(57)【要約】  リチウムイオン電池に用いられる表面処理電極活物質の材料と方法が提供される。表面処理電極活物質は、電極活物質の少なくとも一部の外面上の直接的なコンフォーマル層（conformal layer）として存在する多価金属を備えるイオン導電層を含む。表面処理電極活物質は、電極活物質の表面での好ましくない反応を減らすだけでなく、容量維持とサイクル寿命を改善する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
外面を有する電極活物質、
イオン導電層、
を備え、
前記イオン導電層は、多価金属を備え、
前記イオン導電層は、前記電極活物質の前記外面上の直接的なコンフォーマル層（conformal layer）である、
リチウムイオン電池に用いられる表面処理電極活物質。
【請求項２】
前記電極活物質は、リチウム化された金属酸化物を備えるアノードであり、
前記金属は、チタン、スズ、ニオブ、バナジウム、ジルコニウム、インジウム、鉄、及び、銅からなるグループから選ばれる、
請求項１に記載の表面処理電極活物質。
【請求項３】
前記電極活物質は、リチウム化された金属酸化物、リチウム金属ケイ化物、硫化リチウム金属、リン酸リチウム金属、リチウム混合金属リン酸塩、リチウム挿入化合物を備えるカソードであり、
前記金属酸化物は、酸化バナジウム、酸化マンガン、酸化鉄、酸化コバルト、酸化ニッケル、酸化アルミニウム、シリコン酸化物、又はその組合せ、からなるグループから選ばれ、
前記リチウム挿入化合物は、LixMXO4等のオリビン構造（MはFe、Mn、Co、Niとその組合せから選ばれる遷移金属であり、XはP、V、S、Siとその組合せから選ばれ、xの値は、およそ０と２との間である）を有する、
請求項１に記載の表面処理電極活物質。
【請求項４】
前記多価金属は、０．４Ｖ超過の水素過電圧ポテンシャルを有する、
請求項１に記載の表面処理電極活物質。
【請求項５】
前記多価金属は、Ba、Ca、Ce、Co、Cu、La、Mg、Mn、Ni、Nb、Ag、Ti、Al、Zn、Pb、Fe、Hg、Cr、Cd、Sn、Pb、Sb、及び、Biからなるグループから選ばれる、
請求項１に記載の表面処理電極活物質。
【請求項６】
前記多価金属は、多価金属イオンと陰イオンとを備える多価金属塩によって提供され、
前記陰イオンは、ヘキサフルオロリン酸塩イオン、テトラフルオロホウ酸塩イオン、塩素酸塩イオン、C（SO2CF3）3-イオン、PF4（CF3）2-イオン、PF3（C2F5）3-イオン、PF3（CF3）3-イオン、PF3（iso-C3F7）3-イオン、PF5（iso-C3F7）-イオン、イミドイオン、メチドイオン、ビスオキザラトホウ酸塩（bisoxalatoborate）、及び、ジフルオロオキザラトホウ酸塩（difluorooxalatoborate）からなるグループから選ばれ、
前記イミドイオンは、ビス（フルオロスルフリル）イミドイオン、ビス（トリフルオロメタンスルホニル）イミドイオン、ビス（パーフルオロエチルスルホニル）イミドイオン、一般構造N(-SO2-R)2-を有する線形イミドイオン（少なくとも１つのRは、１から８の鎖長のフッ化アルキル）、一般構造N(-SO2-R-)-を有する環状イミドイオン（少なくとも１つのRは、１から８の鎖長のフッ化アルキル）の１つから選ばれ、
前記メチドイオンは、一般構造C(-SO2-R)3-を有する（Rは、１から８の鎖長のフッ化アルキル）、
請求項５に記載の表面処理電極活物質。
【請求項７】
前記電極活物質の重さと比較して０．２重量％〜２０重量％である量の多価金属塩を更に備える、
請求項６の表面処理電極活物質。
【請求項８】
前記多価金属は、前記電極活物質対リチウムのポテンシャルより高い前記多価金属電気化学ポテンシャルに基づいて選ばれる、
請求項１に記載の表面処理電極活物質。
【請求項９】
前記多価金属は、前記電極活物質の外面上で少なくとも部分的に還元型である、
請求項１に記載の表面処理電極活物質。
【請求項１０】
少なくとも１つの非水溶媒、
１以上のリチウム含有塩、
多価金属塩、
を備え、
前記リチウムは、LiPF6、LiBF4、LiClO4 LiAsF6、LiN（CF3SO2）2、LiN（C2F5SO2）2、LiCF3SO3、LiC（CF3SO2）3、LiPF4（CF3）2、LiPF3（C2F5）3、LiPF3（CF3）3、LiPF3（iso-C3F7）3、LiPF5（iso-C3F7）、環状アルキル基を有するリチウム塩類、及び、その組合せから選ばれ、
前記多価金属塩は、少なくとも＋２の価電子を持っている多価金属イオンを備える約０．０１Ｍ超過０．２Ｍ未満の濃度を有する、
非水電解質。
【請求項１１】
前記多価金属塩は、マンガン・ビス（トリフルオロメタンスルホニル）イミド（Mn（N（SO2CF3）2）2）、マグネシウム・ビス（トリフルオロメタンスルホニル）イミド（Mg（N（SO2CF3）2）2）、カルシウム・ビス（トリフルオロメタンスルホニル）イミド（Ca（N（SO2CF3）2）2）、コバルト・ビス（トリフルオロメタンスルホニル）イミド（Co（N（SO2CF3）2）2）、ニッケル・ビス（トリフルオロメタンスルホニル）イミド（Ni（N（SO2CF3）2）2）、銅ビス（トリフルオロメタンスルホニル）イミド（Cu（N（SO2CF3）2）2）、亜鉛ビス（トリフルオロメタンスルホニル）イミド（Zn（N（SO2CF3）2）2）、セシウム・ビス（トリフルオロメタンスルホニル）イミド（Cs（N（SO2CF3）2）2）、バリウム・ビス（トリフルオロメタンスルホニル）イミド（Ba（N（SO2CF3）2）2）、ランタン・ビス（トリフルオロメタンスルホニル）イミド（La（N（SO2CF3）2）2）、及び、セリウム・ビス（トリフルオロメタンスルホニル）イミド（Ce（N（SO2CF3）2）2）からなるグループから選ばれる、
請求項１０に記載の非水電解質。
【請求項１２】
前記多価金属塩は、前記多価金属イオンと陰イオンとを備え、
前記多価金属イオンは、Ba、Ca、Ce、Co、Cu、La、Mg、Mn、Ni、Nb、Ag、Ti、Al、Zn、Pb、Fe、Hg、Cr、Cd、Sn、Pb、Sb、及び、Biからなるグループから選ばれ、
前記陰イオンは、ヘキサフルオロリン酸塩イオン、テトラフルオロホウ酸塩イオン、塩素酸塩イオン、C（SO2CF3）3-イオン、PF4（CF3）2-イオン、PF3（C2F5）3-イオン、PF3（CF3）3-イオン、PF3（iso-C3F7）3-イオン、PF5（iso-C3F7）-イオン、イミドイオン、メチドイオン、ビスオキザラトホウ酸塩（bisoxalatoborate）、及び、ジフルオロオキザラトホウ酸塩（difluorooxalatoborate）からなるグループから選ばれ、
前記イミドイオンは、ビス（フルオロスルフリル）イミドイオン、ビス（トリフルオロメタンスルホニル）イミドイオン、ビス（パーフルオロエチルスルホニル）イミドイオン、一般構造N(-SO2-R)2-を有する線形イミドイオン（少なくとも１つのRは、１から８の鎖長のフッ化アルキル）、一般構造N(-SO2-R-)-を有する環状イミドイオン（少なくとも１つのRは、１から８の鎖長のフッ化アルキル）の１つから選ばれ、
前記メチドイオンは、一般構造C(-SO2-R)3-を有する（Rは、１から８の鎖長のフッ化アルキル）、
請求項１０に記載の非水電解質。
【請求項１３】
前記多価金属塩の濃度は、０．０５Ｍ超過０．１０Ｍ未満である、
請求項１０に記載の非水電解質。
【請求項１４】
カソード集電装置と接触している陽極活物質を備えるカソード、
アノード集電装置と接触している陰極活物質を備えるアノード、
前記アノードと前記カソードの間に位置するセパレーター、
前記アノード及び前記カソードとイオン導電的に接触しており、少なくとも１つの塩、少なくとも１つの溶媒、及び、少なくとも１つの多価金属塩を備える電解質溶液、
前記陽極活物質又は前記陰極活物質の少なくとも１つの上で多価金属を備えるイオン導電層、
を備える、非水電解質バッテリー。
【請求項１５】
前記アノードは、リチウム化された金属酸化物（前記金属は、チタン、スズ、ニオブ、バナジウム、ジルコニウム、インジウム、鉄、及び、銅からなるグループから選ばれる）を備える前記陰極活物質を備え、
前記カソードは、リチウム化された金属酸化物（前記金属酸化物は、酸化バナジウム、酸化マンガン、酸化鉄、酸化コバルト、酸化ニッケル、酸化アルミニウム、シリコン酸化物、又はその組合せ、からなるグループから選ばれる）、リチウム金属ケイ化物、硫化リチウム金属、リン酸リチウム金属、リチウム混合金属リン酸塩、リチウム挿入化合物を備える前記陽極活物質を備え、
前記リチウム挿入化合物は、LixMXO4等のオリビン構造（MはFe、Mn、Co、Niとその組合せから選ばれる遷移金属であり、XはP、V、S、Siとその組合せから選ばれ、xの値は、およそ０と２との間である）を有する、
請求項１４に記載の非水電解質バッテリー。
【請求項１６】
前記多価金属塩は、前記多価金属イオンと陰イオンとを備え、
前記多価金属イオンは、Ba、Ca、Ce、Co、Cu、La、Mg、Mn、Ni、Nb、Ag、Ti、Al、Zn、Pb、Fe、Hg、Cr、Cd、Sn、Pb、Sb、及び、Biからなるグループから選ばれ、
前記陰イオンは、ヘキサフルオロリン酸塩イオン、テトラフルオロホウ酸塩イオン、塩素酸塩イオン、C（SO2CF3）3-イオン、PF4（CF3）2-イオン、PF3（C2F5）3-イオン、PF3（CF3）3-イオン、PF3（iso-C3F7）3-イオン、PF5（iso-C3F7）-イオン、イミドイオン、メチドイオン、ビスオキザラトホウ酸塩（bisoxalatoborate）、及び、ジフルオロオキザラトホウ酸塩（difluorooxalatoborate）からなるグループから選ばれ、
前記イミドイオンは、ビス（フルオロスルフリル）イミドイオン、ビス（トリフルオロメタンスルホニル）イミドイオン、ビス（パーフルオロエチルスルホニル）イミドイオン、一般構造N(-SO2-R)2-を有する線形イミドイオン（少なくとも１つのRは、１から８の鎖長のフッ化アルキル）、一般構造N(-SO2-R-)-を有する環状イミドイオン（少なくとも１つのRは、１から８の鎖長のフッ化アルキル）の１つから選ばれ、
前記メチドイオンは、一般構造C(-SO2-R)3-を有する（Rは、１から８の鎖長のフッ化アルキル）、
請求項１４に記載の非水電解質バッテリー。
【請求項１７】
酸素含有電極活物質の受け入れ、
多価金属塩を備える溶液の準備、及び、
前記酸素含有電極活物質の表面に配置した表面ネットワーク、前記多価金属塩の多価金属イオンを備える表層、を形成している前記酸素含有電極活物質と準備した溶液との接触、
を備える表面処理電極活物質の準備方法。
【請求項１８】
アノードは、リチウム化された金属酸化物（前記金属は、チタン、スズ、ニオブ、バナジウム、ジルコニウム、インジウム、鉄、及び、銅からなるグループから選ばれる）を備える陰極活物質を備え、
カソードは、リチウム化された金属酸化物（前記金属酸化物は、酸化バナジウム、酸化マンガン、酸化鉄、酸化コバルト、酸化ニッケル、酸化アルミニウム、シリコン酸化物、又はその組合せ、からなるグループから選ばれる）、リチウム金属ケイ化物、硫化リチウム金属、リン酸リチウム金属、リチウム混合金属リン酸塩、リチウム挿入化合物を備える陽極活物質を備え、
前記リチウム挿入化合物は、LixMXO4等のオリビン構造（MはFe、Mn、Co、Niとその組合せから選ばれる遷移金属であり、XはP、V、S、Siとその組合せから選ばれ、xの値は、およそ０と２との間である）を有する、
請求項１７に記載の方法。
【請求項１９】
前記多価金属イオンは、多価金属イオンと陰イオンとを備える多価金属塩から提供され、
前記多価金属イオンは、Ba、Ca、Ce、Co、Cu、La、Mg、Mn、Ni、Nb、Ag、Ti、Al、Zn、Pb、Fe、Hg、Cr、Cd、Sn、Pb、Sb、及び、Biからなるグループから選ばれ、
前記陰イオンは、ヘキサフルオロリン酸塩イオン、テトラフルオロホウ酸塩イオン、塩素酸塩イオン、C（SO2CF3）3-イオン、PF4（CF3）2-イオン、PF3（C2F5）3-イオン、PF3（CF3）3-イオン、PF3（iso-C3F7）3-イオン、PF5（iso-C3F7）-イオン、イミドイオン、メチドイオン、ビスオキザラトホウ酸塩（bisoxalatoborate）、及び、ジフルオロオキザラトホウ酸塩（difluorooxalatoborate）からなるグループから選ばれ、
前記イミドイオンは、ビス（フルオロスルフリル）イミドイオン、ビス（トリフルオロメタンスルホニル）イミドイオン、ビス（パーフルオロエチルスルホニル）イミドイオン、一般構造N(-SO2-R)2-を有する線形イミドイオン（少なくとも１つのRは、１から８の鎖長のフッ化アルキル）、一般構造N(-SO2-R-)-を有する環状イミドイオン（少なくとも１つのRは、１から８の鎖長のフッ化アルキル）の１つから選ばれ、
前記メチドイオンは、一般構造C(-SO2-R)3-を有する（Rは、１から８の鎖長のフッ化アルキル）、
請求項１７に記載の方法。
【請求項２０】
前記溶液は電解質溶液であり、前記溶液の多価金属塩の濃度は０．０１Ｍ超過０．２Ｍ未満である、
請求項１７に記載の方法。
【請求項２１】
前記多価金属塩を備える前記溶液は、リチウムイオン電池の電解質であり、
前記電解質は、リチウム含有塩をさらに備え、
前記リチウム含有塩は、LiPF6、LiBF4、LiClO4 LiAsF6、LiN（CF3SO2）2、LiN（C2F5SO2）2、LiCF3SO3、LiC（CF3SO2）3、LiPF4（CF3）2、LiPF3（C2F5）3、LiPF3（CF3）3、LiPF3（iso-C3F7）3とLiPF5（iso-C3F7）からなるグループから選ばれる、
請求項１７に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この出願は、バッテリー電極のための材料と方法に関する。また、この出願は、当該バッテリー電極で用いられる材料、このような電極を用いる電気化学的電池、及び、例えば、リチウム二次電池の製造方法に関する。
【０００２】
（関連出願）
この出願は、２０１４年３月５日付けの「酸素含有電極活物質を有するリチウムイオン電池のための多価金属塩」と題する米国仮特許出願第６１／９４８，４５０号に対し優先権を主張するものであり、全ての目的のためにこれらの出願の全てを参照することにより、これらのそれぞれの全体の内容がここに組み込まれる。
【背景技術】
【０００３】
電気化学的電池（例えばリチウム電池）の正と負の電極で用いられる電極活物質のいくつかの界面活性は、悪影響を有する可能性がある。例えば、電解質は陰極や陽極の表面で分解する場合がある。この分解は、電極活物質の表面、この表面の電位や電極活物質の表面上の特定の官能基（例えば、水酸基と酸素グループ）の存在の触媒活性によるかもしれない。この電解質分解と電極活物質の表面への他の好ましくない表面の反応は、容量漸移、低いレートパフォーマンス、及び、他の特徴を引き起こしている高い抵抗につながる場合がある。さらにまた、バッテリーの密封されたケースで生じる可能性がある相当なガス発生によって、膨張と潜在的に安全でない状況が起きる場合がある。多くの陽極活物質と陰極活物質は、そのような有害な処理を示す場合がある。ニッケルを含有する材料とチタンを含有する材料（例えば酸化（ＬＴＯ）リチウム・チタン）は、多くの異なる電解質で用いられる際に、特にガス生成の傾向がある。
【０００４】
さらに、電解質の中の金属不純物の存在は、リチウムイオン電池劣化を引き起こす場合がある。例えば、電極活物質に存在する金属不純物は、電解質に浸出するかもしれない。金属不純物（例えば金属イオン）は、陰極面において還元するかもしれず、及び/又は、アノード材に共同インターカレート（co-intercalate）するかもしれない。例えば、電解質へのマンガンの溶解によって、陰極活物質（例えば黒鉛、シリコン、その他）を利用するリチウムイオン電池劣化が起きる。そのため、金属不純物は、通常、リチウムイオン電池で避けられる。例えば、リチウムイオン電池で金属不純物を避けるために、酸素を備える電極活物質は、金属（例えばFe、Mn、Co、Ni、Al、Na、K、CaとMg）のとても低い濃度に言及する。
【０００５】
しかし、本発明者らは、一般に認められた信念と理論と反対である、表面処理電極活物質がバッテリー性能を予想外に向上させるために電極活物質を処理するのに、多価金属の包含を認識した。多価金属を備えるイオン導電層が電極活物質の表面上の直接的なコンフォーマル層（conformal layer）としてできる濃度で、多価金属は含まれてもよい。多価金属イオンは、表面処理電極活物質を形成するために、電極活物質の表面活性基と配位してもよい。多価金属による表面活性基の配位は、特に高温で、電極活物質面反応性と触媒劣化メカニズムを低減して、電池寿命の間のインピーダンス成長を最小にすると考えられている。表面処理電極活物質は、リチウムイオン電池で未処理の電極活物質と比較して改善された容量維持とサイクル寿命を示した。さらに、多価金属を備えるイオン導電層の多価金属は、電極活物質の表面と相互作用してもよい。いくつかの実施例では、多価金属は、完全にイオンであるか、部分的に還元されているか、完全に還元型である。
【０００６】
上述の要約は、簡略な形で、詳細な説明においてさらに説明されるコンセプトの集まりを紹介するために記載されたものであることが理解されるべきである。上述の要約は、請求項に記載された主題の本質的な特徴又は要点を特定するものではなく、主題のスコープは、詳細な説明によって裏付けられた請求項によってのみ特定されるものである。さらに、請求項に記載された主題は上述の不利益を溶液するための実施及び本開示のいかなる部分によって限定されるものではない。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１】図１は、電極活物質（例えば、チタン酸リチウム）の表面上の溶媒還元の提案されたメカニズムの模式図である。
【図２Ａ】図２Ａは、いくつかの実施形態に係る、酸素含有電極活物質の表面上の金属イオン含有層の形成を示す例示的な模式図である。
【図２Ｂ】図２Ｂは、いくつかの実施形態に係る、酸素含有電極活物質の表面上の金属イオン含有層の形成を示す例示的な模式図である。
【図２Ｃ】図２Ｃは、いくつかの実施形態に係る、金属と酸素含有電極活物質の表面の化合物の形成を示す模式図である。
【図３】図３は、いくつかの実施形態に係る、電極活物質を処理する例示的な方法である。
【図４】図４は、電気化学的電池の例示的な模式図である。
【図５】図５は、いくつかの実施形態に係る、処理電極を備える電気化学的電池の６０℃でのサイクル寿命データを示す。
【図６】図６は、いくつかの実施形態に係る、処理電極を備える電気化学的電池の６０℃でカレンダー寿命容量/維持データを示す。
【図７Ａ】図７Ａは、ある実施形態に係る、角型電気化学的電池の概略上面図である。
【図７Ｂ】図７Ｂは、ある実施形態に係る、角型電気化学的電池の概略側面図である。
【図７Ｃ】図７Ｃは、ある実施形態に係る、角型電気化学的電池の電極スタックの模式図である。
【図８Ａ】図８Ａは、ある実施形態に係る、巻回された電気化学的電池の概略上面図である。
【図８Ｂ】図８Ｂは、ある実施形態に係る、巻回された電気化学的電池の概略側面図である。
【発明を実施するための形態】
【０００８】
以下の説明では、多数の特定の詳細は、提示されたコンセプトの完全な理解を提供するために述べられる。提示されたコンセプトは、これらの特定の詳細の一部もしくは全部なしで行われてもよい。他の場合では、よく知られたプロセス処理は、記述されたコンセプトを必要以上に不明瞭にしないように詳述しなかった。いくつかのコンセプトが具体的な実施形態とともに記述されるが、これらの実施形態は制限を目的としないことが理解されよう。
【０００９】
本明細書中の用語は、具体的な実施形態だけを記述する目的で、制限を目的としない。ここに用いられているように、単数形「a」、「an」、及び、「the」は、内容が明示しない限り、「少なくとも１つ」を含む複数形を含む。「又は」は、「及び/又は」を意味する。ここに用いられているように、「及び/又は」という言葉は、関連する列挙されたアイテムの１つ以上のすべての組合せを含む。また、本明細書において、「comprises」及び/又は「conmprising」という言葉、又は、「includes」及び/又は「including」という言葉は、定まった特徴、領域、整数、ステップ、処理、要素、及び、構成要素の存在を特定するが、１つ以上の他の特徴、領域、整数、ステップ、処理、要素、構成要素、及び／又は、そのグループの存在又は追加を排除しない。「又はその組合せ」又は「の混合」という言葉は、前述の要素の少なくとも１つを含む組合せを意味する。
【００１０】
定められない限り、本明細書中の言葉（専門的で科学的な語を含む）は、本開示が属する分野の当業者によって一般に理解されている同じ意味を有する。一般的に用いられる辞書で定められる言葉は、関連した技術と本開示の文脈上で、彼らの意味と一致している意味を有すると解釈されるべきであり、本明細書で明示しない限り、理想とされる、又は、あまりに形式的な意味で、解釈されないことがさらに理解される。
【００１１】
＜序＞
電気化学的電池の電解質分解は、ガス発生、及び／又は、電池の抵抗の増加に結びつく電極活物質の表面でしばしば生じる。ガス発生がコントロールされないか、防止されない場合、ガス発生が、電池の膨張、電池のケースの破裂、電池の発火及び／又は爆発を引き起こす場合がある。さらにまた、電池の抵抗の増加は、そのレート（rate）容量と容量に否定的な影響を与える。
【００１２】
例えば、図１に、電極活物質１００の表面上の溶媒還元の提案されたメカニズムの模式図を示す。図１に示す例は、例示的な電極活物質として、チタン酸リチウム（本明細書において、Li4+xTi5O12とＬＴＯとも称する。）を用いる。特定の理論に束縛されることを望むことなく、ニッケル、コバルト、アルミニウム、チタン、及び、マンガンの金属酸化物が電解質成分と電解質溶媒の分解を引き起こすことができると考えられている。例えば、炭酸塩（例えば、エチレン炭酸塩（ＥＣ）、ジメチル炭酸塩（ＤＭＣ）、メチルエチル炭酸塩（ＭＥＣ）、ジエチル炭酸塩（ＤＥＣ））とバッテリー電解質のために一般的に用いられる溶媒は、高いポテンシャル（例えば、４．０Ｖ、４．５Ｖ又は５．０Ｖを超える）で、多くの金属酸化物の表面で酸化することができる。そのようなポテンシャルは、多くの陽極で一般的である。溶媒は、約２．０Ｖの対Liポテンシャルより少ないポテンシャルで、金属酸化物の表面で還元されてもよい。金属酸化物に基づくアノードの例は、リチウム化された、酸化チタン、酸化スズ、酸化ニオブ、酸化バナジウム、酸化ジルコニウム、酸化インジウム、酸化鉄、酸化銅と混合金属酸化物を備えるアノードである。ある実施例では、リチウム・チタン酸塩（陰極に用いられる）は、その表面に、オキシド基とヒドロキシ基を含む。オキシド基は、リチウム・チタン酸化物粒子の表面で溶媒分子の吸着に対して責任があると考えられている。そして、溶媒は、分解して、水素と他のガス状産物をリリースし、それによってオキシド基をヒドロキシ基に変える。それと同時に、図１に図示されるように、チタン酸リチウムのヒドロキシ基は、水素の還元とリリースを経て、それは気相に向かう。他の酸素含有電極活物質には、それらの表面で、オキシド基及びヒドロキシ基を有する場合がある。バッテリーの機能又は製造において好ましくない影響を持ち出す表面の原因によって、他の電極活物質は、しばしば与えられる。
【００１３】
開示した実施形態は、電気化学的電極活物質構造の表面を処理することによって、これらの問題を解決するのを助ける。そして、それによって、電荷運搬イオンが通るのを許し、電極活物質の表面と電解質の様々な構成要素との間で、直接接触を防止、又は、少なくとも最小にする。多価金属塩が電気化学電極活物質と接触する際に処理表面が形成され、当該処理表面は、電極活物質と電解質の間の障壁として作用する。この結果、電極活物質構造のより反応性の少ない表面は、電極活物質のより反応性の高い表面の代わりに、電解質にさらされる。
【００１４】
リチウム・チタン酸塩（Li4Ti5O12（しばしばＬＴＯと称する。））及び他の酸素含有電極活物質（例えば、リチウム酸化コバルト（LiCoO2（しばしばＬＣＯと称する。））、酸化（LiMn2O4（しばしばＬＭＯと称する。））リチウム・マンガン、リン酸鉄リチウム（LiFePO4（しばしばＬＦＰと称する。））、リチウム・ニッケル・マンガン酸化コバルト（LiNiMnCoO2（しばしばＮＭＣと称する。））、リチウム・ニッケル・コバルト酸化アルミニウム（LiNiCoAlO2（しばしばＮＣＡと称する。））、酸化リチウム・ニッケル・マンガン（LiNiMnO2（しばしばＬＮＭＯとして参照する））、シリコン酸化物（SiO2）、酸化スズ（SnO2）、及び、酸化ゲルマニウム（GeO2））は、これらの優れた特性のため、リチウムイオン電池のために一般的に用いられる。例えば、ＬＴＯで構築される電池は、多くのサイクルの後、そして、極端な動作状況（例えば高温）で高いレート（rate）と相対的に低いインピーダンスを有する。しかし、これらの酸素含有電極活物質の多くは、重要なガス生成を引き起こすことがある。
【００１５】
これらの電極活物質の表面を多価金属塩類で処理することによって、様々な酸素含有電極活物質を含んでいる電池で容量維持が改善され、ガス生成が減らされてもよいことが分かった。多価金属塩類は、添加物として電解質に加えられて、これらの電極が電解質と接触する前に電極活物質を含む電極を処理するために、又は、電極の製造（例えば、スラリー添加物として）の際に、又は、その前に、電極活物質の粒子を処理するために用いられてもよい。多価金属は、Ba、Ca、Ce、Co、Cu、La、Mg、Mn、Ni、Nb、Ag、Ti、Al、Zn、Pb、Fe、Hg、Cr、Cd、Sn、Pb、Sb、及び、Biからなるグループから選ばれてもよい。金属イオンは、彼らの対リチウム還元電位に基づいて選ばれてもよい。例えば、Mn2+は１．８５５Ｖの対リチウム還元電位を有する。リチウム・チタン酸塩粒子を皮膜で保護するために用いられるとき、Mn2+はチタン酸リチウムの表面でMn0になり、還元と関連する過ポテンシャルが小さい場合、そのポテンシャルは約１．５５Ｖである。類似した標準的な還元電位と（Mn2+に）類似した（低い）触媒活性を有する他の金属イオンは、良い候補である。Mn2+のような多価金属イオンの追加が、開示されたように、表面処理電極活物質を含むリチウムイオン電池の性能を向上させることが予想外に分かった。
【００１６】
有機種の還元の間の様々な金属の触媒活性は、通常、十分理解されておらず、研究されていなかった。しかし、H+イオンの水素ガスへの還元の間のいくつかの金属の触媒活性は、完全に調査され、しばしば水素発生の過電圧と称される。いかなる特定の理論にも制限されることなく、金属の性質及び表面が、H+イオンが水素に還元されるポテンシャルに影響を及ぼすと考えられている。簡潔にいうと、水素発生を開始するために、与えられた媒体の中で、金属のポテンシャルがどれだけH+/H2の平衡ポテンシャルから移動するかによって、過電圧は決定される。例えば、水素ガスを生成し始めるために、対H+/H2ポテンシャルとして、約−１．０５Ｖのポテンシャルが、１ＭのH+の溶液中の鉛サンプルに必要となる一方、H+を還元しガス状の水素にする同じプロセスを始めるために、Ptに印加しなければならない陰電位は、たった数ミリボルトである。これは、プラチナ界面（platinum interface）の水素発生の過電圧が他の金属と比較して低いからである。そのため、プラチナが多くの有機反応の促進剤として用いられる。他方、鉛界面（lead interface）の水素発生の過電圧は、非常に高い。そのため、鉛は促進剤としてめったに使われない。したがって、金属（その表面で電気化学的で化学プロセスに触媒作用を及ぼすその容量によって反映される）の触媒活性と電気化学的測定に由来する水素発生の過電圧との間のなんらかの相関関係は、存在すると考えられている。
【００１７】
上記の展望に基づいて、高い過電圧ポテンシャルを有する多価金属は、電極活物質の表面での反応を妨げる最高の能力があると考えられる。例えば、０．４Ｖ以上の水素過電圧ポテンシャルを有する多価金属が、用いられてもよい。具体的には、ＬＴＯが電極活物質として用いられる場合、電池パフォーマンスに最大の影響を及ぼす金属はより高い過電圧ポテンシャルを有するものである。具体的には、これらの金属は、約１．５５Ｖの対LiＬＴＯポテンシャルより高い電気化学ポテンシャルを有していてもよい。そのため、これらの金属は、還元されるか、ＬＴＯ面に付着される。いくつかのケースでは、ＬＴＯポテンシャルが、電池形成の間、Liに対して１．２Ｖ、０．７Ｖ、又は、０．５Ｖとなる場合、電気化学ポテンシャルが約−１．８Ｖ、−２．３Ｖ、又は、−２．３Ｖの対水素ポテンシャルへ低下する金属が用いられてもよい。
【００１８】
下記の表1は、様々な金属電気化学ポテンシャルと彼らの過電圧ポテンシャルを示す。計測の際、過電圧ポテンシャルは、溶液のｐＨ、表面の粗さ、いかなる表面フィルムにも依存することに注意されたい。一般的に、−１．５５Ｖの対H+/H2ポテンシャル未満のポテンシャルを有する金属（第１のカラム）は、それらの金属が表面と強い結合を形成しない限り（例えば、AlとBeの場合）、用いられるべきではない。−１．５５Ｖの対H+/H2ポテンシャル超過のポテンシャルを有する金属を示しているカラムでは、用いるのに最高の金属は、、Ti、Mn、Cr、Zn、Cd、Sn、Pb、Bi、Cu、Ag、及び、Hg等の、０．４Ｖ以上の過電圧を有するものである。
【表１】
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【００１９】
通常、金属不純物は、リチウムイオン電池で避けられる点に留意する必要がある。例えば、ＬＴＯと他の酸素含有電極活物質のための材料の特定は、例えばAl、Mg、Fe、Na、その他の金属の非常に低い濃度を頻繁に言及する。金属不純物に対する心配は、これらの不純物が電解質に浸出して、陰極活物質の表面で還元し、それによってバッテリー劣化を引き起こすということである。これらの金属は、Fe、Mn、Co、Ni、及び、Alを含む。Na、K、Ca、及び、Mg等の他の金属も、これらの金属がアノードに共同インターカレート（co-intercalate）するかもしれないため、避けられる。具体的には、複数の研究は、マンガンの溶解によって、例えば、黒鉛、シリコン、及び、シリコン合金、その他の従来の陰極活物質を利用するリチウムイオン電池劣化が起きることを示している。通常、不純物として見られる、これらの金属を添加することによって、バッテリー性能を向上させることが、発明者によって予想外に発見され、このことは、一般に認められた信念と理論と反対である。いくつかの実施例では、金属不純物は、10,000ppm未満、又は、より具体的には、1000ppm未満、又は、１００ppm未満の濃度を有する。
【００２０】
これらの金属イオンの多価の特徴は、これらのイオンが酸素含有電極活物質の表面に接着するのを助ける。例えば、多価金属イオンは、電極活物質の表面で、利用可能な酸素サイトで、共有結合をつくることができる。このプロセスは、選択的な配位と称する。いかなる特定の理論にも制限されることなく、選択的な配位プロセスは、現在、ＨＳＡＢ則（hard-soft acid- base theory）を参照して、説明される。ＨＳＡＢ則は、以下の特徴に基づく。硬い酸と硬い塩基は、小さいイオン半径を有し、電気陰性度が高く、分極性が弱く、高エネルギー最高被占軌道（ＨＯＭＯ）を有する。他方、柔らかい酸と柔らかい塩基は、大きいイオン半径を有し、電気陰性度が低く、低いエネルギー高エネルギー最高被占軌道（ＨＯＭＯ）を有する。これらの特徴とＨＳＡＢ則は、金属複合体の安定性を予測するのに用いられる。具体的には、硬いルイス酸は、例えば、柔らかいルイス塩基より硬いルイス塩基と強いイオン結合しがちである。そのため、硬いルイス酸に相当する、Mg2+、Ca2+、Mn2+、Al3+、及び、Ti4+等の金属イオンは、例えば、酸化物（oxide）及びカルボキサレート（carboxalates）等の硬いルイス塩基と、より強いイオン結合をつくる。上述したように、カルボキサレート（carboxalates）が典型的電解質分解産物を表す間、酸素は、電極活物質（電極活物質粒子とも称する。）の表面に存在する場合がある。より強い配位金属イオンは、電極活物質粒子の表面上の多価金属イオン防護フィルムイオン（本明細書において、多価金属イオン層とも称する。）を備える、より良い（例えば、より均一な、強く結合した、十分にカバーする）イオン導電層を生成し、更なる電解質分解を防止する。多価金属を備えるイオン導電層は、完全にイオンである、又は、部分的に還元されている、又は、完全に還元型の多価金属を層に含んでもよい。さらにまた、これらの多価の特徴は、図２Ａ及び２Ｂの中の表面処理電極活物質２００、２０２に示すように（以下でさらに説明する。）、酸素含有電極活物質の表面上に金属イオン含有ネットワーク（本明細書において、表層とも称する。）を生成することを助ける。多価金属イオンは、少なくとも＋２の価電子を有し、いくつかの実施形態においては、＋３、＋４、＋５以上の価電子を有してもよい。ある実施形態においては、多価金属イオンは、少なくとも＋２（すなわち＋２以上の）の価電子を持っていてもよい。
【００２１】
適切な多価金属イオンは、少なくとも４０、又は、少なくとも約６０の原子量を有する。ネットワークの中で、より小さなイオンが電極活物質と強い結合を形成することができる場合がある一方、これらのより小さなイオンは、電池の中におけるリチウムイオン移動度に干渉する可能性があり、充電及び放電レートに否定的な影響を与える可能性がある。一方、酸素含有電極活物質の上にこれらのイオンによって作られる多価金属イオン又はネットワーク（すなわち層）は電解質（例えば炭酸塩）の他の構成要素を十分にブロックする必要がある。そして、それは直接電極活物質と接触するとき、分解しやすい。リチウムイオン移動度を許容する一方で、例えば、ネットワークの隣接した金属イオンの間の間隔が電解質成分をブロックでき、より大きな金属イオンはより良いブロッキング性能を提供することができる。
【００２２】
電荷運搬イオン（例えば、リチウムイオン電池の中のリチウムイオン）と、多価金属イオンとは異なる点に留意する必要がある。多価金属イオンは、電池の動作（すなわち、充電と放電）の間、電極活物質粒子の表面に残る。運搬イオンが電極活物質粒子の全量に亘って存在する場合がある一方、多価金属イオンは、一般に、イオン、又は、部分的に還元され、又は、完全に還元型で、電極活物質粒子の表面に残る。黒鉛が電極活物質として用いられる場合、充電の間、電極電位は、０Ｖの対リチウム金属電位近くに達する。いかなる金属の還元ポテンシャル過分極（reduction potential over-polarization）の差でも、黒鉛の表面における金属の還元に終わることを、しばしば克服する。ＳＥＩ層は、アノードのインピーダンスをさらに上昇させて、これらの金属粒子の上で形成される。さらにまた、還元された金属は、内部短絡を引き起こすデンドライト（dendrite）を形成する。例えば、鉄が黒鉛の表面で還元されることは知られているが、十分な鉄が存在する場合、鉄のデンドライト（dendrite）が形成され、電池を短絡させる。他の実施例では、チタン酸リチウムが陰極活物質として用いられる場合、チタン酸リチウムの動作ポテンシャルは、黒鉛のそれよりかなり高い。そのため、鉄イオンが多価金属塩類の一部として用いられる場合、これらの鉄イオンはリチウム・チタン酸塩粒子の表面で減らない可能性があり、リチウム・チタン酸塩粒子を様々な電解質成分（例えば炭酸塩）と直接接触することから保護する表層内に残る可能性がある。
【００２３】
多価金属イオンは、様々な陰イオン、例えば、イミドイオン、ヘキサフルオロリン酸塩（PF6-）イオン、テトラフルオロホウ酸塩（BF4-）イオンと塩素酸塩イオン（ClO4-）イオン）等、と塩類を形成する。イミドイオンのいくつかの例は、ビス（フルオロスルフリル）イミド（N（SO2F）2-）イオン、ビス（トリフルオロメタンスルホニル）イミド（N（SO2CF3）2-）イオン、ビス（パーフルオロエチルスルホニル）イミド（N（SO2C2F5）2-）イオンを含む。更なる例は、C（SO2CF3）3-イオン、PF4（CF3）2-イオン、PF3（C2F5）3-イオン、PF3（CF3）3-イオン、PF3（iso-C3F7）3-イオンとPF5（iso-C3F7）-イオンを含む。より一般的には、多価金属イオンは、一般構造PFxR1--（xは、１から５であり、少なくとも１つのRは、１から８の鎖長のフッ化アルキル）を有するフルオロアルキル置換PF6-イオンである。多価金属イオンは、一般構造BFxR1-x-（xは、１から４であり、少なくとも１つのR（存在する場合）は、１から８の鎖長のフッ化アルキル）を有するフルオロアルキル置換BF4-イオンである。多価金属イオンは、一般構造N（-SO2-R）2-（少なくとも１つのRは、１から８の鎖長のフッ化アルキル）を有する線形イミドイオンである。多価金属イオンは、一般構造N（-SO2-R-）-（少なくとも１つのRは、１から８の鎖長のフッ化アルキル）を有する環状イミドイオンである。最後に、多価金属イオンは、一般構造C（-SO2-R）3-（少なくとも１つのRは、0から8の鎖長のフッ化アルキル）を有するメチド塩類である場合がある。更なる例は、BOB-（bisoxalatoborate）とDFOB-（difluorooxalatoborate）を含む。いかなる特定の理論にも制限されることなく、イミドイオンが陽極の上で安定な低抵抗のＳＥＩ層を提供することができると考えられている。そのため、酸素含有陽極活物質を皮膜で保護するために用いられる様々な多価金属塩類のために、イミドイオンが用いられる。これに加えて、０．２Ｍ、又は、０．１Ｍ、又は、より好ましくは０．０１Ｍ未満の濃度において加えられるとき、多価金属は、硝酸塩、亜硝酸塩、及び、他の塩類の形で加えられることができる。濃度が十分に低いケースでは、通常、リチウムイオン電池に有害であると思われる陰イオンが用いられてもよい。実施例は、アノード及びカソードへの反応性、並びに、集電装置の腐食を引き起こす可能性のため、典型的にはリチウムイオン電池電解質で用いられない、塩化物、硫酸塩、アセテートを含む。多価金属を加える良い影響は、これらの陰イオンを導入することによるあらゆる悪影響よりも強いため、多価金属を低い濃度で用いることができることが予想外に発見された。
【００２４】
多価金属塩類の具体例は、マンガン・ビス（トリフルオロメタンスルホニル）イミド（Mn（N（SO2CF3）2）2）、マグネシウム・ビス（トリフルオロメタンスルホニル）イミド（Mg（N（SO2CF3）2）2）、カルシウム・ビス（トリフルオロメタンスルホニル）イミド（Ca（N（SO2CF3）2）2）、コバルト・ビス（トリフルオロメタンスルホニル）イミド（Co（N（SO2CF3）2）2）、ニッケル・ビス（トリフルオロメタンスルホニル）イミド（Ni（N（SO2CF3）2）2）、銅ビス（トリフルオロメタンスルホニル）イミド（Cu（N（SO2CF3）2）2）、亜鉛ビス（トリフルオロメタンスルホニル）イミド（Zn（N（SO2CF3）2）2）、セシウム・ビス（トリフルオロメタンスルホニル）イミド（Cs（N（SO2CF3）2）2）、バリウム・ビス（トリフルオロメタンスルホニル）イミド（Ba（N（SO2CF3）2）2）、ランタン・ビス（トリフルオロメタンスルホニル）イミド（La（N（SO2CF3）2）2）とセリウム・ビス（トリフルオロメタンスルホニル）イミド（Ce（N（SO2CF3）2）2）を含む。これらの塩類の多くは、他のアプリケーションのために市販である。
【００２５】
いかなる特定の理論にも制限されることなく、これらの多価金属塩類が充電/放電サイクリングの間、電極活物質粒子の表面で体系化されてイオン導電膜を形成すると考えられている。多価金属イオンは、電極活物質の直接的なコンフォーマル層（conformal layer）として生じてもよい。多価金属の中のイオンは、多価金属（本明細書において、多価金属イオン層と称する。）を備えるイオン導電層において、完全にイオン、又は、部分的に還元されて、又は、完全な還元型で、存在する。いくつかの実施例では、これらの塩類からの多価金属イオンはイオン導電多層金属層、例えば、金属-二価の陰イオン（例えば、酸素イオン）を含む、イオン表面フィルムネットワーク、を優先して形成することができる。例えば、図２Ａ及び２Ｂに示されるように、これらのイオン格子は配位メカニズムによって電極活物質粒子の表面でコンフォーマルコーティングを形成する。多価金属イオンは、図２Ｃの中の表面処理電極活物質２０４として示すように、表面活性基と配位することもできる。双方の種類の配位は、特に高温で、電極活物質面反応性と触媒劣化メカニズムを減らし、電池寿命におけるインピーダンス成長を最小にすると考えられている。このように、外面を有する電極活物質と、多価金属を備えるイオン導電層とを備え、当該層が電極活物質の外面上の直接的なコンフォーマル層（conformal layer）である、表面処理電極活物質が提供できる。例えば、外面と多価金属イオン層がある酸素含有電極活物質を備える表面処理電極活物質が提供できる。図２Ａ、２Ｂ及び２Ｃに図示されるように、多価金属イオン層は酸素含有電極活物質の外面上の、例えば、直接的なコンフォーマル層（conformal layer）である。直接的なコンフォーマル層（conformal layer）は、イオン導電層である。多価金属を備えるイオン導電層は、完全にイオン型、又は、部分的に還元型、又は、完全に還元型の金属イオンを含んでもよい。表面処理電極活物質のための電極活物質は、リチウム化された金属酸化物を備えるアノード材料である。金属酸化物は、酸化チタン、酸化スズ、酸化ニオブ、酸化バナジウム、酸化ジルコニウム、酸化インジウム、酸化鉄、酸化銅又は混合金属酸化物の１つから選ばれてもよい。例えば、陰極活物質は、リチウム・チタン酸塩（Li4Ti5O12）、リチウム酸化コバルト（LiCoO2）、リチウム・マンガン酸化物（LiMn2O4）、リン酸鉄リチウム（LiFePO4）、リチウム・ニッケル・マンガン酸化コバルト（LiNiMnCoO2）又はリチウム・ニッケル・コバルト酸化アルミニウム（LiNiCoAlO2）の１つを備える酸素含有電極活物質であってもよい。いくつかの実施例では、酸素含有電極活物質は、チタン酸リチウムを備えてもよい。表面処理電極活物質のための電極活物質は、リチウム化された金属酸化物を備える陽極活物質を備えるカソードであってもよく、金属酸化物は、酸化バナジウム、酸化マンガン、酸化鉄、酸化コバルト、酸化ニッケル、酸化アルミニウム、シリコン酸化物、又は、その組合せ、又は、リチウム金属ケイ素化合物、硫化リチウム金属、リン酸リチウム金属、又は、リチウム混合金属リン酸塩の１つから選ばれてもよい。
【００２６】
多価金属を備えるイオン導電層は、０．４Ｖ以上の水素過電圧ポテンシャルがある多価金属を備えても良い。イオン導電多価金属は、電極活物質の対リチウムポテンシャルより高い多価金属電気化学ポテンシャルに基づいて、選ばれてもよい。例えば、イオン導電層の多価金属は、Ba、Ca、Ce、Co、Cu、La、Mg、Mn、Ni、Nb、Ag、Ti、Al、Zn、Pb、Fe、Hg、Cr、Cd、Sn、Pb、Sb、及び、Biからなるグループから選ばれてもよい。多価金属イオン及び陰イオンを備える多価金属塩によって、多価金属は提供されてもよい。また、陰イオンは、ヘキサフルオロリン酸塩イオン、テトラフルオロホウ酸塩イオン、塩素酸塩イオン、C（SO2CF3）3-イオン、PF4（CF3）2-イオン、PF3（C2F5）3-イオン、PF3（CF3）3-イオン、PF3（iso-C3F7）3-イオン、PF5（iso-C3F7）-イオン、イミドイオン、メチドイオン、ビスオキザラトホウ酸塩（bisoxalatoborate）、ジフルオロオキザラトホウ酸塩（difluorooxalatoborate）からなるグループから選ばれてもよい。また、イミドイオンは、ビス（フルオロスルフリル）イミドイオン、ビス（トリフルオロメタンスルホニル）イミドイオン、ビス（パーフルオロエチルスルホニル）イミドイオン、一般構造N(-SO2-R)2-を有する線形イミドイオン（少なくとも１つのRは、１から８の鎖長のフッ化アルキル）、一般構造N(-SO2-R-)-を有する環状イミドイオン（少なくとも１つのRは、１から８の鎖長のフッ化アルキル）の１つから選ばれてもよい。また、メチドイオンは、一般構造C(-SO2-R)3-を有してもよい（Rは、１から８の鎖長のフッ化アルキル）。
【００２７】
多価金属塩類がいくつかの他の電極活物質（例えば黒鉛）でよく働かないてもよい点に留意する必要がある。例えば、金属イオンを固体の電解質インターフェース（ＳＥＩ）層に取り込むことは、この層の電子伝導率を上昇させる傾向がある。
【００２８】
いくつかの実施例では、多価金属を備えるイオン導電層は、電極活物質の外面上で少なくとも部分的に還元型の多価金属を備えてもよい。
【００２９】
電極活物質と接触する溶液をつくるために、多価金属塩類は、液体に溶かされてもよい（例えば、スラリー、又は、電解質等）。具体的な実施形態において、多価金属塩は、１つ以上の炭酸溶媒を含んでいる電解液に溶かされる。電解質は、さらに、LiPF6、LiBF4、LiClO4 LiAsF6、LiN（CF3SO2）2、LiN（C2F5SO2）2、LiCF3SO3、LiC（CF3SO2）3、LiPF4（CF3）2、LiPF3（C2F5）3、LiPF3（CF3）3、LiPF3（iso-C3F7）3、LiPF5（iso-C3F7）等のリチウム含有塩類、（CF2）2（SO2）2xLi、（CF2）3（SO2）2xLi等の環状アルキル基を有するリチウム塩類、又は、その組み合わせを含む。一般的な組合せは、LiPF6とLiBF4、LiPF6とLiN（CF3SO2）2、LiBF4、及び、LiN（CF3SO2）2を含む。電解質溶媒と塩類の様々な実施例は後述する。
【００３０】
いくつかの実施例では、電解質は、０．２ＭのLiN（CF3SO2）2及び０．８ＭのLiPF6がプロピレンカーボネートとエチル・メチル炭酸塩との混合物に溶かしたものを含む。リチウム含有塩類と溶媒とのこの組合せは、ベース電解質と称する。様々な多価金属イオン添加物は、電池のパフォーマンスを向上させるために、このベース電解質に加えられてもよい。電解質添加物のある実施例ではは、マンガン・ビス（トリフルオロメタンスルホニル）イミド（Mn（N（SO2CF3）2）2）である。ベース電解質の中の当該添加物の量は、約０．０１Ｍと１Ｍとの間、又は、より具体的には、約０．０２Ｍと０．５Ｍとの間、例えば、約０．１Ｍ、であってもよい。他のベース電解質に加えたマンガン・ビス（トリフルオロメタンスルホニル）イミドのために、これらの量の添加物が用いられてもよい。同様に、これらの量は、ベース電解質（例えば、上記のベース電解質、又は、いくつかの他のベース電解質）に加えられる他の多価金属イオン添加物のために用いられてもよい。当該量は、添加物の種類（例えば、より小さな分子を有する多価金属塩類はより大きい量で加えられる）、酸素含有電極活物質の種類（例えば、より大きい表面積を有する粒子は、より多くの添加物を必要とする）、溶媒の種類（例えば、溶媒は様々な添加物に可溶性制限を付与する）、及び、他の要因に、依存する。
【００３１】
例えば、少なくとも１つの非水溶媒と、LiPF6、LiBF4、LiClO4 LiAsF6、LiN（CF3SO2）2、LiN（C2F5SO2）2、LiCF3SO3、LiC（CF3SO2）3、LiPF4（CF3）2、LiPF3（C2F5）3、LiPF3（CF3）3、LiPF3（iso-C3F7）3、LiPF5（iso-C3F7）、環状アルキル基を有するリチウム塩類、及び、その組合せから選ばれる、１つ以上のリチウム含有塩を備える非水電解質が提供できる。
【００３２】
いくつかの実施例では、多価金属塩が少なくとも＋２の価電子を有する多価金属イオンを備え、非水電解質は、約０．０１Ｍ超過０．２Ｍ未満の濃度の当該多価金属塩を、更に含んでもよい。他の実施形態において、多価金属塩の濃度は、約０．０５Ｍ〜０．１０Ｍの間であってもよい。ある実施例では、多価金属塩は、マンガン・ビス（トリフルオロメタンスルホニル）イミド（Mn（N（SO2CF3）2）2）、マグネシウム・ビス（トリフルオロメタンスルホニル）イミド（Mg（N（SO2CF3）2）2）、カルシウム・ビス（トリフルオロメタンスルホニル）イミド（Ca（N（SO2CF3）2）2）、コバルト・ビス（トリフルオロメタンスルホニル）イミド（Co（N（SO2CF3）2）2）、ニッケル・ビス（トリフルオロメタンスルホニル）イミド（Ni（N（SO2CF3）2）2）、銅ビス（トリフルオロメタンスルホニル）イミド（Cu（N（SO2CF3）2）2）、亜鉛ビス（トリフルオロメタンスルホニル）イミド（Zn（N（SO2CF3）2）2）、セシウム・ビス（トリフルオロメタンスルホニル）イミド（Cs（N（SO2CF3）2）2）、バリウム・ビス（トリフルオロメタンスルホニル）イミド（Ba（N（SO2CF3）2）2）、ランタン・ビス（トリフルオロメタンスルホニル）イミド（La（N（SO2CF3）2）2）とセリウム・ビス（トリフルオロメタンスルホニル）イミド（Ce（N（SO2CF3）2）2）の１つから選ばれるイミド塩、又は、ヘキサフルオロリン酸塩イオン、テトラフルオロホウ酸塩イオン、塩素酸塩イオン、C（SO2CF3）3-イオン、PF4（CF3）2-イオン、PF3（C2F5）3-イオン、PF3（CF3）3-イオン、PF3（iso-C3F7）3-イオン、PF5（iso-C3F7）-イオン、イミドイオン（ビス（フルオロスルフリル）イミドイオン、ビス（トリフルオロメタンスルホニル）イミドイオン、ビス（パーフルオロエチルスルホニル）イミドイオン、一般構造N(-SO2-R)2-を有する線形イミドイオン（少なくとも１つのRは、１から８の鎖長のフッ化アルキル）、一般構造N(-SO2-R-)-を有する環状イミドイオン（少なくとも１つのRは、１から８の鎖長のフッ化アルキル）の１つから選ばれる）、メチドイオン（一般構造C(-SO2-R)3-を有する（Rは、１から８の鎖長のフッ化アルキル））、ビスオキザラトホウ酸塩（bisoxalatoborate）、及び、ジフルオロオキザラトホウ酸塩（difluorooxalatoborate）の１つから選ばれる陰イオンと対になる、Ba、Ca、Ce、Co、Cu、La、Mg、Mn、Ni、Nb、Ag、Ti、Al、Zn、Pb、Fe、Hg、Cr、Cd、Sn、Pb、Sb、Biの１つから選ばれる多価金属イオン、の少なくとも１つである。他の実施例では、多価金属塩は、Ba、Ca、Ce、Co、Cu、La、Mg、Mn、Ni、Nb、Ag、Ti、Al、Zn、Pb、Fe、Hg、Cr、Cd、Sn、Pb、Sb、及び、Biからなるグループから選ばれる多価金属イオンと、陰イオンとを備え、陰イオンは、ヘキサフルオロリン酸塩イオン、テトラフルオロホウ酸塩イオン、塩素酸塩イオン、C（SO2CF3）3-イオン、PF4（CF3）2-イオン、PF3（C2F5）3-イオン、PF3（CF3）3-イオン、PF3（iso-C3F7）3-イオン、PF5（iso-C3F7）-イオン、イミドイオンビス（フルオロスルフリル）イミドイオン、ビス（トリフルオロメタンスルホニル）イミドイオン、ビス（パーフルオロエチルスルホニル）イミドイオン、一般構造N(-SO2-R)2-を有する線形イミドイオン（少なくとも１つのRは、１から８の鎖長のフッ化アルキル）、一般構造N(-SO2-R-)-を有する環状イミドイオン（少なくとも１つのRは、１から８の鎖長のフッ化アルキル）���１つから選ばれる）、メチドイオン（一般構造C(-SO2-R)3-を有する（Rは、１から８の鎖長のフッ化アルキル））、ビスオキザラトホウ酸塩（bisoxalatoborate）、及び、ジフルオロオキザラトホウ酸塩（difluorooxalatoborate）からなるグループから選ばれる。
【００３３】
＜処理例＞
図３を参照して、下記に説明するように、電池及び電極を製造するために電極活物質を用いる、又は、電極活物質を製造する、異なる段階において、多価金属塩類を用いた、酸素含有電極活物質の表面の処理は、実行されてもよい。表面処理のステージは、電極活物質のタイプ（例えば、その構成物、形態、構造の形、及び、構造の大きさ）、処理条件、及び、他の要因に基づいて選ばれてもよい。異なるステージにおいて用いられる同じ多価金属塩は、異なる種類の表面処理を生じてもよい点に留意する必要がある。例えば、イオン導電多価金属表層は、多価金属を備えてもよい。イオン導電多価金属表層の多価金属の形は、電極活物質に依存する。多価金属は、金属の形で（すなわち、完全に還元型イオンの形で）、塩の形で（すなわちイオンの形で）、又は、電極活物質に存在する活性基と形成する構造（すなわち配位結合）として、存在する場合がある。イオン導電多価金属表層は、電極活物質の表面において、直接的なコンフォーマル層（conformal layer）を作ってもよい。
【００３４】
図３は、いくつかの実施形態に係る、酸素含有電極活物質構造の処理を含む方法３００に相当するプロセス・フローチャートである。当該処理は、オペレーション３０４ａ、３０４ｂ、３０４ｃ、３０４ｄ、及び、３０４ｅで示すように電極活物質で多価金属イオンを備える溶液に接触することを含んでもよい。異なる液体が用いられてもよく、この処理が全体的な方法３００のどの段階で実行されるかに応じて、異なる混合物が形成されてもよい。例えば、多価金属塩が電解質に加えられる処理は、オペレーション３０４ｅにおいて実行される処理である。
【００３５】
いくつかの実施例では、これらの処理オペレーション３０４ａ、３０４ｂ、３０４ｃ、３０４ｄ、及び、３０４ｅの１つだけが実行される。あるいは、処理オペレーション３０４ａ、３０４ｂ、３０４ｃ、３０４ｄ、及び、３０４ｅのうち２つ以上の処理オペレーションが実行されてもよい。複数の処理オペレーションが用いられるとき、最初の処理において、酸素含有電極活物質構造の上に部分的な表層を作り、以降の１つ以上の処理オペレーションにおいて、修正され、又は、追加されてもよい。例えば、まず、活物質の表面がモリブデン化合物によって処理された後、マンガン化合物が電解質に加えられてもよい。
【００３６】
オペレーション３０４ａ、３０４ｂ、３０４ｃ、３０４ｄ、及び、３０４ｅの一部は、電極や電池アセンブリを作るのに用いられる他のオペレーションの部分であってもよい。あるいは、これらのオペレーションの一部は、独立のオペレーションであってもよい。例えば、オペレーション３０４ａにおける処理は、粉の形状で（そして、これらの構造がスラリーを形成するための高分子バインダと結合される前に）受け入れられる電極活物質の上で、実行されてもよい。多価金属塩は、粉を処理して、いくつかの実施形態において、処理の後で粉を産出するように、特別に設計された液体の一部であってもよい。当該溶液は、多価金属塩に加えて、他の構成要素（例えば１つ以上の溶媒）を含んでもよい。それから、液体が電極活物質と組み合わされる際に形成された混合液は、処理表面と共に電極活物質を回収するために処理される。そのため、オペレーション３０４ａは独立のオペレーションであってもよく、電極又は電池アセンブリを作るのに用いられるもう１つの処理に組み合わされなくてもよい。あるいは、オペレーション３０４ａは、電極活物質製造（例えば、プロセスの最後ステージ）の一部として実行されてもよい。
【００３７】
オペレーション３０４ｃにおける表面処理は、電極が１つ以上の他の電極とスタック又はゼリーロールへ配置される前に、部分的に組み立てられた電極（例えば、コートされた集電装置）又は完全に組み立てられた電極（例えば、プレス及びスリットされた電極）の上で実行されてもよい。オペレーション３０４ｃは、電極製造の間又は後において実行される独立のオペレーションであってもよい。多価金属塩は、電極を処理するように特別設計された液体の一部であってもよい。
【００３８】
オペレーション３０４ｄにおける表面処理は、スタック又はゼリーロール（まとめて乾電池アセンブリとも称する。）の上で、電解質を当該アセンブリに導入する前に実行されてもよい。また、オペレーション３０４ｄは独立のオペレーションであってもよい。多価金属塩は、乾電池アセンブリを処理するように特別設計された液体の一部であってもよい。例えば、当該液体は、過度の温度（例えば、乾電池アセンブリに用いられるセパレーターの温度閾値以下）を必要とせずに簡単に蒸発する、１つ以上の溶媒を含んでもよい。当該液体は、オペレーション３０４ｄの終了後に乾電池アセンブリから除去されてもよい。
【００３９】
他方、オペレーション３０４ｂやオペレーション３０４ｅは、標準的な製造処理の部分として実行されてもよい。例えば、オペレーション３０４ｂは、スラリーミキシングの一部と電極コーティングであってもよい。このオペレーション中、電極活物質は、スラリーの中にあってもよい。このスラリーは、集電サブストレートをコートするのに後で用いられる。電極活物質がスラリーに加えられた後、又は、その前に、多価金属塩はスラリーに加えられてもよい。
【００４０】
オペレーション３０４ｅによって示される他の実施例では、電極活物質は、乾電池アセンブリの一部とされるか、より具体的には、１つ以上の電極として、乾電池アセンブリへ、他の１つ以上の電極とともに配置される。電池を満たすものとして用いられる電解質の一部として、多価金属塩は加えられてもよい。そのため、電解質が構造を含んでいる１つ以上の電極を浸すとき、電極活物質は多価金属塩含有液体と結合される。
【００４１】
全体として、オペレーション３０２や３０６における粉として、オペレーション３０８における電極（完全、又は、部分的に作成された）の一部として、そして、オペレーション３１０から３１２までにおいて、電解質で満たされる準備ができている乾電池アセンブリの一部として、電極活物質は提供されてもよい。いくつかの実施例では、これらの電極活物質構造がスラリーを形成するために他の電極材料と結合されるか、より具体的には、これらの構造が高分子バインダと結合される前に、表面処理が作成されてもよい。本実施例は、図３の中でオペレーション３０２と３０４ａとの組合せで例示される。プロセスの現段階では、オペレーション３０２において、受け入れられる電極活物質を原料と称してもよい。いくつかの実施例では、一般に認められた構造は、表面処理の前に１つ以上の導電性の添加物（例えば、黒鉛、アセチレン黒、カーボンナノチューブ、セラミック、他の電極活物質、等）で使用前に混合されてもよい。プレ混合は、例えば、カーボン添加物で電極活物質構造のコーティングのために用いられてもよい。
【００４２】
オペレーション３０４ａにおいて、オペレーション３０２において提供される電極活物質は、多価金属塩を含む液体と結合される。あるいは、液体が電極活物質と結合された後、例えば、電極活物質と電極活物質を含有している混合薬に、多価金属塩が加えられてもよい。多価金属塩の量は、電極活物質のサイズと形に、又は、より具体的には、扱われる必要があるこれらの構造の表面積に、依存してもよい。例えば、より大きな粒子がより少ないものを必要とする一方、より小さな粒子はより多価金属塩を必要としてもよい。ここに提供されている範囲は、通常、約２ミクロンと約５０ミクロンの間に平均サイズがある電極活物質に適用できる。これらの粒子は、約０．０４ミクロン〜０．４ミクロンの間に平均サイズを有する、より小さな粒子でできているマクロ構造であり、しばしば、結晶質と称する。処理に必要とされる多価金属塩の量に影響を与えている他の要因は、上記で挙げられている。
【００４３】
いくつかの実施例では、混合の多価金属塩の量は、電極活物質の重さと比較して、約０．２重量％超過約２０重量％未満である。ある実施例では、多価金属塩の量は、電極活物質の重さと比較して、０．２重量％〜５重量％又は０．２重量％〜２重量％であってもよい。さらに他の実施例では、多価金属塩の量は、約０．２５重量％と約５重量％、又は、約0.５重量％と約２重量％であってもよい。これらの量は、構造の表面でコンフォーマル単分子層を形成するとともに、混合において、反応しない、又は、構造の表面に付着しない過剰な多価金属塩を避けると、考えられている。多価金属塩類の様々な例については、後述する。さらに下記のように、オペレーション３０４ｂ、３０４ｃ、３０４ｄと３０４ｅで用いられる多価金属塩類に、上述の多価金属塩の範囲も適用できる。
【００４４】
これらの２つの構成要素を混ぜて、オペレーション３０４ａにおいて、混合、又は、より具体的には、分散することによって、電極活物質は、液体と結合されてもよい。この混合は、例えば、オペレーション３０６において、提供されるスラリーと区別されなければならない。この混合は、電極活物質が液体と結合された後に混合に加えられ、又は、液体の一部として提供される多価金属塩を含む。電極活物質は連続混合によって液体の中で活発に漂ってもよい。そして、それによって構造と多価金属塩との十分な接触を確実にする。いくつかの実施例では、混合は、熱力学反応平衡を移すことなく、反応動力学を改善するために、加熱されてもよい。それから、電極活物質は濾過され、液体に用いられている溶媒（例えば、エタノール）で、１回以上（例えば、２回）、洗われてもよい。それから、フィルタ処理した構造は、液体の残りの構成要素を取り出すために乾燥されてもよい。例えば、電極活物質は、約８０℃超過約２４０℃未満の温度で、約４時間超過７２時間、より具体的には、約２１０℃の温度で約２４時間、乾燥されてもよい。全体として、電極活物質の表面処理の後、構造は液体から切り離されてもよく、例えば、電極の製造のためにこれらの構造を使用する前に、粉が製造されてもよい。乾燥電極活物質は、例えば、オペレーション３０６等の後の処理で使用するために準備ができている場合がある。オペレーション３０４ａは、原料供給元によって、電極メーカーによって、又は、バッテリー・メーカーによって実行されてもよい。
【００４５】
いくつかの実施例では、オペレーション３０４ａが実行されず、方法３００は、オペレーション３０２から直接オペレーション３０６に進んでもよい。他方、オペレーション３０４ａが実行される場合、それは、方法３００全体において唯一の表面処理オペレーションであるか、１つ以上の他の表面処理オペレーション３０４ｂ、３０４ｃ、３０４ｄと３０４ｅと組み合わさったものである。
【００４６】
それから、方法３００は、オペレーション３０６を続行してもよい。そして、その間、電極活物質は、スラリーを形成するために他の電極材料と結合される。当該オペレーション中、構造は、少なくとも高分子バインダと少なくとも結合される。しかし、他の材料（例えば、導電性の添加物や溶媒）は、スラリーを形成するために、混合に加えられてもよい。スラリーの形成は、バッテリーの望ましいパフォーマンス特性（例えば、レート（rate）容量、容量）、電極活物質（例えば、組成、構造のサイズ）、及び、他の要因等に依存する。スラリーの形成は、当業者によって理解される。多価金属塩は、完全に調製されたスラリー（すなわち、当該スラリーの他の全ての構成要素）又は部分的に調製されたスラリー（例えば、構造のない電極活物質以外のいくつかの構成要素）に、加えられてもよい。例えば、後者の場合、残留する溶媒やバインダは、多価金属塩を加えた後に加えられてもよい。部分的に調製されたスラリーにおいて、多価金属塩の同一量は、完全に調製されたスラリーにおけるものより、高濃度を有する。高濃度は、動力学や熱力学展望から望ましい場合がある。この後者の場合、大部分の処理は、スラリーに残りの構成要素を加える前に実行されてもよい。
【００４７】
オペレーション３０４ｂは、処理３０６の一部であってもよい。本実施例では、多価金属塩を含有する合剤は、スラリーである。スラリーを形成する前に、又は、スラリーが形成された後、多価金属塩は、例えば、液体又はもう１つの構成要素へ、加えられてもよい点に留意する必要がある。いずれの場合も、結局、多価金属塩は構造と接触して、電極活物質の表面を処理する。いくつかの実施例では、スラリーが形成されるとすぐに、例えば、スラリーの構成要素が混ぜ合わせられるとすぐに、表面処理は始まる。反応産物（例えば、表面処理の間に発生するガス）を除去するために、スラリーは除気されてもよい。さらにまた、スラリーは、処理プロセスの速度を上げるために、集電サブストレートにスラリーをコートする前に、しばらくの間、加熱されてもよい。
【００４８】
いくつかの実施例では、オペレーション３０４ｂは、実行されない。他方、オペレーション３０４ｂが実行される場合、それは方法３００全体において唯一の表面処理オペレーションであるか、１つ以上の他の表面処理オペレーション３０４ａ、３０４ｃ、３０４ｄと３０４ｅと組み合わさったものである。
【００４９】
それから、方法３００は、オペレーション３０８における電極製造に進んでもよい。この処理は一連のステップ（例えば、集電サブストレート上へのスラリーのコーティング）を必要とし、最初の電極活物質層を形成するためにスラリーを乾燥させ、所望する密度を達成するために層をプレスし、その最終的な幅と長さに電極をスリットする。集電サブストレートは、オペレーションの間、１又は２の電極活物質層を受け入れてもよい。集電サブストレートがスラリーで被覆され、乾燥する際、これらの層は最初に形成される。それから、層は正常な密度にプレスされてもよい。いくつかの実施例では、電極活物質が電極活物質層の一部であり、電極活物質は処理される。
【００５０】
本明細書において、オペレーション３０８のいかなるステージにおいて、電極アセンブリは、構造としてみなされる。そのため、電極アセンブリは、完全に製造された電極、及び、部分的に製造された電極の双方をカバーする。例えば、オペレーション３０４ｃは、電極アセンブリが圧縮される前に、圧縮した後であってスリットの前に、又は、スリットの後に、電極アセンブリに対して実行されてもよい。多価金属塩含有液体は、電極アセンブリの各々の電極活物質層の上に投入されてもよい。いくつかの実施例では、電極アセンブリは、部分的に又は完全に、多価金属塩含有液体に浸される。液体は、多価金属塩と電極活物質との接触を確実にするために電極活物質層にしみ込ませておかれる。液体は、約５０℃超過２００℃未満の温度で加熱されてもよい。全体として、より高い温度はバインダを溶解又は劣化させるため、電極の中の、例えば、ポリフッ化ビニリデン、カルボキシメチルセルロース（又はカルボキシメチルセルロースの塩）、及び、スチレン・ブタジエン・ゴム等の高分子バインダの存在は、処理温度を、２００℃未満、又は、しばしば、１７０℃未満、１３０℃未満にまで制限する場合がある。
【００５１】
さらにまた、一時的な電気化学的電池（temporary electrochemical cell）は、電極アセンブリの表面処理を実行するために、オペレーション３０４ｃにおいて、形成されてもよい。電極アセンブリは、電荷運搬イオンを含む液体に入れられてもよい。いくつかの実施例では、電荷運搬イオンは、多価金属塩によって形成されてもよい。例えば、電荷運搬イオンは、塩の多価金属イオンである場合がある。一時的な電池において、イオンの流れを確実にするために、電極アセンブリの集電サブストレートに、電圧が印加されてもよい。
【００５２】
いくつかの実施例では、オペレーション３０４ｃは、実行されない。他方、オペレーション３０４ｃが実行される場合、それは方法３００全体において唯一の表面処理オペレーションであるか、１つ以上の他の表面処理オペレーション３０４ａ、３０４ｂ、３０４ｄと３０４ｅと組み合わさったものである。
【００５３】
それから、方法３００は、オペレーション３１０における、乾電池アセンブリ（例えばスタック又はゼリーロール）への電極の配置に進んでもよい。この処理は、セパレーター・シートと共に２本の電極を巻回するか、電極にセパレーター・シートをスタックする。オペレーション３１０は、当業者によって理解される。
【００５４】
これらの配置された電極の少なくとも1本は、表面を処理した、又は、後の処理において処理される電極活物質を含む。いくつかの実施例では、例えば、オペレーション３０４ｄにおいて（すなわち、電解質を乾電池アセンブリにもたらす前に）、２本以上の電極が乾電池アセンブリへ配置された後、表面処理が電極活物質に対して実行されてもよい。オペレーション３０４ｄにおいて、多価金属塩含有液体は、電解質を満たす方法と類似した方法で導入されてもよい。しかし、液体は、少なくとも部分的に除去されてもよい。いくつかの実施例では、表面処理の後、大部分の液体は、乾電池アセンブリから除去される。例えば、多価金属塩は、電池構成要素の表面で当該多価金属塩を残して蒸発される溶媒に溶かされてもよい。いくつかの実施例では、いかなる未反応の多価金属塩でも、乾電池アセンブリから、例えば、溶媒とアセンブリを乾燥させることで、アセンブリの蒸発又は以降の洗浄によって除去されてもよい。電極処理と同様で、配置された電極の処理は、電気化学反応を含んでもよい。アセンブリに存在するセパレーターや他の熱に敏感な構成要素によって、オペレーション３０４ｄにおける処理温度は、制限される。いくつかの実施例では、オペレーション３０４ｄは、約３０℃超過約２００℃未満であり、より具体的には、約４０℃超過約８０℃未満である。より高い熱は、セパレーター劣化を引き起こす場合がある。いくつかの実施例では、２１０℃と同程度、又は、２８０℃と同程度の高い温度が、用いられてもよい。ある実施形態では、２００℃がいくつかのセパレーター材料で用いられてもよい。例えば、セルロース、ポリエチレン・テレフタル酸塩又はアラミドを含む高温セパレーターが用いられてもよく、その場合には高い温度が許容される。同様の温度に対する考慮は、下記のオペレーション３０４ｅにさらに適用できる。
【００５５】
いくつかの実施例では、オペレーション３０４ｄは実行されない。他方、オペレーション３０４ｄが実行される場合、それは方法３００全体において唯一の表面処理オペレーションであるか、１つ以上の他の表面処理オペレーション３０４ａ、３０４ｂ、３０４ｃと３０４ｅと組み合わさったものである。
【００５６】
それから、方法３００は、オペレーション３１２における、乾電池アセンブリへの電解質の充填に進んでもよい。乾電池アセンブリは、電解質を含むために、ポーチ又はケースを含んでもよい。いくつかの実施例では、オペレーション３１２はガス抜きを含んでもよい。オペレーション３１２は、乾電池アセンブリへ配置される、電極活物質の構造を含む１つ以上の電極が電解質で接触する際、表面処理が電極活物質の上で実行されるように、オペレーション３０４ｅを含んでもよい。多価金属塩は、電解質の一部であってもよい。換言すれば、電池が多価金属塩を含んでいる電解質で充填される際、表面処理が行われる。表面処理は、最初の形成サイクリングにおいて、そして、後の操作上のサイクリングにおいてでさえ、続いてもよい。例えば、多価金属塩を備える溶液は、リチウムイオン電池の電解質である。電解質は、リチウム含有塩を更に含んでもよい。ある実施例では、リチウム含有塩は、LiPF6、LiBF4、LiClO4 LiAsF6、LiN（CF3SO2）2、LiN（C2F5SO2）2、LiCF3SO3、LiC（CF3SO2）3、LiPF4（CF3）2、LiPF3（C2F5）3、LiPF3（CF3）3、LiPF3（iso-C3F7）3又はLiPF5（iso-C3F7）の１つを備えてもよい。他の実施例では、多価金属塩を備える溶液は、リチウムイオン電池の電解質であり、電解質は、リチウム含有塩をさらに備えてもよく、リチウム含有塩は、LiPF6、LiBF4、LiClO4、LiAsF6、LiN（CF3SO2）2、LiN（C2F5SO2）2、LiCF3SO3、LiC（CF3SO2）3、LiPF4（CF3）2、LiPF3（C2F5）3、LiPF3（CF3）3、LiPF3（iso-C3F7）3、及び、LiPF5（iso-C3F7）からなるグループから選ばれてもよい。このように、電気化学的電池のための電解質の働きをする多価金属塩を備える溶液を用いて、表面処理電極活物質が準備されてもよい。溶液の多価金属塩の濃度は、０．０１Ｍ超過０．２Ｍ未満であってもよい。他の実施例に、多価金属塩の濃度は、０．２Ｍ未満又は０．１Ｍ未満又は０．０１Ｍ未満の濃度であってもよい。さらに、溶液をつくる多価金属塩の電解質への追加は、さらなる処理工程を除く。
【００５７】
いくつかの実施例では、オペレーション３０４ｅは実行されず、表面処理は１つ以上のオペレーション３０４ａ、３０４ｂ、３０４ｃと３０４ｄにおいて、電極活物質に対して実行される。他方、オペレーション３０４ｅが実行される場合、それは方法３００全体において唯一の表面処理オペレーションであるか、１つ以上の他の表面処理オペレーション３０４ａ、３０４ｂ、３０４ｃと３０４ｄと組み合わさったものである。
【００５８】
このように、方法３００は表面処理電極活物質を準備するために提供される。当該方法は、酸素含有電極活物質の受け入れ、多価金属塩を備える溶液の準備、並びに、電極活物質を含む準備溶液の接触、及び、多価金属塩の多価金属イオンを備える表層の形成を備える。表層は、酸素含有電極活物質の表面に配置されている。表面処理電極活物質は、明示する方法３００を用いて準備されてもよい。他の実施形態において、当該方法は電極活物質を受け入れ、多価金属塩を備える溶液を準備し、酸素含有電極活物質と準備溶液とを接触させ、多価金属塩の多価金属イオンを備える表層を形成することを備えてもよい。そして、酸素の表面に配置されている表面ネットワークが電極活物質を含む。
【００５９】
いくつかの実施例では、電極活物質はリチウム化された金属酸化物を備えるアノードであってもよく、金属酸化物は、酸化チタン、酸化スズ、酸化ニオブ、酸化バナジウム、酸化ジルコニウム、酸化インジウム、酸化鉄、酸化銅、又は、混合金属酸化物の１つから選ばれてもよい。他の実施形態において、電極活物質は、金属がチタン、スズ、ニオブ、バナジウム、ジルコニウム、インジウム、鉄と銅からなるグループから選ばれるリチウム化された金属酸化物を備えるアノードである。
【００６０】
他の実施形態において、電極活物質はリチウム化された金属酸化物を備えるカソードであり、金属酸化物は、酸化バナジウム、酸化マンガン、酸化鉄、酸化コバルト、酸化ニッケル、酸化アルミニウム、シリコン酸化物、又はその組合せ、リチウム金属ケイ素化合物、硫化リチウム金属、リン酸リチウム金属、又は、リチウム混合金属リン酸塩の１つから選ばれてもよい。さらに別の実施形態では、電極活物質は、リチウム化された金属酸化物（金属酸化物は、酸化バナジウム、酸化マンガン、酸化鉄、酸化コバルト、酸化ニッケル、酸化アルミニウム、シリコン酸化物、又は、その組合せからなるグループから選ばれる）、リチウム金属ケイ素化合物、硫化リチウム金属、リン酸リチウム金属、リチウム混合金属リン酸塩、リチウム挿入化合物を備えるカソードであり、リチウム挿入化合物は、LixMXO4等のオリビン構造（MはFe、Mn、Co、Niとその組合せから選ばれる遷移金属であり、XはP、V、S、Siとその組合せから選ばれ、そして、xの値は、約0と2の間である）を有する。
【００６１】
処理の期間（duration）は、多価金属塩への材料表面の反応性に依存する。いくつかの実施例では、電極活物質と多価金属塩の間の接触時間は、約７２時間未満、又は、より具体的には、約２４時間未満、２時間未満、又は、もはや約３０分未満である。
【００６２】
表面処理のステージに関係なく、電極活物質を液体と結合することは、例えば、構造を乾燥させた後の短い期間内に実行されてもよく、例えば、吸収した湿気を減らすために、２００℃以上の真空下で、構造をさらしてもよい。いくつかの実施例では、その期間（すなわち、乾燥と表面処理との間で）は、以降の乾燥における湿気の吸着、及び、いくつかの実施形態における電極活物質の表面上の炭酸リチウムの形成を妨げるため、約２４時間未満、約４時間未満、又は、約２時間未満でさえあってもよい。当該限られた期間に加えて、又は、代わりに、空気による、又は、より具体的には、空中の湿気による接触は、乾性ガス、湿気バリア包装、及び、その他のそのような技術を用いて、妨げられてもよい。
【００６３】
さらに、反応を促進するため、又は、更なる反応/変化を提供するために、電極活物質を液体と結合することとともに、他のタイプの処理が用いられてもよい。そのような処理は、電極活物質懸濁液と反応性溶液との反応の後、又は、その前、と同時に、実行されてもよい。このような他の処理の例は、高温処理、Ｘ線、又は、電磁放射の他の形式による照射、超音波による攪拌、他の形式による機械的刺激、等を含んでもよい。例えば、電極活物質が粉である場合、表面処理を強化するため、及び/又は、より完全な処理を達成するために、構造は、機械による破砕（mechanical disruption）を経てもよい。具体例として、構造は、かき回されてもよく、振られてもよく、ボール粉にされてもよく、吹きつけられてもよく、又は、分散されてもよい。他の処理法は、Ｘ線放射線又は紫外線（ＵＶ）放射線を含んでもよい。
【００６４】
上述したように、当該方法は、様々な陽極活物質の表面を修正するために、適用されてもよい。陽極活物質の種類は、LiMO2、LiMPO4、LiM2O4、LiMgxSiy等のリチウム金属ケイ素化合物、MSx（硫化金属）、MxOy（金属酸化物）を含む（Mは、例えば、V、Mn、Fe、Co、Ni、Al、Si、又は、その組合せである金属である。）。リチウム金属酸化物の例は、LiCoO2、LiMn2O4、リチウム酸化ニッケル（例えばLiNiO2）、LiNixCo1-xO2、LiNixCoyMn（1-x-y）O2、LiNixCoyAl（1-x-y）O2を含む（ここで、０＜ｘ＜１、０＜ｙ＜１）、リン酸リチウム金属、LiFePO4, LiMnPO4, LiCoPO4, LiFexMn1-xPO4, LiNixMn1-xO4等のリチウム混合金属リン酸塩を含む。例えば、多価金属塩類の追加は、金属硫化物陽極活物質における硫黄の溶解を低減することができる。多価金属塩類の追加は、充電放電プロセスのクーロン効率（coulombic efficiency）を改善することができる。いくつかの実施例では、材料、電極、又は、電池を電解質で満たす前に、当該材料、電極、又は、電池に残っている湿気の量を減少させるために、当該方法が適用されてもよい。
【００６５】
電極活物質の特定のグループは、材料と一群のニッケルを含有する材料を含んでいる一群のチタンを含む。これらの材料が上述の技術に従って処理されない場合、これらの材料の両方のグループは重要なガス発生に対して責任があると考えられている。チタンを含有する材料の具体例は、ＬＴＯとそのバリエーションを含む。
【００６６】
ある実施例では、リチウムイオンをインターカレートする、及び、デインターカレートする（deintercalating）ために電極活物質を備えるリチウムイオン電池に用いられる電極活物質が提供される。電極活物質は、酸素と多価金属塩を備えてもよい。例えば、電極活物質は、酸化リチウム金属であってもよい。他の実施例では、電極活物質は、陰極活物質、例えば、チタン酸リチウムである場合がある。多価金属イオン層の多価金属イオンは、Ba、Ca、Ce、Cs、Co、Cu、La、Mg、Mn、Ni、Nb、Ag、Ti、Al、An、Ur、Pb、Fe、Hg、及び、Gdの多価金属イオンの１つであってもよい。多価金属イオンは、マンガン・ビス（トリフルオロメタンスルホニル）イミド（Mn（N（SO2CF3）2）2）、マグネシウム・ビス（トリフルオロメタンスルホニル）イミド（Mg（N（SO2CF3）2）2）、カルシウム・ビス（トリフルオロメタンスルホニル）イミド（Ca（N（SO2CF3）2）2）、コバルト・ビス（トリフルオロメタンスルホニル）イミド（Co（N（SO2CF3）2）2）、ニッケル・ビス（トリフルオロメタンスルホニル）イミド（Ni（N（SO2CF3）2）2）、銅ビス（トリフルオロメタンスルホニル）イミド（Cu（N（SO2CF3）2）2）、亜鉛ビス（トリフルオロメタンスルホニル）イミド（Zn（N（SO2CF3）2）2）、セシウム・ビス（トリフルオロメタンスルホニル）イミド（Cs（N（SO2CF3）2）2）、バリウム・ビス（トリフルオロメタンスルホニル）イミド（Ba（N（SO2CF3）2）2）、ランタン・ビス（トリフルオロメタンスルホニル）イミド（La（N（SO2CF3）2）2）とセリウム・ビス（トリフルオロメタンスルホニル）イミド（Ce（N（SO2CF3）2）2）の多価金属塩類の１つによって提供されてもよい。多価金属塩の量は、電極活物質の重さと比較して、０．２重量％〜２０重量％であってもよい。図２Ａ、２Ｂ及び２Ｃに関して論じるように、多価金属イオン層は、例えば、電極活物質の直接的なコンフォーマル層（conformal layer）であってもよい。さらに、直接的なコンフォーマル層（conformal layer）は、イオン導電層であってもよい。
【００６７】
多価金属イオンは、電極活物質対リチウムのポテンシャルより高い、多価金属イオンの電気化学ポテンシャルに基づいて、選ばれてもよい。多価金属イオン層は、電極活物質に共有結合していてもよい（共有結合した多価金属イオンは、金属イオンと二価の陰イオンとのリンク（metal ion-divalent anion link）を形成する。）。
【００６８】
＜電気化学電池の実施例＞
電池のダイジェストは、電解質と接触して電解質を特定のポテンシャルに曝露するいくつかの構成要素だけでなく電解質機能をよりよく理解するために提供される。図４は、いくつかの実施形態に係る筒状巻回電池（cylindrical wound cell）４００の概略断面を示す。陽極４０６、陰極４０４、及び、セパレータストリップ（separator strip）４０８は、ゼリーロールの状態に巻回されて、形状のケース４０２に挿入されていてもよい。ゼリーロールは、陽極４０６、陰極４０４と２枚のセパレータストリップ４０８の渦巻き状に巻いたアセンブリである。ゼリーロールはケース４０２の形に形成されればよく、筒形の電池のために筒形状であってもよく、角型電池のために扁平な楕円形状であってもよい。他のタイプの電極の配置は、硬いケース、又は、柔軟なケースに挿入されるべくスタックされた電極を含む。
【００６９】
電解質（図示せず）は、電池４００の密封の前にケース４０２に供給される。陽極４０６、陰極４０４、及び、セパレータストリップ４０８は、全て、多孔質構成要素であり、電解液は、陽極４０６、陰極４０４、及び、セパレータストリップ４０８にしみ込む。電解質は、陽極４０６と陰極４０４の間にイオン伝導率を提供する。そのため、電解質は、両方の電極の動作ポテンシャルに曝露され、電池４００の実質的に全ての内部構成要素と接触する。電解質は、これらの動作ポテンシャルで安定でなければならなくて、内部の構成要素に損害を与えてはいけない。
【００７０】
ケース４０２は、特にリチウムイオン電池において、堅い場合がある。他のタイプの電池は、柔軟な、ホイル−タイプ（ポリマー・ラミネート）ケースに詰められてもよい。例えば、封入電池（pouch cell）は、典型的に、柔軟なケースに詰められる。様々な材料は、ケース４０２のために選ばれる。これらの材料の選択は、１つには、ケース４０２が露出される電気化学ポテンシャルに依存する。より詳しくは、選択は、ケース４０２が、あるとしても、どの電極に接続されるか、及び、当該電極の動作ポテンシャルがどれくらいか、に依存する。
【００７１】
ケース４０２がリチウムイオン電池の陽極４０６に接続している場合、ケース４０２は、チタン６−４、他のチタン合金、アルミニウム、アルミニウム合金、及び、３００−シリーズ・ステンレス鋼から作られてもよい。他方、ケース４０２がリチウムイオン電池の陰極４０４に接続している場合、ケース４０２は、チタン、チタン合金、銅、ニッケル、鉛、及び、ステンレス鋼から作られてもよい。いくつかの実施例では、ケース４０２は、ニュートラルで、例えば、金属リチウムから製造される補助電極に接続していてもよい。ケース４０２と電極間の電気接続は、ケース４０２と当該電極（例えば、ゼリーロールの外周端）との間の直接接触によって、電極とケース４０２とに接続しているタブによって、及び、他の技術によって、確立されてもよい。ケース４０２は、図３で示すように、統合した底を有していてもよい。あるいは、当該底は、溶接、はんだ付け、圧着、及び、他の技術によって、ケースに付けられてもよい。底とケースは、同じ極性、又は、異なる両極性（例えば、ケースがニュートラルであるとき）を有してもよい。
【００７２】
溶接点プレート４１２、断裂膜（rupture membrane）４１４、ＰＴＣワッシャー４１６、ヘッダ・カップ４１８、及び、絶縁ガスケット４１９を含むヘッダアセンブリによって、ケース４０２のトップ（ゼリーロールの挿入のために用いられる）は、おおわれてもよい。溶接点プレート４１２、断裂膜４１４、ＰＴＣワッシャー４１６、及び、ヘッダ・カップ４１８のすべてが、導電材料から作られて、電極（図３の中の陰極４０４）と電池コネクタとの間に電気を伝導するために用いられる。絶縁ガスケット４１９は、ヘッダの導電性を有する構成要素を支持して、ケース４０２からこれらの構成要素を絶縁するのに用いられる。溶接点プレート４１２は、タブ４０９によって電極に接続していてもよい。タブ４０９の一端は、電極に結合してもよく（例えば、超音波の、又は、電縫）、タブの反対側は、プレート４１２に結合してもよい。溶接点プレート４１２と断裂膜４１４との中心は、断裂膜４１４の凸面形のためにつながれる。電池４００の内圧が増加する場合（例えば、電解質分解、及び、他のガス放出プロセス）、断裂膜４１４はその形を変えて、溶接点プレート４１２から切り離されてもよい。そして、それによって電極と電池コネクタ間の電気接続を断つ。
【００７３】
ＰＴＣワッシャー４１６は、断裂膜４１４の端と効果的にこれらの２つの構成要素を相互接続しているヘッダ・カップ４１８の端との間に、配置される。ＰＴＣワッシャー４１６の抵抗は、通常の動作温度において低い。しかし、例えば、ＰＴＣワッシャー４１６が電池４００の中で放出される熱により加熱される際、その抵抗は大幅に増加する。ＰＴＣワッシャー４１６は、ＰＴＣワッシャー４１６の温度が特定の閾値温度を上回るとき、電気的に断裂膜４１４をヘッダ・カップ４１８から切り離すことができ、それにより、電極を電池コネクタから切り離すことができる熱の効果的な遮断器である。いくつかの実施例では、電池又はバッテリーパックは、ＰＴＣ装置に加えて、又は、それの代わりに負の熱係数（ＮＴＣ）安全装置を用いてもよい。
【００７４】
本明細書では、処理された電極活物質で構築される１つ以上の電気化学的電池をそれぞれ含むバッテリーパックも提供される。バッテリーパックが複数の電池を含む場合、これらの電池は、直列に、並列に、又は、これらの接続の様々な組み合わせで、構成されてもよい。電池と内部連絡（電気導線）とに加えて、バッテリーパックは、充電/放電コントロールシステム、温度センサー、カレントバランス・システム、及び、他の構成要素を含んでもよい。例えば、より弱いバッテリーを完全充電させて、全てのパックをバランスに戻すように、バッテリーレギュレータは、最大値以下で個々の電池のピークの電圧を保ってもよい。改善されたバランスのために、リアルタイムで、より強いバッテリーからより弱いバッテリーにエネルギーを移動することができるバッテリー均衡装置によって、アクティブバランシングが実行されてもよい。
【００７５】
ある実施例では、カソード、アノード、電解質溶液、及び、アノードとカソードとの間に位置するセパレーターを備える非水電解質バッテリーが提供されてもよい。リチウムイオンをインターカレートして、デインターカレートする（deintercalating）ために、カソードは、カソード集電装置と接触して、陽極活物質を備えてもよい。リチウムイオンをインターカレート、デインターカレートする（deintercalating）ために、アノードは、アノード集電装置と接触して、陰極活物質を備えてもよい。さらに、陽極活物質、陰極活物質、又は、両方とも、酸素を備えてもよい。電解質溶液は、少なくとも１つの塩と少なくとも１つの溶媒とを備えてもよい。電解質溶液は、アノードとカソードとイオン導電的に接触していてもよい。非水電解質バッテリーは、イオン導電層である多価金属イオン層を、陽極活物質又は陰極活物質の少なくとも１つの上に、更に含んでもよい。当該層の多価金属は、陽極活物質又は陰極活物質の少なくとも１つの中の酸素と共有結合を形成している多価金属イオンを含む。多価金属イオンは、多価金属塩によって提供され、多価金属イオンは、直接的なコンフォーマル層（conformal layer）を形成する。例えば、陰極活物質は、チタン酸リチウムであってもよい。共有結合した多価金属イオンは、金属イオン−二価リンクを形成してもよい。
【００７６】
＜電極活物質及び電解質＞
具体的な実施形態において、陽極は、１つ以上の電極活物質と、集電サブストレートと、を含む。陽極は、Li/Li+基準電極に対して、約３．５−４．５ボルトの上限充電電圧（upper charging voltage）を有してもよい。上限充電電圧は、陽極が、低い充電レート（rate）で、及び、十分な可逆充電容量で充電されうる最大の電圧である。いくつかの実施例では、Li/Li+基準電極に対して約３−５．８ボルトの上限充電電圧を有する陽極を用いる電池も適当である。具体例に、上限充電電圧は、約３−４．２ボルト、約４．０−５．８ボルト、又は、約４．５−５．８ボルトである。具体例に、陽極は、約５ボルトの上限充電電圧を有する。例えば、電池は、約４．９、５．０、５．１、５．２、５．３、５．４、５．５、５．６、５．７、又は、５．８ボルトの上限充電電圧を有していてもよい。様々な陽極活物質が用いられてもよい。限定することを目的としない説明の電極活物質は、遷移金属酸化物、リン酸塩、及び、硫酸塩、並びに、リチウム遷移金属酸化物、リン酸塩、及び、硫酸塩を含む。
【００７７】
いくつかの実施例では、電極活物質は、実験式LixMO2を有する酸化物（MはMn、Fe、Co、Ni、Al、Mg、Ti、V、Si、その組合せから選ばれる遷移金属である。）であり、層をなした結晶構造である。xの値は、約０．０１超過約１未満、約０．５超過約１未満、又は、約０．９超過約１未満であってもよい。
【００７８】
他の実施形態において、電極活物質は、式LixM1aM2bM3cO2を有する酸化物（M1、M2とM3各々は独立して、Mn、Fe、Co、Ni、Al、Mg、Ti、V又はSiのグループから選ばれる遷移金属である。）である。添え字a、bとc各々は、a+b+cが約１であるという条件のもと、独立して、約０と１との間の実数である（０≦a≦１、０≦b≦１、０≦c≦１、０．０１≦x≦１）。
【００７９】
具体例に、電極活物質は、実験式LixNiaCobMncO2（添え字xは、約０．０１と１の間であり（例えば、xは１である。）、添え字a、bとc各々は、a+b+cが約１であるという条件のもと、独立して、０，０．１，０．２，０．３，０．４，０．５，０．６，０．７，０．９、又は、１である。）を有する酸化物である。他の場合では、添え字a、bとc各々は、a+b+cが約１であるという条件のもと、独立して、約０−０．５の間、約０．１−０．６の間、約０．４−０．７の間、約０．５−０．８の間、約０．５−１の間、又は、約０．７−１の間である。
【００８０】
さらに別の実施形態では、電極活物質は、実験式Li1+xAyM2-yO4を有する、尖晶石結晶構造を有する酸化物である（A及びMは、Fe、Mn、Co、Ni、Al、Mg、Ti、V、Si、及び、その組合せから選ばれる各々の独立した遷移金属である。）。xの値は、約−０．１１と０．３３の間、又は、約０と約０．１の間であってもよい。yの値は、約０と０．３３の間、又は、０と約0.1の間であってもよい。ある実施形態において、AはNiであり、xは０であり、及び、yは０．５である（すなわち、電極活物質はLiA0.5Ｍ1.5O4である）である。
【００８１】
さらにいくつかの他の実施形態において、その組成が不定比性であるか、不秩序である、アモルファスである、過剰にリチウム化されている（overlithiated）、又は、不十分にリチウム化されている（underlithiated）という点で、電極活物質は、LiV2O5、LiV6O13、又は、修飾される前述の化合物等のバナジウム酸化物である。
【００８２】
適切な陽極−活性化合物は、例えば、Fe2+、Ti2+、Zn2+、Ni2+、Co2+、Cu2+、Mg2+、Cr3+、Fe3+、Al3+、Ni3+ Co3+、又は、Mn3+等の二価又は三価の金属陽イオンを約５％以下でドーピングすることによって、さらに修飾されてもよい。他の実施形態において、陽極組成物にふさわしい電極活物質は、LixMXO4等のオリビン構造を有するリチウム挿入化合物を含む（Mは、Fe、Mn、Co、Ni、及び、その組合せから選ばれる遷移金属であり、XはP、V、S、Si、及び、その組合せから選ばれ、xの値は、約０と２の間である。）。具体例に、化合物はLiMXO4である。いくつかの実施例では、リチウム挿入化合物は、LiMnPO4、LiVPO4、LiCoPO4などを含む。他の実施形態で、電極活物質は、YxM2（XO4）3等のNASICON構造を有する（Yは、Li又はNa又はその組合せであり、Mは、Fe、V、Nb、Ti、Co、Ni、Al、又は、その組合せから選ばれる移行金属イオンであり、XはP、S、Si、及び、その組合せから選ばれ、xの値は、０〜３である。）。あるいは、電極材料の粒径は、約１μｍと１００μｍの間、約１ｎｍと約１００μｍの間、又は、約１０ｎｍと約１００μｍの間であってもよい。
【００８３】
他の実施形態において、電極活物質は、例えば、LiCoO2、尖晶石LiMn2O4、クロミウム・ドープ尖晶石リチウム・マンガン酸化物LixCryMn2O4、層状LiMn2O4、LiNiO2又はLiNixCo1-xO2等の酸化物である（xは、約０と１の間、又は、約０．５と約０．９５の間である。）。その組成が不定比性であるか、不秩序である、アモルファスである、過剰にリチウム化されている（overlithiated）、又は、不十分にリチウム化されている（underlithiated）という点で、電極活物質は、LiV2O5、LiV6O13、又は、修飾される前述の化合物等のバナジウム酸化物であってもよい。
【００８４】
適切な陽極−活性化合物は、例えば、Fe2+、Ti2+、Zn2+、Ni2+、Co2+、Cu2+、Mg2+、Cr3+、Fe3+、Al3+、Ni3+ Co3+、又は、Mn3+等の二価又は三価の金属陽イオンを約５％以下でドーピングすることによって、さらに修飾されてもよい。さらに別の実施形態では、陽極組成物にふさわしい電極活物質は、LiFePO4等のオリビン構造を有するリチウム挿入化合物、及び、LiFeTiMn（SO4）3等のNASICON構造を含む。さらに別の実施形態では、電極活物質は、LiFePO4、LiMnPO4、LiVPO4、LiFeTi（SO4）3、LiNixMn1-xO2、LiNixCoyMn1-x-yO2、及び、その派生物を、含む（xとy各々は、約０と１の間である。）。具体例に、xは約０．２５と０．９の間である。ある実施例では、xは１／３であり、yは１／３である。陽極活物質の粒径は、約１から１００ミクロンにわたらなければならない。
【００８５】
いくつかの実施例では、電極活物質は、LiCoO2、LiMn2O4、LiNiO2、LiNixMn1-xO2、LiNixCoyMn1-x-yO2、及び、それらの派生物等の遷移金属酸化物を含む（xとy各々は、約０と１の間である。）。LiNixMn1-xO2は、電解MnO2、LiOH、及び、酸化ニッケルの化学量論的混合物を約３００℃から４００℃の間で加熱することによって、準備することができる。具体的な実施形態において、電極活物質は、xLi2MnO3（1-x）LiMO2又はLiM'PO4である（Mは、選ばれたNi、Co、Mn、LiNiO2、又は、LiNixCo1-xO2であり、M’は、Fe、Ni、Mn、及び、Vから選ばれ、xとy各々は、独立して、約０と１の間の実数である。）。LiNixCoyMn1-x-yO2は、電解MnO2、LiOH、酸化ニッケル、酸化コバルトの理論混合気を約３００℃から５００℃の間で加熱することによって準備することができる。陽極は、０％から約９０％までの導電性の添加物を含んでもよい。ある実施形態において、添え字xとy各々は、０．１、０．１５、０．２、０．２５、０．３、０．３５、０．４、０．４５、０．５、０．５５、０．６、０．６５、０．７、０．７５、０．８、０．８５、０．９、又は、０．９５から独立して選ばれ、xとyは、化合物LiNixMn1-xO2とLiNixCoyMn1-x-yO2との充電バランスを満たす、０と１の間のいかなる数でもありえる。
【００８６】
代表的な陽極と、それらの約の再充電ポテンシャルは、FeS2（対Li/Li+３．０Ｖ）、LiCoPO4（対Li/Li+４．８Ｖ）、LiFePO4（対Li/Li+３．４５Ｖ）、Li2FeS2（対Li/Li+３．０Ｖ）、Li2FeSiO4（対Li/Li+２．９Ｖ）、LiMn2O4（対Li/Li+４．１Ｖ）、LiMnPO4（対Li/Li+４．１Ｖ）、LiNiPO4（対Li/Li+５．１Ｖ）、LiV3O8（対Li/Li+３．７Ｖ）、LiV6O13（対Li/Li+３．０Ｖ）、LiVOPO4（対Li/Li+４．１５Ｖ）、LiVOPO4F（対Li/Li+４．３Ｖ）、Li3V2（PO4）3（対Li/Li+４．１Ｖ（２Li）又は４．６Ｖ（３Li））、MnO2（対Li/Li+３．４Ｖ）、MoS3（対Li/Li+２．５Ｖ）、硫黄（対Li/Li+２．４Ｖ）、TiS2（対Li/Li+２．５Ｖ）、TiS3（対Li/Li+２．５Ｖ）、V2O5（対Li/Li+３．６Ｖ）、及び、V6O13（対Li/Li+３．０Ｖ）、並びに、その組合せを含む。
【００８７】
本明細書において開示されるように、陽極は、約０．０１−１５％の間（例えば、約４−８％の間）の高分子バインダ、約１０−５０％の間（例えば、約１５−２５％の間）の電解質溶液、約４０−８５％の間（例えば、約６５−７５％の間）の電極−電極活物質、及び、約１−１２％の間（例えば、４−８％の間）の導電性の添加物を重量比で含む組成物を混合及び形成することによって、形成することができる。特定のケースでは不活性フィラーは用いられないが、不活性フィラーも最高約1２重量％まで加えられてもよい。同様に、他の添加物も含まれてよい。
【００８８】
陰極は、電極活物質と集電サブストレートとを含んでもよい。陰極は、Li、Si、Sn、Sb、Alとその組合せから選ばれる金属又は粒子状の電極活物質、バインダ（あるケースでは、高分子バインダ）、任意で電子伝導性添加物、及び、少なくとも１つの有機炭酸塩の１以上の混合物を含む。有用な陰極活物質の例は、リチウム金属、カーボン（グラファイト、コークス・タイプ、メソカーボン、ポリアセン、カーボンナノチューブ、炭素繊維等）、及び、ＬＴＯを含むが、これに限定されるものではない。陰電極−電極活物質も、リチウム介在カーボン（lithium-intercalated carbon）、Li2.6Co0.4N等のリチウム金属窒化物、LiAl等の金属リチウム合金、Li4Sn又はスズ、シリコン、アンチモン又はアルミニウムのリチウム-合金形成化合物を含む。金属酸化物（例えば、チタン酸化物、酸化鉄又は酸化スズ）は、陰電極−電極活物質として更に含まれる。
【００８９】
陰極のための適切な材料は、リチウム・チタン酸塩（ＬＴＯ）、シリコン、カーボン、及び、その他の同様の材料を含む。具体的には、リチウム・チタン酸塩（式Li4Ti5O12（又はLi4/3Ti5/3O4）で表される）は、リチウムイオン電池とリチウム・ポリマー電池の陰極のために最も有望な材料の１つである。チタン酸リチウムは、リチウムとチタン、例えば、LiXTiYO4等の様々な比を有してもよい（０．８≦X≦１．４及び１．６≦Y≦２．２、又は、X＋Y 〜 ３）。チタン酸リチウムは、化学量論的、又は、欠陥尖晶石構成（defect spinel configuration）を有してもよい。欠陥尖晶石構成において、リチウムの配分は、変化してもよい。チタン酸リチウムは、その材料の立方の尖晶石構造に起因する、充電及び放電における体積変化のユニークな低さによって、優れたサイクル寿命を有する。立方の尖晶石構造の格子定数は（立方、Sp．Gr.fd-3m（227））、充電及び放電における極限状態に対して、８．３５９５オングストロームから８．３５３８オングストロームまで変化する。この線形パラメータ変化は、約０．２％の体積変化に等しい。チタン酸リチウムは、リチウム単体（elemental lithium）に対して約１．５５Ｖの電気化学ポテンシャルを有し、式Li7Ti5O12で表されるリチウム介在チタン酸塩（intercalated lithium titanate）を産出するために、リチウムをインターカレートすることができる。リチウム介在チタン酸塩は、約１７５ｍＡｈ／ｇの理論容量を有する。
【００９０】
また、チタン酸リチウムは、平らな放電カーブを有する。この電極活物質の充電及び放電処理は、二相システムで起こると考えられている。Li4Ti5O12は尖晶石構造を有し、充電の間、規則的な岩塩タイプ構造を有するLi7Ti5O12に変形する。その結果、充電と放電プロセスとの間の電位は、Li4Ti5O12とLi7Ti5O12との間で電気化学的平衡によって決定され、リチウム濃度に依存しない。これは、リチウム電源の大部分の他の電極材料（充放電プロセスの間において当該電極材料の構造を維持する）の放電カーブと対照的である。例えば、大部分の陽極活物質（例えば、LiCoO2）の充電フェーズの構造変化は、予め決まっている。しかし、LixCoO2の可変的な組成の延長した制限は、以前と、それがとりうる様々な構造の間にある。その結果、そのような材料の電位は、電極活物質のリチウム濃度、又は、換言すれば、充電又は放電の状態に依存する。したがって、電位が材料中のリチウム濃度に依存している材料の放電カーブは、典型的に傾いた、しばしば、ステップ状のカーブである。
【００９１】
さらにまた、チタン酸リチウムは、低い固有の電子伝導率及びリチウムイオン拡散係数を有し、それは、高いレート（rate）の充電/放電容量に否定的な影響を与えるかもしれない。例えば、炭素等の他の導電性材料をドーピング又は組み合わせることは、当該材料の電気化学的パフォーマンスを向上させるのを助けるかもしれない。
【００９２】
陰極活物質の粒径は、粒子形状である場合、約０．０１から１００ミクロン（例えば、約１から１００ミクロンまで）にわたらなければならない。いくつかのケースでは、例えば、陰極活物質は、カーボンマイクロビーズ、天然黒鉛、カーボンナノチューブ、炭素繊維、又は、黒鉛破片タイプ材料等の黒鉛を含む。あるいは、又は、加えて、陰極活物質は、市販の、グラファイトマイクロビーズ及び硬質炭素であってもよい。
【００９３】
本明細書において開示されるように、陰極は、約２−２０％の間（例えば、約３−１０％の間）の高分子バインダ、約１０−５０％の間（例えば、約１４−２８％の間）の電解質溶液、約４０−８０％の間（例えば、約６０−７０％の間）の電極−電極活物質、及び、約０−５％の間（例えば、１−４％の間）の導電性の添加物を重量比で含む組成物を混合及び形成することによって、形成することができる。他のケースでは不活性フィラーは用いられないが、特定のケースでは不活性フィラーも最高約1２重量％まで加えられてもよい。他の添加物も存在してよい。
【００９４】
陽極と陰極組成物のための適切な導電性の添加物は、コークス、カーボンブラック、カーボンナノチューブ、炭素繊維及び天然グラファイト、金属破片又は銅、ステンレス鋼、ニッケル又は他の比較的不活性な金属粒子のようなカーボン、導電性の金属酸化物（例えば、チタン酸化物又はルテニウム酸化物）、又は、電気伝導ポリマー（例えば、ポリアセチレン、ポリフェニレンとポリフェニレンビニレン（polyphenylenevinylene）、ポリアニリン又はポリピロールを含む。添加物は、約１００ｍ２／ｇの表面積を有する炭素繊維、カーボンナノチューブ、及び、カーボンブラック（例えば、ベルギーのＭＭＭ  Ｃａｒｂｏｎから入手可能なSuper PとSuper Sカーボンブラック）を含んでもよいが、これに限定されるものではない。
【００９５】
正と負の電極に適切な集電サブストレートは、金属箔、並びに、グラファイト・シート、炭素繊維シート、カーボン・フォーム、及び、カーボンナノチューブシート又はフィルムから選ばれるカーボン・シートを含む。高い伝導率は、通常、まじりけのない黒鉛及びまじりけのないカーボンナノチューブ膜において達成される。したがって、本実施形態の利益を実現するために、黒鉛及びナノチューブ・シートは、バインダ、添加物、及び、可能な不純物を、できるだけ少ない量でしか含んではいけない。カーボンナノチューブは、約０．０１％から約９９重量％まで存在してもよい。炭素繊維は、ミクロン又はミクロン以下の範囲であってもよい。カーボンブラック又はカーボンナノチューブは、特定の炭素繊維の伝導率を強化するために加えられてもよい。ある実施形態において、陰極集電サブストレートは、金属箔（例えば、銅箔）である。金属箔は、約５から約３００マイクロメートルの間で、厚みを有することができる。
【００９６】
カーボン・シート集電サブストレートは、サブストレート（例えば、金属基板、独立したシート又はラミネート）上の粉状コーティングの形であってもよい。換言すれば、所定のアプリケーションにとって所望するように、集電サブストレートは、金属箔、接着材層、及び、その他の同様な材料等の他の部材を備えている複合構造であってもよい。しかし、いずれにしても、本実施形態によれば、それはカーボン・シート層又は接着促進剤と組み合わされたカーボン・シート層であり、直接電解質と結びつき、電極表面との接触において導電性である。
【００９７】
適切なバインダは、高分子バインダ、並びに、ポリアクリロニトリル、ポリエステル繊維（メチルメタクリル酸塩）、ポリエステル繊維（塩化ビニル）、及び、ポリフッ化ビニリデン（カルボキシメチルセルロースとその共重合体）を含む特に融合されたポリマー電解質を含むが、これに限定されるものではない。また、ポリ（酸化エチレン）（ＰＥＯ）及びその派生物、ポリ（酸化プロピレン）（ＰＰＯ）とその派生物、エチレンオキシ（ethyleneoxy）基又は他の測基を有するポリ（有機ホスファゼン）を含む。他の適切なバインダは、部分的に、又は、完全にフッ素化されたポリマー骨格を含み、フッ化スルホン酸塩、イミド又はメチド・リチウム塩類を含むペンダント・グループを有するフッ化イオノマーを含む。バインダの具体例は、ポリフッ化ビニリデン、及び、ヘキサフルオロプロピレン、テトラフルオロエチレン、フルオロビニル・エーテルとポリフッ化ビニリデンとの共重合体（例えば、パーフルオロメチル、パーフルオロエチル、又は、パーフルオロプロピル・ビニル・エーテル）、並びに、ポリフッ化ビニリデンのモノマー単位、及び、フッ化カルボン酸塩、スルホン酸塩、イミド又はメチド・リチウム塩類を含むペンダント・グループを含むモノマー単位を含むイオノマーを含む。
【００９８】
電気化学的電池は、イオン導電層又はセパレーターを任意に含む。本実施形態のリチウム又はリチウムイオン電池に適切なイオン導電層は、いかなるイオン透過性層であってもよく、好ましくは、薄膜、又は、膜、又は、シートの形状である。このようなイオン導電層は、イオン伝導力を有する膜又は微小孔構造フィルム（例えば、微小孔構造ポリプロピレン、ポリエチレン、ポリテトラフルオロエチレン、及び、その層状構造）であってもよい。適切なイオン導電層も、例えば、ポリフッ化ビニリデン及びその共重合体等の膨潤性ポリマーを含む。他の適切なイオン導電層は、例えば、ポリエステル繊維（メタクリル酸メチル）及びポリエステル繊維（塩化ビニル）等の融合されたポリマー電解質を含む。また、例えば、ポリエステル繊維（酸化エチレン）及びポリエステル繊維（酸化プロピレン）等のポリエーテルは適当である。いくつかのケースでは、セパレーターは、微小孔構造ポリオレフィン・セパレーター、又は、ヘキサフルオロプロピレン、パーフルオロメチル・ビニル・エーテル、パーフルオロエチル・ビニル・エーテル若しくはパーフルオロプロピル・ビニル・エーテル（その組合せを含む）、若しくは、フッ化イオノマーとフッ化ビニリデンとの共重合体を含むセパレーターであることが好ましい。
【００９９】
電解質は、様々な炭酸塩（例えば、環状炭酸塩と線形炭酸塩）を含んでもよい。環状炭酸塩のいくつかの例は、エチレン炭酸塩（ＥＣ）、プロピレンカーボネート（ＰＣ）、ブチレン炭酸塩（ＢＣ）、ビニルエン炭酸塩（ＶＣ）、ジメチルビニルエン炭酸塩（ＤＭＶＣ）、ビニルエチレンカーボネート（vinylethylene carbonate）（ＶＥＣ）及びフルオロエチレン炭酸塩（ＦＥＣ）を含む。環状炭酸化合物は、エチレン炭酸塩、プロピレンカーボネート、ビニルエン炭酸塩、ビニルエチレンカーボネートとフルオロエチレン炭酸塩から選ばれる少なくとも２つの化合物を含んでもよい。線形炭酸化合物のいくつかの例は、アルキル基を有する線形炭酸塩（例えば、ジメチル炭酸塩（ＤＭＣ）、メチルエチル炭酸塩（ＭＥＣ）、ジエチル炭酸塩（ＤＥＣ）、メチル・プロピル炭酸塩（ＭＰＣ）、ジプロピル炭酸塩（ＤＰＣ）、メチル・ブチル炭酸塩（ＭＢＣ）とジブチル炭酸塩（ＤＢＣ））を含む。アルキル基は、直鎖構造又は分岐鎖構造であってもよい。
【０１００】
他の非水溶媒の例は、ガンマ−ブチロラクトン（ＧＢＬ）、ガンマ−バレロラクトン及びアルファ−アンゼリカ・ラクトン等のラクトン、テトラヒドロフラン、２−メチルテトラヒドロフラン、１，４−ジオキサン、１，２−ジメトキシエタン、１，２−ジエトキシエタンと１，２−ジブトキシエタン（dibutoxyethane）等のエーテル、アセトニトリルとアジポニトリル等のニトリル類、メチル・プロピオン酸塩、メチル・ピバル酸塩、ブチル・ピバル酸塩、ヘキシル・ピバル酸塩、オクチル・ピバル酸塩、ジメチル・シュウ酸塩、エチル・メチル・シュウ酸塩とジエチル・シュウ酸塩等の線形エステル類、ジメチルホルムアミド等のアミド、並びに、亜硫酸グリコール、プロピレン亜硫酸塩、硫酸グリコール、プロピレン硫酸塩、ジビニル・スルホン、１，３−プロパン・スルトン、１，４−ブタン・スルトン及び１，４−ブタンジオール・ジメタン・スルホン酸塩等のS=O結合がある化合物を含む。
【０１０１】
非水溶媒の組合せの例は、環状炭酸塩と線形炭酸塩の組合せ、環状炭酸塩とラクトンの組合せ、環状炭酸塩、ラクトンと線形エステルの組合せ、環状炭酸塩、線形炭酸塩とラクトンの組合せ、環状炭酸塩、線形炭酸塩とエーテルの組合せ、及び、環状炭酸塩、線形炭酸塩と線形エステルの組合せを含む。環状炭酸塩と線形炭酸塩の組合せ、及び、環状炭酸塩、線形炭酸塩と線形エステルの組合せは、好ましい。
【０１０２】
非水溶電解液で用いられる電解質塩類の例は、LiPF6、LiBF4、LiClO4；LiN（SO2CF3）2、LiN（SO2C2F5）2、LiC（SO2CF3）3、LiPF4（CF3）2、LiPF3（C2F5）3、LiPF3（CF3）3、LiPF3（iso-C3F7）3及びLiPF5（iso-C3F7）等の鎖状アルキル基を含むリチウム塩；並びに（CF2）2（SO2）2NLi及び（CF2）3（SO2）2NLi等の環状アルキレン・グループを含むリチウム塩類を含む。LiPF6、LiBF4及びLiN（SO2CF3）2はより好ましく、これらの優先成分には決して制限されないが、LiPF6は最も好ましい。
【０１０３】
電解質塩は、単独で、又は、組み合わせで用いられてもよい。好ましい組み合わせの例は、LiBF4とLiPF6の組合せ、LiN（SO2CF3）2とLiPF6の組合せ、及び、LiN（SO2CF3）2とLiBF4の組合せを含む。LiBF4とLiPF6の組合せが最も好ましいが、これらの組み合わせには決して制限されない。２以上の電解質塩類の混合比率に関して、特定の制限はない。LiPF6が他の電解質塩類を混ぜ合わせられる場合には、他の電解質塩類の量は、望ましくは、電解質塩類の総量に基づいて、約０．０１モル％以上、約０．０３モル％以上、約０．０５モル％以上である。他の電解質塩類の量は、電解質塩類の総量に基づいて、約２０モル％以下、約１０モル％以下、又は、約５モル％以下、約４５モル％以下であってもよい。非水溶媒の中の電解質塩類の濃度は、約０．３Ｍ以上、約０．５Ｍ以上、約０．７Ｍ以上、又は、約０．８Ｍ以上であってもよい。さらに、電解質塩濃度は、望ましくは、約２．５Ｍ以下、約２．０Ｍ以下、約１．６Ｍ以下、又は、約１．２Ｍ以下である。
【０１０４】
いくつかの実施例では、多価金属塩は、電解質に含まれてもよい。例えば、多価金属塩は、マンガン・ビス（トリフルオロメタンスルホニル）イミド（Mn（N（SO2CF3）2）2）、マグネシウム・ビス（トリフルオロメタンスルホニル）イミド（Mg（N（SO2CF3）2）2）、カルシウム・ビス（トリフルオロメタンスルホニル）イミド（Ca（N（SO2CF3）2）2）、コバルト・ビス（トリフルオロメタンスルホニル）イミド（Co（N（SO2CF3）2）2）、ニッケル・ビス（トリフルオロメタンスルホニル）イミド（Ni（N（SO2CF3）2）2）、銅ビス（トリフルオロメタンスルホニル）イミド（Cu（N（SO2CF3）2）2）、亜鉛ビス（トリフルオロメタンスルホニル）イミド（Zn（N（SO2CF3）2）2）、セシウム・ビス（トリフルオロメタンスルホニル）イミド（Cs（N（SO2CF3）2）2）、バリウム・ビス（トリフルオロメタンスルホニル）イミド（Ba（N（SO2CF3）2）2）、ランタン・ビス（トリフルオロメタンスルホニル）イミド（La（N（SO2CF3）2）2）とセリウム・ビス（トリフルオロメタンスルホニル）イミド（Ce（N（SO2CF3）2）2）からなるグループから選ばれてもよい。
【０１０５】
＜実験結果＞
様々な実験は、多価金属塩類を用いた表面処理の効果を決定するために行われた。テストされたパラメータは、保管期間におけるサイクル寿命及び容量維持を含んだ。参照セット及びテストセットの２セットの電気化学的電池が準備された。双方のセットは、ＬＴＯベースの陰極とＬＭＯベースの陽極を用いて製造された。
【０１０６】
陽極は、リチウム・マンガン酸化物（ＬＭＯ）、Super P、KS6黒鉛、及び、ＰＶＤＦを用いて準備された。適合する陰極は、ＬＴＯパウダー（ソウル（韓国）のハンファから入手可能）、KS6黒鉛、Super P、ＰＶＤＦ、及び、N-Methyl-2-ピロリドンから作られるスラリーを用いて製造された。薄膜コーティングは、厚さ１６マイクロメートルのアルミホイルの両面にキャスト（cast）された。両側は、１０ｍｇ／ｃｍ２のロードを有した。それから、コーティングフィルムは、１．８ｇ／ｃｍ３の密度に圧縮された。
【０１０７】
約５０ｍｍ×８０ｍｍのサイズがある電極は、圧縮被覆シートからパンチされた。ホイルのコーティングされてないストリップ（strip）は、電極の一方に沿って広がって、タブに付けられた。それから、電極は、１２５℃で真空の下で１６時間乾燥された。それから、電極は、厚さ２０マイクロメートルのポリエチレン・セパレーター（Chungcheong-Do（韓国）のW-Scopeから入手可能）とスタックされて、積層アルミホイル・ポーチに封入された。各々のスタックは、一方が開口した別々の長方形のポーチに配置され、６０℃で真空の下で４８時間乾燥された。それから、電池は、電解質で満たされた。電池は、カットオフ電圧として用いられる１．５Ｖ及び２．７ＶでＣ／１０の充電/放電形成サイクリングを経て、それから、吸引されて、封をされた。
【０１０８】
参照セットの中の電池は、プロピレンカーボネートとエチル・メチル炭酸塩の組合せに溶解された０．２ＭのLiN（CF3SO2）2及び０．８ＭのLiPF6を含んだベース電解質で充填された。テストセットの中の電池は、ベース電解質に加えられた０．１ＭのMn（N（SO2CF3）2）2を含む、変更された電解質で充填された。このように、テストセットは、多価金属イオンが電極活物質の直接的なコンフォーマル層（conformal layer）である多価金属イオンを備える電極活物質を含む。すべての電池は、６０℃で形成されて、テストされた。高温は、極端な動作条件並びに加速テストを表す状態の例証として選ばれた。
【０１０９】
図５は、２セットの電気化学的電池のサイクル寿命データを示す。テストは、１Ｃレート（rate）の充電と１Ｃレート（rate）の放電を用いた６０℃で行われた。カットオフ電圧は、１．５Ｖと２．７Ｖだった。線５０４ａと５０４ｂがテスト電池を表し、線５０２ａと５０２ｂは参照電池を表す。約３００サイクルの後、テスト電池は参照電池より約1０％良い容量維持を有し、著しい改善を示した。
【０１１０】
図６は、２セットの電気化学的電池のカレンダー寿命/容量維持データを示す。テストは、６０℃で行われ、電池は、まず、１００％充電状態にされた。線５１４ａと５１４ｂがテスト電池を表し、線５１２ａと５１２ｂは参照電池を表す。４週後に、テスト電池には参照電池より約３．５％平均して高い容量を有し、著しい改善を示した。
【０１１１】
図７Ａ及び７Ｂに、ある実施形態に係る、角型電気化学的電池７００の概略上面図と概略側面図を例示する。電気化学的電池７００は、電極アセンブリ７２０を内包する筐体アセンブリ７０２を含む。筐体アセンブリ７０２は、ケース７０２ａを含むことが示され、ヘッダ７０２ｂは、ケース７０２ａに取り付けられた。筐体アセンブリ７２０は、他の構成要素（例えば、ケース底、様々なシール、及び、絶縁ガスケット）を含んでもよい。そして、それは、特に、図７Ａ及び７Ｂに示されない。
【０１１２】
ヘッダ７０２ｂは、フィードスルー７０４ａ及び７０４ｂと、通気装置７０８を含むことが示される。これらの構成要素の１つが、フィルプラグ（fill plug）として用いられてもよい。フィードスルー１９０４ａ及び１９０４ｂは、図７Ｃを参照してさらに解説されるように、電極アセンブリ７２０において電子コミュニケーションをそれぞれの電極に提供する対応する導電素子７０６ａ及び７０６ｂを含む。ある実施形態において、バッテリーに電気接続を行うための電池ターミナルとして、導電素子７０６ａ及び７０６ｂの外部の構成要素が、用いられてもよい。導電素子７０６ａ及び７０６ｂは、ヘッダ７０２ｂから断熱されてもよい。他の実施形態において、ヘッダ７０２ｂや７０２ａは、電極アセンブリ７２０において一方又は両方の電子経路を電極に提供してもよい。いくつかの実施例では、電池は、１つのフィードスルーだけを有していてもよく、又は、フィードスルーを全く有していなくてもよい。
【０１１３】
ある実施形態（図示せず）では、フィードスルーや通気装置は、筐体アセンブリ７０２（例えば、ケースや底）の他の構成要素によって支持されてもよい。さらに、フィードスルーや通気装置は、これらの部品の製造において、又は、電池の組立てにおいて、筐体アセンブリのヘッダ又は他の構成要素に集積されてもよい。後者の場合、設計及び製造においてより多くの柔軟性が許される。
【０１１４】
筐体アセンブリ７０２の構成要素は、電気絶縁材料（例えば様々なポリマーとプラスチック）から作られてもよい。これらの材料は、電解質、動作温度範囲、及び、内圧上昇を含むがこれには限定されない電池の特定の動作状況において、機械的に/化学的に/電気化学的に安定である必要がある。このような材料のいくつかの例は、ポリアミン、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリイミド、ポリフッ化ビニリデン、ポリテトラフルオロエチレン、及び、ポリエチレン・テレフタル酸塩を含む。同様に、他のポリマー及び共重合体が、用いられてもよい。ある実施形態において、筐体アセンブリ７０２の構成要素は、導電材料から作られてもよい。これらの実施形態において、１つ以上の構成要素は、電子コミュニケーションを電極に提供するのに用いられてもよい。複数の伝導部品が筐体アセンブリ７０２のために用いられるとき、他の用いられる絶縁ガスケットをに関して、これらの伝導部品は絶縁されてもよい。
【０１１５】
導電素子７０６ａ及び７０６ｂは、いかなる金属の金属合金等の様々な導電材料で作られてもよい。電解質にさらされる場合、これらの導電材料（例えば、外部部品、又は、保護さや（protective sheath）を有する構成要素）は、電解質とのいかなる接触からでも分離されてもよく、及び/又は、動作ポテンシャルで電気化学的に安定であってもよい。導電材料のいくつかの例は、鋼、ニッケル、アルミニウム、ニッケル、銅、鉛、亜鉛、及び、これらの合金を含む。
【０１１６】
筐体アセンブリ７０２が複数の構成要素（例えば、ケース７０２ａ、ヘッダ７０２ｂ）を含むとき、これらの構成要素は互いに封をされてもよい。用いられる密封プロセスは、構成要素に用いられる材料に依存し、ヒートシーリング、接着剤塗布（例えば、エポキシ）、及び、溶接（例えば、レーザー溶接、超音波溶接等）を必要としてもよい。筐体アセンブリ７０２に、一般的に筐体アセンブリ７０２への充填電解質の前に電極アセンブリ７２０を挿入した後に、このシーリングは実行される。それから、通気装置７０８又はいくつかの他の手段を導入することによって、筐体アセンブリ７０２は封をされてもよい。しかし、ある実施形態では、電解質が筐体アセンブリ７０２に導入される前に、シーリングがされてもよい。そのような実施形態において、そのようなシーリングが起こったあと、筐体アセンブリ７０２は、電解質を充填するメカニズムを提供しなければならない。ある実施例では、筐体アセンブリ７０２は、充填穴とプラグ（図示せず）を含む。
【０１１７】
電極アセンブリ７２０は、少なくとも１つのカソードと１つのアノードを含む。これらの２つのタイプの電極は、筐体アセンブリ７０２内で、お互いに向かって、一緒に広がるように、典型的に準備される。セパレーターは、電気絶縁を提供するために２本の隣接した電極の間に提供するとともに、セパレーター内の孔を介して、２本の電極の間でイオン移動度も許すことができる。イオン移動度は、電極とセパレーターを浸す電解質によって提供される。
【０１１８】
電極は、筐体アセンブリ７０２の内部の間隔より典型的に非常に薄い。このスペースを充填するために、電極は、スタックやゼリーロールへ配置されてもよい。ゼリーロールに、１つのカソードと１つのアノードは、同じ軸（丸い電池の場合）のまわりで、又は、細長い形（角型電池の場合）のまわりで巻回される。各々の電極は、フィードスルー７０４ａ及び７０４ｂの導電素子７０６ａ及び／又は７０６ｂのうちの１つに、又は、電流を電池の電気ターミナルに送るためのいくつかの他の伝導部品又は構成要素に、その電極から及んでいる１つ以上の集電タブを有する。
【０１１９】
スタック可能な電池構成において、複数のカソード及びアノードは、平行した交互の層として配置されてもよい。スタック可能な電極アセンブリ７２０のある実施例は、図７Ｃに示される。電極アセンブリ７２０は、７つのカソード７２２ａ−７２２ｇと、６つの陽極７２４ａ−７２４ｆを含むことが示される。隣接したカソードとアノードは、これらの電極の間のイオン・コミュニケーションを提供する一方、隣接した電極を電気的に絶縁するためにセパレーター・シート７２６によって切り離される。各々の電極は導電基板（例えば、金属箔）と、１又は２の電極活物質層（例えば、上述の表面処理電極活物質）を含んでもよく、導電基板で支えられる。各々の陰極活物質層は、１枚の陽極活物質層と対にされる。図７Ｃに示される例に、外側のカソード７２２ａと７２２ｇは、電極アセンブリ７２０の中心を向いている１つの陽極活物質だけを含む。他の全てのカソードとアノードは、２枚の電極活物質層を有する。当業者は、多くの電極と電極の組合せが用いられることを理解する。導電性タブは、例えば、電極と導電素子の間の電子コミュニケーションを提供するのに用いられてもよい。ある実施形態において、電極アセンブリ７２０の各々の電極は、それ自身のタブを持っている。具体的には、アノード７２４ａ−７２４ｆがマイナスのタブ７０８を有する一方、電極７２２ａ−７２２ｇは、プラスのタブ７１０を有することが示される。
【０１２０】
図８Ａ及び８Ｂは、ある実施形態に係る、巻回された電気化学的電池例８００の概略上面図と概略側面図を示し、２本の電極はゼリーロールの状態に巻回されている。
【０１２１】
＜結論＞
前述のコンセプトは、明快に理解されるために、ある程度詳細に記述されたが、特定の変更及び改造が添付のクレームの範囲内で行われてもよいことは明らかである。プロセス、システム、及び、装置を実施する代わりの方法が多数ある点に留意する必要がある。したがって、本実施形態は、説明のためであって、制限するものではない。
【０１２２】
本明細書に開示され説明された本発明の様々な修飾に加えて、様々な修飾は、上述の当業者にとって明らかである。そのような修飾は、添付のクレームの範囲内になることも目的とする。
【０１２３】
特に明記しない限り、当業者によって、すべての試薬が入手できると認められる。
【０１２４】
明細書に記載した、特許、出版物、及び、出願は、発明が属する当業者のレベルを示す。これらの特許、出版物、及び、出願は、参照することによって、ここに取り入れられ、個々の特許、出版、又は、出願は、参照することによって、明確に、及び、個別に、ここに取り入れられた。
【０１２５】
前述の説明は、発明の特定の実施例の説明となるが、その実行の制限であるものではない。
【０１２６】
前述の議論は、説明のためであると理解されなければならず、いかなる意味においても、限定するものとされてはいけない。発明は、その好ましい実施形態を参照して特別に示され、記述される一方、クレームによって定義された発明の思想及びスコープから逸脱することなく、形状及び詳細の様々な変化がなされてもよいことは当業者によってよく理解されている。
【０１２７】
相当する構造、材料、行為と、下記のクレーム内の機能要素をプラスしたすべての手段又はステップの均等物は、明確にクレームされたものとして、他のクレームされた要素と組み合わされた機能を実行するためのいかなる構造、材料又は行為をも含むことを、目的とする。
【０１２８】
最後に、先に記述された記事、システム及び方法は、多数のバリエーションと拡張とが同様に考えられる本開示―非限定的な実施形態であることが理解されよう。したがって、本開示は、ここに開示された記事、システムと方法のすべての新しくて非自明の組合せと下位組合せ、並びに、そのすべての均等物を含む。
【図１】
2017507460.tif 000004
【図２Ａ】
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【図２Ｂ】
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【図２Ｃ】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
2017507460.tif 000010
【図６】
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【図７Ａ】
2017507460.tif 000012
【図７Ｂ】
2017507460.tif 000013
【図７Ｃ】
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【図８Ａ】
2017507460.tif 000015
【図８Ｂ】
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【国際調査報告】
2017507460.tif 000017
2017507460.tif 000018
2017507460.tif 000019