(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
リチウムまたはリチウム合金シートをリチウムまたはリチウム合金膜へと薄化する方法であって、
リチウムまたはリチウム合金シートを一対の作業ローラの間に供給する段階と、前記作業ローラ上に液体形態の揮発性メチルシロキサン潤滑剤を塗布する段階とを含み、前記作業ローラの間で圧縮されると、前記作業ローラを通過する間にリチウムまたはリチウム合金シート上に加わる圧縮力によって、前記リチウムまたはリチウム合金シートの厚さが低減して１００μｍ未満のリチウムまたはリチウム合金膜が得られ、
前記揮発性メチルシロキサン潤滑剤が、ヘキサメチルジシロキサン、オクタメチルトリシロキサン、デカメチルテトラシロキサンおよびドデカメチルヘキサシロキサンの群から選択され、
前記揮発性メチルシロキサン潤滑剤が、その他の溶媒と混合または配合する必要がない純粋な形態である単一溶媒として使用される、方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、一般的に、リチウムシートを薄化するプロセスに関し、より具体的には、リチウム金属または合金のシートを、電気化学セルにおけるアノードとして使用され得る薄膜へと薄化するプロセスにおいて使用するための潤滑剤組成物に関する。
【背景技術】
【０００２】
固体ポリマー電解質および薄膜カソードおよび薄膜リチウム金属アノードの積層から作製された充電式リチウムポリマー電池は、液体電解質を使用する従来のリチウムイオン電池に対して多くの利点を有する。これらの利点は、より低い電池総重量、高い電力密度、高い比エネルギー、より長い耐用年数、および有毒液体を環境に排出する危険性が排除されているために環境親和性を有することを含む。リチウム金属ポリマー電池は、電気またはハイブリッド自動車、およびバックアップ電力システム、ソーラーパネルまたは風力エネルギー製品用エネルギー蓄積器、ならびに住宅および産業用途におけるピークカット電力消費などの据付応用において使用するための最も有望なエネルギー貯蔵デバイスとなった。
【０００３】
高速かつ信頼性の高いプロセスを利用した１００マイクロメートル（μｍ）未満の厚さを有し、例えば１０センチメートル（ｃｍ）またはそれ以上の広幅、および数百メートルの長さの形態を有するリチウムの薄膜の製造は、その化学反応性、展性、低い機械強度、単純な接触による自己融着、ならびに例えば鋼、アルミニウムおよびそれらの一般的な合金などの一般的な金属であるほとんどの固体材料に対する強い接着性などのリチウム金属の物理的および化学的特性に起因する重要な技術課題に直面している。
【０００４】
現在、参照により本明細書に組み込まれる米国特許第６，８５４，３１２号に記載されているように、１５０から２５０μｍのリチウムまたはリチウム合金シートの連続製造には、リチウム金属の展性を利用して、冷間押出が使用されている。より薄くするために、押出によって得られた膜は、参照により本明細書に組み込まれる米国特許第７，５１３，１３６号に記載されるように、リチウムまたはリチウム合金膜の形状およびプロファイルをリチウムポリマー電池に使用することができる１００μｍ以下の厚さまで薄化するように制御するように適合された調節可能な薄化ローラを備えた薄化装置を通してさらに薄化される。
【０００５】
薄化プロセスにおいて、米国特許第５，８３７，４０１号に記載されるように、薄いリチウム膜の破損を防止するために圧力の下で薄化ローラと接触する薄いリチウム膜の接着を防止するために、溶媒と混合された特定の添加剤を含む潤滑剤が使用される。参照により本明細書に組み込まれる米国特許第５，８３７，４０１号に開示された特定の添加剤および溶媒は、電気化学セルに使用するためのリチウム膜と化学的に適合する特定の特性を有する。米国特許第５，８３７，４０１号に記載された潤滑剤は、薄化されたリチウム膜が薄化ローラに接着することを防止し、リチウム膜の表面上の酸化を通してリチウムと反応しないため、電気化学セルが組立てられ、作動するときに、電気化学セルのリチウム薄膜アノードとポリマー電解質との界面での電気化学的交換を害しない。この潤滑剤の化学配合の主な利点は、薄化後にリチウム膜の表面に特定の添加剤が保持され得、電気化学セルにおいて使用されるときにリチウムアノードの優れた動作を損なわないことである。同様に、リチウムに対するこの潤滑剤の化学適合性は、電気化学セルにおける組立ておよび使用の前に薄化リチウム膜を洗浄するステップを排除する。リチウムシートを電気化学セル用のリチウム膜へと薄化するために使用される有機酸およびアルコールなどの反応性有機官能基を含む以前の薄化潤滑剤は、電気化学セルの良好な動作に有害であったため、薄化リチウム膜の表面から取り除かなければならなかった。
【０００６】
しかしながら、米国特許第５，８３７，４０１号に記載された潤滑剤の調製は煩雑である。潤滑剤の組成は、ヘプタン、ベンゼン、トルエン、シクロヘキサンまたはこれらの溶媒の混合物の中から選択された溶媒と混合された厳密に０．２重量％のポリオキシエチレンジステアレートを含まなければならない。混合物は、全ての成分が混合されるように数時間撹拌しなければならず、リチウムシートをリチウム膜へと薄化するときの潤滑剤として使用する場合には、絶えず撹拌しなければならない。
【０００７】
さらに、リチウム膜の表面上に残留する潤滑剤は、電気化学セルにおいて使用される場合にリチウムアノードの良好な作動を妨げるわけではないが、良好な作動に寄与することもない。残留する潤滑剤は電気化学セルの重量を増加させ、作製される電気化学セルの比エネルギー密度をわずかに減少させる。
【０００８】
上述の潤滑剤の混合および配合作業ならびに潤滑剤の成分：添加剤（ポリオキシエチレンジステアレート）および溶媒（ヘプタン、ベンゼン、トルエン、およびシクロヘキサン）の直接コストは、リチウム薄膜とともに製造される電気化学セルの全体コストを上昇させる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】米国特許第６，８５４，３１２号明細書
【特許文献２】米国特許第７，５１３，１３６号明細書
【特許文献３】米国特許第５，８３７，４０１号明細書
【００１０】
したがって、薄化後にリチウム膜の表面上に残留せず、調製のために必要な操作が少ない、リチウムシートを電気化学セル用のリチウム膜へと薄化するための新規の潤滑剤が必要である。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
本発明の目的は、従来技術に存在する課題の少なくともある程度を改良することである。
本発明の目的はまた、リチウムシートを１００μｍまたはそれ未満のリチウム膜へと薄化するプロセスにおいて使用する潤滑剤を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
１つの態様において、本発明は、リチウムまたはリチウム合金シートをリチウムまたはリチウム合金膜へと薄化するプロセスにおいて使用する潤滑剤であって、前記潤滑剤が、ポリジメチルシロキサン、ヘキサメチルジシロキサン、オクタメチルトリシロキサン、デカメチルテトラシロキサンおよびドデカメチルヘキサシロキサンの群から選択された揮発性メチルシロキサンである、潤滑剤を提供する。
【００１３】
１つの態様において、本発明は、リチウムまたはリチウム合金シートをリチウムまたはリチウム合金膜へと薄化する方法であって、リチウムまたはリチウム合金シートを一対の作業ローラの間に供給する段階と、前記作業ローラ上に液体形態の揮発性メチルシロキサン潤滑剤を塗布する段階とを含み、前記作業ローラの間で圧縮されると、前記作業ローラを通過する間にリチウムまたはリチウム合金シート上に加わる圧縮力によって、前記リチウムまたはリチウム合金シートの厚さが低減して１００μｍ未満のリチウムまたはリチウム合金膜が得られる、方法を提供する。
【００１４】
本発明の実施形態の各々は、上記目的および／または態様の少なくとも１つを有するが、それらの全てを必ずしも有する必要はない。上記目的を達成しようとした結果得られた本発明のいくつかの態様は、これらの目的を満たさず、かつ／または本明細書に記載されたその他の目的を満たさない場合もあることを理解すべきである。
本発明の実施形態の追加および／または代替の特徴、態様および利点は、以下の詳細な説明、添付の図面および特許請求の範囲から明らかとなるであろう。
本発明ならびにその他の態様およびさらなる特徴に対する理解を深めるために、添付の図面とあわせて使用される以下の説明が参照される。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】潤滑剤分注ユニットを備えた、リチウムまたはリチウム合金シートを薄膜へと薄化するための装置の概略断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
図１を参照すると、事前に押し出された略１５０から２５０μｍのリチウムまたはリチウム合金シート１４から１００μｍ未満、好ましくは７５μｍ未満、より好ましくは略５０μｍのリチウムまたはリチウム合金薄膜１２を生成するように適合された薄化装置１０の概略図が示されている。薄化装置１０は、主枠１６と、一対の薄化ローラ１８ａおよび１８ｂと、薄化ローラ１８ａに隣接して接する第１のバックアップローラ２０ａと、薄化ローラ１８ｂに隣接して接する第２のバックアップローラ２０ｂと、２つの薄化潤滑剤分注ユニット２２ａおよび２２ｂとを備える。巻かれた押出リチウムまたはリチウム合金シート１４のロール２４は、薄化ローラ１８ａおよび１８ｂに到達する前にリチウムシート１４の張力を制御するように適合された駆動モータ制御ユニット（図示せず）を備えた供給ローラ２６上に配置される。
【００１７】
略１５０から２５０μｍのリチウムシート１４は、移動するリチウムシート１４の速度を測定する第１のエンコーダローラ４１および薄化装置１０へと進入するリチウムシート１４の張力を測定するように適合されたロードセルが設けられた第１の張力ローラ４３へとつながる一連のフリーローラ２８を通って蛇行する。張力ローラ４３のロードセルは、リチウムシート１４にかかる張力を自動で調節するために、ロール２４の駆動モータの制御ユニットに電子的に連結され得る。リチウムシート１４は、次いで、リチウムシート１４の横方向のずれを取り除き、リチウムシート１４のジグザグ移動を防止する効果を有し、それによりリチウムシート１４が薄化プロセスに悪影響を及ぼし得る横方向のウィービング動作をすることなく薄化ローラ１８ａおよび１８ｂの中央部へと真っ直ぐに供給されるようになる、密接して配置された一連のローラ３２を通してリチウムシート１４を高速で送るストレートナ３０へと供給される。したがって、リチウムシート１４は、ローラ間の固定位置で薄化ローラ１８ａおよび１８ｂへと供給される。
【００１８】
薄化装置１０の入口で、潤滑剤分注ユニット２２ａおよび２２ｂは、リチウムシート１４が十分に潤滑された作業ローラ１８ａおよび１８ｂで薄化され、作業ローラのいずれかの上に薄化された膜１２が不要に接着することのないように、薄化領域より上流で、作業ローラ１８ａおよび１８ｂの各々の作業面上に、リチウムと適合性を有する十分な量の薄化潤滑剤を放出する。
【００１９】
先に記載したように、作業ローラ１８ａおよび１８ｂの表面にこれまで使用されてきた潤滑剤は、米国特許第５，８３７，４０１号および第６，０１９，８０１号に記載されており、ヘプタン、ベンゼン、トルエン、シクロヘキサンまたはこれらの混合物ならびにポリオキシエチレンジステアレートから選択された溶媒をベースとするものである。この特定の潤滑剤の欠点は複数ある。第１に、先に記載したように、いくらかの潤滑剤が薄化された膜の表面上に残留し、それにより電気化学セルへと導入される。第２に、潤滑剤の成分の混合および配合に数時間を要し、均一な混合物を得るのが困難である。第３に、潤滑剤に使用される溶媒は、注意深く取扱い、制御されなければならない汚染物質である。最後に、押出リチウムシート１４のロール２４の各々が薄化装置１０を通して薄化された後、作業ローラ上に残留する潤滑剤を取り除かなければならない。
【００２０】
薄化されたリチウム膜１２は、薄化されたリチウム膜１２の表面の平坦性を測定し、膜上の穴および膜の縁部に沿った亀裂を検出する光学リフラクトリシステム３６を通って引き出される。光学システムはまた、リチウム膜１２の厚さを測定するために使用することができる。薄化されたリチウム膜１２が適正に巻き取られるように、駆動巻取ローラ３８によってリチウム膜１２上に制御された張力が印加される。薄化されたリチウム膜１２は、制御された張力の下で一連のローラを通って蛇行する。最初のローラは、薄化装置１０から出る薄化されたリチウム膜１２の張力を測定するように適合されたロードセルが設けられた第２の張力ローラ４５である。張力ローラ４５のロードセルは、リチウムシート１２上にかかる張力を自動で調節するために巻取ローラ３８の駆動モータの制御ユニットに電子的に連結され得る。リチウム膜は、次いで、移動するリチウム膜１２の速度を測定する第２のエンコーダローラ４７通って巻き取られる。薄化されたリチウム膜１２は、次いで、巻取ローラ３８へと続く一連のフリーローラ３４を通って巻き取られる。
【００２１】
リチウム膜１２の層が互いに接着しないように分離するために、ポリプロピレン膜９０などの絶縁材料の薄膜もまた巻取ローラ３８に巻き取られる。絶縁膜９０は、ロール９２から巻取ローラ３８によって引き出されるが、まず初めに絶縁膜９０上の張力を測定するように適合されたロードセルが設けられた張力ローラ９４を通して巻き取られる。巻取ローラ３８によって印加される張力はリチウム膜１２と絶縁膜９０に分割されるため、この張力測定は、巻取ローラ３８によってリチウム膜１２に印加される張力を制御するために必要である。
【００２２】
第１および第２のエンコーダローラ４１および４７はそれぞれ、薄化装置１０に進入するリチウムシート１４の速度および薄化装置１０から出る薄化されたリチウム膜１２の速度を測定する。リチウムシート１４の入口速度と薄化されたリチウム膜１２の出口速度との間の関係は、当初のリチウムシート１４の厚さが認識されている場合に、薄化されたリチウム膜１２の厚さが単純な方程式を通して差し引かれ得るように、当初のリチウムシート１４からリチウム膜１２への厚さの低減に正比例する。薄化されたリチウム膜１２の厚さは、好ましくは制御されかつ第１および第２のエンコーダローラ４１および４７の間の速度差を通して実証される。
【００２３】
トルエン、ヘキサンおよびポリオキシエチレンジステアレート系の潤滑剤と替える様々な実験を通して、発明者らは、シリコーンオイルとして一般的に知られているポリジメチルシロキサンオリゴマーの群の揮発性メチルシロキサンが、１００μｍ未満のリチウム膜へとリチウムシートを薄化する潤滑剤の理想的な代替となることを発見した。シリコーンオイルは、典型的に、成形ゴムの離型剤ならびにプラスチックおよびゴム表面の潤滑剤として使用される。シリコーンオイルの低い粘度指数、熱および化学安定性、シア破壊耐性、圧縮性、ならびに揮発性により、シリコーンオイルはリチウムシートをリチウム膜へと薄化するための潤滑剤として優れたものとなる。シリコーンオイルは、身体のケア製品に典型的に使用されるため環境親和性を有し、再資源化が容易であり、その揮発性により薄化されたリチウム膜上に潤滑剤が残留せず、薄化後に作業ローラを洗浄する必要がない。さらに、シリコーンオイルは、その他の溶媒と混合または配合する必要のない純粋な形態で単一溶媒として使用することができる。最後に、そのきわめて低い粘度により、従来のポリオキシエチレンジステアレート系潤滑剤と比較して、１／３から１／４．５少ない潤滑剤の使用が可能となる。
【００２４】
メチルシロキサンは、（ＣＨ３）２ＳｉＯの形態のユニットから構成される化合物である。メチルシロキサンは、交互のケイ素および酸素原子（例えば‐Ｓｉ‐０‐Ｓｉ‐０‐）から構成される分岐または非分岐骨格と、ケイ素原子に付加された側鎖メチル基を有し得る。好ましい揮発性メチルシロキサンは、ヘキサメチルジシロキサン（Ｃ６Ｈ１８ＯＳｉ２）、オクタメチルトリシロキサン（Ｃ８Ｈ２４Ｏ２Ｓｉ３）、デカメチルテトラシロキサン（Ｃ１０Ｈ３０Ｏ３Ｓｉ４）およびドデカメチルヘキサシロキサン（Ｃ１２Ｈ３６Ｏ６Ｓｉ６）などの直鎖ポリジメチルシロキサン（Ｃ２Ｈ６ＯＳｉ）ｎを含む。
【００２５】
試験は、初めに、２５℃で０．６５センチストークの粘度を有するヘキサメチルジシロキサン（Ｃ６Ｈ１８ＯＳｉ２）を用いて実施した。ヘキサメチルジシロキサンは、無色透明であり、基本的に無臭の流体である。また、スキンクリームローション、バスオイル、日焼け用ローション、デオドラント、ヘアスプレーならびにその他の美容およびヘアケア製品など多くのパーソナルケア製品におけるベース流体として典型的に使用されている。このように、ヘキサメチルジシロキサンは、取扱いが安全である。ヘキサメチルジシロキサンは、あらゆるシリコーン流体の中で最も速い揮発速度、最も低い表面張力、最も高い圧縮性、および高い展延性を有する。これらの特徴により、ヘキサメチルジシロキサンは、リチウムシートをリチウム膜へと薄化するための潤滑剤としての優れた候補となる。
【００２６】
最初に、ヘキサメチルジシロキサン流体の層を、リチウム箔のサンプルの表面上に広げ、リチウムがヘキサメチルジシロキサン流体と反応するか否かを判断し、また、ヘキサメチルジシロキサン流体の蒸発速度を評価し、ヘキサメチルジシロキサンが完全に蒸発して潤滑剤の残らないリチウム箔表面となるか否かを判断した。
【００２７】
ヘキサメチルジシロキサン流体の層で覆われた１５ｃｍ×１５ｃｍのリチウム箔サンプルを、２１℃で１％未満の比湿度、無水雰囲気を有するグローブボックス内に配置し、５分間乾燥させた。５分後、リチウム箔サンプルを視覚的に検査した。リチウム箔の表面の外観は良好であり、つまりリチウムは着色がなく光沢があり、ヘキサメチルジシロキサン流体と反応しなかったことを示唆している。また、リチウム箔の表面は完全に乾燥しており、ヘキサメチルジシロキサンが完全に蒸発してリチウム箔の表面に潤滑剤が残留していないことを示唆している。
【００２８】
次いで、ヘキサメチルジシロキサン流体に対して、図１に示す薄化装置１０によって生成されるせん断力および圧縮強度の下での潤滑品質を試験した。潤滑剤分注ユニット２２ａおよび２２ｂに連結された貯蔵器にヘキサメチルジシロキサン流体を充填した。厚さ２００μｍを有する事前に押出されたリチウムシート１４のロール２４を供給ローラ２６に装着し、ローラ２８、４１および４３、ならびにストレートナ３０を通して巻出し、作業ローラ１８ａおよび１８ｂへと供給した。光学リフラクトリシステム３６、ローラ４５、４７および３４を通してリチウムシート１４を巻取り、リチウムシートの端部を巻取ローラ３８に固定し、ポロプロピレン膜９０を装着することによってセットアップが完了する。
【００２９】
作業ローラ１８ａおよび１８ｂは、押出リチウムシート１４の厚さが２００μｍから１００μｍ未満まで低減されるように調節される。リチウムシート１４の薄化試験運転は、１％未満の比湿度を含有する無水雰囲気で、潤滑剤分注ユニット２２ａおよび２２ｂを介して各々の作業ローラ１８ａおよび１８ｂの作業表面上にヘキサメチルジシロキサン潤滑剤流体を従来技術の潤滑剤の１／４．５少ない割合で吐出して実施する。
【００３０】
最初の薄化試験は、作業ローラ１８ａおよび１８ｂの温度が３０秒後に上昇するとすぐにヘキサメチルジシロキサン潤滑剤流体が極めて高速に蒸発し、この高速蒸発が作業ローラ１８ａおよび１８ｂの表面に潤滑されていない部分を残し、薄化された膜１２が部分的に作業ローラ１８ａおよび１８ｂに接着したことを示した。この高速蒸発を緩和するために、分注ユニット２２ａおよび２２ｂの潤滑剤を、従来技術の潤滑剤の１／４．５少ない量から、作業ローラ１８ａおよび１８ｂの表面全体が潤滑され、薄化された膜１２が作業ローラ１８ａおよび１８ｂに部分的に接着しない点である従来技術の潤滑剤の１／３．２５少ない量まで徐々に増加させた。
【００３１】
薄化試験運転は、従来技術の潤滑剤の１／３．２５少ない潤滑剤が与えられた作業ローラ１８ａおよび１８ｂ上に薄化された膜１２が不要に接着することはなく、薄化リチウム膜１２の表面の平坦性を測定する光学リフラクトリシステム３６が穴や亀裂のない滑らかで平坦な表面を示したという結果となった。ヘキサメチルジシロキサンが薄化リチウム膜１２の表面上に残留しているか否かを判断するために巻き取られた薄化リチウム膜１２を分析すると、完全に乾燥したことがわかり、薄化リチウム膜１２がローラ４５、４７および３４を通って蛇行し、巻取ローラ３８に巻き取られる前にヘキサメチルジシロキサンが完全に蒸発したことを示唆する。
【００３２】
薄化試験運転は、ヘキサメチルジシロキサン潤滑剤流体が、押出リチウムシートをリチウム薄膜へと薄化するために十分な潤滑性を提供するために必要な物理的品質を有し、さらに必要とされるヘキサメチルジシロキサン潤滑剤流体の量が従来の潤滑剤の１／３．２５少ない量であったことを実証した。また、グローブボックス内での静試験は、ヘキサメチルジシロキサン潤滑剤流体がリチウム膜の表面と反応しないことを示し、リチウムとともに使用するために必要な化学的品質を有することを実証した。
【００３３】
２５℃で１．０センチストロークの粘度（水の粘度）を有するオクタメチルトリシロキサン（Ｃ８Ｈ２４Ｏ２Ｓｉ３）を用いて別の試験を実施した。オクタメチルトリシロキサンもまた無色透明であり、基本的に無臭の流体である。また、その優れた展延および高い揮発特性のため、数多くのパーソナルケア製品におけるベース流体として典型的に使用されている。このように、オクタメチルトリシロキサンは、取扱いが安全である。オクタメチルトリシロキサンは、速い揮発速度、低いＶＴＣ（温度による粘度変化）、低い表面張力、高い圧縮性および高い展延性を有する。これらの特徴により、オクタメチルトリシロキサンもまた、リチウムシートをリチウム膜へと薄化するための潤滑剤としての優れた候補となる。
【００３４】
最初に、オクタメチルトリシロキサン流体の層を、リチウム箔のサンプルの表面上に広げ、リチウムがオクタメチルトリシロキサン流体と反応するか否かを判断し、また、オクタメチルトリシロキサン流体の蒸発速度を評価し、オクタメチルトリシロキサンが完全に蒸発してリチウム箔表面に潤滑剤が残らないか否かを判断した。
【００３５】
オクタメチルトリシロキサン流体の層で覆われた１５ｃｍ×１５ｃｍのリチウム箔サンプルを、２１℃で１％未満の比湿度、無水雰囲気を有するグローブボックス内に配置し、５分間乾燥させた。５分後、リチウム箔サンプルを視覚的に検査した。リチウム箔の表面の外観は良好であり、つまりリチウムは着色がなく光沢があり、オクタメチルトリシロキサン流体と反応しなかったことを示唆している。また、リチウム箔の表面は完全に乾燥しており、オクタメチルトリシロキサンが完全に蒸発してリチウム箔の表面に潤滑剤が残留していないことを示唆している。
【００３６】
次いで、ヘキサメチルジシロキサン流体に関して先に記載したものと同様の方法で、オクタメチルトリシロキサン流体に対して、図１に示す薄化装置１０によって生成されるせん断力および圧縮強度の下での潤滑品質を試験した。潤滑剤分注ユニット２２ａおよび２２ｂに連結された貯蔵器にオクタメチルトリシロキサン流体を充填した。厚さ２００μｍを有する事前に押出されたリチウムシート１４のロール２４を供給ローラ２６に装着し、ローラ２８、４１および４３、ならびにストレートナ３０を通して巻出し、作業ローラ１８ａおよび１８ｂへと供給した。光学リフラクトリシステム３６、ローラ４５、４７および３４を通してリチウムシート１４を巻取り、リチウムシートの端部を巻取ローラ３８に固定し、ポロプロピレン膜９０を装着することによってセットアップが完了する。
【００３７】
作業ローラ１８ａおよび１８ｂは、押出リチウムシート１４の厚さが２００μｍから１００μｍ未満まで低減されるように調節される。リチウムシート１４の薄化試験運転は、１％未満の比湿度を含有する無水雰囲気で、潤滑剤分注ユニット２２ａおよび２２ｂを介して各々の作業ローラ１８ａおよび１８ｂの作業表面上にオクタメチルトリシロキサン潤滑剤流体を従来技術の潤滑剤の１／４．５少ない割合で吐出して実施する。
【００３８】
最初の薄化試験は、作業ローラ１８ａおよび１８ｂの温度が３０秒後に上昇するとすぐにヘキサメチルジシロキサン潤滑剤流体もまた極めて高速に蒸発し、この高速蒸発が作業ローラ１８ａおよび１８ｂの表面に潤滑されていない部分を残し、薄化された膜１２が部分的に作業ローラ１８ａおよび１８ｂに接着したことを示した。この高速蒸発を緩和するために、分注ユニット２２ａおよび２２ｂの潤滑剤を、従来技術の潤滑剤の１／４．５少ない量から、作業ローラ１８ａおよび１８ｂの表面全体が潤滑され、薄化された膜１２が作業ローラ１８ａおよび１８ｂに部分的に接着しない点である従来技術の潤滑剤の１／３．５少ない量まで徐々に増加させた。
【００３９】
薄化試験運転は、従来技術の潤滑剤の１／３．５少ない潤滑剤が与えられた作業ローラ１８ａおよび１８ｂ上に薄化された膜１２が不要に接着することはなく、薄化リチウム膜１２の表面の平坦性を測定する光学リフラクトリシステム３６が穴や亀裂のない滑らかで平坦な表面を示したという結果となった。オクタメチルトリシロキサンが薄化リチウム膜１２の表面上に残留しているか否かを判断するために巻き取られた薄化リチウム膜１２を分析すると、完全に乾燥したことがわかり、薄化リチウム膜１２がローラ４５、４７および３４を通って蛇行し、巻取ローラ３８に巻き取られる前にオクタメチルトリシロキサンが完全に蒸発したことを示唆する。
【００４０】
薄化試験運転は、オクタメチルトリシロキサン潤滑剤流体が、押出リチウムシートをリチウム薄膜へと薄化するために十分な潤滑性を提供するために必要な物理的品質を有し、さらに必要とされるオクタメチルトリシロキサン潤滑剤流体の量が従来の潤滑剤の１／３．５少ない量であったことを実証した。また、グローブボックス内での静試験は、オクタメチルトリシロキサン潤滑剤流体がリチウム膜の表面と反応しないことを示し、リチウムとともに使用するために必要な化学的品質を有することを実証した。
【００４１】
２５℃で１．５センチストロークの粘度を有するデカメチルテトラシロキサン（Ｃ１０Ｈ３０Ｏ３Ｓｉ４）を用いて新たな試験を実施した。デカメチルテトラシロキサンもまた無色透明であり、基本的に無臭の流体である。また、その優れた展延および高い揮発特性のため、制汗剤、デオドラント、スキンケアローション、日焼け用ローションおよび一般的な化粧品など、数多くのパーソナルケア製品におけるベース流体として典型的に使用されている。このように、デカメチルテトラシロキサンは、取扱いが安全である。デカメチルテトラシロキサンは、速い揮発速度、優れた低温安定性、低いＶＴＣ（温度による粘度変化）、低い表面張力、高い圧縮性および高い展延性を有する。これらの特徴により、デカメチルテトラシロキサンもまた、リチウムシートをリチウム膜へと薄化するための潤滑剤としての優れた候補となる。
【００４２】
最初に、デカメチルテトラシロキサン流体の層を、リチウム箔のサンプルの表面上に広げ、リチウムがデカメチルテトラシロキサン流体と反応するか否かを判断し、また、デカメチルテトラシロキサン流体の蒸発速度を評価し、デカメチルテトラシロキサンが完全に蒸発してリチウム箔表面に潤滑剤が残らないか否かを判断した。
【００４３】
デカメチルテトラシロキサン流体の層で覆われた１５ｃｍ×１５ｃｍのリチウム箔サンプルを、２１℃で１％未満の比湿度、無水雰囲気を有するグローブボックス内に配置し、５分間乾燥させた。５分後、リチウム箔サンプルを視覚的に検査した。リチウム箔の表面の外観は良好であり、つまりリチウムは着色がなく光沢があり、デカメチルテトラシロキサン流体と反応しなかったことを示唆している。また、リチウム箔の表面は完全に乾燥しており、デカメチルテトラシロキサンが完全に蒸発してリチウム箔の表面に潤滑剤が残留していないことを示唆している。
【００４４】
次いで、ヘキサメチルジシロキサンおよびオクタメチルトリシロキサン流体に関して先に記載したものと同様の方法で、デカメチルテトラシロキサン流体に対して、図１に示す薄化装置１０によって生成されるせん断力および圧縮強度の下での潤滑品質を試験した。潤滑剤分注ユニット２２ａおよび２２ｂに連結された貯蔵器にデカメチルテトラシロキサン流体を充填した。厚さ２００μｍを有する事前に押出されたリチウムシート１４のロール２４を供給ローラ２６に装着し、ローラ２８、４１および４３、ならびにストレートナ３０を通して巻出し、作業ローラ１８ａおよび１８ｂへと供給した。光学リフラクトリシステム３６、ローラ４５、４７および３４を通してリチウムシート１４を巻取り、リチウムシートの端部を巻取ローラ３８に固定し、ポロプロピレン膜９０を装着することによってセットアップが完了する。
【００４５】
作業ローラ１８ａおよび１８ｂは、押出リチウムシート１４の厚さが２００μｍから１００μｍ未満まで低減されるように調節される。リチウムシート１４の薄化試験運転は、１％未満の比湿度を含有する無水雰囲気で、潤滑剤分注ユニット２２ａおよび２２ｂを介して各々の作業ローラ１８ａおよび１８ｂの作業表面上にデカメチルテトラシロキサン潤滑剤流体を従来技術の潤滑剤の１／４．５少ない割合で吐出して実施する。
【００４６】
薄化試験運転は、従来技術の潤滑剤の１／４．５少ない潤滑剤が与えられた作業ローラ１８ａおよび１８ｂ上に薄化された膜１２が不要に接着することはなく、薄化リチウム膜１２の表面の平坦性を測定する光学リフラクトリシステム３６が穴や亀裂のない滑らかで平坦な表面を示したという結果となった。デカメチルテトラシロキサンが薄化リチウム膜１２の表面上に残留しているか否かを判断するために巻き取られた薄化リチウム膜１２を分析すると、完全に乾燥したことがわかり、薄化リチウム膜１２がローラ４５、４７および３４を通って蛇行し、巻取ローラ３８に巻き取られる前にデカメチルテトラシロキサンが完全に蒸発したことを示唆する。
【００４７】
薄化試験運転は、デカメチルテトラシロキサン潤滑剤流体が、押出リチウムシートをリチウム薄膜へと薄化するために十分な潤滑性を提供するために必要な物理的品質を有し、さらに必要とされるデカメチルテトラシロキサン潤滑剤流体の量が従来の潤滑剤の１／４．５少ない量であったことを実証した。また、グローブボックス内での静試験は、デカメチルテトラシロキサン潤滑剤流体がリチウム膜の表面と反応しないことを示し、リチウムとともに使用するために必要な化学的品質を有することを実証した。
【００４８】
２５℃で２．０センチストロークの粘度を有するドデカメチルヘキサシロキサン（Ｃ１２Ｈ３６Ｏ６Ｓｉ６）を用いてさらなる試験を実施した。ドデカメチルヘキサシロキサンもまた無色透明であり、基本的に無臭の流体である。また、その優れた展延および高い揮発特性のため、制汗剤、デオドラント、スキンケアローション、日焼け用ローションおよび一般的な化粧品など、数多くのパーソナルケア製品におけるベース流体として典型的に使用されている。このように、ドデカメチルヘキサシロキサンは、取扱いが安全である。ドデカメチルヘキサシロキサンは、速い揮発速度、低いＶＴＣ（温度による粘度変化）、低い表面張力、高い圧縮性および高い展延性を有する。これらの特徴により、ドデカメチルヘキサシロキサンもまた、リチウムシートをリチウム膜へと薄化するための潤滑剤としての優れた候補となる。
【００４９】
最初に、ドデカメチルヘキサシロキサン流体の層を、リチウム箔のサンプルの表面上に広げ、リチウムがドデカメチルヘキサシロキサン流体と反応するか否かを判断し、また、ドデカメチルヘキサシロキサン流体の蒸発速度を評価し、ドデカメチルヘキサシロキサンが完全に蒸発してリチウム箔表面に潤滑剤が残らないか否かを判断した。
【００５０】
ドデカメチルヘキサシロキサン流体の層で覆われた１５ｃｍ×１５ｃｍのリチウム箔サンプルを、２１℃で１％未満の比湿度、無水雰囲気を有するグローブボックス内に配置し、５分間乾燥させた。５分後、リチウム箔サンプルを視覚的に検査した。リチウム箔の表面の外観は良好であり、つまりリチウムは着色がなく光沢があり、ドデカメチルヘキサシロキサン流体と反応しなかったことを示唆している。また、リチウム箔の表面は完全に乾燥しており、ドデカメチルヘキサシロキサンが完全に蒸発してリチウム箔の表面に潤滑剤が残留していないことを示唆している。
【００５１】
次いで、ヘキサメチルジシロキサン、オクタメチルトリシロキサンおよびデカメチルテトラシロキサン流体に関して先に記載したものと同様の方法で、ドデカメチルヘキサシロキサン流体に対して、図１に示す薄化装置１０によって生成されるせん断力および圧縮強度の下での潤滑品質を試験した。潤滑剤分注ユニット２２ａおよび２２ｂに連結された貯蔵器にドデカメチルヘキサシロキサン流体を充填した。厚さ２００μｍを有する事前に押出されたリチウムシート１４のロール２４を供給ローラ２６に装着し、ローラ２８、４１および４３、ならびにストレートナ３０を通して巻出し、作業ローラ１８ａおよび１８ｂへと供給した。光学リフラクトリシステム３６、ローラ４５、４７および３４を通してリチウムシート１４を巻取り、リチウムシートの端部を巻取ローラ３８に固定し、ポロプロピレン膜９０を装着することによってセットアップが完了する。
【００５２】
作業ローラ１８ａおよび１８ｂは、押出リチウムシート１４の厚さが２００μｍから１００μｍ未満まで低減されるように調節される。リチウムシート１４の薄化試験運転は、１％未満の比湿度を含有する無水雰囲気で、潤滑剤分注ユニット２２ａおよび２２ｂを介して各々の作業ローラ１８ａおよび１８ｂの作業表面上にドデカメチルヘキサシロキサン潤滑剤流体を従来技術の潤滑剤の１／４．５少ない割合で吐出して実施する。
【００５３】
薄化試験運転は、従来技術の潤滑剤の１／４．５少ない潤滑剤が与えられた作業ローラ１８ａおよび１８ｂ上に薄化された膜１２が不要に接着することはなく、薄化リチウム膜１２の表面の平坦性を測定する光学リフラクトリシステム３６が穴や亀裂のない滑らかで平坦な表面を示したという結果となった。ドデカメチルヘキサシロキサンが薄化リチウム膜１２の表面上に残留しているか否かを判断するために巻き取られた薄化リチウム膜１２を分析すると、完全に乾燥したことがわかり、薄化リチウム膜１２がローラ４５、４７および３４を通って蛇行し、巻取ローラ３８に巻き取られる前にドデカメチルヘキサシロキサンが完全に蒸発したことを示唆する。
【００５４】
薄化試験運転は、ドデカメチルヘキサシロキサン潤滑剤流体が、押出リチウムシートをリチウム薄膜へと薄化するために十分な潤滑性を提供するために必要な物理的品質を有し、さらに必要とされるドデカメチルヘキサシロキサン潤滑剤流体の量が従来の潤滑剤の４．５倍少ない量であったことを実証した。また、グローブボックス内での静試験は、ドデカメチルヘキサシロキサン潤滑剤流体がリチウム膜の表面と反応しないことを示し、リチウムとともに使用するために必要な化学的品質を有することを実証した。
【００５５】
上述のように薄化されたリチウム膜の各々のサンプルをラボセルのアノードとして使用してラボセルを調製した。ラボセルの各々は、揮発性メチルシロキサン潤滑剤の１つを使用して薄化された１００μｍ未満の厚さを有するリチウム膜と、エチレンオキシドおよびメチルグリシジルエーテルのコポリマーならびにリチウム塩から成るポリマー電解質と、炭素化リン酸鉄リチウム（Ｃ−ＬｉＦｅＰＯ４）および同一のポリマー電解質からなる複合カソードとで調製した。ラボセルの６０℃での初期インピーダンスは、溶媒およびポリオキシエチレンジステアレートの混合物から成る従来技術の潤滑剤を使用して薄化された１００μｍ未満の厚さを有するリチウムアノードを備えたラボセルと同等である。
【００５６】
先に説明した揮発性メチルシロキサン潤滑剤を使用して薄化したリチウム膜をアノードとして利用したこれらのラボセルのサイクル特性は１００サイクル後に良好であり、ラボセルの利用率は従来技術の潤滑剤を使用した薄化したリチウム膜で調製した同様のラボセルと同等であった。ラボセル試験は、潤滑剤として上述の揮発性メチルシロキサンの１つを使用して薄化したリチウム膜が、従来技術の潤滑剤を使用して薄化したリチウム膜と同様に機能することを確認した。
【００５７】
リチウム薄膜または薄箔は、電池の分野において主に使用されているが、エレクトロニクス、医療用ペースメーカー、宇宙航空業界および中性子検出器などの特別な科学装置の分野においても応用が見出される。
【００５８】
上記の本発明の実施形態の修正および改良もまた当業者に明らかである。前述の記載は、限定ではなく例示目的とするものである。したがって、本発明の範囲は、添付の特許請求の範囲によってのみ限定されることが意図される。
【符号の説明】
【００５９】
１０  薄化装置
１２  リチウムまたはリチウム合金薄膜
１４  リチウムまたはリチウム合金シート
１８ａ、１８ｂ  作業ローラ
２２ａ、２２ｂ  潤滑剤分注ユニット
【図１】
0006706447.tif 000002