(57)【要約】電気化学セルであって、当該電気化学セルは、アノード、イオン伝導性カソード、及び液体電解質を含んで成り、アノードは、リチウム金属若しくはナトリウム金属、またはリチウム金属合金若しくはナトリウム金属合金を含んで成り、イオン伝導性カソードは、電気活性硫黄材料を含んで成り、及び、液体電解質は、少なくとも１種のリチウム塩または少なくとも１種のナトリウム塩を含んで成り、電解質のポリスルフィドの溶解度が５００ｍＭ未満である。【選択図】なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
アノード、イオン伝導性カソード、及び液体電解質を含んで成り、
前記アノードは、リチウム金属若しくはナトリウム金属、またはリチウム金属合金若しくはナトリウム金属合金を含んで成り、
前記イオン伝導性カソードは、電気活性硫黄材料を含んで成り、及び、
前記液体電解質は、少なくとも１種のリチウム塩または少なくとも１種のナトリウム塩を含んで成り、前記電解質の前記ポリスルフィドの溶解度が５００ｍＭ未満である、
電気化学セル。
【請求項２】
前記電解質の前記少なくとも１種のリチウム塩またはナトリウム塩の前記濃度が、前記電解質の前記飽和濃度の少なくとも７５％である、請求項１に記載の電気化学セル。
【請求項３】
前記カソードが、導電性セラミック粒子およびイオン伝導性ポリマーの少なくとも一方から選択されるイオン伝導性材料をさらに含んで成る、請求項１に記載の電気化学セル。
【請求項４】
前記導電性セラミック粒子が、ＬＬＺＯ、ＬＡＴＰ、ＬＧＰＳまたはＬｉ２Ｓ−Ｐ２Ｓ５の少なくとも１種から選択される、請求項３に記載の電気化学セル。
【請求項５】
前記カソードが、電気伝導性炭素材料またはイオン伝導性ポリマーを含んで成る固体電気伝導性材料をさらに含んで成る、請求項１〜４のいずれか一項に記載の電気化学セル。
【請求項６】
前記電気伝導性炭素材料が、カーボンナノチューブ、カーボンナノファイバー、グラフェン、還元型酸化グラフェン、およびカーボンブラックのうちの少なくとも１種から選択される、請求項５に記載の電気化学セル。
【請求項７】
前記イオン伝導性ポリマーが、ポリピロール、ポリチオフェン、ポリアニリン、ポリアセチレン、ポリフェニレンビニレン、およびポリ（３，４−エチレンジオキシチオフェン）のうちの少なくとも１種から選択される、請求項５に記載の電気化学セル。
【請求項８】
前記カソードが、炭素−硫黄複合材料を含んで成る、請求項１に記載の電気化学セル。
【請求項９】
前記カソードが、該カソードの総重量に基づいて１〜６０重量％のイオン伝導性材料を含む、請求項１〜８のいずれか一項に記載の電気化学セル。
【請求項１０】
前記電気活性硫黄材料が硫黄元素またはＬｉ２Ｓを含んで成る、請求項１〜９のいずれか一項に記載の電気化学セル。
【請求項１１】
前記少なくとも１種のリチウム塩が、リチウムヘキサフルオロアルセネートＬｉＡｓＦ６、リチウムヘキサフルオロホスフェートＬｉＰＦ６、リチウムパークロレートＬｉＣＬＯ４、リチウムサルフェートＬｉ２ＳＯ４、リチウムニトレートＬｉＮＯ３、リチウムトリフルオロメタンスルホネートＬｉＯＴｆ、リチウムビス（トリフルオロメタン）スルホンイミドＬｉＴＦＳＩ、リチウムビス（フルオロスルホニル）イミドＬｉＦＳＩ、リチウムビス（オキサレート）ボレートＬｉＢＯＢ、リチウムジフルオロ（オキサレート）ボレートＬｉＤＦＯＢ、リチウムビス（ペンタフルオロエタンスルホニル）イミドＬｉＢＥＴＩ、リチウム２−トリフルオロメチル−４，５−ジシアノイミダゾールＬｉＴＤＩ、およびそれらの組み合わせから選択される、請求項１〜１０のいずれか一項に記載の電気化学セル。
【請求項１２】
前記電解質は、直鎖エーテル、ジエチルエーテル（ＤＥＥ）、テトラヒドロフラン（ＴＨＦ）、ジメトキシエタン（ＤＭＥ）、ジオキソラン（ＤＩＯＸ）、ジグリム、ジメチルカーボネート（ＤＭＣ）、エチルメチルカーボネート（ＥＭＣ）、エチレンカーボネート（ＥＣ）、プロピレンカーボネート（ＰＣ）、メチルホルメート（ＭＦ）、エチルホルメート（ＥＦ）、メチルプロピオネート（ＭＰ）、エチルアセテート（ＥＡ）、およびメチルブチレート（ＭＢ）、メチルエチルケトン、アセトニトリル（ＡＣＮ） 、プロピオニトリル（ＰＮ）、イソブチロニトリル（ｉＢＮ）、ジメチルホルムアミド（ＤＭＦ）、ジメチルアセトアミド（ＤＭＡｃ）、Ｎ−メチル−２−ピロリドン（ＮＭＰ）、テトラメチルウレア（ＴＭＵ）、ジメチルスルホキシド（ＤＭＳＯ）、トリメチルホスフェート、トリエチルホスフェート、ヘキサメチルホスホルアミド、トルエン、ベンゼン、ヘプタン、キシレン、およびジクロロメタン;イオン液体、フッ素化エーテル、ゲル、およびそれらの混合物の少なくとも１種から選択される溶媒を含んで成る、請求項１〜１１のいずれか一項に記載の電気化学セル。
【請求項１３】
前記飽和濃度が少なくとも８０％、好ましくは少なくとも９０％である、請求項１〜１２のいずれか一項に記載の電気化学セル。
【請求項１４】
前記カソードが、バインダーをさらに含んで成り、該バインダーがＰＥＯ、ＰＶＤＦ、ナフィオン、ポリピロール、ポリチオフェン、ポリアニリン、ポリアセチレン、ポリフェニレンビニレン、ポリ（３，４−エチレンジオキシチオフェン）およびポリフェニレンスルフィドの少なくとも１種から好ましくは選択される、請求項１〜１３のいずれか一項に記載の電気化学セル。
【請求項１５】
前記バインダーが、前記電極の前記総重量の１〜３０重量％含まれる、請求項１４に記載の電気化学セル。
【請求項１６】
前記電解質の前記ポリスルフィドの溶解度が、４００ｍＭ未満、好ましくは２００ｍＭ未満、例えば１００ｍＭ未満である、請求項１〜１５のいずれか一項に記載の電気化学セル。
【請求項１７】
前記電気化学セルがリチウム‐硫黄セルである、請求項１〜１６のいずれか一項に記載の電気化学セル。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はセル（又は電池；cell）に関し、特にリチウム‐硫黄セルに関する。
【背景技術】
【０００２】
リチウム‐硫黄セルのような二次電池は、外部電流をセルに流すことによって再充電され得る。この種の再充電可能なセルは、広範な潜在用途を有する。リチウム‐硫黄二次電池を開発する際に重要な検討（又は考慮；consideration）は、質量（又は重量；gravimetric）および体積エネルギー、サイクル寿命、およびセルの組み立ての容易さを含む。二次電池の別の例は、ナトリウム‐硫黄セルである。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
典型的なリチウム‐硫黄セルは、リチウム金属またはリチウム金属合金（又は合金；metal alloy）から形成されたアノード（負極）、および硫黄元素（又は単体硫黄、元素硫黄、元素状硫黄；elemental sulfur）または他の電気活性（または電気的に活性な；electroactive）硫黄材料から形成されたカソード（正極）を含んで成る。硫黄または他の電気活性硫黄含有材料は、その電気伝導性（又は導電性、又は電気伝導率、又は導電率；electrical conductivity）を改善するために、炭素等の電気伝導性（又は導電性；electrically conductive）材料と混合され得る。
【０００４】
従来では、高エネルギーリチウム‐硫黄セルは液体電解質を使用する。カソードは通常、硫黄と混合された、または硫黄を組み込んだ炭素を含んで成る。放電中、電気活性硫黄材料（例えば、硫黄元素）は、リチウムポリスルフィド種Ｓｎ２−（ｎ≧２、例えばｎ＝２〜８）に還元される。これらの種は、一般に電解質内（又は電解質に within the electrolyte）に可溶である。放電の第２段階では、ポリスルフィド種が不溶である硫化リチウムＬｉ２Ｓに還元される。セルが充電される際、この２段階のメカニズムが逆に発生し、硫化リチウムが酸化されてリチウムポリスルフィド（又はサルファイド；sulfide）種になり、その後硫黄になる。しかしながら、電解質へのポリスルフィドの高い溶解度に起因するポリスルフィドシャトルは、サイクル性能に影響を及ぼし、クーロン効率を低下させる可能性がある。特に、従来のリチウム‐硫黄セルのサイクル中、ポリスルフィド種の濃度は、電解質内でのこれらの種の高い溶解度のために、従来の電解質配合物内で増加する。このプロセスは、従来のリチウム硫黄セルの操作を複雑にし、利用可能な容量（利用可能な有用なエネルギー）の低下、サイクル寿命の低下、およびクーロン効率の低下をもたらす。
【０００５】
従来のリチウム‐硫黄セルの代替品の１つは、全固体リチウム‐硫黄（ＡＳＳＬｉＳ）バッテリー（又は電池；batteries）である。「従来の」リチウム‐硫黄セルに見られる液体電解質の代わりに、これらは固体電解質、例えば固体状態のポリマーまたはセラミック電解質を含んで成る。固体電解質の使用は、安全性と体積／質量エネルギー密度の点で有利となることができる。全固体電池を使用は、液体電解質内で溶媒和されたポリスルフィド種の形成を回避し、従ってこれらの種の存在に関連する問題を回避する。したがって、全固体リチウム‐硫黄セルは、高質量エネルギーと高体積エネルギーを理論的に達成することができる。しかしながら、ＡＳＳＬｉＳバッテリーは、電解質と電極との間の不十分な界面接触等の大きな問題にさらされている。
【０００６】
上記に鑑みると、上記課題に対処できる高エネルギーリチウム‐硫黄セルの必要性がある。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
本発明の様々な態様は、例として、添付の図を参照して説明される。
【図１】図１は、従来の硫黄カソード、飽和濃度の７５％を超える濃度のリチウム塩を含む液体電解質、およびリチウム金属箔アノードを含むセルの電気化学的性能データを示す。
【図２】図２は、本発明によるセルの電気化学性能データを示す。
【図３】図３は、図１および図２における電気化学性能からのサイクル２の放電プロファイルの比較を示す。
【発明を実施するための形態】
【０００８】
本発明の特定の例が説明される前に、本開示は、本明細書に開示される特定のセル、方法または材料に限定されないことを理解されたい。また、本明細書で使用される用語は、特定の例を説明するためにのみ使用され、保護範囲は特許請求の範囲およびその同等物によって定義されるため、制限することを意図するものではないことも理解されたい。
【０００９】
本発明のセルおよび方法を説明および請求する際に、以下の用語が使用される：単数の形態「ａ」、「ａｎ」および「ｔｈｅ」は、文脈が明確に別段の指示をしない限り、複数の形態を含む。したがって、例えば、「カソード」は、そのような要素の１つ以上への言及を含む。
【００１０】
本発明の一態様によると、アノード、イオン伝導性（又はイオン導電性；ionically conductive）カソード、及び液体電解質を含んで成る電気化学セルが供され、アノードは、リチウム金属並びにナトリウム金属、またはリチウ金属合金ム並びにナトリウム金属合金を含んで成り、イオン伝導性カソードは、電気活性硫黄材料を含んで成り、及び、液体電解質は、少なくとも１種のリチウム塩または少なくとも１種のナトリウム塩を含んで成り、電解質のポリスルフィドの溶解度が５００ｍＭよりも低い。
【００１１】
本発明によるセルは、従来のリチウム‐硫黄セルと全固体リチウム‐硫黄セルに関連する利点を組み合わせる。第一に、可溶性中間ポリスルフィド種を形成することなく還元および酸化反応を受けるレドックス活性硫黄成分（または構成要素；component）を備えた、低多孔性固体カソード（すなわち、電解質成分とカソードとの間の小さな界面接触面積を有するカソード構造）の使用は、高エネルギーリチウム‐硫黄セルをもたらすことができる。第二に、リチウムポリスルフィド種に対して低溶解度を有する液体電解質の使用は、電解質と各々の電極との間の良好な界面接触を確保することができる。ハイブリッド液体／固体セルのこの種から得られる利点は、高質量エネルギーと高体積エネルギー、高サイクル寿命、改善された安全特性、改善されたクーロン効率、およびＢＭＳ（バッテリー管理システム）制御のための有益な電圧プロファイルを含む。
【００１２】
本発明の別の態様によれば、アノード、イオン伝導性カソード、及び液体電解質を含んで成る電気化学セルが供され、アノードは、リチウム金属若しくはナトリウム金属、またはリチウム金属合金若しくはナトリウム金属合金を含んで成り、イオン伝導性カソードは、電気活性硫黄材料を含んで成り、及び、液体電解質は、少なくとも１種のリチウム塩または少なくとも１種のナトリウム塩を含んで成り、電解質中の少なくとも１種のリチウム塩またはナトリウム塩の濃度が、電解質の飽和濃度の少なくとも７５％である。
電気化学セル
【００１３】
本発明による電気化学セルは、リチウム‐硫黄セルであり得る。本発明による電気化学セルのさらなる例は、ナトリウム‐硫黄セルである。リチウム‐硫黄セルは、リチウムアノード、および電気活性硫黄材料、例えば、硫黄元素を含んで成るカソードを含んで成り得る。電解質は、少なくとも１種の溶媒またはイオン液体（又はイオン性液体；ionic liquid）、および塩、例えば、リチウム塩を含んで成り得る。別の例では、電気化学セルはナトリウム‐硫黄セルである。電気化学セルがナトリウム‐硫黄セルである場合、セルは、ナトリウムアノード、および電気活性硫黄材料、例えば、硫黄元素を含むカソードを含んで成り得る。電解質は、少なくとも１種の溶媒またはイオン液体および塩、例えば、ナトリウム塩を含んで成り得る。
アノード
【００１４】
リチウム‐硫黄セルでは、リチウムアノードはリチウムを含む電気活性基板を含んで成る。電気活性基板は、リチウム金属またはリチウム金属合金を含んで成り得る。好ましくは、電気活性基板は、リチウム金属またはリチウム金属合金で形成された箔を含んで成り得る。リチウム合金の例は、リチウムアルミニウム合金、リチウムマグネシウム合金およびリチウムホウ素合金を含む。好ましくは、リチウム金属箔が使用される。セルがナトリウム‐硫黄セルである場合、アノードはナトリウム金属またはナトリウム金属合金を含んで成る。好ましくは、アノードは、ナトリウム金属またはナトリウム金属合金で形成された箔を含んで成る。ナトリウム合金の例は、ナトリウムアルミニウム合金、ナトリウムマグネシウム合金およびナトリウムホウ素合金を含む。好ましくは、ナトリウム金属箔が使用される。
カソード
【００１５】
電気化学セルのカソードは、電気活性硫黄材料を含んで成る。カソードはイオン伝導性であり、すなわち、固体状態でイオン（つまり、アルカリカチオン、Ｌｉ＋またはＮａ＋）の伝導を可能にする。したがって、本発明によるセルの電気化学は、電解質中のポリスルフィドのような活性種の溶解をほとんど、または全く伴わずに進行することができる。一実施形態では、充電／放電中に形成されるポリスルフィドの１０％以下、好ましくは５％以下、例えば２％以下が電解質に溶解し得る。一実施形態では、ポリスルフィドは電解質に溶解されない。本発明によるセルの充電および放電に関与する化学現象（又は化学的性質、又は化学作用；chemistry）は、ポリスルフィドが電解質に溶解されていない全固体リチウム‐硫黄セルで観察されたものと類似している。
【００１６】
電気活性硫黄材料は、硫黄元素、硫黄系有機化合物、硫黄系無機化合物、および硫黄含有ポリマーを含んで成る。好ましくは、硫黄元素またはＬｉ２Ｓが使用される。一実施形態では、カソードは硫黄−炭素複合材料を含んで成る。カソードは、イオン伝導性でもあり得る電気活性硫黄材料を含んで成り得る。この材料は、硫黄、およびＬｉ、Ｎａ、Ｍｇ、Ｐ、Ｎ、Ｓｉ、Ｇｅ、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｓｎ、Ｂ、Ａ、Ｆ、Ｃｌ、Ｂｒ、Ｉ、Ｏ、またはそれらの任意の組み合わせ等の追加の元素を含み得る。イオン伝導性もある硫黄含有材料の例は、ＬＧＰＳ、Ｌｉ３ＰＳ４またはＬｉ７Ｐ３Ｓ１１を含む。一実施形態では、カソードは、イオン伝導性もある硫黄−炭素複合材料を含んで成り得る。
【００１７】
カソードは、固体電気伝導性（又は導電性、又は導電；electroconductive）材料をさらに含んで成り得る。固体電気伝導性材料は、任意の適切（又は適した、又は適する；suitable）な導電性材料であり得る。好ましくは、この固体電気伝導性材料は、炭素で形成され得る。例は、カーボンブラック、カーボンファイバー、グラフェン、還元型酸化グラフェン、カーボンナノチューブ等を含む。他の適切な材料は、金属（例えば、フレーク、ファイリング（又はヤスリ屑；filing）、および粉末）および導電性ポリマーを含む。導電性ポリマーの例は、ポリピロール、ポリチオフェン、ポリアニリン、ポリアセチレン、ポリフェニレンビニレンおよびポリ（３，４−エチレンジオキシチオフェン）を含む。好ましくは、カーボンブラックが使用される。カソードが硫黄−炭素複合材料を含む一実施形態では、さらなる固体電気伝導性材料材料がカソードに存在しなくてもよい。
【００１８】
カソードは、イオン伝導性材料、具体的には固体のＬｉ＋またはＮａ＋イオン伝導体をさらに含んで成り得る。イオン伝導性（又は伝導体、又は導電性、又は導電体；conductor）材料は、２５℃で１０−７Ｓ／ｃｍを超える、例えば１０−６Ｓ／ｃｍを超えるバルクイオン伝導性を有し得る。カソードがＬｉ３ＰＳ４またはＬｉｘＰｙＳｚ等の電気活性のあるイオン伝導性材料を含む場合、さらなるイオン伝導性材料が存在し得ない。いくつかの例では、リチウムイオン導電性材料はセラミック材料を含む。セラミック材料は、結晶性、多結晶性、部分的に結晶性、またはアモルファスの構造を有し得る。適切なセラミック材料は、金属および／またはメタロイドのオキシド（又はオキサイド、又は酸化物;oxide）、カーボネート（又は炭酸塩；carbonate）、ニトリド（又は窒化物;nitride）、カーバイド（又は炭化物；carbide）、スルフィド（又は硫化物；sulfide）、オキシスルフィド（又はオキシ硫化物；oxysulfide）、および／またはオキシニトリド（又はオキシ窒化物；oxynitride）が含むが、これらに限定されない。場合によっては、セラミック材料はリチウムを含む。十分なイオン伝導性の適切な固体電解質の非限定的な例は、リチウムを含むセラミック材料等の様々なリチウム化合物の組み合わせによって生成され得る。リチウムを含むセラミック材料は、リチウムオキシド（又はリチウム酸化物；lithium oxide）（例えば、Ｌｉ２Ｏ、ＬｉＯ、ＬｉＯ２、ＬｉＲＯ２、Ｒはスカンジウム、イットリウム、ランタン、セリウム、プラセオジウム、ネオジム、プロメチウム、サマリウム、ユーロピウム、ガドリニウム、テルビウム、ジスプロシウム、ホルミウム、エルビウム、ツリウム、イテルビウム、および/またはルテチウム）、リチウムカーボネート（Ｌｉ２ＣＯ３）、リチウムニトリド（例えば、Ｌｉ３Ｎ）、リチウムオキシスルフィド、リチウムオキシニトリド、ガーネット型リチウムオキシド（例：Ｌｉ７Ｌａ３Ｚｒ２Ｏ１２）、Ｌｉ１０ＧｅＰ２Ｓｉ２、リチウムホスホラスオキシニトリド、リチウムシリコンスルフィド、リチウムゲルマノスルフィド、リチウムランタナオキシド（酸化リチウムランタン）、リチウムチタンオキシド（チタン酸チリウム）、リチウムボロスルフィド、リチウムアルミノスルフィド、リチウムホスホスルフィド、リチウムシリケート、リチウムボレート、リチウムアルミネート、リチウムホスフェート、リチウムハライド、および上記の組み合わせを含む。場合によっては、セラミック材料は、リチウムオキシド、リチウムニトリド、またはリチウムオキシスルフィドを含む。いくつかの実施形態では、セラミックは、カーボネートおよび／またはカーバイドを含む。
【００１９】
いくつかの実施形態では、リチウムイオン伝導性材料は、電子対を供与することができる種（例えば、ルイス塩基）から選択され得る。適切な電子供与材料の例は、リチウムオキシド（例えば、Ｌｉ２Ｏ、ＬｉＯ、ＬｉＯ２、ＬｉＲＯ2、ここでＲはスカンジウム、イットリウム、ランタン、セリウム、プラセオジウム、ネオジム、プロメチウム、サマリウム、ユーロピウム、ガドリニウム、テルビウム、ジスプロシウム、ホルミウム、エルビウム、ツリウム、イテルビウム、および／またはルテチウム）、リチウムカーボネート（Ｌｉ２ＣＯ３）、リチウムニトリド（例、Ｌｉ３Ｎ）、リチウムオキシスルフィド、リチウムオキシニトリド、ガーネット型リチウムオキシド（例、Ｌｉ７Ｌａ３Ｚｒ２Ｏ１２）、Ｌｉ１０ＧｅＰ２Ｓ１２、リチウムホスホラスオキシニトリド、リチウムシリコンスルフィド、リチウムゲルマノスルフィド、リチウムランタナオキシド、リチウムチタンオキシド、リチウムボロスルフィド、リチウムアルミノスルフィド、リチウムホスホスルフィド、リチウムシリケート、リチウムボレート、リチウムアルミネート、リチウムホスフェート、リチウムハライド、および上記の組み合わせが含まれるが、これらに限定されない。
【００２０】
リチウムイオン伝導性材料として使用できるセラミック材料の例は、Ｌｉ含有酸化物、例えばＬｉ３．３Ｌａ０．５６ＴｉＯ３；ナシコン構造（例えば：ＬｉＴｉ（ＰＯ４）３）;ＬｉＳＩＣＯＮ（Ｌｉ１４Ｚｎ（ＧｅＯ４）４）;Ｌｉ１０ＧｅＰ２Ｓｉ１２；ガーネット：Ｌｉ７Ｌａ３Ｚｒ２Ｏ１２；Ｌｉ２Ｏ；他のオキシド（又は酸化物）、例えばＡｌ２Ｏ３、ＴｉＯ２、ＺｒＯ２ＳｉＯ２、ＺｎＯ;スルフィド（又は硫化物）、例えばＬｉ２Ｓ−Ｐ２Ｓ５；アンチペロプスカイト、例えばＬｉ３ＯＣｌ；ヒドリド（又は水素化物）、例えばＬｉＢＨ４、ＬｉＢＨ４−ＬｉＸ（Ｘ＝Ｃｌ、Ｂｒ、Ｉ）、ＬｉＮＨ、ＬｉＮＨ２、Ｌｉ３ＡｌＨ６、Ｌｉ２ＮＨ、;ボレート（又はホウ酸塩）またはホスフェート（又はリン酸塩）、例えばＬｉ２Ｂ４Ｏ７、Ｌｉ３ＰＯ４、ＬｉＰＯＮ;カーボネート（又は炭酸塩）またはヒドロキシド（又は水酸化物）、例えばＬｉＣＯ3、ＬｉＯＨ；フロリド（又はフッ化物）、例えばＬｉＦ;ニトリド（又は窒化物）、例えばＬｉ３Ｎ;スルフィド（又は硫化物）、例えばリチウムボロスルフィド、リチウムホスホスルフィド、リチウムアルミノスルフィド、オキシスルフィド、プラセオジミウムオキシドを含む。上記セラミック材料の少なくとも１種、またはそれらの組み合わせが使用され得る。ナトリウム‐硫黄セルでは、これらの導電性材料のいずれかのナトリウムイオン当量が利用され得る。
【００２１】
いくつかの例では、リチウムイオン伝導性材料は、本質的にイオン伝導性であるポリマー材料、例えばナフィオンから形成され得る。あるいは、１０−７Ｓ／ｃｍを超えるバルク電気導電率（又は電気伝導度、又は導電率、又は導電性；conductivity）を達成できるリチウム（またはナトリウム）塩とブレンドされたポリマーも使用され得る。適切なポリマーの例は、ＥＯ系ポリマー（例えば、ＰＥＯ）、アクリレート系ポリマー（例えば、ＰＭＭＡ）;ポリアミン（ポリエチレンイミン）;シロキサン（ポリ（ジメチルシロキサン））;ポリヘテロ芳香族化合物（例：ポリベンズイミダゾール）;ポリアミド（例：ナイロン）、ポリイミド（例：カプトン）;ポリビニル（例：ポリアクリルアミド）、ポリ（２−ビニルピリジン）、ポリ（Ｎ−ビニルピロリドン）、ポリ（メチルシアノアクリレート）、ポリ（酢酸ビニル）、ポリ（ビニルアルコール）、ポリ（塩化ビニル）、ポリ（フッ化ビニル）;無機ポリマー（例：ポリシラン、ポリシラザン、ポリホスファゼン、ポリホスホネート）;ポリウレタン;ポリオレフィン（例：ポリプロピレン、ポリテトラフルオロエチレン）;ポリエステル（例：ポリカーボネート、ポリブチレンテレフタレート）を含む。一実施形態では、ナフィオン等のコブロックポリマーが使用され得る。上記ポリマー材料の少なくとも１種、またはそれらの組み合わせが使用され得る。一実施形態では、カソードは、１種以上のイオン伝導性ポリマーと組み合わせたセラミック粒子を含む。
【００２２】
カソードでは、電子とイオンの双方を固体状態（又は固体;solid-state）中に伝導させることができる。これにより、充電または放電中のカソードでの電気化学反応を、ポリスルフィド種の形で可溶性中間体を形成する必要なしに、固体状態で発生させることができる。
【００２３】
カソードは、カソード成分を一体に結合するためのバインダー（又は結合剤；binder）をさらに含んで成り得る。カソードはまた、カソード成分を電子伝導性集電体に結合し得る。そうすることによって、バインダーは、カソードに改善された機械的堅牢性を提供することができ、またはカソードの加工性を改善することができる。バインダーは、ポリマー・バインダー、例えば、ポリ（エチレンオキシド）、ポリエチレングリコール、ポリプロピレングリコール、ポリテトラメチレングリコール（ＰＴＭＧ）、ポリテトラメチレンエーテルグリコール（ＰＴＭＥＧ）などのポリエーテルであり得る。
【００２４】
バインダーは、ハロゲン化ポリマーから、より好ましくはフッ素化ポリマーから選択され得る。適切なバインダーの例は、ポリ（ビニリデンフロリド）（ＰＶＤＦ）、好ましくはα相のポリ（ビニリデンフロリド）、ポリ（トリフルオロエチレン）（ＰＶＦ３）、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）、ビニリデンフロリドとヘキサフルオロプロピレン（ＨＦＰ）またはトリフルオロエチレン（ＶＦ３）またはテトラフルオロエチレン（ＴＦＥ）またはクロロトリフルオロエチレン（ＣＴＦＥ）のいずれかとのコポリマー、フルオロエチレン／プロピレン（ＦＥＰ）コポリマー、エチレンとフルオロエチレン／プロピレン（ＦＥＰ）またはテトラフルオロエチレン（ＴＦＥ）またはクロロトリフルオロエチレン（ＣＴＦＥ）のいずれかとのコポリマー、パーフルオロプロピルビニルエーテル（ＰＰＶＥ）、パーフルオロエチルビニルエーテル（ＰＥＶＥ）、およびエチレンとパーフルオロメチルビニルエーテル（ＰＭＶＥ）のコポリマー、またはそれらのブレンドを含む。
【００２５】
適切なバインダーの他の例は、ポリアクリロニトリル、ポリウレタン、ＰＶＤＦ−アクリルコポリマー；ポリアクリル酸、ポリイミド、およびポリビニルアルコールを含む。さらに適切なバインダーは、ゴム（またはラバー；rubber）（例えば、スチレンブタジエンゴム）、セルロース（例えば、カルボキシメチルセルロース）またはゼラチンを含む。
【００２６】
いくつかの例では、バインダーは、ＰＥＯ、ＰＶＤＦ、ナフィオン、ポリピロール、ポリチオフェン、ポリアニリン、ポリアセチレン、ポリフェニレンビニレン、ポリ（３，４−エチレンジオキシチオフェン）およびポリフェニレンスルフィドの少なくとも１種から選択される。例えば、バインダーは、ポリエチレンオキシド、またはＰＶＤＦを含んで成り得る。
【００２７】
カソードは、カソードの総重量に基づいて０．０５〜２０重量％、好ましくは０．５〜１０重量％、例えば１〜５重量％、例えば２〜３重量％のバインダーを含んで成り得る。
電解質
【００２８】
本発明による電解質は、液体電解質であり得る。液体電解質は、電解質がカソードとアノードを濡らす（又は湿らす；wetting）結果として、電解質と電極との間の良好な物理的接触を提供する。これは、濡れがないために固体電解質が電解質とアノード／カソードとの間に十分な界面接触を提供できない全固体電池とは対照的である。これは、ＡＳＳＬｉＳセルのサイクル（又はサイクリング；cycling)中に、充電または放電中に発生する反応のためにアノードとカソードで体積変化が発生する場合に特に問題になる。これらの体積変化の結果として、アノード−電解質界面およびカソード−電解質界面での密接な接触を維持することは非常に困難である。
【００２９】
任意の適切な溶媒系または液体またはゲルまたは液体および／またはゲルの混合物は、電解質に使用され得る。電解質は、セルの動作（又は操作;operating）温度の範囲にわたって液体であり、セルの動作温度の範囲は、−３０〜１２０℃、好ましくは−１０〜９０℃、例えば０〜６０℃であり得る。セルの動作圧力は、５ミリバール（ｍｂａｒ）〜１００バール（ｂａｒ）、好ましくは１０ミリバール（ｍｂａｒ）〜５０バール（ｂａｒ）、例えば１００ミリバール（ｍｂａｒ）〜２０バール（ｂａｒ）であり得る。一例では、セルは、室温および室内圧力で動作され得る。本発明による高濃度の電解質は、電解質が標準的な電解質よりも低い蒸気圧を有することを意味する。したがって、本発明によるセルは、低圧で標準的なリチウム‐硫黄よりも良好に機能（又は実施；perform）し得る。液体電解質は、ゲル電解質であり得る。
【００３０】
電解質で使用するために適切な有機溶媒は、エーテル（例えば、直鎖エーテル、ジエチルエーテル（ＤＥＥ）、ジグリム（２−メトキシエチルエーテル）、テトラグリム、テトラヒドロフラン、２−メチルテトラヒドロフラン、ジメトキシエタン（ＤＭＥ）、ジオキソラン（ＤＩＯＸ））；カーボネート（例：ジメチルカーボネート、ジエチルカーボネート、エチルメチルカーボネート、メチルプロピルカーボネート、エチレンカーボネート（ＥＣ）、プロピレンカーボネート（ＰＣ）;スルホン（例：ジメチルスルホン（ＤＭＳ）、エチルメチルスルホン（ＥＭＳ）、テトラメチルスルホン（ＴＭＳ））;エステル（例：メチルホルメート、エチルホルメート、メチルプロピオネート、メチルプロピオネート、エチルプロピオネート、エチルアセテート、およびメチルブチレート）;ケトン（例：メチルエチルケトン）;ニトリル（例：アセトニトリル、プロプリオニトリル、イソブチロニトリル）;アミド（例：ジメチルホルムアミド、ジメチルアセトアミド、ヘキサメチルホスホアミド、Ｎ，Ｎ，Ｎ，Ｎ−テトラエチルスルファミド）;ラクタム／ラクトン（例：Ｎ−メチル−２−ピロリドン、ブチロラクトン）;ウレア（又は尿素）（例：テトラメチルウレア）;スルホキシド（例：ジメチルスルホキシド）;ホスフェート（例：トリメチルホスフェート、トリエチルホスフェート、トリブチルホスフェート）;ホスホルアミド（例：ヘキサメチルホスホルアミド）である。さらに適切な溶媒は、トルエン、ベンゼン、ヘプタン、キシレン、ジクロロメタン、およびピリジンを含む。
【００３１】
エーテル、カーボネート、スルホン、エステル、ケトン、ニトリル、アミド、ラクタム、ウレア、ホスフェート、ホスホルアミドのいずれかがフッ素化され得る。フッ素化エーテルの一例は、１，１，２，２，−テトラフルオロエチル−２，２，３，３−テトラフルオロプロピルエーテルである。
【００３２】
上記溶媒の１つ以上のいずれかの組合せが電解質に含まれる。
【００３３】
代替の実施形態では、電解質は、溶媒として１つ以上のイオン液体を含み得る。上記イオン液体は、イミダゾリウム、アンモニウム、ピロリジニウム等の有機カチオン、および／またはビス（トリフルオロメタンスルホニル）イミドＴＦＳＩ-、ビス（フルオロスルホニル）イミドＦＳＩ-、トリフレート、テトラフルオロボレートＢＦ４-、ジシアナミドＤＣＡ-、クロリドＣｌ-等の有機アニオンを含む塩を含み得る。イオン液体は室温（２０℃）で液体である。適切なイオン液体の例は、（Ｎ，Ｎ−ジエチル−Ｎ−メチル−Ｎ（２メトキシエチル）アンモニウムビス（トリフルオロメタンスルホニル）、Ｎ，Ｎ−ジエチル−Ｎ−メチル−Ｎ−プロピルアンモニウムビス（フルオロスルホニル）イミド、Ｎ，Ｎ−ジエチル−Ｎ−メチル−Ｎ−プロピルアンモニウムビス（フルオロスルホニル）イミド、Ｎ，Ｎ−ジメチル−Ｎ−エチル−Ｎ−（３−メトキシプロピル）アンモニウムビス（フルオロスルホニル）イミド、Ｎ，Ｎ−ジメチル−Ｎ−エチル−Ｎ−（３−メトキシプロピル）アンモニウムビス（トリフルオロメタンスルホニル）イミド、Ｎ，Ｎ−ジメチル−Ｎ−エチル−Ｎ−ベンジルアンモニウムビス（トリフルオロメタンスルホニル）イミド、Ｎ，Ｎ−ジメチル−Ｎ−エチル−Ｎ−フェニルエチルアンモニウムビス（トリフルオロメタンスルホニル）イミド、Ｎ−エチル−Ｎ，Ｎ−ジメチル−Ｎ−（２−メトキシエチル）アンモニウムビス（フルオロスルホニル）イミド、Ｎ−エチル−Ｎ，Ｎ−ジメチル−Ｎ−（２−メトキシエチル）アンモニウムビス（トリフルオロメタンスルホニル）イミド、Ｎ−トリブチル−Ｎ−メチルアンモニウムビス（トリフルオロメタンスルホニル）イミド、Ｎ−トリブチル−Ｎ−メチルアンモニウムジシアナミド、Ｎ−トリブチル−Ｎ−メチルアンモニウムヨージド、Ｎ−トリメチル−Ｎ−ブチルアンモニウムビス（トリフルオロメタンスルホニル）イミド、Ｎ−トリメチル−Ｎ−ブチルアンモニウムブロミド、Ｎ−トリメチル−Ｎ−ヘキシルアンモニウムビス（トリフルオロメタンスルホニル）イミド、Ｎ−トリメチル−Ｎ−プロピルアンモニウムビス（フルオロスルホニル）イミド、Ｎ−トリメチル−Ｎ−プロピルアンモニウムビス（トリフルオロメタンスルホニル）イミド、（Ｎ，Ｎ−ジエチル−Ｎ−メチル−Ｎ（２−メトキシエチル）アンモニウムビス（フルオロスルホニル）イミド、１−ブチル−１−メチルピロリジニウムビス（フルオロスルホニル）イミド、１−エチル−３−メチルイミダゾリウムビス（フルオロスルホニル）イミド、１−メチル−１−（２−メトキシエチル）ピロリジニウムビス（フルオロスルホニル）イミド、Ｎ，Ｎ−ジエチル−Ｎ−メチル−Ｎ−プロピルアンモニウムビス（フルオロスルホニル）イミド、Ｎ−エチル−Ｎ，Ｎ-ジメチル−Ｎ−（２−メトキシエチル）アンモニウムビス（フルオロスルホニル）イミド、Ｎ−プロピル−Ｎ−メチルピペリジニウムビス（フルオロスルホニル）イミド、Ｎ−トリメチル−Ｎ−ブチルアンモニウムビス（フルオロスルホニル）イミド、Ｎ−メチル−Ｎ−ブチル-ピペリジニウムビス（トリフルオロメタンスルホニル）イミド、Ｎ−メチル−Ｎ−プロピルピロリジニウムビス（トリフルオロメタンスルホニル）イミドお��びそれらの組み合わせを含む。
【００３４】
代替的または追加的に、液体電解質はゲル電解質であり得る。ゲル電解質は、ゲル化液体電解質、例えばジメチルエーテル等のエーテルを有するポリエチレンオキシドを含み得る。一例では、電解質は、ジメチルエーテル中のＬｉＴＦＳＩと組み合わせでのポリエチレンオキシドを含み得る。
【００３５】
上記の溶媒の任意の組み合わせは、電解質に使用され得る。例えば、電解質は、イオン液体とフッ素化エーテルとの組み合わせ、またはゲル内のイオン液体の組み合わせ、またはゲル内のフッ素化エーテルの組み合わせを含み得る。上記に詳述された２つ以上の液体および／またはゲルの他の任意の組み合わせが想定され得る。
【００３６】
好ましい実施形態では、溶媒は、エーテル、例えば、ジメトキシエタン（ＤＭＥ）、ジオキソラン（ＤＩＯＸ）、ジグリム、トリグリム、テトラグリム、またはそれらの混合物である。 別の好ましい実施形態では、溶媒はフッ素化エーテルである。
【００３７】
セルがリチウム‐硫黄セルである場合、溶媒中に溶解した電解質はリチウム塩を含んで成る。適切なリチウム塩は、リチウムヘキサフルオロアルセネートＬｉＡｓＦ６、リチウムヘキサフルオロホスフェートＬｉＰＦ６、リチウムパークロレートＬｉＣＬＯ４、リチウムサルフェートＬｉ２ＳＯ４、リチウムニトレートＬｉＮＯ３、リチウムトリフルオロメタンスルホネートＬｉＯＴｆ、リチウムビス（トリフルオロメタン）スルホンイミドＬｉＴＦＳＩ、リチウムビス（フルオロスルホニル）イミドＬｉＦＳＩ、リチウムビス（オキサレート）ボレートＬｉＢＯＢ、リチウムジフルオロ（オキサレート）ボレートＬｉＤＦＯＢ、リチウムビス（ペンタフルオロエタンスルホニル）イミドＬｉＢＥＴＩ、リチウム２−トリフルオロメチル−４，５−ジシアノイミダゾールＬｉＴＤＩおよびそれらの組み合わせを含む。
【００３８】
電解質は、１つ以上のリチウム塩を含んで成り得る。塩の組み合わせは、例えば、リチウムトリフレートをリチウムニトレートと組み合わせて使用され得る。
【００３９】
あるいは、セルがナトリウム‐硫黄セルである場合、電解質は、有機溶媒に溶解された少なくとも１種のナトリウム塩を含む。適切なナトリウム塩は、ナトリウムヘキサフルオロアルセネート、ナトリウムヘキサフルオロホスフェート、ナトリウムパークロライド、ナトリウムサルフェート、ナトリウムニトレート、ナトリウムトリフルオロメタンスルホネート、ナトリウムビス（トリフルオロメタン）スルホンイミド、ナトリウムビス（フルオロスルホニル）イミド、ナトリウムビス（オキサレート）ボレート、ナトリウムジフルオロ（オキサレート）ボレート、ナトリウムビス（ペンタフルオロエタンスルホニル）イミド、ナトリウム２−トリフルオロメチル−４，５−ジシアノイミダゾールおよびそれらの組み合わせ含む。電解質は、上記ナトリウム塩のうちの１つ以上を含んで成り得る。一実施形態では、電解質は、リチウム塩とナトリウム塩の組み合わせを含んで成り得る。
【００４０】
電解質はポリスルフィドに対する溶解度が低い、または場合によっては電解質はポリスルフィドを溶解し得ない。電解質は、室温（２０℃）で５００ｍＭ未満のポリスルフィドの溶解度を有し得る。例えば、電解質は、室温で４００ｍＭ未満、好ましくは２００ｍＭ未満、より好ましくは１００ｍＭ未満、例えば５０ｍＭ未満、例えば１ｍＭ未満のポリスルフィドの溶解度を有し得る。それに対応して、電解質は、一般に、硫黄含有種（ポリスルフィドおよび硫黄等）に対して低い溶解度を有し得る。例えば、電解質は、室温（２０℃）で５００ｍＭ未満の硫黄溶解度を有し得る。例えば、電解質は、室温で４００ｍＭ未満、好ましくは２００ｍＭ未満、より好ましくは１００ｍＭ未満、例えば５０ｍＭ未満、例えば１ｍＭ未満のポリスルフィド溶解度を有し得る。
【００４１】
リチウム塩またはナトリウム塩は、電解質中に高濃度で、すなわち電解質の飽和濃度に近いレベルで存在し得る。例えば、電解質中のリチウム塩若しくはナトリウム塩、または１つ以上のリチウム塩若しくはナトリウム塩の濃度は、０．０５Ｍ〜１０Ｍ、好ましくは１Ｍ〜５Ｍの範囲内、例えば３Ｍであり得る。溶媒中の少なくとも１種のリチウム塩またはナトリウム塩の濃度は、溶媒系の飽和濃度の少なくとも７５％、好ましくは溶媒の飽和濃度の少なくとも８０％、例えば、溶媒の飽和濃度の少なくとも８５％、例えば、溶媒の飽和濃度の少なくとも９０％であり得る。一例では、溶媒の濃度は飽和濃度の約１００％であり、すなわち、電解質は完全に飽和され得る。
【００４２】
「飽和濃度」という用語は、特定の溶媒中の物質の特定の溶解度の限度（又は程度、又は範囲；extent）である。飽和濃度に達した際、溶質を追加しても（たとえば、リチウム塩を追加しても）、溶液の濃度は増加しない。代わりに、過剰な溶質が溶液から沈殿する。飽和濃度は、室温、たとえば２５℃で測定される。
【００４３】
ポリスルフィドの溶解度が低いか全くない電解質の使用、例えば飽和濃度に近い濃度のリチウム塩を含む電解質の使用は、電解質内のポリスルフィドシャトルを阻害する可能性があり、したがってリチウム‐硫黄セル等のセルで有益である。ポリスルフィドシャトル効果は、結果としてクーロン効率が失われるため、望ましくない。理論により拘束されることを望まずに、高濃度の電解質、および飽和濃度に近い濃度のリチウム（またはナトリウム）塩の存在は、少量のポリスルフィドのみを電解質に溶解させ（又は溶解させることを可能にし；allow only a small amount of polysulfides）、それは、ポリスルフィドシャトルがほとんど発生できない、または発生しないことを意味する。したがって、電解質内のアルカリ金属塩の濃度は、電解質がポリスルフィドに対して低い溶解度を有することを意味する。「従来の」リチウム‐硫黄セルで飽和濃度に近い濃度のリチウム塩を含む電解質の使用は、活性硫黄種の利用率が低くなるため、電気化学的性能が低下する傾向がある。これは、電解質が溶媒和に近いため、中間種が電解質によって溶媒和できないことに起因する。従来のカソード内で中間種の溶媒和なしでは、存在する活性硫黄種への不十分なリチウムイオン輸送があり、これは通常の動作条件での利用率と性能が大幅に低下する。しかしながら、多孔性の低い固体カソードと低いポリスルフィドの溶解度を有する電解質を組み合わせると、サイクル中にポリスルフィド溶解の欠如のため、この問題を軽減する。本発明において、ポリスルフィドの溶解度が低い電解質、例えば、電解質の飽和濃度に近い濃度の塩を含む電解質は、固体カソードとの組み合わせにおいて効率的に使用され得る。従来の高エネルギーリチウム‐硫黄セルでは、カソードは電解質の飽和濃度からかけ離れた濃度を有する非粘性電解質を必要とするが、本発明のセルに含まれる化学現象は、電解質は非粘性である必要はなく、および電解質の濃度が溶解したリチウム塩（またはナトリウム‐硫黄セルの場合はナトリウム塩）の飽和濃度からかけ離れている必要はない。
【００４４】
本発明による電解質とカソードの組み合わせの使用は、電解質の系内のポリスルフィドの溶解度が低いにもかかわらず、セル内で少量の電解質を使用することを可能にする。従来のリチウム‐硫黄セルでは、リチウムポリスルフィド種に対して高い溶解度を有する電解質が必要とされ、そのようなセルの容量は溶解度に依存し、したがってセル内で利用可能な電解質の量に依存する。高濃度の電解質は、ポリスルフィド中間体に対する低い溶解度を有する。したがって、高濃度の電解質が従来のカソードと組み合わせて使用される場合、活物質を可溶化するためにより多くの電解質が必要となるため、高容量を達成するためにより多くの電解質が必要となる。大量の電解質は、セルのサイズと重量が増加し、比エネルギー（又はエネルギー密度；specific energy）が低くなるため、不利になる。
【００４５】
本発明において、カソードで発生する化学現象は、ポリスルフィドの形成が阻害または回避されることを意味し、したがって、セルは、充電および放電中に達成可能な容量に対する電解質の溶解度および体積に依存しない。これは、高容量を得るために比較的少量の高濃度電解質を使用することを可能にする。一実施形態では、活性硫黄１グラムあたり約０．１〜３マイクロリットルの電解質が、本発明によるセル内に存在し、好ましくは、活性硫黄１グラムあたり０．５〜２マイクロリットルの電解質、例えば、活性硫黄１グラムあたり１マイクロリットルの電解質である。
【００４６】
高濃度電解質の使用は、リチウム金属アノードの性能も向上する。たとえば、高濃度電解質はアノードを効果的に不動態化し、安定した固体電解質界面（ＳＥＩ）を形成する。これは、セルの安全なサイクルが可能になり、長いサイクル寿命を提供できる。
【００４７】
電解質はまた、上記のリチウム（またはナトリウム）塩に加えて、追加の塩を含み得る。例えば、電解質は、ナトリウム塩、リチウム塩、カリウム塩、ルビジウム塩、セシウム塩、カルシウム塩、マグネシウム塩等のさらなる金属塩を含み得る。追加の塩の例は、ＮａＴＦＳＩ、ＫＴＦＳＩ、ＲｂＴＦＳＩ、ＣｓＴＦＳＩ、Ｃａ（ＴＦＳＩ）２、Ｍｇ（ＴＦＳＩ）２、ＮａＰＦ６、ＮａＦＳＩを含んで成り得る。追加の塩は、電解質内の塩の総量の１〜５０重量％の量で、好ましくは５〜３０重量％、例えば１０〜２０重量％の量で存在し得る。
方法
【００４８】
本発明によるセルは、任意の適切な方法によって作製することができる。例えば、電気活性硫黄材料の混合物は混合され得て、溶媒（例えば、水または有機溶媒）中のスラリーの形態で集電体に塗布される。電気活性硫黄材料は、例えば、イオン伝導性材料および／または電気伝導性材料、ならびにスラリーを形成する前にバインダーなどのさらなる任意の成分と混合することができる。次いで、溶媒が除去され得て、得られた構造をカレンダーに入れて複合構造を形成し、これを所望の形状に切断してカソードを形成することができる。次に、セパレーターがカソードに配置され、アノードがセパレーターに配置され、スタックを形成し、続いて電解質を添加してセルを形成することができる。
【実施例】
【００４９】
［実施例１］
「従来の」カソードを有するリチウム‐硫黄セルの電気化学的性能が提供される。カソード（正極）は、活物質として７０ｗｔ．％の硫黄、導電性添加剤として２０ｗｔ．％のケッチェンブラック、バインダーとして１０ｗｔ．％のＰＥＯを含んで成った。セルの液体電解質には、飽和濃度の７５％を超える濃度のリチウム塩が含まれていた。上記液体電解質は、４．５Ｍのモル濃度にジメトキシエタン（ＤＭＥ）内に溶解されたＬｉＦＳＩからなる。１００ミクロンの厚さのリチウム金属箔が負極（アノード）として利用された。液体電解質成分は、電極間に配置された不活性セパレーター内に保持された。
【００５０】
セルは、質量（または主要部、または質量分析；mass）で測定されたカソードの総硫黄含有量に基づいて、硫黄の理論容量を１６７２ｍＡｈｇ−１と仮定して、Ｃ／５０のレートに相当する印加電流の下で１．５〜２．８Ｖの間でサイクルされた。
【００５１】
セルの電気化学的性能データが図１に提供される。
【００５２】
＞７５％の飽和濃度である（または飽和濃度の７５％より大きい；＞７５％ of its saturation concentration）電解質の使用は、ポリスルフィド種の形成の制限を可能にした。これにより、シャトル現象が軽減または防止された。しかしながら、活物質の利用率は低かった。
【００５３】
［実施例２］
本発明のセルの電気化学的性能データを図２に示す。本発明に従って作製されたカソード（正極）は、５０重量％の固体イオン伝導性（又は導電性；conducting）セラミック（７５重量％のＬｉ２Ｓと２５重量％のＰ２Ｓ５を組み合わせることによって作製された）、活物質として３０重量％の硫黄元素、および導電性添加剤として１０重量％のケッチェンブラックを含んで成った。飽和濃度の７５％を超える濃度のリチウム塩と、リチウム金属箔アノード（負極）を含む液体電解質。液体電解質成分は、電極間に配置された不活性セパレーター内に保持された。固体電解質成分に含まれる硫黄は、容量計算で見なされた（または説明された、または計算された；is accounted for）。
【００５４】
このセル内では、活性硫黄材料の利用が大幅に強化され、可溶性ポリスルフィド種の形成が制限され、シャトルは観察されなかった。図１と図２のサイクル２の放電プロファイルの比較を図３に示した。この比較は、飽和濃度の７５％を超える電解質と組み合わせた本発明は、従来のタイプの硫黄カソードと比較して、性能の大幅な向上を可能にした。本発明は、溶媒和されたポリスルフィド種の形成を回避しながら、活物質の高い利用を可能にし、したがって、シャトル現象は観察されなかった。
【００５５】
本明細書の記載および特許請求の範囲を通じて、「含んで成る（comprise）」および「含む（contain）」という用語およびそれらの変形は、「含む(including)がこれらに限定されない」を意味し、他の部分、添加剤、成分、整数または工程を除外することを意図しない（および除外しない）。本明細書の記載および特許請求の範囲全体を通して、文脈上別段の必要がない限り、単数形は複数形を包含する。特に、不定冠詞が使用される場合、文脈上別段の必要がない限り、仕様は単数形だけでなく複数形も考慮していると理解されるべきである。
【００５６】
本発明の特定の態様、実施形態、または例に関連して説明される特徴、整数、特性、化合物、化学部分またはグループは、それらと互換性がない限り、本明細書に記載される他の任意の態様、実施形態、または例に適用可能であると理解されるべきである。本明細書に開示されたすべての特徴（添付の特許請求の範囲、要約および図面を含む）、および／またはそのように開示された任意の方法またはプロセスのすべてのステップは、そのような特徴および/またはステップの少なくともいくつかは相互に排他的である組み合わせを除いて、任意の組み合わせで組み合わせることができる。本発明は、前述の実施形態の詳細に限定されない。本発明は、本明細書に開示された特徴（添付の特許請求の範囲、要約および図面を含む）の任意の新規の組み合わせ、または開示された任意の方法またはプロセスのステップの任意の新規の組み合わせ、または任意の新規の組み合わせに及ぶ。
【００５７】
読者の注意は、本出願に関連して本明細書と同時にまたは本明細書の前に提出され、本明細書で公的検査に公開されているすべての論文および文書に向けられ、そのようなすべての論文および文書の内容は参照により本明細書に組み込まれる。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【国際調査報告】
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