【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】水性铝离子电池、混合式电池
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电容器、所述电池和电池
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电容器的组合物以及相关的制造和使用方法
[0001]优先权申请
[0002]本申请要求2019年3月8日提交的第62/815,770号美国临时专利申请的权益，其内容通过引用整体并入本文。
[0003]本公开总体上涉及水性铝离子电池、混合式电池
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电容器、阴极组合物、阳极组合物、粘合剂组合物及其制造和使用方法。
技术实现思路
[0004]本公开包括水性铝离子电池、混合式电池
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电容器、阴极组合物、阳极组合物、粘合剂组合物及其制造和使用方法。
[0005]例如，本文描述了一种水性铝离子电池，其特征在于铝或铝合金/复合材料阳极、水性电解质和锰氧化物基[例如，MnO或MnO2或Mn
x
O
y
(例如，Mn(II)、Mn(II
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x)、Mn(III)、Mn(III
‑
x)、Mn(IV)、Mn(IV
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x)、Mn(V)、Mn(V
‑
x)、Mn(VI)、Mn(VI
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x)、Mn(VII)和Mn(VII
‑
x)，其中x在0和1之间)]、铝硅酸盐基(例如，Al2SiO5)或聚合物基阴极。电池经由电化学反应运行，所述电化学反应需要铝离子在阳极和阴极之间的实际传输。在某些实施例中，本文所描述的组合物和结构允许本文所描述的水性铝离子电池实现：(1)提高...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种铝离子电池，所述铝离子电池包含：阳极，所述阳极包含选自由铝、铝合金和铝复合材料组成的群组中的一或多个成员(例如，根据权利要求102至144中任一权利要求所述的阳极)；水性电解质(例如，根据权利要求153至157中任一权利要求所述的电解质)；以及阴极，所述阴极包含选自由锰氧化物、铝硅酸盐和聚合物组成的群组中的一或多个成员(例如，根据权利要求28至89中任一权利要求所述的阴极)。2.根据权利要求1所述的铝离子电池，其中所述阳极、所述水性电解质和所述阴极被布置成促进铝离子(例如，Al
3+
)在所述阳极和所述阴极之间的传输。3.根据权利要求1或2所述的铝离子电池，其中所述电池的电荷储存容量在25mAh/g至500mAh/g的范围内(单位为毫安
‑
小时/每克所述电池中的活性材料)。4.根据前述权利要求中任一权利要求所述的铝离子电池，其中所述电池以1C至0.01C范围内的速率输送电荷(其中nC的速率被定义为1/n小时内的充电或放电)。5.根据前述权利要求中任一权利要求所述的铝离子电池，其中所述电池在至少100个(例如，至少150个)充放电步骤中提供稳定的循环性能(例如，其中稳定的循环性能意味着具有可重复的电压曲线，没有或几乎没有可归因于粉碎、分层、腐蚀或其它副反应的噪声)(例如，其中一个循环等于1次充电加1次放电)(例如，其中所述铝离子电池具有50个循环、100个循环、150个循环或200个循环的最小循环寿命)。6.根据前述权利要求中任一权利要求所述的铝离子电池，其中在施加外部负载时，铝离子(Al
3+
)从电极(例如，所述阴极或所述阳极)释放到所述水性电解质中。7.根据权利要求6所述的铝离子电池，其中所述释放的Al
3+
离子穿过所述水性电解质、膜分离器并到达反电极(例如，分别为所述阳极或所述阴极)(例如，其中所述电极为0.001至100重量％铝)。8.根据权利要求7所述的铝离子电池，其中在所述反电极的表面中或表面处，所述Al
3+
离子嵌入和/或以其它方式与选自由以下各项组成的群组中的一或多个成员反应：(i)含氧部分，例如，(a)氧化物，(b)氢氧化物，(c)硝酸盐，(d)硫酸盐，(e)乙酸盐，(f)磷酸盐，(g)氯酸盐，(h)溴酸盐，或(i)碘酸盐；(ii)含卤素部分，例如，(a)氯化物，(b)氟化物，(c)溴化物，(d)碘化物；以及(iii)金属部分，例如，(a)锰，(b)钠，(c)锂，(d)铝，(e)钾，(f)钙或(g)镁，从而在所述反电极的结构内或所述表面处形成稳定的铝相。9.根据权利要求8所述的铝离子电池，其中所述反电极处的一或多种过渡金属经历氧化态的变化，从而稳定所述反电极的所述结构。10.根据权利要求7所述的铝离子电池，其中所述释放的Al
3+
离子穿过所述水性电解质(例如，在包含所述Al
3+
离子(例如，Al(OH)4‑
))的电荷载体中、所述膜分离器并到达所述反电极，并且储存在所述反电极的表面上。11.根据权利要求10所述的铝离子电池，其中所述释放的Al
3+
离子作为电介质电荷储存在所述表面上。12.根据权利要求1至5中任一权利要求所述的铝离子电池，其中在施加外部负载时，铝离子(Al
3+
)从电极(例如，所述阴极或所述阳极)释放到所述水性电解质中，其中所述释放的Al
3+
离子与存在于所述水性电解质中的离子反应以形成用于将离子(例如，包含所述释放的Al
3+
的电荷载体)通过所述水性电解质(例如，并通过膜分离器)传输到反电极(例如，分别为
所述阳极或所述阴极)(例如，其中所述电极为0.001至100重量％铝)的传输相(例如，稳定的传输相)。13.根据权利要求12所述的铝离子电池，其中所述释放的Al
3+
离子与存在于所述水性电解质中的OH
‑1离子反应形成Al(OH)4‑1电荷载体(例如，其中所述Al(OH)4‑1电荷载体防止或降低Al
3+
离子在所述水性电解质中进一步反应的能力)。14.根据权利要求13所述的铝离子电池，其中至少部分所述电荷载体在传输到所述反电极之后经历如下(i)和(ii)中的一或两种：(i)解离形成单独的阴离子和阳离子；以及(ii)保持稳定的电荷载体相。15.根据权利要求14所述的铝离子电池，其中至少部分所述电荷载体在传输到所述反电极之后解离形成单独的阴离子和阳离子，并且其中所述单独的阴离子和/或阳离子经历选自由以下各项组成的群组中的一或多个过程：(i)在所述反电极处嵌入和/或与选自由以下各项组成的群组中的一或多个成员反应(例如，从而在所述反电极的结构内或所述表面处形成稳定的相)：(I)含氧部分，例如，(a)氧化物，(b)氢氧化物，(c)硝酸盐，(d)硫酸盐，(e)乙酸盐，(f)磷酸盐，(g)氯酸盐，(h)溴酸盐，或(i)碘酸盐；(II)含卤素部分，例如，(a)氯化物，(b)氟化物，(c)溴化物，(d)碘化物；以及(III)金属部分，例如，(a)锰，(b)钠，(c)锂，(d)铝，(e)钾，(f)钙或(g)镁，以及(ii)储存在所述反电极的所述表面上(例如，作为电介质电荷)。16.根据权利要求14所述的铝离子电池，其中至少部分所述电荷载体在传输到所述反电极之后保持稳定的电荷载体相，并且其中所述电荷载体在所述反电极处经历下列一或两种情况：(i)在所述反电极的结构内嵌入，以及(ii)过渡到包含铝和选自由氧化物、氢氧化物、氯化物、硝酸盐、硫酸盐、磷酸盐、锂、钠、钾和镁组成的群组中的一或多个成员的非离子稳定相，以及所述非离子稳定相在所述反电极的结构内的嵌入和/或反应。17.根据权利要求1至5中任一权利要求所述的铝离子电池，其中发生机制(A)和(B)中的任一或两者：(A)在施加外部负载时，铝离子(Al
3+
)从电极(例如，所述阴极或所述阳极)释放到所述水性电解质中，其中所述释放的Al
3+
离子穿过所述水性电解质[例如，在电荷载体(例如，Al(OH)4‑
))中]、膜分离器，并到达反电极(例如，分别为所述阳极或所述阴极)(例如，其中所述电极为0.001至100重量％铝)，其中在所述反电极的表面中或表面处，所述Al
3+
离子嵌入和/或以其它方式与选自由以下各项组成的群组中的一或多个成员反应：(i)含氧部分，例如，(a)氧化物，(b)氢氧化物，(c)硝酸盐，(d)硫酸盐，(e)乙酸盐，(f)磷酸盐，(g)氯酸盐，(h)溴酸盐，或(i)碘酸盐；(ii)含卤素部分，例如，(a)氯化物，(b)氟化物，(c)溴化物，(d)碘化物；以及(iii)金属部分，例如，(a)锰，(b)钠，(c)锂，(d)铝，(e)钾，(f)钙或(g)镁，从而在所述反电极的结构内或所述表面处形成稳定的铝相；以及(C)在施加外部负载时，铝离子(Al
3+
)从电极(例如，所述阴极或所述阳极)释放到所述水性电解质中，其中所述释放的Al
3+
离子与存在于所述水性电解质中的离子反应以形成用于将离子(例如，电荷载体)通过所述水性电解质(例如，并通过膜分离器)传输到反电极(例如，分别为所述阳极或所述阴极)(例如，其中所述电极为0.001至100重量％铝)的传输相(例如，稳定的传输相)。
18.根据权利要求1至5中所述的铝离子电池，其中在施加外部负载时，铝离子(Al
3+
)从电极(例如，所述阴极或所述阳极)释放到所述水性电解质中，其中所述释放的Al
3+
离子穿过所述水性电解质[例如，在电荷载体(例如，Al(OH)4‑
)中]、膜分离器，并到达反电极(例如，分别为所述阳极或所述阴极)(例如，其中所述电极为0.001至100重量％铝)，并且储存在所述反电极的表面上(例如，作为电介质电荷)。19.根据前述权利要求中任一权利要求所述的铝离子电池，其中所述阳极包含铝合金，所述铝合金包含选自由钠、锂、钙、钾、镁、锆、铅、铋、钛、钒、锡、铜、银、金、铂、汞、钪、硫、硅、铁、硅、镍、锰、铬、铈、锗、镓、铊、铪、铟、铑、钌、钼、钯、锶、钇、钡、镉、铱、钽、钴、碲、锑、砷、钨和硒组成的群组中的一或多个非铝成员。20.根据前述权利要求中任一权利要求所述的铝离子电池，其中所述水性电解质包含选自由钠、锂、钙、钾、镍、钴、铁、锰、钒、钛、锡、锌、铜和镁组成的群组中的一或多个非铝成员。21.根据前述权利要求中任一权利要求所述的铝离子电池，其中所述阴极包含选自由锰氧化物、铝硅酸盐和聚合物组成的群组中的一或多个成员的薄片。22.根据权利要求21所述的铝离子电池，其中所述阴极包含储存在所述薄片(例如，其中所述薄片包含锰氧化物和/或铝硅酸盐和/或聚合物)之间的非铝客体离子和/或分子，所述客体离子和/或分子包含选自由钠、锂、钙、钾、铷、铯、铍、锶、钡、镁、镍、锌、铋、钴、铜和质子组成的群组中的一或多个成员。23.根据前述权利要求中任一权利要求所述的铝离子电池，其中所述阴极、所述阳极和所述水性电解质中的至少一种包含非铝离子，所述非铝离子在施加外部负载(例如，充电或放电)时和/或通过所述阴极和所述电解质之间和/或所述阳极和所述电解质之间和/或所述阴极和所述阳极之间的离子交换过程参与电化学反应。24.根据前述权利要求中任一权利要求所述的铝离子电池，其中所述阴极、所述阳极和所述水性电解质中的至少一种(例如，所述阴极、所述阳极和所述水性电解质中的至少一种、至少两种或全部三种)不含钴。25.根据前述权利要求中任一权利要求所述的铝离子电池，其中所述阴极、所述阳极和所述水性电解质中的至少一种(例如，所述阴极、所述阳极和所述水性电解质中的至少一种、至少两种或全部三种)是无毒的。26.根据前述权利要求中任一权利要求所述的铝离子电池，其中所述阴极、所述阳极和所述水性电解质中的至少一种(例如，所述阴极、所述阳极和所述水性电解质中的至少一种、至少两种或全部三种)是不易燃的。27.根据前述权利要求中任一权利要求所述的铝离子电池，其中所述阴极、所述阳极和所述水性电解质中的至少一种(例如，所述阴极、所述阳极和所述水性电解质中的至少一种、至少两种或全部三种)不含任何重金属(例如，不含锑、铈、镝、铒、铕、钆、镓、锗、钬、铟、镧、镥、钕、铌、镨、钐、钽、铽、铥、钨、铀、镱、铱、锇、钯、铂、铑、钌、铬、钴、铜、铁、铅、钼、镍、锡和锌中的任一种)。28.一种离子电池(例如，铝离子电池或水性铝离子电池，例如，根据权利要求1至27中任一权利要求所述的电池)的阴极，所述阴极包含：集电器(例如，导电衬底)；以及
一或多个结构(例如，一或多个薄膜或颗粒)，每个结构包含选自由锰氧化物、铝硅酸盐(例如，层状铝硅酸盐)和铝接受聚合物组成的群组中的一或多个成员，其中所述一或多个结构设置在(例如，直接设置在)所述集电器上并与所述集电器电接触(例如，其中所述阴极的厚度为10nm至1mm，例如，10μm至100μm，例如，1μm至10μm，例如，1μm至5μm，例如，公差为
±
20％或更好)。29.根据权利要求28所述的阴极，其中所述一或多个结构各自包含锰氧化物。30.根据权利要求28或权利要求29所述的阴极，其中所述一或多个结构包含多个薄片，所述多个薄片包含(由其组成、基本上由其组成或包含至少20重量％(例如，20重量％至40重量％，例如，40重量％至60重量％，例如，60重量％至80重量％，例如，至少80重量％)锰氧化物，其薄片间(例如，层间)分离距离(例如，邻近[001]锰氧化物薄片的d间距)不小于1埃(例如，不小于5埃)(例如，不小于10埃)(例如，并且不大于100埃)。31.根据权利要求28至30中任一权利要求所述的阴极，其中所述一或多个结构包含尖晶石、隧道、夹层、包封、截留结构或其组合。32.根据权利要求28至31中任一权利要求所述的阴极，其中所述一或多个结构包含乱层结构。33.根据权利要求28至32中任一权利要求所述的阴极，其中所述一或多个结构包含锂硬锰矿结构(例如，包含交替的锰氧化物薄片和氢氧化铝薄片)(例如，其中所述一或多个结构包含尺寸在10nm至500微米范围内的锰氧化物薄片)、层状锰酸盐结构(例如，包含水合金属氧化物)以及构造锰酸盐结构中的一种或其组合，其中这些结构中的一或多个可以是原始的或无序的，并且可以包含空位。34.根据权利要求28至33中任一权利要求所述的阴极，其中所述一或多个结构包含(例如，是)颗粒，其中所述阴极的至少80％的所述颗粒的尺寸(例如，直径)在下列范围(例如，具有
±
20％或更好的公差)中的(至少)一个内：(i)不小于50nm(例如，至少80％的所述颗粒的尺寸不小于40
‑
60nm)；(ii)100nm至250nm(例如，至少80％的所述颗粒的尺寸在80
‑
120nm和200
‑
300nm之间)；(iii)500nm至5微米(例如，至少80％的所述颗粒的尺寸在400
‑
600nm和4
‑
6微米之间)；(iv)1微米至10微米；(v)5微米至30微米。35.根据权利要求28至34中任一权利要求所述的阴极，其中所述一或多个结构包含(例如，是)薄片，其中所述阴极的至少80％的所述薄片的尺寸(例如，厚度)在下列范围(例如，具有
±
20％或更好的公差)中的(至少)一个内：(i)不小于50nm(例如，至少80％的所述薄片的尺寸不小于40
‑
60nm)；(ii)100nm至250nm(例如，至少80％的所述薄片的尺寸在80
‑
120nm和200
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300nm之间)；(iii)500nm至5微米(例如，至少80％的所述薄片的尺寸在400
‑
600nm和4
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6微米之间)；(iv)1微米至10微米；(v)5微米至30微米。36.根据权利要求29至35中任一权利要求所述的阴极，其包含一或多个储存在所述锰氧化物薄片之间的非铝客体离子。37.根据权利要求29至36中任一权利要求所述的阴极，其包含一或多个设置在锰氧化
物晶格的位置(例如，间隙位置)和/或空位中的非铝客体离子。38.根据权利要求36或权利要求37所述的阴极，其中所述客体离子包含选自由质子、钠、锂、钾、锌、铋、铜、铅、钴、镍、钙、钾、镁、氢、水合氢、氢氧化物、氧化物
‑
氢氧化物、硫酸盐、硫化物、氮化物、硝酸盐、磷化物、磷酸盐、乙酸盐、多金属氧酸盐(POM)和柱化剂(例如，脂肪族和/或芳香族化合物)组成的群组中的一或多个成员。39.根据权利要求28至38中任一权利要求所述的阴极，其包含一或多个储存在锰氧化物薄片之间的铝客体离子。40.根据权利要求29至39中任一权利要求所述的阴极，其包含一或多个储存在所述锰氧化物薄片之间的非铝客体分子。41.根据权利要求29至40中任一权利要求所述的阴极，其包含一或多个设置在锰氧化物晶格的位置(例如，间隙位置)和/或空位中的非铝客体离子。42.根据权利要求40或权利要求41所述的阴极，其中所述客体分子包含选自由氧化物、氢氧化物、氧化物
‑
氢氧化物、硫化物、硫酸盐、氮化物、硝酸盐、氯化物、氯酸盐、磷酸盐和磷化物组成的群组中的一或多个成员。43.根据权利要求40至42中任一权利要求所述的阴极，其中所述客体分子包含一或多种磷酸盐。44.根据权利要求43所述的阴极，其中所述一或多种磷酸盐是选自由钠的磷酸盐、锂的磷酸盐、钾的磷酸盐、钙的磷酸盐、镁的磷酸盐和锰的磷酸盐组成的群组中的成员。45.根据权利要求29至44中任一权利要求所述的阴极，其包含储存在锰氧化物薄片之间或设置在锰氧化物晶格的位置(例如，间隙位置)和/或空位中的铝的磷酸盐。46.根据权利要求29至45中任一权利要求所述的阴极，其包含一或多个储存在锰氧化物薄片之间的柱化剂。47.根据权利要求46所述的阴极，其中所述一或多个柱化剂包含选自由多金属氧酸盐(POM)、两亲分子、极性有机分子和非极性有机分子组成的群组中的一或多个成员。48.根据权利要求28至47中任一权利要求所述的阴极，其中所述一或多个结构各自包含铝接受聚合物。49.根据权利要求48所述的阴极，其中所述铝接受聚合物包含选自由茜素、藻酸盐、脒盐、醌、喹诺酮、羟基醌、冠醚和羟基喹啉组成的群组中的成员。50.根据权利要求48或权利要求49所述的阴极，其中所述铝接受聚合物作为与选自由锂、钠、铅、铬、铜、铋、钴、锌、钾、钙、镁、锰、铁、钴、钛、锡、钒和钨组成的群组中的一或多个成员的络合物存在[例如，其中所述络合物在充电/放电期间通过与电池中的电解质和/或铝源电极(例如，阳极)的铝离子的离子交换过程参与电化学反应]。51.根据权利要求28至50中任一权利要求所述的阴极，其中所述一或多个结构包含颗粒(例如，包含锰氧化物)(例如，其中所述颗粒是纳米颗粒、微米颗粒或纳米颗粒和微米颗粒的组合)(例如，其中所述颗粒是直径在10nm至500微米范围内的球形)。52.根据权利要求51所述的阴极，其包含从所述集电器突出的多个导电柱，其中所述颗粒设置在所述多个导电柱上。53.根据权利要求28至50中任一权利要求所述的阴极，其中所述一或多个结构包含薄膜(例如，图案化薄膜)。
54.根据权利要求53所述的阴极，其包含从所述集电器突出的多个导电柱，其中所述薄膜设置在所述多个导电柱上(例如，并且所述薄膜对应于所述集电器上所述柱的分布而被图案化)。55.根据权利要求28至50中任一权利要求所述的阴极，其中所述集电器是多孔的(例如，是网、泡沫、多个相互连接的纤维、多个管和薄片、多个纳米管或石墨烯状结构)。56.根据权利要求55所述的阴极，其中所述一或多个结构设置(例如，涂布)在所述集电器的孔中或孔上。57.根据权利要求28至54中任一权利要求所述的阴极，其中所述一或多个结构涂布在一或多个多孔碳结构上。58.根据权利要求57所述的阴极，其中所述一或多个多孔碳结构包含选自由碳纤维、纳米纤维、碳纳米管(CNT)、富勒烯、石墨烯、部分还原的氧化石墨烯、气凝胶、干凝胶和互穿多相材料组成的群组中的一或多个成员。59.根据权利要求28至58中任一权利要求所述的阴极，进一步包含粘合剂(例如，聚合物粘合剂)，其物理地保持(例如，粘附)所述一或多个结构与所述集电器接触。60.根据权利要求59所述的阴极，其中所述粘合剂选自由羧甲基纤维素、丁苯橡胶、聚乙烯醇、藻酸盐、聚丙烯、聚四氟乙烯、聚偏二氟乙烯、聚苯胺、环氧树脂、橡胶、聚丙烯酸和聚乙烯丙烯组成的群组。61.根据权利要求59所述的阴极，其中所述粘合剂选自由藻酸盐、PVDF、PTFE、聚苯胺、环氧树脂、羧甲基纤维素、橡胶、丁苯橡胶、聚丙烯酸、聚乙烯醇和聚乙烯丙烯组成的群组。62.根据权利要求59至61中任一权利要求所述的阴极，其中所述粘合剂已经用一或多种多价离子进行预处理。63.根据权利要求62所述的阴极，其中所述一或多种多价离子包含锰、镁、钙、锌、钡和铝中的一或多种的离子。64.根据权利要求59至63中任一权利要求所述的阴极，其中所述粘合剂已经用一或多种单价离子进行预处理。65.根据权利要求64所述的阴极，其中所述一或多种单价离子包含锂、钠和钾中的一或多种的离子。66.根据权利要求59至65中任一权利要求所述的阴极，其中所述粘合剂包含选自由钠、钾、镁、锰、铝、钙、钡、锶和锌组成的群组中的一或多个成员的离子。67.根据权利要求59至66中任一权利要求所述的阴极，其中所述粘合剂已经从溶液中沉积，所述溶液包含水、n
‑
甲基吡咯烷酮、酮、二醇、二甲基亚砜(DMSO)和酯中的一或多种，以及任选地，选自由水、n
‑
甲基吡咯烷酮、酮、二醇、DMSO和酯组成的群组的助溶剂。68.根据权利要求28至54中任一权利要求所述的阴极，其中所述阴极不含粘合剂(例如，其中使用化学气相沉积、物理气相沉积、原子层沉积、旋转涂布和电化学沉积中的一或多种在所述集电器上形成所述一或多个结构)。69.根据权利要求28至68中任一权利要求所述的阴极，进一步包含与所述集电器和所述一或多个结构电接触的导电添加剂(例如，含碳添加剂)。70.根据权利要求28至69中任一权利要求所述的阴极，其中所述集电器包含选自由不锈钢、铜、碳、银、金、铂、锡、钒、锌、氧化锡、铟、氧化铟锡(ITO)、铝、镍、钨、铬和钛组成的群
组中的一或多个成员。71.根据权利要求28至70中任一权利要求所述的阴极，其中所述集电器包含粘附促进剂、导电促进剂或粘附促进剂和导电促进剂两者的涂层。72.根据权利要求28至71中任一权利要求所述的阴极，其中所述集电器包含碳、金属(例如锡、锌、铝、铬、铜、镍、铁、锆、银、金、铂)、金属氧化物(例如氧化铟锡、氧化锡、氧化钛、氧化钒、氧化锆)或聚合物(例如PEDOT、PAN、聚对二甲苯)中的一或多种的涂层，并且所述涂层用作增粘剂、电子导电促进剂和离子导电抑制剂中的一或多种。73.一种离子电池(例如，铝离子电池或水性铝离子电池，例如，根据权利要求1至23中任一权利要求所述的电池)的阴极，所述阴极通过包含下列工艺的方法制成：在集电器上沉积一定量的溶液，其中所述溶液包含：选自由锰氧化物、层状铝硅酸盐和铝接受聚合物组成的群组中的一或多个成员，以及一或多种溶剂(例如，选自由水、N
‑
甲基吡咯烷酮和乙醇组成的群组)。74.根据权利要求73所述的阴极，其中所述一或多个成员包含锰氧化物，所述锰氧化物通过包含下列工艺的方法制成：在氧源(例如，以及任选地，氧化剂化学催化剂)的存在下，使一或多种锰氧化物前体与碱反应；并且任选地，在所述反应步骤之后水热处理所述锰氧化物，其中所述一或多种前体各自选自由锰盐、锂盐、钠盐、镁盐、镍、锌、铝、无机酸和高锰酸盐组成的群组，其中所述锰盐包含硫酸盐、(i)硝酸盐、(ii)氯化物、(iii)乙酸盐、(iv)磷酸盐、(v)高氯酸盐、(vi)氟化物和(vii)溴化物中的一或多种，其中所述高锰酸盐包含(i)钠和(ii)钾中的一或多种。75.根据权利要求74所述的阴极，其中所述碱包含氢氧化锂、氢氧化钠、氢氧化钾、氢氧化钙。76.根据权利要求74或权利要求75所述的阴极，其中所述氧源是溶解的氧气或过氧化物(例如，过氧化氢)。77.根据权利要求73至76中任一权利要求所述的阴极，其中所述溶液进一步包含下列的一或多种：粘合剂(例如，聚合物粘合剂，例如，可被包含一或多种铝盐的电解质溶液渗透的聚合物粘合剂)和导电添加剂(例如，含碳添加剂)。78.根据权利要求73至77中任一权利要求所述的阴极，其中所述沉积步骤包含刮刀涂布、旋转涂布、逗号涂布或夹缝式挤压型涂布。79.根据权利要求73至78中任一权利要求所述的阴极，其中所述工艺进一步包含压延所述沉积的溶液和所述集电器。80.根据权利要求28至79中任一权利要求所述的阴极，其中所述阴极包含一或多个锰氧化物的相，其中所述一或多个相选自由α相、β相、λ相、斜方锰矿相、无定形相、γ相、δ相和ε相组成的群组。81.根据权利要求80所述的阴极，其中所述一或多个相是两个或更多个相(例如，三个或更多个相)。82.根据权利要求81所述的阴极，其中所述两个或更多个相中的主要相占所述阴极的
至少40重量％，并且所述两个或更多个相的所有剩余相合计不超过所述阴极的50重量％。83.根据权利要求80至82中任一权利要求所述的阴极，其中所述锰氧化物被设置成在所述阴极的充电和放电(例如，离子插入和移除)期间经历至少一个相变。84.根据权利要求28至83中任一权利要求所述的阴极，其中所述阴极包含具有层状结构(例如，层状锰酸盐)、隧道结构(例如，构造锰酸盐)、尖晶石、斜方锰矿或无定形结构的锰氧化物。85.根据权利要求28至84中任一权利要求所述的阴极，其中所述阴极包含锰氧化物，其中所述锰氧化物中的锰具有一或多种氧化态，所述氧化态选自由Mn(II)、Mn(II
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x)、Mn(III)、Mn(III
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x)、Mn(IV)、Mn(IV
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x)、Mn(V)、Mn(V
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x)、Mn(VI)、Mn(VI
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x)、Mn(VII)和Mn(VII
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x)组成的群组，其中x在0和1之间。86.根据权利要求28至85中任一权利要求所述的阴极，其中所述一或多个结构包含锰氧化物，并且所述锰氧化物主要是(例如，至少70重量％、至少80重量％或至少90重量％)δ相锰氧化物。87.一种离子电池(例如，铝离子电池或水性铝离子电池，例如，根据权利要求1至27中任一权利要求所述的电池)的阴极，所述阴极通过包含下列工艺的方法制成：同时将锰氧化物和一或多种牺牲材料沉积到集电器上；并且移除所述一或多种牺牲材料。88.根据权利要求87所述的阴极，其中所述一或多种牺牲材料包含选自由以下各项组成的群组中的一或多个成员：茜素、脒盐、醌、藻酸盐、沸石、喹诺酮、羟基醌、羟基喹啉、硅、铜、钴、铬、镍、铁以及(例如硅、铜、钴、铬、镍或铁的)氧化物、氢氧化物、硫酸盐、硝酸盐和磷酸盐。89.根据权利要求87或权利要求88所述的阴极，其中所述同时沉积步骤包含同...
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