(57)【要約】  電極は、多孔質金属基板と、前記多孔質金属基板に配置された導電性電極材料とを備える。前記導電性電極材料は、電気化学的な反応のためにアルカリ金属イオンを供給するアルカリ金属化合物を備える活性材料と、オキシ水酸化コバルトを備える導電剤とを含む。この電極は、リチウムイオン電池、コンデンサおよびセンサーのような電気化学的装置の構造に用いられ得る。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
多孔質金属基板と、
前記多孔質金属基板に配置された導電性電極材料と、を備え、
前記導電性電極材料は、電気化学的な反応のためにアルカリ金属イオンを供給するアルカリ金属化合物を備える活性材料と、オキシ水酸化コバルトを備える導電剤とを含む、電極。
【請求項２】
前記活性材料は、コバルト酸リチウム、リン酸鉄リチウム、リチウムマンガン酸化物、リチウムニッケルマンガンコバルト酸化物、リチウムニッケルコバルトアルミニウム酸化物、チタン酸リチウム、リチウムバナジウム酸化物、フルオロリン酸鉄リチウム、リン酸鉄ナトリウム、フルオロリン酸鉄ナトリウム、フルオロリン酸バナジウムナトリウム、フルオロリン酸クロムバナジウムナトリウム、ヘキサシアノ金属酸ナトリウム、ヘキサシアノ金属酸カリウム、およびＲ３−ｍの空間群とα−ＮａＦｅＯ2構造に基づいた六方対称を有するリチウムを含有する層状化合物からなる群から選択される、請求項１に記載の電極。
【請求項３】
前記活性材料は、コバルト酸リチウムである、請求項１に記載の電極。
【請求項４】
前記導電剤のオキシ水酸化コバルト中の少なくともいくつかのコバルトは、＋４の酸化状態である、請求項１に記載の電極。
【請求項５】
前記導電剤のオキシ水酸化コバルト中の少なくともいくつかのコバルトは、＋３の酸化状態である、請求項１に記載の電極。
【請求項６】
前記多孔質金属基板は多孔質アルミニウム材料を含む、請求項１に記載の電極。
【請求項７】
前記多孔質金属基板は多孔質ニッケル材料を含む、請求項１に記載の電極。
【請求項８】
前記基板は、アルミニウム、銅、銀、鉄、亜鉛、ニッケル、チタン、および金から選択される金属を含む、請求項１に記載の電極。
【請求項９】
前記多孔質金属基板は泡から構成されている、請求項１に記載の電極。
【請求項１０】
前記多孔質金属基板は複数の結合された繊維から構成されている、請求項１に記載の電極。
【請求項１１】
前記電極材料は前記多孔質金属基板の中へ浸透し、それにより平坦な孔の無い基板と比べてより大きなローディングサーフェイスエリアを与える、請求項１に記載の電極。
【請求項１２】
前記導電性電極材料は炭素を含まない、請求項１に記載の電極。
【請求項１３】
前記導電性電極材料は、結合剤としてフッ化ポリビニリデンを更に含む、請求項１に記載の電極。
【請求項１４】
前記電極はカソードである、請求項１に記載の電極。
【請求項１５】
前記導電性電極材料は、金属粉末の形状の添加剤を更に含む、請求項１に記載の電極。
【請求項１６】
前記金属粉末はアルミニウム粉末である、請求項１５に記載の電極。
【請求項１７】
正極としての請求項１に記載の電極と、
負極と、
非水電解質と
を含む、電気化学的装置。
【請求項１８】
前記負極は、リチウム金属、黒鉛、リチウム金属酸化物、硬質炭素、錫／コバルト合金およびシリコン／炭素からなる群から選択された負極活性材料を含む、請求項１７に記載の電気化学的装置。
【請求項１９】
前記電気化学的装置はリチウムイオン電池である、請求項１７に記載の電気化学的装置。
【請求項２０】
前記電気化学的装置はコンデンサである、請求項１７に記載の電気化学的装置。
【請求項２１】
前記電気化学的装置はセンサーである、請求項１７に記載の電気化学的装置。
【請求項２２】
導電性ペーストを多孔質金属基板へ適用する工程を含み、前記導電性ペーストは、電気化学的な反応のためにアルカリ金属イオンを供給するアルカリ金属化合物と水酸化コバルトを含む導電剤とを含む活性材料を含む、電極の製造方法。
【請求項２３】
オキシ水酸化コバルトを形成するために前記水酸化コバルトを酸化する工程を更に含む、請求項２２に記載の方法。
【請求項２４】
前記オキシ水酸化コバルト中の少なくともいくつかのコバルトは＋３の酸化状態を有し、前記オキシ水酸化コバルト中の少なくともいくつかのコバルトは＋４の酸化状態を有する、請求項２２に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
［関連出願］
本出願は、２０１５年９月２日に出願された米国特許出願第６２／２１３，４７０号の利益およびこれに対する優先権を主張する。この仮出願は参照により本明細書に援用される。
【０００２】
［連邦政府による資金提供を受けた研究開発の記載］
該当なし
【０００３】
本発明はより有用な電気化学的装置に関し、当該電気化学的装置は３次元の基板および実質的に炭素を含まない導電剤を有する。
【背景技術】
【０００４】
リチウムイオン電池は、例えば消費者の電子装置、産業的な利用、および電動の乗り物の携帯電源として広く使われている。
【０００５】
リチウムイオン電池は、一般的には陽極、陰極および電解質を含む。前記陰極はさまざまな活性材料を用いることができる（例えば、コバルト酸リチウム、合成された酸化リチウム、リン酸鉄リチウムなど）。前記陽極は、リチウム金属から製造され得るが、リチウム化黒鉛（lithiated graphite）が標準であり、リチウム金属と本質的に同じ電圧と性能を提供する。前記電解質は、一般的には１Ｍのヘキサフルオロリン酸リチウム（ＬｉＰＦ6）である。セパレーターは隣接した陽極と陰極をお互いに隔離するために用いられ（短絡を防ぐ）、セルコンパートメント（a cell compartment）は、前記陽極、陰極、電解質およびセパレーターを収容する。
【０００６】
電気を生み出すために電池を放電する間中、リチウムイオンは電気化学的に電池の陽極から電池の陰極へ引き抜かれており、電池の端子の間に電流が流れ、電池が取り付けられた装置に電力を供給する。
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００７】
リチウムイオン電池における現状の陰極の技術では、４０〜５０％の稼働率を示すにすぎない。これは半分以上の活性エネルギーが無駄になることを意味する。
【０００８】
ここで、変更された電極構造が開示されており、その電極構造は、その新しい炭素を含まない伝導体とより高い導電性を示す発泡体基板を用いることにより得られた相乗効果の結果として、８０〜９０％に近い非常に改善された稼働率を提供する。この電池性能の劇的な向上とは別として、炭素の除去は電池の発熱の可能性を低下させる。
【０００９】
より具体的には、稼働率は陰極で用いられる伝導体を従来の炭素からオキシ水酸化コバルトへ変更することによって向上される。オキシ水酸化コバルトは従来の炭素よりもかなり可燃性が低い。この新しい電極材料が、従来の２次元の平面の金属箔（traditional two-dimensional planar foils）と置き換えるための三次元の多孔質基板と共に用いられると、稼働率においてこのようなすばらしい改善を実現することができる。これらの多孔質基板は、例えば、金属発泡体とすることができ、また、接着された金属フィラメントから形成されることができ、そしてペーストと基板との間において表面積を増やすことができる。
【００１０】
最初のテストは一貫性のある８０〜９０％に近い稼働率レベルを示す。現在は、テスト電池はこの改善を１．３Ｖ〜２Ｖの範囲内で体験する。しかしながら、最初の実験はニッケル発泡体を用いて行われた。この範囲は家電（２．２５Ｖ〜２．５Ｖ）の操作電圧に上昇され得ることが期待され、例えば、ニッケル発泡体基板をアルミニウム発泡体（アルミニウムはニッケルよりも３倍導電性がある）および／または追加の導電性金属素子をペーストに加える、といった電極材料の修正がこの電圧の問題にとても対処することができる。
【００１１】
ある態様によれば、電極は、多孔質金属基板と前記多孔質金属基板に配置された導電性電極材料とを有して提供される。前記導電性電極材料は、電気化学的な反応のためにアルカリ金属イオンを供給するアルカリ金属化合物を備える活性材料と、オキシ水酸化コバルトを備える導電剤とを含む。前記電極はカソードであってもよい。
【００１２】
前記電極の一例として、前記活性材料は、コバルト酸リチウム（lithium cobalt oxide）、リン酸鉄リチウム（lithium iron phosphate）、リチウムマンガン酸化物（lithium manganese oxide）、リチウムニッケルマンガンコバルト酸化物（lithium nickel manganese cobalt oxide）、リチウムニッケルコバルトアルミニウム酸化物（lithium nickel cobalt aluminum oxide）、チタン酸リチウム（lithium titanate）、リチウムバナジウム酸化物（lithium vanadium oxide）、フルオロリン酸鉄リチウム（lithium iron fluorophosphates）、リン酸鉄ナトリウム（sodium iron phosphate）、フルオロリン酸鉄ナトリウム（sodium iron fluorophosphates）、フルオロリン酸バナジウムナトリウム（sodium vanadium fluorophosphates）、フルオロリン酸クロムバナジウムナトリウム（sodium vanadium chromium fluorophosphates）、ヘキサシアノ金属酸ナトリウム（sodium hexacyanometallates）、ヘキサシアノ金属酸カリウム（potassium hexacyanometallates）、およびＲ３−ｍの空間群とα−ＮａＦｅＯ2構造に基づいた六方対称を有するリチウムを含有する層状化合物からなる群から選択される。前記電極の一例として、前記活性材料はコバルト酸リチウムである。
【００１３】
前記電極の一例として、前記導電剤のオキシ水酸化コバルト中の少なくともいくつかのコバルトは、＋４の酸化状態である。前記電極の一例として、前記導電剤のオキシ水酸化コバルト中の少なくともいくつかのコバルトは、＋３の酸化状態である。
【００１４】
前記電極の一例として、前記多孔質金属基板は多孔質アルミニウム材料を含む。前記電極の一例として、前記多孔質金属基板は多孔質ニッケル材料を含む。前記電極の一例として、前記基板は、アルミニウム、銅、銀、鉄、亜鉛、ニッケル、チタン、および金から選択される金属を含む。前記電極の一例として、前記多孔質金属基板は泡から構成されている。前記電極の一例として、前記多孔質金属基板は複数の結合された繊維から構成されている。
【００１５】
前記電極の一例として、前記電極材料は前記多孔質金属基板の中へ浸透し、それにより平坦な孔の無い基板（a flat non-porous substrate）と比べてより大きなローディングサーフェイスエリア（a greater loading surface area）を与える。前記電極の一例として、前記導電性電極材料は炭素を含まない。前記電極の一例として、前記導電性電極材料は、結合剤としてフッ化ポリビニリデン（polyvinylidene fluoride）を更に含む。
【００１６】
前記電極の一例として、前記導電性電極材料は、金属粉末の形状の添加剤を更に含む。前記金属粉末はアルミニウム粉末であってもよい。
【００１７】
別の態様によれば、電気化学的装置は、正極としてここで記載されたタイプの電極と、負極と、非水電解質とを有して提供される。前記電気化学的装置の一例として、前記負極は、リチウム金属（lithium metal）、黒鉛（graphite）、リチウム金属酸化物（lithium metal oxides）、硬質炭素（hard carbon）、錫／コバルト合金（tin/cobalt alloy）およびシリコン／炭素（silicon/carbon）からなる群から選択された負極活性材料を含む。前記電気化学的装置はリチウムイオン電池であってもよい。前記電気化学的装置はコンデンサであってもよい。前記電気化学的装置はセンサーであってもよい。
【００１８】
さらに別の態様によれば、電極の製造方法が提供される。当該方法は、導電性ペーストを多孔質金属基板へ適用する工程を含み、前記導電性ペーストは、電気化学的な反応のためにアルカリ金属イオンを供給するアルカリ金属化合物と水酸化コバルト（cobalt hydroxide）を含む導電剤とを含む活性材料を含む。この水酸化コバルトはオキシ水酸化コバルト（cobalt oxyhydroxide）を形成するために酸化されてもよい。
【００１９】
前記方法は、オキシ水酸化コバルトを形成するために前記水酸化コバルトを酸化する工程を更に含む。前記方法において、前記オキシ水酸化コバルト中の少なくともいくつかのコバルトは＋３の酸化状態を有することができ、前記オキシ水酸化コバルト中の少なくともいくつかのコバルトは＋４の酸化状態を有することができる。
【００２０】
本発明のこれらのおよびさらに他の長所は、詳細な説明および図面から明らかになるであろう。以下は本発明のいくつかの好ましい実施形態の説明にすぎない。本発明の全範囲を評価するには、これらの好ましい実施形態は特許請求の範囲の記載の範囲内の実施形態のみを意図するものではないものとして、特許請求の範囲をみるべきである。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】図１は、実施例のテスト番号１に基づいて、導電性を向上させるために多孔質ニッケル基板と改良された導電性ペーストとさらにアルミニウム粉末添加剤を採用する電気化学的装置の放電曲線を示すグラフである。
【図２Ａ】図２Ａは、実施例のテスト番号２〜６に基づいて、多孔質ニッケル基板と改良された導電性ペーストを採用する２つの電気化学的装置に関する放電曲線を示すグラフである。
【図２Ｂ】図２Ｂは、実施例のテスト番号２〜６に基づいて、多孔質ニッケル基板と改良された導電性ペーストを採用する２つの電気化学的装置に関する放電曲線を示すグラフである。
【図３Ａ】図３Ａは、実施例のテスト番号７に基づいて、多孔質ニッケル基板と改良された導電性ペーストを採用する電気化学的装置に関する様々な時間経過後の放電曲線を示すグラフである。
【図３Ｂ】図３Ｂは、実施例のテスト番号７に基づいて、多孔質ニッケル基板と改良された導電性ペーストを採用する電気化学的装置に関する様々な時間経過後の放電曲線を示すグラフである。
【図３Ｃ】図３Ｃは、実施例のテスト番号７に基づいて、多孔質ニッケル基板と改良された導電性ペーストを採用する電気化学的装置に関する様々な時間経過後の放電曲線を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
本願明細書中に開示されているのは電極、この電極を組み込む電気化学的装置、および前記電極の製造に関連した方法である。炭素の無い（carbon-less）導電性ペーストの製造方法を明確に開示する同じ発明者を含むもう一つの出願は、発明の名称が「オキシ水酸化コバルトを含む電気化学的装置電極」であり、米国特許出願番号１４／３０８，０１９号として２０１４年６月１８日に出願され、米国特許公開公報番号２０１５／００１７５４４号として２０１５年１月１５日に公開された。この公開された出願は、出典明記により汎用のために本願明細書の全体に組み込まれる。
【００２３】
本願明細書では、リチウムイオンバッテリーにおける活性材料利用の著しく向上する方法および電気化学的装置のホストが提供される（例えば、コンデンサ、センサー、半導体電極、およびその他を含む）。この向上は、多孔質基板と併用して電極材料中で電気化学的に制御可能であり、かつ動的に調整可能である電子的な導電剤（つまり、水酸化コバルト、酸化後の、オキシ水酸化コバルト）を用いることにより得られることができる。よって、この開示は、陰極材料の中で新しい電子伝導体の存在下で電気化学的環境を制御することによって、リチウムイオンバッテリーにおいて有益な効果をもたらす方法を提供する。
【００２４】
さらに、内部抵抗の著しい減少は、その場（in situ）かまたは完全なアルゴンのカバーを持っているグローブボックス中の離れた調整電池（a separate conditioning cell）で活性材料の利用を強化することによって達成されることができる。よって、前記その場の調整は、コイン電池のような完成品の電池において行われる。前記調整電池での処理（treatment done）は、まず全てのバッテリーが組み立てられる事無く行われることができ、そして陰極の調整が完了した後、完全なバッテリーが続いて製造され得る。陰極の内部抵抗の著しい減少が得られる場合には、とても高い水準の活性材料利用数に達することとなる。本願明細書に記載された改良されたペーストおよび基板の利用は、従来のバッテリーの状態において観察される４０％という低い利用から９０％に達する利用水準へ増加する結果を得ることができる。
【００２５】
この有益な点の大部分は、前記改良された導電性電極材料が単に静的な伝導体（a static conductor）になるよりも力強い伝導体となるように、陰極ペーストにおいて炭素に代えて水酸化コバルトおよび／またはオキシ水酸化コバルトのような電子伝導体を利用することで、生じた。この改良された電子伝導体は、厳選された電気化学的環境に依存してさまざまな程度の導電性を生み出すために、陰極内部で機能する能力がある。よって、静的なものに比べて可変の伝導体となる。現在用いられている、導電性電極材料のほとんどの従来型の伝導体は炭素であり、炭素が伝導性の固定された量のみを生み出すことができる。このようにして、炭素をベースとしたペーストが静的な伝導体として参照されることがある。
【００２６】
改良された陰極動作の方法は、半導体にドーピングすることにやや類似する。ドーピングは、ＰＰＭレベルのドーパントが（シリコンのような）インシュレーターに加えられるときに、半導体の導電性の改良のために半導体に用いられる。絶縁体が著しくより導電する状態になるので、半導体のバンドギャップは大幅に減少する、シリコンの場合には、シリコンはドーパントの選択によってｐ型またはｎ型にドープされ得る。
【００２７】
改良された導電性ペーストの場合、水酸化コバルトはオキシ水酸化コバルトを形成するために酸化されることができ、導電性を改良させることとなるベースの＋２を超えて＋３および＋４の酸化状態をもたらすこととなる。＋２／＋３の量の状態は電気化学的手段によって制御可能である。
【００２８】
よって、ある態様によれば、電極は多孔質金属基板と、前記多孔質金属基板に配置された導電性電極基板を有して構成されることができる。導電性ペーストは、電気化学的反応のためにアルカリ金属イオンを提供するアルカリ金属化合物と、オキシ水酸化コバルトを含む導電剤を含む。
【００２９】
このタイプの電極は陰極として役立ち得ることが期待される。さらに、この改良された導電性電極材料を、（表面積を増やすために）入り組んだ構造による３次元的な多孔質基板に用いることで、かなりの相乗的な利益が得られことが期待でき、この改良されたペーストはまた、フラットなホイル基板にも用いられ得ることが期待される。
【００３０】
電極の形状よっては、前記活性材料は、コバルト酸リチウム、リン酸鉄リチウム、リチウムマンガン酸化物、リチウムニッケルマンガンコバルト酸化物、リチウムニッケルコバルトアルミニウム酸化物、チタン酸リチウム、リチウムバナジウム酸化物、フルオロリン酸鉄リチウム、リン酸鉄ナトリウム、フルオロリン酸鉄ナトリウム、フルオロリン酸バナジウムナトリウム、フルオロリン酸クロムバナジウムナトリウム、ヘキサシアノ金属酸ナトリウム、ヘキサシアノ金属酸カリウム、およびＲ３−ｍの空間群とα−ＮａＦｅＯ2構造に基づいた六方対称を有するリチウムを含有する層状化合物からなる群から選択されることができる。
【００３１】
電極の形状よっては、導電剤のオキシ水酸化コバルト中の少なくともいくつかのコバルトは、＋４の酸化状態であってもよく、そして／または少なくとも導電剤のオキシ水酸化コバルト中の少なくともいくつかのコバルトは、＋３の酸化状態である。
【００３２】
電極の形状よっては、多孔質金属基板は多孔質のアルミニウム材料または多孔質のニッケル材料を含んでもよい。形状によっては、多孔質金属基板は泡から構成され得ることや、または複数の結合された繊維から構成され得ることが期待される。前記基板は、アルミニウム、銅、銀、鉄、亜鉛、ニッケル、チタン、および金から選択される金属を含むでもよい。電極材料は多孔質金属基板の中へ浸透し、それにより平坦な孔の無い基板と比べてより大きなローディングサーフェイスエリアを与える。一部分において、多孔質材料は十分に利用可能な改良された導電性ペーストによってより大きなインターフェースを提供するため、金属多孔質構造の使用は、従来の集電体の現状を超えていくつかの付加的なおよびわずかな改善を示す。
【００３３】
潜在的に期待される構造のもう１つの例としては、金属発泡体（例えば、アルミニウム発泡体）を住友金属発泡体技術（Sumitomo Metal Foam Technology）から入手することができ、動的な方法でバッテリーの内部抵抗を制御するために、改良された導電性ペーストと共に用いられ得る。
【００３４】
改良された導電性電極材料について、上記したように、当該導電性電極材料は炭素を含まないことができる。
【００３５】
しかしながら、電極材料は活性材料のみではなくオキシ水酸化コバルトを含むことができる。導電性電極材料は、バインダーとしてさらにポリフッ化ビニリデン（polyvinylidene fluoride）を含んでもよい。形状によっては、導電性電極材料はさらに金属粉末状（例えば、アルミニウム粉末）の添加剤を含んでもよいことが期待され、添加剤は電極の導電性特性を更に変えることができる。
【００３６】
水酸化コバルトは当初はペースト中に存在し、例えば米国特許公開公報番号２０１５／００１７５４４に記載されたような酸化ステップにより、最終的にはオキシ水酸化コバルトを形成することは更に留意される。この公報は参照によって包含される。
【００３７】
列挙された特徴のさまざまな組み合わせは、単一の電極内で機能するものとして期待される。例えば、電極材料を形成するペーストの作成中に金属粉末添加剤と結合することのできるポリフッ化ビニリデンの、バインダーとしての使用が評価される。
【００３８】
もう一つの態様によると、正極としての上記のタイプの電極と、負極と、非水電解質を含む電気化学的装置が提供される。
【００３９】
電極に関する上記したさまざまな特徴（例えば、ペースト中における付加的な材料、基板の材料、その他）が、さまざまな有効なお互いの組み合わせにて、この電気化学的装置の電極中で実行されることは、認識されるだろう。
【００４０】
電気化学的装置の形状によっては、負極はリチウム金属およびリチウム合金から選択される負極活性材料を含んでもよい。
【００４１】
電気化学的装置は、多くの電気化学的装置のうちのいずれかを含んでいてもよく、リチウムイオン電池、コンデンサおよびセンサーに限定されない。
【００４２】
さらにもう１つの態様によると、電極の製造方法が提供される。この方法は、導電性ペーストを多孔質金属基板へ適用する工程を含み、前記導電性ペーストは、電気化学的な反応のためにアルカリ金属イオンを供給するアルカリ金属化合物と水酸化コバルトを含む導電剤とを含む活性材料を含む。
【００４３】
前記方法は、オキシ水酸化コバルトを形成するために、さらに前記水酸化コバルトを酸化するステップを含んでもよい。
【００４４】
この方法を用いて製造された前記電極において、前記オキシ水酸化コバルト中の少なくともいくつかのコバルトは＋３の酸化状態を有し、前記オキシ水酸化コバルト中の少なくともいくつかのコバルトは＋４の酸化状態を有することができる。
【００４５】
形状によっては、電気化学的な状態は、新規の泡構造および異なるセルを用いて電子伝導体の量を変化させる（例えば、水酸化コバルトを加える）ことにより、さらによくなるかもしれない。０〜３０重量％の水酸化コバルトが加えられることが期待される。さらに、前記電気化学的な状態は、使用する活性材料の量やそれらのタイプを変えることや、お互いに様々な組み合わせの活性材料を用いることにより、さらによくなるかもしれない。
【００４６】
そのままの状態、および電気化学的な状態または異なる陽極（チタン酸リチウム、グラファイト、リチウムシリコンオキサイド（lithium silicon oxides）、その他）に変更するために用いることのできるコンディショニング電池（conditioning calls）の両方に用いられる電解質の濃度およびタイプを変えることを利用し得ることが、さらに期待される。
【００４７】
さらに、充電および放電の間に変化する電圧の処理状態が、前記電気化学的な状態を変化させ、さらに向上させるために活用されることが期待される。
【００４８】
さらに、さまざまな異なる電池の構成方法は、電気化学的な状態を変化させるために用いられ得る。例えば、低レート充電、低／高レートの調整の複合（a mixed low/high rate conditioning）または充電状態および放電状態に最後に戻すことが行われ得る。
【００４９】
水酸化コバルトまたはオキシ水酸化コバルトは、電気化学的処理によって活性材料を浸透可能とすることが期待される。この浸透は、表面または前記活性材料（コバルト酸リチウム）の内部のいずれかで可能である。表面にアクセスする場合、これは表面コーティングと呼ばれ、大部分が浸透する場合にはドーピングと呼ばれる。
【実施例】
【００５０】
さまざまに調整されたテストサンプルの性能を示して、具体例が以下に示される。これらの例は説明に役立つ目的のために提示されるのであり、本願発明の範囲を限定しようとするものではない。実際には、本願明細書にて示され記載された発明に加えて、本願発明のさまざまな変更をすることが、本願明細書のこれまでの記載、以下の実施例、および添付された特許請求の範囲より、当業者によって明らかに可能である。
【００５１】
［実施例１］
７つのテストサンプルが用意された。この７つのテストサンプルの全てが、中国のリヤオヤンにあるDalian Thrive Metallurgy Import & Export Co., LTDから入手可能な、連続したニッケル発泡体基板に用意された。このニッケル発泡体基板は、１インチあたり１０の細孔を有する９９．５％多孔性であり、厚さ１．６ｍｍ、幅２００ｍｍである。一般的には、これらのサンプルは長いロール（一般的には１ロールあたり１６７ｍ）に準備され、所望の長さにカットできる。
【００５２】
導電性ペーストは、内部に浸透し実質的に細孔を満たすように、ニッケル発泡体基板の表面に提供される。テストサンプル１を除く全てのテストサンプルにおいて、使用した導電性陰極ペースト組成物は、５重量％の水酸化コバルト、５重量％のバインダー（ポリビニリデンフルオライド、PvDF）、および９０重量％のコバルト酸リチウムである。テストサンプル１における導電性陰極ペースト組成物はわずかに変更され、ペーストの組成が１０重量％の水酸化コバルト、１０重量％のバインダー（ポリビニリデンフルオライド、PvDF）、５重量％のアルミニウム粉末および残部がコバルト酸リチウムとなるように、アルミニウム粉末を含んだ。前記アルミニウム粉末は、アラバマ州のハンツビルのRocket City Chemical, Inc.より入手され、３００ミクロンから５００メッシュの間の粒子径を有する。アルミニウム粉末は水酸化コバルトに加えて伝導するため、アルミニウム粉末の添加は伝導性の改良のために行われた。
【００５３】
下記の表１にみられるように、さまざまなテスト条件が試され、さまざまなサンプルは全て８×１０-4アンペアで４．２ボルトに充電され、（テスト番号およびサンプル１、７の場合は）４×１０-8アンペアでまたは（テスト番号およびサンプル２〜６の場合は）４×１０-6アンペアでカットオフ電圧１ボルトへ向けて放電された。７つのテストは以下のサンプルで行われた。
【００５４】
【表１】
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【００５５】
図１に、テスト番号１の放電曲線を示す。放電１１００時間後において、ちょうど２Ｖより低い、残り約１０００時間の放電が可能な約１．８Ｖの電圧が残っていることが確認できた。放電曲線は、他のサンプルと比べても非常に一貫性のある（すなわち、長い時間をかけて一定の電圧に近い）ことが観察され、これはより低いレートの放電およびこのサンプルにおいて導電性を高めるアルミニウム粉末の使用の両方に起因するものと考えられた。
【００５６】
図２Ａおよび図２Ｂは、テスト番号２〜６の放電曲線を示しており、お互いに非常に統一性のある曲線を示した。この統一性は、表１において放電６２５時間後のそれぞれが示す電圧が同様なものであることからも、理解することができる。放電曲線は、電圧のほんのわずかな低下とその後の上昇を伴うことが注目され、これは長い時間をかけた陰極の調整に起因することが予想された。
【００５７】
前記の電圧は、商業の電子機器における使用に要求される電圧と比べて相対的に低いことを認識しなければならない。しかしながら、上記したように、多孔性ニッケル基板を多孔性アルミニウム基板（ニッケル基板の約３倍の導電性を有する）に変更すること、および／または、前記導電性ペーストに更に導電性粉末を添加すること（例えばテストサンプル１にて用いられたアルミニウム粉末）によって、電圧は潜在的に上向きに調整されるかもしれない。従って、技術的な調整によって、より商業的に望ましい電圧に達するかもしれないことが期待される。
【００５８】
図３Ａ〜３Ｃにおいて、テスト番号７のさまざまな区間の時間における放電曲線が示されている。それぞれのチャートは試験における部分的な継続時間のみカバーしているので、分離したグラフが用いられている。図３Ａは最初の５００時間、図３Ｂは５０１時間〜７００時間、図３Ｃは７０１時間から１２００時間に向かって結果が示されている。
【００５９】
これらのテストは、炭素含有ペーストを標準的な２次元の、薄いホイルに貼り付ける（pasting）ことによって調整された陰極よりも、すでに利用の大幅な改良が示されている。
【００６０】
［実施例２］
基板としてのアルミニウムと銅の発泡体の材料が、今回試験された。その目的は、ニッケル発泡体と対応する、アルミニウムと銅の発泡体の密度と多孔性を複製することである。ニッケル発泡体は、０．９２グラム／ｃｃであった。我々が入手したアルミニウムと銅の発泡体のサンプルは、０．１４および０．２グラム／ｃｃである。これらは相当に少ないが、銅発泡体によって放電中により高い電圧を示す。これらのテストは継続中である。同等の効果を示すアルミニウムと銅の発泡体を得るための試みが始まっている。
【００６１】
より好ましい実施形態へのさまざまな他の変更や変化は、精神および本願発明の範囲内で実施可能であることを理解するべきである。したがって、本願発明は上記の実施形態に限定されるものではない。本願発明の全範囲を確定するには、以下の特許請求の範囲を参照すべきである。
【図１】
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【図２Ａ】
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【図２Ｂ】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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【図３Ｃ】
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【国際調査報告】
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