(57)【要約】  急速充電コンポジット（６０）および二次電池（２２）を含む急速充電システム（２０）は、二次電池（２２）が従来の充電手段で可能であるよりも短い時間で充電されることを可能とする。急速充電コンポジット（６０）は、正電荷を有する第三イオン（９４）および負電荷を有する第四イオン（９６）を含み、かつ二次電池（２２）の隣接電極（３２，４６）と接触する第二電解液（６４）で濡らされる、セルロースのセパレータ（６２）を含む。熱膨張されたグラファイトの急速充電層（３０）は、セパレータ（６２）に隣接し、セパレータ（６２）と平行に配置される。従来の充電によって伝達される最大充電電力ＰＭＡＸよりも大きくなり得る第二電力ＰＦＣは、急速充電層（３０）と隣接電極（３２，４６）の電池リード（３４，５０）との間に印加される、第二電圧Ｖ２の関数として伝達される。第二電力ＰＦＣは、二次電池（２２）を充電させるために、第三イオン（９４）および第四イオン（９６）をセパレータ（６２）を通って移動させる。
2018500725.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
二次電池（２２）を含む急速充電システム（２０）であって、
互いに平行かつ離間した関係で延在する、アノード層（３２）およびカソード層（４６）を含む電極（３２，４６）の対と、
前記アノード層（３２）と前記カソード層（４６）との間に挟まれる膜（３８）と、
第一イオン（２４）を含み、前記膜（３８）を含浸させ、前記アノード層（３２）と前記カソード層（４６）との間の第一電圧（Ｖ１）と前記アノード層（３２）と前記カソード層（４６）との間の第一電流（Ｉ１）との積の関数として第一時間間隔（Ｔ１）にわたって印加される最大充電電力（ＰＭＡＸ）の印加に応じて前記膜（３８）を通って過剰なイオン移動を運ぶ、第一電解液（４４）と、
急速充電コンポジット（６０）とを備え、前記急速充電コンポジット（６０）は、正電荷を有する第三イオン（９４）を含みかつ負電荷を有する第四イオン（９６）を含む第二電解液（６４）を有し、前記第二電解液（６４）は、隣接電極（３２，４６）となる前記電極（３２，４６）の一方と隣接して配置されかつ接触しており、遠隔電極（３２，４６）となる前記電極（３２，４６）の残りの一方は前記急速充電コンポジット（６０）から電気的に隔離され、前記最大充電電力（ＰＭＡＸ）よりも大きく、前記急速充電コンポジット（６０）と前記隣接電極（３２，４６）との間の第二電圧（Ｖ２）と前記急速充電コンポジット（６０）と前記隣接電極（３２，４６）との間の第二電流（Ｉ２）との積の関数であり、第二時間間隔（Ｔ２）にわたって印加される第二電力（ＰＦＣ）の印加に応じ、第三イオン（９４）および第四イオン（９６）を生じさせ、前記隣接電極間（３２，４６）と前記急速充電コンポジット（６０）との間に移動させ、前記隣接電極（３２，４６）の電気化学ポテンシャルを変化させ、前記最大充電量（ＰＭＡＸ）でまたは前記最大充電量（ＰＭＡＸ）未満に曝されるとき、前記第一時間間隔（Ｔ１）よりも短い前記第二時間間隔（Ｔ２）で、二次電池（２２）が前記既定量の電気エネルギーを貯蔵することを可能にする、急速充電システム（２０）。
【請求項２】
既定量の電気エネルギーを貯蔵するための容量を有する二次電池（２２）を含む急速充電システム（２０）であって、
互いに平行かつ離間した関係で延在する、アノード層（３２）およびカソード層（４６）を含む電極（３２，４６）の対と、
前記アノード層（３２）と前記カソード層（４６）との間に挟まれる膜（３８）と、
第一イオン（２４）を含み、前記膜（３８）を含浸させる第一電解液（４４）とを備え、前記第一電解液（４４）は、前記アノード層（３２）と前記カソード層（４６）との間の第一電圧（Ｖ１）と前記アノード層（３２）と前記カソード層（４６）との間の第一電流（Ｉ１）との積の関数として、第一時間間隔（Ｔ１）にわたって印加される、最大充電電力（ＰＭＡＸ）の印加に応じて、前記膜（３８）を通って過剰なイオン移動を運び、前記急速充電システム（２０）はさらに、
正電荷を有する第三イオン（９４）を含み、かつ負電荷を有する第四イオン（９６）を含む第二電解液（６４）に含浸されるセパレータ（６２）を含み、前記第二電解液（６４）は隣接電極（３２，４６）となる前記電極（３２，４６）の一方と隣接して配置されかつ接続しており、遠隔電極（３２，４６）となる前記電極（３２，４６）の残りの一方は前記急速充電コンポジット（６０）から電気的に隔離される、急速充電コンポジット（６０）とを備え、
前記隣接電極（３２，４６）は、前記第三イオン（９４）および前記第四イオン（９６）が前記隣接電極（３２，４６）内を貫通するために、前記第三イオン（９４）および前記第四イオン（９６）に対して浸透性があり、
前記急速充電コンポジット（６０）は、前記セパレータ（６２）に隣接して配置されかつ前記セパレータ（６２）に平行な急速充電層（３０）を含み、前記セパレータ（６２）は、前記隣接電極（３２，４６）と前記急速充電層（３０）との間に挟まれ、前記隣接電極（３２，４６）から前記急速充電層（３０）を電気的に隔離し、前記隣接電極（３２，４６）で前記セパレータ（６２）を通って前記第三イオン（９４）および前記第四イオン（９６）を交換するためのものであり、
前記急速充電コンポジット（６０）は、前記最大充電電力（ＰＭＡＸ）よりも大きく、前記急速充電リード（６８）と前記電池リード（３４，５０）との間の第二電圧（Ｖ２）と前記急速充電リード（６８）と前記電池リード（３４，５０）との間の第二電流（Ｉ２）との積の関数であり、第二時間間隔（Ｔ２）にわたって印加される、第二電力（ＰＦＣ）の印加のために、前記急速充電層（３０）に電気的に接続される電気伝導性材料の急速充電リード（６８）と、前記第三イオン（９４）および前記第四イオン（９６）を前記隣接電極（３２，４６）と前記急速充電層（３０）との間に移動させ、前記隣接電極（３２，４６）の電気化学的なポテンシャルを変化させ、前記最大充電量（ＰＭＡＸ）でまたは前記最大充電量（ＰＭＡＸ）未満に曝されるとき、前記第一時間間隔（Ｔ１）よりも短い前記第二時間間隔（Ｔ２）で、二次電池（２２）が前記既定量の電気エネルギーを貯蔵することを可能にする、急速充電システム（２０）。
【請求項３】
前記隣接電極（３２，４６）は前記カソード層（４６）である、請求項２に記載の急速充電システム（２０）。
【請求項４】
前記隣接電極（３２，４６）は前記アノード層（３２）である、請求項２に記載の急速充電システム（２０）。
【請求項５】
前記急速充電層（３０）は熱膨張されたグラファイトを備える、請求項２に記載の前記急速充電システム（２０）。
【請求項６】
既定量の電気エネルギーを貯蔵するための容量を有する二次電池（２２）を含む急速充電システム（２０）であって、
互いに平行かつ離間した関係で延在するアノード層（３２）およびカソード層（４６）を含む電極（３２，４６）の対を備え、
前記アノード層（３２）は、純度９９．９５％の固体のアルミニウムの９９．４〜９９．９重量％とインジウムの０．１〜０．６重量％とからなり、１．２ｃｍの第一長さおよび１．７ｃｍの第一幅および０．１ｃｍの第一厚さを規定する第一矩形縁を有し、前記急速充電システム（２０）はさらに、
外部回路に電流を伝導するための、前記アノード層（３２）に電気的に接触する電気伝導性材料の負極電池リード（３４）と、
前記アノード層（３２）を前記負極電池リード（３４）に取り付けるための、および前記アノード層（３２）と前記負極電池リード（３４）との間に電流を伝導するための、金属を包含し前記アノード層（３２）と前記負極電池リード（３４）との間に配置される粒子（９２）を含むセメント（３６）とを備え、
前記カソード層（４６）は、１．４ｃｍの第二長さおよび１．９ｃｍの第二幅および０．１ｍｍの第二厚さを規定する第二矩形縁を有し、
前記カソード層（４６）は、セルロースのキャリアシート（４８）と、前記アノード層（３２）に面する前記キャリアシート（４８）と統合され、かつ前記キャリアシート（４８）上の電気活性層（２８）とを含み、前記急速充電システム（２０）はさらに、
外部回路に電流を伝導するための、前記カソード層（４６）の前記電気活性層（２８）に電気的に接触する熱膨張されたグラファイトを含む正極電池リード（５０）と、
前記電気活性層（２８）を前記正極電池リード（５０）に取り付けるための、および前記電気活性層（２８）と前記正極電池リード（５０）との間の電流を伝導するための、前記電気活性層（２８）と前記正極電池リード（５０）との間に配置されるグラファイトを包含する接着剤（５２）と、
０．０８ｍｍの第三厚さを有し、複数の孔（４２）を規定し、前記アノード層（３２）と前記カソード層（４６）との間に挟まれ、前記アノード層（３２）と前記カソード層（４６）との間に電気絶縁体を提供して、前記アノード層（３２）と前記カソード層（４６）との間に第一電圧（Ｖ１）を規定するための、セルロースの膜（３８）と、
アルミニウムを包含し正電荷を有する第一イオン（２４）を含み、アルミニウムを包含し負電荷を有する第二イオン（２６）を含み、前記膜（３８）の前記孔（４２）を含浸させ、既定の最大電流（ＩＭＡＸ）よりも大きな前記正極電池リード（５０）と前記負極電池リード（３４）との間の第一電流（Ｉ１）の印加に応じて前記膜（３８）を通して過剰のイオン移動を運び、既定の最大電圧（ＶＭＡＸ）を超える前記第一電圧（Ｖ１）および前記最大電流（ＩＭＡＸ）を超える前記第一電流（Ｉ１）の一方を用いて、第一電圧（Ｖ１）と前記第一電流（Ｉ１）との積として、第一時間間隔（Ｔ１）にわたって印加される、前記最大充電電力（ＰＭＡＸ）を規定し、前記二次電池（２２）にダメージを与える、第一電解液（４４）とを備え、
前記第一電解液（４４）は、基本的に、グリセロールと、前記アノード層（３２）と前記カソード層（４６）との間で移動し、前記アノード層（３２）および前記カソード層（４６）と反応するための、［Ａｌ（ＣｌＯ4）2・｛Ｃ3Ｈ5（ＯＨ3）｝2］+を含むアルミニウムを含む前記第一イオン（２４）と、［Ａｌ（ＣｌＯ4）4］-を含むアルミニウムを含む第二イオン（２６）とを含み、二次電池（２２）を充電および放電し、
前記カソード層（４６）の前記電気活性層（２８）は、非局在化π電子を有する共役系を有し空間（５６）を規定し、ドーパント（５８）は前記ホスト格子（５４）の前記共役系に結合され前記空間（５６）にインカレートされる、アルミニウムアルコラートとアルミニウムグリセラートとを包含し、前記カソード層（４６）の前記電気活性層（２８）の電気化学特性を変化させ、前記二次電池（２２）を充電および放電するために前記第一イオン（２４）および前記第二イオン（２６）との速度を増大させ、前記急速充電システム（２０）はさらに、
前記第一矩形縁と前記第二矩形縁との間の第三矩形縁を有し、電気絶縁体を提供するためのセルロースのセパレータ（６２）を含み、前記セパレータ（６２）は、アルミニウムを包含し正電荷を有する第三イオン（９４）を含み、かつアルミニウムを包含し負電荷を有する第四イオン（９６）を含む第二電解液（６４）で含浸され、隣接電極（３２，４６）となる前記電極（３２，４６）の一方と平行に配置されかつ隣接電極（３２，４６）となる前記電極（３２，４６）の一方と接触し、遠隔電極（３２，４６）となる前記電極（３２，４６）の残りの一方は前記急速充電コンポジット（６０）から電気的に隔離され、
前記隣接電極（３２，４６）は、前記第三イオン（９４）および前記第四イオン（９６）に対する透過性があり、前記隣接電極（３２，４６）内で前記第三イオン（９４）および前記第四イオン（９６）を吸収し、前記第三イオン（９４）および前記第四イオン（９６）と反応し、
前記急速充電コンポジット（６０）は、前記セパレータ（６２）と隣接して配置されかつ平行な熱膨張されたグラファイトの箔（６６）とを備える急速充電層（３０）を含み、前記セパレータ（６２）は、前記隣接電極（３２，４６）と前記急速充電層（３０）との間に挟まれ、前記隣接電極（３２，４６）から前記急速充電層（３０）を電気的に隔離し、
急速充電コンポジット（６０）は、第二電力（ＰＦＣ）の印加のために、前記急速充電層（３０）に電気的に接続される電気伝導性材料の急速充電リード（６８）を含み、前記第二電力（ＰＦＣ）は、最大充電電力（ＰＭＡＸ）よりも大きく、前記急速充電リード（６８）と前記隣接電極（３２，４６）の前記電池リード（３４，５０）との間の第二電圧（Ｖ２）と前記隣接電極（３２，４６）の前記電池リード（３４，５０）との間の第二電流（Ｉ２）との積の関数であり、第二時間間隔（Ｔ２）にわたって印加され、前記第三イオン（９４）および第四イオン（９６）を前記隣接電極（３２，４６）と前記急速充電層（３０）との間を前記セパレータ（６２）を通して移動させ、前記隣接電極（３２，４６）の電気化学ポテンシャルを変化させ、最大充電電力（ＰＭＡＸ）でおよび最大充電電力（ＰＭＡＸ）未満に曝されるときに前記第一時間間隔（Ｔ１）よりも短い前記第二時間間隔（Ｔ２）で前記二次電池に前記既定量の電気エネルギーを貯蔵させることを可能にする、急速充電システム（２０）。
【請求項７】
前記隣接電極（３２，４６）は前記カソード層（４６）であり、前記アノード層（３２）は前記急速充電層（３０）から電気的に隔離される、請求項６に記載の急速充電システム（２０）。
【請求項８】
前記隣接電極（３２，４６）は前記アノード層（３２）であり、前記カソード層（４６）は前記急速充電層（３０）から電気的に隔離される、請求項６に記載の急速充電システム（２０）。
【請求項９】
前記粒子（９２）は、銀を含む前記セメントの金属を包含する、請求項６に記載の急速充電システム（２０）。
【請求項１０】
前記粒子（９２）は、アルミニウムを含む前記セメント（３６）の金属を包含する、請求項６に記載の急速充電システム（２０）。
【請求項１１】
アノード層（３２）およびカソード層（４６）を有する二次電池（２２）と組み合わされる急速充電コンポジット（６０）を構成するための方法であって、
隣接電極（３２，４６）となる前記アノード層（３２）および前記カソード層（４６）の一方の上の、かつ、前記アノード層（３２）および前記カソード層（４６）の一方に平行な電気絶縁性材料のセパレータ（６２）を積み重ねることと、
前記隣接電極（３２，４６）と前記急速充電層（３０）との間に配置されたセパレータ（６２）を用いて、前記セパレータ（６２）上の、かつ、前記セパレータ（６２）に平行な熱膨張されたグラファイトの急速充電層（３０）を積み重ねることとを備え、前記方法はさらに、
エタノールにＡｌＣｌ3を溶解させてバックグラウンド溶液（７８）を製造することと、
前記バックグラウンド溶液（７８）をグリセロールに混合して正電荷を有する第三イオン（９４）を含み、負電荷を有する第四イオン（９６）を含む第二電解液（６４）を製造することと、
前記第二電解液（６４）で前記セパレータ（６２）を濡らすこととを特徴とする、方法。
【請求項１２】
アノード層（３２）およびカソード層（４６）を有する二次電池（２２）と組み合わされる急速充電コンポジット（６０）を構成するための方法であって、
隣接電極（３２，４６）となる前記アノード層（３２）および前記カソード層（４６）の一方の上の、かつ、前記アノード層（３２）および前記カソード層（４６）の一方と平行な電気的絶縁材料のセパレータ（６２）を積み重ねることと、
前記隣接電極（３２，４６）と前記急速充電層（３０）との間に配置されたセパレータ（６２）を用いて、前記セパレータ（６２）上の、かつ、前記セパレータ（６２）に平行な熱膨張されたグラファイトの急速充電層（３０）を積み重ねることと、
グラファイト塗料の接着剤（５２）を有する急速充電層（３０）に電気的に接触する急速充電リード（６８）を取り付けることとを備え、前記方法はさらに、
エタノールにＡｌＣｌ3粉末を飽和状態まで溶解させてバックグラウンド溶液（７８）を生成することと、
４０重量％の前記バックグラウンド溶液（７８）を６０重量％のグリセロールと混合して二成分溶媒（８０）を作ることと、
純度９９．９５％のアルミニウムの９９．４〜９９．９重量％およびインジウムの０．１から０．６重量％１ｃｍ３をすりおろして２０〜３０ｃｍ３の等価表面積を有するやすり屑（８２）を作ることと、
前記やすり屑（８２）が溶解されるまで、１５０〜２００ｍｌの二成分溶媒（８０）にやすり屑（８２）を浸してアルミニウムを包含し正電荷を有する第三イオン（９４）およびアルミニウムを包含し負電荷を有する第四イオン（９６）を含む第二電解液（６４）を製造することと、
前記第二電解液（６４）で前記セパレータ（６２）を濡らすこととを特徴とする、方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
関連出願の相互参照
この出願は、２０１４年１１月１２日に提出された米国特許出願第１４／５３９，４４８号の一部継続出願である、２０１５年１月２８日に提出された米国特許出願第１４／６０７，４２９号の利益を主張し、これらの出願に記載の全内容が参照により組み込まれる。
【０００２】
本発明の背景
１．本発明の分野
この発明は、二次電池を充電するための二次電池と組み合わされる急速充電コンポジットに関する。
【背景技術】
【０００３】
２．従来技術の説明
膜で挟まれ、アノードと離間しかつ平行な関係で配置されたカソードと、膜を通してイオン移動を運ぶために膜を含浸させる電解液とを有する、層の積層体として電池を組み立てることが一般的に知られる。このような電池の例は、米国特許出願第２００９／０１４２６６８号に示される。
【０００４】
並列にまたは直列に接続される複数の電気化学セルを形成する層の積層体として電池を構成することも知られる。このような電池構成の例は、米国特許出願第２０１２／００５８３８０号に示される。
【０００５】
アノード電極とカソード電極との間の正電荷を有する第一イオンおよび負電荷を有する第二イオンを伝達するための電解液を用いる二次電池セルがよく知られる。このような電池の例は、米国特許第４，７０７，４２３号に示される。
【０００６】
二次電池セルは、通常、アノードとカソードとの間に第一電圧を印加する従来の充電方法を用いて充電され、アノードとカソードとの間に第一電流を生じさせる。このような充電の例は、米国特許第７，４８９，１０７号に記載される。
【０００７】
二次電池は、最大充電電力で再充電されるのみであり得るということもよく知られる。最大充電電力は、アノードとカソードとの間の第一電圧とアノードとカソードと間の第一電流との積の関数であり、第一時間間隔にわたって印加される。最大充電電力よりも大きな電力の印加によって起こり、容量の実質的な損失を生じる電池セルへのダメージの二つの主なタイプがある。第一の主なタイプのダメージは、過熱に起因する。過熱は、融解および／またはガスの生成（たとえば、電解液の煮沸）を経て電池セルにダメージを生じさせる。最終的には、過熱ダメージは電極間の短絡を生じさせ得る。第二の主なタイプのダメージは、めっきであり、堆積としてもよく知られる。めっきは、結晶格子構造内でイオンを受けるインターカレーション電極内で起こる。通常の作動中、イオンは化学的にインターカレーション電極に挿入され、電極と反応し、格子構造の内部で反応の金属生成物を捕捉する。しかしながら、最大充電電力よりも大きな電力が加えられたとき、イオンはインターカレーション電極の表面上で反応し、金属層を表面上で生じさせ得、またはめっきさせ得る。金属層の形成は不均一であり、膜の中へ延在する針状の樹枝状突起構造を作り得、これが最終的に電池セルを短絡させ得る。
【０００８】
Ａｎａｎｉ他に対する米国特許第６，１１７，５８５号は、二つの電極層および電池を形成する第一電解液を有する層の積層体として構成されるハイブリッドエネルギー貯蔵装置を開示する。第三電極と電池電極の一方との間に挟まれる第二電解液は、電解キャパシタを形成する。Ａｎａｎｉ他の‘５８５装置は、隣接しない電池電極をキャパシタ電極に直接接続するための外部コンダクタを要求する。
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明の概要
本発明は、正電荷を有する第三イオンおよび負電荷を有する第四イオンを含む第二電解液を有する、急速充電コンポジットを提供する。急速充電コンポジットは、二次電池の電極の一方に隣接して配置され、二次電池の電極の一方に接触する。二次電池の電極の一方は隣接電極であり、二次電池の残りの電極は遠隔電極となる。遠隔電極は急速充電コンポジットから電気的に隔離される。急速充電コンポジットは、第二電力の印加に対応する。第二電力は、二次電池の電極間に第一電圧を印加する従来の充電方法を用いて二次電池に印加されることができる最大充電電力よりも大きく、二次電池の電極間の第一電流を誘導する。第二電力は、急速充電コンポジットと隣接電極との間の第二電圧と急速充電コンポジットと隣接電極との間の第二電流との積の関数であり、第二時間間隔にわたって印加される。第二電力の印加は、第三イオンおよび第四イオンを、隣接電極と急速充電コンポジットとの間に移動させ、隣接電極の電気化学ポテンシャルを変化させる。これは、二次電池が第二時間間隔で既定量の電気エネルギーを蓄積することを可能にする。第二時間間隔は、最大充電電力でまたは最大充電電力未満で従来の充電手段を用いてかかるであろう第一時間間隔よりも短い。言い換えれば、電池は、従来の充電手段を用いて可能である急速充電コンポジットを用いて、短い時間で、その容量に充電されることができる。
【００１０】
本発明はまた、第二電解液を有するこのような急速充電コンポジットを構成する方法を提供する。当該方法は、バックグラウンド溶液を生成するためにエタノールにＡｌＣｌ3を溶解させることと、正電荷を有する第三イオンおよび負電荷を有する第四イオンを含む第二電解液を作製するためにバックグラウンド溶液をグリセロールと混合することと、第二電解液で電気絶縁性材料であるセパレータを濡らすこととを含む。
【発明の効果】
【００１１】
本発明の利点
最も広い観点における本発明は、電池リード間の第一電圧および第一電流を印加する従来の充電手段を用いて可能であるよりも短い時間で、二次電池が既定量の電気エネルギーを蓄積することを可能にする、急速充電コンポジットを提供する。
【００１２】
図面の簡単な説明
本発明の他の利点は、添付の図面に関して考慮されるとき、以下の詳細な説明を参照することで、同じことがよりよく理解されるように、容易に理解されるであろう。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】二次電池のカソード層に隣接して配置される急速充電コンポジットを有する二次電池の概略断面図である。
【図２】二次電池のアノード層に隣接して配置される急速充電コンポジットを有する二次電池の概略断面図である。
【図３】二次電池のカソード層の下でかつカソード層に隣接して配置される急速充電コンポジットを有する二次電池の断面上面図である。
【図４】従来手段によって充電される二次電池の概略図であって、イオンの動きおよび従来型の（正）電流を示す概略図である。
【図５】カソード層に隣接して配置される急速充電コンポジットを有する急速充電コンポジットの概略図であって、急速充電コンポジットを用いて二次電池を充電する間および二次電池を放電させる間のイオンの動きおよび従来型の（正）電流を示す、概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
可能な実施形態の説明
数字が複数の図面にわたり対応する部分を示すような図を参照して、既定量の電気エネルギーを貯蔵するための容量を有する二次電池２２を含む急速充電システム２０が開示される。「二次電池」という用語は、再充電されることが可能である電気化学的なエネルギー貯蔵装置を意味する。
【００１５】
図に示されるように、二次電池２２は、互いに平行かつ離間した関係で延在するアノード層３２およびカソード層４６を含む、電極３２，４６の対を含む。
【００１６】
アノード層３２は、純度９９．９５％の固体アルミニウムの９９．４〜９９．９重量％、および、インジウムの０．１〜０．６重量％からなり、１．２ｃｍの第一長さ、１．７ｃｍの第一幅、および０．１ｍｍの第一厚さを規定するための第一矩形縁を有する。電気伝導性材料の負極電池リード３４は、二次電池２２を充電するまたは放電するための外部回路に電流を伝達するために、アノード層３２と電気的に接触する。負極電池リード３４は複数セル電池装置の一部として、他の電池セルとの接続の点としても働き得る。負極電池リード３４は、ワイヤ、パッド、端子、または電気接続を作る任意の他の好適な手段であり得る。
【００１７】
アノード層３２は、金属を包含する粒子９２を含む電気伝導性のセメント３６を用いて、負極電池リード３４と電気的な接触で取り付けられる。このようなセメント３６の例は、Ｅｌｅｃｔｒｏｎ  Ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｙ  Ｓｃｉｅｎｃｅｓによって販売される「Ｔｗｏ  Ｐａｒｔ  Ｃｏｎｄｕｃｔｉｖｅ  Ｓｉｌｖｅｒ  Ｐａｉｎｔ」（部品番号１２６４２−１４）およびニューヨーク、プレザントビルのＳＯＬＤＥＲ−ＩＴ社によって販売される「Ｓｏｌｄｅｒ−Ｉｔ  Ａｌｕｍｉｎｕｍ  Ｓｏｌｄｅｒ  Ｐａｓｔｅ」である。
【００１８】
カソード層４６は、１．４ｃｍの第二長さ、１．９ｃｍの第二幅、０．１ｍｍの第二厚さを有する第二矩形縁を有する。カソード層４６は、セルロースのキャリアシート４８および電気活性層２８を含む。電気活性層２８は、アノード層３２に面する側でキャリアシート４８に統合され、かつキャリアシート４８上に配置される。言い換えれば、電気活性層２８は、キャリアシート４８の表面をコーティングし、キャリアシート４８の構造の中へ延在する。カソード層４６の電気活性層２８は、複数の空間５６を規定し、非局在化π電子を有する共役系を含むホスト格子５４を包含する。共役系は、化合物内に非局在化電子を包含する結合ｐ軌道の系として規定される。より具体的には、共役は、隣接した単（シグマ）結合と交わるような、ｐ軌道と他のｐ軌道との重なりである。このような共役系を有する化合物の一つは、グラファイトである。限定されないが、ポリアニリンおよび多共役直鎖炭化水素ポリマーなどの他の化合物も、ｐ軌道の重なりを有する共役系を含む。
【００１９】
熱膨張されたグラファイトを包含する正極電池リード５０は、二次電池２２を充電および／または放電するための外部回路に電流を伝導するために、カソード層４６の電気活性層２８に電気的に接続される。グラファイトを包含する接着剤５２は、に取り付け、電気活性層２８と正極電池リード５０との間に電流を伝導する。このような正極電池リード５０の一つは、熱膨張されたグラファイト箔６６を備える。代替の正極電池リード５０は、０．１ｍｍの直径を有するグラファイトのロッドを備える。正極電池リード５０は、複数セル電池装置の一部として、他の電池セルへの接続の点としても働き得る。正極電池リード５０は、ワイヤ、パッド、端子、または電気接続を作る任意の他の好適な手段を含んでもよい。しかしながら、金属の導体は、カソード層４６のホスト格子５４との直接的な接触で配置されるべきではない。これは、二次電池２２を充電および放電する際、金属がホスト格子５４に移動し、カソード層４６の機能性を妨げる可能性があるためである。
【００２０】
アルミニウムアルコラートおよびアルミニウムグリセラートを包含するドーパント５８は、ホスト格子５４の共役系に結合され、カソード層４６の電気活性層２８の電気化学的性質を変え、二次電池２２を充電および放電するために、第一イオン２４と第二イオン２６との反応速度を増大させる。ドーパント５８はまた、ホスト格子５４にインターカレートされ、これによりドーパント５８の粒子９２は、ホスト格子５４の空間５６に組み込まれる。
【００２１】
０．０８ｍｍの第三厚さ４０を有し、複数の孔４２を規定するセルロースの膜３８は、アノード層３２とカソード層４６との間に電気的絶縁を提供し、アノード層３２とカソード層４６との間の第一電圧Ｖ１を規定するために、アノード層３２とカソード層４６との間に挟まれる。
【００２２】
膜３８は第一電解液４４で濡らされ、これにより、第一電解液４４は膜３８の孔４２を含浸させる。第一電解液４４は、アルミニウムを包含し正電荷を有する第一イオン２４を含む。第一電解液４４はまた、アルミニウムを包含し負電荷を有する第二イオン２６を含む。第一電解液４４は、既定の最大電圧ＶＭＡＸよりも大きな第一電圧Ｖ１の印加によって、ダメージを受ける。
【００２３】
過剰なイオン移動は、既定の最大電流ＩＭＡＸよりも大きな、正極電池リード５０と負極電池リード３４との間の第一電流Ｉ１の印加に応じて、膜３８を通る第一電解液４４によって運ばれる。
【００２４】
最大充電電力ＰＭＡＸは、既定の最大電圧ＶＭＡＸよりも大きな第一電圧Ｖ１または既定の電流ＩＭＡＸよりも大きな第一電流Ｉ１のいずれかを用いて、第一電圧Ｖ１と第一電流Ｉ１との積として規定される。
【００２５】
図４で概略的に示される二次電池２２を充電する従来手段での場合、二次電池は、最大充電電力ＰＭＡＸ未満の電力を第一時間間隔Ｔ１にわたり印加された力で充電され得る。正極電池リード５０と負極電池リード３４との間での最大充電電力ＰＭＡＸを超過する電力の印加は、第一電解液４４および／または膜３８および／または電極３２，４６のいずれかに対する不可逆のダメージを生じさせる可能性があり、これは、二次電池２２の容量を実質的に低減する。
【００２６】
第一電解液４４は、グリセロールと、アルミニウムを包含し正電荷を有する第一イオン２４と、アルミニウムを包含し負電荷を有する第二イオン２６とから実質的に構成される。第一イオン２４は［Ａｌ（ＣｌＯ4）2・｛Ｃ3Ｈ5（ＯＨ）3｝2］+を含み、第二イオン２６は［Ａｌ（ＣｌＯ4）4］-を含む。第一イオン２４および第二イオン２６は、アノード層３２とカソード層４６との間を移動し、アノード層３２およびカソード層４６と反応し、二次電池２２を充電および放電する。
【００２７】
急速充電コンポジット６０は、二次電池２２の電極３２，４６の一方を覆い、電極３２，４６の一方と接触する。急速充電コンポジット６０は、第三長さおよび第三幅を有する第三矩形縁を有する。第三長さは、アノード層３２の第一矩形縁の長さとカソード層４６の第二矩形縁の長さとの間である。第三幅はアノード層３２の第一矩形縁の幅とカソード層４６の第二矩形縁の幅との間である。
【００２８】
急速充電コンポジット６０は、セルロースのセパレータ６２を含む。セパレータ６２は、アルミニウムを包含し正電荷を有する第三イオン９４を含む第二電解液６４に含浸される。第二電解液６４はまた、アルミニウムを包含し負電荷を有する第四イオン９６を含む。セパレータ６２は、電極３２，４６の一方に平行に配置され、電極３２，４６の一方に接触する。電極３２，４６の一方は、隣接電極３２，４６として指定される。セパレータ６２と接触していない電極３２，４６の他方は、遠隔電極３２，４６として指定され、急速充電層３０から電気的に隔離される。セパレータ６２は、電気絶縁体であるが、溶解したイオンを透過可能である。
【００２９】
急速充電コンポジット６０はまた、熱膨張されたグラファイトの箔６６を備える急速充電層３０を含む。急速充電層３０は、セパレータ６２に隣接して配置され、セパレータ６２に平行である。これにより、セパレータ６２は、隣接電極３２，４６と急速充電層３０との間に挟まれる。電気伝導性材料の急速充電リード６８は、第二電力ＰＦＣの印加のために、急速充電層３０に電気的に接続される。第二電力ＰＦＣは、電池リード３４，５０の間に印加され得る最大充電電力ＰＭＡＸよりも大きい。
【００３０】
第二電力ＰＦＣは、急速充電リード６８と隣接電極３２，４６の電池リード３４，５０との間の第二電圧Ｖ２と急速充電リード６８と隣接電極３２，４６の電池リード３４，５０との間の外部回路を通って流れる第二電流Ｉ２との積の関数であり、第二時間間隔Ｔ２にわたり印加される。
【００３１】
第二電力ＰＦＣは、第三イオン９４および第四イオン９６を隣接電極３２，４６と急速充電層３０との間のセパレータ６２を通って移動させ、隣接電極３２，４６の電気化学ポテンシャルを変化させ、かつ第二電力ＰＦＣに従来の充電手段によって最大充電電力ＰＭＡＸでまたは最大充電電力ＰＭＡＸ未満に曝されるとき、第一時間間隔Ｔ１よりも短い第二時間間隔Ｔ２で、二次電池２２に既定量の電気エネルギーを貯蔵させる。言い換えれば、電池リード３４，５０間に第一電圧Ｖ１および第一電流Ｉ１を印加することによって、従来の充電で可能であるよりも短い時間で、急速充電コンポジット６０を用いて二次電池２２を充電することが可能である。図５は、第二電圧Ｖ２および第二電流Ｉ２を印加することによる、急速充電層３０に対する第二電力ＰＦＣの印加の概略図である。図５はまた、二次電池２２が急速充電コンポジット６０を用いて充電されると同時に、電池リード３４，５０間に接続される負荷抵抗に電力を伝達する二次電池２２を示す。
【００３２】
隣接電極３２，４６は、第三イオン９４および第四イオン９６に対して透過可能でなければならない。より具体的には、十分な数の第三イオン９４および第四イオン９６は、第二電圧Ｖ２の印加に応じて隣接電極３２，４６内を貫通することができ、二次電池２２が既定量の電気エネルギーを貯蔵させることを可能にする隣接電極３２，４６の電気化学的ポテンシャルの十分な変化を引き起こすことができなければならない。非局在化π電子を有する共役系を有するホスト格子５４を包含するカソード層４６は、隣接電極３２，４６として用いられ得る。あるいは、アノード層３２が隣接電極３２，４６として使用され得る。このようなアノード層３２は、たとえば、連続気泡発泡体または互いに固着した粒子９２若しくは顆粒の固体として用いられ得る。
【００３３】
遠隔電極３２，４６と急速充電コンポジット６０との間の電気的な隔離のために、第二電圧Ｖ２は第一電圧Ｖ１と異なり得る。これは、最大電圧ＶＭＡＸを超過する第二電圧Ｖ２を印加することが可能であることを意味し、電極３２，４６間に印加された場合に、第一電極４４および／または膜３８および／または電極３２，４６のいずれかにダメージを引き起こし得る。
【００３４】
一つの実施形態では、隣接電極３２，４６はカソード層４６であり、遠隔電極３２，４６はアノード層３２であり、これらのそれぞれは急速充電層３０から電気的に隔離される。
【００３５】
第二の別の実施形態では、隣接電極３２，４６はアノード層３２であり、遠隔電極３２，４６はカソード層４６であり、これらのそれぞれは急速充電層３０から電気的に隔離される。
【００３６】
本発明はまた、二次電池２２に接続される急速充電コンポジット６０を構成するための方法を提供する。
【００３７】
当該方法は、アノード層３２またはカソード層４６のいずれかを隣接電極３２，４６にして、アノード層３２またはカソード層４６のいずれかの上でかついずれかに平行な電気絶縁性材料のセパレータ６２を積層することと、セパレータ６２の上でかつセパレータ６２に平行に熱膨張されたグラファイト箔６６の急速充電層３０を積層することと、セパレータ６２は急速充電層３０間に配置されることと、グラファイト塗料の導電性接着剤５２で急速充電層３０に電気的な接触で急速充電リード６８を取り付けることとを含む。
【００３８】
当該方法は第二電極６４を製造するためのステップを含み、当該方法は、エタノールにＡｌＣｌ3粉末を飽和状態まで溶解させてバックグラウンド溶液７８を生成することと、６０重量％のグリセロールに４０重量％のバックグラウンド溶液７８を混合して二成分溶液８０を作ることと、１ｃｍ３の９９．４〜９９．９重量％の純度９９．９５％のアルミニウムおよび０．１〜０．６重量％のインジウムをすりおろし（grate）て２０〜３０ｃｍ２の等価表面積を有するやすり屑（filings）８２を作ることと、アルミニウムを包含し正電荷を有する第三イオン９４およびアルミニウムを包含し負電荷を有する第四イオン９６を含む第二電解液６４を製造するために、やすり屑８２が溶かされるまで、１５０〜２００ｍｌの二成分溶液８０にやすり屑８２を浸すこととを含む。
【００３９】
当該方法は、第二電解液６４でセパレータ６２を濡らすステップを含む。
言うまでもなく、本発明の多くの改良や変更は、上記の教示に照らせば可能であり、添付された請求項の範囲内で具体的に説明されたこと以外のことが実施され得る。本請求項における従来技術であるものは、「を特徴とする」節に記載される新規な事項に先行する。新規な事項は、「を特徴とする」節で具体的かつ明瞭に記載されるべきである一方、先行の記載は発明に存在する古くよく知られた組み合わせを記載するにすぎない。これらの先行の記載は、発明的な新規な事項がその実用性を発揮するあらゆる組み合わせをカバーするために解釈されるべきである。本装置の請求項における用語「前記（said)」の使用は、請求項の範囲に含められるべきである肯定的な記載である先行詞を意味する一方、用語「前記（the）」は、本請求項の範囲に含められるべきではない用語に先行する。加えて、本請求項の参照符号は、単に便宜上のものであり、決して制限するものとして読まれるべきではない。
【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５】
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【国際調査報告】
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