(57)【要約】電気活性材料と集電体との間の電気伝導および接着接続を促進する、プライマー配設を提示する。一部の実施形態では、本明細書で説明されるプライマー配設は、第１および第２のプライマー層を含む。第１のプライマー層は、導電性支持体への良好な接着を提供するように設計されてもよい。１つの特定の実施形態では、第１のプライマー層は、ヒドロキシル官能基、例えばポリビニルアルコールを有する、実質的に未架橋のポリマーを含む。第２のプライマー層を形成するために使用される材料は、第２のプライマー層が、第１のプライマー層および電気活性層の両方に十分に接着するように選択されてもよい。第１および第２のプライマー層の組み合わせを含むある実施形態では、第１および第２のプライマー層のうちの一方または両方は、３０重量％未満の架橋ポリマー材料を含む。単層のポリマー材料だけを含むプライマーも提供される。
2011501383.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電極であって、
導電性支持体と、
該導電性支持体に隣接して配置され、かつ第１のポリマー材料を含む、第１のプライマー層であって、該第１のプライマー層は３０重量％未満の架橋ポリマー材料を含む、第１のプライマー層と、
該第１のプライマー層に隣接して配置され、かつ第２のポリマー材料を含む、第２のプライマー層であって、該第２のプライマー層は３０重量％未満の架橋ポリマー材料を含む、第２のプライマー層と、
該第２のプライマー層と電気的に連絡する電気活性層と
を備える、電極。
【請求項２】
前記第１のポリマー材料は、ヒドロキシル官能基を含む、請求項１に記載の電極。
【請求項３】
前記第１のポリマー材料は、ポリビニルアルコールである、請求項１に記載の電極。
【請求項４】
前記第１および第２のポリマー材料は、ポリビニルアルコールを含む、請求項１に記載の電極。
【請求項５】
前記第１のプライマー層は、実質的に非架橋のポリマー材料を含む、請求項１に記載の電極。
【請求項６】
前記第２のプライマー層は、実質的に非架橋のポリマー材料を含む、請求項１に記載の電極。
【請求項７】
前記第１のプライマー層の少なくとも一部は、前記第２のプライマー層の少なくとも一部に架橋される、請求項１に記載の電極。
【請求項８】
前記第２のポリマー材料は、ポリビニルピロリドン、ポリビニルアセテート、ポリアクリレート、またはポリビニルブチラールを含む、請求項１に記載の電極。
【請求項９】
前記第２のプライマー層は、前記電気活性層に直接隣接する、請求項１に記載の電極。
【請求項１０】
前記電気活性材料は、カソード材料を含む、請求項１に記載の電極。
【請求項１１】
前記電気活性材料は、電気活性硫黄含有材料を含む、請求項１に記載の電極。
【請求項１２】
前記第１および／または第２のプライマー層は、２０重量％未満の架橋ポリマー材料を含む、請求項１に記載の電極。
【請求項１３】
前記第１および／または第２のプライマー層は、１０重量％未満の架橋ポリマー材料を含む、請求項１に記載の電極。
【請求項１４】
前記第１のプライマー層は、前記第１のプライマー層の３０〜６０重量％の範囲でポリマー材料の総量を含む、請求項１に記載の電極。
【請求項１５】
前記第２のプライマー層は、前記第２のプライマー層の３０〜６０重量％の範囲でポリマー材料の総量を含む、請求項１に記載の電極。
【請求項１６】
集電体であって、
導電性支持体と、
該導電性支持体に隣接して配置され、かつ第１のポリマー材料を含む、第１のプライマー層と、
該第１のプライマー層に隣接して配置され、かつ第２のポリマー材料を含む、第２のプライマー層と、
を備え、
該第１および／または第２のポリマー材料は、ヒドロキシル官能基を含む、集電体。
【請求項１７】
前記第１のポリマー材料は、ヒドロキシル官能基を含む、請求項１６に記載の集電体。
【請求項１８】
前記第１のポリマー材料は、ポリビニルアルコールである、請求項１６に記載の集電体。
【請求項１９】
前記第２のポリマー材料は、ヒドロキシル官能基を含む、請求項１６に記載の集電体。
【請求項２０】
前記第２のポリマー材料は、ポリビニルアルコールである、請求項１６に記載の集電体。
【請求項２１】
前記第１および／または第２のプライマー層は、３０重量％未満の架橋ポリマー材料を含む、請求項１６に記載の集電体。
【請求項２２】
前記第１のプライマー層は、３０重量％未満の架橋ポリマー材料を含む、請求項１６に記載の集電体。
【請求項２３】
前記第１のプライマー層は、共有結合的に架橋されたポリマー材料を本質的に含まない、請求項１６に記載の集電体。
【請求項２４】
前記第１のプライマー層は、３０重量％未満の架橋ポリビニルアルコールを含む、請求項１６に記載の集電体。
【請求項２５】
前記第１および第２のプライマー層のうちの一方は、３０重量％未満の架橋ポリマー材料を含み、該第１および第２のプライマー層のうちの他方は、３０重量％を超える架橋ポリマー材料を含む、請求項１６に記載の集電体。
【請求項２６】
前記第２のポリマー材料は、ポリビニルピロリドン、ポリビニルアセテート、ポリアクリレート、またはポリビニルブチラールを含む、請求項１６に記載の集電体。
【請求項２７】
前記電気活性材料は、カソード材料を含む、請求項１６に記載の集電体。
【請求項２８】
前記電気活性材料は、電気活性硫黄含有材料を含む、請求項１６に記載の集電体。
【請求項２９】
前記第２のプライマー層は、前記電気活性層に直接隣接する、請求項１６に記載の集電体。
【請求項３０】
請求項１６に記載の集電体を含む、電極。
【請求項３１】
請求項１６に記載の集電体を含む、カソード。
【請求項３２】
前記第１および／または第２のプライマー層は、該層（一方または両方）を乾燥させた後に、それぞれ、該第１および／または第２のプライマー層の１０〜９０重量％の範囲の導電性充填材を含む、請求項１６に記載の集電体。
【請求項３３】
電極であって、
導電性支持体と、
該導電性支持体に隣接して配置され、かつ第１のポリマー材料を含む、第１のプライマー層であって、該第１のプライマー層は３０重量％を超える架橋ポリマー材料を含む、第１のプライマー層と、
該第１のプライマー層に隣接して配置され、かつ第２のポリマー材料を含む、第２のプライマー層であって、該第２のプライマー層は３０重量％を超える架橋ポリマー材料を含む、第２のプライマー層と、
該第２のプライマー層と電気的に連絡する電気活性層と
を備える、電極。
【請求項３４】
カソードを形成する方法であって、
導電性支持体に隣接して少なくとも１つのプライマー層を配置することであって、該プライマー層は、ヒドロキシル官能基を含むポリマー材料を含む、ことと、
該プライマー層に隣接してカソードスラリーを配置することであって、該カソードスラリーは、カソード活性材料と、導電性充填材と、溶媒とを含み、該カソードスラリーは、１０重量％を超える水を含む、ことと、
該カソードスラリーから該溶媒の少なくとも一部を除去することと
を含む、方法。
【請求項３５】
前記プライマー層は、８０℃を超える温度において、ポリマー材料を溶媒中で混合することによって処理される、請求項３４に記載の方法。
【請求項３６】
前記カソード活性材料は、硫黄を含む、請求項３４に記載の方法。
【請求項３７】
前記ポリマー材料の少なくとも一部は、架橋される、請求項３４に記載の方法。
【請求項３８】
前記プライマー層は、３０重量％を超える架橋ポリマー材料を含む、請求項３４に記載の方法。
【請求項３９】
前記プライマー層は、３０重量％未満の架橋ポリマー材料を含む、請求項３４に記載の方法。
【請求項４０】
前記プライマー層は、該プライマー層の３０〜６０重量％の範囲のポリマー材料の総量を含む、請求項３４に記載の方法。
【請求項４１】
前記カソードスラリーは、２０重量％を超える水を含む、請求項３４に記載の方法。
【請求項４２】
前記カソードスラリーは、３０重量％を超える水を含む、請求項３４に記載の方法。
【請求項４３】
前記ポリマー材料は、ヒドロキシル基を含む、請求項３４に記載の方法。
【請求項４４】
前記ポリマー材料は、ポリビニルアルコールを含む、請求項３４に記載の方法。
【請求項４５】
前記プライマー層は、該プライマー層を乾燥させた後に、該プライマー層の１０〜９０重量％の範囲の導電性充填材を含む、請求項３４に記載の方法。
【請求項４６】
前記プライマー層に隣接して第２のプライマー層を配置することをさらに含む、請求項３４に記載の方法。
【請求項４７】
カソードであって、
導電性支持体と、
該導電性支持体に隣接して配置され、かつヒドロキシル官能基を含むポリマー材料を含む、プライマー層と、
該プライマー層と電気的に連絡するカソード活性層であって、該カソード活性層は、乾燥させられる前に３０重量％を超える水を含む、プロセスによって作製される、カソード活性層と
を備える、カソード。
【請求項４８】
前記カソード活性層は、活性カソード材料として硫黄を含む、請求項４７に記載のカソード。
【請求項４９】
前記ポリマー材料の少なくとも一部は、架橋される、請求項４７に記載のカソード。
【請求項５０】
前記プライマー層は、３０重量％を超える架橋ポリマー材料を含む、請求項４７に記載のカソード。
【請求項５１】
前記プライマー層は、３０重量％未満の架橋ポリマー材料を含む、請求項４７に記載のカソード。
【請求項５２】
前記プライマー層に隣接して配置される、第２のプライマー層をさらに含む、請求項４７に記載のカソード。
【請求項５３】
カソードを形成する方法であって、
８０℃を超える温度で、ヒドロキシル官能基を含むポリマー材料を溶媒中で混合することと、
導電性充填材を該ポリマー材料および該溶媒に添加して、プライマースラリーを形成することと、
該プライマースラリーを導電性支持体上に配置して、プライマー層を形成することと、
該プライマー層に隣接してカソードスラリーを配置することであって、該カソードスラリーは、カソード活性材料と、導電性充填材と、溶媒とを含む、ことと、
該カソードスラリーから該溶媒の少なくとも一部を除去することと
を含む、方法。
【請求項５４】
前記カソードスラリーは、３０重量％を超える水を含む、請求項５３に記載の方法。
【請求項５５】
リチウムバッテリであって、
活性アノード種としてリチウム金属を含む、アノードと、
集電体によって支持される活性カソード種として硫黄を含む、カソードと
を備え、
リチウムバッテリの面積比抵抗は、５０オームｃｍ２未満である、リチウムバッテリ。
【請求項５６】
前記面積比抵抗は、１０オームｃｍ２未満である、請求項５５に記載のリチウムバッテリ。
【請求項５７】
前記活性カソード種と前記集電体との間に配置されるプライマー層をさらに含む、請求項５５に記載のリチウムバッテリ。
【請求項５８】
前記プライマー層は、ヒドロキシル基を含むポリマー材料を含む、請求項５７に記載のリチウムバッテリ。
【請求項５９】
前記プライマー層は、ポリビニルアルコールを含む、請求項５７に記載のリチウムバッテリ。
【請求項６０】
前記ポリビニルアルコールは、少なくとも部分的に架橋される、請求項５８に記載のリチウムバッテリ。
【請求項６１】
前記ポリビニルアルコールは、実質的に架橋されない、請求項５８に記載のリチウムバッテリ。
【請求項６２】
少なくとも２５０Ｗｈ／ｋｇのエネルギー密度を有する、請求項５５に記載のリチウムバッテリ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
（発明の分野）
本発明は、概して、電気化学電池に関し、より具体的には、電気化学電池の電極のためのプライマーに関する。
【背景技術】
【０００２】
典型的な電気化学電池は、電気化学反応に関与する、カソードとアノードとを有する。電極を製造するために、電気活性材料を導電性支持体上に蒸着させることがあり得るが、これは、電極のための集電体としての役割を果たすことができる。電気化学電池を効率的に機能させるためには、電気活性材料と導電性支持体との間の電気接触を保持することが極めて重要である。
【０００３】
「プライマー」または「プライマー層」としても知られる、電気活性材料と導電性支持体との間に蒸着される接着層は、電気活性材料と導電性支持体とを接着し、かつこれらの間に電気的な連絡を提供できることが知られている。既存のプライマーを利用することができるが、その多くは、電気活性材料および導電性支持体の両方に対して同時に良好な接着を提供せず、一方で、層間の良好な電気接触も提供しない。その結果、このようなプライマーを含む一部の電気化学電池は、放電容量が低い。したがって、１）電気化学電池における高い放電容量を増進するように、電気活性材料と導電性支持体との間に良好な接着および電気接触を提供し、２）電解質に適合し、かつ３）充電および／または放電中に、電気化学電池内の電気活性種の起こり得る腐食作用から集電体を保護できる、プライマーの必要性が存在する。
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００４】
電気化学電池、より具体的には、電気化学電池の電極のためのプライマーを提供する。
【０００５】
一実施形態では、電極を提供する。当該電極は、導電性支持体と、導電性支持体に隣接して配置され、かつ第１のポリマー材料を含む、第１のプライマー層であって、第１のプライマー層は、３０重量％未満の架橋ポリマー材料を含む、第１のプライマー層とを備える。当該電極は、第１のプライマー層に隣接して配置され、かつ第２のポリマー材料を含む、第２のプライマー層であって、第２のプライマー層は、３０重量％未満の架橋ポリマー材料を含む、第２のプライマー層も含む。当該電極は、第２のプライマー層と電気的に連絡する電気活性層も含む。
【０００６】
別の実施形態では、集電体を提供する。当該集電体は、導電性支持体と、導電性支持体に隣接して配置され、かつ第１のポリマー材料を含む、第１のプライマー層と、第１のプライマー層に隣接して配置され、かつ第２のポリマー材料を含む、第２のプライマー層とを備え、第１および／または第２のポリマー材料は、ヒドロキシル官能基を含む。
【０００７】
別の実施形態では、電極は、導電性支持体と、導電性支持体に隣接して配置され、かつ第１のポリマー材料を含む、第１のプライマー層であって、第１のプライマー層は、３０重量％を超える架橋ポリマー材料を含む、第１のプライマー層とを備える。当該電極は、第１のプライマー層に隣接して配置され、かつ第２のポリマー材料を含む、第２のプライマー層であって、第２のプライマー層は、３０重量％を超える架橋ポリマー材料を含む、第２のプライマー層も含む。当該電極は、第２のプライマー層と電気的に連絡する電気活性層も含む。
【０００８】
別の実施形態では、カソードを形成する方法を提供する。当該方法は、導電性支持体に隣接して少なくとも１つのプライマー層を配置するステップであって、プライマー層は、ヒドロキシル官能基を含むポリマー材料を含む、ステップを含む。随意に、ポリマー材料の少なくとも一部が架橋され得る。当該方法は、プライマー層に隣接してカソードスラリーを配置するステップであって、カソードスラリーは、カソード活性材料と、導電性充填材と、溶媒とを含み、カソードスラリーは、３０重量％を超える水を含む、ステップも含む。溶媒の少なくとも一部は、カソードスラリーから除去することができる。
【０００９】
別の実施形態では、カソードを提供する。当該カソードは、導電性支持体と、導電性支持体に隣接して配置され、かつヒドロキシル官能基を含むポリマー材料を含む、プライマー層とを備える。随意に、ポリマー材料の少なくとも一部が架橋され得る。当該カソードは、プライマー層と電気的に連絡するカソード活性層であって、乾燥させられる前に３０重量％を超える水を含む、プロセスによって作製される、カソード活性層も含む。
【００１０】
別の実施形態では、カソードを形成する方法を提供する。当該方法は、８０℃を超える温度で、ヒドロキシル官能基を含むポリマー材料を溶媒中で混合するステップと、プライマースラリーを形成するように、導電性充填材をポリマー材料および溶媒中に添加するステップと、プライマー層を形成するように、プライマースラリーを導電性支持体上に配置するステップとを含む。当該方法は、プライマー層に隣接してカソードスラリーを配置するステップであって、カソードスラリーは、カソード活性材料と、導電性充填材と、溶媒とを含む、ステップも含む。溶媒の少なくとも一部が、カソードスラリーから除去され得る。
【００１１】
別の実施形態では、リチウムバッテリを提供する。当該リチウムバッテリは、活性アノード種としてリチウム金属を含むアノードと、カソード集電体によって支持される活性カソード種として硫黄を含む、カソードとを含む。リチウムバッテリの面積比抵抗は、５０オームｃｍ２未満である。ある実施形態では、面積比抵抗は、４０、３０、２０、または１０オームｃｍ２未満である。リチウムバッテリは、活性カソード種とカソード集電体との間に配置されるプライマー層をさらに含み得る。一実施形態では、プライマー層は、ヒドロキシル基を含むポリマー材料を含む。例えば、プライマー層は、少なくとも部分的に架橋され得る、または実質的に非架橋であり得る、ポリビニルアルコールを含み得る、またはこれで形成され得る。
【００１２】
本発明の他の利点および新規な機構は、添付図面を参照して考察すれば、以下の本発明の様々な非限定的な実施形態の詳細な説明から明らかになろう。本明細書および参照することにより組み込まれる文書が不一致および／または矛盾を含む場合は、本明細書がこれを管理する。参照することにより組み込まれる２つ以上の文書が、互いに不一致および／または矛盾する開示を含む場合は、より最近の日付である文書がこれを管理する。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
非限定的な本発明の実施形態は、添付図面を参照して一例として記載されるものであり、添付図面は概略図であって一定の比率で描画することを意図したものではない。図面中、示される全く同じまたは同様の各構成要素は、一般的に同様の参照符号で表される。明確にするために、当業者が本発明を理解できるようにするための図示が不要である場合、全ての図面内の全ての構成要素に参照符号が付されず、また、本発明の各実施形態の全ての構成要素が示されるわけではない。
【図１】図１は、本発明の一実施形態による、第１および第２のプライマー層と、電気活性層と、導電性支持体とを含む、電極を示す図である。
【図２】図２は、本発明の他の実施形態による、導電性支持体に付着させた第１および第２のプライマー層および中間層を含む、プライマーを示す図である。
【図３】図３は、本発明の他の実施形態による、導電性支持体に付着させた単層プライマーを示す図である。
【図４】図４は、本発明の他の実施形態による、実施例１および比較実施例１に記載される電気化学電池に対する電池サイクルの関数としての特定放電容量を示す図である。
【図５】図５は、本発明の他の実施形態による、実施例２および比較実施例２に記載される電気化学電池に対する電池サイクルの関数としての特定放電容量を示す図である。
【図６】図６は、本発明の他の実施形態による、実施例４および比較実施例３に記載される電気化学電池に対する電池サイクルの関数としての特定放電容量を示す図である。
【図７】図７は、本発明の他の実施形態による、実施例４、５、６および比較実施例４に記載される電気化学電池に対する電池サイクルの関数としての特定放電容量を示す図である。
【図８】図８は、本発明の他の実施形態による、実施例７および比較実施例５に記載される電気化学電池に対する電池サイクルの関数としての特定放電容量を示す図である。
【図９】図９は、本発明の他の実施形態による、実施例８および比較実施例６に記載される電気化学電池に対する電池サイクルの関数としての特定放電容量を示す図である。
【図１０】図１０は、本発明の他の実施形態による、実施例１０および比較実施例８に記載される電気化学電池に対する放電電流の関数としての分極を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
本発明は、概して、電気化学電池に関し、より具体的には、電気化学電池の電極のためのプライマーに関する。具体的には、電気活性層と集電体との間の電気伝導および接着接続を促進する、プライマー配設および組成を提示する。一部の実施形態では、本明細書で説明されるプライマー配設は、同じまたは異なる材料とすることができる、第１および第２のプライマー層を含む。第１のプライマー層は、導電性支持体への良好な接着を提供するように設計されてもよく、また、例えば、ヒドロキシル官能基、例えばポリビニルアルコール、を有する、架橋された、または実質的に非架橋のポリマー（例えば、結合剤）を含んでもよい。第２のプライマー層を形成するために使用される材料は、第２のプライマー層が、第１のプライマー層および電気活性層の両方に十分に接着するように選択されてもよい。第１および第２のプライマー層の組み合わせを含む、ある実施形態では、第１および第２のプライマー層のうちの一方または両方は、３０重量％未満の架橋ポリマー材料を含む。他の実施形態では、第１および第２のプライマー層のうちの一方または両方は、３０〜６０重量％の架橋ポリマー材料を含む。単層のポリマー材料だけを含むプライマーも提供する。
【００１５】
本発明の一側面は、本明細書で十分に説明されるように、デバイスのための１つ以上のプライマー層における、低架橋度または実質的に無架橋の発見である。当業者は、プライマー層の架橋が低減または排除されるにつれて、実際にデバイスが受ける比較的に過酷な条件下でのそのプライマー層の凝集力が、デバイスが早期に機能しなくなる程度まで損なわれ、また、架橋は、プライマー層の凝集力を向上させて頑健性を増加させことが予期される、と予期されていたであろう。十分な頑健性に必要なプライマー層内の凝集を維持する一方で、プライマー層内でほとんど架橋しないか、または全くしないことによって促進される、プライマー層間（および／または、プライマー層と導電性支持体または電気活性材料との間）の向上した接着特性が可能となることは、予期されていなかったであろう。したがって、本発明の特定の側面は、頑健なデバイスのために、プライマー層内および層間の十分な接着および内部凝集力の両方を伴う、１つ以上のプライマー層を低減または実質的に排除した架橋の組み合わせ、という点では驚くべきことである。実動する実施例および添付図面は、この頑健性を実証する。
【００１６】
したがって、ある実施形態では、本明細書で説明されるプライマー層は、以下の特徴のうちの１つ以上を有するように構築および配設される。集電体とプライマー層（例えば、第１のプライマー層）との間の良好な接着および電気伝導、多層プライマー内の第１のプライマー層と第２のプライマー層との間の良好な接着および電気伝導、プライマー層（例えば、第２のプライマー層）と電気活性層（電気活性材料および電子伝導性材料等の他の随意の添加物を含み得る）との間の良好な接着および電気伝導、および例えば充電および／または放電中の、集電体への電気活性材料の起こり得る腐食作用の防止。加えて、本発明のプライマーを含む本明細書で説明されるバッテリは、特定の市販のプライマーを含むバッテリよりも低い面積比抵抗を有し得る。
【００１７】
本明細書で説明されるプライマー層は、好ましくは、バッテリの全重量を低減するために薄いものである（例えば、約１０ミクロン未満）。さらに、プライマー層は、電気化学電池が高い電気化学「容量」またはエネルギー貯蔵能力（すなわち、低減された容量低下）を有するために、電解質中で安定しているべきであり、また、電極の構造的完全性を妨げるべきではない。
【００１８】
本明細書で説明される多くの実施形態は、リチウム−硫黄充電式バッテリ（すなわち、硫黄含有カソードおよびリチウムアノードを含むバッテリ）に関する。しかしながら、リチウム−硫黄電池が説明される場合は、あらゆる類似したアルカリ金属バッテリ（アルカリ金属アノード）を使用できるものと理解されたく、また、本明細書で活性カソード種として硫黄を含むカソードが説明される場合は、あらゆる好適なカソード活性種を使用できるものと理解されたい。加えて、充電式バッテリが本発明から利益を受けることを意図しているが、非充電式（すなわち、一次）バッテリも同様に本発明から利益を受けることを意図している。さらに、本発明の実施形態は、電気化学的に活性な層を、異なる構造および表面特性を伴う導電性材料に接着するのに特に有用であるが、本発明は、接着および／または電気接続が所望される他の用途に適用することができ得る。
【００１９】
上述のように、本発明の一側面は、導電性支持体および電気活性材料の両方への良好な接着を達成する、多層プライマーに関する。図１の例示的実施形態に示されるように、電極２は、導電性支持体２２と、プライマー４とを含む。プライマー４は、導電性支持体に隣接する第１のプライマー層２４、ならびに第１のプライマー層に隣接する第２のプライマー層２６を含む。示されるように、第２のプライマー層２６は、電気活性層３０（例えば、硫黄を含むカソード活性層またはリチウム金属を含むアノード活性層）と電気的に連絡する。随意に、２００６年４月６日に出願され、名称が「Ｒｅｃｈａｒｇｅａｂｌｅ  Ｌｉｔｉｕｍ／Ｗａｔｅｒ，Ｌｉｔｉｕｍ／Ａｉｒ  Ｂａｔｔｅｒｉｅｓ」である、Ａｆｆｉｎｉｔｏ他への米国特許出願第１１／４００，７８１号に詳細に説明されているように、電気活性材料を電解質から保護する多層構造等の、付加層（図示せず）が、電気活性材料３０の最上部に存在し得、当該特許は、参照することによってその全体が本明細書に組み込まれる。
【００２０】
一部の実施形態では、第１のプライマー層２４および第２のプライマー層２６のうちの一方または両方は、ポリマー材料で形成される。２つの層を形成するために使用されるポリマー材料は、同じまたは異なるものであってもよい。ある場合では、第１および／または第２のプライマー層のポリマー材料の少なくとも一部が架橋され、他の場合では、ポリマー材料は、実質的に架橋されない。
【００２１】
２つ以上の個々のポリマー鎖を、ポリマー鎖のうちの１つの末端部ではない少なくとも１つの位置で相互に接続する、架橋結合が存在する時に、ポリマーの少なくとも一部が架橋される。例えば、プライマー層が、ある重量パーセントの架橋ポリマー材料を含む場合、その層内のその重量パーセントの個々のポリマー鎖は、その層内で別のポリマー鎖を伴うポリマー鎖に沿った、少なくとも１つの中間（例えば、非末端）位置で連鎖され得る。一部の実施形態では、架橋結合は、共有結合である。他の実施形態では、架橋結合は、イオン結合である。同時に、架橋ポリマー鎖は、相互結合した、三次元ポリマーネットワークを作り出す。独立したポリマーを相互に付着させる架橋結合は、紫外線、ガンマ線、架橋剤、熱刺激、光化学刺激、電子ビーム、自己架橋、遊離基等の方法、および当業者に周知の他の方法によって発生させられ得る。
【００２２】
ある場合では、第１および／または第２のプライマー層は、（例えば、プライマー層を乾燥させた後に定量した時に）３０重量％未満の架橋ポリマー材料を含む。すなわち、特定の層のポリマー材料を形成する３０重量％未満の個々のポリマー鎖は、その層内で別の個々のポリマー鎖を伴うポリマー鎖に沿った、少なくとも１つの中間（例えば、非末端）位置で架橋され得る。第１および第２のプライマー層のうちの一方または両方は、２５重量％未満、２０重量％未満、１５重量％未満、１０重量％未満、５重量％未満、または２重量％未満、あるいは０％の架橋ポリマー材料を含み得る。ある実施形態では、第１および／または第２のプライマー層は、３０重量％未満の共有結合的に架橋されたポリマー材料を含む。例えば、第１および第２のプライマー層のうちの一方または両方は、２５重量％未満、２０重量％未満、１５重量％未満、１０重量％未満、５重量％未満、または２重量％未満、あるいは０％の共有結合的に架橋されたポリマー材料を含み得る。１つの特定の実施形態では、第１および第２のプライマー層のうちの一方または両方は、共有結合的に架橋された材料を本質的に含まない。
【００２３】
プライマー層は、例えば３０％未満の架橋ポリマー材料を含み得るが、以下に詳述するように、プライマー層内のポリマー材料の（例えば、架橋および非架橋ポリマー材料を組み合わせた）総量は、例えばプライマー層の２０〜９０重量％に変化し得るものと理解されたい。
【００２４】
１つの特定の実施形態では、第１のプライマー層２４は、３０重量％未満の架橋ポリマー材料（例えば、ポリビニルアルコール）を含み、第２のプライマー層２６も同様に、３０重量％未満の架橋ポリマー材料（例えば、ポリアクリレート、ポリビニルピロリドンおよびビニルアセテートのコポリマー、およびポリビニルブチラール）を含む。他の実施形態では、第１および第２のプライマー層のうちの一方は、３０重量％未満の架橋ポリマー材料を含み、第１および第２のプライマー層のうちの他方は、３０重量％を超える架橋ポリマー材料を含む。さらに他の実施形態では、第１および第２のプライマー層は、どちらも３０重量％を超える架橋ポリマー材料を含み得る。
【００２５】
電極は、ときには同じ材料で形成される第１および第２のプライマー層を含むが、第１および第２のプライマー層は、異なる架橋度を有する。例えば、第１のプライマー層は、実質的に非架橋のポリビニルアルコールを含んでもよく、第２のプライマー層は、架橋ポリビニルアルコールを含んでもよい。他の配設も、可能である。
【００２６】
一部の実施形態では、プライマーの１つ以上のプライマー層は、実質的に非架橋のポリマー材料を含む。本明細書で使用する場合、「実質的に非架橋の」という用語は、プライマー層を形成して、それらに関連する電気化学電池を製造するために、ポリマー材料の通常の処理を行う間に、紫外（ＵＶ）線への露出および架橋剤の添加等の、ポリマー材料内に架橋を引き起こすことが共通に知られている方法が使用されないことを意味する。実質的に非架橋の材料は、ポリマー材料に固有の架橋度を超えない架橋度を有する程度まで、架橋材料を本質的に含み得ない。一部の実施形態では、実質的に非架橋の材料は、プライマー層を形成して、それらに関連する電気化学電池を製造するために、ポリマー材料の通常の処理を行った後に、ポリマー材料に固有の架橋度以下の架橋度を有する程度まで、架橋材料を本質的に含まない。一般的に、実質的に非架橋の材料は、その組成内に、１０重量％未満、７重量％未満、５重量％未満、２重量％未満、または１重量％未満の架橋ポリマー材料を有する。ある実施形態では、実質的に非架橋の材料は、その組成内に、１０重量％未満、７重量％未満、５重量％未満、２重量％未満、または１重量％未満の共有結合的に架橋されたポリマー材料を有する。
【００２７】
一実施形態では、図１の第１のプライマー層２４は、３０重量％未満の架橋ポリマー材料（例えば、２０重量％未満、１５重量％未満、１０重量％未満の架橋ポリマー材料）を含み、第２のプライマー層２６は、実質的に様々な程度まで架橋される。第１のプライマー層は、第２のプライマー層への十分な接着を有することができるように、例えば３０重量％未満まで、実質的に架橋されなくても、または架橋されてもよい。第２のプライマー層は、例えば、１０重量％を超える、２０重量％を超える、３０重量％を超える、４０重量％を超える、５０重量％を超える、６０重量％を超える、７０重量％を超える、８０重量％を超える、または９０重量％を超える架橋ポリマー材料を含んでもよい。紫外線または架橋剤への材料の露出等の、架橋を引き起こす上述した方法のうちの１つ以上を用いてもよい。第２のプライマー層の架橋は、場合によっては、第２のプライマー層と、電気活性層および第１のプライマー層のうちの一方または両方とのより良好な接着を増進し得る。以下に詳述するように、架橋された第２のプライマー層を含む電極の形成は、随意に、第２のプライマー層内の構成要素と選択的に相互作用する電気活性層における構成要素（例えば、溶媒）の添加を伴う。第２のプライマー層は、電気活性層および／または第１のプライマー層に架橋されてもよく、または電気活性層および／または第１のプライマー層に実質的に架橋されなくてもよい。
【００２８】
別の実施形態では、第１のプライマー層のポリマー材料の少なくとも一部は、架橋され、第２のプライマー層のポリマー材料は、随意に、架橋される、または実質的に架橋されない。第１のプライマー層（および随意に、第２のプライマー層）は、例えば、１０重量％を超える、２０重量％を超える、３０重量％を超える、４０重量％を超える、５０重量％を超える、６０重量％を超える、７０重量％を超える、８０重量％を超える、または９０重量％を超える架橋ポリマー材料を含み得る。架橋された、または実質的に架橋されない第１および第２のプライマー層の他の配設も可能である。
【００２９】
ポリマー材料は、少なくとも１つの架橋結合に関与する鎖の数に応じて、様々な程度に架橋され得る。ポリマー材料の総質量中の架橋ポリマーの重量パーセントは、考察中の全質量に対する、架橋結合に関わるポリマーの質量を同定することによって定量され得る。このような定量は、例えばＦＴＩＲおよび示差走査熱量測定（ＤＣＳ）を含む、様々な科学的方法により、当業者によって達成され得る。
【００３０】
別の多層プライマー配設は、図２に示される。図２の例示的実施形態に示されるように、電極５は、プライマー８を含む集電体６を含む。プライマー８は、中間層２８によって第２のプライマー層２６から分離される、第１のプライマー層２４を含む。電気活性材料３０は、第２のプライマー層と電気的に連絡する。いくつかの実施形態では、中間層２８は、第３のプライマー層である。したがって、本発明の一部の実施形態では、３つ以上のプライマー層を含むプライマーが、必要に応じて使用され得る。他の実施形態では、中間層２８は、導電性支持材料、金属層、プラズマ処理された層、イオン層等である。層２８の組成および厚さは、例えば、その電気伝導度、接着性、および／または他の機械的または物理的特性に基づいて選択され得る。他の実施形態では、中間層２８は、電気活性材料３０と第２のプライマー層２６との間に、および／または第１のプライマー層２４と導電性支持体２２との間に配置される。ある場合では、本発明の電極は、電極の種々の層間に配置される２つ以上の中間層を含む。
【００３１】
図２に示されるように、第１のプライマー層２４は、第３の中間層２８を介して第２のプライマー層２６に隣接する。他の実施形態では、例えば、図１に示されるように、第１のプライマー層２４は、第２のプライマー層２６に直接隣接する。
【００３２】
本発明の別の側面は、導電性支持体と電気活性材料層との間に配置される単層プライマーが、このような層の間に良好な接着および電気的な連絡を提供することができるという予期しない発見である。一般的に、このタイプの一部のバッテリでは、単層プライマーは、導電性支持体および電気活性材料のうちの、両方ではなく、一方への良好な接着および電気的な連絡を提供することができる。例えば、実質的に非架橋の材料で形成される単層プライマーは、場合によっては、電気活性材料には良好な接着を有し得るが、導電支持体には不十分な接着を有し得る。一方では、架橋ポリマー材料で形成される特定の単層プライマーは、導電性支持体には良好な接着を有し得るが、電気活性材料には不十分な接着を有し得る。しかしながら、発明者らは、適切な層間の物理的および／または化学的な相互作用を増進する特定の様態で、単層プライマーおよび電気活性材料を処理することによって、導電性支持体および電気活性材料の両方への単層プライマーの良好な接着を達成できることを発見した。
【００３３】
集電体と電気活性材料との間に配置される単層プライマーを含む電極の一実施例は、図３に示される。図３に示される実施形態に示されるように、電極１０は、プライマー層２４を介して電気活性材料３０と電気的に連絡する、導電性支持体２２を含む。単層プライマーは、一部の実施形態では架橋される場合があるが、他の実施形態では架橋されない場合がある。有利には、導電性支持体および電気活性材料の両方への良好な電気接続、ならびに良好な接着を提供することができる単層プライマーは、バッテリの全重量、ならびにバッテリの組み立てに必要である製造ステップの数を低減することができる。一部の実施形態では、電極１０は、層２２と２４との間および／または層２４と３０との間に、中間層（例えば、プラズマ処理された層）等の他の構成要素を含むことができ、このような中間層は、隣接する層間の接着を向上させ得ることを理解されたい。
【００３４】
発明者らは、特定のプライマー層が、例えば、処理中に、層のうちの１つ以上の組成を変更することによって、導電性支持体と、電気活性材料および／または第２のプライマー層との間に良好な接着を提供できることを予期せずに発見した。一実施形態では、これは、接着を増進するように好都合に相互作用する構成要素を、プライマー層および電気活性材料層の両方に含めることによって達成される。例えば、一実施形態では、プライマー層は、ヒドロキシル官能基を含み、電気活性材料は、比較的に高い水量（例えば、２０〜８０重量％の水）を含む、スラリー（すなわち、少なくとも２つの構成要素の混合物）として形成される。追加的または代替的に、ある実施形態では、比較的に高い水量が、プライマー組成物のスラリー内に存在し得る。理論に束縛されるものではないが、発明者らは、スラリー中の水が、スラリー中のポリマーの少なくとも一部を可溶化できるものと仮定している。例えば、水は、プライマー層（または電気活性層）の形成に用いられるポリマー材料（例えば、ポリビニルアルコール）の全てまたは一部を可溶化し得る。可溶化ポリマーは、次いで、ポリマーと接触する表面に存在し得る表面ヒドロキシル基との水素結合に関与する可能性があり、これは、ポリマーと表面との間に良好な接着を生じさせることができる。例えば、プライマー層のヒドロキシル基と水素結合することができる材料を含む電気活性層は、より良好な接着を達成し得る。別の実施例では、プライマー層と接触する表面は、酸化アルミニウムの表面層を含むアルミニウムの集電体とされ得、表面層の一部は、ヒドロキシル基を含み得る。これらの表面ヒドロキシル基は、プライマー層の溶媒和したポリマーのヒドロキシル基との水素結合に関与することができる。加えて、一部の実施形態では、第１のプライマー層の可溶化ポリマーは、各層の分子（例えば、ポリマー鎖）が、界面で相互に絡み合うように、第１のプライマー層と接触する（例えば、第２のプライマー層または電気活性材料層の）ポリマー材料と物理的に相互作用し得る。この絡み合いは、層の乾燥させた後（水および／または他の溶媒が除去され得る時）であっても、２つの層の接着に至らしめることができる。
【００３５】
追加的または代替的に、電気活性材料層は、プライマー層と好都合に相互作用し、かつ乾燥させた後であっても電気活性材料層内に残る、ある化学組成を含んでもよい。例えば、電気活性材料層は、ポリマー材料（例えば結合剤）、またはプライマー層のそれと相互作用することができる、ある官能基（例えば、ヒドロキシルまたはエーテル基）を含有する、他の材料を含んでもよい。１つの特定の実施形態では、電気活性材料層およびプライマー層は、どちらも、互いに架橋することができる、１つ以上のポリマーを含む。プライマー層は、比較的に多量（例えば、過剰）の架橋剤を有するように調製されてもよい。プライマー層に隣接する電気活性材料を含有するスラリーを配置すると、２つの層の界面の架橋剤は、電気活性材料層内のポリマーとプライマー層内のポリマーとの間に架橋を生じさせることができる。
【００３６】
本発明の一実施形態によれば、電極（例えば、カソード）を形成する方法は、ヒドロキシル官能基を含むポリマー材料を含み、ポリマー材料の少なくとも一部が架橋され、導電性支持体に隣接する、プライマー層を配置するステップを含む。電極スラリーは、プライマー層に隣接して配置することができ、電極スラリーは、プライマー層内の構成要素（例えば、ポリビニルアルコール等のヒドロキシル含有ポリマー）と相互作用することができる、１０重量％を超える、２０重量％を超える、３０重量％を超える、または４０重量％を超える溶媒（例えば、水）を含む。場合によっては、電極スラリーは、３０〜６０重量％のこのような溶媒（例えば、水）を含む。電極は、次いで、溶媒の少なくとも一部を除去するように、部分的または完全に乾燥されてもよい。このプロセスは、層間に良好な接着をもたらすことができる。
【００３７】
他の実施形態では、電極スラリーは、水（例えば、水素結合を形成することができる他の溶媒）に加えて、またはその代わりに、他の溶媒を含むことができ、プライマー層の構成要素との好都合な相互作用をもたらすことができる。これらの、および他の実施形態では、プライマー層は、電気活性材料層の構成要素と好都合に相互作用させることができる様態でも処理され得る。例えば、プライマー層のポリマー材料の溶解および／または分散を増進するために、ポリマー材料は、プライマー層を配置する前に、６０℃を超える、７０℃を超える、８０℃を超える、または９０℃を超える温度で、適切な溶媒中に混合されてもよい。
【００３８】
上述した組成および方法は、単層プライマー、多層プライマー、および良好な接着および／または電気接続が所望される他の用途について、良好な接着を達成するために用いられ得ることを理解されたい。
【００３９】
上述のように、一部の実施形態では、本明細書で説明されるプライマー層（例えば、それぞれ、図１〜２の第１および／または第２のプライマー層の第１および／または第２のポリマー材料、および／または図３のプライマー層）は、ヒドロキシル官能基を含む。ヒドロキシル基は、アルミニウム箔および／またはアルミめっきを施したポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）膜等の、導電性支持体に、良好な接着を提供し得る。ヒドロキシル含有ポリマーの限定的でない例には、ポリビニルアルコール、ポリビニルブチラール、ポリビニルホルマール、ビニルアセテートおよびビニルアルコールのコポリマー類、エチレンおよびビニルアルコールのコポリマー類、およびビニルアルコールおよびメチルメタクリレートのコポリマー類が挙げられる。ヒドロキシル含有ポリマーは、様々な加水分解のレベル（それによって、様々な量のヒドロキシル基を含む）を有し得る。例えば、ビニルに基づくポリマーは、５０％を超えて加水分解され得る、６０％を超えて加水分解され得る、７０％を超えて加水分解され得る、８０％を超えて加水分解され得る、９０％を超えて加水分解され得る、９５％を超えて加水分解され得る、または９９％を超えて加水分解され得る。加水分解度が大きくなるにつれて、導電性支持体へのヒドロキシル含有材料の接着をより良好にすることができるようになり得、場合によっては、ポリマーを電解質中に溶け難くさせ得る。他の実施形態では、ヒドロキシル基を有するポリマーは、ヒドロキシル官能基で、５０％未満が加水分解され得る、４０％未満が加水分解され得る、３０％未満が加水分解され得る、２０％未満が加水分解され得る、または１０％未満が加水分解され得る。１つの特定の実施形態では、第１のプライマー層は、ヒドロキシル基を含み、第２のプライマー層は、第１のプライマー層の材料組成とは異なる材料組成を有する。
【００４０】
いくつかの実施形態では、本明細書で説明されるプライマー層は、ポリビニルアルコールを含む。プライマー層内のポリビニルアルコールは、場合によっては、架橋されてもよく、他の場合では、実質的に架橋されなくてもよい。１つの特定の実施形態では、導電性支持体（例えば、第１のプライマー層）に直接隣接するプライマー層は、ポリビニルアルコールを含む。別の実施形態では、プライマー層は、本質的にポリビニルアルコールから成る。ポリビニルアルコールは、このような実施形態では、実質的に架橋されなくてもよく、または、他の場合には、第１のプライマー層を形成するために使用される材料の３０％未満が架橋される。例えば、導電性支持体に直接隣接し、かつポリビニルアルコールを含むプライマー層は、３０重量％未満、２０重量％未満、１５重量％未満、１０重量％未満、５重量％未満、または２重量％未満の架橋ポリビニルアルコールを含んでもよい。このようなプライマー層は、随意に、第１のプライマー層の材料組成とは異なる材料組成を有し得る、第２のプライマー層に隣接してもよい。場合によっては、第２のプライマー層は、架橋される。第２のプライマー層は、第１のプライマー層および電気活性材料に適切に接着することができる、あらゆる好適な材料を含んでもよい。このような材料の例には、ポリビニルブチラール、ポリアクリレート、ポリビニルピロリドン、およびポリビニルアセテート、ならびにそのコポリマー類が挙げられるが、これに限定されない。他の好適なポリマーは、以下に詳細に説明する。１つの特定の実施形態では、第２のプライマー層を形成するために使用される材料は、第１のプライマー層と硫黄含有カソードとの間に良好な接着を提供するように架橋される。
【００４１】
ある実施形態では、プライマーの２つのプライマー層は、ヒドロキシル官能基を有するポリマーを含む。第１および第２のプライマー層のポリマー内のヒドロキシル官能基の割合は、異なり得る。例えば、一実施形態では、第１のプライマー層は、第２のプライマー層よりも、少なくとも２０％多い、少なくとも４０％多い、少なくとも６０％多い、少なくとも８０％多い、少なくとも１００％多い、少なくとも１５０％多い、少なくとも２００％多い、ヒドロキシル基を含む。１つの特定の実施例は、ポリビニルアルコールを含む第１のプライマー層と、ポリビニルブチラールとを含む第２のプライマー層である（例えば、ポリビニルアルコールは、ブタナールおよび／または他の化合物と様々な程度に反応させている）。
【００４２】
架橋剤は、１つ以上のポリマー鎖の間に良好な架橋結合を形成する様態で、ポリマー鎖上の官能基と相互作用するように設計される、反応部分を伴う分子である。本明細書で説明されるプライマー層に使用されるポリマー物質を架橋することができる架橋剤例には、ポリアミド−エピクロルヒドリン（Ｐｏｌｙｃｕｐ１７２）、アルデヒド類（例えば、ホルムアルデヒドおよび尿素ホルムアルデヒド）、ジアルデヒド類（例えば、グリオキサール、グルタルアルデヒド、およびヒドロキシアジプアルデヒド）、アクリレート類（例えば、エチレングリコールジアクリレート、ジ（エチレングリコール）ジアクリレート、テトラ（エチレングリコール）ジアクリレート、メタクリレート類、エチレングリコールジメタクリレート、ジ（エチレングリコール）ジメタクリレート、トリ（エチレングリコール）ジメタクリレート）、アミド類（例えば、Ｎ，Ｎ’−メチレンビスアクリルアミド、Ｎ，Ｎ’−（１，２−ジヒドロキシエチレン）ビスアクリルアミド、Ｎ−（１−ヒドロキシ−２，２−ジメトキシエチル）アクリルアミド）、シラン類（例えば、メチルトリメトキシシラン、メチルトリエトキシシラン、テトラメトキシシラン（ＴＭＯＳ）、テトラエトキシシラン（ＴＥＯＳ）、テトラプロポキシシラン、メチルトリス（メチルエチルケトキシム）シラン、メチルトリス（アセトキシム）シラン、メチルトリス（メチルイソブチルケトキシム）シラン、ジメチルジ（メチルエチルケトキシム）シラン、トリメチル（メチルエチルケトキシム）シラン、ビニルトリス（メチルエチルケトキシム）シラン、メチルビニルジ（メチルエチルケトキシム）シラン、メチルビニルジ（シクロヘキサノンオキシム）シラン、ビニルトリス（メチルイソブチルケトキシム）シラン、メチルトリアセトキシシラン、テトラアセトキシシランおよびフェニルトリス（メチルエチルケトキシム）シラン）、ジビニルベンゼン、メラミン、ジルコニウムアンモニウムカーボネート、ジシクロヘキシルカルボジイミド／ジメチルアミノピリジン（ＤＣＣ／ＤＭＡＰ）、２−クロロピリジニウムイオン、１−ヒドロキシシクロヘキシルフェニルケトン、アセトフェノンジメチルケタール、ベンゾイルメチルエーテル、アリールトリフルオロビニルエーテル類、ベンゾシクロブテン類、フェノール樹脂類（例えば、ホルムアルデヒドを伴うフェノールと、およびメタノール、エタノール、ブタノール、およびイソブチルアルコール等の低級アルコール類との凝縮物）、エポキシド類、メラミン樹脂類（例えば、ホルムアルデヒドを伴うメラミンと、メタノール、エタノール、ブタノール、およびイソブチルアルコール等の低級アルコール類との凝縮物）、ポリイソシアネート類、ジアルデヒド類、および当業者に周知の他の架橋剤が挙げられるが、これに限定されない。
【００４３】
架橋ポリマー材料と、架橋剤とを含む実施形態では、架橋剤に対するポリマー材料の重量比は、ポリマーの官能基含有量、その分子量、架橋剤の反応性および官能性、所望の架橋速度、ポリマー材料に所望される剛性度／硬度、および架橋反応が生じ得る温度、といった理由から、広範囲にわたって変化し得る。ポリマー材料と架橋剤との間の重量比の範囲の限定的でなない例には、１００：１〜５０：１、２０：１〜１：１、１０：１〜２：１、および８：１〜４：１、が挙げられる。
【００４４】
上述のように、プライマー層は、所望の特性を達成するために、任意の好適な量のポリマー材料を含んでもよい。例えば、プライマー層内のポリマー材料（例えば、複合架橋および非架橋ポリマー材料）の総量は、（例えば、プライマー層を乾燥させた後に定量した時に）例えば、プライマー層の２０〜９０重量％の範囲になり得る。場合によっては、プライマー層は、例えば、プライマー層の２０〜４０重量％、３０〜６０重量％、４０〜８０重量％、または６０〜８０重量％の範囲でポリマー材料の総量を含む。プライマー層を形成するために使用される残りの材料には、本明細書で説明されるように、導電性充填剤、架橋剤、および／または他の材料が挙げられる。
【００４５】
特定のタイプのポリマーは、適切な条件の下で架橋結合を形成することが知られている。架橋性ポリマーの限定的でない例には、ポリビニルアルコール、ポリビニルブトリル、ポリビニルピリジル、ポリビニルピロリドン、ポリビニルアセテート、アクリロニトリルブタジエンスチレン（ＡＢＳ）、エチレンプロピレンゴム類（ＥＰＤＭ）、ＥＰＲ、塩素化ポリエチレン（ＣＰＥ）、エチレンビスアクリルアミド（ＥＢＡ）、アクリレート類（例えば、アルキルアクリレート類、グリコールアクリレート類、ポリグリコールアクリレート類、エチレンエチルアクリレート（ＥＥＡ））、水素化ニトリルブタジエンゴム（ＨＮＢＲ）、天然ゴム、ニトリルブタジエンゴム（ＮＢＲ）、特定のフルオロポリマー類、シリコンゴム、ポリイソプレン、エチレンビニルアセテート（ＥＶＡ）、クロロスルホニルゴム、フッ素化ポリ（アリーレンエーテル）（ＦＰＡＥ）、ポリエーテルケトン類、ポリスルホン類、ポリエーテルイミド類、ジエポキシド類、ジイソシアネート類、ジイソチオシアネート類、ホルムアルデヒド樹脂類、アミノ樹脂類、ポリウレタン類、不飽和ポリエーテル類、ポリエチレングリコールビニルエーテル類、ポリエチレングリコールジビニルエーテル類、そのコポリマー、およびセパレータ層のための保護被覆層に対する同じ譲受人であるＹｉｎｇ他への米国特許第６，１８３，９０１号に説明されているものが挙げられる。当業者は、本明細書の説明と組み合わせて、当該技術の一般知識に基づいて、架橋させることができる適切なポリマー、ならびに好適な架橋の方法を選択することができる。
【００４６】
プライマー層（架橋または非架橋のいずれか）における使用に好適となり得る他の種類のポリマーには、ポリアミン類（例えば、ポリ（エチレンイミン）およびポリプロピレンイミン（ＰＰＩ））、ポリアミド類（例えば、ポリアミド（ナイロン）、ポリ（ε−カプロラクタム）（Ｎｙｌｏｎ６）、ポリ（ヘキサメチレン脂肪アミド）（Ｎｙｌｏｎ６６））、ポリイミド類（例えば、ポリイミド、ポリニトリル、およびポリ（ピロメリットイミド−１，４−ジフェニルエーテル）（Ｋａｐｔｏｎ））、ビニルポリマー類（例えば、ポリアクリルアミド、ポリ（２−ビニルピリジン）、ポリ（Ｎ−ビニルピロリドン）、ポリ（メチルシアノアクリレート）、ポリ（エチルシアノアクリレート）、ポリ（ブチルシアノアクリレート）、ポリ（イソブチルシアノアクリレート）、ポリ（ビニルアセテート）、ポリ（ビニルアルコール）、ポリ（塩化ビニル）、ポリ（フッ化ビニル）、ポリフッ化ビニリデン（ＰＶＦ２またはＰＶＤＦ）、ポリ（２−ビニルピリジン）、ポリクロロトリフルオロエチレン、ポリ（イソヘキシルシアノアクリレート）、ポリイソブチレン、ポリ（メチルスチレン）、ポリ（メチルメタクリレート）（ＰＭＭＡ）、ポリエチルアクリレート、ポリエチルメタクリレート、ＵＶ硬化型アクリレートまたはメタクリレート）、ポリアセタール類、ポリオレフィン類（例えば、ポリ（ブテン−１）、ポリ（ｎ−ペンテン−２）、ポリプロピレン、ポリテトラフルオロエチレン（Ｔｅｆｌｏｎ））、ポリエステル類（例えば、ポリカーボネート、ポリブチレンテレフタレート、ポリヒドロキシブチレート）、ポリエーテル類（ポリ（エチレンオキシド）（ＰＥＯ）、ポリ（プロピレンオキシド）（ＰＰＯ）、ポリ（テトラメチレンオキシド）（ＰＴＭＯ）、熱硬化型ジビニルエーテル類）、ポリアラミド類（例えば、ポリ（イミノ−１，３−フェニレンイミノイソフタロイル）およびポリ（イミノ−１，４−フェニレンイミノテレフタロイル））、ポリ複素環式芳香族化合物類（例えば、ポリベンソイミダゾール（ＰＢＩ）、ポリベンゾビスオキサゾール（ＰＢＯ）、およびポリベンゾビスチアゾール（ＰＢＴ））、ポリ複素環式化合物類（例えば、ポリピロール）、ポリウレタン類、フェノールポリマー類（例えば、フェノール−ホルムアルデヒド）、ポリアルキン類（例えば、ポリアセチレン）、ポリジエン類（例えば、１，２−ポリブタジエン、シスまたはトランス−１，４−ポリブタジエン、エチレンプロピレンジエン（ＥＰＤＭ）ゴム類）、ポリシロキサン類（例えば、ポリ（ジメチルシロキサン）（ＰＤＭＳ）、ポリ（ジエチルシロキサン）（ＰＤＥＳ）、ポリジフェニルシロキサン（ＰＤＰＳ）、およびポリメチルフェニルシロキサン（ＰＭＰＳ））、および無機ポリマー類（例えば、ポリホスファゼン、ポリホスホネート、ポリシラン類、ポリシラザン類）が挙げられるが、これに限定されない。これらのポリマーの機械的および物理的特性（例えば、導電性、比抵抗）は、周知である。したがって、当業者は、例えば、それらの機械的および／または電子的特性、導電性支持体および／または電気活性材料に対する接着性、特定の電解質における溶解性、等に基づいて、例えば、ポリマーブレンドの構成���素の量を合わせる、（ある場合は）架橋度を調整する、等によって、リチウムバッテリでの使用に好適なポリマーを選択することができる。物理的／機械的特性を有するポリマーを選択するために、本明細書で説明されているような簡単なスクリーニング試験を用いることができる。
【００４７】
架橋性ポリマーの上述の実施例は、本発明のプライマー層内で、架橋されてもよく、または実質的に架橋されなくてもよい。加えて、他のタイプのポリマーを、本発明の第１および／または第２のプライマー層として使用してもよい。ポリマーの上述の実施例はまた、本明細書で説明される電気活性材料層に使用してもよい。
【００４８】
プライマーの好適な組成、構成（例えば、架橋または実質的に非架橋）、および寸法の決定は、過度の実験を行わずに当業者によって行うことができる。多層プライマーに関連して上記に説明されるように、第１のプライマー層は、例えば、その導電特性、その電解質中での不活性、および集電体、および随意に第２のプライマー層に接着する能力に基づいて、選択されてもよい。好適な第２のプライマー層は、電気活性材料（および／または電気活性層の他の添加物、例えば、電子伝導性材料）と、第１のプライマー層との間に良好な接着を提供し得、一方で、電解質中で良好な電気伝導度および不活性を有し得る。第１および／または第２のプライマー層を形成するために使用される特定の材料は、例えば、導電性支持体、電気活性材料、および電解質の材料組成、ならびに層を蒸着するのに使用される方法に依存してもよい。プライマー層の寸法は、電気化学電池が、低い全重量を有し、一方で、それらのそれぞれの隣接した層への好適な接着を提供するように選択されてもよい。
【００４９】
プライマー層の適切な材料を選択するための１つの簡単なスクリーニング試験は、プライマー層を形成するステップと、その層を電解質中に浸漬するステップと、対照系内のものと比較して、阻害または他の破壊的挙動（例えば、層間剥離）が生じるかどうかを観察するステップとを含み得る。同じことを、プライマー層に付着される他の層（例えば、導電性支持体、電気活性材料、および／または他のプライマー層のうちの１つ以上）で行うことができる。別の簡単なスクリーニング試験は、１つ以上のプライマー層を含む電極を形成するステップと、その電極を、他のバッテリ構成要素の存在下で、バッテリの電解質中に浸漬するステップと、そのバッテリを放電／充電するステップと、対照系と比較して、特定放電容量が高いのか、または低いのかを観察するステップとを含む。高い放電容量は、バッテリのそれぞれの構成要素間の良好な接着および／または電気伝導を示し得、また、低い放電容量は、層間剥離、層内の不十分な電気伝導度、および／または電極の層間の不十分な電気的な連絡を示し得る。プライマー層が適切に接着するかどうかを試験するために、拭き取り試験を実施してもよい。拭き取り試験は、例えば、プライマー層に溶媒（例えば、イソプロピルアルコール）を塗布するステップと、プライマー層が、溶媒によって拭き取られ得るかどうかを判定するステップとを含み得る。接着は、層間に層間剥離が生じるかどうかを判定するために、層を屈曲させることによって試験することもできる。別の簡単なスクリーニング試験は、単位面積の表面からプライマー層を除去するのに必要である接着性または力を測定するステップ（例えば、剥離試験）を含み得るが、これは、引張試験装置または別の好適な装置を使用して、Ｎ／ｍ２で測定することができる。このような試験は、随意に、接着に対する溶媒および／または構成要素の影響を判定するために、溶媒（例えば、電解質）または他の構成要素（例えば、充填剤）の存在下で行うことができる。別の可能なスクリーニングは、一片のテープをプライマー層に貼り付けて除去する、スコッチテープ試験である。プライマーが導電層上に留まっていれば、接着は良好である。プライマー層が一片のテープとともに剥がれれば、接着は不十分である。他の簡単な検査は、周知であり、当業者によって実施することができる。
【００５０】
プライマー層（例えば、第１および／または第２のプライマー層）の厚さは、約０．１ミクロン〜約１０ミクロンの範囲にわたって変動し得る。例えば、プライマー層の厚さは、厚さ０．１〜１ミクロン、厚さ１〜５ミクロン、または、厚さ５〜１０ミクロンであってもよい。ポリマー層の厚さは、例えば、厚さ１０ミクロン以下、厚さ７ミクロン以下、厚さ５ミクロン以下、厚さ３ミクロン以下、厚さ２．５ミクロン以下、厚さ１ミクロン以下、厚さ０．５ミクロン以下、厚さ０．３ミクロン以下、厚さ０．１ミクロン以下であってもよい。多層プライマーを含む一部の実施形態では、第１のプライマー層は、第２のプライマー層と同じ厚さを有する。他の実施形態では、第１のプライマー層は、第２のプライマー層とは異なる厚さを有し得る。
【００５１】
ある場合では、導電性充填剤は、プライマー層を形成するために使用される材料に添加され得る。導電性充填剤は、プライマー層のポリマー材料の導電特性を増加させることができ、例えば、カーボンブラック（例えば、Ｖｕｌｃａｎ  ＸＣ７２Ｒカーボンブラック、Ｐｒｉｎｔｅｘ  Ｘｅ−２、またはＡｋｚｏ  Ｎｏｂｅｌ  Ｋｅｔｊｅｎ  ＥＣ−６００  ＪＤ）、黒鉛繊維、黒鉛原線維、黒鉛粉末（例えば、Ｆｌｕｋａ  ＃５０８７０）活性炭素繊維、炭素織物、不活性炭素ナノ繊維等の導電性炭素が挙げられる。他の限定的でない導電性充填剤の例には、金属被覆ガラス粒子、金属粒子、金属繊維、ナノ粒子、ナノチューブ、ナノワイヤ、金属薄片、金属粉末、金属繊維、金属メッシュが挙げられる。プライマー層内の導電性充填剤の量は、存在する場合、例えば、（例えば、適切な量の溶媒をプライマー層から除去した後、および／または層を適切に硬化させた後に測定した時に）プライマー層の１０〜９０または２０〜８０重量％の範囲で存在し得る。例えば、第１および／または第２のプライマー層は、プライマー層の２０〜４０重量％、２０〜６０重量％、４０〜８０重量％、６０〜８０重量％の範囲で導電性充填剤を含んでもよい。一部の実施形態では、導電性充填剤は、導電性ポリマーを含んでもよい。好適な電気活性導電性ポリマーの例には、ポリピロール類、ポリアニリン類、ポリフェニレン類、ポリチオフェン類、およびポリアセチレン類から成る群より選択される、電気活性および電子伝導性ポリマー類が挙げられるが、これに限定されない。ある実施形態に好適な導電性ポリマーは、ポリピロール類、ポリアニリン類、およびポリアセチレン類である。当業者に周知の他の導電性材料は、導電性充填剤として使用することもできる。
【００５２】
種々の構成要素の混合は、構成要素の所望の溶解または分散が得られるのであれば、当技術分野において周知の様々な方法のうちのいずれかを使用して達成することができる。混合における適切な方法には、機械撹拌、磨砕、超音波処理、ボールミル、サンドミル、および衝撃式ミルが挙げられるが、これに限定されない。
【００５３】
種々の構成要素の混合は、種々の温度で生じさせることができる。例えば、種々の構成要素は、構成要素の所望の溶解または分散が得られるように、２５℃以上、５０℃以上、７５℃以上、または９０℃以上で、好適な時間長さで混合されてもよい。例えば、場合によっては、プライマー層に使用されるポリマー（例えば、ポリビニルアルコール）は、２５℃以上、５０℃以上、７５℃以上、または９０℃以上の温度で混合される。このような温度での混合は、所望に応じて、ポリマーが溶解される、および／または分散されるまで行われ得る。この溶液／分散物は、次いで、プライマースラリーを形成するように、例えば好適な温度で、プライマーの他の構成要素（例えば、導電性充填剤、溶媒、架橋剤等）と混合することができる。
【００５４】
導電性支持体は、一般的に、第１のプライマー層への良好な接着および導電性接続を伴う、導電性物質を含む。導電性支持体は、電極の全体を通して発生させられる電流を効率的に収集し、かつ外部回路に至る電気接触の付着のための効率的な表面を提供するのに有用である、集電体として機能することができる。広範囲の導電性支持体が、当技術分野において周知である。好適な導電性支持体には、金属箔（例えば、アルミニウム箔）、ポリマー膜、金属化ポリマー膜（例えば、アルミめっきを施したポリエステル膜等の、アルミめっきを施したプラスチック膜）、導電性ポリマー膜、導電性被覆を有するポリマー膜、導電性金属被覆を有する導電性ポリマー膜、およびその中に導電性粒子を分散させたポリマー膜、を含むものが挙げられるが、これに限定されない。本発明の一部の実施形態では、導電性支持体は、アルミニウム、銅、およびニッケル等の導電性金属を含み得る。他の導電性支持体には、例えば、拡張した金属、金属メッシュ、金属グリッド、拡張した金属グリッド、金属ウール、炭素織物、炭素織メッシュ、炭素不織メッシュ、および炭素フェルトが挙げられる。
【００５５】
本明細書で説明されるプライマー層および電気活性層（例えば、カソード活性層）は、概して当技術分野において周知の様々な方法のうちのいずれかによって蒸着させ、次いで、当技術分野において周知の手法を用いて乾燥させてもよい。好適な手動の被覆手法には、被覆ロッドまたは間隙被覆バーの使用が挙げられるが、これに限定されない。好適な機械被覆法には、ローラー被覆、グラビア被覆、スロット押し出し被覆、カーテン被覆、およびビーズ被覆の使用が挙げられるが、これに限定されない。ポリマー層は、表面の上にスピン被覆することもできる。ウェブ被覆を採用することもできる。混合物からの溶媒／液体の一部または全ての除去が所望される場合、これは、当技術分野において周知の様々な方法のうちのいずれかによって達成することができる。混合物からの溶媒の除去のための好適な方法の例には、熱風対流、加熱、赤外線照射、ガス流、真空、減圧、抽出、および単純な空気乾燥によるものが挙げられるが、これに限定されない。
【００５６】
乾燥および／または架橋は、ある温度の範囲で実施され得る。好適な温度には、液体媒体が揮発性となる温度を上回る温度、一般的には沸点を上回る温度、また、適切な基と架橋剤との間に許容可能な速度で架橋反応が生じる温度が挙げられる。好適な温度は、導電性支持体、例えば金属化プラスチック膜が、変形または損傷され得る温度を下回る温度でもある。一部の実施形態では、乾燥および／または架橋させるステップは、約６０〜１７０℃の温度で実施される。
【００５７】
一部の実施形態では、本明細書で説明されるプライマー層は、カソード材料または電気活性材料、すなわちカソードを形成する材料、に接着することができる。本発明の電気化学電池のカソードにおけるカソード活性材料としての使用に好適な電気活性材料には、電気活性遷移金属カルコゲナイド類、電気活性導電性ポリマー類、電気活性硫黄含有材料、およびそれらの組み合わせが挙げられるが、これに限定されない。本明細書で使用する場合、「カルコゲナイド」という用語は、酸素、硫黄、およびセレニウム元素のうちの１つ以上を含有する、化合物に関する。好適な遷移金属カルコゲナイド類の例には、Ｍｎ、Ｖ、Ｃｒ、Ｔｉ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｃｕ、Ｙ、Ｚｒ、Ｎｂ、Ｍｏ、Ｒｕ、Ｒｈ、Ｐｄ、Ａｇ、Ｈｆ、Ｔａ、Ｗ、Ｒｅ、Ｏｓ、およびＩｒから成る群より選択される、遷移金属の電気活性酸化物、硫化物、およびセレン化物が挙げられるが、これに限定されない。一実施形態では、遷移金属カルコゲナイドは、ニッケル、マンガン、コバルトおよびバナジウムの電気活性酸化物、および鉄の電気活性硫化物から成る群より選択される。一実施形態では、カソードは、二酸化マンガン、炭素、ヨウ素、クロム酸銀、酸化銀および五酸化バナジウム、酸化銅、オキシリン酸銅、硫化鉛、硫化銅、硫化鉄、ビスマス酸鉛、三酸化ビスマス、二酸化コバルト物、塩化銅、二酸化マンガン、および炭素のうちの１つ以上の材料を含む。別の実施形態では、カソード活性層は、電気活性導電性ポリマーを含む。好適な電気活性導電性ポリマー類には、ポリピロール類、ポリアニリン類、ポリフェニレン類、ポリチオフェン類、およびポリアセチレン類から成る群より選択される、電気活性および電子伝導性ポリマー類が挙げられるが、これに限定されない。好適な導電性ポリマー類には、ポリピロール類、ポリアニリン類、およびポリアセチレン類が挙げられる。
【００５８】
一部の実施形態では、本明細書で説明される電気化学電池におけるカソード活性材料として使用するための電気活性材料は、電気活性硫黄含有材料を含む。「電気活性硫黄含有材料」とは、本明細書で使用する場合、あらゆる形態で硫黄元素を含むカソード活性材料に関し、電気化学活性には、硫黄原子または成分の酸化または還元が関与する。本発明の実行に際して有用な電気活性硫黄含有材料の性質は、従来技術において周知のように、大きく異なる。例えば、一実施形態では、電気活性硫黄含有材料は、硫黄元素を含む。別の実施形態では、電気活性硫黄含有材料は、硫黄元素と硫黄含有ポリマーとの混合物を含む。したがって、好適な電気活性硫黄含有材料には、硫黄元素、および硫黄原子および炭素原子を含む有機材料が挙げられるが、これに限定されず、ポリマーであってもよく、またはポリマーでなくてもよい。好適な有機材料には、ヘテロ原子、導電性ポリマーセグメント、複合物、および導電性ポリマーをさらに含むものが挙げられる。
【００５９】
硫黄含有ポリマー類の例には、Ｓｋｏｔｈｅｉｍ他への米国特許第５，６０１，９４７号および第５，６９０，７０２号、Ｓｋｏｔｈｅｉｍ他への米国特許第５，５２９，８６０号および第６，１１７，５９０号、２００１年３月１３日に発行された、共通の譲受人のＧｏｒｋｏｖｅｎｋｏ他への米国特許第６，２０１，１００号、およびＰＣＴ公開第ＷＯ  ９９／３３１３０号に説明されているものが挙げられる。ポリスルフィド連鎖を含む他の好適な電気活性硫黄含有材料は、Ｓｋｏｔｈｅｉｍ他への米国特許第５，４４１，８３１号、Ｐｅｒｉｃｈａｕｄ他への米国特許第４，６６４，９９１号、および、Ｎａｏｉ他への米国特許第５，７２３，２３０号、第５，７８３，３３０号、第５，７９２，５７５号、および第５，８８２，８１９号に説明されている。電気活性硫黄含有材料のさらなる例には、例えば、Ａｒｍａｎｄ他への米国特許第４，７３９，０１８号、どちらもＤｅ  Ｊｏｎｇｈｅ他への米国特許第４，８３３，０４８号および第４，９１７，９７４号、どちらもＶｉｓｃｏ他への米国特許第５，１６２，１７５号および第５，５１６，５９８号、およびＯｙａｍａ他への米国特許第５，３２４，５９９号に説明されているような、ジスルフィド基を含むものが挙げられる。
【００６０】
一実施形態では、カソード活性層の電気活性硫黄含有材料は、５０重量％を超える硫黄を含む。別の実施形態では、電気活性硫黄含有材料は、７５重量％を超える硫黄を含む。さらに別の実施形態では、電気活性硫黄含有材料は、９０重量％を超える硫黄を含む。
【００６１】
本発明のカソード活性層は、（例えば、適切な量の溶媒をカソード活性層から除去した後、および／または層を適切に硬化させた後に測定した時に）約２０〜１００重量％の電気活性陰極材料を含み得る。一実施形態では、カソード活性層内の電気活性硫黄含有材料の量は、カソード活性層の５〜３０重量％の範囲である。別の実施形態では、カソード活性層内の電気活性硫黄含有材料の量は、カソード活性層の２０％〜９０重量％の範囲である。
【００６２】
カソードの調製に好適な液体媒体（例えば、溶媒）の限定的でない例には、（本明細書で説明される電極のプライマー層と同様に）水性液体、非水性液体、およびそれらの混合物が挙げられる。一部の実施形態では、例えば、水、メタノール、エタノール、イソプロパノール、プロパノール、ブタノール、テトラヒドロフラン、ジメトキシエタン、アセトン、トルエン、キシレン、アセトニトリル、シクロヘキサン、およびそれらの混合物等の液体を使用することができる。当然、必要に応じて、他の好適な溶媒を使用することもできる。
【００６３】
カソード層は、当技術分野において周知の方法によって調製され得る。例えば、１つの好適な方法は、（ａ）本明細書で説明されるように、電気活性硫黄含有材料を液体媒体中に分散または懸濁させるステップと、（ｂ）随意に、導電性充填剤および／または結合剤をステップ（ａ）の混合物に添加するステップと、（ｃ）電気活性硫黄含有材料を分散させるように、ステップ（ｂ）によって生じる組成物を混合するステップと、（ｄ）ステップ（ｃ）によって生じる組成物を好適な基板の上に流し込むステップと、（ｅ）カソード活性層を提供するように、ステップ（ｄ）によって生じる組成物から液体の一部または全てを除去するステップと、を含む。
【００６４】
本明細書で説明されるアノード活性層に好適な陰極材料には、リチウム箔および導電性基板の上に蒸着させたリチウム等のリチウム金属、およびリチウム合金（例えば、リチウム−アルミニウム合金およびリチウム−スズ合金）が挙げられるが、これに限定されない。これらは、好適なアノード材料であるが、集電体はまた、他の電池化学的性質を伴って使用されてもよい。
【００６５】
陰極材料（例えば、リチウム等のアルカリ金属のアノード）を基板の上に蒸着させるための方法には、熱蒸発、スパッタリング、ジェット気相蒸着、およびレーザアブレーション等の方法が挙げられる。代替として、アノードが、リチウム箔、またはリチウム箔および基板を含む場合、これらは、アノードを形成するように、従来技術で周知の積層プロセスによって相互に積層することができる。
【００６６】
カソードおよび／またはアノードは、随意に、Ｍｉｋｈａｙｌｉｋ他によって２００７年１２月４日に出願され、名称が「Ｓｅｐａｒａｔｉｏｎ  ｏｆ  Ｅｌｅｃｔｒｏｌｙｔｅｓ」である、国際特許出願第ＰＣＴ／ＵＳ２００７／０２４８０５号で説明されているもの等の、好適な電解質と好都合に相互作用する１つ以上の層を含み得、当該特許出願は、参照することによりその全体が本明細書に組み込まれる。
【００６７】
電気化学またはバッテリ電池で使用される電解質は、イオンの貯蔵および輸送のための媒体として機能することができ、固体電解質およびゲル電解質といった特別な場合では、これらの材料は、加えて、アノードとカソードとの間のセパレータとして機能し得る。材料が、カソードおよびアノードに関して電気化学的および化学的に不活性であり、かつ材料が、アノードとカソードとの間のイオン（例えば、リチウムイオン）の輸送を促進するのであれば、イオンを貯蔵および輸送することができる、あらゆる液体、固体、またはゲル材料を使用してもよい。電解質は、アノードとカソードとの間の短絡を防止するように、非電子伝導性であってもよい。
【００６８】
電解質は、イオン伝導性、および１つ以上の液体電解質溶媒、ゲルポリマー材料、またはポリマー材料を提供するように、１つ以上のイオン性電解質塩を含むことができる。好適な非水電解質は、液体電解質、ゲルポリマー電解質、および固体ポリマー電解質から成る群より選択される１つ以上の材料を含む、有機電解質を含んでもよい。リチウムバッテリのための非水系電解質の例は、Ｄｏｒｎｉｎｅｙによる、Ｌｉｔｈｉｕｍ  Ｂａｔｔｅｒｉｓ、Ｎｅｗ  Ｍａｔｅｒｉａｌｓ、Ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔｓ  ａｎｄ  Ｐｅｒｓｐｅｃｔｉｖｅｓ、Ｃｈａｐｔｅｒ  ４、ｐｐ．１３７−１６５、Ｅｌｓｅｖｉｅｒ、Ａｍｓｔｅｒｄａｍ（１９９４）で説明されている。ゲルポリマー電解質および固体ポリマー電解質の例は、Ａｌａｍｇｉｒ他による、Ｌｉｔｈｉｕｍ  Ｂａｔｔｅｒｉｓ、Ｎｅｗ  Ｍａｔｅｒｉａｌｓ、Ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔｓ  ａｎｄ  Ｐｅｒｓｐｅｃｔｉｖｅｓ、Ｃｈａｐｔｅｒ  ３、ｐｐ．９３−１３６、Ｅｌｓｅｖｉｅｒ、Ａｍｓｔｅｒｄａｍ（１９９４）で説明されている。本明細書で説明されるバッテリで使用することができる、不均一な電解質組成は、Ｍｉｋｈａｙｌｉｋ他によって２００６年１２月４日に出願され、名称が「Ｓｅｐａｒａｔｉｏｎ  ｏｆ  Ｅｌｅｃｔｒｏｌｙｔｅｓ」である、米国仮出願で説明されている。
【００６９】
有用な非水性液体電解質溶媒の例には、例えば、Ｎ−メチルアセトアミド、アセトニトリル、アセタール類、ケタール類、エステル類、カーボネート類、スルホン類、亜硫酸塩類、スルホラン類、脂肪族エーテル類、環状エーテル類、グリム類、ポリエーテル類、リン酸エステル類、シロキサン類、ジオキソラン類、Ｎ−アルキルピロリドン類、上述したものの置換形態、およびそれらの混合物等の、非水性有機溶媒が挙げられるが、これに限定されない。上述のフッ素化誘導体は、液体電解質溶媒としても有用である。
【００７０】
ある場合では、リチウム電池のための電解質として、水性溶媒を使用することができる。水性溶媒は、水を含むことができ、イオン塩等の他の構成要素を含有することができる。上述のように、一部の実施形態では、電解質は、電解質中の水素イオンの濃度を低減するために、水酸化リチウム等の種、または電解質を塩基性にする他の種を含むことができる。
【００７１】
液体電解質溶媒は、ゲルポリマー電解質、すなわち、半固体ネットワークを形成する１つ以上のポリマーを含む電解質のための可塑剤として有用なものにもなり得る。有用なゲルポリマー電解質の例には、ポリエチレンオキシド類、ポリプロピレンオキシド類、ポリアクリロニトリル類、ポリシロキサン類、ポリイミド類、ポリホスファゼン類、ポリエーテル類、スルホン化ポリイミド類、ペルフルオロ化膜（ＮＡＦＩＯＮ樹脂）、ポリジビニルポリエチレングリコール類、ポリエチレングリコールジアクリレート類、ポリエチレングリコールジメタクリレート類、上述したものの誘導体、上述したもののコポリマー、上述したものの架橋およびネットワーク構造、および上述したものの混合物、ならびに随意に、１つ以上の可塑剤から成る群より選択される、１つ以上のポリマーを含むものが挙げられるが、これに限定されない。一部の実施形態では、ゲルポリマー電解質は、１０〜２０容量％、２０〜４０容量％、６０〜７０容量％、７０〜８０容量％、８０〜９０容量％、または９０〜９５容量％の不均一な電解質を含む。
【００７２】
一部の実施形態では、電解質を形成するために、１つ以上の固体ポリマーを用いることができる。有用な固体ポリマー電解質の例には、ポリエーテル類、ポリエチレンオキシ類ド、ポリプロピレンオキシド類、ポリイミド類、ポリホスファゼン類、ポリアクリロニトリル類、ポリシロキサン類、上述のものの誘導体、上述したもののコポリマー、上述したものの架橋およびネットワーク構造、および上述したものの混合物から成る群より選択される、１つ以上のポリマーを含むものが挙げられるが、これに限定されない。
【００７３】
電解質を形成するための、当技術分野において周知の電解質溶媒、ゲル化剤、およびポリマー類に加えて、電解質は、イオン伝導性を増加させるために、同じく当技術分野において周知の１つ以上のイオン性電解質塩をさらに備えてもよい。
【００７４】
本発明の電解質で使用するイオン性電解質塩の例には、ＬｉＳＣＮ、ＬｉＢｒ、ＬｉＩ、ＬｉＣｌＯ４、ＬｉＡｓＦ６、ＬｉＳＯ３ＣＦ３、ＬｉＳＯ３ＣＨ３、ＬｉＢＦ４、ＬｉＢ（Ｐｈ）４、ＬｉＰＦ６、ＬｉＣ（ＳＯ２ＣＦ３）３、およびＬｉＮ（ＳＯ２ＣＦ３）２が挙げられるが、これに限定されない。有用であり得る他の電解質塩には、リチウムポリスルフィド（Ｌｉ２Ｓｘ）、および有機イオンポリスルフィドのリチウム塩（ＬｉＳｘＲ）ｎ、ならびにＬｅｅ他への米国特許第５，５３８，８１２号に開示されているものが挙げられ、ｘは、１〜２０の整数であり、ｎは、１〜３の整数であり、Ｒは、有機基である。
【００７５】
一部の実施形態では、電気化学電池は、カソードとアノードとの間に挿入されるセパレータをさらに備え得る。セパレータは、アノードおよびカソードを互いから分離または絶縁して短絡を防止し、かつアノードとカソードとの間のイオンの輸送を可能にする、固体の非導電性または絶縁性材料であってもよい。
【００７６】
セパレータの細孔は、部分的または実質的に電解質を充填してもよい。セパレータは、電池の製造中に、アノードおよびカソードが交互配置される、多孔性自立膜として提供されてもよい。代替として、多孔性セパレータ層を、例えば、Ｃａｒｌｓｏｎ他へのＰＣＴ公開第ＷＯ  ９９／３３１２５号、およびＢａｇｌｅｙ他への米国特許第５，１９４，３４１号に説明されているように、電極のうちの１つの表面に直接的に塗布してもよい。
【００７７】
様々なセパレータ材料が、当技術分野において周知である。好適な固体多孔性セパレータ材料の例には、例えば、ポリエチレン類およびポリプロピレン類、ガラス繊維濾紙、およびセラミック材料等の、ポリオレフィン類が挙げられるが、これに限定されない。本発明での使用に適するセパレータおよびセパレータ材料のさらなる例は、微小孔性キセロゲル層、例えば微小孔性擬ベーマイト層を含むものであるが、これは、共通の譲受人のＣａｒｌｓｏｎ他による、米国特許第６，１５３，３３７号および第６，３０６，５４５号に説明されているように、自立型膜として、または電極のうちの１つへの直接的な被覆の塗布によって提供され得る。固体電解質およびゲル電解質は、それらの電解質としての機能に加えて、セパレータとしても機能し得る。
【００７８】
発明者らは、ある性能特性を有するリチウムバッテリを達成できることも発見した。例えば、一実施形態では、活性アノード種としてリチウム金属を含むアノードと、活性カソード種として硫黄を含むカソードとを含むリチウムバッテリは、５０オームｃｍ２未満の面積比抵抗を有する。すなわち、任意の電解質、セパレータ、またはバッテリの他の構成要素を含む、バッテリアセンブリ全体の面積比抵抗は、５０オームｃｍ２未満である。ある実施形態では、リチウムバッテリの面積比抵抗は、４０、３０、２０、１０、または５オームｃｍ２未満である。このような面積比抵抗は、場合によっては、バッテリの内部抵抗または分極を低減する構成要素を使用することによって、および／または構成要素間（例えば、電極と集電体との間）の電子伝導を増進することによって達成することができる。例えば、一実施形態では、リチウムバッテリは、活性カソード種とカソード集電体との間に配置される、１つ以上のプライマー層を含み、当該プライマー層のうちの少なくとも１つは、ヒドロキシル基を含むポリマー材料を含む。プライマー層は、ポリビニルアルコールを含むか、またはこれで本質的に形成されてもよく、少なくとも部分的に架橋されてもよく、または実質的に架橋されなくてもよい。プライマー層は、本明細書で説明されるように、他の特性（例えば、ある重量パーセントの架橋）を有してもよい。プライマー層のヒドロキシル基は、集電体と電気活性材料との間の接着を増加させ得、および／または電極と電気活性材料との間の電気伝導を増進し得、バッテリの低い面積比抵抗をもたらす。加えて、バッテリ内のこのようなプライマー層の包含は、バッテリの放電容量および比エネルギー密度を増加させ得る。例えば、本明細書で説明されるプライマーを含むバッテリは、５０オームｃｍ２未満の面積比抵抗、および少なくとも１５０、２５０、３５０、または５００Ｗｈ／ｋｇのエネルギー密度を達成し得る。
【００７９】
当業者は、当技術分野において周知の方法によって、面積比抵抗を定量することができる。例えば、特定のバッテリの面積比抵抗は、以下のように定量することができる。バッテリは、ある回数にわたって放電および充電させることができる。次のサイクルで、完全に充電されたバッテリは、ある範囲内の異なる電流（Ｉ）で放電させることができる。電池電圧Ｖ（Ｉ）は、異なる電流での放電の中間時点で測定することができる。次いで、電池分極Ｐは、式１に従って、放電の中間時点での電池の開回路電圧（ＯＣＶ）と、ある電流での電圧Ｖ（Ｉ）との差として計算することができる。
【００８０】
Ｐ＝ＯＣＶ−Ｖ（Ｉ）      （１）
電池分極対放電電流をプロットすることができ、線の傾斜は、式２に示されるように、電池の直流抵抗（ＤＣＲ）を表す。
【００８１】
ＤＣＲ＝ｄＰ／ｄＩ      （２）
カソード間セパレータ間アノード積層物の面積比抵抗（ＡＳＲ）を定量するために、式３に従って、最初に、電池のＤＣＲを、タブ抵抗Ｒｔａｂ（例えば、電極アセンブリに使用される任意のタブの抵抗）に対して補正し、次いで、活性電極の面積Ａを考慮することによって、ＡＳＲに変換することができる。
【００８２】
ＡＳＲ＝（ＤＣＲ−Ｒｔａｂ）×Ａ      （３）
実施例１０は、本発明の一実施形態による、ポリビニルアルコールを含むプライマー層を含む、リチウムバッテリの製造およびバッテリの面積比抵抗の測定を説明する。
【００８３】
本開示に添付の図は、概略図に過ぎず、実質的に平坦なバッテリ配設を示す。本発明の原理を採用して、あらゆる構成で、あらゆる電気化学電池の配設を構築できることを理解されたい。例えば、図１を参照すると、電極２は、構成要素２４、２６、および３０が示されている側の反対側が、類似または同一の組の構成要素２４、２６、および３０で覆われてもよい。この配設では、実質的に鏡像の構造は、電極２を通る鏡面によって作り出される。これは、例えば、電極２の層が、構造２４、２６、および３０によって（または、本明細書の図面に示される積層構造の代替の配設で）各面が囲まれる、「巻いた」バッテリ構成になる。アノードの各保護構造の外側には、電解質が提供され、電解質の反対側は、反対の電極である（例えば、電極２の場合におけるカソードは、アノードとなる）。巻いた配設、またはアノードおよびカソードを交互にした複数の層を含む他の配設では、その構造は、アノード、電解質、カソード、電解質、アノード等を伴い、各アノードは、本開示のいずれかの部分に説明される、または２００６年４月６日に出願され、名称が「Ｅｌｅｃｔｒｏｄｅ  Ｐｒｏｔｅｃｔｉｏｎ  ｉｎ  ｂｏｔｈ  Ａｑｕｅｏｕｓ  ａｎｄ  Ｎｏｎ−Ａｑｕｅｏｕｓ  Ｅｌｅｃｔｒｏｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｃｅｌｌｓ，  ｉｎｃｌｕｄｉｎｇ  Ｒｅｃｈａｒｇｅａｂｌｅ  Ｌｉｔｈｉｕｍ  Ｂａｔｔｅｒｉｅｓ」である、Ａｆｆｉｎｉｔｏ他への米国特許出願第１１／４００，０２５号に詳細に説明される、アノード安定化構造を含むことができ、当該特許は、参照することによってその全体が本明細書に組み込まれる。当然、このようなアセンブリの外側境界には、「端子」アノードまたはカソードが存在する。このような層状の、または巻いた構造を相互接続する回路は、従来技術において周知である。
【００８４】
以下の実施例は本発明のある実施形態を例示することを意図したものであるが、本発明を限定しようとするものではなく、また、本発明の全範囲を例証するものではない。下記の実施例では、以下の材料を受け取ったまま使用した。Ｃｅｌａｎｅｓｅ  ＣｏｒｐｏｒａｔｉｏｎからのＣｅｌｖｏｌ４２５（ポリビニルアルコール）、Ｃｅｌａｎｅｓｅ  ＣｏｒｐｏｒａｔｉｏｎからのＣｅｌｖｏｌ１６５（ポリビニルアルコール、９９．４％加水分解）およびＣｅｌｖｏｌ４２５（ポリビニルアルコール、９６．０％加水分解）；、Ｃａｂｏｔ  ＣｏｒｐｏｒａｔｉｏｎからのＶｕｌｃａｎ  ＸＣ７２Ｒ（カーボンブラック）、Ｆｌｕｋａからの黒鉛（黒鉛粉末）５０８７０、Ａｌｆａ  Ａｅｓａｒからの硫黄（硫黄元素（昇華）１００メッシュ）、Ａｄｖａｎｃｅｄ  Ｐｏｌｙｍｅｒｓ  Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ，Ｉｎｃ．からのＧｅｌ  Ｔａｃ１００Ｇ（アクリル接着剤）、Ｄｅｇｕｓｓａ  ＣｏｒｐｏｒａｔｉｏｎからのＰｒｉｎｔｅｘ  ＸＥ−２（カーボンブラック）、ＨｅｒｃｕｌｅｓからのＰｏｌｙｃｕｐ１７２（陽イオンアミンポリマー−エピクロルヒドリン付加物架橋剤）、Ｄｏｗ  ＣｈｅｍｉｃａｌｓからのＤｏｗａｎｏｌ  ＰＭ（１−メトキシ−２−プロパノール）、ＩＳＰからのＰＶＰ／ＶＡ  Ｉ−５３５（ポリビニルピロリドンおよびビニルアセテートのコポリマー）、ＳｏｌｕｔｉａからのＢｕｔｖａｒ  Ｂ９８（ポリビニルブチラール）、Ｒｈｏｍ  ａｎｄ  ＨａａｓからのＲｈｏｐｌｅｘ  ＧＬ６１８（アクリル系結合剤）、Ａｋｚｏ  ＮｏｂｅｌからのＫｅｔｊｅｎ  ＥＣ−６００  ＪＤ（カーボンブラック）、Ｂａｙｅｒからの多官能性アジリジン、Ａｌｄｒｉｃｈからの水酸化アンモニウム（２９％溶液）、カタログ＃２２１２２−８。
【実施例】
【００８５】
（実施例１）
この実施例は、本発明の一実施形態による、リチウムアノードと、硫黄カソードとを備える（厚さ２ミクロンの非架橋ポリビニルアルコールの第１のプライマー層と、アルミめっきを施したポリエチレンテレフタレート（Ａｌ／ＰＥＴ）の集電体を含む）、電気化学電池を調製するためのプロトコルを説明する。この実施例は、第１のプライマー層が、集電体への良好な接着を達成したことも示す。
【００８６】
プライマーを調製するために、６重量％のポリビニルアルコール（Ｃｅｌｖｏｌ４２５）と、９４重量％の水とを、室温で混合した。次いで、混合物を、透明溶液が得られるまで、攪拌下で摂氏９１度まで加熱した。プライマースラリーは、５．４重量％のＶｕｌｃａｎ  ＸＣ７２Ｒカーボンブラック、３４．６重量％のイソプロピルアルコール、および６０重量％のＣｅｌｖｏｌ４２５溶液を、セラミックビーズを伴うボールミル内で混練することによって調製した。スラリーは、スロットダイによって、１２フィート／分のウェブ速度で、厚さ６ミクロンのアルミめっきを施したポリエチレンテレフタレート（Ａｌ／ＰＥＴ）膜の両面の上に被覆した。被覆は、摂氏約１００度で、オーブン内で乾燥させた。乾燥プライマー層は、Ａｌ／ＰＥＴ基板の各面上で、約２ミクロンの厚さを有した。厚さは、Ｍｉｔｕｔｏｙｏ（日本）の厚みゲージを使用して測定した。基板（Ａｌ／ＰＥＴ基板）は、被覆される前、次いで、乾燥プライマーで被覆された後に測定した。プライマー被覆の厚さは、被覆された基板と被覆されていない基板との差として測定した。
【００８７】
カソードスラリーは、８３．２２重量％のイソプロピルアルコール、１１．５２重量％の硫黄、３．５２重量％のＰｒｉｎｔｅｘ  ＸＥ−２（カーボンブラック）、０．３２重量％の黒鉛、および１．４２重量％のＧｅｌ  Ｔａｃ１００Ｇ（アクリル接着剤）を、アトライターグラインダー内で混練することによって調製した。このスラリーは、３０重量％の水および共溶媒として７０重量％のイソプロピルアルコールを含有する、９重量％の固体を伴うカソードスラリーを作製するように、水およびイソプロピルアルコールでさらに希釈した。スラリーは、ドクターブレード法で、プライマー層の最上部に被覆した。被覆されたカソードは、摂氏８０度で３分間、および摂氏１２０度で３分間、乾燥させた。被覆されたカソードは、１．８０ｍｇ／ｃｍ２の硫黄を有した。プライマー層は、基板およびカソード組成の両方への良好な接着を有した。
【００８８】
電気化学電池を製造するために、カソード、厚さ１６ミクロンのＴｏｎｅｎの膜（セパレータとして使用）、および厚さ２ミルのリチウム箔を、相互に積層してパウチ内に入れた。０．３ｍｌの電解質（８６．４重量％の１，３−ジオキソラン、１重量％の硝酸リチウム、および１２．６重量％のリチウムビス（トリフルオロメチルスルホニル）イミド）を、パウチ内に注入した。パウチを密封し、次いで、図４に示されるように、電池の特定放電容量を測定した。
【００８９】
（比較実施例１）
この比較実施例は、実施例１の電気化学電池との比較として使用するための、標準的なＩｎｔｅｌｉｃｏａｔのプライマーを含む、リチウムアノードと、硫黄カソードとを備える、電気化学電池を調製するためのプロトコルを説明する。硫黄カソードは、第１の架橋プライマー層（厚さ１．５ミクロン）と、基板の各面に塗布される第２の非架橋アクリレートプライマー層（厚さ１．５ミクロン）との２層のＩｎｔｅｌｉｃｏａｔのプライマーを伴う、６ミクロンのアルミめっきを施したポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）の基板を含んだ。
【００９０】
カソードを、アルミめっきを施したポリエチレンテレフタレート集電体に接着するために、ポリビニルアルコールプライマーの代わりに、Ｉｎｔｅｌｉｃｏａｔのプライマー（Ｉｎｔｅｒｉｃｏａｔ（正式には、Ｒｅｘａｍ  Ｇｒａｐｈｉｃｓ）、Ｓｏｕｔｈ  Ｈａｄｌｅｙ、ＭＡから入手できる）を伴う集電体を使用したことを除いて、実施例１に示される材料および手順を用いて、これに従った。基板の両面にプライマー層を含む、Ｉｎｔｅｌｉｃｏａｔの集電体の厚さは、１２ミクロンであった。
【００９１】
比較実施例の電池の特定放電容量は、図４に示されるように（硫黄１グラムあたりのｍＡｈで）測定した。この図に示されるように、実施例１の電気化学電池は、８００ｍＡｈ／ｇＳ以上の特定放電容量を有するサイクル数が、比較実施例１の電気化学電池よりも多かった。したがって、実施例１の非架橋ポリビニルアルコールの第１のプライマー層は、カソードおよびアルミめっきを施したポリエチレンテレフタレートの集電体の両方への良好な接着を達成し、かつ、比較実施例１のプライマーよりも良好な電気化学電池の安定性を有すると推測することができる。
【００９２】
（実施例２）
この実施例は、本発明の一実施形態による、リチウムアノードと、硫黄カソードとを備える（厚さ２ミクロンの非架橋ポリビニルアルコールの第１のプライマー層と、およびアルミニウム箔の集電体を含む）、電気化学電池を調製するためのプロトコルを説明する。この実施例は、第１のプライマー層が、集電体への良好な接着を達成したことも示す。
【００９３】
プライマーを調製するために、４．５重量％のＣｅｌｖｏｌ１６５（ポリビニルアルコール）と、９５．５重量％の水とを、室温で混合した。次いで、混合物を、透明溶液が得られるまで、攪拌下で摂氏９１度まで加熱した。プライマースラリーは、４．２重量％のＶｕｌｃａｎ  ＸＣ７２Ｒカーボンブラック、２７．８８重量％のイソプロピルアルコール、５．７０重量％の水、および６２．２２重量％のＣｅｌｖｏｌ１６５溶液を、セラミックビーズを伴うボールミル内で混練することによって調製した。スラリーは、ドクターブレード法で、厚さ１２ミクロンのアルミニウム箔の片面の上に被覆した。被覆は、摂氏８５度で３分間、および摂氏１２０度で３分間、オーブン内で乾燥させた。乾燥させたプライマー層は、被覆された基板と被覆されていない基板との厚さの差によって測定した時に、約２ミクロンの厚さを有した。
【００９４】
カソードスラリーは、８３．２２重量％のイソプロピルアルコール、１１．５２重量％の硫黄、３．５２重量％のＰｒｉｎｔｅｘ  ＸＥ−２（カーボンブラック）、０．３２重量％の黒鉛、および１．４２重量％のＧｅｌ  Ｔａｃ１００Ｇ（アクリル接着剤）を、アトライターグラインダー内で混練することによって調製した。このスラリーは、３０重量％の水および共溶媒として７０重量％のイソプロピルアルコールを含有する、９重量％の固体を伴うカソードスラリーを作製するように、水およびイソプロピルアルコールでさらに希釈した。スラリーは、ドクターブレード法で、プライマー層の最上部に被覆した。被覆されたカソードは、摂氏８０度で３分間、および摂氏１２０度で３分間、乾燥させた。被覆されたカソードは、２．１０ｍｇ／ｃｍ２の硫黄を有した。
【００９５】
電気化学電池を製造するために、カソード、厚さ１６ミクロンのＴｏｎｅｎの膜（セパレータとして使用）、および厚さ２ミルのリチウム箔を、相互に積層してパウチ内に入れた。０．３ｍｌの電解質（８６．４重量％の１，３−ジオキソラン、１重量％の硝酸リチウム、および１２．６重量％のリチウムビス（トリフルオロメチルスルホニル）イミド）を、パウチ内に注入した。パウチを密封し、次いで、図５に示されるように、電池の特定放電容量を測定した。
【００９６】
（比較実施例２）
この比較実施例は、実施例２の電気化学電池との比較として使用するための、標準的なＩｎｔｅｌｉｃｏａｔのプライマーを含む、リチウムアノードと、硫黄カソードとを備える、電気化学電池を調製するためのプロトコルを説明する。硫黄カソードは、第１の架橋プライマー層（厚さ１．５ミクロン）と、集電体の各面に塗布される第２の非架橋アクリレートプライマー層（厚さ１．５ミクロン）との２層のプライマーを伴う、６ミクロンのアルミめっきを施したポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）の集電体を含んだ。
【００９７】
ポリビニルアルコールのプライマー層の代わりに、３ミクロンの２層のＩｎｔｅｌｉｃｏａｔのプライマー被覆（Ｉｎｔｅｒｉｃｏａｔ（正式には、Ｒｅｘａｍ  Ｇｒａｐｈｉｃｓ）、Ｓｏｕｔｈ  Ｈａｄｌｅｙ、ＭＡから入手できる）を使用し、かつ集電体として、厚さ１２ミクロンのアルミニウム箔の代わりに、６ミクロンのアルミめっきを施したＰＥＴ膜を使用したことを除いて、実施例２に示される材料および手順を用いて、これに従った。
【００９８】
比較実施例の電池の特定放電容量は、図５に示されるように測定した。この図に示されるように、実施例２の電気化学電池は、比較実施例２の電気化学電池よりも長いサイクル寿命を有した。したがって、実施例２の非架橋ポリビニルアルコールの単層プライマーは、カソードおよびアルミ箔の集電体の両方への良好な接着を達成したものと推測することができる。
【００９９】
（実施例３）
この実施例は、本発明の一実施形態による、リチウムアノードと、硫黄カソードとを備える（非架橋ポリビニルアルコール層と、非架橋ポリビニルブチラール、ポリビニルピロリドン、およびビニルアセテートのコポリマー層とを備える、二重層プライマーと、アルミニウム箔の集電体とを含む）、角柱状電気化学電池を調製するためのプロトコルを説明する。この実施例は、二重層プライマーが、カソードおよびアルミニウム箔の集電体の両方への良好な接着を達成したことも示す。
【０１００】
ポリビニルアルコールを含む第１のプライマー層を調製するために、６．００重量％のＣｅｌｖｏｌ４２５（ポリビニルアルコール）と、９４．００重量％の水とを、室温で混合した。次いで、混合物を、透明溶液が得られるまで、攪拌下で摂氏９１度まで加熱した。第１のプライマースラリーは、３３．３０重量％のイソプロピルアルコール、４．２０重量％のＶｕｌｃａｎ  ＸＣ７２Ｒカーボンブラック、２．００重量％のＤｏｗａｎｏｌ  ＰＭ（１−メトキシ−２−プロパノール）、２５．５０重量％の水、および３５．００重量％のＣｅｌｖｏｌ４２５溶液を、ガラスビーズを伴うアイガーミル内で混練することによって調製した。スラリーは、マイクログラビア被覆ヘッドで、厚さ９ミクロンのアルミニウム箔の両面の上に被覆した。被覆は、オーブン内で乾燥させた。乾燥させたプライマー層は、約１．４ミクロンの厚さを有した。
【０１０１】
ポリビニルブチラール、ポリビニルピロリドン、およびビニルアセテートのコポリマーを含む第２のプライマー層を調製するために、第２のプライマースラリーは、７６．９０重量％のイソプロピルアルコール、４．２重量％のＶｕｌｃａｎ  ＸＣ７２Ｒカーボンブラック、９．８０重量％のＢｕｔｖａｒ  Ｂ９８（ポリビニルブチラール）溶液（イソプロピルアルコール中に１０重量％の固体）、および９．１０重量％のＰＶＰ／ＶＡ  Ｉ−５３５（ポリビニルピロリドンおよびビニルアセテートのコポリマー）溶液（ＩＰＡ中に２０重量％の固体）を、ガラスビーズを伴うアイガーミル内で混練することによって作製した。スラリーは、マイクログラビア被覆ヘッドで、第１のプライマー層の両面の上に被覆した。乾燥させた第２のプライマー層は、約０．６ミクロンの厚さを有した。
【０１０２】
カソードスラリーは、８８．００重量％のイソプロピルアルコール、８．７６重量％の硫黄、０．６０重量％のポリエチレンワックス、１．９２重量％のＰｒｉｎｔｅｘ  ＸＥ−２（カーボンブラック）、および０．７２重量％のＫｅｔｊｅｎ  ＥＣ−６００  ＪＤカーボンブラックを、アトライターグラインダー内で混練することによって調製した。スラリーは、ダイで、第２のプライマー層の上に被覆し、オーブン内で乾燥させた。被覆されたカソードは、１．５９ｍｇ／ｃｍ２の硫黄負荷を有する。
【０１０３】
電気化学電池を製造するために、カソード、厚さ９ミクロンのＴｏｎｅｎの膜（セパレータとして使用）、および厚さ２ミルのリチウム箔を、相互に巻回して角柱状電池を形成し、７．６グラムの電解質（８０．１重量％の１，３−ジオキソラン、１２．３重量％のリチウムビス（トリフルオロメチルスルホニル）イミド、１．０重量％の硝酸リチウム、６．６重量％のＬｉ２Ｓ６）を伴うパウチ内に入れた。パウチを密封し、次いで、図６に示されるように、電池の特定放電容量を測定した。
【０１０４】
（比較実施例３）
この比較実施例は、実施例３の電気化学電池との比較として使用するための、リチウムアノードと、硫黄カソードとを備える、角柱状電気化学電池を調製するためのプロトコルを説明する。硫黄カソードは、第１の架橋プライマー層（厚さ１．５ミクロン）と、基板の各面に塗布される第２の非架橋アクリレートプライマー層（厚さ１．５ミクロン）との２層プのライマーを伴う、１２ミクロンのアルミニウム箔基板を含んだ。
【０１０５】
二重層プライマーの代わりに、厚さ３ミクロンの２層のＩｎｔｅｌｉｃｏａｔのプライマー（Ｉｎｔｅｒｉｃｏａｔ（正式には、Ｒｅｘａｍ  Ｇｒａｐｈｉｃｓ）、Ｓｏｕｔｈ  Ｈａｄｌｅｙ、ＭＡから入手できる）を使用し、かつ集電体として、厚さ９ミクロンのアルミニウム箔の代わりに、厚さ１２ミクロンのアルミニウム箔を使用したことを除いて、電気化学電池を製造するように、実施例３に示される材料および手順を用いて、これに従った。
【０１０６】
比較実施例の電池の特定放電容量は、図６に示されるように測定した。この図に示されるように、実施例３の電気化学電池は、比較実施例３の電気化学電池よりも長いサイクル寿命を有した。したがって、実施例３の二重層プライマーは、カソードおよびアルミニウム箔の集電体の両方への良好な接着を達成したもの推測することができる。
【０１０７】
（実施例４）
この実施例は、本発明の一実施形態による、リチウムアノードと、硫黄カソードとを備える（非架橋ポリビニルアルコール層と、非架橋ポリビニルピロリドンおよびポリビニルアセテートのコポリマー層とを備える、二重層プライマーと、アルミニウム箔の集電体とを含む）、電気化学電池を調製するためのプロトコルを説明する。この実施例は、二重層プライマーが、カソードおよびアルミニウム箔の集電体の両方への良好な接着を達成したことも示す。
【０１０８】
ポリビニルアルコールを含む第１のプライマー層を調製するために、６．００重量％のＣｅｌｖｏｌ４２５（ポリビニルアルコール）と、９４．００重量％の水とを、室温で混合した。次いで、混合物を、透明溶液が得られるまで、攪拌下で摂氏９１度まで加熱した。第１のプライマースラリーは、３３．３０重量％のイソプロピルアルコール、４．２０重量％のＶｕｌｃａｎ  ＸＣ７２Ｒカーボンブラック、２．００重量％のＤｏｗａｎｏｌ  ＰＭ（１−メトキシ−２−プロパノール）、２５．５０重量％の水、および３５．００重量％のＣｅｌｖｏｌ４２５溶液を、ガラスビーズを伴うアイガーミル内で混練することによって調製した。スラリーは、スロットダイ被覆ヘッドで、厚さ９ミクロンのアルミニウム箔の両面の上に被覆した。被覆は、オーブン内で乾燥させた。乾燥させたプライマー層は、基板の各面で約２．０ミクロンの厚さを有した。
【０１０９】
非架橋のポリビニルピロリドンおよびビニルアセテートのコポリマーと、アクリルポリマーとを含む第２のプライマー層を調製するために、第２のプライマースラリーは、８．８グラムのイソプロピルアルコール、８．４グラムの水、０．４グラムのＤｏｗａｎｏｌ  ＰＭ（１−メトキシ−２−プロパノール）、０．８グラムのＶｕｌｃａｎ  ＸＣ７２Ｒ（カーボンブラック）、０．８グラムのＰＶＰ／ＶＡ  Ｉ−５３５（ポリビニルピロリドンおよびビニルアセテートのコポリマー）、および０．８グラムのＲｈｏｐｌｅｘ  ＧＬ６１８（アクリルポリマーバインダ）を、ステンレス鋼球を伴う瓶内で混練することによって作製した。スラリーは、ドクターブレード法で、第１のプライマー層の上に被覆した。第２のプライマー層は、摂氏８０度で３分間、オーブン内で乾燥させた。第２のプライマー層の厚さは、基板の各面に塗布した時に、約２ミクロンであった。
【０１１０】
カソードスラリーは、８８．００重量％のイソプロピルアルコール、８．７６重量％の硫黄、０．６０重量％のポリエチレンワックス、１．９２重量％のＰｒｉｎｔｅｘ  ＸＥ−ｄ（カーボンブラック）、および０．７２重量％のＫｅｔｊｅｎ  ＥＣ−６００  ＪＤカーボンブラックを、アトライターグラインダー内で混練することによって調製した。スラリーは、ドクターブレード法で、第２のプライマー層の上に被覆した。カソード被覆は、オーブン内で、摂氏８０度で３分間、および摂氏１２０度で３分間、乾燥させた。
【０１１１】
電気化学電池を製造するために、カソード、厚さ１６ミクロンのＴｏｎｅｎの膜（セパレータとして使用）、および厚さ２ミルのリチウム箔を、相互に積層してパウチ内に入れた。０．３ｍｌの電解質（８６．４重量％の１，３−ジオキソラン、１重量％の硝酸リチウム、および１２．６重量％のリチウムビス（トリフルオロメチルスルホニル）イミド）を、パウチ内に注入した。パウチを密封し、次いで、図７に示されるように、電池の特定放電容量を測定した。
【０１１２】
（実施例５）
この実施例は、１．）非架橋ポリビニルアルコール層と、２．）ポリビニルピロリドンおよびポリビニルアセテートのコポリマーと、アクリルポリマーとを含み、アクリルポリマーに対するコポリマーの比率が２．１：１であった、非架橋の層とを備える二重層プライマーを含む、リチウムアノードと、硫黄カソードとを備える、電気化学電池を調製するためのプロトコルを説明する。プライマー層は、アルミニウム箔の集電体上に蒸着させた。この実施例は、二重層プライマーが、カソードおよびアルミニウム箔の集電体の両方への良好な接着を達成したことを示す。この実施例は、より高い比率（例えば、実施例６に説明される０．９：１と比較して、２．１：１の比率）のアクリルポリマーに対するポリビニルピロリドンおよびポリビニルアセテートのコポリマーを含む、第２のプライマー層が、第２のプライマー層とカソードとの間の接着を増加させたことも示す。
【０１１３】
ポリビニルアルコールを含む第１のプライマー層を調製するために、実施例４に説明される手順に従った。
【０１１４】
架橋ポリビニルピロリドンおよびビニルアセテートのコポリマーと、アクリルポリマーと、を含む、第２のプライマー層を調製するために、第２のプライマースラリーを得るように、実施例４で説明される手順に従った。アクリルポリマー（Ｒｈｏｐｌｅｘ  ＧＬ６１８）に対するポリビニルピロリドンおよびビニルアセテートのコポリマー（ＰＶＰ／ＶＡ  Ｉ−５３５）の比率は、２．１：１であった。０．２グラムのＰｆａｚ３２２（多官能性アジリジン）溶液（イソプロピルアルコール中に１０％）、および１滴の水酸化アンモニウム（２９％の水溶液）を、７グラムの第２のプライマースラリーに添加した。スラリーは、ドクターブレード法で、第１のプライマー層の上に被覆した。第２のプライマー層は、摂氏８０度で３分間、オーブン内で乾燥させた。第２のプライマー層の厚さは、基板の各面に塗布した時に、約２ミクロンであった。
【０１１５】
カソード被覆層を調製するために、実施例４に説明されるカソード組成および手順に従った。
【０１１６】
電気化学電池を製造するために、カソード、厚さ１６ミクロンのＴｏｎｅｎの膜（セパレータとして使用）、および厚さ２ミルのリチウム箔を、相互に積層してパウチ内に入れた。０．３ｍｌの電解質（８６．４重量％の１，３−ジオキソラン、１重量％の硝酸リチウム、および１２．６重量％のリチウムビス（トリフルオロメチルスルホニル）イミド）を、パウチ内に注入した。パウチを密封し、次いで、図７に示されるように、電池の特定放電容量を測定した。
【０１１７】
（実施例６）
この実施例は、１．）非架橋ポリビニルアルコール層と、２．）ポリビニルピロリドンおよびポリビニルアセテートのコポリマーと、アクリルポリマーとを含み、アクリルポリマーに対するコポリマーの比率が０．９：１であった、非架橋の層とを備える二重層プライマーを含む、リチウムアノードと、硫黄カソードとを備える、電気化学電池を調製するためのプロトコルを説明する。プライマー層は、アルミニウム箔の集電体上に蒸着させた。この実施例は、二重層プライマーが、カソードおよびアルミニウム箔の集電体の両方への良好な接着を達成したことも示す。
【０１１８】
ポリビニルアルコールを含む第１のプライマー層を調製するために、実施例３に説明される手順に従った。
【０１１９】
架橋ポリビニルピロリドンおよびビニルアセテートのコポリマーと、アクリルポリマーとを含む第２のプライマー層を調製するために、第２のプライマースラリーの予備混合物は、８．６グラムのイソプロピルアルコール、８．６グラムの水、０．４グラムのＤｏｗａｎｏｌ  ＰＭ（１−メトキシ−２−プロパノール）、０．８グラムのＶｕｌｃａｎ  ＸＣ７２Ｒ（カーボンブラック）、０．５グラムのＰＶＰ／ＶＡ  Ｉ−５３５（ポリビニルピロリドンおよびビニルアセテートのコポリマー）、および１．２グラムのＲｈｏｐｌｅｘ  ＧＬ６１８（アクリルポリマーバインダ）を、ステンレス鋼球を伴う瓶内で混練することによって作製した。アクリルポリマー（Ｒｈｏｐｌｅｘ  ＧＬ６１８）に対するポリビニルピロリドンおよびビニルアセテートのコポリマー（ＰＶＰ／ＶＡ  Ｉ−５３５）の比率は、０．９：１であった。予備混合物は、０．２グラムのＰｆａｚ３２２（多官能性アジリジン）溶液（イソプロピルアルコール中に１０重量％）、および１滴の水酸化アンモニウム（水中に２９重量％）と混合した。第２のプライマー層の厚さは、集電体の各面に塗布したときに、約２ミクロンであった。
【０１２０】
電気化学電池を製造するために、カソード、厚さ９ミクロンのＴｏｎｅｎの膜（セパレータとして使用）、および厚さ２ミルのリチウム箔を、相互に巻回して角柱状電池を形成し、７．６グラムの電解質（８０．１重量％の１，３−ジオキソラン、１２．３重量％のリチウムビス（トリフルオロメチルスルホニル）イミド、１．０重量％の硝酸リチウム、６．６重量％のＬｉ２Ｓ６）を伴うパウチ内に入れた。パウチを密封し、次いで、図７に示されるように、電池の特定放電容量を測定した。
【０１２１】
（比較実施例４）
この比較実施例は、実施例４、５、および６の電気化学電池との比較として使用するための、リチウムアノードと、硫黄カソードとを備える、電気化学電池を調製するためのプロトコルを説明する。硫黄カソードは、第１の架橋プライマー層（厚さ１．５ミクロン）と、集電体の各面に塗布される第２の非架橋アクリレートプライマー層（厚さ１．５ミクロン）との２層のプライマーを伴う、６ミクロンのアルミめっきを施したポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）の集電体を含んだ。
【０１２２】
二重層プライマーの代わりに、集電体の両面に被覆される、厚さ３ミクロンの２層のＩｎｔｅｌｉｃｏａｔのプライマー（Ｉｎｔｅｒｉｃｏａｔ（正式には、Ｒｅｘａｍ  Ｇｒａｐｈｉｃｓ）、Ｓｏｕｔｈ  Ｈａｄｌｅｙ、ＭＡから入手できる）を使用し、かつ厚さ９ミクロンのアルミニウム箔の集電体の代わりに、６ミクロンのアルミめっきを施したポリエチレンテレフタレートの集電体を使用したことを除いて、実施例３に示される材料および手順を用いて、これに従った。
【０１２３】
比較実施例の電池の特定放電容量は、図７に示されるように測定した。この図に示されるように、実施例５の電気化学電池は、最も高い特定放電容量を有し、その次に実施例６の電池、次いで、実施例４の電池が続いた。これらの特定放電容量は、比較実施例４の電気化学電池の特定放電容量よりも高かった。したがって、実施例４、５、および６の二重プライマー層は、カソードおよびアルミニウム箔の集電体の両方への良好な接着を達成したものと推測することができる。この実施例は、実施例６の比率と比較して、より高い比率のアクリルポリマーに対するポリビニルピロリドンおよびポリビニルアセテートのコポリマーを含む、実施例５の第２のプライマー層が、第２のプライマー層とカソードとの間の接着の増加をもたらしたことも示す。
【０１２４】
（実施例７）
この実施例は、本発明の一実施形態による、アルミニウム箔の集電体によって支持される、厚さ２ミクロンの架橋ポリビニルアルコールの単層プライマーを含む、リチウムアノードと、硫黄カソードとを備える、電気化学電池を調製するためのプロトコルを説明する。この実施例は、単層プライマーが、集電体およびカソード活性材料の両方への良好な接着を達成したことも示す。
【０１２５】
架橋プライマーを調製するために、４．５重量％のＣｅｌｖｏｌ１６５（ポリビニルアルコール）と、９５．５重量％の水とを、室温で混合した。次いで、混合物を、透明溶液が得られるまで、攪拌下で摂氏９０度まで加熱した。プライマースラリーは、４．２重量％のＶｕｌｃａｎ  ＸＣ７２Ｒカーボンブラック、２３．９９重量％のイソプロピルアルコール、５．７０重量％の水、および６２．２２重量％のＣｅｌｖｏｌ１６５溶液を、セラミックビーズを伴うボールミル内で混練することによって調製した。２重量％のＰｏｌｙｃｕｐ１７２溶液（架橋剤を含む）は、１６．６７重量％のＰｏｌｙｃｕｐ１７２と、８３．３３重量％の水とを混合することによって作製した。最終的なプライマースラリーは、被覆前に、プライマースラリーと、２重量％のＰｏｌｙｃｕｐ１７２溶液とを混合することによって調製した。最終的なプライマースラリーは、ドクターブレード法で、厚さ１２ミクロンのアルミニウム箔の片面の上に被覆した。被覆は、被覆機のオーブン内で乾燥させた。乾燥させたプライマー層は、約２ミクロンの厚さを有した。
【０１２６】
カソードスラリーは、４０．５０重量％の水、４５．００重量％のイソプロピルアルコール、４．５０重量％のＤｏｗａｎｏｌ  ＰＭ（１−メトキシ−２−プロパノール）、６．５０重量％の硫黄、２．００重量％のＰｒｉｎｔｅｘ  ＸＥ−２（カーボンブラック）、および１．５０重量％の黒鉛を、ステンレス鋼ビーズを伴うガラス瓶内で混練することによって調製した。スラリーは、ダイで、上述のプライマー層の上に被覆し、被覆機のオーブン内で乾燥させた。被覆されたカソードは、１．６６ｍｇ／ｃｍ２の硫黄を有した。
【０１２７】
電気化学電池を製造するために、カソード、厚さ１６ミクロンのＴｏｎｅｎの膜（セパレータとして使用）、および厚さ２ミルのリチウム箔を、相互に積層してパウチ内に入れた。０．３ｍｌのＴＥＫ１電解質（８６．４重量％の１，３−ジオキソラン、１重量％の硝酸リチウム、および１２．６重量％のリチウムビス（トリフルオロメチルスルホニル）イミド）を、パウチ内に注入した。パウチを密封し、次いで、図８に示されるように、電池の特定放電容量を測定した。
【０１２８】
図８に示されるように、実施例７の電気化学電池は、特に、より多いサイクル数の後に、比較実施例５（標準的なＩｎｔｅｌｉｃｏａｔのプライマーを含む）の電気化学電池よりも高い特定放電容量を有した。したがって、実施例７の非架橋ポリビニルアルコールの単層プライマーは、カソード活性層および集電体の両方への良好な接着を達成したものと推測することができる。
【０１２９】
（比較実施例５）
小型の平型電池は、カソード活性材料を、６ミクロンのアルミめっきを施したＰＥＴ膜上のＩｎｔｅｌｉｃｏａｔのプライマーの上に被覆したことを除いて、実施例８に説明される手順と同じ手順で製造し、試験を行った。
【０１３０】
（実施例８）
この実施例は、本発明の一実施形態による、アルミニウム箔の集電体によって支持される、厚さ２ミクロンの架橋ポリビニルアルコールの単層プライマーを含む、リチウムアノードと、硫黄カソードとを備える、電気化学電池を調製するためのプロトコルを説明する。この実施例は、単層プライマーが、集電体および陰極活性材料の両方への良好な接着を達成したことも示す。
【０１３１】
単層プライマーを調製するために、８重量％のポリビニルアルコール（Ｃｅｌｖｏｌ４２５）、および９２重量％の水を、室温で混合した次いで、混合物を、透明溶液が得られるまで、攪拌下で摂氏９１度まで加熱した。プライマースラリーは、Ｃｅｌｖｏｌ４２５の混合物を形成するように、３１．３３重量％のイソプロピルアルコール、５．００重量％のＤｏｗａｎｏｌ  ＰＭ（１−メトキシ−２−プロパノール）、２０．２０重量％の水、および３６．００重量％のＣｅｌｖｏｌ４２５溶液（水中に８．００重量％）を、容器中で混合することによって調製した。次いで、４．８重量％のＶｕｌｃａｎ  ＸＣ７２Ｒカーボンブラックを、撹拌下で、Ｃｅｌｖｏｌ４２５の混合物に添加した。次いで、このスラリーを、４０分間、アイガーミル内で混練した。次いで、混練されたスラリーを、被覆前に、２．６７重量％のＰｏｌｙｃｕｐ１７２の溶液（架橋剤を含む）と混合した。スラリーは、スロットダイ被覆ヘッドで、厚さ７ミクロンのアルミニウム箔の両面の上に被覆した。被覆は、摂氏約１００度で、オーブン内で乾燥させた。乾燥させたプライマー層は、約２．０ミクロンの厚さを有した。厚さは、Ｍｉｔｕｔｏｙｏ（日本）の厚みゲージを使用して測定した。基板（Ａｌ／ＰＥＴ基板）は、被覆される前、かつ乾燥させたプライマーで被覆された後に測定した。プライマー被覆の厚さは、被覆された基板と被覆されていない基板との差として測定した。
【０１３２】
カソードスラリーは、４０．５０重量％の水、４５．００重量％のイソプロピルアルコール、４．５０重量％のＤｏｗａｎｏｌ  ＰＭ（１−メトキシ−２−プロパノール）、６．５０重量％の硫黄、２．００重量％のＰｒｉｎｔｅｘ  ＸＥ−２（カーボンブラック）、および１．５０重量％の黒鉛を、ステンレス鋼ビーズを伴うガラス瓶内で混練することによって調製した。スラリーは、ダイで、上述のプライマー層の上に被覆し、被覆機のオーブン内で乾燥させた。被覆されたカソードは、１．６６ｍｇ／ｃｍ２の硫黄を有した。
【０１３３】
電気化学電池を製造するために、カソード、厚さ１６ミクロンのＴｏｎｅｎの膜（セパレータとして使用）、および厚さ２ミルのリチウム箔を、相互に積層してパウチ内に入れた（小型の平型電池）。０．３ｍｌの電解質（８６．４重量％の１，３−ジオキソラン、１重量％の硝酸リチウム、および１２．６重量％のリチウムビス（トリフルオロメチルスルホニル）イミド）を、パウチ内に注入した。パウチは、密封して試験を行った。
【０１３４】
実施例８および比較実施例６で製造される電池の放電容量は、図９に示される。この図に示されるように、実施例８の電気化学電池は、特に、より多いサイクル数の後に、比較実施例６の電気化学電池よりも高い特定放電容量を有した。実施例８の電気化学電池は、比較実施例６の電池よりも長いサイクル寿命を有した。したがって、実施例８の非架橋ポリビニルアルコールの単層プライマーは、カソード活性層および集電体の両方への良好な接着を達成したものと推測することができる。
【０１３５】
（比較実施例６）
この比較実施例は、実施例８の電気化学電池との比較として使用するための、厚さ２ミクロンの非架橋ポリビニルアルコールの単層プライマーを含む、リチウムアノードと、硫黄カソードとを備える、電気化学電池を調製するためのプロトコルを説明する。
【０１３６】
非架橋の単層プライマーを調製するために、８重量％のポリビニルアルコール（Ｃｅｌｖｏｌ４２５）と、９２重量％の水とを、室温で混合した。次いで、混合物を、透明溶液が得られるまで、攪拌下で摂氏９１度まで加熱した。プライマースラリーは、Ｃｅｌｖｏｌ４２５の混合物を形成するように、３０．００重量％のイソプロピルアルコール、５．００重量％のＤｏｗａｎｏｌ  ＰＭ（１−メトキシ−２−プロパノール）、２０．２０重量％の水、および４０．００重量％のＣｅｌｖｏｌ４２５溶液（水中に８．００重量％）を、容器中で混合することによって調製した。次いで、４．８重量％のＶｕｌｃａｎ  ＸＣ７２Ｒカーボンブラックを、撹拌下で、Ｃｅｌｖｏｌ４２５の混合物に添加した。次いで、このスラリーを、４０分間、アイガーミル内で混練した。スラリーは、スロットダイ被覆ヘッドで、厚さ７ミクロンのアルミニウム箔の両面の上に被覆した。被覆は、被覆機のオーブン内で乾燥させた。
【０１３７】
乾燥させたプライマー層は、約２．０ミクロンの厚さを有した。厚さは、Ｍｉｔｕｔｏｙｏ（日本）の厚みゲージを使用して測定した。基板（Ａｌ／ＰＥＴ基板）は、被覆される前、かつ乾燥させたプライマーで被覆された後に測定した。プライマー被覆の厚さは、被覆された基板と被覆されていない基板との差として測定した。
【０１３８】
実施例８のカソードスラリーと同じカソードスラリーを、上述のプライマーに被覆した。被覆されたカソードは、１．６０ｍｇ／ｃｍ２の硫黄負荷を有した。電気化学電池は、実施例８に説明される手順に従って製造した。
【０１３９】
（実施例９）
この実施例は、本発明の一実施形態による、厚さ１２ミクロンのアルミニウム箔の集電体によって支持される、厚さ２ミクロンの非架橋ポリビニルアルコールの単層プライマーを含む、リチウムアノードと、硫黄カソードとを備える、電気化学電池の調製およびサイクルを説明する。この実施例は、上述のプライマーを伴って作製される電気化学電池が、市販のＩｎｔｅｌｉｃｏａｔのプライマーを伴って作製される電池よりも良好な性能特性（例えば、より高い放電容量および比エネルギー密度）を有することを示す。
【０１４０】
プライマーを調製するために、水およびイソプロパノールの混合物中に、５０重量％のＶｕｌｃａｎ  ＸＣ７２Ｒ（カーボンブラック）、１０重量％の黒鉛、および４０重量％のポリビニルアルコール（Ｃｅｌｖｏｌ４２５）の組成を有するスラリーを、スロットダイ法を用いて、厚さ１２ミクロンのＡｌ箔の両面の上に被覆した。被覆は、約１００℃で、オーブン内で乾燥させた。乾燥させたプライマー層は、Ａｌ箔の各面上で、約２ミクロンの厚さを有した。プライマー層は、Ａｌ箔への良好な接着を有した。
【０１４１】
カソードスラリーは、６８重量％の硫黄、１２重量％のＰｒｉｎｔｅｘ  ＸＥ−２（カーボンブラック）、１０重量％の黒鉛、５重量％のＫｅｔｊｅｎのブラックカーボン、および５重量％のＥＡＡ（アクリル接着剤）を、イソプロパノール中で混練することによって調製した。スラリーは、プライマー層のそれぞれの最上部に被覆した。被覆されたカソードは、１１０℃で乾燥させた。被覆されたカソードは、１．５７ｍｇ／ｃｍ２の硫黄を有した。
【０１４２】
使用したアノード電極は、厚さ５０ミクロンのＬｉ箔であった。
【０１４３】
カソードおよびアノードは、厚さ９ミクロンのポリオレフィンのセパレータと相互にゼリーロール状に巻いた。活性電極の面積は、１１４１ｃｍ２であった。カソードおよびアノードタブの接触部は、ゼリーロールに付着させた。ゼリーロールは、軟質多層パッケージ内に入れ、７．６ｇの液体電解質を充填して、熱的に密封した。電解質は、４２．３２重量％の１，３−ジオキソラン、４２．３２重量％の１，２−ジメトキシエタン、４重量％のリチウムビス（トリフルオロメチルスルホニル）イミド、３．７７重量％の硝酸リチウム、６．２重量％のＬｉ２Ｓ８、１重量％の硝酸グアニジウム、および０．４重量％の硝酸ピリジニウムの組成であった。
【０１４４】
新しい電気化学電池は、ＡＣ  １ｋＨｚで、７０ミリオームのインピーダンスを有した。角柱状電池の質量は、約１７．３ｇであった。電池は、１．７Ｖのカットオフ電圧に対して、５００ｍＡ（Ｃ／５率）の電流で放電させた。Ｃ／５率での電池の放電能力は、２６５６ｍＡｈであった。Ｃ／５率での比エネルギーは、３２３Ｗｈ／ｋｇであった。
【０１４５】
（比較実施例７）
実施例９に説明されるプライマーの変わりに、１２ミクロンのＡｌ箔の両面が、Ｉｎｅｔｅｌｉｃｏａｔのプライマー層（Ｉｎｔｅｒｉｃｏａｔ（正式には、Ｒｅｘａｍ  Ｇｒａｐｈｉｃｓ）、Ｓｏｕｔｈ  Ｈａｄｌｅｙ、ＭＡから入手できる）で被覆されたことを除いて、実施例９に説明されるものに類似する電気化学電池を作製した。
【０１４６】
新しい電気化学電池は、ＡＣ１ｋＨｚで、１６０〜２００ミリオームのインピーダンスを有した。電気化学電池は、実施例９に説明される条件と同じ条件で放電させた。Ｃ／５率での電池の放電能力は、１８６８ｍＡｈであった。Ｃ／５率での比エネルギーは、２１８Ｗｈ／ｋｇであった。
【０１４７】
（実施例１０）
この実施例は、本発明の一実施形態による、厚さ７ミクロンのアルミニウム箔の集電体によって支持される、厚さ２ミクロンの非架橋ポリビニルアルコールの単層プライマーを含む、リチウムアノードと、硫黄カソードとを備える、電気化学電池の調製およびサイクルを説明する。この実施例は、上述のプライマーを伴って作製される電気化学電池が、市販のＩｎｔｅｌｉｃｏａｔのプライマーを伴って作製される電池よりも良好な性能特性（例えば、より低い面積比抵抗および直流抵抗）を有することを示す。
【０１４８】
実施例９に説明されるプライマー層は、厚さ７ミクロンのアルミニウム箔の両面に被覆した。
【０１４９】
カソードスラリーは、７３重量％の硫黄、１６重量％のＰｒｉｎｔｅｘ  ＸＥ−２（カーボンブラック）、６重量％のＫｅｔｊｅｎのブラックカーボン、および５重量％のポリエチレン粉末を、イソプロパノール中で混練することによって調製した。スラリーは、プライマー層のそれぞれの最上部に被覆した。被覆されたカソードは、１．５８ｍｇ／ｃｍ２の硫黄負荷を有した。
【０１５０】
使用したアノード電極は、厚さ５０ミクロンのＬｉ箔であった。
【０１５１】
カソードおよびアノードは、厚さ９ミクロンのポリオレフィンのセパレータと相互にゼリーロール状に巻いた。活性電極の面積は、１１６５ｃｍ２であった。ニッケルカソードおよびアノードタブの接触部は、ゼリーロールに付着させた。ニッケルカソードおよびアノードタブの接触部（Ｒｔａｂ）の合成抵抗は、１５ミリオームであった。電池を組み立て、実施例９に説明されるものと同じ材料および方法を用いて充填した。
【０１５２】
電池は、４回にわたって放電および充電を行った。放電条件は、電流が５００ｍＡ、カットオフ電圧を１．７Ｖであった。充電条件は、電流が３１５ｍＡ、カットオフ電圧が２．５Ｖであった。５回目のサイクルで、完全に充電した電池を、０．５Ａ〜８．８Ａの範囲の異なる電流Ｉで放電した。電池電圧Ｖ（Ｉ）は、異なる電流での放電の途中に測定した。電池分極は、この時点での電池の開回路電圧と、式１による、ある電流での電圧との差として計算した。電池分極対放電電流は、図１０にプロットされる。この線図（線５０）の傾斜は、式２による電池の直流抵抗を表す。ＤＣＲの値は、２２．６ミリオームであった。
【０１５３】
カソード・セパレータ・アノード積層物の面積比抵抗を定量するために、式３に従って、最初に、電池のＤＣＲを、タブ抵抗に対して補正し、次いで、活性電極の面積Ａを考慮することによって、ＡＳＲに変換した。ＡＳＲの値は、８．９オームｃｍ２であった。
【０１５４】
（比較実施例８）
実施例１０に説明されるプライマーの変わりに、厚さ７ミクロンのアルミニウム箔の集電体が、Ｉｎｅｔｅｌｉｃｏａｔのプライマー層（Ｉｎｔｅｒｉｃｏａｔ（正式には、Ｒｅｘａｍ  Ｇｒａｐｈｉｃｓ）、Ｓｏｕｔｈ  Ｈａｄｌｅｙ、ＭＡから入手できる）で被覆されたことを除いて、実施例１０に説明されるものに類似する電気化学電池を作製した。
【０１５５】
電気化学電池を組み立て、実施例１０に説明されるものと同じ方法を用いて電気試験を行った。Ｉｎｔｅｌｉｃｏａｔのプライマーの電池対放電電流の分極抵抗は、図１０の線５２に表される。この線図の傾斜によって表されるＤＣＲは、７２．３ミリオームの値を有した。式３を用いて計算した、電池のＡＳＲは、６６．８オームｃｍ２であった。
【０１５６】
図１０に示され、本明細書で説明されるように、実施例１０の電気化学電池は、電流放電の関数として、比較実施例８の電池よりも低い電池分極（および、したがって、低い直流抵抗および面積比抵抗）を有した。これは、ポリビニルアルコールプライマーが、比較実施例８のプライマーよりも、硫黄カソードとＡｌ箔集電体との間の良好な接着および電気伝導を増進したことを示している。
【０１５７】
本明細書において本発明の複数の実施形態を図とともに説明したが、当業者は、機能を実行するための機構、および／または本明細書に記述された結果および／または１つ以上の利点を得るための様々な他の手段を容易に想定されるであろう。また、そのような変形および／改良のそれぞれは、本発明の範囲内にあるものとみなされる。さらに一般的に言えば、当業者は、本明細書に記述される全てのパラメータ、寸法、材料、および構成が例示的なものであり、実際のパラメータ、寸法、材料、および／または構成は、本発明の教示を用いる単一または複数の特定のアプリケーションに依存するものであると容易に理解されるであろう。当業者は、ルーチン実験以上のものを用いなくても、本明細書に記載されている本発明の特定の実施形態には多くの同等物があることを認識するであろうし、または確認することが可能であろう。したがって、上述の実施形態は、一例として示されたものに過ぎず、添付の特許請求の範囲およびその同等物の範囲で、本発明が特に記述および主張されたものとは異なって実行される場合もあると理解されたい。本発明は、本明細書に記載される個々の特徴、システム、物品、材料、キット、および／または方法に関する。加えて、このような機能、システム、物品、材料、キット、および／または方法が互いに矛盾していなければ、２つ以上のこのような機能、システム、物品、材料、キット、および／または方法のあらゆる組み合わせが、本発明の範囲内に含まれる。
【０１５８】
本明細書にて定義および使用される全ての定義は、辞書の定義、参照することにより組み込まれる文書の定義、および／または定義される用語の一般的な意味を支配するものと理解されたい。
【０１５９】
本明細書および請求項に使用される単数形（不定冠詞：「ａ」および「ａｎ」）は、特に明示されている場合を除き、「少なくとも１つ」を意味するものと理解されたい。
【０１６０】
本明細書および請求項で使用する場合、「および／または」という成句は、そのように結合した要素の「一方または両方」、すなわち、ある場合では結合的に存在し、他の場合では分離的に存在することを意味するものと理解されたい。「および／または」とともに列記される複数の要素は、同じように解釈、すなわち、要素のうちの「１つ以上」がそのように等位結合されるものとして解釈されたい。特に定義された要素に関係するかしないかに関わらず、「および／または」の節によって特に識別された要素以外に、随意に他の要素が存在する場合がある。したがって、非現実的な一実施例として、「Ａおよび／またはＢ」という記述は、「〜を備える（含む）」等のオープンエンドな言語とともに使用される時には、一実施形態では、Ａだけ（随意に、Ｂ以外の要素を含む）を指す、別の実施形態では、Ｂだけ（随意に、Ａ以外の要素を含む）を指す、さらに別の実施形態では、ＡおよびＢの両方（随意に、他の要素を含む）を指す、等の可能性がある。
【０１６１】
明細書および請求項で使用する場合、「または」は、上記で定義した「および／または」と同じ意味を有するものと理解されたい。例えば、アイテムを一覧に分類した時に、「または」または「および／または」は、包括的である、すなわち、複数の要素またはリスト内の要素のうちの少なくとも１つを含むだけでなく、２つ以上を含み、随意に、列記されていないアイテムも含むものと解釈されたい。「〜のうちの１つ」または「〜のうちの１つだけ」、あるいは明細書で使用される時には「〜から成る」等の、明確に指示される用語だけが、複数の要素または要素の一覧のうちの１つだけを包含することを指すことになる。一般的に、本明細書で使用される場合、「または」という用語は、「いずれか」、「〜のうちの１つ」、「〜のうちの１つのみ」、「〜のうちの１つだけ」等の排他的な用語が後にある時には、単に排他的な選択肢（すなわち、「両方ではなくどちらか一方」）を示すものであると解釈されたい。請求項で使用される時には、「〜のみから実質的に成る」は、特許法の分野において使用されるような一般的な意味を有するものとする。
【０１６２】
明細書および請求項で使用する場合、１つ以上の要素の一覧を参照した時の「少なくとも１つの」という成句は、要素の一覧内のいずれか１つ以上から選択した少なくとも１つの要素を意味するが、必ずしも要素の一覧内に具体的に列記されるあらゆる要素のうちの少なくとも１つを含むとは限らず、また、要素の一覧内の要素のあらゆる組み合わせを除外しないものと理解されたい。本定義は、特に定義された要素に関係するかしないかに関わらず、「少なくとも１つの」という成句が参照する要素リスト内に特に識別された要素以外の要素が、随意に存在する場合があることも許容する。したがって、非限定的な一実施例として、「ＡおよびＢのうちの少なくとも１つ」（または同等に「ＡまたはＢのうちの少なくとも１つ」、あるいは同等に「Ａおよび／またはＢのうちの少なくとも１つ」）は、一実施形態では、少なくとも１つ、随意に１つ以上を含む、Ａ、Ｂが存在しない（および随意にＢ以外の要素を含む）ことを指す、別の実施形態では、少なくとも１つ、随意に１つ以上を含む、Ｂ、Ａが存在しない（および随意にＡ以外の要素を含む）ことを指す、さらに別の実施形態では、少なくとも１つ、随意に１つ以上を含む、Ａ、および少なくとも１つ、随意に１つ以上を含む、Ｂ（および随意に、他の要素を含む）こと指す、等の可能性がある。
【０１６３】
また、特に明示されている場合を除き、２つ以上のステップまたは動作を含む、本明細書に請求されるあらゆる方法において、本方法のステップまたは動作の順序は、必ずしも本方法のステップまたは動作が列挙された順序に限定されるものではないと理解されたい。
【０１６４】
上述の請求項および明細書において、「備える」、「含む」、「担持する」、「有する」、「包含する」、「伴う」、「保持する」、「〜から成る」等のような全ての移行句は、オープンエンドである、すなわちそれらを含むがそれらに限定されないことを意味するものと理解されたい。米国特許事務所の米国特許審査手続便覧のセクション２１１１．０３に記載されているように、「〜から成る」、「〜から実質的に成る」という移行句のみ、それぞれクローズドまたはセミクローズド移行句とする。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【国際調査報告】
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