含有PVDF粘結劑的預鋰化的矽陽極的製作方法

2023-05-11 23:54:01

相關申請的交叉引用

本申請要求2014年9月29日提交的、申請號為62/057,129、發明名稱為「含有pdvf粘結劑的預鋰化的矽陽極」的美國臨時專利申請的優先權，該申請的全文以引用的方式併入本文用於所有的目的。

本公開涉及鋰離子電池，尤其涉及含有聚偏二氟乙烯(pvdf)粘結劑的矽陽極的製備，以改善電池的循環壽命。

背景技術：

鋰離子(li-ion)電池是一種通過電化學反應產生能量的可充電電池。在典型的鋰離子電池中，電池包括用作正極(或陰極)的鋰金屬氧化物或鋰金屬磷酸鹽、用作負極(或陽極)的碳/石墨、用作電解質的溶解於有機溶劑的鋰鹽及確保電極不接觸的多孔分隔器。在可充電鋰離子電池中，陽極(negativeelectrode)能夠以高於鋰金屬的鋰化學電勢儲存大量的鋰。當鋰離子電池充電時，鋰離子從陰極(positiveelectrode)遷移到陽極，放電時，情況相反。

最近，已經發現矽(si)用作鋰離子電池中的陽極(anode)電活性材料，其中，矽可以合金、金屬間化合物、氧化物等形式存在。矽基陽極材料能夠與較大量的鋰形成合金。但是，當鋰結合到矽中時，矽的體積變化相當大。這種體積變化對於電池系統是不利的，因為這種體積變化可能導致容量損失、循環壽命縮短並且對電池結構造成機械損壞。

由於矽作為鋰離子電池系統中陽極的潛在優勢，現有技術已嘗試克服機械損壞和膨脹的問題。已經使用矽的合金、複合材料和其他複雜結構，並且重點放在矽的材料設計和形態工程(morphologyengineering)上，比如，納米線、空心球等。在一個克服膨脹的示例方法中，採用了矽石墨複合物。該複合物減少了膨脹，但是較軟的石墨可能在循環過程中吸收矽的膨脹時變形。但是，這些改變本身不能夠成功地利用矽基材料來製備用在高循環壽命的鋰離子電池中的高容量陽極結構。

克服與矽陽極相關的難題的一種方法是提供剛性粘結劑。正如loveridge等在專利文獻wo2010/13975a1中所述，在鋰離子電池中石墨陽極常用的粘結劑，比如聚偏二氟乙烯(pdvf)，由於矽陽極的相對較大的體積變化，無法在連續充電循環中將矽陽極材料粘結在一起。因此，傳統的比如羧甲基纖維素(cmc)、聚丙烯酸(paa)和羧甲基纖維素/苯乙烯丁二烯複合物(cmc/sbr)等的水基粘結劑，均為剛性且提供增加的強度以幫助抵消si陽極的體積膨脹問題，可用於si粘結。水基粘結劑是便宜的，且由於不使用溶劑而在電極處理期間無需回收溶劑，從而提供了更加溫和的處理條件。例如，hochgatterer等在文獻electrochemicalandsolid-stateletters11(5)a76-a80(2008)中表明，在si-c複合電極中使用剛性粘結劑，與使用柔性非水性粘結劑比如pvdf相比，可極大提高長期循環性能和容量保持率(capacityretention)。因此，矽基陽極中的粘結劑影響循環穩定性和複合電極的性能。

克服與矽陽極相關的難題的另一種方法是對矽電化學活性材料進行預鋰化。如grant等在專利文獻us20130327648中所述，li的富餘有助於減少不可逆的li損失並延長循環壽命。在一個示例中，zhamu等在專利文獻us8,241,793中通過將預鋰化、預粉化的陽極活性材料與導電錶面塗層和/或例如pvdf的粘結劑材料混合來製備陽極。zhamu在120次循環中觀察到改善的比容量和變長的充電-放電循環壽命。

技術實現要素：

本申請的發明人已認識到上述方法的潛在問題。即，使用水基粘結劑並對si陽極進行預鋰化處理可導致電池在初始循環期間容量得到改善，但是，隨後可能遭遇快速容量衰減，從而相對於未預鋰化的陽極的循環壽命優勢非常有限。另一個潛在問題是由水基粘結劑製備、包括預鋰化處理的si陽極可能粘合性能差。

發明人認識到部分解決上述問題的一種方法包括製備含矽陽極，其中，該陽極包括pvdf粘結劑且經過預鋰化。可將含矽粉末與pvdf粘結劑混合以製備銅集電器上的薄塗層。si/pvdf疊層可被壓縮以製備陽極。在被組裝入鋰離子電池前，該陽極可經過預鋰化工藝處理以製備預鋰化的si/pvdf陽極。鋰離子電池組件包括陰極、所製備的陽極、分隔器(separator)和電解液。與未預鋰化的si/pvdf電池相比，具有預鋰化的si/pvdf陽極的電池在多次循環中可提供高的容量保持率以及長的電池循環壽命。

需要理解的是，提供上述發明內容是為了以簡化的方式選擇性介紹一些將在具體實施方式中進一步描述的概念。該發明內容無意確定所要求保護的主題的關鍵或必要特徵，所要求保護的主題的範圍由具體實施方式後的權利要求唯一地界定。此外，所要求保護的主題不局限於解決前面或本公開任一部分提到的任何缺陷的具體實施方式。

附圖說明

圖1a和圖1b示出了含有pvdf和cmc粘結劑的鋰離子電池中si/c陽極的循環壽命。

圖2示出了製備預鋰化的si陽極以提供意想不到的長循環壽命的示例方法流程圖。

圖3示意性地示出了包括預鋰化的si陽極的鋰離子電池的示例。

圖4示出了經過和未經預鋰化的基於paa的si/c陽極的鋰離子電池的循環壽命。

圖5示出了經過和未經預鋰化的基於pvdf的si/c陽極的鋰離子電池的循環壽命。

圖6示出了含有和不含導電添加劑的預鋰化的基於pvdf的si/c陽極的鋰離子電池的循環壽命。

圖7示出了含有paa粘結劑或pvdf粘結劑的預鋰化的si/c陽極的鋰離子電池的循環壽命。

圖8示出了未經預鋰化的si/c陽極中各種粘結劑的粘合強度的示例圖。

具體實施方式

將通過舉例並參考上面列出的示例性實施方式介紹本公開的各方面。一個或多個實施方式中基本相同的組件、處理步驟和其他元件的附圖標記相同或類似且儘可能少重複地描述。但是，應該注意的是，具有相似附圖標記的組件也可能在一定程度上不同。

本申請涉及鋰離子可充電電池，所述鋰離子可充電電池包括能夠嵌入和釋放鋰的si陽極、陰極、分隔器以及由鋰鹽和至少一種有機溶劑組成的非水電解液。可按圖2和圖3所述來製備si陽極，以提高鋰離子電池的循環壽命。預鋰化的si基陽極的製備可保持si的納米結構。保持納米結構可抵消循環期間的體積變化，該體積變化可能會使si納米結構粉化。如圖1a和圖1b所示，在未預鋰化的si/c陽極中，使用pvdf粘結劑與使用傳統的水基粘結劑相比，在初始循環期間pvdf可能表現不如剛性粘結劑，但是如圖8所示，pvdf可表現出改善的粘合性能。但是，如圖4所示，在預鋰化的si/c陽極中使用剛性粘結劑會導致粘合問題，從而影響電池循環壽命。如圖5-圖7所示，在預鋰化的si/c陽極中使用柔性的pvdf粘結劑可以改善循環壽命並且具有高於70％的電池保持率。在預鋰化處理前向si活性材料中加入pvdf粘結劑，可在預鋰化處理期間保持納米結構的形態。在預鋰化前加入導電添加劑和pvdf粘結劑，在預鋰化處理期間可通過導電的si/c/pvdf陽極幫助鋰離子移動和分布，進一步如圖6所示提高鋰離子電池在循環期間的容量保持率。此外，導電的si/c/pvdf陽極在預鋰化處理期間可有助於抑制鋰鍍覆在陽極上。因此，利用導電添加劑與柔性非傳統的pvdf粘結劑，預鋰化si陽極的包括導電添加劑的獨特組合表現出意想不到的延長鋰離子電池循環性能的結果。

如圖1a所示，包括未預鋰化的si陽極的電化學電池的曲線圖100示出：與柔性非水粘結劑、例如聚偏二氟乙烯(pvdf)相比，傳統水基粘結劑、例如cmc增強了在多達約100次循環中的循環性能和容量保持率。鋰離子電池可為具有鎳鈷鋁(nca)陰極、si/c陽極、陶瓷塗覆的聚烯烴分隔器和含1mlipf6的電解液的方形囊袋。電池在23℃、4.3-3.0v的電壓區間內，以c/2的充/放電速度和100％放電深度(dod)循環。曲線圖100示出了由含有cmc水基粘結劑的si/c陽極製備的鋰離子電池、即cmc鋰離子電池102和由含有pvdf粘結劑的si/c陽極製備的鋰離子電池、即pvdf鋰離子電池104的放電量(discharge)。起初，可看到cmc鋰離子電池102展現出比pvdf鋰離子電池104更高的容量保持率。pvdf鋰離子電池104起初展示出比cmc鋰離子電池更快的放電。如圖1b所示，重現圖100中106處的放大部分。與pvdf鋰離子電池104相比，cmc鋰離子電池102的改進性能、即在100次循環期間的放電量增大可導致在si基陽極中選用傳統水基粘結劑多於柔性粘結劑。回到圖1a，cmc鋰離子電池102在初始的100次循環後表現出快速的容量衰減。pvdf鋰離子電池104在初始的100次循環後較少表現出隨時間的下降。因此，在si基陽極中使用水基粘結劑多於柔性粘結劑，以在100次循環期間改善放電。

在現有技術中，為了確定特定的粘結劑的有效性，關注的測試循環次數為20-100次。但是，本發明人意識到超過100次的額外循環可顯現所公開的特定陽極製造的意想不到的結果。

轉向圖2，提供了一種對所製備的矽陽極預鋰化的示例方法200。用於鋰離子電池中的電活性材料的矽提供了能夠與相對大量的鋰形成合金的材料。

在步驟202中，獲取si電活性材料。在一實施例中，可得到si納米結構電活性材料。在另一實施例中，可得到矽氧化物。在又一實施例中，矽電活性材料可為納米顆粒或納米線。在所提供的實施例中，si納米線電活性材料可以為從石墨基底上生長出的si納米線所得的si石墨複合物粉末。在另一實施例中，si可以為例如si，si的合金或金屬間化合物，或si的氧化物、碳化物、氮化物、硫化物、磷化物、硒化物、碲化物、銻化物或其混合物。si可以為矽納米結構。在一個實施例中，si可以為si納米線。在另一實施例中，si可以為si納米顆粒。由於本申請中提供的獨特處理方法，si電活性材料可以非鋰化的形式用作原料。此外，表面塗層、比如導電塗層可以用於保護矽並增強電導率。通常，矽陽極電化學活性材料包括表面塗層。表面塗層可使鋰離子電池具有高能量密度。在一個實施例中，可加入石油瀝青粉末。表面塗層的佔比可小於5wt％。

在步驟204中，形成漿料混合物。將si電活性材料與導電添加劑、粘結劑及非水液體一起混合可形成漿料。除了用於步驟202中的表面塗層，導電添加劑可與步驟202中表面塗層用的不同。

在步驟206中，導電添加劑，其與步驟202中所述的用於電活性材料的表面塗層不同，可以與si納米線電活性材料機械混合。導電添加劑可有利於鋰離子在預鋰化期間更好的傳導和分布。在一個實施例中，導電添加劑可為氣相生長的碳纖維。在另一實施例中，導電添加劑可為膨脹石墨或炭黑。在又一個實施例中，導電添加劑可為石墨烯顆粒。導電添加劑可以佔比小於或等於5wt％。在一個實施例中，導電添加劑可以佔比1wt％。在另一個實施例中，可無導電添加劑。在一個實施例中，可將導電添加劑與陽極電活性材料混合。

在步驟208中，可將粘結劑與si納米線電活性材料混合。在一個實施例中，粘結劑可以為pvdf。粘結劑的重量佔比可以在5wt％到12wt％之間。在一個實施例中，pvdf粘結劑可以佔比10wt％。

在步驟210中，將si納米線電活性材料與導電添加劑以及pvdf粘結劑混合製得的漿料塗於銅(cu)集電器上。在步驟212中，漿料在集電器上乾燥且被壓縮以製備矽陽極。在一個實施例中，可將漿料塗布在cu集電器的兩側。在另一個實施例中，可將漿料塗於cu集電器的一側。

在步驟214中，所製備的矽陽極可經過預鋰化。在組裝入鋰離子電池前，si陽極的預鋰化將li離子嵌入陽極活性材料中。在一個實施例中，si陽極可使用如grant等在專利文獻us8,529,746中所述的包括鋰鹽或硫族化物的電化學工藝預鋰化，該專利文獻的全文以引用的形式併入本文中。此外，在電化學預鋰化步驟中，可包括固體電解質界面(sei)添加劑的使用。sei添加劑可能不適合用於鋰離子電池中。在另一個實施例中，可將li金屬粉末與陽極複合材料混合。在又一個實施例中，包括li箔的電化學工藝可被用於對陽極預鋰化。

這樣，含有pvdf粘結劑和導電添加劑的si陽極提高了預鋰化處理的有效性，使得當si陽極被組裝入鋰離子電池時具有增強的效率和容量保持率。

在步驟216中，可將預鋰化的矽陽極組裝入鋰離子電池中。鋰離子電池可包括含有陰極集電器的陰極、分隔器、電解液和如上文所述製備的矽陽極。鋰離子電池可表現出改善的超過1000次循環的循環壽命，保留約70％的容量。

依照方法200製備si陽極的示例可包括si電化學活性材料、表面塗層、佔比5-12wt％的粘結劑和低佔比的導電添加劑，其中，表面塗層和導電添加劑是不同的材料且用於不同的目的。si電化學活性材料可由陽極粉末、比如矽和石墨的複合物製得，其中，矽粉包括生長在石墨基底上的矽納米線。可將陽極粉末與粘結劑組合，其中，粘結劑可為pvdf。然後，可將陽極粉末和粘結劑的混合物塗布在銅集電器上，隨後，壓延以製備陽極。如方法200所述，所製備的si陽極在組裝入鋰離子電池單元前可被預鋰化。

這樣，方法200提供了一種製備增強的預鋰化si陽極的獨特方法。si陽極在預鋰化處理前被完全製備好，以允許在預鋰化步驟前引入粘結劑和導電添加劑。此外，在鋰離子電池組裝前進行預鋰化，以允許引入在組裝好的鋰離子電池中不期望使用的sei形成添加劑。

圖3示出了示意圖300，其示出了在鋰離子電池中製備預鋰化的矽陽極的步驟。在另一個實施例中，可用碳陽極代替矽陽極。

獲取如圖2所述的矽陽極302。該矽陽極302可為完全製備好的電極。因此應當理解，在一些實施例中，可以將矽陽極302裝入鋰離子電池中而不需進一步處理。在步驟304中，可採用圖2中步驟214中所述的電化學方法將si陽極預鋰化來製備預鋰化的si陽極。隨後，根據圖2的方法200中步驟216，可將預鋰化的矽陽極組裝入鋰離子電池312。鋰離子電池可包括陰極306、分隔器308和預鋰化的矽陽極310。此外，用陰影框表示的電解液314可設置於整個鋰離子電池中。電解液可與兩個電極相接觸。

陰極306可包括在陰極集電器上的陰極活性材料。陰極活性材料可為nca、鋰氧化物比如鋰金屬氧化物、能嵌鋰離子/脫鋰離子的材料等中的一種。此外，可將粘結劑和陰極活性材料混合。

分隔器308對本申請的鋰離子電池中分隔器的源材料或形態沒有特殊限制。此外，分隔器用於隔離陽極和陰極以避免二者的物理接觸。優選的分隔器具有高的離子透過率、低的電阻、優異的抗電解液穩定性和優異的液體保持(liquidholding)性能。用於分隔器的示例材料可選自非織造織物或由聚烯烴(比如聚乙烯和聚丙烯)製成的多孔膜或陶瓷塗覆材料。

電解液314可包括鋰鹽、有機溶劑(比如有機碳酸酯)和添加劑。電解液存在於整個鋰離子電池中且與陽極、陰極和分隔器物理接觸。鋰鹽的摩爾濃度可在0.5到2.0mol/l之間。鋰鹽可選自liclo4、lipf6、libf4、licf3so3、lin(cf3so2)2、lin(cf3cf2so2)2、lin(cf3so2)(c4f9so2)、libob、litfsi和lic(cf3so2)3。此外，電解液可包括非質子溶劑。例如，溶劑可包括碳酸乙烯酯、碳酸丙烯酯、碳酸丁烯酯、碳酸二甲酯、碳酸二乙酯和碳酸甲乙酯、γ-戊內酯、乙酸甲酯、丙酸甲酯、四氫呋喃、2-甲基四氫呋喃、四氫吡喃、乙二醇二甲醚、二甲氧基甲烷、乙烯磷酸甲酯(ethylenemethylphosphate)、乙基乙烯基磷酸酯(ethylethylenephosphate)、磷酸三甲酯、磷酸三乙酯、其滷化物、碳酸乙烯亞乙酯、氟代碳酸乙烯酯、聚乙二醇、二丙烯酸酯或其組合物中的至少一個。

因此，可製備包含預鋰化矽陽極、陰極、分隔器和電解液的鋰離子電池。所述的鋰離子電池在一個實施例中可被製備成方形電池。鋰離子電池可用於可充電電池中，以提供因特定的方法步驟排序、包括在任何預鋰化處理前製備矽陽極而得到的意想不到的改善的循環壽命性能。

轉到圖4，示出了鋰離子電池中示例的si/c陽極的循環壽命曲線圖400，其具有未經預鋰化處理的對照si/c陽極和預鋰化的si/c陽極。含有si/c陽極的未經預鋰化的鋰離子電池402包括水基粘結劑paa。經預鋰化的si/c陽極404包括水基粘結劑paa。鋰離子電池被製備成具有鎳鈷鋁(nca)陰極、si/c陽極、陶瓷塗覆聚乙烯分隔器和含1mlipf6的電解液的方形囊袋。電池在23℃、4.3-3.0v電壓範圍內以c/2的充/放電速度和100％的放電深度(dod)循環。對照陽極(controlanode)和經預鋰化的陽極均採用聚丙烯酸(paa)作為粘結劑。在對照電池(controlcell)402中paa陽極和paa預鋰化陽極電池404的保持百分率(retentionpercentage)示於曲線圖400中。基於paa的預鋰化的si/c陽極較對照電池中基於paa的si/c陽極表現出更高的效率和保持百分率。因此，從曲線404高於曲線402看出，預鋰化使得電池性能優於對照電池，但是，由於在約250次循環後，預鋰化的paa陽極表現出粘合問題，所以採用paa作為粘結劑會導致陽極降解。

轉向圖5，示出了使用pvdf作為粘結劑的鋰離子電池中示例的si/c陽極的循環壽命曲線圖500，其具有未經預鋰化處理的對照si/c陽極和預鋰化的si/c陽極。鋰離子電池可為帶有鎳鈷鋁(nca)陰極、si/c陽極、陶瓷塗覆聚烯烴分隔器和含1mlipf6的電解液的方形囊袋。電池在23℃、4.3-3.0v電壓範圍內以c/2的充/放電速度和100％的放電深度(dod)循環。未預鋰化處理的pvdfsi/c陽極的鋰離子電池的保持百分率如曲線502所示，而預鋰化處理的pvdfsi/c陽極的鋰離子電池的保持百分率如曲線504所示。在初始循環，看到兩種電池的保持百分率均降低。與預鋰化的鋰離子電池504的保持百分率相比，可看到未預鋰化的鋰離子電池502的保持百分率下降得快。此外，1000次循環後，預鋰化的鋰離子電池504的保持百分率基本穩定並且顯示約70％的電池保持百分率。si/c陽極含有pvdf粘結劑和使用預鋰化處理的獨特組合提供了驚人的良好循環壽命。因此，預鋰化對該意想不到的結果的重要性，特別對於設計良好的基於pvdf的si/c陽極，預鋰化是延長鋰離子電池的循環性能的關鍵。

從高能量密度可充電電池使用預鋰化的si/pvdf陽極中看到，允許si膨脹和收縮的pvdf粘結劑的柔性和固有彈性與在用於鋰離子電池前向陽極提供鋰離子的預鋰化處理組合提供了意想不到的性能。因此，在預鋰化前，pvdf粘結劑和si/c陽極活性材料的組合提供了具有柔性粘結劑的陽極，這使得在電池初始循環期間隨著陽極膨脹和收縮而可能出現初始粉化，從而導致初始容量下降。但是，粘結劑的柔性使得容量保持率在超過約1000次循環後穩定，從而延長電化學電池的循環壽命。這一方法依賴於在預鋰化步驟前製備具有粘結劑的電極，並且提供了意想不到的延長循環壽命的結果。

圖6示出了在預鋰化前，將導電添加劑與粘結劑一起混合在表面塗有塗層的si石墨複合物粉末中以製備si陽極的意想不到的結果的曲線圖600。例如，在製備電極前，陽極粉末可包括表面塗層以增強電導率，該表面塗層為導電塗層。在一個實施例中，石油瀝青材料可被用作複合物粉末的表面塗層前體。可將瀝青材料與陽極粉末混合，然後在惰性氛圍中進一步熱處理。然後，在混入粘結劑和導電添加劑前，將粉末混合物冷卻以製備塗覆電極的漿料。與含有導電添加劑的預鋰化的si/c/pvdf陽極的鋰離子電池604相比，不包含導電添加劑的預鋰化的si/c/pvdf陽極的鋰離子電池602在循環中表現出較低的保持百分率。在一個實施例中，導電添加劑可為膨脹石墨。在另一個實施例中，導電添加劑可為氣相生長的碳纖維、膨脹石墨、炭黑或其組合物。導電添加劑可促進預鋰化過程且有利於鋰通過si/c/pvdf基質遷移，從而改善預鋰化過程。這與導電添加劑的傳統用處相反，導電添加劑的傳統用處為提高整個電池電導率但是不一定能夠延長循環壽命。在矽陽極中使用pvdf粘結劑的情況下，在預鋰化過程前加入導電添加劑展示出改善預鋰化過程的意想不到的有益效果。

圖7通過曲線圖700示出了用傳統水基粘結劑paa和柔性粘結劑pvdf製備的預鋰化的矽陽極之間的比較。製備包括含有粘結劑和導電添加劑的si/c陽極的鋰離子電池。paa鋰離子電池702比pvdf鋰離子電池704表現出較低的保持百分率。因此，包括粘結劑的paa鋰離子電池702並不會顯示出如pvdf鋰離子電池704一樣的大的改善。這一意想不到的結果表明在預鋰化前將pvdf粘結劑和導電添加劑與矽納米線電活性材料混合的特定處理步驟改善了循環中的保持百分率。pvdf和導電添加劑的組合在電極組分和預鋰化電化學反應間提供了協同作用，得到改善的預鋰化的si/c陽極，其示出意想不到的延長循環壽命的結果。

轉向圖8，圖表800所示為pvdf和傳統水基粘結劑(cmc和paa)的粘合強度。未預鋰化的si/c陽極中pvdf的粘合強度比cmc粘結劑的大約三倍、比paa粘結劑的大約7倍。當用圖2和圖3所示的示例方法步驟製備時，水基粘結劑的低粘合強度導致循環壽命性能差。因此，預鋰化前在si/c陽極中採用pvdf作為粘結劑提供了良好的粘合強度和意想不到的延長至至少1000次循環且具有約70％容量保持率的長循環壽命。

這樣，使用預鋰化的si/c陽極製備鋰離子電池，其中，該陽極包括矽石墨複合材料、pvdf粘結劑和碳導電添加劑。包括pvdf和碳粉末的預鋰化的si/c陽極可在100次循環後穩定容量損失且展現出意想不到的改善循環壽命的結果，即在c/2的充/放電速度下、在超過1000次循環後提供約70％的容量保持率。鑑於使用水基粘結劑以減輕矽膨脹影響的很多研究及建議，這一矽陽極組合和陽極製備後進行預鋰化處理提供了意想不到的延長循環壽命的結果。

本領域普通技術人員還將理解可對上文所解釋的技術的操作進行多種變化但仍可以達到與本發明相同的目的。這些變化包含於本發明範圍內。因此，本發明實施例的前述描述並非是限制性的。此外，對本發明實施例的任何限制陳述於以下的權利要求中。

除了本文中所示和所述的以外，本公開的多種修改對於上文所述領域的普通技術人員來說是顯而易見的。這樣的修改也在所附權利要求的範圍內。

需要理解的是，所有的試劑均可從本領域已知的來源得到，除非另有說明。

說明書中提及的專利、出版物和申請表示了本發明所屬領域的普通技術人員的水平。這些專利、出版物和申請在相同的程度上以引用的方式併入本文中，如同每個單獨的專利、出版物或申請特別地和單獨地以引用的形式併入本文中。

上述描述是對本發明的具體實施例的說明，但並不用於對其實際的限制。

上述討論應被理解為是示例性的，在任何意義上不應被認為是限制性的。儘管已結合其優選實施例對本發明進行了具體的展示和介紹，本領域普通技術人員可以理解，在不背離權利要求所界定的本發明的精神和範圍的情況下，可進行形式和細節上的各種變動。

以下權利要求中的所有方法或步驟及功能元件的相應結構、材料、動作和等同物旨在包括用於與其他要求保護的元件(如具體要求保護的元件)組合地執行功能的任何結構、材料或動作。

最後，應當理解，上文描述的物品、系統和方法是本公開的實施例-非限制性示例，對於這些示例，可以預期多種變化和擴展。因此，本公開包括本文公開的物品、系統和方法及其任何和所有等同物的所有新穎且非顯而易見的組合和子組合。