(57)【要約】  ここで提供されるのは、少なくとも１つの、ドライ処理、自己形成形の電極薄膜を含むエネルギー貯蔵装置であって、改善された性能を有するエネルギー貯蔵装置である。改善された性能は、改善された電極材料ロード量、改善された活物質ロード量、改善された活物質密度、改善された比容量、改善された比容量、改善された面積エネルギー密度、改善されたエネルギー密度、改善された比エネルギー密度、または改善されたクーロン効率として、実現される。【選択図】図１４
2021504877.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
エネルギー貯蔵装置の単一のドライ電極薄膜であって、
乾燥した活物質と、
乾燥した結着剤と、
を備え
前記ドライ電極薄膜は、自己支持形であり、
前記ドライ電極薄膜は、厚さが約１１０μｍよりも大きい、ドライ電極薄膜。
【請求項２】
請求項１に記載のドライ電極薄膜であって、
前記ドライ電極薄膜の電極薄膜多孔性は、約２０％かそれ以下である、ドライ電極薄膜。
【請求項３】
請求項１に記載のドライ電極薄膜であって、前記電極薄膜は、電極薄膜密度が少なくとも０．８ｇ／ｃｍ３である、ドライ電極薄膜。
【請求項４】
請求項１に記載のドライ電極薄膜であり、前記電極薄膜の電極材料ロード量は少なくとも約２０ｍｇ／ｃｍ２である、ドライ電極薄膜。
【請求項５】
請求項１に記載のドライ電極薄膜であり、前記ドライ電極薄膜には、少なくとも約９０重量％の前記乾燥した活物質が含まれる、ドライ電極薄膜。
【請求項６】
請求項１に記載のドライ電極薄膜であって、前記乾燥した活物質には、アノード活物質が含まれる、ドライ電極薄膜。
【請求項７】
請求項６に記載のドライ電極薄膜であって、前記アノード活物質には、カーボン活物質が含まれる、ドライ電極薄膜。
【請求項８】
請求項７に記載のドライ電極薄膜であって、前記カーボン活物質には、黒鉛が含まれる、ドライ電極薄膜。
【請求項９】
請求項１に記載のドライ電極薄膜であって、前記乾燥した活物質には、カソード活物質が含まれる、ドライ電極薄膜。
【請求項１０】
請求項９に記載のドライ電極薄膜であって、前記カソード活物質には、リチウムニッケルマンガンコバルトオキシド（ＮＭＣ）が含まれる、ドライ電極薄膜。
【請求項１１】
請求項９に記載のドライ電極薄膜であって、前記カソード活物質には、硫黄系材料が含まれる、ドライ電極薄膜。
【請求項１２】
請求項１に記載のドライ電極薄膜であって、前記乾燥した結着剤には、線維化可能な結着剤が含まれる、ドライ電極薄膜。
【請求項１３】
請求項１に記載のドライ電極薄膜であって、前記乾燥した結着剤には、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）、カルボキシメチルセルロース（ＣＭＣ）、およびフッ化プロビニリデン（ＰＶＤＦ）のうちの少なくとも１つが含まれる、ドライ電極薄膜。
【請求項１４】
請求項１３に記載のドライ電極薄膜であって、前記乾燥した結着剤には、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）、カルボキシメチルセルロース（ＣＭＣ）、およびフッ化プロビニリデン（ＰＶＤＦ）が、重量において２：１：１の比率で含まれる、ドライ電極薄膜。
【請求項１５】
請求項１に記載のドライ電極薄膜であって、前記ドライ電極薄膜には約２０重量％かそれ以下の前記乾燥した結着剤が含まれる、ドライ電極薄膜。
【請求項１６】
請求項１に記載のドライ電極薄膜であって、導電性の添加剤をさらに備える、ドライ電極薄膜。
【請求項１７】
請求項１６に記載のドライ電極薄膜であって、前記ドライ電極薄膜には、約５重量％かそれ以下の前記導電性の添加剤が含まれる、ドライ電極薄膜。
【請求項１８】
請求項１に記載のドライ電極薄膜であって、多孔質材料をさらに備える、ドライ電極薄膜。
【請求項１９】
請求項１８に記載のドライ電極薄膜であって、前記ドライ電極薄膜には、約１０重量％またはそれ以下の前記多孔質材料が含まれる、ドライ電極薄膜。
【請求項２０】
請求項１に記載の前記ドライ電極薄膜を備える電極であって、集電材と接触される、電極。
【請求項２１】
請求項２０に記載の電極であって、前記電極の容積エネルギー密度は少なくとも約５５０Ｗｈである、電極。
【請求項２２】
請求項２０に記載の電極であって、前記電極の比エネルギー密度は少なくとも約２００Ｗｈ／ｋｇである、電極。
【請求項２３】
請求項２０に記載の電極であって、前記電極の比容量は少なくとも約１５０ｍＡｈ／ｇである、電極。
【請求項２４】
請求項２０に記載の電極であって、前記電極の比容量は少なくとも約３．５ｍＡｈ／ｃｍ２である、電極。
【請求項２５】
請求項２４に記載の電極であって、前記比容量は放電容量である、電極。
【請求項２６】
請求項２０に記載の電極であって、放電率が１．５Ｃのときの充電容量保持率は、少なくとも約２０％である、電極。
【請求項２７】
請求項２０に記載の電極であって、充電率が２Ｃのときの充電容量生産率は、少なくとも約１０％である、電極。
【請求項２８】
請求項２０に記載の電極であって、クーロン効率が少なくとも約８５％である、電極。
【請求項２９】
請求項２０に記載の前記電極を備えるリチウムイオン電池。
【請求項３０】
請求項２０に記載の前記電極を備える、固体状態のリチウムイオン電池。
【請求項３１】
エネルギー貯蔵装置のドライ電極薄膜であって、
乾燥した活物質と、
乾燥した結着剤と、
を備え、
前記ドライ電極薄膜は、自己支持形であり、
前記ドライ電極薄膜は、電極薄膜密度が少なくとも１．４ｇ／ｃｍ３である、ドライ電極薄膜。
【請求項３２】
請求項３１に記載のドライ電極薄膜であって、前記ドライ電極薄膜は、厚さが約１１０μｍまたはそれ以上である、ドライ電極薄膜。
【請求項３３】
請求項３１に記載のドライ電極薄膜であって、前記ドライ電極薄膜は厚さが約１５５μｍまたはそれ以上である、ドライ電極薄膜。
【請求項３４】
請求項３１に記載のドライ電極薄膜であって、前記電極薄膜における電極材料のロード量は少なくとも約２０ｍｇ／ｃｍ２である、ドライ電極薄膜。
【請求項３５】
請求項３１に記載のドライ電極薄膜であって、前記ドライ電極薄膜は、前記乾燥した活物質のうちの少なくとも約９０重量％を含む、ドライ電極薄膜。
【請求項３６】
請求項３１に記載のドライ電極薄膜であって、前記乾燥した活物質にはアノード活物質が含まれる、ドライ電極薄膜。
【請求項３７】
請求項３６に記載のドライ電極薄膜であって、前記アノード活物質にはカーボン活物質が含まれる、ドライ電極薄膜。
【請求項３８】
請求項３７に記載のドライ電極薄膜であって、前記カーボン活物質には黒鉛が含まれる、ドライ電極薄膜。
【請求項３９】
請求項３１に記載のドライ電極薄膜であって、前記乾燥した活物質にはカソード活物質が含まれる、ドライ電極薄膜。
【請求項４０】
請求項３９に記載のドライ電極薄膜であって、前記カソード活物質には、リチウムニッケルマンガンコバルトオキシド（ＮＭＣ）が含まれる、ドライ電極薄膜。
【請求項４１】
請求項３９に記載のドライ電極薄膜であって、前記カソード活物質には硫黄系材料が含まれる、ドライ電極薄膜。
【請求項４２】
請求項３１に記載のドライ電極薄膜であって、前記乾燥した結着剤には線維化可能な結着剤が含まれる、ドライ電極薄膜。
【請求項４３】
請求項３１に記載のドライ電極薄膜であって、前記乾燥した結着剤には、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）、カルボキシメチルセルロース（ＣＭＣ）、およびフッ化ポリビニリデン（ＰＶＤＦ）のうちの少なくとも１つが含まれる、ドライ電極薄膜。
【請求項４４】
請求項４３に記載のドライ電極薄膜であって、前記乾燥した結着剤には、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）、カルボキシメチルセルロース（ＣＭＣ）、およびフッ化プロビニリデン（ＰＶＤＦ）が、重量において２：１：１の比率で含まれる、ドライ電極薄膜。
【請求項４５】
請求項３１に記載のドライ電極薄膜であって、前記ドライ電極薄膜には、約２０重量％またはそれ以下の前記乾燥した結着剤が含まれる、ドライ電極薄膜。
【請求項４６】
請求項３１に記載のドライ電極薄膜であって、導電性の添加剤をさらに備える、ドライ電極薄膜。
【請求項４７】
請求項４６に記載のドライ電極薄膜であって、前記ドライ電極薄膜には、約５重量％またはそれ以下の、前記導電性の添加剤が含まれる、ドライ電極薄膜。
【請求項４８】
請求項３１に記載のドライ電極薄膜であって、多孔質材料をさらに備える、ドライ電極薄膜。
【請求項４９】
請求項４８に記載のドライ電極薄膜であって、前記ドライ電極薄膜には、約１０重量％またはそれ以下の前記多孔質材料が含まれる、ドライ電極薄膜。
【請求項５０】
請求項３１に記載の前記ドライ電極薄膜を備える電極であって、前記ドライ電極薄膜には集電材が接触される、電極。
【請求項５１】
請求項５０に記載の電極であって、前記電極の容積エネルギー密度は、少なくとも約５５０Ｗｈ／Ｌである、電極。
【請求項５２】
請求項５０に記載の電極であって、前記電極の比エネルギー密度は、少なくとも約２００Ｗｈ／ｋｇである、電極。
【請求項５３】
請求項５０に記載の電極であって、前記電極の比容量は、少なくとも約１５０ｍＡｈ／ｇである、電極。
【請求項５４】
請求項５０に記載の電極であって、前記電極の比容量は、少なくとも約３．５ｍＡｈ／ｃｍ２である、電極。
【請求項５５】
請求項５４に記載の電極であって、前記比容量は放電容量である、電極。
【請求項５６】
請求項５０に記載の電極であって、放電率が１．５Ｃのときの充電容量保持率は、少なくとも約２０％である、電極。
【請求項５７】
請求項５０に記載の電極であって、充電率が２Ｃのときの充電容量生産率は、少なくとも約１０％である、電極。
【請求項５８】
請求項５０に記載の電極であって、クーロン効率が少なくとも約８５％である、電極。
【請求項５９】
請求項５０に記載の前記電極を備える、リチウムイオン電池。
【請求項６０】
請求項５０に記載の前記電極を備える、固体状態のリチウムイオン電池。
【請求項６１】
エネルギー貯蔵装置の単一のドライ電極薄膜を製造する方法であって、
乾燥した活物質を提供し、
乾燥した結着剤を提供し、
電極薄膜混合物を供給するために、前記乾燥した活物質と、前記乾燥した結着剤とを、結合させ、
前記電極薄膜混合物により、厚さが約１１０μｍまたはそれ以上の、または、電極薄膜密度が少なくとも１．４ｇ／ｃｍ３の、自己支持形のドライ電極薄膜を形成する、
方法。
【請求項６２】
請求項６１に記載の方法であって、前記ドライ電極薄膜の形成は、約２０℃から約２００℃の温度の下で開始される、方法。
【請求項６３】
請求項６１に記載の方法であって、前記ドライ電極薄膜を形成することには、前記電極薄膜混合物を圧縮することが含まれる、方法。
【請求項６４】
請求項６３に記載の方法であって、前記ドライ電極薄膜を圧縮することは、圧延することを含む、方法。
【請求項６５】
請求項６１に記載の方法であって、前記乾燥した活物質は、処理後の乾燥した活物質を形成するように、さらに処理される、方法。
【請求項６６】
請求項６５に記載の方法であって、前記処理後の乾燥した活物質は、穏やかな粉体処理法により処理されたものである、方法。
【請求項６７】
請求項６５に記載の方法であって、前記処理後の乾燥した活物質は、激しい粉体処理法により処理されたものである、方法。
【請求項６８】
請求項６１に記載の方法であって、前記乾燥した結着剤は、処理後の乾燥した結着剤を形成するように、さらに処理される、方法。
【請求項６９】
請求項６８に記載の方法であって、前記処理後の乾燥した結着剤は、穏やかな粉体処理法により処理されたものである、方法。
【請求項７０】
請求項６８に記載の方法であって、前記処理後の乾燥した結着剤は、激しい粉体処理法により処理されたものである、方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
［分野］
本発明は、概してエネルギー貯蔵装置に関し、より具体的には、改善した性能を有する乾電極エネルギー貯蔵装置のための材料および方法に関する。
【０００２】
［優先出願を参照することによる援用］
この出願は、２０１７年１１月２２日に出願された米国仮出願６２／５９０１１０に基づいて優先権を主張し、この仮出願における開示は全て、ここで参照することにより援用される。
【背景技術】
【０００３】
［関連技術の記載］
電気エネルギー貯蔵電池は、電気工学の、電気機械の、電気化学の、およびその他の有用な装置に電力を供給するために、広く利用されている。このような電池には、一次化学電池、二次（再充電可能な）電池、燃料電池、ウルトラキャパシタを含む様々な種類のキャパシタ、が含まれる。キャパシタおよび電池を含むエネルギー貯蔵装置の動作電力およびエネルギーを高めることは、エネルギー貯蔵量を増加させ、電力能力を増加させ、そして現実世界での使用の機会を広げる上で、望ましい。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
相補的な属性を結合する電極薄膜を含むエネルギー貯蔵装置は、現実世界での適用において、エネルギー貯蔵装置の性能の向上をもたらす。さらに、存在する製造方法によれば、様々な構造の電極特性の実用限界が課されることになる。そのため、新しい電極薄膜の形成および製造方法により、性能の向上が見込まれる。加えて、電極薄膜の新しい組み合わせにより、エネルギー貯蔵装置の性能を向上させることが可能な組み合わせが明らかになるであろう。
【０００５】
本開示と、先行技術に対して達成できる利点とを、要約する目的で、本開示のいくつかの目的と利点をここに記載する。このような目的および利点の全てが、いずれかの特定の実施形態において達成できるとは限らない。このように、例えば、ここで教示されたように１つの利点または複数の利点を達成しまたは最適化し得るような態様で本発明を具体化しまたは実行することができ、この際、ここで教示または提案されたように他の目的または利点は必ずしも達成されなくてもよいと、当業者は理解するであろう。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
第１の態様では、少なくとも１つの自己支持形のドライ電極薄膜を含み、改善された性能を有するリチウムイオン電池が、提供される。改善された性能とは、改善された電極材料のロード、活物質のロード、比容量、比容量、面積エネルギー密度、エネルギー密度、比エネルギー密度、またはクーロン効率などとしてもよい。いくつかの実施形態では、このような電池は、少なくとも２５０Ｗｈ／ｋｇの比エネルギー密度を有し、または少なくとも６００Ｗｈ／Ｌのエネルギー密度を有するとしてもよい。
【０００７】
１つの態様では、エネルギー貯蔵装置の単一のドライ電極薄膜が提供される。ドライ電極薄膜には、乾燥した活物質が含まれる。ドライ電極薄膜は、乾燥した結着剤をさらに含む。ドライ電極薄膜は、さらに、ドライ電極薄膜が自己支持形であることと、ドライ電極薄膜の厚さが約１１０μｍかそれよりも大きいこととを、含む。
【０００８】
他の１つの態様では、エネルギー貯蔵装置のドライ電極薄膜が提供される。ドライ電極薄膜には、乾燥した活物質が含まれる。ドライ電極薄膜には、乾燥した結着剤がさらに含まれる。ドライ電極薄膜は、さらに、ドライ電極薄膜が自己支持形であることと、ドライ電極薄膜の電極薄膜密度が少なくとも１．４ｇ／ｃｍ３であることとを、含む。
【０００９】
他の１つの態様では、エネルギー貯蔵装置の単一のドライ電極薄膜を製造するための方法が提供される。方法には、乾燥した活物質を提供する過程が含まれる。方法にはさらに、乾燥した結着剤を提供する過程が含まれる。方法には、さらに、乾燥した活物質と乾燥した結着剤とを結合させて電極薄膜混合物を供給する過程が含まれる。方法には、さらに、電極薄膜混合物により、厚さが約１１０μｍまたはそれ以上の自己支持形のドライ電極薄膜を形成する過程が、含まれる。
【００１０】
他の１つの態様では、エネルギー貯蔵装置のドライ電極薄膜を製造するための方法が提供される。方法には、乾燥した活物質を提供する過程が含まれる。方法にはさらに、乾燥した結着剤を提供する過程が含まれる。方法にはさらに、乾燥した活物質と乾燥した結着剤とを結合させ、電極薄膜混合物を供給する過程が、含まれる。方法には、さらに、電極薄膜混合物により、電極薄膜密度が少なくとも１．４ｇ／ｃｍ３の自己支持形のドライ電極薄膜を形成する過程が、含まれる。
【００１１】
これらの実施形態の全ては、ここに開示される発明の範囲内に包含されることを意図している。これらの実施形態および他の実施形態は、添付の図面を参照しながら説明する以降の好適な実施形態の詳細な説明に基づいて、当業者によって容易に理解されるであろう。本発明は、開示された好適な実施形態のいずれによっても、制限されることはない。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】図１は、エネルギー貯蔵装置の１つの実施形態を示している。
【図２】図２の（Ａ）〜（Ｄ）は、乾燥したまたは湿式の、アノードおよびカソードを結合する、エネルギー貯蔵装置の様々な構成を示している。
【図３】図３の（Ａ）は、アノードとカソードとが集電材により結合される、二極の電極を示している。図３の（Ｂ）〜（Ｅ）は、集電材により結合される湿式のおよび／またはドライ電極薄膜を含む、二極の電極の様々な構成を示している。
【図４】図４の（Ａ）〜（Ｅ）は、様々なエネルギー貯蔵装置のセルの構成を示している。
【図５Ａ】図５Ａは、乾燥したまたは湿式の電極の様々な組み合わせを含むリチウムイオン電池における、容量のデータを提供している。タイプ１は、乾燥カソードと乾燥アノードとを含み、タイプ２は乾燥カソードと湿式アノードとを含み、タイプ３は湿式カソードと乾燥アノードとを含み、タイプ４は湿式カソードと湿式アノードとを含む。
【図５Ｂ】図５Ｂは、乾燥したまたは湿式の電極の様々な組み合わせを含むリチウムイオン電池における、効率のデータを提供している。タイプ１は、乾燥カソードと乾燥アノードとを含み、タイプ２は乾燥カソードと湿式アノードとを含み、タイプ３は湿式カソードと乾燥アノードとを含み、タイプ４は湿式カソードと湿式アノードとを含む。
【図６】図６は、乾燥したまたは湿式の電極の様々な組み合わせを有するリチウムイオン電池における、電圧と容量との関係を表すデータを提供している。タイプ１は乾燥カソードと乾燥アノードとを含み、タイプ２は乾燥カソードと湿式アノードとを含み、タイプ３は湿式カソードと乾燥アノードとを含み、タイプ４は湿式カソードと湿式アノードとを含む。
【図７】図７は、乾燥したまたは湿式の電極の様々な組み合わせを有するリチウムイオン電池における、容積エネルギー密度（Ｗｈ／Ｌ）および重量エネルギー密度（Ｗｈ／ｋｇ）のデータを提供している。タイプ１は乾燥カソードと乾燥アノードとを含み、タイプ２は乾燥カソードと湿式アノードとを含み、タイプ３は湿式カソードと乾燥アノードとを含み、タイプ４は湿式カソードと湿式アノードとを含む。
【図８Ａ】図８Ａは、複数の順次のステップ（「混合Ａ」）により処理された、または、１つのステップ（「混合Ｂ」）により処理された、乾燥したリチウムイオン電池のアノードにおける、容量のデータを提供している。
【図８Ｂ】図８Ｂは、複数の順次のステップ（「混合Ａ」）により処理された、または、１つのステップ（「混合Ｂ」）により処理された、乾燥したリチウムイオン電池のアノードにおける、効率のデータを提供している。
【図９Ａ】図９Ａは、ブレード混合器（「ミキサーＡ」）により処理された、または音響ミキサー（「ミキサーＢ」）により処理された、乾燥したリチウムイオン電池のアノードにおける、容量のデータを提供している。
【図９Ｂ】図９Ｂは、ブレード混合器（「ミキサーＡ」）により処理された、または音響ミキサー（「ミキサーＢ」）により処理された、乾燥したリチウムイオン電池のアノードにおける、効率のデータを提供している。
【図１０Ａ】図１０Ａは、予め粉砕されていない（「処理Ａ」）ポリマー結着剤を用いて処理された、または、残りの電極製造成分を導入する前にジェットミルを用いて処理された（「処理Ｂ」）予め粉砕されたポリマー結着剤を用いて処理された、乾燥したリチウムイオン電池のアノードにおける、容量のデータを提供している。
【図１０Ｂ】図１０Ｂは、予め粉砕されていない（「処理Ａ」）ポリマー結着剤を用いて処理された、または、残りの電極製造成分を導入する前にジェットミルを用いて処理された（「処理Ｂ」）予め粉砕されたポリマー結着剤を用いて処理された、乾燥したリチウムイオン電池のアノードにおける、効率のデータを提供している。
【図１１Ａ】図１１Ａは、ジェットミルによるステップを利用して処理された活物質と、同じくジェットミルによるステップを利用して処理された結着剤と、を用いて処理された（「製法１」）、または、穏やかな粉体処理を利用して処理された活物質と、ジェットミルによるステップを利用して処理された結着剤と、を用いて処理された（「製法４」）、乾燥したリチウムイオン電池のアノードにおける、容量のデータを提供している。
【図１１Ｂ】図１１Ｂは、ジェットミルによるステップを利用して処理された活物質と、同じくジェットミルによるステップを利用して処理された結着剤と、を用いて処理された（「製法１」）、または、穏やかな粉体処理を利用して処理された活物質と、ジェットミルによるステップを利用して処理された結着剤と、を用いて処理された（「製法４」）、乾燥したリチウムイオン電池のアノードにおける、効率のデータを提供している。
【図１２】図１２は、ドライコーティングされた厚いＮＭＣ６２２カソードハーフセルにおける、電圧と容量との関係を表すデータである。
【図１３】図１３は、ドライコーティングされた厚い黒鉛アノードハーフセルにおける、電圧と容量との関係を表すデータである。
【図１４】図１４は、電極材料のロード重量を様々に変えたときの、ドライコーティングされた厚いＮＭＣ６２２カソードハーフセルにおける第１サイクルの電気化学的な結果を提供している。
【図１５Ａ】図１５Ａは、ドライコーティングされた厚い電極における、フルセル放電率電圧プロファイルを提供している。
【図１５Ｂ】図１５Ｂは、ウェットコーティングされた厚い電極における、フルセル放電率電圧プロファイルを提供している。
【図１６】図１６は、電流率を様々に異ならせたときの、図１５Ａおよび図１５Ｂに示されたフルセルにおける乾燥したおよびウェットコーティングされた厚い電極についての、放電容量を提供している。
【図１７Ａ】図１７Ａは、ドライコーティングされた厚い電極における、フルセル充電率電圧プロファイルを提供している。
【図１７Ｂ】図１７Ｂは、ウェットコーティングされた厚い電極における、フルセル充電率電圧プロファイルを提供している。
【図１８】図１８は、電流率を様々に異ならせたときの、図１７Ａおよび図１７Ｂに示されたフルセルにおける乾燥したおよびウェットコーティングされた厚い電極についての、充電容量を提供している。
【図１９Ａ】図１９Ａは、劣化前の、袋状のフルセルにおけるドライコーティングされた厚い電極の、電気化学的なインピーダンス分光データを提供している。
【図１９Ｂ】図１９Ｂは、劣化後の、袋状のフルセルにおけるドライコーティングされた厚い電極の、電気化学的なインピーダンス分光データを提供している。
【図１９Ｃ】図１９Ｃは、劣化前の、袋状のフルセルにおけるウェットコーティングされた厚い電極の、電気化学的なインピーダンス分光データを提供している。
【図１９Ｄ】図１９Ｄは、劣化後の、袋状のフルセルにおけるウェットコーティングされた厚い電極の、電気化学的なインピーダンス分光データを提供している。
【図２０】図２０は、劣化前および劣化後の、袋状のフルセルにおける乾燥したおよびウェットコーティングされた厚い電極の、セル電圧を提供している。
【図２１】図２１は、劣化後の袋状のフルセルにおける乾燥したおよびウェットコーティングされた厚い電極の、セル容量の保存を提供している。
【図２２】図２２は、伝統的な乾燥処理された電極における、電極薄膜密度とロード量との関係を示している。
【図２３】図２３は、先行技術のウェットコート処理と対比して、今回開示した乾燥処理によって生産される、それぞれ異なる製法による電極において、電極薄膜密度とロード量との関係を示している。
【図２４Ａ】図２４Ａは、本開示に従って作製された黒鉛アノードのロード量に対する、重量エネルギー密度を示している。
【図２４Ｂ】図２４Ｂは、本開示に従って作製された黒鉛アノードのロード量に対する、容積エネルギー密度を示している。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
ここに、改善された性能を有するエネルギー貯蔵装置の様々な実施形態を提供する。とりわけ、いくつかの所定の実施形態においては、ここに開示されるエネルギー貯蔵装置は、高いエネルギー密度を有する電極薄膜を含んでいる。エネルギー貯蔵装置には、改善された技術を利用して製造され、そして様々な過程の組み合わせにより製造された電極薄膜が組み込まれている。エネルギー貯蔵装置は、リチウムイオン系電池としてもよい。
【００１４】
リチウムイオン電池は、例えば、消費者の装置、生産性装置、および電池式車両などの、数多くの商業的および産業的な用途において、電力源として利用されている。しかしながら、エネルギー貯蔵装置に寄せられている需要は、連続的に、そして急速に、成長している。例えば、自動車産業においては、小型で効率的なエネルギーストレージを利用した車両、具体的にはプラグインハイブリッド車や完全な電気自動車などが開発されている。リチウムイオン電池は、未来の需要を満たすのに適しているが、１回の充電でより遠くまで進めるようにするために、電池寿命をより長くするべく、エネルギー密度を向上することが求められている。このように、一般的にエネルギー貯蔵装置において、特にリチウムイオン電池において、例えば装置の質量および／または体積に比しての大きさごとに、より高いエネルギー貯蔵量やエネルギー密度を提供可能にすることが、求められている。
【００１５】
エネルギー貯蔵装置において潜在的な、ストレージの鍵となる構成要素は、電極、より具体的には各電極を構成する電極薄膜である。電極の電気化学的な性能、例えば電池電極の容量および効率は、様々な因子の影響を受ける。例えば、活物質、結着剤、および添加物の配分、例えば活物質の粒子サイズや表面領域などの材料の物理的特性、活物質の表面特性、電極薄膜の粘着性などの物理的特性、ならびに導電素子の粘着性などである。
【００１６】
原理的には、電極薄膜がより厚い方が有利である。なぜならば、電極薄膜が厚くなるにつれて、エネルギー貯蔵成分でない他の物質と比して、装置の活物質がより多く存在することとなるためである。より厚い電極薄膜は、集電材のユニットエリアごとに電極材料をロードすることにより、あるいは電極薄膜のユニットエリアごとの容量またはエネルギー密度により、実現できる。しかしながら、電極薄膜をより厚くすることは、電極薄膜の製造技術の実用限界の試金石となる。
【００１７】
一般的に、電極薄膜は、薄膜の成分の機械的特性、およびそれらの相互作用に起因して、性能が低下することがある。例えば、機械的制限は、活動層と集電材との間の接着性が低いことに起因したり、あるいは電極薄膜における活物質と結着剤との間の結合が弱いことに起因したりすると考えられる。このような過程は、電力供給およびエネルギー貯蔵容量の両面において、性能の低下を招くこととなる。性能の低下は、例えば、イオン導電率の低下、電気伝導率の低下、またはこれらの組み合わせに起因する、活物質の不活性化によると考えられる。例えば、活動層と集電材との間の粘着性が低下するにつれて、電池抵抗は増加する。また、活物質間の結合が減少すると、電池抵抗の増加も招き、場合によっては電気的接触が損なわれ、電池のイオン的および電気的な移動サイクルからいくらかの活物質が除去されることとなる。理論により制限されることなく、活物質の体積的な変化は、このような過程に影響を与えると考えられる。例えば、シリコン系材料のような所定の活物質が組み込まれている電極において、付加的な低下が見られる場合がある。これは、電池サイクルにおいて著しく体積が変化する。いくつかのシステムにおいては、リチウムのインターカレーションおよびデインターカレーションの過程は、このような体積の変化に対応している。一般的に、このような機械的低下の過程は、あらゆる電極、例えば、カソード、アノード、正極、負極、電池電極、キャパシタ電極、ハイブリッド電極、その他のエネルギー貯蔵装置の電極において観察される。
【００１８】
スラリーでコーティングされた古典的な湿式電池の電極は、クラッキング、剥離、柔軟性の乏しさなどの、望ましくない問題点を抱えることがある。これらの問題点は、電極薄膜が厚くなるほど、悪化する。電極薄膜が厚くなるにつれて、一般的にそれに対応してロードされる電極材料も多くなり、ウェット処理した電極において、電気化学的性能および信頼性の低下が見られることとなる。ウェット処理においては、材料の選択肢が制限されることが問題となる場合がある。そして、結果として生じるウェット処理された電極薄膜においては、例えば活物質などの構成物質が不均一に散布されてしまうことが問題となる場合がある。薄膜の厚さおよび／または密度が増加するにつれて、不均一であることによる悪影響も大きくなる。その場合、イオン導電率および／または電気伝導率が低くなる結果となる。また、ウェット処理には一般的に、高価でかつ時間を消費する乾燥処理を要することとなり、この乾燥処理は薄膜が厚くなるほど困難となる。このように、ウェット処理により生産される電極薄膜の厚さも、制限される。さらに、例えば噴霧、化学浴析出、スロットダイ、噴出、および焼き付けなどの、湿式の、例えばスラリー系の薄膜形成処理においては、電極薄膜の取り得る構成が制限されている。
【００１９】
実施形態には、比エネルギー密度が少なくとも２５０Ｗｈ／ｋｇ、またはエネルギー密度が少なくとも６００Ｗｈ／Ｌとされる乾燥処理により製造される電極を含む電池が、含まれている。実施形態には、より高密度の活物質を含み、電極薄膜の厚みがより大きく、電極薄膜の密度がより高く、かつ／または電子密度（例えば、エネルギー密度、比エネルギー密度、面積エネルギー密度、比容量、および／または比容量）がより高い、電極薄膜を実現することのできる、湿式電極の形成および製造過程が、含まれている。電極薄膜の密度がより高い、電極薄膜においては、一般的に、より小さな体積の電極薄膜に対しより多くの活物質が含まれているであろう。具体的には、乾燥電極処理においては、より小さい粒子サイズを実現することができ、また、活物質、結着剤、および添加物のより密着した接触を実現することができる。乾燥電極処理の方法においては、伝統的には、電極薄膜の材料を分散させ混合するために、高剪断力および／または高圧での処理のステップを利用していた。このステップにより、構造的に有利となる。いくつかの実施形態においては、このような乾燥電極処理によれば、従来のウェットスラリー鋳型、圧縮電極処理密度（約１．３ｇ／ｃｍ３またはそれ以下）および多孔性（約３７％またはそれ以上）に比べて、より高いロード量でありながら、十分に高い電極密度（約１．５５ｇ／ｃｍ３）、およびより低い電極多孔性（約２６％）を達成可能な電極薄膜を実現可能となる。しかしながら、図２２に示されるように、伝統的な湿式電極処理により製造される電極は、ロードされる電極材料が増えるほど密度が低くなる電極薄膜を有する。このため、高いロード量の電極電池においてエネルギーおよび電力密度が制限される。本開示のいくつかの実施形態は、電極のロードとは無関係に電極薄膜密度（約１．７９ｇ／ｃｍ３）および多孔性（約１６％）を制御するための乾燥製造方法および形成を提供する。例えば活物質やポリマー接着剤や添加物を変更することにより、電極材料の組成を変えることで、形成は修正される。製造方法は、例えば圧延温度、圧延圧力、圧延ロールギャップ、パスの数などの乾燥コーティング処理のパラメータに応じて、修正される。このような処理および組成を利用した実施形態は、高ロードにおいて、大幅に向上した電極薄膜密度を示す。いくつかの実施形態においは、圧延加工はおよそ環境温度の下で行われてもよい。いくつかの実施形態においては、電極の分解および／または剥離のような欠点が無い状態で、高ロードおよび高い電極薄膜密度を実現する。
【００２０】
ここで提供される湿式のまたは自己支持形の電極薄膜によれば、典型的な電極薄膜と比して、向上された特性が提供される。例えば、ここで提供される湿式のまたは自己支持形の電極薄膜によれば、１つまたはそれ以上の向上された材料のロードまたは電極材料のロード（電極薄膜または集電材のユニットエリアごとの電極薄膜の量として表現される）、向上された活物質のロード（電極薄膜または集電材のユニットエリアごとの活物質の量として表現される）、向上された面積の容積（電極薄膜または集電材のユニットエリアごとの容積として表現される）、向上された面積集熱器（電極薄膜または集電材のユニットエリアごとのエネルギーとして表現される）、向上された比エネルギー密度（電極薄膜のユニット面積ごとのエネルギーとして表現される）、または向上されたエネルギー密度（電極薄膜のユニット体積ごとのエネルギーとして表現される）が提供される。さらに他の例では、ここで提供される湿式のまたは自己支持形の電極薄膜は、向上されたクーロン効率を提供するものとしてもよい。
【００２１】
いくつかの実施形態においては、典型的な材料および製造過程を用いて構築されたエネルギー貯蔵装置と比べて、向上されたクーロン効率を発揮するエネルギー貯蔵装置が提供される。とりわけ、ここで提供された少なくとも１つの乾燥過程および／または自己支持形の電極を含む、リチウムイオン電池の第１サイクル効率を、向上させることができる。例えば、電気化学的サイクルを行っているときの第１サイクルのクーロン効率を、向上させることができる。
【００２２】
ここで示されるエネルギー貯蔵装置は、有利には、装置の寿命を通じて等価直列抵抗の上昇が低減されるという特徴を有する。これによれば、装置の寿命を通じて、電力密度を増加させることが可能である。いくつかの実施形態においては、ここで示されるエネルギー貯蔵装置は、装置の寿命を通じて容量の損失が低減されていることで特徴づけられる。様々な実施形態において実現されるさらなる改善には、サイクリング時における貯蔵安定性の向上を含むサイクリング性能の向上、および、容量の損失の低減が、含まれる。
【００２３】
いくつかの実施形態においては、乾燥過程の電池電極は、従来からのスラリーでコーティングされた湿式電池電極に接続され、それにより、乾電極を含む電池の改善された性能が提供される。とりわけ、いくつかの実施形態においては、自己支持形の乾燥カソードおよび湿式アノードの対の、改善された性能が実現される。
【００２４】
いくつかの実施形態においては、リチウムイオン電池のようなエネルギー貯蔵装置は、自己支持形の乾燥電極薄膜を備えるカソードと、自己支持形の乾燥電極薄膜を備えるアノードと、を含む。このエネルギー貯蔵装置は、ここで提供される１つまたはそれ以上の付加的な特徴を有する。さらなる実施形態では、エネルギー貯蔵装置は、自己支持形の乾燥電極薄膜を備えるカソードを含み、このエネルギー貯蔵装置はここで提供される１つまたはそれ以上の他の性能特性を有する。さらに他の実施形態においては、リチウムイオン電池のようなエネルギー貯蔵装置は、自己支持形の乾燥電極薄膜を備えるカソードと、ウェット処理した電極薄膜を備えるアノードと、を含む。このエネルギー貯蔵装置は、ここに提供される１つまたはそれ以上の付加的な性能特性を有する。表１に示すように、湿式のまたはドライ電極のいくつかの組み合わせが想定される。
【００２５】
【表１】
2021504877.tif 000003
【００２６】
表１において、「乾燥」は、乾燥過程により用意された自己支持形の電極薄膜（示されているようにアノードまたはカソードの組成を有する）を指す。また、「湿式」は、スラリー過程により用意された電極薄膜（示されているようにアノードまたはカソードの組成を有する）を指す。
【００２７】
いくつかの実施形態は、乾燥電極処理技術に関する。１つの実施形態では、乾燥粉体混合条件（すなわち、順番、強度、および時間）、グリンディングおよびミリングのような混合方法、および形成の発達（すなわち、活物質、添加物、結着剤）によって、結果物としての乾燥電池電極の電気化学的性能が改善した。この改善は、米国特許出願公開第２００６／０１１４６４３号明細書、米国特許出願公開第２００６／０１３３０１３、米国特許第９,５２５,１６８または米国特許第７,９３５,１５５のうちの１つまたはそれ以上に開示されているような、従来からある乾燥電極製造過程と比して、実現される。上記公報の内容は全て、ここで参照することによって援用される。
【００２８】
様々な実施形態においては、乾燥粉体は、例えば対流式の、圧縮空気式の、または拡散式の、以下に示すようなミキサーを用いて、穏やかな過程で混合することができる。すなわち、例えば、混合媒体（例えば、ガラス玉、セラミックボール）を伴うまたは伴わないタンブラー、櫂型ミキサー、ブレード混合器、または超音波ミキサーなどである。穏やかな混合過程は、混合物の中の活物質を破壊しないものであってもよい。これに限定するものではないが、黒鉛粒子は、穏やかな混合過程を経てもサイズが保たれる。さらなる実施形態においては、活物質、結着剤、および付加的な添加物の均一な分布を促進するために、粉体の混合の順序や条件を変更することができる。
【００２９】
実施形態は、電極薄膜の処理方法の様々な組み合わせにより製造される電極薄膜を含む。処理された活物質および結着剤からなる電極の形成のいくつかの例を、表２にリスト化してある。過程Ａは、例えば、タンブリング、ブレンディング、または超音波ミキシングなどのような穏やかな粉体処理を含む。過程Ｂは、例えばジェットミリングやグリンディングによる、ワーリングブレンダー内における混合のような、激しい粉体処理を含む。
【００３０】
【表２】
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【００３１】
ここに提供される材料および方法は、様々なエネルギー貯蔵装置において実施することができる。ここに提供されるように、エネルギー貯蔵装置は、キャパシタ、リチウムイオンキャパシタ（LIC）、ウルトラキャパシタ、電池、または上述のうちの２つまたはそれ以上の態様を結合したハイブリッドエネルギー貯蔵装置とすることができる。好適な実施形態においては、その装置はバッテリーである。
【００３２】
ここに提供されるエネルギー貯蔵装置は、いかなる好適な構成としてもよく、例えば、平面状としても、らせん状に捩れているとしても、ボタン型としても、小袋型としてもよい。ここに提供されるエネギー貯蔵装置は、例えば産業機械および／または運輸の用途に用いられる、例えば、発電システム、無停電電源システム（UPS）、太陽光発電システム、エネルギー回収システムなどの、システムの構成要素としてもよい。ここに提供されるエネギー貯蔵装置は、ハイブリッド車（HEV）、プラグインハイブリッド車（PHEV）、および／または電気自動車（HV）を含む様々な電気的装置および／または動力車に、電力を供給するために用いられる。
【００３３】
図１は、電極薄膜密度が高く、かつ／または、高電子密度の、電極薄膜を有する、エネルギー貯蔵装置１００の例を示している。エネルギー貯蔵装置１００は、例えば、キャパシタ、電池、キャパシタ−電池のハイブリッド、または燃料電池に分類されるものとすることができる。いくつかの実施形態においては、装置１００はリチウムイオン電池である。
【００３４】
装置は、第１電極１０２と、第２電極１０４と、第１電極１０２および第２電極１０４の間に位置するセパレータ１０６と、を有する。第１電極１０２および第２電極１０４は、それぞれ、セパレータ１０６の対向する表面に隣接している。エネルギー貯蔵装置１００は、当該エネルギー貯蔵装置１００の電極１０２,１０４の間のイオン交換を促進するための電解物１１８を含む。例えば、電解物１１８は、第１電極１０２、第２電極１０４、およびセパレータ１０６と接触していてもよい。電解物１１８、第１電極１０２、第２電極１０４、およびセパレータ１０６は、エネルギー貯蔵装置ハウジング１２０の中に収容される。
【００３５】
第１電極１０２、第２電極１０４、およびセパレータ１０６のうちの１つもしくはそれ以上、またはそれらの組成物は、多孔性の材料を含んでいてもよい。多孔性の材料の複数の孔は、電解物１１８をハウジング１２０内に封じ込めることができ、および／または、電解物１１８と接触する表面領域を増大させることができる。エネルギー貯蔵装置ハウジング１２０においては、第１電極１０２、第２電極１０４、およびセパレータ１０６の周りが、それぞれシールされ、そして、シールされることにより物理的に外部環境から隔離されているとしてもよい。
【００３６】
いくつかの実施形態においては、第１電極１０２はアノード（「負極」）とすることができ、また第２電極１０４はカソード（「正極」）とすることができる。セパレータ１０６は、例えば第１電極１０２および第２電極１０４のようなセパレータ１０６の対向する側面に対して隣接する２つの電極を電気的に隔離しながら、２つの隣接する電極の間でのイオン交換は許容するように、構成することができる。セパレータ１０６は、多孔性で、電気的に絶縁することが可能な、好適な材料からなるとすることができる。例えば、セパレータ１０６は、セルロース系材料（例えば、紙）、ポリエチレン（PE）系材料、ポリプロピレン（PP）系材料、および／または、ポリエチレン系およびポリプロピレン系の材料により、構成されているとしてもよい。
【００３７】
一般的に、第１電極１０２および第２電極１０４はそれぞれ、集電材と電極薄膜とからなる。電極１０２,１０４は、それぞれ、電極薄膜の密度が高い、かつ／または、電子密度が高い、高密度電極薄膜１１２,１１４からなる。電極１０２,１０４はそれぞれ、示されるように単一の電極薄膜１１２,１１４を有するが、各電極１０２,１０４が２つまたはそれ以上の電極薄膜の他の組み合わせを有していてもよい。装置１００は単一の電極１０２と単一の電極１０４とを有するように示されているが、他の組み合わせも可能である。高密度の電極薄膜１１２,１１４はそれぞれ、いかなる好適な形状、大きさ、および厚さであってもよい。例えば、電極薄膜はそれぞれ、約３０ミクロン（μm）から約２５０ミクロン、例えば、約または少なくとも約５０ミクロン、約１００ミクロン、約１５０ミクロン、約２００ミクロン、約２５０ミクロン、約３００ミクロン、約４００ミクロン、約５００ミクロン、約７５０ミクロン、約１０００ミクロン、約２０００ミクロン、あるいはこれらの間の値の範囲の厚さを有しているとしてもよい。本開示を通して、さらに単一の電極薄膜についての電極薄膜の厚さについて示している。電極薄膜は、一般的に１つまたはそれ以上の活物質からなる。すなわち、例えばここで提供されるように、アノード活物質またはカソード活物質を含む。電極薄膜１１２および／または電極薄膜１１４は、ここで提供されるように、乾燥した、かつ／または自己支持形の電極薄膜であり、またここで提供されるように、例えば厚さ、増大した電極薄膜密度、エネルギー密度、具体的エネルギー密度、面積ごとのエネルギー密度、面積ごとのキャパシティまたは具体的キャパシティなどの、有利な特性を有する。第１電極薄膜１１２および／または第２電極薄膜１１４は、ここで提供されるように、１つまたはそれ以上の結着剤を含んでいてもよい。第１電極薄膜１１２および／または第２電極薄膜１１４は、ここで示される処理によって用意される。第１電極薄膜１１２および／または第２電極薄膜１１４は、ここで示されるように、湿式のまたは自己形成形のドライ電極としてもよい。
【００３８】
図１に示すように、第１電極１０２および第２電極１０４は、第１の高密度の電極薄膜１１２と接触する第１集電材１０８と、第２の高密度の電極薄膜１１４と接触する第２集電材１１０と、をそれぞれ含む。第１集電材１０８および第２集電材１１０は、それぞれの対応する電極薄膜と、外部の電気回路（不図示）との、電気的結合を促進する。第１集電材１０８および／または第２集電材１１０は、１つまたはそれ以上の導電性材料からなり、また、対応する電極と外部回路との間の電荷の移動を促進するために選択されたあらゆる好適な形状および大きさを取り得る。例えば、集電材は、アルミニウム、ニッケル、銅、レニウム、ニオブ、タンタルのような金属材料を含んでいてもよく、また、銀、金、プラチナ、パラジウム、ロジウム、オスミウム、イリジウム、合金、および上述のものの組み合わせのような貴金属を含んでいてもよい。例えば、第１集電材１０８および／または第２集電材１１０は、アルミ泊や銅泊等からなっていてもよい。第１集電材１０８および／または第２集電材１１０は、対応する電極と外部回路との間の電荷の移動を可能とするようなサイズに設定された、長方形状の、または概ね長方形状の形状を有するとしてもよい。
【００３９】
例えばエネルギー貯蔵装置１００の電極の構成の様々な実施形態が、図２Ａ〜図２Ｄに示されている。図２Ａには、乾燥アノードと乾燥カソードとを含むエネルギー貯蔵装置が描かれている。図２Ｂには、湿式アノードと乾燥カソードとを含むエネルギー貯蔵装置が描かれている。図２Ｃには、乾燥アノードと湿式カソードとを含むエネルギー貯蔵装置が描かれている。図２Ｄには、湿式アノードと湿式カソードとを含む、比較対象となるエネルギー貯蔵装置が描かれている。図３Ａには、汎用的な二極式の電極が描かれている。図３Ｂ〜図３Ｅには、エネルギー貯蔵装置に用いられる乾燥したおよび／または湿式の電極薄膜を含む二極式の電極の様々な構成が描かれている。図３Ｂには、乾燥アノードが乾燥カソードと結合されたセルが描かれている。図３Ｃには、湿式アノードが乾燥カソードと結合されたセルが描かれている。図３Ｄには、乾燥アノードが湿式カソードと結合されたセルが描かれている。図３Ｅには、湿式アノードが湿式カソードに結合された、比較対象となるセルの構成が描かれている。
【００４０】
図４Ａ〜図４Ｅには、様々な電池の構成が描かれている。例えば、図４Ａには、カソードとアノードとが単一の接触領域を共有しているセルが、描かれている。図４Ｂには、カソードが単一のアノードと２つの接触領域を共有しているセルの構成が、描かれている。図４Ｂでは、カソードは両面カソードであり、また、カソードは、対向する表面において、集電材またはセパレータに好適な材料でコーティングされている。図４Ｃでは、単一のアノードが２つの別々のカソードのそれぞれと２つの接触領域を共有しているセルの構成が描かれている。図４Ｃでは、２つのカソードのそれぞれは両面カソードであり、各カソードは、対向する表面において、例えば集電材またはセパレータに好適な材料でコーティングされている。図４Ｄでは、２つのアノードが２つの別々のカソードのそれぞれと２つの接触領域を共有しており、３つ目の別のカソードが上述の２つのアノードのそれぞれと接触領域を供給している。図４Ｅでは、単一のアノードが単一のカソードと、単一の接触領域を共有しているが、電極対それ自体が折り曲げられているセルの構成が描かれている。いくつかの実施形態においては、エネルギー貯蔵装置は、図４Ａ〜図４Ｅのいずれか１つに描かれた構成を有するとしてもよい。さらなる実施形態においては、エネルギー貯蔵装置は、図４Ａ〜図４Ｅに描かれた態様をあらゆる組み合わせで組み合わせた構成を有するものとしてもよい。例えば、エネルギー貯蔵装置は、セルのうちの少なくとも１つが図４Ａ〜図４Ｅのいずれか１つに描かれた構成を有し、他のセルのうちの少なくとも１つが図４Ａ〜図４Ｅのうちのもう１つに描かれた構成を有しているものとしてもよい。さらに、エネルギー貯蔵装置は、図４Ａ〜図４Ｅのもうひとつの構成を有する電極との間でイオン的接触（例えば、ここで示された好適な電解質を染み込ませたセパレータにより分離される）または電気的接触（例えば、集電材により結合される）をする、図４Ａ〜図４Ｅのいずれか１つの電極を有しているとしてもよい。
【００４１】
いくつかの実施形態においては、少なくとも１つの活物質が、処理された炭素材料を含む。ここで、処理された炭素材料は、米国特許出願公開第２０１４／００９８４６４に記載されているように、水素含有官能基、窒素含有官能基、および／または酸素含有官能基の、数の減少を含む。例えば、処理された炭素粒子は、処理された炭素の１つまたはそれ以上の表面について１つまたはそれ以上の官能基の数の減少を含むものとしてもよい。ここで、減少とは、非処理の炭素表面では約２０％〜約５０％が含まれるのに対し、１つまたはそれ以上の官能基において約１０％から約６０％にのぼる減少である。処理された炭素は、数が減少された水素含有官能基、窒素含有官能基、および／または酸素含有官能基を含むものとすることができる。いくつかの実施形態においては、処理された炭素材料は、そのうちの約１％未満（約０．５％未満を含む）だけ水素を含むような官能基からなる。いくつかの実施形態においては、処理された炭素材料は、そのうちの約５％未満（約３％未満を含む）だけ酸素を含むような官能基からなる。さらなる実施形態では、処理された炭素材料は、非処理の炭素材料と比して、水素含有官能基が約３０％少ない。
【００４２】
いくつかの実施形態においては、エネルギー貯蔵装置１００はリチウムイオン電池であるとすることができる。いくつかの実施形態では、リチウムイオン電池の電極の電極薄膜は、１つまたはそれ以上の活物質と、ここに提供された線維化された結着剤マトリックスと、を含む。
【００４３】
さらなる実施形態においては、エネルギー貯蔵装置１００には好適なリチウム含有電解物が詰められている。例えば、装置１００には、リチウム塩と、例えば非水系のまたは有機溶媒などの溶媒と、が含まれるとすることができる。一般的に、リチウム塩は、酸化還元安定のアニオンを含む。いくつかの実施形態においては、アニオンは一価である。いくつかの実施形態においては、リチウム塩は、ヘキサフルオロりん酸塩（ＬｉＰＦ６）、テトラフルオロホウ酸リチウム（ＬｉＢＦ４）、過塩素酸リチウム（ＬｉＣｌＯ４）、ビス（トリフルオロメタンスルホニル）イミド（ＬｉＮ（ＳＯ２ＣＦ３）２）、トリフルオロメタンスルホン酸リチウム（ＬｉＳＯ３ＣＦ３）、リチウムビス（オキサラト）ボレート（ＬｉＢＯＢ）、およびこれらの組み合わせの中から選択される。いくつかの実施形態においては、電解物には、四級アンモニウムカチオンと、ヘキサフルオロりん酸、テトラフルオロホウ酸塩、およびヨウ化物からなるグループから選択されるアニオンと、が含まれるものとしてもよい。いくつかの実施形態においては、塩濃度は、約０．１ｍｏｌ／Ｌ（Ｍ）〜約５Ｍ、約０．２Ｍ〜約３Ｍ、または約０．３Ｍ〜約２Ｍとしてもよい。さらなる実施形態においては、電解物の塩濃度は、約０．７Ｍ〜約１Ｍである。ある実施形態においては、電解物の塩濃度は、約０．２Ｍ、約０．３Ｍ、約０．４Ｍ、約０．５Ｍ、約０．６Ｍ、約０．７Ｍ、約０．８ｍｍ、約０．９Ｍ、約１Ｍ、約１．１Ｍ、約１．２Ｍまたは、これらの値の間のあらゆる範囲とすることができる。
【００４４】
いくつかの実施形態では、ここで提供されるエネルギー貯蔵装置の電解質には、液体溶媒が含まれていてもよい。ここで提供されるように、溶媒は全ての成分を溶解する必要はなく、電解物の成分のいずれについても完全に溶解する必要はない。さらなる実施形態では、溶媒は有機溶媒とすることができる。いくつかの実施形態では、溶媒には、炭酸塩、エーテル、および／またはエステルから選択される１つまたはそれ以上の官能基が含まれるとすることができる。いくつかの実施形態では、溶媒は炭酸塩により構成される。さらなる実施形態では、炭酸塩は、例えば炭酸エチレン（ＥＣ）、炭酸プロピレン（ＰＣ）、ビニルエチレンカーボネート（ＶＥＣ）、炭酸ビニレン（ＶＣ）、フルオロエチレンカーボネート（ＦＥＣ）、およびこれらの組み合わせのような環状炭酸エステルか、あるいは、例えばジメチル炭酸塩（ＤＭＣ）、ジエチル炭酸塩（ＤＥＣ）、エチルメチル炭酸塩（ＥＭＣ）、およびこれらの組み合わせのような非環式炭酸塩の中から選択することができる。ある実施形態では、電解物には、ＬｉＰＦ６と、１つまたはそれ以上の炭酸塩とが、含まれているとすることができる。
【００４５】
いくつかの実施形態では、リチウムイオン電池は、２．５Ｖ〜４．５Ｖ、または３．０Ｖ〜４．２Ｖで操作されるように構成される。さらなる実施形態では、リチウムイオン電池は、最小作動電圧として約２．５Ｖ〜約３Ｖを、それぞれ有するように構成される。さらなる実施形態では、リチウムイオン電池は、最大作動電圧として約４．１Ｖ〜約４．４Ｖを、それぞれ有するように構成される。
【００４６】
いくつかの実施形態では、エネルギー貯蔵装置を製造する方法が提供される。さらなる実施形態では、方法には、アノードおよびカソードを選択する過程が含まれる。いくつかの実施形態では、アノードを選択する過程には、乾燥した自己支持形のアノード、または湿式のアノードを、選択する過程が含まれる。乾燥したアノードを選択する過程には、活物質を処理する方法を選択する過程と、結着剤を処理する方法を選択する過程と、が含まれていてもよい。
【００４７】
いくつかの実施形態では、ここで提供される電極薄膜は、少なくとも１つの活物質と、少なくとも１つの結着剤とを含む。少なくとも１つの活物質は、当該技術分野において知られるいかなる活物質であってもよい。少なくとも１つの活物質は、バッテリーのアノードまたはカソードに用いるのに好適な材料としてもよい。アノード活物質には、例えば、挿入材料（例えば、炭素、黒鉛、および／またはグラフェン）、合金材料または脱合金材料（例えば、ケイ素、酸化ケイ素、スズ、酸化スズ）、金属合金または合成物（例えば、Ｓｉ−Ａｌ、および／またはＳｉ−Ｓｎ）、および／または変換材料（例えば、酸化マンガン、酸化モリブデン、酸化ニッケル、および／または酸化銅）を含んでいてもよい。アノード活物質は、単独で用いられてもよいし、あるいは多相性材料（例えば、Ｓｉ−Ｃ、Ｓｎ−Ｃ、ＳｉＯｘ−Ｃ、ＳｎＯｘ−Ｃ、Ｓｉ−Ｓｎ、Ｓｉ−ＳｉＯｘ、Ｓｎ−ＳｎＯｘ、Ｓｉ−ＳｉＯｘ−Ｃ、Ｓｎ−ＳｎＯｘ−C、Ｓｉ−Ｓｎ−Ｃ、ＳｉＯｘ−ＳｎＯｘ−Ｃ、Ｓｉ−ＳｉＯｘ−Ｓｎ、またはＳｎ−ＳｉＯｘ−ＳｎＯｘ）を形成するために混合されて用いられてもよい。
【００４８】
カソード活物質には、例えば、金属酸化物、金属硫化物、またはリチウム金属酸化物が含まれるとすることができる。リチウム金属酸化物は、例えば、リチウムニッケルマンガンコバルト酸化物（ＮＭＣ）、リチウムマンガン酸化物（ＬＭＯ）、リチウム鉄りん酸（ＬＦＰ）、リチウムコバルト酸化物（ＬＣＯ）、チタン酸リチウム（ＬＴＯ）、および／またはリチウムニッケルコバルトアルミニウム酸化物（ＮＣＡ）とすることができる。いくつかの実施形態では、カソード活物質には、例えば、積層遷移金属酸化物（例えば、ＬｉCoＯ２（ＬＣＯ）、Ｌｉ（ＮｉＭｎCo）Ｏ２（MNC）、および／またはＬｉＮｉ０．８Co０．１５Ａｌ０．０５Ｏ２（ＮＣＡ））、スピネルマンガン酸化物（例えば、ＬｉＭｎ２Ｏ４（ＬＭＯ）および／またはＬｉＭｎ１．５Ｎｉ０．５Ｏ４（ＬＭＮＯ））、または、かんらん石（例えばＬｉＦｅＰＯ４）が含まれる。カソード活物質には、硫黄、または、硫酸リチウム（Ｌｉ２Ｓ）や他の硫黄系材料またはこれらの混合物などの硫黄含有材料が、含まれるとすることができる。いくつかの実施形態では、カソード薄膜は、少なくとも５０ｗｔ％の濃度で、硫黄または硫黄活物質を含む材料を含んでいる。いくつかの実施形態においては、硫黄または硫黄活物質含有材料を含むカソード薄膜は、少なくとも６ｍＡｈ／ｃｍ２の比容量を有する。いくつかの実施形態では、硫黄または硫黄活物質含有材料を含むカソード薄膜は、１ｇ／ｃｍ３の電極薄膜密度を有する。いくつかの実施形態では、硫黄または硫黄活物質含有材料を含むカソード薄膜は、結着剤をさらに含む。いくつかの実施形態では、硫黄または硫黄活物質含有材料を含むカソード薄膜の結着剤は、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）、フッ化ボリビニリデン（ＰＶＤＦ）、ポリエチレン（ＰＥ）、他の熱可塑性プラスチック、またはこれらのいずれかの組み合わせの中から選択される。
【００４９】
少なくとも１つの活物質は、１つまたはそれ以上の炭素材料を含んでいてもよい。炭素材料は、例えば、黒鉛化材料、黒鉛、グラフェン含有材料、硬質炭素、軟質炭素、カーボンナノチューブ、多孔質炭素、導電性カーボン、またはこれらの組み合わせの中から選択してもよい。活性化された炭素は、スチーム処理または酸／エッチング処理に由来するものとすることができる。いくつかの実施形態では、黒鉛化材料は、表面が処理された材料とすることができる。いくつかの実施形態では、多孔質炭素は活性化炭素を含むものとすることができる。いくつかの実施形態では、多孔質炭素は階層的構造の炭素を含むものとすることができる。いくつかの実施形態では、多孔質炭素は、構造化されたカーボンナノチューブ、構造化されたカーボンナノワイヤ、および／または構造化されたカーボンナノシートを含むものとすることができる。いくつかの実施形態では、多孔質炭素はグラフェンシートを含むものとすることができる。いくつかの実施形態では、多孔質炭素は表面が処理された炭素であるとすることができる。
【００５０】
いくつかの実施形態では、リチウムイオン電池またはハイブリッドエネルギー貯蔵装置のカソード電極薄膜には、約７０重量％〜約９８重量％の少なくとも１つの活物質が含まれるとすることができる。この範囲には、約７０重量％〜約９２重量％が含まれ、または、約７０重量％〜約９６重量％が含まれる。いくつかの実施形態では、カソード電極薄膜は、約７０重量％またはそれ以上の、約９０重量％またはそれ以上の、約９２重量％またはそれ以上の、約９４重量％のまたはそれ以上の、約９５重量％またはそれ以上の、約９６重量％またはそれ以上の、または約９８重量％またはそれ以上の、少なくとも１つの活物質を含み、あるいは上述のいずれかの値の間の範囲の少なくとも１つの活物質を含む。いくつかの実施形態では、リチウムイオン電池またはハイブリッドエネルギー貯蔵装置のカソード電極薄膜は、約４０重量％〜約６０重量％の、少なくとも１つの活物質を含むものとすることができる。いくつかの実施形態では、カソード電極薄膜には、約１０重量％までの多孔質炭素材料が含まれる。この範囲には、約５重量％まで、または約１重量％〜約５重量％までも、含まれる。いくつかの実施形態では、カソード電極薄膜には、約１０重量％またはそれ以上の、約５重量％またはそれ以上の、約１重量％またはそれ以上の、約０．５重量％またはそれ以上の多孔質炭素材料が含まれ、または上述のいずれかの値の間の範囲の多孔質炭素材料が含まれる。いくつかの実施形態では、カソード電極薄膜は、約５重量％（約１重量％〜約３重量％を含む）の導電性添加物を含む。いくつかの実施形態では、カソード電極薄膜には、約１０重量％またはそれ以上の、５重量％の、約３重量％またはそれ以上の、または約１重量％またはそれ以上の、または上述のいずれかの値の間の範囲の、導電性添加物を含む。いくつかの実施形態では、カソード電極薄膜には、約２０重量％まで（例えば、約１．５重量％〜１０重量％、約１．５重量％〜５重量％、または約１．５重量％〜３重量％）の結着剤が含まれる。いくつかの実施形態では、カソード電極薄膜には、約１．５重量％〜約３重量％の結着剤が含まれる。いくつかの実施形態では、カソード電極薄膜には、約２０重量％までの、約１５重量％までの、約１０重量％までの、約５重量％までの、約３重量％までの、約１.５重量％までの、約１重量％までの、または上述のいずれかの値の間の範囲の、結着剤が含まれる。
【００５１】
いくつかの実施形態においては、アノード電極薄膜は、少なくとも１つの活物質と、結着剤とを含み、そして付加的に導電性添加物を含む。いくつかの実施形態では、導電性添加物には、カーボンブラックのような、導電性炭素添加物が含まれていてもよい。いくつかの実施形態においては、アノードの少なくとも１つの活物質には、合成黒鉛、天然黒鉛、硬質炭素、軟質炭素、グラフェン、メソ多孔質炭素、ケイ素、酸化ケイ素、スズ、酸化スズ、ゲルマニウム、リチウム、チタン酸塩、混合物、または上述の材料の混合物が含まれるとしてもよい。いくつかの実施形態においては、アノード電極薄膜には、約８０重量％〜約９８重量％の少なくとも１つの活物質が含まれていてもよい。この範囲には、約８０重量％〜約９８％、または約９４重量％〜約９７重量％が含まれる。いくつかの実施形態においては、アノード電極薄膜には、約８０重量％、約８５重量％、約９０重量％、約９２重量％、約９４重量％、約９５重量％、約９６重量％、約９７重量％、約９８重量％、または約９９重量％の、または上述のいずれかの値の間の範囲の、少なくとも１つの活物質が含まれていてもよい。いくつかの実施形態においては、アノード電極薄膜には、約５重量％まで（約１重量％〜約３重量％を含む）の導電性添加物が含まれる。いくつかの実施形態においては、アノード電極薄膜には、約５重量％またはそれ以上の、約３重量％またはそれ以上の、約１重量％またはそれ以上の、約０．５重量％またはそれ以上の、または上述のいずれかの値の間の範囲の、導電性添加物が含まれる。いくつかの実施形態においては、アノード電極薄膜には、約２０重量％までの結着剤が含まれる。この範囲には、約１．５重量％〜１０重量％、約１．５重量％〜５重量％、または約３重量％〜５重量％が含まれる。いくつかの実施形態では、アノード電極薄膜には、約２０重量％またはそれ以上の、約１５重量％またはそれ以上の、約１０重量％またはそれ以上の、約５重量％またはそれ以上の、約３重量％またはそれ以上の、約１．５重量％またはそれ以上の、約１重量％またはそれ以上の、または上述のいずれかの値の間の範囲の、結着剤が含まれる。いくつかの実施形態では、アノード薄膜には導電性添加物が含まれていなくてもよい。
【００５２】
いくつかの実施形態は、アノードおよび／またはカソードのような電極薄膜を含み、この電極薄膜は、高分子結着剤材料を含む１つまたはそれ以上の活性層を有する。結着剤には、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）、ポリオレフィン、ポリアルキレン、ポリエーテル、スチレン・ブタジエン、ポリシロキサンとポリシロキサンとの共重合体、分岐型ポリエーテル、ポリビニルエーテル、これらの共重合体、および／またはこれらの混合物が含まれるとすることができる。結着剤には、例えばカルボキシメチルセルロース（ＣＭＣ）のようなセルロースが含まれていてもよい。いくつかの実施形態では、ポリオレフィンには、ポリエチレン（ＰＥ）、ポリプロピレン（ＰＰ）、フッ化ポリビニリデン（ＰＶＤＦ）、これらの共重合体、および／またはこれらの混合物が含まれていてもよい。例えば、結着剤には、ポリビニレン塩化物、ポリ（フェニレンオキシド）（ＰＰＯ）、ポリエチレン−ブロック−ポリ（エチレングリコール）、ポリ（エチレンオキシド）（ＰＥＯ）、ポリ（フェニレンオキシド）（ＰＰＯ）、ポリエチレン−ブロック−ポリ（エチレングリコール）、ポリジメチルシロキサン（ＰＤＭＳ）、ポリジメチルシロキサン−コアルキルメチルシロキサン、これらの共重合体、および／またはこれらの混合物が含まれていてもよい。いくつかの実施形態では、結着剤は熱可塑性のものであってもよい。いくつかの実施形態では、結着剤には、線維化可能なポリマーが含まれていてもよい。ある実施形態では、結着剤はＰＴＦＥを含み、または本質的にはＰＴＦＥからなり、またはＰＴＦＥからなる。
【００５３】
いくつかの実施形態では、結着剤には、ＰＴＦＥと、付加的な１つまたはそれ以上の追加の結着剤成分と、が含まれていてもよい。いくつかの実施形態では、結着剤には、１つまたはそれ以上のポリオレフィンおよび／またはこれらの共重合体と、ＰＴＦＥと、が含まれていてもよい。いくつかの実施形態では、結着剤には、ＰＴＦＥおよび１つまたはそれ以上のセルロース、ポリオレフィン、ポリエーテル、ポリエーテルの前駆体、ポリシロキサン、これらの重合体、および／またはこれらの混合物が含まれていてもよい。ポリマーの混合物は、上述のポリマーまたは共重合体の相互貫通網目構造を含んでいてもよい。
【００５４】
結着剤は、様々な好適な比率からなる高分子成分を含んでいてもよい。例えば、ＰＴＦＥは、結着剤の約９８重量％まで、例えば約２０重量％〜約９５重量％、約２０重量％〜約９０重量％とすることができる。この範囲には、約２０重量％〜約８０重量％、約３０重量％〜約７０重量％、約３０重量％〜約５０重量％、または約５０重量％〜約９０重量％が含まれる。いくつかの実施形態では、ＰＴＦＥは、結着剤の約９９重量％またはそれ以上、約９８重量％またはそれ以上、約９５重量％またはそれ以上、約９０重量％またはそれ以上、約８０重量％またはそれ以上、約７０重量％またはそれ以上、約６０重量％またはそれ以上、約５０重量％またはそれ以上、約４０重量％またはそれ以上、約３０重量％またはそれ以上、約２０重量％またはそれ以上、または上述のいずれかの値の間の範囲を、占めるものとすることができる。いくつかの実施形態では、結着剤は、本質的にＰＴＦＥからなり、または、ＰＴＦＥからなるものとすることができる。
【００５５】
いくつかの実施形態では、電極薄膜の混合物は、選択されたサイズを有する結着剤粒子を含んでいてもよい。いくつかの実施形態では、結着剤粒子は、約５０ｎｍ、約１００ｎｍ、約１５０ｎｍ、約２００ｎｍ、約２５０ｎｍ、約３００ｎｍ、約３５０ｎｍ、約４００ｎｍ、約４５０ｎｍ、約５００ｎｍ、約１μｍ、約２μｍ、約３μｍ、約４μｍ、約５μｍ、約１０μｍ、約５０μｍ、約１００μｍ、または上述のいずれかの値の間の範囲の、大きさである。
【００５６】
ここで用いられるように、乾燥製造処理は、電極薄膜の形成において、溶媒が全く用いられていないか、または実質的に溶媒が用いられていないような処理を、指している。例えば、炭素材料や結着剤を含む、活性層または電極薄膜の構成成分には、乾燥粒子が含まれていてもよい。活性層または電極薄膜を形成するための乾燥粒子は、乾燥粒子活性層混合物を提供するために結合される。いくつかの実施形態では、活性層または電極薄膜の成分の重量パーセントと、乾燥粒子活性層混合物の成分の重量パーセントとが、実質的に同じとなるように、活性層または電極薄膜が乾燥粒子活性層混合物から形成されているとしてもよい。いくつかの実施形態では、乾燥製造処理を用いて乾燥粒子活性層混合物から形成された活性層または電極薄膜には、例えば溶媒や、溶媒から生じた残留物などの、処理添加物が全く含まれないか、あるいは実質的に含まれない。いくつかの実施形態では、結果として生じる活性層または電極薄膜は、乾燥処理を用いて乾燥粒子混合物から形成された自己形成形の薄膜である。いくつかの実施形態では、結果として生じる活性層または電極薄膜は、自立形の薄膜であり、乾燥処理を用いて乾燥粒子混合物から形成される。活性層または電極薄膜を形成するための処理には、線維化可能な結着剤成分を線維化することで、薄膜が線維化された結着剤を含むようにする過程が、含まれていてもよい。さらなる実施形態においては、自立形の活性層または薄膜は、集電材がない環境下で形成される。さらなる実施形態においては、活性層または電極薄膜は、線維化されたポリマーマトリックスを含んでいるとしてもよく、それにより薄膜が自己支持形をなしているとしてもよい。電極薄膜に機械的構造を提供するために、原繊維のマトリックス、格子、またはクモの巣状のものを形成することができると考えられる。
【００５７】
いくつかの実施形態において、電極薄膜が乾燥しており、かつ／または自己形成形であるような、エネルギー貯蔵装置の電極薄膜では、約１２ｍｇ／ｃｍ２、約１３ｍｇ／ｃｍ２、約１４ｍｇ／ｃｍ２、約１５ｍｇ／ｃｍ２、約１６ｍｇ／ｃｍ２、約１７ｍｇ／ｃｍ２、約１８ｍｇ／ｃｍ２、約１９ｍｇ／ｃｍ２、約２０ｍｇ／ｃｍ２、約２１ｍｇ／ｃｍ２、約２２ｍｇ／ｃｍ２、約２３ｍｇ／ｃｍ２、約２４ｍｇ／ｃｍ２、約２５ｍｇ／ｃｍ２、約２６ｍｇ／ｃｍ２、約２７ｍｇ／ｃｍ２、約２８ｍｇ／ｃｍ２、約２９ｍｇ／ｃｍ２、約３０ｍｇ／ｃｍ２、約４０ｍｇ／ｃｍ２、約５０ｍｇ／ｃｍ２、約６０ｍｇ／ｃｍ２、約７０ｍｇ／ｃｍ２、約８０ｍｇ／ｃｍ２、約９０ｍｇ／ｃｍ２、約１００ｍｇ／ｃｍ２、または上述のいずれかの値の間の範囲に含まれる程度の、高い電極材料のロード量、または高い活物質のロード量（これは、電極薄膜または集電材のユニットエリアごとの電極薄膜の量として表現される）が、提供されるものとしてもよい。いくつかの実施形態において、電極薄膜が乾燥しており、かつ／または自己形成形であるような、エネルギー貯蔵装置の電極薄膜では、少なくとも約１２ｍｇ／ｃｍ２の、少なくとも約１３ｍｇ／ｃｍ２の、少なくとも約１４ｍｇ／ｃｍ２の、少なくとも約１５ｍｇ／ｃｍ２の、少なくとも約１６ｍｇ／ｃｍ２の、少なくとも約１７ｍｇ／ｃｍ２の、少なくとも約１８ｍｇ／ｃｍ２の、少なくとも約１９ｍｇ／ｃｍ２の、少なくとも約２０ｍｇ／ｃｍ２の、少なくとも約２１ｍｇ／ｃｍ２の、少なくとも約２２ｍｇ／ｃｍ２の、少なくとも約２３ｍｇ／ｃｍ２の、少なくとも約２４ｍｇ／ｃｍ２の、少なくとも約２５ｍｇ／ｃｍ２の、少なくとも約２６ｍｇ／ｃｍ２の、少なくとも約２７ｍｇ／ｃｍ２の、少なくとも約２８ｍｇ／ｃｍ２の、少なくとも約２９ｍｇ／ｃｍ２の、少なくとも約３０ｍｇ／ｃｍ２の、少なくとも約４０ｍｇ／ｃｍ２の、少なくとも約５０ｍｇ／ｃｍ２の、少なくとも約６０ｍｇ／ｃｍ２の、少なくとも約７０ｍｇ／ｃｍ２の、少なくとも約８０ｍｇ／ｃｍ２の、少なくとも約９０ｍｇ／ｃｍ２の、少なくとも約１００ｍｇ／ｃｍ２の、または上述のいずれかの値の間の範囲に含まれる程度の、高い電極材料のロード量、または高い活物質のロード量（これは、電極薄膜または集電材のユニットエリアごとの電極薄膜の量として表現される）が、提供されるものとしてもよい。
【００５８】
電極薄膜は、所定の適用において適した、選択された厚みを有するものとしてもよい。ここに提供された電極薄膜の厚みは、従来からある過程により用意された電極薄膜の厚みよりも、大きいとしてもよい。いくつかの実施形態では、電極薄膜は、約１１０ミクロン、約１１５ミクロン、約１２０ミクロン、約１３０ミクロン、約１３５ミクロン、約１５０ミクロン、約１５５ミクロン、約１６０ミクロン、約１７０ミクロン、約２００ミクロン、約２５０ミクロン、約２６０ミクロン、約２６５ミクロン、約２７０ミクロン、約２８０ミクロン、約２９０ミクロン、約３００ミクロン、約３５０ミクロン、約４００ミクロン、約４５０ミクロン、約５００ミクロン、約７５０ミクロン、約１ｍｍ、または約２ｍｍかそれよりも大きい厚みを有するものとすることができ、あるいは上述の値の間のいずれかの範囲内となる厚みを有するものとすることができる。電極薄膜の厚みは、所望の比容量、比容量、面積エネルギー密度、エネルギー密度、または比エネルギー密度に対応するように選択することができる。
【００５９】
いくつかの実施形態では、ここに提供された電極薄膜の電極薄膜多孔性は、従来からある過程により用意された電極薄膜の多孔性よりも、大きいとしてもよい。いくつかの実施形態では、ここに提供された電極薄膜の電極薄膜多孔性は、従来からある過程により用意された電極薄膜の多孔性よりも、小さいとしてもよい。いくつかの実施形態においては、電極薄膜は、約１０％、約１２％、約１４％、約１６％、約１８％、約２０％、または上述の値の間のいずれかの範囲内の、電極薄膜多孔性（電極薄膜の体積のうち孔が占める体積のパーセンテージとして表現される）を有するものとすることができる。いくつかの実施形態では、電極薄膜は、約１０％まで、約１２％まで、約１４％まで、約１６％まで、約１８％まで、約２０％まで、または上述の値の間のいずれかの範囲内の電極薄膜多孔性（電極薄膜の体積のうち孔が占める体積のパーセンテージとして表現される）を有するものとすることができる。
【００６０】
いくつかの実施形態では、ここで提供される電極薄膜の電極薄膜密度は、従来からある過程により用意された電極薄膜の密度よりも、小さいとしてもよい。いくつかの実施形態では、ここで提供される電極薄膜の電極薄膜密度は、従来からある過程により用意された電極薄膜の密度よりも、大きいとしてもよい。いくつかの実施形態では、電極薄膜は、約０．８ｇ／ｃｍ３、１．０ｇ／ｃｍ３、１．４ｇ／ｃｍ３、約１．５ｇ／ｃｍ３、約１．６ｇ／ｃｍ３、約１．７ｇ／ｃｍ３、約１．８ｇ／ｃｍ３、約１．９ｇ／ｃｍ３、約２．０ｇ／ｃｍ３、約２．５ｇ／ｃｍ３、約３．０ｇ／ｃｍ３、約３．３ｇ／ｃｍ３、約３．４ｇ／ｃｍ３、約３．５ｇ／ｃｍ３、約３．６ｇ／ｃｍ３、約３．７ｇ／ｃｍ３、約３．８ｇ／ｃｍ３、または上述の値の間のいずれかの範囲内の、電極薄膜密度を有するとすることができる。いくつかの実施形態では、電極薄膜は、約０．８ｇ／ｃｍ３までの、１．０ｇ／ｃｍ３の、１．４ｇ／ｃｍ３の、約１．５ｇ／ｃｍ３までの、約１．６ｇ／ｃｍ３までの、約１．７ｇ／ｃｍ３までの、約１．８ｇ／ｃｍ３までの、約１．９ｇ／ｃｍ３までの、約２．０ｇ／ｃｍ３までの、または上述の値の間のいずれかの範囲内の、電極薄膜密度を有するとすることができる。いくつかの実施形態では、電極薄膜は、少なくとも約０．８ｇ／ｃｍ３の、１．０ｇ／ｃｍ３の、１．４ｇ／ｃｍ３の、少なくとも約１.５ｇ／ｃｍ３の、少なくとも約１.６ｇ／ｃｍ３の、少なくとも約１．７ｇ／ｃｍ３の、少なくとも約１．８ｇ／ｃｍ３の、少なくとも約１．９ｇ／ｃｍ３の、少なくとも約２．０ｇ／ｃｍ３の、少なくとも約２．５ｇ／ｃｍ３の、少なくとも約３．０ｇ／ｃｍ３の、少なくとも約３．３ｇ／ｃｍ３の、少なくとも約３．４ｇ／ｃｍ３の、少なくとも約３．５ｇ／ｃｍ３の、または上述の値の間のいずれかの範囲内の、電極薄膜密度を有するとすることができる。
【００６１】
形成された電極は、従来からある過程における温度よりも低い温度の下で、ここで提供される電極薄膜に貼り合わされる。いくつかの実施形態では、形成された電極は、約２０℃、約２３℃、約２５℃、約３０℃、約３５℃、約４０℃、約５０℃、約６０℃、約６５℃、約９０℃、約１２０℃、約１５０℃、約１７０℃、約２００℃、または上述の値の間のいずれかの範囲内の温度の下で、貼り合わされる。いくつかの実施形態では、形成された電極は、およそ周囲の温度、または室内温度の下で、貼り合わされる。
【００６２】
いくつかの実施形態では、エネルギー貯蔵装置の電極薄膜であって、乾燥した状態の、かつ／または自己支持形の、電極薄膜は、約３．５ｍＡｈ／ｃｍ２またはそれ以上の、約３．８ｍＡｈ／ｃｍ２の、約４ｍＡｈ／ｃｍ２の、約４．３ｍＡｈ／ｃｍ２の、約４．５ｍＡｈ／ｃｍ２の、約４．８ｍＡｈ／ｃｍ２の、約５ｍＡｈ／ｃｍ２の、約５．５ｍＡｈ／ｃｍ２の、約６ｍＡｈ／ｃｍ２の、約８ｍＡｈ／ｃｍ２の、約１０ｍＡｈ／ｃｍ２の、または上述の値の間のいずれかの範囲内の比容量（電極薄膜または集電材のユニットエリアごとの容量として表現される）を提供してもよい。さらなる実施形態では、エネルギー貯蔵装置の電極薄膜であって、乾燥した状態の、かつ／または自己支持形の、電極薄膜は、少なくとも約８ｍＡｈ／ｃｍ２の、例えば約８ｍＡｈ／ｃｍ２の、約１０ｍＡｈ／ｃｍ２の、約１２ｍＡｈ／ｃｍ２の、約１４ｍＡｈ／ｃｍ２の、約１６ｍＡｈ／ｃｍ２の、約１８ｍＡｈ／ｃｍ２の、約２０ｍＡｈ／ｃｍ２の、または上述の値の間のいずれかの範囲内の比容量（電極薄膜または集電材のユニットエリアごとの容量として表現される）を提供してもよい。いくつかの実施形態においては、比容量は充電容量である。さらなる実施形態では、比容量は放電容量である。
【００６３】
いくつかの実施形態においては、乾燥した状態の、かつ／または自己支持形の、黒鉛電池アノード電極薄膜は、約３．５ｍＡｈ／ｃｍ２の、約４ｍＡｈ／ｃｍ２の、約４．５ｍＡｈ／ｃｍ２の、約５ｍＡｈ／ｃｍ２の、約５．５ｍＡｈ／ｃｍ２の、約６ｍＡｈ／ｃｍ２の、約６．５ｍＡｈ／ｃｍ２の、約７ｍＡｈ／ｃｍ２の、約７．５ｍＡｈ／ｃｍ２の、約８ｍＡｈ／ｃｍ２の、約８．５ｍＡｈ／ｃｍ２の、約９ｍＡｈ／ｃｍ２の、約１０ｍＡｈ／ｃｍ２の、または上述の値の間のいずれかの範囲内の比容量を提供してもよい。いくつかの実施形態では、比容量は充電容量である。さらなる実施形態では、比容量は放電容量である。
【００６４】
いくつかの実施形態においては、乾燥した状態の、かつ／または自己形成形の、エネルギー貯蔵装置の電極薄膜は、約１５０ｍＡｈ／ｇ、約１６０ｍＡｈ／ｇ、約１７０ｍＡｈ／ｇ、約１７５ｍＡｈ／ｇ、約１７６ｍＡｈ／ｇ、約１７７ｍＡｈ／ｇ、約１７９ｍＡｈ／ｇ、約１８０ｍＡｈ／ｇ、約１８５ｍＡｈ／ｇ、約１９０ｍＡｈ／ｇ、約１９６ｍＡｈ／ｇ、約２００ｍＡｈ／ｇ、約２５０ｍＡｈ／ｇ、約３００ｍＡｈ／ｇ、約３５０ｍＡｈ／ｇ、約３５４ｍＡｈ／ｇ、約４００ｍＡｈ／ｇ、または上述の値の間のいずれかの範囲内の、比容量（電極薄膜または集電材の量ごとの容量として表現される）を提供してもよい。さらなる実施形態においては、乾燥した状態の、かつ／または自己形成形の、エネルギー貯蔵装置の電極薄膜は、少なくとも約１７０ｍＡｈ／ｇの、少なくとも約２５０ｍＡｈ／ｇの、または上述の値のいずれかの範囲内の、比容量（電極薄膜または集電材の量ごとの容量として表現される）を提供してもよい。いくつかの実施形態では、比容量は充電容量である。さらなる実施形態では、比容量は放電容量である。いくつかの実施形態では、電極はアノードおよび／またはカソードであるとしてもよい。いくつかの実施形態では、比容量は、最初の充電の、および／または、放電の容量である。さらなる実施形態では、比容量は、第１の充電および／または放電の後に測定された充電容量および／または放電容量である。
【００６５】
いくつかの実施形態では、ここで示された自己支持形のドライ電極薄膜は、有利には、典型的な電極薄膜と比して改善された性能を発揮する。性能は、例えば、引張強度、弾性（伸張）、曲げ性、クーロン効率、容量、または導電性としてもよい。いくつかの実施形態では、乾燥した状態の、かつ／または自己形成形の、エネルギー貯蔵装置の電極薄膜は、およそ、少なくとも約８５％の、８６％の、８７％の、約８８％の、約９０％の、約９１％の、約９２％の、約９３％の、約９４％の、約９５％の、クーロン効率（放電容量を充電容量で割ったもののパーセントとして表現される）を提供するとしてもよい。あるいは、クーロン効率は、例えば９０．１％、９０．５％、および９１．９％のように、上述の値のいずれかの間の範囲内にあるとしてもよく、または上述の値のいずれかの間の範囲にあるとしてもよい。
【００６６】
いくつかの実施形態では、電極薄膜または電極が、乾燥した状態のおよび／または自己支持形の薄膜からなるような、エネルギー貯蔵装置の電極薄膜または電極において、約１０％または少なくとも約１０％の、約２０％または少なくとも約２０％の、約３０％のまたは少なくとも約３０％の、約４０％または少なくとも約４０％の、約５０％または少なくとも約５０％の、約６０％または少なくとも約６０％の、約７０％または少なくとも約７０％の、約８０％または少なくとも約８０％の、約９０％または少なくとも約９０％の、約９８％または少なくとも約９８％の、約９９％または少なくとも約９９％の、約９９．９％または少なくとも約９９．９％の、約１００％または少なくとも約１００％の、または上述の値のいずれかの間の範囲に含まれる、充電容量保持率（与えられた比率における放電容量を、Ｃ／１０で測定された放電容量で割ったものとして表現される）を提供してもよい。いくつかの実施形態では、充電容量保持率の放電率は、約Ｃ／１０または少なくとも約Ｃ／１０、約Ｃ／５または少なくとも約Ｃ／５、約Ｃ／３または少なくとも約Ｃ／３、約Ｃ／２または少なくとも約Ｃ／２、約１Ｃまたは少なくとも約１Ｃ、約１．５Ｃまたは少なくとも約１．５Ｃ、約２Ｃまたは少なくとも約２Ｃ、またはこれらの値のいずれか間の範囲内にある。
【００６７】
いくつかの実施形態では、電極薄膜または電極が、乾燥した状態のおよび／または自己支持形の薄膜からなるような、エネルギー貯蔵装置の電極薄膜または電極において、約１０％または少なくとも約１０％の、約２０％または少なくとも約２０％の、約３０％のまたは少なくとも約３０％の、約４０％または少なくとも約４０％の、約５０％または少なくとも約５０％の、約６０％または少なくとも約６０％の、約７０％または少なくとも約７０％の、約８０％または少なくとも約８０％の、約９０％または少なくとも約９０％の、約９８％または少なくとも約９８％の、約９９％または少なくとも約９９％の、約９９．９％または少なくとも約９９．９％の、約１００％または少なくとも約１００％の、または上述の値のいずれかの間の範囲に含まれる、充電容量生産率（与えられた一定電流率において測定された充電容量を、Ｃ／１０で測定された放電容量で割ったものとして表現される）を提供してもよい。いくつかの実施形態では、充電容量生産率の充電率は、約Ｃ／１０または少なくとも約Ｃ／１０、約Ｃ／５または少なくとも約Ｃ／５、約Ｃ／３または少なくとも約Ｃ／３、約Ｃ／２または少なくとも約Ｃ／２、約１Ｃまたは少なくとも約１Ｃ、約１．５Ｃまたは少なくとも約１．５Ｃ、約２Ｃまたは少なくとも約２Ｃ、またはこれらの値のいずれか間の範囲内にある。
【００６８】
いくつかの実施形態では、乾燥した状態の、および／または自己形成形の、エネルギー貯蔵装置の電極薄膜は、約２００Ｗｈ／ｋｇの、約２１０Ｗｈ／ｋｇの、約２２０Ｗｈ／ｋｇの、約２３０Ｗｈ／ｋｇの、約２４０Ｗｈ／ｋｇの、約２５０Ｗｈ／ｋｇの、約２６０Ｗｈ／ｋｇの、約２７０Ｗｈ／ｋｇの、約２８０Ｗｈ／ｋｇの、約２９０Ｗｈ／ｋｇの、約３００Ｗｈ／ｋｇの、約４００Ｗｈ／ｋｇの、約５００Ｗｈ／ｋｇの、約６００Ｗｈ／ｋｇの、約６５０Ｗｈ／ｋｇの、約７００Ｗｈ／ｋｇの、約７５０Ｗｈ／ｋｇの、約８００Ｗｈ／ｋｇの、約８２５Ｗｈ／ｋｇの、約８５０Ｗｈ／ｋｇの、約９００Ｗｈ／ｋｇの、またはこれらの値のいずれかの間の範囲に含まれる、比エネルギー密度または重量エネルギー密度（電極薄膜の量ごとのエネルギーとして表現される）を提供してもよい。
【００６９】
いくつかの実施形態では、乾燥した状態の、および／または自己形成形の、エネルギー貯蔵装置の電極薄膜は、約５５０Ｗｈ／Ｌの、約６００Ｗｈ／Ｌの、約６３０Ｗｈ／Ｌの、約６５０Ｗｈ／Ｌの、約６８０Ｗｈ／Ｌの、約７００Ｗｈ／Ｌの、約７５０Ｗｈ／Ｌの、約８５０Ｗｈ／Ｌの、約９５０Ｗｈ／Ｌの、約１１００Ｗｈ／Ｌの、約１４００Ｗｈ／Ｌの、約１４２５Ｗｈ／Ｌの、約１４５０Ｗｈ／Ｌの、約１４７５Ｗｈ／Ｌの、約１５００Ｗｈ／Ｌの、約１５２５Ｗｈ／Ｌの、約１５５０Ｗｈ／Ｌの、またはこれらの値のいずれかの間の範囲に含まれる、エネルギー密度または容量エネルギー密度（最終的な状態のまたはあるがままの状態の電極薄膜のユニット容量ごとのエネルギーとして表現される）。
【００７０】
いくつかの実施形態では、自己支持形の乾燥した電池カソードは、湿式電池カソードと比して、オーム抵抗の低減、および／または、分極電圧特性の改善を、実現することができる。さらなる実施形態では、自己支持形の乾燥したカソードが組み込まれるリチウムイオン電池は、有利には、湿式カソードと湿式アノードとを有するリチウムイオン電池と比して、オーム抵抗の低減、および／または、分極電圧特性の改善を、実現することができる。さらなる実施形態では、自己支持形の乾燥したカソードが組み込まれるリチウムイオン電池によれば、湿式カソードを有するリチウムイオン電池と比して、改善されたエネルギー密度および／または比エネルギー密度を、実証することができる。
【００７１】
いくつかの実施形態では、劣化した自己支持形の乾燥した電池電極は、劣化した湿式電池電極と比して、オーム抵抗の低減、分圧電圧特性の改善、および／または容量の改善を、実現することができる。いくつかの実施形態では、劣化後の乾燥した電池電極は、同様に劣化した湿式電池電極におけるオーム抵抗の低減の度合いに比べて、約５倍、約１０倍、約１５倍、または約２０倍の、またはこれらの値のいずれかの間の範囲に含まれる倍率の、オーム抵抗の低減を、発揮する。いくつかの実施形態では、劣化後の乾燥した電池電極は、同様に劣化した湿式電池電極における電圧の低減の度合いに比べて、約１．５倍、約２倍、約３倍、または約５倍小さくなるまでの、またはこれらの値のいずれかの間の範囲に含まれる倍率だけ小さくなるまでの、電圧の低減を発揮する。いくつかの実施形態では、劣化した乾燥した電池電極は、同様に劣化した湿式電池電極における容量の低減の度合いに比べて、約１．５倍、約２倍、約３倍、または約５倍小さくなるまでの、またはこれらの値の間のいずれかの範囲に含まれる倍率だけ小さくなるまでの、容量の低減を発揮する。
【００７２】
以下の具体的な例では、エネルギー密度が高く、比エネルギー密度が高く、厚さが大きく、および／または電極薄膜密度が高い、電池電極が製造された。
【００７３】
［定義］
ここで用いられるように、「電池」および「キャパシタ」という用語は、当該技術分野の当業者にとって通常のおよび習慣的な意味が与えられるようにしている。「電池」および「キャパシタ」という用語は、互いに対して非排他的である。キャパシタまたは電池は、単独で作動される単一の電気化学的なセルを意味するとしてもよいし、マルチセルシステムの構成要素として作動されるとしてもよい。
【００７４】
ここで用いられるように、エネルギー貯蔵装置の電圧は、単一の電池またはキャパシタセルの作動電圧である。電圧は、定格電圧を超えるとしてもよいし、ロードされる定格電圧以下であるとしてもよく、あるいは製作公差によるとしてもよい。
【００７５】
ここで提供されるように、「自己支持形の」電極薄膜とは、薄膜または層を支持しつつ形状を維持するのに十分な結着剤マトリックス構造が組み込まれている電極薄膜であり、それにより、電極薄膜または層は自立することができる。エネルギー貯蔵装置に組み込まれたとき、自己支持形の電極薄膜または活性層は、上述のような結着剤マトリックス構造を含んでいるものである。一般的には、そして採用される方法によれば、このような電極薄膜または活性層は、いかなる外側の支持要素（例えば、集電材やその他の薄膜）を要することもなく、エネルギー貯蔵装置の製造処理に用いられる上で必要な強度を有している。例えば、「自己支持形の」電極は、電極の製造処理において、他の支持要素を要することなく、巻かれて、ハンドリングされて、そして展開されるのに必要な十分な強度を有するとしてもよい。カソード電極薄膜またはアノード電極薄膜のような、ドライ電極薄膜は、自己支持形であるものとしてもよい。
【００７６】
ここで提供されるように、「溶媒フリーの」電極薄膜は、検出可能な処理溶媒か、処理溶媒の残留物か、または処理溶媒の不純物が、含まれていない、電極薄膜を指す。例えばカソード電極薄膜やアノード電極薄膜などの、ドライ電極薄膜は、溶媒フリーであるとしてもよい。
【００７７】
「湿式」電極、「ウェット処理した」電極、またはスラリー電極は、活物質、結着剤、および付加的な添加物のスラリーの過程を少なくとも１つ含んで用意される電極を指す。湿式電極には、処理溶媒、処理溶媒の残留物、および／または処理溶媒の不純物が、含まれていてもよい。
【００７８】
［例１：厚い電極］
乾燥した電池のアノードは、９６重量％の黒鉛と、４重量％の結着剤とを含んで製造された。結着剤には、２重量％のＰＴＦＥと、１重量％のＣＭＣと、１重量％のＰＶＤＦとが含まれ、合計で結着剤が４重量％を占めていた。カソードも、乾燥処理により製造された。カソードは９４重量％のＮＭＣ６２２と、３重量％の導電性電荷物と、３重量％のポリマー結着剤とを含んでいた。加えて、ウェット処理による電極が、以下の組成を有するように製造された。すなわち、ウェット処理によるアノードには、９５．７重量％の黒鉛と、１重量％の導電性添加物と、３．３重量％のポリマー結着剤とが含まれていた。また、ウェット処理によるカソードには、９１．５重量％の活性成分と、４．４重量％の導電性添加物と、４．１重量％のポリマー結着剤とが含まれていた。電極薄膜の他の組成を創作し用意することも可能であり、ここでの開示は、開示した具体的な組成に限定されるものではない。
【００７９】
４つのリチウムイオン電池が、表１のスキームに従って組み合わされた。表１の各々のリチウムイオン電池は、比容量（図５Ａを参照）、クーロン効率（図５Ｂを参照）、充電時および放電時における分極（図６を参照）、およびエネルギー密度／比エネルギー密度（図７を参照）に関して試験された。
【００８０】
図５Ａおよび図５Ｂに示されているように、ドライ電極が組み込まれている電池の性能は、湿式カソードと湿式アノードとが含まれる電池と比べて、良好であった。図５Ａにおいては、乾燥したカソードを有する電池（「タイプ１」および「タイプ２」）で測定された比容量が、最も良好であった。図５Ｂにおいては、乾燥したカソードを有する電池（ここでも、「タイプ１」および「タイプ２」）で測定されたクーロン効率が、最も良好であった。図５Ａおよび図５Ｂで試験された電池に関し、電極材料のロード量は、タイプ１で２０.９ｍｇ／ｃｍ２、タイプ２で２４．３ｍｇ／ｃｍ２、タイプ３で２２．８ｍｇ／ｃｍ２、タイプ４で２４．１ｍｇ／ｃｍ２であった。
【００８１】
図６は、表１に従って組み合わされた電極対の全リチウムイオン電池セルの分極挙動を示している。湿式アノードと湿式カソードの対（「湿式−湿式」、表１のタイプ４）を含むリチウムイオン電池は、乾燥アノードと乾燥カソードの対（「乾燥−乾燥」、表１のタイプ１）を含む場合と比べて、充電時には急激な電圧分極を発揮し、放電時には迅速な電圧降下を発揮した。これは、湿式−湿式の対を有するセルにおいて、より高いオーム抵抗の支えとな
る。理論により制限されることなく、電流が同様に付与されている状況下では、リチウムイオンの拡散が低速である方が、湿式−湿式のセルにおいて抵抗が増加すると考えられる。示された例では、湿式カソードを乾燥カソードに置き換えると（「乾燥−湿式」、表１のタイプ２に対応）、電圧プロファイルが著しく向上していた。このことから、乾燥電極を組み込むことにより、湿式−湿式セルにおいて検出されるオームインピーダンスが低減されることが示唆される。図６で試験された電池においては、電極材料のロード量は、タイプ１で２０．９ｍｇ／ｃｍ２、タイプ２で２３．９ｍｇ／ｃｍ２、タイプ３で２３．０ｍｇ／ｃｍ２、タイプ４で２３．８ｍｇ／ｃｍ２であった。
【００８２】
図７に示されるように、自己支持形の乾燥カソードが組み込まれるリチウムイオン電池は、湿式−湿式電池セルと比して、著しく改善されたエネルギー密度および比エネルギー密度を示した。図７の実施形態では、乾燥カソードが組み込まれるセル（「タイプ１」および「タイプ２」）のエネルギー密度および具体的なエネルギーは、湿式カソードを有する場合（「タイプ３」および「タイプ４」）よりも、著しく高かった。
【００８３】
示されるように、乾燥電池電極は、いくつかの実施形態においては、エネルギー貯蔵装置の電気化学的性能を向上させることができる。例えば、乾燥電池電極は、ウェット処理による電極のみが組み込まれるエネルギー貯蔵装置と比して、１つのウェット処理による電極が組み込まれるエネルギー貯蔵装置の性能を、向上させることができることが明らかとなった。とりわけ、自己支持形の乾燥カソードを用いると、リチウムイオン電池の性能を向上させることができることが、明らかとなった。
【００８４】
図８Ａと図８Ｂは、同一のアノード製造方法を用いた２つの異なる乾燥混合処理によりそれぞれ用意される黒鉛アノードにおける、比容量とクーロン効率との結果を、示している。１つ目の、黒鉛、結着剤、および添加剤を含むアノード薄膜は、複数の連続的なステップにより混合して作製され（「混合Ａ」）２つ目のアノード薄膜は、全ての材料が１ステップで混合される態様で製造された（「混合Ｂ」）。混合Ａは、以下の手順により行われた。すなわち、黒鉛と第１の結着剤（ＣＭＣ）とが結合されて第１の混合物が形成され、第１の混合物が第２の結着剤（ＰＶＤＦ）と結合されて第２の混合物が形成され、第２の混合物が第３の結着剤（ＰＴＦＥ）と結合されて第３の混合物が形成された。各ステップにおける混合の条件は、同一であった。混合Ａによるアノードの方が、より高い具体的な充電容量および放電容量を示した。混合Ａによるアノードも、混合Ｂによるアノードも、同様のクーロン効率を示した。理論によって制限されることなく、クーロン効率は、活物質の表面積の量に応じてある程度は決まると考えられる。このように、混合Ａにおける向上された電気化学的性能は、混合Ａの電極における粉体成分の均一な拡散によってもたらされると仮定することができる。電極材料のロード量は、混合Ａの電極では２３．１ｍｇ／ｃｍ２、混合Ｂの電極では２３．４ｍｇ／ｃｍ２であった。
【００８５】
図９Ａと図９Ｂは、同一のアノードの製造を処理するために用いられる２つの異なる混合器の技術を用いて用意される黒鉛アノードにおける、比容量とクーロン効率との結果を、提供している。黒鉛、結着剤、および添加剤を含む１つ目のアノードは、ブレードブレンダにより結合され（「ミキサーＡ」）、２つ目のアノードは、材料が音響共鳴ミキサーで結合されることにより製造された（「ミキサーＢ」）。具体的な充電容量／放電容量およびクーロン効率の両方において、ミキサーＢにより生産されるアノードの電気化学的な性能の方が、高かった。粉体成分はミキサーＢの電極においてより良好に拡散されており、また、活物質の粒子は逆にあまり損傷を受けていないと仮定できる。電極材料のロード量は、ミキサーＡの電極では１６ｍｇ／ｃｍ２、ミキサーＢの電極では１７．８ｍｇ／ｃｍ２であった。
【００８６】
図１０Ａおよび図１０Ｂは、予め粉砕されていないポリマー結着剤（相対的な「処理Ａ」）と、残りの電極製造成分を導入する前にジェットミルを用いて処理された予め粉砕されたポリマー結着剤と、をそれぞれ用いて用意された、同一の材料組成からなる黒鉛アノードにおける、比容量とクーロン効率との結果を、提供している。残りの電極製造成分を導入した後、次の処理ステップ（「処理Ｂ」）の実行が行われる。具体的な充電容量／放電容量およびクーロン効率のいずれにおいても、処理Ｂの電極は、処理Ａのものよりも優れていた。電極材料のロード量は、処理Ａの電極では１７．８ｍｇ／ｃｍ２、処理Ｂの電極では１９．５ｍｇ／ｃｍ２であった。
【００８７】
２つの付加的なアノードが製造され、試験された。ジェットミルによるステップを利用して処理された活物質と、同じくジェットミルによるステップを利用して処理された結着剤と、を用いて、第１の乾燥した電池の黒鉛アノードが用意された（「製法１」）。タンブルブレンダーのような穏やかなパウダー処理を利用して処理され、ジェットミルによる処理は行われなかった活物質と、ジェットミルによるステップを利用して処理された結着剤と、を用いて、第２の乾燥した電池の黒鉛アノードが用意された（「製法４」）。比容量およびクーロン効率の結果が、図１１Ａおよび図１１Ｂに示されている。非破壊的に処理された活物質と、ジェットミルで処理された結着剤と、を有している製法４による電極は、製法１によるものよりも、良好な比容量と効率性能とを発揮した。電極材料のロード量は、製法１の電極では２０．２ｍｇ／ｃｍ２、製法４の電極では１９．５ｍｇ／ｃｍ２であった。
【００８８】
［厚くドライ電極における比容量］
表３は、厚いＮＭＣ６２２カソードと、厚い黒鉛アノードと、における電極の詳細を提供している。ＮＭＣ６２２カソードは、９４重量％のＮＭＣ６２２と、２重量％の多孔質炭素と、１重量％の導電性炭素と、３重量％のＰＴＦＥと、からなる。黒鉛アノードは、９６重量％の黒鉛と、１．５重量％のＣＭＣと、０．５重量％のＰＶＤＦと、２重量％のＰＴＦＥと、からなる。乾燥ＮＭＣ６２２電極および黒鉛電極のそれぞれについての、ハーフセル第１サイクルの結果が、図１２および図１３に示されている。図１２のハーフセルは、室温においてＣ／２０の定電流で４．３Ｖでの遮断まで充電され、その後、定電圧がＣ／４０での遮断まで維持され、その後、室温においてＣ／２０の定電流で２．７Ｖでの遮断まで放電された。図１３のハーフセルは、室温においてＣ／２０の定電流で５ｍＶでの遮断まで充電され、その後、定電圧がＣ／４０での遮断まで維持され、その後、室温においてＣ／２０の定電流で２Ｖでの遮断まで放電された。両方の極性における、第１サイクルに特有の放電容量は、製造業者の特有の目標容量（ＮＭＣ６２２については１７５ｍＡｈ／ｇ、また、表４に記録されるように３５０ｍＡｈ／ｇ）を超えている。これらのハーフセルの電気化学的な結果は、分厚く、乾燥し、コーティングされたリチウムイオン電池の電極が、改善された機能性を有することを示唆している。
【００８９】
【表３】
2021504877.tif 000005
【００９０】
【表４】
2021504877.tif 000006
【００９１】
図１４は、電極材料のロード量が約２９ｍｇ／ｃｍ２、約３８ｍｇ／ｃｍ２、および約４６ｍｇ／ｃｍ２、のドライコーティングされたＮＭＣ電極の第１のサイクルにおける電気化学的なハーフセルの結果を提供している。対応する電極の厚さは、これら３つのロード量と比例し、すなわちそれぞれ、１１７μｍ、１３７μｍ、および１６９μｍである。３つのカソードの全てについて、具体的な充電容量は１９６ｍＡｈ／ｇである。３つのカソードの全てについての具体的な放電容量は、ＮＭＣ６２２における製造業者の目標値である１７５ｍＡｈ／ｇを上回っている。そのため、これらの効率は９０％（放電容量を充電容量で除算したもの）を超えている。比較例として、約８０μｍの厚さのウェットコーティングされたＮＭＣ６２２カソードは、約８７.５％の効率を提供し、同様の具体的な充電容量を提供する。より厚さを大きくすると、ウェットコーティングされた電極は、典型的には、エネルギー密度、第１の充電容量、サイクル寿命、および高温保管において、退歩することとなる（これを支持するデータが以下に提供される）。これらの結果は、ドライコーティングされた分厚いＮＭＣ６２２カソードによれば、伝統的なウェットコーティングされた電極の場合と比して、より急速の充電、および、より高いエネルギー密度を提供できることを示唆している。
【００９２】
［例３：厚い電極における充電および放電の性能］
図１５Ａおよび図１５Ｂは、乾燥したおよびウェットコーティングされた電極における、放電率電圧プロファイルを、それぞれ提供している。両方のコーティング技術に用いられる活物質は、カソードに関してはＮＭＣ６２２、アノードに関しては黒鉛である。湿式のＮＭＣ６２２カソードは、約９２重量％のＮＭＣ６２２と、４重量％の導電性炭素と、４重量％のＰＶＤＦとにより構成されている。湿式のＮＭＣ６２２カソードは、４１．０ｍｇ／ｃｍ２のロード量にて形成され、それにより、１５５μｍの膜厚、３６％の多孔性、および２．６６ｇ／ｃｍ３の電極薄膜密度が得られる。湿式の黒鉛アノードは、約９６重量％の黒鉛と、１重量％の導電性炭素と、３重量％のＣＭＣ／スチレン−ブタジエン結着剤とにより構成されている。湿式の黒鉛アノードは、２４．５ｍｇ／ｃｍ２のロード量にて形成され、それにより、１８２μｍの膜厚、３７．５％の多孔性、および１．３５ｇ／ｃｍ３の電極薄膜密度が得られる。
【００９３】
乾燥したＮＭＣ６２２カソードは、約９５重量％のＮＭＣ６２２と、２重量％の多孔性炭素と、１重量％の伝導性炭素と、２重量％のＰＴＦＥにより構成されている。乾燥した黒鉛アノードは、約９６重量％の黒鉛と、１重量％のＣＭＣと、１重量％のＰＶＤＦと、２重量％のＰＴＦＥにより構成される。乾燥したＮＭＣ６２２カソードおよび乾燥した黒鉛アノードのさらなる特性は、以下において表５に示されている。
【００９４】
【表５】
2021504877.tif 000007
【００９５】
設計された電極の比容量は、約６．６ｍＡｈ／ｃｍ２であり、両方のコーティング技術を比較するために用いられたセルのフォーマットは、同一である。セル容量を確立するために用いられた充電速度は、Ｃ／１０速度の下で測定され、その結果、乾燥した、および湿式の、両方のコーティングされた電極において、約０．１４Ａｈとなった。図１６に見られるように、与えられた速度における充電容量をＣ／１０で測定した放電容量で除算したものとして定義される充電容量保持率は、放電率がＣ／１０から１．５Ｃへと増加することに伴い、ウェットコーティングされた電極においてより急速に低下した。これらの結果より、１．５Ｃの放電率で操作される与えられた電池において、ウェットコーティングされた電極が、３倍以上のランタイムを提供することが、示唆される。
【００９６】
図１７Ａおよび図１７Ｂは、乾燥したおよびウェットコーティングされた電極における、充電速度電圧プロファイルを、それぞれ提供している。図１７Ａおよび図１７Ｂに示された両方の電極は、定電流の下で充電された。両方のコーティング技術において用いられた活物質は、カソードではＮＭＣ６２２であり、アノードでは黒鉛であった。設計された電極の比容量は６．６ｍＡｈ／ｃｍ２であり、両方のコーティング技術を比較するために用いられたセルのフォーマットは同一である。セル容量を確立するために用いられた充電速度は、Ｃ／１０の速度で測定され、その結果、乾燥したおよび湿式の、両方のコーティングされた電極において、約０．１６Ａｈとなった。図１８に示されるように、与えられた定電流速度の下で測定された充電容量をＣ／１０で測定した放電容量で除算したものとして定義される、充電容量生産率は、充電速度がＣ／５から２Ｃへと増加するのに伴って、ウェットコーティングされた電極において、乾燥しコーティングされた分厚い電極と比して、より一層急速に減少する。これらの結果は、急速充電の条件下（例えば、２Ｃの速度）での与えられた電池においては、ドライコーティングされた厚い電極は、ウェットコーティングされた電極と比して、５倍以上大きい容量を提供することを示唆している。
【００９７】
［例４：厚い電極の高温での保存］
表６は、乾燥処理により生産される厚いＮＭＣ６２２カソードと、厚い黒鉛アノードとの、電極の詳細を提供している。乾燥したＮＭＣ６２２カソードは、約９５重量％のＮＭＣ６２２と、２重量％の多孔質炭素と、１重量％の導電性炭素と、２重量％のＰＴＦＥとから構成される。乾燥した黒鉛アノードは、約９６重量％の黒鉛と、１重量％のＣＭＣと、１重量％のＰＶＤＦと、２重量％のＰＴＦＥとから構成される。
【００９８】
【表６】
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【００９９】
表７は、ウェット処理により生産される厚いＮＭＣ６２２カソードと、厚い黒鉛アノードとの、電極の詳細を提供している。湿式のＮＭＣ６２２カソードは、約９２重量％のＮＭＣ６２２と、４重量％の導電性炭素と、４重量％のＰＶＤＦとにより、構成される。湿式の黒鉛アノードは、約９６重量％の黒鉛と、１重量％の導電性炭素と、３重量％のＣＭＣ／スチレン−ブタジエン結着剤とにより、構成される。表５および表６のコーティング技術を比較するために用いられるセルのフォーマットは、同一である。
【０１００】
【表７】
2021504877.tif 000009
【０１０１】
図１９Ａおよび図１９Ｂは、表６に示されるドライコーティングされた厚い電極における、劣化前と劣化後のそれぞれにおける、電気化学的なインピーダンス分光データを、提供している。図１９Ｃおよび図１９Ｄは、表７に示されるウェットコーティングされた厚い電極における、劣化前と劣化後のそれぞれにおける、電気化学的なインピーダンス分光データを、提供している。測定の記録は、劣化前と劣化後の両方において、１００％充電状態（ＳＯＣ）の下で行われた。両方のコーティング技術において用いられた活物質は、カソードについてはＮＭＣ６２２、アノードについては黒鉛である。図１９Ａと図１９Ｃとを比較すれば分かるように、高温での保存の前における、ドライコーティングされた電極セルの抵抗は、ウェットコーティングされた電極セルのそれよりも、一貫して低い。図１９Ｂおよび図１９Ｄを比較すれば分かるように、セ氏６５度、１００％ＳＯＣの状況下で６週間、セルを保存した後、ウェットコーティングされた電極セルの抵抗は、ドライコーティングされた電極セルで観察された最小の変化と比して、約１０倍に増加した。
【０１０２】
図２０に見られるように、セ氏６５度、１００％ＳＯＣの状況下で６週間保存した後においては、ウェットコーティングされた電極のセル電圧は、ドライコーティングされた電極よりも、深刻な影響を受けた。ウェットコーティングされた電極において降下した電圧は、ドライコーティングされた電極のそれよりも約３倍高く、それぞれ、２５５ミリボルトと、約１０８ミリボルトであった。
【０１０３】
図２１に示されるように、６週間の劣化の後、高温の保存条件は、ウェットコーティングされた電極セルの容量を、ドライコーティングされた電極セルのそれよりも、著しく悪化させた。セ氏６５度、１００％ＳＯＣの状況下で６週間を経た後、ウェットコーティングされた電極セルは、ドライコーティングされた電極セルよりも、約２倍多くの容量を失った（３７％：１７．７％）。
【０１０４】
図１９Ａから図２１に示される比較テストの集合は、例えば電気自動車のバッテリーのような多数の適用において、ドライコーティングされた電極は、ウェットコーティングされた厚い電極と比して、高性能運転条件下で、より早い充電時間で、そして、より長い寿命の下、より広範囲を提供することを示唆している。
【０１０５】
［例５：高密度な電極および電極薄膜］
電極の物理的特性および電気化学的性能を維持しながら、電極薄膜の密度を向上させ、それにより、上記のような湿式キャスティングによる電極材料の高ロードという問題を克服できるような、電極の形成、および、薄膜の圧延処理が開発されてきた。２つの電極製造法には、９４重量％の黒鉛活物質と、６重量％のポリマー結着剤と、が含まれ、これらが３７℃〜約１５０℃までの範囲の温度の下で圧延される。製法１は、９４重量％の黒鉛と、３重量％のＣＭＣと、３重量％のＰＴＦＥとからなり、製法２は、９４重量％の黒鉛と、２重量％のＣＭＣと、１重量％のＰＶＤＦと、３重量％のＰＴＦＥとからなる。製法を最適化することにより、そして、黒鉛電極を低温で圧延することにより、電極薄膜の密度を大幅に向上することができると、示唆される。様々な温度で圧延した製法１及び２における電極薄膜の密度を、以下の表８に示してある。
【０１０６】
【表８】
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【０１０７】
さらに、９４％活物質の製造において、黒鉛アノードおよびカソードのそれぞれの電極材料ロード量を４０ｍｇ／ｃｍ２〜５０ｍｇ／ｃｍ２程度まで著しく高くすると、３５℃ぐらいの低い温度での乾燥電極処理により、６％結着剤が製造されることが示唆され、そして広範囲の電極薄膜密度にわたって、従来の低い薄膜密度の湿式の電極（Ｂｅｎｃｈｍａｒｋを参照）と比して、リバーシブルな容量の受け渡しが示唆される。加えて、図２４Ａおよび図２４Ｂは、このような高い電極材料のロードと高い電極薄膜の密度とにより用意される電極のエネルギー密度は、電極レベルにおいて、電極材料ロード量が２４．７ｍｇ／ｃｍ２のウェットコーティングされた黒鉛アノードと比して、重量分析の密度については５２％の向上が、体積的な密度については１９８％の向上が、それぞれ見られた。加えて、電極密度については、従来型の湿式のスラリー電極の場合と比して、３６％の増加が見られた。
【０１０８】
［固体の状態］
いくつかの例では、ここに示された電極薄膜を含む固体状態のエネルギー貯蔵装置が、開示される。いくつかの実施形態では、固体状態のエネルギー貯蔵装置は、固体状態の電池である。固体状態の電池は、非可燃性の要素を採用することにより、安全性を向上している。加えて、固体状態の電池は、典型的な液体系のリチウムイオン電池と比して、突起形成の問題がそれほど深刻ではないため、リチウム元素金属を安全に利用することができる。リチウム金属は、黒鉛と比べて、著しく高い理論上の比容量を提供する。そのため、リチウム金属は、典型的なリチウムイオン電池に対して、エネルギー密度を向上できる。さらに、乾燥電極処理法は、従来型の方法に比べて安価で、より安全であることが期待される。典型的には、固体状のリチウム電池は、イオン伝導性のおよび／または電気伝導性のカソードと、固体状の電解物と、リチウム金属アノードとを備える。いくつかの実施形態では、電解物のうちの少なくとも１つは、固体電解質塩を含む。いくつかの実施形態では、固体状の電解粒は、イオン伝導性の無機性の固体電解物である。いくつかの実施形態では、乾燥処理された混合式の固体ポリマー電解物（SPE）である。
【０１０９】
いくつかの実施形態では、固体状の電解質塩はリチウム塩である。いくつかの実施形態では、リチウム塩は、リチウムヘキサフルオロりん酸塩、ビス（トリフルオロメタンスルホニル）イミド、リチウムテトラフルオロホウ酸塩、トリフルオロメタンスルホン酸塩、リチウムビス（グルオロスルフォニル）イミド、リチウムビス（ペンタフルオロエタンスルホニル）イミド、リチウムビス（オキサラト）ホウ酸塩、およびリチウム過塩素酸塩の中から選択される少なくとも１つである。いくつかの実施形態では、電極塩は、例えば、Ｌｉ６．５Ｌａ３Ｚｎ１．５Ｔａ０．５Ｏ１２、Ｌｉ６Ｌａ３ＳｎＭＯ１２（Ｍ=Ｓｂ,Ｎｂ,Ｔａ,Ｚｒ）、Ｌｉ５Ｌａ３Ｔａ２Ｏ１２、およびＬｉ３Ｎのような、ガーネット型構造を有する。いくつかの実施形態では、電極塩は、硫黄系の電極塩であり、例えば、Ｌｉ２Ｓ−Ｐ２Ｓ５およびＬｉ２Ｓ−Ｐ２Ｓ５−Ｌｉ３ＰＯ４などである。いくつかの実施形態では、電極塩は、Ｌｉ０．５Ｌａ０．５ＴｉＯ３（ＬＬＴＯ）および／またはＬｉ７Ｌａ３Ｚｒ２Ｏ１２（ＬＬＺＯ）である。いくつかの実施形態では、電極塩はＬＩＳＣＯＮ（Ｌｉｔｈｉｕｍ  Ｓｕｐｅｒ  Ｉｏｎｉｃ  Ｃｏｎｄｕｃｔｏｒ）である。ＬＩＳＣＯＮは、例えばＬｉ（２＋２Ｘ）Ｚｎ（１-Ｘ）ＧｅＯ４の分子式を有していてもよい。
【０１１０】
いくつかの実施形態では、混合物である固体状のポリマー電解物（ＳＰＥ）は、少なくとも１つのイオン伝導性のポリマーを含む。いくつかの実施形態では、ＳＰＥには少なくとも１つのリチウムイオン塩が含まれる。いくつかの実施形態では、ＳＰＥには少なくとも１つの支持ポリマー結着剤が含まれる。いくつかの実施形態では、ＳＰＥは少なくとも１つの充填剤を備える。いくつかの実施形態では、ＳＰＥには、少なくとも１つのイオン伝導性ポリマーと、少なくとも１つのリチウムイオン塩とが、含まれる。いくつかの実施形態では、ＳＰＥには、少なくとも１つのイオン伝導性ポリマーと、少なくとも１つのリチウムイオン塩と、少なくとも１つの支持ポリマーとが、含まれる。いくつかの実施形態では、ＳＰＥには、少なくとも１つのイオン伝導性ポリマーと、少なくとも１つのリチウムイオン塩と、少なくとも１つの支持ポリマーと、少なくとも１つの充填剤とが、含まれる。
【０１１１】
いくつかの実施形態においては、イオン伝導性ポリマーは、ポリエチレンオキシド（ＰＥＯ）、フッ化ポリビニリデン（ＰＶＤＦ）、ポリ（フッ化ビニリデン−コ−ヘキサフルオロプロピレン）（ＰＶＤＦ−ＨＦＰ）、ポリ（メチレンオキシド）、ポリオキシメチレン、ポリ（ビニルアルコール）（ＰＶＡ）、ポリ（ビニルピロリドン）（ＰＶＰ）、ポリ（メチルメタクリル酸塩）、ポリ（ビニル酢酸塩）、ポリ（塩化ビニル）、ポリ（ビニル酢酸塩）、ポリ（オキシエチレン）９メタクリル酸塩、ポリ（エチレンオキシド）メチルエーテルメタクリル酸塩、およびポリ（プロピレンイミン）の中から少なくとも１つ選択される。
【０１１２】
いくつかの実施形態においては、リチウム塩は、リチウムヘキサフルオロりん酸塩、リチウム（テトラフルオロホウ酸塩）、リチウムビス（フルオロスルホニル）イミド、リチウムビス（ペンタフルオロエタンスルホニル）イミド、リチウム過塩素酸塩（ＬｉＣｌＯ４
）、リチウムビス（トリフルオロメタンスルホンイミド）（ＬｉＴＦＳＩ）（Ｌｉ（Ｃ２Ｆ５
ＳＯ２）２Ｎ）、リチウムビス（オキサラト）ホウ酸塩（ＬｉＢ（Ｃ２Ｏ４）２）、リチウムトリフルオロメタンスルホン酸塩（ＬｉＣＦ３ＳＯ３）、Ｌｉ６．４Ｌａ３Ｚｎ４Ｔａ０．６Ｏ１２、Ｌｉ７Ｌａ３Ｚｒ２Ｏ１２、Ｌｉ１０ＳｎＰ２Ｓ１２、Ｌｉ３ＸＬａ２/３−ＸＴｉＯ３、Ｌｉ０．８Ｌａ０．６Ｚｒ２（ＰＯ４）３、Ｌｉ１＋ＸＴｉ２−ＸＡｌＸ（ＰＯ４）３、Ｌｉ１＋Ｘ＋ｙＴｉ２―ＸＡｌＸＳｉｙ（ＰＯ４）３−ｙ、およびＬｉＴｉＸＺｒ２−Ｘ（ＰＯ４）３の中から少なくとも１つ選択される。いくつかの実施形態では、リチウム塩は、ここで前述されたリチウム塩としてもよい。
【０１１３】
いくつかの実施形態を示したが、これらの実施形態は例としてのみ示しているのであり、本開示の範囲を制限することを意図したものではない。実際に、ここに示した新しい方法およびシステムは、他の様々な形式においても具体化することができる。さらに、本開示の精神から逸脱することなく、ここに示されたシステムおよび方法に対して、様々な省略、置換、および変化を加えることができる。添付されたクレームおよびその均等物は、このような形式または修飾が、本開示の範囲および精神に包含されることを意図している。
【０１１４】
矛盾が生じない限り、特定の態様、実施形態、または例と合わせて、ここに示された特徴、材料、特性、またはグループは、この明細書のこのセクションまたは他の箇所に示された他のあらゆる態様、実施形態、または例にも、適用可能であると理解されるべきである。この明細書に開示される全ての特徴（添付のクレーム、要約書、および図面のいずれをも含む）、および／または、開示される全ての方法または処理のどのステップにおいても、あらゆる組み合わせをなすように結合することができる。ただし、このような特徴および／または方法の少なくともいくつかが相互排他的であるような組み合わせは、含まれない。保護は、前述のいずれの実施形態の詳細によっても、制限されることはない。保護は、この明細書（添付されたクレーム、要約書、および図面のいずれをも含む）に開示される特徴のうち、新しい１つ、または新しい組み合わせのいずれにも、及ぶ。あるいは、保護は、開示される全ての方法または処理のあらゆるステップのうち、新しい１つ、または新しい組み合わせのいずれにも、及ぶ。
【０１１５】
さらに、文脈において個別の実施として、この開示中に示された特徴は、単一の実施において組み合わされて実施されてもよい。反対に、文脈において単一の実施として示された様々な特徴は、個別にまたはあらゆる適宜のサブコンビネーションとして、複数の実施において実施されることとしてもよい。さらに、ある特徴がある組み合わせにおいて動作するように、上述のように示されていたとしても、場合によっては、クレームされた組み合わせの中から１つまたはそれ以上の特徴を切り出し、切り出した特徴を、サブコンビネーションまたはサブコンビネーションの変位形として、クレームしてもよい。
【０１１６】
さらに、ある操作が、特定の順番となるように、図面に示されまたは明細書に記載されていたとしても、望ましい結果を達成するためには、このような操作は、必ずしも、示された特定の順序または順番に実施されなくてもよく、あるいは必ずしもすべての操作が実施されなくてもよい。例としての方法および処理に、記載または示されていない操作を組み込んでもよい。例えば、１つまたはそれ以上の付加的な操作が、上述された操作の前に、後に、同時に、または示された操作の間に、実行されてもよい。さらに、操作は、他の実施において再配列され、または再び順番付けられてもよい。いくつかの実施形態において、図示されたおよび／または開示された処理において実行される実際のステップは、図に示されたものとは異なっていてもよいと、当業者は認識するであろう。実施形態に応じて、上述のうちのあるステップを削除してもよいし、他のステップを付加してもよい。さらに、上に開示された具体的な実施形態の特徴および属性は、付加的な実施形態を形成するように、他の態様で結合されてもよく、このような全ての実施形態は、本開示の範囲に包含される。また、上述の実施における様々なシステムの要素の分離は、全ての実施においてこのような分離を要求するものと理解されるべきではなく、記載された要素およびシステムは、通常、単一の生産物を形成するように結合されてもよいし、あるいは複数の生産物にパッケージ化されてもよいと理解されるべきである。例えば、ここで示されるエネルギー貯蔵装置の要素は、いずれについても、単独で提供されてもよいし、あるはエネルギー貯蔵システムを形成するように一緒に統合（例えば、一緒にパッケージ化したり、あるいは結合したり）されてもよい。
【０１１７】
本開示の目的として、いくつかの態様、利点、および新規な特徴が、ここに記載される。いずれの特定の実施形態においても、このような利点が全て達成されることが必須とされる訳ではない。このように、例えば、ここで教示されたように、１つの利点を達成するような態様で、または複数の利点のグループを達成するような態様で、本開示を具体化しまたは実行することが可能であると、当業者は認識するであろう。その際、ここに教示されまたは示唆されるように、他の利点は必ずしも達成されなくてもよい。
【０１１８】
「できる」、「し得る」、「であろう」、または「してもよい」のような条件付きの言語は、他の意味をなすように具体的に言及していない限りにおいて、また、用いられる文脈において他の意味をなすように理解されない限りにおいて、ある特徴、要素、および／またはステップが、特定の実施形態には含まれ、他の実施形態には含まれないことを伝えることを、通常は意図している。このように、このような条件付きの言語は通常、ある特徴、要素、および／またはステップがいずれにしても１つまたはそれ以上の実施形態において必須とされることを暗示することを意図するものではない。また、これらの特徴、要素、および／またはステップがいずれかの具体的な実施形態に含まれるかあるいは実行されるかについての、ユーザによるインプットまたは誘発を伴うまたは伴わない決定のための論理を、１つまたはそれ以上の実施形態が必須とすることを暗示することを意図するものでもない。
【０１１９】
「Ｘ、Ｙ、およびＺのうちの少なくとも１つ」という句などの、結合言語は、他の意味をなすように具体的に言及していない限り、通常用いられる文脈において理解され、すなわち、ある事項、用語などが、Ｘ、ＹまたはＺのいずれかであることを伝えるものである。このように、このような結合言語は通常、ある実施形態において、少なくとも１つのＸと、少なくとも１つのＹと、少なくとも１つのＺと、の存在が必須であることを暗示することを意図したものではない。
【０１２０】
例えば、ここで用いられる「およそ」、「約」、「通常は」、「実質的に」のような、程度を示す言語は、言及された値、量、または特性に近似した値、量、または特性であって、その値、量、または特性をとるとしても所望の機能を果たし、または所望の結果を達成し得るような、値、量、または特性を表す。例えば、「およそ」、「約」、「通常は」、「実質的に」のような用語は、言及された量と比して、１０％の差の範囲内の、５％の差の範囲内の、１％の差の範囲内の、０．１％の差の範囲内の、および０．０１％の差の範囲内の量を指し、この範囲は、所望の機能または所望の結果に応じて異なる。
【０１２１】
ここに提供される見出しは、もし存在するとしても、単に便宜上のものであり、ここに開示される装置および方法の範囲または意味に必ずしも影響するものではない。
【０１２２】
本開示の範囲は、この箇所のまたはこの明細書のどこかの箇所の好適な実施形態における具体的な開示によって制限されることを意図したものではなく、この箇所においてまたはこの明細書のどこかの箇所においてクレームにより定義されるものであり、あるいは将来において示されるものである。クレームの言語は、クレームにおいて採用される言語に基づいて広く解釈され、現在の明細書または出願の審査経過において示される例により制限されるものではない。例示は非限定的に解釈されるべきである。
【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５Ａ】
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【図５Ｂ】
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【図６】
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【図７】
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【図８Ａ】
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【図８Ｂ】
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【図９Ａ】
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【図９Ｂ】
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【図１０Ａ】
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【図１０Ｂ】
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【図１１Ａ】
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【図１１Ｂ】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５Ａ】
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【図１５Ｂ】
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【図１６】
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【図１７Ａ】
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【図１７Ｂ】
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【図１８】
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【図１９Ａ】
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【図１９Ｂ】
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【図１９Ｃ】
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【図１９Ｄ】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４Ａ】
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【図２４Ｂ】
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【国際調査報告】
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