【手続補正書】
【提出日】令和1年6月4日(2019.6.4)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
アルカリ金属イオン電池またはアルカリ金属電池であって、前記アルカリ金属が、ナトリウム（Ｎａ）、カリウム（Ｋ）、ＮａとＫとの組合せ、Ｎａおよび／またはＫとリチウム（Ｌｉ）との組合せから選択され、前記アルカリ金属がリチウム単独ではなく、前記電池が、
（ａ）少なくとも８０体積％の細孔を有する３Ｄ多孔質アノード集電体の細孔内に配設されるアノードスラリを形成するために第１の液体電解質中に分散されたアノード活性材料および任意選択の導電性添加剤を有するアノードと；
（ｂ）少なくとも８０体積％の細孔を有する３Ｄ多孔質カソード集電体の細孔内に配設されるカソードスラリを形成するために第２の液体電解質中に分散されたカソード活性材料および任意選択の導電性添加剤を有するカソードと；
（ｃ）上記アノードと上記カソードとの間に配設されたセパレータと
を備え、
アノード厚さとアノード集電体の厚さとの比が０．８／１〜１／０．８であり、および／または、カソード厚さとカソード集電体の厚さとの比が０．８／１〜１／０．８であり、
前記アノード活性材料もしくは前記カソード活性材料が、１０ｍｇ／ｃｍ２よりも大きい電極活性材料負荷を構成し、前記アノード活性材料と前記カソード活性材料の合計が電池セル重量の４０重量％を超え、および／または前記３Ｄ多孔質アノード集電体もしくは前記カソード集電体が２００μｍ以上の厚さを有する
アルカリ金属イオン電池またはアルカリ金属電池。
【請求項２】
アルカリ金属イオン電池またはアルカリ金属電池であって、前記アルカリ金属が、ナトリウム（Ｎａ）、カリウム（Ｋ）、ＮａとＫとの組合せ、Ｎａおよび／またはＫとリチウム（Ｌｉ）との組合せから選択され、前記アルカリ金属がリチウム単独ではなく、前記電池が、
ａ）アノード集電体にコーティングされた、またはアノード集電体と物理的に接触したアノード活性材料を有するアノードであって、前記アノード活性材料が第１の液体電解質とイオン接触しているアノードと；
ｂ）少なくとも８０体積％の細孔を有する３Ｄ多孔質カソード集電体の細孔内に配設された第２の液体電解質中に分散されたカソード活性材料および任意選択の導電性添加剤を有するカソードであって、カソード厚さとカソード集電体の厚さとの比が０．８／１〜１／０．８であるカソードと；
ｃ）前記アノードと前記カソードとの間に配設されたセパレータと
を備え、
前記カソード活性材料が、２０ｍｇ／ｃｍ２よりも大きい電極活性材料負荷を構成し、前記アノード活性材料と前記カソード活性材料の合計が前記電池の３０重量％を超え、および／または前記３Ｄ多孔質カソード集電体が２００μｍ以上の厚さを有する
アルカリ金属イオン電池またはアルカリ金属電池。
【請求項３】
前記アノード集電体が多孔質発泡構造を含む、請求項２に記載のアルカリ金属電池。
【請求項４】
前記カソード活性材料が、無機材料、有機材料もしくは高分子材料、金属酸化物／リン酸塩／硫化物、またはそれらの組合せから選択されたナトリウムもしくはカリウムインターカレーション化合物またはナトリウムもしくはカリウム吸収化合物である請求項１に記載のアルカリ金属イオン電池。
【請求項５】
前記金属酸化物／リン酸塩／硫化物が、コバルト酸化ナトリウム、ニッケル酸化ナトリウム、マンガン酸化ナトリウム、バナジウム酸化ナトリウム、ナトリウム混合金属酸化物、ナトリウム／カリウム遷移金属酸化物、鉄リン酸ナトリウム、鉄リン酸ナトリウム／カリウム、マンガンリン酸ナトリウム、マンガンリン酸ナトリウム／カリウム、バナジウムリン酸ナトリウム、バナジウムリン酸ナトリウム／カリウム、ナトリウム混合金属リン酸塩、遷移金属硫化物、またはそれらの組合せから選択される請求項４に記載のアルカリ金属イオン電池。
【請求項６】
前記無機材料が、硫黄、硫黄化合物、ポリ硫化リチウム、遷移金属ジカルコゲナイド、遷移金属トリカルコゲナイド、またはそれらの組合せから選択される、請求項４に記載のアルカリ金属イオン電池。
【請求項７】
前記無機材料が、ＴｉＳ２、ＴａＳ２、ＭｏＳ２、ＮｂＳｅ３、ＭｎＯ２、ＣｏＯ２、酸化鉄、酸化バナジウム、またはそれらの組合せから選択される、請求項４に記載のアルカリ金属イオン電池。
【請求項８】
前記カソード活性材料が、ＮａＦｅＰＯ４、ＫＦｅＰＯ４、Ｎａ（１−ｘ）ＫｘＰＯ４、Ｎａ０．７ＦｅＰＯ４、Ｎａ１．５ＶＯＰＯ４Ｆ０．５、Ｎａ３Ｖ２（ＰＯ４）３、Ｎａ３Ｖ２（ＰＯ４）２Ｆ３、Ｎａ２ＦｅＰＯ４Ｆ、ＮａＦｅＦ３、ＮａＶＰＯ４Ｆ、ＫＶＰＯ４Ｆ、Ｎａ３Ｖ２（ＰＯ４）２Ｆ３、Ｎａ１．５ＶＯＰＯ４Ｆ０．５、Ｎａ３Ｖ２（ＰＯ４）３、ＮａＶ６Ｏ１５、ＮａｘＶＯ２、Ｎａ０．３３Ｖ２Ｏ５、ＮａｘＣｏＯ２、Ｎａ２／３［Ｎｉ１／３Ｍｎ２／３］Ｏ２、Ｎａｘ（Ｆｅ１／２Ｍｎ１／２）Ｏ２、ＮａｘＭｎＯ２、λ−ＭｎＯ２、ＮａｘＫ（１−ｘ）ＭｎＯ２、Ｎａ０．４４ＭｎＯ２、Ｎａ０．４４ＭｎＯ２／Ｃ、Ｎａ４Ｍｎ９Ｏ１８、ＮａＦｅ２Ｍｎ（ＰＯ４）３、Ｎａ２Ｔｉ３Ｏ７、Ｎｉ１／３Ｍｎ１／３Ｃｏ１／３Ｏ２、Ｃｕ０．５６Ｎｉ０．４４ＨＣＦ、ＮｉＨＣＦ、ＮａｘＭｎＯ２、ＮａＣｒＯ２、ＫＣｒＯ２、Ｎａ３Ｔｉ２（ＰＯ４）３、ＮｉＣＯ２Ｏ４、Ｎｉ３Ｓ２／ＦｅＳ２、Ｓｂ２Ｏ４、Ｎａ４Ｆｅ（ＣＮ）６／Ｃ、ＮａＶ１−ｘＣｒｘＰＯ４Ｆ、ＳｅｚＳｙ（ｙ／ｚ＝０．０１〜１００）、Ｓｅ、アルオード石、またはそれらの組合せ（ここでｘは０．１〜１．０である）から選択されるナトリウムインターカレーション化合物またはカリウムインターカレーション化合物を含む請求項１に記載のアルカリ金属イオン電池。
【請求項９】
前記カソード活性材料が、前記電解質と直接接触するアルカリ金属イオン捕捉性官能基またはアルカリ金属イオン貯蔵面を有する機能性材料またはナノ構造化材料から選択される、請求項１に記載のアルカリ金属イオン電池。
【請求項１０】
前記官能基が、アルカリ金属イオンと可逆反応し、アルカリ金属イオンと酸化還元対を形成し、またはアルカリ金属イオンと化学錯体を形成する、請求項９に記載のアルカリ金属イオン電池。
【請求項１１】
前記機能性材料またはナノ構造化材料が、
ａ）軟質炭素、硬質炭素、高分子炭素もしくは炭化樹脂、メソフェーズ炭素、コークス、炭化ピッチ、カーボンブラック、活性炭、ナノセル炭素発泡体、または部分的に黒鉛化された炭素の粒子から選択される、ナノ構造化または多孔質無秩序炭素材料；
ｂ）単層グラフェンシートまたは多層グラフェンプレートレットから選択されるナノグラフェンプレートレット；
ｃ）単壁カーボンナノチューブまたは多壁カーボンナノチューブから選択されるカーボンナノチューブ；
ｄ）カーボンナノファイバ、ナノワイヤ、金属酸化物ナノワイヤもしくは繊維、導電性ポリマーナノファイバ、またはそれらの組合せ；
ｅ）カルボニル含有有機またはポリマー分子；
ｆ）カルボニル基、カルボキシル基、またはアミン基を含む機能性材料；およびそれらの組合せ
からなる群から選択される、請求項９に記載のアルカリ金属イオン電池。
【請求項１２】
前記機能性材料またはナノ構造化材料が、ポリ（２，５−ジヒドロキシ−１，４−ベンゾキノン−３，６−メチレン）、ＮａｘＣ６Ｏ６（ｘ＝１〜３）、Ｎａ２（Ｃ６Ｈ２Ｏ４），Ｎａ２Ｃ８Ｈ４Ｏ４またはＮａテレフタレート、Ｎａ２Ｃ６Ｈ４Ｏ４またはＮａトランス−トランス−ムコン酸塩）、３，４，９，１０−ペリレンテトラカルボン酸二無水物またはＰＴＣＤＡ、硫化物ポリマー、ＰＴＣＤＡ、１，４，５，８−ナフタレン−テトラカルボン酸二無水物またはＮＴＣＤＡ、ベンゼン−１，２，４，５−テトラカルボン酸二無水物、１，４，５，８−テトラヒドロキシアントラキノン、テトラヒドロキシ−ｐ−ベンゾキノン、およびそれらの組合せからなる群から選択される、請求項９に記載のアルカリ金属イオン電池。
【請求項１３】
前記機能性材料またはナノ構造化材料が、少なくとも５００ｍ２／ｇの比表面積を有する、請求項９に記載のアルカリ金属イオン電池。
【請求項１４】
前記機能性材料またはナノ構造化材料が、少なくとも１，０００ｍ２／ｇの比表面積を有する、請求項９に記載のアルカリ金属イオン電池。
【請求項１５】
前記機能性材料またはナノ構造化材料が、−ＣＯＯＨ、＝Ｏ、−ＮＨ２、−ＯＲ、または−ＣＯＯＲから選択される官能基を有し、ここでＲは炭化水素ラジカルである、請求項９に記載のアルカリ金属イオン電池。
【請求項１６】
前記アノード活性材料が、アルカリ金属、アルカリ金属合金、アルカリ金属もしくはアルカリ金属合金とアルカリインターカレーション化合物との混合物、アルカリ元素含有化合物、またはそれらの組合せから選択されるアルカリイオン源を含む、請求項１に記載のアルカリ金属イオン電池。
【請求項１７】
前記アノード活性材料が、石油コークス、カーボンブラック、無定形炭素、活性炭、硬質炭素、軟質炭素、鋳型炭素、中空炭素ナノワイヤ、中空炭素球、チタン酸塩、ＮａＴｉ２（ＰＯ４）３、Ｎａ２Ｔｉ３Ｏ７、Ｎａ２Ｃ８Ｈ４Ｏ４、Ｎａ２ＴＰ、ＮａｘＴｉＯ２（ｘ＝０．２〜１．０）、Ｎａ２Ｃ８Ｈ４Ｏ４、カルボン酸塩ベースの物質、Ｃ８Ｈ４Ｎａ２Ｏ４、Ｃ８Ｈ６Ｏ４、Ｃ８Ｈ５ＮａＯ４、Ｃ８Ｎａ２Ｆ４Ｏ４、Ｃ１０Ｈ２Ｎａ４Ｏ８、Ｃ１４Ｈ４Ｏ６、Ｃ１４Ｈ４Ｎａ４Ｏ８、またはそれらの組合せから選択されるアルカリインターカレーション化合物を含む、請求項１に記載のアルカリ金属イオン電池。
【請求項１８】
前記アルカリインターカレーション化合物またはアルカリ含有化合物が、
（ｆ）ナトリウムまたはカリウムドープされたシリコン（Ｓｉ）、ゲルマニウム（Ｇｅ）、スズ（Ｓｎ）、鉛（Ｐｂ）、アンチモン（Ｓｂ）、ビスマス（Ｂｉ）、亜鉛（Ｚｎ）、アルミニウム（Ａｌ）、チタン（Ｔｉ）、コバルト（Ｃｏ）、ニッケル（Ｎｉ）、マンガン（Ｍｎ）、カドミウム（Ｃｄ）、およびそれらの混合物；
（ｇ）Ｓｉ、Ｇｅ、Ｓｎ、Ｐｂ、Ｓｂ、Ｂｉ、Ｚｎ、Ａｌ、Ｔｉ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｍｎ、Ｃｄ、およびそれらの混合物のナトリウムまたはカリウム含有合金または金属間化合物；
（ｈ）Ｓｉ、Ｇｅ、Ｓｎ、Ｐｂ、Ｓｂ、Ｂｉ、Ｚｎ、Ａｌ、Ｆｅ、Ｔｉ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｍｎ、Ｃｄ、およびそれらの混合物または複合体のナトリウムまたはカリウム含有酸化物、炭化物、窒化物、硫化物、リン化物、セレン化物、テルル化物、またはアンチモン化物；
（ｉ）ナトリウム塩またはカリウム塩；および
（ｊ）ナトリウムイオンまたはカリウムイオンを予め装填されたグラフェンシート
からなる群から選択される、請求項１７に記載のアルカリ金属イオン電池。
【請求項１９】
前記第１または第２の液体電解質が、水性電解質、有機電解質、イオン液体電解質、有機電解質とイオン電解質の混合物、またはそれらとポリマーとの混合物から選択される、請求項１に記載のアルカリ金属イオン電池。
【請求項２０】
前記水性電解質が、水中、または水とアルコールとの混合物中に溶解されたナトリウム塩またはカリウム塩を含む、請求項１９に記載のアルカリ金属イオン電池。
【請求項２１】
前記ナトリウム塩またはカリウム塩が、Ｎａ２ＳＯ４、Ｋ２ＳＯ４、それらの混合物、ＮａＯＨ、ＫＯＨ、ＮａＣｌ、ＫＣｌ、ＮａＦ、ＫＦ、ＮａＢｒ、ＫＢｒ、ＮａＩ、ＫＩ、またはそれらの混合物から選択される、請求項２０に記載のアルカリ金属イオン電池。
【請求項２２】
前記有機電解質が、１，３−ジオキソラン（ＤＯＬ）、１，２−ジメトキシエタン（ＤＭＥ）、テトラエチレングリコールジメチルエーテル（ＴＥＧＤＭＥ）、ポリ（エチレングリコール）ジメチルエーテル（ＰＥＧＤＭＥ）、ジエチレングリコールジブチルエーテル（ＤＥＧＤＢＥ）、２−エトキシエチルエーテル（ＥＥＥ）、スルホン、スルホラン、炭酸エチレン（ＥＣ）、炭酸ジメチル（ＤＭＣ）、炭酸メチルエチル（ＭＥＣ）、炭酸ジエチル（ＤＥＣ）、プロピオン酸エチル、プロピオン酸メチル、炭酸プロピレン（ＰＣ）、γ−ブチロラクトン（γ−ＢＬ）、アセトニトリル（ＡＮ）、酢酸エチル（ＥＡ）、ギ酸プロピル（ＰＦ）、ギ酸メチル（ＭＦ）、トルエン、キシレン、酢酸メチル（ＭＡ）、炭酸フルオロエチレン（ＦＥＣ）、炭酸ビニレン（ＶＣ）、炭酸アリルエチル（ＡＥＣ）、ヒドロフルオロエーテル、およびそれらの組合せからなる群から選択される液体有機溶媒を含む、請求項１９に記載のアルカリ金属イオン電池。
【請求項２３】
前記有機電解質が、過塩素酸ナトリウム（ＮａＣｌＯ４）、過塩素酸カリウム（ＫＣｌＯ４）、六フッ化リン酸ナトリウム（ＮａＰＦ６）、六フッ化リン酸カリウム（ＫＰＦ６）、ホウフッ化ナトリウム（ＮａＢＦ４）、ホウフッ化カリウム（ＫＢＦ４）、六フッ化ヒ酸ナトリウム、六フッ化ヒ酸カリウム、トリフルオロメタスルホン酸ナトリウム（ＮａＣＦ３ＳＯ３）、トリフルオロメタスルホン酸カリウム（ＫＣＦ３ＳＯ３）、ビス−トリフルオロメチルスルホニルイミドナトリウム（ＮａＮ（ＣＦ３ＳＯ２）２）、ナトリウムトリフルオロメタンスルホンイミド（ＮａＴＦＳＩ）、ビス−トリフルオロメチルスルホニルイミドカリウム（ＫＮ（ＣＦ３ＳＯ２）２）、またはそれらの組合せから選択される非リチウムアルカリ金属塩を含む、請求項１９に記載のアルカリ金属イオン電池。
【請求項２４】
前記イオン液体電解質が、テトラ−アルキルアンモニウム、ジ−、トリ−、もしくはテトラ−アルキルイミダゾリウム、アルキルピリジニウム、ジアルキル−ピロリジニウム、ジアルキルピペリジニウム、テトラアルキルホスホニウム、トリアルキルスルホニウム、またはそれらの組合せから選択されるカチオンを有する室温イオン液体から選択されるイオン液体溶媒を含む、請求項１９に記載のアルカリ金属イオン電池。
【請求項２５】
前記イオン液体溶媒が、ＢＦ４−、Ｂ（ＣＮ）４−、ＣＨ３ＢＦ３−、ＣＨ２ＣＨＢＦ３−、ＣＦ３ＢＦ３−、Ｃ２Ｆ５ＢＦ３−、ｎ−Ｃ３Ｆ７ＢＦ３−、ｎ−Ｃ４Ｆ９ＢＦ３−、ＰＦ６−、ＣＦ３ＣＯ２−、ＣＦ３ＳＯ３−、Ｎ（ＳＯ２ＣＦ３）２−、Ｎ（ＣＯＣＦ３）（ＳＯ２ＣＦ３）−、Ｎ（ＳＯ２Ｆ）２−、Ｎ（ＣＮ）２−、Ｃ（ＣＮ）３−、ＳＣＮ−、ＳｅＣＮ−、ＣｕＣｌ２−、ＡｌＣｌ４−、Ｆ（ＨＦ）２．３−、またはそれらの組合せから選択されるアニオンを有する室温イオン液体から選択される、請求項２４に記載のアルカリ金属イオン電池。
【請求項２６】
前記３Ｄ多孔質アノード集電体または３Ｄ多孔質カソード集電体が、２００μｍ以上の厚さを有し、少なくとも８５体積％の細孔を有する導電性発泡構造を含み、および／または前記アノード活性材料が、２５ｍｇ／ｃｍ２以上の質量負荷を有し、電池セル全体の少なくとも２５重量％または２５体積％を占め、および／または前記カソード活性材料が、前記カソード内で、有機もしくはポリマー材料に関しては２０ｍｇ／ｃｍ２以上、もしくは無機および非ポリマー材料に関しては４５ｍｇ／ｃｍ２以上の質量負荷を有し、および／または電池セル全体の少なくとも４５重量％または４５体積％を占める、請求項１に記載のアルカリ金属イオン電池。
【請求項２７】
前記３Ｄ多孔質アノード集電体または３Ｄ多孔質カソード集電体が、３００μｍ以上の厚さを有し、少なくとも９０体積％の細孔を有する導電性発泡構造を含み、および／または前記アノード活性材料が、３０ｍｇ／ｃｍ２以上の質量負荷を有し、電池セル全体の少なくとも３０重量％または３０体積％を占め、および／または前記カソード活性材料が、前記カソード内で、有機もしくはポリマー材料に関しては２５ｍｇ／ｃｍ２以上、もしくは無機および非ポリマー材料に関しては５０ｍｇ／ｃｍ２以上の質量負荷を有し、および／または電池セル全体の少なくとも５０重量％または５０体積％を占める、請求項１に記載のアルカリ金属イオン電池。
【請求項２８】
前記３Ｄ多孔質アノード集電体または３Ｄ多孔質カソード集電体が、４００μｍ以上の厚さを有し、少なくとも９５体積％の細孔を有する導電性発泡構造を含み、および／または前記アノード活性材料が、３５ｍｇ／ｃｍ２以上の質量負荷を有し、電池セル全体の少なくとも３５重量％または３５体積％を占め、および／または前記カソード活性材料が、前記カソード内で、有機もしくはポリマー材料に関しては３０ｍｇ／ｃｍ２以上、もしくは無機および非ポリマー材料に関しては５５ｍｇ／ｃｍ２以上の質量負荷を有し、および／または電池セル全体の少なくとも５５重量％または５５体積％を占める、請求項１に記載のアルカリ金属イオン電池。
【請求項２９】
前記３Ｄ多孔質アノード集電体または３Ｄ多孔質カソード集電体が、金属発泡体、金属ウェブまたはスクリーン、穿孔された金属シートベースの３Ｄ構造、金属繊維マット、金属ナノワイヤマット、導電性ポリマーナノファイバマット、導電性ポリマー発泡体、導電性ポリマー被覆ファイバ発泡体、炭素発泡体、黒鉛発泡体、炭素エアロゾル、炭素ゼロックスゲル、グラフェン発泡体、酸化グラフェン発泡体、還元酸化グラフェン発泡体、炭素繊維発泡体、黒鉛繊維発泡体、剥離黒鉛発泡体、またはそれらの組合せから選択される導電性発泡構造を含む、請求項１に記載の方法。
【請求項３０】
ナトリウムイオンまたはカリウムイオンを装填された前記グラフェンシートが、プレナトリウム化またはプレカリウム化された形態の純粋なグラフェン、酸化グラフェン、還元酸化グラフェン、フッ化グラフェン、塩化グラフェン、臭化グラフェン、ヨウ化グラフェン、水素化グラフェン、窒素化グラフェン、ホウ素ドープされたグラフェン、窒素ドープされたグラフェン、化学官能化グラフェン、それらの物理的または化学的に活性化またはエッチングされた形態、またはそれらの組合せから選択される、請求項１７に記載のアルカリ金属イオン電池。
【請求項３１】
アルカリ金属電池を製造するための方法であって、前記アルカリ金属が、ナトリウム（Ｎａ）、カリウム（Ｋ）、ＮａとＫとの組合せ、Ｎａおよび／またはＫとリチウム（Ｌｉ）との組合せから選択され、前記アルカリ金属がリチウム単独ではなく、前記方法が、
ａ）第１の液体電解質中に分散されたアノード活性材料および任意選択の導電性添加剤の第１の懸濁液と、第２の液体電解質中に分散されたカソード活性材料および任意選択の導電性添加剤の第２の懸濁液とを調製するステップと、
ｂ）アノード集電体としての第１の導電性発泡構造、カソード集電体としての第２の導電性発泡構造、および前記第１の導電性発泡構造と前記第２の導電性発泡構造の間に配設された多孔質セパレータから構成される多孔質セルフレームワークを組み立てるステップであって、前記第１および／または第２の導電性発泡構造が、１００μｍ以上の厚さおよび少なくとも８０体積％の細孔を有するステップと、
ｃ）前記第１の懸濁液を前記第１の導電性発泡構造の細孔に注入してアノードを形成し、前記第２の懸濁液を前記第２の導電性発泡構造の細孔に注入してカソードを形成し、それによって、前記アノード活性材料が、前記アノード内で２０ｍｇ／ｃｍ２以上の材料質量負荷を有し、または前記カソード活性材料が、前記カソード内で、有機もしくはポリマー材料に関しては１５ｍｇ／ｃｍ２以上、もしくは無機および非ポリマー材料に関しては４０ｍｇ／ｃｍ２以上の材料質量負荷を有するようにするステップと
を含み、
前記アノード集電体、前記セパレータ、および前記カソード集電体が、第１の懸濁液の前記注入および／または第２の懸濁液の前記注入の前または後に保護ハウジング内に組み立てられる、方法。
【請求項３２】
アルカリ金属電池を製造するための方法であって、前記アルカリ金属が、ナトリウム（Ｎａ）、カリウム（Ｋ）、ＮａとＫとの組合せ、Ｎａおよび／またはＫとリチウム（Ｌｉ）との組合せから選択され、前記アルカリ金属がリチウム単独ではなく、前記方法が、
（ａ）カソード集電体としての第１の導電性発泡構造、アノード集電体、および前記アノード集電体と前記カソード集電体との間に配設された多孔質セパレータから構成される多孔質セルフレームワークを組み立てるステップであって、前記第１の導電性発泡構造が、１００μｍ以上の厚さおよび少なくとも８０体積％の細孔を有し、前記アノード集電体が、２つの反対側の主表面を有し、前記２つの主表面の少なくとも１つが、ナトリウムもしくはカリウム金属、または少なくとも５０重量％のナトリウムもしくはカリウム元素を中に有する合金の層を含むステップと、
（ｂ）第１の液体電解質中に分散されたカソード活性材料の第１の懸濁液を調製するステップであって、前記カソード活性材料が、前記アルカリ金属電池が放電されるときにアルカリ金属イオンを吸収するアルカリ金属インターカレーション化合物またはアルカリ金属吸収化合物の複数の粒子を含み、前記化合物が、Ｎａ／Ｎａ＋またはＫ／Ｋ＋よりも少なくとも１．０ボルト高いリチウムインターカレーションまたは吸収電圧を有するステップと、
（ｃ）前記第１の懸濁液を前記第１の導電性発泡構造の細孔に注入してカソードを形成し、それにより、前記カソード活性材料が、７ｍｇ／ｃｍ２以上の電極活性材料負荷を構成し、前記アノード、前記セパレータ、および前記カソードが、前記注入ステップが行われる前または後に保護ハウジング内に組み立てられるようにするステップと
を含む方法。
【請求項３３】
前記アノード集電体が多孔質発泡構造を含む、請求項３２に記載の方法。
【請求項３４】
前記カソード活性材料が、無機材料、有機材料もしくは高分子材料、金属酸化物／リン酸塩／硫化物、またはそれらの組合せから選択されたナトリウムもしくはカリウムインターカレーション化合物またはナトリウムもしくはカリウム吸収化合物である請求項３１に記載の方法。
【請求項３５】
前記金属酸化物／リン酸塩／硫化物が、コバルト酸化ナトリウム、ニッケル酸化ナトリウム、マンガン酸化ナトリウム、バナジウム酸化ナトリウム、ナトリウム混合金属酸化物、ナトリウム／カリウム遷移金属酸化物、鉄リン酸ナトリウム、鉄リン酸ナトリウム／カリウム、マンガンリン酸ナトリウム、マンガンリン酸ナトリウム／カリウム、バナジウムリン酸ナトリウム、バナジウムリン酸ナトリウム／カリウム、ナトリウム混合金属リン酸塩、遷移金属硫化物、またはそれらの組合せから選択される請求項３４に記載の方法。
【請求項３６】
前記無機材料が、硫黄、硫黄化合物、ポリ硫化リチウム、遷移金属ダイカルコゲナイド、遷移金属トリカルコゲナイド、またはそれらの組合せから選択される、請求項３４に記載の方法。
【請求項３７】
前記無機材料が、ＴｉＳ２、ＴａＳ２、ＭｏＳ２、ＮｂＳｅ３、ＭｎＯ２、ＣｏＯ２、酸化鉄、酸化バナジウム、またはそれらの組合せから選択される、請求項３４に記載の方法。
【請求項３８】
前記カソード活性材料が、ＮａＦｅＰＯ４、ＫＦｅＰＯ４、Ｎａ（１−ｘ）ＫｘＰＯ４、Ｎａ０．７ＦｅＰＯ４、Ｎａ１．５ＶＯＰＯ４Ｆ０．５、Ｎａ３Ｖ２（ＰＯ４）３、Ｎａ３Ｖ２（ＰＯ４）２Ｆ３、Ｎａ２ＦｅＰＯ４Ｆ、ＮａＦｅＦ３、ＮａＶＰＯ４Ｆ、ＫＶＰＯ４Ｆ、Ｎａ３Ｖ２（ＰＯ４）２Ｆ３、Ｎａ１．５ＶＯＰＯ４Ｆ０．５、Ｎａ３Ｖ２（ＰＯ４）３、ＮａＶ６Ｏ１５、ＮａｘＶＯ２、Ｎａ０．３３Ｖ２Ｏ５、ＮａｘＣｏＯ２、Ｎａ２／３［Ｎｉ１／３Ｍｎ２／３］Ｏ２、Ｎａｘ（Ｆｅ１／２Ｍｎ１／２）Ｏ２、ＮａｘＭｎＯ２、λ−ＭｎＯ２、ＮａｘＫ（１−ｘ）ＭｎＯ２、Ｎａ０．４４ＭｎＯ２、Ｎａ０．４４ＭｎＯ２／Ｃ、Ｎａ４Ｍｎ９Ｏ１８、ＮａＦｅ２Ｍｎ（ＰＯ４）３、Ｎａ２Ｔｉ３Ｏ７、Ｎｉ１／３Ｍｎ１／３Ｃｏ１／３Ｏ２、Ｃｕ０．５６Ｎｉ０．４４ＨＣＦ、ＮｉＨＣＦ、ＮａｘＭｎＯ２、ＮａＣｒＯ２、ＫＣｒＯ２、Ｎａ３Ｔｉ２（ＰＯ４）３、ＮｉＣＯ２Ｏ４、Ｎｉ３Ｓ２／ＦｅＳ２、Ｓｂ２Ｏ４、Ｎａ４Ｆｅ（ＣＮ）６／Ｃ、ＮａＶ１−ｘＣｒｘＰＯ４Ｆ、ＳｅｚＳｙ（ｙ／ｚ＝０．０１〜１００）、Ｓｅ、アルオード石、またはそれらの組合せ（ここでｘは０．１〜１．０である）から選択されるナトリウムインターカレーション化合物またはカリウムインターカレーション化合物を含む請求項３１に記載の方法。
【請求項３９】
前記カソード活性材料が、前記電解質と直接接触するアルカリ金属イオン捕捉性の官能基またはアルカリ金属イオン貯蔵面を有する機能性材料またはナノ構造化材料から選択される、請求項３１に記載の方法。
【請求項４０】
前記官能基が、アルカリ金属イオンと可逆反応し、アルカリ金属イオンと酸化還元対を形成し、またはアルカリ金属イオンと化学錯体を形成する、請求項３９に記載の方法。
【請求項４１】
前記機能性材料またはナノ構造化材料が、
（ａ）軟質炭素、硬質炭素、高分子炭素もしくは炭化樹脂、メソフェーズ炭素、コークス、炭化ピッチ、カーボンブラック、活性炭、ナノセル炭素発泡体、または部分的に黒鉛化された炭素の粒子から選択される、ナノ構造化または多孔質無秩序炭素材料；
（ｂ）単層グラフェンシートまたは多層グラフェンプレートレットから選択されるナノグラフェンプレートレット；
（ｃ）単壁カーボンナノチューブまたは多壁カーボンナノチューブから選択されるカーボンナノチューブ；
（ｄ）カーボンナノファイバ、ナノワイヤ、金属酸化物ナノワイヤもしくは繊維、導電性ポリマーナノファイバ、またはそれらの組合せ；
（ｅ）カルボニル含有有機またはポリマー分子；
（ｆ）カルボニル基、カルボキシル基、またはアミン基を含む機能性材料；およびそれらの組合せ
からなる群から選択される、請求項３９に記載の方法。
【請求項４２】
前記機能性材料またはナノ構造化材料が、ポリ（２，５−ジヒドロキシ−１，４−ベンゾキノン−３，６−メチレン）、ＮａｘＣ６Ｏ６（ｘ＝１〜３）、Ｎａ２（Ｃ６Ｈ２Ｏ４），Ｎａ２Ｃ８Ｈ４Ｏ４またはＮａテレフタレート、Ｎａ２Ｃ６Ｈ４Ｏ４またはＮａトランス−トランス−ムコン酸塩）、３，４，９，１０−ペリレンテトラカルボン酸二無水物またはＰＴＣＤＡ、硫化物ポリマー、ＰＴＣＤＡ、１，４，５，８−ナフタレン−テトラカルボン酸二無水物またはＮＴＣＤＡ、ベンゼン−１，２，４，５−テトラカルボン酸二無水物、１，４，５，８−テトラヒドロキシアントラキノン、テトラヒドロキシ−ｐ−ベンゾキノン、およびそれらの組合せからなる群から選択される、請求項３９に記載の方法。
【請求項４３】
前記機能性材料またはナノ構造化材料が、少なくとも５００ｍ２／ｇの比表面積を有する、請求項３９に記載の方法。
【請求項４４】
前記機能性材料またはナノ構造化材料が、少なくとも１，０００ｍ２／ｇの比表面積を有する、請求項３９に記載の方法。
【請求項４５】
前記機能性材料またはナノ構造化材料が、−ＣＯＯＨ、＝Ｏ、−ＮＨ２、−ＯＲ、または−ＣＯＯＲから選択される官能基を有し、ここでＲは炭化水素ラジカルである、請求項３９に記載の方法。
【請求項４６】
前記アノードが、アルカリ金属、アルカリ金属合金、アルカリ金属もしくはアルカリ金属合金とアルカリインターカレーション化合物との混合物、アルカリ元素含有化合物、またはそれらの組合せから選択されるアルカリイオン源を含む、請求項３１に記載の方法。
【請求項４７】
前記アノード活性材料が、石油コークス、カーボンブラック、無定形炭素、活性炭、硬質炭素、軟質炭素、鋳型炭素、中空炭素ナノワイヤ、中空炭素球、チタン酸塩、ＮａＴｉ２（ＰＯ４）３、Ｎａ２Ｔｉ３Ｏ７、Ｎａ２Ｃ８Ｈ４Ｏ４、Ｎａ２ＴＰ、ＮａｘＴｉＯ２（ｘ＝０．２〜１．０）、Ｎａ２Ｃ８Ｈ４Ｏ４、カルボン酸塩ベースの物質、Ｃ８Ｈ４Ｎａ２Ｏ４、Ｃ８Ｈ６Ｏ４、Ｃ８Ｈ５ＮａＯ４、Ｃ８Ｎａ２Ｆ４Ｏ４、Ｃ１０Ｈ２Ｎａ４Ｏ８、Ｃ１４Ｈ４Ｏ６、Ｃ１４Ｈ４Ｎａ４Ｏ８、またはそれらの組合せから選択されるアルカリインターカレーション化合物を含む、請求項３１に記載の方法。
【請求項４８】
前記アルカリインターカレーション化合物またはアルカリ含有化合物が、
（ｋ）ナトリウムまたはカリウムドープされたシリコン（Ｓｉ）、ゲルマニウム（Ｇｅ）、スズ（Ｓｎ）、鉛（Ｐｂ）、アンチモン（Ｓｂ）、ビスマス（Ｂｉ）、亜鉛（Ｚｎ）、アルミニウム（Ａｌ）、チタン（Ｔｉ）、コバルト（Ｃｏ）、ニッケル（Ｎｉ）、マンガン（Ｍｎ）、カドミウム（Ｃｄ）、およびそれらの混合物；
（ｌ）Ｓｉ、Ｇｅ、Ｓｎ、Ｐｂ、Ｓｂ、Ｂｉ、Ｚｎ、Ａｌ、Ｔｉ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｍｎ、Ｃｄ、およびそれらの混合物のナトリウムまたはカリウム含有合金または金属間化合物；
（ｍ）Ｓｉ、Ｇｅ、Ｓｎ、Ｐｂ、Ｓｂ、Ｂｉ、Ｚｎ、Ａｌ、Ｆｅ、Ｔｉ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｍｎ、Ｃｄ、およびそれらの混合物または複合体のナトリウムまたはカリウム含有酸化物、炭化物、窒化物、硫化物、リン化物、セレン化物、テルル化物、またはアンチモン化物；
（ｎ）ナトリウム塩またはカリウム塩；および
（ｏ）ナトリウムイオンまたはカリウムイオンを予め装填されたグラフェンシート
からなる群から選択される、請求項４６に記載の方法。
【請求項４９】
前記第１または第２の液体電解質が、水性電解質、有機電解質、イオン液体電解質、有機電解質とイオン電解質の混合物、またはそれらとポリマーとの混合物から選択される、請求項３１に記載の方法。
【請求項５０】
前記水性電解質が、水中、または水とアルコールとの混合物中に溶解されたナトリウム塩またはカリウム塩を含む、請求項４９に記載の方法。
【請求項５１】
前記ナトリウム塩またはカリウム塩が、Ｎａ２ＳＯ４、Ｋ２ＳＯ４、それらの混合物、ＮａＯＨ、ＫＯＨ、ＮａＣｌ、ＫＣｌ、ＮａＦ、ＫＦ、ＮａＢｒ、ＫＢｒ、ＮａＩ、ＫＩ、またはそれらの混合物から選択される、請求項５０に記載の方法。
【請求項５２】
前記有機電解質が、１，３−ジオキソラン（ＤＯＬ）、１，２−ジメトキシエタン（ＤＭＥ）、テトラエチレングリコールジメチルエーテル（ＴＥＧＤＭＥ）、ポリ（エチレングリコール）ジメチルエーテル（ＰＥＧＤＭＥ）、ジエチレングリコールジブチルエーテル（ＤＥＧＤＢＥ）、２−エトキシエチルエーテル（ＥＥＥ）、スルホン、スルホラン、炭酸エチレン（ＥＣ）、炭酸ジメチル（ＤＭＣ）、炭酸メチルエチル（ＭＥＣ）、炭酸ジエチル（ＤＥＣ）、プロピオン酸エチル、プロピオン酸メチル、炭酸プロピレン（ＰＣ）、γ−ブチロラクトン（γ−ＢＬ）、アセトニトリル（ＡＮ）、酢酸エチル（ＥＡ）、ギ酸プロピル（ＰＦ）、ギ酸メチル（ＭＦ）、トルエン、キシレン、酢酸メチル（ＭＡ）、炭酸フルオロエチレン（ＦＥＣ）、炭酸ビニレン（ＶＣ）、炭酸アリルエチル（ＡＥＣ）、ヒドロフルオロエーテル、およびそれらの組合せからなる群から選択される液体有機溶媒を含む、請求項４９に記載の方法。
【請求項５３】
前記有機電解質が、過塩素酸ナトリウム（ＮａＣｌＯ４）、過塩素酸カリウム（ＫＣｌＯ４）、六フッ化リン酸ナトリウム（ＮａＰＦ６）、六フッ化リン酸カリウム（ＫＰＦ６）、ホウフッ化ナトリウム（ＮａＢＦ４）、ホウフッ化カリウム（ＫＢＦ４）、六フッ化ヒ酸ナトリウム、六フッ化ヒ酸カリウム、トリフルオロメタスルホン酸ナトリウム（ＮａＣＦ３ＳＯ３）、トリフルオロメタスルホン酸カリウム（ＫＣＦ３ＳＯ３）、ビス−トリフルオロメチルスルホニルイミドナトリウム（ＮａＮ（ＣＦ３ＳＯ２）２）、ナトリウムトリフルオロメタンスルホンイミド（ＮａＴＦＳＩ）、ビス−トリフルオロメチルスルホニルイミドカリウム（ＫＮ（ＣＦ３ＳＯ２）２）、またはそれらの組合せから選択される非リチウムアルカリ金属塩を含む、請求項４９に記載の方法。
【請求項５４】
前記イオン液体電解質が、テトラ−アルキルアンモニウム、ジ−、トリ−、もしくはテトラ−アルキルイミダゾリウム、アルキルピリジニウム、ジアルキル−ピロリジニウム、ジアルキルピペリジニウム、テトラアルキルホスホニウム、トリアルキルスルホニウム、またはそれらの組合せから選択されるカチオンを有する室温イオン液体から選択されるイオン液体溶媒を含む、請求項４９に記載の方法。
【請求項５５】
前記イオン液体溶媒が、ＢＦ４−、Ｂ（ＣＮ）４−、ＣＨ３ＢＦ３−、ＣＨ２ＣＨＢＦ３−、ＣＦ３ＢＦ３−、Ｃ２Ｆ５ＢＦ３−、ｎ−Ｃ３Ｆ７ＢＦ３−、ｎ−Ｃ４Ｆ９ＢＦ３−、ＰＦ６−、ＣＦ３ＣＯ２−、ＣＦ３ＳＯ３−、Ｎ（ＳＯ２ＣＦ３）２−、Ｎ（ＣＯＣＦ３）（ＳＯ２ＣＦ３）−、Ｎ（ＳＯ２Ｆ）２−、Ｎ（ＣＮ）２−、Ｃ（ＣＮ）３−、ＳＣＮ−、ＳｅＣＮ−、ＣｕＣｌ２−、ＡｌＣｌ４−、Ｆ（ＨＦ）２．３−、またはそれらの組合せから選択されるアニオンを有する室温イオン液体から選択される、請求項５４に記載の方法。
【請求項５６】
前記第１および／または第２の導電性発泡構造が、２００μｍ以上の厚さを有し、および／または少なくとも８５体積％の細孔を有し、および／または前記アノード活性材料が、２５ｍｇ／ｃｍ２以上の質量負荷を有し、および／または電池セル全体の少なくとも２５重量％または２５体積％を占め、および／または前記カソード活性材料が、前記カソード内で、有機もしくはポリマー材料に関しては２０ｍｇ／ｃｍ２以上、もしくは無機および非ポリマー材料に関しては４５ｍｇ／ｃｍ２以上の質量負荷を有し、および／または電池セル全体の少なくとも４５重量％または４５体積％を占める、請求項３１に記載の方法。
【請求項５７】
前記第１および／または第２の導電性発泡構造が、３００μｍ以上の厚さを有し、少なくとも９０体積％の細孔を有し、および／または前記アノード活性材料が、３０ｍｇ／ｃｍ２以上の質量負荷を有し、および／または電池セル全体の少なくとも３０重量％または３０体積％を占め、および／または前記カソード活性材料が、前記カソード内で、有機およびポリマー材料に関しては２５ｍｇ／ｃｍ２以上、もしくは無機および非ポリマー材料に関しては５０ｍｇ／ｃｍ２以上の質量負荷を有し、および／または電池セル全体の少なくとも５０重量％または５０体積％を占める、請求項３１に記載の方法。
【請求項５８】
前記第１および／または第２の導電性発泡構造が、４００μｍ以上の厚さを有し、少なくとも９５体積％の細孔を有し、および／または前記アノード活性材料が、３５ｍｇ／ｃｍ２以上の質量負荷を有し、および／または電池セル全体の少なくとも３５重量％または３５体積％を占め、および／または前記カソード活性材料が、前記カソード内で、有機もしくはポリマー材料に関しては３０ｍｇ／ｃｍ２以上、もしくは無機および非ポリマー材料に関しては５５ｍｇ／ｃｍ２以上の質量負荷を有し、および／または電池セル全体の少なくとも５５重量％または５５体積％を占める、請求項３１に記載の方法。