"再充電可能電気化学素子であって、正複合カソードを備え、前記正複合カソードは、固体電気化学活性材料であって、前記固体電気化学活性材料は、前記電気化学活性材料の充電前状態において電子伝導性およびイオン伝導性を備えている、固体電気化学活性材料と、固体電子伝導性材料であって、前記固体電子伝導性材料は、前記電気化学活性材料の充電前状態における前記電気化学活性材料の電子伝導性より少なくとも3倍高い電子伝導性を備えている、固体電子伝導性材料と、固体無機イオン伝導性材料であって、前記固体無機イオン伝導性材料は、前記電気化学活性材料の充電前状態における前記電気化学活性材料のイオン伝導性より少なくとも3倍高いイオン伝導性を有している、固体無機イオン伝導性材料とを備えている、電気化学素子。再充電可能電気化学素子であって、正複合カソードを備え、前記正複合カソードは、電子伝導性およびイオン伝導性を備えている固体電気化学活性材料と、前記電気化学活性材料と異なる材料を備えている固体イオン伝導性材料とを備え、前記電気化学素子は、液体を備えておらず、かつ、前記電気化学素子は、ゲル状溶媒を備えていない、電気化学素子。前記電気化学活性材料は、前記正複合カソード内の任意の他の材料より高い電子伝導性を前記正複合カソードに対して提供する、請求項1に記載の電気化学素子。前記電気化学活性材料は、前記正複合カソード内の任意の他の材料より高い電子伝導性を前記正複合カソードに対して提供する、請求項2に記載の電気化学素子。電子伝導性材料をさらに備え、前記電子伝導性材料は、前記電気化学活性材料の充電前状態における前記電気化学活性材料の電子伝導性より少なくとも3倍高い電子伝導性を備えている、請求項2に記載の電気化学素子。前記イオン伝導性材料は、前記電気化学活性材料のイオン伝導性より少なくとも3倍高いイオン伝導性を有している、請求項2に記載の電気化学素子。前記イオン伝導性材料は、前記電気化学活性材料と同一材料である、請求項2に記載の電気化学素子。固体電解質をさらに備え、前記固体電解質は、液体を備えておらず、かつ、前記固体電解質は、ゲル状溶媒を備えていない、請求項2に記載の電気化学素子。再充電可能電気化学素子であって、固体正カソードと、負アノードと、前記カソードと前記アノードとの間に狭入されている固体電解質とを備え、前記電気化学素子は、前記正カソードの幾何学的占有面積に基づいて、少なくとも2mAh/cm2の定格出力を有している、電気化学素子。前記カソードは、固体電気化学活性相のみ備えている、請求項9に記載の電気化学素子。前記電気化学素子は、前記正カソードの幾何学的占有面積に基づいて、少なくとも4mAh/cm2の定格出力を有している、請求項9に記載の電気化学素子。前記電気化学素子は、前記正カソードの幾何学的占有面積に基づいて、少なくとも5mAh/cm2の定格出力を備えている、請求項9に記載の電気化学素子。前記電気化学素子は、前記正カソードの幾何学的占有面積に基づいて、少なくとも17mAh/cm2の定格出力を備えている、請求項9に記載の電気化学素子。前記電気化学素子は、その可逆性範囲内において30時間未満で完全に充電可能である、請求項9に記載の電気化学素子。前記電気化学素子は、その可逆性範囲内において10時間未満で完全に充電可能である、請求項9に記載の電気化学素子。前記電気化学素子は、その可逆性範囲内において30時間未満で完全に充電可能である、請求項10に記載の電気化学素子。前記電気化学素子は、その可逆性範囲内において10時間未満で完全に充電可能である、請求項10に記載の電気化学素子。前記電気化学素子は、その可逆性範囲内において30時間未満で完全に充電可能である、請求項11に記載の電気化学素子。前記電気化学素子は、その可逆性範囲内において10時間未満で完全に充電可能である、請求項11に記載の電気化学素子。前記電気化学素子は、その可逆性範囲内において30時間未満で完全に充電可能である、請求項12に記載の電気化学素子。前記電気化学素子は、その可逆性範囲内において10時間未満で完全に充電可能である、請求項12に記載の電気化学素子。前記電気化学素子は、その可逆性範囲内において30時間未満で完全に充電可能である、請求項13に記載の電気化学素子。前記電気化学素子は、その可逆性範囲内において10時間未満で完全に充電可能である、請求項13に記載の電気化学素子。完全に包装された状態において少なくとも60Ah/リットルの体積容量密度を備えている、請求項9に記載の電気化学素子。完全に包装された状態において少なくとも240Wh/リットルの体積エネルギー密度を備えている、請求項9に記載の電気化学素子。完全に包装された状態において少なくとも90Ah/リットルの体積容量密度を備えている、請求項10に記載の電気化学素子。完全に包装された状態において少なくとも360Wh/リットルの体積エネルギー密度を備えている、請求項10に記載の電気化学素子。完全に包装された状態において少なくとも100Ah/リットルの体積容量密度を備えている、請求項11に記載の電気化学素子。完全に包装された状態において少なくとも400Wh/リットルの体積エネルギー密度を備えている、請求項11に記載の電気化学素子。完全に包装された状態において少なくとも250Ah/リットルの体積容量密度を備えている、請求項13に記載の電気化学素子。完全に包装された状態において少なくとも1000Wh/リットルの体積エネルギー密度を備えている、請求項13に記載の電気化学素子。前記正カソードは、その初期充電に先立って、複合材料を備えている、請求項9に記載の電気化学素子。前記正カソードは、その初期充電に先立って、単相を備えている、請求項9に記載の電気化学素子。少なくとも2つの固体正カソードと、少なくとも2つの負アノードと、少なくとも2つの固体電解質であって、前記少なくとも2つの固体電解質の各々は、前記正カソードのうちの1つと前記負アノードのうちの1つとの間に挟入されている、少なくとも2つの固体電解質とをさらに備え、前記電気化学素子は、前記少なくとも2つの正カソードの幾何学的占有面積に基づいて、少なくとも4mAh/cm2の定格出力を備えている、請求項9に記載の電気化学素子。前記少なくとも2つの正カソードは、より小さい正カソードおよびより大きい正カソードを備え、前記定格出力は、前記より大きい正カソードの幾何学的占有面積に基づいている、請求項34に記載の電気化学素子。本発明のある例示的実施形態は、所与のカソード-アノードの化学的性質に対して高エネルギー密度を伴うバッテリを含み得る。以下にさらに論じられるように、ある実施形態は、例えば、カソード以外すべて、低体積または質量のバッテリ構成要素を伴う一方、同時に、正カソード内に高電気化学活性質量を達成し得る。正複合カソードを伴う再充電可能電気化学素子の実施形態は、固体電気化学活性材料と、電気化学活性材料が最初に充電される前の電気化学活性材料の電子伝導性より少なくとも3倍高い電子伝導性を有する、固体電子伝導性材料と、電気化学活性材料が最初に充電される前の電気化学活性材料のイオン伝導性より少なくとも3倍高いイオン伝導性を有する、固体無機イオン伝導性材料とを含み得る。代替として、正複合カソードを伴う再充電可能電気化学素子の実施形態は、少なくとも1つの固体電気化学活性材料と、電気化学活性材料と異なる少なくとも1つの固体イオン伝導性材料とを含むことがあり、液体またはゲル状溶媒を含まないことがある。再充電可能電気化学素子の代替実施形態は、固体正カソードと、負アノードと、カソードとアノードとの間に狭入されている固体電解質とを含み得、電気化学素子は、正カソードの幾何学的占有面積に基づいて、好ましくは、例えば、少なくとも2mAh/cm2の定格出力を有する単一電気化学電池を含む。本明細書に記載する特定の方法、組成、材料、製造技術、使用、および用途は、変化し得るため、本発明は、これらに限定されないことを理解されたい。また、本明細書で使用する用語は、特定の実施形態を説明する目的のみで使用され、本発明の範囲を制限することを目的としていないことも理解されたい。本明細書および添付の特許請求の範囲で使用するように、単数形a、an、およびtheは、文脈が明確に別段の指示をしない限り、複数の言及を含むことに留意されたい。したがって、例えば、要素aelementへの言及は、1つ以上の要素への言及であり、当業者に周知のその均等物を含む。同様に、別の例として、ステップastepまたは手段ameansへの言及は、1つ以上のステップまたは手段への言及であり、サブステップまたは補助的手段を含み得る。使用する全ての接続詞は、可能な限り最も包括的な意味で理解されるものとする。したがって、またはorという用語は、文脈が明確に他のことを必要としない限り、論理上の排他的なまたはという定義よりもむしろ、論理上のまたはという定義を有するものとして理解されるべきである。本明細書に記載する構造はまた、そのような構造の機能的均等物を指すものとして理解されるものとする。近似を表すものと解釈され得る用語は、文脈が明確に別段の指示をしない限り、そのように理解されるべきである。別段の定めがない限り、本明細書で使用する全ての技術用語および科学用語は、本発明が属する分野の当業者によって一般に理解されるものと同じ意味を有する。好ましい方法、技術、素子、および材料を記載するが、記載するものと同様または同等の任意の方法、技術、素子、または材料が、本発明の実施または試験に使用され得る。本明細書に記載する構造はまた、そのような構造の機能的均等物を指すものとして理解されるものとする。全ての特許および他の出版物は、例えば、本発明との関連で有用であり得るそのような出版物に記載される方法を記載および開示する目的で、参照することによって本明細書に組み込まれる。これらの出版物は、本願の出願日前のそれらの開示に関してのみ提供される。これに関するいかなるものも、本発明者らが、先行発明の理由で、または任意の他の理由で、そのような開示に先行する資格がないと認めるものとして解釈されるべきではない。本発明のある実施形態は、例えば、従来の携帯電話バッテリおよびコイン電池と異なり、任意の液体またはゲル状構成要素を含まない、全固体高エネルギー密度バッテリ電池を含む。ゲル状構成要素は、例えば、非常に高い粘度を有するため、一般的液体のように流動しない、溶媒から成る。高エネルギー密度は、例えば、以下のような特徴の組み合わせを通して達成され得る。1.単位カソード面積あたりのカソード厚を最大限にする一方、充電および放電能力を許容可能性能限度内に維持する。2.カソード内の電気化学活性質量の装填または体積割合を最適化するカソード体積の100を構成するために、単相の電気化学活性材料ではなく、複合材料を含み得る。3.全固体リチウムイオン伝導および電子伝導向上相を含む、複合電気化学活性材料を利用する。および/または、4.基板、電解質、負アノード、電流コレクタおよび端子、ならびにパッケージング等の他のバッテリ電池構成要素すべての体積分率を最小限にする。項目1に関して、本発明のある実施形態は、例えば、約100-1000μmのカソード厚を伴う電気化学素子を含み得る一方、携帯電話型バッテリのカソード厚は、例えば、約100μmであり得る。項目2に関して、例示的電気化学素子は、好ましくは、約50volより高い電気化学活性材料の装填を使用し得る。電池の電力および電流率能力を向上させるために項目1および3、複合カソードの残り、例えば、50volは、2つの材料:a製造ならびにバッテリ動作および貯蔵の間、電気化学活性カソード材料と化学的に安定する一方、電気化学活性材料より少なくとも3倍高いイオン伝導性を示す、リチウムイオン伝導向上材料、およびb電気化学活性材料より少なくとも3倍高い電子伝導性を有する、電子伝導向上材料で充填され得る。項目4に関して、本発明のある実施形態の素子は、他の部品の中でもとりわけ、i随意の基板としても役割を果たす、例えば、10μmのAl箔等の薄い金属カソード電流コレクタまたは、正カソードが、正端子が接続され得るその外側表面に沿って十分に伝導性である場合、そのような電流コレクタは存在しない、ii例えば、1-3μm厚のLipon等の薄膜電解質、およびiii例えば、10-50μmの金属リチウム等の薄い金属アノードによって構成され得る。項目4のうちの1つ以上の要素は、物理蒸着PVD処理、または、容易に利用可能なLi箔を使用する熱-圧力積層によって、本発明のある実施形態の素子の中に製造され得る。最後に、本発明のある実施形態の素子は、例えば、米国特許出願公開第2009/0181303号参照することによって、全体として本明細書に組み込まれるにおいて、以前に開示されたように、例えば、厚さ約3μmの薄膜カプセル封入を使用して、パッケージングされ得る。ある実施形態では、複合カソードおよび/または電解質内の任意の揮発性液体有機溶媒の不在は、非常に伝導性となり、安全性を改善し、電気化学素子の動作および貯蔵のためのより高い温度限界をもたすことができるその間、最大265°Cの温度逸脱が、数分間、生じ得る、無鉛ハンダリフロー条件を含む。本発明のある実施形態の高容量電池のより低コストバージョンは、従来のセラミックまたは湿式化学処理等の非PVDまたは非化学蒸着CVD法によって、全体的または部分的に製造される、より厚いセラミック層または、多層を備えている電解質代替を含み得る。これらの電解質代替の実施例として、圧縮されたLi2S-SiS2またはLi2S-P2S5ベースのガラス電解質粉末約100μm層厚さ、Li3N-LiTi2PO43二重層セラミックプレート約100μm厚、片面Lipon保護LiAl2TiPO43またはLi0.35La0.55TiO3プレート約100μm厚、あるいは、圧縮された圧搾されたLi7La3Zr2O12粉末約50μm厚を含み得る。複合カソード同様に、複合アノードが、本発明のある実施形態のために使用され得、セラミック圧縮され、LiySn-活性化された、ナノサイズのLi4Ti5O12粉末を含んでもよくLi/Liと対比して、1.5V:結果、金属リチウムアノードを採用する、それらの4V電池と比較して、本発明のある実施形態の完全に製造された電気化学電池の1.5V電圧低減を含む、LiySnは、体積不変LixTi5O124≦×≦7アノード相内でリチウムイオンおよび電子伝導向上の第2の相としての役割を果たす。他の複合アノードもまた、採用され得る。セラミックおよび/または湿式化学製造された電解質および/またはアノードによる固体高容量電池の製造は、そのコストおよび製造生産性のため、魅力的であり得るが、これらは、全体的に、薄膜電解質および電池の電気化学活性種リチウムイオンバッテリのための金属リチウム等から成る金属アノードを使用する本発明のある実施形態による電池の電力およびエネルギー密度性能を含まない。これらのより低コストのバッテリは、セラミックおよび/または湿式化学製造された電解質および/または複合アノードが、典型的には、より厚く電池抵抗を増加させ、非エネルギー含有体積を電池に追加し得、両方とも、望ましくない特色である、より低い電池電圧を提供するより低いエネルギーおよびより低い電力を生じさせ得、両方とも、望ましくない特色であるため、あまり望ましくない。本発明のある実施形態に対して純カソードおよび複合カソードの両方に対して良好なカソード性能は、例えば、カソード内に高有効拡散係数を必要とし得る。カソード内のそのような拡散係数は、電池放電に応じて、可能な限り多くの電気化学活性種イオンおよび電子が、可能な最短時間において、カソード内に挿入され、かつカソード-電解質界面である、拡散発生平面から最も遠い、カソード場所に挿入されることを可能にする。簡略化された概念として、以下に従って、フィックの拡散の第2法則の一次元解を使用し得、所与の拡散係数Dに対して、拡散種の波面は、拡散期間t後、深度X時として、拡散長と呼ばれる分、身体を貫通する。X=2Dt1/21式1は、イオンおよび電子の組み合わせられた拡散に対する正確な予測である。多くの実践的電気化学活性カソード材料では、電子伝導性は、電気化学活性イオンの伝導性より遥かに高い。例えば、充電されたLixCoO2x<0.7における電子伝導性は、周囲温度において、約1S/cmである一方、リチウムイオンの伝導性の場合、10-7S/cm未満である。したがって、適切なリチウムイオン伝導向上材料を混合し、それによって、カソード複合材料を形成することによって、カソードのリチウムイオン伝導性を向上させることは、有益であり得る。ある実施形態では、式1の決定独立変数として、イオン伝導性を使用する場合、拡散係数Dは、フィックの拡散の法則の一部に置き換えられ得る。D=RT/czF2dE/dxj2これは、Dを、気体定数R、絶対温度T、拡散種cの局所濃度、これらの種の電荷数zLiイオンの場合、z=1、ファラデー定数F、局所電場強度dE/dx、および拡散種の電流密度jに関連付ける。式2を式1に挿入し、結果として生じた式の両側を2乗した後の結果として生じた式は、以下となる。X2=4RT/czF2dE/dxtj3ここでは、拡散期間tはまた、所与の電流密度jにおいて、カソードの定格出力を放電または充電するためにかかる、連続放電または充電時間として解釈され得、定格出力は、電気化学活性カソード材料、イオン伝導性向上材料、および電子伝導性向上材料の所与のカソード組成物に対してカソードの厚さXに比例する。カソードの定格出力は、例えば、完全バッテリ充電後の周囲条件において供給されるバッテリの放電容量である。カソード全体にわたって、抵抗Rおよび電圧Eを伴うオームの法則を使用して、電流密度jを伝導性Gに変換した後の結果として生じた式は、以下となるここでは、断面拡散面積Aを有する。R=E/JA4伝導性G=逆抵抗率に対する定義は、以下となる。G=1/RX/A5これは、以下となる。j=EG/×6式6を式2に挿入し、カソードの全体厚Xにわたる電圧降下を考慮して、結果として生じた式は、以下となる。X2=4RT/czF2dE/dXtEG/X7または、式7を整理した後、以下となる。X3=4RT/czF2dE/dXtEG8電子的に良好に伝送するカソードの場合であり得る、カソードを通して一定の電場勾配の場合、dE/dxは、E/Xとなり、式8が以下のように簡略される。X2=4RT/czF2tG9したがって、以下となる。X2~tG10式10は、例えば、電気化学電池の厚さXを通る所与の拡散期間または、放電または充電時間tに対して、占有面積あたりあるいは、一定であるパラメータすなわち、とりわけ、同一電気化学活性材料、電気化学活性材料の同一体積装填、カソードの同一断面積下のその容量を2倍にするために、カソードの厚さXを2倍にすることが可能であり得るよりも、カソードのイオン伝導性Gを4倍に増加され得るかどうか、カソードのための設計ルールが考慮され得る。バッテリの放電時間能力は、その逆数でり、放電間の充電期間を数学的に無視する場合、バッテリまたは電気化学電池がその定格出力を1時間以内に数学的に放電可能である頻度を定義するいわゆるCレートであり得る。式10はまた、カソード内の所与の伝導性Gの場合、カソード厚の増加が、遥かにより遅いすなわち、より長い放電時間能力より低いCレートを生じさせ得ることを表す。例えば、所与の定格出力の完全放電に対する放電時間は、カソードの厚さを2倍にすると、約4倍増加し得るCレートは、約25降下する。カソード厚を2倍にしたまま所与の定格出力を維持することは、厚さの増加が、電気化学不活性材料をカソードに追加し、その空隙率を2倍にすること、またはカソード内の電気活性材料を変化させることのいずれかによって、達成され得ることを含意する。式10はさらに、電気化学容量またはエネルギーを貯蔵せず、したがって、カソードの容量またはエネルギーを増加させることなく、単に、ΔΧだけカソードの厚さを増加せる、単純イオンまたは電子伝導性エンハンサ等の電気化学不活性材料をカソードに追加することが、代償を伴うことを教示する。したがって、ある実施形態では、以下の式から、放電または充電時間を維持するために、またはより望ましくは、短縮するために、複合カソードのイオン伝導性をGXΔΧ2/X2まで増加させ得る場合に、不活性材料を追加することが適切であり得る。XΔΧ2~tG[XΔΧ2/X2]11重要かつ必要であるものとして、カソードのある実施形態内の良好なイオン伝導性は、明白である。例えば、市販のLiCoO2等の電気化学活性カソード材料は、それ自体、十分に高いリチウムイオン伝導性を提供しない場合がある例えば、Li/Liと対比して、4.2V-2.0Vのその電気化学活性範囲にわたって、周囲温度において、<10-7S/cmを呈し得るため、例えば、電気化学活性カソード材料のものより実質的に高いリチウムイオン伝導性を有するリチウムイオン伝導性向上材料とともに、複合カソードを製造し得る。例えば、チタン酸リチウムランタンLi0.35La0.55TiO3は、25°Cで、G=10-3S/cmバルクおよびG=210-5S/cm粒界を有し、その実施例は、Y.Inagumaetal,SolidStateCommunications861993p.689参照することによって、全体として本明細書に組み込まれるに論じられている、ジルコニウム酸リチウムランタンLi7La3Zr2O12は、25°Cで、7.710-4S/cmを呈し、その実施例は、R.Muruganetal,AngewandteChemieInternationalEdition4620077778参照することによって、全体として本明細書に組み込まれるに論じられている、リン酸リチウムアルミニウムチタンLi1.3Ti1.7Al0.3PO43は、25°Cで、710-4S/cmを示し、その実施例は、G.Adachiet.al、米国特許第4,985,317号参照することによって、全体として本明細書に組み込まれるに論じられている、またはリチウムthio-phosphate80atLi2S-20atP2S5[=Li8P2S9;Thio-LISICONII]は、25°Cで、7.410-4S/cmを示し、その実施例は、SengaMinoruet.al、米国特許出願公開第2007/0160911号参照することによって、全体として本明細書に組み込まれるに論じられている等の適切なリチウムイオン伝導向上材料の選択後、ある状況では、リチウムイオン伝導性向上材料の粒子サイズおよび粒子サイズ分布を備えている形態が、複合カソード内の電気化学活性カソード材料の粒子サイズおよび分布に調整されることを確実にすることが重要である。本アプローチは、複合カソード内のリチウムイオン伝導性の正3次元網目構造を提供し得る。複合カソード内の空隙率は、不良な伝導路または粒子間接触面積による、材料の有効性を良好な伝導性イオンおよび電子に該当するで補い得、ひいては、粒子間および複合カソードを通しての最適伝導のために最大限にされ得る。本目的は、カソード内のイオン伝導性向上材料および電気化学活性材料に対して、好ましくは、約0.1-10μm、最も好ましくは、0.5-5μmの範囲内の粒子サイズによって、良好に達成され得る。10μmより遥かに大きい粒子は、イオン網目構造内のイオン伝導路、また、電子網目構造内の電子伝導路を遮蔽または中断するリスクを伴い得る。代替として、または加えて、電気化学活性材料自体のイオン伝導性が、向上され得る。これは、例えば、そのバルク粒子粒子内部分を他の適切な化学要素でドープすることによって、および/または固体カソード内の粒子間の最初のイオン伝導の入口であり得るその粒界を化学的または機械的に修飾することによって、達成され得る。適切な化学物質との反応を介した化学修飾は、本発明のある実施形態による、好ましい方法であり得る。高速イオン粒界伝導は、粒子バルク内にある、容量およびエネルギー貯蔵に関与する、電気化学反応の場所へイオンを提供すること、およびそこからイオンを提供することにおいて最も効果的である。カソード内の粒子バルクおよび/または粒界内でそのように向上された電気化学活性材料、例えば、LiCoO2が、十分に高いリチウムイオン伝導性を示す場合、例えば、チタン酸リチウムランタンLi0.35Lao0.55TiO3等の向上されたリチウムイオン伝導性を単に提供する不活性相の追加は、不必要であり得る。しかしながら、カソードが、良好に電子伝導性であること、例えば、カソード内のリチウムイオン伝導性より遥かに高い、電子伝導性を伴うことを確実にすることが重要であり得る。そうでなければ、カソードの電子伝導性は、リチウムイオン伝導性の有効性を限定し得、したがって、カソードを通してのリチウム拡散は、イオンの代わりに電子を印加する場合、式9に従って、限定された電子伝導性のペースでのみ生じ得る。電子伝導性向上材料は、例えば、炭素またはニッケル粉末等、比較的に安価である。これらの材料は、一般的に使用される電気化学活性材料例えば、LiCoO2と、例えば、チタン酸リチウムランタンLi0.35La0.55TiO3またはジルコニウム酸リチウムランタンLi7La3Zr2O12等の選択されたイオン伝導性向上材料と、少なくとも500°Cまで、非常に安定している。本発明のある実施形態によると、これらの電子伝導性向上材料が、複合カソードの電子伝導性を最大限にするように伝導性である、適切な粒子サイズ分布において、最も好ましくは、電子伝導性向上材料の最低混合体積分率において、利用可能であることが好ましい。例えば、50μmNi等のより大きい粒子を使用する場合、これらの粒子は、複合カソードに良好な電子伝導性を提供し得るが、複合カソード内の貴重な体積を不必要に除去し、より重要な電気化学活性カソード材料エネルギーを提供するおよび/または随意のリチウムイオン伝導性向上材料そのエネルギーレベルで電力能力を向上させ得るで充填されないことがあり得る。代替として、または加えて、電気化学活性材料自体の電子伝導性が、向上され得る。これは、例えば、そのバルク粒子粒子内部分を他の適切な化学要素でドープすることによって、および/または固体カソード内の粒子間の最初のイオン伝導の入口であり得るその粒界を化学的または機械的に修飾することによって、達成され得る。適切な化学物質との反応を介した化学修飾は、本発明のある実施形態による、好ましい方法であり得る。高速電子粒界伝導は、粒子バルク内にある、容量およびエネルギー貯蔵に関与する、電気化学反応の場所へイオンを提供すること、およびそこからイオンを提供することにおいて最も効果的である。カソード内の粒子バルクおよび/または粒界内でそのように向上された電気化学活性材料、例えば、LiCoO2が、十分に高い電子伝導性を示す場合、例えば、ニッケルまたは炭素粉末等の正カソード内に実質的電気化学貯蔵容量を供給せずに、向上された電子伝導性を単に提供する不活性相の追加は、不必要であり得る。適切な粒子サイズおよび分布は、例えば、未加工粉末をナノ/サブミクロンサイズの粒子に細砕し得る、高エネルギーボールミル粉砕を使用して、生成され得る。所与の材料の特定の粒子サイズ分布は、異なる細砕パラメータが適用された、別個の細砕された粉末バッチを混合することによって、達成され得る。ある材料例えば、リチウムイオン伝導性向上材料のそのように得られた粉末は、特定の粒子サイズ分布を有するため、本粉末は、類似様式で生成された粒子サイズ分布を有する、別の材料例えば、電気化学活性カソード材料と混合され得る。最後に、電子伝導性向上材料リチウムイオン伝導性向上材料のために採用されるものと類似様式で作製される特定の粒子サイズ分布が、粉末混合物に添加され得る。次いで、粉末混合物の均質化が、例えば、粉末混合物内の1つ以上の材料の粒子サイズ分布をさらに変化させることも変化させないこともあるSi3N4またはAl2O3等の低濃度の低密度細砕媒体を使用する、低エネルギーボールミル粉砕等によって、種々の方法で達成され得る。実施例実施例1本発明のある実施形態によると、市販のLiCoO2粉末が、a7トンの0.5mm厚および10mm直径の粉末ペレットを冷却圧縮し5.06g/ccmの理論密度の76を達成し得る、b7トンの0.5mm厚および10mm直径の粉末ペレットを冷却圧縮した後、空気中で1時間、900°Cでペレットを焼結することによって5.06g/ccmの理論密度の72を達成し得る、その初期充電に先立って、周囲条件におけるその電子伝導性を決定するために使用され得る。次いで、そのように得られたペレットは、ペレット面の両側において、0.3μm厚のPVD製造されたリチウムイオンブロッキング金電極でコーティングされ、電気化学インピーダンス分光法および10mVの振幅を使用して、電子抵抗測定を受け得る。例示的冷却圧縮されたLiCoO2ペレットの電子伝導性は、2.710-5S/cmを得た一方、900°Cで焼鈍され得るペレットは、7.110-4S/cmの電子伝導性を呈した。実施例2本発明のある実施形態によると、市販のNi粉末2-3μm粒子サイズの電子伝導性が、0.5mm厚および10mmの直径であった、冷却圧縮された7トンのNiペレットから決定され得る。密度は、理論密度8.91g/ccmの80であり得る。そのように得られたNiペレットは、2つの銅電極間に狭入され、10mVDCを受け得る。しかしながら、電子抵抗が、非常に低くい<<1Ohmため、電流は、試験機器の能力10A外であり得る。正確な電子伝導性を決定する代わりに、電子伝導性は、25°Cで、約105S/cmである、Niに関する文献値によって近似され得る。本値は、初期充電に先立って、LiCoO2のもよりも10桁以上大きい。実施例3本発明のある実施形態によると、実施例1の市販のLiCoO2粉末が、a7トンの0.5mm厚および10mm直径の粉末ペレットを冷却圧縮し、b7トンの0.5mm厚および10mm直径の粉末ペレットを冷却圧縮した後、空気中で1時間、700°Cでペレットを焼結することによって5.06g/ccmの理論密度の73を達成し得る、その初期充電に先立って、周囲条件におけるそのイオン伝導性を決定するために使用され得る。そのように得られたペレットは、各ペレット面上において、3μm厚の電子ブロッキングLipon電解質層でコーティングされ得る。加えて、2つの金属Li電極が、狭入されたLiCoO2ペレットと反対のLipon電解質層上にPVD製造され得る。本イオン伝導性試験電池は、1-5VDCの種々の電圧をリチウム電極に印加することによって、オーム抵抗測定を受け、それに応じて、リチウム鍍着または剥離が、生じ得る。本設定では、リチウムイオンのみ、LiCoO2ペレットを通して伝送し得る一方、その電子伝導性は、完全に停止された。結果として生じた瞬間電流は、オーム挙動を示し得、抵抗に計算された。直列に接続された2つの3μmのLipon層の既知の組み合わせられた抵抗他の別個の実験からを減算することによって、その初期充電に先立ったLiCoO2のイオン伝導性の抽出をもたらした。例示的冷却圧縮されたLiCoO2ペレットと、続いて、空気中で1時間、700°Cで焼鈍された冷却圧縮されたLiCoO2ペレットの両方のイオン伝導性は、25°Cで測定時、210-8S/cmであって、これは、25°CでのLiCoO2の電子伝導性よりも3桁以上低い。したがって、本実施例におけるLiCoO2は、主に電子伝導性である材料は、不良なリチウムイオン伝導性を伴うことを実証する。実施例4本発明のある実施形態によると、Li0.35La0.55TiO3は、標準的粉末反応によって、開始化合物LiOH、La2O3、およびTiO2から、合成され得る。最終粉末Li0.35La0.55TiO3は、事実上、XRDによって検証されるように、不純物相がないであろう。次いで、本粉末は、a7トンの0.4mm厚および10mm直径の粉末ペレットに冷却圧縮され4.99g/ccmの理論密度の64を達成した、b7トンの0.4mm厚および10mm直径粉末ペレットに冷却圧縮され、続いて、空気中で1時間、1100°Cで焼結され得る4.99g/ccmの理論密度の70を達成し得る。そのように得られたペレットは、各ペレット面上に、PVD製造された金電極が塗布され得る。Li0.35La0.55TiO3ペレットのイオン伝導性は、電気化学インピーダンス分光法によって、決定され得、冷却圧縮されたペレットに対して、25°Cで測定時、5.610-8S/cmの粒界粒子間伝導性を呈し得る一方、バルク粒子内伝導性は、試験設定の限定された周波数能力のため、決定され得ず、ここでは、約10MHz範囲の周波数を必要とし得る。空気中で1時間、700°Cで焼鈍されたLi0.35La0.55TiO3ペレットの粒界伝導性は、25°Cで測定時、約1.810-7S/cmと決定された。しかしながら、1100°Cで製造されたペレットによって、バルク粒子間および粒界粒子内伝導性にデコンボリューションを施し得、それぞれ、5.610-4S/cmおよび2.410-6S/cmに相当し得る。これらの伝導性は、その初期充電に先立ったLiCoO2のリチウムイオン伝導性よりも2桁以上大きくあり得る実施例3参照。実施例5本発明のある実施形態によると、複合カソードは、Li0.35La0.55TiO3等のイオン伝導エンハンサの追加を伴わずに、例えば、80wtLiCoO2および20wtNiの混合物を用いて製造され得る。混合物は、直径0.3mm×10mmの寸法の複合カソードペレットに冷却圧縮され得る。他のペレットはさらに、空気中で1時間、700°Cでペレットを焼結することによって、処置され得る。結果として生じた冷却圧縮または焼結された複合カソードペレットは、電子的に良好に伝導性のままであり得る>10-2S/cm。1.5μm厚のLipon電解質および10μm金属Liアノードを備えている、完全電気化学電池に製造されると、両ペレットタイプは、4.2Vの一定電圧において、初期充電ステップの間の早期に、深刻な電流率限界を被ることが見出され得る。25°Cでは、電流は、数分以内に、約1μΑまで減衰し得、10mAh電池の場合、10,000時間超1年超の充電時間を生じさせ得る。そのような電池は、例えば、83mgのLiCoO2を含有し得る。電気化学活性カソード材料LiCoO2の単純組成物は、例えば、本発明のある実施形態では、通常、薄膜形態に構築される、例えば、30μm未満等の小カソード厚に対して十分なイオンおよび電気伝導性を呈する。さらに、電子伝導性エンハンサNiは、高容量電池>1mAh/cm2に対して、実質的厚さ>>30μmで使用される場合、電気化学に良好な活性複合カソードをもたらさない場合がある。したがって、少なくとも1つの必須構成要素が、有用バッテリ性能を得るために、複合カソードから欠けている場合がある。実施例6本実施例は、実施例5の例示的な潜在的改良を実証する。本発明のある実施形態によると、実施例1-4で使用された粉末は、以下の重量パーセント比:40wtLiCoO2理論密度=5.06g/ccm、40wtLi0.55La0.55TiO3理論密度=4.99g/ccm、および20wtNi理論密度=8.91g/ccmで混合され得る。粉末混合物は、式12から計算され得る、理論密度の80の0.3mm×10mm直径の複合カソードペレットに冷却圧縮され得る。複合カソードペレットの理論密度g/ccm=100/40wt>/5.06g/ccm40wt/4.99g/ccm20wt/8.91g/ccm=5.50g/ccm122つの狭む銅プレートを使用する、例示的複合カソードペレットの電子伝導性は、10-2S/cm超であり、新しい相は、開始成分LiCoO2、Li0.35La0.55TiO3、およびNi以外、XRDによって検出されなかった。複合カソードのイオン伝導性は、式13によって求められる、複合カソード内のLi0.35La0.55TiO3の体積分率から予測され得る。Li0.35La0.55TiO3のvol=40wt5.50g/ccm/4.99g/ccm=44vol13第一近似では、以下の近似におけるペレットは、複合カソード内においても当てはまると仮定され得る。複合カソードの密度/Li0.35La0.55TiO3の実際の密度≒複合カソードの理論密度/Li0.35La0.55TiO3の理論密度14したがって、式13は、複合カソード内のLi0.35La0.55TiO3の実際のvolに対する良好な予測を提供する。さらに、複合カソード内の理想的粒子サイズ組成物のためのリチウムイオン伝導性は、以下に従って、主なリチウムイオン導体のvolによって決定され得ると仮定され得る。実際のvolLi0.35La0.55TiO35.610-8S/cm=2.510-8S/cm15例えば、複合カソードペレットに冷却圧縮され、さらに熱処理されない場合のLi0.35La0.55TiO3のリチウムイオン粒界伝導性に基づく、本リチウムイオン伝導性は、実践目的には、低く過ぎ得、純LiCoO2のリチウムイオン伝導性に類似し得る実施例3参照。したがって、複合カソードペレットは、700°Cで熱処理され得、複合カソードには、0.441.810-7S/cm=7.910-8S/cmがもたらされ得る。これは、依然として、実践的用途には十分なリチウムイオン伝導性ではない場合がある実施例14参照。複合カソードペレットを900°Cで焼鈍することは、LiCoO2とNiのある反応を生じさせ、NiOおよびLiCoO2分解側相を形成し得る。リチウムイオン伝導性の改良は、小規模であり得、および/または約410-7S/cmまで上昇し得る。エンハンサ材料のリチウムイオン粒界伝導性は、複合カソード内にある場合、改良することができることは明白であり得る。複合カソードは、例えば、望ましくない化学反応が、複合カソードの成分間で始まり得る前には、ある温度例えば、900°Cを超えて処理されなくてもよい。これらのある例示的改良は、リチウムイオン伝導性エンハンサの粉末をより小さい粒子サイズ<2μmに細砕および粉砕し、および/またはその粒子表面を機械的にまたは化学的に適切に修飾し、そのリチウムイオン粒界伝導性を増加させることによって、達成され得る。そのような表面修飾されたリチウムイオン伝導性エンハンサ材料は、複合カソードペレットに冷却圧縮された後、空気中で1時間、700°Cで焼鈍ステップを続けた場合、約10-4S/cmの粒界伝導性を呈し得る。約10-4S/cmの例示的複合カソードの全体的リチウムイオン伝導性は、300μm厚の複合カソードを有し得る、6mAh電池の場合、0.2mAに変換される、C/30の連続電流引き込みを可能にし得る実施例13参照。実施例7本発明のある実施形態によると、正カソードの幾何学的占有面積に基づいて、2mAh/cm2容量を提供する、10mm直径の電気化学電池は、40wtLiCoO2理論密度=5.06g/ccm、40wtLi0.35La0.55TiO3理論密度=4.99g/ccm、および20wtNi理論密度=8.91g/ccmから成る、複合カソードを用いて製造され得る。カソードの幾何学的占有面積は、例えば、完璧に平滑表面をとる間に測定される、幾何学的面積を有する、素子の主軸に垂直またはそれに沿ったその表面に沿った表面に面する場合に、得られる表面積である。電気化学活性カソード材料LiCoO2の本装填の場合、複合カソードは、11.2mgのLiCoO2を用いて製造することができ、それによって、好ましくは、約28mg/0.785cm2805.50g/ccm=81μmの厚さをもたらす。実施例8本発明のある実施形態によると、2mAh/cm2容量を提供する、10mm直径の電気化学電池が、20wtLiCoO2理論密度=5.06g/ccm、60wtLi0.35La0.55TiO3理論密度=4.99g/ccm、および20wtNi理論密度=8.91g/ccmから成る、複合カソードを用いて製造され得る。電気化学活性カソード材料LiCoO2の本装填の場合、複合カソードは、11.2mgのLiCoO2を用いて製造することができ、それによって、約56mg/0.785cm2805.49g/ccm=162μmの厚さをもたらす。実施例9本発明のある実施形態によると、4mAh/cm2容量を提供する、10mm直径の電気化学電池が、40wt>LiCoO2理論密度=5.06g/ccm、40wt>Li0.35La0.55TiO3理論密度=4.99g/ccm、および20wt>Ni理論密度=8.91g/ccmから成る、複合カソードを用いて製造され得る。電気化学活性カソード材料LiCoO2の本装填の場合、複合カソードは、22.4mgのLiCoO2を用いて製造することができ、それによって、約56mg/0.785cm2805.50g/ccm=162μmの厚さをもたらす。実施例10本発明のある実施形態によると、4mAh/cm2容量を提供する、10mm直径の電気化学電池が、20wt>LiCoO2理論密度=5.06g/ccm、60wt>Li0.35La0.55TiO3理論密度=4.99g/ccm、および20wt>Ni理論密度=8.91g/ccmから成る、複合カソードを用いて製造され得る。電気化学活性カソード材料LiCoO2の本装填の場合、複合カソードは、22.4mgのLiCoO2を用いて製造することができ、それによって、約112mg/0.785cm2805.49g/ccm=325μmの厚さをもたらす。実施例11本発明のある実施形態によると、5mAh/cm2容量を提供する、10mm直径の電気化学電池が、40wt>LiCoO2理論密度=5.06g/ccm、40wt>Li0.35La0.55TiO3理論密度=4.99g/ccm、および20wt>Ni理論密度=8.91g/ccmから成る、複合カソードを用いて製造され得る。電気化学活性カソード材料LiCoO2の本装填の場合、複合カソードは、28mgのLiCoO2を用いて製造することができ、それによって、約70mg/0.785cm2805.50g/ccm=203μmの厚さをもたらす。実施例12本発明のある実施形態によると、5mAh/cm2容量を提供する、10mm直径の電気化学電池が、20wtLiCoO2理論密度=5.06g/ccm、60wtLi0.35La0.55TiO3理論密度=4.99g/ccm、および20wtNi理論密度=8.91g/ccmから成る、複合カソードを用いて製造され得る。電気化学活性カソード材料LiCoO2の本装填の場合、複合カソードは、28mgのLiCoO2を用いて製造することができ、それによって、約140mg/0.785cm2805.49g/ccm=406μmの厚さをもたらす。実施例13本発明のある実施形態によると、28mgのLiCoO2材料が、28mgのLi1.2Ni0.175Co0.10Mn0.525O2例えば、米国特許出願公開第2010/086853号参照することによって、全体として本明細書に組み込まれる参照に置き換えられ得る、実施例11の電池は、4.6-2.0Vで循環される場合、電池の容量を70改良する一方、同時に、単位面積あたりの容量を5mAh/cm2から約8.5mAh/cm2超に向上させ得る。LiCoO2およびLi1.2Ni0.175Co0.10Mn0.525O2の理論密度は、類似するため、電池内の製造された複合カソードペレットの実際の密度もまた、類似し、したがって、複合カソードペレット厚は両方とも、約200μmであり得る。実施例14本発明のある実施形態によると、式9を整理後、X2=4RT/czF2tG16から、以下となる。X2czF2/4RT=tG17式中、c=複合カソード内の活性カソード装填のvol所与の活性カソード材料内の移動イオン種の濃度18活性カソード材料が、LiCoO2である場合、c=複合カソード内の活性カソード装填のvol2.310-2mol/ccm100高密度複合カソードが仮定される、z=1、F=96485C/mol、R=8.3143J/Kmol、T=298K、および複合カソードの厚さ2複合カソード内の活性カソード装填のvol2.2104秒/Ohmccm=放電時間複合カソード内のリチウムイオン伝導性19となる。例えば、40vol装填を伴う500μm厚の複合カソードの場合、10時間36,000秒放電または充電時間C/10レートは、複合カソード内に約610-4S/cmの最小リチウムイオン伝導性を必要とする一方、C/30レート30時間放電時間または充電時間は、約210-4S/cmのみ必要とする。例えば、カソード装填80vol活性装填を2倍にする一方、所与の容量を維持することによって、複合カソードは、カソード厚の約1/2または250μmに製造されることができる。その結果、C/10レート能力は、約310-4S/cmのみ必要とする一方、C/30シナリオは、約110-4S/cmのみ必要とし得る。例えば、10-4S/cmにおいて、高リチウムイオン伝導性を伴う複合カソードを作製することは、困難であるため、1つの選択肢は、所与の複合カソード内の所与の容量および所与の温度における所与の放電または充電時間の場合、複合カソード内の活性電気化学材料のvol装填を最大限にする一方、並行して、複合カソードの厚さを最小限にすることであり得る。所与のイオン伝導性を有する、所与の複合カソード内の所与の容量Qの場合、放電または充電時間tは、以下に従って、最大連続放電または充電電流を決定する。最大連続放電または充電電流=Q/t20実施例15本発明のある実施形態によると、実施例7における電池に類似するが、Li0.35La0.55TiO3粉末が、2μm未満の平均粒子サイズを有する、電池は、4.2-2.0Vのその可逆性範囲内において、10時間以内に継続的に約2mAh/cm2まで電池を放電させるように、改良された粒界伝導性を有し得る。可逆性範囲は、例えば、所与の電極が、所与の温度で実質的に安定する、一般的に許容される電圧範囲である。より高い温度は、典型的には、電極の可逆性範囲を縮小し得る。例えば、25°Cでは、LiCoO2の可逆性範囲は、一般に、Li/Liと対比して、4.2-2.0Vとして許容され、これは、約Li1.0CoO2Li/Liと対比して、2.0Vから約Li0.5CoO2Li/Liと対比して、4.2Vの化学量論的範囲に匹敵する。実施例16本発明のある実施形態によると、実施例9における電池に類似するが、Li0.35La0.55TiO3粉末が、1μm未満の平均粒子サイズを有する、電池は、4.2-2.0V内で10時間以内において、約4mAh/cm2まで継続して電池を放電させる、改良された粒界伝導性を有し得る。実施例17本発明のある実施形態によると、実施例11に類似するが、Li0.35La0.55TiO3粉末が、0.5μm未満の平均粒子サイズを有する、電池は、4.2-2.0V内で10時間以内において、約5mAh/cm2まで継続してかつ、完全に電池を放電させる、改良された粒界伝導性を有し得る。実施例18本発明のある実施形態によると、実施例7の電気化学電池は、1.5μm厚のLipon電解質、10μm厚の金属Liアノード、10μmのAlカソード電流コレクタ箔、10μmのCuアノード電流コレクタ箔、および電気化学電池の上方および下方に100μm壁厚のポリマーパウチカプセル封入を用いて構成され得る。そのような特色は、電池が4.2Vまで充電されると、Liアノードが、その厚さを合計約22μmまで増加させ、複合カソードを合計約82μmまで増加させることを考慮して、完全に包装された状態において、約59Ah/リットルの体積容量密度例えば、定格出力を完全に包装されたバッテリ体積で除算することによって、計算されると、約236Wh/リットルの体積エネルギー密度例えば、定格出力×定格電圧の積を完全に包装されたバッテリ体積で除算することによって、計算されるを提供する。完全に包装された状態は、例えば、電流コレクタ、端子、一次カプセル封入筐体が、未だ、カプセル封入内に含まれていない場合、および筐体を含む、バッテリに固有の周辺機器すべてを含む、バッテリの状態である。実施例19本発明のある実施形態によると、実施例9の電気化学電池は、1.5μm厚のLipon電解質、10μm厚の金属Liアノード、10μmのAlカソード電流コレクタ箔、10μmのCuアノード電流コレクタ箔、および電気化学電池の上方および下方に100μm壁厚のポリマーパウチカプセル封入を用いて構成され得る。そのような特色は、電池が4.2Vまで充電されると、Liアノードが、その厚さを合計約34μmまで増加させ、複合カソードを合計約163μmまで増加させることを考慮して、完全に包装された状態において、約92Ah/リットルの体積容量密度と、約368Wh/リットルの体積エネルギー密度を提供する。実施例20本発明のある実施形態によると、実施例11の電気化学電池は、1.5μm厚のLipon電解質、10μm厚の金属Liアノード、10μmのAlカソード電流コレクタ箔、10μmのCuアノード電流コレクタ箔、および電気化学電池の上方および下方に100μm壁厚のポリマーパウチカプセル封入とともに構成され得る。そのような特色は、電池が4.2Vまで充電されると、Liアノードが、その厚さを合計約40μmまで増加させ、複合カソードを合計約205μmまで増加させることを考慮して、完全に包装された状態において、約103Ah/リットルの体積容量密度と、約412Wh/リットルの体積エネルギー密度を提供する。実施例21本発明のある実施形態によると、実施例18、19、および20において与えられるエネルギー密度は、各実施例における電気化学活性カソード材料LiCoO2の充填を約40wtから約60wtに増加させ、リチウム伝導性向上材料Li0.35La0.55TiO3、これは、複合カソードの厚さが、事実上、同一のままであるように、LiCoO2と非常に類似する密度を有するを約40wtから約20wtに減少させた場合、それぞれ、約354Wh/リットル、約552Wh/リットル、および約618Wh/リットルまで増加する。実施例22本発明のある実施形態によると、実施例21の618Wh/リットル電池は、約5.89mAhを保有し、50μm厚のLi7La3Zr2O12電解質、50μm厚のLiySn活性化された、ナノサイズのLi4Ti5O12リチウムイオンアノード、10μmのAlカソード電流コレクタ箔、10μmのCuアノード電流コレクタ箔、および電気化学電池の上方および下方に100μm壁厚のポリマーパウチカプセル封入を用いて構成され得る。本構成は、電池に、完全に包装された状態において、約135Ah/リットルの体積容量密度と、約338Wh/リットルの体積エネルギー密度を提供する一方、電池が、4.2Vまで充填されると、アノード厚は、約50μmと略一定のままであって、複合カソードは、総厚約205μmに到達し得る。しかしながら、中間電圧は、4.0V実施例21から約2.5Vへと変化し得る。実施例23本発明のある実施形態によると、複合カソードは、60wtのLiCoO2、20wtのNi、および20wtの化学的表面修飾Li0.35La0.55TiO3の混合物から成るように製造され得る。Li0.35La0.55TiO3の化学表面修飾は、250°C-900°Cの温度における、LiIO42H2O、ポリピロール、Li3N、Ni、または炭素との別個かつ先行反応によって、達成され得る。次いで、混合物は、直径0.3mm×10mmの寸法の複合カソードペレットに冷却圧縮され、続いて、空気中で1時間、250°C-500°Cで焼鈍され得る。結果として生じた焼鈍された複合カソードペレットは、電子的に良好な伝導性のままである>10-2S/cm。1.5μm厚のLipon電解質および10μm金属Liアノードを備えている、完全電気化学電池に製造されると、複合カソードは、電池に、4.2-2.0VのC/30を上回る、連続充電および放電電流を供給し得る。化学表面修飾は、10-7S/cmのリチウムイオン粒界粒子内伝導性から、10-4S/cmに近いリチウムイオン粒界伝導性値へと、約3桁もイオン伝導性エンハンサ材料Li0.35La0.55TiO3のリチウムイオン伝導性を実質的に向上させる。実施例24本発明のある実施形態によると、Li0.35La0.55TiO3等の任意のイオン伝導エンハンサの添加を伴わない、約80wtの化学的表面修飾されたLiCoO2および約20wtのNiの混合物から成る、複合カソードが、製造され得る。LiCoO2の化学表面修飾は、約250°C-900°Cの温度における、LiIO42H2Oまたはポリピロールとの別個かつ先行反応によって、達成され得る。次いで、混合物は、直径0.3mm×10mmの寸法の複合カソードペレットに冷却圧縮され、続いて、空気中で1時間、約250°C-500°Cで焼鈍され得る。結果として生じた焼鈍された複合カソードペレットは、電子的に良好な伝導性のままであり得る>10-2S/cm。1.5μm厚のLipon電解質および10μmの金属Liアノードを備えている、完全電気化学電池に製造されると、これらの電池内のこれらの複合カソードは、4.2-2.0VのC/30を上回る連続充電および放電電流を維持し得る。化学表面修飾は、約210-8S/cmから、約10-4S/cmに近い値へと、約3桁以上も電気化学活性材料LiC0O2のリチウムイオン伝導性を実質的に向上させることは、明白である。本アプローチは、電気化学活性材料自体であり得る、イオン伝導性エンハンサを有し、それによって、電気化学貯蔵容量を有していない、別個に提供されるイオン伝導性エンハンサ例えば、Li0.35La0.55TiO3を冗長にする、複合カソードの製造を可能にする。実施例25本発明のある実施形態によると、実施例24の複合カソードを利用する、10mm直径の電気化学電池が、製造され得る。複合カソードは、約5.54g/ccmのその理論密度の約80である、約4.43g/ccmの実際の冷却圧縮された密度と、約350μmの厚さとを有し得る。本複合カソードは、電池に、約13.7mAhの容量を供給する。本電池はさらに、1.5μm厚のLipon電解質、10μm厚の金属Liアノード、10μmのAlカソード電流コレクタ箔、10μmのCuアノード電流コレクタ箔、および電気化学電池の上方および下方に100μm壁厚のポリマーパウチカプセル封入を用いて構成され得る。本構造は、電池が、Liアノードが、その厚さを合計約92μmまで増加させ、複合カソードが、合計約355μmまで増加することを考慮して、4.2Vまで充電された場合、電池に、完全に包装された状態において、約254Ah/リットルの体積容量密度と、約1018Wh/リットルの体積エネルギー密度を提供する。そのような電気化学電池は、4.2-2.0V内で10時間以内に約17mAh/cm2まで連続的かつ、完全に電池を放電させる、改良された粒界伝導性を有し得る。図1は、携帯電話バッテリ内で使用されるようなリチウムイオンまたはリチウムポリマーバッテリの従来技術断面図を示す。複合カソード110は、典型的には、約100μm厚であって、4つの相から構成され、そのうちの3つは、固体相であって、4つ目は、液体相である。電気化学活性カソード材料111は、固体LiCoO2または、誘導体粉末であってもよく、電子伝導性エンハンサ113は、黒鉛状炭素であり得る。PVDF等のポリマーバインダ114は、前の2つの固体相をAl箔基板130に結合する。溶解されたリチウム塩を伴う有機溶媒である、非液体電解質112が、複合カソード110の孔に浸漬される。液体電解質112は、測定体積の100が電解質である場合、25°Cで、10-2-10-3S/cmの高リチウムイオン伝導性を有する。液体電解質112は、複合カソード内のほぼすべての体積要素に到達し得るが、電気化学活性カソード材料111、電子伝導性エンハンサ113、および、ある程度、ポリマーバインダ114によって既に占められたそれらの体積要素を除く。複合カソード110は、電解質112が、例えば、複合カソード体積の約30のみに存在することを前提として、25°Cで、約10-3-10-4S/cmのそのバルクを通して、有効な全体的リチウムイオン伝導性を有し得、加えて、例えば、そのリチウム伝導性を展開するための孔内に、突破すべき蛇行した経路を有し得る。さらに図1に示されるのは、浸漬された非液体電解質112、穿孔されたポリマー隔壁120典型的には、13-50μm厚、および典型的リチウムイオンまたはリチウムポリマーアノード140である。リチウムイオンまたはリチウムポリマーアノード140は、典型的には、約100μm厚であって、通常、黒鉛状炭素を通して提供される、電気化学アノード材料141、黒鉛状炭素のために最適化される、ポリマーバインダ142、および非液体電解質112から成る。Cuアノード電流コレクタ箔および電池パッケージング等の追加の電池構成要素が存在するが、図1には含まれない。図2は、本発明の例示的実施形態のうちの1つを示す。複合カソード210は、例えば、少なくとも3つの固体相任意の液体相が存在しない:1例えば、LiCoO2等の少なくとも1つの固体電気化学活性カソード材料211、2例えば、電気化学活性カソード材料211の初期充電前における電気化学活性カソード材料211の電子伝導性より少なくとも3倍高くあり得る、電子伝導性を有する、Ni等の少なくとも1つの固体電子伝導性材料213、および3電気化学活性カソード材料211の初期充電に前の電気化学活性カソード材料211のイオン伝導性より少なくとも3倍高くあり得る、イオン伝導性を有する、Li0.35La0.55TiO3等の少なくとも1つの固体無機イオン伝導性材料212から成り得る。本発明のある実施形態の複合カソード210は、液体非水性電解質のための任意の孔を必要としなくてもよく、したがって、より密集した様式で製造され例えば、20未満の典型的残留空隙率、改良された粒界結合のために、より高い温度で焼鈍され得る。本発明のある実施形態の複合カソード210は、増加した厚さ例えば、100-1000μmおよび良好な機械的特性を伴って、容易に製造され得る。本発明のある実施形態では、複合カソード210は、それ自身の基板、または、例えば、1.5μm厚の固体薄膜電解質220および薄膜金属リチウムアノード240等、他の電池構成要素のための基板としての役割を果たすことが可能であるように、十分な剛性を有し得る。図3は、本発明の別の代替の好ましい実施形態を示す。複合カソード310は、少なくとも2つの固体相任意の液体相が存在しない:1例えば、非常に向上されたリチウムイオン粒界伝導性を伴う表面修飾されたLiCoO2等の少なくとも1つの固体電気化学活性カソード材料311、および2例えば、その初期充電に先立って、電気化学活性カソード材料311の電子伝導性より少なくとも3倍高くあり得る、電子伝導性を有する、Ni等の少なくとも1つの固体電子伝導性材料313から成り得る。非常に向上されたリチウムイオン粒界伝導性を伴う表面修飾されたLiCoO2の提供は、図2における要素212等の別個の固体無機イオン伝導性材料の必要性を排除し得る本発明のある実施形態の複合カソード310は、液体非水性電解質のための任意の孔を必要としなくてもよく、したがって、より密集した様式で製造され例えば、20未満の典型的残留空隙率、改良された粒界結合のために、より高い温度で焼鈍され得る。本発明のある実施形態の複合カソード310は、増加した厚さ例えば、100-1000μmおよび良好な機械的特性を伴って、容易に製造され得る。ほとんどの場合、本発明のある実施形態の複合カソード310は、それ自身の基板、または、例えば、1.5μm厚の固体薄膜電解質320および薄膜金属リチウムアノード340等の他の電池構成要素のための基板としての役割を果たすことが可能であるように、十分な剛性を有し得る。前述の実施形態および実施例は、例示的なものに過ぎない。当業者は、本開示および本発明の範囲内であることが意図される、本明細書に具体的に記載される実施形態からの変形例を認識し得る。したがって、本発明は、以下の特許請求の範囲によってのみ限定される。したがって、本発明は、本発明の修正が、添付の特許請求の範囲およびそれらの均等物の範囲内であるということを条件として、本発明の修飾物を含むことが意図される。"