(57)【要約】  カソードは、１つの面上に、その面を１００％未満覆う二硫化鉄を含有するコーティングを含む、フォイルのカレントコレクタを含む。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
電池であって、
ハウジングと、
前記ハウジング内のアノードと、
前記ハウジング内の電解質と、
前記ハウジング内のカソードとを含む電池であり、前記カソードが、
第１面及び前記第１面と反対側の第２面を有するフォイルを含むカレントコレクタと、
前記第１面上の第１コーティング及び前記第２面上の二硫化鉄を含む第２コーティングとを含み、
前記第１コーティングが前記第１面の１００％未満を覆うことを特徴とする、電池。
【請求項２】
前記第１コーティングが前記第１面の９０％未満を覆う、請求項１に記載の電池。
【請求項３】
前記第２コーティングが前記第２面の１００％未満を覆う、請求項２に記載の電池。
【請求項４】
前記第１コーティングが、前記第２コーティングが前記第２面を覆うより高い百分率で前記第１面を覆う、請求項１に記載の電池。
【請求項５】
前記フォイルがアルミニウム又はアルミニウムを含む合金を含む、請求項１に記載の電池。
【請求項６】
前記カソードが、内側表面を有する渦巻き状の中心部分及び外側表面を有する渦巻き状の外側部分を有する渦巻状に巻かれた構成である、請求項１に記載の電池。
【請求項７】
前記渦巻き状の中心部分の前記内側表面は、少なくとも約５０％が二硫化鉄を含むコーティングが無い、請求項６に記載の電池。
【請求項８】
前記渦巻状の外側部分の前記外側表面は、少なくとも約５０％が二硫化鉄を含むコーティングが無い、請求項６に記載の電池。
【請求項９】
前記アノードがリチウムを含む、請求項１に記載の電池。
【請求項１０】
電池であって、
ハウジングと、
前記ハウジング内のアノードと、
前記ハウジング内の電解質と、
前記ハウジング内のカソードとを含む電池であり、前記カソードが、
第１面及び第２面を有するフォイルを含むカレントコレクタと
前記第１面上の二硫化鉄を含む第１コーティング及び前記第２面上の二硫化鉄を含む第２コーティングとを含み、
カソードは、第１厚さを有する第１領域及び前記第１厚さと異なる第２厚さを有する第２領域を含むことを特徴とする、電池。
【請求項１１】
電池のカソードを製作する方法であって、
二硫化イオンを含むスラリーをカソードカレントコレクタの第１面へ、断続的なコーティングプロセスを使用してコーティングすることを含むことを特徴とする方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は電池、並びに関連する構成要素及び方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
電池又は電気化学セルは、一般的に用いられる電気エネルギー供給源である。電池は、典型的にはアノードと呼ばれる負電極と、典型的にはカソードと呼ばれる正電極を含有する。アノードは、酸化され得る活性物質を含有し、カソードは、還元され得る活性物質を含有又は消費する。アノード活性物質は、カソード活性物質を還元できる。
【０００３】
電池が装置内で電気エネルギー供給源として用いられるときには、電気的接続がアノード及びカソードになされ、電子が装置を貫流できるようにし、並びにそれぞれ酸化及び還元反応を生じさせて電力を提供する。アノード及びカソードに接触している電解質は、電極間のセパレータを貫流するイオンを含有し、放電中の電池全体の電荷の均衡を維持する。
【０００４】
一つのタイプの電池は、カソード活性物質として二硫化鉄を有するカソードを含む。
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明は二硫化鉄を含むカソード及びこのカソードを含む電池に関連する。
【０００６】
１つの態様では、本発明は、フォイル形状のカレントコレクタを含むカソードを特徴とする。前記フォイルは二硫化鉄を含むコーティングを有する第１面、及びこれもまた二硫化鉄を含むコーティングを有する第２面を有する。有意に、第１コーティングは第１面の１００％未満（例えば、約９０％未満）を覆う。
【０００７】
一部の実施形態では、第２コーティングは第２面の１００％未満を覆い、第１コーティングは、第２コーティングが第２面を覆うよりも高い百分率で第１面を覆う。
【０００８】
一部の実施形態では、カソードは、内側表面を含有する中心部分及び外側表面を有する外側部分を有する渦巻き状に巻かれた構成である。内側表面及び／又は外側表面は、少なくとも５０％（例えば、少なくとも９０％）は、二硫化鉄を含むコーティングが無い。
【０００９】
他の態様では、本発明は、フォイル形状のカレントコレクタを含むカソードを特徴とする。カレントコレクタの両面は、二硫化鉄を含むコーティングを有する。有意に、カソードはその長さに沿って（例えば、少なくとも約１０％、又は少なくとも約２０％）厚さが異なる。
【００１０】
本発明の他の態様は、上述のカソードを含む電池、並びにカソード及び電池を製作する方法を含む。
【００１１】
更に他の態様では、本発明は、二硫化鉄を含むスラリーをカソードカレントコレクタの第１面に断続的なコーティングプロセスを使用してコーティングすることによってカソードを製作する方法を特徴とする。一部の実施形態では、コーティングは、第１面にコーティングされていない部分で分離されたスラリーの斑状部をもたらす。
【００１２】
一部の実施形態では、この方法は更に、二硫化鉄を含むスラリーをカソードカレントコレクタの第２面へ、断続的なコーティングプロセスを使用してコーティングすることを含む。ある実施形態では、このコーティングは第２面にスラリーの無い部分で分離されたスラリーの第２の斑状部をもたらし、第１の班状部は長手方向に第２の班状部と重なり合う。
【００１３】
一部の実施形態では、断続的なコーティングプロセスには、リバースロールコーティングを含む。
【００１４】
本発明の他の態様、特徴、及び利点は、図面、説明、及び請求項の中に存在する。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】非水性電気化学セルの一実施形態の断面図。
【図２Ａ】図１の電気化学セルのカソード／アノードの断面図。
【図２Ｂ】図２Ａのカソードの巻きを伸ばした状態の断面図。
【図３Ａ】コーティングプロセスの概略図。
【図３Ｂ】コーティングプロセスの概略図。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
図１を参照すると、電気化学セル１０は、負のリード１４と電気接続されたアノード１２、正のリード１８と接続されたカソード１６、セパレータ２０、及び電解質を含む。アノード１２、カソード１６、セパレータ２０及び電解質はケース２２に収容されている。電解質は、溶媒系及びこの溶媒系に溶解された塩を含む。電気化学セル１０は、キャップ２４及び環状絶縁ガスケット２６、並びに安全弁２８を更に含む。
【００１７】
図２Ａに示すように、カソード１６は渦巻き状の配置に巻かれている。図２Ｂを参照すると、カソード１６は巻きを伸ばして平面状に構成することもできる。カソード１６はカソードカレントコレクタ３２を含む。カソードカレントコレクタは、コーティング３８を有する第１面３４、及びコーティング３９を有する第２面３６を有するフォイルである。コーティング３８及び３９は、カソード内のカソード活性物質である、二硫化鉄を含む。このコーティングは、１つ以上の導電性材料（例えば、導電補助剤、荷電制御剤）及び／又は１つ以上の結合剤を含むこともまたできる。カソード１６のリードエッジ３７は、両面ともコーティングされていない。
【００１８】
図２Ａ及び図２Ｂを再度参照すると、第１面３４はコーティングされていない表面４０を含み、且つ第２面３６はコーティングされていない表面４２を含む。巻かれた構成では、コーティングされていない内側表面４０はカソード１６の渦巻き状の中心部分に位置するが、コーティングされていない外側表面４２はカソード１６の渦巻き状の外側部分に位置する。これは、渦巻き状の中心部分に配置されたカソード活性物質、及び反対の極性の活性物質と接触しないカソード１６の渦巻き状の外側部分の量を減少させ、従って電池１０内のより多くの活性のために利用可能な内部体積が増大する。電池１０内の内部体積の増加は、例えば、反対の極性のより多い量の活性物質を電池１０内で連携させるためにお互いに接触させ、結果として電気化学セルの性能を向上させる。
【００１９】
一部の実施形態では、コーティングされていない表面４０及び４２は、第１面３４及び第２面３６のそれぞれ少なくとも約５％（例えば、少なくとも約１０％、少なくとも約１５％、少なくとも約２０％、少なくとも約２５％、少なくとも約３０％、少なくとも約３５％、少なくとも約４０％、少なくとも約４５％）の面積、及び／又は多くとも約５０％（例えば、多くとも約４５％、多くとも約４０％、多くとも約３５％、多くとも約３０％、多くとも約２５％、多くとも約２０％、多くとも約１５％、多くとも約１０％）の面積を有する。
【００２０】
図２Ａ及び図２Ｂに示した実施形態では、コーティングされていない表面４２は、コーティングされていない表面４０の面積よりも大きい面積を有する。面３４の面積に対するコーティングされていない面積４０の占める％と、面３６の面積に対するコーティングされていない面積４２の占める％との差は、少なくとも約５％（例えば、少なくとも約１０％、少なくとも約１５％、少なくとも約２０％、少なくとも約２５％、少なくとも約３０％、少なくとも約３５％、少なくとも約４０％、少なくとも約４５％）、及び／又は多くとも約５０％（例えば、多くとも約４５％、多くとも約４０％、多くとも約３５％、多くとも約３０％、多くとも約２５％、多くとも約２０％、多くとも約１５％、多くとも約１０％）である。
【００２１】
コーティング３８及び３９は、第１面３４及び第２面３６のそれぞれ面積比で１００％未満（例えば、約９５％未満、約９０％未満、約８５％未満、約８０％未満、約７５％未満、約７０％未満、約６５％未満、約６０％未満、約５５％未満）及び／又は面積比で約５０％超（例えば、約５５％超、約６０％超、約６５％超、約７０％超、約７５％超、約８０％超、約８５％超、約９０％超、約９５を超）である。
【００２２】
図２Ａ及び図２Ｂに示した実施形態では、コーティング３８は、第２面３６を覆うコーティング３９よりも広い第１面３４に対する面積比の百分率で覆う。面３４上のコーティング３８が覆う百分率と、面３６上のコーティング３８が覆う百分率との差は、少なくとも約５％（例えば、少なくとも約１０％、少なくとも約１５％、少なくとも約２０％、少なくとも約２５％、少なくとも約３０％、少なくとも約３５％、少なくとも約４０％、少なくとも約４５％）、及び／又は多くとも約５０％（例えば、多くとも約４５％、多くとも約４０％、多くとも約３５％、多くとも約３０％、多くとも約２５％、多くとも約２０％、多くとも約１５％、多くとも約１０％）である。
【００２３】
コーティング３８及び３９はそれぞれ厚さＴ１及びＴ２を有する。一部の実施形態ではＴ１及びＴ２は約７５マイクロメートル超（例えば、１００マイクロメートル超、１２５マイクロメートル超）、及び／又は１５０マイクロメートル未満（例えば、約１２５マイクロメートル未満、約１００マイクロメートル未満）である。コーティング３８及び３９は同じ厚さ又は異なる厚さを有することができる。
【００２４】
カソードカレントコレクタ３２はフォイルであり、例えば、１つ以上の金属及び／又は合金で形成されることができる。金属の例には、チタン、ニッケル、及びアルミニウムが挙げられる。合金の例には、アルミニウム合金、（例えば、１Ｎ３０、１２３０）及びステンレス鋼が挙げられる。ある実施形態では、カソードカレントコレクタ３２は比較的薄いフォイル（例えば、薄い可撓性のシート）であることができる。例えば、カソードカレントコレクタ３２は厚さが大きくても約３５マイクロメートル（例えば、大きくても約３０マイクロメートル、大きくても約２５マイクロメートル）、及び／又は小さくても約２０マイクロメートル（例えば、小さくても約２５マイクロメートル、小さくても約３０マイクロメートル）のフォイルであることができる。ある実施形態では、１つ以上のプライマーをフォイルに塗布できる。
【００２５】
一部の実施形態では、第１面３４及び／又は第２面３６は、カレントコレクタの片面に付き１平方センチメートル当たり少なくとも約２０ミリグラム（例えば、少なくとも約２１．５ミリグラム、少なくとも約２３ミリグラム、少なくとも約２５ミリグラム、少なくとも約２８ミリグラム）、及び／又は多くとも約３５ミリグラム（例えば、多くとも約３４ミリグラム、多くとも約３３ミリグラム）のコーティングの塗布量を有する。本願で使用される場合は、１つの面上のコーティングの塗布量は、下記の式（１）で計算され、式中、Ｌｃｍ＝選択された面のコーティングの塗布量、Ｍｃａｔ＝コーティングされたカソードの質量、Ｍｃｃ＝カソードカレントコレクタの質量、Ｎ＝カソードカレントコレクタのコーティングされた面の数、及びＡｃｃ＝カソードカレントコレクタのコーティングされた面積である。
【００２６】
（１）        Ｌｃｍ＝（Ｍｃａｔ−Ｍｃｃ）／ＮＡｃｃ
この式では、カソードコーティング及びフォイルの面積は、同様に計量される。
【００２７】
コーティング３８及び３９は、一般的に少なくとも約８５重量％（例えば、少なくとも約８７重量％、少なくとも約８９重量％、少なくとも約９１重量％、少なくとも約９２重量％）及び／又は多くとも約９５重量％（例えば、多くとも約９４重量％、多くとも約９３重量％）の二硫化鉄を含む。
【００２８】
導電性材料の例には、導電補助剤及び荷電制御剤が挙げられる。導電性材料の具体的な例には、カーボンブラック、黒鉛化カーボンブラック、アセチレンブラック、及びグラファイトが挙げられる。この導電性材料は、電気化学セル１０内のカソード１６の電子的な導電性を強化するために使用できる。コーティング３８及び３９は、通常最高約８重量％（例えば、最高約６重量％）及び／又は少なくとも約３重量％の１つ以上の導電性材料を含む。
【００２９】
結合剤の例には、線状二次ブロック及び三次ブロックコポリマーが挙げられる。ある実施形態では、線状二次ブロック及び三次ブロックコポリマーは実質的に主ポリマー鎖に二重結合を持たない、及び／又は主ポリマー鎖に共役二重結合を含むことができる。一部の実施形態では、結合剤はポリスチレン（例えば、２９重量％から３３重量％の量で）を含むことができる。結合剤の更なる例には、メラミン樹脂と架橋された線状三次ブロックポリマー、エチレンプロピレンコポリマー（例えば、エチレン含有量が少なくとも約４０％の）、エチレン−プロピレン−ジエンターポリマー（例えば、エチレン含有量が約７０％以下の）、三次ブロックフッ素化熱可塑性樹脂（例えば、ＴＦＥ／ＨＦＰ／ＶＦ２ターポリマー、ここでＴＦＥはテトラフルオロエチレン、ＨＦＰはヘキサフルオロプロピレン、そしてＶＦ２はフッ化ビニリデン）、フッ素化ポリマー（例えば、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ））、水素添加ニトリルゴム（例えば、少なくとも約３０％アクリロニトリルの）、フルオロ−エチレン−ビニルエーテルコポリマー、熱可塑性ポリウレタン（ＴＰＵ）、熱可塑性オレフィン（ＴＰＯ）、スチレン−エチレン−ブチレン−スチレン（ＳＥＢＳ）ブロックコポリマー（例えば、クレイトン（Kraton）（登録商標）Ｇ１６５１ポリマー）、及びフッ化ポリビニリデン（ＰＶＤＦ）ホモポリマー（例えば、キナー（Kynar）（登録商標）７６１ポリマー）が挙げられる。一部の実施形態では、カソード材料は膜形成ポリマーに形成された結合剤を含むことができる。本願において、膜形成ポリマーは、溶液を形成するために溶剤に加えることができ、後で乾燥して膜を形成することができる。
【００３０】
コーティング３８及び３９は、一般的に、例えば、多くとも約３重量％（例えば、多くとも約２重量％、多くとも約１重量％）、及び／又は少なくとも約０．５重量％（例えば、少なくとも約１重量％、又は少なくとも約２重量％）の１つ以上の結合剤を含む。
【００３１】
カソード１６は数多くの異なる方法のいずれかにより形成される。好ましい実施形態では、カソード１６は以下のように形成される。
【００３２】
二硫化鉄、導電性材料、及び／又は結合剤は、スラリーを形成するために１つ以上の溶媒に混合される（例えば、ダブルプラネタリーミキサーを使用して二硫化鉄、導電性材料、及び／又は結合剤を溶剤中に分散させて）。このスラリーは、例えば、少なくとも約５５重量％（例えば、少なくとも約６０重量％、少なくとも約６５重量％）、及び／又は多くとも約７５重量％（例えば、多くとも約７０重量％）の二硫化鉄を含むことができる。このスラリーは、通常、少なくとも約２重量％（例えば、少なくとも約２．５重量％、少なくとも約４重量％）、及び／又は多くとも約７．５重量％（例えば、多くとも約６重量％）の１つ以上の導電性材料（例えば、カーボンブラック、グラファイト）を含む。このスラリーは、例えば、少なくとも約１．５重量％（例えば、少なくとも約３重量％）、及び／又は多くとも約５重量％の１つ以上の結合剤を含む。
【００３３】
このスラリーは、例えば、少なくとも約６０重量％（例えば、少なくとも約６５重量％、少なくとも約７０重量％）、及び／又は多くとも約８５重量％（例えば、多くとも約７５重量％）のスラリー固体物を含む。
【００３４】
上述のように、このスラリーは１つ以上の溶媒を含む。一部の実施形態では、このスラリーは、比較的揮発性が低い（例えば、Ｎ−メチル−２−ピロリドン（ＮＭＰ））及び／又は比較的粘度が高い、１つ以上の溶媒を含むことができる。ある実施形態では、カソードカレントコレクタ上に比較的厚いコーティングを形成するため、及び／又はクラックに対する感受性が比較的低いカソードを形成するために、１つ以上のこれらの溶媒を含むスラリーを使用することができる。一部の実施形態では、欠陥が少なく又は無く、且つ／又は比較的均一なコーティングを形成するために、これらの溶媒の１つ以上を含むスラリーを使用することができる。溶媒の例には、芳香族炭化水素（例えば、シェルゾル（Shell Sol）（登録商標）Ａ１００）及び脂肪族炭化水素（例えば、シェルゾル（Shell Sol）（登録商標）ＯＭＳ）が挙げられる。一部の実施形態では、スラリーは、１つ以上の通常の炭化水素（例えば、ヘキサン）及び／又は分岐状炭化水素を含むことができる。ある実施形態では、スラリーは、１つ以上のイソ−及び／又は環状パラフィン系溶媒（例えば、ＶＭ＆Ｐナフサ（Naphtha）ＨＴ（登録商標））を含むことができる。
【００３５】
このスラリーは、例えば、少なくとも約２５重量％（例えば、少なくとも約３０重量％）及び／又は多くとも約４０重量％（例えば、多くとも約３５重量％）の溶媒を含む。
【００３６】
このスラリーは少なくとも約３Ｐａ．ｓ（３，０００ｃｐｓ）（例えば、少なくとも約５Ｐａ．ｓ（５，０００ｃｐｓ）、少なくとも約８Ｐａ．ｓ（８，０００ｃｐｓ））、及び／又は多くとも約３０Ｐａ．ｓ（３０，０００ｃｐｓ）（例えば、多くとも約２５Ｐａ．ｓ（２５，０００ｃｐｓ））の粘度を有することができる。本願においては、スラリーの粘度は、ブルックフィールドエンジニアリングラボラトリーズ社（Brookfield Engineering Laboratories）から入手可能な、ブルックフィールド（Brookfield）（登録商標）ＤＶ  ＩＩＩ粘度計を使用して測定される。粘度は、混合の直後に室温で測定される。スピンドル＃７が５０ＲＰＭで使用される。
【００３７】
図３Ａ及び図３Ｂを参照すると、スラリー１１０は、断続的な逆ロールコーティングプロセスを使用してフォイルの連続シート３２’上にコーティングされる。シート３２’はスプール１０２から２つの逆回転しているロール１０４と１０６との間の領域Ｒへ導入される。ロール１０６は、金属の内側部１０７、及び高度に架橋されたゴムのように、高摩擦で、弾力性があり、且つ化学的に不活性な材料で作られた内側部を取り囲む外側部１０８を含む。外側部１０８はシート３２’を領域Ｒを貫通して引っ張る。スラリー１１０はロール１０４へリザーバ１２０から塗布される。余分なスラリーは、ロール１０４への均一なコーティング厚さの塗布を補助するナイフエッジローラ１２２によって取り除かれる。ロール１０４はスラリー１１０をシート３２’の第１面３４’へ移す。ロール１０４と１０６は、スラリーの班状部３８’を形成するために、分離し、スラリー１１０の塗布を中断することができる。ロール１０４と１０６の分離は、隣接するスラリー班状部３８’の間に、コーティングされていない部分１４０をもまた作成することができる。ロール１０４と１０６の分離は、カム又はコンピューターによって制御される。
【００３８】
１つのカソードから他のカソードへのコーティング速度は可変である。これによって、例えば、異なる粘度を有するスラリーコーティングを利用することが可能になる。実例として、比較的粘稠なスラリーは、比較的遅いコーティング速度を使用して連続したシートに塗布することができる。一部の実施例では、コーティング速度は、与えられた連続シートによって変えることができる。これによって、例えば、結果として、シート上の不均一なスラリーの班状部を有するカソードが得られる。
【００３９】
コーティング速度は、例えば、少なくとも約０．１メートル毎秒（例えば、少なくとも約０．３メートル毎分、少なくとも約１メートル毎分）、及び／又は多くとも約３メートル毎分（例えば、多くとも約２．５メートル毎分、又は多くとも約２メートル毎分）にすることができる。
【００４０】
連続シート３２’の第１面３４’が班状部３８’でコーティングされた後、このシートを複数の乾燥領域、加熱した空気を濡れた表面に向けて当てた領域、（例えば、３つの乾燥領域）を通過させることにより、この班状部は乾燥される。空気の速度と温度は、領域から領域へ徐々に増加される。コーティングされたシートは、例えば、それぞれの領域で約０．５分間から１５分間乾燥させることができる。ある実施形態では、複数領域乾燥機は、温度が約４０℃の領域、温度が約６０℃の領域、及び温度が約１３０℃の領域を含むことができる。コーティングされたシートは、乾燥領域を、例えば、少なくとも０．５メートル毎分（例えば、少なくとも０．７メートル毎分）及び／又は多くとも０．８メートル毎分の線速度で通過することができる。
【００４１】
上述のコーティング及び乾燥プロセスは、面３４’上に乾燥した班状部３８’を有し、且つ面３６’上に乾燥した班状部３９’を有するフォイルの連続シートを生産するために、連続シート３２’（図３Ｂ）第２面３６’上でも繰り返すことができる。第２面３６’は、スラリーの班状部３９’の間にコーティングされていない空白部１４２を含む。空白部１４０のコーティングされていない部分４０’は、スラリーの班状部３９’の反対側の部分であり、空白部１４２のコーティングされていない部分４２’は、スラリーの班状部３８’の反対側の部分である。コーティングされていない部分４０’は、コーティングされていない部分４２’よりも長さが短い。
【００４２】
班状部３９’が乾燥された後、班状部３８’及び３９’を伴う連続シートは、４ロールの改造された「Ｚ」カレンダー装置を使用してカレンダー処理される。カレンダーロールは、必要に応じて加熱及び／又は冷却することができる。一部の実施形態では、シートはオフラインで、連続モード（例えば、リールからリールへ）でカレンダー処理することができる。いくつかの実施形態では、２つのニップを伴う２×２ロール構成、又は１つのニップを伴う２ロール構成を使用することができる。いくつかの実施形態では、カレンダー処理は低くくとも約２５℃及び／又は高くとも約６０℃の温度で行なうことができる。一部の実施形態では、カレンダー装置は少なくとも約０．３メートル毎分（例えば、少なくとも約０．５メートル毎分、少なくとも約０．８メートル毎分）及び／又は多くとも約１．２メートル毎分（例えば、多くとも約１メートル毎分）の線速度を有することができる。一部の実施形態では、カレンダー処理後のシートの伸長は１．５％未満である。
【００４３】
一部の実施形態では、コーティング３８及び３９は少なくとも約１５％（例えば、少なくとも約２５％）、及び／又は多くとも約３５％（例えば、多くとも約３０％）の空隙率を有する。本願で使用されるとき、空隙率は空隙によって占められるコーティングの体積百分率に等しい。空隙率は、下記の式（２）によって計算され、式中Ｖｆｉｎａｌ＝最終的なカソード中のコーティングの体積、Ｖｔｈｅｏ＝コーティングの理論的な体積である。
【００４４】
（Ｖｆｉｎａｌ−Ｖｔｈｅｏ）／Ｖｆｉｎａｌ
【数１】
2009545858.tif 000003
【００４５】
ある実施形態では、カレンダー処理の結果として、最終的なカソードは、カレンダー処理前の班状部３８’及び３９’を伴う連続シートの厚さの多くとも約８５％（例えば、多くとも約８０％）及び／又は少なくとも約５５％（例えば、少なくとも約７０％）の厚さを有することができる。
【００４６】
連続シート３２’は、カソード１６を提供するためにその長さ方向に沿った適切な点で切断される。単３電池用には、カソード１６は、例えば、約２７５ｍｍから約４００ｍｍ（例えば、約３１０ｍｍから約３５０ｍｍ）の長さを有することができ、単４電池用には、カソード１６は、例えば、約１２０ｍｍから約１８０ｍｍ（例えば、約１４０ｍｍから約１６０ｍｍ）の長さを有することができる。
【００４７】
アノード１２は、通常アルカリ金属（例えば、リチウム、ナトリウム、カリウム）及び／又はアルカリ土類金属（例えば、カルシウム、マグネシウム）の形態の、１つ以上のアノード活性物質を含む。アノード１２は、アルカリ金属（例えば、リチウム）とアルカリ土類金属との合金及び／又はアルカリ金属とアルミニウムとの合金を含むことができる。例えば、一部の実施形態では、アノード１２はリチウム−アルミニウム合金を含むことができるアノード１２は、基材（例えば、カレントコレクタ）を含んでも、基材を含まなくてもよい。一部の実施形態では、アノード１２は１つ以上の結合剤を含むことができる。結合剤の実施例には、ポリエチレン、ポリプロピレン、スチレン−ブタジエンゴム、及びポリフッ化ビニリデン（ＰＶＤＦ）を含む。アノード１２が１つ以上の結合剤を含む一部の実施形態では、アノード活性物質はスズ系材料、炭素系材料（例えば、炭素、グラファイト、アセチレン中間相炭素、コークス）、金属酸化物、及び／又はリチウム遷移金属酸化物を含むことができる。アノード活性物質及び１つ以上の結合物質は、ペーストを形成するために混合することができ、基材に塗布することができる。
【００４８】
電解質は液体、固体又はゲル（ポリマー）形状をとることができる。一部の実施形態では、電解質は、プロピレンカーボネ−ト（ＰＣ）、エチレンカーボネート（ＥＣ）、ジメトキシエタン（ＤＭＥ）（例えば、１，２−ジメトキシエタン）、ブチレンカーボネート（ＢＣ）、ジオキソラン（ＤＸ）、テトラヒドロフラン（ＴＨＦ）、γ−ブチロラクトン、ジエチルカーボネート（ＤＥＣ）、ジメチルカーボネート（ＤＭＣ）、エチルメチルカーボネート（ＥＭＣ）、ジメチルスルホキシド（ＤＭＳＯ）、メチルホルミエート（ＭＦ）、又はこれらの組合せ（例えば、混合物）などのような有機溶媒を含んでもよい。ある実施形態では、電解質は、ＳＯ２又はＳＯＣｌ２などのような無機溶媒を含むことができる。一部の実施形態では、電解質は、１つ以上の塩（例えば、２つの塩、３つの塩、４つの塩）を含むことができる。塩の例には、リチウムトリフルオロメタンスルホネート（ＬｉＴＦＳ）、リチウムトリフルオロメタンスルホンイミド（ＬｉＴＦＳＩ）、及びリチウムヘキサフルオロホスフェート（ＬｉＰＦ６）などのようなリチウム塩が挙げられる。含むことのできる、更なるリチウム塩は、例えば、スズキ（Suzuki）の米国特許第５，５９５，８４１号に記載されている。電解質に含むことのできるその他の塩には、ビス（オキサラト）ホウ酸塩が挙げられる。ビス（オキサラト）ホウ酸塩は、例えば、２００５年９月１５日に発行された、「非水性電気化学電池（Non-Aqueous Electrochemical Cells）」と題する、トティール（Totir）らの米国特許出願番号ＵＳ２００５／０２０２３２０  Ａ１に記載されている。
【００４９】
正のリード１８は、ステンレス鋼、アルミニウム、アルミニウム合金、ニッケル、チタン、又は鋼を含むことができる。正のリード１８は、環状の形とすることができ、円筒型電池の円筒と同軸に配置することができる。正のリード１８は、また、カレントコレクタに嵌合できる、カソード１６の方向の径方向延長部も含むことができる。延長部は、丸型（例えば、円形又は楕円形）、角型、三角型又は他の形状にすることができる。正のリード１８は、異なる形状を有する延長部を含むことができる。正のリード１８とカレントコレクタとは電気的に接触している。正のリード１８とカレントコレクタとの間の電気的接触は、機械的接触によって達成できる。一部の実施形態では、正のリード１８とカレントコレクタとは、共に溶接されることができる。
【００５０】
セパレータ２０は、電気化学セルで使用されるいずれの標準的なセパレータ材料からも形成することができる。例えば、セパレータ２０は、ポリプロピレン（例えば、不織布ポリプロピレン、微小多孔性ポリプロピレン）、ポリエチレン、及び／又はポリスルホンから形成することができる。セパレータは、例えば、ブラシ（Blasi）らの米国特許第５，１７６，９６８号に記載されている。
【００５１】
ケース２２は、例えば、１つ以上の金属（例えば、アルミニウム、アルミニウム合金、ニッケル、ニッケルメッキした鋼、ステンレス鋼）及び／又はプラスチック（例えば、ポリ塩化ビニル、ポリプロピレン、ポリスルホン、ＡＢＳ、ポリアミド）で作成することができる。
【００５２】
キャップ２４は、例えば、アルミニウム、ニッケル、チタン、又は鋼で作製することができる。
【００５３】
図１の電気化学セル１０は、一次電池であるが、一部の実施形態では、二次電池は上述のカソード材料を含むカソードを有することができる。一次電気化学セルは、１回だけ（例えば、消耗するまで）放電され、その後廃棄されることを意図される。一次電池類は、再充電させることは意図していない。一次電池は、例えば、デヴィッド・リンデン（David Linden）の電池ハンドブック（Handbook of Batteries）（マックグローヒル（McGraw-Hill）、第２版、１９９５年）に記載されている。二次電気化学セルは、何回も（例えば、５０回を超えて、１００回を超えて、又はそれ以上）再充電することができる。場合によっては、二次電池は、多くの層を有するセパレータ及び／又は比較的厚いセパレータなどのような、比較的頑丈なセパレータを含むことができる。二次電池類はまた、電池の中で生じ得る膨潤のような変化に適応する設計にすることもできる。二次電池については、例えば、フォーク及びサルキンド（Falk & Salkind）の「アルカリ貯蔵電池（Alkaline Storage Batteries）」、（ジョン・ワイリー・アンド・サンズ・インク（John Wiley & Sons, Inc.）１９６９年）、及びデヴィルロイ（DeVirloy）らの米国特許第３４５，１２４号に記載されている。
【００５４】
セルを組み立てるには、セパレータ２０を、アノード１２及びカソード１６と同様のサイズの断片に切断し、図１に示したように前記アノード１２と前記カソード１６との間に設置することができる。セパレータ２０はマンドレルの上に巻くことができ、さらにそれから、１．２５から１．５巻きした後、カソード１６を巻き始め、それにアノード１２が続く。その後、アノード１２、カソード１６、及びセパレータ２０はケース２２内に定置され、次いでケース２２は電解溶液で満たされ、封止される。ケース２２の一端は、気密性かつ液密性封止を提供できる、キャップ２４及び環状の絶縁ガスケット２６で閉鎖される。正のリード１８は、カソード１６をキャップ２４に接続する。安全弁２８は、キャップ２４の内側に配置され、電気化学セル１０内の圧力がある所定値を超えるときにその圧力を下げるように構成される。電気化学セルの組立方法は、例えば、モーゼス（Moses）の米国特許第４，２７９，９７２号、モーゼス（Moses）らの米国特許第４，４０１，７３５号、及びカーニー（Kearney）らの米国特許第４，５２６，８４６号に記述されている。
【００５５】
また、例えば、ボタン又はコイン電池構成、プリズム電池構成、剛性の薄層状電池構成、及び可撓性のパウチ、エンベロープ又はバッグ電池構成を含む、電気化学セルの他の構成も使用することができる。更に、電気化学セルは、任意の数の異なる電圧（例えば、１．５Ｖ、３．０Ｖ、４．０Ｖ）を有することができる。電気化学セルは、例えば、２００３年９月３０日に発行された、「電池（Batteries）」と題する、ベルコビッツ（Berkowitz）らの米国特許継続番号第１０／６７５，５１２号、２００５年５月２６日に発行された、「アルミニウム構成要素を含む電池（Battery Including Aluminum Component）」と題する、ベルコビッツ（Berkowitz）らの米国特許出願番号第２００５／０１１２４６７  Ａ１号、及び２００５年９月１５日に発行された、「非水性電気化学セル（Non-Aqueous Electrochemical Cells）」と題する、トティール（Totir）らの米国特許出願番号第２００５／０２０２３２０  Ａ１号に記載されている。
【００５６】
次の実施例は、説明に役立つことを意図しており、制限することを意図するものではない。
【実施例】
【００５７】
（実施例１）
約１５０のカソードが、以下の手順に従い、調製された。
【００５８】
先ず、１．９６グラムのクレイトン（Kraton）（登録商標）Ｇ１６５１ポリマー、５８．９５グラムのＦｅＳ２、０．７１グラムのカーボンブラック、及び４．７７グラムのグラファイト粉末を、１３．４１グラムのシェルゾル（Shell Sol）（登録商標）Ａ１００及び２０．２０グラムのシェルゾル（Shell Sol）（登録商標）ＯＭＳの混合物中に、スラリーを形成させるために、ダブルプラネタリーミキサーを使用して分散させた。このスラリーは、ブルックフィールド（Brookfield）（登録商標）粘度計、モデルＤＶＩＩＩを使用して測定される粘度が、２８℃で５５００ｍＰａ．ｓ（ＳＩ単位であり、１ｍＰａｓ＝０．００１Ｐａ．ｓ（１ｃｐｓ）である）、２１℃で１２００ｍＰａ．ｓであった。スピンドル＃７は５０ＲＰＭで使用された。
【００５９】
その後、このスラリーは、厚さ２０マイクロメートル、硬度調整Ｈ１８のアルミニウム合金１Ｎ３０のフォイルで形成されたカレントコレクタの両面にコーティングされた。このスラリーはカレントコレクタ上に、断続的な逆転ロール・コーティング装置を、速度０．５メートル毎分で、ギャップ設定０．３０５ｍｍで使用して、２パス（片面に付き１パス）でコーティングされた。スラリーの第１パスは、長さ３３６ｍｍのカレントコレクタの第１面にコーティングされた。第２パスでは、スラリーは、長さ２９５ｍｍのカレントコレクタの第２面にコーティングされた。カレントコレクタは、第１面にコーティングされていない１１ｍｍの終了部を有し、一方、第２面にはコーティングされていない４１ｍｍの誘導部を有した。
【００６０】
次に、このスラリーは３つの領域を持つ乾燥機を通過することによって乾燥された。このスラリーは最初の領域では約４０℃の温度で３分間、第２の領域では約６０℃の温度で３分間、第３の領域では約１３０℃の温度で３分間乾燥された。スラリーが乾燥したとき、厚さは０．２４２ｍｍであった（両面のコーティングとフォイルを含む）。
【００６１】
最後に、乾燥プロセスの結果得られたカソードは、線速度０．９０メートル毎秒でカレンダー処理されて最終厚さは０．１７５ｍｍとなった。カレンダー処理の後、カソードの空隙率はカソード材料の体積の約２１．２％を有した。
【００６２】
カソードがカレンダー処理された後、このカソードは、カレントコレクタの各々の面で、１平方センチメートル当たり２３．６ｍｇのカソード材料を有した。
【００６３】
このカソードは単三電池に組み込まれた。
【００６４】
その他の実施形態
特定の実施形態を記載してきたが、他の実施形態も可能である。例えば、カレントコレクタ３２の面３４はコーティングされていない面（４０）を１つだけ有するが、一部の実施形態では、２つ以上のコーティングされていない表面を含むことができる。同様に、面３６はコーティングされていない面（４２）を１つだけ有するが、いくつかの実施形態では、２つ以上のコーティングされていない表面を含むことができる。
【００６５】
更に、コーティングされていない面４０は、カソード１６の渦巻き状の中心部分の長さにほぼ対応するが、コーティングされていない表面４０は渦巻き状の中心部分の長さより短い長さ（例えば、約５０％短い又は７５％短い）とすることもできる。同様に、コーティングされていない面４２は、カソード１６の外側部分の長さにほぼ対応するが、コーティングされていない表面４２はより短い長さ（例えば、外側部分より約５０％短い又は７５％短い）とすることもできる。
【００６６】
断続的なロールコーティングプロセスが記述されているが、一部の実施形態では、カレントコレクタをコーティングするために、押出ダイコーティングなどのようなコーティングプロセスを使用することもできる。
【００６７】
特許出願、特許公報及び特許など、本明細書で言及してきた全ての参考文献は、それらの全体を参照として組み込む。
【００６８】
他の実施形態は、特許請求の範囲内にある。
【図１】
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【図２Ａ】
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【図２Ｂ】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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【国際調査報告】
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