(57)【要約】  硫黄系電極、並びに関連システムおよびその製造方法が、概して記載されている。いくらかの態様は、平滑な外部表面を有する硫黄系電極に関する。いくつかの態様によれば、比較的大きな力を、製造工程中に硫黄系電極が製造される組成物に加えてもよい。いくつかのそのような態様において、上記組成物は、比較的大きな力を加えられた後でも、比較的高い気孔率を維持することができる。電極製造工程中に液体を使用する方法も記載されている。【特許請求の範囲】
【請求項１】
電極を形成するために、粒子状電子伝導性材料、電極活性材料、バインダー、および液状湿潤剤を含む組成物に、少なくとも約５９０［Ｎ／ｃｍ２］の圧力を加える工程
を含む、電極を製造する方法。
【請求項２】
前記圧力を前記組成物に加えた後、前記電極が少なくとも約４０％の気孔率を有する、請求項１記載の方法。
【請求項３】
前記液状湿潤剤が、有機溶媒および／または水を含む、請求項１または２記載の方法。
【請求項４】
前記組成物に、少なくとも約５９０［Ｎ／ｃｍ２］および約６０００［Ｎ／ｃｍ２］以下の圧力を加える工程
を含む、請求項１〜３のいずれか１項記載の方法。
【請求項５】
前記組成物に、少なくとも約７５０［Ｎ／ｃｍ２］の圧力を加える工程
を含む、請求項１〜３のいずれか１項記載の方法。
【請求項６】
前記組成物に、少なくとも約１０００［Ｎ／ｃｍ２］の圧力を加える工程
を含む、請求項１〜３のいずれか１項記載の方法。
【請求項７】
電極を形成するために、粒子状電子伝導性材料、電極活性材料、およびバインダーを含む組成物に、少なくとも約１７６５［Ｎ／ｃｍ２］の圧力を加える工程
を含み、
前記圧力を前記組成物に加えた後、前記電極が少なくとも約４０％の気孔率を有する、
電極を製造する方法。
【請求項８】
前記組成物に、少なくとも約１７６５［Ｎ／ｃｍ２］および約６０００［Ｎ／ｃｍ２］以下の圧力を加える工程
を含む、請求項７記載の方法。
【請求項９】
前記粒子状電子伝導性材料が炭素を含む、請求項１〜８のいずれか１項記載の方法。
【請求項１０】
前記粒子状電子伝導性材料がカーボンブラックを含む、請求項９記載の方法。
【請求項１１】
前記粒子状電子伝導性材料が、約１０−３［Ω・ｍ］未満の２０℃でのバルク電気抵抗率を有する、請求項１〜１０のいずれか１項記載の方法。
【請求項１２】
前記電極活性材料が硫黄を含む、請求項１〜１１のいずれか１項記載の方法。
【請求項１３】
前記電極活性材料が硫黄元素を含む、請求項１２記載の方法。
【請求項１４】
前記バインダーがポリマーバインダーを含む、請求項１〜１３のいずれか１項記載の方法。
【請求項１５】
前記ポリマーバインダーがポリビニルアルコールを含む、請求項１４記載の方法。
【請求項１６】
前記圧力を前記組成物に加えた後、前記電極が少なくとも約４０％および約７０％以下の気孔率を有する、請求項１〜１５のいずれか１項記載の方法。
【請求項１７】
前記電極の厚さが、約１ｍｍ以下である、請求項１〜１６のいずれか１項記載の方法。
【請求項１８】
前記電極の厚さが、少なくとも約１０μｍおよび約１ｍｍ以下である、請求項１７記載の方法。
【請求項１９】
前記粒子状電子伝導性材料が多孔性である、請求項１〜１８のいずれか１項記載の方法。
【請求項２０】
前記組成物が液状湿潤剤を含む、請求項７〜１９のいずれか１項記載の方法。
【請求項２１】
電極を形成するために、前記液状湿潤剤を前記組成物から少なくとも部分的に除去する工程を含む、請求項１〜６および２０のいずれか１項記載の方法。
【請求項２２】
請求項１〜１９のいずれか１項記載の方法によって得ることができる電極。
【請求項２３】
請求項１〜１９のいずれか１項記載の方法によって得ることができる電極を含む、電気化学電池。
【請求項２４】
粒子状電子伝導性材料、
電極活性材料、および
バインダー
を含む電極であって、
該電極が少なくとも約４０％の気孔率を有し、
該電極の外部の幾何学的表面が、少なくとも約１０，０００μｍ２の幾何学的表面積の全体にわたって、約１５μｍ未満の二乗平均平方根表面粗さを有する、電極。
【請求項２５】
前記粒子状電子伝導性材料が多孔性である、請求項２４記載の電極。
【請求項２６】
前記粒子状電子伝導性材料が炭素を含む、請求項２４または２５記載の電極。
【請求項２７】
前記粒子状電子伝導性材料がカーボンブラックを含む、請求項２６記載の電極。
【請求項２８】
前記粒子状電子伝導性材料が、約１０−３［Ω・ｍ］未満の２０℃でのバルク電気抵抗率を有する、請求項２４〜２７のいずれか１項記載の電極。
【請求項２９】
前記電極活性材料が硫黄を含む、請求項２４〜２８のいずれか１項記載の電極。
【請求項３０】
前記電極活性材料が硫黄元素を含む、請求項２９記載の電極。
【請求項３１】
前記バインダーがポリマーバインダーを含む、請求項２４〜３０のいずれか１項記載の電極。
【請求項３２】
前記ポリマーバインダーがポリビニルアルコールを含む、請求項３１記載の方法。
【請求項３３】
前記電極が少なくとも約４０％および約７０％以下の気孔率を有する、請求項２４〜３２のいずれか１項記載の電極。
【請求項３４】
前記電極の厚さが、約１ｍｍ未満である、請求項２４〜３３のいずれか１項記載の電極。
【請求項３５】
前記電極の厚さが、少なくとも約１０μｍおよび約１ｍｍ以下である、請求項３４記載の電極。
【請求項３６】
前記電極の外部の幾何学的表面が、少なくとも約０．１μｍ〜約１５μｍの二乗平均平方根表面粗さを有する、請求項２４〜３５のいずれか１項記載の電極。
【請求項３７】
請求項２４〜３６のいずれか１項記載の電極を含む、電気化学電池。
【請求項３８】
リチウムを含む第２の電極を含む、請求項３７記載の電気化学電池。
【請求項３９】
前記第２の電極が、リチウム金属および／またはリチウム合金を含む、請求項３８記載の電気化学電池。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
（関連出願）
本願は、米国特許法第１１９条（ｅ）に基づき、発明の名称「Ｅｌｅｃｔｒｏｄｅ  Ｆａｂｒｉｃａｔｉｏｎ  Ｍｅｔｈｏｄｓ  ａｎｄ  Ａｓｓｏｃｉａｔｅｄ  Ｓｙｓｔｅｍｓ  ａｎｄ  Ａｒｔｉｃｌｅｓ」の、２０１４年５月１日に出願した米国仮特許出願第６１／９８７，２７１号に対して優先権を主張し、全ての目的のためにその全体が参照により本明細書中に組み込まれる。
【０００２】
電極、並びに関連システムおよび物品が、概して記載されている。
【背景技術】
【０００３】
リチウム‐硫黄電気化学電池は、典型的には、電流を生じる電気化学反応に関係する硫黄系電極およびリチウム系電極を含む。一般的には、リチウム‐硫黄電気化学反応は、遊離イオンを含むことができ、イオン伝導性媒体として作用することができる電解質によって促進される。
【０００４】
リチウム‐硫黄電池用の硫黄系電極の製造に関連する１つの課題は、電流を効率的に電池の電気化学的動作中の硫黄系電極から十分に輸送することができるように、電極に十分な電子伝導性を付与することである。硫黄系電極を製造するための多くの従来の方法は、電極活性硫黄系材料よりも実質的に高い電気伝導性を有する電気伝導性炭素系材料を電極配合に添加することによって、この問題に対処している。例えば、リチウム‐硫黄電気化学電池用の多くの従来の硫黄系電極は、硫黄系電極活性材料、炭素系電気伝導性材料、およびバインダーの懸濁液を注型して、後に乾燥されて最終電極を形成する層を形成することによって製造されてきた。多くの理由のために、このような電極を、特定の種類のリチウム‐硫黄電気化学電池に組み込むことが要求されている。従って、硫黄系の電極を製造するための改善された方法が望まれている。
【０００５】
電極、並びにその製造のための関連するシステムおよび方法が、概して記載されている。本発明の要件には、場合によっては、相互に関係のある製品、特定の課題の代替解決方法および／または１以上のシステムおよび／または物品の複数の異なる使用を含む。
【０００６】
１つの態様において、電極を製造する方法が記載されている。いくつかの態様において、電極の製造方法には、電極を形成するために、粒子状電子伝導性材料、電極活性材料、バインダー、および液状湿潤剤を含む組成物に、少なくとも約５９０［Ｎ／ｃｍ２］の圧力を加える工程を含む。
【０００７】
いくらかの態様によれば、電極を製造する方法には、電極を形成するために、粒子状電子伝導性材料、電極活性材料、およびバインダーを含む組成物に、少なくとも約１７６５［Ｎ／ｃｍ２］の圧力を加える工程を含み、上記圧力を上記組成物に加えた後、上記電極が少なくとも約４０％の気孔率を有する。
【０００８】
１つの態様において、電極が記載されている。いくつかの態様において、電極は、粒子状電子伝導性材料、電極活性材料およびバインダーを含み、上記電極は少なくとも約４０％の気孔率を有し、上記電極の外部の幾何学的表面は、少なくとも約１０，０００μｍ２の幾何学的表面積の全体にわたって、約１５μｍ未満の二乗平均平方根表面粗さを有する。
【０００９】
添付の図面と併せて考慮するとき本発明の他の利点および新規な特徴は、本発明の種々の非限定的な態様の以下の詳細な説明から明らかになるであろう。本明細書中および参照により組み込まれた文書が相反するおよび／または矛盾する開示を含む場合には、本明細書中が支配する。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
本発明の非限定的な態様は、概略的であり、一定の縮尺で描かれることを意図されていない添付の図面を参照して一例として説明する。図面において、図示の同一またはほぼ同一の各構成要素は、通常、単一の数字で表される。明瞭にするために、必ずしもすべての構成要素は、すべての図においてラベル付け、また図は、当業者が本発明を理解できるようにする必要がない場合に示された本発明の各態様の全ての構成要素である。図面において：
【図１Ａ−１Ｄ】いくらかの態様にしたがった、電極の製造を示す概略断面図である。
【図２】いくつかの態様にしたがった、電気化学電池の概略断面図である。
【図３】いくらかの態様にしたがった、湿潤圧縮工程を行うカソードを含む電気化学電池に関する、サイクル数の関数としての比放電容量のプロットである。
【図４】いくつかの態様にしたがった、圧縮工程を行っていないカソードを含む電気化学電池に関する、サイクル数の関数としての比放電容量のプロットである。
【図５】いくつかの態様にしたがった、乾燥圧縮工程を行ったカソードを含む電気化学電池に関する、サイクル数の関数としての比放電容量のプロットである。
【図６】電子伝導性材料として（限定された粒内気孔率を有する）非晶質カーボンブラックを含むカソードを含む電気化学電池に関する、サイクル数の関数としての比放電容量のプロットである。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
電極、並びにその製造のための関連するシステムおよび方法が、概して記載されている。いくらかの態様は、平滑な外部表面を有する粒子状電子伝導性材料を含む電極（例えば、それらに限定されないが、硫黄系電極を含む）に関する。いくつかの態様によれば、電極の製造工程中に、比較的大きな力を、電極が製造される前駆体組成物に加えてもよい。いくつかのそのような態様において、上記組成物は、比較的大きな力が製造工程中に加えられた後でも、比較的高い気孔率を維持することができる。電極製造工程中（および、特に、比較的高い圧力を加えている時）に液体を使用する方法もまた記載されている。
【００１２】
リチウム系電気化学電池の充電および／または放電時の力の作用（前述の、電気化学電池の電極形成時の力の作用とは対照的に）は、電池性能を高めることが示されている。１つの例として、２００９年８月４日に出願され、発明の名称「Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ  ｏｆ  Ｆｏｒｃｅ  ｉｎ  Ｅｌｅｃｔｒｏｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｃｅｌｌｓ」のＳｃｏｒｄｉｌｉｓ−Ｋｅｌｌｅｙらの米国特許出願公開第２０１０／００３５１２８号明細書には、性能を向上させることができる電極の化学的性質、形態、および／または他の特性の改良のため、充電および／または放電時の電気化学電池における力の作用が記載されている。いくつかの電気化学電池は、電極の表面上の剥離および付着（例えば、リチウムアノードの表面上のリチウム金属の剥離および付着）を含む充電／放電サイクルを受ける可能性がある。場合によっては、上記剥離および付着は、電解質成分などの他の電池成分との電極表面上の金属の寄生反応を伴う可能性がある。上記電気化学電池が繰り返し充電／放電サイクルを受けるので、多くの場合、電解液中に溶解したイオンの不均一な再付着により、上記電極の１つ以上の表面は凸凹になるかもしれない。電極の１つ以上の表面の粗化により、ますます電池性能を悪化させる可能性がある。
【００１３】
電極活性材料の不均一な再付着の悪影響に対処する一つの方法は、充電および／または放電時に、影響を受けた電極に異方性力を加えることである。しかしながら、電気化学電池に異方性力を加えることは、場合によっては、電気化学電池のセパレータの性能に悪影響を与える可能性がある。例えば、十分に大きな力が充放電時の電気化学電池に加えられ、電気化学電池内の片方または両方の電極が比較的粗い外部表面を有する場合、上記粗い電極は、アノードとカソードとの間の電気絶縁性セパレータ（例えば、ポリマーセパレータ）に食い込み、それにより上記電池の短絡につながるかもしれない。一方、電気化学電池内の電極が平滑である場合、セパレータを破ることなく、従って電池の性能に悪影響を与えることなく、多くの場合、充電および／または放電時の電池に異方性力を加えることができる。
【００１４】
前述のように、（例えば、硫黄などの比較的低い電子伝導性を有する電極活性材料を含む）特定の電極活性材料を含む電極の性能は、炭素などの粒子状電子伝導性添加剤を含むことによって向上させることができる。電気化学電池内の電極活性材料と電解質との間の相互作用を可能にするのに十分な電極の多孔性を維持しながら、このような電極を平滑にすることが要求されている。
【００１５】
本明細書中に記載のいくらかの態様は、粒子状電子伝導性材料を含む平滑な電極を製造するために使用することができるシステムおよび方法に関連している。このようなシステムおよび方法は、いくらかの態様によれば、作動時に、上記電池が有効量の電流を生じる（そして、例えば、セパレータの欠陥により停止しない）ことを保証するのに十分な平滑性を維持しながら、比較的非伝導性の電極活性材料（例えば、硫黄）を使用することによって、電極を製造することを可能にする。いくらかの態様によれば、電極の製造工程中に電極組成物に大きな圧縮力を加えることによって、非常に平滑な電極を製造することができることを予想外に見出した。電極の製造時に、このような力を加えることによって、例えば、多孔性を大幅に低減または排除するように多孔性材料を粉砕または他の方法で構造的に損傷を与えることにより、得られる電極組成物の多孔性を大幅に低減（または排除）することが予想された。電解質と電極活性材料との間の十分な相互作用を示さないため、多孔性の低減または排除は、電気化学電池内の得られた電極の性能に有害となる。しかしながら、特定の特性を有する粒子状電子伝導性材料を使用する場合、平滑性の所望のレベルを達成しながら、電極の多孔性を維持することができることを予想外に見出した。
【００１６】
いくらかの態様は、電極を製造する方法に関する。図１Ａ〜図１Ｄは、例示的な電極製造方法の概略断面図である。いくらかの態様において、上記方法は、電極の製造工程中に、粒子状電子伝導性材料および電極活性材料を含む組成物に圧力を加える工程を含む。図１Ａに示すように、組成物１０２を提供することができる。組成物１０２は、電極活性材料および粒子状電子伝導性材料を含んでもよい。組成物１０２は、また、ポリマーバインダーなどのバインダーを含んでもよい。
【００１７】
いくらかの態様によれば、電極を形成するために使用される組成物は、電極を形成するために上記組成物に比較的大きな圧縮力を加える前に、（例えば、集電体上に注型または他の方法で付着された）基材上に形成されてもよい。例えば、図１Ａ中の組成物１０２は、（図１Ｂ〜1Ｃに示すように、そして以下により詳細に記載されるように）上記組成物に圧縮力を加える前に、まず、電極を形成するために（集電体であってもよい）基材１０３上を覆って形成されてもよい。集電体または他の基材の使用は任意であり、いくつかの態様において、電極組成物を、上記組成物に圧縮力を加えるために使用される装置上に直接付着させてもよい。
【００１８】
上記組成物内の電極活性材料は、粒子形態または圧力の作用によって電極を形成するのに好適な任意の他の形態であってもよい。使用するのに好適な様々な種類の電極活性材料が、以下により詳細に記載されている。１つの非限定的な例として、電極活性材料は、硫黄元素などの硫黄含有材料であってもよい。
【００１９】
組成物１０２はまた、粒子状電子伝導性材料を含んでいてもよい。上記粒子状電子伝導性材料は、上記組成物に電子伝導性を付与するために使用してもよい。いくらかの例では、上記組成物の他の成分は、上記電極を用いる電気化学電池の放電時に、電子が出て行くための経路を提供するのに十分に電子伝導性でなくてもよい。いくつかのこのような場合、粒子状電子伝導性材料が電極前駆体組成物に含まれている時、得られた電極は、電子が電極に入るおよび／または電極を出るための経路を提供するのに十分に電子伝導性であってもよい。以下により詳細に記載されるように、本明細書中に記載されるシステムおよび方法に関連して、様々な種類の粒子状電子伝導性材料を使用してもよい。１つの非限定的な例として、上記粒子状電子伝導性材料は、カーボンブラックなどの炭素を含んでもよい。いくつかの態様において、以下でより詳細に記載されるように、上記炭素は比較的硬質であってもよく、および／または比較的高い加圧力に耐えることができる。例えば、いくらかの、必ずしもすべてではない態様において、「Ｐｏｒｏｃａｒｂ（登録商標）」多孔性炭素、例えば、「Ｐｏｒｏｃａｒｂ（登録商標）ＨＤ３」（独国、ＫｌｅｉｎｏｓｔｈｅｉｍのＨｅｒａｅｕｓ  Ｑｕａｒｚｇｌａｓ  ＧｍｂＨ  ＆  Ｃｏ．製）が、有利である可能性がある。本明細書中の他の箇所でより詳細に記載されているように、いくらかの態様によれば、上記粒子状電子伝導性材料は、多孔性である。いくらかの態様において、電子伝導性添加剤は、いくらかの態様によれば、圧力が加えられた時に、電極の平滑性を維持するのを助けることができる、黒鉛状炭素（例えば、グラファイトおよび／またはグラフェン）を含んでもよい。
【００２０】
組成物１０２は、他の成分を含んでもよい。例えば、いくらかの態様において、上記組成物は、少なくとも１つのバインダーを含む。上記バインダーは、例えば、ポリビニルアルコールなどのポリマーバインダーであってもよい。電極前駆体組成物に用いられる他の好適なバインダーは、本明細書中の他の箇所でより詳細に記載されている。
【００２１】
いくらかの態様において、圧力を、電極前駆体組成物に加える。電極を形成するために、任意の好適な方法を用いて、圧力を電極前駆体組成物に加えてもよい。図１Ｂに戻って、組成物１０２を、プレス板１０４を含むプレス内に配置する。矢印１０６の方向にプレス板１０４を移動させることによって、圧力を組成物１０２に加えてもよい。これによって、圧縮力を組成物１０２に加えることができる。図１Ｃに示されるように、比較的平坦なおよび平滑な電極１０８を製造するため、組成物１０２に圧縮力を加えることによって、組成物１０２を平坦化してもよい。
【００２２】
いくらかの態様によれば、電極の製造時に、組成物に加えられる圧力の大きさを比較的大きくしてもよい。本明細書中に記載の電極前駆体組成物に比較的大きな圧力を加えることによって、比較的平滑な電極を形成することができる。本明細書中の他の箇所に記載したように、比較的平滑な電極を使用することは、例えば、充電および／または放電時に等方性力を加える電気化学電池において、有利である可能性がある。従って、いくつかの態様には、電極を形成するために、少なくとも約５９０［Ｎ／ｃｍ２］、少なくとも約７５０［Ｎ／ｃｍ２］、少なくとも約１０００［Ｎ／ｃｍ２］、または少なくとも約１７６５［Ｎ／ｃｍ２］の圧力を上記組成物に加える工程を含む。いくつかの態様には、電極を形成するために、少なくとも約５９０［Ｎ／ｃｍ２］および約６０００［Ｎ／ｃｍ２］以下、または少なくとも約１７６５［Ｎ／ｃｍ２］および約６０００［Ｎ／ｃｍ２］以下の圧力を上記組成物に加える工程を含む。もちろん、他の態様において、これらの範囲の上および／または下である圧力を、電極を形成するために用いてもよいと解されるべきである。
【００２３】
いくらかの態様において、電極を形成するために、電極前駆体組成物に圧力を加える工程時に、任意の液状湿潤剤を使用してもよい。例えば、図１Ａに戻って、組成物１０２は、液状湿潤剤を含んでもよい。いくらかの態様によれば、図１Ａの組成物１０２などの電極前駆体組成物に大きな圧力を加える場合、液状湿潤剤を使用することによって、平滑な電極を製造するのに特に有用であることが予期せずに発見された。いかなる特定の理論にも拘束されることを望まないが、液状湿潤剤助剤の存在によって、電極前駆体組成物内の粒子状材料の沈降を助けて、比較的平滑な外部表面を形成するものと考えられる。加えて、液状湿潤剤の存在は、カソードマトリックスのリフローを可能にすることができるバインダーの可塑化をもたらすと考えられる。このような液状湿潤剤の使用によって、最終的に形成された電極内の任意の他の不連続部を亀裂させることが予想された。しかしながら、電極内の亀裂および他の不連続部の形成が制限され、および／または回避されると同時に、特に高い加圧力下で、このような液状湿潤剤を使用することができることが発見された。
【００２４】
本明細書中に記載されたシステムおよび方法に関連して、様々な種類の液状湿潤剤を使用することができる。いくつかの態様において、上記液状湿潤剤は、水性および／または非水性流体を含む。好適な種類の液状湿潤剤には、それらに限定されないが、水、アルコール（例えば、イソプロピルアルコール、メタノール、エタノール、プロパノールおよび／またはブタノール）、テトラヒドロフラン、ジメトキシエタン、アセトン、トルエン、キシレン、アセトニトリル、シクロヘキサンなどが挙げられる。いくらかの態様において、上記液状湿潤剤は、水とイソプロピルアルコールの混合物を含む。いくつかのこのような態様において、イソプロピルアルコールに対する水の比（水：イソプロピルアルコール）は、１：４〜約４：１、約１：２〜約２：１、約１：１．５〜約１．５：１、または約１：１．１〜約１．１：１である。
【００２５】
当業者は、本開示を考慮して、適切な湿潤剤（およびそれらの相対量）を選択することができる。場合によっては、上記電極成分を流動させるのに十分な程度まで、電極の製造工程中に使用されるバインダーを可塑化することができる１つ以上の湿潤剤を選択することが望ましい場合がある。
【００２６】
いくらかの態様において、圧力を電極前駆体組成物に加えた場合、液状湿潤剤は、比較的高い重量％の電極前駆体組成物を作製することができる。例えば、いくらかの態様において、上記液状湿潤剤は、電極前駆体組成物に圧力を加える直前の時点で、少なくとも約１重量％、少なくとも約５重量％、少なくとも約１０重量％、少なくとも約２０重量％、少なくとも約４０重量％（および／または、いくらかの態様において、約６０重量％まで、またはそれ以上まで）の圧力が加えられた電極前駆体組成物を作製する。いくらかの態様において、電極前駆体組成物の圧縮が行われた後、電極前駆体組成物を乾燥する前に、上記湿潤剤は、得られた組成物の少なくとも約１重量％、少なくとも約５重量％、少なくとも約１０重量％を構成することができ（および／または、いくらかの態様において、約４０重量％まで、またはそれ以上まで）を構成することができる。
【００２７】
いくらかの態様によれば、電極を形成する工程には、電極前駆体組成物から液状湿潤剤を少なくとも部分的に除去することを含む。例えば、いくつかの態様において、（例えば、少なくとも約５９０［Ｎ／ｃｍ２］、または前述の他の範囲のいずれか以内の）圧力を電極前駆体組成物に加えた後、比較的乾燥した電極を残すために、液状湿潤剤を少なくとも部分的に除去してもよい。液状湿潤剤の少なくとも一部を除去することは、必要に応じて加熱された環境（例えば、オーブン内）で、例えば、圧縮した電極前駆体を乾燥させることによって達成してもよい。いくらかの態様において、液状湿潤剤の少なくとも一部を電極前駆体組成物から除去することには、液状湿潤剤の少なくとも約５０重量％、少なくとも約７５重量％、少なくとも約９０重量％、少なくとも約９５重量％、または少なくとも約９９重量％を、電極前駆体組成物から除去することを含む。
【００２８】
いくつかの態様において、本明細書中に記載の電極（および／または本明細書中に記載の電極内の多孔性支持構造体）は、電極が形成される電極前駆体組成物に比較的大きな圧力が加えられた後も、比較的高い気孔率を維持することができる。このような比較的大きな力を加えることを、電極を形成する材料に損傷を与えることなく電極を形成するために使用することができることが予期せずに発見された。電極前駆体組成物に大きな力を加えることが、粒子状電子伝導性材料などの電極前駆体組成物内の材料を破壊さもなければ機械的に変形させることが予想された。いくらかの種類の粒子状電子伝導性材料を使用することにより、大きな圧力を加えることができるような材料の機械的な破損を回避することができる。いかなる特定の理論にも拘束されることを望まないが、いくらかの、必ずしもすべてではない態様において、粒子が凝集する時に、比較的大きな内部気孔率（即ち、粒内気孔率）と粒子間の比較的小さな気孔率（即ち、粒子間の気孔率）につながる外部形状を有する粒子状電子伝導性材料を使用することが有利となる可能性があると考えられる。このような粒子を使用することによって、（他の系においては、粒子の移動、粒子間気孔率の低減、それによる全体的な気孔率の低減につながる可能性がある）大きな圧力を加えた場合であっても、最終的な電極が全体的な多孔性を維持することを可能とすると考えられる。いくらかの態様において、０．１μｍより大きな細孔径を有する多孔性粒子の使用によって、製造工程中に比較的大きな圧力を加えることを可能にする、更なる構造的安定性を得られる電極に付与すると考えられている。
【００２９】
また、圧力下で、比較的硬くて安定している多孔性の粒子状電子伝導性材料の使用により、比較的大きな圧力が電極製造工程中に加えられた後、電極の最終的な多孔性を維持することを可能にすると考えられる。このような耐圧多孔性粒子状電子伝導性材料は、いくらかの態様によれば、犠牲材料を第２の材料と組み合わせ、その後、犠牲材料を上記組み合わせから除去する型取り法を用いて、形成されてもよい。場合によっては、第２の材料の構造は、上記犠牲材料が組み合わせから除去された後、実質的に維持することができる。
【００３０】
例えば、いくつかの態様において、多孔性の粒子状電子伝導性材料は、犠牲材料から形成された複数の型取り要素を型内に組み立てることによって作製してもよい。いくつかのこのような態様において、第２の材料は、上記型取り要素と混合してもよい。第２の材料は、いくつかの態様において、多孔性の粒子状電子伝導性材料（例えば、炭素系材料）が形成される材料を含む。いくらかの態様において、第２の材料は、例えば、反応（例えば、炭化水素系材料の熱分解）によって、多孔性粒子状電子伝導性材料を形成するように変換される可能性がある、多孔性の粒子状電子伝導性材料の前駆体を含む。上記型取り要素は、いくらかの態様において、それらが相互接続網を形成するように配置されることができ、第２の材料は、上記相互接続網の隙間に輸送することができる。型取り要素が第２の材料内に配置された後、それらは、多孔性粒子状電子伝導性材料内に細孔を残すために、混合物から除去してもよい。「Ｐｏｒｏｃａｒｂ（登録商標）ＨＤ３」などの「Ｐｏｒｏｃａｒｂ（登録商標）」多孔性炭素（独国、ＫｌｅｉｎｏｓｔｈｅｉｍのＨｅｒａｅｕｓ  Ｑｕａｒｚｇｌａｓ  ＧｍｂＨ  ＆  Ｃｏ．製）は、このような方法を用いて製造される代表的な多孔性の粒子状電子伝導性材料である。
【００３１】
電極の製造工程時に比較的大きな力を加えた後、電極（および／または電極を作製するために使用される多孔性支持構造体）の多孔性を維持する能力は、いくらかの態様に従って、比較的平滑な、高度に多孔性である電極を形成することを可能にする。本明細書中の他の箇所に記載されるように、平滑な電極は、電気化学電池の充電および／または放電時に等方性の力が加えられると、電気化学電池の性能を向上させるのに有用である可能性がある。加えて、効果的な電池性能のために重要である可能性がある電極活性材料と電解質との間の比較的高度な相互作用を提供することができるので、高度に多孔性の電極は、いくらかの場合に望ましい可能性がある。
【００３２】
本明細書中で使用される場合、「細孔」とは、少なくとも一部が、細孔が形成された媒体に包囲されている、導管、空隙、または通路を指す。一般的に、完全に材料によって包囲されている材料内の空隙（従って、材料の外部からアクセス可能でない、例えば独立気泡）は、本明細書中の細孔とはみなされない。多孔性体が粒子の凝集を含む場合に、細孔が、粒間細孔（即ち、共に充填される場合に、粒子間に限定されるそれらの細孔、例えば、隙間）および粒内細孔（即ち、個々の粒子の外部幾何学的表面内にあるそれらの細孔）の両方を含むと解されるべきである。細孔は、不規則形状および規則的形状（例えば、略円形、略楕円形、略多角形、など）を含む任意の好適な断面形状を含んでもよい。
【００３３】
いくらかの態様において、圧力が組成物に加えられた後、電極は、少なくとも約４０％の気孔率を有する。いくらかの態様において、圧力が組成物に加えられた後、電極は、少なくとも約５０％、または少なくとも約６０％（および／または、いくつかの態様において、約７０％まで、またはそれ以上まで）の気孔率を有する。いくつかの態様において、圧力が組成物に加えられた後、電極は、少なくとも約４０％および約７０％までの気孔率を有する。百分率として表される場合、電極の気孔率は、空隙容積により占有された電極の幾何学的体積の百分率に相当する。電極内の空隙容積は、電極活性材料が電極内に存在し（即ち、電極の圧縮後）、電極が完全に充電されている場合に測定されるような、電極活性材料（例えば、硫黄）、伝導性材料（例えば、炭素、金属、等）、バインダー、または構造的支持を提供する他の材料によって占有されていない電極の多孔性部分を指す。電極の空隙容積は、一般的に電極が形成される粒子中の細孔の容積、および粒子間の隙間を含む。空隙容積は、電解質（電極が使用中である場合）、ガス、および／または他の非電極材料によって占有されてもよい。当業者は、すべての目的のためにその全体が参照により本明細書中に組み込まれているＡＳＴＭ Ｓｔａｎｄａｒｄ Ｔｅｓｔ Ｄ４２８４-０７に準拠して、例えば、水銀圧入法を行うことにより、電極内の空隙容積を決定することができる。次いで、最終のパーセント気孔率は、電極の空隙容積を電極の幾何学的体積で割ることによって（例えば、肉眼による測定技術を用いて、電極の大きさを測定することによって）、計算することができる。
【００３４】
いくらかの態様において、電極内の多孔性支持構造体の気孔率は比較的大きい。例えば、いくつかの態様において、電極内の多孔性支持構造体は、少なくとも約４０％、少なくとも約５０％、少なくとも約６０％、または少なくとも約７０％（および／または、いくつかの態様において、約８０％まで、またはそれ以上まで）の気孔率を有する。電極の「多孔性支持構造体」は、気体（例えば、空気）、液体、および電極活性材料によって占有されていない電極の部分を指す。多孔性支持構造体の気孔率は、電極から電極活性材料を除去し、ＡＳＴＭ Ｓｔａｎｄａｒｄ Ｔｅｓｔ Ｄ４２８４-０７に従って水銀圧入法を行うことによって決定することができる。多孔性支持構造体の最終的な百分率の気孔率は、多孔性支持構造体の空隙容積で、多孔性支持構造体の幾何学的体積を割ることによって（例えば、肉眼による測定技術を用いて多孔性支持構造体の大きさを測定することによって）計算することができる。
【００３５】
いくらかの態様において、本明細書中に記載されたシステムおよび方法は、比較的平滑な外部の幾何学的表面を有する電極を製造するために使用することができる。本明細書中で用いられる場合、物体の「外部幾何学的表面」とは、物体の最大断面寸法と実質的に同じスケールで分析した場合、物体の外側の境界を画定する表面を指す。一般的に、物体の外部幾何学的表面には、多孔性の物体内の細孔によって規定された表面などの内部表面は含まない。非限定的な例として、電極１０８は、外部幾何学的表面１１０を含む。電極１０８内の細孔の表面は、これに対して、電極１０８の外部幾何学的表面を構成しない。
【００３６】
いくらかの態様において、電極の外部幾何学的表面は、少なくとも約１０，０００μｍ２の幾何学的表面積にわたって（および／またはいくつかの態様において、少なくとも約１００，０００μｍ２、少なくとも約１，０００，０００μｍ２、少なくとも約１０，０００，０００μｍ２、少なくとも約１ｃｍ２、および／または約１０ｃｍ２まで、約１００ｃｍ２まで、またはそれ以上までの幾何学的表面積にわたって）、約１５μｍ未満、約１０μｍ未満、約５μｍ未満、約１μｍ未満、または約０．５μｍ未満の二乗平均平方根（ＲＭＳ）表面粗さを有する。いくらかの態様において、電極の外部幾何学的表面は、少なくとも約１０，０００μｍ２の幾何学的表面積にわたって（および／またはいくつかの態様において、少なくとも約１００，０００μｍ２、少なくとも約１，０００，０００μｍ２、少なくとも約１０，０００，０００μｍ２、少なくとも約１ｃｍ２、および／または約１０ｃｍ２まで、約１００ｃｍ２まで、またはそれ以上までの幾何学的表面積にわたって）、約０．１μｍ〜約１５μｍ、約０．１μｍ〜約１０μｍ、約０．１μｍ〜約５μｍ、約０．１μｍ〜約１μｍ、または約０．１μｍ〜約０．５μｍの二乗平均平方根表面粗さを有する。いくらかの態様において、約２５０，０００μｍ２の幾何学的表面積を超えてサンプリングした場合、電極の外部幾何学的表面は、約０．１μｍ〜約１５μｍ、約０．１μｍ〜約１０μｍ、約０．１μｍ〜約５μｍ、約０．１μｍ〜約１μｍ、または約０．１μｍ〜約０．５μｍの二乗平均平方根表面粗さを有する。表面高さの分布の標準偏差の記述子であるＲＭＳ表面粗さは、当業者には既知である。ＲＭＳ表面粗さは、評価領域にわたってとった高さ偏差と平均線／表面との間の平均として計算される。ＲＭＳ表面粗さ平均線は、それからの輪郭高さの偏差の二乗和が０であるように輪郭を分割する線である。ＲＭＳ表面粗さ（Ｒｑ）は、以下の式：
【数１】
2017515277.tif 000002
（Ｚは平均平面に対する表面高さであり、Ｎは、Ｚが測定される点の数である。）
から計算される。所定の幾何学的表面積にわたってＲｑを計算するために、表面高さはμｍ２あたり１．２２７個の点で測定され、そのような測定は、測定された表面積にわたって空間的に均一に分布する。一般に、所定の電極のＲＭＳ表面粗さは、電極を倍率×１１で試験することによって決定する。実施例１には、１つの態様にしたがった、電極の外部幾何学的表面のＲＭＳ表面粗さの例示的な実験的測定を記載されている。
【００３７】
いくらかの態様において、得られる電極は、比較的薄くてもよい。例えば、いくらかの態様によれば、圧力を電極組成物に加えた後、得られる電極は、薄膜の形態であってもよい。いくつかの態様において、電極の厚さは、約１ｍｍ以下、約１００μｍ以下、または約５０μｍ以下である。いくらかの態様によれば、電極の厚さは、少なくとも約１０μｍおよび約１ｍｍ以下、少なくとも約１０μｍおよび約１００μｍ以下、または少なくとも約１０μｍおよび約５０μｍ以下である。
【００３８】
本発明の電極の製造工程に加えて、本発明の電極もまた記載されている。本発明の電極のいくらかは、本明細書中の他の箇所に記載された方法のいずれかを使用して得られる。このような本発明の電極の一例が、例えば、図１Ｄに示されている。
【００３９】
本発明の電極のいくらかには、本明細書中の他の箇所に記載の材料のいずれかを含むことができる。電極は、例えば、（多孔性であってもよい）粒子状電子伝導性材料および電極活性材料（例えば、硫黄）を含んでもよい。電極は、いくらかの態様において、ポリマーバインダーなどのバインダーを含んでもよい。また、本発明の電極は、多孔性、平滑性、細孔径分布などの本明細書中の他の箇所に記載される電極特性のいずれか、および／または本明細書中の他の箇所に記載される他の特性のいずれかを含んでもよい。
【００４０】
粒子状電子伝導性材料として、種々の材料を用いてもよい。いくつかの態様において、粒子状電子伝導性材料は、カーボンブラック等の炭素系材料であってもよい。本明細書中に記載の多孔性支持構造体内の粒子の全てまたは一部を形成するために用いることができる、他の例示的な粒子状電子伝導性材料には、それらに限定されないが、金属（例えば、ニッケル、銅、マグネシウム、アルミニウム、チタン、スカンジウム、鉄、合金および／またはこれらの他の組み合わせ）、電子伝導性ポリマー（ポリ（３，４‐エチレンジオキシチオフェン）（ＰＥＤＯＴ）、ポリ（メチレンジオキシチオフェン）（ＰＭＤＯＴ）、他のチオフェン類、ポリアニリン（ＰＡＮＩ）、ポリピロール（ＰＰｙ））などが挙げられる。
【００４１】
特定の一組の態様において、粒子状電子伝導性材料には、「Ｐｏｒｏｃａｒｂ（登録商標）ＨＤ３」などの「Ｐｏｒｏｃａｒｂ（登録商標）」多孔性炭素（独国、ＫｌｅｉｎｏｓｔｈｅｉｍのＨｅｒａｅｕｓ  Ｑｕａｒｚｇｌａｓ  ＧｍｂＨ  ＆  Ｃｏ．製）を含む。
【００４２】
いくらかの態様において、粒子状電子伝導性材料は、約１０−３［Ω・ｍ］未満、約１０−４［Ω・ｍ］未満、約１０−５［Ω・ｍ］未満または約１０−７［Ω・ｍ］未満の２０℃でのバルク電気抵抗率を有する。いくらかの態様において、粒子状電子伝導性材料の少なくとも約５０重量％、少なくとも約７５重量％、少なくとも約９０重量％、少なくとも約９５重量％、または少なくとも約９９重量％は、約１０−３［Ω・ｍ］未満、約１０−４［Ω・ｍ］未満、約１０−５［Ω・ｍ］未満または約１０−７［Ω・ｍ］未満の２０℃でのバルク電気抵抗率を有する。
【００４３】
いくらかの態様において、（バインダー、粒子状電子伝導性材料、および電極活性材料を含む）材料が圧縮され、乾燥された後の、電極の有効バルク抵抗率は、約１０−３〜約１０［Ω・ｍ］である。電極の有効バルク抵抗率は、（寸法既知の）電極間の抵抗を測定することによって決定することができる。この抵抗測定値を用いて、電極の有効電気伝導率は、その後、抵抗が測定される形状を用いて逆算することができる。一般に、有効バルク抵抗率は、以下の式：
【数２】
2017515277.tif 000003
（式中、Ａは、それに沿って抵抗測定値が得られる長さに直交する電極の断面積であり、Ｒは測定された抵抗値であり、およびｌは、それに沿って抵抗測定値が得られる長さである。）
によって、計算される。
【００４４】
粒子状電子伝導性材料は、任意の好適な粒度分布を有してもよい。いくつかの態様において、本明細書中に記載の電極を形成するために使用される粒子状電子伝導性材料は、指定された範囲内の最大断面寸法を有してもよい。例えば、いくつかの場合において、電極内の粒子状電子伝導性材料の総体積の少なくとも約５０％、少なくとも約７５％、少なくとも約９０％、少なくとも約９５％、または少なくとも約９９％、或いは実質的に全てを、約０．１〜約４５μｍ、約０．１〜約１０μｍ、約１〜約１０μｍ、または約１〜約３μｍの最大断面寸法を有する粒子から形成してもよい。いくつかの態様において、多孔性支持構造体を形成するために使用される粒子は、約０．１〜約４５μｍ、約０．１〜約１０μｍ、約１〜約１０μｍ、または約１〜約３μｍの平均最大断面寸法を有してもよい。
【００４５】
物品（例えば、粒子、電極、など）の「最大断面寸法」は、測定される物品の二つの対向境界間の最大距離を意味する。当業者は、上記粒子状材料の走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）画像を調べることによって、粒子状電子伝導性材料の最大断面寸法の分布を測定することができる。
【００４６】
粒子内の細孔または他のくぼみの「最大外部表面断面寸法」とは、粒子の幾何学的表面に沿って測定した細孔または他の特徴の２点間の最大寸法である。例えば、（１ｍｍの長さの細孔を生じる）１ｍｍ球状粒子の中心を通って延在する１０μｍの直径の円筒形細孔に対して、細孔の最大外部表面断面寸法は１０μｍである。
【００４７】
所定の多孔性支持構造体内および／または組み立てられた電極内の細孔の断面直径の分布は、電気化学電池の性能を向上するように選択されてもよい。本明細書中で用いられる細孔の「断面直径」は、ＡＳＴＭ Ｓｔａｎｄａｒｄ Ｔｅｓｔ Ｄ４２８４‐０７を用いて測定される断面直径を表し、その全体が参照により本明細書中に組み込まれる。複数の細孔の「平均断面直径」は、複数の細孔のそれぞれの断面直径の数平均を表す。当業者は、ＡＳＴＭ Ｓｔａｎｄａｒｄ Ｔｅｓｔ Ｄ４２８４‐０７に記載されている水銀圧入気孔率測定法を用いて多孔性構造体（例えば、小規模多孔性支持構造体、大規模多孔性支持構造体、および多孔性支持構造体の組み合わせから組み立てられた電極）内の細孔の断面直径の分布および平均断面直径を計算することができる。例えば、ＡＳＴＭ Ｓｔａｎｄａｒｄ Ｔｅｓｔ Ｄ４２８４‐０７に記載された方法は、細孔直径の関数としての累積侵入細孔容積としてプロットした細孔径分布を形成するのに用いることができる。所定範囲内の細孔直径の細孔からなる試料内の％総細孔容積を計算するために、
（１）ｘ軸の上の所定範囲にわたる曲線下の面積を計算し、
（２）ステップ（１）で計算された面積を曲線下の総面積で割り、
（３）１００％を掛ける。任意に、上記物品が、ＡＳＴＭ Ｓｔａｎｄａｒｄ Ｔｅｓｔ Ｄ４２８４‐０７を用いて正確に測定され得る細孔径の範囲外にある細孔径を含む場合、例えば、Ｓ．Ｂｒｕｎａｕｅｒ，Ｐ．Ｈ．Ｅｍｍｅｔｔ，ａｎｄ Ｅ．Ｔｅｌｌｅｒらの、Ｊ．Ａｍ. Ｃｈｅｍ. Ｓｏｃ., １９３８，６０，３０９に記載されている、Ｂｒｕｎａｕｅｒ−Ｅｍｍｅｔｔ−Ｔｅｌｌｅｒ（ＢＥＴ）表面分析によって気孔率測定を補ってもよく、その全体が参照により本明細書中に組み込まれる。
【００４８】
いくらかの態様において、多孔性支持構造体および／または組み立てられた電極は、比較的容易に電気化学電池反応副生成物で塞ぐことができ、および／またはあまりに小さ過ぎて、例えば毛管力によって電極の細孔内への電解質（例えば、液体電解質）の通過を可能にできない、サブナノメートルスケールおよびシングルナノメートルスケールの細孔より大きい断面直径を有する細孔を含むように構成してもよい。また、場合によっては、多孔性支持構造体内および／または組み立てられた電極内の細孔は、大き過ぎて電極を機械的に不安定にする可能性があるミリメートルスケールの細孔よりも小さい断面直径を有してもよい。
【００４９】
いくつかの態様において、多孔性構造体の総細孔容積が記載されている。このような態様において、多孔性支持構造体は、複数の細孔を含むと言うことができ、複数の細孔の内の各細孔が細孔容積を有し、複数の細孔は、個々の細孔容積のそれぞれの和で定義される総細孔容積を有する。いくらかの態様において、組み立てられた電極内の総細孔容積の少なくとも約５０％、少なくとも約７５％、少なくとも約９０％、少なくとも約９９％、または実質的に全てが、約０．１〜約１０μｍ、または約１〜約３μｍの断面直径を有する細孔によって規定される。いくつかの態様において、組み立てられた電極内の細孔の平均断面直径は、約０．１〜約１０μｍ、または約１〜約３μｍの範囲内である。
【００５０】
一般に、組み立てられた電極の多孔性（例えば、細孔の分布、細孔径分布、空隙容積など）は、電極の細孔内の電極活性材料の不在下で決定される。これは、例えば、電極の細孔から電極活性材料を除去し、続いて、水銀圧入気孔率測定法を行うことによって、および／または電極活性材料を電極に加える前に気孔率測定法を行うことにより、達成することができる。
【００５１】
いくつかの態様において、組み立てられた電極は、比較的均一な断面直径を有する細孔を含んでもよい。いかなる特定の理論にも拘束されることを望まないが、そのような均一性は、多孔性電極の大部分にわたって比較的一定の構造的安定性を維持するのに有用である可能性がある。更に、比較的狭い範囲内に細孔径を制御する能力は、構造的安定性を保つのに十分に小さい細孔を維持しながら、流体浸透（例えば、電解質の浸透）を可能にするのに十分に大きい多数の細孔を組み込むことを可能にする。いくつかの態様において、組み立てられた電極内の細孔の断面直径の分布は、複数の細孔の平均断面直径の約５０％未満、約２５％未満、約１０％未満、約５％未満、約２％未満、または約１％未満の標準偏差を有してもよい。標準偏差（小文字のシグマ：σ）は、当技術分野におけるその通常の意味を有し、かつ以下の式：
【数３】
2017515277.tif 000004
（式中、Ｄは、細孔ｉの断面直径である、Ｄａｖｇは、複数の細孔の断面直径の平均値であり、ｎは、細孔の数である。）
によって計算することができる。標準偏差および前述の細孔の平均断面直径の間の比率（％）は、標準偏差を上記平均で割り、１００％を掛けることにより得られる。
【００５２】
いくらかの態様において、電極活性材料は、本明細書中に記載の多孔性支持構造体の細孔内に実質的に含まれてもよい。電極活性材料は、多孔性支持構造体を使用して電極を形成するために添加してもよい。第２の材料の細孔内に「実質的に含まれる」と言われている第１の材料は、第２の材料の細孔の外側境界によって規定される仮想容積内に少なくとも部分的に存在するものである。例えば、実質的に細孔内に含まれる材料は、完全に細孔内に含まれても、または細孔内に含まれる容積の一部分を有するだけでもよいが、材料の実質的な部分は、全体として、細孔内に含まれる。いくらかの態様において、第１の材料の少なくとも約３０重量％、少なくとも約５０重量％、少なくとも約７０重量％、少なくとも約８０重量％、少なくとも約８５重量％、少なくとも約９０重量％、少なくとも約９５重量％、または実質的に全てが、第２の材料の細孔の外側境界によって規定される仮想容積内にある場合、第１の材料（例えば、電極活性材料）は、第２の材料（例えば、多孔性支持構造体）の細孔内に少なくとも部分的に含まれている。
【００５３】
本発明は、多種多様な電気化学装置の用途を見出すことができるが、そのような装置の一例を例示のみの目的のために図２に示す。図２には、カソード２１２およびアノード２１６を含む電気化学電池２１０の概略図を含む。更に、電気化学電池は、電解質２１４（セパレータを含んでもよい）を含む。電解質は、カソードとアノードと電気化学的に接続した１つ以上の要素を含むことができる。図２中のアノード、カソード、および電解質は、平面構造を有するものとして示されているが、他の態様において、非平面構造（例えば、円筒状、蛇行状など）を含むことができる。図２に示す組の態様において、電気化学電池２１０には、収納構造体２１７を含む。
【００５４】
電気化学電池は、本明細書中の他の箇所に記載のいずれかの方法を用いて得られる電極を含んでもよい。例えば、図２に示すように、いくつかの態様において、カソード２１２は、本明細書中に記載の電極製造技術のいずれかを用いて製造してもよい。カソード２１２は、例えば、粒子状電子伝導性材料、電極活性材料およびバインダー（および／またはいくつかの態様に従って、液状湿潤剤）を含む組成物に（例えば、本明細書中の他の箇所に記載した範囲のいずれか内に）圧力を加えることによって、製造してもよい。カソード２１２はまた、本明細書中の他の箇所に記載のいずれかの電極特性を有してもよい。例えば、いくつかの態様において、カソード２１２は、少なくとも約４０％の気孔率を有する。いくらかの態様において、カソード２１２は、少なくとも約１ｃｍ２の幾何学的表面積にわたって（および／または、いくつかの態様において、少なくとも約１０ｃｍ２および／または約１００ｃｍ２まで、またはそれ以上までの幾何学的表面積にわたって）約１５μｍ未満の二乗平均表面粗さを有する外部幾何学的表面を有する。
【００５５】
いくらかの態様によれば、電気化学電池は、リチウム（例えば、リチウム金属および／またはリチウム合金）を含む第２の電極を含む。例えば、図２においては、アノード２１６は、いくらかの態様によれば、リチウム系電極活性材料を含んでもよい。
【００５６】
もちろん、要素の方向を変えてもよく、層の方向が変化している他の態様が存在すると解するべきである。更に、非平面配置、示されるものとは異なる材料の割合を有する配置、および他の新しい配置が、本発明に関して有用である。典型的な電気化学電池はまた、もちろん、集電体、外部回路等を含む。当業者は、図面に示され、本明細書中に記載されるような一般的な概略配置とともに利用することができる多くの配置をよく知っている。
【００５７】
本明細書中に記載の粒子状電子伝導性材料と電極活性材料を含む電極（例えば、本明細書中に記載の比較的平滑な電極など）は、アノードおよび／またはカソードとして使用することができる。いくらかの態様において、電気化学電池２１０のカソード２１２は、比較的滑らかであってもよく、および／または本明細書中に記載の他の電極特性のいずれかを有してもよい。いくつかのこのような態様において、アノード２１６は、活性種としてリチウム（例えば、リチウム金属および／またはリチウム合金）を含む。例えば、アノード２１６は、いくらかの態様において、リチウム金属箔を含んでもよい。
【００５８】
本明細書中の他の箇所に記載されるように、いくらかの態様によれば、本明細書中に記載のいくらかの電極を、充電および／または放電時に異方性力を加える電気化学電池に使用することは（上記電極は他の種類の電気化学電池に使用してもよいが）有利である可能性がある。いくらかの態様において、本明細書中に記載の電気化学電池および／または電極は、（いくらかの態様において、空隙容積を含む）それらの構造的完全性を維持しながら、加えられた異方性力（例えば、電池内の電極の形態を強化するために加えられる力）に耐えるように構成されてもよい。いくらかの態様において、本明細書中に記載された電極のいずれかを、充電および／または放電時の少なくとも１周期の間、電気化学電池内の電極（例えば、リチウム金属および／またはリチウム合金を含むアノード）の活性表面に垂直な成分を有する異方性力を上記電池に加えるように、構成および配置されている電気化学電池の一部としてもよい。１組の態様において、加えられる異方性力は、電極（例えば、リチウム金属および／またはリチウム合金アノードなどのアノード）の形態を強化するように選択してもよく、カソードは、粒子状電子伝導性材料および電極活性材料を含んでもよい。いくつかのこのような態様において、カソードは、例えば、本明細書中の他の箇所に記載された範囲のいずれか内の表面粗さを有して、比較的平滑であってもよい。
【００５９】
「異方性力」は、当該技術分野における通常の意味を有し、全方向に等しくない力を意味している。全方向に均等な力は、例えば、物体の内部のガス圧などの流体または材料内の流体または材料の内圧である。全方向に等しくない力の例には、重力により、テーブル上の物体によって加えられるテーブル上の力などの特定の方向に向けた力が挙げられる。異方性力の別の例には、物体の周囲に配置されたバンドによって加えられる力が挙げられる。例えば、ゴムバンドやターンバックルは、その周りを包んでいる物体の周囲に力を加えることができる。しかし、上記バンドは、バンドに接触していない物体の外部表面の任意の部分に任意の直達外力を加えない可能性がある。更に、上記バンドが第２の軸線よりも大きな程度まで第１の軸に沿って拡張されると、上記バンドは、第２の軸に平行に加えられる力よりも、第１の軸に平行な方向に大きな力を加えることができる。
【００６０】
いくらかのこのような場合には、異方性力は、電気化学電池内の電極の活性表面に垂直な成分を含む。本明細書中で使用される場合、用語「活性表面」は、電解質と物理的に接触し、そこで電気化学反応が起こる可能性のある電極の表面を記載するために使用される。例えば、図２に戻って、カソード２１２はカソード活性表面２１８を含むことができ、および／またはアノード２１６はアノード活性表面２２０を含むことができる。当業者であれば、電極の活性表面は、電極の外部幾何学的表面を意味することを理解する。
【００６１】
表面に「垂直な成分」を有する力は、当業者によって理解されるような通常の意味を有し、例えば、実質的に表面に垂直な方向に、少なくとも部分的にそれ自体を働かせる力を含む。例えば、物体をその上に置いて、重力のみの影響を受ける水平テーブルの場合、上記物体は、テーブルの表面に本質的に完全に垂直な力を及ぼす。物体は、水平テーブル表面を横切って横方向にも強制されている場合、水平面に対して完全に垂直ではないが、テーブル面に垂直な成分を含む、力をテーブル上に及ぼす。当業者は、特に本明細書の記載中に用いられるように、これらの用語の他の例を理解することができる。
【００６２】
電極の活性表面に垂直な成分を有する加えられた力は、図２に示されている。図２に示されるように、異方性力は、矢印２５０の方向に加えられてもよい。矢印２５１は、アノード２１６の活性表面２２０に対して垂直である（また、この場合、カソード２１２の活性表面２１８に垂直である）力２５０の成分を示している。曲面（例えば、凹面または凸面）の場合は、電極の活性表面に垂直である異方性力の成分は、異方性力が加えられる点で曲面に接する面に垂直である成分に対応してもよい。場合によっては、異方性力は、任意にアノードの活性表面上に分散された、一つ以上の所定の位置に加えられてもよい。いくつかの態様において、上記異方性力は、アノードの活性表面上に均一に加えられる。
【００６３】
充電および／または放電時に（例えば、上記電池の充電および／または放電時に）異方性力を電気化学電池に加えている間、本明細書中に記載の電極特性（例えば、低い表面粗さ、気孔率、細孔径分布など）および／または性能測定基準のいずれかを、単独で、または互いに組み合わせて達成してもよい。いくらかの態様において、（例えば、上記電池の充電および／または放電時の少なくとも１周期の間に）多孔性支持構造体、電極、および／または上記電極を含む電気化学電池に加えられる異方性力は、電極（例えば、電気化学電池内のリチウム金属アノードおよび／またはリチウム合金アノードなどのアノード、および／または複数の多孔性支持構造体を含む多孔性電極）の活性表面に垂直である成分を含んでもよい。いくらかの態様において、電極の活性表面に垂直な異方性力の成分は、所望の電極特性を有する間、少なくとも約２０［Ｎ／ｃｍ２］、少なくとも約２５［Ｎ／ｃｍ２］、少なくとも約３５［Ｎ／ｃｍ２］、少なくとも約４０［Ｎ／ｃｍ２］、少なくとも約５０［Ｎ／ｃｍ２］、少なくとも約７５［Ｎ／ｃｍ２］、少なくとも約９０［Ｎ／ｃｍ２］、少なくとも約１００［Ｎ／ｃｍ２］、少なくとも約１２５［Ｎ／ｃｍ２］、または少なくとも約１５０［Ｎ／ｃｍ２］の圧力を限定する。いくらかの態様において、上記活性表面に垂直である異方性力の成分は、所望の電極特性を有する間、例えば、約２００［Ｎ／ｃｍ２］未満、約１９０［Ｎ／ｃｍ２］未満、約１７５［Ｎ／ｃｍ２］未満、約１５０［Ｎ／ｃｍ２］未満、約１２５［Ｎ／ｃｍ２］未満、約１１５［Ｎ／ｃｍ２］未満、または約１１０［Ｎ／ｃｍ２］未満の圧力を限定してもよい。力および圧力は概して、それぞれ［Ｎ］および単位面積当たりの［Ｎ］の単位で本明細書中に記載されているが、力および圧力は、それぞれ、［ｋｇｆ］および単位面積当たりの［ｋｇｆ］の単位で表すこともできる。［ｋｇｆ］系単位は当業者によく知られているが、当業者であれば、１［ｋｇｆ］＝約９．８［Ｎ］であることを理解する。
【００６４】
本明細書中に記載されるように充電および／または放電時に加えられる異方性力は、当該技術分野において既知の任意の方法を用いて加えてもよい。いくつかの態様において、上記力は圧縮ばねを用いて加えてもよい。力は、（格納構造体の内側または外側のいずれかの）他の要素、例えば、それらに限定されないが、とりわけ、皿ばね、機械ネジ、空気圧装置、および／または重りを用いて加えてもよい。場合によっては、電池を、格納構造体に挿入する前に予備圧縮してもよく、および格納構造体に挿入することによって、電池上に正味の力を発生するように拡張してもよい。このような力を加えるための好適な方法が、例えば、発明の名称「Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ  ｏｆ  Ｆｏｒｃｅ  ｉｎ  Ｅｌｅｃｔｒｏｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｃｅｌｌｓ」の、Ｓｃｏｒｄｉｌｉｓ−Ｋｅｌｌｅｙ  ｅｔ  ａｌ．の２００９年８月４日に出願した米国特許出願第１２／５３５，３２８号に詳細に記載されており、その全体が参照により本明細書中に組み込まれる。
【００６５】
本明細書中に記載の粒子状電子伝導性材料を含む電極に関して、種々の電極活性材料を使用してもよい。いくらかの態様において（例えば、電極をカソードとして使用するいくつかの態様において）、細孔内の電極活性材料は、硫黄を含んでもよい。例えば、細孔内の電極活性材料は、電気活性硫黄含有材料を含んでもよい。本明細書中で用いられる「電気活性硫黄含有材料」の語により、任意の形の硫黄元素を含む電極活性材料を指し、電気化学活性には、硫黄原子または硫黄部分の酸化または還元を含む。１つの例として、電気活性硫黄含有材料には、硫黄元素（例えば、Ｓ８）を含有してもよい。いくつかの態様において、電気活性硫黄含有材料には、硫黄元素および硫黄含有ポリマーの混合物を含有する。従って、好適な電気活性硫黄含有材料には、それらに限定されないが、硫黄元素、有機または無機であってもよい（例えば、アルカリ金属の）硫化物または多硫化物、並びにポリマーであってもなくてもよい硫黄原子および炭素原子を含有する有機材料が挙げられる。好適な有機材料には、それらに限定されないが、ヘテロ原子、導電性ポリマーセグメント、複合材料および導電性ポリマーを更に含むものが挙げられる。いくつかの態様において、電極（例えばカソード）内の電気活性硫黄含有材料は、少なくとも約４０重量％の硫黄を含有する。場合によっては、電気活性硫黄含有材料は、少なくとも約５０重量％、少なくとも約７５重量％、または少なくとも約９０重量％の硫黄を含有する。
【００６６】
硫黄含有ポリマーの例には、Ｓｋｏｔｈｅｉｍらの米国特許第５，６０１，９４７号明細書および同５，６９０，７０２号明細書；Ｓｋｏｔｈｅｉｍらの米国特許第５，５２９，８６０号明細書および同６，１１７，５９０号明細書；２００１年３月１３日交付のＧｏｒｋｏｖｅｎｋｏらの米国特許第６，２０１，１００号明細書；および国際公開第９９／３３１３０号に記載されたものが挙げられる。他の好適な多硫化物結合を含有する電気活性硫黄含有材料は、Ｓｋｏｔｈｅｉｍらの米国特許第５，４４１，８３１号明細書；Ｐｅｒｉｃｈａｕｄらの米国特許第４，６６４，９９１号明細書；並びにＮａｏｉらの米国特許第５，７２３，２３０号明細書、同５，７８３，３３０号明細書、同５，７９２，５７５号明細書および同５，８８２，８１９号明細書に記載されている。電気活性硫黄含有材料の更なる例には、例えば、Ａｒｍａｎｄらの米国特許第４，７３９，０１８号明細書；共にＤｅ Ｊｏｎｇｈｅらの米国特許第４，８３３，０４８号明細書および同４，９１７，９７４号明細書；共にＶｉｓｃｏらの米国特許第５，１６２，１７５号明細書および同５，５１６，５９８号明細書；並びにＯｙａｍａらの米国特許第５，３２４，５９９号明細書に記載されたジスルフィド基を含有するものが挙げられる。
【００６７】
カソード活性種として主に硫黄が記載されているが、硫黄が電極活性材料の成分として本明細書中に記載される場合にはいつでも、如何なる好適なカソード活性種を用いてもよいと解されるべきである。例えば、いくらかの態様において、カソード活性種は、ニッケル水素電池に通常用いられるものなどの水素吸蔵合金を含む。本開示から、当業者であれば、本明細書中に記載された考えを、他のカソード活性材料を用いる電極を含む電気化学電池に拡張することができる。
【００６８】
他の箇所で述べたように、いくらかの態様において、電極（いくつかの態様において、電極前駆体組成物を含む）は、バインダーを含む。用語「バインダー」は、一般的に電極活性材料ではなく、電極用電子伝導性経路を提供するために含まれていない材料を指す。例えば、電極には、カソード内の内部結束を促進するために、バインダーを含んでもよい。ポリマーまたは非ポリマーバインダー材料を使用してもよい。バインダー材料の例としては、それらに限定されないが、フッ化ポリビニリデン（ＰＶＤＦ）系ポリマー、例えばポリ（フッ化ビニリデン）（ＰＶＤＦ）；およびヘキサフルオロエチレン、テトラフルオロエチレン、クロロトリフルオロエチレン、ポリ（フッ化ビニル）、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）、エチレン‐テトラフルオロエチレンコポリマー（ＥＴＦＥ）、ポリブタジエン、シアノエチルセルロース、カルボキシメチルセルロースとそれとの共重合体および三元共重合体；およびスチレン‐ブタジエンゴム、ポリアクリロニトリル、エチレンプロピレンジエン三元共重合体、スチレン‐ブタジエンゴム（ＳＢＲ）、ポリイミドまたはエチレン‐酢酸ビニル共重合体とのそれとのブレンドが挙げられる。場合によっては、バインダー材料は、水性分散媒に実質的に可溶性であってもよく、それらに限定されないが、セルロース誘導体（典型的には、メチルセルロース（ＭＣ）、カルボキシメチルセルロース（ＣＭＣ）およびヒドロキシプロピルメチルセルロース（ＨＰＭＣ））、ポリビニルアルコール（ＰＶＡ）、ポリアクリル酸塩、ポリアクリルアミド（ＰＡ）、ポリビニルピロリドン（ＰＶＰ）またはポリエチレンオキサイド（ＰＥＯ）が挙げられる。１組の態様において、バインダー材料は、ポリスルフィドを含む電池成分に対して、化学的に中性（例えば、不活性）であってもよいポリ（エチレン‐コ‐プロピレン‐コ‐５‐メチレン‐２‐ノルボルネン）（ＥＰＭＮ）である。
【００６９】
電極中のバインダーの量は、いくつかの態様において、比較的少量であってもよい。例えば、いくつかの態様において、バインダーは、電極内の固体の質量の約２０重量％未満、約１０重量％未満、約５重量％未満、約２重量％未満、または約１重量％未満を構成する。いくらかの態様において、電極内の固体の質量の約２０重量％未満、約１０重量％未満、約５重量％未満、約２重量％未満、または約１重量％未満を、ポリマー材料から構成する。
【００７０】
いくらかの態様において、粒子状電子伝導性材料と電極活性材料は、電極内の固体の比較的多くの量を構成する。例えば、いくつかの態様において、粒子状電子伝導性材料と電極活性材料は共に、電極中の固体の質量の少なくとも約６０重量％、少なくとも約７０重量％、少なくとも約８０重量％、少なくとも約９０重量％、または少なくとも約９５重量％を構成する。
【００７１】
いくらかの態様において、本明細書中に記載の本発明の電極は、電気化学電池において、対向電極と対にしてもよい。いくつかのこのような態様において、対向電極は、アノード活性材料として、リチウムを含んでもよい。リチウムを含む好適な電極活性材料には、それらに限定されないが、リチウム金属（例えば、リチウム箔、電気伝導性基材上に付着したリチウムなど）およびリチウム合金（例えば、リチウム‐アルミニウム合金、リチウム‐スズ合金、リチウム‐ケイ素合金等）が挙げられる。いくつかの態様において、対向電極の電極活性層の電気活性リチウム含有材料は、５０重量％を超えるリチウム、７５重量％を超えるリチウム、または９０重量％を超えるリチウムを含む。対向電極に用いることができる電極活性材料の他の例には、それらに限定されないが、アルカリ金属（例えば、ナトリウム、カリウム、ルビジウム、セシウム、フランシウム）、アルカリ土類金属（例えば、ベリリウム、マグネシウム、カルシウム、ストロンチウム、バリウム、ラジウム）などが挙げられる。
【００７２】
本明細書中に記載された電極および支持構造体の構成は、例えば、電気自動車、負荷平準化装置（例えば、太陽光または風力エネルギープラットフォーム）、ポータブル電子機器などの多種多様な装置用の電気化学電池に使用することができる。「電気化学電池」の語は、一次および二次電気化学電池を包含する。従って、本明細書中に記載された本発明の電気化学電池の配置および材料は、何度も充電および放電され得る、一次および／または二次電池（一次および二次バッテリーを含む）に用いることができる。いくつかの態様において、本明細書中に記載された材料、システムおよび方法を、リチウム系電気化学電池およびそれらのバッテリーに関して用いることができる。例えば、いくらかの態様において、本明細書中に記載された多孔性支持構造体を含む電極を、リチウム金属および／またはリチウム合金などのリチウムを含む別の電極を含む電気化学電池に用いることができる。いくらかの態様において、本明細書中に記載された材料、システムおよび方法を、リチウム‐硫黄電気化学電池および／またはそれらのバッテリーに関して用いることができる。
【００７３】
発明の名称「Ｅｌｅｃｔｒｏｄｅ  Ｆａｂｒｉｃａｔｉｏｎ  Ｍｅｔｈｏｄｓ  ａｎｄ  Ａｓｓｏｃｉａｔｅｄ  Ｓｙｓｔｅｍｓ  ａｎｄ  Ａｒｔｉｃｌｅｓ」の、２０１４年５月１日に出願した米国仮特許出願第６１／９８７，２７１号が、全ての目的のためにその全体が参照により本明細書中に組み込まれる。
【実施例】
【００７４】
以下の実施例は、本発明のいくらかの態様を例証するものであって、本発明の範囲全体を例示するものではない。
【００７５】
（実施例１）
この実施例には、硫黄系電極活性材料および炭素添加剤の形の粒子状電気活性材料を含む平滑なカソードの製造を記載する。比較的大きな圧力を電極前駆体組成物に加えることによって、平滑なカソードを製造した。
【００７６】
「Ｐｏｒｏｃａｒｂ（登録商標）ＨＤ３」多孔性炭素、（独国、ＫｌｅｉｎｏｓｔｈｅｉｍのＨｅｒａｅｕｓ  Ｑｕａｒｚｇｌａｓ  ＧｍｂＨ  ＆  Ｃｏ．製）、硫黄元素（米国ミズーリ州Ｓｔ． ＬｏｕｉｓのＳｉｇｍａ  Ａｌｄｒｉｃｈ製、メッシュサイズ１００および純度９９．８％）、ポリビニルアルコール（ＰＶＯＨ）バインダー、およびイソプロパノール、脱イオン水および１‐メトキシ‐２‐プロパノールを含む溶媒溶液を混合することによって、カソード前駆体組成物を形成した。上記スラリーの最終固体組成は、５５重量％硫黄、４０重量％炭素、および５重量％ＰＶＯＨバインダーであった。上記溶媒が上記スラリーの７０〜８５重量％を構成するまで、上記固体を上記スラリーに加えた。
【００７７】
上記スラリーを、スロットダイ法によってアルミニウム箔に塗布した。塗布されたスラリーを、次いで乾燥して、全溶媒を除去した。
【００７８】
次いで、２枚のリントフリーの洗浄綿を、１：１（重量）の水：イソプロピルアルコールの混合物に浸漬した。（アルミニウム集電体上の）乾燥したカソードを、次いで湿潤洗浄綿の間に置いた。上記洗浄綿を、それらの横の境界線を上記カソードの横の境界線を超えて拡張するような大きさにし、次いで完全に上記カソードを覆った。上記カソード組成物を次いで、上記リントフリーの洗浄綿の間に２分間浸漬した。浸漬後、上記カソードを上記湿潤洗浄綿から取り除き、上記カソード組成物を２つの鏡面研磨したスチールブロックの間に、上記カソードが上記スチールブロックに直接接触するように配置した。次いで、上記スチールブロックをｃａｒｖｅｒプレス機内に置いて、４段階圧縮方式で８８２．６［Ｎ／ｃｍ２］（９０ｋｇｆ／ｃｍ２）の圧力で圧縮した。各圧縮段階間で、上記カソードを取り除き、スチールブロックの方向を維持しながら９０度回転させた。
【００７９】
上記圧縮行程の前に、上記カソードの二乗平均平方根（ＲＭＳ）表面粗さ（Ｒｑ）値は、９．６〜１８．０μｍの範囲であった。しかしながら、圧縮圧力を加えた後、上記カソードは、外部表面が０．２〜１．６μｍの範囲のＲＭＳ表面粗さ値を示して、非常に平滑になった。上記ＲＭＳ表面粗さに対して、表面高さを、面積２５０，０００μｍ２にわたって、倍率１１倍で、サンプリング面積を横切って均一に分布したサンプリング点密度１．２２７［点／μｍ２］でサンプリングした。
【００８０】
圧縮後、上記カソードを電気化学電池に組み込んで試験した。各電気化学電池のために、２５μｍのＣｅｌｇａｒｄセパレータをカソード上に配置した。２ミル（５０μｍ）のリチウム箔をアノードとして使用し、セパレータ上に配置した。次いで、上記電池を密封し、電解質を加えた。上記電解質には、主に１，３‐ジオキソラン（ＤＯＬ）および１，２‐ジメトキシエタン（ＤＭＥ）（両方共にＮｏｖｏｌｙｔｅ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓ社製）、そして限定量のリチウムビス（トリフルオロメチルスルホニル）イミド、ＬｉＮＯ３、硝酸グアニジンおよび硝酸ピリジンが含まれた。
【００８１】
上記電池のそれぞれには、その後、電気化学的サイクルを行った。充電および放電時に、９８［Ｎ／ｃｍ２］（１０ｋｇｆ/ｃｍ２）の圧力を規定する異方性力を、上記電池に加えた。次いで、充電および放電性能を、上記電池を放電することにより測定した。第１のサイクルの間に、上記電池を１．３ｍＡ（０．０３９２ｍＡ／ｃｍ２）で２．５Ｖから１．７Ｖまで放電し、２ｍＡ（０.０６０３ｍＡ／ｃｍ２）で１．７Ｖから２．５Ｖまで充電した。第２のサイクルから第２０のサイクルの間に、上記電池を３．２ｍＡ（０．０９６５ｍＡ／ｃｍ２）で２．５Ｖから１．７Ｖまで放電し、２ｍＡ（０.０６０３ｍＡ／ｃｍ２）で１．７Ｖから２．５Ｖまで充電した。サイクル試験結果を、図３に示す。上記カソードは、０．２μｍのＲＭＳ表面粗さを有し、上記電池によって１０００ｍＡｈ／ｇの容量を達成することができた。上記電池の容量が２０サイクルの間に８００ｍＡｈ／ｇまで徐々に減少した（他の非晶質炭素で見られるように容量が著しく低下するのとは対照的に）。湿潤圧縮カソードは、乾燥圧縮カソードよりも低いＲＭＳ表面粗さを有したが、湿潤圧縮カソードを含む電池は、同様の放電容量を示した。
【００８２】
（比較例１）
カソードを電気化学電池に組み込む前に、カソード組成物に圧力を加えなかった以外は実施例１と同様に、電気化学電池を組み立て、試験した。
【００８３】
非圧縮カソードを含む電気化学電池に、電気化学的サイクルを行った。充電および放電時に、９８［Ｎ／ｃｍ２］（１０ｋｇｆ/ｃｍ２）の圧力を規定する異方性力を、上記電池に加えた。次いで、充電および放電性能を測定した。最初の２サイクルに対して、上記電気化学電池を４ｍＡ（０．０４０２ｍＡ／ｃｍ２）で２．５Ｖから１．７Ｖまで放電した。第３およびその次のサイクルに対して、上記電気化学電池を４０ｍＡ（０．４０２２ｍＡ／ｃｍ２）で２．５Ｖから１．７Ｖまで放電した。全サイクルに対して、２５ｍＡ（０.２５１４ｍＡ／ｃｍ２）で１．７Ｖから２．５Ｖまで充電した。サイクル試験結果を、図４に示す。コーティングしたままのカソードは、圧縮カソードより高い比容量を示したが、このような電極の高いＲＭＳ表面粗さは、上記電池中の他の成分に悪影響を与えた。
【００８４】
（比較例２）
比較例２では、電極を形成するために、電極前駆体組成物を圧縮する際に、液体湿潤剤を含むことの利点を示す。
【００８５】
実施例１と同様にして電極組成物を形成した。上記組成物を形成した後、実施例１と同様に、１組の電極組成物（「浸漬電極」）を２つのリントフリーの洗浄綿の間に浸漬し、次いで圧縮前に上記湿潤洗浄綿から取り除いた。圧縮前にいかなる追加の処理も行うことなくコーティングされるように、別の組の電極組成物（「乾燥電極」）を圧縮した。
【００８６】
乾燥圧縮カソードは、圧力が加えられなかったカソードより平滑であったが、（１．８〜２．４μｍの範囲のＲＭＳ表面粗さ値を有する）比較例２の乾燥圧縮カソードは、（１．２〜１．６μｍの範囲のＲＭＳ表面粗さ値を有する）実施例１に記載されたものほど平滑ではない。加えて、上記乾燥圧縮カソードは、湿潤圧縮カソードより非常に多くの亀裂を示した。
【００８７】
上記乾燥圧縮カソードを実施例１と同様に電気化学電池に組み込み、電気化学的サイクルを行った。充電および放電時に、９８［Ｎ／ｃｍ２］（１０ｋｇｆ/ｃｍ２）の圧力を規定する異方性力を、上記電池に加えた。次いで、充電および放電性能を測定した。第１のサイクル時に、上記電池を１．３ｍＡ（０．０３９２ｍＡ／ｃｍ２）で２．５Ｖから１．７Ｖまで放電した。第２およびその次のサイクル時に、上記電池を３．２ｍＡ（０．０９６５ｍＡ／ｃｍ２）で２．５Ｖから１．７Ｖまで放電した。全サイクルに対して、上記電池を３ｍＡ（０.０９０５ｍＡ／ｃｍ２）で１．７Ｖから２．５Ｖまで充電した。サイクル試験結果を、図５に示す。上記乾燥圧縮および湿潤圧縮カソードは同様の性能を示し、上記湿潤圧縮カソードはより平滑である（従って、他の電池成分に悪影響を与える可能性が低い）。
【００８８】
（比較例３）
比較例３では、大きな加えられた圧力下で気孔率を維持することができる粒子状電子伝導性材料を、電極を形成する際に大きな加えられた圧力下で崩壊する粒状導電性材料で置き換える時に発生する性能の低下を説明する。
【００８９】
実施例１と同様に電極組成物を形成した。しかしながら、「Ｐｏｒｏｃａｒｂ（登録商標）ＨＤ３」多孔性炭素を使用するよりも、非晶質カーボンブラックを、粒子状電子伝導性材料として使用した。（図６における「カーボン１」に対応する）１組の電極において、ＸＥ２およびＶｕｌｃａｎカーボンブラック材料を使用した。（図６における「カーボン２」に対応する）別の組の電極において、Ｖｕｌｃａｎカーボンブラックを使用した。（湿潤している間に）電極組成物を圧縮して、５５重量％の硫黄、４０重量％の炭素、および５重量％のＰＶＯＨバインダーを含む電極を形成し、実施例１と同様に、電極を電気化学電池に組み立てた。得られた電池に電気化学的サイクルを行った。充電および放電時に、９８［Ｎ／ｃｍ２］（１０ｋｇｆ/ｃｍ２）の圧力を規定する異方性力を、上記電池に加えた。次いで、充電および放電性能を測定し、その結果を、図６に示した。最初の２サイクルに対して、上記電池を４ｍＡ（０．０４０２ｍＡ／ｃｍ２）で２．５Ｖから１．７Ｖまで放電した。第３およびその次のサイクルに対して、上記電池を４０ｍＡ（０．４０２ｍＡ／ｃｍ２）で２．５Ｖから１．７Ｖまで放電した。同様に、全サイクルに対して、２５ｍＡ（０.２５１４ｍＡ／ｃｍ２）で１．７Ｖから２．５Ｖまで充電した。
【００９０】
図６に示すように、第２のサイクルの後、上記電池の容量が低下した。上記電池に７００ｍＡｈ／ｇ未満でサイクル試験を続け、第２１サイクルで停止した。放電率は、第１５サイクルで変化し、容量が増加した；しかしながら、第１６サイクルで放電率が（４０ｍＡｈに）戻った時、容量が再び低下した。
【００９１】
本発明のいくつかの態様が本明細書中に記載および例示されたが、当業者は、機能を実行し、および／または結果および／または前述の１つ以上の利点を得るための様々な他の手段および／または構造体を容易に予測し、そのような変形および／または改良はそれぞれ、本発明の範囲内であるとみなされる。より一般的に、当業者は、本明細書中に記載の全てのパラメータ、寸法、材料、および構成が例示であることを意味することを容易に理解し、実際のパラメータ、寸法、材料、および／または構成は、そのために本発明の教示が用いられる特定の用途に依存することを容易に理解する。当業者は、日常的な実験のみを用いて、本明細書中に記載された本発明のいくらかの態様に対する多くの同等物を認識し、または確認することができる。従って、前述の態様は、例示のためだけに示され、かつ添付の特許請求の範囲およびその同等物の範囲内で、本発明は、具体的に説明され、特許請求の範囲に記載された以外の方法で実施することができると理解されるべきである。本発明は、本明細書中に記載された、個々の特徴、システム、物品、材料、キット、および／または方法に関する。また、２つ以上のそのような特徴、システム、物品、材料、キット、および／または方法の組み合わせは、そのような特徴、システム、物品、材料、キット、および／または方法が互いに矛盾しない場合には、本発明の範囲内に包含されている。
【００９２】
明細書中および特許請求の範囲において使用されるように、不定冠詞「ａ」および「ａｎ」は、明確に示されない限り、「少なくとも１つ」を意味すると解されるべきである。
【００９３】
明細書中および特許請求の範囲において使用されるように、句「および／または」は、結合した要素、即ち、ある場合には結合して存在し、他方で分離して存在する要素の「いずれかまたは両方」を意味すると解されるべきである。明確に示されない限り、具体的に識別されたそれらの要素に関連するかまたは関連しないかを、「および／または」の文節によって具体的に識別された要素以外に、他の要素が任意に存在してもよい。従って、非限定的な例として、「Ａおよび／またはＢ」は、「〜を含む」などのオープンエンドの語と合わせて使用される場合、１つの態様において、ＢなしのＡ（任意にＢ以外の要素を含む）；別の態様において、ＡなしのＢ（任意にＡ以外の要素を含む）；更に別の態様において、ＡおよびＢの両方（任意に他の要素を含む）；などを意味する。
【００９４】
明細書中および特許請求の範囲において使用されるように、「または」は、上記定義した「および／または」と同じ意味を有すると解されるべきである。例えば、１つのリスト中の項目を分離する場合、「または」または「および／または」は包括的である、即ち、
多くの要素または要素のリストの、１つより多いも含む少なくとも１つ、任意に、リストに挙げられていない更なる項目を含むと解釈されるべきである。明確に示されている項目のみ、例えば、「〜の内の１つのみ」または「〜の内の正確に１つ」、或いは特許請求の範囲において使用される場合の「〜から成る」は、多くの要素または要素のリストの内の正確に１つを含むことを意味する。一般的に、本明細書中で用いられる用語「または」は、「どちらか」、「〜の内の１つ」、「〜の内の１つのみ」または「〜の内の正確に１つ」などの排他性を有する用語が先行する場合、排他的選択肢（即ち、「一方、または両方でない他方」）を示すものとして解釈されるのみである。特許請求の範囲において使用される場合の「本質的に〜から成る」は、特許法の分野で使用されるようなその通常の意味を有する。
【００９５】
明細書中および特許請求の範囲において使用されるように、１つ以上の要素の１つのリストに関する語句「少なくとも１つ」は、要素のリスト中の１つ以上の要素から選択される少なくとも１つの要素を意味すると解されるべきであるが、要素のリスト内に具体的に挙げられたそれぞれの要素の少なくとも１つを必ずしも含んでおらず、かつ要素のリスト中の要素どうしの組み合わせを必ずしも除外しない。この定義はまた、語句「少なくとも１つ」が、具体的に識別されたそれらの要素に関連するかまたは関連しないかを意味する要素のリスト内で具体的に識別された要素以外に、要素が任意に存在してもよいことを可能にする。従って、非限定的な例として、「ＡおよびＢの少なくとも１つ」（同等に、「ＡまたはＢの少なくとも１つ」、或いは同等に、「Ａおよび／またはＢの少なくとも１つ」）は、１つの態様において、任意に１つより多いことを含む少なくとも１つ、Ｂが存在しないＡ（任意にＢ以外の要素を含む）；別の態様において、任意に１つより多いことを含む少なくとも１つ、Ａが存在しないＢ（任意にＡ以外の要素を含む）；更に別の態様において、任意に１つより多いことを含む少なくとも１つ、Ａおよび任意に１つより多いことを含む少なくとも１つ、Ｂ（任意に他の要素を含む）；などを意味することができる。
【００９６】
明細書中と同様に特許請求の範囲において、このような「〜を含有する（ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ）」、「〜を含む（ｉｎｃｌｕｄｉｎｇ）」、「〜を有する（ｃａｒｒｙｉｎｇ）」、「〜を有する（ｈａｖｉｎｇ）」、「〜を含有する（ｃｏｎｔａｉｎｉｎｇ）」、「〜を含む（ｉｎｖｏｌｖｉｎｇ）」、「〜を含む（ｈｏｌｄｉｎｇ）」などのすべての移行句は、オープンエンドである、即ち、それらに限定されないが含むことを意味すると解される。移行句「〜から成る」および「本質的に〜から成る」だけは、「Ｕｎｉｔｅｄ Ｓｔａｔｅｓ Ｐａｔｅｎｔ Ｏｆｆｉｃｅ Ｍａｎｕａｌ ｏｆ Ｐａｔｅｎｔ Ｅｘａｍｉｎｉｎｇ Ｐｒｏｃｅｄｕｒｅｓ，Ｓｅｃｔｉｏｎ ２１１１．０３」に記載されているように、それぞれクローズまたはセミクローズな移行句である。
【符号の説明】
【００９７】
１０２ … 組成物
１０３ … 基材
１０４ … プレス板
１０８ … 電極
１１０ … 外部幾何学的表面
２１０ … 電気化学電池
２１２ … カソード
２１４ … 電解質
２１６ … アノード
２１７ … 収納構造体
２１８ … カソード活性表面
２２０ … アノード活性表面
２５０ … 力
２５１ … 矢印
【図１Ａ】
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【図１Ｂ】
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【図１Ｃ】
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【図１Ｄ】
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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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【図６】
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【国際調査報告】
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