] capacitors; Processes for the manufacture thereof or of parts thereof
    • H01G11/22—Electrodes
    • H01G11/30—Electrodes characterised by their material
    • H01G11/32—Carbon-based
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01G—CAPACITORS; CAPACITORS, RECTIFIERS, DETECTORS, SWITCHING DEVICES OR LIGHT-SENSITIVE DEVICES, OF THE ELECTROLYTIC TYPE
    • H01G11/00—Hybrid capacitors, i.e. capacitors having different positive and negative electrodes; Electric double-layer [EDL] capacitors; Processes for the manufacture thereof or of parts thereof
    • H01G11/22—Electrodes
    • H01G11/30—Electrodes characterised by their material
    • H01G11/32—Carbon-based
    • H01G11/36—Nanostructures, e.g. nanofibres, nanotubes or fullerenes
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01G—CAPACITORS; CAPACITORS, RECTIFIERS, DETECTORS, SWITCHING DEVICES OR LIGHT-SENSITIVE DEVICES, OF THE ELECTROLYTIC TYPE
    • H01G11/00—Hybrid capacitors, i.e. capacitors having different positive and negative electrodes; Electric double-layer [EDL] capacitors; Processes for the manufacture thereof or of parts thereof
    • H01G11/22—Electrodes
    • H01G11/30—Electrodes characterised by their material
    • H01G11/46—Metal oxides
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/05—Accumulators with non-aqueous electrolyte
    • H01M10/052—Li-accumulators
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/05—Accumulators with non-aqueous electrolyte
    • H01M10/056—Accumulators with non-aqueous electrolyte characterised by the materials used as electrolytes, e.g. mixed inorganic/organic electrolytes
    • H01M10/0561—Accumulators with non-aqueous electrolyte characterised by the materials used as electrolytes, e.g. mixed inorganic/organic electrolytes the electrolyte being constituted of inorganic materials only
    • H01M10/0562—Solid materials
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/05—Accumulators with non-aqueous electrolyte
    • H01M10/056—Accumulators with non-aqueous electrolyte characterised by the materials used as electrolytes, e.g. mixed inorganic/organic electrolytes
    • H01M10/0564—Accumulators with non-aqueous electrolyte characterised by the materials used as electrolytes, e.g. mixed inorganic/organic electrolytes the electrolyte being constituted of organic materials only
    • H01M10/0565—Polymeric materials, e.g. gel-type or solid-type
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00—Electrodes
    • H01M4/02—Electrodes composed of, or comprising, active material
    • H01M4/13—Electrodes for accumulators with non-aqueous electrolyte, e.g. for lithium-accumulators; Processes of manufacture thereof
    • H01M4/133—Electrodes based on carbonaceous material, e.g. graphite-intercalation compounds or CFx
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00—Electrodes
    • H01M4/02—Electrodes composed of, or comprising, active material
    • H01M4/13—Electrodes for accumulators with non-aqueous electrolyte, e.g. for lithium-accumulators; Processes of manufacture thereof
    • H01M4/139—Processes of manufacture
    • H01M4/1393—Processes of manufacture of electrodes based on carbonaceous material, e.g. graphite-intercalation compounds or CFx
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00—Electrodes
    • H01M4/02—Electrodes composed of, or comprising, active material
    • H01M4/36—Selection of substances as active materials, active masses, active liquids
    • H01M4/362—Composites
    • H01M4/364—Composites as mixtures
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00—Electrodes
    • H01M4/02—Electrodes composed of, or comprising, active material
    • H01M4/36—Selection of substances as active materials, active masses, active liquids
    • H01M4/58—Selection of substances as active materials, active masses, active liquids of inorganic compounds other than oxides or hydroxides, e.g. sulfides, selenides, tellurides, halogenides or LiCoFy; of polyanionic structures, e.g. phosphates, silicates or borates
    • H01M4/583—Carbonaceous material, e.g. graphite-intercalation compounds or CFx
    • H01M4/587—Carbonaceous material, e.g. graphite-intercalation compounds or CFx for inserting or intercalating light metals
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00—Electrodes
    • H01M4/02—Electrodes composed of, or comprising, active material
    • H01M4/62—Selection of inactive substances as ingredients for active masses, e.g. binders, fillers
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00—Electrodes
    • H01M4/02—Electrodes composed of, or comprising, active material
    • H01M4/62—Selection of inactive substances as ingredients for active masses, e.g. binders, fillers
    • H01M4/621—Binders
    • H01M4/622—Binders being polymers
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00—Electrodes
    • H01M4/02—Electrodes composed of, or comprising, active material
    • H01M4/62—Selection of inactive substances as ingredients for active masses, e.g. binders, fillers
    • H01M4/624—Electric conductive fillers
    • H01M4/625—Carbon or graphite
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/10—Energy storage using batteries
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/13—Energy storage using capacitors

Abstract

一种电极，包括石墨烯、二氧化钛和接合剂，所述接合剂被配置为有助于将石墨烯和二氧化钛粘合在一起以形成电极。

Description

石墨烯-二氧化钛电极
技术领域
本公开涉及可印刷电子器件、相关设备和方法的领域，且特别涉及用于形成可印刷电池和超级电容器的电极的基于石墨烯的墨配制物（formation）。特别公开的方面/实施例涉及可移动电子设备，特别是在使用中可被手持的所谓的手持电子设备（尽管在使用中其可被放置在支架中）。这样的手持电子设备包括所谓的个人数字助理（PDA）。
根据一个或多个公开的方面/实施例的便携式电子器件/设备可提供一种或多种音频/文本/视频通信功能（例如远程通信、视频通信和/或文本传输、短消息服务（SMS）/多媒体消息服务（MMS）/电子邮件功能、交互式/非交互式显示功能（例如，网络浏览、导航、电视/节目观看功能、音乐记录/播放功能（例如MP3或其他格式和/或（FM/AM）收音机广播录音/播放）、下载/发送数据功能、图像捕获功能（例如，使用（例如内置）数码相机），以及游戏功能。
背景技术
便携式电子设备日益增加的能力和功能对于能量存储介质有日益增加的要求，并驱动电池和电容器技术的进步。下一代便携式设备要求固态电池和具有高能量密度和挠性的电容器以满足各种电源和设计需求。而且，为了满足工业需求量，能量存储介质必须能以合理的成本被大量生产。
可印刷电子器件是设备制造相对较新的领域，其中普通的印刷技术结合导电电子墨一起使用以大量制造极薄、灵活和便宜的电子电路。尽管其有许多益处，但是从功能和可靠性角度来说，可印刷电子器件的性能当前劣于传统电子器件的性能。可印刷电子面临的最大挑战之一在于用于印刷的材料。可获得许多纳米材料和纳米颗粒，但是其中非常少的已被开发为可印刷墨。另一个挑战在于制造过程。大部分的当前处理是原型阶段并涉及许多在其可被用于大量制造前需要被优化的参数。如果印刷变成用于制造电子器件的标准过程，成本和产出也要被改善。
针对电池和电容器，由于其高反应性和离子吸附作用特点，石墨是用于制造锂电池电极非常常用的材料。但是，最近碳纳米管（CTN）和其他的碳纳米材料已被用于形成新颖的电极，以便提供存储容量，但是CNT较差的可溶性使得其不适于可印刷电子器件。CNT可以被官能团改性以改善其可溶性，但这牺牲了其固有导电性。而且，CNT的潜在毒性（人类吸入细粒，类似于石棉纤维可引起肺癌、石棉尘肺和恶性胸膜间皮瘤）可限制其在消费者产品中的应用。
在此公开的设备和相关方法可以或不可以解决一个或多个这些问题。
之前公开的文档的列表或讨论或本说明书中的任何背景不是必须被认为是承认文档或背景是现有技术发展水平的公知常识的一部分。本公开的一个或多个方面/实施例可以或不可以解决一个或多个背景问题。
发明内容
根据第一方面，提供了一种包括石墨烯、二氧化钛和接合剂的电极，所述接合剂被配置为有助于将所述石墨和所述二氧化钛粘合在一起以形成所述电极。
所述接合剂是聚合物。所述接合剂包括一种或多种离子部分（species）。所述接合剂包括以下中的一种或多种：聚（4-苯乙烯磺酸钠）、聚苯胺和聚（2,5-双（3-磺酸基丙氧基）-1,4-乙炔基亚苯基-交替-1,4-乙炔基亚苯基）钠盐。所述石墨烯是石墨小片（platelet）的形式。所述二氧化钛是金红石或锐钛矿颗粒的形式。所述电极包括锂盐。所述锂盐包括以下中的一种或多种：LiPF6、LiBF4和LiClO4。
根据又一个方面，提供了一种包括在此描述的电极的装置。所述装置可以是一个或多个蓄电装置，用于蓄电装置的电路，以及用于蓄电装置的模块。装置可形成便携式电子器件的一部分，或用于便携式电子器件的模块的一部分。便携式电子器件可以是便携式通信设备。
蓄电装置可包括第一和第二电极以及电解质。至少第一电极可以是在此描述的任何电极。电解质可被配置为允许可移动离子在第一和第二电极之间转移以产生和/或存储电能。
电解质是固体或凝胶电解质。固体或凝胶电解质包括氧氮化锂磷。电解质可以是聚合物电解质。所述聚合物包括以下中的一种或多种：聚（氧化乙烯）的衍生物和硼酸酯基团。
蓄电装置可以是电池或电容器。所述蓄电装置是锂金属电池、锂离子电池或锂离子电容器。蓄电装置可形成便携式电子器件的一部分，或形成电子器件的模块的一部分。便携式电子器件可以是便携式通信设备。
根据又一个方面，提供了一种制造电极的方法，所述方法包括：形成电极配制物，所述电极配制物包括石墨烯、二氧化钛和接合剂；以及
使用印刷或涂敷处理沉积电极配制物以形成电极，所述电极包括石墨烯、二氧化钛和接合剂，所述接合剂被配置为有助于在形成的电极中将石墨烯和二氧化钛粘合在一起。
在此公开的任何方法的步骤不是必须以公开的精确顺序执行，除非清楚说明。
在整篇说明书中术语“电极配制物”可被与术语“墨”交换地使用。这些术语涉及用于形成电极的流体（可能是液体或凝胶）合成物。另一方面，在合成物被沉积和加热（以蒸发溶剂、有助于接合石墨烯和二氧化钛，并促进电极配制物接合到电荷收集材料）后产生的材料也可被称为“电极”。
形成电极配制物的步骤可包括将氧化石墨烯和接合剂一起混合在溶剂中；添加还原剂以还原氧化石墨烯以形成石墨烯小片的胶体悬浮液；添加二氧化钛颗粒到石墨烯小片的胶体悬浮液；以及将二氧化钛和胶体悬浮液混合在一起以形成均匀的胶体悬浮液。
制造电极的方法可包括在沉积之前添加锂盐到电极配制物。制造电极的方法包括在沉积后加热电极配制物以蒸发溶剂并有助于将石墨烯和二氧化钛接合在一起。电极可被沉积在电荷收集材料（基板）上。
根据又一个方面，提供了一种包括一种电极配制物，包括石墨烯、二氧化钛和接合剂，所述接合剂被配置为帮助在形成的电极中将石墨烯和二氧化钛接合在一起。
石墨烯和二氧化钛分别是石墨烯小片和二氧化钛颗粒的形式。石墨烯小片和二氧化钛颗粒在接合剂中以胶体悬浮液的形式被分散在接合剂中。电极配制物可包括锂盐。
根据又一个方面，提供了基于石墨烯的墨配制物，基于石墨烯的墨配制物包括由抗衡阴离子（counter anions）改性的石墨烯小片以及二氧化钛纳米颗粒和锂盐的悬浮液，基于石墨烯的墨配制物被配置为使用印刷或涂敷处理沉积，以形成蓄电装置的第一电极，蓄电装置包括第一和第二电极以及电解质，电解质被配置为允许可移动离子在第一和第二电极之间传输，以产生和/或存储电能。
在整篇说明书中，术语“抗衡阴离子”可等于术语“接合剂”。
根据又一个方面，提供了一种制造蓄电装置的方法，所述方法包括：
形成电极配制物，所述电极配制物包括石墨烯、二氧化钛和接合剂，接合剂被配置为有助于将石墨烯和二氧化钛在形成的电极中接合在一起；
使用印刷或涂敷处理来沉积电极配制物以形成蓄电装置的第一电极；
将电解质沉积在第一电极的顶部；以及
将电极材料沉积在电解质的顶部以形成蓄电装置的第二电极，所述蓄电装置包括第一和第二电极和电解质，所述电解质被配置为允许可移动离子在第一和第二电极之间转移以产生和/或存储电能。
根据再一个方面，提供了一种用于控制电极制造的计算机程序，所述计算机程序包括计算机代码，被配置为控制以下中的一个或两个：
形成电极配制物，所述电极配制物包括石墨烯、二氧化钛和接合剂；以及
使用印刷或涂敷处理来沉积电极配制物以形成电极，该电极包括石墨烯、二氧化钛和接合剂，所述接合剂被配置为有助于在形成的电极中将石墨烯和二氧化钛接合在一起。
根据又一个方面，提供了一种用于控制蓄电装置的制造的计算机程序，该计算机程序包括计算机代码，其被配置为控制以下中的一个或多个：
形成电极配制物，该电极配制物包括石墨烯、二氧化钛和接合剂，所述接合剂被配置为有助于在形成的电极中将石墨烯和二氧化钛接合在一起；
使用印刷或涂敷处理沉积电极配制物，以形成蓄电装置的第一电极；
将电解质沉积在第一电极的顶部；以及
将电极材料沉积在电解质的顶部以形成蓄电装置的第二电极，该蓄电装置包括第一和第二电极以及电解质，该电解质被配置为允许可移动离子在第一和第二电极之间转移以产生和/或存储电能。
本公开包括一个或多个独立的或以各种形式组合的对应的方面、实施例或特征，不管是否在组合中或独立地清楚说明（包括在权利要求中）。用于执行一个或多个以上讨论的功能的对应方式也在本公开的范围内。
以上发明内容旨在仅是示例性的，是非限制的。
附图说明
以下仅通过举例的方式参考附图给出描述，在附图中：
图1a示意性地示出了传统电池的放电过程；
图1b示意性地示出了传统电池的充电过程；
图2a示意性地示出了锂离子电池的放电过程；
图2b示意性地示出了锂离子电池的充电过程；
图3a示意性地示出了超级电容器的充电过程；
图3b示意性地示出了超级电容器的放电过程；
图4a示意性地示出了锂离子电容器的充电过程；
图4b示意性地示出了锂离子电容器的放电过程；
图5a示意性地示出了示出了包括液体电解质和在此描述的电极配制物的蓄电装置；
图5b示意性地示出了包括固体或凝胶电解质和在此描述的电极配制物的蓄电装置；
图6示意性地描述了制造图5b的蓄电装置的方法；
图7a比较了包括不同电极配制物的锂离子电池的放电性能；
图7b示出了包括一个在此描述的电极配制物的锂离子电池的放电曲线；
图7c示出了图7b的锂离子电池的放电曲线；
图8示意性地示出了制造包括固体或凝胶电解质和在此描述的电极配制物的蓄电装置的方法；以及
图9示意性地示出了提供程序的计算机可读介质。
具体实施方式
在电子电路中，电池和电容器被用来向其他组件提供电力。但是这些电源以完全不同的方式操作。
电池使用电化学反应来产生电力。传统电池的放电过程在图1a中示出。电池包括两个电端子（电极102、103），由电解质101隔开。电池也可包含分隔体110以阻止电极之间的直接物理接触，当使用液体电解质时这特别重要。在负电极（阳极102），发生氧化反应，其产生电子。这些电子从阳极102绕外电路105（由箭头104表示）而流动到正电极（阴极103），使得在阴极103发生还原反应。电子流动可被用来给外电路105中的一个或多个电元件106提供动力。氧化和还原反应可持续，直到反应物被完全转化。但是很重要地，除非电子能经由外部电路105从阳极102流动到阴极103，否则电化学反应不会发生。这允许电池长时间地存储电。随着电子围绕外电路从阳极102流动到阴极103，可在阴极103周围在电解质101中发展负电荷云，且在阳极102周围在电解质101中发展正电荷云。电解质101中的正离子107和负离子108移动以中和这些电荷云，允许反应以及电子流动继续。在没有来自电解质101的离子107、108的情况下，每个电极102、103周围的电荷云将阻止电力产生。
原电池是其中电化学反应是不可逆的任意种类的电池。这些被用做一次性电池。另一方面，利用二次电池，电化学反应是可逆的，意味着化学反应物可被存储为其原始状态。这些被用作可再充电电池。在图1b中示出了传统可再充电电池的充电过程。为了给电池充电，在阳极102和阴极103之间施加电势差。充电器109的正端子从阴极103剥离电子并将其返回到阳极102（由箭头111表示），导致在电极-电解质界面的化学反应。再一次，为了补偿电荷转移，电解质101中的正离子107和负离子108在电极102、103之间以相反方向移动。
电池产生的电流和电压直接涉及用于电极和电解质的材料。材料针对其他材料失去或获得电子的能力被已知为是其电极电势。氧化剂和还原剂的强度由其标准电极电势指示。具有正极电势的材料被用来形成阳极，而具有负极电势的材料被用来形成阴极。阳极和阴极电势之间的差越大，由电池可产生的电能的量就越大。
在电化学序列的顶部出现锂（大的负电极电势），指示其是最强的还原剂。同样地，氟（大的正电极电势）出现在电化学序列的底部，指示其是最强的氧化剂。作为锂的高电极电势的结果，锂电池可产生接近4V的电压，超过锌碳或碱性二次电池的电压的2倍。根据用于阳极、阴极和电解质的材料的不同选择，锂电池的电流、电压、电容、寿命和安全性可明显不同。最近，已开发了新颖结构来改善这些电池的性能。纯锂是非常活性的，且将与水发生强烈反应以形成氢氧化锂和氢气。出于该原因使用了非水电解质，且水严格地从使用密封容器的电池组被排除。
由于锂与大量阴极和非水电解质的低反应性，存在所述多个不同的锂电池。术语“锂电池”指作为阳极的包括金属锂或锂化合物的不同的化学物的族，具有针对阴极和电解质的大量不同的材料。多孔碳材料经常用作阴极电荷收集器以从外电路接收电子。
锂离子电池是不同类型的可再充电电池，其使用锂离子“***（intercalation）”机制，而不是传统的氧化还原反应。这涉及到随着在充电和放电期间离子在电极之间来回通过，将锂离子***到电极的晶体结构并从电极的晶体结构拔出。为了实现该目的，电极要求开放的晶体结构，其允许***和提取锂离子，以及同时接受补偿电子的能力。这样的电极被称为“***主体”。锂离子电池是当前最流行的用于便携式电子产品的电池种类之一，因为其展示了最佳的能量重量比之一，没有记忆效应，且不使用时电荷损失很慢。
在典型的锂离子电池中，阳极是由碳制成的，且阴极是金属氧化物，且电解质是有机溶剂中的锂盐。商业地，最流行的阳极材料是石墨，且阴极通常是这三种材料中的一种：分层氧化物（诸如氧化锂钴）、一种是基于聚阴离子（诸如磷酸铁锂）或尖晶石（诸如氧化锂锰）。电解质典型地是有机碳酸酯的混合物，诸如含有锂离子的络合物的碳酸乙烯酯或碳酸二乙酯。这些非水电解质通常包括非配位阴离子盐，诸如六氟磷酸锂（LiPF6）、六氟砷酸锂一水合物（LiAsF6）、高氯酸锂（LiClO4）、四氟硼酸锂（LiBF4）以及三氟甲磺酸锂（LiCF3SO3）。
图2a和2b分别示意性地示出了锂离子电池的放电和充电过程。如图所示，阳极202和阴极203每个包括放置在电荷收集基板214上的开放式晶体***材料213。在放电期间，锂离子212从阳极202被提取，穿过电解质201而迁移，并被***到阴极203的晶体结构中。同时，补偿电子在外电路中移动（以由箭头204指示的方向）并被阴极203接受以平衡反应。这个过程完全是可逆的。在放电期间，外部电源（充电器209）施加电极202、203之间的电势差，推动电子以相反方向移动（由箭头211指示）。锂离子212随后从阴极203被提取，穿过电解质201而迁移，并被***回阳极202的晶体结构中。
在锂离子电池中，利用在充电期间从Co3+氧化到Co4+并在放电期间从Co4+还原到Co3+的LixCoO2中的过渡金属，钴（Co），锂离子在阴极和阳极之间传输。用于包括石墨阳极和氧化锂钴阴极的锂离子电池的阳极和阴极的半反应如下：
阳极：
Figure BDA00002787942900081
阴极：
Figure BDA00002787942900082
但是，总反应具有其局限性。过充锂离子电池可使氧化锂钴过饱和，导致由以下不可逆反应产生氧化锂：
Li++LiCoO2→Li2O+CoO
而过充锂离子电池可由以下不可逆反应导致合成Co4+：
LiCoO2→Li++CoO2
与电池相反，电容器静电地存储电荷，且不能产生电。已知是“超级电容器”（也已知是双电层电容器、超级电容器、赝电容器以及电化学双层电容器）的相对较新类型的电容器提供比传统或电解电容器更大的能量存储，且正变得日益流行用于便携式电子应用。
图3a和3b分别示意性地示出了超级电容器的充电和放电过程。超级电容器具有阴极303和阳极302，每个包括导电板314（电荷收集器），其由电解质301分开。当使用液体电解质时，超级电容器也可包括分隔体310以阻止阴极和阳极之间的直接物理接触。板314被涂有多孔材料315（诸如碳粉）来增加其表面积用于更大的电荷存储。当供电电源（充电器）施加电极302、303之间的电势差时，电解质301变得极化。阴极303上的电势吸引电解质301中的负离子308，且阳极302上的电势吸引正离子307。
与电池不同，施加的电势保持在电解质301的击穿电压（breakdownvoltage）之下，以阻止在电极302、303的表面发送电化学反应。出于该原因，超级电容器不能像电化学电池那样产生电。而且，如果不发生电化学反应，不产生电子。结果，在电解质301和电极302、303之间没有有效的电流流动。反而，溶液中的离子307、308将其本身安排在电极302、303的表面以镜像化（mirror）表面电荷316并形成绝缘的“双电层”。在双电层中（即，表面电荷316的层和离子307的层），表面电荷316和离子307、308的分离是纳米量级。双电层的结合和板314的表面上的高表面积材料315的使用允许大量的电荷载体被存储在电极-电解质界面中。
为了放电超级电容器，在充电的电极302、303之间形成电连接305，使得电子经由外电路从阳极流向阴极（由箭头304所指示）。该电荷流可被用于给外电路305中一个或多个电元件306提供电力。
但是活性炭不是用于涂敷电容器的板314的最合适的材料315。与碳中的孔相比，溶液中的离子307、308相对较大，且这明显限制了能量存储。该领域的近期研究已关注于碳纳米管的使用和碳纳米角，这两者都比活性炭提供更多的可用表面积。
比起电池，超级电容器具有若干优势，且结果，已在许多应用中代替电池而被使用。其通过提供大量的突发电流而给装置提供电力，并随后快速地给自己重新充电。其低内阻或等效串联电阻（ESR）允许其传递并吸收这些大电流，而传统的化学电池的更高内阻可引起电池电压崩塌。而且，尽管电池通常要求长时间的充电周期，超级电容器可非常快速的重新充电，通常是大约几分钟。即使在多次充电后，其也可保留比电池更长的电量保持的能力。当与电池结合时，超级电容器可消除电池通常需要的瞬间能量需求，由此延长电池寿命。
电池通常要求保养且仅在很小的温度范围能才能发挥良好作用，而超级电容器不需要保养且在很宽的温度范围中表现良好。超级电容器也比电池具有更长的寿命，且被建立为持续到至少在由其提供电力的电子设备的使用期限内。另一方面，在设备使用期限内，电池典型地要被替换若干次。
但是超级电容器也不是没有缺点。尽管可以比传统和电解电容器存储更大量的能量，每单位重量的超级电容器存储的能量比电化学电池要低很多。而且，超级电容器的工作电压受到电解质击穿电压的限制，而这对电池来说不是问题。
锂离子电池具有所有***的最高的能量密度，而超级电容器具有最高的功率密度和寿命。最近，已开发了一种被称为锂离子电容器的新型蓄电设备，其目的在于合并锂离子电池和超级电容器的优点。锂离子电容器的阴极采用其中存储了电荷的活性碳，作为碳和电解质之间的界面上的双电层，类似于超级电容器。另一方面，阳极是由预先掺杂了锂离子的纳米结构的***材料制成，类似于锂离子电池。该预掺杂处理降低了阳极电势并导致了高电池输出电压。典型地，用于锂离子电容器的输出电压在3.8V到4V的范围中。结果，锂离子电容器具有高能量密度。而且，阳极的容量比阴极的容量大几个数量级。结果，在充电和放电期间，阳极电势的变化远小于阴极电势的变化。***阳极也可与诸如LiCoO2或LiMn2O4的***阴极耦合，以增加锂离子电容器的电力。在锂离子电容器中使用的电解质典型地是锂离子盐溶液，且可使用分隔体来阻止阳极和阴极之间直接的物理接触。
图4a和图4b分别示意性地示出了锂离子电容器的充电和放电过程。锂离子电容器的特性与超级电容器的特性非常像，且由此图4a和4b中的参考标号对应于图3a和3b中的类似特征。但是，两个***之间的主要差异在于替代当设备充电时电解质401的正离子将其本身布置在电极-电解质界面上以形成双电层，锂离子412将其本身***（插层）到阳极402的晶体结构413中。因此，与锂离子电池一样，锂离子电容器经历了快速电化学反应且不会简单地依赖双电层的形成以存储电荷。
如背景部分提到的，当前可获得的材料不适于使用可印刷电子学处理来大量制造能量存储设备。现在将描述可能或不能解决该问题的设备和相关方法。
从基础科学和技术的角度来说，基于石墨烯的材料非常有吸引力，因为其无毒、化学和热耐受的且从机械角度来说是稳健的。石墨烯是纳米片的形式，具有范围在几百纳米内的横向尺寸，相比于石墨碳展示了极佳的导电性、电荷载流子的高迁移率（20m2/V/sec），以及有吸引力的传输现象，诸如量子霍尔效应，超过2600m2/g的高表面积，与大范围的化学物兼容，以及对于能量技术的应用来说特别有优势的广泛的电化学窗口。由于其存储大量离子部分（ionic species）（特别是锂离子）的能力，石墨烯纳米片可适于用作锂电池、锂离子电池、超级电容器和锂离子电容器中的高容量电极材料。此外，石墨烯可被转移到用于透明电子应用的基板，允许制造透明或半透明的能量存储设备。
石墨烯片被化学还原的溶解过程（将简短讨论）可引起用于印刷工艺的石墨烯溶液的大量制造。这种方法是可扩展的（允许大量制造的可能性）且通用的（从非常适合化学功能化的角度来说）。这些优势意味着用于制造石墨烯的胶体悬浮液的方法可被用在大量的应用中，特别是用于电池/电容器电极的制造。基于石墨烯的能量收集和存储设备，诸如电池和电容器，可潜在地比基于碳纳米管的能量收集和存储设备表项更好。以胶体悬浮液的形式，石墨烯也是无毒的纳米材料，具有适于印刷应用可调节的溶解度。
而且，二氧化钛（TiO2）-也被已知为是钛酸盐-有助于锂离子传输，且已被用在锂离子电池中。当添加二氧化钛纳米颗粒到固体电解质时，已观察到锂离子增强的导电性。效果涉及到二氧化钛的局部结构修改，其改善局部的无定形区，由此增强锂离子的传输。钛酸锂电池使用其阳极而不是阴极表面上的钛酸锂纳米晶体（尖晶石结构）。与给碳的3m2/g的相比，这给阳极大约100m2/g的表面积，允许电子更快速进入并离开阳极。这个特点使得钛酸锂电池能比标准的锂离子电子更快地充电和放电。钛酸锂尖晶石是“零应变***材料”。在使用该材料作为电极的电池中，***锂离子不会引起晶格的明显变形。而且内在地非常安全，因为其避免了锂的电化学沉积。此外，存在充分的二氧化钛，成本低并且环保。但是，钛酸锂的导电性是有限的，因此使得纳米晶结构与导电基板接触以达到电荷到电极的高传输速率是很重要的。
在本公开中，胶体悬浮液已被用来产生新材料，其由化学改性的石墨烯和二氧化钛纳米颗粒组成。这种方法使得可生产完全可印刷的、成本有效的锂金属电池（原电池）、锂离子电池（二次电池）和锂离子电容器。
图5a示意性地示出了蓄电装置，其包括液体电解质518和新的可印刷电极配制物517。为了制造锂金属电池或锂离子电池，电极配制物517被沉积在电荷收集基板514上以形成阴极。阳极可包括锂金属或锂化合物（以形成锂金属电池）或可包括石墨（以形成锂离子电池）。另一方面，为了制造锂离子电容器，电极配制物517被沉积在电荷收集基板514上以形成阳极。在该场景中，阴极可包括在电荷收集基板的顶部的高表面积材料（诸如活性炭），或可包括***材料（诸如LiCoO2或LiMn2O4）。
如果使用液体电解质518，蓄电装置也可包括分隔体510以阻止阴极503和阳极502之间直接的物理接触。在该情况下，电解质518可包括溶解在有机溶剂中（例如，有机碳酸酯的混合物，诸如碳酸乙烯酯或含有锂离子络合物的碳酸二乙酯）的锂盐。可使用固体或凝胶电解质519来代替液体电解质518（如图5b所示）。在该场景中，电解质519的物理状态其本身可足以阻止阴极502和阳极503的直接物理接触，由此消除了对分隔体510的需求。电解质519可包括氧氮化锂磷或聚（氧化乙烯）的衍生物。而且，电解质519可以是含有硼酸酯基团的聚合物电解质。
电极配制物517被制备为墨，且可使用任何标准的印刷（包括喷墨、苯胺印刷、凹版印刷或丝网和移印）或涂敷处理（包括槽涂敷、棒式涂敷、杆式涂敷、气刀涂敷、滑斗（slide-hopper）涂敷或淋涂法）被沉积在电荷收集器514上。
印刷和涂敷处理都涉及将薄膜材料施加到基板上。首先考虑到印刷处理，喷墨印刷是非冲击过程，其中流体墨的带电液滴从喷嘴被发射到基板上。墨滴被数字信号控制以产生想要的图案。另一方面，苯胺印刷是凸版印刷工艺，其中由模制橡胶制成的挠性板被黏着到印刷筒，被精细纹理的辊墨染，且直接被滚动到基板上以创建印刷图像。凹版印刷是凹进方法的印刷，其使用蚀刻到移动穿过墨池的平的或圆柱形板上的凹进图像。刀片将多余的墨从板刮走，仅在深处区域留下墨，且第二圆筒被用于向着板按压纸，这样其从井中提取墨。丝网印刷使用编织网孔来支持墨阻塞模板。附加的模板形成网孔的有效开放面积（open area），其将墨作为锐利边缘的图像传输到基板上。辊随后移动过屏幕模板，迫使墨进过有效开发面积中的编织网的线。最后，移印涉及经由硅垫将图像从印刷版传输到基板上。凹进的板被覆盖有墨。板随后被擦干净，将墨留在凹陷区域。硅垫随后被向着板按压，将墨拉出凹陷，并直接将其压到基板上。
涂敷处理可被宽泛地分为两种类型：预先计量涂敷和后计量涂敷。在预先计量涂敷中，分散预定量的液体，通常由液体流量控制，经由涂敷模子（die）或涂敷料斗（hopper）被沉积在基板上。在最简单的情况下，槽涂敷，涂敷模子由窄槽组成，其具有与被涂敷的基板同样的宽度，但足够窄以便产生足够大的背压（back pressure）使涂敷液体均匀地跨槽的整个宽度分布。在该配置中，涂敷模子的出口通常被放置为与将被涂敷的基板相距几毫米远，包括卷绕的卷和展开的卷（wind and unwind roll）的基板通常在模子下以辊到辊（roll-2-roll）方式传输，加上张力和导引机制来保证一致的沉积。在滑斗式涂料器中，涂敷模子具有彼此接近的若干槽，每个的出口略低于前一个以形成“滑动”（所以才称为滑斗）。从每个槽中同时浮现液体，且由于流是分层的，具有不同组成的多层液体可用简单的操作被涂敷在基板上，基板在该配置中穿过涂料器唇部几毫米。在淋涂器中，滑斗被提高到高于涂敷基板几十毫米的距离，且线边缘导引被用于阻止液体表面张力将液体拉成“V”型，因为其下降到基板上。在该配置中，液体以增加的动量撞击，其赋予水动力协助，允许与传统的滑斗式涂敷相比具有更大的涂敷速度和对于各种涂敷缺陷的更低的敏感度。
在后计量涂敷中，通常在沉积到基板后计量液体，即，多余的液体被沉积且被降低到想要的厚度，通过使用具有设定的间隙以允许预定量的液体通过的诸如杆或刀片的机械计量设备。在其他的方法中，使用气刀来执行计量，通过以高气压将空气穿过槽以移除多余的液体，而不用与物理杆或板接触。也可使用依赖液体流体力学来限定涂敷厚度的其他后计量***，诸如浸涂或辊涂。
配制物517包括由大抗衡阴离子（离子接合剂的形式）改性的石墨烯小片以及二氧化钛纳米颗粒和锂盐的悬浮物。石墨烯具有高表面积以及很好的导电性，而二氧化钛颗粒容纳高浓度的锂离子但其本身是不导电的。通过使用离子接合剂（可以是聚合物形式的大抗衡阴离子）将两者接合起来，产生了这样的材料，其具有二氧化钛的锂存储能力和石墨烯的导电性。通过将锂盐添加到该材料，锂离子被并入到电极结构，其进一步增强蓄电装置的性能。在充电和/或放电期间，这些锂离子可在阴极503和阳极502之间传输，以产生和/或存储电能。
使用以下方法来制备电极配制物。但是应注意，提到的量和参数可以是不同的，以便按比例增加产量。首先，制备后的20mg的氧化石墨烯(graphene oxide)被分布在40ml的超纯水中并在超声浴器（bath）（KQ218,60W）中混合15分钟以获得氧化石墨烯同质和稳定的分散体。随后，60mg的离子聚合物接合剂（诸如聚（4-苯乙烯磺酸钠）、聚苯胺或聚（2,5-双（3-磺酸基丙氧基）-1,4-乙炔基亚苯基-交替-1,4-乙炔基亚苯基）钠盐）被添加到氧化石墨烯分散体，并再次在超声浴器（KQ218,60W）中混合15分钟。产生的混合物随后在80℃中用水合肼（hydrazine monohydrate）（1.950mL，50%）还原24小时以获得均匀的黑分散体。黑分散体随后通过聚碳酸酯膜（0.22μm孔尺寸）过滤，并重复地用水冲洗以移除任何多余的接合剂（聚合物）。产生的粉末（包括由接合剂离子的改性的石墨烯小片）随后通过15分钟水浴器（KQ218,60W）中的超声作用以及20分钟5000rpm的离心作用，被重新分布到水中。在移除了沉淀物后获得深色、同质的上层清液溶液。最后，在合成功能化的石墨烯悬浮液后，二氧化钛纳米颗粒（不管是金红石或锐钛矿）以及一种或多种锂盐（例如LiPF6、LiBF4和/或LiClO4）通过15分钟的超声作用（KQ218,60W）被混合到溶液中。尽管在此使用的二氧化钛纳米颗粒尺寸小于25nm，也可使用更大尺寸的颗粒。产生的胶体悬浮液随后可被用作可印刷墨以形成电池/电容器电极。
离子接合剂可以是含水或有机液体或凝胶，也可以是聚合物。尽管上面已提到PSS、聚苯胺和PPE，接合剂也可包括具有大阴离子基团的其他聚电解质，或具有合适的大阴离子替代物的含有硅的凝胶。大聚合物阴离子保证了石墨烯的有效溶解性并将带正电的锂离子吸引到石墨烯电极基质（matrix）。
图6示意性地示出了制造图5b的蓄电装置的（辊到辊）方法。在该处理中，使用现有的液体沉积或构图技术，所有部件被溶液处理、并被构图或印刷。首先，沉积电荷收集材料614。之后，使用标准印刷处理在电荷收集材料614的表面上沉积电极配制物617，并加热620以蒸发任何溶剂，帮助接合石墨烯和二氧化钛，并有助于电极配制物617接合到电荷收集器614。电荷收集器614和电极配制物617的组合可被认为组成第一电极。接下来，在电极材料621被沉积在固体或凝胶电解质619的顶部以形成第二电极之前，固体或凝胶电解质619被沉积在第一电极的顶部。如之前所述，被用来形成第二电极的电极材料621将根据蓄电装置是金属锂电池、锂离子电池或锂离子电容器而改变。
已测试了具有用不同的基于石墨烯的墨制成的阴极的一系列锂离子电池的性能。在每个电池中使用石墨阳极，且放电电流是1mA。可在图7a中看到放电特性的比较。已测试的不同的墨是具有0.1M二氧化钛纳米颗粒的PSS修改的石墨烯722、具有0.1M二氧化钛纳米颗粒的聚苯胺改性的石墨烯723、不具有二氧化钛纳米颗粒的聚苯胺改性的石墨烯724以及纯石墨烯溶液725。PSS改性的石墨烯溶液722示出了改善的锂离子导电性，而不具有二氧化钛的聚苯胺改性的石墨烯溶液724展示了与纯石墨烯溶液725类似的性能。二氧化钛纳米颗粒的添加被看到改善了聚苯胺改性的石墨烯电池723，而其放电性能仍然远劣于具有二氧化钛的PSS改性的石墨烯722。
尽管添加二氧化钛可增加锂离子电池的锂例子存储，太多的二氧化钛可降低电极的导电性并限制电极配制物的可溶性。当二氧化钛纳颗粒和锂盐的浓度被优化时（0.2M的二氧化钛和1M的liClO4），从PSS改性的石墨烯墨制成的印刷电极给出了稳定的电池性能。在图7b和7c示出了放电和充电曲线，且示出电池是完全可再充电的。发现由这样的基于石墨烯的墨制成的电池具有3.9V的开路电压，其高于商业可获得的锂离子电池中达到的开路电压。
在图8中示意性地示出了使用上述电极配制物来制作电极的方法的关键步骤。
图9示意性地示出了提供计算机程序的计算机/处理器可读介质901，以控制电极的制作和/或蓄电装置的制作。在该例子中，计算机/处理器可读介质901是盘，诸如数字多功能盘（DVD）或紧致盘（CD）。在其他实施例中，计算机/处理器可读介质901可以是以这样的方式以被编程的任何介质，以便执行发明性功能。计算机/处理器可读介质901可以是可移动存储设备，诸如存储棒或存储卡（SD、迷你SD或微SD）。
计算机程序可包括计算机代码，被配置为控制以下中的一个或多个：形成电极配制物，该电极配制物包括石墨烯、二氧化钛和接合剂；以及使用印刷或涂敷处理沉积电极配制物以形成电极，该电极包括石墨烯、二氧化钛和接合剂，所述接合剂被配置为帮助在形成的电极中将石墨烯和二氧化钛接合到一起。
计算机程序也可包括计算机代码，被配置为控制以下中的一个或多个：形成电极配制物，该电极配制物包括石墨烯、二氧化钛和接合剂，接合剂被配置为帮助在形成的电极中将石墨烯和二氧化钛接合到一起；使用印刷或涂敷处理来沉积电极配制物以形成蓄电装置的第一电极；将电解质沉积在第一电极的顶部；以及将电极材料沉积在电解质的顶部以形成蓄电装置的第二电极，该蓄电装置包括第一和第二电极以及电解质，该电解质被配置为允许可移动离子在第一电极和第二电极之间转移，使得产生和/或存储电能。
附图中示出的其他实施例已被提供了对应于之前描述的实施例中类似的特点的参考标号。例如，特征标号1也可对应于标号101、201、301等。这些被标号的特征也出现附图中，但不会在这些特定实施例的描述中被直接提及。这些标号仍然在图中被提供以帮助理解进一步的实施例，特别是关于之前描述的类似的实施例的特点。
本领域技术人员将理解任何提到的设备/装置和/或特定提到的设备/装置的其他特征可由设置的设备提供，这样其变得被配置为仅当被使能时执行想要的操作，例如开启等。在这种情况下，其不是必须具有被加载到未被使能的主动式存储器（例如，关闭状态）的合适软件，而仅加载被使能的合适软件（例如，开启状态）。设备可包括硬件电路和/或固件。设备可包括加载到存储器的软件。这样的软件/计算机程序可被记录在同样的存储器/处理器/功能单元上和/或一个或多个存储器/处理器/功能单元上。
在一些实施例中，特别提到的设备/装置可以被合适的软件预编程以执行想要的操作，且其中合适的软件可被使能以供下载“密钥”的用户使用以，例如打开/使能软件及其相关功能。与这样的实施例有关的优势可包括当要求用于设备的进一步的功能时，降低下载数据的要求，且这在例子中很有用，其中意识到设备具有足够的容量来存储这样的预编程软件用于未被用户使能的功能。
将理解，除了提到的功能外，任何前述设备/电路可具有其他的功能，且这些功能可被同样的设备/电路执行。一个或更多个公开的方面可包括记录在合适的载体（例如存储器、信号）上的相关的计算机程序的电子分布和计算机程序（其可以被源/传输编码）。
参考任何提到的计算机和/或处理器和存储器（例如包括ROM、CD-ROM等）的任何讨论，这些可包括计算机处理器、特定于应用程序的集成电路（ASIC）、现场可编程门阵列（PFGA）和/或以这样的方式被编程以执行发明性功能的其他硬件组件。
申请人在此单独公开了在此描述的每个单个特征和两个或多个这些特征的组合，这样按照本领域技术任意的公知常识基于本说明书特点和组合能作为整体被执行，而不考虑这样的特征或特征组合是否解决在此公开的任何问题，且不受到权利要求书范围的限制。申请人表明公开的方面/实施例可包括任何这样的单个特征或特征组合。考虑到前述描述，对本领域技术人员来说可在本公开的范围内进行各种修改。
尽管已示出并描述和指出基本的新颖性特征可施加到其不同的实施例，将理解本领域技术人员可做出各种形式上的省略、代替和变化以及所描述的设备和方法的细节，而不脱离本发明的范围。例如，很清楚地期望这些元件和/或以基本上相同的方式执行基本上相同的功能以达到相同的结果的方法步骤的所有组合都在本发明的范围内。而且，认识到与任何公开的形式或实施例结合示出和/或描述的步骤和/或元件和/或方法步骤可被合并到任何其他公开或描述或建议的形式或实施例中，作为设计选择的一般事项。而且，在权利要求中，装置加功能条款旨在涵盖在此描述的执行引用的功能结构，以及不仅是结构等价物，还有等价结构。因此尽管钉子和螺丝不是结构等价物（在于钉子使用圆柱形表面将木质部件固定在一起而螺丝使用螺旋面），在固定木质部件的环境下，钉子和螺丝可以是等价结构。

Claims (23)

1.一种包括石墨烯、二氧化钛和接合剂的电极，所述接合剂被配置为有助于将所述石墨和所述二氧化钛接合在一起以形成所述电极。
2.如权利要求1所述的电极，其中所述接合剂是聚合物。
3.如权利要求1所述的电极，其中所述接合剂包括一种或多种离子部分。
4.如权利要求1所述的电极，其中所述接合剂包括以下中的一种或多种：聚（4-苯乙烯磺酸钠）、聚苯胺和聚（2,5-双（3-磺酸基丙氧基）-1,4-乙炔基亚苯基-交替-1,4-乙炔基亚苯基）钠盐。
5.如权利要求1所述的电极，其中所述石墨烯是石墨小片的形式。
6.如权利要求1所述的电极，其中所述二氧化钛是金红石或锐钛矿颗粒的形式。
7.如权利要求1所述的电极，其中所述电极包括锂盐。
8.如权利要求7所述的电极，其中所述锂盐包括以下中的一种或多种：LiPF6、LiBF4和LiClO4。
9.一种包括权利要求1的电极的蓄电装置。
10.如权利要求9所述的蓄电装置，其中所述蓄电装置包括第一和第二电极以及电解质，至少所述第一电极根据权利要求1，且其中所述电解质被配置为允许可移动离子在第一和第二电极之间转移以产生和/或存储电能。
11.如权利要求10所述的蓄电装置，其中所述电解质是固体或凝胶电解质。
12.如权利要求11所述的蓄电装置，其中所述固体或凝胶电解质包括氧氮化锂磷。
13.如权利要求10所述的蓄电装置，其中所述电解质是聚合物电解质。
14.如权利要求13所述的蓄电装置，其中所述聚合物包括以下中的一种或多种：聚（氧化乙烯）的衍生物和硼酸酯基团。
15.如权利要求9所述的蓄电装置，其中所述蓄电装置是锂金属电池、锂离子电池或锂离子电容器。
16.一种制造电极的方法，所述方法包括：
形成电极配制物，所述电极配制物包括石墨烯、二氧化钛和接合剂；以及
使用印刷或涂敷处理沉积所述电极配制物以形成电极，所述电极包括石墨烯、二氧化钛和接合剂，所述接合剂被配置为帮助在形成的电极中将所述石墨烯和二氧化钛接合在一起。
17.如权利要求16所述的方法，其中形成电极配制物包括：
将氧化石墨烯和所述接合剂一起混合在溶剂中；
添加还原剂以还原所述氧化石墨烯以形成石墨烯小片的胶体悬浮液；
添加二氧化钛颗粒到石墨烯小片的胶体悬浮液；以及
将所述二氧化钛和胶体悬浮液混合在一起以形成均匀的胶体悬浮液。
18.如权利要求16所述的方法，其中所述方法包括在沉积之前添加锂盐到所述电极配制物。
19.如权利要求16所述的方法，其中所述电极配制物被沉积在电荷收集材料上。
20.如权利要求16所述的方法，其中所述方法包括在沉积后加热所述电极配制物以蒸发所述溶剂并有助于将所述石墨烯和二氧化钛接合在一起。
21.一种电极配制物，包括石墨烯、二氧化钛和接合剂，所述接合剂被配置为有助于在形成的电极中将所述石墨烯和二氧化钛接合在一起。
22.如权利要求21所述的电极配制物，其中所述石墨烯和二氧化钛分别是石墨烯小片和二氧化钛颗粒的形式，且其中所述石墨烯小片和二氧化钛颗粒以胶体悬浮液的形式被分散在所述接合剂中。
23.如权利要求21所述的电极配制物，其中所述电极配制物包括锂盐。
CN201180037135.XA 2010-07-29 2011-04-20 石墨烯-二氧化钛电极 Active CN103109398B (zh)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US12/846,569 US9761380B2 (en) 2010-07-29 2010-07-29 Apparatus and associated methods
US12/846,569 2010-07-29
PCT/FI2011/050356 WO2012013854A1 (en) 2010-07-29 2011-04-20 A graphene - titanium dioxide electrode

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN103109398A true CN103109398A (zh) 2013-05-15
CN103109398B CN103109398B (zh) 2016-02-03

Family

ID=45527061

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201180037135.XA Active CN103109398B (zh) 2010-07-29 2011-04-20 石墨烯-二氧化钛电极

Country Status (4)

Country Link
US (1) US9761380B2 (zh)
CN (1) CN103109398B (zh)
DE (1) DE112011102525T5 (zh)
WO (1) WO2012013854A1 (zh)

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103308573A (zh) * 2013-05-17 2013-09-18 陕西科技大学 石墨烯—二氧化钛复合电化学生物传感器的制备方法
CN103490071A (zh) * 2013-09-23 2014-01-01 威海文隆电池有限公司 锂-聚苯胺二次电池及其制备方法
CN107004517A (zh) * 2014-10-31 2017-08-01 Ppg工业俄亥俄公司 包括石墨烯碳颗粒的超级电容器电极

Families Citing this family (27)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US9053870B2 (en) * 2010-08-02 2015-06-09 Nanotek Instruments, Inc. Supercapacitor with a meso-porous nano graphene electrode
US8735001B2 (en) 2011-04-08 2014-05-27 Empire Technology Development Llc Gel formed battery
US10240052B2 (en) 2011-09-30 2019-03-26 Ppg Industries Ohio, Inc. Supercapacitor electrodes including graphenic carbon particles
WO2013160719A1 (en) * 2012-04-26 2013-10-31 Indian Institute Of Technology Madras Metal-alloy graphene nanocomposites and methods for their preparation and use
TW201504363A (zh) * 2013-07-16 2015-02-01 Enerage Inc 石墨烯油墨及石墨烯線路的製作方法
GB2516932B (en) * 2013-08-07 2018-12-26 Nokia Technologies Oy An apparatus and associated methods for water detection
EP3062323B1 (en) * 2013-09-29 2018-11-21 Shanghai Institute of Ceramics, Chinese Academy of Sciences Titanium oxide-based supercapacitor electrode material and method of manufacturing same
WO2015189686A1 (en) * 2014-06-13 2015-12-17 Deq Systems Corporation Gaming devices with graphene ink enabled features
KR102395989B1 (ko) * 2014-09-17 2022-05-10 삼성전자주식회사 복합전극, 이를 포함하는 전기화학전지 및 전극제조방법
US20160226308A1 (en) * 2015-02-02 2016-08-04 David Valin Wall Paneling Construction Smart Apparatus and System
CN104638256B (zh) * 2015-02-03 2017-02-22 中国科学院合肥物质科学研究院 一种纳米复合材料及其制备方法和锂离子电池
CN105098897A (zh) * 2015-07-30 2015-11-25 京东方科技集团股份有限公司 一种可穿戴设备及终端
CN107949893B (zh) * 2015-09-29 2019-11-15 罗门哈斯电子材料有限责任公司 制备多层结构的方法
CN105742642B (zh) * 2016-03-28 2018-03-30 上海应用技术学院 一种锂离子电池负极材料的制备方法
CN105646877A (zh) * 2016-03-30 2016-06-08 重庆金固特新材料科技有限公司 一种聚苯胺/氧化钛/石墨烯复合材料的合成方法
CN106269440B (zh) * 2016-08-01 2019-08-20 绍兴文理学院 一种钛氧改性涂层电极的制备方法
CN106409526B (zh) * 2016-11-24 2018-07-06 桂林理工大学 磺化氧化石墨烯/二氧化锰/聚苯胺复合材料的制备方法
CN106449177A (zh) * 2016-11-24 2017-02-22 桂林理工大学 以松香酸为模板和掺杂剂制备导电聚吡咯纳米管的方法
CN106449178B (zh) * 2016-11-24 2018-07-03 桂林理工大学 磺化氧化石墨烯/二氧化锡/聚苯胺复合材料的制备方法
CN106531468B (zh) * 2016-11-24 2018-05-08 桂林理工大学 磺化氧化石墨烯/二氧化锡/聚吡咯复合材料的制备方法
CN106558424B (zh) * 2016-11-24 2018-05-08 桂林理工大学 磺化氧化石墨烯/二氧化锰/聚吡咯复合材料的制备方法
CN106531472B (zh) * 2016-11-29 2018-09-11 桂林理工大学 一种聚吡咯/石墨烯/锰氧化物复合材料的制备方法
CN106558420B (zh) * 2016-11-29 2018-07-03 桂林理工大学 一种聚苯胺/石墨烯/锰氧化物复合材料的制备方法
US11177471B2 (en) 2016-12-16 2021-11-16 Johnson Matthey Public Company Limited Anode materials for lithium ion batteries and methods of making and using same
IL251195A0 (en) 2017-03-15 2017-06-29 Pocell Tech Ltd A method for preparing printed electrodes for supercapacitors and the composition of printed electrodes derived from the method
CN111446429B (zh) * 2020-03-27 2021-12-21 珠海冠宇电池股份有限公司 一种聚多阴离子正极材料及其制备方法和用途
CN115000409A (zh) * 2022-07-04 2022-09-02 深圳市方科能源有限公司 一种固态硅锂电池正极材料的制备方法

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101179139A (zh) * 2006-11-06 2008-05-14 天津科技大学 一种以聚吲哚为负极的新型聚合物锂离子电池
CN101593827A (zh) * 2009-07-10 2009-12-02 浙江大学 锂离子电池的硅/石墨纳米片复合材料负极及其制备方法
WO2010014215A2 (en) * 2008-07-28 2010-02-04 Battelle Memorial Institute Nanocomposite of graphene and metal oxide materials
CN101651233A (zh) * 2008-08-14 2010-02-17 比亚迪股份有限公司 一种锂离子二次电池及其制备方法
CN101710619A (zh) * 2009-12-14 2010-05-19 重庆大学 一种锂离子电池的电极极片及其制作方法

Family Cites Families (15)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6007945A (en) * 1996-10-15 1999-12-28 Electrofuel Inc. Negative electrode for a rechargeable lithium battery comprising a solid solution of titanium dioxide and tin dioxide
US6713212B2 (en) * 1999-10-18 2004-03-30 Bar-Ilan University High-energy, rechargeable electrochemical cells
US7794880B2 (en) * 2005-11-16 2010-09-14 California Institute Of Technology Fluorination of multi-layered carbon nanomaterials
WO2007116363A2 (en) * 2006-04-07 2007-10-18 High Power Lithium S.A. Lithium rechargeable electrochemical cell
CN106376174B (zh) 2008-02-05 2019-06-07 普林斯顿大学理事会 电子器件和形成电子器件的方法
US9190667B2 (en) * 2008-07-28 2015-11-17 Nanotek Instruments, Inc. Graphene nanocomposites for electrochemical cell electrodes
US20110275005A1 (en) * 2008-10-24 2011-11-10 Nanosys, Inc Membrane Electrode Assemblies With Interfacial Layer
IT1393689B1 (it) 2009-04-06 2012-05-08 Envitech S R L Sa Processo e reattore di elettrocoagulazione con elettrodi di materiale nanostrutturato a base di carbonio per la rimozione di contaminanti dai liquidi
KR101061970B1 (ko) * 2009-05-25 2011-09-05 한국과학기술연구원 전도성 비금속 필름을 이용한 광전극 및 이를 포함하는 염료감응 태양전지
US20110129732A1 (en) * 2009-12-01 2011-06-02 Applied Materials, Inc. Compressed powder 3d battery electrode manufacturing
EP2514008B1 (en) * 2009-12-18 2019-05-22 Molecular Rebar Design, LLC High performance energy storage and collection devices containing exfoliated nanotubes having attached nanoscale particles
US8315039B2 (en) * 2009-12-28 2012-11-20 Nanotek Instruments, Inc. Spacer-modified nano graphene electrodes for supercapacitors
US9112240B2 (en) * 2010-01-04 2015-08-18 Nanotek Instruments, Inc. Lithium metal-sulfur and lithium ion-sulfur secondary batteries containing a nano-structured cathode and processes for producing same
US8962188B2 (en) * 2010-01-07 2015-02-24 Nanotek Instruments, Inc. Anode compositions for lithium secondary batteries
US9640334B2 (en) * 2010-01-25 2017-05-02 Nanotek Instruments, Inc. Flexible asymmetric electrochemical cells using nano graphene platelet as an electrode material

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101179139A (zh) * 2006-11-06 2008-05-14 天津科技大学 一种以聚吲哚为负极的新型聚合物锂离子电池
WO2010014215A2 (en) * 2008-07-28 2010-02-04 Battelle Memorial Institute Nanocomposite of graphene and metal oxide materials
US20100081057A1 (en) * 2008-07-28 2010-04-01 Jun Liu Nanocomposite of graphene and metal oxide materials
CN101651233A (zh) * 2008-08-14 2010-02-17 比亚迪股份有限公司 一种锂离子二次电池及其制备方法
CN101593827A (zh) * 2009-07-10 2009-12-02 浙江大学 锂离子电池的硅/石墨纳米片复合材料负极及其制备方法
CN101710619A (zh) * 2009-12-14 2010-05-19 重庆大学 一种锂离子电池的电极极片及其制作方法

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103308573A (zh) * 2013-05-17 2013-09-18 陕西科技大学 石墨烯—二氧化钛复合电化学生物传感器的制备方法
CN103308573B (zh) * 2013-05-17 2015-04-29 陕西科技大学 石墨烯—二氧化钛复合电化学生物传感器的制备方法
CN103490071A (zh) * 2013-09-23 2014-01-01 威海文隆电池有限公司 锂-聚苯胺二次电池及其制备方法
CN103490071B (zh) * 2013-09-23 2015-08-19 哈尔滨工业大学（威海） 锂-聚苯胺二次电池及其制备方法
CN107004517A (zh) * 2014-10-31 2017-08-01 Ppg工业俄亥俄公司 包括石墨烯碳颗粒的超级电容器电极

Also Published As

Publication number Publication date
US9761380B2 (en) 2017-09-12
CN103109398B (zh) 2016-02-03
WO2012013854A1 (en) 2012-02-02
DE112011102525T5 (de) 2013-07-11
US20120028127A1 (en) 2012-02-02

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN103109398B (zh) 石墨烯-二氧化钛电极
Shellikeri et al. Investigation of pre-lithiation in graphite and hard-carbon anodes using different lithium source structures
US11309534B2 (en) Electrodes and lithium ion cells with high capacity anode materials
CN104956521B (zh) 用于能量存储的负电极活性材料
US9444090B2 (en) Lithium metal doped electrodes for lithium-ion rechargeable chemistry
EP1244168A1 (en) Mesoporous network electrode for electrochemical cell
US20100120179A1 (en) Method of producing prelithiated anodes for secondary lithium ion batteries
TWI705606B (zh) 負極活性物質、混合負極活性物質材料、非水電解質二次電池用負極、鋰離子二次電池、負極活性物質的製造方法、以及鋰離子二次電池的製造方法
CN103534843A (zh) 用于锂电池阴极的涂覆颗粒
KR102247502B1 (ko) 복합 양극 활물질, 그 제조방법 및 이를 포함하는 리튬 전지
CN104737331B (zh) 电荷收集器和相关联的方法
KR20070108808A (ko) 리튬 이온 커패시터
CN103268930B (zh) 锂电池及锂离子电池用电极、固体电解质膜的制备方法
US10439217B2 (en) Lithium intercalated nanocrystal anodes
US20170229703A1 (en) Method of preparation a battery electrode by spray coating, an electrode and a battery made by method thereof
US11605833B2 (en) Solid electrolyte composition and method of manufacturing the same, solid electrolyte-containing sheet, electrode sheet for all-solid state secondary battery, and method of manufacturing all-solid state secondary battery
JP2001006682A (ja) 非水系二次電池用負極の製造方法
EP2859603A2 (en) Metal/oxygen battery with internal oxygen reservoir
EP3171436A1 (en) Lithium air battery and method for manufacturing same
Zhao et al. High-performance thin-film Li 4 Ti 5 O 12 electrodes fabricated by using ink-jet printing technique and their electrochemical properties
Shah et al. A layered carbon nanotube architecture for high power lithium ion batteries
Molaei et al. Tartaric acid as a novel additive for approaching high-performance capacity retention in zinc-ion battery
CN108780920B (zh) 具有有机电极的高离子导电性可充电固态电池
CN110364682A (zh) 一种三维石墨烯微球复合材料
JP2008251706A (ja) リチウムイオンキャパシタ

Legal Events

Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
C41 Transfer of patent application or patent right or utility model
TA01 Transfer of patent application right

Effective date of registration: 20151231

Address after: Espoo, Finland

Applicant after: Technology Co., Ltd. of Nokia

Address before: Espoo, Finland

Applicant before: Nokia Oyj

C14 Grant of patent or utility model
GR01 Patent grant
TR01 Transfer of patent right
TR01 Transfer of patent right

Effective date of registration: 20190516

Address after: American New York

Patentee after: Origin Asset Group Co., Ltd.

Address before: Espoo, Finland

Patentee before: Technology Co., Ltd. of Nokia