(57)【要約】  シリコンハイブリッドアノード物質が形成されるシステム及び方法が開示される。シリコンハイブリッドアノード物質は、所定の比率で混合されたシリコンマイクロ粒子と金属マイクロ粒子とからなるマイクロ粒子混合物である。マイクロ粒子混合物は２μｍ〜１５μｍの厚さを備えるシリコンハイブリッドアノード物質層を形成する。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
シリコンマイクロ粒子と、
シリコンマイクロ粒子が所定の比率で混合された金属マイクロ粒子とを含むマイクロ粒子混合物を備えており、
前記マイクロ粒子混合物はおよそ２μｍ〜１５μｍの間の厚さを持つシリコンハイブリッドアノード物質層の中に形成されていることを特徴とするシリコンハイブリッドアノード物質。
【請求項２】
請求項１において、
前期マイクロ粒子混合物は更に少なくとも１つのバインダーを含むことを特徴とするシリコンハイブリッドアノード物質。
【請求項３】
請求項２において、
前期マイクロ粒子混合物が熱せられると、少なくとも１つのバインダーを含む物質は実質的に蒸発することを特徴とするシリコンハイブリッドアノード物質。
【請求項４】
請求項１において、
前記前記マイクロ粒子混合物はアニールされていることを特徴とするシリコンハイブリッドアノード物質
【請求項５】
請求項１において、
前記シリコンマイクロ粒子はおよそ１マイクロメートルから２０マイクロメートルのサイズ幅を備えることを特徴とするシリコンハイブリッドアノード物質。
【請求項６】
請求項１において、
前記金属マイクロ粒子はおよそ１マイクロメートルから３０マイクロメートルのサイズ幅を備えることを特徴とするシリコンハイブリッドアノード物質。
【請求項７】
請求項１において、
前記シリコンマイクロ粒子の大きさは前記金属マイクロ粒子の大きさと実質的に同じであることを特徴とするシリコンハイブリッドアノード物質。
【請求項８】
請求項１において、
前記マイクロ粒子混合物は１０重量％〜４０重量％のシリコンマイクロ粒子と、９０重量％〜６０％の金属マイクロ粒子とを含むことを特徴とするシリコンハイブリッドアノード物質。
【請求項９】
請求項１において、
バインダーはマイクロ粒子混合物において５重量％〜１０重量％であることを特徴とするシリコンハイブリッドアノード物質。
【請求項１０】
請求項１に記載のシリコンハイブリッドアノード物質であって、
電池に少なくとも１つのシリコンハイブリッドアノード物質層として含まれていることを特徴とするシリコンハイブリッドアノード物質。
【請求項１１】
請求項１に記載のシリコンハイブリッドアノード物質であって、
リチウムイオン電池に少なくとも１つのシリコンハイブリッドアノード物質層として含まれていることを特徴とするシリコンハイブリッドアノード物質。
【請求項１２】
請求項１に記載のシリコンハイブリッドアノード物質であって、
リチウムイオン電池に少なくとも１つのシリコンハイブリッドアノード物質層として含まれており、
前記リチウムイオン電池は更に、
リチウム含有電解質と、
前記リチウム含有電解質内に含まれるセパレータ物質と、
前記電解質の一端であって少なくとも１つのシリコンハイブリッドアノード物質層の反対側に配置されるカソードと、を含むことを特徴とするシリコンハイブリッドアノード物質。
【請求項１３】
所定量のシリコンマイクロ粒子を形成することと、
所定量の金属マイクロ粒子を形成することと、
前記シリコンマイクロ粒子と前記金属マイクロ粒子とを所定の比率で混合してマイクロ粒子混合物を形成することと、
前記マイクロ粒子混合物を投入して２μｍ〜１５μｍの厚さを備えるシリコンハイブリッドアノード層を形成することと、を備えるシリコンハイブリッドアノード物質の製造方法。
【請求項１４】
請求項１３において、
前記シリコンマイクロ粒子と前記金属マイクロ粒子とを所定の比率で混合することは、少なくとも１つのバインダー物質を前記マイクロ粒子混合物に混合することを含むことを特徴とするシリコンハイブリッドアノード物質の製造方法。
【請求項１５】
請求項１３において、
前記シリコンマイクロ粒子と前記金属マイクロ粒子とを所定の比率で混合することは、
少なくとも１つのバインダー物質を前記マイクロ粒子混合物に混合することと、
少なくとも１つのバインダー物質が実質的に蒸発するまでマイクロ粒子混合物を熱することと、を含むことを特徴とするシリコンハイブリッドアノード物質の製造方法。
【請求項１６】
請求項１３において、
前記シリコンマイクロ粒子と前記金属マイクロ粒子とを所定の比率で混合することは、前記マイクロ粒子混合物を熱することを含むことを特徴とするシリコンハイブリッドアノード物質の製造方法。
【請求項１７】
請求項１３において、
前記シリコンマイクロ粒子と前記金属マイクロ粒子とを所定の比率で混合することは、
前記マイクロ粒子混合物を熱することと、
前記マイクロ粒子混合物をアニールすることと、を含むことを特徴とするシリコンハイブリッドアノード物質の製造方法。
【請求項１８】
請求項１３において、
前記所定量のシリコンマイクロ粒子は、１マイクロメートルから２０マイクロメートルのサイズ幅を備えることを特徴とするシリコンハイブリッドアノード物質の製造方法。
【請求項１９】
請求項１３において、
所定量の金属マイクロ粒子は、１マイクロメートルから３０マイクロメートルのサイズ幅を備えることを特徴とするシリコンハイブリッドアノード物質の製造方法。
【請求項２０】
請求項１３において、
前記シリコンマイクロ粒子のサイズと前記金属マイクロ粒子のサイズとが実質的に等しいことを特徴とするシリコンハイブリッドアノード物質の製造方法。
【請求項２１】
請求項１３において、
マイクロ粒子混合物の所定の比率は、１０重量％〜４０重量％のシリコンマイクロ粒子と、９０重量％〜６０重量％の金属マイクロ粒子とを備えることを特徴とするシリコンハイブリッドアノード物質の製造方法。
【請求項２２】
請求項１３において、
前期バインダーはマイクロ粒子混合物において５重量％〜１０重量％であることを特徴とするシリコンハイブリッドアノード物質の製造方法。
【請求項２３】
請求項１３において、
電池に少なくとも１つのシリコンハイブリッドアノード物質層が含まれていることを特徴とするシリコンハイブリッドアノード物質の製造方法。
【請求項２４】
請求項１３において、
リチウムイオン電池に少なくとも１つのシリコンハイブリッドアノード物質層が含まれていることを特徴とするシリコンハイブリッドアノード物質の製造方法。
【請求項２５】
請求項１３において、
リチウムイオン電池に少なくとも１つのシリコンハイブリッドアノード物質層が含まれており、
前記リチウムイオン電池は更に、
リチウム含有電解質と、
前記リチウム含有電解質内に含まれるセパレータ物質と、
前記電解質の一端であって少なくとも１つのシリコンハイブリッドアノード物質層の反対側に配置されるカソードと、を含むことを特徴とするシリコンハイブリッドアノード物質の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、一般には電力貯蔵システムに関するものであり、特にリチウムイオン電池の製造方法及び製造システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来のリチウムイオン電池は多くの電気システムにとってエネルギー密度（Ｗｈ／ｋｇ）が十分ではない。例えば、従来のリチウムイオン電池の不十分なエネルギー密度によって、電気自動車の再充電までの走行期間が制限される。電気自動車は、温室効果ガスを放出する化石燃料エンジンからかけ離れた代替エネルギーに基づいた経済的な輸送システムに移行するための大きな足掛かりである。
【０００３】
この観点により、従来のリチウムイオン電池よりも大きなエネルギー密度を備える電気エネルギーの貯蔵方法が必要とされている。
【発明の概要】
【０００４】
一般に本発明はこれらの必要性を、マイクロ粒子を用いたリチウムイオンを電気エネルギーの貯蔵方法である電力貯蔵システムとして提供することによって解決する。本発明は様々な形態で実施可能であると理解されるべきであり、その形態とは工程、装置、システム、コンピュータ読み取り可能媒体、又はデバイスのことである。本発明のいくつかの画期的な実施形態は以下において説明される。
【０００５】
ある実施形態は、シリコンハイブリッドアノード物質を形成するシステムと方法を提供する。シリコンハイブリッドアノード物質はシリコンマイクロ粒子と金属マイクロ粒子の所定の比率での混合物を含む。マイクロ混合物は２μｍ〜１５μｍの厚さのシリコンハイブリッドアノード物質層を形成する。
【０００６】
マイクロ粒子混合物は少なくとも１つのバインダー物質を含むことができる。マイクロ粒子混合物は加熱することができ、少なくとも１つのバインダー物質は実質的に蒸発する。マイクロ粒子混合物はアニールすることができる。
【０００７】
シリコンマイクロ粒子はおよそ１マイクロメートルから２０マイクロメートルの大きさを持つことができる。金属マイクロ粒子はおよそ１マイクロメートルから３０マイクロメートルの大きさを持つことができる。シリコンマイクロ粒子と金属マイクロ粒子との大きさは実質的に等しくなり得る。
【０００８】
マイクロ粒子混合物の所定の比率は１０重量％〜４０重量％のシリコンマイクロ粒子と、９０重量％〜６０重量％の金属マイクロ粒子とを含む。バインダーはマイクロ粒子混合物に対して５重量％から１０重量％となる。
【０００９】
少なくとも１つのシリコンハイブリッドアノード物質を電池に備えることができる。その電池はリチウムイオン電池とすることができる。リチウムイオン電池は更に、リチウム含有電解質と、リチウム含有電解質内のセパレータ物質と、そして電解質の一端側であって少なくとも１つのシリコンハイブリッドアノード物質層の反対側に配置されたカソードと、を含むことができる。
【００１０】
他の実施形態は、シリコンハイブリッドアノード物質の形成方法を提供する。その方法は、シリコンマイクロ粒子を形成することと、金属マイクロ粒子を形成することと、シリコンマイクロ粒子と金属マイクロ粒子とを所定の比率で混合させたマイクロ粒子混合物を用いて２μｍ〜１５μｍの厚さを備えるシリコンハイブリッドアノード物質層を形成することと、を含んでいる。
【００１１】
他の様式や発明の有利な点は、発明の原理の例示として描かれた付属の図面と合わせた後述の詳細な説明から明らかになる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明の実施形態に係るシリコンベースのハイブリッドマイクロ粒子アノード物質を含むリチウムイオン電池の単純化した模式図である。
【図２】本発明の実施形態に係るマイクロ波を誘導した分解反応チャンバーシステムの単純化した模式図である。
【図３】本発明の実施形態に係るシリコンマイクロ粒子の形成工程を示すフロー図である。
【図４】本発明の実施形態に係る軟質金属粒子の形成工程を示すフロー図である。
【図５】本発明の実施形態に係る熱蒸発による軟質金属粒子の代替的な形成工程を示すフロー図である。
【図６】本発明の実施形態に係るシリコンベースのハイブリッドアノード物質を含むリチウムイオン電池の形成工程を示すフロー図である。
【図７】本発明の実施形態に係る混合システムの単純化した模式図である。
【図８】本発明の実施形態に係るアニーリングチャンバーシステムの単純化した模式図である。
【図９】本発明の実施形態に係るリチウムイオン内の含有率を表現した図である。
【図１０】本発明の実施形態に係る層が重ねられたリチウムイオン電池の断面図である。
【図１１】本発明に係る工程を実行するための例示のコンピュータシステムのブロック図である。
【図１２】本発明の実施形態に係る１つかそれ以上のマイクロ波分解反応システムと混合システムとアニーリングシステムとを含む統合システムのブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
本発明は付属の図面と合わせた後続の詳細な説明によって容易に理解される。
【００１４】
電気エネルギーの貯蔵方法、電力貯蔵システム及び方法としてマイクロ粒子を使用したリチウムイオン電池のいくつかの例示としての実施形態が以下において説明される。当業者にとって、ここで示されたいくつか又は全ての詳細な限定なしに本発明が実施され得ることは自明である。
【００１５】
電気自動車（ＥＶ）などで典型的によく使われているリチウムイオン電池パックは、大規模な輸送システムを動かすために法外な値段となっている。
【００１６】
従来のリチウムイオン電池は炭素ベースのグラファイトアノードを用いている。シリコン（Ｓｉ）は固体状態でリチウムイオン電池へ適用できることが期待できるアノード物質である。その理由は、Ｌｉ／Ｓｉ＝４．４／１．０（つまりＬｉ２２Ｓｉ５）となる最大のリチウム取り込み時に高い電荷密度と低い作動電圧を備えるためである。例として、シリコンの高い電荷密度は大気圧下で３，５７９ミリアンペアアワーパーグラム（ｍＡｈ／ｇ）であり、それに対して従来のグラファイトアノードシステムの理論的な最大電荷密度は３７２ｍＡｈ／ｇである。
【００１７】
残念なことに、シリコンアノードのバルク（固まり）の体積はリチウムイオンの挿入（つまりリチウム化）の間に大幅に増加する。物質の体積が減少した際、体積に対する表面積の比率が増加し、物質のバルクとしての性質は実質的に影響を受ける。
【００１８】
対照的に、シリコンのマイクロ粒子はバルクに対してとても小さい大きさ（およそ１０−９〜ｍおよそ１０−６ｍ）の場合にバルクのシリコンとはかけ離れた化学的、物理的性質を示す。残念なことに、リチウムイオン電池システムにおけるアノード電極としてのシリコンマイクロ粒子は、充電／リチウム化及び放電／非リチウム化工程においてシリコンがおよそ４００％ほど体積拡張／収縮を示す。この充電／リチウム化及び放電／非リチウム化サイクルにおける大幅なシリコンの体積変化はシリコンアノードリチウムイオン電池の主要な劣化を引き起こし、最終的には電極の機能不全をもたらす。
【００１９】
以下において、リチウムイオン電池のための新しいシリコンベースのハイブリッドアノード物質が開示される。そのシリコンベースのハイブリッドアノード物質は、２種又は３種又はそれ以上の要素からなるシリコンと軟質金属によるハイブリッドマイクロ粒子である。適用可能な軟質金属は、分極可能な金属を含む。分極性のない金属は電子雲において球対称の電子配置を持つ。電場にあっては、分極性のない金属の電子雲は歪められる。この歪みの容易さが原子や分子の分極性を決定する。分極性があるとは容易に歪められる電子雲を備えるということである。一般に、原子の分極性は電子と原子核との相互作用によって補正される。分子内の電子量は、いかに密接に又は厳格に原子核の電荷が分子全体の電荷配置を制御するかに影響を与える。電子が少ない原子はより少なく、密度の高い電子雲を備え、ほとんど数のない電子軌道と正電荷を持つ原子核との間では強い相互作用が存在する。原子内に電子が少ないため、原子核と外の電子との強い相互作用に対する遮蔽作用も小さい。
【００２０】
例として、２つの原子を持つ分子内において、電子は２つの原子の原子核に引き付けられる。しかし、もし一方の原子核が他方より強く引き付ければ（それはたいてい一方の原子が濃い電子雲において少ない電子のみを備えることによって起こる）、２つの原子によって束縛されていた電子は一方の原子核の近くにより局在化することとなる。その結果、束縛された電子は不均等に配置され、２つの原子の間で分極結合を形成する。対照的に、電子が２つの原子核によって均等な力で引き付けられると、結合は分極化しない。分極性は分子の形状を通した分散力にも影響を与える。細長い分子は容易に分極性を増すように移動する分子を持ち、それによって分散力を高める。対照的に、小さくコンパクトで対照的な分子は分極性が低く、分散力も高まらない。分散力は原子と分子との間に働く力である。それゆえ、分極性は（全ての種類の化学結合といった）分子内力と（分子内で瞬間的に引き起こされる多極性分極といった）分子間力とによって引き起こされる。
【００２１】
適用可能な軟質金属の例は、スズ（Ｓｎ）、銅（Ｃｕ）、プラチナ（Ｐｔ）、金（Ａｕ）、タリウム（Ｔｌ）、鉛（Ｐｂ）、水銀（Ｈｇ）、カドミウム（Ｃｄ）、銀（Ａｇ）、アルミニウム（Ａｌ）、ゲルマニウム（Ｇｅ）と、それらの組み合わせとを含み、他の適用可能な軟質金属をハイブリッドシリコンアノード物質の生成に利用することができる。使用される軟質金属は理想的には少なくとも９９．９％の純度であるが、より高い純度（例えば、約９９．９９％やそれ以上）のものやいくらか低い純度（例えば約９９％やそれ以下）のものも使用することができる。
【００２２】
ハイブリッドなシリコンベースのアノード物質はシリコンと１つの軟質金属といった２種類のマイクロ粒子を用いることができ、例えばＳｉ−Ｓｎとすることができる。ハイブリッドなシリコンベースのアノード物質はシリコンと２つの軟質金属といった３種類のマイクロ粒子とすることができ、例えばＳｉ−Ｓｎ−Ｃやそれ以外のシリコンと軟質金属の組み合わせとすることができる。より複雑な例として、４つやそれ以上の物質として、Ｓｉ−Ｓｎ−Ａｇ−ＣやＳｉ−Ｓｎ−Ａｇ−Ａｌ−Ｃなどとすることができる。ハイブリッドなシリコンベースのアノード物質は、性能を落とすことなく充電／リチウム化及び放電／非リチウム化工程におけるシリコンの大幅な体積変化を減らすことができる。
【００２３】
以下においてより詳細に説明されるように、ハイブリッドなシリコンベースのアノード物質はアニールすることができる。アニールされたハイブリッドなシリコンベースのアノード物質のハイブリッド構造は、充電／リチウム化及び放電／非リチウム化工程におけるシリコンの拡張や縮小の間に発生する圧力を軽減する。ハイブリッドなシリコンベースのアノード物質粒子の構造をアニール加工することで、実質的にクラッキングやねじれや結果としてのシリコンベースのアノードの凝集を防ぎ、それによって性能と寿命が改善される。ハイブリッドなシリコンベースのアノード物質は３５００mＡｈ／ｇよりも大きな電荷密度を持つ。
【００２４】
ハイブリッドなシリコンベースのアノード物質は他の典型的なリチウムイオン電池物質と代替可能であり、それゆえ他のリチウムイオン電池の構造的又は物質的な変化を要求しない。それゆえ、リチウム酸化コバルト（ＬｉＣｏＯ２）、リチウム酸化マンガン（ＬｉＭｎ２Ｏ４）、リチウム酸化バナジウム（ＬｉＶ２Ｏ５）、リチウムリン酸鉄（ＬｉＦｅＰＯ４）、リチウム酸化ニッケルマンガンコバルト（ＬｉｘＮｉｙＣｏｚＭｇｍＯ２）、リチウム酸化ニッケルコバルトアルミニウム（ＬｉｘＮｉｙＣｏｚＡｌｍＯ２）といった公知のカソード物質や、その他の従来のリチウムイオン電池構造に使用されている固体電解質を図１に示されているハイブリッドなシリコンベースのアノード物質と共に使用することができる。ここで説明されているリチウムイオン電池構造は、リチウムイオンの伝導性が５×１０−３Ｓ／ｃｍを超えており、ハイブリッドなシリコンベースのアノード物質と適合しているカーボンベースの電解質及び／又はポリマー電解質及び／又は固体無機電解質を含む。
【００２５】
選択的に、ポリエチレン又はポリプロピレンのセパレータ物質を電池内に備えることができる。セパレータ物質はアノードとカソードとの間のいずれのところにも、電解質に混ぜた形で配置される。セパレータ物質は熱に対する「ヒューズ」として振る舞い、リチウムイオン電池が約１２０℃〜１７０℃（望まれた適用によって異なる）よりも加熱した際に溶解する。溶解したセパレータ物質はアノードとカソード間のリチウムイオンの流れを止め、それによって突然のアノードからカソードへの回路のショートやハイブリッドなシリコンベースのアノードを備えるリチウムイオン電池から過度の電力の引き出しや過度の電力の入力などから引き起こされる制御下にない発熱現象を防ぐ。
【００２６】
図１は、本発明の実施形態に係るハイブリッドなシリコンベースのマイクロ粒子アノード物質を含むリチウムイオン電池１００の単純化された模式図である。リチウムイオン電池は、カソード電流コンダクタ１０２とアノード電流コンダクタ１１０とを含む。カソード電流コンダクタ１０２とアノード電流コンダクタ１１０とは典型的には銅、銅を含む合金、又は他の高い伝導性を持つ金属によって形成される。リチウム含有カソード１０４はカソード電流コンダクタ１０２と電気的に接触している。ハイブリッドなシリコンベースのアノード物質１０８はアノード電流コンダクタ１１０と電気的に接触している。ハイブリッドなシリコンベースのマイクロ粒子アノード物質は以下においてより詳細に説明されている。固体電解質１０６がリチウム含有カソードとシリコンハイブリッドアノードとの間に配置される。
【００２７】
マイクロ波による化学現象は、反応混合物が双極化やイオン伝導のように気体流と結びついてプラズマを形成するマイクロ波のエネルギーを吸収する能力に依存する。これにより電磁波照射や試薬分子の間の直接的な相互作用によって急速に内部で熱が生成される。十分に高いマイクロ波密度を適用することで、ソースガス流が分解される。その分解による生成物はハイブリッドなシリコン−金属物質及び／又はハイブリッドなシリコンカーボン物質を形成するのに使用される。
【００２８】
高速マイクロ波合成方法はシリコンマイクロ粒子の製造に使用される。水素やアルゴンガスと共にシラン（ＳｉＨ４）やジシラン（Ｓｉ２Ｈ６）を電荷分離させることで発生したマイクロ波によって、低い圧力の気体流においてＳｉ粒子が生成される。
【００２９】
図２は、本発明の実施形態に係るマイクロ波誘導分解反応チャンパーシステム２２０の単純化された模式図である。マイクロ波誘導分解反応チャンパーシステム２２０は、マイクロ波誘導分解反応チャンバー２０２とその内部にマイクロ波を発生させるためのマイクロ波発生器２０４を含む。マイクロ波誘導分解反応チャンパーシステム２２０はまた、多数の加工ガス源２１０Ａ，２１０Ｂ，２１２Ｃを含み、それらは対応する流体管理装置２１２Ａ，２１２Ｂ，２１２Ｃを通してマイクロ波誘導分解反応チャンパーシステム２２０内に設置されたノズル２０８と結合されている。
【００３０】
マイクロ波誘導分解反応室２００はまた、冷却室２０６を含む。冷却システム２０６は、以下に詳細を示す冷却壁２１４を備える。冷却システム２１６は冷却壁２１４と連結しており、望まれる温度で冷却された壁を維持する。冷却室２０６はまた、冷却壁２１４の下流に配置された排出室２１８を備える。ポンプ２２２はノズル２０８から排出室２１８へ向かう方向２２２Ａに沿って加工ガスを引き込む。排出ポート２２０は排出室２１８とコレクタ２２４とを繋げる。コレクタ２２４は選択的に温度管理システム２２６を含み、コレクタ温度を維持する。
【００３１】
マイクロ波誘導分解反応チャンバーシステム２００はまた、コントローラ２３０を含み、分解反応室のあらゆる場所での工程を制御する。コントローラ２３０は、加工ガス源２１０Ａ，２１０Ｂ，２１０Ｃ、マイクロ波誘導分解反応室２０２、冷却室２０６、温度管理システム２２６と繋がっている。コントローラ２３０はソフトウェア２３２とロジック２３４とを含み、マイクロ波誘導分解反応チャンバーシステム２００内のあらゆる構成要素を管理し、監視し、作動することができる。
【００３２】
図３は本発明の実施形態に係るシリコンマイクロ粒子を形成するために実行される工程３００を示したフロー図である。ここで説明される工程は例示であり、ある工程は補助的な工程を備えることがあり、他の例ではここで説明された工程は図示された工程に含まれないことを理解される必要がある。このことを念頭に置いて、工程３００を以下において説明する。
【００３３】
工程３０５では、シリコンソース物質（例えば、シラン（ＳｉＨ４）やその他の採用され得るシリコンソース物質）、水素（Ｈ２）、アルゴン（Ａｒ）からなる加工ガス混合体がマイクロ波発生室２０２へノズル２０８を通して注入される。シリコンソース物質（シラン、ジシラン）、水素、アルゴンなどのガスはノズル２０８へ注入される前にミキサー２０９によって混合することもできる。還元（又は燃焼）ガス（Ｈ２）の比率、それは合成されたシリコン粒子の形態に依存する、及びキャリアガス（Ａｒ）の比率は（Ｈ２）：（Ａｒ）が１：５０から２：５０の間で変えることができる。ガス混合物の流率はマイクロ波発生室の中で１０〜２０ｓｐｌｍ（スタンダードリッター／分）である。シラン（ＳｉＨ４）は少なくとも９９％の純度であり、水素（Ｈ２）とアルゴン（Ａｒ）はそれぞれおよそ９９．９９％の純度（フォーナイン純度）である。もちろん、それ以上の純度の気体も使用できる。シラン（ＳｉＨ４）、水素（Ｈ２）、アルゴン（Ａｒ）のそれぞれの流率は測定された流量メーターで監視され、シリコンマイクロ粒子の大きさの分布を決定するために制御される。
【００３４】
工程３１０では、約９００Ｗで２．４５ＧＨｚの周波数を備える高周波電力がマイクロ波発生室に適用されたことによる励起によりプラズマが形成される。マイクロ波生成室は３００℃〜７００℃の間の反応温度と１００ｍＴｏｒｒ〜１００Ｔｏｒｒの間の圧力で作動される。
【００３５】
工程３１５では、高周波電流内でＡｒガスから生成されたプラズマがシラン（ＳｉＨ４）を水素（Ｈ２）から分離し、シリコンイオン２０９Ａを生成する。分離されたシリコンイオン２０９Ａはマイクロ波製造室から引き出され２２２Ａの方向に引き出され、１つかそれ以上の冷却壁２１４を通過し、分離されたシリコンイオン２０９Ａが工程３２０において冷却される。
【００３６】
工程３２５において、還元されたシリコンは冷却されてシリコンマイクロ粒子２０９Ａ′を形成するように集められる。余分な水素２０９Ｂは冷却されてポンプ２２２に吸い込まれる。冷却壁２１４，２２０は２５℃〜−１９６℃の温度幅を備えており、それによって十分に分離されたシリコンイオン２０９Ａと水素２０９Ｂとを冷却する。冷却壁２１４は液体窒素、水、エチレングリコール、アセトン内のドライアイス（つまり固体の二酸化炭素）などのあらゆる適用できる冷却剤、又はあらゆる適用できる冷却システムや冷却媒体で冷却される。形成されたシリコンマイクロ粒子２０９Ａ′は冷却壁２２０を通過し、通過後のコレクタ２２４内での粒子の大きさの幅は１μｍ〜２０μｍである。形成されたシリコンマイクロ粒子２０９Ａ′の大きさの分布はマイクロ波発生器の強度、加工ガス反応物質の流率、そして反応物質の比率によって選択することができる。マイクロ波の電力が増すと、形成されたプラズマは低い反応温度（つまり、およそ２０℃〜３５℃の間の室温）での反応エネルギーを減少させる。形成された粒子の大きさの分布は反応の濃度と流率に影響を受ける。一般に、移動の間の凝集作用は反応物質の（質量的、モル的、数的、堆積的な）高い濃度の結果である。粒子の大きさの分布に対しての他の重要な要素は冷却壁の冷却温度である。
【００３７】
前述した水素と（水素の１％〜２％ほどの）アルゴンを用いたガス混合体内でのシランの濃度は１，０００ｐｐｍ〜１０，０００ｐｐｍの範囲で変化する。マイクロ波製造器２０４は２，０００Ｗまでの出力電力と２．４５ＧＨｚの周波数とで作動し、２５℃〜７００℃の反応温度と１００ｍＴｏｒｒ〜１００Ｔｏｒｒの圧力下で作動可能である。発生したシリコン粒子の形態は反応温度に依存する。例えば、無形粒子に囲まれた小さな結晶は３００℃以下で合成されるが、粒子の結晶構造は６００℃以上において収集することができる。
【００３８】
工程３３０では、形成されたシリコンマイクロ粒子２０９Ａ′′がコレクタ２２４で集められる。コレクタ２２４は多重の層からなるネットを備える。ネットは鉄、ステンレス、銅、ニッケル、それらの合金、そしてその他のあらゆる適用できるふるいとしての材料によって形成される。ネットはおよそ１５〜２０μｍの幅の開口を備える。選択的な工程３３５では、集められたシリコンマイクロ粒子２０９′′が望まれる粒子サイズに砕かれ、全行程が終了する。従来の振動ボール粉砕器などによる粉砕工程によってシリコンマイクロ粒子２０９Ａ′′を加工することで、粒子の大きさの幅が狭くなる（１〜５マイクロメートル）。
【００３９】
軟質金属マイクロ粒子は、実質的に前述の図３で説明したシリコン粒子と同様に形成される。図４は本発明の実施形態に係る軟質金属マイクロ粒子を形成するための工程４００を示すフロー図である。ここで説明される工程は例示であり、ある工程は補助的な工程を備えることがあり、他の例ではここで説明された工程は図示された工程に含まれないことを理解される必要がある。このことを念頭に置いて、工程４００を以下において説明する。例として、スズ（Ｓｎ）のマイクロ粒子は、テトラメチルスズ（Ｓｎ（ＣＨ３）４、ＴＭＴ）のようなスズのソース物質、水素（Ｈ２）、アルゴン（Ａｒ）などの軟質金属のガス混合体を用いて合成され得る。
【００４０】
工程４０５では、ＴＭＴ、水素（Ｈ２）、アルゴン（Ａｒ）のガス混合体がマイクロ波生成室へ投入される。マイクロ波生成室内へのガス混合体の流率は１０〜２０ｓｌｐｍである。ＴＭＴの濃度は混合体において２０００〜８０００ｐｐｍである。ＴＭＴは９９％の純度であり、水素（Ｈ２）、アルゴン（Ａｒ）はそれぞれ９９．９９％の純度（フォーナイン）である。それ以上の純度のガスも使用できると理解されるべきである。ＴＭＴ、水素（Ｈ２）、アルゴン（Ａｒ）それぞれの流率は測定された流量メーターで監視され、スズマイクロ粒子の大きさの分布と合成を決定するために制御される。反応室内でのスズソース物質の分解、スズの反応温度及び残留時間はスズ粒子の合成と大きさの分布にとって重要なパラメータである。ＴＭＴ以外のスズソース物質としてテトラビニルスズ（Ｓｎ（ＣＨ＝ＣＨ２）４）、トリメチル（フェニル）スズ（Ｃ６Ｈ５Ｓｎ（ＣＨ３）３）、トリシクロヘキシルスズハイドライド（（Ｃ６Ｈ１１）ＳｎＨ）、ヘキサフェニルジスズ（（（Ｃ６Ｈ５）３Ｓｎ）２）を用いることができるが、それに限定されない。
【００４１】
工程４１０では、およそ９００Ｗで２．４５ＧＨｚの高周波電力が励起によるプラズマ形成のためにマイクロ波生成室へ適用される。マイクロ波生成室は２５℃〜７００℃の間の反応温度、１００ｍＴｏｒｒ〜１００Ｔｏｒｒの間の圧力で作動する。無形のスズマイクロ粒子は２５℃程度の室温で形成されるが、多結晶質のスズマイクロ粒子は３００℃以上で形成される。無形のスズマイクロ粒子と多結晶質のスズマイクロ粒子とはハイブリッドシリコンアノード物質を形成するために様々な比率の組み合わせで使用される。
【００４２】
工程４１５では、プラズマがＴＭＴを分離してスズと水素とを生成する。工程４２０において、分離されたスズと水素とはマイクロ波生成室から引き出され、１つかそれ以上の冷却壁を通過して冷却される。形成されたスズ要素２０９Ａは冷却壁２２０を通過するにつれてスズマイクロ粒子を形成する。形成された粒子の大きさの分布は２５℃〜−１９６℃の間の冷却温度によって制御される。冷却壁２２０は粒子合成工程において最も低い温度となる。
【００４３】
工程４２５において、形成されたスズマイクロ粒子は温度管理されたコレクタ２２４において集められる。コレクタ２２４は多重層のネットを備える。ネットは鉄、ステンレス、銅、ニッケル、それらの合金、そしてその他のあらゆる適用できるふるいとしての材料によって形成される。ネットはおよそ１５〜２０μｍの幅の開口を備える。粒子コレクタ２２４は１５℃〜３０℃のおよそ室温に維持される。選択的な工程４３０では、集められたスズ粒子が望まれる粒子サイズに砕かれ、全行程が終了する。
【００４４】
図５は、本発明の実施形態に係る熱蒸発によって軟質金属マイクロ粒子を形成する代わりの方法を示したフロー図である。ここで説明される工程は例示であり、ある工程は補助的な工程を備えることがあり、他の例ではここで説明された工程は図示された工程に含まれないことを理解される必要がある。このことを念頭に置いて、工程５００を以下において説明する。例として、スズ（Ｓｎ）のマイクロ粒子は、テトラメチルスズ（Ｓｎ（ＣＨ３）４、ＴＭＴ）のようなスズのソース物質、水素（Ｈ２）、アルゴン（Ａｒ）などの軟質金属のガス混合体を用いて熱蒸発で合成され得る。
【００４５】
工程５０５では、ＴＭＴ、水素（Ｈ２）、アルゴン（Ａｒ）のガス混合体が加工室へ投入される。加工室内へのガス混合体の流率は１０〜２０ｓｌｐｍである。
【００４６】
工程５１０では、ガス混合体は熱源によって２５℃〜３００℃程度まで加熱される。熱源は抵抗ヒーターや電子ビームヒーター（典型的なスパッタリング反応器）のような適用できるあらゆる熱源が可能である。抵抗ヒーター源では電流は５０Ａ〜１００Ａ程度の大きさとなり、電圧は６Ｖ〜２０Ｖの低さとなる。
【００４７】
工程５１５では、加熱されたガス混合体がＴＭＴを分離し、スズと水素とを生成する。工程５２０において、分離されたスズと水素とは加工室から引き出され、１つかそれ以上の冷却壁を通過することで分離されたスズと水素とのイオンが冷却される。スズマイクロ粒子はおよそ１μｍ〜３０μｍの幅の大きさとなる。
【００４８】
工程５２５では、形成されたスズマイクロ粒子が温度管理されたコレクタで集められる。選択的な工程５３０において、集められたスズ粒子が望まれる粒子サイズに砕かれ、全行程が終了する。
【００４９】
化合物質は熱工程か機械工程によって準備される。例えば、熱分解、機械的混合、粉砕、又はそれら熱及び機械的方法の組み合わせが有用な準備のための技術である。２種類の物質によるハイブリッドシリコンベースアノード物質はシリコンとスズのマイクロ粒子を固体基材の上に備えることができる。３種類の物質によるシリコンベースアノード物質はシリコンとスズのマイクロ粒子を第３の要素である炭素質のマイクロ粒子と共に備える。
【００５０】
図６は、本発明の実施形態に係るハイブリッドシリコンベースアノード物質を含むリチウムイオン電池を形成する工程６００を説明するフロー図である。ここで説明される工程は例示であり、ある工程は補助的な工程を備えることがあり、他の例ではここで説明された工程は図示された工程に含まれないことを理解される必要がある。このことを念頭に置いて、工程６００を以下において説明する。２種類の物質からなるハイブリッドシリコンベースアノード物質は前述の図３〜５で説明されたように形成されたシリコンとスズのマイクロ粒子から構成される。
【００５１】
図７は本発明の実施形態に係る混合システム７００の単純化した模式図である。混合システム７００は混合容器７０２とミキサー７０４とを含む。
【００５２】
工程６０５では、シリコンマイクロ粒子７１０Ａとスズマイクロ粒子７１０Ｂとが所定の比率で１つかそれ以上のバインダー物質７１０Ｃと共に混合容器７０２において混合され、マイクロ粒子混合体が形成される。ハイブリッドアノード物質のためのマイクロ粒子は、アノード物質のおよそ５〜１０重量％のポリマーバインダーを含む。シリコンマイクロ粒子とスズマイクロ粒子との比率の幅は図９に示す。例示としてマイクロ粒子混合体は１０〜４０重量％のシリコンマイクロ粒子と９０〜６０％の金属マイクロ粒子とを含む。
【００５３】
適用できるバインダーはポリビニルデンフロライド（ＰＶＤＦ）、炭素物質（カーボンブラック、グラファイトパウダー、カーボンファイバーなど）、スチレンブタジエンラバー（ＳＢＲ）を含み、酸化ポリエチレン（ＰＥＯ）、ポリアクリロニトリル（ＰＡＮ）、ポリビニルデンフロライド（ＰＶＤＦ）、ポリメチルメタクリレート（ＰＭＭＡ）などのゲル状の電解質を含んでいる。
【００５４】
工程６１０では、シリコンマイクロ粒子と組み合わせて、スズマイクロ粒子と１つかそれ以上のバインダー物質とがミキサー７０４で混合され混合体７１０を形成する。ミキサー７００はボールタイプのグリンディングミルであり、１つの作動で混合体を混合し粉砕できる。ボールタイプのグリンディングミルとミキサーはおよそ５マイクロメートルの小ささでマイクロ粒子を形成できる。
【００５５】
図８は本発明の実施形態に係るアニーリングチャンバーシステム８００の単純化された模式図である。アニーリングチャンバーシステム８００はアニーリング室８０２と少なくとも１つのガス源８０４とを備える。アニーリング室８０２は内容物を加熱するための熱源を備える。アニーリング室８０２はアニーリングチャンバーシステム８００を制御するためのコントローラ８１０を更に備える。
【００５６】
工程６１５では、混合体７１０がアニーリング室８０２へ移される。アニーリング室は不活性ガス環境となっている（例えばアルゴン又はニトロゲン）。不活性ガスがアニーリング室へ流入する流率はおよそ毎分５０〜３００スタンダードキューピックセンチメートル（ＳＣＣＭ）である。
【００５７】
工程６２０では、混合されたシリコンマイクロ粒子、スズマイクロ粒子、バインダー物質がおよそ５〜２４時間の間に２００〜６５０℃という温度勾配で加熱される。混合されたシリコンマイクロ粒子、スズマイクロ粒子、バインダー物質を加熱することでシリコンマイクロ粒子とスズマイクロ粒子とが結合し、バインダー物質は実質的に蒸発する。
【００５８】
工程６２５では、結合したシリコンマイクロ粒子とスズマイクロ粒子とが１〜１０時間の間に４５〜６０℃の温度まで徐々に冷却され、アニールされたシリコンマイクロ粒子及びスズマイクロ粒子とが製造される。
【００５９】
作動６３０では、アニールされたシリコンマイクロ粒子、スズマイクロ粒子はおよそ２〜１５μｍの厚さを備える層にプレスされる。シリコンマイクロ粒子、スズマイクロ粒子をプレスすることは、およそ３．０〜１５．０ｋｇ／ｃｍの性能を備える従来のプレス機を用いて行うことができ、ハイブリッドシリコンベースアノード物質が製造される。
【００６０】
工程６３５では、１つかそれ以上の層のハイブリッドシリコンベースアノード物質が電解質とカソード層と組み合わされ、望ましい形態でのリチウムイオン電池が形成される。
【００６１】
図９は本発明の実施形態に係るリチウムイオンの関係を表したグラフ図９００である。特定のリチウムイオンの性能として、アノード物質はシリコンとスズなどの軟質金属の比率が適当となるように設計され製造される。シリコンと軟質金属との比率は電子化学的性能にとって重要な要素である。例として、リチウムイオン電池システムにおけるＳｉ−Ｓｎアノード物質について述べる。ハイブリッドシステムにおける混合の比率は、充電（リチウム化）及び放電（非リチウム化）期間の最適な電子化学的性能のために最適化されている。２種の要素からなるハイブリッドマイクロ粒子構造では、Ｓｉ：Ｓｎの原子比率は１：９から４：６の間で変化する。
【００６２】
３種類の要素からなるハイブリッドシリコンベースマイクロ粒子アノード物質では、シリコン、スズ、炭素がＳｉベースアノード物質の主たる構成要素である。３種類の要素からなるハイブリッド構造では炭素が第３の物質であり、３種類の粒子の比率はシリコンが３０パーセント、スズが３０パーセント、炭素が４０パーセントとなっている。
【００６３】
グラファイトアノードやシリコングラファイトアノードを使用した従来のリチウムイオン電池と比較して、ここで説明されたハイブリッドシリコンベースマイクロ粒子アノード物質はリチウムの増減による体積の変化が小さい。シリコンマイクロ粒子の大きさが０．５〜５μｍのため、シリコンベースアノードを通過する経路の歪みが最小化される。この方法により、リチウム化においてリチウムイオンを多くする封入密度が改善され、電気自動車などに有用な手ごろな方法によって、安定性と性能とが改善される。
【００６４】
電気自動車のためのハイブリッドシリコンベースマイクロ粒子アノードを用いたリチウムイオン電池の電圧、エネルギー容量、電力、寿命、安全性は物質の選択によってそれぞれの化学的及び物理的性質によって変化する。アノード内の混合体は調整可能であり製造の際に制御できるためである。
【００６５】
図１０は本発明の実施形態に係る積層されたリチウムイオン電池１０００の断面図である。リチウムイオン電池１０００は実質的に円柱状である。リチウムイオン電池１０００は１つかそれ以上のカソード層１００２、１００４と、それらの間にカソード電流コレクタ１００３とを備えている。リチウムイオン電池１０００は更に１つかそれ以上のアノード層１００６、１００８とそれらの間にアノード電流コレクタ１００７とを備えている。セパレータ層はカソード層１００４とアノード層１００６との間に配置され、アノードをカソードから分離している。電解質１０１０は積層された１００１〜１００９の少なくとも一端と接触している。外側の層１００１、１００９はセパレータ物質、又は他の適用できる伝導性のない物質とすることができる。
【００６６】
代わりに、層状のリチウムイオン電池はハイブリッドシリコンベースマイクロ粒子アノード層とカソード層とを堆積して形成することができる。堆積された配置では、３つの層はセパレータ層に取り囲まれ、それぞれの端はシールされる。ジェル状の電解質が液漏れ防止のために使用される。
【００６７】
上述のリチウムイオン電池は、安全な電気自動車用電池のためにハイブリッドなシリコンと軟質金属とからなる２種類又は３種類のマイクロ粒子アノードを含む。リチウムイオン電池は過充電や回路ショートのような潜在的な電子化学的及び熱的反応による停止機能を持つセパレータを備える。
【００６８】
図１１は本発明の工程を実行するための例示的なコンピュータシステム１１００のブロック図である。コンピュータシステム１１００は１つかそれ以上のマイクロ波分解反応システム２００、混合システム７００、アニーリングシステム８００を備え、それらの作動を制御する（例えばコントローラ２３０，８１０など）。コンピュータシステム１１００はデジタルコンピュータ１１０２、ディスプレイスクリーン（又はモニタ）１１０４、プリンタ１１０６、フロッピーディスク又は他の取り外し可能なコンピュータ読み取り可能媒体１１０８、ハードディスクデバイス又は類似の一時的でない記憶デバイス１１１０、ネットワークインタフェース１１１２、キーボード１１１４を含む。デジタルコンピュータ１１０２はマイクロプロセッサ１１１６、メモリーバス１１１８、ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）１１２０、リードオンリーメモリ（ＲＯＭ）１１２２、ツールバス１１２４、キーボードコントローラ（ＫＢＣ）１１２１１を含む。デジタルコンピュータ１１０２はパーソナルコンピュータ（ＩＢＭと互換性のあるパーソナルコンピュータ、マッキントッシュコンピュータ、マッキントッシュと互換性のあるコンピュータ）、ワークステーション型のコンピュータ（サンマイクロシステム又はヒューレッドパッカードのワークステーション）、又は他のタイプのコンピュータとすることができる。
【００６９】
マイクロプロセッサ１１１６は一般の目的のデジタルプロセッサで、コンピュータシステム１１００の作動を制御する。マイクロプロセッサ１１１６はシングルチッププロセッサとすることができ、又は多重コンポーネントで実行することができる。メモリから引き出した指示を用いて、マイクロプロセッサ１１１６は入力データと出力データと出力デバイスへのデータの表示との受信と操作を制御する。
【００７０】
メモリーバス１１１８はマイクロプロセッサ１１１６によってＲＡＭ１１２０とＲＯＭ１１２２とにアクセスするために使用される。ＲＡＭ１１２０はマイクロプロセッサ１１１６によって一般的な記憶領域として、更に作業用記憶領域として使用され、入力データと処理されたデータとを記憶するために使用される。ＲＯＭ１１２２は他のデータだけでなくマイクロプロセッサ１１１６でフォローされた指示やプログラムコードを記憶するために使用される。
【００７１】
ツールバス１１２４はデジタルコンピュータ１１０２で使用される入力装置、出力装置、記憶装置とアクセスするために使用される。描かれた実施形態では、これらのデバイスはディスプレイスクリーン１１０４、プリンタデバイス１１０６、フロッピーディスクデバイス１１０８、ハードディスクデバイス１１１０、ネットワークインタフェース１１１２を含む。キーボードコントローラ１１２６はキーボード１１１４からの入力を受け取り、それぞれのキーのための平文化された記号を、バス１１２８を越えてマイクロプロセッサ１１１６へ送るために使用される。
【００７２】
ディスプレイスクリーン１１０４は、ツールバス１１２４を通してマイクロプロセッサ１１１６によって提供されるデータ又はコンピュータシステム１１００内の他のコンポーネントによって提供されるデータのイメージを表示する出力装置である。プリンタデバイス１１０６は、プリンタとして作動したとき、紙やそのようなものの表面にイメージを提供する。プロッタやタイプセッタなどの他の出力装置をプリンタデバイス１１０６の代わりに、又は追加して使用することもできる。
【００７３】
フロッピーディスク又は他の取り出し可能なコンピュータ読み取り可能媒体１１０８及びハードディスクドライブ又は他の一時的でない記憶媒体１１１０を様々なタイプのデータを記憶するのに使用することができる。フロッピーディスクドライブ１１０８はそのようなデータを他のコンピュータシステムに移送するのを容易にし、ハードディスクドライブ１１１０は記憶された大量のデータを素早くアクセスするのを可能とする。
【００７４】
マイクロプロセッサ１１１６はオペレーティングシステムと共にコンピュータコードを実行し、データの生成及び使用を行う。コンピュータコードとデータはＲＡＭ１１２０、ＲＯＭ１１２２、又はハードディスクドライブ１１１０内にある。コンピュータコードとデータはまた、取り出し可能なプログラム媒体に存在することもでき、必要なときにコンピュータシステム１１００上へロード又はインストールすることができる。取り出し可能なプログラム媒体は、例えば、ＣＤ−ＲＯＭ，ＰＣカード、フロッピーディスク、フラッシュメモリ、光学媒体、磁気テープを含む。
【００７５】
ネットワークインタフェース１１１２は、ネットワークを越えて他のコンピュータシステムへデータを送信し、受信するために使用される。インタフェースカード又は同様のデバイス、更にマイクロプロセッサ１１１６によって実行された適当なソフトウェアがコンピュータシステム１１００を存在するネットワークに接続し、標準プロトコルによってデータを移送する。
【００７６】
キーボード１１１４は使用者によってコマンドや他の指示をコンピュータシステム１１００へ入力するために使用される。他のタイプの入力装置も本発明と共に使用することができる。例えば、マウス、トラックボール、ペン入力、タブレットを一般の目的のコンピュータのスクリーン上のポインタを操作するために使用することができる。
【００７７】
図１２は本発明の実施形態に係る、１つかそれ以上のマイクロ波分解反応システム２００、混合システム７００、アニーリングシステム８００を含む統合システム１２００のブロック図である。統合システム１２００は１つかそれ以上の堆積システム３００、４００、製造システム３５０を含み、統合システムコントローラ１２１０はマイクロ波分解反応システム２００、混合システム７００、アニーリングシステム８００を含み、統合システムコントローラ７１０はそれらと連携している。図示はしないが、追加システムを備えることができ、統合システムコントローラ１２１０によって制御するように連携することができる。統合システムコントローラ１２１０はユーザインタフェース１２１４を備えているか、（例えば有線又は無線のネットワーク１２１２を介して）ユーザインタフェース１２１４と連結することができる。ユーザインタフェース１２１４は使用者が読み取り可能な出力と指示を提供し、使用者のインプットを受信することができ、統合システムコントローラ１２１０へのアクセスを提供する。
【００７８】
統合システムコントローラは特殊な目的のコンピュータ又は一般の目的のコンピュータを含むことができる。統合システムコントローラは、堆積システム３００、４００、製造システム３５０のために、コンピュータプログラム及び／又はロジック１２１６をデータ１２１８（例えば性能履歴、性能又は欠陥の分析、作動履歴、経過情報など）を監視し、管理し、修正し、記憶するために実行することができる。例として、統合システムコントローラ１２１０は、もし修正されたデータがそれらの作動に対して調整を要求した場合に、堆積システム３００、４００、製造システム３５０及び／又はそこにあるコンポーネント（例えば温度、流率、圧力、配置、移動、基板１０２のロード及びアンロードなど）の作動を調整することができる。
【００７９】
前述の実施形態ではスズが軟質金属として選択されているが、あらゆる適用できる軟質金属を同様の工程でハイブリッドアノード物質を形成するために使用することができると理解されるべきである。
【００８０】
前述の実施形態と共に、発明はコンピュータに格納されたデータを含む様々な実行可能な作動を含むものと理解されるべきである。これらの作動は上に述べたような物理量に対して要求される物理的な操作である。通常、といっても必須ではないが、これらの物理量は電気的又は磁気的信号の形態をとり、記憶、移送、結合、比較、そしてその他の操作が可能である。更に、実行される操作は製造、特定、決定、比較において参照される。
【００８１】
発明の一部を形成するここに述べられた作動はいずれも役に立つ機械の動作である。発明はこれら作動を実行するデバイス又は装置にも関係する。装置は要求される目的によって構成され、又は一般の目的のコンピュータが改良され、又はそのコンピュータ内のプログラムによって構成される。特に、様々な一般の目的の機械がここで述べられたことに従って書かれたコンピュータプログラムとともに使用される。又は、要求された作動を実行するためにより特殊な装置を構成することはより容易である。
【００８２】
発明はコンピュータ読み取り可能媒体のコンピュータ読み取り可能コード及び／又はロジックとして具体化することができる。コンピュータ読み取り可能媒体はデータを記憶して、その後にコンピュータシステムによってそのデータを読み取り可能とする任意のデータ記憶装置である。コンピュータ読み取り可能媒体の例として、ハードドライブ、ネットワークアタッチストレージ、論理回路、リードオンリーメモリ、ランダムアクセスメモリ、ＣＤ−ＲＯＭ，ＣＤ−Ｒ、ＣＤ−ＲＷ、磁気テープ、及び他の光学又は非光学データ記憶装置である。コンピュータ読み取り可能媒体は、ネットワークを越えて配置されてコンピュータシステムと結合し、それによってコンピュータ読み取り可能コードが配置された形式で記憶され、実行される。
【００８３】
上述の図における作動で表される指示は説明された通りの順序で実行されることを要求されるわけではなく、作動によって表される工程は必ずしも発明を実施するために必要ではないということが理解される。更に、上述の図のいずれかにおいて描かれた工程は、ＲＡＭ，ＲＯＭ，又はハードディスクドライブの組み合わせのいずれか１つ又は組み合わせに記憶されたソフトウェアによって実行することができる。
【００８４】
前述の発明について明瞭な理解のためにいくらか詳細を説明しているが、添付の請求項の範囲において何らかの変更や修正がされることは明らかである。つまり、発明の実施形態は例示であって制限するものではないとみなされるべきであり、本発明はここで描かれた詳細によって制限されず、添付の請求項の範囲及び均等物内において修正され得る。
【図１】
2016526269.tif 000003
【図２】
2016526269.tif 000004
【図３】
2016526269.tif 000005
【図４】
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【図５】
2016526269.tif 000007
【図６】
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【図７】
2016526269.tif 000009
【図８】
2016526269.tif 000010
【図９】
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【図１０】
2016526269.tif 000012
【図１１】
2016526269.tif 000013
【図１２】
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【手続補正書】
【提出日】平成28年2月2日(2016.2.2)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
シリコンマイクロ粒子と、
所定の比率で混合された前記シリコンマイクロ粒子と互いに結合した金属マイクロ粒子と、を含むマイクロ粒子混合物を備えており、
前記マイクロ粒子混合物はおよそ２マイクロメートル〜１５マイクロメートルの厚さを持つシリコンハイブリッドアノード物質層の中に形成されていることを特徴とするシリコンハイブリッドアノード物質。
【請求項２】
請求項１において、
前記シリコンマイクロ粒子と前記金属マイクロ粒子とは、前記マイクロ粒子混合物内に少なくとも１つのバインダー物質が含まれ、かつ、該マイクロ粒子混合物が加熱されることで結合していることを特徴とするシリコンハイブリッドアノード物質。
【請求項３】
請求項１において、
前記マイクロ粒子混合物はアニールされていることを特徴とするシリコンハイブリッドアノード物質。
【請求項４】
請求項１において、
前記シリコンマイクロ粒子はおよそ１マイクロメートルから２０マイクロメートルのサイズ幅を備えることを特徴とするシリコンハイブリッドアノード物質。
【請求項５】
請求項１において、
前記金属マイクロ粒子はおよそ１マイクロメートルから３０マイクロメートルのサイズ幅を備えることを特徴とするシリコンハイブリッドアノード物質。
【請求項６】
請求項１において、
前記シリコンマイクロ粒子の大きさは前記金属マイクロ粒子の大きさと実質的に同じであることを特徴とするシリコンハイブリッドアノード物質。
【請求項７】
請求項１において、
前記マイクロ粒子混合物は１０重量％〜４０重量％のシリコンマイクロ粒子と、９０重量％〜６０％の金属マイクロ粒子とを含むことを特徴とするシリコンハイブリッドアノード物質。
【請求項８】
請求項１に記載のシリコンハイブリッドアノード物質であって、
電池に少なくとも１つのシリコンハイブリッドアノード物質層として含まれていることを特徴とするシリコンハイブリッドアノード物質。
【請求項９】
請求項１に記載のシリコンハイブリッドアノード物質であって、
リチウムイオン電池に少なくとも１つのシリコンハイブリッドアノード物質層として含まれていることを特徴とするシリコンハイブリッドアノード物質。
【請求項１０】
請求項１に記載のシリコンハイブリッドアノード物質であって、
リチウムイオン電池に少なくとも１つのシリコンハイブリッドアノード物質層として含まれており、
前記リチウムイオン電池は更に、
セパレータ物質を含むリチウム含有電解質と、
前記リチウム含有電解質の第１端に配置され、少なくとも１つのシリコンハイブリッドアノード層を含むアノードと、
前記リチウム含有電解質の前記第１端の反対側にある第２端に配置されるカソードと、を含むことを特徴とするシリコンハイブリッドアノード物質。
【請求項１１】
シリコンマイクロ粒子を形成することと、
金属マイクロ粒子を形成することと、
前記シリコンマイクロ粒子と前記金属マイクロ粒子とを所定の比率で混合してマイクロ粒子混合物を形成することと、
前記マイクロ粒子混合物を投入して２マイクロメートル〜１５マイクロメートルの厚さを備えるシリコンハイブリッドアノード層を形成することと、を備える方法。
【請求項１２】
請求項１１において、
前記シリコンマイクロ粒子と前記金属マイクロ粒子とを前記所定の比率で混合することは、少なくとも１つのバインダー物質を前記マイクロ粒子混合物に混合することを含むことを特徴とする方法。
【請求項１３】
請求項１１において、
前記シリコンマイクロ粒子と前記金属マイクロ粒子とを前記所定の比率で混合することは、
少なくとも１つのバインダー物質を前記マイクロ粒子混合物に混合することと、
前記少なくとも１つのバインダー物質が実質的に蒸発するまでマイクロ粒子混合物を熱することと、を含むことを特徴とする方法。
【請求項１４】
請求項１１において、
前記シリコンマイクロ粒子と前記金属マイクロ粒子とを前記所定の比率で混合することは、前記マイクロ粒子混合物を熱することを含むことを特徴とする方法。
【請求項１５】
請求項１１において、
前記シリコンマイクロ粒子と前記金属マイクロ粒子とを前記所定の比率で混合することは、
前記マイクロ粒子混合物を熱することと、
前記マイクロ粒子混合物をアニールすることと、を含むことを特徴とする方法。
【請求項１６】
請求項１１において、
前記シリコンマイクロ粒子は、１マイクロメートルから２０マイクロメートルのサイズ幅を備えることを特徴とする方法。
【請求項１７】
請求項１１において、
前記金属マイクロ粒子は、１マイクロメートルから３０マイクロメートルのサイズ幅を備えることを特徴とする方法。
【請求項１８】
請求項１１において、
前記シリコンマイクロ粒子のサイズと前記金属マイクロ粒子のサイズとが実質的に等しいことを特徴とする方法。
【請求項１９】
請求項１１において、
マイクロ粒子混合物の所定の比率は、１０重量％〜４０重量％のシリコンマイクロ粒子と、９０重量％〜６０重量％の金属マイクロ粒子とを備えることを特徴とする方法。
【請求項２０】
請求項１１において、
前記シリコンマイクロ粒子と前記金属マイクロ粒子とを前記所定の比率で混合することは、少なくとも１つのバインダー物質を前記マイクロ粒子混合物へ混合することを含んでおり、
前記バインダー物質はマイクロ粒子混合物において５重量％〜１０重量％であることを特徴とする方法。
【請求項２１】
請求項１１において、
電池にシリコンハイブリッドアノード物質層を含ませることを更に備えることを特徴とする方法。
【請求項２２】
請求項１１において、
リチウムイオン電池にシリコンハイブリッドアノード物質層を含ませることを更に備えており、
前記リチウムイオン電池は更に、
セパレータ物質を含むリチウム含有電解質と、
前記リチウム含有電解質の第１端に配置され、シリコンハイブリッドアノード層を含むアノードと、
前記リチウム含有電解質の前記第１端の反対側にある第２端に配置されるカソードと、を含むことを特徴とする方法。
【請求項２３】
請求項１において、
前記シリコンマイクロ粒子は、シリコン原料物質、水素、アルゴンに電磁波を印加することによって形成されることを特徴とするシリコンハイブリッドアノード物質。
【請求項２４】
請求項１１において、
前記シリコンマイクロ粒子を形成することは、シリコン原料物質、水素、アルゴンに電磁波を印加することを含むことを特徴とする方法。
【請求項２５】
セパレータ物質を含むリチウム含有電解質と、
前記リチウム含有電解質の第１端に配置され、アニールされたマイクロ粒子混合体を含むシリコンハイブリッドアノード層を含むアノードと、
前記リチウム含有電解質の前記第１端の反第側にある第２端に配置されるカソードとを備え、
前記マイクロ粒子混合体は、
およそ１マイクロメートルから２０マイクロメートルのサイズ幅のシリコンマイクロ粒子と、
およそ１マイクロメートルから３０マイクロメートルのサイズ幅であり所定の比率で混合された前記シリコンマイクロ粒子と互いに結合した金属マイクロ粒子と、を有することを特徴とするリチウムイオン電池。
【国際調査報告】
2016526269.tif 000015