(57)【要約】  電極構造およびその製造方法を開示する。開示された電極構造は、第１のキャリヤー支持体上に第１の剥離層を堆積することにより製造されてもよい。第１の保護層は該第１の剥離層の表面上に堆積されてもよく、次に、第１の電気活性材料層を、該第１の保護層上に堆積させてもよい。
2016511517.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
−以下の材料：ポリスルホン、ポリエーテルスルホン、ポリフェニルスルホン、ポリエーテルスルホン-ポリアルキレンオキシドコポリマー、ポリフェニルスルホン-ポリアルキレンオキシドコポリマー、ポリイソブチレン、ポリイソブチレン無水コハク酸、ポリイソブチレン-ポリアルキレンオキシドコポリマー、ポリアミド6、ポリビニルピロリドン、ポリビニルピロリドン-ポリビニルイミダゾールコポリマー、ポリビニルピロリドン-ポリ酢酸ビニルコポリマー、マレインイミド-ビニルエーテルコポリマー、ポリアクリルアミド、フッ素化ポリアクリレート、ポリエチレン-ポリビニルアルコールコポリマー、ポリエチレン-ポリ酢酸ビニルコポリマー、ポリビニルアルコールとポリ酢酸ビニルコポリマー、ポリオキシメチレン、ポリビニルブチラール、ポリ尿素、アクロレイン誘導体（CH2=CR-C（0）R）の光解重合に基づいたポリマー、ポリスルホン-ポリアルキレンオキシドコポリマー、ポリフッ化ビニリデン、及びこれらの組み合わせを１種以上含有する第１の剥離層；
−該第１の剥離層上に配置された第１の保護層；および
−該第１の保護層上に配置された第１の電気活性材料層
を含む電極構造。
【請求項２】
第１の電気活性材料層上に配置された電流コレクタ―をさらに含む、請求項１に記載の電極構造。
【請求項３】
第１の剥離層がゲルポリマー層である、請求項１または２に記載の電極構造。
【請求項４】
第１の保護層が、実質的に連続している、請求項１〜３いずれかに記載の電極構造。
【請求項５】
第１の剥離層の平均山谷粗さが、約０．１μｍと約１μｍの間にあり、および/または第１の保護層の平均山谷粗さが、約０．１μｍと約１μｍの間にある、請求項１〜４いずれかに記載の電極構造。
【請求項６】
第１の保護層と第１の電気活性材料層との間にある境界面の平均山谷粗さが、約０．１μｍと約１μｍの間にある、請求項１〜５いずれかに記載の電極構造。
【請求項７】
第１の保護層の厚さが、第１の剥離層の平均山谷粗さより大きい、請求項１〜６いずれかに記載の電極構造。
【請求項８】
第１の保護層の厚さが、第１の剥離層の平均山谷粗さの少なくとも２倍より大きい、請求項１〜７いずれかに記載の電極構造。
【請求項９】
第１の保護層の厚さが、約０．１μｍと約５μｍの間にある、請求項１〜８いずれかに記載の電極構造。
【請求項１０】
第１の剥離層が、実質的に非晶質である材料を含有している、請求項１〜９いずれかに記載の電極構造。
【請求項１１】
第１の剥離層と第１の保護層との間の付着力が、第１の剥離層と第１のキャリヤー支持体との間の付着力より大きい、請求項１〜１０いずれかに記載の電極構造。
【請求項１２】
第１の剥離層が、セパレーターとして機能する、請求項１〜１１いずれかに記載の電極構造。
【請求項１３】
第１の剥離層上に配置された第１のキャリヤー支持体をさらに含有する、請求項１〜１２いずれかに記載の電極構造。
【請求項１４】
第２の剥離層上に配置された第２のキャリヤー支持体をさらに含有し、該第２の剥離層が、第２の保護層上に配置され、そして、該第２の保護層が第２の電気活性材料層上に配置されている、請求項１〜１３いずれかに記載の電極構造。
【請求項１５】
電流コレクタが、第１の電気活性材料層と第２の電気活性材料層との間に配置されている、請求項１〜１４いずれかに記載の電極構造。
【請求項１６】
中間層が、第１のキャリヤー支持体と第１の剥離層との間、第１の剥離層と第１の保護層との間、および第１の保護層と第１の電気活性材料層との間の少なくとも１つの間に配置されている、請求項１〜１５いずれかに記載の電極構造。
【請求項１７】
剥離層が、リチウムイオンに対して伝導性があり、および/または剥離層がリチウム塩を含有している、請求項１〜１６いずれかに記載の電極構造。
【請求項１８】
i)キャリヤー支持体が、ポリマーフィルムまたは金属化ポリマーフィルムであるか、またはii)キャリヤー支持体が、セラミックまたは金属である、請求項１３〜１７いずれかに記載の電極構造。
【請求項１９】
第１の剥離層の平均山谷粗さが、第１のキャリヤー支持体の平均山谷粗さより小さい、請求項１〜１８いずれかに記載の電極構造。
【請求項２０】
第１の剥離層が、以下の成分：
（Ａ１）少なくとも１つの芳香族ジハロゲン化合物、
（Ｂ１）少なくとも１つの芳香族ジヒドロキシル化合物、
（Ｂ２）少なくとも２つのヒドロキシル基を有する少なくとも１つのポリアルキレンオキシド、
（Ｃ）少なくとも１つの非プロトン性極性溶媒、および
（Ｄ）少なくとも１つの金属炭酸塩を含有する反応混合物（ＲＧ）の重縮合により得られる、少なくとも１つのポリアリールエーテルスルホン‐ポリアルキレンオキシドブロックコポリマー（ＰＰＣ）を含有し、反応混合物（ＲＧ）は、水と共沸混合物を形成する物質を含まない、請求項１〜１９いずれかに記載の電極構造。
【請求項２１】
−第１のキャリヤー支持体を用意すること;
−該第１のキャリヤー支持体上に第１の剥離層を堆積すること、
該第１の剥離層が以下の材料：
ポリスルホン、ポリエーテルスルホン、ポリフェニルスルホン、ポリエーテルスルホン-ポリアルキレンオキシドコポリマー、ポリフェニルスルホン-ポリアルキレンオキシドコポリマー、ポリイソブチレン、ポリイソブチレン無水コハク酸、ポリイソブチレン-ポリアルキレンオキシドコポリマー、ポリアミド6、ポリビニルピロリドン、ポリビニルピロリドン-ポリビニルイミダゾールコポリマー、ポリビニルピロリドン-ポリ酢酸ビニルコポリマー、マレインイミド-ビニルエーテルコポリマー、ポリアクリルアミド、フッ素化ポリアクリレート、ポリエチレン-ポリビニルアルコールコポリマー、ポリエチレン-ポリ酢酸ビニルコポリマー、ポリビニルアルコールとポリ酢酸ビニルコポリマー、ポリオキシメチレン、ポリビニルブチラール、ポリ尿素、アクロレイン誘導体（CH2=CR-C（0）R）の光解重合に基づいたポリマー、ポリスルホン-ポリアルキレンオキシドコポリマー、ポリフッ化ビニリデン、及びこれらの組み合わせを１種以上含有している；
−該第１の剥離層の表面上に第１の保護層を堆積させること；
−該第１の保護層上に第１の電気活性材料層を堆積させること；および
−所望により、第１の剥離層から第１のキャリヤー支持体を除去すること
を含み、第１の剥離層の少なくとも一部が、第１の保護層上に残っている、請求項１〜２０いずれかに記載の電極構造を製造する方法。
【請求項２２】
第１の剥離層から第１のキャリヤー支持体を除去するステップを含み、第１の剥離層の少なくとも一部が、第１の保護層上に残っている、請求項２１に記載の方法。
【請求項２３】
第１の電気活性材料層上に、電流コレクタを堆積させることをさらに含む、請求項２１または２２に記載の方法。
【請求項２４】
第１の電気活性材料層に対して、電極構造の別個の部分をラミネートすることをさらに含む、請求項２１〜２３いずれかに記載の方法。
【請求項２５】
ラミネーションが、５ｋｇ/ｃｍ２と１０ｋｇ/ｃｍ２の間の圧力を印加することを含む、請求項２４に記載の方法。
【請求項２６】
電極構造の別の部分が、第２のキャリヤー支持体上に配置された第２の剥離層上に配置された第２の保護層上に配置された第２の電気活性材料層を含む、請求項２１〜２５いずれかに記載の方法。
【請求項２７】
請求項１〜２０いずれかに記載の電極構造を少なくとも１つ含む、電気化学セル。
【請求項２８】
電気化学セルが、電解質を含有し、第１の剥離層が、電解質中でポリマーゲルを形成するポリマー層である、請求項２７に記載の電気化学セル。
【請求項２９】
第１の電気活性材料層がリチウム金属を含有し、電気化学セルがイオウを含有するカソードを含む、請求項２７または２８に記載の電気化学セル。
【請求項３０】
第１の電気活性材料層がリチウム金属を含有する、請求項２７または２８に記載の電気化学セル。
【請求項３１】
電気化学セルが、金属酸化物を含有するカソードを含む、請求項２７、２８または３０に記載の電気化学セル。
【請求項３２】
電気化学セルが、リチウムイオンバッテリーである、請求項２７〜３１いずれかに記載の電気化学セル。
【請求項３３】
−第１のキャリヤー支持体を用意すること;
−該第１のキャリヤー支持体上に第１の剥離層を堆積すること、
該第１の剥離層が以下の材料：
ポリスルホン、ポリエーテルスルホン、ポリフェニルスルホン、ポリエーテルスルホン-ポリアルキレンオキシドコポリマー、ポリフェニルスルホン-ポリアルキレンオキシドコポリマー、ポリイソブチレン、ポリイソブチレン無水コハク酸、ポリイソブチレン-ポリアルキレンオキシドコポリマー、ポリアミド6、ポリビニルピロリドン、ポリビニルピロリドン-ポリビニルイミダゾールコポリマー、ポリビニルピロリドン-ポリ酢酸ビニルコポリマー、マレインイミド-ビニルエーテルコポリマー、ポリアクリルアミド、フッ素化ポリアクリレート、ポリエチレン-ポリビニルアルコールコポリマー、ポリエチレン-ポリ酢酸ビニルコポリマー、ポリビニルアルコールとポリ酢酸ビニルコポリマー、ポリオキシメチレン、ポリビニルブチラール、ポリ尿素、アクロレイン誘導体（CH2=CR-C（0）R）の光解重合に基づいたポリマー、ポリスルホン-ポリアルキレンオキシドコポリマー、ポリフッ化ビニリデン、及びこれらの組み合わせを１種以上含有している；
−該第１の剥離層の表面上に第１の保護層を堆積させること；
−該第１の保護層上に第１の電気活性材料層を堆積させること；および
−第１の剥離層から第１のキャリヤー支持体を除去すること
を含み、第１の剥離層の少なくとも一部が、第１の保護層上に残っている、
方法。
【請求項３４】
以下の材料：ヘキサフルオロプロピレン被覆ポリイミド;シリコーン処理ポリエステルフィルム、金属化ポリエステルフィルム、ポリベンズイミダゾール、ポリベンゾオキサゾール、エチレン-アクリル酸コポリマー、アクリレート系ポリマー、ポリビニルピロリドン-ポリビニルイミダゾールコポリマー、ポリアクリロニトリル、スチレン-アクリロニトリル、熱可塑性ポリウレタンポリマー、ポリスルホン−ポリアルキレンオキシドコポリマー、ベンゾフェノン変性ポリスルホンポリマー、ポリビニルピロリドン-ポリ酢酸ビニルコポリマー、及びこれらの組み合わせを１種以上含有する第１の剥離層；
該第１の剥離層上に配置された第１の保護層；および
該第１の保護層上に配置された第１の電気活性材料層
を含む電極構造。
【請求項３５】
−第１のキャリヤー支持体を用意すること;
−該第１のキャリヤー支持体上に第１の剥離層を堆積すること、
該第１の剥離層が以下の材料：
ヘキサフルオロプロピレン被覆ポリイミド;シリコーン処理ポリエステルフィルム、金属化ポリエステルフィルム、ポリベンズイミダゾール、ポリベンゾオキサゾール、エチレン-アクリル酸コポリマー、アクリレート系ポリマー、ポリビニルピロリドン-ポリビニルイミダゾールコポリマー、ポリアクリロニトリル、スチレン-アクリロニトリル、熱可塑性ポリウレタンポリマー、ポリスルホン−ポリアルキレンオキシドコポリマー、ベンゾフェノン変性ポリスルホンポリマー、ポリビニルピロリドン-ポリ酢酸ビニルコポリマー、及びこれらの組み合わせを１種以上含有している；
−該第１の剥離層の表面上に第１の保護層を堆積させること；
−該第１の保護層上に第１の電気活性材料層を堆積させること；および
−第１の保護層から第１のキャリヤー支持体および第１の剥離層を除去すること
を含む、方法。
【請求項３６】
−・ポリマーを含有する第１の剥離層；
・該第１の剥離層上に配置された第１の保護層；および
・該第１の保護層上に配置された第１の電気活性材料層を含む電極構造；および
電解質を含む電気化学セルを用意すること；および
−電解質中に上記ポリマーの少なくとも１部を溶かし、第１の保護層から第１の剥離層を少なくとも１部を除去すること
を含む方法。
【請求項３７】
第１の電気活性材料層上に電流コレクタを堆積させることをさらに含む、前記請求項いずれかに記載の請求項に記載の方法。
【請求項３８】
第１の電気活性材料層に対して、電極構造の別個の部分をラミネートすることをさらに含む、前記請求項いずれかに記載の請求項に記載の方法。
【請求項３９】
ラミネーションが、５ｋｇ/ｃｍ２と１０ｋｇ/ｃｍ２の間の圧力を印加することを含む、前記請求項いずれかに記載の請求項に記載の方法。
【請求項４０】
電極構造の別の部分が、第２のキャリヤー支持体上に配置された第２の剥離層上に配置された第２の保護層上に配置された第２の電気活性材料層を含む、前記請求項いずれかに記載の請求項に記載の方法。
【請求項４１】
第１の電気活性材料層上に配置された電流コレクタをさらに含有する、前記請求項いずれかに記載の電極構造または方法。
【請求項４２】
第１の剥離層がゲルポリマー層である、前記請求項いずれかに記載の電極構造または方法。
【請求項４３】
第１の保護層が、実質的に連続している、前記請求項いずれかに記載の電極構造または方法。
【請求項４４】
第１の剥離層の平均山谷粗さが、約０．１μｍと約１μｍの間にある、前記請求項いずれかに記載の電極構造または方法。
【請求項４５】
第１の保護層の平均山谷粗さが、約０．１μｍと約１μｍの間にある、前記請求項いずれかに記載の電極構造。
【請求項４６】
第１の保護層と第１の電気活性材料層との間にある境界面の平均山谷粗さが、約０．１μｍと約１μｍの間にある、前記請求項いずれかに記載の電極構造。
【請求項４７】
第１の保護層の厚さが、第１の剥離層の平均山谷粗さより大きい、前記請求項いずれかに記載の電極構造または方法。
【請求項４８】
第１の保護層の厚さが、第１の剥離層の平均山谷粗さの少なくとも２倍より大きい、前記請求項いずれかに記載の電極構造または方法。
【請求項４９】
第１の保護層の厚さが、約０．１μｍと約５μｍの間にある、前記請求項いずれかに記載の電極構造または方法。
【請求項５０】
第１の剥離層が、実質的に非晶質である材料を含有している、前記請求項いずれかに記載の電極構造または方法。
【請求項５１】
第１の剥離層と第１の保護層との間の付着力が、第１の剥離層と第１のキャリヤー支持体との間の付着力より大きい、前記請求項いずれかに記載の電極構造または方法。
【請求項５２】
第１の剥離層が、セパレーターとして機能する、前記請求項いずれかに記載の電極構造または方法。
【請求項５３】
第２の剥離層上に配置された第２のキャリヤー支持体をさらに含有し、該第２の剥離層が、第２の保護層上に配置され、そして、該第２の保護層が第２の電気活性材料層上に配置されている、前記請求項いずれかに記載の電極構造または方法。
【請求項５４】
電流コレクタが、第１の電気活性材料層と第２の電気活性材料層との間に配置されている、前記請求項いずれかに記載の電極構造または方法。
【請求項５５】
電気化学セルが、電解質を含有し、第１の剥離層が、電解質中でポリマーゲルを形成するポリマー層であることを特徴とする、前記請求項いずれかに記載の電極構造を含む電気化学セル。
【請求項５６】
中間層が、第１のキャリヤー支持体と第１の剥離層との間、第１の剥離層と第１の保護層との間、および第１の保護層と第１の電気活性材料層との間の少なくとも１つの間に配置されている、前記請求項いずれかに記載の電極構造または方法。
【請求項５７】
剥離層が、リチウムイオンに対して伝導性があることを特徴とする、前記請求項いずれかに記載の電極構造または方法。
【請求項５８】
剥離層がリチウム塩を含有している、前記請求項いずれかに記載の電極構造または方法。
【請求項５９】
第１の電気活性材料層がリチウム金属を含有し、電気化学セルがイオウを含有するカソードを含むことを特徴とする、前記請求項いずれかに記載の電極構造を含む電気化学セル。
【請求項６０】
キャリヤー支持体が、ポリマーフィルムまたは金属化ポリマーフィルムである、前記請求項いずれかに記載の電極構造または方法。
【請求項６１】
キャリヤー支持体が、セラミックまたは金属である、前記請求項いずれかに記載の電極構造または方法。
【請求項６２】
第１の電気活性材料層がリチウム金属を含有することを特徴とする、前記請求項いずれかに記載の電極構造を含む電気化学セル。
【請求項６３】
電気化学セルが金属酸化物を含有するカソードを含むことを特徴とする、前記請求項いずれかに記載の電極構造を含む電気化学セル。
【請求項６４】
第１の剥離層の平均山谷粗さが、支持体の平均山谷粗さより小さい、前記請求項いずれかに記載の電極構造または方法。
【請求項６５】
電気化学セルがリチウムイオンバッテリーであることを特徴とする、前記請求項いずれかに記載の電極構造を含む電気化学セル。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
開示態様は、保護電極構造およびその製造方法に関連している。
【背景技術】
【０００２】
充電可能な一次電気化学セルは、しばしば、（複数）保護層を含み、電気活性表面を保護している。該特定の（複数）保護層により、該（複数）保護層が、下にある電気活性表面を、電気化学セル内の電解質および/または他の成分との相互作用から隔離する。下にある電極の適切な保護を与えるため、該（複数）保護層が、下にある電極を連続的にカバーし、最小数の欠陥を呈することが望ましい。（複数）保護層を形成する技術は存在するが、電気化学セルの性能を改良するであろう（複数）保護層の形成を可能とする方法は、有益となろう。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
要約
保護電極構造およびその製造方法を提供する。本願の主題は、場合によっては、相関構造および方法、特定の課題に対する別の解決法、および/または構造の複数の異なる使用を含む。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
態様の一セットにおいて、一電極構造が提供される。電極構造は、１以上の以下の材料を含有する第１の剥離層を含む：ポリスルホン、ポリエーテルスルホン、ポリフェニルスルホン、ポリエーテルスルホン-ポリアルキレンオキシドコポリマー、ポリフェニルスルホン-ポリアルキレンオキシドコポリマー、ポリイソブチレン、ポリイソブチレン無水コハク酸、ポリイソブチレン-ポリアルキレンオキシドコポリマー、ポリアミド6、ポリビニルピロリドン、ポリビニルピロリドン-ポリビニルイミダゾールコポリマー、ポリビニルピロリドン-ポリ酢酸ビニルコポリマー、マレインイミド-ビニルエーテルコポリマー、ポリアクリルアミド、フッ素化ポリアクリレート、ポリエチレン-ポリビニルアルコールコポリマー、ポリエチレン-ポリ酢酸ビニルコポリマー、ポリビニルアルコールとポリ酢酸ビニルコポリマー、ポリオキシメチレン、ポリビニルブチラール、ポリ尿素、アクロレイン誘導体（CH2=CR-C（0）R）の光解重合に基づいたポリマー、ポリスルホン-ポリアルキレンオキシドコポリマー、ポリフッ化ビニリデン、及びこれらの組み合わせ。電極構造は、また、第１の剥離層上に配置された第１の保護層および該第１の保護層上に配置された第１の電気活性材料層を含む。
【０００５】
態様の別のセットにおいて、一方法が提供される。該方法は、第１のキャリヤー支持体を用意すること、および該キャリヤー支持体上に第１の剥離層を堆積することを含む。第１の剥離層は、１以上の以下の材料を含む：ポリスルホン、ポリエーテルスルホン、ポリフェニルスルホン、ポリエーテルスルホン-ポリアルキレンオキシドコポリマー、ポリフェニルスルホン-ポリアルキレンオキシドコポリマー、ポリイソブチレン、ポリイソブチレン無水コハク酸、ポリイソブチレン-ポリアルキレンオキシドコポリマー、ポリアミド6、ポリビニルピロリドン、ポリビニルピロリドン-ポリビニルイミダゾールコポリマー、ポリビニルピロリドン-ポリ酢酸ビニルコポリマー、マレインイミド-ビニルエーテルコポリマー、ポリアクリルアミド、フッ素化ポリアクリレート、ポリエチレン-ポリビニルアルコールコポリマー、ポリエチレン-ポリ酢酸ビニルコポリマー、ポリビニルアルコールとポリ酢酸ビニルコポリマー、ポリオキシメチレン、ポリビニルブチラール、ポリ尿素、アクロレイン誘導体（CH2=CR-C（0）R）の光解重合に基づいたポリマー、ポリスルホン-ポリアルキレンオキシドコポリマー、ポリフッ化ビニリデン、及びこれらの組み合わせ。該方法は、第１の剥離層の表面上に第１の保護層を堆積させること、第１の保護層上に第１の電気活性材料層を堆積させること、および所望により、第１の剥離層から第１のキャリヤー支持体を除去することを含み、第１の剥離層の少なくとも一部が、第１の保護層上に残っている。この方法は、前段落において記述したような電極構造を製造するのに採用することができる。
【０００６】
態様の別のセットにおいて、一電極構造が提供される。該電極構造は、１以上の以下の材料を含有する第１の剥離層を含む：ヘキサフルオロプロピレン被覆ポリイミド;シリコーン処理ポリエステルフィルム、金属化ポリエステルフィルム、ポリベンズイミダゾール、ポリベンゾオキサゾール、エチレン-アクリル酸コポリマー、アクリレート系ポリマー、ポリビニルピロリドン-ポリビニルイミダゾールコポリマー、ポリアクリロニトリル、スチレン-アクリロニトリル、熱可塑性ポリウレタンポリマー、ポリスルホン−ポリアルキレンオキシドコポリマー、ベンゾフェノン変性ポリスルホンポリマー、ポリビニルピロリドン-ポリ酢酸ビニルコポリマー、及びこれらの組み合わせ。電極構造は、また、第１の剥離層上に配置された第１の保護層、および該第１の保護層上に配置された第１の電気活性材料層を含む。
【０００７】
態様の別のセットにおいて、一方法が提供される。該方法は、第１のキャリヤー支持体を用意すること、および該第１のキャリヤー支持体上に第１の剥離層を堆積させることを含む。第１の剥離層は１以上の以下の材料を含有する：ヘキサフルオロプロピレン被覆ポリイミド;シリコーン処理ポリエステルフィルム、金属化ポリエステルフィルム、ポリベンズイミダゾール、ポリベンゾオキサゾール、エチレン-アクリル酸コポリマー、アクリレート系ポリマー、ポリビニルピロリドン-ポリビニルイミダゾールコポリマー、ポリアクリロニトリル、スチレン-アクリロニトリル、熱可塑性ポリウレタンポリマー、ポリスルホン−ポリアルキレンオキシドコポリマー、ベンゾフェノン変性ポリスルホンポリマー、ポリビニルピロリドン-ポリ酢酸ビニルコポリマー、及びこれらの組み合わせ。該方法は、また、第１の剥離層の表面上に第１の保護層を堆積させること、第１の保護層上に第１の電気活性材料層を堆積させること、および第１の保護層から第１のキャリヤー支持体および第１の剥離層を除去することを含む。
【０００８】
態様の別のセットにおいて、一方法は、電気化学セル(cell)を用意することを含む。電気化学セルは、ポリマーからなる第１の剥離層、該第１の剥離層上に配置された第１の保護層、該第１の保護層上に配置された第１の電気活性材料層、および電解質を含む電極構造を含有する。該方法は、第１の保護層から剥離層の少なくとも一部を除去するために、電解質中にポリマーの少なくとも一部を溶解することを含む。
【０００９】
一態様において、一方法は、第１のキャリヤー支持体を用意すること；該第１のキャリヤー支持体上に第１の剥離層堆積させること、ここで、該第１のキャリヤー支持体に対向する第１の剥離層の表面の平均山谷粗さが、約０．１μｍと約１μｍの間にある；第１の剥離層の表面上に第１の保護層を堆積させること；および該第１の保護層上に第１の電気活性材料層を堆積させること：を含んでいてもよい。
【００１０】
別の態様において、一方法は、第１のキャリヤー支持体を用意すること；該第１のキャリヤー支持体上に第１の剥離層を堆積させること、ここで該第１の剥離層は、ポリマーゲルを含有している；該第１の剥離層の表面上に第１の保護層を堆積させること、ここで該第１の剥離層の厚さは、該支持体の平均山谷粗さより大きい；および、該第１の保護層上に第１の電気活性材料層を堆積させること：を含んでいてもよい。
【００１１】
さらに別の態様において、一電極構造は、第１のキャリヤー支持体および該第１のキャリヤー支持体上に配置された第１の剥離層を含んでいてもよい。第１の保護層を、該第１の剥離層上に配置させてもよい。第１の剥離層と第１の保護層間の境界面の平均山谷粗さは、約０．１μｍと約１μｍの間にあってよい。第１の電気活性材料層を、第１の保護層上に配置させてもよい。
【００１２】
別の態様において、一電極構造は、第１の剥離層および、該第１の剥離層上に配置された実質的に連続の保護層を含んでいてもよい。該保護層の平均山谷粗さは、約０．１μｍと約１μｍの間にあってよい。さらに、該保護層の厚さは、約０．１μｍと約２μｍの間にあってよい。第１の電気活性材料層を、該保護層上に配置させてもよい。
【００１３】
さらに別の態様において、一電極構造は、第１の剥離層および該第１の剥離層上に配置された第１の保護層を含んでいてもよい。第１の電気活性材料層を、該第１の保護層上に配置させてもよい。第１の保護層と第１の電気活性材料層との間の境界面の平均山谷粗さは、約０．１μｍと約１μｍの間にあってよい。
【００１４】
前記概念および以下に議論するさらなる概念は、この点で限定されるものではないので、適当な組み合せであれば、どのようにでもアレンジしてもよい。
【００１５】
本発明の他の有利な点および新規な特徴は、添付図面と共に考慮し、発明の種々の非限定的態様を記述した以下の詳細な記載から明らかとなるであろう。本明細書および参考に含ましめられた文書が、矛盾するおよび/または一貫性のない開示を含む場合、本明細書を考慮に入れるものとする。参考に含ましめられた２以上の文書が、お互い矛盾するおよび/または一貫性のない開示を含む場合、後の有効日を有する文書を考慮に入れるものとする。
添付図面は、一定の縮小比で描かれていることを意図していない。各種図面中に説明されている各々同一のまたはほとんど同一の成分は、同じ番号で表されている。明確性のために、各成分が、各図面中においてラベルをつけられているわけではない。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１Ａ】態様の１つのセットに従い、下にある電気活性材料層上に堆積された保護層の概略図。
【図１Ｂ】態様の１つのセットに従い、下にある電気活性材料層上に堆積された保護層の別の概略図。
【図２Ａ】態様の１つのセットに従い、剥離層およびキャリヤー支持体上に堆積された電極構造の概略図。
【図２Ｂ】態様の１つのセットに従い、キャリヤー支持体が離層した、図２Ａの電極構造の概略図。
【図２Ｃ】態様の１つのセットに従い、キャリヤー支持体および剥離層が離層した、図２Ａの電極構造の概略図。
【図２Ｄ】態様の１つのセットに従い、電流コレクタを含む電極構造の概略図。
【図３】態様の１つのセットに従い、ラミネーション前の電極構造の２つの部分の概略図。
【図４】態様の１つのセットに従い、ラミネーション中の電極構造の２つの部分の概略図。
【図５】態様の１つのセットに従い、ラミネーション後の複合電極構造の概略図。
【図６】態様の１つのセットに従い、ラミネーション前の電流コレクタを含む電極構造の２つの部分の概略図。
【図７】態様の１つのセットに従い、ラミネーション中の電流コレクタを含む電極構造の２つの部分の概略図。
【図８】態様の１つのセットに従い、ラミネーション後の電流コレクタを含む複合電極構造の２つの部分の概略図。
【図９】態様の１つのセットに従い、電極構造を製造する方法のフロー図。
【図１０Ａ】態様の１つのセットに従い、ポリマー層、酸化リチウム層およびリチウム金属層を含む電極構造の断面図。
【図１０Ｂ】態様の１つのセットに従い、ポリマー層、酸化リチウム層およびリチウム金属層を含む電極構造の断面図。
【図１０Ｃ】リチウム金属支持体上に直接堆積された後の、多数のクラックおよび欠陥を有する酸化リチウム層の上面図。
【図１１Ａ】リチウム層上に堆積されたセラミック層を含む電極構造の断面図。
【図１１Ｂ】態様の１つのセットに従い、ポリマー層上に堆積された酸化リチウム層を含む電極構造の断面図。
【図１２Ａ】実施例３のＶＤＬ表面上にコートされたＰＳＵ−ＰＥＯコポリマーのＳＥＭ顕微鏡写真。
【図１２Ｂ】実施例３のセルにおけるＰＳＵ−ＰＥＯコポリマーコートアノード性能のイオウ比容量を示す図。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
詳細な記述
発明者らは、電極構造の１以上の保護層の厚さを薄くし、セルの内部抵抗を低下させ、電極構造が組み入れられる最終電気化学セルの速度能力(rate capability)を増加させることが望ましいということを認識した。しかしながら、１以上の保護層の厚さを薄くすることは望ましい一方で、１以上の保護層の結着性を維持することもまた望ましい。十分な結着性を示す実質的に連続的な保護層を提供するために、保護層の厚さは、下にある支持体の平均粗さよりも通常は厚い。この概念が図１Ａ−１Ｂに説明的に示されている。保護層６が、下にある支持体１上に直接堆積され、該保護層の厚さが、下にある支持体の粗さより薄いとき、保護層は、図１Ａに示されているように実質的に連続的ではない。対照的に、保護層の厚さが、下にある支持体の粗さより厚いと、実質的に連続な保護層６が、図１Ｂに示されているように形成される。
【００１８】
上記を考慮して、より薄い保護層を提供するために、発明者らは、その上に１以上の保護層が堆積され、下にある支持体の表面粗さを減少させることが望ましいということを認識した。電極構造を形成する代表的方法は、保護層が、通常、電気活性層のトップ上に堆積され、保護層の厚さは、電気化学材料層の厚さに少なくともある程度影響される。しかしながら、材料層厚さ、製法および他の固有の問題点等を考えると、下にある電気活性材料層の特定の閾値未満の表面粗さを得ることは非常に困難である。例えば、ホイル形態の金属リチウムまたは真空蒸着層は、約１μｍないし約２μｍの山谷差に特徴付けられる比較的粗い表面を呈する。なので、下にある電気活性材料層の表面をどれだけスムーズにすることができるかについて限界があるので、電気活性材料層上に直接堆積させる場合、どれだけ薄く、実質的に連続の保護層をつくることができるかについては限界がある。
【００１９】
電気活性材料層の表面をどれだけスムーズにできるかについて限界があるが故に、発明者らは、電気活性材料層の表面粗さより小さい表面粗さを有する別個の層上に保護層を堆積させることが有益であることを認識した。より小さい表面粗さを有するこの別個の層上に堆積すると、電気活性材料層上に直接堆積して得られるものよりも薄く、そして実質的に連続する保護層を得ることが可能である。態様の１つのセットにおいて、そして以下により詳細に記述しているように、別個の層は、キャリヤー支持体上に位置する剥離層である。この態様により、保護層形成後に、電気活性材料の対応する層を、保護層に結合させ、または、その上に堆積し、所望の電極構造を提供してもよい。以下により詳細に記述するように、さらなる層（例えば、さらなる保護層）が、保護層と電気活性材料層との間に存在してもよい。
【００２０】
明確性のために、本明細書に記載されている構造は、電極構造として言及しているものである。しかしながら、電極構造は、電極前駆体かまたは最終電極のいずれかを表し得る。電極前駆体は、例えば、最終電極または最終電気化学セルには存在しないであろうキャリヤー支持体等の１以上の構成要素を含む電極、または、最終電極としてまたは最終電気化学セルに使用される前の１以上の構成要素がない電極を含み得る。それ故、本明細書に記載されている態様は、電極前駆体または最終電極のいずれかに限定されるべきでないということが理解されるべきである。代わりに、本明細書に記載されている態様は、電極前駆体、未組立最終電極、および電気化学セルまたは何か他の適当なデバイスへ組立てられた最終電極のいずれかへの適用を意味している。
【００２１】
さらに、本明細書に記載されている電極構造は、リチウム金属に基づく系に関して記載されているが、本明細書に記載されている方法および物品は、好適な電気化学系のいかなるもの（他のアルカリ金属系、例えば、リチウムイオンアノードを含むアルカリ金属アノード、または無アルカリ金属系さえも含む）にも適用可能であるということが理解されるべきである。さらに、充電可能な電気化学セルが、現開示の恩恵を受けることを意図されているが、再充電できない（例えば、一次）電気化学セルもまた現開示の恩恵を受けることができる。
【００２２】
図面に戻り、現開示の種々の態様をより詳細に記述する。
【００２３】
図２Ａは、キャリヤー支持体２を含む電極構造の一態様を描いたものである。図２Ａに説明的に示されているように、剥離層４が、キャリヤー支持体２上に配置され、保護層６が、剥離層４上に配置され、そして電気活性材料層８が、保護層６上に配置されている。剥離層４の表面５は、キャリヤー支持体２と反対側の剥離層側面上に位置している。表面５は、また、その上に保護層６が堆積され、剥離層４と保護層６の間の境界面に対応する。図中に描かれている層は、お互い上に直接配置されているものの、ある態様においては、他の中間層が、描かれている層の間に存在してもよいと理解されるべきである。従って、本明細書に使用されているように、層が、別の層「上に配置されている」、「上に堆積されている」または「上にある」として言及されている場合、それは、その層の上に直接、配置されている、上に堆積されている、または上にあることができるか、または、介在層が存在してもよい。対照的に、別の層「上に直接配置されている」、「と接触している」、「上に直接堆積されている」または「上に直接ある」層は、介在層が存在しないということを示している。
【００２４】
描かれている態様において、キャリヤー支持体２は、体積とラミネーションの間、電極構造を支えることができる適切な材料であればいかなるものでもよい。保護層が、キャリヤー支持体上に直接堆積されない態様においては、キャリヤー支持体の表面粗さは、剥離層４と保護層６との間の境界面の表面粗さに直接的に影響しない。しかしながら、少なくとも１つの態様において、キャリヤー支持体２が、その上に剥離層４を堆積させる比較的にスムーズな表面を示し、続いてその上に保護層６を堆積させるスムーズな表面を提供するために、比較的薄い剥離層４の堆積を可能とすることが望ましい。
【００２５】
図２に描かれた態様において、剥離層４は、電極構造内において２つの目的に貢献し得る。剥離層４は、比較的低い粗さを呈する表面を形成し得、その上に保護層６を堆積させる。加えて、剥離層４は、キャリヤー支持体２および保護層４の1つに対して比較的高い接着強度を有し、キャリヤー支持体２および保護層４の他方のものに対して比較的適度または劣った接着強度を有していてもよい。結果的に、剥離力が、キャリヤー支持体２（および/または電極構造）に印加されたとき、剥離層は、キャリヤー支持体２の最終電極構造からの離層を容易にするよう機能することができる。
【００２６】
剥離層が、どの構成要素に比較的高い接着力を示すかに依存して、剥離層２は、最終電極構造内に、含まれていてもよいし、含まれていなくてもよい。剥離層を最終電極構造内へ含ましめるか否かは、剥離層の化学的および/または物理的特性を調整することにより変えることができる。例えば、もし、剥離層４が最終電極構造の一部になることが望ましいならば、剥離層は、キャリヤー支持体２に対する接着強度に比較して、保護層６に対してより大きな接着強度を有するように調整し得る。結果的に、離層力がキャリヤー支持体（および/または電極構造）に印加されると、キャリヤー支持体２は、電極構造から離層し、剥離層４は、電極構造と共に保持される（図２Ｂを見よ）。
【００２７】
剥離層が最終電気化学セル中に組み入れられる態様においては、剥離層は、電解質中で安定であり、電極の構造的結着性に実質的に支障をきたさない材料で形成され得る。剥離層が、最終電極構造または最終電気化学セル中に組み入れられる態様においては、剥離層は電解質（例えば、ポリマーゲル電解質）として働き、イオンの電導を容易にし得るか、またはセパレーターとして機能し得る。ある特別な態様においては、剥離層はリチウムイオンに対して伝導性があり、および/またはリチウムイオンを含有するポリマーゲルで形成される。
【００２８】
他方、剥離層が最終電極構造の一部でないことが望ましいならば、剥離層は、保護層６に対する接着強度に比較して、キャリヤー支持体２に対してより大きな接着強度を有するようにデザインし得る。このような態様においては、離層力がキャリヤー支持体２に印加されたとき、キャリヤー支持体２および剥離層４が、電極構造から離層する（図２Ｃ）。
【００２９】
剥離層は、キャリヤー支持体および保護層に対して、望ましい表面粗さおよび剥離特性を呈する好適な材料であればいかなるものでも使用して形成し得る。使用される具体的材料は、使用されるキャリヤー支持体の個別の種類、剥離層の他の側に接触する材料、剥離層が最終電極構造中に組み込まれるかどうか、および剥離層が、電気化学セル中に組み込まれた後、さらなる機能を有するかどうか等のファクターに、少なくとも一部、依存するであろう。
【００３０】
態様の１つのセットにおいて、剥離層はポリマー材料で形成される。好適なポリマーの具体例は、以下のものを含むが、それらに限定されるものではない：ポリオキシド、ポリ（アルキルオキシド）/ポリアルキレンオキシド（例えば、ポリエチレンオキシド、ポリプロピレンオキシド、ポリブチレンオキシド）、ポリビニルアルコール、ポリビニルブチラール、ポリビニルホルマール、酢酸ビニル-ビニルアルコールコポリマー、エチレン-ビニルアルコールコポリマー、ビニルアルコール-メチルメタクリレートコポリマー、ポリシロキサン、及びフッ素化ポリマー。ポリマーは、例えば固体ポリマー（例えば、固体ポリマー電解質）、ガラス状態ポリマー、またはポリマーゲルの形態であってもよい。
【００３１】
ポリマー材料のさらなる例としては、以下のものを含む：ポリスルホン、ポリエーテルスルホン、ポリフェニルスルホン（例えば、ＢＡＳＦから入手可能な、Ｕｌｔｒａｓｏｎ（登録商標）Ｓ６０１０、Ｓ３０１０およびＳ２０１０）、ポリエーテルスルホン−ポリアルキレンオキシドコポリマー、ポリフェニルスルホン−ポリアルキレンオキシドコポリマー、ポリスルホン−ポリアルキレンオキシドコポリマー、ポリイソブチレン（例えば、ＢＡＳＦから入手可能な、Ｏｐｐａｎｏｌ（登録商標）Ｂ１０、Ｂ１５、Ｂ３０、Ｂ８０、Ｂ１５０およびＢ２００）、ポリイソブチレン無水コハク酸（ＰＩＢＳＡ）、ポリイソブチレン‐ポリアルキレンオキシドコポリマー、ポリアミド６（例えば、ＢＡＳＦから入手可能な、Ｕｌｔｒａｍｉｄ（登録商標）Ｂ３３）（例えば、ポリオレフィンキャリヤー上への２μｍポリアミド層の押出成形品またはポリオレフィンキャリヤー支持体上へのＰＡ層の溶液キャスト品）、ポリビニルピロリドン、ポリビニルピロリドン−ポリビニルイミダゾールコポリマー（例えば、ＢＡＳＦから入手可能な、Ｓｏｋａｌａｎ（登録商標）ＨＰ５６）、ポリビニルピロリドン−ポリ酢酸ビニルコポリマー（例えば、ＢＡＳＦから入手可能な、Ｌｕｖｉｓｋｏｌ（登録商標））、マレインイミド−ビニルエーテルコポリマー、ポリアクリルアミド、フッ素化ポリアクリレート（必要に応じて表面反応性コモノマーを含む）、ポリエチレン−ポリビニルアルコールコポリマー（例えば、ＢＡＳＦから入手可能な、Ｋｕｒａｒａｙ（登録商標））、ポリエチレン−ポリ酢酸ビニルコポリマー、ポリビニルアルコールとポリ酢酸ビニルコポリマー、ポリオキシメチレン（例えば、押出成形）、ポリビニルブチラール（例えば、ＢＡＳＦから入手可能な、Ｋｕｒａｒａｙ（登録商標））、ポリ尿素（例えば、分岐）、アクロレイン誘導体（ＣＨ２＝ＣＲ−Ｃ（０）Ｒ）の光解重合に基づくポリマー、ポリスルホン‐ポリアルキレンオキシドコポリマー、ポリフッ化ビニリデン（例えば、ＢＡＳＦから入手可能な、Ｋｙｎａｒ（登録商標）Ｄ１５５）、およびそれらの組み合わせ。態様によっては、このようなポリマーは、剥離層に使用することができ、そして剥離層（またはその少なくとも一部）は、電極構造からキャリヤー支持体の離層後、電極構造の一部としてとどまってもよい。しかしながら、他の態様においては、このようなポリマーは、キャリヤー支持体の離層後、キャリヤー支持体上にとどまる剥離層に使用されてもよい。
【００３２】
本発明の好ましい実施態様においては、剥離層はポリエーテルスルホン‐ポリアルキレンオキシドコポリマーである。より好ましくは、このポリエーテルスルホン‐ポリアルキレンオキシドコポリマーは、以下の成分：（Ａ１）少なくとも１つの芳香族ジハロゲン化合物、（Ｂ１）少なくとも１つの芳香族ジヒドロキシル化合物、（Ｂ２）少なくとも２つのヒドロキシル基を有する少なくとも１つのポリアルキレンオキシド、（Ｃ）少なくとも１つの非プロトン性極性溶媒、および（Ｄ）少なくとも１つの金属炭酸塩を含有する反応混合物（ＲＧ）の重縮合により得られるポリアリールエーテルスルホン‐ポリアルキレンオキシドブロックコポリマー（ＰＰＣ）であり、反応混合物（ＲＧ）は、水と共沸混合物を形成する物質を含まない。このようなコポリマーは、当業者に公知であり、例えば、２０１３年５月２日に出願されたヨーロッパ特許出願第ＥＰ１３１６６１９０号に開示されている。これらのコポリマーは、本発明の実験部内にさらに例示されている。
【００３３】
この種のポリマーを得るために重縮合に採用されるものとして、成分（Ａ１）ないし（Ｄ）に適した例は、以下のようなものである。
【００３４】
反応混合物（ＲＧ）中の成分（Ａ１）の総重量に基づいて、４，４’−ジクロロジフェニルスルホンと４，４’−ジフルオロジフェニルスルホンからなるグループから選択される少なくとも１つの芳香族ジハロスルホン化合物を少なくとも５０重量％含有する
成分（Ａ１）；
反応混合物（ＲＧ）中の成分（Ｂ１）の総重量に基づいて、４，４’−ジヒドロキシビフェニルスルホンと４，４’−ジヒドロキシジフェニルスルホンからなるグループから選択される少なくとも１つの芳香族ジヒドロキシル化合物を少なくとも５０重量％含有する
成分（Ｂ１）；
反応混合物（ＲＧ）中の成分（Ｂ２）の総重量に基づいて、エチレンオキシド、１，２−プロピレンオキシド、１，２−ブチレンオキシド、２，３−ブチレンオキシド、１，２−ペンテンオキシド、２，３−ペンテンオキシド、またはこれらのモノマーの混合物を重合することにより得ることができるポリアルキレンオキシドを少なくとも５０重量％含有する
成分（Ｂ２）；
反応混合物（ＲＧ）は、成分（Ｃ）としてＮ−メチル−２−ピロリドンを含有していてもよい
成分（Ｃ）；および
反応混合物（ＲＧ）は、成分（Ｄ）として炭酸カリウムを含有していてもよい
成分（Ｄ）。
【００３５】
ポリマー材料の更なる例としては、ヘキサフルオロプロピレン（ＨＦＰ）コーティング（例えば、デュポン社から入手可能）を有するポリイミド（例えば、Ｋａｐｔｏｎ（登録商標））；シリコーン処理ポリエステルフィルム（例えば、三菱ポリエステル）、金属化ポリエステルフィルム（例えば、三菱またはシオンパワーから入手可能）、ポリベンズイミダゾール（ＰＢＩ；例えば、Ｃｅｌａｎｅｓｅ社から入手可能な低分子量ＰＢＩ）、ポリベンゾオキサゾール（例えば、Ｆｏｓｔｅｒ−Ｍｉｌｌｅｒ，Ｔｏｙｏｂｏから入手可能）、エチレン‐アクリル酸コポリマー（例えば、ＢＡＳＦから入手可能な、Ｐｏｌｉｇｅｎｎ（登録商標））、アクリル系ポリマー（例えば、Ａｃｒｏｎａｌ（登録商標）、ＢＡＳＦから入手可能）、（荷電（ｃｈａｒｇｅｄ））ポリビニルピロリドン−ポリビニルイミダゾールコポリマー（例えば、Ｓｏｋａｌａｎｅ（登録商標）ＨＰ５６、Ｌｕｖｉｑｕａｔ（登録商標）、ＢＡＳＦから入手可能）、ポリアクリロニトリル（ＰＡＮ）、スチレン−アクリロニトリル（ＳＡＮ）、熱可塑性ポリウレタン（例えば、Ｅｌａｓｔｏｌｌａｎ（登録商標）１１９５Ａ１０、ＢＡＳＦから入手可能）、ポリスルホン‐ポリ（アキレン（ａｋｙｌｅｎｅ）オキシド）コポリマー、ベンゾフェノン変性ポリスルホン（ＰＳＵ）ポリマー、ポリビニルピロリドン−ポリ酢酸ビニルコポリマー（例えば、Ｌｕｖｉｓｋｏｌ（登録商標）、ＢＡＳＦから入手可能）、およびそれらの組み合わせを含む。態様によっては、このようなポリマーは、剥離層中で使用でき、該剥離層は、電極構造から、キャリヤー支持体の離層後、キャリヤー支持体上に留まり得る。しかしながら、他の態様においては、このようなポリマーは、剥離層中で使用してもよく、該剥離層（または、その少なくとも一部）は、キャリヤー支持体の離層後、電極構造の一部としてとどまり得る。
【００３６】
態様によっては、剥離層は、あるイオン（例えば、アルカリ金属イオン）に対して伝導性があり、実質的に導電性でもあるポリマーを含んでいる。これらの材料例としては、リチウム塩（例えば、ＬｉＳＣＮ，ＬｉＢｒ，ＬｉＩ，ＬｉＣｌ０４，ＬｉＡｓＦ６，ＬｉＳＯ３ＣＦ３，ＬｉＳＯ３ＣＨ３，ＬｉＢＦ４，ＬｉＢ（Ｐｈ）４，ＬｉＰＦ６，ＬｉＣ（ＳＯ２ＣＦ３）３，およびＬｉＮ（Ｓ０２ＣＦ３）２）でドープされている導電性ポリマー(electrically conductive polymer)（電子ポリマー(electric polymer)または伝導性ポリマー(conductive polymer)として公知でもある）を含む。導電性ポリマーは、当該分野で公知である；このようなポリマーの例としては、以下のものを含むが、それらに限定されるものではない；ポリ（アセチレン）、ポリ（ピロール）、ポリ（チオフェン）、ポリ（アニリン）、ポリ（フルオレン）、ポリナフタレン、ポリ（p-フェニレンスルフィド）、およびポリ（パラフェニレンビニレン）。導電性添加剤をポリマーに添加し、導電性ポリマーを形成してもよい。
【００３７】
態様によっては、剥離層は、１種以上のイオンに対して伝導性ポリマーを含む。場合によっては、該剥離層は実質的に非導電性であってもよい。（実質的に非導電性である）イオン伝導性種の例としては、リチウム塩でドープされている非導電性材料（例えば、電気絶縁性材料）を含む。例えば、リチウム塩でドープされている、アクリレート、ポリエチレンオキシド、シリコーン、ポリ塩化ビニル、および他の絶縁性ポリマーは、イオン‐伝導性となり得る（が、実質的に非導電性である）。ポリマーのさらなる例として、イオン伝導性ポリマー、スルホン化ポリマー、および炭化水素ポリマーを含む。好適なイオン伝導性ポリマーとしては、例えば、ポリエチレンオキシド等、リチウム電気化学セル用の固体ポリマー電解質およびゲルポリマー電解質に有用であるとして知られているイオン伝導性ポリマーなどを含み得る。好適なスルホン化ポリマーは、例えば、スルホン化シロキサンポリマー、スルホン化ポリスチレン-エチレン-ブチレンポリマー、およびスルホン化ポリスチレンポリマーを含み得る。好適な炭化水素ポリマーとしては、例えば、エチレン-プロピレンポリマー、ポリスチレン系ポリマー等を含み得る。
【００３８】
態様によっては、剥離層は架橋性ポリマーを含む。架橋性ポリマーの例としては、限定するものでは伊賀、以下のものを含む：ポリビニルアルコール、ポリビニルブチリル、ポリビニルピリジル、ポリビニルピロリドン、ポリ酢酸ビニル、アクリロニトリルブタジエンスチレン（ＡＢＳ）、エチレン‐プロピレンゴム（ＥＰＤＭ）、ＥＰＲ、塩素化ポリエチレン（ＣＰＥ）、エチレンビスアクリルアミド（ＥＢＡ）、アクリレート（例えば、アルキルアクリレート、グリコールアクリレート、ポリグリコールアクリレート、エチレンエチルアクリレート（ＥＥＡ））、水素化ニトリルブタジエンゴム（ＨＮＢＲ）、天然ゴム、ニトリルブタジエンゴム（ＮＢＲ）、ある一定のフルオロポリマー、シリコーンゴム、ポリイソプレン、エチレンビニルアセテート（ＥＶＡ）、クロロスルホニルゴム、フッ素化ポリ（アリーレンエーテル）（ＦＰＡＥ）、ポリエーテルケトン、ポリスルホン、ポリエーテルイミド、ジエポキシド、ジイソシアネート、ジイソチオシアネート、ホルムアルデヒド樹脂、アミノ樹脂、ポリウレタン、不飽和ポリエーテル、ポリグリコールビニルエーテル、ポリグリコールジビニルエーテル、それらのコポリマー、およびセパレーター層用保護コーティングの共通の譲受人のＹｉｎｇらの米国特許第６，１８３．９０１に記載のもの。
【００３９】
架橋性または架橋ポリマーのさらなる例としては、ＵＶ／電子ビーム架橋Ｕｌｔｒａｓｏｎ（登録商標）（例えば、ポリスルホンまたはポリエーテルスルホン）、ＵＶ架橋Ｕｌｔｒａｓｏｎ−ポリアルキレンオキシドコポリマー、ＵＶ／電子ビーム架橋Ｕｌｔｒａｓｏｎ−アクリルアミドブレンド、架橋ポリイソブチレン−ポリアルキレンオキシドコポリマー、架橋分岐ポリイミド（ＢＰＩ）、架橋マレインイミド（ｍａｌｅｉｎｉｍｉｄｅ）−ジェファミン（Ｊｅｆｆａｍｉｎｅ）ポリマー（ＭＳＩゲル）、架橋アクリルアミド、及びそれらの組み合わせを含む。
【００４０】
当該分野の当業者は、本明細書の記載と組み合わせ、当該分野の一般的知識に基づいて、適切な架橋方法はもとより、架橋できる適切なポリマーを選ぶことができる。架橋ポリマー材料は、さらに、塩、例えばリチウム塩を含み、イオン伝導性を高め得る。
【００４１】
架橋性ポリマーを使用するとき、該ポリマー（またはポリマー前駆物質）は、１以上の架橋剤を含んでいてもよい。架橋剤は、１以上のポリマー鎖間で架橋結合を形成するように、ポリマー鎖上の官能基と反応するようにデザインされた反応性部分を有する分子である。本明細書に記載された剥離層に使用されるポリマー材料を架橋することができる架橋剤の例としては、以下のものを包含するが、それらに限定されるものではない：ポリアミド-エピクロロヒドリン（ポリカップ172）；アルデヒド（例えば、ホルムアルデヒドおよび尿素-ホルムアルデヒド）;ジアルデヒド（例えば、グリオキサールグルタルアルデヒド、およびヒドロキシアジパルデヒド（hydroxyadipaldehyde）；アクリレート（例えば、エチレングリコールジアクリレート、ジ（エチレングリコール）ジアクリレート、テトラ（エチレングリコール）ジアクリレート、メタクリレート、エチレングリコールジメタクリレート、ジ（エチレングリコール）ジメタクリレート、トリ（エチレングリコール）ジメタクリレート）；アミド（例えば、Ｎ、Ｎ’−メチレンビスアクリルアミド、Ｎ、Ｎ’−メチレンビスアクリルアミド、Ｎ、Ｎ’−（１，２−ジヒドロキシエチレン）ビスアクリルアミド、Ｎ−（１−ヒドロキシ−２，２−ジメトキシエチル）アクリルアミド）；シラン（例えば、メチルトリメトキシシラン、メチルトリエトキシシラン、テトラメトキシシラン（ＴＭＯＳ）、テトラエトキシシラン（ＴＥＯＳ）、テトラプロポキシシラン、メチルトリス（メチルエチルデトキシム（ｄｅｔｏｘｉｍｅ）シラン、メチルトリス（アセトキシム）シラン、メチルトリス（メチルイソブチルケトオキシム）シラン、ジメチルジ（メチルエチルデトキシム）シラン、トリメチル（メチルエチルケトオキシム）シラン、ビニルトリス（メチルエチルケトオキシム）シラン、メチルビニルジ（メチルエチルケトオキシム）シラン、メチルビニルジ（シクロヘキサンオンオキシム（ｃｙｃｌｏｈｅｘａｎｅｏｎｅｏｘｘｉｍｅ）シラン、ビニルトリス（メチルイソブチルケトオキシム）シラン、メチルトリアセトキシシラン、テトラアセトキシシラン、およびフェニルトリス（メチルエチルケトオキシム）シラン）；ジビニルベンゼン；メラミン；ジルコニウム炭酸アンモニウム；ジシクロヘキシルカルボジイミド／ジメチルアミノピリジン（ＤＣＣ／ＤＭＡＰ）；２−クロロピリジニウムイオン；１−ヒドロキシシクロヘキシルフェニルケトン；アセトフェノンジメチルケタール；ベンゾイルメチルエーテル；アリールトリフルオロビニルエーテル；ベンゾシクロブテン；フェノール樹脂（例えば、フェノールの、ホルムアルデヒドおよびメタノール、エタノール、ブタノール、およびイソブタノール等の低級アルコールとの縮合物）、エポキシド；メラミン樹脂（例えば、メラミンの、ホルムアルデヒドおよびメタノール、エタノール、ブタノール、イソブタノール等の低級アルコールとの縮合物）；ポリイソシアネート；ジアルデヒド；および当業者に公知の他の架橋剤。
【００４２】
架橋されるポリマー材料および架橋剤を含む態様において、架橋剤に対するポリマー材料の重量比は、以下の理由に限定されるものではないが、ポリマーの官能基含量、その分子量、架橋剤の反応性と官能性、架橋剤の所望の量、ポリマー材料に望まれる剛性/硬度の程度、および架橋反応が起こり得る温度を含む色々な理由で変化し得る。ポリマー材料と架橋剤間の重量比の範囲の例は、限定されるものではないが、１００：１ないし５０：１、２０：１ないし１：１、１０：１ないし２：１および８：１ないし４：１を含む。
【００４３】
剥離層における使用に適し得るポリマーの他の種類は、以下のものを包含するが、それらに限定されるものではない：ポリアミン（例えば、ポリ（エチレンイミン）およびポリプロピレンイミン（ＰＰＩ））；ポリアミド（例えば、ポリアミド（ナイロン）、ポリ（ε−カプロラクタム）（ナイロン６）、ポリ（ヘキサメチレンアジパミド）（ナイロン６６））、ポリイミド（例えば、ポリイミド、ポリニトリル、およびポリ（ピロメリットイミド−１，４−ジフェニルエーテル）（カプトン））；ビニルポリマー（例えば、ポリアクリルアミド、ポリ（２−ビニルピリジン）、ポリ（Ｎ−ビニルピロリドン）、ポリ（メチルシアノアクリレート）、ポリ（エチルシアノアクリレート）、ポリ（ブチルシアノアクリレート）、ポリ（イソブチルシアノアクリレート）、ポリ（酢酸ビニル）、ポリ（ビニルアルコール）、ポリ（塩化ビニル）、ポリ（フッ化ビニル）、ポリ（２−ビニルピリジン）、ビニルポリマー、ポリクロロトリフルオロエチレン、およびポリ（イソヘキシルシアノアクリレート））；ポリアセタール；ポリオレフィン（例えば、ポリ（ブテン−１）、ポリ（ｎ−ペンテン−２）、ポリプロピレン、ポリテトラフルオロエチレン）；ポリエステル（例えば、ポリカーボネート、ポリブチレンテレフタレート、ポリヒドロキシブチレート）；ポリエーテル（ポリ（エチレンオキシド）（ＰＥＯ）、ポリ（プロピレンオキシド）（ＰＰＯ）、ポリ（テトラメチレンオキシド）（ＰＴＭＯ））；ビニリデンポリマー（例えば、ポリイソブチレン、ポリ（メチルスチレン）、ポリ（メチルメタクリレート）（ＰＭＭＡ）、ポリ（塩化ビニリデン）、およびポリ（フッ化ビニリデン））；ポリアラミド（例えば、ポリ（イミノ−１，３−フェニレンイミノイソフタロイル）およびポリ（イミノ−１，４−フェニレンイミノテレフタロイル））；ポリヘテロ芳香族化合物（例えば、ポリベンゾイミダゾール（ＰＢＩ）、ポリベンゾビスオキサゾール（ＰＢＯ）およびポリベンゾビスチアゾール（ＰＢＴ））；多複素環化合物（例えば、ポリピロール）；ポリウレタン；フェノール系ポリマー（例えば、フェノール−ホルムアルデヒド）；ポリアルキン（例えば、ポリアセチレン）；ポリジエン（例えば、１，２−ポリブタジエン、シスまたはトランス−１，４−ポリブタジエン）；ポリシロキサン（例えば、ポリ（ジメチルシロキサン）（ＰＤＭＳ）、ポリ（ジエチルシロキサン）（ＰＤＥＳ）、ポリジフェニルシロキサン（ＰＤＰＳ）、およびポリメチルフェニルシロキサン（ＰＭＰＳ））；および無機ポリマー（例えば、ポリフォスファゼン、ポリホスホネート、ポリシラン、ポリシラザン）。
【００４４】
態様によっては、ポリマーの分子量は、特定の接着親和性を達成するように選択されてよく、剥離層で変化することができる。例えば、剥離層に使用されるポリマーの分子量は、約１，０００グラム／モルと約５，０００グラム／モルとの間、約５，０００グラム／モルと約１０，０００グラム／モルの間、約１０，０００グラム／モルと約２０，０００グラム／モルの間、
約２０，０００グラム／モルと約５０，０００グラム／モルの間、約５０，０００グラム／モルと約１００，０００ｇ／モルの間、または約１００，０００グラム／モルと約２００，０００グラム／モルの間であってもよい。他の分子量範囲もまた可能である。態様によっては、剥離層に使用されるポリマーの分子量は、約１，０００グラム／モル以上、約５，０００グラム／モル以上、約１０，０００グラム／モル以上、約１５，０００グラム／モル以上、約２０，０００グラム／モル以上、約２５，０００グラム／モル以上、約３０，０００グラム／モル以上、約５０，０００グラム／モル以上、約１００，０００グラム／モル以上、または約１５０，０００グラム／モル以上であってもよい。ある態様においては、剥離層に使用されるポリマーの分子量は、約１５０，０００グラム／モル以下、約１００，０００グラム／モル以下、約５０，０００グラム／モル以下、約３０，０００グラム／モル以下、約２５，０００グラム／モル以下、約２０，０００グラム／モル以下、約１０，０００グラム／モル以下、約５０００グラム／モル以下、または約１，０００グラム／モル以下であってもよい。上記範囲の組合せもまた可能である（例えば、約５，０００グラム／モル以上かつ約５０，０００グラム／モル以下）。
【００４５】
現開示はこのように限定されるものではないが、ポリマーを使用するとき、該ポリマーは、実質的に架橋していてもよく、実質的に未架橋でもよく、または部分的に架橋していてもよい。さらに、ポリマーは、実質的に結晶性であってもよく、部分的に結晶性であってもよく、または実質的に非晶質であってもよい。理論に縛られることを望まないが、ポリマーの結晶化は表面粗さを増加する方向に導き得るので、ポリマーが非晶質である態様は、よりスムーズな表面を呈し得る。ある態様においては、剥離層はワックスで形成されるか、またはワックスを含む。
【００４６】
上記のリストに挙げられそして本明細書に記載されているポリマー材料は、塩、例えば、リチウム塩（例えば、ＬｉＳＣＮ，ＬｉＢｒ，ＬｉＩ，ＬｉＣｌ０４，ＬｉＡｓＦ６，ＬｉＳＯ３ＣＦ３，ＬｉＳＯ３ＣＨ３，ＬｉＢＦ４，ＬｉＢ（Ｐｈ）４，ＬｉＰＦ６，ＬｉＣ（ＳＯ２ＣＦ３）３，およびＬｉＮ（ＳＯ２ＣＦ３）２）をさらに含み、イオン伝導性を高めてもよい。
【００４７】
態様によっては、本明細書に記載のポリマーおよび／または剥離層は、無機フィラー（例えば、ＳｉＯ２またはアルミナ）等の充填剤を含む。あるケースにおいては、導電性フィラーを、剥離層を形成するのに使用される材料に添加してもよい。導電性フィラーは、剥離層の材料の導電性特性を増加することができ、例えば、カーボンブラック（例えば、ＶｕｌｃａｎＸＣ７２Ｒカーボンブラック、Ｐｒｉｎｔｅｘ Ｘｅ−２，またはＡｋｚｏ Ｎｏｂｅｌ Ｋｅｔｊｅｎ ＥＣ−６００ ＪＤ）、グラファイトファイバー、グラファイトフィブリル、グラファイト粉末（例えば、Ｆｌｕｋａ ＃５０８７０）、活性カーボンファイバー、カーボンファブリックス、非活性カーボンナノファイバー等の導電性カーボンを含み得る。導電性フィラーの他の非限定的例としては、金属コートガラス粒子、金属粒子、金属ファイバー、ナノ粒子、ナノチューブ、ナノワイヤ、金属フレーク、金属粉末、金属ファイバー、金属メッシュを含む。非導電性または半導電性フィラー（例えば、シリカ粒子）を、剥離層に含めることもできる。他のフィラーも可能である。
【００４８】
剥離層におけるフィラーの量は、存在するならば、（例えば、剥離層から該当する量の溶媒が除去された後、および/または該層が適正に硬化された後、測定されたとして）剥離層の、例えば、５−１０重量％、１０−９０重量％または２０−８０重量％の範囲で存在し得る。例えば、剥離層は、剥離層の２０−４０重量％、２０−６０重量％、４０−８０重量％、６０−８０重量％の範囲で導電性フィラーを含み得る。
【００４９】
態様の１つのセットにおいては、剥離層は界面活性剤を含む。界面活性剤は、例えば、アニオン性界面活性剤、カチオン性界面活性剤、非イオン性界面活性剤、または両性イオン性界面活性剤であってよい。アニオン性界面活性剤の非限定的例としては、パーフルオロオクタン、パーフルオロオクタンスルホネート、ドデシル硫酸ナトリウム、アンモニウムラウリルスルフェート、及び他のアルキル硫酸塩、ラウレス硫酸ナトリウム、アルキルベンゼンスルホン酸塩、石鹸または脂肪酸塩、およびこれらの誘導体を含む。カチオン性界面活性剤の非限定的例としては、セチルトリメチルアンモニウムブロミドおよび他のアルキルトリメチルアンモニウム塩、セチルピリジニウムクロリデム（chloridem）、ポリエトキシル化獣脂アミン、塩化ベンザルコニウム、塩化ベンゼトニウム、およびそれらの誘導体を含む。非イオン性界面活性剤の非限定的な例としては、アルキルポリ（エチレンオキシド）（例えば、４−（１，１，３，３−テトラメチルブチル）フェニル−ポリエチレングリコール、ｔ−オクチルフェノキシポリトキシエタノール（ｐｏｌｙｔｈｏｘｙｅｔｈａｎｏｌ）、ポリエチレングリコールｔｅｒｔ−オクチルフェニルエーテル）、アルキルフェノールポリ（エチレンオキシド）、ポリ（エチレンオキシド）とポリ（プロピレンオキシド）とのコポリマー、アルキルポリグルコシド（例えば、オクチルグルコシドおよびデシルマルトシド）、脂肪アルコール（例えば、セチルアルコール及びオレイルアルコール）、コカミドＭＥＡまたはＤＥＡ、ポリソルベート（例えば、そのＴｗｅｅｎ ２０、Ｔｗｅｅｎ ８０）、ドデシルジメチルアミンオキシド、およびそれらの誘導体を含む。両性イオン性界面活性剤の非限定的な例としては、ドデシルベタイン、コカミドプロピルベタイン、およびココ両性グリシネート、及びそれらの誘導体を含む。
【００５０】
剥離層中の界面活性剤の量は、存在する場合、（例えば、剥離層から該当する量の溶媒が除去された後、および/または該層が適正に硬化された後に測定されたとして）剥離層の、例えば０．０１−１０重量％の範囲で存在し得る。
【００５１】
ある態様においては、剥離層は、ポリマーおよび１以上の溶媒を含む。態様によっては、該ポリマーは、溶媒により膨潤したポリマーゲルである。１つの特定の態様においては、剥離層は電気化学セルに含まれ、電解質溶媒中で膨潤している。しかしながら、他の態様においては、ポリマーは電解質溶媒中で、非膨潤性である。本明細書により詳細に記載されている電解質溶媒等、種々の溶媒が使用できる。
【００５２】
ポリマーと共に使用される特定の溶媒または溶媒の組合せは、例えば、配合物におけるなにか他の材料の種類や量、配合剤をセル構成要素に適用する方法、電気化学セルの他の構成要素（例えば、電流コレクタ、電気活性材料、電解質）に関する溶媒の不活性に依存し得る。例えば、特定の溶媒または溶媒の組合せは、配合物におけるなにか他の材料（例えば、ポリマー、フィラー等）を溶媒和させるまたは溶解する能力に一部基づいて選択される。ケースによっては、使用される１以上の溶媒は、剥離層の表面を湿らし（そして活性化し）、付着を促進することができるが、剥離層を越えて浸透することはない。適切な溶媒を選ぶとき、このようなそして他のファクターの組合せを考慮し得る。
【００５３】
好適な溶媒の限定されない例としては、水性液体、非水性液体およびこれらの混合物を含む。態様によっては、剥離層に使用され得る溶媒としては、例えば、水、メタノール、エタノール、イソプロパノール、プロパノール、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、シクロヘキサンを含み、それらの混合物も使用できる。非水溶性のさらなる例としては、Ｎ−メチルアセトアミド、アセトニトリル、アセタール、ケタール、エステル、炭酸塩、スルホン、亜硫酸塩、スルホラン、スルホキシド、脂肪族エーテル、環状エーテル、グリムズ(glymes)、ポリエーテル、リン酸エステル、シロキサン、ジオキソラン、Ｎ−アルキルピロリドン、前述の置換形態、およびそれらのブレンドを含むが、それらに限定されるものではない。前述のフッ素化誘導体を使用してもよい。もちろん、必要により他の好適な溶媒も使用できる。所望により１以上の塩を含有する電解質溶媒等の溶媒のさらなる例は、本明細書により詳細に記述されている。
【００５４】
剥離層は、好適な方法であればどのような方法で堆積されてもよい。剥離層を堆積する方法の例としては、スピンキャスティング、ドクターブレード法、フラッシュ蒸着、電子ビーム蒸着、真空熱蒸着、レーザアブレーション、化学蒸着、熱蒸着、プラズマ支援化学蒸着、レーザ強化化学蒸着、ジェット蒸着、および押出を含む。架橋ポリマー層の形態に剥離層を堆積する方法としては、例えば、Ｙｉａｌｉｚｉｓの米国特許第４９５４３７１号に記載されるような、フラッシュ蒸着法を含む。リチウム塩を含有する架橋ポリマー層の形態に剥離層を堆積する方法としては、例えば、Ａｆｆｔｎｉｔｏらの米国特許第５６８１６１５号に記載されているような、フラッシュ蒸発方法を含み得る。剥離層を堆積するのに使用される技術は、堆積される材料、層の厚さ等に依存し得る。他の技術もまた可能である。
【００５５】
ある態様においては、剥離層は、まず剥離層配合剤を形成し、そして、好適な方法で、表面(例えば、キャリヤー支持体表面）上に該剥離層配合剤を配置することにより製造される。場合によっては、剥離層配合剤は、スラリーの形態である。スラリーは、剥離層材料（例えば、ポリマー）を少なくとも一部溶解するかまたは分散させることのできる好適な溶媒であればいかなるものでも含み得る。例えば、疎水性材料で主として形成されている剥離層は、スラリー中に有機溶媒を含んでもよく、一方、親水性材料で主として構成されている剥離層は、スラリー中に水を含んでいてもよい。ある態様においては、水に加えて、または水の代わりに、他の溶媒（例えば、水素結合を形成できる他の溶媒）を含むことができ、剥離層の構成要素と好ましい相互作用をもたらすことができる。例えば、メタノール、エタノール、ブタノールまたはイソプロパノール等のアルコール類を使用できる。ある態様においては、剥離層スラリーは、アルコールを、少なくとも１０重量％、少なくとも１５重量％、少なくとも２０重量％、少なくとも２５重量％、少なくとも３０重量％、少なくとも４０重量％含むが、他の好適な重量％であればいかなる重量％でもよい。ある態様においては、有機酸、エステル、グリムズ、およびエーテル等の他の溶媒を、単独でまたは他の溶媒と組み合わせて使用することもできる。
【００５６】
種々の構成要素の混合は、構成要素の所望の溶解、分散または懸濁が得られる限り、当該分野で公知の色々な方法を使用して達成できる。混合の好適な方法は、機械的攪拌、粉砕、超音波、ボールミル、サンドミルおよびインピンジメントミリング（ｉｍｐｉｎｇｅｍｅｎｔ ｍｉｌｌｉｎｇ）を含が、それらに限定されるものではない。
【００５７】
種々の構成要素の混合は、色々な温度で行われ得る。例えば、ポリマー材料および溶媒等の種々の構成要素を、好適な時間、２５℃以上、５０℃以上、７０℃以上、または９０℃以上の温度で混合し、構成要素の望ましい溶解または分散を得ることができる。ある態様においては、ポリマー材料および溶媒等の種々の構成要素を、好適な時間、５０℃以下、７０℃以下、または９０℃以下の温度で混合し、構成要素の望ましい溶解または分散を得ることができる。望まれたようにポリマーが溶解および/または分散するまで、そのような温度でまたは他の温度での混合を行ってもよい。この溶液/分散は、例えば、好適な温度で、所望により剥離層の他の構成要素（例えば、導電性フィラー、溶媒、架橋剤等）と混合し、剥離層スラリーを形成してもよい。
【００５８】
剥離層配合剤は、好適な方法であればいかなる方法で表面上に配置してもよい。ある態様においては、剥離層配合剤は、スロットダイコーティングまたはリバースロールコーティングにより表面に配置される。各これらの方法において、剥離層配合剤は、キャリヤー支持体等の表面にスラリーとして供給することができ、次に、剥離層のトップに別の層を堆積するに先立って、所望により何回かの硬化ステップ、乾燥ステップおよび/または処理ステップにかけられる。ある態様においては、コーティングの厚さ、機械的結着性および/またはコーティング均一性は、使用されるコーティング方法のパラメーターを変化させることにより調整され得る。
【００５９】
コーティング方法のいくつかの側面を制御し、好適な剥離層を製造できる。非常に薄い剥離層をコーティングするとき、機械的結着性は、コーティングの均一性に依存し得る。溶液からの粒子状不純物および望まれない沈着物の両者は、最終剥離層の機械的特性を劣ったものになし得る。このような不具合を防ぐために、いくつかのステップをとることができる。例えば、剥離層でコートされるべき表面を実質的に静電荷（それは、該表面への剥離層の接着に悪影響を及ぼし得るものであり、さらに該表面上に望まれていない粒子状不純物を引き寄せ得るものである）フリーに保つという方法が含まれる。静電ストリング(static strings)を支持体巻出し(substrate unwind)に適用することにより、またはコートロールの電気状態を制御（例えば、接地、フローティング(floating)、バイアス）することにより、静電荷を減少または除去させることができる。例えば、凝固を防止するために連続混合を採用することにより、コーティング溶液からの望まれない沈着物を防ぐ方法を採用することもできる。他の技術もまた当業者に公知である。
【００６０】
態様の１つのセットにおいて、スロットダイコーティングが、表面上に剥離層コーティングを形成するのに使用される。スロットダイコーティングにおいて、流体がポンプによってダイに届けられ、次に、ポンプにより、コーティング流体が所望の支持体に届けられる。ダイは、普通、３つのピースを含むものとなる：トップ、ボトムおよび内部シム。トップまたはボトムのいずれかが、ウエル、すなわちリザーバを含んでいてもよく、流体を収納し、それをダイの幅広さに塗布する。シムは、コーティング幅を定めると共に、トッププレートとボトムプレート間のギャップのサイズを決定している。
【００６１】
この場合のコーティングの厚さは、主に３つのファクターに依存し得る：流体がダイに届けられる割合（ポンプスピード）、支持体がダイリップを通過して動くスピード（ラインスピード）、およびダイリップのギャップのサイズ（スロット高さ）。厚さは、さらに粘度や固体パーセント等のコートされるべき溶液の固有の特性に依存するであろう。
【００６２】
コーティングの均一性は、ダイ内の内部マニフォールドがいかにうまく支持体幅方向に流体を分配するかに直接的に関係するであろう。コーティングの均一性を制御するために、いくつかのステップをとることができる。例えば、リザーバの形を調整し、ダイの幅方向の圧力を一様にすることができる。内部シムの形状を調整し、流体入口の位置による圧力変化の原因を説明できる。内部シム厚さを調整し、流体入口とダイリップ間により高いまたはより低い圧力降下を作り出すこともできる。圧力降下は、ダイ中における流体の滞留時間を決定し、ダイ中におけるドライアウト等の問題を防ぐであろう。
【００６３】
別の態様のセットにおいては、リザーバロールコーティングが、表面上に剥離層コーティングを形成するのに使用される。１つの態様において、３ロールリバースロールコータ流体が、第１のローラー（計量ローラー）により取り上げられ、第２のローラー（塗布ローラー）に制御されて移送され、そして、支持体がそばを通りながら、支持体により第２ローラーから拭い去られる。より多くのローラーを使用し、同様の技術を採用することができる。コーティング流体をポンプでリザーバに届ける；パンが満たされたとき、計量ローラーがコーティング流体に部分的に浸浸しているように、計量ローラーは位置付けられる。計量ローラーが、回転するにつれ、塗布ローラーが移動し（または逆もまた同様）、流体が、その２つの間に移送される。流体の量、および、その結果として、剥離層の最終コート厚さは、塗布ローラーに移送される流体の量に決定される。流体移送の量は、ローラー間のギャップを変えることにより、またはプロセスのどこかのポイントでドクターブレードを適用することにより影響され得る。コーティング厚さは、また、スロットダイコーティングと同様にラインスピードにより影響を受ける。リバースロールコーティングの場合におけるコーティングの均一性は、どれかが使用されると、コートロールおよびドクターブレードの均一性に主に依存し得る。好適な組成、コンフィギュレーション（例えば、架橋あるいは実質的に未架橋）および剥離層の寸法を決定することは、過度の実験なくして当業者により行うことができる。本明細書に記載されているように、剥離層は、例えば、電解質中での不活性そして他のファクターの中で、該剥離層を、最終電極または電気化学セル中に組み入れるべきものであるかどうかに基づいて選ばれてよい。剥離層を形成するのに使用される特別な材料は、各層の堆積に使用される厚さおよび方法はもちろん、例えば、剥離層に隣接して置かれる層の材料組成物およびそれらの層に対する接着親和性に依存し得る。剥離層の寸法は、組み立ての間、好適な剥離特性または他の特性を提供しつつ、電気化学セルが、低い総重量を有するように選ばれ得る。
【００６４】
剥離層の適切な材料を選ぶための一つの簡単なスクリーニングテストは、剥離層を形成し、電解質中に該層を浸浸し、そして、コントロール系と比較して、抑制的または他の破壊的挙動（例えば、崩壊）が生じるかどうか観測することを含み得る。剥離層に付けられた他の層（例えば、保護層、電気活性材料層）について同様に行い得る。別の簡単なスクリーニングテストは、１以上の剥離層を含む電極を形成すること、バッテリーの電解質中に他のバッテリー成分の存在下に該電極を浸浸すること、バッテリーを放電/充電すること、そして、コントロール系と比較して、比放電容量が高いか低いかを観測することを含み得る。高い放電容量は、剥離層とバッテリーの他の構成要素との間で不都合な反応が全くないか最小であることを示し得る。
【００６５】
剥離層が、一表面に対して適切な付着力を有し、他の表面に対しては比較的低い付着力を有し該剥離層が剥離可能であるかどうかテストするため、付着性または表面の単位面積から剥離層を取り除くのに要求される力を（例えば、Ｎ/ｍ２の単位において）測定することができる。付着性は、引張試験装置または他の好適な装置を使用して測定することができる。このような実験は、所望により、溶媒（例えば、電解質）または他の構成要素（例えば、フィラー）の存在下で行い、付着力への溶媒および/または構成要素の影響を決定することができる。態様によっては、引張強度または煎断強度の機械的テストを行うことができる。例えば、剥離層を第１の表面上に置いてもよく、そして表面がもはや接合していなくなるまで反対方向の力をかけることができる。（絶対）引張強度または煎断強度は、引張または煎断下の最大負荷をそれぞれ測定し、物品間の境界面面積（例えば、物品間でオーバーラップしている表面面積）で割ることにより決定される。正規引張強度または煎断強度は、引張強度または煎断強度を、物品に印加された剥離層の質量でそれぞれ割ることにより決定することができる。態様の１つのセットにおいて、「Ｔ-ピールテスト」が使用される。例えば、テープ片のようなフレキシブルな物品を、剥離層の表面上に配置することができ、そしてそのテープを、一方の端を持ち上げ、テープを取りのぞきながら他の層から分れるポイントに対して約９０度でストリップベント（strip bent)を継続的に定義するようにその端を層に対してほぼ垂直方向に引っ張り、該テープを取り去ることにより、他の層の表面から引き離すことができる。他の態様において、層間の相対的付着力は、２つの層の間（例えば、キャリヤー支持体および電流コレクタの間）に剥離層を配置することにより決定することができ、表面がもはやつながれていなくなるまで、力を印加する。このような態様によっては、第１の表面には付着するが、剥離層の力学的崩壊なく、第２の表面から剥離する剥離層は、電気化学セルの構成要素を組み立てるための剥離層として有用で有り得る。２つの表面間の付着を容易にする付着促進剤の効果は、同様な方法を使用してテストすることができる。他の簡単なテストが公知であり、同業者により行われ得る。
【００６６】
剥離層と剥離層が接している２つの表面間での付着力におけるパーセント差（percent difference)は、これら２つの境界面での接着力間の相違をとるこことにより計算され得る。例えば、２層間（例えば、キャリヤー支持体および保護層間）に位置している剥離層に対して、第１の層（例えば、キャリヤー支持体）上の剥離層の付着力を算出することができ、そして第２の層（例えば、保護層）上の剥離層の付着力を算出することができる。より小さい値をより大きな値から引き算し、この差をより大きな値で割り、各２つの層と剥離層間の付着力におけるパーセント差を決定することができる。態様によっては、付着力におけるパーセント差は、約２０％以上、約３０％以上、約４０％以上、約５０％以上、約６０％以上、約７０％以上、約８０％以上である。付着力におけるパーセント差は、各層の適切な材料を選ぶこと等することにより、本明細書に記載方法により調整されてもよい。
【００６７】
剥離層と電気化学セルの構成要素（第２の剥離層を含む）間の付着および/または剥離は、吸着、吸収、ファンデルワールス相互作用、水素結合、共有結合、イオン結合、架橋、静電相互作用、およびそれらの組合せ等と関連を有する。これらの相互作用の種類および程度もまた、本明細書に記載されている方法で調整されうる。
【００６８】
剥離層が最終電極構造に組み込まれる態様においては、電気化学セル内においてセパレーターとして機能できる剥離層を提供することが望ましい。このような態様においては、剥離層は電気化学セルの電気活性種に対して伝導性である。剥離層の伝導性は、例えば、乾燥状態における材料の真性伝導度を通して与えられるか、あるいは、剥離層は、電解質により膨潤し、ぬれた状態で伝導性を呈するゲルポリマーを形成することができるポリマーを含有していてもよい。なんらかの量のイオン伝導性を呈する材料がこのような態様に使用できるとしつつ、態様によっては、剥離層は、例えば、約１０−７Ｓ/ｃｍ以上、約１０−６Ｓ/ｃｍ以上、約１０−５Ｓ/ｃｍ以上、約１０−４Ｓ/ｃｍ以上、約１０−３Ｓ/ｃｍ以上、約１０−２Ｓ/ｃｍ以上、約１０−１Ｓ/ｃｍ以上、約１Ｓ/ｃｍ以上、約１０１Ｓ/ｃｍ以上、約１０２Ｓ/ｃｍ以上、約１０３Ｓ/ｃｍ以上、約１０４Ｓ/ｃｍ以上の伝導性、または乾燥あるいはぬれた状態でなんらかの他の適切な伝導性を呈し得る材料で作られている。それに応じて、剥離層は、約１０４Ｓ/ｃｍ以下、約１０３Ｓ/ｃｍ以下、約１０２Ｓ/ｃｍ以下、約１０Ｓ/ｃｍ以下、約１０−１Ｓ/ｃｍ以下、約１０−２Ｓ/ｃｍ以下、約１０−３Ｓ/ｃｍ以下の伝導性、または乾燥あるいはぬれた状態でなんらかの他の適切な伝導性を呈しうる。上記の組合せは可能である（例えば、約１０−４Ｓ/ｃｍ以上と約１０−１Ｓ/ｃｍ以下）。他の範囲もまた可能である。
【００６９】
図２を再度参照するが、その上に保護層を堆積するスムーズな表面を提供するためには、剥離層と保護層の間の境界面に対応し、第１のキャリヤー支持体と反対側の表面５は低い表面粗さを呈することが望ましい。態様の１つのセットにおいては、剥離層の表面および保護層堆積後に形成される対応境界面は、約２μｍ以下、約１．５μｍ以下、約１μｍ以下、約０．９μｍ以下、約０．８μｍ以下、約０．７μｍ以下、約０．６μｍ以下、約０．５μｍ以下の平均山谷粗さ（Ｒｚ）またはなんらかの他の適切な粗さを有する。それに応じて、剥離層および対応する境界面の表面は、約５０ｎｍ以上、約０．１μｍ以上、約０．２μｍ以上、約０．４μｍ以上、約０．６μｍ以上、約０．８μｍ以上、約１μｍ以上のＲｚ、または何らかの他の好適な粗さを呈し得る。上記した範囲の組合せは可能である（例えば、約０．１μｍ以上と約１μｍ以下のＲｚ）。他の範囲もまた可能である。
【００７０】
剥離層は、下にある支持体から保護層を分離し、その上に保護層を堆積させるスムーズな表面を提供するに好適な厚さであればいかなる厚さでもあってもよい。１つの態様においては、剥離層の厚さは、下にあるキャリヤー支持体の平均山谷表面粗さの約１倍以上、約２倍以上、約３倍以上、または約４倍以上である。剥離層が最終電極構造においてセパレーターとして機能する態様においては、より厚い剥離層が望まれ得る。上記を考慮すると、使用される特定のキャリヤーおよび剥離層の意図された機能にも依存するが、剥離層厚さは、約０．１μｍ以上、約０．２μｍ以上、約０．３μｍ以上、約０．４μｍ以上、約０．５μｍ以上、約０．６μｍ以上、約０．７μｍ以上、約０．８μｍ以上、約０．９μｍ以上、約１μｍ以上、約２μｍ以上、約３μｍ以上、約４μｍ以上、約５μｍ以上、約１０μｍ以上、約２０μｍ以上、またはなんらかの他の好適な厚さであり得る。それに応じて、剥離層厚さは、約１００μｍ以下、約５０μｍ以下、約２０μｍ以下、約１０μｍ以下、約５μｍ以下、約４μｍ以下、約３μｍ以下、約２μｍ以下、約１μｍ以下、またはなんらかの他の好適な厚さであり得る。上記した範囲の組合せは可能である（例えば、剥離層は、約０．１μｍ以上かつ約１μｍ以下の厚さを有し得る）。他の範囲もまた可能である。
【００７１】
上記に加えて、剥離層が最終電極構造に組み入れられる態様においては、剥離層はセル内部抵抗の一因となる。それ故、態様によっては、所望の保護層の厚さに関連して剥離層の厚さを限定し、セル内部抵抗の増加を限定することが望まれ得る。ある態様においては、剥離層の厚さは、保護層の厚さの約１倍以下、約０．９倍以下、約０．８倍以下、約０．７倍以下、約０．６倍以下、約０．５倍以下、約０．４倍以下、約０．３倍以下、約０．２倍以下であり得る。それに応じて、剥離層の厚さは、保護層の厚さの約０．１倍以上、約０．２倍以上、約０．３倍以上、約０．４倍以上、約０．５倍以上であり得る。上記の組合せは可能である（例えば、剥離層の厚さは、保護層の厚さの約０．４倍以上かつ約０．６倍以下であってよい）。他の範囲もまた可能である。
【００７２】
剥離層を最終電極構造（例えば、アノード）または電気化学セルに組み込むある態様においては、剥離層（例えば、ポリマー層または他の好適な材料）は、電気化学セルを操作している間、第１の電解質溶液はアノードに不均衡に存在しており、一方で、第２の電解質溶媒は実質的に剥離層から除かれている（そして、カソードに不均衡に存在し得る）というように、不均一な電解質の１つの電解質溶液に対して親和性を有してもよい。
【００７３】
第1の電解質溶媒は、アノードにより近くに存在するので、電気活性材料に対する低い反応性（例えば、電気活性材料が、リチウムの場合においては、第1の電解質は、高いリチウムサイクル能を可能にし得る）、適度なイオン（例えば、リチウムイオン）伝導性、そして、Ｌｉ−Ｓセルの場合は、（ポリスルフィドはリチウムと反応することができるので）第２の電解質溶媒よりも比較的低いポリスルフィド溶解性等の1以上の特徴を有するということが一般的に選ばれる。第２の電解質溶媒は、カソードに不均衡に存在し得、そして、例えば、セパレーター、カソードに隣接するポリマー層中および/または、カソードの電気活性材料層（例えば、カソード活性材料層）中に実質的に存在し得る。場合によっては、第２の電解質溶媒は、アノードと本質的に接触しない。第２の電解質溶媒は、例えば、Ｌｉ−Ｓセルに対しては、高いポリスルフィド溶解性、高い速度能力、高いイオウ利用率、および高いリチウムイオン伝導性等のより良好なカソード性能に有利に働く特性を有し得、また広い液体状態温度範囲を有し得る。場合によっては、第２の電解質溶媒は、第１の電解質溶媒よりも高いリチウムへの反応性を有する。それ故、バッテリーを操作中、第２の電解質溶媒をカソードに（すなわち、アノードから離れて）存在させるようにすることが望ましく、それにより、アノードでのその濃度および反応性を効果的に減じる。
【００７４】
上記したように、不均一な電解質の第１の電解質溶媒が、ポリマー層中に存在している（ことにより、アノードに不均衡に存在し（例えば、保護層または多層保護層に隣接して配置され）てもよい。従って、剥離層の材料組成物は、その材料が、第２の電解質溶媒に比べて、第１の電解質溶媒に比較的高い親和性（高い溶解性）を有するというように選ばれる。例えば、態様によっては、剥離層は、モノマー、第１の電解質溶媒、そして所望により他の成分（例えば、架橋剤、リチウム塩等）を混合し、この混合物をアノード上に配置することによりゲルの形態で調製される。モノマーは、（例えば、ラジカル開始剤、紫外線照射、電子線、または触媒（例えば、酸、塩基、または遷移金属触媒）を使用する）種々の方法で重合し、ゲル電解質を形成することができる。重合は、アノード上に混合物を配置する前か、または後に行い得る。本明細書に記載されているような電極の他の構成要素を組み立てた後、またバッテリーの組み立て後、バッテリーは、第２の電解質溶媒で満たすことができる。第２の電解質溶媒は、剥離層から遮断してもよい（例えば、剥離層中にすでに存在する第１の電解質溶媒とポリマーとの高い親和性のため、および/または第１の電解質溶媒と第２の電解質溶媒間の非混和性のためである）。
【００７５】
別の態様においては、剥離層は、本明細書に記載されているようにアノードに形成され、バッテリーの組み立て前に乾燥される。次に、バッテリーは、第１の電解質溶媒および第２の電解質溶媒を含む不均一な電解質で満たされる。剥離層が、第１電解質の方により高い親和性を有する（および/またはセパレーターおよび/またはカソードが第２の電解質溶媒の方により高い親和性を有し得る）ように選択されていると、一旦、第１の電解質溶媒および第２の電解質溶媒がバッテリーに導入されると、それらの少なくとも一部は分離され得る。別の態様においては、第１の電解質溶媒および第２の電解質溶媒の分離は、バッテリーの第１の放電の開始後に行うことができる。例えば、バッテリーを操作している間、熱が生み出されるので、剥離層と第１の電解質溶媒との間の親和性は増加し得る（および/またはセパレーターおよび/またはカソードと第２の電解質溶媒との間の親和性は増加し得る）。それ故、バッテリーを操作している間に、電解質溶媒のより程度の大きな分離が生じ得る。さらに、より低い温度では、第１の電解質溶媒は剥離層にトラップされ、第２の電解質溶媒は、セパレーターおよび/またはカソードの細孔内部にトラップされるように、その効果は非可逆であり得る。場合によっては、ポリマー/電解質溶媒相互作用の所望の程度に影響するように、バッテリーの構成要素（例えば、剥離層）は、使用前に、（例えば、熱で）前処理し得る。電解質溶媒を分離する他の方法もまた可能である。
【００７６】
別の態様においては、本明細書に記載されているように、剥離層は、アノードに堆積され、（剥離層を含む）該アノードは、第１の電解質溶媒にさらされる。このようにさらされることにより、第１の電解質溶媒が、剥離層に吸収されることができる。剥離層をアノードとカソードとの間に配置するようにして、アノードに隣接してカソードを配置することにより、バッテリーを形成することができる。そして、例えば、第２の電解質溶媒の少なくとも一部が、カソードに吸収されるように、カソードを第２の電解質溶媒にさらし得る。他の態様においては、カソードは、アノードとカソードを組み立てる前に、第２の電解質溶媒にさらし得る。所望により、カソードは、第１の電解質溶媒よりも第２の電解質溶媒をより多く優先的に吸収するポリマーを含み得る。態様によっては、例えば、適切な剥離層および/または、アノードおよび/またはカソードを形成するのに使用される材料を選ぶことにより第１の電解質溶媒と第２の電解質溶媒の少なくとも一部をバッテリー内部で分離することができる。例えば、より高い割合の第１の電解質溶媒がアノードに存在し得、そして、より高い割合の第２の電解質溶媒がカソードに存在し得る。
【００７７】
剥離層が、最終電極構造および/または電気化学セル中へ組み入れられる態様においては、剥離層は、セルのサイクリングの間にわたり、電気化学セルまたはセルの構成要素に印加される力または圧力の印加に耐える能力を有するようにデザインされる。圧力は、外部印加（例えば、態様によっては、一軸）圧力であり得る。外部印加圧力は、態様によっては、電気活性材料層を形成する材料の降伏応力より大きくなるように選ばれ得る。例えば、電気活性材料層がリチウムを含有する態様においては、セルに印加される加圧力は、約５ｋｇ/ｃｍ２以上であり得る。態様によっては、加圧力は、約５ｋｇ/ｃｍ２以上、約６ｋｇ/ｃｍ２以上、約７ｋｇ/ｃｍ２以上、約８ｋｇ/ｃｍ２以上、約９ｋｇ/ｃｍ２以上、または他の適切な圧力であり得る。それに応じて、加圧力は、約２０ｋｇ/ｃｍ２以下、約１０ｋｇ/ｃｍ２以下、約９ｋｇ/ｃｍ２以下、約８ｋｇ/ｃｍ２以下、約７ｋｇ/ｃｍ２以下、約６ｋｇ/ｃｍ２以下、または、他の適切な圧力であり得る。上記の組合せが可能である（例えば、約５ｋｇ/ｃｍ２以上、約１０ｋｇ/ｃｍ２以下の加圧力）。他の範囲もまた可能である。適切な圧力を電気化学セルに印加するための好適な構造が、「電気化学セル」と題され、Ｕ．Ｓ公開公報第２０１１/０１７７３９８号として公開された、２０１０年８月２４日出願のＵ．Ｓ．特許出願第１２/８６２５２８号により詳細に記載されており、あらゆる目的のために、その全体を参考に本明細書に取り入れるものである。
【００７８】
図２に説明的に示されているように、保護層６は、剥離層の表面５上に配置され得る。理論により縛られることを望まないが、より薄い保護層（例えば、およそ下にある剥離層の粗さ程度の厚さ）のためには、保護層の平均山谷粗さは、保護層と剥離層との間の境界面のそれと実質的に同様であり得る。それ故、保護層が、保護層の粗さより小さいとき、図１Ａ−１Ｂに関し上記したように、欠陥またはギャップが、保護層に存在しうる可能性がある。その結果、少なくとも１態様においては、保護層厚さは、保護層、剥離層の表面、および/または剥離層との境界面のおよそ平均山谷粗さより厚くし、実質的に連続層を提供するということが望ましい。態様によっては、保護層厚さは、保護層、剥離層表面、および/または剥離層との境界面の平均山谷粗さの約１倍以上、約２倍以上、約３倍以上、約４倍以上とし、実質的連続の保護層をさらに確実なもとし得る。態様によっては、保護層厚さは、保護層、剥離層表面、および/または剥離層との境界面の平均山谷粗さの約１０倍以下、約７倍以下、約５倍以下、約３倍以下、約２倍以下であり得る。上記参考範囲の組合せもまた可能である（例えば、保護層、剥離層表面、および/または剥離層との境界面の平均山谷粗さの約１倍以上で、かつ約５倍以下）。他の範囲もまた可能である。
【００７９】
１態様例において、剥離層の表面、保護層６、および/または剥離層４と保護層６との境界面は、約０．１μｍないし約１μｍ間の平均山谷粗さを呈してもよい。このような態様においては、保護層厚さは、例えば、約０．１μｍないし約２μｍの範囲であり得る。例えば、所望の保護層厚さが、約１μｍないし約２μｍであるなら、剥離層の表面５、保護層６、および/または剥離層４と保護層６との間の境界面の平均山谷粗さは、態様によっては約１μｍ未満であり得る。
【００８０】
上記を考慮して、保護層の厚さは約５μｍ以下、約２μｍ以下、約１．５μｍ以下、約１．４μｍ以下、約１．３μｍ以下、約１．２μｍ以下、約１．１μｍ以下、約１μｍ以下、約０．９μｍ以下、約０．８μｍ以下、約０．７μｍ以下、約０．６μｍ以下、約０．５μｍ以下、約０．４μｍ以下、約０．３μｍ以下、約０．２μｍ以下、約０．１μｍ以下、約５０ｎｍ以下、約３０ｎｍ以下、または他の適正な厚さであり得る。それに応じて、保護層の厚さは、約１０ｎｍ以上、約３０ｎｍ以上、約５０ｎｍ以上、約０．１μｍ以上、約０．２μｍ以上、約０．３μｍ以上、約０．４μｍ以上、約０．６μｍ以上、約０．８μｍ以上、約１μｍ以上、約１．２μｍ以上、約１．４μｍ以上、約１．５μｍ以上、または他の適切な厚さであり得る。上記の組合せは可能である（例えば、保護層の厚さは、約２μｍ以下で、かつ約０．１μｍ以上であり得る）。他の範囲もあり得る。
【００８１】
保護層は、下にある電極構造のための保護層として作用することができる好適な材料であればいかなる材料で製造されてもよく、それは電気活性種に対して伝導性である。保護層は、「単一イオン伝導性材料層」として呼びうる。特定の態様によるが、保護層は、電気的に絶縁性であるか、または電気的に伝導性いずれでもあり得る。態様によっては、保護層は、セラミック、ガラス質−セラミック、またはガラスである。リチウム金属をベースとした電極構造に関する現在の議論については、保護層のために好適な材料は、以下のものに限定されるものではないが、窒化リチウム、ケイ酸リチウム、ホウ酸リチウム、アルミン酸リチウム、リン酸リチウム、リチウムリンオキシナイトライド、リチウムシリコ硫化物、リチウムゲルマノ硫化物、リチウム酸化物（例えば、Ｌｉ２０、ＬｉＯ、Ｌｉ０２、ＬｉＲ０２（Ｒは希土類金属である）、リチウムランタン酸化物、リチウムチタン酸化物、リチウムボロ硫化物、リチウムアルミノ硫化物、リチウムフォスフォ硫化物、およびこれらの組み合わせを含み得る。
【００８２】
保護層は、スパッタリング、電子ビーム蒸着、真空熱蒸着、レーザアブレーション、化学蒸着（CVD）、熱蒸着、プラズマ促進化学蒸着（PECVD）、レーザ促進化学蒸着、およびジェット蒸着等の好適な方法であればいかなる方法でも堆積され得る。使用される技術は、蒸着される材料の種類、層の厚さ等に依存し得る。
【００８３】
態様によっては、いくらかの多孔率を有する保護層は、保護層のピンホールおよび/またはナノ細孔をポリマーで充填するというふうに、ポリマーまたは他の材料で処理することができる。このような構造を形成するための技術の例が、「電気化学セル」と題され、Ｕ．Ｓ公開公報第２０１１/０１７７３９８号として公開された、２０１０年８月２４日出願のＵ．Ｓ．特許出願第１２/８６２５２８号により詳細に記述されており、あらゆる目的のために、その全体を参考に本明細書に取り入れるものである。
【００８４】
さらに、または、もう一つの選択肢として、態様によっては、保護層は、電気活性種に対して伝導性のあるポリマー層であってもよい。好適なポリマーとしては、導電性イオン伝導ポリマーおよび電気絶縁性イオン伝導ポリマーの両者を含むが、それらに限定されるものではない。可能な導電性ポリマーとしては、以下のものを含むが、それらに限定されるものではない：ポリアセチレン、ポリピロール、ポリチオフェン、ポリアニリン、ポリフルオレン、ポリナフタレン、ポリ（ｐ−フェニレンスルフィド）、およびポリ（パラ-フェニレンビニレン）。可能な電気絶縁性ポリマーとしては、以下のものを含むが、それらに限定されるものではない：アクリレート、ポリエチレンオキシド、シリコーン、およびポリビニルクロライド。剥離層用として本明細書に記載されているポリマーも使用することができる。上記ポリマーは、イオン伝導塩をドープして、所望のイオン伝導特性を付与あるいは向上してもよい。他の塩を他の化学的性質のために使用され得るが、リチウムベースのセルに対して適切な塩は、例えば、ＬｉＳＣＮ、ＬｉＢｒ、ＬｉＩ、ＬｉＣｌ０４、ＬｉＡｓＦ６、ＬｉＳＯ３ＣＦ３、ＬｉＳＯ３ＣＨ３、ＬｉＢＦ４、ＬｉＢ（Ｐｈ）４、ＬｉＰＦ６、ＬｉＣ（Ｓ０２ＣＦ３）３、およびＬｉＮ（Ｓ０２ＣＦ３）２を含む。上記材料は、スピンキャスティング、ドクターブレード法、フラッシュ蒸着またはなんらかの他の適切な堆積技術を使用して、堆積され得る。態様によっては、保護層は、剥離層用として本明細書にリストされている好適なポリマー材料で、形成されているか、または含み、そのポリマーは、所望により、修正された分子量、架橋密度を有していてもよく、および/または添加剤あるいは他の成分が添加されていてもよい。
【００８５】
たったひとつの保護層が、図面に描かれているが、複合保護層または多層保護層が使用される態様もまたイメージされる。可能な多層構造は、「電気化学セル」と題され、Ｕ．Ｓ公開公報第２０１１/０１７７３９８号として公開された、２０１０年８月２４日出願のＵ．Ｓ．特許出願第１２/８６２５２８号により詳細に記述されているような、ポリマー層および単一イオン伝導性層の配列を含むことができる。その内容を、あらゆる目的のために、その全体を参考に本明細書に取り入れるものである。例えば、態様によっては、多層保護層は、単一イオン伝導性層とポリマー層を交互にすることを含み得る。可能な多層構造の他の例および構成が、Ａｆｆｉｎｉｔｏらの「充電可能なリチウム/水、リチウム/空気バッテリー」と題され、Ｕ．Ｓ公開公報第２００７/０２２１２６５号として公開された、２００６年４月６日出願のＵ．Ｓ．特許出願第１１/４００７８１号により詳細に記載されてもいる。あらゆる目的のために、その全体を参考に本明細書に取り入れるものである。
【００８６】
多層保護層は、種の電気活性材料層への直接フローを減少させることにより、優れた透過バリアーとしての働きをすることができる。これらの種は、層中の欠陥またはオープンスペースを通じて拡散する傾向にあるからである。結果的に、デンドライト形成、自己放電、およびサイクル寿命のロスを減少できることになる。多層保護層の別の有利な点は、構造の力学的性質を含む。単一イオン伝導性層に隣接してポリマー層を位置づけると、単一イオン伝導性層にひびが入る傾向を減少させることができ、構造のバリアー特性を増加することができる。それ故、これらの積層品は、介在ポリマー層がない構造に比べ、製造プロセス中の操作によるストレスに対してより強固なものとなり得る。さらに、多層保護層は、セルの放電および充電サイクルの間にリチウムが電気活性材料層から行ったり来たりする移動に付随して起こる体積変化に対する許容度を増す。
【００８７】
ここで、電気活性材料に戻り、図２を参照すると、電気活性材料層８は、所望の用途に使用される適切な材料であればいかなるものから作られていてもよい。それ故、多くの態様が本明細書に記述され、電気活性物質としてリチウムに言及されているが、他の電気活性材料も可能である。態様によっては、電気活性材料は、Ａｌ，Ｍｇ，ＺｎまたはＳｉでドープされたリチウム金属等の金属アロイである。他の例としては、「電気化学セル」と題され、Ｕ．Ｓ公開公報第２０１１/０１７７３９８号として公開された、２０１０年８月２４日出願のＵ．Ｓ．特許出願第１２/８６２５２８号により詳細に記述されているアロイであり、あらゆる目的のために、その全体を参考に本明細書に取り入れるものである。他の態様において、好適な電気活性物質としては、カーボン‐含有材料（例えば、リチウムイオン電気化学セル用）を含む。他の材料もまた可能である。
【００８８】
電気活性材料は、物理蒸着、スパッタリング、化学蒸着、電気化学蒸着、熱蒸着、ジェット蒸着、レーザーアブレーション(laser ablation)および他の適切ないかなる方法を使用して堆積されてもよい。他の態様においては、電気活性材料は、電気活性材料層を保護層に結合させることにより保護層上に堆積される。このような態様においては、一時的な結合層が、電気活性材料層を結合させるに先立って、保護層上へ堆積され得るか、または電気活性材料層が、保護層に直接結合され得る。態様によっては、一時的な結合層は、続いて起こる電気化学セルにおける電極構造のサイクリングの際に電気活性材料とアロイを形成し得る。例えば、態様により、リチウムと合金にできる銀および/または他の金属を使用することができる。保護層がすでに形成されているかまたは堆積されている態様においては、電気活性材料層の暴露面上の表面粗さを低く維持することが不要であり得る。しかしながら、電気活性材料の表面粗さを制御する態様もイメージされる。
【００８９】
ある態様においては、電気活性材料層の厚さは、例えば、約２から２００ミクロンまで変化してもよい。例えば、電気活性材料層は、約２００ミクロン以下、約１００ミクロン以下、約７５ミクロン以下、約５０ミクロン以下、約２５ミクロン以下、約１０ミクロン以下、または約５ミクロン以下の厚さを有し得る。態様によっては、電気活性材料層は、約１ミクロン以上、約５ミクロン以上、約１５ミクロン以上、約２５ミクロン以上、約５０ミクロン以上、約７５ミクロン以上、約１００ミクロン以上、または約１５０ミクロン以上の厚さを有し得る。上記参照範囲の組合せも可能である（例えば、約２５ミクロン以上かつ約５０ミクロン以下）。他の範囲も可能である。厚さの選択は、所望のサイクル寿命、セル容量、およびカソード電極の厚さ等のセルのデザインパラメーターに依存し得る。
【００９０】
態様によっては、図２Ａに描かれているようなものは、電気活性材料層は、電気活性材料および電気コレクタの両方として機能する。別に、態様によっては、高率(high rate)電気化学セル用の電極構造等のようなものは、図２Ｄに描かれているように、電流コレクタを含むことが望ましい。このような態様においては、電流コレクタは、電気活性材料から電荷を集め、その電荷をリード線および外部接触点に導く。態様によっては、電流コレクタは、電極構造をサポートする構造的要素として機能してもよい。
【００９１】
電流コレクタに対する好適な材料は、以下のものを含が、それらに限定されるものではない：金属（例えば、銅、ニッケル、アルミニウム、不動態化金属、および他の適切な金属）；金属化ポリマー；導電性ポリマー；導電性粒子をその中に分散させて含むポリマー；および他の適切な材料。態様によっては、電流コレクタは、物理蒸着、化学蒸着、電気化学蒸着、スパッタリング、ドクターブレーディング、フラッシュ蒸発、または選択された材料のための任意の他の適切な堆積技術を使用して、電気活性材料層上に堆積されてもよい。別に、電流コレクタは、別個に形成し、そして電極構造に結合し得る。
【００９２】
本明細書に記載されているように、剥離層は、キャリヤー支持体上に置き、電極の組立を容易にし得る。任意の好適な材料をキャリヤー支持体として使用できる。態様によっては、キャリヤー支持体の材料（および厚さ）は、高温等何らかの加工条件に耐える能力により選び得る。支持体材料は、少なくとも一つには、剥離層への接着親和性に基づいて選択されてもよい。態様によっては、キャリヤー支持体は、ポリマー材料である。キャリヤー支持体の全部または一部を形成するのに使用される好適な材料の例としては、剥離層として好適なものとして本明細書に記載されているもののいくつかを含み、それらは所望により、修正された分子量、架橋密度を有していてもよく、および/または添加剤あるいは他の成分が添加されていてもよい。ある態様においては、キャリヤー支持体は、ポリエチレンテレフタレート（PET）（例えば、光学グレードのポリエチレンテレフタレート）等のポリエステル、ポリオレフィン、ポリプロピレン、ナイロン、ポリ塩化ビニル、及びポリエチレン（それらは、所望により金属化され得る）を含有している。態様によっては、キャリヤー支持体は、金属またはセラミック材料を含有する。態様によっては、キャリヤー支持体は、より厚い支持体材料上に配置され得るフィルムを含む。例えば、ある態様においては、キャリヤー支持体は、ポリマーフィルムまたは（アルミニウムおよび銅等の種々の金属を使用している）金属化ポリマーフィルムを含む。キャリヤー支持体は、フィラー、バインダー、および/または界面活性剤等さらなる成分をも含み得る。
【００９３】
さらに、キャリヤー支持体は、任意の好適な厚さを有し得る。例えば、キャリヤー支持体の厚さは、約５ミクロン以上、約１５ミクロン以上、約２５ミクロン以上、約５０ミクロン以上、約７５ミクロン以上、約１００ミクロン以上、約２００ミクロン以上、約５００ミクロン以上、または約１ミリ以上であり得る。態様によっては、キャリヤー支持体は、約１０ｍｍ以下、約５ｍｍ以下、約３ｍｍ以下、または約１ｍｍ以下の厚さを有し得る。上記参照範囲の組合せも可能である（例えば、約１００ミクロン以上かつ約１ｍｍ以下）。他の範囲も可能である。態様によっては、キャリヤー支持体は、剥離層の厚さと等しいかまたはそれより厚い厚さを有する。
【００９４】
態様の一セットにおいて、キャリヤー支持体は、剥離層の所望の表面粗さに等しいかまたはそれより小さい表面粗さを呈する。理論に縛られることを望まないが、比較的スムーズなキャリヤー支持体の使用は、望ましいことに、より薄い剥離層の使用を可能にし、キャリヤー支持体堆積表面にわたって実質的に連続的被覆面積を確保し得る。態様によっては、キャリヤー支持体の表面は、約２μｍ以下、約１．５μｍ以下、約１μｍ以下、約０．９μｍ以下、約０．８μｍ以下、約０．７μｍ以下、約０．６μｍ以下、約０．５μｍ以下、約０．４μｍ以下、約０．３μｍ以下、約０．２μｍ以下、約０．１μｍ以下、または任意の他の適切な粗さの平均山谷粗さ（Ｒｚ）を有し得る。対応して、キャリヤー支持体の表面は、約５０ｎｍ以上、約０．１μｍ以上、約０．２μｍ以上、約０．４μｍ以上、約０．６μｍ以上、約０．８μｍ以上、約１μｍ以上、または、任意の他の適切な粗さのＲｚを呈しうる。上記参照範囲の組合せも可能である（例えば、約０．１μｍ以上かつ、約１μｍ以下）。他の範囲も可能である。
【００９５】
態様の一セットにおいて、キャリヤー支持体は、剥離層の所望の表面粗さを超える表面粗さを呈し得る。剥離層の所望の表面粗さを得るために、剥離層の厚さは、剥離層の表面粗さが下にあるキャリヤー支持体表面粗さから実質的に断ち切られることを可能とするに十分厚いものであるように選ばれ得る。この断ち切り(decoupling)は、剥離層が、下にある支持体の平均山谷粗さ未満である平均山谷粗さを有することを可能とする。態様によっては、剥離層厚さは、キャリヤー支持体のＲｚの約２０倍以下、約１５倍以下、約１０倍以下、約５倍以下、約４倍以下、約３倍以下、または約２倍以下であり得る。それに応じて、剥離層厚さは、キャリヤー支持体のＲｚの約１倍以上、約２倍以上、約３倍以上、約４倍以上、約５倍以上、約１０倍以上であり得る。上記範囲の組合せも可能である（例えば、キャリヤー支持体のＲｚの約２倍以上かつキャリヤー支持体のＲｚの約１０倍以下の剥離層厚さ）。他の範囲も可能である。
【００９６】
図３−５は、２つの別個の電極構造から、単一の複合電極構造を形成するラミネーションプロセスを描いている。このような態様は、それが、プレート(plate)配列およびジェリーロール(jellyroll)配列で生じるような電気化学セルの電気化学反応に関係するための電極構造の反対側にアレンジされる２つの電気活性表面を創出するという点において有利である。描かれた態様において、第１の部分１２および第２の部分１４は、キャリヤー支持体２上に配置された剥離層４上に配置された保護層６上に配置された電気活性材料層８を含む。第１部分および第２部分１２と１４は、２つの電気活性材料層がお互いに隣接することとなるように、方向を合わせられている。そして、図４に描かれているように、圧力１６が第１部分と第２部分に印加されている。態様によっては、圧力は、リチウム表面の変形および第１部分と第２部分との間の付着を引き起こすに十分なものである。該２つの部分がラミネートされた後、結果として生じる複合電極構造から、キャリヤー支持体２を離層し、または、別の方法で取り除き、図５に描かれている最終電極構造を形成してもよい。図６−８に描かれているように、態様によっては、第１部分と第２部分１２と１４の少なくとも１つは、電流コレクタ１０を含む。次に複合電極構造は、同じラミネーションプロセスを受け、電流コレクタが複合電極構造の中心に埋め込まれた電極構造を形成する。本明細書に記載されているように、ある態様においては、他の介在層が、図３−５に示されている層の間に存在してもよい。
【００９７】
態様によっては、電極部分が最終電気化学セル中にある、および/またはセルの使用中であるとき、２つの電極部分のラミネーションの間、圧力が印加される。圧力は外部印加（例えば、態様によっては、単軸）圧力であり得る。外部印加圧力は、態様によっては、電気活性材料を形成する材料の降伏応力と同等以上となるように選ばれ得る。例えば、リチウムは、約５ｋｇ／ｃｍ２の降伏強度を有している。それ故、電気活性材料がリチウムをある態様においては、印加圧力は、約５ｋｇ／ｃｍ２以上であり得る。態様によっては、印加圧力は、約２．５ｋｇ／ｃｍ２以上、約５ｋｇ／ｃｍ２以上、約６ｋｇ／ｃｍ２以上、約７ｋｇ／ｃｍ２以上、約８ｋｇ／ｃｍ２以上、約９ｋｇ／ｃｍ２以上、または任意の他の適切な圧力であり得る。それに応じて、印加圧力は、約２０ｋｇ／ｃｍ２以下、約１０ｋｇ／ｃｍ２以下、約９ｋｇ／ｃｍ２以下、約８ｋｇ／ｃｍ２以下、約７ｋｇ／ｃｍ２以下、または任意の他の適正な圧力であり得る。上記の組合せも可能である（例えば、約５ｋｇ／ｃｍ２以上かつ約１０ｋｇ／ｃｍ２以下の印加圧力）。他の範囲もまた可能である。剥離層が使用される態様においては、剥離層が、このような印加圧力に耐えるようにデザインされ得る。
【００９８】
剥離層は、その降伏強度が、特定の値より大きくなるようにデザインされてもよい。ある態様においては、剥離層の降伏強度は、剥離層とともに使用される電気活性材料の降伏強度の少なくとも約０．８倍であり、態様によっては、物品に印加される圧力（例えば、印加される異方性の力の垂直成分）より大きい。態様によっては、剥離層の降伏強度は、電気活性材料の降伏強度の約１倍以上、約１．２倍以上、約１．５倍以上、約２倍以上、約３倍以上、約４倍以上、約５倍以上である。それに応じて、剥離層の降伏強度は、電気活性材料の降伏強度の約１０倍以下、約８倍以下、約６倍以下、約４倍以下、約２倍以下であり得る。上記範囲の組合せも可能である（電気活性材料の降伏強度の約１．２倍以上かつ約１０倍以下の降伏強度）。他の範囲もまた可能である。
【００９９】
態様によっては、剥離層の降伏強度は、（例えば、組立および/または使用の間に）物品に印加される圧力の垂直成分の約１倍以上、約１．２倍以上、約１．５倍以上、約２倍以上、約３倍以上、約４倍以上、約５倍以上である。それに応じて、剥離層の降伏強度は、（例えば、組立および/または使用の間に）物品に印加される圧力の垂直成分の約１０倍以下、約８倍以下、約６倍以下、約４倍以下、約２倍以下であり得る。上記範囲の組合せも可能である（例えば、物品に印加される圧力の垂直成分の約１．２倍以上かつ約１０倍以下の降伏強度）。他の範囲もまた可能である。
【０１００】
態様によっては、印加圧力は、高温と組み合わせて、２つの電気活性材料層のお互いの結合をさらに容易にしてもよい。ラミネーションプロセスの間、電極に起こり得るダメージを防ぐために、温度は、ラミネーションプロセスの間、電極構造内部にあるいかなる構成要素にもダメージを与えないように選ばれるべきである。１つの態様においては、温度は、約５０℃以上、約６０℃以上、約７０℃以上、約８０℃以上、約９０℃以上、約１００℃以上、約１１０℃以上、約１２０℃以上、約１３０℃以上、または任意の他の適切な温度であり得る。それに応じて、温度は、約１５０℃以下、約１４０℃以下、約１３０℃以下、約１２０℃以下、約１１０℃以下、約１００℃以下、約９０℃以下、約８０℃以下、約７０℃以下または任意の他の適切な温度であり得る。上記の組合せも可能である（例えば、約７０℃以上かつ約１３０℃以下）。他の範囲もまた可能である。
【０１０１】
電極構造を製造する一つの代表的フロー図が、図９に示されている。１００でキャリヤー支持体を準備する。続いて、上記した任意の材料および堆積方法を使用して、１０２で、剥離層が、キャリヤー支持体の表面上に堆積される。そして、１０４で、保護層が、比較的低い平均山谷粗さを有する剥離層の表面上に堆積される。前記したように、剥離層の表面上への保護層の堆積は、下にある剥離層表面の粗さと実質的に同等となり得る粗さ値を呈する表面を有する実質的に連続した保護層という結果になる。所望により、１以上のさらなる保護層を、実質的に連続した保護層（図示せず）上に堆積し得る。保護層を形成した後、１０６で、電気活性材料層が、保護層上に堆積される。態様にもよるが、１０８で、必要に応じて電流コレクタが、電極活性材料層上に堆積される。さらに、プレートおよびジェリーロール電気化学セルコンフィグレーション等、２つの向かい合う電気活性表面が望まれる態様においては、結果として得られる電極構造は、１１０で、別の電極構造とラミネートされ、２つの対向する電気活性表面を有する複合電極構造を形成し得る。所望の電極構造を形成した後、１１２で、キャリヤー支持体は離層されてもよい。態様によるが、剥離層は、キャリヤー支持体と共に、離層してもしなくてもよく、また、別の方法で電極構造から取り除いてもよい（例えば、保護層の表面から）。特定の材料層および配列を上記したが、上記した層間に他の材料層の堆積等の他の可能なステップもまた可能であるということが理解されるべきである。
【０１０２】
電極構造から（例えば、保護層の表面から）剥離層を取り除く異なる方法が可能である。本明細書に記載されているように、態様によっては、剥離層は、電極構造から離層され得る。他の態様においては、剥離層の全部または一部を、溶媒に溶解して、電極構造および/またはキャリヤー支持体からその除去を容易にしてもよい。１つの特定の態様においては、剥離層は、電極構造と共に使用される電解質溶媒に溶解できる材料で形成されている。このような態様においては、剥離層は電気化学セル中に組み入れられてもよく、そして、剥離層を、セルと共に使用される電解質と接触させることにより、剥離層は後で取り除くことができる。
【０１０３】
例えば、１つの特定の態様において、方法は、本明細書に記載されている電気化学セルまたはセル前駆体を準備することを含み得る。電極構造は、例えば、少なくとも、ポリマーを含有する第１の剥離層、少なくとも、該第１の剥離層上に配置された第１の保護層、および、該第１の保護層上に配置された第１の電気活性材料層を含有し得る。電気化学セルまたはセル前駆体は、さらに電解質（例えば、液体電解質）を含んでいてもよい。該方法は、第１の保護層から剥離層の少なくとも一部を除去するように、電解質中に少なくともポリマーの一部を溶解することを含む。剥離層を形成するのに使用されているポリマーは、電気化学セルの動作に障害とならないように選ばれ得る。剥離層を除去する他の方法もまた可能である。
【０１０４】
ある態様においては、１以上のキャリヤー支持体は、電極構造の組立後、電極構造と共にそのままの状態で残され得るが、電極を電気化学セルに組み入れる前に離層されてもよい。例えば、電極構造は、パッケージされ、電気化学セル中へ電極を組み込む製造業者に発送され得る。このような態様においては、電極構造は、電極構造の１以上の構成要素の劣化および/または汚染を防止または抑制するために、気密性および/または耐湿性パッケージ中に入れられ得る。１以上のキャリヤー支持体を電極に取り付けたままにしておくことで、電極の取扱いと輸送が容易となる。例えば、キャリヤー支持体は、比較的厚いものであり得るし、また比較的高い硬さあるいは剛性を有し得るので、それにより、電極が取扱中に歪むことから防止あるいは抑制される。このような態様においては、キャリヤー支持体は、電気化学セルの組立前、間、または後に、製造業者により除去され得る。
【０１０５】
本願明細書に記載される電気化学セルのカソードに使用するための好適なカソード活性材料は、以下のものを含むが、それらに限定されるものではない：電気活性遷移金属カルコゲニド、金属酸化物、電気活性伝導性ポリマー、および電気活性イオウ−含有物質、およびそれらの組合せ。本明細書に使用されているように、「カルコゲニド」という用語は、酸素、イオウ、およびセレンの１以上の元素を含有している化合物に関係している。好適な遷移金属カルコゲニドの例としては、以下のものを含むが、それらに限定されるものではない：Ｍｎ、Ｖ、Ｃｒ、Ｔｉ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｃｕ、Ｙ、Ｚｒ、Ｎｂ、Ｍｏ、Ｒｕ、Ｒｈ、Ｐｄ、Ａｇ、Ｈｆ、Ｔａ、Ｗ、Ｒｅ、ＯｓおよびＩｒからなるグループから選択される遷移金属の電気活性酸化物、硫化物、およびセレン化物。１つの態様においては、遷移金属カルコゲニドは、ニッケル、マンガン、コバルト、およびバナジウムの電気活性酸化物および鉄の電気活性硫化物からなるグループから選択される。１つの態様においては、カソード活性層は、電気活性伝導性ポリマーを含有する。好適な電気活性伝導性ポリマーの例としては、以下のものを含むが、それらに限定されるものではない：ポリピロール、ポリアニリン、ポリフェニレン、ポリチオフェン、およびポリアセチレンからなるグループから選択される電気活性な導電性ポリマー。
【０１０６】
本明細書に使用されている、「電気活性イオウ−含有物質」は、任意の形態で元素イオウを含有するカソード活性材料に関し、電気化学活性が、イオウ−イオウ共有結合の切断または形成を含むものである。好適な電気活性イオウ−含有物質は、以下のものを含むが、それらに限定されるものではない：元素のイオウおよびイオウ原子および炭素原子を含有する有機材料であり、それらはポリマーであってもなくてもよい。好適な有機材料としては、ヘテロ原子、伝導性ポリマーセグメント、複合物、および伝導性ポリマーをさらに含有するものを含む。Ｌｉ/Ｓ系を含む態様によっては、イオウ−含有物質は、その酸化形態にあり、共有結合性−Ｓｍ−部分、イオン性−Ｓｍ−部分、およびイオン性−Ｓｍ２−部分（ｍは、３以上の整数である）からなるグループから選択されるポリスルフィド部分、Ｓｍを含有する。１つの態様において、イオウ−含有ポリマーのポリスルフィド部分、Ｓｍのｍは、６以上である。別の態様においては、イオウ−含有ポリマーのポリスルフィド部分、Ｓｍのｍは、８以上である。別の態様においては、イオウ−含有物質は、イオウ−含有ポリマーである。別の態様においては、イオウ−含有ポリマーは、ポリマーバックボーン鎖を有しており、そして、ポリスルフィド部分、Ｓｍは、ポリマーバックボーン鎖に、側基として、その末端イオウ原子の１つまたは両者により共有結合的に結合している。さらに別の態様においては、イオウ−含有ポリマーは、ポリマーバックボーン鎖を有しており、そして、ポリスルフィド部分、Ｓｍは、ポリスルフィド部分の末端イオウ原子の共有結合により、そのポリマーバックボーン鎖に組み込まれている。
【０１０７】
１態様においては、電気活性イオウ−含有物質は、イオウを５０重量％より多く含有している。別の態様においては、電気活性イオウ−含有物質は、イオウを７５重量％より多く含有している。さらに別の態様においては、電気活性イオウ−含有物質は、イオウを９０重量％より多く含有している。
【０１０８】
本発明の実施に有用な電気活性イオウ−含有物質の性質は、当該分野で知られているように広く変化し得る。１つの態様においては、電気活性イオウ−含有物質は、元素イオウを含有する。別の態様においては、電気活性イオウ−含有物質は、元素イオウおよびイオウ−含有ポリマーを含有する。
【０１０９】
他の態様においては、本明細書に記載されている電気化学セルは、複合カソードを含む。複合カソードは、例えば、（ａ）電気活性イオウ−含有カゾード材料、該電気活性イオウ−含有カソード材料は、その酸化状態にあるが、本明細書に記載されているように、式−Ｓｍ−（ｍは３以上の整数である）のポリスルフィド部分を含有する；および（ｂ）電気活性遷移金属カルコゲニド組成物を含み得る。電気活性遷移金属カルコゲニド組成物は、電気活性イオウ−含有カソード材料をカプセル化している。ケースによっては、それは、電気活性イオウ−含有カソード材料のアニオン性還元生成物の輸送の速度を減ずるかもしれない。電気活性遷移金属カルコゲニド組成物は、式：ＭｊＹｋ（ＯＲ）ｌ（式中、Ｍは遷移金属である；Ｙは、各々同じでも異なっていてもよく、そして、酸素、イオウ、またはセレンである；Ｒは、有機基であり、各々同じでも異なっていてもよい；ｊは１〜１２の範囲の整数である；ｋは０〜７２に亘る数字である；ｌは、０〜７２に亘る数字である。）を有する電気活性遷移金属カルコゲニドを含有し得る。態様によっては、ｋおよびｌは、両方０であることはない。セルにおけるカソードコンパートメントからアニオン性還元生成物の外方拡散の速度を遅らせるために、イオウ−含有カソード材料は、電気活性遷移金属カルコゲニド組成物の層により、セルの電解質または他の層または部分から効果的に分離されてもよい。この層は、密でも多孔質でもあり得る。
【０１１０】
１つの態様においては、カソードは、電気活性イオウ−含有カソード材料、電気活性遷移金属カルコゲニド、および所望により、バインダー、電解質、および伝導性添加剤の混合物を含み、それは電流コレクタ上に堆積される。別の態様においては、電気活性イオウ−含有カソード材料は、カチオン輸送性、アニオン性還元生成物輸送減速性、遷移金属カルコゲニド組成物の薄い凝集性フィルムコーティングによりカプセル化されているか充填されている。また別の態様においては、カソードは、カチオン輸送性、アニオン還元生成物輸送減速性、遷移金属カルコゲニド組成物のカプセル化層でそれぞれコートされた粒状の電気活性イオウ−含有カソード材料を含んでいる。他の構成もまた可能である。
【０１１１】
１つの態様においては、複合カソードは、アルカリ−金属カチオン−輸送性、かつアニオン性還元生成物輸送減速性電気活性遷移金属カルコゲニド組成物のカプセル化層でそれぞれコートされた、およそ直径１０ミクロン未満の、粒状イオウ−含有カソード材料を含む。粒子は、コア−シェル構成、例えば、電気活性イオウ−含有カソード材料のコアおよび電気活性遷移金属カルコゲニドを含有する減速性バリア層の外側シェルを有し得る。所望により、複合カソードは、本明細書に記載されている、種々のバインダー、電解質および伝導性材料を含有するフィラーを含有してもよい。
【０１１２】
ある態様においては、複合カソードは、所望により、シリカ、アルミナ、およびシリケート等の非電気活性金属酸化物を含有する、粒状、多孔質の電気活性遷移金属カルコゲニド組成物であり、それは、さらに、可溶性電気活性イオウ−含有カソード材料で充満されている。これは、電気活性イオウ−含有カソード材料（例えば、電気活性有機−イオウおよび炭素−イオウカソード材料）のみを含むカソードと比べ、エネルギー密度および容量を増加させるに有益であり得る。
【０１１３】
態様の一セットにおいて、複合カソードは、電気活性イオウ−含有材料（例えば、炭素−イオウまたは元素イオウ）；Ｖ２Ｏ５；伝導性カーボン；およびＰＥＯバインダーを含有する。
【０１１４】
複合カソードのさらなる配列、構成要素、および利点が、２００６年１月１３日に出願され、「新規な複合カソード、新規な複合カソードを有する電気化学セルおよびその組立方法」と題するＵ．Ｓ公開公報第２００６/０１１５５７９号により詳細に記載されており、その全体を参考に本明細書に取り入れるものである。
【０１１５】
向上した電子伝導性を付与するために、カソードは、１種以上の伝導性フィラーをさらに含有してもよい。伝導性フィラーは、材料の電気伝導性特性を増加することができ、そして、例えば、カーボンブラック（例えば、バルカン（Ｖｕｌｃａｎ）ＸＣ７２Ｒカーボンブラック、プリンテックス（Ｐｒｉｎｔｅｘ）ＸＥ２またはアクゾノイベルケッチェン（Ａｋｚｏ Ｎｏｂｅｌ Ｋｅｔｊｅｎ）ＥＣ−６００ ＪＤ）、グラファイトファイバー、グラファイトフィブリル、グラファイトパウダー（例えば、フルカ（Ｆｌｕｋａ）＃５０８７０）、活性カーボンファイバー、カーボンファブリック、非活性化カーボンナノファイバー等の伝導性カーボンを含み得る。伝導性フィラーの他の非制限的な例としては、金属被覆ガラス粒子、金属粒子、金属ファイバー、ナノ粒子、ナノチューブ、ナノワイヤ、金属フレーク、金属粉末、金属ファイバー、金属メッシュを含む。態様によっては、伝導性フィラーは伝導性ポリマーを含み得る。好適な電気活性伝導性ポリマーの例としては、以下のものを含むが、それらに限定されるものではない：ポリピロール、ポリアニリン、ポリフェニレン、ポリチオフェン、およびポリアセチレンからなるグループから選択される電気活性導電性ポリマー。当業者に公知の他の伝導性材料もまた伝導性フィラーとして使用できる。伝導性フィラーの量は、存在する場合、カソード活性層の２ないし３０重量％の範囲で存在し得る。カソードは限定されるものではないが、金属酸化物、アルミナ、シリカ、および遷移金属カルコゲニドを含む他の添加剤をさらに含有してもよい。
【０１１６】
カソードは、またバインダーを含有してもよい。バインダー材料の選択は、それが、カソード中の他の材料に関して、不活性である限り、広く変化し得る。態様によっては、バインダー材料はポリマー材料であり得る。ポリマーバインダー材料の例としては、以下のものを含むが、それらに限定されるものではない：ポリ（フッ化ビニリデン）（ＰＶＤＦ）、ＰＶＦ２、およびそれの、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のコ−およびターポリマー等のポリフッ化ビニリデン（ＰＶＤＦ）系ポリマーおよび、それと、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（ＥＰＤＭ）ゴム、エチレンプロピレンジエンターポリマー、スチレン−ブタジエンゴム（ＳＢＲ）、ポリイミド、エチレン−酢酸ビニルコポリマーとのブレンド。場合によっては、バインダー材料は、水性流体キャリアに実質的に溶解性であってよく、以下のものを含むが、それらに限定されるものではない：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）およびポリエチレンオキサイド（ＰＥＯ）。態様の一セットにおいて、バインダー材料は、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）であり、それは、ポリスルフィドを含む、セル構成要素に対して化学的に中性（例えば、不活性）であり得る。ＵＶ硬化性アクリレート、ＵＶ硬化性メタクリレートおよび熱硬化性ジビニルエーテルも使用できる。バインダーの量は、存在する場合、カソード活性層の２ないし３０重量％の範囲にあり得る。他の好適なカソード材料も可能である。例えば、アルカリメタルイオンバッテリー（例えば、リチウムイオンバッテリー）用カソードも可能である。
【０１１７】
上記したように、集合電気化学セルは、セル中に存在する電極および他の構成要素に加えて、電解質を含む。電気化学セルに使用される電解質は、イオンの貯蔵および輸送のための媒質として機能し、固体電解質およびゲル電解質の特別なケースにおいては、これらの材料は、アノードおよびカソード間のセパレーターとしてさらに機能する。アノードとカソード間でイオンを貯蔵および輸送することができる任意の好適な液体、固体、またはゲル材料を使用し得る。電解質は、アノードとカソード間の短絡を防ぐために電気的非伝導性であり得る。態様の１つのセットにおいては、非水性系電解質が使用される；態様の別のセットにおいては、水性系の電解質が使用される。
【０１１８】
態様によっては、電解質は、ゲルまたは固体ポリマー層等のポリマー層として存在し得る。場合によっては、イオンの貯蔵および輸送のための媒質として機能することができることに加えて、アノードとカソードの間に位置するポリマー層は、印加された力または圧力下、どのようなカソード粗さからも、アノード（例えば、アノードのベース電極層）を仕切り、力または圧力下にあるアノード表面をスムーズに保ち、そして、ベース電極層とスムーズなポリマー層との間で該多層を加圧された状態に保つことにより、アノードの任意の多層構造（例えば、セラミックポリマー多層）を安定化させる機能を果たすことができる。このような態様によっては、ポリマーは、適合しておりそしてスムーズな表面を有するように選ばれ得る。
【０１１９】
電解質は、イオン伝導性を付与する１以上のイオン性電解質塩、および１以上の液体電解質溶媒、ゲルポリマー材料あるいはポリマー材料を含有することができる。好適な非水性電解質は、液体電解質、ゲルポリマー電解質、および、固体ポリマー電解質からなるグループから選択される１以上の材料を含有する有機電解質を含有し得る。リチウムバッテリー用の非水性電解質の例が、Ｄｏｒｎｉｎｅｙ、「Ｌｉｔｈｉｕｍ Ｂａｔｔｅｒｉｅｓ， Ｎｅｗ Ｍａｔｅｒｉａｌｓ，Ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔｓ ａｎｄ Ｐｅｒｓｐｅｃｔｉｖｅｓ」、第４章、第１３７−１６５頁、エルゼビア社、アムステルダム（１９９４）に記載されている。ゲルポリマー電解質および固体ポリマー電解質の例が、Ａｌａｍｇｉｒら、「Ｌｉｔｈｉｕｍ Ｂａｔｔｅｒｉｅｓ， Ｎｅｗ Ｍａｔｅｒｉａｌｓ， Ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔｓ ａｎｄ Ｐｅｒｓｐｅｃｔｉｖｅｓ」、第３章、第９３頁−１３６頁、エルゼビア社、アムステルダム（（１９９４）に記載されている。
【０１２０】
有用な非水性液体電解質溶媒の例としては、以下のものを含むが、それらに限定されるものではない：N-メチルアセトアミド、アセトニトリル、アセタール、ケタール、エステル、炭酸塩、スルホン、亜硫酸塩、スルホラン、脂肪族エーテル類、非環式エーテル、環式エーテル、グリム、ポリエーテル、リン酸エステル、シロキサン、ジオキソラン、N-アルキルピロリドン、前記の置換形態、およびそれらのブレンド等の非水性有機溶媒。使用し得る非環式エーテルの例としては、以下のものを含むが、それらに限定されるものではない：ジエチルエーテル、ジプロピルエーテル、ジブチルエーテル、ジメトキシメタン、トリメトキシメタン、ジメトキシエタン、ジエトキシエタン、１，２−ジメトキシプロパン、および１，３−ジメトキシプロパン。使用し得る環式エーテルの例としては、以下のものを含むが、それらに限定されるものではない：テトラヒドロフラン、テトラヒドロピラン、２−メチルテトラヒドロフラン、１，４−ジオキサン、１，３−ジオキソラン、およびトリオキサン。ポリエーテルの例としては、以下のものを含むが、それらに限定されるものではない：ジエチレングリコールジメチルエーテル（ジグリム）、トリエチレングリコールジメチルエーテル（トリグリム）、テトラエチレングリコールジメチルエーテル（テトラグリム）、高級グリム、エチレングリコールジビニルエーテル、ジエチレングリコールジビニルエーテル、トリエチレングリコールジビニルエーテル、ジプロピレングリコールジメチルエーテル、およびブチレングリコールエーテル。スルホンの例としては、以下のものを含むが、それらに限定されるものではない：３−メチルスルホラン、および３−スルホレン。前述のフッ化誘導体も、液体電解質溶媒としても有用である。本明細書に記載の溶媒の混合物もまた使用できる。
【０１２１】
態様によっては、アノードに好都合となり得る（例えば、リチウムに対して比較的低い反応性、良好なリチウムイオン伝導性および／または比較的低いポリスルフィド溶解性を有する）特定の液体電解質溶媒は、以下のものを含むが、それらに限定されるものではない：１，１−ジメトキシエタン（１，１−ＤＭＥ）、１，１−ジエトキシエタン、１，２−ジエトキシエタン、ジエトキシメタン、ジブチルエーテル、アニソールもしくはメトキシベンゼン、ベラトロールもしくは１，２−ジメトキシベンゼン、１，３−ジメトキシベンゼン、ｔ−ブトキシエトキシエタン、２，５−ジメトキシテトラヒドロフラン、シクロペンタノンエチレンケタールおよびそれらの組合せ。カソードに好都合となり得る（例えば、比較的高いポリスルフィド溶解性を有する、および／または高率容量および／または高いイオウ利用を可能とする）特定の液体電解質溶媒は、以下のものを含むが、それらに限定されるものではない：ジメトキシエタン（ＤＭＥ、１，２−ジメトキシエタン）あるいはグリム、ジグリム、トリグリム、テトラグリム、ポリグリム、スルホラン、１，３−ジオキソラン（ＤＯＬ）、テトラヒドロフラン（ＴＨＦ）、アセトニトリルおよびそれらの組合せ。
【０１２２】
溶媒の特定の混合物としては、以下のものを含むが、それらに限定されるものではない：１，３−ジオキソランとジメトキシエタン、１，３−ジオキソランとジエチレングリコールジメチルエーテル、１，３−ジオキソランとトリエチレングリコールジメチルエーテル、および１，３−ジオキソランとスルホラン。該混合物における２溶媒重量比は、約５：９５ないし９５：５で変化し得る。態様によっては、溶媒混合物は、ジオキソラン（例えば、４０重量％を超えるジオキソラン）を含有する。
【０１２３】
ケースによっては、水性溶媒を、リチウムセル用電解質として使用できる。水性溶媒は、イオン性塩等の他の成分を含有することができる、水を含むことができる。態様によっては、電解質は、電解質中の水素イオンの濃度を減少させるために、水酸化リチウム等の種、または電解質を塩基性にする種を含むことができる。
【０１２４】
液体電解質溶媒は、ポリマー電解質用可塑剤としても有用となり得る。有用なゲルポリマー電解質の例としては、以下のものを含むが、それらに限定されるものではない：ポリエチレンオキシド、ポリプロピレンオキシド、ポリアクリロニトリル、ポリシロキサン、ポリイミド、ポリホスファゼン、ポリエーテル、スルホン化ポリイミド、ペルフルオロ化膜（NAFION樹脂）、ポリジビニルポリエチレングリコール、ポリエチレングリコールジアクリレート、ポリエチレングリコールジメタクリレート、前記の誘導体、前記のコポリマー、前記の架橋ネットワーク構造および前記のブレンド、および所望により１以上の可塑剤からなるグループから選択される１以上のポリマーを含有するもの。
【０１２５】
有用な固体ポリマー電解質の例としては、以下のものを含むが、それらに限定されるものではない：ポリエーテル、ポリエチレンオキシド、ポリプロピレンオキシド、ポリイミド、ポリホスファゼン、ポリアクリロニトリル、ポリシロキサン、前記の誘導体、前記のコポリマー、前記の架橋ネットワーク構造および前記のブレンドからなるグループから選択される１以上のポリマーを含有するもの。
【０１２６】
電解質溶液に加えて、ゲル化剤、および電解質を形成するのに当該分野で公知のポリマーは、イオン性伝導性を増加させるために、当該分野で公知でもある１以上のイオン性電解質塩をさらに含有してもよい。本明細書に記載されている電解質に使用するためのイオン性電解質塩の例としては、以下のものを含むが、それらに限定されるものではない：ＬｉＳＣＮ、ＬｉＢｒ、ＬｉＩ、ＬｉＣｌ４、ＬｉＡｓＦ６、ＬｉＳＯ３ＣＦ３、ＬｉＳＯ３ＣＨ３、ＬｉＢＦ４、ＬｉＢ（Ｐｈ）４、ＬｉＰＦ６、ＬｉＣ（ＳＯ２ＣＦ３）３、およびＬｉＮ（ＳＯ２ＣＦ３）２。有用であり得る他の電解質塩は、リチウムポリスルフィド（Ｌｉ２Ｓｘ）および有機イオン性ポリスルフィドのリチウム塩（ＬｉＳｘＲ）ｎ（ｘは１ないし２０の整数、ｎは１ないし３の整数、およびＲは有機基である）、および、ＬｅｅらのＵ．Ｓ．特許第５５３８８１２号に記載されたもの。溶媒中のイオン性リチウム塩の濃度範囲は、約０．２ｍないし約２．０ｍ（ｍは、モル/ｋｇ（溶媒））等の範囲で使用し得る。態様によっては、約０．５ｍないし約１．５ｍの範囲にある濃度を使用し得る。溶媒へのイオン性リチウム塩の添加は、Ｌｉ/Ｓセルが放電すると、一般的に形成されるリチウムスルフィドまたはポリスルフィドが、イオン導電性を電解質に付与し、そのことはイオン性リチウム塩の添加を不必要にし得るということにおいて、任意である。さらに、無機硝酸塩、有機硝酸塩、または無機亜硝酸塩等のイオン性Ｎ−Ｏ添加剤を使用すると、それは、電解質に伝導性を付与し得、その場合、さらなるイオン性リチウム電解質塩が不要となり得る。
【０１２７】
前記したように、現開示の電極構造を含む電気化学セルにおいて不均一な電解質を使用し得る。本明細書に使用されているように、「不均一な電解質」は、少なくとも２つの異なる液体溶媒（本明細書においては、第１電解質溶媒および第２電解質溶媒、またはアノード側電解質溶媒およびカソード側電解質溶媒という。）を含む電解質である。多くの局面において、多くの電解質系が、溶媒がおおかた分離し、少なくとも１つがセルの少なくとも１成分から単離できるという範囲内で、不混和性である（または、セル中で不混和性とすることができる）１以上の溶媒を含んでいるが、該２つの異なる溶媒は、お互いに混和性または不混和性であり得る。不均一な電解質は、液体、ゲルまたはそれらの組合せの形態であり得る。不均一な電解質の特定の例を以下に挙げる。
【０１２８】
本明細書に記載されているある態様は、電気化学セルの運転の間、区分できる少なくとも２つの電解質溶媒を有する不均一な電解質を含むので、１つの目的は、自然発生的な溶媒混合、すなわち２つの不混和性液体のエマルジョンの生成の可能性を防止または減少させることであり得る。態様により、このことは、電極に不均衡的に存在する、例えば、ポリマーゲル電解質、ガラス状態ポリマー、またはより高い粘度の液体を形成することにより、１つの電極（例えば、アノード）に少なくとも１つの電解質溶媒を「固定」することにより達成される。
【０１２９】
１つの態様においては、不均一な電解質に好適な電解質は、アノードに対して区分化し、アノードに対して好都合な第１の電解質溶媒（例えば、ジオキソラン（ＤＯＬ））（本明細書において、「アノード側電解質溶媒」という）およびカソードに対して区分化し、カソードに対して好都合な第２電解質溶媒（例えば、１,２−ジメトキシエタン（ＤＭＥ））（本明細書において、「カソード側電解質溶媒」という）を含む。態様によっては、アノード側電解質溶媒は、カソード側電解質溶媒より、リチウム金属に対する比較的低い反応性を有し、ポリスルフィド（例えば、Ｌｉ２Ｓｘ（ｘ＞２））に対して低い溶解性であり得る。カソード側電解質溶媒は、ポリスルフィドに対して比較的より高い溶解性を有し得るが、リチウム金属に対してより反応性であり得る。アノード側電解質溶媒がアノードに不均衡に存在し、カソード側電解質溶媒がカソードに不均衡に存在するというように、電気化学セルの運転の間、電解質溶媒を分離することにより、電気化学セルは、両電解質溶媒の望ましい特性（例えば、アノード側電解質溶媒の比較的低いリチウム反応性およびカソード側電解質溶媒の比較的高いポリスルフィド溶解性）の利益を受けることができる。特に、アノードの消耗を減少させることができ、カソードでの不溶解性ポリスルフィドの蓄積（すなわち、「スレート」、Ｌｉ２Ｓｘ（ｘ＜３）、例えばＬｉ２Ｓ２やＬｉ２Ｓ等の低次ポリスルフィド）を減少させることができ、結果として、電気化学セルは、より長期のサイクル寿命を有し得る。さらに、本明細書に記載されているバッテリーは、高いエネルギー密度（例えば、４００Ｗｈ/ｋｇを超える）、改良された安全性を有し得、および/または広い温度範囲（例えば、−７０℃ないし＋７５℃）で動作可能となり得る。セル中における特定の位置での、もう１つのものに対する１つの種または溶媒の不均衡な存在は、第１の種または溶媒が、少なくとも２：１、または５：１、１０：１、５０：１、または１００：１またはより大きな割合のモル比または重量比で、その位置（例えば、セル電極の表面）に存在するということを意味する。
【０１３０】
態様によっては、電気化学セルは、カソードとアノードとの間におかれるセパレーターをさらに有していてもよい。セパレーターは、アノードとカソードをお互いに分離または絶縁させ短絡を防ぎ、そしてアノードとカソードとの間でイオンの輸送を可能にする、固体非伝導性または絶縁性材料であり得る。セパレーターの細孔は、部分的にまたは実質的に電解質で満たされ得る。セパレーターは、セルを組み立てる間、アノードとカソードとの間に挟み込まれる細孔の無い自立型フィルムとして供給され得る。また、例えば、ＣａｒｌｓｏｎらのＰＣＴ公開公報ＷＯ９９/３３１２５号、およびＢａｇｌｅｙらのＵ．Ｓ．特許第５１９４３４１号に記載されているように、多孔質のセパレーター層を、電極の１つの表面に直接適用してもよい。
【０１３１】
種々のセパレーター材料が、当該分野で公知である。好適な固体多孔質セパレーター材料の例としては、以下のものを含むが、それらに限定されるものではない：例えば、ポリエチレンおよびポリプロピレン等のポリオレフィン、ガラスファイバーフィルターペーパー、およびセラミック材料。本発明における使用に適したセパレーターおよびセパレーター材料のさらなる例は、共有譲受人のＣａｒｌｓｏｎらによる、Ｕ．Ｓ．特許出願第０８/９９５０８９号および０９/２１５１１２号に記載されていうように、自立型フィルムとして、または１つの電極上への直接コーティング塗布により供給され得る、微孔性キセロゲル層、例えば、微孔性疑似ベーマイト層を含有しているそれらのものである。固体電解質およびゲル電解質は、電解質機能に加え、セパレーターとしても機能し得る。
【０１３２】
態様によっては、電気化学セル内の電気活性表面に垂直な力の印加は、苔状リチウム成長、樹枝状形成および他の適用可能な副反応等の望ましくない副反応による活性材料の減耗を減少または防ぎ得る。それに応じて、電気活性表面に対して垂直な力の印加は、電気化学セル内部に多量のアノード活性材料および/または電解質の包含の必要性を減少および/または除去し得る。セルの充放電の間の活性材料のロスに対して適合する必要性を減じおよび/または除去することにより、より少量のアノード活性材料を使用しセルおよびデバイスを組立て得る。力は、例えば、以下に記載されている態様を含む、任意の数の異なる機器構成を使用して、セルの外側またはセルの内部構成要素に印加されてもよい。
【０１３３】
１つの態様において、締付要素は、少なくともセルまたは積み重ねセルの一部を取り囲んでよい。態様によっては、締付要素は、バンド（例えば、ゴムバンド、ターンバックルバンド等）を含有し得る。１つの特定の態様においては、バンドは、例えば接着剤、ステープル、クランプ、ターンバックルまたは任意の他の好適な方法により、セルまたは積み重ねセルに貼ることができる。他の態様においては、圧縮プレートまたは他の構造体を使用できるであろう。電気化学セル内部にある電気活性表面に対して垂直な力を付与する可能な締付要素に関して、いくつかの可能な態様が記載されている一方で、現開示において任意の数の異なる機器構成を使用でき、本明細書に記載されている特定の締付要素に限定されないということが理解されるべきである。
【０１３４】
締付要素の使用は、フラットなセルの幾何学的配置に限定されない。場合によっては、締付要素を使用し、円筒形の電気化学セルまたはプリズム状の電気化学セル（例えば、三角プリズム、長方形プリズム等）に力を印加し得る。
【０１３５】
上記で記載されている任意の締付要素が、円筒形セル、プラズマ状セル、または他のそのようなセルにおいて、締付要素として使用され得る。例えば、態様によっては、同じまたは異なる巻付け材料の１以上のラップを、セルの外側表面に位置付けてもよい。態様によっては、巻付け材料は、比較的高強度を有している。巻付け材料は、比較的高弾性率を有していてもよい。場合によっては、ポリエステルフィルムおよびファブリック等の収縮包装管材料。場合によっては、それがセルの外側表面上で緩んだ後、要求された外圧を付与するように、適当な大きさに作られた弾性材料を締付要素が含有している。
【０１３６】
態様によっては、セルの内部容積中に、セルは膨張要素（例えば、膨張マンドレル）を含有していてもよい。膨張要素は、電気化学セルの内部容積から外側へ放射状に広がる力を印加するように構築しアレンジすることができる。態様によっては、膨張要素および締付要素は、電気化学セルの範囲内の各ポイントにおける力（例えば、圧力）が、電気化学セル範囲内の平均の力（例えば、圧力）の約３０％未満、約２０％未満、約１０％未満、または約５％未満でそれるように、構築しアレンジすることができる。態様によっては、このような力の分布は、実質的に等しい単位面積当たりの内力または外力がセルに印加されるように、例えば、締付要素および膨張要素を選択することにより達成できる。
【０１３７】
態様によっては、圧力を定義する内力を印加するよりはむしろ、外圧印加を、補足的巻付け機構と組み合わせて、許容できる範囲内にある放射状圧力分布を達成することができる。態様によっては、圧力配分要素（例えば、末端キャップ、スペーサー等）およびセルまたは積み重ねセルに力を印加するのに使用される要素（例えば、バンド、またはマンドリル）の総容積は、比較的小さいものとなり得る。低い容積を使うことにより、組立体のエネルギー密度を比較的高く保ち得る。態様によっては、圧力配分要素およびセルまたは積み重ねセルに力を印加するのに使用される要素の容積の総量は、セルまたは積み重ねセルの容積の約１０％未満、約５％未満、約２％未満、約１％未満、約０．５％未満、約０．１％未満、約０．１％と約１０％との間、約０．１％と約５％との間、約０．１％と約２％との間、約０．１％と約１％との間からなる。
【０１３８】
本発明のいくつかの態様を本明細書に記載し説明してきたが、当業者であれば、機能を実行し、および/または本明細書に記載されている結果および/または利点を得る色々な他の手段および/または構造を容易にイメージするであろうし、そしてこのような変化および/または修正の各々は、本発明の範囲内にあるものとみなされる。より一般的には、当業者であれば、本明細書に記載されているパラメーター、大きさ、材料、および構成は、例となる物を意味しているということ、そして、実際のパラメーター、大きさ、材料、および/または構成は、特定の用途および本発明の教示が使用される用途に依存するということを容易に正しく理解するであろう。当業者であれば、ルーチン的な実験を使用する程度で、本明細書に記載されている発明の特定の態様と同等物をたくさん認識し、または確かめることができるであろう。それ故、前記の態様は、例として示されているだけであり、そして追記されているクレームおよびそれと同等物の範囲内において、発明は、特に記述されクレームされているとば違ったふうに実施されるということが理解されるべきである。本発明は、本明細書に記載されている、各々個々の特徴、システム、物品、材料、キット、および/または方法に向けられている。さらに、２つ以上のこのような特徴、システム、物品、材料、キッツ、および/または方法の任意の組合せは、このような特徴、システム、物品、材料、キッツ、および/または方法が、お互いに矛盾しないならば、本発明の範囲内に含まれる。
【０１３９】
実施例
実施例１
光学グレードのポリエチレンテレフタレート（PET）キャリヤー支持体を、ポリスルホンポリマーのジエチレングリコールジメチルエーテル６重量％溶液でコートした。該コーティングを４０℃で乾燥し、２ミクロン厚のポリスルホン層を製造した。ポリスルホンポリマー層は、３００ｎｍ未満の平均山谷粗さを有していた。表面粗さを測定した後、ポリスルホンポリマー層の表面を、所望の厚さの酸化リチウムの保護層でコートした。酸化リチウムコーティングは、ＣＯ２ガスおよび金属リチウム蒸気を使用し真空中で化学蒸着技術を使用して堆積させた。続いて、金属リチウムの２１ミクロン厚さの層を、酸化リチウム保護層の表面上に真空中で堆積させた。ＰＥＴキャリヤー支持体を、ポリスルホンポリマー層から、離層させ、金属リチウム電気活性層２０５、酸化リチウム２１０およびポリスルホンポリマー２１５を含む電極構造を得た（図１０Ａおよび図１０Ｂ）。図１０Ａおよび図１０Ｂに表されている２つの実施例は、それぞれ約２．５７μｍおよび０．５４８μｍの厚さを有する酸化リチウム層２１０を有していた。上記した例示的厚さより厚いかまたは薄い他の厚さもまた提供され得るということが理解されるべきである。
【０１４０】
図１０Ａおよび図１０Ｂに表されている電極構造の断面をＳＥＭイメージングで分析し、種々の層間の付着力を評価した。ＳＥＭ分析したところ、映し出された断面において明から欠陥は全くなく、両電極構造において金属リチウム層と酸化リチウム層との間は良好に付着していることが確認された。
【０１４１】
電極構造を、上記で写し出されたものと同様の電極から製造した。電極構造は、ＰＥＴキャリヤー支持体を離層するに先立って、金属リチウム層の表面上に銅をスパッタリングすることにより与えられた銅電流コレクタを含んでいた。銅電流コレクタは、０．２ミクロンの厚さを有していた。ＰＥＴキャリヤー支持体を離層した後に得られた電極構造は、銅電流コレクタ、金属リチウム電気活性層、酸化リチウム層、およびポリスルホンポリマー層を有していた。
【０１４２】
上記したものと同様の電極構造で、銅電流コレクタを有するものと有しないものを、イオウカソードとＣｅｌｇａｒｄ２３２５セパレーターを有する別個の小さなパウチセル中へ組入れた。セルを液体電解質で満たし、２日間浸し、Ｃ/１０速度で放電させ、Ｃ/８速度で充電した。該組立セルは、約１０５０ｍＡ/ｇと約１１６０ｍＡ/ｇの間のイオウ比容量を発揮した。
【０１４３】
比較実施例１
比較実施例においては、ＰＥＴキャリヤー支持体を、０．２ミクロン厚の銅の層で被覆した。続いて、金属リチウムの層を、実施例１の金属リチウム層に対するのと同様の条件下で金属化銅表面上に真空中でコートした。金属リチウム層厚は、約２０ミクロンであり、Ｒｚ表面粗さは約２０００ｎｍであった。次に、金属リチウム表面を、０．５ミクロン厚の酸化リチウム層でコートした。得られた電極構造を、ＳＥＭイメージングで分析し、金属リチウムと堆積酸化リチウムとの間で良好な付着があるかどうかを評価した。ＳＥＭ分析により確認されているように、堆積酸化リチウム２１０は、下にあるリチウムの高い表面粗さのため、連続保護層とはならなかった（多くのクラックおよび欠陥を含んでいた）（図１０Ｃ）。
【０１４４】
比較実施例２
別の比較例においては、２μｍ厚の酸化リチウムコーティング２１０を、下にある２１．７μｍ厚のベース金属リチウム層２０５上に堆積させた。ベース金属リチウム０５は、一般的に言って、図１１Ａに描かれている断面に示されている観測粗さにサポートされている約Ｒｚ＝２−３μｍの表面粗さを有している。酸化リチウムコーティング２１０は、下のリチウム金属２０５の粗さに似た表面粗さを有しているようである。さらに、図で説明されているように、酸化リチウムコーティング２１０の厚さが、下のリチウム金属２０５の粗さ未満であると、酸化リチウム層は連続的でないという確率が高い。さらに、理論に縛られることを望むものではないが、たとえ、図１１Ａに描かれているように、酸化リチウム層が、粗いリチウム表面上に共形的に堆積されたとしても、堆積酸化リチウム層２１０は、下の柔らかいリチウムのピークの変形により、圧力を印加すると同時に、壊れるであろうし、そのことは、次に、酸化コーティングを煎断変形させるであろう。
【０１４５】
実施例２
上記とは対照的に、図１１Ｂに示されているように、７３５ｎｍの酸化リチウム層２１０を、ゲル層２１５上に真空蒸着した。酸化リチウム層２１０を堆積する前に、ゲル層の測定山谷粗さ（Ｒｚ）は、１０４ｎｍであった。露出酸化リチウム表面上に結果として得られたＲｚは、１２６ｎｍの山谷測定値を有していた。その値は、ゲル表面に対して測定されたのと同じオーダーにあり、図１１Ａに描かれている下のリチウム上に直接堆積された酸化リチウム層に対して観測されたものよりかなり小さい。加えて、図は、下のゲル層２１５のＲｚより厚い目標酸化物厚の堆積の結果として、ゲル層の表面上に連続酸化リチウム層が堆積されているということをも明確に示している。
【０１４６】
実施例３
実施例３ａ）ＰＳＵ−ＰＥＯ−コポリマーの合成
温度計、ガス送込管、ディーンスタークトラップ付の４リットルガラス反応器中、ＤＣＤＰＳ４３０．６２ｇ、ＢｉｓＡ３３２．１５ｇ、６０２０ｇ/ｍｏｌの数平均分子量を有するＰＥＧポリエチレングリコール２７０ｇ、および体積平均粒径９．４μｍの炭酸カリウム２２２．８６ｇを、窒素雰囲気中ＮＭＰ６４１ｍｌ中で懸濁させた。
【０１４７】
混合物を１時間以内に１９０℃まで加熱した。以下において、反応時間は、反応混合物が１９０℃で維持されていた間の時間であるということが理解される。
【０１４８】
反応で形成された水は、蒸留により連続的に除去した。反応容器内の溶媒量は、さらなるＮＭＰの添加により、一定の量に維持した。
【０１４９】
８時間の反応時間の後、２３℃の温度を有するＮＭＰ１６０９ｍｌの添加により反応をストップさせた。窒素を、２０リットル/時間の割合で、１時間、混合物に通してバブリングさせ、そして放置し室温まで冷却した。反応において形成された塩化カリウムは、濾過で除去した。
Ｖ．Ｎ．＝６６．４ ｍｌ／ｇ；Ｔｇ＝４７°Ｃ；２８．８ ｗｔ．−％ＰＥＧ
【０１５０】
略語
ＤＣＤＰＳ：４，４’−ジクロロジフェニルスルホン
ＢｉｓＡ：ビスフェノールＡ
ＰＥＧ；：ポリエチレングリコール
ＮＭＰ：Ｎ−メチルピロリドン
【０１５１】
コポリマーの溶液粘度（粘度数；Ｖ．Ｎ．）を、ＤＩＮ ＥＮ ＩＳＯ １６２８−１に従い、２５℃でコポリマーの１重量％ＮＭＰ溶液として測定した。
【０１５２】
コポリマーを、室温で水中でのコポリマーの溶液の沈殿によりその溶液から単離した（スプレー反応器の高さ０．５ｍ、フラックス：２．５リットル/時間）。そのようにして得られたビーズを２０時間８５℃で水で抽出した（水フロー １６０リットル/時間）。次に、ビーズを、水の含量が０．１重量％未満になるまで乾燥した。
【０１５３】
ブロックコポリマー中のポリアルキレンオキサイドの含有量を、ＣＤＣｌ３中、１Ｈ−ＮＭＲを使用して決定した。ポリアルキレン基のＨ原子に対する共鳴シグナルのシグナル強度を、ポリアリーレンエーテルブロックに含まれる芳香族基のＨ原子に対する共鳴シグナルのシグナル強度と比較した。この比較により、重量によりコポリマー中のポリアルキレンオキサイドの含有量を計算するのに使用することのできるポリアリーレンエーテルに対するポリアルキレンオキサイドの比が得られる。
【０１５４】
製造物のガラス転移温度は、ＤＳＣ分析で決定した。すべてのＤＳＣ測定は、２０Ｋ/分の加熱速度で、ＴＡ Ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔｓ社のＤＳＣ ２０００を使用して行った。約５ｍｇの材料をアルミニウム容器中に置き、シールした。第１のランにおいて、サンプルを２５０℃まで加熱し、−１００℃まで急冷し、そして、第２のランにおいて、２５０℃まで加熱した。得られるＴｇ値は、第２のランにおいて決定された。
【０１５５】
実施例３ｂ）：ＰＳＵ−ＰＥＯ−コポリマーの物理パラメーター
ポリマーＰＳＵ−ＰＥＯの熱分解は、ＴＡ Ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔｓ社のＴＧＡ ２０５０Ｔｈｅｒｍｏｇｒａｖｉｍｅｔｒｉｃ Ａｎａｌｙｚｅｒを使用して、空気中で行った。使用した加熱速度は、空気中５℃/分であり、プラチナパン中で行った。コポリマーに対する熱分解温度（Ｔｄ）は、約３７３℃であった。
【０１５６】
支持体上のコートポリマーの、ＶＥＥＣＯ−ＣｏｎｔｏｕｔＧＴ光学プロフィルメーターに測定されるような、表面粗さ（Ｒｚ）は、１６０ｎｍないし２５０ｎｍの間を動き、Ｒａは、支持体および使用されたプロセス条件に依存し、１０ｎｍないし２０ｎｍの間にある。表面粗さは、保護されるアノードリチウムの製作に重要な基準である。
【０１５７】
実施例３Ｃ９：ＰＳＵ−ＰＥＯ−コポリマーのセル性能
剥離ゲルは、本機器構成において、保護リチウムアノードに取り付けられると思われ、セル中にあると思われるので、Ｌｉ−Ｓフラットセル中のポリマーの性能を、コントロールに対してテストした。０．２μｍ銅電流コレクタを裏面上に有する２３μｍ真空蒸着リチウム（ＶＤＬ）支持体上に、ＰＳＵ−ＰＥＯ−コポリマーの３μｍゲルをコートした（図１２Ａ）。この積み重ねは、セルのアノードである。使用されるカソードは、約１５５μｍのカソード厚さを有する７μｍアルミニウム上に５５％イオウ/４０％バルカンカーボン（Ｖｕｌｃａｎｎ Ｃａｒｂｏｎ）/５％ＰＶＯＨの配合物で両面コートされた。Ｃｅｌｇａｒｄ２３２５が、セパレーターとして使用され、１６％ＬｉＴＦＳＩ、４％硝酸リチウム＆１％硝酸グアニジニウムの１：１ ＤＯＬ：ＤＭＥ混合物溶液を電解質として使用した。図１２Ｂに示されているように、コートＰＳＵ−ＰＥＯ−コポリマーを有するサンプルセルは、４０サイクルを超えて、８００ｍＡｈ/ｇＳ以上のイオウ比容量を有している。ＶＤＬ上にポリマーコーティングのないコントロールセルは、４０サイクルを超えて、９５０ｍＡｈ/ｇＳの容量を有している。
【０１５８】
略語
ＤＯＬ        １，３−ジオキソラン
ＤＭＥ        １，２−ジメトキシエタン
ＬｉＴＦＳＩ  リチウムビス（トリフルオロメタンスルホニル）イミド
【０１５９】
実施例４
本実施例は、ＰＳＵ‐ＰＥＯコポリマーが、ＰＥＴキャリヤー支持体から剥離可能であることを示す。本実施例は、また、ＰＳＵ‐ＰＥＯコポリマー/ＬｉＯ２/Ｌｉ電極構造が、電極構造にダメージを与えないで、ＰＥＴ支持体から剥離可能であることを示す。１，３−ジオキサンに溶解された実施例３ＡのＰＳＵ‐ＰＥＯコポリマーの３ミクロン層を、New Era 連続ウエブコータ―(continuous web coater)において、ＰＥＴキャリヤー支持体上にコートした。コートされた材料は、３００ｎｍのＲｚを有するスムーズな層であった。ＰＳＵ‐ＰＥＯコポリマーを、０．０４ｌｂｓの剥離力で連続したスムーズな層として支持体から剥離した。剥離力は、Mark-10, BGシリーズ電動式試験台（ Motorized Test Stand） ESM301を使用して測定した。
【０１６０】
１，３−ジオキサンに溶解された実施例３ＡのＰＳＵ‐ＰＥＯコポリマーの３ミクロン層を、New Era 連続ウエブコータ―において、ＰＥＴキャリヤー支持体上にコートした。ＰＳＵ‐ＰＥＯコポリマーのトップ上に、ＬｉＯ２の薄い７００ｎｍコーティングを真空蒸着し、続いて、リチウム金属を１２ミクロン真空蒸着した。このＰＳＵ‐ＰＥＯコポリマー/ＬｉＯ２/Ｌｉのアノードスタックは、ＰＥＴ支持体から剥離可能であった。剥離されたアノード電極構造に対しては、黙示的にはダメージは全く観察されなかった。
【０１６１】
実施例５
本実施例は、ＰＳＵポリマー層が、ＰＥＴキャリヤー支持体から剥離可能であることを示す。本実施例は、また、ＰＳＵポリマー/ＬｉＯ２/Ｌｉ電極構造が、電極構造にダメージを与えないで、ＰＥＴ支持体から剥離可能であることを示す。
【０１６２】
ジエチレングリコールジメチルエーテルに溶解されたＰＳＵポリマーの２ミクロン層を、New Era 連続ウエブコータ―において、ＰＥＴキャリヤー支持体上にコートした。コートされた材料は、２００ｎｍのＲｚを有するスムーズな層であった。ＰＳＵポリマーコーティングを、０．０３５ｌｂｓの剥離力でキャリヤーＰＥＴ支持体から剥離した。剥離力は、Mark-10, BGシリーズ電動式試験台ESM301を使用して測定した。
【０１６３】
ジエチレングリコールジメチルエーテルに溶解されたＰＳＵの２ミクロン層を、New Era 連続ウエブコータ―において、ＰＥＴキャリヤー支持体上にコートした。ＰＳＵ層のトップ上に、ＬｉＯ２の薄い１ミクロンコーティングを真空蒸着し、続いて、リチウム金属を２５ミクロン真空蒸着した。このＰＳＵ/ＬｉＯ２/Ｌｉのアノードスタックは、０．０１９ｌｂｓの剥離力でＰＥＴ支持体から剥離可能であった。剥離されたアノード電極構造に対しては、黙示的にはダメージは全く観察されなかった。
【０１６４】
本開示は、色々な態様および実施例と関連して記載されてきており、本開示が、そのような態様とまたは実施例に限定されるということを意図するものではない。それどころか、本開示は、当業者によって正しく認識されるような、種々の選択、モディフィケーションおよび等価物を包含するものである。従って、前述の記述および図は、例示する目的としてのものに過ぎない。
【図１Ａ】
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【図１Ｂ】
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【図２Ａ】
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【図２Ｂ】
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【図２Ｃ】
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【図２Ｄ】
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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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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０Ａ】
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【図１０Ｂ】
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【図１０Ｃ】
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【図１１Ａ】
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【図１１Ｂ】
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【図１２Ａ】
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【図１２Ｂ】
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【国際調査報告】
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