(57)【要約】  少なくとも一つの負極と少なくとも一つの正極とを有する電気化学セルであって、少なくとも一つの電極は少なくとも一つの基板と、活物質を有する少なくとも一つの層とを有しており、前記活物質を有する層と前記基板との間に少なくとも部分的に微細構造要素が設けられている。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも一つの負極と少なくとも一つの正極とを有する電気化学セルであって、少なくとも一つの電極は少なくとも一つの基板と、活物質を有する少なくとも一つの層とを有している電気化学セルにおいて、前記活物質を有する層と前記基板との間に少なくとも部分的に微細構造要素が設けられていることを特徴とする電気化学セル。
【請求項２】
前記活物質を有する少なくとも一つの層は、少なくとも部分的に微細構造要素を用いて、前記少なくとも一つの基板と少なくとも部分的に、前記少なくとも一つの層が前記少なくとも一つの基板から概ね非破壊的ではなく分離可能であるように結合されていることを特徴とする請求項１に記載の電気化学セル。
【請求項３】
前記少なくとも一つの層は少なくとも部分的に前記微細構造要素と、当該微細構造要素が前記少なくとも一つの層から概ね非破壊的ではなく分離可能であるように結合されていることを特徴とする請求項１または２に記載の電気化学セル。
【請求項４】
前記活物質を有する少なくとも一つの層は、少なくとも部分的に前記微細構造要素によって、充電過程および／または放電過程の間に体積変化が低減し、好ましくは体積変化を被らないことを特徴とする請求項１から３のいずれか一項に記載の電気化学セル。
【請求項５】
前記活物質を有する少なくとも一つの層は、少なくとも部分的に、電気化学セルにおいて用いられる材料を有しており、当該材料は好ましくはポリマー材料、ポリマー予備段階を有する材料（例えばモノマー）、電気化学的活物質、セパレータ材料、導電性の添加物、液状またはゲル状物質、金属材料、またはこれらから成る混合物から選択されることを特徴とする請求項１から４のいずれか一項に記載の電気化学セル。
【請求項６】
前記微細構造要素は、前記活物質と概ね異なる、および／または活物質に対して用いられるバインダーと概ね異なる少なくとも一つの材料を有していることを特徴とする請求項１から５のいずれか一項に記載の電気化学セル。
【請求項７】
前記微細構造要素、または前記少なくとも一つの層と前記微細構造要素とは、前記微細構造要素の凹所を有する多孔性のテンプレートまたはテンプレート層を用いることによって形成されることを特徴とする請求項１から６のいずれか一項に記載の電気化学セル。
【請求項８】
前記負極は少なくとも部分的に電気化学的活物質を有しており、当該電気化学的活物質は非晶質グラファイト、結晶質グラファイト、炭素含有物質、リチウム金属、リチウム金属合金、チタン酸塩、ケイ酸塩、ケイ素、ケイ素合金、錫、錫合金またはこれらから成る混合物から選択されていることを特徴とする請求項１から７のいずれか一項に記載の電気化学セル。
【請求項９】
前記正極は少なくとも部分的に少なくとも一つの電気化学的活物質を有しており、当該電気化学的活物質は、
ａ．少なくとも一つの化合物ＬｉＭＰＯ４であって、当該式においてＭはマンガン、鉄、コバルト、チタニウム、またはこれらの元素を組み合わせたものから選択された少なくとも一つの遷移金属カチオンであるもの、あるいは
ｂ．少なくとも一つのスピネル型のリチウム金属酸化物またはリチウム金属混合酸化物であって、当該金属がコバルト、マンガン、またはニッケルから選択されているもの、あるいは
ｃ．スピネル型とは異なる型の少なくとも一つのリチウム金属酸化物またはリチウム金属混合酸化物であって、当該金属がコバルト、マンガン、またはニッケルから選択されているもの、あるいは
上記の物質から成る混合物から選択されていることを特徴とする請求項１から８のいずれか一項に記載の電気化学セル。
【請求項１０】
電気化学セルを製造するための方法であって、
・少なくとも一つの正極を準備するステップと、
・少なくとも一つの負極を準備するステップと、
・前記正極と前記負極の間に設けられる中間層を準備するステップと、
・正極／中間層／負極という順序に応じて前記電気化学セルを組み立てるステップと、
を有する方法において、
少なくとも一つの電極は少なくとも部分的に、活物質を有する少なくとも一つの層と、少なくとも一つの基板とを有しており、前記少なくとも一つの層と前記少なくとも一つの基板との間に少なくとも部分的に微細構造要素が設けられていることを特徴とする請求項１から９のいずれか一項に記載の電気化学セルを製造するための方法。
【請求項１１】
消費部にエネルギーを供給するための、特に移動式情報機器、工具、電気的に駆動される自動車、またはハイブリッドエンジンを有する自動車における請求項１から９のいずれか一項に記載の電気化学セルの使用。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
優先出願である特許文献１の全ての内容はここに言及することにより、本出願の構成要素となる。
【０００２】
本発明は電気化学セルに関するものであり、少なくとも一つの電極は少なくとも一つの基板と、活物質を有する少なくとも一つの層とを有しており、当該層と基板との間に少なくとも部分的に微細構造要素が存在するか、もしくは配置されている。当該セルは好ましくは電気モータを有する車両、好ましくはハイブリッドモータを有する車両、または「プラグイン」モードの車両の駆動部に対して用いられ得る。
【背景技術】
【０００３】
電気化学セル、特にリチウム二次バッテリーは当該リチウム二次バッテリーの高いエネルギー密度とエネルギー貯蔵装置としての大きな容量ゆえに、携帯電話のような移動式情報機器、工具、または電気的に駆動される自動車およびハイブリッドモータを有する自動車に応用されている。電気化学セルの応用分野はこのように極めて異なるにもかかわらず、用いられるセルは全て、取り分け自動車を駆動するために用いられるセルは高度な要求を満たさなければならない。すなわち、重量ができるだけ小さい状態で、電気的容量とエネルギー密度をできるだけ大きくし、当該電気的容量とエネルギー密度は、多くの回数の充放電サイクルを経ても安定性を保つという要求である。
【０００４】
電気化学セルの寿命こそは、電極の劣化に依存する場合が多い。劣化の過程において、電気化学セルは典型的に容量および／または出力を失う。当該過程はほとんどの一般的な電気化学セルにおいて、程度の差はあっても生じるものであり、使用状況（温度、保管条件、充電状態など）に大きく依存するが、電気化学セルの製造プロセス中の材料の質と処理にも依存している。すなわち極めて純粋な材料に高品質処理を行うと、非常に寿命の長い電気化学セルが得られ、当該電気化学セルは、比較的長い期間にわたってもわずかしか劣化せず、すなわち、失う容量と出力は比較的わずかである。
【０００５】
用いられる材料の純粋性には多くの場合、例えば合成過程などに基づく物理的あるいは化学的限界が設けられているため、例えば特許文献２に記載されているように、電極の製造方法を最適化することによって、より高品質であるとともにより寿命の長い電気化学セルを得ることはバッテリー製造業者にとって喫緊の課題である。
【０００６】
特に電気化学的活物質が金属基板（「コレクター」）の表面に付着していることは、電気化学セルの品質と耐老化性に対して実質的に寄与する。従来技術から、例えばコロナ処理、すなわち金属基板の表面を硫酸クロムでエッチングすることによって、金属基板の表面への電気化学的活物質の付着を向上させ、そのようにして金属コレクター／基板からの電気化学的活物質の剥離を低減させられることが知られている。当該方法の不利点は硫酸クロムを使用することであって、当該硫酸クロムは人間および環境にとって有毒であり、電気化学セルにおけるさらなる処理に対しても許容しがたい汚染物質といえる。
【０００７】
さらにアノードの電気化学的活物質も、カソードの電気化学的活物質も、充電過程もしくは放電過程において、体積変化を被ることが知られている。充電過程もしくは放電過程の間の体積変化の大きさは、部分的に電気化学的活物質の組成に依存している。すなわち例えばリチウム金属またはリチウム金属合金から成るアノードは、充電過程もしくは放電過程の間に、他の電気化学的活物質よりも大きな体積変化を被る。従来技術から、電気化学的活物質を炭素マトリックスに埋め込むことにより、体積変化が有効に低減することが知られている（非特許文献１）。充電過程もしくは放電過程の間の電気化学的活物質の体積変化を低減もしくは抑制することは、セルの長期間安定性のために重要である。体積変化は個々の層（活物質、コレクター、セパレータ）が互いに剥離する原因となり得、それによってセルの出力が時間とともに減少する、すなわち電気化学セルが劣化するためである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】独国特許出願第１０２０１１１００６０７号明細書
【特許文献２】欧州特許第２００６９４２号明細書
【特許文献３】欧州特許第１０１７４７６号明細書
【特許文献４】独国特許出願第１９５０１２７１号明細書
【特許文献５】欧州特許第１８５２９２６号明細書
【特許文献６】欧州特許第１７８３８５２号明細書
【非特許文献】
【０００９】
【非特許文献１】ユーゼフ・ハッスン（Jusef Hassoun）、ブルーノ・スクロサーティ（Bruno Scrosati）著、「アンゲヴァンテ・ヒェミー（Angew. Chm.）」、インターナショナル・エディション（Int. Ed.）、２０１０年、４９，１−５
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
従って本発明の課題は、比較的寿命の長い安定化された電気化学セルを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記の課題は本発明によれば、独立請求項に記載の教示によって達成される。本発明の望ましいさらなる構成は従属請求項の対象となっている。
【００１２】
以下に詳細に説明するように、上記の課題を解決するために、少なくとも一つの負極と少なくとも一つの正極とを有する電気化学セルが設けられ、少なくとも一つの電極は少なくとも一つの基板と、活物質を有する少なくとも一つの層とを有しており、当該活物質を有する層と基板との間に少なくとも部分的に微細構造要素が設けられている。
【００１３】
一の実施の形態において活物質を有する少なくとも一つの層は、少なくとも部分的に微細構造要素を用いて、少なくとも一つの基板と少なくとも部分的に、前記少なくとも一つの層が前記少なくとも一つの基板から概ね非破壊的ではなく分離可能であるように結合されている。
【００１４】
一の実施の形態において少なくとも一つの層は少なくとも部分的に微細構造要素と、当該微細構造要素が前記少なくとも一つの層から概ね非破壊的ではなく分離可能であるように結合されている。
【００１５】
一の実施の形態において活物質を有する少なくとも一つの層は、少なくとも部分的に微細構造要素によって、充電過程および／または放電過程の間に体積変化が低減し、好ましくは体積変化を被らない。
【００１６】
一の実施の形態において活物質を有する少なくとも一つの層は、少なくとも部分的に、電気化学セルにおいて用いられる材料を有しており、当該材料は好ましくはポリマー材料、ポリマー予備段階を有する材料（例えばモノマー）、電気化学的活物質、セパレータ材料、導電性の添加物、液状またはゲル状物質、金属材料、またはこれらから成る混合物から選択される。
【００１７】
一の実施の形態において微細構造要素は、活物質と概ね異なる、および／または活物質に対して用いられるバインダーと概ね異なる少なくとも一つの材料を有している。
【００１８】
一の実施の形態において微細構造要素、または少なくとも一つの層と微細構造要素とは、微細構造要素の凹所を有する多孔性のテンプレートまたはテンプレート層を用いることによって形成される。
【００１９】
一の実施の形態において負極は少なくとも部分的に電気化学的活物質を有しており、当該電気化学的活物質は非晶質グラファイト、結晶質グラファイト、炭素含有物質、リチウム金属、リチウム金属合金、チタン酸塩、ケイ酸塩、ケイ素、ケイ素合金、錫、錫合金またはこれらから成る混合物から選択されている。
【００２０】
一の実施の形態において正極は少なくとも部分的に少なくとも一つの電気化学的活物質を有しており、当該電気化学的活物質は、
・少なくとも一つの化合物ＬｉＭＰＯ４であって、当該式においてＭはマンガン、鉄、コバルト、チタニウム、またはこれらの元素を組み合わせたものから選択される少なくとも一つの遷移金属カチオンであるもの、あるいは
・少なくとも一つのスピネル型のリチウム金属酸化物またはリチウム金属混合酸化物であって、当該金属がコバルト、マンガン、またはニッケルから選択されているもの、あるいは
・スピネル型とは異なる型の少なくとも一つのリチウム金属酸化物またはリチウム金属混合酸化物であって、当該金属がコバルト、マンガン、またはニッケルから選択されているもの、あるいは
上記の物質から成る混合物から選択されている。
【００２１】
さらなる実施の形態において本発明は先行する請求項のいずれか一項に記載の電気化学セルを製造するための方法を含む。当該方法は以下のステップを有している。
・少なくとも一つの正極を準備するステップ
・少なくとも一つの負極を準備するステップ
・正極と負極の間に設けられる中間層を準備するステップ
・正極／中間層／負極という順序に応じて電気化学セルを組み立てるステップ
当該方法において、少なくとも一つの電極は少なくとも部分的に、活物質を有する少なくとも一つの層と、少なくとも一つの基板とを有しており、当該少なくとも一つの層と少なくとも一つの基板との間に少なくとも部分的に微細構造要素が設けられている。
【００２２】
本発明に係る電気化学セルを、消費部にエネルギーを供給するために、特に移動式情報機器、工具、電気的に駆動される自動車、またはハイブリッドエンジンを有する自動車において使用すること。
【００２３】
本発明の意味における「電気化学セル」とは、エネルギーを電気的に貯蔵するためのあらゆる装置と理解すべきである。これにより当該概念は特に一次型式または二次型式の電気化学セルを定義するが、例えばキャパシタのようなエネルギー貯蔵装置の他の型式も規定する。好ましくは本発明において電気化学セルとは、リチウムイオンバッテリー／リチウムイオンセルと理解すべきである。
【００２４】
一の好適な実施の形態において電気化学セルは、少なくとも一つの正極と、負極と、少なくとも一つのセパレータを有しており、当該セパレータは正極を負極から分離している。
【００２５】
負極
「負極」という概念は、当該電極が消費部、例えば電気モータに接続されたとき、電子を放出することを意味する。すなわち、当該条件によれば負極はアノードである。
【００２６】
好適に負極は少なくとも一つの電気化学的活物質を有しており、当該電気化学的活物質はレドックス成分、特にリチウムイオンを貯蔵および／または排出するのに適している。
【００２７】
一の実施の形態において負極の電気化学的活物質は非晶質グラファイト、結晶質グラファイト、炭素含有物質、リチウム金属、リチウム金属合金、チタン酸塩、ケイ酸塩、ケイ素、ケイ素合金、錫、錫合金またはこれらから成る混合物から選択されている。
【００２８】
負極は好適に電気化学的活物質に加えて、さらに少なくとも一つのさらなる添加物、好ましくは導電性を高めるための添加物、例えば炭素ベースの添加物、例えばカーボンブラック、および／またはレドックス活性添加物を有しており、当該添加物は電気化学セルの過充電の際に、電気化学的活物質の破壊を低減し、好ましくは最小化し、好ましくは回避する。
【００２９】
負極は好適に金属基板を有している。当該金属基板は電子のためのコレクターとして役立つ。当該金属基板は好ましくは少なくとも部分的に少なくとも一つの電気化学的活物質でコーティングされている。
【００３０】
一の実施の形態において金属基板に塗布された活物質はバインダーを有しており、当該バインダーは活物質における凝集性および／または電気化学的活物質と金属基板との接着性を向上させることができる。このようなバインダーは好ましくはポリマー、好ましくはフッ素化ポリマー、好ましくはポリフッ化ビニリデンを有しており、当該ポリフッ化ビニリデンはＫｙｎａｒ（登録商標）またはＤｙｎｅｏｎ（登録商標）という商品名で市販されている。
【００３１】
正極
「正極」という概念は、当該電極が消費部、例えば電気モータに接続されたとき、電子を受け取ることを意味する。すなわち、当該条件によれば正極はカソードである。
【００３２】
好ましくは電気化学セルの正極は少なくとも一つの電気化学的活物質を有しており、当該電気化学的活物質はレドックス成分、特にリチウムイオンを貯蔵および／または排出するのに適している。
【００３３】
一の実施の形態において正極の電気化学的活物質は少なくとも一つの酸化物、好ましくは複合酸化物から選択されており、当該複合酸化物はニッケル、マンガン、コバルト、燐、鉄、またはチタニウムから選択される一つまたは複数の元素を有している。
【００３４】
一の実施の形態において正極は、式ＬｉＭＰＯ４で表される化合物を有しており、当該式においてＭは少なくとも一つの遷移金属カチオンであり、好ましくは元素周期表の遷移金属の第一列の遷移金属カチオンである。
【００３５】
前記少なくとも一つの遷移金属カチオンは好ましくは、マンガン、鉄、ニッケル、コバルト、またはチタニウム、またはこれらの元素を組み合わせたものから成るグループから選択されている。前記化合物は好ましくはオリビン構造、好ましくは上位のオリビンを有しており、鉄またはコバルトは特に好適であり、好ましくはＬｉＦｅＰＯ４またはＬｉＣｏＰＯ４である。しかしながら当該化合物はオリビン構造とは異なる構造を有していてもよい。
【００３６】
さらなる実施の形態において正極は酸化物を有しており、好ましくは遷移金属酸化物、または遷移金属複合酸化物、好ましくはスピネル型の遷移金属複合酸化物、好ましくはマンガン酸リチウム、好ましくはＬｉＭｎ２Ｏ４、コバルト酸リチウム、好ましくはＬｉＣｏＯ２、またはニッケル酸リチウム、好ましくはＬｉＮｉＯ２、あるいはこれらの酸化物の二つまたは三つから成る混合物を有している。当該酸化物はスピネル型と異なっていてもよい。
【００３７】
さらに好適に正極は上記の遷移金属酸化物に加えて、マンガン、コバルト、およびニッケルを含むリチウム遷移金属複合酸化物のみを有し得、好ましくはリチウム・コバルト・マンガン酸塩、好ましくはＬｉＣｏＭｎＯ４、好ましくはリチウム・ニッケル・マンガン酸塩、好ましくはＬｉＮｉ０．５Ｍｎ１．５Ｏ４、好ましくはリチウム・ニッケル・マンガン・コバルト複合酸化物、好ましくはＬｉＮｉ０．３３Ｍｎ０．３３Ｃｏ０．３３Ｏ２、またはリチウム・ニッケル・コバルト複合酸化物、好ましくはＬｉＮｉＣｏＯ２のみを有し得、当該複合酸化物はスピネル型であるか、またはスピネル型と異なっていてよい。
【００３８】
正極は好適に電気化学的活物質に加えて、さらに少なくとも一つのさらなる添加物、好ましくは導電性を高めるための添加物、例えば炭素ベースの添加物、例えばカーボンブラック、および／またはレドックス活性添加物を有しており、当該添加物は電気化学セルの過充電の際に、電気化学的活物質の破壊を低減し、好ましくは最小化し、好ましくは回避する。
【００３９】
正極は好適にバインダーを有しており、当該バインダーは活物質における凝集性および／または電気化学的活物質と金属基板との接着性を向上させることができる。このようなバインダーは好ましくはポリマー、好ましくはフッ素化ポリマー、好ましくはポリフッ化ビニリデンを有しており、当該ポリフッ化ビニリデンはＫｙｎａｒ（登録商標）またはＤｙｎｅｏｎ（登録商標）という商品名で市販されている。
【００４０】
正極は好適に金属基板（「コレクター」）を有している。当該金属基板は好ましくは少なくとも部分的に、電気化学的活物質でコーティングされている。
【００４１】
基板
「基板」という概念は本発明の意味において電気化学セルの構成要素であって、「電極支持体」および「コレクター」として知られているとともに、概ね活物質への／活物質からの電極の供給もしくは排出に役立つ構成要素に関する。金属基板は本発明において電気化学的活物質を塗布するのに適しているとともに、概ね金属の性質を有しており、好ましくは完全に金属の性質を有しており、すなわち「自由な」電子を含んでいる。
【００４２】
好ましくは少なくとも一つの電極は少なくとも部分的に金属基板を有している。当該金属基板は好ましくは少なくとも部分的に箔として、または網状構造体として、または織物として形成されている。
【００４３】
一の実施の形態において金属基板は銅または銅を含有する合金を有している。さらなる実施の形態において金属基板はアルミニウムを有している。一の実施の形態において金属基板は箔、網状構造体、または織物として形成されていてよく、当該織物は好ましくは少なくとも部分的にプラスチックを有している。
【００４４】
金属基板の全表面の好ましくは３０％まで、好ましくは５０％まで、好ましくは７０％まで、好ましくは１００％までが、リチウムイオンを貯蔵および／または排出するのに適している少なくとも一つの電気化学的活物質を有している少なくとも一つの層を有している。
【００４５】
層
「層」という概念は、概ね平坦に形成された物体または材料のことであり、一つの次元への広がりが他の二つの次元への広がりよりも、少なくとも５０％、好ましくは少なくとも７０％、好ましくは少なくとも９０％、好ましくは少なくとも９９％だけ小さいが、１００％は小さくないものである。
【００４６】
少なくとも一つの層は単独の材料または複数の材料を有し得、少なくとも部分的にまたは完全に複数の材料から成り得る。当該層は好ましくは少なくとも部分的に、電気化学セル内に存在し得る材料を有している。このような物質は例えばポリマー材料、ポリマー予備段階を有する材料（例えばモノマー）、電気化学的活物質、導電性の添加物、液状またはゲル状物質、金属材料、またはこれらから成る混合物であってよい。
【００４７】
一の実施の形態において、少なくとも一つの層は好ましくは少なくとも部分的にポリマー材料を有している。
【００４８】
本発明において少なくとも一つの層は少なくとも部分的に活物質、好ましくは電気化学的活物質を有している。
【００４９】
好適な実施の形態において少なくとも一つの層は少なくとも部分的に活物質、好ましくは電気化学的活物質とポリマー材料とを有している。
【００５０】
ポリマー材料は例えばバインダーとして、少なくとも部分的に電気化学セル内のセパレータまたはポリマー電解質に応用される材料であってよい。
【００５１】
特に好適な実施の形態において、少なくとも一つの層は好ましくは少なくとも部分的に、電気化学セルにおけるバインダー（結合剤とも称される）として応用され得る材料を有している。好ましくは当該少なくとも一つの層の５％まで、好ましくは１０％まで、好ましくは１５％まで、好ましくは２０％までが、電気化学セルにおけるバインダーとして応用され得る材料を有している。このような材料は好ましくは以下のグループから選択されている。すなわち、ポリフッ化ビニリデン（ＰＶｄＦ）、スチレンブタジエンゴム（ブタジエンスチレンコポリマー；ＳＢＲとも称される）、またはポリ（テトラフルオロエチレン）（ＰＴＦＥ）、またはこれらから成る混合物である。
【００５２】
特に好適な実施の形態において少なくとも一つの層は、好ましくは少なくとも部分的に電気化学セルにおけるセパレータにおいて応用され得る材料を、好ましくは少なくとも部分的に有している。このような材料は好ましくは、例えばポリプロピレン（ＰＰ）またはポリエチレン（ＰＥ）のようなポリオレフィン、ポリエチレングリコールテレフタレート、ポリエーテルイミド、ポリアミド、ポリアクリルニトリル、ポリカーボネート、ポリスルホン、ポリフッ化ビニリデン、ポリスチロール、またはこれらから成る混合物のグループから選択されている。
【００５３】
特に好適な実施の形態において少なくとも一つの層は、少なくとも部分的に電気化学セルにおけるポリマー電解質において応用され得る材料を、好ましくは少なくとも部分的に有している。このような材料は好ましくは、例えばポリ（エチレンオキシド）（ＰＥＯ）またはポリ（プロピレンオキシド）（ＰＰＯ）のようなポリエーテル、例えばポリ（エチレンイミン）（ＰＥＩ）またはポリ（アクリロニトリル）（ＰＡＮ）のようなポリアミン、あるいは例えばポリ（アルキレンスルフィド）（ＰＡＳ）のようなポリ硫化物、あるいはこれらからなる混合物のグループから選択されている。
【００５４】
微細構造要素
「微細構造要素」という概念は本発明の意味において、特に三次元であり、完全には対称でない物体と理解され、当該物体は好ましくは繊維状、毛髪状、網状、フォーク状、根状などのように形成されている。微細構造要素はさらに好ましくは、少なくとも部分的に弾性特性を有している。
【００５５】
微細構造要素の有利点および本発明の意味における特性は、微細構造要素を有する層が、このような微細構造要素を有さない層よりも質量および／または容積あたりで大きな表面を有することである。
【００５６】
多くの表面は典型的に非共有結合性の相互作用（すなわち、化学的結合の形成と結びつかない相互作用）ゆえに、多くの場合、個々の表面にとって典型的な「接着性」を示す。すなわち、例えば食品包装用ラップのようにいくつかの表面は比較的高い接着性を有している。当該ラップは非常に薄い（およそ０．０１μｍ）と同時に非常に柔らかい（すなわち弾性特性を有している）。同じ材料から成る比較可能なプラスチックフィルムであってこのような微細構造要素を有さないもの（例えばより厚みが大きいもの）は明らかに接着性が小さい。
【００５７】
微細構造要素を用いることにより、本発明に係る層に対して（質量および／または容積あたりの）表面の有利な増大が達成される。微細構造要素によって本発明に係る層の表面は、微細構造要素を有さない層に比べて１００％まで、好ましくは２００％まで、好ましくは５００％まで、好ましくは７５０％まで、あるいはそれ以上に増大される。
【００５８】
表面がより大きくなると、微細構造要素の非共有結合性の相互作用は好適に当該微細構造要素の環境に作用を及ぼし得る。この点は、微細構造要素の環境への作用によって、微細構造要素の存在を介して層の接着性が高められるという有利点がある。
【００５９】
当該技術的効果の有効性は、ヤモリ科の爬虫類の性質から知られている。ヤモリ科の爬虫類は接着性を有して形成された足によって、非常に平滑な表面にも足がかりを得る。
【００６０】
本発明によれば電気化学セルの少なくとも一つの電極は、（活物質を有する）少なくとも一つの層と、少なくとも一つの基板とを有しており、当該少なくとも一つの層と少なくとも一つの基板との間に少なくとも部分的に微細構造要素が設けられている。これは、接着性が層内部で、および／または当該層に隣接するセルの領域に対して作用し得、それによって例えばセパレータまたは電極支持体の基板上の電極の接着性が高められ、それによって電極が安定化され、電極の寿命が向上するという有利点を有する。
【００６１】
「接着性」という概念は（材料、対象物などの）表面が、（例えば材料、対象物などの）第二の表面に付着する特性と理解すべきである。すなわち、「接着性」という概念は（例えば層、材料、対象物などの）表面の付着特性を表す。従って高い接着性とは、（例えば層、材料、対象物などの）表面の付着特性が特に強く現れていることを意味する。すなわち、（例えば層、材料、対象物などの）表面は、（例えば層、材料、対象物などの）第二の表面に概ね良好に付着する。従って二つの表面は一定の力Ｆａｂを用いて初めて互いに分離される。このとき（例えば層、材料、対象物などの）第二の表面は、（材料、対象物などの）第一の表面よりも接着性が低い。力Ｆａｂは接着力よりも大きく、当該接着力は第一の表面と第二の表面との全ての相互作用の総和に影響される。当該相互作用は好ましくは概ね非共有結合の性質を有する。第一の表面と第二の表面の間には非共有相互作用のほか、共有結合性相互作用、静電相互作用、毛細管力、磁気相互作用などが働き得る。
【００６２】
「非共有結合性の」という概念は好ましくは水素結合、双極子−双極子相互作用（ケーソン相互作用）、電荷移動相互作用、Π−Π電子相互作用、カチオン−Π−相互作用、疎水性（親油性）相互作用、分散型相互作用（ロンドン分散力相互作用）、デバイ相互作用、および好ましくはファン・デル・ワールス相互作用のことである。
【００６３】
ファン・デル・ワールス相互作用とは、第一の表面の原子および／または分子と、少なくとも一つの第二の表面の原子および／または分子との間で以下の式により相互に作用する力のことである。
【００６４】
【数１】
2014519144.tif 000003
【００６５】
表面の接着性を表す大きさとしての接着力は、例えばＡＳＴＭ規格のD１８７６に従って決定され得る一方で、接着力の理論上の評価は例えばKendall、RobertsおよびJohnsonによって提起された理論に従って実施され得る。
【００６６】
一の実施の形態において微細構造要素は少なくとも一つの第一の材料を有しており、少なくとも一つの層は少なくとも一つの第二の材料を有しており、当該少なくとも一つの第二の材料は組成および／または品質に関して少なくとも第一の材料と同一である。
【００６７】
一の実施の形態において微細構造要素は少なくとも一つの第一の材料を有しており、少なくとも一つの層は少なくとも一つの第二の材料を有しており、当該少なくとも一つの第二の材料は少なくとも第一の材料と、組成および／または品質に関して異なっている。
【００６８】
好適な実施の形態において微細構造要素は概ねポリマー材料、好ましくはバインダーを有しており、少なくとも一つの層は少なくとも部分的に活物質、好ましくは電気化学的活物質を有している。
【００６９】
さらなる好適な実施の形態において微細構造要素は概ねポリマー材料、好ましくはバインダーを有しており、少なくとも一つの層は少なくとも部分的に活物質、好ましくは電気化学的活物質、導電性添加物、およびポリマー材料を有している。
【００７０】
好ましくは少なくとも一つの層は、少なくとも部分的に、好ましくは完全に微細構造要素と、前記少なくとも一つの層が少なくとも一つの基板から概ね非破壊的ではなく分離可能であるように結合されている（すなわち微細構造要素を包囲もしくは含有している）。
【００７１】
好ましくは電気化学セルの少なくとも一つの電極は、微細構造要素を有する層を有している。
【００７２】
好適な実施の形態において少なくとも一つの電極は微細構造要素を有する層を有しており、当該層は好ましくは少なくとも一つの電極の表面層として形成されている。
【００７３】
好ましくは一の実施の形態において少なくとも一つの電極の容積の３０％まで、好ましくは５０％まで、好ましくは７０％まで、好ましくは１００％までが、微細構造要素を有する層を有している。
【００７４】
好ましくは一の微細構造要素は少なくとも一つの、あるいは多数の、平均的な厚さと平均的な長さを有する細長い部分を有している。
【００７５】
「細長い部分」という概念は概ね三次元的に形成された物体または材料のことであり、
二つの次元における広がりが第三の次元への広がりよりも、少なくとも５０％、好ましくは少なくとも７０％、好ましくは少なくとも９０％、好ましくは少なくとも９９％だけ小さくされているが、１００％は小さくされていないものである。
【００７６】
好適な実施の形態において好ましくは、微細構造要素の最大の広がりの大きさ、好ましくは平均的な長さおよび／または平均的な厚さはマイクロメータ領域にあり、さらに好ましくはナノメータ領域にある。好適に微細構造要素は最大の広がり、好ましくは０ｎｍより大きく１０ｎｍまで、好ましくは５０ｎｍまで、好ましくは１００ｎｍまで、好ましくは２００ｎｍまで、好ましくは５００ｎｍまでの平均的な厚さ、好ましくは０μｍより大きく１μｍまで、好ましくは３μｍまで、好ましくは５μｍまで、好ましくは１０μｍまでの平均的厚さを有している。好適に微細構造要素は、平均的な最大の広がり、好ましくは０ｎｍより大きく３００ｎｍまで、好ましくは６００ｎｍまでの長さ、好ましくは１μｍまで、好ましくは５μｍまで、好ましくは２０μｍまで、好ましくは５０μｍまで、好ましくは７０μｍまで、好ましくは１００μｍまで、好ましくは２５０μｍまで、好ましくは５００μｍまでの長さを有している。
【００７７】
一の実施の形態において微細構造要素の細長い部分の平均的厚さ：平均的長さの平均的比率（［ｎｍ］：［ｎｍ］または［μｍ］：［μｍ］）は１：２まで、好ましくは１：５まで、好ましくは１：１０まで、好ましくは１：３０まで、好ましくは１：５０まで、好ましくは１：１００まで、好ましくは１：２００までが保持されている。
【００７８】
一の実施の形態において微細構造要素は好ましくは第一の材料または第一の材料混合物から成り、層は質的および／または量的に同一の第一の材料または同一の第一の材料混合物を有しているか、または当該同一の第一の材料または同一の第一の材料混合物から成る。
【００７９】
さらなる実施の形態において（微細構造要素を有さない）少なくとも一つの層は、第一の材料または第一の材料混合物と異なる第二の材料または第二の材料混合物を有しているか、当該第二の材料または第二の材料混合物から成る。
【００８０】
一の実施の形態において微細構造要素は少なくとも一つの材料を有しており、当該材料は概ね活物質と異なっている、および／または概ね活物質に対して用いられるバインダーと異なっている。
【００８１】
微細構造要素は好ましくは（例えばＤＩＮ５３４５７に定める）０ＭＰａより大きく１０ＭＰａまで、好ましくは１００ＭＰａまで、好ましくは１０００ＭＰａまで、好ましくは５０００ＭＰａまで、好ましくは１０，０００ＭＰａまで、好ましくは３０，０００ＭＰａまでのＥモジュールを有する材料を有している。
【００８２】
好適な実施の形態において微細構造要素はポリマー材料を有している。
【００８３】
好適に層は微細構造要素（ＦＥ）に関して、０  ＦＥ／ｃｍ３より大きく１０３ＦＥ／ｃｍ３まで、好ましくは１０５ＦＥ／ｃｍ３まで、好ましくは１０７ＦＥ／ｃｍ３まで、好ましくは１０１０ＦＥ／ｃｍ３までの密度を有している。
【００８４】
好適な実施の形態において少なくとも一つの層は少なくとも部分的に微細構造要素によって、金属基板と少なくとも部分的に結合されており、それによって少なくとも一つの層は概ね破壊されずには金属基板から分離可能ではない。
【００８５】
好適な実施の形態において層は少なくとも部分的に、電気化学セルが微細構造要素によって充電過程および／または放電過程の間に体積変化が低減し、好ましくは体積変化を被らないように形成されている。
【００８６】
一の実施の形態において微細構造要素または微細構造要素と少なくとも一つの層とは、以下のように製造される。
【００８７】
テンプレート層が準備される。
【００８８】
好適にテンプレート層は概ね柔らかく、変形可能な材料を有しており、当該材料は例えばワックスのように、好ましくは非弾性的であり、好ましくは形状保持的である。
【００８９】
テンプレートが準備され、当該テンプレートは概ね少なくとも一つの表面上に微細構造要素を有している。テンプレートの微細構造要素は好ましくは、少なくとも一つの層の微細構造要素が後に形成されるべきであるように形成されている。
【００９０】
好適にテンプレートはテンプレート層の材料よりも概ね硬い材料、例えば金属または金属含有材料を有している。
【００９１】
テンプレートはこうしてテンプレート層に押し付けられるか、テンプレート層に圧延されるか、あるいは他の方法でテンプレート層と接触させられ、それによってテンプレートの表面上にある微細構造要素は、少なくとも部分的にテンプレート層に入り込む。テンプレートは凸型体として用いられる。これによりテンプレート層においてテンプレートの表面上にある微細構造要素の凹所が作られる。これによりテンプレート層は、微細構造要素がテンプレート上にある状態での当該微細構造要素のネガを有する。
【００９２】
テンプレートはテンプレート層から、テンプレート層におけるネガとして微細構造要素の刻印を残したうえで分離される。こうして微細構造要素のネガを有するテンプレート層は、微細構造要素または少なくとも一つの層と微細構造要素とを形成するために用いられる。
【００９３】
微細構造要素、または少なくとも一つの層と微細構造要素とを少なくとも部分的に有している材料はそのために、微細構造要素のネガを有するテンプレート層に塗布され、好ましくは、当該材料が少なくとも部分的に、好ましくは完全にテンプレート層の微細構造要素の凹所を充填するように塗布される。これは例えば、微細構造要素または少なくとも一つの層と微細構造要素とを少なくとも部分的に有している材料を液体の状態で注ぐこと、または吹き付けることによって行われ得る。
【００９４】
テンプレート層に材料を塗布するためのさらなる可能性は、材料を塗りつけることであり、これは特に材料が概ねペースト状に形成されている場合、有利である。
【００９５】
叩くステップまたは揺するステップが続いて行われ得る。このとき塗布された材料を有するテンプレート層は揺すられるか、または装置に打ち付けられ、それによって材料が凹所にできる限り完全に入り込むことを保証し、場合によって例えば気泡の形で封入された気体をできる限り完全に除去する。
【００９６】
しかしながらテンプレート層に材料を塗布し、材料が凹所にできる限り完全に入り込むことを実現するために、当業者に知られている他の方法も想定される。
【００９７】
微細構造要素、または少なくとも一つの層と微細構造要素とを少なくとも部分的に有している材料はこのとき、概ねテンプレート層の凹所にのみ装入され得るが、これは例えばテンプレート層上にはあるが、凹所の外部にある余分な材料を後から剥ぎ取るまたは振り落すことによって行われ得る。
【００９８】
しかしながら材料がテンプレート層の凹所内にあり、さらに厚さｘの層を形成し、当該層は凹所同士の間の領域にも延在し、それによって少なくとも二つの凹所を、それぞれが材料を含んだ状態で、互いに材料接続的に結合することも可能である。
【００９９】
さらに、テンプレート層の凹所は少なくとも一つの第一の材料を有するとともに、さらに厚さｘの層が形成されることが可能である。当該層は好ましくは少なくとも一つの第二の材料を有しており、当該第二の材料は凹所内にある少なくとも一つの第一の材料とは異なっており、前記層は凹所同士の間の領域にも延在し、それによって好ましくは少なくとも二つの凹所を、それぞれが少なくとも第一の材料を含んだ状態で、互いに材料接続的に結合する。
【０１００】
これらの塗布ステップに固定ステップが続き得る。固定ステップとは、微細構造要素、または少なくとも一つの層と微細構造要素とを少なくとも部分的に有している材料を固定する手段が実施されることである。当該固定は例えば溶媒を蒸発させることによって材料を少なくとも部分的に乾燥させること、押圧すること、あるいは材料の重合によって実現され得る。材料の固定は好ましくは、微細構造要素、または少なくとも一つの層と微細構造要素とが少なくとも部分的に形成される程度に行われ、当該微細構造要素、または少なくとも一つの層と微細構造要素とは、後続の分離ステップにおいて好ましくはできる限り完全に非破壊的にテンプレート層から分離すべきである。
【０１０１】
固定ステップに分離ステップが続き得る。当該分離ステップにおいてテンプレート層と上記のように形成された微細構造要素とは、あるいはテンプレート層と形成された少なくとも一つの層と微細構造要素とは、互いに分離される。
【０１０２】
好ましくはこのとき微細構造要素または、少なくとも一つの層と微細構造要素とは、微細構造要素の凹所を有するテンプレート層から非破壊的に分離される。当該分離はこのとき微細構造要素または、少なくとも一つの層と微細構造要素とを、微細構造要素の凹所を有するテンプレート層から引き離すことによって行われ得る。これは、このとき微細構造要素の凹所を有するテンプレート層も、微細構造要素または、少なくとも一つの層と微細構造要素とから、非破壊的に少なくとも部分的に分離され得、それによって可能な洗浄ステップの後に、電気化学セルにおいて使用するために微細構造要素または、少なくとも一つの層と微細構造要素とを形成するための材料を新たに塗布するために準備され得る、という有利点を有する。
【０１０３】
しかしながら微細構造要素の凹所を有するテンプレート層を、微細構造要素から、または、少なくとも一つの層と微細構造要素とから、非破壊的ではなく分離することも可能である。これは例えば、テンプレート層がある温度（テンプレート層の材料の沸騰温度または溶融温度に相当し得る）まで、あるいは当該温度を超えて加熱され、そのようにしてテンプレート層が液化または気化されることによって行われる。このとき、当該温度が、微細構造要素または、少なくとも一つの層と微細構造要素とが概ね有している材料の溶融温度または沸騰温度または昇華温度よりも低いことに留意すべきである。
【０１０４】
微細構造要素の凹所を有するテンプレート層を、微細構造要素から、または少なくとも一つの層と微細構造要素とから非破壊的ではなく分離するさらなる可能性は、テンプレート層を化学的に（例えば溶媒またはテンプレート層の材料と反応する試薬によって）、あるいは物理的に（例えば放熱または蒸発によって）処理することであり、それによってテンプレート層を構成している材料の分子構造が分解される。
【０１０５】
さらなる実施の形態において、微細構造要素または微細構造要素を含む少なくとも一つの層は以下のように製造される。
【０１０６】
厚さａを有する多孔性のテンプレートが準備される。
【０１０７】
多孔性のテンプレートとして、あらゆる多孔性の材料が用いられ得る。当該多孔性のテンプレートは好ましくは多孔性で、弾力性を有さず、および／または曲げ強さを有し、および／または形状復元性を有する材料を有している。これは多孔性のテンプレートが圧力または真空を及ぼす際に、概ね変形しないという有利点を有している。
【０１０８】
このような多孔性のテンプレートは好ましくは少なくとも部分的に金属、セラミック、ガラス、硬質プラスチック、または他の概ね弾力性を有さず、かつ曲げ強さを有する材料またはこれらから成る混合物を有している。多孔性のテンプレートとして、濾過、特に精密濾過、限外濾過、およびナノ濾過の方法において用いられるような多孔性のメンブレン、例えばガラスフィルターまたはセラミックフィルターなどを使用することは特に有利である。（ＤＩＮ／ＩＳＯ  ４７９３による）表示Ｐ５００、好ましくはＰ２５０、好ましくはＰ１６０、好ましくはＰ１００、好ましくはＰ４０、好ましくはＰ４０、好ましくはＰ１６、さらに好ましくはＰ１．６を有する多孔性のテンプレートが特に好適である。さらに（ＡＳＴＭ／ＢＳ規格による）表示「特に粗い」、好ましくは「粗い」、好ましくは「中位」、好ましくは「細かい」、好ましくは「非常に細かい」、さらに好ましくは「超微細」を有する多孔性のテンプレートが特に好適である。
【０１０９】
さらに、多孔性のテンプレートで、当該テンプレートの孔が例えば側方架橋により、概ね互いに接触していないものは好適である。このような多孔性のテンプレートは好ましくは、一の孔の第一の端部と、当該第一の端部から離れている同一の孔の第二の端部との間に、概ね出来る限り短く、直線的な結合が設けられている孔を備えている。
【０１１０】
多孔性のテンプレートとして特に好適な実施の形態においてセパレータ材料、特に（Evonik社によって販売されている材料「Ｓｅｐａｒｉｏｎ」のような）セラミックのセパレータ材料が用いられる。
【０１１１】
当該テンプレート上に、微細構造要素または、少なくとも一つの層と微細構造要素とを少なくとも部分的に有している材料が塗布される。
【０１１２】
続いて材料は多孔性のテンプレートの孔に少なくとも部分的に導入される。このとき孔は形成すべき微細構造要素の凹所として用いられる。このとき微細構造要素の最大平均厚さは、多孔性のテンプレートの孔の平均孔径によって規定される。微細構造要素の最大平均長さは、多孔性のテンプレートの平均厚さａによって規定され、多孔性のテンプレートの平均厚さａの広がりは概ね、多孔性のテンプレートの孔の長さの推移に対して平行に生じる。材料の導入はこのとき能動的または受動的に行われる。
【０１１３】
材料の受動的な導入とは、材料が多孔性のテンプレートに塗布されることであり、材料を多孔性のテンプレートの孔に導入すること、より正確には材料が多孔性のテンプレートの孔に進入することは、重力、毛細管力、または重力と毛細管力を利用して行われる。
【０１１４】
材料の能動的な導入とは、材料が多孔性のテンプレートに塗布されることであり、材料を多孔性のテンプレートの孔に導入すること、より正確には材料が多孔性のテンプレートの孔に進入することは、以下のように能動的に支援される。すなわち例えば、第一の表面であって当該表面の広がりが多孔性のテンプレートの厚さａの広がりに対して概ね垂直になっている第一の表面に材料が設けられ、材料を有する当該第一の表面に圧力が及ぼされ、当該圧力の作用方向は多孔性のテンプレートの厚さａの広がりに対して概ね平行に、およびそれとともに多孔性のテンプレート内部の孔の延在に対して平行になっている。
【０１１５】
好ましくは付加的に第二の表面であって、第一の表面に対して概ね平行に延在するとともに、当該第一の表面から概ね厚さａの大きさに相当する距離をおいて設けられている第二の表面に真空が供給され、当該真空の作用方向は概ね供給される圧力の作用方向に対して平行に設けられている。
【０１１６】
材料の能動的な導入の際に、材料の受動的な導入の際に作用する力がさらに作用し得ることは自明である。
【０１１７】
材料の能動的な導入によって好ましくは、材料の受動的な導入の際に作用する力の作用は支援および／または増強される。
【０１１８】
圧力と真空を同時に供給することは好適であるが、圧力のみ、または真空のみを供給すること、あるいは圧力と真空を交互に供給することは同様に好適である。
【０１１９】
上記において明示的に言及されていないが、材料を多孔性のテンプレートの孔に能動的に導入する際に、当該テンプレートは装置を有する容器内に設けられているべきであり、それによって圧力および／または真空の供給および／または維持を保証できることも自明である。
【０１２０】
好ましくは少なくとも一つの第一の材料は概ね完全に、しかしながら少なくとも部分的に孔に導入され、少なくとも一つの第二の材料は少なくとも部分的に、多孔性のテンプレートの孔の長さの推移に対して好ましくは少なくとも部分的に垂直に設けられている多孔性のテンプレートの好ましくは表面に塗布され、孔内に設けられている少なくとも第一の材料と材料接続的に結合される。少なくとも第一の材料と少なくとも第二の材料は同一であってよく、あるいは互いに異なっていてよい。
【０１２１】
多孔性のテンプレートに材料を能動的または受動的に塗布および／または導入した後に、固定ステップが行われ得る。
【０１２２】
固定ステップとは、微細構造要素または、少なくとも一つの層と微細構造要素とを少なくとも部分的に有している材料を固定する手段が実施されることである。当該固定は例えば溶媒を蒸発させることによって、材料を少なくとも部分的に乾燥させること、押圧すること、あるいは材料の重合によって実現され得る。
【０１２３】
材料の固定は好ましくは、微細構造要素または、少なくとも一つの層と微細構造要素とが形成される程度に行われ、当該微細構造要素または、少なくとも一つの層と微細構造要素とは、後続の分離ステップにおいて、好ましくはできる限り完全に非破壊的に多孔性のテンプレートから分離すべきである。当該分離はこのとき微細構造要素または、少なくとも一つの層と微細構造要素とを、多孔性のテンプレートから引き離すことによって行われ得る。これは、このとき多孔性のテンプレートも、微細構造要素から、または少なくとも一つの層と微細構造要素とから、概ね非破壊的に分離され得、それによって可能な洗浄ステップの後に、電気化学セルにおいて使用するために微細構造要素または、少なくとも一つの層と微細構造要素とを形成するための材料を新たに塗布するために準備され得る、という有利点を有する。
【０１２４】
しかしながら多孔性のテンプレートは、微細構造要素から、または、少なくとも一つの層と微細構造要素とから非破壊的ではなく分離されることも可能である。これは例えば、多孔性のテンプレートがある温度（多孔性のテンプレート層の材料の沸騰温度または溶融温度に相当し得る）まで、あるいは当該温度を超えて加熱され、そのようにして多孔性のテンプレートが液化または気化されることによって行われる。このとき、当該温度が、微細構造要素または、少なくとも一つの層と微細構造要素とが少なくとも部分的に有している材料の溶融温度または沸騰温度または昇華温度よりも低いことに留意すべきである。
【０１２５】
多孔性のテンプレートを、微細構造要素から、または少なくとも一つの層と微細構造要素とから非破壊的ではなく分離するさらなる可能性は、多孔性のテンプレートを化学的に（例えば溶媒またはテンプレート層の材料と反応する試薬によって）、あるいは物理的に（例えば放熱または蒸発によって）処理することであり、それによって多孔性のテンプレートを構成している材料の分子構造が分解される。
【０１２６】
好適な実施の形態において本発明に係る電気化学セルは少なくとも一つの正極と、負極と、少なくとも一つのセパレータとを有しており、当該セパレータは正極を負極から分離し、少なくとも一つの電極は活物質を有する少なくとも一つの層と、少なくとも一つの基板を有しており、前記活物質を有する一つの層と少なくとも一つの基板との間に少なくとも部分的に微細構造要素が設けられている。
【０１２７】
セパレータ
一の実施の形態において、正極を負極から分離し、電子伝導性を有さないか電子伝導性が乏しく、少なくとも部分的に物質透過性を有する支持体から成るセパレータが用いられる。支持体は好ましくは少なくとも一つの面が無機材料でコーティングされている。少なくとも部分的に物質透過性を有する支持体として、好ましくは有機材料が用いられ、当該有機材料は好ましくは織られていないフリースとして形成されている。
【０１２８】
好ましくは一つのポリマー、特に好ましくは一つまたは複数のポリマーであって、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、ポリオレフィン、またはポリエーテルイミドから選択されるポリマーを有する有機材料は、好ましくはイオン伝導性を有する無機材料でコーティングされており、当該イオン伝導性を有する無機材料はさらに好ましくは−４０℃から２００℃の温度範囲でイオン伝導性となり、好ましくはジルコニウム、アルミニウム、リチウムの元素の少なくとも一つを有する酸化物、リン酸塩、ケイ酸塩、チタン酸塩、硫酸塩、アルミノケイ酸塩のグループからの少なくとも一つの化合物、特に好ましくは酸化ジルコニウムを有している。
【０１２９】
好ましくはセパレータの無機的かつイオン伝導性を有する材料は、１００ｎｍより小さい直径、好ましくは０．５μｍから７μｍ、好ましくは１μｍから５μｍ、好ましくは１．５μｍから３μｍの直径を有する粒子を有している。
【０１３０】
一の実施の形態においてセパレータは、フリース上およびフリース内に設けられている多孔性の無機的コーティングを有しており、当該多孔性の無機的コーティングは０．５μｍから７μｍ、好適に１μｍから５μｍ、特に好適に１．５μｍから３μｍの平均的な粒子の大きさを有するアルミニウム酸化物粒子を有しており、当該アルミニウム酸化物粒子は、元素ＺｒまたはＳｉの酸化物で接着されている。
【０１３１】
出来る限り大きな多孔性を実現するために、全ての粒子の好適に５０重量％より多く、特に好ましくは８０重量％より多くが、上記の平均的な粒子の大きさの限界内にある。好適に最大の粒子の大きさは、用いられたフリースの厚さの好ましくは１／３から１／５であって、特に好ましくは用いられたフリースの厚さの１／１０より小さいか、１／１０に等しい。
【０１３２】
好適なポリオレフィンは好ましくはポリエチレン、ポリプロピレンまたはポリメチルペンテンである。特に好ましくはポリプロピレンである。有機的な支持体材料として、ポリアミド、ポリアクリロニトリル、ポリカーボネート、ポリスルホン、ポリエーテルスルホン、ポリフッ化ビニリデン、ポリスチロールも想定可能である。ポリマーの混合物も用いられ得る。
【０１３３】
支持体材料としてＰＥＴを有するセパレータはＳｅｐａｒｉｏｎ（登録商標）という商品名で販売されている。当該セパレータは特許文献３に開示されているような方法で製造され得る。
【０１３４】
「織られていないフリース」という概念は、ポリマーが織られた形式でない繊維（non-woven fabric）の形で存在することを意味する。このようなフリースは従来技術から既知である、および／または既知の方法、例えば特許文献４において説明されているようにスパンボンド法またはメルトブロー法によって製造され得る。
【０１３５】
セパレータは好適に、５μｍから３０μｍの平均的な厚さ、好ましくは１０μｍから２０μｍの平均的な厚さを有するフリースを含んでいる。フリースは好ましくは柔軟に形成されている。フリースは好ましくは均一な孔半径分布を有している。好ましくは孔の少なくとも５０％が７５μｍから１００μｍの孔半径を有している。フリースは好ましくは５０％の多孔性、好ましくは５０％から９７％の多孔性を有している。
【０１３６】
「多孔性」とは、フリースの容積（１００％）から、当該フリースの繊維の容積を引いたもの（物質によって充填されていないフリースの容積の比率に相当）として定義されている。このときフリースの容積は当該フリースの寸法から計算され得る。繊維の容積は考慮されるフリースの測定された重量とポリマー繊維の密度から得られる。フリースの多孔性が大きいと、セパレータの多孔性もより大きくすることができるので、セパレータによる電解質の吸収もより大きくすることができる。
【０１３７】
さらなる実施の形態においてセパレータは、ポリエチレングリコールテレフタレート、ポリオレフィン、ポリエーテルイミド、ポリアミド、ポリアクリロニトリル、ポリカーボネート、ポリスルホン、ポリエーテルスルホン、ポリフッ化ビニリデン、ポリスチロール、またはこれらの混合物から成る。好適にセパレータは一つのポリオレフィンから成り、または複数のポリオレフィンの混合物から成る。当該実施の形態において、ポリエチレンとポリプロピレンとの混合物から成るセパレータは特に好適である。
【０１３８】
このようなセパレータは好適に３μｍから１４μｍの層厚を有している。
【０１３９】
ポリマーは好ましくは繊維のフリースの形で設けられており、ポリマー繊維は好ましくは０．１μｍから１０μｍ、好ましくは１μｍから４μｍの平均的な直径を有している。
【０１４０】
ポリマーの「混合」または「混合物」という概念は、当該ポリマーが好ましくは、当該ポリマーのフリースの形で存在しており、当該フリースが互いに層状に接合されていることを意味する。このようなフリースもしくはフリース複合体は例えば特許文献５に開示されている。
【０１４１】
セパレータのさらなる実施の形態において、当該セパレータは無機材料から成る。無機材料として好ましくはマグネシウム、カルシウム、アルミニウム、ケイ素、およびチタニウムの酸化物と、ケイ酸塩およびゼオライト、ホウ酸塩およびリン酸塩が用いられる。セパレータのためのこのような材料およびセパレータを製造するための方法は、特許文献６に開示されている。セパレータの当該実施の形態の好適な実施の形態において、セパレータは酸化マグネシウムから成る。
【０１４２】
セパレータのさらなる実施の形態において、酸化マグネシウムの５０重量パーセントから８０重量パーセントは、酸化カルシウム、酸化バリウム、炭酸バリウム、リン酸リチウム、リン酸ナトリウム、リン酸カリウム、リン酸マグネシウム、リン酸カルシウム、リン酸バリウム、またはホウ酸リチウム、ホウ酸ナトリウム、ホウ酸カリウム、またはこれらの化合物の混合物に置き換えられていてよい。
【０１４３】
当該実施の形態のセパレータは好ましくは４μｍから２５μｍの層厚を有している。
【０１４４】
電解質
電解質としては、有機溶媒と、リチウムイオンを含有する無機塩または有機塩とから成る非水電解質が用いられ得る。
【０１４５】
有機溶媒は好ましくは、エチレンカーボネート、プロピレンカーボネート、ジエチルカーボネート、ジプロピルカーボネート、１，２−ジメトキシエタン、γ−ブチロラクトン、テトラヒドロフラン、２−メチルテトラヒドロフラン、１，３−ジオキシレン、スルホラン、アセトニトリルまたはリン酸エステル、またはこれらの溶媒の混合物から選択される。
【０１４６】
リチウムイオン含有塩は好ましくは、ＡｓＦ６−，ＰＦ６−，ＰＦ３（Ｃ２Ｆ５）３−，ＰＦ３（ＣＦ３）３−，ＢＦ４−，ＢＦ２（ＣＦ３）２−，ＢＦ３（ＣＦ３）−，［Ｂ（ＣＯＯＣＯＯ）２−］，ＣＦ３ＳＯ３−，Ｃ４Ｆ９ＳＯ３−，［（ＣＦ３ＳＯ２）２Ｎ］−，［（Ｃ２Ｆ５ＳＯ２）Ｎ］−，［（ＣＮ）２Ｎ］−，ＣｌＯ４−から選択される一つまたは複数の対イオンを有している。
【０１４７】
電気化学セルのセパレータには好ましくは電解質が含浸している。一の実施の形態においてセパレータには、イオン液体として形成されている電解質が含浸している。さらに電解質は、リチウムイオンバッテリーのための電解質において通常用いられる補助材料を含み得る。これらは例えばビフェニルのようなラジカル捕捉剤、有機リン酸エステルまたはヘキサメチルリン酸アミドのような難燃性添加物、またはアミンのような酸受容体である。
【０１４８】
電極上に「個体電解質界面」層（ＳＥＩ）を形成することに影響を及ぼし得るフェニレンカーボネートなどの添加剤も同様に使用可能である。
【０１４９】
本発明はさらに本発明に係る電気化学セルを製造するための方法に関する。当該方法は以下のステップを有している。
・少なくとも一つの正極を準備するステップ
・少なくとも一つの負極を準備するステップ
・正極と負極の間に設けられる中間層を準備するステップ
・正極／中間層／負極という順序に応じて電気化学セルを組み立てるステップ
当該方法において、少なくとも一つの電極は少なくとも部分的に、活物質を有する少なくとも一つの層と、少なくとも一つの基板とを有しており、当該活物質を有する少なくとも一つの層と少なくとも一つの基板との間に少なくとも部分的に微細構造要素が設けられている。
【０１５０】
中間層としてセパレータまたはポリマー電解質が用いられ得る。セパレータは電解質が含浸した状態で、電気化学セルに取り付けられている。
【０１５１】
本発明に係る電気化学セルは移動式情報機器、工具、電気的に駆動される自動車およびハイブリッドモータを有する自動車にエネルギーを供給するために用いられ得る。
【図面の簡単な説明】
【０１５２】
【図１】本発明に係る電極の実施の形態の構造、さらに本発明に係る電極を組み立てるための本発明に係る方法の実施の形態を概略的に示す図である。
【図２】本発明に係る電極の実施の形態の構造を、従来技術による電極との比較において概略的に示す図である。
【発明を実施するための形態】
【０１５３】
図１は基板１７０と、層１５０と、当該層１５０と基板１７０との間に設けられている微細構造要素１４０とから成る本発明に係る電極１８０を示している。微細構造要素１４０の弾性的な形成により、微細構造要素１４０は基板１７０の表面構造に適合し得る。これは、基板１７０と層１５０との間の接触面積がこれによって増大され、それによって金属基板１７０上の層１５０の接着性が増大され得るという有利点を有する。
【０１５４】
図１はさらに本発明に係る電極１８０を組み立てるための方法を示している。
【０１５５】
第一のステップにおいて、孔１２０が設けられている材料１１０を有している、厚さａ
の多孔性のテンプレート１００が準備される。
【０１５６】
第二のステップにおいて、第一の材料または第一の材料混合物１３０が、多孔性のテンプレート１００の孔１２０の開口部を有する表面に塗布される。
【０１５７】
第三のステップにおいて、第一の材料または第一の材料混合物１３０が塗布された表面に圧力が及ぼされる。しかしながら、第一の材料または第一の材料混合物１３０が塗布された表面に対して概ね平行な第二の表面に真空がかけられてもよい。第二の表面はさらに孔１２０の出口開口部を有している。第一の表面に圧力を及ぼすことと、第二の表面に真空をかけることとは同時に、あるいは交互に実施され得る。しかしながら圧力を及ぼすことのみ、あるいは真空をかけることのみが行われてもよい。これによって第一の材料または第一の材料混合物１３０が孔１２０に少なくとも部分的に、好ましくは完全に入り込むことが達成され、それによって概ね第一の材料または第一の材料混合物１３０を有する微細構造要素１４０が形成される。
【０１５８】
第四のステップにおいて、第二の材料または第二の材料混合物１５０が、層を形成するために、孔１２０の開口部を有する多孔性のテンプレート１００の表面に塗布される。好ましくはこれにより、第二の材料または第二の材料混合物１５０を有する層が、孔１２０に設けられているとともに、第一の材料または第一の材料混合物１３０を有する微細構造要素１４０と結合され、好ましくは材料接続的に結合される。第一の材料または第一の材料混合物１３０は、第二の材料または第二の材料混合物１５０と同一であるか、異なっていてよい。好適に第一の材料または第一の材料混合物１３０は概ねバインダー、好ましくはＰＶｄＦを有しており、第二の材料または第二の材料混合物１５０はバインダー、好ましくはＰＶｄＦと、電気化学的活物質と、任意選択的にさらなる添加物、例えば導電性の添加物とから成る混合物を有している。
【０１５９】
第五のステップにおいて、微細構造要素１４０と好ましくは材料接続的に結合されている第二の材料または第二の材料混合物１５０は、多孔性のテンプレート１００から分離され、好ましくは非破壊的に分離される。当該分離は本図において示されるように、分離力ＦａおよびＦｂを多孔性のテンプレート１００および／または微細構造要素１４０と好ましくは材料接続的に結合されている第二の材料または第二の材料混合物１５０を有する層に供給することによって行われ得る。
【０１６０】
第六のステップにおいて、層１６０と微細構造要素１４０とは、基板、好ましくは金属基板１７０と接触させられ、これにより層１６０と、基板１７０と、層１６０と基板１７０との間に設けられている微細構造要素１４０とを有している本発明に係る電極１８０が得られる。
【０１６１】
図２は基板２１３と、層２１１と、当該基板２１３と層２１１との間に設けられている微細構造要素２１２とから成る本発明に係る電極２１０を示している。微細構造要素２１２の弾性的な形成により、微細構造要素２１２は基板２１３の表面構造に適合し得る。これは、基板２１３と層２１１との間の接触面積がこれによって増大され、それによって基板２１３上の層２１１の接着性が増大され得るという有利点を有する。本発明に係る電極２１０は例えば図１に示す方法によって製造され得る。
【０１６２】
本発明に係る電極２１０に比べて、従来技術による電極２２０は層２２１と、基板２２２と、層２１１と基板２２２との間に設けられている微細構造要素とから成っている。
微細構造要素が欠落していることにより、層２１１の基板２２２に対する接触面積はより小さくなる。
【符号の説明】
【０１６３】
１００  多孔性のテンプレート
１１０  材料
１２０  孔
１３０  第一の材料または第一の材料混合物
１４０  微細構造要素
１５０  第二の材料または第二の材料混合物
１６０  層
１７０  基板
１８０  電極
２１０  電極
２１１  層
２１２  微細構造要素
２１３  基板
２２０  電極
２２１  層
２２２  基板
【図２】
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【図１】
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【国際調査報告】
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