特許 7597377 デンドライト防止及び界面接着性制御機能層を備えるアノードフリー固体電池

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2024-12-02

(45)【発行日】2024-12-10

(54)【発明の名称】デンドライト防止及び界面接着性制御機能層を備えるアノードフリー固体電池

(51)【国際特許分類】

   H01M 10/0585 20100101AFI20241203BHJP

   H01M 4/134 20100101ALI20241203BHJP

   H01M 4/38 20060101ALI20241203BHJP

   H01M 10/052 20100101ALI20241203BHJP

   H01M 10/0562 20100101ALI20241203BHJP

   H01M 10/0565 20100101ALI20241203BHJP

【ＦＩ】

H01M10/0585

H01M4/134

H01M4/38 Z

H01M10/052

H01M10/0562

H01M10/0565

【請求項の数】 19

(21)【出願番号】P 2021531860

(86)(22)【出願日】2020-01-31

(65)【公表番号】

(43)【公表日】2022-07-14

(86)【国際出願番号】 IB2020050804

(87)【国際公開番号】W WO2020115727

(87)【国際公開日】2020-06-11

【審査請求日】2023-01-25

(73)【特許権者】

【識別番号】521240527

【氏名又は名称】テラワット テクノロジー インコーポレイテッド

(74)【代理人】

【識別番号】100079108

【弁理士】

【氏名又は名称】稲葉 良幸

(74)【代理人】

【識別番号】100109346

【弁理士】

【氏名又は名称】大貫 敏史

(74)【代理人】

【識別番号】100117189

【弁理士】

【氏名又は名称】江口 昭彦

(74)【代理人】

【識別番号】100134120

【弁理士】

【氏名又は名称】内藤 和彦

(72)【発明者】

【氏名】緒方 健

(72)【発明者】

【氏名】井本 浩

【審査官】松嶋 秀忠

(56)【参考文献】

【文献】特開２０１３－０８９４１７（ＪＰ，Ａ）

【文献】特表２０１４－５２０３７０（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１８－１２９１５９（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０００－１００４２９（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１７－０７３２０５（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０２１－０５１８６６（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０２１－０８９８１４（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１６－０２９６５３（ＪＰ，Ａ）

【文献】特表２０２０－５１２６６３（ＪＰ，Ａ）

【文献】特表２００３－５１５８９２（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｈ０１Ｍ １０／０５－３９

Ｈ０１Ｍ ４／１３－６２

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

電気車に動力を供給する装置において、
電気車内に、前記電気車に動力を供給するために配置されるバッテリパックと、
前記バッテリパック内に配列された電池であって、筐体であって、前記電池の前記筐体内に空洞を画定する筐体を有し、
第一の面と第二の面を有して、前記第一の面と前記第二の面との間でイオンを移動させる固体電解質であって、前記空洞内に配列される固体電解質と、
前記空洞内に前記固体電解質の前記第一の面に沿って配置され、正極活物質を有するカソードであって、正端子に電気的に連結されるカソードと、
前記空洞内に前記固体電解質の前記第二の面に沿って配置されるデンドライト防止機能層であって、第一の面と第二の面を有し、前記デンドライト防止機能層の前記第一の面は、前記固体電解質の前記第二の面と接触し、前記デンドライト防止機能層は、ビスマス（Ｂｉ）、銀（Ａｇ）、アンチモン（Ｓｂ）、セレン（Ｓｅ）、鉛（Ｐｂ）、ヒ素（Ａｓ）、リン（Ｐ）、硫黄（Ｓ）若しくはプラチナ（Ｐｔ）、又はそれらの何れかの組合せからなり、前記固体電解質を介して受け取ったリチウム材と合金を形成するデンドライト防止機能層と、
前記空洞内に前記デンドライト防止機能層の前記第二の面に沿って配置されるフレームワーク層であって、負端子に電気的に連結されるフレームワーク層と、
を有し、負極活物質を有しないアノードフリーの電池と、
を含む装置。

【請求項2】

前記電池であって、
第一の面と第二の面を有する前記フレームワーク層であって、前記フレームワーク層の前記第一の面は前記デンドライト防止機能層の前記第二の面と接触して、前記固体電解質を介して前記リチウム材を受け取る前記フレームワーク層と、
前記空洞内に前記フレームワーク層の前記第二の面に沿って配置され、前記フレームワーク層の前記第二の面からの前記リチウム材のデンドライト成長を防止する第二のデンドライト防止機能層と、
を有する前記電池を含む、請求項１に記載の装置。

【請求項3】

前記電池であって、
前記正端子に電気的に連結された正の導電層と、
第一の面と第二の面を有する前記カソードであって、前記カソードの前記第一の面は前記固体電解質と接触し、前記カソードの前記第二の面は前記正の導電層と接触する前記カソードと、
を有する前記電池を含む、請求項１に記載の装置。

【請求項4】

前記電池であって、
前記負端子に電気的に連結された負の導電層と、
第一の面と第二の面を有する前記フレームワーク層であって、前記フレームワーク層の前記第一の面は前記デンドライト防止機能層の前記第二の面と接触して、前記固体電解質を介して前記リチウム材を受け取り、前記フレームワーク層の前記第二の面は前記負の導電層を介して前記負端子と電気的に連結される前記フレームワーク層と、
を有する前記電池を含む、請求項１に記載の装置。

【請求項5】

前記固体電解質の前記第二の面に沿って、前記リチウム材と形成された前記合金を介して前記固体電解質に結合されて、前記固体電解質を介して前記リチウム材を受け取る前記デンドライト防止機能層
を含む、請求項１に記載の装置。

【請求項6】

第一の面と第二の面を有する前記フレームワーク層であって、前記フレームワーク層の前記第一の面は前記デンドライト防止機能層の前記第二の面と接触して、前記固体電解質を介して前記リチウム材を受け取り、前記フレームワーク層の前記第二の面は、前記電池の充電と同時にリチウムめっきの生成を、及び前記電池の放電と同時にリチウム剥離を可能にする前記フレームワーク層
を含む、請求項１に記載の装置。

【請求項7】

前記デンドライト防止機能層の少なくとも一部の勾配分散を含む前記フレームワーク層を含む、請求項１に記載の装置。

【請求項8】

前記電池の最初の充電サイクルまでは前記リチウム材を含まない前記フレームワーク層を含む、請求項１に記載の装置。

【請求項9】

前記装置は、０．０１μｍ～１０μｍの範囲の厚さを有する前記デンドライト防止機能層を含み、前記デンドライト防止機能層の前記厚さは前記フレームワーク層の厚さより薄い、
請求項１に記載の装置。

【請求項10】

前記装置は、１μｍ～３０μｍの範囲の厚さを有する前記フレームワーク層を含み、前記フレームワーク層の前記厚さは前記デンドライト防止機能層の厚さより厚い、
請求項１に記載の装置。

【請求項11】

前記電気車内に搭載されて、前記電気車の１つ又は複数のコンポーネントに動力を供給する前記バッテリパック
を含む、請求項１に記載の装置。

【請求項12】

電気車に動力を供給する電池を提供する方法において、
電気車内に、前記電気車に動力を供給するためにバッテリパックを配置することと、
前記バッテリパックの中に、負極活物質を有しないアノードフリーの電池であって、筐体を有し、それが前記電池の前記筐体内に空洞を画定する電池を配列することと、
前記空洞内に、第一の面と第二の面を有して前記第一の面と前記第二の面との間でイオンを移動させる固体電解質を配列することと、
前記空洞内に、前記固体電解質の前記第一の面に沿って、正端子に電気的に連結される、正極活物質を有するカソードを配置することと、
前記空洞内に、前記固体電解質の前記第二の面に沿って、第一の面と第二の面を有するデンドライト防止機能層であって、前記デンドライト防止機能層の前記第一の面は前記固体電解質の前記第二の面と接触し、前記デンドライト防止機能層は、ビスマス（Ｂｉ）、銀（Ａｇ）、アンチモン（Ｓｂ）、セレン（Ｓｅ）、鉛（Ｐｂ）、ヒ素（Ａｓ）、リン（Ｐ）、硫黄（Ｓ）若しくはプラチナ（Ｐｔ）、又はそれらの何れかの組合せからなり、前記固体電解質を介して受け取ったリチウム材と合金を形成するデンドライト防止機能層を配置することと、
前記空洞内に、前記デンドライト防止機能層の前記第二の面に沿って、負端子に電気的に連結されるフレームワーク層を配置することと、
を含む方法。

【請求項13】

第一の面と第二の面を有する前記フレームワーク層であって、前記フレームワーク層の前記第一の面は前記デンドライト防止機能層の前記第二の面と接触して、前記固体電解質を介して前記リチウム材を受け取る前記フレームワーク層を配置することと、
前記空洞内に、前記フレームワーク層の前記第二の面に沿って、第二のデンドライト防止機能層を配置して、前記フレームワーク層の前記第二の面からの前記リチウム材のデンドライト成長を防止することと、
を含む、請求項１２に記載の方法。

【請求項14】

前記空洞内に、前記正端子に電気的に連結される正の導電層を配置することと、
第一の面と第二の面を有する前記カソードであって、前記カソードの前記第一の面は前記固体電解質と接触し、前記カソードの前記第二の面は前記正の導電層と電気的に接触する前記カソードを配置することと、
を含む、請求項１２に記載の方法。

【請求項15】

前記空洞内に、前記負端子に電気的に連結される負の導電層を配置することと、
第一の面と第二の面を有する前記フレームワーク層であって、前記フレームワーク層の前記第一の面は前記デンドライト防止機能層の前記第二の面と接触して、前記固体電解質を介して前記リチウム材を受け取り、前記フレームワーク層の前記第二の面は前記負の導電層を介して前記負端子に電気的に連結される前記フレームワーク層を配置することと、
を含む、請求項１２に記載の方法。

【請求項16】

前記デンドライト防止機能層の少なくとも一部の勾配分散を含む前記フレームワーク層を配置すること
を含む、請求項１２に記載の方法。

【請求項17】

電気車において、
１つ又は複数のコンポーネントと、
前記１つ又は複数のコンポーネントに電力を供給するバッテリパックと、
前記バッテリパック内に配列された電池であって、筐体であって、前記電池の前記筐体内に空洞を画定する筐体を有し、
第一の面と第二の面を有して、前記第一の面と前記第二の面との間でイオンを移動させる固体電解質であって、前記空洞内に配列される固体電解質と、
前記空洞内に前記固体電解質の前記第一の面に沿って配置され、正極活物質を有するカソードであって、正端子に電気的に連結されるカソードと、
前記空洞内に前記固体電解質の前記第二の面に沿って配置されるデンドライト防止機能層であって、第一の面と第二の面を有し、前記デンドライト防止機能層の前記第一の面は前記固体電解質の前記第二の面と接触し、前記デンドライト防止機能層は、ビスマス（Ｂｉ）、銀（Ａｇ）、アンチモン（Ｓｂ）、セレン（Ｓｅ）、鉛（Ｐｂ）、ヒ素（Ａｓ）、リン（Ｐ）、硫黄（Ｓ）若しくはプラチナ（Ｐｔ）、又はそれらの何れかの組合せからなり、前記固体電解質を介して受け取ったリチウム材と合金を形成するデンドライト防止機能層と、
前記空洞内に前記デンドライト防止機能層の前記第二の面に沿って配置されるフレームワーク層であって、負端子に電気的に連結されるフレームワーク層と、
を有し、負極活物質を有しないアノードフリーの電池と、
を含む電気車。

【請求項18】

前記電池であって、
第一の面と第二の面を有する前記フレームワーク層であって、前記フレームワーク層の前記第一の面は前記デンドライト防止機能層の前記第二の面と接触して、前記固体電解質を介して前記リチウム材を受け取る前記フレームワーク層と、
前記空洞内に前記フレームワーク層の前記第二の面に沿って配置され、前記フレームワーク層の前記第二の面からの前記リチウム材のデンドライト成長を防止する第二のデンドライト防止機能層と、
を有する前記電池を含む、請求項１７に記載の電気車。

【請求項19】

前記電池であって、
前記空洞内に配置され、前記正端子に電気的に連結された正の導電層と、
第一の面と第二の面を有する前記カソードであって、前記カソードの前記第一の面は前記固体電解質と接触し、前記カソードの前記第二の面は前記正の導電層と電気的に接触する前記カソードと、
を有する前記電池を含む、請求項１７に記載の電気車。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

関連出願の相互参照
[0001] 本願は、２０１８年１２月４日に出願された米国特許出願第１６／２０９，８２８号の優先権を主張するものであり、その内容の全体をあらゆる目的のために参照によって本願に援用する。

【背景技術】

【0002】

[0002] バッテリは、そこに接続された各種の電気コンポーネントに電力を供給するための電気化学セルを含むことができる。

【発明の概要】

【課題を解決するための手段】

【0003】

[0003] 本開示は、バッテリパック用電池に関する。電池は、デンドライト防止機能層とフレームワーク層を備えるアノードフリーの充電電池とすることができる。デンドライト防止機能層とフレームワーク層の両方を電池内の電解質層と導電層との間に配置することができる。デンドライト防止機能層は、導電層との界面接着性より高い電解質層との界面接着性を有することができる。電池の動作中、デンドライト防止機能層は、カソード層から電解質層を通って移動したリチウムイオンと結合して、リチウム物質と合金を形成することができる。デンドライト防止機能層を含めることで、電解質層内へのリチウムのデンドライト成長を防止することによって電池の動作と耐久性を改善できる。電解質層との界面接着性がより高いことで、リチウムの広がりを導電層との界面へと導くことができ、それによって、電解質層及びカソード層からの樹枝状リチウムの成長が空間的に制限される。

【0004】

[0004] 少なくとも１つの態様は、電気車に動力を供給する装置に関する。装置は、バッテリパックを含むことができる。バッテリパックは、電気車に動力を供給するために電気車内に配置できる。装置は電池を含むことができる。バッテリパック内に配列される電池。電池は筐体を有することができ、これは電池の筐体の中に空洞を画定する。電池は固体電解質を有することができる。固体電解質は第一の面と第二の面を有して、第一の面と第二の面との間でイオンを移動させることができる。固体電解質は空洞内に配列できる。電池はカソードを有することができる。カソードは、空洞内に固体電解質の第一の面に沿って配置できる。カソードは、正端子に電気的に連結できる。電池は、デンドライト防止機能層を有することができる。デンドライト防止機能層は、空洞内に固体電解質の第二の面に沿って配置できる。デンドライト防止機能層は、第一の面と第二の面を有することができる。デンドライト防止機能層の第一の面は、固体電解質の第二の面と接触することができる。デンドライト防止機能層は、固体電解質を介して受け取ったリチウム材と合金を形成できる。電池はフレームワーク層を有することができる。フレームワーク層は、空洞内にデンドライト防止機能層の第二の面に沿って配置できる。フレームワーク層は負端子に電気的に連結できる。

【0005】

[0005] 少なくとも１つの態様は、電気車に動力を供給する電池を提供する方法に関する。方法は、電気車内に、電気車に動力を供給するためにバッテリパックを配置することを含むことができる。方法は、バッテリパックの中に電池を配列することを含むことができ、これは筐体であって、電池の筐体内に空洞を画定する筐体を有する。方法は、空洞内に、第一の面と第二の面を有して第一の面と第二の面との間でイオンを移動させる固体電解質を配列することを含むことができる。方法は、空洞内に、固体電解質の第一の面に沿って、正端子に電気的に連結されるカソードを配置することを含むことができる。方法は、空洞内に、固体電解質の第二の面に沿って、第一の面と第二の面を有するデンドライト防止機能層を配置することを含むことができる。デンドライト防止機能層の第一の面は、固体電解質の第二の面と接触していることができる。デンドライト防止機能層は、固体電解質を介して受け取ったリチウム材と合金を形成することができる。方法は、空洞内に、デンドライト防止機能層の第二の面に沿って、負端子に電気的に連結されるフレームワーク層を配置することを含むことができる。

【0006】

[0006] 少なくとも１つの態様は電気車に関する。電気車は、１つ又は複数のコンポーネントを含むことができる。電気車は、バッテリパックを含むことができる。バッテリパックは電気車の中に、１つ又は複数のコンポーネントに電力を供給するために配置できる。電気車は電池を含むことができる。バッテリパック内に配列される電池。電池は筐体を有することができ、これは電池の筐体の中に空洞を画定する。電池は固体電解質を有することができる。固体電解質は第一の面と第二の面を有して、第一の面と第二の面との間でイオンを移動させることができる。固体電解質は、空洞内に配列できる。電池はカソードを有することができる。カソードは、空洞内に固体電解質の第一の面に沿って配置できる。カソードは、正端子に電気的に連結できる。電池は、デンドライト防止機能層を有することができる。デンドライト防止機能層は、空洞内に固体電解質の第二の面に沿って配置できる。デンドライト防止機能層は、第一の面と第二の面を有することができる。デンドライト防止機能層の第一の面は、固体電解質の第二の面と接触していることができる。デンドライト防止機能層は、固体電解質を介して受け取ったリチウム材と合金を形成できる。電池はフレームワーク層を有することができる。フレームワーク層は、空洞内にデンドライト防止機能層の第二の面に沿って配置できる。フレームワーク層は、負端子に電気的に連結できる。

【0007】

[0007] 少なくとも１つの態様は方法に関する。方法は、装置を提供することを含むことができる。装置は電気車内に含めることができる。装置はバッテリパックを含むことができる。バッテリパックは、電気車の中に、電気車に動力を供給するために配置できる。装置は電池を含むことができる。バッテリパック内に配列される電池。電池は筐体を有することができ、これは電池の筐体内に空洞を画定する。電池は、固体電解質を有することができる。固体電解質は第一の面と第二の面を有して、第一の面と第二の面との間でイオンを移動させることができる。固体電解質は空洞内に配列できる。電池はカソードを有することができる。カソードは、空洞内に固体電解質の第一の面に沿って配置できる。カソードは正端子に電気的に連結できる。電池は、デンドライト防止機能層を有することができる。デンドライト防止機能層は、空洞内に固体電解質の第二の面に沿って配置できる。デンドライト防止機能層は、第一の面と第二の面を有することができる。デンドライト防止機能層の第一の面は、固体電解質の第二の面と接触していることができる。デンドライト防止機能層は、固体電解質を介して受け取ったリチウム材と合金を形成することができる。電池はフレームワーク層を有することができる。フレームワーク層は、空洞内にデンドライト防止機能層の第二の面に沿って配置できる。フレームワーク層は、負端子に電気的に連結できる。

【0008】

[0008] 少なくとも１つの態様は、電気車に動力を供給する電池に関する。電池はバッテリパック内に配置することができる。バッテリパックは、電気車の中に、電気車に動力を供給するために配置することができる。電池は筐体を有することができ、これは電池の筐体内に空洞を画定する。電池は、固体電解質を有することができる。固体電解質は、第一の面と第二の面を有して、第一の面と第二の面との間でイオンを移動させることができる。固体電解質は空洞内に配列できる。電池はカソードを有することができる。カソードは、空洞内に固体電解質の第一の面に沿って配置することができる。カソードは正端子に電気的に連結できる。電池はデンドライト防止機能層を有することができる。デンドライト防止機能層は、空洞内に固体電解質の第二の面に沿って配置することができる。デンドライト防止機能層は、第一の面と第二の面を有することができる。デンドライト防止機能層の第一の面は、固体電解質の第二の面と接触していることができる。デンドライト防止機能層は、固体電解質を介して受け取ったリチウム材と合金を形成できる。電池はフレームワーク層を有することができる。フレームワーク層は、空洞内にデンドライト防止機能層の第二の面に沿って配置できる。フレームワーク層は、負端子に電気的に連結できる。

【0009】

[0009] これら及びその他の態様及び実施例を以下に詳しく説明する。上記の情報及び下記の詳細な説明は、各種の態様及び実施例の実例を含んでおり、特許請求される態様及び実施例の性質と特徴を理解するための概要又は構成を提供する。図面は、各種の態様及び実施例の図を示し、さらに理解を深めるものであり、本明細書に組み込まれ、その一部をなす。

【0010】

[0010] 添付の図面は正確な縮尺によって描かれたものではない。異なる図面の中の同様の参照番号と符号は同様の要素を示す。明瞭にするために、すべての図においてすべてのコンポーネントに符号を付与できるとはかぎらない。

【図面の簡単な説明】

【0011】

【図1】[0011]電気車に動力を供給するための例示的な電池の等角断面斜視図である。

【図2】[0012]電気車に動力を供給するための例示的な電池の断面図である。

【図3】[0013]電気車に動力を供給するための電池の例示的な層パターンの断面図である。

【図4】[0014]電気車に動力を供給するための電池の例示的な層パターンの断面図である。

【図5】[0015]電気車に動力を供給するための電池の例示的な層パターンの断面図である。

【図6】[0016]充電サイクル中の、電気車に動力を供給するための例示的な電池の断面図である。

【図7】[0017]放電サイクル中の、電気車に動力を供給するための例示的な電池の断面図である。

【図8】[0018]電気車内に電池を保持するための例示的なバッテリモジュールの断面図を描いたブロック図である。

【図9】[0019]電気車内に電池を保持するための例示的なバッテリパックの上面図を描いたブロック図である。

【図10】[0020]バッテリパックが搭載された例示的な電気車の断面図を描いたブロック図である。

【図11】[0021]電気車のためのバッテリパック用電池を組み立てる例示的な方法を描いたフロー図である。

【図12】[0022]電気車のためのバッテリパック用電池を提供する方法の例を描いたフロー図である。

【発明を実施するための形態】

【0012】

[0023] 以下は、電気車内のバッテリパック用電池に関する各種のコンセプトとその実施例のより詳しい説明である。電池は、デンドライト防止及び界面接着性制御機能層を備えるアノードフリー固体リチウムイオンバッテリとすることができる。上で紹介し、以下により詳しく説明する様々なコンセプトは、多様な方法のうちの何れによっても実施できる。

【0013】

[0024] 本明細書では、自動車構成のための電気車内のバッテリパック用電池を説明する。自動車構成には、あらゆる種類の車両の中の電気、電子、機械、又は電気機械装置の構成、配列、又はネットワークが含まれる。自動車構成は、電気車（ＥＶ）内のバッテリパック用電池を含むことができる。ＥＶには、電気自動車、車、オートバイ、スクータ、旅客車両、旅客又は商用トラック及びその他の車両、例えば海上又は航空輸送車両、飛行機、ヘリコプタ、潜水艦、船舶、又はドローン等を含めることができる。ＥＶは完全自動、一部自動、又は無人とすることができる。

【0014】

[0025] リチウムイオン電池は、電気車の中でその中のコンポーネントに動力を供給するために使用できる。リチウムイオン電池において、リチウムイオンは、電池の充電中に正の電極から負の電極に移動し、電池の放電中には負の電極から正の電極へと反対に移動することができる。リチウムイオン電池の各コンポーネントは、少なくとも部分的にリチウム材を含むことができる。リチウムイオン電池のカソードは、リチウム系酸化物材料を含むことができる。リチウムイオン電池の電解質は、リチウム材を含む固体電解質とすることができる。リチウムイオン電池のアノードは、リチウム又は黒鉛を含むことができる。カソードとアノードは、電池内の電解質の反対面に沿って配列できる。電池の充電及び放電の繰返しにより、電解質を通じて移動したリチウム材は電池のアノード内に堆積する可能性があり、リチウム材の不均一な分布の結果、電解質内へとデンドライトが成長する可能性がある。最終的に、アノードからのリチウム材のデンドライト成長がカソードと接触する電解質を貫通し、その結果、電池の短絡及び破局故障が起こり得る。

【0015】

[0026] リチウム材のデンドライト成長を軽減する１つの方法は、有機緩衝層又は無機緩衝層を電解質とアノードとの間に配置することを含むことができる。有機緩衝層と無機層は、リチウムイオンを電解質からアノードへと移動させ、他方で電池を通じた同程度の電気インピーダンスを維持できる。緩衝層はリチウム材の堆積を物理的にブロックして、アノード内にリチウム材を保持できる。しかしながら、緩衝層により提供されるリチウム成長に対する障害は最終的に失敗に終わる可能性がある。有機又は無機緩衝層でも長期サイクルを経てデンドライト成長が阻止され得ず、それは、このような緩衝層が電解質を通じたリチウム移動及びアノードへの堆積の不均質性を考慮していないか、又はそれに対する対策を講じ得ないからである。リチウムの不均質又は不均一な分布は、特により速い充電速度においてより大きな問題となる可能性がある。したがって、アノードと電解質との間に有機又は無機ブロック層を使用して、電解質内へのリチウムのデンドライト成長を抑制することは難しいかもしれない。

【0016】

[0027] リチウムイオンバッテリのリチウム材のデンドライト成長における技術的課題を解決するために、デンドライト防止及び界面接着性制御機能層とフレームワーク層を備えるアノードフリー固体リチウムイオン電池を利用できる。デンドライト防止機能層とフレームワーク層の両方を電池の負電極側に配置し、位置付けることができる。デンドライト防止機能層は、電池内に、電解質のカソードと反対面に沿って配列できる。フレームワーク層は、固体電解質と導電性コンタクトとの間に配列して、電流を電池の中に、又はそこから外に流すことができる。デンドライト防止機能層は、ビスマス（Ｂｉ）、錫（Ｓｎ）、ケイ素（Ｓｉ）、銀（Ａｕ）、金（Ａｇ）、ゲルマニウム（Ｇｅ）、アンチモン（Ｓｅ）、セレン（Ｓｂ）、鉛（Ｐｂ）、ヒ素（Ａｓ）、リン（Ｐ）、硫黄（Ｓ）、又はプラチナ（Ｐｔ）等の様々な元素の何れの化学量論的な組合せを含むこともできる。デンドライト防止機能層は、電解質を介して受け取ったリチウム材との結合又は合金を形成できる。デンドライト防止機能層はまた、フレームワーク層構造の一部も形成でき、緩衝層の材料が少なくとも部分的にフレームワーク層構造の中へと分散する。デンドライト防止機能層は、フレームワーク層構造とは別でそれと接することができ、単層又は多層構造とすることができる。

【0017】

[0028] 初期充電プロセス中、カソードからのリチウムイオンが電解質を通じて移動する可能性があり、反対側のデンドライト防止機能層及びフレームワーク層構造に到達する可能性がある。リチウム材がデンドライト防止機能層に到達すると、デンドライト防止機能層はリチウム材と合金を形成し、リチウム材をその中に保持することができる。リチウム材が緩衝層と結合すると、相互拡散緩衝レイがリチウムのデンドライト成長の可能性を低下させる遮断層及び電解質内へのリチウムイオンの拡散を促進するアクセレレータとして機能することができる。それに加えて、デンドライト防止機能層内を横切るリチウム材は、フレームワーク層構造と導電性コンタクトとの界面に向かって導かれることができる。絶縁体（例えば、有機又は無機緩衝層）とフレームワーク層構造との間の界面接着性は、フレームワーク層構造と導電性コンタクトとの間の界面接着性より強力である可能性がある。そのため、電解質を介して受け取ったリチウム材はフレームワーク層構造と導電性コンタクトとの間の界面を覆う可能性がある。さらに、たとえフレームワーク層構造と導電層との間の界面でのリチウム材の分布と濃度が不均質であっても、電解質へのデンドライト成長はデンドライト防止機能層によって防止できる。

【0018】

[0029] 特に図１は、電気車に動力を供給するための電池１０５の等角断面図を示す。電池１０５は系又は装置１００の一部とすることができ、これは、電気車のコンポーネントに動力を供給するための電池１０５を含む少なくとも１つのバッテリパックを含むことができる。電池１０５は、電気コンポーネントに動力を供給するためのアノードフリーリチウムイオン電池とすることができる。電気コンポーネントは、電気車の一部とすることができる。電池１０５により動力が供給される電気コンポーネントは、電気車の設定外のものとすることができる。電池１０５は筐体１１０を含むことができる。筐体１１０は、電気車に取り付けられるバッテリモジュール、バッテリパック、又はバッテリアレイの中に収容することができる。筐体１１０は何れの形状とすることもできる。筐体１１０の形状は、円形（例えば、図示されているとおり）、長円、又は楕円等の底面を有する円柱とすることができる。筐体１１０の形状はまた、三角形、正方形、長方形、五角形、及び六角形等の多角形の底面を有する角柱とすることもできる。筐体１１０の長さ（又は高さ）は６５ｍｍ～１２５ｍｍの範囲とすることができる。筐体１１０の幅（又は、図示されているとおりの円柱の例の直径）は１８ｍｍ～４５ｍｍの範囲とすることができる。筐体１１０の厚さは１００ｍｍ～２００ｍｍの範囲とすることができる。

【0019】

[0030] 電池１０５の筐体１１０は、様々な導電率若しくは熱伝導率、又はその組合せを有する１つ又は複数の材料を含むことができる。電池１０５の筐体１１０のための導電性且つ熱伝導性材料は、金属材料、例えばアルミニウム、アルミニウムと銅の合金、ケイ素、錫、マグネシウム、マンガン、又は亜鉛（例えば、アルミニウム１０００、４０００、又は５０００シリーズのもの）、鉄、鉄炭素合金（例えば、鋼鉄）、銀、ニッケル、銅、及び銅合金等を含むことができる。電池１０５の筐体１１０のための電気的絶縁性且つ熱伝導性材料には、セラミック材料（例えば、窒化ケイ素、シリコンカーバイド、チタンカーバイド、二酸化ジルコニウム、酸化ベリリウム等）及び熱可塑性材料（例えば、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリスチレン、ポリ塩化ビニル、又はナイロン）等を含めることができる。

【0020】

[0031] 電池１０５の筐体１１０は、少なくとも１つの横方向の面、例えば上表面１１５と底表面１２０を有することができる。上表面１１５は、筐体１１０の横方向の上面に対応することができる。上表面１１５は筐体１１０の一体部分とすることができる。上表面１１５は、筐体１１０とは別で、筐体１１０の横方向の上面に付加することができる。底表面１２０は、筐体１１０の横方向の底面に対応することができ、上表面１１５の反対面とすることができる。底表面１２０は、筐体１１０の横方向の上面に対応することができる。底表面１２０は筐体１１０の一体部分とすることができる。上表面１１５は、筐体１１０とは別で、筐体１１０の横方向の上面に付加することができる。電池１０５の筐体１１０は、少なくとも１つの縦方向の表面、例えば側壁１２５を有することができる。側壁１２５は、筐体１１０の上表面１１５と底表面１２０との間に延びることができる。側壁１２５は、その上にくぼみ部分（本明細書ではネック又は縮小領域と呼ばれることもある）を有することができる。上表面１１５、底表面１２０、及び側壁１２５は、筐体１１０内に空洞１３０を画定できる。空洞１３０は、筐体１１０内の、電池１０５の内容物を保持するための空虚な空間、領域、又は体積に対応することができる。空洞１３０は、筐体１１０内で上表面１１５、底表面１２０、及び側壁１２５の間に広がることができる。

【0021】

[0032] 電池１０５は少なくとも１つのカソード層１３５（本明細書では概してカソードと呼ばれることもある）を含むことができる。カソード層１３５は、筐体１１０により画定される空洞１３０の中に位置付け、配列し、又はそれ以外に配置することができる。カソード層１３５の少なくとも一部は、側壁１２５の内面と接触し、又はそれと同一平面とすることができる。カソード層１３５の少なくとも一部は、底表面１２０の内面と接触し、又はそれと同一平面とすることができる。カソード層１３５は、電池１０５の放電中、電池１０５から通常電流を放出でき、電子を受け取ることができる。カソード層１３５はまた、電池１０５の放電中、リチウムイオンを放出する可能性がある。反対に、カソード層１３５は、電池１０５の充電中は、電池１０５への通常電流を受け取ることができ、電子を放出することができる。カソード層１３５は、電池１０５の充電中にリチウムイオンを受け取る可能性がある。カソード層１３５は、リチウム系酸化物材料又はリン酸塩材料を含むことができる。カソード層１３５は、酸化リチウムコバルト（ＬｉＣｏＯ₂）、リン酸鉄リチウム（ＬｉＦｅＰＯ₄）、酸化リチウムマンガン（ＬｉＭｎ₂Ｏ₄）、酸化リチウムニッケルマンガンコバルト（ＬｉＮｉ_xＭｎ_yＣｏ_zＯ₂）、及び酸化リチウムニッケルコバルトアルミニウム（ＬｉＮｉＣｏＡｌＯ₂）及びその他のリチウム系材料を含むことができる。カソード層１３５の長さ（又は高さ）は５０ｍｍ～１２０ｍｍの範囲とすることができる。カソード層１３５の幅は５０ｍｍ～２０００ｍｍの範囲とすることができる。カソード層１３５の厚さは１μｍ～２００μｍの範囲とすることができる。カソード層１３５の面積負荷は０．３ｇｍ／ｃｍ²～６０ｍｇ／ｃｍ²の範囲とすることができる。

【0022】

[0033] 電池１０５はアノードフリーとすることができ、活性（又は反応性）アノード層（本明細書では概してアノードと呼ばれることもある）を欠くことができる。アノードを備える電池では、アノード層は活性母材、例えば黒鉛（例えば、活性炭素又は、導電性材料が注入されたもの）、チタン酸リチウム（Ｌｉ₄Ｔｉ₅Ｏ₁₂）、又はケイ素、及びその他の材料を含むことができる。このような電池の放電中、アノード層では酸化が起こる可能性があり、電池への通常電流を受け取り、電池から電子を放出することができる。それと同時に、このような電池のカソード層では還元が起こる可能性があり、電池から通常電流を放出し、電池への電子を受け取ることができる。反対に、このような電池の充電中、アノード層では還元が起こる可能性があり、電池から通常電流を放出し、電池への電子を受け取ることができる。それに加えて、このような電池のカソード層では酸化が起こる可能性があり、電池への通常電流を受け取り、電池から電子を放出することができる。

【0023】

[0034] 電池１０５は、活性アノード層の代わりに少なくとも１つの複合体構造１４０（本明細書では受動層、不活性層、非反応性層、又は相互拡散層と呼ばれることもある）を含むことができる。複合体構造１４０は、筐体１１０により画定される空洞１３０の中に位置付け、配列し、又はそれ以外に配置することができる。複合体構造１４０の少なくとも一部は、側壁１２５の内面と接触するか、又はそれと同一平面とすることができる。複合体構造１４０の少なくとも一部は、底表面１２０の内面と接触し、又はそれと同一平面とすることができる。複合体構造１４０は、電池１０５の放電中は電池１０５への、電池１０５の充電中は電池１０５からの通常電流の搬送を提供することができる。アノードを備える電池のアノード層と異なり、電池１０５の複合体構造１４０では電池１０５の動作中に酸化又は還元が起こり得ない。複合体構造１４０の長さ（又は高さ）は５０ｍｍ～１２０ｍｍの範囲とすることができる。複合体構造１４０の幅は５０ｍｍ～２０００ｍｍの範囲とすることができる。複合体構造１４０の厚さは１μｍ～４０μｍの範囲とすることができる。

【0024】

[0035] 電池１０５は、固体電解質層１４５（本明細書では概して電解質又は固体電解質と呼ばれることもある）を含むことができる。固体電解質層１４５は、筐体１１０により画定される空洞１３０内に位置付け、配置し、又はそれ以外に配列することができる。固体電解質層１４５の少なくとも一部は、側壁１２５の内面と接触し、又はそれと同一平面とすることができる。固体電解質層１４５の少なくとも一部は、底表面１２０の内面と接触し、又はそれと同一平面とすることができる。固体電解質層１４５は、複合体構造１４０とカソード層１３５との間に配列して、複合体構造１４０とカソード層１３５を分離することができる。固体電解質層１４５は、複合体構造１４０とカソード層１３５との間でイオンを移動させることができる。固体電解質層１４５は、電池１０５の動作中に複合体構造１４０からカソード層１３５へとカチオンを移動させることができる。固体電解質層１４５は、電池１０５の動作中にカソード層１３５から複合体構造１４０にアニオン（例えば、リチウムイオン）を移動させることができる。固体電解質層１４５の長さ（又は高さ）は５０ｍｍ～１２０ｍｍの範囲とすることができる。固体電解質層１４５の幅は５０ｍｍ～２０００ｍｍの範囲とすることができる。固体電解質層１４５の厚さは１μｍ～２００μｍの範囲とすることができる。

【0025】

[0036] 固体電解質層１４５は、固体電解質材料を含むことができる。固体電解質層１４５は、セラミック電解質材料、例えばリン酸リチウムオキシナイトライド（Ｌｉ_xＰＯ_yＮ_z）、リン酸リチウムゲルマニウム硫黄（Ｌｉ₁₀ＧｅＰ₂Ｓ₁₂）、イットリア安定化ジルコニア（ＹＳＺ）、ＮＡＳＩＣＯＮ（Ｎａ₃Ｚｒ₂Ｓｉ₂ＰＯ₁₂）、ベータアルミナ固体電解質（ＢＡＳＥ）、ペロブスカイト型セラミクス（例えば、チタン酸ストロンチウム（ＳｒＴｉＯ₃））等を含むことができる。固体電解質層１４５は、ポリマ電解質材料（本明細書ではハイブリッド又は擬似固体電解質と呼ばれることもある）、例えばポリアクリルニトリル（ＰＡＮ）、ポリエチレンオキシド（ＰＥＯ）、ポリメチル－メタクリレート（ＰＭＭＡ）、及びフッ化ポリニリデン（ＰＶＤＦ）等を含むことができる。固体電解質層１４５は、ガラス状電解質材料、例えば硫化リチウム－五硫化リン（Ｌｉ₂Ｓ－Ｐ₂Ｓ₅）、硫化リチウム－硫化ホウ素（Ｌｉ₂Ｓ－Ｂ₂Ｓ₃）、及び硫化錫－五硫化リン（ＳｎＳ－Ｐ₂Ｓ₅）を含むことができる。電解質材料１４５は、セラミック電解質材料、ポリマ電解質材料、及びガラス状電解質材料等の何れの組合せを含むことができる。

【0026】

[0037] 電池１０５は、少なくとも１つの中央支持材１５０を含むことができる。中央支持材１５０は、筐体１３０により画定される空洞１３０内に位置付け、配列し、又は配置することができる。中央支持材１５０の少なくとも一部は、側壁１２５の内面と接触し、又はそれと同一平面とすることができる。中央支持材１５０の少なくとも一部は、底表面１２０の内面と接触し、又はそれと同一平面とすることができる。中央支持材１５０は、複合体構造１４０、カソード層１３５、又は固体電解質層１４５により画定される中空部の中に位置付けることができる。中空部内の中央支持材１５０は、積層形態のカソード層１３５、受動層１４０、及び電解質層１４５の周囲を包む何れの構造又は部材とすることもできる。中央支持材１５０は、電気的絶縁材料を含むことができ、電池１０５のための正端子としても負端子としても機能しないことができる。電池１０５はまた、中央支持材１５０を欠くこと、すなわち含まないことができる。

【0027】

[0038] 特に図２は、電気車に動力を供給するための電池１０５の断面図を示す。図のように、少なくとも１つのカソード層１３５、少なくとも１つの複合体構造１４０、及び少なくとも１つの固体電解質層１４５は、電池１０５の筐体１１０の中の空洞１３０内に配列できる。少なくとも１つのカソード層１３５、少なくとも１つの複合体構造１４０、及び少なくとも１つの固体電解質層１４５は、連続的に配列することも、又は交互積層することもできる。カソード層１３５の少なくとも１つ及びアノード層１４０の少なくとも１つは、カソード層１３５との間に固体電解質１４５を挟まずに分離することができる。カソード層１３５の少なくとも１つとアノード層１４０の少なくとも１つは、相互に隣接することができる。カソード層１３５の群とアノード層１４０の群は、相互に連続して電気的に連結できる。各カソード層１３５は、アノード層１４０のうちの１つに電気的に連結できる。各複合体構造１４０は、カソード層１３５のうちの１つに電気的に連結できる。各カソード層１３５、各複合体構造１４０、各固体電解質層１４５は、空洞１３０内に縦方向に配列することができる。各カソード層１３５、各複合体構造１４０、及び各固体電解質層１４５は、少なくとも部分的に底表面１２０から上表面１１５まで延びることができる。各カソード層１３５、各複合体構造１４０、各固体電解質層１４５は、空洞１３０内に横方向に配列できる。各カソード層１３５、各複合体構造１４０、及び各固体電解質層１４５は、少なくとも部分的に１つの側壁１２５から他の側壁１２５へと延びることができる。

【0028】

[0039] 固体電解質層１４５は、少なくとも１つの第一の面２００を含むことができる。第一の面２００は、固体電解質層１４５の１つの表面（例えば、縦又は横方向）に対応できる。第一の面２００は、固体電解質層１４５のうちカソード層１３５に面する表面に対応できる。カソード層１３５は、空洞１３０内に少なくとも部分的に固体電解質層１４５の第一の面２００に沿って配置できる。固体電解質層１４５の第一の面２００の少なくとも一部は、カソード層１３５の少なくとも１つの面と接触し、又はそれと同一平面とすることができる。固体電解質層１４５は、第一の面２００を介してカソード層１３５に電気的に連結できる。電池１０５の動作中（例えば、充電又は放電）、固体電解質層１４５は第一の面２００を介してカソード層１３５からリチウム材を受け取ることができる。カソード層１３５により放出されたリチウム材は、カチオンとして固体電解質層１４５を通って固体電解質層１４５の反対の面の複合体構造１４０に向かって移動することができる。

【0029】

[0040] 固体電解質層１４５は、少なくとも１つの第二の面２０５を含むことができる。第二の面２０５は、固体電解質層１４５の１つの表面（例えば、縦又は横方向）に対応できる。第二の面２０５は、第一の面２００の反対面にあることができる。第二の面２０５は、複合体構造１４０に面する表面に対応できる。複合体構造１４０は、空洞１３０内に少なくとも部分的に固体電解質層１４５の第二の面２０５に沿って配置できる。固体電解質層１４５の第二の面２０５の少なくとも一部は、複合体構造１４０の少なくとも１つの面と接触し、又はそれと同一平面とすることができる。電池１０５の動作中（例えば、充電又は放電）、固体電解質層１４５はカソード層１３５から複合体構造１４０へと第二の面２０５を介してリチウム材を移動させることができる。何れの緩衝層も持たない電池においては、アノード層で、リチウム材が電池の動作の繰返しに伴って集合するにつれてリチウム材のデンドライト成長が起こる可能性がある。アノード層からのリチウム材のデンドライト形成は最終的に電解質層を貫通してカソード層に到達する可能性があり、これは電池の短絡につながる。

【0030】

[0041] カソード層１３５は、少なくとも１つの第一の面２１０を含むことができる。第一の面２１０は、カソード層１３５の１つの表面（例えば、縦又は横方向）に対応できる。カソード層１３５の第一の面２１０は、固体電解質層１４５の第一の面に面することができる。カソード層１３５の第一の面２１０の少なくとも一部は、固体電解質層１４５の第一の面２００の少なくとも一部と接触し、又はそれと同一平面とすることができる。カソード層１３５の第一の面２１０は、固体電解質層１４５の第一の面２００と接することができる。カソード層１３５は、第一の面２１０を介して固体電解質層１４５に電気的に連結できる。電池１０５の動作中（例えば、充電又は放電）、カソード層１３５は第一の面２１０を介して固体電解質層１４５にリチウム材を放出することができる。それに加えて、カソード層１３５は少なくとも１つの第二の面２１５を含むことができる。第二の面２１５は、カソード層１３５の１つの表面（例えば、縦又は横方向）に対応できる。第二の面２１５は、カソード層１３５上の第一の面２１０の反対とすることができる。電池１０５の放電中、カソード層１３５は第二の面２１５を通じて電子を受け取り、第二の面２１５を介して通常電流を放出できる。電池１０５の充電中、カソード層１３５は第二の面２１５を通じて電子を放出でき、第二の面２１５を介して通常電流を受け取ることができる。

【0031】

[0042] 複合体構造１４０は、少なくとも１つの第一の面２２０を含むことができる。第一の面２２０は、複合体構造１４０の１つの表面（例えば、縦又は横方向）に対応できる。複合体構造１４０の第一の面２２０は、固体電解質層１４５の第二の面２０５に面することができる。複合体構造１４０の第一の面２２０の少なくとも一部は、固体電解質層１４５の第二の面２０５の少なくとも一部と接触し、又はそれと同一平面とすることができる。複合体構造１４０の第一の面２２０は、固体電解質層１４５の第二の面２０５と接することができる。複合体構造１４０は、第一の面２２０を介して固体電解質層１４５に電気的に連結できる。電池１０５の動作中（例えば、充電又は放電）、複合体構造１４０は、第一の面２２０を介して固体電解質層１４５からカソード層により放出されたリチウム材を受け取ることができる。さらに、複合体構造１４０は、少なくとも１つの第二の面２２５を含むことができる。第二の面２２５は、複合体構造１４０上の第一の面２２０と反対とすることができる。電池１０５の放電中、複合体構造１４０は第二の面２２５を通じて電子を放出し、第二の面２２５を介して通常電流を受け取ることができる。反対に、電池１０５の充電中、複合体構造１４０は第二の面２２５から電子を受け取り、第二の面２２５を介して通常電流を放出できる。

【0032】

[0043] 電池１０５は、少なくとも１つの正の導電層２３０（本明細書では正の導電板又はシートと呼ばれることもある）を含むことができる。正の導電層２３０は、電池１０５のための正端子に対応し、又はそれを画定することができる。正の導電層２３０は、電池１０５の筐体１１０の空洞１３０内に、カソード層１３５の第二の面２１５に沿って配置又は配列できる。正の導電層２３０の少なくとも一部は、カソード層１３５の第二の面２１５の少なくとも一部と接触し、又はそれと同一平面とすることができる。正の導電層２３０は、第二の面２１５に沿ってカソード層１３５と接することができる。正の導電層２３０は、第二の面２１５を介してカソード層１３５に電気的に連結できる。正の導電層２３０を通じて、カソード層１３５は電池１０５のための正端子に電気的に連結できる。正の導電層２３０は、導電性材料を含むことができる。正の導電層２３０のための導電性材料には、金属材料、例えばニッケル、銅、アルミニウムと銅の合金、ケイ素、錫、マグネシウム、マンガン又は亜鉛（例えば、アルミニウム１０００、４０００、又は５０００シリーズのもの）、鉄、鉄炭素合金（例えば、鋼鉄）、銀、及び銅合金等を含めることができる。正の導電層２３０のための導電性材料にはまた、炭素系材料、例えば黒鉛及び炭素繊維等も含めることができる。電池１０５の放電中、正の導電層２３０は電池１０５への電子を受け取り、電池１０５から通常電流を放出できる。反対に、電池１０５の充電中、正の導電層２３０は、電池１０５から電子を放出し、電池１０５への通常電流を受け取ることができる。正の導電層２３０の長さ（又は高さ）は５０ｍｍ～１２０ｍｍの範囲とすることができる。正の導電層２３０の幅は５０ｍｍ～２０００ｍｍとすることができる。正の導電層２３０の厚さは１～３０μｍの範囲とすることができる。

【0033】

[0044] 電池１０５は、少なくとも１つの負の導電層２３５（本明細書では負の導電板又はシートと呼ばれることもある）を含むことができる。負の導電層２３５は、電池１０５の負端子に対応し、又はそれを画定できる。負の導電層２３５は、正の導電層２３０の反対の極性とすることができる。負の導電層２３５は、電池１０５の筐体１１０の空洞１３０内に、複合体構造１４０の第二の面２２５に沿って配置又は配列できる。負の導電層２３５の少なくとも一部は、複合体構造１４０の第二の面２２５の少なくとも一部と接触し、又はそれと同一平面とすることができる。負の導電層２３５は、複合体構造１４０と第二の面２２５に沿って接することができる。負の導電層２３５は、複合体構造１４０に第二の面２２５を介して電気的に連結できる。負の導電層２３５を通じて、複合体構造１４０は電池１０５のための負端子に電気的に連結できる。負の導電層２３５は、導電性材料を含むことができる。負の導電層２３５のための導電性材料には、金属材料、例えばニッケル、銅、アルミニウムと銅の合金、ケイ素、錫、マグネシウム、マンガン又は亜鉛（例えば、アルミニウム１０００、４０００、又は５０００シリーズのもの）、鉄、鉄炭素合金（例えば、鋼鉄）、銀、及び銅合金等を含めることができる。負の導電層２３５のための導電性材料にはまた、炭素系材料、例えば黒鉛及び炭素繊維等も含めることができる。電池１０５の放電中、負の導電層２３５は電池１０５から電子を放出し、電池１０５からの通常電流を受け取ることができる。反対に、電池１０５の充電中、負の導電層２３５は、電池１０５からの電子を受け取り、電池１０５へと通常電流を放出することができる。負の導電層２３５の長さ（又は高さ）は５０ｍｍ～１２０ｍｍの範囲とすることができる。負の導電層２３５の幅は５０ｍｍ～２０００ｍｍとすることができる。負の導電層２３５の厚さは１～３０μｍの範囲とすることができる。

【0034】

[0045] 特に図３は、電気車に動力を供給するための電池１０５の層パターン３００の断面図を示す。図のように、電池１０５のための層パターン３００において、複合体構造１４０は少なくとも１つのデンドライト防止機能層３０５（本明細書では、電解質界面相互拡散緩衝層又はデンドライト防止及び界面接着制御層とも呼ばれることがある）を含むことができる。層パターン３００では、デンドライト防止機能層３０５は、電池１０５の筐体１１０の空洞１３０内に固体電解質層１４５の第二の面２０５に沿って配置又は配列できる。デンドライト防止機能層３０５は、複合体構造１４０の第一の面２２０に沿って複合体構造１４０の少なくとも一部を形成し、又はそれに対応することができる。デンドライト防止機能層３０５の少なくとも片面は、複合体構造１４０の第一の面２２０を含むことができ、又はそれに対応することができる。デンドライト防止機能層３０５のうち複合体構造１４０の第一の面２２０に対応する面は、固体電解質層１４５の第二の面２０５と面することができる。デンドライト防止機能層３０５の第一の面２２０に沿った少なくとも一部は、固体電解質層１４５の第二の面２０５の少なくとも一部と接触し、又はそれと同一平面とすることができる。デンドライト防止機能層３０５は固体電解質層１４５と第一の面２２０を通じて接することができる。デンドライト防止機能層３０５は、固体電解質層１４５と第一の面２２０を介して結合できる。デンドライト防止機能層３０５は、固体電解質層１４５と第一の面２２０を通じて電気的に連結できる。それに加えて、デンドライト防止機能層３０５は、少なくとも１つの第二の面３１５（本明細書では中間面と呼ばれることもある）を有することができる。第二の面３１５は、固体電解質層１４５の１つの表面（例えば、縦又は横方向）に対応できる。デンドライト防止機能層３０５の第二の面３１５は、固体電解質層１４５と接触する第一の面２２０の反対とすることができる。デンドライト防止機能層３０５の長さ（又は高さ）は５０ｍｍ～１２０ｍｍの範囲とすることができる。デンドライト防止機能層３０５の幅は５０ｍｍ～２０００ｍｍの範囲とすることができる。デンドライト防止機能層３０５の厚さは０．０１μｍ～１０μｍの範囲とすることができる。デンドライト防止機能層３０５の厚さは、第一の面２２０と第二の面３１５との間の距離に対応できる。

【0035】

[0046] デンドライト防止機能層３０５は、金属、半導体、又は非金属材料、例えばビスマス（Ｂｉ）、錫（Ｓｎ）、ケイ素（Ｓｉ）、銀（Ａｕ）、金（Ａｇ）、ゲルマニウム（Ｇｅ）、アンチモン（Ｓｅ）、セレン（Ｓｂ）、鉛（Ｐｂ）、ヒ素（Ａｓ）、リン（Ｐ）、硫黄（Ｓ）若しくはプラチナ（Ｐｔ）、又はそれらの何れかの組合せ等を含むことができる。デンドライト防止機能層３０５の材料の濃度は、０．１ｇ／ｃｃ～３０ｇ／ｃｃの範囲とすることができる。デンドライト防止機能層３０５はまた、無機又は有機物質を含むことができる。デンドライト防止機能層３０５は、当初、電池１０５の最初の充電サイクルまでは何れのリチウム材も含まないようにすることができる。電池１０５の動作中（例えば、放電又は充電）、デンドライト防止機能層３０５は、固体電解質層１４５の第二の面２０５を通じてカソード層１３５から移動したリチウム材を受け取る可能性がある。デンドライト防止機能層３０５は、固体電解質層１４５から受け取ったリチウム材と結合し、又はそれと合金を形成する可能性がある。受け取ったリチウム材との合金の形成を介して、デンドライト防止機能層３０５は、第一の面２２０に沿って固体電解質層１４５と結合する可能性がある。リチウム材とデンドライト防止機能層３０５との結合は、固体電解質層１４５を通じたリチウム材の分散の不均一性とは無関係である可能性がある。デンドライト防止機能層３０５により形成される合金には、例えば二元合金（例えば、リチウム－ビスマス（Ｌｉ－Ｂｉ）、リチウム－錫（Ｌｉ－Ｓｎ）、若しくはリチウム－ケイ素（Ｌｉ－Ｓｉ））、三元合金（例えば、リチウム－ビスマス－ケイ素（Ｌｉ－Ｂｉ－Ｓｎ）若しくはリチウム－リン－プラチナ（Ｌｉ－Ｐ－Ｐｔ））、又は四元合金（例えば、リチウム－ケイ素ゲルマニム－アンチモン（Ｌｉ－Ｓｉ－Ｇｅ－Ｓｅ））及びその他のあらゆる組合せを含めることができる。固体電解質層１４５から受け取ったリチウム材と合金を形成することによって、デンドライト防止機能層３０５は、固体電解質層１４５の中へのリチウムのデンドライト成長を防止できる。それに加えて、デンドライト防止機能層３０５の特性により、デンドライト防止機能層３０５は固体電解質層１４５を通じて移動するリチウム材の拡散を加速させることができる。

【0036】

[0047] 電池１０５の層パターン３００において、複合体構造１４０は少なくとも１つのフレームワーク層３１０（本明細書ではカーボンマトリクス構造、黒鉛マトリクス構造、又は立体網目構造とも呼ばれることがある）を含むことができる。フレームワーク層３１０は、電池１０５の筐体１１０の空洞１３０内に配置又は配列できる。フレームワーク層３１０は、複合体構造１４０の第二の面２２５に沿った一部を形成し、又はそれに対応することができる。フレームワーク層３１０の少なくとも片面は、複合体構造１４０の第二の面２２５を含むことができ、又はそれに対応できる。フレームワーク層３１０の、複合体構造１４０の第二の面２２５に対応する面は、負の導電層２３５の片面に面することができる。フレームワーク層３１０の第二の面２２５に沿った少なくとも一部は、負の導電層２３５の片面の少なくとも一部と接触し、又はそれと同一平面とすることができる。フレームワーク層３１０は、第二の面２２５を介して負の導電層２３５に機械的に連結できる。フレームワーク層３１０は、負の導電層２３５と第二の面２２５を通じて接することができる。フレームワーク層３１０は、負の導電層２３５に第二の面２２５を通じて電気的に連結できる。

【0037】

[0048] それに加えて、フレームワーク層３１０は少なくとも１つの第一の面３２０（本明細書では中間面とも呼ばれることがある）を有することができる。第一の面３２０は、固体電解質層１４５の１つの表面（例えば、縦又は横方向）に対応することができる。フレームワーク層３１０の第一の面３２０は、固体電解質層１４５と接触する第一の面２２０の反対とすることができる。フレームワーク層３１０の第一の面３２０に沿った少なくとも一部は、デンドライト防止機能層３０５の第二の面３１５の少なくとも一部と接するか、又はそれと同一平面とすることができる。フレームワーク層３１０の第一の面３２０は、第二の面３１５を通じてデンドライト防止機能層３０５に機械的に連結できる。フレームワーク層３１０の第一の面３２０は、第二の面３１５を介してデンドライト防止機能層３０５と接することができる。フレームワーク層３１０の第一の面３２０は、デンドライト防止機能層３０５の第二の面３１５に機械的に連結できる（例えば、噛み合い、結合され、又は接続される）。噛み合うか又は結合される場合、フレームワーク層３１０の第一の面３２０はデンドライト防止機能層３０５の第二の面３１５と重複することができ、その逆もある。フレームワーク層３１０は、フレームワーク層３１０の第一の面３２０を介してデンドライト防止機能層３０５に電気的に連結できる。フレームワーク層３１０の長さ（又は高さ）は５０ｍｍ～１２０ｍｍの範囲とすることができる。フレームワーク層３１０の幅は５０ｍｍ～２０００ｍｍの範囲とすることができる。フレームワーク層３１０の厚さは１μｍ～３０μｍの範囲とすることができる。フレームワーク層３１０の厚さは、第一の面３２０と第二の面２２５との間の距離に対応することができる。フレームワーク層３１０の厚さは、デンドライト防止機能層３０５の厚さより大きくすることができる。フレームワーク層３１０の厚さとデンドライト防止機能層３０５の厚さとの比は、０～１０００の範囲とすることができる。

【0038】

[0049] フレームワーク層３１０は、有機材料を含むことができる。フレームワーク層３１０は、炭素系複合材料、例えば炭素繊維、各種の炭素、熱分解炭素、グラフェン、黒鉛層間化合物（ＧＩＣ）等を含むことができる。炭素系複合材料は、炭素と、例えばポリフッ化ビニリデン（ＰＶＤＦ）、カルボキシメチルセルロース（ＣＭＣ）、スチレンブタジエンゴム（ＳＢＲ）、及びポリイミド（ＰＩ）等の結合剤とを含むことができる。フレームワーク層３１０の炭素系複合材料の気孔率は１％～９９％の範囲とすることができる。フレームワーク層３１０は、金属有機構造体（ＭＯＦ：metal-organic framework）又は共有結合性有機構造体（ＣＯＦ：covalent organic framework）を含むことができる。フレームワーク層３１０は、無機材料、例えば金属酸化物又は金属無機構造体（ＭＩＦ：metal-inorganic framework）を含むことができる。フレームワーク層３１０のための無機材料の気孔率はナノメートル～マイクロメートルの範囲とすることができる。フレームワーク層３１０は当初、電池１０５の最初の充電サイクルまでは、何れのリチウム材も含まないようにすることができる。フレームワーク層３１０の材料は、デンドライト防止機能層３０５の材料と結合することができる。例えば、デンドライト防止機能層３０５の材料の第二の面３１５に沿った少なくとも一部は、フレームワーク層３１０の第二の面３２０に沿った炭素系複合材料と噛み合い、又は挟み合うことができる。そのため、デンドライト防止機能層３０５の第二の面３１５とフレームワーク層３１０の第二の面３２０との間の境界は斜面とすることができる。

【0039】

[0050] 電池１０５の充電中、固体電解質層１４５を通じてカソード層１３５から受け取ったリチウム材は、デンドライト防止機能層３０５と結合する可能性があり、又はフレームワーク層３１０を横切る可能性がある。材料の違いにより、デンドライト防止機能層３０５の第一の面２２０と電解質層１４５の第二の面２０５との間の界面接着性は、フレームワーク層３１０の第二の面２２５と負の導電層２３５の面との間の界面接着性より強力である可能性がある。デンドライト防止機能層３０５と電解質１４５との間の界面接着性がより強力であるため、第二の面２０５に沿ったリチウム材付着の可能性を低くすることができる。その代わりに、フレームワーク層３１０の第二の面２２５に沿ったリチウム材の付着の可能性をより高くすることができる。そのため、デンドライト防止機能層３０５の第一の面２２０上に堆積するのではなく、リチウム材はフレームワーク層３１０を通じて負の導電層２３５へと導かれることが可能となる。フレームワーク層３１０により、電池１０５の充電中、第二の面２２５に沿ったリチウム材の蓄積が可能となり得る。リチウム材は固体電解質層１４５からさらに堆積するため、固体電解質層１４５の中に入り込むリチウム材の成長の可能性を低減させることができる。反対に、電池１０５の放電中、リチウム材は負の導電層２３５からデンドライト防止機能層３０５へと再び移動することができる。フレームワーク層３１０により、電池１０５の放電中に複合体構造１４０の第二の面２２５に沿って蓄積されたリチウム材の分散又は剥離が可能となり得る。このようにして、複合体構造１４０において受け取られたリチウム材のめっきは、フレームワーク層３１０によって第二の面２２５に向かって制限することができる。

【0040】

[0051] 特に図４は、電気車に動力を供給するための電池１０５の層パターン４００の断面図を示す。図のように、電池１０５のための層パターン４００における複合体構造１４０は、デンドライト防止機能層３０５とフレームワーク層３１０を含むことができる。それに加えて、電池１０５の層パターン４００では、フレームワーク層３１０は複合体構造１４０の第二の面２２５から分離された少なくとも１つの第二の面４０５（本明細書では中間面と呼ばれることもある）を有することができる。フレームワーク層３１０は、層パターン４００内の複合体構造１４０の少なくとも１つの中間部分を形成し、又はそれに対応することができる。第二の面４０５は、複合体構造１４０の第二の面２２５とは別であり、そこから物理的に離すことができる。そのため、フレームワーク層３１０の第二の面４０５は、負の導電層２３５と直接物理的に接触し得ない。フレームワーク層３１０の第二の面４０５は、負の導電層２３５と直接接し得ない。フレームワーク層３１０の第二の面４０５は、複合体構造１４０の他の下層を通じて負の導電層２３５に電気的に連結できる。他方で、層パターン４００において、フレームワーク層３１０の第一の面３２０の少なくとも一部は、デンドライト防止機能層３０５の第二の面３１５と接触し、又はそれと同一平面とすることができる。フレームワーク層３１０の第一の面３２０は、デンドライト防止機能層３０５の第二の面３１５と接することができる。

【0041】

[0052] 電池１０５の層パターン４００において、複合体構造１４０は、少なくとも１つの他のデンドライト防止機能層４１０（本明細書では導電層界面デンドライト防止機能層とも呼ばれることがある）を含むことができる。デンドライト防止機能層４１０は、電池１０５の筐体１１０の空洞１３０内に炭素マトリクス構造３１０の第二の面４０５に沿って配置又は配列できる。デンドライト防止機能層４１０は、筐体１１０の空洞１３０内の炭素マトリクス構造３１０の第二の面４０５と負の導電層２３５との間に位置付けることができる。デンドライト防止機能層４１０は、複合体構造１４０の第二の面２２５に沿った少なくとも一部を形成し、又はそれに対応することができる。デンドライト防止機能層４１０の少なくとも片面は、複合体構造１４０の第二の面２２５を含み、又はそれに対応することができる。デンドライト防止機能層４１０のうち複合体構造１４０の第二の面２２５に対応する面は、負の導電層２３５の片面に面することができる。デンドライト防止機能層４１０の第二の面２２５に沿った少なくとも一部は、負の導電層２３５の片面の少なくとも一部と接触し、又はそれと同一平面とすることができる。デンドライト防止機能層４１０は、第二の面２２５を介して負の導電層２３５と機械的に連結できる。デンドライト防止機能層４１０は、第二の面２２５を通じて負の導電層２３５と接することができる。デンドライト防止機能層４１０は、第二の面２２５を介して負の導電層２３５に電気的に連結できる。

【0042】

[0053] それに加えて、デンドライト防止機能層４１０は、少なくとも１つの第一の面４１５（本明細書では中間面と呼ばれることもある）を有することができる。第一の面４１５は、デンドライト防止機能層４１０の１つの表面（例えば、縦又は横方向）に対応することができる。デンドライト防止機能層４１０の第一の面４１５は、負の導電層２３５と接触する第二の面２２５の反対とすることができる。デンドライト防止機能層４１０の第一の面４１５に沿った少なくとも一部は、フレームワーク層３１０の第二の面４０５の少なくとも一部と接触し、又はそれと同一平面とすることができる。デンドライト防止機能層４１０の第一の面４１５は、第二の面４０５を通じてフレームワーク層３１０と機械的に連結できる。デンドライト防止機能層４１０の第一の面４１５は、第二の面４０５を介してフレームワーク層３１０と接することができる。デンドライト防止機能層４１０の第一の面４１５は、フレームワーク層３１０の第二の面４０５に機械的に連結できる（例えば、噛み合い、結合され、又は接続される）。デンドライト防止機能層４１０は、フレームワーク層３１０の第一の面４０５を介してフレームワーク層３１０に電気的に連結できる。デンドライト防止機能層４１０の長さ（又は高さ）は５０ｍｍ～１２０ｍｍの範囲とすることができる。デンドライト防止機能層４１０の幅は５０ｍｍ～１２０ｍｍの範囲とすることができる。デンドライト防止機能層４１０の厚さは０．０１μｍ～１０μｍの範囲とすることができる。デンドライト防止機能層４１０の厚さは、デンドライト防止機能層３０５の厚さと同じとすることも、又はそれと違えることもできる。デンドライト防止機能層４１０の厚さは、第一の面４１５と第二の面２２５との間の距離に対応することができる。デンドライト防止機能層４１０の厚さは、フレームワーク層３１０の厚さより薄くすることができる。デンドライト防止機能層４０５の厚さとフレームワーク層３１０の厚さとの間の比は０～１０００の範囲とすることができる。

【0043】

[0054] デンドライト防止機能層４１０は、金属、半導体、又は非金属材料、例えばビスマス（Ｂｉ）、錫（Ｓｎ）、ケイ素（Ｓｉ）、銀（Ａｕ）、金（Ａｇ）、ゲルマニウム（Ｇｅ）、アンチモン（Ｓｅ）、セレン（Ｓｂ）、鉛（Ｐｂ）、ヒ素（Ａｓ）、リン（Ｐ）、硫黄（Ｓ）若しくはプラチナ（Ｐｔ）、又はそれらの何れかの組合せ等を含むことができる。デンドライト防止機能層４１０の材料の濃度は、０．１ｇ／ｃｃ～３０ｇ／ｃｃの範囲とすることができる。デンドライト防止機能層４１０はまた、無機又は有機物質を含むことができる。デンドライト防止機能層４１０は、当初、電池１０５の最初の充電サイクルまでは何れのリチウム材も含まないようにすることができる。フレームワーク層３１０の炭素系複合材料は、デンドライト防止機能層４１０の材料と結合する可能性がある。例えば、デンドライト防止機能層４１０の材料の第一の面４１５に沿った少なくとも一部は、第二の面４０５に沿ったフレームワーク層３１０の炭素系複合材料と噛み合い、又は挟み合う可能性がある。そのため、デンドライト防止機能層３０５の第一の面４１５とフレームワーク層３１０の第二の面４０５との間の境界は斜面とすることができる。

【0044】

[0055] 電池１０５の充電中、デンドライト防止機能層４１０は、カソード層１３５から発せられ、デンドライト防止機能層３０５とフレームワーク層３１０を横切るリチウム材を受け取る可能性がある。デンドライト防止機能層４１０は、受け取ったリチウム材と結合し、又はそれと合金を形成する可能性がある。リチウム材とデンドライト防止機能層４１０との結合は、固体電解質層１４５を通じたリチウム材の分散の不均一性とは無関係である可能性がある。デンドライト防止機能層３０５により形成される合金には、例えば二元合金（例えば、リチウム－ビスマス（Ｌｉ－Ｂｉ）、リチウム－錫（Ｌｉ－Ｓｎ）、若しくはリチウム－ケイ素（Ｌｉ－Ｓｉ））、三元合金（例えば、リチウム－ビスマス－ケイ素（Ｌｉ－Ｂｉ－Ｓｎ）若しくはリチウム－リン－プラチナ（Ｌｉ－Ｐ－Ｐｔ））、又は四元合金（例えば、リチウム－ケイ素－ゲルマニム－アンチモン（Ｌｉ－Ｓｉ－Ｇｅ－Ｓｅ））及びその他のあらゆる組合せを含めることができる。固体電解質層１４５から受け取ったリチウム材と合金を形成することによって、デンドライト防止機能層３０５は、固体電解質層１４５の中へのリチウムのデンドライト成長を防止できる。それに加えて、デンドライト防止機能層３０５の特性により、デンドライト防止機能層３０５は固体電解質層１４５を通じて移動するリチウム材の拡散を加速させることができる。

【0045】

[0056] 電池１０５の充電中、固体電解質層１４５を通じてカソード層１３５から受け取ったリチウム材はデンドライト防止機能層３０５と結合する可能性があり、又はデンドライト防止機能層４１０を横切る可能性がある。材料の違いにより、デンドライト防止機能層３０５の第一の面２２０と電解質層１４５の第二の面２０５との間の界面接着性は、デンドライト防止機能層４１０の第二の面２２５と負の導電層２３５の面との間の界面接着性より強力である可能性がある。デンドライト防止機能層３０５と電解質１４５との間の界面接着性がより強力であるため、第二の面２０５に沿ったリチウム材付着の可能性を低くすることができる。その代わりに、デンドライト防止機能層４１０の第二の面２２５に沿ったリチウム材の付着の可能性をより高くすることができる。そのため、デンドライト防止機能層３０５の第一の面２２０上に堆積するのではなく、リチウム材はフレームワーク層３１０とデンドライト防止機能層４１０を通じて負の導電層２３５へと導かれることが可能となる。フレームワーク層３１０とデンドライト防止機能層４１０により、電池１０５の充電中、第二の面２２５に沿ったリチウム材の蓄積が可能となり得る。リチウム材は固体電解質層１４５からさらに堆積するため、固体電解質層１４５の中に入り込むリチウム材の成長の可能性を低減させることができる。反対に、電池１０５の放電中、リチウム材は負の導電層２３５からデンドライト防止機能層３０５へと再び移動することができる。フレームワーク層３１０とデンドライト防止機能層４１０により、電池１０５の放電中に複合体構造１４０の第二の面２２５に沿って蓄積されたリチウム材の分散又は剥離が可能となり得る。このようにして、複合体構造１４０において受け取られたリチウム材のめっきは、フレームワーク層３１０及びデンドライト防止機能層４１０によって第二の面２２５に向かって制限することができる。

【0046】

[0057] 特に図５は、電気車に動力を供給するための電池１０５の層パターン５００の断面図を示す。電池１０５のための層パターン５００では、複合体構造１４０はフレームワーク層３１０を含むことができ、フレームワーク層３１０の中にデンドライト防止機能層３０５が散在している。フレームワーク層３１０は、電池１０５の筐体１１０の空洞１３０内に、固体電解質層１４５の第二の面２０５に沿って配置又は配列できる。フレームワーク層３１０は、電池１０５の層パターン５００の中の複合体構造１４０の全体又は実質的に全体（例えば、８５％を超える）を形成し、又はそれに対応することができる。フレームワーク層３１０は、少なくとも部分的に複合体構造１４０の第一の面２２０から第二の面２２５へと広げることができる。デンドライト防止機能層３０５は部分的に、フレームワーク層３１０内で複合体構造１４０の第一の面２２０から発して第二の面２２５に向かって広げることができる。

【0047】

[0058] フレームワーク層３１０の少なくとも片面（例えば、縦又は横方向）は、複合体構造１４０の第一の面２２０を含み、又はそれに対応することができる。フレームワーク層３１０の第一の面２２０に沿った少なくとも一部は、固体電解質層１４５の第二の面２０５の少なくとも一部と接触し、又はそれと同一平面とすることができる。フレームワーク層３１０は、固体電解質層１４５に第一の面２２０を通じて機械的に連結できる。フレームワーク層３１０は、固体電解質層１４５と第一の面２２０を介して接することができる。フレームワーク層３１０は、固体電解質層１４５と第一の面２２０を通じて電気的に連結できる。フレームワーク層３１０の少なくとも片面（例えば、縦又は横方向）は、複合体構造１４０の第二の面２２５を含み、又はそれに対応することができる。フレームワーク層３１０の第二の面２２５に沿った少なくとも一部は、負の導電層２３５の片面の少なくとも一部と接触するか、又はそれと同一平面とすることができる。フレームワーク層３１０は、負の導電層２３５と第二の面２２５を通じて機械的に連結できる。フレームワーク層３１０は、負の導電層２３５と第二の面２２５を介して接することができる。フレームワーク層３１０は、負の導電層２３５と第二の面２２５を通じて電気的に連結できる。層パターン５００において、フレームワーク層３１０の長さ（又は高さ）は５０ｍｍ～１２０ｍｍの範囲とするこができる。フレームワーク層３１０の幅は５０ｍｍ～２０００ｍｍの範囲とすることができる。フレームワーク層３１０の厚さは０．０２μｍ～３０μｍの範囲とすることができる。フレームワーク層３１０の厚さは、複合体構造１４０の第一の面２２０と第二の面２２５との間の距離に対応することができる。

【0048】

[0059] デンドライト防止機能層３０５は、フレームワーク層３１０の中に拡散、分布、又は散在させることができる。デンドライト防止機能層３０５は、金属、半導体、又は非金属材料、例えばビスマス（Ｂｉ）、錫（Ｓｎ）、ケイ素（Ｓｉ）、銀（Ａｕ）、金（Ａｇ）、ゲルマニウム（Ｇｅ）、アンチモン（Ｓｅ）、セレン（Ｓｂ）、鉛（Ｐｂ）、ヒ素（Ａｓ）、リン（Ｐ）、硫黄（Ｓ）若しくはプラチナ（Ｐｔ）、又はそれらの何れかの組合せ等を含むことができる。デンドライト防止機能層３０５は、無機又は有機物質を含むことができる。デンドライト防止機能層３０５の材料は、フレームワーク層３１０の有機又は無機材料の中に注入し、噛み合わせ、又は散在させることができる。デンドライト防止機能層３０５の材料の濃度（density）又は濃度（concentration）は、フレームワーク層３１０内で変化させ、又は違えることができ、０．１ｇ／ｃｃ～３０ｇ／ｃｃの範囲とすることができる。

【0049】

[0060] デンドライト防止機能層３０５は、フレームワーク層３１０内に勾配分散を形成することができる。フレームワーク層３１０内のデンドライト防止機能層３０５のための材料の勾配分散は線形とすることができる（例えば、図５において影付きで示される）。第一の面２２０に沿ったデンドライト防止機能層３０５の材料の濃度は、第二の面２２５に沿ったデンドライト防止機能層３０５の材料の濃度より高くすることができる。例えば、デンドライト防止機能層３０５のための材料の濃度は、第一の面２２０に沿って最大とすることができ、２５ｇ／ｃｃ～３０ｇ／ｃｃの範囲とすることができる。デンドライト防止機能層３０５の材料に関する濃度は、第二の面２２５に沿って最小とすることができ、０．１ｇ／ｃｃ～５ｇ／ｃｃの範囲とすることができる。反対に、第一の面２２０に沿ったデンドライト防止機能層３０５の材料の濃度は、第二の面２２５に沿ったデンドライト防止機能層３０５の材料の濃度より低くすることができる。例えば、デンドライト防止機能層３０５のための材料の濃度は、第一の面２２０に沿って最大とすることができ、１０ｇ／ｃｃ～１５ｇ／ｃｃの範囲とすることができる。デンドライト防止機能層３０５の材料に関する濃度は、第二の面２２５に沿って最小とすることができ、２５ｇ／ｃｃ～３０ｇ／ｃｃの範囲とすることができる。デンドライト防止機能層３０５のための材料の勾配分散は、凸状とすることも又は凹状とすることもできる。第一の面２２０及び第二の面２２５に沿ったデンドライト防止機能層３０５の材料の濃度は、概して炭素マトリクス構造３１０の中心線５０５に沿ったデンドライト防止機能層３０５の材料の濃度より高くすることができる。例えば、デンドライト防止機能層３０５のための材料の濃度は、第一の面２２０に向かって２５ｇ／ｃｃ～３０ｇ／ｃｃの範囲、第二の面２２５に向かって２０ｇ／ｃｃ～２５ｇ／ｃｃの範囲、及び中心線５０５に沿って０．１ｇ／ｃｃ～５ｇ／ｃｃの範囲とすることができる。

【0050】

[0061] 電池１０５の動作中、デンドライト防止機能層３０５とフレームワーク層３１０は、固体電解質層１４５の第二の面２０５を通じて、カソード層１３５から発せられるリチウム材を受け取ることができる。デンドライト防止機能層３０５は、固体電解質層１４５から受け取ったリチウム材と結合し、又はそれと合金を形成できる。デンドライト防止機能層３０５とリチウム材の結合は、固体電解質層１４５を通じたリチウム材の分散の不均一性とは無関係である可能性がある。デンドライト防止機能層３０５により形成される合金には、例えば二元合金（例えば、リチウム－ビスマス（Ｌｉ－Ｂｉ）、リチウム－錫（Ｌｉ－Ｓｎ）、若しくはリチウム－ケイ素（Ｌｉ－Ｓｉ））、三元合金（例えば、リチウム－ビスマス－ケイ素（Ｌｉ－Ｂｉ－Ｓｎ）若しくはリチウム－リン－プラチナ（Ｌｉ－Ｐ－Ｐｔ））、又は四元合金（例えば、リチウム－ケイ素－ゲルマニム－アンチモン（Ｌｉ－Ｓｉ－Ｇｅ－Ｓｅ））及びその他のあらゆる組合せを含めることができる。固体電解質層１４５から受け取ったリチウム材と合金を形成することによって、デンドライト防止機能層３０５は、固体電解質層１４５の中へのリチウムのデンドライト成長を防止できる。それに加えて、デンドライト防止機能層３０５の特性により、デンドライト防止機能層３０５は固体電解質層１４５を通じて移動するリチウム材の拡散を加速させることができる。

【0051】

[0062] リチウム材の蓄積は、デンドライト防止機能層３０５によってフレームワーク層３１０の中に維持できる。それに加えて、デンドライト防止機能層３０５の特性により、デンドライト防止機能層３０５は固体電解質層１４５を通じて移動するリチウム材の拡散を加速させることができる。さらに、フレームワーク層３１０内に散在するため、デンドライト防止機能層３０５の材料と受け取ったリチウム材との間に形成される合金は、フレームワーク層３１０の中に存在する可能性がある。デンドライト防止機能層３０５の材料と受け取ったリチウム材との間に形成される合金の濃度は、フレームワーク層３１０内のデンドライト防止機能層３０５の濃度に依存する可能性がある。

【0052】

[0063] さらに、材料の違いにより、電解質層１４５の第一の面２２０と第二の面２０５との間の界面接着性は、第二の面２２５と負の導電層２３５の面との間の界面接着性より高い可能性がある。デンドライト防止機能層３０５と電解質１４５との間の界面接着性がより強力であるため、第二の面２０５に沿ったリチウム材の付着可能性を低減させることができる。その代わりに、フレームワーク層３１０の第二の面２２５に沿ったリチウム材付着の可能性を高めることができる。そのため、第一の面２２０上に堆積する代わりに、リチウム材はフレームワーク層３１０を通じて負の導電層２３５に向かって導かれる可能性がある。フレームワーク層３１０により、電池１０５の充電中に第二の面２２５に沿ってリチウム材を蓄積させることができる。リチウム材は固体電解質層１４５からさらに堆積するため、固体電解質層１４５に入り込むリチウム材の成長の可能性を低減させることができる。反対に、電池１０５の放電中、リチウム材は負の導電層２３５から電解質層１４５を通じて遠ざかる可能性がある。フレームワーク層３１０により、電池１０５の放電中、第二の面２２５に沿って蓄積するリチウム材の分散又は剥離を可能にすることができる。このようにして、複合体構造１４０で受け取ったリチウム材のめっきは、炭素マトリクス構造３００によって第二の面２２５に向かって制限できる。

【0053】

[0064] 特に図６は、充電サイクル６００中の、電気車に動力を供給するための電池１０５の断面図を示す。電池１０５の充電前には、複合体構造１４０には当初、リチウム材の蓄積又は堆積が全くない可能性がある（６０５）。その代わりに、電池１０５のリチウム材は、カソード層１３５又は固体電解質層１４５の中に存在することができる。電池１０５が充電されると、リチウム材は複合体構造１４０内に負の導電層２３５に沿ってめっき６１５として蓄積する可能性がある（６１０）。デンドライト防止機能層３０５は固体電解質層１４５に沿って配列されるため、固体電解質層１４５を通じて受け取ったリチウム材はフレームワーク層３１０を通じて負の導電層２３５に向かって導かれることが可能である。負の導電層２３５に向かって到達すると、フレームワーク層３１０はリチウム材を蓄積させて、フレームワーク層３１０と負の導電層２３５との間の界面にリチウムめっき６１５を生じさせることができる。リチウムめっき６１５の厚さ６２０は０．０１μｍ～１００μｍの範囲とすることができる。電池１０５をさらに充電すると、ますます多くのリチウム材がフレームワーク層３１０の中の負の導電層２３５との界面に沿って蓄積する可能性がある（６２５）。固体電解質層１４５を通じてますます多くのリチウムが受け取られると、リチウムめっき６１５は厚さ６２０より厚い厚さ６３０を有することができる。リチウムめっき６１５の厚さ６３０は、０．０１μｍ～１００μｍの範囲とすることができる。さらに蓄積されるリチウム材は複合体構造１４０のデンドライト防止機能層３０５と結合し、又はそれと合金を形成することができ、それによって固体電解質層１４５の中へのリチウムのデンドライト成長が防止される。

【0054】

[0065] 特に図７は、放電サイクル７００中の、電気車に動力を供給するための層パターン３００を有する電池１０５の断面図を示す。充電サイクル６００の後、複合体構造１４０は、フレームワーク層３１０の中に負の導電層３２５との界面に沿ってリチウムめっき６１５を有する可能性がある（７０５）。リチウムめっき６１５は厚さ６３０を有することができる。リチウム材のめっきは、放電により逆転させることができる。電池１０５が放電すると、リチウム材は受動層１４５から再び固体電解質層１４５及びカソード層１３５へと移動する可能性がある（７１０）。その結果、リチウムめっき６１５は厚さ７１５を有することができ、これは充電後の厚さ６３０より薄い可能性がある。リチウムめっき６１５の厚さ７１５は、０．０１μｍ～１００μｍの範囲とすることができる。電池１０５がさらに放電すると、ますます多くのリチウム材が再び固体電解質層１４５及びカソード層１４５に向かって移動する可能性があり、リチウムめっき６１５は最終的に剥離できる（７２０）。

【0055】

[0066] 電池１０５が繰り返し使用されると（例えば、充電サイクル６００と放電サイクル７００）、リチウム材の移動は不均一に分布する可能性がある。その結果、１つの領域内にリチウムが集合し、界面に沿った他の領域にはリチウムがないことになる可能性がある。複合体構造１４０内にデンドライト防止機能層３０５がないと、電池１０５にはリチウムデンドライトが成長する可能性があり、これは最終的に固体電解質層１４５を貫通する可能性があり、それが短絡の原因となる。しかしながら、デンドライト防止機能層３０５が固体電解質層１４５に沿って配置された場合、リチウム材の固体電解質層１４５内へのデンドライト成長を防止できる。リチウム材が固体電解質層１４５及びカソード層１３５に向かって戻ると、リチウム材はデンドライト防止機能層３０５と結合するようになる可能性があり、それと合金を形成する可能性がある。

【0056】

[0067] 特に図８は、電気車内に電池１０５の集合を保持するためのバッテリモジュール８００の断面図を示す。バッテリモジュール８００は、系又は装置１００の一部とすることができる。バッテリモジュール８００は、何れの形状とすることもできる。バッテリモジュール８００の形状は、円形、長円形、又は楕円形等の底面を有する円柱とすることができる。バッテリモジュール８００の形状はまた、例えば三角形、正方形、長方形（例えば、図示されているとおり）、五角形、及び六角形等の多角形の底面を有する角柱とすることもできる。バッテリモジュール８００の長さは１０ｃｍ～２００ｃｍの範囲とすることができる。バッテリモジュール８００の幅は１０ｃｍ～２００ｃｍの範囲とすることができる。バッテリモジュール８００の高さは、６５ｍｍ～１００ｃｍの範囲とすることができる。

【0057】

[0068] バッテリモジュール８００は、少なくとも１つのバッテリケース８０５とキャッピング要素８１５を含むことができる。バッテリケース８０５は、キャッピング要素８１５とは別とすることができる。バッテリケース８０５は、ホルダ８１０の集合を含むか、又はそれを画定することができる。各ホルダ８１０は、バッテリケース８０５により画定される中空部又は中空部分とすること、又はそれを含むことができる。各ホルダ８１０は、電池１０５を格納、収容、保管、又は保持することができる。バッテリケース８０５は、少なくとも１つの導電性若しくは熱伝導性材料又はその組合せを含むことができる。バッテリケース８０５とキャッピング要素８１５との間に、バッテリモジュール８００は少なくとも１つの正極集電体８２０、少なくとも１つの負極集電体８２５、及び少なくとも１つの電気的絶縁層８３０を含むことができる。正極集電体８２０と負極集電体８２５は各々、電気車内のその他の電気コンポーネントに電力を供給するための導電性材料を含むことができる。正極集電体８２０（本明細書では正のバスバーと呼ばれることもある）は、結合要素８３５を介して、ホルダ８１０の集合の中に格納された各電池１０５の正の導電層２３０に接続し、又はそれ以外に電気的に連結できる。結合要素８３５の一方の端は、電池１０５の正の導電層２３０に結合、溶接、接続、付着、又はそれ以外に電気的に連結できる。負極集電体８２５（本明細書では負のバスバーと呼ばれることもある）は、結合要素８４０を介してホルダ８１０の集合内に格納された各電池１０５の負の導電層２３５に接続又はそれ以外に電気的に連結できる。結合要素８４０は、電池１０５の負の導電層２３５に結合、溶接、接続、付着、又はそれ以外に電気的に連結できる。

【0058】

[0069] 正極集電体８２０と負極集電体８２５は、電気的絶縁層８３０によって相互に分離できる。電気的絶縁層８３０は、正極集電体８２０に接続される正極結合要素８３５及び負極集電体８２５に接続される負極結合要素８２５を通過させ、又はフィットさせるための空間を含むことができる。電気的絶縁層８３０は、バッテリケース８０５とキャッピング要素８１５によって画定される体積の一部又は全体に広がることができる。電気的絶縁層８３０の上面は、キャッピング要素８１５の底面と接触するか、又はそれと同一平面とすることができる。電気的絶縁層８３０の底面は、バッテリケース８０５の上面と接触するか、又はそれと同一平面とすることができる。電気的絶縁層８３０は、正極集電体８２０を負極集電体８２５から分離するために、何れの電気的絶縁材料又は誘電材料、例えば、空気、窒素、六フッ化硫黄（ＳＦ₆）、セラミック、ガラス、及びプラスチック（例えば、ポリシロキサン）等も含むことができる。

【0059】

[0070] 特に図９は、電気車内に複数の電池１０５を保持するためのバッテリモジュール８００の上面図を示す。バッテリモジュール８００は、ホルダ８１０の集合を画定し、又は含むことができる。各ホルダ８１０の形状は電池１０５の筐体１０５の形状と合致することができる。各ホルダ８１０の形状は、円形（例えば、図示されているとおり）、長円形、又は楕円形等の底面を有する円柱とすることができる。各ホルダ８１０の形状はまた、例えば三角形、正方形、長方形、五角形、及び六角形等の多角形の底面を有する角柱とすることもできる。各ホルダ８１０の形状は、バッテリモジュール８００の全体を通じて変化することも、又は同一とすることもできる。例えば、幾つかのホルダ８１０は形状において六角形とすることができ、それに対して他のホルダは形状において円形とすることができる。各ホルダ８１０の寸法は、その中に格納される電池１０５の寸法より大きくすることができる。各ホルダ８１０の長さは１０ｍｍ～３００ｍｍの範囲とすることができる。各ホルダ８１０の幅は１０ｍｍ～３００ｍｍの範囲とすることができる。各ホルダ８１０の高さ（又は深さ）は６５ｍｍ～１００ｃｍの範囲とすることができる。

【0060】

[0071] 特に図１０は、バッテリパック１００５が搭載された電気車１０００の断面図を示す。電気車１０００に動力を供給する装置は、少なくとも１つの電池１０５、少なくとも１つのバッテリモジュール８００、及びそのコンポーネントを含む少なくとも１つのバッテリパック１００５を含むことができる。例えば、バッテリパック１００５は、１つ又は複数のバッテリモジュールを含むことができる。電気車１０００は、電気自動車（例えば、図示されているもの）、ハイブリッド、オートバイ、スクータ、旅客車両、旅客若しくは商用トラック、及びその他の種類の車両、例えば海上又は航空輸送車両、飛行機、ヘリコプタ、潜水艦、船舶、又はドローン等とすることができる。電気車１０００は、少なくとも１つのバッテリパック１００５を含むことができる。バッテリパック１００５は、系又は装置１００の一部とすることができる。バッテリパック１００５は、バッテリモジュール７００の集合を格納し、収容し、又はそれ以外に含むことができる。バッテリパック１００５内のバッテリモジュール７００の数は、～の範囲とすることができる。バッテリパック１００５は何れの形状とすることもできる。バッテリパック１００５の形状は、円形、長円形、又は楕円形等の底面を有する円柱とすることができる。バッテリパック１００５の形状はまた、例えば三角形、正方形、長方形（例えば、図示されているとおり）、五角形、及び六角形等の多角形の底面を有する角柱とすることもできる。バッテリパック９０５の長さは１００ｃｍ～６００ｃｍの範囲とすることができる。バッテリパック９０５の幅は、５０ｃｍ～４００ｃｍの範囲とすることができる。バッテリパック９０５の高さは７０ｍｍ～１０００ｍｍの範囲とすることができる。

【0061】

[0072] 電気車１０００は、少なくとも１つのシャシ１０１０（例えば、フレーム、内フレーム、又は支持構造）を含むことができる。シャシ１０１０は、電気車１０００の各種のコンポーネントを支持することができる。シャシ１０１０は、電気車１０００の前方部分１０１５（例えば、ボンネット（hood）又はボンネット（bonnet）部分）、本体部分１０２０、及び後方部分１０２５（例えば、トランク部分）にわたることができる。バッテリパック１００５は、電気車１０００内に搭載又は設置できる。バッテリパック１００５は、電気車１０００のシャシ１０１０上の、前方部分１０１５、本体部分１０２０（図１０に図示されているとおり）、又は後方部分１０２５に搭載できる。

【0062】

[0073] 電気車１０００は、１つ又は複数のコンポーネント１０３０を含むことができる。１つ又は複数のコンポーネント１０３０は、電気エンジン、娯楽システム（例えば、ラジオ、表示スクリーン、及び音声システム）、オンボードダイアグノーシスシステム、及び電気制御ユニット（ＥＣＵ）（例えば、エンジン制御モジュール、トランスミッション制御モジュール、ブレーキ制御モジュール、及び車体制御モジュール）等を含むことができる。１つ又は複数のコンポーネント１０３０は、電気車１００の前方部分１０１５、本体部分１０２０、又は後方部分１０２５に搭載できる。電気車１０００に搭載されたバッテリパック１００５は、少なくとも１つの正極集電体１０３５及び少なくとも１つの負極集電体１０４０を介して１つ又は複数のコンポーネント１０３０に電力を提供できる。正極集電体１０３５と負極集電体１０４０は、電気車１０００のその他の電気的コンポーネントに接続され、又はそれ以外に電気的に連結されて、電力を提供できる。正極集電体１０３５（例えば、正のバスバー）は、バッテリパック１００５内の各バッテリモジュール８００の各正極集電体１０３５に接続し、又はそれ以外に電気的に連結できる。負極集電体１０４０（例えば、負のバスバー）は、バッテリパック１００５内の各バッテリモジュール８００の各負極集電体８２５に接続し、又はそれ以外に電気的に連結できる。

【0063】

[0074] 特に図１１は、電気車に動力を供給するための電池を組み立てる方法１１００を示す。方法１１００の機能性は、図１～１０に関して詳しく上述したシステム、装置、又は電池の何れを使って実装又は実行することもできる。方法１０００は、バッテリパック１００５を配置すること（動作１１０５）を含むことができる。バッテリパック９０５は、電気車１０００の中に搭載し、配列し、又はそれ以外に配置することができる。バッテリパック９０５は、バッテリモジュール７００の集合を格納し、収容し、又は含むことができる。バッテリパック９０５は、電気車１０００の１つ又は複数のコンポーネント１０３０のための電力を貯蔵することができる。バッテリパック１００５は、正極集電体１０３５と負極集電体１０４０を介して１つ又は複数のコンポーネント１０３０に電力を提供できる。

【0064】

[0075] 方法１１００は、電池１０５を配列することを含むことができる（動作１１１０）。電池１０５は、リチウムイオン電池とすることができる。電池１０５は、バッテリパック１００５内に含められたバッテリモジュール８００のホルダ８２０の中に保管し、又は収容することができる。電池１０５は筐体１１０を含むことができる。筐体１１０は、円形、長円形、若しくは楕円形の底面を有する円柱ケーシングから、又は多角形の底面を有する角柱ケーシングから形成できる。筐体１１０は、上表面１１５、底表面１２０、及び側壁１２５を含むことができる。筐体１１０は、電池１０５の内容を収容する空洞１３０を有することができる。筐体１１０内の空洞１３０は、上表面１１５、底表面１２０、及び側壁１２５によって画定できる。

【0065】

[0076] 方法１１００は、固体電解質層１４５を配列することを含むことができる（動作１１１５）。固体電解質層１４５は、固体又は液体電解質材料を含むことができる。固体電解質層１４５のための材料は、化学蒸着（例えば、化学気相成長法（ＣＶＤ）若しくは原子層堆積（ＡＬＤ））又は物理蒸着（例えば、分子線エピタキシ（ＭＢＥ）若しくは物理気相成長法（ＰＶＤ））等の成膜技術を使って形成できる。液体電解質の場合、固体電解質層１４５のための材料は、有機溶媒に浸し、又は溶融させることができる。固体電解質層１４５は、電池１０５のための筐体１１０の空洞１３０の中に供給し、挿入し、又はそれ以外に設置することができる。固体電解質層１４５は、電池１０５のための筐体１１０の上表面１１５、底表面１２０、及び側壁１２５の間に少なくとも部分的に広がることができる。

【0066】

[0077] 方法１１００は、カソード層１４０を配置することを含むことができる（動作１１２０）。カソード層１３５は、化学蒸着（例えば、化学気相成長法（ＣＶＤ）若しくは原子層堆積（ＡＬＤ））又は物理蒸着（例えば、分子線エピタキシ（ＭＢＥ）若しくは物理気相成長法（ＰＶＤ））等の成膜技術を使って形成できる。カソード層１３５は、固体カソード材料、例えばリチウム系酸化物材料又はリンを含むことができる。カソード層１３５は、電池１０５のための筐体１１０の空洞１３０内に設置し、又は挿入できる。カソード層１３５は、少なくとも部分的に固体電解質層１４５の第一の面２００に沿って位置付けることができる。カソード層１３５は、電池１００へと通常電流を出力できる。カソード層１３５は、同じく電池１０５の筐体１１０内の空洞１３０に挿入される正の導電層２３０に電気的に連結できる。

【0067】

[0078] 方法１１００は、デンドライト防止機能層３０５を配置することを含むことができる（動作１１２５）。デンドライト防止機能層３０５は、金属前駆体、溶媒（例えば、無機若しくは有機）、又は炭素材料等と混合したスラリコーティング加工技術を使って形成できる。デンドライト防止機能層３０５はまた、化学蒸着（例えば、化学気相成長法（ＣＶＤ）若しくは原子層堆積（ＡＬＤ））又は物理蒸着（例えば、分子線エピタキシ（ＭＢＥ）若しくは物理気相成長法（ＰＶＤ））等の成膜技術を使っても形成できる。デンドライト防止機能層３０５は、デンドライト防止機能層３０５のための１つ又は複数の材料、例えばビスマス（Ｂｉ）、錫（Ｓｎ）、ケイ素（Ｓｉ）、銀（Ａｕ）、金（Ａｇ）、ゲルマニウム（Ｇｅ）、アンチモン（Ｓｅ）、セレン（Ｓｂ）、鉛（Ｐｂ）、ヒ素（Ａｓ）、リン（Ｐ）、硫黄（Ｓ）、及びプラチナ（Ｐｔ）等を金型整形、鋳造、及び溶錬することを用いて形成できる。デンドライト防止機能層３０５は、電気めっき技術を使って形成できる。デンドライト防止機能層３０５は、電池１０５のための筐体１１０の空洞１３０内に、複合体構造１４０の一部として設置又は挿入できる。デンドライト防止機能層３０５は、少なくとも部分的に固体電解質層１４５の第二の面２０５に沿って位置付けることができる。デンドライト防止機能層３０５は、同じく電池１０５の筐体１１０の空洞１３０内に挿入される負の導電層２３５と他のコンポーネントを介して電気的に連結できる。

【0068】

[0079] 方法１１００は、フレームワーク層３１０を配置することを含むことができる（動作１１３０）。デンドライト防止機能層３０５は、前駆体材料、溶媒（例えば、無機若しくは有機）、又は炭素材料等と混合したスラリコーティング加工技術を使って形成できる。フレームワーク層３１０は、化学蒸着（例えば、化学気相成長法（ＣＶＤ）若しくは原子層堆積（ＡＬＤ））又は物理蒸着（例えば、分子線エピタキシ（ＭＢＥ）若しくは物理気相成長法（ＰＶＤ））等の成膜技術を使って形成できる。フレームワーク層３１０は、炭素系複合材料を含むことができる。フレームワーク層３１０は、電池１０５のための筐体１１０の空洞１３０内に、複合体構造１４０の一部として設置又は挿入できる。フレームワーク層３１０は、少なくとも部分的にデンドライト防止機能層３０５の第二の面３１５に沿って位置付けることができる。フレームワーク層３１０は、同じく電池１０５の筐体１１０内の空洞１３０に挿入された負の導電層２３５と電気的に連結できる。

【0069】

[0080] 特に図１２は、電気車に動力を供給するための電池を提供する方法１２００を示す。方法１２００の機能性は、図１～１０に関して詳しく上述したシステム、装置、又は電池の何れを使っても実装又は実行できる。方法１１００は、装置１００を提供することを含むことができる（動作１２０５）。装置１００は、電気車１０００に搭載できる。装置１００は、電気車１０００の１つ又は複数のコンポーネント９３０に動力を供給するために電気車１０００に配置されたバッテリパック１００５を含むことができる。バッテリパック１００５は、１つ又は複数のバッテリモジュール８００を含むことができる。装置１００は電池１０５の集合を含むことができる。各電池１０５は、バッテリモジュール８００内に配列できる。電池１０５は、筐体１１０を含むことができる。筐体１１０は、上表面１１５、底表面１２０、及び側壁１２５を含むことができる。上表面１１５、底表面１２０、及び側壁１２５は、空洞１３０を画定できる。

【0070】

[0081] 筐体１１０により画定される空洞１３０の中に、電池１０５は固体電解質層１４５を有することができる。固体電解質層１４５は、第一の面２００と第二の面２０５を有することができ、第一の面２００と第二の面２０５との間でイオンを移動させることができる。電池１０５は、筐体１１０の空洞１３０内に固体電解質層１４５の第一の面２００に沿って配置されたカソード層１３５を有することができる。カソード層１３５は、正の導電層２３０を介して電池の正端子に電気的に連結できる。電池１０５は、筐体１１０の空洞１３０内に第二の面２０５に沿って配置されたデンドライト防止機能層３０５を有することができる。デンドライト防止機能層３０５は、筐体１１０内で第二の面２０５に沿って空洞１３０内に配置された複合体構造１４０の一部とすることができる。デンドライト防止機能層３０５は、第一の面２２０と第二の面３１５を有することができる。デンドライト防止機能層３０５は、第一の面２２０を通じて固体電解質層１４５の第二の面２０５と接触していることができる。デンドライト防止機能層３０５は、固体電解質層１４５を介して受け取ったリチウム材と合金を形成できる。電池１０５は、筐体１１０の空洞１３０内にデンドライト防止機能層３０５の第二の面３１５に沿って配置されたフレームワーク層３１０を有することができる。フレームワーク層３１０は、負の導電層２３５を介して電池１０５の負端子に電気的に連結できる。

【0071】

[0082] 動作は図中、特定の順序で示されているが、このような動作は図示された特定の順序で、又は連続的順序で実行しなければならないわけではなく、図示された動作の必ずしもすべてを実行しなければならないわけでもない。本明細書で説明する動作は、別の順序で行うこともできる。

【0072】

[0083] 以上、幾つかの例示的な実施態様を説明したが、上記は例として提示され、例示であって限定的ではないことが明らかであろう。特に、本明細書で提示される例の多くは方法の動作又はシステムの要素の特定の組合せを含んでいるが、これらの動作及びこれらの要素は、他の方法で組み合わせても同じ目的を実現できる。１つの実施例に関連して説明した動作、要素、及び特徴は、他の実施例又は実施例における同様の役割から排除されることは意図されていない。

【0073】

[0084] 本明細書で使用される表現法と用語は説明を目的としており、限定的とみなされるべきではない。本明細書における「～を含む（including）」、「～を含む（comprising）」、「～を有する（having）」、「～を含む（containing）」、「～を含む（involving）」、「～により特徴付けられる」、「～ことを特徴とする」及びその変化形は、その前に列挙された項目、その等価物、及び追加の項目のほか、その前に列挙された項目のみからなる代替的な実施例も包含することが意図される。１つの実施例において、本明細書に記載のシステム及び方法は、記載された要素、動作、又はコンポーネントのうちの１つ、複数の各組合せ、又は全部からなる。

【0074】

[0085] 本明細書において単数形で表されるシステム及び方法の実施例又は要素若しくは動作への何れの言及も、複数のこれらの要素を含む実施例も包含でき、また、本明細書における何れの実施例又は要素若しくは動作への複数の何れの言及も単数の要素のみを含む実施例も包含できる。単数形又は複数形での言及は、本願で開示されているシステム又は方法、それらのコンポーネント、動作、又は要素を単数又は複数の構成に限定しようとするものではない。何れかの情報に基づく何れの動作又は要素への言及は、その動作又は要素が少なくとも部分的に何れかの情報、動作、又は要素に基づく実施例を含むことができる。

【0075】

[0086] 本明細書で開示される何れの実施例も、何れの他の実施例又は実施形態とも組み合わせることができ、「ある実施例」、「幾つかの実施例」、「１つの実施例」、又はその他への言及は、必ずしも相互に排他的であるとは限らず、その実施例に関連して記載された特定の特徴、構造、又は特長が少なくとも１つの実施例又は実施形態に含まれ得ることを示すものである。本明細書で使用されるこのような用語は、必ずしもすべてが同じ実施例に言及しているわけではない。何れの実施例も、本明細書で開示される態様及び実施例と何れかの方法で両立する何れの他の実施例とも包含的又は排他的に組み合わせることができる。

【0076】

[0087] 「又は」への言及は包含的に解釈することができ、「又は」を用いて説明される何れの用語も、説明された用語の１つ、複数、又は全部を示すことができる。例えば、「Ａ及びＢの少なくとも一方」とは、Ａのみ、Ｂのみ、及びＡとＢの両方を含むことができる。「～を含む（comprising）」又はその他の開放型の用語と共に使用されるこのような言及は、それ以外の項目も含むことができる。

【0077】

[0088] 図面、詳細な説明、又は何れかの特許請求項において技術的特徴に参照符号が付加されている場合、この参照符号は図面、詳細な説明、及び特許請求項をわかりやすくするために含められている。したがって、参照符号も、それがないことも、何れの特許請求要素の範囲にも限定的な影響を与えない。

【0078】

[0089] 記載されている要素及び動作の変更、例えば各種の要素の大きさ、寸法、構造、形状、及び割合、パラメータの数値、取付の配置、材料の使用、色、向きの変更は、本明細書で開示される主旨の教示及び利点から実質的に逸脱せずに行うことができる。例えば、一体に形成されているように示される要素は、複数の部分又は要素として構成することもでき、要素の位置を逆転又はそれ以外に変更でき、個別の要素の性質若しくは数又は位置を変更又は変化させることができる。開示された要素及び動作の設計、動作条件、及び配置において、本開示の範囲から逸脱せずにその他の置換、改良、変更、及び省略も行うことができる。

【0079】

[0090] 本明細書に記載のシステムと方法は、その特徴から逸脱することなく、他の具体的な形態で実施されてもよい。例えば、正及び負の電気的特性の説明は逆転させてもよい。例えば、負の要素として説明された要素は、その代わりに正の要素として構成でき、正の要素として説明された要素は、その代わりに負の要素として構成できる。さらに、相対的な平行、垂直、縦、及びその他の位置付け又は向きの説明は、純粋な縦、平行、又は垂直の位置付けから＋／－１０％又は＋／－１０度以内のばらつきを含む。「ほぼ」、「約」、「実質的に」、又は程度を示すその他の用語への言及は、明確に別段の表示がないかぎり、示された測定値、単位、又は範囲から＋／－１０％のばらつきも含む。連結される要素は、相互に直接、又は介在要素を用いて電気的、機械的、又は物理的に連結できる。本明細書に記載のシステムと方法の範囲はそれゆえ、上述の説明ではなく、付属の特許請求の範囲により示され、特許請求の範囲の等価物の意味と範囲に含まれる変更もその中に包含される。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】